電源装置
【課題】比較的簡易な構成で、スイッチ素子の導通状態の変化に伴う出力電圧の振動を抑制することができる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１ａは、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を単相フルブリッジ接続してなるスイッチング部２ａと、直列リアクトルＬ１、Ｌ２および線間コンデンサＣからなる共振部３と、制御部４ａとを備え、制御部４ａが、同一のアームに含まれるスイッチ素子（例えば、Ｑ１とＱ２）の導通状態を逆位相となるように切り替えるとともに、一のアームに含まれるスイッチ素子（例えば、Ｑ１とＱ２）および他のアームに含まれるスイッチ素子（例えば、Ｑ３とＱ４）の導通状態を所定の時間差をつけて切り替えることにより、スイッチング部２ａは、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態が異なる４つの状態に順次切り替えられ、所定の時間差は共振部３の共振周期の１／２である。
【解決手段】電源装置１ａは、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を単相フルブリッジ接続してなるスイッチング部２ａと、直列リアクトルＬ１、Ｌ２および線間コンデンサＣからなる共振部３と、制御部４ａとを備え、制御部４ａが、同一のアームに含まれるスイッチ素子（例えば、Ｑ１とＱ２）の導通状態を逆位相となるように切り替えるとともに、一のアームに含まれるスイッチ素子（例えば、Ｑ１とＱ２）および他のアームに含まれるスイッチ素子（例えば、Ｑ３とＱ４）の導通状態を所定の時間差をつけて切り替えることにより、スイッチング部２ａは、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態が異なる４つの状態に順次切り替えられ、所定の時間差は共振部３の共振周期の１／２である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列リアクトルと線間コンデンサとからなる共振部を備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直列リアクトルと線間コンデンサとからなる共振部を備えた従来の電源装置として、図８に示す電源装置１ｃが知られている（例えば、特許文献１参照）。
同図に示すように、電源装置１ｃは、スイッチング部２ｃと、その出力側に設けられた共振部３と、スイッチング部２ｃを制御する制御部４ｃとを備え、スイッチング部２ｃで得た中間電圧Ｖ２による交流電力を、共振部３を通じて負荷６に供給する。
【０００３】
スイッチング部２ｃは、スイッチ素子とダイオードとの逆並列回路４組を単相ブリッジ接続したもので、制御部４ｃの制御下で各スイッチ素子の導通状態（オン／オフ）が切り替えられることにより、外部直流電源５によって供給されるＥ［Ｖ］の直流電圧を交流の中間電圧Ｖ２に変換する。
また、制御部４ｃは、負荷６に流れる電流の零点位相と共振部３の共振周期とを考慮して、各スイッチ素子の導通状態を変化させるタイミングを決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９５８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の電源装置１ｃによれば、スイッチ素子の導通状態が切り替わる際に発生する出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができ、当該振動に起因する電磁誘導障害や熱損失の発生、および電力変換効率の低下を防ぐことができる。
しかしながら、上記の電源装置１ｃは、制御部４ｃによるスイッチ素子の制御が複雑であり、より簡易な制御で同等の効果を得ることができる電源装置が望まれていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、比較的簡易な構成で、スイッチ素子の導通状態の変化に伴う出力電圧の振動を抑制することができる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１発明に係る電源装置は、
第１〜第４スイッチ素子からなる４つのスイッチ素子を単相フルブリッジ接続し、一方のアームを第１および第２スイッチ素子から構成し、他方のアームを第３および第４スイッチ素子から構成するとともに、第１〜第４スイッチ素子の各々に第１〜第４ダイオードを逆並列接続し、４つのスイッチ素子を用いて入力直流電力をスイッチングするスイッチング部と、スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、４つのスイッチ素子の導通状態を各々切り替える制御部とを備え、スイッチング部で得た交流電力を、共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
上記制御部の制御下で第１および第２スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、第３および第４スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、直列リアクトルおよび線間コンデンサの共振周期の１／２だけずらすことにより、
（１）第１スイッチ素子をオン、第２スイッチ素子をオフにした状態で、第３スイッチ素子をオフ、第４スイッチ素子をオンにし、入力直流電力を第１および第４スイッチ素子を介して負荷に向けて供給する第１モードと、
（２）第３スイッチ素子をオフ、第４スイッチ素子をオンにした状態で、第１スイッチ素子をオフ、第２スイッチ素子をオンにし、負荷電流を第４スイッチ素子および第２ダイオードからなる経路で還流させる第２モードと、
（３）第１スイッチ素子をオフ、第２スイッチ素子をオンにした状態で、第３スイッチ素子をオン、第４スイッチ素子をオフにし、入力直流電力を第２および第３スイッチ素子を介して負荷に向けて供給する第３モードと、
（４）第３スイッチ素子をオン、第４スイッチ素子をオフにした状態で、第１スイッチ素子をオン、第２スイッチ素子をオフにし、負荷電流を第１スイッチ素子および第４ダイオードからなる経路で還流させる第４モードと
に順次切り替わることを特徴としている。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２発明に係る電源装置は、
第１直流電源と第１スイッチ素子とを含む第１チョッパ回路と、第２直流電源と第２スイッチ素子とを含む第２チョッパ回路とを直列接続してなり、各チョッパ回路の出力電圧の和電圧を負荷に対して出力するスイッチング部と、スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、第１および第２スイッチ素子の導通状態を各々切り替える制御部とを備え、和電圧による電力を、共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
上記制御部の制御下で第１スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、第２スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、直列リアクトルおよび線間コンデンサの共振周期の１／２だけずらすことにより、
