特開 2022-30152 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022030152

(43)【公開日】2022-02-18

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20220210BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20220210BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

H02M3/28 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020133942

(22)【出願日】2020-08-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】中田 健一

(72)【発明者】

【氏名】植竹 正樹

(72)【発明者】

【氏名】谷川 友春

【テーマコード（参考）】

5H730

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H730AA15

5H730BB27

5H730BB57

5H730CC05

5H730DD03

5H730DD04

5H730DD16

5H730EE04

5H770AA09

5H770CA02

5H770DA01

5H770DA14

5H770DA41

5H770EA01

5H770JA17W

5H770JA17Y

(57)【要約】

【課題】外部から供給された交流電圧を直流電圧に変換しつつ、外部から供給された交流電圧とは異なる電圧の交流電圧を供給するための構成を簡素化することができる電力変換装置を提供することである。
【解決手段】電力変換装置１は、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１と、交流負荷Ｖ２の第１端ｔ２１とを接続する接続線と、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、中性点に接続線が接続された共用ハーフブリッジ回路１０ｃと、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２が接続され、共用ハーフブリッジ回路１０ｃと協働して交流電源Ｖ１から出力される第１交流電圧を第１直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１と、交流負荷Ｖ２の第２端ｔ２２が接続され、ハーフブリッジ回路１０ｃと協働して第１直流電圧を第１交流電圧とは異なる第２交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２とを備えるものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源の第１端と、交流負荷の第１端とを接続する接続線と、
第１出力線及び第２出力線と、
前記第１出力線及び前記第２出力線の間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、中性点に前記接続線が接続された共用ハーフブリッジ回路と、
前記交流電源の第２端が接続され、前記共用ハーフブリッジ回路と協働して前記交流電源から出力される第１交流電圧を第１直流電圧に変換し、変換した前記第１直流電圧を前記第１出力線と前記第２出力線とに供給するＡＣ／ＤＣ変換回路と、
前記交流負荷の第２端が接続され、前記共用ハーフブリッジ回路と協働して前記第１直流電圧を前記第１交流電圧とは異なる電圧の第２交流電圧に変換し、変換した前記第２交流電圧を前記交流負荷に出力するＤＣ／ＡＣ変換回路と、
を備える電力変換装置。

【請求項2】

前記ＡＣ／ＤＣ変換回路は、前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第１コイルを介して中性点に前記交流電源の第２端が接続された第１ハーフブリッジ回路を有し、
前記ＤＣ／ＡＣ変換回路は、前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第２コイルを介して中性点に前記交流負荷の第２端が接続された第２ハーフブリッジ回路を有する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記第２ハーフブリッジ回路の中性点への接続を切り替える切替器を更に備え、
前記切替器は、前記交流負荷の第２端及び前記第２ハーフブリッジ回路の中性点が接続された第１切替状態、又は、前記交流電源の第２端及び前記第２ハーフブリッジ回路の中性点が接続された第２切替状態とに切り替わるものであり、
前記ＤＣ／ＡＣ変換回路は、
前記切替器が前記第１切替状態である場合、前記共用ハーフブリッジ回路と協働して前記第１直流電圧を前記第２交流電圧に変換し、変換した前記第２交流電圧を前記交流負荷に出力する一方、
前記切替器が前記第２切替状態である場合、前記共用ハーフブリッジ回路と協働して前記第１交流電圧を前記第１直流電圧に変換し、変換した前記第１直流電圧を前記第１出力線と前記第２出力線とに供給する、
請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

一次巻線及び二次巻線を有するトランスを有し、前記ＡＣ／ＤＣ変換回路が変換した第１直流電圧を第２直流電圧に変換し、変換した前記第２直流電圧を第３出力線と第４出力線との間に生じさせるＤＣ／ＤＣ変換回路を更に備え、
前記交流電源の第２端は、前記一次巻線の中間タップに接続されており、
前記ＡＣ／ＤＣ変換回路は、
前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第３コイル、前記一次巻線の第１端及び前記中間タップを介して中性点に前記交流電源の第２端が接続された第３ハーフブリッジ回路と、
前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第４コイル、前記一次巻線の第２端及び前記中間タップを介して中性点に前記交流電源の第２端が接続された第４ハーフブリッジ回路と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第５コイルを介して中性点に前記交流負荷の第２端が接続された第５ハーフブリッジ回路を有する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して充電式バッテリを充電したり、外部負荷に交流電圧を供給したりする電力変換装置について知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－９２３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、交流電圧から直流電圧への変換に加えて、交流負荷への交流電圧の供給を行うことができる電力変換装置においては、構成の複雑化が懸念される。また、交流電源から供給される交流電圧と、交流負荷から要求される交流電圧とが異なる場合がある。

