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(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】P2023070425
(43)【公開日】2023-05-19
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 3/155 20060101AFI20230512BHJP
【ＦＩ】
H02M3/155 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021182598
(22)【出願日】2021-11-09
(71)【出願人】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】504203572
【氏名又は名称】国立大学法人茨城大学
(74)【代理人】
【識別番号】100121821
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 強
(74)【代理人】
【識別番号】100139480
【弁理士】
【氏名又は名称】日野 京子
(74)【代理人】
【識別番号】100125575
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100175134
【弁理士】
【氏名又は名称】北 裕介
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 一馬
(72)【発明者】
【氏名】荒木 清道
(72)【発明者】
【氏名】鵜野 将年
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AA15
5H730AS04
5H730AS13
5H730BB14
5H730BB57
5H730DD04
5H730DD12
5H730DD13
5H730FD01
5H730FD11
5H730FF09
5H730FG01
(57)【要約】
【課題】構成部品を削減できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１０は、上アーム第１，第２ダイオードＤＨ１，ＤＨ２と、中間アーム第１，第２スイッチＱＭ１，ＱＭ２と、下アーム第１，第２スイッチＱＬ１，ＱＬ２とを備えている。電力変換装置１０は、上アーム第１ダイオードＤＨ１及び上アーム第２ダイオードＤＨ２の接続点と、中間アーム第２スイッチＱＭ２及び下アーム第１スイッチＱＬ１の接続点とを接続するリアクトル３０及び第１中間コンデンサ３１の直列接続体と、中間アーム第１スイッチＱＭ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２の接続点と、下アーム第１スイッチＱＬ１及び下アーム第２スイッチＱＬ２の接続点とを接続する第２中間コンデンサ３２とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】電力変換装置１０は、上アーム第１，第２ダイオードＤＨ１，ＤＨ２と、中間アーム第１，第２スイッチＱＭ１，ＱＭ２と、下アーム第１，第２スイッチＱＬ１，ＱＬ２とを備えている。電力変換装置１０は、上アーム第１ダイオードＤＨ１及び上アーム第２ダイオードＤＨ２の接続点と、中間アーム第２スイッチＱＭ２及び下アーム第１スイッチＱＬ１の接続点とを接続するリアクトル３０及び第１中間コンデンサ３１の直列接続体と、中間アーム第１スイッチＱＭ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２の接続点と、下アーム第１スイッチＱＬ１及び下アーム第２スイッチＱＬ２の接続点とを接続する第２中間コンデンサ３２とを備えている。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力端子（ＴＨ１，ＴＨ２；ＴＬ１，ＴＬ２）から入力された電圧を変圧して出力端子（ＴＨ２，ＴＨ１；ＴＬ２，ＴＬ１）から出力する電力変換装置（１０）において、
上アーム第１半導体部（ＤＨ１，ＱＨ１）及び上アーム第２半導体部（ＤＨ２，ＱＨ２）の直列接続体と、
中間アーム第１スイッチ部（ＱＭ１）及び中間アーム第２スイッチ部（ＱＭ２）の直列接続体と、
下アーム第１半導体部（ＱＬ１，ＤＬ１）及び下アーム第２半導体部（ＱＬ２，ＤＬ２）の直列接続体と、
前記上アーム第１半導体部及び前記上アーム第２半導体部の接続点と、前記中間アーム第２スイッチ部及び前記下アーム第１半導体部の接続点とを接続するリアクトル（３０）及び第１中間コンデンサ（３１）の直列接続体と、
前記中間アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部の接続点と、前記下アーム第１半導体部及び前記下アーム第２半導体部の接続点とを接続する電気経路に設けられた第２中間コンデンサ（３２；３２Ａ，３２Ｂ）と、
を備える、電力変換装置。
上アーム第１半導体部（ＤＨ１，ＱＨ１）及び上アーム第２半導体部（ＤＨ２，ＱＨ２）の直列接続体と、
中間アーム第１スイッチ部（ＱＭ１）及び中間アーム第２スイッチ部（ＱＭ２）の直列接続体と、
下アーム第１半導体部（ＱＬ１，ＤＬ１）及び下アーム第２半導体部（ＱＬ２，ＤＬ２）の直列接続体と、
前記上アーム第１半導体部及び前記上アーム第２半導体部の接続点と、前記中間アーム第２スイッチ部及び前記下アーム第１半導体部の接続点とを接続するリアクトル（３０）及び第１中間コンデンサ（３１）の直列接続体と、
前記中間アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部の接続点と、前記下アーム第１半導体部及び前記下アーム第２半導体部の接続点とを接続する電気経路に設けられた第２中間コンデンサ（３２；３２Ａ，３２Ｂ）と、
を備える、電力変換装置。
【請求項2】
前記入力端子としての高電位側入力端子（ＴＨ１）及び低電位側入力端子（ＴＬ１）から入力された電圧を昇圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子（ＴＨ２）及び低電位側出力端子（ＴＬ２）から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１ダイオード部（ＤＨ１）であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２ダイオード部（ＤＨ２）であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１スイッチ部（ＱＬ１）であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２スイッチ部（ＱＬ２）であり、
前記上アーム第１ダイオード部のカソードに、前記高電位側出力端子が接続され、
前記上アーム第２ダイオード部のアノードに、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２ダイオード部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記高電位側入力端子が接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１ダイオード部（ＤＨ１）であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２ダイオード部（ＤＨ２）であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１スイッチ部（ＱＬ１）であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２スイッチ部（ＱＬ２）であり、
前記上アーム第１ダイオード部のカソードに、前記高電位側出力端子が接続され、
