(57)【要約】【課題】共振現象としての電圧共振又は電流共振を利用して所定の入力電力を所望の出力電力へと変換することで、電力変換動作において大幅な省電力化を実現することができる電力変換装置の提供。【解決手段】電力変換装置では、共振増幅回路は、コンデンサと一次コイルとによりタンク回路を形成する。制御装置は、スイッチング素子を制御して、タンク回路に所定の高周波パルスを入力する。共振増幅回路は、タンク回路の共振により、高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を前記高周波整流回路に出力する。共振検出回路は、タンク回路の共振による共振値を検出する。制御装置は、共振検出回路からの共振値を所定のしきい値と比較し、共振値が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、スイッチング素子から次回のパルスを出力するように制御する。【選択図】図８
2018117401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続される整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路と、
前記一次コイル共振増幅回路の出力側に接続される高周波整流回路とを備え、
前記一次コイル共振増幅回路は、スイッチング素子と、コンデンサと、高周波トランスと、一次コイル共振検出回路と、スイッチング素子制御装置とを備え、
前記高周波トランスは、一次コイル及び二次コイルからなり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとによりタンク回路を形成し、
前記スイッチング素子制御装置は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して、前記タンク回路に所定の高周波パルスを入力し、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記タンク回路の共振により、前記高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、前記二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を前記高周波整流回路に出力し、
前記一次コイル共振検出回路は、前記タンク回路の共振による前記共振値を検出し、
前記スイッチング素子制御装置は、更に、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回のパルスを出力するように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流電源に接続される整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路とを備え、
前記一次コイル共振増幅回路は、スイッチング素子と、コンデンサと、高周波トランスと、一次コイル共振検出回路と、スイッチング素子制御装置とを備え、
前記高周波トランスは、一次コイル及び二次コイルからなり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとによりタンク回路を形成し、
前記スイッチング素子制御装置は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して、前記タンク回路に所定の高周波パルスを入力し、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記タンク回路の共振により、前記高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、前記二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を出力し、
前記一次コイル共振検出回路は、前記タンク回路の共振による前記共振値を検出し、
前記スイッチング素子制御装置は、更に、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回のパルスを出力するようにオンオフ制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記タンク回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとを並列接続してなる並列接続型のタンク回路であり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記整流平滑回路からの入力電力の電圧値を電圧共振により増幅すると共に、前記一次コイル共振検出回路によって、前記タンク回路の一次コイルの出力側の電圧値を前記共振値として検出する一方で、前記スイッチング素子制御回路により、前記一次コイルの出力側の電圧値が前記しきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回の１個のパルスを出力するように前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記タンク回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとを直列接続してなる直列接続型のタンク回路であり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記整流平滑回路からの入力電力の電流値を電流共振により増幅すると共に、前記一次コイル共振検出回路によって、前記高周波トランスの二次コイルの出力側の電流値を前記共振値として検出する一方で、前記スイッチング素子制御回路により、前記二次コイルの出力側の電流値が前記しきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回の１個のパルスを出力するように前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項５】
請求項１の電力変換装置を２以上多段接続してなる電力変換装置。
【請求項６】
前記高周波トランスは、前記一次コイル及び二次コイルの相互誘導による相互インダクタンスの結合係数が０．５以下となるようなトランス構造を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子制御装置は、しきい値設定手段、しきい値格納手段、共振値入力手段、共振値判定手段、及びパルス指令手段を備え、
前記しきい値設定手段は、前記タンク回路による所増幅率の増幅電力の出力値について、前記スイッチング素子による次回のパルス出力のタイミングを規定する前記しきい値を設定する機能を実現し、
前記しきい値格納手段は、前記しきい値設定手段により設定した前記しきい値を格納する機能を実現し、
前記共振値入力手段は、前記一次コイル共振検出回路の検出値を入力すると共に、その検出値を前記共振値判定手段に出力するインタフェース機能を実現し、
前記共振値判定手段は、前記共振値入力手段から入力された前記検出値を、前記しきい値格納手段に格納した前記しきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であるか否かを判定し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための判定信号を、前記パルス指令手段に出力する機能を実現し、
前記パルス指令手段は、前記共振値判定手段から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子に次の１回のオフオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号を前記スイッチング素子に出力して、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる機能を実現することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項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、所定の入力電力を所望の出力電力に変換する電力変換装置に関し、特に、電圧共振や電流共振を利用して所定の入力電力を所望の出力電力に変換する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置乃至電源装置としては、電力変換効率の高さ等の理由により、スイッチング電源装置（スイッチング方式直流安定化電源ともよばれる）が広く利用されている。このスイッチング電源装置は、ＭＯＳ  ＦＥＴ等のトランジスタをスイッチング素子として使用し、フィードバック回路によってスイッチング素子のオン・オフ時間比率（デューティ比）をコントロールして出力を安定化させることで交流電力を直流電力に変換するものであり、小型、軽量で、電力変換効率も高い電源装置を実現することができる。このようなスイッチング電源装置の発明として、例えば、特許文献１に記載の発明（以下、「従来発明」）がある。この従来発明は、トランスと、少なくともスイッチング素子を有し、該スイッチング素子のオン・オフを制御して入力電力を入力端子から１次巻線に供給する１次側回路と、該１次側回路と絶縁され、トランスで電力変換された出力電力を２次巻線から出力端子へ出力する２次側回路とを備える絶縁型スイッチング電源装置である。この従来発明は、１次巻線が接続され、１次側回路及び入力端子を備える第１回路基板と、２次巻線が接続され、２次側回路及び出力端子を備える第２回路基板とを有し、第１回路基板と第２回路基板とを積層配置し、第１回路基板及び第２回路基板を貫通するコアに、１次巻線及び２次巻線を巻回している。この従来発明は、このような構成により、電流損失を低減することができ、製造コストが安価な絶縁型スイッチング電源装置を提供することができるとされている（「要約」参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１０８２２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、本発明者らは、高効率で所定の入力電力を所望の出力電力へと変換することができる電力換装置について鋭意の研究開発を重ね、特許文献１に記載の電力変換装置のようなスイッチング方式の電力変換装置とは異なる技術思想の回路構成により、所定の交流電力（即ち、所定周波数で所定電圧の交流電力）を所望の直流電力（即ち、入力電圧と異なる所定電圧の直流電力）へと変換すると共に大幅な省電力化を実現することができる電力換装置を完成した。
【０００５】
そこで、本発明は、共振現象としての電圧共振又は電流共振を利用して所定の入力電力を所望の出力電力へと変換することで、電力変換動作において大幅な省電力化を実現することができる電力換装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る電力変換装置は、交流電源に接続される整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路と、前記一次コイル共振増幅回路の出力側に接続される高周波整流回路とを備えている。前記一次コイル共振増幅回路は、スイッチング素子と、コンデンサと、高周波トランスと、一次コイル共振検出回路と、スイッチング素子制御装置とを備えている。前記高周波トランスは、一次コイル及び二次コイルからなる。前記一次コイル共振増幅回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとによりタンク回路を形成している。前記スイッチング素子制御装置は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して、前記タンク回路に所定の高周波パルスを入力する。前記一次コイル共振増幅回路は、前記タンク回路の共振により、前記高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、前記二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を前記高周波整流回路に出力する。前記一次コイル共振検出回路は、前記タンク回路の共振による前記共振値を検出する。前記スイッチング素子制御装置は、更に、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回のパルスを出力するようにオンオフ制御する。
