ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
【課題】迅速なモード切換処理を行うことができる上、従来よりも半導体素子の導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができるＤＣ−ＤＣコンバータ回路を提供する。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６とインダクタＬとを備え、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３は、何れもインダクタＬの一端に接続されており、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６は、何れもインダクタＬの他端に接続されており、第１及び第４半導体スイッチＳ１，Ｓ４のインダクタＬの接続端とは反対側端に第１電圧源Ｅ１が接続され、第２及び第５半導体スイッチＳ２，Ｓ５のインダクタＬの接続端とは反対側端に第２電圧源Ｅ２が接続され、第３及び第６半導体スイッチＳ３，Ｓ６のインダクタＬの接続端とは反対側端に第１電圧源Ｅ１と第２電圧源Ｅ２との双方が接続される。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６とインダクタＬとを備え、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３は、何れもインダクタＬの一端に接続されており、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６は、何れもインダクタＬの他端に接続されており、第１及び第４半導体スイッチＳ１，Ｓ４のインダクタＬの接続端とは反対側端に第１電圧源Ｅ１が接続され、第２及び第５半導体スイッチＳ２，Ｓ５のインダクタＬの接続端とは反対側端に第２電圧源Ｅ２が接続され、第３及び第６半導体スイッチＳ３，Ｓ６のインダクタＬの接続端とは反対側端に第１電圧源Ｅ１と第２電圧源Ｅ２との双方が接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に関するものであり、特に、双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ回路における導通損低減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、例えば、第１及び第２直流電圧源（以下、単に第１及び第２電圧源という）の間に接続され、第１及び第２電圧源の出力電圧に基づき、第１電圧源から第２電圧源に電力を供給したり、或いは、第２電圧源から第１電圧源に電力を供給したりすることが可能な双方向形のスイッチング回路として用いられる。
【０００３】
例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、作業車両などの電動車両に用いられることがある。電動車両は、一般的に、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置からの直流電力をインバータ回路等の電力変換回路にて交流電力に変換して得られた交流電力でモータ等の車両駆動電動機を作動させるようになっている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、第１電圧源として作用する蓄電装置と、インバータ回路等の電力変換回路が接続された第２電圧源との間に設けられ、力行モード時には蓄電装置から電力変換回路に電力を供給する一方、回生モード時には電力変換回路から蓄電装置に電力を供給することが可能な構成とされている。
【０００４】
従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路として、例えば、下記特許文献１に記載のチョッパ回路（特許文献１の図１参照）がある。
【０００５】
図１０は、従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一例を示す回路図である。図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、第１から第４までの半導体スイッチ１２１〜１２４と、第１から第４までのダイオード１２５〜１２８と、インダクタ１２９とを備えている。
【０００６】
第１から第４半導体スイッチ１２１〜１２４は、何れも一方向にのみ電流を流すことができる半導体デバイスである。第１及び第２ダイオード１２５，１２６は、それぞれ、第１及び第２半導体スイッチ１２１，１２２に対して電流を流すことができる方向を逆にしてそれぞれ並列接続されており、第１半導体スイッチ１２１に並列接続された第１ダイオード１２５のカソード側と、第２半導体スイッチ１２２に並列接続された第２ダイオード１２６のアノード側とが接続されている。
【０００７】
第３半導体スイッチ１２３の電流流入側と第１半導体スイッチ１２１に並列接続された第１ダイオード１２５のカソード側とが接続されており、第４ダイオード１２８のカソード側と第２半導体スイッチ１２２に並列接続された第２ダイオード１２６のアノード側とが接続されている。
【０００８】
インダクタ１２９は、一端が第３半導体スイッチ１２３の電流流出側及び第３ダイオード１２７のカソード側の双方に接続され、かつ、他端が第４ダイオード１２８のアノード側及び第４半導体スイッチ１２４の電流流入側の双方に接続されている。
【０００９】
そして、図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、第１半導体スイッチ１２１に並列接続された第１ダイオード１２５のアノード側と第３ダイオード１２７のアノード側との間に第１電圧源１１０が接続され、第２半導体スイッチ１２２に並列接続された第２ダイオード１２６のカソード側と第４半導体スイッチ１２４の電流流出側との間に第２電圧源１２０が接続されるようになっている。
【００１０】
このような従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路では、各半導体スイッチ１２１〜１２４のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、次の力行モード及び回生モードを例示できる。
【００１１】
図１１は、図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において力行モードで動作している状態を示す図である。
【００１２】
力行モードは、例えば、図１１に示すように、第１電圧源１１０から第１ダイオード１２５、第３半導体スイッチ１２３、インダクタ１２９及び第４半導体スイッチ１２４を経て第１電圧源１１０に戻る電流経路Ｒａを形成するモードとされている。
【００１３】
また、図１２は、図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において回生モードで動作している状態を示す図である。
【００１４】
回生モードは、例えば、図１２に示すように、第１電圧源１１０から第３ダイオード１２７、インダクタ１２９及び第４ダイオード１２８及び第１半導体スイッチ１２１を経て第１電圧源１１０に戻る電流経路Ｒｂを形成するモードとされている。
【００１５】
このような従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路では、力行モードの電流経路Ｒａ及び回生モードの電流経路Ｒｂにおいて、インダクタ１２９に流れる電流の向きを一定方向にしている。こうすることで、各半導体スイッチ１２１〜１２４のオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、インダクタ１２９に流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。しかし、第１電圧源１１０の出力電圧Ｖ１が第２電圧源１２０の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、第１及び第２ダイオード１２５，１２６がオン状態となり、出力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２とが等しくなるため、第２電圧源１２０の出力電圧Ｖ２を第１電圧源１１０の出力電圧Ｖ１以下に降圧することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１５１３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路においては、電流が通過する半導体素子の数が多くなれば、それだけ導通損が大きくなり、それに伴って電力変換効率が低下する。
【００１８】
図１０に示す従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路では、半導体素子として、例えば、力行モード（図１１参照）で第１ダイオード１２５及び第３半導体スイッチ１２３及び第４半導体スイッチ１２４に電流が通過することになる。また、回生モード（図１２参照）で第３ダイオード１２７、第４ダイオード１２８及び第１半導体スイッチ１２１に電流が通過することになる。つまり、力行モード及び回生モードの何れのモードにおいても、少なくとも三つの半導体素子に対して電流が通過するため、それだけ導通損が大きくなり、それに伴って電力変換効率が低下する。
【００１９】
そこで、本発明は、力行モードと回生モードとの迅速なモード切換処理を行うことができる上、従来よりも半導体素子の導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができるＤＣ−ＤＣコンバータ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】
【００２０】
本発明は、前記課題を解決するために、それぞれが一方向に電流を流すことができる第１から第６までの半導体スイッチと、インダクタとを備え、前記第１から第３までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの一端に対して電流が流入する向きに接続されており、前記第４から第６までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの他端に対して電流が流出する向きに接続されており、前記第１及び第４の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第１電圧源の陽極側が接続され、前記第２及び第５の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第２電圧源の陽極側が接続され、前記第３及び第６の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に前記第１電圧源の陰極側と前記第２電圧源の陰極側との双方が接続されることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路を提供する。
【００２１】
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路によれば、前記第１電圧源と前記第２電圧源との間で双方向に出力電圧の昇降圧を行うことができる。また、前記第１電圧源と前記第２電圧源との間で双方向に電力を供給することができる。さらに、前記インダクタに流れる電流の向きを一定方向にすることができる。こうすることで、前記各半導体スイッチのオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、前記インダクタに流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。しかも、少なくとも二つの半導体素子（従来に比べて３分の２の半導体素子）に対して電流を通過させることができ、それだけ導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができる。なお、この作用効果については、以下の実施の形態で詳しく説明する。
【００２２】
ところで、インバータ回路等の電力変換回路に利用されているモジュールとして、二つの逆導通形の半導体素子を直列接続して一体的に形成したモジュール（いわゆる２ｉｎ１モジュール）が市販されている。本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路おいて、電力容量等の設計仕様によっては、この２ｉｎ１モジュールを用いることが好ましい場合がある。
【００２３】
かかる観点から、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、２ｉｎ１モジュールを適用できる回路を構成することが可能な態様として、前記第１から第６までの半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第１から第６までの半導体スイッチに並列接続された第１から第６までのダイオードと、前記第１から第６までの半導体スイッチと前記インダクタとの間に、それぞれ、前記第１から第６までのダイオードと逆方向に電流を流すことができるように接続された第７から第１２までのダイオードとをさらに備えている態様を例示できる。
【００２４】
なお、前記半導体スイッチとしては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）及びＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）等の半導体スイッチを例示できる。前記逆導通形の半導体素子としては、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ等の半導体スイッチに対して電流を流すことができる方向を逆にしてダイオードを並列接続した半導体素子、ＭＯＳＦＥＴ等のように半導体の構造的に寄生ダイオード（または、ボディダイオード）が存在する半導体素子を例示でき、例えば、逆導通形のＩＧＢＴ素子、逆導通形のＭＯＳＦＥＴ素子、逆導通形のＧＴＯ素子を挙げることができる。
【００２５】
また、各半導体スイッチに対して、それぞれ、ゲートドライブ電源を用いてもよいが、電力容量等の設計仕様によっては、半導体スイッチに対して共通のゲートドライブ電源を用いてゲートドライブ電源の個数を削減することが好ましい場合がある。
【００２６】