前記上アーム第２ダイオード部のアノードに、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２ダイオード部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記高電位側入力端子が接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記中間アーム第１スイッチ部及び前記下アーム第１スイッチ部をオフし、前記中間アーム第２スイッチ部及び前記下アーム第２スイッチ部をオンするＭｏｄｅ１、前記中間アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部をオンし、前記下アーム第１スイッチ部及び前記下アーム第２スイッチ部をオフするＭｏｄｅ２、前記中間アーム第１スイッチ部及び前記下アーム第１スイッチ部をオンし、前記中間アーム第２スイッチ部及び前記下アーム第２スイッチ部をオフするＭｏｄｅ３、及び前記Ｍｏｄｅ２をこの順に繰り返す昇圧制御を実行する制御装置（６０）を備える、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流が０近傍となるタイミングにおいて、前記Ｍｏｄｅ１から前記Ｍｏｄｅ２への切り替え、前記Ｍｏｄｅ２から前記Ｍｏｄｅ３への切り替え、前記Ｍｏｄｅ３から前記Ｍｏｄｅ２への切り替え、及び前記Ｍｏｄｅ２から前記Ｍｏｄｅ１への切り替えを実行する、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記入力端子及び前記出力端子として、第１高電位側端子（ＴＨ１）、第１低電位側端子（ＴＬ１）、第２高電位側端子（ＴＨ２）及び第２低電位側端子（ＴＬ２）が設けられ、
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１スイッチ部（ＱＨ１）であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２スイッチ部（ＱＨ２）であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１スイッチ部（ＱＬ１）であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２スイッチ部（ＱＬ２）であり、
前記上アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記第２高電位側端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記第２低電位側端子及び前記第１低電位側端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記第１高電位側端子が接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１スイッチ部（ＱＨ１）であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２スイッチ部（ＱＨ２）であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１スイッチ部（ＱＬ１）であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２スイッチ部（ＱＬ２）であり、
前記上アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記第２高電位側端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記第２低電位側端子及び前記第１低電位側端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記第１高電位側端子が接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記上アーム第１スイッチ部、前記中間アーム第１スイッチ部及び前記下アーム第１スイッチ部をオフし、前記上アーム第２スイッチ部、前記中間アーム第２スイッチ部及び前記下アーム第２スイッチ部をオンするＭｏｄｅ１、前記上アーム第１スイッチ部、前記中間アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部をオンし、前記上アーム第２スイッチ部、前記下アーム第１スイッチ部及び前記下アーム第２スイッチ部をオフするＭｏｄｅ２、前記上アーム第２スイッチ部、前記中間アーム第１スイッチ部及び前記下アーム第１スイッチ部をオンし、前記上アーム第１スイッチ部、前記中間アーム第２スイッチ部及び前記下アーム第２スイッチ部をオフするＭｏｄｅ３、及び前記Ｍｏｄｅ２をこの順に繰り返す制御を実行する制御装置（６０）を備える、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流が０近傍となるタイミングにおいて、前記Ｍｏｄｅ１から前記Ｍｏｄｅ２への切り替え、前記Ｍｏｄｅ２から前記Ｍｏｄｅ３への切り替え、前記Ｍｏｄｅ３から前記Ｍｏｄｅ２への切り替え、及び前記Ｍｏｄｅ２から前記Ｍｏｄｅ１への切り替えを実行する、請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記入力端子としての高電位側入力端子（ＴＨ２）及び低電位側入力端子（ＴＬ２）から入力された電圧を降圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子（ＴＨ１）及び低電位側出力端子（ＴＬ１）から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１スイッチ部（ＱＨ１）であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２スイッチ部（ＱＨ２）であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１ダイオード部（ＤＬ１）であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２ダイオード部（ＤＬ２）であり、
前記上アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記高電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１ダイオード部のカソードが接続され、
前記下アーム第２ダイオード部のアノードに、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記高電位側出力端子が接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１スイッチ部（ＱＨ１）であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２スイッチ部（ＱＨ２）であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１ダイオード部（ＤＬ１）であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２ダイオード部（ＤＬ２）であり、
前記上アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記高電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１ダイオード部のカソードが接続され、
前記下アーム第２ダイオード部のアノードに、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記高電位側出力端子が接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記上アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部をオフし、前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部をオンするＭｏｄｅ１、前記上アーム第１スイッチ部、前記中間アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部をオンし、前記上アーム第２スイッチ部をオフするＭｏｄｅ２、前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部をオンし、前記上アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部をオフするＭｏｄｅ３、及び前記Ｍｏｄｅ２をこの順に繰り返す降圧制御を実行する制御装置（６０）を備える、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項10】
