負荷駆動装置
【課題】低廉かつ簡易な回路構成により、ノイズおよびスイッチング損失を低減して高効率化を達成することが可能な負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】負荷駆動装置１は、高周波絶縁トランスＴ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１の共振コンデンサＣｒｌとからなるインバータ回路を含むとともに、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって交流電圧の全波整流を実施し、リアクトルＬ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１のコンデンサＣ１との組合せによって、整流電圧の昇圧及び力率改善を実施する。
【解決手段】負荷駆動装置１は、高周波絶縁トランスＴ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１の共振コンデンサＣｒｌとからなるインバータ回路を含むとともに、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって交流電圧の全波整流を実施し、リアクトルＬ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１のコンデンサＣ１との組合せによって、整流電圧の昇圧及び力率改善を実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源の交流電圧を整流する整流手段と、得られた直流出力を交流に変換するインバータ手段を有する負荷駆動装置に関し、特に、インバータ手段にトランスが含まれ、トランスの二次側に接続された負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電灯または電動機等の負荷を駆動するために、商用ＡＣ電源の交流電圧を整流・平滑化し、得られた直流出力を交流に変換して負荷に供給する負荷駆動装置が広く用いられている。また、このような負荷駆動装置の多くは、力率改善回路を備えている。
【０００３】
図１８に、力率改善回路として昇圧コンバータ回路を用いた従来の負荷駆動装置の例を示す。図１８に示す負荷駆動装置１０は、ダイオードブリッジＤＢと、昇圧コンバータ回路（力率改善回路）１１と、インバータ回路１２とを含んでいる。負荷駆動装置１０において、ダイオードブリッジＤＢ及び昇圧コンバータ回路１１は、商用ＡＣ電源の交流電圧Ｖｉｎを整流・平滑化し、インバータ回路１２は、昇圧コンバータ回路１１からの直流出力を交流に変換して高周波絶縁トランスＴ１１の一次側に印加し、高周波絶縁トランスＴ１１の二次側に接続された負荷１３を駆動する。この際、昇圧コンバータ回路１１は、その昇圧動作を利用して、商用ＡＣ電源からの入力電流波形を入力電圧Ｖｉｎと同位相の正弦波状に制御することにより、力率を改善するものである。
【０００４】
負荷駆動装置１０において、昇圧コンバータ回路（力率改善回路）１１は、ダイオードブリッジＤＢの出力端子の一端にリアクトルＬ１１とダイオードＤ１１の直列回路を接続し、ダイオードＤ１１とダイオードブリッジＤＢの出力端子の他端との間に平滑用コンデンサＣ１１を接続し、リアクトルＬ１１とダイオードＤ１１の接続点とダイオードブリッジＤＢとコンデンサＣ１１の接続点の間にスイッチング素子Ｑ１１を接続して構成される。
【０００５】
また、インバータ回路１２は、平滑用コンデンサＣ１１の正極端子と負極端子と並列に、高周波絶縁トランスＴ１１の一次巻線、スイッチング素子Ｑ１３、及びコンデンサＣ１２を含む直列回路を接続し、高周波絶縁トランスＴ１１の一次巻線とスイッチング素子Ｑ１３の接続点と、平滑用コンデンサＣ１１の負極端子との間にスイッチング素子Ｑ１２を接続して構成される。尚、高周波絶縁トランスＴ１１は、その一次側と直列に形成されるリーケージインダクタンスＬｓと、一次側と並列に形成される励磁インダクタンスＬｍとを有している。
【０００６】
スイッチング素子Ｑ１３とスイッチング素子Ｑ１２には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１３、Ｄ１２が接続されており、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合、このダイオードはＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードで代用可能である。
【０００７】
負荷駆動装置１０において、昇圧コンバータ回路１１のスイッチング素子Ｑ１１のゲート電極には、スイッチング素子ドライブ回路１４からパルス信号が印加され、このパルス信号によってスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフ動作させることにより、出力電圧を昇圧するとともに力率を改善する。そして、インバータ回路１２のスイッチング素子Ｑ１３、Ｑ１２のそれぞれのゲート電極には、スイッチング素子ドライブ回路１５からパルス信号が印加され、このパルス信号によってスイッチング素子Ｑ１３とスイッチング素子Ｑ１２を交互にオン／オフ動作させることにより、負荷１３に交流電力を供給する。
【０００８】
このように構成された負荷駆動装置１０は、ダイオードブリッジＤＢ、昇圧コンバータ回路１１、インバータ回路１２がそれぞれ独立した個別の回路として構成されているため、電力損失が大きく、効率を低下させるとともに、部品点数が多くなる結果コストが増大するという問題がある。
【０００９】
従来、このような問題を解決するため、ＡＣ入力を整流するダイオードブリッジを含まないコンバータ回路を構成した負荷駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
図１９に示す電力変換装置（負荷駆動装置）２０は、コンバータ回路２２と、インバータ回路２３と、制御回路２４とを含む。電力変換装置２０は、商用ＡＣ電源２５から入力される交流電力をコンバータ回路２２によって整流・平滑化し、コンバータ回路２２からの直流出力をインバータ回路２３によって三相交流に変換して、負荷（電動機）２６へ供給する。
【００１１】
電力変換装置２０において、コンバータ回路２２は、ブリッジ回路２２ａ、リアクトルＬ、およびコンデンサＣからなる。ブリッジ回路２２ａは、商用ＡＣ電源２５に接続され、４つのダイオードＤ２１〜Ｄ２４がブリッジ結線されている。リアクトルＬは、商用ＡＣ電源２５の一方の電極とブリッジ回路２２ａとの間に接続されている。コンデンサＣは、ブリッジ回路２２ａの出力側に設けられ、ブリッジ回路２２ａの出力電流が充放電されて、その両端電圧がコンバータ回路２２の出力電圧となる。また、ブリッジ回路２２ａにおいて、リアクトルＬが接続される側の、商用電源２５の入力点に対する上アームおよび下アームの各ダイオードＤ２１、Ｄ２２には、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２が並列接続されている。このスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２は、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されている。尚、図示は省略するが、インバータ回路２３は、例えば６つのスイッチング素子が三相ブリッジ結線されてなるものである。
【００１２】
ブリッジ回路２２ａは、制御回路２４によるスイッチング制御により同期整流を行う。具体的には、制御回路２４は、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２に逆電圧が印可されるタイミング、すなわち、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２と並列に接続されたダイオードＤ２１、Ｄ２２がオンするタイミングで、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２をオンし、これによって、電流が、ダイオードＤ２１、Ｄ２２ではなく、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２を流れることになる。
【００１３】
電力変換装置２０は、ブリッジ回路２２ａにおいてこのような同期整流を実施することによって、ダイオードＤ２１、Ｄ２２に電流が流れる場合と比較して、損失の低減、ひいては電力変換効率の向上を図るものである。また、特許文献１では、電力変換装置２０において、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２のオン／オフを次のように制御することにより、力率改善を行うことができるとしている。
【００１４】
その制御方法は、商用ＡＣ電源２５の前半の半周期（交流電圧が正の範囲）において、商用ＡＣ電源２５からの電圧Ｖｉがブリッジ回路の出力電圧Ｖｏより低い期間、一定時間スイッチング素子Ｔ２をオンし、一定時間経過後、スイッチング素子Ｔ２をオフすると同時にスイッチング素子Ｔ１をオンし、その後、スイッチング素子Ｔ１の両端がゼロ電圧になるまでオンする。そして、商用ＡＣ電源２５の後半の半周期（交流電圧が負の範囲）において、入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏより高い期間、一定時間スイッチング素子Ｔ１をオンし、一定時間経過後、スイッチング素子Ｔ１をオフすると同時にスイッチング素子Ｔ２をオンし、その後、スイッチング素子Ｔ２の両端がゼロ電圧になるまでオンする、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−６１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、図１９に示す電力変換装置２０では、力率改善機能を有するコンバータ回路２２とインバータ回路２３とは、それぞれ独立した個別の回路により構成されており、スイッチング損失の低減、及び、部品点数、ひいてはコストの削減に関して、十分なものとは言えない。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低廉かつ簡易な回路構成により、ノイズおよびスイッチング損失を低減して高効率化を達成することが可能な負荷駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【００１９】
（１）交流電源の交流電圧を整流する整流手段と、力率改善動作を行う昇圧手段と、複数のスイッチング素子及びトランスを有し、前記昇圧手段の直流出力を交流に変換して前記トランスの一次側に印加するインバータ手段と、前記複数のスイッチング素子を駆動するドライブ回路とを備え、前記トランスの二次側に接続された負荷を駆動する負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記複数のスイッチング素子は、前記整流手段の整流素子並びに前記昇圧手段の整流素子及びスイッチング素子を兼ねていることを特徴とする負荷駆動装置（請求項１）。
【００２０】
（２）（１）項に記載の負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記トランスを流れる電流に含まれる直流成分を除去するように作用する偏磁補償回路をさらに備えることを特徴とする負荷駆動装置（請求項２）。
【００２１】
（３）（１）または（２）項に記載の負荷駆動装置において、前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)からなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、第１の共振コンデンサ(Cr1)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、前記第１、第２(Q1,Q2)のスイッチング素子の直列回路の一端に接続されるとともに、前記トランス(T1)の一次側のいずれか一方の一端は、一次巻線に直列接続された前記第１の共振コンデンサ(Cr1)を介して前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記トランス(T1)の一次巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第１の共振コンデンサ(Cr1)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする負荷駆動装置（請求項３）。
【００２２】
（４）（３）項に記載の負荷駆動装置において、前記第１のスイッチング素子(Q1)と並列に接続される電圧共振用コンデンサ(Cr0)をさらに備えることを特徴とする負荷駆動装置（請求項４）。
【００２３】
（５）（４）項に記載の負荷駆動装置において、前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、該第１、第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサ(C1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)とを含み、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１のコンデンサ(C1)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする負荷駆動装置（請求項５）。
【００２４】
（６）（１）または（２）項に記載の負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、該第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)のいずれか一方に並列接続された第３のスイッチング素子(Q3もしくはQ4)とからなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、第１の共振コンデンサ(Cr1)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、前記第１、第２(Q1,Q2)のスイッチング素子の直列回路の一端に接続されるとともに、前記トランス(T1)の一次側のいずれか一方の一端は、一次巻線に直列接続された前記第１の共振コンデンサ(Cr1)を介して前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路に接続され、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記トランス(T1)の一巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第１の共振コンデンサ(Cr1)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする負荷駆動装置（請求項６）。
