JP5549280B2

JP5549280B2 - チョッパ回路、ｄｃ／ｄｃコンバータ、燃料電池システム

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Publication number: JP5549280B2
Application number: JP2010048504A
Authority: JP
Inventors: 貴彦長谷川; 晃太真鍋; 俊彦南井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: WO2011107844A3; JP2011188565A; CN102783002B; DE112011100806B4; CN102783002A; DE112011100806B8; US8653802B2; DE112011100806T5; US20120326687A1; WO2011107844A2

Description

本発明は、ソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路とこれを伴う技術に関する。

従来、半導体電力変換装置を用いる分野では、電力損失の低減のためにソフトスイッチング方式によるチョッパ回路が用いられる（特許文献１）。

特開２００９−１１２１８２号公報

チョッパ回路が備える主スイッチング素子、及び、補助スイッチスイッチング素子のターンオン／オフ動作は、ターンオン／オフの信号であるゲート信号を、制御ユニットから両スイッチング素子に各々送信することで行っている。制御ユニットからのゲート信号は、信号送信用のワイヤーハーネス（ＷＨ）等を介して送信する。しかしながら、ワイヤーハーネスの断線や外部からのノイズ等により、補助スイッチング素子にゲート信号が入力されず、補助スイッチング素子が動作しなかった場合、主スイッチング素子が動作すると、主スイッチング素子への印加電圧が高くなり、主スイッチング素子によるスイッチング動作がハードスイッチングとなり破損に至る可能性があるとの問題が指摘されていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
本発明の一形態は、補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路であって、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力し、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない論理回路を備え、前記論理回路は、第１のＡＮＤ回路素子と、第２のＡＮＤ回路素子と、ＯＲ回路素子とを備え、前記第１のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを受信し、前記第２のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記ＯＲ回路素子からの信号とを受信し、前記ＯＲ回路素子は、前記第１のＡＮＤ回路素子からの信号と前記第２のＡＮＤ回路素子からの信号とを受信し、前記主スイッチング素子は、前記ＯＲ回路素子からの信号によってターンオンし、前記補助スイッチング素子は、前記補助ターンオン信号によってターンオンするチョッパ回路。
このような形態であれば、補助ターンオン信号が送信系統の異常等で補助スイッチング素子に入力される手前で消滅した場合には、論理回路が主スイッチング素子をターンオンさせない。よって、主スイッチング素子がハードスイッチング動作を行うことがなく、主スイッチング素子の破損を回避することができる。
また、本発明の他の形態は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、直流電源に接続されているＤＣ入力部と、前記ＤＣ入力部から入力した直流電力の電圧を変換するチョッパ回路と、前記チョッパ回路によって電圧が変換された直流電圧を出力するＤＣ出力部とを備え、前記チョッパ回路は、主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力し、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない論理回路を備え、前記論理回路は、第１のＡＮＤ回路素子と、第２のＡＮＤ回路素子と、ＯＲ回路素子とを備え、前記第１のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを受信し、前記第２のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記ＯＲ回路素子からの信号とを受信し、前記ＯＲ回路素子は、前記第１のＡＮＤ回路素子からの信号と前記第２のＡＮＤ回路素子からの信号とを受信し、前記主スイッチング素子は、前記ＯＲ回路素子からの信号によってターンオンし、前記補助スイッチング素子は、前記補助ターンオン信号によってターンオンするＤＣ／ＤＣコンバータ。
このような形態であれば、上記形態と同様に、補助ターンオン信号が送信系統の異常等で補助スイッチング素子に入力される手前で消滅した場合には、論理回路が主スイッチング素子をターンオンさせない。よって、主スイッチング素子がハードスイッチング動作を行うことがなく、主スイッチング素子の破損を回避することができる。
さらに、本発明の他の形態は、燃料電池システムであって、負荷に対して電力を供給する燃料電池と、スイッチング素子を備えるチョッパ回路を用いることによって前記電力の電圧制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記チョッパ回路は、主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力し、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない論理回路を備え、前記論理回路は、第１のＡＮＤ回路素子と、第２のＡＮＤ回路素子と、ＯＲ回路素子とを備え、前記第１のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを受信し、前記第２のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記ＯＲ回路素子からの信号とを受信し、前記ＯＲ回路素子は、前記第１のＡＮＤ回路素子からの信号と前記第２のＡＮＤ回路素子からの信号とを受信し、前記主スイッチング素子は、前記ＯＲ回路素子からの信号によってターンオンし、前記補助スイッチング素子は、前記補助ターンオン信号によってターンオンする燃料電池システム。
上記形態と同様に、補助ターンオン信号が送信系統の異常等で補助スイッチング素子に入力される手前で消滅した場合には、論理回路が主スイッチング素子をターンオンさせない。よって、主スイッチング素子がハードスイッチング動作を行うことがなく、主スイッチング素子の破損を回避することができる。
その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。

