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(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】2024-02-27
(45)【発行日】2024-03-06
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20240228BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 P
H02M3/28 Q
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021037774
(22)【出願日】2021-03-09
(65)【公開番号】P2022138010
(43)【公開日】2022-09-22
【審査請求日】2023-06-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】中田 健一
【審査官】柳下 勝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－００５３３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３２３６１６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－０６０３４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５１９９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ３／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
１次側巻線及び２次側巻線を有するトランスと、前記１次側巻線に接続された回路であって、複数の１次側スイッチング素子を有する１次側フルブリッジ回路と、
前記２次側巻線に接続された回路であって、複数の２次側スイッチング素子を有する２次側フルブリッジ回路と、
前記複数の１次側スイッチング素子及び前記複数の２次側スイッチング素子を制御することにより、前記１次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧を前記２次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧に変換する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記複数の１次側スイッチング素子及び前記複数の２次側スイッチング素子を周期的に制御する制御モードとして、前記１次側巻線に入力される１次側電圧が正、負又はゼロに切り替わり、且つ、前記２次側巻線に入力される２次側電圧が正、負、又はゼロに切り替わる両側ＰＷＭ制御モードを備え、
前記両側ＰＷＭ制御モードは、前記１次側電圧と前記２次側電圧との極性が反転している反転期間と、伝送期間とにより構成され、
前記伝送期間は、前記２次側電圧が正又は負である出力期間を含み、
前記制御回路は、前記両側ＰＷＭ制御モードである場合、
目標電流に基づいて前記反転期間及び前記出力期間を導出する導出部を備え、
当該導出部によって導出された前記反転期間及び前記出力期間となるように前記複数の１次側スイッチング素子及び前記複数の２次側スイッチング素子を制御するものであり、
前記導出部は、前記反転期間を前記出力期間の１次関数とみなして、前記反転期間及び前記伝送期間を導出する、電力変換装置。
【請求項2】
前記導出部は、前記入力電圧と前記出力電圧とに基づいて前記１次関数の１次係数を決定する決定部を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記入力電圧をＶｉｎとし、前記出力電圧をＶｏｕｔとし、前記入力電圧及び前記出力電圧に依存しない定数をａとした場合、前記１次係数は、ａ×Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ＋Ｖｏｕｔ）である、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記決定部は、前記入力電圧と前記出力電圧とに加えて、前記目標電流に基づいて前記１次関数の１次係数を決定する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記決定部は、前記目標電流の増加に伴い前記１次係数を増加させる、請求項４に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、１次側巻線及び２次側巻線を有するトランスを備えた電力変換装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の電力変換装置は、複数の１次側スイッチング素子を有する１次側フルブリッジ回路と、複数の２次側スイッチング素子を有する２次側フルブリッジ回路と、各スイッチング素子を制御する制御回路と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－２６９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、例えば電力変換装置が適用される対象や状況に応じて、１次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧と、２次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧との大小関係が変化する場合がある。この場合、上記大小関係に応じて、各スイッチング素子を制御する制御モードを変更すると、制御が複雑になるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決する電力変換装置は、１次側巻線及び２次側巻線を有するトランスと、前記１次側巻線に接続された回路であって、複数の１次側スイッチング素子を有する１次側フルブリッジ回路と、前記２次側巻線に接続された回路であって、複数の２次側スイッチング素子を有する２次側フルブリッジ回路と、前記複数の１次側スイッチング素子及び前記複数の２次側スイッチング素子を制御することにより、前記１次側フルブリッジ回路に入力される入力電圧を前記２次側フルブリッジ回路から出力される出力電圧に変換する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記複数の１次側スイッチング素子及び前記複数の２次側スイッチング素子を周期的に制御する制御モードとして、前記１次側巻線に入力される１次側電圧が正、負又はゼロに切り替わり、且つ、前記２次側巻線に入力される２次側電圧が正、負、又はゼロに切り替わる両側ＰＷＭ制御モードを備え、前記両側ＰＷＭ制御モードは、前記１次側電圧と前記２次側電圧との極性が反転している反転期間と、伝送期間とにより構成され、前記伝送期間は、前記２次側電圧が正又は負である出力期間を含み、前記制御回路は、前記両側ＰＷＭ制御モードである場合、目標電流に基づいて前記反転期間及び前記出力期間を導出する導出部を備え、当該導出部によって導出された前記反転期間及び前記出力期間となるように前記複数の１次側スイッチング素子及び前記複数の２次側スイッチング素子を制御するものであり、前記導出部は、前記反転期間を前記出力期間の１次関数とみなして、前記反転期間及び前記伝送期間を導出する。
【0006】
これによれば、制御モードとして両側ＰＷＭ制御モードを採用することにより、入力電圧と出力電圧との大小関係に関わらず、電圧変換を行うことができる。これにより、入力電圧と出力電圧との大小関係に応じて異なる制御モードを切り替える必要がないため、入力電圧と出力電圧との大小関係の変化に伴う制御の複雑さを低減できる。また、目標電流に基づいて導出された反転期間及び出力期間となるように１次側スイッチング素子及び２次側スイッチング素子を制御することにより、目標電流を出力することができる。特に、本構成によれば、反転期間を出力期間の１次関数とみなすことにより、反転期間及び出力期間の導出に係る負担を軽減することができる。これにより、制御の簡素化を図ることができる。
【0007】
上記電力変換装置について、前記導出部は、前記入力電圧と前記出力電圧とに基づいて前記１次関数の１次係数を決定する決定部を備える、ものであってもよい。
これによれば、入力電圧と出力電圧とに対応した１次係数にすることができるため、反転期間を出力期間の１次関数とみなした構成において、反転期間を入力電圧と出力電圧との変化に追従させることができる。したがって、入力電圧と出力電圧とが変化する場合であっても、出力電流を目標電流に近づけることができる。
