特開 2024-25039 スイッチング電源装置および充電システム

(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】P2024025039

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置および充電システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20240216BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 H

H02M3/28 Q

H02J7/10 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128136

(22)【出願日】2022-08-10

(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】高野 将成

(72)【発明者】

【氏名】山上 正寛

(72)【発明者】

【氏名】大元 靖理

【テーマコード（参考）】

5G503

5H730

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503GB04

5H730AS01

5H730AS02

5H730AS03

5H730AS17

5H730BB27

5H730BB61

5H730DD04

5H730EE04

5H730EE13

5H730EE58

5H730FD51

5H730FF09

(57)【要約】

【課題】共振素子に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、トランスの２次側のスイッチング素子のオンオフ動作を実現する。
【解決手段】トランス（ＴＲ）の１次側に第１から第４スイッチング素子（Ｑ１０－Ｑ１３）を備え、トランスの２次側に同期整流回路（Ｑ２０－Ｑ２３）を備え、制御部（１２Ａ）は、第１方向の電流が所定閾値以上の期間に、同期整流回路がオンとなっているように同期整流回路を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷側に二次電池が接続され、前記二次電池の充電に利用可能なスイッチング電源装置であって、
トランスと、
前記トランスの１次側に接続される共振回路と、
前記トランスの１次側へ第１方向に流れる第１電流のオンオフ動作を行う第１および第２スイッチング素子と、
前記トランスの１次側へ前記第１方向とは逆の第２方向に流れる第２電流のオンオフ動作を行う第３および第４スイッチング素子と、
前記トランスの１次側へ前記第１電流または前記第２電流が流れている期間に、前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う同期整流回路と、
前記第１から第４スイッチング素子および前記同期整流回路のオンオフ動作を制御する制御部と、を備え、
前記第１から第４スイッチング素子のオンオフ動作の周波数の時間平均値が固定され、
前記第１スイッチング素子のオンオフ動作と、前記第２スイッチング素子のオンオフ動作との間に、所定位相差を有すると共に、前記第３スイッチング素子のオンオフ動作と、前記第４スイッチング素子のオンオフ動作との間に、前記所定位相差を有し、
前記制御部は、
前記第１電流または前記第２電流が所定閾値以上である期間に、前記同期整流回路がオンになっているように、前記同期整流回路を制御する
ことを特徴とするスイッチング電源装置。

【請求項2】

前記同期整流回路は、
前記トランスの１次側へ前記第１電流が流れている期間に前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う第５および第６スイッチング素子と、
前記トランスの１次側へ前記第２電流が流れている期間に前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う第７および第８スイッチング素子と、
を有し、
前記制御部は、
前記第１電流が前記所定閾値以上である期間に、前記第５スイッチング素子と第６スイッチング素子との両方がオンになっているように、前記第５および第６スイッチング素子を制御し、
前記第２電流が前記所定閾値以上である期間に、前記第７スイッチング素子と第８スイッチング素子との両方がオンになっているように、前記第７および第８スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記第１電流および前記第２電流を検出し、前記制御部へ前記第１電流および前記第２電流の電流値を出力する電流検出部を更に備え、
前記制御部は、
前記電流検出部による前記第１方向の前記第１電流の電流値が前記所定閾値以上である期間に、前記第５スイッチング素子と第６スイッチング素子との両方がオンになっているように、前記第５および第６スイッチング素子を制御し、
前記電流検出部による前記第２方向の前記第２電流の電流値が前記所定閾値以上である期間に、前記第７スイッチング素子と第８スイッチング素子との両方がオンになっているように、前記第７および第８スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記第１方向に流れる前記第１電流または前記第２方向に流れる前記第２電流が前記所定閾値以上である期間に第１信号を前記制御部へ出力し、前記第１方向に流れる前記第１電流が前記所定閾値未満かつ前記第２方向に流れる前記第２電流が前記所定閾値未満である期間に第２信号を前記制御部へ出力する電流検出回路を更に備え、
前記制御部は、前記電流検出回路から出力される前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記第５から第８スイッチング素子のオンオフ動作を行うことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記トランスは、２次側にセンタータップ端子を有し、
前記同期整流回路は、
前記トランスの１次側へ前記第１電流が流れている期間に前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う第５スイッチング素子と、
前記トランスの１次側へ前記第２電流が流れている期間に前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う第６スイッチング素子と、
を有し、
前記制御部は、
前記第１電流が前記所定閾値以上である期間に、前記第５スイッチング素子がオンになっているように、前記第５スイッチング素子を制御し、
前記第２電流が前記所定閾値以上である期間に、前記第６スイッチング素子がオンになっているように、前記第６スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記第１電流および前記第２電流を検出し、前記制御部へ前記第１電流および前記第２電流の電流値を出力する電流検出部を更に備え、
前記制御部は、
前記電流検出部による前記第１方向の前記第１電流の電流値が前記所定閾値以上である期間に、前記第５スイッチング素子がオンになっているように、前記第５スイッチング素子を制御し、
前記電流検出部による前記第２方向の前記第２電流の電流値が前記所定閾値以上である期間に、前記第６スイッチング素子がオンになっているように、前記第６スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

