特開 2024-145288 双方向コンバータ

(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】P2024145288

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】双方向コンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057577

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】山根 康嗣

(72)【発明者】

【氏名】五十棲 健太

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA02

5H730AS04

5H730AS05

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB13

5H730BB14

5H730BB57

5H730DD02

5H730DD16

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD31

5H730FG05

5H730FV00

(57)【要約】

【課題】昇圧状態と降圧状態とが切り替わる時にオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生することを抑制可能な双方向コンバータを提供する。
【解決手段】双方向コンバータＡ１では、電力変換回路１は、第１端子対Ｔ１および第２端子対Ｔ２の一方を一次側、他方を二次側として、一次側から二次側に、昇圧して電力伝送を行う昇圧モードと、降圧して電力伝送を行う降圧モードと、昇圧および降圧での電力伝送を選択的に行う昇降圧モードとで動作可能である。昇降圧モードでは、昇圧状態と降圧状態とで複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動制御が共通する。昇圧モードと降圧モードとは、昇降圧モードを介して切り替わる。制御部４は、動作モードが切り替わる時、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうち、常時オンからＰＷＭ制御に移行するものに対してパルス幅を徐々に狭くし、ＰＷＭ制御から常時オンに移行するものに対してパルス幅を徐々に広くする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１高電位側端子および第１低電位側端子を含む第１端子対と、
第２高電位側端子および第２低電位側端子を含む第２端子対と、
複数のスイッチング素子、インダクタ、および、前記複数のスイッチング素子のうちの対応する１つにそれぞれ逆並列に接続された複数のダイオードを含み、前記第１端子対および前記第２端子対の間で双方向の電力伝送が可能な電力変換回路と、
前記複数のスイッチング素子の各々のオンとオフとを切り替える駆動制御を行う制御部と、
を備え、
前記複数のスイッチング素子は、前記第１高電位側端子と前記インダクタの一端とに接続された第１スイッチング素子と、前記第１低電位側端子と前記インダクタの前記一端とに接続された第２スイッチング素子と、前記第２高電位側端子と前記インダクタの他端とに接続された第３スイッチング素子と、前記第２低電位側端子と前記インダクタの前記他端とに接続された第４スイッチング素子と、を含み、
前記電力変換回路は、前記第１端子対および前記第２端子対の一方を一次側、前記第１端子対および前記第２端子対の他方を二次側として、前記一次側から前記二次側に昇圧して電力伝送を行う昇圧モードと、前記一次側から前記二次側に降圧して電力伝送を行う降圧モードと、前記一次側から前記二次側に昇圧および降圧での電力伝送を選択的に行う昇降圧モードとで、動作可能であり、
前記昇降圧モードでは、昇圧状態と降圧状態とで前記複数のスイッチング素子の前記駆動制御が共通し、
前記昇圧モードと前記降圧モードとは、前記昇降圧モードを介して切り替わり、
前記制御部は、前記昇降圧モードと前記昇圧モードとが切り替わる時、前記複数のスイッチング素子のうち、常時オンからＰＷＭ制御に移行するものに対してパルス幅を徐々に狭くし、前記複数のスイッチング素子のうち、ＰＷＭ制御から常時オンに移行するものに対してパルス幅を徐々に広くする、双方向コンバータ。

【請求項2】

前記電力変換回路は、前記第１端子対に印加される第１電圧と前記第２端子対に印加される第２電圧との電圧差の絶対値が設定値よりも大きい時に、前記昇圧モードまたは前記降圧モードで動作し、前記電圧差の絶対値が設定値以下である時に、前記昇降圧モードで動作する、請求項１に記載の双方向コンバータ。

【請求項3】

前記第１端子対が前記一次側であるとき、前記第１スイッチング素子は、前記昇圧モードでは常時オンであり、前記昇降圧モードではＰＷＭ制御により駆動され、
前記第２端子対が前記一次側であるとき、前記第３スイッチング素子は、前記昇圧モードでは常時オンであり、前記昇降圧モードではＰＷＭ制御により駆動される、請求項１または請求項２に記載の双方向コンバータ。

【請求項4】

前記制御部は、制御信号生成部と、動作モード判定部と、駆動信号生成部とを含み、
前記制御信号生成部は、前記電力変換回路に流れる制御対象電流の検出値および設定値に基づいて、前記制御対象電流の値を前記設定値にするための制御信号を生成し、
前記動作モード判定部は、前記昇圧モード、前記降圧モードおよび前記昇降圧モードのいずれの動作モードであるかを判定し、
前記駆動信号生成部は、前記制御信号と前記動作モードの判定結果とに基づいて、前記複数のスイッチング素子の各々に入力する駆動信号を生成する、請求項３に記載の双方向コンバータ。

【請求項5】

前記動作モード判定部は、前記昇圧モードで第１レベル、前記降圧モードおよび前記昇降圧モードで第２レベルとなる昇圧許可信号を出力し、
前記駆動信号生成部は、前記昇圧許可信号が入力される積分器と、前記積分器の出力および前記制御信号が入力される演算器と、キャリア信号を発生させるキャリア発生器と、前記演算器の出力および前記キャリア発生器の出力が入力される比較器とを含み、
前記積分器の出力は、前記昇降圧モードと前記昇圧モードとが切り替わると、前記第１レベルおよび前記第２レベルの一方から他方に徐々に変化する、請求項４に記載の双方向コンバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、双方向コンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、２つの電圧源の間で双方向に電力変換を行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが知られている。例えば、特許文献１には、従来の双方向コンバータが開示されている。特許文献１に記載の双方向コンバータは、昇降圧部と、スイッチング制御部と、を備える。

【0003】

昇降圧部は、第１ないし第４のスイッチ素子と、インダクタとを有する。また、昇降圧部は、第１の電圧源が接続される第１の端子対（第１の入出力端子および第１の基準端子）と、第２の電圧源が接続される第２の端子対（第２の入出力端子および第２の基準端子）とを有する。昇降圧部は、スイッチング制御部の制御に基づいて、第１の電圧源から第２の電圧源に電力伝送する場合と、第２の電圧源から第１の電圧源に電力伝送する場合とのそれぞれで、降圧動作または昇圧動作を行う。

【0004】

スイッチング制御部は、第１の端子対から第２の端子対に電力伝送する場合、第２及び第４のスイッチ素子をオフしたまま、降圧動作時には第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子をオフにし、昇圧動作時には第１のスイッチ素子をオンすると共に第３のスイッチ素子のスイッチングを制御する。一方、第２の端子対から第１の端子対に電力伝送する場合、第１及び第３のスイッチ素子をオフしたまま、降圧動作時には第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第２のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時には第４のスイッチ素子をオンすると共に第２のスイッチ素子のスイッチングを制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－２０５４２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の双方向コンバータにおいて、上記のように第１ないし第４のスイッチング素子のスイッチングを制御すると、第１の端子対に印加される電圧と第２の端子対に印加される電圧との大小が切り替わる時（昇圧状態と降圧状態とが切り替わる時）に、オーバーシュートまたはアンダーシュートが発生することがある。オーバーシュートおよびアンダーシュートは、内部回路および外部回路（外部の電源および負荷など）の各々の破壊または寿命を短くする要因であるとともに、第１の端子対および第２の端子対間の電圧変換に悪影響を及ぼす。

