(57)【要約】      （修正有）【課題】電力損失の発生を抑制しつつスイッチの動作周波数を高めることができる電源装置および電源制御方法を提供する。【解決手段】電源装置１ｂは、第１スイッチ１１と、コイル１２と、第２スイッチ１３ａと、コンデンサ１４と、ダイオード１５と、抵抗１６と、スイッチ制御部２ｂとを備える。第１スイッチは、電源に接続される。コイルは、第１スイッチと負荷との間に接続される。第２スイッチは、第１スイッチおよびコイルの接続点とアースとの間に接続される。コンデンサは、第２スイッチに並列接続される。ダイオードは、第１スイッチに逆並列接続される。抵抗は、ダイオードのカソードと電源との間に接続される。制御部は、第１スイッチをオン／オフ制御することで電源電圧を変圧させる制御を行うとともに、抵抗を流れる電流に基づいて第１スイッチをオンにするタイミングを修正する。【選択図】図８
2020124102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続される第１スイッチと、
前記第１スイッチと負荷との間に接続されるコイルと、
前記第１スイッチおよび前記コイルの接続点とアースとの間に接続される第２スイッチと、
前記第２スイッチに並列接続されるコンデンサと、
前記第１スイッチに逆並列接続されるダイオードと、
前記ダイオードのカソードと前記電源との間に接続される抵抗と、
前記第１スイッチをオン／オフ制御することで電源電圧を変圧させる制御を行うとともに、前記抵抗を流れる電流に基づいて前記第１スイッチをオンにするタイミングを修正する制御部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記抵抗に流れる電流が増大した後に減少して前記抵抗に電流が流れなくなるタイミングで前記第１スイッチをオンにする
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記ダイオードのカソードから前記抵抗へ印加される電圧が電源電圧よりも上昇した後に降下して前記抵抗の両端電圧が等しくなるタイミングで前記第１スイッチをオンにする
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサを充電した後にオフさせるタイミングで前記第２スイッチをオンにし、前記コンデンサおよび前記コイルによる共振によって前記コンデンサの充電電圧が前記電源の電圧まで上昇するタイミングで前記第２スイッチをオフにする
請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサを充電した後にオフさせるタイミングで前記第２スイッチをオンにし、前記電源電圧と変圧後の出力電圧との差分を前記出力電圧によって除算した値に前記第１スイッチのオン期間を乗算した時点を起点として前記第２スイッチをオフにするタイミングを制御する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記抵抗に電流が流れ始めるタイミングで前記第２スイッチをオフにするようにフィードバック制御を行う
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電源装置。
【請求項７】
電源に接続されるスイッチと、
前記スイッチと負荷との間に接続されるコイルと、
前記スイッチおよび前記コイルの接点にカソードが接続され、アノードがアースに接続される第１ダイオードと、
前記第１ダイオードに並列接続されるコンデンサと、
前記スイッチに逆並列接続される第２ダイオードと、
前記第２ダイオードのカソードと前記電源との間に接続される抵抗と、
前記スイッチをオン／オフ制御することで電源電圧を変圧させる制御を行うとともに、前記抵抗を流れる電流に基づいて前記スイッチをオンにするタイミングを修正する制御部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
電源に接続される第１スイッチと、
前記第１スイッチと負荷との間に接続されるコイルと、
前記第１スイッチおよび前記コイルの接続点とアースとの間に接続される第２スイッチと、
前記第２スイッチに並列接続されるコンデンサと、
前記第１スイッチに逆並列接続されるダイオードと、
前記ダイオードのカソードと前記電源との間に接続される抵抗と、
前記第１スイッチをオン／オフ制御することで電源電圧を変圧させる制御を行う制御部と
を備える電源装置の前記制御部が
前記抵抗を流れる電流に基づいて前記第１スイッチをオンにするタイミングを修正する工程
を含むことを特徴とする電源制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電源装置および電源制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源と共振回路とを接続するスイッチのオン／オフ制御を行うことによって電源電圧を変圧し、共振回路から負荷へ変圧した電圧を供給する電源装置がある。電源装置は、スイッチをオンからオフにした後に、スイッチの両端電圧に差がある状態や、共振回路に電流が流れている状態でスイッチをオンにすると、スイッチの内部抵抗が高くなっているため電力損失が発生する。
【０００３】
このため、スイッチをオフにした後に共振する電流の電圧を電源電圧よりも低い所定電圧にクランプした後、クランプを解除して電圧が電源電圧に戻るタイミングでスイッチをオンにする電源装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
