JP6490093B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
この発明は、複数の電源からの電力を負荷に供給することができるとともに、負荷や電源の状態に応じて電力供給源を切り替えることができる電力変換装置に関するものである。
従来の電力変換装置には、トランスに複合巻線を用いて多出力の電源構成を得るようにしたものがある（例えば、下記の特許文献１参照）。すなわち、この従来技術の電力変換装置は、互いに磁気結合をした複合巻線を有したトランスを用いて交流電源からの電力を二つの直流電源に充電する際に、どちらかの直流電源に優先順位を設けて充電することを目的とし、また、交流電源がないときには一方の直流電源を供給源として双方向スイッチにより、他方の直流電源に充電するようにしている。
上記の特許文献１記載の従来のものは、交流入力電圧の供給有無を検出する検出部を備え、検出部による検出結果から交流入力電圧が供給されていないと判断した場合に、直流電源から電力供給するよう記述されているが、交流入力側の電力容量によっては、交流入力電圧は存在するが、負荷への電力供給を十分に行なえない状態が存在する。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであって、磁気的に結合した複数の巻線に複数の電源が接続される場合において、例えば一つの電源の入力電力が負荷電力に対して不足する場合に、上記一つの電源に加えて他の電源からも電力を供給するなど、電力供給源を複数とすることで、連続的に安定的に負荷への電力供給が可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
この発明に係る電力変換装置は、
互いに磁気的に結合された３つ以上の巻線で構成され、上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線には電力供給源が接続され、上記３以上の巻線の内の少なくとも１つの巻線には負荷が接続されるトランスと、
上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線と上記電力供給源とをそれぞれ接続する複数のスイッチング回路と、
上記複数のスイッチング回路を制御する制御回路とを備えている。
また、上記複数のスイッチング回路は、オンとなることにより、接続された上記巻線に対して異なる方向の電圧を出力する２組のスイッチ素子をそれぞれ備えている。
そして、上記制御回路は、複数の上記電力供給源から交互に電力が供給される繰り返し期間である１スイッチング期間内において、電力が供給される合計オン時間を、電力を供給する複数の上記電力供給源の数に応じて時分割し、上記時分割したオン時間をそれぞれ上記電力を供給する上記電力供給源に接続された上記複数のスイッチング回路の各上記２組のスイッチ素子に割り当て、
上記複数のスイッチング回路は、上記制御回路により割り当てられたオン時間に、それぞれ当該スイッチング回路に接続された上記電力供給源から負荷側へ電力供給を行うように動作するとともに、
上記複数のスイッチング回路は、第１のスイッチング期間では正負極性のうちいずれか一方の極性で上記トランスに向けてそれぞれ電力供給を行い、上記第１のスイッチング期間に続く第２のスイッチング期間では上記第１のスイッチング期間における極性と反対の極性で上記トランスに向けてそれぞれ電力供給を行うように動作する。
また、この発明に係る電力変換装置は、
互いに磁気的に結合された３つ以上の巻線で構成され、上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線には電力供給源が接続され、上記３以上の巻線の内の少なくとも１つの巻線には負荷が接続されるトランスと、
上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線と上記電力供給源とをそれぞれ接続する複数のスイッチング回路と、
上記電力供給源のうち少なくとも一つの入力電圧又は入力電流を検出する検出部と、
上記電力供給源から電力が供給される負荷側の電圧または電流を検出する検出回路と、
上記複数のスイッチング回路を制御する制御回路とを備えた電力変換装置であって、
上記制御回路は、複数の上記電力供給源から交互に電力が供給される繰り返し期間である１スイッチング期間内において、
電力が供給される合計オン時間を、上記検出回路で検出された上記負荷側の電圧または電流の検出値と予め設定された目標値とに基づいて決定し、
上記合計オン時間を、電力を供給する複数の上記電力供給源の数及び上記検出部の検出結果に基づいて決定した分割割合に応じて時分割し、上記時分割したオン時間をそれぞれ上記電力を供給する上記電力供給源に接続された上記複数のスイッチング回路に割り当て、上記複数のスイッチング回路は、上記制御回路により割り当てられたオン時間に、それぞれ当該スイッチング回路に接続された上記電力供給源から負荷側へ電力供給を行うように動作するものである。
互いに磁気的に結合された３つ以上の巻線で構成され、上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線には電力供給源が接続され、上記３以上の巻線の内の少なくとも１つの巻線には負荷が接続されるトランスと、
上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線と上記電力供給源とをそれぞれ接続する複数のスイッチング回路と、
上記複数のスイッチング回路を制御する制御回路とを備えている。
また、上記複数のスイッチング回路は、オンとなることにより、接続された上記巻線に対して異なる方向の電圧を出力する２組のスイッチ素子をそれぞれ備えている。
そして、上記制御回路は、複数の上記電力供給源から交互に電力が供給される繰り返し期間である１スイッチング期間内において、電力が供給される合計オン時間を、電力を供給する複数の上記電力供給源の数に応じて時分割し、上記時分割したオン時間をそれぞれ上記電力を供給する上記電力供給源に接続された上記複数のスイッチング回路の各上記２組のスイッチ素子に割り当て、
上記複数のスイッチング回路は、上記制御回路により割り当てられたオン時間に、それぞれ当該スイッチング回路に接続された上記電力供給源から負荷側へ電力供給を行うように動作するとともに、
上記複数のスイッチング回路は、第１のスイッチング期間では正負極性のうちいずれか一方の極性で上記トランスに向けてそれぞれ電力供給を行い、上記第１のスイッチング期間に続く第２のスイッチング期間では上記第１のスイッチング期間における極性と反対の極性で上記トランスに向けてそれぞれ電力供給を行うように動作する。
また、この発明に係る電力変換装置は、
互いに磁気的に結合された３つ以上の巻線で構成され、上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線には電力供給源が接続され、上記３以上の巻線の内の少なくとも１つの巻線には負荷が接続されるトランスと、
上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線と上記電力供給源とをそれぞれ接続する複数のスイッチング回路と、
上記電力供給源のうち少なくとも一つの入力電圧又は入力電流を検出する検出部と、
上記電力供給源から電力が供給される負荷側の電圧または電流を検出する検出回路と、
上記複数のスイッチング回路を制御する制御回路とを備えた電力変換装置であって、
上記制御回路は、複数の上記電力供給源から交互に電力が供給される繰り返し期間である１スイッチング期間内において、
電力が供給される合計オン時間を、上記検出回路で検出された上記負荷側の電圧または電流の検出値と予め設定された目標値とに基づいて決定し、
上記合計オン時間を、電力を供給する複数の上記電力供給源の数及び上記検出部の検出結果に基づいて決定した分割割合に応じて時分割し、上記時分割したオン時間をそれぞれ上記電力を供給する上記電力供給源に接続された上記複数のスイッチング回路に割り当て、上記複数のスイッチング回路は、上記制御回路により割り当てられたオン時間に、それぞれ当該スイッチング回路に接続された上記電力供給源から負荷側へ電力供給を行うように動作するものである。
この発明の電力変換装置によれば、複数の電力供給源のいずれからも並行して負荷側へ電力供給することができるので、連続的かつ安定的に負荷への電力供給が可能となる。
実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の回路構成図である。
この実施の形態１の電力変換装置は、複数の電力供給源となる、交流電源１、第１の直流電源１１、及び第２の直流電源３４が接続されており、また、インバータ１７及び負荷機器接続端２１を介して負荷に接続されている。この実施の形態１の電力変換装置は、例えば、電動車両の充電器を中心とした電源システムに適用されるものである。すなわち、この実施の形態１は、例えば、交流電源１は商用交流電源や自家発電機などであり、第１の直流電源１１は車両走行用の高圧バッテリであり、第２の直流電源３４は車両電装品の電源である鉛バッテリであり、インバータ１７及び負荷機器接続端２１は車内で使用可能な交流１００Ｖ電源としたシステムに適用可能である。
図１及び図２は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の回路構成図である。
この実施の形態１の電力変換装置は、複数の電力供給源となる、交流電源１、第１の直流電源１１、及び第２の直流電源３４が接続されており、また、インバータ１７及び負荷機器接続端２１を介して負荷に接続されている。この実施の形態１の電力変換装置は、例えば、電動車両の充電器を中心とした電源システムに適用されるものである。すなわち、この実施の形態１は、例えば、交流電源１は商用交流電源や自家発電機などであり、第１の直流電源１１は車両走行用の高圧バッテリであり、第２の直流電源３４は車両電装品の電源である鉛バッテリであり、インバータ１７及び負荷機器接続端２１は車内で使用可能な交流１００Ｖ電源としたシステムに適用可能である。
交流電源１は、電圧電流検出部５１を介してＡＣ／ＤＣコンバータ２に接続され、交流電圧Ｖａｃｉｎは直流電圧ＶＬ１としてコンデンサ３に蓄積される。この直流電圧ＶＬ１は第１のスイッチング回路４により交流電圧Ｖｔｒ１に変換される。第１のスイッチング回路４は、４つのスイッチ素子４ａ〜４ｄをブリッジ型に接続したインバータとして構成され、交流電源１からの入力電力の受電量を制御する。上記のＡＣ／ＤＣコンバータ２は、交流電源１の電圧を直流化する整流機能と交流電源１の入力電圧と入力電流の位相を近づける力率改善機能を有する。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は特許請求の範囲における力率変換回路に対応する。なお、上記のＡＣ／ＤＣコンバータ２は、交流電源１の電圧を直流化する整流機能のみを有するとしてもよい。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は特許請求の範囲における整流回路に対応する。
第１のスイッチング回路４の第１交流端に昇圧コイル５の第１端が接続され、この昇圧コイル５の第２端に複合巻線トランス（以下、単にトランスという）６の１次側となる第１の巻線６ａの第１端が接続され、この第１の巻線６ａの第２端が第１のスイッチング回路４の第２交流端に接続される。
トランス６の２次側となる第２の巻線６ｂの第１端は、昇圧コイル７の第１端に接続され、この昇圧コイル７の第２端は第２のスイッチング回路８の第１交流端と２つのスイッチ素子９ａ、９ｂを有するスイッチ９の第１端に接続され、第２の巻線６ｂの第２端と第２のスイッチング回路８の第２交流端が接続される。そして、第２のスイッチング回路８は、４つのスイッチ素子８ａ〜８ｄをブリッジ型に接続しており、第１の直流電源１１を充電する際には、昇圧チョッパとして機能する。
スイッチ９の第２端は直列に接続された２つのコンデンサ１０ａ、１０ｂの第１端同士の接続点に接続され、第２のスイッチング回路８の直流プラス端子は、コンデンサ１０ａの第２端と電圧電流検出部５３を介して第１の直流電源１１のプラス端に接続される。また第２のスイッチング回路８の直流マイナス端子はコンデンサ１０ｂの第２端と電圧電流検出部５３を介して第１の直流電源１１のマイナス端に接続される。なお、２つのコンデンサ１０ａ、１０ｂは、ここでは同容量となるように構成されている。
トランス６の３次側となる第３の巻線６ｃは、第１端が昇圧コイル１２の第１端に接続され、この昇圧コイル１２の第２端は第３のスイッチング回路１３の第１交流端に接続され、第３の巻線６ｃの第２端は、第３のスイッチング回路１３の第２交流端に接続される。第３のスイッチング回路１３は、整流素子１３ａとスイッチ素子１３ｂの直列接続および整流素子１３ｃとスイッチ素子１３ｄの直列接続した２レグの並列接続により構成されている。そして、この第３のスイッチング回路１３は、通常は整流回路として機能し、また後述の平滑コンデンサ１５に生じる直流電圧ＶＬ２が所定値よりも低い場合には昇圧チョッパとして機能する。
トランス６の第３の巻線６ｃに生じた交流の出力電圧Ｖｔｒ３は、第３のスイッチング回路１３で直流変換され、平滑コイル１４と平滑コンデンサ１５とで平滑化され、電圧電流検出部５４を介してコンデンサ１６に蓄積され直流電圧ＶＬ２となる。コンデンサ１６は、４つのスイッチ素子１７ａ〜１７ｄで構成されるインバータ１７の直流入力端に接続される。インバータ１７の交流出力端は、平滑コイル１８ａ、１８ｂ、平滑コンデンサ１９、コモンモードチョークコイル２０、電圧電流検出部５５、および負荷機器接続端２１が順次接続される。そして、この負荷機器接続端２１において、これに接続される図示しない各種の機器（以下、交流負荷という）の供給電源である交流電源Ｖａｃｏｕｔを生成する。
トランス６の４次側となる第４の巻線６ｄ１、６ｄ２は、センタータップ型に構成され、その両端には第４のスイッチング回路３０を構成する２つのスイッチ素子３０ａ、３０ｂの第１端がそれぞれ接続されている。第４の巻線６ｄ１、６ｄ２のセンタータップとなる接続点には、スイッチ素子３３の第１端が接続されるとともに、２つのスイッチ素子３５ａ、３５ｂで構成されるスイッチ３５の第１端が接続される。
スイッチ素子３３の第２端は、還流ダイオード３６と平滑コイル３１の第１端との接続点に接続される。平滑コイル３１の第２端とスイッチ３５の第２端と平滑コンデンサ３２の第１端がそれぞれ共通に接続され、電圧電流検出部５６を経て第２の直流電源３４のプラス端に接続される。スイッチ素子３０ａ、３０ｂの第２端はそれぞれ互いに接続され、還流ダイオード３６のアノード端、平滑コンデンサ３２の第２端と第２の直流電源３４のマイナス端に接続される。第４のスイッチング回路３０は、上記の２つのスイッチ素子３０ａ、３０ｂ、スイッチ素子３３、還流ダイオード３６、および平滑コイル３１で構成され、スイッチ素子３３、還流ダイオード３６、および平滑コイル３１の構成により降圧チョッパとして機能する。
ここで、交流電源１に接続される第１のスイッチング回路４、第１の直流電源１１に接続される第２のスイッチング回路８、第２の直流電源３４に接続される第４のスイッチング回路３０を、特許請求の範囲では、電力供給源に接続されるスイッチング回路と称している。また、第２のスイッチング回路８、第４のスイッチング回路３０を、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称している。
なお、第１〜第４のスイッチング回路４、８、１３、３０を構成する各スイッチ素子や、インバータ１７を構成する各スイッチ素子は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に限らず、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであってもよい。
また、制御部１００は、第１〜第４のスイッチング回路４、８、１３、３０や、インバータ１７の動作を制御する役割を果たす。
また、制御部１００は、第１〜第４のスイッチング回路４、８、１３、３０や、インバータ１７の動作を制御する役割を果たす。
次に、この発明の実施の形態１による電力変換装置の電力フローについて図３〜図６を参照して説明する。
図３及び図４に示すように、例えば自家発電機を交流電源１として使用する場合など、交流電源１からの電力供給が不十分であるため、交流電源１と第１の直流電源１１とを共に電力供給源とする場合には、交流電源１からの供給電力Ｐ１＿ｉｎと第１の直流電源１１からの供給電力Ｐ２＿ｉｎは、負荷機器接続端２１に接続される交流負荷への供給電力Ｐ３＿ｏｕｔと、第２の直流電源３４への供給電力Ｐ４＿ｏｕｔとに分配される。この場合、特許請求の範囲の記載において、交流電源１及び第１の直流電源１１が電力供給源となり、負荷機器接続端２１に接続される交流負荷及び第２の直流電源３４が負荷となる。
図５及び図６に示すように、例えば自家発電機を交流電源１として使用する場合など、交流電源１からの電力供給が不十分であり、かつ第１の直流電源１１の充電量が不十分なため、交流電源１と第２の直流電源３４とを共に電力供給源する場合には、交流電源１からの供給電力Ｐ１＿ｉｎと第２の直流電源３４からの供給電力Ｐ４＿ｉｎは、負荷機器接続端２１に接続される交流負荷への供給電力Ｐ３＿ｏｕｔと、第１の直流電源１１への供給電力Ｐ２＿ｏｕｔとに分配される。この場合、特許請求の範囲の記載において、交流電源１及び第２の直流電源３４が電力供給源となり、負荷機器接続端２１に接続される交流負荷及び第１の直流電源１１が負荷となる。
図３及び図４の電力フローの場合、つまり、交流電源１と第１の直流電源１１とを共に電力供給源として電力供給を実現する場合のスイッチングパターンを以下に説明する。
この場合の電力フローは図７のスイッチングパターンで実現できる。なお、図７は、第２のスイッチング回路８をハーフブリッジ動作させて第１の直流電源１１を放電させる場合のスイッチングパターンである。
