双方向電力変換回路
【課題】異なる直流電圧間で双方向に電力の変換を行う。
【解決手段】低電圧バッテリー１１と第１のリアクトルＬ１との直列回路が、ＭＥＲＳ１００の第１の交流端子ＡＣ１に接続される。コンデンサＣＣが、ＭＥＲＳ１００の直流端子ＤＣＰとＤＣＮとの間に接続される。ＭＥＲＳ１００の第２の交流端子ＡＣ２に、第２のリアクトルＬ２と第５のスイッチＳＷと、ローパスフィルタＬ３，Ｃ３と、を介して高電圧バッテリー１２が接続される。制御回路１３は、低電圧バッテリ１１から高電圧バッテリー１２を充電する際には、第２と第３のスイッチＳＷ２、ＳＷ３を同期してスイッチングし、高電圧バッテリー１２から低電圧バッテリー１１を充電する際には、第５のスイッチＳＷを常時オンし、第１のスイッチＳＷ１をスイッチングする。
【解決手段】低電圧バッテリー１１と第１のリアクトルＬ１との直列回路が、ＭＥＲＳ１００の第１の交流端子ＡＣ１に接続される。コンデンサＣＣが、ＭＥＲＳ１００の直流端子ＤＣＰとＤＣＮとの間に接続される。ＭＥＲＳ１００の第２の交流端子ＡＣ２に、第２のリアクトルＬ２と第５のスイッチＳＷと、ローパスフィルタＬ３，Ｃ３と、を介して高電圧バッテリー１２が接続される。制御回路１３は、低電圧バッテリ１１から高電圧バッテリー１２を充電する際には、第２と第３のスイッチＳＷ２、ＳＷ３を同期してスイッチングし、高電圧バッテリー１２から低電圧バッテリー１１を充電する際には、第５のスイッチＳＷを常時オンし、第１のスイッチＳＷ１をスイッチングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向電力変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車などに代表される電力蓄積のための二次電池技術は進歩し続け、小型で大電力を蓄えられるようになってきた。また、二次電池技術の進歩に伴い充電技術も進歩しつづけている。
【０００３】
しかしながら、二次電池は、物理的な大きさ・出力電圧などが製造者によっても商品によってもばらつきがあり、インフラとして利用するには統一感に乏しい。これは、各二次電池が、使用対象に最適化された設計がされているためで、二次電池の充放電回路も、それぞれの二次電池に応じた最適化された設計がされているのが現状である。
【０００４】
また、省資源・省エネルギーのためには、二次電池を柔軟に利用でき、効率的に充放電できるようにしなければならない。このような観点から、二次電池の充放電用に、様々な充電放回路が提案されている。
【０００５】
例えば、充電時には、ＡＣ／ＤＣ変換器として機能し、放電時には、ＤＣ／ＡＣ変換器として機能する電力回生装置が特許文献１に開示されている。また、系統電源で主二次電池と補助二次電池を共に充電できる回路が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７２１２１号公報
【特許文献２】特開２００８−３１２３９５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、二次電池の充電時に、交流電源が確保できるとは限らず、二次電池を、異なる規格電圧の二次電池で充電できる充放電回路が望まれている。また、特許文献１及び２に開示された回路は、構成が複雑なため、より簡易な回路構成が望まれる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、異なる直流電圧間で、高電圧から低電圧へ、または、低電圧から高電圧へ、双方向に電力変換が可能で、構成の簡易な双方向電力変換回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明の双方向電力変換回路は、
第１の電池に直列に接続された第１のリアクトルと、
第２のリアクトルと、
前記第２のリアクトルと第２の電池と直列に接続された半導体スイッチと、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第３の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子と前記第２の直流端子の間に前記第１の電池と第１のリアクトルの直列回路を接続され、前記第２の交流端子と前記第２の直流端子の間に前記第２の電池と前記第２のリアクトルと前記半導体スイッチとの直列回路を接続された磁気エネルギー回生スイッチと、
前記半導体スイッチと前記第１乃至第３の自己消弧型素子とに制御信号を与える制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第１の電池を用いて、前記第１の電池の電圧よりも電圧の高い前記第２の電池を充電する際に、前記第２と第３の自己消弧型素子を同期してスイッチングし、
前記第２の電池を用いて、該第２の電池よりも電圧の低い前記第１の電池を充電する際に、前記半導体スイッチをオンに保持し、前記第１の自己消弧型素子をスイッチングする、
ことを特徴とする。
【００１０】
前記制御回路は、例えば、前記制御信号のデューティ比を制御する機能を備える。
【００１１】
前記半導体スイッチは、例えば、スイッチング用の半導体素子とダイオードとが並列に接続された構成をしている。或いは、前記半導体スイッチは、例えば、逆阻止能力を持たない逆導通型の半導体素子、またはサイリスタを要素とした回路から構成されてもよい。
【００１２】
また、前記第４のダイオードに並列に接続された第４の自己消弧型素子を更に備えてもよい。
【００１３】
例えば、前記各自己消弧型素子は逆導通型半導体スイッチであり、前記各ダイオードは、並列に接続された前記各自己消弧型素子に内蔵された寄生ダイオードである。
【００１４】
前記第４の半導体スイッチと前記第２の電池との間に、高周波カット用のフィルタを配置してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
簡単な構成の回路で、高電圧から低電圧へ、または、低電圧から高電圧に双方向に電力変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施形態の双方向電力変換回路の構成を示す回路図である。
【図２】（ａ）図１の双方向電力変換回路において、低電圧バッテリーで高電圧バッテリーを充電する際の、制御回路の機能構成を示す図である。（ｂ）図１の双方向電力変換回路において、低電圧バッテリーで高電圧バッテリーを充電する際の、制御回路の出力するゲート信号を示す図である。
