JP2018133964A - 双方向絶縁型ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】逆方向動作時における定電圧制御または定電流制御が可能な双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】順方向動作と逆方向動作とを行う双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａであって、絶縁トランスＴＲと、１次側フルブリッジ回路１１と、２次側フルブリッジ回路１２と、ＬＣ回路１３と、１次側フルブリッジ回路１１に対して位相シフト制御を行う一方、２次側フルブリッジ回路１２に対して同期整流制御を行う制御部１４Ａと、を備える。制御部１４Ａは、逆方向動作時に、位相シフト量の時間差に相当するシフト期間をＬＣ回路１６のチョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される蓄積期間をとし、１次側の入出力端の電圧または電流に応じてシフト期間を制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

近年、地球温暖化対策として循環型社会の実現のため、電源機器の省エネルギー化、高効率化の実現が急務となっている。その中でも、太陽光発電装置、家庭用蓄電池、電気自動車等に搭載されるＤＣ／ＤＣコンバータは、電源機器の中核として多様な用途に用いられている。特に、位相シフトフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータは、数キロから数十キロワットの中型高効率で、幅広い電圧に対応できる。

位相シフトフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータとしては、例えば、非特許文献１に記載のものが知られている。非特許文献１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータは、フルブリッジ回路を含む電圧型の１次側回路と、プッシュプル回路とＬＣ回路とを含む電流型の２次側回路と、フルブリッジ回路に対して位相シフト制御を行う一方、プッシュプル回路に対して同期整流制御を行う制御部と、を備える。

制御部は、１次側から２次側に電力を供給する順方向動作において、２次側の出力端の電圧または電流を監視し、フルブリッジ回路の位相シフト量を制御することで、順方向動作量（順方向電力変換量）を制御する。

図９に、従来の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂを示す。双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂは、例えば、入出力端Ｔ３の電圧が目標電圧以下のときに、１次側回路のフルブリッジ回路１１に対して位相シフト量を増加させる制御を行い、１次側から２次側に電力を供給する順方向電力変換動作を行う。この順方向電力変換時、１次側回路のスイッチングが低損失なゼロ電圧スイッチング（Zero Voltage Switching，ＺＶＳ）となるように、１次側回路が位相シフト制御される。ＺＶＳはスイッチＱ１〜Ｑ４のスイッチング時に共振用コイルＬ１と共振用コンデンサＣ１〜Ｃ４による部分共振によって行われる。また、入出力端Ｔ３、Ｔ４に回生能力を持つ負荷が接続され、入出力端Ｔ３の電圧が目標電圧を超えているときに、２次側から１次側に電力を供給する逆方向電力変換動作を行う。

図１０に、本願発明者等が提案した、図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂの逆方向電力変換動作時における、各スイッチＱ１〜Ｑ８のタイミングチャートを示す。各スイッチＱ１〜Ｑ８のタイミングは順方向電力変換動作時と同じであるが、逆方向電力変換動作時は１次側回路のフルブリッジ回路１１に対する位相シフト量ＴＤは小さい値になっている。なお、図１０では簡単のためにデッドタイムの表示を省略している。また、図１１、図１２に、図１０のタイミングチャートに従い逆方向電力変換動作を行ったときの電流経路を示す。

制御部１４Ｂは、スイッチＱ１、Ｑ２を逆位相でスイッチングさせ、かつスイッチＱ３、Ｑ４を逆位相でスイッチングさせ、さらに、スイッチＱ１、Ｑ２の位相に対してスイッチＱ３、Ｑ４の位相をシフトさせる。また、制御部１４Ｂは、スイッチＱ３のオンに同期して、スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８をオフさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオンさせる一方、スイッチＱ４のオンに同期して、スイッチＱ５、Ｑ８をオンさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオフさせる。

