JP6284496B2 - 電圧変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の直流電源からの電圧を昇圧または降圧して、負荷に供給する電圧変換装置に関するものである。

地球の環境保護や燃料消費率（燃費）の向上のため、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有する車両が開発されている。この種の車両には、たとえばバッテリやキャパシタなどから成る複数の直流電源と、ＤＣ−ＤＣコンバータなどから成る電圧変換装置とが設けられている。電圧変換装置は、各直流電源からの電圧を昇圧または降圧して負荷に供給したり、車両に備わる発電機で発生した回生電力をキャパシタなどに蓄電したりする。

また、たとえば、特許文献１の電圧変換装置や、特許文献２の図７に示されている電圧変換装置では、供給電圧が下がらないように保護する必要がある負荷（狭電圧範囲補機）とバッテリとの間の電力経路に、スイッチが設けられている。また、その負荷とスイッチとの間の電力経路には、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して蓄電部が接続されている。バッテリとスイッチとの間の電力経路には、発電機やスタータモータやその他の負荷（補機、広電圧範囲補機）が接続されている。

たとえば、車両の減速により、発電機で回生電力が発生するときは、スイッチがオンされて、ＤＣ−ＤＣコンバータが駆動し、回生電力が蓄電部に蓄電される。また、車両がアイドリングストップ以外の状態で、発電機で回生電力が発生しないときは、スイッチがオンされて、ＤＣ−ＤＣコンバータが駆動し、蓄電部が放電される。この際、特許文献１では、ＤＣ−ＤＣコンバータが動作でき、かつバッテリの電圧が瞬時低下する既定期間に亘り蓄電部が負荷を駆動し続けることができる電圧まで、蓄電部を放電する。

また、車両のアイドリングストップ後にエンジンを再始動する際は、スタータモータを起動することで、スタータモータに大電流が流れて、バッテリの電圧が瞬時低下する。そこで、その際、スイッチがオフされて、負荷と蓄電部とがバッテリとスタータモータとから電気的に切り離され、蓄電部の電力が、ＤＣ−ＤＣコンバータを経由して負荷に供給される。これにより、負荷が蓄電部の電力で安定に駆動し続ける。

電圧変換装置のＤＣ−ＤＣコンバータは、たとえば特許文献３〜５のような、双方向昇降圧型チョッパ回路から構成されている。これらの双方向昇降圧型チョッパ回路は、２つのハーフブリッジ回路とリアクトルなどから構成されている。各ハーフブリッジ回路は、直列接続された２つのスイッチング素子から成る。リアクトルの一端は、一方のハーフブリッジ回路のスイッチング素子間に接続され、リアクトルの他端は、他方のハーフブリッジ回路のスイッチング素子間に接続されている。

特開２０１１−１５５７９１号公報 特許第４８３５６９０号公報 特開２００１−２６８９００号公報 特開２００１−２９２５６７号公報 特開２００５−２９５６７１号公報

電圧変換装置に接続される負荷には、供給電圧が所定値より下がると、動作に支障を来す負荷がある。このような負荷には、電力を安定に供給する必要がある。

また、電圧変換装置に複数の直流電源を接続した場合、一方の直流電源の電力を偏って使用すると、一方の直流電源の寿命が短くなる。このため、各直流電源の寿命を延ばすには、各直流電源の電力を有効に活用する必要がある。さらに、減速回生機能に対応するように、電圧変換装置に複数の直流電源としてバッテリとキャパシタを接続した場合は、キャパシタに蓄電された回生電力の活用機会を増やすのが好ましい。

本発明の課題は、負荷に電力を安定に供給し、各直流電源の電力を有効に活用することができる電圧変換装置を提供することである。

本発明による電圧変換装置は、第１直流電源、第２直流電源、および負荷がそれぞれ接続され、各直流電源の電圧を異なる大きさの電圧に変換して負荷に供給する。そして、第１直流電源が接続される第１接続端子と、第２直流電源が接続される第２接続端子と、負荷が接続される第３接続端子と、第１入出力端子と第２入出力端子とを有する第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、第３入出力端子と第４入出力端子とを有する第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、一端が第１接続端子に接続され、他端が第１入出力端子に接続された第１電力経路と、一端が第２入出力端子に接続され、他端が第３入出力端子に接続された第２電力経路と、一端が第４入出力端子に接続され、他端が第２接続端子に接続された第３電力経路と、一端が第２電力経路の途中に接続され、他端が第３接続端子に接続された第４電力経路と、一端が第１電力経路の途中に接続され、他端が第３接続端子に接続された第５電力経路と、第５電力経路に設けられた第５スイッチング素子と、第４電力経路に設けられた第６スイッチング素子と、各ＤＣ−ＤＣコンバータと各スイッチング素子とを制御する制御部とを備える。負荷は、供給電圧が下がらないように保護する必要がある被保護負荷である。第１直流電源には、動作時に大電流が流れる大電流負荷と、回生電力を発生する発電機とが並列に接続される。第２直流電源は、発電機で発生した回生電力を蓄電可能である。制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作していないときに、各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第５スイッチング素子をオンし、第６スイッチング素子をオフし、大電流負荷が動作するときに、少なくとも第２ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第５スイッチング素子をオフし、第６スイッチング素子をオンする。

上記によると、第１直流電源からの電力を、第１接続端子、第１電力経路、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ、第２電力経路、第４電力経路、および第３接続端子を通して、負荷に供給することができる。この際、第１直流電源からの電圧を、第１ＤＣ−ＤＣコンバータで負荷に対応する電圧に変換することができる。また、第２直流電源からの電力を、第２接続端子、第３電力経路、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、第２電力経路、第４電力経路、および第３接続端子を通して、負荷に供給することができる。この際、第２直流電源からの電圧を、第２ＤＣ−ＤＣコンバータで負荷に対応する電圧に変換することができる。このため、第１直流電源および第２直流電源から負荷に電力を安定に供給することが可能となる。また、各直流電源の電力の活用機会をそれぞれ増やして、各直流電源の電力を有効に活用することが可能となる。

また、本発明では、上記電圧変換装置において、第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、グランドと第２入出力端子との間に同一の向きで直列接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、一端が第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との間に接続され、他端が第１入出力端子に接続された第１チョークコイルと、一端が第１入出力端子と第１チョークコイルとの間に接続され、他端がグランドに接続された第１コンデンサと、一端が第２入出力端子と第２スイッチング素子との間に接続され、他端がグランドに接続された第２コンデンサとから構成されていてもよい。また、第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、グランドと第３入出力端子との間に同一の向きで直列接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子と、一端が第３スイッチング素子と第４スイッチング素子との間に接続され、他端が第４入出力端子に接続された第２チョークコイルと、一端が第４入出力端子と第２チョークコイルとの間に接続され、他端がグランドに接続された第３コンデンサと、一端が第３入出力端子と第４スイッチング素子との間に接続され、他端がグランドに接続された第４コンデンサとから構成されていてもよい。

