(57)【要約】【課題】起動時に突入電流を制限しつつ通電できる整流回路、及びスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源装置は整流回路と該整流回路を制御する制御部とを備える。整流回路は第１及び第２スイッチ部と第１及び第２整流部と電気抵抗部とを備える。一対の第１通電路のうちの一方の線路は第１スイッチ部の一端と第２スイッチ部の一端との間に接続され、第１通電路のうちの他方の線路は第１整流部の入力端と第２整流部の出力端との間に接続される。一対の第２通電路のうちの一方の線路は第１スイッチ部の他端と第１整流部の出力端との間に接続され、第２通電路のうちの他方の線路は第２スイッチ部の他端と第２整流部の入力端との間に接続される。第１及び第２スイッチ部は寄生ダイオードを有さない。電気抵抗部は第１及び第２スイッチ部のうちの一方に並列接続される。【選択図】図１
2018042340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチ部と、第２スイッチ部と、第１整流部と、第２整流部と、電気抵抗部と、を備え、
一対の第１通電路のうちの一方の線路が前記第１スイッチ部の一端と前記第２スイッチ部の一端との間に接続されて、前記第１通電路のうちの他方の線路が前記第１整流部の入力端と前記第２整流部の出力端との間に接続され、
一対の第２通電路のうちの一方の線路が前記第１スイッチ部の他端と前記第１整流部の出力端との間に接続されて、前記第２通電路のうちの他方の線路が前記第２スイッチ部の他端と前記第２整流部の入力端との間に接続され、
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部は寄生ダイオードを有さず、
前記電気抵抗部は、前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部のうちの一方に並列接続された整流回路。
【請求項２】
前記電気抵抗部はＰＴＣサーミスタである請求項１に記載の整流回路。
【請求項３】
前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部はそれぞれ、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子である請求項１又は請求項２に記載の整流回路。
【請求項４】
前記第１通電路のうちの一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも高い場合には、前記第１スイッチ部が前記切替制御によりＯＮ状態とされ、
前記一方の線路の電位が前記他方の線路の電位よりも低い場合には、前記第２スイッチ部が前記切替制御によりＯＮ状態とされる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の整流回路。
【請求項５】
前記電気抵抗部は、前記第１スイッチ部に並列接続され、
前記第１整流部は、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子を有し、
前記第１整流部の半導体スイッチング素子は、前記第１通電路のうちの一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも高い場合にはＯＦＦ状態とされ、前記一方の線路の電位が前記他方の線路の電位よりも低い場合にはＯＮ状態とされる請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記電気抵抗部は、前記第２スイッチ部に並列接続され、
前記第２整流部は、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子を有し、
前記第２整流部の半導体スイッチング素子は、前記第１通電路のうちの一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも高い場合にはＯＮ状態とされ、前記一方の線路の電位が前記他方の線路の電位よりも低い場合にはＯＦＦ状態とされる請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の整流回路と、
該整流回路を制御する制御部と、を備えるスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流回路、及びスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯＳＦＥＴを用いて構成された整流回路を備えるスイッチング電源装置（特許文献１参照）が知られている。各ＭＯＳＦＥＴには、還流ダイオードが並列接続されている。たとえば、特許文献１では、スイッチング電源装置の整流回路にて、各ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが還流ダイオードとして用いられている。このようなスイッチング電源装置では、順方向の電流が還流されている還流ダイオードに逆方向の電圧が印加されると、還流ダイオードにリカバリ電流（逆回復電流）が流れ、大きなスイッチング損失が発生する。還流ダイオードでのスイッチング損失の発生を解消するためには、たとえば寄生ダイオードが形成されないスイッチング素子をＭＯＳＦＥＴに代えて用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７４３９９５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、寄生ダイオードが形成されないスイッチング素子に還流ダイオードが並列接続されない場合、整流回路を有する装置の起動時に通電できず、整流回路が動作を開始できない。このような場合、起動時に整流回路の出力側に電力を供給する手段を設ける必要がある。この点に関して、特許文献１は何ら言及していない。