【０００７】
請求項２に係る電力変換装置は、交流電源に接続される整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路とを備えている。前記一次コイル共振増幅回路は、スイッチング素子と、コンデンサと、高周波トランスと、一次コイル共振検出回路と、スイッチング素子制御装置とを備えている。前記高周波トランスは、一次コイル及び二次コイルからなる。前記一次コイル共振増幅回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとによりタンク回路を形成している。前記スイッチング素子制御装置は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して、前記タンク回路に所定の高周波パルスを入力する。前記一次コイル共振増幅回路は、前記タンク回路の共振により、前記高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、前記二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を出力する。前記一次コイル共振検出回路は、前記タンク回路の共振による前記共振値を検出する。前記スイッチング素子制御装置は、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回のパルスを出力するようにオンオフ制御する。
【０００８】
請求項３に係る電力変換装置は、請求項１又は２の構成において、前記タンク回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとを並列接続してなる並列接続型のタンク回路であり、前記一次コイル共振増幅回路は、前記整流平滑回路からの入力電力の電圧値を電圧共振により増幅すると共に、前記一次コイル共振検出回路によって、前記タンク回路の一次コイルの出力側の電圧値を前記共振値として検出する一方で、前記スイッチング素子制御回路により、前記一次コイルの出力側の電圧値が前記しきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回の１個のパルスを出力するように前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる。
【０００９】
請求項４に係る電力変換装置は、請求項１又は２の構成において、前記タンク回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとを直列接続してなる直列接続型のタンク回路であり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記整流平滑回路からの入力電力の電流値を電流共振により増幅すると共に、前記一次コイル共振検出回路によって、前記高周波トランスの二次コイルの出力側の電流値を前記共振値として検出する一方で、前記スイッチング素子制御回路により、前記二次コイルの出力側の電流値が前記しきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回の１個のパルスを出力するように前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる。
【００１０】
請求項５に係る電力変換装置は、請求項１の電力変換装置を２以上多段接続してなる。
【００１１】
請求項６に係る電力変換装置は、請求項１から５のいずれか１項の構成において、前記高周波トランスは、前記一次コイル及び二次コイルの相互誘導による相互インダクタンスの結合係数が０．５以下となるようなトランス構造を有する。
【００１２】
請求項７に係る電力変換装置は、請求項１から６のいずれか１項の構成において、前記スイッチング素子制御装置は、しきい値設定手段、しきい値格納手段、共振値入力手段、共振値判定手段、及びパルス指令手段を備える。前記しきい値設定手段は、前記タンク回路による所増幅率の増幅電力の出力値について、前記スイッチング素子による次回のパルス出力のタイミングを規定する前記しきい値を設定する機能を実現する。前記しきい値格納手段は、前記しきい値設定手段により設定した前記しきい値を格納する機能を実現する。前記共振値入力手段は、前記一次コイル共振検出回路の検出値を入力すると共に、その検出値を前記共振値判定手段に出力するインタフェース機能を実現する。前記共振値判定手段は、前記共振値入力手段から入力された前記検出値を、前記しきい値格納手段に格納した前記しきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であるか否かを判定し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための判定信号を、前記パルス指令手段に出力する機能を実現する。前記パルス指令手段は、前記共振値判定手段から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子に次の１回のオフオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号を前記スイッチング素子に出力して、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる機能を実現する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る電力変換装置では、交流電源から整流平滑回路に交流電力が入力されると、整流平滑回路がその交流電力を整流して平滑化して直流電力へと変換し、その直流電力が一次コイル共振増幅回路に入力される。すると、一次コイル共振増幅回路では、当該直流電力が、スイッチング素子制御装置によりオンオフ制御されたスイッチング素子を介して、そのスイッチング素子のオンオフ動作のタイミングに対応する所定の高周波パルスとなって（即ち、スイッチング素子制御装置によるスイッチング素子のオンオフ制御の態様に応じたパルス出力の高周波交流電力となって）、高周波トランスの一次コイルに入力される。すると、一次コイル共振増幅回路のタンク回路では、一次コイルの自己インダクタンスＬ１とコンデンサのキャパシタンスＣとで決定される特定の周波数（即ち、角周波数ω０＝１／２π√Ｌ１Ｃ、又は、周波数ｆ０＝１／２π√Ｌ１Ｃ）の共振周波数で共振が発生し、当該共振周波数で前記高周波パルスの振幅値が最大値（極大値）をとる（例えば、タンク回路が電圧共振回路からなる場合は電圧値が最大値（極大値）となり、タンク回路が電流共振回路からなる場合は電流値が最大値（極大値）となる）。即ち、スイッチング素子制御装置の制御によってスイッチング素子から共振周波数の高周波パルスのうちの１パルスが出力されると、その出力直後における当該１パルスによる振幅値（電圧値又は電流値）は共振によって最大値（極大値）であり、その後、その１パルスによる振幅が所定割合で徐々に減衰しながら持続する。なお、本発明では、このときの１パルスにより発生した振幅の値（振幅値）を、説明の便宜上、「共振値」と称する。
【００１４】
また、このとき、一次コイル共振増幅回路では、一次コイル共振検出回路が、当該１パルスによる振幅値（即ち、共振値）を経時的に（例えば、一定のタイミングで間欠的に）検出する一方、スイッチング素子制御装置が、一次コイル共振検出回路の検出した共振値を入力してモニターし、所定のしきい値と比較している。そして、当該１パルスによる振幅値が所定のしきい値となるまでは、スイッチング素子制御装置は、スイッチング素子に対して高周波パルスの次回の１パルスの出力を指令せず、当該１パルスによる振幅値が所定のしきい値以下となったときに、はじめて、スイッチング素子に対して高周波パルスの次回の１パルスの出力を指令し、スイッチング素子が、高周波パルスの次回の１パルスを出力する。以降、同様にして、各回の１パルスが発生した後、スイッチング素子制御装置が、一次コイル共振検出回路の検出結果である共振値をしきい値と比較し、共振値がしきい値以下となるたびに、スイッチング素子に次回のオン動作を指令し、このスイッチング素子制御装置によるスイッチング素子のオン動作の間隔で、高周波パルスが連続的に一次コイルから二次コイルに伝達されて二次コイルから出力される。そして、二次コイルから出力された所定の高周波パルスは、高周波整流回路に入力され、高周波整流回路で整流及び平滑化されて所定の直流電力に変換されて（高周波清流回路に接続した負荷へと）出力される。
【００１５】
ここで、前記共振値のしきい値は、本発明の電力変換装置の用途や駆動対象の負荷の消費電力等に応じて、前記高周波整流回路に出力する高周波交流電力として必要とされる所定の振幅値（電圧値又は電流値）以上の値に設定されている。したがって、スイッチング素子制御装置の制御によってスイッチング素子から１のパルスが出力された後、次回のパルスが出力されるまでの時間間隔において、前記共振値は、前記高周波交流電力として必要とされる所定の振幅値（電圧値又は電流値）以上の値となり、高周波整流回路により整流及び平滑化された直流電力も、常に、駆動対象の負荷の消費電力等に要求される電力値以上の値となる。一方、このとき、一次コイル共振増幅回路の共振により所定のしきい値以上の共振値が得られている間（即ち、１のパルス出力から次回のパルス出力までの時間間隔）は、スイッチング素子からのパルス出力を待機させて電力消費を抑制することができる。その結果、請求項１に係る電力変換装置によれば、共振現象としての電圧共振又は電流共振を利用して所定の入力電力を所望の出力電力へと変換することで、電力変換動作において大幅な省電力化を実現することができる。
【００１６】
なお、上記の一次コイル共振増幅回路による共振の鋭さを表す指標（又は、共振する系の振動の持続特性を表す指標）であるＱ値は、Ｑ＝ω０／（ω２−ω１）である（ただし、ω０は共振周波数、ω１及びω２はその物理量が共振周波数のときの値の１／√２の大きさになる周波数であって低周波側にある方をω１とし高周波側にある方をω２とする。）。
【００１７】
また、このとき、二次コイルに発生する高周波パルスの態様は、一次コイルと二次コイルのそれぞれの巻線構造及び、二次コイルの巻線構造、一次コイルの自己インダクタンス、二次コイルの自己インダクタンス、一次コイルと二次コイルとの間の相互インダクタンス、相互インダクタンスにおける結合係数等の諸要因によって決定される。
【００１８】
請求項２に係る電力変換装置は、請求項１に係る電力変換装置から前記高周波整流回路を省略した点を除き、請求項１に係る電力変換装置と同様の構成を備えている。即ち、請求項１に係る電力変換装置が、所定の交流電力を所望の直流電力へと変換するＡＣ−ＤＣ電力変換装置（ＡＣ−ＤＣコンバーター）として機能するのに対し、請求項２に係る電力変換装置は、所定の交流電力を（所望の直流電力へと変換する前の段階の）高周波交流電力へと変換する、いわゆるＡＣ−ＡＣ電力変換装置（ＡＣ−ＡＣコンバーター）として機能する。そして、請求項２に係る電力変換装置は、基本的に、請求項１に係る電力変換装置と同様の作用効果を発揮する。
