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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6792971
(24)【登録日】2020年11月11日
(45)【発行日】2020年12月2日
(54)【発明の名称】双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置及びその制御方法
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20201119BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 H
H02M3/28 Q
H02M3/28 F
【請求項の数】12
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2016-138897(P2016-138897)
(22)【出願日】2016年7月13日
(65)【公開番号】特開2018-11440(P2018-11440A)
(43)【公開日】2018年1月18日
【審査請求日】2019年5月8日
(73)【特許権者】
【識別番号】000233295
【氏名又は名称】株式会社日立情報通信エンジニアリング
(74)【代理人】
【識別番号】110000442
【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 史大
(72)【発明者】
【氏名】谷口 輝三彰
(72)【発明者】
【氏名】古崎 雅人
【審査官】
土井 悠生
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１０−０６３２１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−１１０７７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−０７７０４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１５／０２８０５８３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｍ ３／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第１のスイッチング回路と、
前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されると共に、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及び当該ダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るＤＣリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、
前記ＤＣリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、
前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、
前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されると共に、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及び当該ダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るＤＣリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、
前記ＤＣリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、
前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、
前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
【請求項2】
請求項１記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフである状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子および前記低圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフである状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子および前記低圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
【請求項3】
請求項２記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子がオフである状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が０Ｖになったことを受け、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替えた後、前記高圧側第零スイッチング素子をオフに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子がオフである状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が０Ｖになったことを受け、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替えた後、前記高圧側第零スイッチング素子をオフに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
【請求項4】
高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第１のスイッチング回路と、
前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されるＤＣリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、
前記ＤＣリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されるＤＣリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、
前記ＤＣリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
【請求項5】
請求項４記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一第零スイッチング素子、前記高圧側第二第零スイッチング素子、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子および前記低圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一第零スイッチング素子、前記高圧側第二第零スイッチング素子、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子および前記低圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
【請求項6】
請求項５記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第二第零スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が０Ｖになったことを受け、前記低圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替え、続いて前記高圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第二第零スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が０Ｖになったことを受け、前記低圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替え、続いて前記高圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えること
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置。
【請求項7】
高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第１のスイッチング回路と、
前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されると共に、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及び当該ダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るＤＣリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、
前記ＤＣリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、
前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、
前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されると共に、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及び当該ダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るＤＣリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、
前記ＤＣリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、
前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、
前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
【請求項8】
請求項７記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフである状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子および前記低圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフである状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子および前記低圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
【請求項9】
請求項８記載の請求項１記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子がオフである状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が０Ｖになったことを受け、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替えた後、前記高圧側第零スイッチング素子をオフに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子がオフである状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が０Ｖになったことを受け、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替えた後、前記高圧側第零スイッチング素子をオフに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
【請求項10】
高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第１のスイッチング回路と、