【０００５】
また、起動時には装置の電源から比較的大きな突入電流が出力される。そのため、電源と整流回路との間には、突入電流防止回路を設ける必要がある。これは、製造コストの増大、突入電流防止回路を実装するスペースを基板上に確保するなどの問題を招く。
【０００６】
本発明は、上記の状況を鑑みて、起動時に突入電流を制限しつつ通電できる整流回路、及びスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の一の態様による整流回路は、ノーマリーオフ型の第１スイッチ部及び第２スイッチ部と、第１整流部と、第２整流部と、電気抵抗部と、を備え、一対の第１通電路のうちの一方の線路が第１スイッチ部の一端と第２スイッチ部の一端との間に接続されて、第１通電路のうちの他方の線路が第１整流部の入力端と第２整流部の出力端との間に接続され、一対の第２通電路のうちの一方の線路が第１スイッチ部の他端と第１整流部の出力端との間に接続されて、第２通電路のうちの他方の線路が第２スイッチ部の他端と第２整流部の入力端との間に接続され、第１スイッチ部及び第２スイッチ部は寄生ダイオードを有さず、電気抵抗部は、第１スイッチ部及び第２スイッチ部のうちの一方に並列接続された構成（第１の構成）とされる。
【０００８】
上記第１の構成において、電気抵抗部はＰＴＣサーミスタである構成（第２の構成）とされる。
【０００９】
上記第１又は上記第２の構成において、第１スイッチ部及び第２スイッチ部はそれぞれ、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子である構成（第３の構成）とされる。
【００１０】
上記第１〜第３のいずれかの構成において、第１通電路のうちの一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも高い場合には、第１スイッチ部が切替制御によりＯＮ状態とされ、一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも低い場合には、第２スイッチ部が切替制御によりＯＮ状態とされる構成（第４の構成）とされる。
【００１１】
上記第１〜第４のいずれかの構成において、電気抵抗部は、第１スイッチ部に並列接続され、第１整流部は、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子を有し、第１整流部の半導体スイッチング素子は、第１通電路のうちの一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも高い場合にはＯＮ状態とされ、一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも低い場合にはＯＦＦ状態とされる構成（第５の構成）とされる。
【００１２】
上記第１〜第４のいずれかの構成において、電気抵抗部は、第２スイッチ部に並列接続され、第２整流部は、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子を有し、第２整流部の半導体スイッチング素子は、第１通電路のうちの一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも高い場合にはＯＮ状態とされ、一方の線路の電位が他方の線路の電位よりも低い場合にはＯＦＦ状態とされる構成（第６の構成）とされる。
【００１３】
また、上記目的を達成するために本発明の一の態様によるスイッチング電源装置は、上記第１〜第６のいずれかの構成の整流回路と、該整流回路を制御する制御部と、を備える構成（第７の構成）とされる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、起動時に突入電流を制限しつつ通電できる整流回路、及びスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係るスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。
【図２】比較例に係るスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。
【図３】第１実施形態に係るスイッチング電源装置でのスイッチング状態を示す表である。
【図４】正期間において整流回路を流れる電流の経路を説明するための図である。
【図５】負期間において整流回路を流れる電流の経路を説明するための図である。
【図６】正期間において起動時に整流回路を流れる突入電流の経路を説明するための図である。
【図７】負期間において起動時に整流回路を流れる突入電流の経路を説明するための図である。
【図８】第２実施形態に係るスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。
