WO2025062959A1

WO2025062959A1 - 電力変換装置

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Publication number: WO2025062959A1
Application number: PCT/JP2024/030363
Authority: WO
Inventors: 卓朗柳原
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2023-09-20
Filing date: 2024-08-27
Publication date: 2025-03-27
Anticipated expiration: 2026-03-20

Abstract

制御部（５０）は、軽負荷モード、及び重負荷モードの少なくとも１つにおいて、要求電力を出力でき且つ条件１と条件２とを満たす第１位相差及び第２位相差の組み合わせを実現するように、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）を制御する位相差制御を行う。制御部（５０）は、要求電力を出力でき且つ条件１と条件２とを満たす２レベルの電圧及び３レベルの電圧の周波数を実現するように、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）を制御する周波数制御を行う。制御部（５０）は、１次側条件電流値、２次側条件電流値、または出力電力に応じて位相差制御を周波数制御に切り替える。制御部（５０）は、１次側条件電流値、２次側条件電流値、出力電力、または周波数に応じて周波数制御を前記位相差制御に切り替える。

Description

電力変換装置

　本開示は、電力変換装置に関する。

　特許文献１に開示の電力変換装置は、トランスと、１次側フルブリッジ回路と、２次側フルブリッジ回路と、制御部と、を備える。トランスは、１次側巻線及び２次側巻線を備える。１次側フルブリッジ回路は、複数の１次側スイッチング素子を備える。２次側フルブリッジ回路は、複数の２次側スイッチング素子を備える。制御部は、１次側巻線に３レベルの１次側電圧が印加されるように１次側フルブリッジ回路を制御する。制御部は、２次側巻線に３レベルの２次側電圧が印加されるように２次側フルブリッジ回路を制御する。制御部は、１次側電圧と２次側電圧との位相差を制御することによって、１次側スイッチング素子及び２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを実現している。

国際公開第２０２０／００３７１７号

　この種の電力変換装置は、１次側電圧の位相を２次側電圧の位相に比べて早くすることで、すなわち遅れ位相モードから進み位相モードへ変化させることで、伝送する電力を大きくできる。ここで、１次側電圧と２次側電圧とで、一方を２レベルの電圧とし、他方を３レベルの電圧とした場合、同位相モード近辺（軽負荷モードと重負荷モードとの切替わり近辺）で、ソフトスイッチングを行えない場合がある。遅れ位相モードは、３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がった後に、２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる負荷モードである。進み位相モードは、２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がった後に、３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる、又は３レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がった後に、２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる負荷モードである。

　本開示の第一の態様に係る電力変換装置は、１次側巻線と２次側巻線と前記１次側巻線または前記２次側巻線の少なくとも一方に接続されたリアクトルとを有するトランス部と、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制御部と、を備え、前記複数の１次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件が条件１であり、前記複数の２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件が条件２であり、前記条件１は、前記複数の１次側スイッチング素子のうちの少なくとも１つがＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、前記１次側巻線に流れる電流であって、前記複数の１次側スイッチング素子のうちＯＦＦからＯＮに変わる前記１次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である１次側条件電流値が、１次側巻線電流閾値の絶対値以上であることであり、前記条件２は、前記複数の２次側スイッチング素子のうちの少なくとも１つがＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、前記２次側巻線に流れる電流であって、前記複数の２次側スイッチング素子のうちＯＦＦからＯＮに変わる前記２次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である２次側条件電流値が、２次側巻線電流閾値の絶対値以上であることであり、前記制御部は、負荷モードとして、軽負荷モードと、前記軽負荷モードよりも出力電力の最大値が大きい重負荷モードと、を備え、前記制御部は、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路の一方が２レベルの電圧を前記トランス部に印加するとともに、他方が３レベルの電圧を前記トランス部に印加するように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路を制御するように構成され、前記２レベルの電圧と前記３レベルの電圧は位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形であり、前記３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第１時刻と前記２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる第２時刻との差は第１位相差、前記第１時刻と前記３レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第３時刻との差は第２位相差であり、前記第１位相差と前記第２位相差とが等しいとき、又は前記第１位相差が０のときに、前記負荷モードが前記軽負荷モードと前記重負荷モードとの間で切り替わり、前記制御部は、前記軽負荷モード、及び前記重負荷モードの少なくとも１つにおいて、要求電力を出力でき且つ前記条件１と前記条件２とを満たす前記第１位相差及び前記第２位相差の組み合わせを実現するように、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路を制御する位相差制御を行い、前記要求電力を出力でき且つ前記条件１と前記条件２とを満たす前記２レベルの電圧及び前記３レベルの電圧の周波数を実現するように、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路を制御する周波数制御を行い、前記１次側条件電流値、前記２次側条件電流値、または前記出力電力に応じて前記位相差制御から前記周波数制御への切り替えを行い、前記１次側条件電流値、前記２次側条件電流値、前記出力電力、または前記周波数に応じて前記周波数制御から前記位相差制御への切り替えを行う、ように構成される。

　なお、１次側フルブリッジ回路がトランス部に印加するのが２レベルの電圧で、２次側フルブリッジ回路がトランス部に印加するのが３レベルの電圧である場合、第１位相差が０の時に負荷モードが軽負荷モードと重負荷モードとの間で切り替わる。１次側フルブリッジ回路がトランス部に印加するのが３レベルの電圧で、２次側フルブリッジ回路がトランス部に印加するのが２レベルの電圧である場合、第１位相差と第２位相差が等しい時に負荷モードが軽負荷モードと重負荷モードとの間で切り替わる。

　制御部は、１次側条件電流値または２次側条件電流値に応じて位相差制御を周波数制御に切り替える。１次側スイッチング素子及び２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行えるか否かは、１次側条件電流値及び２次側条件電流値によって定まる。１次側条件電流値または２次側条件電流値に応じて位相差制御を周波数制御に切り替えることで、位相差制御ではソフトスイッチングを行えない場合であっても、周波数制御でソフトスイッチングを行うことができる。詳細にいえば、周波数制御では、１次側電圧及び２次側電圧の周波数の変更によって出力する電力を制御することができる。また、周波数制御では、１次側電圧及び２次側電圧の１周期に対する第１位相差及び第２位相差の比率を維持することができるため、ソフトスイッチングを行うための条件を満たしつつ出力する電力を制御できる。従って、軽負荷モードと重負荷モードとの切替わり近辺であっても、要求電力に応じた電力を出力しつつ１次側スイッチング素子及び２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うことができる。

　上記電力変換装置について、前記制御部は、前記位相差制御を実行している場合に前記１次側条件電流値と前記１次側巻線電流閾値の絶対値との差が、第１の１次側差分閾値以下になると前記位相差制御から前記周波数制御への切り替えを行うとともに、前記周波数制御を実行している場合に前記１次側条件電流値と前記１次側巻線電流閾値の絶対値との差が、前記第１の１次側差分閾値以上である第２の１次側差分閾値より大きくなると前記周波数制御から前記位相差制御への切り替えを行う、又は、前記位相差制御を実行している場合に前記２次側条件電流値と前記２次側巻線電流閾値の絶対値との差が、第１の２次側差分閾値以下になると前記位相差制御から前記周波数制御への切り替えを行うとともに、前記周波数制御を実行している場合に前記２次側条件電流値と前記２次側巻線電流閾値の絶対値との差が、前記第１の２次側差分閾値以上である第２の２次側差分閾値より大きくなると前記周波数制御から前記位相差制御への切り替えを行う、ように構成されてもよい。

　本開示の第二の態様に係る電力変換装置は、１次側巻線と２次側巻線と前記１次側巻線または前記２次側巻線の少なくとも一方に接続されたリアクトルとを有するトランス部と、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制御部と、を備え、
　前記複数の１次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件が条件１であり、前記複数の２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件が条件２であり、前記条件１は、前記複数の１次側スイッチング素子のうちの少なくとも１つがＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、前記１次側巻線に流れる電流であって、前記複数の１次側スイッチング素子のうちＯＦＦからＯＮに変わる前記１次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である１次側条件電流値が、１次側巻線電流閾値の絶対値以上であることであり、前記条件２は、前記複数の２次側スイッチング素子のうちの少なくとも１つがＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、前記２次側巻線に流れる電流であって、前記複数の２次側スイッチング素子のうちＯＦＦからＯＮに変わる前記２次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である２次側条件電流値が、２次側巻線電流閾値の絶対値以上であることであり、前記制御部は、負荷モードとして、軽負荷モードと、前記軽負荷モードよりも出力電力の最大値が大きい重負荷モードと、を備え、前記制御部は、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路の一方が２レベルの電圧を前記トランス部に印加するとともに、他方が３レベルの電圧を前記トランス部に印加するように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路を制御するように構成され、前記２レベルの電圧と前記３レベルの電圧は位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形であり、前記３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第１時刻と前記２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる第２時刻との差は第１位相差、前記第１時刻と前記３レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第３時刻との差は第２位相差であり、前記第１位相差と前記第２位相差とが等しいとき、又は前記第１位相差が０のときに、前記負荷モードが前記軽負荷モードと前記重負荷モードとの間で切り替わり、前記制御部は、前記軽負荷モード及び前記重負荷モードにおいて、要求電力を出力でき且つ前記条件１と前記条件２とを満たす前記第１位相差及び前記第２位相差の組み合わせを実現するように、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路を制御する位相差制御を行い、前記負荷モードが前記軽負荷モードから前記重負荷モードに切り替わる際に前記２レベルの電圧及び前記３レベルの電圧の周波数を変更する、ように構成される。

　軽負荷モードの場合と重負荷モードとの場合で２レベルの電圧及び３レベルの電圧の周波数を一定にした場合、軽負荷モードから重負荷モードへの切り替えの際に、ソフトスイッチングを行いにくい場合がある。詳細にいえば、要求電力を出力するように第１位相差及び第２位相差の組み合わせを導出すると、軽負荷モードと重負荷モードの切り替え時において要求電力を出力でき、かつ、ソフトスイッチングを行える組み合わせが限られる。これにより、１次側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを行うタイミングと２次側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを行うタイミングとが制限されることで、ソフトスイッチングを行えない場合がある。これに対し、軽負荷モードから重負荷モードに切り替わる際に２レベルの電圧及び３レベルの電圧の周波数を変更することで、軽負荷モードで出力可能な要求電力と、重負荷モードで出力可能な要求電力とが重なり合う。軽負荷モードと重負荷モードとでは、要求電力を出力でき、かつ、ソフトスイッチングを行うことができる第１位相差と第２位相差との組み合わせが異なる。このため、軽負荷モードで出力可能な要求電力と重負荷モードで出力可能な要求電力とが重なり合う範囲で軽負荷モードと重負荷モードとを切り替えることで、第１位相差と第２位相差との組み合わせが制限されにくい。これにより、要求電力に応じた出力電力を出力しつつ１次側スイッチング素子及び２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うことができる。

　上記電力変換装置について、前記制御部は、前記軽負荷モードの状態で前記要求電力が第１閾値以上になった場合に前記負荷モードを前記軽負荷モードから前記重負荷モードに切り替え、前記重負荷モードの状態で前記要求電力が前記第１閾値よりも低い第２閾値以下になった場合に前記負荷モードを前記重負荷モードから前記軽負荷モードに切り替える、ように構成されてもよい。