（１）第１スイッチ素子をオンにした状態で、第２スイッチ素子をオンにし、第１直流電源からの直流電圧と第２直流電源からの直流電圧との和電圧を負荷に向けて供給する第１モードと、
（２）第２スイッチ素子をオンにした状態で、第１スイッチ素子をオフにし、第２直流電源からの直流電圧を負荷に向けて供給する第２モードと、
（３）第１スイッチ素子をオフにした状態で、第２スイッチ素子をオフにし、負荷に対する電圧供給を停止する第３モードと、
（４）第２スイッチ素子をオフにした状態で、第１スイッチ素子をオンにし、第１直流電源からの直流電圧を負荷に向けて供給する第４モードと
に順次切り替わることを特徴としている。
【０００９】
上記第１発明および第２発明の構成では、スイッチング部から出力される電圧が少なくとも２つの電圧値（高電圧値／低電圧値）とその中間の電圧値をとる。そして、高電圧値と低電圧値との間で電圧値が変化する際に、スイッチング部から出力される電圧は共振周期の１／２の時間だけ必ず中間の電圧値をとる。
つまり、上記構成では、スイッチング部から出力される電圧が２段階のステップ状に変化し、１段階目の変化により出力電圧に発生する振動と２段階目の変化により出力電圧に発生する振動が逆位相となって互いに打ち消し合う。
したがって、上記構成によれば、比較的簡易な構成で、出力電圧の振動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、比較的簡易な構成で、スイッチ素子の導通状態の変化に伴う出力電圧の変動を抑制することができる電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電源装置の回路図である。
【図２】第１実施形態に係る電源装置の動作を説明するための波形図である。
【図３】図２に示す第１モード〜第４モードの４つの状態を示す回路図である。
【図４】第１実施形態に係る電源装置の動作原理を説明するための波形図である。
【図５】（Ａ）は第１実施形態に係る電源装置の出力電圧波形図、（Ｂ）（Ｃ）は時間差Δｔを適正値からずらした場合の出力電圧波形図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る電源装置の回路図である。
【図７】第２実施形態に係る電源装置の動作を説明するための波形図である。
【図８】従来の電源装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電源装置の好ましい実施形態について説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態に係る電源装置を示す。
同図に示すように、電源装置１ａは、外部直流電源５から供給されるＥ［Ｖ］の直流電圧を交流の中間電圧Ｖ２に変換するスイッチング部２ａと、その出力側に設けられた共振部３と、スイッチング部２ａを制御する制御部４ａとを備え、スイッチング部２ａで得た中間電圧Ｖ２による交流電力を、共振部３を通じて負荷６に供給する。
電源装置１ａは種々の分野で利用可能であるが、例えば、物理学研究やがん治療の目的で使用される荷電粒子加速器の電源として利用することができる。
【００１４】
スイッチング部２ａは、ＩＧＢＴ等からなる４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を単相ブリッジ接続したもので、第１スイッチ素子Ｑ１および第２スイッチ素子Ｑ２が第１アームを構成し、第３スイッチ素子Ｑ３および第４スイッチ素子Ｑ４が第２アームを構成する。また、各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４にはダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列接続されている。例えば、第１スイッチ素子Ｑ１のエミッタには第１ダイオードＤ１のアノードが接続され、第１スイッチ素子のコレクタには第１ダイオードのカソードが接続されている。
【００１５】
各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のベースは制御部４ａに接続され、制御部４ａの制御下でベースの電圧が変化することで、各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態が切り替わり、中間電圧Ｖ２が変化する。
例えば、第１スイッチ素子Ｑ１と第４スイッチ素子Ｑ４をオン状態とし、第２スイッチ素子Ｑ２と第３スイッチ素子Ｑ３をオフ状態とした場合（後述する第１モード）、中間電圧Ｖ２はＥ［Ｖ］（高電圧値）となる。
また、第２スイッチ素子Ｑ２と第３スイッチ素子Ｑ３をオン状態とし、第１スイッチ素子Ｑ１と第４スイッチ素子Ｑ４をオフ状態とした場合（後述する第３モード）、中間電圧Ｖ２は−Ｅ［Ｖ］（低電圧値）となる。
【００１６】
共振部３は、第１アームと負荷６とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルＬ１と、第２アームと負荷６とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルＬ２と、負荷６と並列となるように両ライン間に接続された線間コンデンサＣとからなる。
直列リアクトルＬ１、Ｌ２のインダクタンス値をＬｓ、線間コンデンサＣのコンダクタンス値をＣｓとすると、共振部３の共振周期Ｔｓは次式で求めることができる。
【数１】
【００１７】
制御部４ａは、電流センサ７で検出された負荷６の通流電流（負荷電流）を参照しつつ、各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態を切り替える。制御部４ａは、マイコンおよび該マイコン上で実行されるコンピュータプログラム等で構成されている。
【００１８】
図２は、各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態と、中間電圧Ｖ２および負荷６に供給される出力電圧Ｖ３との関係を示した図である。
同図に示すように、第１アームを構成する第１および第２スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、逆位相となるように導通状態が切り替えられる。つまり、第１スイッチ素子Ｑ１のオン状態からオフ状態（オフ状態からオン状態）への切り替えと、第２スイッチ素子Ｑ２のオフ状態からオン状態（オン状態からオフ状態）への切り替えが同時に行われる。
同様に、第２アームを構成する第３および第４スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４も逆位相となるように導通状態が切り替えられ、第３スイッチ素子Ｑ３のオン状態からオフ状態（オフ状態からオン状態）への切り替えと、第４スイッチ素子Ｑ４のオフ状態からオン状態（オン状態からオフ状態）への切り替えも同時に行われる。
【００１９】
また、第１アームを構成する第１および第２スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の導通状態と、第２アームを構成する第３および第４スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４の導通状態は、Δｔだけ時間差をつけて切り替えられる。
時間差Δｔは共振部３の共振周期Ｔｓの１／２であり、具体的には、次式で表される。