これによれば、入力電圧と出力電圧とに対応した１次係数にすることができるため、反転期間を出力期間の１次関数とみなした構成において、反転期間を入力電圧と出力電圧との変化に追従させることができる。したがって、入力電圧と出力電圧とが変化する場合であっても、出力電流を目標電流に近づけることができる。
【0008】
上記電力変換装置について、前記入力電圧をＶｉｎとし、前記出力電圧をＶｏｕｔとし、前記入力電圧及び前記出力電圧に依存しない定数をａとした場合、前記１次係数は、ａ×Ｖｉｎ／（Ｖｉｎ＋Ｖｏｕｔ）である、ものであってもよい。
【0009】
これによれば、入力電圧及び出力電圧に基づき、適宜１次係数を調整することで、入力電圧と出力電圧の大小関係が反転しても両側ＰＷＭ制御モードで制御することができる。したがって、制御を簡易にすることができる。
【0010】
上記電力変換装置について、前記決定部は、前記入力電圧と前記出力電圧とに加えて、前記目標電流に基づいて前記１次関数の１次係数を決定する、ものであってもよい。
これによれば、入力電圧及び出力電圧に加え、さらに目標電流に基づいて１次係数が決定されるため、目標電流に応じて適切な１次係数を設定することができる。したがって、電力変換効率の向上を図ることができる。
これによれば、入力電圧及び出力電圧に加え、さらに目標電流に基づいて１次係数が決定されるため、目標電流に応じて適切な１次係数を設定することができる。したがって、電力変換効率の向上を図ることができる。
【0011】
上記電力変換装置について、前記決定部は、前記目標電流の増加に伴い前記１次係数を増加させる、ものであってもよい。
これによれば、目標電流が大きくなるに従って、１次係数が大きくなる。これにより、反転期間が長くなり易い。したがって、大きな目標電流に対応できる。一方、目標電流が小さくなるに従って１次係数は小さくなる。これにより、反転期間が短くなりやすい。したがって、反転期間に起因する出力電流のリップル電流を低減できる。なお、この場合であっても、出力期間を制御することにより出力電流を目標電流に近づけることができる。したがって、目標電流が小さい状況において、目標電流の出力を実現しつつ、反転期間に起因する出力電流のリップル電流を低減できる。
これによれば、目標電流が大きくなるに従って、１次係数が大きくなる。これにより、反転期間が長くなり易い。したがって、大きな目標電流に対応できる。一方、目標電流が小さくなるに従って１次係数は小さくなる。これにより、反転期間が短くなりやすい。したがって、反転期間に起因する出力電流のリップル電流を低減できる。なお、この場合であっても、出力期間を制御することにより出力電流を目標電流に近づけることができる。したがって、目標電流が小さい状況において、目標電流の出力を実現しつつ、反転期間に起因する出力電流のリップル電流を低減できる。
【発明の効果】
【0012】
この発明によれば、入力電圧と出力電圧との大小関係の変化に伴う制御の複雑さを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】電力変換装置及び電源システムの電気的構成を示す回路図。
【図2】（ａ）１次側電圧を示す波形図、（ｂ）２次側電圧を示す波形図。
【図3】両側ＰＷＭ制御モードにおける各スイッチング素子のスイッチングパターンを示す図。
【図4】（ａ）第１実施形態における１次側電圧を示すグラフ、（ｂ）第１実施形態における２次側電圧を示すグラフ、（ｃ）第１実施形態における１次側電流及び２次側電流を示すグラフ、（ｄ）第１実施形態における出力電流を示すグラフ。
【図5】両側ＰＷＭ制御モード処理を示すフローチャート。
【図6】第１実施形態における導出処理を示すフローチャート。
【図7】第２実施形態における導出処理を示すフローチャート。
【図8】（ａ）比較例としての第１実施形態における１次側電流及び２次側電流を示すグラフ、（ｂ）比較例としての第１実施形態における出力電流を示すグラフ、（ｃ）第２実施形態における１次側電流及び２次側電流を示すグラフ、（ｄ）第２実施形態における出力電流を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0014】
＜第１実施形態について＞
以下、電力変換装置の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、電源システム１００は、直流電源１１０と、負荷１２０と、電力変換装置１０と、を備える。直流電源１１０は、直流電圧を出力する電圧源である。負荷１２０は、例えば、直流電力を充放電可能な蓄電装置であり、一例としては二次電池である。二次電池とは、例えば、リチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池である。
以下、電力変換装置の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、電源システム１００は、直流電源１１０と、負荷１２０と、電力変換装置１０と、を備える。直流電源１１０は、直流電圧を出力する電圧源である。負荷１２０は、例えば、直流電力を充放電可能な蓄電装置であり、一例としては二次電池である。二次電池とは、例えば、リチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池である。
【0015】
電力変換装置１０は、いわゆるデュアルアクティブブリッジ方式のＤＣ／ＤＣコンバータである。電力変換装置１０は、直流電源１１０と負荷１２０との間に設けられている。電力変換装置１０は、直流電源１１０の電力を変換して負荷１２０に出力可能である。また、電力変換装置１０は、負荷１２０の電力を変換して直流電源１１０に出力可能である。以下の説明では、１次側を入力、２次側を出力として取り扱う。すなわち、電力変換装置１０は、直流電源１１０から入力された直流電圧を変換して負荷１２０に出力するものとする。電力変換装置１０は、トランス２０と、１次側フルブリッジ回路３０と、２次側フルブリッジ回路４０と、制御回路５０と、を備える。
【0016】
トランス２０は、磁性体のコア２１と、コア２１に巻きつけられた１次側巻線２２及び２次側巻線２３と、を有する。すなわち、トランス２０は、所謂絶縁型である。トランス２０は、リアクトルＬを有する。リアクトルＬは、チョークコイルなどの素子であってもよいし、１次側巻線２２及び２次側巻線２３の漏れインダクタンスであってもよい。
【0017】
１次側フルブリッジ回路３０は、複数の１次側スイッチング素子として、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２と、第３スイッチング素子Ｑ３と、第４スイッチング素子Ｑ４と、を有する。また、１次側フルブリッジ回路３０は、複数の１次側ダイオードＤ１～Ｄ４と、複数の１次側コンデンサＣ１～Ｃ４と、を有する。
【0018】
本実施形態では、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４としてｎ型のＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorが用いられているが、ｐ型のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor等の他のスイッチング素子を用いてもよい。４つの１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、第１レグ３１と、第２レグ３２とを構成する。第１レグ３１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のドレインとを第１接続線３３で接続した直列接続体である。第２レグ３２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のドレインとを第２接続線３４で接続した直列接続体である。第１レグ３１及び第２レグ３２は、互いに並列に接続されるように１次側端子３５，３６に接続されている。このとき、第１スイッチング素子Ｑ１及び第３スイッチング素子Ｑ３が上アームを構成し、第２スイッチング素子Ｑ２及び第４スイッチング素子Ｑ４が下アームを構成する。すなわち、１次側フルブリッジ回路３０は、１次側端子３５，３６に接続されていると言える。
【0019】
１次側ダイオードＤ１～Ｄ４及び１次側コンデンサＣ１～Ｃ４は、それぞれ１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に並列接続されている。１次側ダイオードＤ１～Ｄ４は、寄生ダイオードであってもよいし、素子であってもよい。１次側ダイオードＤ１～Ｄ４は、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に対して逆接続されている。１次側コンデンサＣ１～Ｃ４は、寄生容量、素子、あるいは寄生容量と素子の組み合わせであってもよい。
【0020】
