特許 7032116 絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-28

(45)【発行日】2022-03-08

(54)【発明の名称】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20220301BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 Q

H02M3/28 W

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017236916

(22)【出願日】2017-12-11

(65)【公開番号】P2018126049

(43)【公開日】2018-08-09

【審査請求日】2020-11-02

(31)【優先権主張番号】62/435,117

(32)【優先日】2016-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/423,250

(32)【優先日】2017-02-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507342261

【氏名又は名称】トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100205969

【弁理士】

【氏名又は名称】氷室 詩乃

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

【審査官】東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／０３０４２９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平８－２７５５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－２６６０５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／００－３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電源と、変圧器の第１巻線と並列に接続された第１キャパシタと、前記第１電源と前記第１キャパシタの間に接続された第１スイッチと、前記第１電源と前記第１キャパシタとの間に接続された第１インダクタとを有する、変圧器の１次側の第１回路と、
第２電源と、前記変圧器の第２巻線と並列に接続された第２キャパシタと、前記第２電源と前記第２キャパシタの間に接続された第２スイッチと、前記第２電源と前記第２キャパシタとの間に接続された第２インダクタとを有する、前記変圧器の２次側の第２回路と、を含む電力変換回路であって、
前記第１インダクタ又は前記第２インダクタは、前記第１スイッチ又は前記第２スイッチのピーク電圧を低減するように構成された前記電力変換回路を通る追加の共振電流経路を提供する、電力変換回路と、
前記電力変換回路を通る電力の伝送方向を決定し、
決定された前記電力の伝送方向に基づいて、前記第１回路及び前記第２回路を構成し、
決定された前記電力の伝送方向及び電力伝送量に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのスイッチングを制御するように構成された、制御回路と、
を含む、システム。

【請求項2】

前記第１回路及び前記第２回路は、前記変圧器の両側に対称である、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記電力変換回路は、双方向電力伝送を実行するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記制御回路は、ソフトスイッチングを実施することによって、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの前記スイッチングを制御するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記電力変換回路は、前記第１スイッチをオンにする前記制御回路に応答して、第１期間に前記第１回路の第１漏れインダクタと前記第２回路の第２漏れインダクタとを通る少なくとも１つの第１の共振電流を生成し、
前記第２キャパシタは、前記少なくとも１つの第１の共振電流によって充電される、
請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記少なくとも１つの第１の共振電流が前記第１漏れインダクタと前記第２漏れインダクタとを流れる前記第１期間は、前記第１スイッチのオン時間とは無関係に一定のままである、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記電力変換回路は、前記少なくとも１つの第１の共振電流によってゼロに達する前記第２スイッチの第２電圧に応答して、第２期間に前記第１漏れインダクタと、第２漏れインダクタと、第２スイッチのボディダイオードとを通る少なくとも１つの第２の共振電流を生成し、
エネルギーが、少なくとも１つの第２の共振電流経路を通って、前記第１電源から前記第２電源に伝送される、
請求項５に記載のシステム。

【請求項8】

前記第１スイッチのオン時間の増加は、前記少なくとも１つの第２の共振電流に関連する前記第２期間の増加に対応する、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記電力変換回路は、前記第１スイッチをオフにする前記制御回路に応答して、第３期間に前記第１回路の第１漏れインダクタと前記第２回路の第２漏れインダクタとを通る少なくとも１つの第３の共振電流を生成し、
エネルギーが、前記第１漏れインダクタと前記第２漏れインダクタとを通って、前記第１キャパシタから放電され、
前記第２電源は、前記少なくとも１つの第３の共振電流を通って前記第１スイッチの出力キャパシタンスを充電する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記第１スイッチでの第１電圧は、前記少なくとも１つの第３の共振電流に基づいて、前記第３期間中に正弦波状に第１のピーク電圧まで増加する、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記電力変換回路は、変圧器の電流が負になることに応答して、第４期間に前記第１回路の前記第１漏れインダクタと前記第２回路の前記第２漏れインダクタとを通る少なくとも１つの第４の共振電流を生成し、
エネルギーが、前記第１漏れインダクタと前記第２漏れインダクタとを通って、前記第２キャパシタから放電される、
請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記第４期間中に、前記第１スイッチでの前記第１電圧は、正弦波状にゼロに減少し、前記第２スイッチでの第２電圧は、第２のピーク電圧まで増加する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記第１インダクタは、前記第１インダクタと、前記第１キャパシタと、前記第１スイッチとを通る前記追加の共振電流経路を提供する、請求項１１に記載のシステム。

【請求項14】

前記電力変換回路は、前記第１スイッチがオフにされた前記第３期間及び前記第４期間中に、前記追加の共振電流経路を通る追加の共振電流を生成するように構成される、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記追加の共振電流の周波数は、前記第１キャパシタのキャパシタンス、前記第１スイッチの出力キャパシタンス、及び前記第１インダクタのインダクタンスに基づいている、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

並列に接続された複数の前記電力変換回路をさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項17】

前記制御回路は、前記第１スイッチ又は前記第２スイッチの位相シフト制御を使用して、前記複数の電力変換回路の前記第１スイッチ又は前記第２スイッチの前記スイッチングを制御するようにさらに構成される、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記制御回路は、並列に接続された前記電力変換回路の数に基づいて、前記複数の電力変換回路に関連する複数のスイッチ間の位相シフトの量を決定するようにさらに構成される、請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

第１電源と、変圧器の第１巻線と並列に接続された第１キャパシタと、前記第１電源と前記第１キャパシタの間に接続された第１スイッチと、前記第１電源と前記第１キャパシタとの間に接続された第１インダクタとを有する、変圧器の１次側の第１回路と、第２電源と、前記変圧器の第２巻線と並列に接続された第２キャパシタと、前記第２電源と前記第２キャパシタの間に接続された第２スイッチと、前記第２電源と前記第２キャパシタとの間に接続された第２インダクタとを有する、前記変圧器の２次側の第２回路と、を含む電力変換回路であって、前記第１インダクタ又は前記第２インダクタは、前記第１スイッチ又は前記第２スイッチのピーク電圧を低減するように構成された前記電力変換回路を通る追加の共振電流経路を提供する、電力変換回路を通る電力の伝送方向を決定し、
決定された前記電力の伝送方向に基づいて、前記第１回路及び前記第２回路を構成し、
決定された前記電力の伝送方向及び電力伝送量に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのスイッチングを制御する、
方法。

