(57)【要約】【課題】コストやＳＷ損失の増大を伴わない小型の電力供給装置で、上アームの駆動回路の耐圧に影響を及ぼすことなく、ＯＮ時間の長いＳＷ素子も正常に動作させることのできる電力供給装置を提供する。【解決手段】長い周期で駆動される第１電力供給系統Ｐ１が、第２電源Ｅ２に接続される電荷補給回路Ｆ１を有してなり、該電荷補給回路Ｆ１は、短い周期で駆動される第２電力供給系統Ｐ２の制御信号ＩＨ２，ＩＬ２を入力し、該制御信号ＩＨ２，ＩＬ２に基づくタイミングで電荷の充電と放電を繰り返し、第１電力供給系統Ｐ１のＢＳ回路Ｂ１に電荷を補給するように構成されてなる電力供給装置１０とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の第１電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのスイッチング素子（以下、ＳＷ素子と略記）を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を出力する電力供給装置であって、
直流の第２電源に接続され、前記２つのＳＷ素子のそれぞれの制御信号を入力してゲート信号を出力する上アームと下アームの２つの駆動回路と、前記上アームの駆動回路に印加する電圧を高めるブートストラップ回路（以下、ＢＳ回路と略記）と、前記２つのＳＷ素子とで構成される電力供給系統を、複数有してなり、
前記複数の電力供給系統のうちの少なくとも２つの電力供給系統が、異なる周期で駆動されると共に、長い周期で駆動される第１電力供給系統が、前記第２電源に接続される電荷補給回路を有してなり、
前記電荷補給回路が、短い周期で駆動される第２電力供給系統の前記制御信号を入力し、該制御信号に基づくタイミングで電荷の充電と放電を繰り返し、前記第１電力供給系統のＢＳ回路に電荷を補給するように構成されてなることを特徴とする電力供給装置。
【請求項２】
前記駆動回路は、
電源端子の高電位側が前記第２電源の高電位側に接続され、電源端子の低電位側が前記ＳＷ素子の低電位側に接続されてなり、
前記ＢＳ回路が、
前記第２電源の高電位側から前記駆動回路の電源端子の高電位側に向かって順方向に挿入されるダイオードと、一端が前記ダイオードのカソード側に接続され、もう一端が前記駆動回路の電源端子の低電位側に接続される容量素子とで構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記電荷補給回路が、
前記第１電力供給系統の２つのＳＷ素子の接続点と前記第２電力供給系統の２つのＳＷ素子の接続点を結ぶ経路に挿入される直列接続された２つのスイッチ素子（以下、Ｓ素子と略記）と、
一端が前記２つのＳ素子の接続点に接続され、もう一端が前記第２電源の高電位側に接続される第３容量素子と、
前記第２電源の高電位側から前記第３容量素子のもう一端に向かって順方向に挿入される第３ダイオードと、
前記第３容量素子のもう一端から前記第１電力供給系統の駆動回路の電源端子の高電位側に向かって順方向に挿入される第４ダイオードとで構成されてなり、
前記２つのＳ素子のうち、
前記第１電力供給系統の出力側の第１Ｓ素子が、前記第２電力供給系統の上アームのＳＷ素子の制御信号に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦし、
前記第２電力供給系統の出力側の第２Ｓ素子が、前記第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子の制御信号に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦするように構成されてなることを特徴とする請求項２に記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記Ｓ素子が、
トランジスタ素子（以下、Ｔ素子と略記）からなることを特徴とする請求項３に記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記Ｔ素子が、ＭＯＳトランジスタ素子（以下、Ｍ素子と略記）からなり、
第５ダイオードが、前記２つのＭ素子の接続点から前記第２電力供給系統の２つのＳＷ素子の接続点に向かって順方向に挿入されてなることを特徴とする請求項４に記載の電力供給装置。
【請求項６】
前記第１Ｓ素子が、前記第２電力供給系統の上アームのＳＷ素子の制御信号を入力し、
前記第２Ｓ素子が、前記第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子の制御信号を入力するように構成されてなることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の電力供給装置。
【請求項７】
前記第１Ｓ素子が、前記第２電力供給系統の上アームのＳＷ素子の制御信号を入力し、
前記第２Ｓ素子が、前記第２電力供給系統の上アームのＳＷ素子の制御信号の反転信号を入力するように構成されてなることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の電力供給装置。
【請求項８】
前記第１Ｓ素子が、前記第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子の制御信号の反転信号を入力し、
前記第２Ｓ素子が、前記第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子の制御信号を入力するように構成されてなることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の電力供給装置。
【請求項９】
前記電力供給装置が、車載用であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのスイッチング素子（以下、ＳＷ素子と略記）を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を出力する電力供給装置に関する。特に、本発明の対象は、ブートストラップ回路（以下、ＢＳ回路と略記）により上アームの駆動回路に印加する電圧を高める構成の電力供給装置である。
【背景技術】
【０００２】
ＢＳ回路により上アームの駆動回路に印加する電圧を高める構成の電力供給装置が、例えば、特開平１１−６９８４２号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図１６は、ＢＳ回路を有する電力供給装置の基本的な構成を示す図で、２つの電力供給系統を有する電力供給装置９０のブロック図である。また、図１７は、図１６のブロック図で示した電力供給装置９０の具体化例で、電力供給装置９０ａの回路図である。
【０００４】
図１６に示す電力供給装置９０は、破線で囲った第１電力供給系統Ｐ１と第２電力供給系統Ｐ２の２つの電力供給系統を有している。第１電力供給系統Ｐ１は、直流の第１電源Ｅ１に接続する直列接続された上アームのＳＷ素子ＱＨ１と下アームのＳＷ素子ＱＬ１を備えている。そして、該２つのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１の接続点Ｎ１から、図示していない負荷に電力を出力する。また、第２電力供給系統Ｐ２は、同じ直流の第１電源Ｅ１に接続する直列接続された上アームのＳＷ素子ＱＨ２と下アームのＳＷ素子ＱＬ２を備えている。そして、該２つのＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２の接続点Ｎ２から、図示していない負荷に電力を供給する。
【０００５】