前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されるＤＣリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、
前記ＤＣリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されるＤＣリンクスイッチと、
低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、
前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、
前記ＤＣリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、
前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
【請求項11】
請求項１０記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一第零スイッチング素子、前記高圧側第二第零スイッチング素子、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子および前記低圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、さらに、
前記第一タイミング後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一第零スイッチング素子、前記高圧側第二第零スイッチング素子、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、
前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子および前記低圧側第四スイッチング素子をオフに切り替えた後、
前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子および前記低圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替える第二タイミングで、前記高圧側第一第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
【請求項12】
請求項１１記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第二第零スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が０Ｖになったことを受け、前記低圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替え、続いて前記高圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時、さらに、
前記第一タイミング後前記第二タイミング前、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第二第零スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子がオフの状態から、
前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子の電圧が０Ｖになったことを受け、前記低圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオンに切り替え、続いて前記高圧側第二第零スイッチング素子をオフに切り替えるステップを含むこと
を特徴とする双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、小型で高変換効率な双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、例えば太陽光発電システムには、双方向で電力変換が可能であり、且つ変換効率を向上させた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置が搭載されている。この双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置では、一般的に小型・高変換効率を具現するため、スイッチング特性の速いスイッチング素子を用いることが効果的である。
【0003】
ところが、電圧の高い直流電源と電力とを授受し、且つ小型・高変換効率とするためのスイッチング素子として、例えば高耐圧ＭＯＳＦＥＴを用いても、ＭＯＳＦＥＴに接続されるボディダイオードの逆回復特性がＭＯＳＦＥＴのスイッチング特性と比べて遅いため、小型・高変換効率化の障害となっている。
【0004】
そこで、ＭＯＳＦＥＴに接続されるボディダイオードの逆回復特性が悪い点を改善した周知技術として、小型・高効率な絶縁型の「双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ及びその制御方法」（特許文献１参照）が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第４６４３６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述した特許文献１に係る技術は、双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータにおける第１の直流電源（例えば高圧側直流電源とみなす）とこれに接続される第１のスイッチング回路の直流端子との間にカソードが第１の直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及びこのダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るＤＣリンクスイッチを介在させ、制御手段によって、第１の直流電源から第２の直流電源（例えば低圧側直流電源とみなす）へ電力を供給するとき（充電動作の降圧時）にはＤＣリンクスイッチをオン状態に保ち、第２の直流電源から第１の直流電源へ電力を供給するとき（放電動作の昇圧時）にはＤＣリンクスイッチをオフ状態に保ち、第１のスイッチング回路における第１の直流電源からの電力の逆流を防ぐように制御を行うものである。
【0007】
しかしながら、特許文献１に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータの場合、放電動作の昇圧時にはＤＣリンクスイッチをオフにすることで第２の直流電源から第１の直流電源へ流れる電流がパルス状となって第１のスイッチング回路におけるＭＯＳＦＥＴ（例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）に接続されるボディダイオードの影響を抑制できるものの、第２のスイッチング回路におけるＭＯＳＦＥＴ（例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）に接続されるボディダイオードの影響による損失が大きく、またＤＣリンクスイッチのスイッチング素子（例えばＮＰＮトランジスタ）に接続されるダイオード（例えばファーストリカバリダイオード）による損失が発生してしまうため、変換効率がさほど向上されているとは言えないのが実情である。
【0008】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、低圧側直流電源から高圧側直流電源へ電力を供給する放電動作の昇圧時における変換効率が極力向上される双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記技術的課題を解決するため、本発明の第１の形態は、高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第１のスイッチング回路と、前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されると共に、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入されたダイオード及び当該ダイオードに並列接続されたスイッチング素子から成るＤＣリンクスイッチと、低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置において、前記ＤＣリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えることを特徴とする。
【0010】
また、上記技術的課題を解決するため、本発明の第２の形態は、高圧側直流電源に対して並列に接続された複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第１のスイッチング回路と、前記高圧側直流電源と前記第１のスイッチング回路の直流端子との間に介在されるＤＣリンクスイッチと、低圧側直流電源に対して平滑インダクタを介在させて並列に接続された平滑コンデンサを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路と、前記第１のスイッチング回路の交流端子間に共振チョークコイルを介在させて接続された１次巻線と前記第２のスイッチング回路の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスと、前記第１のスイッチング回路及び前記第２のスイッチング回路での前記スイッチング動作を制御すると共に、前記ＤＣリンクスイッチの前記スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御部と、を備えた双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ装置において、前記ＤＣリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、前記制御部は、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えることを特徴とする。
【0011】
更に、上記技術的課題を解決するため、本発明の第３の形態は、上記第１の形態に係る構成の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、前記ＤＣリンクスイッチは、前記スイッチング素子として、高圧側第零スイッチング素子を備え、前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに接続された低圧側第零スイッチング素子と、を備え、前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、および前記低圧側第零スイッチング素子がオフであり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、および前記低圧側第四スイッチング素子がオンである状態から、前記低圧側第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記高圧側第一スイッチング素子および前記高圧側第四スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むことを特徴とする。
【0012】
