(57)【要約】【課題】共振電流によるスイッチング素子の温度上昇を抑制するソフトスイッチング回路を提供することにある。【解決手段】スイッチング素子２の負極側に、ダイオード７の正極側を接続し、スイッチング素子２の正極側に、ダイオード６の正極側を接続し、ダイオード６の負極側に、スイッチング素子３の正極側を接続し、ダイオード７の負極側に、スイッチング素子３の負極側を接続し、スイッチング素子２とダイオード７との接続点と、スイッチング素子３とダイオード６との接続点に、コンデンサ８を接続し、コンデンサ８と並列にダンピング回路１を接続したソフトスイッチング回路。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子の負極側に、正極側が接続される第１の素子と、
前記第１のスイッチング素子の正極側に、正極側が接続される第２の素子と、
前記第２の素子の負極側に、正極側が接続され、前記第１の素子の負極側に、負極側が接続される第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と前記第１の素子との接続点と、前記第２のスイッチング素子と前記第２の素子との接続点に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサと並列に接続されるダンピング回路と
を備えることを特徴とするソフトスイッチング回路。
【請求項２】
前記ダンピング回路は、
抵抗と、
前記抵抗と直列に接続されるダイオードとを含むこと
を特徴とする請求項１に記載のソフトスイッチング回路。
【請求項３】
前記第１の素子及び前記第２の素子は、ダイオードであること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のソフトスイッチング回路。
【請求項４】
前記第１の素子及び前記第２の素子は、スイッチング素子であること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のソフトスイッチング回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のソフトスイッチング回路
を備えることを特徴とする電力変換回路。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のソフトスイッチング回路
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
第１のスイッチング素子の負極側に、第１の素子の正極側を接続し、
前記第１のスイッチング素子の正極側に、第２の素子の正極側を接続し、
前記第２の素子の負極側に、第２のスイッチング素子の正極側を接続し、前記第１の素子の負極側に、前記第２のスイッチング素子の負極側を接続し、
前記第１のスイッチング素子と前記第１の素子との接続点と、前記第２のスイッチング素子と前記第２の素子との接続点に、コンデンサを接続し、
前記コンデンサと並列にダンピング回路を接続すること
を含むことを特徴とするソフトスイッチング回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソフトスイッチング回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アームにソフトスイッチング回路を用いた電力変換回路が知られている。ソフトスイッチング回路として、スイッチング素子を含む２つの素子が直列に接続された直列回路を２つ備え、それぞれの直列回路の２つの素子の接続点同士をコンデンサで接続された回路がある。このようなソフトスイッチング回路は、電力変換回路のアームを構成したり（特許文献１参照）、力率を向上させるための回路として設けられたりするものなどがある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１５１７８号公報
【特許文献２】特開平７−１４３７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなソフトスイッチング回路では、コンデンサと配線インダクタンスにより発生する共振電流がスイッチング素子に流れ、この共振電流がスイッチング素子の温度上昇の原因となる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、共振電流によるスイッチング素子の温度上昇を抑制するソフトスイッチング回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の観点に従ったソフトスイッチング回路は、第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の負極側に、正極側が接続される第１の素子と、前記第１のスイッチング素子の正極側に、正極側が接続される第２の素子と、前記第２の素子の負極側に、正極側が接続され、前記第１の素子の負極側に、負極側が接続される第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と前記第１の素子との接続点と、前記第２のスイッチング素子と前記第２の素子との接続点に接続されるコンデンサと、前記コンデンサと並列に接続されるダンピング回路とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、共振電流によるスイッチング素子の温度上昇を抑制するソフトスイッチング回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路の構成を示す構成図。
