電源装置
【課題】蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置において、起動時や蓄電池の充電時までも含めて電力変換部を駆動することが可能な電源装置を提供する。
【解決手段】この電源装置１００は、入力側に蓄電池５が接続され、出力側に負荷７または商用電源６が選択して接続され、双方向に電力変換が可能な電力変換部８と、ダイオード９１ａ〜９１ｆ、ダイオード９２ａ〜９２ｄおよびコンデンサ９３を含み、ダイオード９１ａ〜９１ｆ、ダイオード９２ａ〜９２ｄにより出力交流電圧を整流してコンデンサ９３を充電し、電力変換部８の動作時に生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路９と、主制御電源３１と、蓄電池５に基づく直流電圧と、コンデンサ９３に充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して主制御電源３１に供給するダイオード３３とを備えている。
【解決手段】この電源装置１００は、入力側に蓄電池５が接続され、出力側に負荷７または商用電源６が選択して接続され、双方向に電力変換が可能な電力変換部８と、ダイオード９１ａ〜９１ｆ、ダイオード９２ａ〜９２ｄおよびコンデンサ９３を含み、ダイオード９１ａ〜９１ｆ、ダイオード９２ａ〜９２ｄにより出力交流電圧を整流してコンデンサ９３を充電し、電力変換部８の動作時に生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路９と、主制御電源３１と、蓄電池５に基づく直流電圧と、コンデンサ９３に充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して主制御電源３１に供給するダイオード３３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電池等の電源から任意の大きさの交流電圧を作り出し、かつ蓄電池の充電も可能な電源装置に関し、特に、複数の双方向スイッチング素子を有する電力変換部を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置に使用される電源装置として、蓄電池と、マトリクス状に接続される複数の双方向スイッチング素子と、インダクタ（リアクトル）とを備える電力変換装置（電源装置）が知られている。この電力変換装置では、複数の双方向スイッチング素子およびインダクタを利用した降圧動作モードまたは昇圧動作モードの切替制御と、ＰＷＭ制御とによって、蓄電池の直流電圧を単相交流電圧に変換して出力するように構成されている。また、この電力変換装置では、蓄電池を充電する場合は、出力側に商用電源を接続し、商用電源の単相交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池に供給する。
【０００３】
一方、従来、過渡的な電圧を吸収する機能を有するスナバ回路の直流電圧を制御電源として使用するマトリクスコンバータ（電源装置）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記特許文献１には、複数の双方向スイッチング素子からなる主回路と、双方向スイッチング素子のゲート遮断時の過電圧を整流機構と各相共通のコンデンサの構成とによって抑制するスナバ回路と、交流電源とスナバ回路との間に設けられた抵抗およびスイッチによりコンデンサを予備充電する交流予備充電回路と、主回路の双方向スイッチング素子を駆動するゲートドライブ回路および制御回路と、直流電源からゲートドライブ回路および制御回路の電源を得るスイッチングレギュレータと、を備えたマトリクスコンバータが開示されている。この特許文献１によるマトリクスコンバータにおけるスイッチングレギュレータは、スナバ回路の各相共通のコンデンサを直流電源として、ゲートドライブ回路の電源および制御回路の電源に交流電源を供給している。これにより、制御電源を別途設ける必要がないので、マトリクスコンバータの構成を簡略化することが可能となる。なお、このマトリクスコンバータでは、交流電源から３相の交流が入力されるように構成されている。また、このマトリクスコンバータでは、モータに３相の交流を出力するように構成されている。
【０００５】
ここで、上記蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置の双方向スイッチング素子を駆動するための電源として、上記特許文献１のスナバ回路を用いることが考えられる。このように蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置に特許文献１のスナバ回路を適用した場合には、スナバ回路に含まれるコンデンサが、商用電源、または、双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じる過渡的なサージ電圧により充電されるので、このコンデンサを双方向スイッチング素子を駆動するための電源として用いることが可能と考えられる。すなわち、蓄電池充電のために商用電源を電源装置の出力側に接続した時、および、双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧が発生する通常動作時および蓄電池の充電動作時には、スナバ回路に含まれるコンデンサを双方向スイッチング素子を駆動する電源として用いることが可能になると考えられる。これにより、双方向スイッチング素子を駆動する電源を別途設ける場合と異なり、電源装置を小型化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９５２１９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、電源装置を小型化するために、上記蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置に上記特許文献１のスナバ回路を適用した構成では、通常動作時および蓄電池の充電時以外の電源装置の起動時または停止時には、スナバ回路のコンデンサの電圧は、通常動作時および充電時よりも小さくなる。このため、電源装置（電力変換部）の起動時には、双方向スイッチング素子を駆動するための電源の電圧が不足し、双方向スイッチング素子を駆動することができないという問題点があると考えられる。なお、停止時には、双方向スイッチング素子を駆動する必要がないので、双方向スイッチング素子を駆動することができなくても問題はない。また、上記問題点を解決するために、双方向スイッチング素子を駆動する電源として、蓄電池を使用することも考えられるが、そのように構成すると蓄電池を充電する際に、双方向スイッチング素子を駆動する電源が無くなってしまうという問題点を生ずると考えられる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置において、起動時や蓄電池の充電時までも含めて電力変換部を駆動することが可能な電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電源装置は、入力側に直流電源としての蓄電池が接続され、出力側に負荷または商用電源が選択して接続され、双方向に電力変換が可能な電力変換部と、整流素子およびコンデンサを含み、少なくとも整流素子により出力交流電圧を整流してコンデンサを充電し、電力変換部の動作時に生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路と、電力変換部を駆動するための電源電圧を作り出す主制御電源と、蓄電池に基づく直流電圧と、スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して主制御電源に供給する選択回路とを備えている。
【００１０】
この一の局面による電源装置では、上記のように、蓄電池に基づく直流電圧と、スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して制御電源に供給する選択回路を備えることによって、スナバ回路のコンデンサの電圧が低くなる、蓄電池の放電における電力変換部の起動時および停止時には、蓄電池に基づく直流電圧が選択回路により選択されて制御電源に供給されるので、電力変換部の起動時にも、電力変換部を駆動制御することができる。また整流器により出力交流電圧を整流してスナバ回路のコンデンサを充電しているので、出力側に交流電源を接続して行う蓄電池の充電時も、交流電源の交流電圧でスナバ回路のコンデンサが充電され、このコンデンサの電圧が選択回路により選択されて制御電源に供給されるので、電力変換部を駆動制御することができる。
【００１１】
上記一の局面における電源装置において、電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有する。このように構成すれば、蓄電池の電圧を交流電圧に変換するマトリクスコンバータを電力変換部にもつ電源装置でも、蓄電池の充放電を通じて確実に電力変換部を駆動制御することができる。
【００１２】
上記一の局面による電源装置において、蓄電池の正極と電力変換部との間に設けられるリアクトルと、電力変換部の出力側に、電力変換器と並列に接続されたコンデンサと、をさらに備え、
電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有し、リアクトルの一方端と、リアクトルの他方端と、蓄電池の負極とに接続されている。このように構成すれば、蓄電池の電圧をリアクトルにより昇圧または降圧して負荷に供給するマトリクスコンバータを電力変換部にもつ電源装置でも、蓄電池の充放電を通して確実に電力変換部を駆動制御することができる。
【００１３】
上記一の局面による電源装置において、蓄電池からの第１直流電圧を第２直流電圧に変換する直流電圧変換部をさらに備え、選択回路は、直流電圧変換部により変換された第２直流電圧と、スナバ回路のコンデンサの直流充電電圧との高い方の電圧を選択して主制御電源に供給するように構成されている。このように構成すれば、蓄電池の電圧が電力変換部を駆動制御するのに適した電圧でない場合でも、蓄電池の電圧が直流電圧変換部により電力変換部を駆動制御するのに適した電圧に変換されるので、確実に、電力変換部を駆動制御することができる。
【００１４】
この場合において、直流電圧変換部は、第１直流電圧を第２直流電圧に昇圧するように構成されている。このように構成すれば、蓄電池の電圧が電力変換部を制御するのに十分に高い電圧でない場合でも、蓄電池の電圧が直流電圧変換部により昇圧されるので、確実に、電力変換部を駆動制御することができる。
【００１５】
上記直流電圧変換部により第１直流電圧を第２直流電圧に昇圧する電源装置において、直流電圧変換部により昇圧される第２直流電圧は、スナバ回路動作時のスナバ回路のコンデンサの直流充電電圧よりも低くなるように設定されている。このように構成すれば、スナバ回路が動作する蓄電池の充電時および通常動作時では、スナバ回路のコンデンサに充電された直流電圧が選択回路により選択されて制御電源に供給されるので、スナバ回路のコンデンサを電力変換部を駆動する電源として用いることができる。なお、通常動作時とは、蓄電池からの直流電圧を複数の双方向スイッチング素子を介することにより交流電圧に変換して、負荷に供給する場合を意味しており、通常動作時では、双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じる過渡的なサージ電圧によりスナバ回路のコンデンサが常時充電される。また、蓄電池の充電時には、商用電源の電圧または商用電源の電圧に双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧が加算された電圧によりスナバ回路コンデンサが常時充電される。
【００１６】
上記直流電圧変換部により第１直流電圧を第２直流電圧に昇圧する電源装置において、少なくとも電力変換部の起動時および停止時には、直流電圧変換部により昇圧された第２直流電圧が選択回路により選択されて主制御電源に供給されるように構成されている。このように構成すれば、電力変換部の起動時および停止時には、スナバ回路のコンデンサの電圧は低くなるので、電力変換部の起動時および停止時に直流電圧変換部により昇圧された第２直流電圧を供給することにより、電力変換部の起動時に確実に電力変換部を駆動制御することができる。さらに、電力変換部の起動時は短時間しか継続せず、電力変換部の停止時は双方向スイッチング素子を駆動する必要がないので、第２直流電圧を作り出す直流電圧変換部の容量を小さくし、小型化することができる。
【００１７】
上記一の局面による電源装置において、選択回路は、ダイオードにより構成されている。このように構成すれば、簡単な構成で蓄電池に基づく直流電圧と、スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を制御電源に供給することができる。
【００１８】
上記一の局面による電源装置において、電力変換部の出力に対して、負荷もしくは商用電源を選択的に接続する選択スイッチをさらに備え、蓄電池の充電時には選択スイッチを電力変換部の出力に対して商用電源が接続されるように切り替えることにより商用電源を用いてスナバ回路のコンデンサが充電され、電力変換部が商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池を充電し、電力変換部の双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧をスナバ回路が吸収するように構成されている。このように構成すれば、蓄電池の充電量が空になった場合には、選択スイッチにより電力変換部の出力に商用電源が接続され、スナバ回路のコンデンサが商用電源により充電される。したがって、電力変換部により商用電源を用いて蓄電池の充電を行う時に、スナバ回路のコンデンサを電源として電力変換部を駆動制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態による電源装置の全体構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態による放電時の正の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態による放電時の正の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態による放電時の正の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態による放電時の正の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態による放電時の負の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態による放電時の負の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図８】本発明の第１実施形態による放電時の負の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第１実施形態による放電時の負の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による充電時の正の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による充電時の正の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の第１実施形態による充電時の正の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１３】本発明の第１実施形態による充電時の正の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の第１実施形態による充電時の負の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図１５】本発明の第１実施形態による充電時の負の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図１６】本発明の第１実施形態による充電時の負の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１７】本発明の第１実施形態による充電時の負の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１８】本発明の第１実施形態による電源装置の通常動作時の動作を説明するための回路図である。
【図１９】本発明の第１実施形態による電源装置の起動時および停止時の動作を説明するための回路図である。
【図２０】本発明の第１実施形態による電源装置の充電時の動作を説明するための回路図である。
【図２１】本発明の第２実施形態による電源装置の全体構成を示す回路図である。
【図２２】本発明の第３実施形態による電源装置の全体構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、第１実施形態による電源装置１００の概略的な構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、第１実施形態による電源装置１００は、パワー回路部１と、制御回路部２と、制御電源部３と、スイッチ部４と、蓄電池５とを備えている。また、スイッチ部４は、商用電源６と、負荷７とを選択して接続するように構成されている。
【００２３】
また、パワー回路部１は、電力変換部８と、スナバ回路９と、リアクトル１０と、コンデンサ８２を備えている。また、電力変換部８は双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを備え、スナバ回路９は、ダイオード９１ａ〜９１ｆを備えた整流回路９１と、ダイオード９２ａ〜９２ｄを備えた整流回路９２と、コンデンサ９３とを含んでいる。
【００２４】
また、制御電源部３は主制御電源３１と、ＤＣ／ＤＣ変換器３２と、ダイオード３３ａを備えた選択回路３３を含んでいる。なお、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、本発明の「直流電圧変換部」の一例である。また、制御回路部２は主制御電源３１から電源の供給を受け、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するために、これらの素子にゲート信号を供給している。
【００２５】