かかる電源装置によれば、スイッチの両端電圧が電源電圧と等しくなり、且つ共振回路に電流が流れなくなるタイミングでスイッチをオンにすることで、電力損失の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９７１２０５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、スイッチをオフにしてから次にスイッチをオンにするまでに、電圧をクランプする期間が必要であるため、電力損失の発生を抑制しつつスイッチの動作周波数を高めることが困難である。
【０００７】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、電力損失の発生を抑制しつつスイッチの動作周波数を高めることができる電源装置および電源制御方法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】
【０００８】
実施形態の一態様に係る電源装置は、第１スイッチと、コイルと、第２スイッチと、コンデンサと、ダイオードと、抵抗と、制御部とを備える。第１スイッチは、電源に接続される。コイルは、前記第１スイッチと負荷との間に接続される。第２スイッチは、前記第１スイッチおよび前記コイルの接続点とアースとの間に接続される。コンデンサは、前記第２スイッチに並列接続される。ダイオードは、前記第１スイッチに逆並列接続される。抵抗は、前記ダイオードのカソードと前記電源との間に接続される。制御部は、前記第１スイッチをオン／オフ制御することで電源電圧を変圧させる制御を行うとともに、前記抵抗を流れる電流に基づいて前記第１スイッチをオンにするタイミングを修正する。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様に係る電源装置および電源制御方法は、電力損失の発生を抑制しつつスイッチの動作周波数を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】実施形態の対比例に係る電源装置の構成を示す説明図である。
【図１Ｂ】実施形態の対比例に係る電源装置の動作説明図である。
【図２】実施形態に係る電源装置の構成を示す説明図である。
【図３】実施形態に係る電源装置の動作の概要を示す説明図である。
【図４】実施形態に係る電源装置の動作の具体例を示す説明図である。
【図５】実施形態に係るスイッチ制御部が実行するスイッチの制御タイミングの調整処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係るスイッチ制御部が実行するスイッチの制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】実施形態の変形例１に係る電源装置の構成を示す説明図である。
【図８】実施形態の変形例２に係る電源装置の構成を示す説明図である。
【図９】実施形態の変形例２に係る電源装置の動作の概要を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、電源装置および電源制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下では、実施形態に係る電源装置の特徴および効果を明確にするために、まず、対比例に係る電源装置の構成および動作を説明した後に、実施形態に係る電源装置の構成および動作について説明する。
【００１２】
図１Ａは、実施形態の対比例に係る電源装置１００の構成を示す説明図である。図１Ｂは、実施形態の対比例に係る電源装置１００の動作説明図である。図１Ａに示すように、対比例に係る電源装置１００は、スイッチ１１と、コイル１２と、第１ダイオード１３と、コンデンサ１４と、第２ダイオード１５と、循環スイッチ１０１と、循環ダイオード１０２とを備える。
【００１３】
スイッチ１１は、電圧がＶｉｎ（以下、電源電圧Ｖｉｎと記載する）の電源に接続される。コイル１２は、スイッチ１１と負荷１０との間に接続される。第１ダイオード１３は、スイッチ１１およびコイル１２の接点にカソードが接続され、アノードがアースに接続される。
【００１４】
コンデンサ１４は、第１ダイオード１３に並列接続される。第２ダイオード１５は、スイッチ１１に逆並列接続される。循環スイッチ１０１および循環ダイオード１０２は、直列接続されて、コイル１２に並列接続される。
【００１５】
かかる電源装置１００は、スイッチ１１を間欠的にオンに（オン／オフ制御）することによって、電源電圧Ｖｉｎを変圧して負荷１０へ供給する。このとき、コイル１２を流れる電流Ｉは、スイッチ１１がオンの期間に、スイッチ１１から負荷１０へ向かう方向（以下、正方向と記載する）へ流れる。
【００１６】
なお、以下では、負荷１０からスイッチ１１へ向かって電流Ｉが流れる方向を負方向と称する。その後、電流Ｉは、スイッチ１１がオフにされると、コイル１２とコンデンサ１４とが共振回路として機能するので共振し、負方向と正方向とに交互に流れる。
【００１７】
ここで、電源装置１００は、スイッチ１１をオフからオンにする場合に、スイッチ１１の両端電圧に電位差があると、電力損失が発生する。そこで、電源装置１００は、電流Ｉが共振した後に負方向へ流れている期間に、循環スイッチ１０１をオンにして電流を循環させてコンデンサ１４の充電電圧ＶＣを電源電圧Ｖｉｎより低い電圧に所定期間クランプ（固定）する。