【００２５】
（７）（６）項に記載の負荷駆動装置において、前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、該第１、第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサ(C1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)とを含み、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記第１のコンデンサ(C1)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする負荷駆動装置（請求項７）。
【００２６】
（８）（１）または（２）項に記載の負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)からなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、直列に接続されて前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路と並列に接続される第２、第３のコンデンサ(C2,C3)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)のそれぞれに並列に接続される第２、第３の共振コンデンサ(Cr2,Cr3)と、インダクタ(L2)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、一次巻線に直列接続された前記インダクタ(L2)を介して前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)の直列回路の中間点に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記トランス(T1)の一次巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第２、第３の共振コンデンサ(Cr2,Cr3)と、前記インダクタ(L2)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする負荷駆動装置（請求項８）。
【００２７】
（９）（８）項に記載の負荷駆動装置において、前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)とを含み、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)の直列回路は、前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする負荷駆動装置（請求項９）。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る負荷駆動装置は、以上のように構成したため、交流電源の交流電圧を整流する整流手段と、力率改善動作を行う昇圧手段と、昇圧手段の直流出力を交流に変換するインバータ手段とを備えた負荷駆動装置を、それぞれの手段を独立した個別の回路として構成することなく、部品点数を削減して低廉かつ簡易に構成することが可能となるとともに、ノイズおよびスイッチング損失を低減し、負荷駆動装置の高効率化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における負荷駆動装置の別の例を示す回路構成図である。
【図３】図１に示す負荷駆動装置におけるインバータ回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】図１に示す負荷駆動装置において整流回路及び昇圧回路として機能する部分を示す回路構成図である。
【図５】図４に示す回路構成の昇圧回路としての機能を示す等価回路図であり、（ａ）は交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は交流電源の負の半周期における等価回路図である。
【図６】本発明の第１の実施形態において、偏磁補償回路を有する負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図８】図７に示す負荷駆動装置において整流回路及び昇圧回路として動作する部分を示す回路構成図である。
【図９】図８に示す回路構成の昇圧回路としての動作を示すための等価回路図であり、（ａ）は商用交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は商用交流電源の負の半周期における等価回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図１１】図１０に示す負荷駆動装置において整流回路及び昇圧回路として動作する部分を示す回路構成図である。
【図１２】図１１に示す回路構成の昇圧回路としての動作を示すための等価回路図であり、（ａ）は商用交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は商用交流電源の負の半周期における等価回路図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図１４】図１３に示す負荷駆動装置において整流回路及び昇圧回路として動作する部分を示す回路構成図である。
【図１５】図１４に示す回路構成の昇圧回路としての動作を示すための等価回路図であり、（ａ）は商用交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は商用交流電源の負の半周期における等価回路図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態における負荷駆動装置の変形例を示す回路構成図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態における負荷駆動装置の別の変形例を示す回路構成図である。
【図１８】従来の負荷駆動装置の一例を示す回路構成図である。
【図１９】従来の負荷駆動装置の別の例を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における負荷駆動回路１を示す回路構成図である。図１において、図１８に示した従来の負荷駆動装置１０と共通する構成要素には同一符号を付している。
【００３１】
図１に示す負荷駆動装置１は、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第１のコンデンサＣ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、高周波絶縁トランスＴ１と、第１の共振コンデンサＣｒ１と、スイッチング素子ドライブ回路２とを備えている。
【００３２】
負荷駆動装置１において、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４は直列に接続され、また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は直列に接続されており、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路及び第１のコンデンサＣ１は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路と並列に接続されている。リアクトルＬ１は、一端が商用交流電源Ｖｉｎの一端に接続され、他端は第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、商用交流電源Ｖｉｎの他端は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路の中間点に接続されている。
【００３３】
また、高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、他端は、一次巻線に直列接続された第１の共振コンデンサＣｒ１を介して第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の一端に接続されている。そして、高周波トランスＴ１の二次側には、負荷３が接続されている。
【００３４】
尚、負荷駆動装置１において、高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端を、一次巻線に直列接続された第１の共振コンデンサＣｒ１を介して第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続し、他端を、（第１の共振コンデンサＣｒ１を介することなく）第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の一端に接続するものであってもよい。
【００３５】
高周波絶縁トランスＴ１は、その一次側に、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直列に形成されたリーケージインダクタンスＬｓと、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直並列に形成された励磁インダクタンスＬｍを有している。
【００３６】
また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴからなり、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２は、それぞれ、内蔵された寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を含んでいる。
【００３７】
負荷駆動装置１において、整流回路及び昇圧回路は、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第１のコンデンサＣ１と、それぞれ寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を内蔵する第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２とを含み、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって、商用交流電源Ｖｉｎの交流電圧を全波整流するとともに、リアクトルＬ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１のコンデンサＣ１との組合せによって、整流電圧を昇圧しつつ力率を改善するものである。
【００３８】
また、負荷駆動装置１において、インバータ回路は、高周波絶縁トランスＴ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１の共振コンデンサＣｒｌとを含み、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、リーケージインダクタンスＬｓと、励磁インダクタンスＬｍと、第１の共振コンデンサＣｒ１とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うものである。
【００３９】
負荷駆動装置１は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を、整流回路、昇圧回路、及びインバータ回路の共通の構成要素として用いることを主要な特徴とするものであり、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、インバータ回路のスイッチング素子として機能することに加えて、整流回路における整流素子、及び、昇圧コンバータ回路として構成される昇圧回路の整流素子及びスイッチング素子としても機能するものである。
次に、このような負荷駆動装置１における各回路の動作について説明する。
【００４０】
まず、負荷駆動装置１のインバータ回路の動作について説明する。
負荷駆動装置１のインバータ回路において、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、いわゆるハーフブリッジ回路を構成しており、スイッチング素子ドライブ回路２の出力信号に基づいて、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とを交互にオン／オフ動作させ、入力される直流電圧を交流電圧に変換して高周波絶縁トランスＴ１の一次側に印加することによって、高周波絶縁トランスＴ１の二次側に接続された負荷３が駆動される。
【００４１】
また、負荷駆動装置１のインバータ回路において、ソフトスイッチング動作は、電流共振動作と電圧擬似共振動作を持つ複共振回路、いわゆるＬＬＣ共振にて実現される。
ＬＬＣ共振回路はＳＭＺ共振回路とも称され、スイッチング動作に関しては、ターンオン時に、（１）ゼロ電流スイッチング、（２）ゼロ電圧スイッチング、（３）電圧擬似共振動作が実現できる。さらに、図２に示す負荷駆動装置１ｇのように、ターンオフ時の損失改善を目的としてハーフブリッジを構成するローサイドスイッチと並列に（スイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間に）コンデンサ（電圧共振用コンデンサ）Ｃｒ０を挿入することで、スイッチング素子Ｑ１のターンオフ時におけるドレイン電圧の立ち上がり波形が共振し、電圧擬似共振動作が実現できる。したがって、効率の観点からは、図２の如く、ターンオフ時の電圧共振用コンデンサＣｒ０をスイッチング素子Ｑ１と並列に接続する回路構成をとることが好ましい。
尚、図１において、高周波絶縁トランスＴ１の一次側に形成される共振回路の第１の共振周波数ｆ１および第２の共振周波数ｆ２は、
ｆ１＝１／（２π√（Ｌｓ＋（Ｌｍ・Ｌｓ）／（Ｌｍ＋Ｌｓ））・Ｃｒ１））
≒１／（２π√（Ｌｓ・Ｃｒ１））
ｆ２＝１／（２π√（（Ｌｓ＋Ｌｍ）・Ｃｒ１））
で表され、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から見た負荷が誘導インピーダンスとなる周波数領域で駆動する。
【００４２】
インバータ回路のソフトスイッチング動作について、図３のタイミングチャートを参照して説明すれば、次の通りである。図３において、（ａ）に示すＶ（Ｑ１）は、第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間電圧、（ｂ）に示すＩ（Ｑ１）は、スイッチング素子Ｑ１に流れるドレイン電流、（ｃ）に示すＶ（Ｑ２）は、第２のスイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧、（ｄ）に示すＩ（Ｑ２）は、スイッチング素子Ｑ２に流れるドレイン電流、（ｅ）に示すＶ（３）は負荷３に印加される出力電圧である。
