(57)【要約】保護回路（５１）は、スナバコンデンサ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）が所定の電圧以上に充電されると、電流経路ＰＴ１、ＰＴ２上に設けられるクランプダイオード（Ｄｆ１，Ｄｆ２）を導通し、スナバコンデンサ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）の充電を完了させる。
2013128632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極および第２電極を有する第１の直流電源（Ｖｐ）と、前記第１の直流電源（Ｖｐ）の第２電極に接続される第１電極、および第２電極を有する第２の直流電源（Ｖｎ）とから供給された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置であって、
前記第１の直流電源（Ｖｐ）の第１電極に結合される第１端と、前記負荷に結合される第２端とを有する第１の主スイッチ（Ｇｐ）と、
前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）と導通方向が逆になるように、前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）と並列接続される第１の主ダイオード（Ｄｐ）と、
前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）および前記第１の主ダイオード（Ｄｐ）と並列接続される第１のスナバコンデンサ（Ｃｒｐ）と、
前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）と導通方向が同じになるように、前記第１のスナバコンデンサ（Ｃｒｐ）と直列接続され、かつ前記第１のスナバコンデンサ（Ｃｒｐ）と前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）の第２端との間に接続される第１のスナバダイオード（Ｄｒｐ）と、
前記第１の直流電源（Ｖｐ）および前記第２の直流電源（Ｖｎ）の接続ノードと前記第１のスナバコンデンサ（Ｃｒｐ）および前記第１のスナバダイオード（Ｄｒｐ）の接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される第１の補助スイッチ（Ｓｒｐ）および第１の補助リアクトル（Ｌｒｐ）と、
前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）の第２端に結合される第１端と、前記第２の直流電源（Ｖｎ）の第２電極に結合される第２端とを有し、前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）と導通方向が同じになるように設けられる第２の主スイッチ（Ｇｎ）と、
前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）と導通方向が逆になるように、前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）と並列接続される第２の主ダイオード（Ｄｎ）と、
前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）および前記第２の主ダイオード（Ｄｎ）と並列接続される第２のスナバコンデンサ（Ｃｒｎ）と、
前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）と導通方向が同じになるように、前記第２のスナバコンデンサ（Ｃｒｎ）と直列接続され、かつ前記第２のスナバコンデンサ（Ｃｒｎ）と前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）の第１端との間に接続される第２のスナバダイオード（Ｄｒｎ）と、
前記第１の直流電源（Ｖｐ）および前記第２の直流電源（Ｖｎ）の接続ノードと前記第２のスナバコンデンサ（Ｃｒｎ）および前記第２のスナバダイオード（Ｄｒｎ）の接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される第２の補助スイッチ（Ｓｒｎ）および第２の補助リアクトル（Ｌｒｎ）と、
前記第１のスナバコンデンサ（Ｃｒｐ）に印加される電圧が所定値以上になった場合または前記第２のスナバコンデンサ（Ｃｒｎ）に印加される電圧が所定値以上になった場合、前記第１の直流電源（Ｖｐ）および前記第２の直流電源（Ｖｎ）から前記第１のスナバコンデンサ（Ｃｒｐ）または前記第２のスナバコンデンサ（Ｃｒｎ）へ流れようとする充電電流を他の電流経路へ流すための保護回路（５１）とを備え、
前記保護回路（５１）は、
第１の変圧器（Ｔｒｐ）および第２の変圧器（Ｔｒｎ）と、
第１のクランプダイオード（Ｄｆｐ）および第２のクランプダイオード（Ｄｆｐ）とを含み、
前記第１の変圧器（Ｔｒｐ）は、
前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）の第２端と前記負荷との間に接続される第１の１次巻線（Ｌｓ１）と、
前記第１の直流電源（Ｖｐ）の第１電極と前記第１の直流電源（Ｖｐ）の第２電極との間に接続され、前記第１の１次巻線と磁気結合される第１の２次巻線（Ｌｆ１）とを有し、
前記第２の変圧器（Ｔｒｎ）は、
前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）の第１端と前記負荷との間に接続される第２の１次巻線（Ｌｓ２）と、
前記第２の直流電源（Ｖｎ）の第１電極と前記第２の直流電源（Ｖｎ）の第２電極との間に接続され、前記第２の１次巻線と磁気結合される第２の２次巻線（Ｌｆ２）とを有し、
前記第１の２次巻線（Ｌｆ１）と前記第１のクランプダイオード（Ｄｆｐ）とは、前記第１の直流電源（Ｖｐ）の第１電極と前記第１の直流電源（Ｖｐ）の第２電極との間に直列接続され、
前記第２の２次巻線（Ｌｆ２）と前記第２のクランプダイオード（Ｄｆｎ）とは、前記第２の直流電源（Ｖｎ）の第１電極と前記第２の直流電源（Ｖｎ）の第２電極との間に直列接続され、
前記第１の２次巻線（Ｌｆ１）と前記第１のクランプダイオード（Ｄｆｐ）とは直列接続され、
前記第１の１次巻線（Ｌｓ１）および前記第２の１次巻線（Ｌｓ２）は直列接続され、前記第１の１次巻線（Ｌｓ１）および前記第２の１次巻線（Ｌｓ２）の接続ノードは、前記負荷に接続される、電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換装置は、
前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）、前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）、前記第１の補助スイッチ（Ｓｒｐ）および前記第２の補助スイッチ（Ｓｒｎ）をオン制御およびオフ制御する制御回路（１１）とをさらに備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御回路（１１）は、前記電力変換装置から前記負荷へ電流が流れる正期間において、前記第２の主ダイオード（Ｄｎ）がオンしている間に前記第２の補助スイッチ（Ｓｒｎ）をオン制御することにより前記第２のスナバコンデンサ（Ｃｒｎ）を放電し、前記負荷から前記電力変換装置へ電流が流れる負期間において、前記第１の主ダイオード（Ｄｐ）がオンしている間に前記第１の補助スイッチ（Ｓｒｐ）をオン制御することにより前記第１のスナバコンデンサ（Ｃｒｐ）を放電する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御回路（１１）は、前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）をオフ制御してから所定時間経過時に前