【００１８】
その後、電源装置１００は、循環スイッチ１０１をオフにして充電電圧ＶＣのクランプを解除し、充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎ［Ｖ］まで上昇する、つまり、スイッチ１１の両端電圧の電位差が０［Ｖ］になるタイミングでスイッチ１１をオンにする。
【００１９】
これにより、電源装置１００は、スイッチ１１の両端の電位差が０［Ｖ］、且つコイル１２に流れる電流が０［Ａ］となるタイミングでスイッチ１１をオンにするＺＶＳ（Zero  Voltage  Switching）、ＺＣＳ（Zero  Current  Switching）を行うことで、電力損失の発生を抑制することができる。
【００２０】
かかる電源装置１００の動作について、図１Ｂを合わせて参照しながら説明する。図１Ｂに示すように、電源装置１００は、ＺＶＳおよびＺＣＳを行う場合、スイッチ１１をオンにした後にオフにし、次にスイッチ１１をオンにするまでに、（ａ）期間、（ｂ）期間、および（ｃ）期間という３つの期間が必要である。
【００２１】
具体的には、電源装置１００では、例えば、時刻ｔ０でスイッチ１１をオンにすると、時刻ｔ１でスイッチ１１がオフにされるまで、コイル１２を正方向に流れる電流Ｉの電流値が上昇する。また、時刻ｔ１でスイッチ１１がオフにされるまで、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣは、電源電圧Ｖｉｎに維持される。
【００２２】
そして、時刻ｔ１でスイッチ１１がオフにされると、電流Ｉの電流値が一旦上昇した後に、徐々に低下して時刻ｔ２で０［Ａ］となる。また、時刻ｔ１でスイッチ１１がオフにされると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に、コンデンサ１４が放電するので、充電電圧ＶＣは、０［Ｖ］まで低下する。かかる時刻ｔ０から時刻ｔ２までの（ａ）期間が、電源からコイル１２を介して負荷１０へエネルギーが転送される期間である。
【００２３】
その後、電流Ｉは、コイル１２の逆起電力によって、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間に、負方向へ流れる。これにより、コンデンサ１４が充電されて充電電圧ＶＣが上昇する。その後、電流Ｉは、コイル１２の逆起電力によって、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間に、正方向へ流れ、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて、再度、負方向へ流れ始める。
【００２４】
かかる時刻ｔ２から時刻ｔ５までの（ｂ）期間が、コイル１２を流れる電流が共振する期間である。このように、電流Ｉが共振する期間内に、充電電圧ＶＣと電源電圧Ｖｉｎとが一致し、コイル１２を流れる電流Ｉが０［Ａ］となるタイミングはあるが、共振周波数が非常に高い。
【００２５】
このため、スイッチ１１をオフした後に、充電電圧ＶＣと電源電圧Ｖｉｎとが一致し、コイル１２を流れる電流Ｉが０［Ａ］となるタイミングを予測して、次回、スイッチ１１をオンにすることは困難である。
【００２６】
そこで、電源装置１００は、電流Ｉが共振した後、充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎよりも低くなった時刻ｔ５で循環スイッチｔ１０１をオンにして、コイル１２に負方向の電流Ｉを循環せることにより、充電電圧をクランプする。
【００２７】
その後、電源装置１００は、時刻ｔ６で循環スイッチ１０１をオフにし、充電電圧ＶＣのクランプを解除し、所定時間後に充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎまで上昇し、電流Ｉが０［Ａ］になるタイミングでスイッチ１１をオンにする。これにより、電源装置１００は、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことによって、電力損失の発生を抑制することができる。
【００２８】
しかしながら、上記したように、電源装置１００は、ＺＶＳおよびＺＣＳを行う場合、スイッチ１１をオンにした後にオフにし、次にスイッチ１１をオンにするまでに、（ａ）期間、（ｂ）期間、および（ｃ）期間という３つの期間が必要である。
【００２９】
このため、電源装置１００は、スイッチ１１をオンにした後にオフにし、次にスイッチ１１をオンにするまでの１サイクルの時間が長くなるので、スイッチ１１の動作周波数を高めることが困難である。
【００３０】
そこで、実施形態に係る電源装置は、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣをクランプせずにＺＶＳおよびＺＣＳを行うことを可能にすることで、スイッチ１１の動作周波数を高める構成を備える。
【００３１】
次に、図２を参照し、実施形態に係る電源装置の構成について説明する。図２は、実施形態に係る電源装置１の構成を示す説明図である。実施形態に係る電源装置１は、電源電圧を変圧して負荷に供給する装置であり、具体的には、電源電圧を降圧するものである。
【００３２】