【図３】（ａ）図１の双方向電力変換回路において、高電圧バッテリーで低電圧バッテリーを充電する際の、制御回路の機能構成を示す図である。（ｂ）図１の双方向電力変換回路において、高電圧バッテリーで低電圧バッテリーを充電する際の、制御回路の出力するゲート信号を示す図である。
【図４】図１の双方向電力変換回路において、低電圧バッテリーで高電圧バッテリーを充電する際の、動作を説明するための図である。
【図５】図１の双方向電力変換回路において、低電圧バッテリーで高電圧バッテリーを充電する際の、動作を説明するための図である。
【図６】図１の双方向電力変換回路において、高電圧バッテリーで低電圧バッテリーを充電する際の、動作を説明するための図である。
【図７】図１に示す双方向電力変換回路の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る好適な双方向電力変換装置を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
本実施形態に係る双方向電力変換回路１０は、低電圧バッテリー１１と、高電圧バッテリー１２とを相互に充電するための回路であり、図１に示すように、磁気エネルギー蓄積用のリアクトルＬ１及びＬ２と、平滑用のリアクトルＬ３と、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００と、逆導通型半導体スイッチＳＷと、平滑用のコンデンサＣＣと、制御回路１３とを備える。
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００は、４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４と、交流端子ＡＣ１，ＡＣ２と、直流端子ＤＣＰ，ＤＣＮと、コンデンサＣＭと、から構成される。
【００１９】
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４は、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４と、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４に並列に接続されたスイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４と、スイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４に配置されたゲートＧＳＷ１乃至ＧＳＷ４と、から構成される。
交流端子ＡＣ１にはダイオード部ＤＳＷ１のアノードとダイオード部ＤＳＷ２のカソードとが、直流端子ＤＣＰにはダイオード部ＤＳＷ１のカソードとダイオード部ＤＳＷ３のカソードとコンデンサＣＭの正極とが、直流端子ＤＣＮにはダイオード部ＤＳＷ２のアノードとダイオード部ＤＳＷ４のアノードとコンデンサＣＭの負極とが、交流端子ＡＣ２にはダイオード部ＤＳＷ３のアノードとダイオード部ＤＳＷ４のカソードとが接続されている。
逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４のスイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＷ４は、ゲートＧＳＷ１乃至ＳＷ４に入力されるゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４によってオン・オフが切り替わる。
スイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４がオンになると、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４が短絡され、逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４がオンになる。スイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４がオフになると、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４が機能し、逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４はオフになる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４は、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
【００２０】
低電圧バッテリー１１は、定格１００Ｖの二次バッテリーである。
低電圧バッテリー１１の等価回路は直流電圧源２１と内部抵抗Ｒ１の直列回路で表現される。低電圧バッテリー１１とリアクトルＬ１とは直列に接続され、この直列回路は、交流端子ＡＣ１と直流端子ＤＣＮの間に接続されている。
【００２１】
リアクトルＬ２の一端が、交流端子ＡＣ２に接続されている。
リアクトルＬ２の他端が逆導通型半導体スイッチＳＷの一端に接続されている。逆導通型半導体スイッチＳＷは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるスイッチ部ＳＳＷとダイオードであるダイオード部ＤＳＷとから構成される。スイッチ部ＳＳＷのコレクタとダイオード部ＤＳＷのアノードとが接続されて逆導通型半導体スイッチＳＷの一端となり、スイッチ部ＳＳＷのエミッタとダイオード部ＤＳＷのカソードとが接続されて逆導通型半導体スイッチＳＷの他端となる。スイッチ部ＳＳＷはゲートＧＳＷを備え、スイッチ部ＳＳＷのオン・オフは、ゲートＧＳＷに入力されるゲート信号ＳＧにより切り替わる。
逆導通型半導体スイッチＳＷは、低電圧バッテリー１１から高電圧バッテリー１２に向かう電流に関しては、常時オン、高電圧バッテリー１２から低電圧バッテリー１１に向かう電流に関してはオン・オフを切り替える。
【００２２】
リアクトルＬ３の一端が、逆導通型半導体スイッチＳＷの他端に接続されている。
コンデンサＣＣの一端が、逆導通型半導体スイッチＳＷの他端とリアクトルＬ３の一端との接続ノードに接続されている。リアクトルＬ３とコンデンサＣＣとは、高周波成分が抑制されるローパスフィルタとして機能する。
【００２３】
高電圧バッテリー１２は、例えば、定格１５００Ｖの二次バッテリーである。
高電圧バッテリー１２の等価回路は直流電圧源２２とバッテリーの内部抵抗Ｒ２との直列回路で表現され、高電圧バッテリー１２は、リアクトルＬ３と直列に接続されている。
【００２４】