また、本発明では、上記電圧変換装置において、第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、第１入出力端子から入力された電圧を昇圧して第２入出力端子から出力可能であり、かつ第２入出力端子から入力された電圧を降圧して第１入出力端子から出力可能であってもよい。また、第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、第３入出力端子から入力された電圧を降圧して第４入出力端子から出力可能であり、かつ第４入出力端子から入力された電圧を昇圧して第３入出力端子から出力可能であってもよい。

また、本発明では、上記電圧変換装置において、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ側から第１ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作するときに、電流検出部の検出値に基づいて、第１ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を、被保護負荷の駆動に支障のない規定値以下に制限してもよい。

また、本発明では、上記電圧変換装置において、第２直流電源の電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、制御部は、発電機が発電していない場合において、大電流負荷が動作するときに、電圧検出部で検出した第２直流電源の電圧が、被保護負荷を駆動するのに必要な電圧より大きな所定値以上であれば、各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第５スイッチング素子をオフし、第６スイッチング素子をオンし、第２直流電源の電圧が所定値未満であれば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第１ＤＣ−ＤＣコンバータを停止し、第５スイッチング素子をオフし、第６スイッチング素子をオンしてもよい。

また、本発明では、上記電圧変換装置において、制御部は、大電流負荷が動作していないときに、各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第５スイッチング素子をオンし、第６スイッチング素子をオフすることで、第２直流電源の電力を各ＤＣ−ＤＣコンバータと第５スイッチング素子とを通して被保護負荷に供給するとともに、第１直流電源の電力を第５スイッチング素子を通して被保護負荷に供給してもよい。また、大電流負荷が動作するときに、各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第５スイッチング素子をオフし、第６スイッチング素子をオンすることで、第２直流電源の電力を第２ＤＣ−ＤＣコンバータと第６スイッチング素子とを通して被保護負荷に供給するとともに、第２直流電源の電力を各ＤＣ−ＤＣコンバータを通して大電流負荷に供給してもよい。

さらに、本発明では、上記電圧変換装置において、制御部は、発電機で回生電力が発生するときに、各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、第５スイッチング素子をオンし、第６スイッチング素子をオフすることで、回生電力で第２直流電源を充電するとともに、回生電力を第５スイッチング素子を通して被保護負荷に供給してもよい。

本発明によれば、負荷に電力を安定に供給し、各直流電源の電力を有効に活用することができる電圧変換装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態による電圧変換装置の回路構成を示した図である。 スタンバイ時の図１の回路の動作を示した図である。 スタータモータ初回起動時の図１の回路の動作を示した図である。 初回走行時の図１の回路の動作を示した図である。 回生電力発生時の図１の回路の動作を示した図である。 非発電時でかつスタータモータ非起動時の、図１の回路の動作を示した図である。 アイドリングストップ後のスタータモータ起動時でかつキャパシタの電圧が所定値以上の場合の、図１の回路の動作を示した図である。 アイドリングストップ後のスタータモータ起動時でかつキャパシタの電圧が所定値未満の場合の、図１の回路の動作を示した図である。 図１の回路の他の動作を示した図である。 図１の回路の他の動作を示した図である。 本発明の他の実施形態による電圧変換装置の回路構成を示した図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

まず、本実施形態の電圧変換装置１００とその周辺部の回路構成を、図１を参照しながら説明する。なお、図１において、実線は電力系配線を示し、破線は制御系配線または通信系配線を示している（以降の各図においても同様）。

図１に示す回生システム２００は、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有した車両に搭載されている。回生システム２００には、電圧変換装置１００、キャパシタ１１、バッテリ１２、発電機１３、大電流負荷４、負荷５、被保護負荷６、上位ＥＣＵ（電子制御装置）７、およびＩＧ−ＳＷ（イグニションスイッチ）８が含まれている。

キャパシタ１１は、電気二重層キャパシタから成り、本発明の「第２直流電源」の一例である。これ以外に、たとえばリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、またはニッケル水素充電池などから第２直流電源を構成してもよい。

バッテリ１２は、従来型の鉛バッテリから成り、本発明の「第１直流電源」の一例である。これ以外のバッテリや電池などから第１直流電源を構成してもよい。

発電機１３は、図示しない車両のエンジンによって駆動され、電力を発生する。たとえば、車両の通常走行時に、バッテリ１２の電圧が低下した場合は、エンジンの駆動力により、発電機１３を駆動して発電を行う。また、車両の減速時や車両の制動操作時にも、車両は走行を続け、エンジンに燃料が供給されていなくても、エンジンは回転している。そこで、この回転力を利用して発電機１３を駆動し、発電を行う。この減速時等に発電機１３が発生した電力を、回生電力と呼ぶ。キャパシタ１１は、発電機１３で発生した電力を蓄電する。

また、車両の減速時には、エンジンへの燃料供給が停止されている。すなわち、燃料を消費することなく発電が行われるため、車両の燃料消費率が向上する。なお、通常走行時に、バッテリ１２の電圧が十分である場合には、発電機１３による発電は行わない。

大電流負荷４は、動作時に大電流が流れる電動機などから成る。この大電流負荷４には、エンジンを始動するためのスタータモータ４ａが含まれる。他の例として、図示しないパワーステアリング用のモータや電動ブレーキなども、大電流負荷４に含まれる。

負荷５は、車両のアイドリングストップ中に使用しなくてもよい電装品などから成る。負荷５には、たとえば、電熱式シートヒータなどが含まれている。

被保護負荷６は、車両のアイドリングストップ中も電力を供給する必要があり、かつアイドリングストップ後のエンジンの再始動時（スタータモータ４ａの起動時）などに、供給電圧が下がらないように保護する必要がある電装品などから成る。被保護負荷６には、たとえば、ナビゲーション、オーディオ、エアコン、メータ、トランスミッション、および安全装置などが含まれている。

上位ＥＣＵ７は、たとえばＣＡＮ（Controller Area Network）により、電圧変換装置１００と接続されている。上位ＥＣＵ７は、車両の状態を示す情報や動作指示などを電圧変換装置１００に対して送信する。

ＩＧ−ＳＷ８の一端は、バッテリ１２の正極と接続されている。ＩＧ−ＳＷ８の他端は、電圧変換装置１００に接続されている。バッテリ１２の負極は、接地されている。大電流負荷４、発電機１３、負荷５、および上位ＥＣＵ７は、バッテリ１２に並列に接続されている。

電圧変換装置１００は、接続された各直流電源１１、１２からの電圧を異なる大きさの電圧に変換して、被保護負荷６に供給する。電圧変換装置１００には、電力経路Ｓ１〜Ｓ５、接続端子Ｎ１〜Ｎ３、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ５、ＦＥＴＱ６、制御部１０、電圧検出部１４、および電流検出部１５が備わっている。

第１接続端子Ｎ１には、バッテリ１２の正極が接続されている。第２接続端子Ｎ２には、キャパシタ１１が接続されている。第３接続端子Ｎ３には、被保護負荷６が接続されている。なお、図１の電圧変換装置１００を示す一点鎖線の枠上にあるその他の白丸も接続端子を示している（符号省略、以降の各図も同様）。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、第１入出力端子Ｔ１と第２入出力端子Ｔ２とを有している。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、第３入出力端子Ｔ３と第４入出力端子Ｔ４とを有している。

