双方向コンバータ及び双方向コンバータの制御方法
【課題】安価に構成でき、且つ、電流の逆流を防止できる双方向コンバータを提供する。
【解決手段】双方向コンバータは、磁性部品Ｍと、第１の入出力端子Ｔ１と磁性部品の一端の間に接続された第１のスイッチ素子Ｓ１と、磁性部品の一端と基準電位の間に接続された第２のスイッチ素子Ｓ２と、磁性部品の他端と基準電位の間に接続された第３のスイッチ素子Ｓ３と、磁性部品の他端と第２の入出力端子Ｔ２の間に接続された第４のスイッチ素子Ｓ４と、スイッチング制御部２０とを備える。第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流す。スイッチング制御部は、第２の入出力端子から出力電圧を出力する場合、第２および第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に第１のスイッチ素子をオンすると共に第３のスイッチ素子のスイッチングを制御する。
【解決手段】双方向コンバータは、磁性部品Ｍと、第１の入出力端子Ｔ１と磁性部品の一端の間に接続された第１のスイッチ素子Ｓ１と、磁性部品の一端と基準電位の間に接続された第２のスイッチ素子Ｓ２と、磁性部品の他端と基準電位の間に接続された第３のスイッチ素子Ｓ３と、磁性部品の他端と第２の入出力端子Ｔ２の間に接続された第４のスイッチ素子Ｓ４と、スイッチング制御部２０とを備える。第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流す。スイッチング制御部は、第２の入出力端子から出力電圧を出力する場合、第２および第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に第１のスイッチ素子をオンすると共に第３のスイッチ素子のスイッチングを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向コンバータ及び双方向コンバータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図７に示す双方向コンバータが知られている。双方向コンバータは、昇降圧部１０とマイコン（スイッチング制御部）２００とを備える。昇降圧部１０は、電圧源Ａ、Ｂが接続されており、マイコン２００の制御に基づいて、電流の向き１または電流の向き２のそれぞれで、降圧動作または昇圧動作を行う。即ち、この双方向コンバータは、４つの動作モード（Ｉ：電流の向き１で降圧動作、ＩＩ：電流の向き１で昇圧動作、ＩＩＩ：電流の向き２で降圧動作、ＩＶ：電流の向き２で昇圧動作）で動作できる。図示したマイコン２００の各ブロックの接続は、電流の向き１で定電圧制御を行う場合におけるものである。電圧源Ａと電圧源Ｂの少なくとも負荷側のものとして、蓄電池が用いられる。
【０００３】
マイコン２００は、電流の向き１であって、設定された目標電圧が電圧源Ａの電圧Ａ（入力電圧）より低い時（動作モードＩ）、降圧動作を行うために第１および第２のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２を排他的にＰＷＭ制御する。つまり、マイコン２００において、比較部２０１は、目標電圧と電圧Ａを比較する。比較部２０１は、目標電圧が電圧Ａより低いため、降圧制御部２０２を動作させる。降圧制御部２０２は、電圧源Ｂの電圧Ｂ（出力電圧）が目標電圧より高いか低いかに応じた降圧用制御信号を生成する。排他制御部２０４は、降圧用制御信号に基づいて、降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ１と、降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ１とは排他的な降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ２とを生成する。第１のスイッチ素子Ｓ１は、降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ１が供給されてスイッチング動作する。第２のスイッチ素子Ｓ２は、降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ２が供給されて、第１のスイッチ素子Ｓ１とは排他的にスイッチング動作する。第３のスイッチ素子Ｓ３は、排他制御部２０４からローレベルの昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ３が供給されてオフ状態となり、ダイオードとして機能する。第４のスイッチ素子Ｓ４は、排他制御部２０４からハイレベルの昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ４が供給されてオン状態となる。これにより、第１のスイッチ素子Ｓ１、第２のスイッチ素子Ｓ２、インダクタ（磁性部品）Ｍおよび第２の容量Ｃ２は、同期整流方式の降圧コンバータとして機能する。
【０００４】
また、マイコン２００は、電流の向き１であって、設定された目標電圧が電圧源Ａの電圧Ａ（入力電圧）より高い時（動作モードＩＩ）、昇圧動作を行うために第３および第４のスイッチ素子Ｓ３，Ｓ４を排他的にＰＷＭ制御する。つまり、マイコン２００において、比較部２０１は、目標電圧が電圧Ａより高いため、昇圧制御部２０３を動作させる。昇圧制御部２０３は、電圧源Ｂの電圧Ｂ（出力電圧）が目標電圧より高いか低いかに応じた昇圧用制御信号を生成する。排他制御部２０４は、昇圧用制御信号に基づいて、昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ３と、昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ３とは排他的な昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ４とを生成する。第３のスイッチ素子Ｓ３は、昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ３が供給されてスイッチング動作する。第４のスイッチ素子Ｓ４は、昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ４が供給されて、第３のスイッチ素子Ｓ３とは排他的にスイッチング動作する。第１のスイッチ素子Ｓ１は、排他制御部２０４からハイレベルの降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ１が供給されてオン状態となる。第２のスイッチ素子Ｓ２は、排他制御部２０４からローレベルの降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ４が供給されてオフ状態となる。これにより、第３のスイッチ素子Ｓ３、第４のスイッチ素子Ｓ４、インダクタＭおよび第２の容量Ｃ２は、同期整流方式の昇圧コンバータとして機能する。他の動作モードに関しても同様に動作する。
【０００５】
なお、上記双方向コンバータに関連して、例えば、特許文献１に記載されている双方向コンバータも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８８２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記双方向コンバータの第１から第４のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を駆動するために、４種類のＰＷＭ信号（ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４）が必要である。そのため、マイコン２００には、それらの信号を出力する４つのＰＷＭ出力端子が必要である。また、４種類のＰＷＭ信号は同期している必要があると共に、それらのＰＷＭ信号を排他制御する必要もある。よって、制御が複雑になるため、高機能で、大型且つ高価なマイコン２００が必要になるという問題がある。
【０００８】
さらに、例えば、電流の向き１で降圧動作時に、電圧源Ｂの電圧Ｂが上昇して「電圧源Ａの電圧Ａ＜電圧源Ｂの電圧Ｂ」になった場合、第４のスイッチ素子Ｓ４とインダクタＭと第１のスイッチ素子Ｓ１とを介して電流が逆流する。このような電圧条件は、例えば、電圧源Ｂとして蓄電池と太陽電池が並列接続されていて、太陽電池の出力電圧が上昇した場合に起こり得る。同様に、他の動作モードにおいても、電圧源Ａ，Ｂの電圧が変動すると電流が逆流する場合がある。これにより、電圧源Ａ，Ｂ又は双方向コンバータを破壊する恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明に係る実施例では、安価に構成でき、且つ、電流の逆流を防止できる双方向コンバータ及び双方向コンバータの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る実施例に従った双方向コンバータは、
第１の入出力端子および第２の入出力端子のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する双方向コンバータであって、
磁性部品と、前記第１の入出力端子と前記磁性部品の一端との間に接続された第１のスイッチ素子と、前記磁性部品の前記一端と基準電位との間に接続された第２のスイッチ素子と、前記磁性部品の他端と前記基準電位との間に接続された第３のスイッチ素子と、前記磁性部品の前記他端と前記第２の入出力端子との間に接続された第４のスイッチ素子と、を有し、前記第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流す、昇降圧部と、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に前記第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第３のスイッチ素子のスイッチングを制御して、前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第１のスイッチ素子及び前記第３のスイッチ素子をオフして、前記降圧動作時に前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第２のスイッチ素子をオフして、前記昇圧動作時に前記第４のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子のスイッチングを制御するスイッチング制御部と、を備える
ことを特徴とする。
【００１１】
また、前記スイッチング制御部は、
前記出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、前記出力電圧が前記目標電圧より高い場合に前記制御信号を減少させる制御部と、
前記制御信号が昇圧基準値より小さい場合、前記制御信号の値に応じた降圧ＰＷＭ信号と、第１の値の昇圧ＰＷＭ信号とを出力し、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、第２の値の前記降圧ＰＷＭ信号と、前記制御信号の値に応じた前記昇圧ＰＷＭ信号とを出力するＰＷＭ信号分配部と、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第１のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第３のスイッチ素子に供給し、前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第４のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第２のスイッチ素子に供給する信号切り替え部と、を有してもよい。
【００１２】
また、前記ＰＷＭ信号分配部は、前記制御信号の値に応じたデューティ比の前記降圧ＰＷＭ信号または前記昇圧ＰＷＭ信号を出力してもよい。
【００１３】
さらに、前記ＰＷＭ信号分配部は、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、前記制御信号から前記昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の前記昇圧ＰＷＭ信号を出力してもよい。
【００１４】
また、前記第１のスイッチ素子は、並列接続された第１のトランジスタと第１のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ素子は、並列接続された第２のトランジスタと第２のダイオードとを含み、
前記第３のスイッチ素子は、並列接続された第３のトランジスタと第３のダイオードとを含み、
前記第４のスイッチ素子は、並列接続された第４のトランジスタと第４のダイオードとを含み、
前記第１のダイオードは、カソードが前記第１の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記一端に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記一端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第３のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記他端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記他端に接続されていてもよい。
【００１５】
また、前記第１から第４のトランジスタは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、
前記第１から第４のダイオードは、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードであってもよい。
【００１６】
さらに、前記昇降圧部は、
前記第１の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第１の容量と、
前記第２の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第２の容量と、をさらに有してもよい。
【００１７】
また、前記第１の値はローレベルであり、前記第２の値はハイレベルであってもよい。
【００１８】
また、前記磁性部品はインダクタであってもよい。
【００１９】
本発明の一態様に係る実施例に従った双方向コンバータの制御方法は、
磁性部品と、
第１の入出力端子と前記磁性部品の一端との間に接続された第１のスイッチ素子と、
前記磁性部品の前記一端と基準電位との間に接続された第２のスイッチ素子と、
前記磁性部品の他端と前記基準電位との間に接続された第３のスイッチ素子と、
前記磁性部品の前記他端と第２の入出力端子との間に接続された第４のスイッチ素子と、を備え、
前記第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流し、
前記第１の入出力端子および前記第２の入出力端子のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する双方向コンバータの制御方法であって、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に前記第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第３のスイッチ素子のスイッチングを制御して、
前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第１のスイッチ素子及び前記第３のスイッチ素子をオフして、前記降圧動作時に前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第２のスイッチ素子をオフして、前記昇圧動作時に前記第４のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子のスイッチングを制御する
ことを特徴とする。
【００２０】
また、前記出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、
