特開 2024-100282 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法

(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】P2024100282

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】電力変換装置及び電力変換装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20240719BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004156

(22)【出願日】2023-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】ニデックモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100155712

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 尚

(72)【発明者】

【氏名】古井 崇介

(72)【発明者】

【氏名】大元 靖理

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA14

5H730AS13

5H730BB27

5H730DD04

5H730EE03

5H730EE08

5H730EE13

5H730EE57

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD31

5H730FF09

5H730FG05

5H730FG12

(57)【要約】

【課題】同期整流時における損失を低減させる。
【解決手段】電力変換装置（１０）は、２次側に流れる電流を整流して負荷（５１）へ供給する整流部（１６）と、負荷に流れる負荷電流を検出する電流センサ（１９）と、電流センサによって検出された負荷電流に基づいて整流部を制御する制御部（３０）と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源から入力される入力電圧を所定の出力電圧に変換して負荷に電力を供給する電力変換装置であって、
前記電源から入力される入力電圧を所定の変成比に応じた電圧に変換するトランスと、
前記トランスの１次側において第１方向に電流を流すために用いられる第１スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、
前記トランスの１次側において前記第１方向とは異なる第２方向に電流を流すために用いられる第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子と、
前記第１方向に電流が流れた場合に、前記トランスの２次側において第３方向に流れる電流を整流して負荷へ供給し、前記第２方向に電流が流れた場合に、前記トランスの２次側において前記第３方向とは異なる第４方向に流れる電流を整流して負荷へ供給する整流部と、
前記電力変換装置に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出された前記電流に基づいて前記整流部を制御する制御部と、を備え、
前記整流部は、前記第３方向に流れる電流の経路に設けられる第５スイッチング素子と、前記第４方向に流れる電流の経路に設けられる第６スイッチング素子と、を少なくとも有し、
前記制御部は、
前記電流検出部によって検出された前記電流が第１閾値以下である場合、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御し、
前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第１閾値より大きい場合、少なくとも前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、少なくとも前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御する、
電力変換装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記電流検出部によって検出された前記電流が第２閾値以上かつ前記第１閾値以下である場合、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御し、
前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第２閾値より小さい場合、前記第５スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子がオフ状態となるように前記第５スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子を制御する
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第１閾値以下の値から前記第１閾値より大きい値に変化した場合、第１所定時間の間、前記第５スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子がオフ状態となるように前記第５スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子を制御し、
前記第１所定時間が経過した後、少なくとも前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、少なくとも前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御し、
前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第１閾値より大きい値から前記第１閾値以下の値に変化した場合、第２所定時間の間、前記第５スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子がオフ状態となるように前記第５スイッチング素子及び前記第６スイッチング素子を制御し、
前記第２所定時間が経過した後、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記入力電圧、前記出力電圧又は各スイッチング素子のオンオフ状態を切り替えるスイッチング周波数に応じて、前記第１閾値、第２閾値、第１所定時間及び第２所定時間のうち、少なくとも１つを変更する
請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記整流部は、前記第３方向に流れる電流の経路に設けられる第８スイッチング素子と、前記第４方向に流れる電流の経路に設けられる第７スイッチング素子と、を更に有し、
前記制御部は、
前記電流検出部によって検出された前記電流が第１閾値以下である場合、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子及び前記第８スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子及び前記第８スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子及び前記第７スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子及び前記第７スイッチング素子を制御し、
前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第１閾値より大きい場合、少なくとも前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子及び前記第８スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子及び前記第８スイッチング素子を制御し、かつ、少なくとも前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子及び前記第７スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子及び前記第７スイッチング素子を制御する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記電流検出部によって検出される前記電流は、前記負荷に流れる負荷電流と相関関係を有する電流であり、
前記制御部は、前記電流検出部によって検出された電流の平均値と相関関係を有する電流値に基づいて前記整流部を制御する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項7】

電源から入力される入力電圧を所定の出力電圧に変換して負荷に電力を供給する電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換装置は、
前記電源から入力される入力電圧を所定の変成比に応じた電圧に変換するトランスと、
前記トランスの１次側において第１方向に電流を流すために用いられる第１スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、
前記トランスの１次側において前記第１方向とは異なる第２方向に電流を流すために用いられる第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子と、
前記第１方向に電流が流れた場合に、前記トランスの２次側において第３方向に流れる電流を整流して負荷へ供給し、前記第２方向に電流が流れた場合に、前記トランスの２次側において前記第３方向とは異なる第４方向に流れる電流を整流して負荷へ供給する整流部と、
前記電力変換装置に流れる電流を検出する電流検出部と、
を備え、
前記整流部は、前記第３方向に流れる電流の経路に設けられる第５スイッチング素子と、前記第４方向に流れる電流の経路に設けられる第６スイッチング素子と、を少なくとも有し、
前記電流検出部によって検出された前記電流が第１閾値以下である場合、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御し、
前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第１閾値より大きい場合、少なくとも前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、少なくとも前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御する、
電力変換装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置及び電力変換装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、コイルに電流が連続して流れる電流連続モードと、コイルに電流が不連続に流れる電流不連続モードと、を切り替えて同期整流回路を制御するスイッチング電源装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１５８３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、スイッチング素子を制御するモードによってはボディーダイオード通電による損失などが発生するおそれがあるが、特許文献１にこの点に関する記載はない。

【0005】

本開示の一態様は、同期整流時における損失を低減させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る電力変換装置は、電源から入力される入力電圧を所定の出力電圧に変換して負荷に電力を供給する電力変換装置であって、前記電源から入力される入力電圧を所定の変成比に応じた電圧に変換するトランスと、前記トランスの１次側において第１方向に電流を流すために用いられる第１スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、前記トランスの１次側において前記第１方向とは異なる第２方向に電流を流すために用いられる第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子と、前記第１方向に電流が流れた場合に、前記トランスの２次側において第３方向に流れる電流を整流して負荷へ供給し、前記第２方向に電流が流れた場合に、前記トランスの２次側において前記第３方向とは異なる第４方向に流れる電流を整流して負荷へ供給する整流部と、前記電力変換装置に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された前記電流に基づいて前記整流部を制御する制御部と、を備え、前記整流部は、前記第３方向に流れる電流の経路に設けられる第５スイッチング素子と、前記第４方向に流れる電流の経路に設けられる第６スイッチング素子と、を少なくとも有し、前記制御部は、前記電流検出部によって検出された前記電流が第１閾値以下である場合、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御し、前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第１閾値より大きい場合、少なくとも前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、少なくとも前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御する。