【数２】
【００２０】
制御部４ａの制御下で各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態が切り替わることにより、結局、スイッチング部２ａは図３に示す４つの状態に順次切り替えられる。
すなわち、スイッチング部２ａは、
（１）第１スイッチ素子Ｑ１をオン、第２スイッチ素子Ｑ２をオフにした状態で、第３スイッチ素子Ｑ３をオフ、第４スイッチ素子Ｑ４をオンにし、外部直流電源５の電力を第１および第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４を介して負荷６に向けて供給する第１モード（図３（Ａ））と、
（２）第３スイッチ素子Ｑ３をオフ、第４スイッチ素子Ｑ４をオンにした状態で、第１スイッチ素子Ｑ１をオフ、第２スイッチ素子Ｑ２をオンにし、負荷電流を第４スイッチ素子Ｑ４および第２ダイオードＤ２（または、第２スイッチ素子Ｑ２と第４ダイオードＤ４）からなる経路で還流させる第２モード（図３（Ｂ））と、
（３）第１スイッチ素子Ｑ１をオフ、第２スイッチ素子Ｑ２をオンにした状態で、第３スイッチ素子Ｑ３をオン、第４スイッチ素子Ｑ４をオフにし、外部直流電源５の電力を第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３を介して負荷６に向けて供給する第３モード（図３（Ｃ））と、
（４）第３スイッチ素子Ｑ３をオン、第４スイッチ素子Ｑ４をオフにした状態で、第１スイッチ素子Ｑ１をオン、第２スイッチ素子Ｑ２をオフにし、負荷電流を第１スイッチ素子Ｑ１および第３ダイオードＤ３（または、第３スイッチ素子Ｑ３と第１ダイオードＤ１）からなる経路で還流させる第４モード（図３（Ｄ））と
に順次切り替えられる。
【００２１】
ここで、時間差Δｔを共振周期Ｔｓの１／２としたのは、以下のような理由による。
すなわち、図４に示すように、第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３がオンして中間電圧Ｖ２と出力電圧Ｖ３の電圧値が−Ｅ［Ｖ］となっている第３モードから、第１スイッチ素子Ｑ１がオン、第２スイッチ素子Ｑ２がオフして中間電圧Ｖ２が０［Ｖ］（第４モード）になると、出力電圧Ｖ３に振幅約２Ｅ［Ｖ］、振動周期Ｔｓの振動Ｘが発生する。
その後、第３スイッチ素子Ｑ３がオフ、第４スイッチ素子Ｑ４がオンして中間電圧Ｖ２がＥ［Ｖ］（第１モード）になると、出力電圧Ｖ３に振動Ｘと同一振幅、同一周期の振動Ｙが発生する。
したがって、第３モードから第４モードに移行するタイミングおよび第４モードから第１モードに移行するタイミングをΔｔだけずらすことで、振動Ｘと振動Ｙがちょうど逆位相となって互いに打ち消し合い、両振動を合成してなる出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００２２】
第１モードから第３モードに移行する際も、同様に、中間電圧Ｖ２が０［Ｖ］となる第２モードを間に設けることで、出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００２３】
なお、時間差Δｔを設けない場合、すなわち第２モードおよび第４モードを設けない場合は、図５（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｖ３に最大約４Ｅ［Ｖ］の大きな振動が発生する。
また、時間差Δｔを３Ｔｓ／４とした場合は、振動Ｘと振動Ｙのピーク位置がずれるために、やはり出力電圧Ｖ３に振動が発生する（図５（Ｃ）参照）。これに対して、時間差Δｔを振動周期Ｔｓのちょうど１／２とした場合は、図５（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖ３にはほとんど振動は発生しない。
【００２４】
以上をまとめると、本実施形態に係る電源装置１ａによれば、同一のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態を逆位相となるように切り替えるとともに、一のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態および他のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態を時間差（＝Ｔｓ／２）をつけて切り替えることにより、比較的簡易な構成で、出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００２５】
［第２実施形態］
続いて本発明の第２実施形態について説明する。図６に示すように、電源装置１ｂは、２つの外部直流電源（第１直流電源５、および第２直流電源５’）から供給されるＥ［Ｖ］の直流電圧を交流の中間電圧Ｖ２に変換するスイッチング部２ｂと、その出力側に設けられた共振部３と、スイッチング部２ａを制御する制御部４ｂとを備え、スイッチング部２ｂで得た中間電圧Ｖ２による交流電力を、共振部３を通じて負荷６に供給する。
【００２６】
スイッチング部２ｂは、第１直流電源５の直流電圧を降圧して出力する第１チョッパ回路と、第２直流電源５’の直流電圧を降圧して出力する第２チョッパ回路とを直列に接続したもので、第１チョッパ回路の出力電圧と第２チョッパ回路の出力電圧の和電圧（以下、中間電圧Ｖ２という）を出力する。例えば、第１および第２チョッパ回路の出力電圧がＥ［Ｖ］の場合、中間電圧Ｖ２は２Ｅ［Ｖ］（高電圧値）となる。また、一方のチョッパ回路の出力電圧がＥ［Ｖ］、他方のチョッパ回路の出力電圧が０［Ｖ］の場合、中間電圧Ｖ２はＥ［Ｖ］（中間値）となる。
【００２７】
第１チョッパ回路は、ＩＧＢＴ等からなる第１スイッチ素子Ｑ１’と第１ダイオードＤ１’とを含んでいる。同様に、第２チョッパ回路は、ＩＧＢＴ等からなる第２スイッチ素子Ｑ２’と第２ダイオードＤ２’とを含んでいる。
同図に示すように、第１直流電源５の−端子、第２直流電源５’の＋端子、第１ダイオードＤ１’のアノードおよび第２ダイオードＤ２’のカソードは、同一ラインに接続されている。
第１直流電源５の＋端子と負荷６とを繋ぐラインには、第１直流電源５から負荷６に向かって電流を流し得るように第１スイッチ素子Ｑ１’が介装され、第２直流電源５’の−端子と負荷６とを繋ぐラインには、負荷６から第２直流電源５’に向かって電流を流し得るように第２スイッチ素子Ｑ２’が介装されている。
また、第１ダイオードＤ１’のカソードは第１スイッチ素子Ｑ１’のエミッタに接続され、第２ダイオードＤ２’のアノードは第２スイッチ素子Ｑ２’のコレクタに接続されている。
【００２８】
第１および第２スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’のベースは制御部４ｂに接続され、制御部４ｂの制御下でベースの電圧が変化することで、第１および第２スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’の導通状態が切り替えられる。
すなわち、スイッチング部２ｂは、
（１）第１スイッチ素子Ｑ１’がオンした状態で、第２スイッチ素子Ｑ２’がオンし、第１直流電源５からの直流電圧と第２直流電源５’からの直流電圧との和電圧を負荷６に向けて供給する状態（図７の第１モード）と、
（２）第２スイッチ素子Ｑ２’がオンした状態で、第１スイッチ素子Ｑ１’がオフし、第２直流電源５’からの直流電圧を負荷６に向けて供給する状態（図７の第２モード）と、