前記出力電圧が前記目標電圧より高い場合に前記制御信号を減少させて、
前記制御信号が昇圧基準値より小さい場合、前記制御信号の値に応じた降圧ＰＷＭ信号と、第１の値の昇圧ＰＷＭ信号とを生成し、
前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、第２の値の前記降圧ＰＷＭ信号と、前記制御信号の値に応じた前記昇圧ＰＷＭ信号とを生成し、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第１のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第３のスイッチ素子に供給し、
前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第４のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第２のスイッチ素子に供給してもよい。
【００２１】
また、前記制御信号の値に応じたデューティ比の前記降圧ＰＷＭ信号または前記昇圧ＰＷＭ信号を生成してもよい。
【００２２】
さらに、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、前記制御信号から前記昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の前記昇圧ＰＷＭ信号を生成してもよい。
【００２３】
また、前記第１のスイッチ素子は、並列接続された第１のトランジスタと第１のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ素子は、並列接続された第２のトランジスタと第２のダイオードとを含み、
前記第３のスイッチ素子は、並列接続された第３のトランジスタと第３のダイオードとを含み、
前記第４のスイッチ素子は、並列接続された第４のトランジスタと第４のダイオードとを含み、
前記第１のダイオードは、カソードが前記第１の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記一端に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記一端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第３のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記他端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記他端に接続されていてもよい。
【００２４】
前記第１から第４のトランジスタは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、
前記第１から第４のダイオードは、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードであってもよい。
【００２５】
前記第１の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第１の容量と、
前記第２の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第２の容量と、をさらに有してもよい。
【００２６】
前記第１の値はローレベルであり、前記第２の値はハイレベルであってもよい。
【００２７】
前記磁性部品はインダクタであってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の一態様に係る双方向コンバータ及び双方向コンバータの制御方法によれば、スイッチング制御部が、第２の入出力端子から出力電圧を出力する場合、第２及び第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に第１のスイッチ素子をオンすると共に第３のスイッチ素子のスイッチングを制御するようにしている。また、第１の入出力端子から出力電圧を出力する場合、第１及び第３のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第２のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に第４のスイッチ素子をオンすると共に第２のスイッチ素子のスイッチングを制御するようにしている。このように、同期整流しないようにしているので、２種類の降圧用ＰＷＭ信号と昇圧用ＰＷＭ信号を用いて、双方向で昇圧または降圧動作が行える。従って、制御が簡単になるので、スイッチング制御部を構成するマイコンとして、安価なものを用いることができる。
さらに、第２の入出力端子から出力電圧を出力する場合には、第４のスイッチ素子をオフに制御して電流を一方向のみに流すようにしていると共に、第１の入出力端子から出力電圧を出力する場合には、第１のスイッチ素子をオフに制御して電流を一方向のみに流すようにしているので、電流の逆流を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの各動作モードにおける第１から第４のスイッチ素子の状態を示す表である。
【図３】図３は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩにおける昇降圧部の等価回路図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＩにおける昇降圧部の等価回路図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＩＩにおける昇降圧部の等価回路図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＶにおける昇降圧部の等価回路図である。
【図７】図７は、従来の双方向コンバータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る一実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータのブロック図である。図１に示すように、双方向コンバータは、昇降圧部１０と、スイッチング制御部２０と、を備える。
【００３２】
昇降圧部１０は、第１の入出力端子Ｔ１と、第１の基準端子ＲＴ１と、第２の入出力端子Ｔ２と、第２の基準端子ＲＴ２と、インダクタ（磁性部品）Ｍと、第１のスイッチ素子Ｓ１と、第２のスイッチ素子Ｓ２と、第３のスイッチ素子Ｓ３と、第４のスイッチ素子Ｓ４と、第１の容量Ｃ１と、第２の容量Ｃ２と、を有する。
【００３３】
第１の入出力端子Ｔ１と第１の基準端子ＲＴ１には、電圧源Ａが接続される。第１の入出力端子Ｔ１と第１の基準端子ＲＴ１との間の電圧は、電圧Ａである。
【００３４】
第２の入出力端子Ｔ２と第２の基準端子ＲＴ２には、電圧源Ｂが接続される。第２の入出力端子Ｔ２と第２の基準端子ＲＴ２との間の電圧は、電圧Ｂである。
【００３５】
第１の基準端子ＲＴ１と第２の基準端子ＲＴ２には、基準電位（例えば接地電位）が供給される。電圧源Ａと電圧源Ｂの少なくとも負荷側のものとして、蓄電池が用いられる。
【００３６】
第１のスイッチ素子Ｓ１は、第１の入出力端子Ｔ１とインダクタＭの一端との間に接続されている。第２のスイッチ素子Ｓ２は、インダクタＭの一端と基準電位との間に接続されている。第３のスイッチ素子Ｓ３は、インダクタＭの他端と基準電位との間に接続されている。第４のスイッチ素子Ｓ４は、インダクタＭの他端と第２の入出力端子Ｔ２との間に接続されている。
【００３７】
第１の容量Ｃ１は、第１の入出力端子Ｔ１と基準電位との間に接続されている。第２の容量Ｃ２は、第２の入出力端子Ｔ２と基準電位との間に接続されている。
【００３８】
第１のスイッチ素子Ｓ１は、並列接続された第１のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第１のトランジスタ）ＴＲ１と第１のダイオードＤ１とを含む。
第２のスイッチ素子Ｓ２は、並列接続された第２のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第２のトランジスタ）ＴＲ２と第２のダイオードＤ２とを含む。
【００３９】
第３のスイッチ素子Ｓ３は、並列接続された第３のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第３のトランジスタ）ＴＲ３と第３のダイオードＤ３とを含む。
第４のスイッチ素子Ｓ４は、並列接続された第４のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第４のトランジスタ）ＴＲ４と第４のダイオードＤ４とを含む。
【００４０】
第１のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１のドレインと第１のダイオードＤ１のカソードは、第１の入出力端子Ｔ１に接続されている。第１のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１のソースと第１のダイオードＤ１のアノードは、インダクタＭの一端に接続されている。
【００４１】
第２のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ２のドレインと第２のダイオードＤ２のカソードは、インダクタＭの一端に接続されている。第２のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ２のソースと第２のダイオードＤ２のアノードは、基準電位に接続されている。
【００４２】
第３のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ３のドレインと第３のダイオードＤ３のカソードは、インダクタＭの他端に接続されている。第３のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ３のソースと第３のダイオードＤ３のアノードは、基準電位に接続されている。
【００４３】
第４のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ４のドレインと第４のダイオードＤ４のカソードは、第２の入出力端子Ｔ２に接続されている。第４のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ４のソースと第４のダイオードＤ４のアノードは、インダクタＭの他端に接続されている。
【００４４】
第１から第４のダイオードＤ１〜Ｄ４は、対応するＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４のソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードである。
【００４５】
第１から第４のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４は、オフ時に、第１から第４のダイオードＤ１〜Ｄ４により一方向のみに電流を流すように構成されている。
【００４６】
スイッチング制御部２０は、第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧（電圧Ｂ）を出力する場合、第２のスイッチ素子Ｓ２および第４のスイッチ素子Ｓ４をオフして、降圧動作時に第１のスイッチ素子Ｓ１のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子Ｓ３をオフして、昇圧動作時に第１のスイッチ素子Ｓ１をオンすると共に第３のスイッチ素子Ｓ３のスイッチングを制御する。
【００４７】
また、スイッチング制御部２０は、第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧（電圧Ａ）を出力する場合、第１のスイッチ素子Ｓ１及び第３のスイッチ素子Ｓ３をオフして、降圧動作時に第４のスイッチ素子Ｓ４のスイッチングを制御すると共に第２のスイッチ素子Ｓ２をオフして、昇圧動作時に第４のスイッチ素子Ｓ４をオンすると共に第２のスイッチ素子Ｓ２のスイッチングを制御する。
【００４８】
スイッチング制御部２０の詳細な動作について以下に説明する。
本実施例において、スイッチング制御部２０は、セレクタＳＥＬと、制御部２１と、ＰＷＭ信号分配部２２と、信号切り替え部２３と、インバータＩＮＶと、を有する。例えば、制御部２１とＰＷＭ信号分配部２２はマイコンで構成されている。スイッチング制御部２０の全体がマイコンで構成されていても良い。
【００４９】
セレクタＳＥＬは、方向切り替え信号に従って、昇降圧部１０から供給された電圧Ａと電圧Ｂの何れか一方（出力電圧）を制御部２１に出力する。
【００５０】
この方向切り替え信号は、昇降圧部１０における第１のスイッチ素子Ｓ１や第４のスイッチ素子Ｓ４を流れる電流Ｉの向きを切り替える信号である。本実施例では、方向切り替え信号がローレベルの時に電流の向き１（電圧源Ａから電圧源Ｂの向き）となり、ハイレベルの時に電流の向き２（電圧源Ｂから電圧源Ａの向き）となる一例について説明する。即ち、セレクタＳＥＬは、昇降圧部１０からの出力電圧として、方向切り替え信号がローレベルの時に電圧Ｂを選択して出力し、方向切り替え信号がハイレベルの時に電圧Ａを選択して出力する。
【００５１】
双方向コンバータは、電流の向き１の場合、電圧源Ａから第１の入出力端子Ｔ１に入力される入力電圧（電圧Ａ）に基づいて、他方の第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧（電圧Ｂ）を出力する。
【００５２】
双方向コンバータは、電流の向き２の場合、電圧源Ｂから第２の入出力端子Ｔ２に入力される入力電圧（電圧Ｂ）に基づいて、他方の第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧（電圧Ａ）を出力する。
【００５３】
即ち、双方向コンバータは、第１の入出力端子Ｔ１および第２の入出力端子Ｔ２のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する。
【００５４】
制御部２１は、セレクタＳＥＬから供給された出力電圧（電圧Ａ又は電圧Ｂ）が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、出力電圧（電圧Ａ又は電圧Ｂ）が目標電圧より高い場合に制御信号を減少させる（定電圧制御）。また、制御部２１は、電流Ｉが目標電流より小さい場合に制御信号を減少させて、電流Ｉが目標電流より大きい場合に制御信号を増加させる（定電流制御）。目標電圧と目標電流は、外部から設定される。制御部２１は、外部からの設定に応じて、出力電圧（電圧Ａ又は電圧Ｂ）と電流Ｉの少なくとも何れかに基づいて制御信号を変化させる。つまり、制御部２１は、定電圧制御を行う場合と、定電流制御を行う場合と、定電圧制御および定電流制御を行う場合とがある。
【００５５】
本実施例では、この制御信号は０％から２００％の範囲で変化する信号（例えばデジタル信号）であるとする。制御信号がデューティ比０％から２００％のＰＷＭ信号に対応すると考えて、ＰＷＭ信号分配部２２は、０％以上、１００％未満の範囲の制御信号を降圧ＰＷＭ信号として分配して、１００％以上、２００％以下の範囲の制御信号を昇圧ＰＷＭ信号として分配する。
【００５６】
具体的には、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さい場合、制御信号の値に応じたデューティ比の降圧ＰＷＭ信号と、ローレベル（第１の値）の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００５７】
例えば、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が６０％の場合、この値（６０％）に応じたデューティ比６０％の降圧ＰＷＭ信号と、ローレベル（即ちデューティ比０％）の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００５８】
