(57)【要約】【課題】 直流−直流変換装置の半導体スイッチの遮断電流を小さくし、高入力電圧時における電力変換効率の低下を防止する。【解決手段】 直流−直流変換装置における変圧器（２）の一次側の回路として４個の半導体スイッチ素子（１０１〜１０４）を用いたフルブリッジ構成の回路を用いた。この構成では、変圧器（２）の一次巻線（２１）と二次巻線（２２）の巻数比を大きくして、一次巻線（２１）に発生させる電圧（Ｖ２１）を大きく、変圧器（２）の一次巻線（２１）に流れる電流を小さくし、半導体スイッチ素子（１０１〜１０４）の遮断電流を小さくすることができる。従って、特に直流電源（１）からの入力直流電圧が高く、入力電圧検出回路（９）および発振回路（８）の働きにより、半導体スイッチ素子（１０１〜１０４）のスイッチング周波数が高くなる場合の電力変換効率の低下を防止することができる。
2013132727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から与えられる入力直流電圧に基づいて変圧器の一次巻線に交流電圧を発生させ、前記変圧器の二次巻線に発生する交流電圧を整流し、平滑化して直流電圧を出力する直流−直流変換装置において、  第１および第２の半導体スイッチ素子を直列接続してなり、前記第１の半導体スイッチ素子が前記直流電源の正極側に、前記第２の半導体スイッチ素子が前記直流電源の負極側に各々設けられた第１の直列アームと、  第３および第４の半導体スイッチ素子を直列接続してなり、前記第３の半導体スイッチ素子が前記直流電源の正極側に、前記第４の半導体スイッチ素子が前記直流電源の負極側に各々設けられた第２の直列アームと、  前記第１〜第４の半導体スイッチ素子に並列接続された第１〜第４のコンデンサと、  前記第１〜第４の半導体スイッチ素子に並列接続された第１〜第４のダイオードと、  前記第１および第２の半導体スイッチ素子間の共通ノードと前記第３および第４の半導体スイッチ素子間の共通ノードとの間に、前記変圧器の一次巻線とともに直列に介挿された共振用リアクトルおよび共振用コンデンサと、  前記直流電源から前記直流−直流変換装置に与えられる入力直流電圧を検出する入力電圧検出回路と、  前記第１および第４の半導体スイッチ素子をＯＮにする第１のパルスと前記第２および第３のスイッチ素子をＯＮにする第２のパルスとを交互かつ周期的に発生する手段であって、前記入力直流電圧によらず一定の直流電圧が前記直流−直流変換装置から出力されるように、前記入力電圧検出回路における入力直流電圧の検出結果に基づき、前記第１および第２のパルスの周波数を前記入力直流電圧が高い場合には上昇させ、前記入力直流電圧が低い場合には低下させるパルス発生手段と  を具備することを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項２】
前記パルス発生手段は、発振周波数が可変であり、発振により同期信号を出力する発振回路を具備し、前記発振回路が出力する同期信号に応じて前記第１および第２のパルスを発生するものであり、前記入力電圧検出回路における入力直流電圧の検出結果に基づき、前記発振回路の発振周波数を前記入力直流電圧が高い場合には上昇させ、前記入力直流電圧が低い場合には低下させる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】
前記直流−直流変換装置によって出力される直流電圧を検出する出力電圧検出回路を具備し、  前記パルス発生手段は、前記発振回路が出力する同期信号に応じて前記第１および第２のパルスを発生する手段であって、前記直流−直流変換装置が出力する直流電圧が目標値を維持するように、前記出力電圧検出回路における直流電圧の検出結果に基づき、前記第１および第２のパルスの各パルス幅を制御するパルス幅変調制御回路を具備することを特徴とする請求項２に記載の直流−直流変換装置。
【請求項４】
前記第１〜第４のコンデンサが前記第１〜第４の半導体スイッチ素子に介在する寄生容量であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の直流−直流変換装置。