【0005】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換することと、直流電圧を交流電源から供給される交流電圧とは異なる電圧の交流電圧を供給することとを比較的簡素な構成で行うことができる電力変換装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成する電力変換装置は、交流電源の第１端と、交流負荷の第１端とを接続する接続線と、第１出力線及び第２出力線と、前記第１出力線及び前記第２出力線の間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、中性点に前記接続線が接続された共用ハーフブリッジ回路と、前記交流電源の第２端が接続され、前記共用ハーフブリッジ回路と協働して前記交流電源から出力される第１交流電圧を第１直流電圧に変換し、変換した前記第１直流電圧を前記第１出力線と前記第２出力線とに供給するＡＣ／ＤＣ変換回路と、前記交流負荷の第２端が接続され、前記共用ハーフブリッジ回路と協働して前記第１直流電圧を前記第１交流電圧とは異なる電圧の第２交流電圧に変換し、変換した前記第２交流電圧を前記交流負荷に出力するＤＣ／ＡＣ変換回路とを備えるものである。

【0007】

かかる構成によれば、電力変換装置がＡＣ／ＤＣ変換回路を備えることにより、交流電源から出力される第１交流電圧を第１直流電圧に変換することができる。また、電力変換装置がＤＣ／ＡＣ変換回路を備えることによって、第１直流電圧を第２交流電圧に変換することができる。また、ＡＣ／ＤＣ変換及びＤＣ／ＡＣ変換の双方において共用ハーフブリッジ回路が用いられる。このため、構成の簡素化を図ることができる。

【0008】

上記電力変換装置について、前記ＡＣ／ＤＣ変換回路は、前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第１コイルを介して中性点に前記交流電源の第２端が接続された第１ハーフブリッジ回路を有し、前記ＤＣ／ＡＣ変換回路は、前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第２コイルを介して中性点に前記交流負荷の第２端が接続された第２ハーフブリッジ回路を有するものであってもよい。

【0009】

かかる構成によれば、第１ハーフブリッジ回路と共用ハーフブリッジ回路とによってＡＣ／ＤＣ変換が行われ、第２ハーフブリッジ回路と共用ハーフブリッジ回路とによってＤＣ／ＡＣ変換が行われる。この場合、第２ハーフブリッジ回路の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子のデューティ比を調整することにより、第２交流電圧を第１交流電圧とは異ならせることができる。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路とＤＣ／ＡＣ変換回路とのそれぞれに２つのハーフブリッジ回路を設ける構成と比較して、構成の簡素化を図ることができる。

【0010】

上記電力変換装置は、前記第２ハーフブリッジ回路の中性点への接続を切り替える切替器を更に備え、前記切替器は、前記交流負荷の第２端及び前記第２ハーフブリッジ回路の中性点が接続された第１切替状態、又は、前記交流電源の第２端及び前記第２ハーフブリッジ回路の中性点が接続された第２切替状態とに切り替わるものであり、前記ＤＣ／ＡＣ変換回路は、前記切替器が前記第１切替状態である場合、前記共用ハーフブリッジ回路と協働して前記第１直流電圧を前記第２交流電圧に変換し、変換した前記第２交流電圧を前記交流負荷に出力する一方、前記切替器が前記第２切替状態である場合、前記共用ハーフブリッジ回路と協働して前記第１交流電圧を前記第１直流電圧に変換し、変換した前記第１直流電圧を前記第１出力線と前記第２出力線とに供給するものであってもよい。

【0011】

かかる構成によれば、切替器を第１切替状態にすることにより、ＡＣ／ＤＣ変換とＤＣ／ＡＣ変換とを同時に行うことができる。また、切替器が第２切替状態である場合、第２ハーフブリッジ回路は、共用ハーフブリッジ回路と協働してＡＣ／ＤＣ変換を行うものとして機能する。これにより、第２交流電圧を供給する必要がない場合には、切替器を第２切替状態にすることにより、ＡＣ／ＤＣ変換の電力を大きくすることができる。

【0012】

上記電力変換装置は、一次巻線及び二次巻線を有するトランスを有し、前記ＡＣ／ＤＣ変換回路が変換した第１直流電圧を第２直流電圧に変換し、変換した前記第２直流電圧を第３出力線と第４出力線との間に生じさせるＤＣ／ＤＣ変換回路を更に備え、前記交流電源の第２端は、前記一次巻線の中間タップに接続されており、前記ＡＣ／ＤＣ変換回路は、前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第３コイル、前記一次巻線の第１端及び前記中間タップを介して中性点に前記交流電源の第２端が接続された第３ハーフブリッジ回路と、前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第４コイル、前記一次巻線の第２端及び前記中間タップを介して中性点に前記交流電源の第２端が接続された第４ハーフブリッジ回路とを備え、前記ＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記第１出力線と前記第２出力線との間に、直列に接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有し、第５コイルを介して中性点に前記交流負荷の第２端が接続された第５ハーフブリッジ回路を有するものであってもよい。

【0013】

かかる構成によれば、共用ハーフブリッジ回路がＡＣ／ＤＣ変換及びＤＣ／ＡＣ変換の双方に用いられるため、構成の簡素化を図ることができる。また、本構成によれば、ＡＣ／ＤＣ変換回路の第３ハーフブリッジ回路及び第４ハーフブリッジ回路がＤＣ／ＤＣ変換回路の一部としても用いられる。これにより、構成の簡素化を図ることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様によれば、外部から供給された交流電圧を直流電圧に変換しつつ、直流電圧を外部から供給された交流電圧とは異なる電圧の交流電圧を供給するための構成を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る電力変換装置１の構成の一例を示す図。