かかる観点から、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な態様として、前記第１から第３までの半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第１から第３までの半導体スイッチに並列接続された第１から第３までのダイオードと、前記第１の半導体スイッチと前記第１電圧源の陽極側との間に、前記第１のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第４のダイオードと、前記第２の半導体スイッチと前記第２電圧源の陽極側との間に、前記第２のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第５のダイオードと、前記第３の半導体スイッチと前記第１電圧源及び前記第２電圧源の双方の陰極側との間に、前記第３のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第６のダイオードとをさらに備えている態様を例示できる。
【００２７】
また、高電圧による前記第１から第６までの半導体スイッチの破壊を防止する観点からは、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、次の（ａ）から（ｃ）までの態様にすることが好ましい。すなわち、
（ａ）の態様として、前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの１個以上の半導体スイッチと、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの１個以上の半導体スイッチとを常時オン状態とするための手段を備える態様を例示できる。
【００２８】
（ｂ）の態様として、前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とし、かつ、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするための手段を備える態様を例示できる。
【００２９】
（ｃ）の態様として、前記インダクタに電流が流れている状態で、前記第１から第６までの半導体スイッチのオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とするための手段、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするための手段を備える態様を例示できる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によると、力行モードと回生モードとの迅速なモード切換処理を行うことができる上、従来よりも半導体素子の導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができるＤＣ−ＤＣコンバータ回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路を示す回路図である。
【図２】図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータにおいて力行モードで動作している状態を示す図であって、図（ａ）は、第１モードを示す図であり、図（ｂ）は、第２モードを示す図であり、図（ｃ）は、第３モードを示す図である。
【図３】図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータにおいて回生モードで動作している状態を示す図であって、図（ａ）は、第４モードを示す図であり、図（ｂ）は、第５モードを示す図であり、図（ｃ）は、第６モードを示す図である。
【図４】図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において環流モードで動作している状態を示す図であって、図（ａ）は、第７モードを示す図であり、図（ｂ）は、第８モードを示す図であり、図（ｃ）は、第９モードを示す図である。
【図５】第１から第６半導体スイッチに用いることができる２ｉｎ１モジュールの例を示す図である。
【図６】２ｉｎ１モジュールを適用できる回路を構成することが可能な第１実施例の回路図である。
【図７】ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な第２実施例の回路図である。
【図８】第３制御例において第１から第９モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図であって、図（ａ）は、第１モードの状態を示す図であり、図（ｂ）は、転流状態における電流経路が一通りである場合の一例である第１モードから第２モードへの転流状態を示す図であり、図（ｃ）は、第２モードの状態を示す図である。
【図９】第３制御例において第１から第９モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図であって、図（ａ）は、第１モードの状態を示す図であり、図（ｂ）は、転流状態における電流経路が二通りであり、第１電圧源の出力電圧と第２電圧源の出力電圧との大小関係によって電流経路が異なる場合の一例である第１モードから第５モードへの転流状態を示す図であり、図（ｃ）は、第５モードの状態を示す図である。
【図１０】従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一例を示す回路図である。
【図１１】図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において力行モードで動作している状態を示す図である。
【図１２】図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において回生モードで動作している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０を示す回路図である。
【００３４】
図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６と、インダクタＬとを備えている。
【００３５】
第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６は、それぞれが一方向に電流を流すことができる半導体デバイスとされている。
【００３６】
第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３は、何れもインダクタＬの一端（接続点Ｂ参照）に対して電流が流入する向きに接続されている。
【００３７】
第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６は、何れもインダクタＬの他端（接続点Ｃ参照）に対して電流が流出する向きに接続されている。
【００３８】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１及び第４半導体スイッチＳ１，Ｓ４のインダクタＬの接続端とは反対側端（接続点Ａ参照）に第１電圧源Ｅ１の陽極側が接続され、第２及び第５半導体スイッチＳ２，Ｓ５のインダクタＬの接続端とは反対側端（接続点Ｄ参照）に第２電圧源Ｅ２の陽極側が接続されるようになっている。
【００３９】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第３及び第６半導体スイッチＳ３，Ｓ６のインダクタＬの接続端とは反対側端に第１電圧源Ｅ１の陰極側（接続点Ｅ参照）と第２電圧源Ｅ２の陰極側（接続点Ｅ参照）との双方が接続されるようになっている。
【００４０】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０が作業車両に適用される場合には、例えば、第１及び第２電圧源Ｅ１，Ｅ２は、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置とすることができる。また、第１及び第２電圧源Ｅ１，Ｅ２には、モータ等の車両駆動電動機を作動させるインバータ回路等の電力変換回路を接続することができる。
【００４１】
本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、さらに制御装置２０を備えている。制御装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部２１と、記憶部２２とを備えている。記憶部２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶メモリを含み、各種制御プログラムや必要な関数およびテーブルや、各種のデータを記憶するようになっている。
【００４２】
制御装置２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０の第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のスイッチング動作を制御するように構成されている。
【００４３】
本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、力行モードで動作する次の第１モードから第３モードと、回生モードで動作する次の第４モードから第６モードとを例示できる。
【００４４】
図２は、図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において力行モードで動作している状態を示す図である。図２（ａ）は、第１モードを示しており、図２（ｂ）は、第２モードを示しており、図２（ｃ）は、第３モードを示している。
【００４５】
また、図３は、図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において回生モードで動作している状態を示す図である。図３（ａ）は、第４モードを示しており、図３（ｂ）は、第５モードを示しており、図３（ｃ）は、第６モードを示している。
【００４６】
力行モードにおいては、例えば、第１モードは、図２（ａ）に示すように、第１及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ６がオン状態となり、それ以外の第２から第５半導体スイッチＳ２〜Ｓ５がオフ状態となって、第１電圧源Ｅ１から第１半導体スイッチＳ１、インダクタＬ及び第６半導体スイッチＳ６を経て第１電圧源Ｅ１に戻る第１電流経路Ｒ１を形成するモードとすることができる。
【００４７】
第２モードは、図２（ｂ）に示すように、第１及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ５がオン状態となり、それ以外の第２から第４及び第６半導体スイッチＳ２〜Ｓ４，Ｓ６がオフ状態となって、第１電圧源Ｅ１から第１半導体スイッチＳ１、インダクタＬ、第５半導体スイッチＳ５及び第２電圧源Ｅ２を経て第１電圧源Ｅ１に戻る第２電流経路Ｒ２を形成するモードとすることができる。
【００４８】
第３モードは、図２（ｃ）に示すように、第３及び第５半導体スイッチＳ３，Ｓ５がオン状態となり、それ以外の第１、第２、第４及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオフ状態となって、第２電圧源Ｅ２から第３半導体スイッチＳ３、インダクタＬ及び第５半導体スイッチＳ５を経て第２電圧源Ｅ２に戻る第３電流経路Ｒ３を形成するモードとすることができる。
【００４９】
そして、力行モードを実行するときは、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２との大小関係に応じて、第１モードと第２モードと第３モードとのうち少なくとも二つのモードを短い周期（例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の何れかの周期）で切り換える各種切り換え動作を実行することができる。
【００５０】
具体的には、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、例えば、第２モードと第３モードとを切り換える切り換え動作を実行することができ、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、例えば、第１モードと第２モードとを切り換える切り換え動作を実行することができる。第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２とが等しい場合には、例えば、第１モードと第３モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第２モードのみを実行することができる。なお、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２とがほぼ等しい場合（電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差の絶対値が所定範囲内にある場合）に、第１モードと第３モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第２モードのみを実行してもよい。
【００５１】
また、回生モードにおいては、例えば、第４モードは、図３（ａ）に示すように、第２及び第６半導体スイッチＳ２，Ｓ６がオン状態となり、それ以外の第１、第３、第４及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５がオフ状態となって、第２電圧源Ｅ２から第２半導体スイッチＳ２、インダクタＬ及び第６半導体スイッチＳ６を経て第２電圧源Ｅ２に戻る第４電流経路Ｒ４を形成するモードとすることができる。
【００５２】
第５モードは、図３（ｂ）に示すように、第２及び第４半導体スイッチＳ２，Ｓ４がオン状態となり、それ以外の第１、第３、第５及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６がオフ状態となって、第２電圧源Ｅ２から第２半導体スイッチＳ２、インダクタＬ、第４半導体スイッチＳ４及び第１電圧源Ｅ１を経て第２電圧源Ｅ２に戻る第５電流経路Ｒ５を形成するモードとすることができる。
【００５３】
第６モードは、図３（ｃ）に示すように、第３及び第４半導体スイッチＳ３，Ｓ４がオン状態となり、それ以外の第１、第２、第５及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６がオフ状態となって、第１電圧源Ｅ１から第３半導体スイッチＳ３、インダクタＬ及び第４半導体スイッチＳ４を経て第１電圧源Ｅ１に戻る第６電流経路Ｒ６を形成するモードとすることができる。
【００５４】
そして、回生モードを実行するときは、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２との大小関係に応じて、第４モードと第５モードと第６モードとのうち少なくとも二つのモードを短い周期（例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の何れかの周期）で切り換える各種切り換え動作を実行することができる。
【００５５】