【請求項20】

第１電源と、変圧器の第１巻線と並列に接続された第１キャパシタと、前記第１電源と前記第１キャパシタの間に接続された第１スイッチと、前記第１電源と前記第１キャパシタとの間に接続された第１インダクタとを有する、変圧器の１次側の第１回路と、第２電源と、前記変圧器の第２巻線と並列に接続された第２キャパシタと、前記第２電源と前記第２キャパシタの間に接続された第２スイッチと、前記第２電源と前記第２キャパシタとの間に接続された第２インダクタとを有する、前記変圧器の２次側の第２回路と、を含む電力変換回路であって、前記第１インダクタ又は前記第２インダクタは、前記第１スイッチ又は前記第２スイッチのピーク電圧を低減するように構成された前記電力変換回路を通る追加の共振電流経路を提供する、電力変換回路を通る電力の伝送方向を決定し、
決定された前記電力の伝送方向に基づいて、前記第１回路及び前記第２回路を構成し、
決定された前記電力の伝送方向及び電力伝送量に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのスイッチングを制御する、ように構成された制御回路、
を含む、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本出願は、２０１６年１２月１６日に出願された米国特許仮出願第６２／４３５，１１７号に基づいて優先権の利益を主張し、そこに記載された全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

ＤＣ－ＤＣ電力変換回路は、磁気絶縁（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を用いて双方向電力伝送を行うことができる。Ｈｏｓｏｔａｎｉによる「スイッチング電源装置」と題した米国特許第９，１０６，１４１号は、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を実施するために、共振周波数よりも高いスイッチング周波数で制御されるマルチ共振回路を有するスイッチング電源装置を記載している。

【発明の概要】

【0003】

例示的な実施形態において、システムは、第１電源と、第１スイッチと、変圧器の第１巻線と並列に接続された第１キャパシタと、第１電源と第１キャパシタとの間に接続された第１インダクタとを有する、変圧器の１次側の第１回路と、第２電源と、第２スイッチと、変圧器の第２巻線と並列に接続された第２キャパシタと、第２電源と第２キャパシタとの間に接続された第２インダクタとを有する、変圧器の２次側の第２回路と、を含み、第１インダクタ又は第２インダクタは、第１スイッチ又は第２スイッチのピーク電圧を低減するように構成された電力変換回路を通る追加の共振電流経路を提供する、電力変換回路と、電力変換回路を通る電力の伝送方向を決定し、決定された電力の伝送方向に基づいて、第１回路及び第２回路を構成し、決定された電力の伝送方向及び電力伝送量に基づいて、第１スイッチ及び第２スイッチのスイッチングを制御するように構成された、制御回路と、を含む。

【0004】

第１回路及び第２回路は、変圧器の両側に対称である。また、電力変換回路は、双方向電力伝送を実行するように構成されることができる。

【0005】

制御回路は、ソフトスイッチングを実施することによって、第１スイッチ及び第２スイッチのスイッチングを制御できる。

【0006】

電力変換回路は、第１スイッチをオンにする制御回路に応答して、第１期間に第１回路の第１漏れインダクタと第２回路の第２漏れインダクタとを通る少なくとも１つの第１の共振電流を生成する。この場合、第２キャパシタは、少なくとも１つの第１の共振電流によって充電される。少なくとも１つの第１の共振電流が第１漏れインダクタと第２漏れインダクタとを流れる第１期間は、第１スイッチのオン時間とは無関係に一定のままである。電力変換回路は、少なくとも１つの第１の共振電流によってゼロに達する第２スイッチの第２電圧に応答して、第２期間に第１漏れインダクタと、第２漏れインダクタと、第２スイッチのボディダイオードとを通る少なくとも１つの第２の共振電流を生成し、エネルギーが、少なくとも１つの第２の共振電流経路を通って、第１電源から第２電源に伝送される。第１スイッチのオン時間の増加は、少なくとも１つの第２の共振電流に関連する第２期間の増加に対応する。

【0007】

電力変換回路は、第１スイッチをオフにする制御回路に応答して、第３の期間に第１回路の第１漏れインダクタと第２回路の第２漏れインダクタとを通る少なくとも１つの第３の共振電流を生成し、エネルギーが、第１漏れインダクタと第２漏れインダクタとを通って、第１キャパシタから放電され、第２電源は、少なくとも１つの第３の共振電流を介して第１スイッチの出力キャパシタンスを充電する。第１スイッチでの第１電圧は、少なくとも１つの第３の共振電流に基づいて、第３期間中に正弦波状に第１のピーク電圧まで増加する。電力変換回路は、変圧器の電流が負になることに応答して、第４期間に第１回路の第１漏れインダクタと第２回路の第２漏れインダクタとを通る少なくとも１つの第４の共振電流を生成し、エネルギーが、第１漏れインダクタと第２漏れインダクタとを通って、第２キャパシタから放電される。第４期間中に、第１スイッチでの第１電圧は、正弦波状にゼロに減少し、第２スイッチでの第２電圧は、第２のピーク電圧まで増加する。

【0008】

第１インダクタは、第１インダクタと、第１キャパシタと、第１スイッチとを通る追加の共振電流経路を提供する。電力変換回路は、第１スイッチがオフにされた第３の期間及び第４期間中に、追加の共振電流経路を通る追加の共振電流を生成するように構成されることができる。追加の共振電流の周波数は、第１キャパシタのキャパシタンス、第１スイッチの出力キャパシタンス、及び第１インダクタのインダクタンスに基づくことができる。

【0009】

システムは、並列に接続された複数の電力変換回路をさらに備えることができる。システムは、第１スイッチ又は第２スイッチの位相シフト制御を使用して、複数の電力変換回路の第１スイッチ又は第２スイッチのスイッチングを制御できる。システムは、並列に接続された電力変換回路の数に基づいて、複数の電力変換回路に関連する複数のスイッチ間の位相シフトの量を決定できる。

【0010】

方法は、第１電源と、第１スイッチと、変圧器の第１巻線と並列に接続された第１キャパシタと、第１電源と第１キャパシタとの間に接続された第１インダクタとを有する、変圧器の１次側の第１回路と、第２電源と、第２スイッチと、変圧器の第２巻線と並列に接続された第２キャパシタと、第２電源と第２キャパシタとの間に接続された第２インダクタとを有する、変圧器の２次側の第２回路と、を含む電力変換回路を通る電力の伝送方向を決定し、決定された電力の伝送方向に基づいて、第１回路及び第２回路を構成し、決定された電力の伝送方向及び電力伝送量に基づいて、第１スイッチ及び第２スイッチのスイッチングを制御する。

【0011】

システムは、第１電源と、第１スイッチと、変圧器の第１巻線と並列に接続された第１キャパシタと、第１電源と第１キャパシタとの間に接続された第１インダクタとを有する、変圧器の１次側の第１回路と、第２電源と、第２スイッチと、変圧器の第２巻線と並列に接続された第２キャパシタと、第２電源と第２キャパシタとの間に接続された第２インダクタとを有する、変圧器の２次側の第２回路と、を含む電力変換回路を通る電力の伝送方向を決定し、決定された電力の伝送方向に基づいて、第１回路及び第２回路を構成し、決定された電力の伝送方向及び電力伝送量に基づいて、第１スイッチ及び第２スイッチのスイッチングを制御する、ように構成された制御回路を含む。