【0007】

前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る電力変換装置の制御方法は、電源から入力される入力電圧を所定の出力電圧に変換して負荷に電力を供給する電力変換装置の制御方法であって、前記電力変換装置は、前記電源から入力される入力電圧を所定の変成比に応じた電圧に変換するトランスと、前記トランスの１次側において第１方向に電流を流すために用いられる第１スイッチング素子及び第４スイッチング素子と、前記トランスの１次側において前記第１方向とは異なる第２方向に電流を流すために用いられる第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子と、前記第１方向に電流が流れた場合に、前記トランスの２次側において第３方向に流れる電流を整流して負荷へ供給し、前記第２方向に電流が流れた場合に、前記トランスの２次側において前記第３方向とは異なる第４方向に流れる電流を整流して負荷へ供給する整流部と、前記電力変換装置に流れる電流を検出する電流検出部と、を備え、前記整流部は、前記第３方向に流れる電流の経路に設けられる第５スイッチング素子と、前記第４方向に流れる電流の経路に設けられる第６スイッチング素子と、を少なくとも有し、前記電流検出部によって検出された前記電流が第１閾値以下である場合、前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御し、前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第１閾値より大きい場合、少なくとも前記第１スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第５スイッチング素子がオン状態となるように前記第５スイッチング素子を制御し、かつ、少なくとも前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のどちらか一方がオン状態である期間では、前記第６スイッチング素子がオン状態となるように前記第６スイッチング素子を制御する。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様によれば、同期整流時における損失を低減させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態１に係る電力変換システムの一例を示す概略構成図である。

【図2】第１方式における各スイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。

【図3】電流が流れる経路を説明する図である。

【図4】電流が流れる経路を説明する図である。

【図5】第２方式における各スイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。

【図6】電流連続モードを説明する図である。

【図7】電流不連続モードを説明する図である。

【図8】スイッチング制御方法の流れの一例を説明するフローチャートである。

【図9】本開示の実施形態２に係る電力変換システムの一例を示す概略構成図である。

【図10】第１方式における各スイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。

【図11】第２方式における各スイッチング素子のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。

【図12】第３方式における各スイッチング素子のオンオフタイミング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】

【0010】

〔実施形態１〕
以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【0011】

＜電力変換システム１００の構成＞
図１は、本開示の実施形態１に係る電力変換システム１００の一例を示す概略構成図である。図１に示すように電力変換システム１００は、外部の電源５０と、電力変換装置１０と、外部の負荷５１～５２とを備えている。電力変換システム１００は、電源５０から入力される入力電圧を所定の出力電圧に変換し、負荷５１～５２に電力を供給する。電力変換装置１０の用途は特に限定されないが、一例として電力変換装置１０は車両に搭載される。電力変換装置１０が車両に搭載される場合、電源５０は例えば高圧バッテリであり、負荷５１は例えば低圧バッテリであり、負荷５２は例えばモータ又は電装品などである。なお、低圧バッテリである負荷５１が負荷５２に電力を供給する構成であってもよい。また、負荷５１又は負荷５２のどちらか一方が電力変換装置１０に接続される構成であってもよい。以下では、電力変換装置１０に接続される外部の負荷を単に「外部負荷」と称する場合がある。

【0012】

＜電力変換装置１０＞
図１に示すように、電力変換装置１０は、第１端子１１、第２端子１２と、正母線Ｌ１と、負母線Ｌ２と、第１コンデンサ１３と、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と、トランス１５と、整流部１６と、コイル１７と、第２コンデンサ１８と、電流センサ１９と、第３端子２１、第４端子２２と、制御部３０と、を備えている。電力変換装置１０は、例えばＤＣＤＣコンバータである。

【0013】

第１端子１１は、電源５０の正端子に接続されている。第２端子１２は、電源５０の負端子に接続されている。第１コンデンサ１３の一端は正母線Ｌ１に接続されており、第１コンデンサ１３の他端は負母線Ｌ２に接続されている。第１コンデンサ１３は、平滑コンデンサとして機能する。なお、本実施形態では、電力変換装置１０が第１コンデンサ１３を備えるものとして説明するが、これに限定されず、第１コンデンサ１３は電力変換装置１０の外部に設けられる構成であってもよい。

【0014】

第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、電源５０から供給される直流電圧を交流電圧に変換するために用いられる。以下では第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）として説明するが、これに限定されず、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが用いられてもよい。

【0015】

本実施形態では、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４によってフルブリッジ型の回路が形成されている。第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の接続関係について説明する。

【0016】

第１スイッチング素子Ｑ１は、正母線Ｌ１と第１ノードＮ１とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることにより第１ノードＮ１を正母線Ｌ１に接続する。第１スイッチング素子Ｑ１のドレインは正母線Ｌ１に接続されており、ソースは第１ノードＮ１に接続されている。また、第１スイッチング素子Ｑ１のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0017】

第２スイッチング素子Ｑ２は、負母線Ｌ２と第１ノードＮ１とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることにより第１ノードＮ１を負母線Ｌ２に接続する。第２スイッチング素子Ｑ２のドレインは第１ノードＮ１に接続されており、ソースは負母線Ｌ２に接続されている。また、第２スイッチング素子Ｑ２のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0018】

第１ノードＮ１は、第１スイッチング素子Ｑ１のソースと第２スイッチング素子Ｑ２のドレインとの接続点である。

【0019】

第３スイッチング素子Ｑ３は、正母線Ｌ１と第２ノードＮ２とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることにより第２ノードＮ２を正母線Ｌ１に接続する。第３スイッチング素子Ｑ３のドレインは正母線Ｌ１に接続されており、ソースは第２ノードＮ２に接続されている。また、第３スイッチング素子Ｑ３のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0020】

第４スイッチング素子Ｑ４は、負母線Ｌ２と第２ノードＮ２とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることにより第２ノードＮ２を負母線Ｌ２に接続する。第４スイッチング素子Ｑ４のドレインは第２ノードＮ２に接続されており、ソースは負母線Ｌ２に接続されている。また、第４スイッチング素子Ｑ４のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0021】