［適用例１］
補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路であって、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備えるチョッパ回路。

ソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路では、補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御して、主スイッチング素子がターンオンする際の主スイッチング素子への印加電圧を低減している。このような態様でスイッチング動作を行っている場合に、仮に、補助ターンオン信号を補助スイッチング素子に送信する送信系統に異常等（ケーブル断線、ノイズ等）が生じ、補助スターンオン信号が補助スイッチング素子に入力される手前で消滅した場合、補助スイッチング素子は主スイッチング素子への印加電圧を低減する制御ができず、主スイッチング素子は高電圧下でスイッチング（ハードスイッチング動作）を行うことになる。主スイッチング素子はハードスイッチング動作を行うと、破損するおそれがある。適用例１のチョッパ回路においては、補助ターンオン信号が送信系統の異常等で補助スイッチング素子に入力される手前で消滅した場合には禁止部が主スイッチング素子をターンオンさせない。よって、主スイッチング素子がハードスイッチング動作を行うことがなく、主スイッチング素子の破損を回避することができる。

［適用例２］
適用例１記載のチョッパ回路であって、前記禁止部は遅延回路を備え、前記遅延回路は、前記補助ターンオン信号が前記補助スイッチング素子に入力されてから所定の時間が経過しないと前記主スイッチング素子をターンオンさせないチョッパ回路。

スイッチング信号の送信系統にノイズ等が入り込み、補助ターンオン信号と主ターンオン信号との時間的な幅が狭い状態でチョッパ回路に入力された場合には、通常のチョッパ回路では、補助スイッチング素子と主スイッチング素子との各スイッチングのタイミングが正常範囲から外れ、主スイッチング素子がハードスイッチング動作をすることがある。適用例３のチョッパ回路によると、遅延回路を備えるので、補助ターンオン信号と主ターンオン信号との時間的な幅が狭い状態で入力されても、正常な幅に修正をする。したがって主スイッチング素子のハードスイッチング動作を回避できる。

［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のチョッパ回路であって、前記禁止部は論理回路によって構成されているチョッパ回路。
このチョッパ回路によると、禁止部は論理回路によって構成されているので、ＣＰＵによる演算処理によって主スイッチング素子をターンオンさせるか否かを判断する場合と比較して、判断が速く、主スイッチング素子のスイッチングを制御することができる。

［適用例４］
ＤＣ／ＤＣコンバータであって、直流電源に接続されているＤＣ入力部と、前記ＤＣ入力部から入力した直流電力の電圧を変換するチョッパ回路と、前記チョッパ回路によって電圧が変換された直流電圧を出力するＤＣ出力部とを備え、前記チョッパ回路は、主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ。
このＤＣ／ＤＣコンバータによると、チョッパ回路の補助ターンオン信号が補助スイッチングに入力されなかった場合に、主スイッチング素子のハードスイッチング動作を回避できる。

［適用例５］
燃料電池システムであって、負荷に対して電力を供給する燃料電池と、スイッチング素子を備えるチョッパ回路を用いることによって前記電力の電圧制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記チョッパ回路は、主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを入力する入力部と、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせない禁止部とを備える燃料電池システム。
この燃料電池システムによると、チョッパ回路の補助ターンオン信号が補助スイッチングに入力されなかった場合に、主スイッチング素子のハードスイッチング動作を回避できる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、ソフトスイッチング方法および装置、電力変換システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

燃料電池システム１０の構成を説明する説明図である。ソフトスイッチングコンバータ６０の回路構成を示す説明図である。スイッチ制御部５０の構成を説明する説明図である。論理回路の効果を説明する説明図である。変形例１におけるスイッチ制御部５０の構成を説明する説明図である。変形例１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチングのタイミングチャートである。ソフトスイッチコンバータの適用例を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）燃料電池システムの構成：
図１は、第１実施例として車両に搭載された燃料電池システム１０の構成を説明する説明図である。本実施例においては、車両の一例として、燃料電池自動車（FCHV: Fuel Cell Hyblid Vehicle）を想定しているが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。

