JP6794875B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6794875B2
JP6794875B2 JP2017038987A JP2017038987A JP6794875B2 JP 6794875 B2 JP6794875 B2 JP 6794875B2 JP 2017038987 A JP2017038987 A JP 2017038987A JP 2017038987 A JP2017038987 A JP 2017038987A JP 6794875 B2 JP6794875 B2 JP 6794875B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
winding
capacitor
switching element
current
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017038987A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018148623A (ja
Inventor
俊太郎 井上
俊太郎 井上
健一 ▲高▼木
健一 ▲高▼木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2017038987A priority Critical patent/JP6794875B2/ja
Publication of JP2018148623A publication Critical patent/JP2018148623A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6794875B2 publication Critical patent/JP6794875B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、磁気的に結合する２つのスイッチング回路を備える装置に関する。
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が広く用いられている。電動車両には、駆動用モータに電力を供給するためのバッテリが搭載されている。ハイブリッド自動車では、エンジンの駆動力や回生制動によって発電した電力によってバッテリが充電される。また、プラグイン機能を備えた電動車両では、商用電源から供給される電力によってバッテリが充電される。バッテリを充電するため、電動車両には電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、バッテリ充電のために入力された電圧を適切な電圧に変換してバッテリに印加する。
以下の特許文献１および２には、２つのスイッチング回路を各回路の巻線によって磁気的に結合させ、２つのスイッチング回路の間で電力を伝送させる電力変換装置が示されている。また、非特許文献１には、本願発明に関連する回路としてＣｕｋ回路が記載されている。Ｃｕｋ回路は、図１３に示されているように第１ループ１０および第２ループ１２を備えている。第１ループ１０は、電源側コンデンサＣＶ、第１巻線Ｌ１、および電源側スイッチング素子ＳＡを含み、第２ループ１２は、負荷側コンデンサＣＬ、負荷側スイッチング素子ＳＢ、および第２巻線Ｌ２を含んでいる。第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２は、磁性体で形成されたコアＦｐに巻き付けられた導線によって形成されている。Ｃｕｋ回路は、さらに、電源側スイッチング素子ＳＡの一端と、負荷側スイッチング素子ＳＢの一端との間に接続された中間コンデンサＣｔを備えており、電源側スイッチング素子ＳＡの他端および負荷側スイッチング素子ＳＢの他端は共通に接続されている。電源側コンデンサＣＶの両端には直流電源ＥＡが接続され、負荷側コンデンサＣＬの両端には負荷ＲＬが接続されている。
電源側スイッチング素子ＳＡがオンになり、負荷側スイッチング素子ＳＢがオフになることで、電流ＩａおよびＩｂが流れる。電流Ｉａは、並列接続された直流電源ＥＡおよび電源側コンデンサＣＶから第１巻線Ｌ１および電源側スイッチング素子ＳＡを経て、直流電源ＥＡおよび電源側コンデンサＣＶに戻り、電流Ｉｂは、中間コンデンサＣｔから、電源側スイッチング素子ＳＡ、並列接続された負荷側コンデンサＣＬおよび負荷ＲＬを経て、さらに第２巻線Ｌ２を経て中間コンデンサＣｔに戻る。
電源側スイッチング素子ＳＡがオフになり、負荷側スイッチング素子ＳＢがオンになることで、電流Ｉｃおよび電流Ｉｄが流れる。電流Ｉｃは、並列接続された直流電源ＥＡおよび電源側コンデンサＣＶから第１巻線Ｌ１、中間コンデンサＣｔおよび負荷側スイッチング素子ＳＢを経て、直流電源ＥＡおよび電源側コンデンサＣＶに戻り、電流Ｉｄは、第２巻線Ｌ２から負荷側スイッチング素子ＳＢ、並列接続された負荷側コンデンサＣＬおよび負荷ＲＬを経て、第２巻線Ｌ２に戻る。電源側コンデンサＣＶおよび負荷側コンデンサＣＬは、それぞれ、直流電源ＥＡの出力電圧および負荷ＲＬの端子間電圧を保持している。
電源側スイッチング素子ＳＡおよび負荷側スイッチング素子ＳＢが交互にオンオフすることで、電流ＩａおよびＩｂが流れる状態と、電流ＩｃおよびＩｄが流れる状態が交互に形成され、直流電源ＥＡから負荷ＲＬにエネルギーが伝達される。第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２が共通のコアＦｐに形成されていることで、各巻線に鎖交する磁束が強められ、直流電源ＥＡから負荷ＲＬに供給される電力が大きくなる。
電力変換装置は、電動車両の他、一般的な産業用機械、各家庭における太陽電池システムや自家発電システムにも用いられている。
特開２０１１−１９３７１３号公報 特開２００６−１８７１４７号公報
英語版ウィキペディアにおける"Cuk converter"についてのウェブページ
特許文献１、２および非特許文献１に記載されているような電力変換装置では、一般に、巻線で発生する熱によって電力伝送効率が低下する。
本発明は、電力変換装置が備える巻線で発生する電力損失を低減することを目的とする。
磁性材料で形成された磁路によって結合する第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を備える電力変換装置において、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路の少なくとも一方は、前記磁路に設けられた第１巻線と、第１コンデンサと、第１スイッチング素子とを含む第１ループと、前記磁路に設けられた第２巻線と、第２コンデンサと、第２スイッチング素子とを含む第２ループと、前記第１スイッチング素子および前記第１巻線を接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２巻線を接続する経路との間に設けられた第３コンデンサと、を備え、前記第１スイッチング素子および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２コンデンサを接続する経路とが共通に接続されており、前記第３コンデンサの両端から電力が入出力される、ことを特徴とする。
また、本発明は、磁性材料で形成された磁路によって結合する第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を備える電力変換装置において、前記第１スイッチング回路および第２スイッチング回路の少なくとも一方は、前記磁路に設けられた第１巻線と、第１コンデンサと、第１スイッチング素子とを含む第１ループと、前記磁路に設けられた第２巻線と、第２コンデンサと、第２スイッチング素子とを含む第２ループと、前記第１スイッチング素子および前記第１巻線を接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２巻線を接続する経路との間に設けられた第３コンデンサと、前記第１巻線および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２巻線および前記第２コンデンサを接続する経路との間に設けられた第４コンデンサと、を備え、前記第１スイッチング素子および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２コンデンサを接続する経路とが共通に接続されており、前記第４コンデンサの両端から電力が入出力される、ことを特徴とする。
