【手続補正書】
【提出日】令和2年12月14日(2020.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を所定のスイッチング周波数（ｆＳＷ）でスイッチングすることで交流電圧を発生する少なくとも１つのスイッチング回路と、
前記スイッチング回路からの交流電圧を低域通過ろ波することで直流電圧に変換して負荷に出力するフィルタ回路とを備えた電力変換装置において、
前記フィルタ回路は、
前記スイッチング回路からの交流電圧のうち第１の周波数成分のノイズをバイパスする第１のバイパスコンデンサと、
前記スイッチング回路からの交流電圧のうち、前記第１の周波数成分よりも低い第２の周波数成分のノイズをバイパスする第２のバイパスコンデンサと、
前記第１のバイパスコンデンサと前記第２のバイパスコンデンサとの間に挿入された少なくとも１つのインダクタとを備え、
前記インダクタのインダクタンス（Ｌ）は、前記フィルタ回路による共振周波数（ｆｒ）が前記インダクタの挿入により前記スイッチング周波数（ｆＳＷ）未満になるように設定されたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１のバイパスコンデンサのキャパシタンスをＣ１とし、
前記第２のバイパスコンデンサのキャパシタンスをＣ２とし、
前記スイッチング周波数（ｆＳＷ）と前記共振周波数（ｆｒ）とは次式のように設定される
【数１】
2020014348.tif 000001
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記インダクタは、配線インダクタと、実装インダクタと、実装コイルとのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インダクタは、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）の漏れインダクタンス、又は、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）を構成する少なくとも２つのインダクタを含むことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【図１Ａ】実施形態１に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【図１Ｂ】実施形態１の変形例に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【図２】実施形態２に係る昇圧機能を有する非同期型電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【図３】実施形態３に係る昇圧機能を有する同期型電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【図４】実施形態４に係る昇圧機能を有する同期型電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【図５】実施形態５に係る昇圧機能を有する同期型電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【図６】図３の電力変換装置のシミュレーション結果であって、効率Ｅｆ及び実効電流のリップルＩｅの周波数特性を示すグラフである。
【図７】図３の電力変換装置のシミュレーション結果であって、共振周波数ｆｒがスイッチング周波数ｆＳＷ（７０ｋＨｚ）に一致しないときの各動作信号波形を示すタイミングチャートである。
【図８】図３の電力変換装置のシミュレーション結果であって、共振周波数ｆｒがスイッチング周波数ｆＳＷ（７０ｋＨｚ）に一致したときの各動作信号波形を示すタイミングチャートである。
【図９】従来例１に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の課題を説明するための共振周波数ｆｒと配線インダクタンスとの関係を示すグラフである。
【図１１】従来例１に係る電力変換装置の課題を示すスイッチングノイズの周波数特性を示すグラフである。
【図１２】本実施形態に係る、課題を解決する手段により得られる作用効果を示すスイッチングノイズの周波数特性を示すグラフである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
フィルタ回路３０は、バイパスコンデンサ１２，１３と、インダクタ１４Ａ，１４Ｂとを備えて構成される。スイッチング回路１０からの交流電圧はバイパスコンデンサ１２の両端に印加され、バイパスコンデンサ１２の一端はインダクタ１４Ａを介してバイパスコンデンサ１３の一端に接続され、バイパスコンデンサ１２の他端はインダクタ１４Ｂを介してバイパスコンデンサ１３の他端に接続される。ここで、バイパスコンデンサ１２は、スイッチング回路１０からの交流電圧のうち第１の周波数成分（比較的高い周波数成分）のスイッチングノイズをバイパスする。バイパスコンデンサ１３は、スイッチング回路１０からの交流電圧のうち、前記第１の周波数成分よりも低い第２の周波数成分（比較的低い周波数成分）のノイズをバイパスする。インダクタ１４Ａ，１４Ｂの合成インダクタンス（Ｌ）は、フィルタ回路３０による共振周波数ｆｒがインダクタ１４Ａ，１４Ｂの挿入によりスイッチング周波数ｆＳＷ未満になるように設定される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