【請求項５】
前記第１〜第４のダイオードが前記第１〜第４の半導体スイッチ素子に介在する寄生ダイオードであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の直流−直流変換装置。
【請求項６】
前記共振用リアクトルが前記変圧器の漏れインダクタンスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の直流−直流変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、直流電源からの入力直流電圧に基づいて変圧器の一次巻線に交流電圧を発生させ、この変圧器の二次巻線に発生する交流電圧を整流し、かつ、平滑化することにより直流電圧を発生する直流−直流変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  図３はこの種の直流−直流変換装置の従来の構成例を示す回路図である。この直流−直流変換装置において、直流電源１には、半導体スイッチ素子１０１および１０２を直列接続した直列アームが並列接続されている。ここで、半導体スイッチ素子１０１にはダイオード１１１およびコンデンサ１２１が並列接続され、半導体スイッチ素子１０２にはダイオード１１２およびコンデンサ１２２が並列接続されている。そして、半導体スイッチ素子１０１および１０２間の共通ノードと直流電源１の負極との間に、共振用リアクトル３と変圧器２の一次巻線２１と共振用コンデンサ４とが直列に介挿されている。【０００３】  変圧器２の二次側には、変圧器２の二次巻線２２に発生する交流電圧を整流するための手段として、ダイオード１３１〜１３４からなるフルブリッジ構成の全波整流回路１３が接続されている。この全波整流回路１３の出力電圧は、平滑用コンデンサ５により平滑化され、直流−直流変換装置から出力される。【０００４】  出力電圧検出回路６と、パルス幅変調制御回路７と、発振回路８と、入力電圧検出回路９は、直流−直流変換装置が出力する直流電圧の電圧値が目標値を維持するように制御するための制御手段を構成している。【０００５】  さらに詳述すると、出力電圧検出回路６は、直流−直流変換装置の出力電圧を検出する回路である。発振回路８は、パルス幅変調制御回路７に対して周期的な同期信号を出力する回路である。パルス幅変調制御回路７は、発振回路８から同期信号が与えられる都度、半導体スイッチ素子１０１をＯＮさせる第１のパルスを発生し、その後、次に同期信号が与えられるまでの期間、半導体スイッチ素子１０２をＯＮさせる第２のパルスを発生する回路である。このパルス幅変調制御回路７は、パルス幅変調機能を有しており、出力電圧検出回路６により検出される出力電圧の目標値からの増減に応じて、第１のパルスのパルス幅が第１および第２のパルスの周期に対して占める比であるＯＮデューティの制御を行い、直流−直流変換装置の出力電圧値を目標値に維持する。入力電圧検出回路９は、直流電源１から直流−直流変換装置に与えられる入力直流電圧を検出する回路である。そして、発振回路８は、入力電圧検出回路９により検出される入力直流電圧が高くなる程、同期信号の周波数を高くし、同電圧値が低くなる程、同期信号の周波数を低くする構成となっている。【０００６】  図４（ａ）は、直流電源１から与えられる入力直流電圧が低い低入力電圧時の直流−直流変換装置の動作例を示す波形図であり、図４（ｂ）は、同入力直流電圧が高い高入力電圧時の直流−直流変換装置の動作例を示す波形図である。この図４（ａ）および（ｂ）の各々は、半導体スイッチ素子１０１のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０１、半導体スイッチ素子１０２のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０２、半導体スイッチ素子１０１のドレイン電流Ｉ１０１、半導体スイッチ素子１０２のドレイン電流Ｉ１０２、共振用コンデンサ４の電圧Ｖ４、変圧器２の一次巻線２１の電圧Ｖ２１、ダイオード１３１、１３２、１３３、１３４に各々流れる電流Ｉ１３１、Ｉ１３２、Ｉ１３３、Ｉ１３４の各波形を各々示している。