加えて、上記技術的課題を解決するため、本発明の第４の形態は、上記第２の形態に係る構成の双方向ＤＣ-ＤＣコンバータ装置の制御方法において、前記ＤＣリンクスイッチは、カソードが前記高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第一ダイオード及び当該第一ダイオードに並列接続された高圧側第一第零スイッチング素子と、カソードが当該高圧側直流電源の正極を向くように直列挿入された第二ダイオード及び当該第二ダイオードに並列接続された高圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、前記第１のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である高圧側第一スイッチング素子および高圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である高圧側第二スイッチング素子および高圧側第三スイッチング素子と、を備え、前記第２のスイッチング回路は、前記複数のボディダイオード付きスイッチング素子として、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子である低圧側第一スイッチング素子および低圧側第四スイッチング素子と、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子である低圧側第二スイッチング素子および低圧側第三スイッチング素子と、前記平滑コンデンサに並列に接続された低圧側第一第零スイッチング素子および低圧側第二第零スイッチング素子と、を備え、前記制御部が、前記低圧側直流電源から前記高圧側直流電源へ電力を供給する昇圧時において、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第一スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子、前記低圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第四スイッチング素子がオン、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子、前記低圧側第一第零スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子がオフの状態から、前記低圧側第二第零スイッチング素子の電圧が０Ｖになり、前記高圧側第二スイッチング素子、前記高圧側第三スイッチング素子、前記低圧側第二スイッチング素子および前記低圧側第三スイッチング素子をオフに切り替えた後、前記高圧側第一スイッチング素子、前記高圧側第四スイッチング素子および前記低圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替える第一タイミングで、前記高圧側第二第零スイッチング素子をオンに切り替えるステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、上記構成、処理プロセスにより、低圧側直流電源から高圧側直流電源へ電力を供給する放電動作の昇圧時における変換効率が極力向上されるようになる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の基本構成を示した概略ブロック図である。
【図2】本発明の実施例１に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置における要部の回路構成並びに主機能制御に伴う電流の流れを示した概略ブロック図である。
【図4-1】図２又は図３に示す双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子に対するスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子の電圧の波形を示すタイミングチャートである。
【図5】本発明の実施例２に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置における要部の回路構成を示した概略ブロック図である。
【図6-1】図５に示す双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子に対するスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子の電圧の波形を示すタイミングチャートである。
【図8-1】図５に示す双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子に対する周知技術に係るスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子の電圧の波形を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、本発明の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置及びその制御方法について、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
最初に、本発明の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の基本構成について、図１に示す概略ブロック図を参照して簡単に説明する。
【0017】
図１を参照すれば、本発明の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置は、基本構成として、高圧側直流電源（ＨＶ）１に対して並列に接続された後述する複数のボディダイオード付きスイッチング素子（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）Ｈ１〜Ｈ４（以下、単にスイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４とする）のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第１のスイッチング回路３と、高圧側直流電源（ＨＶ）１と第１のスイッチング回路３の直流端子との間に介在されると共に、カソードが高圧側直流電源（ＨＶ）１の正極を向くように直列挿入されたダイオード（ファーストリカバリダイオード）Ｄ及びダイオードＤに並列接続されたスイッチング素子（ＮＰＮトランジスタ）Ｈ０から成るＤＣリンクスイッチ５と、低圧側直流電源（ＬＶ）２に対して後述する平滑インダクタＬを介在させて並列に接続された平滑コンデンサＣｃを含む複数のボディダイオード付きスイッチング素子（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）Ｓ０〜Ｓ４（以下、単にスイッチング素子Ｓ０〜Ｓ４とする）のスイッチング動作に応じて整流処理を行う第２のスイッチング回路４と、第１のスイッチング回路３の交流端子間に後述する共振チョークコイルＬｒを介在させて接続された１次巻線と第２のスイッチング回路４の交流端子間に接続された２次巻線とを磁気結合する絶縁トランスＴと、基本動作上で第１のスイッチング回路３及び第２のスイッチング回路４でのスイッチング動作を制御すると共に、高圧側直流電源（ＨＶ）１から低圧側直流電源（ＬＶ）２へ電力を供給する平滑コンデンサＣｃに対する充電動作の降圧時にはＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０をオン状態に保ち、低圧側直流電源（ＬＶ）２から高圧側直流電源（ＨＶ）１へ電力を供給する平滑コンデンサＣｃからの放電動作の昇圧時にはＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０をオフ状態に保つ制御を行う制御部６と、を備える。尚、ここでの制御部６は、切替制御で放電動作を行わせるための放電動作切替部（昇圧時）６ａと、切替制御で充電動作を行わせるための充電動作切替部（降圧時）６ｂと、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０、第１のスイッチング回路３のスイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４、及び第２のスイッチング回路４のスイッチング素子Ｓ０〜Ｓ４をパルス幅変調（ＰＷＭ）して生成したスイッチング動作制御信号によりスイッチング動作を行わせるためのパルス幅変調（ＰＷＭ）部６ｃと、を有している。
【0018】
図１に示す双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置は、基本構成上において特許文献１記載の双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータと概ね同様な構成とみなせるが、本願発明では制御部６によって、低圧側直流電源（ＬＶ）２から高圧側直流電源（ＨＶ）１へ電力を供給する放電動作の昇圧時における変換効率を極力向上させるため、以下の各実施例で説明するような双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置に対する制御手法として、低圧側直流電源（ＬＶ）２側の第２のスイッチング回路４での損失を低減する損失低減化制御処理、高圧側直流電源（ＨＶ）１側の第１のスイッチング回路３での変換効率を向上させる変換効率向上化制御処理を行う。
【実施例1】
【0019】
図２は、本発明の実施例１に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置における要部の回路構成並びに主機能制御に伴う電流の流れを示した概略ブロック図である。
【0020】
図２を参照すれば、ここでの双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置は、図１に示した制御部６を略図した双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ部分の回路及び電流の流れを示している。ＤＣリンクスイッチ５では、スイッチング素子Ｈ０のコレクタ端子側が高圧側直流電源（ＨＶ）１の正極側に接続され、エミッタ端子側が第１のスイッチング回路３におけるスイッチング素子Ｈ１、Ｈ３のドレイン端子側に接続され、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ３のソース端子側がスイッチング素子Ｈ２、Ｈ４のドレイン端子側に接続されている。また、第１のスイッチング回路３では、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ４のソース端子側が高圧側直流電源（ＨＶ）１の負極側に接続され、スイッチング素子Ｈ１のソース端子側とスイッチング素子Ｈ２のドレイン端子側との間からの引き出し線が共振チョークコイルＬｒを介在させて絶縁トランスＴの１次巻線に接続され、その終端がスイッチング素子Ｈ４のドレイン端子側に接続されている。第２のスイッチング回路４では、スイッチング素子Ｓ０のソース端子側が平滑インダクタＬを介して低圧側直流電源（ＬＶ）２の正極側に接続され、ドレイン端子側が平滑コンデンサＣｃを介して低圧側直流電源（ＬＶ）２の負極側に接続されている。更に、第２のスイッチング回路４では、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３のドレイン端子側が平滑インダクタＬに接続され、ソース端子側がスイッチング素子Ｓ２、Ｓ４のドレイン端子側に接続されている。加えて、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４のソース端子側が平滑コンデンサＣｃ及び低圧側直流電源（ＬＶ）２の負極側に接続されている。その他、スイッチング素子Ｓ１のソース端子側とスイッチング素子Ｓ２のドレイン端子側との間からの引き出し線が絶縁トランスＴの２次巻線に接続され、その終端がスイッチング素子Ｓ４のドレイン端子側に接続されている。
【0021】
図２を参照して制御部６の主機能制御を具体的に説明すれば、放電動作の昇圧時において、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０を所定時間オンにすると共に、第１のスイッチング回路３における各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｈ２、Ｈ４をオフにして共振チョークコイルＬｒから絶縁トランスＴの１次巻線及び高圧側直流電源（ＨＶ）１を経由してＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０へ向かう方向（太矢印で示す）に逆流電流を流し、且つ第２のスイッチング回路４における平滑コンデンサＣｃに接続されたスイッチング素子Ｓ０をオフ、各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ４をオフにしての整流処理中に第１のスイッチング回路３における逆流電流の発生に応じて電流が流れる方向（太矢印で示す）とは逆向きの弱電流（細矢印で示す）を流して打消し合いを生じさせることで第２のスイッチング回路４におけるスイッチング損失を低減する制御を行うものである。具体的には、第２のスイッチング回路４におけるスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４のスイッチング損失を低減する効果がある。この制御部６による制御機能は、双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、損失低減化制御処理ステップで実行されるものとみなせる。因みに、この第１のスイッチング回路３における逆流電流は、制御部６によって、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０をオフにするタイミングを持たせることにより制御することができる。