【0012】

例示的な実施形態の前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、本開示の教示の例示的な態様に過ぎず、限定的なものではない。

【0013】

本開示及びそれに付随する多くの利点のより完全な理解は、以下の詳細な説明を添付図面と関連して考慮する場合によりよく理解されるものとして、容易に得られるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の例示的な概略図。

【図2】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の電流及び電圧波形の例示図。

【図3A】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を通る例示的な電流経路を示す。

【図3B】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を通る例示的な電流経路を示す。

【図3C】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を通る例示的な電流経路を示す。

【図3D】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を通る例示的な電流経路を示す。

【図4】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の例示的な概略図。

【図5】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を通る例示的な電流経路を示す。

【図6A】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の例示的な電圧及び波形を示す。

【図6B】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の例示的な電圧及び波形を示す。

【図7】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の電流及び電圧波形の例示図。

【図8】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路のスイッチオン時間の例示的なグラフ。

【図9】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換プロセスの例示的なフローチャート。

【図10】絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の適用例を示す例示図。

【図11】モジュール式に接続された絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の例示的な概略図。

【図12】モジュール式に接続された絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の電流波形を示す。

【図13】処理システムを示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の例示図である。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００は、磁気コアトランス１１４の両側に対称的な１次側及び２次側を含む。１次側は、１次スイッチ１０６及び１次ＤＣ電源１０２を含み、２次側は、２次スイッチ１０８及び２次ＤＣ電源１０４を含むことができる。１次スイッチ１０６は、ボディダイオード１２０及び出力キャパシタンス１２４を有するＭＯＳＦＥＴであってもよく、２次スイッチ１０８は、ボディダイオード１２２及び出力キャパシタンス１２６を有するＭＯＳＦＥＴであってもよい。いくつかの実装において、ダイオード１２０及び１２２並びにキャパシタ１２４及び１２６は、スイッチ１０６及び１０８と並列に接続された外部部品であってもよい。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００はまた、１次側及び２次側にそれぞれキャパシタ１１６及び１１８を含む。キャパシタ１１６は、磁気コアトランス１１４の１次巻線と並列に接続され、キャパシタ１１８は、磁気コアトランス１１４の２次巻線と並列に接続される。いくつかの態様において、磁気コアトランス１１４の巻数比Ｎは、２次ＤＣ電源１０４の電圧に対する１次ＤＣ電源１０２の電圧の比に基づいて決定される。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００はまた、１次側と２次側の磁気コアトランス１１４の漏れを表す漏れインダクタ１１０、１１２を含む。本明細書でさらに詳細に説明するように、漏れインダクタ１１０、１１２は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側と２次側間で電力が伝送されるように、１つ又は複数のキャパシタ１１６、１１８、１２４、及び１２６を有する共振電流経路を提供する。

【0016】

特定の実施形態において、電力を電力源から電気負荷に伝送するために、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００を車両の電気システムに設置できる。いくつかの実装において、車両内の電気的コンポーネントは、実行されるアプリケーションに応じて、電源又は電気負荷のいずれかとして機能できる。例えば、電気自動車のバッテリセルは、車両がプラグを介してＡＣコンセントに接続されているとき、充電動作中に電気負荷として機能できる。一方、バッテリセルは、電池セルバランシング（平衡化）中に電源としても機能できる。

【0017】

電気的コンポーネントが電源又は電気負荷として動作可能にするために、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００は、１次側と２次側間の対称性に起因して双方向に動作できる。より具体的には、電力は、１次側から２次側へ、又は２次側から１次側へ伝送できる。電力伝送の方向は、１次スイッチ１０６又は２次スイッチ１０８がオンオフされるかどうかに基づいている。例えば、電力が１次側から２次側に伝送される場合、１次スイッチ１０６がオンとオフを繰り返す。電力が２次側から１次側に伝送される場合、２次スイッチ１０８がオンとオフを繰り返す。いくつかの実装において、１次スイッチ１０６及び２次スイッチ１０８は、１次スイッチ１０６及び２次スイッチ１０８に統合されたゲートドライバによって制御される。

【0018】

さらに、他方側からエネルギーを受け取る絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００一方側のスイッチ１０６又は１０８は、同期整流器として動作して絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路による損失を低減することができる。例えば、１次スイッチ１０６をオンオフすることによって絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側から２次側に電力が伝送されるとき、２次スイッチ１０８は、１次スイッチ１０６のオフ時間中に閉じることができるので、ダイオード１２２ではなく２次スイッチ１０８に電流が流れ、回路効率が向上する。

【0019】

図２は、１次スイッチ１０６のデューティサイクルの時間に対する絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の電流及び電圧波形の例示図である。例えば、波形２１２は、１次スイッチ１０６のデューティサイクルを示す。いくつかの実装によれば、１次スイッチ１０６は、時刻２０６にオンにされ、その後時刻２１０にオフにされる。図２に示す波形は、１次スイッチ電流Ｉ_１０６、１次スイッチ電圧Ｖ_１０６、２次スイッチ電流Ｉ_１０８、２次スイッチ電圧Ｖ_１０８、１次キャパシタ電流Ｉ_１１６、及びトランス電流Ｉ_ＴＲを含む。いくつかの実装において、トランス電流Ｉ_ＴＲは、ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側と２次側間で伝送される電力量を表す。さらに、波形は、時刻２０２、２０４、２０６、２０８及び２１０に分割して４つの期間（Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤ）に分割される。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側から２次側に伝送される電力量は、１次スイッチ１０６のオン時間を増加又は減少することで変更される。例えば、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側から２次側に伝送される電力量を増加させるには、１次スイッチ１０６のオン時間を増加させる。同様に、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側から２次側に伝送される電力量を減少させるには、１次スイッチ１０６のオン時間を減少させる。さらに、ソフトスイッチ、特にゼロ電圧スイッチ（ＺＶＳ）を維持するために、１次スイッチ１０６及び２次スイッチ１０８のオフ時間を一定に保つことができ、回路損失を低減し、効率を改善する。

【0020】

いくつかの実装では、２次スイッチ１０８をオンオフすることによって、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１２０の２次側から１次側に電力を伝送することにより、双方向電力伝送を実行できる。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１２０の２次側から１次側への電力の伝送の説明は、当業者にとって直接的な方法で双方向電力伝送にも適用できる。