第２ノードＮ２は、第３スイッチング素子Ｑ３のソースと第４スイッチング素子Ｑ４のドレインとの接続点である。

【0022】

また、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、それぞれボディーダイオードを備えている。例えば第１スイッチング素子Ｑ１を取り上げて説明すると、ボディーダイオードのアノードは第１スイッチング素子Ｑ１のソースに接続されており、カソードは第１スイッチング素子Ｑ１のドレインに接続されている。第２～第４スイッチング素子Ｑ２～Ｑ４のボディーダイオードについても同様である。なお、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各々に形成されたボディーダイオードの代わりとして、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４とは別体のダイオードを用意し、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のそれぞれに、当該別体のダイオードをそれぞれ第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に外付けした場合にも本開示は適用可能である。ボディーダイオードの代わりとしては、例えば、逆回復特性に優れるファストリカバリーダイオードを挙げることができる。

【0023】

トランス１５は、１次側回路と２次側回路とを直流的に絶縁するとともに交流的に接続する。より詳しくは、トランス１５は、１次側回路から供給された交流電圧を所定の変成比で変換し、変換された交流電圧を２次側回路に供給する。トランス１５は、１次側巻線１５Ａと、２次側巻線１５Ｂ及び１５Ｃを備える。１次側巻線１５Ａの一端は第１ノードＮ１に接続されており、他端は第２ノードＮ２に接続されている。２次側巻線１５Ｂ及び１５Ｃの一端は第３ノードＮ３に接続されており、他端は第４端子２２に接続されている。

【0024】

整流部１６は、２次側巻線１５Ｂ及び１５Ｃから出力された交流電圧を整流する。整流部１６は、センタタップ型の回路であり、第５～第６スイッチング素子Ｑ５～Ｑ６を備えている。図１ではセンタタップは、グランドに接続されているがこれに限定されない。センタタップが出力電圧の正側に接続されてもよい。この場合、第５スイッチング素子Ｑ５の位置と、第６スイッチング素子Ｑ６の位置を入れ替え、更に第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のドレイン端子及びソース端子の位置を左右反転させればよい。

【0025】

第５～第６スイッチング素子Ｑ５～Ｑ６は、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と同様に電界効果トランジスタとして説明するが、これに限定されない。

【0026】

第５スイッチング素子Ｑ５は、２次側巻線１５Ｂと第３ノードＮ３とを結ぶ経路に設けられる。第５スイッチング素子Ｑ５のドレインは第３ノードＮ３に接続されており、ソースは２次側巻線１５Ｂに接続されている。また、第５スイッチング素子Ｑ５のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0027】

第６スイッチング素子Ｑ６は、２次側巻線１５Ｃと第３ノードＮ３とを結ぶ経路に設けられる。第６スイッチング素子Ｑ６のドレインは第３ノードＮ３に接続されており、ソースは２次側巻線１５Ｃに接続されている。また、第６スイッチング素子Ｑ６のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0028】

コイル１７及び第２コンデンサ１８は、整流部１６の出力電圧を平滑化するために用いられる。コイル１７の一端は第３ノードＮ３に接続されており、他端は第３端子２１に接続されている。第２コンデンサ１８の一端は第３端子２１に接続されており、他端は第４端子２２に接続されている。

【0029】

電流センサ１９は、外部負荷に流れる負荷電流を検出するセンサである。電流センサ１９は、コイル１７と第３端子２１との間に接続されている。電流センサ１９は、検出した負荷電流を制御部３０に送信する。

【0030】

制御部３０は、各種プログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）、各種プログラムを実行する動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備える。制御部３０は、入力電圧、出力電圧及び負荷電流などに基づいて、第１～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の動作を制御することにより、電力変換装置１０の動作を制御する。具体的には、制御部３０は、入力電圧、出力電圧及び負荷電流などに基づいて各スイッチング素子に出力するゲート信号を生成する。制御部３０は、これらのゲート信号を用いてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うことにより、各スイッチング素子を制御する。なお、入力電圧及び出力電圧については図示しない電圧センサによって取得される。

【0031】

第３端子２１は、負荷５１の正端子に接続されている。第４端子２２は、負荷５１の負端子に接続されている。

【0032】

＜同期整流の方式＞
本実施形態では、同期整流を用いて出力電圧を制御する。同期整流の方式として２つの方式が用いられる。

【0033】

１つ目の方式は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４が共にオン状態となる期間のみ、又は第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３が共にオン状態となる期間のみ、同期整流を行う方式である。この方式を以下では「第１方式」と称する。

【0034】

２つ目の方式は、少なくとも第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のどちらか一方がオン状態となる期間、又は少なくとも第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３のどちらか一方がオン状態となる期間において同期整流を行う方式である。この方式を以下では「第２方式」と称する。第２方式では、整流部１６のボディーダイオードに電流が流れる時間が第１方式より短くなる。「整流部１６のボディーダイオード」とは、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオードを指す。また、以下では「ボディーダイオードに電流が流れる時間」を単に「ボディーダイオード通電時間」と称する場合がある。

【0035】

本実施形態では、制御部３０は、負荷電流の平均値を用いて同期整流の方式を切り替える。具体的には、制御部３０は、電流センサ１９から取得した負荷電流を用いて、負荷電流の平均値を算出する。制御部３０は、算出した負荷電流の平均値と第１閾値とを比較する。この第１閾値は、予め実験又はシミュレーションを通じて求めることができる。負荷電流の平均値が第１閾値より大きい値から第１閾値以下の値に変化した場合、制御部３０は、第２方式から第１方式に切り替える。一方で、負荷電流の平均値が第１閾値以下の値から第１閾値より大きい値に変化した場合、制御部３０は、第１方式から第２方式に切り替える。なお、負荷電流の平均値が第１閾値以下である場合、制御部３０は第１方式を用いる、と言い換えられてもよい。また、負荷電流の平均値が第１閾値より大きい値である場合、制御部３０は第２方式を用いる、と言い換えられてもよい。「負荷電流の平均値」とは、例えば、所定時間に流れた負荷電流の平均値である。