図１は第１実施形態の電力変換装置の回路図である。図２は等価電圧比と負荷モードとの関係を示す図である。図３は第１降圧遅れ位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図４は第１降圧同位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図５は第１降圧進み位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図６は第１昇圧遅れ位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図７は第１昇圧同位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図８は第１昇圧進み位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図９は位相差制御を示すフローチャートである。図１０は第１降圧遅れ位相モードにおける１次側電流及び２次側電流を示す図である。図１１は周波数制御を示すフローチャートである。図１２は周波数制御が行われている場合の１次側電圧の周期、及び２次側電圧の周期を示す図である。図１３は周波数制御が行われている場合の１次側電圧の周期、及び２次側電圧の周期を示す図である。図１４は周波数制御が行われている場合の１次側電圧の周期、及び２次側電圧の周期を示す図である。図１５は要求電力に応じた第１昇圧遅れ位相モードと第１昇圧進み位相モードとの切り替えを示す図である。図１６は周波数制御が行われている場合の１次側電圧の周期、及び２次側電圧の周期を示す図である。図１７は周波数制御が行われている場合の１次側電圧の周期、及び２次側電圧の周期を示す図である。図１８は周波数制御が行われている場合の１次側電圧の周期、及び２次側電圧の周期を示す図である。図１９は第２実施形態の電力変換装置の回路図である。図２０は第２降圧遅れ位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図２１は第２降圧同位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図２２は第２降圧進み位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図２３は第２昇圧遅れ位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図２４は第２昇圧同位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図２５は第２昇圧進み位相モードにおける１次側電圧、及び２次側電圧を示す図である。図２６は第１昇圧遅れ位相モードにおける１次側電圧の周期及び２次側電圧の周期を示す図である。図２７は第１昇圧進み位相モードにおける１次側電圧の周期及び２次側電圧の周期を示す図である。

　［第１実施形態］
　電力変換装置の第１実施形態について説明する。
　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、直流電力を電力変換装置１０に入力する。直流電源１１０は、例えば、バッテリ、又は電源回路である。電源回路は、例えば、交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣ変換器である。負荷１２０は、例えば、直流電力を充放電可能な二次電池である。二次電池、例えば、リチウムイオン蓄電池、又は鉛蓄電池である。

　＜電力変換装置＞
　電力変換装置１０は、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から入力される直流電力を変換して負荷１２０に出力可能である。電力変換装置１０は、負荷１２０から入力される直流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。即ち、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、２つの１次側端子１１，１２と、２つの２次側端子１３，１４と、を備える。１次側端子１１，１２には直流電源１１０が電気的に接続されている。２次側端子１３，１４には負荷１２０が電気的に接続されている。

　電力変換装置１０は、トランス部ＴＳを備える。トランス部ＴＳは、トランス２０と、リアクトルＬ１と、を備える。トランス２０は、絶縁型である。トランス２０は、磁性体のコア２１と、１次側巻線２２と、２次側巻線２３と、を備える。１次側巻線２２及び２次側巻線２３は、コア２１に巻かれている。トランス２０は、リアクトルＬ１に接続されている。リアクトルＬ１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。本実施形態では、リアクトルＬ１は、１次側巻線２２に接続されている。リアクトルＬ１と１次側巻線２２とは直列接続体２４を構成する。

　電力変換装置１０は、１次側フルブリッジ回路３０を備える。１次側フルブリッジ回路３０は、第１レグ３１と、第２レグ３２と、を備える。第１レグ３１と第２レグ３２とは、互いに並列に接続されるように１次側端子１１，１２に接続されている。これにより、１次側フルブリッジ回路３０は、１次側端子１１，１２を介して直流電源１１０に電気的に接続されている。第１レグ３１は、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、を備える。第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とは、互いに直列接続されている。第２レグ３２は、第３スイッチング素子Ｑ３と、第４スイッチング素子Ｑ４と、ダイオードＤ３，Ｄ４と、コンデンサＣ３，Ｃ４と、を備える。第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４とは、互いに直列接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１及び第３スイッチング素子Ｑ３は、上アームを構成している。第２スイッチング素子Ｑ２及び第４スイッチング素子Ｑ４は、下アームを構成している。

　第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２、第３スイッチング素子Ｑ３、及び第４スイッチング素子Ｑ４は、複数の１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４である。１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、ｐ型のＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＧａＮ－ＨＥＭＴであってもよい。

　ダイオードＤ１～Ｄ４及びコンデンサ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。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。コンデンサＣ１～Ｃ４は、寄生容量、素子、又は寄生容量と素子の組み合わせであってもよい。

　第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との接続点、及び第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４との接続点は、それぞれ１次側巻線２２に接続されている。これにより、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。また、１次側フルブリッジ回路３０は、リアクトルＬ１に接続されている。

　電力変換装置１０は、１次側電圧センサ３７を備える。１次側電圧センサ３７は、直流電源１１０から１次側フルブリッジ回路３０に入力される入力電圧Ｖｉｎを検出する。
　電力変換装置１０は、２次側フルブリッジ回路４０を備える。２次側フルブリッジ回路４０は、第３レグ４１と、第４レグ４２と、を備える。第３レグ４１と第４レグ４２とは、互いに並列に接続されるように２次側端子１３，１４に接続されている。これにより、２次側フルブリッジ回路４０は、負荷１２０に電気的に接続されている。第３レグ４１は、第５スイッチング素子Ｑ５と、第６スイッチング素子Ｑ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６と、コンデンサＣ５，Ｃ６と、を備える。第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６とは、互いに直列接続されている。第４レグ４２は、第７スイッチング素子Ｑ７と、第８スイッチング素子Ｑ８と、ダイオードＤ７，Ｄ８と、コンデンサＣ７，Ｃ８と、を備える。第７スイッチング素子Ｑ７と第８スイッチング素子Ｑ８とは、互いに直列接続されている。第５スイッチング素子Ｑ５及び第７スイッチング素子Ｑ７は、上アームを構成している。第６スイッチング素子Ｑ６及び第８スイッチング素子Ｑ８は、下アームを構成している。

　第５スイッチング素子Ｑ５、第６スイッチング素子Ｑ６、第７スイッチング素子Ｑ７、及び第８スイッチング素子Ｑ８は、複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８である。２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８は、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８は、ｐ型のＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、又はＧａＮ－ＨＥＭＴであってもよい。

　ダイオードＤ５～Ｄ８及びコンデンサ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。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。コンデンサＣ５～Ｃ８は、寄生容量、素子、又は寄生容量と素子の組み合わせであってもよい。

　第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６との接続点、及び第７スイッチング素子Ｑ７と第８スイッチング素子Ｑ８との接続点は、それぞれ２次側巻線２３に接続されている。これにより、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の出力電力は、負荷１２０に供給される。
　電力変換装置１０は、２次側電圧センサ４７を備える。２次側電圧センサ４７は、電力変換装置１０の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。

　電力変換装置１０は、制御部５０を備える。制御部５０は、プロセッサと、記憶部と、を備える。プロセッサは、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、又はDSP（Digital Signal Processor）である。記憶部は、RAM（Random Access Memory）及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部は、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御部５０は、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御部５０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

　制御部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を制御することによって、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換する。

　本実施形態において、制御部５０は、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のうち励磁電流が流れる方を３レベル制御するとともに、励磁電流が流れない方を２レベル制御する。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のうち励磁電流が流れる方は、リアクトルＬ１を備えない回路である。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のうち励磁電流が流れない方は、リアクトルＬ１を備える回路である。本実施形態において、１次側フルブリッジ回路３０が２レベル制御されるとともに、２次側フルブリッジ回路４０が３レベル制御される。

　３レベル制御は、トランス部ＴＳ、即ち、２次側巻線２３に印加される電圧が正、負、又は０の３段階に切り替わる制御である。２レベル制御は、トランス部ＴＳ、即ち、１次側巻線２２とリアクトルＬ１との直列接続体２４に印加される電圧が正、又は負の２段階に切り替わる制御である。適宜、３レベル制御において２次側巻線２３に印加される電圧が正の場合をハイレベル、２次側巻線２３に印加される電圧が０の場合をミドルレベル、２次側巻線２３に印加される電圧が負の場合をローレベルと称する。２レベル制御において直列接続体２４に印加される電圧が正の場合をハイレベル、直列接続体２４に印加される電圧が負の場合をローレベルと称する。直列接続体２４に印加される電圧を１次側電圧Ｖ１、２次側巻線２３に印加される電圧を２次側電圧Ｖ２と称する。１次側電圧Ｖ１は、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２との接続点と、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４との接続点との電位差である。２次側電圧Ｖ２は、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６との接続点と、第７スイッチング素子Ｑ７と第８スイッチング素子Ｑ８との接続点との電位差である。第１実施形態において、１次側電圧Ｖ１は、２レベルの電圧である。２次側電圧Ｖ２は、３レベルの電圧である。図１の矢印の向きを１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２の正とする。１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２は出力を変更していない通常動作時には、１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２は位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形である。

　１次側フルブリッジ回路３０の２レベル制御を行う場合、制御部５０は、第１レグ３１と第２レグ３２とを連動させて制御する。制御部５０は、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４とを同時にオンする。制御部５０は、第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ３とを同時にオンする。１次側フルブリッジ回路３０のスイッチングパターンは、第１パターン及び第２パターンを含む。

　第１パターンは、第１スイッチング素子Ｑ１をオン、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ、第３スイッチング素子Ｑ３をオフ、第４スイッチング素子Ｑ４をオンするスイッチングパターンである。

　第２パターンは、第１スイッチング素子Ｑ１をオフ、第２スイッチング素子Ｑ２をオン、第３スイッチング素子Ｑ３をオン、第４スイッチング素子Ｑ４をオフするスイッチングパターンである。

　２次側フルブリッジ回路４０の３レベル制御を行う場合、制御部５０は、第３レグ４１と第４レグ４２とを独立して制御する。２次側フルブリッジ回路４０のスイッチングパターンは、第３パターン～第６パターンを含む。

　第３パターンは、第５スイッチング素子Ｑ５をオン、第６スイッチング素子Ｑ６をオフ、第７スイッチング素子Ｑ７をオフ、第８スイッチング素子Ｑ８をオンするスイッチングパターンである。

　第４パターンは、第５スイッチング素子Ｑ５をオン、第６スイッチング素子Ｑ６をオフ、第７スイッチング素子Ｑ７をオン、第８スイッチング素子Ｑ８をオフするスイッチングパターンである。

　第５パターンは、第５スイッチング素子Ｑ５をオフ、第６スイッチング素子Ｑ６をオン、第７スイッチング素子Ｑ７をオン、第８スイッチング素子Ｑ８をオフするスイッチングパターンである。

　第６パターンは、第５スイッチング素子Ｑ５をオフ、第６スイッチング素子Ｑ６をオン、第７スイッチング素子Ｑ７をオフ、第８スイッチング素子Ｑ８をオンするスイッチングパターンである。