燃料電池システム１０は、制御ユニット２０と、電源装置３０と、負荷ＬＯＡＤとを備える。電源装置３０は負荷ＬＯＡＤに対して直流電力を供給する。負荷ＬＯＡＤには直流で動作する負荷や、インバータを介して交流で動作する負荷等が含まれる。電源装置３０と制御ユニット２０とはワイヤーハーネスＷＨによって接続されている。制御ユニット２０は、例えば車両が走行中であれば、その加速度や周辺機器（照明やオーディオ等）の負荷等から負荷ＬＯＡＤが必要な電力を演算し、演算結果に応じて電源装置３０から出力される電力を制御する。さらに電源装置３０はスイッチ制御部５０と、ソフトスイッチングコンバータ６０と、燃料電池ＦＣとを備える。スイッチ制御部５０は、電源装置３０内に、制御ユニット２０とソフトスイッチングコンバータ６０との間に接続されている。スイッチ制御部５０については後で詳しく説明する。

燃料電池ＦＣは、供給される燃料ガス（例えば水素ガス）及び酸化ガスから電力を発生する発電方式を採用しており、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）などを備えた複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。具体的には、固体高分子型、燐酸型、溶融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。

ソフトスイッチングコンバータ６０は、燃料電池ＦＣから供給される直流電力の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）である。ソフトスイッチングコンバータ６０は、後述するスイッチング素子Ｓ１を備えており、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作によって負荷ＬＯＡＤに供給する電力の電圧を制御するチョッパ回路によって構成されている。ソフトスイッチングコンバータ６０は後述するスイッチング素子Ｓ２を備えており、スイッチング素子Ｓ２のスイッチングのタイミングを制御する事によってスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作時に印加される印加電圧を軽減する。このようなスイッチング素子Ｓ２のスイッチング動作によって、スイッチング素子Ｓ１のソフトスイッチング動作を実現している。

制御ユニット２０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。制御ユニット２０は、ソフトスイッチングコンバータ６０が備えるスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２のスイッチングのタイミングを制御するゲート信号をソフトスイッチングコンバータ６０に向けて、上述した加速度等に基づく演算に応じて出力している。具体的には、スイッチング素子Ｓ１のスイッチングのタイミングを制御するＳ１ゲート信号と、スイッチング素子Ｓ２のスイッチングのタイミングを制御するＳ２ゲート信号とを、ワイヤーハーネスＷＨを介してソフトスイッチングコンバータ６０に向けて出力している。

（Ａ２）ソフトスイッチングコンバータの構成：
次にソフトスイッチングコンバータ６０の構成について説明する。図２は、ソフトスイッチングコンバータ６０の回路構成を示す説明図である。なお、ソフトスイッチングコンバータの詳細な動作原理については、特開２００９−１６５２４５において開示されているので、説明は省略する。

ソフトスイッチングコンバータ６０は、主回路と補助回路とを備えるチョッパ回路で構成されている。主回路は、リアクトルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｓ１、ダイオードＤ２、フィルタコンデンサＣ１、平滑コンデンサＣ２から構成されている。リアクトルＬ１は、一端が燃料電池ＦＣ（図１）である直流電源Ｅの正極に接続される。ダイオードＤ１は、アノードがリアクトルＬ１の他端に接続されるとともに、カソードが負荷ＬＯＡＤの一端に接続される。スイッチング素子Ｓ１は、一端がリアクトルＬ１の他端に接続されるとともに、他端が直流電源Ｅの負極、および、負荷ＬＯＡＤの他極に接続され、制御ユニット２０から送信されるＳ１ゲート信号に応じてターンオン・オフ動作をする。スイッチング素子Ｓ１としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の半導体素子を用いることができる。スイッチング素子Ｓ１には、ダイオードＤ２がスイッチング素子Ｓ１の保護のために並列に接続される。スイッチング素子Ｓ１は、特許請求の範囲に記載の主スイッチング素子に相当する。フィルタコンデンサＣ１は、直流電源Ｅの正極−負極間に接続される。平滑コンデンサＣ２は、負荷ＬＯＡＤに並列に接続される。フィルタコンデンサＣ１および平滑コンデンサＣ２は、それぞれ、ソフトスイッチングコンバータ６０の入出力を安定化させるものである。