【図９】第３実施形態に係るスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。
【図１０】第３実施形態に係るスイッチング電源装置でのスイッチング状態を示す表である。
【図１１】第４実施形態に係るスイッチング電源装置の構成例を示す回路図である。
【図１２】第４実施形態に係るスイッチング電源装置でのスイッチング状態を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１００の構成例を示す回路図である。スイッチング電源装置１００は、たとえば、空気調和機（不図示）に備えられ、交流電源２００から入力端に供給された交流の電源電力Ｖａを直流電力Ｖｄに変換して出力端に供給する。
【００１８】
スイッチング電源装置１００は、図１に示すように、上スイッチ部１１と、下スイッチ部１２と、上ダイオード１３と、下ダイオード１４と、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ１５と、リアクタ２と、キャパシタ３と、電圧計４、コントローラ（制御部）５と、を備える。また、上スイッチ部１１、下スイッチ部１２、上ダイオード１３、下ダイオード１４、及びＰＴＣサーミスタ１５は、整流回路１を構成する。
【００１９】
上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２は、ＧａＮ系半導体化合物を用いて形成されたノーマリーオフ型の半導体スイッチング素子であり、たとえばＧａＮ系の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）である。高電子移動度トランジスタは、寄生ダイオードを形成せず、スイッチング素子として用いた場合にＯＮ状態にて双方向に電流を流すことができる。さらに、上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２には、それぞれ還流ダイオードが並列接続されていない。そのため、たとえば、上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２にＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１、Ｍ２を用いたスイッチング電源装置（図２参照）と比較して、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１、Ｍ２にそれぞれ並列接続される還流ダイオードＤ１、Ｄ２（及び、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１、Ｍ２の寄生ダイオード）でのスイッチング損失の発生を解消できる。
【００２０】
上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２はそれぞれ、コントローラ５から出力されてゲートに入力される制御信号Ｓ１、Ｓ２に応じてソース及びドレイン間に電流を双方向に流すことができる。上ダイオード１３及び下ダイオード１４は、アノード（入力端）からカソード（出力端）に通電可能な整流部の一例である。ＰＴＣサーミスタ１５は、素子温度に比例して電気抵抗値が増加する正温度特性を有する電気抵抗器の一例である。ＰＴＣサーミスタ１５は、上スイッチ部１１と並列接続されることにより、後述するように突入電流を防止する機能を実現する。
【００２１】
上スイッチ部１１の一端は、ＰＴＣサーミスタ１５の一端と下スイッチ部１２の一端とに接続され、さらにリアクタ２及び一対の交流通電路Ｌａの線路Ｌａ１を経由してスイッチング電源装置１００の一方の入力端に接続されている。上スイッチ部１１の他端は、ＰＴＣサーミスタ１５の他端と上ダイオード１３のカソードとに接続され、さらに直流通電路Ｌｄの線路Ｌｄ１を経由してスイッチング電源装置１００の一方の出力端とキャパシタ３の一方端に接続されている。下スイッチ部１２の他端は、下ダイオード１４のアノードに接続され、さらに直流通電路Ｌｄの線路Ｌｄ２を経由してスイッチング電源装置１００の他方の出力端とキャパシタ３の他方端に接続されている。下ダイオード１４のカソードは、上ダイオード１３のアノードと接続され、さらに一対の交流通電路Ｌａの線路Ｌａ２を介してスイッチング電源装置１００の他方の入力端に接続されている。
【００２２】
また、上スイッチ部１１、下スイッチ部１２、上ダイオード１３、下ダイオード１４、及びＰＴＣサーミスタ１５は整流回路１を構成する。整流回路１は、所謂トーテムポール型ブリッジレス回路を有し、交流通電路Ｌａを流れる交流電力Ｖａを直流電力Ｖｄに変換して直流通電路Ｌｄに出力する。整流回路１の入力端は交流通電路Ｌａを介してスイッチング電源装置１００の入力端に接続され、整流回路１の出力端は直流通電路Ｌｄを介してスイッチング電源装置１００の出力端に接続されている。すなわち、上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２間における整流回路１の一方の入力端はリアクタ２を介してスイッチング電源装置１００の一方の入力端に接続されている。上ダイオード１３及び下ダイオード１４間における整流回路１の他方の入力端はスイッチング電源装置１００の他方の入力端に接続されている。また、上スイッチ部１１及び上ダイオード１３間における整流回路１の一方の出力端は、スイッチング電源装置１００の一方の出力端とキャパシタ３の一方端とに接続されている。下スイッチ部１２及び下ダイオード１４間における整流回路１の他方の出力端は、スイッチング電源装置１００の他方の出力端とキャパシタ３の他方端とに接続されている。
