特開 2024-166625 統合型電源装置、統合型電源装置の制御方法

(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】P2024166625

(43)【公開日】2024-11-29

(54)【発明の名称】統合型電源装置、統合型電源装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20241122BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 H

H02M3/28 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082832

(22)【出願日】2023-05-19

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】栗本 佳典

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 尊衛

(72)【発明者】

【氏名】中原 瑞紀

(72)【発明者】

【氏名】阪部 智城

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 英樹

(72)【発明者】

【氏名】安川 義人

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA14

5H730AA15

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB27

5H730BB61

5H730DD03

5H730DD04

5H730DD16

5H730EE04

5H730EE07

5H730EE12

5H730EE73

5H730FG10

5H730XX02

5H730XX12

5H730XX22

5H730XX32

5H730XX41

(57)【要約】      （修正有）

【課題】３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器で結合した統合型電源装置において、放電装置を追加することなく、想定される全ての運転モード（電力方向）で正しく電力出力し、低損失化が可能な統合型電源装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】統合型電源装置（双方向充電装置７）の３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路は、第１スイッチング回路１と第１スイッチング回路と並列接続するコンデンサＣ１とを有する第１ＤＣ／ＡＣ回路及び蓄電部Ｖ２と接続される第２スイッチング回路２を有する第２ＤＣ／ＡＣ回路を含み、第２ＤＣ／ＡＣ回路からＡＣ／ＤＣ回路３と接続する負荷Ｌに電力供給８するとき、第１スイッチング回路が無負荷又は接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、第２スイッチング回路のスイッチングに伴い、コンデンサから第１スイッチング回路に電力を供給する期間を設けるように第１スイッチング回路をスイッチングする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器で結合した統合型電源装置であって、
前記３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路は、第１スイッチング回路と当該第１スイッチング回路と並列に接続されるコンデンサとを有する第１ＤＣ／ＡＣ回路と、
蓄電部と接続される第２スイッチング回路を有する第２ＤＣ／ＡＣ回路と、を含み、
前記第２ＤＣ／ＡＣ回路から前記第１ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路に接続された負荷に電力を供給するときに、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記第２スイッチング回路のスイッチングに伴い、前記コンデンサから前記第１スイッチング回路に電力を供給する期間を設けるように前記第１スイッチング回路をスイッチングする統合型電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記第１スイッチング回路から電力を前記第１ＤＣ／ＡＣ回路および前記第２ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路に供給するように前記第１スイッチング回路をスイッチングする統合型電源装置。

【請求項3】

請求項２に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路は、逆方向ダイオードを持つ半導体スイッチで構成されており、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記逆方向ダイオードに電流が流れている期間に、前記半導体スイッチをオンする統合型電源装置。

【請求項4】

請求項３に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記逆方向ダイオードの逆向きに前記半導体スイッチに電流が流れている期間に、前記半導体スイッチをオフする統合型電源装置。

【請求項5】

請求項３に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路は、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子をそれぞれ上下アームとした第１レグと、第３スイッチング素子および第４スイッチング素子をそれぞれ上下アームとした第２レグとで構成されるフルブリッジ回路であり、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子、または、前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子のいずれかをそれぞれ同時にオンし、
前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子、または、前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子のそれぞれのどちらか一方のスイッチング素子を先にオフする統合型電源装置。

【請求項6】

請求項１に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記コンデンサより供給された電力を前記第１スイッチング回路で消費させる統合型電源装置。

【請求項7】

請求項６に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路は、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とで構成されるブリッジ回路であり、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記変圧器に電圧が印加されていない期間に、前記上アームのスイッチング素子または前記下アームのスイッチング素子をオンする統合型電源装置。

【請求項8】

請求項６に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路は、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とで構成されるブリッジ回路であり、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記変圧器に電圧が印加されていない期間に、前記上アームのスイッチング素子または前記下アームのスイッチング素子をオフする統合型電源装置。

【請求項9】

請求項１に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記コンデンサの電圧が一定になるように、前記第１スイッチング回路を常時スイッチングする統合型電源装置。

【請求項10】

請求項１に記載の統合型電源装置であって、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記コンデンサの電圧が所定の閾値を超えたときに、前記第１スイッチング回路をスイッチングする統合型電源装置。