前記第１方向に流れる前記第１電流または前記第２方向に流れる前記第２電流が前記所定閾値以上である期間に第１信号を前記制御部へ出力し、前記第１方向に流れる前記第１電流が前記所定閾値未満かつ前記第２方向に流れる前記第２電流が前記所定閾値未満である期間に第２信号を前記制御部へ出力する電流検出回路を更に備え、
前記制御部は、前記電流検出回路から出力される前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記第５および第６スイッチング素子のオンオフ動作を行うことを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置。

【請求項8】

請求項１から６のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置と、
前記二次電池と、を備える充電システムであって、
前記スイッチング電源装置の出力電流を用いた定電流充電と、
前記スイッチング電源装置の出力電圧を用いた定電圧充電と、
により前記二次電池を充電可能であり、
前記二次電池の電池電圧が第１電圧以上第２電圧以下の間は、前記定電流充電で前記二次電池を充電し、
前記二次電池の電池電圧が前記第２電圧以上の第３電圧に到達した後は、前記定電圧充電で前記二次電池を充電する、
ことを特徴とする充電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スイッチング電源装置および充電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、１次側を流れる電流がゼロ値となる時刻と、ピーク値となる時刻とを検出して、それらの時刻に基づいて２次側の同期整流素子のオンオフ制御を行う共振形電源装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１３１４１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の電源装置では、共振素子に流れる電流がピーク値等になる時刻を検出する必要があるが、スイッチング電源装置の制御が複雑になる。
本開示の一態様は、共振素子に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、トランスの２次側の同期整流回路のオンオフ動作を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係るスイッチング電源装置は、負荷側に二次電池が接続され、前記二次電池の充電に利用可能なスイッチング電源装置であって、トランスと、前記トランスの１次側に接続される共振回路と、前記トランスの１次側へ第１方向に流れる第１電流のオンオフ動作を行う第１および第２スイッチング素子と、前記トランスの１次側へ前記第１方向とは逆の第２方向に流れる第２電流のオンオフ動作を行う第３および第４スイッチング素子と、前記トランスの１次側へ前記第１電流または前記第２電流が流れている期間に、前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う同期整流回路と、前記第１から第４スイッチング素子および前記同期整流回路のオンオフ動作を制御する制御部と、を備え、前記第１から第４スイッチング素子のオンオフ動作の周波数の時間平均値が固定され、前記第１スイッチング素子のオンオフ動作と、前記第２スイッチング素子のオンオフ動作との間に、所定位相差を有すると共に、前記第３スイッチング素子のオンオフ動作と、前記第４スイッチング素子のオンオフ動作との間に、前記所定位相差を有し、前記制御部は、前記第１電流または前記第２電流が所定閾値以上である期間に、前記同期整流回路がオンになっているように、前記同期整流回路を制御する。

【0006】

上記構成によれば、共振回路に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、トランスの２次側の同期整流回路のオンオフ動作を実現することができる。

【0007】

また、本開示の一態様に係るスイッチング電源装置では、前記同期整流回路は、前記トランスの１次側へ前記第１電流が流れている期間に前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う第５および第６スイッチング素子と、前記トランスの１次側へ前記第２電流が流れている期間に前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う第７および第８スイッチング素子と、を有し、前記制御部は、前記第１電流が前記所定閾値以上である期間に、前記第５スイッチング素子と第６スイッチング素子との両方がオンになっているように、前記第５および第６スイッチング素子を制御し、前記第２電流が前記所定閾値以上である期間に、前記第７スイッチング素子と第８スイッチング素子との両方がオンになっているように、前記第７および第８スイッチング素子を制御する。

【0008】

上記構成によれば、トランスの２次側に、同期整流回路として４つのスイッチング素子を設けている場合であっても、共振回路に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、同期整流回路のオンオフ動作を実現することができる。

【0009】

また、本開示の一態様に係るスイッチング電源装置では、前記第１電流および前記第２電流を検出し、前記制御部へ前記第１電流および前記第２電流の電流値を出力する電流検出部を更に備え、前記制御部は、前記電流検出部による前記第１方向の前記第１電流の電流値が前記所定閾値以上である期間に、前記第５スイッチング素子と第６スイッチング素子との両方がオンになっているように、前記第５および第６スイッチング素子を制御し、前記電流検出部による前記第２方向の前記第２電流の電流値が前記所定閾値以上である期間に、前記第７スイッチング素子と第８スイッチング素子との両方がオンになっているように、前記第７および第８スイッチング素子を制御する。

【0010】

上記構成によれば、スイッチング電源装置は電流検出部を更に備えるため、制御部は、第１電流が所定閾値以上である期間および第２電流が所定閾値以上である期間を適正に判断することができる。

【0011】

また、本開示の一態様に係るスイッチング電源装置では、前記第１方向に流れる前記第１電流または前記第２方向に流れる前記第２電流が前記所定閾値以上である期間に第１信号を前記制御部へ出力し、前記第１方向に流れる前記第１電流が前記所定閾値未満かつ前記第２方向に流れる前記第２電流が前記所定閾値未満である期間に第２信号を前記制御部へ出力する電流検出回路を更に備え、前記制御部は、前記電流検出回路から出力される前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記第５から第８スイッチング素子のオンオフ動作を行う。