また、本発明は磁性材料で形成された磁路によって結合する第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を備える電力変換装置において、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、前記磁路に設けられた第１巻線と、第１コンデンサと、第１スイッチング素子とを含む第１ループと、前記磁路に設けられた第２巻線と、第２コンデンサと、第２スイッチング素子とを含む第２ループと、前記第１スイッチング素子および前記第１巻線を接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２巻線を接続する経路との間に設けられた第３コンデンサと、を備え、前記第１スイッチング素子および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２コンデンサを接続する経路とが共通に接続され、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子が交互にオンオフし、前記第１スイッチング回路におけるスイッチングタイミングと、前記第２スイッチング回路におけるスイッチングタイミングとの時間差に応じた電力が、前記第１スイッチング回路および第２スイッチング回路の間で伝送される、ことを特徴とする。
望ましくは、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれでは、前記第３コンデンサの両端から電力が入出力される。
望ましくは、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、前記第１巻線および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２巻線および前記第２コンデンサを接続する経路との間に設けられた第４コンデンサを備え、前記第４コンデンサの両端から電力が入出力される。
望ましくは、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち一方では、前記第３コンデンサの両端から電力が入出力され、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち他方は、前記第１巻線および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２巻線および前記第２コンデンサを接続する経路との間に設けられた第４コンデンサを備え、前記第４コンデンサの両端から電力が入出力されることを特徴とする。
本発明によれば、電力変換装置が備える巻線で発生する電力損失を低減することができる。
本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。 各巻線の電圧および各巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。 各巻線の電圧、各巻線に流れる電流、入力電流および出力電流の時間波形を示す図である。 各素子に流れる電流を示す図である。 各素子に流れる電流を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置の構成を示す図である。 各巻線の電圧、および各巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。 各巻線の電圧、各巻線に流れる電流、タンク電流、入力電流および出力電流の時間波形を示す図である。 各素子に流れる追加リプル電流を示す図である。 各素子に流れる追加リプル電流を示す図である。 ハーフブリッジ・スイッチング回路およびフルブリッジ・スイッチング回路の構成を示す図である。 Ｃｕｋ回路の構成を示す図である。
図１には、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成が示されている。電力変換装置は、プライマリ回路１４、セカンダリ回路１６およびコアＦｐを備えている。
プライマリ回路１４は、第１巻線Ｌ１、第１コンデンサＣ１、第１スイッチング素子Ｓ１、第２巻線Ｌ２、第２コンデンサＣ２、第２スイッチング素子Ｓ２、プライマリ・コンデンサＣＡ、第１端子１および第２端子２を備えている。各スイッチング素子には、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられてもよい。以下に説明する各スイッチング素子についても同様である。
第１巻線Ｌ１および第１コンデンサＣ１は直列に接続されている。直列接続された第１巻線Ｌ１および第１コンデンサＣ１には、第１スイッチング素子Ｓ１が並列に接続されている。第１スイッチング素子Ｓ１には、第１巻線Ｌ１に接続される側をカソードとして寄生ダイオードが並列に接続されている。
第２巻線Ｌ２と第２コンデンサＣ２は直列に接続されている。直列接続された第２巻線Ｌ２および第２コンデンサＣ２には、第２スイッチング素子Ｓ２が並列に接続されている。第２スイッチング素子Ｓ２には、第２巻線Ｌ２に接続される側をアノードとして寄生ダイオードが並列に接続されている。
第１巻線Ｌ１側とは逆側の第１コンデンサＣ１の一端は、第２巻線Ｌ２側とは逆側の第２コンデンサＣ２の一端に接続されている。
第１コンデンサＣ１側とは逆側の第１巻線Ｌ１の一端と、第２コンデンサＣ２側とは逆側の第２巻線Ｌ２の一端との間には、プライマリ・コンデンサＣＡが接続されている。プライマリ・コンデンサＣＡの両端には、第１端子１および第２端子２が接続されている。
第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２の巻き方向は互いに逆向きである。すなわち、第１巻線Ｌ１において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、第２巻線Ｌ２において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。同様に、第２巻線Ｌ２において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、第１巻線Ｌ１において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。以下の説明では、各巻線の端子間電圧は、点が付されていない側の端子を電圧の基準とする。
セカンダリ回路１６は、第３巻線Ｌ３、第３コンデンサＣ３、第３スイッチング素子Ｓ３、第４巻線Ｌ４、第４コンデンサＣ４、第４スイッチング素子Ｓ４、セカンダリ・コンデンサＣＢ、第３端子３および第４端子４を備えている。セカンダリ回路１６は、プライマリ回路１４と同様の構成を有している。
第３巻線Ｌ３および第４巻線Ｌ４は、それぞれ、第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２に対応する。第３コンデンサＣ３および第４コンデンサＣ４は、それぞれ、第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２に対応する。第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４は、それぞれ、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２に対応する。セカンダリ・コンデンサＣＢは、プライマリ・コンデンサＣＡに対応する。セカンダリ・コンデンサＣＢの両端には第３端子３および第４端子４が接続されている。