１次側フルブリッジ回路３０の第１接続線３３及び第２接続線３４は、それぞれ１次側巻線２２に接続されている。そのため、１次側巻線２２には、第２接続線３４と第１接続線３３との電位差と等しい電圧Ｖ１が印加される。以下の説明では、１次側巻線２２に印加される電圧Ｖ１を「１次側電圧Ｖ１」と称することがある。なお、１次側電圧Ｖ１は、第１接続線３３の電位が第２接続線３４の電位より高い場合を正とする。
【0021】
なお、直流電源１１０は、１次側端子３５，３６に接続されている。したがって、１次側フルブリッジ回路３０は、１次側端子３５，３６を介して直流電源１１０に接続される。
【0022】
１次側電圧センサ３７は、１次側フルブリッジ回路３０に入力される入力電圧Ｖｉｎを測定するための電圧計である。１次側電圧センサ３７は、１次側フルブリッジ回路３０に対して並列となるように１次側端子３５，３６に接続されている。入力電圧Ｖｉｎの値は任意であるが、例えば、２５０～４５０［Ｖ］である。
【0023】
１次側電流センサ３８は、直流電源１１０から１次側フルブリッジ回路３０への入力電流Ｉｉｎを測定するための電流計である。１次側電流センサ３８としては、シャント抵抗、ホール素子など任意の形態を採用することができる。
【0024】
２次側フルブリッジ回路４０は、複数の２次側スイッチング素子として、第５スイッチング素子Ｑ５と、第６スイッチング素子Ｑ６と、第７スイッチング素子Ｑ７と、第８スイッチング素子Ｑ８と、を有する。また、２次側フルブリッジ回路４０は、複数の２次側ダイオードＤ５～Ｄ８と、複数の２次側コンデンサＣ５～Ｃ８と、を有する。
【0025】
本実施形態では、２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８としてｎ型のＭＯＳＦＥＴが用いられているが、ｐ型のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の他のスイッチング素子を用いてもよい。４つの２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８は、第３レグ４１と、第４レグ４２とを構成する。第３レグ４１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のドレインとを第３接続線４３で接続した直列接続体である。第４レグ４２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のドレインとを第４接続線４４で接続した直列接続体である。第３レグ４１及び第４レグ４２は、互いに並列に接続されるように２次側端子４５，４６に接続されている。このとき、第５スイッチング素子Ｑ５及び第７スイッチング素子Ｑ７が上アームを構成し、第６スイッチング素子Ｑ６及び第８スイッチング素子Ｑ８が下アームを構成する。すなわち、２次側フルブリッジ回路４０は、２次側端子４５，４６に接続されていると言える。
【0026】
２次側ダイオードＤ５～Ｄ８及び２次側コンデンサＣ５～Ｃ８は、それぞれ２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８に並列接続されている。２次側ダイオードＤ５～Ｄ８は、寄生ダイオードであってもよいし、素子であってもよい。２次側ダイオードＤ５～Ｄ８は、２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８に対して逆接続されている。２次側コンデンサＣ５～Ｃ８は、寄生容量、素子、あるいは寄生容量と素子の組み合わせであってもよい。したがって、複数のコンデンサＣ１～Ｃ８は、それぞれ、複数の１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８に対して並列に接続されている。
【0027】
２次側フルブリッジ回路４０の第３接続線４３及び第４接続線４４は、それぞれ２次側巻線２３に接続されている。そのため、２次側巻線２３には、第３接続線４３と第４接続線４４との電位差と等しい電圧Ｖ２が印加される。以下の説明では、２次側巻線２３に印加される電圧Ｖ２を「２次側電圧Ｖ２」と称することがある。なお、２次側電圧Ｖ２は、第３接続線４３の電位が第４接続線４４の電位より高い場合を正とする。なお、負荷１２０は、２次側端子４５，４６に接続されている。したがって、２次側フルブリッジ回路４０は、２次側端子４５，４６を介して負荷１２０に接続される。
【0028】
２次側電圧センサ４７は、２次側フルブリッジ回路４０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを測定するための電圧計である。２次側電圧センサ４７は、２次側フルブリッジ回路４０に対して並列となるように２次側端子４５，４６に接続されている。出力電圧Ｖｏｕｔの値は任意であるが、例えば、２５０～４５０［Ｖ］である。
【0029】
なお、負荷１２０が蓄電装置である場合、負荷１２０が２次側端子４５，４６に接続されると、２次側電圧センサ４７によって、出力電圧Ｖｏｕｔとしての負荷１２０の電圧が検出される。
【0030】
２次側電流センサ４８は、２次側フルブリッジ回路４０から出力される出力電流Ｉｏｕｔを測定するための電流計である。２次側電流センサ４８としては、シャント抵抗、ホール素子など任意の形態を採用することができる。
【0031】
制御回路５０は、両電圧センサ３７，４７と接続されているとともに、両電流センサ３８，４８と接続されている。制御回路５０は、１次側電圧センサ３７から入力電圧Ｖｉｎを、２次側電圧センサ４７から出力電圧Ｖｏｕｔを、それぞれ取得する。制御回路５０は、１次側電流センサ３８から入力電流Ｉｉｎを、２次側電流センサ４８から出力電流Ｉｏｕｔを、それぞれ取得する。
【0032】
制御回路５０は、複数の１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を周期的に制御することにより、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換するものである。本実施形態では、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８は、ともに所定の周期Ｔでスイッチング制御される。
【0033】
なお、制御回路５０の具体的なハードウェア構成は任意である。例えば、制御回路５０は、電圧の取得及びスイッチング制御を行うための専用のハードェア回路を有する構成でもよいし、電圧の取得及びスイッチング制御を行うための制御プログラムや必要な情報が記憶されたメモリと、制御プログラムに基づいて電圧の取得及びスイッチング制御を行うＣＰＵとを有する構成でもよい。
【0034】
＜制御モードについて＞
次に、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を制御する制御モードについて説明する。以下の説明では、各ダイオードＤ１～Ｄ８をそれぞれ「第ｎダイオードＤｎ」と、各コンデンサＣ１～Ｃ８をそれぞれ「第ｎコンデンサＣｎ」と称することがある。なお、ｎは１～８の自然数である。
次に、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を制御する制御モードについて説明する。以下の説明では、各ダイオードＤ１～Ｄ８をそれぞれ「第ｎダイオードＤｎ」と、各コンデンサＣ１～Ｃ８をそれぞれ「第ｎコンデンサＣｎ」と称することがある。なお、ｎは１～８の自然数である。
【0035】
制御回路５０は、複数の１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を周期的に制御する制御モードとして、両側ＰＷＭ制御モードを備える。
【0036】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、両側ＰＷＭ制御モードは、１次側電圧Ｖ１が正、負又はゼロに切り替わり、且つ、２次側電圧Ｖ２が正、負、又はゼロに切り替わる制御モードである。なお、２次側電圧Ｖ２がゼロである場合、出力電流Ｉｏｕｔがゼロとなる。したがって、両側ＰＷＭ制御モードは、１周期内において出力電流Ｉｏｕｔがゼロとなる期間を有する制御モードの一種であるとも言える。
【0037】
図３に示すように、両側ＰＷＭ制御モードでは、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のスイッチングパターンとして、例えば、第１パターンＰ１、第２パターンＰ２、第３パターンＰ３、第４パターンＰ４、第５パターンＰ５、第６パターンＰ６、第７パターンＰ７、第８パターンＰ８が設定されている。なお、以下の説明では、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のスイッチングパターンを単に「スイッチングパターン」と称することがある。
【0038】