前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流が０近傍となるタイミングにおいて、前記Ｍｏｄｅ１から前記Ｍｏｄｅ２への切り替え、前記Ｍｏｄｅ２から前記Ｍｏｄｅ３への切り替え、前記Ｍｏｄｅ３から前記Ｍｏｄｅ２への切り替え、及び前記Ｍｏｄｅ２から前記Ｍｏｄｅ１への切り替えを実行する、請求項９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、入力端子から入力された電圧を変圧して出力端子から出力する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の電力変換装置としては、特許文献１に記載されているように、ＬＣ共振を利用して昇圧比を１．５とする昇圧コンバータが知られている。詳しくは、特許文献１の図５に記載の昇圧コンバータは、４つのスイッチと、４つのダイオードと、２つのリアクトルと、５つのコンデンサとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第１０６３７３５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電力変換装置の搭載先における搭載スペースの制約上、電力変換装置には小型化が要求されている。このため、リアクトルを含む受動素子や、スイッチを含む半導体素子の数を削減することが望まれている。
【0005】
本発明は、構成部品を削減できる電力変換装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、入力端子から入力された電圧を変圧して出力端子から出力する電力変換装置において、
上アーム第１半導体部及び上アーム第２半導体部の直列接続体と、
中間アーム第１スイッチ部及び中間アーム第２スイッチ部の直列接続体と、
下アーム第１半導体部及び下アーム第２半導体部の直列接続体と、
前記上アーム第１半導体部及び前記上アーム第２半導体部の接続点と、前記中間アーム第２スイッチ部及び前記下アーム第１半導体部の接続点とを接続するリアクトル及び第１中間コンデンサの直列接続体と、
前記中間アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部の接続点と、前記下アーム第１半導体部及び前記下アーム第２半導体部の接続点とを接続する電気経路に設けられた第２中間コンデンサと、を備える。
上アーム第１半導体部及び上アーム第２半導体部の直列接続体と、
中間アーム第１スイッチ部及び中間アーム第２スイッチ部の直列接続体と、
下アーム第１半導体部及び下アーム第２半導体部の直列接続体と、
前記上アーム第１半導体部及び前記上アーム第２半導体部の接続点と、前記中間アーム第２スイッチ部及び前記下アーム第１半導体部の接続点とを接続するリアクトル及び第１中間コンデンサの直列接続体と、
前記中間アーム第１スイッチ部及び前記中間アーム第２スイッチ部の接続点と、前記下アーム第１半導体部及び前記下アーム第２半導体部の接続点とを接続する電気経路に設けられた第２中間コンデンサと、を備える。
【0007】
本発明は、昇圧機能を有する電力変換装置として、例えば以下のように具体化できる。
【0008】
前記入力端子としての高電位側入力端子及び低電位側入力端子から入力された電圧を昇圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子及び低電位側出力端子から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１ダイオード部であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２ダイオード部であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１スイッチ部であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２スイッチ部であり、
前記上アーム第１ダイオード部のカソードに、前記高電位側出力端子が接続され、
前記上アーム第２ダイオード部のアノードに、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２ダイオード部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記高電位側入力端子が接続されている。
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１ダイオード部であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２ダイオード部であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１スイッチ部であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２スイッチ部であり、
前記上アーム第１ダイオード部のカソードに、前記高電位側出力端子が接続され、
前記上アーム第２ダイオード部のアノードに、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２ダイオード部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記高電位側入力端子が接続されている。
【0009】
また、本発明は、昇圧機能を有する電力変換装置として、例えば以下のように具体化できる。
【0010】
前記入力端子及び前記出力端子として、第１高電位側端子、第１低電位側端子、第２高電位側端子及び第２低電位側端子が設けられ、
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１スイッチ部であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２スイッチ部であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１スイッチ部であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２スイッチ部であり、
前記上アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記第２高電位側端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記第２低電位側端子及び前記第１低電位側端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記第１高電位側端子が接続されている。
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１スイッチ部であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２スイッチ部であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１スイッチ部であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２スイッチ部であり、
前記上アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記第２高電位側端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記下アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記第２低電位側端子及び前記第１低電位側端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記第１高電位側端子が接続されている。
【0011】
また、本発明は、降圧機能を有する電力変換装置として、例えば以下のように具体化できる。
前記入力端子としての高電位側入力端子及び低電位側入力端子から入力された電圧を降圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子及び低電位側出力端子から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１スイッチ部であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２スイッチ部であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１ダイオード部であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２ダイオード部であり、