【0021】

絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００内のデューティサイクル、スイッチング周波数、及び電力の伝送方向は、１つ又は複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）又は同様の回路によって制御できる。例えば、センサは、バッテリ充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、電圧などを感知できる電気自動車（ＥＶ）のバッテリセル内に設置できる。ある実装において、ＥＣＵは、センサデータを処理し、バッテリのＳＯＣ情報をユーザに表示し、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００を調整するアクチュエータに制御信号を送ることができる。ＥＣＵは、１次スイッチ１０６及び２次スイッチ１０８のデューティサイクル及びスイッチング周波数を制御することによって、電力の伝送方向だけでなく、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００によって伝送される電力量を制御できる。ＥＣＵはまた、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００を調整して、ユーザからの入力によって決定される機能を実行する。

【0022】

また、図３Ａ～３Ｄは、図２に示す期間Ａ～Ｅに対応する、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００を通る例示的な電流経路を示す。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００のコンポーネントの参照符号は、図面を分かり易くするために図３Ａ～３Ｄには示されていないが、図１に示す参照番号に対応すると考えることができる。図３Ａは、時刻２０６と２０８の間（期間Ａ）の絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００内の電流経路を示す。時刻２０６において、１次スイッチ１０６は、ＥＣＵの制御回路によってオンにされてもよい。いくつかの態様において、１次スイッチ１０６は、ＺＶＳを実施するために１次スイッチＶ_１０６の電圧がゼロであるときオンにされてもよい。１次スイッチ電圧Ｖ_１０６は、時刻２０６と２０８の間にゼロのままである。１次スイッチ１０６がオンになることに応答して、共振電流３０２及び３０４が漏れインダクタ１１０及び１１２を通って流れる。例えば、電流３０４は、図２に示す１次スイッチ電流Ｉ_１０６に対応し、トランス電流Ｉ_ＴＲと同様に時刻２０６と２０８の間で正弦波状に増加する。電流３０４は、漏れインダクタ１１０、１１２及びキャパシタ１１８に基づくＬＣ共振を有し、キャパシタ１１８の電圧が２次電源１０４の電圧に達するまでキャパシタ１１８を充電する。電流３０２は、２次スイッチ１０８の出力キャパシタンス１２６からエネルギーが放出されると、漏れインダクタ１１０、１１２及び出力キャパシタンス１２６に基づくＬＣ共振を有する。電流３０２によって２次スイッチ１０８の出力キャパシタンス１２６からエネルギーを放出すると、２次スイッチ１０８の電圧（図２のＶ_１０８）は、正弦波状にゼロに減少する。時刻２０６と２０８の間の時間量（期間Ａ）は、１次スイッチ１０６のデューティサイクル中の１次スイッチ１０６のオン時間の量に関係なく一定のままである。

【0023】

図３Ｂは、時刻２０８と２１０の間（図２の期間Ｂ）の絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００内の電流経路を示す。時刻２０８と２１０の間では、１次スイッチ１０６は閉じたまま（オンにする）であり、次に、時刻２１０でオフにする。時刻２０８において、２次スイッチ１０８のボディダイオード１２２は、電流３０２及び３０４により２次スイッチＶ_１０８の電圧がゼロに達することに応答してオンになり、漏れインダクタ１１０、１１２及び２次スイッチ１０８のボディダイオード１２２を通る共振電流３０６を生成する。電流３０６が流れると、漏れインダクタ１１０及び１１２は、１次電源１０２から連続的に電力を取り出し、エネルギーを２次電源１０４に伝送する。時刻２０８と２１０の間の時間量（期間Ｂ）は、１次スイッチ１０６のオン時間に正比例する。例えば、１次スイッチ１０６のオン時間を長くするにつれて、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側から２次側に伝送されるエネルギー量（電力）を増加させることで、時刻２０６と２０８の間の時間量（期間Ａ）は一定のままであり、時刻２０８と２１０の間の時間量（期間Ｂ）は増加する。さらに、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側から２次側にエネルギーが伝送されると、１次スイッチ電流Ｉ_１０６、キャパシタ電流Ｉ_１１６及び変流器電流Ｉ_ＴＲは、時刻２０８と２１０の間でほぼ一定かつ正のままであり、１次スイッチ電圧Ｖ_１０６及び２次スイッチ電圧Ｖ_１０８は、ほぼゼロである。

【0024】

図３Ｃは、時刻２０２と２０４の間（図２に示す期間Ｃ）の絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００内の電流経路を示す。時刻２０２において、１次スイッチ１０６は、オン時間（期間Ａ及びＢ）の後、ＥＣＵの制御回路によって開かれる（オフにされる）。１次スイッチ１０６は、ＺＶＳを維持するために１次スイッチ電圧Ｖ_１０６がゼロであるときオフにされる。さらに、２次スイッチ１０８は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００を通る損失を低減するために、同期整流器として動作するように時刻２０２と２０４の間で閉じる（オンにする）。１次スイッチ１０６がオフになることに応答して、共振電流３０８と３１０は、漏れインダクタ１１０、１１２を流れる。例えば、電流３１０は、漏れインダクタ１１０と１１２を通じてキャパシタ１１６からエネルギーを放出し、電流３１２は、１次スイッチ１０６の出力キャパシタンス１２４を２次電源１０４から充電する。換言すれば、キャパシタ１１６及び１１８からの蓄積エネルギーは、２次電源１０４に向かって放出される。さらに、時刻２０２と２０４の間に、１次スイッチ電流Ｉ_１０６及びトランス電流Ｉ_ＴＲは、正弦波状にゼロに減少し、２次スイッチＶ_１０８の電圧はゼロのままである。１次スイッチ１０６の電圧は、電流３０８及び３１０に起因して、期間Ｃの間にピーク電圧２１４に正弦波状に増加する。いくつかの実装において、１次スイッチ１０６の定格電圧は、ピーク電圧２１４の大きさに基づいている。１次スイッチ１０６の定格電圧が、１次スイッチ１０６のピーク電圧２１４に順応するように増加するにつれて、１次スイッチ１０６の抵抗も増加し、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の効率を低下させる可能性がある。

【0025】

図３Ｄは、時刻２０４と２０６の間（図２に示す期間Ｄ）の絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００内の電流経路を示す。時刻２０４と２０６の間では、１次スイッチ１０６と２次スイッチ１０８の両方が開いている（オフにされている）。時刻２０４において、トランス電流Ｉ_ＴＲは、トランス電流Ｉ_ＴＲが正の値から負の値へ変化するにつれてゼロになる。トランス電流Ｉ_ＴＲが負になるのに応答して、ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００は、漏れインダクタ１１０及び１１２を流れる共振電流３１２及び３１４を生成する。例えば、電流３１２は、漏れインダクタ１１０と１１２を通ってキャパシタ１１８からエネルギーを放出し、図２の期間Ｄの間のキャパシタ電流Ｉ_１１６で示されるようにキャパシタ１１６を充電し、電流３１２は、共振によりキャパシタ１１６、１１８を充電しかつ放電し続ける。さらに、電流３１４は、１次スイッチ１０６の出力キャパシタンス１２４を放電し、１次スイッチ電圧Ｖ_１０６は、時刻２０６でのＺＶＳターンオンに対して正弦波状にゼロに減少し、２次スイッチ電圧Ｖ_１０８は、２次スイッチのピーク電圧まで増加する。