以下、この図４（ａ）および（ｂ）を参��し、図３に示す直流−直流変換装置の動作を説明する。【０００７】  上述したように、パルス幅変調制御回路７は、半導体スイッチ素子１０１をＯＮさせる第１のパルスと、半導体スイッチ素子１０２をＯＮさせる第２のパルスを交互に発生する。半導体スイッチ素子１０１がＯＮになると、直流電源１−半導体スイッチ素子１０１−共振用リアクトル３−変圧器２の一次巻線２１−共振用コンデンサ４という経路を介して共振電流が流れ、この共振電流により共振用コンデンサ４が充電される。この間、変圧器２の一次巻線２１と共振用リアクトル３には、直流電源１からの入力直流電圧と共振用コンデンサ４の電圧Ｖ４との差電圧が印加される。そして、変圧器２の二次巻線２２には、一次巻線２１の電圧Ｖ２１に応じた電圧が発生し、この電圧によりダイオード１３１および１３４を介して平滑用コンデンサ５が充電される。そして、この平滑用コンデンサ５から図示しない負荷に直流電力が供給される。【０００８】  次に半導体スイッチ素子１０１がＯＦＦになると、それまでに流れていた共振電流はコンデンサ１２１、１２２に転流し、半導体スイッチ素子１０１、１０２のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０１、Ｖ１０２は徐々に上昇または下降する。【０００９】  ＯＦＦになった半導体スイッチ素子１０１のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０１が直流電源１からの入力直流電圧に達すると、共振電流はダイオード１１２に転流する。このとき半導体スイッチ素子１０２がＯＮになることにより、共振用コンデンサ４−変圧器２の一次巻線２１−共振用リアクトル３−半導体スイッチ素子１０２という経路を介して共振電流Ｉ１０２が流れ、これにより共振用コンデンサ４の放電が行われる。このとき変圧器２の一次巻線２１と共振用リアクトル３には共振用コンデンサ４の電圧Ｖ４が印加される。そして、変圧器２の二次巻線２２には、一次巻線２１の電圧Ｖ２１に応じた電圧が発生し、この電圧によりダイオード１３３および１３２を介して平滑用コンデンサ５が充電される。そして、この平滑用コンデンサ５から図示しない負荷に直流電力が供給される。【００１０】  次に半導体スイッチ素子１０２がＯＦＦになると、それまでに流れていた共振電流はコンデンサ１２１、１２２に転流し、半導体スイッチ素子１０１、１０２のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０１、Ｖ１０２は徐々に上昇または下降する。【００１１】  ＯＦＦになった半導体スイッチ素子１０２のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０２が直流電源１からの入力直流電圧に達すると、共振電流はダイオード１１１に転流する。このとき半導体スイッチ素子１０１がＯＮになることにより、直流電源１−半導体スイッチ素子１０１−共振用リアクトル３−変圧器２の一次巻線２１−共振用コンデンサ４という経路を介して共振電流が流れ、この共振電流により共振用コンデンサ４が充電される。【００１２】  このような動作が繰り返されることにより、直流電源１からの入力直流電力に基づき、直流電源１から絶縁された別の直流電力が生成され、平滑用コンデンサ５を介して図示しない負荷に供給される。【００１３】  ここで、低入力電圧時には、図４（ａ）に示すように、半導体スイッチ素子１０１および１０２がそれぞれ０．５程度のＯＮデューティで動作し、半導体スイッチ素子１０１に流れる電流Ｉ１０１および半導体スイッチ素子１０２に流れる電流Ｉ１０２は、それぞれ正弦波状に変化する。