【００１９】
請求項３に係る電力変換装置は、請求項１又は２の効果に加え、一次コイル共振増幅回路のタンク回路により、所定倍率の電圧増幅を行うことができる。
【００２０】
請求項４に係る電力変換装置は、請求項１又は２の効果に加え、一次コイル共振増幅回路のタンク回路により、所定倍率の電流増幅を行うことができる。
【００２１】
請求項５に係る電力変換装置は、請求項１の電力変換装置により得られる増幅率を多段接続した段数に応じて乗じた（理論上の）増幅率を得ることができる。
【００２２】
請求項６に係る電力変換装置は、請求項１から５のいずれか１項の効果に加え、高周波トランスの一次コイル及び二次コイル間の相互インダクタンスの結合係数ｋを、０．５以下の値に設定することで、二次側の負荷が相互インダクタンスを経由して、一次コイルの負荷とならないようにし、タンク回路よる共振時間を所望の時間以上に維持して、電力変換効率が低下しないようにし、所望の増幅動作を担保することができる。
【００２３】
請求項７に係る電力変換装置は、請求項１から６のいずれか１項の効果に加え、前記スイッチング素子制御装置が、しきい値設定手段、しきい値格納手段、共振値入力手段、共振値判定手段、及びパルス指令手段を使用して、前記スイッチング素子のオンオフ動作を所定のタイミング（即ち、共振値がしきい値以下となったタイミング）で円滑かつ確実に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の各実施の形態に係る電力変換装置を上位概念として概略的に説明する説明図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態２に係る交流入力−交流出力型の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態３に係る多段接続式の一例としての電圧共振型電力変換装置と電流共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態４に係る多段接続式の他の一例としての電圧共振型電力変換装置と電圧共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態５に係る多段接続式の更に他の一例としての電流共振型電力変換装置と電流共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図７】図７は実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置の回路構成を機能ブロックにより概略的に示す説明図である。
【図８】図８は実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置のうちの電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置の回路構成を示す回路図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置の主要部としての一次コイル共振増幅回路の回路構成を示す回路図である。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態６に係る電圧共振型の電力変換装置の回路構成中、主要部としての共振増幅回路の構成を中心として概略的に示す回路図である。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態７に係る電流共振型の電力変換装置の回路構成中、主要部としての共振増幅回路の構成を中心として概略的に示す回路図である。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態６に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置のうちの電圧共振型の電力変換装置の回路構成を概略的に示す回路図である。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態７に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置のうちの電流共振型の電力変換装置の回路構成を概略的に示す回路図である。
【図１４】図１４は本発明に係る電圧共振型の電力変換装置の制御装置の制御動作を入力パルスのタイミングと出力高周波電力の共振値との関係により説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】図１５は本発明に係る電圧共振型の電力変換装置の共振による増幅率を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置の構成を機能ブロックにより説明するためのブロック図である。
【図１７】図１７は本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置によるスイッチング素子の制御処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）を説明する。なお、各実施の形態を通じ、同一の部材、要素又は部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、以下の説明における「・・・手段」とは、所定の電気・電子部品や電子素子等により対応する所定の機能を実現するよう構成されたハードウエア資源による構成を指す場合もあり、また、マイクロコンピュータ等のコンピュータ装置のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部記憶装置、入力装置、出力装置等のハードウエア資源を、所定のプログラムによる指令によって動作させることで、対応する所定の機能を実現するように構成されたソフトウエア資源による構成を指す場合もあり、更には、ハードウエア資源とソフトウエア資源との組み合わせによる構成を指す場合もある。いずれにしても、ある「手段」について、ハードウエア資源による構成をソフトウエア資源による構成で置換できる場合は、そのようなソフトウエア資源による構成も発明の範囲内にあり、また、ソフトウエア資源による構成をハードウエア資源による構成で置換できる場合は、そのようなハードウエア資源による構成も発明の範囲内にある。
【００２６】
［本発明の電力変換装置（基本形）］
図１は本発明の各実施の形態に係る電力変換装置を上位概念として概略的に説明する説明図である。図１に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、後述する本発明の主要部となる一次コイル共振増幅回路を備える限りにおいて、所定の交流電力（即ち、所定周波数で所定電圧の交流電力）又は所定の直流電力（即ち、所定電圧の直流電力）を所望の直流電力（即ち、入力電圧と異なる所定電圧の直流電力）へと変換する任意の電力変換装置に具体化することができ、全ての実施の形態において、大幅な省電力化を実現することができる。
【００２７】
［実施の形態１に係る電力変換装置］
図２は本発明の実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣコンバーター）を概略的に示す説明図である。図２に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態１として、所定の交流電力としての所定周波数で所定電圧の交流電力を一旦所定の直流電力へと変換し、その直流電力を所定の高周波電力へと変換して、その高周波電力を最終的に所望の直流電力（即ち、入力交流電力の交流電圧と異なる所定電圧の直流電力）へと変換する電力変換装置（以下、「ＡＣ−ＤＣ電力変換装置」ということがある。）ＰＴ１に具体化することができる。この場合、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１は、後述するとおり、電圧共振回路としての並列共振回路による電圧共振を利用した電力変換装置（以下、「電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置」ということがある。）、又は、電流共振回路としての直列共振回路による電流共振を利用した電力変換装置（以下、「電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置」ということがある。）のいずれかに具体化することができる。
【００２８】
［実施の形態２に係る電力変換装置］
図３は本発明の実施の形態２に係る交流入力−交流出力型の電力変換装置を概略的に示す説明図である。図３に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態２として、所定の交流電力としての所定周波数で所定電圧の交流電力を所定の高周波電力へと変換する電力変換装置（以下、「ＡＣ−ＡＣ電力変換装置」ということがある。）ＰＴ２に具体化することができる。この場合も、実施の形態２に係る電力変換装置ＰＴ２は、後述するとおり、電圧共振回路としての並列共振回路による電圧共振を利用した電力変換装置（以下、「電圧共振型ＡＣ−ＡＣ電力変換装置」ということがある。）、又は、電流共振回路としての直列共振回路による電流共振を利用した電力変換装置（以下、「電流共振型ＡＣ−ＡＣ電力変換装置」ということがある。）のいずれかに具体化することができる。
【００２９】
［本発明の電力変換装置（多段接続式）］
一方、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、上記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１を直列に多段接続した（典型的には、直列に２段接続した）多段接続式の電力変換装置に具体化することができる。この場合、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、以下の実施の形態３〜５で説明するように、第１の態様の接続形態として、電圧共振型電力変換装置に電流共振型電力変換装置を直列接続した多段接続式電力変換装置と、第２の態様の接続形態として、電圧共振型電力変換装置に同じく電圧共振型電力変換装置を直列接続した多段接続式電力変換装置と、第３の態様の接続形態として、電流共振型電力変換装置に電流共振型電力変換装置を直列接続した多段接続式電力変換装置との、３種類の多段接続式電力変換装置のいずれかとして具体化することができる。
【００３０】
［実施の形態３に係る電力変換装置］
図４は本発明の実施の形態３に係る多段接続式の一例としての電圧共振型電力変換装置と電流共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。図４に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態３として、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第１の電力変換装置ＰＴ１１とし、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第２の電力変換装置ＰＴ１２として、前記第１の電力変換装置（電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ１１の出力側に、前記第２の電力変換装置（電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ１２を直列接続することにより構成されている。
【００３１】
［実施の形態４に係る電力変換装置］
