特許 7594988 ＤＣ／ＤＣコンバータ

(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】2024-11-27

(45)【発行日】2024-12-05

(54)【発明の名称】ＤＣ／ＤＣコンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

H02M3/155 Q

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021144544

(22)【出願日】2021-09-06

(65)【公開番号】P2023037774

(43)【公開日】2023-03-16

【審査請求日】2024-03-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】弁理士法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】若林 敏郎

(72)【発明者】

【氏名】岡本 直久

【審査官】尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１１４９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０７９５７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０１９３９６（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】

メインスイッチおよび直流リアクトルを含むＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
共振用スイッチ、共振用リアクトル、および前記メインスイッチの電流路に並列接続された共振用コンデンサを含むＡＲＣＰ回路と、
前記メインスイッチおよび前記共振用スイッチのスイッチングを制御する制御回路と、
を備えるＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記制御回路は、
前記共振用スイッチをターンオンさせ、前記共振用スイッチのオン期間に前記メインスイッチをターンオンさせる制御部と、
前記メインスイッチをターンオンさせる動作タイミングに関するタイミングテーブルが記憶された記憶部と、
を備え、
前記制御部は、
前記タイミングテーブルの前記動作タイミングに基づいて前記メインスイッチをターンオンさせるスイッチング処理と、
前記共振用リアクトルを流れる共振電流の立下り時の電流波形と前記直流リアクトルを流れるリアクトル電流の電流波形とが交差する交差タイミングと前記動作タイミングとのずれ量が減少するように、前記動作タイミングを修正して前記タイミングテーブルを更新する更新処理と、
を実行すること特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項2】

前記リアクトル電流を測定する第１電流測定手段と、
前記共振電流を測定する第２電流測定手段と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１電流測定手段および前記第２電流測定手段の測定結果に基づいて、前記交差タイミングを検出することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項3】

前記メインスイッチの前記電流路の両端電圧を測定する電圧測定手段を備え、
前記制御部は、
前記電圧測定手段の測定結果に基づいて、前記共振用スイッチの前記オン期間に前記両端電圧が最小値に達したことを検出することで、前記交差タイミングを検出することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項4】

前記交差タイミングおよび前記動作タイミングは、
前記共振用スイッチのターンオンを起点とした時間であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項5】

前記記憶部には、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の入力電圧値、出力電圧値および出力電流値の少なくとも１つからなる動作条件に関する条件テーブルであって、前記動作条件の値が異なる複数の条件テーブルが記憶されており、
前記複数の条件テーブルは、前記条件テーブルごとに前記タイミングテーブルが関連付けされており、
前記制御部は、
前記複数の条件テーブルから一の条件テーブルを選択し、前記一の条件テーブルに関連付けされた前記タイミングテーブルに用いて、前記スイッチング処理および前記更新処理を実行することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項6】

前記動作条件を測定するための測定手段を備え、
前記制御部は、
前記測定手段の測定結果に基づいて、前記ＡＲＣＰ回路の動作を停止させるか否かの判断を行い、
前記ＡＲＣＰ回路の動作を停止させると判断した場合、前記共振用スイッチを連続オフ状態にして、前記メインスイッチをＰＷＭ制御によりオン／オフさせることを特徴とする請求項５に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＡＲＣＰ（Auxiliary Resonant Commutated Pole：補助共振転流ポール）回路を備えるＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＲＣＰ回路を備えるＤＣ／ＤＣコンバータとして、例えば、特許文献１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが知られている。特許文献１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、図４に示す双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃと同じ回路構成である。

【0003】

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、ＡＲＣＰ回路２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路およびＡＲＣＰ回路２を制御する制御回路１０Ｃと、入出力端Ｔ１～Ｔ４とを備える。

【0004】

入出力端Ｔ１，Ｔ２には、双方向インバータが接続される。入出力端Ｔ３，Ｔ４には、蓄電池（例えば、電気自動車のバッテリ）が接続される。

【0005】

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、メインスイッチＳ１，Ｓ２と、直流リアクトルＬ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。メインスイッチＳ１は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間に並列接続されたダイオードＤ１とを含む。同様に、メインスイッチＳ２は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間に並列接続されたダイオードＤ２とを含む。

【0006】

ＡＲＣＰ回路２は、共振用スイッチＳ３，Ｓ４と、主巻線Ｎ１および補助巻線Ｎ２を含む回生用のトランスＴＲ１と、共振用リアクトルＬ２と、共振用コンデンサＣ３，Ｃ４と、回生用のダイオードＤ５，Ｄ６とを備える。共振用スイッチＳ３は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ３のドレイン・ソース間に並列接続されたダイオードＤ３とを含む。同様に、共振用スイッチＳ４は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ４のドレイン・ソース間に並列接続されたダイオードＤ４とを含む。