【００１４】  負荷状態が変化し、直流−直流電圧変換装置の出力電圧値が目標値からずれた場合は、パルス幅変調制御回路７が半導体スイッチ素子１０１をＯＮさせる第１のパルスおよび半導体スイッチ素子１０２をＯＮさせる第２のパルスの各パルス幅（オンデューティ）を変化させ、直流−直流電圧変換装置の出力電圧値を目標値に戻す。【００１５】  高入力電圧時は、図４（ｂ）に示すように、半導体スイッチ素子１０１および１０２がそれぞれ０．５程度のＯＮデューティで動作する。この点は、低入力電圧時と同様である。【００１６】  しかし、高入力電圧時、発振回路８は、半導体スイッチ素子１０１および１０２を各々ＯＮさせる第１および第２のパルスの周波数を高くする。この結果、半導体スイッチ素子１０１に流れる電流Ｉ１０１が正弦波のピーク付近となるタイミングおよび半導体スイッチ素子１０２に流れる電流Ｉ１０２が正弦波のピーク付近となるタイミングにおいて半導体スイッチ素子１０１のＯＮからＯＦＦへの切り換わりおよび半導体スイッチ素子１０２のＯＮからＯＦＦへの切り換わりが各々発生する。このため、ＯＦＦになった半導体スイッチ素子１０１、１０２に流れる遮断電流が、低入力電圧時に比べて大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００２−２０９３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】  以上のように従来の直流−直流変換装置は、特に高電圧入力時において変圧器の一次側回路の半導体スイッチの遮断電流が大きくなり、電力変換効率が低下するという問題があった。【００１９】  この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、変圧器の一次側回路の半導体スイッチに流れる遮断電流を小さくし、特に高電圧入力時における直流−直流変換装置の電力変換効率の低下を防止することができる技術的手段を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】  この発明は、直流電源から与えられる入力直流電圧に基づいて変圧器の一次巻線に交流電圧を発生させ、前記変圧器の二次巻線に発生する交流電圧を整流し、平滑化して直流電圧を出力する直流−直流変換装置において、第１および第２の半導体スイッチ素子を直列接続してなり、前記第１の半導体スイッチ素子が前記直流電源の正極側に、前記第２の半導体スイッチ素子が前記直流電源の負極側に各々設けられた第１の直列アームと、第３および第４の半導体スイッチ素子を直列接続してなり、前記第３の半導体スイッチ素子が前記直流電源の正極側に、前記第４の半導体スイッチ素子が前記直流電源の負極側に各々設けられた第２の直列アームと、前記第１〜第４の半導体スイッチ素子に並列接続された第１〜第４のコンデンサと、前記第１〜第４の半導体スイッチ素子に並列接続された第１〜第４のダイオードと、前記第１および第２の半導体スイッチ素子間の共通ノードと前記第３および第４の半導体スイッチ素子間の共通ノードとの間に、前記変圧器の一次巻線とともに直列に介挿された共振用リアクトルおよび共振用コンデンサと、前記直流電源から前記直流−直流変換装置に与えられる入力直流電圧を検出する入力電圧検出回路と、前記第１および第４の半導体スイッチ素子をＯＮにする第１のパルスと前記第２および第３のスイッチ素子をＯＮにする第２のパルスとを交互かつ周期的に発生する手段であって、前記入力直流電圧によらず一定の直流電圧が前記直流−直流変換装置から出力されるように、前記入力電圧検出回路における入力直流電圧の検出結果に基づき、前記第１および第２のパルスの周波数を前記入力直流電圧が高い場合には上昇させ、前記入力直流電圧が低い場合には低下させるパルス発生手段とを具備することを特徴とする直流−直流変換装置を提供する。【００２１】  この発明によれば、第１および第４の半導体スイッチ素子の組と第２および第３の半導体スイッチ素子の組が交互にＯＮとなることにより変圧器の一次巻線に交流電圧が印加される。ここで、第１および第４の半導体スイッチ素子の組がＯＮである期間と、第２および第３の半導体スイッチ素子の組がＯＮである期間とでは、互いに逆方向に共振用コンデンサの充電が行われる。