【0026】

図４は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の例示図である。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００は、先に説明した絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路（図１）と同様の構造を有する。例えば、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００は、磁気コアトランス４１４の両側に対称であり、１次電源４０２、２次電源４０４、磁気コアトランス４１４（漏れインダクタ４１０、４１２を含む）、キャパシタ４１６及び４１８、１次スイッチ４０６（ボディダイオード４２０及び出力キャパシタンス４２４を含む）、及び２次スイッチ４０８（ボディダイオード４２２及び出力キャパシタンス４２６を含む）を含む。１次側では、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００はまた、１次電源４０２とキャパシタ４１６の間に１次電源４０２と直列に接続されたインダクタ４２８も含む。同様に、２次側では、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００は、２次電源４０４とキャパシタ４１８の間に２次電源４０４と直列に接続されたインダクタ４３０を含む。図２及び図３Ａ～３Ｄに関して先に説明したこれらに類似する回路動作特徴を維持する一方で、本明細書でさらに説明するように、インダクタ４２８は、１次側に追加の共振電流経路を提供し、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側から２次側に電力が伝送されているときに１次スイッチ４０６のオフ時間中に発生する１次スイッチ４０６のピーク電圧を減少させる。さらに、インダクタ４３０は、２次側に追加の共振電流経路を提供し、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の２次側から１次側に電力が伝送されるときに２次スイッチ４０８のオフ時間中に発生する２次スイッチ４０８のピーク電圧を低減させる。

【0027】

図５は、図２に示す期間Ｃ中（時刻２０２と２０４の間）に絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００を通る例示的な電流経路を示す。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００のコンポーネントの参照符号は、図面の明瞭性のために図５には示されていないが、図４に示す参照番号に対応すると考えることができる。例えば、電流５０２は、図３Ｃの電流３０８に対応する。１次スイッチ４０６がオフにされたことに応答して、ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００は、１次スイッチ４０６のインダクタ４２８、キャパシタ４１６、及び出力キャパシタンス４２４を流れる追加の共振電流５０４を生成する。追加の共振電流５０２は、１次スイッチ４０８がオフにされたとき（例えば、図２の期間Ｃ及びＤ）、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００によって生成される。同様に、２次スイッチ４０８がオフになると、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の２次側から１次側に電力が伝送されたときに、追加の共振電流が２次スイッチ４０８のインダクタ４３０、キャパシタ４１８、及び出力キャパシタンス４２６に流れる。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００は、追加の共振電流５０４が、キャパシタ４１６のキャパシタンスと、１次スイッチ４０６の出力キャパシタンス４２６と、１次スイッチ４０６がオフ（開）にされたときに１次スイッチ電圧Ｖ_４０６の低下を引き起こすインダクタ４２８のインダクタンスと、に基づいて所定の周波数を有するように設計されている。

【0028】

図６Ａ及び６Ｂは、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の例示的な電圧波形及び電流波形を示す。図６Ａは、１次スイッチ電圧波形６０８を含み、追加の共振電流に関連するインダクタ４２８及び４３０を有さない絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００のオフ時間の１次スイッチ電圧Ｖ１０６を表す。例えば、時間６０２～６０４は、図２に示す期間Ｃを表し、時間６０４～６０６は、図２に示す期間Ｄを表す。図６Ａはまた、波形６１０を含み、１次スイッチ電圧波形６０８のピーク電圧を低下させる絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側に追加の共振電流５０４を示す。図６Ｂは、例示的な電圧波形を含み、１次スイッチ４０６のピーク電圧に対する追加の共振電流５０４の影響を示す。例えば、波形６０８’は、図６Ａの波形６０８に対応し、波形６１２は、インダクタ４２８、キャパシタ４１６、及び１次スイッチ４０６の出力キャパシタンス４２４を通る追加の共振電流５０４に起因して低下したピーク電圧を有する絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次スイッチ４０６の電圧を表す。追加の共振電流５０４は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の全体的な動作特性を変更することなく、電圧波形６１２を、波形６０８’のピーク電圧の大きさよりも小さい大きさを有する２つの電圧ピーク６１６及び６１８に分割する。

【0029】

図７は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００及び４００の例示的な電圧波形及び電流波形を示す。波形２１２、Ｉ_１０６、Ｖ_１０６、Ｉ_１０８、Ｖ_１０８、Ｉ_１１６及びＩ_ＴＲは、図２による波形であって、時刻２０２、２０４、２０６、２０８、及び２１０によって期間Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤに分割された絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次スイッチ１０６のデューティサイクルと関連し、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の動作と、追加の共振電流経路を提供するインダクタ４２８及び４３０を含む絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の動作との比較を提供する。いくつかの実施例によれば、図７はまた、時刻７０６でオンになり、その後時刻７１０でオフになる１次スイッチ４０６のデューティサイクルを示す波形７１２を含む。図７はまた、１次スイッチ電流Ｉ_４０６、１次スイッチ電圧Ｖ_４０６、２次スイッチ電流Ｉ_４０８、２次スイッチ電圧Ｖ_４０８、１次キャパシタ電流Ｉ_４１６、及びトランス電流Ｉ_ＴＲ’の波形を含む。さらに、波形は、時刻７０２、７０４、７０６、７０８、及び７１０によって分割された４つの期間（Ａ’、Ｂ’、Ｃ’及びＤ’）にも分割される。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側から２次側への電力伝送量は、１次スイッチ４０６のオン時間を増加又は減少させることによって変更できる。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００に関連する期間Ａ’、Ｂ’、Ｃ’及びＤ’は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の期間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応する。

【0030】

さらに、基準線７１４は、インダクタ４２８及び４３０に関連する追加の共振電流を含まない絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次スイッチ１０６でのピーク電圧に対応する。基準線７１４は、１次スイッチ１０６でのピーク電圧が、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次スイッチ４０６のピーク電圧よりも大きいことを示す。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００は、インダクタ４２８を通る追加の共振電流５０４を含み、１次スイッチ１０６のピーク電圧よりも小さい大きさを有する期間Ｃ’及びＤ’の間の２つの電圧ピークへのピーク電圧を分割し、１次スイッチ４０６の電圧ストレスを低減し、回路全体の効率を改善する。追加の共振電流５０４の影響は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００に関連する１つ以上の他の波形に存在する可能性があるが、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の全体的な動作には大きく影響しない。例えば、トランス電流Ｉ_ＴＲ’は、ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側と２次側間で伝送される電力量を表し、トランス電流Ｉ_ＴＲ’は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００のトランス電流Ｉ_ＴＲと同様である。さらに、キャパシタ電圧Ｖ_４１６は、追加の共振電流５０４の存在による影響を示すが、キャパシタ電圧Ｖ_４１６の積分は、変圧器励起がゼロとなるように設計されたキャパシタ電圧Ｖ_１１６の積分と同じである。