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）をオン制御し、前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）をオン制御してから所定時間経過時に前記第２の補助スイッチ（Ｓｒｎ）をオン制御し、前記第２の補助スイッチ（Ｓｒｎ）をオン制御してから所定時間経過時に前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）をオフ制御し、前記第２の主スイッチ（Ｇｎ）をオフ制御してから所定時間経過時に前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）をオン制御し、前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）をオン制御してから所定時間経過時に前記第１の補助スイッチ（Ｓｒｐ）をオン制御し、前記第１の補助スイッチ（Ｓｒｐ）をオン制御してから所定時間経過時に前記第１の主スイッチ（Ｇｐ）をオフ制御する、請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、特に、ソフトスイッチングを行なう電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソフトスイッチングを行なうソフトスイッチングインバータが開発されている。ソフトスイッチングは、スイッチ素子を通して流れる電流をゼロにしてそのスイッチ素子をオン・オフするゼロカレントスイッチング、およびスイッチ素子に印加される電圧をゼロにしてそのスイッチ素子をオン・オフするゼロボルトスイッチングを含む。ソフトスイッチングインバータでは、このようなソフトスイッチングにより、スイッチングノイズおよびスイッチング損失を低減することができる。【０００３】
ソフトスイッチングインバータの一例が、国際公開第２０１１／０３６９１２（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３６９１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１（国際公開第２０１１／０３６９１２号）に記載のソフトスイッチングインバータでは、クランプダイオードに大きな電圧が印加されるため耐圧の高い素子を使用しなければならず、コスト高の原因となる。【０００６】
一方、クランプダイオードの電圧を下げるためにはトランスの巻数比を小さくする必要があり、主素子の電圧責務の低減にも限界が生じる問題があった。【０００７】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、ソフトスイッチングインバータの主スイッチング素子、主ダイオード、スナバコンデンサ、クランプダイオードに印加される電圧を低減することが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のある局面に係わる電力変換装置は、第１電極および第２電極を有する第１の直流電源と、第１の直流電源の第２電極に接続される第１電極、および第２電極を有する第２の直流電源とから供給された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置であって、第１の直流電源の第１電極に結合される第１端と、負荷に結合される第２端とを有する第１の主スイッチと、第１の主スイッチと導通方向が逆になるように、第１の主スイッチと並列接続される第１の主ダイオードと、第１の主スイッチおよび第１の主ダイオードと並列接続される第１のスナバコンデンサと、第１の主スイッチと導通方向が同じになるように、第１のスナバコンデンサと直列接続され、かつ第１のスナバコンデンサと第１の主スイッチの第２端との間に接続される第１のスナバダイオードと、第１の直流電源および第２の直流電源の接続ノードと第１のスナバコンデンサおよび第１のスナバダイオードの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される第１の補助スイッチおよび第１の補助リアクトルと、第１の主スイッチの第２端に結合される第１端と、第２の直流電源の第２電極に結合される第２端とを有し、第１の主スイッチと導通方向が同じになるように設けられる第２の主スイッチと、第２の主スイッチと導通方向が逆になるように、第２の主スイッチと並列接続される第２の主ダイオードと、第２の主スイッチおよび第２の主ダイオードと並列接続される第２のスナバコンデンサと、第２の主スイッチと導通方向が同じになるように、第２のスナバコンデンサと直列接続され、かつ第２のスナバコンデンサと第２の主スイッチの第１端との間に接続される第２のスナバダイオードと、第１の直流電源および第２の直流電源と第１の補助スイッチまたは第１の補助リアクトルとの接続ノードと第２のスナバコンデンサおよび第２のスナバダイオードの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される第２の補助スイッチおよび第２の補助リアクトルと、第１のスナバコンデンサに印加される電圧が所定値以上になった場合または第２のスナバコンデンサに印加される電圧が所定値以上になった場合、第１の直流電源および第２の直流電源から第１のスナバコンデンサまたは第２のスナバコンデンサへ流れようとする充電電流を他の電流経路へ流すための保護回路とを備え、保護回路は、第１の変圧器および第２の変圧器と、第１のクランプダイオードおよび第２のクランプダイオードとを含み、第１の変圧器は、第１の主スイッチの第２端と負荷との間に接続される第１の１次巻線と、第１の直流電源の第１電極と第１の直流電源の第２電極との間に接続され、第１の１次巻線と磁気結合される第１の２次巻線とを有し、第２の変圧器は、第２の主スイッチの第１端と負荷との間に接続される第２の１次巻線と、第２の直流電源の第１電極と第２の直流電源の第２電極との間に接続され、第２の１次巻線と磁気結合される第２の２次巻線とを有し、第１の２次巻線と第１のクランプダイオードとは、第１の直流電源の第１電極と第１の直流電源の第２電極との間に直列接続され、第１の２次巻線と第２のクランプダイオードとは、第１の直流電源の第１電極と第１の直流電源の第２電極との間に直列接続され、第１の２次巻線と第１のクランプダイオードとは直列接続され、第１の１次巻線および第２の１次巻線は直列接続され、第１の１次巻線および第２の１次巻線の接続ノードは、負荷に接続される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ソフトスイッチングインバータの主スイッチング素子、主ダイオード、スナバコンデンサ、クランプダイオードに印加される電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際のスイッチ制御手順を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータのステップＳ３およびステップＳ４における電流の流れを時系列的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータのステップＳ３およびステップＳ４における電圧および電流の波形図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。
【図９】参考例のソフトスイッチングインバータ１０１Ｘの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１２】
＜実施の形態＞
図１は、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。
【００１３】
図１を参照して、ソフトスイッチングインバータ（電力変換装置）１０１は、電源端子ＴＰ，ＴＣＰ，ＴＣＮ，ＴＮと、交流出力端子ＴＯＵＴと、主スイッチＧｐ，Ｇｎと、主ダイオードＤｐ，Ｄｎと、スナバコンデンサＣｒｐ，Ｃｒｎと、スナバダイオードＤｒｐ，Ｄｒｎと、補助スイッチＳｒｐ，Ｓｒｎと、補助リアクトルＬｒｐ，Ｌｒｎと、制御回路１１と、保護回路５１とを備える。