従って、この直流−直流変換装置では、変圧器の一次巻線の巻数の二次巻線の巻数に対する比である巻数比を大きくして、一次巻線に発生させる電圧を大きくすることができる。ここで、変圧器一次巻線に流れる電流は、変圧器の巻数比の逆数に比例する。従って、この発明によれば、変圧器の巻数比を大きくして、変圧器の一次巻線に流れる電流を小さくすることができ、これにより第１〜第４の半導体スイッチ素子に流れる遮断電流を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態である直流−直流変換装置の構成を示す回路図である。
【図２】同直流−直流変換装置の各部の波形を示す波形図である。
【図３】従来の直流−直流変換装置の構成を示す回路図である。
【図４】同直流−直流変換装置の各部の波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。  図１はこの発明の一実施形態である直流−直流変換装置の構成を示す回路図である。図１において、変圧器２の二次側に設けられた全波整流回路１３および平滑用コンデンサ５の構成、出力電圧検出回路６、パルス幅変調制御回路７、発振回路８および入力電圧検出回路９の構成は前掲図３のものと同様である。
【００２４】  本実施形態による直流−直流変換装置において、直流電源１には、半導体スイッチ素子１０１および１０２を直列接続した第１の直列アームが並列接続されるとともに、半導体スイッチ素子１０３および１０４を直列接続した第２の直列アームが並列接続されている。ここで、第１および第２の直列アームにおいて、半導体スイッチ素子１０１および１０３は直流電源１の正極側に各々設けられ、半導体スイッチ素子１０２および１０４は直流電源１の負極側に各々設けられている。
【００２５】  また、半導体スイッチ素子１０１にはダイオード１１１およびコンデンサ１２１が各々並列接続され、半導体スイッチ素子１０２にはダイオード１１２およびコンデンサ１２２が各々並列接続され、半導体スイッチ素子１０３にはダイオード１１３およびコンデンサ１２３が各々並列接続され、半導体スイッチ素子１０４にはダイオード１１４およびコンデンサ１２４が各々並列接続されている。ここで、ダイオード１１１、１１２、１１３および１１４は、直流電源１からの入力直流電圧が各々逆方向バイアスとして働くように、半導体スイッチ素子１０１、１０２、１０３および１０４に各々並列接続されている。
【００２６】  そして、半導体スイッチ素子１０１および１０２間の共通ノードと、半導体スイッチ素子１０３および１０４間の共通ノードとの間には、共振用リアクトル３と、変圧器２の一次巻線２１と、共振用コンデンサ４とが直列に介挿されている。このように本実施形態による直流−直流変換装置は、半導体スイッチ素子１０１〜１０４からなるフルブリッジにより、直流電源１からの入力直流電圧をスイッチングして交流電圧を変圧器２の一次巻線２１に与えるものである。
【００２７】  半導体スイッチ素子１０１、１０２、１０３および１０４は、図１に示す例ではパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ;金属−酸化膜−半導体構造の電界効果トランジスタ）であるが、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌｅｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）やバイポーラトランジスタ等、制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦの切り換わる他の半導体スイッチ素子であってもよい。
【００２８】  パルス幅変調制御回路７は、発振回路８から同期信号が与えられる都度、半導体スイッチ素子１０１および１０４をＯＮさせる第１のパルスを発生し、その後、次に同期信号が与えられるまでの期間、半導体スイッチ素子１０２および１０３をＯＮさせる第２のパルスを発生する。発振回路８およびこのパルス幅変調制御回路７は、第１および第２のパルスを交互に発生するパルス発生手段を構成している。