前記上アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記高電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１ダイオード部のカソードが接続され、
前記下アーム第２ダイオード部のアノードに、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記高電位側出力端子が接続されている。
前記入力端子としての高電位側入力端子及び低電位側入力端子から入力された電圧を降圧して、前記出力端子としての高電位側出力端子及び低電位側出力端子から出力する電力変換装置において、
前記上アーム第１半導体部は、上アーム第１スイッチ部であり、
前記上アーム第２半導体部は、上アーム第２スイッチ部であり、
前記下アーム第１半導体部は、下アーム第１ダイオード部であり、
前記下アーム第２半導体部は、下アーム第２ダイオード部であり、
前記上アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側に、前記高電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記中間アーム第１スイッチ部の両端のうち高電位側が接続され、
前記中間アーム第２スイッチ部の両端のうち低電位側に、前記下アーム第１ダイオード部のカソードが接続され、
前記下アーム第２ダイオード部のアノードに、前記低電位側出力端子及び前記低電位側入力端子が接続され、
前記上アーム第２スイッチ部及び前記中間アーム第１スイッチ部の接続点に前記高電位側出力端子が接続されている。
【0012】
本発明によれば、電力変換装置の構成部品の中で体格が比較的大きいリアクトル及びコンデンサの数を削減することができ、電力変換装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図2】スイッチの駆動状態、電流及び電圧等の推移を示すタイムチャート。
【図3】Ｍｏｄｅ１における電流の流通状態を示す図。
【図4】Ｍｏｄｅ２における電流の流通状態を示す図。
【図5】Ｍｏｄｅ３における電流の流通状態を示す図。
【図6】体格低減効果を示す図。
【図7】第２実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図8】スイッチの駆動状態、電流及び電圧等の推移を示すタイムチャート。
【図9】Ｍｏｄｅ１における電流の流通状態を示す図。
【図10】Ｍｏｄｅ２における電流の流通状態を示す図。
【図11】Ｍｏｄｅ３における電流の流通状態を示す図。
【図12】第３実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図13】昇圧制御におけるスイッチの駆動状態、電流及び電圧等の推移を示すタイムチャート。
【図14】Ｍｏｄｅ１における電流の流通状態を示す図。
【図15】Ｍｏｄｅ２における電流の流通状態を示す図。
【図16】Ｍｏｄｅ３における電流の流通状態を示す図。
【図17】昇圧制御におけるスイッチの駆動状態、電流及び電圧等の推移を示すタイムチャート。
【図18】Ｍｏｄｅ１における電流の流通状態を示す図。
【図19】Ｍｏｄｅ２における電流の流通状態を示す図。
【図20】Ｍｏｄｅ３における電流の流通状態を示す図。
【図21】その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図22】その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図23】その他の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。電力変換装置は、例えば、車両、航空機又は船舶等の移動体に搭載される。車両は、例えば、回転電機及びエンジンを備えるハイブリッド車、又は回転電機及びエンジンのうち回転電機のみを備える電気自動車である。
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。電力変換装置は、例えば、車両、航空機又は船舶等の移動体に搭載される。車両は、例えば、回転電機及びエンジンを備えるハイブリッド車、又は回転電機及びエンジンのうち回転電機のみを備える電気自動車である。
【0015】
図１に示すように、電力変換装置１０は、第１コンデンサ２１、中間アーム第１スイッチＱＭ１（「中間アーム第１スイッチ部」に相当）、中間アーム第２スイッチＱＭ２（「中間アーム第２スイッチ部」に相当）、下アーム第１スイッチＱＬ１（「下アーム第１スイッチ部」に相当）及び下アーム第２スイッチＱＬ２（「下アーム第２スイッチ部」に相当）を備えている。本実施形態において、各スイッチＱＭ１，ＱＭ２，ＱＬ１，ＱＬ２は、ボディダイオードを有するＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【0016】
電力変換装置１０の第１高電位側端子ＴＨ１（「高電位側入力端子」に相当）には、第１コンデンサ２１の第１端と、中間アーム第１スイッチＱＭ１のドレインが接続されている。中間アーム第１スイッチＱＭ１のソースには、中間アーム第２スイッチＱＭ２のドレインが接続され、中間アーム第２スイッチＱＭ２のソースには、下アーム第１スイッチＱＬ１のドレインが接続されている。下アーム第１スイッチＱＬ１のソースには、下アーム第２スイッチＱＬ２のドレインが接続されている。下アーム第２スイッチＱＬ２のソースには、第１コンデンサ２１の第２端と、電力変換装置１０の第１低電位側端子ＴＬ１（「低電位側入力端子」に相当）とが接続されている。なお、各端子ＴＨ１，ＴＬ１には、例えば、ＡＣＤＣコンバータの直流側端子、又は２次電池が接続される。２次電池は、例えば、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池である。
【0017】
電力変換装置１０は、上アーム第１ダイオードＤＨ１（「上アーム第１ダイオード部」に相当）、上アーム第２ダイオードＤＨ２（「上アーム第２ダイオード部」に相当）及び第２コンデンサ２２を備えている。上アーム第１ダイオードＤＨ１のカソードには、電力変換装置１０の第２高電位側端子ＴＨ２（「高電位側出力端子」に相当）と、第２コンデンサ２２の第１端とが接続されている。第２コンデンサ２２の第２端には、電力変換装置１０の第２低電位側端子ＴＬ２（「低電位側出力端子」に相当）と、下アーム第２スイッチＱＬ２のソースとが接続されている。上アーム第１ダイオードＤＨ１のアノードには、上アーム第２ダイオードＤＨ２のカソードが接続されている。上アーム第２ダイオードＤＨ２のアノードには、中間アーム第１スイッチＱＭ１のドレインが接続されている。なお、各端子ＴＨ２，ＴＬ２には、例えば、ＡＣＤＣコンバータの直流側端子、又は２次電池が接続される。２次電池は、例えば、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池である。本実施形態において、第２高電位側端子ＴＨ２及び第２低電位側端子ＴＬ２に接続されるＡＣＤＣコンバータの直流側端子又は２次電池の定格電圧（例えば４５０Ｖ）は、第１高電位側端子ＴＨ１及び第１低電位側端子ＴＬ１に接続されるＡＣＤＣコンバータの直流側端子又は２次電池の定格電圧（例えば３００Ｖ）よりも高い。
【0018】
電力変換装置１０は、リアクトル３０、第１中間コンデンサ３１及び第２中間コンデンサ３２を備えている。リアクトル３０の第１端には、上アーム第１ダイオードＤＨ１のアノード及び上アーム第２ダイオードＤＨ２のカソードが接続されている。リアクトル３０の第２端には、第１中間コンデンサ３１の第１端が接続されている。第１中間コンデンサ３１の第２端には、中間アーム第２スイッチＱＭ２のソース及び下アーム第１スイッチＱＬ１のドレインが接続されている。第２中間コンデンサ３２の第１端には、中間アーム第１スイッチＱＭ１のソース及び中間アーム第２スイッチＱＭ２のドレインが接続されている。第２中間コンデンサ３２の第２端には、下アーム第１スイッチＱＬ１のソース及び下アーム第２スイッチＱＬ２のドレインが接続されている。
【0019】
電力変換装置１０は、第１電圧センサ５１及び第２電圧センサ５２を備えている。第１電圧センサ５１は、第１コンデンサ２１の端子間電圧を検出し、第２電圧センサ５２は、第２コンデンサ２２の端子間電圧を検出する。各電圧センサ５１，５２の検出値は、電力変換装置１０が備える制御装置６０に入力される。
【0020】