具体的には、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、例えば、第４モードと第５モードとを切り換える切り換え動作を実行することができ、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、例えば、第５モードと第６モードとを切り換える切り換え動作を実行することができる。第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２とが等しい場合には、例えば、第４モードと第６モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第５モードのみを実行することができる。なお、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２とがほぼ等しい場合（電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差の絶対値が所定範囲内にある場合）に、第４モードと第６モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第５モードのみを実行してもよい。
【００５６】
本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、環流モードで動作する次の第７モードから第９モードを実行してもよい。
【００５７】
図４は、図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において環流モードで動作している状態を示す図である。図４（ａ）は、第７モードを示しており、図４（ｂ）は、第８モードを示しており、図４（ｃ）は、第９モードを示している。
【００５８】
環流モードにおいては、例えば、第７モードは、図４（ａ）に示すように、第１及び第４半導体スイッチＳ１，Ｓ４がオン状態となり、それ以外の第２、第３、第５及び第６半導体スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６がオフ状態となって、インダクタＬ、第４半導体スイッチＳ４及び第１半導体スイッチＳ１を環流する第７電流経路Ｒ７を形成するモードとすることができる。
【００５９】
第８モードは、図４（ｂ）に示すように、第３及び第６半導体スイッチＳ３，Ｓ６がオン状態となり、それ以外の第１、第２、第４及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５がオフ状態となって、インダクタＬ、第６半導体スイッチＳ６、第３半導体スイッチＳ３を環流する第８電流経路Ｒ８を形成するモードとすることができる。
【００６０】
第９モードは、図４（ｃ）に示すように、第２及び第５半導体スイッチＳ２，Ｓ５がオン状態となり、それ以外の第１、第３、第４及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６がオフ状態となって、インダクタＬ、第５半導体スイッチＳ５及び第２半導体スイッチＳ２を環流する第９電流経路Ｒ９を形成するモードとすることができる。
【００６１】
なお、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１、第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２は、図示を省略した電圧計にて測定することができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１０では、第１電圧源Ｅ１と第２電圧源Ｅ２との間で双方向に出力電圧Ｖ１，Ｖ２の昇降圧を行うことができる。また、第１電圧源Ｅ１と第２電圧源Ｅ２との間で双方向に電力を供給することができる。さらに、インダクタＬに流れる電流の向きを一定方向にすることができる。こうすることで、各半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、インダクタＬに流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。また、インダクタＬに流れる電流の向きを一定方向することができるので、電磁オフセット型のインダクタＬを使用することができ、これにより、小型化を実現することが可能となる。しかも、半導体スイッチとして、例えば、第１モード（図２（ａ）参照）で第１及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ６に、第２モード（図２（ｂ）参照）で第１及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ５に、第３モード（図２（ｃ）参照）で第３及び第５半導体スイッチＳ３，Ｓ５にそれぞれ電流が通過するだけで済む。また、第４モード（図３（ａ）参照）で第２及び第６半導体スイッチＳ２，Ｓ６に、第５モード（図３（ｂ）参照）で第２及び第４半導体スイッチＳ２，Ｓ４に、第６モード（図３（ｃ）参照）で第３及び第４半導体スイッチＳ３，Ｓ４にそれぞれ電流が通過するだけで済む。つまり、第１モードから第６モードの何れのモードにおいても（力行モード及び回生モードの何れにおいても）、少なくとも二つの半導体素子（従来に比べて２分の３の半導体素子）に対して電流を通過させることができ、それだけ導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができる。
【００６３】
特に、各モードの切り換え周期が短い程、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のスイッチングロスが大きくなるため、それだけ前記した作用効果を有効なものとすることができる。
【００６４】
なお、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６に用いることができる半導体スイッチとして、例えば、逆阻止形のＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯ等を用いることができる。
【００６５】
また、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６は、例えば、二つの逆導通形の半導体素子を直列接続して一体的に形成した２ｉｎ１モジュールを用いることができる。
【００６６】
図５は、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６に用いることができる２ｉｎ１モジュールの例を示す図である。図５に示す例では、２ｉｎ１モジュールＭを逆導通形のＩＧＢＴ素子で構成している。但し、それに限定されるものではなく、例えば、２ｉｎ１モジュールを逆導通形のＭＯＳＦＥＴ素子で構成してもよいし、逆導通形のＧＴＯ素子で構成してよい。
【００６７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、２ｉｎ１モジュールを適用できる回路を構成することが可能な実施例として、次の第１実施例を例示できる。
【００６８】
［第１実施例］
図６は、２ｉｎ１モジュールを適用できる回路を構成することが可能な第１実施例の回路図である。なお、図６に示す各接続点Ａ〜Ｄは、図１に示す各接続点Ａ〜Ｄに対応している。このことは、後述する図７の回路についても同様である。
【００６９】
第１実施例では、図６に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１から第１２ダイオードＤ１〜Ｄ１２をさらに備えている。
【００７０】
第１から第６ダイオードＤ１〜Ｄ６は、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６が、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６に並列接続されている。
【００７１】
第７ダイオードＤ７は、第１半導体スイッチＳ１とインダクタＬ（接続点Ｂ参照）との間に、第１ダイオードＤ１と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第８ダイオードＤ８は、第２半導体スイッチＳ２とインダクタＬ（接続点Ｂ参照）との間に、第２ダイオードＤ２と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第９ダイオードＤ９は、第３半導体スイッチＳ３とインダクタＬ（接続点Ｂ参照）との間に、第３ダイオードＤ３と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００７２】
また、第１０ダイオードＤ１０は、第４半導体スイッチＳ４とインダクタＬ（接続点Ｃ参照）との間に、第４ダイオードＤ４と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第１１ダイオードＤ１１は、第５半導体スイッチＳ５とインダクタＬ（接続点Ｃ参照）との間に、第５ダイオードＤ５と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第１２ダイオードＤ１２は、第６半導体スイッチＳ６とインダクタＬ（接続点Ｃ参照）との間に、第６ダイオードＤ６と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００７３】
この第１実施例では、第４半導体スイッチＳ４と第４ダイオードＤ４とからなる半導体素子を上アームの第１逆導通形の半導体素子Ｈ１とし、第１半導体スイッチＳ１と第１ダイオードＤ１とからなる半導体素子を下アームの第２逆導通形の半導体素子Ｈ２とすることができる。
【００７４】
これより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第１逆導通形の半導体素子Ｈ１と第２逆導通形の半導体素子Ｈ２とを直列接続して一体的に形成した２ｉｎ１モジュールＭ１を用いることができる。
【００７５】
また、第５半導体スイッチＳ５と第５ダイオードＤ５とからなる半導体素子を上アームの第３逆導通形の半導体素子Ｈ３とし、第２半導体スイッチＳ２と第２ダイオードＤ２とからなる半導体素子を下アームの第４逆導通形の半導体素子Ｈ４とすることができる。
【００７６】
これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第３逆導通形の半導体素子Ｈ３と第４逆導通形の半導体素子Ｈ４とを直列接続して一体的に形成した２ｉｎ１モジュールＭ２を用いることができる。
【００７７】
また、第６半導体スイッチＳ６と第６ダイオードＤ６とからなる半導体素子を上アームの第５逆導通形の半導体素子Ｈ５とし、第３半導体スイッチＳ３と第３ダイオードＤ３とからなる半導体素子を下アームの第６逆導通形の半導体素子Ｈ６とすることができる。
【００７８】
これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第５逆導通形の半導体素子Ｈ５と第６逆導通形の半導体素子Ｈ６とを直列接続して一体的に形成した２ｉｎ１モジュールＭ３を用いることができる。
【００７９】
このように、２ｉｎ１モジュールＭ１〜Ｍ３を用いることができるので、使い勝手のよい回路構成を実現することが可能となる。
【００８０】
ところで、第１実施例の回路構成では、図６に示すように、第１から第３ダイオードＤ１〜Ｄ３の何れにおいても共通アノードをとり得る構成にはなっていない。例えば、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３がＩＧＢＴである場合、共通のエミッタをとり得る構成にはなっていない。また、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３がＭＯＳＦＥＴである場合、共通のソースをとり得る構成にはなっていない。また、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３がＧＴＯである場合、共通のカソードをとり得る構成にはなっていない。
【００８１】
このために、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３のそれぞれに対して設けられるゲートドライブ電源（図示せず）、すなわち、合計３個のゲートドライブ電源が必要となる。
【００８２】
かかる観点から、本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な実施例として、次の第２実施例を例示できる。
【００８３】
［第２実施例］
図７は、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な第２実施例の回路図である。なお、図７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０においてインダクタＬの接続点Ｂ側の部分を示している。
【００８４】
第２実施例では、図７に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１から第６ダイオードＤ１〜Ｄ６をさらに備えている。
【００８５】
第１から第３ダイオードＤ１〜Ｄ３は、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３に並列接続されている。
【００８６】
第４ダイオードＤ４は、第１半導体スイッチＳ１と第１電圧源Ｅ１の陽極側（接続点Ａ参照）との間に、第１ダイオードＤ１と逆の方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００８７】
第５ダイオードＤ５は、第２半導体スイッチＳ２と第２電圧源Ｅ２の陽極側（接続点Ｄ参照）との間に、第２ダイオードＤ２と逆の方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００８８】
第６ダイオードＤ６は、第３半導体スイッチＳ３と第１電圧源Ｅ１及び第２電圧源Ｅ２の双方の陰極側（接続点Ｅ参照）の間に、第３ダイオードＤ３と逆の方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００８９】
この第２実施例では、第１ダイオードＤ１のアノード側と第２ダイオードＤ２のアノード側と第３ダイオードＤ３のアノード側とが接続されており、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２及び第３ダイオードに対して共通アノードとすることができる（破線部α参照）。
【００９０】
これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第１半導体スイッチＳ１、第２半導体スイッチＳ２及び第３半導体スイッチＳ３に対して同一の（共通の）ゲートドライブ電源（図示せず）とすることができる。従って、第１半導体スイッチＳ１、第２半導体スイッチＳ２及び第３半導体スイッチＳ３に対して１個のゲートドライブ電源で済むことになる。
