ソフトスイッチングコンバータ
【課題】ソフトスイッチングコンバータにおいて、サージ電圧によるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制する。
【解決手段】ソフトスイッチングコンバータ１０は、主回路と、補助回路と、を備える。主回路は、リアクトルＬ１と、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ２が並列に接続されたスイッチ素子Ｓ１と、を備える。補助回路は、リアクトルＬ２と、ダイオードＤ３と、ダイオードＤ５が並列に接続されたスイッチ素子Ｓ２と、スナバダイオードＤ４と、スナバコンデンサＣ１と、を備える。そして、補助回路は、さらに、リアクトルＬ２に直列に接続されたダイオードＤ６と、リアクトルＬ２とダイオードＤ６との直列接続体に並列に接続されたコンデンサＣ２と、を備える。
【解決手段】ソフトスイッチングコンバータ１０は、主回路と、補助回路と、を備える。主回路は、リアクトルＬ１と、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ２が並列に接続されたスイッチ素子Ｓ１と、を備える。補助回路は、リアクトルＬ２と、ダイオードＤ３と、ダイオードＤ５が並列に接続されたスイッチ素子Ｓ２と、スナバダイオードＤ４と、スナバコンデンサＣ１と、を備える。そして、補助回路は、さらに、リアクトルＬ２に直列に接続されたダイオードＤ６と、リアクトルＬ２とダイオードＤ６との直列接続体に並列に接続されたコンデンサＣ２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソフトスイッチングコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソフトスイッチングコンバータが提案されている。図５は、従来のソフトスイッチングコンバータ１０Ｒの回路構成の一例を示す説明図である。このソフトスイッチングコンバータ１０Ｒは、主回路と、補助回路と、を備える。
【０００３】
主回路は、一端が直流電源Ｅの正極に接続されるリアクトルＬ１と、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ダイオードＤ１と、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の他端に接続され、図示しないゲート電源回路から入力されたゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子Ｓ１と、を備える。なお、スイッチ素子Ｓ１には、ダイオードＤ２が並列に接続される。また、この主回路は、さらに、一端が直流電源Ｅの正極に接続されるとともに、他端が直流電源Ｅの負極に接続されるフィルタコンデンサＣｉｎと、一端がダイオードＤ１のカソード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の他端に接続される平滑コンデンサＣｏｕｔと、を備える。フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔは、それぞれ、ソフトスイッチングコンバータ１０Ｒの入出力を安定化させるためのものである。
【０００４】
一方、補助回路は、一端がリアクトルＬ１の一端に接続されるリアクトルＬ２と、カソードがリアクトルＬ２の他端に接続されるダイオードＤ３と、一端がダイオードＤ３のアノードに接続され、図示しないゲート電源回路から入力されたゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子Ｓ２と、アノードがリアクトルＬ１の他端に接続されるとともに、カソードがスイッチ素子Ｓ２の他端に接続されるスナバダイオードＤ４と、一端がスナバダイオードＤ４のカソード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の他端に接続されるスナバコンデンサＣ１と、を備える。なお、スイッチ素子Ｓ２には、ダイオードＤ５が並列に接続されている。また、スナバダイオードＤ４、および、スナバコンデンサＣ１は、スイッチ素子Ｓ１のオフ時に生じる過渡的な高電圧を吸収するためのものである。
【０００５】
なお、主回路、および、補助回路において、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の半導体素子が用いられる。
【０００６】
上述したソフトスイッチングコンバータ１０Ｒでは、入力するゲート信号のオン・オフによって、主回路におけるスイッチ素子Ｓ１、および、補助回路におけるスイッチ素子Ｓ２の動作を制御し、スイッチ素子Ｓ２をオンにしたときに、スナバコンデンサＣ１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、スイッチ素子Ｓ１のスイッチング時に発生するスイッチング損失を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／０９８３７６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したソフトスイッチングコンバータ１０Ｒでは、スイッチ素子Ｓ２がオンになった後、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が、例えば、信号線の断線やゲート信号の制御エラー等によって途絶えて、スイッチ素子Ｓ２が異常なタイミングでオフになる場合があり得る。この場合、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とダイオードＤ３との間の点（図示したポイントＡ）にサージ電圧が発生し、スイッチ素子Ｓ２が耐圧破壊するおそれがある。
【０００９】
図６は、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号と、補助回路に流れる共振電流Ｉとの関係を示す説明図である。図６（ａ）に、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が正常な場合（正常時）の共振電流Ｉの電流波形ＷＦｒと、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が異常な場合（異常時）の共振電流Ｉの電流波形ＷＦｉｒとを示した。正常時の電流波形ＷＦｒを実線で示し、異常時の電流波形ＷＦｉｒを破線で示した。また、図６（ｂ）に、正常時のゲート信号を示し、図６（ｃ）に、異常時のゲート信号を示した。
【００１０】
図示するように、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が正常な場合には、ゲート信号が時刻ｔ０において“Ｈｉ”になり、スイッチ素子Ｓ２がオンなると、共振電流Ｉの電流値は、時刻ｔ２まで滑らかに変化する。一方、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が異常な場合、すなわち、ゲート信号が時刻ｔ０において“Ｈｉ”になり、スイッチ素子Ｓ２がオンになった後、共振電流Ｉの電流値が比較的高い時刻ｔ１において、信号線の断線やゲート信号の制御エラー等によって“Ｌｏｗ”になり、スイッチ素子Ｓ２がオフなると、共振電流Ｉは急激に減少する。図示した例では、共振電流Ｉは、期間ｄｔの間にｄＩだけ減少する。このときに、図５に示したポイントＡに発生するサージ電圧Ｅｓは、Ｅｓ＝−Ｌ×ｄＩ／ｄｔ（Ｌは、リアクトルＬ２のインダクタンス）となる。このサージ電圧Ｅｓは、マイナス数千ボルトにもなる場合があり、この場合、スイッチ素子Ｓ２を耐圧破壊させる。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ソフトスイッチングコンバータにおいて、サージ電圧によるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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なされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１３】
［適用例１］ソフトスイッチングコンバータであって、主リアクトルと主スイッチとを含む主回路と、補助リアクトルと補助スイッチとを含む補助回路と、を備え、前記補助回路は、さらに、前記補助リアクトルに直列に接続された補助ダイオードと、前記補助リアクトルと前記補助ダイオードとの直列接続体に並列に接続された補助コンデンサと、を備える、ソフトスイッチングコンバータ。