通常は、ユーザの選択により切替スイッチ部４により負荷７が選択され、電源装置１００は、蓄電池５から供給される直流電圧を、電力変換部８により昇圧または降圧し、負荷７に供給する。このとき蓄電池５は放電を行っている。また、電源装置１００は蓄電池５の充電を行う運転も可能で、このときは、ユーザの選択により切替スイッチ部４により商用電源６が選択され、電源装置１００は商用電源６から供給される交流電圧を、昇圧または降圧して、蓄電池５に供給する。つまり電源装置１００の運転では蓄電池５の放電もしくは充電が行われる。なお、これら蓄電池５の放電および充電では、たとえば図示しない起動信号が制御回路２に入力され、起動信号がオンすることにより電力変換部８に含まれる双方向スイッチング素子に制御回路２からゲート信号が供給されることにより、電源装置１００は運転する。また起動信号がオフすることにより、制御回路２からのゲート信号の供給は停止され、電源装置１００は停止する。蓄電池５の充放電双方の場合において、電源装置１００が運転すると、電力変換部８に含まれる後述する双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に生じるサージ電圧は、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電される。なお、電源装置１００が運転しており、コンデンサ９３がゲート遮断時に生じるサージ電圧で常時充電されている時を通常動作時と呼ぶ。
【００２６】
一方、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆの動作が行われない電源装置１００の停止時は、切替スイッチ部４により負荷７が選択されているときは、コンデンサ９３は蓄電池５により充電され、切替スイッチ４により商用電源６が選択されているときは、コンデンサ９３は商用電源６により充電され、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧による充電は行われない。また電源装置１００の起動直後は、スナバ回路９のコンデンサ９３のサージ電圧による充電電荷の蓄積がまだ少ない状態にある。このように電源装置１００の起動直後および停止時は、電源装置１００の運転中に比較し、コンデンサ９３に充電されている電圧が低い値となっている。
【００２７】
コンデンサ９３の充電電圧とＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力電圧とは、選択回路３２に入力され、両者の高いほうの電圧が選択され、主制御電源３１に出力される。このため、蓄電池５の放電における通常動作時は、コンデンサ９３の充電電圧が選択される。蓄電池５の放電において、起動直後でコンデンサ９３の電圧が未だＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力電圧に到達していない時および停止時では、蓄電池５の電圧をＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧した電圧が選択されて、主制御電源３１に出力される。また、蓄電池５の充電においては、蓄電池５は空の状態であるので、常時コンデンサ９３の充電電圧が選択される。従って、制御回路部２は、蓄電池５の充放電を通して、常に電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに十分高い電圧を、主制御電源３１から供給される。なお、起動直後でコンデンサ９３の電圧が未だＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力電圧に到達してない時を起動時と呼ぶ。
【００２８】
次に、図１を参照して、本発明の第１実施形態による電源装置１００の詳細な構成について説明する。
【００２９】
パワー回路部１の入力側（１次側）には、直流電源としての蓄電池５が接続されている。なお、蓄電池５は、商用電源６の電圧よりも低い直流電圧、たとえば４０Ｖの電圧を有する。また、スイッチ部４は、パワー回路部１の出力側（２次側）に設けられている。また、スイッチ部４は、商用電源６と、負荷７とのうちのいずれか一方に接続可能に構成されている。なお、商用電源６は、たとえば１００Ｖの電圧を有する交流電源である。
【００３０】
電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆは、それぞれ、ＩＧＢＴ８３（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とダイオード８４とを直列接続した２つの片方向スイッチ８５を互いに逆並列に接続して構成されている。また、６つの双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆは、電力変換部８の入力側各相と出力側各相を互いに接続するマトリクス状（格子状）の接続を成している。
【００３１】
双方向スイッチング素子８１ａの入力側（蓄電池５側）は、リアクトル１０の一方端１０ａに接続されている。また、リアクトル１０の他方端１０ｂは、端子Ｒを介して蓄電池５の正極に接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｂの入力側は、リアクトル１０の他方端１０ｂに接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｃの入力側は、端子Ｓを介して蓄電池５の負極に接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力側（スイッチ部４側）は、端子Ｕを介してスイッチ部４のスイッチ４１に接続されている。なお、スイッチ部４は、本発明の「選択スイッチ」の一例である。
【００３２】
双方向スイッチング素子８１ｄの入力側は、リアクトル１０の一方端１０ａに接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｅの入力側は、リアクトル１０の他方端１０ｂに接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｆの入力側は、端子Ｓを介して蓄電池５の負極に接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力側は、端子Ｖを介してスイッチ部４のスイッチ４２に接続されている。
【００３３】
また、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力側は、コンデンサ８２の一方電極８２ａに接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力側は、コンデンサ８２の他方電極８２ｂに接続されている。コンデンサ８２は、リアクトル１０とともに、後述する直流電圧を昇圧して交流電圧に変換する昇圧モードでは、昇圧チョッパ回路を構成し、また、後述する直流電圧を降圧して交流電圧に変換する降圧モードでは、フィルタを構成する。
【００３４】
また、スナバ回路９は、図１の１点鎖線で示されるように、電力変換部８の入力側に接続される整流回路９１と、電力変換部８の出力側に接続される整流回路９２と、コンデンサ９３とを含んでいる。また、スナバ回路９は、負荷７を駆動する出力電圧に電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に生じるサージ電圧を吸収する保護回路としての機能を有する。また、整流回路９１の出力側と整流回路９２の出力側とは接続されている。
【００３５】
整流回路９１は、６つのダイオード９１ａ〜９１ｆを含んでいる。なお、ダイオード９１ａ〜９１ｆは、本発明の「整流素子」の一例である。ダイオード９１ａの出力側（カソード側）とダイオード９１ｂの入力側（アノード側）とは接続され、その接続点には、双方向スイッチング素子８１ａおよび８１ｄの入力側とリアクトル１０の一方端１０ａとが接続されている。ダイオード９１ｃの出力側とダイオード９１ｄの入力側とは接続され、その接続点には、双方向スイッチング素子８１ｂおよび８１ｅの入力側とリアクトル１０の他方端１０ｂとが接続されている。ダイオード９１ｅの出力側とダイオード９１ｆの入力側とは接続され、その接続点には、双方向スイッチング素子８１ｄおよび８１ｆの入力側と端子Ｓを介して蓄電池５の負極とが接続されている。
【００３６】
また、整流回路９２は、４つのダイオード９２ａ〜９２ｄを含んでいる。なお、ダイオード９２ａ〜９２ｄは、本発明の「整流素子」の一例である。ダイオード９２ａの出力側（カソード側）とダイオード９２ｂの入力側（アノード側）とは接続され、その接続点には、３つの双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力が接続されている。また、ダイオード９２ｃの出力側とダイオード９２ｄの入力側とは接続され、その接続点には、３つの双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力が接続されている。
【００３７】
また、ダイオード９１ｂ、９１ｄおよび９１ｆの出力側およびダイオード９２ｂおよび９２ｄの出力側は、コンデンサ９３の一方電極９３ａに接続されている。また、ダイオード９１ａ、９１ｃおよび９１ｅの入力側およびダイオード９２ａおよび９２ｃの入力側は、コンデンサ９３の他方電極９３ｂに接続されている。なお、負荷７を駆動する出力電圧に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に生じるサージ電圧が加算された電圧は、スナバ回路９の整流回路９１および９２によって整流され、コンデンサ９３に充電されるように構成されている。そして、コンデンサ９３に充電された電圧は、後述するように、選択回路３３を介して主制御電源３１に供給されるように構成されている。
【００３８】
スイッチ４１の端子Ｓ１は、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力側に接続されている。また、スイッチ４１の端子Ｓ２は、端子Ｕ１を介して商用電源６に接続され、端子Ｓ３は、端子Ｕ２を介して負荷７に接続され、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力側を商用電源６に接続するか、負荷７に接続するかを切り替えるように構成されている。また、スイッチ４２の端子Ｓ４は、双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力側に接続されている。また、スイッチ４２の端子Ｓ５は、端子Ｖ１を介して商用電源６に接続され、端子Ｓ６は、端子Ｖ２を介して負荷７に接続され、双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力側を商用電源６に接続するか、負荷７に接続するかを切り替えるように構成されている。
【００３９】
なお、スイッチ４１および４２は、通常の蓄電池５の放電を行う運転では、電力変換部８（双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆ）の出力に対して負荷７を切り替えて接続するように構成されており、このとき電源装置１００は、蓄電池５の直流電圧を電力変換部８によりその直流電圧より大きい振幅（電圧）および周波数を有する交流電圧に変換して負荷７に供給する。なお、蓄電池５の放電時は、上記の停止、起動、通常動作が含まれる。また、スイッチ４１および４２は、蓄電池５の充電時には、電力変換部８（双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆ）の出力側に対して商用電源６を接続するように切り替えることにより、商用電源６を用いて蓄電池５およびスナバ回路９のコンデンサ９３を充電するように構成されている。なお、電源装置１００の通常運転時（放電時）および充電時の動作は、後述する。
【００４０】
また、制御電源部３のＤＣ／ＤＣ変換器３２の入力側は、蓄電池５の正極と負極とに接続されている。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力側は、選択回路３３に接続されている。ここで、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、蓄電池５から供給される電圧を、所定の電圧に変換するように構成されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、蓄電池５から供給される４０Ｖの電圧を、約１５０Ｖ（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）に昇圧するように構成されている。また、蓄電池５から供給される４０Ｖの電圧は、本発明の「第１直流電圧」の一例である。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により蓄電池５の電圧を昇圧して得られる約１５０Ｖの電圧は、本発明の「第２直流電圧」の一例である。
【００４１】
また、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力側の一端は、選択回路３３のダイオード３３ａのアノードに接続され、出力側の他端は、選択回路３３を介して直接主制御電源３１に接続されており、その接続点には、コンデンサ９３の他方電極９３ｂが接続されている。また、ダイオード３３ａのカソードは、主制御電源３１に接続されており、その接続点には、コンデンサ９３の一方電極９３ａが接続されている。このように選択回路３３は、ＤＣ／ＤＣ変換器３２の直流電圧とスナバ回路９のコンデンサ９３に充電された直流充電電圧とのうちの高い方の電圧を選択的に主制御電源３１に供給する機能を有するように構成されている。
【００４２】
また、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧される約１５０Ｖの電圧は、通常動作時におけるスナバ回路９のコンデンサ９３の充電完了後の直流充電電圧（１６０Ｖよりも高い電圧）よりも低くなるように設定されている。そして、ダイオード３３ａからなる選択回路３３は、少なくとも電力変換部８の起動時および停止時には、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された約１５０Ｖの電圧を主制御電源３１に供給するように構成されている。
【００４３】
次に、図２〜図９を参照して、蓄電池５から負荷７に放電される際の昇圧動作および降圧動作の詳細について説明する。４０Ｖの直流電圧から、たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数を有する１００Ｖの単相交流電圧に変換するためには、蓄電池５の直流電圧が単相交流電圧の瞬時値よりも小さい場合には、昇圧し、蓄電池５の直流電圧が単相交流電圧の瞬時値よりも大きい場合には、降圧する必要がある。そこで、蓄電池５から負荷７に交流電圧を出力する１周期内において、正の降圧モード、正の昇圧モード、負の降圧モードおよび負の昇圧モードが必要で、それぞれのモードに応じた双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート信号を制御回路２が出力する必要がある。以下、各モードについて詳細に説明する。なお、図２〜図９では、図面の簡略化のために、制御回路部２、制御電源部３、スイッチ部４などを省略している。
【００４４】
（正の降圧モード）
４０Ｖの直流電圧を降圧して、単相交流電圧を出力する場合には、図２および図３に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｅと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図２に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ａ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。また、図３に示すように、双方向スイッチング素子８１ｅがオンのときには、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ａ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｅを介して電流が流れる。制御回路２が図２および図３の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池５の直流電圧が降圧されて、負荷７に供給される。ここで、蓄電池５の直流電圧をＶＤＣとし、双方向スイッチング素子８１ｆがオン状態である時間の比率をＴｏｎ（＝オンの時間／（オンの時間＋オフの時間））とした場合、負荷７に供給される電圧瞬時値Ｖｏｕｔは、下記の式（１）により表わされる。
【００４５】
Ｖｏｕｔ＝ＶＤＣ×Ｔｏｎ ・・・（１）
【００４６】
（正の昇圧モード）
４０Ｖの直流電圧を昇圧して、単相交流電圧を出力する場合には、図４および図５に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｃと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図４に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ａ、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。また、図５に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ａ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。制御回路２が図４および図５の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池５の直流電圧が昇圧されて、負荷７に供給される。ここで、蓄電池５の直流電圧をＶＤＣとし、双方向スイッチング素子８１ｃがオン状態である時間の比率をＴｏｎとした場合、負荷７に供給される電圧瞬時値Ｖｏｕｔは、下記の式（２）により表わされる。
【００４７】
Ｖｏｕｔ＝ＶＤＣ／（１−Ｔｏｎ） ・・・（２）
【００４８】
（負の降圧モード）
４０Ｖの直流電圧を降圧して、負荷７に負の電圧（向きが逆の電圧）が印加される。具体的には、図６および図７に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ｄを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｂと８１ｃとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図６に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｄ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。また、図７に示すように、双方向スイッチング素子８１ｂがオンのときには、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｄ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｂを介して電流が流れる。制御回路２が図６および図７の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池５の直流電圧が降圧されて、負荷７に供給される。このとき、負荷７に印加される電圧の向きは、上記正の降圧モードの際とは逆（負の電圧）になる。なお、負荷７に印加される電圧瞬時値は、上記の式（１）により表わされる。