【0007】

本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、昇圧状態と降圧状態とが切り替わる時にオーバーシュートおよびアンダーシュートが発生することを抑制可能な双方向コンバータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の双方向コンバータは、第１高電位側端子および第１低電位側端子を含む第１端子対と、第２高電位側端子および第２低電位側端子を含む第２端子対と、複数のスイッチング素子、インダクタ、および、前記複数のスイッチング素子のうちの対応する１つにそれぞれ逆並列に接続された複数のダイオードを含み、前記第１端子対および前記第２端子対の間で双方向の電力伝送が可能な電力変換回路と、前記複数のスイッチング素子の各々のオンとオフとを切り替える駆動制御を行う制御部と、を備え、前記複数のスイッチング素子は、前記第１高電位側端子と前記インダクタの一端とに接続された第１スイッチング素子と、前記第１低電位側端子と前記インダクタの前記一端とに接続された第２スイッチング素子と、前記第２高電位側端子と前記インダクタの他端とに接続された第３スイッチング素子と、前記第２低電位側端子と前記インダクタの前記他端とに接続された第４スイッチング素子と、を含み、前記電力変換回路は、前記第１端子対および前記第２端子対の一方を一次側、前記第１端子対および前記第２端子対の他方を二次側として、前記一次側から前記二次側に昇圧して電力伝送を行う昇圧モードと、前記一次側から前記二次側に降圧して電力伝送を行う降圧モードと、前記一次側から前記二次側に昇圧および降圧での電力伝送を選択的に行う昇降圧モードとで、動作可能であり、前記昇降圧モードでは、昇圧状態と降圧状態とで前記複数のスイッチング素子の前記駆動制御が共通し、前記昇圧モードと前記降圧モードとは、前記昇降圧モードを介して切り替わり、前記制御部は、前記昇降圧モードと前記昇圧モードとが切り替わる時、前記複数のスイッチング素子のうち、常時オンからＰＷＭ制御に移行するものに対してパルス幅を徐々に狭くし、前記複数のスイッチング素子のうち、ＰＷＭ制御から常時オンに移行するものに対してパルス幅を徐々に広くする。

【0009】

前記双方向コンバータの好ましい実施の形態においては、前記電力変換回路は、前記第１端子対に印加される第１電圧と前記第２端子対に印加される第２電圧との電圧差の絶対値が設定値よりも大きい時に、前記昇圧モードまたは前記降圧モードで動作し、前記電圧差の絶対値が設定値以下である時に、前記昇降圧モードで動作する。

【0010】

前記双方向コンバータの好ましい実施の形態においては、前記第１端子対が前記一次側であるとき、前記第１スイッチング素子は、前記昇圧モードでは常時オンであり、前記昇降圧モードではＰＷＭ制御により駆動され、前記第２端子対が前記一次側であるとき、前記第３スイッチング素子は、前記昇圧モードでは常時オンであり、前記昇降圧モードではＰＷＭ制御により駆動される。

【0011】

前記双方向コンバータの好ましい実施の形態においては、前記制御部は、制御信号生成部と、動作モード判定部と、駆動信号生成部とを含み、前記制御信号生成部は、前記電力変換回路に流れる制御対象電流の検出値および設定値に基づいて、前記制御対象電流の値を前記設定値にするための制御信号を生成し、前記動作モード判定部は、前記昇圧モード、前記降圧モードおよび前記昇降圧モードのいずれの動作モードであるかを判定し、前記駆動信号生成部は、前記制御信号と前記動作モードの判定結果とに基づいて、前記複数のスイッチング素子の各々に入力する駆動信号を生成する。

【0012】

前記双方向コンバータの好ましい実施の形態においては、前記動作モード判定部は、前記昇圧モードで第１レベル、前記降圧モードおよび前記昇降圧モードで第２レベルとなる昇圧許可信号を出力し、前記駆動信号生成部は、前記昇圧許可信号が入力される積分器と、前記積分器の出力および前記制御信号が入力される演算器と、キャリア信号を発生させるキャリア発生器と、前記演算器の出力および前記キャリア発生器の出力が入力される比較器とを含み、前記積分器の出力は、前記昇降圧モードと前記昇圧モードとが切り替わると、前記第１レベルおよび前記第２レベルの一方から他方に徐々に変化する。

【発明の効果】

【0013】

本開示の双方向コンバータでは、昇圧モードと降圧モードとは、昇降圧モードを介して切り替わる。この昇降圧モードでは、各スイッチング素子の駆動制御は、昇圧状態でも降圧状態でも共通する。この構成によれば、昇圧状態と降圧状態とが切り替わるタイミングにおいて、電力変換回路における電流の流れが同じとなる。したがって、本開示の双方向コンバータによれば、昇圧状態と降圧状態とが切り替わる時に、電力変換回路における電流の流れに変化が生じないので、オーバーシュートおよびアンダーシュートの発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態に係る双方向コンバータを示す全体構成図である。

【図2】一実施形態に係る双方向コンバータの適用例を示す構成図である。

【図3】一実施形態に係る双方向コンバータの各動作モードと各信号との関係を示す表である。

【図4】一実施形態に係る双方向コンバータの各動作モード（第１昇圧モード、第１昇降圧モードおよび第１降圧モード）における制御状態を示す図である。

【図5】一実施形態に係る双方向コンバータの各動作モード（第２昇圧モード、第２昇降圧モードおよび第２降圧モード）における制御状態を示す図である。

【図6】一実施形態に係る双方向コンバータの制御部の詳細な構成例を示す機能ブロック図である。

【図7】一実施形態に係る双方向コンバータの昇降圧モードと昇圧モードとの切り替わりにおける各信号変化を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本開示の双方向コンバータの好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。

【0016】

図１は、一実施形態に係る双方向コンバータＡ１を示している。双方向コンバータＡ１は、第１端子対Ｔ１、第２端子対Ｔ２、電力変換回路１、電流検出器２１、２つの設定部３１，３３、制御部４、および２つの検出部５１，５２を備える。

【0017】

電力変換回路１は、第１電圧源Ｂ１と第２電圧源Ｂ２の間に電気的に接続される。第１電圧源Ｂ１は、第１端子対Ｔ１に接続され、第２電圧源Ｂ２は、第２端子対Ｔ２に接続される。第１端子対Ｔ１は、第１高電位側端子Ｔ１１および第１低電位側端子Ｔ１２を含み、第２端子対Ｔ２は、第２高電位側端子Ｔ２１および第２低電位側端子Ｔ２２を含む。第１端子対Ｔ１には、第１電圧源Ｂ１の電源電圧が印加されており、第２端子対Ｔ２には、第２電圧源Ｂ２の電源電圧が印加されている。以下では、第１電圧源Ｂ１の電源電圧を「第１電圧Ｅ１」といい、第２電圧源Ｂ２の電源電圧を「第２電圧Ｅ２」という。よって、第１端子対Ｔ１には、第１電圧Ｅ１が印加され、第２端子対Ｔ２には、第２電圧Ｅ２が印加される。第１低電位側端子Ｔ１２と第２低電位側端子Ｔ２２とは、電気的に接続されており、同電位である。電力変換回路１は、これらの第１端子対Ｔ１と第２端子対Ｔ２との間で電力を双方向に伝送可能である。以下において、第１端子対Ｔ１から第２端子対Ｔ２に電力が伝送されている時の電力伝送方向を「第１方向」、第２端子対Ｔ２から第１端子対Ｔ１に電力が転送されている時の電力伝送方向を「第２方向」ということがある。電力伝送方向が第１方向（Ｔ１→Ｔ２）である時、第１端子対Ｔ１が一次側であり、第２端子対Ｔ２が二次側である。一方、電力伝送方向が第２方向（Ｔ２→Ｔ１）である時、第２端子対Ｔ２が一次側であり、第１端子対Ｔ１が二次側である。