（３）第１スイッチ素子Ｑ１’がオフした状態で、第２スイッチ素子Ｑ２’がオフし、負荷６に対する電圧供給を停止する状態（図７の第３モード）と、
（４）第２スイッチ素子Ｑ２’がオフした状態で、第１スイッチ素子Ｑ１’がオンし、第１直流電源５からの直流電圧を負荷６に向けて供給する状態（図７の第４モード）と
に順次切り替えられる。
【００２９】
上記のように、第１および第２スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’の導通状態が切り替えられると、中間電圧Ｖ２が変化する。
すなわち、第１および第２スイッチＱ１’、Ｑ２’をオン状態とした場合（第１モード）、中間電圧Ｖ２は２Ｅ［Ｖ］（高電圧値）となる。両スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’をオフ状態とした場合（第３モード）、中間電圧Ｖ２は０［Ｖ］（低電圧値）となる。また、いずれか一方のスイッチ素子のみをオン状態とした場合（第２モード、第４モード）、中間電圧Ｖ２はＥ［Ｖ］（中間値）となる。
【００３０】
共振部３は、第１チョッパ回路と負荷６とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルＬ１と、第２チョッパ回路と負荷６とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルＬ２と、負荷６と並列となるように両ライン間に接続された線間コンデンサＣとからなる。また、制御部４ｂは、電流センサ７で検出された負荷６の通流電流を参照しつつ、各スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’の導通状態を切り替える。
【００３１】
図７は、各スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’の導通状態と、中間電圧Ｖ２および負荷６に供給される出力電圧Ｖ３との関係を示した図である。同図に示すように、第１スイッチ素子Ｑ１’の導通状態と第２スイッチ素子Ｑ２’の導通状態は、Δｔだけ時間差をつけて切り替えられる。時間差Δｔは、共振部３の共振周期Ｔｓの１／２である。
【００３２】
時間差Δｔを共振周期Ｔｓの１／２とする理由を、第３モードから第１モードへの移行に注目して説明すると、以下のようになる。
すなわち、中間電圧Ｖ２が０［Ｖ］（低電圧値）である第３モードと中間電圧Ｖ２が２Ｅ［Ｖ］（高電圧値）の第１モードの間に、中間電圧Ｖ２がＥ［Ｖ］（中間値）の第４モードを設け、さらに第４モードの幅を共振周期Ｔｓの１／２とすることにより、第１実施形態の場合と同様、第３モードから第４モードに移行する際に発生する出力電圧Ｖ３の振動と、第４モードから第１モードに移行する際に発生する出力電圧Ｖ３の振動がちょうど逆位相となって互いに打ち消し合い、出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００３３】
結局、本実施形態に係る電源装置１ｂによれば、第１チョッパ回路に含まれるスイッチ素子の導通状態および第２チョッパ回路に含まれるスイッチ素子の導通状態を時間差（＝Ｔｓ／２）をつけて切り替えることにより、比較的簡易な構成で、出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００３４】
以上、本発明に係る電源装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１ａ、１ｂ 電源装置
２ａ、２ｂ スイッチング部
３ 共振部
４ａ、４ｂ 制御部
５、５’ 直流電源
６ 負荷
Ｃ 線間コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２ 直列リアクトル
Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ１’、Ｑ２’ スイッチ素子
Ｄ１〜Ｄ４、Ｄ１’、Ｄ２’ ダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列リアクトルと線間コンデンサとからなる共振部を備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直列リアクトルと線間コンデンサとからなる共振部を備えた従来の電源装置として、図８に示す電源装置１ｃが知られている（例えば、特許文献１参照）。
同図に示すように、電源装置１ｃは、スイッチング部２ｃと、その出力側に設けられた共振部３と、スイッチング部２ｃを制御する制御部４ｃとを備え、スイッチング部２ｃで得た中間電圧Ｖ２による交流電力を、共振部３を通じて負荷６に供給する。
【０００３】
スイッチング部２ｃは、スイッチ素子とダイオードとの逆並列回路４組を単相ブリッジ接続したもので、制御部４ｃの制御下で各スイッチ素子の導通状態（オン／オフ）が切り替えられることにより、外部直流電源５によって供給されるＥ［Ｖ］の直流電圧を交流の中間電圧Ｖ２に変換する。
また、制御部４ｃは、負荷６に流れる電流の零点位相と共振部３の共振周期とを考慮して、各スイッチ素子の導通状態を変化させるタイミングを決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９５８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の電源装置１ｃによれば、スイッチ素子の導通状態が切り替わる際に発生する出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができ、当該振動に起因する電磁誘導障害や熱損失の発生、および電力変換効率の低下を防ぐことができる。
しかしながら、上記の電源装置１ｃは、制御部４ｃによるスイッチ素子の制御が複雑であり、より簡易な制御で同等の効果を得ることができる電源装置が望まれていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、比較的簡易な構成で、スイッチ素子の導通状態の変化に伴う出力電圧の振動を抑制することができる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１発明に係る電源装置は、
第１〜第４スイッチ素子からなる４つのスイッチ素子を単相フルブリッジ接続し、一方のアームを第１および第２スイッチ素子から構成し、他方のアームを第３および第４スイッチ素子から構成するとともに、第１〜第４スイッチ素子の各々に第１〜第４ダイオードを逆並列接続し、４つのスイッチ素子を用いて入力直流電力をスイッチングするスイッチング部と、スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、４つのスイッチ素子の導通状態を各々切り替える制御部とを備え、スイッチング部で得た交流電力を、共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
上記制御部の制御下で第１および第２スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、第３および第４スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、直列リアクトルおよび線間コンデンサの共振周期の１／２だけずらすことにより、