【００２３】
リアクタ２は、線路Ｌａ１において、スイッチング電源装置１００の一方の入力端と整流回路１の一方の入力端との間に接続されている。
【００２４】
キャパシタ３は、一対の直流通電路Ｌｄのうちの一方の線路Ｌｄ１と他方の線路Ｌｄ２との間に接続され、整流回路１から出力された直流電力Ｖｄを平滑化する。
【００２５】
電圧計４は、交流通電路Ｌａを流れる交流電力Ｖａの極性（正又は負）と電圧値とを検出する検出部であり、検出結果をコントローラ５に出力する。なお、電圧計４に代えて、交流通電路Ｌａを流れる交流電流の極性（流れる方向）と電流値とを検出する電流計が設けられていてもよい。
【００２６】
コントローラ５は、スイッチング電源装置１００の出力端から出力される直流電力Ｖｄを電力源とする制御部である。コントローラ５は、上スイッチ部１１に制御信号Ｓ１を出力し且つ下スイッチ部１２に制御信号Ｓ２を出力することにより、整流回路１を制御する。たとえば、コントローラ５は、電圧計４の検出結果に基づいて交流通電路Ｌａを流れる交流電力Ｖａの極性を監視し、該監視結果に基づいて現時点が正期間及び負期間のどちらに属しているのかを判断する。そして、コントローラ５は、判断結果に応じて制御信号Ｓ１、Ｓ２を出力して、上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２のスイッチング制御（ＯＮ／ＯＦＦの切替制御）を行う。ここで、”正期間”とは、線路Ｌａ２の電位から見て線路Ｌａ１の電位（電圧）が正となっている期間を指す。また、”負期間”とは、線路Ｌａ２の電位から見て線路Ｌａ１の電位（電圧）が負となっている期間を指す。なお、線路Ｌａ１及び線路Ｌａ２間の電位差がゼロとなるタイミングも存在するが、そのタイミングについては無視する。或いは、そのタイミングは正期間又は負期間に属すると考えても良い。線路Ｌａ２の電位から見た線路Ｌａ１の電圧の極性は、交流電力Ｖａの半周期（たとえば５０又は６０［Ｈｚ］の逆数）で、交互に正又は負となる。よって、入力端に供給される交流電力Ｖａの半周期に応じて正期間と負期間が交互に訪れる。
【００２７】
（スイッチング電源装置の定常動作例）
次に、スイッチング電源装置１００の起動時以外の定常動作例を説明する。図３は、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１００でのスイッチング状態を示す表である。また、図４及び図５は、各期間におけるスイッチング電源装置１００の動作例を示す。図４は、正期間において整流回路１を流れる電流の経路を説明するための図である。図５は、負期間において整流回路１を流れる電流の経路を説明するための図である。なお、図４及び図５において矢印を付けた実線は、整流回路１を流れる電流の経路を示す。
【００２８】
図３に示すように、正期間において、上スイッチ部１１はＯＮとされるが、下スイッチ部１２はＯＦＦとされる。負期間において、上スイッチ部１１はＯＦＦとされるが、下スイッチ部１２はＯＮとされる。なお、図３の例示に限定されず、正期間及び負期間のうちの一方から他方に移行する際、上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２が共にＯＦＦとされる期間（所謂デッドタイム）が設けられていてもよい。
【００２９】
正期間では、交流通電路Ｌａのうちの一方の線路Ｌａ１の電位が他方の線路Ｌａ２の電位よりも高くなっている。この場合、上スイッチ部１１は、制御信号Ｓ１に基づいてＯＮ状態とされる。そして、図４に示すように、交流電源２００から一方の入力端、線路Ｌａ１及びリアクタ２、上スイッチ部１１、及び線路Ｌｄ１を経由して一方の出力端に電流が流れる。また、他方の出力端から線路Ｌｄ２、下ダイオード１４、及び線路Ｌａ２を経由して他方の入力端に電流が流れる。
【００３０】
負期間では、交流通電路Ｌａのうちの一方の線路Ｌａ１の電位が他方の線路Ｌａ２の電位よりも低くなっている。この場合、下スイッチ部１２は、制御信号Ｓ２に基づいてＯＮ状態とされる。そして、図５に示すように、交流電源２００から他方の入力端、線路Ｌａ２、上ダイオード１３、及び線路Ｌｄ１を経由して一方の出力端に電流が流れる。また、他方の出力端から線路Ｌｄ２、下スイッチ部１２、線路Ｌａ１及びリアクタ２を経由して他方の入力端に電流が流れる。
【００３１】
以上の動作を繰り返すことにより、スイッチング電源装置１００は、上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２の切替制御により、定常動作の際、交流電力Ｖａを整流した直流電力Ｖｄを出力端から出力できる。
【００３２】
なお、スイッチング電源装置１００が定常動作している場合、ＰＴＣサーミスタ１５の電気抵抗は素子温度の上昇に伴ってさらに高くなる。そのため、ＰＴＣサーミスタ１５には電流は流れ難くなり、上スイッチ部１１がＯＮ状態であれば、電流は上スイッチ部１１を流れてＰＴＣサーミスタ１５には流れなくなる。従って、正期間及び負期間において、ＰＴＣサーミスタ１５での電力損失は無視できる。
【００３３】
（スイッチング電源装置の起動時の動作例）