【請求項11】

１次側の第１ＤＣ／ＡＣ回路と２次側の第２ＤＣ／ＡＣ回路とを含む３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器で結合した統合型電源装置の制御方法であって、
前記第２ＤＣ／ＡＣ回路から前記第１ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路に接続された負荷に電力を供給するときに、
前記第１ＤＣ／ＡＣ回路の第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記第２ＤＣ／ＡＣ回路の第２スイッチング回路のスイッチングに伴い、前記第１スイッチング回路と並列に接続されるコンデンサから前記第１スイッチング回路に電力を供給する期間を設けるように前記第１スイッチング回路をスイッチングする統合型電源装置の制御方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の統合型電源装置の制御方法であって、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記第１スイッチング回路から電力を前記第１ＤＣ／ＡＣ回路および前記第２ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路に供給するように前記第１スイッチング回路をスイッチングする統合型電源装置の制御方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の統合型電源装置の制御方法であって、
前記第１スイッチング回路は、逆方向ダイオードを持つ半導体スイッチで構成されており、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記逆方向ダイオードに電流が流れている期間に、前記半導体スイッチをオンする統合型電源装置の制御方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の統合型電源装置の制御方法であって、
前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、
前記逆方向ダイオードの逆向きに前記半導体スイッチに電流が流れている期間に、前記半導体スイッチをオフする統合型電源装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置の構成とその制御方法に係り、特に、３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器で結合した統合型電源装置に適用して有効な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

広い入力電圧範囲から安定化した電圧を絶縁して出力する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、車載用の電力変換回路や基地局、ルータ等の情報通信機器、サーバ等の電力変換回路として幅広く利用されている。

【0003】

近年、この絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの変圧器（トランス）に、さらに別の回路を結合することにより、回路の小型・軽量化、及び多機能化を図る取り組みがなされている。

【0004】

例えば、車載分野においては、車載電源の小型化のため、車載充電器（OBC：Onboard Battery Charger）と車載コンセント（V2L）用ＤＣ／ＡＣコンバータ、及び補機バッテリ回路を多巻線変圧器により一体化した統合型電源装置の開発が進められている。

【0005】

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「多巻線トランスを介して複数の負荷に電力の供給を行う電力変換装置」が開示されている。

【0006】

特許文献１では、商用交流電源や自家発電機などの交流電源１と、車両走行用の高圧バッテリなどの第１の直流電圧源２と、車両電装品の電源（LV）である鉛バッテリなどの第２の直流電圧源３と、車内で使用可能な交流１００Ｖ電源としたシステム（V2L）に適用可能なインバータ４とが、複合巻線トランス１０により結合されている。（特許文献１の図１、及び段落［００１１］等）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１６－１４６６８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記特許文献１のような統合回路は、多巻線変圧器の各巻線にブリッジ回路を接続し、回路要素を削減することができるため、回路の小型・軽量化に有効である。

【0009】

しかしながら、車載充電器（OBC）を統合する場合、車両走行中などOBCを使用していないときはOBCのみに関連するスイッチング回路は使用しない（すなわち、無負荷となる）が、トランスでは結合されているため、無負荷のスイッチング回路をオフしても、スイッチの出力容量とトランスの漏れインダクタンス、及びダイオードが昇圧回路動作をするため、無負荷直流部が過充電になる。

【0010】

特許文献１では、LV回路やV2L回路だけを使用し、OBCを使用しないときは、OBC側のブリッジ回路をオフしている。この場合、オフした回路の直流部がLVやV2L給電の影響で過充電になる恐れがあるため、別途放電抵抗などの放電装置が必要である。

【0011】

そこで、本発明の目的は、３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器で結合した統合型電源装置において、放電装置を追加することなく、想定されるすべての運転モード（電力方向）で正しく電力出力し、かつ低損失化が可能な統合型電源装置及びその制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明は、３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器で結合した統合型電源装置であって、前記３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路は、第１スイッチング回路と当該第１スイッチング回路と並列に接続されるコンデンサとを有する第１ＤＣ／ＡＣ回路と、蓄電部と接続される第２スイッチング回路を有する第２ＤＣ／ＡＣ回路と、を含み、前記第２ＤＣ／ＡＣ回路から前記第１ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路に接続された負荷に電力を供給するときに、前記第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、前記第２スイッチング回路のスイッチングに伴い、前記コンデンサから前記第１スイッチング回路に電力を供給する期間を設けるように前記第１スイッチング回路をスイッチングすることを特徴とする。