制御装置６０は、中間アーム第１スイッチＱＭ１、中間アーム第２スイッチＱＭ２、下アーム第１スイッチＱＬ１及び下アーム第２スイッチＱＬ２のスイッチング制御を行うことにより、第１高電位側端子ＴＨ１（「高電位側入力端子」に相当）及び第１低電位側端子ＴＬ１（「低電位側入力端子」に相当）から入力された電圧を昇圧して、第２高電位側端子ＴＨ２（「高電位側出力端子」に相当）及び第２低電位側端子ＴＬ２（「低電位側出力端子」に相当）から出力する電力変換処理を行う。なお、制御装置６０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。
【0021】
次に、図２を用いて、電力変換処理について説明する。図２（ａ）において、実線は第１電圧センサ５１により検出された低圧側電圧ＶＬの推移を示し、破線は第２電圧センサ５２により検出された高圧側電圧ＶＨの推移を示す。図２（ｂ）は、上アーム第１ダイオードＤＨ１及び上アーム第２ダイオードＤＨ２の接続点からリアクトル３０へと流れる電流ｉＣｆの推移を示し、図２（ｃ）は、第１コンデンサ２１に流れる電流ｉＬの推移を示す。図２（ｄ）において、実線は中間アーム第１スイッチＱＭ１の駆動状態の推移を示し、破線は中間アーム第２スイッチＱＭ２の駆動状態の推移を示す。図２（ｅ）において、実線は下アーム第１スイッチＱＬ１の駆動状態の推移を示し、破線は下アーム第２スイッチＱＬ２の駆動状態の推移を示す。図２（ｆ）において、実線は上アーム第１ダイオードＤＨ１の端子間電圧ＶＤＨ１の推移を示し、破線は上アーム第２ダイオードＤＨ２の端子間電圧ＶＤＨ２の推移を示す。図２（ｇ）において、実線は中間アーム第１スイッチＱＭ１の端子間電圧ＶＱＭ１（ドレイン及びソース間電圧）の推移を示し、破線は中間アーム第２スイッチＱＭ２の端子間電圧ＶＱＭ２の推移を示す。図２（ｈ）において、実線は下アーム第１スイッチＱＬ１の端子間電圧ＶＱＬ１の推移を示し、破線は下アーム第２スイッチＱＬ２の端子間電圧ＶＱＬ２の推移を示す。図２において、各電流，電圧の符号は、図１に示す矢印の向きを正とする。
【0022】
制御装置６０は、電力変換処理として、Ｍｏｄｅ１、Ｍｏｄｅ２、Ｍｏｄｅ３及びＭｏｄｅ２からなる１サイクルを繰り返す処理を行う。これにより、第１高電位側端子ＴＨ１及び第１低電位側端子ＴＬ１の入力電圧を約１．５倍して第２高電位側端子ＴＨ２及び第２低電位側端子ＴＬ２から出力する。Ｍｏｄｅ１の期間において、中間アーム第２スイッチＱＭ２及び下アーム第２スイッチＱＬ２がオンされ、中間アーム第１スイッチＱＭ１及び下アーム第１スイッチＱＬ１がオフされる。Ｍｏｄｅ２の期間において、中間アーム第１，第２スイッチＱＭ１，ＱＭ２がオンされ、下アーム第１，第２スイッチＱＬ１，ＱＬ２がオフされる。Ｍｏｄｅ３の期間において、中間アーム第１スイッチＱＭ１及び下アーム第１スイッチＱＬ１がオンされ、中間アーム第２スイッチＱＭ２及び下アーム第２スイッチＱＬ２がオフされる。
【0023】
Ｍｏｄｅ１の期間においては、図３に示すように、上アーム第２ダイオードＤＨ２、リアクトル３０、第１中間コンデンサ３１、中間アーム第２スイッチＱＭ２、第２中間コンデンサ３２、下アーム第２スイッチＱＬ２及び第１コンデンサ２１を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１，第２中間コンデンサ３１，３２とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。
【0024】
第１中間コンデンサ３１の静電容量をＣ１とし、第２中間コンデンサ３２の静電容量をＣ２とし、リアクトル３０のインダクタンスをＬとする場合、Ｍｏｄｅ１におけるＬＣ共振の共振周期である第１共振周期Ｔｃ１は下式（ｅｑ１）で表される。
【0025】
【数1】
【0026】
Ｍｏｄｅ２の期間においては、図４に示すように、中間アーム第１スイッチＱＭ１、中間アーム第２スイッチＱＭ２、第１中間コンデンサ３１、リアクトル３０、上アーム第１ダイオードＤＨ１、第２コンデンサ２２及び第１コンデンサ２１を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１中間コンデンサ３１とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。
【0027】
Ｍｏｄｅ２におけるＬＣ共振の共振周期である第２共振周期Ｔｃ２は下式（ｅｑ２）で表される。
【0028】
【数2】
【0029】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ２が開始されてから第２共振周期Ｔｃ２の半周期（＝Ｔｃ２×１／２）が経過したタイミングにおいて、中間アーム第２スイッチＱＭ２をオフに切り替え、下アーム第１スイッチＱＬ１をオンに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ２からＭｏｄｅ３に移行する。この際、中間アーム第２スイッチＱＭ２のオフへの切り替えと、下アーム第１スイッチＱＬ１のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0030】
Ｍｏｄｅ３の期間においては、図５に示すように、中間アーム第１スイッチＱＭ１、上アーム第２ダイオードＤＨ２、リアクトル３０、第１中間コンデンサ３１、下アーム第１スイッチＱＬ１及び第２中間コンデンサ３２を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１，第２中間コンデンサ３１，３２とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このＬＣ共振の共振周期は、上記第１共振周期Ｔｃ１である。
【0031】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ３が開始されてから第１共振周期Ｔｃ１の半周期が経過したタイミングにおいて、中間アーム第２スイッチＱＭ２をオンに切り替え、下アーム第１スイッチＱＬ１をオフに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ３からＭｏｄｅ２に移行する。この際、中間アーム第２スイッチＱＭ２のオンへの切り替えと、下アーム第１スイッチＱＬ１のオフへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0032】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ２が開始されてから第２共振周期Ｔｃ２の半周期が経過したタイミングにおいて、中間アーム第１スイッチＱＭ１をオフに切り替え、下アーム第２スイッチＱＬ２をオンに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ２からＭｏｄｅ１に移行し、Ｍｏｄｅ１、Ｍｏｄｅ２、Ｍｏｄｅ３及びＭｏｄｅ２からなる１サイクルが終了する。この際、中間アーム第１スイッチＱＭ１のオフへの切り替えと、下アーム第２スイッチＱＬ２のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0033】
図６に、比較例と本実施形態との体格の違いを示す。比較例は、上記特許文献１の図５の電力変換装置である。比較例ではスイッチ及びその駆動回路が４つ必要であるのに対し、本実施形態でも４つ必要である。一方、比較例ではダイオードが４つ必要であるのに対し、本実施形態では２つ必要である。また、比較例ではリアクトルが２つ必要であるのに対し、本実施形態では１つ必要であり、特に、リアクトルのインダクタンスを比較例の１／４にできている。また、比較例では、コンデンサが５つ必要であるのに対し、本実施形態では４つ必要であり、特に、コンデンサの静電容量を比較例の２／５にできている。比較例及び本実施形態において、ダイオード等の各構成の数を足し合わせた値を体格の大小とみなす場合、比較例の体格が１９であるのに対し、本実施形態の体格は１２．５である。つまり、本実施形態では、電力変換装置１０の体格が約３４％低減されている。
【0034】
特に、コンデンサやリアクトルといった受動部品は体格が大きくなりやすいため、コンデンサやリアクトルの数を減らすことのできる本実施形態によれば、電力変換装置の小型化を好適に図ることができる。
【0035】
図２に示すように、各スイッチＱＭ１，ＱＭ２，ＱＬ１，ＱＬ２のスイッチング周波数の２倍の周波数で電流ｉＣｆが変動する。これにより、各スイッチＱＭ１，ＱＭ２，ＱＬ１，ＱＬ２のスイッチング周波数を過度に高くすることなく、リアクトル３０及び各中間コンデンサ３１，３２の印加電圧の周波数を高めることができる。その結果、各スイッチＱＭ１，ＱＭ２，ＱＬ１，ＱＬ２のスイッチング周波数を過度に高くすることなく、リアクトル３０及び各中間コンデンサ３１，３２の小型化を図ることができる。