第１電力経路Ｓ１の一端は、第１接続端子Ｎ１に接続され、第１電力経路Ｓ１の他端は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１の第１入出力端子Ｔ１に接続されている。第２電力経路Ｓ２の一端は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１の第２入出力端子Ｔ２に接続され、第２電力経路Ｓ２の他端は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２の第３入出力端子Ｔ３に接続されている。第３電力経路Ｓ３の一端は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２の第４入出力端子Ｔ４に接続され、第３電力経路Ｓ３の他端は、第２接続端子Ｎ２に接続されている。

第４電力経路Ｓ４の一端は、第２電力経路Ｓ２の途中に接続され、第４電力経路Ｓ４の他端は、第３接続端子Ｎ３に接続されている。第５電力経路Ｓ５の一端は、第１電力経路Ｓ１の途中に接続され、第５電力経路Ｓ５の他端は、第４電力経路Ｓ４の途中に接続されている。つまり、第５電力経路Ｓ５の他端は、第４電力経路Ｓ４の一部を介して第３接続端子Ｎ３に接続されている。

図１のＰｘは、第２電力経路Ｓ２と第４電力経路Ｓ４の接続点である。Ｐｙは、第４電力経路Ｓ４と第５電力経路Ｓ５の接続点である。Ｐｚは、第１電力経路Ｓ１と第５電力経路Ｓ５の接続点である。

ＦＥＴＱ５とＦＥＴＱ６は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）からそれぞれ構成されている。

ＦＥＴＱ５は、第５電力経路Ｓ５上に設けられている。ＦＥＴＱ５のドレインは、第４電力経路Ｓ４に接続されている。ＦＥＴＱ５のソースは、第１電力経路Ｓ１に接続されている。ＦＥＴＱ５のソース・ドレイン間に並列に接続されたダイオードＤ５は、ＦＥＴＱ５の寄生ダイオードである。ダイオードＤ５のアノードは、第１電力経路Ｓ１に接続されている。ダイオードＤ５のカソードは、第４電力経路Ｓ４に接続されている。このため、ダイオードＤ５は、第１電力経路Ｓ１側から第４電力経路Ｓ４側へ電流を流す。ＦＥＴＱ５は、本発明の「第５スイッチング素子」の一例である。

ＦＥＴＱ６は、第４電力経路Ｓ４上の接続点Ｐｙと接続点Ｐｘとの間に設けられている。ＦＥＴＱ６のドレインは、第２電力経路Ｓ２に接続されている。ＦＥＴＱ６のソースは、第５電力経路Ｓ５および第３接続端子Ｔ３に接続されている。ＦＥＴＱ６のソース・ドレイン間に並列に接続されたダイオードＤ６は、ＦＥＴＱ６の寄生ダイオードである。ダイオードＤ６のアノードは、第５電力経路Ｓ５および第３接続端子Ｎ３に接続されている。ダイオードＤ６のカソードは、第２電力経路Ｓ２に接続されている。このため、ダイオードＤ６は、第５電力経路Ｓ５側または第３接続端子Ｎ３側から第２電力経路Ｓ２側へ電流を流す。ＦＥＴＱ６は、本発明の「第６スイッチング素子」の一例である。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、ＦＥＴＱ１、ＦＥＴＱ２、チョークコイルＬ１、コンデンサＣ１、およびコンデンサＣ２から構成されている。

ＦＥＴＱ１とＦＥＴＱ２は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴからそれぞれ構成されていて、グランドと第２入出力端子Ｔ２との間に同一の向きで直列に接続されている。詳しくは、ＦＥＴＱ１のソースは、グランドに接続されている。ＦＥＴＱ１のドレインは、ＦＥＴＱ２のソースに接続されている。ＦＥＴＱ２のドレインは、第２入出力端子Ｔ２に接続されている。ＦＥＴＱ１は、本発明の「第１スイッチング素子」の一例である。ＦＥＴＱ２は、本発明の「第２スイッチング素子」の一例である。

ＦＥＴＱ１のソース・ドレイン間に並列に接続されたダイオードＤ１は、ＦＥＴＱ１の寄生ダイオードである。ＦＥＴＱ２のソース・ドレイン間に並列に接続されたダイオードＤ２は、ＦＥＴＱ２の寄生ダイオードである。ダイオードＤ１のアノードは、グランドに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、ダイオードＤ２のアノードに接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、第２入出力端子Ｔ２に接続されている。このため、ダイオードＤ１およびダイオードＤ２は、第２入出力端子Ｔ２側へ電流を流す。

チョークコイルＬ１の一端は、ＦＥＴＱ１とＦＥＴＱ２の間に接続されている。チョークコイルＬ１の他端は、第１入出力端子Ｔ１に接続されている。チョークコイルＬ１は、本発明の「第１チョークコイル」の一例である。

コンデンサＣ１の一端は、第１入出力端子Ｔ１とチョークコイルＬ１との間に接続されている。コンデンサＣ１の他端は、グランドに接続されている。コンデンサＣ２の一端は、第２入出力端子Ｔ２とＦＥＴＱ２との間に接続されている。コンデンサＣ２の他端は、グランドに接続されている。コンデンサＣ１は、本発明の「第１コンデンサ」の一例である。コンデンサＣ２は、本発明の「第２コンデンサ」の一例である。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、ＦＥＴＱ３、ＦＥＴＱ４、チョークコイルＬ２、コンデンサＣ３、およびコンデンサＣ４から構成されている。

ＦＥＴＱ３とＦＥＴＱ４は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴからそれぞれ構成されていて、グランドと第３入出力端子Ｔ３との間に同一の向きで直列に接続されている。詳しくは、ＦＥＴＱ３のソースは、グランドに接続されている。ＦＥＴＱ３のドレインは、ＦＥＴＱ４のソースに接続されている。ＦＥＴＱ４のドレインは、第３入出力端子Ｔ３に接続されている。ＦＥＴＱ３は、本発明の「第３スイッチング素子」の一例である。ＦＥＴＱ４は、本発明の「第４スイッチング素子」の一例である。

ＦＥＴＱ３のソース・ドレイン間に並列に接続されたダイオードＤ３は、ＦＥＴＱ３の寄生ダイオードである。ＦＥＴＱ４のソース・ドレイン間に並列に接続されたダイオードＤ４は、ＦＥＴＱ４の寄生ダイオードである。ダイオードＤ３のアノードは、グランドに接続されている。ダイオードＤ３のカソードは、ダイオードＤ４のアノードに接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、第３入出力端子Ｔ３に接続されている。このため、ダイオードＤ３およびダイオードＤ４は、第３入出力端子Ｔ３側へ電流を流す。

チョークコイルＬ２の一端は、ＦＥＴＱ３とＦＥＴＱ４の間に接続されている。チョークコイルＬ２の他端は、第４入出力端子Ｔ４に接続されている。チョークコイルＬ２は、本発明の「第２チョークコイル」の一例である。