【００１４】
適用例１のソフトスイッチングコンバータでは、上記補助スイッチが異常なタイミングでオフとなったときに、上記補助リアクトルに流れる共振電流の急激な変化に起因して上記補助リアクトルと上記補助スイッチとの間に発生するサージ電圧を、上記補助コンデンサによって吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制することができる。
【００１５】
［適用例２］ソフトスイッチングコンバータであって、主回路と、補助回路と、を備え、前記主回路は、一端が直流電源の正極に接続される主リアクトルと、アノードが前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、カソードが負荷の一端に接続される主ダイオードと、一端が前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続され、外部から入力された第１のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する主スイッチと、を備え、前記補助回路は、一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトルと、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続される第１の補助ダイオードと、一端が前記第１の補助ダイオードのアノードに接続され、外部から入力された第２のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する補助スイッチと、アノードが前記主スイッチの一端に接続されるとともに、カソードが前記補助スイッチの他端に接続される第２の補助ダイオードと、一端が前記第２の補助ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記主スイッチの他端に接続される第１の補助コンデンサと、を備え、前記補助回路は、さらに、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続されるとともに、アノードが前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される第３の補助ダイオードと、一端が前記補助リアクトルの一端に接続されるとともに、他端が前記第３の補助ダイオードのアノードに接続される第２の補助コンデンサと、を備える、ソフトスイッチングコンバータ。
【００１６】
適用例２のソフトスイッチングコンバータでは、上記第２のゲート信号の異常によって、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子が異常なタイミングでオフになったときに、上記補助リアクトルに流れる共振電流の急激な変化に起因して上記補助リアクトルと上記第１の補助ダイオードとの間に発生するサージ電圧を、上記第２の補助コンデンサに吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制することができる。
【００１７】
なお、上記第２の補助コンデンサのキャパシタンスは、上記直流電源の電圧と、上記補助リアクタンスのインダクタンスと、上記補助リアクタンスに流れる共振電流に基づいて、上記サージ電圧が抑制されるように、十分に大きな値が設定される。
【００１８】
また、適用例２のソフトスイッチングコンバータにおいて、必要に応じて、各素子間に直列に他の素子を追加して接続するようにしてもよいし、各素子に並列に他の素子を追加して接続するようにしてもよい。
【００１９】
また、適用例２記載のスイッチングコンバータにおいて、前記主回路は、さらに、前記第２の補助コンデンサとは別に、一端が前記直流電源の正極に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極に接続されるフィルタコンデンサと、一端が前記主ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される平滑コンデンサと、のうちの少なくとも一方を備えるようにすることが好ましい。こうすることによって、ソフトスイッチングコンバータの入出力を安定化させることができる。
【００２０】
［適用例３］ソフトスイッチングコンバータであって、主回路と、補助回路と、を備え、前記主回路は、一端が直流電源の正極に接続される主リアクトルと、アノードが前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、カソードが負荷の一端に接続される主ダイオードと、一端が前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続され、外部から入力された第１のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する主スイッチと、を備え、前記補助回路は、一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトルと、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続される第１の補助ダイオードと、一端が前記第１の補助ダイオードのアノードに接続され、外部から入力された第２のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する補助スイッチと、アノードが前記主スイッチの一端に接続されるとともに、カソードが前記補助スイッチの他端に接続される第２の補助ダイオードと、一端が前記第２の補助ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記主スイッチの他端に接続される第１の補助コンデンサと、を備え、前記主回路は、さらに、一端が前記直流電源の正極に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極に接続されるフィルタコンデンサを備え、前記補助回路は、さらに、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続されるとともに、アノードが前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される第３の補助ダイオードを備える、ソフトスイッチングコンバータ。
【００２１】
適用例３のソフトスイッチングコンバータでは、上記第２のゲート信号の異常によって、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子が異常なタイミングでオフになったときに、上記補助リアクトルに流れる共振電流の急激な変化に起因して上記補助リアクトルと上記第１の補助ダイオードとの間に発生するサージ電圧を、上記フィルタコンデンサに吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制することができる。
【００２２】
なお、適用例３のソフトスイッチングコンバータにおいて、必要に応じて、各素子間に直列に他の素子を追加して接続するようにしてもよいし、各素子に並列に他の素子を追加して接続するようにしてもよい。
【００２３】
また、適用例３記載のソフトスイッチングコンバータにおいて、前記主回路は、さらに、一端が前記主ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される平滑コンデンサを備えるようにすることが好ましい。こうすることによって、ソフトスイッチングコンバータの出力を安定化させることができる。
【００２４】
［適用例４］適用例１ないし４のいずれかに記載のソフトスイッチングコンバータであって、前記補助リアクトルは、可飽和リアクトルを含む、ソフトスイッチングコンバータ。
【００２５】
適用例４のソフトスイッチングコンバータによれば、補助リアクトルのリアクタンスを所望の値に変化させることができるので、上記サージ電圧をさらに効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０の回路構成を示す説明図である。
【図２】第２実施例のソフトスイッチングコンバータ１０Ａの回路構成を示す説明図である。
【図３】第１変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｂの回路構成を示す説明図である。