【0036】

＜第１方式及び第２方式のスイッチング制御方法＞
次に、第１方式及び第２方式のスイッチング制御方法について説明する。最初に図２を参照して第１方式のスイッチング制御方法について説明する。

【0037】

図２は、第１方式における第１～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。図２において、第１～第３，第５～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３，Ｑ５～Ｑ６の初期状態はオフ状態であり、第４スイッチング素子Ｑ４の初期状態はオン状態である。

【0038】

タイミングＴ１において、制御部３０は、第１スイッチング素子Ｑ１をオフ状態からオン状態に切り替える。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４が共にオン状態となる。これにより、１次側において、第１スイッチング素子Ｑ１、第１ノードＮ１、１次側巻線１５Ａ、第２ノードＮ２、及び第４スイッチング素子Ｑ４を通って電流が流れる。このように電流が流れる方向を第１方向と称する。

【0039】

また、タイミングＴ１において、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４が共にオン状態となるため、制御部３０は、第５スイッチング素子Ｑ５をオフ状態からオン状態に切り替えて同期整流を開始する。これにより、２次側において、２次側巻線１５Ｂ、第５スイッチング素子Ｑ５、第３ノードＮ３、及びコイル１７を通って電流が流れる。このように電流が流れる方向を第３方向と称する。

【0040】

タイミングＴ２において、制御部３０は、第４スイッチング素子Ｑ４をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４が共にオン状態ではなくなるため、制御部３０は、第５スイッチング素子Ｑ５をオン状態からオフ状態に切り替えて、同期整流を停止させる。

【0041】

タイミングＴ３において、制御部３０は、第３スイッチング素子Ｑ３をオフ状態からオン状態に切り替える。タイミングＴ４において、制御部３０は、第１スイッチング素子Ｑ１をオン状態からオフ状態に切り替える。

【0042】

タイミングＴ５において、制御部３０は、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ状態からオン状態に切り替える。これにより、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３が共にオン状態となる。これにより、１次側において、第３スイッチング素子Ｑ３、第２ノードＮ２、１次側巻線１５Ａ、第１ノードＮ１、及び第２スイッチング素子Ｑ２を通って電流が流れる。このように電流が流れる方向を第２方向と称する。

【0043】

また、タイミングＴ５において、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３が共にオン状態となるため、制御部３０は、第６スイッチング素子Ｑ６をオフ状態からオン状態に切り替えて同期整流を開始する。これにより、２次側において、２次側巻線１５Ｃ、第６スイッチング素子Ｑ６、第３ノードＮ３、及びコイル１７を通って電流が流れる。このように電流が流れる方向を第４方向と称する。

【0044】

タイミングＴ６において、制御部３０は、第３スイッチング素子Ｑ３をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３が共にオン状態ではなくなるため、制御部３０は、第６スイッチング素子Ｑ６をオン状態からオフ状態に切り替えて、同期整流を停止させる。

【0045】

タイミングＴ７において、制御部３０は、第４スイッチング素子Ｑ４をオフ状態からオン状態に切り替える。タイミングＴ８において、制御部３０は、第２スイッチング素子Ｑ２をオン状態からオフ状態に切り替える。タイミングＴ９におけるスイッチング制御は、タイミングＴ１におけるスイッチング制御と同じため、説明を省略する。

【0046】

図３及び図４は、電流が流れる方向である第１～第４方向を示す図である。第１方向は、図３において、符号Ｃ１で示される方向である。第３方向は、図３において、符号Ｃ３で示される方向である。第２方向は、図４において、符号Ｃ２で示される方向である。第４方向は、図４において、符号Ｃ４で示される方向である。

【0047】

次に図５を参照して第２方式のスイッチング制御方法について説明する。

【0048】

図５は、第２方式における第１～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。図５において、第１～第３，第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３，Ｑ６の初期状態はオフ状態であり、第４～第５スイッチング素子Ｑ４～Ｑ５の初期状態はオン状態である。初期状態において、第１スイッチング素子Ｑ１はオフ状態である一方で、第４スイッチング素子Ｑ４はオン状態である。したがって、同期整流を行うために第５スイッチング素子Ｑ５はオン状態となっている。

【0049】

タイミングＴ１において、制御部３０は、第１スイッチング素子Ｑ１をオフ状態からオン状態に切り替える。タイミングＴ２において、制御部３０は、第４スイッチング素子Ｑ４をオン状態からオフ状態に切り替える。このとき、第１スイッチング素子Ｑ１はオン状態であるため、制御部３０は第５スイッチング素子Ｑ５のオン状態を維持し、引き続き同期整流を行う。

【0050】

タイミングＴ３において、制御部３０は、第３スイッチング素子Ｑ３をオフ状態からオン状態に切り替える。このとき、第２スイッチング素子Ｑ２はオフ状態であるが、制御部３０は、第６スイッチング素子Ｑ６をオフ状態からオン状態に切り替えて同期整流を開始する。

【0051】

タイミングＴ４において、制御部３０は、第１スイッチング素子Ｑ１をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４が共にオン状態ではなくなるため、制御部３０は、第５スイッチング素子Ｑ５をオン状態からオフ状態に切り替えて、同期整流を停止させる。

【0052】

タイミングＴ５において、制御部３０は、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ状態からオン状態に切り替える。タイミングＴ６において、制御部３０は、第３スイッチング素子Ｑ３をオン状態からオフ状態に切り替える。このとき、第２スイッチング素子Ｑ２はオン状態であるため、制御部３０は第６スイッチング素子Ｑ６のオン状態を維持し、引き続き同期整流を行う。

【0053】

タイミングＴ７において、制御部３０は、第４スイッチング素子Ｑ４をオフ状態からオン状態に切り替える。このとき、第１スイッチング素子Ｑ１はオフ状態であるが、制御部３０は、第５スイッチング素子Ｑ５をオフ状態からオン状態に切り替えて同期整流を開始する。

【0054】

タイミングＴ８において、制御部３０は、第２スイッチング素子Ｑ２をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３が共にオン状態ではなくなるため、制御部３０は、第６スイッチング素子Ｑ６をオン状態からオフ状態に切り替えて、同期整流を停止させる。タイミングＴ９におけるスイッチング制御は、タイミングＴ１におけるスイッチング制御と同じため、説明を省略する。