この場合の電力フローは図７のスイッチングパターンで実現できる。なお、図７は、第２のスイッチング回路８をハーフブリッジ動作させて第１の直流電源１１を放電させる場合のスイッチングパターンである。
図７には、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａ〜４ｄ、第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａ〜８ｄ、スイッチ９を構成するスイッチ素子９ａ、９ｂのゲート信号、負荷側となるトランス６の第３の巻線６ｃの出力電圧Ｖｔｒ３、および負荷側となるトランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の出力電圧の整流後の電圧Ｖｔｒ４をそれぞれ示している。また、図８〜図１５は、図７のスイッチングパターンによって生じる電流フローを示している。なお、これらの場合、交流電源１は正の半波の状態での動作を前提としているが、負の半波の状態でも同様の動作となる。
図７において、時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間では、交流電源１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ０において第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンし、時刻ｔ１までオン状態を維持する。この間の電流フローを図８及び図９に示す。
トランス６の第３の巻線６ｃには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第３の巻線６ｃの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ３が、図９の矢印で示す上向に印加され、平滑コンデンサ１５、インバータ１７を介し、負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図８の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図８に示すように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図８に示すような第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図８の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図８に示すように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図８に示すような第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
次に、図７において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間では、第１の直流電源１１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ２において第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ｂとスイッチ９のスイッチ素子９ａが同時にオンし、時刻ｔ３までオン状態を維持する。この間の電流フローを図１０及び図１１に示す。
トランス６の第３の巻線６ｃには、コンデンサ１０ｂの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第３の巻線６ｃの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ３が、図１１の矢印で示す上向に印加され、平滑コンデンサ１５、インバータ１７を介し、負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ｂの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ｂの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図１０の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図１０に示すように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図１０に示すような第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ｂの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ｂの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図１０の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図１０に示すように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図１０に示すような第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
次に、図７において、時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間では、交流電源１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ４において第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ｂと４ｃが同時にオンし、時刻ｔ５までオン状態を維持する。この間の電流フローを図１２及び図１３に示す。
トランス６の第３の巻線６ｃには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第３の巻線６ｃの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ３が、図１３の矢印で示す下向きに印加され、平滑コンデンサ１５、インバータ１７を介し、負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図１２の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図１２に示すように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図１２に示すような第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図１２の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図１２に示すように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図１２に示すような第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
次に、図７において、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間では、第１の直流電源１１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ６において第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａとスイッチ９のスイッチ素子９ｂが同時にオンし、時刻ｔ７までオン状態を維持する。この間の電流フローを図１４及び図１５に示す。
トランス６の第３の巻線６ｃには、コンデンサ１０ａの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第３の巻線６ｃの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ３が、図１５の矢印で示す下向きに印加され、平滑コンデンサ１５、インバータ１７を介し、負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａの電圧と、第２の巻線６ｂと第４の巻線６ｄ１、６ｄ２との巻数比で決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
同時に、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図１４の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図１４に示すように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図１４に示すような第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
なお、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同様に、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンする。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａの電圧と、第２の巻線６ｂと第４の巻線６ｄ１、６ｄ２との巻数比で決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
同時に、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図１４の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図１４に示すように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図１４に示すような第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
なお、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同様に、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンする。
ここで、交流電源１と第１の直流電源１１から交互に時分割で電力が供給される最小の繰り返し期間を１スイッチング期間と定義する。すなわち、図７に示したスイッチングパターンでは、時刻ｔ０〜ｔ４、時刻ｔ４〜ｔ８の各期間を１スイッチング期間と定義する。この場合、１スイッチング期間ごとに正負の両極性でトランス６に向けて電力供給が行われ、かつ１スイッチング期間内では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の双方から交互に時分割で電力が供給される。このため、図８〜図１５に示したように、いずれの状態でも、交流電源１と第１の直流電源１１からの電流連続性を維持しながら、負荷への電力供給が実施される。
なお、図１６に示すように、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８からの電力供給のタイミングを前後入れ替えても同様の効果が実現できる。その際の電流フローは、図８〜図１５に示した場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。
また、図７及び図１６に示したスイッチングパターンにおいて、スイッチ９を構成するスイッチ素子９ａ、９ｂの両方が第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａ、８ｂのスイッチング動作と同期して動作してもかまわない。
また、図３及び図４に示した電力フローの場合、つまり、交流電源１と第１の直流電源１１とを共に電力供給源として電力供給を実現する場合のスイッチングパターンとしては、図７または図１６のスイッチングパターンに限らず、例えば図１７に示すスイッチングパターンでも実現できる。なお、図１７は、第２のスイッチング回路８をフルブリッジ動作させて第１の直流電源１１を放電させる場合のスイッチングパターンである。
図１７には、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａ〜４ｄのゲート信号、第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａ〜８ｄのゲート信号、スイッチ９を構成するスイッチ素子９ａ、９ｂのゲート信号、負荷側となるトランス６の第３の巻線６ｃの出力電圧Ｖｔｒ３、および負荷側となるトランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の出力電圧の整流後の電圧Ｖｔｒ４をそれぞれ示している。また、図１８〜図２５は、図１７のスイッチングパターンによって生じる電流フローを示している。なお、これらの場合、交流電源１は正の半波の状態での動作を前提としているが、負の半波の状態でも同様の動作となる。
図１７において、時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間では、交流電源１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ０において第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンし、時刻ｔ１までオン状態を維持する。この間の電流フローを図１８及び図１９に示す。
トランス６の第３の巻線６ｃには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第３の巻線６ｃの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ３が、図１９の矢印で示す上向に印加され、平滑コンデンサ１５、インバータ１７を介し、負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図１８の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図１８に示したように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図１８に示した第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図１８の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図１８に示したように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図１８に示した第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
次に、図１７において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間では、第１の直流電源１１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ２において第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ｂと８ｃが同時にオンし、時刻ｔ３までオン状態を維持する。この間の電流フローを図２０及び図２１に示す。
トランス６の第３の巻線６ｃには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第３の巻線６ｃの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ３が、図２１の矢印で示す上向に印加され、平滑コンデンサ１５、インバータ１７を介し、負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図２０の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図２０に示すように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図２０に示すような第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図２０の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図２０に示すように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図２０に示すような第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
次に、図１７において、時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間では、交流電源１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ４において第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ｂと４ｃが同時にオンし、時刻ｔ５までオン状態を維持する。この間の電流フローを図２２及び図２３に示す。