以上のように構成された電力変換装置において、バイパスコンデンサ１２，１３は、電力変換装置が動作するときに、直流電圧源１１の直流電圧が変動することを回避することを目的として、スイッチング回路１０負荷１５との間の電源ラインと、グラウンドラインとの間に接続される。ここで、バイパスコンデンサ１２はスイッチング回路１０から発生する高周波スイッチングノイズ成分を還流させる役割を有し、バイパスコンデンサ１３は低周波スイッチングノイズ成分を還流させる役割を有する。インダクタ１４Ａ，１４Ｂは、バイパスコンデンサ１２，１３間の共振周波数を低減させる役割を有する。なお、バイパスコンデンサ１２，１３はそれぞれ容量を満足するために、複数のコンデンサを並列、または直列接続したものでもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
実施形態４．
図４は実施形態４に係る昇圧機能を有する同期型電力変換装置の構成例を示す回路図である。実施形態４に係る電力変換装置は、図３の電力変換装置に比較して、以下の相違点を有する。
（１）インダクタ１４Ａに代えて、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）１７の第１のインダクタＬ１を備える。
（２）インダクタ１４Ｂに代えて、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）１７の第２のインダクタＬ２を備える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
ここで、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）１７は特にコモンモードノイズを除去するために設けられる。なお、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）１７に代えて、２つのインダクタＬ１，Ｌ２であってもよい。また、２つのインダクタＬ１，Ｌ２は、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）の漏れインダクタンスを含んでもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
実施形態５．
図５は実施形態５に係る昇圧機能を有する同期型電力変換装置の構成例を示す回路図である。実施形態５に係る電力変換装置は、図４の電力変換装置に比較して、以下の相違点を有する。
（１）直流電圧源１１と並列に接続されたバイパスコンデンサ１８をさらに備える。
（２）バイパスコンデンサ１３の他端は、所定のしきい値電流以上の電流が流れたときに切断されるヒューズ１９を介して負荷１５の接地側に接続される。
（３）バイパスコンデンサ１８の接地側他端は、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）１７の第２のインダクタＬ２を介して、バイパスコンデンサ１３とヒューズ１９の接続点に接続される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
以上のように構成された電力変換装置において、ヒューズ１９を追加することで、バイパスコンデンサ１３，１８の過電流を抑制することができる。コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）１７を設けることで、当該コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）１７に係るインダクタＬ１，Ｌ２と、各バイパスコンデンサ１２，１３との組み合わせで構成される共振回路の共振周波数を低減させることができる。本実施形態のその他の作用効果は、実施形態４と同様である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図６は図３の電力変換装置のシミュレーション結果であって、効率Ｅｆ及び実効電流のリップルＩｅの周波数特性を示すグラフである。本発明者らは、図３の実施形態３に係る電力変換装置の回路構成を用いて、回路シミュレータ（ソフト名：Ｓｉｍｅｔｒｉｘ）を用いて共振抑制の効果を確認するためのシミュレーションを行った。以下の表１にそのシミュレーション条件を示す。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
インダクタ１４Ａ，１４Ｂの合成インダクタンス値を変更することで、共振周波数ｆｒを変更した。共振周波数ｆｒをスイッチング周波数ｆＳＷ未満にすることで、リップルＩｅの低減、及び効率Ｅｆの向上の確認を行った。図７から明らかなように、ｆｒ＝ｆＳＷのときは、効率Ｅｆが低下し、実効電流のリップルＩｅが増大していることがわかり、ｆｒ＜ｆＳＷにすることで、ｆｒ＝ｆＳＷのときに比較して、効率Ｅｆが向上し、実効電流のリップルＩｅが低下していることがわかる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
しかしながら、従来例１に係る電力変換装置において、スイッチング回路のスイッチング素子として、次世代パワー半導体スイッチング素子（ＳｉＣ又はＧａＮ）を用いて高周波することで、電力変換装置の小型化及び高効率化を実現できる。しかし、高周波化に伴い、スイッチング周波数をバイパスコンデンサ間の共振周波数と一致する可能性があり、リップルの増加、効率の悪化、寿命の低減につながる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
１０，１０−１〜１０−Ｍ，１０Ａ  スイッチング回路
１１  直流電圧源
１２，１３  バイパスコンデンサ
１４Ａ，１４Ｂ  インダクタ
１５  負荷
１６  インダクタ
１７  コモンモードチョークコイル（ＣＭＣ）
１８  バイパスコンデンサ
１９  ヒューズ
２０，２０−１〜２０−Ｍ，２０Ａ  制御回路
３０，３０Ａ，３０Ｂ  フィルタ回路
Ｄ１  ダイオード
Ｌ１，Ｌ２  インダクタ
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチング素子