【図2】第２実施形態に係る電力変換装置２の構成の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して第１実施形態について説明する。
［全体構成］
電力変換装置１は、例えば、車両（例えば電気自動車）に搭載される装置である。電気自動車は、例えば、充電式バッテリを搭載し、充電式バッテリに蓄電された電力によってモータを駆動して動作する。

【0017】

図１に示すように、電力変換装置１は、例えば、一以上のハーフブリッジ回路１０と、ハーフブリッジ回路１０の動作を制御する制御部２０と、第１コイルＬ１と、第２コイルＬ２と、切替器ＳＷとを備える。

【0018】

電力変換装置１には、例えば、交流電源Ｖ１と、交流負荷Ｖ２とが接続される。交流電源Ｖ１は、例えば、充電式バッテリを充電する充電機器が備える電源である。交流電源Ｖ１は、車外に設けられている。交流電源Ｖ１は、例えば、周波数が６０［Ｈｚ］（或いは、５０［Ｈｚ］）であって、電圧が１００［Ｖ］や２００［Ｖ］の交流電圧を出力する。交流負荷Ｖ２は、例えば、車室内に備えられるコンセント等に接続される機器であって、電力変換装置１から供給される交流電力を消費する装置等である。交流負荷Ｖ２は、例えば、電力変換装置１から供給される交流電力であって、電圧が１００［Ｖ］の交流電力を消費する。

【0019】

以降の説明において、交流電源Ｖ１が電力変換装置１に供給する交流電圧を「第１交流電圧」と記載し、交流負荷Ｖ２が電力変換装置１から供給される交流電圧を「第２交流電圧」と記載する。以下、第１交流電圧と、第２交流電圧とが異なる電圧である場合について説明する。例えば、第１交流電圧が２００［Ｖ］であるのに対し、第２交流電圧が１００［Ｖ］であるものとする。つまり、第２交流電圧は、第１交流電圧よりも低い。

【0020】

交流電源Ｖ１は、第１端ｔ１１と、第２端ｔ１２とを備える。また、交流負荷Ｖ２は、第１端ｔ２１と、第２端ｔ２２とを備える。第１端ｔ１１、ｔ２１は第１端子ともいえ、第２端ｔ１２、ｔ２２は第２端子ともいえる。交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１、及び第２端ｔ１２は、電力変換装置１に接続されているとともに、交流負荷Ｖ２の第１端ｔ２１、及び第２端ｔ２２は、電力変換装置１に接続されている。

【0021】

本実施形態の電力変換装置１は、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１と交流負荷Ｖ２の第１端ｔ２１とを接続する接続線ｃｗ１を有している。交流電源Ｖ１と交流負荷Ｖ２とは、電力変換装置１内の接続線ｃｗ１によって互いに接続されている。なお、電力変換装置１内における交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２及び交流負荷Ｖ２の第２端ｔ２２の接続態様の詳細は、後述する。

【0022】

また、電力変換装置１は、第１出力線ＯＬ１と、第２出力線ＯＬ２と、コンデンサＣ１とを備える。コンデンサＣ１の正極端子は、第１出力線ＯＬ１に接続され、コンデンサＣ１の負極端子は、第２出力線ＯＬ２に接続される。コンデンサＣ１は、例えば、直流電圧を平滑化する。

【0023】

なお、第１出力線ＯＬ１に生じる電位は、コンデンサＣ１の正極端子に生じる電位であり、第２出力線ＯＬ２に生じる電位は、コンデンサＣ１の負極端子に生じる電位である。このため、第１出力線ＯＬ１は、コンデンサＣ１の正極端子と同電位となる正極電位部ともいえ、第２出力線ＯＬ２は、コンデンサＣ１の負極と同電位となる負極電位部ともいえる。また、第１出力線ＯＬ１と第２出力線ＯＬ２との間に発生する電圧は、コンデンサＣ１の両端に生じる電圧である。

【0024】

本実施形態の電力変換装置１は、ハーフブリッジ回路１０ａと、ハーフブリッジ回路１０ｂと、ハーフブリッジ回路１０ｃとの三つのハーフブリッジ回路１０を備える。ハーフブリッジ回路１０ａは、「第１ハーフブリッジ回路」の一例であり、ハーフブリッジ回路１０ｂは、「第２ハーフブリッジ回路」の一例であり、ハーフブリッジ回路１０ｃは、「共用ハーフブリッジ回路」の一例である。

【0025】

以降の説明において、ハーフブリッジ回路１０ａが備える構成については、符号の末尾に「ａ」を付し、ハーフブリッジ回路１０ｂが備える構成については、符号の末尾に「ｂ」を付し、ハーフブリッジ回路１０ｃが備える構成については、符号の末尾に「ｃ」を付す。また、以降の説明において、ハーフブリッジ回路１０ａ、ハーフブリッジ回路１０ｂ、及びハーフブリッジ回路１０ｃを互いに区別しない場合には、単に「ハーフブリッジ回路１０」と記載する。