トランス６の第３の巻線６ｃには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第３の巻線６ｃの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ３が、図２３の矢印で示す下向きに印加され、平滑コンデンサ１５、インバータ１７を介し、負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図２２の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図２２に示すように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図２２に示すような第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図２２の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図２２に示すように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図２２に示すような第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
次に、図１７において、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間では、第１の直流電源１１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ６において第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａと８ｄが同時にオンし、時刻ｔ７までオン状態を維持する。この間の電流フローを図２４及び図２５に示す。
トランス６の第３の巻線６ｃには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第３の巻線６ｃの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ３が、図２５の矢印で示す下向きに印加され、平滑コンデンサ１５、インバータ１７を介し、負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図２４の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図２４に示すように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図２４に示すような第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
なお、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同様に、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンする。
また、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図２４の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図２４に示すように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図２４に示すような第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
なお、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同様に、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンする。
図１７に示したスイッチングパターンについても、図７に示したスイッチングパターンと同様、交流電源１と第１の直流電源１１から交互に時分割で電力が供給される最小の繰り返し期間をスイッチング期間と定義する。すなわち、図１７における時刻ｔ０〜ｔ４や時刻ｔ４〜ｔ８の各期間を１スイッチング期間と定義する。この１スイッチング期間ごとに正負の両極性でトランス６に向けて電力供給が行われ、かつ１スイッチング期間内では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の双方から交互に時分割で電力が供給される。このため、図１８〜図２５に示したように、いずれの状態でも交流電源１と第１の直流電源１１からの電流連続性を維持しながら、負荷への電力供給を実現できる。
なお、図２６に示すように、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８からの電力供給のタイミングを前後入れ替えても同様の効果が実現できる。この場合、電流フローは、図１８〜図２５に示した場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。
図７、図１６、図１７、図２６に示したいずれのスイッチングパターンにおいても、トランス６に対して１スイッチング期間中に、交流電源１からＡＣ／ＤＣコンバータ２と第１のスイッチング回路４を介した電力供給と、第１の直流電源１１から第２のスイッチング回路８を介した電力供給とを時分割で行うので、交流電源１と第１の直流電源１１から負荷機器接続端２１に接続された負荷機器や第２の直流電源３４へ電流連続性を維持しながら電力供給が可能となる。
上記のスイッチングパターン（図７、図１６、図１７、図２６）を実行する制御部１００の電力分配制御のブロック図は、図２７〜図３２のいずれかとなる。ここに、図２７〜図３２に基づく制御の違いは次の通りである。
図２７及び図２８に示す制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を一定とし、第１のスイッチング回路４のオン時間と第２のスイッチング回路８のオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。
また、図２９及び図３０に示す制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を、第２の直流電源３４の電圧一定制御系から求めることにより、合計のオン時間で第２の直流電源３４の電圧Ｖｂａｔ２を一定に制御し、それぞれのオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。
さらに、図３１及び図３２に示す制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を、平滑コンデンサ１５の電圧一定制御系から求めることにより、合計のオン時間で平滑コンデンサ１５の電圧ＶＬ２を一定に制御し、それぞれのオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。
以下、図２７〜図３２の制御の詳細について説明する。
以下、図２７〜図３２の制御の詳細について説明する。
図２７及び図２８において、制御部１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２について、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊と電圧電流検出部５１の電流検出値Ｉａｃｉｎとの偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで定電流でコンデンサ３に向けて電力を供給する。同時に交流電流を高力率に制御する。このとき、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊は任意に設定してよい（図２７（ａ））。
また、制御部１００は、第２のスイッチング回路８について、コンデンサ３の電圧指令値ＶＬ１＊と電圧電流検出部５２の電圧検出値ＶＬ１との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊を演算する。次いで、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊と電圧電流検出部５３の電流検出値Ｉｂａｔ１との偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで第２のスイッチング回路８を動作させる。同時に、制御部１００は、比例制御（Ｐ制御）の出力と基準デューティＤｒｅｆとの差を演算しＰＷＭ制御することで第１のスイッチング回路４を動作させる。これによって、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を一定電圧で制御する（図２７（ｂ））。
また、制御部１００は、第３のスイッチング回路１３について、平滑コンデンサ１５の電圧指令値ＶＬ２＊と電圧電流検出部５４の電圧検出値ＶＬ２との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、ＰＷＭ制御することで平滑コンデンサ１５の電圧ＶＬ２を制御する（図２８（ａ））。
また、制御部１００は、インバータ１７について、出力交流電圧の指令値Ｖａｃｏｕｔ＊と電圧電流検出部５６の電圧検出値ＶＬ２の商により正弦波インバータの変調率とし、ＰＷＭ制御により交流電圧Ｖａｃｏｕｔを負荷機器接続端２１へ出力する（図２８（ｂ））。
また、制御部１００は、第２の直流電源３４とトランス６との間のスイッチング回路である降圧チョッパ回路について以下のような制御を行う。すなわち、第２の直流電源３４の電圧指令値Ｖｂａｔ２＊と電圧電流検出部５６の電圧検出値Ｖｂａｔ２との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、ＰＷＭ制御することでスイッチ３３を駆動して第２の直流電源３４の充電電圧制御を行う（図２８（ｃ））。
ここで、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊を任意に可変することで、交流電源１からの供給電力Ｐ１と、第１の直流電源１１からの供給電力Ｐ２との割合を任意に制御することができる。この制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を一定とし、それぞれのオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間は基準デューティＤｒｅｆで定義し、任意に設定可能である。
次に、図２９及び図３０において、制御部１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２について、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊と電圧電流検出部５１の電流検出値Ｉａｃｉｎとの偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで定電流でコンデンサ３に向けて電力を供給する。同時に交流電流を高力率に制御する。このとき、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊は任意に設定してよい（図２９（ａ））。
また、制御部１００は、第２のスイッチング回路８について、コンデンサ３の電圧指令値ＶＬ１＊と電圧電流検出部５２の電圧検出値ＶＬ１との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊を演算する。次いで、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊と電圧電流検出部５３の電流検出値Ｉｂａｔ１との偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで第２のスイッチング回路８を動作させる。同時に、制御部１００は、第２の直流電源３４の電圧指令値Ｖｂａｔ２＊と電圧電流検出部５６の電圧検出値Ｖｂａｔ２との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）する。そして、このＰＩ制御の出力と上記で演算したＰ制御の出力との偏差を演算してＰＷＭ制御することで第１のスイッチング回路４を動作させる。これによって、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を一定電圧で制御しながら、第２の直流電源３４の電圧Ｖｂａｔ２を一定電圧で制御する（図２９（ｂ））。
また、制御部１００は、第３のスイッチング回路１３について、平滑コンデンサ１５の電圧指令値ＶＬ２＊と電圧電流検出部５４の電圧検出値ＶＬ２との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、ＰＷＭ制御することで平滑コンデンサ１９の電圧ＶＬ２を制御する（図３０（ａ））。
また、制御部１００は、インバータ１７について、出力交流電圧の指令値Ｖａｃｏｕｔ＊と電圧電流検出部５６の電圧検出値ＶＬ２の商により正弦波インバータの変調率とし、ＰＷＭ制御により交流電圧Ｖａｃｏｕｔを負荷機器接続端２１へ出力する（図３０（ｂ））。
ここで、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊を任意に可変することで、交流電源１からの供給電力Ｐ１と第１の直流電源１１からの供給電力Ｐ２の割合とを任意に制御することができる。この制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を、第２の直流電源３４の電圧一定制御系から求めることにより、合計のオン時間で第２の直流電源３４の電圧Ｖｂａｔ２を一定に制御し、第１のスイッチング回路４のオン時間と第２のスイッチング回路８のオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。
次に、図３１及び図３２において、制御部１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２について、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊と電圧電流検出部５１の電流検出値Ｉａｃｉｎとの偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで定電流でコンデンサ３に向けて電力を供給する。同時に交流電流を高力率に制御する。このとき、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊は任意に設定してよい（図３１（ａ））。
また、制御部１００は、第２のスイッチング回路８について、コンデンサ３の電圧指令値ＶＬ１＊と電圧電流検出部５２の電圧検出値ＶＬ１との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊を演算する。次いで、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊と電圧電流検出部５３の電流検出値Ｉｂａｔ１との偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで第２のスイッチング回路８を動作させる。同時に、制御部１００は、平滑コンデンサ１５の電圧指令値ＶＬ２＊と電圧電流検出部５４の電圧検出値ＶＬ２との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）する。そして、このＰＩ制御の出力と上記で演算したＰ制御の出力との偏差を演算してＰＷＭ制御することで第１のスイッチング回路４を動作させる。これによって、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を一定電圧で制御しながら、平滑コンデンサ１５の電圧ＶＬ２を一定に制御する（図３１（ｂ））。
また、制御部１００は、インバータ１７について、出力交流電圧の指令値Ｖａｃｏｕｔ＊と電圧電流検出部５６の電圧検出値ＶＬ２の商により正弦波インバータの変調率とし、ＰＷＭ制御により交流電圧Ｖａｃｏｕｔを負荷機器接続端２１へ出力する（図３２（ａ））。
また、制御部１００は、第２の直流電源３４とトランス６との間のスイッチング回路である降圧チョッパ回路について以下のように制御する。すなわち、第２の直流電源３４の電圧指令値Ｖｂａｔ２＊と電圧電流検出部５６の電圧検出値Ｖｂａｔ２との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、ＰＷＭ制御することでスイッチ３３を駆動して第２の直流電源３４の充電電圧制御を行う（図３２（ｂ））。
ここで、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊を任意に可変することで、交流電源１からの供給電力Ｐ１と第１の直流電源１１からの供給電力Ｐ２の割合を任意に制御することができる。この制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を、平滑コンデンサ１５の電圧一定制御系から求めることにより、合計のオン時間で平滑コンデンサ１５の電圧ＶＬ２を一定に制御し、第１のスイッチング回路４のオン時間と第２のスイッチング回路８のオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。
上記の図２７〜図３２に示した各制御において、実現できる電力フローは同じであるが、図２９及び図３０の制御では、スイッチ素子３３がオン状態を継続するだけなので、スイッチ素子３３と還流ダイオード３６が不要となる。また、図３１及び図３２の制御では、第３のスイッチング回路１３が整流動作を行うだけなので、スイッチ素子１３ｂと１３ｄをダイオードで構成できる。このため、マイコン等の制御部の簡略化が可能となる。
なお、図２７〜図３２の各制御において、第１の直流電源１１は定電流充電の制御を行い、第２の直流電源３４は定電圧充電の制御を行なっているが、第１の直流電源１１、第２の直流電源３４ともに充電方法は問わないので、直流電源に応じた適切な充電方法を採ることができる。例えば、第１の直流電源１１を定電圧で充電してもよいし、第２の直流電源３４を定電流で充電してもよい。
さらにまた、図２７〜図３２の各制御の下で動作させることで、交流電源１が接続されていない状態で、第１の直流電源１１を放電する電力フローにおいて、常時コンデンサ３の電圧を制御するため、コンデンサ３の電圧上昇保護を行うことができる。