【００４９】
（負の昇圧モード）
４０Ｖの直流電圧を昇圧して、負荷７に負の電圧（向きが逆の電圧）が印加される。具体的には、図８および図９に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ｄを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｃと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図８に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｄ、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。また、図９に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｄ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。制御回路２が図８および図９の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池５の直流電圧が昇圧されて、負荷７に供給される。このとき、負荷７に印加される電圧の向きは、上記正の昇圧モードの際とは逆（負の電圧）になる。なお、負荷７に印加される電圧瞬時値は、上記の式（２）により表わされる。
【００５０】
次に、図１０〜図１７を参照して、商用電源６から蓄電池５に充電する際の昇圧動作および降圧動作の詳細について説明する。たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数を有する１００Ｖの商用電源６の単相交流電圧から４０Ｖの直流電圧に変換するためには、単相交流電圧の瞬時値が蓄電池５の直流電圧よりも低い場合には、昇圧する必要がある。また、単相交流電圧の瞬時値が蓄電池５の直流電圧よりも高い場合には、降圧する必要がある。そこで、商用電源６の単相交流電圧の１周期内において、正の降圧モード、正の昇圧モード、負の降圧モードおよび負の昇圧モードが必要で、それぞれのモードに応じた双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート信号を制御回路２が出力する必要がある。以下、各モードについて詳細に説明する。なお、図１０〜図１７では、図面の簡略化のために、制御回路部２、制御電源部３、スイッチ部４などを省略している。
【００５１】
（正の降圧モード）
交流電圧を降圧して４０Ｖの蓄電池５に充電する場合には、図１０および図１１に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｃと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図１０に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ａ、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。また、図１１に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｃ、双方向スイッチング素子８１ａを介して電流が流れる。制御回路２が図１０および図１１の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源６の交流電圧が降圧されて、蓄電池５に充電される。なお、蓄電池５に印加される電圧ＶＤＣは、商用電源６の電圧瞬時値をＶｏｕｔ、双方向スイッチング素子８１ｆがオン状態である時間比率をＴｏｎ（＝オンの時間／（オンの時間＋オフの時間））とした場合、下記の式（３）により表わされる。
【００５２】
ＶＤＣ＝Ｖｏｕｔ×Ｔｏｎ ・・・（３）
【００５３】
（正の昇圧モード）
交流電圧を昇圧して４０Ｖの蓄電池５に充電する場合には、図１２および図１３に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｅと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図１２に示すように、双方向スイッチング素子８１ｅがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ａ、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｅを介して電流が流れる。また、図１３に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ａ、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。制御回路２が図１２および図１３の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源６の交流電圧が昇圧されて、蓄電池５に充電される。なお、蓄電池５に印加される電圧ＶＤＣは、商用電源６の電圧の瞬時値をＶｏｕｔ、双方向スイッチング素子８ｅがオン状態である時間の比率をＴｏｎとした場合、下記の式（４）により表わされる。
【００５４】
ＶＤＣ＝Ｖｏｕｔ／（１−Ｔｏｎ） ・・・（４）
【００５５】
（負の降圧モード）
交流電圧を降圧して４０Ｖの蓄電池５に充電する場合には、図１４および図１５に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ｄを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｃと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。なお、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、双方向スイッチング素子８１ｆはオフにされる。そして、図１４に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ｄ、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。また、図１５に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｆ、双方向スイッチング素子８１ｄを介して電流が流れる。制御回路２が図１４および図１５の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源６の交流電圧が降圧されて、蓄電池５に充電される。なお、蓄電池５に印加される電圧の大きさは、上記の式（３）により表わされる。
【００５６】
（負の昇圧モード）
交流電圧を昇圧して４０Ｖの蓄電池５に充電する場合には、図１６および図１７に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ｄは、常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｂと８１ｃとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。なお、双方向スイッチング素子８１ｂがオンのときには、双方向スイッチング素子８１ｃはオフにされる。そして、図１６に示すように、双方向スイッチング素子８１ｂがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ｄ、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｂを介して電流が流れる。また、図１７に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ｄ、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。制御回路２が図１６および図１７の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源６の交流電圧が昇圧されて、蓄電池５に充電される。なお、蓄電池５に印加される電圧の大きさは、上記の式（４）により表わされる。
【００５７】
次に、図１８を参照して、本発明の第１実施形態による電源装置１００の通常動作時の選択回路３３の動作について説明する。
【００５８】
図１８に示すように、第１実施形態に示した電源装置１００のユーザは、電源装置１００の通常動作を行わせる時は、スイッチ部４を切り替えて、スイッチ４１の他方端を端子Ｓ２に接続するとともに、スイッチ４２の他方端を端子Ｓ４に接続する。そして、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのオン／オフが制御回路部２により制御されることにより、端子Ｒおよび端子Ｓから入力される蓄電池５の直流電圧が、上記したように、その直流電圧より大きい振幅（電圧）および周波数を有する単相交流電圧に変換される。そして、変換された単相交流電圧が、端子Ｕおよび端子Ｖを介して負荷７に供給される。なお単相交流電圧に、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に発生するサージ電圧を加算した電圧は、整流回路９１または９２を介して整流され、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電される。このとき、コンデンサ９３の直流充電電圧は、１６０Ｖよりも高くなる。
【００５９】
また、蓄電池５の４０Ｖの直流電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器３２によって１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下に昇圧され、選択回路３３に出力される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧と、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧とのうちの高い方の電圧がダイオード３３ａからなる選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。ここで、本実施形態では、電源装置１００の通常動作時では、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（１６０Ｖよりも高い電圧）の方がＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）よりも高くなる。したがって、電源装置１００の通常動作時では、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。そして、主制御電源３１は選択回路３３から入力された電圧を、この入力された電圧で定まる電圧に変換し、制御回路部２に供給する。たとえば主電源装置３１が制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給するには、主制御電源３１の入力として直流電圧１４０Ｖ以上必要であるように、主制御電源３１が設計されているとすると、上記状態では、主制御電源３１は双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な入力電圧を供給されている。これにより、制御回路部２は、主制御電源３１から電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧の供給を受け、電力変換部８を駆動制御する。
【００６０】
次に、図１９を参照して、本発明の第１実施形態による電源装置１００の起動時および停止時の選択回路３３の動作について説明する。
【００６１】
図１９に示すように、電源装置１００の起動時では、上記通常動作時と同様、スイッチ４１の他方端が端子Ｓ２に接続される。また、スイッチ４２の他方端が端子Ｓ４に接続される。なお、起動時（起動時から少し時間が経過した時）では、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのオン／オフが行われるに従い、コンデンサ９３への電荷の蓄積が進み、スナバ回路９の電圧は、起動前の蓄電池５の電圧４０Ｖよりも大きくなってゆく。このため、起動当初は、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電されている電圧は、１５０Ｖよりも低くなる。
【００６２】
一方、上記通常動作時と同様に、蓄電池５の４０Ｖの直流電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器３２によって１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下に昇圧される。従って、電源装置１００の起動時では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）の方がスナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（１５０Ｖよりも低い電圧）よりも高いので、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。したがって、通常動作時と同様、主制御電源３１が制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給するには、主制御電源３１の入力として直流電圧１４０Ｖ以上必要であるとすると、主制御電源３１から制御回路部２に電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧が供給される。
【００６３】
また、起動時から時間が経過するのに伴って、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧が高くなってゆき、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧が、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧よりも高くなった時（通常動作時）では、上記のように、コンデンサ９３の直流充電電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。
【００６４】
また、電源装置１００の停止時には、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのオン／オフが停止されるので、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧は発生しない。このため、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧は、主制御電源３１によるエネルギーの消費により、蓄電池５の直流電圧４０Ｖに向かって徐々に低くなる。これにより、電源装置１００の停止時では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）がスナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（４０Ｖ）よりも高くなるので、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧がダイオード３３ａからなる選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。なお、停止時には、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆの制御を行う必要がないので、蓄電池５から主制御電源３１に電力を供給しなくても、不都合はない。
【００６５】
次に、図２０を参照して、本発明の第１実施形態による蓄電池５の充電時の選択回路３３の動作について説明する。
【００６６】
電源装置１００の充電は、蓄電池５の充電量が空になったときに第１実施形態の電源装置１００のユーザにより行われ、このとき、図２０に示すように、ユーザは、スイッチ部４を切り替えて、スイッチ４１の他方端を端子Ｓ１に接続する。また、スイッチ４２の他方端を端子Ｓ３に接続する。これにより、商用電源６のたとえば１００Ｖの単相交流電圧が、端子Ｕおよび端子Ｖを介して電力変換部８に入力される。また、電力変換部８に入力された商用電源６の単相交流電圧は、電力変換部８により直流電圧に変換されて蓄電池５に入力される。これにより、蓄電池５が充電される。また、商用電源６の単相交流電圧は、スナバ回路９の整流回路９２に入力される。そして、商用電源６の単相交流電圧は、整流されて直流電圧に変換され、スナバ回路９のコンデンサ９３を充電する。なお、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧は、商用電源６のピーク電圧に対応して第１実施形態では１４１Ｖとなり、充電動作中は、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧が加算されて、１６０Ｖよりも高くなる。
【００６７】
また、蓄電池５の充電量が空でありその電圧は略０Ｖに等しいので、蓄電池５から供給され、ＤＣ／ＤＣ変換器３２によって昇圧される電圧も０Ｖに近い値となる。したがって、通常動作時と同様、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（１４１Ｖ）が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。主制御電源３１の入力電圧は１４０Ｖ以上となるので、主制御電源３１から制御回路部２に電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧が供給される。これにより、制御回路部２により、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆが駆動制御される。
【００６８】