次に、スイッチング電源装置１００の起動時の動作例を説明する。図６は、正期間において起動時に整流回路１を流れる突入電流の経路を説明するための図である。図７は、負期間において起動時に整流回路１を流れる突入電流の経路を説明するための図である。なお、図６及び図７において矢印を付けた破線は、スイッチング電源装置１００の起動時に整流回路１を流れる突入電流の経路を示す。
【００３４】
スイッチング電源装置１００の起動時では、コントローラ５から制御信号Ｓ１、Ｓ２が出力されないため、上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２は共にＯＦＦとなって電流を流さない。この場合、整流回路１にはＰＴＣサーミスタ１５を経由する経路よりもインピーダンスの低い経路はないため、起動時に交流通電路Ｌａを通じて整流回路１に流れ込む突入電流はＰＴＣサーミスタ１５を流れる。
【００３５】
具体的には、正期間において突入電流は、図６に示すように、交流電源２００から一方の入力端、線路Ｌａ１及びリアクタ２、ＰＴＣサーミスタ１５、及び線路Ｌｄ１を経由して一方の出力端に電流が流れる。また、他方の出力端から線路Ｌｄ２、下ダイオード１４、及び線路Ｌａ２を経由して他方の入力端に電流が流れる。そのため、起動時の正期間において、スイッチング電源装置１００の整流回路１は、突入電流に由来する直流電力Ｖｄを出力端に出力できる。
【００３６】
ここで、ＰＴＣサーミスタ１５の電気抵抗は十分に高いため、突入電流はＰＴＣサーミスタ１５を流れる際に出力側に悪影響を及ぼさない程度の電流値に制限される。従って、突入電流に由来して出力端に現れる直流電力Ｖｄを用いて、該電力Ｖｄの供給先での悪影響を防止しつつ、スイッチング電源装置１００に通電できる。
【００３７】
なお、負期間では、図７に示すように、突入電流は、交流電源２００から他方の入力端、線路Ｌａ２、上ダイオード１３、ＰＴＣサーミスタ１５、線路Ｌｄ１及びリアクタ２を経由して一方の入力端に電流が流れる。そのため、起動時において、直流電力Ｖｄは負期間では出力端に出力されない。但し、上述のように起動時の正期間において、整流回路１は直流電力Ｖｄをスイッチング電源装置１００の出力端に出力するので。直流電力Ｖｄに由来する電源電力がコントローラ５に供給される。従って、コントローラ５が制御信号Ｓ１、Ｓ２を出力できるようになるので、スイッチング電源装置１００が図３〜図５のような定常動作を開始できる。
【００３８】
以上に説明した本実施形態では、上スイッチ部１１にＰＴＣサーミスタ１５を並列接続した構成を例示したが、この例示に限定されず、ＰＴＣサーミスタ１５は下スイッチ部１２に並列接続されてもよい。このようにしても、同様に、起動時の突入電流を防止する機能を実現できるとともに、スイッチング電源装置１００を起動させることができる。
【００３９】
また、本実施形態では上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２の切替制御を実施している（図３参照）。但し、この例示に限定されず、上スイッチ部１１及び下スイッチ部１２は、たとえば数十［ｋＨｚ］程度の高周波制御信号Ｓ１、Ｓ２により切替制御されてもよい。こうすれば、スイッチング電源装置１００の整流回路１を力率改善回路（ＰＦＣ回路；Power Factor Correction Circuit）として機能させることもできる。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、スイッチング電源装置１００は、整流回路１と、該整流回路１を制御する制御部（コントローラ５に対応）と、を備える。整流回路１は、第１スイッチ部（上スイッチ部１１に対応）と、第２スイッチ部（下スイッチ部１２に対応）と、第１整流部（上ダイオード１３に対応）と、第２整流部（下ダイオード１４に対応）と、電気抵抗部（ＰＴＣサーミスタ１５に対応）と、を備える。一対の第１通電路Ｌａのうちの一方の線路Ｌａ１が第１スイッチ部１１の一端と第２スイッチ部１２の一端との間に接続される。第１通電路Ｌａのうちの他方の線路Ｌａ２が第１整流部１３の入力端（アノード）と第２整流部の出力端（カソード）との間に接続される。一対の第２通電路Ｌｄのうちの一方の線路Ｌｄ１が第１スイッチ部１１の他端と第１整流部１３の出力端（カソード）との間に接続されて、第２通電路Ｌｄのうちの他方の線路Ｌｄ２が第２スイッチ部１２の他端と第２整流部１４の入力端（アノード）との間に接続される。第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２は寄生ダイオードを有さない。電気抵抗部１５は、第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２のうちの一方に並列接続されている。
【００４１】