（１）第１スイッチ素子をオン、第２スイッチ素子をオフにした状態で、第３スイッチ素子をオフ、第４スイッチ素子をオンにし、入力直流電力を第１および第４スイッチ素子を介して負荷に向けて供給する第１モードと、
（２）第３スイッチ素子をオフ、第４スイッチ素子をオンにした状態で、第１スイッチ素子をオフ、第２スイッチ素子をオンにし、負荷電流を第４スイッチ素子および第２ダイオードからなる経路で還流させる第２モードと、
（３）第１スイッチ素子をオフ、第２スイッチ素子をオンにした状態で、第３スイッチ素子をオン、第４スイッチ素子をオフにし、入力直流電力を第２および第３スイッチ素子を介して負荷に向けて供給する第３モードと、
（４）第３スイッチ素子をオン、第４スイッチ素子をオフにした状態で、第１スイッチ素子をオン、第２スイッチ素子をオフにし、負荷電流を第１スイッチ素子および第４ダイオードからなる経路で還流させる第４モードと
に順次切り替わることを特徴としている。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２発明に係る電源装置は、
第１直流電源と第１スイッチ素子とを含む第１チョッパ回路と、第２直流電源と第２スイッチ素子とを含む第２チョッパ回路とを直列接続してなり、各チョッパ回路の出力電圧の和電圧を負荷に対して出力するスイッチング部と、スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、第１および第２スイッチ素子の導通状態を各々切り替える制御部とを備え、和電圧による電力を、共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
上記制御部の制御下で第１スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、第２スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、直列リアクトルおよび線間コンデンサの共振周期の１／２だけずらすことにより、
（１）第１スイッチ素子をオンにした状態で、第２スイッチ素子をオンにし、第１直流電源からの直流電圧と第２直流電源からの直流電圧との和電圧を負荷に向けて供給する第１モードと、
（２）第２スイッチ素子をオンにした状態で、第１スイッチ素子をオフにし、第２直流電源からの直流電圧を負荷に向けて供給する第２モードと、
（３）第１スイッチ素子をオフにした状態で、第２スイッチ素子をオフにし、負荷に対する電圧供給を停止する第３モードと、
（４）第２スイッチ素子をオフにした状態で、第１スイッチ素子をオンにし、第１直流電源からの直流電圧を負荷に向けて供給する第４モードと
に順次切り替わることを特徴としている。
【０００９】
上記第１発明および第２発明の構成では、スイッチング部から出力される電圧が少なくとも２つの電圧値（高電圧値／低電圧値）とその中間の電圧値をとる。そして、高電圧値と低電圧値との間で電圧値が変化する際に、スイッチング部から出力される電圧は共振周期の１／２の時間だけ必ず中間の電圧値をとる。
つまり、上記構成では、スイッチング部から出力される電圧が２段階のステップ状に変化し、１段階目の変化により出力電圧に発生する振動と２段階目の変化により出力電圧に発生する振動が逆位相となって互いに打ち消し合う。
したがって、上記構成によれば、比較的簡易な構成で、出力電圧の振動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、比較的簡易な構成で、スイッチ素子の導通状態の変化に伴う出力電圧の変動を抑制することができる電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電源装置の回路図である。
【図２】第１実施形態に係る電源装置の動作を説明するための波形図である。
【図３】図２に示す第１モード〜第４モードの４つの状態を示す回路図である。
【図４】第１実施形態に係る電源装置の動作原理を説明するための波形図である。
【図５】（Ａ）は第１実施形態に係る電源装置の出力電圧波形図、（Ｂ）（Ｃ）は時間差Δｔを適正値からずらした場合の出力電圧波形図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る電源装置の回路図である。
【図７】第２実施形態に係る電源装置の動作を説明するための波形図である。
【図８】従来の電源装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電源装置の好ましい実施形態について説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態に係る電源装置を示す。
同図に示すように、電源装置１ａは、外部直流電源５から供給されるＥ［Ｖ］の直流電圧を交流の中間電圧Ｖ２に変換するスイッチング部２ａと、その出力側に設けられた共振部３と、スイッチング部２ａを制御する制御部４ａとを備え、スイッチング部２ａで得た中間電圧Ｖ２による交流電力を、共振部３を通じて負荷６に供給する。
電源装置１ａは種々の分野で利用可能であるが、例えば、物理学研究やがん治療の目的で使用される荷電粒子加速器の電源として利用することができる。
【００１４】
スイッチング部２ａは、ＩＧＢＴ等からなる４つのスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を単相ブリッジ接続したもので、第１スイッチ素子Ｑ１および第２スイッチ素子Ｑ２が第１アームを構成し、第３スイッチ素子Ｑ３および第４スイッチ素子Ｑ４が第２アームを構成する。また、各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４にはダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列接続されている。例えば、第１スイッチ素子Ｑ１のエミッタには第１ダイオードＤ１のアノードが接続され、第１スイッチ素子のコレクタには第１ダイオードのカソードが接続されている。
【００１５】
各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のベースは制御部４ａに接続され、制御部４ａの制御下でベースの電圧が変化することで、各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態が切り替わり、中間電圧Ｖ２が変化する。
例えば、第１スイッチ素子Ｑ１と第４スイッチ素子Ｑ４をオン状態とし、第２スイッチ素子Ｑ２と第３スイッチ素子Ｑ３をオフ状態とした場合（後述する第１モード）、中間電圧Ｖ２はＥ［Ｖ］（高電圧値）となる。
また、第２スイッチ素子Ｑ２と第３スイッチ素子Ｑ３をオン状態とし、第１スイッチ素子Ｑ１と第４スイッチ素子Ｑ４をオフ状態とした場合（後述する第３モード）、中間電圧Ｖ２は−Ｅ［Ｖ］（低電圧値）となる。
【００１６】
共振部３は、第１アームと負荷６とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルＬ１と、第２アームと負荷６とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルＬ２と、負荷６と並列となるように両ライン間に接続された線間コンデンサＣとからなる。
直列リアクトルＬ１、Ｌ２のインダクタンス値をＬｓ、線間コンデンサＣのコンダクタンス値をＣｓとすると、共振部３の共振周期Ｔｓは次式で求めることができる。