図２に示すように、電源装置１は、循環スイッチ１０１および循環ダイオード１０２を備えておらず、第２ダイオード１５と電源との間に接続される抵抗１６と、抵抗１６の両端電圧の電位差を検出する電圧検出器１７とを備える点が対比例とは構成が異なる。
【００３３】
そして、電源装置１のスイッチ制御部２は、抵抗１６に流れる電流に基づいてスイッチ１１をオンにするタイミングを修正することによって、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣをクランプせずにＺＶＳおよびＺＣＳを行うことを可能にし、スイッチ１１の動作周波数を高める。
【００３４】
スイッチ制御部２は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。スイッチ制御部２は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使用して実行することにより上記したスイッチ１１の動作制御およびスイッチ１１をオンにするタイミングの修正を行う。
【００３５】
なお、スイッチ制御部２は、一部または全部がＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成されてもよい。
【００３６】
以下、図３および図４を合わせて参照しながら、電源装置１の動作について説明する。図３は、実施形態に係る電源装置１の動作の概要を示す説明図である。図４は、実施形態に係る電源装置１の動作の具体例を示す説明図である。なお、図３に示す時刻ｔ１〜ｔ３は、図１Ｂに示す時刻ｔ１〜ｔ３と同一時刻である。
【００３７】
図３に示すように、電源装置１では、例えば、時刻ｔ０でスイッチ１１をオンにすると、時刻ｔ１でスイッチ１１がオフにされるまで、コイル１２を正方向に流れる電流Ｉの電流値が上昇する。また、時刻ｔ１でスイッチ１１がオフにされるまで、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣは、電源電圧Ｖｉｎに維持される。
【００３８】
そして、時刻ｔ１でスイッチ１１がオフにされると、電流Ｉの電流値が一旦上昇した後に、徐々に低下して時刻ｔ２で０［Ａ］となる。また、時刻ｔ１でスイッチ１１がオフにされると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に、コンデンサ１４が放電するので、充電電圧ＶＣは、０［Ｖ］まで低下する。かかる時刻ｔ０から時刻ｔ２までの（ａ）期間が、電源からコイル１２を介して負荷１０へエネルギーが転送される期間である。
【００３９】
その後、電流Ｉは、コイル１２の逆起電力によって、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間に、負方向へ流れる。これにより、コンデンサ１４が充電されて充電電圧ＶＣが上昇する。
【００４０】
このとき、電流Ｉは、電流値がコンデンサ１４を電源電圧Ｖｉｎまで充電するために必要な電流値よりも大きかった場合、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎよりも高くなる。その結果、負方向に流れる電流Ｉは、第２ダイオード１５および抵抗１６を介して電源側へ流れる。その後、電流Ｉは、共振して再び正方向へ流れ始める。
【００４１】
スイッチ制御部２は、かかる現象を利用し、抵抗１６の両端電圧の電位差を電圧検出器１７から取得し、電位差が増大した後に減少して０になるタイミング、つまり、電流が負方向へ流れた後に負方向へ流れる電流値が０となるタイミングを検出する。
【００４２】
そして、スイッチ制御部２は、検出したタイミングでスイッチ１１をオンにする。これにより、スイッチ制御部２は、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができるので、スイッチ１１をオンにする場合に電力損失の発生を抑制することができる。
【００４３】
具体的には、図４に示すように、スイッチ制御部２が、時刻ｔ１１でスイッチ１１をオンにすると、充電電圧ＶＣが上昇し、コイル１２を電流Ｉが正方向へ流れる。その後、スイッチ制御部２が時刻ｔ１２でスイッチ１１をオフにすると、コンデンサ１４が放電して充電電圧ＶＣが低下する。
【００４４】
これにより、正方向に流れる電流Ｉが小さくなり、その後、コイル１２の逆起電力によってコイル１２を電流Ｉが負方向に流れ始め、コンデンサ１４を充電するので、充電電圧ＶＣが上昇する。
【００４５】
そして、充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎを超えると、抵抗１６に電流（以下、抵抗電流と記載する）が流れて電流値が多くなり、充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎ以下になると電流値が小さくなって抵抗電流が流れなくなる。
【００４６】
スイッチ制御部２は、この充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎを超え、その後、電源電圧Ｖｉｎまで低下するタイミングを、電圧検出器１７によって検出される抵抗１６の両端電圧の電位差（以下、抵抗電圧と記載する）に基づいて検出する。
【００４７】