【００１４】
保護回路５１は、変圧器Ｔｒｐ，Ｔｒｎと、クランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎとを含む。変圧器Ｔｒｐは、１次巻線Ｌｓ１と、２次巻線Ｌｆ１とを含む。変圧器Ｔｒｎは、１次巻線Ｌｓ２と、２次巻線Ｌｆ２とを含む。なお、ソフトスイッチングインバータ１０１は、直流電源Ｖｐ，Ｖｎを備える構成であってもよい。
【００１５】
主スイッチＧｐ，Ｇｎは、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。補助スイッチＳｒｐ，Ｓｒｎは、たとえば逆阻止サイリスタである。
【００１６】
直流電源ＶｐおよびＶｎは直列接続されている。すなわち、直流電源Ｖｐは、電源端子ＴＰに接続された正電極と、電源端子ＴＣＰ，ＴＣＮに接続された負電極とを有する。直流電源Ｖｎは、直流電源Ｖｐの負電極および電源端子ＴＣＰ，ＴＣＮに接続された正電極と、電源端子ＴＮに接続された負電極とを有する。
【００１７】
主スイッチＧｐは、直流電源Ｖｐの正電極に結合されたコレクタと、交流出力端子ＴＯＵＴを介して負荷に結合されたエミッタとを有する。すなわち、主スイッチＧｐは、電源端子ＴＰに接続されたコレクタと、変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１の第１端に接続されたエミッタとを有する。
【００１８】
主ダイオードＤｐは、主スイッチＧｐと導通方向が逆になるように、主スイッチＧｐと並列接続されている。すなわち、主ダイオードＤｐは、主スイッチＧｐのコレクタに接続されたカソードと、主スイッチＧｐのエミッタに接続されたアノードとを有する。
【００１９】
スナバコンデンサＣｒｐは、主スイッチＧｐおよび主ダイオードＤｐと並列接続されている。スナバダイオードＤｒｐは、主スイッチＧｐと導通方向が同じになるように、主スイッチＧｐおよび主ダイオードＤｐと並列接続され、かつスナバコンデンサＣｒｐと直列接続されている。すなわち、スナバダイオードＤｒｐは、スナバコンデンサＣｒｐの第２端および補助リアクトルＬｒｐの第２端に接続されたアノードと、主スイッチＧｐのエミッタおよび主ダイオードＤｐのアノードに接続されたカソードとを有する。
【００２０】
補助スイッチＳｒｐおよび補助リアクトルＬｒｐは、直流電源Ｖｐおよび直流電源Ｖｎの接続ノードすなわち電源端子ＴＣＰとスナバコンデンサＣｒｐおよびスナバダイオードＤｒｐの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続されている。すなわち、補助スイッチＳｒｐは、電源端子ＴＣＰに接続されたアノードと、補助リアクトルＬｒｐの第１端に接続されたカソードとを有する。補助リアクトルＬｒｐは、補助スイッチＳｒｐのカソードに接続された第１端と、スナバコンデンサＣｒｐおよびスナバダイオードＤｒｐの接続ノードに接続された第２端とを有する。
【００２１】
主スイッチＧｎは、主スイッチＧｐのエミッタに結合されたコレクタと、直流電源Ｖｎの負電極に結合されたエミッタとを有し、主スイッチＧｐと導通方向が同じになるように設けられている。すなわち、主スイッチＧｎは、変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ２の第２端に接続されたコレクタと、電源端子ＴＮに接続されたエミッタとを有する。
【００２２】
主ダイオードＤｎは、主スイッチＧｎと導通方向が逆になるように、主スイッチＧｎと並列接続されている。すなわち、主ダイオードＤｎは、主スイッチＧｎのコレクタに接続されたカソードと、主スイッチＧｎのエミッタに接続されたアノードとを有する。
【００２３】
スナバコンデンサＣｒｎは、主スイッチＧｎおよび主ダイオードＤｎと並列接続されている。スナバダイオードＤｒｎは、主スイッチＧｎと導通方向が同じになるように、主スイッチＧｎおよび主ダイオードＤｎと並列接続され、かつスナバコンデンサＣｒｎと直列接続されている。すなわち、スナバダイオードＤｒｎは、スナバコンデンサＣｒｎの第１端および補助リアクトルＬｒｎの第２端に接続されたカソードと、主スイッチＧｎのコレクタおよび主ダイオードＤｎのカソードに接続されたアノードとを有する。
【００２４】
補助スイッチＳｒｎおよび補助リアクトルＬｒｎは、直流電源Ｖｐおよび直流電源Ｖｎと補助スイッチＳｒｐとの接続ノードすなわち電源端子ＴＣＮとスナバコンデンサＣｒｎおよびスナバダイオードＤｒｎの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続されている。すなわち、補助スイッチＳｒｎは、電源端子ＴＣＮに接続されたカソードと、補助リアクトルＬｒｎの第１端に接続されたアノードとを有する。補助リアクトルＬｒｎは、補助スイッチＳｒｎのアノードに接続された第１端と、スナバコンデンサＣｒｎおよびスナバダイオードＤｒｎの接続ノードに接続された第２端とを有する。
【００２５】
保護回路５１は、主スイッチＧｐのエミッタと主スイッチＧｎのコレクタとの間に接続されている。保護回路５１において、１次巻線Ｌｓ１，Ｌｓ２は、主スイッチＧｐのエミッタと主スイッチＧｎのコレクタとの間に接続されている。すなわち、１次巻線Ｌｓ１は、主スイッチＧｐのエミッタおよびスナバダイオードＤｒｐのカソードに接続された第１端と、交流出力端子ＴＯＵＴおよび１次巻線Ｌｓ２の第１端に接続された第２端とを有する。１次巻線Ｌｓ２は、交流出力端子ＴＯＵＴおよび１次巻線Ｌｓ１の第２端に接続された第１端と、主スイッチＧｎのコレクタおよびスナバダイオードＤｒｎのアノードに接続された第２端とを有する。１次巻線Ｌｓ１，Ｌｓ２は、巻き方向が同じである。
【００２６】
２次巻線Ｌｆ１は、直流電源Ｖｐの正電極と、直流電源Ｖｐと直流電源Ｖｎとの間の接続ノードとの間に接続され、１次巻線Ｌｓ１と磁気結合されている。すなわち、２次巻線Ｌｆ１は、クランプダイオードＤｆｐのアノードに接続された第１端と、電源端子ＴＣＰに接続された第２端とを有する。２次巻線Ｌｆ１は、１次巻線Ｌｓ１と巻き方向が逆である。また、変圧器Ｔｒｐの１次巻線と２次巻線との巻数比は１：ｎであり、たとえばｎ＞２である。
【００２７】
２次巻線Ｌｆ２は、直流電源Ｖｐと直流電源Ｖｎとの間の接続ノードと、直流電源Ｖｎの負電極との間に接続され、１次巻線Ｌｓ２と磁気結合されている。すなわち、２次巻線Ｌｆ２は、クランプダイオードＤｆｎのアノードに接続された第１端と、電源端子ＴＣＮに接続された第２端とを有する。２次巻線Ｌｆ２は、１次巻線Ｌｓ２と巻き方向が逆である。また、変圧器Ｔｒｎの１次巻線と２次巻線との巻数比は１：ｎであり、たとえばｎ＞２である。
【００２８】
クランプダイオードＤｆｐは、直流電源Ｖｐの正電極と、直流電源Ｖｐと直流電源Ｖｎとの接続ノードとの間に接続され、２次巻線Ｌｆ１と直列接続されている。すなわち、クランプダイオードＤｆｐは、電源端子ＴＰに接続されたカソードと、２次巻線Ｌｆ１の第１端に接続されたアノードとを有する。
【００２９】
クランプダイオードＤｆｎは、直流電源Ｖｐと直流電源Ｖｎとの接続ノードと、直流電源Ｖｎの負電極との間に接続され、２次巻線Ｌｆ２と直列接続されている。すなわち、クランプダイオードＤｆｎは、電源端子ＴＣＮに接続されたカソードと、２次巻線Ｌｆの第１端に接続されたアノードとを有する。
【００３０】
ソフトスイッチングインバータ１０１は、直流電源Ｖｐ，Ｖｎから供給される直流電力を主アームである主スイッチＧｐ，Ｇｎによってスイッチングすることにより、直流電源Ｖｐおよび直流電源Ｖｎから供給される直流電力を交流電力に変換し、交流出力端子ＴＯＵＴを介して負荷に供給する。
【００３１】
スナバコンデンサＣｒｐは、主スイッチＧｐがオフした時に主スイッチＧｐに電圧が印加されないようにするために設けられる。スナバコンデンサＣｒｎは、主スイッチＧｎがオフした時に主スイッチＧｎに電圧が印加されないようにするために設けられる。