コンデンサＣ３の一端は、第４入出力端子Ｔ４とチョークコイルＬ２との間に接続されている。コンデンサＣ３の他端は、グランドに接続されている。コンデンサＣ４の一端は、第３入出力端子Ｔ３とＦＥＴＱ４との間に接続されている。コンデンサＣ４の他端は、グランドに接続されている。コンデンサＣ３は、本発明の「第３コンデンサ」の一例である。コンデンサＣ４は、本発明の「第４コンデンサ」の一例である。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１の構成回路と、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２の構成回路とは、第２電力経路Ｓ２と第４電力経路Ｓ４との接続点Ｐｘに対して対称になっている。

制御部１０は、ＣＰＵとメモリから構成されている。制御部１０は、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２の動作を制御する。詳しくは、制御部１０には、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２のＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲートがそれぞれ接続されている（図示省略、以降の各図においても同様）。制御部１０は、各ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲートに駆動信号を入力して、各ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をオン・オフさせる。これにより、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２で通電状態または通電停止状態となる。また、制御部１０は、各ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のオン・オフのスイッチング動作をＰＷＭ（パルス幅変調）で制御する。これにより、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２で電圧の昇圧または降圧が行われる。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１では、第１入出力端子Ｔ１から入力された電圧を、ＦＥＴＱ１、Ｑ２のスイッチング動作により昇圧して、第２入出力端子Ｔ２から出力することが可能である。また、第２入出力端子Ｔ２から入力された電圧を、ＦＥＴＱ１、Ｑ２のスイッチング動作により降圧して、第１入出力端子Ｔ１から出力することが可能である。さらに、ＦＥＴＱ２をオンすることで、双方向に通電状態となる。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２では、第３入出力端子Ｔ３から入力された電圧を、ＦＥＴＱ３、Ｑ４のスイッチング動作により降圧して、第４入出力端子Ｔ４から出力することが可能である。また、第４入出力端子Ｔ４から入力された電圧を、ＦＥＴＱ３、Ｑ４のスイッチング動作により昇圧して、第３入出力端子Ｔ３から出力することが可能である。さらに、ＦＥＴＱ４をオンすることで、双方向に通電状態となる。

制御部１０は、ＦＥＴＱ５、Ｑ６のオン・オフ動作も制御する。詳しくは、制御部１０には、ＦＥＴＱ５、Ｑ６のゲートがそれぞれ接続されている（図示省略、以降の各図においても同様）。制御部１０は、各ＦＥＴＱ５、Ｑ６のゲートに駆動信号を入力して、各ＦＥＴＱ５、Ｑ６をオン・オフさせる。これにより、第４電力経路Ｓ４または第５電力経路Ｓ５で通電状態または通電停止状態となる。

また、制御部１０は、上位ＥＣＵ７と相互に通信する。特に、制御部１０は、上位ＥＣＵ７から車両の状態を示す情報や動作指示を受信する。なお、図１では、電圧変換装置１００内の制御系配線や通信系配線の図示を省略している（以降の各図においても同様）。

電流検出部１５は、第２電力経路Ｓ２上の接続点Ｐｘと第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１の第２入出力端子Ｔ２との間に設けられている。電流検出部１５は、第２電力経路Ｓ２を流れる電流や、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２側から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流を検出する。制御部１０は、スタータモータ４ａが動作するときに、電流検出部１５の検出値に基づいて、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流を制限する。

電圧検出部１４は、キャパシタ１１の電圧を検出する。制御部１０は、電圧検出部１４の検出電圧に基づいて、キャパシタ１１の充電量を算出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２とＦＥＴＱ５、Ｑ６の動作を制御する。

次に、電圧変換装置１００の動作を、図２〜図１０を参照しながら説明する。

ＩＧ−ＳＷ８がオフ状態にあるときは、車両が停止状態にあり、回生システム２００がスタンバイ状態にある。このとき、上位ＥＣＵ７や負荷５、６には、これらが動作できるように、電流を流す必要があるため、図２に矢印で示すように、バッテリ１２の電力が負荷５、上位ＥＣＵ７、および電圧変換装置１００に供給される。

このスタインバイ時に、電圧変換装置１００では、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２が停止（ＦＥＴＱ１〜Ｑ４がオフ）状態にあり、ＦＥＴＱ５、Ｑ６もオフ状態にある。このため、バッテリ１２から電圧変換装置１００の第１接続端子Ｎ１に供給された電力は、第１電力経路Ｓ１、第５電力経路Ｓ５、ＦＥＴＱ５のダイオードＤ５、第４電力経路Ｓ４、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６に供給される。

そして、運転手の操作によりＩＧ−ＳＷ８がオンされると、エンジンを初回始動するため、スタータモータ４ａが初回起動される。このとき、図３に矢印で示すように、スタータモータ４ａはバッテリ１２の電力により起動する。また、電圧変換装置１００では、制御部１０が、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２を停止（ＦＥＴＱ１〜Ｑ４をオフ）し、ＦＥＴＱ６をオフし、ＦＥＴＱ５をオンする。これにより、バッテリ１２の電力が、第１接続端子Ｎ１から第１電力経路Ｓ１、第５電力経路Ｓ５、ＦＥＴＱ５、第４電力経路Ｓ４、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６に供給される。

エンジンが始動した後、運転手の操作により車両が初回走行すると、発電機１３で発電が行われる。発電機１３で発電された電力は、図４に矢印で示すように、負荷５、上位ＥＣＵ７、および電圧変換装置１００に供給される。

この初回走行時に電圧変換装置１００では、制御部１０が、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２を停止（ＦＥＴＱ１〜Ｑ４をオフ）し、ＦＥＴＱ６をオフし、ＦＥＴＱ５をオンする。このため、発電機１３からの電力は、第１接続端子Ｎ１から第１電力経路Ｓ１、第５電力経路Ｓ５、ＦＥＴＱ５、第４電力経路Ｓ４、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６に供給される。

車両の走行中において、たとえば運転手がアクセルペダルを解放したり、ブレーキペダルを踏み込んだりして、車両が減速すると、発電機１３が回生電力を発生する。この回生電力は、図５に矢印で示すように、発電機１３から、負荷５、上位ＥＣＵ７、バッテリ１２、および電圧変換装置１００へ供給される。このとき、バッテリ１２の電圧が低下している場合は、回生電力でバッテリ１２が充電される（図示省略）。

回生電力が発生する際、電圧変換装置１００では、制御部１０が、ＦＥＴＱ５をオンし、ＦＥＴＱ６をオフする。これにより、回生電力が第１接続端子Ｎ１から、第１電力経路Ｓ１、第５電力経路Ｓ５、ＦＥＴＱ５、第４電力経路Ｓ４、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６に供給される。

また、制御部１０が、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２を動作させて、第１接続端子Ｎ１から第１電力経路Ｓ１を通って入力される回生電力の電圧をキャパシタ１１に対応する電圧に変換して、第２接続端子Ｎ２からキャパシタ１１に電力を出力する。