図５は本発明の実施の形態４に係る多段接続式の他の一例としての電圧共振型電力変換装置と電圧共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。図５に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態４として、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第１の電力変換装置ＰＴ２１とし、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第２の電力変換装置２２として、前記第１の電力変換装置（電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ２１の出力側に、前記第２の電力変換装置（電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ２２を直列接続することにより構成されている。
【００３２】
［実施の形態５に係る電力変換装置］
図６は本発明の実施の形態５に係る多段接続式の更に他の一例としての電流共振型電力変換装置と電流共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。図６に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態５として、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第１の電力変換装置ＰＴ３１とし、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第２の電力変換装置ＰＴ３２として、前記第１の電力変換装置（電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ３１の出力側に、前記第２の電力変換装置（電流共振型ＡＣ−ＤＣＣ電力変換装置）ＰＴ３２を直列接続することにより構成されている。
【００３３】
［実施の形態１の電力変換装置］
次に、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１の詳細について説明する。図７は実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）の回路構成を機能ブロックにより概略的に示す説明図である。図７に示すように、電力変換装置ＰＴ１は、交流電源１０に接続される整流平滑回路１００と、整流平滑回路１００の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路２００と、一次コイル共振増幅回路２００の出力側に接続される高周波整流回路３００とから構成される。なお、上記のとおり、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１は、前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置、又は、前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置のいずれかに具体化することができる。
【００３４】
＜整流平滑回路＞
整流平滑回路１００は、交流電源１０の所定周波数の交流電力（例えば、５０Ｈｚで１００Ｖの交流電力）を直流に整流する整流回路と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路とを含む公知の構成であり、例えば、電源電圧Ｖｃｃとして、ＡＣ１００Ｖを整流したＤＣ１４０Ｖの直流電圧を一次コイル共振増幅回路２００に供給するようになっている。
【００３５】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、本発明の課題を達成するために主要な機能を発揮する特徴的回路部分であり、その回路構成については後述するが、機能的構成として概略的に説明すると、高周波交流発生部２１０と、高周波トランス２２０と、一次コイル共振検出回路２３０と、制御装置２４０とを備えている。高周波交流発生部２１０の入力側は、前記整流平滑回路１００の出力側に接続され、高周波交流発生部２１０の出力側は、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に接続されている。そして、高周波交流発生部２１０は、整流平滑回路１００からの電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力し、その入力を高速スイッチング動作によりオン／オフすることで、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するものである。高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２からなり、一次コイルＬ１に入力した前記高周波交流発生部２１０からの高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力するものである。
【００３６】
ここで、高周波交流出力部２１０は、後述する通り、高速スイッチングのためのスイッチング素子に加え、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に接続されるコンデンサを備えており、このコンデンサと前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより、（一次コイルＬ１で発生する）逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成している。これにより、高周波交流出力部２１０からの高周波交流が、その各パルスごとに、前記タンク回路による共振により所定の増幅率（後述する通り、タンク回路のＱ値により規定される所定の増幅率）で増幅されて、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２に出力されて、二次コイルＬ２で前記所望周波数の高周波交流に変換されて、前記所定の増幅率を維持したまま二次コイルＬ２から前記高周波整流回路２３０に出力されるようになっている。
【００３７】
そして、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１を前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置に具体化した場合、タンク回路を電圧共振回路としての並列共振回路として構成すべく、前記コンデンサを前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に並列接続して並列共振型のタンク回路を構成している。なお、この並列共振型のタンク回路の構成については、図８を参照して後段で詳細に説明する。
【００３８】
また、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１を前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置に具体化した場合、タンク回路を電圧共振回路としての直列共振回路として構成すべく、前記コンデンサを前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に直列接続して直列共振型のタンク回路を構成している。なお、この直列共振型のタンク回路の構成については、図９を参照して後段で詳細に説明する。
【００３９】
前記一次コイル共振検出回路２３０は、前記タンク回路により所定の増幅率で出力される高周波交流の出力値を検出してモニターし、その検出値を前記制御装置２４０に出力するようになっている。
【００４０】
そして、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１を前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置に具体化した場合、前記タンク回路が並列共振型のタンク回路となるため、一次コイル共振検出回路２３０は、タンク回路のコンデンサと前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１との間の電圧値を前記高周波交流の出力値として検出し、その検出電圧値を前記制御装置２４０に出力するようになっている。なお、この並列共振型のタンク回路に伴う前記一次コイル共振検出回路２３０の構成については、図８を参照して後段で詳細に説明する。
【００４１】
また、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１を前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置に具体化した場合、前記タンク回路が直列共振型のタンク回路となるため、一次コイル共振検出回路２３０は、高周波整流回路２３０から出力される直流電力の電流値を前記高周波交流の出力値として検出し、その検出電流値を前記制御装置２４０に出力するようになっている。なお、この直列共振型のタンク回路に伴う前記一次コイル共振検出回路２３０の構成については、図９を参照して後段で詳細に説明する。
【００４２】
制御装置２４０は、前記高周波交流発生部２１０のスイッチング素子をオン／オフして高速スイッチング動作させることにより、高周波交流発生部２１０から前記所定の高周波交流パルスを出力させるものである。また、制御装置２４０は、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０からの検出値（電圧値）を入力し、その検出値（電圧値）が予め設定した所定のしきい値以下であるか否かを判定して、その検出値（電圧値）が所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記高周波交流発生部２１０のスイッチング素子をオン動作して、高周波交流発生部２１０から次の１個のパルスを出力させるように、前記高周波交流発生部２１０の動作を制御するようになっている。なお、この制御装置２４０の制御のための構成及び動作については、図１３〜図１６を参照して後段で詳細に説明する。
【００４３】
＜高周波整流回路＞
高周波整流回路３００は、前記高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの所定高周波の交流出力を直流に整流する整流回路と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路とを含む公知の構成であり、例えば、２７ＫＨｚ〜３７ＫＨｚの高周波ＡＣ出力を、所定の直流電圧に整流及び平滑化して、その直流電圧を負荷２０に供給するようになっている。即ち、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの高周波交流出力は、高周波整流回路３００により所望電圧の直流電力（例えば、ＤＣ１２Ｖの直流電力）に変換して出力されるようになっている。
【００４４】
［実施の形態１の電力変換装置］
図８は実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）のうちの電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置の回路構成を示す回路図である。図８に示すように、整流平滑回路１００は、交流電源１００の所定周波数の交流電力（例えば、５０Ｈｚで１００Ｖの交流電力）を直流に整流するブリッジ整流回路を構成するダイオードＤ１と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ１とを含み、例えば、電源電圧Ｖｃｃとして、ＡＣ１００Ｖを整流したＤＣ１４０Ｖの直流電圧を一次コイル共振増幅回路２００に供給するようになっている。また、高周波整流回路３００は、前記高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの所定高周波の交流出力を直流に整流する整流回路を構成するダイオードＤ２と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ２とを含み、例えば、２７ＫＨｚ〜３７ＫＨｚの高周波ＡＣ出力を、所定の直流電圧に整流及び平滑化して、その直流電圧を負荷２０に供給するようになっている。