【0022】
図３は、図２に示す双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置における要部の回路構成並びに他の主機能制御に伴う電流の流れを示した概略ブロック図である。
【0023】
図３を参照すれば、ここでの双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置についても、図１に示した制御部６を略図した双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ部分の回路及び電流の流れを示している。制御部６の他の主機能制御を具体的に説明すれば、放電動作の昇圧時において、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０を所定時間オンにすると共に、第１のスイッチング回路３における各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｈ１、Ｈ２をオフ、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオンに維持して共振チョークコイルＬｒから絶縁トランスＴの１次巻線及びＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０を経由して高圧側直流電源（ＨＶ）１へ向かう方向（太矢印で示す）に電流を流して整流処理を行い、且つ第２のスイッチング回路４における平滑コンデンサＣｃに接続されたスイッチング素子Ｓ０をオン、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオフ、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンに維持して平滑インダクタＬから絶縁トランスＴの２次巻線を経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かう方向（太矢印で示す）に電流を流して整流処理を行うことで変換効率を向上させる制御を行うものである。具体的には、ＤＣリンクスイッチ５におけるダイオードＤよりも損失の小さいスイッチング素子Ｈ０を電流が流れることで第１のスイッチング回路３での変換効率を向上させることができる。この制御部６による制御機能は、双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、変換効率向上化制御処理ステップで実行されるものとみなせる。
【0024】
ところで、図２や図３を参照して説明した制御部６による損失低減化制御処理や変換効率向上化制御処理は、放電動作の昇圧時において、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０のベースと第１のスイッチング回路３における各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４及び第２のスイッチング回路４における各スイッチング素子Ｓ０〜Ｓ４のゲートとへ送出するスイッチング動作制御信号によるスイッチング動作のオン・オフのタイミングを所定の周期の半分の期間で適宜制御すれば、変換効率の向上効果を高めることができる。
【0025】
図４‐１は、上述した双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子Ｈ０〜Ｈ４、Ｓ０〜Ｓ４に対するスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子Ｈ０〜Ｈ４、Ｓ０〜Ｓ４の電圧の波形を示すタイミングチャートである。図４‐２は、同様にこの双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子Ｈ０〜Ｈ４、Ｓ０〜Ｓ４の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧（具体的には平滑インダクタＬの電流、絶縁トランスＴの電圧、共振チョークコイルＬｒの電流及び電圧）の波形を示すタイミングチャート（時系列上で図４‐１と共通）である。
【0026】
図４‐１及び図４‐２を参照すれば、各スイッチング素子Ｈ０〜Ｈ４、Ｓ０〜Ｓ４に対するスイッチング動作制御信号の波形は、初期的に第２のスイッチング回路４におけるスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持した状態でＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０をオフからオンに移行してから再びオフにした後にスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４がオフに移行するまでの期間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＋ｔ６）に該当する上述した所定の周期の半分の期間でオン・オフのタイミングを図示のように制御することを示している。
【0027】
具体的に云えば、期間ｔ１では、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０はオフにされ、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオフ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオンに維持され、共振チョークコイルＬｒに流れている電流を一定に保つことにより、絶縁トランスＴに電流が流れ、スイッチング素子Ｈ２→共振チョークコイルＬｒ→絶縁トランスＴ（１次巻線）→スイッチング素子Ｈ３→ダイオードＤの向きに電流が流れ、高圧側直流電源（ＨＶ）１に供給される。また、第２のスイッチング回路４において、スイッチング素子Ｓ０はオフに維持されており、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は全てオンに維持され、平滑インダクタＬにエネルギーを蓄えるタイミングに該当する。
【0028】
期間ｔ２では、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０はオンに切り替えられ、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオン、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオフに切り替えられる。また、第２のスイッチング回路４において、スイッチング素子Ｓ０はオフに維持され、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフにする。スイッチング素子Ｓ０はオフに維持されて電圧が０Ｖになるが、ボディダイオードを通して平滑コンデンサＣｃには電流が流れ込んでいる。
【0029】
期間ｔ３では、平滑インダクタＬに蓄えられたエネルギーを放出しているタイミングに該当し、期間ｔ２のスイッチ設定を持続することにより、第１のスイッチング回路３において、図２を参照して説明したようにスイッチング素子Ｈ０→スイッチング素子Ｈ１→共振チョークコイルＬｒ→絶縁トランスＴ（１次巻線）→スイッチング素子Ｈ４の向きで逆流電流が流れ、高圧側直流電源（ＨＶ）１に供給される。また、第２のスイッチング回路４において、オンに維持されたスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４を経由して絶縁トランスＴに電流を流し、図２を参照して説明したように平滑インダクタＬ→スイッチング素子Ｓ１→絶縁トランスＴ（２次巻線）→スイッチング素子Ｓ４の向きで電流が流れ、低圧側直流電源（ＬＶ）２に供給される他、スイッチング素子Ｓ４からスイッチング素子Ｓ３、スイッチング素子Ｓ２からスイッチング素子Ｓ１へ向かう方向にもボディダイオードを通して電流が流れる。このとき、第２のスイッチング回路４では、第１のスイッチング回路３で共振チョークコイルＬｒの電流が逆向きとなるために絶縁トランスＴを介してエネルギーが送られ、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４を経由して絶縁トランスＴ（２次巻線）に流れる電流と逆向きに弱電流が流れようとして打消し合いを生じることにより、スイッチング損失を低減する損失低減化制御処理が行われる。
【0030】
期間ｔ４では、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０がオンに維持され、第１のスイッチング回路３において、スイッチ設定が維持されていることにより、逆流電流が流れ続ける。また、第２のスイッチング回路４において、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３の電圧が０になったことを受け、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンにしてそれ以前にスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４を通っていた電流がスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３の方にも通るようにする。このときのスイッチング動作は、ゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）で行われるため、スイッチング損失は発生しない。
【0031】
期間ｔ５では、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０がオフに切り替えられ、第１のスイッチング回路３において、スイッチ設定が維持されていても逆流電流の流れが止まる。また、第２のスイッチング回路４において、スイッチ設定が維持されてスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の全てがオンされていることにより、期間ｔ１の場合と同様に平滑インダクタＬにエネルギーが蓄えられる。
【0032】
期間ｔ６では、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０がオフに維持され、第１のスイッチング回路３において、スイッチ設定が維持されていても逆流電流の流れが止まった状態が維持される。また、第２のスイッチング回路４において、スイッチ設定が維持されているため、平滑インダクタＬにはエネルギーが蓄え続けられる。
【0033】
期間ｔ６後の所定の周期の残り半分の期間では、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０をオンに切り替えてから再びオフに切り替える。このとき、第１のスイッチング回路３では、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオフ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオンに切り替えて維持する。また、第２のスイッチング回路４では、平滑コンデンサＣｃに接続されたスイッチング素子Ｓ０をオンに切り替えてから再びオフに切り替え、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオフに切り替えてから再びオンに切り替え、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンに切り替えて維持する。ここで、ＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０がオンにあり、第１のスイッチング回路３におけるスイッチング素子Ｈ１、Ｈ４がオフ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３がオンにあり、第２のスイッチング回路４におけるスイッチング素子Ｓ０がオン、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４がオフ、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３がオンにあるとき、図３を参照して説明したように第１のスイッチング回路３ではスイッチング素子Ｈ２→共振チョークコイルＬｒ→絶縁トランスＴ（１次巻線）→スイッチング素子Ｈ３→スイッチング素子Ｈ０から高圧側直流電源（ＨＶ）１へ向かって巡回する経路で電流が流れて整流処理が行われ、第２のスイッチング回路４では平滑インダクタＬ→スイッチング素子Ｓ３→絶縁トランスＴ（２次巻線）→スイッチング素子Ｓ２から低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路で電流が流れて整流処理が行われる。因みに、第２のスイッチング回路４における整流処理では平滑コンデンサＣｃとスイッチング素子Ｓ０との間に双方向で電流が流れる。