【0055】

＜第１方式と第２方式との比較＞
次に、第１方式と第２方式との比較について説明する。第１方式では第２方式と比べて、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオード通電時間が長い。第５スイッチング素子Ｑ５に着目すると、第１方式では、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４が共にオン状態となる期間のみ、また第６スイッチング素子Ｑ６に着目すると、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３が共にオン状態となる期間のみ、同期整流が行われる。

【0056】

したがって、図２のタイミングＴ１～Ｔ２の期間では第５スイッチング素子Ｑ５のボディーダイオードに電流が流れず、またタイミングＴ５～Ｔ６の期間では第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオードに電流は流れないが、タイミングＴ２～Ｔ５，Ｔ６～Ｔ９の期間では第５スイッチング素子Ｑ５又は第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオードに、もしくは第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６の両方のボディーダイオードに電流が流れる。なお図２において、タイミングＴ２～Ｔ５，Ｔ６～Ｔ９の期間は、コイル１７の放電期間である。

【0057】

これに対し、第２方式では図５のタイミングＴ４～Ｔ５の期間では第５スイッチング素子Ｑ５のボディーダイオードに電流が流れ、タイミングＴ８～Ｔ９の期間では第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオードに電流が流れるものの、タイミングＴ１～Ｔ４の期間及びタイミングＴ５～Ｔ８の期間では、第５スイッチング素子Ｑ５又は第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオードに電流は流れない。

【0058】

＜電流連続モード及び電流不連続モード＞
ボディーダイオード通電時間が短いほうが通電損失は少ない。したがって、ボディーダイオードの通電損失のみに着目した場合、第２方式のほうが第１方式より有利である。しかし、同期整流では電流不連続モードにおける逆電流による損失を考慮する必要がある。

【0059】

ここで、電流連続モード及び電流不連続モードについて説明する。最初に図６を参照して電流連続モードについて説明する。電流連続モードとは、図６に示すように、図１に示したコイル１７に電流が連続して流れるモードである。電流連続モードは、ＣＣＭ（Continuous Conduction Mode）と呼ばれることもある。電流連続モードは、例えば、重負荷のように大きい負荷電流が流れる場合のモードである。

【0060】

次に図７を参照して電流不連続モードについて説明する。電流不連続モードとは、図７に示すように、コイル１７に流れる電流が不連続となるモードである。電流不連続モードでは、１周期毎に０Ａになる期間が存在する。図７ではタイミングＴ２～Ｔ５の間、及びタイミングＴ６～Ｔ９の間でコイル１７に流れる電流が０Ａになる期間が存在する。電流不連続モードは、ＤＣＭ（Discontinuous Conduction Mode）と呼ばれることもある。電流不連続モードは、例えば、軽負荷のように小さい負荷電流が流れる場合のモードである。

【0061】

第２方式において、外部負荷が軽負荷である場合、コイル１７に流れる電流が０Ａになる期間では、負荷側からスイッチング素子側に向けて電流が逆流して損失が発生するおそれがある。これに対し、第１方式であれば外部負荷が軽負荷であっても逆電流は発生しない。したがって、第１方式であれば外部負荷の種類に関わらず、逆電流による損失が低減される。ただし、上述したように、第１方式では第２方式と比較して、ボディーダイオード通電時間が長いため、ボディーダイオードの通電損失は第２方式より大きい。

【0062】

そこで、本実施形態では、負荷電流の平均値に応じて同期整流の方式を切り替える構成とした。具体的には、負荷電流の平均値が第１閾値より大きい値から第１閾値以下の値に変化した場合、制御部３０は、第２方式から第１方式に切り替える。一方で、負荷電流の平均値が第１閾値以下の値から第１閾値より大きい値に変化した場合、制御部３０は、第１方式から第２方式に切り替える。これにより、外部負荷が軽負荷である場合は第１方式によって同期整流が行われるため、逆電流による損失が低減される。また、外部負荷が重負荷である場合は第２方式によって同期整流が行われるため、ボディーダイオードの通電損失が低減される。

【0063】

＜スイッチング制御方法の流れ＞
次に、図８のフローチャートを参照して、制御部３０によるスイッチング制御方法の流れの一例を説明する。

【0064】

ステップＳ１０１において、制御部３０は、電流センサ１９から外部負荷に流れる負荷電流を取得する。制御部３０は、取得した負荷電流を用いて、負荷電流の平均値を算出する。

【0065】

処理はステップＳ１０２に進み、制御部３０は、算出した負荷電流の平均値と第１閾値とを比較する。負荷電流の平均値が第１閾値以下である場合（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、処理はステップＳ１０３に進み、制御部３０は第１方式を用いて同期整流を行う。一方、負荷電流の平均値が第１閾値より大きい場合（ステップＳ１０２でＮＯ）、処理はステップＳ１０４に進み、制御部３０は第２方式を用いて同期整流を行う。

【0066】

ＰＷＭ制御が終了するまで、ステップＳ１０１～Ｓ１０４の処理は繰り返し実行される（ステップＳ１０５）。

【0067】

＜作用効果＞
以上説明したように、実施形態１に係る電力変換装置１０によれば、以下の作用効果が得られる。

【0068】

電力変換装置１０は、電源５０から入力される入力電圧を所定の出力電圧に変換して外部負荷に電力を供給する装置である。電力変換装置１０は、電源５０から入力される入力電圧を所定の変成比に応じた電圧に変換するトランス１５と、トランス１５の１次側において第１方向に電流を流すために用いられる第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４と、トランス１５の１次側において第１方向とは異なる第２方向に電流を流すために用いられる第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３と、を備える。

【0069】

また、電力変換装置１０は、第１方向に電流が流れた場合に、トランス１５の２次側において第３方向に流れる電流を整流して外部負荷へ供給し、第２方向に電流が流れた場合に、トランスの２次側において第３方向とは異なる第４方向に流れる電流を整流して外部負荷へ供給する整流部１６と、外部負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部によって検出された負荷電流に基づいて整流部１６を制御する制御部３０と、を備える。なお、「電流検出部」の一例は電流センサ１９である。

【0070】

整流部１６は、第３方向に流れる電流の経路に設けられる第５スイッチング素子Ｑ５と、第４方向に流れる電流の経路に設けられる第６スイッチング素子Ｑ６と、を少なくとも有する。