【図２】第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路の各モードを示す回路図。
【図３】第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路の各種の電気量の基本的な変化を示す波形図。
【図４】第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路に発生する共振電流の基本的な流れを示す回路図。
【図５】第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路でダンピング回路が設けられていない場合の共振時の各電気量の波形を示す波形図。
【図６】第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路の共振時の各電気量の波形を示す波形図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るソフトスイッチング回路の構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路１０の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。
【００１１】
ソフトスイッチング回路１０は、電力変換回路（電力変換装置）に用いられる回路である。ソフトスイッチング回路１０は、スイッチング素子２，３のターンオン時にゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）し、スイッチング素子２，３のターンオフ時にゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）するように構成されている。ソフトスイッチング回路１０は、例えば、電力変換回路のアームを構成する回路である。なお、ソフトスイッチング回路１０は、いくつでアームを構成してもよいし、アームを構成せずに力率を向上させるための回路として用いてもよいし、その他のどのような態様で用いてもよい。
【００１２】
ソフトスイッチング回路１０は、ダンピング回路１、２つのスイッチング素子２，３、２つの逆並列ダイオード４，５、２つのダイオード６，７、及びコンデンサ８を備える。
【００１３】
スイッチング素子２，３は、ＧＴＯサイリスタ(gate turn-off thyristor)、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)又はＦＥＴ(field-effect transistor)などのスイッチング動作をする半導体素子である。
【００１４】
スイッチング素子２のエミッタ（負極側）は、ダイオード７のアノードに接続されている。スイッチング素子２のコレクタ（正極側）は、ダイオード６のアノードに接続されている。ダイオード６のカソードは、スイッチング素子３のコレクタ（正極側）に接続されている。スイッチング素子３のエミッタ（負極側）は、ダイオード７のカソードに接続されている。逆並列ダイオード４，５は、それぞれスイッチング素子２，３に逆並列に接続されている。
【００１５】
コンデンサ８の正極端子は、スイッチング素子３とダイオード６との接続点に接続されている。コンデンサ８の負極端子は、スイッチング素子２とダイオード７との接続点に接続されている。ダンピング回路１は、コンデンサ８と並列に接続されている。
【００１６】
スイッチング素子２とダイオード６との接続点は、電力変換回路（アーム）の正極側に接続されている。スイッチング素子３とダイオード７との接続点は、電力変換回路（アーム）の負極側に接続されている。
【００１７】
ダンピング回路１は、共振により発生する共振電流を減衰させるための回路である。ダンピング回路１は、抵抗１１及びダイオード１２を備える。共振電流が抵抗１１を流れることにより、共振によるエネルギーが消費される。これにより、共振が徐々に減衰する。なお、ダンピング回路１は、電流の流れる方向を制限し、抵抗分により電流によるエネルギーを消費するような回路であれば、どのように構成されていてもよい。
【００１８】
図２及び図３を参照して、ソフトスイッチング回路１０の基本的な動作について説明する。図２は、ソフトスイッチング回路１０の各モードＭ１，Ｍ２，Ｍ３を示す回路図である。図２では、説明の便宜上、ソフトスイッチング回路１０からダンピング回路１を取り除いている。図３は、図２に示す回路の各種の電気量の基本的な変化を示す波形図である。図３では、説明の便宜上、共振による各電気量への影響を無視したものである。電圧Ｖｃｄは、コンデンサ８の電圧を表している。電流Ｉｃｄは、コンデンサ８に流れる電流を表している。電流Ｉｓ１，Ｉｓ２は、それぞれスイッチング素子２，３に流れる電流を表している。電流Ｉｄ１，Ｉｄ２は、それぞれダイオード６，７に流れる電流を表している。電流ＩＬは、ソフトスイッチング回路１０に流入する電流を表している。
【００１９】
ソフトスイッチング回路１０は、モードＭ１、モードＭ２、モードＭ３と順次に変化した後、最初のモードＭ１に戻る。ソフトスイッチング回路１０は、これらのモードＭ１〜Ｍ３を順次に繰り返す動作をする。
【００２０】
モードＭ１は、コンデンサ８が充電された状態で、２つのスイッチング素子２，３が同時にオンされた状態を示している。スイッチング素子２，３がオンされると、コンデンサ８が放電する。これにより、コンデンサ８に電流Ｉｃｄが流れる。コンデンサ８が放電し終えると、モードＭ２に移行する。
【００２１】