また、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）以上の場合、ハイレベル（第２の値）の降圧ＰＷＭ信号と、制御信号の値に応じたデューティ比の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００５９】
より詳細には、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値以上の場合、制御信号から昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の昇圧ＰＷＭ信号を出力する。
【００６０】
例えば、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が１３０％の場合、ハイレベル（即ちデューティ比１００％）の降圧ＰＷＭ信号と、１３０％から昇圧基準値（１００％）を減算した値（３０％）に応じたデューティ比３０％の昇圧ＰＷＭ信号を出力する。
【００６１】
信号切り替え部２３は、電流の向き１であって第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧（電圧Ｂ）を出力する場合、降圧ＰＷＭ信号を第１のスイッチ素子Ｓ１に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。また、ローレベルの信号を第２のスイッチ素子Ｓ２と第４のスイッチ素子Ｓ４に供給する。
【００６２】
また、信号切り替え部２３は、電流の向き２であって第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧（電圧Ａ）を出力する場合、降圧ＰＷＭ信号を第４のスイッチ素子Ｓ４に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第２のスイッチ素子Ｓ２に供給する。また、ローレベルの信号を第１のスイッチ素子Ｓ１と第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。
【００６３】
本実施例において、信号切り替え部２３は、ＡＮＤ回路Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、バッファＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４と、を有する。
【００６４】
ＡＮＤ回路Ａ１は、一方の入力端子にバッファＢ１を介して降圧ＰＷＭ信号が入力され、他方の入力端子にバッファＢ３を介して信号ＬｔｏＲが入力され、出力端子が第１のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１のゲートに接続されている。信号ＬｔｏＲは、方向切り替え信号をインバータＩＮＶで反転させた信号である。
【００６５】
ＡＮＤ回路Ａ２は、一方の入力端子にバッファＢ２を介して昇圧ＰＷＭ信号が入力され、他方の入力端子にバッファＢ４を介して信号ＲｔｏＬが入力され、出力端子が第２のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ２のゲートに接続されている。信号ＲｔｏＬは、方向切り替え信号と同一の信号である。
【００６６】
ＡＮＤ回路Ａ３は、一方の入力端子にバッファＢ２を介して昇圧ＰＷＭ信号が入力され、他方の入力端子にバッファＢ３を介して信号ＬｔｏＲが入力され、出力端子が第３のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ３のゲートに接続されている。
【００６７】
ＡＮＤ回路Ａ４は、一方の入力端子にバッファＢ１を介して降圧ＰＷＭ信号が入力され、他方の入力端子にバッファＢ４を介して信号ＲｔｏＬが入力され、出力端子が第４のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ４のゲートに接続されている。
【００６８】
（双方向コンバータの動作）
次に、図２から図５を参照して双方向コンバータの具体的な動作を説明する。双方向コンバータは、４つの動作モードＩ〜ＩＶ（Ｉ：電流の向き１で降圧動作、ＩＩ：電流の向き１で昇圧動作、ＩＩＩ：電流の向き２で降圧動作、ＩＶ：電流の向き２で昇圧動作）の何れかで動作できる。
【００６９】
図２は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの各動作モードにおける第１から第４のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の状態を示す表である。以下、この表も参照して、各動作モードについて説明する。なお、説明を明確化するため、ここでは定電圧制御を行う場合について説明する。定電流制御を行う場合についても同様に動作するため、説明は省略する。
【００７０】
（動作モードＩ：電流の向き１で降圧動作）
図３は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩにおける昇降圧部１０の等価回路図である。
【００７１】
電流の向き１であるため、方向切り替え信号はローレベルに設定される。また、降圧動作であるため、目標電圧は、入力電圧（電圧Ａ）より低く設定される。初期状態において、入力電圧（電圧Ａ）＞目標電圧＞出力電圧（電圧Ｂ）であるとする。
【００７２】
方向切り替え信号がローレベルであるため、信号切り替え部２３は、ローレベルの信号を第２のスイッチ素子Ｓ２と第４のスイッチ素子Ｓ４に供給する。また、信号切り替え部２３は、降圧ＰＷＭ信号を第１のスイッチ素子Ｓ１に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。
【００７３】
制御部２１は、初期状態では出力電圧（電圧Ｂ）が目標電圧より低いので、制御信号を０から増加させていく。
【００７４】
ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さい場合、制御信号の値に応じたデューティ比の降圧ＰＷＭ信号と、ローレベル（デューティ比０％）の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００７５】
従って、図２の動作モードＩの欄に示すように、スイッチング制御部２０は、降圧ＰＷＭ信号により第１のスイッチ素子Ｓ１のスイッチングを制御すると共に、第２のスイッチ素子Ｓ２、第３のスイッチ素子Ｓ３および第４のスイッチ素子Ｓ４をオフする。これにより、図３に示すように、第２のスイッチ素子Ｓ２、第３のスイッチ素子Ｓ３および第４のスイッチ素子Ｓ４は、それぞれ第２のダイオードＤ２、第３のダイオードＤ３および第４のダイオードＤ４として機能する。
【００７６】
よって、第１のスイッチ素子Ｓ１と、第２のダイオードＤ２と、インダクタＭと、容量Ｃ２とは、降圧コンバータを構成する。第３のダイオードＤ３のカソードの電圧は基準電位より高いので、第３のダイオードＤ３は導通しない。第４のダイオードＤ４は順方向に電流Ｉを流すので、電圧Ａが降圧された電圧Ｂにより、電圧源Ｂ（蓄電池）は充電される。
【００７７】
制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さい範囲で制御され、これによる降圧ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電圧Ａが降圧されることにより、電圧Ｂは目標電圧と等しくなるように制御される。従って、電圧Ａ＞目標電圧である条件では、常に降圧動作を行う。
【００７８】
ここで、電圧源Ｂとして蓄電池と太陽電池が並列接続されている場合について考える。この場合、太陽電池の出力電圧が上昇することで電圧源Ｂの電圧Ｂが電圧源Ａの電圧Ａより上昇しても、第４のダイオードＤ４に逆方向バイアスが加わるので、電流は電圧源Ｂから電圧源Ａの方向に逆流することはない。
【００７９】
（動作モードＩＩ：電流の向き１で昇圧動作）
図４は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＩにおける昇降圧部１０の等価回路図である。
【００８０】
電流の向き１であるため、方向切り替え信号はローレベルに設定される。また、昇圧動作であるため、目標電圧は、入力電圧（電圧Ａ）より高く設定される。初期状態において、電圧Ｂ＜電圧Ａ＜目標電圧であるとする。
【００８１】
方向切り替え信号がローレベルであるため、信号切り替え部２３は、ローレベルの信号を第２のスイッチ素子Ｓ２と第４のスイッチ素子Ｓ４に供給する。また、信号切り替え部２３は、降圧ＰＷＭ信号を第１のスイッチ素子Ｓ１に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。
【００８２】
制御部２１は、初期状態では出力電圧（電圧Ｂ）が目標電圧より低いので、制御信号を０から増加させる。
【００８３】
このとき、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さいので、制御信号の値に応じたデューティ比の降圧ＰＷＭ信号と、ローレベル（デューティ比０％）の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００８４】
よって、初期状態では、動作モードＩと同様に、昇降圧部１０は降圧コンバータとして動作する。しかし、制御信号が１００％に増加しても出力電圧（電圧Ｂ）が目標電圧より低いので、制御部２１は制御信号を１００％以上に増加させる。
【００８５】
ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）以上になるので、ハイレベル（デューティ比１００％）の降圧ＰＷＭ信号と、制御信号の値に応じたデューティ比の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００８６】
従って、図２の動作モードＩＩの欄に示すように、スイッチング制御部２０は、昇圧ＰＷＭ信号により第３のスイッチ素子Ｓ３のスイッチングを制御すると共に、第１のスイッチ素子Ｓ１をオンして、第２のスイッチ素子Ｓ２および第４のスイッチ素子Ｓ４をオフする。これにより、図４に示すように、第２のスイッチ素子Ｓ２および第４のスイッチ素子Ｓ４は、それぞれ第２のダイオードＤ２および第４のダイオードＤ４として機能する。第１のスイッチ素子Ｓ１はオンしているので第１のダイオードＤ１は機能しない。
【００８７】
よって、インダクタＭと、第３のスイッチ素子Ｓ３と、第４のダイオードＤ４と、容量Ｃ２とは、昇圧コンバータを構成する。第２のダイオードＤ２のカソードの電圧は基準電位より高いので、第２のダイオードＤ２は導通しない。第４のダイオードＤ４は順方向に電流Ｉを流すので、電圧Ａが昇圧された電圧Ｂにより、電圧源Ｂ（蓄電池）は充電される。
【００８８】
制御信号が昇圧基準値（１００％）以上の範囲で制御され、これによる昇圧ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電圧Ａが昇圧されることにより、電圧Ｂは目標電圧と等しくなるように制御される。
【００８９】
ここで、電圧源Ｂとして蓄電池と太陽電池が並列接続されている場合について考える。この場合、太陽電池の出力電圧が上昇することで電圧源Ｂの電圧Ｂが更に上昇しても、第４のダイオードＤ４に逆方向バイアスが加わるので、電流は電圧源Ｂから電圧源Ａの方向に逆流することはない。
【００９０】
（動作モードＩＩＩ：電流の向き２で降圧動作）
図５は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＩＩにおける昇降圧部１０の等価回路図である。
【００９１】
電流の向き２であるため、方向切り替え信号はハイレベルに設定される。また、降圧動作であるため、目標電圧は、入力電圧（電圧Ｂ）より低く設定される。初期状態において、入力電圧（電圧Ｂ）＞目標電圧＞出力電圧（電圧Ａ）であるとする。
【００９２】
方向切り替え信号がハイレベルであるため、信号切り替え部２３は、ローレベルの信号を第１のスイッチ素子Ｓ１と第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。また、信号切り替え部２３は、降圧ＰＷＭ信号を第４のスイッチ素子Ｓ４に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第２のスイッチ素子Ｓ２に供給する。
【００９３】
制御部２１とＰＷＭ信号分配部２２の動作は、動作モードＩと同様である。つまり、昇圧ＰＷＭ信号はローレベル（デューティ比０％）である。
【００９４】
従って、図２の動作モードＩＩＩの欄に示すように、スイッチング制御部２０は、降圧ＰＷＭ信号により第４のスイッチ素子Ｓ４のスイッチングを制御すると共に、第１のスイッチ素子Ｓ１、第２のスイッチ素子Ｓ２および第３のスイッチ素子Ｓ３をオフする。これにより、図５に示すように、第１のスイッチ素子Ｓ１、第２のスイッチ素子Ｓ２および第３のスイッチ素子Ｓ３は、それぞれ第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２および第３のダイオードＤ３として機能する。
【００９５】
よって、第４のスイッチ素子Ｓ４と、第３のダイオードＤ３と、インダクタＭと、容量Ｃ１とは、降圧コンバータを構成する。第２のダイオードＤ２のカソードの電圧は基準電位より高いので、第２のダイオードＤ２は導通しない。第１のダイオードＤ１は順方向に電流Ｉを流すので、電圧Ｂが降圧された電圧Ａにより、電圧源Ａ（蓄電池）は充電される。
【００９６】
電圧源Ａとして蓄電池と太陽電池が並列接続されている場合についても、動作モードＩと同様に動作する。即ち、電圧源Ａの電圧Ａが電圧源Ｂの電圧Ｂより上昇しても、第１のダイオードＤ１に逆方向バイアスが加わるので、電流は電圧源Ａから電圧源Ｂの方向に逆流することはない。
【００９７】
（動作モードＩＶ：電流の向き２で昇圧動作）
図６は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＶにおける昇降圧部１０の等価回路図である。
【００９８】
電流の向き２であるため、方向切り替え信号はハイレベルに設定される。また、昇圧動作であるため、目標電圧は、入力電圧（電圧Ｂ）より高く設定される。初期状態において、電圧Ａ＜電圧Ｂ＜目標電圧であるとする。
【００９９】
方向切り替え信号がハイレベルであるため、信号切り替え部２３は、ローレベルの信号を第１のスイッチ素子Ｓ１と第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。また、信号切り替え部２３は、降圧ＰＷＭ信号を第４のスイッチ素子Ｓ４に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第２のスイッチ素子Ｓ２に供給する。
【０１００】
制御部２１とＰＷＭ信号分配部２２の動作は、動作モードＩＩと同様である。つまり、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）以上になるので、ハイレベルの降圧ＰＷＭ信号（デューティ比１００％）と、制御信号の値に応じたデューティ比の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【０１０１】
従って、図２の動作モードＩＶの欄に示すように、スイッチング制御部２０は、昇圧ＰＷＭ信号により第２のスイッチ素子Ｓ２のスイッチングを制御すると共に、第４のスイッチ素子Ｓ４をオンして、第１のスイッチ素子Ｓ１および第３のスイッチ素子Ｓ３をオフする。これにより、図６に示すように、第１のスイッチ素子Ｓ１および第３のスイッチ素子Ｓ３は、それぞれ第１のダイオードＤ１および第３のダイオードＤ３として機能する。第４のスイッチ素子Ｓ４はオンしているので第４のダイオードＤ４は機能しない。
【０１０２】
よって、インダクタＭと、第２のスイッチ素子Ｓ２と、第１のダイオードＤ１と、容量Ｃ１とは、昇圧コンバータを構成する。第３のダイオードＤ３のカソードの電圧は基準電位より高いので、第３のダイオードＤ３は導通しない。第１のダイオードＤ１は順方向に電流Ｉを流すので、電圧Ｂが昇圧された電圧Ａにより、電圧源Ａ（蓄電池）は充電される。
【０１０３】
電圧源Ａとして蓄電池と太陽電池が並列接続されている場合についても、動作モードＩＩと同様に動作する。即ち、電流は電圧源Ａから電圧源Ｂの方向に逆流することはない。
【０１０４】