【図４】第２変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｃの回路構成を示す説明図である。
【図５】従来のソフトスイッチングコンバータ１０Ｒの回路構成の一例を示す説明図である。
【図６】スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号と、補助回路に流れる共振電流Ｉとの関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０の回路構成を示す説明図である。このソフトスイッチングコンバータ１０は、先に説明したソフトスイッチングコンバータ１０Ｒと同様に、主回路と、補助回路と、を備える。
【００２８】
主回路は、一端が直流電源Ｅの正極に接続されるリアクトルＬ１と、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ダイオードＤ１と、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の他端に接続され、図示しないゲート電源回路から入力されたゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子Ｓ１（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の半導体素子）と、を備える。なお、スイッチ素子Ｓ１には、ダイオードＤ２が並列に接続される。リアクトルＬ１は、［課題を解決するための手段］における主リアクトルに相当する。また、ダイオードＤ１は、［課題を解決するための手段］における主ダイオードに相当する。また、スイッチ素子Ｓ１、および、ダイオードＤ２は、［課題を解決するための手段］における主スイッチに相当する。
【００２９】
また、この主回路は、さらに、一端が直流電源Ｅの正極に接続されるとともに、他端が直流電源Ｅの負極に接続されるフィルタコンデンサＣｉｎと、一端がダイオードＤ１のカソード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の他端に接続される平滑コンデンサＣｏｕｔと、を備える。フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔは、それぞれ、ソフトスイッチングコンバータ１０の入出力を安定化させるためのものである。なお、本実施例では、直流電源Ｅの負極、および、負荷ＬＯＡＤの他端は、接地されているものとした。
【００３０】
一方、補助回路は、一端がリアクトルＬ１の一端に接続されるリアクトルＬ２と、カソードがリアクトルＬ２の他端に接続されるダイオードＤ３と、一端がダイオードＤ３のアノードに接続され、図示しないゲート電源回路から入力されたゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子Ｓ２（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の半導体素子）と、アノードがスイッチ素子Ｓ１の一端に接続されるとともに、カソードがスイッチ素子Ｓ２の他端に接続されるスナバダイオードＤ４と、一端がスナバダイオードＤ４のカソードに接続されるとともに、他端がスイッチ素子Ｓ１の他端に接続されるスナバコンデンサＣ１と、を備える。なお、スイッチ素子Ｓ２には、ダイオードＤ５が並列に接続されている。また、スナバダイオードＤ４、および、スナバコンデンサＣ１は、スイッチ素子Ｓ１のオフ時に生じる過渡的な高電圧を吸収するためのものである。リアクトルＬ２は、［課題を解決するための手段］における補助リアクトルに相当する。また、ダイオードＤ３は、［課題を解決するための手段］における第１の補助ダイオードに相当する。また、スイッチ素子Ｓ２、および、ダイオードＤ５は、［課題を解決するための手段］における補助スイッチに相当する。また、スナバダイオードＤ４は、［課題を解決するための手段］における第２の補助ダイオードに相当する。また、スナバコンデンサＣ１は、［課題を解決するための手段］における第１の補助コンデンサに相当する。
【００３１】
ソフトスイッチングコンバータ１０では、入力するゲート信号のオン・オフによって、主回路におけるスイッチ素子Ｓ１、および、補助回路におけるスイッチ素子Ｓ２の動作を制御し、スイッチ素子Ｓ２をオンにしたときに、スナバコンデンサＣ１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、スイッチ素子Ｓ１のスイッチング時に発生するスイッチング損失を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施例のソフトスイッチングコンバータ１０では、補助回路は、さらに、カソードがリアクトルＬ２の他端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と、一端がリアクトルＬ２の一端に接続されるとともに、他端がダイオードＤ６のアノードに接続されるコンデンサＣ２と、を備える。つまり、コンデンサＣ２は、リアクトルＬ２とダイオードＤ６との直列接続体に並列に接続されている。ダイオードＤ６は、［課題を解決するための手段］における第３の補助ダイオード、あるいは、補助ダイオードに相当する。また、コンデンサＣ２は、［課題を解決するための手段］における第２の補助コンデンサ、あるいは、補助コンデンサに相当する。
【００３３】
なお、コンデンサＣ２のキャパシタンスＣは、以下に示す式（１）を満たす値が設定される。
【００３４】
１／２・Ｃ・Ｖ２＞１／２・Ｌ・Ｉ２ ・・・（１）
【００３５】
ここで、Ｖは、直流電源Ｅの電圧であり、Ｌは、リアクトルＬ２のインダクタンスであり、Ｉは、スイッチ素子Ｓ２をオンにしたときに、スナバコンデンサＣ１からリアクトルＬ２に流れる共振電流のピーク値である。
【００３６】
以上説明した第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０によれば、スイッチ素子Ｓ２がオンになった後、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が、例えば、信号線の断線やゲート信号の制御エラー等によって途絶えて、スイッチ素子Ｓ２が異常なタイミングでオフになったときに（図６参照）、リアクトルＬ２に流れる共振電流の急激な変化に起因してリアクトルＬ２とダイオードＤ３との間のポイントＡに発生するサージ電圧を、図１中に破線矢印で示したループによって、コンデンサＣ２に吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、スイッチ素子Ｓ２の耐圧破壊を抑制することができる。
【００３７】
Ｂ．第２実施例：
図２は、第２実施例のソフトスイッチングコンバータ１０Ａの構成を示す回路図である。図２と図１との比較から分かるように、ソフトスイッチングコンバータ１０Ａは、ソフトスイッチングコンバータ１０におけるコンデンサＣ２を省略したこと以外は、ソフトスイッチングコンバータ１０と同じである。
【００３８】
なお、フィルタコンデンサＣｉｎのキャパシタンスも、第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０におけるコンデンサＣ２と同様に、先に示した式（１）を満たすことが好ましいが、一般に、フィルタコンデンサＣｉｎのキャパシタンスは、式（１）を考慮するまでもなく、十分に大きな値が設定される。
【００３９】
以上説明した第２実施例のソフトスイッチングコンバータ１０Ａによれば、スイッチ素子Ｓ２がオンになった後、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が、例えば、信号線の断線やゲート信号の制御エラー等によって途絶えて、スイッチ素子Ｓ２が異常なタイミングでオフになったときに（図６参照）、リアクトルＬ２に流れる共振電流の急激な変化に起因してリアクトルＬ２とダイオードＤ３との間のポイントＡに発生するサージ電圧を、図２中に破線矢印で示したループによって、フィルタコンデンサＣｉｎに吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、スイッチ素子Ｓ２の耐圧破壊を抑制することができる。
【００４０】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４１】
Ｃ１．変形例１：