【００４５】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、その回路構成として、高周波交流発生部２１０と、高周波トランス２２０と、一次コイル共振検出回路２３０と、制御装置２４０とを備えている。高周波交流発生部２１０は、スイッチング素子２１１と、コンデンサ２１２とを備えている。スイッチング素子２１１は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチングトランジスタにより構成することができる。また、コンデンサ２１２は、前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置において、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１と共に並列共振型のタンク回路を構成すべく、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に並列接続されている。高周波交流発生部２１０の（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の一端は、前記整流平滑回路１００の出力側の一端に接続され、高周波交流発生部２１０の（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の他端は、前記整流平滑回路１００の出力側の他端に、前記スイッチング素子２１１を介して接続されている。
【００４６】
そして、高周波交流発生部２１０は、タンク回路２１２，Ｌ１に整流平滑回路１００からの電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力すると共に、その入力をスイッチング素子２１１により高速スイッチング動作してオン／オフすることで、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するようになっている。また、高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１に入力した前記高周波交流発生部２１０からの高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力するようになっている。
【００４７】
このとき、前記コンデンサと前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより構成される並列接続型のタンク回路は、一次コイルＬ１で発生する逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成しており、これにより、高周波交流出力部２１０からの高周波交流電圧が、その各パルスごとに、前記タンク回路２１２，Ｌ１による電圧共振により所定の増幅率（後述する通り、タンク回路のＱ値により規定される所定の増幅率）で増幅されて、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２に出力されて、二次コイルＬ２で前記所望周波数の高周波交流に変換されて、前記所定の電圧増幅率を維持したまま二次コイルＬ２から前記高周波整流回路２３０に出力されるようになっている。
【００４８】
また、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅は、経時的に減衰するが、このとき、前記一次コイル共振検出回路２３０が、前記タンク回路２１２，Ｌ１により所定の増幅率で出力される高周波交流の出力値として、タンク回路のコンデンサ２１２と前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１との間の電圧値を検出してモニターして、その検出値を前記制御装置２４０に出力するようになっている。一方、前記制御装置２４０は、前記スイッチング素子２１１をオン／オフして高速スイッチング動作させることにより、高周波交流発生部２１０から前記所定の高周波交流パルスを出力させる一方で、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０から入力された検出値に基づき、その検出値が予め設定した所定のしきい値以下であるか否かを判定して、所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記高周波交流発生部２１０のスイッチング素子２１１をオン動作して、高周波交流発生部２１０から次の１個のパルスを出力させるように、前記スイッチング素子２１１のオン／オフ動作を制御するようになっている。
【００４９】
これにより、制御装置２４０の制御によりスイッチング素子２１１がオンして１個の高周波パルスを出力した後、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅が経時的に減衰し、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値としての電圧値）が所定のしきい値以下となるまでは、制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次のオン動作（即ち、次回のパルス出力）は行われず、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値としての電圧値）が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次のオン動作（即ち、次回のパルス出力）が行われるため、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、パルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００５０】
［実施の形態２の電力変換装置］
図９は本発明の実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）の主要部としての一次コイル一次コイル共振増幅回路の回路構成を示す回路図である。図９に示すように、電源電圧Ｖｃｃとして、所定電圧の直流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖを整流したＤＣ１４０Ｖの直流電圧）の直流電力が、一次コイル共振増幅回路２００に供給されるようになっている。また、高周波整流回路３００は、前記高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの所定高周波の交流出力（高周波ＡＣ出力、即ち、高周波交流電力）を直流に整流する整流回路を構成するダイオード（ブリッジダイオード等）Ｄ２と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ２とを含み、例えば、２７ＫＨｚ〜３７ＫＨｚの高周波ＡＣ出力（高周波交流電力）を、所定の直流電圧の直流電力に整流及び平滑化して、その直流電圧の直流電力を負荷２９に供給するようになっている。
【００５１】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、その回路構成として、図８に示す一次コイル共振増幅回路２００と同様の回路構成を備えている。高周波交流発生部２１０の（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の一端は、前記電源電圧Ｖｃｃの出力側に接続され、高周波交流発生部２１０の（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の他端は、前記スイッチング素子２１１を介して接地されている。
【００５２】
そして、高周波交流発生部２１０は、タンク回路２１２，Ｌ１に電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力すると共に、その入力を、制御装置２４０の制御にしたがってスイッチング素子２１２により高速スイッチング動作してオン／オフすることで、図８に示す高周波交流発生部２１０と同様にして、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するようになっている。そして、高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１に入力した前記高周波交流発生部２１０からの高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から高周波整流回路３００に出力するようになっている。
【００５３】
このとき、図８に示す一次コイル共振増幅回路２００と同様、前記コンデンサ２１２と前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより構成される並列接続型のタンク回路は、一次コイルＬ１で発生する逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成しており、これにより、高周波交流出力部２１０からの高周波交流電圧が、所定の増幅率で増幅されて、二次コイルＬ２から前記高周波整流回路２３０に出力されるようになっている。また、図８に示す一次コイル共振増幅回路２００と同様、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅が経時的に減衰してその出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値）が所定のしきい値以下となるまでは、制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次のオン動作は行われず、その出力値が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次のオン動作が行われるようになっており、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、パルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００５４】
［電圧共振型電力変換装置］
図１０は本発明の実施の形態６に係る電圧共振型の電力変換装置の回路構成中、主要部としての一次コイル共振増幅回路の構成を中心として概略的に示す回路図である。図１０に示すように、実施の形態６に係る電圧共振型の電力変換装置は、図８及び図９にしたがって説明した前記一次コイル共振増幅回路２００に対応する一次コイル共振増幅回路を備えている。この一次コイル共振増幅回路は、図８及び図９の例と同様、本発明の電力変換装置ＰＴを、電圧共振型の電力変換装置（電圧共振型電力変換装置）として具体化するための構成であり、高周波トランスの一次コイルＬ１にコンデンサ２１２が並列接続されて、コンデンサ２１２と一次コイルＬ１とにより並列接続型のタンク回路を構成している。なお、図１０中、抵抗Ｒが、タンク回路（即ち、コンデンサ２１２と一次コイルＬ１）に直列接続されているが、これは、タンク回路をコンデンサ２１２及び一次コイルＬ１のみにより構成した場合でも、実際には、タンク回路に抵抗成分が潜んでいることから、この抵抗成分を抵抗Ｒとして表現することにより、現実の並列接続型のタンク回路（ＬＣ並列列回路）を（ＲＬＣ並列共振回路として）表現したものである。