【0034】
即ち、実施例１に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置では、制御部６によって、放電動作の昇圧時において、所定の周期でＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０をオフからオン、オンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すと共に、第１のスイッチング回路３における各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオフからオン、オンからオフ、オフからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオンからオフ、オフからオンにする動作を繰り返し、更に、第２のスイッチング回路４における平滑コンデンサＣｃに接続されたスイッチング素子Ｓ０をオフに維持した後に一旦オンにしてからオフに維持し、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンからオフ、オフからオンにする動作を繰り返すことによって、上述した損失低減化制御処理や変換効率向上化制御処理を整流処理中に含めて実施することができる。この結果、図４‐２に示される平滑インダクタＬ電流や共振チョークコイルＬｒ電流は従来のＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０をオフにしたまま行う放電動作の昇圧時の場合と比べて小さな値に抑制される。また、スイッチング動作制御信号の制御タイミングを適宜変更すれば、変換効率を常に最適な状態（最高効率に近い状態）にすることが可能である。
【0035】
そこで、実際に放電動作を２．２ｋＷで実施した場合の２．２ｋＷ時の損失をシュミレーション結果で比較したところ、従来のＤＣリンクスイッチ５のスイッチング素子Ｈ０をオフにしたまま行う放電動作では１１６Ｗの損失があったのに対し、実施例１に係る損失低減化制御処理や変換効率向上化制御処理を含む整流処理を実施すると１０３Ｗの損失に改善できることが判った。
【実施例2】
【0036】
図５は、本発明の実施例２に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置における要部の回路構成を示した概略ブロック図である。
【0037】
図５を参照すれば、ここでの双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置についても、図１に示した制御部６を略図した双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ部分の回路を示している。実施例２に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の場合、ＤＣリンクスイッチ５０は、カソードが高圧側直流電源（ＨＶ）１の正極を向くように直列挿入された第１のダイオードＤ１及びこれに並列接続された高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１と、カソードが高圧側直流電源（ＨＶ）１の正極を向くように直列挿入された第２のダイオードＤ２及びこれに並列接続された高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２と、を含む熱分散用に２並列構成となっている他、第２のスイッチング回路４′において、平滑インダクタＬからの引き出し線と平滑コンデンサＣｃとの間に並列接続された低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１と低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２とを含む構成となっている。また、制御部６は、放電動作の昇圧時において、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１をオフ、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２を所定時間オンにすると共に、第１のスイッチング回路３における各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオフにして共振チョークコイルＬｒから絶縁トランスＴの１次巻線及び高圧側直流電源（ＨＬ）１を経由してＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２へ向かう方向に逆流電流を流し、且つ第２のスイッチング回路４′における低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１を及び低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオフし、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ４をオンにしての整流処理中に第１のスイッチング回路３における逆流電流の発生に応じて電流が流れる方向とは逆向きの弱電流を流して打消し合いを生じさせることでスイッチング損失を低減する制御を行う。具体的には、第２のスイッチング回路４′におけるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の全部のスイッチング損失を低減する効果がある。この制御部６による制御機能は、双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、損失低減化制御処理ステップで実行されるものとみなせる。因みに、この第１のスイッチング回路３における逆流電流は、制御部６によって、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１及び高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２をオフにするタイミングを持たせることにより制御することができる。
【0038】
また、制御部６は、放電動作の昇圧時において、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１をオフ、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２を所定時間オンにすると共に、第１のスイッチング回路３における各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオフに維持して絶縁トランスＴの１次巻線及び共振チョークコイルＬｒを経由して高圧側直流電源（ＨＶ）１へ向かう方向に電流を流して整流処理を行い、且つ第２のスイッチング回路４′における平滑コンデンサＣｃに接続された低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオフに維持し、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオンにし、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオン、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフに維持して平滑インダクタＬから絶縁トランスＴの２次巻線を経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かう方向に電流を流して整流処理を行うことで変換効率を向上させる制御を行う。具体的には、ＤＣリンクスイッチ５０における第２のダイオードＤ２よりも損失の小さい高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２を電流が流れることで第１のスイッチング回路３での変換効率を向上させることができる。この制御部６による制御機能は、双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の制御方法において、変換効率向上化制御処理ステップで実行されるものとみなせる。
【0039】
図６−１は、実施例２に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４に対するスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４の電圧の波形を示すタイミングチャートである。図６‐２は、同様にこの双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧（具体的には平滑インダクタＬの電流、絶縁トランスＴの電圧、共振チョークコイルＬｒの電流及び電圧）の波形を示すタイミングチャート（時系列上で図６‐１と共通）である。また、図７‐１〜図７‐６は、図６−１中に示す期間ｔ１〜ｔ６での双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。
【0040】
図６‐１及び図６‐２を参照すれば、各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４に対するスイッチング動作制御信号の波形は、初期的に第２のスイッチング回路４′におけるスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持した状態でＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１をオフ、その期間内で高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２を所定時間オンにしてからオフに移行した後にスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４がオフされるまでの期間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＋ｔ６）に該当する上述した所定の周期の半分の期間でオン・オフのタイミングを図示のように制御することを示している。
【0041】
具体的に云えば、期間ｔ１では、図７−１を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２は何れもオフにされ、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオフ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオンに維持され、共振チョークコイルＬｒに流れている電流により絶縁トランスＴの１次巻線に電流が流れ、共振チョークコイルＬｒからスイッチング素子Ｈ１、Ｈ３へ向かって共振チョークコイルＬｒに戻る流れとスイッチング素子Ｈ２、Ｈ４へ向かって共振チョークコイルＬｒに戻る流れとに分岐して電流が流れるが、高圧側直流電源（ＨＶ）１には供給されない。このとき、共振チョークコイルＬｒはほぼ一定に保たれる。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２は何れもオフに維持されており、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は全てオンに維持され、平滑インダクタＬにエネルギーを蓄えるタイミングとなる。第２のスイッチング回路４′では、平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２を経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路と平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ４を経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路とスイッチング素子Ｓ１から分岐して絶縁トランスＴの２次巻線を経由してスイッチング素子Ｓ４を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路で電流が流れる。尚、各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４については、以降も同様であるが、ボディダイオードを省略して表記する。