　制御部５０は、１次側フルブリッジ回路３０の第１パターン及び第２パターンのいずれかと２次側フルブリッジ回路４０の第３パターン～第６パターンのいずれかとの組み合わせによって２次側フルブリッジ回路４０から出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

　ここで、トランス２０の１次側巻線２２の巻き数はＮ１、２次側巻線２３の巻き数はＮ２である。１次側フルブリッジ回路３０に入力される入力電圧Ｖｉｎと２次側フルブリッジ回路４０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとの比は電圧比である。トランス２０の巻き数比を１：１に換算した時の等価的な電圧比である等価電圧比は（Ｖｏｕｔ×Ｎ１）／（Ｖｉｎ×Ｎ２）である。Ｖｉｎ×Ｎ２は、トランスの巻線比を１：１に換算した場合の等価入力電圧である。Ｖｏｕｔ×Ｎ１は、トランスの巻線比を１：１に換算した場合の等価出力電圧である。制御部５０は、負荷モードとして第１降圧モードと、第１昇圧モードと、を備える。第１降圧モードは、等価電圧比を１より小さくする負荷モードである。第１昇圧モードは、等価電圧比を１より大きくする負荷モードである。

　例えば、トランス２０の巻線比が１：２で、入力電圧Ｖｉｎ＝２００Ｖ、出力電圧Ｖоｕｔ＝４００Ｖの場合、巻線比を１：１に換算すると、等価電圧比＝（Ｖоｕｔ×１）／（Ｖｉｎ×２）は１である。したがってトランス２０の巻線比が１：２で、入力電圧Ｖｉｎ＝２００Ｖの場合は、出力電圧Ｖоｕｔが４００Ｖより小さいと降圧モードであり、４００Ｖより大きいと昇圧モードである。なお、以降の説明は特にことわりがない場合は巻線比を１：１として説明する。

　＜第１降圧モード＞
　図２に示すように、第１降圧モードは、第１降圧遅れ位相モードと、第１降圧同位相モードと、第１降圧進み位相モードと、を備える。

　図３に示すように、第１降圧遅れ位相モードは、２次側電圧Ｖ２をローレベルからミドルレベルに立ち上げた後に１次側電圧Ｖ１をローレベルからハイレベルに立ち上げ、その後２次側電圧Ｖ２をミドルレベルからハイレベルに立ち上げる第１降圧モードである。第１降圧遅れ位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて小電力を出力する場合に用いられる第１降圧モードである。第１降圧遅れ位相モードは、遅れ位相モードの一例である。遅れ位相モードは、３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がった後に、２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる負荷モードである。

　第１実施形態の負荷モードにおいて、２次側電圧Ｖ２がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第１時刻Ｔ１と１次側電圧Ｖ１がローレベルからハイレベルに立ち上がる第２時刻Ｔ２との差は第１位相差θ１である。第１時刻Ｔ１と２次側電圧Ｖ２がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第３時刻Ｔ３との差は第２位相差θ２である。

　なお上述の通り、１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２は出力を変更していない通常動作時には、位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形である。したがって、２次側電圧Ｖ２がハイレベルからミドルレベルに立ち下がる時刻も第１時刻Ｔ１であり、１次側電圧Ｖ１がハイレベルからローレベルに立ち下がる時刻も第２時刻Ｔ２であり、２次側電圧Ｖ２がミドルレベルからローレベルに立ち下がる時刻も第３時刻Ｔ３である。

　図４に示すように、第１降圧同位相モードは、２次側電圧Ｖ２をローレベルからミドルレベルに立ち上げることと、１次側電圧Ｖ１をローレベルからハイレベルに立ち上げることとを同時に行った後に、２次側電圧Ｖ２をミドルレベルからハイレベルに立ち上げる第１降圧モードである。第１降圧同位相モードの場合、第１時刻Ｔ１と第２時刻Ｔ２は同一時刻である。従って、第１位相差θ１は０である。第１降圧同位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて中電力を出力する場合に用いられる第１降圧モードである。中電力は、小電力よりも大きい電力である。

　図５に示すように、第１降圧進み位相モードは、１次側電圧Ｖ１をローレベルからハイレベルに立ち上げた後に２次側電圧Ｖ２をローレベルからミドルレベルに立ち上げ、その後２次側電圧Ｖ２をミドルレベルからハイレベルに立ち上げる第１降圧モードである。第１降圧進み位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて大電力を出力する場合に用いられる第１降圧モードである。大電力は、中電力よりも大きい電力である。第１降圧進み位相モードは、第１降圧遅れ位相モードよりも出力電力の最大値が大きい。第１降圧進み位相モードは、進み位相モードの一例である。本実施形態の進み位相モードは、２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がった後に、３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる負荷モードである。

　第１降圧遅れ位相モードは、軽負荷モードの一例である。第１降圧進み位相モードは、重負荷モードの一例である。第１降圧同位相モードは、軽負荷モードと重負荷モードとを切り替える際に用いられる負荷モードである。第１降圧モードは、第１位相差θ１が０のときに第１降圧遅れ位相モードと第１降圧進み位相モードとの間で切り替わる。

　＜第１昇圧モード＞
　図２に示すように、第１昇圧モードは、第１昇圧遅れ位相モードと、第１昇圧同位相モードと、第１昇圧進み位相モードと、を備える。

　図６に示すように、第１昇圧遅れ位相モードは、２次側電圧Ｖ２をローレベルからミドルレベルに立ち上げた後に１次側電圧Ｖ１をローレベルからハイレベルに立ち上げ、その後２次側電圧Ｖ２をミドルレベルからハイレベルに立ち上げる第１昇圧モードである。第１昇圧遅れ位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて小電力を出力する場合に用いられる第１昇圧モードである。第１昇圧遅れ位相モードは、２次側電圧Ｖ２のハイレベルが１次側電圧Ｖ１のハイレベルよりも電圧が高い点で第１降圧遅れ位相モードと異なる。また、２次側電圧Ｖ２のローレベルが１次側電圧Ｖ１のローレベルよりも電圧が低い点で第１降圧遅れ位相モードと異なる。第１昇圧遅れ位相モードは、遅れ位相モードの一例である。

　図７に示すように、第１昇圧同位相モードは、２次側電圧Ｖ２をローレベルからミドルレベルに立ち上げることと、１次側電圧Ｖ１をローレベルからハイレベルに立ち上げることとを同時に行った後に、２次側電圧Ｖ２をミドルレベルからハイレベルに立ち上げる第１昇圧モードである。第１昇圧同位相モードの場合、第１時刻Ｔ１と第２時刻Ｔ２とは同一時刻である。従って、第１位相差θ１は０である。第１昇圧同位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて中電力を出力する場合に用いられる第１昇圧モードである。中電力は、小電力よりも大きい電力である。第１昇圧同位相モードは、２次側電圧Ｖ２のハイレベルが１次側電圧Ｖ１のハイレベルよりも電圧が高い点で第１降圧同位相モードと異なる。また、２次側電圧Ｖ２のローレベルが１次側電圧Ｖ１のローレベルよりも電圧が低い点で第１降圧同位相モードと異なる。

　図８に示すように、第１昇圧進み位相モードは、１次側電圧Ｖ１をローレベルからハイレベルに立ち上げた後に２次側電圧Ｖ２をローレベルからミドルレベルに立ち上げ、その後２次側電圧Ｖ２をミドルレベルからハイレベルに立ち上げる第１昇圧モードである。第１昇圧進み位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて大電力を出力する場合に用いられる第１昇圧モードである。第１昇圧進み位相モードは、２次側電圧Ｖ２のハイレベルが１次側電圧Ｖ１のハイレベルよりも電圧が高い点で第１降圧進み位相モードと異なる。また、２次側電圧Ｖ２のローレベルが１次側電圧Ｖ１のローレベルよりも電圧が低い点で第１降圧進み位相モードと異なる。第１昇圧進み位相モードは、第１昇圧遅れ位相モードよりも出力電力の最大値が大きい。第１昇圧進み位相モードは、進み位相モードの一例である。

　第１昇圧遅れ位相モードは、軽負荷モードの一例である。第１昇圧進み位相モードは、重負荷モードの一例である。第１昇圧同位相モードは、軽負荷モードと重負荷モードとを切り替える際に用いられる負荷モードである。第１昇圧モードは、第１位相差θ１が０のときに第１昇圧遅れ位相モードと第１昇圧進み位相モードとの間で切り替わる。

　＜位相差制御＞
　制御部５０は、位相差制御を行う。位相差制御は、第１位相差θ１及び第２位相差θ２を制御することによって要求電力を出力する制御である。以下、位相差制御について説明する。

　図９及び図１０に示すように、ステップＳ１において、制御部５０は、ソフトスイッチング領域を導出する。ソフトスイッチング領域は、１次側電流Ｉ１、及び２次側電流Ｉ２のそれぞれに設定される。１次側電流Ｉ１は、１次側巻線２２に流れる電流である。２次側電流Ｉ２は、２次側巻線２３に流れる電流である。図１において矢印の向きを１次側電流Ｉ１及び２次側電流Ｉ２の正とする。

　複数の１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のソフトスイッチングを行うための条件は、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４がＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、１次側電流Ｉ１であって、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうちＯＦＦからＯＮに変わるスイッチング素子に並列接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である１次側条件電流値が、１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値以上であることである。以降、この条件を条件１とする。この条件を満たす領域が１次側電流Ｉ１のソフトスイッチング領域である。１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４がＯＮとＯＦＦ時との間で切り替わる時は、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の少なくとも１つのスイッチング素子がＯＮからＯＦＦ、又はＯＦＦからＯＮになる時点である。これは、１次側電圧Ｖ１がローレベルからハイレベルに立ち上がる、又はハイレベルからローレベルに立ち下がる第２時刻Ｔ２と同一である。

　複数の２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８のソフトスイッチングを行うための条件は、２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８がＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、２次側電流Ｉ２であって、２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８のうちＯＦＦからＯＮに変わるスイッチング素子に並列接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である２次側条件電流値が、２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値以上であることである。以降、この条件を条件２とする。この条件を満たす領域が２次側電流Ｉ２のソフトスイッチング領域である。２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８がＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時は、２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８の少なくとも１つのスイッチング素子がＯＮからＯＦＦ、又はＯＦＦからＯＮになる時点である。この時点は、第１時刻Ｔ１又は第３時刻Ｔ３と同一である。第１時刻Ｔ１は、２次側電圧Ｖ２がローレベルからミドルレベルに立ち上がる時刻、又は２次側電圧Ｖ２がハイレベルからミドルレベルに立ち下がる時刻である。第３時刻Ｔ３は、２次側電圧Ｖ２がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる時刻、又は２次側電圧Ｖ２がミドルレベルからローレベルに立ち下がる時刻である。

　上述の通り、１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２は位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形であるので、立ち上がり時と立ち下がり時は正負が反転しただけであるので、どちらか一方のみ考えればよい。以降は立ち上がり時についてのみ説明する。