第１電力供給系統Ｐ１においては、上アームと下アームの各ＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１に対して、駆動回路ＫＨ１，ＫＬ１が接続されている。駆動回路ＫＨ１，ＫＬ１は、同じ直流の第２電源Ｅ２に接続され、それぞれ制御信号ＩＨ１，ＩＬ１を入力して、ＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１へゲート信号を出力する。また、下アームの駆動回路ＫＬ１には、第２電源Ｅ２の電圧がそのまま印加されるが、上アームの駆動回路ＫＨ１には、ＢＳ回路Ｂ１が付加されており、第２電源Ｅ２の電圧がＢＳ回路Ｂ１で高められて駆動回路ＫＨ１に印加される。同様に、第２電力供給系統Ｐ２においては、上アームと下アームの各ＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２に対して、駆動回路ＫＨ２，ＫＬ２が接続されている。駆動回路ＫＨ２，ＫＬ２は、同じ直流の第２電源Ｅ２に接続され、それぞれ制御信号ＩＨ２，ＩＬ２を入力して、ＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２へゲート信号を出力する。また、下アームの駆動回路ＫＬ２には、第２電源Ｅ２の電圧がそのまま印加されるが、上アームの駆動回路ＫＨ２には、ＢＳ回路Ｂ２が付加されており、第２電源Ｅ２の電圧がＢＳ回路Ｂ２で高められて駆動回路ＫＨ２に印加される。
【０００６】
図１７の電力供給装置９０ａの回路図に示すように、第１電力供給系統Ｐ１のＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１と第２電力供給系統Ｐ２のＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２は、ＭＯＳトランジスタであってもよいし、ＩＧＢＴであってもよい。尚、インダクタンスからなる負荷が電力供給系統Ｐ１，Ｐ２に接続される場合には、通常、各ＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１，ＱＨ２，ＱＬ２に対して、フリーホイールダイオード（図示省略）が逆並列に接続される。
【０００７】
各電力供給系統Ｐ１，Ｐ２において、下アームのＳＷ素子ＱＬ１，ＱＬ２をそれぞれ駆動する駆動回路ＫＬ１，ＫＬ２は、電源端子の高電位側が第２電源Ｅ２の高電位側に接続され、電源端子の低電位側がそれぞれＳＷ素子ＱＬ１，ＱＬ２の低電位側に接続される。また、上アームのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＨ２をそれぞれ駆動する駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２は、電源端子の高電位側がそれぞれＢＳ回路Ｂ１，Ｂ２を介して第２電源Ｅ２の高電位側に接続され、電源端子の低電位側がそれぞれＳＷ素子ＱＨ１，ＱＨ２の低電位側に接続される。
【０００８】
また、上アームの駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２への印加電圧を高めるＢＳ回路Ｂ１，Ｂ２は、それぞれ、ダイオードＤ１，Ｄ２と容量素子Ｃ１，Ｃ２とで構成される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれ、第２電源Ｅ２の高電位側から駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２の電源端子の高電位側に向かって順方向に挿入される。容量素子Ｃ１，Ｃ２は、一端がダイオードＤ１，Ｄ２のカソード側に接続され、もう一端が駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２の電源端子の低電位側に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−６９８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＢＳ回路により上アームの駆動回路に印加する電圧を高める構成の電力供給装置では、図１６と図１７に示したように、駆動回路用の一つの第２電源Ｅ２だけで、各電力供給系統の上下アームの駆動回路ＫＨ１，ＫＬ１，ＫＨ２，ＫＬ２を動作させることができる。このため、電源が簡略化され、小型で安価な電力供給装置とすることができる。
【００１１】
一方、上アームの駆動回路用の電源にＢＳ回路を用いた場合、該駆動回路が正常に動作できる最大ＯＮ時間には、次のような制約がある。図１７に示したように、ＢＳ回路Ｂ１，Ｂ２を構成している容量素子Ｃ１，Ｃ２への充電は、それぞれ、接続点Ｎ１，Ｎ２が低電位（ＧＮＤ電位）となる下アームのＳＷ素子ＱＬ１，ＱＬ２がＯＮしている時間に行われる。逆に、上アームのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＨ２がＯＮしている時間には、容量素子Ｃ１，Ｃ２への充電は行われず、容量素子Ｃ１，Ｃ２に蓄積されていた電荷がそれぞれの駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２によって消費されていく。従って、上アームの制御信号のＯＮ時間が長くなると、容量素子Ｃ１，Ｃ２に蓄電された電荷は減少し続け、ついには駆動回路がＳＷ素子ＱＨ１，ＱＨ２のゲート電位のＯＮに必要な電位を供給できず、ＳＷ素子ＱＨ１，ＱＨ２がＯＦＦして、正常に動作しなくなる。このように、図１７の電力供給装置９０ａにおいて、上アームの駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２が正常に動作できる最大ＯＮ時間は、ＢＳ回路Ｂ１，Ｂ２を構成している容量素子Ｃ１，Ｃ２に充電可能な電荷量と駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２の消費電流によって決まる。
【００１２】
図１７の電力供給装置９０ａにおける上記問題点を解消する手段として、例えば、大きな容量値の容量素子Ｃ１，Ｃ２を用いて、蓄積できる電荷量を大きくすることが考えられる。しかしながら、大きな容量値の容量素子Ｃ１，Ｃ２は一般に高価であり、コストアップになってしまう。また、容量素子Ｃ１，Ｃ２の容量値はそのままで、上アームと下アームのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１およびＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２のスイッチングの周期を短くすればコストアップにはならないが、この場合にはスイッチング損失（以下、ＳＷ損失と略記）が増加してしまう。
【００１３】
このため特許文献１では、複数相の交流を生成する駆動回路において、各相の交流生成ブロックにおけるＢＳ回路が、それぞれ、自相の出力点に一端が接続された第１コンデンサと、他相の出力点に一端が接続された第２コンデンサとを備える構成としている。そして、周期の短い他相の下アームのＳＷ素子がＯＮしている時間に周期の長い自相の第２コンデンサを充電し、他相の上アームのＳＷ素子がＯＮしている時間に第２コンデンサに蓄積された電荷を自相の第１コンデンサに補充するようにしている。これによって、自相の上アームのＳＷ素子を、長い周期でＯＮすることができるようになる。
【００１４】
一方、上記した特許文献１の回路では、自相の第１コンデンサに電荷を補充する第２コンデンサの一端が他相の出力点に接続されているため、次のような問題点がある。すなわち、上アームのＳＷ素子は、駆動回路用の第２電源とは別の第１電源に接続されている。このため、自相の下アームのＳＷ素子がＯＮ状態で他相の上アームのＳＷ素子がＯＮすると、第１電源から他相の上アームのＳＷ素子、自相の第２コンデンサ、および自相の第１コンデンサを介して、自相の下アームのＳＷ素子に至る充電経路が形成される。従って、第１電源を高電圧とした場合には、自相の駆動回路にも高電圧が印加され、駆動回路の耐圧を越えてしまう問題が起きうる。また、駆動回路内に耐圧保護回路を内蔵する場合には、大きな保護回路が必要である。