コアＦｐは、鉄、フェライト等の磁性体材料によって環状に形成されている。第１巻線Ｌ１、第２巻線Ｌ２、第３巻線Ｌ３および第４巻線Ｌ４は、コアＦｐに巻き付けられた導線によって形成されている。コアＦｐは、各巻線が発生する磁束に対する磁路を形成する。１つの巻線で発生した磁束は、コアＦｐを通って他の巻線に鎖交する。１つの巻線において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、他の巻線において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２を磁気的に結合させ、第１巻線Ｌ１および第３巻線Ｌ３を磁気的に結合させ、第２巻線Ｌ２および第４巻線Ｌ４を磁気的に結合させ、さらに、第３巻線Ｌ３および第４巻線Ｌ４を磁気的に結合させるため、コアＦｐにはギャップが設けられていない。
第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２は、交互にオンオフを繰り返す。すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１がオンのときは第２スイッチング素子Ｓ２はオフになり、第１スイッチング素子Ｓ１がオフのときは第２スイッチング素子Ｓ２はオンになる。同様に、第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４は、交互にオンオフを繰り返す。
ここでは、プライマリ回路１４の第１端子１および第２端子２に直流電圧ＶＡが印加され、セカンダリ回路１６の第３端子３および第４端子４から直流電圧ＶＢが出力される状態について説明する。各コンデンサには一定の電圧が充電されている。各コンデンサについては、「＋」の符号が付された端子側を正極とする電圧を各コンデンサの充電電圧の正極とする。
図２には、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のオンオフと、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４のオンオフとが同位相で行われる場合の各巻線の電圧、および各巻線に流れる電流の時間波形が示されている。このようにプライマリ回路１４およびセカンダリ回路１６のスイッチングタイミングが同位相である場合、プライマリ回路１４とセカンダリ回路１６との間で伝送される電力は０である。
図２（ａ）には第１巻線Ｌ１の端子間電圧ＶＬ１（第１巻線電圧ＶＬ１）の時間波形、および第２巻線Ｌ２の端子間電圧ＶＬ２（第２巻線電圧ＶＬ２）の時間波形が示されている。第１巻線電圧ＶＬ１がハイ電圧Ｈである時間は、第２スイッチング素子Ｓ２がオンの時間と一致し、第１巻線電圧ＶＬ１がロー電圧Ｌである時間は、第１スイッチング素子Ｓ１がオンの時間と一致する。
第１スイッチング素子Ｓ１がオフになり、第２スイッチング素子Ｓ２がオンになることで、第１巻線Ｌ１の端子間には、第１コンデンサＣ１およびプライマリ・コンデンサＣＡを直列接続したものが接続され、第１巻線電圧ＶＬ１はハイ電圧Ｈとなる。このハイ電圧Ｈは、プライマリ・コンデンサＣＡの充電電圧から第１コンデンサＣ１の充電電圧を減算した電圧である。第１スイッチング素子Ｓ１がオンになり、第２スイッチング素子Ｓ２がオフになることで、第１巻線Ｌ１の端子間に第１コンデンサＣ１が接続され、第１巻線電圧ＶＬ１はロー電圧Ｌとなる。このロー電圧Ｌは、第１コンデンサＣ１の充電電圧の極性を反転した電圧である。
第１巻線電圧ＶＬ１と同様、第２巻線電圧ＶＬ２がハイ電圧Ｈである時間は、第２スイッチング素子Ｓ２がオンの時間と一致し、第２巻線電圧ＶＬ２がロー電圧Ｌである時間は、第１スイッチング素子Ｓ１がオンの時間と一致する。
第１スイッチング素子Ｓ１がオフになり、第２スイッチング素子Ｓ２がオンになることで、第２巻線Ｌ１の端子間には第２コンデンサＣ２が接続され、第２巻線電圧ＶＬ２はハイ電圧Ｈとなる。このハイ電圧Ｈは第２コンデンサＣ２の充電電圧である。第１スイッチング素子Ｓ１がオンになり、第２スイッチング素子Ｓ２がオフになることで、第２巻線Ｌ２の端子間には第２コンデンサＣ２およびプライマリ・コンデンサＣＡを直列接続したものが接続され、第２巻線電圧ＶＬ２はロー電圧Ｌとなる。このロー電圧Ｌは、第２コンデンサＣ２の充電電圧からプライマリ・コンデンサＣＡの充電電圧を減算した電圧（プライマリ・コンデンサＣＡの充電電圧の極性を反転したものから第２コンデンサＣ２の充電電圧の極性を反転したものを減算した電圧）である。
図２（ｂ）には第３巻線Ｌ３の端子間電圧ＶＬ３の時間波形、および第４巻線Ｌ４の端子間電圧ＶＬ４の時間波形が示されている。第３巻線電圧ＶＬ３がハイ電圧Ｈである時間は、第４スイッチング素子Ｓ４がオンの時間と一致し、第３巻線電圧ＶＬ３がロー電圧Ｌである時間は、第３スイッチング素子Ｓ３がオンの時間と一致する。第１巻線Ｌ１と同様、第３巻線Ｌ３の端子間に現れるハイ電圧Ｈは、セカンダリ・コンデンサＣＢの充電電圧から第３コンデンサＣ３の充電電圧を減算した電圧であり、ロー電圧Ｌは、第３コンデンサＣ３の充電電圧の極性を反転した電圧である。
第２巻線電圧ＶＬ２と同様、第４巻線電圧ＶＬ４がハイ電圧Ｈである時間は、第４スイッチング素子Ｓ４がオンの時間と一致し、第４巻線電圧ＶＬ４がロー電圧Ｌである時間は、第３スイッチング素子Ｓ３がオンの時間と一致する。第２巻線Ｌ２と同様、第４巻線Ｌ４に現れるハイ電圧Ｈは、第４コンデンサＣ４の充電電圧であり、ロー電圧Ｌは、第４コンデンサＣ４の充電電圧からセカンダリ・コンデンサＣＢの充電電圧を減算した電圧である。
図２（ｃ）には、第１巻線Ｌ１、第２巻線Ｌ２、第３巻線Ｌ３および第４巻線Ｌ４に流れる励磁電流（ｉＬ１，ｉＬ２，ｉＬ３およびｉＬ４）の時間波形が示されている。励磁電流は電力伝送に寄与しない電流である。第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２に流れる励磁電流の時間波形が実線で表され、第３巻線Ｌ３および第４巻線Ｌ４に流れる励磁電流の時間波形が破線で表されている。
図２（ｄ）には、プライマリ・コンデンサＣＡの正極端子から第１スイッチング素子Ｓ１または第１巻線Ｌ１に流入する入力電流ＩＡ．ＩＮの時間波形、および、第３スイッチング素子Ｓ３または第３巻線Ｌ３からセカンダリ・コンデンサＣＢの正極端子に流出する出力電流ＩＢ．ＯＵＴの時間波形が示されている。入力電流ＩＡ．ＩＮは、第１巻線Ｌ１の励磁電流および第２巻線Ｌ２の励磁電流である。これらの励磁電流は、第２スイッチング素子Ｓ２および第１スイッチング素子Ｓ１のオンオフに伴って交互に傾きの極性が変わり、０を中央値として増減する。出力電流ＩＢ．ＯＵＴは、第３巻線Ｌ３の励磁電流および第４巻線Ｌ４の励磁電流である。これらの励磁電流は、第４スイッチング素子Ｓ４および第３スイッチング素子Ｓ３のオンオフに伴って交互に傾きの極性が変わり、０を中央値として増減する。
プライマリ回路１４およびセカンダリ回路１６のスイッチングタイミングが同一である場合、プライマリ回路１４とセカンダリ回路１６との間で伝送される電力は０である。
図３（ａ）および（ｂ）には、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のオンオフの位相を、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４のオンオフの位相に対してφだけ進めた場合の各巻線の電圧が示されている。位相は、オンオフの１周期を２πとしたときの位相角として定義される。
図３（ｃ）には、このような状態で第１巻線Ｌ１に流れる電流ＩＬ１、第２巻線Ｌ２に流れる電流ＩＬ２、第３巻線Ｌ３に流れる電流ＩＬ３、および、第４巻線Ｌ４に流れる電流ＩＬ４が示されている。各巻線の電流の極性は、点が付されている側の端子に流入する電流が正である。
プライマリ回路１４およびセカンダリ回路１６のスイッチングタイミングが同位相である場合、プライマリ側からセカンダリ側に伝送される電力は０である。ところが、プライマリ回路１４およびセカンダリ回路１６のスイッチングタイミングに位相差がある場合には、プライマリ側からセカンダリ側に電力が伝送される。