第１実施形態では、上記のように、ＤＣ／ＤＣ変換器３２を、４０Ｖの電圧を約１５０Ｖ（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）の電圧に昇圧するように構成して、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧と、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して主制御電源３１に供給する選択回路３３を備えることによって、スナバ回路９のコンデンサ９３の電圧が低くなる電力変換部８の起動時および停止時には、蓄電池５に基づく直流電圧を昇圧した電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給されるので、電力変換部８の起動時にも、電力変換部８を駆動制御することができる。また、蓄電池５の電圧が電力変換部８を制御するのに十分に大きい電圧でない場合でも、蓄電池５の電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧されるので、確実に、電力変換部８を駆動制御することができる。
【００６９】
また、第１実施形態では、上記のように、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧される直流電圧（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）を、スナバ回路９のコンデンサ９３の通常動作時および充電動作時の直流充電電圧（１６０Ｖよりも高い電圧）よりも低くなるように設定する。これにより、蓄電池５の充電動作時および通常動作時では、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電された直流電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給されるので、スナバ回路９のコンデンサ９３を電力変換部８を駆動する電源として用いることができる。
【００７０】
また、第１実施形態では、上記のように、電源装置１００（電力変換部８）の起動時および停止時には、スナバ回路９のコンデンサ９３の電圧は低くなるので、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。起動時、スナバ回路９のコンデンサ９３の電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧より小さい状態は短時間しか継続せず、また停止時は双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動する必要が無い。従って、起動時および停止時に蓄電池５から主制御電源３１への電力供給を行うＤＣ／ＤＣ変換器３２の容量を小さくすることができる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、電力変換部８を、リアクトル１０の一方端１０ａと、リアクトル１０の他方端１０ｂと、蓄電池５の負極とに接続する。これにより、蓄電池５の電圧をリアクトル１０により昇圧または降圧して負荷７に供給することができる。また、商用電源６の電圧を昇圧または降圧して蓄電池５に充電することができる。
【００７２】
また、第１実施形態では、上記のように、選択回路３３を、１つのダイオード３３ａにより構成することによって、簡単な構成で蓄電池５に基づく直流電圧と、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電された直流充電電圧との高い方の電圧を主制御電源３１に供給することができる。
【００７３】
また、第１実施形態では、上記のように、電力変換部８の出力に対して、負荷７および商用電源６を選択的に接続するスイッチ部４を備える。そして、蓄電池５を充電する時は、ユーザがスイッチ部４を電力変換部８の出力に対して商用電源６が接続されるように切り替えるように構成する。これにより、スナバ回路９のコンデンサ９３も商用電源６により充電される。その結果、電力変換部８により商用電源６を用いて蓄電池５の充電を行う時に、スナバ回路９のコンデンサ９３を電源として電力変換部８を駆動制御することができる。
【００７４】
（第２実施形態）
次に、図２１を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、蓄電池５の電圧が商用電源６（負荷７）の電圧よりも小さい上記第１実施形態と異なり、蓄電池５の電圧が商用電源６（負荷７）のピーク電圧と略等しい。
【００７５】
図２１に示すように、第２実施形態による電源装置１０１の電力変換部８ａには、４つの双方向スイッチング素子８１ａ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｆが設けられている。なお、電源装置１０１の電力変換部８ａでは、蓄電池５の電圧が商用電源６（負荷７）のピーク電圧と略等しいので、蓄電池５の電圧を昇圧させる必要がない。これにより、上記第１実施形態の電力変換部８と異なり、双方向スイッチング素子８１ｂおよび８１ｅは設けられない。その結果、スナバ回路９ａの整流回路９１は、６つのダイオードを含む上記第１実施形態と異なり、４つのダイオード９１ａ、９１ｂ、９１ｅおよび９１ｆから構成されている。
【００７６】
また、蓄電池５は、商用電源６のピーク電圧と略等しいたとえば１５０Ｖの電圧を有する。また、商用電源６は、たとえば１１０Ｖの電圧（実効電圧）を有する交流電源である。また、負荷７は、たとえば１００Ｖの交流電圧を必要とする負荷である。そして、主制御電源３１が制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給するには、主制御電源３１の入力として直流電圧１４０Ｖ以上必要であるように、主制御電源３１が設計されているとする。すると蓄電池５が１５０Ｖの電圧を有することにより、第２実施形態による電源装置１０１では、蓄電池５の１５０Ｖの電圧によって制御回路部２を駆動することが可能である。その結果、上記第１実施形態の電源装置１００（図１参照）と異なり、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は設けられない。
【００７７】
また、電源装置１０１では、電力変換部８ａの出力側には電力変換器８ａと並列にコンデンサ８２が設けられ、電力変換器８ａとスナバ回路９ａの整流回路９２との間には、リアクトル１０ｃが設けられている。コンデンサ８２とリアクトル１０ｃは両者で、電力変換部８ａの出力電圧を平滑化するフィルタを構成している。
【００７８】
また、電源装置１０１では、蓄電池５の放電における通常動作時には、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（１６０Ｖよりも高い電圧）の方が蓄電池５から出力された直流電圧（１５０Ｖ）よりも高くなる。したがって、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。
【００７９】
一方、電源装置１０１の停止時では、蓄電池５から出力された直流電圧（１５０Ｖ）でスナバ回路９のコンデンサ９３が充電されており、コンデンサ９３の直流充電電圧は蓄電池５の直流電圧（１５０Ｖ）に等しい。従って選択回路３３からは蓄電池の直流電圧が選択されて主制御電源３１に供給される。また電源装置１０１の起動直後においては、起動後すぐにコンデンサ９３に双方向スイッチング素子８１ａ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧により電荷が蓄積され始め、コンデンサ９３の直流電圧は蓄電池５の直流電圧より大きくなり始める。従ってダイオード３３ａをターンオンさせるのに十分な電圧差が、蓄電池５の直流電圧とコンデンサ９３の直流電圧の間に生じた時点で、選択回路３３によりコンデンサ９３の直流電圧が選択されて、主制御電源３１に供給される。
【００８０】
さらに蓄電池５の充電時は、出力側に商用電源６が接続される。この商用電源６の単相交流電圧は整流器９２で整流され直流電圧に変換されるが、単相交流電圧の実効値が１１０Ｖであるため、その直流電圧は１５６Ｖとなる。電源装置１０１の充電時、蓄電池５の電圧は０Ｖに近い状態であるため、コンデンサ９３の直流電圧は１５６Ｖとなり、選択回路３３で選択される電圧もコンデンサ９３の直流電圧１５６Ｖとなり、この直流電圧が選択回路３３から出力され、主制御電源３１に供給される。以上から電源装置１０１の充電時も、主制御電源３１は制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｆを駆動するのに必要な電源を供給できる。
【００８１】
（第３実施形態）
次に、図２２を参照して、第３実施形態について説明する。
【００８２】
図２２に示す第３実施形態においては、第１実施形態と同じものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。第３実施形態の第１実施形態と異なる点は、選択回路３４が制御電源切替スイッチ３４ａにより構成されており、このスイッチ３４ａがスイッチ部４の切替に連動して切り替わるように構成した点である。この制御電源切替スイッチ３４は、たとえばスイッチ部４のスイッチ４１、４２をコンタクタの主接点で構成し、この主接点と連動した補助接点とすることで実現できる。
【００８３】
また、蓄電池５は、第１実施形態と同じく商用電源６の電圧よりも低い直流電圧、たとえば４０Ｖの電圧を有する。また、商用電源６は、第１実施形態と同じくたとえば１００Ｖの電圧（実効電圧）を有する交流電源である。また、負荷７は、商用電源より大きい電圧、たとえば２００Ｖの交流電圧を必要とする負荷である。そして、主制御電源３１が制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給するには、主制御電源３１の入力として、たとえば直流電圧１４０Ｖ以上が必要であり、かつ蓄電池５の充電動作中におけるスナバ回路９のコンデンサ９３の直流電圧より高い電圧（たとえば１８０Ｖ）まで許容するように、主制御電源３１が設計されているとする。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、蓄電池５から供給される４０Ｖの電圧を、約１５０Ｖ（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）に昇圧するように構成されている。
【００８４】
電源装置１０２では、蓄電池５の放電時には、選択回路３４によりＤＣ／ＤＣ変換機３２の出力電圧が選択され、主制御電源３１に供給される。蓄電池５の放電においては、通常動作時スナバ回路９のコンデンサ９３は、負荷７を駆動する出力電圧に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に生じるサージ電圧が加算された電圧（３２０Ｖよりも高い電圧）により常時充電される。従って、このコンデンサ９３の充電電圧が主制御電源３１に供給されると、主制御電源３１の許容電圧１８０Ｖを超過するため、主制御電源３１が過電圧故障となる。選択回路３４はこの主制御電源３１の故障を回避するため、蓄電池５の放電時は、常時ＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力電圧を選択し、主制御電源３１に供給するのである。またこれにより主制御電源３１は、常時制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給できる。
【００８５】
一方、蓄電池５の充電時には、選択回路３４によりコンデンサ９３の直流電圧が選択され、主制御電源３１に供給される。蓄電池５の充電時においては、電源装置１０２の停止時は、コンデンサ９３は商用電源６により充電され、直流電圧は１４１Ｖとなっている。電源装置１０２が起動すると、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧により、電荷がコンデンサ９３に蓄積され始め、直流電圧が上昇し、最終的には１６０Ｖを超えるが、主制御電源３１の入力として許容される最大電圧である１８０Ｖには到達しない程度の電圧となる。従って選択回路３４が、蓄電池５の充電時は、常時コンデンサ９３の直流電圧を選択することにより、主制御電源３１は、常時制御回路２に、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給できる。
【００８６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８７】
たとえば、上記第１実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２が蓄電池５から出力される電圧を昇圧する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ＤＣ／ＤＣ変換器３２が、蓄電池５から出力される電圧を降圧することにより、蓄電池５から出力される電圧を電力変換部８を駆動するのに適した電圧に変換するようにしてもよい。
【００８８】
また、上記第１実施形態では、蓄電池５の４０Ｖの直流電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により約１５０Ｖに昇圧される例を示したが、本発明はこれに限られない。蓄電池５の直流電圧は、４０Ｖ以外の電圧であってもよい。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧される電圧は、スナバ回路９のコンデンサ９３の充電完了後の直流充電電圧よりも低ければよい。
【００８９】
また、上記第１実施形態では、電源装置１００の起動時および停止時に、蓄電池５からの直流電圧が選択されて主制御電源３１に供給される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電源装置１００の通常動作時において、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧よりも低くなった場合にも、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧が選択されて主制御電源３１に供給される。また、蓄電池５の充電時において、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧よりも低くなった場合にも、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧が選択されて主制御電源３１に供給される。
【００９０】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の選択回路３３が１つのダイオード３３ａにより構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の選択回路を２つ以上のダイオードによって構成してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
５ 蓄電池
６ 商用電源
７ 負荷
８、８ａ 電力変換部
９、９ａ スナバ回路
１０ リアクトル
３１ 主制御電源（制御電源）
３２ ＤＣ／ＤＣ変換器（直流電圧変換部）
３３ 選択回路
３３ａ ダイオード
４１、４２ スイッチ（選択スイッチ）
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｅ、８１ｆ 双方向スイッチング素子
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ、９１ｆ ダイオード（整流素子）
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ ダイオード（整流素子）
９３ コンデンサ
１００、１０１、１０２ 電源装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電池等の電源から任意の大きさの交流電圧を作り出し、かつ蓄電池の充電も可能な電源装置に関し、特に、複数の双方向スイッチング素子を有する電力変換部を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置に使用される電源装置として、蓄電池と、マトリクス状に接続される複数の双方向スイッチング素子と、インダクタ（リアクトル）とを備える電力変換装置（電源装置）が知られている。この電力変換装置では、複数の双方向スイッチング素子およびインダクタを利用した降圧動作モードまたは昇圧動作モードの切替制御と、ＰＷＭ制御とによって、蓄電池の直流電圧を単相交流電圧に変換して出力するように構成されている。また、この電力変換装置では、蓄電池を充電する場合は、出力側に商用電源を接続し、商用電源の単相交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池に供給する。
【０００３】
一方、従来、過渡的な電圧を吸収する機能を有するスナバ回路の直流電圧を制御電源として使用するマトリクスコンバータ（電源装置）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記特許文献１には、複数の双方向スイッチング素子からなる主回路と、双方向スイッチング素子のゲート遮断時の過電圧を整流機構と各相共通のコンデンサの構成とによって抑制するスナバ回路と、交流電源とスナバ回路との間に設けられた抵抗およびスイッチによりコンデンサを予備充電する交流予備充電回路と、主回路の双方向スイッチング素子を駆動するゲートドライブ回路および制御回路と、直流電源からゲートドライブ回路および制御回路の電源を得るスイッチングレギュレータと、を備えたマトリクスコンバータが開示されている。この特許文献１によるマトリクスコンバータにおけるスイッチングレギュレータは、スナバ回路の各相共通のコンデンサを直流電源として、ゲートドライブ回路の電源および制御回路の電源に交流電源を供給している。これにより、制御電源を別途設ける必要がないので、マトリクスコンバータの構成を簡略化することが可能となる。なお、このマトリクスコンバータでは、交流電源から３相の交流が入力されるように構成されている。また、このマトリクスコンバータでは、モータに３相の交流を出力するように構成されている。
【０００５】