【００３２】
制御回路１１は、主スイッチＧｐ，Ｇｎおよび補助スイッチＳｒｐ，Ｓｒｎをそれぞれスイッチング制御する。
【００３３】
保護回路５１は、直流電源Ｖｐの正電極と、直流電源Ｖｐと直流電源Ｖｎとの間の接続ノードとの間の電流経路ＰＴ１を有する。また、保護回路５１は、直流電源Ｖｐと直流電源Ｖｎとの間の接続ノードと、直流電源Ｖｎの負電極との間の電流経路ＰＴ２を有する。
【００３４】
保護回路５１は、変圧器Ｔｒｐ、Ｔｒｎを用いることにより、主スイッチＧｐおよびＧｎに印加される最大電圧を直流電源ＶｐおよびＶｎの出力電圧の和の１．５倍よりも小さい最大値ＶＭに抑制する。なお、直流電源の電圧は等しくＶｐ＝Ｖｎ＝Ｖｄｃ／２とする。
【００３５】
次に、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の動作について図面を用いて説明する。まず、ソフトスイッチングインバータ１０１から負荷へ電流が流れる正期間の動作について説明し、次に、負荷からソフトスイッチングインバータ１０１へ電流が流れる負期間の動作について説明する。
【００３６】
［正期間の動作］
図２および図３は、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。図４は、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際のスイッチ制御手順を示す図である。ここでは、直流電源Ｖｐの出力電圧をＶｐとし、直流電源Ｖｎの出力電圧をＶｎとする。
【００３７】
図２および図３において、スナバコンデンサＣｒｐおよびＣｒｎの横に付された「＋，−」は、スナバコンデンサの電荷の極性を示す。
【００３８】
図４の横軸は時間を示しており、この横軸に沿って並ぶ「正期間」の各数字は、図２および図３に示す各ステップを示している。
【００３９】
図２〜図４を参照して、まず、主スイッチＧｐをオン制御し、主スイッチＧｎをオフ制御し、補助スイッチＳｒｐおよびＳｒｎをオフ制御しており、主スイッチＧｐを通して直流電源Ｖｐから負荷へ電流が流れている状態（ステップＳ１）から説明する。
【００４０】
この状態において、主スイッチＧｐをオフ制御する。そうすると、直流電源Ｖｐからの電流がスナバコンデンサＣｒｐへ転流する。これにより、スナバコンデンサＣｒｐが充電され、スナバコンデンサＣｒｐにおける電圧が直流電源ＶｐおよびＶｎの出力電圧（Ｖｐ＋Ｖｎ）に等しくなると主ダイオードＤｎが導通する。主ダイオードＤｎが導通すると、直流電源Ｖｎからの電流が主ダイオードＤｎを通して負荷へ流れる。（ステップＳ２）。
【００４１】
ここで、ステップ２の開始時において、主スイッチＧｐをオフ制御するとスナバコンデンサＣｒｐへ電流が流れる。主スイッチＧｐがオフした時、スナバコンデンサＣｒｐの電荷はゼロであるため、主スイッチＧｐに電圧が印加されない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される。
【００４２】
次に、スナバコンデンサＣｒｐと１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２における励磁インダクタンスとの共振によりスナバコンデンサＣｒｐからスナバダイオードＤｒｐへ流れる電流が減少し、スナバコンデンサＣｒｐと変圧器の１次巻線Ｌｓ１，Ｌｓ２の共振電流により主ダイオードＤｎの電流が増加する。
【００４３】
また、スナバコンデンサＣｒｐと変圧器ＴｒｐおよびＴｒｎの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサＣｒｐが充電される。
【００４４】
このとき、変圧器Ｔｒｐの１次巻線Ｌｓ１と変圧器Ｔｒｎの１次巻線Ｌｓ２との直列回路には直流電源ＶｐおよびＶｎの出力電圧（Ｖｐ＋Ｖｎ）とスナバコンデンサＣｒｐにおける電圧Ｖｃとの差の電圧が印加される。１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２はそれぞれ上記差電圧の１／２の電圧を分担することになる。すなわち、１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２に印加される電圧の値ＶＬは、以下の式（１）で表わされる。
【００４５】
ＶＬ＝｛（Ｖｐ＋Ｖｎ）−Ｖｃ｝／２＝（Ｖｄｃ−Ｖｃ）／２          （１）
変圧器Ｔｒの巻数比は１：ｎであるので、２次側にはｎ×ＶＬの電圧が誘起される。スナバコンデンサＣｒｐにおける電圧Ｖｃが上昇し、変圧器Ｔｒｐ，Ｔｒｎの２次側電圧がＶｐ＝Ｖｎ＝Ｖｄｃ／２に達すると、クランプダイオードＤｆｐ，ＤｆｎがそれぞれオンしてスナバダイオードＤｒｐがオフする。このときのスナバコンデンサ電圧の最大値ＶＭは、以下の式（２）で表わされる。
【００４６】
ＶＭ＝（１＋１／ｎ）×（Ｖｐ＋Ｖｎ）＝（１＋１／ｎ）×Ｖｄｃ      （２）
そして、図２のステップＳ３に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサＣｒｐへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサＣｒｐは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサＣｒｐにおける電圧Ｖｃは電圧Ｖｃの最大値ＶＭにクランプされる。その後、クランプダイオードＤｆｐおよびＤｆｎを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎがオフし、電流経路ＰＴ１，ＰＴ２を通した転流が終了する（ステップＳ３）。
【００４７】
次に、主スイッチＧｐをオフ制御してから所定時間Ｔｂ経過時に主スイッチＧｎをオン制御する。しかしながら、主ダイオードＤｎから負荷への電流は主スイッチＧｎの導通方向と電流極性が逆であるため主スイッチＧｎは導通せず、主ダイオードＤｎを通して負荷へ電流が流れ続ける（ステップＳ４）。すなわち、主スイッチＧｎをオン制御した時は主スイッチＧｎを通して電流が流れない。これにより、ゼロカレントスイッチングが実現される。
【００４８】
次に、主スイッチＧｎをオン制御してから所定時間Ｔｄ（≧０）経過時に補助スイッチＳｒｎをオン制御する。これにより、スナバコンデンサＣｒｎの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサＣｒｎにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードＤｒｎが導通する（ステップＳ５）。
【００４９】
次に、スナバダイオードＤｒｎが導通すると補助リアクトルＬｒｎに直流電源Ｖｎからの電圧が印加される。このため、補助スイッチＳｒｎを通して流れる電流は減衰してゆき、ゼロになると補助スイッチＳｒｎおよびスナバダイオードＤｒｎがともにオフとなる（ステップＳ６）。
【００５０】
次に、補助スイッチＳｒｎをオン制御してから所定時間Ｔｃ経過時に主スイッチＧｎをオフ制御する。すなわち、主ダイオードＤｎが引き続き導通しており、直流電源Ｖｎからの電流が主ダイオードＤｎを通して負荷へ流れている状態において、主スイッチＧｎをオフ制御する（ステップＳ７）。このとき、主スイッチＧｎはオン制御されているが導通していないため、状態の変化はない。
【００５１】
次に、主スイッチＧｎをオフ制御してから所定時間Ｔｂ経過時に主スイッチＧｐをオン制御する。そうすると、主ダイオードＤｎから主スイッチＧｐへの転流が始まる。そして、直流電源Ｖｐから主スイッチＧｐを通して流れる電流が増加して負荷電流に等しくなると同時に主ダイオードＤｎを通して流れる電流はゼロとなって主ダイオードＤｎがオフし、この転流が完了する。
【００５２】