【0071】

制御部３０は、電流検出部によって検出された負荷電流の平均値が第１閾値以下である場合、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４がオン状態である期間では、第５スイッチング素子Ｑ５がオン状態となるように第５スイッチング素子Ｑ５を制御し、かつ、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３がオン状態である期間では、第６スイッチング素子Ｑ６がオン状態となるように第６スイッチング素子Ｑ６を制御する。また、制御部３０は、電流検出部によって検出された負荷電流の平均値が第１閾値より大きい場合、少なくとも第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のどちらか一方がオン状態である期間では、第５スイッチング素子Ｑ５がオン状態となるように第５スイッチング素子Ｑ５を制御し、かつ、少なくとも第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３のどちらか一方がオン状態である期間では、第６スイッチング素子Ｑ６がオン状態となるように第６スイッチング素子Ｑ６を制御する。

【0072】

上記構成によれば、外部負荷が軽負荷である場合は第１方式によって同期整流が行われるため、逆電流による損失が低減される。また、外部負荷が重負荷である場合は第２方式によって同期整流が行われるため、ボディーダイオードの通電損失が低減される。これにより電力変換装置１０の変換効率が向上する。

【0073】

また、負荷電流の大きさに応じて第１方式と第２方式を切り替えることにより、同期整流を行う期間を広げることができる。これにより、例えば、電力変換装置１０が車両に搭載される場合、車両の実用負荷の領域で変換効率が向上する。

【0074】

また、電流不連続モードにおいて、コイル１７における０Ａを検出するために高価なコントローラ及び追加の回路が必要である。しかしながら、本実施形態ではコイル１７における０Ａを検出することなく、第１方式と第２方式を切り替えることができるため、高価なコントローラ及び追加の回路が不要となり、コスト面で有利である。

【0075】

また、同期整流を「行う」、「行わない」の二択のみを用いた場合、変換効率要件を満たすための設計自由度が制約されるところ、本実施形態では第１方式と第２方式を切り替える方式を採用するため、設計自由度が向上し、様々な仕様の製品に展開することが可能となる。

【0076】

また、制御部３０は、入力電圧、出力電圧又は各スイッチング素子のオンオフ状態を切り替えるためのＰＷＭ信号のスイッチング周波数に応じて、第１閾値、第２閾値、第１所定時間及び第２所定時間のうち、少なくとも１つを変更してもよい。これにより、損失を低減しつつ多様な負荷に対応することが可能となる。

【0077】

〔実施形態１の変形例１〕
実施形態１では、負荷電流の大きさに応じて第１方式と第２方式を切り替えることを説明した。第１方式と第２方式はどちらも同期整流を行う方式である。変形例１では、同期整流を停止する方式を新たに追加し、これら３つの方式を切り替える。３つの方式を切り替えるために、実施形態１で用いた第１閾値の他に、もう１つの閾値である第２閾値を用いる。第２閾値＜第１閾値である。第２閾値も第１閾値と同様に予め実験又はシミュレーションを通じて求めることができる。第１閾値及び第２閾値を用いた切り替え方法について、具体的に説明する。

【0078】

負荷電流の平均値が第２閾値以上かつ第１閾値以下である場合、制御部３０は、第１方式を用いて同期整流を行う。負荷電流の平均値が第２閾値より小さい場合、制御部３０は、同期整流を停止する。すなわち、制御部３０は、第１～第４スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンオフ状態に依らず、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６がオフ状態となるように第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６を制御する。なお、同期整流を停止する場合の負荷は、無負荷から軽負荷までの間の負荷である。

【0079】

上記構成によれば、負荷電流の大きさに応じて、「同期整流停止方式」、「第１方式」、及び「第２方式」の３方式で切り替わることになる。これにより、実施形態１で説明した効果に加え、同期整流に係るスイッチング損失がさらに低減される。

【0080】

〔実施形態１の変形例２〕
負荷電流の大きさに応じて第１方式と第２方式を切り替える際に、デッドタイムを設けてもよい。例えば、負荷電流の平均値が第１閾値以下の値から第１閾値より大きい値に変化した場合、即座に第１方式から第２方式に切り替えるのではなく、第１所定時間の間、一時的に同期整流を停止する期間が設けられてもよい。制御部３０は、第１所定時間が経過した後に第２方式に切り替えてもよい。

【0081】

また、負荷電流の平均値が第１閾値より大きい値から第１閾値以下の値に変化した場合、即座に第２方式から第１方式に切り替えるのではなく、第２所定時間の間、一時的に同期整流を停止する期間が設けられてもよい。制御部３０は、第２所定時間が経過した後に第１方式に切り替えてもよい。第１所定時間と第２所定時間は同じでもよく、異なっていてもよい。

【0082】

マイコンのＰＷＭ機能の制約により第１方式と第２方式をスムーズに切り替えることが難しい場合がある。しかし、上記構成によれば、第１方式と第２方式を切り替える際に一時的に同期整流を停止する期間が設けられるため、そのような制約があったとしても第１方式と第２方式をスムーズに切り替えることが可能となる。

【0083】

〔実施形態２〕
次に、図９～１１を参照して、本開示の実施形態２を説明する。実施形態２が実施形態１と異なるのは、２次側の整流部１６がセンタタップ型ではなくフルブリッジ型として構成される点である。実施形態１と重複する構成については符号を引用してその説明は省略する。以下、相違点を中心に説明する。

【0084】

図９は、実施形態２に係る電力変換システム２００の一例を示す概略構成図である。図９に示すように、整流部１６は、第５～第６スイッチング素子Ｑ５～Ｑ６の他に、第７～第８スイッチング素子Ｑ７～Ｑ８を有する。これら第５～第８スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８によってフルブリッジ型の回路が形成される。第７～第８スイッチング素子Ｑ７～Ｑ８は、第１～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と同様に電界効果トランジスタとして説明するが、これに限定されない。

【0085】

第５スイッチング素子Ｑ５は、正母線Ｌ３と第４ノードＮ４とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることにより第４ノードＮ４を正母線Ｌ３に接続する。第５スイッチング素子Ｑ５のドレインは正母線Ｌ３に接続されており、ソースは第４ノードＮ４に接続されている。また、第５スイッチング素子Ｑ５のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0086】