上記第１実施例では、ソフトスイッチングコンバータ１０は、フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。ソフトスイッチングコンバータ１０において、フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔの少なくとも一方を省略してもよい。ただし、ソフトスイッチングコンバータ１０が、フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔを備えることによって、ソフトスイッチングコンバータ１０の入出力を安定化させることができる。
【００４２】
Ｃ２．変形例２：
上記第２実施例では、ソフトスイッチングコンバータ１０Ａは、平滑コンデンサＣｏｕｔを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。ソフトスイッチングコンバータ１０Ａにおいて、平滑コンデンサＣｏｕｔを省略してもよい。ただし、ソフトスイッチングコンバータ１０Ａが、平滑コンデンサＣｏｕｔを備えることによって、ソフトスイッチングコンバータ１０Ａの出力を安定化させることができる。
【００４３】
Ｃ３．変形例３：
本発明のソフトスイッチングコンバータの回路構成は、図１，２に示した回路構成に限られない。本発明は、一般に、主リアクトルと主スイッチとを含む主回路と、補助リアクトルと補助スイッチとを含む補助回路と、を備えるソフトスイッチングコンバータに適用可能であり、補助回路が、補助リアクトルに流れる共振電流の急激な変化に起因して発生するサージ電圧を吸収可能なように、補助リアクトルに直列に接続された補助ダイオードと、補助リアクトルと補助ダイオードとの直列接続体に並列に接続された補助コンデンサと、を備えるようにすればよい。
【００４４】
また、上記実施例のソフトスイッチングコンバータ１０，１０Ａにおいて、必要に応じて、各素子間に直列に他の素子を追加して接続するようにしてもよいし、各素子に並列に他の素子を追加して接続するようにしてもよい。
【００４５】
図３は、第１変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｂの回路構成を示す説明図である。図１と図３との比較から分かるように、第１変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｂでは、補助回路が、第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０の回路構成に加えて、さらに、リアクトルＬ２とポイントＡとの間に直列に接続された可飽和リアクトルＳＬ１を備えている。
【００４６】
また、図４は、第２変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｃの回路構成を示す説明図である。図１と図４との比較から分かるように、第２変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｃでは、補助回路が、第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０の回路構成におけるリアクトルＬ２の代わりに、可飽和リアクトルＳＬ２を備えている。
【００４７】
上述した第１変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｂや、第２変形例の１０Ｃソフトスイッチングコンバータ１０Ｃによれば、補助回路が可飽和リアクトルＳＬ１や可飽和リアクトルＳＬ２を備えるので、補助リアクトルのリアクタンスを所望の値に変化させることができる。したがって、上記サージ電圧をさらに効果的に抑制し、スイッチ素子Ｓ２の耐圧破壊をさらに効果的に抑制することができる。
【００４８】
なお、上述した可飽和リアクトルＳＬ１や可飽和リアクトルＳＬ２は、第２実施例のソフトスイッチングコンバータ１０Ａに適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０，１０Ａ，１０Ｒ…ソフトスイッチングコンバータ
Ｅ…直流電源
ＬＯＡＤ…負荷
Ｌ１，Ｌ２…リアクトル
ＳＬ１，ＳＬ２…可飽和リアクトル
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６…ダイオード
Ｓ１，Ｓ２…スイッチ素子
Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ
Ｃｉｎ…フィルタコンデンサ
Ｃｏｕｔ…平滑コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソフトスイッチングコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソフトスイッチングコンバータが提案されている。図５は、従来のソフトスイッチングコンバータ１０Ｒの回路構成の一例を示す説明図である。このソフトスイッチングコンバータ１０Ｒは、主回路と、補助回路と、を備える。
【０００３】
主回路は、一端が直流電源Ｅの正極に接続されるリアクトルＬ１と、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ダイオードＤ１と、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の他端に接続され、図示しないゲート電源回路から入力されたゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子Ｓ１と、を備える。なお、スイッチ素子Ｓ１には、ダイオードＤ２が並列に接続される。また、この主回路は、さらに、一端が直流電源Ｅの正極に接続されるとともに、他端が直流電源Ｅの負極に接続されるフィルタコンデンサＣｉｎと、一端がダイオードＤ１のカソード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の他端に接続される平滑コンデンサＣｏｕｔと、を備える。フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔは、それぞれ、ソフトスイッチングコンバータ１０Ｒの入出力を安定化させるためのものである。
【０００４】
一方、補助回路は、一端がリアクトルＬ１の一端に接続されるリアクトルＬ２と、カソードがリアクトルＬ２の他端に接続されるダイオードＤ３と、一端がダイオードＤ３のアノードに接続され、図示しないゲート電源回路から入力されたゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子Ｓ２と、アノードがリアクトルＬ１の他端に接続されるとともに、カソードがスイッチ素子Ｓ２の他端に接続されるスナバダイオードＤ４と、一端がスナバダイオードＤ４のカソード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の他端に接続されるスナバコンデンサＣ１と、を備える。なお、スイッチ素子Ｓ２には、ダイオードＤ５が並列に接続されている。また、スナバダイオードＤ４、および、スナバコンデンサＣ１は、スイッチ素子Ｓ１のオフ時に生じる過渡的な高電圧を吸収するためのものである。
【０００５】
なお、主回路、および、補助回路において、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の半導体素子が用いられる。
【０００６】
上述したソフトスイッチングコンバータ１０Ｒでは、入力するゲート信号のオン・オフによって、主回路におけるスイッチ素子Ｓ１、および、補助回路におけるスイッチ素子Ｓ２の動作を制御し、スイッチ素子Ｓ２をオンにしたときに、スナバコンデンサＣ１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、スイッチ素子Ｓ１のスイッチング時に発生するスイッチング損失を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／０９８３７６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したソフトスイッチングコンバータ１０Ｒでは、スイッチ素子Ｓ２がオンになった後、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が、例えば、信号線の断線やゲート信号の制御エラー等によって途絶えて、スイッチ素子Ｓ２が異常なタイミングでオフになる場合があり得る。この場合、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とダイオードＤ３との間の点（図示したポイントＡ）にサージ電圧が発生し、スイッチ素子Ｓ２が耐圧破壊するおそれがある。