【００４３】
図３（ａ）、（ｃ）に示すように、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のドレイン−ソース間には、それぞれ、交互にオン/オフを繰り返すパルス状のドレイン−ソース間電圧Ｖ（Ｑ１）、Ｖ（Ｑ４）が印加される。そして、図３（ｂ）に示すように、第１のスイッチング素子Ｑ１には、電圧Ｖ（Ｑ１）がオンするタイミングよりも遅れて、軽負荷時を例にとれば、略三角波形状のドレイン電流が流れ、また、図３（ｄ）に示すように、第２のスイッチング素子Ｑ２には、電圧Ｖ（Ｑ２）がオンするタイミングよりも遅れて、略三角波形状のドレイン電流が流れる。すなわち、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ドレイン電流が流れ始める時にはドレイン−ソース間電圧Ｖ（Ｑ１）、Ｖ（Ｑ４）が０Ｖとなっており、上述したように、ソフトスイッチング動作を行っている。尚、図３（ｅ）に示すように、負荷３には、周期的なパルス電圧Ｖ（３）が印加される。
【００４４】
次に、図１とともに、図４および図５を参照して、負荷駆動回路１における整流回路及び昇圧回路の動作について説明する。ここで、図４は、負荷駆動装置１において整流回路及び昇圧回路として動作する部分を示す回路構成図である。図５は、図４に示す回路構成の昇圧回路としての動作を示すための等価回路図であり、（ａ）は商用交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は商用交流電源の負の半周期における等価回路図である。尚、正の半周期とは、商用交流電源Ｖｉｎの極性が図４に「＋」、「−」で示した極性となる期間をいい、負の半周期とは、上記極性と逆の極性となる期間をいう。正の半周期における商用交流電源Ｖｉｎは、図５（ａ）の等価回路図において、直流電源Ｖｄｃ１として示され、負の半周期における商用交流電源Ｖｉｎは、図５（ｂ）の等価回路図において直流電源Ｖｄｃ２として示されている。
【００４５】
図４に示す回路構成において、商用交流電源Ｖｉｎの交流電圧は、その正の半周期では、リアクトルＬ１、第２のスイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードＤ２、第１のコンデンサＣ１、第１のダイオードＤ３の経路を通じて整流され、負の半周期では、第２のダイオードＤ４、第１のコンデンサＣ１、第１のスイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードＤ１、リアクトルＬ１の経路を通じて整流される。このように、負荷駆動装置１では、図４に示す回路構成が、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって整流回路となり、商用交流電源Ｖｉの交流電圧が全波整流される。この整流回路では、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、その寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を通じて整流素子として機能する。
【００４６】
また、図４に示す回路構成は、図５に示すように、周知の昇圧コンバータ回路のトポロジーを有しており、昇圧回路としても機能するものである。すなわち、商用交流電源Ｖｉｎの正の半周期では、図５（ａ）に示すように、直流電源Ｖｄｃ１の正極側端子にリアクトルＬ１とダイオードＤ２（スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオード）の直列回路が接続され、この直列回路のダイオードＤ２側の一端に第１のコンデンサＣ１の一端が接続され、リアクトルＬ１とダイオードＤ２の接続点にスイッチング素子Ｑ１の一端が接続されており、第１のコンデンサＣ１とスイッチング素子Ｑ１の他端は接続されて、その接続点は、（ダイオードＤ３を介して）直流電源Ｖｄｃ１の負極側端子に接続されている。したがって、この回路構成は、商用交流電源Ｖｉｎの正の半周期において、スイッチング素子Ｑ１のオン時にリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを、スイッチング素子Ｑ１のオフ時に第１のコンデンサＣ１に移送する昇圧回路として動作する。
【００４７】
また、商用交流電源Ｖｉｎの負の半周期では、図５（ｂ）に示すように、直流電源Ｖｄｃ２の負極側端子にリアクトルＬ１とダイオードＤ１（スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオード）の直列回路が接続され、この直列回路のダイオードＤ１側の一端に第１のコンデンサＣ１の一端が接続され、リアクトルＬ１とダイオードＤ１の接続点にスイッチング素子Ｑ２の一端が接続されており、第１のコンデンサＣ１とスイッチング素子Ｑ２の他端は接続されて、その接続点は、（ダイオードＤ４を介して）直流電源Ｖｄｃ２の正極側端子に接続されている。したがって、この回路構成は、商用交流電源Ｖｉｎの負の半周期において、スイッチング素子ドライブ回路２の出力信号に基づくスイッチング素子Ｑ２のオン／オフ動作に伴って、スイッチング素子Ｑ２のオン時にリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを、スイッチング素子Ｑ２のオフ時に第１のコンデンサＣ１に移送する昇圧回路として動作する。
【００４８】
このように、負荷駆動装置１では、図４に示す回路構成が、リアクトルＬ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１のコンデンサＣ１との組合せによって、昇圧回路となり、整流電圧を昇圧しつつ力率を改善する。この昇圧回路では、商用交流電源Ｖｉｎの正の半周期において、第１のスイッチング素子Ｑ１がそのオン／オフ動作によりスイッチング素子として、第２のスイッチング素子Ｑ２が寄生ダイオードＤ２を通じて整流素子として機能し、商用交流電源Ｖｉｎの負の半周期において、第１のスイッチング素子Ｑ１が寄生ダイオードＤ１を通じて整流素子として、第２のスイッチング素子Ｑ２がそのオン／オフ動作によりスイッチング素子として機能する。
【００４９】
尚、図５（ａ）、（ｂ）には、それぞれの回路構成図の電流ループに、第１のダイオードＤ３あるいは第２のダイオードＤ４が存在するが、これらは、昇圧動作には寄与しない。したがって、これらのダイオードによる損失を改善する目的でＦＥＴ等のスイッチング素子に置き換えて同期整流してもよい。
【００５０】
以上のように構成された負荷駆動装置１は、独立した個別のダイオードブリッジ及び昇圧回路を構成することなく、インバータ回路と共通の構成要素である第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を用いてそれぞれの機能を実現するものであるため、整流回路と、昇圧回路と、インバータ回路とを備えた負荷駆動装置を、部品点数が削減された低廉かつ簡易な回路により構成するとともに、負荷駆動装置の高効率化を達成することが可能となる。また、負荷駆動装置１のインバータ回路は、ソフトスイッチング動作をおこなっているため、低ノイズかつ低スイッチング損失の高効率な回路が実現でき、これによって、ＥＭＩフィルターやヒートシンクを小型化または削除することができる。
【００５１】
また、負荷駆動装置１は、昇圧回路を備えているため、任意な出力電圧を設定でき、高圧インバータなどの用途において、高周波絶縁トランスＴ１の小型化を実現できる。また、負荷駆動装置１の昇圧回路は、入力電圧検出およびシャント抵抗による電流検出をすることなく力率改善をおこなうこともできる。
【００５２】
ここで、特にインバータ回路の起動時など、インバータ回路の出力電圧にわずかでも直流成分が含まれる場合、高周波絶縁トランスＴ１が直流偏磁して大電流が流れるおそれがある。このような場合は、図６に示した負荷駆動装置１ａのように、偏磁補償回路４をさらに備え、インバータ回路の出力電流をカレントトランスなどにより検出して偏磁補償回路４に入力し、出力電流に含まれる直流成分を除去することにより、問題を解決することが可能である。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、図７〜図９を参照して、本発明の第２の実施形態における負荷駆動装置１ｂを説明する。
【００５４】
図７に示す負荷駆動装置１ｂは、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第１のコンデンサＣ１と、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、高周波絶縁トランスＴ１と、第１の共振コンデンサＣｒ１と、スイッチング素子ドライブ回路２とを備えている。
【００５５】
負荷駆動装置１ｂにおいて、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４は直列に接続され、また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は直列に接続されており、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路及び第１のコンデンサＣ１は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路と並列に接続されている。また、第３のスイッチング素子Ｑ３は、第２のスイッチング素子Ｑ２と並列に接続されている。リアクトルＬ１は、一端が商用交流電源Ｖｉｎの一端に接続され、他端は第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、商用交流電源Ｖｉｎの他端は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路の中間点に接続されている。
【００５６】
高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、他端は、一次巻線に直列接続された第１の共振コンデンサＣｒ１を介して第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の一端に接続されている。そして、高周波トランスＴ１の二次側には、負荷３が接続されている。
【００５７】
尚、負荷駆動装置１ｂにおいて、高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端を、一次巻線に直列接続された第１の共振コンデンサＣｒ１を介して第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続し、他端を、（第１の共振コンデンサＣｒ１を介することなく）第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の一端に接続するものであってもよい。
【００５８】
高周波絶縁トランスＴ１は、その一次側に、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直列に形成されたリーケージインダクタンスＬｓと、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直並列に形成された励磁インダクタンスＬｍを有している。
【００５９】
また、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は、ＭＯＳＦＥＴからなり、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２、第３のスイッチング素子Ｑ３は、それぞれ、内蔵された寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ５を含んでいる。
【００６０】
負荷駆動装置１ｂにおいて、整流回路及び昇圧回路は、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第１のコンデンサＣ１と、それぞれ寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ５を内蔵する第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３とを含み、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって、商用交流電源Ｖｉｎの交流電圧を全波整流するとともに、リアクトルＬ１と、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、第１のコンデンサＣ１との組合せによって、整流電圧を昇圧しつつ力率を改善するものである（図８及び図９参照）。
【００６１】
また、負荷駆動装置１ｂにおいて、インバータ回路は、高周波絶縁トランスＴ１と、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、第１の共振コンデンサＣｒｌとを含み、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、リーケージインダクタンスＬｓと、励磁インダクタンスＬｍと、第１の共振コンデンサＣｒ１とによる共振動作によって、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のソフトスイッチング動作を行うものである。
【００６２】
負荷駆動装置１ｂは、以上のような構成され、第３のスイッチング素子Ｑ３の動作を第２のスイッチング素子Ｑ２の動作と一致させることによって、並列接続された第２のスイッチング素子Ｑ２と第３のスイッチング素子Ｑ３の組が、第１の実施形態における負荷駆動装置１の第２のスイッチング素子Ｑ２と同等に機能し、第１の実施形態における負荷駆動装置１と同等の作用効果を奏するものである。加えて、負荷駆動装置１ｂでは、第２のスイッチング素子Ｑ２に流れる電流の一部が第３のスイッチング素子Ｑ３に分流されるため、第２のスイッチング素子Ｑ２の負担を軽減することができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
次に、図１０〜図１２を参照して、本発明の第３の実施形態における負荷駆動装置１ｃを説明する。図１０に示す負荷駆動装置１ｃは、第３のスイッチング素子Ｑ４（寄生ダイオードＤ６）が、第２のスイッチング素子Ｑ２ではなく、第１のスイッチング素子Ｑ１と並列に接続されている点で、上記第２の実施形態における負荷駆動装置１ｂと相違するものである。
【００６４】