ここで、主ダイオードＤｎがオフとなった瞬間、スナバダイオードＤｒｎが導通する。このとき、スナバコンデンサＣｒｎの電荷はゼロであるため、直流電源Ｖｐから主スイッチＧｐを通して流れる電流はスナバコンデンサＣｒｎへ流れる。すなわち、主ダイオードＤｎには電圧が印加されないことから、主ダイオードＤｎにはスイッチング損失が発生しない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される（ステップＳ８）。
【００５３】
次に、スナバコンデンサＣｒｎと１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２における励磁インダクタンスとの共振によりスナバコンデンサＣｒｎからスナバダイオードＤｒｎへ流れる電流が減少してゆく。
【００５４】
また、スナバコンデンサＣｒｎと変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサＣｒｎが充電される。このとき、変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２の直列回路には直流電源ＶｐおよびＶｎの出力電圧（Ｖｐ＋Ｖｎ（＝Ｖｄｃ））とスナバコンデンサＣｒｎにおける電圧Ｖｃとの差の電圧が印加される。このため、１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２はそれぞれ上記差電圧の１／２の電圧を分担することになる。すなわち、１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２に印加される電圧の値ＶＬは、以下の式（３）で表わされる。
【００５５】
ＶＬ＝｛（Ｖｐ＋Ｖｎ）−Ｖｃ｝／２＝（Ｖｄｃ−Ｖｃ）／２          （３）
変圧器Ｔｒの巻数比は１：ｎであるので、２次側にはｎ×ＶＬの電圧が誘起される。スナバコンデンサＣｒｎにおける電圧Ｖｃが上昇し、変圧器Ｔｒの２次側電圧がＶｐ＝Ｖｎ＝Ｖｄｃ／２に達すると、クランプダイオードＤｆｐ，ＤｆｎがオンしてスナバダイオードＤｒｎがオフする。このときの電圧Ｖｃの最大値ＶＭは、以下の式（４）で表わされる。
【００５６】
ＶＭ＝（１＋１／ｎ）×（Ｖｐ＋Ｖｎ）＝（１＋１／ｎ）×Ｖｄｃ      （４）
そして、図３のステップＳ９に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサＣｒｎへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサＣｒｎは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサＣｒｎにおける電圧ＶｃはＶＭにクランプされる。その後、クランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎがオフし、電流経路ＰＴ１，ＰＴ２を通した転流が終了する（ステップＳ９）。
【００５７】
次に、直流電源Ｖｐからの電流が主スイッチＧｐを通して負荷へ電流が流れている（ステップＳ１０）。
【００５８】
次に、主スイッチＧｐをオン制御してから所定時間Ｔｄ（≧０）経過時に補助スイッチＳｒｐをオン制御する。これにより、スナバコンデンサＣｒｐの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサＣｒｐにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードＤｒｐが導通する（ステップＳ１１）。
【００５９】
次に、スナバダイオードＤｒｐが導通すると補助リアクトルＬｒｐに直流電源Ｖｐからの電圧が印加される。このため、補助スイッチＳｒｐを通して流れる電流は減衰してゆき、ゼロになると補助スイッチＳｒｐおよびスナバダイオードＤｒｐがともにオフし、ステップＳ１の状態に戻る（ステップＳ１２）。
【００６０】
本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、共振によってスナバコンデンサＣｒｐまたはＣｒｎが電源電圧Ｖｄｃよりも高い電圧まで過充電されようとする際、スナバコンデンサにおける電圧Ｖｃが電圧値ＶＭに達すると、変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２を通して電流を流そうとするエネルギーが変圧器Ｔｒの２次巻線Ｌｆ１，Ｌｆ２へ移り、スナバコンデンサを通して充電電流が流れなくなる。このため、スナバコンデンサの充電が止まり、スナバコンデンサの最大電圧はＶＭにクランプされる。ここで、変圧器Ｔｒの巻数比ｎをｎ＞２とすることにより、ＶＭはＶｄｃの１．５倍以下となる。また、ｎを大きくすればＶＭ≒（Ｖｐ＋Ｖｎ）となるため、スナバコンデンサにおける電圧Ｖｃを電源電圧Ｖｄｃに限りなく近い値に抑制することができる。
【００６１】
次に、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータのステップＳ３およびステップＳ４における動作について詳細に説明する。
【００６２】
図５は、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータのステップＳ３およびステップＳ４における電流の流れを時系列的に示す図である。図６は、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータのステップＳ３およびステップＳ４における電圧および電流の波形図である。
【００６３】
図５には、ステップＳ３およびステップＳ４におけるソフトスイッチングインバータ１０１の等価回路が示される。この等価回路では、ステップＳ３およびステップＳ４において導通しない回路を省略するとともに、動作を理解しやすくするために、変圧器Ｔｒの部分を理想変圧器と各巻線に並列に存在する励磁インダクタンスとに分けて詳細に示している。
【００６４】
すなわち、Ｌｓｉｄ１，Ｌｓｉｄ２は理想変圧器の１次巻線であり、Ｌｆｉｄ１，Ｌｆｉｄ２は理想変圧器の２次巻線である。また、Ｌ１は変圧器Ｔｒの１次側の励磁インダクタンスであり、Ｌ２は変圧器Ｔｒの２次側の励磁インダクタンスである。変圧器Ｔｒの巻数比は仮に１：４として説明する。
【００６５】
この場合、電圧Ｖ２＝４×Ｖ１である。電圧Ｖｄｃは２つの直流電源ＶｐおよびＶｎを１つにまとめた電源であり、その出力電圧値Ｖｄｃ＝Ｖｐ＋Ｖｎである。電圧ＶｃはスナバコンデンサＣｒｐにおける電圧であり、電圧Ｖ１は変圧器Ｔｒの１次巻線における電圧であり、電圧Ｖ２は変圧器Ｔｒの２次巻線における電圧である。また、各矢印の方向を正とする。
【００６６】
ここでは、理解を容易にするために負荷電流がゼロである場合を説明する。この場合、前述のステップＳ２ではスナバコンデンサＣｒｐが全く充電されず、そのままステップＳ３に移行する。
【００６７】
図５および図６を参照して、変圧器Ｔｒの１次側には（Ｖｃ-Ｖｄｃ）の電圧が印加される。すなわち、Ｖ１＝（Ｖｃ-Ｖｄｃ）／２である。変圧器Ｔｒの２次側電圧Ｖ２は、Ｖ２＝２×（Ｖｃ-Ｖｄｃ）となる。
【００６８】
ここでは、ステップＳ３を時系列的に３つのモード１〜３に分割して説明する。すなわち、モード１はステップＳ３の開始時の状態であり、モード２はクランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎがオンした後の状態であり、モード３はスナバダイオードＤｒｐがオフした後の状態である。
【００６９】
まず、ステップＳ３の開始時、電圧ＶｃはゼロであるからＶ２＜０である。このため、クランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎは導通しないので、理想変圧器を通して電流は流れない。この間、励磁インダクタンスＬ１とスナバコンデンサＣｒｐとの共振電流Ｉ３が励磁インダクタンスＬ１を通して流れる。共振電流Ｉ３が流れることにより、スナバコンデンサＣｒｐが充電される。そうすると、スナバコンデンサＣｒｐにおける電圧Ｖｃが大きくなり、式（２）より、Ｖｃ＝１．２５Ｖｄｃにまで上昇すると、Ｖ２＝２×（Ｖｃ-Ｖｄｃ）＝Ｖｄｃ／２となる。すなわち、変圧器Ｔｒの２次側電圧が電源電圧Ｖｄｃの１／２倍となる（モード１）。