【0018】

電力変換回路１は、４つのスイッチ部ＳＷ１～ＳＷ４およびインダクタＬ１を含む。スイッチ部ＳＷ１およびスイッチ部ＳＷ２は、互いに直列に接続されて、第１端子対Ｔ１に接続されている。図示された例では、スイッチ部ＳＷ１は、第１端子対Ｔ１の第１高電位側端子Ｔ１１に接続され、スイッチ部ＳＷ２は、第１端子対Ｔ１の第１低電位側端子Ｔ１２に接続されている。スイッチ部ＳＷ３およびスイッチ部ＳＷ４は、互いに直列に接続されて、第２端子対Ｔ２に接続されている。図示された例では、スイッチ部ＳＷ３は、第２端子対Ｔ２の第２高電位側端子Ｔ２１に接続され、スイッチ部ＳＷ４は、第２端子対Ｔ２の第２低電位側端子Ｔ２２に接続されている。インダクタＬ１は、２つのスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２の直列回路と、２つのスイッチ部ＳＷ３，ＳＷ４の直列回路との間に電気的に接続される。４つのスイッチ部ＳＷ１～ＳＷ４は、以上のように接続されることで、Ｈブリッジ回路を構成する。特に、本開示の双方向コンバータＡ１では、図１に示すように、スイッチ部ＳＷ１の高電位側と、スイッチ部ＳＷ３の高電位側とが接続されていないことから、４つのスイッチ部ＳＷ１～ＳＷ４は、オープンＨブリッジ回路である。

【0019】

図１に示すように、４つのスイッチ部ＳＷ１～ＳＷ４はそれぞれ、４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうちの対応する１つと４つのダイオードＤ１～Ｄ４のうちの対応する１つとを含む。

【0020】

各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、例えばトランジスタである。当該トランジスタの種類は、何ら限定されないが、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）あるいはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが採用される。図１に示す例では、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、バイポーラトランジスタである。各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４には、制御部４から駆動信号（例えばオン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号）が入力される。各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、入力される駆動信号に基づいて、常時オン状態、常時オフ状態およびスイッチング状態のいずれかで動作する。スイッチング状態では、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオン（導通状態）とオフ（遮断状態）とが交互に切り替わる。スイッチング素子Ｑ１は、第１高電位側端子Ｔ１１とインダクタＬ１の一端とに接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、第１低電位側端子Ｔ１２とインダクタＬ１の一端とに接続されている。スイッチング素子Ｑ３は、第２高電位側端子Ｔ２１とインダクタＬ１の他端とに接続されている。スイッチング素子Ｑ４は、第２低電位側端子Ｔ２２とインダクタＬ１の他端とに接続されている。

【0021】

ダイオードＤ１は、スイッチ部ＳＷ１において、スイッチング素子Ｑ１に逆並列に接続されている。同様に、ダイオードＤ２は、スイッチ部ＳＷ２において、スイッチング素子Ｑ２に逆並列に接続され、ダイオードＤ３は、スイッチ部ＳＷ３において、スイッチング素子Ｑ３に逆並列に接続され、ダイオードＤ４は、スイッチ部ＳＷ４において、スイッチング素子Ｑ４に逆並列に接続されている。なお、各ダイオードＤ１～Ｄ４は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と異なる部品であってもよいし、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に内蔵されるダイオード成分であってもよい。

【0022】

本実施形態では、各スイッチ部ＳＷ１～ＳＷ４は、高電位側から低電位側に電流が流れる状態と、低電位側から高電位側に電流が流れる状態と、電流が流れない状態とがある。例えば、スイッチ部ＳＷ１において、高電位側から低電位側に電流が流れている状態では、スイッチング素子Ｑ１に電流が流れる。また、スイッチ部ＳＷ１において、低電位側から高電位側に電流が流れている状態では、ダイオードＤ１に電流が流れる。スイッチ部ＳＷ１において、電流が流れない状態では、スイッチング素子Ｑ１にもダイオードＤ１にも電流が流れない。このことは、他のスイッチ部ＳＷ２～ＳＷ４においても同様である。

【0023】

電力変換回路１は、第１電圧Ｅ１および第２電圧Ｅ２の大小関係と、第１端子対Ｔ１と第２端子対Ｔ２との間の電力伝送方向（第１方向か第２方向か）とによって、昇圧モード、降圧モードおよび昇降圧モードのいずれかの動作モードで動作する。これらの昇圧モード、降圧モードよび昇降圧モードは、電力伝送方向が第１方向である場合と、電力伝送方向が第２方向である場合とでそれぞれで存在する。なお、理解の便宜上、電力伝送方向が第１方向である場合の昇圧モード、降圧モードおよび昇降圧モードをそれぞれ、第１昇圧モード、第１降圧モード、第１昇降圧モードといい、電力の伝送方向が第２方向である場合の昇圧モード、降圧モードおよび昇降圧モードをそれぞれ、第２昇圧モード、第２降圧モード、第２昇降圧モードということがある。昇圧モード、降圧モードおよび昇降圧モードでの各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動制御は、互いに異なる。

【0024】

昇圧モードは、一次側から二次側に昇圧して電力伝送を行う動作モードである。第１昇圧モードでは、第１端子対Ｔ１が一次側となり、且つ第２端子対Ｔ２が二次側となって、電力変換回路１は、第１端子対Ｔ１に入力される電圧を、昇圧して第２端子対Ｔ２から出力する。第２昇圧モードでは、第２端子対Ｔ２が一次側となり、第１端子対Ｔ１が二次側となって、電力変換回路１は、第２端子対Ｔ２に入力される電圧を、昇圧して第１端子対Ｔ１から出力する。

【0025】

降圧モードは、一次側から二次側に降圧して電力伝送を行う動作モードである。第１降圧モードでは、第１端子対Ｔ１が一次側となり、且つ第２端子対Ｔ２が二次側となって、電力変換回路１は、第１端子対Ｔ１に入力される電圧を、降圧して第２端子対Ｔ２から出力する。第２降圧モードでは、第２端子対Ｔ２が一次側となり、第１端子対Ｔ１が二次側となって、電力変換回路１は、第２端子対Ｔ２に入力される電圧を、降圧して第１端子対Ｔ１から出力する。

【0026】

昇降圧モードは、一次側から二次側に昇圧および降圧での電力伝送を選択的に行う動作モードである。第１昇降圧モードでは、第１端子対Ｔ１が一次側となり、且つ第２端子対Ｔ２が二次側となって、電力変換回路１は、第１端子対Ｔ１に入力される電圧を、昇圧または降圧して第２端子対Ｔ２から出力する。第２昇降圧モードでは、第２端子対Ｔ２が一次側となり、且つ第１端子対Ｔ１が二次側となって、電力変換回路１は、第２端子対Ｔ２に入力される電圧を、昇圧または降圧して第１端子対Ｔ１から出力する。昇降圧モード（第１昇降圧モードおよび第２昇降圧モードの各々）では、昇圧する場合でも降圧する場合でも、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動制御は共通する。

【0027】

双方向コンバータＡ１において、昇圧モードと降圧モードとは、昇降圧モードを介して、切り替わる。よって、昇圧モードから降圧モードに切り替わる際には、まず、昇圧モードから昇降圧モードに切り替わる。そして、当該昇降圧モードで、第１電圧Ｅ１と第２電圧Ｅ２との大小関係が切り替わった後、昇降圧モードから降圧モードに切り替わる。反対に、降圧モードから昇圧モードに切り替わる際には、まず、降圧モードから昇降圧モードに切り替わる。そして、当該昇降圧モードで第１電圧Ｅ１と第２電圧Ｅ２との大小関係が切り替わった後、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わる。つまり、第１電圧Ｅ１と第２電圧Ｅ２との大小関係は、昇降圧モードで動作している時に反転する。