双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂは、スイッチＱ１、Ｑ３が同時オン（図１１（Ａ）に示す状態２）またはスイッチＱ２、Ｑ４が同時オン（図１２（Ａ）に示す状態４）の場合に、チョークコイルＬ２にエネルギーを蓄積し、スイッチＱ２、Ｑ３が同時オン（図１１（Ｂ）に示す状態３）またはスイッチＱ１、Ｑ４が同時オン（図１２（Ｂ）に示す状態１）の場合に、２次側から１次側への電力伝達を行う。

双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂの逆方向動作量（逆方向電力変換量）は、入出力端Ｔ３の電圧によって変動し、スイッチング周期の１／２の時間から位相シフト量の時間差に相当するシフト期間ＴＤを差し引いた時間によって自動的に決まってしまう。このため、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂは、逆方向電力変換動作時に出力電圧を一定に保つこと、言い換えれば、定電圧制御をすることができなかった。

"同期整流制御内蔵、グリーン・モード、位相シフト・フルブリッジ・コントローラ"、[online]、2011年、日本テキサス・インスツルメンツ株式会社、［平成28年11月17日検索］、インターネット<URL:http://www.tij.co.jp/product/jp/ucc28950>

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、逆方向電力変換動作時における定電圧制御または定電流制御が可能な双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、
１次側から２次側に電力を供給する順方向動作と、前記２次側から前記１次側に電力を供給する逆方向動作とを行う双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
１次巻線および２次巻線を有する絶縁トランスと、
前記１次巻線に接続された１次側フルブリッジ回路と、
前記２次巻線に接続された２次側フルブリッジ回路と、
前記２次側フルブリッジ回路と前記２次側の入出力端との間に設けられたＬＣ回路と、
前記１次側フルブリッジ回路に対して位相シフト制御を行う一方、前記２次側フルブリッジ回路に対して同期整流制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記逆方向動作時の位相シフト量の時間差に相当するシフト期間を前記ＬＣ回路のチョークコイルにエネルギーが蓄積される蓄積期間をとし、前記１次側の入出力端の電圧または電流に応じて前記シフト期間を制御する
ことを特徴とする。

この構成によれば、制御部は、逆方向動作時の位相シフト量の時間差に相当するシフト期間がチョークコイルにエネルギーが蓄積される蓄積期間となるように、１次側フルブリッジ回路および２次側フルブリッジ回路の各スイッチを制御するので、上記シフト期間を制御することにより１次側の入出力端の電圧または電流を所定の値に保つことができる。したがって、この構成によれば、逆方向動作時における定電圧制御または定電流制御が可能となる。

上記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記１次側フルブリッジ回路は、第１レグおよび第２レグを有し、
前記２次側フルブリッジ回路は、第３レグおよび第４レグを有し、
前記制御部は、前記シフト期間において、
前記第３レグの上アームを構成するスイッチ、前記第４レグの下アームを構成するスイッチ、前記第２レグの下アームを構成するスイッチおよび前記第１レグの下アームを構成するスイッチをオン状態にするか、または、
前記第３レグの下アームを構成するスイッチ、前記第４レグの上アームを構成するスイッチ、前記第２レグの上アームを構成するスイッチおよび前記第１レグの上アームを構成するスイッチをオン状態にする
ように構成できる。

上記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
前記逆方向動作で前記位相シフト制御を開始する場合、前記位相シフト量を最小値から徐々に増加させるソフトスタート制御を行った後に、前記シフト期間を制御することにより前記１次側の入出力端の電圧または電流を所定の値に保つ
ように構成できる。

この構成によれば、チョークコイルにエネルギーが蓄積される蓄積期間が徐々に増加するので、スイッチに過電流が流れることなく、出力電圧を徐々に立ち上げることができる。さらに、この構成によれば、逆方向動作時にシフト期間が蓄積期間となるので、逆方向動作で起動することができる。

上記双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記制御部は、
前記順方向動作時に、前記シフト期間を前記チョークコイルのエネルギーを前記１次側から前記２次側に伝達する伝達期間とし、前記２次側の入出力端の電圧または電流に応じて前記シフト期間を制御する
ことが好ましい。