【００７０】
次に、変圧器Ｔｒの２次側電圧が電源電圧Ｖｄｃの１／２倍に達すると、クランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎが導通する。クランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎが導通すると、理想変圧器の２次巻線Ｌｆｉｄ１，Ｌｆｉｄ２を通して電流Ｉ２１，Ｉ２２が流れ、変圧器作用によって電流Ｉ２１，Ｉ２２の４倍の電流Ｉ１が理想変圧器の１次巻線Ｌｓｉｄ１，Ｌｓｉｄ２を通して流れる。ここで、電流Ｉ１は、スナバコンデンサＣｒｐの充電電流すなわち電流Ｉ３を打ち消すように作用する。このため、スナバコンデンサＣｒｐおよびスナバダイオードＤｒｐを通して流れる電流Ｉ３がゼロとなり、スナバダイオードＤｒｐがオフする。そして、スナバコンデンサＣｒｐの充電が終了するので電圧Ｖｃが上昇しなくなることから、電圧Ｖｃは１．２５×Ｖｄｃのままで維持される（モード２）。
【００７１】
次に、スナバダイオードＤｒｐがオフすると、変圧器Ｔｒの１次側の励磁電流は理想変圧器の１次巻線Ｌｓｉｄ１，Ｌｓｉｄ２をそれぞれ還流する。このとき、変圧器Ｔｒの２次側には電流Ｉ２１，Ｉ２２が流れ続けるので、２次側には電源電圧Ｖｄｃ／２が印加されている。このため、変圧器Ｔｒの１次側には変圧器作用によってＶ１＝Ｖｄｃ／８の電圧が誘起され、この誘起電圧によって励磁インダクタンスＬ１を通して流れる電流が減衰してゆき、やがてゼロとなる。その結果、理想変圧器の１次巻線Ｌｓｉｄ１，Ｌｓｉｄ２を通して流れる電流もゼロとなり、変圧器作用によって２次巻線Ｌｆｉｄ１，Ｌｆｉｄ２を通して流れる電流もゼロとなることから、ダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎがオフする（モード３）。
【００７２】
このように、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、共振によってスナバコンデンサＣｒｐが電源電圧Ｖｄｃよりも高い電圧まで過充電されようとする際、スナバコンデンサＣｒｐにおける電圧Ｖｃが電圧値ＶＭに達すると、変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２を通して電流を流そうとするエネルギーが変圧器Ｔｒの２次巻線Ｌｆ１，Ｌｆ２へ移り、スナバコンデンサＣｒｐを通して充電電流が流れなくなる。このため、スナバコンデンサＣｒｐの充電が止まり、スナバコンデンサＣｒｐの最大電圧はＶＭにクランプされる。ここで、変圧器Ｔｒの巻数比ｎをｎ＞２とすることにより、ＶＭはＶｄｃの１．５倍以下となる。また、ｎを大きくすればＶＭ≒（Ｖｐ＋Ｖｎ）＝Ｖｄｃとなるため、スナバコンデンサＣｒｐにおける電圧Ｖｃを電源電圧Ｖｄｃに限りなく近い値に抑制することができる。
【００７３】
［負期間の動作］
図７および図８は、本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。ここでは、直流電源Ｖｐの出力電圧をＶｐとし、直流電源Ｖｎの出力電圧をＶｎとする。
【００７４】
図７および図８において、スナバコンデンサＣｒｐおよびＣｒｎの横に付された「＋，−」は、スナバコンデンサの電荷の極性を示す。
【００７５】
図４の横軸は時間を示しており、この横軸に沿って並ぶ「負期間」の各数字は、図７および図８に示す各ステップを示している。
【００７６】
図４、図７、図８を参照して、まず、主スイッチＧｎをオン制御し、主スイッチＧｐをオフ制御し、補助スイッチＳｒｎおよびＳｒｐをオフ制御しており、主スイッチＧｎを通して直流電源Ｖｎから負荷へ電流が流れている状態（ステップＳ２１）から説明する。
【００７７】
この状態において、主スイッチＧｎをオフ制御する。そうすると、負荷からの電流がスナバコンデンサＣｒｎへ転流する。これにより、スナバコンデンサＣｒｎが充電され、スナバコンデンサＣｒｎにおける電圧が直流電源ＶｎおよびＶｐの出力電圧（Ｖｎ＋Ｖｐ）＝Ｖｄｃ））に等しくなると主ダイオードＤｐが導通する。主ダイオードＤｐが導通すると、負荷からの電流が主ダイオードＤｐを通して直流電源Ｖｐへ流れる（ステップＳ２２）。
【００７８】
ここで、ステップＳ２２の開始時において、主スイッチＧｎをオフ制御するとスナバコンデンサＣｒｎへ電流が流れる。そして、主スイッチＧｎがオフした時、スナバコンデンサＣｒｎの電荷はゼロであるため、主スイッチＧｎに電圧が印加されない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される。
【００７９】
次に、スナバコンデンサＣｒｎと１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２における励磁インダクタンスとの共振によりスナバダイオードＤｒｎからスナバコンデンサＣｒｎへ流れる電流が減少してゆく。
【００８０】
また、スナバコンデンサＣｒｎと変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサＣｒｎが充電される。このとき、変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２の直列回路には直流電源ＶｎおよびＶｐの出力電圧（Ｖｎ＋Ｖｐ（＝Ｖｄｃ））とスナバコンデンサＣｒｎにおける電圧Ｖｃとの差の電圧が印加される。１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２はそれぞれ上記差電圧の１／２の電圧を分担することになる。すなわち、１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２に印加される電圧の値ＶＬは、以下の式（５）で表わされる。
【００８１】
ＶＬ＝｛（Ｖｎ＋Ｖｐ）−Ｖｃ｝／２＝（Ｖｄｃ−Ｖｃ）／２        （５）
変圧器Ｔｒの巻数比は１：ｎであるので、２次側にはｎ×ＶＬの電圧が誘起される。スナバコンデンサＣｒｎにおける電圧Ｖｃが上昇し、変圧器Ｔｒの２次側電圧が出力電圧（Ｖｎ＋Ｖｐ）に達すると、クランプダイオードＤｆｐ，ＤｆｎがオンしてスナバダイオードＤｒｎがオフする。このときの電圧Ｖｃの最大値ＶＭは、以下の式（６）で表わされる。
【００８２】
ＶＭ＝（１＋１／ｎ）×（Ｖｎ＋Ｖｐ）＝（１＋１／ｎ）×Ｖｄｃ    （６）
そして、図５のステップＳ２３に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサＣｒｎへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサＣｒｎは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサＣｒｎにおける電圧ＶｃはＶＭにクランプされる。その後、クランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎがオフし、電流経路ＰＴ１，ＰＴ２を通した転流が終了する（ステップＳ２３）。
【００８３】
次に、主スイッチＧｎをオフ制御してから所定時間Ｔｂ経過時に主スイッチＧｐをオン制御する。しかしながら、負荷から主ダイオードＤｐへの電流は主スイッチＧｐの導通方向と電流極性が逆であるため主スイッチＧｐは導通せず、主ダイオードＤｐを通して直流電源Ｖｐへ電流が流れ続ける（ステップＳ２４）。すなわち、主スイッチＧｐをオン制御した時は主スイッチＧｐを通して電流が流れない。これにより、ゼロカレントスイッチングが実現される。
【００８４】
次に、主スイッチＧｐをオン制御してから所定時間Ｔｄ（≧０）経過時に補助スイッチＳｒｐをオン制御する。これにより、スナバコンデンサＣｒｐの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサＣｒｐにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードＤｒｐが導通する（ステップＳ２５）。