【0012】

上記構成によれば、スイッチング電源装置は電流検出回路を更に備えるため、制御部は、第１電流が所定閾値以上である期間および第２電流が所定閾値以上である期間を適正に判断することができる。

【0013】

また、本開示の一態様に係るスイッチング電源装置では、前記トランスは、２次側にセンタータップ端子を有し、前記同期整流回路は、前記トランスの１次側へ前記第１電流が流れている期間に前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う第５スイッチング素子と、前記トランスの１次側へ前記第２電流が流れている期間に前記トランスの２次側に流れる電流の整流を行う第６スイッチング素子と、を有し、前記制御部は、前記第１電流が前記所定閾値以上である期間に、前記第５スイッチング素子がオンになっているように、前記第５スイッチング素子を制御し、前記第２電流が前記所定閾値以上である期間に、前記第６スイッチング素子がオンになっているように、前記第６スイッチング素子を制御する。

【0014】

上記構成によれば、トランスの２次側にセンタータップ端子を有し、そのトランスの２次側に設ける同期整流回路として２つのスイッチング素子を設けている場合であっても、共振回路に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、同期整流回路のオンオフ動作を実現することができる。

【0015】

また、本開示の一態様に係るスイッチング電源装置では、前記第１電流および前記第２電流を検出し、前記制御部へ前記第１電流および前記第２電流の電流値を出力する電流検出部を更に備え、前記制御部は、前記電流検出部による前記第１方向の前記第１電流の電流値が前記所定閾値以上である期間に、前記第５スイッチング素子がオンになっているように、前記第５スイッチング素子を制御し、前記電流検出部による前記第２方向の前記第２電流の電流値が前記所定閾値以上である期間に、前記第６スイッチング素子がオンになっているように、前記第６スイッチング素子を制御する。

【0016】

上記構成によれば、スイッチング電源装置は電流検出部を更に備えるため、制御部は、第１電流が所定閾値以上である期間および第２電流が所定閾値以上である期間を適正に判断することができる。

【0017】

また、本開示の一態様に係るスイッチング電源装置では、前記第１方向に流れる前記第１電流または前記第２方向に流れる前記第２電流が前記所定閾値以上である期間に第１信号を前記制御部へ出力し、前記第１方向に流れる前記第１電流が前記所定閾値未満かつ前記第２方向に流れる前記第２電流が前記所定閾値未満である期間に第２信号を前記制御部へ出力する電流検出回路を更に備え、前記制御部は、前記電流検出回路から出力される前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記第５から第６スイッチング素子のオンオフ動作を行う。

【0018】

上記構成によれば、スイッチング電源装置は電流検出回路を更に備えるため、制御部は、第１電流が所定閾値以上である期間および第２電流が所定閾値以上である期間を適正に判断することができる。

【0019】

本開示の一態様に係る充電システムは、上記態様のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置と、前記二次電池と、を備える充電システムであって、前記スイッチング電源装置の出力電流を用いた定電流充電と、前記スイッチング電源装置の出力電圧を用いた定電圧充電と、により前記二次電池を充電可能であり、前記二次電池の電池電圧が第１電圧以上第２電圧以下の間は、前記定電流充電で前記二次電池を充電し、前記二次電池の電池電圧が前記第２電圧以上の第３電圧に到達した後は、前記定電圧充電で前記二次電池を充電する。

【0020】

上記構成によれば、定電流充電を行うことにより、過電流充電を防ぐことができる。また、二次電池の充電電圧が第３電圧に到達した後は、定電圧充電を行うことにより、過充電を防ぐことができる。

【発明の効果】

【0021】

本開示の一態様によれば、共振素子に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、２次側の同期整流回路のオンオフ制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本開示の実施形態１に係る充電システムの構成例を示す図である。

【図2】本開示の実施形態１に係る充電システムの充電プロファイルの一例を示す図である。

【図3】ＤＣ－ＤＣコンバータに流れる電流の向きの説明に用いる図である。

【図4】ＤＣ－ＤＣコンバータの各部の動作を示すタイミングチャートの一例である。

【図5】本開示の実施形態２に係る充電システムの構成例を示す図である。

【図6】電流検出回路の一例を示す回路図である。

【図7】本開示の実施形態３に係る充電システムの構成例を示す図である。

【図8】ＤＣ－ＤＣコンバータの各部の動作を示すタイミングチャートの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

〔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１は、本開示の実施形態１に係る充電システム１の構成例を示す図である。図１に例示される充電システム１は、スイッチング電源装置１０Ａと、二次電池２０とを備える。二次電池２０は、スイッチング電源装置１０Ａの負荷側に接続されている。

【0024】

スイッチング電源装置１０Ａは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１Ａと、制御部１２Ａとを有する。ＤＣ－ＤＣコンバータ１１Ａは、フルブリッジ回路を構成しており、逆巻きのトランスＴＲを有する。トランスＴＲの１次側には、電流検出部１００、４つのスイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３、ならびに共振回路を構成するコンデンサＣ１、コイルＬ１および図示せぬトランスＴＲ内蔵の励磁インダクタンスが接続されている。電流検出部１００は、トランスＴＲの１次側に流れる電流ＩＬｍｐを検出する。