低電圧バッテリー１１と高電圧バッテリー１２の陰極、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の直流端子ＤＣＮ、コンデンサＣＭの他端、コンデンサＣＣの他端は、基準電圧ライン（例えば、接地ライン）により相互に接続されている。
【００２５】
制御回路１３は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷのオン・オフ制御することにより、低電圧バッテリー１１から高電圧バッテリー１２への充電、及び、高電圧バッテリー１２から低電圧バッテリー１１への充電を制御する。
【００２６】
低電圧バッテリー１１から高電圧バッテリー１２を充電する場合、制御回路１３は、図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３のスイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３のゲートＧＳＷ２，ＧＳＷ３に、所定の周波数、例えば、２キロＨｚ、デューティ比０．９のゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３を出力し、スイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３とを同じタイミングでオン・オフする。一方、制御回路１３は、逆導通型半導体スイッチＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ４のスイッチ部ＳＳＷ，ＳＳＷ１，ＳＳＷ４のゲートＧＳＷ，ＧＳＷ１，ＧＳＷ４に、常時ローレベルのゲート信号ＳＧ，ＳＧ１，ＳＧ４を出力し、スイッチ部ＳＳＷ，ＳＳＷ１，ＳＳＷ４を常時オフにする。
【００２７】
一方、高電圧バッテリー１２から低電圧バッテリー１１を充電する場合、制御回路１３は、図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のスイッチ部 ＳＳＷ２，ＳＳＷ３，ＳＳＷ４のゲートＧＳＷ２，ＧＳＷ３，ＧＳＷ４には、常時ローレベルのゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４を出力し、スイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３，ＳＳＷ４を常時オフにする。一方、制御回路１３は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１のスイッチ部ＳＳＷ１のゲートＧＳＷ１には、１キロＨｚで、デューティ比０．１のゲート信号ＳＧ１を出力し、スイッチ部ＳＳＷ１をオフ・オフ制御する。また、制御回路１３は、スイッチＳＷのスイッチ部ＳＳＷのゲートには、ハイレベルのゲート信号ＳＧＷを出力し、スイッチ部ＳＳＷを常時オンにする。
【００２８】
次に、上記構成を有する双方向電力変換回路１０の動作を説明する。
まず、低電圧バッテリー１１の電力を用いて、高電圧バッテリー１２を充電する動作について説明する。
この場合、制御部１３は、前述のように、スイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３のゲートには、所定の周波数、例えば、２キロＨｚで、ディーティ０．９の交番信号を出力する。
ゲート信号ＳＧ２がハイレベルになると、スイッチ部ＳＳＷ２がオンになる。すると、図４に示すように、低電圧バッテリー１１を電源として、リアクトルＬ１、逆導通型半導体スイッチＳＷ２に、電流Ｉ１が流れ、リアクトルＬ１に磁気エネルギーを蓄積する。
【００２９】
続いて、ゲート信号ＳＧ２がローレベルになると、スイッチ部ＳＳＷ２がオフし、電流Ｉ１の流路を遮断する。このため、図５に示すように、リアクトルＬ１に蓄積されていた磁気エネルギーにより、リアクトルＬ１が昇圧電源となって、逆導通型半導体スイッチＳＷ１のダイオード部ＤＳＷ１，コンデンサＣＭ、を介して電流Ｉ３が流れ、コンデンサＣＭを充電する。このときの充電電圧は、ゲート信号ＳＧ２のデューティ比により定まり、この例では、１５００Ｖ以上に達する。
【００３０】
再び、ゲート信号ＳＧ２がハイレベルになると、スイッチ部ＳＳＷ２がオンし、電流Ｉ１が流れ、リアクトルＬ１に磁気エネルギーを蓄積する。続いて、ゲート信号ＳＧ２がローレベルになると、スイッチ部ＳＳＷ２がオフし、電流Ｉ３が流れて、コンデンサＣＭが充電される。
【００３１】
コンデンサＣＭの充電電圧が、高電圧バッテリー１２の電圧よりも高くなると、ゲート信号ＳＧ３がハイレベルになって逆導通型半導体スイッチＳＷ３のスイッチ部ＳＳＷ３がオンした際に、図４に示すように、コンデンサＣＭを電源として、逆導通型半導体スイッチＳＷ３，リアクトルＬ２、逆導通型半導体スイッチＳＷのダイオード部ＤＳＷ、リアクトルＬ３、を介して、電流Ｉ２が流れ、高電圧バッテリー１２を充電する。この際、高周波ノイズは、リアクトルＬ３とコンデンサＣＣとで構成されるローパスフィルタによりカットされる。
【００３２】
続いて、ゲート信号ＳＧ３がローレベルになってスイッチＳＷ３のスイッチ部ＳＳＷ３がオフになると、電流Ｉ２が遮断される。
電流Ｉ２が遮断された時、リアクトルＬ２に磁気エネルギーが残っている場合、リアクトルＬ２に蓄積された磁気エネルギーにより、図５に示すように、電流Ｉ４が、逆導通型半導体スイッチＳＷのダイオード部ＤＳＷ，リアクトルＬ３，高電圧バッテリー１２，スイッチＳＷ４のダイオード部ＤＳＷ４を介して流れ、高電圧バッテリー１２を充電する。この際、高周波ノイズは、リアクトルＬ３とコンデンサＣＣの構成するローパスフィルタによりカットされる。
リアクトルＬ２に磁気エネルギーが残っていない場合は、電流Ｉ４は流れない。
【００３３】
以後、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３のオン・オフに応じて、同様の動作が繰り替えされ、コンデンサＣＭから高電圧バッテリー１２に充電され、コンデンサＣＭの電圧と高電圧バッテリー１２の電圧がほぼ等しくなった時点で、高電圧バッテリー１２への充電が終了する。
【００３４】
次に、高電圧バッテリー１２の電力を用いて、低電圧バッテリー１１を充電する動作について説明する。
この場合、制御部１３は、前述のように、逆導通型半導体スイッチＳＷのスイッチ部ＳＳＷのゲートＧＳＷに、ハイレベルのゲート信号ＳＧＷを出力し、スイッチ部ＳＳＷ１のゲートＧＳＷ１に所定の周波数、例えば、１キロＨｚのゲート信号をデューティ比０．１で出力し、スイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３，ＳＳＷ４のゲートＧＳＷ２，ＧＳＷ３，ＧＳＷ４にはローレベルのゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４を出力する。