一方、補助回路は、リアクトルＬ２、ダイオードＤ４、スイッチング素子Ｓ２、スナバダイオードＤ３、スナバコンデンサＣ３、ダイオードＤ５を備える。リアクトルＬ２は、一端がリアクトルＬ１の高電位側に接続される。ダイオードＤ４は、スイッチング素子Ｓ２とスナバダイオードＤ３との間に接続される。スイッチング素子Ｓ２は、一端がダイオードＤ４のアノードに接続され、制御ユニット２０から送信されたＳ２ゲート信号に応じてターンオン・オフ動作する。スナバダイオードＤ３は、アノードがスイッチング素子Ｓ１の一端に接続されるとともに、カソードがスイッチング素子Ｓ２に他端に接続される。スナバコンデンサＣ３は、一端がスナバダイオードＤ３のカソードに接続されるとともに、他端がスイッチング素子Ｓ１に接続される。ダイオードＤ５は、スイッチング素子Ｓ２を保護するために並列に接続されている。スイッチング素子Ｓ２は、特許請求の範囲に記載の補助スイッチング素子に相当する。スナバダイオードＤ３およびスナバコンデンサＣ３は、スイッチング素子Ｓ１のオフ時に生じる過渡的な逆起電力を吸収するためのものである。

ソフトスイッチングコンバータ６０では、入力するＳ１，Ｓ２ゲート信号のオン・オフによって、主回路におけるスイッチング素子Ｓ１、および、補助回路におけるスイッチング素子Ｓ２の動作を制御している。そしてスイッチング素子Ｓ２をターンオンにしたときに、スナバコンデンサＣ３からリアクトルＬ２に流れる共振電流Ｉを利用することによって、スイッチング素子Ｓ１のスイッチングのタイミングでのスイッチング素子Ｓ１への印加電圧を低下させ、スイッチングにより発生するスイッチング損失を抑制することができる。また本実施例におけるソフトスイッチングコンバータ６０の補助回路は、カソードがリアクトルＬ２の他極に接続されるとともに、アノードが直流電源Ｅの負極、および、負荷ＬＯＡＤの他端に接続されるダイオードＤ６を備える。ダイオードＤ６は、ソフトスイッチングコンバータ６０の故障時にスイッチング素子Ｓ２を保護するために備える。例えば、なんらかの理由でスイッチング素子Ｓ２が異常なタイミングで停止したときに、リアクトルＬ２に流れる共振電流Ｉの急激な変化に起因してリアクトルＬ２とスイッチング素子Ｓ２との間に発生するサージ電圧を、ダイオードＤ６とフィルタコンデンサＣ１とからなるループ回路によって吸収する。サージ電圧を抑制することで、スイッチング素子Ｓ２の耐圧破壊を抑制することができる。

次に、制御ユニット２０およびスイッチ制御部５０について説明する。図３は、スイッチ制御部５０の構成について説明する説明図である。制御ユニット２０とスイッチ制御部５０とはワイヤーハーネスＷＨで接続されている。制御ユニット２０は、Ｓ１，Ｓ２ゲート信号を出力している。Ｓ１，Ｓ２ゲート信号はワイヤーハーネスＷＨを介してスイッチ制御部５０に入力される。

スイッチ制御部５０は、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２のゲート部であるＳ１ゲートおよびＳ２ゲートと制御ユニット２０との間に電気的に接続されている。スイッチ制御部５０は、Ｓ２ゲート信号が何らかの理由により、制御ユニット２０からＳ２ゲートに入力されず、スイッチング素子Ｓ２がターンオンされなかった場合に、スイッチング素子Ｓ１へＳ１ゲート信号を入力しないように条件が組まれた論理回路によって構成されている。制御ユニット２０からのＳ２ゲート信号がＳ２ゲートに入力されない原因としては、図３に示したように、例えば、Ｓ２ゲート信号を送信するワイヤーハーネスＷＨの断線や、外部からのノイズ等が挙げられる。スイッチ制御部５０は、図３に示すように、ＡＮＤ回路素子Ａ１，ＡＮＤ回路素子Ａ２，バッファＮ１，ＯＲ回路素子Ｒ１からなる論理回路によって構成されている。なお、バッファＮ１はノイズ軽減を目的としており、バッファＮ１は備えないとしてもよい。この論理回路による効果について以下説明する。