【0007】

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃは、コンデンサＣ２側からコンデンサＣ１側への電力変換動作（昇圧動作）と、コンデンサＣ１側からコンデンサＣ２側への電力変換動作（降圧動作）とを行う。

【0008】

図５に、昇圧動作においてスイッチング素子Ｑ２をターンオフさせる際の各種波形図を示す。図５（Ａ）は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のゲート電圧Ｖｇｓの波形図であり、図５（Ｂ）は、直流リアクトルＬ１を流れるリアクトル電流および共振用リアクトルＬ２を流れる共振電流の波形図であり、図５（Ｃ）は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電流Ｉｄおよびドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの波形図である。

【0009】

時刻ｔ_１１において、制御回路１０Ｃがスイッチング素子Ｑ２をターンオフさせると、スイッチング素子Ｑ２を流れていた電流は共振コンデンサＣ４に転流し、共振コンデンサＣ４が充電される。スイッチング素子Ｑ２のドレイン電流Ｉｄが比較的早く減少する一方、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは緩やかに増加するため、ドレイン電流Ｉｄの立下りとドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの立上りとの重なる領域が減少する。その結果、時刻ｔ_１１～ｔ_１２において、ゼロ電圧スイッチングが実現され、スイッチング素子Ｑ２のターンオフ時のスイッチングロスが低減される。

【0010】

図６に、昇圧動作においてスイッチング素子Ｑ２をターンオンさせる際の各種波形図を示す。図６（Ａ）は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のゲート電圧Ｖｇｓの波形図であり、図６（Ｂ）は、リアクトル電流および共振電流の波形図であり、図６（Ｃ）は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電流Ｉｄおよびドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの波形図である。

【0011】

時刻ｔ_２１において、制御回路１０Ｃがスイッチング素子Ｑ４をターンオンさせると、ダイオードＤ１を流れていた電流が共振用リアクトルＬ２に転流し、さらに共振用リアクトルＬ２が共振用コンデンサＣ４から電荷を引き抜くように作用するため、共振用リアクトルＬ２、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスおよび共振用コンデンサＣ４が共振する。これにより、共振用リアクトルＬ２に共振電流が流れ、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは減少する。

【0012】

時刻ｔ_２２において、共振電流の立下り時の電流波形とリアクトル電流の電流波形とが交差する交差タイミングで、制御回路１０Ｃがスイッチング素子Ｑ２をターンオンさせると、スイッチング素子Ｑ４がオン状態なのでスイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓはほぼ０［Ｖ］になり、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電流Ｉｄは０［Ａ］から立ち上がる。その結果、ゼロ電圧スイッチングおよびゼロ電流スイッチングが実現され、スイッチング素子Ｑ２のターンオン時のスイッチングロスが低減される。

【0013】

共振用コンデンサＣ４から引き抜かれた電荷が共振電流としてトランスＴＲ１の主巻線Ｎ１に流れると、トランスＴＲ１の補助巻線Ｎ２に電圧が誘起される。補助巻線Ｎ２に誘起された電圧は、ダイオードＤ５を介してコンデンサＣ１に回生される。共振電流が流れ終り、主巻線Ｎ１の電圧極性が反転すると、補助巻線Ｎ２に誘起された電圧も極性が反転する。この極性が反転した反転電圧は、ダイオードＤ６を介してコンデンサＣ１に回生される。

【0014】

ところで、制御回路１０Ｃは、スイッチング素子Ｑ２をターンオンさせる動作タイミングを予め記憶している。上記動作タイミングは、共振電流の立下りとリアクトル電流とが交差する交差タイミングでスイッチング素子Ｑ２がターンオンするように、共振用リアクトルＬ２のインダクタンス、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスおよび共振用コンデンサＣ４の静電容量の設計値（平均値）を使用し、入力電圧および負荷条件を可変させた実験によって算出される。

【0015】

しかしながら、共振用リアクトルＬ２のインダクタンス、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスおよび共振用コンデンサＣ４の静電容量は、設計値に対してばらつきが生じる。設計値に対してばらつきが生じると、共振電流が流れる時間（共振時間）にもばらつきが生じ、交差タイミングと動作タイミングとにずれが生じる。

【0016】

図７に、インダクタンスにばらつきが生じた場合の各種波形図を示す。図７（Ａ）は、図６（Ａ）と共通する。図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）に設計値よりもインダクタンスが小の場合およびインダクタンスが大の場合の共振電流の波形を追加したものである。図７（Ｃ）は、図６（Ｃ）に設計値よりもインダクタンスが小の場合およびインダクタンスが大の場合のスイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの波形を追加したものである。