図３に示すように、第１パターンＰ１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ７がＯＮ状態であり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ８がＯＦＦ状態のスイッチングパターンである。この場合、図２に示すように、１次側電圧Ｖ１が正となり、２次側電圧Ｖ２が負となる。
【0039】
図３に示すように、第２パターンＰ２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８がＯＮ状態であり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７がＯＦＦ状態のスイッチングパターンである。この場合、図２に示すように、１次側電圧Ｖ１が正となり、２次側電圧Ｖ２がゼロとなる。
【0040】
図３に示すように、第３パターンＰ３は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ８がＯＮ状態であり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６，Ｑ７がＯＦＦ状態のスイッチングパターンである。この場合、図２に示すように、１次側電圧Ｖ１が正となり、２次側電圧Ｖ２が正となる。
【0041】
図３に示すように、第４パターンＰ４は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ８がＯＮ状態であり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ７がＯＦＦ状態のスイッチングパターンである。この場合、図２に示すように、１次側電圧Ｖ１がゼロとなり、２次側電圧Ｖ２が負となる。
【0042】
図３に示すように、第５パターンＰ５は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ８がＯＮ状態であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ７がＯＦＦ状態のスイッチングパターンである。この場合、図２に示すように、１次側電圧Ｖ１が負となり、２次側電圧Ｖ２が正となる。
【0043】
図３に示すように、第６パターンＰ６は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７がＯＮ状態であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８がＯＦＦ状態のスイッチングパターンである。この場合、図２に示すように、１次側電圧Ｖ１が負となり、２次側電圧Ｖ２がゼロとなる。
【0044】
図３に示すように、第７パターンＰ７は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ６，Ｑ７がＯＮ状態であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ８がＯＦＦ状態のスイッチングパターンである。この場合、図２に示すように、１次側電圧Ｖ１が負となり、２次側電圧Ｖ２が負となる。
【0045】
図３に示すように、第８パターンＰ８は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ７がＯＮ状態であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ８がＯＦＦ状態のスイッチングパターンである。この場合、図２に示すように、１次側電圧Ｖ１がゼロとなり、２次側電圧Ｖ２が負となる。
【0046】
本実施形態では、１次側電圧Ｖ１が正又は負の場合、１次側電圧Ｖ１の大きさは入力電圧Ｖｉｎの大きさと等しいものとする。同様に、２次側電圧Ｖ２が正又は負の場合、２次側電圧Ｖ２の大きさは出力電圧Ｖｏｕｔの大きさと等しいものとする。
【0047】
制御回路５０は、両側ＰＷＭ制御モードにおいて、スイッチングパターンを、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５→Ｐ６→Ｐ７→Ｐ８の順に順次切り替える動作を１単位として、その単位動作を周期Ｔで繰り返し実行する。これにより、１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２とが所定の位相差で順次変化し、電圧変換（換言すれば電力変換）が行われる。この場合、制御回路５０は、位相差を設けた状態で１次側フルブリッジ回路３０と２次側フルブリッジ回路４０とを制御するものと言える。
【0048】
特に、両側ＰＷＭ制御モードでは、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８を制御することにより、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの大小関係に関わらず、電圧変換を行うことができる。すなわち、両側ＰＷＭ制御モードは、昇降圧が可能な制御モードである。
【0049】
ここで、両側ＰＷＭ制御モードでは、パターンＰ１～Ｐ４までが半周期（Ｔ／２）であり、第５パターンＰ５～Ｐ８までが半周期（Ｔ／２）である。そして、パターンＰ１～Ｐ４とパターンＰ５～Ｐ８とは、極性が反転している点を除いて同一態様となっている。このため、以下では、パターンＰ１～Ｐ４について詳細に説明し、パターンＰ５～Ｐ８の具体的な制御態様については説明を省略する。
【0050】
図２に示すように、両側ＰＷＭ制御モードは、反転期間Φと、伝送期間Ｗとにより構成されている。
反転期間Φは、半周期における１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２との極性が反転している期間である。伝送期間Ｗは、半周期における反転期間Φ以外の期間である。本実施形態では、反転期間Φは、第１パターンＰ１が設定されている期間であり、伝送期間Ｗは、パターンＰ２～Ｐ４が設定されている期間である。
反転期間Φは、半周期における１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２との極性が反転している期間である。伝送期間Ｗは、半周期における反転期間Φ以外の期間である。本実施形態では、反転期間Φは、第１パターンＰ１が設定されている期間であり、伝送期間Ｗは、パターンＰ２～Ｐ４が設定されている期間である。
【0051】
伝送期間Ｗは、入力期間Ｔ１と、出力期間Ｔ２と、を含む。
入力期間Ｔ１は、１次側電圧Ｖ１が正となっている期間である。本実施形態では、入力期間Ｔ１は、パターンＰ２，Ｐ３が設定されている期間である。
入力期間Ｔ１は、１次側電圧Ｖ１が正となっている期間である。本実施形態では、入力期間Ｔ１は、パターンＰ２，Ｐ３が設定されている期間である。
【0052】
出力期間Ｔ２は、２次側電圧Ｖ２が正となっている期間である。本実施形態では、出力期間Ｔ２は、パターンＰ３，Ｐ４が設定されている期間である。つまり、第３パターンＰ３が設定されている期間は、入力期間Ｔ１及び出力期間Ｔ２の双方に含まれる。すなわち、第３パターンＰ３が設定されている期間は、１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２がともに正となっている期間である。以下の説明では、第３パターンＰ３が設定されている期間を、「重複期間Ｘ」と称することがある。
【0053】
なお、念のために説明すると、上述した通り、パターンＰ１～Ｐ４とパターンＰ５～Ｐ８とは、極性が反転している。このため、パターンＰ５～Ｐ８の期間における入力期間Ｔ１は、１次側電圧Ｖ１が負となっている期間であり、出力期間Ｔ２は、２次側電圧Ｖ２が負となっている期間であり、重複期間Ｘは、１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２がともに負となっている期間である。
【0054】
両側ＰＷＭ制御モードにおいて、出力電流Ｉｏｕｔは、反転期間Φと両期間Ｔ１，Ｔ２とに依存する。詳細には、出力電流Ｉｏｕｔは、以下の式（１）で表される。
【0055】
【数1】
【0056】
特に、伝送期間Ｗの開始タイミングの２次側電流ＩＳと終了タイミングの２次側電流ＩＳとが一致する場合、入力期間Ｔ１及び出力期間Ｔ２は、以下の式（２）を満たす。
【0057】
【数2】
【0058】
制御回路５０は、両側ＰＷＭ制御モードである場合、反転期間Φを出力期間Ｔ２の１次関数ｆとみなすことで、反転期間Φと出力期間Ｔ２との対応関係をとる。本実施形態の１次関数ｆは、例えば、１次係数Ｋを用いて以下の式（３）で表される。
【0059】
【数3】
【0060】