負荷駆動装置１ｃは、第３のスイッチング素子Ｑ４の動作を第１のスイッチング素子Ｑ１の動作と一致させることによって、並列接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と第３のスイッチング素子Ｑ４の組が、第１の実施形態における負荷駆動装置１の第１のスイッチング素子Ｑ１と同等に機能し、第１の実施形態における負荷駆動装置１と同等の作用効果を奏するものである。加えて、負荷駆動装置１ｃでは、第１のスイッチング素子Ｑ１に流れる電流の一部が第３のスイッチング素子Ｑ４に分流されるため、第１のスイッチング素子Ｑ１の負担を軽減することができる。
【００６５】
（第４の実施形態）
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明の第４の実施形態における負荷駆動装置１ｄを説明する。
【００６６】
図１３に示す負荷駆動装置１ｄは、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、高周波絶縁トランスＴ１と、第２、第３の共振コンデンサＣｒ２、Ｃｒ３と、インダクタＬ２と、スイッチング素子ドライブ回路２とを備えている。
【００６７】
負荷駆動装置１ｄにおいて、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、及び第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３は、それぞれ直列に接続されており、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路、及び第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３の直列回路は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路と並列に接続されている。また、第１のスイッチング素子Ｑ１には、第２の共振コンデンサＣｒ２が並列に接続され、第２のスイッチング素子Ｑ２には、第３の共振コンデンサＣｒ３が並列に接続されている。リアクトルＬ１は、一端が商用交流電源Ｖｉｎの一端に接続され、他端は第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、商用交流電源Ｖｉｎの他端は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路の中間点に接続されている。
【００６８】
高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、他端は、一次巻線に直列接続されたインダクタＬ２を介して第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３の直列回路の中間点に接続されている。そして、高周波トランスＴ１の二次側には、負荷３が接続されている。
【００６９】
高周波絶縁トランスＴ１は、その一次側に、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直列に形成されたリーケージインダクタンスＬｓと、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直並列に形成された励磁インダクタンスＬｍを有している。
【００７０】
また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴからなり、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２は、それぞれ、内蔵された寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を含んでいる。
【００７１】
負荷駆動装置１ｄにおいて、整流回路及び昇圧回路は、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３と、それぞれ寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を内蔵する第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２とを含み、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって、商用交流電源Ｖｉｎの交流電圧を全波整流するとともに、リアクトルＬ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３との組合せによって、整流電圧を昇圧しつつ力率を改善するものである（図１４及び図１５参照）。
【００７２】
また、負荷駆動装置１ｄにおいて、インバータ回路は、高周波絶縁トランスＴ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３と、第２、第３の共振コンデンサＣｒ２、Ｃｒ３とを含み、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、リーケージインダクタンスＬｓと、励磁インダクタンスＬｍと、第１の共振コンデンサＣｒ１とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うものである。
【００７３】
負荷駆動装置１ｄは、そのインバータ回路において、第１の実施形態における負荷駆動装置１とは異なる構成により、同等のソフトスイッチング動作を行うものである。そして、負荷駆動装置１ｄは、その整流回路及び昇圧回路において、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３の直列回路が、第１の実施形態における第１のコンデンサＣ１と同等に機能する（図１４及び図１５）ことにより、第１の実施形態における負荷駆動装置１と同等の作用効果を奏するものである。
【００７４】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態の回路構成のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図１６に示す負荷駆動装置１ｅのように、商用交流電源Ｖｉｎと整流回路との間にローパスフィルタ５を追加することにより、不連続の電流を連続した正弦波状の電流にフィルタリングすることができる。
【００７５】
また、上述した実施形態は、インバータ回路によって得られた交流出力を負荷に供給するＡＣ／ＡＣ変換回路を用いて説明したが、図１７に示す負荷駆動装置１ｆのように、出力トランスＴ１の二次側に、ダイオードＤ７、ダイオードＤ８、コンデンサＣ４による整流回路を付加し、インバータ回路によって得られた交流出力をさらに直流に変換して負荷に供給するＡＣ／ＤＣ変換回路にも適用できる。尚、図１６及び図１７に示す負荷駆動装置１ｅ、１ｆは、例示のために第１の実施形態における負荷駆動装置１に基づいた回路構成を用いたが、第２〜４の実施形態における負荷駆動装置１ｂ〜１ｄに基づいて、図１６及び図１７に示す負荷駆動装置を構成してもよいことは言うまでもない。
【００７６】
また、インバータ回路に含まれる高周波絶縁トランスのリーケージインダクタンスは、外付けされるインダクタンス素子で代用しても構わない。外付けされるインダクタンス素子を用い、インダクタンス素子のインダクタンス値を任意に設定することにより、所望の任意の共振周波数を設定することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ：負荷駆動装置、２：スイッチング素子ドライブ回路、３：負荷、４：偏磁補償回路、５：ローパスフィルタ、Ｃ１：第１のコンデンサ、Ｃ２：第２のコンデンサ、Ｃ３：第３のコンデンサ、Ｃｒ０：電圧共振用コンデンサ、Ｃｒ１：第１の共振コンデンサ、Ｃｒ２：第２の共振コンデンサ、Ｃｒ３：第３の共振コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ５，Ｄ６：寄生ダイオード、Ｄ３：第１のダイオード、Ｄ４：第２のダイオード、Ｌ１：リアクトル、Ｌ２：インダクタ、Ｌｓ：リーケージインダクタンス、Ｌｍ：励磁インダクタンス、Ｔ１：高周波絶縁トランス、Ｑ１:第１のスイッチング素子、Ｑ２:第２のスイッチング素子、Ｑ３，Ｑ４:第３のスイッチング素子、Ｖｉｎ：商用交流電源、Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２：直流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源の交流電圧を整流する整流手段と、得られた直流出力を交流に変換するインバータ手段を有する負荷駆動装置に関し、特に、インバータ手段にトランスが含まれ、トランスの二次側に接続された負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電灯または電動機等の負荷を駆動するために、商用ＡＣ電源の交流電圧を整流・平滑化し、得られた直流出力を交流に変換して負荷に供給する負荷駆動装置が広く用いられている。また、このような負荷駆動装置の多くは、力率改善回路を備えている。
【０００３】
図１８に、力率改善回路として昇圧コンバータ回路を用いた従来の負荷駆動装置の例を示す。図１８に示す負荷駆動装置１０は、ダイオードブリッジＤＢと、昇圧コンバータ回路（力率改善回路）１１と、インバータ回路１２とを含んでいる。負荷駆動装置１０において、ダイオードブリッジＤＢ及び昇圧コンバータ回路１１は、商用ＡＣ電源の交流電圧Ｖｉｎを整流・平滑化し、インバータ回路１２は、昇圧コンバータ回路１１からの直流出力を交流に変換して高周波絶縁トランスＴ１１の一次側に印加し、高周波絶縁トランスＴ１１の二次側に接続された負荷１３を駆動する。この際、昇圧コンバータ回路１１は、その昇圧動作を利用して、商用ＡＣ電源からの入力電流波形を入力電圧Ｖｉｎと同位相の正弦波状に制御することにより、力率を改善するものである。
【０００４】
負荷駆動装置１０において、昇圧コンバータ回路（力率改善回路）１１は、ダイオードブリッジＤＢの出力端子の一端にリアクトルＬ１１とダイオードＤ１１の直列回路を接続し、ダイオードＤ１１とダイオードブリッジＤＢの出力端子の他端との間に平滑用コンデンサＣ１１を接続し、リアクトルＬ１１とダイオードＤ１１の接続点とダイオードブリッジＤＢとコンデンサＣ１１の接続点の間にスイッチング素子Ｑ１１を接続して構成される。
【０００５】
また、インバータ回路１２は、平滑用コンデンサＣ１１の正極端子と負極端子と並列に、高周波絶縁トランスＴ１１の一次巻線、スイッチング素子Ｑ１３、及びコンデンサＣ１２を含む直列回路を接続し、高周波絶縁トランスＴ１１の一次巻線とスイッチング素子Ｑ１３の接続点と、平滑用コンデンサＣ１１の負極端子との間にスイッチング素子Ｑ１２を接続して構成される。尚、高周波絶縁トランスＴ１１は、その一次側と直列に形成されるリーケージインダクタンスＬｓと、一次側と並列に形成される励磁インダクタンスＬｍとを有している。
【０００６】
スイッチング素子Ｑ１３とスイッチング素子Ｑ１２には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１３、Ｄ１２が接続されており、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合、このダイオードはＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードで代用可能である。
【０００７】
負荷駆動装置１０において、昇圧コンバータ回路１１のスイッチング素子Ｑ１１のゲート電極には、スイッチング素子ドライブ回路１４からパルス信号が印加され、このパルス信号によってスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフ動作させることにより、出力電圧を昇圧するとともに力率を改善する。そして、インバータ回路１２のスイッチング素子Ｑ１３、Ｑ１２のそれぞれのゲート電極には、スイッチング素子ドライブ回路１５からパルス信号が印加され、このパルス信号によってスイッチング素子Ｑ１３とスイッチング素子Ｑ１２を交互にオン／オフ動作させることにより、負荷１３に交流電力を供給する。
【０００８】
このように構成された負荷駆動装置１０は、ダイオードブリッジＤＢ、昇圧コンバータ回路１１、インバータ回路１２がそれぞれ独立した個別の回路として構成されているため、電力損失が大きく、効率を低下させるとともに、部品点数が多くなる結果コストが増大するという問題がある。
【０００９】
従来、このような問題を解決するため、ＡＣ入力を整流するダイオードブリッジを含まないコンバータ回路を構成した負荷駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
図１９に示す電力変換装置（負荷駆動装置）２０は、コンバータ回路２２と、インバータ回路２３と、制御回路２４とを含む。電力変換装置２０は、商用ＡＣ電源２５から入力される交流電力をコンバータ回路２２によって整流・平滑化し、コンバータ回路２２からの直流出力をインバータ回路２３によって三相交流に変換して、負荷（電動機）２６へ供給する。
【００１１】
電力変換装置２０において、コンバータ回路２２は、ブリッジ回路２２ａ、リアクトルＬ、およびコンデンサＣからなる。ブリッジ回路２２ａは、商用ＡＣ電源２５に接続され、４つのダイオードＤ２１〜Ｄ２４がブリッジ結線されている。リアクトルＬは、商用ＡＣ電源２５の一方の電極とブリッジ回路２２ａとの間に接続されている。コンデンサＣは、ブリッジ回路２２ａの出力側に設けられ、ブリッジ回路２２ａの出力電流が充放電されて、その両端電圧がコンバータ回路２２の出力電圧となる。また、ブリッジ回路２２ａにおいて、リアクトルＬが接続される側の、商用電源２５の入力点に対する上アームおよび下アームの各ダイオードＤ２１、Ｄ２２には、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２が並列接続されている。このスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２は、ＭＯＳ−ＦＥＴで構成されている。尚、図示は省略するが、インバータ回路２３は、例えば６つのスイッチング素子が三相ブリッジ結線されてなるものである。
【００１２】
ブリッジ回路２２ａは、制御回路２４によるスイッチング制御により同期整流を行う。具体的には、制御回路２４は、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２に逆電圧が印可されるタイミング、すなわち、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２と並列に接続されたダイオードＤ２１、Ｄ２２がオンするタイミングで、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２をオンし、これによって、電流が、ダイオードＤ２１、Ｄ２２ではなく、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２を流れることになる。
