【学位論文審査の要旨】
１ 研究の目的
現在, 各国でCO2排出量の規制が厳格化してきているために，ハイブリッド自動車や電 気自動車などの電動化車両の普及がさらに加速すると予測されている。また，太陽光や風 力を利用した再生可能エネルギーの積極的な活用を目的として, 電気自動車に内蔵されて いる蓄電池を組み合わせる新しい電力エネルギー融通システムが検討されている。このシ ステムを実現する上で, 蓄電池の電力を電力系統や家庭に双方向に充放電する電力変換シ ステムが必要となる。すなわち，双方向絶縁型DC-DCコンバータが重要なコンポーネント となる。
本研究は，双方向絶縁型DC-DC コンバータの小型・高効率化に向けた制御技術を開発 することを目的とする。双方向絶縁型DC-DCコンバータは半導体パワーデバイス, コンデ ンサ, 変圧器, 制御回路, リレー回路等で構成されている。パワーデバイスやコンデンサな どの受動部品に関しては高性能化が推進されているが，変圧器, リレー回路については実用 上有効な小型・高効率化に関する検討が十分に行われていない。本研究では, 双方向絶縁型
DC-DC コンバータの体格・損失の大きな割合を占める変圧器に関して, 小型・高効率化を
実現することを目的とする。特に変圧器の体格・性能に大きな影響を及ぼす直流磁束の発 生メカニズムついて明確化し, 制御方法，電流検出方式，さらに双方向電力変換動作におい て, 包括的な対策手法を提案する。また, 電流検出回路の小型化技術についても提案し，1 つの電流検出回路で双方向電流検出が可能であるだけでなく, 小型で広帯域な電流検出が 可能な電流検出技術を開発する。これらに加え, 電力変換装置を構成する上で, 信頼性の観 点で必須となるリレー回路においても双方向 DC-DC コンバータの特徴を活かした小型化 技術を開発することを目的とする。
２ 研究の方法と結果
(1) まず，双方向絶縁型DC-DC コンバータの回路方式の特徴と課題を総括し，本研究が 対象とする電力変換回路の課題を明らかにした。DC-DC コンバータに使用される変圧器の 小型化・高効率化を実現するためには, 昇圧動作時に変圧器鉄心に直流成分が生じると偏磁 現象により電流不均等化による効率低下が発生することを示した。さらに，この直流成分 を除去するためには双方向の電流検出回路の開発が必要であることを明らかにした。最後 に, 低電圧バッテリーの充放電に用いるDC-DCコンバータに昇降圧機能を付加した回路方 式を適用することによって低電圧バッテリーから高電圧コンデンサを充電することができ るため，自動車の高電圧バッテリーに接続される初期充電回路を除去できることを示した。
(2) DC-DCコンバータの中でも大型部品となる変圧器鉄心に直流成分が生じる（偏磁現象）
発生メカニズムを明らかにし，さらに回路動作について理論解析を行った。この解析結果 を基に, 昇圧動作時の偏磁現象を抑制できる制御手法を提案し，本手法を適用することによ
って偏磁抑制をできるだけでなく電力変換回路の高効率化を同時に実現できることを示し た。さらに，提案する制御方式を適用することによって，DC-DCコンバータの電力変換効 率が1.8%向上することを2.5 kWの実機検証により明らかにした。
(3) DC-DCコンバータにおいて, 昇圧時と降圧時の電流検出回路を1つに統合できる, 双方 向電流検出技術を提案した。提案した電流検出回路は, 電流センサに用いる磁性体が磁気飽 和することなく, DC 成分, 高周波成分を含むパルス電流を検出可能であり，双方向の電流 制御と偏磁抑制が可能となることを示した。また, 電流検出回路の検出誤差の発生原理につ いて理論検証を行い，さらに1.4 kWのDC-DCコンバータを用いた実機検証により，理論 検証の妥当性を明らかにした。
(4) 高電圧バッテリーに接続される電力変換回路には，初期充電時の過電流を抑制するため の抵抗とリレーから構成される回路が接続される。そこで，低電圧バッテリーに接続され
るDC-DCコンバータを双方向に電力を変換できる回路構成とし，さらに昇降圧機能を付加
することによって高電圧バッテリーの出力側に接続される初期充電回路を除去できること を明らかにした。提案方式の有用性を明らかにするために，DC-DC コンバータを用いて 1,000 µFのコンデンサを180 msで0Vから200Vに電圧を充電できることを明らかにした。
３ 審査の結果
本研究では, 電気自動車に搭載される双方向電力変換システムにおいて, 双方向絶縁型
DC-DC コンバータの変圧器, 電流検出回路, 初期充電回路に着目し, 各部品の小型・高効
率化を実現するための制御技術について研究を行った。その結果，双方向DC-DCコンバー タの昇圧動作時に発生する変圧器の偏磁現象解明と抑制制御手法を提案し，その有効性を 実験により明らかにした。さらに，正および負のパルス電流を検出できる手法を提案し，
DC-DCコンバータに適用することによって双方向の電流制御と偏磁抑制制御をできること
を示した。最後に，DC-DCコンバータに昇降圧機能を追加することによって，コンデンサ 電圧の充電を高速にでき，高電圧バッテリーに接続される初期充電回路を除去できること を明らかにした。いずれの手法も工学的価値が非常に高く，また実規模の電力変換装置で の実機検証が行われていることから，本論文の研究成果は実用的な手法である。
なお，本論文を構成する技術要素については，厳正な査読を経て権威ある学術雑誌に掲 載され，一般に公開されている。以上から，本論文は博士（工学）の学位を授与するに十 分価値あるものと認められる。
４ 最終試験の結果
本学の学位規定，および電気電子工学専攻の申し合わせに従って論文審査会を開催して，
専門分野に関する筆答および口頭の試問を行うと共に，論文内容について慎重に審査を行
った。また，本論文に関する公開の発表会を開催し，学内外から多数の出席者を得て多角 的な質疑・討論を行った。専門分野に関して，筆答および口頭による試問を行い十分な学 力があることを確認した。以上の結果を総合的に考慮し，慎重に審議した結果，合格と判 定した。