　図１０には、一例として、第１降圧遅れ位相モード時の１次側電流Ｉ１及び２次側電流Ｉ２を示す。図３の電圧波形と比較してわかる通り、図１０に示す例では、第１時刻Ｔ１では２次側フルブリッジ回路４０のスイッチングパターンが第５パターンから第４パターンに切り替えられる。また、第３時刻Ｔ３では２次側フルブリッジ回路４０のスイッチングパターンが第４パターンから第３パターンに切り替えられる。この第１時刻Ｔ１および第３時刻Ｔ３の際に、条件２を満たせば２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８のソフトスイッチングが成立する。第２時刻Ｔ２では、１次側フルブリッジ回路３０のスイッチングパターンが第２パターンから第１パターンに切り替えられる。この際に、条件１を満たせば１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のソフトスイッチングが成立する。

　１次側巻線電流閾値ＴＩ１は、以下の（１）式で規定される。

　ＴＩ１：１次側巻線電流閾値、ｋ１：係数、Ｖ１：１次側電圧、Ｌ：リアクトルＬ１のインダクタンス、Ｃ０１：１次側フルブリッジ回路３０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に並列に配置される全コンデンサＣ１～Ｃ４の合成容量に対してスイッチング素子１つ分に対応する容量である。コンデンサＣ１の容量がＣ１１、コンデンサＣ２の容量がＣ１２、コンデンサＣ３の容量がＣ１３、コンデンサＣ４の容量がＣ１４である場合、Ｃ０１＝（Ｃ１１＋Ｃ１２＋Ｃ１３＋Ｃ１４）／４であってもよい。ＣｘをＣ１１～Ｃ１４のうち最も大きい容量とした場合、Ｃ０１＝Ｃｘであってもよい。なお、２次側巻線電流閾値ＴＩ２についても各値を２次側の値に置き替えて同様に規定される。こうしてソフトスイッチング領域が導出される。

　次に、ステップＳ２において、制御部５０は、目標電流を算出する。目標電流は負荷１２０からの要求電力を出力でき、かつ、条件１と条件２を満たす電流値である。
　１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のうち第２時刻Ｔ２でＯＦＦからＯＮに変わるのは、第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４である。第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４は、スイッチングパターンが第２パターンから第１パターンに変わる時にＯＦＦからＯＮに変わる１次側スイッチング素子である。

　条件１を満たすには第２時刻Ｔ２での１次側電流Ｉ１であって、この時にＯＦＦからＯＮに変わる第１スイッチング素子Ｑ１及び第４スイッチング素子Ｑ４に並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ４の順方向に流れる電流の値が１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値“｜ＴＩ１｜”以上になればよい。この電流の値は、図１の“－Ｉ１”の値である。なお図１０から判る通り第２時刻Ｔ２では１次側電流Ｉ１は負の値であるので“－Ｉ１”は正の値になる。

　本負荷モードにおいて、条件２を満たすには第１時刻Ｔ１と第３時刻Ｔ３の２次側電流Ｉ２を考慮する。第１時刻Ｔ１と第３時刻Ｔ３のうちでこの負荷モードにおいて２次側電流Ｉ２の絶対値が小さい方の時刻は第１時刻Ｔ１である。このため、第１時刻Ｔ１での２次側電流Ｉ２を考慮すればよい。したがって条件２を満たすには第１時刻Ｔ１での２次側電流Ｉ２であって、この時にＯＦＦからＯＮに変わる第５スイッチング素子Ｑ５に並列に接続されるダイオードＤ５の順方向に流れる電流の値が２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値“｜ＴＩ２｜”以上になればよい。この電流の値は、図１の“＋Ｉ２”の値である。第５スイッチング素子Ｑ５は、スイッチングパターンが第５パターンから第４パターンに変わる時にＯＦＦからＯＮに変わる２次側スイッチング素子である。なお図１０から判る通り第１時刻Ｔ１では２次側電流Ｉ２は正の値であるので“＋Ｉ２”は正の値になる。また、第１時刻Ｔ１と第３時刻Ｔ３のうちでどちらの時刻で２次側電流Ｉ２の絶対値が小さくなるかは負荷モードに応じてかわる。

　実用上は、例えば条件２について２次側巻線電流閾値ＴＩ２を１次側に換算したＴＩ２’と第１時刻Ｔ１での１次側電流Ｉ１を比較することで条件２を満たすようにしても良いし、その逆でもよい。この場合、１次側電流Ｉ１と２次側電流Ｉ２のどちらか一方について考慮すればよくなる。また、条件１と条件２の一方を満たせばおのずと他方も満たすようにあらかじめリアクトルＬ１のインダクタンスＬを設定してもよい。

　こうして負荷１２０からの要求電力を出力でき、且つ、条件１と条件２を満たす目標電流の組み合わせを算出できる。なお、要求電力を出力でき、且つ、条件１と条件２を満たす目標電流の組み合わせが無い場合、その要求電力・負荷モードではソフトスイッチング不可を意味する。

　次に、ステップＳ３において、制御部５０は、算出した目標電流から第１位相差θ１と第２位相差θ２との組み合わせを導出する。ここでは算出した第１時刻Ｔ１での目標電流と第２時刻Ｔ２での目標電流に追従するように第１位相差θ１と第２位相差θ２との組み合わせを導出する。即ち、第１位相差θ１と第２位相差θ２との組み合わせは、負荷１２０の要求電力を出力でき、かつ、条件１、条件２を満たす組み合わせである。

　ステップＳ４において、制御部５０は、ステップＳ３で導出された第１位相差θ１及び第２位相差θ２を実現するように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の制御を行う。

　要求電力と第１位相差θ１、第２位相差θ２は都度算出されても良いし、あらかじめ算出しておいてマップ等に保管しておいても良い。
　＜周波数制御＞
　制御部５０は、周波数制御を行う。周波数制御は、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数を制御することで、要求電力を出力する制御である。以下、周波数制御について説明する。

　図１１に示すように、ステップＳ１１において、制御部５０は、要求電力を出力できる１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数を導出する。１次側電圧Ｖ１の周波数と２次側電圧Ｖ２の周波数とは同一の値である。以下の説明において、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数を周波数と称する場合がある。

　第１位相差θ１及び第２位相差θ２が同一であれば、周波数が低いほど出力される電力は大きくなる。従って、周波数制御において要求電力が大きいほど周波数は低くなる。周波数が高いほど周期は短くなるため、要求電力が大きいほど１次側電圧Ｖ１の周期及び２次側電圧Ｖ２の周期は長くなる。周期が長くなると１次側電流Ｉ１や２次側電流Ｉ２は増加する。制御部５０は、条件１と条件２を満たす周波数を導出する。具体的には位相差制御のステップＳ１と同様にソフトスイッチング領域を導出（１次巻線電流閾値ＴＩ１，２次巻線電流閾値ＴＩ２を算出）し、要求電力を出力でき、かつ、条件１と条件２とを持たす周波数を導出する。なお、第１位相差θ１及び第２位相差θ２は固定する。この周波数は、ソフトスイッチングを行うことができる周波数である。従って、制御部５０は、要求出力を出力でき、かつ、ソフトスイッチングを行うことができる周波数を導出する。

　次に、ステップＳ１２において、制御部５０は、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数がステップＳ１１で導出した周波数になるように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を制御する。

　＜位相差制御と周波数制御との切り替え＞
　制御部５０は、軽負荷モード及び重負荷モードの少なくとも１つにおいて、位相差制御と周波数制御とを切り替える。即ち、制御部５０は、軽負荷モードにおいて、位相差制御と周波数制御とを切り替えてもよいし、重負荷モードにおいて、位相差制御と周波数制御とを切り替えてもよい。あるいは、制御部５０は、軽負荷モード及び重負荷モードにおいて、位相差制御と周波数制御とを切り替えてもよい。

　一例として、第１昇圧遅れ位相モード及び第１昇圧進み位相モードを用いて説明を行う。なお、条件１を満たせばおのずと条件２も満たすようにあらかじめリアクトルＬ１のインダクタンスＬを設定してある場合について説明する。

　＜軽負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替え＞
　まず、第１昇圧遅れ位相モード、即ち、軽負荷モードで位相差制御と周波数制御とを切り替える場合について説明を行う。

　第１昇圧遅れ位相モードで位相差制御が行われている場合、要求電力が大きくなるにつれて第１位相差θ１が０に近付いていく。第１位相差θ１が０に近付いていくと、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が小さくなっていく。なお、位相差制御は、周波数を一定に維持した状態で行われる。

　制御部５０は、第１昇圧遅れ位相モードにおいて位相差制御を行っている場合に、第１位相差θ１の大きさが第１位相差閾値以下になると、位相差制御から周波数制御に切り替える。第１位相差θ１の大きさが第１位相差閾値以下になる状態は、第１位相差θ１の大きさを第１位相差閾値以下にしないと要求電力が出力できなくなるが、条件１と条件２が満たせなくなる状態である。

　周波数制御時の第１位相差θ１、第２位相差θ２は例えば切替直前の値に固定とする。第１位相差閾値は、１次側条件電流値が１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値未満になる前に、位相差制御から周波数制御への切り替えが行われるように設定されている。本実施形態において、第１位相差閾値は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が予め定められた第１の１次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えが行われるように設定されている。従って、制御部５０は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第１の１次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行うともいえる。第１の１次側差分閾値は、例えば、０である。この場合、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１とが一致すると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行うように第１位相差閾値は設定されている。

　第１昇圧遅れ位相モードで周波数制御を行っている場合、制御部５０は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第２の１次側差分閾値より大きくなると、周波数制御から位相差制御に切り替える。第２の１次側差分閾値は、第１の１次側差分閾値以上の値である。本実施形態において、第２の１次側差分閾値は、第１の１次側差分閾値と同一の値、即ち、０である。１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第２の１次側差分閾値より大きい場合、位相差制御に切り替えた直後の第１位相差θ１の大きさは第２位相差閾値より大きい値である。第２位相差閾値は、第１位相差閾値以上の値である。本実施形態において、第２位相差閾値は、第１位相差閾値と同一の値である。

　従って、制御部５０は、第１位相差θ１の大きさが第１位相差閾値以下になる場合に周波数制御を行うとともに、第１位相差θ１の大きさが第１位相差閾値より大きくできる場合に位相差制御を行う。即ち、制御部５０は、１次側条件電流値に応じて位相差制御と周波数制御とを切り替えてもよい。

　図１２には、第１昇圧遅れ位相モードで周波数制御が行われている場合の１次側電圧Ｖ１の周期Ｐ１及び２次側電圧Ｖ２の周期Ｐ１を示す。１次側電圧Ｖ１の周期Ｐ１と２次側電圧Ｖ２の周期Ｐ１とは同一の値である。以下の説明において、１次側電圧Ｖ１の周期Ｐ１及び２次側電圧Ｖ２の周期Ｐ１を周期Ｐ１と称する場合がある。

　図１３に示すように、第１昇圧遅れ位相モードにおいて周波数制御が行われることで、周期Ｐ１が変更される。図１３では、図１２よりも要求電力が大きくなることによって、周期Ｐ１が図１２に示す周期Ｐ１よりも長くなっている。