この構成によれば、順方向動作時および逆方向動作時の双方における定電圧制御または定電流制御が可能となる。

本発明によれば、逆方向動作時における定電圧制御または定電流制御が可能な双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。

本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 逆方向動作時におけるスイッチの制御タイミングを示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向動作時の（Ａ）状態１および（Ｂ）状態２における、電流経路を示す図である。 本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向動作時の（Ａ）状態３および（Ｂ）状態４における、電流経路を示す図である。 順方向動作時におけるスイッチの制御タイミングを示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、順方向動作時の（Ａ）状態１および（Ｂ）状態２における、電流経路を示す図である。 本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、順方向動作時の（Ａ）状態３および（Ｂ）状態４における、電流経路を示す図である。 変形例に係る制御部を示す図である。 従来の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 本願発明者等が提案した、図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向電力変換動作時におけるスイッチの制御タイミングを示すタイミングチャートである。 図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向電力変換動作時の（Ａ）状態２および（Ｂ）状態３における、電流経路を示す図である。 図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの、逆方向電力変換動作時の（Ａ）状態４および（Ｂ）状態１における、電流経路を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの実施形態について説明する。

図１に、本実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの回路図を示す。双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、１次巻線および２次巻線を有する絶縁トランスＴＲと、１次側フルブリッジ回路１１と、２次側フルブリッジ回路１２と、ＬＣ回路１３と、制御部１４Ａとを備え、１次側から２次側に電力を供給する順方向動作と、２次側から１次側に電力を供給する逆方向動作とを行う。

順方向動作では、１次側の入出力端Ｔ１、Ｔ２から供給された電力が、２次側の入出力端Ｔ３、Ｔ４に接続された回路に供給される。逆方向動作では、２次側の入出力端Ｔ３、Ｔ４から供給された電力が、１次側の入出力端Ｔ１、Ｔ２に供給される。

１次側フルブリッジ回路１１は、１次側の入出力端Ｔ１、Ｔ２と絶縁トランスＴＲの１次巻線との間に設けられている。１次側フルブリッジ回路１１と入出力端Ｔ１、Ｔ２の間には、コンデンサＣ１２が設けられている。コンデンサＣ１２の一端は、入出力端Ｔ１に接続され、コンデンサＣ１２の他端は、入出力端Ｔ２に接続されている。

図１に示すように、１次側フルブリッジ回路１１は、フルブリッジ接続されたスイッチＱ１〜Ｑ４を含む。スイッチＱ１は第１レグの上アームを構成し、スイッチＱ２は第１レグの下アームを構成する。スイッチＱ３は第２レグの上アームを構成し、スイッチＱ４は第２レグの下アームを構成する。スイッチＱ１、Ｑ２の接続点は、コイルＬ１を介して絶縁トランスＴＲの１次巻線の一端に接続され、スイッチＱ３、Ｑ４の接続点は、絶縁トランスＴＲの１次巻線の他端に接続される。スイッチＱ１〜Ｑ４としては、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体を用いることができる。共振用のコイルＬ１は、絶縁トランスＴＲの漏れインダクタンスであってもよいし、これとは別のコイルであってもよい。

スイッチＱ１〜Ｑ４には、ダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列接続されている。ダイオードとしては、スイッチＱ１〜Ｑ４の寄生ダイオード、または外付けダイオードを用いることができる。さらに、スイッチＱ１〜Ｑ４には、コンデンサＣ１〜Ｃ４が並列接続されている。コンデンサＣ１〜Ｃ４としては、スイッチＱ１〜Ｑ４の寄生キャパシタ、または外付け共振コンデンサを用いることができる。

２次側フルブリッジ回路１２は、フルブリッジ接続されたスイッチＱ５〜Ｑ８を含む。スイッチＱ５は第３レグの上アームを構成し、スイッチＱ６は第３レグの下アームを構成する。スイッチＱ７は第４レグの上アームを構成し、スイッチＱ８は第４レグの下アームを構成する。スイッチＱ５、Ｑ６の接続点は、絶縁トランスＴＲの２次巻線の一端に接続され、スイッチＱ７、Ｑ８の接続点は、絶縁トランスＴＲの２次巻線の他端に接続される。スイッチＱ５〜Ｑ８としては、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体を用いることができる。