ここで、上記蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置の双方向スイッチング素子を駆動するための電源として、上記特許文献１のスナバ回路を用いることが考えられる。このように蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置に特許文献１のスナバ回路を適用した場合には、スナバ回路に含まれるコンデンサが、商用電源、または、双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じる過渡的なサージ電圧により充電されるので、このコンデンサを双方向スイッチング素子を駆動するための電源として用いることが可能と考えられる。すなわち、蓄電池充電のために商用電源を電源装置の出力側に接続した時、および、双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧が発生する通常動作時および蓄電池の充電動作時には、スナバ回路に含まれるコンデンサを双方向スイッチング素子を駆動する電源として用いることが可能になると考えられる。これにより、双方向スイッチング素子を駆動する電源を別途設ける場合と異なり、電源装置を小型化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９５２１９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、電源装置を小型化するために、上記蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置に上記特許文献１のスナバ回路を適用した構成では、通常動作時および蓄電池の充電時以外の電源装置の起動時または停止時には、スナバ回路のコンデンサの電圧は、通常動作時および充電時よりも小さくなる。このため、電源装置（電力変換部）の起動時には、双方向スイッチング素子を駆動するための電源の電圧が不足し、双方向スイッチング素子を駆動することができないという問題点があると考えられる。なお、停止時には、双方向スイッチング素子を駆動する必要がないので、双方向スイッチング素子を駆動することができなくても問題はない。また、上記問題点を解決するために、双方向スイッチング素子を駆動する電源として、蓄電池を使用することも考えられるが、そのように構成すると蓄電池を充電する際に、双方向スイッチング素子を駆動する電源が無くなってしまうという問題点を生ずると考えられる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、蓄電池のような電源から任意の大きさの交流電圧を作り出す電源装置において、起動時や蓄電池の充電時までも含めて電力変換部を駆動することが可能な電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電源装置は、入力側に直流電源としての蓄電池が接続され、出力側に負荷または商用電源が選択して接続され、双方向に電力変換が可能な電力変換部と、整流素子およびコンデンサを含み、少なくとも整流素子により出力交流電圧を整流してコンデンサを充電し、電力変換部の動作時に生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路と、電力変換部を駆動するための電源電圧を作り出す主制御電源と、蓄電池に基づく直流電圧と、スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して主制御電源に供給する選択回路とを備えている。
【００１０】
この一の局面による電源装置では、上記のように、蓄電池に基づく直流電圧と、スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して制御電源に供給する選択回路を備えることによって、スナバ回路のコンデンサの電圧が低くなる、蓄電池の放電における電力変換部の起動時および停止時には、蓄電池に基づく直流電圧が選択回路により選択されて制御電源に供給されるので、電力変換部の起動時にも、電力変換部を駆動制御することができる。また整流器により出力交流電圧を整流してスナバ回路のコンデンサを充電しているので、出力側に交流電源を接続して行う蓄電池の充電時も、交流電源の交流電圧でスナバ回路のコンデンサが充電され、このコンデンサの電圧が選択回路により選択されて制御電源に供給されるので、電力変換部を駆動制御することができる。
【００１１】
上記一の局面における電源装置において、電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有する。このように構成すれば、蓄電池の電圧を交流電圧に変換するマトリクスコンバータを電力変換部にもつ電源装置でも、蓄電池の充放電を通じて確実に電力変換部を駆動制御することができる。
【００１２】
上記一の局面による電源装置において、蓄電池の正極と電力変換部との間に設けられるリアクトルと、電力変換部の出力側に、電力変換器と並列に接続されたコンデンサと、をさらに備え、
電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有し、リアクトルの一方端と、リアクトルの他方端と、蓄電池の負極とに接続されている。このように構成すれば、蓄電池の電圧をリアクトルにより昇圧または降圧して負荷に供給するマトリクスコンバータを電力変換部にもつ電源装置でも、蓄電池の充放電を通して確実に電力変換部を駆動制御することができる。
【００１３】
上記一の局面による電源装置において、蓄電池からの第１直流電圧を第２直流電圧に変換する直流電圧変換部をさらに備え、選択回路は、直流電圧変換部により変換された第２直流電圧と、スナバ回路のコンデンサの直流充電電圧との高い方の電圧を選択して主制御電源に供給するように構成されている。このように構成すれば、蓄電池の電圧が電力変換部を駆動制御するのに適した電圧でない場合でも、蓄電池の電圧が直流電圧変換部により電力変換部を駆動制御するのに適した電圧に変換されるので、確実に、電力変換部を駆動制御することができる。
【００１４】
この場合において、直流電圧変換部は、第１直流電圧を第２直流電圧に昇圧するように構成されている。このように構成すれば、蓄電池の電圧が電力変換部を制御するのに十分に高い電圧でない場合でも、蓄電池の電圧が直流電圧変換部により昇圧されるので、確実に、電力変換部を駆動制御することができる。
【００１５】
上記直流電圧変換部により第１直流電圧を第２直流電圧に昇圧する電源装置において、直流電圧変換部により昇圧される第２直流電圧は、スナバ回路動作時のスナバ回路のコンデンサの直流充電電圧よりも低くなるように設定されている。このように構成すれば、スナバ回路が動作する蓄電池の充電時および通常動作時では、スナバ回路のコンデンサに充電された直流電圧が選択回路により選択されて制御電源に供給されるので、スナバ回路のコンデンサを電力変換部を駆動する電源として用いることができる。なお、通常動作時とは、蓄電池からの直流電圧を複数の双方向スイッチング素子を介することにより交流電圧に変換して、負荷に供給する場合を意味しており、通常動作時では、双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じる過渡的なサージ電圧によりスナバ回路のコンデンサが常時充電される。また、蓄電池の充電時には、商用電源の電圧または商用電源の電圧に双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧が加算された電圧によりスナバ回路コンデンサが常時充電される。
【００１６】
上記直流電圧変換部により第１直流電圧を第２直流電圧に昇圧する電源装置において、少なくとも電力変換部の起動時および停止時には、直流電圧変換部により昇圧された第２直流電圧が選択回路により選択されて主制御電源に供給されるように構成されている。このように構成すれば、電力変換部の起動時および停止時には、スナバ回路のコンデンサの電圧は低くなるので、電力変換部の起動時および停止時に直流電圧変換部により昇圧された第２直流電圧を供給することにより、電力変換部の起動時に確実に電力変換部を駆動制御することができる。さらに、電力変換部の起動時は短時間しか継続せず、電力変換部の停止時は双方向スイッチング素子を駆動する必要がないので、第２直流電圧を作り出す直流電圧変換部の容量を小さくし、小型化することができる。
【００１７】
上記一の局面による電源装置において、選択回路は、ダイオードにより構成されている。このように構成すれば、簡単な構成で蓄電池に基づく直流電圧と、スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を制御電源に供給することができる。
【００１８】
上記一の局面による電源装置において、電力変換部の出力に対して、負荷もしくは商用電源を選択的に接続する選択スイッチをさらに備え、蓄電池の充電時には選択スイッチを電力変換部の出力に対して商用電源が接続されるように切り替えることにより商用電源を用いてスナバ回路のコンデンサが充電され、電力変換部が商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池を充電し、電力変換部の双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧をスナバ回路が吸収するように構成されている。このように構成すれば、蓄電池の充電量が空になった場合には、選択スイッチにより電力変換部の出力に商用電源が接続され、スナバ回路のコンデンサが商用電源により充電される。したがって、電力変換部により商用電源を用いて蓄電池の充電を行う時に、スナバ回路のコンデンサを電源として電力変換部を駆動制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態による電源装置の全体構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態による放電時の正の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態による放電時の正の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態による放電時の正の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態による放電時の正の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態による放電時の負の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態による放電時の負の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図８】本発明の第１実施形態による放電時の負の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第１実施形態による放電時の負の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による充電時の正の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による充電時の正の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の第１実施形態による充電時の正の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１３】本発明の第１実施形態による充電時の正の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の第１実施形態による充電時の負の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図１５】本発明の第１実施形態による充電時の負の降圧モードの動作を説明するための図である。
【図１６】本発明の第１実施形態による充電時の負の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１７】本発明の第１実施形態による充電時の負の昇圧モードの動作を説明するための図である。
【図１８】本発明の第１実施形態による電源装置の通常動作時の動作を説明するための回路図である。
【図１９】本発明の第１実施形態による電源装置の起動時および停止時の動作を説明するための回路図である。
【図２０】本発明の第１実施形態による電源装置の充電時の動作を説明するための回路図である。
【図２１】本発明の第２実施形態による電源装置の全体構成を示す回路図である。
【図２２】本発明の第３実施形態による電源装置の全体構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、第１実施形態による電源装置１００の概略的な構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、第１実施形態による電源装置１００は、パワー回路部１と、制御回路部２と、制御電源部３と、スイッチ部４と、蓄電池５とを備えている。また、スイッチ部４は、商用電源６と、負荷７とを選択して接続するように構成されている。
【００２３】
また、パワー回路部１は、電力変換部８と、スナバ回路９と、リアクトル１０と、コンデンサ８２を備えている。また、電力変換部８は双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを備え、スナバ回路９は、ダイオード９１ａ〜９１ｆを備えた整流回路９１と、ダイオード９２ａ〜９２ｄを備えた整流回路９２と、コンデンサ９３とを含んでいる。
【００２４】
また、制御電源部３は主制御電源３１と、ＤＣ／ＤＣ変換器３２と、ダイオード３３ａを備えた選択回路３３を含んでいる。なお、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、本発明の「直流電圧変換部」の一例である。また、制御回路部２は主制御電源３１から電源の供給を受け、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するために、これらの素子にゲート信号を供給している。
【００２５】
通常は、ユーザの選択により切替スイッチ部４により負荷７が選択され、電源装置１００は、蓄電池５から供給される直流電圧を、電力変換部８により昇圧または降圧し、負荷７に供給する。このとき蓄電池５は放電を行っている。また、電源装置１００は蓄電池５の充電を行う運転も可能で、このときは、ユーザの選択により切替スイッチ部４により商用電源６が選択され、電源装置１００は商用電源６から供給される交流電圧を、昇圧または降圧して、蓄電池５に供給する。つまり電源装置１００の運転では蓄電池５の放電もしくは充電が行われる。なお、これら蓄電池５の放電および充電では、たとえば図示しない起動信号が制御回路２に入力され、起動信号がオンすることにより電力変換部８に含まれる双方向スイッチング素子に制御回路２からゲート信号が供給されることにより、電源装置１００は運転する。また起動信号がオフすることにより、制御回路２からのゲート信号の供給は停止され、電源装置１００は停止する。蓄電池５の充放電双方の場合において、電源装置１００が運転すると、電力変換部８に含まれる後述する双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に生じるサージ電圧は、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電される。なお、電源装置１００が運転しており、コンデンサ９３がゲート遮断時に生じるサージ電圧で常時充電されている時を通常動作時と呼ぶ。
【００２６】
一方、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆの動作が行われない電源装置１００の停止時は、切替スイッチ部４により負荷７が選択されているときは、コンデンサ９３は蓄電池５により充電され、切替スイッチ４により商用電源６が選択されているときは、コンデンサ９３は商用電源６により充電され、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧による充電は行われない。また電源装置１００の起動直後は、スナバ回路９のコンデンサ９３のサージ電圧による充電電荷の蓄積がまだ少ない状態にある。このように電源装置１００の起動直後および停止時は、電源装置１００の運転中に比較し、コンデンサ９３に充電されている電圧が低い値となっている。
【００２７】
コンデンサ９３の充電電圧とＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力電圧とは、選択回路３２に入力され、両者の高いほうの電圧が選択され、主制御電源３１に出力される。このため、蓄電池５の放電における通常動作時は、コンデンサ９３の充電電圧が選択される。蓄電池５の放電において、起動直後でコンデンサ９３の電圧が未だＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力電圧に到達していない時および停止時では、蓄電池５の電圧をＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧した電圧が選択されて、主制御電源３１に出力される。また、蓄電池５の充電においては、蓄電池５は空の状態であるので、常時コンデンサ９３の充電電圧が選択される。従って、制御回路部２は、蓄電池５の充放電を通して、常に電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに十分高い電圧を、主制御電源３１から供給される。なお、起動直後でコンデンサ９３の電圧が未だＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力電圧に到達してない時を起動時と呼ぶ。
【００２８】
次に、図１を参照して、本発明の第１実施形態による電源装置１００の詳細な構成について説明する。
【００２９】
パワー回路部１の入力側（１次側）には、直流電源としての蓄電池５が接続されている。なお、蓄電池５は、商用電源６の電圧よりも低い直流電圧、たとえば４０Ｖの電圧を有する。また、スイッチ部４は、パワー回路部１の出力側（２次側）に設けられている。また、スイッチ部４は、商用電源６と、負荷７とのうちのいずれか一方に接続可能に構成されている。なお、商用電源６は、たとえば１００Ｖの電圧を有する交流電源である。
【００３０】
電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆは、それぞれ、ＩＧＢＴ８３（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とダイオード８４とを直列接続した２つの片方向スイッチ８５を互いに逆並列に接続して構成されている。また、６つの双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆは、電力変換部８の入力側各相と出力側各相を互いに接続するマトリクス状（格子状）の接続を成している。
【００３１】