【００１３】
電力変換装置２０は、ブリッジ回路２２ａにおいてこのような同期整流を実施することによって、ダイオードＤ２１、Ｄ２２に電流が流れる場合と比較して、損失の低減、ひいては電力変換効率の向上を図るものである。また、特許文献１では、電力変換装置２０において、スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２のオン／オフを次のように制御することにより、力率改善を行うことができるとしている。
【００１４】
その制御方法は、商用ＡＣ電源２５の前半の半周期（交流電圧が正の範囲）において、商用ＡＣ電源２５からの電圧Ｖｉがブリッジ回路の出力電圧Ｖｏより低い期間、一定時間スイッチング素子Ｔ２をオンし、一定時間経過後、スイッチング素子Ｔ２をオフすると同時にスイッチング素子Ｔ１をオンし、その後、スイッチング素子Ｔ１の両端がゼロ電圧になるまでオンする。そして、商用ＡＣ電源２５の後半の半周期（交流電圧が負の範囲）において、入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏより高い期間、一定時間スイッチング素子Ｔ１をオンし、一定時間経過後、スイッチング素子Ｔ１をオフすると同時にスイッチング素子Ｔ２をオンし、その後、スイッチング素子Ｔ２の両端がゼロ電圧になるまでオンする、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−６１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、図１９に示す電力変換装置２０では、力率改善機能を有するコンバータ回路２２とインバータ回路２３とは、それぞれ独立した個別の回路により構成されており、スイッチング損失の低減、及び、部品点数、ひいてはコストの削減に関して、十分なものとは言えない。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低廉かつ簡易な回路構成により、ノイズおよびスイッチング損失を低減して高効率化を達成することが可能な負荷駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【００１９】
（１）交流電源の交流電圧を整流する整流手段と、力率改善動作を行う昇圧手段と、複数のスイッチング素子及びトランスを有し、前記昇圧手段の直流出力を交流に変換して前記トランスの一次側に印加するインバータ手段と、前記複数のスイッチング素子を駆動するドライブ回路とを備え、前記トランスの二次側に接続された負荷を駆動する負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記複数のスイッチング素子は、前記整流手段の整流素子並びに前記昇圧手段の整流素子及びスイッチング素子を兼ねていることを特徴とする負荷駆動装置（請求項１）。
【００２０】
（２）（１）項に記載の負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記トランスを流れる電流に含まれる直流成分を除去するように作用する偏磁補償回路をさらに備えることを特徴とする負荷駆動装置（請求項２）。
【００２１】
（３）（１）または（２）項に記載の負荷駆動装置において、前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)からなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、第１の共振コンデンサ(Cr1)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、前記第１、第２(Q1,Q2)のスイッチング素子の直列回路の一端に接続されるとともに、前記トランス(T1)の一次側のいずれか一方の一端は、一次巻線に直列接続された前記第１の共振コンデンサ(Cr1)を介して前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記トランス(T1)の一次巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第１の共振コンデンサ(Cr1)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする負荷駆動装置（請求項３）。
【００２２】
（４）（３）項に記載の負荷駆動装置において、前記第１のスイッチング素子(Q1)と並列に接続される電圧共振用コンデンサ(Cr0)をさらに備えることを特徴とする負荷駆動装置（請求項４）。
【００２３】
（５）（４）項に記載の負荷駆動装置において、前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、該第１、第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサ(C1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)とを含み、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１のコンデンサ(C1)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする負荷駆動装置（請求項５）。
【００２４】
（６）（１）または（２）項に記載の負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、該第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)のいずれか一方に並列接続された第３のスイッチング素子(Q3もしくはQ4)とからなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、第１の共振コンデンサ(Cr1)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、前記第１、第２(Q1,Q2)のスイッチング素子の直列回路の一端に接続されるとともに、前記トランス(T1)の一次側のいずれか一方の一端は、一次巻線に直列接続された前記第１の共振コンデンサ(Cr1)を介して前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路に接続され、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記トランス(T1)の一巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第１の共振コンデンサ(Cr1)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする負荷駆動装置（請求項６）。
【００２５】
（７）（６）項に記載の負荷駆動装置において、前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、該第１、第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサ(C1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)とを含み、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記第１のコンデンサ(C1)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする負荷駆動装置（請求項７）。
【００２６】
（８）（１）または（２）項に記載の負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)からなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、直列に接続されて前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路と並列に接続される第２、第３のコンデンサ(C2,C3)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)のそれぞれに並列に接続される第２、第３の共振コンデンサ(Cr2,Cr3)と、インダクタ(L2)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、一次巻線に直列接続された前記インダクタ(L2)を介して前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)の直列回路の中間点に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記トランス(T1)の一次巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第２、第３の共振コンデンサ(Cr2,Cr3)と、前記インダクタ(L2)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする負荷駆動装置（請求項８）。
【００２７】
（９）（８）項に記載の負荷駆動装置において、前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)とを含み、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)の直列回路は、前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする負荷駆動装置（請求項９）。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る負荷駆動装置は、以上のように構成したため、交流電源の交流電圧を整流する整流手段と、力率改善動作を行う昇圧手段と、昇圧手段の直流出力を交流に変換するインバータ手段とを備えた負荷駆動装置を、それぞれの手段を独立した個別の回路として構成することなく、部品点数を削減して低廉かつ簡易に構成することが可能となるとともに、ノイズおよびスイッチング損失を低減し、負荷駆動装置の高効率化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における負荷駆動装置の別の例を示す回路構成図である。
【図３】図１に示す負荷駆動装置におけるインバータ回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】図１に示す負荷駆動装置において整流回路及び昇圧回路として機能する部分を示す回路構成図である。
【図５】図４に示す回路構成の昇圧回路としての機能を示す等価回路図であり、（ａ）は交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は交流電源の負の半周期における等価回路図である。
【図６】本発明の第１の実施形態において、偏磁補償回路を有する負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図８】図７に示す負荷駆動装置において整流回路及び昇圧回路として動作する部分を示す回路構成図である。
【図９】図８に示す回路構成の昇圧回路としての動作を示すための等価回路図であり、（ａ）は商用交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は商用交流電源の負の半周期における等価回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図１１】図１０に示す負荷駆動装置において整流回路及び昇圧回路として動作する部分を示す回路構成図である。
【図１２】図１１に示す回路構成の昇圧回路としての動作を示すための等価回路図であり、（ａ）は商用交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は商用交流電源の負の半周期における等価回路図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における負荷駆動装置を示す回路構成図である。
【図１４】図１３に示す負荷駆動装置において整流回路及び昇圧回路として動作する部分を示す回路構成図である。
【図１５】図１４に示す回路構成の昇圧回路としての動作を示すための等価回路図であり、（ａ）は商用交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は商用交流電源の負の半周期における等価回路図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態における負荷駆動装置の変形例を示す回路構成図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態における負荷駆動装置の別の変形例を示す回路構成図である。
【図１８】従来の負荷駆動装置の一例を示す回路構成図である。
【図１９】従来の負荷駆動装置の別の例を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における負荷駆動回路１を示す回路構成図である。図１において、図１８に示した従来の負荷駆動装置１０と共通する構成要素には同一符号を付している。
【００３１】
図１に示す負荷駆動装置１は、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第１のコンデンサＣ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、高周波絶縁トランスＴ１と、第１の共振コンデンサＣｒ１と、スイッチング素子ドライブ回路２とを備えている。
【００３２】
負荷駆動装置１において、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４は直列に接続され、また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は直列に接続されており、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路及び第１のコンデンサＣ１は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路と並列に接続されている。リアクトルＬ１は、一端が商用交流電源Ｖｉｎの一端に接続され、他端は第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、商用交流電源Ｖｉｎの他端は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路の中間点に接続されている。
【００３３】