【００２９】  前掲図３のものと同様、出力電圧検出回路６は、直流−直流変換装置の出力電圧を検出する回路である。また、パルス幅変調制御回路７は、出力電圧検出回路６により検出される出力電圧の目標値からの増減に応じて、第１のパルスのパルス幅を減少させて、その分だけ第２のパルスのパルス幅を増加させ、あるいは第１のパルスのパルス幅を増加させて、その分だけ第２のパルスのパルス幅を減少させる制御を行うことにより、直流−直流変換装置の出力電圧値を目標値に維持する。また、発振回路８は、入力電圧検出回路９により検出される直流−直流変換装置への入力電圧値が大きくなる程、同期信号の周波数を高くし、同入力電圧値が小さくなる程、同期信号の周波数を低くする。
【００３０】  図２は、低入力電圧時の直流−直流変換装置の動作例を示す波形図である。この図２は、半導体スイッチ素子１０１のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０１、半導体スイッチ素子１０２のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０２、半導体スイッチ素子１０１のドレイン電流Ｉ１０１、半導体スイッチ素子１０２のドレイン電流Ｉ１０２、共振用コンデンサ４の電圧Ｖ４、変圧器２の一次巻線２１の電圧Ｖ２１、ダイオード１３１、１３２、１３３、１３４に各々流れる電流Ｉ１３１、Ｉ１３２、Ｉ１３３、Ｉ１３４の各波形を各々示している。以下、この図２を参照し、本実施形態の動作を説明する。
【００３１】  パルス幅変調制御回路７が第１のパルスを発生すると、第１の直列アームにおいて直流電源１の正極側に設けられた半導体スイッチ素子１０１と、第２の直列アームにおいて直流電源１の負極側に設けられた半導体スイッチ素子１０４がＯＮになる。このように半導体スイッチ素子１０１および１０４がＯＮになると、直流電源１−半導体スイッチ素子１０１−共振用リアクトル３−変圧器２の一次巻線２１−共振用コンデンサ４−半導体スイッチ素子１０４という経路を介して共振電流Ｉ１０１が流れ、この共振電流Ｉ１０１により共振用コンデンサ４の充電が行われる。この間、変圧器２の一次巻線２１と共振用リアクトル３には、直流電源１からの入力直流電圧と共振用コンデンサ４の電圧Ｖ４との差電圧が印加される。そして、変圧器２の二次巻線２２には、一次巻線２１の電圧Ｖ２１に応じた電圧が発生し、この電圧によりダイオード１３１および１３４を介して平滑用コンデンサ５が充電される。そして、この平滑用コンデンサ５から図示しない負荷に直流電力が供給される。
【００３２】  次にパルス幅変調制御回路７は第１のパルスを立ち下げ、第２のパルスを立ち上げる。第１のパルスが立ち下がり、半導体スイッチ素子１０１および１０４がＯＦＦになると、それまで流れていた共振電流は、コンデンサ１２１、１２２、１２３、１２４に転流し、半導体スイッチ素子１０１、１０２、１０３、１０４のドレイン−ソース間電圧は徐々に上昇または下降する。
【００３３】  ＯＦＦになった半導体スイッチ素子１０１および１０４のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０１およびＶ１０４が直流電源１からの入力直流電圧に達すると、共振電流はダイオード１１２、１１３に転流する。このとき第２のパルスが立ち上がると、第１の直列アームにおいて直流電源１の負極側に設けられた半導体スイッチ素子１０２と、第２の直列アームにおいて直流電源１の正極側に設けられた半導体スイッチ素子１０３がＯＮになる。この結果、共振用コンデンサ４−変圧器２の一次巻線２１−共振用リアクトル３−半導体スイッチ素子１０２−直流電源１−半導体スイッチ素子１０３という経路を介して共振電流Ｉ１０２が流れ、この共振電流Ｉ１０２により共振用コンデンサ４の放電（あるいは第１のパルスの立ち上がり時とは逆方向の充電）が行われる。この間、変圧器２の一次巻線２１には、直流電源１からの入力直流電圧と共振用コンデンサ４の電圧Ｖ４との差電圧が電圧Ｖ２１として印加される。そして、変圧器２の二次巻線２２には、この一次巻線２１の電圧２１に応じた電圧が発生し、この電圧によりダイオード１３２および１３３を介して平滑用コンデンサ５が充電される。そして、この平滑用コンデンサ５から図示しない負荷に直流電力が供給される。