【0025】

トランスＴＲの２次側には、平滑コンデンサＣ２と、同期整流回路を構成し、出力電流の整流に用いられる４つのスイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３とが接続されている。

【0026】

スイッチング素子Ｑ１０は、第１スイッチング素子の一例であり、ＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ１３は、第２スイッチング素子の一例であり、ＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ１２は、第３スイッチング素子の一例であり、ＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ１１は、第４スイッチング素子の一例であり、ＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ２０は、第５スイッチング素子の一例であり、ＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ２３は、第６スイッチング素子の一例であり、ＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ２２は、第７スイッチング素子の一例であり、ＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ２１は、第８スイッチング素子の一例であり、ＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３およびＱ２０－Ｑ２３は、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタで構成してもよい。

【0027】

スイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３のオンオフ動作の周波数は、その時間平均値が固定されており、例えばコンデンサＣ１およびコイルＬ１の共振周波数に固定されている。

【0028】

制御部１２Ａは、例えば、マイクロコンピュータからなる。制御部１２Ａには、電流検出部１００により検出されたトランスＴＲの１次側に流れる電流ＩＬｍｐの電流値が入力される。制御部１２Ａは、８つのスイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３およびＱ２０－Ｑ２３のオンオフ制御を行う。

【0029】

図２は、充電システム１の充電プロファイルを示す。充電システム１は、定電流充電ＣＣ、定電力充電ＣＰおよび定電圧充電ＣＶの３つの充電方法により、二次電池２０を充電することができる。

【0030】

充電システム１は、図２に図示されている充電方法のうち、少なくとも定電流充電ＣＣと定電圧充電ＣＶにより二次電池２０を充電することができればよい。また、充電システム１は、図２に図示されていない充電方法、例えば、パルス充電、トリクル充電により二次電池２０を充電することができてもよい。

【0031】

充電システム１は、二次電池２０の電池電圧が第１電圧Ｖ１以上、かつ、第２電圧Ｖ２以下の場合に、定電流充電ＣＣにより二次電池２０を充電する。定電流充電ＣＣでは、充電システム１は、スイッチング電源装置１０Ａの出力電流を利用して、電流値がＩ１で一定の充電電流を二次電池２０へ出力する。

【0032】

充電システム１は、二次電池２０の電池電圧が第２電圧Ｖ２以上、かつ、第３電圧Ｖ３以下の場合に、定電力充電ＣＰにより二次電池２０を充電する。定電力充電ＣＰでは、二次電池２０の電池電圧が高くなるほど充電電流が低くなる。第３電圧Ｖ３は、二次電池２０の電池電圧の充電目標値である。

【0033】

充電システム１は、二次電池２０の電池電圧が第３電圧Ｖ３に到達した場合に、定電圧充電ＣＶにより二次電池２０を充電する。定電圧充電ＣＶでは、充電電圧を一定にして充電を行う。定電圧充電ＣＶでは、二次電池２０の内部電圧が上昇すると共に、充電電流が減少する。

【0034】

図３を用いて、トランスＴＲの１次側のスイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３によるオンオフ動作と、トランスＴＲの１次側に流れる電流ＩＬｍｐとの関係について説明する。図３は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１Ａに流れる電流の向きを示す図である。図３の上部に示される第１図３００では、スイッチング素子Ｑ１０およびＱ１３がオンになり、スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２がオフになっている。このとき、トランスＴＲの１次側には、第１方向１０１に電流ＩＬｍｐが流れる。このとき、トランスＴＲの２次側に第３方向２０１に電流ＩＬｍｓが流れ、スイッチング素子Ｑ２０およびＱ２３に電流が流れる。

【0035】

図３の下部に示される第２図３０１では、スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２がオンになり、スイッチング素子Ｑ１０およびＱ１３がオフになっている。このとき、トランスＴＲの１次側には、第２方向１０２に電流ＩＬｍｐが流れる。このとき、トランスＴＲの２次側に第４方向２０２に電流ＩＬｍｓが流れ、スイッチング素子Ｑ２１およびＱ２２に電流が流れる。

【0036】

スイッチング素子Ｑ２０およびＱ２３は、第１図３００に示すように、第１方向１０１に電流ＩＬｍｐが流れているタイミングでオンにしないと、破損する虞がある。一方、スイッチング素子Ｑ２１およびＱ２２は、第２図３０１に示すように、第２方向１０２に電流ＩＬｍｐが流れているタイミングでオンにしないと、破損する虞がある。以下、充電システム１にて定電流充電ＣＣを行っている場合における、スイッチング電源装置１０Ａの制御部１２Ａによるスイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３の適正なオンオフ動作について説明する。

【0037】

図１に示した共振回路を構成するコンデンサＣ１、コイルＬ１および図示せぬトランスＴＲ内蔵の励磁インダクタンスは、定電流充電ＣＣにより二次電池２０を充電するときに、トランスＴＲの巻数比を１と仮定した場合におけるトランスＴＲの１次側の電圧Ｖｉｎに対する２次側の電圧Ｖｏｕｔの比が例えば１未満となるように、インダクタンスおよびキャパシタンスが設定されている。