具体的には、たとえば制御部１０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１、Ｑ２をスイッチング動作（ＳＷ）させて、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３をオフし続け、ＦＥＴＱ４をオンし続ける。これにより、第１接続端子Ｎ１から第１電力経路Ｓ１を通って入力された回生電力の電圧が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１で昇圧される。そして、この変換後の回生電力が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１から第２電力経路Ｓ２、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ４、チョークコイルＬ２、および第３電力経路Ｓ３を経由した後、第２接続端子Ｎ２からキャパシタ１１へ出力される。

または、制御部１０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１をオフし続け、ＦＥＴＱ２をオンし続け、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３、Ｑ４をスイッチング動作させる。これにより、第１接続端子Ｎ１から第１電力経路Ｓ１を通って入力された回生電力の電圧が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のチョークコイルＬ１とＦＥＴＱ２と第２電力経路Ｓ２を経由した後、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２へ入力される。そして、その回生電力の電圧が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２で降圧され、該変換後の電力が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２から第３電力経路Ｓ３を経由した後、第２接続端子Ｎ２からキャパシタ１１へ出力される。

キャパシタ１１は、第２接続端子Ｎ２から出力される電力によって、充電される。つまり、回生電力がキャパシタ１１に蓄電される。

車両がアイドリングストップ以外の状態で、発電機１３が発電しない場合は、スタータモータ４ａの起動も行われない。これは、たとえば、バッテリ１２およびキャパシタ１１の電圧が十分高い場合である。このような発電機１３の非発電時でかつスタータモータ４ａの非動作時は、図６に矢印で示すように、バッテリ１２の電力が負荷５、上位ＥＣＵ７、および電圧変換装置１００へ供給される。

このとき、電圧変換装置１００では、図６に示すように、制御部１０が、ＦＥＴＱ５をオンし、ＦＥＴＱ６をオフする。これにより、バッテリ１２からの電力が、第１接続端子Ｎ１、第１電力経路Ｓ１、第５電力経路Ｓ５、ＦＥＴＱ５、第４電力経路Ｓ４、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６に供給される。

また、制御部１０が、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２を動作させて、キャパシタ１１から第２接続端子Ｎ２と第３電力経路Ｓ３を通って入力される電圧を、ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２で被保護負荷６に対応する電圧に変換して、第１電力経路Ｓ１へ電力を出力する。

具体的には、たとえば制御部１０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３、Ｑ４をスイッチング動作させて、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１をオフし続け、ＦＥＴＱ２をオンし続ける。これにより、キャパシタ１１から第２接続端子Ｎ２と第３電力経路Ｓ３を通って入力された電圧が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２で昇圧される。そして、この変換後の電力が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２から第２電力経路Ｓ２と第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ２とチョークコイルＬ１を経由した後、第１電力経路Ｓ１へ出力される。

または、制御部１０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３をオフし続け、ＦＥＴＱ４をオンし続け、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１、Ｑ２をスイッチング動作させる。これにより、キャパシタ１１から第２接続端子Ｎ２と第３電力経路Ｓ３を通って入力された電圧が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のチョークコイルＬ２とＦＥＴＱ４と第２電力経路Ｓ２を経由した後、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１へ入力される。そして、そのキャパシタ１１からの電圧が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１で降圧され、該変換後の電力が第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１から第１電力経路Ｓ１へ出力される。

上記のように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１から第１電力経路Ｓ１へ出力されたキャパシタ１１の電力は、第５電力経路Ｓ５、ＦＥＴＱ５、第４電力経路Ｓ４、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６に供給される。これにより、キャパシタ１１が放電される。

車両が極低速走行状態または停止状態になって、所定のアイドリングストップ移行条件が成立すると、アイドリングストップが開始される。このときのアイドリングストップ移行条件としては、たとえば、エンジンの再始動時に被保護負荷６へ供給可能な電力がキャパシタ１１またはバッテリ１２に残っていることである。アイドリングストップ移行条件の成立判定やアイドリングストップの制御は、上位ＥＣＵ７で行われる。アイドリングストップ中は、発電機１３で発電されたり回生電力が発生したりすることはない。

その後、アイドリングストップが終了して、エンジンの再始動のため、スタータモータ４ａが起動するときに、制御部１０は、電圧検出部１４によりキャパシタ１１の電圧を検出する。このとき、電圧検出部１４で検出したキャパシタ１１の電圧が、所定値（被保護負荷６を駆動するのに必要な電圧より大きな値）以上であれば、制御部１０は、図７に示すように、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１、２を動作させ、ＦＥＴＱ５をオフし、ＦＥＴＱ６をオンする。

具体的には、たとえば制御部１０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３、Ｑ４をスイッチング動作させる。これにより、キャパシタ１１からの電圧が、第２接続端子Ｎ２と第３電力経路Ｓ３を経由した後、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２で被保護負荷６に対応するように昇圧される。そして、この変換後の電力が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２から第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６へ供給される。

または、制御部１０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３をオフし続け、ＦＥＴＱ４をオンし続ける。これにより、図７に矢印で示すように、キャパシタ１１からの電力が、第２接続端子Ｎ２、第３電力経路Ｓ３、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ４、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６へ供給される。

また、キャパシタ１１からの電力は、図７に矢印で示すように、第２接続端子Ｎ２、第３電力経路Ｓ３、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２、および第２電力経路Ｓ２を経由した後、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１へ入力される。

このとき、制御部１０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１をオフし続け、ＦＥＴＱ２をオンし続ける。これにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１へ入力された電力が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ２、第１電力経路Ｓ１、および第１接続端子Ｎ１を通って、スタータモータ４ａや他の負荷４、５に供給される。

または、制御部１０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１、Ｑ２をスイッチング動作させる。これにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１へ入力された電圧が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１でスタータモータ４ａや他の負荷４、５に対応するように降圧される。そして、この変換後の電力が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１から第１電力経路Ｓ１と第１接続端子Ｎ１を通って、スタータモータ４ａや他の負荷４、５に供給される。

上記のように、キャパシタ１１の充電量が多い場合は、キャパシタ１１からの電力が被保護負荷６だけでなく、スタータモータ４ａや他の負荷４、５にも供給される。

また、制御部１０は、キャパシタ１１からの電力を負荷４、５に供給する際に、電流検出部１５により第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２側から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流を検出する。そして、制御部１０は、電流検出部１５の検出値（電流値）に基づいて、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流を、被保護負荷６の駆動に支障のない規定値以下に制限する。

具体的には、制御部１０は、電流検出部１５の検出値が規定値以下になるように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１、Ｑ２または第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３、Ｑ４をスイッチング動作させるためのＰＷＭ信号のオンデューティーを制御する。これにより、スタータモータ４ａの動作時（初回起動時を除く）に、キャパシタ１１からスタータモータ４ａに電流が流れても、キャパシタ１１から被保護負荷６への供給電圧は、該負荷６の駆動に支障が出るほど低下することはなく、被保護負荷６は安定に駆動し続ける。

