特許 7605367 電力変換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20241217BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2024118709

(22)【出願日】2024-07-24

【審査請求日】2024-08-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】明比 大典

(72)【発明者】

【氏名】長野 剛

【審査官】尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２４－０５４５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００７９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１８２７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３６５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７６２１８（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】

絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの一次側に接続され、直列に接続される上下アームを各々含む第１レグおよび第２レグを並列に有する第１ブリッジ回路と、
前記絶縁トランスの二次側に接続され、直列に接続される上下アームを各々含む第３レグおよび第４レグを並列に有する第２ブリッジ回路と、
前記絶縁トランスの一次側および二次側の各交流電圧の双方がゼロ電圧となる期間を制御する不連続電流モードの位相制御を実行する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記不連続電流モードにおいて、前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路のうち一方のブリッジ回路から他方のブリッジ回路へ電力を伝送する場合、前記第１レグから前記第４レグまでのうち、前記他方のブリッジ回路のいずれか一つのレグの上下アームをオフ状態とし、かつ、残りの各レグの上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで前記残りの各レグの上下アームを交互にスイッチングさせる、電力変換システム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記第１ブリッジ回路に与えられる一次側直流電圧と前記第２ブリッジ回路に与えられる二次側直流電圧のいずれが高いかによって、前記他方のブリッジ回路の上下アームをオフ状態とするレグを変更する、請求項１に記載の電力変換システム。

【請求項3】

前記制御装置は、前記不連続電流モードの位相制御を実行するか、前記絶縁トランスの一次側および二次側の各交流電圧が逆極性となる期間を制御する連続電流モードの位相制御を実行するかを判定し、前記不連続電流モードの位相制御を実行すると判定した場合、前記他方のブリッジ回路のいずれか一つのレグの上下アームをオフ状態とする、請求項１または２に記載の電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、絶縁トランスと、前記絶縁トランスの一次側に接続される第１ブリッジ回路と、前記絶縁トランスの二次側に接続される第２ブリッジ回路と、前記絶縁トランスの一次側および二次側の各交流電圧の双方がゼロ電圧となる期間を制御する不連続電流モードの位相制御を実行する制御装置と、を備える、電力変換システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２４－０８２４９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

不連続電流モードは、絶縁トランスの一次側および二次側の各交流電圧の双方がゼロ電圧となる期間を含むため、それらの交流電圧の位相関係により定まる電力伝送方向に対して逆方向に伝送される逆電力は、理想的には発生しない。しかしながら、各ブリッジ回路内の上下アームをスイッチングさせる場合、上下アームに流れる貫通電流の発生防止等を目的として、実際には、上下アームをいずれもオフ状態とするデッドタイムが設けられる。このデッドタイムにより、絶縁トランスに流れる交流の電流が理想的な方向に対して逆方向に流れることで、電力変換システムの電力変換効率が低下する場合がある。

【0005】

本開示は、電力変換効率の向上を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、
絶縁トランスと、
前記絶縁トランスの一次側に接続され、直列に接続される上下アームを各々含む第１レグおよび第２レグを並列に有する第１ブリッジ回路と、
前記絶縁トランスの二次側に接続され、直列に接続される上下アームを各々含む第３レグおよび第４レグを並列に有する第２ブリッジ回路と、
前記絶縁トランスの一次側および二次側の各交流電圧の双方がゼロ電圧となる期間を制御する不連続電流モードの位相制御を実行する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記不連続電流モードにおいて、前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路のうち一方のブリッジ回路から他方のブリッジ回路へ電力を伝送する場合、前記第１レグから前記第４レグまでのうち、前記他方のブリッジ回路のいずれか一つのレグの上下アームをオフ状態とし、かつ、残りの各レグの上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで前記残りの各レグの上下アームを交互にスイッチングさせる、電力変換システムを提供する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、電力変換効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る電力変換システムの一構成例を示す回路図である。

【図2】第１実施形態に係る電力変換システムにおいて実行される不連続電流モードの位相制御の動作例を示す波形図である。

【図3】不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの動作波形図である。

【図4】不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。

【図5】不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。

【図6】不連続電流モードの位相制御の第１スイッチングパターンでの動作波形図である。

【図7】不連続電流モードの位相制御の第１スイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。

【図8】不連続電流モードの位相制御の第１スイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。

【図9】不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。

【図10】不連続電流モードの位相制御の第２スイッチングパターンでの動作波形図である。

【図11】不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。

【図12】不連続電流モードの位相制御の第３スイッチングパターンでの動作波形図である。

【図13】不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。

【図14】不連続電流モードの位相制御の第４スイッチングパターンでの動作波形図である。

【図15】第２実施形態に係る電力変換システムの全体的な動作例を示す波形図である。

【図16】第２実施形態に係る電力変換システムにおける電力の伝送特性を例示する図である。

【図17】逆電流を防止するためにオフするレグを特定する方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。

【0010】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る電力変換システムの一構成例を示す図である。図１に示す電力変換システム１００は、絶縁トランス１０２の両側にブリッジ回路が設けられる双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０）を備える。電力変換システム１００は、第１ブリッジ回路１１１と第２ブリッジ回路１１２との間で双方向に電力を供給する。

【0011】

電力変換システム１００は、絶縁トランス１０２と、第１ブリッジ回路１１１と、第２ブリッジ回路１１２と、制御装置１０６と、を備える。

【0012】

絶縁トランス１０２は、一次巻線３１と二次巻線３２とを有し、一次巻線３１と二次巻線３２とが磁気的に結合する変圧器である。一次巻線３１および二次巻線３２の巻線比は、適宜、設定される。

【0013】

本明細書では、特に断りのない限り、一次巻線３１と二次巻線３２との巻線比は、１：１と考えてよい。しかしながら、一次巻線３１と二次巻線３２との巻数比が１：１以外の場合、二次側もしくは一次側の電圧値は、一次側もしくは二次側の電圧値に換算されればよく、二次側もしくは一次側の電流値は、一次側もしくは二次側の電流値に換算されればよい。例えば、以下の説明では、二次側直流電圧Ｅ_２および二次側交流電圧ｖ_２は、一次側に換算した電圧値を意味する。すなわち、絶縁トランス１０２の一次巻線３１の巻回数をｎ_１、二次巻線３２の巻回数をｎ_２とした場合において、実際の二次側直流電圧に対して係数ｎ_１／ｎ_２を乗算した電圧値（一次側に換算した電圧値）が二次側直流電圧Ｅ_２である。二次側交流電圧ｖ_２についても同様である。また、以下の説明において、低圧側および高圧側は、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の一次側および二次側のうち低圧が発生している側および高圧が発生している側を意味する。例えば、一次側直流電圧Ｅ_１と一次側の値に換算された二次側直流電圧Ｅ_２との間に、Ｅ_１＜Ｅ_２の関係があれば、一次側が低圧側で二次側が高圧側であり、Ｅ_１＞Ｅ_２の関係があれば、一次側が高圧側で二次側が低圧側である。