【００１５】
以上のことから、本発明は、上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を出力する電力供給装置で、ＢＳ回路により上アームの駆動回路に印加する電圧を高める構成の電力供給装置を対象としている。そして、本発明の目的は、コストやＳＷ損失の増大を伴わない小型の電力供給装置で、上アームの駆動回路の耐圧に影響を及ぼすことなく、ＯＮ時間の長いＳＷ素子も正常に動作させることのできる電力供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る電力供給装置は、直流の第１電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子（例えば、ＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ）を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を出力する電力供給装置である。電力供給系統は、直流の第２電源に接続され、２つのＳＷ素子のそれぞれの制御信号を入力してゲート信号を出力する上アームと下アームの２つの駆動回路と、上アームの駆動回路に印加する電圧を高めるＢＳ回路と、前記２つのＳＷ素子とで構成される。また、この電力供給装置は、上記電力供給系統を複数有しており、少なくとも２つの電力供給系統が、異なる周期で駆動される。そして、長い周期で駆動される第１電力供給系統が、第２電源に接続される電荷補給回路を有する構成となっている。該電荷補給回路は、短い周期で駆動される第２電力供給系統の制御信号を入力し、該制御信号に基づくタイミングで電荷の充電と放電を繰り返し、第１電力供給系統のＢＳ回路に電荷を補給するように構成されている。
【００１７】
上記電力供給装置は、ＢＳ回路により上アームの駆動回路に印加する電圧を高める構成の電力供給装置で、複数の電力供給系統を有しており、少なくとも２つの電力供給系統が異なる周期で駆動される。ＢＳ回路により上アームの駆動回路に印加する電圧を高める構成の上記電力供給装置では、駆動回路用の一つの第２電源だけで、複数有る各電力供給系統の上アームと下アームの各駆動回路を動作させることができる。このため、電源が簡略化され、小型で安価な電力供給装置とすることができる。
【００１８】
一方、ＢＳ回路を用いた電力供給装置の場合、基本的な構成だけでは、前述したように、上アームの駆動回路が正常に動作できる最大ＯＮ時間に制約がある。ＢＳ回路は、下アームのＳＷ素子がＯＮしている時間に電荷が充電され、上アームのＳＷ素子がＯＮしている時間に蓄積された電荷が駆動回路によって消費される。従って、上アームのＯＮ時間が長くなると、ＢＳ回路に蓄電された電荷が減少し続け、ついには十分なゲート電位を保てずＳＷ素子がＯＦＦしてしまう。
【００１９】
上記問題点を解消する手段として、例えばＢＳ回路に蓄積できる電荷量を大きくすることが考えられるが、この場合にはコストアップになってしまう。また、ＢＳ回路に蓄積できる電荷量はそのままで、上アームと下アームのＳＷ素子のスイッチングの周期を短くすれば、コストアップにはならないが、この場合にはＳＷ損失が増加してしまう。
【００２０】
このため、上記電力供給装置では、長い周期で駆動される第１電力供給系統が、第２電源に接続される電荷補給回路を有する構成となっている。そして、該電荷補給回路は、短い周期で駆動される第２電力供給系統の制御信号を入力し、該制御信号に基づくタイミングで電荷の充電と放電を繰り返し、第１電力供給系統のＢＳ回路に電荷を補給するように構成されている。このように、該電荷補給回路は、短い周期で駆動される第２電力供給系統の制御信号によって第１電力供給系統のＢＳ回路に電荷を補給し続けるため、長い周期で駆動される第１電力供給系統の上アームのＳＷ素子をＯＮし続けることが可能となる。以上のようにして、上記電力供給装置は、前述した上アームの駆動回路が正常に動作できる最大ＯＮ時間の制約から解放される。
【００２１】
また、上記電力供給装置と前述したＢＳ回路が第１コンデンサと第２コンデンサを備える構成の従来の駆動回路とは、短い周期で駆動される電力供給系統（交流生成ブロック）を利用して、長い周期のＢＳ回路に電荷を補給し続ける点では共通している。しかしながら、上記電力供給装置は、前述した従来の駆動回路と次の点で異なる構成となっている。すなわち、従来の駆動回路では、自相の第１コンデンサに電荷を補充する第２コンデンサは、第１電源に接続する他相のＳＷ素子の出力点にその一端が接続されていた。このため、前述したように、従来の駆動回路では、自相の下アームのＳＷ素子がＯＮ状態で他相の上アームのＳＷ素子がＯＮすると、第１電源を高電圧とした場合に自相の駆動回路の耐圧を越える充電経路が形成される問題があった。
【００２２】
これに対して、上記電力供給装置における電荷補給回路は、駆動回路用の第２電源に接続されており、短い周期で駆動される第２電力供給系統の駆動回路の制御信号に基づいて、電荷の充電と放電を繰り返す。このため、上記電力供給装置においては、従来の駆動回路と異なり、第１電源を高電圧とした場合にも、耐圧が問題となるような充電経路が形成されることはない。
【００２３】
以上のようにして、上記した電力供給装置は、コストやＳＷ損失の増大を伴わない小型の電力供給装置であって、上アームの駆動回路の耐圧に影響を及ぼすことなく、ＯＮ時間の長いＳＷ素子も正常に動作させることのできる電力供給装置となっている。
【００２４】
上記電力供給装置において、例えば駆動回路は、電源端子の高電位側が第２電源の高電位側に接続され、電源端子の低電位側が前記ＳＷ素子の低電位側に接続されてなる構成とする。この場合、ＢＳ回路は、第２電源の高電位側から駆動回路の電源端子の高電位側に向かって順方向に挿入されるダイオードと、一端が前記ダイオードのカソード側に接続され、もう一端が前記駆動回路の電源端子の低電位側に接続される容量素子とで構成することができる。
【００２５】
また、上記構成において、電荷補給回路は、以下に示す直列接続された２つのスイッチ素子（以下、Ｓ素子と略記）、第３容量素子、第３ダイオード、および第４ダイオードで構成することができる。直列接続された２つのＳ素子は、第１電力供給系統の２つのＳＷ素子の接続点と第２電力供給系統の２つのＳＷ素子の接続点を結ぶ経路に挿入される。第３容量素子は、一端が２つのＳ素子の接続点に接続され、もう一端が第２電源の高電位側に接続される。第３ダイオードは、第２電源の高電位側から第３容量素子の前記もう一端に向かって順方向に挿入される。第４ダイオードは、第３容量素子の前記もう一端から第１電力供給系統の駆動回路の電源端子の高電位側に向かって順方向に挿入される。そして、直列接続された２つのＳ素子のうち、第１電力供給系統の出力側の第１Ｓ素子が、第２電力供給系統の上アームのＳＷ素子の制御信号に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦする。また、第２電力供給系統の出力側の第２Ｓ素子が、第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子の制御信号に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦするように構成する。
【００２６】