一方、アイドリングストップ後のスタータモータ４ａが起動するときに、電圧検出部１４で検出したキャパシタ１１の電圧が所定値未満であれば、制御部１０は、図８に示すように、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２を動作させ、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１を停止し、ＦＥＴＱ５をオフし、ＦＥＴＱ６をオンする。

このとき、たとえば制御部１０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３、Ｑ４をスイッチング動作させる。これにより、キャパシタ１１からの電圧が、第２接続端子Ｎ２と第３電力経路Ｓ３を経由した後、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２で被保護負荷６に対応するように昇圧される。そして、この変換後の電力が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２から第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６へ供給される。

または、制御部１０は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３をオフし続け、ＦＥＴＱ４をオンし続ける。これにより、図８に矢印で示すように、キャパシタ１１からの電力が、第２接続端子Ｎ２、第３電力経路Ｓ３、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ４、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６へ供給される。

また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１が停止（ＦＥＴＱ１、Ｑ２がオフ）し、ＦＥＴＱ５がオフとなっているので、被保護負荷６やバッテリ１２などに対してキャパシタ１１が電気的に切り離される。このため、スタータモータ４ａの起動時に、バッテリ１２からスタータモータ４ａに電流が流れても、キャパシタ１１から被保護負荷６への供給電圧は低下せず、被保護負荷６は安定に駆動し続ける。

車両のアイドリングストップ中も、上記図７および図８のように、キャパシタ１１の電圧と所定値との比較結果に基づいて、キャパシタ１１の電力を負荷４、５、６に供給してもよい。

バッテリ１２の電力を、図９に矢印で示すように、第１接続端子Ｎ１、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通して、被保護負荷６に供給することもできる。

図９では、制御部１０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１、Ｑ２をスイッチング動作させ、ＦＥＴＱ５をオフし、ＦＥＴＱ６をオンする。これにより、たとえばバッテリ１２からの電圧が被保護負荷６を駆動するのに必要な電圧より低くても、バッテリ１２からの電圧が、第１接続端子Ｎ１と第１電力経路Ｓ１を経由した後、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１で被保護負荷６に対応するように昇圧される。そして、この変換後の電力が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１から第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６へ供給される。

または、制御部１０が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１をオフし続け、ＦＥＴＱ２をオンし続け、ＦＥＴＱ５をオフし、ＦＥＴＱ６をオンしてもよい。これにより、バッテリ１２からの電力が、第１接続端子Ｎ１、第１電力経路Ｓ１、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６へ供給される。

上記の際、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２では、たとえば、ＦＥＴＱ３、Ｑ４をオフしてもよいし（図２〜図４参照）、ＦＥＴＱ３をオフし続けてＦＥＴＱ４をオンし続けてもよいし、ＦＥＴＱ３、Ｑ４をスイッチング動作させてもよい（図６参照）。図９では、接続点Ｐｘより第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２側の回路の動作や電力の供給状態の図示を省略している。

また、発電機１３で発生した回生電力を、図１０に矢印で示すように、第１接続端子Ｎ１、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通して、被保護負荷６に供給することもできる。

図１０では、制御部１０は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１、Ｑ２をスイッチング動作させ、ＦＥＴＱ５をオフし、ＦＥＴＱ６をオンする。これにより、たとえば回生電力の電圧が被保護負荷６を駆動するのに必要な電圧より低くても、回生電力の電圧が、第１接続端子Ｎ１と第１電力経路Ｓ１を経由した後、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１で被保護負荷６に対応するように昇圧される。そして、この変換後の電力が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１から第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６へ供給される。

または、制御部１０が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１をオフし続け、ＦＥＴＱ２をオンし続け、ＦＥＴＱ５をオフし、ＦＥＴＱ６をオンしてもよい。これにより、回生電力が、第１接続端子Ｎ１、第１電力経路Ｓ１、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６へ供給される。

上記の際、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２では、たとえば、ＦＥＴＱ３をオフし続けてＦＥＴＱ４をオンし続けてもよいし、ＦＥＴＱ３、Ｑ４をスイッチング動作させてもよい（図５参照）。図１０では、接続点Ｐｘより第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２側の回路の動作や電力の供給状態の図示を省略している。

上記実施形態によると、バッテリ１２からの電力を、第１接続端子Ｎ１、第１電力経路Ｓ１、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通して、被保護負荷６に供給することができる（図２〜図４）。この際、バッテリ１２の電圧が低い場合は、バッテリ１２の電圧を、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１で被保護負荷６に対応する電圧に昇圧することができる。

また、発電機１３で発生した回生電力を、第１接続端子Ｎ１、第１電力経路Ｓ１、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第２電力経路Ｓ２、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２、第３電力経路Ｓ３、および第２接続端子Ｎ２を通して、キャパシタ１１に供給して、キャパシタ１１を充電することができる（図５）。この際、回生電力の電圧がキャパシタ１１に対応していない場合は、回生電力の電圧を、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１でキャパシタ１１に対応するように昇圧したり、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２でキャパシタ１１に対応するように降圧したりすることができる。

また、アイドリングストップ後のスタータモータ４ａの動作時に、キャパシタ１１からの電力を、第２接続端子Ｎ２、第３電力経路Ｓ３、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通して、被保護負荷６に供給することができる（図７、図８）。この際、キャパシタ１１の電圧が低い場合は、キャパシタ１１の電圧を、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２で被保護負荷６に対応する電圧に昇圧することができる。

また、アイドリングストップ後のスタータモータ４ａの動作時でかつ、キャパシタ１１の電圧が高い（所定値以上）場合に、キャパシタ１１からの電力を、第２接続端子Ｎ２、第３電力経路Ｓ３、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２、第２電力経路Ｓ２、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第１電力経路Ｓ１、および第１接続端子Ｎ１を通して、負荷４、５に供給することができる（図７）。この際、キャパシタ１１の電圧が負荷４、５に対応していない場合は、キャパシタ１１の電圧を、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２で負荷４、５に対応するように昇圧したり、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１で負荷４、５に対応するように降圧したりすることができる。

また、バッテリ１２の電力を、第１接続端子Ｎ１、第１電力経路Ｓ１、第５電力経路Ｓ５、ＦＥＴＱ５、第４電力経路Ｓ４、および第３接続端子Ｎ３を通して、被保護負荷６に供給することもできる（図６）。さらに、キャパシタ１１の電力を、第２接続端子Ｎ２、第３電力経路Ｓ３、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２、第２電力経路Ｓ２、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第１電力経路Ｓ１、第５電力経路Ｓ５、ＦＥＴＱ５、第４電力経路Ｓ４、および第３接続端子Ｎ３を通して、被保護負荷６に供給することもできる（図６）。この際、キャパシタ１１の電圧が被保護負荷６に対応していない場合は、キャパシタ１１の電圧を、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２で被保護負荷６に対応するように昇圧したり、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１で被保護負荷６に対応するように降圧したりすることができる。