【0042】
期間ｔ２では、図７−２を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２は何れもオフに維持され、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオフ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３もオフにされ、各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４が全てオフとなるが、ボディダイオードを介して期間ｔ１の場合と逆向きに電流が流れ、共振チョークコイルＬｒからスイッチング素子Ｈ１を通って分岐し、高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１及び高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２と高圧側直流電源（ＨＶ）１を経由してスイッチング素子Ｈ４から絶縁トランスＴの１次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２及びスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持し、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフにして平滑インダクタＬに蓄えられたエネルギーを放出するタイミングとなるが、ボディダイオードを介して平滑コンデンサＣｃには電流が流れ込む。第２のスイッチング回路４′では、平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１を通って絶縁トランスＴの２次巻線及びスイッチング素子Ｓ４を経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路と平滑インダクタＬから低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１及び低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２を通って平滑コンデンサＣｃを経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。因みに、期間ｔ２では、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２の電圧が０Ｖになる。
【0043】
期間ｔ３では、図７−３を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１はオフ、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２はオンに切り替えられ、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオンに切り替えられ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオフに維持され、共振チョークコイルＬｒからスイッチング素子Ｈ１を通って高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２及び高圧側直流電源（ＨＶ）１を経由してスイッチング素子Ｈ４から絶縁トランスＴの１次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。このときの電流はＤＣリンクスイッチ５０における高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２のボディダイオードでなく、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２自体に流れるため、変換効率向上化制御処理が行われることになる。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオフ、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオンに切り替え、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持し、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフに維持する。低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をソフトスイッチングによりオンにすると、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１及び低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２のボディダイオードに流れていた電流が全て低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２に流れ込み、平滑コンデンサＣｃに流れる電流は所定の傾きで減少して０になり、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２に流れ込む電流は逆向きとなってスイッチング素子Ｓ１の電流をアシストする。この結果、第２のスイッチング回路４′では平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１を通って絶縁トランスＴの２次巻線及びスイッチング素子Ｓ４を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路と平滑インダクタＬから低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２を通って平滑コンデンサＣｃを経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。因みに、第２のスイッチング回路４′における整流処理では平滑コンデンサＣｃと低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２との間で逆方向にも電流が流れる。
【0044】
期間ｔ４では、図７−４を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１はオフ、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２はオンに維持し、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオンに維持し、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオフに維持し、期間ｔ３の場合と同様に共振チョークコイルＬｒからスイッチング素子Ｈ１を通って高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２及び高圧側直流電源（ＨＶ）１を経由してスイッチング素子Ｈ４から絶縁トランスＴの１次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。このときの共振チョークコイルＬｒの電流は急変されない。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオフ、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオフに切り替え、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持し、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフに維持する。ここでは平滑コンデンサＣｃを流れていた電流が行き場を無くしてスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３のボディダイオードを通り、やがては０になり、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３の電圧も０になる。第２のスイッチング回路４′では平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１を通って絶縁トランスＴの２次巻線からスイッチング素子Ｓ３を通ってスイッチング素子Ｓ１へ向かって戻る経路と絶縁トランスＴの２次巻線からスイッチング素子Ｓ４を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路と絶縁トランスＴの２次巻線からスイッチング素子Ｓ４を通って絶縁トランスＴの２次巻線へ戻る経路とで電流が流れる。
【0045】
期間ｔ５では、図７−５を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１はオフ、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２はオンに維持され、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオンに維持され、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３もオフに維持され、高圧側直流電源（ＨＶ）１から高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２及びスイッチング素子Ｈ１を通ってスイッチング素子Ｈ３へ向かって巡回する経路とスイッチング素子Ｈ１から共振チョークコイルＬｒ及び絶縁トランスＴの１次巻線を経由してスイッチング素子Ｈ４を通って分岐し、スイッチング素子Ｈ２を経由して共振チョークコイルＬｒに戻るように巡回する経路とスイッチング素子Ｈ４から高圧側直流電源（ＨＶ）１に向かって巡回する経路とで逆流電流が流れる。また、第２のスイッチング回路４′において、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３の電圧が０になったことを受け、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンにしてそれ以前にスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４を通っていた電流がスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３の方にも通るようにする。このときのスイッチング動作は、ゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）で行われるため、スイッチング損失は発生しない。この結果、第２のスイッチング回路４′では平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路と平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ４を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路とで電流が流れる。このとき、第２のスイッチング回路４′では、第１のスイッチング回路３で共振チョークコイルＬｒの電流が逆向きとなるために絶縁トランスＴを介してエネルギーが送られ、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４を経由して絶縁トランスＴ（２次巻線）に流れる電流と逆向きに弱電流が流れようとして打消し合いを生じることにより、スイッチング損失を低減する損失低減化制御処理が行われる。
【0046】