入力期間Ｔ１及び出力期間Ｔ２は、反転期間Φを決定することにより式（２）及び式（３）から一意に決まる。反転期間Φ及び両期間Ｔ１，Ｔ２は、例えば、１次側フルブリッジ回路３０及び２次側フルブリッジ回路４０の位相差（換言すれば、１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２との位相差）、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のデューティ比、又は２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８のデューティ比に依存する。したがって、制御回路５０は、例えば、上記パラメータに基づいて反転期間Φ及び両期間Ｔ１，Ｔ２を制御することによって、出力電流Ｉｏｕｔを制御してもよい。なお、反転期間Φ及び両期間Ｔ１，Ｔ２を制御するパラメータは、上記に限られず、例えば、第１レグ３１及び第２レグ３２間の位相差、又は第３レグ４１及び第４レグ４２間の位相差でもよい。
【0061】
なお、パターンＰ５～Ｐ８における反転期間Φは、第５パターンＰ５が設定されている期間であり、伝送期間Ｗは、パターンＰ６～Ｐ８が設定されている期間である。そして、パターンＰ１～Ｐ４とパターンＰ５～Ｐ８とは極性が反転しているため、パターンＰ５～Ｐ８において、入力期間Ｔ１は、１次側電圧Ｖ１が負となっている期間であり、出力期間Ｔ２は、２次側電圧Ｖ２が負となっている期間である。制御回路５０は、ソフトスイッチング条件を満たす反転期間Φ及び両期間Ｔ１，Ｔ２となるように、パターンＰ１～Ｐ８を順次切り替える。
【0062】
ここで、図４を用いてソフトスイッチング条件について説明する。図４（ａ）は１次側電圧Ｖ１の波形を示し、図４（ｂ）は２次側電圧Ｖ２の波形を示し、図４（ｃ）は１次側電流ＩＬ及び２次側電流ＩＳの波形を示し、図４（ｄ）は出力電流Ｉｏｕｔの波形を示す。１次側電流ＩＬは１次側巻線２２に流れる電流であり、２次側電流ＩＳは２次側巻線２３に流れる電流である。本実施形態では、説明の便宜上、１次側電流ＩＬと２次側電流ＩＳが同一であるとする。
【0063】
図４に示すように、両側ＰＷＭ制御モードにおけるソフトスイッチング条件は、（Ａ）反転期間Φの開始タイミングにおいて１次側電流ＩＬの大きさが１次側閾値ＩＬｍｉｎ以上となることを含む。換言すれば、ソフトスイッチング条件は、１次側電流ＩＬの大きさが１次側閾値ＩＬｍｉｎ以上となっている状態で、スイッチングパターンが第８パターンＰ８から第１パターンＰ１に切り替わることを含む。１次側閾値ＩＬｍｉｎは、例えば、１次側電流ＩＬを用いて１次側コンデンサＣ１～Ｃ４の充放電を行うために必要な電流の大きさである。１次側閾値ＩＬｍｉｎは、例えば、１次側コンデンサＣ１～Ｃ４の容量に基づいて設定される。なお、反転期間Φの開始タイミングにおいて１次側電流ＩＬは負であるため、（Ａ）の条件は、１次側電流ＩＬが－ＩＬｍｉｎ以下となることである。
【0064】
両側ＰＷＭ制御モードにおけるソフトスイッチング条件は、（Ｂ）反転期間Φの終了タイミングにおいて２次側電流ＩＳの大きさが２次側閾値ＩＳｍｉｎ以上となることを含む。換言すれば、ソフトスイッチング条件は、２次側電流ＩＳの大きさが２次側閾値ＩＳｍｉｎ以上となっている状態で、スイッチングパターンが第１パターンＰ１から第２パターンＰ２に切り替わることを含む。２次側閾値ＩＳｍｉｎは、例えば、２次側電流ＩＳを用いて２次側コンデンサＣ５～Ｃ８の充放電を行うために必要な電流の大きさである。２次側閾値ＩＳｍｉｎは、例えば、２次側コンデンサＣ５～Ｃ８の容量に基づいて設定される。なお、反転期間Φの開始タイミングにおいて２次側電流ＩＳは正であるため、（Ｂ）の条件は、２次側電流ＩＳが２次側閾値ＩＳｍｉｎ以上となることである。以下の説明では、１次側閾値ＩＬｍｉｎと２次側閾値ＩＳｍｉｎとは等しいものとする。１次側閾値ＩＬｍｉｎと２次側閾値ＩＳｍｉｎが等しい場合とは、例えば、１次側コンデンサＣ１～Ｃ４の容量と２次側コンデンサＣ５～Ｃ８の容量とが等しい場合である。
【0065】
図４（ｄ）に示すように、出力電流Ｉｏｕｔは、出力期間Ｔ２の終了タイミングにおいて所定のオフセット電流Ｉｏｆｆとなる。オフセット電流Ｉｏｆｆが大きいほど、出力電流Ｉｏｕｔのリップル電流が大きくなる。オフセット電流Ｉｏｆｆは、反転期間Φが長くなるほど大きくなる。
【0066】
制御回路５０は、負荷１２０を制御する負荷制御装置１２１と通信可能に構成されている。制御回路５０は、負荷制御装置１２１から要求電力Ｐｒを受信した場合に、両側ＰＷＭ制御モードにおいて要求電力Ｐｒを負荷１２０に供給できるように両側ＰＷＭ制御モード処理を実行する。
【0067】
＜両側ＰＷＭ制御モード処理について＞
次に、図５を用いて両側ＰＷＭ制御モード処理について説明する。
図５に示すように、制御回路５０は、ステップＳ１００にて、１次側電圧センサ３７から入力電圧Ｖｉｎを、２次側電圧センサ４７から出力電圧Ｖｏｕｔを、負荷制御装置１２１から要求電力Ｐｒをそれぞれ取得する。
次に、図５を用いて両側ＰＷＭ制御モード処理について説明する。
図５に示すように、制御回路５０は、ステップＳ１００にて、１次側電圧センサ３７から入力電圧Ｖｉｎを、２次側電圧センサ４７から出力電圧Ｖｏｕｔを、負荷制御装置１２１から要求電力Ｐｒをそれぞれ取得する。
【0068】
その後、制御回路５０は、ステップＳ１０１に進み、出力電圧Ｖｏｕｔ及び要求電力Ｐｒに基づいて、目標電流Ｉｔを導出する。
その後、制御回路５０は、ステップＳ１０２に進み、出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｔとなる反転期間Φ、入力期間Ｔ１及び出力期間Ｔ２を導出する導出処理を実行する。つまり、制御回路５０は、両側ＰＷＭ制御モードである場合、目標電流Ｉｔに基づいて、反転期間Φ及び出力期間Ｔ２を導出する。本実施形態では、ステップＳ１０２の導出処理を実行する制御回路５０が導出部に対応する。導出処理の詳細については後述する。
その後、制御回路５０は、ステップＳ１０２に進み、出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｔとなる反転期間Φ、入力期間Ｔ１及び出力期間Ｔ２を導出する導出処理を実行する。つまり、制御回路５０は、両側ＰＷＭ制御モードである場合、目標電流Ｉｔに基づいて、反転期間Φ及び出力期間Ｔ２を導出する。本実施形態では、ステップＳ１０２の導出処理を実行する制御回路５０が導出部に対応する。導出処理の詳細については後述する。
【0069】
その後、制御回路５０は、ステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２で導出された反転期間Φが所定の閾値Φ０より大きいか否かを判定する。判定結果が否定の場合、制御回路５０は、ステップＳ１０４に進む。一方、判定結果が肯定の場合、制御回路５０は、ステップＳ１０５に進む。
【0070】
ステップＳ１０４において、制御回路５０は、ステップＳ１０２で導出された反転期間Φを、閾値Φ０に変更する。すなわち、制御回路５０は、導出部によって導出された反転期間Φが所定の閾値Φ０未満の場合に、当該反転期間Φを閾値Φ０に変更する。本実施形態では、ステップＳ１０４の処理を実行する制御回路５０が変更部に対応する。閾値Φ０は、任意に定めることができるが、例えば、上記ソフトスイッチング条件（Ａ）及び（Ｂ）を満たす最小の反転期間Φである。
【0071】
なお、制御回路５０は、ステップＳ１０４で反転期間Φの変更が行われた場合、ステップＳ１０２で導出された入力期間Ｔ１及び出力期間Ｔ２を変更後の反転期間Φに対応するものに変更する。
【0072】
その後、制御回路５０は、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０２又はステップＳ１０４にて導出された反転期間Φ及び両期間Ｔ１，Ｔ２に基づいて、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のスイッチング態様を決定する。詳細には、制御回路５０は、ステップＳ１０２又はステップＳ１０４にて導出された反転期間Φ及び両期間Ｔ１，Ｔ２となるように、両フルブリッジ回路３０，４０間の位相差と、両スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４，Ｑ５～Ｑ８のデューティ比とを決定する。制御回路５０は、ステップＳ１０２にて導出された反転期間Φ及び両期間Ｔ１，Ｔ２となるように各スイッチングパターンＰ１～Ｐ８の設定期間を決定しているとも言える。
【0073】
その後、制御回路５０は、ステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０５で決定されたスイッチング態様で各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のスイッチング制御を行う。したがって、制御回路５０は、ステップＳ１０２又はステップＳ１０４にて導出された反転期間Φ及び出力期間Ｔ２となるように複数の１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を制御すると言える。