よって、バッテリ１２およびキャパシタ１１から負荷４、５、６に電力を安定に供給することが可能となる。また、バッテリ１２およびキャパシタ１１の電力の活用機会をそれぞれ増やして、バッテリ１２およびキャパシタ１１の電力を有効に活用することが可能となる。さらに、回生電力をキャパシタ１１に蓄電した後、負荷４、５、６に供給することで、回生電力を有効に活用することが可能となる。

また、上記実施形態では、第４電力経路Ｓ４にＦＥＴＱ６を設けているので、ＦＥＴＱ６をオンすることで、バッテリ１２やキャパシタ１１の電力を、第４電力経路Ｓ４を通して被保護負荷６に供給することができる。また、ＦＥＴＱ６をオフすることで、バッテリ１２もしくはキャパシタ１１の電力、または回生電力が、意図せず第２電力経路Ｓ２から第４電力経路Ｓ４へ漏出するのを阻止することができる。さらに、ＦＥＴＱ６がオフのときに、バッテリ１２の電力、または回生電力が、意図せず第５電力経路Ｓ５から第４電力経路Ｓ４のダイオードＤ６を通って、第２電力経路Ｓ２から第３電力経路Ｓ３へ漏出するのを、ＤＣ−ＤＣコンバータ２で食い止めることができる。

また、上記実施形態では、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１にＦＥＴＱ１、Ｑ２を設け、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２にＦＥＴＱ３、Ｑ４を設け、第５電力経路Ｓ５と第４電力経路Ｓ４にそれぞれＦＥＴＱ５とＦＥＴＱ６を設けている。このため、電力変換装置１００におけるスイッチング素子の使用数を６つに抑えることができる。

また、上記実施形態では、アイドリングストップ後のスタータモータ４ａの動作時に、電流検出部１５の検出値に基づいて、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流を、被保護負荷６の駆動に支障のない規定値以下に制限している。このため、スタータモータ４ａの動作時に、キャパシタ１１の電力をスタータモータ４ａおよび各負荷４、５、６に供給しても、キャパシタ１１から被保護負荷６への供給電圧が、該負荷６の駆動に支障が出るほど低下するのを防止することができ、被保護負荷６を安定に駆動し続けることが可能となる。

また、上記実施形態では、アイドリングストップ後のスタータモータ４ａの動作時に、キャパシタ１１の電圧が所定値以上であれば、キャパシタ１１の電力をスタータモータ４ａおよび各負荷４、５、６に供給し、キャパシタ１１の電圧が所定値未満であれば、キャパシタ１１の電力を被保護負荷６にだけ供給している。このため、被保護負荷６を駆動するのにキャパシタ１１の電力を使用しても、キャパシタ１１の残電力量が余り有るくらい多い場合に、キャパシタ１１の電力をスタータモータ４ａおよび各負荷４、５、６に供給して、有効に活用することができる。また、キャパシタ１１の残電力量が被保護負荷６しか駆動できないくらい少ない場合に、キャパシタ１１の電力を被保護負荷６に供給して、被保護負荷６を安定に駆動しつつ、キャパシタ１１の電力を有効に活用することができる。つまり、発電機１３で発生した回生電力をキャパシタ１１に充電した後、当該電力を有効に活用することができる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２側から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流を検出するために、第２電力経路Ｓ２上の接続点Ｐｘと第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１の入出力端子Ｔ２との間に電流検出部１５を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、第１電力経路Ｓ１上の接続点Ｐｚ（図１）と第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１の入出力端子Ｔ１との間、もしくは第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のグランドライン（図示省略）上に、電流検出部を設けてもよい。このようにしても、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２側から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流を、電流検出部により検出することができる。

または、第２電力経路Ｓ２上の接続点Ｐｘと第２接続端子Ｎ２の間に、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２を流れる電流を検出する第１電流検出部を設け、第４電力経路Ｓ４上の接続点Ｐｙと第３接続端子Ｎ３との間にＦＥＴＱ６を流れる電流を検出する第２電流検出部を設けてもよい。この場合、第１電流検出部の検出値から第２電流検出部の検出値を減算することで、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２側から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流を検出することができる。

また、バッテリ１２と第１接続端子Ｎ１との間の電力経路のような、電圧変換装置１００の外部に電流検出部を設けてもよい。この場合、電流検出部で検出した第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２側から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１に流れる電流値を、ＣＡＮなどにより電圧変換装置１００の制御部１０に出力すればよい。

また、以上の実施形態では、第５電力経路Ｓ５とＦＥＴＱ５とから成るバイパス回路を、第１電力経路Ｓ１と第４電力経路Ｓ４とに接続した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、このようなバイパス回路は省略してもよい。この例を、図１１に示している。

図１１において、たとえば、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１を動作させて、ＦＥＴＱ６をオンする。これにより、バッテリ１２の電力または発電機１３の回生電力が、第１接続端子Ｎ１、第１電力経路Ｓ１、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６に供給される。この際、たとえば、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１をオフし続けて、ＦＥＴＱ２をオンし続けることにより、バッテリ１２の電力や回生電力を電圧変換することなく被保護負荷６に供給してもよい。または、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１のＦＥＴＱ１、Ｑ２をスイッチング動作させることにより、バッテリ１２や回生電力の電圧を被保護負荷６に対応するように昇圧して、該変換後の電力を被保護負荷６に供給してもよい。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２では、各ＦＥＴＱ３、Ｑ４をオフしてもよいし、ＦＥＴＱ４だけオンすることにより通電状態にしてもよい。

また、図１１において、たとえば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２を動作させて、ＦＥＴＱ６をオンする。これにより、キャパシタ１１の電力が、第２接続端子Ｎ２、第３電力経路Ｓ３、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２、第２電力経路Ｓ２、第４電力経路Ｓ４、ＦＥＴＱ６、および第３接続端子Ｎ３を通って、被保護負荷６に供給される。この際、たとえば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３をオフし続けて、ＦＥＴＱ４をオンし続けることにより、キャパシタ１１の電力を電圧変換することなく被保護負荷６に供給してもよい。または、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＦＥＴＱ３、Ｑ４をスイッチング動作させることにより、キャパシタ１１の電圧を被保護負荷６に対応するように昇圧して、該変換後の電力を被保護負荷６に供給してもよい。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１では、各ＦＥＴＱ１、Ｑ２をオフしてもよいし、ＦＥＴＱ２だけオンすることにより通電状態にしてもよい。

また、以上の実施形態では、第１〜第６スイッチング素子としてＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ６を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。また、ＭＯＳＦＥＴの代わりに、接合形ＦＥＴを用いてもよい。さらに、トランジスタまたはリレーなどのような、他のスイッチング素子を用いてもよい。

さらに、以上の実施形態では、アイドリングストップ機能と減速回生機能とを有した車両用の電圧変換装置１００に、本発明を適用した例を挙げたが、これに限るものではない。これ以外の、たとえば減速回生機能は有しているがアイドリングストップ機能は有していない車両用の電圧変換装置や、その他の用途の電圧変換装置に対しても、本発明を適用することは可能である。