　図１４では、図１３よりも要求電力が大きくなることによって、周期Ｐ１が図１３に示す周期Ｐ１よりも長くなっている。図１４に示す状態では、要求電力が第１閾値に達している。

　図１５に示すように、第１昇圧遅れ位相モードの状態で要求電力が第１閾値以上になった場合、制御部５０は、第１昇圧遅れ位相モードから第１昇圧進み位相モードへの切り替えを行う。制御部５０は、第１昇圧進み位相モードの状態で要求電力が第２閾値以下になった場合、第１昇圧進み位相モードから第１昇圧遅れ位相モードへの切り替えを行う。第２閾値は、第１閾値よりも低い値である。

　第１昇圧遅れ位相モードから第１昇圧進み位相モードへの切り替えが行われると、制御部５０は、位相差制御を行う。この際、制御部５０は、１次側電圧Ｖ１の周波数、及び２次側電圧Ｖ２の周波数を周波数制御が行われる前の周波数に戻す。即ち、第１昇圧遅れ位相モードで行われる位相差制御と第１昇圧進み位相モードで行われる位相差制御とで、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数は同一である。

　＜重負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替え＞
　第１昇圧進み位相モード、即ち、重負荷モードで位相差制御と周波数制御とを切り替える場合について説明を行う。

　第１昇圧進み位相モードにおいて位相差制御を行っている場合、要求電力が小さくなるにつれて第１位相差θ１が０に近付いていく。第１位相差θ１が０に近付いていくと、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が小さくなっていく。なお、位相差制御は、周波数を一定に維持した状態で行われる。

　制御部５０は、第１昇圧進み位相モードにおいて位相差制御を行っている場合に、第１位相差θ１の大きさが第１位相差閾値以下になると位相差制御から周波数制御への切り替えを行う。第１位相差θ１の大きさが第１位相差閾値以下になる状態は、第１位相差閾値以下にしないと要求電力が出力できなくなるが、条件１と条件２が満たせなくなる状態である。周波数制御時の第１位相差θ１、第２位相差θ２は例えば切替直前の値に固定とする。重負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第１位相差閾値は、軽負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第１位相差閾値と同様の値である。従って、制御部５０は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第１の１次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行うともいえる。重負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第１の１次側差分閾値は、軽負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第１の１次側差分閾値と同様の値である。

　第１昇圧進み位相モードで周波数制御を行っている場合、制御部５０は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第２の１次側差分閾値より大きくなると、周波数制御から位相差制御への切り替えを行う。重負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第２の１次側差分閾値は、軽負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第２の１次側差分閾値と同様の値である。１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第２の１次側差分閾値より大きくなる場合、位相差制御に切り替えた直後の第１位相差θ１は第２位相差閾値より大きい値である。重負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第２位相差閾値は、軽負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第２位相差閾値と同様の値である。

　従って、制御部５０は、第１位相差θ１の大きさが第１位相差閾値以下になる場合に周波数制御を行うとともに、第１位相差θ１の大きさが第１位相差閾値より大きくできる場合に位相差制御を行う。即ち、制御部５０は１次側条件電流値に応じて位相差制御と周波数制御とを切り替えても良い。

　第１昇圧進み位相モードから第１昇圧遅れ位相モードへの切り替えが行われると、制御部５０は、位相差制御を行う。この際、制御部５０は、１次側電圧Ｖ１の周波数、及び２次側電圧Ｖ２の周波数を周波数制御が行われる前の周波数に戻す。即ち、第１昇圧進み位相モードで行われる位相差制御と第１昇圧遅れ位相モードで行われる位相差制御とで、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数は同一である。

　図１６には、第１昇圧進み位相モードで周波数制御が行われている場合の１次側電圧Ｖ１の周期Ｐ１及び２次側電圧Ｖ２の周期Ｐ１を示す。
　図１７に示すように、周波数制御が行われることで、周期Ｐ１が変更される。図１７では、図１６よりも要求電力が大きくなることによって、周期Ｐ１が図１６に示す周期Ｐ１よりも長くなっている。図１８では、要求電力が更に大きくなることによって、図１７に示す周期Ｐ１よりも周期Ｐ１が長くなっている。

　図１５に示すように、第１昇圧進み位相モードの状態で要求電力が第２閾値以下になった場合、制御部５０は、第１昇圧進み位相モードから第１昇圧遅れ位相モードへの切り替えを行う。制御部５０は、第１昇圧遅れ位相モードの状態で要求電力が第１閾値以上になった場合、第１昇圧遅れ位相モードから第１昇圧進み位相モードへの切り替えを行う。第２閾値は、第１閾値よりも低い値である。

　上記した例では、軽負荷モードと重負荷モードとの切り替えとして、第１昇圧遅れ位相モードと第１昇圧進み位相モードとの切り替えを挙げたが、軽負荷モードと重負荷モードとの切り替えは、第１降圧遅れ位相モードと第１降圧進み位相モードとの切り替えでもよい。この場合であっても、制御部５０は、上記した制御と同様の制御を行えばよい。

　［第１実施形態の効果］
　（１－１）位相差制御では、軽負荷モードと重負荷モードとの切替わり近辺で１次側条件電流値が１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値未満になり、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のソフトスイッチングを行えない場合がある。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がソフトスイッチングを行えるか否かは、１次側条件電流値及び２次側条件電流値によって定まる。制御部５０は、位相差制御を実行している場合に１次側条件電流値に応じて、位相差制御から周波数制御への切り替えを行う。即ち、１次側電流Ｉ１がソフトスイッチングを行うための条件を満たさなくなる前に、位相差制御から周波数制御への切り替えを行う。周波数制御では、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数の変更によって出力する電力を制御することができる。また、周波数制御では、１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２の１周期に対する第１位相差θ１及び第２位相差θ２の比率を維持することができるため、ソフトスイッチングを行うための条件を満たしつつ出力する電力を制御できる。従って、要求電力に応じた電力を出力しつつ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のソフトスイッチングを行うことができる。

　（１－２）制御部５０は、軽負荷モードの状態で要求電力が第１閾値以上になった場合に軽負荷モードから重負荷モードへの切り替えを行う。制御部５０は、重負荷モードの状態で要求電力が第１閾値よりも低い第２閾値以下になった場合に重負荷モードから軽負荷モードへの切り替えを行う。これにより、要求電力が中電力の場合に、重負荷モードと軽負荷モードとの切り替わりにヒステリシスを持たせる事ができ、頻繁に軽負荷モードと重負荷モードとが切り替わるハンチングを抑制できる。重負荷モードと軽負荷モードとが頻繁に切り替わると、トランス２０の磁気飽和が起こったり、過電流が生じたりするおそれがある。重負荷モードと軽負荷モードとが頻繁に切り替わることを抑制することで、トランス２０の磁気飽和や過電流の発生を抑制することができる。

　（１－３）軽負荷モードで周波数制御を行った場合、周波数の低下量に対する電力の増加量が大きい。このため、周波数の低下量を抑制しつつ要求電力を出力することができる。

　（１－４）重負荷モードで周波数制御を行った場合、ピーク電流を低減することができる。
　［第２実施形態］
　電力変換装置の第２実施形態について説明する。第１実施形態との相違点について説明を行う。

　図１９に示すように、第２実施形態では、リアクトルＬ２が１次側巻線２２に代えて２次側巻線２３に接続され、３レベル制御と２レベル制御をするのが１次側と２次側で逆になっている点が第１実施形態とは異なる。トランス部ＴＳは、トランス２０と、リアクトルＬ２と、を備える。２次側巻線２３とリアクトルＬ２とは直列接続体２５を構成する。

　第２実施形態において制御部５０は、１次側フルブリッジ回路３０を３レベル制御するとともに、２次側フルブリッジ回路４０を２レベル制御する。
　３レベル制御は、トランス部ＴＳ、即ち、１次側巻線２２に印加される電圧が正、負、又は０の３段階に切り替わる制御である。２レベル制御は、トランス部ＴＳ、即ち、リアクトルＬ２と２次側巻線２３との直列接続体２５に印加される電圧が正、又は負の２段階に切り替わる制御である。適宜、３レベル制御において１次側巻線２２に印加される電圧が正の場合をハイレベル、１次側巻線２２に印加される電圧が０の場合をミドルレベル、１次側巻線２２に印加される電圧が負の場合をローレベルと称する。２レベル制御において直列接続体２５に印加される電圧が正の場合をハイレベル、直列接続体２５に印加される電圧が負の場合をローレベルと称する。１次側巻線２２に印加される電圧を１次側電圧Ｖ１とする。直列接続体２５に印加される電圧を２次側電圧Ｖ２とする。１次側電圧Ｖ１は、３レベルの電圧である。２次側電圧Ｖ２は、２レベルの電圧である。図１９の矢印の向きを１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２の正とする。１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２は出力を変更していない通常動作時には、位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形である。

　１次側フルブリッジ回路３０の３レベル制御を行う場合、制御部５０は、第１レグ３１と第２レグ３２とを独立して制御する。１次側フルブリッジ回路３０のスイッチングパターンは、第７パターン～第１０パターンを含む。

　第７パターンは、第１スイッチング素子Ｑ１をオン、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ、第３スイッチング素子Ｑ３をオフ、第４スイッチング素子Ｑ４をオンするスイッチングパターンである。

　第８パターンは、第１スイッチング素子Ｑ１をオン、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ、第３スイッチング素子Ｑ３をオン、第４スイッチング素子Ｑ４をオフするスイッチングパターンである。

　第９パターンは、第１スイッチング素子Ｑ１をオフ、第２スイッチング素子Ｑ２をオン、第３スイッチング素子Ｑ３をオン、第４スイッチング素子Ｑ４をオフするスイッチングパターンである。

　第１０パターンは、第１スイッチング素子Ｑ１をオフ、第２スイッチング素子Ｑ２をオン、第３スイッチング素子Ｑ３をオフ、第４スイッチング素子Ｑ４をオンするスイッチングパターンである。

　２次側フルブリッジ回路４０の２レベル制御を行う場合、制御部５０は、第３レグ４１と第４レグ４２とを連動させて制御する。制御部５０は、第５スイッチング素子Ｑ５と第８スイッチング素子Ｑ８とを同時にオンする。制御部５０は、第６スイッチング素子Ｑ６と第７スイッチング素子Ｑ７とを同時にオンする。２次側フルブリッジ回路４０のスイッチングパターンは、第１１パターン及び第１２パターンを含む。

　第１１パターンは、第５スイッチング素子Ｑ５をオン、第６スイッチング素子Ｑ６をオフ、第７スイッチング素子Ｑ７をオフ、第８スイッチング素子Ｑ８をオンするスイッチングパターンである。

　第１２パターンは、第５スイッチング素子Ｑ５をオフ、第６スイッチング素子Ｑ６をオン、第７スイッチング素子Ｑ７をオン、第８スイッチング素子Ｑ８をオフするスイッチングパターンである。

　制御部５０は、１次側フルブリッジ回路３０の第７パターン～第１０パターンのいずれかと２次側フルブリッジ回路４０の第１１パターン及び第１２パターンのいずれかとの組み合わせによって２次側フルブリッジ回路４０から出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