【数１】
【００１７】
制御部４ａは、電流センサ７で検出された負荷６の通流電流（負荷電流）を参照しつつ、各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態を切り替える。制御部４ａは、マイコンおよび該マイコン上で実行されるコンピュータプログラム等で構成されている。
【００１８】
図２は、各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態と、中間電圧Ｖ２および負荷６に供給される出力電圧Ｖ３との関係を示した図である。
同図に示すように、第１アームを構成する第１および第２スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、逆位相となるように導通状態が切り替えられる。つまり、第１スイッチ素子Ｑ１のオン状態からオフ状態（オフ状態からオン状態）への切り替えと、第２スイッチ素子Ｑ２のオフ状態からオン状態（オン状態からオフ状態）への切り替えが同時に行われる。
同様に、第２アームを構成する第３および第４スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４も逆位相となるように導通状態が切り替えられ、第３スイッチ素子Ｑ３のオン状態からオフ状態（オフ状態からオン状態）への切り替えと、第４スイッチ素子Ｑ４のオフ状態からオン状態（オン状態からオフ状態）への切り替えも同時に行われる。
【００１９】
また、第１アームを構成する第１および第２スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の導通状態と、第２アームを構成する第３および第４スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４の導通状態は、Δｔだけ時間差をつけて切り替えられる。
時間差Δｔは共振部３の共振周期Ｔｓの１／２であり、具体的には、次式で表される。
【数２】
【００２０】
制御部４ａの制御下で各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の導通状態が切り替わることにより、結局、スイッチング部２ａは図３に示す４つの状態に順次切り替えられる。
すなわち、スイッチング部２ａは、
（１）第１スイッチ素子Ｑ１をオン、第２スイッチ素子Ｑ２をオフにした状態で、第３スイッチ素子Ｑ３をオフ、第４スイッチ素子Ｑ４をオンにし、外部直流電源５の電力を第１および第４スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４を介して負荷６に向けて供給する第１モード（図３（Ａ））と、
（２）第３スイッチ素子Ｑ３をオフ、第４スイッチ素子Ｑ４をオンにした状態で、第１スイッチ素子Ｑ１をオフ、第２スイッチ素子Ｑ２をオンにし、負荷電流を第４スイッチ素子Ｑ４および第２ダイオードＤ２（または、第２スイッチ素子Ｑ２と第４ダイオードＤ４）からなる経路で還流させる第２モード（図３（Ｂ））と、
（３）第１スイッチ素子Ｑ１をオフ、第２スイッチ素子Ｑ２をオンにした状態で、第３スイッチ素子Ｑ３をオン、第４スイッチ素子Ｑ４をオフにし、外部直流電源５の電力を第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３を介して負荷６に向けて供給する第３モード（図３（Ｃ））と、
（４）第３スイッチ素子Ｑ３をオン、第４スイッチ素子Ｑ４をオフにした状態で、第１スイッチ素子Ｑ１をオン、第２スイッチ素子Ｑ２をオフにし、負荷電流を第１スイッチ素子Ｑ１および第３ダイオードＤ３（または、第３スイッチ素子Ｑ３と第１ダイオードＤ１）からなる経路で還流させる第４モード（図３（Ｄ））と
に順次切り替えられる。
【００２１】
ここで、時間差Δｔを共振周期Ｔｓの１／２としたのは、以下のような理由による。
すなわち、図４に示すように、第２および第３スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３がオンして中間電圧Ｖ２と出力電圧Ｖ３の電圧値が−Ｅ［Ｖ］となっている第３モードから、第１スイッチ素子Ｑ１がオン、第２スイッチ素子Ｑ２がオフして中間電圧Ｖ２が０［Ｖ］（第４モード）になると、出力電圧Ｖ３に振幅約２Ｅ［Ｖ］、振動周期Ｔｓの振動Ｘが発生する。
その後、第３スイッチ素子Ｑ３がオフ、第４スイッチ素子Ｑ４がオンして中間電圧Ｖ２がＥ［Ｖ］（第１モード）になると、出力電圧Ｖ３に振動Ｘと同一振幅、同一周期の振動Ｙが発生する。
したがって、第３モードから第４モードに移行するタイミングおよび第４モードから第１モードに移行するタイミングをΔｔだけずらすことで、振動Ｘと振動Ｙがちょうど逆位相となって互いに打ち消し合い、両振動を合成してなる出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００２２】
第１モードから第３モードに移行する際も、同様に、中間電圧Ｖ２が０［Ｖ］となる第２モードを間に設けることで、出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００２３】
なお、時間差Δｔを設けない場合、すなわち第２モードおよび第４モードを設けない場合は、図５（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｖ３に最大約４Ｅ［Ｖ］の大きな振動が発生する。
また、時間差Δｔを３Ｔｓ／４とした場合は、振動Ｘと振動Ｙのピーク位置がずれるために、やはり出力電圧Ｖ３に振動が発生する（図５（Ｃ）参照）。これに対して、時間差Δｔを振動周期Ｔｓのちょうど１／２とした場合は、図５（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖ３にはほとんど振動は発生しない。
【００２４】
以上をまとめると、本実施形態に係る電源装置１ａによれば、同一のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態を逆位相となるように切り替えるとともに、一のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態および他のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態を時間差（＝Ｔｓ／２）をつけて切り替えることにより、比較的簡易な構成で、出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００２５】
［第２実施形態］
続いて本発明の第２実施形態について説明する。図６に示すように、電源装置１ｂは、２つの外部直流電源（第１直流電源５、および第２直流電源５’）から供給されるＥ［Ｖ］の直流電圧を交流の中間電圧Ｖ２に変換するスイッチング部２ｂと、その出力側に設けられた共振部３と、スイッチング部２ａを制御する制御部４ｂとを備え、スイッチング部２ｂで得た中間電圧Ｖ２による交流電力を、共振部３を通じて負荷６に供給する。
【００２６】
スイッチング部２ｂは、第１直流電源５の直流電圧を降圧して出力する第１チョッパ回路と、第２直流電源５’の直流電圧を降圧して出力する第２チョッパ回路とを直列に接続したもので、第１チョッパ回路の出力電圧と第２チョッパ回路の出力電圧の和電圧（以下、中間電圧Ｖ２という）を出力する。例えば、第１および第２チョッパ回路の出力電圧がＥ［Ｖ］の場合、中間電圧Ｖ２は２Ｅ［Ｖ］（高電圧値）となる。また、一方のチョッパ回路の出力電圧がＥ［Ｖ］、他方のチョッパ回路の出力電圧が０［Ｖ］の場合、中間電圧Ｖ２はＥ［Ｖ］（中間値）となる。