図４は、図３に示した論理回路による効果を説明する説明図である。図４（Ａ）（Ｂ）に示す、「S1in」は論理回路から構成されるスイッチ制御部５０に入力され、その後Ｓ１ゲート入力されるＳ１ゲート信号を示す。「S2out」は、制御ユニット２０からスイッチ制御部５０に向けて出力されたＳ２ゲート信号を示し、「S2in」は、スイッチ制御部５０に入力され、その後Ｓ２ゲート入力されるＳ２ゲート信号を示す。図４（Ａ）は正常にＳ２ゲート信号が制御ユニット２０から出力され（「S2out」参照）、スイッチ制御部５０に入力された場合に（「S2in」参照）、論理回路（スイッチ制御部５０）に入力されたＳ１ゲート信号がＳ１ゲートに入力されること（「S1in」参照）を示している。なお、「S1in」、「S2out」「S1in」については、図３にその位置的な対応関係を示した。

図４（Ｂ）は、制御ユニット２０からスイッチ制御部５０までの間でワイヤーハーネスＷＨの断線やノイズによって、途中でＳ２ゲート信号が消滅した場合を示している。図４（Ｂ）に示すように、制御ユニット２０からＳ２ゲート信号は出力されているが（「S2out」参照）、ワイヤーハーネスＷＨ断線またはノイズ等によって、論理回路（スイッチ制御部５０）にＳ２ゲート信号が入力されない場合には（「S2in」参照）、論理回路（スイッチ制御部５０）は、入力したＳ１ゲート信号をＳ１ゲートには入力せずスイッチング素子Ｓ１をターンオンにしないように制御している（「S1in」参照）。

以上説明したように、本実施例における燃料電池システム１０は、スイッチ制御部５０を備えることにより、Ｓ２ゲート信号（ターンオン信号）が正常にＳ２ゲートに入力されることを条件にスイッチング素子Ｓ１をターンオンする。このようにすることで、スイッチング素子Ｓ１の破損を防止する。具体的に説明すると、ソフトスイッチングコンバータ６０は、スイッチング素子Ｓ２のターンオン・オフのタイミングを制御することにより、スイッチング素子Ｓ１のターンオンのタイミングでのスイッチング素子Ｓ１への印加電圧を低下させるソフトスイッチング動作をしている。仮に、電源装置３０がスイッチ制御部５０を備えていない場合を想定する。この状態で制御ユニット２０とスイッチ制御部５０との間で、ワイヤーハーネスＷＨの断線や、ノイズにより、Ｓ２ゲート信号がＳ２ゲートに正常に入力されなかった場合、スイッチング素子Ｓ２によるスイッチング素子Ｓ１への印加電圧の制御が機能しない。よって、スイッチング素子Ｓ１のスイッチングのタイミングで、スイッチング素子Ｓ１への印加電圧は低下しない。この状態でスイッチング素子Ｓ１をターンオンすると、ソフトスイッチング動作とならず、スイッチング素子Ｓ１は高圧の電流のスイッチング（ハードスイッチング）を行うこととなり、スイッチング素子Ｓ１の破損の可能性がある。

本実施例の場合、電源装置３０がスイッチ制御部５０を備えるので、ワイヤーハーネスＷＨの断線やノイズが原因でＳ２ゲート信号がＳ２ゲートに正常に入力されなかった場合には、Ｓ１ゲートにＳ１ゲート信号が入力される手前で、スイッチ制御部５０によってＳ１ゲート信号のターンオン信号を遮断する。従って、スイッチング素子Ｓ１は高電圧下でのスイッチング動作（ハードスイッチング動作）を回避することができ、破損を防止することができる。