【0074】
＜導出処理の詳細について＞
以下、図６を用いて、ステップＳ１０２における導出処理の詳細について説明する。
図６に示すように、制御回路５０は、ステップＳ１１０において、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとに基づき、１次係数Ｋを決定する。したがって、本実施形態では、ステップＳ１１０の処理を実行する制御回路５０が決定部に対応する。本実施形態の１次係数Ｋは、以下の式（４）である。
以下、図６を用いて、ステップＳ１０２における導出処理の詳細について説明する。
図６に示すように、制御回路５０は、ステップＳ１１０において、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとに基づき、１次係数Ｋを決定する。したがって、本実施形態では、ステップＳ１１０の処理を実行する制御回路５０が決定部に対応する。本実施形態の１次係数Ｋは、以下の式（４）である。
【0075】
【数4】
【0076】
その後、制御回路５０は、ステップＳ１１１に進み、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、及び目標電流Ｉｔに基づき、反転期間Φを導出する。反転期間Φの導出方法は任意であるが、例えば、制御回路５０は、式（１）の左辺（出力電流Ｉｏｕｔ）を目標電流Ｉｔと置き換えることで、目標電流Ｉｔに対応する反転期間Φを導出してもよい。なお、式（１）の右辺は、式（１）の右辺に式（２）及び式（３）を適用することにより、反転期間Φで表すことができる。
【0077】
その後、制御回路５０は、ステップＳ１１２に進み、ステップＳ１１０にて導出された反転期間Φに基づき、式（３）から出力期間Ｔ２を導出する。なお、式（３）の１次係数Ｋには、ステップＳ１１０にて導出されたものが用いられる。
【0078】
その後、制御回路５０は、ステップＳ１１３に進み、ステップＳ１１２にて導出された出力期間Ｔ２に基づき、式（２）から入力期間Ｔ１を導出する。
このようにして、制御回路５０は、導出処理において、反転期間Φ、入力期間Ｔ１、及び出力期間Ｔ２を導出する。
このようにして、制御回路５０は、導出処理において、反転期間Φ、入力期間Ｔ１、及び出力期間Ｔ２を導出する。
【0079】
＜第１実施形態の作用及び効果＞
次に、第１実施形態の作用及び効果について説明する。
（１－１）電力変換装置１０は、１次側巻線２２及び２次側巻線２３を有するトランス２０と、１次側フルブリッジ回路３０と、２次側フルブリッジ回路４０と、制御回路５０と、を備えている。
次に、第１実施形態の作用及び効果について説明する。
（１－１）電力変換装置１０は、１次側巻線２２及び２次側巻線２３を有するトランス２０と、１次側フルブリッジ回路３０と、２次側フルブリッジ回路４０と、制御回路５０と、を備えている。
【0080】
１次側フルブリッジ回路３０は、１次側巻線２２に接続されている。１次側フルブリッジ回路３０は、複数の１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を備えている。
２次側フルブリッジ回路４０は、２次側巻線２３に接続されている。２次側フルブリッジ回路４０は、複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を備えている。
２次側フルブリッジ回路４０は、２次側巻線２３に接続されている。２次側フルブリッジ回路４０は、複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を備えている。
【0081】
制御回路５０は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８を周期的に制御する制御モードとして両側ＰＷＭ制御モードを備えている。両側ＰＷＭ制御モードは、１次側巻線２２に入力される１次側電圧Ｖ１が正、負、又はゼロに切り替わり、且つ、２次側巻線２３に入力される２次側電圧Ｖ２が正、負、又はゼロに切り替わるモードである。両側ＰＷＭ制御モードは、１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２との極性が反転している反転期間Φと、伝送期間Ｗとにより構成されている。
【0082】
伝送期間Ｗは、２次側電圧Ｖ２が正又は負である出力期間Ｔ２を含む。
制御回路５０は、両側ＰＷＭ制御モードである場合、目標電流Ｉｔに基づいて反転期間Φ及び出力期間Ｔ２を導出する導出処理を行い、当該導出処理によって導出された反転期間Φ及び出力期間Ｔ２となるように各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８を制御するものである。
制御回路５０は、両側ＰＷＭ制御モードである場合、目標電流Ｉｔに基づいて反転期間Φ及び出力期間Ｔ２を導出する導出処理を行い、当該導出処理によって導出された反転期間Φ及び出力期間Ｔ２となるように各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８を制御するものである。
【0083】
そして、制御回路５０は、導出処理において、反転期間Φを出力期間Ｔ２の１次関数ｆとみなして、反転期間Φ及び出力期間Ｔ２を導出するステップＳ１１１及びステップＳ１１２の処理を行う。
【0084】
かかる構成によれば、制御モードとして両側ＰＷＭ制御モードを採用することにより、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとが大小関係に関わらず、電圧変換を行うことができる。これにより、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの大小関係に応じて異なる制御モードを切り替える必要がないため、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの大小関係の変化に伴う制御の複雑さを低減できる。
【0085】
また、目標電流Ｉｔに基づいて導出された反転期間Φ及び出力期間Ｔ２となるように１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８を制御することにより、目標電流Ｉｔを出力することができる。
【0086】
特に、本構成によれば、反転期間Φを出力期間Ｔ２の１次関数ｆとみなすことにより、反転期間Φ及び出力期間Ｔ２の導出に係る負担を軽減することができる。これにより、制御の簡素化を図ることができる。
【0087】
（１－２）制御回路５０は、導出処理において、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとに基づいて１次関数ｆの１次係数Ｋを決定するステップＳ１１０の処理を実行する。
かかる構成によれば、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとに対応した１次係数Ｋを用いて、反転期間Φを出力期間Ｔ２の１次関数ｆとみなすことができる。そのため、当該１次係数Ｋを通じて、反転期間Φを入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔに追従させることができる。したがって、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとが変化する場合であっても、出力電流Ｉｏｕｔを目標電流Ｉｔに近づけることができる。
かかる構成によれば、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとに対応した１次係数Ｋを用いて、反転期間Φを出力期間Ｔ２の１次関数ｆとみなすことができる。そのため、当該１次係数Ｋを通じて、反転期間Φを入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔに追従させることができる。したがって、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとが変化する場合であっても、出力電流Ｉｏｕｔを目標電流Ｉｔに近づけることができる。
【0088】
（１－３）制御回路５０は、式（３）に基づいて１次係数Ｋを決定するステップＳ１１０の処理を実行する。
これによれば、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの大小関係が変化した場合でも、同じ式（３）に基づいて１次係数Ｋを決定することができる。したがって、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの大小関係が変化する場合であっても、同一の関係式に基づく簡易な制御を行うことができる。
