(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、一次側にリセット巻線を持つ変圧器と、この変圧器の二次側に接続される整流回路と、その整流出力を平滑化する平滑回路とからなり、直流電源から絶縁された直流電力を取り出す直流−直流変換装置において、
第１のダイオードの一方の端子と第１の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第１の直列アームと、第２の半導体スイッチ素子の一方の端子と第２のダイオードの一方の端子とを直列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列に接続するとともに、前記変圧器一次巻線のリセット巻線を接続していない側の端子を前記第１の直列アームの接続点に、また、前記変圧器リセット巻線の一次巻線を接続していない側の端子を前記第２の直列アームの接続点に、さらには、前記直流電源を変圧器の一次巻線とリセット巻線の接続点と前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２のダイオードの接続点との間に並列に、それぞれ接続したことを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項２】
スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子と並列に、また、補助ダイオードと補助リアクトルとの直列回路に補助コンデンサを直列接続した補助回路を前記スナバダイオードと並列に、さらに、回生用ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と前記第２の半導体スイッチ素子の並列接続点との間にそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１に記載の直流−直流変換装置。
【請求項３】
前記第２の半導体スイッチ素子のオン期間を、前記第１のスナバ回路を構成するコンデンサの静電容量と前記変圧器の漏れインダクタンスとで決まる共振周期のほぼ１／２とすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の直流−直流変換装置。
【請求項４】
第１のダイオードと第１の半導体スイッチ素子とを直列接続した第１の直列アームと、第２の半導体スイッチ素子と第２のダイオードとを直列接続した第２の直列アームと、直流電源とを互いに並列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接続点との間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には整流回路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流変換装置において、
前記第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子のそれぞれに、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続したスナバ回路をそれぞれ並列に、また、前記スナバダイオードのそれぞれには補助ダイオードと補助リアクトルとを直列接続した直列回路に補助コンデンサを直列接続した補助回路を並列に、さらに回生ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と、前記第１，第２の直列アームの並列接続点との間にそれぞれ接続したことを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項５】
半導体スイッチ素子とダイオードとを逆並列接続した２組のスイッチング素子を直列接続した第１の直列アームと、コンデンサを直列接続した第２の直列アームと、直流電源とを互いに並列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接続点との間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には整流回路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流変換装置において、
前記スイッチング素子のそれぞれには、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続したスナバ回路を並列に、また、前記スナバダイオードのそれぞれには、補助ダイオードと補助リアクトルとを直列接続した直列回路に補助コンデンサを直列接続した補助回路を並列に、さらに回生ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と、前記第１，第２の直列アームの並列接続点との間にそれぞれ接続したことを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項６】
半導体スイッチ素子とダイオードとを逆並列接続した２組のスイッチング素子を直列接続した第１の直列アームと、コンデンサを直列接続した第２の直列アームと、直流電源とを互いに並列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接続点との間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には整流回路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流変換装置において、
前記スイッチング素子と前記変圧器一次巻線の接続点との間に補助リアクトルをそれぞれ直列に、前記スイッチング素子のそれぞれには、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続したスナバ回路を並列に、補助ダイオードと補助コンデンサとを直列接続した補助回路を前記スナバ回路の直列接続点と前記補助リアクトルと前記変圧器一次巻線の接続点との接続点間に、回生ダイオードを前記補助回路の直列接続点と前記第１，第２の直列アームの並列接続点間にそれぞれ接続したことを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項７】
第１のダイオードの一方の端子と第１の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第１の直列アームと、第２の半導体スイッチ素子の一方の端子と第２のダイオードの一方の端子とを直列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列に接続するとともに、中間端子を備えた変圧器一次巻線の一方の端子を前記第１の直列アームの直列接続点に、前記変圧器一次巻線の他方の端子を前記第２の直列アームの直列接続点にそれぞれ接続し、また、直流電源を３端子スイッチの第１の端子と前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２のダイオードとの並列接続点間に、前記３端子スイッチの第２の端子を前記変圧器の中間端子に、前記３端子スイッチの第３の端子を前記第１のダイオードと前記第２の半導体スイッチ素子との並列接続点間にそれぞれ接続し、さらには、入力電圧検出回路を前記直流電源と並列に、制御回路を前記入力電圧検出回路と前記３端子スイッチとの間に、前記変圧器の二次端子を整流回路に、この整流回路を平滑フィルタにそれぞれ接続したことを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項８】