【００９１】
次に、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の制御装置２０による制御例について説明する。
【００９２】
本実施の形態では、インダクタＬに電流が流れている場合においては、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が全てオフ状態となるか、或いは／さらに、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６が全てオフ状態となると、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６に高電圧が印加され、これにより第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の何れかの半導体スイッチが破壊することがある。
【００９３】
かかる観点から、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、制御装置２０による次のスイッチング動作の第１制御例から第３制御例を行う保護機能を備えている。
【００９４】
なお、次の第１制御例から第３制御例において、インダクタＬに流れる電流は、図示を省略した電流計にて測定することができる。制御装置２０は、この電流計の検出結果に基づきインダクタＬに電流が流れているか否かを認識することができる。
【００９５】
［第１制御例］
第１制御例では、制御装置２０は、インダクタＬに電流が流れている場合は、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３のうちの１個以上の半導体スイッチと、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６のうちの１個以上の半導体スイッチとを常時オン状態とするように、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の制御電圧を制御する構成とされている。
【００９６】
こうすることで、インダクタＬに電流が流れている場合に、インダクタＬを含む電流経路を確保することができる。
【００９７】
例えば、インダクタＬに電流が流れている場合において、第１半導体スイッチＳ１及び第６半導体スイッチＳ６がオン状態であれば、第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成される。第１半導体スイッチＳ１及び第５半導体スイッチＳ５がオン状態であれば、第２電流経路Ｒ２（図２（ｂ）参照）が形成される。第３半導体スイッチＳ３及び第５半導体スイッチＳ５がオン状態であれば、第３電流経路Ｒ３（図２（ｃ））が形成される。
【００９８】
また、例えば、インダクタＬに電流が流れている場合において、第２半導体スイッチＳ２及び第６半導体スイッチＳ６がオン状態であれば、第４電流経路Ｒ４（図３（ａ）参照）が形成される。第２半導体スイッチＳ２及び第４半導体スイッチＳ４がオン状態であれば、第５電流経路Ｒ５（図３（ｂ）参照）が形成される。第３半導体スイッチＳ３及び第４半導体スイッチＳ４がオン状態であれば、第６電流経路Ｒ６（図３（ｃ）参照）が形成される。
【００９９】
また、例えば、インダクタＬに電流が流れている場合において、第１半導体スイッチＳ１及び第４半導体スイッチＳ４がオン状態であれば、第７電流経路Ｒ７（図４（ａ）参照）が形成される。第３半導体スイッチＳ３及び第６半導体スイッチＳ６がオン状態であれば、第８電流経路Ｒ８（図４（ｂ））が形成される。第２半導体スイッチＳ２及び第５半導体スイッチＳ５がオン状態であれば、第９電流経路Ｒ９（図４（ｃ）参照）が形成される。
【０１００】
このように第１制御例では、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が全てオフ状態となるか、或いは／さらに、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。
【０１０１】
［第２制御例］
第２制御例では、制御装置２０は、インダクタＬに電流が流れている場合は、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３のうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３のうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とし、かつ、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６のうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６のうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするように、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の制御電圧を制御する構成とされている。
【０１０２】
こうすることで、インダクタＬに電流が流れている場合に、インダクタＬを含む電流経路を確保することができる。
【０１０３】
例えば、インダクタＬに電流が流れている場合において、オフ状態とする第２及び第３半導体スイッチＳ２，Ｓ３をオフ状態とする前に、それ以外の第１半導体スイッチＳ１を事前にオン状態にし、オフ状態とする第４及び第５半導体スイッチＳ４，Ｓ５をオフ状態とする前に、それ以外の第６半導体スイッチＳ６を事前にオン状態にすると仮定すると、全ての半導体スイッチＳ１〜Ｓ６がオン状態となり、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成され、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、第４電流経路Ｒ４（図３（ａ）参照）が形成される。
【０１０４】
このように第２制御例では、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が全てオフ状態となるか、或いは／さらに、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。
【０１０５】
［第３制御例］
第３制御例では、制御装置２０は、インダクタＬに電流が流れている状態で、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とするか、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするように、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の制御電圧を制御する構成とされている。
【０１０６】
図８及び図９は、何れも第３制御例において第１から第９モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図である。
【０１０７】
図８（ａ）は、第１モードの状態を示しており、図８（ｂ）は、転流状態における電流経路が一通りである場合の一例である第１モードから第２モードへの転流状態を示しており、図８（ｃ）は、第２モードの状態を示している。
【０１０８】
図８（ａ）に示す状態では、第１モードにより第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成される。
【０１０９】
次に、図８（ｂ）に示す状態では、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチ（ここでは第１及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ６）が動作モードの変更後も一定時間オン状態となる。または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチ（ここでは第１及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ５）が動作モードの変更前に一定時間オン状態となる。このとき、第１、第５及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ５，Ｓ６がオン状態となり、結果、第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成される。
【０１１０】
そして、図８（ｃ）に示す状態では、第２モードになり、第２電流経路Ｒ２（図２（ｂ）参照）が形成される。
【０１１１】
図９（ａ）は、第１モードの状態を示しており、図９（ｂ）は、転流状態における電流経路が二通りであり、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２との大小関係によって電流経路が異なる場合の一例である第１モードから第５モードへの転流状態を示しており、図９（ｃ）は、第５モードの状態を示している。
【０１１２】
図９（ａ）に示す状態では、第１モードにより第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成される。
【０１１３】
次に、図９（ｂ）に示す状態では、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチ（ここでは第１及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ６）が動作モードの変更後も一定時間オン状態となる。または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチ（ここでは第２及び第４半導体スイッチＳ２，Ｓ４）が動作モードの変更前に一定時間オン状態となる。このとき、第１、第２、第４及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオン状態となり、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合に第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成され、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも小さい場合に第４電流経路Ｒ４（図３（ａ）参照）が形成される。
【０１１４】
そして、図９（ｃ）に示す状態では、第５モードになり、第２電流経路Ｒ５（図３（ｂ）参照）が形成される。
【０１１５】
このように第３制御例では、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が全てオフ状態となるか、或いは／さらに、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１０ ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
２０ 制御装置
Ｄ１〜Ｄ１２ 第１から第１６ダイオード
Ｅ１ 第１電圧源
Ｅ２ 第２電圧源
Ｌ インダクタ
Ｓ１〜Ｓ６ 第１から第６半導体スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に関するものであり、特に、双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ回路における導通損低減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、例えば、第１及び第２直流電圧源（以下、単に第１及び第２電圧源という）の間に接続され、第１及び第２電圧源の出力電圧に基づき、第１電圧源から第２電圧源に電力を供給したり、或いは、第２電圧源から第１電圧源に電力を供給したりすることが可能な双方向形のスイッチング回路として用いられる。
【０００３】
例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、作業車両などの電動車両に用いられることがある。電動車両は、一般的に、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置からの直流電力をインバータ回路等の電力変換回路にて交流電力に変換して得られた交流電力でモータ等の車両駆動電動機を作動させるようになっている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、第１電圧源として作用する蓄電装置と、インバータ回路等の電力変換回路が接続された第２電圧源との間に設けられ、力行モード時には蓄電装置から電力変換回路に電力を供給する一方、回生モード時には電力変換回路から蓄電装置に電力を供給することが可能な構成とされている。
【０００４】
従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路として、例えば、下記特許文献１に記載のチョッパ回路（特許文献１の図１参照）がある。
【０００５】
図１０は、従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一例を示す回路図である。図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、第１から第４までの半導体スイッチ１２１〜１２４と、第１から第４までのダイオード１２５〜１２８と、インダクタ１２９とを備えている。
【０００６】
第１から第４半導体スイッチ１２１〜１２４は、何れも一方向にのみ電流を流すことができる半導体デバイスである。第１及び第２ダイオード１２５，１２６は、それぞれ、第１及び第２半導体スイッチ１２１，１２２に対して電流を流すことができる方向を逆にしてそれぞれ並列接続されており、第１半導体スイッチ１２１に並列接続された第１ダイオード１２５のカソード側と、第２半導体スイッチ１２２に並列接続された第２ダイオード１２６のアノード側とが接続されている。
【０００７】
第３半導体スイッチ１２３の電流流入側と第１半導体スイッチ１２１に並列接続された第１ダイオード１２５のカソード側とが接続されており、第４ダイオード１２８のカソード側と第２半導体スイッチ１２２に並列接続された第２ダイオード１２６のアノード側とが接続されている。
【０００８】
インダクタ１２９は、一端が第３半導体スイッチ１２３の電流流出側及び第３ダイオード１２７のカソード側の双方に接続され、かつ、他端が第４ダイオード１２８のアノード側及び第４半導体スイッチ１２４の電流流入側の双方に接続されている。
【０００９】
そして、図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、第１半導体スイッチ１２１に並列接続された第１ダイオード１２５のアノード側と第３ダイオード１２７のアノード側との間に第１電圧源１１０が接続され、第２半導体スイッチ１２２に並列接続された第２ダイオード１２６のカソード側と第４半導体スイッチ１２４の電流流出側との間に第２電圧源１２０が接続されるようになっている。