【００８５】
次に、スナバダイオードＤｒｐが導通すると補助リアクトルＬｒｐに直流電源Ｖｐからの電圧が印加される。このため、補助スイッチＳｒｐを通して流れる電流は減衰してゆき、ゼロになると補助スイッチＳｒｐおよびスナバダイオードＤｒｐがともにオフとなる（ステップＳ２６）。
【００８６】
次に、補助スイッチＳｒｐをオン制御してから所定時間Ｔｃ経過時に主スイッチＧｐをオフ制御する。すなわち、主ダイオードＤｐが引き続き導通しており、負荷からの電流が主ダイオードＤｐを通して直流電源Ｖｐへ流れている状態において、主スイッチＧｐをオフ制御する（ステップＳ２７）。このとき、主スイッチＧｐはオン制御されているが導通していないため、状態の変化はない。
【００８７】
次に、主スイッチＧｐをオフ制御してから所定時間Ｔｂ経過時に主スイッチＧｎをオン制御する。そうすると、主ダイオードＤｐから主スイッチＧｎへの転流が始まる。そして、直流電源Ｖｎから主スイッチＧｎを通して流れる電流が増加して負荷電流に等しくなると同時に主ダイオードＤｐを通して流れる電流はゼロとなって主ダイオードＤｐがオフし、この転流が完了する。
【００８８】
ここで、主ダイオードＤｐがオフとなった瞬間、スナバダイオードＤｒｐが導通する。このとき、スナバコンデンサＣｒｐの電荷はゼロであるため、直流電源Ｖｐからの電流はスナバコンデンサＣｒｐへ流れる。すなわち、主ダイオードＤｐには電圧が印加されないことから、主ダイオードＤｐにはスイッチング損失が発生しない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される（ステップＳ２８）。
【００８９】
次に、スナバコンデンサＣｒｐと１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２における励磁インダクタンスとの共振によりスナバコンデンサＣｒｐからスナバダイオードＤｒｐへ流れる電流が減少してゆく。
【００９０】
また、スナバコンデンサＣｒｐと変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサＣｒｐが充電される。このとき、変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２の直列回路には直流電源ＶｎおよびＶｐの出力電圧（Ｖｎ＋Ｖｐ（＝Ｖｄｃ））とスナバコンデンサＣｒｐにおける電圧Ｖｃとの差の電圧が印加される。１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２はそれぞれ上記差電圧の１／２の電圧を分担することになる。すなわち、１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２に印加される電圧の値ＶＬは、以下の式（７）で表わされる。
【００９１】
ＶＬ＝｛（Ｖｎ＋Ｖｐ）−Ｖｃ｝／２＝（Ｖｄｃ−Ｖｃ）／２        （７）
変圧器Ｔｒの巻数比は１：ｎであるので、２次側にはｎ×ＶＬの電圧が誘起される。スナバコンデンサＣｒｐにおける電圧Ｖｃが上昇し、変圧器Ｔｒの２次側電圧が出力電圧（Ｖｎ＋Ｖｐ（＝Ｖｄｃ））に達すると、クランプダイオードＤｆｐ，ＤｆｎがオンしてスナバダイオードＤｒｐがオフする。このときの電圧Ｖｃの最大値ＶＭは、以下の式（８）で表わされる。
【００９２】
ＶＭ＝（１＋１／ｎ）×（Ｖｎ＋Ｖｐ）＝（１＋１／ｎ）×Ｖｄｃ    （８）
そして、図６のステップＳ２９に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサＣｒｐへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサＣｒｐは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサＣｒｐにおける電圧ＶｃはＶＭにクランプされる。その後、クランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードＤｆｐ，Ｄｆｎがオフし、電流経路ＰＴ１，ＰＴ２を通した転流が終了する（ステップＳ２９）。
【００９３】
次に、負荷からの電流が主スイッチＧｎを通して直流電源Ｖｎへ流れる（ステップＳ３０）。
【００９４】
次に、主スイッチＧｎをオン制御してから所定時間Ｔｄ（≧０）経過時に補助スイッチＳｒｎをオン制御する。これにより、スナバコンデンサＣｒｎの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサＣｒｎにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードＤｒｎが導通する（ステップＳ３１）。
【００９５】
次に、スナバダイオードＤｒｎが導通すると補助リアクトルＬｒｎに直流電源Ｖｎからの電圧が印加される。このため、補助スイッチＳｒｎを通して流れる電流は減衰してゆき、ゼロになると補助スイッチＳｒｎおよびスナバダイオードＤｒｎがともにオフし、ステップ２１の状態に戻る（ステップＳ３２）。
【００９６】
本発明の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、共振によってスナバコンデンサＣｒｎまたはＣｒｐが電源電圧Ｖｄｃよりも高い電圧まで過充電されようとする際、スナバコンデンサにおける電圧Ｖｃが電圧値ＶＭに達すると、変圧器Ｔｒの１次巻線Ｌｓ１およびＬｓ２を通して電流を流そうとするエネルギーが変圧器Ｔｒの２次巻線Ｌｆ１，Ｌｆ２へ移り、スナバコンデンサを通して充電電流が流れなくなる。このため、スナバコンデンサの充電が止まり、スナバコンデンサの最大電圧はＶＭにクランプされる。ここで、変圧器Ｔｒの巻数比ｎをｎ＞２とすることにより、ＶＭはＶｄｃの１．５倍以下となる。また、ｎを大きくすればＶＭ≒（Ｖｎ＋Ｖｐ）＝Ｖｄｃとなるため、スナバコンデンサにおける電圧Ｖｃを電源電圧Ｖｄｃに限りなく近い値に抑制することができる。
【００９７】
ソフトスイッチングインバータ１０１は、正期間の動作として、図２および図３に示すステップＳ１〜Ｓ１２の動作を繰り返し行ない、そして、負期間の動作として、図７および図８に示すステップＳ２１〜Ｓ３２の動作を繰り返し行なう。ソフトスイッチングインバータ１０１は、このような正期間の動作および負期間の動作を交互に行なうことにより、負荷に交流電力を供給する。
【００９８】
＜実施の形態のソフトスイッチングインバータ１０１と参考例のソフトスイッチングインバータ１０１Ｘとの比較＞
ここで、本発明の実施の形態のソフトスイッチングインバータ１０１の理解を容易にするために、参考例のソフトスイッチングインバータ１０１Ｘと比較して説明する。
【００９９】
まず、図９は、参考例のソフトスイッチングインバータ１０１Ｘの構成を示す図である。図１、図９を参照して、実施の形態のソフトスイッチングインバータ１０１と比較して、参考例のソフトスイッチングインバータ１０１Ｘを簡単に説明する。ソフトスイッチングインバータ１０１Ｘは、ソフトスイッチングインバータ１０１の保護回路５１に代え、保護回路５１Ｘを含む。保護回路５１Ｘは、変圧器ＴｒＸと、クランプダイオードＤｆとを含む。また、変圧器ＴｒＸは、１次巻線Ｌｓ１，Ｌｓ２と、２次巻線Ｌｆとを含む。
【０１００】
言い換えると、ソフトスイッチングインバータ１０１は、ソフトスイッチングインバータ１０１Ｘと比較して、クランプダイオードＤｆを２つ分割し、クランプダイオードＤｆ１，Ｄｆ２とし、同様に変圧器Ｔｒの２次巻線Ｌｆを２つに分割し、２次巻線Ｌｆ１，Ｌｆ２とする。この２次巻線Ｌｆ１およびクランプダイオードＤｆｐは、電源端子ＴＰおよびＴＣＰとの間に直列接続される。一方、この２次巻線Ｌｆ２およびクランプダイオードＤｆｎは、電源端子ＴＣＮおよびＴＮとの間に直列接続される。なお、他の構成は、ソフトスイッチングインバータ１０１と同様なため、ここでは説明は繰返さない。
【０１０１】