【0026】

図１に示すように、ハーフブリッジ回路１０ａと、ハーフブリッジ回路１０ｂと、ハーフブリッジ回路１０ｃとは、第１出力線ＯＬ１と第２出力線ＯＬ２との間に、互いに並列に接続される。ハーフブリッジ回路１０は、同様の構成を有する。以下、ハーフブリッジ回路１０のうち、ハーフブリッジ回路１０ａの構成について説明し、他の二つのハーフブリッジ回路１０の構成については、説明を省略する。したがって、ハーフブリッジ回路１０ｂ、及びハーフブリッジ回路１０ｃについては、符号の末尾の記号を「ａ」を「ｂ」や「ｃ」に読み替えればよい。

【0027】

ハーフブリッジ回路１０ａは、例えば、セル１１ａと、セル１２ａとを備える。セル１１ａと、セル１２ａとは、一以上のスイッチング素子と、スイッチング素子の数に応じたダイオードとをそれぞれ備える。スイッチング素子は、例えば、ｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）や、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）により実現される。以下、セル１１ａと、セル１２ａとが、ＩＧＢＧＴにより実現されるスイッチング素子と、ダイオードとをそれぞれ一つずつ備える場合について説明する。スイッチング素子と、ダイオードとは、互いに並列に接続される。具体的には、スイッチング素子のコレクタと、ダイオードのカソードとが接続され、スイッチング素子のエミッタと、ダイオードのアノードとが接続される。

【0028】

セル１１ａと、セル１２ａとは、第１出力線ＯＬ１と第２出力線ＯＬ２との間に互いに直列接続される。具体的には、セル１１ａが備えるスイッチング素子のコレクタと、ダイオードのカソードとは、第１出力線ＯＬ１に接続される。また、セル１１ａが備えるスイッチング素子のエミッタと、ダイオードのアノードと、セル１２ａが備えるスイッチング素子のコレクタと、ダイオードのカソードとが接続される。また、セル１２ａが備えるスイッチング素子のエミッタと、ダイオードのアノードとは、第２出力線ＯＬ２に接続される。以降の説明において、セル１１ａと、セル１２ａとが接続される接続点を「中性点」とも記載する。ハーフブリッジ回路１０ｃの中性点には、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１と交流負荷Ｖ２の第１端ｔ２１とを接続する接続線ｃｗ１が接続される。

【0029】

本実施形態の電力変換装置１は、ハーフブリッジ回路１０ａの中性点と交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２とを接続する第１配線ｗｄ１を備え、第１コイルＬ１は、第１配線ｗｄ１上に設けられている。第１コイルＬ１とハーフブリッジ回路１０ａとによってＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１が構成されている。すなわち、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１は、ハーフブリッジ回路１０ａを備えるといえる。

【0030】

本実施形態の電力変換装置１は、ハーフブリッジ回路１０ｂの中性点に接続された第２配線ｗｄ２と、第２配線ｗｄ２上に設けられた第２コイルＬ２とを備える。本実施形態では、第２コイルＬ２とハーフブリッジ回路１０ｂとによってＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２が構成されている。すなわち、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２は、ハーフブリッジ回路１０ｂを備えるといえる。

【0031】

切替器ＳＷは、第１端ｔ３１と、第２端ｔ３２と、第３端ｔ３３とを備える。切替器ＳＷの第１端ｔ３１は、第１配線ｗｄ１（詳細には、第１配線ｗｄ１における第１コイルＬ１と交流電源Ｖ１とを接続する部分）に接続されている。切替器ＳＷの第２端ｔ３２は、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２に接続されている。切替器ＳＷの第３端ｔ３３は、第２配線ｗｄ２に接続されている。このため、第３端ｔ３３は、第２コイルＬ２を介して、ハーフブリッジ回路１０ｂの中性点に接続されている。

【0032】

切替器ＳＷは、制御部２０の制御に基づいて、第３端ｔ３３の接続先を第１端ｔ３１、又は第２端ｔ３２に切り替えるものである。ここで、第３端ｔ３３がハーフブリッジ回路１０ｃの中性点に接続されている点に着目すれば、切替器ＳＷは、ハーフブリッジ回路１０ｂの中性点の接続先を、交流電源Ｖ１又は交流負荷Ｖ２に切り替えるものである。

【0033】

かかる構成によれば、切替器ＳＷの第３端ｔ３３の接続先が第２端ｔ３２となっている場合、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２が交流負荷Ｖ２に接続される。詳細には、ハーフブリッジ回路１０ｂの中性点には、第２コイルＬ２を介して交流負荷Ｖ２の第２端ｔ２２が接続される。

