JP3484636B2 - 対称形ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents
対称形ｄｃ／ｄｃコンバータInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電圧を昇圧もしく
は降圧して電気エネルギを伝達するＤＣ／ＤＣコンバー
タに関し、詳しくは、対称形ＤＣ／ＤＣコンバータに関
する。
は降圧して電気エネルギを伝達するＤＣ／ＤＣコンバー
タに関し、詳しくは、対称形ＤＣ／ＤＣコンバータに関
する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、電気二重層キャパシタは、蓄電
しているエネルギ量に応じて電圧が変動するエネルギ貯
蔵装置として知られている。電気二重層キャパシタが用
いられる際に、充電もしくは放電する時には電圧を昇圧
あるいは降圧してエネルギを伝達する必要がある。
しているエネルギ量に応じて電圧が変動するエネルギ貯
蔵装置として知られている。電気二重層キャパシタが用
いられる際に、充電もしくは放電する時には電圧を昇圧
あるいは降圧してエネルギを伝達する必要がある。
【０００３】電気二重層キャパシタの電力を消費する負
荷として電気自動車などのモーターを利用する場合、ブ
レーキ時などでモーターが逆に発電したときにそのエネ
ルギを回収することにより、システム全体のエネルギ効
率が大幅に高まる。
荷として電気自動車などのモーターを利用する場合、ブ
レーキ時などでモーターが逆に発電したときにそのエネ
ルギを回収することにより、システム全体のエネルギ効
率が大幅に高まる。
【０００４】そこで、昇圧あるいは降圧するためＤＣ／
ＤＣコンバータの機能を、どちらからエネルギが入って
も他方にエネルギを移送できるようにすることが重要に
なる。それぞれの方向用のＤＣ／ＤＣコンバータを用意
しスイッチで切り換える方法が考えられるが、これでは
装置全体が大きくなるため実用的ではない。そこで、一
つの回路で入力と出力を入れ替えても機能するＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータが不可欠となる。
ＤＣコンバータの機能を、どちらからエネルギが入って
も他方にエネルギを移送できるようにすることが重要に
なる。それぞれの方向用のＤＣ／ＤＣコンバータを用意
しスイッチで切り換える方法が考えられるが、これでは
装置全体が大きくなるため実用的ではない。そこで、一
つの回路で入力と出力を入れ替えても機能するＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータが不可欠となる。
【０００５】従来、この種のＤＣ／ＤＣコンバータとし
ては、双方向コンバータと呼ばれるものが提案されてい
る。この従来の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、充電器
もしくは電源、例えば、電気二重層キャパシタと、負
荷、例えば、モーターとを接続する４端子を備えた回路
素子である。
ては、双方向コンバータと呼ばれるものが提案されてい
る。この従来の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、充電器
もしくは電源、例えば、電気二重層キャパシタと、負
荷、例えば、モーターとを接続する４端子を備えた回路
素子である。
【０００６】図１２は従来の双方向ＤＣ／ＤＣコンバー
タの一構成例（以下、従来技術１と呼ぶ）を示す回路図
である。図１２を参照すると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバ
ータにおいては、電気二重層キャパシタ１７からモータ
ー１９に電力を供給してモーター１９を動作させる場
合、スイッチ回路２９を開放状態にしておいてスイッチ
回路２７をＰＷＭなどで制し、フォワード型コンバータ
回路として動作させる。
タの一構成例（以下、従来技術１と呼ぶ）を示す回路図
である。図１２を参照すると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバ
ータにおいては、電気二重層キャパシタ１７からモータ
ー１９に電力を供給してモーター１９を動作させる場
合、スイッチ回路２９を開放状態にしておいてスイッチ
回路２７をＰＷＭなどで制し、フォワード型コンバータ
回路として動作させる。
【０００７】モーター１９で発生した電力を電気二重層
キャパシタ１７に供給して充電させる場合、スイッチ回
路２７を開放状態にしておいてスイッチ回路２９をＰＷ
Ｍなどで制御し、フォワード型コンバータ回路として動
作させる。
キャパシタ１７に供給して充電させる場合、スイッチ回
路２７を開放状態にしておいてスイッチ回路２９をＰＷ
Ｍなどで制御し、フォワード型コンバータ回路として動
作させる。
【０００８】また、図１３は従来の双方向ＤＣ／ＤＣコ
ンバータの他の構成例（特開２０００−３３４４５公報
参照、以下、従来技術２と呼ぶ）を示す回路図である。
ンバータの他の構成例（特開２０００−３３４４５公報
参照、以下、従来技術２と呼ぶ）を示す回路図である。
【０００９】図１３を参照すると、従来技術２による双
方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源３３と、コンデ
ンサ３５を含む負荷３７の間に設けられる。従来技術２
の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、スイッチ素子と
して、ＦＥＴを用いており、具体的には、第１直列回路
４３と第２直列回路４９とインダクタンス２３と図示し
ない制御装置とを備えている。第１直列回路４３は、直
流電源に並列接続される第１ＦＥＴ３９及び第２ＦＥＴ
４１とを備える。また、第２直列回路４９は、負荷に並
列接続される第３ＦＥＴ４５及び第４ＦＥＴ４７を備え
る。インダクタンス２３は、第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥ
Ｔ４１との接続点と第３ＦＥＴ４５と第４ＦＥＴ４７と
の接続点の間に設けられている。さらに、制御装置は、
前記直流電源３３のエネルギを前記負荷３７に供給し、
かつ前記コンデンサ３５に蓄えられたエネルギを前記直
流電源３３に回生するように、前記第１ＦＥＴ３９、前
記第２ＦＥＴ４１、前記第３ＦＥＴ４５及び前記第４Ｆ