【００１０】
このような従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路では、各半導体スイッチ１２１〜１２４のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、次の力行モード及び回生モードを例示できる。
【００１１】
図１１は、図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において力行モードで動作している状態を示す図である。
【００１２】
力行モードは、例えば、図１１に示すように、第１電圧源１１０から第１ダイオード１２５、第３半導体スイッチ１２３、インダクタ１２９及び第４半導体スイッチ１２４を経て第１電圧源１１０に戻る電流経路Ｒａを形成するモードとされている。
【００１３】
また、図１２は、図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において回生モードで動作している状態を示す図である。
【００１４】
回生モードは、例えば、図１２に示すように、第１電圧源１１０から第３ダイオード１２７、インダクタ１２９及び第４ダイオード１２８及び第１半導体スイッチ１２１を経て第１電圧源１１０に戻る電流経路Ｒｂを形成するモードとされている。
【００１５】
このような従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路では、力行モードの電流経路Ｒａ及び回生モードの電流経路Ｒｂにおいて、インダクタ１２９に流れる電流の向きを一定方向にしている。こうすることで、各半導体スイッチ１２１〜１２４のオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、インダクタ１２９に流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。しかし、第１電圧源１１０の出力電圧Ｖ１が第２電圧源１２０の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、第１及び第２ダイオード１２５，１２６がオン状態となり、出力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２とが等しくなるため、第２電圧源１２０の出力電圧Ｖ２を第１電圧源１１０の出力電圧Ｖ１以下に降圧することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１５１３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路においては、電流が通過する半導体素子の数が多くなれば、それだけ導通損が大きくなり、それに伴って電力変換効率が低下する。
【００１８】
図１０に示す従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路では、半導体素子として、例えば、力行モード（図１１参照）で第１ダイオード１２５及び第３半導体スイッチ１２３及び第４半導体スイッチ１２４に電流が通過することになる。また、回生モード（図１２参照）で第３ダイオード１２７、第４ダイオード１２８及び第１半導体スイッチ１２１に電流が通過することになる。つまり、力行モード及び回生モードの何れのモードにおいても、少なくとも三つの半導体素子に対して電流が通過するため、それだけ導通損が大きくなり、それに伴って電力変換効率が低下する。
【００１９】
そこで、本発明は、力行モードと回生モードとの迅速なモード切換処理を行うことができる上、従来よりも半導体素子の導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができるＤＣ−ＤＣコンバータ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】
【００２０】
本発明は、前記課題を解決するために、それぞれが一方向に電流を流すことができる第１から第６までの半導体スイッチと、インダクタとを備え、前記第１から第３までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの一端に対して電流が流入する向きに接続されており、前記第４から第６までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの他端に対して電流が流出する向きに接続されており、前記第１及び第４の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第１電圧源の陽極側が接続され、前記第２及び第５の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第２電圧源の陽極側が接続され、前記第３及び第６の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に前記第１電圧源の陰極側と前記第２電圧源の陰極側との双方が接続されることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路を提供する。
【００２１】
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路によれば、前記第１電圧源と前記第２電圧源との間で双方向に出力電圧の昇降圧を行うことができる。また、前記第１電圧源と前記第２電圧源との間で双方向に電力を供給することができる。さらに、前記インダクタに流れる電流の向きを一定方向にすることができる。こうすることで、前記各半導体スイッチのオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、前記インダクタに流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。しかも、少なくとも二つの半導体素子（従来に比べて３分の２の半導体素子）に対して電流を通過させることができ、それだけ導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができる。なお、この作用効果については、以下の実施の形態で詳しく説明する。
【００２２】
ところで、インバータ回路等の電力変換回路に利用されているモジュールとして、二つの逆導通形の半導体素子を直列接続して一体的に形成したモジュール（いわゆる２ｉｎ１モジュール）が市販されている。本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路おいて、電力容量等の設計仕様によっては、この２ｉｎ１モジュールを用いることが好ましい場合がある。
【００２３】
かかる観点から、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、２ｉｎ１モジュールを適用できる回路を構成することが可能な態様として、前記第１から第６までの半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第１から第６までの半導体スイッチに並列接続された第１から第６までのダイオードと、前記第１から第６までの半導体スイッチと前記インダクタとの間に、それぞれ、前記第１から第６までのダイオードと逆方向に電流を流すことができるように接続された第７から第１２までのダイオードとをさらに備えている態様を例示できる。
【００２４】
なお、前記半導体スイッチとしては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）及びＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）等の半導体スイッチを例示できる。前記逆導通形の半導体素子としては、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ等の半導体スイッチに対して電流を流すことができる方向を逆にしてダイオードを並列接続した半導体素子、ＭＯＳＦＥＴ等のように半導体の構造的に寄生ダイオード（または、ボディダイオード）が存在する半導体素子を例示でき、例えば、逆導通形のＩＧＢＴ素子、逆導通形のＭＯＳＦＥＴ素子、逆導通形のＧＴＯ素子を挙げることができる。
【００２５】
また、各半導体スイッチに対して、それぞれ、ゲートドライブ電源を用いてもよいが、電力容量等の設計仕様によっては、半導体スイッチに対して共通のゲートドライブ電源を用いてゲートドライブ電源の個数を削減することが好ましい場合がある。
【００２６】
かかる観点から、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な態様として、前記第１から第３までの半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第１から第３までの半導体スイッチに並列接続された第１から第３までのダイオードと、前記第１の半導体スイッチと前記第１電圧源の陽極側との間に、前記第１のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第４のダイオードと、前記第２の半導体スイッチと前記第２電圧源の陽極側との間に、前記第２のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第５のダイオードと、前記第３の半導体スイッチと前記第１電圧源及び前記第２電圧源の双方の陰極側との間に、前記第３のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第６のダイオードとをさらに備えている態様を例示できる。
【００２７】
また、高電圧による前記第１から第６までの半導体スイッチの破壊を防止する観点からは、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、次の（ａ）から（ｃ）までの態様にすることが好ましい。すなわち、
（ａ）の態様として、前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの１個以上の半導体スイッチと、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの１個以上の半導体スイッチとを常時オン状態とするための手段を備える態様を例示できる。
【００２８】
（ｂ）の態様として、前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とし、かつ、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするための手段を備える態様を例示できる。
【００２９】
（ｃ）の態様として、前記インダクタに電流が流れている状態で、前記第１から第６までの半導体スイッチのオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とするための手段、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするための手段を備える態様を例示できる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によると、力行モードと回生モードとの迅速なモード切換処理を行うことができる上、従来よりも半導体素子の導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができるＤＣ−ＤＣコンバータ回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路を示す回路図である。
【図２】図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータにおいて力行モードで動作している状態を示す図であって、図（ａ）は、第１モードを示す図であり、図（ｂ）は、第２モードを示す図であり、図（ｃ）は、第３モードを示す図である。
【図３】図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータにおいて回生モードで動作している状態を示す図であって、図（ａ）は、第４モードを示す図であり、図（ｂ）は、第５モードを示す図であり、図（ｃ）は、第６モードを示す図である。
【図４】図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において環流モードで動作している状態を示す図であって、図（ａ）は、第７モードを示す図であり、図（ｂ）は、第８モードを示す図であり、図（ｃ）は、第９モードを示す図である。
【図５】第１から第６半導体スイッチに用いることができる２ｉｎ１モジュールの例を示す図である。
【図６】２ｉｎ１モジュールを適用できる回路を構成することが可能な第１実施例の回路図である。
【図７】ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な第２実施例の回路図である。
【図８】第３制御例において第１から第９モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図であって、図（ａ）は、第１モードの状態を示す図であり、図（ｂ）は、転流状態における電流経路が一通りである場合の一例である第１モードから第２モードへの転流状態を示す図であり、図（ｃ）は、第２モードの状態を示す図である。
【図９】第３制御例において第１から第９モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図であって、図（ａ）は、第１モードの状態を示す図であり、図（ｂ）は、転流状態における電流経路が二通りであり、第１電圧源の出力電圧と第２電圧源の出力電圧との大小関係によって電流経路が異なる場合の一例である第１モードから第５モードへの転流状態を示す図であり、図（ｃ）は、第５モードの状態を示す図である。
【図１０】従来のＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一例を示す回路図である。
【図１１】図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において力行モードで動作している状態を示す図である。
【図１２】図１０に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路において回生モードで動作している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０を示す回路図である。
【００３４】
図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６と、インダクタＬとを備えている。