【０００９】
図６は、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号と、補助回路に流れる共振電流Ｉとの関係を示す説明図である。図６（ａ）に、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が正常な場合（正常時）の共振電流Ｉの電流波形ＷＦｒと、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が異常な場合（異常時）の共振電流Ｉの電流波形ＷＦｉｒとを示した。正常時の電流波形ＷＦｒを実線で示し、異常時の電流波形ＷＦｉｒを破線で示した。また、図６（ｂ）に、正常時のゲート信号を示し、図６（ｃ）に、異常時のゲート信号を示した。
【００１０】
図示するように、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が正常な場合には、ゲート信号が時刻ｔ０において“Ｈｉ”になり、スイッチ素子Ｓ２がオンなると、共振電流Ｉの電流値は、時刻ｔ２まで滑らかに変化する。一方、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が異常な場合、すなわち、ゲート信号が時刻ｔ０において“Ｈｉ”になり、スイッチ素子Ｓ２がオンになった後、共振電流Ｉの電流値が比較的高い時刻ｔ１において、信号線の断線やゲート信号の制御エラー等によって“Ｌｏｗ”になり、スイッチ素子Ｓ２がオフなると、共振電流Ｉは急激に減少する。図示した例では、共振電流Ｉは、期間ｄｔの間にｄＩだけ減少する。このときに、図５に示したポイントＡに発生するサージ電圧Ｅｓは、Ｅｓ＝−Ｌ×ｄＩ／ｄｔ（Ｌは、リアクトルＬ２のインダクタンス）となる。このサージ電圧Ｅｓは、マイナス数千ボルトにもなる場合があり、この場合、スイッチ素子Ｓ２を耐圧破壊させる。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ソフトスイッチングコンバータにおいて、サージ電圧によるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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なされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１３】
［適用例１］ソフトスイッチングコンバータであって、主リアクトルと主スイッチとを含む主回路と、補助リアクトルと補助スイッチとを含む補助回路と、を備え、前記補助回路は、さらに、前記補助リアクトルに直列に接続された補助ダイオードと、前記補助リアクトルと前記補助ダイオードとの直列接続体に並列に接続された補助コンデンサと、を備える、ソフトスイッチングコンバータ。
【００１４】
適用例１のソフトスイッチングコンバータでは、上記補助スイッチが異常なタイミングでオフとなったときに、上記補助リアクトルに流れる共振電流の急激な変化に起因して上記補助リアクトルと上記補助スイッチとの間に発生するサージ電圧を、上記補助コンデンサによって吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制することができる。
【００１５】
［適用例２］ソフトスイッチングコンバータであって、主回路と、補助回路と、を備え、前記主回路は、一端が直流電源の正極に接続される主リアクトルと、アノードが前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、カソードが負荷の一端に接続される主ダイオードと、一端が前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続され、外部から入力された第１のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する主スイッチと、を備え、前記補助回路は、一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトルと、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続される第１の補助ダイオードと、一端が前記第１の補助ダイオードのアノードに接続され、外部から入力された第２のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する補助スイッチと、アノードが前記主スイッチの一端に接続されるとともに、カソードが前記補助スイッチの他端に接続される第２の補助ダイオードと、一端が前記第２の補助ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記主スイッチの他端に接続される第１の補助コンデンサと、を備え、前記補助回路は、さらに、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続されるとともに、アノードが前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される第３の補助ダイオードと、一端が前記補助リアクトルの一端に接続されるとともに、他端が前記第３の補助ダイオードのアノードに接続される第２の補助コンデンサと、を備える、ソフトスイッチングコンバータ。
【００１６】
適用例２のソフトスイッチングコンバータでは、上記第２のゲート信号の異常によって、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子が異常なタイミングでオフになったときに、上記補助リアクトルに流れる共振電流の急激な変化に起因して上記補助リアクトルと上記第１の補助ダイオードとの間に発生するサージ電圧を、上記第２の補助コンデンサに吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制することができる。
【００１７】
なお、上記第２の補助コンデンサのキャパシタンスは、上記直流電源の電圧と、上記補助リアクタンスのインダクタンスと、上記補助リアクタンスに流れる共振電流に基づいて、上記サージ電圧が抑制されるように、十分に大きな値が設定される。
【００１８】
また、適用例２のソフトスイッチングコンバータにおいて、必要に応じて、各素子間に直列に他の素子を追加して接続するようにしてもよいし、各素子に並列に他の素子を追加して接続するようにしてもよい。
【００１９】
また、適用例２記載のスイッチングコンバータにおいて、前記主回路は、さらに、前記第２の補助コンデンサとは別に、一端が前記直流電源の正極に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極に接続されるフィルタコンデンサと、一端が前記主ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される平滑コンデンサと、のうちの少なくとも一方を備えるようにすることが好ましい。こうすることによって、ソフトスイッチングコンバータの入出力を安定化させることができる。
【００２０】
［適用例３］ソフトスイッチングコンバータであって、主回路と、補助回路と、を備え、前記主回路は、一端が直流電源の正極に接続される主リアクトルと、アノードが前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、カソードが負荷の一端に接続される主ダイオードと、一端が前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続され、外部から入力された第１のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する主スイッチと、を備え、前記補助回路は、一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトルと、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続される第１の補助ダイオードと、一端が前記第１の補助ダイオードのアノードに接続され、外部から入力された第２のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する補助スイッチと、アノードが前記主スイッチの一端に接続されるとともに、カソードが前記補助スイッチの他端に接続される第２の補助ダイオードと、一端が前記第２の補助ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記主スイッチの他端に接続される第１の補助コンデンサと、を備え、前記主回路は、さらに、一端が前記直流電源の正極に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極に接続されるフィルタコンデンサを備え、前記補助回路は、さらに、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続されるとともに、アノードが前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される第３の補助ダイオードを備える、ソフトスイッチングコンバータ。