双方向スイッチング素子８１ａの入力側（蓄電池５側）は、リアクトル１０の一方端１０ａに接続されている。また、リアクトル１０の他方端１０ｂは、端子Ｒを介して蓄電池５の正極に接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｂの入力側は、リアクトル１０の他方端１０ｂに接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｃの入力側は、端子Ｓを介して蓄電池５の負極に接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力側（スイッチ部４側）は、端子Ｕを介してスイッチ部４のスイッチ４１に接続されている。なお、スイッチ部４は、本発明の「選択スイッチ」の一例である。
【００３２】
双方向スイッチング素子８１ｄの入力側は、リアクトル１０の一方端１０ａに接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｅの入力側は、リアクトル１０の他方端１０ｂに接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｆの入力側は、端子Ｓを介して蓄電池５の負極に接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力側は、端子Ｖを介してスイッチ部４のスイッチ４２に接続されている。
【００３３】
また、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力側は、コンデンサ８２の一方電極８２ａに接続されている。また、双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力側は、コンデンサ８２の他方電極８２ｂに接続されている。コンデンサ８２は、リアクトル１０とともに、後述する直流電圧を昇圧して交流電圧に変換する昇圧モードでは、昇圧チョッパ回路を構成し、また、後述する直流電圧を降圧して交流電圧に変換する降圧モードでは、フィルタを構成する。
【００３４】
また、スナバ回路９は、図１の１点鎖線で示されるように、電力変換部８の入力側に接続される整流回路９１と、電力変換部８の出力側に接続される整流回路９２と、コンデンサ９３とを含んでいる。また、スナバ回路９は、負荷７を駆動する出力電圧に電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に生じるサージ電圧を吸収する保護回路としての機能を有する。また、整流回路９１の出力側と整流回路９２の出力側とは接続されている。
【００３５】
整流回路９１は、６つのダイオード９１ａ〜９１ｆを含んでいる。なお、ダイオード９１ａ〜９１ｆは、本発明の「整流素子」の一例である。ダイオード９１ａの出力側（カソード側）とダイオード９１ｂの入力側（アノード側）とは接続され、その接続点には、双方向スイッチング素子８１ａおよび８１ｄの入力側とリアクトル１０の一方端１０ａとが接続されている。ダイオード９１ｃの出力側とダイオード９１ｄの入力側とは接続され、その接続点には、双方向スイッチング素子８１ｂおよび８１ｅの入力側とリアクトル１０の他方端１０ｂとが接続されている。ダイオード９１ｅの出力側とダイオード９１ｆの入力側とは接続され、その接続点には、双方向スイッチング素子８１ｄおよび８１ｆの入力側と端子Ｓを介して蓄電池５の負極とが接続されている。
【００３６】
また、整流回路９２は、４つのダイオード９２ａ〜９２ｄを含んでいる。なお、ダイオード９２ａ〜９２ｄは、本発明の「整流素子」の一例である。ダイオード９２ａの出力側（カソード側）とダイオード９２ｂの入力側（アノード側）とは接続され、その接続点には、３つの双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力が接続されている。また、ダイオード９２ｃの出力側とダイオード９２ｄの入力側とは接続され、その接続点には、３つの双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力が接続されている。
【００３７】
また、ダイオード９１ｂ、９１ｄおよび９１ｆの出力側およびダイオード９２ｂおよび９２ｄの出力側は、コンデンサ９３の一方電極９３ａに接続されている。また、ダイオード９１ａ、９１ｃおよび９１ｅの入力側およびダイオード９２ａおよび９２ｃの入力側は、コンデンサ９３の他方電極９３ｂに接続されている。なお、負荷７を駆動する出力電圧に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に生じるサージ電圧が加算された電圧は、スナバ回路９の整流回路９１および９２によって整流され、コンデンサ９３に充電されるように構成されている。そして、コンデンサ９３に充電された電圧は、後述するように、選択回路３３を介して主制御電源３１に供給されるように構成されている。
【００３８】
スイッチ４１の端子Ｓ１は、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力側に接続されている。また、スイッチ４１の端子Ｓ２は、端子Ｕ１を介して商用電源６に接続され、端子Ｓ３は、端子Ｕ２を介して負荷７に接続され、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｃの出力側を商用電源６に接続するか、負荷７に接続するかを切り替えるように構成されている。また、スイッチ４２の端子Ｓ４は、双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力側に接続されている。また、スイッチ４２の端子Ｓ５は、端子Ｖ１を介して商用電源６に接続され、端子Ｓ６は、端子Ｖ２を介して負荷７に接続され、双方向スイッチング素子８１ｄ〜８１ｆの出力側を商用電源６に接続するか、負荷７に接続するかを切り替えるように構成されている。
【００３９】
なお、スイッチ４１および４２は、通常の蓄電池５の放電を行う運転では、電力変換部８（双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆ）の出力に対して負荷７を切り替えて接続するように構成されており、このとき電源装置１００は、蓄電池５の直流電圧を電力変換部８によりその直流電圧より大きい振幅（電圧）および周波数を有する交流電圧に変換して負荷７に供給する。なお、蓄電池５の放電時は、上記の停止、起動、通常動作が含まれる。また、スイッチ４１および４２は、蓄電池５の充電時には、電力変換部８（双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆ）の出力側に対して商用電源６を接続するように切り替えることにより、商用電源６を用いて蓄電池５およびスナバ回路９のコンデンサ９３を充電するように構成されている。なお、電源装置１００の通常運転時（放電時）および充電時の動作は、後述する。
【００４０】
また、制御電源部３のＤＣ／ＤＣ変換器３２の入力側は、蓄電池５の正極と負極とに接続されている。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力側は、選択回路３３に接続されている。ここで、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、蓄電池５から供給される電圧を、所定の電圧に変換するように構成されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、蓄電池５から供給される４０Ｖの電圧を、約１５０Ｖ（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）に昇圧するように構成されている。また、蓄電池５から供給される４０Ｖの電圧は、本発明の「第１直流電圧」の一例である。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により蓄電池５の電圧を昇圧して得られる約１５０Ｖの電圧は、本発明の「第２直流電圧」の一例である。
【００４１】
また、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力側の一端は、選択回路３３のダイオード３３ａのアノードに接続され、出力側の他端は、選択回路３３を介して直接主制御電源３１に接続されており、その接続点には、コンデンサ９３の他方電極９３ｂが接続されている。また、ダイオード３３ａのカソードは、主制御電源３１に接続されており、その接続点には、コンデンサ９３の一方電極９３ａが接続されている。このように選択回路３３は、ＤＣ／ＤＣ変換器３２の直流電圧とスナバ回路９のコンデンサ９３に充電された直流充電電圧とのうちの高い方の電圧を選択的に主制御電源３１に供給する機能を有するように構成されている。
【００４２】
また、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧される約１５０Ｖの電圧は、通常動作時におけるスナバ回路９のコンデンサ９３の充電完了後の直流充電電圧（１６０Ｖよりも高い電圧）よりも低くなるように設定されている。そして、ダイオード３３ａからなる選択回路３３は、少なくとも電力変換部８の起動時および停止時には、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された約１５０Ｖの電圧を主制御電源３１に供給するように構成されている。
【００４３】
次に、図２〜図９を参照して、蓄電池５から負荷７に放電される際の昇圧動作および降圧動作の詳細について説明する。４０Ｖの直流電圧から、たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数を有する１００Ｖの単相交流電圧に変換するためには、蓄電池５の直流電圧が単相交流電圧の瞬時値よりも小さい場合には、昇圧し、蓄電池５の直流電圧が単相交流電圧の瞬時値よりも大きい場合には、降圧する必要がある。そこで、蓄電池５から負荷７に交流電圧を出力する１周期内において、正の降圧モード、正の昇圧モード、負の降圧モードおよび負の昇圧モードが必要で、それぞれのモードに応じた双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート信号を制御回路２が出力する必要がある。以下、各モードについて詳細に説明する。なお、図２〜図９では、図面の簡略化のために、制御回路部２、制御電源部３、スイッチ部４などを省略している。
【００４４】
（正の降圧モード）
４０Ｖの直流電圧を降圧して、単相交流電圧を出力する場合には、図２および図３に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｅと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図２に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ａ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。また、図３に示すように、双方向スイッチング素子８１ｅがオンのときには、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ａ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｅを介して電流が流れる。制御回路２が図２および図３の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池５の直流電圧が降圧されて、負荷７に供給される。ここで、蓄電池５の直流電圧をＶＤＣとし、双方向スイッチング素子８１ｆがオン状態である時間の比率をＴｏｎ（＝オンの時間／（オンの時間＋オフの時間））とした場合、負荷７に供給される電圧瞬時値Ｖｏｕｔは、下記の式（１）により表わされる。
【００４５】
Ｖｏｕｔ＝ＶＤＣ×Ｔｏｎ ・・・（１）
【００４６】
（正の昇圧モード）
４０Ｖの直流電圧を昇圧して、単相交流電圧を出力する場合には、図４および図５に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｃと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図４に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ａ、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。また、図５に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ａ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。制御回路２が図４および図５の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池５の直流電圧が昇圧されて、負荷７に供給される。ここで、蓄電池５の直流電圧をＶＤＣとし、双方向スイッチング素子８１ｃがオン状態である時間の比率をＴｏｎとした場合、負荷７に供給される電圧瞬時値Ｖｏｕｔは、下記の式（２）により表わされる。
【００４７】
Ｖｏｕｔ＝ＶＤＣ／（１−Ｔｏｎ） ・・・（２）
【００４８】
（負の降圧モード）
４０Ｖの直流電圧を降圧して、負荷７に負の電圧（向きが逆の電圧）が印加される。具体的には、図６および図７に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ｄを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｂと８１ｃとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図６に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｄ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。また、図７に示すように、双方向スイッチング素子８１ｂがオンのときには、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｄ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｂを介して電流が流れる。制御回路２が図６および図７の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池５の直流電圧が降圧されて、負荷７に供給される。このとき、負荷７に印加される電圧の向きは、上記正の降圧モードの際とは逆（負の電圧）になる。なお、負荷７に印加される電圧瞬時値は、上記の式（１）により表わされる。
【００４９】
（負の昇圧モード）
４０Ｖの直流電圧を昇圧して、負荷７に負の電圧（向きが逆の電圧）が印加される。具体的には、図８および図９に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ｄを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｃと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図８に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｄ、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。また、図９に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、蓄電池５、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｄ、負荷７、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。制御回路２が図８および図９の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池５の直流電圧が昇圧されて、負荷７に供給される。このとき、負荷７に印加される電圧の向きは、上記正の昇圧モードの際とは逆（負の電圧）になる。なお、負荷７に印加される電圧瞬時値は、上記の式（２）により表わされる。
【００５０】
次に、図１０〜図１７を参照して、商用電源６から蓄電池５に充電する際の昇圧動作および降圧動作の詳細について説明する。たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数を有する１００Ｖの商用電源６の単相交流電圧から４０Ｖの直流電圧に変換するためには、単相交流電圧の瞬時値が蓄電池５の直流電圧よりも低い場合には、昇圧する必要がある。また、単相交流電圧の瞬時値が蓄電池５の直流電圧よりも高い場合には、降圧する必要がある。そこで、商用電源６の単相交流電圧の１周期内において、正の降圧モード、正の昇圧モード、負の降圧モードおよび負の昇圧モードが必要で、それぞれのモードに応じた双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート信号を制御回路２が出力する必要がある。以下、各モードについて詳細に説明する。なお、図１０〜図１７では、図面の簡略化のために、制御回路部２、制御電源部３、スイッチ部４などを省略している。
【００５１】
（正の降圧モード）
交流電圧を降圧して４０Ｖの蓄電池５に充電する場合には、図１０および図１１に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｃと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図１０に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ａ、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。また、図１１に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｃ、双方向スイッチング素子８１ａを介して電流が流れる。制御回路２が図１０および図１１の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源６の交流電圧が降圧されて、蓄電池５に充電される。なお、蓄電池５に印加される電圧ＶＤＣは、商用電源６の電圧瞬時値をＶｏｕｔ、双方向スイッチング素子８１ｆがオン状態である時間比率をＴｏｎ（＝オンの時間／（オンの時間＋オフの時間））とした場合、下記の式（３）により表わされる。
【００５２】
ＶＤＣ＝Ｖｏｕｔ×Ｔｏｎ ・・・（３）
【００５３】
（正の昇圧モード）