【0014】

第１ブリッジ回路１１１は、絶縁トランス１０２の一次側に接続される一次側ブリッジ回路であり、絶縁トランス１０２の一次巻線３１との間で電力を授受する。第１ブリッジ回路１１１は、不図示の外部装置に電気的に接続される一次側直流端子として、正極端子４１ｐと負極端子４１ｎを有する。第１ブリッジ回路１１１は、一次側直流端子に接続される外部装置との間で電力を授受する。

【0015】

第１ブリッジ回路１１１は、一次側の直流母線対として、正極母線４３ｐ及び負極母線４３ｎを有する。正極母線４３ｐは、正極端子４１ｐに接続される。負極母線４３ｎは、負極端子４１ｎに接続される。第１ブリッジ回路１１１は、絶縁トランス１０２の一次巻線３１に一次側の直流母線対４３ｐ，４３ｎによって印加される電圧ｖ_１の極性を切り替える。

【0016】

第１ブリッジ回路１１１は、複数のレグ１１，１２を並列に有するフルブリッジ回路である。

【0017】

第１ブリッジ回路１１１は、例えば、ハイサイドのアーム１０１ａとローサイドのアーム１０１ｂとが直列に接続されたレグ１１と、ハイサイドのアーム１０１ｃとローサイドのアーム１０１ｄとが直列に接続されたレグ１２とを有する。アーム１０１ａは、第１アームの一例であり、アーム１０１ｂは、第２アームの一例であり、アーム１０１ｃは、第３アームの一例であり、アーム１０１ｄは、第４アームの一例である。レグ１１は、第１レグの一例であり、レグ１２は、第２レグの一例である。ハイサイドのアームとローサイドのアームを、まとめて、上下アームと称する場合がある。

【0018】

第１ブリッジ回路１１１は、アーム１０１ａとアーム１０１ｂとの中間接続点ａ１と、アーム１０１ｃとアーム１０１ｄとの中間接続点ｂ１とを接続するブリッジ部分２１に、絶縁トランス１０２の一次巻線３１が設けられたフルブリッジ回路である。第１ブリッジ回路１１１は、絶縁トランス１０２の一次巻線３１に直列に接続されるリアクトル１０４ａをブリッジ部分２１に有してもよい。中間接続点ａ１は、第１接続点の一例である。中間接続点ｂ１は、第２接続点の一例である。ブリッジ部分２１は、第１ブリッジ部分の一例である。

【0019】

第１ブリッジ回路１１１は、コンデンサ１０３ａと、アーム１０１ａ～１０１ｄと、を有する。

【0020】

コンデンサ１０３ａは、一次側の直流母線対４３ｐ，４３ｎの間に接続され、直流母線対４３ｐ，４３ｎの間の電圧（コンデンサ１０３ａの電圧）を平滑化する。

【0021】

アーム１０１ａ～１０１ｄは、一次側のスイッチング素子である。その具体例として、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチング素子が挙げられる。

【0022】

レグ１１は、アーム１０１ａとアーム１０１ｂとが直流母線対４３ｐ，４３ｎの間に直列に接続された構成を含み、レグ１２は、アーム１０１ｃとアーム１０１ｄとが直流母線対４３ｐ，４３ｎの間に直列に接続された構成を含む。アーム１０１ａ～１０１ｄは、それぞれ、第１主端子と、第２主端子と、制御端子とを有する。例えば、第１主端子は、ドレイン又はコレクタに対応し、第２主端子は、ソース又はエミッタに対応し、制御端子は、ゲートに対応する。アーム１０１ａ～１０１ｄは、主端子間に逆接続されたダイオードを含んでよい。アーム１０１ａ～１０１ｄがＭＯＳＦＥＴの場合、このダイオードは寄生ダイオードであってもよい。図１は、還流ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を例示する。

【0023】

第１ブリッジ回路１１１は、アーム１０１ａ及びアーム１０１ｄがオン、アーム１０１ｂ及びアーム１０１ｃがオフとなると、中間接続点ａ１を正極母線４３ｐに電気的に接続し、中間接続点ｂ１を負極母線４３ｎに電気的に接続する。これにより、第１ブリッジ回路１１１は、中間接続点ａ１と中間接続点ｂ１の間の電圧ｖ_１を正電圧"Ｅ_１"とする。Ｅ_１は、直流母線対４３ｐ，４３ｎの間の電圧値である。第１ブリッジ回路１１１は、アーム１０１ａ及びアーム１０１ｄがオフ、アーム１０１ｂ及びアーム１０１ｃがオンとなると、中間接続点ａ１を負極母線４３ｎに電気的に接続し、中間接続点ｂ１を正極母線４３ｐに電気的に接続する。これにより、第１ブリッジ回路１１１は、電圧ｖ_１を負電圧"－Ｅ_１"とする。第１ブリッジ回路１１１は、このように動作することで、絶縁トランス１０２の一次巻線３１に一次側の直流母線対４３ｐ，４３ｎによって印加される電圧ｖ_１の極性を切り替える。

【0024】

第１ブリッジ回路１１１は、アーム１０１ａ及びアーム１０１ｃがオン、アーム１０１ｂ及びアーム１０１ｄがオフとなると、中間接続点ａ１及び中間接続点ｂ１の両方を正極母線４３ｐに電気的に接続して、電圧ｖ_１を実質的にゼロとする。第１ブリッジ回路１１１は、アーム１０１ａ及びアーム１０１ｃがオフ、アーム１０１ｂ及びアーム１０１ｄがオンとなると、中間接続点ａ１及び中間接続点ｂ１の両方を負極母線４３ｎに電気的に接続して、電圧ｖ_１を実質的にゼロとする。

【0025】

第２ブリッジ回路１１２は、絶縁トランス１０２の二次側に接続される二次側ブリッジ回路であり、絶縁トランス１０２の二次巻線３２との間で電力を授受する。第２ブリッジ回路１１２は、不図示の外部装置に電気的に接続される二次側直流端子として、正極端子４２ｐと負極端子４２ｎを有する。第２ブリッジ回路１１２は、二次側直流端子に接続される外部装置との間で電力を授受する。

【0026】

第２ブリッジ回路１１２は、二次側の直流母線対として、正極母線４４ｐ及び負極母線４４ｎを有する。正極母線４４ｐは、正極端子４２ｐに接続される。負極母線４３ｎは、負極端子４２ｎに接続される。第２ブリッジ回路１１２は、絶縁トランス１０２の二次巻線３２に二次側の直流母線対４４ｐ，４４ｎによって印加される電圧ｖ_２の極性を切り替える。

【0027】

第２ブリッジ回路１１２は、複数のレグ１３，１４を並列に有するフルブリッジ回路である。

【0028】

第２ブリッジ回路１１２は、例えば、ハイサイドのアーム１０１ｅとローサイドのアーム１０１ｆとが直列に接続されたレグ１３と、ハイサイドのアーム１０１ｇとローサイドのアーム１０１ｈとが直列に接続されたレグ１４とを有する。アーム１０１ｅは、第５アームの一例であり、アーム１０１ｆは、第６アームの一例であり、アーム１０１ｇは、第７アームの一例であり、アーム１０１ｈは、第８アームの一例である。レグ１３は、第３レグの一例であり、レグ１４は、第４レグの一例である。ハイサイドのアームとローサイドのアームを、まとめて、上下アームと称する場合がある。