以上のように、この実施の形態１では、上記の電力分配が可能となることで、交流電源１の利用率が飛躍的に向上する。すなわち、上記の電力分配を行う場合、負荷のいずれかの消費電力が増加し、交流電源１の入力電力だけでは負荷の消費電力を賄えなくなった場合、交流電源１からの電力入力を維持したまま、負荷の消費電力と交流電源１の入力電力との差分の電力のみを第１の直流電源１１から供給する。こうすることで、第１の直流電源１１に充電された電力の放電を最小限に抑えつつ、交流電源１からの入力電力を最大限利用できる。したがって、交流電源１から充電された第１の直流電源１１の電力のみを利用する場合と比較して、省電力化が実現できる。
なお、上記の説明では、１スイッチング期間中に、交流電源１からＡＣ／ＤＣコンバータ２と第１のスイッチング回路４を介した電力供給と、第１の直流電源１１から第２のスイッチング回路８を介した電力供給とを時分割で行う場合について説明した。しかし、これに限らず、図５及び図６に示すように、１スイッチング期間中に交流電源１からＡＣ／ＤＣコンバータ２と第１のスイッチング回路４を介した電力供給と、第２の直流電源３４から第４のスイッチング回路３０を介した電力供給とを時分割で行うようにすることも可能である。
その場合には、スイッチ３３がコンデンサ３の電圧ＶＬ１を一定にするように動作し、第２のスイッチング回路８が第１の直流電源１１の電圧もしくは電流を一定にするように制御する。このように制御することで、交流電源１から一定の入力電力Ｐ１＿ｉｎを受電し、この入力電力Ｐ１＿ｉｎだけでは交流電圧Ｖａｃｏｕｔを持つ供給電力Ｐ３＿ｏｕｔと、第１の直流電源１１への充電電力Ｐ２＿ｏｕｔとを出力するのに不足する場合に、その不足する電力を第２の直流電源３４から供給（供給電力Ｐ４＿ｉｎ）するように動作させる。
さらに、１スイッチング期間中に、交流電源１、第１の直流電源１１、及び第２の直流電源３４の全てを電源とすることもできる。その場合は、１スイッチング期間内で時分割する分割数を増やすことで実現可能である。さらに、複数の電源が接続された場合でも伝送したい電源の数に応じて１スイッチング期間を分割することで同様の効果が実現できる。
なお、上記の説明にある交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えることもできる。この場合、上記置き換えた直流電圧源とコンデンサ３との間にリアクトルを設けることにより上記制御と同様の効果が得られる。交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えた場合、その直流電圧源に接続される第１のスイッチング回路４は、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称される。
なお、上記の説明にある交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えることもできる。この場合、上記置き換えた直流電圧源とコンデンサ３との間にリアクトルを設けることにより上記制御と同様の効果が得られる。交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えた場合、その直流電圧源に接続される第１のスイッチング回路４は、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称される。
また、第２のスイッチング回路８は、双方向に電力伝送可能であり、かつスイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを有するスイッチ素子８ａ〜８ｄをブリッジ構成している。この場合、ＰＷＭ制御により第１の直流電源１１への受電量を制御しようとしてもブリッジ型に接続されたダイオードにより整流されてしまうため、第１の直流電源１１への充電量をコントロールできない。そのため、本実施の形態では、第２の巻線６ｂと第２のスイッチング回路８の間に昇圧コイル７を設け、第１の直流電源１１へ充電する場合は、トランス６の第２の巻線６ｂの出力電圧を第１の直流電源１１の電圧より低く設定し、第２のスイッチング回路８を昇圧チョッパとして機能させている。
上記のように、直流電源に接続される第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、第２のスイッチング回路は、第２のスイッチング回路から直流電源に電力を伝送する場合に昇圧機能を有するようにすれば良い。
さらに、直流電源に接続される第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、第２のスイッチング回路が昇圧する機能を有する代わりに、第２のスイッチング回路と直流電源との間にＤＣ／ＤＣコンバータを備え、第２のスイッチング回路から直流電源に電力を伝送する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータにより直流電源への充電停止を行うようにしても良い。
また、第４のスイッチング回路３０の一部は、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２がセンタータップ型に構成され、その両端にスイッチ素子３０ａ、３０ｂを接続することにより、整流回路を構成している。また、第４のスイッチング回路３０の一部は、スイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１を備えることにより、降圧チョッパすなわちＤＣ／ＤＣコンバータを構成している。すなわち、特許請求の範囲の請求項８に記載するように、第４のスイッチング回路３０は、トランスの巻線に生じる電圧を整流化すると共に電圧または電流を制御する機能を備えている。
また、第４のスイッチング回路３０の内のスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ部分を省略することにより、整流回路としての機能のみを有するようにしても良い。この場合、特許請求の範囲の請求項７に記載するように、第４のスイッチング回路３０は整流回路となる。
なお、請求項７及び請求項８は、第２の直流電源３４を負荷機器として見た場合の観点で記載したものであり、上述したように、第２の直流電源３４が電源供給源として負荷側に電力を供給する機能も有している。
また、第４のスイッチング回路３０の内のスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ部分を省略することにより、整流回路としての機能のみを有するようにしても良い。この場合、特許請求の範囲の請求項７に記載するように、第４のスイッチング回路３０は整流回路となる。
なお、請求項７及び請求項８は、第２の直流電源３４を負荷機器として見た場合の観点で記載したものであり、上述したように、第２の直流電源３４が電源供給源として負荷側に電力を供給する機能も有している。
実施の形態２．
図３３及び図３４はこの発明の実施の形態２による電力変換装置の回路構成図であり、図１及び図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
図３３及び図３４はこの発明の実施の形態２による電力変換装置の回路構成図であり、図１及び図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
この実施の形態２の構成上の特徴は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の出力端側に、第１スイッチング回路４と並列に電圧電流検出部５４を介して４つのスイッチ素子１７ａ〜１７ｄｃで構成されるインバータ１７の直流入力端が接続されている。そして、このインバータ１７の交流出力端には平滑コイル１８ａ、１８ｂ、平滑コンデンサ１９、コモンモードチョークコイル２０、電圧電流検出部５５、および負荷機器接続端２１が順次接続されている。そして、この負荷機器接続端２１において図示しない交流負荷の交流電圧Ｖａｃｏｕｔが生成される。
その他の構成は、実施の形態１の場合と基本的に同じであるから、対応する構成部分には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。また、第１のスイッチング回路４、第２のスイッチング回路８、第４のスイッチング回路３０、及びインバータ１７などの動作についても、基本的には実施の形態１と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
図３５及び図３６に示すように、例えば自家発電機を交流電源１として使用する場合など、交流電源１からの電力供給が不十分であるため、交流電源１と第１の直流電源１１とを共に電力供給源とする場合には、交流電源１からの供給電力Ｐ１＿ｉｎと第１の直流電源１１からの供給電力Ｐ２＿ｉｎは、負荷機器接続端２１に接続される交流負荷への供給電力Ｐ３＿ｏｕｔと、第２の直流電源３４への充電電力Ｐ４＿ｏｕｔとに分配される。
図３７及び図３８に示すように、例えば自家発電機を交流電源１として使用する場合など、交流電源１からの電力供給が不十分であり、かつ第１の直流電源１１の充電量が不十分なため、交流電源１と第２の直流電源３４とを共に電力供給源する場合には、交流電源１からの供給電力Ｐ１＿ｉｎと第２の直流電源３４からの供給電力Ｐ４＿ｉｎは、第１の直流電源１１の充電電力Ｐ２＿ｏｕｔと、負荷機器接続端２１に接続される交流負荷への供給電力Ｐ３＿ｏｕｔとに分配される。
図３５及び図３６の電力フロー、つまり、交流電源１と第１の直流電源１１とを共に電力供給源として電力供給を実現するスイッチングパターンを以下に説明する。
この場合の電力フローは、図３９のスイッチングパターンで実現できる。なお、図３９は、第２のスイッチング回路８をハーフブリッジ動作させて第１の直流電源１１を放電させる場合のスイッチングパターンである。
この場合の電力フローは、図３９のスイッチングパターンで実現できる。なお、図３９は、第２のスイッチング回路８をハーフブリッジ動作させて第１の直流電源１１を放電させる場合のスイッチングパターンである。
図３９には、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａ〜４ｄのゲート信号、第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａ〜８ｄのゲート信号、スイッチ９を構成するスイッチ素子９ａ、９ｂのゲート信号、およびトランス６を介した負荷側となる第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の出力電圧の整流後の電圧Ｖｔｒ４をそれぞれ示している。また、図４０〜図４７は、図３９のスイッチングパターンによって生じる電流フローを示している。なお、これらの場合、交流電源１は正の半波の状態での動作を前提としているが、負の半波の状態でも同様の動作となる。
図３９において、時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間では、交流電源１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ０において第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンし、時刻ｔ１までオン状態を維持する。この間の電流フローを図４０及び図４１に示す。
トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図４０の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図４０に示すように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図４０に示す第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図４０の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図４０に示すように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図４０に示す第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
次に、図３９において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間では、第１の直流電源１１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ２において第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ｂとスイッチ９のスイッチ素子９ａが同時にオンし、時刻ｔ３までオン状態を維持する。この間の電流フローを図４２及び図４３に示す。
トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ｂの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ｂの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図４２の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図４２に示したように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図４２に示した第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ｂの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図４２の矢印で示す上向に印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図４２に示したように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図４２に示した第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
次に、図３９において、時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間では、交流電源１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ４において第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ｂと４ｃが同時にオンし、時刻ｔ５までオン状態を維持する。この間の電流フローを図４４及び図４５に示す。
トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図４４の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図４４に示したように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図４４に示した第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図４４の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図４４に示したように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図４４に示した第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
次に、図３９において、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間では、第１の直流電源１１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ６において第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａとスイッチ９のスイッチ素子９ｂが同時にオンし、時刻ｔ７までオン状態を維持する。この間の電流フローを図４６及び図４７に示す。
トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比で決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図４６の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図４６に示したように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図４６に示した第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
なお、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同様に、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンする。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａの電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比で決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図４６の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図４６に示したように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図４６に示した第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