交流電圧を昇圧して４０Ｖの蓄電池５に充電する場合には、図１２および図１３に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｅと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。そして、図１２に示すように、双方向スイッチング素子８１ｅがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ａ、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｅを介して電流が流れる。また、図１３に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ａ、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｆを介して電流が流れる。制御回路２が図１２および図１３の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源６の交流電圧が昇圧されて、蓄電池５に充電される。なお、蓄電池５に印加される電圧ＶＤＣは、商用電源６の電圧の瞬時値をＶｏｕｔ、双方向スイッチング素子８ｅがオン状態である時間の比率をＴｏｎとした場合、下記の式（４）により表わされる。
【００５４】
ＶＤＣ＝Ｖｏｕｔ／（１−Ｔｏｎ） ・・・（４）
【００５５】
（負の降圧モード）
交流電圧を降圧して４０Ｖの蓄電池５に充電する場合には、図１４および図１５に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ｄを常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｃと８１ｆとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。なお、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、双方向スイッチング素子８１ｆはオフにされる。そして、図１４に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ｄ、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。また、図１５に示すように、双方向スイッチング素子８１ｆがオンのときには、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｆ、双方向スイッチング素子８１ｄを介して電流が流れる。制御回路２が図１４および図１５の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源６の交流電圧が降圧されて、蓄電池５に充電される。なお、蓄電池５に印加される電圧の大きさは、上記の式（３）により表わされる。
【００５６】
（負の昇圧モード）
交流電圧を昇圧して４０Ｖの蓄電池５に充電する場合には、図１６および図１７に示すように、制御回路２は、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ｄは、常にオンにする。また制御回路２は、双方向スイッチング素子８１ｂと８１ｃとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン／オフする。なお、双方向スイッチング素子８１ｂがオンのときには、双方向スイッチング素子８１ｃはオフにされる。そして、図１６に示すように、双方向スイッチング素子８１ｂがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ｄ、リアクトル１０、双方向スイッチング素子８１ｂを介して電流が流れる。また、図１７に示すように、双方向スイッチング素子８１ｃがオンのときには、商用電源６、双方向スイッチング素子８１ｄ、リアクトル１０、蓄電池５、双方向スイッチング素子８１ｃを介して電流が流れる。制御回路２が図１６および図１７の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源６の交流電圧が昇圧されて、蓄電池５に充電される。なお、蓄電池５に印加される電圧の大きさは、上記の式（４）により表わされる。
【００５７】
次に、図１８を参照して、本発明の第１実施形態による電源装置１００の通常動作時の選択回路３３の動作について説明する。
【００５８】
図１８に示すように、第１実施形態に示した電源装置１００のユーザは、電源装置１００の通常動作を行わせる時は、スイッチ部４を切り替えて、スイッチ４１の他方端を端子Ｓ２に接続するとともに、スイッチ４２の他方端を端子Ｓ４に接続する。そして、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのオン／オフが制御回路部２により制御されることにより、端子Ｒおよび端子Ｓから入力される蓄電池５の直流電圧が、上記したように、その直流電圧より大きい振幅（電圧）および周波数を有する単相交流電圧に変換される。そして、変換された単相交流電圧が、端子Ｕおよび端子Ｖを介して負荷７に供給される。なお単相交流電圧に、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に発生するサージ電圧を加算した電圧は、整流回路９１または９２を介して整流され、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電される。このとき、コンデンサ９３の直流充電電圧は、１６０Ｖよりも高くなる。
【００５９】
また、蓄電池５の４０Ｖの直流電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器３２によって１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下に昇圧され、選択回路３３に出力される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧と、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧とのうちの高い方の電圧がダイオード３３ａからなる選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。ここで、本実施形態では、電源装置１００の通常動作時では、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（１６０Ｖよりも高い電圧）の方がＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）よりも高くなる。したがって、電源装置１００の通常動作時では、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。そして、主制御電源３１は選択回路３３から入力された電圧を、この入力された電圧で定まる電圧に変換し、制御回路部２に供給する。たとえば主電源装置３１が制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給するには、主制御電源３１の入力として直流電圧１４０Ｖ以上必要であるように、主制御電源３１が設計されているとすると、上記状態では、主制御電源３１は双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な入力電圧を供給されている。これにより、制御回路部２は、主制御電源３１から電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧の供給を受け、電力変換部８を駆動制御する。
【００６０】
次に、図１９を参照して、本発明の第１実施形態による電源装置１００の起動時および停止時の選択回路３３の動作について説明する。
【００６１】
図１９に示すように、電源装置１００の起動時では、上記通常動作時と同様、スイッチ４１の他方端が端子Ｓ２に接続される。また、スイッチ４２の他方端が端子Ｓ４に接続される。なお、起動時（起動時から少し時間が経過した時）では、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのオン／オフが行われるに従い、コンデンサ９３への電荷の蓄積が進み、スナバ回路９の電圧は、起動前の蓄電池５の電圧４０Ｖよりも大きくなってゆく。このため、起動当初は、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電されている電圧は、１５０Ｖよりも低くなる。
【００６２】
一方、上記通常動作時と同様に、蓄電池５の４０Ｖの直流電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器３２によって１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下に昇圧される。従って、電源装置１００の起動時では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）の方がスナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（１５０Ｖよりも低い電圧）よりも高いので、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。したがって、通常動作時と同様、主制御電源３１が制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給するには、主制御電源３１の入力として直流電圧１４０Ｖ以上必要であるとすると、主制御電源３１から制御回路部２に電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧が供給される。
【００６３】
また、起動時から時間が経過するのに伴って、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧が高くなってゆき、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧が、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧よりも高くなった時（通常動作時）では、上記のように、コンデンサ９３の直流充電電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。
【００６４】
また、電源装置１００の停止時には、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのオン／オフが停止されるので、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧は発生しない。このため、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧は、主制御電源３１によるエネルギーの消費により、蓄電池５の直流電圧４０Ｖに向かって徐々に低くなる。これにより、電源装置１００の停止時では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）がスナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（４０Ｖ）よりも高くなるので、ＤＣ／ＤＣ変換器３２から出力された直流電圧がダイオード３３ａからなる選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。なお、停止時には、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆの制御を行う必要がないので、蓄電池５から主制御電源３１に電力を供給しなくても、不都合はない。
【００６５】
次に、図２０を参照して、本発明の第１実施形態による蓄電池５の充電時の選択回路３３の動作について説明する。
【００６６】
電源装置１００の充電は、蓄電池５の充電量が空になったときに第１実施形態の電源装置１００のユーザにより行われ、このとき、図２０に示すように、ユーザは、スイッチ部４を切り替えて、スイッチ４１の他方端を端子Ｓ１に接続する。また、スイッチ４２の他方端を端子Ｓ３に接続する。これにより、商用電源６のたとえば１００Ｖの単相交流電圧が、端子Ｕおよび端子Ｖを介して電力変換部８に入力される。また、電力変換部８に入力された商用電源６の単相交流電圧は、電力変換部８により直流電圧に変換されて蓄電池５に入力される。これにより、蓄電池５が充電される。また、商用電源６の単相交流電圧は、スナバ回路９の整流回路９２に入力される。そして、商用電源６の単相交流電圧は、整流されて直流電圧に変換され、スナバ回路９のコンデンサ９３を充電する。なお、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧は、商用電源６のピーク電圧に対応して第１実施形態では１４１Ｖとなり、充電動作中は、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧が加算されて、１６０Ｖよりも高くなる。
【００６７】
また、蓄電池５の充電量が空でありその電圧は略０Ｖに等しいので、蓄電池５から供給され、ＤＣ／ＤＣ変換器３２によって昇圧される電圧も０Ｖに近い値となる。したがって、通常動作時と同様、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（１４１Ｖ）が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。主制御電源３１の入力電圧は１４０Ｖ以上となるので、主制御電源３１から制御回路部２に電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧が供給される。これにより、制御回路部２により、電力変換部８の双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆが駆動制御される。
【００６８】
第１実施形態では、上記のように、ＤＣ／ＤＣ変換器３２を、４０Ｖの電圧を約１５０Ｖ（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）の電圧に昇圧するように構成して、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧と、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して主制御電源３１に供給する選択回路３３を備えることによって、スナバ回路９のコンデンサ９３の電圧が低くなる電力変換部８の起動時および停止時には、蓄電池５に基づく直流電圧を昇圧した電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給されるので、電力変換部８の起動時にも、電力変換部８を駆動制御することができる。また、蓄電池５の電圧が電力変換部８を制御するのに十分に大きい電圧でない場合でも、蓄電池５の電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧されるので、確実に、電力変換部８を駆動制御することができる。
【００６９】
また、第１実施形態では、上記のように、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧される直流電圧（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）を、スナバ回路９のコンデンサ９３の通常動作時および充電動作時の直流充電電圧（１６０Ｖよりも高い電圧）よりも低くなるように設定する。これにより、蓄電池５の充電動作時および通常動作時では、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電された直流電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給されるので、スナバ回路９のコンデンサ９３を電力変換部８を駆動する電源として用いることができる。
【００７０】
また、第１実施形態では、上記のように、電源装置１００（電力変換部８）の起動時および停止時には、スナバ回路９のコンデンサ９３の電圧は低くなるので、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。起動時、スナバ回路９のコンデンサ９３の電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧より小さい状態は短時間しか継続せず、また停止時は双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動する必要が無い。従って、起動時および停止時に蓄電池５から主制御電源３１への電力供給を行うＤＣ／ＤＣ変換器３２の容量を小さくすることができる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、電力変換部８を、リアクトル１０の一方端１０ａと、リアクトル１０の他方端１０ｂと、蓄電池５の負極とに接続する。これにより、蓄電池５の電圧をリアクトル１０により昇圧または降圧して負荷７に供給することができる。また、商用電源６の電圧を昇圧または降圧して蓄電池５に充電することができる。
【００７２】
また、第１実施形態では、上記のように、選択回路３３を、１つのダイオード３３ａにより構成することによって、簡単な構成で蓄電池５に基づく直流電圧と、スナバ回路９のコンデンサ９３に充電された直流充電電圧との高い方の電圧を主制御電源３１に供給することができる。
【００７３】
また、第１実施形態では、上記のように、電力変換部８の出力に対して、負荷７および商用電源６を選択的に接続するスイッチ部４を備える。そして、蓄電池５を充電する時は、ユーザがスイッチ部４を電力変換部８の出力に対して商用電源６が接続されるように切り替えるように構成する。これにより、スナバ回路９のコンデンサ９３も商用電源６により充電される。その結果、電力変換部８により商用電源６を用いて蓄電池５の充電を行う時に、スナバ回路９のコンデンサ９３を電源として電力変換部８を駆動制御することができる。
【００７４】
（第２実施形態）
次に、図２１を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、蓄電池５の電圧が商用電源６（負荷７）の電圧よりも小さい上記第１実施形態と異なり、蓄電池５の電圧が商用電源６（負荷７）のピーク電圧と略等しい。
【００７５】
図２１に示すように、第２実施形態による電源装置１０１の電力変換部８ａには、４つの双方向スイッチング素子８１ａ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｆが設けられている。なお、電源装置１０１の電力変換部８ａでは、蓄電池５の電圧が商用電源６（負荷７）のピーク電圧と略等しいので、蓄電池５の電圧を昇圧させる必要がない。これにより、上記第１実施形態の電力変換部８と異なり、双方向スイッチング素子８１ｂおよび８１ｅは設けられない。その結果、スナバ回路９ａの整流回路９１は、６つのダイオードを含む上記第１実施形態と異なり、４つのダイオード９１ａ、９１ｂ、９１ｅおよび９１ｆから構成されている。