また、高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、他端は、一次巻線に直列接続された第１の共振コンデンサＣｒ１を介して第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の一端に接続されている。そして、高周波トランスＴ１の二次側には、負荷３が接続されている。
【００３４】
尚、負荷駆動装置１において、高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端を、一次巻線に直列接続された第１の共振コンデンサＣｒ１を介して第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続し、他端を、（第１の共振コンデンサＣｒ１を介することなく）第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の一端に接続するものであってもよい。
【００３５】
高周波絶縁トランスＴ１は、その一次側に、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直列に形成されたリーケージインダクタンスＬｓと、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直並列に形成された励磁インダクタンスＬｍを有している。
【００３６】
また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴからなり、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２は、それぞれ、内蔵された寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を含んでいる。
【００３７】
負荷駆動装置１において、整流回路及び昇圧回路は、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第１のコンデンサＣ１と、それぞれ寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を内蔵する第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２とを含み、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって、商用交流電源Ｖｉｎの交流電圧を全波整流するとともに、リアクトルＬ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１のコンデンサＣ１との組合せによって、整流電圧を昇圧しつつ力率を改善するものである。
【００３８】
また、負荷駆動装置１において、インバータ回路は、高周波絶縁トランスＴ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１の共振コンデンサＣｒｌとを含み、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、リーケージインダクタンスＬｓと、励磁インダクタンスＬｍと、第１の共振コンデンサＣｒ１とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うものである。
【００３９】
負荷駆動装置１は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を、整流回路、昇圧回路、及びインバータ回路の共通の構成要素として用いることを主要な特徴とするものであり、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、インバータ回路のスイッチング素子として機能することに加えて、整流回路における整流素子、及び、昇圧コンバータ回路として構成される昇圧回路の整流素子及びスイッチング素子としても機能するものである。
次に、このような負荷駆動装置１における各回路の動作について説明する。
【００４０】
まず、負荷駆動装置１のインバータ回路の動作について説明する。
負荷駆動装置１のインバータ回路において、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、いわゆるハーフブリッジ回路を構成しており、スイッチング素子ドライブ回路２の出力信号に基づいて、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とを交互にオン／オフ動作させ、入力される直流電圧を交流電圧に変換して高周波絶縁トランスＴ１の一次側に印加することによって、高周波絶縁トランスＴ１の二次側に接続された負荷３が駆動される。
【００４１】
また、負荷駆動装置１のインバータ回路において、ソフトスイッチング動作は、電流共振動作と電圧擬似共振動作を持つ複共振回路、いわゆるＬＬＣ共振にて実現される。
ＬＬＣ共振回路はＳＭＺ共振回路とも称され、スイッチング動作に関しては、ターンオン時に、（１）ゼロ電流スイッチング、（２）ゼロ電圧スイッチング、（３）電圧擬似共振動作が実現できる。さらに、図２に示す負荷駆動装置１ｇのように、ターンオフ時の損失改善を目的としてハーフブリッジを構成するローサイドスイッチと並列に（スイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間に）コンデンサ（電圧共振用コンデンサ）Ｃｒ０を挿入することで、スイッチング素子Ｑ１のターンオフ時におけるドレイン電圧の立ち上がり波形が共振し、電圧擬似共振動作が実現できる。したがって、効率の観点からは、図２の如く、ターンオフ時の電圧共振用コンデンサＣｒ０をスイッチング素子Ｑ１と並列に接続する回路構成をとることが好ましい。
尚、図１において、高周波絶縁トランスＴ１の一次側に形成される共振回路の第１の共振周波数ｆ１および第２の共振周波数ｆ２は、
ｆ１＝１／（２π√（Ｌｓ＋（Ｌｍ・Ｌｓ）／（Ｌｍ＋Ｌｓ））・Ｃｒ１））
≒１／（２π√（Ｌｓ・Ｃｒ１））
ｆ２＝１／（２π√（（Ｌｓ＋Ｌｍ）・Ｃｒ１））
で表され、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から見た負荷が誘導インピーダンスとなる周波数領域で駆動する。
【００４２】
インバータ回路のソフトスイッチング動作について、図３のタイミングチャートを参照して説明すれば、次の通りである。図３において、（ａ）に示すＶ（Ｑ１）は、第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間電圧、（ｂ）に示すＩ（Ｑ１）は、スイッチング素子Ｑ１に流れるドレイン電流、（ｃ）に示すＶ（Ｑ２）は、第２のスイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧、（ｄ）に示すＩ（Ｑ２）は、スイッチング素子Ｑ２に流れるドレイン電流、（ｅ）に示すＶ（３）は負荷３に印加される出力電圧である。
【００４３】
図３（ａ）、（ｃ）に示すように、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のドレイン−ソース間には、それぞれ、交互にオン/オフを繰り返すパルス状のドレイン−ソース間電圧Ｖ（Ｑ１）、Ｖ（Ｑ４）が印加される。そして、図３（ｂ）に示すように、第１のスイッチング素子Ｑ１には、電圧Ｖ（Ｑ１）がオンするタイミングよりも遅れて、軽負荷時を例にとれば、略三角波形状のドレイン電流が流れ、また、図３（ｄ）に示すように、第２のスイッチング素子Ｑ２には、電圧Ｖ（Ｑ２）がオンするタイミングよりも遅れて、略三角波形状のドレイン電流が流れる。すなわち、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ドレイン電流が流れ始める時にはドレイン−ソース間電圧Ｖ（Ｑ１）、Ｖ（Ｑ４）が０Ｖとなっており、上述したように、ソフトスイッチング動作を行っている。尚、図３（ｅ）に示すように、負荷３には、周期的なパルス電圧Ｖ（３）が印加される。
【００４４】
次に、図１とともに、図４および図５を参照して、負荷駆動回路１における整流回路及び昇圧回路の動作について説明する。ここで、図４は、負荷駆動装置１において整流回路及び昇圧回路として動作する部分を示す回路構成図である。図５は、図４に示す回路構成の昇圧回路としての動作を示すための等価回路図であり、（ａ）は商用交流電源の正の半周期における等価回路図、（ｂ）は商用交流電源の負の半周期における等価回路図である。尚、正の半周期とは、商用交流電源Ｖｉｎの極性が図４に「＋」、「−」で示した極性となる期間をいい、負の半周期とは、上記極性と逆の極性となる期間をいう。正の半周期における商用交流電源Ｖｉｎは、図５（ａ）の等価回路図において、直流電源Ｖｄｃ１として示され、負の半周期における商用交流電源Ｖｉｎは、図５（ｂ）の等価回路図において直流電源Ｖｄｃ２として示されている。
【００４５】
図４に示す回路構成において、商用交流電源Ｖｉｎの交流電圧は、その正の半周期では、リアクトルＬ１、第２のスイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードＤ２、第１のコンデンサＣ１、第１のダイオードＤ３の経路を通じて整流され、負の半周期では、第２のダイオードＤ４、第１のコンデンサＣ１、第１のスイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードＤ１、リアクトルＬ１の経路を通じて整流される。このように、負荷駆動装置１では、図４に示す回路構成が、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって整流回路となり、商用交流電源Ｖｉの交流電圧が全波整流される。この整流回路では、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、その寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を通じて整流素子として機能する。
【００４６】
また、図４に示す回路構成は、図５に示すように、周知の昇圧コンバータ回路のトポロジーを有しており、昇圧回路としても機能するものである。すなわち、商用交流電源Ｖｉｎの正の半周期では、図５（ａ）に示すように、直流電源Ｖｄｃ１の正極側端子にリアクトルＬ１とダイオードＤ２（スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオード）の直列回路が接続され、この直列回路のダイオードＤ２側の一端に第１のコンデンサＣ１の一端が接続され、リアクトルＬ１とダイオードＤ２の接続点にスイッチング素子Ｑ１の一端が接続されており、第１のコンデンサＣ１とスイッチング素子Ｑ１の他端は接続されて、その接続点は、（ダイオードＤ３を介して）直流電源Ｖｄｃ１の負極側端子に接続されている。したがって、この回路構成は、商用交流電源Ｖｉｎの正の半周期において、スイッチング素子Ｑ１のオン時にリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを、スイッチング素子Ｑ１のオフ時に第１のコンデンサＣ１に移送する昇圧回路として動作する。
【００４７】
また、商用交流電源Ｖｉｎの負の半周期では、図５（ｂ）に示すように、直流電源Ｖｄｃ２の負極側端子にリアクトルＬ１とダイオードＤ１（スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオード）の直列回路が接続され、この直列回路のダイオードＤ１側の一端に第１のコンデンサＣ１の一端が接続され、リアクトルＬ１とダイオードＤ１の接続点にスイッチング素子Ｑ２の一端が接続されており、第１のコンデンサＣ１とスイッチング素子Ｑ２の他端は接続されて、その接続点は、（ダイオードＤ４を介して）直流電源Ｖｄｃ２の正極側端子に接続されている。したがって、この回路構成は、商用交流電源Ｖｉｎの負の半周期において、スイッチング素子ドライブ回路２の出力信号に基づくスイッチング素子Ｑ２のオン／オフ動作に伴って、スイッチング素子Ｑ２のオン時にリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを、スイッチング素子Ｑ２のオフ時に第１のコンデンサＣ１に移送する昇圧回路として動作する。
【００４８】
このように、負荷駆動装置１では、図４に示す回路構成が、リアクトルＬ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１のコンデンサＣ１との組合せによって、昇圧回路となり、整流電圧を昇圧しつつ力率を改善する。この昇圧回路では、商用交流電源Ｖｉｎの正の半周期において、第１のスイッチング素子Ｑ１がそのオン／オフ動作によりスイッチング素子として、第２のスイッチング素子Ｑ２が寄生ダイオードＤ２を通じて整流素子として機能し、商用交流電源Ｖｉｎの負の半周期において、第１のスイッチング素子Ｑ１が寄生ダイオードＤ１を通じて整流素子として、第２のスイッチング素子Ｑ２がそのオン／オフ動作によりスイッチング素子として機能する。
【００４９】
尚、図５（ａ）、（ｂ）には、それぞれの回路構成図の電流ループに、第１のダイオードＤ３あるいは第２のダイオードＤ４が存在するが、これらは、昇圧動作には寄与しない。したがって、これらのダイオードによる損失を改善する目的でＦＥＴ等のスイッチング素子に置き換えて同期整流してもよい。
【００５０】
以上のように構成された負荷駆動装置１は、独立した個別のダイオードブリッジ及び昇圧回路を構成することなく、インバータ回路と共通の構成要素である第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を用いてそれぞれの機能を実現するものであるため、整流回路と、昇圧回路と、インバータ回路とを備えた負荷駆動装置を、部品点数が削減された低廉かつ簡易な回路により構成するとともに、負荷駆動装置の高効率化を達成することが可能となる。また、負荷駆動装置１のインバータ回路は、ソフトスイッチング動作をおこなっているため、低ノイズかつ低スイッチング損失の高効率な回路が実現でき、これによって、ＥＭＩフィルターやヒートシンクを小型化または削除することができる。
【００５１】
また、負荷駆動装置１は、昇圧回路を備えているため、任意な出力電圧を設定でき、高圧インバータなどの用途において、高周波絶縁トランスＴ１の小型化を実現できる。また、負荷駆動装置１の昇圧回路は、入力電圧検出およびシャント抵抗による電流検出をすることなく力率改善をおこなうこともできる。
【００５２】
ここで、特にインバータ回路の起動時など、インバータ回路の出力電圧にわずかでも直流成分が含まれる場合、高周波絶縁トランスＴ１が直流偏磁して大電流が流れるおそれがある。このような場合は、図６に示した負荷駆動装置１ａのように、偏磁補償回路４をさらに備え、インバータ回路の出力電流をカレントトランスなどにより検出して偏磁補償回路４に入力し、出力電流に含まれる直流成分を除去することにより、問題を解決することが可能である。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、図７〜図９を参照して、本発明の第２の実施形態における負荷駆動装置１ｂを説明する。