上記Ｓ素子は、ＳＷ素子と同じ速さでスイッチングするため、トランジスタ素子（以下、Ｔ素子と略記）からなることが好ましい。また、上記Ｔ素子がＭＯＳトランジスタ素子（以下、Ｍ素子と略記）からなる場合には、Ｍ素子に付随した寄生ダイオードの電流経路を遮断するため、第５ダイオードが、２つのＭ素子の接続点から第２電力供給系統の２つのＳＷ素子の接続点に向かって順方向に挿入されてなることが好ましい。
【００２７】
また、上記構成において、上アームのＳＷ素子の制御信号に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦする第１Ｓ素子と下アームのＳＷ素子の制御信号に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦする第２Ｓ素子は、以下のような接続構成を採用することができる。例えば、第１Ｓ素子が、第２電力供給系統の上アームのＳＷ素子の制御信号を入力し、第２Ｓ素子が、第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子の制御信号を入力するように構成する。また、第１Ｓ素子が、第２電力供給系統の上アームのＳＷ素子の制御信号を入力し、第２Ｓ素子が、第２電力供給系統の上アームのＳＷ素子の制御信号の反転信号を入力するように構成されていてもよい。逆に、第１Ｓ素子が、第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子の制御信号の反転信号を入力し、第２Ｓ素子が、第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子の制御信号を入力するように構成されていてもよい。
【００２８】
以上のようにして、上記した電力供給装置は、コストやＳＷ損失の増大を伴わない小型の電力供給装置であって、上アームの駆動回路の耐圧に影響を及ぼすことなく、ＯＮ時間の長いＳＷ素子も正常に動作させることのできる電力供給装置となっている。
【００２９】
従って、上記電力供給装置は、小型・低コストが要求されると共に、様々な周期で駆動される複数の電力供給系統が統合されてなる、車載用の電力供給装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１７の電力供給装置９０ａにおいて、第１電力供給系統Ｐ１を長周期駆動とし、第２電力供給系統Ｐ２を短周期駆動とした場合について、タイミングチャートの一例を示した図である。
【図２】図１のチャートに示すタイミング（ＬＨ），（ＬＬ）において、電力供給装置９０ａの動作モードを示した図である。
【図３】図１のチャートに示すタイミング（ＬＤ）において、電力供給装置９０ａの動作モードを示した図である。
【図４】図１のチャートに示すタイミング（ＨＨ），（ＨＬ）において、電力供給装置９０ａの動作モードを示した図である。
【図５】図１のチャートに示すタイミング（ＨＤ）において、電力供給装置９０ａの動作モードを示した図である。
【図６】本発明に係る電力供給装置の基本構成を示す図で、複数の電力供給系統のうちで、少なくとも２つの異なる周期で駆動される電力供給系統Ｐ１，Ｐ２を有する電力供給装置１０のブロック図である。
【図７】図６のブロック図で示した電力供給装置１０の具体化例で、電力供給装置１０ａの回路図である。
【図８】図７の電力供給装置１０ａのタイミングチャートの一例を示した図である。
【図９】図８のチャートに示すタイミング（ＬＨ），（ＬＬ）において、電力供給装置１０ａの動作モードを示した図である。
【図１０】図８のチャートに示すタイミング（ＬＤ）において、電力供給装置１０ａの動作モードを示した図である。
【図１１】図８のチャートに示すタイミング（ＨＨ），（ＨＬ）において、電力供給装置１０ａの動作モードを示した図である。
【図１２】図８のチャートに示すタイミング（ＨＤ）において、電力供給装置１０ａの動作モードを示した図である。
【図１３】電力供給装置１０ｂの回路図で、図７の電力供給装置１０ａにおける電荷補給回路Ｆ１ａのＳ素子Ｓ１，Ｓ２をＭ素子Ｍ１，Ｍ２とした場合の回路構成例を示す図である。
【図１４】電力供給装置１０ｃの回路図で、図７に示した電力供給装置１０ａの変形例を示す図である。
【図１５】電力供給装置１０ｄの回路図で、図７に示した電力供給装置１０ａの変形例を示す図である。
【図１６】ＢＳ回路を有する電力供給装置の基本的な構成を示す図で、２つの電力供給系統を有する電力供給装置９０のブロック図である。
【図１７】図１６のブロック図で示した電力供給装置９０の具体化例で、電力供給装置９０ａの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、直流の第１電源に接続する上アームと下アームの直列接続された２つのＳＷ素子（例えば、ＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ）を備え、該２つのＳＷ素子の接続点から負荷に電力を出力する電力供給装置に関する。以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。
【００３２】
最初に、先に課題欄で説明した図１７に示す従来の電力供給装置９０ａの問題点について、より詳細に説明しておく。
【００３３】
図１は、図１７の電力供給装置９０ａにおいて、第１電力供給系統Ｐ１を長周期駆動とし、第２電力供給系統Ｐ２を短周期駆動とした場合について、タイミングチャートの一例を示した図である。図１では、図１７に示す制御信号ＩＬ１，ＩＨ１，ＩＬ２，ＩＨ２、出力電圧Ｖ１，Ｖ２、および第１電力供給系統Ｐ１のＢＳ回路Ｂ１における容量素子Ｃ１の電圧ＶＣ１の各波形が示されている。
【００３４】
また、図２〜図５は、図１のチャートに示す各タイミング（ＬＨ），（ＬＬ），（ＬＤ），（ＨＨ），（ＨＬ），（ＨＤ）において、電力供給装置９０ａの動作モードを示した図である。
【００３５】
図１〜図５において、電力供給装置９０ａの動作モードを示すカッコ内の左の符号は、第１電力供給系統の動作モードを示すものであり、カッコ内の右の符号は、第２電力供給系統の動作モードを示すものである。また、符号Ｈは、上アームの制御信号がＯＮで、下アームの制御信号がＯＦＦのモードを示している。符号Ｌは、上アームの制御信号がＯＦＦで、下アームの制御信号がＯＮのモードを示している。符号Ｄは、上アームの制御信号と下アームの制御信号が共にＯＦＦで、デッドタイムのモードを示している。
【００３６】
図１のチャートに示すように、カッコ内の左の符号がＬの３つのタイミング（ＬＨ），（ＬＬ），（ＬＤ）は、長周期駆動の第１電力供給系統Ｐ１において、上アームの制御信号ＩＨ１がＯＦＦで、下アームの制御信号ＩＬ１がＯＮの動作モードである。これらの動作モードでは、いずれも、図２（ＬＨ），（ＬＬ）と図３（ＬＤ）に示すように、長周期駆動の第１電力供給系統において、上アームのＳＷ素子ＱＨ１がＯＦＦ状態にあり、下アームのＳＷ素子ＱＬ１がＯＮ状態にある。このため、２つのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１の接続点Ｎ１（容量素子Ｃ１の下側電位）が、下アームのＳＷ素子ＱＬ１を介して、低電位（接地電位、出力電圧Ｖ１が０）となる。従って、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１が、破線矢印で示した経路で充電される。このように、長周期駆動の第１電力供給系統において下アームのＳＷ素子ＱＬ１がＯＮ状態にある期間では、第１電力供給系統において、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１の充電が継続される。尚、充電は極短い時間で終了するため、容量素子Ｃ１に電荷が飽和状態まで蓄積されると、それ以降は飽和電荷による充電状態が継続されるだけである。このため、この期間における容量素子Ｃ１の電圧ＶＣ１は、図１の最下段に示すように、飽和状態まで蓄積された電荷による高電圧状態が維持される。