　第２実施形態において、制御部５０は、負荷モードとして第２降圧モードと、第２昇圧モードと、を備える。
　＜第２降圧モード＞
　第２降圧モードは、第２降圧遅れ位相モードと、第２降圧同位相モードと、第２降圧遅れ位相モードと、を備える。

　図２０に示すように、第２降圧遅れ位相モードは、１次側電圧Ｖ１をローレベルからミドルレベルに立ち上げた後に２次側電圧Ｖ２をローレベルからハイレベルに立ち上げ、その後１次側電圧Ｖ１をミドルレベルからハイレベルに立ち上げる第２降圧モードである。第２降圧遅れ位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて小電力を出力する場合の第２降圧モードである。第２降圧遅れ位相モードは、遅れ位相モードの一例である。

　第２実施形態の負荷モードにおいて、１次側電圧Ｖ１がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第１時刻Ｔ１１と２次側電圧Ｖ２がローレベルからハイレベルに立ち上がる第２時刻Ｔ１２との差は第１位相差θ１１である。第１時刻Ｔ１１と１次側電圧Ｖ１がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第３時刻Ｔ１３との差は第２位相差θ１２である。

　なお、上述の通り、１次側電圧Ｖ１と２次側電圧Ｖ２は出力を変更していない通常動作時には、位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形である。したがって、１次側電圧Ｖ１がハイレベルからミドルレベルに立ち下がる時刻も第１時刻Ｔ１１であり、２次側電圧Ｖ２がハイレベルからローレベルに立ち下がる時刻も第２時刻Ｔ１２であり、１次側電圧Ｖ１がミドルレベルからローレベルに立ち下がる時刻も第３時刻Ｔ１３である。

　図２１に示すように、第２降圧同位相モードは、１次側電圧Ｖ１をローレベルからミドルレベルに立ち上げた後に、１次側電圧Ｖ１をミドルレベルからハイレベルに立ち上げることと２次側電圧Ｖ２をローレベルからハイレベルに立ち上げることとを同時に行う第２降圧モードである。第２降圧同位相モードの場合、第２時刻Ｔ１２と第３時刻Ｔ１３とは同一時刻である。従って、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２とは同一の値である。即ち、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差は０である。第２降圧同位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて中電力を出力する場合の第２降圧モードである。

　図２２に示すように、第２降圧進み位相モードは、１次側電圧Ｖ１をローレベルからミドルレベルに立ち上げた後に１次側電圧Ｖ１をミドルレベルからハイレベルに立ち上げ、その後２次側電圧Ｖ２をローレベルからハイレベルに立ち上げる第２降圧モードである。第２降圧進み位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて大電力を出力する場合の第２降圧モードである。第２降圧進み位相モードは、第２降圧遅れ位相モードよりも出力電力の最大値が大きい。第２降圧進み位相モードは、進み位相モードの一例である。本実施形態の進み位相モードは、３レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がった後に、２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる負荷モードである。

　第２降圧遅れ位相モードは、軽負荷モードの一例である。第２降圧進み位相モードは、重負荷モードの一例である。第２降圧同位相モードは、軽負荷モードと重負荷モードとを切り替える際の負荷モードである。第２降圧モードでは、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２が等しいときに第２降圧遅れ位相モードと第２降圧進み位相モードとが切り替わる。

　＜第２昇圧モード＞
　第２昇圧モードは、第２昇圧遅れ位相モードと、第２昇圧同位相モードと、第２昇圧遅れ位相モードと、を備える。

　図２３に示すように、第２昇圧遅れ位相モードは、１次側電圧Ｖ１をローレベルからミドルレベルに立ち上げた後に２次側電圧Ｖ２をローレベルからハイレベルに立ち上げ、その後１次側電圧Ｖ１をミドルレベルからハイレベルに立ち上げる第２昇圧モードである。第２昇圧遅れ位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて小電力を出力する場合の第２昇圧モードである。第２昇圧遅れ位相モードは、２次側電圧Ｖ２のハイレベルが１次側電圧Ｖ１のハイレベルよりも電圧が高い点で第２降圧遅れ位相モードと異なる。また、２次側電圧Ｖ２のローレベルが１次側電圧Ｖ１のローレベルよりも電圧が低い点で第２降圧遅れ位相モードと異なる。第２昇圧遅れ位相モードは、遅れ位相モードの一例である。

　図２４に示すように、第２昇圧同位相モードは、１次側電圧Ｖ１をローレベルからミドルレベルに立ち上げた後に、１次側電圧Ｖ１をミドルレベルからハイレベルに立ち上げることと２次側電圧Ｖ２をローレベルからハイレベルに立ち上げることを同時に行う第２昇圧モードである。第２昇圧同位相モードの場合、第２時刻Ｔ１２と第３時刻Ｔ１３とは同一時刻である。従って、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２とは同一の値である。第２昇圧同位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて中電力を出力する場合の第２昇圧モードである。第２昇圧同位相モードは、２次側電圧Ｖ２のハイレベルが１次側電圧Ｖ１のハイレベルよりも電圧が高い点で第２降圧同位相モードと異なる。また、２次側電圧Ｖ２のローレベルが１次側電圧Ｖ１のローレベルよりも電圧が低い点で第２降圧同位相モードと異なる。

　図２５に示すように、第２昇圧進み位相モードは、１次側電圧Ｖ１をローレベルからミドルレベルに立ち上げた後に１次側電圧Ｖ１をミドルレベルからハイレベルに立ち上げ、その後２次側電圧Ｖ２をローレベルからハイレベルに立ち上げる第２昇圧モードである。第２昇圧進み位相モードは、負荷１２０からの要求電力に応じて大電力を出力する場合の第２昇圧モードである。第２昇圧進み位相モードは、２次側電圧Ｖ２のハイレベルが１次側電圧Ｖ１のハイレベルよりも電圧が高い点で第２降圧進み位相モードと異なる。また、２次側電圧Ｖ２のローレベルが１次側電圧Ｖ１のローレベルよりも電圧が低い点で第２降圧進み位相モードと異なる。第２昇圧進み位相モードは、第２昇圧遅れ位相モードよりも出力電力の最大値が大きい。第２昇圧進み位相モードは、進み位相モードの一例である。

　第２昇圧遅れ位相モードは、軽負荷モードの一例である。第２昇圧進み位相モードは、重負荷モードの一例である。第２昇圧同位相モードは、軽負荷モードと重負荷モードとを切り替える際の負荷モードである。第２昇圧モードでは、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２が等しいときに第２昇圧遅れ位相モードと第２昇圧進み位相モードとが切り替わる。

　＜第２実施形態の位相差制御＞
　第２実施形態の位相差制御は、第１実施形態の位相差制御と同様である。制御部５０は、要求電力を出力できる第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との組み合わせを導出する。この組み合わせは、要求電力を出力でき、条件１と条件２を満たす組み合わせである。そして、制御部５０は、導出した第１位相差θ１１及び第２位相差θ１２の組み合わせを実現するように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を制御することで要求電力を出力する。

　＜第２実施形態の周波数制御＞
　第２実施形態の周波数制御は、第１実施形態の周波数制御と同様である。制御部５０は、要求出力を出力でき、かつ、ソフトスイッチングを行うことができる周波数を導出する。制御部５０は、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数を導出した周波数にすることで、要求電力を出力する。

　＜第２実施形態の軽負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替え＞
　制御部５０は、軽負荷モード及び重負荷モードの少なくとも１つにおいて、位相差制御と周波数制御とを切り替える。一例として、第２昇圧遅れ位相モード及び第２昇圧進み位相モードを用いて説明を行う。なお、条件１を満たせばおのずと条件２も満たすようにあらかじめリアクトルＬ２のインダクタンスＬを設定してある場合について説明する。

　まず、第２昇圧遅れ位相モード、即ち、軽負荷モードで位相差制御と周波数制御とを切り替える場合について説明を行う。
　第２昇圧遅れ位相モードで位相差制御が行われている場合、要求電力が大きくなるにつれて第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差が小さくなっていく。第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差が小さくなっていくと、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が小さくなっていく。

　制御部５０は、第２昇圧遅れ位相モードにおいて位相差制御を行っている場合に、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさが第１位相差閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行う。第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさが第１位相差閾値以下になる状態は、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさを第１位相差閾値以下にしないと要求電力が出力できなくなるが、条件１と条件２が満たせなくなる状態である。

　周波数制御時の第１位相差θ１１、第２位相差θ１２は例えば切替直前の値に固定とする。第１位相差閾値は、１次側条件電流値が１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値未満になる前に、位相差制御から周波数制御への切り替えが行われるように設定されている。本実施形態において、第１位相差閾値は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が予め定められた第１の１次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えが行われるように設定されている。従って、制御部５０は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第１の１次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行うともいえる。第１の１次側差分閾値は、例えば、第１実施形態と同様の値である。

　第２昇圧遅れ位相モードで周波数制御を行っている場合、制御部５０は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第２の１次側差分閾値より大きくなると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行う。第２の１次側差分閾値は、第１の１次側差分閾値以上の値である。第２の１次側差分閾値は、例えば、第１実施形態と同様の値である。本実施形態において、第２の１次側差分閾値は、第１の１次側差分閾値と同一の値である。１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第２の１次側差分閾値より大きくなる場合、位相差制御に切り替えた直後の第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさは第２位相差閾値より大きい値である。第２位相差閾値は、第１位相差閾値以上の値である。本実施形態において、第２位相差閾値は、第１位相差閾値と同一の値である。

　従って、制御部５０は、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさが第１差分閾値以下になる場合に周波数制御を行うとともに、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさが第１差分閾値より大きくできる場合に位相差制御を行う。即ち、制御部５０は、１次側条件電流値に応じて位相差制御と周波数制御とを切り替えてもよい。

　第１実施形態と同様、図１５に示すように、第２昇圧遅れ位相モードの状態で要求電力が第１閾値以上になった場合、制御部５０は、第２昇圧遅れ位相モードから第２昇圧進み位相モードへの切り替えを行う。制御部５０は、第２昇圧進み位相モードの状態で要求電力が第２閾値以下になった場合、第２昇圧進み位相モードから第２昇圧遅れ位相モードへの切り替えを行う。第２閾値は、第１閾値よりも低い値である。

　第２昇圧遅れ位相モードから第２昇圧進み位相モードへの切り替えが行われると、制御部５０は、位相差制御を行う。この際、制御部５０は、１次側電圧Ｖ１の周波数、及び２次側電圧Ｖ２の周波数を周波数制御が行われる前の周波数に戻す。即ち、第２昇圧遅れ位相モードで行われる位相差制御と昇圧進み位相モードで行われる位相差制御とで、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数は同一である。

　＜重負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替え＞
　第２昇圧進み位相モード、即ち、重負荷モードで位相差制御と周波数制御とを切り替える場合について説明を行う。

　第２昇圧進み位相モードにおいて位相差制御を行っている場合、要求電力が小さくなるにつれて第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差が小さくなっていく。第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差が小さくなっていくと、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が小さくなっていく。なお、位相差制御は、周波数を一定に維持した状態で行われる。