期間ｔ６では、図７−６を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１はオフに維持され、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２はオフに切り替えられ、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオン、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオフに維持され、期間ｔ１の場合と逆向きに電流が流れるが、高圧側直流電源（ＨＶ）１には供給されない。また、第２のスイッチング回路４′において、スイッチ設定が維持されているが、逆流電流が流れ込まないため、平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路と平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ４を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路とスイッチング素子Ｓ３を通って分岐されて絶縁トランスＴの２次巻線からスイッチング素子Ｓ２を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。
【0047】
期間ｔ６後の所定の周期の残り半分の期間では、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１をオンに切り替えてから再びオフに切り替え、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２をオフに維持してから再びオンに切り替える。このとき、第１のスイッチング回路３では、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオフに維持してから再びオンに切り替え、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオンに切り替えて維持してから再びオフに切り替える。また、第２のスイッチング回路４′では、平滑コンデンサＣｃに接続された低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオンに切り替えてから再びオフに切り替え、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオフに維持してから再びオンに切り替える。更に、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする。
【0048】
即ち、実施例２に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置では、制御部６によって、放電動作の昇圧時において、所定の周期でＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１をオフからオン、オンからオフにし、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２を高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１のオフ期間内でオフからオン、オンからオフに維持した後、高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１のオフ期間内でオンにする動作を繰り返すと共に、第１のスイッチング回路３における各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオフからオン、オンからオフ、オフからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返し、更に、第２のスイッチング回路４′における各スイッチング素子Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４の低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオフに維持してからオン、オンからオフにし、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２を高圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１のオフ期間内でオフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すと共に、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すことによって、上述した損失低減化制御処理や変換効率向上化制御処理を実施例１の場合と同様に整流処理中に含めて実施することができる。この結果、図６‐２に示される平滑インダクタＬ電流や共振チョークコイルＬｒ電流は従来のＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１及び高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２をオフにしたまま行う放電動作の昇圧時の場合と比べて小さな値に抑制される。また、ここでもスイッチング動作制御信号の制御タイミングを適宜変更すれば、変換効率を常に最適な状態（最高効率に近い状態）にすることが可能である。
【0049】
図８−１は、実施例２に係る双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４に対する周知技術に係るスイッチング動作制御信号の波形及び各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４の電圧の波形を示すタイミングチャートである。図８‐２は同様にこの双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の放電動作の昇圧時における図８−１でのスイッチング動作制御信号を適用した場合の各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４の電流の波形及び各デバイスにおける電流、電圧（具体的には平滑インダクタＬの電流、絶縁トランスＴの電圧、共振チョークコイルＬｒの電流及び電圧）の波形を示すタイミングチャートである。また、図９−１〜図９−５は図８−１中に示す期間ｔ１〜ｔ５での双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置の要部の回路構成における電流の流れを示した図である。
【0050】
図８‐１及び図８‐２を参照すれば、各スイッチング素子Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４に対するスイッチング動作制御信号の波形は、初期的に第２のスイッチング回路４′におけるスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持した状態でＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２をオフに維持してスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４がオフされる直前までの期間（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５）に該当する上述した所定の周期の半分の期間でオン・オフのタイミングを図示のように制御することを示している。
【0051】
具体的に云えば、期間ｔ１では、図９−１を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２は何れもオフに維持され、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオフ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオンに維持され、共振チョークコイルＬｒに流れている電流により絶縁トランスＴの１次巻線に電流が流れ、共振チョークコイルＬｒから絶縁トランスＴの１次巻線を通ってスイッチング素子Ｈ３を経由して分岐し、高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２のボディダイオードを通って高圧側直流電源（ＨＶ）１及びスイッチング素子Ｈ２へ向かって共振チョークコイルＬｒに戻る巡回経路で電流が流れる。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２は何れもオフに維持されており、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は全てオンに維持され、平滑インダクタＬにエネルギーを蓄えるタイミングとなる。第２のスイッチング回路４′では、平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路、平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ４を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路、スイッチング素子Ｓ３から分岐して絶縁トランスＴの２次巻線を経由してスイッチング素子Ｓ２を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路で電流が流れる。因みに、第１のスイッチング回路３では、共振チョークコイルＬｒに流れている電流が徐々に少なくなってやがては０になる。
【0052】
期間ｔ２では、図９−２を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２は何れもオフに維持され、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオフ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３もオフにされ、各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４が全てオフとなるが、ボディダイオードを介して期間ｔ１の場合と逆向きに電流が流れ、共振チョークコイルＬｒからスイッチング素子Ｈ１を通って分岐し、高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１及び高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２のボディダイオードと高圧側直流電源（ＨＶ）１を経由してスイッチング素子Ｈ４から絶縁トランスＴの１次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオフに維持し、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持し、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフにして平滑インダクタＬに蓄えられたエネルギーを放出するタイミングとなるが、ボディダイオードを介して平滑コンデンサＣｃには電流が流れ込む。第２のスイッチング回路４′では、平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１を通って絶縁トランスＴの２次巻線及びスイッチング素子Ｓ４を経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路と平滑インダクタＬから低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１及び低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２のボディダイオードと平滑コンデンサＣｃとを通って低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。因みに、期間ｔ２では、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２の電圧が０Ｖになる。
【0053】