【００３７】
一方、第２電力供給系統では、以下のようにして容量素子Ｃ２の充電と放電が繰り返される。図２（ＬＨ）の動作モードでは、上アームのＳＷ素子ＱＨ２がＯＮ状態にあり、下アームのＳＷ素子ＱＬ２がＯＦＦ状態にある。従って、２つのＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２の接続点Ｎ２が高電位（上アームのＳＷ素子ＱＨ２を介した第１電源Ｅ１の電位）となり、該高電位の出力電圧Ｖ２が負荷に対して出力端子ＯＵＴ２から供給される。この時、ＢＳ回路Ｂ２の容量素子Ｃ２に蓄積されていた電荷が、破線矢印で示した経路で放電され、駆動回路ＫＨ２で消費される。図２（ＬＬ）の動作モードでは、上アームのＳＷ素子ＱＨ２がＯＦＦ状態にあり、下アームのＳＷ素子ＱＬ２がＯＮ状態にある。従って、２つのＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２の接続点Ｎ２が低電位（接地電位、出力電圧Ｖ２が０）となり、ＢＳ回路Ｂ２の容量素子Ｃ２が破線矢印で示した経路で充電される。以上のように、短周期駆動の第２電力供給系統は、長周期駆動の第１電力供給系統と独立して動作している。
【００３８】
図１のチャートに示すように、カッコ内の左の符号がＨの３つのタイミング（ＨＨ），（ＨＬ），（ＨＤ）は、長周期駆動の第１電力供給系統において、上アームの制御信号ＩＨ１がＯＮで、下アームの制御信号ＩＬ１がＯＦＦの動作モードである。これらの動作モードでは、いずれも、図４（ＨＨ），（ＨＬ）と図５（ＨＤ）に示すように、長周期駆動の第１電力供給系統において、上アームのＳＷ素子ＱＨ１がＯＮ状態にあり、下アームのＳＷ素子ＱＬ１がＯＦＦ状態にある。従って、２つのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１の接続点Ｎ１が高電位（上アームのＳＷ素子ＱＨ１を介した第１電源Ｅ１の電位）となり、高電位の出力電圧Ｖ１が負荷に対して出力端子ＯＵＴ１から供給される。この時、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１に蓄積されていた電荷が、破線矢印で示した経路で放電され、駆動回路ＫＨ１で電流が消費される。このように、長周期駆動の第１電力供給系統において上アームのＳＷ素子ＱＨ１がＯＮ状態にある期間では、第１電力供給系統において、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１の放電が継続される。このため、この期間における容量素子Ｃ１の電圧ＶＣ１は、図１の最下段に示すように低下し続ける。そして、図中に一点鎖線で示した駆動回路ＫＨ１の動作に必要な閾値電圧Ｖｔｈを下回ると、ついには駆動回路ＫＨ１がＳＷ素子ＱＨ１のゲート電位のＯＮに必要な電位を供給できず、ＳＷ素子ＱＨ１がＯＦＦして、出力電圧Ｖ１が０となる。このように、制御信号ＩＨ１のＯＮ時間が長くなると、制御信号ＩＨ１がＯＮであるにも係わらず、ＳＷ素子ＱＨ１が正常に動作しなくなる。
【００３９】
尚、上アームの制御信号ＩＨ１がＯＮで下アームの制御信号がＯＦＦの期間においても、第２電力供給系統では、先の上アームの制御信号ＩＨ１がＯＦＦで下アームの制御信号がＯＮの期間と同様にして、容量素子Ｃ２の充電と放電が繰り返される。
【００４０】
次に、上記した電力供給装置９０ａの問題点を解消する、本発明に係る電力供給装置の基本的な構成と動作について、以下の図６〜図１２により説明する。
【００４１】
図６は、本発明に係る電力供給装置の基本構成を示す図で、複数の電力供給系統のうちで、少なくとも２つの異なる周期で駆動される電力供給系統Ｐ１，Ｐ２を有する電力供給装置１０のブロック図である。また、図７は、図６のブロック図で示した電力供給装置１０の具体化例で、電力供給装置１０ａの回路図である。尚、図６と図７に示す電力供給装置１０，１０ａにおいて、それぞれ図１６と図１７に示した電力供給装置９０，９０ａと同様の部分については、同じ符号を付した。
【００４２】
図６に示す電力供給装置１０は、破線で囲った第１電力供給系統Ｐ１と第２電力供給系統Ｐ２の２つの電力供給系統を有している。電力供給装置１０では、複数有る電力供給系統のうち少なくとも２つの電力供給系統Ｐ１，Ｐ２が異なる周期で駆動され、長い周期で駆動される方を第１電力供給系統Ｐ１とし、短い周期で駆動される方を第２電力供給系統Ｐ２としている。
【００４３】
図６の電力供給装置１０において、以下の構成部は、図１６に示した電力供給装置９０と同様である。
【００４４】
すなわち、第１電力供給系統Ｐ１は、直流の第１電源Ｅ１に接続する直列接続された上アームのＳＷ素子ＱＨ１と下アームのＳＷ素子ＱＬ１を備えている。そして、該２つのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１の接続点Ｎ１から、図示していない負荷に電力を供給する。また、第２電力供給系統Ｐ２は、同じ直流の第１電源Ｅ１に接続する直列接続された上アームのＳＷ素子ＱＨ２と下アームのＳＷ素子ＱＬ２を備えている。そして、該２つのＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２の接続点Ｎ２から、図示していない負荷に電力を供給する。
【００４５】
また、第１電力供給系統Ｐ１においては、上アームと下アームの各ＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１に対して、駆動回路ＫＨ１，ＫＬ１が接続されている。駆動回路ＫＨ１，ＫＬ１は、同じ直流の第２電源Ｅ２に接続され、それぞれ制御信号ＩＨ１，ＩＬ１を入力して、ＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１へゲート信号を出力する。また、下アームの駆動回路ＫＬ１には、第２電源Ｅ２の電圧がそのまま印加されるが、上アームの駆動回路ＫＨ１には、ＢＳ回路Ｂ１が付加されており、第２電源Ｅ２の電圧がＢＳ回路Ｂ１で高められて駆動回路ＫＨ１に印加される。同様に、第２電力供給系統Ｐ２においては、上アームと下アームの各ＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２に対して、駆動回路ＫＨ２，ＫＬ２が接続されている。駆動回路ＫＨ２，ＫＬ２は、同じ直流の第２電源Ｅ２に接続され、それぞれ制御信号ＩＨ２，ＩＬ２を入力して、ＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２へゲート信号を出力する。また、下アームの駆動回路ＫＬ２には、第２電源Ｅ２の電圧がそのまま印加されるが、上アームの駆動回路ＫＨ２には、ＢＳ回路Ｂ２が付加されており、第２電源Ｅ２の電圧がＢＳ回路Ｂ２で高められて駆動回路ＫＨ２に印加される。
【００４６】
一方、図６の電力供給装置１０は、図１６に示した電力供給装置９０と異なり、長い周期で駆動される第１電力供給系統Ｐ１が、第２電源Ｅ２に接続される電荷補給回路Ｆ１を有する構成となっている。該電荷補給回路Ｆ１は、短い周期で駆動される第２電力供給系統Ｐ２の制御信号ＩＨ２，ＩＬ２を入力し、該制御信号ＩＨ２，ＩＬ２に基づくタイミングで電荷の充電と放電を繰り返し、第１電力供給系統Ｐ１のＢＳ回路Ｂ１に電荷を補給するように構成されている。
【００４７】
図６の電力供給装置１０において、図１６に示した電力供給装置９０と同様のブロック構成部については、図１７の電力供給装置９０ａと同様に、以下のように具体化することができる。
【００４８】