　制御部５０は、第２昇圧進み位相モードにおいて位相差制御を行っている場合に、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさが第１差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行う。第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさが第１差分閾値以下になる状態は、第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差の大きさを第１位相差閾値以下にしないと要求電力が出力できなくなるが、条件１と条件２が満たせなくなる状態である。

　周波数制御時の第１位相差θ１１、第２位相差θ１２は例えば切替直前の値に固定とする。重負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第１差分閾値は、軽負荷モードでの位相差制御と周波数制御との切り替えでの第１差分閾値と同様の値である。従って、制御部５０は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第１の１次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行うともいえる。第１の１次側差分閾値は、例えば、第１実施形態と同様の値である。

　第２昇圧進み位相モードで周波数制御を行っている場合、制御部５０は、１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第２の１次側差分閾値より大きくなると、周波数制御から位相差制御への切り替えを行う。第２の１次側差分閾値は、例えば、第１実施形態と同様の値である。１次側条件電流値と１次側巻線電流閾値ＴＩ１の絶対値との差が第２の１次側差分閾値より大きくなる場合、位相差制御に切り替えた直後の第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差は第２差分閾値より大きい値である。第２差分閾値は、第１差分閾値以上の値である。本実施形態において、第２差分閾値は、第１位相差閾値と同一の値である。

　上記した例では、軽負荷モードと重負荷モードとの切り替えとして、第２昇圧遅れ位相モードと第２昇圧進み位相モードとの切り替えを挙げたが、軽負荷モードと重負荷モードとの切り替えは、第２降圧遅れ位相モードと第２降圧進み位相モードとの切り替えでもよい。この場合であっても、制御部５０は、上記した制御と同様の制御を行えばよい。

　［第２実施形態の効果］
　第１実施形態の効果（１－１）～（１－４）と同様の効果を得ることができる。
　［第３実施形態］
　電力変換装置の第３実施形態について説明する。第１実施形態との相違点について説明を行う。第３実施形態では、軽負荷モード及び重負荷モードにおいて、位相差制御を維持する。即ち、軽負荷モード及び重負荷モードにおいて、周波数制御は行われない。

　一例として、第１昇圧遅れ位相モード及び第１昇圧進み位相モードを用いて説明を行う。
　図２６に示すように、第１昇圧遅れ位相モードにおいて、制御部５０は、第１実施形態と同様に、位相差制御を行う。即ち、制御部５０は、第１位相差θ１と第２位相差θ２との組み合わせであって要求電力を出力可能で、条件１と条件２を満たす第１位相差θ１及び第２位相差θ２の組み合わせを導出する。制御部５０は、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数、即ち、１次側電圧Ｖ１の周期Ｐ１及び２次側電圧Ｖ２の周期Ｐ１を一定に維持しながら導出した第１位相差θ１及び第２位相差θ２の組み合わせを実現するように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を制御することで要求電力を出力する。

　第１昇圧遅れ位相モードと第１昇圧進み位相モードとの切り替えは、第１実施形態と同様に、第１閾値、及び第２閾値を用いて行われる。第１昇圧遅れ位相モードにおいて要求電力が第１閾値以上になると、制御部５０は、第１昇圧遅れ位相モードから第１昇圧進み位相モードへの切り替えを行う。

　制御部５０は、第１昇圧遅れ位相モードから第１昇圧進み位相モードへの切り替えの際に１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数を変更する。
　図２７に示すように、第１昇圧進み位相モードにおいて、制御部５０は、１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数を一定に維持しながら位相差制御を行う。第１昇圧進み位相モードにおける１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数は、昇圧遅れ位相モードにおける１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数よりも高い。従って、第１昇圧進み位相モードでは、第１昇圧遅れ位相モードに比べて、周期Ｐ１が短くなる。

　また、第１昇圧進み位相モードにおいて要求電圧が第２閾値以下になると、制御部５０は、第１昇圧進み位相モードから第１昇圧遅れ位相モードへの切り替えを行う。
　制御部５０は、第１昇圧進み位相モードから第１昇圧遅れ位相モードへの切り替えの際に１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数を変更する。

　上記した例では、軽負荷モードと重負荷モードとの切り替えとして、第１昇圧遅れ位相モードと第１昇圧進み位相モードとの切り替えを挙げたが、軽負荷モードと重負荷モードとの切り替えは、第１降圧遅れ位相モードと第１降圧進み位相モードとの切り替えでもよい。

　また、第２実施形態の回路構成を用いて第３実施形態の制御を行ってもよい。この場合、軽負荷モードと重負荷モードとの切り替えは、第２昇圧遅れ位相モードと第２昇圧進み位相モードとの切り替えであってもよい。軽負荷モードと重負荷モードとの切り替えは、第２降圧遅れ位相モードと第２降圧進み位相モードとの切り替えであってもよい。

　［第３実施形態の効果］
　（３－１）軽負荷モードの場合と重負荷モードとの場合で１次側電圧Ｖ１の周波数、及び２次側電圧Ｖ２の周波数を同一の値とした場合、即ち、位相差制御をした場合、軽負荷モードから重負荷モードへの切り替えの際に、ソフトスイッチングを行いにくい場合がある。詳細にいえば、要求電力を出力するように第１位相差θ１及び第２位相差θ２の組み合わせを導出すると、軽負荷モードと重負荷モードの切り替え時において要求電力を出力でき、かつ、ソフトスイッチングを行える組み合わせが限られる。これにより、１次側スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のＯＮとＯＦＦとの間で切り替えを行うタイミングと２次側スイッチング素子Ｑ５～Ｑ８のＯＮとＯＦＦとの間で切り替えを行うタイミングとが制限されることで、ソフトスイッチングを行えない場合がある。これに対し、軽負荷モードから重負荷モードに切り替わる際に１次側電圧Ｖ１の周波数及び２次側電圧Ｖ２の周波数を変更することで、軽負荷モードで出力可能な要求電力と、重負荷モードで出力可能な要求電力とが重なり合う。軽負荷モードと重負荷モードとでは、要求電力を出力でき、かつ、ソフトスイッチングを行うことができる第１位相差θ１と第２位相差θ２との組み合わせが異なる。このため、軽負荷モードで出力可能な要求電力と重負荷モードで出力可能な要求電力とが重なり合う範囲で軽負荷モードと重負荷モードとを切り替えることで、第１位相差θ１と第２位相差θ２との組み合わせが制限されにくい。これにより、要求電力に応じた電力を出力しつつ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のソフトスイッチングを行うことができる。

　［変更例］
　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。実施形態及び以下の変更例は、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実施形態において、制御部５０は、第１降圧モードの場合に、直列接続体２４に３レベルの電圧を印加するとともに、２次側巻線２３に２レベルの電圧を印加するように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を制御してもよい。また、制御部５０は、第１昇圧モードの場合に、直列接続体２４に３レベルの電圧を印加するとともに、２次側巻線２３に２レベルの電圧を印加するように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を制御してもよい。

　○第２実施形態において、制御部５０は、第２降圧モードの場合に、１次側巻線２２に２レベルの電圧を印加するとともに、直列接続体２５に３レベルの電圧を印加するように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を制御してもよい。また、制御部５０は、第２昇圧モードの場合に、１次側巻線２２に２レベルの電圧を印加するとともに、直列接続体２５に３レベルの電圧を印加するように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を制御してもよい。

　○各実施形態において、電力変換装置１０は、１次側巻線２２に接続されたリアクトルＬ１と、２次側巻線２３に接続されたリアクトルＬ２と、を備えていてもよい。１次側巻線２２に接続されたリアクトルＬ１を第１リアクトルＬ１、２次側巻線２３に接続されたリアクトルＬ２を第２リアクトルＬ２とする。この場合、トランス部ＴＳは１次側巻線２２と２次側巻線２３と第１リアクトルＬ１と第２リアクトルＬ２とを含む。１次側巻線２２と第１リアクトルＬ１との直列接続体２４に加わる電圧が１次側電圧Ｖ１である。２次側巻線２３と第２リアクトルＬ２との直列接続体２５に加わる電圧が２次側電圧Ｖ２である。制御部５０が行う制御は、各実施形態と同様である。

　この場合、１次側巻線２２と第１リアクトルＬ１との直列接続体２４、及び２次側巻線２３と第２リアクトルＬ２との直列接続体２５の一方に３レベルの電圧を印加し、他方に２レベルの電圧を印加する。第１降圧モード、第１昇圧モード、第２降圧モード、及び第２昇圧モードのそれぞれで、３レベルの電圧が印加される直列接続体２４，２５と２レベルの電圧が印加される直列接続体２４，２５を固定にしてもよい。

　制御部５０は、第１降圧モードの場合に、直列接続体２４に３レベルの電圧を印加するとともに、直列接続体２５に２レベルの電圧を印加するように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を制御してもよい。また、制御部５０は、第１昇圧モードの場合に、直列接続体２４に３レベルの電圧を印加するとともに、直列接続体２５に２レベルの電圧を印加するように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を制御してもよい。

　制御部５０は、第２降圧モードの場合に、直列接続体２４に２レベルの電圧を印加するとともに、直列接続体２５に３レベルの電圧を印加するように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を制御してもよい。また、制御部５０は、第２昇圧モードの場合に、直列接続体２４に２レベルの電圧を印加するとともに、直列接続体２５に３レベルの電圧を印加するように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を制御してもよい。

　○第１実施形態において、１次側条件電流値に応じて位相差制御と周波数制御を切り替えていたが、２次側条件電流値に応じて切り替えても良い。条件１と条件２の一方を満たせば他方も満たすようにリアクトルＬ１（Ｌ２）の値をあらかじめ定めておけば、一方側の条件電流値について判断すればよい。

　第１昇圧遅れ位相モードで位相差制御が行われている場合、要求電力が大きくなるにつれて第１位相差θ１が０に近付いていく。第１位相差θ１が０に近付いていくと、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が小さくなっていく。

　制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が第１の２次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行ってもよい。第１の２次側差分閾値は、例えば、０である。この場合、制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２とが一致すると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行う。

　第１昇圧遅れ位相モードで周波数制御を行っている場合、制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が第２の２次側差分閾値より大きくなると、周波数制御から位相差数制御への切り替えを行ってもよい。第２の２次側差分閾値は、第１の２次側差分閾値以上の値である。例えば、第２の２次側差分閾値は、第１の２次側差分閾値と同一の値、即ち、０である。

　第１実施形態において、第１昇圧進み位相モードで位相差制御が行われている場合、要求電力が小さくなるにつれて第１位相差θ１が０に近付いていく。第１位相差θ１が０に近付いていくと、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が小さくなっていく。

　制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が第１の２次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行ってもよい。
　第１昇圧進み位相モードで周波数制御を行っている場合、制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が第２の２次側差分閾値より大きくなると、周波数制御から位相差数制御への切り替えを行ってもよい。

　上記したように、２次側条件電流値に応じて位相差制御と周波数制御との切り替えを行う場合、制御部５０は、第１位相差θ１及び第２位相差θ２の組み合わせから２次側条件電流値を算出するとともに、当該２次側条件電流値を用いて切り替えを行う。