スイッチＱ５〜Ｑ８には、ダイオードＤ５〜Ｄ８が逆並列接続されている。ダイオードとしては、スイッチＱ５〜Ｑ８の寄生ダイオード、または外付けダイオードを用いることができる。さらに、スイッチＱ５〜Ｑ８には、コンデンサＣ５〜Ｃ８が並列接続されている。コンデンサＣ５〜Ｃ８としては、スイッチＱ５〜Ｑ８の寄生キャパシタ、または外付け共振コンデンサを用いることができる。

ＬＣ回路１３は、コイルＬ２およびコンデンサＣ３４からなり、２次側フルブリッジ回路１２と２次側の入出力端Ｔ３、Ｔ４との間に設けられている。より詳しくは、コンデンサＣ３４の一端は入出力端Ｔ３に接続され、コンデンサＣ３４の他端は入出力端Ｔ４に接続されている。コイルＬ２の一端はスイッチＱ５、Ｑ７に接続され、コイルＬ２の他端は入出力端Ｔ３に接続されている。

制御部１４Ａは、例えば、アナログＩＣ、マイコンやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の制御用ＩＣによって構成される。制御部１４Ａは、逆方向動作時および順方向動作時に、１次側フルブリッジ回路１１に対して位相シフト制御を行うとともに、２次側フルブリッジ回路１２に対して同期整流制御を行う。

続いて、図２を参照しながら、逆方向動作時におけるスイッチＱ１〜Ｑ８の制御タイミングについて説明する。制御部１４Ａは、スイッチＱ１〜Ｑ８のそれぞれに対して制御信号（例えば、位相シフト同期整流信号）を出力し、１次側フルブリッジ回路１１に対して位相シフト制御を行うとともに、２次側フルブリッジ回路１２に対して同期整流制御を行う。

制御部１４Ａは、スイッチＱ１〜Ｑ４のオンデューティを約５０％にするとともに、スイッチＱ１、Ｑ２を逆位相でスイッチングさせ、かつスイッチＱ３、Ｑ４を逆位相でスイッチングさせ、さらに、スイッチＱ１、Ｑ２の位相に対してスイッチＱ３、Ｑ４の位相をシフトさせる。制御部１４Ａは、位相シフト量の時間差に相当するシフト期間ＴＤを、１次側の入出力端Ｔ１の電圧に応じて制御する。

なお、本来は、ゼロ電圧スイッチングを行うための、スイッチＱ１、Ｑ２がともにオフになるデッドタイムと、スイッチＱ３、Ｑ４がともにオフになるデッドタイムとを設けているが、図２では省略する。

制御部１４Ａは、基準レグである第２レグの上アームを構成するスイッチＱ３のオンに同期して、スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８をオフさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオンさせる。また、制御部１４Ａは、第２レグの下アームを構成するスイッチＱ４のオンに同期して、スイッチＱ５、Ｑ８をオンさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオフさせる。

図２に示すように、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、制御部１４Ａの制御下で４つの状態（状態１〜状態４）をとる。各状態における電流経路を図３、図４に示す。

図３（Ａ）に示す状態１では、スイッチＱ５、Ｑ８がオンとなり、かつスイッチＱ２、Ｑ４がオンとなるので、チョークコイルＬ２には絶縁トランスＴＲを経由した短絡電流が流れる。これにより、チョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される。

図３（Ｂ）に示す状態２では、スイッチＱ２がオフするとともにスイッチＱ１がオンする。これにより、入出力端Ｔ２からスイッチＱ４、絶縁トランスＴＲの１次巻線、スイッチＱ１を経由して入出力端Ｔ１に電流が流れる。すなわち、２次側から１次側にチョークコイルＬ２に蓄積されたエネルギーが伝達される。