【0038】

図４を用いて、スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３のオンオフ動作について説明する。図４は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１Ａの各部の動作を示すタイミングチャートである。図４には、上段から、スイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３のゲート・ソース間電圧と、電流検出部１００により検出されるトランスＴＲの１次側に流れる電流ＩＬｍｐと、トランスＴＲの２次側に流れる電流ＩＬｍｓと、スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３のドレイン・ソース間電圧とが示されている。

【0039】

図４では、電流ＩＬｍｐは、図３の第１方向１０１に流れているとき正の値で表され、第２方向１０２に流れているとき負の値で表されている。また、電流ＩＬｍｓは、図３の第４方向２０２に流れているとき正の値で表され、第３方向２０１に流れているとき負の値で表されている。

【0040】

制御部１２Ａは、図４に示すように、スイッチング素子Ｑ１０のオンオフ動作と、スイッチング素子Ｑ１３のオンオフ動作との間に、所定位相差Ｘ１を設けるフェーズシフト制御を行っている。制御部１２Ａは、スイッチング素子Ｑ１０およびＱ１３がオンとなっている期間に、電流検出部１００により検出される電流ＩＬｍｐが正閾値ＩＴＨ以上となると、２次側のスイッチング素子Ｑ２０およびＱ２３がオンとなり、第３方向２０１に流れる電流ＩＬｍｓの整流を行うように制御する。その後、制御部１２Ａは、電流ＩＬｍｐが正閾値ＩＴＨ未満となると、２次側のスイッチング素子Ｑ２０およびＱ２３がオフとなるように制御する。

【0041】

また、制御部１２Ａは、図４に示すように、スイッチング素子Ｑ１１のオンオフ動作と、スイッチング素子Ｑ１２のオンオフ動作との間に、所定位相差Ｘ２を設けるフェーズシフト制御を行っている。制御部１２Ａは、スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２がオンとなっている期間に、電流検出部１００により検出される電流ＩＬｍｐが負閾値－ＩＴＨ以下となると、２次側のスイッチング素子Ｑ２１よびＱ２２がオンとなり、第４方向に流れる電流ＩＬｍｓの整流を行うように制御する。その後、制御部１２Ａは、電流ＩＬｍｐが負閾値－ＩＴＨより大きくなると、２次側のスイッチング素子Ｑ２１およびＱ２２がオフとなるように制御する。

【0042】

すなわち、制御部１２Ａは、電流ＩＬｍｐの絶対値が所定閾値ＩＴＨ以上の期間に、電流が流れている２次側の同期整流回路のスイッチング素子をオンするように制御する。また、制御部１２Ａは、電流ＩＬｍｐの絶対値が所定閾値ＩＴＨ未満の期間に、電流が流れている２次側の同期整流回路のスイッチング素子をオフするように制御する。

【0043】

また、図４の期間Ｔ１は、フェーズシフト制御されている１次側のスイッチング素子Ｑ１０およびＱ１３の両方がオンとなっている期間ＤＵＴＹよりも長い。期間Ｔ２は、フェーズシフト制御されている１次側のスイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２の両方がオンとなっている期間ＤＵＴＹよりも長い。

【0044】

電流ＩＬｍｓは、図１の平滑コンデンサＣ２により平滑され、図２に示す定電流充電ＣＣによる二次電池２０の充電に利用される。また、スイッチング電源装置１０Ａの出力電圧は、定電圧充電ＣＶによる二次電池２０の充電に利用される。

【0045】

〔実施形態１の作用効果〕
本開示の実施形態１に係るスイッチング電源装置１０Ａは、負荷側に二次電池２０が接続され、二次電池２０の充電に利用可能である。スイッチング電源装置１０Ａは、トランスＴＲと、トランスＴＲの１次側に接続される共振回路（コンデンサＣ１、コイルＬ１および図示せぬトランスＴＲ内蔵の励磁インダクタンス）と、トランスＴＲの１次側へ第１方向１０１に流れる第１電流（第１図３００に示す電流ＩＬｍｐ）のオンオフ動作を行う第１および第２スイッチング素子Ｑ１０およびＱ１３と、トランスＴＲの１次側へ第１方向１０１とは逆の第２方向１０２に流れる第２電流（第２図３０１に示す電流ＩＬｍｐ）のオンオフ動作を行う第３および第４スイッチング素子Ｑ１２およびＱ１１と、トランスＴＲの１次側へ第１方向１０１または第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが流れている期間に、トランスＴＲの２次側に流れる電流の整流を行う同期整流回路（スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３）と、第１から第４スイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３および同期整流回路（スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３）のオンオフ動作を制御する制御部１２Ａと、を備える。第１から第４スイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３のオンオフ動作の周波数の時間平均値が固定されている。例えば、第１から第４スイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３のオンオフ動作の周波数は、共振回路の共振周波数に固定されている。第１スイッチング素子Ｑ１０のオンオフ動作と、第２スイッチング素子Ｑ１３のオンオフ動作との間に、所定位相差Ｘ１を有すると共に、第３スイッチング素子Ｑ１２のオンオフ動作と、第４スイッチング素子Ｑ１１のオンオフ動作との間に、所定位相差Ｘ２を有する。制御部１２Ａは、第１電流または第２電流（ＩＬｍｐ）が所定閾値ＩＴＨ以上である期間に、同期整流回路（スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３）がオンになっているように、同期整流回路（スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３）を制御する。