なお、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同様に、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンする。
図３９に示したスイッチングパターンについて、交流電源１と第１の直流電源１１から交互に時分割で電力が供給される最小の繰り返し期間を１スイッチング期間と定義する。すなわち、図３９における時刻ｔ０〜ｔ４、時刻ｔ４〜ｔ８の各期間を１スイッチング期間と定義すると、この１スイッチング期間ごとに正負の両極性でトランス６に向けて電力供給が行われ、かつ１スイッチング期間内では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の双方から交互に時分割で電力が供給される。このため、図４０〜図４７に示したように、いずれの状態でも交流電源１と第１の直流電源１１からの電流連続性を維持しながら、負荷機器への電力供給を実現できる。
なお、図４８に示すように、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８からの電力供給のタイミングを前後入れ替えても同様の効果が実現できる。その際の電流フローは、図４０〜図４７に示した場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
また、図３９、図４８に示したスイッチングパターンにおいて、スイッチ９を構成するスイッチ素子９ａ、９ｂの両方が第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａ、８ｂのスイッチングと同期して動作してもかまわない。
また、図３５及び図３６に示した電力フロー、つまり、交流電源１と第１の直流電源１１とを共に電力供給源として電力供給を実現するためのスイッチングパターンとしては、図３９のスイッチングパターンに限らず、例えば図４９に示すスイッチングパターンでも実現できる。なお、図４９は、第２のスイッチング回路８をフルブリッジ動作させて第１の直流電源１１を放電させる場合のスイッチングパターンである。
図４９には、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａ〜４ｄのゲート信号、第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａ〜８ｄのゲート信号、スイッチ９を構成するスイッチ素子９ａ、９ｂのゲート信号、およびトランス６を介した負荷側となるトランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の出力電圧の整流後の電圧Ｖｔｒ４をそれぞれ示している。また、図５０〜図５７は、図４９のスイッチングパターンによって生じる電流フローを示している。なお、これらの場合、交流電源１は正の半波の状態での動作を前提としているが、負の半波の状態でも同様の動作となる。
図４９において、時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間では、交流電源１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ０において第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンし、時刻ｔ１までオン状態を維持する。この間の電流フローを図５０及び図５１に示す。
トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比で決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図５０の矢印で示す上向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図５０に示したように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図５０に示した第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図５０の矢印で示す上向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図５０に示したように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図５０に示した第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
次に、図４９において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間では、第１の直流電源１１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ２において第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ｂと８ｃが同時にオンし、時刻ｔ３までオン状態を維持する。この間の電流フローを図５２及び図５３に示す。
トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図５２の矢印で示す上向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図５２に示したように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図５２に示した第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図５２の矢印で示す上向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図５２に示したように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図５２に示した第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
次に、図４９において、時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間では、交流電源１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ４において第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ｂと４ｃが同時にオンし、時刻ｔ５までオン状態を維持する。この間の電流フローを図５４及び図５５に示す。
トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図５４の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図５４に示したように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図５４に示した第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第２の巻線６ｂには、コンデンサ３の電圧ＶＬ１と、第１の巻線６ａ及び第２の巻線６ｂの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ２が、図５４の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも低い場合は、図５４に示したように第２のスイッチング回路８が整流器として動作する。一方、コンデンサ１０ａ、１０ｂの合計の電圧の方が出力電圧Ｖｔｒ２よりも高い場合は、図５４に示した第２のスイッチング回路８の電流フローは発生しない。
次に、図４９において、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間では、第１の直流電源１１から電力が供給される。すなわち、時刻ｔ６において第２のスイッチング回路８のスイッチ素子８ａと８ｄが同時にオンし、時刻ｔ７までオン状態を維持する。この間の電流フローを図５６及び図５７に示す。
トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２には、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第４の巻線６ｄ１、６ｄ２の巻数比とで決まる出力電圧が印加され、その整流後の電圧Ｖｔｒ４がスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、リアクトル３１を介し、第２の直流電源３４へと電力が供給される。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図５６の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図５６に示したように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図５６に示した第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
なお、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同様に、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンする。
また、インバータ１７を介し負荷機器接続端２１に接続された負荷機器へと電力が供給される。
さらに、トランス６の第１の巻線６ａには、コンデンサ１０ａと１０ｂの合計電圧と、第２の巻線６ｂ及び第１の巻線６ａの巻数比とで決まる出力電圧Ｖｔｒ１が、図５６の矢印で示す下向きに印加される。この時、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも低い場合は、図５６に示したように第１のスイッチング回路４が整流器として動作する。一方、コンデンサ３の電圧ＶＬ１の方が出力電圧Ｖｔｒ１よりも高い場合は、図５６に示した第１のスイッチング回路４の電流フローは発生しない。
なお、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同様に、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａと４ｄが同時にオンする。
ここで、図４９に示したスイッチングパターンについても、図３９に示したスイッチングパターンと同様、交流電源１と第１の直流電源１１から交互に時分割で電力が供給される最小の繰り返し期間を１スイッチング期間と定義する。すなわち、図４９における時刻ｔ０〜ｔ４、時刻ｔ４〜ｔ８の各期間を１スイッチング期間と定義すると、この１スイッチング期間ごとに正負の両極性でトランス６に向けて電力供給が行われ、かつ１スイッチング期間内では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の双方から交互に時分割で電力が供給される。このため、図５０〜図５７に示したように、いずれの状態でも交流電源１と第１の直流電源１１からの電流連続性を維持しながら、負荷への電力供給を実現できる。
なお、図５８に示すように、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８からの電力供給のタイミングを前後入れ替えても同様の効果が実現できる。その際の電流フローは、図５０〜図５７に示した場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図３９、図４８、図４９、図５８に示したいずれのスイッチングパターンにおいても、トランス６に対して１スイッチング期間中に、交流電源１からＡＣ／ＤＣコンバータ２と第１のスイッチング回路４を介した電力供給と、第１の直流電源１１から第２のスイッチング回路８を介した電力供給とを時分割で行うので、交流電源１と第１の直流電源１１とから負荷機器接続端２１に接続された負荷機器や第２の直流電源３４へ電流連続性を維持しながら電力供給が可能となる。
上記のスイッチングパターン（図３９、図４８、図４９、図５８）を実行する制御部１００の電力分配制御ブロック図は、図５９及び図６０、または図６１のいずれかとなる。ここに、図５９及び図６０と、図６１に基づく制御の違いは次の通りである。
図５９及び図６０に示す制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を一定とし、第１のスイッチング回路４のオン時間と第２のスイッチング回路８のオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。
また、図６１に示す制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を第２の直流電源３４の電圧一定制御系から求めることにより、上記合計のオン時間で第２の直流電源３４の電圧Ｖｂａｔ２を一定に制御し、第１のスイッチング回路４のオン時間と第２のスイッチング回路８のオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。
以下、図５９及び図６０と、図６１の制御の詳細について説明する。
以下、図５９及び図６０と、図６１の制御の詳細について説明する。
図５９及び図６０において、制御部１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２について、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊と電圧電流検出部５１の電流検出値Ｉａｃｉｎとの偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ２から定電流でコンデンサ３に向けて電力を供給する。同時に交流電流を高力率に制御する。このとき、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊は任意に設定してよい（図５９（ａ））。
また、制御部１００は、第２のスイッチング回路８について、コンデンサ３の電圧指令値ＶＬ１＊と電圧電流検出部５２の電圧検出値ＶＬ１との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊を演算する。次いで、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊と電圧電流検出部５３の電流検出値Ｉｂａｔ１との偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで第２のスイッチング回路８を動作させる。同時に、制御部１００は、上記比例制御（Ｐ制御）の出力と基準デューティＤｒｅｆとの差を演算しＰＷＭ制御することで第１のスイッチング回路４を動作させる。これによって、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を一定電圧で制御する（図５９（ｂ））。
また、制御部１００は、インバータ１７について、出力交流電圧の指令値Ｖａｃｏｕｔ＊と電圧電流検出部５４の電圧検出値ＶＬ２の商により正弦波インバータの変調率とし、ＰＷＭ制御により交流電圧Ｖａｃｏｕｔを負荷機器接続端へと出力する（図６０（ａ））。
また、制御部１００は、第２の直流電源３４とトランス６との間のスイッチング回路である降圧チョッパ回路について、第２の直流電源３４の電圧指令値Ｖｂａｔ２＊と電圧電流検出部５６の電圧検出値Ｖｂａｔ２との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、ＰＷＭ制御することでスイッチ３３を駆動して第２の直流電源３４の充電電圧制御を行う（図６０（ｂ））。
ここで、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊を任意に可変することで、交流電源１からの供給電力Ｐ１と第１の直流電源１１からの供給電力Ｐ２の割合を任意に制御できる。この制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を一定とし、第１のスイッチング回路４のオン時間と第２のスイッチング回路８のオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。上記合計のオン時間は基準デューティＤｒｅｆで定義し、任意に設定可能である。
次に、図６１において、制御部１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２について、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊と電圧電流検出部５１の電流検出値Ｉａｃｉｎとの偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで、ＡＣ／ＤＣコンバータ２から定電流でコンデンサ３に向けて電力を供給する。同時に交流電流を高力率に制御する。このとき、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊は任意に設定してよい（図６１（ａ））。
また、制御部１００は、第２のスイッチング回路８について、コンデンサ３の電圧指令値ＶＬ１＊と電圧電流検出部５２の電圧検出値ＶＬ１との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊を演算する。次いで、第１の直流電源１１の充電電流指令値Ｉｂａｔ１＊と電圧電流検出部５３の電流検出値Ｉｂａｔ１との偏差を比例制御（Ｐ制御）し、ＰＷＭ制御することで第２のスイッチング回路８を動作させる。同時に、制御部１００は、第２の直流電源３４の電圧指令値Ｖｂａｔ２＊と電圧電流検出部５６の電圧検出値Ｖｂａｔ２との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、この比例積分制御（ＰＩ制御）の出力と上記で演算した比例制御（Ｐ制御）の出力との偏差を演算してＰＷＭ制御することで第１のスイッチング回路４を動作させる。これによって、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を一定電圧で制御しながら、第２の直流電源３４の電圧Ｖｂａｔ２を一定電圧で制御する（図６１（ｂ））。