以上で説明した様に、本実施例によれば、スイッチング制御部２０が、第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧を出力する場合、第２及び第４のスイッチ素子Ｓ２，Ｓ４をオフして、降圧動作時に第１のスイッチ素子Ｓ１のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子Ｓ３をオフして、昇圧動作時に第１のスイッチ素子Ｓ１をオンすると共に第３のスイッチ素子Ｓ３のスイッチングを制御するようにしている。また、第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧を出力する場合、第１及び第３のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ３をオフして、降圧動作時に第４のスイッチ素子Ｓ４のスイッチングを制御すると共に第２のスイッチ素子Ｓ２をオフして、昇圧動作時に第４のスイッチ素子Ｓ４をオンすると共に第２のスイッチ素子Ｓ２のスイッチングを制御するようにしている。このように、同期整流しないようにしているので、２種類の降圧用ＰＷＭ信号と昇圧用ＰＷＭ信号を用いて、双方向で昇圧または降圧動作が行える。即ち、ＰＷＭ信号を排他制御する必要が無い。従って、制御が簡単になるので、スイッチング制御部２０を構成するマイコンとして、安価なものを用いることができる。
【０１０５】
また、制御部２１が、出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、出力電圧が目標電圧より高い場合に制御信号を減少させるようにしている。その上で、ＰＷＭ信号分配部２２が、制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さい場合、昇降圧部１０を降圧動作させて、制御信号が昇圧基準値以上の場合、昇降圧部１０を昇圧動作させるようにしている。これにより、目標電圧が入力電圧より高いか否かを比較して昇圧動作または降圧動作の判断をする必要がなく、目標電圧と出力電圧との比較のみで、昇圧動作と降圧動作を連続的（シームレス）に切り替えできると共に、出力電圧を目標電圧に制御できる。従って、１つの制御部２１によって、双方向で昇圧または降圧動作が簡単に行えるので、安価なマイコンを用いることができる。
【０１０６】
さらに、第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧（電圧Ｂ）を出力する場合には、第４のスイッチ素子Ｓ４をオフに制御して、第４のダイオードＤ４により電流を一方向のみに流すようにしている。また、第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧（電圧Ａ）を出力する場合には、第１のスイッチ素子Ｓ１をオフに制御して、第１のダイオードＤ１により電流を一方向のみに流すようにしている。これにより、電圧源Ａ，Ｂの電圧が変動した場合に、電流の逆流を防止できるので、電圧源Ａ，Ｂ又は双方向コンバータを破壊する恐れが無い。
【０１０７】
以上、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。
【０１０８】
例えば、第１から第４のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の代わりに、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを用いても良い。また、他のスイッチング素子を用いても良い。
【符号の説明】
【０１０９】
Ｔ１ 第１の入出力端子
Ｔ２ 第２の入出力端子
ＲＴ１ 第１の基準端子
ＲＴ２ 第２の基準端子
Ｍ インダクタ（磁性部品）
Ｓ１ 第１のスイッチ素子
Ｓ２ 第２のスイッチ素子
Ｓ３ 第３のスイッチ素子
Ｓ４ 第４のスイッチ素子
Ｃ１ 第１の容量
Ｃ２ 第２の容量
１０ 昇降圧部
２０ スイッチング制御部
２１ 制御部
２２ ＰＷＭ信号分配部
２３ 信号切り替え部
ＴＲ１ 第１のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第１のトランジスタ）
ＴＲ２ 第２のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第２のトランジスタ）
ＴＲ３ 第３のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第３のトランジスタ）
ＴＲ４ 第４のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第４のトランジスタ）
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
Ｄ３ 第３のダイオード
Ｄ４ 第４のダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向コンバータ及び双方向コンバータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図７に示す双方向コンバータが知られている。双方向コンバータは、昇降圧部１０とマイコン（スイッチング制御部）２００とを備える。昇降圧部１０は、電圧源Ａ、Ｂが接続されており、マイコン２００の制御に基づいて、電流の向き１または電流の向き２のそれぞれで、降圧動作または昇圧動作を行う。即ち、この双方向コンバータは、４つの動作モード（Ｉ：電流の向き１で降圧動作、ＩＩ：電流の向き１で昇圧動作、ＩＩＩ：電流の向き２で降圧動作、ＩＶ：電流の向き２で昇圧動作）で動作できる。図示したマイコン２００の各ブロックの接続は、電流の向き１で定電圧制御を行う場合におけるものである。電圧源Ａと電圧源Ｂの少なくとも負荷側のものとして、蓄電池が用いられる。
【０００３】
マイコン２００は、電流の向き１であって、設定された目標電圧が電圧源Ａの電圧Ａ（入力電圧）より低い時（動作モードＩ）、降圧動作を行うために第１および第２のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ２を排他的にＰＷＭ制御する。つまり、マイコン２００において、比較部２０１は、目標電圧と電圧Ａを比較する。比較部２０１は、目標電圧が電圧Ａより低いため、降圧制御部２０２を動作させる。降圧制御部２０２は、電圧源Ｂの電圧Ｂ（出力電圧）が目標電圧より高いか低いかに応じた降圧用制御信号を生成する。排他制御部２０４は、降圧用制御信号に基づいて、降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ１と、降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ１とは排他的な降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ２とを生成する。第１のスイッチ素子Ｓ１は、降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ１が供給されてスイッチング動作する。第２のスイッチ素子Ｓ２は、降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ２が供給されて、第１のスイッチ素子Ｓ１とは排他的にスイッチング動作する。第３のスイッチ素子Ｓ３は、排他制御部２０４からローレベルの昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ３が供給されてオフ状態となり、ダイオードとして機能する。第４のスイッチ素子Ｓ４は、排他制御部２０４からハイレベルの昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ４が供給されてオン状態となる。これにより、第１のスイッチ素子Ｓ１、第２のスイッチ素子Ｓ２、インダクタ（磁性部品）Ｍおよび第２の容量Ｃ２は、同期整流方式の降圧コンバータとして機能する。
【０００４】
また、マイコン２００は、電流の向き１であって、設定された目標電圧が電圧源Ａの電圧Ａ（入力電圧）より高い時（動作モードＩＩ）、昇圧動作を行うために第３および第４のスイッチ素子Ｓ３，Ｓ４を排他的にＰＷＭ制御する。つまり、マイコン２００において、比較部２０１は、目標電圧が電圧Ａより高いため、昇圧制御部２０３を動作させる。昇圧制御部２０３は、電圧源Ｂの電圧Ｂ（出力電圧）が目標電圧より高いか低いかに応じた昇圧用制御信号を生成する。排他制御部２０４は、昇圧用制御信号に基づいて、昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ３と、昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ３とは排他的な昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ４とを生成する。第３のスイッチ素子Ｓ３は、昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ３が供給されてスイッチング動作する。第４のスイッチ素子Ｓ４は、昇圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ４が供給されて、第３のスイッチ素子Ｓ３とは排他的にスイッチング動作する。第１のスイッチ素子Ｓ１は、排他制御部２０４からハイレベルの降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ１が供給されてオン状態となる。第２のスイッチ素子Ｓ２は、排他制御部２０４からローレベルの降圧用ＰＷＭ信号ＰＷＭ４が供給されてオフ状態となる。これにより、第３のスイッチ素子Ｓ３、第４のスイッチ素子Ｓ４、インダクタＭおよび第２の容量Ｃ２は、同期整流方式の昇圧コンバータとして機能する。他の動作モードに関しても同様に動作する。
【０００５】
なお、上記双方向コンバータに関連して、例えば、特許文献１に記載されている双方向コンバータも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８８２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記双方向コンバータの第１から第４のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を駆動するために、４種類のＰＷＭ信号（ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４）が必要である。そのため、マイコン２００には、それらの信号を出力する４つのＰＷＭ出力端子が必要である。また、４種類のＰＷＭ信号は同期している必要があると共に、それらのＰＷＭ信号を排他制御する必要もある。よって、制御が複雑になるため、高機能で、大型且つ高価なマイコン２００が必要になるという問題がある。
【０００８】
さらに、例えば、電流の向き１で降圧動作時に、電圧源Ｂの電圧Ｂが上昇して「電圧源Ａの電圧Ａ＜電圧源Ｂの電圧Ｂ」になった場合、第４のスイッチ素子Ｓ４とインダクタＭと第１のスイッチ素子Ｓ１とを介して電流が逆流する。このような電圧条件は、例えば、電圧源Ｂとして蓄電池と太陽電池が並列接続されていて、太陽電池の出力電圧が上昇した場合に起こり得る。同様に、他の動作モードにおいても、電圧源Ａ，Ｂの電圧が変動すると電流が逆流する場合がある。これにより、電圧源Ａ，Ｂ又は双方向コンバータを破壊する恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明に係る実施例では、安価に構成でき、且つ、電流の逆流を防止できる双方向コンバータ及び双方向コンバータの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る実施例に従った双方向コンバータは、
第１の入出力端子および第２の入出力端子のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する双方向コンバータであって、
磁性部品と、前記第１の入出力端子と前記磁性部品の一端との間に接続された第１のスイッチ素子と、前記磁性部品の前記一端と基準電位との間に接続された第２のスイッチ素子と、前記磁性部品の他端と前記基準電位との間に接続された第３のスイッチ素子と、前記磁性部品の前記他端と前記第２の入出力端子との間に接続された第４のスイッチ素子と、を有し、前記第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流す、昇降圧部と、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に前記第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第３のスイッチ素子のスイッチングを制御して、前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第１のスイッチ素子及び前記第３のスイッチ素子をオフして、前記降圧動作時に前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第２のスイッチ素子をオフして、前記昇圧動作時に前記第４のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子のスイッチングを制御するスイッチング制御部と、を備える
ことを特徴とする。
【００１１】
また、前記スイッチング制御部は、
前記出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、前記出力電圧が前記目標電圧より高い場合に前記制御信号を減少させる制御部と、
前記制御信号が昇圧基準値より小さい場合、前記制御信号の値に応じた降圧ＰＷＭ信号と、第１の値の昇圧ＰＷＭ信号とを出力し、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、第２の値の前記降圧ＰＷＭ信号と、前記制御信号の値に応じた前記昇圧ＰＷＭ信号とを出力するＰＷＭ信号分配部と、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第１のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第３のスイッチ素子に供給し、前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第４のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第２のスイッチ素子に供給する信号切り替え部と、を有してもよい。
【００１２】
また、前記ＰＷＭ信号分配部は、前記制御信号の値に応じたデューティ比の前記降圧ＰＷＭ信号または前記昇圧ＰＷＭ信号を出力してもよい。
【００１３】
さらに、前記ＰＷＭ信号分配部は、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、前記制御信号から前記昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の前記昇圧ＰＷＭ信号を出力してもよい。
【００１４】
また、前記第１のスイッチ素子は、並列接続された第１のトランジスタと第１のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ素子は、並列接続された第２のトランジスタと第２のダイオードとを含み、
前記第３のスイッチ素子は、並列接続された第３のトランジスタと第３のダイオードとを含み、
前記第４のスイッチ素子は、並列接続された第４のトランジスタと第４のダイオードとを含み、
前記第１のダイオードは、カソードが前記第１の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記一端に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記一端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第３のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記他端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記他端に接続されていてもよい。