ＥＴ４７の各ゲートを制御する構成である。
方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源３３と、コンデ
ンサ３５を含む負荷３７の間に設けられる。従来技術２
の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、スイッチ素子と
して、ＦＥＴを用いており、具体的には、第１直列回路
４３と第２直列回路４９とインダクタンス２３と図示し
ない制御装置とを備えている。第１直列回路４３は、直
流電源に並列接続される第１ＦＥＴ３９及び第２ＦＥＴ
４１とを備える。また、第２直列回路４９は、負荷に並
列接続される第３ＦＥＴ４５及び第４ＦＥＴ４７を備え
る。インダクタンス２３は、第１ＦＥＴ３９と第２ＦＥ
Ｔ４１との接続点と第３ＦＥＴ４５と第４ＦＥＴ４７と
の接続点の間に設けられている。さらに、制御装置は、
前記直流電源３３のエネルギを前記負荷３７に供給し、
かつ前記コンデンサ３５に蓄えられたエネルギを前記直
流電源３３に回生するように、前記第１ＦＥＴ３９、前
記第２ＦＥＴ４１、前記第３ＦＥＴ４５及び前記第４Ｆ
ＥＴ４７の各ゲートを制御する構成である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術１の
双方向コンバータでは、インダクタを複数備え回路構成
が複雑である。
双方向コンバータでは、インダクタを複数備え回路構成
が複雑である。
【００１１】また、電気二重層をキャパシタのように電
圧が変動するするエネルギ貯蔵装置を用いる場合やモー
ター負荷で駆動・回生を行う場合に、そのエネルギー量
に対応した電圧変化量を含めたシステムとなる。そのた
め、どちらの方向にもエネルギを移送でさるだけでな
く、どちらの電圧がどれくらい高いかもしくは低いかに
応じて昇圧もしくは降圧を自由にできることが必要であ
る。
圧が変動するするエネルギ貯蔵装置を用いる場合やモー
ター負荷で駆動・回生を行う場合に、そのエネルギー量
に対応した電圧変化量を含めたシステムとなる。そのた
め、どちらの方向にもエネルギを移送でさるだけでな
く、どちらの電圧がどれくらい高いかもしくは低いかに
応じて昇圧もしくは降圧を自由にできることが必要であ
る。
【００１２】さらに、エネルギ貯蔵装置や発電機や負荷
を複数組み合わせてシステムを構築する際には、その昇
圧比や降圧比を適切に設定してやることが必要となり、
従来の双方向コンバータでは対応できなかった。
を複数組み合わせてシステムを構築する際には、その昇
圧比や降圧比を適切に設定してやることが必要となり、
従来の双方向コンバータでは対応できなかった。
【００１３】そこで、本発明の技術的課題は、エネルギ
の移送に対応した方向と、入出力の電圧比に対応した昇
圧比もしくは降圧比で動作する対称形ＤＣ／ＤＣコンバ
ータを提供することにある。
の移送に対応した方向と、入出力の電圧比に対応した昇
圧比もしくは降圧比で動作する対称形ＤＣ／ＤＣコンバ
ータを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明では、１個のイン
ダクタのそれぞれの端子に一対のスイッチ手段を前記イ
ンダクタに対して対称形となるように接続したＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータであって、前記一対のスイッチ手段の内の
一方を入力、他方を出力として昇圧コンバータおよび降
圧コンバータとして動作し、かつ、前記入力を出力と
し、前記出力を入力としても昇圧コンバータおよび降圧
コンバータとして動作でき、入力及び出力のいずれか一
方もしくは両方に電気二重層キャパシタを接続したこと
を特徴とする対称形ＤＣ／ＤＣコンバータを提供するも
のである。
ダクタのそれぞれの端子に一対のスイッチ手段を前記イ
ンダクタに対して対称形となるように接続したＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータであって、前記一対のスイッチ手段の内の
一方を入力、他方を出力として昇圧コンバータおよび降
圧コンバータとして動作し、かつ、前記入力を出力と
し、前記出力を入力としても昇圧コンバータおよび降圧
コンバータとして動作でき、入力及び出力のいずれか一
方もしくは両方に電気二重層キャパシタを接続したこと
を特徴とする対称形ＤＣ／ＤＣコンバータを提供するも
のである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００１６】図１は本発明の第１の実施の形態による対
称形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
称形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【００１７】図１を参照すると、本発明の第１の実施の
形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、インダ
クタ２３に一対のスイッチ手段５３，５３を接続してい
る。このスイッチ手段５３，５３を夫々制御することに
よって装置の入出力の方向や昇圧および降圧を選択す
る。
形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、インダ
クタ２３に一対のスイッチ手段５３，５３を接続してい
る。このスイッチ手段５３，５３を夫々制御することに
よって装置の入出力の方向や昇圧および降圧を選択す
る。
【００１８】図２は本発明の第２の実施の形態による対
称形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図３は図２
の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの第３及び第４端子を入
力として昇圧動作をした時の構成図である。図４は図２
の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの第３及び第４端子を入
力として降圧動作をした時の構成図である。
称形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図３は図２
の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの第３及び第４端子を入
力として昇圧動作をした時の構成図である。図４は図２