特許請求の範囲との対応関係としては、Ｓ１ゲート及びＳ２ゲートが特許請求の範囲に記載の入力部に相当し、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２が特許請求の範囲に記載の主スイッチング素子および補助スイッチング素子に相当し、スイッチ制御部５０が特許請求の範囲に記載の禁止部に相当する。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（Ｂ１）変形例１：
上記実施例では、スイッチ制御部５０は、Ｓ２ゲート信号のターンオン信号の入力を条件として、スイッチング素子Ｓ１のターンオンの信号をＳ１ゲートに入力したが、変形例１として、さらに遅延回路を備え、Ｓ２ゲート信号がＳ２ゲートに入力されて所定時間の経過を条件としてＳ１ゲート信号をＳ１ゲートに入力するとしてもよい。図５は変形例１におけるスイッチ制御部５０の構成を示している。上記実施例で説明した論理回路とＳ１，Ｓ２ゲートとの間に遅延回路７０を備える。遅延回路７０としては、リレー（継電器）や、ＩＣによるものを用いることができる。図６は遅延回路による効果を示すスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチングのタイミングチャートである。図６（Ａ）は、ノイズなどにより、Ｓ２ゲート信号とＳ１ゲート信号とが、時間的な間隔が狭まい状態でスイッチ制御部５０に入力された場合を示している。このような異常としては、ノイズによりＳ２ゲート信号が制御ユニット２０から所定のタイミングより遅れて出力された場合を含んでいる。このように正常な時間的な間隔を確保してＳ２ゲート信号とＳ１ゲート信号が入力されなかった場合、ソフトスイッチング動作が正常に機能せず、スイッチング素子Ｓ１がハードスイッチング動作をしてしまう恐れがある。この場合、スイッチング素子Ｓ１の破損の原因となる。

図６（Ｂ）は、Ｓ２ゲート信号とＳ１ゲート信号とが、時間的な間隔が狭まった状態でスイッチ制御部５０に入力された場合に、遅延回路によって、正常な間隔に修正されて、Ｓ２ゲート信号とＳ１ゲート信号とがＳ２ゲートとＳ１ゲートとに、それぞれ入力される場合のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチングのタイミングチャートである。このような遅延回路を備えることで、スイッチング素子Ｓ１のターンオン条件に「Ｓ２ゲート信号が入力される」と言う条件に加え、「Ｓ２ゲート信号とＳ１ゲート信号が所定の時間的な間隔を確保して入力される」と言う条件も加え、ソフトスイッチングコンバータ６０のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング動作を制御することができる。

（Ｂ２）変形例２：
上記実施例では、スイッチ制御部５０は論理回路（図３参照）により構成したが、これに限らず、ＣＰＵを備えた処理装置によって構成するとしてもよい。このようにしても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

（Ｂ３）変形例３：
上記実施例では、ソフトスイッチングコンバータとして、図２に示した回路構成のソフトスイッチングコンバータを用いたが、これに限ることなく、異なる回路構成のソフトスイッチングコンバータを備えるとしてもよい。図７にその例を示す。図７（Ａ）に示したＳ１ａ，Ｓ２ａ、Ｌ１ａ、Ｌ２ａ及び図７（Ｂ）に示したＳ１ｂ，Ｓ２ｂ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂは、第１実施例（図２参照）における、スイッチング素子Ｓ１，スイッチング素子Ｓ２、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２に各々対応する。このようなスイッチングコンバータにスイッチ制御部５０を備えるとしても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

（Ｂ４）変形例４：
上記実施例では、ソフトスイッチ動作を用いたチョッパ回路としてソフトスイッチコンバータを例に説明したが、これに限らず、ソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路にスイッチ制御部５０を備えるとすれば、上記実施例と同様の効果を得ることができる。つまり、Ｓ２ゲート信号が正常にＳ２ゲートに入力されなかった場合にスイッチング素子Ｓ１の破損を防止することができる。ソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路としては、上記説明したＤＣ／ＤＣコンバータや、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＰＦＣ回路（power fator Correction回路：力率改善回路）、ＵＰＳ（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置）、パワーコンディショナ、周波数変換装置等に用いることができる。

１０…燃料電池システム
２０…制御ユニット
３０…電源装置
５０…スイッチ制御部
６０…ソフトスイッチングコンバータ
ＬＯＡＤ…負荷
Ｅ…直流電源
Ｉ…共振電流
Ａ１，Ａ２…ＡＮＤ回路素子
Ｒ１…ＯＲ回路素子
Ｓ１…スイッチング素子
Ｌ１…リアクトル
Ｄ１…ダイオード
Ｃ１…フィルタコンデンサ
Ｎ１…バッファ
Ｓ２…スイッチング素子
Ｄ２…ダイオード
Ｃ２…平滑コンデンサ
Ｌ２…リアクトル
Ｄ３…スナバダイオード
Ｃ３…スナバコンデンサ
Ｄ４…ダイオード
Ｄ５…ダイオード
Ｄ６…ダイオード
ＦＣ…燃料電池
ＷＨ…ワイヤーハーネス