【００３４】  次にパルス幅変調制御回路７は第２のパルスを立ち下げ、第１のパルスを立ち上げる。第２のパルスが立ち下がり、半導体スイッチ素子１０２および１０３がＯＦＦになると、それまで流れていた共振電流は、コンデンサ１２１、１２２、１２３、１２４に転流し、半導体スイッチ素子１０１、１０２、１０３、１０４のドレイン−ソース間電圧は徐々に上昇または下降する。
【００３５】  ＯＦＦになった半導体スイッチ素子１０２および１０３のドレイン−ソース間電圧Ｖ１０２およびＶ１０３が直流電源１からの入力直流電圧に達すると、共振電流はダイオード１１１、１１４に転流する。このとき第１のパルスが立ち上がると、第１の直列アームにおいて直流電源１の正極側に設けられた半導体スイッチ素子１０１と、第２の直列アームにおいて直流電源１の負極側に設けられた半導体スイッチ素子１０４がＯＮになる。この結果、直流電源１−半導体スイッチ素子１０１−共振用リアクトル３−変圧器２の一次巻線２１−共振用コンデンサ４−半導体スイッチ素子１０４という経路を介して共振電流Ｉ１０１が流れ、この共振電流Ｉ１０１により共振用コンデンサ４の充電が行われる。
【００３６】  このような動作が繰り返されることにより、直流電源１が出力する直流電力に基づき、直流電源１から絶縁された別の直流電力が生成され、平滑用コンデンサ５を介して図示しない負荷に供給される。
【００３７】  前掲図３の直流−直流変換装置と同様、本実施形態による直流−直流変換装置では、高入力電圧時に、発振回路８は、半導体スイッチ素子１０１、１０４をＯＮさせる第１のパルス、半導体スイッチ素子１０２、１０３をＯＮさせる第２のパルスの周波数を高くする。この結果、半導体スイッチ素子１０１に流れる電流Ｉ１０１が正弦波のピーク付近となるタイミングおよび半導体スイッチ素子１０２に流れる電流Ｉ１０２が正弦波のピーク付近となるタイミングにおいて半導体スイッチ素子１０１、１０４のＯＮからＯＦＦへの切り換わりおよび半導体スイッチ素子１０２、１０３のＯＮからＯＦＦへの切り換わりが発生する。しかしながら、その際にＯＦＦになった半導体スイッチ素子１０１、１０４に流れる遮断電流およびＯＦＦになった半導体スイッチ素子１０２、１０３に流れる遮断電流は、前掲図３のものにおいて流れる遮断電流に比べて小さくなる。その理由は次の通りである。
【００３８】  前掲図３の直流−直流変換装置では、共振用コンデンサ４の一方の電極が直流電源１の負極に接続されており、半導体スイッチ素子１０１を介して共振用コンデンサ４の充電が行われ、半導体スイッチ素子１０２を介して共振用コンデンサ４の放電が行われる。このため、共振用コンデンサ４の電圧Ｖ４は、図４に示すように０Ｖ以上の領域において上昇および下降を繰り返す。従って、変圧器２の一次巻線２１に発生させる電圧Ｖ２１の振幅を広げるための余裕が少ない。
【００３９】  これに対し、本実施形態による直流−直流変換装置では、共振用コンデンサ４は、半導体スイッチ素子１０１および１０２間の共通ノードと半導体スイッチ素子１０３および１０４間の共通ノードとの間に介挿されている。そして、半導体スイッチ素子１０１および１０４がＯＮとなって共振用コンデンサ４に電流を流す動作と、半導体スイッチ素子１０２および１０３がＯＮとなって共振用コンデンサ４に電流を流す動作とが交互に繰り返される。
【００４０】  ここで、半導体スイッチ素子１０１および１０４がＯＮである期間に共振用コンデンサ４に流れる電流と半導体スイッチ素子１０２および１０３がＯＮである期間に共振用コンデンサ４に流れる電流とは逆極性になる。このため、共振用コンデンサ４の電圧Ｖ４は、図２に示すように０Ｖを中心に正負両方向に振れる波形となる。そして、本実施形態では、入力直流電圧とこの電圧Ｖ４との差電圧が変圧器２の一次巻線２１と共振用リアクトル３に印加される。このように本実施形態による直流−直流変換装置は、その構成上、変圧器２の一次巻線２１に発生させる電圧Ｖ２１を前掲図３の直流−直流変換装置よりも大きくすることが可能である。