【0036】
これに対し、上記比較例では、リアクトル及びコンデンサの印加電圧の周波数が、スイッチのスイッチング周波数と同じ周波数となる。このため、比較例では、リアクトル及びコンデンサを小型化する場合、スイッチのスイッチング周波数を高める必要がある。
【0037】
＜第１実施形態の変形例＞
・Ｍｏｄｅ１～３のうち、あるＭｏｄｅから別のＭｏｄｅへの切り替えタイミングは、電流ｉＬ，ｉＣｆが０になるタイミングに限らず、電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングであってもよい。電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングは、例えば、電流ｉＬ、ｉＣｆが、０よりも大きくてかつ電流ｉＬ，ｉＣｆのピーク値が取り得る最大値の１／１０，１／２０若しくは１／４０以下の値となるタイミングである。電流ｉＬ，ｉＣｆが０になるタイミング、及び電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングを合わせた概念が、電流ｉＬ，ｉＣｆが０近傍になるタイミングである。
・Ｍｏｄｅ１～３のうち、あるＭｏｄｅから別のＭｏｄｅへの切り替えタイミングは、電流ｉＬ，ｉＣｆが０になるタイミングに限らず、電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングであってもよい。電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングは、例えば、電流ｉＬ、ｉＣｆが、０よりも大きくてかつ電流ｉＬ，ｉＣｆのピーク値が取り得る最大値の１／１０，１／２０若しくは１／４０以下の値となるタイミングである。電流ｉＬ，ｉＣｆが０になるタイミング、及び電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングを合わせた概念が、電流ｉＬ，ｉＣｆが０近傍になるタイミングである。
【0038】
・リアクトル３０は、上アーム第１，第２ダイオードＤＨ１，ＤＨ２の接続点と第１中間コンデンサ３１との間に限らず、第１中間コンデンサ３１と、中間アーム第２スイッチＱＭ２及び下アーム第１スイッチＱＬ１の接続点との間に設けられていてもよい。
【0039】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図７に示すように、上アーム第１，第２ダイオードＤＨ１，ＤＨ２に代えて、上アーム第１，第２スイッチＱＨ１，ＱＨ２が設けられ、下アーム第１，第２スイッチＱＬ１，ＱＬ２に代えて、下アーム第１，第２ダイオードＤＬ１，ＤＬ２（「下アーム第１，第２ダイオード部」に相当）が設けられている。本実施形態において、上アーム第１，第２スイッチＱＨ１，ＱＨ２はＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。なお、図７において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図７に示すように、上アーム第１，第２ダイオードＤＨ１，ＤＨ２に代えて、上アーム第１，第２スイッチＱＨ１，ＱＨ２が設けられ、下アーム第１，第２スイッチＱＬ１，ＱＬ２に代えて、下アーム第１，第２ダイオードＤＬ１，ＤＬ２（「下アーム第１，第２ダイオード部」に相当）が設けられている。本実施形態において、上アーム第１，第２スイッチＱＨ１，ＱＨ２はＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。なお、図７において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【0040】
上アーム第１スイッチＱＨ１のドレインには、第２コンデンサ２２の第１端と、第２高電位側端子ＴＨ２とが接続されている。上アーム第１スイッチＱＨ１のソースには、上アーム第２スイッチＱＨ２のドレインが接続されている。上アーム第２スイッチＱＨ２のソースには、中間アーム第１スイッチＱＭ１のドレインが接続されている。
【0041】
中間アーム第２スイッチＱＭ２のソースには、下アーム第１ダイオードＤＬ１のカソードが接続され、下アーム第１ダイオードＤＬ１のアノードには、下アーム第２ダイオードＤＬ２のカソードが接続されている。下アーム第２ダイオードＤＬ２のアノードには、第１コンデンサ２１及び第２コンデンサ２２の第２端が接続されている。
【0042】
上アーム第１スイッチＱＨ１及び上アーム第２スイッチＱＨ２の接続点には、リアクトル３０の第１端が接続されている。中間アーム第２スイッチＱＭ２及び下アーム第１ダイオードＤＬ１の接続点には、第１中間コンデンサ３１の第２端が接続されている。中間アーム第１スイッチＱＭ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２の接続点と、下アーム第１ダイオードＤＬ１及び下アーム第２ダイオードＤＬ２の接続点とは、第２中間コンデンサ３２により接続されている。
【0043】
制御装置６０は、上アーム第１スイッチＱＨ１、上アーム第２スイッチＱＨ２、中間アーム第１スイッチＱＭ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２のスイッチング制御を行うことにより、第２高電位側端子ＴＨ２（「高電位側入力端子」に相当）及び第２低電位側端子ＴＬ２（「低電位側入力端子」に相当）から入力された電圧を降圧して第１高電位側端子ＴＨ１（「高電位側出力端子」に相当）及び第１低電位側端子ＴＬ１（「低電位側出力端子」に相当）から出力する電力変換処理を行う。図８を用いて、この電力変換処理について説明する。図８（ａ）～（ｃ）は、図２（ａ）～（ｃ）に対応している。図８（ｄ）において、実線は上アーム第１スイッチＱＨ１の駆動状態の推移を示し、破線は上アーム第２スイッチＱＨ２の駆動状態の推移を示す。図８（ｅ）において、実線は中間アーム第１スイッチＱＭ１の駆動状態の推移を示し、破線は中間アーム第２スイッチＱＭ２の駆動状態の推移を示す。図８（ｆ）において、実線は上アーム第１スイッチＱＨ１の端子間電圧ＶＱＨ１の推移を示し、破線は上アーム第２スイッチＱＨ２の端子間電圧ＶＱＬ２の推移を示す。図８（ｇ）において、実線は中間アーム第１スイッチＱＭ１の端子間電圧ＶＱＭ１の推移を示し、破線は中間アーム第２スイッチＱＭ２の端子間電圧ＶＱＭ２の推移を示す。図８（ｈ）において、実線は下アーム第１ダイオードＤＬ１の端子間電圧ＶＤＬ１の推移を示し、破線は下アーム第２ダイオードＤＬ２の端子間電圧ＶＤＬ２の推移を示す。図８において、各電流，電圧の符号は、図７に示す矢印の向きを正とする。
【0044】
制御装置６０は、電力変換処理として、Ｍｏｄｅ１、Ｍｏｄｅ２、Ｍｏｄｅ３及びＭｏｄｅ２からなる１サイクルを繰り返す処理を行う。これにより、第２高電位側端子ＴＨ２及び第２低電位側端子ＴＬ２の入力電圧を約０．６７倍（２／３倍）して第１高電位側端子ＴＨ１及び第１低電位側端子ＴＬ１から出力する。Ｍｏｄｅ１の期間において、上アーム第２スイッチＱＨ２及び中間アーム第２スイッチＱＭ２がオンされ、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第１スイッチＱＭ１がオフされる。Ｍｏｄｅ２の期間において、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第１，第２スイッチＱＭ１，ＱＭ２がオンされ、上アーム第２スイッチＱＨ２がオフされる。Ｍｏｄｅ３の期間において、上アーム第２スイッチＱＨ２及び中間アーム第１スイッチＱＭ１がオンされ、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２がオフされる。なお、本実施形態の各Ｍｏｄｅは、第１実施形態の各Ｍｏｄｅとは異なる。
【0045】
Ｍｏｄｅ１の期間においては、図９に示すように、上アーム第２スイッチＱＨ２、第１コンデンサ２１、下アーム第２ダイオードＤＬ２、第２中間コンデンサ３２、中間アーム第２スイッチＱＭ２、第１中間コンデンサ３１及びリアクトル３０を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１，第２中間コンデンサ３１，３２とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このＬＣ共振の共振周期は、上記第１共振周期Ｔｃ１である。