こうすれば、第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２の切替制御によって、第１通電路Ｌａから第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２間に供給される電力Ｖａを整流して、整流された電力Ｖｄを第２通電路Ｌｄに出力できる。また、起動時において、寄生ダイオードを有さない第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２がともにＯＦＦとなっていても、起動時に第１通電路Ｌａを流れる突入電流が電気抵抗器１５を経由して整流回路１内を流れる。従って、起動の際に別手段により第２通電路Ｌｄに電力Ｖｄを供給しなくても、スイッチング電源装置１００を起動して、制御部５による第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２の切替制御を開始させることができる。よって、整流回路１は、第１通電路Ｌａから供給される電力Ｖａを整流して、整流された電力Ｖｄを第２通電路Ｌｄに出力できる。また、電気抵抗器１５に流れた突入電流は、第２通電路Ｌｄに電力Ｖｄを供給できる程度に低減可能である。従って、整流回路１の他の構成要素及び第２通電路Ｌｄの出力側に悪影響を及ぼさない。よって、起動時に突入電流を制限しつつ通電できる。
【００４２】
また、第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２のうちの一方に並列接続された電気抵抗器１５は、上述のように突入電流防止回路として機能する。そのため、第１通電路Ｌａに別の突入電流防止回路（たとえば図２のポジスタ（登録商標）ＰＴＣ及びリレーＭＲＹ参照）を設ける必要が無い。従って、製造コストを削減でき、突入電流防止回路の実装に必要な基板上のスペースを削減できる。さらに、突入電流防止回路（たとえばリレーＭＲＹ）を駆動するための消費電力も削減できる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、電気抵抗部１５はＰＴＣサーミスタ１５である。
【００４４】
こうすれば、整流回路１が定常動作している場合のＰＴＣサーミスタ１５の電気抵抗は起動時よりも高くなる。従って、起動時には突入電流がＰＴＣサーミスタ１５を経由して流れることにより、整流回路１は第２通電路Ｖｄに電力Ｖｄを供給できる。さらに、定常動作時にはＰＴＣサーミスタ１５の温度特性によって電気抵抗が増加する。従って、電流はＰＴＣサーミスタ１５が並列接続されたスイッチ部１１又は１２に流れるので、ＰＴＣサーミスタ１５には微小な電流しか流れない。よって、ＰＴＣサーミスタ１５での電力損失は微小であるために無視できる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２はそれぞれ、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子（たとえばＨＥＭＴ）を用いることができる。
【００４６】
こうすれば、寄生ダイオードなどに起因するスイッチング損失を防止できるので、切替制御に伴う電力損失を抑制できる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、第１通電路Ｌａのうちの一方の線路Ｌａ１の電位が他方の線路Ｌａ２の電位よりも高い場合（正期間）には、第１スイッチ部１１が切替制御によりＯＮ状態とされる。また、一方の線路Ｌａ１の電位が他方の線路Ｌａ２の電位よりも低い場合（負期間）には、第２スイッチ部１２が切替制御によりＯＮ状態とされる
【００４８】
こうすれば、正期間に第１スイッチ部１１がＯＮ状態とされ、且つ、負期間に第２スイッチ部１２がＯＮ状態とされることにより、第１通電路Ｌａから整流回路１に入力される電力Ｖａを整流できる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、突入電流以外よりも小さい電流がほぼ流れない程度に電気抵抗値が大きい抵抗素子１６が上スイッチ部１１と並列接続される。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明する。また、第１実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
【００５０】
図８は、第２実施形態に係るスイッチング電源装置１００の構成例を示す回路図である。図８に示すように、整流回路１は、上スイッチ部１１、下スイッチ部１２、上ダイオード１３、下ダイオード１４、及び抵抗素子（電気抵抗器の一例）１６で構成される。抵抗素子１６には、整流回路１が定常動作する場合には、無視できる程度の微小な電流しか流れない。一方、スイッチング電源装置１００の起動時には、抵抗素子１６を経由する経路よりもインピーダンスが低い経路がないため、突入電流が抵抗素子１６を流れる。抵抗素子１６を流れた突入電流の電流値は、整流回路１の他の部分及びスイッチング電源装置１００の出力側への悪影響を抑えつつスイッチング電源装置１００（特にコントローラ５）の電源電力となる直流電力Ｖｄを出力端に出力できる程度の値に低減される。従って、図８の構成でも、図３〜図７と同様に、スイッチング電源装置１００を動作させることができる。
【００５１】
なお、抵抗素子１６は、図８では上スイッチ部１１に並列接続されているが、この例示に限定されず、下スイッチ部１２に並列接続されてもよい。このようにしても、同様に、突入電流を防止する機能を実現できるとともに、スイッチング電源装置１００を起動させることができる。
【００５２】
以上、本実施形態によれば、整流回路１は、第１スイッチ部１１と、第２スイッチ部１２と、第１整流部１３と、第２整流部１４と、電気抵抗部（抵抗素子１６に対応）と、を備える。スイッチング電源装置１００は、整流回路１と、該整流回路１を制御する制御部５と、を備える。電気抵抗部１６は、第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２のうちの一方に並列接続されている。