図７の電力供給装置１０ａの回路図に示すように、第１電力供給系統Ｐ１のＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１と第２電力供給系統Ｐ２のＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２は、ＭＯＳトランジスタであってもよいし、ＩＧＢＴであってもよい。尚、インダクタンスからなる負荷が電力供給系統Ｐ１，Ｐ２に接続される場合には、通常、各ＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１，ＱＨ２，ＱＬ２に対して、フリーホイールダイオード（図示省略）が逆並列に接続される。
【００４９】
各電力供給系統Ｐ１，Ｐ２において、下アームのＳＷ素子ＱＬ１，ＱＬ２をそれぞれ駆動する駆動回路ＫＬ１，ＫＬ２は、電源端子の高電位側が第２電源Ｅ２の高電位側に接続され、電源端子の低電位側がそれぞれＳＷ素子ＱＬ１，ＱＬ２の低電位側に接続される。また、上アームのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＨ２をそれぞれ駆動する駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２は、電源端子の高電位側がそれぞれＢＳ回路Ｂ１，Ｂ２を介して第２電源Ｅ２の高電位側に接続され、電源端子の低電位側がそれぞれＳＷ素子ＱＨ１，ＱＨ２の低電位側に接続される。
【００５０】
また、上アームの駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２への印加電圧を高めるＢＳ回路Ｂ１，Ｂ２は、それぞれ、ダイオードＤ１，Ｄ２と容量素子Ｃ１，Ｃ２とで構成される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれ、第２電源Ｅ２の高電位側から駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２の電源端子の高電位側に向かって順方向に挿入される。容量素子Ｃ１，Ｃ２は、一端がダイオードＤ１，Ｄ２のカソード側に接続され、もう一端が駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２の電源端子の低電位側に接続される。
【００５１】
一方、図１６の電力供給装置９０には無いブロック構成部で、図６の電力供給装置１０が有する電荷補給回路Ｆ１については、以下のように具体化することができる。
【００５２】
例えば、図７の電力供給装置１０ａの回路図に示すように、電荷補給回路Ｆ１ａは、直列接続された２つのスイッチ素子（以下、Ｓ素子と略記）Ｓ１，Ｓ２、第３容量素子Ｃ３、第３ダイオードＤ３、および第４ダイオードＤ４で構成することができる。直列接続された２つのＳ素子Ｓ１，Ｓ２は、第１電力供給系統Ｐ１の２つのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１の接続点Ｎ１と第２電力供給系統Ｐ２の２つのＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２の接続点Ｎ２を結ぶ経路に挿入される。容量素子Ｃ３は、一端が２つのＳ素子Ｓ１，Ｓ２の接続点Ｎ３に接続され、もう一端が第２電源Ｅ２の高電位側に接続される。ダイオードＤ３は、第２電源Ｅ２の高電位側から容量素子Ｃ３の前記もう一端に向かって順方向に挿入される。ダイオードＤ４は、第３容量素子の前記もう一端から第１電力供給系統Ｐ１の駆動回路ＫＨ１の電源端子の高電位側に向かって順方向に挿入される。そして、直列接続された２つのＳ素子Ｓ１，Ｓ２のうち、第１電力供給系統Ｐ１の出力（接続点Ｎ１）側の第１Ｓ素子Ｓ１は、第２電力供給系統Ｐ２の上アームの制御信号ＩＨ２を入力し、制御信号ＩＨ２に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦする。また、第２電力供給系統Ｐ２の出力（接続点Ｎ２）側の第２Ｓ素子Ｓ２は、第２電力供給系統Ｐ２の下アームの制御信号ＩＬ２を入力し、制御信号ＩＬ２に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦするように構成している。
【００５３】
上記した図６と図７に示す電力供給装置１０，１０ａは、ＢＳ回路Ｂ１，Ｂ２により上アームの駆動回路ＫＨ１，ＫＨ２に印加する電圧を高める構成の電力供給装置で、複数の電力供給系統を有している。そして、少なくとも２つの電力供給系統Ｐ１，Ｐ２が異なる周期で駆動される。ＢＳ回路Ｂ１，Ｂ２により上アームの駆動回路に印加する電圧を高める構成の上記電力供給装置１０，１０ａでは、駆動回路用の一つの第２電源Ｅ２だけで、複数有る各電力供給系統の上アームと下アームの各駆動回路を動作させることができる。このため、電源が簡略化され、小型で安価な電力供給装置とすることができる。
【００５４】
一方、ＢＳ回路を用いた電力供給装置の場合、基本的な構成だけでは、前述した図１６と図１７に示す電力供給装置９０，９０ａように、上アームの駆動回路が正常に動作できる最大ＯＮ時間に制約がある。図１〜図５で説明したように、ＢＳ回路は、下アームのＳＷ素子がＯＮしている時間に電荷が充電され、上アームのＳＷ素子がＯＮしている時間に蓄積された電荷が駆動回路によって消費される。従って、上アームのＯＮ時間が長くなると、ＢＳ回路に蓄電された電荷が減少し続け、ついには十分なゲート電位を保てずＳＷ素子がＯＦＦしてしまう。
【００５５】
上記問題点を解消する手段として、例えばＢＳ回路に蓄積できる電荷量を大きくすることが考えられるが、この場合にはコストアップになってしまう。また、ＢＳ回路に蓄積できる電荷量はそのままで、上アームと下アームのＳＷ素子のスイッチングの周期を短くすれば、コストアップにはならないが、この場合にはＳＷ損失が増加してしまう。
【００５６】
このため、上記した図６と図７に示す電力供給装置１０，１０ａでは、長い周期で駆動される第１電力供給系統Ｐ１が、第２電源Ｅ２に接続される電荷補給回路Ｆ１，Ｆ１ａを有する構成となっている。そして、電荷補給回路Ｆ１，Ｆ１ａは、短い周期で駆動される第２電力供給系統Ｐ２の制御信号ＩＨ２，ＩＬ２を入力し、制御信号ＩＨ２，ＩＬ２に基づくタイミングで電荷の充電と放電を繰り返し、第１電力供給系統Ｐ１のＢＳ回路Ｂ１に電荷を補給する。このように、電荷補給回路Ｆ１，Ｆ１ａは、短い周期で駆動される第２電力供給系統Ｐ２の制御信号ＩＨ２，ＩＬ２によって第１電力供給系統Ｐ１のＢＳ回路Ｂ１に電荷を補給し続ける。このため、長い周期で駆動される第１電力供給系統Ｐ１の上アームのＳＷ素子ＱＨ１をＯＮし続けることが可能となる。以上のようにして、上記電力供給装置１０，１０ａは、前述した上アームの駆動回路が正常に動作できる最大ＯＮ時間の制約から解放される。
【００５７】
図７に示す電力供給装置１０ａを例にして、本発明に係る電力供給装置の動作について、より詳細に説明する。
【００５８】
図８は、図７の電力供給装置１０ａのタイミングチャートの一例を示した図である。図８では、図７に示す制御信号ＩＬ１，ＩＨ１，ＩＬ２，ＩＨ２、出力電圧Ｖ１，Ｖ２、および第１電力供給系統Ｐ１のＢＳ回路Ｂ１における容量素子Ｃ１の電圧ＶＣ１と電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３の電圧ＶＣ３の各波形が示されている。尚、図８のタイミングチャートに示した各制御信号ＩＬ１，ＩＨ１，ＩＬ２，ＩＨ２と短い周期で駆動される第２電力供給系統Ｐ２の出力電圧Ｖ２の波形は、図１に示したそれらと全く同じである。また、図８の電圧ＶＣ１のチャートには、比較のため、電力供給装置９０ａの図１に示した電圧ＶＣ１の電圧波形を点線で示してある。
【００５９】
図９〜図１２は、図８のチャートに示す各タイミング（ＬＨ），（ＬＬ），（ＬＤ），（ＨＨ），（ＨＬ），（ＨＤ）において、電力供給装置１０ａの動作モードを示した図である。図１〜図５と同様で、動作モードを示すカッコ内の左の符号は、第１電力供給系統の動作を示している。また、符号Ｈは上アームの制御信号がＯＮのモードを示し、符号Ｌは下アームの制御信号がＯＮのモードを示し、符号Ｄはデッドタイムのモードを示している。