【0017】

図７に示すように、設計値よりもインダクタンスが小の場合、スイッチング素子Ｑ２がターンオンする動作タイミング（時刻ｔ_２２）は、共振電流の立下りとリアクトル電流とが交差する交差タイミング（時刻ｔ_２２１）よりも後になる。その結果、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓがほぼ０［Ｖ］になってから、所定時間経過した後にスイッチング素子Ｑ２のドレイン電流Ｉｄが０［Ａ］から立ち上がる。

【0018】

一方、設計値よりもインダクタンスが大の場合、スイッチング素子Ｑ２がターンオンする動作タイミング（時刻ｔ_２２）は、共振電流の立下りとリアクトル電流とが交差する交差タイミング（時刻ｔ_２２２）よりも前になる。その結果、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓがほぼ０［Ｖ］になる前に、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電流Ｉｄが０［Ａ］から立ち上がる。

【0019】

このように、共振時間のばらつきによって交差タイミングと動作タイミングとにずれが生じた場合、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの立下りのタイミングにもずれが生じる。その結果、スイッチング素子Ｑ２のスイッチングは、ゼロ電圧スイッチングおよびゼロ電流スイッチングから外れてしまい、電力変換効率の低下およびスイッチングノイズの増加を招く。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃでは、昇圧動作と降圧動作とが同じ動作原理であるため、降圧動作時にも同様の問題が生じる。

【0020】

なお、共振時間のばらつきを抑制するために、共振用リアクトルＬ２のインダクタンス、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスおよび共振用コンデンサＣ３，Ｃ４の静電容量のばらつきを抑えた部品を作製したり、選別したりすることが考えられるが、その場合、コストアップ、歩留まりが低下する等の別の問題が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0021】

【文献】特開２０２１－１９３９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0022】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、共振時間のばらつきによって生じる電力変換効率の低下およびスイッチングノイズの増加を抑制可能なＤＣ／ＤＣ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】

【0023】

上記課題を解決するために、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、
メインスイッチおよび直流リアクトルを含むＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
共振用スイッチ、共振用リアクトル、および前記メインスイッチの電流路に並列接続された共振用コンデンサを含むＡＲＣＰ回路と、
前記メインスイッチおよび前記共振用スイッチのスイッチングを制御する制御回路と、
を備えるＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記制御回路は、
前記共振用スイッチをターンオンさせ、前記共振用スイッチのオン期間に前記メインスイッチをターンオンさせる制御部と、
前記メインスイッチをターンオンさせる動作タイミングに関するタイミングテーブルが記憶された記憶部と、
を備え、
前記制御部は、
前記タイミングテーブルの前記動作タイミングに基づいて前記メインスイッチをターンオンさせるスイッチング処理と、
前記共振用リアクトルを流れる共振電流の立下り時の電流波形と前記直流リアクトルを流れるリアクトル電流の電流波形とが交差する交差タイミングと前記動作タイミングとのずれ量が減少するように、前記動作タイミングを修正して前記タイミングテーブルを更新する更新処理と、
を実行すること特徴とする。

【0024】

この構成によれば、共振時間のばらつきにより交差タイミングと動作タイミングとにずれが生じた場合であっても、更新処理を実行して動作タイミングを修正することにより、交差タイミングと動作タイミングとのずれ量を減少させることができる。したがって、この構成によれば、共振時間のばらつきによって生じる電力変換効率の低下およびスイッチングノイズの増加を抑制できる。

【0025】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
前記リアクトル電流を測定する第１電流測定手段と、
前記共振電流を測定する第２電流測定手段と、
を備え、
前記制御部は、
前記第１電流測定手段および前記第２電流測定手段の測定結果に基づいて、前記交差タイミングを検出するよう構成できる。

【0026】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
前記メインスイッチの前記電流路の両端電圧を測定する電圧測定手段を備え、
前記制御部は、
前記電圧測定手段の測定結果に基づいて、前記共振用スイッチの前記オン期間に前記両端電圧が最小値に達したことを検出することで、前記交差タイミングを検出するよう構成できる。

【0027】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記交差タイミングおよび前記動作タイミングは、
前記共振用スイッチのターンオンを起点とした時間であってもよい。