の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの第３及び第４端子を入
力として降圧動作をした時の構成図である。
【００１９】図２を参照すると、本発明の第２の実施の
形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ５５は、インダ
クタ２３の両端にスイッチ部５７，５９と、６１，６３
との一端を接続し、各スイッチ部５７，５９と６１，６
３の他端を、夫々端子６５，６７，６９，７１に接続す
るとともに、各スイッチ部５７，５９と６１，６３との
夫々の間に、コンデンサ７３，７３を夫々挿入し、端子
６７，７１を接続して、４端子とした構成である。
形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ５５は、インダ
クタ２３の両端にスイッチ部５７，５９と、６１，６３
との一端を接続し、各スイッチ部５７，５９と６１，６
３の他端を、夫々端子６５，６７，６９，７１に接続す
るとともに、各スイッチ部５７，５９と６１，６３との
夫々の間に、コンデンサ７３，７３を夫々挿入し、端子
６７，７１を接続して、４端子とした構成である。
【００２０】また、下記表１は、第１及び第２端子６
５，６７を入力、第３及び第４端子６９，７１を出力に
した場合と、第１及び第２端子６５，６７を出力、第３
及び第４端子６９，７１を入力にした場合とに分けてそ
の動作をまとめて示している。
５，６７を入力、第３及び第４端子６９，７１を出力に
した場合と、第１及び第２端子６５，６７を出力、第３
及び第４端子６９，７１を入力にした場合とに分けてそ
の動作をまとめて示している。
【００２１】
【表１】
【００２２】上記表１において、スイッチ部５７、５
９、６１，６３のそれぞれの場合の動作を示しており上
記表１中で「ＯＮ」短絡状態、「ＯＦＦ」は開放状態、
「ＳＷ」は、例えばＰＷＭ制御などで適当な昇圧比もし
くは降圧比になるようにＯＮ−ＯＦＦを断続的に行い制
御する状態、「Ｄ」は整流動作を示している。
９、６１，６３のそれぞれの場合の動作を示しており上
記表１中で「ＯＮ」短絡状態、「ＯＦＦ」は開放状態、
「ＳＷ」は、例えばＰＷＭ制御などで適当な昇圧比もし
くは降圧比になるようにＯＮ−ＯＦＦを断続的に行い制
御する状態、「Ｄ」は整流動作を示している。
【００２３】図３を参照すると、第１及び第２端子６
５，６７を入力、第３及び第４端子６９，７１を出力と
して、本発明の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧コン
バータとして動作させている。
５，６７を入力、第３及び第４端子６９，７１を出力と
して、本発明の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータを昇圧コン
バータとして動作させている。
【００２４】スイッチ部５７は「ＯＮ」であるので短
絡、スイッチ部５９は「ＯＦＦ」であるので開放、スイ
ッチ部６１は「Ｄ」であるので整流動作を行うダイオー
ド７５、スイッチ部６３は「ＳＷ」であるのでスイッチ
回路７７となり、適当な昇圧比になるように制御を行
う。
絡、スイッチ部５９は「ＯＦＦ」であるので開放、スイ
ッチ部６１は「Ｄ」であるので整流動作を行うダイオー
ド７５、スイッチ部６３は「ＳＷ」であるのでスイッチ
回路７７となり、適当な昇圧比になるように制御を行
う。
【００２５】図４を参照すると、図２と同様に第１及び
第２端子６５、６７を入力、第３及び第４端子６９，７
１を出力として、本発明の第２の実施の形態による対称
形ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧コンバータとして動作さ
せている。
第２端子６５、６７を入力、第３及び第４端子６９，７
１を出力として、本発明の第２の実施の形態による対称
形ＤＣ／ＤＣコンバータを降圧コンバータとして動作さ
せている。
【００２６】スイッチ部５７は「ＳＷ」であるのでスイ
ッチ回路７７として適当な降圧比になるように制御を行
う。また、スイッチ部５９は「Ｄ」であるので整流動作
を行うダイオード７５として機能し、スイッチ部６１は
「ＯＮ」であるので短絡、スイッチ部６３は「ＯＦＦ」
であるので開放になる。
ッチ回路７７として適当な降圧比になるように制御を行
う。また、スイッチ部５９は「Ｄ」であるので整流動作
を行うダイオード７５として機能し、スイッチ部６１は
「ＯＮ」であるので短絡、スイッチ部６３は「ＯＦＦ」
であるので開放になる。
【００２７】第１及び第２端子６５，６７を出力、第３
及び第４端子６９，７１を入力とした場合も、スイッチ
部の動作をスイッチ部５７と５９，６１と６３をそれぞ
れ入れ替えただけで、同様の動作を実現できる。
及び第４端子６９，７１を入力とした場合も、スイッチ
部の動作をスイッチ部５７と５９，６１と６３をそれぞ
れ入れ替えただけで、同様の動作を実現できる。
【００２８】図５は本発明の第３の実施の形態による対
称形ＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。図５を
参照すると、本発明の第３の実施の形態による対称形Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ５５は、図２のスイッチ部５７，５
９，６１，６３をスイッチ回路７７と整流器７５とを並
列に接続した構成を備えている。
称形ＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。図５を
参照すると、本発明の第３の実施の形態による対称形Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ５５は、図２のスイッチ部５７，５
９，６１，６３をスイッチ回路７７と整流器７５とを並
列に接続した構成を備えている。
【００２９】下記表２は、図５の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、第１及び第２端子６５，６７を入力、
第３及び第４端子６９，７１を出力にした場合と、第１
及び第２端子６５，６７を出力、第３及び第４端子６
９，７１を入力にした場合とに分けて、また、さらに、
それぞれの場合で昇圧もしくは降圧にする場合に分けて
スイッチ部の動作をまとめて示したものである。
バータにおいて、第１及び第２端子６５，６７を入力、