　○第２実施形態において、１次側条件電流値に応じて位相差制御と周波数制御とを切り替えていたが、２次側条件電流値に応じて切り替えても良い。条件１と条件２の一方を満たせば他方も満たすようにリアクトルＬ１（Ｌ２）の値をあらかじめ定めておけば、一方側の条件電流値について判断すればよい。

　第２昇圧遅れ位相モードで位相差制御が行われている場合、要求電力が大きくなるにつれて第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差が小さくなっていく。第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差が小さくなっていくと、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が小さくなっていく。

　制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が第１の２次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行ってもよい。第１の２次側差分閾値は、例えば、０である。この場合、制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値とが一致すると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行う。

　第２昇圧遅れ位相モードで周波数制御を行っている場合、制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が第２の２次側差分閾値より大きくなると、周波数制御から位相差制御への切り替えを行ってもよい。第２の２次側差分閾値は、第１の２次側差分閾値以上の値である。例えば、第２の２次側差分閾値は、第１の２次側差分閾値と同一の値、即ち、０である。

　第２実施形態において、第２昇圧進み位相モードで位相差制御が行われている場合、要求電力が小さくなるにつれて第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差が小さくなっていく。第１位相差θ１１と第２位相差θ１２との差が小さくなっていくと、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が小さくなっていく。

　制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が第１の２次側差分閾値以下になると、位相差制御から周波数制御への切り替えを行ってもよい。
　第２昇圧進み位相モードで周波数制御を行っている場合、制御部５０は、２次側条件電流値と２次側巻線電流閾値ＴＩ２の絶対値との差が第２の２次側差分閾値より大きくなると、周波数制御から位相差制御への切り替えを行ってもよい。

　上記したように、２次側条件電流値に応じて位相差制御と周波数制御との切り替えを行う場合、制御部５０は、第１位相差θ１１及び第２位相差θ１２の組み合わせから２次側条件電流値を算出するとともに、当該２次側条件電流値を用いて切り替えを行う。

　○第１の１次側差分閾値、第２の１次側差分閾値、第１の２次側差分閾値、第２の２次側差分閾値は０でも良いし、０より大きい所定の値としても良い。所定の値とすれば、位相差制御と周波数制御の切替についてヒステリシスを持たせる事ができ、ハンチングを抑制できる。

　○第１実施形態及び第２実施形態において、制御部５０は、電力変換装置１０の出力電力に応じて周波数制御と位相差制御とを切り替えてもよい。制御部５０は、軽負荷モードで位相差制御を行っている場合に、出力電力が予め定められた値を上回った場合に、位相差制御から周波数制御への切り替えを行っても良い。軽負荷モードで周波数制御を行っている場合、出力電力が予め定められた値を下回った場合に、周波数制御を位相差制御に切り替えてもよい。条件１及び条件２を満たすときに周波数制御と位相差制御とが切り替わるように、予め定められた値を定めればよい。

　制御部５０は、重負荷モードで位相差制御を行っている場合に、出力電流が予め定められた値を下回った場合に、位相差制御から周波数制御への切り替えを行っても良い。重負荷モードで周波数制御を行っている場合、出力電力が予め定められた値を上回った場合に、周波数制御から位相差制御への切り替えを行ってもよい。重負荷モードでの予め定められた値は、軽負荷モードでの予め定められた値と同様に、条件１及び条件２を満たすときに周波数制御と位相差制御とが切り替わるように、定めればよい。

　予め定められた値は、位相差制御から周波数制御への切り替えを行う場合と、周波数制御から位相差制御への切り替えを行う場合とで同じであっても良いし、異なっても良い。異なる場合は切り替え時にヒステリシスを持たせる事ができ、ハンチングを抑制できる。

　○第１実施形態及び第２実施形態において、制御部５０は、周波数に応じて周波数制御から位相差制御への切り替えを行ってもよい。制御部５０は、軽負荷モードで周波数制御を行っている場合、周波数が予め定められた値を上回った場合に、周波数制御から位相差制御への切り替えを行ってもよい。条件１及び条件２を満たすときに周波数制御が位相差制御に切り替わるように、予め定められた値を定めればよい。

　制御部５０は、重負荷モードで周波数制御を行っている場合、周波数が予め定められた値を下回った場合に、周波数制御から位相差制御への切り替えを行ってもよい。重負荷モードでの予め定められた値は、軽負荷モードでの予め定められた値と同様に、条件１及び条件２を満たすときに周波数制御が位相差制御に切り替わるように、定めればよい。

　Ｌ１，Ｌ２…リアクトル、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、ＴＳ…トランス部、１０…電力変換装置、２２…１次側巻線、２３…２次側巻線、２４，２５…直列接続体、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…制御部。

Claims

　１次側巻線と２次側巻線と前記１次側巻線または前記２次側巻線の少なくとも一方に接続されたリアクトルとを有するトランス部と、
　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制御部と、を備え、
　前記複数の１次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件が条件１であり、前記複数の２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件が条件２であり、
　前記条件１は、前記複数の１次側スイッチング素子のうちの少なくとも１つがＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、前記１次側巻線に流れる電流であって、前記複数の１次側スイッチング素子のうちＯＦＦからＯＮに変わる前記１次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である１次側条件電流値が、１次側巻線電流閾値の絶対値以上であることであり、
　前記条件２は、前記複数の２次側スイッチング素子のうちの少なくとも１つがＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、前記２次側巻線に流れる電流であって、前記複数の２次側スイッチング素子のうちＯＦＦからＯＮに変わる前記２次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である２次側条件電流値が、２次側巻線電流閾値の絶対値以上であることであり、
　前記制御部は、負荷モードとして、軽負荷モードと、前記軽負荷モードよりも出力電力の最大値が大きい重負荷モードと、を備え、
　前記制御部は、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路の一方が２レベルの電圧を前記トランス部に印加するとともに、他方が３レベルの電圧を前記トランス部に印加するように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路を制御するように構成され、
　前記２レベルの電圧と前記３レベルの電圧は位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形であり、
　前記３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第１時刻と前記２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる第２時刻との差は第１位相差、前記第１時刻と前記３レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第３時刻との差は第２位相差であり、
　前記第１位相差と前記第２位相差とが等しいとき、又は前記第１位相差が０のときに、前記負荷モードが前記軽負荷モードと前記重負荷モードとの間で切り替わり、
　前記制御部は、前記軽負荷モード、及び前記重負荷モードの少なくとも１つにおいて、
　　要求電力を出力でき且つ前記条件１と前記条件２とを満たす前記第１位相差及び前記第２位相差の組み合わせを実現するように、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路を制御する位相差制御を行い、
　　前記要求電力を出力でき且つ前記条件１と前記条件２とを満たす前記２レベルの電圧及び前記３レベルの電圧の周波数を実現するように、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路を制御する周波数制御を行い、
　　前記１次側条件電流値、前記２次側条件電流値、または前記出力電力に応じて前記位相差制御から前記周波数制御への切り替えを行い、
　　前記１次側条件電流値、前記２次側条件電流値、前記出力電力、または前記周波数に応じて前記周波数制御から前記位相差制御への切り替えを行う、ように構成される電力変換装置。
　前記制御部は、
　　前記位相差制御を実行している場合に前記１次側条件電流値と前記１次側巻線電流閾値の絶対値との差が、第１の１次側差分閾値以下になると前記位相差制御から前記周波数制御への切り替えを行うとともに、前記周波数制御を実行している場合に前記１次側条件電流値と前記１次側巻線電流閾値の絶対値との差が、前記第１の１次側差分閾値以上である第２の１次側差分閾値より大きくなると前記周波数制御から前記位相差制御への切り替えを行う、
　　又は、前記位相差制御を実行している場合に前記２次側条件電流値と前記２次側巻線電流閾値の絶対値との差が、第１の２次側差分閾値以下になると前記位相差制御から前記周波数制御への切り替えを行うとともに、前記周波数制御を実行している場合に前記２次側条件電流値と前記２次側巻線電流閾値の絶対値との差が、前記第１の２次側差分閾値以上である第２の２次側差分閾値より大きくなると前記周波数制御から前記位相差制御への切り替えを行う、ように構成される、請求項１に記載の電力変換装置。
　１次側巻線と２次側巻線と前記１次側巻線または前記２次側巻線の少なくとも一方に接続されたリアクトルとを有するトランス部と、
　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制御部と、を備え、
　前記複数の１次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件が条件１であり、前記複数の２次側スイッチング素子のソフトスイッチングを行うための条件が条件２であり、
　前記条件１は、前記複数の１次側スイッチング素子のうちの少なくとも１つがＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、前記１次側巻線に流れる電流であって、前記複数の１次側スイッチング素子のうちＯＦＦからＯＮに変わる前記１次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である１次側条件電流値が、１次側巻線電流閾値の絶対値以上であることであり、
　前記条件２は、前記複数の２次側スイッチング素子のうちの少なくとも１つがＯＮとＯＦＦとの間で切り替わる時に、前記２次側巻線に流れる電流であって、前記複数の２次側スイッチング素子のうちＯＦＦからＯＮに変わる前記２次側スイッチング素子に並列に接続されるダイオードの順方向に流れる電流の値である２次側条件電流値が、２次側巻線電流閾値の絶対値以上であることであり、
　前記制御部は、負荷モードとして、軽負荷モードと、前記軽負荷モードよりも出力電力の最大値が大きい重負荷モードと、を備え、
　前記制御部は、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路の一方が２レベルの電圧を前記トランス部に印加するとともに、他方が３レベルの電圧を前記トランス部に印加するように前記１次側フルブリッジ回路及び前記２次側フルブリッジ回路を制御するように構成され、
　前記２レベルの電圧と前記３レベルの電圧は位相１８０度毎に反転する同一周波数の波形であり、
　前記３レベルの電圧がローレベルからミドルレベルに立ち上がる第１時刻と前記２レベルの電圧がローレベルからハイレベルに立ち上がる第２時刻との差は第１位相差、前記第１時刻と前記３レベルの電圧がミドルレベルからハイレベルに立ち上がる第３時刻との差は第２位相差であり、
　前記第１位相差と前記第２位相差とが等しいとき、又は前記第１位相差が０のときに、前記負荷モードが前記軽負荷モードと前記重負荷モードとの間で切り替わり、
　前記制御部は、
　　前記軽負荷モード及び前記重負荷モードにおいて、要求電力を出力でき且つ前記条件１と前記条件２とを満たす前記第１位相差及び前記第２位相差の組み合わせを実現するように、前記１次側フルブリッジ回路、及び前記２次側フルブリッジ回路を制御する位相差制御を行い、
　　前記負荷モードが前記軽負荷モードから前記重負荷モードに切り替わる際に前記２レベルの電圧及び前記３レベルの電圧の周波数を変更する、ように構成される、電力変換装置。
　前記制御部は、
　　前記軽負荷モードの状態で前記要求電力が第１閾値以上になった場合に前記負荷モードを前記軽負荷モードから前記重負荷モードに切り替え、
　　前記重負荷モードの状態で前記要求電力が前記第１閾値よりも低い第２閾値以下になった場合に前記負荷モードを前記重負荷モードから前記軽負荷モードに切り替える、ように構成される、請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。