すなわち、プライマリ側のスイッチングタイミングとセカンダリ側のスイッチングタイミングに位相差がある場合、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とのオンオフが逆となり、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とのオンオフが逆となる逆極性期間が生じる。この逆極性期間（ｒ１，ｒ２，ｒ３，・・・・）では、図３（ｂ）に示されているように、第１巻線電圧ＶＬ１と第３巻線電圧ＶＬ３の極性が逆となり、第２巻線電圧ＶＬ２と第４巻線電圧ＶＬ４の極性が逆となって各巻線に流れる電流の変化が大きくなる。
そして、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とのオンオフが同一となり、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とのオンオフが同一となる同一極性期間（ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・・）では、変化が緩やかな台形電流が各巻線に流れる。この同一極性期間では、第１巻線電圧ＶＬ１と第３巻線電圧ＶＬ３の極性が同一となり、第２巻線電圧ＶＬ２および第４巻線電圧ＶＬ４の極性が同一となって変化が緩やかな台形電流が各巻線に流れ、各巻線に流れる電流によって各巻線に電流エネルギーが保持される。
同一極性期間では、第１巻線電圧ＶＬ１および第１巻線Ｌ１の台形電流の積によって定まる電力と、第２巻線電圧ＶＬ２および第２巻線Ｌ２の台形電流の積によって定まる電力とを併せた電力が、プライマリ側からセカンダリ側に伝送される。プライマリ側からセカンダリ側に伝送される電力は、第３巻線電圧ＶＬ３および第３巻線Ｌ３の台形電流の積によって定まる電力と、第４巻線電圧ＶＬ４および第４巻線Ｌ４の台形電流の積によって定まる電力とを併せた電力によっても表される。
すなわち、同一極性期間では、第１巻線電圧ＶＬ１および第１巻線Ｌ１の台形電流の積によって定まる電力と、第２巻線電圧ＶＬ２および第２巻線Ｌ２の台形電流の積によって定まる電力とを併せた電力が、第１端子１および第２端子２から入力される。また、同一極性期間では、第３巻線電圧ＶＬ３および第３巻線Ｌ３の台形電流の積によって定まる電力と、第４巻線電圧ＶＬ４および第４巻線Ｌ４の台形電流の積によって定まる電力とを併せた電力が第３端子３および第４端子４から出力される。
プライマリ側のスイッチングタイミングとセカンダリ側のスイッチングタイミングの位相差φが０以上π以下の範囲内で大きい程、各逆極性期間が長くなり、台形電流の絶対値は大きくなる。したがって、位相差φが０以上π以下の範囲内で大きい程、プライマリ側からセカンダリ側に伝送される電力は大きくなる。
図４（ａ）には、逆極性期間ｒ１に各巻線に流れる電流が示されている。第１巻線Ｌ１に流れる巻線電流ＩＬ１は、第１巻線Ｌ１から第１コンデンサＣ１、第２スイッチング素子Ｓ２、およびプライマリ・コンデンサＣＡを通って、第１巻線Ｌ１に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。逆極性期間ｒ１における巻線電流ＩＬ１は、入力電流ＩＡ．ＩＮとなる。第２巻線Ｌ２に流れる巻線電流ＩＬ２は、第２巻線Ｌ２から第２コンデンサＣ２および第２スイッチング素子Ｓ２を通って第２巻線Ｌ２に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。第３巻線Ｌ３に流れる巻線電流ＩＬ３は、第３コンデンサＣ３および第３スイッチング素子Ｓ３を通って第３巻線Ｌ３に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。第４巻線Ｌ４に流れる巻線電流ＩＬ４は、第４巻線Ｌ４から第４コンデンサＣ４、第３スイッチング素子Ｓ３、およびセカンダリ・コンデンサＣＢを通って第４巻線Ｌ４に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。逆極性期間ｒ１における巻線電流ＩＬ４が出力電流ＩＢ．ＯＵＴとなる。
図４（ｂ）には、同一極性期間ｔ１に各巻線に流れる電流が示されている。第１巻線電流ＩＬ１および第２巻線電流ＩＬ２が流れる経路は、逆極性期間ｒ１と同様である。同一極性期間ｔ１における巻線電流ＩＬ１は、入力電流ＩＡ．ＩＮとなる。第３巻線Ｌ３に流れる巻線電流ＩＬ３は、第３巻線Ｌ３から、第３コンデンサＣ３、第４スイッチング素子Ｓ４、セカンダリ・コンデンサＣＢを通って第３巻線Ｌ３に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。同一極性期間ｔ１における巻線電流ＩＬ３の極性を反転させたものが、出力電流ＩＢ．ＯＵＴとなる。第４巻線Ｌ４に流れる巻線電流ＩＬ４は、第４巻線Ｌ４から第４コンデンサＣ４および第４スイッチング素子Ｓ４を通って第４巻線Ｌ４に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。
図５（ａ）には、逆極性期間ｒ２に各巻線に流れる電流が示されている。第１巻線電流ＩＬ１は、第１巻線Ｌ１から第１コンデンサＣ１および第１スイッチング素子Ｓ１を通って第１巻線Ｌ１に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。第２巻線電流ＩＬ２は、第２コンデンサＣ２、第１スイッチング素子Ｓ１、およびプライマリ・コンデンサＣＡを通って第２巻線Ｌ２に戻る経路を流れ、この流れの向きを正とする。逆極性期間ｒ２における巻線電流ＩＬ２の極性を反転させたものが、入力電流ＩＡ．ＩＮとなる。第３巻線電流ＩＬ３および第４巻線電流ＩＬ４が流れる経路は、同一極性期間ｔ１と同様である。
図５（ｂ）には、同一極性期間ｔ２に各巻線に流れる電流が示されている。第１巻線電流ＩＬ１および第２巻線電流ＩＬ２が流れる経路は、逆極性期間ｒ２と同一である。第３巻線電流ＩＬ３および第４巻線電流ＩＬ４が流れる経路は、逆極性期間ｒ１と同一である。
このように本実施形態に係る電力変換装置は、磁性材料で形成された磁路としてのコアＦｐによって磁気的に結合するプライマリ回路１４（第１スイッチング回路）およびセカンダリ回路１６（第２スイッチング回路）を備え、プライマリ回路１４およびセカンダリ回路１６の間で電力が伝送される。
プライマリ回路１４は、コアＦｐに設けられた第１巻線Ｌ１、第１コンデンサＣ１、および第１スイッチング素子Ｓ１を含む第１ループと、コアＦｐに設けられた第２巻線Ｌ２、第２コンデンサＣ２、および第２スイッチング素子Ｓ２を含む第２ループと、第１スイッチング素子Ｓ１および第１巻線Ｌ１を接続する経路と、第２スイッチング素子Ｓ１および第２巻線Ｌ２を接続する経路との間に設けられたプライマリ・コンデンサＣＡ（第３コンデンサ）とを備えている。第１スイッチング素子Ｓ１および第１コンデンサＣ１を接続する経路と、第２スイッチング素子Ｓ２および第２コンデンサＣ２を接続する経路とは共通に接続されており、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２は交互にオンオフする。
セカンダリ回路１６は、コアＦｐに設けられた第３巻線Ｌ３、第３コンデンサＣ３、および第３スイッチング素子Ｓ３を含む第３ループと、コアＦｐに設けられた第４巻線Ｌ４、第４コンデンサＣ４、および第４スイッチング素子Ｓ４を含む第４ループと、第３スイッチング素子Ｓ３および第３巻線Ｌ３を接続する経路と、第４スイッチング素子Ｓ４および第４巻線Ｌ４を接続する経路との間に設けられたセカンダリ・コンデンサＣＢとを備えている。第３スイッチング素子Ｓ３および第３コンデンサＣ３を接続する経路と、第４スイッチング素子Ｓ４および第４コンデンサＣ４を接続する経路とは共通に接続されており、第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４は交互にオンオフする。
第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチングタイミングと、第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４のスイッチングタイミングとの位相差（時間差）に応じた電力が、プライマリ回路１４およびセカンダリ回路１６の間で伝送される。