【００７６】
また、蓄電池５は、商用電源６のピーク電圧と略等しいたとえば１５０Ｖの電圧を有する。また、商用電源６は、たとえば１１０Ｖの電圧（実効電圧）を有する交流電源である。また、負荷７は、たとえば１００Ｖの交流電圧を必要とする負荷である。そして、主制御電源３１が制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給するには、主制御電源３１の入力として直流電圧１４０Ｖ以上必要であるように、主制御電源３１が設計されているとする。すると蓄電池５が１５０Ｖの電圧を有することにより、第２実施形態による電源装置１０１では、蓄電池５の１５０Ｖの電圧によって制御回路部２を駆動することが可能である。その結果、上記第１実施形態の電源装置１００（図１参照）と異なり、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は設けられない。
【００７７】
また、電源装置１０１では、電力変換部８ａの出力側には電力変換器８ａと並列にコンデンサ８２が設けられ、電力変換器８ａとスナバ回路９ａの整流回路９２との間には、リアクトル１０ｃが設けられている。コンデンサ８２とリアクトル１０ｃは両者で、電力変換部８ａの出力電圧を平滑化するフィルタを構成している。
【００７８】
また、電源装置１０１では、蓄電池５の放電における通常動作時には、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧（１６０Ｖよりも高い電圧）の方が蓄電池５から出力された直流電圧（１５０Ｖ）よりも高くなる。したがって、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧が選択回路３３により選択されて主制御電源３１に供給される。
【００７９】
一方、電源装置１０１の停止時では、蓄電池５から出力された直流電圧（１５０Ｖ）でスナバ回路９のコンデンサ９３が充電されており、コンデンサ９３の直流充電電圧は蓄電池５の直流電圧（１５０Ｖ）に等しい。従って選択回路３３からは蓄電池の直流電圧が選択されて主制御電源３１に供給される。また電源装置１０１の起動直後においては、起動後すぐにコンデンサ９３に双方向スイッチング素子８１ａ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧により電荷が蓄積され始め、コンデンサ９３の直流電圧は蓄電池５の直流電圧より大きくなり始める。従ってダイオード３３ａをターンオンさせるのに十分な電圧差が、蓄電池５の直流電圧とコンデンサ９３の直流電圧の間に生じた時点で、選択回路３３によりコンデンサ９３の直流電圧が選択されて、主制御電源３１に供給される。
【００８０】
さらに蓄電池５の充電時は、出力側に商用電源６が接続される。この商用電源６の単相交流電圧は整流器９２で整流され直流電圧に変換されるが、単相交流電圧の実効値が１１０Ｖであるため、その直流電圧は１５６Ｖとなる。電源装置１０１の充電時、蓄電池５の電圧は０Ｖに近い状態であるため、コンデンサ９３の直流電圧は１５６Ｖとなり、選択回路３３で選択される電圧もコンデンサ９３の直流電圧１５６Ｖとなり、この直流電圧が選択回路３３から出力され、主制御電源３１に供給される。以上から電源装置１０１の充電時も、主制御電源３１は制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ、８１ｃ、８１ｄおよび８１ｆを駆動するのに必要な電源を供給できる。
【００８１】
（第３実施形態）
次に、図２２を参照して、第３実施形態について説明する。
【００８２】
図２２に示す第３実施形態においては、第１実施形態と同じものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。第３実施形態の第１実施形態と異なる点は、選択回路３４が制御電源切替スイッチ３４ａにより構成されており、このスイッチ３４ａがスイッチ部４の切替に連動して切り替わるように構成した点である。この制御電源切替スイッチ３４は、たとえばスイッチ部４のスイッチ４１、４２をコンタクタの主接点で構成し、この主接点と連動した補助接点とすることで実現できる。
【００８３】
また、蓄電池５は、第１実施形態と同じく商用電源６の電圧よりも低い直流電圧、たとえば４０Ｖの電圧を有する。また、商用電源６は、第１実施形態と同じくたとえば１００Ｖの電圧（実効電圧）を有する交流電源である。また、負荷７は、商用電源より大きい電圧、たとえば２００Ｖの交流電圧を必要とする負荷である。そして、主制御電源３１が制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給するには、主制御電源３１の入力として、たとえば直流電圧１４０Ｖ以上が必要であり、かつ蓄電池５の充電動作中におけるスナバ回路９のコンデンサ９３の直流電圧より高い電圧（たとえば１８０Ｖ）まで許容するように、主制御電源３１が設計されているとする。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３２は、蓄電池５から供給される４０Ｖの電圧を、約１５０Ｖ（１５０Ｖ以上１６０Ｖ以下）に昇圧するように構成されている。
【００８４】
電源装置１０２では、蓄電池５の放電時には、選択回路３４によりＤＣ／ＤＣ変換機３２の出力電圧が選択され、主制御電源３１に供給される。蓄電池５の放電においては、通常動作時スナバ回路９のコンデンサ９３は、負荷７を駆動する出力電圧に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時に生じるサージ電圧が加算された電圧（３２０Ｖよりも高い電圧）により常時充電される。従って、このコンデンサ９３の充電電圧が主制御電源３１に供給されると、主制御電源３１の許容電圧１８０Ｖを超過するため、主制御電源３１が過電圧故障となる。選択回路３４はこの主制御電源３１の故障を回避するため、蓄電池５の放電時は、常時ＤＣ／ＤＣ変換器３２の出力電圧を選択し、主制御電源３１に供給するのである。またこれにより主制御電源３１は、常時制御回路２に双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給できる。
【００８５】
一方、蓄電池５の充電時には、選択回路３４によりコンデンサ９３の直流電圧が選択され、主制御電源３１に供給される。蓄電池５の充電時においては、電源装置１０２の停止時は、コンデンサ９３は商用電源６により充電され、直流電圧は１４１Ｖとなっている。電源装置１０２が起動すると、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆのゲート遮断時のサージ電圧により、電荷がコンデンサ９３に蓄積され始め、直流電圧が上昇し、最終的には１６０Ｖを超えるが、主制御電源３１の入力として許容される最大電圧である１８０Ｖには到達しない程度の電圧となる。従って選択回路３４が、蓄電池５の充電時は、常時コンデンサ９３の直流電圧を選択することにより、主制御電源３１は、常時制御回路２に、双方向スイッチング素子８１ａ〜８１ｆを駆動するのに必要な電圧を供給できる。
【００８６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８７】
たとえば、上記第１実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器３２が蓄電池５から出力される電圧を昇圧する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ＤＣ／ＤＣ変換器３２が、蓄電池５から出力される電圧を降圧することにより、蓄電池５から出力される電圧を電力変換部８を駆動するのに適した電圧に変換するようにしてもよい。
【００８８】
また、上記第１実施形態では、蓄電池５の４０Ｖの直流電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により約１５０Ｖに昇圧される例を示したが、本発明はこれに限られない。蓄電池５の直流電圧は、４０Ｖ以外の電圧であってもよい。また、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧される電圧は、スナバ回路９のコンデンサ９３の充電完了後の直流充電電圧よりも低ければよい。
【００８９】
また、上記第１実施形態では、電源装置１００の起動時および停止時に、蓄電池５からの直流電圧が選択されて主制御電源３１に供給される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電源装置１００の通常動作時において、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧よりも低くなった場合にも、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧が選択されて主制御電源３１に供給される。また、蓄電池５の充電時において、スナバ回路９のコンデンサ９３の直流充電電圧がＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧よりも低くなった場合にも、ＤＣ／ＤＣ変換器３２により昇圧された直流電圧が選択されて主制御電源３１に供給される。
【００９０】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の選択回路３３が１つのダイオード３３ａにより構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の選択回路を２つ以上のダイオードによって構成してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
５ 蓄電池
６ 商用電源
７ 負荷
８、８ａ 電力変換部
９、９ａ スナバ回路
１０ リアクトル
３１ 主制御電源（制御電源）
３２ ＤＣ／ＤＣ変換器（直流電圧変換部）
３３ 選択回路
３３ａ ダイオード
４１、４２ スイッチ（選択スイッチ）
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｅ、８１ｆ 双方向スイッチング素子
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ、９１ｆ ダイオード（整流素子）
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ ダイオード（整流素子）
９３ コンデンサ
１００、１０１、１０２ 電源装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側に直流電源としての蓄電池が接続され、出力側に負荷または商用電源が選択して接続され、双方向に電力変換が可能な電力変換部と、
整流素子およびコンデンサを含み、少なくとも前記整流素子により出力交流電圧を整流して前記コンデンサを充電し、前記電力変換部の動作時に生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路と、
前記電力変換部を駆動するための電源電圧を作り出す主制御電源と、
前記蓄電池に基づく直流電圧と前記スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して前記主制御電源に供給する選択回路と、を備えた電源装置。
【請求項２】
前記電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有する請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記蓄電池の正極と前記電力変換部との間に設けられるリアクトルと、
前記電力変換部の出力側に、前記電力変換器と並列に接続されたコンデンサと、をさらに備え、
前記電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有し、前記リアクトルの一方端と、前記リアクトルの他方端と、前記蓄電池の負極とに接続されている、請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記蓄電池からの第１直流電圧を第２直流電圧に変換する直流電圧変換部をさらに備え、
前記選択回路は、前記直流電圧変換部により変換された前記第２直流電圧と、前記スナバ回路のコンデンサの直流充電電圧との高い方の電圧を選択して前記主制御電源に供給するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記直流電圧変換部は、前記第１直流電圧を前記第２直流電圧に昇圧するように構成されている、請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記直流電圧変換部により昇圧される前記第２直流電圧は、前記スナバ回路のコンデンサの直流充電電圧よりも低くなるように設定されている、請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
少なくとも前記電力変換部の起動時および停止時には、前記直流電圧変換部により昇圧された前記第２直流電圧が前記選択回路により選択されて前記主制御電源に供給されるように構成されている、請求項５または６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記選択回路は、ダイオードにより構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項９】
前記電力変換部の出力に対して、前記負荷もしくは前記商用電源を選択的に接続する選択スイッチをさらに備え、
前記蓄電池の充電時には前記選択スイッチを前記電力変換部の出力に対して前記商用電源が接続されるように切り替えることにより前記商用電源により前記スナバ回路のコンデンサが充電され、前記電力変換部が前記商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して前記蓄電池を充電し、前記電力変換部の双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧を前記スナバ回路が吸収するように構成されている、請求項２〜８のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１】
入力側に直流電源としての蓄電池が接続され、出力側に負荷または商用電源が選択して接続され、双方向に電力変換が可能な電力変換部と、
整流素子およびコンデンサを含み、少なくとも前記整流素子により出力交流電圧を整流して前記コンデンサを充電し、前記電力変換部の動作時に生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路と、
前記電力変換部を駆動するための電源電圧を作り出す主制御電源と、
前記蓄電池に基づく直流電圧と前記スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して前記主制御電源に供給する選択回路と、を備えた電源装置。
【請求項２】
前記電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有する請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記蓄電池の正極と前記電力変換部との間に設けられるリアクトルと、
前記電力変換部の出力側に、前記電力変換器と並列に接続されたコンデンサと、をさらに備え、
前記電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有し、前記リアクトルの一方端と、前記リアクトルの他方端と、前記蓄電池の負極とに接続されている、請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記蓄電池からの第１直流電圧を第２直流電圧に変換する直流電圧変換部をさらに備え、
前記選択回路は、前記直流電圧変換部により変換された前記第２直流電圧と、前記スナバ回路のコンデンサの直流充電電圧との高い方の電圧を選択して前記主制御電源に供給するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記直流電圧変換部は、前記第１直流電圧を前記第２直流電圧に昇圧するように構成されている、請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記直流電圧変換部により昇圧される前記第２直流電圧は、前記スナバ回路のコンデンサの直流充電電圧よりも低くなるように設定されている、請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
少なくとも前記電力変換部の起動時および停止時には、前記直流電圧変換部により昇圧された前記第２直流電圧が前記選択回路により選択されて前記主制御電源に供給されるように構成されている、請求項５または６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記選択回路は、ダイオードにより構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項９】
前記電力変換部の出力に対して、前記負荷もしくは前記商用電源を選択的に接続する選択スイッチをさらに備え、
前記蓄電池の充電時には前記選択スイッチを前記電力変換部の出力に対して前記商用電源が接続されるように切り替えることにより前記商用電源により前記スナバ回路のコンデンサが充電され、前記電力変換部が前記商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して前記蓄電池を充電し、前記電力変換部の双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧を前記スナバ回路が吸収するように構成されている、請求項２〜８のいずれか１項に記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−１１５０６０（Ｐ２０１２−１１５０６０Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２３０９（Ｐ２０１０−２６２３０９）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【出願人】（０００１６４４３８）九州電力株式会社 (245)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【出願人】（０００１６４４３８）九州電力株式会社 (245)
【Ｆターム（参考）】
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