具体的には、スイッチ制御部２は、抵抗電圧が０［Ｖ］から上昇し、その後、低下して０［Ｖ］となる時刻ｔ１３を検出する。これにより、スイッチ制御部２は、抵抗電流が増大した後に減少して流れなくなるタイミングを検出することができる。続いて、スイッチ制御部２は、初期設定されたタイミング（例えば、前回、スイッチ１１をオンにしたタイミングかオフにしたタイミングから所定時間Ｔａが経過したタイミング）である時刻ｔ１４にスイッチ１１をオンにし、その後、時刻ｔ１５でオフにする。
【００４８】
このとき、スイッチ制御部２は、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの時間Ｔを計時して記憶しておき、次回、スイッチ１１をオンにする場合に、初期設定されたタイミングよりも時間Ｔだけ早いタイミング（例えば、所定時間Ｔａを時間Ｔだけ短くしたタイミング）の時刻ｔ１６でスイッチ１１をオンにする。そして、スイッチ制御部２は、所定のタイミング（例えば、スイッチ１１がオンにされてから所定時間が経過したタイミング）である時刻ｔ１７でスイッチ１１をオフにする。これにより、スイッチ制御部２は、スイッチ１１をオンにするタイミングを、充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎに近くなるタイミングに近付けることができる。
【００４９】
したがって、スイッチ制御部２は、かかるスイッチングのタイミング調整を繰り返すことにより、抵抗電圧が電源電圧Ｖｉｎよりも上昇した後に降下して抵抗１６の両端電圧が等しくなるタイミングであり、且つ抵抗電流が増大した後に減少して流れなくなるタイミングでスイッチ１１をオンにすることができる。
【００５０】
上記記載では時間Ｔだけ直ぐに次回のスイッチングタイミングが早くなるように制御しているが、スイッチングタイミングを早くしすぎて、抵抗電圧が０［Ｖ］まで低下する前にスイッチ１１がオンされてしまわないように、徐々にスイッチングタイミングを早めていくようにしてもよい。
【００５１】
例えば、時間Ｔよりも短い時間分だけスイッチングタイミングを早めていき、何回か繰り返した後に、丁度、スイッチ１１がオンにされるタイミングがＺＶＳ，ＺＣＳを実現するタイミングになるように制御する。
【００５２】
また、時間Ｔだけスイッチングタイミングを早めた後に、抵抗電圧が０［Ｖ］まで低下する前にスイッチ１１がオンされた場合には、少しスイッチタイミング遅らせる制御を行うことで、スイッチングタイミングを収束させるようにしてもよい。
【００５３】
これにより、スイッチ制御部２は、最終的に、スイッチ１１の両端電圧の電位差が０［Ｖ］、且つコイル１２を流れる電流Ｉが０［Ａ］でスイッチ１１をオンにするＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができる。
【００５４】
このように、スイッチ制御部２は、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣをクランプせずにＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができるので、対比例に比べて１サイクルのスイッチング制御時間を図１Ｂに示す時刻ｔ３〜時刻ｔ７までの時間だけ短縮することができる。したがって、電源装置１は、スイッチ１１の動作周波数を高めることができる。
【００５５】
次に、図５および図６を参照し、実施形態に係るスイッチ制御部２が実行する処理について説明する。図５は、実施形態に係るスイッチ制御部２が実行するスイッチ１１の制御タイミングの調整処理の一例を示すフローチャートである。図６は、実施形態に係るスイッチ制御部２が実行するスイッチ１１の制御処理の一例を示すフローチャートである。
【００５６】
図５に示すように、スイッチ制御部２は、まず、スイッチ１１がオフか否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、スイッチ制御部２は、スイッチ１１がオフでないと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、スイッチ１１がオフになるまでステップＳ１０１の判定処理を繰り返す。
【００５７】
また、スイッチ制御部２は、スイッチ１１がオフであると判定した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、抵抗電圧の検出を開始する（ステップＳ１０２）。そして、スイッチ制御部２は、抵抗電圧が上昇したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
【００５８】
スイッチ制御部２は、抵抗電圧が上昇していないと判定した場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、抵抗電圧が上昇するまでステップＳ１０３の判定処理を繰り返す。また、スイッチ制御部２は、抵抗電圧が上昇したと判定した場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、抵抗電圧が降下したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
【００５９】
そして、スイッチ制御部２は、抵抗電圧が降下していないと判定した場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、抵抗電圧が降下するまでステップＳ１０４の判定処理を繰り返す。また、スイッチ制御部２は、抵抗電圧が降下したと判定した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、抵抗電圧が０［Ｖ］になったか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