【0029】

第２ブリッジ回路１１２は、アーム１０１ｅとアーム１０１ｆとの中間接続点ａ２と、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈとの中間接続点ｂ２とを接続するブリッジ部分２３に、絶縁トランス１０２の二次巻線３２が設けられたフルブリッジ回路である。第２ブリッジ回路１１２は、絶縁トランス１０２の二次巻線３２に直列に接続されるリアクトル１０４ｂをブリッジ部分２３に有してもよい。中間接続点ａ２は、第３接続点の一例である。中間接続点ｂ２は、第４接続点の一例である。ブリッジ部分２３は、第２ブリッジ部分の一例である。

【0030】

第２ブリッジ回路１１２は、コンデンサ１０３ｂと、アーム１０１ｅ～１０１ｈと、を有する。

【0031】

コンデンサ１０３ｂは、二次側の直流母線対４４ｐ，４４ｎの間に接続され、直流母線対４４ｐ，４４ｎの間の電圧（コンデンサ１０３ｂの電圧）を平滑化する。

【0032】

アーム１０１ｅ～１０１ｈは、二次側のスイッチング素子である。その具体例として、アーム１０１ａ～１０１ｄと同様、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子が挙げられる。

【0033】

レグ１３は、アーム１０１ｅとアーム１０１ｆとが直流母線対４４ｐ，４４ｎの間に直列に接続された構成を含み、レグ１４は、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈとが直流母線対４４ｐ，４４ｎの間に直列に接続された構成を含む。アーム１０１ｅ～１０１ｈは、アーム１０１ａ～１０１ｄと同様、それぞれ、第１主端子と、第２主端子と、制御端子と、ダイオードと、を有する。図１は、還流ダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８を例示する。

【0034】

第２ブリッジ回路１１２は、アーム１０１ｅ及びアーム１０１ｈがオン、アーム１０１ｆ及びアーム１０１ｇがオフとなると、中間接続点ａ２を正極母線４４ｐに電気的に接続し、中間接続点ｂ２を負極母線４４ｎに電気的に接続する。これにより、第２ブリッジ回路１１２は、中間接続点ａ２と中間接続点ｂ２の間の電圧ｖ_２を正電圧"Ｅ_２"とする。Ｅ_２は、直流母線対４４ｐ，４４ｎの間の電圧値である。第２ブリッジ回路１１２は、アーム１０１ｅ及びアーム１０１ｈがオフ、アーム１０１ｆ及びアーム１０１ｇがオンとなると、中間接続点ａ２を負極母線４４ｎに電気的に接続し、中間接続点ｂ２を正極母線４４ｐに電気的に接続する。これにより、第２ブリッジ回路１１２は、電圧ｖ_２を負電圧"－Ｅ_２"とする。第２ブリッジ回路１１２は、このように動作することで、絶縁トランス１０２の二次巻線３２に二次側の直流母線対４４ｐ，４４ｎによって印加される電圧ｖ_２の極性を切り替える。

【0035】

第２ブリッジ回路１１２は、アーム１０１ｅ及びアーム１０１ｇがオン、アーム１０１ｆ及びアーム１０１ｈがオフとなると、中間接続点ａ２及び中間接続点ｂ２の両方を正極母線４４ｐに電気的に接続して、電圧ｖ_２を実質的にゼロとする。第２ブリッジ回路１１２は、アーム１０１ｅ及びアーム１０１ｇがオフ、アーム１０１ｆ及びアーム１０１ｈがオンとなると、中間接続点ａ２及び中間接続点ｂ２の両方を負極母線４３ｎに電気的に接続して、電圧ｖ_２を実質的にゼロとする。

【0036】

制御装置１０６は、第１ブリッジ回路１１１と第２ブリッジ回路１１２を制御する。制御装置１０６は、第１ブリッジ回路１１１のアーム１０１ａ～１０１ｄを各々駆動するための駆動パルスＧａ～Ｇｄと、第２ブリッジ回路１１２のアーム１０１ｅ～１０１ｈを各々駆動するための駆動パルスＧｅ～Ｇｈを生成する。駆動パルスＧａ～Ｇｈは、アーム１０１ａ～１０１ｈのうち対応するアームのオン又はオフを制御するための駆動信号である。

【0037】

電力変換システム１００は、駆動回路１０５ａ及び駆動回路１０５ｂを備える。駆動回路１０５ａは、駆動パルスＧａ～Ｇｄに従って、第１ブリッジ回路１１１のアーム１０１ａ～１０１ｄのオン又はオフのスイッチングを制御する一次側駆動回路である。駆動回路１０５ｂは、駆動パルスＧｅ～Ｇｈに従って、第２ブリッジ回路１１２のアーム１０１ｅ～１０１ｈのオン又はオフのスイッチングを制御する二次側駆動回路である。

【0038】

電力変換システム１００は、直流電圧検出部１０７ａ及び直流電圧検出部１０７ｂを備える。直流電圧検出部１０７ａは、第１ブリッジ回路１１１の直流母線対４３ｐ，４３ｎに与えられる一次側直流電圧Ｅ_１を検出する回路である。直流電圧検出部１０７ｂは、第２ブリッジ回路１１２の直流母線対４４ｐ，４４ｎに与えられる二次側直流電圧Ｅ_２を検出する回路である。

【0039】

制御装置１０６は、直流電圧検出部１０７ａにより検出される一次側直流電圧Ｅ_１および直流電圧検出部１０７ｂにより検出される二次側直流電圧Ｅ_２に基づき、アーム１０１ａ～１０１ｈを駆動するための駆動パルスＧａ～Ｇｈのエッジの位相を制御する。制御装置１０６は、駆動パルスＧａ～Ｇｈのエッジの位相を制御することにより、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の電力伝送（第１ブリッジ回路１１１と第２ブリッジ回路１１２との間の電力伝送）の制御を行う。

【0040】

制御装置１０６は、駆動パルスのエッジの位相を制御することにより、絶縁トランス１０２の一次側および二次側の各交流電圧の双方がゼロ電圧となる期間を制御する不連続電流モードの位相制御を実行する。制御装置１０６は、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２の両方がゼロ電圧となる期間を発生させることで、一次側交流電圧ｖ_１と二次側交流電圧ｖ_２との位相関係により定まる電力伝送方向に対して逆方向に伝送される電力（逆電力）の発生を回避する。

【0041】

図２は、本実施形態に係る電力変換システムにおいて実行される不連続電流モードの位相制御の動作例を示す波形図である。

【0042】

電力変換システム１００において、第１ブリッジ回路１１１および第２ブリッジ回路１１２は、同じ周期（波長）の一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２を出力する。以下の説明では、位相角あるいは位相差という用語が用いられるが、位相角あるいは位相差とは、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２の１周期（１波長）を２πとして表現した各種の期間の相対的な長さを意味する。