【0013】

また、本発明は、１次側の第１ＤＣ／ＡＣ回路と２次側の第２ＤＣ／ＡＣ回路とを含む３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器で結合した統合型電源装置の制御方法であって、前記第２ＤＣ／ＡＣ回路から前記第１ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路に接続された負荷に電力を供給するときに、前記第１ＤＣ／ＡＣ回路の第１スイッチング回路が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、前記第２ＤＣ／ＡＣ回路の第２スイッチング回路のスイッチングに伴い、前記第１スイッチング回路と並列に接続されるコンデンサから前記第１スイッチング回路に電力を供給する期間を設けるように前記第１スイッチング回路をスイッチングすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器で結合した統合型電源装置において、放電装置を追加することなく、想定されるすべての運転モード（電力方向）で正しく電力出力し、かつ低損失化が可能な統合型電源装置及びその制御方法を実現することができる。

【0015】

これにより、統合型電源装置の小型・軽量化、及び高効率化に寄与できる。

【0016】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施例１に係る双方向充電装置の概略構成を示す図である。

【図2】図１のスイッチング回路１及びスイッチング回路２の動作を示すタイミングチャートである。

【図3A】図１のスイッチング回路１の動作を模式的に示す図である。

【図3B】図１のスイッチング回路１の動作を模式的に示す図である。

【図3C】図１のスイッチング回路１の動作を模式的に示す図である。

【図4A】図１のスイッチング素子Ｑ１（Ｑ２）の制御方法を示す図である。

【図4B】図１のスイッチング素子Ｑ１（Ｑ２）の制御方法を示す図である。

【図5】本発明の実施例２に係るスイッチング回路１及びスイッチング回路２の動作を示すタイミングチャートである。

【図6】本発明の実施例２に係るスイッチング回路１の動作を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

【実施例0019】

図１から図４Ｂを参照して、本発明の実施例１に係る統合型電源装置及びその制御方法について説明する。

【0020】

図１は、本実施例の双方向充電装置７の概略構成を示す図である。

【0021】

図１に示すように、本実施例の双方向充電装置７は、主要な構成として、スイッチング回路１と、スイッチング回路２と、ＡＣ／ＤＣ回路３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ４と、変圧器（トランス）１０とを備えている。スイッチング回路１は、巻線Ｎ１を介して変圧器１０の１次側に結合されている。スイッチング回路２とＡＣ／ＤＣ回路３は、それぞれ巻線Ｎ２，Ｎ３を介してトランス１０の２次側に結合されている。また、スイッチング回路１とスイッチング回路２とトランス１０とで、ＤＣ／ＤＣコンバータ６が構成されている。

【0022】

ＡＣ／ＤＣコンバータ４は、スイッチング回路１に接続されており、交流電源５から交流電力を受電し、受電した交流電力を直流電力に変換した後、コンデンサＣ１に直流電圧を供給する。

【0023】

ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、コンデンサＣ１に印加された直流電圧を、コンデンサＣ２、及び蓄電池Ｖ２に印加される直流電圧に変換する。

【0024】

本実施例の双方向充電装置７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の構成要素である巻線Ｎ１（巻数がＮ１の巻線）及び巻線Ｎ２（巻数がＮ２の巻線）を持つ励磁インダクタンスＬｍのトランス１０に追加された巻線Ｎ３（巻数がＮ３の巻線）とそれに接続されるＡＣ／ＤＣ回路３から構成される統合型充電器である。

【0025】

スイッチング回路１は、スイッチング素子Ｑ１とＱ２、スイッチング素子Ｑ３とＱ４がそれぞれ直列接続された２つのスイッチングレグで構成されており、その出力（入力）とトランス１０の１次側との間にコンデンサＣｒ１及びリアクトルＬｒ１の直列回路が接続されている。

【0026】

スイッチング回路２は、スイッチング素子Ｑ５とＱ６、スイッチング素子Ｑ７とＱ８がそれぞれ直列接続された２つのスイッチングレグで構成されており、その入力（出力）とトランス１０の２次側との間にコンデンサＣｒ２及びリアクトルＬｒ２の直列回路が接続されている。