【００３５】
これにより、逆導通型半導体スイッチＳＷが常時オンとなり、図６に示すように、高電圧バッテリー１２の陽極から、リアクトルＬ３，逆導通型半導体スイッチＳＷ，リアクトルＬ２，逆導通型半導体スイッチＳＷ３のダイオード部ＤＳＷ３、を介して、コンデンサＣＭに電流Ｉ５が流れ、コンデンサＣＭが充電される。
一方、逆導通型半導体スイッチＳＷ１のスイッチ部ＳＳＷ１がオン・オフを繰り返すため、コンデンサＣＭを電源として、リアクトルＬ１，低電圧バッテリー１１を介して、電流Ｉ６が流れる。このとき、逆導通型半導体スイッチＳＷ１のオン・オフとリアクトルＬ１の作用により電流が抑えられ、降圧された電圧が低電圧バッテリー１１に印加される。換言すれば、コンデンサＣＭの充電電圧を逆導通型半導体スイッチＳＷ１で行うチョッパ動作により降圧して、低電圧バッテリー１１に印加することにより、低電圧バッテリー１１を充電する。
【００３６】
このようにして、図１に示す構成の双方向電力変換回路によれば、低電圧バッテリー１１に蓄積された電力を用いて高電圧バッテリー１２を充電し、高電圧バッテリー１２に蓄積された電力を用いて低電圧バッテリー１１を充電することができる。しかも、回路構成を変更することなく、種々の電圧のバッテリーを相互に充電することができる。また、ゲート信号のデューティ比を調整するだけで任意の電圧のバッテリーの組み合わせで充放電を行うことができる。
【００３７】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、図１の回路を図７に示すように、極性を変更することも可能である。この場合も、制御回路１３が各スイッチ部のゲートに供給するゲート信号は、図２，図３に示したゲート信号と同じである。
【００３８】
また、逆導通型半導体スイッチＳＷ４はスイッチングを行わない。このため、スイッチ部ＳＳＷ４はなくてもよい。同様の理由で、逆導通型半導体スイッチＳＷ４をダイオードに変更してもよい。
【００３９】
例えば、逆導通型半導体スイッチは、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに限定されない。例えば、逆導通型半導体スイッチは、通常のバイポーラトランジスタとダイオードとを逆並列接続した構成でもよい。また、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)、から逆導通型半導体スイッチを構成してもよい。さらに、サイリスタから構成してもよい。その他、任意のスイッチング用の半導体素子と還流用ダイオードを逆並列に接続したもの、例えば、製造時に寄生ダイオードが内蔵されているパワーＭＯＳＦＥＴなどの、逆阻止能力を持たない逆導通型の半導体素子から構成したもの、などを逆導通型半導体スイッチとして使用可能である。
【００４０】
また、電力を供給される側のバッテリーのかわりに負荷を接続することも可能である。
また、実施形態に記載した構成の全てを備える必要はなく、所期の目的を達成できるならば、一部の構成の組み合わせであってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 双方向電力変換回路
１１ 低電圧バッテリー
１２ 高電圧バッテリー
１３ 制御回路
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ リアクトル
ＣＣ，ＣＭ コンデンサ
ＳＷ 半導体スイッチ
ＳＷ、ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ２、ＳＷ４ 逆導通型半導体スイッチ
ＳＳＷ、ＳＳＷ１、ＳＳＷ３、ＳＳＷ２、ＳＳＷ４ スイッチ部
ＳＧ、ＳＧ１、ＳＧ３、ＳＧ２、ＳＧ４ ゲート信号
ＤＳＷ、ＤＳＷ１、ＤＳＷ３、ＤＳＷ２、ＤＳＷ４ ダイオード部
Ｒ１，Ｒ２ 内部抵抗
ＡＣ１，ＡＣ２ 交流端子
ＤＣＰ，ＤＣＮ 直流端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向電力変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車などに代表される電力蓄積のための二次電池技術は進歩し続け、小型で大電力を蓄えられるようになってきた。また、二次電池技術の進歩に伴い充電技術も進歩しつづけている。
【０００３】
しかしながら、二次電池は、物理的な大きさ・出力電圧などが製造者によっても商品によってもばらつきがあり、インフラとして利用するには統一感に乏しい。これは、各二次電池が、使用対象に最適化された設計がされているためで、二次電池の充放電回路も、それぞれの二次電池に応じた最適化された設計がされているのが現状である。
【０００４】
また、省資源・省エネルギーのためには、二次電池を柔軟に利用でき、効率的に充放電できるようにしなければならない。このような観点から、二次電池の充放電用に、様々な充電放回路が提案されている。
【０００５】
例えば、充電時には、ＡＣ／ＤＣ変換器として機能し、放電時には、ＤＣ／ＡＣ変換器として機能する電力回生装置が特許文献１に開示されている。また、系統電源で主二次電池と補助二次電池を共に充電できる回路が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７２１２１号公報
【特許文献２】特開２００８−３１２３９５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、二次電池の充電時に、交流電源が確保できるとは限らず、二次電池を、異なる規格電圧の二次電池で充電できる充放電回路が望まれている。また、特許文献１及び２に開示された回路は、構成が複雑なため、より簡易な回路構成が望まれる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、異なる直流電圧間で、高電圧から低電圧へ、または、低電圧から高電圧へ、双方向に電力変換が可能で、構成の簡易な双方向電力変換回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明の双方向電力変換回路は、
第１の電池に直列に接続された第１のリアクトルと、
第２のリアクトルと、