【００１５】
また、前記第１から第４のトランジスタは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、
前記第１から第４のダイオードは、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードであってもよい。
【００１６】
さらに、前記昇降圧部は、
前記第１の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第１の容量と、
前記第２の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第２の容量と、をさらに有してもよい。
【００１７】
また、前記第１の値はローレベルであり、前記第２の値はハイレベルであってもよい。
【００１８】
また、前記磁性部品はインダクタであってもよい。
【００１９】
本発明の一態様に係る実施例に従った双方向コンバータの制御方法は、
磁性部品と、
第１の入出力端子と前記磁性部品の一端との間に接続された第１のスイッチ素子と、
前記磁性部品の前記一端と基準電位との間に接続された第２のスイッチ素子と、
前記磁性部品の他端と前記基準電位との間に接続された第３のスイッチ素子と、
前記磁性部品の前記他端と第２の入出力端子との間に接続された第４のスイッチ素子と、を備え、
前記第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流し、
前記第１の入出力端子および前記第２の入出力端子のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する双方向コンバータの制御方法であって、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に前記第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第３のスイッチ素子のスイッチングを制御して、
前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第１のスイッチ素子及び前記第３のスイッチ素子をオフして、前記降圧動作時に前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第２のスイッチ素子をオフして、前記昇圧動作時に前記第４のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子のスイッチングを制御する
ことを特徴とする。
【００２０】
また、前記出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、
前記出力電圧が前記目標電圧より高い場合に前記制御信号を減少させて、
前記制御信号が昇圧基準値より小さい場合、前記制御信号の値に応じた降圧ＰＷＭ信号と、第１の値の昇圧ＰＷＭ信号とを生成し、
前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、第２の値の前記降圧ＰＷＭ信号と、前記制御信号の値に応じた前記昇圧ＰＷＭ信号とを生成し、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第１のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第３のスイッチ素子に供給し、
前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第４のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第２のスイッチ素子に供給してもよい。
【００２１】
また、前記制御信号の値に応じたデューティ比の前記降圧ＰＷＭ信号または前記昇圧ＰＷＭ信号を生成してもよい。
【００２２】
さらに、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、前記制御信号から前記昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の前記昇圧ＰＷＭ信号を生成してもよい。
【００２３】
また、前記第１のスイッチ素子は、並列接続された第１のトランジスタと第１のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ素子は、並列接続された第２のトランジスタと第２のダイオードとを含み、
前記第３のスイッチ素子は、並列接続された第３のトランジスタと第３のダイオードとを含み、
前記第４のスイッチ素子は、並列接続された第４のトランジスタと第４のダイオードとを含み、
前記第１のダイオードは、カソードが前記第１の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記一端に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記一端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第３のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記他端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記他端に接続されていてもよい。
【００２４】
前記第１から第４のトランジスタは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、
前記第１から第４のダイオードは、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードであってもよい。
【００２５】
前記第１の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第１の容量と、
前記第２の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第２の容量と、をさらに有してもよい。
【００２６】
前記第１の値はローレベルであり、前記第２の値はハイレベルであってもよい。
【００２７】
前記磁性部品はインダクタであってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の一態様に係る双方向コンバータ及び双方向コンバータの制御方法によれば、スイッチング制御部が、第２の入出力端子から出力電圧を出力する場合、第２及び第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に第１のスイッチ素子をオンすると共に第３のスイッチ素子のスイッチングを制御するようにしている。また、第１の入出力端子から出力電圧を出力する場合、第１及び第３のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に第２のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に第４のスイッチ素子をオンすると共に第２のスイッチ素子のスイッチングを制御するようにしている。このように、同期整流しないようにしているので、２種類の降圧用ＰＷＭ信号と昇圧用ＰＷＭ信号を用いて、双方向で昇圧または降圧動作が行える。従って、制御が簡単になるので、スイッチング制御部を構成するマイコンとして、安価なものを用いることができる。
さらに、第２の入出力端子から出力電圧を出力する場合には、第４のスイッチ素子をオフに制御して電流を一方向のみに流すようにしていると共に、第１の入出力端子から出力電圧を出力する場合には、第１のスイッチ素子をオフに制御して電流を一方向のみに流すようにしているので、電流の逆流を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの各動作モードにおける第１から第４のスイッチ素子の状態を示す表である。
【図３】図３は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩにおける昇降圧部の等価回路図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＩにおける昇降圧部の等価回路図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＩＩにおける昇降圧部の等価回路図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＶにおける昇降圧部の等価回路図である。
【図７】図７は、従来の双方向コンバータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る一実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータのブロック図である。図１に示すように、双方向コンバータは、昇降圧部１０と、スイッチング制御部２０と、を備える。
【００３２】
昇降圧部１０は、第１の入出力端子Ｔ１と、第１の基準端子ＲＴ１と、第２の入出力端子Ｔ２と、第２の基準端子ＲＴ２と、インダクタ（磁性部品）Ｍと、第１のスイッチ素子Ｓ１と、第２のスイッチ素子Ｓ２と、第３のスイッチ素子Ｓ３と、第４のスイッチ素子Ｓ４と、第１の容量Ｃ１と、第２の容量Ｃ２と、を有する。
【００３３】
第１の入出力端子Ｔ１と第１の基準端子ＲＴ１には、電圧源Ａが接続される。第１の入出力端子Ｔ１と第１の基準端子ＲＴ１との間の電圧は、電圧Ａである。
【００３４】
第２の入出力端子Ｔ２と第２の基準端子ＲＴ２には、電圧源Ｂが接続される。第２の入出力端子Ｔ２と第２の基準端子ＲＴ２との間の電圧は、電圧Ｂである。
【００３５】
第１の基準端子ＲＴ１と第２の基準端子ＲＴ２には、基準電位（例えば接地電位）が供給される。電圧源Ａと電圧源Ｂの少なくとも負荷側のものとして、蓄電池が用いられる。
【００３６】
第１のスイッチ素子Ｓ１は、第１の入出力端子Ｔ１とインダクタＭの一端との間に接続されている。第２のスイッチ素子Ｓ２は、インダクタＭの一端と基準電位との間に接続されている。第３のスイッチ素子Ｓ３は、インダクタＭの他端と基準電位との間に接続されている。第４のスイッチ素子Ｓ４は、インダクタＭの他端と第２の入出力端子Ｔ２との間に接続されている。
【００３７】
第１の容量Ｃ１は、第１の入出力端子Ｔ１と基準電位との間に接続されている。第２の容量Ｃ２は、第２の入出力端子Ｔ２と基準電位との間に接続されている。
【００３８】
第１のスイッチ素子Ｓ１は、並列接続された第１のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第１のトランジスタ）ＴＲ１と第１のダイオードＤ１とを含む。
第２のスイッチ素子Ｓ２は、並列接続された第２のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第２のトランジスタ）ＴＲ２と第２のダイオードＤ２とを含む。
【００３９】
第３のスイッチ素子Ｓ３は、並列接続された第３のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第３のトランジスタ）ＴＲ３と第３のダイオードＤ３とを含む。
第４のスイッチ素子Ｓ４は、並列接続された第４のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第４のトランジスタ）ＴＲ４と第４のダイオードＤ４とを含む。
【００４０】
第１のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１のドレインと第１のダイオードＤ１のカソードは、第１の入出力端子Ｔ１に接続されている。第１のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１のソースと第１のダイオードＤ１のアノードは、インダクタＭの一端に接続されている。
【００４１】
第２のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ２のドレインと第２のダイオードＤ２のカソードは、インダクタＭの一端に接続されている。第２のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ２のソースと第２のダイオードＤ２のアノードは、基準電位に接続されている。
【００４２】
第３のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ３のドレインと第３のダイオードＤ３のカソードは、インダクタＭの他端に接続されている。第３のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ３のソースと第３のダイオードＤ３のアノードは、基準電位に接続されている。
【００４３】
第４のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ４のドレインと第４のダイオードＤ４のカソードは、第２の入出力端子Ｔ２に接続されている。第４のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ４のソースと第４のダイオードＤ４のアノードは、インダクタＭの他端に接続されている。
【００４４】
第１から第４のダイオードＤ１〜Ｄ４は、対応するＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４のソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードである。
【００４５】
第１から第４のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４は、オフ時に、第１から第４のダイオードＤ１〜Ｄ４により一方向のみに電流を流すように構成されている。
【００４６】
スイッチング制御部２０は、第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧（電圧Ｂ）を出力する場合、第２のスイッチ素子Ｓ２および第４のスイッチ素子Ｓ４をオフして、降圧動作時に第１のスイッチ素子Ｓ１のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子Ｓ３をオフして、昇圧動作時に第１のスイッチ素子Ｓ１をオンすると共に第３のスイッチ素子Ｓ３のスイッチングを制御する。
【００４７】
また、スイッチング制御部２０は、第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧（電圧Ａ）を出力する場合、第１のスイッチ素子Ｓ１及び第３のスイッチ素子Ｓ３をオフして、降圧動作時に第４のスイッチ素子Ｓ４のスイッチングを制御すると共に第２のスイッチ素子Ｓ２をオフして、昇圧動作時に第４のスイッチ素子Ｓ４をオンすると共に第２のスイッチ素子Ｓ２のスイッチングを制御する。
【００４８】
スイッチング制御部２０の詳細な動作について以下に説明する。
本実施例において、スイッチング制御部２０は、セレクタＳＥＬと、制御部２１と、ＰＷＭ信号分配部２２と、信号切り替え部２３と、インバータＩＮＶと、を有する。例えば、制御部２１とＰＷＭ信号分配部２２はマイコンで構成されている。スイッチング制御部２０の全体がマイコンで構成されていても良い。
【００４９】
セレクタＳＥＬは、方向切り替え信号に従って、昇降圧部１０から供給された電圧Ａと電圧Ｂの何れか一方（出力電圧）を制御部２１に出力する。
【００５０】
この方向切り替え信号は、昇降圧部１０における第１のスイッチ素子Ｓ１や第４のスイッチ素子Ｓ４を流れる電流Ｉの向きを切り替える信号である。本実施例では、方向切り替え信号がローレベルの時に電流の向き１（電圧源Ａから電圧源Ｂの向き）となり、ハイレベルの時に電流の向き２（電圧源Ｂから電圧源Ａの向き）となる一例について説明する。即ち、セレクタＳＥＬは、昇降圧部１０からの出力電圧として、方向切り替え信号がローレベルの時に電圧Ｂを選択して出力し、方向切り替え信号がハイレベルの時に電圧Ａを選択して出力する。
【００５１】