【0028】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記記憶部には、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の入力電圧値、出力電圧値および出力電流値の少なくとも１つからなる動作条件に関する条件テーブルであって、前記動作条件の値が異なる複数の条件テーブルが記憶されており、
前記複数の条件テーブルは、前記条件テーブルごとに前記タイミングテーブルが関連付けされており、
前記制御部は、
前記複数の条件テーブルから一の条件テーブルを選択し、前記一の条件テーブルに関連付けされた前記タイミングテーブルに用いて、前記スイッチング処理および前記更新処理を実行するよう構成できる。

【0029】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
前記動作条件を測定するための測定手段を備え、
前記制御部は、
前記測定手段の測定結果に基づいて、前記ＡＲＣＰ回路の動作を停止させるか否かの判断を行い、
前記ＡＲＣＰ回路の動作を停止させると判断した場合、前記共振用スイッチを連続オフ状態にして、前記メインスイッチをＰＷＭ制御によりオン／オフさせるよう構成できる。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、共振時間のばらつきによって生じる電力変換効率の低下およびスイッチングノイズの増加を抑制可能なＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】第１実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。

【図2】第１実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作時の各種波形図であって、（Ａ）はスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のゲート電圧Ｖｇｓ、（Ｂ）はリアクトル電流および共振電流、（Ｃ）はスイッチング素子Ｑ２のドレイン電流Ｉｄおよびドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの波形図である。

【図3】第２実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。

【図4】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。

【図5】従来のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、昇圧動作時にスイッチング素子Ｑ２をターンオフさせる際の各種波形図である。

【図6】従来のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、昇圧動作時にスイッチング素子Ｑ２をターンオンさせる際の各種波形図である。

【図7】従来のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、共振時間のばらつきによって生じる問題を説明するための各種波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、添付図面を参照し、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの実施形態について、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを例に挙げて説明する。

【0033】

［第１実施形態］
図１に、第１実施形態に係る双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａを示す。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、ＡＲＣＰ回路２と、第１電圧測定手段３と、第２電圧測定手段４と、第１電流測定手段５と、第２電流測定手段６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路およびＡＲＣＰ回路２を制御する制御回路１０Ａと、入出力端Ｔ１～Ｔ４とを備える。

【0034】

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、入出力端Ｔ３，Ｔ４側から入出力端Ｔ１，Ｔ２側への電力変換動作（昇圧動作）と、入出力端Ｔ１，Ｔ２側から入出力端Ｔ３，Ｔ４側への電力変換動作（降圧動作）とを行う。入出力端Ｔ１，Ｔ２には、例えば、双方向インバータが接続され、入出力端Ｔ３，Ｔ４には、例えば、電気自動車のバッテリが接続される。

【0035】

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、メインスイッチＳ１，Ｓ２と、直流リアクトルＬ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを備える。

【0036】

メインスイッチＳ１，Ｓ２は、互いに直列接続され、直列接続された電流路の一端が入出力端Ｔ１に接続され、他端が入出力端Ｔ２，Ｔ４に接続される。メインスイッチＳ１とメインスイッチＳ２との接続点Ｘ１は、直流リアクトルＬ１を介して入出力端Ｔ３に接続される。コンデンサＣ１は、メインスイッチＳ１，Ｓ２よりも入出力端Ｔ１，Ｔ２側において、入出力端Ｔ１，Ｔ２間に接続される。コンデンサＣ２は、直流リアクトルＬ１よりも入出力端Ｔ３，Ｔ４側において、入出力端Ｔ３，Ｔ４間に接続される。

【0037】

メインスイッチＳ１は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間に並列接続されたダイオードＤ１とを含む。同様に、メインスイッチＳ２は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間に並列接続されたダイオードＤ２とを含む。ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードでもよいし、スイッチング素子Ｑ１とは独立した個別ダイオードでもよい。ダイオードＤ２についても同様である。

【0038】

ＡＲＣＰ回路２は、共振用スイッチＳ３，Ｓ４と、主巻線Ｎ１および補助巻線Ｎ２を含む回生用のトランスＴＲ１と、共振用リアクトルＬ２と、共振用コンデンサＣ３，Ｃ４と、回生用のダイオードＤ５，Ｄ６とを備える。

【0039】

共振用スイッチＳ３，Ｓ４は、メインスイッチＳ１，Ｓ２とコンデンサＣ１との間に設けられ、互いに直列接続され、かつメインスイッチＳ１，Ｓ２に対して並列接続される。共振用スイッチＳ３と共振用スイッチＳ４との接続点Ｘ２は、トランスＴＲ１の主巻線Ｎ１および共振用リアクトルＬ２を介して、接続点Ｘ１に接続される。共振用コンデンサＣ３は、スイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間に並列接続され、共振用コンデンサＣ４は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間に並列接続される。トランスＴＲ１の補助巻線Ｎ２の一端および他端は、それぞれダイオードＤ５，Ｄ６を介して入出力端Ｔ１に接続される。また、補助巻線Ｎ２はセンタータップを有し、当該センタータップは入出力端Ｔ２に接続される。