第６スイッチング素子Ｑ６は、負母線Ｌ４と第４ノードＮ４とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることにより第４ノードＮ４を負母線Ｌ４に接続する。第６スイッチング素子Ｑ６のドレインは第４ノードＮ４に接続されており、ソースは負母線Ｌ４に接続されている。また、第６スイッチング素子Ｑ６のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0087】

第４ノードＮ４は、第５スイッチング素子Ｑ５のソースと第６スイッチング素子Ｑ６のドレインとの接続点である。

【0088】

第７スイッチング素子Ｑ７は、正母線Ｌ３と第５ノードＮ５とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることにより第５ノードＮ５を正母線Ｌ３に接続する。第７スイッチング素子Ｑ７のドレインは正母線Ｌ３に接続されており、ソースは第５ノードＮ５に接続されている。また、第７スイッチング素子Ｑ７のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0089】

第８スイッチング素子Ｑ８は、負母線Ｌ４と第５ノードＮ５とを結ぶ経路に設けられ、オン状態になることにより第５ノードＮ５を負母線Ｌ４に接続する。第８スイッチング素子Ｑ８のドレインは第５ノードＮ５に接続されており、ソースは負母線Ｌ４に接続されている。また、第８スイッチング素子Ｑ８のゲートには制御部３０からゲート信号が供給される。

【0090】

第５ノードＮ５は、第７スイッチング素子Ｑ７のソースと第８スイッチング素子Ｑ８のドレインとの接続点である。

【0091】

次に図１０～１１を参照して、実施形態２における第１方式及び第２方式のスイッチング制御方法について説明する。最初に図１０を参照して第１方式のスイッチング制御方法について説明する。

【0092】

図１０は、第１方式における第１～第８スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。図１０において、第１～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の初期状態は、図２と同じである。図１０に示すように、第８スイッチング素子Ｑ８について、制御部３０は、第５スイッチング素子Ｑ５と同期するように制御すればよい。また、第７スイッチング素子Ｑ７について、制御部３０は、第６スイッチング素子Ｑ６と同期するように制御すればよい。これにより、整流部１６がフルブリッジ型で構成されてもセンタタップ型で構成された場合と同様に第１方式による同期整流が実現する。

【0093】

第５スイッチング素子Ｑ５及び第８スイッチング素子Ｑ８がオフ状態からオン状態に切り替わると、２次側において、第８スイッチング素子Ｑ８、第５ノードＮ５、２次側巻線１５Ｄ、第４ノードＮ４、及び第５スイッチング素子Ｑ５を通って電流が流れる。電流が流れる方向は、実施形態１における第３方向と同様である。すなわち、第８スイッチング素子Ｑ８は、第３方向に流れる電流の経路に設けられるといえる。

【0094】

第６スイッチング素子Ｑ６及び第７スイッチング素子Ｑ７がオフ状態からオン状態に切り替わると、２次側において、第６スイッチング素子Ｑ６、第４ノードＮ４、２次側巻線１５Ｄ、第５ノードＮ５、及び第７スイッチング素子Ｑ７を通って電流が流れる。電流が流れる方向は、実施形態１における第４方向と同様である。すなわち、第７スイッチング素子Ｑ７は、第４方向に流れる電流の経路に設けられるといえる。

【0095】

次に図１１を参照して第２方式のスイッチング制御方法について説明する。図１１は、第２方式における第１～第８スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。図１１において、第１～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の初期状態は、図５と同じである。図１１に示すように、第８スイッチング素子Ｑ８について、制御部３０は、第５スイッチング素子Ｑ５と同期するように制御すればよい。また、第７スイッチング素子Ｑ７について、制御部３０は、第６スイッチング素子Ｑ６と同期するように制御すればよい。これにより、整流部１６がフルブリッジ型で構成されてもセンタタップ型で構成された場合と同様に第２方式による同期整流が実現する。

【0096】

＜作用効果＞
実施形態２に係る電力変換装置１０によれば、以下の作用効果が得られる。

【0097】

整流部１６は、第３方向に流れる電流の経路に設けられる第８スイッチング素子Ｑ８と、第４方向に流れる電流の経路に設けられる第７スイッチング素子Ｑ７と、を更に有する。

【0098】

制御部３０は、負荷電流の平均値が第１閾値以下である場合、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４がオン状態である期間では、第５スイッチング素子Ｑ５及び第８スイッチング素子Ｑ８がオン状態となるように第５スイッチング素子Ｑ５及び第８スイッチング素子Ｑ８を制御し、かつ、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３がオン状態である期間では、第６スイッチング素子Ｑ６及び第７スイッチング素子Ｑ７がオン状態となるように第６スイッチング素子Ｑ６及び第７スイッチング素子Ｑ７を制御する。

【0099】

制御部３０は、負荷電流の平均値が第１閾値より大きい場合、少なくとも第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４のどちらか一方がオン状態である期間では、第５スイッチング素子Ｑ５及び第８スイッチング素子Ｑ８がオン状態となるように第５スイッチング素子Ｑ５及び第８スイッチング素子Ｑ８を制御し、かつ、少なくとも第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３のどちらか一方がオン状態である期間では、第６スイッチング素子Ｑ６及び第７スイッチング素子Ｑ７がオン状態となるように第６スイッチング素子Ｑ６及び第７スイッチング素子Ｑ７を制御する。

【0100】

上記構成によれば、外部負荷が軽負荷である場合は第１方式によって同期整流が行われるため、逆電流による損失が低減される。また、外部負荷が重負荷である場合は第２方式によって同期整流が行われるため、ボディーダイオードの通電損失が低減される。すなわち、２次側の整流部１６がフルブリッジ型の回路として構成された場合であっても、センタタップ型の回路として構成された場合と同様の効果を得ることができる。

【0101】

上記の各実施形態において、制御部３０は、電流センサ１９によって検出された負荷電流に基づいて、各スイッチング素子を制御したが、これに限定されない。制御部３０が用いる電流は、負荷電流と相関関係を有する電流であれば足りる。負荷電流と相関関係を有する電流とは、例えば入力電流である。