【0043】

図２の動作例では、低圧側の一次側交流電圧ｖ_１がゼロ電圧から第１極性（この例では正極性）の電圧に変化してから、位相角θ－γの期間の経過後に、高圧側の二次側交流電圧ｖ_２がゼロ電圧から第１極性の電圧に変化する。その後、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２は、位相角π－θの期間、第１極性の電圧を維持する。その後、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２は、第１極性の電圧からゼロ電圧に同時に変化してから、位相角γの期間、ゼロ電圧を維持する。その後、一次側交流電圧ｖ_１がゼロ電圧から第１極性と反対の第２極性（この例では負極性）の電圧に変化してから、位相角φ－γの期間の経過後に、二次側交流電圧ｖ_２がゼロ電圧から第２極性の電圧に変化する。その後、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２は、位相角π－θの期間、第２極性の電圧を維持する。その後、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２は、第２極性の電圧からゼロ電圧に同時に変化してから、位相角γの期間、ゼロ電圧を維持する。その後、一次側交流電圧ｖ_１がゼロ電圧から第１極性の電圧に変化する。

【0044】

図２の動作例では、一次側交流電圧ｖ_１が第１または第２の極性の電圧であり、かつ、二次側交流電圧ｖ_２がゼロ電圧である位相角φ－γの期間に絶縁トランス１０２の一次巻線３１に流れる電流ｉが増加する。その後の一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２の両方が同極性の電圧である期間に絶縁トランス１０２の一次巻線３１に流れる電流ｉが減少してゼロになる動作が繰り返される。

【0045】

そして、絶縁トランス１０２に流れる電流ｉが減少してゼロになった後の位相角γの期間、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２の両方がゼロ電圧となるので、絶縁トランス１０２の一次巻線３１に流れる電流ｉの変化が停止する。これにより、電流ｉの流れる方向が反転する極性反転が起こらないため、一次側交流電圧ｖ_１と二次側交流電圧ｖ_２との位相関係により定まる電力伝送方向に対して逆方向に伝送される電力（逆電力）の発生が回避される。

【0046】

図２の動作例において、一次側から二次側に伝送される電力Ｐは、絶縁トランス１０２に流れる電流ｉのピーク値に依存する。電流ｉのピーク値は、位相角φ－γの期間の長さに依存する。制御装置１０６は、絶縁トランス１０２の一次側および二次側の各交流電圧の双方がゼロ電圧となる位相角γの期間を制御するとともに、位相角φおよびγを制御することにより、一次側および二次側の双方間の伝送電力Ｐを制御する。この伝送電力Ｐは、
Ｐ＝（Ｅ_１Ｅ_２／（ωＬ））（Ａ（１－Ａ）（π－γ）^２）／（２π）
・・・式１
により表される。Ａは、
Ａ＝低圧側直流電圧／高圧側直流電圧＜１
・・・式２
により表される。

【0047】

ところで、上述の通り、不連続電流モードは、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２の両方がゼロ電圧となる期間を発生させるため、それらの交流電圧の位相関係により定まる電力伝送方向に対して逆方向に伝送される逆電力は、理想的には発生しない。しかしながら、各レグの上下アームをスイッチングさせる場合、上下アームに流れる貫通電流の発生防止等を目的として、実際には、上下アームをいずれもオフ状態とするデッドタイムが設けられる。このデッドタイムにより、一次側交流電圧ｖ_１のパルス欠けが発生し、交流の電流ｉが理想的な方向に対して逆方向に流れることがある。この逆方向に流れる電流（逆電流）は、導通損を増加させる無効電流のため、電力変換システム１００の電力変換効率が低下する場合がある。

【0048】

図３は、不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの動作波形図である。図３は、Ｅ_１＜Ｅ_２において、第１ブリッジ回路１１１から第２ブリッジ回路１１２に電力を伝送する力行動作時の波形を示す。

【0049】

制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図３に示すスイッチングパターンの駆動パルスＧａ～Ｇｈに従って、レグ１１～１４の各々の上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで当該上下アームを交互にスイッチングさせる。

【0050】

この例では、駆動パルスＧａ～Ｇｈがハイレベルの期間では、対応するアームがオン状態となり、駆動パルスＧａ～Ｇｈがローレベルの期間では、対応するアームがオフ状態となる（他の図面も同様）。

【0051】

デッドタイム無しで上下アームが同時にスイッチングする理想的な場合（図３破線参照）、一次側交流電圧ｖ_１のパルス欠けが無いので、絶縁トランス１０２に流れる電流ｉのピーク値（絶対値）は、第１レベルまで上昇してから減少に転じる。しかしながら、デッドタイムが存在する場合（図３実線参照）、一次側交流電圧ｖ_１のパルス欠けが発生し、交流の電流ｉのピーク値（絶対値）は、第１レベルまで上昇する前に、第１レベルよりも低い第２レベルまで上昇してから減少に転じる。電流ｉのピーク値（絶対値）が第１レベルまで上昇しない場合、図３に示すように、交流の電流ｉが理想的な方向に対して逆向きの電流（逆電流）が流れることがある。

【0052】

図４は、不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。図４に示す矢印は、図３の各期間Ｔ１～Ｔ５に第１ブリッジ回路１１１と第２ブリッジ回路１１２との間に流れる伝送電流の経路を表す。図４において、各アーム１０１ａ～１０１ｈに付記する「ＯＮ」は、そのアームがオン状態を意味し、各アーム１０１ａ～１０１ｈに付記する「ＯＦＦ」は、そのアームがオフ状態を意味する（電流経路を示す他の図面も同様）。

【0053】

期間Ｔ１では、アーム１０１ａとアーム１０１ｄがオン状態なので、一次側交流電圧ｖ_１は、正電圧"Ｅ_１"であり、アーム１０１ｅとアーム１０１ｇがオン状態なので、二次側交流電圧ｖ_２は、ゼロ電圧である。このため、一次巻線３１に正方向（第１方向）に流れる電流は、増加する。

【0054】

期間Ｔ１から期間Ｔ２に遷移すると、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈは、いずれもオフ状態となるデッドタイムに突入し、二次側に流れる電流の経路は、アーム１０１ｇからアーム１０１ｈのダイオードに切り替わる。このため、期間Ｔ２では、二次側に流れる電流は、アーム１０１ｈのダイオードを経由してアーム１０１ｅを通るので、二次側交流電圧ｖ_２は、正電圧"Ｅ_２"となる。一方、期間Ｔ２では、一次側交流電圧ｖ_１は正電圧"Ｅ_１"に維持されるので、一次巻線３１に正方向に流れる電流は、減少する。

【0055】

期間Ｔ２から期間Ｔ３に遷移すると、アーム１０１ｈがオンとなるので、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈがいずれもオフ状態となるデッドタイムは終了する。期間Ｔ２にダイオードに電流が流れていたアーム１０１ｈがオンするので、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２は、期間Ｔ２から期間Ｔ３への遷移においてほとんど変化しない。