第３及び第４端子６９，７１を出力にした場合と、第１
及び第２端子６５，６７を出力、第３及び第４端子６
９，７１を入力にした場合とに分けて、また、さらに、
それぞれの場合で昇圧もしくは降圧にする場合に分けて
スイッチ部の動作をまとめて示したものである。
【００３０】
【表２】
【００３１】上記表２において、スイッチ回路７７を開
動作「ＯＦＦ」にした場合は、並列にダイオード７５が
接続されているためスイッチ部の動作は整流動作「Ｄ」
となる。そのため、上記表１における開放動作「ＯＦ
Ｆ」の部分がすべて，上記表２において、整流動作
「Ｄ」に入れ替わる。
動作「ＯＦＦ」にした場合は、並列にダイオード７５が
接続されているためスイッチ部の動作は整流動作「Ｄ」
となる。そのため、上記表１における開放動作「ＯＦ
Ｆ」の部分がすべて，上記表２において、整流動作
「Ｄ」に入れ替わる。
【００３２】しかしながら、開放動作が整流動作に変更
された箇所はそのスイッチ部のダイオードに対して順方
向に電圧がかからないために、開放動作と等価になり、
上記表１に示したものと同じ動作を行うことができる。
された箇所はそのスイッチ部のダイオードに対して順方
向に電圧がかからないために、開放動作と等価になり、
上記表１に示したものと同じ動作を行うことができる。
【００３３】したがって、図５の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいては、スイッチ回路７７のＯＮ・ＯＦＦの
みで上記表１に示したものと同様の動作を実現すること
ができる。
バータにおいては、スイッチ回路７７のＯＮ・ＯＦＦの
みで上記表１に示したものと同様の動作を実現すること
ができる。
【００３４】図６は本発明の第４の実施の形態による対
称形ＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。図６を
参照すると、本発明の第４の実施の形態による対称形Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータにおいては、図５に示すスイッチ回
路７７としてＦＥＴ８１を用いた場合を示し、このＦＥ
Ｔ８１のボディーダイオード８３を整流器として利用で
きる。
称形ＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。図６を
参照すると、本発明の第４の実施の形態による対称形Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータにおいては、図５に示すスイッチ回
路７７としてＦＥＴ８１を用いた場合を示し、このＦＥ
Ｔ８１のボディーダイオード８３を整流器として利用で
きる。
【００３５】しかし、図６に示すようにボディーダイオ
ード８３よりも順電圧Ｖｆが低くリカバリー時間の短い
高性能なダイオード７５をＦＥＴ８１のボディーダイオ
ード８３に夫々同じ方向で並列に接続すれば、ボディー
ダイオード８３に影響なく対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ
として動作できる。
ード８３よりも順電圧Ｖｆが低くリカバリー時間の短い
高性能なダイオード７５をＦＥＴ８１のボディーダイオ
ード８３に夫々同じ方向で並列に接続すれば、ボディー
ダイオード８３に影響なく対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ
として動作できる。
【００３６】図７は本発明の第５の実施の形態による対
称形ＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。図７を
参照すると、本発明の第５の実施の形態による対称形Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータにおいては、図６に示すＤＣ／ＤＣ
コンバータのダイオ一ド動作を同期整流によって実現
し、効率を改善するものである。
称形ＤＣ／ＤＣコンバータを示す回路図である。図７を
参照すると、本発明の第５の実施の形態による対称形Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータにおいては、図６に示すＤＣ／ＤＣ
コンバータのダイオ一ド動作を同期整流によって実現
し、効率を改善するものである。
【００３７】具体的に第５の実施の形態においては、オ
ペアンプ８９の出力がマイナス側に飽和しないようにし
てアナログ制御できるようにダイオード２１をＦＥＴ８
１の一端に抵抗８７を介して接続した構成を備えてい
る。
ペアンプ８９の出力がマイナス側に飽和しないようにし
てアナログ制御できるようにダイオード２１をＦＥＴ８
１の一端に抵抗８７を介して接続した構成を備えてい
る。
【００３８】以上説明したように、本発明の第１から第
５の実施の形態によれば、エネルギ移送の方向を自由に
選択でき、かつ、昇圧および降圧をその比も自由に変更
して動作させることができる対称形ＤＣ／ＤＣコンバー
タを提供することができる。
５の実施の形態によれば、エネルギ移送の方向を自由に
選択でき、かつ、昇圧および降圧をその比も自由に変更
して動作させることができる対称形ＤＣ／ＤＣコンバー
タを提供することができる。
【００３９】図８は本発明の第６の実施の形態による対
称形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図９は本発
明の第６の実施の形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバー
タの動作を表すフローチャート図である。
称形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図９は本発
明の第６の実施の形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバー
タの動作を表すフローチャート図である。
【００４０】図８を参照すると、本発明の第６の実施の
形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ９１は、エネル
ギを移送する装置の構成は第２の実施の形態による対称
形ＤＣ／ＤＣコンバータと同様である。エネルギを移送
するエネルギ貯蔵装置、発電装置、負荷の一例として電
気二重層キャパシタ１７、太陽電池９３および発光素子
９５を接続している。制御装置９７は電圧モニタ９９，