第１の半導体スイッチ素子の一方の端子と第２の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第１の直列アームと、第３の半導体スイッチ素子の一方の端子と第４の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列に接続するとともに、中間端子を備えた変圧器一次巻線の一方の端子を前記第１の直列アームの直列接続点に、前記変圧器一次巻線の他方の端子を前記第２の直列アームの直列接続点にそれぞれ接続し、また、直流電源を３端子スイッチの第１の端子と前記第１の半導体スイッチ素子と前記第３の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、前記３端子スイッチの第２の端子を前記変圧器の中間端子に、前記３端子スイッチの第３の端子を前記第２の半導体スイッチ素子と前記第４の半導体スイッチ素子との並列接続点間にそれぞれ接続し、さらには、入力電圧検出回路を前記直流電源と並列に、制御回路を前記入力電圧検出回路と前記３端子スイッチとの間に、前記変圧器の二次端子を整流回路に、この整流回路を平滑フィルタにそれぞれ接続したことを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項９】
第１のスナバダイオードと第１のスナバコンデンサとを直列接続した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子と並列に、第１の補助ダイオードと第１の補助リアクトルとを直列接続した第１の直列回路と第１の補助コンデンサとを直列接続した第１の補助回路を前記第１のスナバダイオードと並列に、第１の回生ダイオードを前記第１の直列回路と第１の補助コンデンサとの接続点と前記第１のダイオードと前記第２の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、第２のスナバダイオードと第２のスナバコンデンサとを直列接続した第３のスナバ回路を前記第２の半導体スイッチ素子と並列に、第２の補助ダイオードと第２の補助リアクトルとを直列接続した第２の直列回路と第２の補助コンデンサとを直列接続した第２の補助回路を前記第２のスナバダイオードと並列に、第２の回生ダイオードを前記第２の直列回路と第２の補助コンデンサとの接続点と前記第２のダイオードと前記第１の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、それぞれ接続したことを特徴とする請求項７に記載の直流−直流変換装置。
【請求項１０】
第１のスナバダイオードと第１のスナバコンデンサとを直列接続した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子と並列に、第１の補助ダイオードと第１の補助リアクトルとを直列接続した第１の直列回路と第１の補助コンデンサとを直列接続した第１の補助回路を前記第１のスナバダイオードと並列に、第１の回生ダイオードと第１の回生リアクトルとを直列接続した第１の回生回路を前記第１の直列回路と前記第１の補助コンデンサとの接続点と前記第２の半導体スイッチ素子と第４の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、第２のスナバダイオードと第２のスナバコンデンサとを直列接続した第３のスナバ回路を前記第２の半導体スイッチ素子と並列に、第２の補助ダイオードと第２の補助リアクトルとを直列接続した第２の直列回路と第２の補助コンデンサとを直列接続した第２の補助回路を前記第２のスナバダイオードと並列に、第２の回生ダイオードと第２の回生リアクトルとを直列接続した第２の回生回路を前記第２の直列回路と前記第２の補助コンデンサとの接続点と前記第１の半導体スイッチ素子と第３の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、前記第２の直列アームについても上記と同じく、第４のスナバ回路、第５のスナバ回路、第３の補助回路、第４の補助回路、第３の回生回路および第４の回生回路をそれぞれ接続したことを特徴とする請求項８に記載の直流−直流変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源から絶縁された直流電力を取り出す直流−直流変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２４に１石フォワード型直流−直流変換装置の従来例を示す。
同図に示すように、直流電源１の正極側端子には変圧器４の一次巻線４１とリセット巻線４２との接続点が、変圧器４の一次巻線４１の他方の端子と直流電源１の負極側端子間には半導体スイッチ素子２Ａが、変圧器４のリセット巻線４２の他方の端子と直流電源１の負極側端子間にはダイオード３Ａが、変圧器４の二次巻線４３には整流回路５が、整流回路５には平滑フィルタ（平滑回路）６がそれぞれ接続されて構成されている。
【０００３】
図２５に図２４の動作波形を示す（図２４のような回路とその動作は、例えば１９８４年誠文堂新光社発行「スイッチングレギュレータの設計方法とパワーデバイスの使いかた」１８〜１９頁，９５〜９９頁の記載等により良く知られている）。
いま、半導体スイッチ素子２Ａがオンの期間▲１▼に変圧器４を正方向に励磁し、整流回路５および平滑フィルタ６を介して負荷に直流電力を供給する。これに対し、半導体スイッチ素子２Ａがオフの期間▲２▼には変圧器４の励磁エネルギーが、リセット巻線４２およびダイオード３Ａを介して直流電源１に回生される。
【０００４】
図２４の回路では、半導体スイッチ素子２Ａのターンオフ時、半導体スイッチ素子２Ａのはね上がり電圧を抑制するとともに、電圧上昇率（ｄｖ／ｄｔ）を小さくしてスイッチング損失を低減するため、半導体スイッチ素子２Ａに対しダイオード７１とコンデンサ７２とを直列接続し、ダイオード７１に並列に放電抵抗７３を接続したスナバ回路７を並列に接続している。これにより、コンデンサ７２が吸収したエネルギーは、次に半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間に、放電抵抗７３へ放出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２４の回路においては、スナバコンデンサが吸収したエネルギーは、次に半導体スイッチ素子がオンしたとき、放電抵抗へ放出され損失となる。いま、放電抵抗の損失をＰ、スナバコンデンサの静電容量をＣ、直流電源の電圧をＥ、変圧器のリセット電圧をＶｒ、半導体スイッチ素子のはね上がり電圧をΔＶ、半導体スイッチ素子の動作周波数をｆとすると、
Ｐ＝（１／２）×Ｃ×（Ｅ＋Ｖｒ＋ΔＶ）2 ×ｆ
となる。したがって、直流電源の電圧Ｅ、変圧器のリセット電圧Ｖｒおよび半導体スイッチ素子の動作周波数ｆが高くなると、放電抵抗における発生損失が大きくなるため、大形で高価なスナバ回路が必要となるだけでなく、装置の変換効率が低下するという問題がある。
したがって、この発明の課題はスナバ回路を大形化せず、装置の変換効率を低下させないようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決すべく、請求項１の発明では直流電源と、一次側にリセット巻線を持つ変圧器と、この変圧器の二次側に接続される整流回路と、その整流出力を平滑化する平滑回路とからなり、直流電源から絶縁された直流電力を取り出す直流−直流変換装置において、第１のダイオードの一方の端子と第１の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第１の直列アームと、第２の半導体スイッチ素子の一方の端子と第２のダイオードの一方の端子とを直列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列に接続するとともに、前記変圧器一次巻線のリセット巻線を接続していない側の端子を前記第１の直列アームの接続点に、また、前記変圧器リセット巻線の一次巻線を接続していない側の端子を前記第２の直列アームの接続点に、さらには、前記直流電源を変圧器の一次巻線とリセット巻線の接続点と前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２のダイオードの接続点との間に並列に、それぞれ接続する。