【００２７】
第１チョッパ回路は、ＩＧＢＴ等からなる第１スイッチ素子Ｑ１’と第１ダイオードＤ１’とを含んでいる。同様に、第２チョッパ回路は、ＩＧＢＴ等からなる第２スイッチ素子Ｑ２’と第２ダイオードＤ２’とを含んでいる。
同図に示すように、第１直流電源５の−端子、第２直流電源５’の＋端子、第１ダイオードＤ１’のアノードおよび第２ダイオードＤ２’のカソードは、同一ラインに接続されている。
第１直流電源５の＋端子と負荷６とを繋ぐラインには、第１直流電源５から負荷６に向かって電流を流し得るように第１スイッチ素子Ｑ１’が介装され、第２直流電源５’の−端子と負荷６とを繋ぐラインには、負荷６から第２直流電源５’に向かって電流を流し得るように第２スイッチ素子Ｑ２’が介装されている。
また、第１ダイオードＤ１’のカソードは第１スイッチ素子Ｑ１’のエミッタに接続され、第２ダイオードＤ２’のアノードは第２スイッチ素子Ｑ２’のコレクタに接続されている。
【００２８】
第１および第２スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’のベースは制御部４ｂに接続され、制御部４ｂの制御下でベースの電圧が変化することで、第１および第２スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’の導通状態が切り替えられる。
すなわち、スイッチング部２ｂは、
（１）第１スイッチ素子Ｑ１’がオンした状態で、第２スイッチ素子Ｑ２’がオンし、第１直流電源５からの直流電圧と第２直流電源５’からの直流電圧との和電圧を負荷６に向けて供給する状態（図７の第１モード）と、
（２）第２スイッチ素子Ｑ２’がオンした状態で、第１スイッチ素子Ｑ１’がオフし、第２直流電源５’からの直流電圧を負荷６に向けて供給する状態（図７の第２モード）と、
（３）第１スイッチ素子Ｑ１’がオフした状態で、第２スイッチ素子Ｑ２’がオフし、負荷６に対する電圧供給を停止する状態（図７の第３モード）と、
（４）第２スイッチ素子Ｑ２’がオフした状態で、第１スイッチ素子Ｑ１’がオンし、第１直流電源５からの直流電圧を負荷６に向けて供給する状態（図７の第４モード）と
に順次切り替えられる。
【００２９】
上記のように、第１および第２スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’の導通状態が切り替えられると、中間電圧Ｖ２が変化する。
すなわち、第１および第２スイッチＱ１’、Ｑ２’をオン状態とした場合（第１モード）、中間電圧Ｖ２は２Ｅ［Ｖ］（高電圧値）となる。両スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’をオフ状態とした場合（第３モード）、中間電圧Ｖ２は０［Ｖ］（低電圧値）となる。また、いずれか一方のスイッチ素子のみをオン状態とした場合（第２モード、第４モード）、中間電圧Ｖ２はＥ［Ｖ］（中間値）となる。
【００３０】
共振部３は、第１チョッパ回路と負荷６とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルＬ１と、第２チョッパ回路と負荷６とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルＬ２と、負荷６と並列となるように両ライン間に接続された線間コンデンサＣとからなる。また、制御部４ｂは、電流センサ７で検出された負荷６の通流電流を参照しつつ、各スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’の導通状態を切り替える。
【００３１】
図７は、各スイッチ素子Ｑ１’、Ｑ２’の導通状態と、中間電圧Ｖ２および負荷６に供給される出力電圧Ｖ３との関係を示した図である。同図に示すように、第１スイッチ素子Ｑ１’の導通状態と第２スイッチ素子Ｑ２’の導通状態は、Δｔだけ時間差をつけて切り替えられる。時間差Δｔは、共振部３の共振周期Ｔｓの１／２である。
【００３２】
時間差Δｔを共振周期Ｔｓの１／２とする理由を、第３モードから第１モードへの移行に注目して説明すると、以下のようになる。
すなわち、中間電圧Ｖ２が０［Ｖ］（低電圧値）である第３モードと中間電圧Ｖ２が２Ｅ［Ｖ］（高電圧値）の第１モードの間に、中間電圧Ｖ２がＥ［Ｖ］（中間値）の第４モードを設け、さらに第４モードの幅を共振周期Ｔｓの１／２とすることにより、第１実施形態の場合と同様、第３モードから第４モードに移行する際に発生する出力電圧Ｖ３の振動と、第４モードから第１モードに移行する際に発生する出力電圧Ｖ３の振動がちょうど逆位相となって互いに打ち消し合い、出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００３３】
結局、本実施形態に係る電源装置１ｂによれば、第１チョッパ回路に含まれるスイッチ素子の導通状態および第２チョッパ回路に含まれるスイッチ素子の導通状態を時間差（＝Ｔｓ／２）をつけて切り替えることにより、比較的簡易な構成で、出力電圧Ｖ３の振動を抑制することができる。
【００３４】
以上、本発明に係る電源装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１ａ、１ｂ 電源装置
２ａ、２ｂ スイッチング部
３ 共振部
４ａ、４ｂ 制御部
５、５’ 直流電源
６ 負荷
Ｃ 線間コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２ 直列リアクトル
Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ１’、Ｑ２’ スイッチ素子
Ｄ１〜Ｄ４、Ｄ１’、Ｄ２’ ダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜第４スイッチ素子からなる４つのスイッチ素子を単相フルブリッジ接続し、一方のアームを前記第１および前記第２スイッチ素子から構成し、他方のアームを前記第３および前記第４スイッチ素子から構成するとともに、前記第１〜第４スイッチ素子の各々に第１〜第４ダイオードを逆並列接続し、前記４つのスイッチ素子を用いて入力直流電力をスイッチングするスイッチング部と、
前記スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、
前記４つのスイッチ素子の導通状態を各々、切り替える制御部と
を備え、前記スイッチング部で得た交流電力を、前記共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
前記制御部の制御下で前記第１および第２スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、前記第３および第４スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、前記直列リアクトルおよび前記線間コンデンサの共振周期の１／２だけずらすことにより、
前記第１スイッチ素子をオン、前記第２スイッチ素子をオフにした状態で、前記第３スイッチ素子をオフ、前記第４スイッチ素子をオンにし、前記入力直流電力を前記第１および第４スイッチ素子を介して前記負荷に向けて供給する第１モードと、