本実施形態に係る電力変換装置では、プライマリ側に第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２が設けられ、セカンダリ側に第３巻線Ｌ３および第４巻線Ｌ４が設けられている。このように、２対の巻線で電力伝送を行う場合、１対の巻線で電力伝送を行うよりも伝送電力が増加する。ただし、１対の巻線のプライマリ側の巻き数は第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２の巻き数を併せた巻き数であり、セカンダリ側の巻き数は第３巻線Ｌ３および第４巻線Ｌ４の巻き数を併せた巻き数であるという条件下での比較である。したがって、同一極性期間に各巻線に流れる台形電流を減少させても十分な電力が伝送され、各巻線に流れる電流に基づく損失が低減する。
また、第２スイッチング素子Ｓ２の一端は第２端子２に接続されている。そのため、第２端子２を接地導体に接続する場合には、第２スイッチング素子Ｓ２の一端もまた接地導体に接続され、第２スイッチング素子Ｓ２を制御する回路の設計が容易となる。例えば、第２スイッチング素子Ｓ１が電界トランジスタである場合には、電界トランジスタのオンオフを制御するゲート電位の基準を得るための回路構成が容易となる。同様に、第４スイッチング素子Ｓ４の一端は、第４端子４に接続されている。そのため、第４端子４を接地導体に接続する場合には、第４スイッチング素子Ｓ４の一端もまた接地導体に接続され、第４スイッチング素子Ｓ４を制御する回路の設計が容易となる。
図６には、本発明の第２実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置の構成が示されている。図１に示されている構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。リプル抑制・プライマリ回路２６、リプル抑制・セカンダリ回路２８およびコアＦｐを備えている。
リプル抑制・プライマリ回路２６は、第１巻線Ｌ１、第１コンデンサＣ１、第１スイッチング素子Ｓ１、第２巻線Ｌ２、第２コンデンサＣ２、第２スイッチング素子Ｓ２、プライマリ・コンデンサＣＡ、プライマリ・追加コンデンサＣＣ、第５端子５および第６端子６を備えている。
リプル抑制・セカンダリ回路２８は、第３巻線Ｌ３、第３コンデンサＣ３、第３スイッチング素子Ｓ３、第４巻線Ｌ４、第４コンデンサＣ４、第４スイッチング素子Ｓ４、セカンダリ・コンデンサＣＢ、セカンダリ・追加コンデンサＣＤ、第７端子７および第８端子８を備えている。
リプル抑制・電力変換装置は、図１に示される電力変換装置を変形したものである。図７は変形過程を示す図である。すなわち、リプル抑制・電力変換装置は、次の変形過程を経て導かれる。（ｉ）第１巻線Ｌ１と第１コンデンサＣ１との接続点と、第２巻線Ｌ２と第２コンデンサＣ２の接続点との間にプライマリ・追加コンデンサＣＣを接続する。（ｉｉ）第３巻線Ｌ３と第３コンデンサＣ３との接続点と、第４巻線Ｌ４と第４コンデンサＣ４の接続点との間にセカンダリ・追加コンデンサＣＤを接続する。（ｉｉｉ）プライマリ・追加コンデンサＣＣの両端に第５端子５および第６端子６を接続する。（ｉｖ）セカンダリ・追加コンデンサＣＤの両端に第７端子７および第８端子８を接続する。（ｖ）第５端子５および第６端子６が左側に位置し、第７端子７および第８端子８が右側に位置するように、コアＦｐ上に各巻線を設ける。
図８（ａ）および（ｂ）には、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のオンオフと、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４のオンオフとが同位相で行われる場合の各巻線の電圧、および各巻線に流れる電流の時間波形が示されている。このようにリプル抑制・プライマリ回路２６およびリプル抑制・セカンダリ回路２８のスイッチングタイミングが同位相である場合、リプル抑制・プライマリ回路２６とリプル抑制・セカンダリ回路２８との間で伝送される電力は０である。
図６に示されるリプル抑制・電力変換装置では、図１に示される電力変換装置に対し、各巻線の電圧基準端子が逆側の端子となっている。そのため、図８（ａ）に示される第１巻線電圧ＶＬ１および第２巻線電圧ＶＬ２は、図２（ａ）に示される第１巻線電圧ＶＬ１および第２巻線電圧ＶＬ２に対して逆極性となる。同様に、図８（ｂ）に示される第３巻線電圧ＶＬ３および第３巻線電圧ＶＬ３は、図２（ｂ）に示される第３巻線電圧ＶＬ３および第４巻線電圧ＶＬ４に対して逆極性となる。
各巻線の巻き方向を逆向きとしたことは、各巻線の自己インダクタンスには影響を与えない。そのため、図８（ｃ）に示されている各巻線に流れる励磁電流は、図２（ｃ）に示されている励磁電流と同様となる。
図８（ｄ）には、プライマリ・追加コンデンサＣＣの正極端子から第１巻線Ｌ１および第１コンデンサＣ１に流入する入力電流ＩＡ．ＩＮの時間波形、および、第３巻線Ｌ３および第３コンデンサＣ３からセカンダリ・追加コンデンサＣＤの正極端子に流出する出力電流ＩＢ．ＯＵＴの時間波形が示されている。後述するように、プライマリ・追加コンデンサＣＣおよびセカンダリ・追加コンデンサＣＤに流れる電流によって、入力電流ＩＡ．ＩＮおよび出力電流ＩＢ．ＯＵＴのリプルは抑制され、入力電流ＩＡ．ＩＮおよび出力電流ＩＢ．ＯＵＴは０で一定となる。
図９（ａ）および（ｂ）には、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のオンオフの位相を、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４のオンオフの位相に対してφだけ進めた場合の各巻線の電圧が示されている。
図９（ｃ）には、このような状態における第１巻線電流ＩＬ１、第２巻線電流ＩＬ２、第３巻線電流ＩＬ３、および、第４巻線電流ＩＬ４が示されている。各巻線の電流の極性は、点が付されている側の端子から流出する電流が正とされている。
プライマリ側のスイッチングタイミングとセカンダリ側のスイッチングタイミングに位相差がある場合、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とのオンオフが逆となり、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とのオンオフが逆となる逆極性期間が生じる。この逆極性期間（ｐ１，ｐ２，ｐ３，・・・・）では、図９に示されているように、第１巻線電圧ＶＬ１と第３巻線電圧ＶＬ３の極性が逆となり、第２巻線電圧ＶＬ２と第４巻線電圧ＶＬ４の極性が逆となって各巻線に流れる電流の変化が大きくなる。
そして、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とのオンオフが同一となり、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とのオンオフが同一となる同一極性期間（ｑ１，ｑ２，ｑ３，・・・・）では、変化が緩やかな台形電流が各巻線に流れる。この同一極性期間では、図９に示されているように第１巻線電圧ＶＬ１と第３巻線電圧ＶＬ３の極性が同一となり、第２巻線電圧ＶＬ２および第４巻線電圧ＶＬ４の極性が同一となって各巻線に変化が緩やかな台形電流が流れ、各巻線に流れる電流によって各巻線にエネルギーが保持される。
リプル抑制・電力変換装置では、プライマリ・追加コンデンサＣＣおよびセカンダリ・追加コンデンサＣＤの作用によって、第１巻線電流ＩＬ１および第４巻線電流ＩＬ４は負方向にオフセットし、第２巻線電流ＩＬ２および第３巻線電流はＩＬ３は正方向にオフセットする。
図９（ｄ）には、プライマリ・コンデンサＣＡの正極端子から流出するタンク電流ＩＡ．ＴＡＮＫおよびセカンダリ・コンデンサＣＢの正極端子に流入するタンク電流ＩＢ．ＴＡＮＫが示されている。タンク電流ＩＡ．ＴＡＮＫが流れる動作は、図１に示されている電力変換装置において入力電流ＩＡ．ＩＮが流れる動作と同様であり、タンク電流ＩＢ．ＴＡＮＫが流れる動作は、図１に示されている出力電流ＩＢ．ＯＵＴが流れる動作と同様である。すなわち、図９（ｄ）に示されているタンク電流ＩＡ．ＴＡＮＫおよびＩＢ．ＴＡＮＫは、それぞれ、図３（ｄ）に示されている入力電流ＩＡ．ＩＮおよび出力電流ＩＡ．ＯＵＴに対応している。