【０００７】
請求項１の発明の如くすることにより、第１の半導体スイッチ素子のターンオフ時、第１のスナバ回路を構成するコンデンサは（Ｅ＋Ｖｒ）にクランプされるため、第１のスナバ回路が吸収するエネルギーＰ１は、
Ｐ１＝（１／２）×Ｃ×ΔＶ2 ×ｆ
と、小さくなる。また、第１の半導体スイッチ素子がオンしている期間に第２のスイッチ素子をオンさせることにより、第１のスナバ回路が吸収したエネルギーＰ１を負荷に放出することができる。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明に対し、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子と並列に、また、補助ダイオードと補助リアクトルとの直列回路に補助コンデンサを直列接続した補助回路を前記スナバダイオードと並列に、さらに、回生用ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と前記第２の半導体スイッチ素子の並列接続点との間にそれぞれ接続して構成する。
【０００９】
請求項２の発明の如くすることにより、第１の半導体スイッチ素子のターンオフ時、スナバコンデンサによって第１の半導体スイッチ素子の電圧上昇率を抑制し、スイッチング損失を低減する。次に、第１の半導体スイッチ素子がオンの期間に、スナバコンデンサに蓄えられている電荷を補助回路で吸収し、補助コンデンサに移す。さらに、第１の半導体スイッチ素子がオフしている期間に、補助コンデンサに蓄えられている電荷を、回生ダイオードを介して第１のスナバ回路に移す。そして、第１の半導体スイッチ素子がオンしている期間は、第２の半導体スイッチ素子をオンすることで、第１のスナバ回路に吸収したエネルギーを負荷に放出する。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１または２の発明で、第２の半導体スイッチ素子のオン期間を、第１のスナバ回路を構成するコンデンサの静電容量と変圧器の漏れインダクタンスとで決まる共振周波数のほぼ１／２とする。これにより、第２の半導体スイッチ素子には、第１のスナバ回路を構成するコンデンサの静電容量と変圧器の漏れインダクタンスとで決まる周期の正弦波状の電流が流れるが、そのオン期間を共振周期の約１／２とし、ターンオフ時の０Ａ付近で電流を遮断することにより、スイッチング損失を低減する。
【００１１】
請求項４の発明では、第１のダイオードと第１の半導体スイッチ素子とを直列接続した第１の直列アームと、第２の半導体スイッチ素子と第２のダイオードとを直列接続した第２の直列アームと、直流電源とを互いに並列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接続点との間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には整流回路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流変換装置において、
前記第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子のそれぞれに、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続したスナバ回路をそれぞれ並列に、また、前記スナバダイオードのそれぞれには補助ダイオードと補助リアクトルとを直列接続した直列回路に補助コンデンサを直列接続した補助回路を並列に、さらに回生ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と、前記第１，第２の直列アームの並列接続点との間にそれぞれ接続して構成する。
【００１２】
請求項５の発明では、半導体スイッチ素子とダイオードとを逆並列接続した２組のスイッチング素子を直列接続した第１の直列アームと、コンデンサを直列接続した第２の直列アームと、直流電源とを互いに並列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接続点との間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には整流回路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流変換装置において、
前記スイッチング素子のそれぞれには、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続したスナバ回路を並列に、また、前記スナバダイオードのそれぞれには、補助ダイオードと補助リアクトルとを直列接続した直列回路に補助コンデンサを直列接続した補助回路を並列に、さらに回生ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と、前記第１，第２の直列アームの並列接続点との間にそれぞれ接続して構成する。
【００１３】
請求項６の発明では、半導体スイッチ素子とダイオードとを逆並列接続した２組のスイッチング素子を直列接続した第１の直列アームと、コンデンサを直列接続した第２の直列アームと、直流電源とを互いに並列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接続点との間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には整流回路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流変換装置において、
前記スイッチング素子と前記変圧器一次巻線の接続点との間に補助リアクトルをそれぞれ直列に、前記スイッチング素子のそれぞれには、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続したスナバ回路を並列に、補助ダイオードと補助コンデンサとを直列接続した補助回路を前記スナバ回路の直列接続点と前記補助リアクトルと前記変圧器一次巻線の接続点との接続点間に、回生ダイオードを前記補助回路の直列接続点と前記第１，第２の直列アームの並列接続点間にそれぞれ接続して構成する。
【００１４】
上記請求項４〜６の発明では、半導体スイッチ素子のターンオフ時には、スナバコンデンサによって上記半導体スイッチ素子の電圧上昇率を抑制し、スイッチング損失を低減させる。次に、半導体スイッチ素子がオンしている期間には、上記スナバコンデンサに蓄えられている電荷を補助回路で吸収し、補助コンデンサに移す。その後、半導体スイッチ素子がオフしている期間に、この補助コンデンサに蓄えられている電荷を、回生ダイオードを介して直流電源に回生することで、スナバ回路での発生損失を低減させる。
【００１５】