【0034】

一方、切替器ＳＷの第３端ｔ３３の接続先が第１端ｔ３１となっている場合、第２コイルＬ２、及びハーフブリッジ回路１０ｂが交流電源Ｖ１に接続される。詳細には、ハーフブリッジ回路１０ｂの中性点には、第２コイルＬ２を介して交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２が接続される。以降の説明において、第２端ｔ３２と第３端ｔ３３とが接続される状態を「第１切替状態」とする。また、第１端ｔ３１と第３端ｔ３３とが接続される状態を「第２切替状態」とする。

【0035】

制御部２０は、例えば１つ以上の専用のハードウェア回路、及び、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ（制御回路）の少なくとも一方によって実現されるものである。換言すれば、制御部２０は、制御回路ともいえる。制御部２０は、交流負荷Ｖ２の状態に基づいて、切替器ＳＷを制御する。制御部２０は、例えば、交流負荷Ｖ２に第２交流電圧を供給する必要がある場合、切替器ＳＷを第１切替状態にする。制御部２０は、例えば、交流負荷Ｖ２に第２交流電圧を供給する必要がない場合、切替器ＳＷを第２切替状態にする。交流負荷Ｖ２に第２交流電圧を供給する必要がない場合とは、例えば、交流負荷Ｖ２に交流電力を消費する装置が動作していない場合、またはこれらの装置を動作させる必要がない場合である。

【0036】

制御部２０は、電力変換装置１が備えるセル１１やセル１２のスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。制御部２０は、第１切替状態において、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１（詳細にはハーフブリッジ回路１０ａ）と、ハーフブリッジ回路１０ｃとを協働させて、交流電源Ｖ１から出力される第１交流電圧を直流電圧に変換する。制御部２０は、例えば、セル１１ａとセル１２ｃとをオン状態にしつつ、セル１２ａとセル１１ｃとをオフ状態にする、又はセル１１ａとセル１２ｃとをオフ状態にしつつ、セル１２ａとセル１１ｃとをオン状態にする。これにより、第１交流電圧が直流電圧に変換され、当該直流電圧が両出力線（第１出力線ＯＬ１、及び第２出力線ＯＬ２）間に供給される。この場合、ハーフブリッジ回路１０ｃは、第１交流電圧を全波整流するのに用いられる。以降の説明において、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１と、ハーフブリッジ回路１０ｃとが協働して、第１交流電圧を変換し、両出力線（第１出力線ＯＬ１、及び第２出力線ＯＬ２）間に供給する直流電圧を、「第１直流電圧」とする。

【0037】

制御部２０は、第１切替状態において、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２（詳細にはハーフブリッジ回路１０ｂ）と、ハーフブリッジ回路１０ｃとを協働させて、第１直流電圧を第２交流電圧に変換する。制御部２０は、例えば、セル１１ｂとセル１２ｃとをオン状態にしつつ、セル１２ｂとセル１１ｃとをオフ状態にする、又はセル１１ｂとセル１２ｃとをオフ状態にしつつ、セル１２ｂとセル１１ｃとをオン状態にする。この場合、制御部２０は、ＡＣ／ＤＣ変換において動作しているハーフブリッジ回路１０ｃ（セル１１ｃ，１２ｃ）の動作に対応させて、ハーフブリッジ回路１０ｂ（セル１１ｂ，１２ｂ）を動作させる。この場合、ハーフブリッジ回路１０ｃは、第１直流電圧を第２交流電圧の周波数に合わせて負電圧に反転させるのに用いられる。これにより、第１交流電圧が第１直流電圧に変換されつつ、第１直流電圧が第２交流電圧に変換される。つまり、ＡＣ／ＤＣ変換とＤＣ／ＡＣ変換とが同時に行われる。

【0038】

ちなみに、制御部２０は、第２交流電圧が第１交流電圧よりも小さい電圧になるようにハーフブリッジ回路１０ｂのスイッチング素子を制御するＰＷＭ制御信号のパルス幅を変調して制御する。これにより、第１交流電圧よりも電圧が低い第２交流電圧が交流負荷Ｖ２に供給される。

【0039】

また、制御部２０は、第２切替状態において、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２（詳細にはハーフブリッジ回路１０ｂ）と、ハーフブリッジ回路１０ｃとを協働させて、第１交流電圧を第１直流電圧に変換する。制御部２０は、例えば、ハーフブリッジ回路１０ａとハーフブリッジ回路１０ｂとを同期して動作させ、第１交流電圧を第１直流電圧に変換する。すなわち、第２切替状態時では、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２は、第１交流電圧を第１直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換を行うものとして機能する。換言すれば、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２は、切替器ＳＷの状態に応じて、ＡＣ／ＤＣ変換またはＤＣ／ＡＣ変換を行う双方向変換回路である。なお、第２切替状態におけるハーフブリッジ回路１０ａとハーフブリッジ回路１０ｃとが協働する動作は、上述した第１切替状態の動作と同様の動作であるため、説明を省略する。