【００６０】
図８に示すように、カッコ内の左の符号がＬの３つのタイミング（ＬＨ），（ＬＬ），（ＬＤ）は、長周期駆動の第１電力供給系統において、上アームの制御信号ＩＨ１がＯＦＦで、下アームの制御信号ＩＬ１がＯＮの動作モードである。これらの動作モードでは、いずれも、図９（ＬＨ），（ＬＬ）と図１０（ＬＤ）に示すように、長周期駆動の第１電力供給系統において、上アームのＳＷ素子ＱＨ１がＯＦＦ状態にあり、下アームのＳＷ素子ＱＬ１がＯＮ状態にある。このため、２つのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１の接続点Ｎ１は、低電位（接地電位、出力電圧Ｖ１が０）となる。従って、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１は、動作モード（ＬＨ），（ＬＬ），（ＬＤ）のいずれにおいても、破線矢印で示したＢＳ回路Ｂ１のダイオードＤ１を介した経路と電荷補給回路Ｆ１ａのダイオードＤ３，Ｄ４を介した経路の２つの経路で充電される。
【００６１】
また、電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３について、図９の動作モード（ＬＨ）では、Ｓ素子Ｓ１が制御信号ＩＨ２に同期してＯＮし、Ｓ素子Ｓ２が制御信号ＩＬ２に同期してＯＦＦする。このため、２つのＳ素子Ｓ１，Ｓ２の接続点Ｎ３（容量素子Ｃ３の下側電位）が、第１電力供給系統の下アームのＳＷ素子ＱＬ１とＳ素子Ｓ１を介して、低電位（接地電位、出力電圧Ｖ１が０）となる。従って、電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３が、破線矢印で示した経路で充電される。逆に、図９の動作モード（ＬＬ）では、Ｓ素子Ｓ１が制御信号ＩＨ２に同期してＯＦＦし、Ｓ素子Ｓ２が制御信号ＩＬ２に同期してＯＮする。従ってこの場合には、２つのＳ素子Ｓ１，Ｓ２の接続点Ｎ３が、第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子ＱＬ２とＳ素子Ｓ２を介して、低電位（接地電位、出力電圧Ｖ２が０）となる。このため、電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３が、同じように破線矢印で示した経路で充電される。尚、充電は極短い時間で終了するため、容量素子Ｃ１，Ｃ３に電荷が飽和状態まで蓄積されると、それ以降は飽和電荷による充電状態が継続されるだけである。また、第２電力供給系統がデッドタイムの図１０の動作モード（ＬＤ）では、２つのＳ素子Ｓ１，Ｓ２がＯＦＦとなり、容量素子Ｃ３の充電は停止されるが、飽和電荷による充電状態がそのまま継続される。
【００６２】
以上のように、図７の電力供給装置１０ａでは、長周期駆動の第１電力供給系統において下アームのＳＷ素子ＱＬ１がＯＮ状態にある期間で、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１の充電が継続されるだけでなく、電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３の充電も継続される。このため、この期間における容量素子Ｃ１，Ｃ３の電圧ＶＣ１，ＶＣ３は、図８の下の２段に示すように、いずれも飽和状態まで蓄積された電荷による高電圧状態が維持される。
【００６３】
図８に示すように、カッコ内の左の符号がＨの３つのタイミング（ＨＨ），（ＨＬ），（ＨＤ）は、長周期駆動の第１電力供給系統において、上アームの制御信号ＩＨ１がＯＮで、下アームの制御信号ＩＬ１がＯＦＦの動作モードである。これらの動作モードでは、いずれも、図１１（ＨＨ），（ＨＬ）と図１２（ＨＤ）に示すように、長周期駆動の第１電力供給系統において、上アームのＳＷ素子ＱＨ１がＯＮ状態にあり、下アームのＳＷ素子ＱＬ１がＯＦＦ状態にある。従って、２つのＳＷ素子ＱＨ１，ＱＬ１の接続点Ｎ１が高電位（上アームのＳＷ素子ＱＨ１を介した第１電源Ｅ１の電位）となり、高電位の出力電圧Ｖ１が負荷に対して出力端子ＯＵＴ１から供給される。
【００６４】
上アームのＳＷ素子ＱＨ１がＯＮ状態にある上記期間において、図１〜図５で説明した従来の電力供給装置９０ａでは、容量素子Ｃ１に蓄積されていた電荷の放電と駆動回路ＫＨ１での電流消費が継続され、容量素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が低下し続けていた。これに対して、図７に示した電荷補給回路Ｆ１ａを有する電力供給装置１０ａは、以下のように動作する。
【００６５】
図１１（ＨＨ），（ＨＬ）と図１２（ＨＤ）に示すように、上アームのＳＷ素子ＱＨ１がＯＮ状態にある期間において、容量素子Ｃ１に蓄積されていた電荷の放電と駆動回路ＫＨ１での電流消費は、従来の電力供給装置９０ａと同様にして継続される。しかしながら、電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３に注目すると、図１１の動作モード（ＨＨ）では、Ｓ素子Ｓ１が制御信号ＩＨ２に同期してＯＮし、Ｓ素子Ｓ２が制御信号ＩＬ２に同期してＯＦＦする。このため、容量素子Ｃ３に蓄積されていた電荷が、ダイオードＤ４を介して、破線矢印で示した経路で放電される。従って、駆動回路ＫＨ１では、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１と電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３の両方から電荷が供給される。従って、動作モード（ＨＨ）の期間において、容量素子Ｃ１の電圧ＶＣ１の低下は、電荷補給回路Ｆ１ａが無い場合に較べて緩やかになる。次に、図１１の動作モード（ＨＬ）では、Ｓ素子Ｓ１が制御信号ＩＨ２に同期してＯＦＦし、Ｓ素子Ｓ２が制御信号ＩＬ２に同期してＯＮする。従って、２つのＳ素子Ｓ１，Ｓ２の接続点Ｎ３が、第２電力供給系統の下アームのＳＷ素子ＱＬ２とＳ素子Ｓ２を介して、低電位（接地電位、出力電圧Ｖ２が０）となる。このため、電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３が、ダイオードＤ３を介して、破線矢印で示した経路で充電される。尚、充電は極短い時間で終了するため、容量素子Ｃ３に電荷が飽和状態まで蓄積されると、それ以降は飽和電荷による充電状態が継続されるだけである。従って、図８の最下段に示すように、容量素子Ｃ３の電圧ＶＣ３は、制御信号ＩＨ２がＯＮすると、瞬時に第２電源Ｅ２の電圧近くまで回復し、制御信号ＩＨ２がＯＦＦになるまで高電圧状態が維持される。また、第２電力供給系統がデッドタイムの図１２の動作モード（ＨＤ）では、２つのＳ素子Ｓ１，Ｓ２がＯＦＦとなり、容量素子Ｃ３の充電は停止されるが、制御信号ＩＨ２がＯＮになるまで、そのまま高電圧状態が維持される。
【００６６】
容量素子Ｃ３を充電する動作モード（ＨＬ）の期間において、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１の放電は継続され、電圧ＶＣ１は低下し続ける。しかしながら、次に制御信号ＩＨ２がＯＮし、次の図１１に示す動作モード（ＨＨ）になった瞬間に、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１と電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３が並列接続される。このため、低下し続けていた容量素子Ｃ１の電圧ＶＣ１は、瞬時に容量素子Ｃ３の電圧ＶＣ３の近くまで回復する。そして、容量素子Ｃ１，Ｃ３の電圧ＶＣ１，ＶＣ３は、その後の動作モード（ＨＨ）の期間において、駆動回路ＫＨ１での電流消費によって緩やかに低下する。