請求項７の発明では、第１のダイオードの一方の端子と第１の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第１の直列アームと、第２の半導体スイッチ素子の一方の端子と第２のダイオードの一方の端子とを直列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列に接続するとともに、中間端子を備えた変圧器一次巻線の一方の端子を前記第１の直列アームの直列接続点に、前記変圧器一次巻線の他方の端子を前記第２の直列アームの直列接続点にそれぞれ接続し、また、直流電源を３端子スイッチの第１の端子と前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２のダイオードとの並列接続点間に、前記３端子スイッチの第２の端子を前記変圧器の中間端子に、前記３端子スイッチの第３の端子を前記第１のダイオードと前記第２の半導体スイッチ素子との並列接続点間にそれぞれ接続し、さらには、入力電圧検出回路を前記直流電源と並列に、制御回路を前記入力電圧検出回路と前記３端子スイッチとの間に、前記変圧器の二次端子を整流回路に、この整流回路を平滑フィルタにそれぞれ接続している。
【００１６】
請求項８の発明では、第１の半導体スイッチ素子の一方の端子と第２の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第１の直列アームと、第３の半導体スイッチ素子の一方の端子と第４の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列に接続するとともに、中間端子を備えた変圧器一次巻線の一方の端子を前記第１の直列アームの直列接続点に、前記変圧器一次巻線の他方の端子を前記第２の直列アームの直列接続点にそれぞれ接続し、また、直流電源を３端子スイッチの第１の端子と前記第１の半導体スイッチ素子と前記第３の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、前記３端子スイッチの第２の端子を前記変圧器の中間端子に、前記３端子スイッチの第３の端子を前記第２の半導体スイッチ素子と前記第４の半導体スイッチ素子との並列接続点間にそれぞれ接続し、さらには、入力電圧検出回路を前記直流電源と並列に、制御回路を前記入力電圧検出回路と前記３端子スイッチとの間に、前記変圧器の二次端子を整流回路に、この整流回路を平滑フィルタにそれぞれ接続している。
【００１７】
上記請求項７の発明においては、第１のスナバダイオードと第１のスナバコンデンサとを直列接続した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子と並列に、第１の補助ダイオードと第１の補助リアクトルとを直列接続した第１の直列回路と第１の補助コンデンサとを直列接続した第１の補助回路を前記第１のスナバダイオードと並列に、第１の回生ダイオードを前記第１の直列回路と第１の補助コンデンサとの接続点と前記第１のダイオードと前記第２の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、第２のスナバダイオードと第２のスナバコンデンサとを直列接続した第３のスナバ回路を前記第２の半導体スイッチ素子と並列に、第２の補助ダイオードと第２の補助リアクトルとを直列接続した第２の直列回路と第２の補助コンデンサとを直列接続した第２の補助回路を前記第２のスナバダイオードと並列に、第２の回生ダイオードを前記第２の直列回路と第２の補助コンデンサとの接続点と前記第２のダイオードと前記第１の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、それぞれ接続することができる（請求項９の発明）。
【００１８】
上記請求項８の発明においては、第１のスナバダイオードと第１のスナバコンデンサとを直列接続した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子と並列に、第１の補助ダイオードと第１の補助リアクトルとを直列接続した第１の直列回路と第１の補助コンデンサとを直列接続した第１の補助回路を前記第１のスナバダイオードと並列に、第１の回生ダイオードと第１の回生リアクトルとを直列接続した第１の回生回路を前記第１の直列回路と前記第１の補助コンデンサとの接続点と前記第２の半導体スイッチ素子と第４の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、第２のスナバダイオードと第２のスナバコンデンサとを直列接続した第３のスナバ回路を前記第２の半導体スイッチ素子と並列に、第２の補助ダイオードと第２の補助リアクトルとを直列接続した第２の直列回路と第２の補助コンデンサとを直列接続した第２の補助回路を前記第２のスナバダイオードと並列に、第２の回生ダイオードと第２の回生リアクトルとを直列接続した第２の回生回路を前記第２の直列回路と前記第２の補助コンデンサとの接続点と前記第１の半導体スイッチ素子と第３の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、前記第２の直列アームについても上記と同じく、第４のスナバ回路、第５のスナバ回路、第３の補助回路、第４の補助回路、第３の回生回路および第４の回生回路をそれぞれ接続することができる（請求項１０の発明）。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
図２４に示す従来例からスナバ回路７を省き、ダイオード３Ｂの一方の端子を変圧器一次巻線４１と半導体スイッチ素子２Ａとの接続点に、半導体スイッチ素子２Ｂの一方の端子を変圧器リセット巻線４２とダイオード３Ａとの接続点に、ダイオード３Ｂの他方の端子を半導体スイッチ素子２Ｂの他方の端子に、スナバ回路１３をダイオード３Ｂと半導体スイッチ素子２Ｂとの並列接続点と半導体スイッチ素子２Ａとダイオード３Ａの並列接続点との間にそれぞれ接続して構成する。
図３に図１の動作波形を示す。なお、図１の直流出力動作は図２４の場合と同様なので、以下では相違点のみを説明する。
すなわち、半導体スイッチ素子２Ａがターンオフしたとき、スナバ回路１３が変圧器４の漏れインダクタンスおよび配線インダクタンスに蓄えられたエネルギーを、ダイオード３Ｂを介して吸収する。次に、半導体スイッチ素子２Ａと半導体スイッチ素子２Ｂが同時にオンしている期間▲１▼に、スナバ回路１３に蓄えられている電荷を、スナバ回路１３→半導体スイッチ素子２Ｂ→変圧器リセット巻線４２→直流電源１の経路で放電し、スナバ回路１３で吸収したエネルギーを負荷に放出する。つまり、ダイオード３Ｂはスナバダイオードの役目を果たし、半導体スイッチ素子２Ｂは電力回生用として作用する。
図２に図１の変形例を示す。
これは、直流電源１の正極側端子を半導体スイッチ素子２Ａとダイオード３Ａとの接続点に、また、直流電源１の負極側端子を変圧器一次巻線４１と変圧器リセット巻線４２との接続点にそれぞれ接続した点が特徴で、機能的には図１と全く同じなので詳細は省略する。
【００２０】
図４はこの発明の第２の実施の形態を示す回路図、図６はその動作説明図である。
図１との相違点は、スナバダイオード７１とスナバコンデンサ７２を直列接続したスナバ回路７を半導体スイッチ素子２Ａと並列に、また、補助ダイオード８１と補助リアクトル８２を直列接続した直列回路と補助コンデンサ８３とを直列接続した補助回路８をスナバダイオード７１と並列に、さらに、回生ダイオード９を上記直列回路と補助コンデンサ８３の接続点と、ダイオード３Ｂと半導体スイッチ素子２Ｂとの接続点間に接続した点にある。
つまり、図１および図２に示す例では、スナバ回路１３により吸収したエネルギーを負荷に放出するようにしているため、スナバ回路１３では損失は殆ど発生しないが、半導体スイッチ素子２Ａのターンオフ時の電圧上昇率を抑制することができない。図４に示すものは、この問題を解決し得るようにするものである。
【００２１】
図６を参照して、半導体スイッチ素子２Ａに並列接続されたスナバコンデンサ７２の、電荷のエネルギー回生動作につき説明する。