図４（Ａ）に示す状態３では、スイッチＱ６、Ｑ７がオンとなり、かつスイッチＱ１、Ｑ３がオンとなるので、チョークコイルＬ２には絶縁トランスＴＲを経由した短絡電流が流れる。これにより、チョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される。

図４（Ｂ）に示す状態４では、スイッチＱ１がオフするとともにスイッチＱ２がオンする。これにより、入出力端Ｔ２からスイッチＱ２、絶縁トランスＴＲの１次巻線、スイッチＱ３を経由して入出力端Ｔ１に電流が流れる。すなわち、２次側から１次側にチョークコイルＬ２に蓄積されたエネルギーが伝達される。

上記のとおり、制御部１４Ａは、逆方向動作時に、シフト期間ＴＤがチョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される蓄積期間となるように、スイッチＱ１〜Ｑ８を制御する。さらに、制御部１４Ａは、１次側の入出力端Ｔ１の電圧に応じて、シフト期間ＴＤを制御する。その結果、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、逆方向動作時に入出力端Ｔ１の電圧を所定の値に保つことが可能となり、逆方向動作時における定電圧制御が可能となる。

続いて、図５を参照しながら、順方向動作時におけるスイッチＱ１〜Ｑ８の制御タイミングについて説明する。

制御部１４Ａは、スイッチＱ１〜Ｑ４のオンデューティを約５０％にするとともに、スイッチＱ１、Ｑ２を逆位相でスイッチングさせ、かつスイッチＱ３、Ｑ４を逆位相でスイッチングさせ、さらに、スイッチＱ１、Ｑ２の位相に対してスイッチＱ３、Ｑ４の位相をシフトさせる。制御部１４Ａは、位相シフト量の時間差に相当するシフト期間ＴＤを、２次側の入出力端Ｔ３の電圧に応じて制御する。

なお、本来は、ゼロ電圧スイッチングを行うための、スイッチＱ１、Ｑ２がともにオフになるデッドタイムと、スイッチＱ３、Ｑ４がともにオフになるデッドタイムとを設けているが、図５では省略する。

制御部１４Ａは、第２レグの上アームを構成するスイッチＱ３のオンに同期して、スイッチ素子Ｑ５、Ｑ８をオフさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオンさせる。また、制御部１４Ａは、第２レグの下アームを構成するスイッチＱ４のオンに同期して、スイッチＱ５、Ｑ８をオンさせるとともに、スイッチＱ６、Ｑ７をオフさせる。

図５に示すように、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、制御部１４Ａの制御下で４つの状態（状態１〜状態４）をとる。各状態における電流経路を図６、図７に示す。

図６、図７に示すように、制御部１４Ａは、順方向動作時に、位相シフト量の時間差に相当するシフト期間ＴＤが１次側から２次側へのエネルギー伝達期間となるように、スイッチＱ１〜Ｑ８を制御する。さらに、制御部１４Ａは、２次側の入出力端Ｔ３の電圧に応じて、シフト期間ＴＤを制御する。その結果、双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、順方向動作時における定電圧制御が可能となる。

以上、本発明に係る双方向絶縁型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。

［変形例］
上記実施形態において制御部１４Ａは、順方向動作時と逆方向動作時のそれぞれにおいて、各スイッチＱ１〜Ｑ８の制御信号（例えば、位相シフト同期整流信号）を発生させているが、発生させる制御信号の数を減らすことができる。例えば、順方向動作時のスイッチＱ１〜Ｑ４の制御信号を順にＡ〜Ｄとすると、逆方向動作時の制御信号はＣ、Ｄ、Ｂ、Ａと外部で切換えて使用することも可能である。スイッチＱ５、Ｑ８の制御信号については、順方向動作時はＣの反転信号×（Ｄ＋Ａ）で実現でき、逆方向動作時はＢの反転信号×（Ａ＋Ｃ）で実現できる。またスイッチＱ６、Ｑ７の制御信号については、順方向動作時はＤの反転信号×（Ｂ＋Ｃ）で実現でき、逆方向動作時はＡの反転信号×（Ｂ＋Ｄ）で実現できる。なお、「×」は論理積記号、「＋」は論理和記号を表すものとする。図８に、当該変形例に係る制御部１４Ａ’を示す。