【0102】

また、上記の各実施形態において、制御部３０は負荷電流の平均値を用いて各方式の切り替えを行うと説明したが、必ずしも平均値でなくてもよく、平均値と相関関係を有する電流値を用いて各方式の切り替えを行ってもよい。これにより、例えばマイコンでＡＤ変換する際のサンプリングタイミングによって取得した電流が平均値とずれるといったケースにも適用可能となる。また、制御部３０は、任意のタイミングで検出された電流値を用いて各方式の切り替えを行ってもよい。

【0103】

〔ソフトウェアによる実現例〕
電力変換装置（以下、「装置」と称する）としての機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロックとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

【0104】

この場合、上記装置は、プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。コンピュータがプログラムを実行することにより、各実施形態で説明した各機能が実現される。

【0105】

プログラムは、一時的ではなく、コンピュータが読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。

【0106】

また、各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本開示の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより各制御ブロックの機能を実現することも可能である。

【0107】

本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【0108】

上述において、同期整流の方式として２つの方式を説明したが、更に３つ目の同期整流方式を加え、３つの同期整流方式を切り替える構成としてもよい。なお、ここで説明する「３つ目の同期整流方式」とは、上述の「同期整流停止方式」とは異なるものである。３つ目の同期整流方式について説明する。３つ目の同期整流方式は、第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる期間、又は第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態となる期間において同期整流を行う方式である。この方式を以下では「第３方式」と称する。

【0109】

＜第３方式のスイッチング制御方法＞
次に図１２を参照して第３方式のスイッチング制御方法について説明する。

【0110】

図１２は、第３方式における第１～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオンオフタイミングを示すタイミングチャートである。図１２において、第１～第３，第５～第６スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３，Ｑ５～Ｑ６の初期状態はオフ状態であり、第４スイッチング素子Ｑ４の初期状態はオン状態である。

【0111】

タイミングＴ１において、制御部３０は、第１スイッチング素子Ｑ１をオフ状態からオン状態に切り替える。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態となるため、制御部３０は、第５スイッチング素子Ｑ５をオフ状態からオン状態に切り替えて同期整流を開始する。

【0112】

タイミングＴ２において、制御部３０は、第４スイッチング素子Ｑ４をオン状態からオフ状態に切り替える。タイミングＴ３において、制御部３０は、第３スイッチング素子Ｑ３をオフ状態からオン状態に切り替える。

【0113】

タイミングＴ４において、制御部３０は、第１スイッチング素子Ｑ１をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態ではなくなるため、制御部３０は、第５スイッチング素子Ｑ５をオン状態からオフ状態に切り替えて、同期整流を停止させる。

【0114】

タイミングＴ５において、制御部３０は、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ状態からオン状態に切り替える。これにより、第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態となるため、制御部３０は、第６スイッチング素子Ｑ６をオフ状態からオン状態に切り替えて同期整流を開始する。

【0115】

タイミングＴ６において、制御部３０は、第３スイッチング素子Ｑ３をオン状態からオフ状態に切り替える。タイミングＴ７において、制御部３０は、第４スイッチング素子Ｑ４をオフ状態からオン状態に切り替える。

【0116】

タイミングＴ８において、制御部３０は、第２スイッチング素子Ｑ２をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、第２スイッチング素子Ｑ２がオン状態ではなくなるため、制御部３０は、第６スイッチング素子Ｑ６をオン状態からオフ状態に切り替えて、同期整流を停止させる。タイミングＴ９におけるスイッチング制御は、タイミングＴ１におけるスイッチング制御と同じため、説明を省略する。

【0117】

＜第１方式と第２方式と第３方式との比較＞
次に、第１方式と第２方式と第３方式との比較について説明する。第３方式では第１方式と比べて、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオード通電時間が短い。一方で、第３方式では第２方式と比べて、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオード通電時間が長い。

【0118】

第３方式において、図１２のタイミングＴ４～Ｔ５の期間及びタイミングＴ７～Ｔ９の期間では第５スイッチング素子Ｑ５のボディーダイオードに電流が流れ、タイミングＴ３～Ｔ５の期間及びタイミングＴ８～Ｔ９の期間では第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオードに電流が流れる。一方で、タイミングＴ１～Ｔ４の期間及びタイミングＴ５～Ｔ７の期間では第５スイッチング素子Ｑ５のボディーダイオードに電流は流れず、タイミングＴ１～Ｔ３の期間及びタイミングＴ５～Ｔ８の期間では第６スイッチング素子Ｑ６のボディーダイオードに電流は流れない。

【0119】

第３方式においても第２方式と同様に逆電流損失が発生するおそれがあるものの、ボディーダイオードの通電損失は第１方式より小さい。ただし、第３方式において、ボディーダイオードの通電損失は第２方式より大きい。そこで、第１方式と第２方式との間に第３方式を挟み、制御部３０は、負荷電流の平均値に応じてこれら３つの方式を切り替えてもよい。この切り替えには、上述の第１閾値及び第２閾値とは異なる、第３閾値及び第４閾値を用いることができる。第３閾値＜第４閾値である。第３閾値及び第４閾値は予め実験又はシミュレーションを通じて求めることができる。

【0120】

制御部３０は、負荷電流の平均値が第４閾値より大きい値から第４閾値以下の値に変化した場合、第２方式から第３方式に切り替えてもよい。また、制御部３０は、負荷電流の平均値が第３閾値より大きくかつ第４閾値以下の値から、第３閾値以下の値に変化した場合、第３方式から第１方式に切り替えてもよい。このように負荷電流の大きさに応じて「第１方式」、「第３方式」、及び「第２方式」の３方式での切り替えを行うことにより、逆電流による損失低減、又はボディーダイオードの通電損失低減が実現する。

【0121】

また、第１方式と第３方式とを切り替える際、又は第２方式と第３方式とを切り替える際にデッドタイムを設けてもよい。マイコンのＰＷＭ機能の制約により、第１方式と第３方式との切り替え、又は第２方式と第３方式との切り替えをスムーズに行うことが難しい場合であっても、このようなデッドタイムを設けることによりスムーズな切り替えを行うことができる。

【符号の説明】

【0122】

１０ 電力変換装置
１５ トランス
１６ 整流部
１９ 電流センサ
３０ 制御部
５０ 電源
５１、５２ 負荷
Ｑ１～Ｑ８ 第１～第８スイッチング素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】