【００５４】
図７に示す負荷駆動装置１ｂは、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第１のコンデンサＣ１と、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、高周波絶縁トランスＴ１と、第１の共振コンデンサＣｒ１と、スイッチング素子ドライブ回路２とを備えている。
【００５５】
負荷駆動装置１ｂにおいて、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４は直列に接続され、また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は直列に接続されており、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路及び第１のコンデンサＣ１は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路と並列に接続されている。また、第３のスイッチング素子Ｑ３は、第２のスイッチング素子Ｑ２と並列に接続されている。リアクトルＬ１は、一端が商用交流電源Ｖｉｎの一端に接続され、他端は第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、商用交流電源Ｖｉｎの他端は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路の中間点に接続されている。
【００５６】
高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、他端は、一次巻線に直列接続された第１の共振コンデンサＣｒ１を介して第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の一端に接続されている。そして、高周波トランスＴ１の二次側には、負荷３が接続されている。
【００５７】
尚、負荷駆動装置１ｂにおいて、高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端を、一次巻線に直列接続された第１の共振コンデンサＣｒ１を介して第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続し、他端を、（第１の共振コンデンサＣｒ１を介することなく）第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の一端に接続するものであってもよい。
【００５８】
高周波絶縁トランスＴ１は、その一次側に、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直列に形成されたリーケージインダクタンスＬｓと、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直並列に形成された励磁インダクタンスＬｍを有している。
【００５９】
また、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は、ＭＯＳＦＥＴからなり、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２、第３のスイッチング素子Ｑ３は、それぞれ、内蔵された寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ５を含んでいる。
【００６０】
負荷駆動装置１ｂにおいて、整流回路及び昇圧回路は、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第１のコンデンサＣ１と、それぞれ寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ５を内蔵する第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３とを含み、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって、商用交流電源Ｖｉｎの交流電圧を全波整流するとともに、リアクトルＬ１と、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、第１のコンデンサＣ１との組合せによって、整流電圧を昇圧しつつ力率を改善するものである（図８及び図９参照）。
【００６１】
また、負荷駆動装置１ｂにおいて、インバータ回路は、高周波絶縁トランスＴ１と、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、第１の共振コンデンサＣｒｌとを含み、第１、第２、第３のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、リーケージインダクタンスＬｓと、励磁インダクタンスＬｍと、第１の共振コンデンサＣｒ１とによる共振動作によって、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のソフトスイッチング動作を行うものである。
【００６２】
負荷駆動装置１ｂは、以上のような構成され、第３のスイッチング素子Ｑ３の動作を第２のスイッチング素子Ｑ２の動作と一致させることによって、並列接続された第２のスイッチング素子Ｑ２と第３のスイッチング素子Ｑ３の組が、第１の実施形態における負荷駆動装置１の第２のスイッチング素子Ｑ２と同等に機能し、第１の実施形態における負荷駆動装置１と同等の作用効果を奏するものである。加えて、負荷駆動装置１ｂでは、第２のスイッチング素子Ｑ２に流れる電流の一部が第３のスイッチング素子Ｑ３に分流されるため、第２のスイッチング素子Ｑ２の負担を軽減することができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
次に、図１０〜図１２を参照して、本発明の第３の実施形態における負荷駆動装置１ｃを説明する。図１０に示す負荷駆動装置１ｃは、第３のスイッチング素子Ｑ４（寄生ダイオードＤ６）が、第２のスイッチング素子Ｑ２ではなく、第１のスイッチング素子Ｑ１と並列に接続されている点で、上記第２の実施形態における負荷駆動装置１ｂと相違するものである。
【００６４】
負荷駆動装置１ｃは、第３のスイッチング素子Ｑ４の動作を第１のスイッチング素子Ｑ１の動作と一致させることによって、並列接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と第３のスイッチング素子Ｑ４の組が、第１の実施形態における負荷駆動装置１の第１のスイッチング素子Ｑ１と同等に機能し、第１の実施形態における負荷駆動装置１と同等の作用効果を奏するものである。加えて、負荷駆動装置１ｃでは、第１のスイッチング素子Ｑ１に流れる電流の一部が第３のスイッチング素子Ｑ４に分流されるため、第１のスイッチング素子Ｑ１の負担を軽減することができる。
【００６５】
（第４の実施形態）
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明の第４の実施形態における負荷駆動装置１ｄを説明する。
【００６６】
図１３に示す負荷駆動装置１ｄは、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、高周波絶縁トランスＴ１と、第２、第３の共振コンデンサＣｒ２、Ｃｒ３と、インダクタＬ２と、スイッチング素子ドライブ回路２とを備えている。
【００６７】
負荷駆動装置１ｄにおいて、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、及び第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３は、それぞれ直列に接続されており、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路、及び第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３の直列回路は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路と並列に接続されている。また、第１のスイッチング素子Ｑ１には、第２の共振コンデンサＣｒ２が並列に接続され、第２のスイッチング素子Ｑ２には、第３の共振コンデンサＣｒ３が並列に接続されている。リアクトルＬ１は、一端が商用交流電源Ｖｉｎの一端に接続され、他端は第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、商用交流電源Ｖｉｎの他端は、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４の直列回路の中間点に接続されている。
【００６８】
高周波絶縁トランスＴ１の一次側の一端は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路の中間点に接続され、他端は、一次巻線に直列接続されたインダクタＬ２を介して第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３の直列回路の中間点に接続されている。そして、高周波トランスＴ１の二次側には、負荷３が接続されている。
【００６９】
高周波絶縁トランスＴ１は、その一次側に、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直列に形成されたリーケージインダクタンスＬｓと、高周波絶縁トランスＴ１の一次巻線と直並列に形成された励磁インダクタンスＬｍを有している。
【００７０】
また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴからなり、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２は、それぞれ、内蔵された寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を含んでいる。
【００７１】
負荷駆動装置１ｄにおいて、整流回路及び昇圧回路は、リアクトルＬ１と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４と、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３と、それぞれ寄生ダイオードＤ１、Ｄ２を内蔵する第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２とを含み、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第１、第２のダイオードＤ３、Ｄ４との組合せによって、商用交流電源Ｖｉｎの交流電圧を全波整流するとともに、リアクトルＬ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３との組合せによって、整流電圧を昇圧しつつ力率を改善するものである（図１４及び図１５参照）。
【００７２】
また、負荷駆動装置１ｄにおいて、インバータ回路は、高周波絶縁トランスＴ１と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３と、第２、第３の共振コンデンサＣｒ２、Ｃｒ３とを含み、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、リーケージインダクタンスＬｓと、励磁インダクタンスＬｍと、第１の共振コンデンサＣｒ１とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うものである。
【００７３】
負荷駆動装置１ｄは、そのインバータ回路において、第１の実施形態における負荷駆動装置１とは異なる構成により、同等のソフトスイッチング動作を行うものである。そして、負荷駆動装置１ｄは、その整流回路及び昇圧回路において、第２、第３のコンデンサＣ２、Ｃ３の直列回路が、第１の実施形態における第１のコンデンサＣ１と同等に機能する（図１４及び図１５）ことにより、第１の実施形態における負荷駆動装置１と同等の作用効果を奏するものである。
【００７４】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態の回路構成のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、図１６に示す負荷駆動装置１ｅのように、商用交流電源Ｖｉｎと整流回路との間にローパスフィルタ５を追加することにより、不連続の電流を連続した正弦波状の電流にフィルタリングすることができる。
【００７５】
また、上述した実施形態は、インバータ回路によって得られた交流出力を負荷に供給するＡＣ／ＡＣ変換回路を用いて説明したが、図１７に示す負荷駆動装置１ｆのように、出力トランスＴ１の二次側に、ダイオードＤ７、ダイオードＤ８、コンデンサＣ４による整流回路を付加し、インバータ回路によって得られた交流出力をさらに直流に変換して負荷に供給するＡＣ／ＤＣ変換回路にも適用できる。尚、図１６及び図１７に示す負荷駆動装置１ｅ、１ｆは、例示のために第１の実施形態における負荷駆動装置１に基づいた回路構成を用いたが、第２〜４の実施形態における負荷駆動装置１ｂ〜１ｄに基づいて、図１６及び図１７に示す負荷駆動装置を構成してもよいことは言うまでもない。
【００７６】