【００２１】
適用例３のソフトスイッチングコンバータでは、上記第２のゲート信号の異常によって、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子が異常なタイミングでオフになったときに、上記補助リアクトルに流れる共振電流の急激な変化に起因して上記補助リアクトルと上記第１の補助ダイオードとの間に発生するサージ電圧を、上記フィルタコンデンサに吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、上記補助スイッチにおけるスイッチ素子の耐圧破壊を抑制することができる。
【００２２】
なお、適用例３のソフトスイッチングコンバータにおいて、必要に応じて、各素子間に直列に他の素子を追加して接続するようにしてもよいし、各素子に並列に他の素子を追加して接続するようにしてもよい。
【００２３】
また、適用例３記載のソフトスイッチングコンバータにおいて、前記主回路は、さらに、一端が前記主ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される平滑コンデンサを備えるようにすることが好ましい。こうすることによって、ソフトスイッチングコンバータの出力を安定化させることができる。
【００２４】
［適用例４］適用例１ないし４のいずれかに記載のソフトスイッチングコンバータであって、前記補助リアクトルは、可飽和リアクトルを含む、ソフトスイッチングコンバータ。
【００２５】
適用例４のソフトスイッチングコンバータによれば、補助リアクトルのリアクタンスを所望の値に変化させることができるので、上記サージ電圧をさらに効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０の回路構成を示す説明図である。
【図２】第２実施例のソフトスイッチングコンバータ１０Ａの回路構成を示す説明図である。
【図３】第１変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｂの回路構成を示す説明図である。
【図４】第２変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｃの回路構成を示す説明図である。
【図５】従来のソフトスイッチングコンバータ１０Ｒの回路構成の一例を示す説明図である。
【図６】スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号と、補助回路に流れる共振電流Ｉとの関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０の回路構成を示す説明図である。このソフトスイッチングコンバータ１０は、先に説明したソフトスイッチングコンバータ１０Ｒと同様に、主回路と、補助回路と、を備える。
【００２８】
主回路は、一端が直流電源Ｅの正極に接続されるリアクトルＬ１と、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ダイオードＤ１と、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の他端に接続され、図示しないゲート電源回路から入力されたゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子Ｓ１（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の半導体素子）と、を備える。なお、スイッチ素子Ｓ１には、ダイオードＤ２が並列に接続される。リアクトルＬ１は、［課題を解決するための手段］における主リアクトルに相当する。また、ダイオードＤ１は、［課題を解決するための手段］における主ダイオードに相当する。また、スイッチ素子Ｓ１、および、ダイオードＤ２は、［課題を解決するための手段］における主スイッチに相当する。
【００２９】
また、この主回路は、さらに、一端が直流電源Ｅの正極に接続されるとともに、他端が直流電源Ｅの負極に接続されるフィルタコンデンサＣｉｎと、一端がダイオードＤ１のカソード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の他端に接続される平滑コンデンサＣｏｕｔと、を備える。フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔは、それぞれ、ソフトスイッチングコンバータ１０の入出力を安定化させるためのものである。なお、本実施例では、直流電源Ｅの負極、および、負荷ＬＯＡＤの他端は、接地されているものとした。
【００３０】
一方、補助回路は、一端がリアクトルＬ１の一端に接続されるリアクトルＬ２と、カソードがリアクトルＬ２の他端に接続されるダイオードＤ３と、一端がダイオードＤ３のアノードに接続され、図示しないゲート電源回路から入力されたゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子Ｓ２（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の半導体素子）と、アノードがスイッチ素子Ｓ１の一端に接続されるとともに、カソードがスイッチ素子Ｓ２の他端に接続されるスナバダイオードＤ４と、一端がスナバダイオードＤ４のカソードに接続されるとともに、他端がスイッチ素子Ｓ１の他端に接続されるスナバコンデンサＣ１と、を備える。なお、スイッチ素子Ｓ２には、ダイオードＤ５が並列に接続されている。また、スナバダイオードＤ４、および、スナバコンデンサＣ１は、スイッチ素子Ｓ１のオフ時に生じる過渡的な高電圧を吸収するためのものである。リアクトルＬ２は、［課題を解決するための手段］における補助リアクトルに相当する。また、ダイオードＤ３は、［課題を解決するための手段］における第１の補助ダイオードに相当する。また、スイッチ素子Ｓ２、および、ダイオードＤ５は、［課題を解決するための手段］における補助スイッチに相当する。また、スナバダイオードＤ４は、［課題を解決するための手段］における第２の補助ダイオードに相当する。また、スナバコンデンサＣ１は、［課題を解決するための手段］における第１の補助コンデンサに相当する。
【００３１】
ソフトスイッチングコンバータ１０では、入力するゲート信号のオン・オフによって、主回路におけるスイッチ素子Ｓ１、および、補助回路におけるスイッチ素子Ｓ２の動作を制御し、スイッチ素子Ｓ２をオンにしたときに、スナバコンデンサＣ１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、スイッチ素子Ｓ１のスイッチング時に発生するスイッチング損失を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施例のソフトスイッチングコンバータ１０では、補助回路は、さらに、カソードがリアクトルＬ２の他端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と、一端がリアクトルＬ２の一端に接続されるとともに、他端がダイオードＤ６のアノードに接続されるコンデンサＣ２と、を備える。つまり、コンデンサＣ２は、リアクトルＬ２とダイオードＤ６との直列接続体に並列に接続されている。ダイオードＤ６は、［課題を解決するための手段］における第３の補助ダイオード、あるいは、補助ダイオードに相当する。また、コンデンサＣ２は、［課題を解決するための手段］における第２の補助コンデンサ、あるいは、補助コンデンサに相当する。
【００３３】
なお、コンデンサＣ２のキャパシタンスＣは、以下に示す式（１）を満たす値が設定される。
【００３４】