【0056】

一次巻線３１に正方向に流れる電流ｉの減少は、期間Ｔ３も継続する。電流ｉは、期間Ｔ３から期間Ｔ４に遷移するタイミングでゼロクロスする。このゼロクロスタイミングで、電流ｉの流れる方向が逆向きになり、一次巻線３１に流れる電流は正方向から負方向に変化する。期間Ｔ４では、一次巻線３１に負方向に流れる電流ｉ（逆電流）が増加する。

【0057】

期間Ｔ４から期間Ｔ５に遷移すると、アーム１０１ｅとアーム１０１ｆは、いずれもオフ状態となるデッドタイムに突入し、二次側に流れる電流の経路は、アーム１０１ｅからアーム１０１ｆのダイオードに切り替わる。このため、期間Ｔ５では、二次側に流れる電流は、アーム１０１ｈを経由してアーム１０１ｆのダイオードを通るので、二次側交流電圧ｖ_２は、ゼロ電圧となる。一方、期間Ｔ４から期間Ｔ５に遷移すると、アーム１０１ｃとアーム１０１ｄは、いずれもオフ状態となるデッドタイムに突入し、一次側に流れる電流の経路は、オン状態のアーム１０１ｄからアーム１０１ｄのダイオードに切り替わる。期間Ｔ５に一次側に流れる電流は、アーム１０１ｄのダイオードを経由してアーム１０１ａを通るので、期間Ｔ５では、一次側交流電圧ｖ_１は、正電圧"Ｅ_１"に維持される。よって、一次巻線３１に負方向に流れる電流ｉ（逆電流）は、ゼロに向かって減少する。

【0058】

図５は、不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。図５に示す矢印は、図３の各期間Ｔ６～Ｔ１０に第１ブリッジ回路１１１と第２ブリッジ回路１１２との間に流れる伝送電流の経路を表す。

【0059】

期間Ｔ６では、アーム１０１ｂとアーム１０１ｃがオン状態なので、一次側交流電圧ｖ_１は、負電圧"－Ｅ_１"であり、アーム１０１ｆとアーム１０１ｈがオン状態なので、二次側交流電圧ｖ_２は、ゼロ電圧である。このため、一次巻線３１に負方向（第１方向とは逆向きの第２方向）に流れる電流は、増加する。

【0060】

期間Ｔ６から期間Ｔ７に遷移すると、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈは、いずれもオフ状態となるデッドタイムに突入し、二次側に流れる電流の経路は、アーム１０１ｈからアーム１０１ｇのダイオードに切り替わる。このため、期間Ｔ７では、二次側に流れる電流は、アーム１０１ｆを経由してアーム１０１ｇのダイオードを通るので、二次側交流電圧ｖ_２は、負電圧"－Ｅ_２"となる。一方、期間Ｔ７では、一次側交流電圧ｖ_１は負電圧"－Ｅ_１"に維持されるので、一次巻線３１に負方向に流れる電流は、減少する。

【0061】

期間Ｔ７から期間Ｔ８に遷移すると、アーム１０１ｇがオンとなるので、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈがいずれもオフ状態となるデッドタイムは終了する。期間Ｔ７にダイオードに電流が流れていたアーム１０１ｇがオンするので、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２は、期間Ｔ７から期間Ｔ８への遷移においてほとんど変化しない。

【0062】

一次巻線３１に負方向に流れる電流ｉの減少は、期間Ｔ８も継続する。電流ｉは、期間Ｔ８から期間Ｔ９に遷移するタイミングでゼロクロスする。このゼロクロスタイミングで、電流ｉの流れる方向が逆向きになり、一次巻線３１に流れる電流は負方向から正方向に変化する。期間Ｔ９では、一次巻線３１に正方向に流れる電流ｉ（逆電流）が増加する。

【0063】

期間Ｔ９から期間Ｔ１０に遷移すると、アーム１０１ｅとアーム１０１ｆは、いずれもオフ状態となるデッドタイムに突入し、二次側に流れる電流の経路は、アーム１０１ｆからアーム１０１ｅのダイオードに切り替わる。このため、期間Ｔ１０では、二次側に流れる電流は、アーム１０１ｅのダイオードを経由してアーム１０１ｇを通るので、二次側交流電圧ｖ_２は、ゼロ電圧となる。一方、期間Ｔ９から期間Ｔ１０に遷移すると、アーム１０１ｃとアーム１０１ｄは、いずれもオフ状態となるデッドタイムに突入し、一次側に流れる電流の経路は、オン状態のアーム１０１ｃからアーム１０１ｃのダイオードに切り替わる。期間Ｔ１０に一次側に流れる電流は、アーム１０１ｃのダイオードを経由してアーム１０１ｂを通るので、期間Ｔ１０では、一次側交流電圧ｖ_１は、負電圧"－Ｅ_１"に維持される。よって、一次巻線３１に正方向に流れる電流ｉ（逆電流）は、ゼロに向かって減少する。

【0064】

このように、不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターン（図３、図４及び図５）では、一次側交流電圧ｖ_１のパルス欠けによる逆電流が発生し、電力変換システム１００の電力変換効率が低下する場合がある。

【0065】

本開示に係る制御装置１０６は、基本のスイッチングパターンとは異なる変形スイッチングパターンに従って不連続電流モードの位相制御を実行することにより、逆電流の発生を回避し、電力変換システム１００の電力変換効率を向上させる。例えば、制御装置１０６は、不連続電流モードにおいて、第１ブリッジ回路１１１と第２ブリッジ回路１１２のうち一方のブリッジ回路から他方のブリッジ回路へ電力を伝送する場合を考える。この場合、制御装置１０６は、レグ１１～１４のうち、当該他方のブリッジ回路のいずれか一つのレグの上下アームをオフ状態とし、かつ、残りの各レグの上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで当該残りの各レグの上下アームを交互にスイッチングさせる。制御装置１０６は、当該他方のブリッジ回路（電力の受け取る方のブリッジ回路）の片側のレグをオフ状態に維持することで、当該他方のブリッジ回路を整流動作させる。制御装置１０６は、このように、当該他方のブリッジ回路の片側のレグをオフ状態とする変形スイッチングパターンに従って不連続電流モードの位相制御を実行することにより、逆電流の発生を回避し、電力変換システム１００の電力変換効率を向上させる。

【0066】

図６は、不連続電流モードの位相制御の第１スイッチングパターンでの動作波形図である。図６は、Ｅ_１＜Ｅ_２において、第１ブリッジ回路１１１から第２ブリッジ回路１１２に電力を伝送する力行動作時の波形を示す。第１スイッチングパターンは、上記の変形スイッチングパターンの一例である。

【0067】

制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図６に示す第１スイッチングパターンの駆動パルスＧｅ，Ｇｆに従って、レグ１３の上下アーム（アーム１０１ｅ及びアーム１０１ｆ）をオフ状態とする。一方、制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図６に示す第１スイッチングパターンの駆動パルスＧａ～Ｇｄ，Ｇｇ，Ｇｈに従って、残りの各レグ１１，１２，１４の上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで当該上下アームを交互にスイッチングさせる。