いま、半導体スイッチ素子２Ａがターンオフする時、スナバコンデンサ７２が半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率を抑制する。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間▲１▼，▲２▼に、スナバコンデンサ７２に蓄えられた電荷を、スナバコンデンサ７２→補助ダイオード８１→補助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→半導体スイッチ素子２Ａの経路で、補助リアクトル８２および補助コンデンサ８３に放電する。
スナバコンデンサ７２が０Ｖまで放電すると、補助リアクトル８２に蓄えられたエネルギーにより、補助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→スナバダイオード７１→補助ダイオード８１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ８３にエネルギーを移す。さらに、半導体スイッチ素子２Ａがオフの期間▲３▼に、補助コンデンサ８３に蓄えられた電荷を、補助コンデンサ８３→回生ダイオード９→スナバ回路１３→直流電源１→変圧器一次巻線４１の経路でスナバ回路１３へと放出する。
そして、半導体スイッチ素子２Ａと２Ｂが同時にオンしている期間▲１▼に、スナバ回路１３に蓄えられている電荷を、スナバ回路１３→半導体スイッチ素子２Ｂ→変圧器リセット巻線４２→直流電源１の経路で放電し、スナバ回路１３で吸収したエネルギーを負荷に放出する。
図５に図４の変形例を示す。
すなわち、直流電源１の正極側端子を半導体スイッチ２Ａとダイオード３Ａとの接続点に、直流電源１の負極側端子を変圧器一次巻線４１と変圧器リセット巻線４２との接続点にそれぞれ接続する他は図４に示すものと全く同じなので、説明は省略する。
【００２２】
以上、いずれの例においても、半導体スイッチ素子２Ｂのオン期間、半導体スイッチ素子２Ｂには、スナバ回路１３を構成するコンデンサの静電容量と、変圧器４の漏れインダクタンスとによって決まる周期の正弦波状の電流が流れる。そこで、半導体スイッチ素子２Ｂのオン期間を、コンデンサの静電容量と変圧器の漏れインダクタンスで決まる共振周期の約１／２（図６に示す▲１▼期間参照）とし、半導体スイッチ素子２Ｂのターンオフ時、０Ａ付近で電流を遮断する。これにより、半導体スイッチ素子２Ｂのターンオフ時のスイッチング損失を低減することができる。
【００２３】
また、図４，図５はいずれも１石フォワード型コンバータにスナバ回路，補助回路および回生ダイオードを付加したものであるが、２石フォワード型やハーフブリッジ型のコンバータへの適用も考えられる。
図７は２石フォワード型に適用したもので、その基本回路に対して、スナバダイオード７１とスナバコンデンサ７２を直列接続したスナバ回路７を半導体スイッチ素子２Ａと並列に、また、補助ダイオード８１と補助リアクトル８２とを直列接続した第１の直列回路に補助コンデンサ８３を直列接続した補助回路８をスナバダイオード７１と並列に、さらに、回生ダイオード９を上記第１の直列回路と補助コンデンサ８３との接続点と、直流電源１の正極側端子との間にそれぞれ接続して構成される。同様に、スナバダイオード１０１とスナバコンデンサ１０２を直列接続したスナバ回路１０を半導体スイッチ素子２Ｂと並列に、また、補助ダイオード１１１と補助リアクトル１１２とを直列接続した第２の直列回路に補助コンデンサ１１３を直列接続した補助回路１１をスナバダイオード１０１と並列に、さらに、回生ダイオード１２を上記第２の直列回路と補助コンデンサ１１３との接続点と、直流電源１の負極側端子との間にそれぞれ接続して構成される。
【００２４】
図１０に図７の動作波形を示す。
ここでは、半導体スイッチ素子２Ａに付属するスナバコンデンサ７２の電荷エネルギーの回生動作について説明する。半導体スイッチ素子２Ａがターンオフするとき、スナバコンデンサ７２が半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率を抑制する。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間▲１▼に、スナバコンデンサ７２に蓄えられている電荷をスナバコンデンサ７２→補助ダイオード８１→補助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→半導体スイッチ素子２Ａの経路で、補助リアクトル８２および補助コンデンサ８３に放電する。スナバコンデンサ７２が０Ｖまで放電すると期間▲２▼に移行し、補助リアクトル８２に蓄えられたエネルギーにより、補助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→スナバダイオード７１→補助ダイオード８１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ８３にエネルギーを移す。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオフの期間▲４▼に、補助コンデンサ８３に蓄えられている電荷は、補助コンデンサ８３→回生ダイオード９→直流電源１→回生ダイオード１２→補助コンデンサ１１→変圧器一次巻線４１の経路で放電し、直流電源１にエネルギーを回生する。半導体スイッチ素子２Ｂに付属するスナバ回路１０，補助回路１１および回生ダイオード１２についても、上記と同様に動作する。
【００２５】
図８はハーフブリッジ型に適用したもので、その基本回路に対して、スナバダイオード７１とスナバコンデンサ７２とを直列接続したスナバ回路７を半導体スイッチ素子２Ａと並列に、また、補助ダイオード８１と補助リアクトル８２とを直列接続した第１の直列回路に、補助コンデンサ８３を直列接続した補助回路８をスナバダイオード７１と並列に、さらに、回生ダイオード９を上記第１の直列回路と補助コンデンサ８３との接続点と、直流電源１の正極側端子との間にそれぞれ接続して構成されている。同様に、スナバダイオード１０１とスナバコンデンサ１０２を直列接続したスナバ回路１０を半導体スイッチ素子２Ｂと並列に、また、補助ダイオード１１１と補助リアクトル１１２とを直列接続した第２の直列回路に、補助コンデンサ１１３を直列接続した補助回路１１をスナバダイオード１０１と並列に、さらに、回生ダイオード１２を上記第２の直列回路と補助コンデンサ１１３との接続点と、直流電源１の負極側端子との間にそれぞれ接続して構成される。
【００２６】
図１１に図８の動作波形を示す。
ここでは、半導体スイッチ素子２Ａに付属するスナバコンデンサ７２の電荷エネルギーの回生動作について説明する。半導体スイッチ素子２Ａがターンオフするとき、スナバコンデンサ７２が半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率を抑制する。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間▲１▼に、スナバコンデンサ７２に蓄えられている電荷をスナバコンデンサ７２→補助ダイオード８１→補助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→半導体スイッチ素子２Ａの経路で、補助リアクトル８２および補助コンデンサ８３に放電する。スナバコンデンサ７２が０Ｖまで放電すると期間▲２▼に移行し、補助リアクトル８２に蓄えられたエネルギーにより、補助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→スナバダイオード７１→補助ダイオード８１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ８３にエネルギーを移す。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオフの期間▲４▼に、補助コンデンサ８３に蓄えられている電荷は、補助コンデンサ８３→回生ダイオード９→直流電源１→コンデンサ３１Ａ→変圧器一次巻線４１の経路で放電し、コンデンサ３１Ａにエネルギーを回生する。コンデンサ３１Ａに蓄えられた電荷は、半導体スイッチ素子２Ｂがオンの期間▲５▼〜▲７▼に変圧器４を介して負荷に放出される。半導体スイッチ素子２Ｂに付属するスナバ回路１０，補助回路１１および回生ダイオード１２についても、上記と同様に動作する。