１／２・Ｃ・Ｖ２＞１／２・Ｌ・Ｉ２ ・・・（１）
【００３５】
ここで、Ｖは、直流電源Ｅの電圧であり、Ｌは、リアクトルＬ２のインダクタンスであり、Ｉは、スイッチ素子Ｓ２をオンにしたときに、スナバコンデンサＣ１からリアクトルＬ２に流れる共振電流のピーク値である。
【００３６】
以上説明した第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０によれば、スイッチ素子Ｓ２がオンになった後、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が、例えば、信号線の断線やゲート信号の制御エラー等によって途絶えて、スイッチ素子Ｓ２が異常なタイミングでオフになったときに（図６参照）、リアクトルＬ２に流れる共振電流の急激な変化に起因してリアクトルＬ２とダイオードＤ３との間のポイントＡに発生するサージ電圧を、図１中に破線矢印で示したループによって、コンデンサＣ２に吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、スイッチ素子Ｓ２の耐圧破壊を抑制することができる。
【００３７】
Ｂ．第２実施例：
図２は、第２実施例のソフトスイッチングコンバータ１０Ａの構成を示す回路図である。図２と図１との比較から分かるように、ソフトスイッチングコンバータ１０Ａは、ソフトスイッチングコンバータ１０におけるコンデンサＣ２を省略したこと以外は、ソフトスイッチングコンバータ１０と同じである。
【００３８】
なお、フィルタコンデンサＣｉｎのキャパシタンスも、第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０におけるコンデンサＣ２と同様に、先に示した式（１）を満たすことが好ましいが、一般に、フィルタコンデンサＣｉｎのキャパシタンスは、式（１）を考慮するまでもなく、十分に大きな値が設定される。
【００３９】
以上説明した第２実施例のソフトスイッチングコンバータ１０Ａによれば、スイッチ素子Ｓ２がオンになった後、スイッチ素子Ｓ２に入力されるゲート信号が、例えば、信号線の断線やゲート信号の制御エラー等によって途絶えて、スイッチ素子Ｓ２が異常なタイミングでオフになったときに（図６参照）、リアクトルＬ２に流れる共振電流の急激な変化に起因してリアクトルＬ２とダイオードＤ３との間のポイントＡに発生するサージ電圧を、図２中に破線矢印で示したループによって、フィルタコンデンサＣｉｎに吸収させることができる。したがって、上記サージ電圧を抑制し、スイッチ素子Ｓ２の耐圧破壊を抑制することができる。
【００４０】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００４１】
Ｃ１．変形例１：
上記第１実施例では、ソフトスイッチングコンバータ１０は、フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。ソフトスイッチングコンバータ１０において、フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔの少なくとも一方を省略してもよい。ただし、ソフトスイッチングコンバータ１０が、フィルタコンデンサＣｉｎ、および、平滑コンデンサＣｏｕｔを備えることによって、ソフトスイッチングコンバータ１０の入出力を安定化させることができる。
【００４２】
Ｃ２．変形例２：
上記第２実施例では、ソフトスイッチングコンバータ１０Ａは、平滑コンデンサＣｏｕｔを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。ソフトスイッチングコンバータ１０Ａにおいて、平滑コンデンサＣｏｕｔを省略してもよい。ただし、ソフトスイッチングコンバータ１０Ａが、平滑コンデンサＣｏｕｔを備えることによって、ソフトスイッチングコンバータ１０Ａの出力を安定化させることができる。
【００４３】
Ｃ３．変形例３：
本発明のソフトスイッチングコンバータの回路構成は、図１，２に示した回路構成に限られない。本発明は、一般に、主リアクトルと主スイッチとを含む主回路と、補助リアクトルと補助スイッチとを含む補助回路と、を備えるソフトスイッチングコンバータに適用可能であり、補助回路が、補助リアクトルに流れる共振電流の急激な変化に起因して発生するサージ電圧を吸収可能なように、補助リアクトルに直列に接続された補助ダイオードと、補助リアクトルと補助ダイオードとの直列接続体に並列に接続された補助コンデンサと、を備えるようにすればよい。
【００４４】
また、上記実施例のソフトスイッチングコンバータ１０，１０Ａにおいて、必要に応じて、各素子間に直列に他の素子を追加して接続するようにしてもよいし、各素子に並列に他の素子を追加して接続するようにしてもよい。
【００４５】
図３は、第１変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｂの回路構成を示す説明図である。図１と図３との比較から分かるように、第１変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｂでは、補助回路が、第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０の回路構成に加えて、さらに、リアクトルＬ２とポイントＡとの間に直列に接続された可飽和リアクトルＳＬ１を備えている。
【００４６】
また、図４は、第２変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｃの回路構成を示す説明図である。図１と図４との比較から分かるように、第２変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｃでは、補助回路が、第１実施例のソフトスイッチングコンバータ１０の回路構成におけるリアクトルＬ２の代わりに、可飽和リアクトルＳＬ２を備えている。
【００４７】
上述した第１変形例のソフトスイッチングコンバータ１０Ｂや、第２変形例の１０Ｃソフトスイッチングコンバータ１０Ｃによれば、補助回路が可飽和リアクトルＳＬ１や可飽和リアクトルＳＬ２を備えるので、補助リアクトルのリアクタンスを所望の値に変化させることができる。したがって、上記サージ電圧をさらに効果的に抑制し、スイッチ素子Ｓ２の耐圧破壊をさらに効果的に抑制することができる。
【００４８】
なお、上述した可飽和リアクトルＳＬ１や可飽和リアクトルＳＬ２は、第２実施例のソフトスイッチングコンバータ１０Ａに適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０，１０Ａ，１０Ｒ…ソフトスイッチングコンバータ
Ｅ…直流電源
ＬＯＡＤ…負荷
Ｌ１，Ｌ２…リアクトル
ＳＬ１，ＳＬ２…可飽和リアクトル
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６…ダイオード
Ｓ１，Ｓ２…スイッチ素子
Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ
Ｃｉｎ…フィルタコンデンサ
Ｃｏｕｔ…平滑コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソフトスイッチングコンバータであって、
主リアクトルと主スイッチとを含む主回路と、
補助リアクトルと補助スイッチとを含む補助回路と、を備え、
前記補助回路は、さらに、
前記補助リアクトルに直列に接続された補助ダイオードと、
前記補助リアクトルと前記補助ダイオードとの直列接続体に並列に接続された補助コンデンサと、を備える、
ソフトスイッチングコンバータ。
【請求項２】
ソフトスイッチングコンバータであって、
主回路と、
補助回路と、を備え、
前記主回路は、
一端が直流電源の正極に接続される主リアクトルと、
アノードが前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、カソードが負荷の一端に接続される主ダイオードと、
一端が前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続され、外部から入力された第１のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する主スイッチと、を備え、
前記補助回路は、
一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトルと、
カソードが前記補助リアクトルの他端に接続される第１の補助ダイオードと、