【００３５】
第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６は、それぞれが一方向に電流を流すことができる半導体デバイスとされている。
【００３６】
第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３は、何れもインダクタＬの一端（接続点Ｂ参照）に対して電流が流入する向きに接続されている。
【００３７】
第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６は、何れもインダクタＬの他端（接続点Ｃ参照）に対して電流が流出する向きに接続されている。
【００３８】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１及び第４半導体スイッチＳ１，Ｓ４のインダクタＬの接続端とは反対側端（接続点Ａ参照）に第１電圧源Ｅ１の陽極側が接続され、第２及び第５半導体スイッチＳ２，Ｓ５のインダクタＬの接続端とは反対側端（接続点Ｄ参照）に第２電圧源Ｅ２の陽極側が接続されるようになっている。
【００３９】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第３及び第６半導体スイッチＳ３，Ｓ６のインダクタＬの接続端とは反対側端に第１電圧源Ｅ１の陰極側（接続点Ｅ参照）と第２電圧源Ｅ２の陰極側（接続点Ｅ参照）との双方が接続されるようになっている。
【００４０】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０が作業車両に適用される場合には、例えば、第１及び第２電圧源Ｅ１，Ｅ２は、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置とすることができる。また、第１及び第２電圧源Ｅ１，Ｅ２には、モータ等の車両駆動電動機を作動させるインバータ回路等の電力変換回路を接続することができる。
【００４１】
本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、さらに制御装置２０を備えている。制御装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部２１と、記憶部２２とを備えている。記憶部２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶メモリを含み、各種制御プログラムや必要な関数およびテーブルや、各種のデータを記憶するようになっている。
【００４２】
制御装置２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０の第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のスイッチング動作を制御するように構成されている。
【００４３】
本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、力行モードで動作する次の第１モードから第３モードと、回生モードで動作する次の第４モードから第６モードとを例示できる。
【００４４】
図２は、図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において力行モードで動作している状態を示す図である。図２（ａ）は、第１モードを示しており、図２（ｂ）は、第２モードを示しており、図２（ｃ）は、第３モードを示している。
【００４５】
また、図３は、図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において回生モードで動作している状態を示す図である。図３（ａ）は、第４モードを示しており、図３（ｂ）は、第５モードを示しており、図３（ｃ）は、第６モードを示している。
【００４６】
力行モードにおいては、例えば、第１モードは、図２（ａ）に示すように、第１及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ６がオン状態となり、それ以外の第２から第５半導体スイッチＳ２〜Ｓ５がオフ状態となって、第１電圧源Ｅ１から第１半導体スイッチＳ１、インダクタＬ及び第６半導体スイッチＳ６を経て第１電圧源Ｅ１に戻る第１電流経路Ｒ１を形成するモードとすることができる。
【００４７】
第２モードは、図２（ｂ）に示すように、第１及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ５がオン状態となり、それ以外の第２から第４及び第６半導体スイッチＳ２〜Ｓ４，Ｓ６がオフ状態となって、第１電圧源Ｅ１から第１半導体スイッチＳ１、インダクタＬ、第５半導体スイッチＳ５及び第２電圧源Ｅ２を経て第１電圧源Ｅ１に戻る第２電流経路Ｒ２を形成するモードとすることができる。
【００４８】
第３モードは、図２（ｃ）に示すように、第３及び第５半導体スイッチＳ３，Ｓ５がオン状態となり、それ以外の第１、第２、第４及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオフ状態となって、第２電圧源Ｅ２から第３半導体スイッチＳ３、インダクタＬ及び第５半導体スイッチＳ５を経て第２電圧源Ｅ２に戻る第３電流経路Ｒ３を形成するモードとすることができる。
【００４９】
そして、力行モードを実行するときは、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２との大小関係に応じて、第１モードと第２モードと第３モードとのうち少なくとも二つのモードを短い周期（例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の何れかの周期）で切り換える各種切り換え動作を実行することができる。
【００５０】
具体的には、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、例えば、第２モードと第３モードとを切り換える切り換え動作を実行することができ、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、例えば、第１モードと第２モードとを切り換える切り換え動作を実行することができる。第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２とが等しい場合には、例えば、第１モードと第３モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第２モードのみを実行することができる。なお、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２とがほぼ等しい場合（電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差の絶対値が所定範囲内にある場合）に、第１モードと第３モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第２モードのみを実行してもよい。
【００５１】
また、回生モードにおいては、例えば、第４モードは、図３（ａ）に示すように、第２及び第６半導体スイッチＳ２，Ｓ６がオン状態となり、それ以外の第１、第３、第４及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５がオフ状態となって、第２電圧源Ｅ２から第２半導体スイッチＳ２、インダクタＬ及び第６半導体スイッチＳ６を経て第２電圧源Ｅ２に戻る第４電流経路Ｒ４を形成するモードとすることができる。
【００５２】
第５モードは、図３（ｂ）に示すように、第２及び第４半導体スイッチＳ２，Ｓ４がオン状態となり、それ以外の第１、第３、第５及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６がオフ状態となって、第２電圧源Ｅ２から第２半導体スイッチＳ２、インダクタＬ、第４半導体スイッチＳ４及び第１電圧源Ｅ１を経て第２電圧源Ｅ２に戻る第５電流経路Ｒ５を形成するモードとすることができる。
【００５３】
第６モードは、図３（ｃ）に示すように、第３及び第４半導体スイッチＳ３，Ｓ４がオン状態となり、それ以外の第１、第２、第５及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６がオフ状態となって、第１電圧源Ｅ１から第３半導体スイッチＳ３、インダクタＬ及び第４半導体スイッチＳ４を経て第１電圧源Ｅ１に戻る第６電流経路Ｒ６を形成するモードとすることができる。
【００５４】
そして、回生モードを実行するときは、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２との大小関係に応じて、第４モードと第５モードと第６モードとのうち少なくとも二つのモードを短い周期（例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の何れかの周期）で切り換える各種切り換え動作を実行することができる。
【００５５】
具体的には、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、例えば、第４モードと第５モードとを切り換える切り換え動作を実行することができ、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、例えば、第５モードと第６モードとを切り換える切り換え動作を実行することができる。第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２とが等しい場合には、例えば、第４モードと第６モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第５モードのみを実行することができる。なお、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２とがほぼ等しい場合（電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差の絶対値が所定範囲内にある場合）に、第４モードと第６モードとを切り換える切り換え動作を実行するか、或いは、第５モードのみを実行してもよい。
【００５６】
本実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、環流モードで動作する次の第７モードから第９モードを実行してもよい。
【００５７】
図４は、図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において環流モードで動作している状態を示す図である。図４（ａ）は、第７モードを示しており、図４（ｂ）は、第８モードを示しており、図４（ｃ）は、第９モードを示している。
【００５８】
環流モードにおいては、例えば、第７モードは、図４（ａ）に示すように、第１及び第４半導体スイッチＳ１，Ｓ４がオン状態となり、それ以外の第２、第３、第５及び第６半導体スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６がオフ状態となって、インダクタＬ、第４半導体スイッチＳ４及び第１半導体スイッチＳ１を環流する第７電流経路Ｒ７を形成するモードとすることができる。
【００５９】
第８モードは、図４（ｂ）に示すように、第３及び第６半導体スイッチＳ３，Ｓ６がオン状態となり、それ以外の第１、第２、第４及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５がオフ状態となって、インダクタＬ、第６半導体スイッチＳ６、第３半導体スイッチＳ３を環流する第８電流経路Ｒ８を形成するモードとすることができる。
【００６０】
第９モードは、図４（ｃ）に示すように、第２及び第５半導体スイッチＳ２，Ｓ５がオン状態となり、それ以外の第１、第３、第４及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６がオフ状態となって、インダクタＬ、第５半導体スイッチＳ５及び第２半導体スイッチＳ２を環流する第９電流経路Ｒ９を形成するモードとすることができる。
【００６１】
なお、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１、第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２は、図示を省略した電圧計にて測定することができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１０では、第１電圧源Ｅ１と第２電圧源Ｅ２との間で双方向に出力電圧Ｖ１，Ｖ２の昇降圧を行うことができる。また、第１電圧源Ｅ１と第２電圧源Ｅ２との間で双方向に電力を供給することができる。さらに、インダクタＬに流れる電流の向きを一定方向にすることができる。こうすることで、各半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のオン状態及びオフ状態の動作切換により力行モードと回生モードとのモード切換を行う場合において、インダクタＬに流れる電流を反転させることがないので、その分、モード切換に要する時間を削減でき、迅速なモード切換処理を行うことができる。また、インダクタＬに流れる電流の向きを一定方向することができるので、電磁オフセット型のインダクタＬを使用することができ、これにより、小型化を実現することが可能となる。しかも、半導体スイッチとして、例えば、第１モード（図２（ａ）参照）で第１及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ６に、第２モード（図２（ｂ）参照）で第１及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ５に、第３モード（図２（ｃ）参照）で第３及び第５半導体スイッチＳ３，Ｓ５にそれぞれ電流が通過するだけで済む。また、第４モード（図３（ａ）参照）で第２及び第６半導体スイッチＳ２，Ｓ６に、第５モード（図３（ｂ）参照）で第２及び第４半導体スイッチＳ２，Ｓ４に、第６モード（図３（ｃ）参照）で第３及び第４半導体スイッチＳ３，Ｓ４にそれぞれ電流が通過するだけで済む。つまり、第１モードから第６モードの何れのモードにおいても（力行モード及び回生モードの何れにおいても）、少なくとも二つの半導体素子（従来に比べて２分の３の半導体素子）に対して電流を通過させることができ、それだけ導通損を低減でき、これにより電力変換効率を向上させることができる。
【００６３】
特に、各モードの切り換え周期が短い程、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のスイッチングロスが大きくなるため、それだけ前記した作用効果を有効なものとすることができる。