【0027】

なお、リアクトルＬｒ１，Ｌｒ２は、トランス１０の漏れインダクタンスとしても良い。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、コンデンサＣｒ１，Ｃｒ２及びリアクトルＬｒ１，Ｌｒ２を共振素子として用いる共振形コンバータや、コンデンサを直流カット素子と用いる又はコンデンサがない位相シフト及びデュアルアクティブブリッジコンバータとしても良い。また、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８は、MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）を想定している。

【0028】

図１中の矢印８は、本実施例の双方向充電装置７の動作における電力の流れを示しており、蓄電池Ｖ２から負荷Ｌに電力供給が行われ、交流電源５からの電力供給はないことを模式的に示している。

【0029】

本実施例の双方向充電装置７の一例として、車載充電器が挙げられる。その場合、蓄電池Ｖ２がリチウムイオン電池に、負荷Ｌが補機バッテリや車内コンセント用インバータに相当し、リチウムイオン電池から補器バッテリや車内コンセントへの電力供給（矢印８）は車両運転中の動作に対応する。

【0030】

図２は、図１のスイッチング回路１及びスイッチング回路２の動作を示すタイミングチャートである。

【0031】

Ｑ１～Ｑ８は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のオンオフ状態を示しており、Ｖ_ＴＲはトランス１０に印加される電圧を示している。図１に示すように、スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８は、蓄電池Ｖ２から負荷Ｌへ給電するためのスイッチング素子である。

【0032】

図２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を共振形と想定し、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ６，Ｑ７をほぼデューティー比50％で同時にスイッチングさせているが、必ずしもそうである必要はない。例えば、Ｑ５をＱ８より、Ｑ６をＱ７より早くターンオフする位相シフト方式でも良い。

【0033】

本実施例の特徴は、トランス印加電圧Ｖ_ＴＲとスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンタイミングの関係にある。すなわち、トランス１０に正電圧を印加後、僅かに遅れてスイッチング素子Ｑ１とＱ４を、トランス１０に負電圧を印加後、僅かに遅れてスイッチング素子Ｑ２とＱ３をそれぞれオンする。

【0034】

この利点を図３Ａから図３Ｃを用いて説明する。図３Ａから図３Ｃは、図１のスイッチング回路１の動作を模式的に示す図である。

【0035】

図３Ａは、トランス１０に正電圧を印加した直後の電流の流れを示しており、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の出力容量を充電し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４を放電する。

【0036】

図３Ｂは、スイッチング素子Ｑ２の電圧が、コンデンサＣ１の電圧とスイッチング素子Ｑ１の逆方向ダイオードの順方向電圧の和より高くなり、リアクトルＬｒ１を電流源としてコンデンサＣ１を充電している状態である。この現象こそが、本発明が解決したい課題に他ならない。

【0037】

そこで、本実施例では、図３Ｂのタイミングで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンする。このタイミングでは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４はダイオード導通状態のためゼロ電圧ターンオンとなり、損失が小さい。

【0038】

ターンオンの状態が続けば、図３ＣのようにコンデンサＣ１の電圧上昇により電流の向きを逆転させることができ、コンデンサＣ１を放電することができる。この期間の長さ、すなわちスイッチング素子Ｑ１のパルス幅が放電量を決める。

【0039】

なお、図３Ｃの状態は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンしなくても、ダイオードの逆回復時に実現されることになる。したがって、このコンデンサＣ１の過充電の課題は、ダイオードの逆回復時間が小さい、次世代素子の材料であるSiCやGaNの登場により、新たに顕在化したものであると言える。

【0040】

図４Ａ及び図４Ｂは、上記のスイッチング素子Ｑ１のパルス幅（負電圧印加時はスイッチング素子Ｑ２のパルス幅）をどのように制御するかを示したものである。図４Ａには、コンデンサＣ１の電圧が一定になるようにパルス幅を制御する方式を、図４Ｂには、コンデンサＣ１の電圧が閾値を超えた時のみスイッチングを行う方式を示している。