【0031】

図８は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００及び４００のスイッチオン時間の例示的なグラフである。いくつかの実装では、１次スイッチ１０６、４０６のオン時間を増加又は減少させることによって、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００の１次側から２次側に伝送される電力量を変更できる。図８は、１次スイッチのオン時間対伝送電力量を示す。例えば、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００、４００の１次側から２次側に伝送される電力量を増加させるために、１次スイッチ１０６、４０６のオン時間を増加させる。同様に、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００、４００の１次側から２次側に伝送される電力量を減少させるために、１次スイッチ１０６、４０６のオン時間を減少させる。さらに、１次スイッチ１０６、４０６又は２次スイッチ１０８、４０８のオン時間の量が、期間Ａ又はＡ’に関連する時間量よりも大きいときに、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００又は４００の１次側から２次側への電力伝送が生じる。１次スイッチ１０６、４０６又は２次スイッチ１０８、４０８のオン時間の量が期間Ａ又はＡ’を超えると、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００又は４００の１次側と２次側間で伝送される電力量は、期間Ｂ又はＢ’の長さに比例する。

【0032】

絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００、４００の１次側と２次側間で伝送される電力量を増減するために、１次スイッチ１０６、４０６又は２次スイッチ１０８、４０８のオン時間を増減できるが、１次スイッチ１０６、４０６又は２次スイッチ１０８、４０８のオフ時間を一定に保つことができる。いくつかの実装において、１次スイッチ１０６、４０６又は２次スイッチ１０８、４０８のオフ時間は、期間Ｃ又はＣ’及びＤ又はＤ’（図２及び７に示される）に関連する時間量の合計である。期間Ｃ又はＣ’及びＤ又はＤ’に関連する時間量は、様々なインダクタンス及びキャパシタンスのパラメータに基づく絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００、４００の共振周波数に基づいている。例えば、期間Ｃ又はＣ’に関連する時間量は、次のように記述できる。

ここでは、Ｌ_{１１０／４１０}は、漏れインダクタ１１０／４１０のインダクタンスに対応し、Ｌ_{１１２／４１２}は、漏れインダクタ１１２／４１２のインダクタンスに対応し、Ｃ_{１１６／４１６}は、キャパシタ１１６／４１６のキャパシタンスに対応し、Ｃ_{１２４／４２４}は、出力キャパシタンス１２４／４２４のキャパシタンスに対応する。さらに、期間Ｄ又はＤ’に関連する時間量は、次のように記述できる。

ここでは、Ｃ_{１１８／４１８}は、キャパシタ１１８／４１８のキャパシタンスに対応し、Ｃ_{１２６／４２６}は、出力キャパシタンス１２６／４２６のキャパシタンスに対応する。

【0033】

図９は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換プロセス９００の例示的なフローチャートである。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換プロセス９００は、１つ以上のＥＣＵ又は同様の回路によって制御できる。ＥＶ電力伝送システムの１つ又は複数のバッテリセル及び他の電気的コンポーネント内に設置されたセンサは、バッテリのＳＯＣ、電圧、電流などを感知できる。ＥＣＵは、センサデータを処理し、電力モジュール情報をユーザに表示し、電気的コンポーネントへの連続的な電力を維持するためにＥＶ電力伝送システムを調整するアクチュエータに制御信号を送ることができる。いくつかの実装において、アクチュエータは、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１２０の１次スイッチ１０６、４０６及び２次スイッチ１０８、４０８、動作周波数、及び電力の伝送方向のデューティサイクル及びスイッチング周波数を制御する制御信号を送信する。ＥＣＵは、複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を調整して、ＥＶ電力伝送システム内の１つ又は複数の電源及び／又は負荷間で電力伝送を行うこともできる。プロセス９００は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００に関して説明されているが、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００にも適用できる。

【0034】

ステップ９０２において、制御回路は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００を通る電力の伝送方向を決定する。いくつかの実装形態において、電気的コンポーネントは、１次ＤＣ電源４０２及び２次ＤＣ電源４０４に接続され、電源又は電気負荷のいずれかとして機能できる。例えば、ＥＶの電気システム内のバッテリセルは、ブレーキ、オーディオシステムなどの車両の電気的コンポーネントに電力を供給するための電源として機能できる。電池セルはまた、複数の電池セルの間の電池セル平衡化の間、電気負荷として機能できる。いくつかの実装において、電力の伝送方向は、１次ＤＣ電源４０２と２次ＤＣ電源４０４との間の電圧差、又は電力システム内の他の電力／負荷要求に基づくことができる。例えば、１次ＤＣ電源４０２の電圧が２次ＤＣ電源４０４の電圧よりも大きい場合、制御回路は、電力が絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側から２次側に伝送されると決定できる。

【0035】

ステップ９０４において、制御回路は、電力伝送の所望の方向に基づいて絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００を構成する。いくつかの実装では、所望の電力の伝送方向に基づいて少なくとも１つの絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００を調整するために制御信号が送信される。制御回路は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００を所望の電力の伝送方向に調整するために、電圧センサ、電流センサ、及びタイマに加えて、１次スイッチ４０６及び２次スイッチ４０８に制御信号を送ることができる。

【0036】

ステップ９０６において、制御回路は、所望の電力の伝送方向に基づいて、１次スイッチ４０６及び／又は２次スイッチ４０８のスイッチングを制御する。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側から２次側に電力が伝送されている場合には、制御信号が送信されて、１次スイッチＶ４０６での電圧がゼロであるときに時刻７０６（図７）で１次スイッチ４０６をオンにして、ＺＶＳを実施する。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の２次側から１次側に電力が伝送される実装では、２次スイッチＶ４０８を通る電圧がゼロであるときに２次スイッチ４０８をオンにする制御信号が送信され、ＺＶＳを実施する。制御回路は、１次スイッチ４０６の電流に関するセンサデータを受信して、１次スイッチ４０６をオンにする制御信号をいつ送信するかを決定できる。いくつかの実装において、制御回路は、一定のオフ時間の実施のように、１次スイッチ４０６がオフにされてから経過した時間の量に基づいて１次スイッチ４０６をいつオンにするかを決定できる。一例において、制御信号は、１次スイッチ４０６をオンにするゲートドライバ回路に送られる。いくつかの態様において、ゲートドライバ回路は、１次スイッチ４０６及び２次スイッチ４０８に統合できる。