【００６７】
以上説明したように、図７の電力供給装置１０ａでは、長周期駆動の第１電力供給系統において上アームのＳＷ素子ＱＨ１がＯＮ状態にある期間において、ＢＳ回路Ｂ１の容量素子Ｃ１の放電が継続される。しかしながら、電力供給装置１０ａでは、この期間において、電荷補給回路Ｆ１ａの容量素子Ｃ３の充電と放電が、制御信号ＩＨ２，ＩＬ２に基づくタイミングで繰り返される。このため、電力供給装置１０ａの容量素子Ｃ１の電圧ＶＣ１は、図１７の電力供給装置９０ａにおけるそれのように低下し続けて駆動回路ＫＨ１の動作に必要な閾値電圧Ｖｔｈを下回ることはなく、この期間において所定の範囲内で上下動を繰り返す。
【００６８】
以上のようにして、図７の電力供給装置１０ａでは、電荷補給回路Ｆ１ａが短い周期で駆動される第２電力供給系統Ｐ２の制御信号ＩＨ２，ＩＬ２に基づくタイミングで電荷の充電と放電を繰り返し、第１電力供給系統Ｐ１のＢＳ回路Ｂ１に電荷を補給し続ける。このため、長い周期で駆動される第１電力供給系統Ｐ１の上アームのＳＷ素子ＱＨ１をＯＮし続けることが可能となり、上アームの駆動回路が正常に動作できる最大ＯＮ時間の制約から解放される。
【００６９】
また、図７の電力供給装置１０ａと先に説明した特許文献１のＢＳ回路が第１コンデンサと第２コンデンサを備える構成の従来の駆動回路とは、短周期で駆動される電力供給系統を利用して、長周期のＢＳ回路に電荷を補給し続ける点では共通している。しかしながら、電力供給装置１０ａは、特許文献１の駆動回路と次の点で異なる構成となっている。すなわち、従来の駆動回路では、自相（長周期駆動）の第１コンデンサに電荷を補充する第２コンデンサは、第１電源Ｅ１に接続する他相（短周期駆動）のＳＷ素子の出力点にその一端が接続されていた。このため、先に説明したように、従来の駆動回路では、自相の下アームのＳＷ素子がＯＮ状態で他相の上アームのＳＷ素子がＯＮすると、第１電源Ｅ１を高電圧とした場合に自相の駆動回路の耐圧を越える充電経路が形成される問題があった。
【００７０】
これに対して、図７の電力供給装置１０ａにおける電荷補給回路Ｆ１ａは、駆動回路用の第２電源Ｅ２に接続されており、短い周期で駆動される第２電力供給系統Ｐ２の駆動回路の制御信号ＩＨ２，ＩＬ２に基づいて、電荷の充電と放電を繰り返す。このため、電力供給装置１０ａにおいては、先に説明した従来の駆動回路と異なり、第１電源Ｅ１を高電圧とした場合にも、耐圧が問題となるような充電経路が形成されることはない。
【００７１】
以上のようにして、上記した電力供給装置１０，１０ａは、コストやＳＷ損失の増大を伴わない小型の電力供給装置であって、上アームの駆動回路の耐圧に影響を及ぼすことなく、ＯＮ時間の長いＳＷ素子も正常に動作可能な電力供給装置となっている。
【００７２】
次に、上記した電力供給装置１０，１０ａの細部について、より詳細に説明する。
【００７３】
図７の電力供給装置１０ａにおける電荷補給回路Ｆ１ａのＳ素子Ｓ１，Ｓ２は、ＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２と同じ速さでスイッチングするため、トランジスタ素子（以下、Ｔ素子と略記）からなることが好ましい。該Ｔ素子は、例えばＭＯＳトランジスタ素子（以下、Ｍ素子と略記）であってもよいし、バイポーラトランジスタ素子であってもよい。
【００７４】
図１３は、電力供給装置１０ｂの回路図で、図７の電力供給装置１０ａにおける電荷補給回路Ｆ１ａのＳ素子Ｓ１，Ｓ２をＭ素子Ｍ１，Ｍ２とした場合の回路構成例を示す図である。
【００７５】
図１３に示す電力供給装置１０ｂの電荷補給回路Ｆ１ｂにおいては、図７に示したＳ素子Ｓ１，Ｓ２と同様の構成と機能を有したＭ素子Ｍ１，Ｍ２に対して、さらに第５ダイオードＤ５が付加されている。ダイオードＤ５は、Ｍ素子Ｍ１，Ｍ２に付随した寄生ダイオードの電流経路を遮断するためのもので、２つのＭ素子Ｍ１，Ｍ２の接続点Ｎ３から第２電力供給系統Ｐ２の２つのＳＷ素子ＱＨ２，ＱＬ２の接続点Ｎ２に向かって順方向に挿入される。このように、図７の電力供給装置１０ａにおけるＳ素子Ｓ１，Ｓ２として、Ｍ素子Ｍ１，Ｍ２を採用する場合には、Ｍ素子Ｍ１，Ｍ２に付随した寄生ダイオードの電流経路を遮断するため、図１３に示すダイオードＤ５を付加することが好ましい。
【００７６】
図１４と図１５は、それぞれ電力供給装置１０ｃ，１０ｄの回路図で、図７に示した電力供給装置１０ａの変形例を示す図である。
【００７７】
図７の電力供給装置１０ａでは、電荷補給回路Ｆ１ａにおける第１電力供給系統Ｐ１（接続点Ｎ１）側のＳ素子Ｓ１と第２電力供給系統Ｐ２（接続点Ｎ２）側のＳ素子Ｓ２が、それぞれ、以下のように構成されていた。すなわち、接続点Ｎ１側のＳ素子Ｓ１は、第２電力供給系統Ｐ２の上アームの制御信号ＩＨ２に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦする。また、接続点Ｎ２側のＳ素子Ｓ２は、第２電力供給系統Ｐ２の下アームの制御信号ＩＬ２に同期して同じようにＯＮ−ＯＦＦするようにする。
【００７８】
一方、第２電力供給系統Ｐ２における上アームの制御信号ＩＨ２と下アームの制御信号ＩＬ２は相補的にＯＮ−ＯＦＦするため、図１４と図１５に示した電力供給装置１０ｃ，１０ｄの接続構成を採用することが可能である。
【００７９】
図１４の電力供給装置１０ｃにおいては、電荷補給回路Ｆ１ｃのＳ素子Ｓ１，Ｓ２の制御に、第２電力供給系統Ｐ２の上アームの制御信号ＩＨ２だけを利用している。そして、接続点Ｎ１側のＳ素子Ｓ１は、第２電力供給系統Ｐ２の上アームの制御信号ＩＨ２をそのまま入力し、接続点Ｎ２側のＳ素子Ｓ２は、インバータＩ１を介して、第２電力供給系統Ｐ２の上アームの制御信号ＩＨ２の反転信号を入力するように構成されている。
【００８０】
逆に、図１５の電力供給装置１０ｄにおいては、電荷補給回路Ｆ１ｄのＳ素子Ｓ１，Ｓ２の制御に、第２電力供給系統Ｐ２の下アームの制御信号ＩＬ２だけを利用している。そして、接続点Ｎ１側のＳ素子Ｓ１は、インバータＩ２を介して、第２電力供給系統Ｐ２の下アームの制御信号ＩＬ２の反転信号を入力し、接続点Ｎ２側のＳ素子Ｓ２は、第２電力供給系統Ｐ２の下アームの制御信号ＩＬ２をそのまま入力するように構成されている。
【００８１】
図１４と図１５に示すＳ素子Ｓ１，Ｓ２の接続構成であっても、電荷補給回路Ｆ１ｃ，Ｆ１ｄが短周期の第２電力供給系統Ｐ２の制御信号に基づくタイミングで電荷の充電と放電を繰り返し、長周期の第１電力供給系統Ｐ１のＢＳ回路Ｂ１に電荷を補給する。
【００８２】
以上のようにして、上記した電力供給装置は、コストやＳＷ損失の増大を伴わない小型の電力供給装置であって、上アームの駆動回路の耐圧に影響を及ぼすことなく、ＯＮ時間の長いＳＷ素子も正常に動作させることのできる電力供給装置となっている。
【００８３】
従って、上記電力供給装置は、小型・低コストが要求されると共に、様々な周期で駆動される複数の電力供給系統が統合されてなる、車載用の電力供給装置として好適である。
【符号の説明】
【００８４】
１０，１０ａ〜１０ｄ，９０，９０ａ  電力供給装置
Ｅ１，Ｅ２  電源
Ｐ１，Ｐ２  電力供給系統
ＱＨ１，ＱＬ１，ＱＨ２，ＱＬ２  ＳＷ素子
ＫＨ１，ＫＬ１，ＫＨ２，ＫＬ２  駆動回路
ＩＨ１，ＩＬ１，ＩＨ２，ＩＬ２  制御信号
Ｂ１，Ｂ２  ＢＳ回路
Ｆ１，Ｆ１ａ〜Ｆ１ｄ  電荷補給回路
Ｄ１〜Ｄ５  ダイオード
Ｃ１〜Ｃ３  容量素子
Ｓ１，Ｓ２  Ｓ素子
Ｍ１，Ｍ２  Ｍ素子
【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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