【0040】

共振用スイッチＳ３は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ３のドレイン・ソース間に並列接続されたダイオードＤ３とを含む。同様に、共振用スイッチＳ４は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ４のドレイン・ソース間に並列接続されたダイオードＤ４とを含む。ダイオードＤ３は、スイッチング素子Ｑ３の寄生ダイオードでもよいし、スイッチング素子Ｑ３とは独立した個別ダイオードでもよい。ダイオードＤ４についても同様である。

【0041】

第１電圧測定手段３は、コンデンサＣ１の両端電圧を測定する。第２電圧測定手段４は、コンデンサＣ２の両端電圧を測定する。第１電流測定手段５は、直流リアクトルＬ１と入出力端Ｔ３との間に設けられ、直流リアクトルＬ１を流れるリアクトル電流を測定する。第２電流測定手段６は、共振用リアクトルＬ２と接続点Ｘ１との間に設けられ、共振用リアクトルＬ２を流れる共振電流を測定する。第１電圧測定手段３、第２電圧測定手段４、第１電流測定手段５および第２電流測定手段６は、測定結果（測定した電圧値または電流値に応じたセンサ信号）を制御回路１０Ａに出力する。

【0042】

制御回路１０Ａは、制御部１１Ａおよび記憶部１２Ａを備える。制御回路１０Ａは、例えば、マイコンで構成される。

【0043】

制御部１１Ａは、メインスイッチＳ１，Ｓ２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および共振用スイッチＳ３，Ｓ４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を制御する。例えば、昇圧動作時の制御部１１Ａは、共振電流が流れていない期間（例えば、図２のＰＷＭ制御可能期間：時刻ｔ_３～ｔ_６）に、スイッチング素子Ｑ２のＰＷＭ制御を行い、共振電流が流れている期間（例えば、図２のＰＷＭ制御不可期間：時刻ｔ_１～ｔ_３）に、スイッチング素子Ｑ２を記憶部１２Ａに記憶された動作タイミングでターンオンさせる。同様に、降圧動作時の制御部１１Ａは、ＰＷＭ制御可能期間にスイッチング素子Ｑ１のＰＷＭ制御を行い、ＰＷＭ制御不可期間にスイッチング素子Ｑ１を記憶部１２Ａに記憶された動作タイミングでターンオンさせる。

【0044】

記憶部１２Ａには、昇圧動作時の動作条件に関する複数の第１条件テーブルと、複数の第１条件テーブルのそれぞれに１対１で関連付けされた複数の第１タイミングテーブルと、降圧動作時の動作条件に関する複数の第２条件テーブルと、複数の第２条件テーブルのそれぞれに１対１で関連付けされた複数の第２タイミングテーブルと、ＡＲＣＰ回路２の動作停止となる動作条件に関する複数の第３条件テーブルとが記憶されている。

【0045】

第１条件テーブルの動作条件は、昇圧動作時におけるＤＣ／ＤＣコンバータ回路の入力電圧値（コンデンサＣ２の電圧値）と、出力電圧値（コンデンサＣ１の電圧値）と、出力電流値（直流リアクトルＬ１を流れるリアクトル電流の電流値）とを含む。複数の第１条件テーブルは、それぞれ動作条件の値が異なる。

【0046】

第１タイミングテーブルは、メインスイッチＳ２のスイッチング素子Ｑ２をターンオンさせる動作タイミングに関するものである。動作タイミングは、共振用スイッチＳ４のスイッチング素子Ｑ４のターンオンを起点とした時間、すなわち制御回路１０Ａがスイッチング素子Ｑ４のゲート信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）をハイレベルに切り替えてからスイッチング素子Ｑ２のゲート信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）をハイレベルに切り替えるまでの時間である。

【0047】

第１タイミングテーブルの動作タイミングは、共振電流の立下りとリアクトル電流とが交差する交差タイミングでスイッチング素子Ｑ２がターンオンするように、例えば、共振用リアクトルＬ２のインダクタンス、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスおよび共振用コンデンサＣ４の静電容量の設計値（平均値）を使用し、第１条件テーブルの各動作条件下で実験を行うことによって算出される。

【0048】

第２条件テーブルの動作条件は、降圧動作時におけるＤＣ／ＤＣコンバータ回路の入力電圧値（コンデンサＣ１の電圧値）と、出力電圧値（コンデンサＣ２の電圧値）と、出力電流値（直流リアクトルＬ１を流れるリアクトル電流の電流値）とを含む。複数の第２条件テーブルは、それぞれ動作条件の値が異なる。