【0037】

絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側から２次側に伝送される電力量は、１次スイッチ４０６のオン時間の量を変更することによって変更できる。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側から２次側に伝送される電力量を増加させるために、１次スイッチ４０６のオン時間を増加させる。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路４００の１次側から２次側に伝送される電力量を減少させるために、１次スイッチ４０６のオン時間を減少させる。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の１次側から２次側に伝送される電力量は、電気システム内の電気的コンポーネントの電力及び電圧特性に基づいて決定できる。

【0038】

さらに、１次スイッチ４０６の電圧がゼロである場合、１次スイッチ４０６のデューティサイクルのアクティブ信号時間を終了させることができる制御信号が送信され、１次スイッチ４０６をオフにしてＺＶＳ（図７の時刻７１０又は７０２）を実施する。制御回路は、１次スイッチ４０６の電圧に関するセンサデータを受信して、１次スイッチ４０６をオフにする制御信号をいつ送信するかを決定できる。いくつかの実装において、制御回路は、１次スイッチ４０６がオンにされてから経過した時間が所定量の電力伝送に対応するとき、いつ１次スイッチ４０６をオフにするかを決定できる。

【0039】

図１０は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００、４００のアプリケーション１０００の例示である。例えば、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００２は、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００、４００の実装であり、車両充電ステーションなどのＡＣ電源１００４を車両の少なくとも１つのバッテリセル１００６に接続できる。絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００２は、ＡＣ電源１００４と少なくとも１つのバッテリセル１００６との間の絶縁を提供し、双方向電力伝送を提供する。

【0040】

図１１は、モジュール式に接続された絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の例示的な概略図である。図１１は、２つの並列接続された絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１００（モジュール１及びモジュール２）を示すが、複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を同様に並列に接続できる。複数のモジュール式の絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を並列に接続することにより、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の電力伝送範囲を拡大できる。図１１はまた、図１２Ａ～１２Ｂの電流波形として示された入力電流Ｉ_ｉｎ及び出力電流Ｉ_ｏｕｔを示す。図１２Ａ及び１２Ｂに示すように、制御回路は、並列接続された絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の位相シフト制御を実装して、循環電力（ｃｉｒｃｕｌａｔｅｄ ｐｏｗｅｒ）を低減し、電流及び電圧ピークを低減し、スイッチング周波数を増加させ、フィルタサイズを小さくすることを提供する。例えば、図１２Ａは、０度位相シフトに対する入力電流Ｉ_ｉｎ及び出力電流Ｉ_ｏｕｔを示し、図１２Ｂは、１０８度の位相シフトに対する入力電流Ｉ_ｉｎ及び出力電流Ｉ_ｏｕｔを示す。さらに、制御回路は、並列接続された電力変換回路の数に基づいて、並列接続された絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路のスイッチ間の位相シフトの量を決定でき、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路は３６０／Ｎに対応し、ここでＮは並列接続された絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路の数である。例えば、２つの絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路が並列接続されている場合、電力伝送を制御するスイッチの動作間の位相シフトの量は１８０度である。

【0041】

本開示の態様は、磁気コアトランスの両側に対称的な絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路を通る双方向電力伝送を行うことに関する。回路損失を低減し、効率を改善するために、ソフトスイッチングを実施できる。さらに、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路は、磁気コアトランスの両側にインダクタを含み、インダクタは１次スイッチ及び２次スイッチで発生する可能性のある電圧ピークを低減させる追加の共振電流経路を提供する。スイッチでの電圧ピークが低減されると、定格電圧が低減されたスイッチを絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路に実装でき、抵抗が減少し、損失が低減される。

【0042】

本明細書で図示又は説明されているコンピュータアーキテクチャ（すなわち、回路）のブロック又は回路は、単一の処理システムに実装でき、又は複数の処理システムに及んで分散させることができ、これらは別々のプロセッサ又は回路と呼ぶことができる。例えば、アーキテクチャの各ブロックは、個別のプロセッサ、システム、又は論理コンポーネントであってもよい。さらに、例示的な機能又は特徴は、共通回路又は特定の命令を実行する汎用プロセッサによって実行できる。

【0043】

図１３は、例示的な処理システム（すなわち、例示的なプロセッサ又は回路）を示す。このような一以上の処理システムは、本明細書で提供される説明に従って、一以上のアルゴリズム又はその一部、又は一以上のアーキテクチャブロック又はその一部において利用されるか、又はそれらを実行できる。このシステムは、車両に搭載された電子制御ユニット（ＥＣＵ）又は個別のコンピュータとして具体化及び／又は実装できる。例示的な処理システムは、中央処理装置（ＣＰＵ）及び／又は少なくとも１つの特定用途向けプロセッサＡＳＰ（図示せず）などの、一以上のマイクロプロセッサ又は等価物を使用して実装できる。マイクロプロセッサは、コンピュータ可読記憶媒体を利用する回路であり、例えば、本開示のプロセス及びシステムを実行及び／又は制御するマイクロプロセッサを制御するように構成されたメモリ回路（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、スタティックメモリ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、及びそれらの等価物）である。他の記憶媒体は、コントローラ、例えば、ハードディスクドライブ又は光ディスクドライブを制御できるディスクコントローラ、を介して制御できる。

【0044】

別の実装において、マイクロプロセッサ又はその態様は、この開示を増強又は完全に実施するための論理デバイスを含むか又は排他的に含むことができる。そのような論理デバイスは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ジェネリックアレイオブロジック（ＧＡＬ）、及びそれらの等価物を含むが、これらに限定されない。マイクロプロセッサは、別個の装置又は単一の処理機構とすることができる。さらに、この開示は、マルチコアＣＰＵの並列処理能力の恩恵を受けることができる。１つ又は複数のプロセッサによって複数の処理構成で提供される制御回路を使用して、メモリに含まれる一連の命令を実行することもできる。あるいは、ソフトウェア命令の代わりに、又はソフトウェア命令と組み合わせてハードワイヤード回路を使用できる。したがって、本明細書で説明する例示的な実装形態は、ハードウェア回路及びソフトウェアの特定の組み合わせに限定されない。