【００６０】
そして、スイッチ制御部２は、抵抗電圧が０［Ｖ］になっていないと判定した場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、抵抗電圧が０［Ｖ］になるまでステップＳ１０５の判定処理を繰り返す。また、スイッチ制御部２は、抵抗電圧が０［Ｖ］になったと判定した場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、その後のスイッチ１１がオンされたタイミングまでの時間Ｔを計測し、この時間Ｔに基づいて、スイッチ１１をオンにするタイミングを修正する（ステップＳ１０６）。これにより、次にスイッチ１１がオンされるタイミングが、今回スイッチ１１がオンされたタイミングから変更される。そしてステップＳ１０６が終わると、処理を終了する。
【００６１】
そして、スイッチ制御部２は、再度、ステップＳ１０１から処理を開始する。スイッチ制御部２は、電源電圧Ｖｉｎを変圧する制御を実行している間、上記した処理を繰り返し実行する。
【００６２】
また、スイッチ制御部２は、図５に示す処理と並行して図６に示す処理を実行する。図５に示す処理によって、スイッチ１１を次回、オンにするタイミングが一連の変圧スイッチング周期毎に修正されるので、図６に示すスイッチ１１の制御処理では、図５で修正された最新のスイッチ１１のオンタイミングを用いてスイッチ１１のオン制御を行う。具体的には、図６に示すように、スイッチ制御部２は、まず、スイッチ１１のオンタイミング（図５で修正された最新のオンタイミング）か否かを判定する（ステップＳ２０１）。
【００６３】
そして、スイッチ制御部２は、スイッチ１１のオンタイミングでないと判定した場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、スイッチ１１のオンタイミングになるまでステップＳ２０１の判定処理を繰り返す。
【００６４】
その後、スイッチ制御部２は、スイッチ１１のオンタイミングであると判定した場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、スイッチ１１をオンにし（ステップＳ２０２）、スイッチ１１のオフタイミングか否かを判定する（ステップＳ２０３）。
【００６５】
スイッチ制御部２は、スイッチ１１のオフタイミングでないと判定した場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、スイッチ１１のオフタイミングになるまでステップＳ２０３の判定処理を繰り返す。
【００６６】
その後、スイッチ制御部２は、スイッチ１１のオフタイミングであると判定した場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、スイッチ１１をオフにして（ステップＳ２０４）、処理を終了する。スイッチ制御部２は、再度、ステップＳ２０１から処理を開始する。
【００６７】
なお、上述した実施形態は一例であり種々の変形が可能である。次に、図７を参照し、実施形態の変形例１に係る電源装置１ａについて説明する。図７は、実施形態の変形例１に係る電源装置１ａの構成を示す説明図である。
【００６８】
図７に示すように、電源装置１ａは、第１スイッチＴｒ１と、第２スイッチＴｒ２と、コイルＬと、第１コンデンサＣ１と、第２コンデンサＣ２と、第１タイミング回路２ａと、第２タイミング回路３ａと、電圧検出部４ａと、調整部５ａとを備える。
【００６９】
第１スイッチＴｒ１は、電圧がＶＢ（以下、電源電圧ＶＢと記載する）の電源に接続される。第２スイッチＴｒ２は、第１スイッチＴｒ１とアースとの間に接続される。コイルＬは、第１スイッチＴｒ１と第２スイッチＴｒ２との接点（以下、ノードＮと記載する）と出力端子６ａとの間に接続される。
【００７０】
なお、出力端子６ａは、図示しない所定の負荷に接続される。第１コンデンサＣ１は、ノードＮとコイルＬとを接続する配線とアースとの間に接続される。第２コンデンサＣ２は、コイルＬと出力端子６ａとを接続する配線とアースとの間に接続される。
【００７１】
第１タイミング回路２ａは、調整部５ａから入力される制御信号に従って第１スイッチＴｒ１のオンとオフとを切替える。第２タイミング回路３ａは、調整部５ａから入力される制御信号に従って第２スイッチＴｒ２のオンとオフとを切替える。
【００７２】
電圧検出部４ａは、ノードＮの電圧（以下、ノードＮ電圧と記載する）を検出し、ノードＮ電圧が電源電圧ＶＢよりも高くなった場合に、その旨を示す信号を調整部５ａへ出力する。調整部５ａは、電圧検出部４ａから入力される信号に応じて、第１タイミング回路２ａおよび第２タイミング回路３ａへ制御信号を出力する。
【００７３】
ここで、調整部５ａが行う基本動作について説明する。調整部５ａは、第１スイッチＴｒ１および第２スイッチＴｒ２のオンとオフとを切替えるタイミングを調整することによって、電源電圧ＶＢを変圧して出力端子６ａから出力電圧Ｖｏｕｔを出力させる。
【００７４】