これによれば、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの大小関係が変化した場合でも、同じ式（３）に基づいて１次係数Ｋを決定することができる。したがって、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの大小関係が変化する場合であっても、同一の関係式に基づく簡易な制御を行うことができる。
【0089】
（１－４）電力変換装置１０は、複数の１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４及び複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８に対して並列に接続された複数のコンデンサＣ１～Ｃ８を備える。
【0090】
かかる構成によれば、スイッチングパターンの切り替わりに伴ってコンデンサＣ１～Ｃ８の充放電が行われることにより、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８がソフトスイッチングを行う際のスイッチング損失を低減することができる。
【0091】
＜第２実施形態について＞
以下、電力変換装置の第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の部材番号を用い、説明を省略する。
以下、電力変換装置の第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の部材番号を用い、説明を省略する。
【0092】
第２実施形態は、第１実施形態と、ステップＳ１０２における導出処理の具体的態様が異なる。以下、第２実施形態の導出処理について詳細に説明する。
図７に示すように、まず、制御回路５０は、ステップＳ２１０において、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔに加え、さらに出力電流Ｉｏｕｔに基づき、１次係数Ｋを決定する。第２実施形態における１次係数Ｋは、例えば、修正項ｇを用いて、式（５）のように表される。
図７に示すように、まず、制御回路５０は、ステップＳ２１０において、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔに加え、さらに出力電流Ｉｏｕｔに基づき、１次係数Ｋを決定する。第２実施形態における１次係数Ｋは、例えば、修正項ｇを用いて、式（５）のように表される。
【0093】
【数5】
【0094】
その後、制御回路５０は、ステップＳ２１１に進み、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、及び目標電流Ｉｔに基づき、出力期間Ｔ２を導出する。出力期間Ｔ２の導出方法は任意であるが、例えば、制御回路５０は、式（１）の左辺（出力電流Ｉｏｕｔ）を目標電流Ｉｔと置き換えることで、出力期間Ｔ２を導出してもよい。なお、式（１）の右辺は、式（１）の右辺に式（２）及び式（３）を適用することにより、出力期間Ｔ２で表すことができる。このとき、１次係数Ｋとして、ステップＳ２１０にて導出されたものが用いられる。
【0095】
その後、制御回路５０は、ステップＳ２１２に進み、ステップＳ２１０にて導出された１次係数Ｋが正であるか否かを判定する。
ステップＳ２１２の判定結果が否定の場合、すなわち、１次係数Ｋがゼロ以下の場合、制御回路５０は、ステップＳ２１３に進み、１次係数Ｋをゼロに変更し、ステップＳ２１４に進む。一方、ステップＳ２１２の判定結果が肯定の場合、制御回路５０はステップＳ２１４に進む。
ステップＳ２１２の判定結果が否定の場合、すなわち、１次係数Ｋがゼロ以下の場合、制御回路５０は、ステップＳ２１３に進み、１次係数Ｋをゼロに変更し、ステップＳ２１４に進む。一方、ステップＳ２１２の判定結果が肯定の場合、制御回路５０はステップＳ２１４に進む。
【0096】
ステップＳ２１４において、制御回路５０は、ステップＳ２１１で導出された出力期間Ｔ２に基づき、式（３）から反転期間Φを導出する。なお、式（３）の１次係数Ｋは、ステップＳ２１３で変更された場合は変更後のものを、そうでない場合にはステップＳ２１０で導出したものが用いられる。したがって、ステップＳ２１４にて１次係数Ｋの変更が行われた場合には１次係数Ｋがゼロとなるため、ステップＳ２１３で導出される反転期間Φは、出力期間Ｔ２に関わらずゼロとなる。
【0097】
ここで、修正項ｇは、目標電流Ｉｔが小さいとき、負となり、目標電流Ｉｔの増加によって正となる。したがって、１次係数Ｋは、目標電流Ｉｔが所定の値以下のときにゼロ以下の値となる。１次係数Ｋがゼロ以下である場合、１次係数ＫはステップＳ２１３においてゼロに変更されるため、導出される反転期間Φは、出力期間Ｔ２の値に関わらずゼロとなる。すなわち、ある反転期間Φに対して出力期間Ｔ２が一意に定まらないため、出力期間Ｔ２の値を出力電流Ｉｏｕｔに応じて任意に選択することができる。なお、導出される反転期間Φがゼロとなった場合、ステップＳ１０４において反転期間Φは閾値Φ０に変更される。したがって、目標電流Ｉｔが所定の値以下の領域において、制御回路５０は、反転期間Φを閾値Φ０に保ったまま出力期間Ｔ２を制御する。
【0098】
一方、目標電流Ｉｔが所定の値より大きいとき、１次係数Ｋは正となる。この場合、１次係数ＫはステップＳ２１３においてゼロに変更されない。そのため、反転期間Φは、出力期間Ｔ２に基づき式（５）から一意に導出することができる。これは、制御回路５０が反転期間Φを閾値Φ０に固定した状態で目標電流Ｉｔに対応する出力電流Ｉｏｕｔを出力できない場合、制御回路５０が反転期間Φを閾値Φ０から変化させることに相当する。したがって、目標電流Ｉｔが所定の値より大きい領域において、制御回路５０は、反転期間Φ及び出力期間Ｔ２を式（５）に基づいて制御する。
【0099】
その後、制御回路５０は、第１実施形態と同様に、ステップＳ１１３に進み、ステップＳ２１４で導出された反転期間Φに基づき、式（２）から入力期間Ｔ１を導出する。
このようにして、制御回路５０は、導出処理において、反転期間Φ、入力期間Ｔ１、及び出力期間Ｔ２を導出する。
このようにして、制御回路５０は、導出処理において、反転期間Φ、入力期間Ｔ１、及び出力期間Ｔ２を導出する。
【0100】
＜第２実施形態の作用＞
次に、第２実施形態の作用について説明する。
図８（ａ）は、比較例としての第１実施形態における１次側電流ＩＬ及び２次側電流ＩＳの波形を示す。図８（ｂ）は、比較例としての第１実施形態における出力電流Ｉｏｕｔの波形を示す。図８（ｃ）は、第２実施形態における１次側電流ＩＬ及び２次側電流ＩＳの波形を示す。図８（ｄ）は、第２実施形態における出力電流Ｉｏｕｔの波形を示す。なお、以下の説明では、図８（ｂ）に示す第１実施形態と図８（ｄ）に示す第２実施形態の出力電流Ｉｏｕｔとは、同一の目標電流Ｉｔに対応するものとする。
次に、第２実施形態の作用について説明する。
図８（ａ）は、比較例としての第１実施形態における１次側電流ＩＬ及び２次側電流ＩＳの波形を示す。図８（ｂ）は、比較例としての第１実施形態における出力電流Ｉｏｕｔの波形を示す。図８（ｃ）は、第２実施形態における１次側電流ＩＬ及び２次側電流ＩＳの波形を示す。図８（ｄ）は、第２実施形態における出力電流Ｉｏｕｔの波形を示す。なお、以下の説明では、図８（ｂ）に示す第１実施形態と図８（ｄ）に示す第２実施形態の出力電流Ｉｏｕｔとは、同一の目標電流Ｉｔに対応するものとする。
【0101】
第１実施形態では、１次係数Ｋは、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔには依存するが、目標電流Ｉｔには依存しない。そのため、目標電流Ｉｔの変化によって反転期間Φが短くなると、出力期間Ｔ２も連動して短くなる。出力期間Ｔ２が短くなることに伴い、出力電流Ｉｏｕｔがゼロとなる期間が長くなる。したがって、目標電流Ｉｔが小さい場合には、短い出力期間Ｔ２で所望の出力電流Ｉｏｕｔを出力するために、オフセット電流Ｉｏｆｆが大きくなる。
【0102】
一方、第２実施形態では、目標電流Ｉｔに依存する修正項ｇが１次係数Ｋに加わる。これにより、目標電流Ｉｔの変化によって１次係数Ｋが小さくなると、同一の出力期間Ｔ２に対して反転期間Φが短くなる。そのため、所望の出力電流Ｉｏｕｔを出力するために反転期間Φが減少する場合であっても、反転期間Φの減少に伴う出力期間Ｔ２の減少が抑制される。
【0103】
これにより、図８に示すように、第２実施形態では、第１実施形態の反転期間Φより短い反転期間Φで所望の出力電流Ｉｏｕｔが出力されるため、第１実施形態の場合に比べてオフセット電流Ｉｏｆｆが小さくなる。
【0104】
＜第２実施形態の効果＞
次に、第２実施形態の効果について説明する。