図９（ｅ）には、入力電流ＩＡ．ＩＮおよび出力電流ＩＢ．ＯＵＴが示されている。以下に説明するように、プライマリ・追加コンデンサＣＣおよびセカンダリ・追加コンデンサＣＤによってリプル電流は抑制され、入力電流ＩＡ．ＩＮおよび出力電流ＩＢ．ＯＵＴは一定となる。
図１０および図１１には、プライマリ・追加コンデンサＣＣおよびセカンダリ追加コンデンサＣＤに流れるリプル電流が示されている。これらの図は、図１に示された電力変換装置にプライマリ・追加コンデンサＣＣおよびセカンダリ追加コンデンサＣＤが接続されたことによって流れるリプル電流のみに着目したものである。したがって、図１０および図１１に示されている各素子には、それぞれ、図４および図５に示された各電流に対応する電流が重ねて流れるが、説明を容易にするため、これらの電流については表記が省略されている。
図１０（ａ）には、逆極性期間ｐ１にプライマリ・追加コンデンサＣＣに流れる第１追加リプル電流３０および第２追加リプル電流３２が示されている。第１追加リプル電流３０は、第１巻線Ｌ１からプライマリ・追加コンデンサＣＣ、第２コンデンサＣ２、第２スイッチング素子Ｓ２、およびプライマリ・コンデンサＣＡを流れ、第１巻線Ｌ１に戻る。第２追加リプル電流３２は、第２巻線Ｌ２からプライマリ・追加コンデンサＣＣ、第１コンデンサＣ１、および第２スイッチング素子Ｓ２を流れ、第２巻線Ｌ２に戻る。
また、図１０（ａ）には、逆極性期間ｐ１にセカンダリ・追加コンデンサＣＤに流れる第３追加リプル電流３４および第４追加リプル電流３６が示されている。第３追加リプル電流３４は、第３巻線Ｌ３から第３スイッチング素子Ｓ３、第４コンデンサＣ４、およびセカンダリ・追加コンデンサＣＤを流れ、第３巻線Ｌ３に戻る。第４追加リプル電流３６は、第４巻線Ｌ４からセカンダリ・コンデンサＣＢ、第３スイッチング素子Ｓ３、第３コンデンサＣ３、およびセカンダリ・追加コンデンサＣＤを流れ、第４巻線Ｌ４に戻る。
図１０（ｂ）には、同一極性期間ｑ１にプライマリ・追加コンデンサＣＣに流れる第１追加リプル電流３０および第２追加リプル電流３２が示されている。第１追加リプル電流３０および第２追加リプル電流３２が流れる経路は、逆極性期間ｐ１と同一である。
また、図１０（ｂ）には、同一極性期間ｑ１にセカンダリ・追加コンデンサＣＤに流れる第３追加リプル電流３４および第４追加リプル電流３６が示されている。第３追加リプル電流３４は、第３巻線Ｌ３からセカンダリ・追加コンデンサＣＤ、第４コンデンサＣ４、第４スイッチング素子Ｓ４、およびセカンダリ・コンデンサＣＢを流れて第３巻線Ｌ３に戻る。第４追加リプル電流３６は、第４巻線Ｌ４からセカンダリ・追加コンデンサＣＤ、第３コンデンサＣ３、および第４スイッチング素子Ｓ４を流れて第４巻線Ｌ４に戻る。
図１１（ａ）には、逆極性期間ｐ２にプライマリ・追加コンデンサＣＣに流れる第１追加リプル電流３０および第２追加リプル電流３２が示されている。第１追加リプル電流３０は、第１巻線Ｌ１から第１スイッチング素子Ｓ１、第２コンデンサＣ２、プライマリ・追加コンデンサＣＣを流れて第１巻線Ｌ１に戻る。第２追加リプル電流３２は、第２巻線Ｌ２からプライマリ・コンデンサＣＡ、第１スイッチング素子Ｓ１、第１コンデンサＣ１、およびプライマリ・追加コンデンサＣＣを流れて第２巻線Ｌ２に戻る。また、図１１（ａ）には、逆極性期間ｐ２にセカンダリ・追加コンデンサＣＤに流れる第３追加リプル電流３４および第４追加リプル電流３６が示されている。第３追加リプル電流３４および第４追加リプル電流３６が流れる経路は、同一極性期間ｑ１と同一である。
図１１（ｂ）には、同一極性期間ｑ２にプライマリ・追加コンデンサＣＣに流れる第１追加リプル電流３０および第２追加リプル電流３２が示されている。第１追加リプル電流３０および第２追加リプル電流３２が流れる経路は、逆極性期間ｑ２と同一である。
また、図１１（ｂ）には、同一極性期間ｑ２にセカンダリ・追加コンデンサＣＤに流れる第３追加リプル電流３４および第４追加リプル電流３６が示されている。第３追加リプル電流３４および第４追加リプル電流３６が流れる経路は、逆極性期間ｑ１と同一である。
図１０および図１１に示されているように、いずれの期間においてもプライマリ・追加コンデンサＣＣを流れる第１追加リプル電流３０および第２追加リプル電流３２は、同一値で逆方向である。そのため、プライマリ・追加コンデンサＣＣに流れるリプル電流が抑制される。同様に、いずれの期間においてもセカンダリ・追加コンデンサＣＤを流れる第３追加リプル電流３４および第４追加リプル電流３６は、同一値で逆方向である。そのため、セカンダリ・追加コンデンサＣＤに流れるリプル電流が抑制される。
このように本実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置は、磁性材料で形成された磁路としてのコアＦｐによって磁気的に結合するリプル抑制・プライマリ回路２６（第１スイッチング回路）およびリプル抑制・セカンダリ回路２８（第２スイッチング回路）を備え、リプル抑制・プライマリ回路２６およびリプル抑制・セカンダリ回路２８の間で電力が伝送される。
リプル抑制・プライマリ回路２６は、コアＦｐに設けられた第１巻線Ｌ１、第１コンデンサＣ１、および第１スイッチング素子Ｓ１を含む第１ループと、コアＦｐに設けられた第２巻線Ｌ２、第２コンデンサＣ２、および第２スイッチング素子Ｓ２を含む第２ループと、第１スイッチング素子Ｓ１および第１巻線Ｌ１を接続する経路と、第２スイッチング素子Ｓ２および第２巻線Ｌ２を接続する経路との間に設けられたプライマリ・コンデンサＣＡ（第３コンデンサ）と、を備えている。第１スイッチング素子Ｓ１および第１コンデンサＣ１を接続する経路と、第２スイッチング素子Ｓ２および第２コンデンサＣ２を接続する経路とは共通に接続されており、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２は交互にオンオフする。
リプル抑制・セカンダリ回路２８は、コアＦｐに設けられた第３巻線Ｌ３、第３コンデンサＣ３、および第３スイッチング素子Ｓ３を含む第３ループと、コアＦｐに設けられた第４巻線Ｌ４、第４コンデンサＣ４、および第４スイッチング素子Ｓ４を含む第４ループと、第３スイッチング素子Ｓ３および第３巻線Ｌ３を接続する経路と、第４スイッチング素子Ｓ４および第４巻線Ｌ４を接続する経路との間に設けられたセカンダリ・コンデンサＣＢとを備えている。第３スイッチング素子Ｓ３および第３コンデンサＣ３を接続する経路と、第４スイッチング素子Ｓ４および第４コンデンサＣ４を接続する経路とは共通に接続されており、第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４は交互にオンオフする。
第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のスイッチングタイミングと、第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４のスイッチングタイミングとの位相差（時間差）に応じた電力が、リプル抑制・プライマリ回路２６およびリプル抑制・セカンダリ回路２８の間で伝送される。
リプル抑制・プライマリ回路２６は、第１巻線Ｌ１および第１コンデンサＣ１を接続する経路と、第２巻線Ｌ２および第２コンデンサＣ２を接続する経路との間に設けられたプライマリ・追加コンデンサＣＣを備えており、プライマリ・追加コンデンサＣＣの両端から電力が入出力される。
リプル抑制・セカンダリ回路２８は、第３巻線Ｌ３および第３コンデンサＣ３を接続する経路と、第４巻線Ｌ４および第４コンデンサＣ４を接続する経路との間に設けられたセカンダリ・追加コンデンサＣＤを備えており、セカンダリ・追加コンデンサＣＤの両端から電力が入出力される。
リプル抑制・電力変換装置によれば、第５端子５および第６端子６に接続される回路に流れるリプル電流、および第７端子７および第８端子８に接続される回路に流れるリプル電流が抑制される。このリプル抑制効果は、逆方向に流れるリプル電流が互いに抑制し合うことによるものである。そのため、プライマリ・追加コンデンサＣＣおよびセカンダリ・追加コンデンサＣＤの各容量は、図１に示される電力変換装置におけるプライマリ・コンデンサＣＡおよびセカンダリ・コンデンサＣＢの容量よりも小さくてもよい。