Claims

補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いたチョッパ回路であって、
前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを出力するターンオン信号出力部と、
前記ターンオン信号出力部と接続され、前記ターンオン信号出力部が出力した前記ターンオン信号を送信するケーブルと、
前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを前記ケーブルを介して入力し、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせず、さらに、前記補助ターンオン信号が前記補助スイッチング素子に入力されてから所定の時間が経過しないと前記主スイッチング素子をターンオンさせない論理回路とを備え、
前記論理回路は、第１のＡＮＤ回路素子と、第２のＡＮＤ回路素子と、ＯＲ回路素子とを備え、
前記第１のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを受信し、
前記第２のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記ＯＲ回路素子からの信号とを受信し、
前記ＯＲ回路素子は、前記第１のＡＮＤ回路素子からの信号と前記第２のＡＮＤ回路素子からの信号とを受信し、
前記主スイッチング素子は、前記ＯＲ回路素子からの信号によってターンオンし、
前記補助スイッチング素子は、前記補助ターンオン信号によってターンオンする
チョッパ回路。
ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
直流電源に接続されているＤＣ入力部と、
前記ＤＣ入力部から入力した直流電力の電圧を変換するチョッパ回路と、
前記チョッパ回路によって電圧が変換された直流電圧を出力するＤＣ出力部と
を備え、
前記チョッパ回路は、
主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、
前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを出力するターンオン信号出力部と、
前記ターンオン信号出力部と接続され、前記ターンオン信号出力部が出力した前記ターンオン信号を送信するケーブルと、
前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを前記ケーブルを介して入力し、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせず、さらに、前記補助ターンオン信号が前記補助スイッチング素子に入力されてから所定の時間が経過しないと前記主スイッチング素子をターンオンさせない論理回路を備え、
前記論理回路は、第１のＡＮＤ回路素子と、第２のＡＮＤ回路素子と、ＯＲ回路素子とを備え、
前記第１のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを受信し、
前記第２のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記ＯＲ回路素子からの信号とを受信し、
前記ＯＲ回路素子は、前記第１のＡＮＤ回路素子からの信号と前記第２のＡＮＤ回路素子からの信号とを受信し、
前記主スイッチング素子は、前記ＯＲ回路素子からの信号によってターンオンし、
前記補助スイッチング素子は、前記補助ターンオン信号によってターンオンする
ＤＣ／ＤＣコンバータ。
燃料電池システムであって、
負荷に対して電力を供給する燃料電池と、
スイッチング素子を備えるチョッパ回路を用いることによって前記電力の電圧制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータと
を備え、
前記チョッパ回路は、
主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をターンオンする際の印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いており、
前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子とをそれぞれターンオンする主ターンオン信号と補助ターンオン信号とを出力するターンオン信号出力部と、
前記ターンオン信号出力部と接続され、前記ターンオン信号出力部が出力した前記ターンオン信号を送信するケーブルと、
前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを前記ケーブルを介して入力し、前記補助ターンオン信号が入力されない場合には、前記主スイッチング素子をターンオンさせず、さらに、前記補助ターンオン信号が前記補助スイッチング素子に入力されてから所定の時間が経過しないと前記主スイッチング素子をターンオンさせない論理回路を備え、
前記論理回路は、第１のＡＮＤ回路素子と、第２のＡＮＤ回路素子と、ＯＲ回路素子とを備え、
前記第１のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記補助ターンオン信号とを受信し、
前記第２のＡＮＤ回路素子は、前記主ターンオン信号と前記ＯＲ回路素子からの信号とを受信し、
前記ＯＲ回路素子は、前記第１のＡＮＤ回路素子からの信号と前記第２のＡＮＤ回路素子からの信号とを受信し、
前記主スイッチング素子は、前記ＯＲ回路素子からの信号によってターンオンし、
前記補助スイッチング素子は、前記補助ターンオン信号によってターンオンする
燃料電池システム。