【0049】

第２タイミングテーブルは、メインスイッチＳ１のスイッチング素子Ｑ１をターンオンさせる動作タイミングに関するものである。動作タイミングは、共振用スイッチＳ３のスイッチング素子Ｑ３のターンオンを起点とした時間、すなわち制御回路１０Ａがスイッチング素子Ｑ３のゲート信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）をハイレベルに切り替えてからスイッチング素子Ｑ１のゲート信号（ゲート電圧Ｖｇｓ）をハイレベルに切り替えるまでの時間である。

【0050】

第２タイミングテーブルの動作タイミングは、共振電流の立下りとリアクトル電流とが交差する交差タイミングでスイッチング素子Ｑ１がターンオンするように、例えば、共振用リアクトルＬ２のインダクタンス、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスおよび共振用コンデンサＣ３の静電容量の設計値（平均値）を使用し、第２条件テーブルの各動作条件下で実験を行うことによって算出される。

【0051】

第３条件テーブルの動作条件は、昇圧動作時にＡＲＣＰ回路２の動作を停止させる場合のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の入力電圧値、出力電圧値および出力電流値からなる動作条件と、降圧動作時にＡＲＣＰ回路２の動作を停止させる場合のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の入力電圧値、出力電圧値および出力電流値からなる動作条件とを含む。

【0052】

例えば、昇圧動作時の制御部１１Ａは、ＰＷＭ制御可能期間内でスイッチング素子Ｑ２のデューティを可変させてＰＷＭ制御を行うが、軽負荷になるにつれてスイッチング素子Ｑ２のオフ期間を増加させる必要がある。軽負荷がさらに進行すると、共振電流が流れているＰＷＭ制御不可期間にもＰＷＭ制御を行う（スイッチング素子Ｑ２をオフさせる）必要が生じる。その場合、制御部１１Ａは、ＡＲＣＰ回路２の動作を停止させて共振電流が流れないようにし、ＰＷＭ制御不可期間をＰＷＭ制御可能期間とする。

【0053】

次に、昇圧動作時の制御部１１Ａの制御について説明する。

【0054】

制御部１１Ａは、まず停止判定処理を行う。停止判定処理時の制御部１１Ａは、取得した動作条件と、記憶部１２Ａに記憶されている第３条件テーブルの動作条件とを比較して、ＡＲＣＰ回路２の動作を停止させるか否かの停止判定を行う。動作条件には、第２電圧測定手段４により取得した入力電圧値（コンデンサＣ２の電圧値）、第１電圧測定手段３により取得した出力電圧値（コンデンサＣ１の電圧値）、第１電流測定手段５により取得した出力電流値（リアクトル電流の電流値）が含まれる。

【0055】

停止判定においてＡＲＣＰ回路２の動作を停止させると判定した場合、制御部１１Ａは、ＡＲＣＰ回路２の動作を停止させて（共振用スイッチＳ４のスイッチング素子Ｑ４を連続オフ状態にして）共振電流が流れないようにし、ＰＷＭ制御不可期間（図２の時刻ｔ_１～ｔ_３の期間）をＰＷＭ制御可能期間とする。制御部１１Ａは、所定時間経過後に再び停止判定を行う。

【0056】

停止判定においてＡＲＣＰ回路２の動作を停止させないと判定した場合、制御部１１Ａは、記憶部１２Ａに記憶された複数の第１条件テーブルの中から、取得した動作条件に最も近い第１条件テーブルを選択する。

【0057】

第１条件テーブルを選択した制御部１１Ａは、スイッチング処理を行う。スイッチング処理時の制御部１１Ａは、所定のタイミングで共振用スイッチＳ４のスイッチング素子Ｑ４をターンオンさせ（時刻ｔ_１）、選択した第１条件テーブルに関連付けされた第１タイミングテーブルの動作タイミングでメインスイッチＳ２のスイッチング素子Ｑ２をターンオンさせる（時刻ｔ_２）。制御部１１Ａは、スイッチング素子Ｑ２をターンオンさせた時（時刻ｔ_２）の動作条件（入力電圧値、出力電圧値、出力電流値）および共振電流の電流値を記憶する。

【0058】

制御部１１Ａは、時刻ｔ_３において共振電流がゼロになった後に共振用スイッチＳ４のスイッチング素子Ｑ４をターンオフさせ（時刻ｔ_４）、ＰＷＭ制御のデューティに応じてメインスイッチＳ２のスイッチング素子Ｑ２をターンオフさせる（時刻ｔ_５）。