【００６４】
なお、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６に用いることができる半導体スイッチとして、例えば、逆阻止形のＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯ等を用いることができる。
【００６５】
また、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６は、例えば、二つの逆導通形の半導体素子を直列接続して一体的に形成した２ｉｎ１モジュールを用いることができる。
【００６６】
図５は、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６に用いることができる２ｉｎ１モジュールの例を示す図である。図５に示す例では、２ｉｎ１モジュールＭを逆導通形のＩＧＢＴ素子で構成している。但し、それに限定されるものではなく、例えば、２ｉｎ１モジュールを逆導通形のＭＯＳＦＥＴ素子で構成してもよいし、逆導通形のＧＴＯ素子で構成してよい。
【００６７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、２ｉｎ１モジュールを適用できる回路を構成することが可能な実施例として、次の第１実施例を例示できる。
【００６８】
［第１実施例］
図６は、２ｉｎ１モジュールを適用できる回路を構成することが可能な第１実施例の回路図である。なお、図６に示す各接続点Ａ〜Ｄは、図１に示す各接続点Ａ〜Ｄに対応している。このことは、後述する図７の回路についても同様である。
【００６９】
第１実施例では、図６に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１から第１２ダイオードＤ１〜Ｄ１２をさらに備えている。
【００７０】
第１から第６ダイオードＤ１〜Ｄ６は、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６が、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６に並列接続されている。
【００７１】
第７ダイオードＤ７は、第１半導体スイッチＳ１とインダクタＬ（接続点Ｂ参照）との間に、第１ダイオードＤ１と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第８ダイオードＤ８は、第２半導体スイッチＳ２とインダクタＬ（接続点Ｂ参照）との間に、第２ダイオードＤ２と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第９ダイオードＤ９は、第３半導体スイッチＳ３とインダクタＬ（接続点Ｂ参照）との間に、第３ダイオードＤ３と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００７２】
また、第１０ダイオードＤ１０は、第４半導体スイッチＳ４とインダクタＬ（接続点Ｃ参照）との間に、第４ダイオードＤ４と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第１１ダイオードＤ１１は、第５半導体スイッチＳ５とインダクタＬ（接続点Ｃ参照）との間に、第５ダイオードＤ５と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。第１２ダイオードＤ１２は、第６半導体スイッチＳ６とインダクタＬ（接続点Ｃ参照）との間に、第６ダイオードＤ６と逆方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００７３】
この第１実施例では、第４半導体スイッチＳ４と第４ダイオードＤ４とからなる半導体素子を上アームの第１逆導通形の半導体素子Ｈ１とし、第１半導体スイッチＳ１と第１ダイオードＤ１とからなる半導体素子を下アームの第２逆導通形の半導体素子Ｈ２とすることができる。
【００７４】
これより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第１逆導通形の半導体素子Ｈ１と第２逆導通形の半導体素子Ｈ２とを直列接続して一体的に形成した２ｉｎ１モジュールＭ１を用いることができる。
【００７５】
また、第５半導体スイッチＳ５と第５ダイオードＤ５とからなる半導体素子を上アームの第３逆導通形の半導体素子Ｈ３とし、第２半導体スイッチＳ２と第２ダイオードＤ２とからなる半導体素子を下アームの第４逆導通形の半導体素子Ｈ４とすることができる。
【００７６】
これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第３逆導通形の半導体素子Ｈ３と第４逆導通形の半導体素子Ｈ４とを直列接続して一体的に形成した２ｉｎ１モジュールＭ２を用いることができる。
【００７７】
また、第６半導体スイッチＳ６と第６ダイオードＤ６とからなる半導体素子を上アームの第５逆導通形の半導体素子Ｈ５とし、第３半導体スイッチＳ３と第３ダイオードＤ３とからなる半導体素子を下アームの第６逆導通形の半導体素子Ｈ６とすることができる。
【００７８】
これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第５逆導通形の半導体素子Ｈ５と第６逆導通形の半導体素子Ｈ６とを直列接続して一体的に形成した２ｉｎ１モジュールＭ３を用いることができる。
【００７９】
このように、２ｉｎ１モジュールＭ１〜Ｍ３を用いることができるので、使い勝手のよい回路構成を実現することが可能となる。
【００８０】
ところで、第１実施例の回路構成では、図６に示すように、第１から第３ダイオードＤ１〜Ｄ３の何れにおいても共通アノードをとり得る構成にはなっていない。例えば、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３がＩＧＢＴである場合、共通のエミッタをとり得る構成にはなっていない。また、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３がＭＯＳＦＥＴである場合、共通のソースをとり得る構成にはなっていない。また、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３がＧＴＯである場合、共通のカソードをとり得る構成にはなっていない。
【００８１】
このために、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３のそれぞれに対して設けられるゲートドライブ電源（図示せず）、すなわち、合計３個のゲートドライブ電源が必要となる。
【００８２】
かかる観点から、本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な実施例として、次の第２実施例を例示できる。
【００８３】
［第２実施例］
図７は、ゲートドライブ電源の個数を削減できる回路を構成することが可能な第２実施例の回路図である。なお、図７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０においてインダクタＬの接続点Ｂ側の部分を示している。
【００８４】
第２実施例では、図７に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０は、第１から第６ダイオードＤ１〜Ｄ６をさらに備えている。
【００８５】
第１から第３ダイオードＤ１〜Ｄ３は、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３に並列接続されている。
【００８６】
第４ダイオードＤ４は、第１半導体スイッチＳ１と第１電圧源Ｅ１の陽極側（接続点Ａ参照）との間に、第１ダイオードＤ１と逆の方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００８７】
第５ダイオードＤ５は、第２半導体スイッチＳ２と第２電圧源Ｅ２の陽極側（接続点Ｄ参照）との間に、第２ダイオードＤ２と逆の方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００８８】
第６ダイオードＤ６は、第３半導体スイッチＳ３と第１電圧源Ｅ１及び第２電圧源Ｅ２の双方の陰極側（接続点Ｅ参照）の間に、第３ダイオードＤ３と逆の方向に電流を流すことができるように接続されている。
【００８９】
この第２実施例では、第１ダイオードＤ１のアノード側と第２ダイオードＤ２のアノード側と第３ダイオードＤ３のアノード側とが接続されており、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２及び第３ダイオードに対して共通アノードとすることができる（破線部α参照）。
【００９０】
これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、第１半導体スイッチＳ１、第２半導体スイッチＳ２及び第３半導体スイッチＳ３に対して同一の（共通の）ゲートドライブ電源（図示せず）とすることができる。従って、第１半導体スイッチＳ１、第２半導体スイッチＳ２及び第３半導体スイッチＳ３に対して１個のゲートドライブ電源で済むことになる。
【００９１】
次に、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の制御装置２０による制御例について説明する。
【００９２】
本実施の形態では、インダクタＬに電流が流れている場合においては、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が全てオフ状態となるか、或いは／さらに、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６が全てオフ状態となると、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６に高電圧が印加され、これにより第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の何れかの半導体スイッチが破壊することがある。
【００９３】
かかる観点から、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１０において、制御装置２０による次のスイッチング動作の第１制御例から第３制御例を行う保護機能を備えている。
【００９４】
なお、次の第１制御例から第３制御例において、インダクタＬに流れる電流は、図示を省略した電流計にて測定することができる。制御装置２０は、この電流計の検出結果に基づきインダクタＬに電流が流れているか否かを認識することができる。
【００９５】
［第１制御例］
第１制御例では、制御装置２０は、インダクタＬに電流が流れている場合は、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３のうちの１個以上の半導体スイッチと、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６のうちの１個以上の半導体スイッチとを常時オン状態とするように、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の制御電圧を制御する構成とされている。
【００９６】
こうすることで、インダクタＬに電流が流れている場合に、インダクタＬを含む電流経路を確保することができる。
【００９７】
例えば、インダクタＬに電流が流れている場合において、第１半導体スイッチＳ１及び第６半導体スイッチＳ６がオン状態であれば、第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成される。第１半導体スイッチＳ１及び第５半導体スイッチＳ５がオン状態であれば、第２電流経路Ｒ２（図２（ｂ）参照）が形成される。第３半導体スイッチＳ３及び第５半導体スイッチＳ５がオン状態であれば、第３電流経路Ｒ３（図２（ｃ））が形成される。
【００９８】
また、例えば、インダクタＬに電流が流れている場合において、第２半導体スイッチＳ２及び第６半導体スイッチＳ６がオン状態であれば、第４電流経路Ｒ４（図３（ａ）参照）が形成される。第２半導体スイッチＳ２及び第４半導体スイッチＳ４がオン状態であれば、第５電流経路Ｒ５（図３（ｂ）参照）が形成される。第３半導体スイッチＳ３及び第４半導体スイッチＳ４がオン状態であれば、第６電流経路Ｒ６（図３（ｃ）参照）が形成される。
【００９９】
また、例えば、インダクタＬに電流が流れている場合において、第１半導体スイッチＳ１及び第４半導体スイッチＳ４がオン状態であれば、第７電流経路Ｒ７（図４（ａ）参照）が形成される。第３半導体スイッチＳ３及び第６半導体スイッチＳ６がオン状態であれば、第８電流経路Ｒ８（図４（ｂ））が形成される。第２半導体スイッチＳ２及び第５半導体スイッチＳ５がオン状態であれば、第９電流経路Ｒ９（図４（ｃ）参照）が形成される。
【０１００】
このように第１制御例では、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が全てオフ状態となるか、或いは／さらに、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。
【０１０１】
［第２制御例］
第２制御例では、制御装置２０は、インダクタＬに電流が流れている場合は、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３のうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３のうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とし、かつ、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６のうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６のうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするように、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の制御電圧を制御する構成とされている。
【０１０２】
こうすることで、インダクタＬに電流が流れている場合に、インダクタＬを含む電流経路を確保することができる。
【０１０３】
例えば、インダクタＬに電流が流れている場合において、オフ状態とする第２及び第３半導体スイッチＳ２，Ｓ３をオフ状態とする前に、それ以外の第１半導体スイッチＳ１を事前にオン状態にし、オフ状態とする第４及び第５半導体スイッチＳ４，Ｓ５をオフ状態とする前に、それ以外の第６半導体スイッチＳ６を事前にオン状態にすると仮定すると、全ての半導体スイッチＳ１〜Ｓ６がオン状態となり、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成され、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、第４電流経路Ｒ４（図３（ａ）参照）が形成される。