【0046】

上記構成によれば、共振回路に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、トランスＴＲの２次側の同期整流回路（スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３）のオンオフ動作を実現することができる。

【0047】

また、本開示の実施形態１に係るスイッチング電源装置１０Ａでは、同期整流回路（スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３）は、トランスＴＲの１次側へ第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが流れている期間にトランスＴＲの２次側に流れる電流の整流を行う第５および第６スイッチング素子Ｑ２０およびＱ２３と、トランスＴＲの１次側へ第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが流れている期間にトランスＴＲの２次側に流れる電流の整流を行う第７および第８スイッチング素子Ｑ２１およびＱ２２と、を有する。制御部１２Ａは、第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間に、第５スイッチング素子Ｑ２０と第６スイッチング素子Ｑ２３との両方がオンになっているように、第５および第６スイッチング素子Ｑ２０およびＱ２３を制御し、第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間に、第７スイッチング素子Ｑ２１と第８スイッチング素子Ｑ２２との両方がオンになっているように、第７および第８スイッチング素子Ｑ２１およびＱ２２を制御する。

【0048】

上記構成によれば、トランスの２次側に、同期整流回路として４つのスイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３を設けている場合であっても、共振素子に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、同期整流回路のオンオフ動作を実現することができる。

【0049】

また、本開示の実施形態１に係るスイッチング電源装置１０Ａでは、第１方向１０１および第２方向１０２の電流ＩＬｍｐを検出し、制御部１２Ａへ電流値を出力する電流検出部１００を更に備える。制御部１２Ａは、電流検出部１００による第１方向１０１の電流ＩＬｍｐの電流値が所定閾値ＩＴＨ以上の期間に、第５スイッチング素子Ｑ２０と第６スイッチング素子Ｑ２３との両方がオンになっているようにこれらのスイッチング素子を制御し、電流検出部１００による第２方向１０２の電流ＩＬｍｐの電流値が所定閾値ＩＴＨ以上の期間に、第７スイッチング素子Ｑ２１と第８スイッチング素子Ｑ２２との両方がオンとなっているように、これらのスイッチング素子を制御する。

【0050】

上記構成によれば、スイッチング電源装置１０Ａは電流検出部１００を更に備えるため、制御部１２Ａは、第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間および第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間を適正に判断することができる。

【0051】

本開示の実施形態１に係る充電システム１は、スイッチング電源装置１０Ａと、二次電池２０と、を備える。充電システム１は、図２に示すように、スイッチング電源装置１０Ａの出力電流を用いた定電流充電ＣＣと、スイッチング電源装置１０Ａの出力電圧を用いた定電圧充電ＣＶと、により二次電池２０を充電可能である。二次電池２０の電池電圧が第１電圧Ｖ１以上第２電圧Ｖ２以下の間は、定電流充電ＣＣで二次電池２０を充電し、二次電池２０の電池電圧が第２電圧Ｖ２以上の第３電圧Ｖ３に到達した後は、定電圧充電ＣＶで二次電池２０を充電する。

【0052】

上記構成によれば、定電流充電ＣＣを行うことにより、過電流充電を防ぐことができる。また、二次電池２０の充電電圧が第３電圧Ｖ３に到達した後は、定電圧充電ＣＶを行うことにより、過充電を防ぐことができる。

【0053】

〔実施形態２〕
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0054】

図５は、本開示の実施形態２に係る充電システム２の構成例を示す図である。図５に示す充電システム２は、スイッチング電源装置１０Ｂと、二次電池２０とを備える。スイッチング電源装置１０Ｂは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１Ｂと、電流検出回路１１０と、制御部１２Ｂとを有する。

【0055】

電流検出回路１１０は、図５に示す測定点ＣＴ１に変流器が配置されている。変流器は、電流ＩＬｍｐを検出している。

【0056】

電流検出回路１１０は、第１方向１０１、または、第２方向１０２に流れる電流ＩＬｍｐが閾値ＩＴＨ以上のタイミングに第１信号を出力する。一方、第１方向１０１に流れる電流ＩＬｍｐが閾値ＩＴＨ未満かつ第２方向１０２に流れる電流ＩＬｍｐが閾値ＩＴＨ未満のタイミングに、第２信号を出力する。

【0057】

制御部１２Ｂは、トランスＴＲの１次側のスイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３のオンオフ状態と電流検出回路１１０から出力される第１信号および第２信号に基づいて、トランスＴＲの２次側のスイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３のオンオフ動作を行う。例えば、トランスＴＲの１次側のスイッチング素子Ｑ１０およびＱ１３がオンのタイミングで電流検出回路１１０から出力される信号が第２信号から第１信号に切り替わるタイミングにスイッチング素子Ｑ２０およびＱ２３をオンする。

【0058】

図６は、電流検出回路１１０の一構成例を示す図である。図６に示す電流検出回路１１０は、コンパレータ１１１を有する。コンパレータ１１１は、オペアンプ６０５の非反転入力端子の電圧が電流ＩＬｍｐの閾値ＩＴＨに応じた基準電圧となるように設計されている。オペアンプ６０５の反転入力端子の電圧は、変流器により検出された電流ＩＬｍｐに応じた電圧が入力される。コンパレータ１１１のオペアンプ６０５は、電流ＩＬｍｐが閾値ＩＴＨより大きくなると、第１信号を出力する。