１０１から各端子の電圧情報を、電流センサ１０３，１
０５から各端子の電流情報を得ることができる。さらに
それらの情報から制御装置は状況を判断する機能を持
ち、スイッチ部５７，５９，６１，６３を開放および短
絡を高速切り換えできる状態、短絡状態、開放状態、一
方向に電流を流すことができる整流状態のいずれかに制
御することができるように接続されている。
形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ９１は、エネル
ギを移送する装置の構成は第２の実施の形態による対称
形ＤＣ／ＤＣコンバータと同様である。エネルギを移送
するエネルギ貯蔵装置、発電装置、負荷の一例として電
気二重層キャパシタ１７、太陽電池９３および発光素子
９５を接続している。制御装置９７は電圧モニタ９９，
１０１から各端子の電圧情報を、電流センサ１０３，１
０５から各端子の電流情報を得ることができる。さらに
それらの情報から制御装置は状況を判断する機能を持
ち、スイッチ部５７，５９，６１，６３を開放および短
絡を高速切り換えできる状態、短絡状態、開放状態、一
方向に電流を流すことができる整流状態のいずれかに制
御することができるように接続されている。
【００４１】図９を参照すると、本発明の第６の実施の
形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ９１において
は、スイッチ部５７，５９，６１，６３の状態は制御装
置９７によって制御される。制御装置９７は電圧モニタ
９９，１０１からの電圧の情報および電流センサ１０
３，１０５からの電流の情報（ステップＳＡ１）を判断
し（ステップＳＡ２）、入力および出力をどちらの端子
にするか、および昇圧コンバータとして動作させるか降
圧コンバータとして動作させるかを決定する（ステップ
ＳＡ３）。
形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ９１において
は、スイッチ部５７，５９，６１，６３の状態は制御装
置９７によって制御される。制御装置９７は電圧モニタ
９９，１０１からの電圧の情報および電流センサ１０
３，１０５からの電流の情報（ステップＳＡ１）を判断
し（ステップＳＡ２）、入力および出力をどちらの端子
にするか、および昇圧コンバータとして動作させるか降
圧コンバータとして動作させるかを決定する（ステップ
ＳＡ３）。
【００４２】エネルギ移送の向きおよび昇降圧が決まる
と、それに応じてスイッチ部５７，５９，６１，６３を
下記表３のような動作をするように設定し、ＳＷの動作
をしているスイッチ部の開放および短絡の間隔を入出力
電圧の比に合わせて適当な値に設定する（ステップＳＡ
４）。エネルギ移送を行った（ステップＳＡ５）後、再
度電圧モニタ９９，１０１からの電圧の情報および電流
センサ１０３，１０５からの電流の情報を制御装置が判
断し（ステップＳＡ６）、次にどのように動作させるべ
きかを判断し、終了の指示がない限り通常はその動作を
繰り返す。
と、それに応じてスイッチ部５７，５９，６１，６３を
下記表３のような動作をするように設定し、ＳＷの動作
をしているスイッチ部の開放および短絡の間隔を入出力
電圧の比に合わせて適当な値に設定する（ステップＳＡ
４）。エネルギ移送を行った（ステップＳＡ５）後、再
度電圧モニタ９９，１０１からの電圧の情報および電流
センサ１０３，１０５からの電流の情報を制御装置が判
断し（ステップＳＡ６）、次にどのように動作させるべ
きかを判断し、終了の指示がない限り通常はその動作を
繰り返す。
【００４３】
【表３】
【００４４】本発明の第６の実施の形態の場合、太陽電
池９３の発電電力を発光素子９５で消費するだけでなく
余剰電力を電気二重層キャパシタ１７に充電する構成を
備えている。太陽電池９３が発光素子９５を十分に発光
させることができるまで発電しているときに、電気二重
層キャパシタ１７を充電する動作をさせることを制御装
置７５が判断する。この時、電気二重層キャパシタ１７
のエネルギ状態すなわち電圧値がどのような場合でも、
制御装置９７が入力および出力の電圧を判断して昇圧お
よび降圧を決定し、電気二重層キャパシタ１７に充電を
行う。さらに太陽電池９３が発電していないときにも発
光素子９５を発光させたい場合、電気二重層キャパシタ
１７の電圧が発光素子９５の発光に必要とする電圧より
高くても低くても適切な電圧に調節して発光素子９５に
放電することにより発光素子９５を必要とする輝度で発
光させることができる。
池９３の発電電力を発光素子９５で消費するだけでなく
余剰電力を電気二重層キャパシタ１７に充電する構成を
備えている。太陽電池９３が発光素子９５を十分に発光
させることができるまで発電しているときに、電気二重
層キャパシタ１７を充電する動作をさせることを制御装
置７５が判断する。この時、電気二重層キャパシタ１７
のエネルギ状態すなわち電圧値がどのような場合でも、
制御装置９７が入力および出力の電圧を判断して昇圧お
よび降圧を決定し、電気二重層キャパシタ１７に充電を
行う。さらに太陽電池９３が発電していないときにも発
光素子９５を発光させたい場合、電気二重層キャパシタ
１７の電圧が発光素子９５の発光に必要とする電圧より
高くても低くても適切な電圧に調節して発光素子９５に
放電することにより発光素子９５を必要とする輝度で発
光させることができる。
【００４５】図１０は本発明の第７の実施の形態による
対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図１１は
本発明の第７の実施の形態による対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータの動作を表すフローチャート図である。
対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図１１は
本発明の第７の実施の形態による対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータの動作を表すフローチャート図である。
【００４６】図１０を参照すると、本発明の第７の実施
の形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、エ
ネルギを移送する装置の構成は第３の実施の形態による
対称形ＤＣ／ＤＣコンバータと同じである。エネルギを
移送するエネルギ貯蔵装置、発電装置、負荷の一例とし