【0040】

なお、上述では、制御部２０は、ハーフブリッジ回路１０ｂと、ハーフブリッジ回路１０ｃとを協働して動作させ、第１交流電圧を第２交流電圧に変換させる場合について説明したが、これに限られない。制御部２０は、ハーフブリッジ回路１０ａとハーフブリッジ回路１０ｃとが協働して動作して交流電源Ｖ１から出力される第１交流電圧を直流電圧に変換する際に、ハーフブリッジ回路１０ｂとハーフブリッジ回路１０ｃとのスイッチング素子をインターリーブ動作させ、力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路として動作させてもよい。

【0041】

第１実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１－１）電力変換装置１は、交流電源Ｖ１及び交流負荷Ｖ２の双方に接続されるものであって、第１出力線ＯＬ１及び第２出力線ＯＬ２を有する。交流電源Ｖ１は、第１交流電圧を出力するものであって第１端ｔ１１及び第２端ｔ２２を有する。交流負荷Ｖ２は、第１交流電圧とは電圧が異なる第２交流電圧が入力されるものであって第１端ｔ２１及び第２端ｔ２２を有する。電力変換装置１は、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１と交流負荷Ｖ２の第１端ｔ２１とを接続する接続線ｃｗ１と、共用ハーフブリッジ回路（この一例では、ハーフブリッジ回路１０ｃ）と、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１と、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２とを備えている。

【0042】

ハーフブリッジ回路１０ｃは、互いに直列接続された状態で第１出力線ＯＬ１及び第２出力線ＯＬ２に接続された上アームスイッチング素子（セル１１ｃのスイッチング素子）及び下アームスイッチング素子（セル１２ｃのスイッチング素子）と、接続線ｃｗ１が接続された中性点と、を有する。ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１は、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２が接続され、ハーフブリッジ回路１０ｃと協働して交流電源Ｖ１から出力される第１交流電圧を第１直流電圧に変換し、その変換した第１直流電圧を両出力線（第１出力線ＯＬ１、第２出力線ＯＬ２）に供給する。

【0043】

ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２は、交流負荷Ｖ２の第２端ｔ２２が接続され、ハーフブリッジ回路１０ｃと協働して第１直流電圧を第２交流電圧に変換し、その変換した第２交流電圧を交流負荷Ｖ２に出力する。

【0044】

かかる構成によれば、第１交流電圧から第１直流電圧へのＡＣ／ＤＣ変換と、第１直流電圧から第２交流電圧へのＤＣ／ＡＣ変換と、の双方を行うことができる。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換及びＤＣ／ＡＣ変換の双方においてハーフブリッジ回路１０ｃが用いられるため、構成の簡素化を図ることができる。

【0045】

（１－２）ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１は、両出力線（第１出力線ＯＬ１、及び第２出力線ＯＬ２）に接続された第１ハーフブリッジ回路としてのハーフブリッジ回路１０ａと、第１コイルＬ１と、を有している。ハーフブリッジ回路１０ａは、互いに直列に接続された上アームスイッチング素子（セル１１ａのスイッチング素子）及び下アームスイッチング素子（セル１２ａのスイッチング素子）と、第１コイルＬ１を介して交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２が接続された中性点と、を有している。

【0046】

ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２は、両出力線（第１出力線ＯＬ１、第２出力線ＯＬ２）に接続された第２ハーフブリッジ回路としてのハーフブリッジ回路１０ｂと、第２コイルＬ２と、を有している。ハーフブリッジ回路１０ｂは、互いに直列に接続された上アームスイッチング素子（セル１１ｂのスイッチング素子）及び下アームスイッチング素子（セル１２ｂのスイッチング素子）と、第２コイルＬ２を介して交流負荷Ｖ２の第２端ｔ２２が接続された中性点と、を有している。

【0047】

かかる構成によれば、ハーフブリッジ回路１０ａとハーフブリッジ回路１０ｃとによってＡＣ／ＤＣ変換が行われ、ハーフブリッジ回路１０ｂとハーフブリッジ回路１０ｃとによってＤＣ／ＡＣ変換が行われる。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、ハーフブリッジ回路１０ｂのセル１１ｂのスイッチング素子、及びセル１２ｂのスイッチング素子のデューティ比を調整することにより、第２交流電圧を第１交流電圧とは異ならせることができる。また、本実施形態の電力変換装置１は、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１とＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２とのそれぞれに２つのハーフブリッジ回路を設ける構成と比較して、構成の簡素化を図ることができる。

【0048】

（１－３）電力変換装置１は、第２ハーフブリッジ回路としてのハーフブリッジ回路１０ｂの中性点への接続を切り替える切替器ＳＷを備えている。切替器ＳＷは、交流負荷Ｖ２の第２端ｔ２２とハーフブリッジ回路１０ｂの中性点とが接続された第１切替状態、または、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２とハーフブリッジ回路１０ｂの中性点とが接続された第２切替状態に切り替わるものである。ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２は、第１切替状態において、ハーフブリッジ回路１０ｃと協働して交流電源Ｖ１から出力される第１交流電圧を第１直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換を行う。また、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２は、第２切替状態において、ハーフブリッジ回路１０ｃと協働して第１直流電圧を第２交流電圧に変換し、交流負荷Ｖ２に供給する。