【００５５】
［電流共振型電力変換装置］
図１１は本発明の実施の形態７に係る電流共振型の電力変換装置の回路構成中、主要部としての一次コイル共振増幅回路の構成を中心として概略的に示す回路図である。図１１に示すように、実施の形態６に係る電流共振型の電力変換装置は、図８及び図９にしたがって説明した前記一次コイル共振増幅回路２００に対応する一次コイル共振増幅回路を備えている。この一次コイル共振増幅回路は、図８及び図９の例とは異なり、本発明の電力変換装置ＰＴを、電流共振型の電力変換装置（電流共振型電力変換装置）として具体化するための構成であり、高周波トランスの一次コイルＬ１にコンデンサ２１２が直列接続されて、コンデンサ２１２と一次コイルＬ１とにより直列接続型のタンク回路を構成している。なお、図１１中、抵抗Ｒが、タンク回路（即ち、コンデンサ２１２と一次コイルＬ１）に直列接続されているが、これは、タンク回路をコンデンサ２１２及び一次コイルＬ１のみにより構成した場合でも、実際には、タンク回路に抵抗成分が潜んでいることから、この抵抗成分を抵抗Ｒとして表現することにより、現実の直列接続型のタンク回路（ＬＣ直列回路）を（ＲＬＣ直列共振回路として）表現したものである。
【００５６】
ここで、図１１の電流共振型電力変換装置は、２個のスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂを直列接続し、そのうちの一方のスイッチング素子２１１Ａを電源電圧Ｖｃｃの出力側に接続すると共に、他方のスイッチング素子２１１Ｂを接地して、それら対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂ間に前記タンク回路のコンデンサ２１２の入力側を接続して、それら対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂからのパルス出力を前記タンク回路に入力するようになっている。これら対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂに対応して、スイッチング素子制御装置２４０は、スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂにそれぞれ接続され、スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂをそれぞれ所定の制御態様で制御するようになっている。ここで、これら対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂのうち、第１のスイッチング素子２１１Ａは、電源Ｖｃｃ側で前記タンク回路の第１のコイルＬ１に充電を行うための充電用のスイッチング素子であり、第２のスイッチング素子２１１Ｂは、電源Ｖｃｃ側で前記タンク回路の第１のコイルＬ１からの放電を行うための放電用のスイッチング素子である。そして、スイッチング素子制御装置２４０は、（１）前記第１のスイッチング素子（充電用スイッチング素子）２１１Ａのオン動作、（２）前記第１のスイッチング素子（充電用スイッチング素子）２１１Ａのオフ動作、（３）前記第２のスイッチング素子（放電用スイッチング素子）２１１Ｂのオン動作、（４）前記第２のスイッチング素子（放電用スイッチング素子）２１１Ｂのオフ動作を、図１０に示す電圧共振型の電力変換装置における前記スイッチング素子２１１のオン動作及びオフ動作（即ち、１パルスを発生するための１サイクルのスイッチング動作）に対応する（１パルスを発生するための）１サイクルのスイッチング動作として、前記対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂに対するオンオフ動作制御を行うように（所定のハードウエア構成及び／又はソフトウエア構成により）構成されている。更に、図１１の電流共振型電力変換装置は、２個のコンデンサ２１５Ａ，２１５Ｂを直列接続し、そのうちの一方のコンデンサ２１５Ａを電源電圧Ｖｃｃの出力側に接続すると共に、他方のコンデンサ２１５Ｂを接地して、それら対をなすコンデンサ２１５Ａ，２１１５間に前記タンク回路の一次コイルＬ１の他方端（前記タンク回路のコンデンサ２１２が接続される一次コイルＬ１の一方端とは反対側の端）を接続している。これらの２個のコンデンサ２１５Ａ，２１５Ｂは、電源電圧Ｖｃｃと接地点との間の中間電位を確立して発生するためのものであり、これ自体は、周知の構成である。
【００５７】
［実施の形態６の電力変換装置（電圧増幅型電力変換装置）］
図１２は本発明の実施の形態６に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）のうちの電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置の回路構成を概略的に示す回路図である。図１２に示すように、実施の形態６に係る電圧増幅型電力変換装置では、整流平滑回路１００は、交流電源１０の所定周波数の交流電力（例えば、５０Ｈｚで１００Ｖの交流電力）を直流に整流するブリッジ整流回路を構成するダイオードＤ１と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ１とを含み、例えば、電源電圧Ｖｃｃとして、ＡＣ１００Ｖを整流したＤＣ１４０Ｖの直流電圧を一次コイル共振増幅回路２００に供給するようになっている。また、高周波整流回路３００は、前記高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの所定高周波の交流出力を直流に整流する整流回路を構成するダイオードＤ２（ブリッジダイオード等）と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ２とを含み、例えば、２７ＫＨｚ〜３７ＫＨｚの高周波ＡＣ出力を、所定の直流電圧に整流及び平滑化して、その直流電圧を負荷２０に供給するようになっている。この図１２の電圧共振型電力変換装置は、上記の図１０の電圧共振型電力変換装置に対応するものであり、図１０と同様の一次コイル共振増幅回路の回路構成を備えている（なお、前記抵抗Ｒの図示は省略している）。
【００５８】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、その回路構成として、高周波交流発生部と、高周波トランス２２０と、一次コイル共振検出回路２３０Ａと、スイッチング素子制御装置２４０とを備えている。高周波交流発生部は、図８の高周波交流発生部２１０のスイッチング素子２１１と同様のスイッチング素子２１１と、図８の高周波交流発生部２１０のコンデンサ２１２と同様のコンデンサ２１２とを備えている。コンデンサ２１２は、前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置において、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１と共に電圧共振型のタンク回路を構成すべく、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に並列接続されている。（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の一端は、前記整流平滑回路１００の出力側の一端（即ち、上記の電源電圧Ｖｃｃを出力する一端）に接続され、（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の他端は、前記整流平滑回路１００の出力側の他端に、前記スイッチング素子２１１を介して接続されている。
【００５９】
そして、スイッチング素子２１１を介して、タンク回路２１２，Ｌ１に整流平滑回路１００からの電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力すると共に、その入力をスイッチング素子２１１により高速スイッチング動作してオン／オフすることで、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するようになっている。また、高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１に入力した高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力するようになっている。
【００６０】
このとき、前記コンデンサ２１２と前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより構成される並列接続型のタンク回路は、図１０のタンク回路と同様、一次コイルＬ１で発生する逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成しており、これにより、高周波交流出力部からの高周波交流電圧が、そのパルスごとに、前記タンク回路２１２，Ｌ１による電圧共振により所定の増幅率（後述する通り、タンク回路のＱ値により規定される所定の増幅率）で増幅されて、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２に出力されて、二次コイルＬ２で前記所望周波数の高周波交流に変換されて、前記所定の電圧増幅率を維持したまま二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力されるようになっている。
【００６１】
また、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅に係る電圧値は、経時的に減衰するが、このとき、図１０の一次コイル共振検出回路２３０と同様に、一次コイル共振検出回路２３０Ａが、前記タンク回路２１２，Ｌ１により所定の増幅率で出力される高周波交流の出力値として、タンク回路の一次コイルＬ１の他端（即ち、タンク回路のコンデンサ２１２が接続されるいったんとは反対側の他端）の電圧値を検出してモニターして、その検出値を前記スイッチング素子制御装置２４０に出力するようになっている。一方、前記スイッチング素子制御装置２４０は、前記スイッチング素子２１１をオン／オフして高速スイッチング動作させることにより、高周波交流発生部２１０から前記所定の高周波交流パルスを出力させる一方で、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０から入力された検出値（電圧値）に基づき、その検出値（電圧値）が予め設定した所定のしきい値以下であるか否かを判定して、その検出値（電圧値）が所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子２１１をオン動作して、スイッチング素子２１１から次の１個のパルスを出力させるように、前記スイッチング素子２１１のオン／オフ動作を制御するようになっている。
【００６２】
これにより、スイッチング素子制御装置２４０の制御によりスイッチング素子２１１が１回のオンオフ動作を行って１個の高周波パルスを出力した後、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電流増幅が経時的に減衰し、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値としての電流値）が所定のしきい値以下となるまでは、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）は行われず、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値としての電流値）が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）が行われるため、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅に係る電圧値が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、次回のパルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００６３】