【００２７】
図９に図８の変形例を示す。
半導体スイッチ素子２Ａと変圧器一次巻線４１の接続点との間に補助リアクトル８２を、スナバダイオード７１とスナバコンデンサ７２とを直列接続したスナバ回路７を半導体スイッチ素子２Ａと並列に、また、補助ダイオード８１と補助コンデンサ８３とを直列接続した第３の直列回路をスナバダイオード７１とスナバコンデンサ７２との接続点と、補助リアクトル８２と変圧器一次巻線４１の接続点との間に、さらに、回生ダイオード９を上記第３の直列回路の接続点と、直流電源１の正極側端子との間にそれぞれ接続して構成される。同様に、半導体スイッチ素子２Ｂと変圧器一次巻線４１の接続点との間に補助リアクトル１１２を、スナバダイオード１０１とスナバコンデンサ１０２とを直列接続したスナバ回路１０を半導体スイッチ素子２Ｂと並列に、また、補助ダイオード１１１と補助コンデンサ１１３とを直列接続した第４の直列回路をスナバダイオード１０１とスナバコンデンサ１０２との接続点と、補助リアクトル１１２と変圧器一次巻線４１の接続点との間に、さらに、回生ダイオード１２を上記第４の直列回路の接続点と、直流電源１の負極側端子との間にそれぞれ接続して構成される。
この例は、図８に示すものでは、例えば無負荷時などでスナバコンデンサ７２に電荷が充分に蓄えられていない状態において半導体スイッチ素子２Ｂがオンすると、スナバコンデンサ７２を充電するため半導体スイッチ素子２Ｂに過大な電流が流れる。この例は、かかる不都合を生じさせないようにするものである。
【００２８】
以上では、直流電源電圧をほぼ一定として扱っているため、電圧の異なるものには適用できなくなるという問題が残されている。この点について、以下に説明する。図２６に従来の２石フォワード型直流−直流変換装置の従来例を示す。
すなわち、直流電源１の正極側端子には半導体スイッチ２Ｂの一方の端子とダイオード３Ｂの一方の端子が、また、直流電源１の負極側端子には半導体スイッチ２Ａの一方の端子とダイオード３Ａの一方の端子が、半導体スイッチ２Ｂの他方の端子には変圧器４の一次巻線４１の一方の端子とダイオード３Ａの他方の端子が、ダイオード３Ｂの他方の端子には半導体スイッチ２Ａの他方の端子と変圧器４の一次巻線４１の他方の端子が、さらに、変圧器４の二次巻線４３には整流回路５が、整流回路５には平滑フィルタ６がそれぞれ接続されている。
図２６の動作波形を図２８に示す。
半導体スイッチ２Ａおよび２Ｂをオンしている期間▲１▼に変圧器４を正方向に励磁し、整流回路５および平滑フィルタ６を介して負荷に電力を供給する。次に、半導体スイッチ２Ａ，２Ｂをオフしている期間▲２▼に、変圧器４の励磁エネルギーが変圧器一次巻線４１およびダイオード３Ａ，３Ｂを介して直流電源１に回生される。
【００２９】
図２７にフルブリッジ型直流−直流変換装置の従来例を示す。
同図において、直流電源１の正極側端子には半導体スイッチ２Ｃ，２Ｄの一方の端子が、直流電源１の負極側端子には半導体スイッチ２Ａ，２Ｂの一方の端子が、半導体スイッチ２Ｄの他方の端子には変圧器４の一次巻線４１の一方の端子と半導体スイッチ２Ｂの他方の端子が、半導体スイッチ２Ｃの他方の端子には半導体スイッチ２Ａの他方の端子と変圧器４の一次巻線４１の他方の端子が、変圧器４の二次巻線４３には整流回路５が、整流回路５には平滑フィルタ６がそれぞれ接続されている。
図２７の動作波形を図２９に示す。
半導体スイッチ２Ａ，２Ｄをオンしている期間▲１▼に変圧器４を正方向に励磁し、整流回路５および平滑フィルタ６を介して負荷に直流電力を供給する。次に、半導体スイッチ２Ｂ，２Ｃをオンしている期間▲３▼に変圧器４を負方向に励磁し、整流回路５および平滑フィルタ６を介して負荷に直流電力を供給する。
【００３０】
図２６の場合、直流電源１の最大電圧をＥｄ１，最小電圧をＥｄ２、電圧がＥｄ１のときの半導体スイッチ２Ａ，２Ｂがオンしている期間をＴＳ１、電圧がＥｄ２のときの半導体スイッチ２Ａ，２Ｂがオンしている期間をＴＳ２、半導体スイッチ２Ａ，２Ｂに流れる電流をｉ、このときの半導体スイッチ２Ａ，２Ｂの電圧降下をＶＳとすると、半導体スイッチ２Ａ，２Ｂがオンしている期間に発生する導通損失ＰＯＮは、
ＰＯＮ＝２×（ＶＳ×ｉ×ＴＯＮ）
となる。また、出力電圧が一定の場合はＴＳ１＜ＴＳ２となり、直流電源電圧がＥｄ２のときは半導体スイッチにおける導通損失が増加する。
また、変圧器の巻数比をｎ１：ｎ２、変圧器の二次巻線４３に発生する電圧をＶＴ２とすると、
ＶＴ２＝Ｅｄ×ｎ２／ｎ１
となる。整流回路を構成するダイオードは直流電源電圧がＥｄ１の場合においても耐圧を越えないように選定されるが、耐圧の高いダイオードは発生損失が大きく高価であるという問題がある。
【００３１】
直流電源を単相交流（ＡＣ）電源１００Ｖまたは２００Ｖから、ダイオード整流器により全波整流して得る例について具体的に説明する。
ＡＣ１００Ｖの場合Ｅｄ２＝９０Ｖ、ＡＣ２００Ｖの場合Ｅｄ１＝１８０Ｖとなる。このとき、ＴＳ２≒２×ＴＳ１となり、ＡＣ２００Ｖの場合と比較してＡＣ１００Ｖの場合の半導体スイッチの導通損失は約２倍となる。また、変圧器の巻数比を１：１とすると、整流器を構成するダイオードは１８０Ｖ以上の耐圧のものを選定するようにする。
この点は図２７の場合も同様で、直流電源電圧が低い場合はそれが高い場合に比べて、半導体スイッチ２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび２Ｄの導通損失が増加し、また、整流回路を構成するダイオードは直流電源電圧が最大の場合でも耐圧を越えないように選定しなければならない。
つまり、従来の直流−直流変換装置では、直流電源電圧の変動によって発生損失が大きくなり、整流回路を構成するダイオードに耐圧が大きく高価なものを要するという問題が残されている。
【００３２】
上記のような問題を回避することが可能な電圧適応型の直流−直流変換装置について、以下に説明する。図１２はかかる実施の形態（第５の実施の形態）を示す回路図である。
図２６との相違点は、変圧器４の一次巻線４１の一方の端子をダイオード３Ｂと半導体スイッチ２Ａとの直列接続点に、変圧器４の一次巻線４２の一方の端子を半導体スイッチ２Ｂとダイオード３Ａとの直列接続点に、スナバ回路１３をダイオード３Ｂと半導体スイッチ２Ｂとの並列接続点と半導体スイッチ２Ａとダイオード３Ａとの並列接続点間に、直流電源１の正極側端子をスイッチ３０の一方の端子に、直流電源１の負極側端子を半導体スイッチ２Ａとダイオード３Ａとの並列接続点に、スイッチ３０の第１の端子３０Ａを変圧器４の中間端子に、スイッチ３０の第２の端子３０Ｂをダイオード３Ｂと半導体スイッチ２Ｂとの並列接続点に、入力電圧検出回路４０を直流電源１と並列に、制御回路５０を入力電圧検出回路４０とスイッチ３０との間に、それぞれ接続して構成した点にある。
【００３３】
図１２の構成において、直流電源１の電圧を入力電圧検出回路４０により検出し、検出値が所定値以上になると制御回路５０により、スイッチ３０を端子３０Ｂ側に接続する。この場合は図２６と同じ２石コンバータ構成となり、図２６と同様の動作が行なわれる。これに対し、上記検出値が所定値以下のときは、スイッチ３０は端子３０Ａ側に接続され、図１と同様の１石コンバータ構成となる。
図２０に図１２でスイッチ３０を３０Ａ側に接続した場合の動作波形を示す。