前記第２のリアクトルと第２の電池と直列に接続された半導体スイッチと、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第３の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子と前記第２の直流端子の間に前記第１の電池と第１のリアクトルの直列回路を接続され、前記第２の交流端子と前記第２の直流端子の間に前記第２の電池と前記第２のリアクトルと前記半導体スイッチとの直列回路を接続された磁気エネルギー回生スイッチと、
前記半導体スイッチと前記第１乃至第３の自己消弧型素子とに制御信号を与える制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第１の電池を用いて、前記第１の電池の電圧よりも電圧の高い前記第２の電池を充電する際に、前記第２と第３の自己消弧型素子を同期してスイッチングし、
前記第２の電池を用いて、該第２の電池よりも電圧の低い前記第１の電池を充電する際に、前記半導体スイッチをオンに保持し、前記第１の自己消弧型素子をスイッチングする、
ことを特徴とする。
【００１０】
前記制御回路は、例えば、前記制御信号のデューティ比を制御する機能を備える。
【００１１】
前記半導体スイッチは、例えば、スイッチング用の半導体素子とダイオードとが並列に接続された構成をしている。或いは、前記半導体スイッチは、例えば、逆阻止能力を持たない逆導通型の半導体素子、またはサイリスタを要素とした回路から構成されてもよい。
【００１２】
また、前記第４のダイオードに並列に接続された第４の自己消弧型素子を更に備えてもよい。
【００１３】
例えば、前記各自己消弧型素子は逆導通型半導体スイッチであり、前記各ダイオードは、並列に接続された前記各自己消弧型素子に内蔵された寄生ダイオードである。
【００１４】
前記第４の半導体スイッチと前記第２の電池との間に、高周波カット用のフィルタを配置してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
簡単な構成の回路で、高電圧から低電圧へ、または、低電圧から高電圧に双方向に電力変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施形態の双方向電力変換回路の構成を示す回路図である。
【図２】（ａ）図１の双方向電力変換回路において、低電圧バッテリーで高電圧バッテリーを充電する際の、制御回路の機能構成を示す図である。（ｂ）図１の双方向電力変換回路において、低電圧バッテリーで高電圧バッテリーを充電する際の、制御回路の出力するゲート信号を示す図である。
【図３】（ａ）図１の双方向電力変換回路において、高電圧バッテリーで低電圧バッテリーを充電する際の、制御回路の機能構成を示す図である。（ｂ）図１の双方向電力変換回路において、高電圧バッテリーで低電圧バッテリーを充電する際の、制御回路の出力するゲート信号を示す図である。
【図４】図１の双方向電力変換回路において、低電圧バッテリーで高電圧バッテリーを充電する際の、動作を説明するための図である。
【図５】図１の双方向電力変換回路において、低電圧バッテリーで高電圧バッテリーを充電する際の、動作を説明するための図である。
【図６】図１の双方向電力変換回路において、高電圧バッテリーで低電圧バッテリーを充電する際の、動作を説明するための図である。
【図７】図１に示す双方向電力変換回路の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る好適な双方向電力変換装置を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
本実施形態に係る双方向電力変換回路１０は、低電圧バッテリー１１と、高電圧バッテリー１２とを相互に充電するための回路であり、図１に示すように、磁気エネルギー蓄積用のリアクトルＬ１及びＬ２と、平滑用のリアクトルＬ３と、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００と、逆導通型半導体スイッチＳＷと、平滑用のコンデンサＣＣと、制御回路１３とを備える。
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００は、４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４と、交流端子ＡＣ１，ＡＣ２と、直流端子ＤＣＰ，ＤＣＮと、コンデンサＣＭと、から構成される。
【００１９】
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４は、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４と、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４に並列に接続されたスイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４と、スイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４に配置されたゲートＧＳＷ１乃至ＧＳＷ４と、から構成される。
交流端子ＡＣ１にはダイオード部ＤＳＷ１のアノードとダイオード部ＤＳＷ２のカソードとが、直流端子ＤＣＰにはダイオード部ＤＳＷ１のカソードとダイオード部ＤＳＷ３のカソードとコンデンサＣＭの正極とが、直流端子ＤＣＮにはダイオード部ＤＳＷ２のアノードとダイオード部ＤＳＷ４のアノードとコンデンサＣＭの負極とが、交流端子ＡＣ２にはダイオード部ＤＳＷ３のアノードとダイオード部ＤＳＷ４のカソードとが接続されている。
逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４のスイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＷ４は、ゲートＧＳＷ１乃至ＳＷ４に入力されるゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４によってオン・オフが切り替わる。
スイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４がオンになると、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４が短絡され、逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４がオンになる。スイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４がオフになると、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４が機能し、逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４はオフになる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４は、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