さらに、第１実施形態に係る電力変換装置と同様、本実施形態に係るリプル抑制電力変換装置では、プライマリ側に第１巻線Ｌ１および第２巻線Ｌ２が設けられ、セカンダリ側に第３巻線Ｌ３および第４巻線Ｌ４が設けられ２対の巻線で電力伝送が行われる。この場合、上述のように１対の巻線で電力伝送を行うよりも伝送電力が増加することが期待される。したがって、同一極性期間に各巻線に流れる台形電流を減少させても十分な電力が伝送され、各巻線に流れる電流に基づく損失が低減する。
上記の第１実施形態におけるセカンダリ回路１６は、第２実施形態におけるリプル抑制・セカンダリ回路２８に置き換られてもよい。同様に、第２実施形態におけるリプル抑制・セカンダリ回路２８は、第１実施形態におけるセカンダリ回路１６に置き換えられてもよい。
さらに、第１実施形態に係る電力変換装置のプライマリ側またはセカンダリ側のスイッチング回路は、ハーフブリッジ・スイッチング回路、または、フルブリッジ・スイッチング回路に置き換えられてもよい。同様に、第２実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置のプライマリ側またはセカンダリ側のスイッチング回路もまた、ハーフブリッジ・スイッチング回路、または、フルブリッジ・スイッチング回路に置き換えられてもよい。
図１２（ａ）には、ハーフブリッジ・スイッチング回路が示されている。ハーフブリッジ・スイッチング回路は、上スイッチング素子Ｓ５、下スイッチング素子Ｓ６、上コンデンサＣ５、下コンデンサＣ６、端子間コンデンサＣＥ、巻線Ｌを備えている。上スイッチング素子Ｓ５の一端は端子Ａに接続され、下スイッチング素子Ｓ６の一端は端子Ｂに接続されている。上スイッチング素子Ｓ５の他端と下スイッチング素子Ｓ６の他端は、共通に接続されている。上コンデンサＣ５の一端は端子Ａに接続され、下コンデンサＣ６の一端は端子Ｂに接続されている。上コンデンサＣ５の他端と下コンデンサＣ６の他端は、共通に接続されている。上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６の接続点と、上コンデンサＣ５および下コンデンサＣ６の接続点との間には、巻線Ｌが接続されている。端子Ａと端子Ｂとの間には端子間コンデンサＣＥが接続されている。
上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６が交互にオンオフすることで、巻線Ｌに発生した誘導起電力が上コンデンサＣ５および下コンデンサＣ６に印加され、上コンデンサＣ５および下コンデンサＣ６が充電される。さらに、上コンデンサＣ５の端子間電圧および下コンデンサＣ６の端子間電圧を合わせた電圧によって、端子間コンデンサＣＥが充電される。また、上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６が交互にオンオフすることで、上コンデンサＣ５の充電電圧および下コンデンサＣ６の充電電圧が、巻線Ｌに交互に印加される。
プライマリ側のスイッチングタイミングの位相とセカンダリ側のスイッチングタイミングの位相を異ならしめることで、巻線Ｌから端子Ａおよび端子Ｂに電力が伝送され、あるいは、端子Ａおよび端子Ｂから巻線Ｌに電力が伝送される。
図１２（ｂ）には、フルブリッジ・スイッチング回路が示されている。この回路は、図１２（ａ）における上コンデンサＣ５および下コンデンサＣ６を、それぞれ、第２上スイッチング素子Ｓ７および第２下スイッチング素子Ｓ８に置き換えたものである。上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６は交互にオンオフし、第２上スイッチング素子Ｓ７および第２下スイッチング素子Ｓ８もまた交互にオンオフする。上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６のスイッチングタイミングの位相と、第２上スイッチング素子Ｓ７および第２下スイッチング素子Ｓ８のスイッチングタイミング位相は、１８０°異なっている。プライマリ側のスイッチングタイミングの位相とセカンダリ側のスイッチングタイミングの位相を異ならしめることで、巻線Ｌから端子Ａおよび端子Ｂに電力が伝送され、あるいは、端子Ａおよび端子Ｂから巻線Ｌに電力が伝送される。
その他の実施形態として、第１実施形態に係る電力変換装置のプライマリ側またはセカンダリ側のスイッチング回路は、昇圧回路、降圧回路等の一般的な電力変換回路に置き換えられてもよい。同様に、第２実施形態に係るリプル抑制・電力変換装置のプライマリ側またはセカンダリ側のスイッチング回路もまた、昇圧回路、または、降圧回路等の一般的な電力変換回路に置き換えられてもよい。
１〜８ 第１〜第８端子、１０ 第１ループ、１２ 第２ループ、１４ プライマリ回路、１６ セカンダリ回路、２６ リプル抑制・プライマリ回路、２８ リプル抑制・セカンダリ回路、３０ 第１追加リプル電流、３２ 第２追加リプル電流、３４ 第３追加リプル電流、３６ 第４追加リプル電流、ＥＡ 直流電源、ＣＶ 電源側コンデンサ、Ｃｔ 中間コンデンサ、ＣＬ 負荷側コンデンサ、ＲＬ 負荷、Ｆｐ コア、Ｌ１〜Ｌ４ 第１〜第４巻線、Ｃ１〜Ｃ４ 第１〜第４コンデンサ、Ｃ５ 上コンデンサ、Ｃ６ 下コンデンサ、ＣＥ 端子間コンデンサ、Ｓ１〜Ｓ４ 第１〜第４スイッチング素子、Ｓ５ 上スイッチング素子、Ｓ６ 下スイッチング素子、Ｓ７ 第２上スイッチング素子、Ｓ８ 第２下スイッチング素子、ＣＡ プライマリ・コンデンサ、ＣＢ セカンダリ・コンデンサ、ＣＣ プライマリ・追加コンデンサ、ＣＤ セカンダリ・追加コンデンサ、Ｌ 巻線。

Claims (6)

  1. 磁性材料で形成された磁路によって結合する第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を備える電力変換装置において、
    前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路の少なくとも一方は、
    前記磁路に設けられた第１巻線と、第１コンデンサと、第１スイッチング素子とを含む第１ループと、
    前記磁路に設けられた第２巻線と、第２コンデンサと、第２スイッチング素子とを含む第２ループと、
    前記第１スイッチング素子および前記第１巻線を接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２巻線を接続する経路との間に設けられた第３コンデンサと、を備え、
    前記第１スイッチング素子および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２コンデンサを接続する経路とが共通に接続されており、
    前記第３コンデンサの両端から電力が入出力される、ことを特徴とする電力変換装置。
  2. 磁性材料で形成された磁路によって結合する第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を備える電力変換装置において、
    前記第１スイッチング回路および第２スイッチング回路の少なくとも一方は、
    前記磁路に設けられた第１巻線と、第１コンデンサと、第１スイッチング素子とを含む第１ループと、
    前記磁路に設けられた第２巻線と、第２コンデンサと、第２スイッチング素子とを含む第２ループと、
    前記第１スイッチング素子および前記第１巻線を接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２巻線を接続する経路との間に設けられた第３コンデンサと、
    前記第１巻線および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２巻線および前記第２コンデンサを接続する経路との間に設けられた第４コンデンサと、
    を備え、
    前記第１スイッチング素子および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２コンデンサを接続する経路とが共通に接続されており、