【００４１】  従って、本実施形態によれば、前掲図３の直流−直流変換装置と同じ直流電圧を出力させるとした場合に、変圧器２の一次巻線２１の巻数ｎ２１と二次巻線２２の巻数ｎ２２との巻数比ｎ＝ｎ２１／ｎ２２を大きくして、一次巻線２１に発生させる電圧Ｖ２１を大きくすることができる。ここで、変圧器２の一次巻線２１に流れる電流は、変圧器２の巻数比ｎの逆数に比例する。従って、本実施形態では、変圧器２の巻数比ｎを大きくして、変圧器２の一次巻線２１に流れる電流を小さくすることができる。これにより、半導体スイッチ素子１０１および１０４がＯＦＦとなったとき半導体スイッチ素子１０１および１０４に流れる遮断電流と、半導体スイッチ素子１０２および１０３がＯＦＦとなったとき半導体スイッチ素子１０２および１０３に流れる遮断電流を小さくすることができる。そして、本実施形態によれば、半導体スイッチ素子１０１、１０２、１０３、１０４の遮断電流を小さくすることができるため、特に高入力電圧時における半導体スイッチ素子１０１、１０２、１０３、１０４のスイッチング損失を低減し、変換効率の低下を防止することができる。また、本実施形態によれば、変圧器２の一次巻線２１に流す電流を小さくすることができるので、変圧器２の銅損を減らすことができる。また、本実施形態によれば、共振用コンデンサ４に流す実効電流を小さくすることができるので、許容実効電流の小さな安価な共振用コンデンサ４を用いて直流−直流変換装置を構成することができる。
【００４２】＜他の実施形態＞  以上、この発明の一実施形態について説明したが、これ以外にも、この発明には他の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００４３】（１）ダイオード１１１、１１２、１１３、１１４は、半導体スイッチ素子１０１、１０２、１０３、１０４のドレインまたはソースとその背景となる半導体基板との間に介在する寄生ダイオードで代用してもよい。（２）コンデンサ１２１、１２２、１２３、１２４は、半導体スイッチ素子１０１、１０２、１０３、１０４のドレインまたはソースとその背景となる半導体基板との間に介在する寄生容量で代用してもよい。（３）共振用リアクトル３は、変圧器２の漏れインダクタンスで代用してもよい。
【符号の説明】
【００４４】１……直流電源、１０１，１０２，１０３，１０４……半導体スイッチ素子、１１１，１１２，１１３，１１４，１３１，１３２，１３３，１３４……ダイオード、１２１，１２２，１２３，１２４……コンデンサ、２……変圧器、２１……一次巻線、２２……二次巻線、３……共振用リアクトル、４……共振用コンデンサ、１３……全波整流回路、５……平滑用コンデンサ、６……出力電圧検出回路、７……パルス幅変調制御回路、８……発振回路、９……入力電圧検出回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月15日(2014.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
負荷状態が変化し、直流−直流変換装置の出力電圧値が目標値からずれた場合は、パルス幅変調制御回路７が半導体スイッチ素子１０１をＯＮさせる第１のパルスおよび半導体スイッチ素子１０２をＯＮさせる第２のパルスの各パルス幅（オンデューティ）を変化させ、直流−直流変換装置の出力電圧値を目標値に戻す。
【国際調査報告】
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2013132727.tif 000008
2013132727.tif 000009
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