【0059】

制御部１１Ａは、スイッチング処理と並行して、更新処理を行う。更新処理時の制御部１１Ａは、共振用リアクトルＬ２を流れる共振電流の立下り時の電流波形と直流リアクトルＬ１を流れるリアクトル電流の電流波形とが交差する交差タイミングと、記憶部１２Ａに記憶された動作タイミング（時刻ｔ_２）とのずれ量が減少するように、記憶された動作タイミングを修正して第１タイミングテーブルを更新する。

【0060】

具体的には、制御部１１Ａは、スイッチング素子Ｑ２のターンオン時（時刻ｔ_２）に記憶した動作条件（入力電圧値、出力電圧値、出力電流値）および共振電流の電流値に基づいて、出力電流値（リアクトル電流の電流値）と共振電流の電流値との比較を行う。比較の結果、両者が一致する場合、制御部１１Ａは、第１タイミングテーブルを更新することなく、更新処理を終了する。

【0061】

両者が不一致の場合、制御部１１Ａは、記憶部１２Ａに記憶された複数の第１条件テーブルの中から、時刻ｔ_２における動作条件に最も近い第１条件テーブルを選択するとともに、制御部１１Ａは、選択した第１条件テーブルの動作タイミングを修正し、更新処理を終了する。

【0062】

動作タイミングの修正について、制御部１１Ａが、スイッチング素子Ｑ４のゲート信号をハイレベルに切り替えてから、第１電流測定手段５により取得したリアクトル電流の電流値と第２電流測定手段６により取得した共振電流の電流値とが一致するまでの時間を測定している場合、制御部１１Ａは、第１条件テーブルの動作タイミングを取得した時間（タイミング）に修正してもよい。

【0063】

あるいは、制御部１１Ａは、時刻ｔ_２におけるリアクトル電流の電流値と共振電流の電流値との差分を算出し、当該差分がゼロに近づくような動作タイミングを所定の演算により算出して、第１条件テーブルの動作タイミングを算出した動作タイミングに修正してもよい。

【0064】

更新処理を終了した制御部１１Ａは、所定時間経過後に再び停止判定を行う。このように、昇圧動作時の制御部１１Ａは、停止判定処理、スイッチング処理および更新処理を含む一連の制御を繰り返し行う。なお、降圧動作時の制御部１１Ａも、同様の制御を行う。

【0065】

第１実施形態に係る双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、第１電流測定手段５により取得したリアクトル電流の電流値と第２電流測定手段６により取得した共振電流の電流値とが一致したタイミングでメインスイッチＳ２のスイッチング素子Ｑ２（降圧動作時はメインスイッチＳ１のスイッチング素子Ｑ１）をターンオンさせるリアルタイム制御方式を採用することなく、記憶部１２Ａに記憶された動作タイミングでスイッチング素子Ｑ２（降圧動作時はスイッチング素子Ｑ１）をターンオンさせる方式を採用している。このため、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、リアルタイム制御方式による制御の遅延を回避できる。

【0066】

また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａでは、共振時間のばらつきにより交差タイミングと記憶部１２Ａに記憶された動作タイミングとにずれが生じた場合であっても、制御部１１Ａが更新処理を実行して動作タイミングを修正することにより、交差タイミングと動作タイミングとのずれ量を減少させることができる。したがって、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａによれば、共振時間のばらつきによって生じる電力変換効率の低下およびスイッチングノイズの増加を抑制できる。

【0067】

［第２実施形態］
図３に、第２実施形態に係る双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂを示す。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂは、第２電流測定手段６の代わりに第３電圧測定手段７および第４電圧測定手段８を備える点、制御回路１０Ａの代わりに制御回路１０Ｂを備える点において第１実施形態と相違し、その他の点において第１実施形態と共通する。

【0068】

第３電圧測定手段７は、共振用コンデンサＣ３の両端電圧、換言すればスイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間電圧を測定する。第４電圧測定手段８は、共振用コンデンサＣ４の両端電圧、換言すればスイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間電圧を測定する。第３電圧測定手段７および第４電圧測定手段８は、測定結果（測定した電圧値に応じたセンサ信号）を制御回路１０Ｂに出力する。

【0069】

制御回路１０Ｂは、制御部１１Ｂおよび記憶部１２Ｂを備える。制御回路１０Ｂは、例えば、マイコンで構成される。記憶部１２Ｂは、第１実施形態の記憶部１２Ａと同じ構成である。