【００５３】
こうすれば、起動時において、寄生ダイオードを有さない第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２がともにＯＦＦとなっていても、起動時に第１通電路Ｌａを流れる突入電流が電気抵抗器１６を経由して整流回路１内を流れる。従って、起動の際に別手段により第２通電路Ｌｄに電力Ｖｄを供給しなくても、スイッチング電源装置１００を起動して、制御部５による第１スイッチ部１１及び第２スイッチ部１２の切替制御を開始させることができる。
【００５４】
また、第１スイッチ部１１に並列接続された電気抵抗器１６は、上述のように突入電流防止回路として機能する。そのため、第１通電路Ｌａに別の突入電流防止回路（たとえば図２のポジスタ（登録商標）ＰＴＣ及びリレーＭＲＹ参照）を設ける必要が無い。従って、製造コストを削減でき、突入電流防止回路の実装に必要な基板上のスペースを削減できる。さらに、突入電流防止回路（たとえばリレーＭＲＹ）を駆動するための消費電力も削減できる。
【００５５】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、上ダイオード１３にＭＯＳＦＥＴ１７が並列接続され、下ダイオード１４にＭＯＳＦＥＴ１８が並列接続される。以下では、第１及び第２実施形態と異なる構成について説明する。また、第１及び第２実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
【００５６】
図９は、第３実施形態に係るスイッチング電源装置１００の構成例を示す回路図である。図９に示すように、整流回路１はＭＯＳＦＥＴ１７、１８をさらに含んで構成される。ＭＯＳＦＥＴ１７、１８はそれぞれ、コントローラ５から出力される制御信号Ｓ３、Ｓ４によりスイッチング制御されるスイッチ部である。ＭＯＳＦＥＴ１７のソース、ドレインはそれぞれ上ダイオード１３のアノード、カソードに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１８のソース、ドレインはそれぞれ下ダイオード１４のアノード、カソードに接続されている。
【００５７】
図１０は、第３実施形態に係るスイッチング電源装置１００でのスイッチング状態を示す表である。ＭＯＳＦＥＴ１７は、上ダイオード１３に電流が流れる期間にＯＮ状態とされる。ＭＯＳＦＥＴ１８は、下ダイオード１４に電流が流れる期間にＯＮ状態とされる。すなわち、交流電源２００から供給される交流電力Ｖａの電圧値が正となる正期間では、上スイッチ部１１及びＭＯＳＦＥＴ１８はＯＮ状態とされるが、下スイッチ部１２及びＭＯＳＦＥＴ１７はＯＦＦ状態とされる。交流電力Ｖａの電圧値が負となる負期間では、上スイッチ部１１及びＭＯＳＦＥＴ１８はＯＦＦ状態とされるが、下スイッチ部１２及びＭＯＳＦＥＴ１７はＯＮ状態とされる。
【００５８】
このようにしても、図３〜図７と同様に、スイッチング電源装置１００を動作させることができる。さらに、たとえば線路Ｌａ２から整流回路１を通じて線路Ｌｄ１に流れる電流（図５参照）は、上ダイオード１３を流れる経路よりもＭＯＳＦＥＴ１７を流れる経路の方が低インピーダンスであるため、整流回路１内においてＭＯＳＦＥＴ１７を優先的に流れる。また、たとえば線路Ｌｄ２から整流回路１を通じて線路Ｌａ２に流れる電流（図４参照）は、下ダイオード１４を流れる経路よりもＭＯＳＦＥＴ１８を流れる経路の方が低インピーダンスであるため、整流回路１内において下ダイオード１４よりもＭＯＳＦＥＴ１８を優先的に流れる。従って、上ダイオード１３及び下ダイオード１４でのスイッチング損失を低減することができる。なお、ＭＯＳＦＥＴ１７、１８のＯＮ／ＯＦＦ制御は、交流電力Ｖａと同じ低い周波数（たとえば５０又は６０［Ｈｚ］）で切り替えられるが、比較的に切替頻度が少ない。そのため、ＭＯＳＦＥＴ１７、１８でのスイッチング損失は十分に小さく無視できる。
【００５９】
なお、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ１７、１８がそれぞれ上ダイオード１３、下ダイオード１４に並列接続された図９の構成を例示したが、この例示に限定されず、上ダイオード１３及び下ダイオード１４の一方にスイッチング素子（たとえばＭＯＳＦＥＴ）が並列接続されてもよい。こうすれば、図９の構成よりも効果は弱くなるが、上ダイオード１３又は下ダイオード１４でのスイッチング損失を低減することはできる。
【００６０】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態では、上ダイオード１３に代えて、ノーマリーオフ型の半導体スイッチング素子１９が設けられる。以下では、第１〜第３実施形態と異なる構成について説明する。また、第１〜第３実施形態と同様の構成部には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。
【００６１】
図１１は、第４実施形態に係るスイッチング電源装置１００の構成例を示す回路図である。図１１に示すように、整流回路１は、上スイッチ部１１、下スイッチ部１２、ノーマリーオフ型の半導体スイッチング素子１９、下ダイオード１４、及び抵抗素子（電気抵抗器）１５で構成される。
【００６２】