前記第３スイッチ素子をオフ、前記第４スイッチ素子をオンにした状態で、前記第１スイッチ素子をオフ、前記第２スイッチ素子をオンにし、負荷電流を前記第４スイッチ素子および前記第２ダイオードからなる経路で還流させる第２モードと、
前記第１スイッチ素子をオフ、前記第２スイッチ素子をオンにした状態で、前記第３スイッチ素子をオン、前記第４スイッチ素子をオフにし、前記入力直流電力を前記第２および第３スイッチ素子を介して前記負荷に向けて供給する第３モードと、
前記第３スイッチ素子をオン、前記第４スイッチ素子をオフにした状態で、前記第１スイッチ素子をオン、前記第２スイッチ素子をオフにし、負荷電流を前記第１スイッチ素子および前記第４ダイオードからなる経路で還流させる第４モードと
に順次切り替わることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
第１直流電源と第１スイッチ素子とを含む第１チョッパ回路と、第２直流電源と第２スイッチ素子とを含む第２チョッパ回路とを直列接続してなり、各チョッパ回路の出力電圧の和電圧を負荷に対して出力するスイッチング部と、
前記スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、
前記第１および第２スイッチ素子の導通状態を切り替える制御部と
を備え、前記和電圧による電力を、前記共振部を通じて前記負荷に供給する電源装置であって、
前記制御部の制御下で前記第１スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、前記第２スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、前記直列リアクトルおよび前記線間コンデンサの共振周期の１／２だけずらすことにより、
前記第１スイッチ素子をオンにした状態で、前記第２スイッチ素子をオンにし、前記第１直流電源からの直流電圧と前記第２直流電源からの直流電圧との和電圧を前記負荷に向けて供給する第１モードと、
前記第２スイッチ素子をオンにした状態で、前記第１スイッチ素子をオフにし、前記第２直流電源からの直流電圧を前記負荷に向けて供給する第２モードと、
前記第１スイッチ素子をオフにした状態で、前記第２スイッチ素子をオフにし、前記負荷に対する電圧供給を停止する第３モードと、
前記第２スイッチ素子をオフにした状態で、前記第１スイッチ素子をオンにし、前記第１直流電源からの直流電圧を前記負荷に向けて供給する第４モードと
に順次切り替わることを特徴とする電源装置。
【請求項１】
第１〜第４スイッチ素子からなる４つのスイッチ素子を単相フルブリッジ接続し、一方のアームを前記第１および前記第２スイッチ素子から構成し、他方のアームを前記第３および前記第４スイッチ素子から構成するとともに、前記第１〜第４スイッチ素子の各々に第１〜第４ダイオードを逆並列接続し、前記４つのスイッチ素子を用いて入力直流電力をスイッチングするスイッチング部と、
前記スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、
前記４つのスイッチ素子の導通状態を各々、切り替える制御部と
を備え、前記スイッチング部で得た交流電力を、前記共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
前記制御部の制御下で前記第１および第２スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、前記第３および第４スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、前記直列リアクトルおよび前記線間コンデンサの共振周期の１／２だけずらすことにより、
前記第１スイッチ素子をオン、前記第２スイッチ素子をオフにした状態で、前記第３スイッチ素子をオフ、前記第４スイッチ素子をオンにし、前記入力直流電力を前記第１および第４スイッチ素子を介して前記負荷に向けて供給する第１モードと、
前記第３スイッチ素子をオフ、前記第４スイッチ素子をオンにした状態で、前記第１スイッチ素子をオフ、前記第２スイッチ素子をオンにし、負荷電流を前記第４スイッチ素子および前記第２ダイオードからなる経路で還流させる第２モードと、
前記第１スイッチ素子をオフ、前記第２スイッチ素子をオンにした状態で、前記第３スイッチ素子をオン、前記第４スイッチ素子をオフにし、前記入力直流電力を前記第２および第３スイッチ素子を介して前記負荷に向けて供給する第３モードと、
前記第３スイッチ素子をオン、前記第４スイッチ素子をオフにした状態で、前記第１スイッチ素子をオン、前記第２スイッチ素子をオフにし、負荷電流を前記第１スイッチ素子および前記第４ダイオードからなる経路で還流させる第４モードと
に順次切り替わることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
第１直流電源と第１スイッチ素子とを含む第１チョッパ回路と、第２直流電源と第２スイッチ素子とを含む第２チョッパ回路とを直列接続してなり、各チョッパ回路の出力電圧の和電圧を負荷に対して出力するスイッチング部と、
前記スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、
前記第１および第２スイッチ素子の導通状態を切り替える制御部と
を備え、前記和電圧による電力を、前記共振部を通じて前記負荷に供給する電源装置であって、
前記制御部の制御下で前記第１スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、前記第２スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、前記直列リアクトルおよび前記線間コンデンサの共振周期の１／２だけずらすことにより、
前記第１スイッチ素子をオンにした状態で、前記第２スイッチ素子をオンにし、前記第１直流電源からの直流電圧と前記第２直流電源からの直流電圧との和電圧を前記負荷に向けて供給する第１モードと、
前記第２スイッチ素子をオンにした状態で、前記第１スイッチ素子をオフにし、前記第２直流電源からの直流電圧を前記負荷に向けて供給する第２モードと、
前記第１スイッチ素子をオフにした状態で、前記第２スイッチ素子をオフにし、前記負荷に対する電圧供給を停止する第３モードと、
前記第２スイッチ素子をオフにした状態で、前記第１スイッチ素子をオンにし、前記第１直流電源からの直流電圧を前記負荷に向けて供給する第４モードと
に順次切り替わることを特徴とする電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１０５１４（Ｐ２０１２−１０５１４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５２３９（Ｐ２０１０−１４５２３９）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００００４６０６）ニチコン株式会社 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００００４６０６）ニチコン株式会社 (656)
【Ｆターム（参考）】
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