双方向コンバータは、電流の向き１の場合、電圧源Ａから第１の入出力端子Ｔ１に入力される入力電圧（電圧Ａ）に基づいて、他方の第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧（電圧Ｂ）を出力する。
【００５２】
双方向コンバータは、電流の向き２の場合、電圧源Ｂから第２の入出力端子Ｔ２に入力される入力電圧（電圧Ｂ）に基づいて、他方の第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧（電圧Ａ）を出力する。
【００５３】
即ち、双方向コンバータは、第１の入出力端子Ｔ１および第２の入出力端子Ｔ２のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する。
【００５４】
制御部２１は、セレクタＳＥＬから供給された出力電圧（電圧Ａ又は電圧Ｂ）が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、出力電圧（電圧Ａ又は電圧Ｂ）が目標電圧より高い場合に制御信号を減少させる（定電圧制御）。また、制御部２１は、電流Ｉが目標電流より小さい場合に制御信号を減少させて、電流Ｉが目標電流より大きい場合に制御信号を増加させる（定電流制御）。目標電圧と目標電流は、外部から設定される。制御部２１は、外部からの設定に応じて、出力電圧（電圧Ａ又は電圧Ｂ）と電流Ｉの少なくとも何れかに基づいて制御信号を変化させる。つまり、制御部２１は、定電圧制御を行う場合と、定電流制御を行う場合と、定電圧制御および定電流制御を行う場合とがある。
【００５５】
本実施例では、この制御信号は０％から２００％の範囲で変化する信号（例えばデジタル信号）であるとする。制御信号がデューティ比０％から２００％のＰＷＭ信号に対応すると考えて、ＰＷＭ信号分配部２２は、０％以上、１００％未満の範囲の制御信号を降圧ＰＷＭ信号として分配して、１００％以上、２００％以下の範囲の制御信号を昇圧ＰＷＭ信号として分配する。
【００５６】
具体的には、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さい場合、制御信号の値に応じたデューティ比の降圧ＰＷＭ信号と、ローレベル（第１の値）の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００５７】
例えば、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が６０％の場合、この値（６０％）に応じたデューティ比６０％の降圧ＰＷＭ信号と、ローレベル（即ちデューティ比０％）の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００５８】
また、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）以上の場合、ハイレベル（第２の値）の降圧ＰＷＭ信号と、制御信号の値に応じたデューティ比の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００５９】
より詳細には、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値以上の場合、制御信号から昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の昇圧ＰＷＭ信号を出力する。
【００６０】
例えば、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が１３０％の場合、ハイレベル（即ちデューティ比１００％）の降圧ＰＷＭ信号と、１３０％から昇圧基準値（１００％）を減算した値（３０％）に応じたデューティ比３０％の昇圧ＰＷＭ信号を出力する。
【００６１】
信号切り替え部２３は、電流の向き１であって第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧（電圧Ｂ）を出力する場合、降圧ＰＷＭ信号を第１のスイッチ素子Ｓ１に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。また、ローレベルの信号を第２のスイッチ素子Ｓ２と第４のスイッチ素子Ｓ４に供給する。
【００６２】
また、信号切り替え部２３は、電流の向き２であって第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧（電圧Ａ）を出力する場合、降圧ＰＷＭ信号を第４のスイッチ素子Ｓ４に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第２のスイッチ素子Ｓ２に供給する。また、ローレベルの信号を第１のスイッチ素子Ｓ１と第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。
【００６３】
本実施例において、信号切り替え部２３は、ＡＮＤ回路Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、バッファＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４と、を有する。
【００６４】
ＡＮＤ回路Ａ１は、一方の入力端子にバッファＢ１を介して降圧ＰＷＭ信号が入力され、他方の入力端子にバッファＢ３を介して信号ＬｔｏＲが入力され、出力端子が第１のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１のゲートに接続されている。信号ＬｔｏＲは、方向切り替え信号をインバータＩＮＶで反転させた信号である。
【００６５】
ＡＮＤ回路Ａ２は、一方の入力端子にバッファＢ２を介して昇圧ＰＷＭ信号が入力され、他方の入力端子にバッファＢ４を介して信号ＲｔｏＬが入力され、出力端子が第２のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ２のゲートに接続されている。信号ＲｔｏＬは、方向切り替え信号と同一の信号である。
【００６６】
ＡＮＤ回路Ａ３は、一方の入力端子にバッファＢ２を介して昇圧ＰＷＭ信号が入力され、他方の入力端子にバッファＢ３を介して信号ＬｔｏＲが入力され、出力端子が第３のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ３のゲートに接続されている。
【００６７】
ＡＮＤ回路Ａ４は、一方の入力端子にバッファＢ１を介して降圧ＰＷＭ信号が入力され、他方の入力端子にバッファＢ４を介して信号ＲｔｏＬが入力され、出力端子が第４のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ４のゲートに接続されている。
【００６８】
（双方向コンバータの動作）
次に、図２から図５を参照して双方向コンバータの具体的な動作を説明する。双方向コンバータは、４つの動作モードＩ〜ＩＶ（Ｉ：電流の向き１で降圧動作、ＩＩ：電流の向き１で昇圧動作、ＩＩＩ：電流の向き２で降圧動作、ＩＶ：電流の向き２で昇圧動作）の何れかで動作できる。
【００６９】
図２は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの各動作モードにおける第１から第４のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４の状態を示す表である。以下、この表も参照して、各動作モードについて説明する。なお、説明を明確化するため、ここでは定電圧制御を行う場合について説明する。定電流制御を行う場合についても同様に動作するため、説明は省略する。
【００７０】
（動作モードＩ：電流の向き１で降圧動作）
図３は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩにおける昇降圧部１０の等価回路図である。
【００７１】
電流の向き１であるため、方向切り替え信号はローレベルに設定される。また、降圧動作であるため、目標電圧は、入力電圧（電圧Ａ）より低く設定される。初期状態において、入力電圧（電圧Ａ）＞目標電圧＞出力電圧（電圧Ｂ）であるとする。
【００７２】
方向切り替え信号がローレベルであるため、信号切り替え部２３は、ローレベルの信号を第２のスイッチ素子Ｓ２と第４のスイッチ素子Ｓ４に供給する。また、信号切り替え部２３は、降圧ＰＷＭ信号を第１のスイッチ素子Ｓ１に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。
【００７３】
制御部２１は、初期状態では出力電圧（電圧Ｂ）が目標電圧より低いので、制御信号を０から増加させていく。
【００７４】
ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さい場合、制御信号の値に応じたデューティ比の降圧ＰＷＭ信号と、ローレベル（デューティ比０％）の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００７５】
従って、図２の動作モードＩの欄に示すように、スイッチング制御部２０は、降圧ＰＷＭ信号により第１のスイッチ素子Ｓ１のスイッチングを制御すると共に、第２のスイッチ素子Ｓ２、第３のスイッチ素子Ｓ３および第４のスイッチ素子Ｓ４をオフする。これにより、図３に示すように、第２のスイッチ素子Ｓ２、第３のスイッチ素子Ｓ３および第４のスイッチ素子Ｓ４は、それぞれ第２のダイオードＤ２、第３のダイオードＤ３および第４のダイオードＤ４として機能する。
【００７６】
よって、第１のスイッチ素子Ｓ１と、第２のダイオードＤ２と、インダクタＭと、容量Ｃ２とは、降圧コンバータを構成する。第３のダイオードＤ３のカソードの電圧は基準電位より高いので、第３のダイオードＤ３は導通しない。第４のダイオードＤ４は順方向に電流Ｉを流すので、電圧Ａが降圧された電圧Ｂにより、電圧源Ｂ（蓄電池）は充電される。
【００７７】
制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さい範囲で制御され、これによる降圧ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電圧Ａが降圧されることにより、電圧Ｂは目標電圧と等しくなるように制御される。従って、電圧Ａ＞目標電圧である条件では、常に降圧動作を行う。
【００７８】
ここで、電圧源Ｂとして蓄電池と太陽電池が並列接続されている場合について考える。この場合、太陽電池の出力電圧が上昇することで電圧源Ｂの電圧Ｂが電圧源Ａの電圧Ａより上昇しても、第４のダイオードＤ４に逆方向バイアスが加わるので、電流は電圧源Ｂから電圧源Ａの方向に逆流することはない。
【００７９】
（動作モードＩＩ：電流の向き１で昇圧動作）
図４は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＩにおける昇降圧部１０の等価回路図である。
【００８０】
電流の向き１であるため、方向切り替え信号はローレベルに設定される。また、昇圧動作であるため、目標電圧は、入力電圧（電圧Ａ）より高く設定される。初期状態において、電圧Ｂ＜電圧Ａ＜目標電圧であるとする。
【００８１】
方向切り替え信号がローレベルであるため、信号切り替え部２３は、ローレベルの信号を第２のスイッチ素子Ｓ２と第４のスイッチ素子Ｓ４に供給する。また、信号切り替え部２３は、降圧ＰＷＭ信号を第１のスイッチ素子Ｓ１に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。
【００８２】
制御部２１は、初期状態では出力電圧（電圧Ｂ）が目標電圧より低いので、制御信号を０から増加させる。
【００８３】
このとき、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さいので、制御信号の値に応じたデューティ比の降圧ＰＷＭ信号と、ローレベル（デューティ比０％）の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００８４】
よって、初期状態では、動作モードＩと同様に、昇降圧部１０は降圧コンバータとして動作する。しかし、制御信号が１００％に増加しても出力電圧（電圧Ｂ）が目標電圧より低いので、制御部２１は制御信号を１００％以上に増加させる。
【００８５】
ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）以上になるので、ハイレベル（デューティ比１００％）の降圧ＰＷＭ信号と、制御信号の値に応じたデューティ比の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【００８６】
従って、図２の動作モードＩＩの欄に示すように、スイッチング制御部２０は、昇圧ＰＷＭ信号により第３のスイッチ素子Ｓ３のスイッチングを制御すると共に、第１のスイッチ素子Ｓ１をオンして、第２のスイッチ素子Ｓ２および第４のスイッチ素子Ｓ４をオフする。これにより、図４に示すように、第２のスイッチ素子Ｓ２および第４のスイッチ素子Ｓ４は、それぞれ第２のダイオードＤ２および第４のダイオードＤ４として機能する。第１のスイッチ素子Ｓ１はオンしているので第１のダイオードＤ１は機能しない。
【００８７】
よって、インダクタＭと、第３のスイッチ素子Ｓ３と、第４のダイオードＤ４と、容量Ｃ２とは、昇圧コンバータを構成する。第２のダイオードＤ２のカソードの電圧は基準電位より高いので、第２のダイオードＤ２は導通しない。第４のダイオードＤ４は順方向に電流Ｉを流すので、電圧Ａが昇圧された電圧Ｂにより、電圧源Ｂ（蓄電池）は充電される。
【００８８】
制御信号が昇圧基準値（１００％）以上の範囲で制御され、これによる昇圧ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電圧Ａが昇圧されることにより、電圧Ｂは目標電圧と等しくなるように制御される。
【００８９】
ここで、電圧源Ｂとして蓄電池と太陽電池が並列接続されている場合について考える。この場合、太陽電池の出力電圧が上昇することで電圧源Ｂの電圧Ｂが更に上昇しても、第４のダイオードＤ４に逆方向バイアスが加わるので、電流は電圧源Ｂから電圧源Ａの方向に逆流することはない。
【００９０】
（動作モードＩＩＩ：電流の向き２で降圧動作）
図５は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＩＩにおける昇降圧部１０の等価回路図である。
【００９１】
電流の向き２であるため、方向切り替え信号はハイレベルに設定される。また、降圧動作であるため、目標電圧は、入力電圧（電圧Ｂ）より低く設定される。初期状態において、入力電圧（電圧Ｂ）＞目標電圧＞出力電圧（電圧Ａ）であるとする。
【００９２】
方向切り替え信号がハイレベルであるため、信号切り替え部２３は、ローレベルの信号を第１のスイッチ素子Ｓ１と第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。また、信号切り替え部２３は、降圧ＰＷＭ信号を第４のスイッチ素子Ｓ４に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第２のスイッチ素子Ｓ２に供給する。
【００９３】
制御部２１とＰＷＭ信号分配部２２の動作は、動作モードＩと同様である。つまり、昇圧ＰＷＭ信号はローレベル（デューティ比０％）である。
【００９４】
従って、図２の動作モードＩＩＩの欄に示すように、スイッチング制御部２０は、降圧ＰＷＭ信号により第４のスイッチ素子Ｓ４のスイッチングを制御すると共に、第１のスイッチ素子Ｓ１、第２のスイッチ素子Ｓ２および第３のスイッチ素子Ｓ３をオフする。これにより、図５に示すように、第１のスイッチ素子Ｓ１、第２のスイッチ素子Ｓ２および第３のスイッチ素子Ｓ３は、それぞれ第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２および第３のダイオードＤ３として機能する。
【００９５】
よって、第４のスイッチ素子Ｓ４と、第３のダイオードＤ３と、インダクタＭと、容量Ｃ１とは、降圧コンバータを構成する。第２のダイオードＤ２のカソードの電圧は基準電位より高いので、第２のダイオードＤ２は導通しない。第１のダイオードＤ１は順方向に電流Ｉを流すので、電圧Ｂが降圧された電圧Ａにより、電圧源Ａ（蓄電池）は充電される。