【0068】

図７は、不連続電流モードの位相制御の第１スイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。図７に示す矢印は、図６の各期間Ｔ１～Ｔ４に第１ブリッジ回路１１１と第２ブリッジ回路１１２との間に流れる伝送電流の経路を表す。

【0069】

期間Ｔ１では、アーム１０１ａとアーム１０１ｄがオン状態なので、一次側交流電圧ｖ_１は、正電圧"Ｅ_１"である。一方、期間Ｔ１では、アーム１０１ｅがオフ状態でアーム１０１ｇがオン状態であるので、二次側に流れる電流は、アーム１０１ｅのダイオードを経由してアーム１０１ｇを通る。このため、二次側交流電圧ｖ_２は、ゼロ電圧となる。よって、一次巻線３１に正方向（第１方向）に流れる電流は、増加する。

【0070】

期間Ｔ１から期間Ｔ２に遷移すると、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈは、いずれもオフ状態となるデッドタイムに突入し、二次側に流れる電流の経路は、アーム１０１ｇからアーム１０１ｈのダイオードに切り替わる。このため、期間Ｔ２では、二次側に流れる電流は、アーム１０１ｈのダイオードを経由してアーム１０１ｅのダイオードを通るので、二次側交流電圧ｖ_２は、正電圧"Ｅ_２"となる（厳密には、アーム１０１ｈ，１０１ｅの両ダイオードの順方向電圧分だけ正電圧"Ｅ_２"よりも低い電圧となる）。一方、期間Ｔ２では、一次側交流電圧ｖ_１は正電圧"Ｅ_１"に維持されるので、一次巻線３１に正方向に流れる電流は、減少する。

【0071】

期間Ｔ２から期間Ｔ３に遷移すると、アーム１０１ｈがオンとなるので、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈがいずれもオフ状態となるデッドタイムは終了する。期間Ｔ２にダイオードに電流が流れていたアーム１０１ｈがオンするので、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２は、期間Ｔ２から期間Ｔ３への遷移においてほとんど変化しない。

【0072】

一次巻線３１に正方向に流れる電流ｉは、ゼロに到達するまで減少し、期間Ｔ４の開始時点でゼロクロスしようとする（逆向きの負方向に流れようとする）。しかし、期間Ｔ４では、アーム１０１ｅ，１０１ｇはオフ状態のため、電流はアーム１０１ｅ，１０１ｇを逆方向に流れず、一次巻線３１に負方向に流れる電流ｉ（逆電流）は阻止される。期間Ｔ４では、第２ブリッジ回路１１２が開放のため、二次側交流電圧ｖ_２には、一次側交流電圧ｖ_１と同じ電圧値が現れる。

【0073】

図８は、不連続電流モードの位相制御の第１スイッチングパターンでの各期間の電流経路を示す図である。図５に示す矢印は、図８の各期間Ｔ６～Ｔ９に第１ブリッジ回路１１１と第２ブリッジ回路１１２との間に流れる伝送電流の経路を表す。

【0074】

期間Ｔ６では、アーム１０１ｂとアーム１０１ｃがオン状態なので、一次側交流電圧ｖ_１は、負電圧"－Ｅ_１"である。一方、期間Ｔ６では、アーム１０１ｆがオフ状態でアーム１０１ｈがオン状態であるので、二次側に流れる電流は、アーム１０１ｈを経由してアーム１０１ｆのダイオードを通る。このため、二次側交流電圧ｖ_２は、ゼロ電圧となる。よって、一次巻線３１に負方向（第１方向とは逆向きの第２方向）に流れる電流は、増加する。

【0075】

期間Ｔ６から期間Ｔ７に遷移すると、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈは、いずれもオフ状態となるデッドタイムに突入し、二次側に流れる電流の経路は、アーム１０１ｈからアーム１０１ｇのダイオードに切り替わる。このため、期間Ｔ７では、二次側に流れる電流は、アーム１０１ｇのダイオードを経由してアーム１０１ｆのダイオードを通るので、二次側交流電圧ｖ_２は、負電圧"－Ｅ_２"となる（厳密には、アーム１０１ｇ，１０１ｆの両ダイオードの順方向電圧分だけ負電圧"－Ｅ_２"よりも高い電圧となる）。一方、期間Ｔ７では、一次側交流電圧ｖ_１は負電圧"－Ｅ_１"に維持されるので、一次巻線３１に負方向に流れる電流は、減少する。

【0076】

期間Ｔ７から期間Ｔ８に遷移すると、アーム１０１ｇがオンとなるので、アーム１０１ｇとアーム１０１ｈがいずれもオフ状態となるデッドタイムは終了する。期間Ｔ７にダイオードに電流が流れていたアーム１０１ｇがオンするので、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２は、期間Ｔ７から期間Ｔ８への遷移においてほとんど変化しない。

【0077】

一次巻線３１に負方向に流れる電流ｉは、ゼロに到達するまで減少し、期間Ｔ９の開始時点でゼロクロスしようとする（逆向きの正方向に流れようとする）。しかし、期間Ｔ９では、アーム１０１ｆ，１０１ｈはオフ状態のため、電流はアーム１０１ｆ，１０１ｈを逆方向に流れず、一次巻線３１に正方向に流れる電流ｉ（逆電流）は阻止される。期間Ｔ９では、第２ブリッジ回路１１２が開放のため、二次側交流電圧ｖ_２には、一次側交流電圧ｖ_１と同じ電圧値が現れる。

【0078】

このように、Ｅ_１＜Ｅ_２において、第１ブリッジ回路１１１から第２ブリッジ回路１１２に電力を伝送する力行動作時、第１スイッチングパターン（図６、図７及び図８）による不連続電流モードの位相制御の実行により、逆電流の発生は回避される。よって、電力変換システム１００の電力変換効率が向上する。

【0079】

図９は、不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの動作波形図である。図９は、Ｅ_１＜Ｅ_２において、第２ブリッジ回路１１２から第１ブリッジ回路１１１に電力を伝送する回生動作時の波形を示す。図３の基本のスイッチングパターンの場合と同様に考えると、図９に示すように、交流の電流ｉが理想的な方向に対して逆向きの電流（逆電流）が流れることがある。

【0080】

図１０は、不連続電流モードの位相制御の第２スイッチングパターンでの動作波形図である。図１０は、Ｅ_１＜Ｅ_２において、第２ブリッジ回路１１２から第１ブリッジ回路１１１に電力を伝送する回生動作時の波形を示す。第２スイッチングパターンは、上記の変形スイッチングパターンの一例である。

【0081】

制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図１０に示す第２スイッチングパターンの駆動パルスＧｃ，Ｇｄに従って、レグ１２の上下アーム（アーム１０１ｃ及びアーム１０１ｄ）をオフ状態とする。一方、制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図１０に示す第２スイッチングパターンの駆動パルスＧａ，Ｇｂ，Ｇｅ～Ｇｈに従って、残りの各レグ１１，１３，１４の上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで当該上下アームを交互にスイッチングさせる。