制御部１４Ａ’は、スイッチＱ１〜Ｑ４の制御信号Ａ〜Ｄのみを出力するスイッチ制御部３１と、ゲート部３２と、ゲート部３２を制御するゲート制御部３３と、を備える。スイッチ制御部３１は、例えば、位相シフト制御専用ＩＣによって構成される。スイッチ制御部３１は、順方向動作時は入出力端Ｔ３の電圧に応じてシフト期間ＴＤを制御し、逆方向動作時は入出力端Ｔ１の電圧に応じてシフト期間ＴＤを制御する。

ゲート部３２は、方向切換えスイッチＳＷ１〜ＳＷ６と、論理回路Ｌ１〜Ｌ４と、を備える。論理回路Ｌ１〜Ｌ４は、論理積回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ４と、論理和回路ＯＲ１〜ＯＲ４と、否定回路ＮＯＴ１〜ＮＯＴ４とで構成される。ゲート制御部３３は、順方向動作時において方向切換えスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の接点１と接点３を導通させ、逆方向動作時において方向切換えスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の接点２と接点３を導通させる。

その結果、スイッチＱ１〜Ｑ４に対しては、順方向動作時においてデッドタイムが発生するように制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが供給される一方、逆方向動作時においてデッドタイムが発生するように制御信号Ｃ、Ｄ、Ｂ、Ａが供給される。スイッチＱ５、Ｑ８に対しては、順方向動作時において制御信号Ａ、ＤのＯＲ信号と制御信号Ｃの反転（ＮＯＴ）信号のＡＮＤ信号が方向切換えスイッチＳＷ５を介して供給される一方、逆方向動作時において制御信号Ａ、ＣのＯＲ信号と制御信号Ｂの反転（ＮＯＴ）信号のＡＮＤ信号が方向切換えスイッチＳＷ５を介して供給される。また、スイッチＱ６、Ｑ７に対しては、順方向動作時において制御信号Ｂ、ＣのＯＲ信号と制御信号Ｄの反転（ＮＯＴ）信号のＡＮＤ信号が方向切換えスイッチＳＷ６を介して供給される一方、逆方向動作時において制御信号Ｂ、ＤのＯＲ信号と制御信号Ａの反転（ＮＯＴ）信号のＡＮＤ信号が方向切換えスイッチＳＷ６を介して供給される。

上記実施形態において制御部１４Ａは、逆方向で起動する場合に、位相シフト量（シフト期間ＴＤ）を最小値から徐々に増加させるソフトスタート制御を行うよう構成できる。これにより、スイッチＱ１〜Ｑ８に過電流が流れることなく、出力電圧を徐々に立ち上げることができる。図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂ（図１０に示す逆方向電力変換動作時のスイッチ切換え制御）では、逆方向電力変換動作で起動すると位相シフト量が最大になり、過電流が発生し、場合によってはスイッチング素子の破壊に至るため、順方向電力変換動作で起動させ、入出力端Ｔ３の電圧が規定電圧に到達後、逆方向電力変換動作させる必要があるが、上記実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａでは、シフト期間ＴＤが蓄積期間（状態１、３）となるので、逆方向動作で起動することが可能となる。

また、図９に示す双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｂでは、起動時に目標電圧よりも高い電圧が入出力端Ｔ３にかかった場合や、負荷変動や、温度変動等により出力電圧（入出力端Ｔ３の電圧）が不安定になった場合、順方向の位相シフト量（シフト期間ＴＤ）が小さい値になるため、逆方向電力変換動作時に大きな逆変換電圧が発生し、２次側フルブリッジ回路１２のダイオードＤ５〜Ｄ８にサージによる過電圧が印加されたり、スイッチＱ５〜Ｑ８に過電流が流れたりして、素子破壊に至ることがある。これに対して、上記実施形態に係る双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａでは、上記のとおり逆方向で起動する場合にもソフトスタート制御を行うよう構成できるので、素子破壊に至ることなく逆方向で起動することができる。