半導体スイッチング素子１９は、ＧａＮ系半導体化合物を用いて形成され、たとえばＧａＮ系のＨＥＭＴである。半導体スイッチング素子１９のドレインは、上スイッチ部１１の他端とＰＴＣサーミスタ１５の他端とに接続され、さらに直流通電路Ｌｄの線路Ｌｄ１を経由してスイッチング電源装置１００の一方の出力端とキャパシタ３の一方端に接続されている。半導体スイッチング素子１９のソースは、下ダイオード１４のカソードに接続され、さらに交流通電路Ｌａの線路Ｌａ２を経由してスイッチング電源装置１００の他方の入力端に接続されている。半導体スイッチング素子１９のゲートには、コントローラ５から出力された制御信号Ｓ３が入力される。半導体スイッチング素子１９は、コントローラ５から出力されてゲートに入力される制御信号Ｓ３に応じてソース−ドレイン間に電流を流すことができる。
【００６３】
図１２は、第４実施形態に係るスイッチング電源装置１００でのスイッチング状態を示す表である。交流電源２００から供給される交流電力Ｖａの電圧値が正となる正期間では、上スイッチ部１１はＯＮ状態とされるが、下スイッチ部１２及び半導体スイッチング素子１９はＯＦＦ状態とされる。交流電力Ｖａの電圧値が負となる負期間では、上スイッチ部１１はＯＦＦ状態とされるが、下スイッチ部１２及び半導体スイッチング素子１９はＯＮ状態とされる。
【００６４】
このようにしても、図３〜図７と同様に、スイッチング電源装置１００を動作させることができ、起動時に突入電流を防止する機能を実現できるとともに、スイッチング電源装置１００を起動させることができる。さらに、このような半導体スイッチング素子１９はたとえばＭＯＳＦＥＴなどと比べて逆電圧に対する耐圧が高いために還流ダイオードの配設を省略でき、寄生ダイオードも形成されない。そのため、スイッチング損失をさらに低減することができる。
【００６５】
なお、図１１とは異なり、ＰＴＣサーミスタ１５が下スイッチ部１２に並列接続される場合、下ダイオード１４に代えて、ノーマリーオフ型の半導体スイッチング素子１９が設けられる。この場合、半導体スイッチング素子１９は、正期間においてＯＮ状態とされ、負期間においてＯＦＦ状態とされる。
【００６６】
以上、本実施形態によれば、電気抵抗部１５は、第１スイッチ部１１に並列接続され、第１整流部は、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子１９を有し、第１整流部の半導体スイッチング素子１９は、第１通電路Ｌａのうちの一方の線路Ｌａ１の電位が他方の線路Ｌａ２の電位よりも高い場合（正期間）にはＯＦＦ状態とされ、一方の線路の電位Ｌａ１が他方の線路Ｌａ２の電位よりも低い場合（負期間）にはＯＮ状態とされる。
【００６７】
或いは、電気抵抗部１５は、第２スイッチ部１２に並列接続され、第２整流部は、窒化ガリウム系半導体を用いて形成された半導体スイッチング素子１９を有し、第２整流部の半導体スイッチング素子１９は、第１通電路Ｌａのうちの一方の線路Ｌａ１の電位が他方の線路Ｌａ２の電位よりも高い場合（正期間）にはＯＮ状態とされ、一方の線路Ｌａ１の電位が他方の線路Ｌａ２の電位よりも低い場合（負期間）にはＯＦＦ状態とされる。
【００６８】
こうすれば、半導体スイッチング素子１９を有する第１整流部又は第２整流部でのスイッチング損失を低減することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述の実施形態は例示であり、その各構成要素及び各処理の組み合わせに色々な変形が可能であり、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００７０】
また、上述の第１〜第３実施形態では、空気調和機が備えるスイッチング電源装置１００の整流回路１に本発明を適用しているが、本発明はこれらの例示に限定されない。本発明は、他の装置、デバイスなどにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１００              スイッチング電源装置
１                    整流回路
１１                    上スイッチ部
１２                    下スイッチ部
１３                    上ダイオード
１４                    下ダイオード
１５                    ＰＴＣサーミスタ
１６                    抵抗素子
１７、１８              ＭＯＳＦＥＴ
１９                    半導体スイッチング素子
２                    リアクタ
３                    キャパシタ
４                    電圧計
５                    コントローラ
２００              交流電源
Ｌａ                交流通電路
Ｌａ１、Ｌａ２        線路
Ｖａ                交流電力
Ｌｄ                直流通電路
Ｌｄ１、Ｌｄ２        線路
Ｖｄ                直流電力
【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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