すなわち、この回路の直流出力動作は、半導体スイッチ２Ａをオンしている期間▲１▼に変圧器４を正方向に励磁し、整流回路５および平滑回路６を介して負荷に直流電力を供給する。次に、半導体スイッチ２Ａをオフしている期間▲２▼に変圧器４の励磁エネルギーが、変圧器一次巻線４２およびダイオード３Ａを介して直流電源１に回生される。なお、巻線４２は１石コンバータの場合はリセット巻線として作用し、２石コンバータの場合は一次巻線として作用することになる。
【００３４】
ここで、第１のスナバ回路１３によるエネルギー回生動作について説明する。
半導体スイッチ２Ａがターンオフしたとき、第１のスナバ回路１３が変圧器４の漏れインダクタンスおよび配線インダクタンスに蓄えられたエネルギーを、ダイオード３Ｂを介して吸収する。次に、半導体スイッチ２Ａおよび２Ｂが同時にオンしている期間▲１▼に、第１のスナバ回路１３に蓄えられている電荷を、第１のスナバ回路１３→半導体スイッチ２Ｂ→変圧器一次巻線４２→直流電源１の経路で放電し、第１のスナバ回路１３で吸収したエネルギーを変圧器４の二次側に放出する。
図１３に図１２の変形例を示す。図１２との相違点は、直流電源１の正極端子を半導体スイッチ２Ａとダイオード３Ａとの並列接続点に、直流電源１の負極端子をスイッチ３０の一方の端子にそれぞれ接続した点にある。ただし、その動作は図１２と全く同様なので、説明は省略する。
【００３５】
図１４に電圧適応型の直流−直流変換装置の第２の実施の形態（第６の実施の形態）を示す。
これは、図２７の従来例に対応するもので、その相違点は、変圧器４の一次巻線４１の一方の端子を半導体スイッチ２Ａと半導体スイッチ２Ｃとの直列接続点に、変圧器４の一次巻線４２の一方の端子を半導体スイッチ２Ｂと半導体スイッチ２Ｄとの直列接続点に、スナバ回路１３を半導体スイッチ２Ｃと半導体スイッチ２Ｄとの並列接続点と半導体スイッチ２Ａと半導体スイッチ２Ｂとの並列接続点間に、直流電源１の正極側端子をスイッチ３０の一方の端子に、直流電源１の負極側端子を半導体スイッチ２Ａと半導体スイッチ２Ｂとの並列接続点に、スイッチ３０の第１の端子３０Ａを変圧器４の中間端子に、スイッチ３０の第２の端子３０Ｂを半導体スイッチ２Ｃと半導体スイッチ２Ｄとの並列接続点に、入力電圧検出回路４０を直流電源１と並列に、制御回路５０を入力電圧検出回路４０とスイッチ３０との間に、それぞれ接続して構成した点にある。
【００３６】
図１４の回路も、直流電源１の電圧を入力電圧検出回路４０により検出し、検出値が所定値以上になると制御回路５０により、スイッチ３０を端子３０Ｂ側に接続する。この場合は図２７と同じフルブリッジ構成となり、図２７と同様の動作が行なわれる。これに対し、上記検出値が所定値以下のときは、スイッチ３０は端子３０Ａ側に接続され、プッシュプル構成となる。
図２１に図１４でスイッチ３０を３０Ａ側に接続した場合の動作波形を示す。
すなわち、この回路の直流出力動作は、半導体スイッチ２Ａをオンしている期間▲１▼に変圧器４を正方向に励磁し、整流回路５および平滑回路６を介して負荷に直流電力を供給する。次に、半導体スイッチ２Ｂをオンしている期間▲３▼に変圧器４を負方向に励磁し、整流回路５および平滑回路６を介して負荷に直流電力を供給する。
【００３７】
ここで、第１のスナバ回路１３によるエネルギー回生動作について説明する。
半導体スイッチ２Ａがターンオフしたとき、第１のスナバ回路１３が変圧器４の漏れインダクタンスおよび配線インダクタンスに蓄えられたエネルギーを、半導体スイッチ２Ｃと逆並列接続されたダイオードを介して吸収する。次に、半導体スイッチ２Ａおよび２Ｄが同時にオンしている期間▲１▼に、第１のスナバ回路１３に蓄えられている電荷を、第１のスナバ回路１３→半導体スイッチ２Ｄ→変圧器一次巻線４２→直流電源１の経路で放電し、第１のスナバ回路１３で吸収したエネルギーを変圧器４の二次側に放出する。また、半導体スイッチ２Ｂのターンオフ時、および半導体スイッチ２Ｂと２Ｃが同時にオンしている期間についても上記と同様の動作が行なわれる。
図１５に図１４の変形例を示す。図１４との相違点は、直流電源１の正極端子を半導体スイッチ２Ａと２Ｂとの並列接続点に、直流電源１の負極端子をスイッチ３０の一方の端子にそれぞれ接続した点にある。ただし、その動作は図１４と全く同様なので、説明は省略する。
【００３８】
図１６は、図１２に示す半導体スイッチのターンオフ時の電圧上昇率を抑制し得る回路例（第７の実施の形態）である。
図１２との相違点は、スナバダイオード１４２とスナバコンデンサ１４１を直列接続した第２のスナバ回路１４を半導体スイッチ素子２Ａと並列に、また、補助ダイオード１５１と補助リアクトル１５２を直列接続した直列回路と補助コンデンサ１５３とを直列接続した補助回路１５をスナバダイオード１４２と並列に、さらに、回生ダイオード１５４を上記直列回路と補助コンデンサ１５３の接続点と、ダイオード３Ｂと半導体スイッチ素子２Ｂとの並列接続点間にそれぞれ接続し、加えて、半導体スイッチ素子２Ｂについても第３のスナバ回路１６，補助回路１７および回生ダイオード１７４を接続した点にある。
【００３９】
図２２に図１６のスイッチ３０を端子３０Ａ側に接続した場合の動作波形を示す。その直流出力動作については図１２と同様なので、ここでは半導体スイッチ素子２Ａに付属するスナバコンデンサ１４１のエネルギー回生動作について説明する。
半導体スイッチ素子２Ａがターンオフしたとき、スナバコンデンサ１４１が半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率を抑制する。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間▲１▼〜▲３▼にスナバコンデンサ１４１に蓄えられている電荷を、スナバコンデンサ１４１→補助ダイオード１５１→補助リアクトル１５２→補助コンデンサ１５３→半導体スイッチ素子２Ａの経路で補助リアクトル１５２および補助コンデンサ１５３に放電する。スナバコンデンサ１４１が０Ｖまで放電すると、補助リアクトル１５２に蓄えられたエネルギーにより、補助リアクトル１５２→補助コンデンサ１５３→スナバダイオード１４２→補助ダイオード１５１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ１５３にエネルギーを移す。さらに、半導体スイッチ素子２Ａがオフの期間▲４▼に、補助コンデンサ１５３に蓄えられた電荷は、補助コンデンサ１５３→回生ダイオード１５４→第１のスナバ回路１３→回生ダイオード１７４→補助コンデンサ１７３→変圧器一次巻線４２→変圧器一次巻線４１の経路で第１のスナバ回路１３に放出する。そして、半導体スイッチ素子２Ａと２Ｂが同時にオンしている期間▲１▼から▲３▼に、第１のスナバ回路１３に蓄えられている電荷を、第１のスナバ回路１３→半導体スイッチ素子２Ｂ→変圧器一次巻線４２→直流電源１の経路で放電し、第１のスナバ回路１３で吸収したエネルギーを負荷に放出する。なお、以上のような動作は、半導体スイッチ素子２Ｂに付属するスナバコンデンサ１６１のエネルギー回生動作についても同様である。
図１７に図１６の変形例を示す。図１６との相違点は、直流電源１の正極端子を半導体スイッチ素子２Ａとダイオード３Ａとの並列接続点に、直流電源１の負極端子をスイッチ３０の一方の端子にそれぞれ接続した点にある。ただし、その動作は図１６と全く同様なので、説明は省略する。
【００４０】
図１８は、図１４で半導体スイッチのターンオフ時の電圧上昇率を抑制する回路例（この発明の第８の実施の形態）である。
図１４との相違点は、スナバダイオード１４２とスナバコンデンサ１４１を直列接続した第２のスナバ回路１４を半導体スイッチ素子２Ａと並列に、また、補助ダイオード１５１と補助リアクトル１５２を直列接続した直列回路と補助コンデンサ１５３とを直列接続した補助回路１５をスナバダイオード１４２と並列に、さらに、回生ダイオード１８２と回生リアクトル１８１とを直列接続した回生回路１８を上記直列回路と補助コンデンサ１５３との直列接続点と半導体スイッチ２Ｃと２Ｄとの並列接続点間に、半導体スイッチ２Ｂについては、スナバ回路１９，補助回路２０および回生回路２１を、半導体スイッチ２Ｃについては、スナバ回路２２，補助回路２３および回生回路２４を、また、半導体スイッチ２Ｄについては、スナバ回路２５，補助回路２６および回生回路２７を、上記と同様にそれぞれ接続した点にある。