【0082】

第１スイッチングパターンの上述の場合と同様のため、詳細な説明は省略するが、電力の受け取る方のブリッジ回路の片側のレグ（この場合、レグ１２）をオフ状態に維持することで、逆電流の流れが阻止される。このように、Ｅ_１＜Ｅ_２において、第２ブリッジ回路１１２から第１ブリッジ回路１１１に電力を伝送する回生動作時、第２スイッチングパターン（図１０）による不連続電流モードの位相制御の実行により、逆電流の発生は回避される。よって、電力変換システム１００の電力変換効率が向上する。

【0083】

図１１は、不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの動作波形図である。図１１は、Ｅ_１≧Ｅ_２において、第１ブリッジ回路１１１から第２ブリッジ回路１１２に電力を伝送する力行動作時の波形を示す。図３の基本のスイッチングパターンの場合と同様に考えると、図１１に示すように、交流の電流ｉが理想的な方向に対して逆向きの電流（逆電流）が流れることがある。

【0084】

図１２は、不連続電流モードの位相制御の第３スイッチングパターンでの動作波形図である。図１２は、Ｅ_１≧Ｅ_２において、第１ブリッジ回路１１１から第２ブリッジ回路１１２に電力を伝送する力行動作時の波形を示す。第３スイッチングパターンは、上記の変形スイッチングパターンの一例である。

【0085】

制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図１２に示す第３スイッチングパターンの駆動パルスＧｇ，Ｇｈに従って、レグ１４の上下アーム（アーム１０１ｇ及びアーム１０１ｈ）をオフ状態とする。一方、制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図１２に示す第３スイッチングパターンの駆動パルスＧａ～Ｇｆに従って、残りの各レグ１１～１３の上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで当該上下アームを交互にスイッチングさせる。

【0086】

第１スイッチングパターンの上述の場合と同様のため、詳細な説明は省略するが、電力の受け取る方のブリッジ回路の片側のレグ（この場合、レグ１４）をオフ状態に維持することで、逆電流の流れが阻止される。このように、Ｅ_１≧Ｅ_２において、第１ブリッジ回路１１１から第２ブリッジ回路１１２に電力を伝送する力行動作時、第３スイッチングパターン（図１２）による不連続電流モードの位相制御の実行により、逆電流の発生は回避される。よって、電力変換システム１００の電力変換効率が向上する。

【0087】

図１３は、不連続電流モードの位相制御の基本のスイッチングパターンでの動作波形図である。図１３は、Ｅ_１≧Ｅ_２において、第２ブリッジ回路１１２から第１ブリッジ回路１１１に電力を伝送する回生動作時の波形を示す。図３の基本のスイッチングパターンの場合と同様に考えると、図１３に示すように、交流の電流ｉが理想的な方向に対して逆向きの電流（逆電流）が流れることがある。

【0088】

図１４は、不連続電流モードの位相制御の第４スイッチングパターンでの動作波形図である。図１４は、Ｅ_１≧Ｅ_２において、第２ブリッジ回路１１２から第１ブリッジ回路１１１に電力を伝送する回生動作時の波形を示す。第４スイッチングパターンは、上記の変形スイッチングパターンの一例である。

【0089】

制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図１４に示す第４スイッチングパターンの駆動パルスＧａ，Ｇｂに従って、レグ１１の上下アーム（アーム１０１ａ及びアーム１０１ｂ）をオフ状態とする。一方、制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行しているとき、図１４に示す第４スイッチングパターンの駆動パルスＧｃ～Ｇｈに従って、残りの各レグ１２～１４の上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで当該上下アームを交互にスイッチングさせる。

【0090】

第１スイッチングパターンの上述の場合と同様のため、詳細な説明は省略するが、電力の受け取る方のブリッジ回路の片側のレグ（この場合、レグ１１）をオフ状態に維持することで、逆電流の流れが阻止される。このように、Ｅ_１≧Ｅ_２において、第２ブリッジ回路１１２から第１ブリッジ回路１１１に電力を伝送する回生動作時、第４スイッチングパターン（図１４）による不連続電流モードの位相制御の実行により、逆電流の発生は回避される。よって、電力変換システム１００の電力変換効率が向上する。

【0091】

このように、制御装置１０６は、第１ブリッジ回路１１に与えられる一次側直流電圧Ｅ_１と第２ブリッジ回路１１２に与えられる二次側直流電圧Ｅ_２のいずれが高いかによって、電力の受け取る方のブリッジ回路の上下アームをオフ状態とするレグを変更してもよい。

【0092】

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。

【0093】

第２実施形態に係る制御装置１０６は、駆動パルスＧａ～Ｇｈのエッジの位相を制御することにより、絶縁トランス１０２の一次側および二次側の各交流電圧が逆極性となる期間（位相角δ）を制御する連続電流モードの位相制御を実行する。これにより、一次側と二次側との間で授受される伝送電力Ｐが制御される。

【0094】

制御装置１０６は、制御変数Ｄの大きさに応じて、不連続電流モードの位相制御または連続電流モードの位相制御の実行を切り替えてもよい。制御装置１０６は、駆動パルスＧａ～Ｇｈのエッジの位相を制御することにより、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２の双方がゼロ電圧となる期間を制御する不連続電流モードの位相制御を実行する。あるいは、制御装置１０６は、駆動パルスＧａ～Ｇｈのエッジの位相を制御することにより、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２が逆極性となる期間を制御する連続電流モードの位相制御を実行する。制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御と連続電流モードの位相制御を制御変数Ｄの大きさに応じて切り替えて実行することで、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の一次側と二次側との間で授受される伝送電力Ｐの伝送を制御する。

【0095】

制御変数Ｄは、目標伝送電力に応じて決定される制御変数である。制御変数Ｄが大きくなる程、一次側と二次側との間の伝送電力Ｐは大きくなる。好ましい態様において、制御変数Ｄは、電力変換システム１００を制御する上位装置から制御装置１０６に与えられる。他の好ましい態様では、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の運転状況や負荷の状況に基づいて、制御装置１０６が制御変数Ｄを決定する。

【0096】

制御変数Ｄは、０から３π／２までの間の値をとり得る。制御変数Ｄが０以上かつπ以下の値である場合、制御装置１０６は、不連続電流モードの位相制御を実行する。また、制御変数Ｄがπ以上かつ３π／２以下の値である場合、制御装置１０６は、連続電流モードの位相制御を実行する。

【0097】

図１５は、第２実施形態に係る電力変換システムの全体的な動作例を示す波形図である。図１６は、第２実施形態に係る電力変換システムにおける電力の伝送特性を例示する図である。これらの図を参照して、第２実施形態の動作を要約すると次のようになる。

【0098】

制御変数Ｄが０≦Ｄ≦πの範囲内である場合、第２実施形態では、不連続電流モードの位相制御が実行される。この不連続電流モードにおいて、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２が逆極性となる期間（位相角δ）は発生しない。不連続電流モードでは、制御変数Ｄが増加することにより、低圧側および高圧側の双方の交流電圧がゼロ電圧を維持する期間（位相角γ＝π―Ｄ）が減少し、高圧側の交流電圧がゼロ電圧を維持する期間（位相角φ＝π－ＡＤ）が減少する。