このとき、調整部５ａは、第２スイッチＴｒ２をオフにして第１スイッチＴｒ１をオンにする期間、第１スイッチＴｒ１をオフにして第２スイッチＴｒ２をオンにする期間、第１スイッチＴｒ１および第２スイッチＴｒ２をオフにする期間を繰り返す制御を行う。このとき、調整部５は、第１スイッチＴｒ１をオン状態にする期間を短くするほど低い出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子６から出力させることができる。
【００７５】
ここで、第２スイッチＴｒ２をオフにした状態で第１スイッチＴｒ１をオンにする場合、第１スイッチＴｒ１の両端電圧に差がある状態、つまりノードＮ電圧が電源電圧ＶＢと同一でない状態や、コイルＬに電流Ｉが流れている状態では電力損失が発生する。
【００７６】
そこで、調整部５ａは、第１スイッチＴｒ１の両端の電位差が０［Ｖ］、且つコイルＬに流れる電流が０［Ａ］となるタイミングで第１スイッチＴｒ１をオンにするＺＶＳ、ＺＣＳを行う。
【００７７】
具体的には、第１スイッチＴｒ１がオフ、第２スイッチＴｒ２がオンの状態で、電流Ｉの流れる方向が正方向から負方向へ反転した後、第２スイッチＴｒ２をオフにすると、第１コンデンサＣ１が充電される。
【００７８】
これにより、ノードＮ電圧が上昇する。その後、電流Ｉが共振する。このため、ノードＮ電圧は、縦軸を電圧とし、横軸を時間した場合、正弦波カーブを描きながら上昇し、その後、共振回路の共振周期で振動する波形となる。
【００７９】
かかるノードＮ電圧の波形を微分した値、つまりノードＮ電圧の波形の傾きは、コイルＬを流れる電流の電流値である。したがって、調整部５ａは、ノードＮ電圧の波形の振幅が入力ＶＢと等しくなり、かつノードＮ電圧の波形の傾きが０となるタイミングで第１スイッチＴｒ１をオンにすることで、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができる。
【００８０】
そこで、調整部５ａは、第２スイッチＴｒ２をオフにしてから第１スイッチＴｒ１をオンにするまでの期間が共振周期の１／４（４分の１）となり、且つ、ノードＮ電圧＝電源電圧ＶＢとなる時刻で第１スイッチＴｒ１をオンにする。
【００８１】
これにより、電源装置１ａは、例えば、コイルＬのインダクタンスや第１コンデンサＣ１のキャパシタンスに基づいて算出された共振周期が正確であれば、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができるので、電力損失が発生することを抑制することができる。
【００８２】
しかしながら、共振周波数は、コイルＬや第１コンデンサＣ１の特性のバラツキによって変化する場合がある。このため、調整部５ａは、算出された共振周期が正確でなかった場合、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができない。
【００８３】
かかる場合、調整部５ａは、電源電圧ＶＢの変圧を開始する前に、まず、第２スイッチＴｒ２をオフにしてから第１スイッチＴｒ１をオンにするまでの期間を共振周期の１／４よりも長く設定し、第２スイッチＴｒ２をオフにするタイミングを調整してノードＮ電圧を電源電圧ＶＢよりも高くする。
【００８４】
その後、調整部５ａは、第２スイッチＴｒ２をオフにしてから第１スイッチＴｒ１をオンにするまでの期間を調整して第１スイッチＴｒ１をオンにする時点のノードＮ電圧を電源電圧ＶＢに近づける制御を行う。これにより、電源装置１ａは、コイルＬや第１コンデンサＣ１の特性のバラツキに左右されることなく、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができる。
【００８５】
次に、図８および図９を参照し、実施形態の変形例２に係る電源装置１ｂについて説明する。図８は、実施形態の変形例２に係る電源装置１ｂの構成を示す説明図である。図９は、実施形態の変形例２に係る電源装置の動作の概要を示す説明図である。図２に示した電源装置１は、電源電圧Ｖｉｎが低電圧（例えば、１２Ｖ）の場合には、正常にＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができる。
【００８６】
しかし、図２に示した電源装置１は、電源電圧Ｖｉｎが高電圧（例えば、４８Ｖ）の場合、スイッチ１１をオフにした後に、コンデンサ１４とコイル１２とによる共振電圧が出力電圧Ｖｏｕｔの２倍までしか上昇しない。
【００８７】
このため、電源電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔの２倍以上で使用する場合、共振電圧が電源電圧Ｖｉｎよりも低くなり、電圧検出器１７によって抵抗１６を負方向に流れる電流を検出することができず、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことが困難となる。
【００８８】
そこで、変形例２に係る電源装置１ｂは、出力電圧Ｖｏｕｔの２倍より高い電源電圧Ｖｉｎの場合にも、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことが可能な構成を備える。具体的には、図８に示すように、電源装置１ｂは、図２に示す第１ダイオード１３に代えてスイッチ１３ａを備える。
【００８９】
以下では、スイッチ１１とスイッチ１３ａとを区別するため、スイッチ１１を第１スイッチ１１と称し、スイッチ１３ａを第２スイッチ１３ａと称する。スイッチ制御部２ｂは、第１スイッチ１１のオン／オフ制御に加えて、第２スイッチ１３ａのオン／オフ制御を行う。なお、スイッチ制御部２ｂが行う第１スイッチ１１のオン／オフ制御は、図２に示すスイッチ制御部２と同様である。