また、制御部１００は、インバータ１７について、出力交流電圧の指令値Ｖａｃｏｕｔ＊と電圧電流検出部５４の電圧検出値ＶＬ２の商により正弦波インバータの変調率とし、ＰＷＭ制御により交流電圧Ｖａｃｏｕｔを負荷機器接続端へと出力する（図６１（ｃ））。
ここで、交流電源１の電流指令値Ｉａｃｉｎ＊を任意に可変することで、交流電源１からの供給電力Ｐ１と第１の直流電源１１からの供給電力Ｐ２の割合を任意に制御できる。この制御では、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８の合計のオン時間を第２の直流電源３４の電圧一定制御系から求めることにより、上記合計のオン時間で第２の直流電源３４の電圧Ｖｂａｔ２を一定に制御し、第１のスイッチング回路４のオン時間と第２のスイッチング回路８のオン時間の割合でコンデンサ３の電圧ＶＬ１を制御する。
上記の図５９及び図６０に示した制御と、図６１に示した制御は、実現できる電力フローは同じであるが、図６１の制御では、スイッチ素子３３がオン状態を継続するだけなので、スイッチ素子３３と還流ダイオード３６が不要となる。このため、マイコン等の制御部の簡略化が可能となる。
なお、図５９及び図６０、または図６１の制御において、第１の直流電源１１は定電流充電制御を、また第２の直流電源３４は定電圧充電の制御を行なっているが、第１の直流電源１１、第２の直流電源３４共に、充電方法は問わないので、直流電源に応じた適切な充電方法を採ることができる。例えば、第１の直流電源１１を定電圧で充電してもよいし、第２の直流電源３４を定電流で充電してもよい。
さらにまた、図５９及び図６０、または図６１の各制御の下で動作させることで、交流電源１が接続されていない状態で、第１の直流電源１１を放電する電力フローにおいて常時コンデンサ３の電圧を制御するため、コンデンサ３の電圧上昇保護を行うことができる。
以上のように、この実施の形態２では、上記の電力分配が可能となることで、交流電源１の利用率が飛躍的に向上する。すなわち、負荷のいずれかの電力が増加し、交流電源１の入力電力だけでは負荷の消費電力を賄えなくなった場合、交流電源１からの電力入力を維持したまま、負荷の消費電力と交流電源１の入力電力との差分の電力のみを第１の直流電源１１から供給する。こうすることで、直流電源に充電された電力の放電を最小限に抑え、交流電源１からの入力電力を最大限利用できる。したがって、交流電源１から充電された第１の直流電源１１の電力のみを利用する場合と比較して、省電力化が実現できる。
なお、上記の説明では、１スイッチング期間中に、交流電源１からＡＣ／ＤＣコンバータ２と第１のスイッチング回路４を介した電力供給と、第１の直流電源１１から第２のスイッチング回路８を介した電力供給とを時分割で行う場合について説明したが、これに限らない。すなわち、図３７及び図３８に示したように、１スイッチング期間中に交流電源１からＡＣ／ＤＣコンバータ２と第１のスイッチング回路４を介した電力供給と、第２の直流電源３４から第４のスイッチング回路３０を介した電力供給とを時分割で行うようにすることも可能である。
その場合には、スイッチ３３がコンデンサ３の電圧ＶＬ１を一定にするように動作し、第２のスイッチング回路８が第１の直流電源１１の電圧もしくは電流を一定にするように制御する。そうすることで、交流電源１からの一定の入力電力Ｐ１＿ｉｎを受電し、この入力電力Ｐ１＿ｉｎだけでは交流電圧Ｖａｃｏｕｔをもつ供給電力Ｐ３＿ｏｕｔと、第１の直流電源１１への供給電力（充電電力）Ｐ２＿ｏｕｔとを出力するのに不足する場合に、その不足する電力を第２の直流電源３４からの供給電力Ｐ４＿ｉｎを供給するように動作させる。
さらに、１スイッチング期間中に、交流電源１、第１の直流電源１１、及び第２の直流電源３４の全てを電源とすることもできる。その場合は、１スイッチング期間内で時分割する分割数を増やすことで実現可能である。さらに、複数の電源が接続された場合でも伝送したい電源の数に応じて１スイッチング期間を分割することで同様の効果が実現できる。
なお、上記の説明にある交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えることもできる。この場合、上記置き換えた直流電圧源とコンデンサ３との間にリアクトルを設けることにより上記制御と同様の効果が得られる。交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えた場合、その直流電圧源に接続される第１のスイッチング回路４は、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称される。
なお、上記の説明にある交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えることもできる。この場合、上記置き換えた直流電圧源とコンデンサ３との間にリアクトルを設けることにより上記制御と同様の効果が得られる。交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えた場合、その直流電圧源に接続される第１のスイッチング回路４は、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称される。
また、第２のスイッチング回路８は、双方向に電力伝送可能であり、かつスイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを有するスイッチ素子８ａ〜８ｄをブリッジ構成している。この場合、ＰＷＭ制御により第１の直流電源１１への受電量を制御しようとしてもブリッジ型に接続されたダイオードにより整流されてしまうため、第１の直流電源１１への充電量をコントロールできない。そのため、本実施の形態では、第２の巻線６ｂと第２のスイッチング回路８の間に昇圧コイル７を設け、第１の直流電源１１へ充電する場合は、トランス６の第２の巻線６ｂの出力電圧を第１の直流電源１１の電圧より低く設定し、第２のスイッチング回路８を昇圧チョッパとして機能させている。
上記のように、直流電源に接続される第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、第２のスイッチング回路は、第２のスイッチング回路から直流電源に電力を伝送する場合に昇圧機能を有するようにすれば良い。
さらに、直流電源に接続される第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、第２のスイッチング回路が昇圧する機能を有する代わりに、第２のスイッチング回路と直流電源との間にＤＣ／ＤＣコンバータを備え、第２のスイッチング回路から直流電源に電力を伝送する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータにより直流電源への充電停止を行うようにしても良い。
また、第４のスイッチング回路３０の一部は、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２がセンタータップ型に構成され、その両端にスイッチ素子３０ａ、３０ｂを接続することにより、整流回路を構成している。また、第４のスイッチング回路３０の一部は、スイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１を備えることにより、降圧チョッパすなわちＤＣ／ＤＣコンバータを構成している。すなわち、特許請求の範囲の請求項８に記載するように、第４のスイッチング回路３０は、トランスの巻線に生じる電圧を整流化すると共に電圧または電流を制御する機能を備えている。
また、第４のスイッチング回路３０の内のスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ部分を省略することにより、整流回路としての機能のみを有するようにしても良い。この場合、特許請求の範囲の請求項７に記載するように、第４のスイッチング回路３０は整流回路となる。
なお、請求項７及び請求項８は、第２の直流電源３４を負荷機器として見た場合の観点で記載したものであり、上述したように、第２の直流電源３４が電源供給源として負荷側に電力を供給する機能も有している。
また、第４のスイッチング回路３０の内のスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ部分を省略することにより、整流回路としての機能のみを有するようにしても良い。この場合、特許請求の範囲の請求項７に記載するように、第４のスイッチング回路３０は整流回路となる。
なお、請求項７及び請求項８は、第２の直流電源３４を負荷機器として見た場合の観点で記載したものであり、上述したように、第２の直流電源３４が電源供給源として負荷側に電力を供給する機能も有している。
実施の形態３．
図６２及び図６３は、この発明の実施の形態３による電力変換装置の回路構成図であり、図１及び図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
図６２及び図６３は、この発明の実施の形態３による電力変換装置の回路構成図であり、図１及び図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
この実施の形態３の特徴は、図１及び図２に示した実施の形態１の構成に対して、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２、および第４の巻線６ｄ１、６ｄ２に接続される第４のスイッチング回路３０及び第２の直流電源３４を含む回路が削除されていることである。その他の構成は、実施の形態１の場合と同じである。
したがって、実施の形態３においては、実施の形態１における第４のスイッチング回路３０及び第２の直流電源３４を含む回路の動作を除けば、基本的な動作は、実施の形態１と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
この実施の形態３の電力変換装置によれば、交流電源１からの供給電力が負荷機器接続端２１への出力電力に対して不足した場合に、交流電源１からの電力供給を継続したまま、第１の直流電源１１からの電力供給を行うことで、交流電源１の利用率を向上することができる。
なお、上記の説明にある交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えることもできる。この場合、上記置き換えた直流電圧源とコンデンサ３との間にリアクトルを設けることにより上記制御と同様の効果が得られる。交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えた場合、その直流電圧源に接続される第１のスイッチング回路４は、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称される。
なお、上記の説明にある交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えることもできる。この場合、上記置き換えた直流電圧源とコンデンサ３との間にリアクトルを設けることにより上記制御と同様の効果が得られる。交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えた場合、その直流電圧源に接続される第１のスイッチング回路４は、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称される。
また、第２のスイッチング回路８は、双方向に電力伝送可能であり、かつスイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを有するスイッチ素子８ａ〜８ｄをブリッジ構成している。この場合、ＰＷＭ制御により第１の直流電源１１への受電量を制御しようとしてもブリッジ型に接続されたダイオードにより整流されてしまうため、第１の直流電源１１への充電量をコントロールできない。そのため、本実施の形態では、第２の巻線６ｂと第２のスイッチング回路８の間に昇圧コイル７を設け、第１の直流電源１１へ充電する場合は、トランス６の第２の巻線６ｂの出力電圧を第１の直流電源１１の電圧より低く設定し、第２のスイッチング回路８を昇圧チョッパとして機能させている。
上記のように、直流電源に接続される第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、第２のスイッチング回路は、第２のスイッチング回路から直流電源に電力を伝送する場合に昇圧機能を有するようにすれば良い。
さらに、直流電源に接続される第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、第２のスイッチング回路が昇圧する機能を有する代わりに、第２のスイッチング回路と直流電源との間にＤＣ／ＤＣコンバータを備え、第２のスイッチング回路から直流電源に電力を伝送する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータにより直流電源への充電停止を行うようにしても良い。
実施の形態４．
図６４及び図６５は、この発明の実施の形態４による電力変換装置の回路構成図であり、図１及び図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
図６４及び図６５は、この発明の実施の形態４による電力変換装置の回路構成図であり、図１及び図２に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
この実施の形態４の特徴は、図１及び図２に示した実施の形態１の構成に対して、トランス６の第３の巻線６ｃおよび第３の巻線６ｃに接続される第３のスイッチング回路１３及びインバータ１７を含む回路が削除されていることである。その他の構成は、実施の形態１の場合と同じである。
したがって、実施の形態４においては、実施の形態１における第３のスイッチング回路１３及びインバータ１７を含む回路の動作を除けば、基本的な動作は、実施の形態１と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
この実施の形態４の電力変換装置によれば、交流電源１からの供給電力が、第１の直流電源１１の出力電力または第２の直流電源３４への出力電力に対して不足した場合に、交流電源１からの電力供給を継続したまま、第１の直流電源１１からの電力供給または第２の直流電源３４からの電力供給を行うことで、交流電源１の利用率を向上することができる。
なお、上記の説明にある交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えることもできる。この場合、上記置き換えた直流電圧源とコンデンサ３との間にリアクトルを設けることにより上記制御と同様の効果が得られる。交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えた場合、その直流電圧源に接続される第１のスイッチング回路４は、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称される。
なお、上記の説明にある交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えることもできる。この場合、上記置き換えた直流電圧源とコンデンサ３との間にリアクトルを設けることにより上記制御と同様の効果が得られる。交流電源１とＡＣ／ＤＣコンバータ２は直流電圧源で置き換えた場合、その直流電圧源に接続される第１のスイッチング回路４は、特許請求の範囲では、直流電源に接続される第２のスイッチング回路と称される。
また、第２のスイッチング回路８は、双方向に電力伝送可能であり、かつスイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを有するスイッチ素子８ａ〜８ｄをブリッジ構成している。この場合、ＰＷＭ制御により第１の直流電源１１への受電量を制御しようとしてもブリッジ型に接続されたダイオードにより整流されてしまうため、第１の直流電源１１への充電量をコントロールできない。そのため、本実施の形態では、第２の巻線６ｂと第２のスイッチング回路８の間に昇圧コイル７を設け、第１の直流電源１１へ充電する場合は、トランス６の第２の巻線６ｂの出力電圧を第１の直流電源１１の電圧より低く設定し、第２のスイッチング回路８を昇圧チョッパとして機能させている。
上記のように、直流電源に接続される第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、第２のスイッチング回路は、第２のスイッチング回路から直流電源に電力を伝送する場合に昇圧機能を有するようにすれば良い。
さらに、直流電源に接続される第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、第２のスイッチング回路が昇圧する機能を有する代わりに、第２のスイッチング回路と直流電源との間にＤＣ／ＤＣコンバータを備え、第２のスイッチング回路から直流電源に電力を伝送する場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータにより直流電源への充電停止を行うようにしても良い。