【０１０４】
このように第２制御例では、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が全てオフ状態となるか、或いは／さらに、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。
【０１０５】
［第３制御例］
第３制御例では、制御装置２０は、インダクタＬに電流が流れている状態で、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とするか、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするように、第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の制御電圧を制御する構成とされている。
【０１０６】
図８及び図９は、何れも第３制御例において第１から第９モードのうち一のモードから他のモードへ動作モードを変更する場合での一例を示す状態遷移図である。
【０１０７】
図８（ａ）は、第１モードの状態を示しており、図８（ｂ）は、転流状態における電流経路が一通りである場合の一例である第１モードから第２モードへの転流状態を示しており、図８（ｃ）は、第２モードの状態を示している。
【０１０８】
図８（ａ）に示す状態では、第１モードにより第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成される。
【０１０９】
次に、図８（ｂ）に示す状態では、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチ（ここでは第１及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ６）が動作モードの変更後も一定時間オン状態となる。または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチ（ここでは第１及び第５半導体スイッチＳ１，Ｓ５）が動作モードの変更前に一定時間オン状態となる。このとき、第１、第５及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ５，Ｓ６がオン状態となり、結果、第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成される。
【０１１０】
そして、図８（ｃ）に示す状態では、第２モードになり、第２電流経路Ｒ２（図２（ｂ）参照）が形成される。
【０１１１】
図９（ａ）は、第１モードの状態を示しており、図９（ｂ）は、転流状態における電流経路が二通りであり、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１と第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２との大小関係によって電流経路が異なる場合の一例である第１モードから第５モードへの転流状態を示しており、図９（ｃ）は、第５モードの状態を示している。
【０１１２】
図９（ａ）に示す状態では、第１モードにより第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成される。
【０１１３】
次に、図９（ｂ）に示す状態では、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチ（ここでは第１及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ６）が動作モードの変更後も一定時間オン状態となる。または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチ（ここでは第２及び第４半導体スイッチＳ２，Ｓ４）が動作モードの変更前に一定時間オン状態となる。このとき、第１、第２、第４及び第６半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオン状態となり、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも大きい場合に第１電流経路Ｒ１（図２（ａ）参照）が形成され、第１電圧源Ｅ１の出力電圧Ｖ１が第２電圧源Ｅ２の出力電圧Ｖ２よりも小さい場合に第４電流経路Ｒ４（図３（ａ）参照）が形成される。
【０１１４】
そして、図９（ｃ）に示す状態では、第５モードになり、第２電流経路Ｒ５（図３（ｂ）参照）が形成される。
【０１１５】
このように第３制御例では、第１から第３半導体スイッチＳ１〜Ｓ３が全てオフ状態となるか、或いは／さらに、第４から第６半導体スイッチＳ４〜Ｓ６が全てオフ状態となることを回避でき、これにより、高電圧による第１から第６半導体スイッチＳ１〜Ｓ６の何れかの半導体スイッチの破壊を防止することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１０ ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
２０ 制御装置
Ｄ１〜Ｄ１２ 第１から第１６ダイオード
Ｅ１ 第１電圧源
Ｅ２ 第２電圧源
Ｌ インダクタ
Ｓ１〜Ｓ６ 第１から第６半導体スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが一方向に電流を流すことができる第１から第６までの半導体スイッチと、インダクタとを備え、
前記第１から第３までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの一端に対して電流が流入する向きに接続されており、
前記第４から第６までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの他端に対して電流が流出する向きに接続されており、
前記第１及び第４の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第１電圧源の陽極側が接続され、
前記第２及び第５の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第２電圧源の陽極側が接続され、
前記第３及び第６の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に前記第１電圧源の陰極側と前記第２電圧源の陰極側との双方が接続されることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記第１から第６までの半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第１から第６までの半導体スイッチに並列接続された第１から第６までのダイオードと、
前記第１から第６までの半導体スイッチと前記インダクタとの間に、それぞれ、前記第１から第６までのダイオードと逆方向に電流を流すことができるように接続された第７から第１２までのダイオードとを
さらに備えていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項３】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記第１から第３までの半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第１から第３までの半導体スイッチに並列接続された第１から第３までのダイオードと、
前記第１の半導体スイッチと前記第１電圧源の陽極側との間に、前記第１のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第４のダイオードと、
前記第２の半導体スイッチと前記第２電圧源の陽極側との間に、前記第２のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第５のダイオードと、
前記第３の半導体スイッチと前記第１電圧源及び前記第２電圧源の双方の陰極側との間に、前記第３のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第６のダイオードと
をさらに備えていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの１個以上の半導体スイッチと、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの１個以上の半導体スイッチとを常時オン状態とするための手段を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とし、かつ、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするための手段を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの何れか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている状態で、前記第１から第６までの半導体スイッチのオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とし、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするための手段を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項１】
それぞれが一方向に電流を流すことができる第１から第６までの半導体スイッチと、インダクタとを備え、
前記第１から第３までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの一端に対して電流が流入する向きに接続されており、
前記第４から第６までの半導体スイッチは、何れも前記インダクタの他端に対して電流が流出する向きに接続されており、
前記第１及び第４の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第１電圧源の陽極側が接続され、
前記第２及び第５の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に第２電圧源の陽極側が接続され、
前記第３及び第６の半導体スイッチの前記インダクタの接続端とは反対側端に前記第１電圧源の陰極側と前記第２電圧源の陰極側との双方が接続されることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記第１から第６までの半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第１から第６までの半導体スイッチに並列接続された第１から第６までのダイオードと、
前記第１から第６までの半導体スイッチと前記インダクタとの間に、それぞれ、前記第１から第６までのダイオードと逆方向に電流を流すことができるように接続された第７から第１２までのダイオードとを
さらに備えていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項３】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記第１から第３までの半導体スイッチが、それぞれ、電流をオン，オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように前記第１から第３までの半導体スイッチに並列接続された第１から第３までのダイオードと、
前記第１の半導体スイッチと前記第１電圧源の陽極側との間に、前記第１のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第４のダイオードと、
前記第２の半導体スイッチと前記第２電圧源の陽極側との間に、前記第２のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第５のダイオードと、
前記第３の半導体スイッチと前記第１電圧源及び前記第２電圧源の双方の陰極側との間に、前記第３のダイオードと逆の方向に電流を流すことができるように接続された第６のダイオードと
をさらに備えていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの１個以上の半導体スイッチと、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの１個以上の半導体スイッチとを常時オン状態とするための手段を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている場合は、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第１から第３までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とし、かつ、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの一つ又は二つの半導体スイッチをオフ状態とする前に、前記第４から第６までの半導体スイッチのうちの該オフ状態とする半導体スイッチ以外の半導体スイッチの少なくとも一つを事前にオン状態とするための手段を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの何れか一つに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記インダクタに電流が流れている状態で、前記第１から第６までの半導体スイッチのオン状態及びオフ状態を示す動作モードを変更する場合においては、変更前の動作モードでオン状態としている全ての半導体スイッチを動作モードの変更後も一定時間オン状態とし、または、変更後の動作モードでオン状態にする全ての半導体スイッチを動作モードの変更前に一定時間オン状態とするための手段を備えることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ回路。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−４１３３９（Ｐ２０１１−４１３３９Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３４５８（Ｐ２００９−１８３４５８）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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