【００９０】
このため、ここでは、スイッチ制御部２ｂが行う第２スイッチ１３ａのオン／オフ制御について説明し、図８に示す構成要素のうち、図２に示す構成要素と同一の構成要素については、図２に示す符号と同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。
【００９１】
図９に示すように、スイッチ制御部２ｂは、例えば、時刻ｔ２０で第１スイッチ１１をオンにする。これにより、コイル１２を正方向に流れる電流Ｉの電流値が上昇してコンデンサ１４を充電する。コンデンサ１４の充電電圧ＶＣは、上昇し、時刻ｔ２１で第１スイッチ１１がオフにされるまで、電源電圧Ｖｉｎに維持される。
【００９２】
そして、スイッチ制御部２ｂは、時刻ｔ２１で第１スイッチ１１をオフにすると同時に、第２スイッチ１３ａをオンにする。これにより、電流Ｉの電流値が一旦上昇した後に、徐々に低下して時刻ｔ２２で０［Ａ］となる。また、充電電圧ＶＣは、時刻ｔ２１で第１スイッチ１１がオフにされると、時刻ｔ２１からコンデンサ１４が放電するので、０［Ｖ］まで低下する。
【００９３】
その後、電流Ｉは、コイル１２の逆起電力によって、時刻ｔ２２から負方向へ流れ始める。このとき、第２スイッチ１３ａが図２に示す第１ダイオード１３であった場合、または、第２スイッチ１３ａがオフの場合、負方向の電流Ｉの量は、図９に点線で示すように、急激に小さくなるため、充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎまで上昇しない。
【００９４】
これに対して、電源装置１ｂでは、第２スイッチ１３ａがオンになっているため、負方向の電流Ｉを図９に実線で示すように、大きくすることができる。これにより、電源装置１ｂは、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの間に、第２スイッチ１３ａが図２に示す第１ダイオード１３であった場合、または、第２スイッチ１３ａがオフの場合よりも充電電圧ＶＣを高くすることができる。
【００９５】
その後、電源装置１ｂは、第２スイッチ１３ａをオフにする。このとき、スイッチ制御部２ｂは、電源電圧Ｖｉｎと変圧後の出力電圧Ｖｏｕｔとの差分を出力電圧Ｖｏｕｔによって除算した値に第１スイッチ１１のオン期間を乗算した時点（時刻ｔ２２）を起点とし、この時点よりも後（例えば、時刻ｔ２３）に第２スイッチ１３ａをオフにする制御を行う。
【００９６】
具体的には、電源装置１ｂは、抵抗１６に逆方向の電流Ｉが流れ始めるタイミングに基づくフィードバック制御を行うことによって、コンデンサ１４の充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎまで上昇するタイミングで第２スイッチ１３ａをオフにする。これにより、スイッチ制御部２ｂは、より正確なＺＶＳおよびＺＣＳを行うことが可能となる。
【００９７】
このように、電源装置１ｂのスイッチ制御部２ｂは、第１スイッチ１１をオンにしてコンデンサ１４を充電した後にオフさせるタイミングで第２スイッチ１３ａをオンする。そして、スイッチ制御部２ｂは、コンデンサ１４およびコイル１２による共振によってコンデンサ１４の充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎまで上昇するタイミング（例えば、時刻ｔ２３の後、充電電圧ＶＣが電源電圧Ｖｉｎに達するタイミング）で第２スイッチ１３ａをオフにする。これにより、電源装置１ｂは、共振電圧によって充電電圧ＶＣを電源電圧Ｖｉｎまで上昇させることができる。
【００９８】
このとき、第２スイッチ１３ａをオフにしても充電電圧ＶＣは、微小時間の間、電源電圧Ｖｉｎよりも高くなる。このため、負方向に流れる電流Ｉは、第２ダイオード１５および抵抗１６を介して電源側へ流れた後に共振する。
【００９９】
スイッチ制御部２ｂは、かかる現象を利用し、抵抗１６の両端電圧の電位差を電圧検出器１７から取得し、電位差が増大した後に減少して０になるタイミング、つまり、電流Ｉが負方向へ流れた後に電流値が０となる時刻ｔ２４のタイミングを検出する。
【０１００】
そして、スイッチ制御部２ｂは、検出した時刻ｔ２４のタイミングで第１スイッチ１１をオンにすることによって、出力電圧Ｖｏｕｔの２倍より高い電源電圧Ｖｉｎの場合にも、ＺＶＳおよびＺＣＳを行うことができる。
【０１０１】
また、スイッチ制御部２ｂは、電圧検出器１７から取得する抵抗１６の両端電圧の電位差に基づいて、抵抗１６に逆方向の電流Ｉが流れ始めるタイミングで第２スイッチ１３ａをオフにするようにフィードバック制御を行う。これにより、スイッチ制御部２ｂは、より正確なＺＶＳおよびＺＣＳを行うことが可能となる。
【０１０２】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１ａ，１ｂ  電源装置
２，２ｂ  スイッチ制御部
１１  スイッチ（第１スイッチ）
１２  コイル
１３  第１ダイオード
１３ａ  第２スイッチ
１４  コンデンサ
１５  第２ダイオード
１６  抵抗
１７  電圧検出器
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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