［実施の形態７の電力変換装置（電流増幅型電力変換装置）］
図１３は本発明の実施の形態７に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）のうちの電流共振型の電力変換装置の回路構成を概略的に示す回路図である。図１３に示すように、実施の形態７に係る電流増幅型電力変換装置では、整流平滑回路１００及び高周波清流回路３００は、実施の形態６に係る電圧増幅型電力変換装置の整流平滑回路１００及び高周波清流回路３００と同様の構成である。なお、この図１３の電流共振型電力変換装置は、上記の図１１の電流共振型電力変換装置に対応するものであり、図１１と同様の一次コイル共振増幅回路の回路構成を備えている（なお、前記抵抗Ｒの図示は省略している）。
【００６４】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、その回路構成として、高周波交流発生部と、高周波トランス２２０と、一次コイル共振検出回路２３０Ａと、スイッチング素子制御装置２４０とを備えている。高周波交流発生部は、図８の高周波交流発生部２１０のスイッチング素子２１１と同様のスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂと、図８の高周波交流発生部２１０のコンデンサ２１２と同様のコンデンサ２１２Ａとを備えている。コンデンサ２１２Ａは、前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置において、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１と共に電流共振型のタンク回路を構成すべく、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に直列接続されている。（直列接続型の）タンク回路２１２Ａ，Ｌ１の一端は、前記整流平滑回路１００の出力側の一端（すなわち、上記の電源電圧Ｖｃｃを出力する一端）に接続され、（直列接続型の）タンク回路２１２Ａ，Ｌ１の他端は、前記整流平滑回路１００の出力側の他端に、前記対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂを介して接続されている。
【００６５】
そして、対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１Ｂを介して、タンク回路２１２Ａ，Ｌ１に整流平滑回路１００からの電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力すると共に、その入力を対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１Ｂにより高速スイッチング動作してオン／オフすることで、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するようになっている。また、高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１に入力した高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力するようになっている。
【００６６】
このとき、前記コンデンサ２１２Ａと前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより構成される直列接続型のタンク回路は、図１１のタンク回路と同様、一次コイルＬ１で発生する逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成しており、これにより、高周波交流出力部からの高周波交流電流が、そのパルスごとに、前記タンク回路２１２Ａ，Ｌ１による電流共振により所定の増幅率（後述する通り、タンク回路のＱ値により規定される所定の増幅率）で増幅されて、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２に出力されて、二次コイルＬ２で前記所望周波数の高周波交流に変換されて、前記所定の電流増幅率を維持したまま二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力されるようになっている。
【００６７】
また、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電流増幅に係る電流値は、経時的に減衰するが、このとき、図１１の一次コイル共振検出回路２３０と同様に、一次コイル共振検出回路２３０Ａが、前記タンク回路２１２，Ｌ１により所定の増幅率で出力される高周波交流の出力値として、高周波整流回路３００から出力される直流電力の電流値を検出してモニターして、その検出値を前記スイッチング素子制御装置２４０に出力するようになっている。一方、前記スイッチング素子制御装置２４０は、前記スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂをオン／オフして高速スイッチング動作させることにより、前記所定の高周波交流パルスを出力させる一方で、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０Ａから入力された検出値（電流値）に基づき、その検出値（電流値）が予め設定した所定のしきい値以下であるか否かを判定して、その検出値（電流値）が所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂをオン動作して、スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂから次の１個のパルスを出力させるように、前記スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂのオン／オフ動作を制御するようになっている。
【００６８】
詳細には、この電流共振用の１パルスを発生するときに、スイッチング素子制御装置２４０は、（１）前記第１のスイッチング素子（充電用スイッチング素子）２１１Ａのオン動作、（２）前記第１のスイッチング素子（充電用スイッチング素子）２１１Ａのオフ動作、（３）前記第２のスイッチング素子（放電用スイッチング素子）２１１Ｂのオン動作、（４）前記第２のスイッチング素子（放電用スイッチング素子）２１１Ｂのオフ動作からなるスイッチング動作を、上記の電流共振用の１パルスを発生するための１サイクルのスイッチング動作として、前記対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂをオンオフ動作制御する。これにより、スイッチング素子制御装置２４０の制御より、第１のスイッチング素子２１１Ａ（充電用スイッチング素子）が１回のオンオフ動作を行うことで、前記タンク回路の一次コイルＬ１が充電され、その後、第２のスイッチング素子２１１Ｂ（放電用スイッチング素子）が１回のオンオフ動作を行うことで、前記タンク回路の一次コイルＬ１が放電され、これにより、電流共振のための１個の高周波パルスが出力される。
【００６９】
これにより、スイッチング素子制御装置２４０の制御により、第１のスイッチング素子２１１Ａ（充電用スイッチング素子）が１回のオンオフ動作を行った後に、第２のスイッチング素子２１１Ｂ（放電用スイッチング素子）が１回のオンオフ動作を行って１個の高周波パルスを出力した後、タンク回路２１２Ａ，Ｌ１の共振による電流増幅が経時的に減衰し、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０Ａの検出値としての電流値）が所定のしきい値以下となるまでは、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂの次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）は行われず、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０Ａの検出値としての電流値）が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂの次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）が行われるため、タンク回路２１２Ａ，Ｌ１の共振による電流増幅に係る電流値が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、次回のパルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００７０】
［スイッチング素子制御装置の制御動作］
図１４は本発明に係る電圧共振型の電力変換装置のスイッチング素子制御装置の制御動作を入力パルスのタイミングと出力高周波電力の共振値との関係により説明するためのタイミングチャートである。図１４に示すように、前記スイッチング素子制御装置２４０は、（いずれの実施の形態のスイッチング素子制御装置２４０の場合も）上記のようにして、高周波交流発生部のスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂに１回の（即ち、上記の１サイクルの）オンオフ動作を行わせることで、前記所定の高周波交流パルスの１個のパルスを出力させ、これにより、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１では、所定の共振による増幅率で増幅した電力が発生するが、このとき、この増幅後の電力の出力値（電圧共振型の場合は電圧値、電流共振型の場合は電流値）は、パルス出力直後に最大値（図１４中の「ＭＡＸ」の値）となり、その後、経時的に減衰する。しかし、上記のとおり、前記一次コイル共振検出回路２３０，２３０Ａが、その増幅後の電力の出力値（電圧共振型の場合は電圧値、電流共振型の場合は電流値）をモニターして、検出値としてスイッチング素子制御装置２４０に出力しており、これにより、スイッチング素子制御装置２４０が、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０，２３０Ａから入力された検出値（電圧値又は電流値）に基づき、その検出値（電圧値又は電流値）が予め設定した所定のしきい値（図１４中の「しきい値」）以下であるか否かを判定して、その検出値（電流値）が所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記高周波交流発生部のスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂに次の１回のオンオフ動作を行わせて、高周波交流発生部のスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂから次の１個のパルスを出力させる。
【００７１】