【0041】

以上説明したように、本実施例の統合型電源装置（双方向充電装置７）は、３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器１０で結合した統合型電源装置であり、３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路は、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）と当該第１スイッチング回路（スイッチング回路１）と並列に接続されるコンデンサＣ１とを有する第１ＤＣ／ＡＣ回路と、蓄電部（蓄電池Ｖ２）と接続される第２スイッチング回路（スイッチング回路２）を有する第２ＤＣ／ＡＣ回路とを含んで構成されており、第２ＤＣ／ＡＣ回路から第１ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路（ＡＣ／ＤＣ回路３）に接続された負荷Ｌに電力を供給するときに、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、第２スイッチング回路（スイッチング回路２）のスイッチングに伴い、コンデンサＣ１から第１スイッチング回路（スイッチング回路１）に電力を供給する期間を設けるように第１スイッチング回路（スイッチング回路１）をスイッチングする。

【0042】

より具体的には、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）から電力を第１ＤＣ／ＡＣ回路および第２ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路（ＡＣ／ＤＣ回路３）に供給するように第１スイッチング回路（スイッチング回路１）をスイッチングする。

【0043】

第１スイッチング回路（スイッチング回路１）をスイッチングさせることで、放電抵抗などの追加回路なしに無負荷ＤＣ部のコンデンサＣ１の過充電を防ぐことができ、なおかつ、ＡＣ／ＤＣ回路３など本来の負荷Ｌに電力を戻すことができる。すなわち、無負荷回路をスイッチングさせて、無負荷回路の直流部から放電される動作モードをつくることで、無負荷直流部に対する正味の流入エネルギーをゼロにすることができる。

【0044】

また、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）は、逆方向ダイオードを持つ半導体スイッチで構成されており、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、逆方向ダイオードに電流が流れている期間に、半導体スイッチをオンする。

【0045】

ダイオード導通中にターンオンすることで、ゼロ電圧スイッチングとなるため、低損失となる。

【0046】

また、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、逆方向ダイオードの逆向きに半導体スイッチに電流が流れている期間に、半導体スイッチをオフする。

【0047】

電流が逆方向ダイオードと逆向きになったときに、はじめて無負荷回路のコンデンサＣ１が放電される。したがって、この期間をある程度設けてからスイッチをオフすれば、ある決まった量のエネルギーがコンデンサＣ１から放電される。

【0048】

また、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２をそれぞれ上下アームとした第１レグと、第３スイッチング素子Ｑ３及び第４スイッチング素子Ｑ４をそれぞれ上下アームとした第２レグとで構成されるフルブリッジ回路であり、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４、または、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３のいずれかをそれぞれ同時にオンし、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４、または、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３のそれぞれのどちらか一方のスイッチング素子を先にオフする。

【0049】

フルブリッジ回路において、オンした２つの素子のうち１つだけを先にオフすることで、リアクトルに印加される電圧を減らすことができるため、電流を小さく抑えられる。この方法により、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）の電流値を減らし、導通損失を小さくできる。

【0050】

また、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、コンデンサＣ１の電圧が一定になるように、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）を常時スイッチングする。

【0051】

図４Ａに示すように、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）のパルス幅を無負荷回路のコンデンサＣ１の電圧値によって制御すれば、電圧値を一定に制御できる。

【0052】

また、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、コンデンサＣ１の電圧が所定の閾値を超えたときに、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）をスイッチングする。

【0053】

図４Ｂに示すように、無負荷回路のコンデンサＣ１の電圧値が閾値を超えたときのみ、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）をスイッチングさせれば、無負荷回路のコンデンサＣ１の過電圧を防ぐことができる。

【実施例0054】

図５及び図６を参照して、本発明の実施例２に係る統合型電源装置及びその制御方法について説明する。

【0055】

図５は、本実施例のスイッチング回路１及びスイッチング回路２の動作を示すタイミングチャートである。

【0056】

Ｑ１～Ｑ８は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のオンオフ状態を示しており、Ｖ_ＴＲはトランス１０に印加される電圧を示している。図１に示すように、スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８は、蓄電池Ｖ２から負荷Ｌへ給電するためのスイッチング素子である。

【0057】

図５では、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を位相シフト型と想定しているが、必ずしもそうである必要はない。