【0028】

図２は、双方向コンバータＡ１の適用例を示している。図２（ａ）は、双方向コンバータＡ１を太陽光発電システムに用いた例である。図２（ｂ）は、双方向コンバータＡ１をＥＶ（Electric Vehicle）充放電システムに用いた例である。図２（ｃ），（ｄ）は、双方向コンバータＡ１を蓄電システムと太陽光発電システムとの複合システムに用いた例である。図２（ｅ）は、双方向コンバータＡ１をＶ２Ｘ（Vehicle to Everything）システムと太陽光発電システムとの複合システムに用いた例である。図２（ａ）～（ｅ）において、Ｋ１は系統電源、ＰＣＳはパワーコンディショナ、ＰＶは太陽光パネル、ＥＶは電気自動車、Ｂａｔｔは蓄電池、ＦＣは周波数変換装置、Ｓｔｄは充放電スタンドを示している。なお、図２（ａ）～（ｅ）に示す双方向コンバータＡ１の適用例は、一例であって、これらに限定されない。双方向コンバータＡ１の電力変換回路１は、双方向の電力伝送が可能であるが、一方向に電力伝送を行うものに適用することも可能である。図２（ｂ）に示す例において、双方向コンバータＡ１は、パワーコンディショナＰＣＳと電気自動車ＥＶとの間に接続される。そして、双方向コンバータＡ１は、パワーコンディショナＰＣＳを介して入力される電力を変換して、電気自動車ＥＶに出力することで、電気自動車ＥＶの充電を行う。一方、双方向コンバータＡ１は、電気自動車ＥＶから入力される電力を変換して、パワーコンディショナＰＣＳに出力することで、電気自動車ＥＶの放電を行う。

【0029】

電流検出器２１は、電力変換回路１に流れる制御対象電流として、第２低電位側端子Ｔ２２に流れる電流（二次電流Ｉ₂）を検出する。電流検出器２１は、二次電流Ｉ₂の検出値に応じた検出信号を、制御部４（後述の制御信号生成部４１）に出力する。図１から理解されるように、二次電流Ｉ₂の検出値は、第２低電位側端子Ｔ２２から各スイッチ部ＳＷ１～ＳＷ４側に電流が流れている時に、正の値となる。なお、電流検出器２１は、第２低電位側端子Ｔ２２に流れる電流ではなく、第１高電位側端子Ｔ１１、第１低電位側端子Ｔ１２または第２高電位側端子Ｔ２１に流れる電流を検出するものであってもよい。

【0030】

検出部５１は、第１端子対Ｔ１における電気的な特性値を検出する。検出部５１は、第１端子対Ｔ１に印加される第１電圧Ｅ１（すなわち第１電圧源Ｂ１の電源電圧）を検出する電圧検出器５１１を含む。検出部５１の出力（第１電圧Ｅ１の検出値）は、制御部４に出力される。検出部５１は、電圧検出器５１１の他、第１端子対Ｔ１における第１電力Ｐ１を検出する電力検出器を含んでいてもよい。

【0031】

検出部５２は、第２端子対Ｔ２における電気的な特性値を検出する。検出部５２は、第２端子対Ｔ２に印加される第２電圧Ｅ２（すなわち第２電圧源Ｂ２の電源電圧）を検出する電圧検出器５２１を含む。検出部５２の出力（第２電圧Ｅ２の検出値）は、制御部４に出力される。検出部５２は、電圧検出器５２１の他、第２端子対Ｔ２における第２電力Ｐ２を検出する電力検出器を含んでいてもよい。

【0032】

設定部３１は、二次電流Ｉ₂の設定を行う。設定部３１は、二次電流Ｉ₂の設定値を、制御部４（後述の制御信号生成部４１）に出力する。二次電流Ｉ₂の設定値は、例えば、第１端子対Ｔ１から第２端子対Ｔ２に電力伝送を行う時には、正の値であり、第２端子対Ｔ２から第１端子対Ｔ１に電力伝送を行う時には、負の値である。なお、設定部３１で設定する電流値は、電流検出器２１による電流の検出箇所に応じて、適宜変更される。

【0033】

設定部３３は、各動作モードにおいて、昇圧モードおよび降圧モードと、昇降圧モードとを切り替える切替電圧を設定する。設定部３３は、切替電圧の設定値を制御部４（後述の動作モード判定部４３）に出力する。

【0034】

制御部４は、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各々に駆動信号を入力することで、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンとオフとを切り替える駆動制御を行う。制御部４は、駆動信号として、ＰＷＭ信号、オン信号またはオフ信号を選択的に出力する。ＰＷＭ信号が入力されたスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、ＰＷＭ制御される。オン信号が入力されたスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、常時オンに制御される。オフ信号が入力されたスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、常時オフに制御される。図１に示すように、制御部４は、制御信号生成部４１、動作モード判定部４３および駆動信号生成部４７を含む。以下の説明において、ある出力がローレベルである信号を「Ｌ信号」といい、ある出力がハイレベルである信号を「Ｈ信号」という。先述のＰＷＭ信号は、ある出力がローレベルとハイレベルとを交互に繰り返す信号に相当する。また、Ｌ信号は、デューティ比が０％である信号に相当し、Ｈ信号は、デューティ比が１００％である信号に相当する。なお、ローレベルおよびハイレベルの具体的な大きさは、対応する出力ごとに設定される。以下で説明する制御部４の構成は、一例であって、これに限定されない。

【0035】

制御信号生成部４１には、設定部３１の出力（二次電流Ｉ₂の設定値）と電流検出器２１の出力（二次電流Ｉ₂の検出値）とがそれぞれ入力される。制御信号生成部４１は、二次電流Ｉ₂の値を設定部３１で設定された設定値にするための制御信号を生成する。制御信号生成部４１は、生成した制御信号を駆動信号生成部４７に出力する。

【0036】

動作モード判定部４３には、設定部３３の出力（切替電圧の設定値）と２つの電圧検出器５１１，５２１の各出力（第１電圧Ｅ１および第２電圧Ｅ２の各検出値）がそれぞれ入力される。動作モード判定部４３は、動作モードの判定を行い、各動作モードに応じて昇圧許可信号および降圧許可信号を出力する。図３に示すように、動作モード判定部４３は、昇圧モードであると判定すると、昇圧許可信号をＨ信号に、降圧許可信号をＬ信号にする。また、降圧モードであると判定すると、昇圧許可信号をＬ信号に、降圧許可信号をＨ信号にする。また、昇降圧モードであると判定すると、昇圧許可信号および降圧許可信号をともにＬ信号にする。また、動作モード判定部４３は、昇圧許可信号および降圧許可信号の他、リセット信号を出力する。リセット信号は、降圧モードおよび昇降圧モードである間、Ｈ信号であり、昇圧モードである間、Ｌ信号である。ただし、昇圧モードであっても、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わった時には、１パルスだけＨ信号となる。