【0070】

制御部１１Ｂは、第２電流測定手段６の測定結果の代わりに第３電圧測定手段７および第４電圧測定手段８の測定結果を用いる点を除いて、第１実施形態の制御部１１Ａと同じ構成である。

【0071】

制御部１１Ｂは、共振用リアクトルＬ２を流れる共振電流の立下り時の電流波形と直流リアクトルＬ１を流れるリアクトル電流の電流波形とが交差する交差タイミングを、昇圧動作時は第４電圧測定手段８で測定した電圧値が最小値（例えば、０［Ｖ］または０［Ｖ］近傍の値）に達したことを検出することで特定し、降圧動作時は第３電圧測定手段７で測定した電圧値が最小値（例えば、０［Ｖ］または０［Ｖ］近傍の値）に達したことを検出することで特定する。

【0072】

制御部１１Ｂは、更新処理において、スイッチング素子Ｑ２（降圧動作時はスイッチング素子Ｑ１）をターンオンさせた時に第４電圧測定手段８（降圧動作時は第３電圧測定手段７）で測定した電圧値と上記最小値との比較を行う。比較の結果、上記電圧値が上記最小値である場合、制御部１１Ｂは、記憶部１２Ｂに記憶された動作タイミングを修正することなく、更新処理を終了する。

【0073】

上記電圧値が上記最小値とは異なる場合、制御部１１Ｂは、記憶部１２Ｂに記憶された複数の第１条件テーブル（降圧動作時は第２条件テーブル）の中から、スイッチング素子Ｑ２（降圧動作時はスイッチング素子Ｑ１）をターンオンさせた時において記憶した動作条件に最も近い条件テーブルを選択するとともに、制御部１１Ｂは、選択した条件テーブルの動作タイミングを修正し、更新処理を終了する。

【0074】

動作タイミングの修正について、制御部１１Ｂが、スイッチング素子Ｑ４（降圧動作時はスイッチング素子Ｑ３）のゲート信号をハイレベルに切り替えてから、上記電圧値が上記最小値に達するまでの時間を測定している場合、制御部１１Ｂは、記憶部１２Ｂに記憶された動作タイミングを取得した時間（タイミング）に修正してもよい。

【0075】

あるいは、制御部１１Ｂは、スイッチング素子Ｑ２（降圧動作時はスイッチング素子Ｑ１）をターンオンさせた時における上記電圧値と上記最小値との差分を算出し、当該差分がゼロに近づくような動作タイミングを算出して、記憶部１２Ｂに記憶された動作タイミングを算出した動作タイミングに修正してもよい。

【0076】

第２実施形態に係る双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂによれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0077】

［変形例］
以上、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【0078】

本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、メインスイッチおよび直流リアクトルを含むＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、共振用スイッチ、共振用リアクトル、およびメインスイッチの電流路に並列接続された共振用コンデンサを含むＡＲＣＰ回路と、メインスイッチおよび共振用スイッチのスイッチングを制御する制御回路と、を備えていれば適宜構成を変更できる。

【0079】

本発明の制御回路は、共振用スイッチをターンオンさせ、共振用スイッチのオン期間にメインスイッチをターンオンさせる制御部と、メインスイッチをターンオンさせる動作タイミングに関するタイミングテーブルが記憶された記憶部とを備え、制御部は、タイミングテーブルの動作タイミングに基づいてメインスイッチをターンオンさせるスイッチング処理と、共振用リアクトルを流れる共振電流の立下り時の電流波形と直流リアクトルを流れるリアクトル電流の電流波形とが交差する交差タイミングと動作タイミングとのずれ量が減少するように、動作タイミングを修正してタイミングテーブルを更新する更新処理と、を実行するのであれば適宜構成を変更できる。

【0080】

上記実施形態では双方向の電力変換動作（昇圧動作および降圧動作）を行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｂについて説明したが、本発明は、片方向の電力変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータにも適用可能である。

【0081】

第１～第３条件テーブルの動作条件は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の入力電圧値、出力電圧値および出力電流値の少なくとも１つを含めばよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力電力値は出力電流値の情報を含むので、出力電流値の代わりに出力電力値を用いてもよい。

【0082】

メインスイッチおよび／または共振用スイッチのスイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）を用いることができる。

【符号の説明】

【0083】

１Ａ，１Ｂ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
２ ＡＲＣＰ回路
３ 第１電圧測定手段
４ 第２電圧測定手段
５ 第１電流測定手段
６ 第２電流測定手段
７ 第３電圧測定手段
８ 第４電圧測定手段
１０Ａ，１０Ｂ 制御回路
１１Ａ，１１Ｂ 制御部
１２Ａ，１２Ｂ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】