【0058】

本実施例の特徴は、トランス印加電圧Ｖ_ＴＲとスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオンタイミングの関係にある。すなわち、トランス印加電圧Ｖ_ＴＲがゼロの期間に、スイッチング素子Ｑ１とＱ３のオン期間を設けていることである。

【0059】

本動作は、実施例１と異なり、スイッチング回路１のコンデンサＣ１のエネルギーを負荷Ｌではなく、スイッチング回路１で消費させる動作である。したがって、トランス印加電圧Ｖ_ＴＲがゼロである期間に行う。トランス印加電圧Ｖ_ＴＲがゼロであれば、トランス１０を介しての電力の往来がないからである。

【0060】

本実施例では、図６に示すように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３をターンオンして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３の出力容量を短絡し、コンデンサＣ１の充電エネルギーを消費させている（電圧Ｖ_Ｑ１，Ｖ_Ｑ３→0）。

【0061】

なお、図５では、スイッチング素子Ｑ１とＱ３を同時にオンしているが、出力容量が充電されているスイッチング素子であればどのスイッチング素子をオンしてもよい。但し、スイッチング素子Ｑ１とＱ２、或いは、スイッチング素子Ｑ３とＱ４は同時にオンしてはならない。このときアーム短絡となるからである。

【0062】

本実施例では、電力消費はスイッチング素子のターンオン時に行われるので、消費電力制御、すなわちコンデンサＣ１の電圧制御は、単位時間当たりのターンオンの回数で行う。

【0063】

実施例１と同様に、図４ＡのコンデンサＣ１の電圧が一定になるようにパルス幅を制御する方式、または、図４ＢのコンデンサＣ１の電圧が閾値を超えた時のみスイッチングを行う方式でコンデンサＣ１の電圧制御を行う。

【0064】

以上説明したように、本実施例の統合型電源装置（双方向充電装置７）は、実施例１（図１）と同様に、３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路の各ＡＣ側を３巻線以上の変圧器１０で結合した統合型電源装置であり、３つ以上のＤＣ／ＡＣ回路は、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）と当該第１スイッチング回路（スイッチング回路１）と並列に接続されるコンデンサＣ１とを有する第１ＤＣ／ＡＣ回路と、蓄電部（蓄電池Ｖ２）と接続される第２スイッチング回路（スイッチング回路２）を有する第２ＤＣ／ＡＣ回路とを含んで構成されており、第２ＤＣ／ＡＣ回路から第１ＤＣ／ＡＣ回路以外のＤＣ／ＡＣ回路（ＡＣ／ＤＣ回路３）に接続された負荷Ｌに電力を供給するときに、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、第２スイッチング回路（スイッチング回路２）のスイッチングに伴い、コンデンサＣ１から第１スイッチング回路（スイッチング回路１）に電力を供給する期間を設けるように第１スイッチング回路（スイッチング回路１）をスイッチングする。

【0065】

より具体的には、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、コンデンサＣ１より供給された電力を第１スイッチング回路（スイッチング回路１）で消費させる。

【0066】

また、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）は、上アームのスイッチング素子Ｑ１またはＱ３と下アームのスイッチング素子Ｑ２またはＱ４とで構成されるブリッジ回路であり、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、変圧器１０に電圧が印加されていない期間に、上アームのスイッチング素子Ｑ１またはＱ３、或いは、下アームのスイッチング素子Ｑ２またはＱ４をオンする。

【0067】

また、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）は、上アームのスイッチング素子Ｑ１またはＱ３と下アームのスイッチング素子Ｑ２またはＱ４とで構成されるブリッジ回路であり、第１スイッチング回路（スイッチング回路１）が無負荷または接続された負荷が所定の電力消費値以下の場合、変圧器１０に電圧が印加されていない期間に、上アームのスイッチング素子Ｑ１またはＱ３、或いは、下アームのスイッチング素子Ｑ２またはＱ４をオフする。

【0068】

トランス電圧印加中にトランスに電流が流れた場合はトランスを介したエネルギー移動となるため、実施例１の動作もしくは無負荷コンデンサＣ１を充電する動作となり、本実施例の趣旨（第１スイッチング回路で消費させる）と異なるため、スイッチのオン期間はトランスに電圧が印加されていない期間とする。

【0069】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。