【００９６】
電圧源Ａとして蓄電池と太陽電池が並列接続されている場合についても、動作モードＩと同様に動作する。即ち、電圧源Ａの電圧Ａが電圧源Ｂの電圧Ｂより上昇しても、第１のダイオードＤ１に逆方向バイアスが加わるので、電流は電圧源Ａから電圧源Ｂの方向に逆流することはない。
【００９７】
（動作モードＩＶ：電流の向き２で昇圧動作）
図６は、本発明の実施例１に係る双方向コンバータの動作モードＩＶにおける昇降圧部１０の等価回路図である。
【００９８】
電流の向き２であるため、方向切り替え信号はハイレベルに設定される。また、昇圧動作であるため、目標電圧は、入力電圧（電圧Ｂ）より高く設定される。初期状態において、電圧Ａ＜電圧Ｂ＜目標電圧であるとする。
【００９９】
方向切り替え信号がハイレベルであるため、信号切り替え部２３は、ローレベルの信号を第１のスイッチ素子Ｓ１と第３のスイッチ素子Ｓ３に供給する。また、信号切り替え部２３は、降圧ＰＷＭ信号を第４のスイッチ素子Ｓ４に供給すると共に昇圧ＰＷＭ信号を第２のスイッチ素子Ｓ２に供給する。
【０１００】
制御部２１とＰＷＭ信号分配部２２の動作は、動作モードＩＩと同様である。つまり、ＰＷＭ信号分配部２２は、制御信号が昇圧基準値（１００％）以上になるので、ハイレベルの降圧ＰＷＭ信号（デューティ比１００％）と、制御信号の値に応じたデューティ比の昇圧ＰＷＭ信号とを出力する。
【０１０１】
従って、図２の動作モードＩＶの欄に示すように、スイッチング制御部２０は、昇圧ＰＷＭ信号により第２のスイッチ素子Ｓ２のスイッチングを制御すると共に、第４のスイッチ素子Ｓ４をオンして、第１のスイッチ素子Ｓ１および第３のスイッチ素子Ｓ３をオフする。これにより、図６に示すように、第１のスイッチ素子Ｓ１および第３のスイッチ素子Ｓ３は、それぞれ第１のダイオードＤ１および第３のダイオードＤ３として機能する。第４のスイッチ素子Ｓ４はオンしているので第４のダイオードＤ４は機能しない。
【０１０２】
よって、インダクタＭと、第２のスイッチ素子Ｓ２と、第１のダイオードＤ１と、容量Ｃ１とは、昇圧コンバータを構成する。第３のダイオードＤ３のカソードの電圧は基準電位より高いので、第３のダイオードＤ３は導通しない。第１のダイオードＤ１は順方向に電流Ｉを流すので、電圧Ｂが昇圧された電圧Ａにより、電圧源Ａ（蓄電池）は充電される。
【０１０３】
電圧源Ａとして蓄電池と太陽電池が並列接続されている場合についても、動作モードＩＩと同様に動作する。即ち、電流は電圧源Ａから電圧源Ｂの方向に逆流することはない。
【０１０４】
以上で説明した様に、本実施例によれば、スイッチング制御部２０が、第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧を出力する場合、第２及び第４のスイッチ素子Ｓ２，Ｓ４をオフして、降圧動作時に第１のスイッチ素子Ｓ１のスイッチングを制御すると共に第３のスイッチ素子Ｓ３をオフして、昇圧動作時に第１のスイッチ素子Ｓ１をオンすると共に第３のスイッチ素子Ｓ３のスイッチングを制御するようにしている。また、第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧を出力する場合、第１及び第３のスイッチ素子Ｓ１，Ｓ３をオフして、降圧動作時に第４のスイッチ素子Ｓ４のスイッチングを制御すると共に第２のスイッチ素子Ｓ２をオフして、昇圧動作時に第４のスイッチ素子Ｓ４をオンすると共に第２のスイッチ素子Ｓ２のスイッチングを制御するようにしている。このように、同期整流しないようにしているので、２種類の降圧用ＰＷＭ信号と昇圧用ＰＷＭ信号を用いて、双方向で昇圧または降圧動作が行える。即ち、ＰＷＭ信号を排他制御する必要が無い。従って、制御が簡単になるので、スイッチング制御部２０を構成するマイコンとして、安価なものを用いることができる。
【０１０５】
また、制御部２１が、出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、出力電圧が目標電圧より高い場合に制御信号を減少させるようにしている。その上で、ＰＷＭ信号分配部２２が、制御信号が昇圧基準値（１００％）より小さい場合、昇降圧部１０を降圧動作させて、制御信号が昇圧基準値以上の場合、昇降圧部１０を昇圧動作させるようにしている。これにより、目標電圧が入力電圧より高いか否かを比較して昇圧動作または降圧動作の判断をする必要がなく、目標電圧と出力電圧との比較のみで、昇圧動作と降圧動作を連続的（シームレス）に切り替えできると共に、出力電圧を目標電圧に制御できる。従って、１つの制御部２１によって、双方向で昇圧または降圧動作が簡単に行えるので、安価なマイコンを用いることができる。
【０１０６】
さらに、第２の入出力端子Ｔ２から出力電圧（電圧Ｂ）を出力する場合には、第４のスイッチ素子Ｓ４をオフに制御して、第４のダイオードＤ４により電流を一方向のみに流すようにしている。また、第１の入出力端子Ｔ１から出力電圧（電圧Ａ）を出力する場合には、第１のスイッチ素子Ｓ１をオフに制御して、第１のダイオードＤ１により電流を一方向のみに流すようにしている。これにより、電圧源Ａ，Ｂの電圧が変動した場合に、電流の逆流を防止できるので、電圧源Ａ，Ｂ又は双方向コンバータを破壊する恐れが無い。
【０１０７】
以上、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。
【０１０８】
例えば、第１から第４のＮ型ＭＯＳトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の代わりに、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを用いても良い。また、他のスイッチング素子を用いても良い。
【符号の説明】
【０１０９】
Ｔ１ 第１の入出力端子
Ｔ２ 第２の入出力端子
ＲＴ１ 第１の基準端子
ＲＴ２ 第２の基準端子
Ｍ インダクタ（磁性部品）
Ｓ１ 第１のスイッチ素子
Ｓ２ 第２のスイッチ素子
Ｓ３ 第３のスイッチ素子
Ｓ４ 第４のスイッチ素子
Ｃ１ 第１の容量
Ｃ２ 第２の容量
１０ 昇降圧部
２０ スイッチング制御部
２１ 制御部
２２ ＰＷＭ信号分配部
２３ 信号切り替え部
ＴＲ１ 第１のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第１のトランジスタ）
ＴＲ２ 第２のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第２のトランジスタ）
ＴＲ３ 第３のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第３のトランジスタ）
ＴＲ４ 第４のＮ型ＭＯＳトランジスタ（第４のトランジスタ）
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
Ｄ３ 第３のダイオード
Ｄ４ 第４のダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入出力端子および第２の入出力端子のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する双方向コンバータであって、
磁性部品と、前記第１の入出力端子と前記磁性部品の一端との間に接続された第１のスイッチ素子と、前記磁性部品の前記一端と基準電位との間に接続された第２のスイッチ素子と、前記磁性部品の他端と前記基準電位との間に接続された第３のスイッチ素子と、前記磁性部品の前記他端と前記第２の入出力端子との間に接続された第４のスイッチ素子と、を有し、前記第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流す、昇降圧部と、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に前記第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第３のスイッチ素子のスイッチングを制御して、前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第１のスイッチ素子及び前記第３のスイッチ素子をオフして、前記降圧動作時に前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第２のスイッチ素子をオフして、前記昇圧動作時に前記第４のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子のスイッチングを制御するスイッチング制御部と、を備える
ことを特徴とする双方向コンバータ。
【請求項２】
前記スイッチング制御部は、
前記出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、前記出力電圧が前記目標電圧より高い場合に前記制御信号を減少させる制御部と、
前記制御信号が昇圧基準値より小さい場合、前記制御信号の値に応じた降圧ＰＷＭ信号と、第１の値の昇圧ＰＷＭ信号とを出力し、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、第２の値の前記降圧ＰＷＭ信号と、前記制御信号の値に応じた前記昇圧ＰＷＭ信号とを出力するＰＷＭ信号分配部と、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第１のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第３のスイッチ素子に供給し、前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第４のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第２のスイッチ素子に供給する信号切り替え部と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向コンバータ。
【請求項３】
前記ＰＷＭ信号分配部は、前記制御信号の値に応じたデューティ比の前記降圧ＰＷＭ信号または前記昇圧ＰＷＭ信号を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の双方向コンバータ。
【請求項４】
前記ＰＷＭ信号分配部は、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、前記制御信号から前記昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の前記昇圧ＰＷＭ信号を出力する
ことを特徴とする請求項３に記載の双方向コンバータ。
【請求項５】
前記第１のスイッチ素子は、並列接続された第１のトランジスタと第１のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ素子は、並列接続された第２のトランジスタと第２のダイオードとを含み、
前記第３のスイッチ素子は、並列接続された第３のトランジスタと第３のダイオードとを含み、
前記第４のスイッチ素子は、並列接続された第４のトランジスタと第４のダイオードとを含み、
前記第１のダイオードは、カソードが前記第１の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記一端に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記一端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第３のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記他端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記他端に接続されている
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の双方向コンバータ。
【請求項６】
前記第１から第４のトランジスタは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、
前記第１から第４のダイオードは、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードである
ことを特徴とする請求項５に記載の双方向コンバータ。
【請求項７】
前記昇降圧部は、
前記第１の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第１の容量と、
前記第２の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第２の容量と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の双方向コンバータ。
【請求項８】
前記第１の値はローレベルであり、前記第２の値はハイレベルであることを特徴とする請求項６に記載の双方向コンバータ。
【請求項９】
前記磁性部品はインダクタであることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の双方向コンバータ。
【請求項１０】
磁性部品と、
第１の入出力端子と前記磁性部品の一端との間に接続された第１のスイッチ素子と、
前記磁性部品の前記一端と基準電位との間に接続された第２のスイッチ素子と、
前記磁性部品の他端と前記基準電位との間に接続された第３のスイッチ素子と、
前記磁性部品の前記他端と第２の入出力端子との間に接続された第４のスイッチ素子と、を備え、
前記第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流し、
前記第１の入出力端子および前記第２の入出力端子のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する双方向コンバータの制御方法であって、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に前記第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第３のスイッチ素子のスイッチングを制御して、
前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第１のスイッチ素子及び前記第３のスイッチ素子をオフして、前記降圧動作時に前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第２のスイッチ素子をオフして、前記昇圧動作時に前記第４のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子のスイッチングを制御する
ことを特徴とする双方向コンバータの制御方法。
【請求項１１】
前記出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、
前記出力電圧が前記目標電圧より高い場合に前記制御信号を減少させて、
前記制御信号が昇圧基準値より小さい場合、前記制御信号の値に応じた降圧ＰＷＭ信号と、第１の値の昇圧ＰＷＭ信号とを生成し、
前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、第２の値の前記降圧ＰＷＭ信号と、前記制御信号の値に応じた前記昇圧ＰＷＭ信号とを生成し、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第１のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第３のスイッチ素子に供給し、
前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第４のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第２のスイッチ素子に供給する
ことを特徴とする請求項１０に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１２】
前記制御信号の値に応じたデューティ比の前記降圧ＰＷＭ信号または前記昇圧ＰＷＭ信号を生成する