【0037】

動作モード判定部４３は、電力変換回路１の一次側電圧と二次側電圧との電圧差（一次側電圧－二次側電圧）を演算する。電力伝送方向が第１方向である時、第１電圧Ｅ１が一次側電圧であり、第２電圧Ｅ２が二次側電圧である。一方、電力伝送方向が第２方向である時、第２電圧Ｅ２が一次側電圧であり、第１電圧Ｅ１が二次側電圧である。なお、動作モード判定部４３は、電力伝送方向が第１方向であるか第２方向であるかは、第１電力Ｐ１および第２電力Ｐ２の一方または両方、あるいは、二次電流Ｉ₂に基づいて判断する。例えば、動作モード判定部４３は、二次電流Ｉ₂が正の値である時に電力伝送方向が第１方向であると判断し、二次電流Ｉ₂が負の値である時に電力伝送方向が第２方向であると判断する。動作モード判定部４３は、電圧差の絶対値が切替電圧よりも大きく（｜電圧差｜＞切替電圧）且つ電圧差が負の値（一次側電圧＜二次側電圧）である時、昇圧モードであると判定する。また、電圧差の絶対値が切替電圧よりも大きく（｜電圧差｜＞切替電圧）且つ電圧差が正の値（一次側電圧＞二次側電圧）である時、降圧モードであると判定する。また、電圧差の絶対値が切替電圧以下（｜電圧差｜≦切替電圧）である時、電圧差が正の値（一次側電圧＞二次側電圧）であるか負の値（一次側電圧＜二次側電圧）であるかに関わらず、昇降圧モードであると判定する。なお、昇圧モード、降圧モードおよび昇降圧モードの判定においては、上記電力伝送方向が第１方向であるか第２方向であるかに応じて、第１昇圧モードであるか第２昇圧モードであるか、第１降圧モードであるか第２降圧モードであるか、第１昇降圧モードであるか第２昇降圧モードであるかをそれぞれ判定する。なお、切替電圧は、第１電圧Ｅ１と第２電圧Ｅ２とに応じて適宜設定され、第１電圧Ｅ１および第２電圧Ｅ２の一方が０Ｖ～８００Ｖであり、他方が３００Ｖ～４５０Ｖである例において、例えば１００Ｖである。

【0038】

駆動信号生成部４７には、制御信号生成部４１の出力（制御信号）および動作モード判定部４３の各出力（昇圧許可信号、降圧許可信号およびリセット信号）がそれぞれ入力される。駆動信号生成部４７は、入力される制御信号、昇圧許可信号、降圧許可信号およびリセット信号を用いて、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各駆動信号を生成する。駆動信号生成部４７は、生成した複数の駆動信号をそれぞれ、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうちの対応する１つに出力する。

【0039】

本実施形態では、各動作モードにおける各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動信号は、次の通りである。第１昇圧モードの場合、図３に示すように、駆動信号生成部４７には、Ｈ信号の昇圧許可信号とＬ信号の降圧許可信号とが入力され、スイッチング素子Ｑ１がオン、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフ、スイッチング素子Ｑ４がＰＷＭ制御となるように、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動信号を生成する。第１降圧モードの場合、図３に示すように、駆動信号生成部４７には、Ｌ信号の昇圧許可信号とＨ信号の降圧許可信号とが入力され、スイッチング素子Ｑ１がＰＷＭ制御、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４がオフとなるように、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動信号を生成する。第１昇降圧モードの場合、図３に示すように、駆動信号生成部４７には、Ｌ信号の昇圧許可信号とＬ信号の降圧許可信号とが入力され、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がＰＷＭ制御、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフとなるように、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動信号を生成する。この例とは異なり、第１昇降圧モードの場合、駆動信号生成部４７は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がＰＷＭ制御となるように、各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の駆動信号を生成してもよい。この場合の各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の駆動信号は、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４の駆動信号が反転した信号である。

【0040】

第２昇圧モードの場合、図３に示すように、駆動信号生成部４７には、Ｈ信号の昇圧許可信号とＬ信号の降圧許可信号とが入力され、スイッチング素子Ｑ３がオン、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフ、スイッチング素子Ｑ２がＰＷＭ制御となるように、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動信号を生成する。第２降圧モードの場合、図３に示すように、駆動信号生成部４７には、Ｌ信号の昇圧許可信号とＨ信号の降圧許可信号とが入力され、スイッチング素子Ｑ３がＰＷＭ制御、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４がオフとなるように、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動信号を生成する。第２昇降圧モードの場合、図３に示すように、駆動信号生成部４７には、Ｌ信号の昇圧許可信号とＬ信号の降圧許可信号とが入力され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がＰＷＭ制御、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフとなるように、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動信号を生成する。この例とは異なり、第２昇降圧モードの場合、駆動信号生成部４７は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がＰＷＭ制御となるように、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４の駆動信号を生成してもよい。この場合の各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４の駆動信号は、各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の駆動信号が反転した信号である。

【0041】

図４および図５は、各動作モード（昇圧モード、降圧モードおよび昇降圧モード）における、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンオフの状態と流れる電流の状態とを示している。図４（ａ）は第１昇圧モードを、図４（ｂ）は第１昇降圧モードを、図４（ｃ）は第１降圧モードの時をそれぞれ示している。図５（ａ）は第２昇圧モードを、図５（ｂ）は第２昇降圧モードを、図５（ｃ）は第２降圧モードの時をそれぞれ示している。

【0042】

第１昇圧モードでは、図４（ａ）に示すように、制御部４は、スイッチング素子Ｑ１をオンにし、且つ２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の両方をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ４をスイッチングさせる。これにより、第１昇圧モードにおいて、電力変換回路１は、次の２つの状態を繰り返す。１つ目の状態では、図４（ａ）の上図に示すように、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４のそれぞれには、高電位側から低電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３のいずれにも電流が流れない。この時、第１電圧源Ｂ１（第１端子対Ｔ１）からインダクタＬ１に電力が供給される。２つ目の状態では、図４（ａ）の下図に示すように、スイッチ部ＳＷ１には、高電位側から低電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ３には、低電位側から高電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ４のそれぞれには電流が流れない。この時、第１電圧源Ｂ１（第１端子対Ｔ１）からインダクタＬ１に電力が供給されつつ、インダクタＬ１から第２電圧源Ｂ２（第２端子対Ｔ２）に電力が供給される。

【0043】

第１昇降圧モードでは、図４（ｂ）に示すように、制御部４は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をスイッチングさせ、且つ２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の両方をオフにする。これにより、第１昇降圧モードにおいて、電力変換回路１は、次の２つの状態を繰り返す。１つ目の状態では、図４（ｂ）の上図に示すように、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４のそれぞれには高電位側から低電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３のそれぞれには電流が流れない。これにより、第１電圧源Ｂ１（第１端子対Ｔ１）からインダクタＬ１にエネルギーが蓄積される。２つ目の状態では、図４（ｂ）の下図に示すように、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４のそれぞれには電流が流れず、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３には、低電位側から高電位側に電流が流れる。これにより、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーが、第２電圧源Ｂ２（第２端子対Ｔ２）に放出される。なお、２つ目の状態において１つ目の状態からインダクタＬ１に電流が連続的に流れるため、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がそれぞれオンになっても、各ダイオードＤ２，Ｄ３に電流が流れる。つまり、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３の各々では、低電位側から高電位側に電流が流れる。これは、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン電圧が各ダイオードＤ２，Ｄ３の順方向電圧よりも低ければ、同期整流と同じ効果が得られるためである。よって、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフにしなくても、各ダイオードＤ２，Ｄ３に電流を流すことができる。このため、先述の通り、第１昇降圧モードにおいて、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、ＰＷＭ制御されてもよい。

【0044】

第１降圧モードでは、図４（ｃ）に示すように、制御部４は、３つのスイッチング素子Ｑ２～Ｑ４のそれぞれオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ１をスイッチングさせる。これにより、第１降圧モードにおいて、電力変換回路１は、次の２つの状態を繰り返す。１つ目の状態では、図４（ｃ）の上図に示すように、スイッチ部ＳＷ１には高電位側から低電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ３には低電位側から高電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ４には電流が流れない。この時、第１電圧源Ｂ１（第１端子対Ｔ１）からインダクタＬ１に電極が供給されつつ、インダクタＬ１から第２電圧源Ｂ２（第２端子対Ｔ２）に電力が供給される。２つ目の状態では、図４（ｃ）の下図に示すように、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３には低電位側から高電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４には電流が流れない。この時、インダクタＬ１から第２電圧源Ｂ２（第２端子対Ｔ２）に電力が供給される。