【0045】

別の態様では、本開示による処理の結果は、ディスプレイコントローラを介してモニタに表示できる。表示コントローラは、好ましくは、計算効率を向上させるために、複数のグラフィックス処理コアによって提供される少なくとも１つのグラフィック処理ユニットを含む。表示コントローラ又はその一部は、ＣＰＵに組み込むこともできる。さらに、Ｉ／Ｏインターフェースに周辺機器として接続される、マイクロホン、スピーカ、カメラ、マウス、キーボード、タッチベースのディスプレイ又はパッドインターフェースなどからの信号及び／又はデータを入力するためのＩ／Ｏ（入力／出力）インターフェースが設けられている。例えば、本開示の様々なプロセス又はアルゴリズムのパラメータを制御するためのキーボード又はポインティングデバイスは、追加の機能及び構成オプションを提供するため、又は表示特性を制御するためにＩ／Ｏインターフェースに接続できる。さらに、モニタは、コマンド／命令インターフェースを提供するためのタッチセンシティブ又はジェスチャ検出インターフェースを備えることができる。

【0046】

例示的な実施形態では、センサ１、２．．．Ｎからセンサデータを入力するためのＩ／Ｏインターフェースが設けられている。センサは、バッテリ電圧センサ、温度センサ、電流センサ、又はスイッチの開閉を検出できるセンサを含むことができる。Ｉ／Ｏインターフェースにデータを入力する他のセンサは、速度センサ、加速度センサ、ステアリングセンサ、ジャイロセンサなどを含むことができる。さらに、Ｉ／Ｏインターフェースは、ユーザが絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１２０又は分散型電力システムの構成を制御可能にする１つ又は複数のコントローラからのデータを入力するために提供される。例えば、ユーザは、コントローラを使用して、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１２０の１次スイッチ１０６及び２次スイッチ１０８のデフォルト期間及びデューティサイクルを設定できる。また、Ｉ／Ｏインターフェースは、絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１２０内のゲートドライバ回路及び他の回路を含む様々な作動コンポーネントを制御する制御信号を１つ又は複数のアクチュエータに送信するためのインターフェースもまた提供する。いくつかの実装において、アクチュエータは、１次スイッチ１０６及び２次スイッチ１０８、動作周波数、及び絶縁型ＤＣ－ＤＣ電力変換回路１２０の電力の伝送方向を制御するための制御信号を送信する。Ｉ／Ｏインターフェースは、スマートフォンやポータブルストレージデバイスなどのモバイルデバイスに接続することもできる。Ｉ／Ｏインターフェースは、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ハブ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ回路、近接フィールド通信（ＮＦＣ）回路、又は他の有線又は無線通信回路を含むことができる。いくつかの態様において、モバイルデバイスは、センサ入力、ナビゲーション入力、及び／又はネットワークアクセスを提供できる。

【0047】

上述のコンポーネントは、制御可能なパラメータを含むデータの送信又は受信のためのネットワークインターフェースを介して、インターネット又はローカルイントラネットなどのネットワークに結合できる。ネットワークインターフェースは、１つ又は複数のＩＥＥＥ８０２準拠回路を含むことができる。中央のバスは、上記のハードウェアコンポーネント／回路を共に接続するために設けられ、その間のデジタル通信のための少なくとも１つの経路を提供する。

【0048】

処理システムは、ネットワーク化されたデスクトップコンピュータ、端末、又はタブレットコンピュータ又は携帯電話などのパーソナルデバイスであってもよい。上述のデータベースは、サーバ上に遠隔に格納されてもよく、サーバは、処理システムと同様又は同一のコンポーネントを含んでもよい。これらのデバイスは、ネットワークを介して通信できる。

【0049】

オペレーティングシステム又はアプリケーションなどの適切なソフトウェアは、メモリ及び記憶装置を含む処理システムのコンピュータ可読媒体に有形に格納できる。コンピュータ可読媒体の他の例は、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピーディスク、テープ、光磁気ディスク、ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、又は任意の他の磁気媒体、コンパクトディスク（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ）、又はコンピュータが読み取ることができる他の任意の媒体が含まれる。ソフトウェアには、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、アプリケーションソフトウェア、及び／又はグラフィカルユーザーインターフェイスが含まれるが、これらに限定されない。

【0050】

上記の媒体上のコンピュータコード要素は、任意の解釈可能又は実行可能コード機構であってもよく、スクリプト、解釈可能プログラム、ダイナミックリンクライブラリ（ＤＬＬ）、Ｊａｖａクラス、及び完全実行可能プログラムを含むが、これらに限定されない。さらに、本開示の態様の処理の一部は、より良い性能、信頼性及び／又はコストのために分散されてもよい。

【0051】

本明細書に記載の手順及びルーチンは、デバイス、システム、方法、又はコンピュータプログラム製品として実施でき、１つ又は複数の専用回路又はプログラムされたプロセッサを介して実行できる。したがって、本明細書で提供される記述は、ハードウェア形式、ハードウェア上で実行されるソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）形式、又は特定のアルゴリズムとプロセスコードによって構成される専用のハードウェアコンポーネントと汎用プロセッサとの組み合わせを介する形式をとることができる。ハードウェアコンポーネントは、「回路」、「モジュール」、「ユニット」、「デバイス」又は「システム」と呼ばれる。ハードウェアによって実行される実行可能コードは、コンピュータプログラム製品などの有形メモリデバイス上に具体化される。例には、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュドライブ、ハードディスクユニット、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びその他のメモリデバイスが含まれる。

【0052】

本開示の実装による方法、システム及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及びブロック図が参照されてきた。その態様は、コンピュータプログラム命令によって実施される。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されて、機械を製造でき、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令は、フローチャート及び／又はブロック図のブロックで指定された機能／動作を実施するための手段を作成する。

【0053】

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体に格納することもでき、コンピュータ可読媒体に記憶された命令が、フローチャート及び／又はブロック図のブロック（複数可）で指定された機能／動作を実施する命令手段を含む製造物品を生成するように、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置を特定の方法で指示することができる。コンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置に読み込まれ、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で一連の動作ステップを実行させて、コンピュータ又は他のプログラム可能装置で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図のブロック（複数可）で指定された機能／動作を実施するためのプロセスを提供するように、コンピュータ実装プロセスを生成する。

【0054】

いくつかの実装形態が説明されてきた。しかしながら、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。例えば、開示された技術のステップが異なるシーケンスで実行される場合、開示されたシステムのコンポーネントが異なる方法で組み合わせられた場合、又はコンポーネントが他のコンポーネントによって置換又は補足された場合、好ましい結果が達成され得る。本明細書に記載された機能、プロセス及びアルゴリズムは、ハードウェア内で実行されてもよく、又は本明細書で説明される機能、プロセス及びアルゴリズムを実行するためのプログラムコード及び／又はコンピュータ命令を実行するように構成されたコンピュータプロセッサ及び／又はプログラム可能回路を含むハードウェアによって実行されるソフトウェアによって実行されてもよい。さらに、実施は、これらに説明したものと同一ではないモジュール又はハードウェア上で実行されてもよい。したがって、他の実施態様も請求可能な範囲内である。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】