【0049】

かかる構成によれば、切替器ＳＷを第１切替状態にすることにより、ＡＣ／ＤＣ変換とＤＣ／ＡＣ変換とを同時に行うことができる。また、切替器ＳＷが第２切替状態である場合、ハーフブリッジ回路１０ｂは、ハーフブリッジ回路１０ｃと協働してＡＣ／ＤＣ変換を行うものとして機能する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、第２交流電圧を供給する必要がない場合には、切替器ＳＷを第２切替状態にすることにより、ＡＣ／ＤＣ変換の電力を大きくすることができる。

【0050】

なお、上述した実施形態では、電力変換装置１が切替器ＳＷを備える場合について説明したが、これに限られない。電力変換装置１は、切替器ＳＷを備えていなくてもよい。この場合、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２とハーフブリッジ回路１０ａの中性点とが第１配線ｗｄ１により接続される。また、この場合、交流負荷Ｖ２の第２端ｔ２２とハーフブリッジ回路１０ｂの中性点とが第２配線ｗｄ２により接続される。この接続により、本実施形態の電力変換装置１は、常時、上述した第１切替状態として動作する。

【0051】

これにより、本実施形態の電力変換装置１は、ＡＣ／ＤＣ変換とＤＣ／ＡＣ変換とを同時に行いつつ、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１とＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２とのそれぞれに２つのハーフブリッジ回路を設ける構成と比較して、構成の簡素化を図ることができる。

【0052】

＜第２実施形態＞
以下、図面を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態では、電力変換装置２が、ＤＣ／ＤＣ変換器を更に備える場合について説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0053】

図２に示すように、電力変換装置２は、例えば共用ハーフブリッジ回路であるハーフブリッジ回路１０ｃと、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１と、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２と、ＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３とを備える。本実施形態のハーフブリッジ回路１０ｃは、第１実施形態と同様に、第１出力線ＯＬ１、及び第２出力線ＯＬ２に接続され、中性点が、接続線ｃｗ１に接続されている。本実施形態のＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２は、第１実施形態と同様に、ハーフブリッジ回路１０ｂと、第２コイルＬ２とを有する。ハーフブリッジ回路１０ｂは、第１出力線ＯＬ１及び第２出力線ＯＬ２に接続されている。ハーフブリッジ回路１０ｂの中性点は、第２配線ｗｄ２によって交流負荷Ｖ２の第２端ｔ２２に接続され、第２配線ｗｄ２上には第２コイルＬ２が設けられる。

【0054】

本実施形態では、電力変換装置２において、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１と、ＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３とが一体化されている。詳細には、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１は、第３コイルＬ３と、第４コイルＬ４と、ハーフブリッジ回路１０ｅと、ハーフブリッジ回路１０ｄとを含む。ＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３は、ハーフブリッジ回路１０ｄと、ハーフブリッジ回路１０ｅと、第３コイルＬ３と、第４コイルＬ４と、トランスＴＲと、ハーフブリッジ回路１０ｆと、ハーフブリッジ回路１０ｇとを含む。すなわち、本実施形態では、第３コイルＬ３と、第４コイルＬ４と、ハーフブリッジ回路１０ｅと、ハーフブリッジ回路１０ｄとが、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１と、ＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３との双方において共用されている。

【0055】

ハーフブリッジ回路１０ｄは、「第３ハーフブリッジ回路」の一例であり、ハーフブリッジ回路１０ｅは、「第４ハーフブリッジ回路」の一例であり、ハーフブリッジ回路１０ｆとハーフブリッジ回路１０ｇとは、「第５ハーフブリッジ回路」の一例である。

【0056】

トランスＴＲは、１次巻線及び２次巻線を有する。交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２は、トランスＴＲの一次巻線の中間タップに接続される。ハーフブリッジ回路１０ｄは、第１出力線ＯＬ１、及び第２出力線ＯＬ２に接続されている。ハーフブリッジ回路１０ｄの中性点は、第３コイルＬ３を介してトランスＴＲの一次巻線の第１端に接続されている。つまり、ハーフブリッジ回路１０ｄの中性点は、第３コイルＬ３、トランスＴＲの一次巻線の第１端、及び中間タップを介して、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２に接続される。本実施形態において、第３コイルＬ３、及び第４コイルＬ４は、「第５コイル」の一例である。

【0057】

ハーフブリッジ回路１０ｅは、第１出力線ＯＬ１、及び第２出力線ＯＬ２に接続されている。ハーフブリッジ回路１０ｅの中性点は、第４コイルＬ４を介してトランスＴＲの一次巻線の第２端に接続されている。つまり、ハーフブリッジ回路１０ｅの中性点は、第４コイルＬ４、トランスＴＲの一次巻線の第２端、及び中間タップを介して交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２に接続される。