【0045】

第２昇圧モードでは、図５（ａ）に示すように、制御部４は、スイッチング素子Ｑ３をオンにし、且つ２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４の両方をオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせる。これにより、第２昇圧モードにおいて、電力変換回路１は、次の２つの状態を繰り返す。１つ目の状態では、図５（ａ）の上図に示すように、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３のそれぞれには、高電位側から低電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４のいずれにも電流が流れない。この時、第２電圧源Ｂ２（第２端子対Ｔ２）からインダクタＬ１に電力が供給される。２つ目の状態では、図５（ａ）の下図に示すように、スイッチ部ＳＷ３には、高電位側から低電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ１には、低電位側から高電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ４のそれぞれには電流が流れない。この時、第２電圧源Ｂ２（第２端子対Ｔ２）からインダクタＬ１に電力が供給されつつ、インダクタＬ１から第１電圧源Ｂ１（第１端子対Ｔ１）に電力が供給される。

【0046】

第２昇降圧モードでは、図５（ｂ）に示すように、制御部４は、２つのスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をスイッチングさせ、且つ２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４の両方をオフにする。これにより、第２昇降圧モードにおいて、電力変換回路１は、次の２つの状態を繰り返す。１つ目の状態では、図５（ｂ）の上図に示すように、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３のそれぞれには高電位側から低電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４のそれぞれには電流が流れない。これにより、第２電圧源Ｂ２（第２端子対Ｔ２）からインダクタＬ１にエネルギーが蓄積される。２つ目の状態では、図５（ｂ）の下図に示すように、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３のそれぞれには電流が流れず、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４には、低電位側から高電位側に電流が流れる。これにより、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーが、第１電圧源Ｂ１（第１端子対Ｔ１）に放出される。なお、２つ目の状態において１つ目の状態からインダクタＬ１に電流が連続的に流れるため、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がそれぞれオンになっても、各ダイオードＤ１，Ｄ４に電流が流れる。つまり、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４の各々では、低電位側から高電位側に電流が流れる。これは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のオン電圧が各ダイオードＤ１，Ｄ４の順方向電圧よりも低ければ、同期整流と同じ効果が得られるためである。よって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオフにしなくても、各ダイオードＤ１，Ｄ４に電流を流すことができる。このため、先述の通り、第２昇降圧モードにおいて、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は、ＰＷＭ制御されてもよい。

【0047】

第２降圧モードでは、図５（ｃ）に示すように、制御部４は、３つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４のそれぞれオフにしたまま、スイッチング素子Ｑ３をスイッチングさせる。これにより、第２降圧モードにおいて、電力変換回路１は、次の２つの状態を繰り返す。１つ目の状態では、図５（ｃ）の上図に示すように、スイッチ部ＳＷ３には高電位側から低電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ１には低電位側から高電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ４には電流が流れない。この時、第２電圧源Ｂ２（第２端子対Ｔ２）からインダクタＬ１に電極が供給されつつ、インダクタＬ１から第１電圧源Ｂ１（第１端子対Ｔ１）に電力が供給される。２つ目の状態では、図５（ｃ）の下図に示すように、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ４には低電位側から高電位側に電流が流れ、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３には電流が流れない。この時、インダクタＬ１から第１電圧源Ｂ１（第１端子対Ｔ１）に電力が供給される。

【0048】

また、駆動信号生成部４７は、昇降圧モードと昇圧モードとが切り替わった時に、ソフトスタートを行うように複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各駆動信号を生成する。当該ソフトスタートは、昇降圧モードと昇圧モードとが切り替わり、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動制御が変化する際に行う制御であって、次に示すように、切り替える前の駆動信号から切り替えた後の駆動信号に徐々に変化させる制御である。例えば、第１昇降圧モードと第１昇圧モードとの切り替わりにおいて、スイッチング素子Ｑ１は、ＰＷＭ制御される状態（第１昇降圧モードの時）と常時オンとなる状態（第１昇圧モードの時）とで切り替わる。このため、第１昇降圧モードから第１昇圧モードに切り替わった時から、スイッチング素子Ｑ１への駆動信号のパルス幅を徐々に広くし、第１昇圧モードから第１昇降圧モードに切り替わった時から、スイッチング素子Ｑ１への駆動信号のパルス幅を徐々に狭くする。同様に、第２昇降圧モードと第２昇圧モードとの切り替わりにおいて、スイッチング素子Ｑ３は、ＰＷＭ制御される状態（第２昇降圧モードの時）と常時オンとなる状態（第２昇圧モードの時）とで切り替わる。このため、第２昇降圧モードから第２昇圧モードに切り替わった時から、スイッチング素子Ｑ３への駆動信号のパルス幅を徐々に広くし、第２昇圧モードから第２昇降圧モードに切り替わった時から、スイッチング素子Ｑ３への駆動信号のパルス幅を徐々に狭くする。なお、先述のソフトスタートは、昇降圧モードと昇圧モードとが切り替わった時から開始される場合に限定されず、切り替わる直前から開始されてもよい。

【0049】

次に、電力伝送方向が第１方向である場合における制御部４の詳細な構成例について、図６を参照して、説明する。図６は、電力伝送方向が第１方向である場合における制御部４の制御ブロック図を示している。当該制御ブロック図は、一例であって、これに限定されない。なお、本実施形態の双方向コンバータＡ１は、インダクタＬ１を挟んで第１端子対Ｔ１側と第２端子対Ｔ２側とが対称的であるため、電力伝送方向が第２方向である場合も同様に構成される。この場合、一次側と二次側とが反対となり、また、駆動信号生成部４７から各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４への駆動信号は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３への駆動信号として考えればよい。

【0050】

図６に示すように、制御部４において、制御信号生成部４１は、演算器４１１および制御器４１２を含む。動作モード判定部４３は、演算器４３１および判定回路４３２を含む。駆動信号生成部４７は、キャリア発生器４７１、積分器４７２、演算器４７３、２つの比較器４７４，４７５およびＡＮＤ回路４７６を含む。これらの説明では、図６に加え、図７を参照する。図７は、昇降圧モード（第１昇降圧モード）と、昇圧モード（第１昇圧モード）とが切り替わる時の信号波形を示している。図７では、時刻ｔ０の時点では、昇降圧モードであり、時刻ｔ１において、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わり、時刻ｔ４において、昇圧モードから昇降圧モードに切り替わった場合を示している。図７（ａ）の二点鎖線は、制御信号生成部４１（制御器４１２）の出力波形を、図７（ａ）の一点鎖線は、昇圧許可信号の出力波形を、図７（ａ）の実線は、積分器４７２の出力波形をそれぞれ示している。なお、図７（ａ）において、昇圧許可信号の出力波形（一点鎖線）を、補助線と重ならないように少しだけ（右上に）ずらしている。図７（ｂ）の実線は、キャリア発生器４７１の出力波形を、図７（ｂ）の一点鎖線は、演算器４７３の出力波形をそれぞれ示してる。図７（ｃ）は、比較器４７４の出力波形を示している。図７（ｄ）および図７（ｅ）はそれぞれ、積分器４７２がない構成での出力波形を示している。図７（ｄ）の実線は、キャリア発生器４７１の出力波形を、図７（ｄ）の一点鎖線は、演算器４７３の出力波形をそれぞれ示してる。図７（ｅ）は、比較器４７４の出力波形を示している。