また、第４のスイッチング回路３０の一部は、トランス６の第４の巻線６ｄ１、６ｄ２がセンタータップ型に構成され、その両端にスイッチ素子３０ａ、３０ｂを接続することにより、整流回路を構成している。また、第４のスイッチング回路３０の一部は、スイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１を備えることにより、降圧チョッパすなわちＤＣ／ＤＣコンバータを構成している。すなわち、特許請求の範囲の請求項８に記載するように、第４のスイッチング回路３０は、トランスの巻線に生じる電圧を整流化すると共に電圧または電流を制御する機能を備えている。
また、第４のスイッチング回路３０の内のスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ部分を省略することにより、整流回路としての機能のみを有するようにしても良い。この場合、特許請求の範囲の請求項７に記載するように、第４のスイッチング回路３０は整流回路となる。
なお、請求項７及び請求項８は、第２の直流電源３４を負荷機器として見た場合の観点で記載したものであり、上述したように、第２の直流電源３４が電源供給源として負荷側に電力を供給する機能も有している。
また、第４のスイッチング回路３０の内のスイッチ素子３３、還流ダイオード３６、及び平滑コイル３１、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ部分を省略することにより、整流回路としての機能のみを有するようにしても良い。この場合、特許請求の範囲の請求項７に記載するように、第４のスイッチング回路３０は整流回路となる。
なお、請求項７及び請求項８は、第２の直流電源３４を負荷機器として見た場合の観点で記載したものであり、上述したように、第２の直流電源３４が電源供給源として負荷側に電力を供給する機能も有している。
実施の形態５．
実施の形態１に示した電力変換装置において、時分割で電力伝送を行うゲート信号の作成方法として、図２７（ｂ）に示したＰＷＭ制御部２０１ａ、２０１ｂの詳細について説明する。なお、ＰＷＭ制御部２０１ａ及び２０１ｂは、特許請求の範囲では、それぞれ第２の制御部及び第１の制御部と称している。
実施の形態１に示した電力変換装置において、時分割で電力伝送を行うゲート信号の作成方法として、図２７（ｂ）に示したＰＷＭ制御部２０１ａ、２０１ｂの詳細について説明する。なお、ＰＷＭ制御部２０１ａ及び２０１ｂは、特許請求の範囲では、それぞれ第２の制御部及び第１の制御部と称している。
図６６は、図１６においてｔ１＝ｔ２、ｔ３＝ｔ４、ｔ５＝ｔ６、ｔ７＝ｔ８とした場合のＰＷＭ制御の演算を示している。
図６６において、Ｃａｒ１及びＣａｒ２は、それぞれ振幅及び位相が等しく、かつ、互いに波の向きが反転したのこぎり波である。また、Ｃａｒ１＋はＣａｒ１と位相が１８０度異なるのこぎり波であり、Ｃａｒ２＋はＣａｒ２と位相が１８０度異なるのこぎり波である。第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のオン時間割合Ｄ２は、図２７（ｂ）における比例制御（Ｐ制御）２００の出力であり、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１との関係は以下の式（１）で表わされる。
Ｄ１＝Ｄｒｅｆ−Ｄ２・・・（１）
ここで、のこぎり波の振幅を１とし、０．５＜Ｄ１＜１、０．５＜Ｄ２＜１とすると、Ｄｒｅｆ＝１．５となる。
Ｄ１＝Ｄｒｅｆ−Ｄ２・・・（１）
ここで、のこぎり波の振幅を１とし、０．５＜Ｄ１＜１、０．５＜Ｄ２＜１とすると、Ｄｒｅｆ＝１．５となる。
ここで、（１）式により、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８のそれぞれに、時分割したオン時間を割り当てることが可能となる。すなわち、第１のスイッチング回路４の電力供給期間と第２のスイッチング回路８の電力供給期間を最小の繰り返し期間である１スイッチング期間内に設けることが可能となり、交流電源１と第１の直流電源１１の双方から同時に負荷機器に電力供給が可能となる。
ＰＷＭ制御部２０１ｂでは、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１とのこぎり波Ｃａｒ１とを比較し、Ｄ１よりもＣａｒ１が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａ及び４ｄのゲート信号を演算する。同様に、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１とのこぎり波Ｃａｒ１＋とを比較し、Ｄ１よりもＣａｒ１＋が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ｂ及び４ｃのゲート信号を演算する。これにより、第１スイッチング回路４のゲート信号を演算できる。
ＰＷＭ制御部２０１ａでは、第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のオン時間割合Ｄ２とのこぎり波Ｃａｒ２とを比較し、Ｄ２よりもＣａｒ２が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、スイッチ素子８ｂ及びスイッチ素子９ａのゲート信号を演算する。同様に、第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のオン時間割合Ｄ２とのこぎり波Ｃａｒ２＋とを比較し、Ｄ２よりもＣａｒ２＋が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、スイッチ素子８ａ及びスイッチ素子９ｂのゲート信号を演算する。これにより、第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のゲート信号を演算できる。
以上のように、それぞれ位相と振幅が同期し、かつ、互いに波の向きが反転したのこぎり波を用いてＰＷＭ制御を行うことにより、時分割に電力伝送を行うことが可能となる。
同様に、図６７に示すように、のこぎり波Ｃａｒ２及びＣａｒ２＋と第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１を比較することで、第１のスイッチング回路４のゲート信号を演算する。また、のこぎり波Ｃａｒ１及びＣａｒ１＋と第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のオン時間割合Ｄ２を比較することで、第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のゲート信号を演算する。その結果、実施の形態１で説明した図７に示すゲート信号を演算することができる。
また、図２７（ｂ）、図２９（ｂ）、図３１（ｂ）のように、コンデンサ３の電圧検出値ＶＬ１と目標値ＶＬ１＊との偏差からオン時間割合Ｄ２を演算することにより、交流電源１と第１の直流電源１１からの電力供給割合を制御し、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を安定化することができる。
さらに、図２９（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電圧の検出値Ｖｂａｔ２と目標値Ｖｂａｔ＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、負荷への供給電力を制御することができる。また、図３１（ｂ）において負荷（コンデンサ１５）の電圧の検出値ＶＬ２と目標値ＶＬ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、負荷への供給電力を制御することができる。
また、図２９（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電流検出値Ｉｂａｔ２と目標値Ｉｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算し、図３１（ｂ）において、負荷の電流検出値ＩＬ２と目標値ＩＬ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、上記と同様に負荷への供給電力を制御することができる。
また、図２９（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電流検出値Ｉｂａｔ２と目標値Ｉｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算し、図３１（ｂ）において、負荷の電流検出値ＩＬ２と目標値ＩＬ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、上記と同様に負荷への供給電力を制御することができる。
図６８は、図２６においてｔ１＝ｔ２、ｔ３＝ｔ４、ｔ５＝ｔ６、ｔ７＝ｔ８とした場合のＰＷＭ制御の演算を示している。
図６８において、Ｃａｒ１及びＣａｒ２は、それぞれ振幅と位相が等しく、かつ、互いに波の向きが反転したのこぎり波である。また、Ｃａｒ１＋はＣａｒ１と位相が１８０度異なるのこぎり波であり、Ｃａｒ２＋はＣａｒ２と位相が１８０度異なるのこぎり波である。第２のスイッチング回路８のオン時間割合Ｄ２は図２７（ｂ）における比例制御（Ｐ制御）２００の出力であり、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１との関係は以下の式（２）で表わされる。
Ｄ１＝Ｄｒｅｆ−Ｄ２・・・（２）
ここで、のこぎり波の振幅を１とし、０．５＜Ｄ１＜１、０．５＜Ｄ２＜１とすると、Ｄｒｅｆ＝１．５となる。
Ｄ１＝Ｄｒｅｆ−Ｄ２・・・（２）
ここで、のこぎり波の振幅を１とし、０．５＜Ｄ１＜１、０．５＜Ｄ２＜１とすると、Ｄｒｅｆ＝１．５となる。
ここで、（２）式により、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８のそれぞれに、時分割したオン時間を割り当てることが可能となる。すなわち、第１のスイッチング回路４の電力供給期間と第２のスイッチング回路８の電力供給期間を最小の繰り返し期間である１スイッチング期間内に設けることが可能となり、交流電源１と第１の直流電源１１の双方から同時に負荷機器に電力供給が可能となる。
ＰＷＭ制御部２０１ｂでは、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１とのこぎり波Ｃａｒ１とを比較し、Ｄ１よりもＣａｒ１が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａ及び４ｄのゲート信号を演算する。同様に、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１とのこぎり波Ｃａｒ１＋とを比較し、Ｄ１よりもＣａｒ１＋が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ｂ及び４ｃのゲート信号を演算する。これにより、第１スイッチング回路４のゲート信号を演算できる。
ＰＷＭ制御部２０１ａでは、第２のスイッチング回路８のオン時間割合Ｄ２とのこぎり波Ｃａｒ２とを比較し、Ｄ２よりもＣａｒ２が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、スイッチ素子８ｂ及び８ｃのゲート信号を演算する。同様に、第２のスイッチング回路８のオン時間割合Ｄ２とのこぎり波Ｃａｒ２＋とを比較し、Ｄ２よりもＣａｒ２＋が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、スイッチ素子８ａ及び８ｄのゲート信号を演算する。これにより、第２のスイッチング回路８を演算できる。
以上のように、それぞれ位相と振幅が同期し、かつ、互いに波の向きが反転したのこぎり波を用いてＰＷＭ制御を行うことにより、時分割に電力伝送を行うことが可能となる。
同様に、図６９に示すように、のこぎり波Ｃａｒ２及びＣａｒ２＋と第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１を比較することで、第１のスイッチング回路４のゲート信号を演算する。また、のこぎり波Ｃａｒ１及びＣａｒ１＋と第２のスイッチング回路８のオン時間割合Ｄ２を比較することで、第２のスイッチング回路８のゲート信号を演算する。その結果、実施の形態１で説明した図１７に示すゲート信号を演算することができる。
また、図２７（ｂ）、図２９（ｂ）、図３１（ｂ）のように、コンデンサ３の電圧検出値ＶＬ１と目標値ＶＬ１＊との偏差からオン時間割合Ｄ２を演算することにより、交流電源１と第１の直流電源１１からの電力供給割合を制御し、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を安定化することができる。
さらに、図２９（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電圧の検出値Ｖｂａｔ２と目標値Ｖｂａｔ＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、負荷への供給電力を制御することができる。また、図３１（ｂ）において負荷（コンデンサ１５）の電圧の検出値ＶＬ２と目標値ＶＬ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、負荷への供給電力を制御することができる。
また、図２９（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電流検出値Ｉｂａｔ２と目標値Ｉｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算し、図３１（ｂ）において、負荷の電流検出値ＩＬ２と目標値ＩＬ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、上記と同様に負荷への供給電力を制御することができる。
また、図２９（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電流検出値Ｉｂａｔ２と目標値Ｉｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算し、図３１（ｂ）において、負荷の電流検出値ＩＬ２と目標値ＩＬ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、上記と同様に負荷への供給電力を制御することができる。
実施の形態６．
実施の形態２に示した電力変換装置において、時分割で電力伝送を行うゲート信号の作成方法として、図５９（ｂ）に示したＰＷＭ制御部２０１ａ、２０１ｂの詳細について説明する。なお、ＰＷＭ制御部２０１ａ及び２０１ｂは、特許請求の範囲では、それぞれ第２の制御部及び第１の制御部と称している。
実施の形態２に示した電力変換装置において、時分割で電力伝送を行うゲート信号の作成方法として、図５９（ｂ）に示したＰＷＭ制御部２０１ａ、２０１ｂの詳細について説明する。なお、ＰＷＭ制御部２０１ａ及び２０１ｂは、特許請求の範囲では、それぞれ第２の制御部及び第１の制御部と称している。
図７０は、図４８においてｔ１＝ｔ２、ｔ３＝ｔ４、ｔ５＝ｔ６、ｔ７＝ｔ８とした場合のＰＷＭ制御の演算を示している。
図７０において、Ｃａｒ１及びＣａｒ２は、それぞれ振幅及び位相が等しく、かつ、互いに波の向きが反転したのこぎり波である。また、Ｃａｒ１＋はＣａｒ１と位相が１８０度異なるのこぎり波であり、Ｃａｒ２＋はＣａｒ２と位相が１８０度異なるのこぎり波である。第２のスイッチング回路８およびスイッチ９のオン時間割合Ｄ２は図５９（ｂ）における比例制御（Ｐ制御）２００の出力であり、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１との関係は以下の式（３）で表わされる。
Ｄ１＝Ｄｒｅｆ−Ｄ２・・・（３）
のこぎり波の振幅を１とし、０．５＜Ｄ１＜１、０．５＜Ｄ２＜１とすると、Ｄｒｅｆ＝１．５となる。
Ｄ１＝Ｄｒｅｆ−Ｄ２・・・（３）
のこぎり波の振幅を１とし、０．５＜Ｄ１＜１、０．５＜Ｄ２＜１とすると、Ｄｒｅｆ＝１．５となる。
ここで、式（３）により、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８のそれぞれに、時分割したオン時間を割り当てることが可能となる。すなわち、第１のスイッチング回路４の電力供給期間と第２のスイッチング回路８の電力供給期間を最小の繰り返し期間である１スイッチング期間内に設けることが可能となり、交流電源１と第１の直流電源１１の双方から同時に負荷機器に電力供給が可能となる。
ＰＷＭ制御部２０１ｂでは、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１とのこぎり波Ｃａｒ１とを比較し、Ｄ１よりもＣａｒ１が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａ及び４ｄのゲート信号を演算する。同様に、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１とのこぎり波Ｃａｒ１＋とを比較し、Ｄ１よりもＣａｒ１＋が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ｂ及び４ｃのゲート信号を演算する。これにより、第１スイッチング回路４のゲート信号を演算できる。
ＰＷＭ制御部２０１ａでは、第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のオン時間割合Ｄ２とのこぎり波Ｃａｒ２とを比較し、Ｄ２よりもＣａｒ２が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、スイッチ素子８ｂ及びスイッチ素子９ａのゲート信号を演算する。同様に、第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のオン時間割合Ｄ２とのこぎり波Ｃａｒ２＋とを比較し、Ｄ２よりもＣａｒ２＋が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、スイッチ素子８ａ及びスイッチ素子９ｂのゲート信号を演算する。これにより、第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のゲート信号を演算できる。