【００４１】
図２３に図１８のスイッチ３０を端子３０Ａ側に接続した場合の動作波形を示す。その直流出力動作については図１４と同様なので、ここでは半導体スイッチ素子２Ａに付属するスナバコンデンサ１４１のエネルギー回生動作について説明する。
半導体スイッチ素子２Ａがターンオフしたとき、スナバコンデンサ１４１が半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率を抑制する。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間▲１▼，▲２▼にスナバコンデンサ１４１に蓄えられている電荷を、スナバコンデンサ１４１→補助ダイオード１５１→補助リアクトル１５２→補助コンデンサ１５３→半導体スイッチ素子２Ａの経路で補助リアクトル１５２および補助コンデンサ１５３に放電する。スナバコンデンサ１４１が０Ｖまで放電すると、補助リアクトル１５２に蓄えられたエネルギーにより、補助リアクトル１５２→補助コンデンサ１５３→スナバダイオード１４２→補助ダイオード１５１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ１５３にエネルギーを移す。さらに、半導体スイッチ素子２Ｂと２Ｃがオンしている期間▲５▼から▲７▼に、補助コンデンサ１５３に蓄えられた電荷は、補助コンデンサ１５３→回生リアクトル１８１→回生ダイオード１８２→半導体スイッチ素子２Ｃの経路で回生リアクトル１８１に放出する。そして、半導体スイッチ素子２Ｃがオフしている期間▲８▼に、回生リアクトル１８１に蓄えられているエネルギーは、回生リアクトル１８１→回生ダイオード１８２→第１のスナバ回路１３→回生ダイオード２７２→回生リアクトル２７１→補助コンデンサ２６３→変圧器一次巻線４２→変圧器一次巻線４１→補助コンデンサ１５３の経路で電流を流し、第１のスナバ回路１３にエネルギーを放出する。最後に、半導体スイッチ素子２Ａと２Ｄが同時にオンしている期間▲１▼から▲３▼に、第１のスナバ回路１３に蓄えられている電荷を、第１のスナバ回路１３→半導体スイッチ素子２Ｄ→変圧器一次巻線４２→直流電源１の経路で放電し、第１のスナバ回路１３で吸収したエネルギーを負荷に放出する。なお、以上のような動作は、半導体スイッチ素子２Ｂに付属するスナバコンデンサ１９１、半導体スイッチ素子２Ｃに付属するスナバコンデンサ２２１、および半導体スイッチ素子２Ｄに付属するスナバコンデンサ２５１の各エネルギー回生動作についても同様である。
図１９に図１８の変形例を示す。図１８との相違点は、直流電源１の正極側端子を半導体スイッチ素子２Ａと半導体スイッチ素子２Ｂとの並列接続点に、直流電源１の負極側端子をスイッチ３０の一方の端子にそれぞれ接続した点にある。ただし、その動作は図１８と全く同様なので、説明は省略する。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１〜３の発明によれば、スナバ回路に蓄えられたエネルギーを直流電源に回生するかまたは負荷に放出するようにしたので、スナバ回路では損失が殆ど発生しないようになる。また、請求項４〜６の発明によれば、半導体スイッチ素子のターンオフ時の電圧上昇率を低減できるので、スイッチング損失および発熱が低減するという利点が得られる。その結果、装置の変換効率が向上し、放熱のための冷却装置を小形にできるという利点がもたらされる。
また、請求項７，８の発明によれば、直流電源の電圧が一定値以下の場合は１石フォワードコンバータまたはプッシュプル型コンバータとして動作し、変圧器の巻線比が（ｎ１１＋ｎ１２）：ｎ２からｎ１１：ｎ２に変わるため、直流電源電圧が低い場合でも半導体スイッチ素子がオンしている期間の変化があまりないことにより、導通損失が低減する。また、直流電源電圧が一定値以上の場合、変圧器二次巻線に発生する電圧は、Ｅｄ×ｎ２／（ｎ１１＋ｎ１２）となるため、整流回路を構成するダイオードは、従来のものに比べて耐圧の低いものを選定することができ、安価となる。
さらに、請求項９，１０の発明のように、請求項７，８の発明に対してスナバ回路，補助回路および回生回路を付加することにより、スナバ回路では損失が殆ど発生しなくなるだけでなく、半導体スイッチ素子のターンオフ時に発生するスイッチング損失および発熱が低減するという利点も得られる。その結果、装置の変換効率が向上し、放熱のための冷却装置を小形化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１の変形例を示す回路図である。
【図３】図１，図２の動作説明図である。
【図４】この発明による第２の実施の形態を示す回路図である。
【図５】図４の変形例を示す回路図である。
【図６】図４，図５の動作説明図である。
【図７】この発明による第３の実施の形態を示す回路図である。
【図８】この発明による第４の実施の形態を示す回路図である。
【図９】図８の変形例を示す回路図である。
【図１０】図７の動作説明図である。
【図１１】図８，図９の動作説明図である。
【図１２】この発明による第５の実施の形態を示す回路図である。
【図１３】図１２の変形例を示す回路図である。
【図１４】この発明による第６の実施の形態を示す回路図である。
【図１５】図１４の変形例を示す回路図である。
【図１６】この発明による第７の実施の形態を示す回路図である。
【図１７】図１６の変形例を示す回路図である。
【図１８】この発明による第８の実施の形態を示す回路図である。
【図１９】図１８の変形例を示す回路図である。
【図２０】図１２，１３の動作説明図である。
【図２１】図１４，１５の動作説明図である。
【図２２】図１６，１７の動作説明図である。
【図２３】図１８，１９の動作説明図である。
【図２４】第１の従来例を示す回路図である。
【図２５】図２４の動作説明図である。
【図２６】第２の従来例を示す回路図である。
【図２７】第３の従来例を示す回路図である。
【図２８】図２６の動作説明図である。
【図２９】図２７の動作説明図である。
【符号の説明】
１…直流電源、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…半導体スイッチ素子、３Ａ，３Ｂ…ダイオード、４…変圧器、５…整流回路、６…平滑回路（平滑フィルタ）、７，１０，１３，１４，１６，１９，２２，２５…スナバ回路、８，１１，１５，１７，２０，２３，２６…補助回路、９，１２，１５４，１７４，１８２，２１２，２４２，２７２…回生ダイオード、１８，２１，２４，２７…回生回路、３０…スイッチ、３０Ａ，３０Ｂ…スイッチ３０の端子、３１Ａ，３２Ａ…コンデンサ、４０…入力電圧検出回路、４１…変圧器一次巻線、４２…変圧器リセット巻線、４３…変圧器二次巻線、５０…制御回路、７１，１０１，１４２，１６２，１９２，２２２，２５２…スナバダイオード、７２，１０２，１４１，１６１，１９１，２２１，２５１…スナバコンデンサ、７３…放電抵抗、８１，１１１，１５１，１７１，２０１，２３１，２６１…補助ダイオード、８２，１１２，１５２，１７２，２０２，２３２，２６２…補助リアクトル、１１３，１５３，１７３，２０３，２３３，２６３…補助コンデンサ、１８１，２１１，２４１，２７１…回生リアクトル。
【図１】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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