期間ｔ３では、図９‐３を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２は何れもオフに維持され、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオンに切り替えられ、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオフに維持され、期間ｔ２の場合と同様に共振チョークコイルＬｒからスイッチング素子Ｈ１を通って分岐し、高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１及び高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２と高圧側直流電源（ＨＶ）１を経由してスイッチング素子Ｈ４から絶縁トランスＴの１次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。このときの電流はＤＣリンクスイッチ５０における高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１及び高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２のボディダイオードに流れるため、変換効率は低下されることになる。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオフ、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオンに切り替え、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持し、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフに維持する。低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をソフトスイッチングによりオンにすると、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１及び低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２のボディダイオードに流れていた電流が全て低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２に流れ込み、平滑コンデンサＣｃに流れる電流は所定の傾きで減少して０になり、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２に流れ込む電流は逆向きとなってスイッチング素子Ｓ１の電流をアシストする。第２のスイッチング回路４′では平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１を通って絶縁トランスＴの２次巻線及びスイッチング素子Ｓ４を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路と平滑インダクタＬから低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２を通って平滑コンデンサＣｃを経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路とで電流が流れる。因みに、第２のスイッチング回路４′における整流処理では平滑コンデンサＣｃと低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２との間で逆方向にも電流が流れる。
【0054】
期間ｔ４では、図９‐４を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２は何れもオフに維持し、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオンに維持し、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオフに維持し、期間ｔ２の場合と同様に期間ｔ２の場合と同様に共振チョークコイルＬｒからスイッチング素子Ｈ１を通って分岐し、高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１及び高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２と高圧側直流電源（ＨＶ）１を経由してスイッチング素子Ｈ４から絶縁トランスＴの１次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。このときの共振チョークコイルＬｒの電流は急変されない。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオフ、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオフに切り替え、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持し、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフに維持する。ここでは平滑コンデンサＣｃを流れていた電流が行き場を無くしてスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３のボディダイオードを通り、やがては０になり、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３の電圧も０になる。第２のスイッチング回路４′では平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１を通って絶縁トランスＴの２次巻線からスイッチング素子Ｓ４を経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路で電流が流れる。
【0055】
期間ｔ５では、図９−５を参照すれば、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２は何れもオフに維持し、第１のスイッチング回路３において、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４はオンに維持し、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３はオフに維持し、期間ｔ２の場合と同様に期間ｔ２の場合と同様に共振チョークコイルＬｒからスイッチング素子Ｈ１を通って分岐し、高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１及び高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２と高圧側直流電源（ＨＶ）１を経由してスイッチング素子Ｈ４から絶縁トランスＴの１次巻線へ向かって巡回する経路で電流が流れる。また、第２のスイッチング回路４′において、低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオフに維持し、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持し、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンに切り替える。第２のスイッチング回路４′では、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３の電圧が０になったことを受け、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンにしてそれ以前にスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４を通っていた電流がスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３の方にも通るようにする。このときのスイッチング動作は、ゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）で行われるため、スイッチング損失は発生しない。この結果、第２のスイッチング回路４′では平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路と平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ４を通って低圧側直流電源（ＬＶ）２へ向かって巡回する経路と平滑インダクタＬからスイッチング素子Ｓ１を通って絶縁トランスＴの２次巻線及びスイッチング素子Ｓ４を経由して低圧側直流電源（ＬＶ）２に向かって巡回する経路とで電流が流れる。
【0056】
期間ｔ５後の所定の周期の残り半分の期間では、ＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２をオフに維持し続ける。このとき、第１のスイッチング回路３では、スイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオンからオフに切り替えて維持してから再びオンに切り替え、スイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオフからオンに切り替えて維持してから再びオフに切り替える。また、第２のスイッチング回路４′では、平滑コンデンサＣｃに接続された低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオンに切り替えてから再びオフに切り替え、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２をオフに維持してから再びオンに切り替える。更に、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする。
【0057】
即ち、周知技術のスイッチング動作制御信号を適用した双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置では、制御部６によって、放電動作の昇圧時において、所定の周期でＤＣリンクスイッチ５０の高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１、高圧側第２のスイッチング素子Ｈ０−２を高圧側第１のスイッチング素子Ｈ０−１をオフに維持し、第１のスイッチング回路３における各スイッチング素子Ｈ１〜Ｈ４の対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｈ１、Ｈ４をオフからオン、オンからオフ、オフからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｈ２、Ｈ３をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返し、更に、第２のスイッチング回路４′における各スイッチング素子Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４の低圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１をオフに維持してからオン、オンからオフにし、低圧側第２のスイッチング素子Ｓ０−２を高圧側第１のスイッチング素子Ｓ０−１のオフ期間内でオフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すと共に、対角方向に配置される一方の対のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンに維持した後に一旦オフにしてからオンにし、対角方向に配置される他方の対のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンからオフ、オフからオン、オンからオフにする動作を繰り返すことによって、整流処理を実施するものである。この結果、図８‐２に示される平滑インダクタＬ電流や共振チョークコイルＬｒ電流は図６‐２に示した実施例２の場合と比べて大きな値となっている。こうした状態では、スイッチング動作制御信号の制御タイミングを適宜変更しても、変換効率を常に最適な状態（最高効率に近い状態）にすることは不可能である。
【0058】
尚、上述した各実施例では、双方向ＤＣ‐ＤＣコンバータ装置における高圧側直流電源（ＨＶ）１に接続されるＤＣリンクスイッチ５、５０を第１のスイッチング回路３とは別回路として説明したが、機能構成上では第１のスイッチング回路３に含まれるとみなして良いものである。
【符号の説明】
【0059】
１ 高圧側直流電源（ＨＶ）２ 低圧側直流電源（ＬＶ）
３、４、４′ スイッチング回路
５、５０ ＤＣリンクスイッチ
６ 制御部
６ａ 放電動作切替部
６ｂ 充電動作切替部
６ｃ パルス幅変調（ＰＷＭ）部
Ｃｃ 平滑コンデンサ
Ｄ ダイオード（ファーストリカバリダイオード）
Ｌ 平滑インダクタ
Ｌｒ 共振チョークコイル
Ｈ０、Ｈ０−１、Ｈ０−２、Ｈ１〜Ｈ４、Ｓ０、Ｓ０−１、Ｓ０−２、Ｓ１〜Ｓ４ スイッチング素子
Ｔ 絶縁トランス