て電気二重層キャパシタ１７、モーター１９を接続して
いる，制御装置９７は電圧モニタ９９，１０１から各端
子の電圧情報を、電流センサ１０３，１０５から各端子
の電流情報を得ることができる。
の形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、エ
ネルギを移送する装置の構成は第３の実施の形態による
対称形ＤＣ／ＤＣコンバータと同じである。エネルギを
移送するエネルギ貯蔵装置、発電装置、負荷の一例とし
て電気二重層キャパシタ１７、モーター１９を接続して
いる，制御装置９７は電圧モニタ９９，１０１から各端
子の電圧情報を、電流センサ１０３，１０５から各端子
の電流情報を得ることができる。
【００４７】また、ユーザーが必要とするモーター１９
のトルクの情報をトルク設定装置１０７を介して得るこ
とができる。さらにそれらの情報から制御装置９７は状
況を判断する機能を持ち、それぞれのスイッチ回路７７
を開放および短絡を高速切り換えできる状態、短絡状
態、開放状態のいずれかに制御することができるように
接続されている。
のトルクの情報をトルク設定装置１０７を介して得るこ
とができる。さらにそれらの情報から制御装置９７は状
況を判断する機能を持ち、それぞれのスイッチ回路７７
を開放および短絡を高速切り換えできる状態、短絡状
態、開放状態のいずれかに制御することができるように
接続されている。
【００４８】図１１を参照すると、本発明の第７の実施
の形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、
スイッチ回路７７の状態は制御装置９７によって制御さ
れる。制御装置９７は電圧モニタ９９，１０１からの電
圧の情報および電流センサ１０３、１０５からの電流の
情報、さらに外部から入力される情報すなわちここでは
トルク設定装置１０７からの要求されるトルクの情報を
判断し（ステップＳＢ１，ＳＢ２、ＳＢ３）、入力およ
び出力をどちらの端子にするか（ステップＳＢ４）、お
よび昇圧コンバータとして動作させるか降圧コンバータ
として動作させるかを決定する（ステップＳＢ５）。
の形態による対称形ＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、
スイッチ回路７７の状態は制御装置９７によって制御さ
れる。制御装置９７は電圧モニタ９９，１０１からの電
圧の情報および電流センサ１０３、１０５からの電流の
情報、さらに外部から入力される情報すなわちここでは
トルク設定装置１０７からの要求されるトルクの情報を
判断し（ステップＳＢ１，ＳＢ２、ＳＢ３）、入力およ
び出力をどちらの端子にするか（ステップＳＢ４）、お
よび昇圧コンバータとして動作させるか降圧コンバータ
として動作させるかを決定する（ステップＳＢ５）。
【００４９】エネルギ移送の向きおよび昇降圧が決まる
と、それに応じてスイッチ部５７，５９，６１，６３を
下記表４のような動作をするようにスイッチ回路７７の
状態を設定し、ＳＷの動作をしているスイッチ部のスイ
ッチ回路の開放および短絡の間隔を入出力電圧の比に合
わせて適当な値に設定する（ステップＳＢ６）。エネル
ギ移送を行った（ステップＳＢ７）後、再度電圧モニタ
９９，１０１からの電圧の情報および電流センサからの
電流の情報を制御装置９７が判断し、どのように動作さ
せるべきかを判断する（ステップＳＢ８）。
と、それに応じてスイッチ部５７，５９，６１，６３を
下記表４のような動作をするようにスイッチ回路７７の
状態を設定し、ＳＷの動作をしているスイッチ部のスイ
ッチ回路の開放および短絡の間隔を入出力電圧の比に合
わせて適当な値に設定する（ステップＳＢ６）。エネル
ギ移送を行った（ステップＳＢ７）後、再度電圧モニタ
９９，１０１からの電圧の情報および電流センサからの
電流の情報を制御装置９７が判断し、どのように動作さ
せるべきかを判断する（ステップＳＢ８）。
【００５０】
【表４】
【００５１】本発明の第７の実施の形態の場合、外部か
らの信号をユーザーが希望するモーター１９のトルクと
して、希望するトルクが実際に動作しているモーター１
９のトルクよりも少ない場合、例えば、モーター１９が
回転している状態で回転停止を希望した場合、モーター
１９は発電装置として作用する。この時、電気二重層キ
ャパシタ１７のエネルギ状態すなわち電圧値がどのよう
な場合でも、またモータ１９が出力する電圧値がどのよ
うな場合でも、制御装置９７が入力および出力の電圧を
判断して昇圧および降圧を決定し、電気二重層キャパシ
タ１７に充電を行う。希望するトルクが実際に動作して
いるモーター１９のトルクよりも多い場合、例えば、モ
ーター１９が止まっている状態である程度の回転を希望
した場合、モーター１９は負荷として作用する。電気二
重層キャパシタ１７の電圧がモーター１９の動作に必要
とする電圧より高くても低くても適切な電圧に調節して
モーター１９を駆動することができる。
らの信号をユーザーが希望するモーター１９のトルクと
して、希望するトルクが実際に動作しているモーター１
９のトルクよりも少ない場合、例えば、モーター１９が
回転している状態で回転停止を希望した場合、モーター
１９は発電装置として作用する。この時、電気二重層キ
ャパシタ１７のエネルギ状態すなわち電圧値がどのよう
な場合でも、またモータ１９が出力する電圧値がどのよ
うな場合でも、制御装置９７が入力および出力の電圧を
判断して昇圧および降圧を決定し、電気二重層キャパシ
タ１７に充電を行う。希望するトルクが実際に動作して
いるモーター１９のトルクよりも多い場合、例えば、モ
ーター１９が止まっている状態である程度の回転を希望
した場合、モーター１９は負荷として作用する。電気二
重層キャパシタ１７の電圧がモーター１９の動作に必要
とする電圧より高くても低くても適切な電圧に調節して
モーター１９を駆動することができる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エネルギの移送に対応した方向と、入出力の電圧比に対
応した昇圧比もしくは降圧比で動作する対称形ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータを提供することができる。
エネルギの移送に対応した方向と、入出力の電圧比に対
応した昇圧比もしくは降圧比で動作する対称形ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータを提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による対称形ＤＣ／