【0051】

演算器４１１には、電流検出器２１の出力（二次電流Ｉ₂の検出値）と設定部３１の出力（二次電流Ｉ₂の設定値）とが入力される。演算器４１１は、二次電流Ｉ₂の設定値から二次電流Ｉ₂の検出値を減算する。

【0052】

制御器４１２には、演算器４１１の出力（演算結果）が入力される。制御器４１２は、例えばＰＩ制御（比例・積分制御）を行う。制御器４１２は、ＰＩ制御ではなく、Ｐ制御（比例制御）またはＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）を行う構成であってもよい。

【0053】

演算器４３１には、２つの電圧検出器５１１，５２１の各出力（第１電圧Ｅ１および第２電圧Ｅ２の各検出値）が入力される。演算器４３１は、一次側電圧から二次側電圧を減算することで、一次側電圧と二次側電圧との電圧差を算出する。図６に示す例では、第１端子対Ｔ１側が一次側であり、第２端子対Ｔ２側が二次側であるので、演算器４３１は、第１電圧Ｅ１の検出値（電圧検出器５１１の出力）から第２電圧Ｅ２の検出値（電圧検出器５２１の出力）を減算する（Ｅ１－Ｅ２）。

【0054】

判定回路４３２には、演算器４３１の出力（演算結果）および設定部３３の出力（切替電圧）がそれぞれ入力される。判定回路４３２は、演算器４３１の演算結果（Ｅ１－Ｅ２）の絶対値が切替電圧以下である時（図３において切替電圧判定がＨ判定）、昇降圧モード（第１昇降圧モード）であると判定する。また、判定回路４３２は、演算器４３１の演算結果（Ｅ１－Ｅ２）の絶対値が切替電圧以上である時（図３において切替電圧判定がＬ判定）、第１電圧Ｅ１が第２電圧Ｅ２よりも小さければ（Ｅ１＜Ｅ２）、昇圧モード（第１昇圧モード）であると判定し、第１電圧Ｅ１が第２電圧Ｅ２よりも大きければ（Ｅ１＞Ｅ２）、降圧モード（第１降圧モード）であると判定する。判定回路４３２は、昇圧モードであると判定すると、Ｈ信号の昇圧許可信号とＬ信号の降圧許可信号とを出力する。また、判定回路４３２は、降圧モードであると判定すると、Ｌ信号の昇圧許可信号とＨ信号の降圧許可信号とを出力する。また、判定回路４３２は、昇降圧モードであると判定すると、Ｌ信号の昇圧許可信号とＬ信号の降圧許可信号とを出力する。判定回路４３２は、昇圧許可信号および降圧許可信号の他、リセット信号を出力する。判定回路４３２は、昇圧モードであると判定している間、Ｌ信号のリセット信号を出力する。ただし、判定回路４３２は、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わったタイミングで、リセット信号として、Ｈ信号を１パルスだけ出力する。また、判定回路４３２は、降圧モードまたは昇降圧モードであると判定している間、Ｈ信号のリセット信号を出力する。なお、昇圧許可信号および降圧許可信号において、Ｈ信号とＬ信号とが反対であってもよい。

【0055】

キャリア発生器４７１は、ＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号を発生させる。キャリア信号は、例えば、図７（ｂ）の実線で示すように、三角波である。

【0056】

積分器４７２は、判定回路４３２の各出力（昇圧許可信号およびリセット信号）が入力される。積分器４７２は、例えばリミッター付き積分器である。積分器４７２は、入力される昇圧許可信号を積分して出力する。この際、入力されるリセット信号がＨ信号である時、内部状態（累積値）を初期条件にリセットする。例えば、初期条件は、昇圧許可信号のＬ信号と同じレベル値である。積分器４７２は、入力される昇圧許可信号がＬ信号からＨ信号に切り替わると、Ｌ信号からＨ信号に徐々にレベルを増加させた信号を出力する。例えば、図７において、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わると（時刻ｔ１）、昇圧許可信号は、図７（ａ）の一点鎖線で示すように、Ｌ信号からＨ信号に切り替わる。このため、積分器４７２の出力は、図７（ａ）の実線で示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ３にかけて、Ｌ信号からＨ信号に徐々にレベルが増加した信号となる。なお、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わったタイミングでは、積分器４７２にリセット信号として１パルスだけＨ信号が入力されるので、積分器４７２は、内部状態が初期条件にリセットされた上で、Ｌ信号からＨ信号に徐々にレベルを増加させた信号を出力する。一方、積分器４７２は、入力される昇圧許可信号がＨ信号からＬ信号に切り替わると、Ｈ信号からＬ信号に徐々にレベルを増加させた信号を出力する。例えば、図７において、時刻ｔ４において、昇圧モードから昇降圧モードに切り替わると、昇圧許可信号は、図７（ａ）の一点鎖線に示すように、Ｈ信号からＬ信号に切り替わる。このため、積分器４７２の出力は、図７（ａ）の実線で示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ６にかけて、Ｈ信号からＬ信号に徐々にレベルが減少した信号となる。以下では、積分器４７２の出力を「補整昇圧許可信号」という。

【0057】

演算器４７３には、制御器４１２の出力（制御信号）および積分器４７２の出力（補整昇圧許可信号）がそれぞれ入力される。演算器４７３は、入力される制御信号に、補整昇圧許可信号を加算して、出力する。演算器４７３の出力は、補整昇圧許可信号がＬ信号である時、制御信号と同じ信号となり、補整昇圧許可信号がＨ信号である時、制御信号に補整昇圧許可信号分のレベルが増加した信号となる。例えば、演算器４７３の出力は、図７（ｂ）の一点鎖線で示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間（昇降圧モードの間）は、制御信号と同じレベルの信号となる。その後、時刻ｔ１で昇降圧モードから昇圧モードに切り替わると、時刻ｔ１から時刻ｔ３にかけて、レベルが徐々に増加する。このとき、時刻ｔ１では、制御信号と同じレベルの信号であったものが、時刻ｔ３では、制御信号のレベルに補整昇圧許可信号の最大レベル（Ｈ信号と同じレベル）を加算したレベルとなる。続いて、時刻ｔ４で昇圧モードから昇降圧モードに切り替わると、時刻ｔ４から時刻ｔ６にかけて、レベルが徐々に減少する。このとき、時刻ｔ４では、制御信号のレベルに、補整昇圧許可信号の最大レベル（Ｈ信号と同じレベル）を加算したレベルであったものが、時刻ｔ６では、制御信号と同じレベルの信号となる。なお、動作モード判定部４３から出力される昇圧許可信号および降圧許可信号においてＨ信号とＬ信号とが反対である場合には、演算器４７３には、積分器４７２の出力を反転入力すればよい。