また、インバータ回路に含まれる高周波絶縁トランスのリーケージインダクタンスは、外付けされるインダクタンス素子で代用しても構わない。外付けされるインダクタンス素子を用い、インダクタンス素子のインダクタンス値を任意に設定することにより、所望の任意の共振周波数を設定することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ：負荷駆動装置、２：スイッチング素子ドライブ回路、３：負荷、４：偏磁補償回路、５：ローパスフィルタ、Ｃ１：第１のコンデンサ、Ｃ２：第２のコンデンサ、Ｃ３：第３のコンデンサ、Ｃｒ０：電圧共振用コンデンサ、Ｃｒ１：第１の共振コンデンサ、Ｃｒ２：第２の共振コンデンサ、Ｃｒ３：第３の共振コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ５，Ｄ６：寄生ダイオード、Ｄ３：第１のダイオード、Ｄ４：第２のダイオード、Ｌ１：リアクトル、Ｌ２：インダクタ、Ｌｓ：リーケージインダクタンス、Ｌｍ：励磁インダクタンス、Ｔ１：高周波絶縁トランス、Ｑ１:第１のスイッチング素子、Ｑ２:第２のスイッチング素子、Ｑ３，Ｑ４:第３のスイッチング素子、Ｖｉｎ：商用交流電源、Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２：直流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電圧を整流する整流手段と、力率改善動作を行う昇圧手段と、複数のスイッチング素子及びトランスを有し、前記昇圧手段の直流出力を交流に変換して前記トランスの一次側に印加するインバータ手段と、前記複数のスイッチング素子を駆動するドライブ回路とを備え、前記トランスの二次側に接続された負荷を駆動する負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記複数のスイッチング素子は、前記整流手段の整流素子並びに前記昇圧手段の整流素子及びスイッチング素子を兼ねていることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ手段の前記トランスを流れる電流に含まれる直流成分を除去するように作用する偏磁補償回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)からなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、第１の共振コンデンサ(Cr1)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、前記第１、第２(Q1,Q2)のスイッチング素子の直列回路の一端に接続されるとともに、前記トランス(T1)の一次側のいずれか一方の一端は、一次巻線に直列接続された前記第１の共振コンデンサ(Cr1)を介して前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記トランス(T1)の一次巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第１の共振コンデンサ(Cr1)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記第１のスイッチング素子(Q1)と並列に接続される電圧共振用コンデンサ(Cr0)をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、該第１、第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサ(C1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)とを含み、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１のコンデンサ(C1)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする請求項４に記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、該第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)のいずれか一方に並列接続された第３のスイッチング素子(Q3もしくはQ4)とからなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、第１の共振コンデンサ(Cr1)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、前記第１、第２(Q1,Q2)のスイッチング素子の直列回路の一端に接続されるとともに、前記トランス(T1)の一次側のいずれか一方の一端は、一次巻線に直列接続された前記第１の共振コンデンサ(Cr1)を介して前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路に接続され、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記トランス(T1)の一巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第１の共振コンデンサ(Cr1)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、該第１、第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサ(C1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)とを含み、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記第１のコンデンサ(C1)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする請求項６に記載の負荷駆動装置。
【請求項８】
前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)からなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、直列に接続されて前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路と並列に接続される第２、第３のコンデンサ(C2,C3)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)のそれぞれに並列に接続される第２、第３の共振コンデンサ(Cr2,Cr3)と、インダクタ(L2)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、一次巻線に直列接続された前記インダクタ(L2)を介して前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)の直列回路の中間点に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記トランス(T1)の一次巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第２、第３の共振コンデンサ(Cr2,Cr3)と、前記インダクタ(L2)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項９】
前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)とを含み、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)の直列回路は、前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする請求項８に記載の負荷駆動装置。
【請求項１】
交流電源の交流電圧を整流する整流手段と、力率改善動作を行う昇圧手段と、複数のスイッチング素子及びトランスを有し、前記昇圧手段の直流出力を交流に変換して前記トランスの一次側に印加するインバータ手段と、前記複数のスイッチング素子を駆動するドライブ回路とを備え、前記トランスの二次側に接続された負荷を駆動する負荷駆動装置において、前記インバータ手段の前記複数のスイッチング素子は、前記整流手段の整流素子並びに前記昇圧手段の整流素子及びスイッチング素子を兼ねていることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ手段の前記トランスを流れる電流に含まれる直流成分を除去するように作用する偏磁補償回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)からなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、第１の共振コンデンサ(Cr1)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、前記第１、第２(Q1,Q2)のスイッチング素子の直列回路の一端に接続されるとともに、前記トランス(T1)の一次側のいずれか一方の一端は、一次巻線に直列接続された前記第１の共振コンデンサ(Cr1)を介して前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記トランス(T1)の一次巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第１の共振コンデンサ(Cr1)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記第１のスイッチング素子(Q1)と並列に接続される電圧共振用コンデンサ(Cr0)をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、該第１、第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサ(C1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)とを含み、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１のコンデンサ(C1)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする請求項４に記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、該第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)のいずれか一方に並列接続された第３のスイッチング素子(Q3もしくはQ4)とからなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、第１の共振コンデンサ(Cr1)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、前記第１、第２(Q1,Q2)のスイッチング素子の直列回路の一端に接続されるとともに、前記トランス(T1)の一次側のいずれか一方の一端は、一次巻線に直列接続された前記第１の共振コンデンサ(Cr1)を介して前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路に接続され、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記トランス(T1)の一巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第１の共振コンデンサ(Cr1)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、該第１、第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続される第１のコンデンサ(C1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)とを含み、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２、第３のスイッチング素子(Q1,Q2及び,Q3もしくはQ4)と、前記第１のコンデンサ(C1)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする請求項６に記載の負荷駆動装置。
【請求項８】
前記複数のスイッチング素子は、直列に接続された第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)からなり、前記インバータ手段は、前記トランス(T1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、直列に接続されて前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路と並列に接続される第２、第３のコンデンサ(C2,C3)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)のそれぞれに並列に接続される第２、第３の共振コンデンサ(Cr2,Cr3)と、インダクタ(L2)とを含んでおり、前記トランス(T1)の一次側の一端は、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路の中間点に接続され、前記トランス(T1)の一次側の他端は、一次巻線に直列接続された前記インダクタ(L2)を介して前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)の直列回路の中間点に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記トランス(T1)の一次巻線と直列に形成されるリーケージインダクタンス(Ls)と、前記トランス(T1)の一次巻線と並列に形成される励磁インダクタンス(Lm)と、前記第２、第３の共振コンデンサ(Cr2,Cr3)と、前記インダクタ(L2)とによる共振動作によって、ソフトスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項９】
前記整流手段及び前記昇圧手段は、一端が前記交流電源の一端に接続されるリアクトル(L1)と、直列に接続されてその中間点が前記交流電源の他端に接続される第１、第２のダイオード(D3,D4)と、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)とを含み、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)の直列回路は、前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)の直列回路は、その中間点が前記リアクトル(L1)の他端に接続されるとともに前記第１，第２のダイオード(D3,D4)の直列回路と並列に接続されており、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第１、第２のダイオード(D3,D4)との組合せによって、前記交流電源の交流電圧を全波整流するとともに、前記リアクトル(L1)と、前記第１、第２のスイッチング素子(Q1,Q2)と、前記第２、第３のコンデンサ(C2,C3)との組合せによって、整流電圧を昇圧することを特徴とする請求項８に記載の負荷駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２５９３１７（Ｐ２０１０−２５９３１７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３３４５（Ｐ２０１０−５３３４５）
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
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