上記実施形態において制御部１４Ａは、逆方向動作時に、１次側の入出力端Ｔ１の電圧に応じてシフト期間ＴＤを制御しているが、１次側の入出力端Ｔ１の電流に応じてシフト期間ＴＤを制御してもよい。この場合、１次側の入出力端Ｔ１の電圧を検出するための電圧センサの代わりに、１次側の入出力端Ｔ１の電流を検出するための電流センサを用いる。

上記実施形態において制御部１４Ａは、順方向動作時に、２次側の入出力端Ｔ３の電圧に応じてシフト期間ＴＤを制御しているが、２次側の入出力端Ｔ３の電流に応じてシフト期間ＴＤを制御してもよい。この場合、２次側の入出力端Ｔ３の電圧を検出するための電圧センサの代わりに、２次側の入出力端Ｔ３の電流を検出するための電流センサを用いる。

本発明の制御部は、１次側フルブリッジ回路１１に対して位相シフト制御を行う一方、２次側フルブリッジ回路１２に対して同期整流制御を行い、逆方向動作時に、シフト期間ＴＤをＬＣ回路１３のチョークコイルＬ２にエネルギーが蓄積される蓄積期間をとし、１次側の入出力端Ｔ１の電圧または電流に応じてシフト期間ＴＤを制御するのであれば、適宜構成を変更することができる。また、位相シフト制御におけるスイッチングパターンおよび同期整流制御におけるスイッチングパターンは、適宜変更することができる。

１Ａ 双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ １次側フルブリッジ回路
１２ ２次側フルブリッジ回路
１３ ＬＣ回路
１４Ａ、１４Ａ’ 制御部
３１ スイッチ制御部
３２ ゲート部
３３ ゲート制御部

Claims (4)

1. １次側から２次側に電力を供給する順方向動作と、前記２次側から前記１次側に電力を供給する逆方向動作とを行う双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
   １次巻線および２次巻線を有する絶縁トランスと、
   前記１次巻線に接続された１次側フルブリッジ回路と、
   前記２次巻線に接続された２次側フルブリッジ回路と、
   前記２次側フルブリッジ回路と前記２次側の入出力端との間に設けられたＬＣ回路と、
   前記１次側フルブリッジ回路に対して位相シフト制御を行う一方、前記２次側フルブリッジ回路に対して同期整流制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記逆方向動作時の位相シフト量の時間差に相当するシフト期間を前記ＬＣ回路のチョークコイルにエネルギーが蓄積される蓄積期間をとし、前記１次側の入出力端の電圧または電流に応じて前記シフト期間を制御する
   ことを特徴とする双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 前記１次側フルブリッジ回路は、第１レグおよび第２レグを有し、
   前記２次側フルブリッジ回路は、第３レグおよび第４レグを有し、
   前記制御部は、前記シフト期間において、
   前記第３レグの上アームを構成するスイッチ、前記第４レグの下アームを構成するスイッチ、前記第２レグの下アームを構成するスイッチおよび前記第１レグの下アームを構成するスイッチをオン状態にするか、または、
   前記第３レグの下アームを構成するスイッチ、前記第４レグの上アームを構成するスイッチ、前記第２レグの上アームを構成するスイッチおよび前記第１レグの上アームを構成するスイッチをオン状態にする
   ことを特徴とする請求項１に記載の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 前記制御部は、
   前記逆方向動作で前記位相シフト制御を開始する場合、前記位相シフト量を最小値から徐々に増加させるソフトスタート制御を行った後に、前記シフト期間を制御することにより前記１次側の入出力端の電圧または電流を所定の値に保つ
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 前記制御部は、
   前記順方向動作時に、前記シフト期間を前記チョークコイルのエネルギーを前記１次側から前記２次側に伝達する伝達期間とし、前記２次側の入出力端の電圧または電流に応じて前記シフト期間を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。

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