【0046】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ１が開始されてから第１共振周期Ｔｃ１の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第２スイッチＱＨ２をオフに切り替え、上アーム第１スイッチＱＨ１をオンに切り替える。また、制御装置６０は、中間アーム第１スイッチＱＭ１をオンに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ１からＭｏｄｅ２に移行する。この際、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第１スイッチＱＭ１のオンへの切り替えと、上アーム第２スイッチＱＨ２のオフへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0047】
Ｍｏｄｅ２の期間においては、図１０に示すように、第１コンデンサ２１、第２コンデンサ２２、上アーム第１スイッチＱＨ１、リアクトル３０と、第１中間コンデンサ３１、中間アーム第２スイッチＱＭ２及び中間アーム第１スイッチＱＭ１を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１中間コンデンサ３１とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このＬＣ共振の共振周期は、上記第２共振周期Ｔｃ２である。
【0048】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ２が開始されてから第２共振周期Ｔｃ２の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第１スイッチＱＨ１をオフに切り替え、上アーム第２スイッチＱＨ２をオンに切り替える。また、制御装置６０は、中間アーム第２スイッチＱＭ２をオフに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ２からＭｏｄｅ３に移行する。この際、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２のオフへの切り替えと、上アーム第２スイッチＱＨ２のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0049】
Ｍｏｄｅ３の期間においては、図１１に示すように、上アーム第２スイッチＱＨ２、中間アーム第１スイッチＱＭ１、第２中間コンデンサ３２、下アーム第１ダイオードＤＬ１、第１中間コンデンサ３１及びリアクトル３０を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１，第２中間コンデンサ３１，３２とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このＬＣ共振の共振周期は、上記第１共振周期Ｔｃ１である。
【0050】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ３が開始されてから第１共振周期Ｔｃ１の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第２スイッチＱＨ２をオフに切り替え、上アーム第１スイッチＱＨ１をオンに切り替える。また、制御装置６０は、中間アーム第２スイッチＱＭ２をオンに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ３からＭｏｄｅ２に移行する。この際、上アーム第２スイッチＱＨ２のオフへの切り替えと、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0051】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ２が開始されてから第２共振周期Ｔｃ２の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第１スイッチＱＨ１をオフに切り替え、上アーム第２スイッチＱＨ２をオンに切り替える。また、制御装置６０は、中間アーム第１スイッチＱＭ１をオフに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ２からＭｏｄｅ１に移行し、Ｍｏｄｅ１、Ｍｏｄｅ２、Ｍｏｄｅ３及びＭｏｄｅ２からなる１サイクルが終了する。この際、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第１スイッチＱＭ１のオフへの切り替えと、上アーム第２スイッチＱＨ２及び中間アーム第２スイッチＱＭ２のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0052】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、降圧機能を有する電力変換装置１０の部品数を削減することができる。
【0053】
＜第２実施形態の変形例＞
・Ｍｏｄｅ１～３のうち、あるＭｏｄｅから別のＭｏｄｅへの切り替えタイミングは、第１実施形態の変形例と同様に、電流ｉＬ，ｉＣｆが０になるタイミングに限らず、電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングであってもよい。
・Ｍｏｄｅ１～３のうち、あるＭｏｄｅから別のＭｏｄｅへの切り替えタイミングは、第１実施形態の変形例と同様に、電流ｉＬ，ｉＣｆが０になるタイミングに限らず、電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングであってもよい。
【0054】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１，第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１２に示すように、先の図７の構成における下アーム第１，第２ダイオードＤＬ１，ＤＬ２に代えて、下アーム第１，第２スイッチＱＬ１，ＱＬ２が設けられている。なお、図１２において、先の図１及び図７に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
以下、第３実施形態について、第１，第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１２に示すように、先の図７の構成における下アーム第１，第２ダイオードＤＬ１，ＤＬ２に代えて、下アーム第１，第２スイッチＱＬ１，ＱＬ２が設けられている。なお、図１２において、先の図１及び図７に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【0055】
制御装置６０は、電力変換処理として、昇圧制御及び降圧制御のうちいずれかを選択して実行する。
【0056】
【0057】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ１、Ｍｏｄｅ２、Ｍｏｄｅ３及びＭｏｄｅ２からなる１サイクルを繰り返す降圧制御を行う。なお、本実施形態の各Ｍｏｄｅは、第１，第２実施形態の各Ｍｏｄｅとは異なる。
【0058】
Ｍｏｄｅ１の期間においては、上アーム第２スイッチＱＨ２、中間アーム第２スイッチＱＭ２及び下アーム第２スイッチＱＬ２がオンされ、上アーム第１スイッチＱＨ１、中間アーム第１スイッチＱＭ１及び下アーム第１スイッチＱＬ１がオフされる。これにより、図１４に示すように、上アーム第２スイッチＱＨ２、リアクトル３０、第１中間コンデンサ３１、中間アーム第２スイッチＱＭ２、第２中間コンデンサ３２、下アーム第２スイッチＱＬ２及び第１コンデンサ２１を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１，第２中間コンデンサ３１，３２とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このＬＣ共振の共振周期は、上記第１共振周期Ｔｃ１である。
【0059】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ１が開始されてから第１共振周期Ｔｃ１の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第２スイッチＱＨ２及び下アーム第２スイッチＱＬ２をオフに切り替え、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第１スイッチＱＭ１をオンに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ１からＭｏｄｅ２に移行する。この際、上アーム第２スイッチＱＨ２及び下アーム第２スイッチＱＬ２のオフへの切り替えと、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第１スイッチＱＭ１のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0060】