    前記第４コンデンサの両端から電力が入出力される、ことを特徴とする電力変換装置。
  3. 磁性材料で形成された磁路によって結合する第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を備える電力変換装置において、
    前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、
    前記磁路に設けられた第１巻線と、第１コンデンサと、第１スイッチング素子とを含む第１ループと、
    前記磁路に設けられた第２巻線と、第２コンデンサと、第２スイッチング素子とを含む第２ループと、
    前記第１スイッチング素子および前記第１巻線を接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２巻線を接続する経路との間に設けられた第３コンデンサと、を備え、
    前記第１スイッチング素子および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２スイッチング素子および前記第２コンデンサを接続する経路とが共通に接続され、
    前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子が交互にオンオフし、
    前記第１スイッチング回路におけるスイッチングタイミングと、前記第２スイッチング回路におけるスイッチングタイミングとの時間差に応じた電力が、前記第１スイッチング回路および第２スイッチング回路の間で伝送される、ことを特徴とする電力変換装置。
  4. 請求項３に記載の電力変換装置において、
    前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれでは、前記第３コンデンサの両端から電力が入出力されることを特徴とする電力変換装置。
  5. 請求項３に記載の電力変換装置において、
    前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、
    前記第１巻線および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２巻線および前記第２コンデンサを接続する経路との間に設けられた第４コンデンサを備え、
    前記第４コンデンサの両端から電力が入出力されることを特徴とする電力変換装置。
  6. 請求項３に記載の電力変換装置において、
    前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち一方では、前記第３コンデンサの両端から電力が入出力され、
    前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち他方は、
    前記第１巻線および前記第１コンデンサを接続する経路と、前記第２巻線および前記第２コンデンサを接続する経路との間に設けられた第４コンデンサを備え、
    前記第４コンデンサの両端から電力が入出力されることを特徴とする電力変換装置。
JP2017038987A 2017-03-02 2017-03-02 電力変換装置 Active JP6794875B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017038987A JP6794875B2 (ja) 2017-03-02 2017-03-02 電力変換装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017038987A JP6794875B2 (ja) 2017-03-02 2017-03-02 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018148623A JP2018148623A (ja) 2018-09-20
JP6794875B2 true JP6794875B2 (ja) 2020-12-02

Family

ID=63591700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017038987A Active JP6794875B2 (ja) 2017-03-02 2017-03-02 電力変換装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6794875B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019208942A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Gleichspannungswandler zur bidirektionalen elektrischen Leistungsübertragung von einer Primärseite zu einer Sekundärseite des Gleichspannungswandlers oder umgekehrt

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06284723A (ja) * 1993-03-30 1994-10-07 Toshiba Lighting & Technol Corp 電源装置
JP5063285B2 (ja) * 2006-10-04 2012-10-31 株式会社デンソー ２トランス型ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP5104058B2 (ja) * 2007-06-21 2012-12-19 サンケン電気株式会社 共振型スイッチング電源装置
JP5807658B2 (ja) * 2013-05-21 2015-11-10 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018148623A (ja) 2018-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4910078B1 (ja) Ｄｃ／ｄｃ変換器およびａｃ／ｄｃ変換器
JP5923120B2 (ja) 双方向非接触給電システム
CN102801328B (zh) 电源装置
JP5396251B2 (ja) 直流―直流双方向コンバータ回路
JP5903628B2 (ja) 電力変換装置
US8508965B2 (en) Inverter and method for operating the inverter
CN107294413B (zh) 电力变换装置
CN107294414B (zh) 电力变换装置
CN111585443B (zh) Dc-dc转换器
JP2017085808A (ja) スイッチング電源装置
JP6709965B2 (ja) スナバ回路、及びそれを用いた電力変換システム
JP6794875B2 (ja) 電力変換装置
JP2016123193A (ja) 電源システム、車両及び電圧制御方法
KR101595927B1 (ko) Ｄｃ-ｄｃ컨버터 회로
JP5992820B2 (ja) コンバータ及び双方向コンバータ
JP6241452B2 (ja) 絶縁型電力変換装置
JP2016082715A (ja) 直列共振電力転送装置
JP4880718B2 (ja) 電源装置
JP2020102962A (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201013

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201014

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201026

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6794875

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250