コンデンサ８が放電し終えると、ソフトスイッチング回路１０に流入する電流ＩＬは、スイッチング素子２とダイオード７とが直列に接続された回路と、スイッチング素子３とダイオード６とが直列に接続された回路に分流する。電流ＩＬが分流して流れている状態がモードＭ２である。
【００２２】
モードＭ３は、ソフトスイッチング回路１０がモードＭ２の状態で、２つのスイッチング素子２，３が同時にオフされた状態を示している。２つのダイオード６，７を介して、コンデンサ８に電圧が印加される。これにより、コンデンサ８は、充電される。コンデンサ８の充電が完了すると、ソフトスイッチング回路１０は、モードＭ１の前の状態になる。
【００２３】
図３及び図４を参照して、ソフトスイッチング回路１０に発生する共振電流の基本的な仕組みについて説明する。図４では、説明の便宜上、図２と同様にダンピング回路１を取り除いた回路で、共振電流の流れを示している。
【００２４】
図４に示すように、コンデンサ８回りには、配線インダクタンスＬｃ１，Ｌｃ２がある。共振は、これらの配線インダクタンスＬｃ１，Ｌｃ２とコンデンサ８により発生する。共振は、ソフトスイッチング回路１０がモードＭ１からモードＭ２への移行時に発生する。共振電流は、図４の矢印に示すように、スイッチング素子２、コンデンサ８及びダイオード６で構成されるループ回路と、ダイオード７、コンデンサ８及びスイッチング素子３で構成されるループ回路に流れるように発生する。
【００２５】
モードＭ１からモードＭ２への移行時では、図３に示すように、コンデンサ８に流れる電流Ｉｃｄがソフトスイッチング回路１０に流入する電流ＩＬと同じ量からゼロにステップ的に変化しようとする。このため、コンデンサ８回りのインダクタンス分のエネルギーの逃げ場がなく、コンデンサ８とコンデンサ８回りの配線インダクタンスＬｃ１，Ｌｃ２により、ＬＣ共振を起こす。
【００２６】
図５は、ダンピング回路１が設けられていない場合の共振時の各電気量Ｉｃｄ，Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｖｃｄの波形を示す波形図である。図５に示すように、モードＭ１からモードＭ２への移行直後から各素子２〜８に流れる電流Ｉｃｄ，Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｄ１，Ｉｄ２及びコンデンサ電圧Ｖｃｄが共振により振動している。
【００２７】
図６は、ダンピング回路１が設けられたソフトスイッチング回路１０の共振時の各電気量Ｉｃｄ，Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｖｃｄ，Ｉｄの波形を示す波形図である。電流Ｉｄは、ダンピング回路１に流れる電流を表している。
【００２８】
図６に示す各電気量Ｉｃｄ，Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｖｃｄは、図５に示すダンピング回路１が設けられていない場合の各電気量Ｉｃｄ，Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｖｃｄと比較して、共振による振動が減衰しているのが分かる。
【００２９】
本実施形態によれば、ソフトスイッチング回路１０のコンデンサ８と並列にダンピング回路１を設けることにより、共振電流をダンピング回路１の抵抗で消費することができる。これにより、スイッチング素子２，３による損失を減らすことで、スイッチング素子２，３の熱による温度上昇を抑制することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係るソフトスイッチング回路１０Ａの構成を示す構成図である。
【００３１】
ソフトスイッチング回路１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路１０において、ダイオード６の代わりに、スイッチング素子２１及び逆並列ダイオード２３を設け、ダイオード７の代わりに、スイッチング素子２２及び逆並列ダイオード２４を設けた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係るソフトスイッチング回路１０と同様である。
【００３２】
スイッチング素子２１のエミッタ（正極側）は、スイッチング素子２のコレクタ（負極側）に接続されている。スイッチング素子２１のコレクタ（負極側）は、スイッチング素子３のコレクタに接続されている。スイッチング素子２２のエミッタ（正極側）は、スイッチング素子２のエミッタに接続されている。スイッチング素子２２のコレクタ（負極側）は、スイッチング素子３のエミッタに接続されている。逆並列ダイオード２３，２４は、それぞれスイッチング素子２１，２２と逆並列に接続されている。
【００３３】
スイッチング素子２とスイッチング素子２１との接続点は、電力変換回路（アーム）の正極側に接続されている。スイッチング素子３とスイッチング素子２２との接続点は、電力変換回路（アーム）の負極側に接続されている。
【００３４】
本実施形態によれば、４つのスイッチング素子２，３，２１，２２を備えるソフトスイッチング回路１０Ａにおいても、ダンピング回路１を第１の実施形態と同様に設けることにより、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…ダンピング回路、２，３…スイッチング素子、４，５…逆並列ダイオード、６，７…ダイオード、８…コンデンサ、１０…ソフトスイッチング回路、１１…抵抗、１２…ダイオード。
【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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