Ｍｏｄｅ２の期間においては、図１５に示すように、中間アーム第１スイッチＱＭ１、中間アーム第２スイッチＱＭ２、第１中間コンデンサ３１、リアクトル３０、上アーム第１スイッチＱＨ１、第２コンデンサ２２及び第１コンデンサ２１を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１中間コンデンサ３１とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このＬＣ共振の共振周期は、上記第２共振周期Ｔｃ２である。
【0061】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ２が開始されてから第２共振周期Ｔｃ２の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２をオフに切り替え、上アーム第２スイッチＱＨ２及び下アーム第１スイッチＱＬ１をオンに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ２からＭｏｄｅ３に移行する。この際、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２のオフへの切り替えと、上アーム第２スイッチＱＨ２及び下アーム第１スイッチＱＬ１のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0062】
Ｍｏｄｅ３の期間においては、図１６に示すように、中間アーム第１スイッチＱＭ１、上アーム第２スイッチＱＨ２、リアクトル３０、第１中間コンデンサ３１、下アーム第１スイッチＱＬ１及び第２中間コンデンサ３２を含む閉回路に電流が流れる。詳しくは、この閉回路に、リアクトル３０と、第１，第２中間コンデンサ３１，３２とによるＬＣ共振が発生して正弦波状の電流が流れる。このＬＣ共振の共振周期は、上記第１共振周期Ｔｃ１である。
【0063】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ３が開始されてから第１共振周期Ｔｃ１の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第２スイッチＱＨ２及び下アーム第１スイッチＱＬ１をオフに切り替え、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２をオンに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ３からＭｏｄｅ２に移行する。この際、上アーム第２スイッチＱＨ２及び下アーム第１スイッチＱＬ１のオフへの切り替えと、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第２スイッチＱＭ２のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0064】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ２が開始されてから第２共振周期Ｔｃ２の半周期が経過したタイミングにおいて、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第１スイッチＱＭ１をオフに切り替え、上アーム第２スイッチＱＨ２及び下アーム第２スイッチＱＬ２をオンに切り替える。これにより、Ｍｏｄｅ２からＭｏｄｅ１に移行し、Ｍｏｄｅ１、Ｍｏｄｅ２、Ｍｏｄｅ３及びＭｏｄｅ２からなる１サイクルが終了する。この際、上アーム第１スイッチＱＨ１及び中間アーム第１スイッチＱＭ１のオフへの切り替えと、上アーム第２スイッチＱＨ２及び下アーム第２スイッチＱＬ２のオンへの切り替えとにおいてＺＣＳのソフトスイッチングを実現することができ、損失の低減を図ることができる。
【0065】
【0066】
制御装置６０は、Ｍｏｄｅ１、Ｍｏｄｅ２、Ｍｏｄｅ３及びＭｏｄｅ２からなる１サイクルを繰り返す降圧制御を行う。つまり、本実施形態において、降圧制御のスイッチング制御は、昇圧制御のスイッチング制御と同じである。降圧制御のＭｏｄｅ１～３における電流の流通態様を図１８～図２０に示す。
【0067】
以上説明したように、本実施形態では、昇圧制御及び降圧制御におけるスイッチング制御態様が同じである。このため、スイッチング制御態様が切り替えられることなく、昇圧制御及び降圧制御のうち、一方の制御から他方の制御へとシームレスに切り替えることができる。
【0068】
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【0069】
・第３実施形態において、Ｍｏｄｅ１～３のうち、あるＭｏｄｅから別のＭｏｄｅへの切り替えタイミングは、第１実施形態の変形例と同様に、電流ｉＬ，ｉＣｆが０になるタイミングに限らず、電流ｉＬ，ｉＣｆが０付近になるタイミングであってもよい。
【0070】
・電力変換装置１０が備えるスイッチ部は、１つの半導体スイッチに限らず、複数の半導体スイッチの直列接続体であってもよいし、電力変換装置１０が備えるダイオード部は、１つのダイオードに限らず、複数のダイオードの直列接続体であってもよい。図２１には、図１に示す構成において、上アーム第１，第２ダイオードＤＨ１，ＤＨ２が２つのダイオードの直列接続体で構成され、各スイッチＱＭ１，ＱＭ２，ＱＬ１，ＱＬ２が２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴの直列接続体で構成される例を示す。これにより、各スイッチ及び各ダイオードを低耐圧の素子とすることができる。
【0071】
・電力変換装置１０が備えるスイッチ部は、複数のスイッチの並列接続体であってもよいし、電力変換装置１０が備えるダイオード部は、複数のダイオードの並列接続体であってもよい。図２２には、図１に示す構成において、上アーム第１，第２ダイオードＤＨ１，ＤＨ２が２つのダイオードの並列接続体で構成され、各スイッチＱＭ１，ＱＭ２，ＱＬ１，ＱＬ２が２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴの並列接続体で構成される例を示す。これにより、各スイッチ及び各ダイオードを低電流容量の素子とすることができる。
【0072】
・図２３に示すように、第２中間コンデンサが電力変換装置１０に複数備えられていてもよい。図２３に示す例では、電力変換装置１０は、第２Ａ中間コンデンサ３２Ａと、第２Ｂ中間コンデンサ３２Ｂとを備えている。電力変換装置１０は、第１切替スイッチＳＡ及び第２切替スイッチＳＢを備えている。図２３において、各切替スイッチＳＡ，ＳＢは、ドレイン同士が接続された２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されている。第１切替スイッチＳＡ及び第２Ａ中間コンデンサ３２Ａは直列接続され、第２切替スイッチＳＢ及び第２Ｂ中間コンデンサ３２Ｂは直列接続されている。なお、各切替スイッチＳＡ，ＳＢは、ソース同士が接続された２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されていてもよい。
【0073】
第２Ａ中間コンデンサ３２Ａの静電容量と、第２Ｂ中間コンデンサ３２Ｂの静電容量とは異なっている。このため、第１切替スイッチＳＡ及び第２切替スイッチＳＢの少なくとも一方が制御装置６０によりオンされることにより、第１共振周期Ｔｃ１を変更することができる。
【0074】
・電力変換装置１０が備えるスイッチとしては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えば、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴであってもよい。
【符号の説明】
【0075】
１０…電力変換装置、３０…リアクトル、３１，３２…第１，第２中間コンデンサ、ＤＨ１，ＤＨ２…上アーム第１，第２ダイオード、ＱＭ１，ＱＭ２…中間アーム第１，第２スイッチ、ＱＬ１，ＱＬ２…下アーム第１，第２スイッチ、６０…制御装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】