【００２０】
低電圧バッテリー１１は、定格１００Ｖの二次バッテリーである。
低電圧バッテリー１１の等価回路は直流電圧源２１と内部抵抗Ｒ１の直列回路で表現される。低電圧バッテリー１１とリアクトルＬ１とは直列に接続され、この直列回路は、交流端子ＡＣ１と直流端子ＤＣＮの間に接続されている。
【００２１】
リアクトルＬ２の一端が、交流端子ＡＣ２に接続されている。
リアクトルＬ２の他端が逆導通型半導体スイッチＳＷの一端に接続されている。逆導通型半導体スイッチＳＷは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるスイッチ部ＳＳＷとダイオードであるダイオード部ＤＳＷとから構成される。スイッチ部ＳＳＷのコレクタとダイオード部ＤＳＷのアノードとが接続されて逆導通型半導体スイッチＳＷの一端となり、スイッチ部ＳＳＷのエミッタとダイオード部ＤＳＷのカソードとが接続されて逆導通型半導体スイッチＳＷの他端となる。スイッチ部ＳＳＷはゲートＧＳＷを備え、スイッチ部ＳＳＷのオン・オフは、ゲートＧＳＷに入力されるゲート信号ＳＧにより切り替わる。
逆導通型半導体スイッチＳＷは、低電圧バッテリー１１から高電圧バッテリー１２に向かう電流に関しては、常時オン、高電圧バッテリー１２から低電圧バッテリー１１に向かう電流に関してはオン・オフを切り替える。
【００２２】
リアクトルＬ３の一端が、逆導通型半導体スイッチＳＷの他端に接続されている。
コンデンサＣＣの一端が、逆導通型半導体スイッチＳＷの他端とリアクトルＬ３の一端との接続ノードに接続されている。リアクトルＬ３とコンデンサＣＣとは、高周波成分が抑制されるローパスフィルタとして機能する。
【００２３】
高電圧バッテリー１２は、例えば、定格１５００Ｖの二次バッテリーである。
高電圧バッテリー１２の等価回路は直流電圧源２２とバッテリーの内部抵抗Ｒ２との直列回路で表現され、高電圧バッテリー１２は、リアクトルＬ３と直列に接続されている。
【００２４】
低電圧バッテリー１１と高電圧バッテリー１２の陰極、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の直流端子ＤＣＮ、コンデンサＣＭの他端、コンデンサＣＣの他端は、基準電圧ライン（例えば、接地ライン）により相互に接続されている。
【００２５】
制御回路１３は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷのオン・オフ制御することにより、低電圧バッテリー１１から高電圧バッテリー１２への充電、及び、高電圧バッテリー１２から低電圧バッテリー１１への充電を制御する。
【００２６】
低電圧バッテリー１１から高電圧バッテリー１２を充電する場合、制御回路１３は、図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３のスイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３のゲートＧＳＷ２，ＧＳＷ３に、所定の周波数、例えば、２キロＨｚ、デューティ比０．９のゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３を出力し、スイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３とを同じタイミングでオン・オフする。一方、制御回路１３は、逆導通型半導体スイッチＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ４のスイッチ部ＳＳＷ，ＳＳＷ１，ＳＳＷ４のゲートＧＳＷ，ＧＳＷ１，ＧＳＷ４に、常時ローレベルのゲート信号ＳＧ，ＳＧ１，ＳＧ４を出力し、スイッチ部ＳＳＷ，ＳＳＷ１，ＳＳＷ４を常時オフにする。
【００２７】
一方、高電圧バッテリー１２から低電圧バッテリー１１を充電する場合、制御回路１３は、図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のスイッチ部 ＳＳＷ２，ＳＳＷ３，ＳＳＷ４のゲートＧＳＷ２，ＧＳＷ３，ＧＳＷ４には、常時ローレベルのゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４を出力し、スイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３，ＳＳＷ４を常時オフにする。一方、制御回路１３は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１のスイッチ部ＳＳＷ１のゲートＧＳＷ１には、１キロＨｚで、デューティ比０．１のゲート信号ＳＧ１を出力し、スイッチ部ＳＳＷ１をオフ・オフ制御する。また、制御回路１３は、スイッチＳＷのスイッチ部ＳＳＷのゲートには、ハイレベルのゲート信号ＳＧＷを出力し、スイッチ部ＳＳＷを常時オンにする。
【００２８】
次に、上記構成を有する双方向電力変換回路１０の動作を説明する。
まず、低電圧バッテリー１１の電力を用いて、高電圧バッテリー１２を充電する動作について説明する。
この場合、制御部１３は、前述のように、スイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３のゲートには、所定の周波数、例えば、２キロＨｚで、ディーティ０．９の交番信号を出力する。
ゲート信号ＳＧ２がハイレベルになると、スイッチ部ＳＳＷ２がオンになる。すると、図４に示すように、低電圧バッテリー１１を電源として、リアクトルＬ１、逆導通型半導体スイッチＳＷ２に、電流Ｉ１が流れ、リアクトルＬ１に磁気エネルギーを蓄積する。
【００２９】
続いて、ゲート信号ＳＧ２がローレベルになると、スイッチ部ＳＳＷ２がオフし、電流Ｉ１の流路を遮断する。このため、図５に示すように、リアクトルＬ１に蓄積されていた磁気エネルギーにより、リアクトルＬ１が昇圧電源となって、逆導通型半導体スイッチＳＷ１のダイオード部ＤＳＷ１，コンデンサＣＭ、を介して電流Ｉ３が流れ、コンデンサＣＭを充電する。このときの充電電圧は、ゲート信号ＳＧ２のデューティ比により定まり、この例では、１５００Ｖ以上に達する。