ＤＣコンバータの回路図である。
ＤＣコンバータの回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による対称形ＤＣ／
ＤＣコンバータの回路図である。
ＤＣコンバータの回路図である。
【図３】図２の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの第３及び
第４端子を入力として昇圧動作をした時の構成図であ
る。
第４端子を入力として昇圧動作をした時の構成図であ
る。
【図４】図２の対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの第３及び
第４端子を入力として降圧動作をした時の構成図であ
る。
第４端子を入力として降圧動作をした時の構成図であ
る。
【図５】本発明の第３の実施の形態による対称形ＤＣ／
ＤＣコンバータを示す回路図である。
ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による対称形ＤＣ／
ＤＣコンバータを示す回路図である。
ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態による対称形ＤＣ／
ＤＣコンバータを示す回路図である。
ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態による対称形ＤＣ／
ＤＣコンバータの回路図である。
ＤＣコンバータの回路図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態による対称形ＤＣ／
ＤＣコンバータの動作を表すフローチャート図である。
ＤＣコンバータの動作を表すフローチャート図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態による対称形ＤＣ
／ＤＣコンバータの回路図である。
／ＤＣコンバータの回路図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態による対称形ＤＣ
／ＤＣコンバータの動作を表すフローチャート図であ
る。
／ＤＣコンバータの動作を表すフローチャート図であ
る。
【図１２】従来技術１による双方向ＤＣ／ＤＣコンバー
タの構成を示す回路図である。
タの構成を示す回路図である。
【図１３】従来技術２による双方向ＤＣ／ＤＣコンバー
タの構成を示す回路図である。
タの構成を示す回路図である。
１７ 電気二重層キャパシタ
１９ モーター
２３ インダクタンス
２７ スイッチ回路
２９ スイッチ回路
３１ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３ 直流電源
３５ コンデンサ
３７ 負荷
３９ 第１ＦＥＴ
４１ 第２ＦＥＴ
４３ 第１直列回路
４５ 第３ＦＥＴ
４７ 第４ＦＥＴ
４９ 第２直列回路
５１ 対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ
５３ スイッチ手段
５５ 対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ
５７，５９，６１，６３ スイッチ部
６５，６７，６９，７１ 端子
７３ コンデンサ
７５ ダイオード（整流器）
７７ スイッチ回路
８１ ＦＥＴ
８３ ボディーダイオード
８７ 抵抗
８９ オペアンプ
９１ 対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ
９３ 太陽電池
９５ 発光素子
９７ 制御装置
９９，１０１ 電圧モニタ
１０３，１０５ 電流センサ
１０７ トルク設定装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2000−60116（ＪＰ，Ａ)
特開2000−23453（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−243642（ＪＰ，Ａ)
特開2001−268900（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 3/155
Claims (8)
- 【請求項１】 １個のインダクタのそれぞれの端子に一
対のスイッチ手段を前記インダクタに対して対称形とな
るように接続したＤＣ／ＤＣコンバータであって、前記
一対のスイッチ手段の内の一方を入力、他方を出力とし
て昇圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作し、
かつ、前記入力を出力とし、前記出力を入力としても昇
圧コンバータおよび降圧コンバータとして動作でき、入
力及び出力のいずれか一方もしくは両方に電気二重層キ
ャパシタを接続したことを特徴とする対称形ＤＣ／ＤＣ
コンバータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、インダクタのひとつの端子と直列に接
続された２個のスイッチ部の中間の端子を接続して前記
直列に接続された２個のスイッチ部の両端子にコンデン
サを並列に接続して前記両端子を対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータの入力端子または出力端子として構成し，同様に
前記インダクタのもうひとつの端子と直列に接続された
２個のスイッチ部の中間の端子を接続して前記直列に接
続された２個のスイッチ部の両端子にコンデンサを並列
に接続して前記両端子を対称形ＤＣ／ＤＣコンバータの
入力端子または出力端子として構成し、前記入出力端子
のそれぞれ―方の端子を接続して構成していることを特
徴とする対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ。 - 【請求項３】 請求項１に記載の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、前記一対のスイッチ手段は４つのスイ
ッチ部を備え、前記スイッチ部が開放および短絡を適当
な間隔で高速切り換えできる機構と短絡状態を維持する
機構と一方向のみに電流を流せることが可能な整流機構