一端が前記第１の補助ダイオードのアノードに接続され、外部から入力された第２のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する補助スイッチと、
アノードが前記主スイッチの一端に接続されるとともに、カソードが前記補助スイッチの他端に接続される第２の補助ダイオードと、
一端が前記第２の補助ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記主スイッチの他端に接続される第１の補助コンデンサと、を備え、
前記補助回路は、さらに、
カソードが前記補助リアクトルの他端に接続されるとともに、アノードが前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される第３の補助ダイオードと、
一端が前記補助リアクトルの一端に接続されるとともに、他端が前記第３の補助ダイオードのアノードに接続される第２の補助コンデンサと、を備える、
ソフトスイッチングコンバータ。
【請求項３】
ソフトスイッチングコンバータであって、
主回路と、
補助回路と、を備え、
前記主回路は、
一端が直流電源の正極に接続される主リアクトルと、
アノードが前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、カソードが負荷の一端に接続される主ダイオードと、
一端が前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続され、外部から入力された第１のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する主スイッチと、を備え、
前記補助回路は、
一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトルと、
カソードが前記補助リアクトルの他端に接続される第１の補助ダイオードと、
一端が前記第１の補助ダイオードのアノードに接続され、外部から入力された第２のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する補助スイッチと、
アノードが前記主スイッチの一端に接続されるとともに、カソードが前記補助スイッチの他端に接続される第２の補助ダイオードと、
一端が前記第２の補助ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記主スイッチの他端に接続される第１の補助コンデンサと、を備え、
前記主回路は、さらに、一端が前記直流電源の正極に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極に接続されるフィルタコンデンサを備え、
前記補助回路は、さらに、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続されるとともに、アノードが前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される第３の補助ダイオードを備える、
ソフトスイッチングコンバータ。
【請求項４】
請求項１ないし４のいずれかに記載のソフトスイッチングコンバータであって、
前記補助リアクトルは、可飽和リアクトルを含む、
ソフトスイッチングコンバータ。
【請求項１】
ソフトスイッチングコンバータであって、
主リアクトルと主スイッチとを含む主回路と、
補助リアクトルと補助スイッチとを含む補助回路と、を備え、
前記補助回路は、さらに、
前記補助リアクトルに直列に接続された補助ダイオードと、
前記補助リアクトルと前記補助ダイオードとの直列接続体に並列に接続された補助コンデンサと、を備える、
ソフトスイッチングコンバータ。
【請求項２】
ソフトスイッチングコンバータであって、
主回路と、
補助回路と、を備え、
前記主回路は、
一端が直流電源の正極に接続される主リアクトルと、
アノードが前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、カソードが負荷の一端に接続される主ダイオードと、
一端が前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続され、外部から入力された第１のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する主スイッチと、を備え、
前記補助回路は、
一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトルと、
カソードが前記補助リアクトルの他端に接続される第１の補助ダイオードと、
一端が前記第１の補助ダイオードのアノードに接続され、外部から入力された第２のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する補助スイッチと、
アノードが前記主スイッチの一端に接続されるとともに、カソードが前記補助スイッチの他端に接続される第２の補助ダイオードと、
一端が前記第２の補助ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記主スイッチの他端に接続される第１の補助コンデンサと、を備え、
前記補助回路は、さらに、
カソードが前記補助リアクトルの他端に接続されるとともに、アノードが前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される第３の補助ダイオードと、
一端が前記補助リアクトルの一端に接続されるとともに、他端が前記第３の補助ダイオードのアノードに接続される第２の補助コンデンサと、を備える、
ソフトスイッチングコンバータ。
【請求項３】
ソフトスイッチングコンバータであって、
主回路と、
補助回路と、を備え、
前記主回路は、
一端が直流電源の正極に接続される主リアクトルと、
アノードが前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、カソードが負荷の一端に接続される主ダイオードと、
一端が前記主リアクトルの他端に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続され、外部から入力された第１のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する主スイッチと、を備え、
前記補助回路は、
一端が前記主リアクトルの一端に接続される補助リアクトルと、
カソードが前記補助リアクトルの他端に接続される第１の補助ダイオードと、
一端が前記第１の補助ダイオードのアノードに接続され、外部から入力された第２のゲート信号のオン・オフに応じてオン・オフ動作するスイッチ素子を有する補助スイッチと、
アノードが前記主スイッチの一端に接続されるとともに、カソードが前記補助スイッチの他端に接続される第２の補助ダイオードと、
一端が前記第２の補助ダイオードのカソードに接続されるとともに、他端が前記主スイッチの他端に接続される第１の補助コンデンサと、を備え、
前記主回路は、さらに、一端が前記直流電源の正極に接続されるとともに、他端が前記直流電源の負極に接続されるフィルタコンデンサを備え、
前記補助回路は、さらに、カソードが前記補助リアクトルの他端に接続されるとともに、アノードが前記直流電源の負極、および、前記負荷の他端に接続される第３の補助ダイオードを備える、
ソフトスイッチングコンバータ。
【請求項４】
請求項１ないし４のいずれかに記載のソフトスイッチングコンバータであって、
前記補助リアクトルは、可飽和リアクトルを含む、
ソフトスイッチングコンバータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１１８４９（Ｐ２０１１−２１１８４９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７８０８０（Ｐ２０１０−７８０８０）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４１８２２５５）国立大学法人横浜国立大学 (429)
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４１８２２５５）国立大学法人横浜国立大学 (429)
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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