【0058】

電力変換装置２は、第３出力線ＯＬ３と、第４出力線ＯＬ４とを有する。ハーフブリッジ回路１０ｆと、ハーフブリッジ回路１０ｇとは、第３出力線ＯＬ３と、第４出力線ＯＬ４との間に、互いに並列に接続される。ハーフブリッジ回路１０ｆの中性点は、トランスＴＲの二次巻線の第１端に接続される。また、ハーフブリッジ回路１０ｇの中性点は、トランスＴＲの二次巻線の第２端に接続される。

【0059】

電力変換装置２は、コンデンサＣ２を備える。コンデンサＣ２は、ハーフブリッジ回路１０ｂとハーフブリッジ回路１０ｄとの間に設けられている。コンデンサＣ２は、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１によって変換された第１直流電圧を平滑化する。電力変換装置２は、コンデンサＣ３を備える。コンデンサＣ３は、ＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３によって変換された第２直流電圧を平滑化する。

【0060】

なお、上述では、制御部２０は、ハーフブリッジ回路１０ｂと、ハーフブリッジ回路１０ｃとを協働して動作させ、第１交流電圧を第２交流電圧に変換させる場合について説明したが、これに限られない。制御部２０は、ハーフブリッジ回路１０ｃ，１０ｄ，１０ｅが協働して動作して交流電源Ｖ１から出力される第１交流電圧を直流電圧に変換する際に、ハーフブリッジ回路１０ｂとハーフブリッジ回路１０ｃとのスイッチング素子をインターリーブ動作させ、力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路として動作させてもよい。

【0061】

制御部２０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１（詳細にはハーフブリッジ回路１０ｄ，１０ｅ）とハーフブリッジ回路１０ｃとを協働して動作させることによって、第１交流電圧を第１直流電圧に変換させる。この場合、ハーフブリッジ回路１０ｃは、第１交流電圧を全波整流するものとして機能する。また、制御部２０は、ＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３（詳細にはハーフブリッジ回路１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ）を協働して動作させることによって、第１直流電圧を第２直流電圧に変換する。

【0062】

また、制御部２０は、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２（詳細にはハーフブリッジ回路１０ｂ）とハーフブリッジ回路１０ｃとを協働して動作させることによって第１交流電圧を第２交流電圧に変換する。

【0063】

第２実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（２－１）電力変換装置２は、一次巻線及び二次巻線を有するトランスＴＲを有し、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１が変換した第１直流電圧を第２直流電圧に変換し、変換した第２直流電圧を第３出力線ＯＬ３と第４出力線ＯＬ４との間に生じさせるＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３を更に備える。ＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３は、ハーフブリッジ回路１０ｄと、ハーフブリッジ回路１０ｅと、第３コイルＬ３と、第４コイルＬ４と、トランスＴＲと、ハーフブリッジ回路１０ｆと、ハーフブリッジ回路１０ｇとを含む。また、電力変換装置２のＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１は、第３コイルＬ３と、第４コイルＬ４と、ハーフブリッジ回路１０ｅと、ハーフブリッジ回路１０ｄとを含む。

【0064】

かかる構成によれば、共用ハーフブリッジ回路（詳しくはハーフブリッジ回路１０ｃ）がＡＣ／ＤＣ変換及びＤＣ／ＡＣ変換の双方に用いられ、更に第３コイルＬ３と、第４コイルＬ４と、ハーフブリッジ回路１０ｅと、ハーフブリッジ回路１０ｄとが、ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１、及びＤＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ３との双方において共用されている。これにより、構成の簡素化を図ることができる。

【0065】

（２－２）また、電力変換装置２では、トランスＴＲによってハーフブリッジ回路１０ｄ、及びハーフブリッジ回路１０ｅが、ハーフブリッジ回路１０ｆ、及びハーフブリッジ回路１０ｇから電気的に絶縁される。これにより、本実施形態の電力変換装置２においてハーフブリッジ回路１０ｄ、及びハーフブリッジ回路１０ｅは、ハーフブリッジ回路１０ｆ、及びハーフブリッジ回路１０ｇで発生した高電圧による電流の影響を抑制することができる。

【0066】

上記各実施形態は以下のように変更してもよい。また、技術的に矛盾が生じない範囲内で上記各実施形態と下記別例とを適宜組み合わせもよい。
○ ＡＣ／ＤＣ変換回路ｃｔ１の具体的な構成は任意である。同様に、ＤＣ／ＡＣ変換回路ｃｔ２の具体的な構成は任意である。

【0067】

○ 電力変換装置１，２が搭載される対象は、電気自動車に限られず、任意である。

【符号の説明】

【0068】

１、２…電力変換装置、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｅ…ハーフブリッジ回路、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…セル、２０…制御部、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…コンデンサ、Ｌ１…第１コイル、Ｌ２…第２コイル、Ｌ３…第３コイル、Ｌ４…第４コイル、Ｖ１…交流電源、Ｖ２…交流負荷、ＯＬ１…第１出力線、ＯＬ２…第２出力線、ｃｔ１…ＡＣ／ＤＣ変換回路、ｃｔ２…ＤＣ／ＡＣ変換回路、ｃｔ３…ＤＣ／ＤＣ変換回路。

【図1】

【図2】