ことを特徴とする請求項１１に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１３】
前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、前記制御信号から前記昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の前記昇圧ＰＷＭ信号を生成する
ことを特徴とする請求項１２に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１４】
前記第１のスイッチ素子は、並列接続された第１のトランジスタと第１のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ素子は、並列接続された第２のトランジスタと第２のダイオードとを含み、
前記第３のスイッチ素子は、並列接続された第３のトランジスタと第３のダイオードとを含み、
前記第４のスイッチ素子は、並列接続された第４のトランジスタと第４のダイオードとを含み、
前記第１のダイオードは、カソードが前記第１の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記一端に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記一端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第３のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記他端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記他端に接続されている
ことを特徴とする請求項１０から請求項１３の何れかに記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１５】
前記第１から第４のトランジスタは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、
前記第１から第４のダイオードは、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードである
ことを特徴とする請求項１４に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１６】
前記第１の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第１の容量と、
前記第２の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第２の容量と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１０から請求項１５の何れかに記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１７】
前記第１の値はローレベルであり、前記第２の値はハイレベルであることを特徴とする請求項１５に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１８】
前記磁性部品はインダクタであることを特徴とする請求項１０から請求項１７の何れかに記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１】
第１の入出力端子および第２の入出力端子のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する双方向コンバータであって、
磁性部品と、前記第１の入出力端子と前記磁性部品の一端との間に接続された第１のスイッチ素子と、前記磁性部品の前記一端と基準電位との間に接続された第２のスイッチ素子と、前記磁性部品の他端と前記基準電位との間に接続された第３のスイッチ素子と、前記磁性部品の前記他端と前記第２の入出力端子との間に接続された第４のスイッチ素子と、を有し、前記第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流す、昇降圧部と、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に前記第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第３のスイッチ素子のスイッチングを制御して、前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第１のスイッチ素子及び前記第３のスイッチ素子をオフして、前記降圧動作時に前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第２のスイッチ素子をオフして、前記昇圧動作時に前記第４のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子のスイッチングを制御するスイッチング制御部と、を備える
ことを特徴とする双方向コンバータ。
【請求項２】
前記スイッチング制御部は、
前記出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、前記出力電圧が前記目標電圧より高い場合に前記制御信号を減少させる制御部と、
前記制御信号が昇圧基準値より小さい場合、前記制御信号の値に応じた降圧ＰＷＭ信号と、第１の値の昇圧ＰＷＭ信号とを出力し、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、第２の値の前記降圧ＰＷＭ信号と、前記制御信号の値に応じた前記昇圧ＰＷＭ信号とを出力するＰＷＭ信号分配部と、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第１のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第３のスイッチ素子に供給し、前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第４のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第２のスイッチ素子に供給する信号切り替え部と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向コンバータ。
【請求項３】
前記ＰＷＭ信号分配部は、前記制御信号の値に応じたデューティ比の前記降圧ＰＷＭ信号または前記昇圧ＰＷＭ信号を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の双方向コンバータ。
【請求項４】
前記ＰＷＭ信号分配部は、前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、前記制御信号から前記昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の前記昇圧ＰＷＭ信号を出力する
ことを特徴とする請求項３に記載の双方向コンバータ。
【請求項５】
前記第１のスイッチ素子は、並列接続された第１のトランジスタと第１のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ素子は、並列接続された第２のトランジスタと第２のダイオードとを含み、
前記第３のスイッチ素子は、並列接続された第３のトランジスタと第３のダイオードとを含み、
前記第４のスイッチ素子は、並列接続された第４のトランジスタと第４のダイオードとを含み、
前記第１のダイオードは、カソードが前記第１の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記一端に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記一端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第３のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記他端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記他端に接続されている
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の双方向コンバータ。
【請求項６】
前記第１から第４のトランジスタは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、
前記第１から第４のダイオードは、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードである
ことを特徴とする請求項５に記載の双方向コンバータ。
【請求項７】
前記昇降圧部は、
前記第１の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第１の容量と、
前記第２の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第２の容量と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の双方向コンバータ。
【請求項８】
前記第１の値はローレベルであり、前記第２の値はハイレベルであることを特徴とする請求項６に記載の双方向コンバータ。
【請求項９】
前記磁性部品はインダクタであることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の双方向コンバータ。
【請求項１０】
磁性部品と、
第１の入出力端子と前記磁性部品の一端との間に接続された第１のスイッチ素子と、
前記磁性部品の前記一端と基準電位との間に接続された第２のスイッチ素子と、
前記磁性部品の他端と前記基準電位との間に接続された第３のスイッチ素子と、
前記磁性部品の前記他端と第２の入出力端子との間に接続された第４のスイッチ素子と、を備え、
前記第１から第４のスイッチ素子はオフ時に一方向のみに電流を流し、
前記第１の入出力端子および前記第２の入出力端子のうちの一方の入出力端子から入力される入力電圧に基づいて、他方の入出力端子から出力電圧を出力する双方向コンバータの制御方法であって、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフして、降圧動作時に前記第１のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第３のスイッチ素子をオフして、昇圧動作時に前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第３のスイッチ素子のスイッチングを制御して、
前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記第１のスイッチ素子及び前記第３のスイッチ素子をオフして、前記降圧動作時に前記第４のスイッチ素子のスイッチングを制御すると共に前記第２のスイッチ素子をオフして、前記昇圧動作時に前記第４のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子のスイッチングを制御する
ことを特徴とする双方向コンバータの制御方法。
【請求項１１】
前記出力電圧が目標電圧より低い場合に制御信号を増加させて、
前記出力電圧が前記目標電圧より高い場合に前記制御信号を減少させて、
前記制御信号が昇圧基準値より小さい場合、前記制御信号の値に応じた降圧ＰＷＭ信号と、第１の値の昇圧ＰＷＭ信号とを生成し、
前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、第２の値の前記降圧ＰＷＭ信号と、前記制御信号の値に応じた前記昇圧ＰＷＭ信号とを生成し、
前記第２の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第１のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第３のスイッチ素子に供給し、
前記第１の入出力端子から前記出力電圧を出力する場合、前記降圧ＰＷＭ信号を前記第４のスイッチ素子に供給すると共に前記昇圧ＰＷＭ信号を前記第２のスイッチ素子に供給する
ことを特徴とする請求項１０に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１２】
前記制御信号の値に応じたデューティ比の前記降圧ＰＷＭ信号または前記昇圧ＰＷＭ信号を生成する
ことを特徴とする請求項１１に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１３】
前記制御信号が前記昇圧基準値以上の場合、前記制御信号から前記昇圧基準値を減算した値に応じたデューティ比の前記昇圧ＰＷＭ信号を生成する
ことを特徴とする請求項１２に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１４】
前記第１のスイッチ素子は、並列接続された第１のトランジスタと第１のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ素子は、並列接続された第２のトランジスタと第２のダイオードとを含み、
前記第３のスイッチ素子は、並列接続された第３のトランジスタと第３のダイオードとを含み、
前記第４のスイッチ素子は、並列接続された第４のトランジスタと第４のダイオードとを含み、
前記第１のダイオードは、カソードが前記第１の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記一端に接続され、
前記第２のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記一端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第３のダイオードは、カソードが前記磁性部品の前記他端に接続され、アノードが前記基準電位に接続され、
前記第４のダイオードは、カソードが前記第２の入出力端子に接続され、アノードが前記磁性部品の前記他端に接続されている
ことを特徴とする請求項１０から請求項１３の何れかに記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１５】
前記第１から第４のトランジスタは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタであり、
前記第１から第４のダイオードは、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとの間に接続された寄生ダイオードである
ことを特徴とする請求項１４に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１６】
前記第１の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第１の容量と、
前記第２の入出力端子と前記基準電位との間に接続された第２の容量と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１０から請求項１５の何れかに記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１７】
前記第１の値はローレベルであり、前記第２の値はハイレベルであることを特徴とする請求項１５に記載の双方向コンバータの制御方法。
【請求項１８】
前記磁性部品はインダクタであることを特徴とする請求項１０から請求項１７の何れかに記載の双方向コンバータの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０５４２７（Ｐ２０１２−２０５４２７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８６８４（Ｐ２０１１−６８６８４）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
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