【0058】

比較器４７４には、演算器４７３の出力およびキャリア発生器４７１の出力（キャリア信号）がそれぞれ入力される。比較器４７４の非反転入力端子には、演算器４７３が接続され、比較器４７４の反転入力端子には、キャリア発生器４７１が接続されている。比較器４７４は、演算器４７３の出力がキャリア信号以上の時にＨ信号を出力し、演算器４７３の出力がキャリア信号未満の時にＬ信号を出力する。比較器４７４の出力は、スイッチング素子Ｑ１（ゲート電極）に入力される。つまり、比較器４７４の出力は、スイッチング素子Ｑ１の駆動信号である。先述の通り、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わると（図７の時刻ｔ１）、図７（ｂ）の一点鎖線で示すように、演算器４７３の出力は、制御信号のレベルから徐々にレベルが増加する信号となるので、比較器４７４の出力は、図７（ｃ）に示すように、ＰＷＭ信号から徐々にパルス幅が増加する。そして、時刻ｔ２で、図７（ｂ）に示すように、演算器４７３の出力がキャリア信号以上となるので、図７（ｃ）に示すように、比較器４７４の出力は、Ｈ信号（デューティ比１００％）となる。これに対して、積分器４７２を設けない構成では、図７（ｄ）の一点鎖線で示すように、演算器４７３の出力は、制御信号のレベルから瞬時に増加するので、比較器４７４の出力は、図７（ｅ）に示すように、ＰＷＭ信号から瞬時にＨ信号（デューティ比１００％）となる。一方、昇圧モードから昇降圧モードに切り替わると（図７の時刻ｔ４）、図７（ｂ）に示すように、演算器４７３の出力は、徐々にレベルが減少して制御信号のレベルと同じレベルの信号となるので、比較器４７４の出力は、図７（ｃ）に示すように、Ｈ信号（デューティ比１００％）から徐々にパルス幅が減少してＰＷＭ信号となる。これに対して、積分器４７２を設けない構成では、図７（ｄ）の一点鎖線で示すように、演算器４７３の出力は、瞬時に減少して制御信号のレベルと同じレベルの信号となるので、比較器４７４の出力は、図７（ｅ）に示すように、Ｈ信号（デューティ比１００％）から瞬時にＰＷＭ信号となる。

【0059】

比較器４７５には、制御器４１２の出力（制御信号）とキャリア発生器４７１の出力（キャリア信号）がそれぞれ入力される。比較器４７５の非反転入力端子には、制御器４１２が接続され、比較器４７５の反転入力端子には、キャリア発生器４７１が接続されている。比較器４７５は、入力される制御信号がキャリア信号以上の時にＨ信号を出力し、入力される制御信号がキャリア信号未満の時にＬ信号を出力する。比較器４７５の出力は、ＰＷＭ信号である。

【0060】

ＡＮＤ回路４７６には、比較器４７５の出力および判定回路４３２の出力（降圧許可信号）がそれぞれ入力される。図６に示すように、判定回路４３２の出力は、ＡＮＤ回路４７６に反転入力される。ＡＮＤ回路４７６の出力は、スイッチング素子Ｑ４（ゲート電極）に入力される。つまり、ＡＮＤ回路４７６の出力は、スイッチング素子Ｑ４の駆動信号である。ＡＮＤ回路４７６は、入力される降圧許可信号がＨ信号である時、オフ信号を出力する。ＡＮＤ回路４７６は、入力される降圧許可信号がＬ信号である時、比較器４７５の出力（ＰＷＭ信号）を出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ４は、図４に示すように、第１昇圧モードおよび第１昇降圧モードの時に、ＰＷＭ制御され、第１降圧モードの時に、常時オフとなる。

【0061】

なお、図６に示す制御部４の構成は、電力伝送方向が第１方向である場合での主要な構成部分を抽出したものである。例えば、駆動信号生成部４７は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に対する駆動信号を生成する構成を含むが、これらの記載を省略する。例えば、駆動信号生成部４７は、図３および図４から理解されるように、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を常時オフにする駆動信号（オフ信号）を生成して、対応するスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３にそれぞれ出力する。

【0062】

双方向コンバータＡ１の作用および効果は、次の通りである。

【0063】

双方向コンバータＡ１では、制御部４は、昇圧モードと降圧モードとを、昇降圧モードを介して切り替える。この時、一次側電圧と二次側電圧との大小関係（昇圧状態と降圧状態と）が昇降圧モードで切り替わる。この昇降圧モードでは、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の駆動制御は、昇圧状態でも降圧状態でも共通する。この構成によれば、昇圧状態と降圧状態とが切り替わるタイミングにおいて、電力変換回路１における電流の流れが同じとなる。したがって、双方向コンバータＡ１では、第１電圧Ｅ１と第２電圧Ｅ２との大小関係が変わる時、すなわち、昇圧状態と降圧状態とが切り替わる時に、電力変換回路１における電流の流れに変化が生じないので、オーバーシュートおよびアンダーシュートの発生を抑制できる。

【0064】

双方向コンバータＡ１では、昇圧モードと昇降圧モードとの切り替わり時に、一次側の高電位側のスイッチング素子は、常時オンの状態とＰＷＭ制御される状態とで切り替わる。なお、一次側の高電位側のスイッチング素子とは、電力伝送方向が第１方向である時（Ｔ１→Ｔ２）は、スイッチング素子Ｑ１であり、電力伝送方向が第２方向である時（Ｔ２→Ｔ１）は、スイッチング素子Ｑ３である。そして、この昇圧モードと昇降圧モードとの切り替わり時において、常時オンの状態とＰＷＭ制御される状態とをソフトスタートで切り替える。具体的には、双方向コンバータＡ１では、図７（ｃ）に示すように、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わると、ＰＷＭ信号（ＰＷＭ制御）から徐々にパルス幅を広くしてＨ信号（常時オン）にして、反対に、昇圧モードから昇降圧モードに切り替わると、Ｈ信号（常時オン）から徐々にパルス幅を狭くしてＰＷＭ信号（ＰＷＭ制御）にする。これにより、常時オンの状態とＰＷＭ制御される状態とが急に切り替わることが抑制される。双方向コンバータＡ１と異なる構成において、上記ソフトスタートを行なわず、図７（ｅ）に示すように、ＰＷＭ信号とＨ信号とを瞬時に切り替えると、常時オンの状態とＰＷＭ制御される状態とが瞬時に切り替わる。このため、二次電流Ｉ₂にオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生することがある。一方、双方向コンバータＡ１では、先述の通り、ソフトスタートによって、常時オンの状態とＰＷＭ制御される状態とが急に切り替わることを抑制できるので、二次電流Ｉ₂にオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生することを抑制できる。つまり、双方向コンバータＡ１は、昇圧状態と降圧状態とが切り替わる際のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑制しつつ、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わる際のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑制できる。

【0065】

双方向コンバータＡ１では、制御部４は、制御信号生成部４１、動作モード判定部４３および駆動信号生成部４７を含む。駆動信号生成部４７は、キャリア発生器４７１、積分器４７２、演算器４７３および比較器４７４を含む。積分器４７２の出力（上記補整昇圧許可信号）は、昇降圧モードから昇圧モードに切り替わると、ローレベル（第１レベル）からハイレベル（第２レベル）に徐々に増加し、昇圧モードから昇降圧モードに切り替わると、ハイレベル（第２レベル）からローレベル（第１レベル）に徐々に減少する。この構成によれば、一次側の高電位側のスイッチング素子（電力伝送方向が第１方向の時はスイッチング素子Ｑ１、電力伝送方向が第２方向の時はスイッチング素子Ｑ３）が常時オンである状態とＰＷＭ制御により駆動される状態とを、ソフトスタートで切り替えることができる。

【0066】

本開示に係る双方向コンバータは、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の双方向コンバータの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0067】

Ａ１：双方向コンバータ、１：電力変換回路、ＳＷ１～ＳＷ４：スイッチ部、Ｑ１～Ｑ４：スイッチング素子、Ｄ１～Ｄ４：ダイオード、Ｌ１：インダクタ、４：制御部、４１：制御信号生成部、４３：駆動信号生成部、４７：駆動判定部、４７１：キャリア発生器、
４７２：積分器、４７３：演算器、４７４：比較器、Ｔ１：第１端子対、Ｔ１１：第１高電位側端子、Ｔ１２：第１低電位側端子、Ｔ２：第２端子対、Ｔ２１：第２高電位側端子、Ｔ２２：第２低電位側端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】