【００３０】
再び、ゲート信号ＳＧ２がハイレベルになると、スイッチ部ＳＳＷ２がオンし、電流Ｉ１が流れ、リアクトルＬ１に磁気エネルギーを蓄積する。続いて、ゲート信号ＳＧ２がローレベルになると、スイッチ部ＳＳＷ２がオフし、電流Ｉ３が流れて、コンデンサＣＭが充電される。
【００３１】
コンデンサＣＭの充電電圧が、高電圧バッテリー１２の電圧よりも高くなると、ゲート信号ＳＧ３がハイレベルになって逆導通型半導体スイッチＳＷ３のスイッチ部ＳＳＷ３がオンした際に、図４に示すように、コンデンサＣＭを電源として、逆導通型半導体スイッチＳＷ３，リアクトルＬ２、逆導通型半導体スイッチＳＷのダイオード部ＤＳＷ、リアクトルＬ３、を介して、電流Ｉ２が流れ、高電圧バッテリー１２を充電する。この際、高周波ノイズは、リアクトルＬ３とコンデンサＣＣとで構成されるローパスフィルタによりカットされる。
【００３２】
続いて、ゲート信号ＳＧ３がローレベルになってスイッチＳＷ３のスイッチ部ＳＳＷ３がオフになると、電流Ｉ２が遮断される。
電流Ｉ２が遮断された時、リアクトルＬ２に磁気エネルギーが残っている場合、リアクトルＬ２に蓄積された磁気エネルギーにより、図５に示すように、電流Ｉ４が、逆導通型半導体スイッチＳＷのダイオード部ＤＳＷ，リアクトルＬ３，高電圧バッテリー１２，スイッチＳＷ４のダイオード部ＤＳＷ４を介して流れ、高電圧バッテリー１２を充電する。この際、高周波ノイズは、リアクトルＬ３とコンデンサＣＣの構成するローパスフィルタによりカットされる。
リアクトルＬ２に磁気エネルギーが残っていない場合は、電流Ｉ４は流れない。
【００３３】
以後、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３のオン・オフに応じて、同様の動作が繰り替えされ、コンデンサＣＭから高電圧バッテリー１２に充電され、コンデンサＣＭの電圧と高電圧バッテリー１２の電圧がほぼ等しくなった時点で、高電圧バッテリー１２への充電が終了する。
【００３４】
次に、高電圧バッテリー１２の電力を用いて、低電圧バッテリー１１を充電する動作について説明する。
この場合、制御部１３は、前述のように、逆導通型半導体スイッチＳＷのスイッチ部ＳＳＷのゲートＧＳＷに、ハイレベルのゲート信号ＳＧＷを出力し、スイッチ部ＳＳＷ１のゲートＧＳＷ１に所定の周波数、例えば、１キロＨｚのゲート信号をデューティ比０．１で出力し、スイッチ部ＳＳＷ２，ＳＳＷ３，ＳＳＷ４のゲートＧＳＷ２，ＧＳＷ３，ＧＳＷ４にはローレベルのゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４を出力する。
【００３５】
これにより、逆導通型半導体スイッチＳＷが常時オンとなり、図６に示すように、高電圧バッテリー１２の陽極から、リアクトルＬ３，逆導通型半導体スイッチＳＷ，リアクトルＬ２，逆導通型半導体スイッチＳＷ３のダイオード部ＤＳＷ３、を介して、コンデンサＣＭに電流Ｉ５が流れ、コンデンサＣＭが充電される。
一方、逆導通型半導体スイッチＳＷ１のスイッチ部ＳＳＷ１がオン・オフを繰り返すため、コンデンサＣＭを電源として、リアクトルＬ１，低電圧バッテリー１１を介して、電流Ｉ６が流れる。このとき、逆導通型半導体スイッチＳＷ１のオン・オフとリアクトルＬ１の作用により電流が抑えられ、降圧された電圧が低電圧バッテリー１１に印加される。換言すれば、コンデンサＣＭの充電電圧を逆導通型半導体スイッチＳＷ１で行うチョッパ動作により降圧して、低電圧バッテリー１１に印加することにより、低電圧バッテリー１１を充電する。
【００３６】
このようにして、図１に示す構成の双方向電力変換回路によれば、低電圧バッテリー１１に蓄積された電力を用いて高電圧バッテリー１２を充電し、高電圧バッテリー１２に蓄積された電力を用いて低電圧バッテリー１１を充電することができる。しかも、回路構成を変更することなく、種々の電圧のバッテリーを相互に充電することができる。また、ゲート信号のデューティ比を調整するだけで任意の電圧のバッテリーの組み合わせで充放電を行うことができる。
【００３７】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、図１の回路を図７に示すように、極性を変更することも可能である。この場合も、制御回路１３が各スイッチ部のゲートに供給するゲート信号は、図２，図３に示したゲート信号と同じである。
【００３８】
また、逆導通型半導体スイッチＳＷ４はスイッチングを行わない。このため、スイッチ部ＳＳＷ４はなくてもよい。同様の理由で、逆導通型半導体スイッチＳＷ４をダイオードに変更してもよい。
【００３９】
例えば、逆導通型半導体スイッチは、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに限定されない。例えば、逆導通型半導体スイッチは、通常のバイポーラトランジスタとダイオードとを逆並列接続した構成でもよい。また、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)、から逆導通型半導体スイッチを構成してもよい。さらに、サイリスタから構成してもよい。その他、任意のスイッチング用の半導体素子と還流用ダイオードを逆並列に接続したもの、例えば、製造時に寄生ダイオードが内蔵されているパワーＭＯＳＦＥＴなどの、逆阻止能力を持たない逆導通型の半導体素子から構成したもの、などを逆導通型半導体スイッチとして使用可能である。
【００４０】
また、電力を供給される側のバッテリーのかわりに負荷を接続することも可能である。
また、実施形態に記載した構成の全てを備える必要はなく、所期の目的を達成できるならば、一部の構成の組み合わせであってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０ 双方向電力変換回路
１１ 低電圧バッテリー
１２ 高電圧バッテリー
１３ 制御回路
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ リアクトル
ＣＣ，ＣＭ コンデンサ
ＳＷ 半導体スイッチ
ＳＷ、ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ２、ＳＷ４ 逆導通型半導体スイッチ
ＳＳＷ、ＳＳＷ１、ＳＳＷ３、ＳＳＷ２、ＳＳＷ４ スイッチ部
ＳＧ、ＳＧ１、ＳＧ３、ＳＧ２、ＳＧ４ ゲート信号
ＤＳＷ、ＤＳＷ１、ＤＳＷ３、ＤＳＷ２、ＤＳＷ４ ダイオード部
Ｒ１，Ｒ２ 内部抵抗
ＡＣ１，ＡＣ２ 交流端子
ＤＣＰ，ＤＣＮ 直流端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電池に直列に接続された第１のリアクトルと、