１ 第１ＤＣ−ＤＣコンバータ
２ 第２ＤＣ−ＤＣコンバータ
４ 大電流負荷
４ａ スタータモータ
６ 被保護負荷
１０ 制御部
１１ キャパシタ（第２直流電源）
１２ バッテリ（第１直流電源）
１３ 発電機
１４ 電圧検出部
１５ 電流検出部
１００ 電圧変換装置
Ｃ１ コンデンサ（第１コンデンサ）
Ｃ２ コンデンサ（第２コンデンサ）
Ｃ３ コンデンサ（第３コンデンサ）
Ｃ４ コンデンサ（第４コンデンサ）
Ｌ１ チョークコイル（第１チョークコイル）
Ｌ２ チョークコイル（第２チョークコイル）
Ｎ１ 第１接続端子
Ｎ２ 第２接続端子
Ｎ３ 第３接続端子
Ｑ１ ＦＥＴ（第１スイッチング素子）
Ｑ２ ＦＥＴ（第２スイッチング素子）
Ｑ３ ＦＥＴ（第３スイッチング素子）
Ｑ４ ＦＥＴ（第４スイッチング素子）
Ｑ５ ＦＥＴ（第５スイッチング素子）
Ｑ６ ＦＥＴ（第６スイッチング素子）
Ｓ１ 第１電力経路
Ｓ２ 第２電力経路
Ｓ３ 第３電力経路
Ｓ４ 第４電力経路
Ｓ５ 第５電力経路
Ｔ１ 第１入出力端子
Ｔ２ 第２入出力端子
Ｔ３ 第３入出力端子
Ｔ４ 第４入出力端子

Claims (7)

1. 第１直流電源、第２直流電源、および負荷がそれぞれ接続され、前記各直流電源の電圧を異なる大きさの電圧に変換して前記負荷に供給する電圧変換装置において、
   前記第１直流電源が接続される第１接続端子と、
   前記第２直流電源が接続される第２接続端子と、
   前記負荷が接続される第３接続端子と、
   第１入出力端子と第２入出力端子とを有する第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   第３入出力端子と第４入出力端子とを有する第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、
   一端が前記第１接続端子に接続され、他端が前記第１入出力端子に接続された第１電力経路と、
   一端が前記第２入出力端子に接続され、他端が前記第３入出力端子に接続された第２電力経路と、
   一端が前記第４入出力端子に接続され、他端が前記第２接続端子に接続された第３電力経路と、
   一端が前記第２電力経路の途中に接続され、他端が前記第３接続端子に接続された第４電力経路と、
   一端が前記第１電力経路の途中に接続され、他端が前記第３接続端子に接続された第５電力経路と、
   前記第５電力経路に設けられた第５スイッチング素子と、
   前記第４電力経路に設けられた第６スイッチング素子と、
   前記各ＤＣ−ＤＣコンバータと前記各スイッチング素子とを制御する制御部と、を備え、
   前記負荷は、供給電圧が下がらないように保護する必要がある被保護負荷であり、
   前記第１直流電源には、動作時に大電流が流れる大電流負荷と、回生電力を発生する発電機とが並列に接続され、
   前記第２直流電源は、前記発電機で発生した回生電力を蓄電可能であり、
   前記制御部は、
   前記発電機が発電していない場合において、前記大電流負荷が動作していないときに、前記各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第５スイッチング素子をオンし、前記第６スイッチング素子をオフし、
   前記大電流負荷が動作するときに、少なくとも前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第５スイッチング素子をオフし、前記第６スイッチング素子をオンする、ことを特徴とする電圧変換装置。
2. 請求項１に記載の電圧変換装置において、
   前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   グランドと前記第２入出力端子との間に同一の向きで直列接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、
   一端が前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間に接続され、他端が前記第１入出力端子に接続された第１チョークコイルと、
   一端が前記第１入出力端子と前記第１チョークコイルとの間に接続され、他端がグランドに接続された第１コンデンサと、
   一端が前記第２入出力端子と前記第２スイッチング素子との間に接続され、他端がグランドに接続された第２コンデンサと、から構成され、
   前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   グランドと前記第３入出力端子との間に同一の向きで直列接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子と、
   一端が前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間に接続され、他端が前記第４入出力端子に接続された第２チョークコイルと、
   一端が前記第４入出力端子と前記第２チョークコイルとの間に接続され、他端がグランドに接続された第３コンデンサと、
   一端が前記第３入出力端子と前記第４スイッチング素子との間に接続され、他端がグランドに接続された第４コンデンサと、から構成されている、ことを特徴とする電圧変換装置。
3. 請求項２に記載の電圧変換装置において、
   前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記第１入出力端子から入力された電圧を昇圧して前記第２入出力端子から出力可能であり、かつ前記第２入出力端子から入力された電圧を降圧して前記第１入出力端子から出力可能であり、
   前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記第３入出力端子から入力された電圧を降圧して前記第４入出力端子から出力可能であり、かつ前記第４入出力端子から入力された電圧を昇圧して前記第３入出力端子から出力可能である、ことを特徴とする電圧変換装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電圧変換装置において、
   前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータ側から前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記発電機が発電していない場合において、前記大電流負荷が動作するときに、
   前記電流検出部の検出値に基づいて、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を、前記被保護負荷の駆動に支障のない規定値以下に制限する、ことを特徴とする電圧変換装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電圧変換装置において、
   前記第２直流電源の電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記発電機が発電していない場合において、前記大電流負荷が動作するときに、
   前記電圧検出部で検出した前記第２直流電源の電圧が、前記被保護負荷を駆動するのに必要な電圧より大きな所定値以上であれば、前記各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第５スイッチング素子をオフし、前記第６スイッチング素子をオンし、
   前記第２直流電源の電圧が前記所定値未満であれば、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータを停止し、前記第５スイッチング素子をオフし、前記第６スイッチング素子をオンする、ことを特徴とする電圧変換装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電圧変換装置において、
   前記制御部は、
   前記大電流負荷が動作していないときに、前記各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第５スイッチング素子をオンし、前記第６スイッチング素子をオフすることで、前記第２直流電源の電力を前記各ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第５スイッチング素子とを通して前記被保護負荷に供給するとともに、前記第１直流電源の電力を前記第５スイッチング素子を通して前記被保護負荷に供給し、
   前記大電流負荷が動作するときに、前記各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第５スイッチング素子をオフし、前記第６スイッチング素子をオンすることで、前記第２直流電源の電力を前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第６スイッチング素子とを通して前記被保護負荷に供給するとともに、前記第２直流電源の電力を前記各ＤＣ−ＤＣコンバータを通して前記大電流負荷に供給する、ことを特徴とする電圧変換装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電圧変換装置において、
   前記制御部は、
   前記発電機で回生電力が発生するときに、前記各ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させ、前記第５スイッチング素子をオンし、前記第６スイッチング素子をオフすることで、前記回生電力で前記第２直流電源を充電するとともに、前記回生電力を前記第５スイッチング素子を通して前記被保護負荷に供給する、ことを特徴とする電圧変換装置。

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