（２－１）制御回路５０は、導出処理において、目標電流Ｉｔに基づいて１次関数ｆの１次係数Ｋを決定するステップＳ２１０の処理を実行する。
次に、第２実施形態の効果について説明する。
（２－１）制御回路５０は、導出処理において、目標電流Ｉｔに基づいて１次関数ｆの１次係数Ｋを決定するステップＳ２１０の処理を実行する。
【0105】
かかる構成によれば、入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔに加え、さらに出力電流Ｉｏｕｔに基づいて１次係数Ｋが決定されるため、出力電流Ｉｏｕｔに応じて適切な１次係数Ｋを設定することができる。したがって、電力変換効率の向上を図ることができる。
【0106】
（２－２）制御回路５０は、ステップＳ２１０の処理において、目標電流Ｉｔの増加に伴い１次係数Ｋを増加させる。
かかる構成によれば、目標電流Ｉｔが大きくなるに従って、１次係数Ｋが大きくなる。これにより、反転期間Φが大きくなりやすい。したがって、大きな目標電流Ｉｔに対応できる。
かかる構成によれば、目標電流Ｉｔが大きくなるに従って、１次係数Ｋが大きくなる。これにより、反転期間Φが大きくなりやすい。したがって、大きな目標電流Ｉｔに対応できる。
【0107】
一方、目標電流Ｉｔが小さくなるに従って、１次係数Ｋは小さくなる。これにより、反転期間Φが短くなりやすい。そのため、反転期間Φに起因するオフセット電流Ｉｏｆｆが小さくなりやすい。したがって、出力電流Ｉｏｕｔのリップル電流を低減できる。なお、この場合であっても、出力期間Ｔ２を制御することにより出力電流Ｉｏｕｔを目標電流Ｉｔに近づけることができる。したがって、目標電流Ｉｔが小さい状況において、目標電流Ｉｔの出力を実現しつつ、反転期間Φに起因する出力電流Ｉｏｕｔのリップル電流を低減できる。
【0108】
＜変形例＞
第１実施形態及び第２実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
第１実施形態及び第２実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【0109】
○各実施形態における制御シーケンスはあくまで例示であり、各実施形態のものに限られない。例えば、制御回路５０は、目標電流Ｉｔを要求電力Ｐｒから導出せず、負荷制御装置１２１から直接目標電流Ｉｔを取得してもよい。また、制御回路５０の制御シーケンスは、ステップＳ２１０とステップＳ２１１とを入れ替えたものでもよいし、それぞれを並列に行ってもよい。
【0110】
○制御回路５０は、反転期間Φが所定の下限値のときに出力期間Ｔ２がゼロとなる定数項を１次関数ｆに加える定数調整部を備えていてもよい。具体的には、制御回路５０は、１次関数ｆとして、式（３）に代えて、式（６）を用いてもよい。
【0111】
【数6】
【0112】
このとき、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理に代えて、１次係数Ｋとして式（６）を用いることにより、反転期間Φと出力期間Ｔ２とを関係づけてもよい。
これにより、ステップＳ１０３のような判定を行うことなく、線形な関係に基づいて反転期間Φを閾値Φ０以上に保つことができる。したがって、簡易な制御を実現することができる。
これにより、ステップＳ１０３のような判定を行うことなく、線形な関係に基づいて反転期間Φを閾値Φ０以上に保つことができる。したがって、簡易な制御を実現することができる。
【0113】
○制御回路５０は、変更部を備えていなくてもよい。詳細には、両側ＰＷＭ制御モード処理において、制御回路５０は、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４を省略してもよい。
【0114】
○目標電流Ｉｔから反転期間Φを導出する方法は任意である。例えば、制御回路５０は、目標電流Ｉｔと反転期間Φとが対応付けられた対応テーブルを備えていてもよい。この場合、制御回路５０は、上記対応テーブルを参照することで、目標電流Ｉｔに対応する反転期間Φを導出してもよい。
【0115】
○１次係数Ｋは、式（４）の形に限られない。例えば、１次係数Ｋは、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの電圧比Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎの変数で表されていてもよい。
○第２実施形態において、修正項ｇは、目標電流Ｉｔの増加に伴い増加する関数でなくてもよい。例えば、修正項ｇは、目標電流Ｉｔの増加に対して減少する極小値を有する関数であってもよい。
○第２実施形態において、修正項ｇは、目標電流Ｉｔの増加に伴い増加する関数でなくてもよい。例えば、修正項ｇは、目標電流Ｉｔの増加に対して減少する極小値を有する関数であってもよい。
【0116】
○１次側フルブリッジ回路３０及び２次側フルブリッジ回路４０は、それぞれコンデンサＣ１～Ｃ８を有していなくてもよい。また、各コンデンサＣ１～Ｃ８の容量は、異なっていてもよい。
【0117】
○電力変換装置１０は、双方向の電圧変換を行ってもよい。この場合、２次側フルブリッジ回路４０に入力される電圧を入力電圧Ｖｉｎ、１次側フルブリッジ回路３０から出力される電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとしてもよい。このとき、例えば、スイッチングパターンＰ１～Ｐ８として、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８とを入れ替えたものを用いればよい。
【0118】
○負荷１２０は、蓄電装置に限られず任意であり、例えば目標電圧で駆動する駆動装置でもよい。この場合、負荷制御装置１２１は、要求電流と要求電圧とを制御回路５０に送信する。制御回路５０は、出力電圧Ｖｏｕｔが要求電圧となり且つ出力電流Ｉｏｕｔが要求電流となる範囲内でソフトスイッチング条件を満たすように各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ８を制御するとよい。
【0119】
＜付記＞
上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について説明する。
（付記１）複数の１次側スイッチング素子に対して並列接続されている複数の１次側コンデンサと、複数の２次側スイッチング素子に対して並列に接続されている複数の２次側コンデンサと、を備え、制御回路は、導出部によって導出された反転期間が所定の閾値未満の場合に、当該反転期間を閾値に変更する変更部を備えるとよい。
上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について説明する。
（付記１）複数の１次側スイッチング素子に対して並列接続されている複数の１次側コンデンサと、複数の２次側スイッチング素子に対して並列に接続されている複数の２次側コンデンサと、を備え、制御回路は、導出部によって導出された反転期間が所定の閾値未満の場合に、当該反転期間を閾値に変更する変更部を備えるとよい。
【0120】
これによれば、反転期間が閾値未満の場合に当該反転期間を当該閾値に変更することで、反転期間を閾値以上に保つことができる。これにより、反転期間内に両巻線に流れる電流の極性を反転させることができるため、例えば目標電流が小さい状況下のような反転期間が閾値未満となるような状況下であってもソフトスイッチングを行うことができる。
【0121】
（付記２）複数の１次側スイッチング素子に対して並列接続されている複数の１次側コンデンサと、複数の２次側スイッチング素子に対して並列に接続されている複数の２次側コンデンサと、を備え、決定部は、反転期間が所定の下限値のときに出力期間がゼロとなる定数項を１次関数に加える定数調整部を備えるとよい。
【0122】
これによれば、反転期間が閾値未満の場合に当該反転期間を当該閾値に変更することで、反転期間を閾値以上に保つことができる。これにより、反転期間内に両巻線に流れる電流の極性を反転させることができるため、例えば目標電流が小さい状況下のような反転期間が閾値未満となるような状況下であってもソフトスイッチングを行うことができる。
【符号の説明】
【0123】
１０…電力変換装置、２０…トランス、２２…１次側巻線、２３…２次側巻線、３０…１次側フルブリッジ回路、４０…２次側フルブリッジ回路、５０…制御回路、ｆ…１次関数、ＩＬ…１次側電流、Ｉｏｕｔ…出力電流、Ｉｔ…目標電流、Ｋ…１次係数、Ｑ１～Ｑ４…１次側スイッチング素子、Ｑ５～Ｑ８…２次側スイッチング素子、Ｔ２…出力期間、Ｖ１…１次側電圧、Ｖ２…２次側電圧、Ｖｉｎ…入力電圧、Ｖｏｕｔ…出力電圧、Ｗ…伝送期間、Φ…反転期間、Φ０…閾値。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