【0059】

〔実施形態２の作用効果〕
また、本開示の実施形態２に係るスイッチング電源装置１０Ｂでは、第１方向１０１または第２方向１０２に流れる電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上の期間に第１信号を制御部１２Ｂへ出力し、第１方向１０１に流れる電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ未満かつ第２方向１０２に流れる電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ未満の期間に第２信号を制御部１２Ｂへ出力する電流検出回路１１０を更に備える。制御部１２Ｂは、トランスＴＲの１次側のスイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３のオンオフ状態と電流検出回路１１０から出力される第１信号および第２信号に基づいて、第５から第８スイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３のオンオフ動作を行う。

【0060】

上記構成によれば、スイッチング電源装置１０Ｂは電流検出回路１１０を更に備えるため、制御部１２Ｂは、第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間および第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間を適正に判断することができる。

【0061】

〔実施形態３〕
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0062】

図７は、本開示の実施形態３に係る充電システム３の構成例を示す図である。図７に示す充電システム３は、スイッチング電源装置１０Ｃと、二次電池２０とを備える。スイッチング電源装置１０Ｃは、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１Ｃと、制御部１２Ｃとを有する。

【0063】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１１Ｃは、２次側にセンタータップ端子７０を有するセンタータップ型のトランスＴＲ２を有する。トランスＴＲ２の１次側には、電流検出部１００、４つのスイッチング素子Ｑ１０－Ｑ１３、ならびに共振回路を構成するコンデンサＣ１、コイルＬ１および図示せぬトランスＴＲ２内蔵の励磁インダクタンスが接続されている。

【0064】

トランスＴＲ２の２次側には、平滑コンデンサＣ３と、同期整流回路を構成し、出力電流の整流に用いられる２つのスイッチング素子Ｑ３０およびＱ３１が接続されている。

【0065】

図８は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１Ｃの各部の動作を示すタイミングチャートである。制御部１２Ｃは、図８に示すように、スイッチング素子Ｑ１０のオンオフ動作と、スイッチング素子Ｑ１３のオンオフ動作との間に、所定位相差Ｘ１を設けるフェーズシフト制御を行っている。制御部１２Ａは、スイッチング素子Ｑ１０およびＱ１３がオンとなっている期間に、図３に示した第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが閾値ＩＴＨ以上となると、２次側のスイッチング素子Ｑ３０がオンとなるように制御する。その後、制御部１２Ｃは、第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが閾値ＩＴＨ未満となると、２次側のスイッチング素子Ｑ３０がオフとなるように制御する。

【0066】

制御部１２Ｃは、図８に示すように、スイッチング素子Ｑ１１のオンオフ動作と、スイッチング素子Ｑ１２のオンオフ動作との間に、所定位相差Ｘ２を設けるフェーズシフト制御を行っている。制御部１２Ｃは、スイッチング素子Ｑ１１およびＱ１２がオンとなっている期間に、図３に示した第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが閾値ＩＴＨ以上となると、２次側のスイッチング素子Ｑ３１がオンとなるように制御する。その後、制御部１２Ｃは、第２方向の電流ＩＬｍｐが閾値ＩＴＨ未満となると、２次側のスイッチング素子Ｑ３１がオフとなるように制御する。
〔実施形態３の作用効果〕
また、本開示の実施形態３に係るスイッチング電源装置１０Ｃでは、トランスＴＲ２は、２次側にセンタータップ端子７０を有する。同期整流回路（スイッチング素子Ｑ３０およびＱ３１）は、トランスＴＲ２の１次側へ第１方向１０１に電流ＩＬｍｐが流れている期間にトランスＴＲ２の２次側に流れる電流の整流を行うスイッチング素子Ｑ３０と、トランスＴＲ２の１次側へ第２方向１０２に電流ＩＬｍｐが流れている期間にトランスＴＲ２の２次側に流れる電流の整流を行うスイッチング素子Ｑ３１とを有する。制御部１２Ｃは、第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間に、スイッチング素子Ｑ３０がオンになっているように、スイッチング素子Ｑ３０を制御し、第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間に、スイッチング素子Ｑ３１がオンになっているように、スイッチング素子Ｑ３１を制御する。

【0067】

上記構成によれば、トランスＴＲ２の２次側にセンタータップ端子７０を有し、そのトランスＴＲ２の２次側に設ける同期整流回路として２つのスイッチング素子Ｑ３０およびＱ３１を設けている場合であっても、共振素子に流れる電流がピーク値等になっている時刻を検出することなく、同期整流回路のオンオフ動作を実現することができる。

【0068】

また、本開示の実施形態３に係るスイッチング電源装置１０Ｃでは、第１方向１０１および第２方向１０２の電流ＩＬｍｐを検出し、制御部１２Ｃへ電流値を出力する電流検出部１００を更に備える。制御部１２Ｃは、電流検出部１００による第１方向１０１の電流ＩＬｍｐの電流値が所定閾値ＩＴＨ以上の期間に、第５スイッチング素子Ｑ３０がオンになっているようにスイッチング素子Ｑ３０を制御し、電流検出部１００による第２方向１０２の電流ＩＬｍｐの電流値が所定閾値ＩＴＨ以上の期間に、第６スイッチング素子Ｑ３１がオンとなっているように、スイッチング素子Ｑ３１を制御する。