第２のリアクトルと、
前記第２のリアクトルと第２の電池とに直列に接続された半導体スイッチと、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第３の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子と前記第２の直流端子の間に前記第１の電池と第１のリアクトルの直列回路を接続され、前記第２の交流端子と前記第２の直流端子の間に前記第２の電池と前記第２のリアクトルと前記半導体スイッチとの直列回路を接続された磁気エネルギー回生スイッチと、
前記半導体スイッチと前記第１乃至第３の自己消弧型素子とに制御信号を与える制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第１の電池を用いて、前記第１の電池の電圧よりも電圧の高い前記第２の電池を充電する際に、前記第２と第３の自己消弧型素子を同期してスイッチングし、
前記第２の電池を用いて、該第２の電池よりも電圧の低い前記第１の電池を充電する際に、前記半導体スイッチをオンに保持し、前記第１の自己消弧型素子をスイッチングする、
ことを特徴とする双方向電力変換回路。
【請求項２】
前記制御回路は、前記制御信号のデューティ比を制御する機能を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向電力変換回路。
【請求項３】
前記半導体スイッチは、スイッチング用の半導体素子とダイオードとが並列に接続された構成をしている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の双方向電力変換回路。
【請求項４】
前記半導体スイッチが、逆阻止能力を持たない逆導通型の半導体素子、またはサイリスタを要素とした回路である、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の双方向電力変換回路。
【請求項５】
前記第４のダイオードに並列に接続された第４の自己消弧型素子を更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の双方向電力変換回路。
【請求項６】
前記各自己消弧型素子は逆導通型半導体スイッチであり、前記各ダイオードは、並列に接続された前記各自己消弧型素子に内蔵された寄生ダイオードである、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の双方向電力変換回路。
【請求項７】
前記第４の半導体スイッチと前記第２の電池との間に、高周波カット用のフィルタを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の双方向電力変換回路。
【請求項１】
第１の電池に直列に接続された第１のリアクトルと、
第２のリアクトルと、
前記第２のリアクトルと第２の電池とに直列に接続された半導体スイッチと、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第３の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子と前記第２の直流端子の間に前記第１の電池と第１のリアクトルの直列回路を接続され、前記第２の交流端子と前記第２の直流端子の間に前記第２の電池と前記第２のリアクトルと前記半導体スイッチとの直列回路を接続された磁気エネルギー回生スイッチと、
前記半導体スイッチと前記第１乃至第３の自己消弧型素子とに制御信号を与える制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第１の電池を用いて、前記第１の電池の電圧よりも電圧の高い前記第２の電池を充電する際に、前記第２と第３の自己消弧型素子を同期してスイッチングし、
前記第２の電池を用いて、該第２の電池よりも電圧の低い前記第１の電池を充電する際に、前記半導体スイッチをオンに保持し、前記第１の自己消弧型素子をスイッチングする、
ことを特徴とする双方向電力変換回路。
【請求項２】
前記制御回路は、前記制御信号のデューティ比を制御する機能を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の双方向電力変換回路。
【請求項３】
前記半導体スイッチは、スイッチング用の半導体素子とダイオードとが並列に接続された構成をしている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の双方向電力変換回路。
【請求項４】
前記半導体スイッチが、逆阻止能力を持たない逆導通型の半導体素子、またはサイリスタを要素とした回路である、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の双方向電力変換回路。
【請求項５】
前記第４のダイオードに並列に接続された第４の自己消弧型素子を更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の双方向電力変換回路。
【請求項６】
前記各自己消弧型素子は逆導通型半導体スイッチであり、前記各ダイオードは、並列に接続された前記各自己消弧型素子に内蔵された寄生ダイオードである、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の双方向電力変換回路。
【請求項７】
前記第４の半導体スイッチと前記第２の電池との間に、高周波カット用のフィルタを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の双方向電力変換回路。
【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２０１１−１４７２７７（Ｐ２０１１−１４７２７７Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６３１１（Ｐ２０１０−６３１１）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５０７１４９６４８）株式会社ＭＥＲＳＴｅｃｈ (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（５０７１４９６４８）株式会社ＭＥＲＳＴｅｃｈ (22)
【Ｆターム（参考）】
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