実施の形態の保護回路５１と異なり、参考例の保護回路５１Ｘは、スナバコンデンサ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）が所定の電圧以上に充電されると、電流経路ＰＴ上に設けられるクランプダイオードＤｆを導通し、スナバコンデンサ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）の充電を完了させる。
【０１０２】
ここで、ソフトスイッチングインバータ１０１およびソフトスイッチングインバータ１０１Ｘの構成するスナバコンデンサに印加される最大電圧について検討する。
【０１０３】
この参考例のスナバコンデンサＣｒｐ（Ｃｒｎ）に印加される最大電圧ＶＭは、上述したような検討を同様に行うと、（１＋２／ｎ）Ｖｄｃとなる。一方、実施の形態に係るスナバコンデンサＣｒｐ（Ｃｒｎ）に印加される最大電圧ＶＭは、式（４）、式（６）より、（１＋１／ｎ）Ｖｄｃとなる。
【０１０４】
ここでｎは２よりも大きいため、参考例のソフトスイッチングインバータ１０１Ｘのスナバコンデンサに印加される最大電圧は２Ｖｄｃより小さい電圧値をとる。一方、実施の形態に係るソフトスイッチングインバータ１０１のスナバコンデンサに印加される最大電圧は１．５Ｖｄｃより小さい電圧値をとるように抑制でき、電圧抑制効果が参考例と比較して高いことが分かる。
【０１０５】
なお、参考例のソフトスイッチングインバータ１０１Ｘにおいても、巻数比ｎを大きくとることによって印加電圧の最大値を低減することができる。しかしながら、そのようにするためには変圧器二次側の電圧が非常に高くなり、変圧器、クランプダイオードともに高耐圧な素子が必要になり、コストも増大するため、実用的ではない。
【０１０６】
このように実施の形態のソフトスイッチングインバータ１０１の構成をとることにより、スナバコンデンサの最大電圧を低減でき、装置の小型化、コスト削減を行なうことができる。なお、主スイッチＧｐ，Ｇｎ、主ダイオードＤｐ，ＤｎおよびクランプダイオードＤｒｐ，Ｄｒｎの印加最大電圧値も同様に低減できる。
【０１０７】
最後に、図等を用いて、本発明の実施の形態について総括する。
図１に示すように、実施の形態のソフトスイッチングインバータ１０１は、第１電極および第２電極を有する直流電源Ｖｐと、直流電源Ｖｐの第２電極に接続される第１電極、および第２電極を有する直流電源Ｖｎとから供給された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置であって、直流電源Ｖｐの第１電極に結合される第１端と、負荷に結合される第２端とを有する主スイッチＧｐと、主スイッチＧｐと導通方向が逆になるように、主スイッチＧｐと並列接続される主ダイオードＤｐと、主スイッチＧｐおよび主ダイオードＤｐと並列接続されるスナバコンデンサＣｒｐと、主スイッチＧｐと導通方向が同じになるように、スナバコンデンサＣｒｐと直列接続され、かつスナバコンデンサＣｒｐと主スイッチＧｐの第２端との間に接続されるスナバダイオードＤｒｐと、直流電源Ｖｐおよび直流電源Ｖｎの接続ノードとスナバコンデンサＣｒｐおよびスナバダイオードＤｒｐの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される補助スイッチＳｒｐおよび補助リアクトルＬｒｐと、主スイッチＧｐの第２端に結合される第１端と、直流電源Ｖｎの第２電極に結合される第２端とを有し、主スイッチＧｐと導通方向が同じになるように設けられる主スイッチＧｎと、主スイッチＧｎと導通方向が逆になるように、主スイッチＧｎと並列接続される主ダイオードＤｎと、主スイッチＧｎおよび主ダイオードＤｎと並列接続されるスナバコンデンサＣｒｎと、主スイッチＧｎと導通方向が同じになるように、スナバコンデンサＣｒｎと直列接続され、かつスナバコンデンサＣｒｎと主スイッチＧｎの第１端との間に接続されるスナバダイオードＤｒｎと、直流電源Ｖｐおよび直流電源Ｖｎと補助スイッチＳｒｐまたは補助リアクトルＬｒｐとの接続ノードとスナバコンデンサＣｒｎおよびスナバダイオードＤｒｎの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される補助スイッチＳｒｎおよび補助リアクトルＬｒｎと、スナバコンデンサＣｒｐに印加される電圧が所定値以上になった場合またはスナバコンデンサＣｒｎに印加される電圧が所定値以上になった場合、直流電源Ｖｐおよび直流電源ＶｎからスナバコンデンサＣｒｐまたはスナバコンデンサＣｒｎへ流れようとする充電電流を他の電流経路へ流すための保護回路５１とを備え、保護回路５１は、変圧器Ｔｒｐおよび変圧器Ｔｒｎと、クランプダイオードＤｆｐおよびクランプダイオードＤｆｐとを含み、変圧器Ｔｒｐは、主スイッチＧｐの第２端と負荷との間に接続される１次巻線Ｌｓ１と、直流電源Ｖｐの第１電極と直流電源Ｖｐの第２電極との間に接続され、１次巻線と磁気結合される２次巻線Ｌｆ１とを有し、変圧器Ｔｒｎは、主スイッチＧｎの第１端と負荷との間に接続される１次巻線Ｌｓ２と、直流電源Ｖｎの第１電極と直流電源Ｖｎの第２電極との間に接続され、１次巻線と磁気結合される２次巻線Ｌｆ２とを有し、２次巻線Ｌｓ１とクランプダイオードＤｆｐとは、直流電源Ｖｐの第１電極と直流電源Ｖｐの第２電極との間に直列接続され、２次巻線Ｌｓ２とクランプダイオードＤｆｎとは、直流電源Ｖｎの第１電極と直流電源Ｖｎの第２電極との間に直列接続され、２次巻線Ｌｓ１とクランプダイオードＤｆｐとは直列接続され、１次巻線Ｌｆ１および１次巻線Ｌｆ２は直列接続され、１次巻線Ｌｆ１および１次巻線Ｌｆ２の接続ノードは、負荷に接続される。
【０１０８】
好ましくは、図１に示すように、ソフトスイッチングインバータ１０１は、主スイッチＧｐ、主スイッチＧｎ、補助スイッチＳｒｐおよび補助スイッチＳｒｎをオン制御およびオフ制御する制御回路１１とをさらに備える。
【０１０９】
さらに好ましくは、図４に示すように、制御回路１１は、電力変換装置から負荷へ電流が流れる正期間において、主ダイオードＤｎがオンしている間に補助スイッチＳｒｎをオン制御することによりスナバコンデンサＣｒｎを放電し、負荷から電力変換装置へ電流が流れる負期間において、主ダイオードＤｐがオンしている間に補助スイッチＳｒｐをオン制御することによりスナバコンデンサＣｒｐを放電する。
【０１１０】
さらに好ましくは、図４に示すように、制御回路１１は、主スイッチＧｐをオフ制御してから所定時間経過時に主スイッチＧｎをオン制御し、主スイッチＧｎをオン制御してから所定時間経過時に補助スイッチＳｒｎをオン制御し、補助スイッチＳｒｎをオン制御してから所定時間経過時に主スイッチＧｎをオフ制御し、主スイッチＧｎをオフ制御してから所定時間経過時に主スイッチＧｐをオン制御し、主スイッチＧｐをオン制御してから所定時間経過時に補助スイッチＳｒｐをオン制御し、補助スイッチＳｒｐをオン制御してから所定時間経過時に主スイッチＧｐをオフ制御する。
【０１１１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１２】
１１  制御回路、５１，５１Ｘ  保護回路、１０１，１０１Ｘ  ソフトスイッチングインバータ、Ｃｒｐ，Ｃｒｎ  スナバコンデンサ、Ｄｆ，Ｄｆ１，Ｄｆ２  クランプダイオード、Ｄｐ，Ｄｎ  主ダイオード、Ｄｒｐ，Ｄｒｎ  スナバダイオード、Ｇｐ，Ｇｎ  主スイッチ、Ｌｓ１，Ｌｓ２  １次巻線、Ｌｆ，Ｌｆ１，Ｌｆ２  ２次巻線、Ｌｒｐ，Ｌｒｎ  補助リアクトル、Ｓｒｐ，Ｓｒｎ  補助スイッチ、ＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ  電流経路。
【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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【国際調査報告】
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