【0069】

上記構成によれば、スイッチング電源装置１０Ｃは、電流検出部１００を更に備えるため、制御部１２Ｃは、第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間および第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間を適正に判断することができる。

【0070】

〔変形例〕
上記の実施形態１に係る充電システム１および実施形態３に係る充電システム３では、制御部１２Ａは、電流検出部１００により検出された電流ＩＬｍｐが図３の第１方向１０１に閾値ＩＴＨ以上の期間Ｔ１の間、２次側のスイッチング素子Ｑ２０およびＱ２３がすべてオンとなる期間が含まれるように制御することにした。また、制御部１２Ａは、電流検出部１００により検出された電流ＩＬｍｐが図３の第２方向１０２に閾値ＩＴＨ以上の期間Ｔ２の間、２次側のスイッチング素子Ｑ２１およびＱ２２がすべてオンとなる期間が含まれるように制御することにした。換言すると、制御部１２Ａは、図４においては電流ＩＬｍｐが負閾値－ＩＴＨ以下の期間として図示される期間Ｔ２の間、２次側のスイッチング素子Ｑ２１およびＱ２２がすべてオンとなる期間が含まれるように制御することにした。しかし、充電システム１の設計開発時に期間Ｔ１およびＴ２を測定し、制御部１２Ａは、設計開発時に測定した期間Ｔ１およびＴ２に基づいて、２次側のスイッチング素子Ｑ２０－Ｑ２３のスイッチング制御を行うことにしてもよい。

【0071】

上記の実施形態１に係る充電システム１、実施形態２に係る充電システム２および実施形態３に係る充電システム３は、上述の構成に限定されず、スイッチング電源装置１０Ａおよび１０Ｂならびに二次電池２０以外の他の構成要素を更に備えることにしてもよい。例えば、力率補正回路を更に備えることにしてもよい。

【0072】

上記の実施形態１に係る充電システム１、実施形態２に係る充電システム２および実施形態３に係る充電システム３は、では、共振回路は、コイルＬ１、コンデンサＣ１および図示せぬトランスＴＲ内蔵の励磁インダクタンスとで構成されることとした。しかし、共振回路は、この構成に限定されず、これら以外の素子を含むことにしてもよいし図示せぬ寄生要素を用いてもよい。例えばコイルＬ１の代わりに図示せぬトランスＴＲ内蔵の漏れインダクタンスを用いて共振回路を構成してもよい。トランスＴＲは巻き線の巻き方を限定するものではない。また、複数のトランスで構成してもよい。

【0073】

上記の実施形態１に係る充電システム１、実施形態２に係る充電システム２および実施形態３に係る充電システム３では、共振回路を構成するコンデンサＣ１、コイルＬ１および図示せぬトランスＴＲ内蔵の励磁インダクタンスは、定電流充電ＣＣにより二次電池２０を充電するときに、トランスＴＲの巻数比を１と仮定した場合におけるトランスＴＲの１次側の電圧Ｖｉｎに対する２次側の電圧Ｖｏｕｔの比が例えば１未満となるように、インダクタンスおよびキャパシタンスが設定されているものとした。しかし、共振回路を構成するコンデンサＣ１、コイルＬ１および図示せぬトランスＴＲ内蔵の励磁インダクタンスは、この構成に限定されない。例えば、定電流充電ＣＣにより二次電池２０を充電するときに、トランスＴＲの巻数比を１と仮定した場合におけるトランスＴＲの１次側の電圧Ｖｉｎに対する２次側の電圧Ｖｏｕｔの比が例えば１以上となるように、インダクタンスおよびキャパシタンスが設定されていることにしてもよい。

【0074】

上記の実施形態３に係る充電システム３では、トランスＴＲ２の１次側に電流検出部１００を設けて、トランスＴＲの１次側に流れる電流ＩＬｍｐを検出することにした。しかし、実施形態３に係る充電システム３において、電流ＩＬｍｐを検出する方法は、電流検出部１００だけに限定されない。例えば、実施形態２に係る充電システム２と同様に、電流検出回路１１０を用いて電流ＩＬｍｐを検出することにしてもよい。スイッチング電源装置１０Ｃが電流検出回路１１０を備えることにより、制御部１２Ｃは、第１方向１０１の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間および第２方向１０２の電流ＩＬｍｐが所定閾値ＩＴＨ以上である期間を適正に判断することができる。

【0075】

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。

【符号の説明】

【0076】

１、２ 充電システム
１０Ａ、１０Ｂ スイッチング電源装置
１１Ａ、１１Ｂ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１２Ａ、１２Ｂ 制御部
２０ 二次電池
１００ 電流検出部
１１０ 電流検出回路
１１１ コンパレータ
Ｃ１ コンデンサ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
ＩＬｍｐ、ＩＬｍｓ 電流
Ｌ１ コイル
Ｑ１０、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ２０、Ｑ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、Ｑ３０、Ｑ３１ スイッチング素子
ＴＲ、ＴＲ２ トランス
Ｔ１、Ｔ２ 期間
Ｘ１、Ｘ２ 位相差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】