を備えていることを特徴とする対称形ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ。 - 【請求項４】 請求項１に記載の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、前記一対のスイッチ手段は４つのスイ
ッチ部を備え、前記スイッチ部を少なくとも一つが同期
整流方式を用いた整流機構を備えていることを特徴とす
る対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ。 - 【請求項５】 請求項１に記載の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、前記一対のスイッチ手段の一方は第１
及び第２のスイッチ部を備え、前記一対のスイッチ手段
の内の他方は第３及び第４のスイッチ部を備え、入出力
のそれぞれ一方を共通に接続している端子を入出力共通
端子とし、入力端子とインダクタの間の前記第１のスイ
ッチ部を短絡状態に、前記第１のスイッチ部とインダク
タとの間の接続部と入出力共通部との間の前記第２のス
イッチ部を開放状態に、出力端子とインダクタの間の第
３のスイッチ部をインダクタから出力端子に電流が流れ
る方向に整流される状態に、前記第３のスイッチ部とイ
ンダクタとの間の接続部と入出力共通部との間の第４の
スイッチ部を開放および短絡を適当な間隔で高速切り換
えできる状態にして、前記第１から第４のスイッチ部の
開放および短絡の切り換え間隔を制御することにより、
入力電圧を任意の電圧に昇圧して出力することができる
ことを特徴とする対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ。 - 【請求項６】 請求項１に記載の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、前記一対のスイッチ手段の一方は第１
及び第２のスイッチ部を備え、前記一対のスイッチ手段
の内の他方は第３及び第４のスイッチ部を備え、入力端
子とインダクタの間の前記第１のスイッチ部を開放およ
び短絡を適当な間隔で高速切り換えできる状態に、前記
第１のスイッチ部とインダクタとの間の接続部と前記入
出力共通部との間の前記第２スイッチ部を入出力共通部
からインダクタに電流が流れる方向に充電される状態
に、出力端子とインダクタの間の第３のスイッチ部を短
絡状態に、前記第３のスイッチ部とインダクタとの間の
接続部と入出力共通部との間の第４のスイッチ部を開放
状態にして、前記開放および短絡を切り換えることがで
きる前記第１から第４のスイッチ部の開放および短絡の
切り換え間隔を制御することにより、入力電圧を任意の
電圧に降圧して出力することができることを特徴とする
対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ。 - 【請求項７】 請求項１に記載の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、２つある入出力端子の両方の電圧もし
くは電流をそれぞれ測定し、前記入出力端子の状態を認
識することによってエネルギを移送する向きを自動的に
判断し、開放と短絡を適当な間隔で高速切り換えできる
状態、短絡を維持する状態、一方向のみに電流を流すこ
とが可能な状態のうち、任意の状態に４つのスイッチ部
を制御することが可能な制御装置を備え、前記４つのス
イッチ部は前記一対のスイッチ手段を構成していること
を特徴とする対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ。 - 【請求項８】 請求項１に記載の対称形ＤＣ／ＤＣコン
バータにおいて、２つある入出力端子の両方の電圧もし
くは電流をそれぞれ測定し、前記入出力端子の状態を判
断し、前記入出力端子の状態の情報と外部から得られる
情報とを総合的に検討してエネルギを移送する向きを自
動的に判断し、開放と短絡を適当な間隔で高速切り換え
できる状態、短絡を維持する状態、一方向のみに電流を
流すことが可能な状態のうち、任意の状態に４つのスイ
ッチ部を制御することが可能な制御装置を備え、前記４
つのスイッチ部は前記一対のスイッチ手段を構成してい
ることを特徴とする対称形ＤＣ／ＤＣコンバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001369532A JP3484636B2 (ja) | 2000-12-04 | 2001-12-04 | 対称形ｄｃ／ｄｃコンバータ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-368300 | 2000-12-04 | ||
| JP2000368300 | 2000-12-04 | ||
| JP2001369532A JP3484636B2 (ja) | 2000-12-04 | 2001-12-04 | 対称形ｄｃ／ｄｃコンバータ |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2002238250A JP2002238250A (ja) | 2002-08-23 |
| JP3484636B2 true JP3484636B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=26605169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001369532A Expired - Fee Related JP3484636B2 (ja) | 2000-12-04 | 2001-12-04 | 対称形ｄｃ／ｄｃコンバータ |
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| JP2009095099A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Univ Of Ryukyus | 永久磁石同期電動機のパルス振幅変調制御装置 |
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2001
- 2001-12-04 JP JP2001369532A patent/JP3484636B2/ja not_active Expired - Fee Related
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