以上のように、それぞれ位相と振幅が同期し、かつ、互いに波の向きが反転したのこぎり波を用いてＰＷＭ制御を行うことにより、時分割に電力伝送を行うことが可能となる。
同様に、図７１に示すように、のこぎり波Ｃａｒ２及びＣａｒ２＋と第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１を比較することで、第１のスイッチング回路４のゲート信号を演算する。また、のこぎり波Ｃａｒ１及びＣａｒ１＋と第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のオン時間割合Ｄ２を比較することで、第２のスイッチング回路８及びスイッチ９のゲート信号を演算する。その結果、実施の形態２で説明した図３９に示すゲート信号を演算することができる。
また、図５９（ｂ）、図６１（ｂ）のように、コンデンサ３の電圧検出値ＶＬ１と目標値ＶＬ１＊との偏差からオン時間割合Ｄ２を演算することにより、交流電源１と第１の直流電源１１からの電力供給割合を制御し、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を安定化することができる。
さらに、図６１（ｂ）のように、負荷（第２の直流電源３４）の電圧の検出値Ｖｂａｔ２と目標値Ｖｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、負荷への供給電力を制御することができる。
また、図６１（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電流検出値Ｉｂａｔ２と目標値Ｉｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、上記と同様に負荷への供給電力を制御することができる。
また、図６１（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電流検出値Ｉｂａｔ２と目標値Ｉｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、上記と同様に負荷への供給電力を制御することができる。
図７２は、図５８においてｔ１＝ｔ２、ｔ３＝ｔ４、ｔ５＝ｔ６、ｔ７＝ｔ８とした場合のＰＷＭ制御の演算を示している。
図７２において、Ｃａｒ１とＣａｒ２は、それぞれ振幅と位相が等しく、かつ、互いに波の向きが反転したのこぎり波である。また、Ｃａｒ１＋はＣａｒ１と位相が１８０度異なるのこぎり波であり、Ｃａｒ２＋はＣａｒ２と位相が１８０度異なるのこぎり波である。第２のスイッチング回路８のオン時間割合Ｄ２は図５９（ｂ）における比例制御（Ｐ制御）２００の出力であり、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１との関係は以下の式（４）で表わされる。
Ｄ１＝Ｄｒｅｆ−Ｄ２・・・（４）
のこぎり波の振幅を１とし、０．５＜Ｄ１＜１、０．５＜Ｄ２＜１とすると、Ｄｒｅｆ＝１．５となる。
Ｄ１＝Ｄｒｅｆ−Ｄ２・・・（４）
のこぎり波の振幅を１とし、０．５＜Ｄ１＜１、０．５＜Ｄ２＜１とすると、Ｄｒｅｆ＝１．５となる。
ここで、式（４）により、第１のスイッチング回路４と第２のスイッチング回路８のそれぞれに、時分割したオン時間を割り当てることが可能となる。すなわち、第１のスイッチング回路４の電力供給期間と第２のスイッチング回路８の電力供給期間を最小の繰り返し期間である１スイッチング期間内に設けることが可能となり、交流電源１と第１の直流電源１１の双方から同時に負荷機器に電力供給が可能となる。
ＰＷＭ制御部２０１ｂでは、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１とのこぎり波Ｃａｒ１とを比較し、Ｄ１よりもＣａｒ１が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ａ及び４ｄのゲート信号を演算する。同様に、第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１とのこぎり波Ｃａｒ１＋とを比較し、Ｄ１よりもＣａｒ１＋が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、第１のスイッチング回路４のスイッチ素子４ｂ及び４ｃのゲート信号を演算する。これにより、第１スイッチング回路４のゲート信号を演算できる。
ＰＷＭ制御部２０１ａでは、第２のスイッチング回路８のオン時間割合Ｄ２とのこぎり波Ｃａｒ２とを比較し、Ｄ２よりもＣａｒ２が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、スイッチ素子８ｂ及び８ｃのゲート信号を演算する。同様に、第２のスイッチング回路８のオン時間割合Ｄ２とのこぎり波Ｃａｒ２＋とを比較し、Ｄ２よりもＣａｒ２＋が高い場合のみゲートにＨｉｇｈを出力することにより、スイッチ素子８ａ及び８ｄのゲート信号を演算する。これにより、第２のスイッチング回路８を演算できる。
以上のように、それぞれ位相と振幅が同期し、かつ、互いに波の向きが反転したのこぎり波を用いてＰＷＭ制御を行うことにより、時分割に電力伝送を行うことが可能となる。
同様に、図７３に示すように、のこぎり波Ｃａｒ２及びＣａｒ２＋と第１のスイッチング回路４のオン時間割合Ｄ１を比較することで、第１のスイッチング回路４のゲート信号を演算する。また、のこぎり波Ｃａｒ１及びＣａｒ１＋と第２のスイッチング回路８のオン時間割合Ｄ２を比較することで、第２のスイッチング回路８のゲート信号を演算する。その結果、実施の形態２で説明した図４９に示すゲート信号を演算することができる。
また、図５９（ｂ）、図６１（ｂ）のように、コンデンサ３の電圧検出値ＶＬ１と目標値ＶＬ１＊との偏差からオン時間割合Ｄ２を演算することにより、交流電源１と第１の直流電源１１からの電力供給割合を制御し、コンデンサ３の電圧ＶＬ１を安定化することができる。
さらに、図６１（ｂ）のように、負荷（第２の直流電源３４）の電圧の検出値Ｖｂａｔ２と目標値Ｖｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、負荷への供給電力を制御することができる。
また、図６１（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電流検出値Ｉｂａｔ２と目標値Ｉｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、上記と同様に負荷への供給電力を制御することができる。
また、図６１（ｂ）において、負荷（第２の直流電源３４）の電流検出値Ｉｂａｔ２と目標値Ｉｂａｔ２＊との偏差からＤｒｅｆを演算することにより、上記と同様に負荷への供給電力を制御することができる。
なお、この発明は、上記の実施の形態１〜６に示した構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態１〜６の構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変更を加えたり、構成を一部省略することが可能である。
Claims (16)
- 互いに磁気的に結合された３つ以上の巻線で構成され、上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線には電力供給源が接続され、上記３以上の巻線の内の少なくとも１つの巻線には負荷が接続されるトランスと、
上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線と上記電力供給源とをそれぞれ接続する複数のスイッチング回路と、
上記複数のスイッチング回路を制御する制御回路とを備えた電力変換装置であって、
上記複数のスイッチング回路は、オンとなることにより、接続された上記巻線に対して異なる方向の電圧を出力する２組のスイッチ素子をそれぞれ備え、
上記制御回路は、複数の上記電力供給源から交互に電力が供給される繰り返し期間である１スイッチング期間内において、電力が供給される合計オン時間を、電力を供給する複数の上記電力供給源の数に応じて時分割し、上記時分割したオン時間をそれぞれ上記電力を供給する上記電力供給源に接続された上記複数のスイッチング回路の各上記２組のスイッチ素子に割り当て、
上記複数のスイッチング回路は、上記制御回路により割り当てられたオン時間に、それぞれ当該スイッチング回路に接続された上記電力供給源から負荷側へ電力供給を行うように動作するとともに、
上記複数のスイッチング回路は、第１のスイッチング期間では正負極性のうちいずれか一方の極性で上記トランスに向けてそれぞれ電力供給を行い、上記第１のスイッチング期間に続く第２のスイッチング期間では上記第１のスイッチング期間における極性と反対の極性で上記トランスに向けてそれぞれ電力供給を行うように動作する電力変換装置。 - 上記制御回路は、上記時分割したオン時間を、上記複数のスイッチング回路の各上記２組のスイッチ素子が予め定められた順番でオンするように割り当て、上記複数のスイッチング回路は、上記１スイッチング期間において同じ極性で上記トランスに向けて電力供給を行う請求項１に記載の電力変換装置。
- 互いに磁気的に結合された３つ以上の巻線で構成され、上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線には電力供給源が接続され、上記３以上の巻線の内の少なくとも１つの巻線には負荷が接続されるトランスと、
上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線と上記電力供給源とをそれぞれ接続する複数のスイッチング回路と、
上記電力供給源のうち少なくとも一つの入力電圧又は入力電流を検出する検出部と、
上記電力供給源から電力が供給される負荷側の電圧または電流を検出する検出回路と、
上記複数のスイッチング回路を制御する制御回路とを備えた電力変換装置であって、
上記制御回路は、複数の上記電力供給源から交互に電力が供給される繰り返し期間である１スイッチング期間内において、
電力が供給される合計オン時間を、上記検出回路で検出された上記負荷側の電圧または電流の検出値と予め設定された目標値とに基づいて決定し、
上記合計オン時間を、電力を供給する複数の上記電力供給源の数及び上記検出部の検出結果に基づいて決定した分割割合に応じて時分割し、上記時分割したオン時間をそれぞれ上記電力を供給する上記電力供給源に接続された上記複数のスイッチング回路に割り当て、
上記複数のスイッチング回路は、上記制御回路により割り当てられたオン時間に、それぞれ当該スイッチング回路に接続された上記電力供給源から負荷側へ電力供給を行うように動作する電力変換装置。 - 上記制御回路は、上記合計オン時間を一定に設定した請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
- 上記電力供給源の少なくとも一つは交流電源であって、上記交流電源に接続されて上記交流電源の交流電力を直流化して上記スイッチング回路に直流電力を供給する整流回路を備えている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 上記電力供給源の少なくとも一つは交流電源であって、上記交流電源に接続されて上記交流電源の電圧と電流の力率を制御すると共に上記交流電源の交流電力を直流化して上記スイッチング回路に直流電力を供給する力率変換回路を備えている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 上記電力供給源の少なくとも一つは直流電源である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記トランスの巻線に生じる電圧を整流化する整流回路を備え、上記負荷の少なくとも一つは、上記整流回路を介して供給される電力を受電する負荷機器である電力変換装置。
- 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記トランスの巻線に生じる電圧を整流化すると共に電圧または電流を制御する第４のスイッチング回路を備え、上記負荷の少なくとも一つは、上記第４のスイッチング回路を介して供給される電力を受電する負荷機器である電力変換装置。
- 上記複数の電力供給源の内の少なくとも一つとそれに接続される上記スイッチング回路との間の接続線に負荷が接続される請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線に接続された上記電力供給源の内、一つの電力供給源は交流電源であって、上記交流電源の交流電力を直流化する整流回路と、上記整流回路の出力電圧を平滑化するコンデンサとを備え、かつ、当該電力供給源に接続された上記スイッチング回路は上記コンデンサによる平滑後の直流電圧を交流化する第１のスイッチング回路であり、残りの電力供給源は直流電源であって、当該電力供給源に接続された上記スイッチング回路は上記直流電源の直流電力を交流化する第２のスイッチング回路であり、
上記制御回路は、上記１スイッチング期間内の合計オン時間を、上記第１のスイッチング回路が電力伝送を行う第１の電力伝送期間と上記第２のスイッチング回路が電力伝送を行う第２の電力伝送期間に分割すると共に、
上記コンデンサの電圧を検出する電圧検出部を備え、上記電圧検出部の検出値と予め設定された目標値との偏差に基づいて上記合計オン時間に対する上記第１の電力伝送期間と上記第２の電力伝送期間の割合を制御する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。 - 上記３以上の巻線の内の少なくとも２つの巻線に接続された上記電力供給源の内、一つの電力供給源は交流電源であって、上記交流電源の電圧と電流の力率を制御すると共に上記交流電源の交流電力を直流化する力率変換回路と、上記力率変換回路の出力電圧を平滑化するコンデンサとを備え、かつ、当該電力供給源に接続された上記スイッチング回路は上記コンデンサによる平滑後の直流電圧を交流化する第１のスイッチング回路であり、残りの電力供給源は直流電源であって、当該電力供給源に接続された上記スイッチング回路は上記直流電源の直流電力を交流化する第２のスイッチング回路であり、
上記制御回路は、上記１スイッチング期間内の合計オン時間を、上記第１のスイッチング回路が電力伝送を行う第１の電力伝送期間と上記第２のスイッチング回路が電力伝送を行う第２の電力伝送期間に分割すると共に、
上記コンデンサの電圧を検出する電圧検出部を備え、上記電圧検出部の検出値と予め設定された目標値との偏差に基づいて上記合計オン時間に対する上記第１の電力伝送期間と上記第２の電力伝送期間の割合を制御する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。 - 上記第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、上記第２のスイッチング回路は当該第２のスイッチング回路に接続される電力供給源に電力を伝送する場合に昇圧する機能を有する請求項１１又は請求項１２に記載の電力変換装置。
- 上記第２のスイッチング回路が、双方向に電力伝送可能であり、かつ、スイッチ素子及び当該スイッチ素子に逆並列したダイオードを用いてブリッジ構成されている場合、上記第２のスイッチング回路と当該第２のスイッチング回路に接続される電力供給源の間にＤＣ／ＤＣコンバータを備えた請求項１１又は請求項１２に記載の電力変換装置。
- 上記制御回路は、上記コンデンサの電圧検出値と電圧目標値との偏差に基づいて上記合計オン時間に対する上記第１の電力伝送期間と上記第２の電力伝送期間の割合を演算し、
上記１スイッチング期間に直線的に増加する第１ののこぎり波、上記第１ののこぎり波とスイッチング周期に対して位相が１８０度ずれた第２ののこぎり波、上記１スイッチング期間に直線的に減少し、かつ、第１ののこぎり波と位相及び振幅が等しい第３ののこぎり波、上記第３ののこぎり波と位相が１８０度ずれた第４ののこぎり波を生成し、上記第１ののこぎり波及び上記第２ののこぎり波と上記割合とを比較する第１の制御部、上記第３ののこぎり波及び第４ののこぎり波と上記割合とを比較する第２の制御部、を備え、
上記第１の制御部により上記第１のスイッチング回路のゲート信号を演算し、上記第２の制御部により上記第２のスイッチング回路のゲート信号を演算する請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。 - 上記制御回路は、上記コンデンサの電圧検出値と電圧目標値との偏差に基づいて上記合計オン時間に対する上記第１の電力伝送期間と上記第２の電力伝送期間の割合を演算し、
上記１スイッチング期間に直線的に減少する第１ののこぎり波、上記第１ののこぎり波とスイッチング周期に対して位相が１８０度ずれた第２ののこぎり波、上記１スイッチング期間に直線的に増加し、かつ、第１ののこぎり波と位相及び振幅が等しい第３ののこぎり波、上記第３ののこぎり波と位相が１８０度ずれた第４ののこぎり波を生成し、上記第１ののこぎり波及び上記第２ののこぎり波と上記割合とを比較する第１の制御部、上記第３ののこぎり波及び上記第４ののこぎり波と上記割合とを比較する第２の制御部、を備え、
上記第１の制御部により上記第１のスイッチング回路のゲート信号を演算し、上記第２の制御部により上記第２のスイッチング回路のゲート信号を演算する請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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