【0099】

不連続電流モードでは、逆電力は発生せず、一次側と二次側との間で授受される伝送電力Ｐは、
Ｐ＝（（Ｅ_１Ｅ_２）／（ωＬ））Ａ（１－Ａ）Ｄ^２／（２π）
・・・式３
により表される。

【0100】

不連続電流モードでは、逆電力が発生しないので、一次側および二次側の直流電圧差が少ない場合や軽負荷の場合に、少ない損失で電力の伝送を行うことができる。

【0101】

制御変数Ｄがπ≦Ｄ≦３π／２の範囲内である場合、第２実施形態では、連続電流モードの位相制御が実行される。連続電流モードにおいて、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２の双方がゼロ電圧となる期間（位相角γ）は発生しない。連続電流モードにおいて、制御変数Ｄが増加すると、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２が逆極性となる期間（位相角δ＝Ｄ－π）が増加し、高圧側の交流電圧がゼロ電圧を維持する期間（位相角φ＝（１－Ａ）（２π－Ｄ）が減少する。

【0102】

連続電流モードでは、一次側交流電圧ｖ_１および二次側交流電圧ｖ_２が逆極性となる期間を利用して電力の伝送が行われ、一次側と二次側との間で授受される伝送電力Ｐは、

【0103】

Ｐ＝（（Ｅ_１Ｅ_２）／（ωＬ））（ａ（Ａ）Ｄ^２＋ｂ（Ａ）Ｄ＋ｃ（Ａ））／（２π）
・・・式４
により表される。ここで、ａ（Ａ）、ｂ（Ａ）、ｃ（Ａ）は、次の通りである。

【0104】

ａ（Ａ）＝－（１＋Ａ^２） ・・・式５
ｂ（Ａ）＝（４Ａ^２－Ａ＋３）π ・・・式６
ｃ（Ａ）＝－２（２Ａ^２－Ａ＋１）π^２ ・・・式７
この連続電流モードでは、広い電圧範囲において一定以上の電力を伝送することができる。また、連続電流モードでは、負荷が大きい場合にも高い効率で電力を伝送することが可能である。

【0105】

図１６に示すように、制御変数Ｄを０から３π／２まで変化させた場合、一次側から二次側へ伝送される電力Ｐは連続的に変化する。また、制御変数Ｄがπである場合、第２実施形態の動作モードは、不連続電流モードと連続電流モードとの間のモード境界となる。このモード境界では、不連続電流モードを想定して算出される位相角δ、φおよびγと、連続電流モードを想定して算出される位相角δ、φおよびγとが一致する。したがって、不連続電流モードおよび連続電流モードとの間の遷移の際に絶縁トランスの電流波形は、連続的に変化する。

【0106】

以上説明したように、第２実施形態によれば、１つの制御変数Ｄの大きさにより不連続電流モードの位相制御あるいは連続電流モードの位相制御を実行するので、広い電圧範囲において高い効率で一次側および二次側の相互間の電力伝送を行うことができる。

【0107】

また、第２実施形態によれば、１つの制御変数Ｄにより、不連続電流モードの位相制御および連続電流モードの位相制御の両方を実行するので、制御が簡単であり、安定したものになるという効果がある。

【0108】

図１７は、逆電流を防止するためにオフするレグを特定する方法を説明するための図である。制御装置１０６は、制御変数Ｄの絶対値の大きさに応じて、連続電流モードの位相制御を実行するか、不連続電流モードの位相制御を実行するかを判定する。制御装置１０６は、制御変数Ｄの絶対値が１８０°未満（π未満）の場合、不連続電流モードの位相制御を実行すると判定する。制御装置１０６は、制御変数Ｄの絶対値が１８０°以上（π以上）の場合、連続電流モードの位相制御を実行すると判定する。

【0109】

制御装置１０６は、制御変数Ｄの極性に応じて、電力変換システム１００を力行動作させるか回生動作させるか判定する。制御装置１０６は、制御変数Ｄがゼロ以上の場合、電力変換システム１００を力行動作させると判定する。力行動作は、第１ブリッジ回路１１１から第２ブリッジ回路１１２に電力を伝送する動作である。制御装置１０６は、制御変数Ｄがゼロ未満の場合、電力変換システム１００を回生動作させると判定する。回生動作は、第２ブリッジ回路１１２から第１ブリッジ回路１１１に電力を伝送する動作である。

【0110】

制御装置１０６は、一次側直流電圧Ｅ_１と二次側直流電圧Ｅ_２のいずれが高いかによって、電力を受け取る方のブリッジ回路のいずれか一つのレグの上下アームをオフ状態とする。より詳しくは、制御装置１０６は、図１７に示す３つの条件を組み合わせることで、電力を受け取る方のブリッジ回路のいずれか一つのレグの上下アームをオフ状態とする。制御装置１０６は、｜Ｄ｜＜１８０°、かつ、Ｄ＜０、かつ、Ｅ_１＜Ｅ_２のとき、第２スイッチングパターン（図１０）による不連続電流モードの位相制御を実行する。制御装置１０６は、｜Ｄ｜＜１８０°、かつ、Ｄ＜０、かつ、Ｅ_１≧Ｅ_２のとき、第４スイッチングパターン（図１４）による不連続電流モードの位相制御を実行する。制御装置１０６は、｜Ｄ｜＜１８０°、かつ、Ｄ≧０、かつ、Ｅ_１＜Ｅ_２のとき、第１スイッチングパターン（図６）による不連続電流モードの位相制御を実行する。制御装置１０６は、｜Ｄ｜＜１８０°、かつ、Ｄ≧０、かつ、Ｅ_１≧Ｅ_２のとき、第３スイッチングパターン（図１２）による不連続電流モードの位相制御を実行する。

【0111】

上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0112】

１００ 電力変換システム
１０２ 絶縁トランス
１０６ 制御装置
１１０ 絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１１ 第１ブリッジ回路
１１２ 第２ブリッジ回路

【要約】

【課題】電力変換効率の向上。
【解決手段】絶縁トランスと、前記絶縁トランスの一次側に接続される第１ブリッジ回路と、前記絶縁トランスの二次側に接続される第２ブリッジ回路と、前記絶縁トランスの一次側および二次側の各交流電圧の双方がゼロ電圧となる期間を制御する不連続電流モードの位相制御を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記不連続電流モードにおいて、前記第１ブリッジ回路と前記第２ブリッジ回路のうち一方のブリッジ回路から他方のブリッジ回路へ電力を伝送する場合、前記第１ブリッジ回路の第１レグと第２レグ及び前記第２ブリッジ回路の第３レグと第４レグのうち、前記他方のブリッジ回路のいずれか一つのレグの上下アームをオフ状態とし、かつ、残りの各レグの上下アームをオフ状態とするデッドタイムを挟んで前記残りの各レグの上下アームを交互にスイッチングさせる、電力変換システム。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】