これにより、スイッチング素子制御装置２４０の制御によりスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂが１回のオンオフ動作を行って１個の高周波パルスを出力した後、タンク回路２１２，２１Ａ，Ｌ１の共振による電圧増幅に係る電圧値又は電流増幅に係る電流値（即ち、共振値）が経時的に減衰し、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０，２３０Ａの検出値としての電圧値又は電流値）が所定のしきい値以下となるまでは、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）は行われず、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０，２３０Ａの検出値としての電圧値又は電流値）が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂが次の１回のオンオフ動作を行って次回の１個の高周波パルスが出力されて、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１の次回の共振動作（電圧共振又は電流共振）による次回の二次コイルＬ２への電力変換動作が行われるため、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１の共振による電圧増幅に係る電圧値又は電流増幅に係る電流値（即ち、共振値）が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、パルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００７２】
［共振による増幅率］
図１５は本発明に係る電圧共振型の電力変換装置の共振による増幅率を説明するための説明図である。上記のように、高周波交流発生部２１０から出力された前記所定の高周波交流パルスの出力値は、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１による電圧共振又は電流共振により、所定の増幅率で増幅して、パルス出力直後に最大値（図１４中の「ＭＡＸ」の値）となるが、この増幅率は、図１５に示すように、信号源としての出力パルスの所定周波数ω０（即ち、共振周波数）では、入力値の３倍以上となることを、本発明者らは、実験結果により確認している。
【００７３】
［スイッチング素子制御装置の構成］
図１６は本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置の構成を機能ブロックにより説明するためのブロック図である。本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置２４０は、上記いずれの実施の形態の場合も、図１６に示すような構成とすることができる。詳細には、スイッチング素子制御装置２４０は、しきい値設定手段２４１、しきい値格納手段２４２、共振値入力手段２４３、共振値判定手段２４４、パルス出力制御手段２４５、パルス指令手段２４６を備えている。なお、スイッチング素子制御装置２４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備える、一般的な組み込み制御用のマイコン（マイクロコンピュータ）等により構成することができる。
【００７４】
前記しきい値設定手段２４１は、前記タンク回路２１２，Ｌ１による所定増幅率の増幅電力の出力値（電圧共振型の場合は電圧値、電流共振型の場合は電流値、即ち、「共振値」）について、スイッチング素子２１１による次回のパルス出力のタイミングを規定する前記しきい値を設定する機能を実現する。なお、電圧共振型の場合は所定の電圧値を、電流共振型の場合は所定の電流値を、前記しきい値として設定する。しきい値格納手段２４２は、前記しきい値設定手段２４１により設定した前記しきい値を格納する機能を実現し、前記マイコンのＲＯＭやＲＡＭにより構成することができる。共振値入力手段２４３は、前記一次コイル共振検出回路２３０の出力値（即ち、検出値としての前記共振値）を入力すると共に、その検出値を共振値判定手段２４４に出力するインタフェース機能を実現する。共振値判定手段２４４は、共振値入力手段２４３から入力された前記検出値を、前記しきい値格納手段２４２に格納した前記しきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路２３０の出力値（電圧値又は電流値）が前記しきい値以下であるか否かを判定し、一次コイル共振検出回路２３０の出力値（電圧値又は電流値）が前記しきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子２１１に次の１回（１サイクル）のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための判定信号を、パルス出力制御手段２４５に出力する機能を実現する。パルス出力制御手段２４５は、共振値判定手段２４４から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための指令信号を、パルス指令手段２４６に出力する機能を実現する。パルス指令手段２４６は、パルス出力制御手段２４５から指令信号が入力されると、前記スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号を、スイッチング素子２１１に出力して、スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作を行わせる（即ち、次回の１個のパルス出力を実行させる）機能を実現する。なお、前記パルス出力制御手段２４５及びパルス指令手段２４６は、それらを一体化して、（共振値判定手段２４４から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子２１１に次の１回のオフオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号をスイッチング素子２１１に出力して、スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作を行わせる機能を実現する）パルス指令手段として把握することもできる。
【００７５】
［スイッチング素子制御装置の動作］
図１７は本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置によるスイッチング素子の制御処理を説明するためのフローチャートである。図１７に示すように、スイッチング素子制御装置２４０は、上記のような構成を使用して、パルス出力制御処理を実行する。詳細には、スイッチング素子制御装置２４０は、まず、ＳＴＥＰ１で、前記パルス指令手段２４６から動作信号を出力し、スイッチング素子２１１に初回の（即ち、最初の１サイクルの）オンオフ動作（即ち、初回の１個のパルス出力）を実行させる。次に、スイッチング素子制御装置２４０は、ＳＴＥＰ２で、共振値判定手段２４４により、前記しきい値入力手段２４３から入力された検出値である共振増幅後の電圧値又は電流値（説明の便宜上、「共振値」ということがある。）をモニターし、ＳＴＥＰ３で、その共振値を、しきい値格納手段２４２に格納した前記しきい値と比較して、前記一次コイル共振検出回路２３０の出力値（電圧値又は電流値）が前記しきい値以下であるか否かを判定する。そして、スイッチング素子制御装置２４０は、ＳＴＥＰ３において、その共振値がしきい値以下であると判断した場合、その時点のタイミングで、しきい値判定手段２４４から前記判定信号をパルス出力制御手段２４５に出力し、パルス出力制御手段２４５から前記指令信号をパルス指令手段２４６に出力し、パルス指令手段２４６から前記動作信号をスイッチング素子２１１に出力して、スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作を行わせる（即ち、次回の１個のパルス出力を実行させる）。一方、スイッチング素子制御装置２４０は、ＳＴＥＰ３において、前記共振値が前記しきい値以下ではない（しきい値を超える値である）と判断した場合、上記ＳＴＥＰ２以降の処理を継続する。
【００７６】
［高周波トランスの相互インダクタンス］
本発明に係る電力変換装置は、上記いずれの実施の形態においても、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２間の相互インダクタンスＭの結合係数ｋを、所定範囲内で選択した所定値（下限値はゼロを超える値であって、上限値としては、好ましくは、０．５以下の値）に設定している（０＜ｋ≦０．５）。即ち、本発明に係る電力変換装置において、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２間の相互インダクタンスＭの結合係数ｋを０．５を超える値（ｋ＞０．５）に設定すると、スイッチング効率は高くなるが、二次側の負荷が相互インダクタンスＭを経由して、一次コイルＬ１の負荷となり、上記のタンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１による共振時間が短くなり、電力変換効率が低下するため、上記のような所望の増幅動作を担保することができない。したがって、本発明に係る電力変換装置は、上記いずれの実施の形態においても、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２間の相互インダクタンスＭの結合係数ｋを、０．５以下の値に設定することで、二次側の負荷が相互インダクタンスＭを経由して、一次コイルＬ１の負荷とならないようにし、上記タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１による共振時間を所望の時間以上に維持して、電力変換効率が低下しないようにし、上記のような所望の増幅動作を担保するようにしている。そして、本発明に係る電力変換装置は、上記いずれの実施の形態においても、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２の巻線形状を、上記のように、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２間の相互インダクタンスＭの結合係数ｋの値が、前記所定範囲内（０＜ｋ≦０．５の範囲内）で選択した所定値（例えば、０．５）となるような巻線形状にしている。
【００７７】
［共振周波数］
ここで、上記実施の形態の電力変換装置において、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１の共振周波数ｆは、直列共振型の場合も並列共振型の場合も、いずれも、前記一次コイルＬ１のインダクタンスＬと、前記コンデンサ２１２，２１２ＡのキャパシタンスＣとに基づき、ｆ＝１／２π√ＬＣの計算式で決定されるため、実施の形態１では、コンデンサ２１２，２１２ＡのキャパシタンスＣを調節して所定値に設定することで、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１の共振周波数ｆを設定している。また、この所定値（即ち、コンデンサ２１２，２１２ＡのキャパシタンスＣ）は、高周波トランス２２０のトランス構造により変化するため、高周波トランス２２０ごとに異なるものとする。即ち、高周波トランス２２０のトランス構造に応じて、最適値となるよう、コンデンサ２１２，２１２ＡのキャパシタンスＣを設定する。
【００７８】
［電力増幅率（変換効率）］
本発明に係る電力変換装置は、上記いずれの実施の形態においても、前記タンク回路２１１，Ｌ１による共振動作を利用した電力増幅により、入力電力を所定の増幅率で増幅することができることを、本発明者らは、試験機関での実験による実験結果により確認している。即ち、一の実験結果によれば、入力電力として、周波数５０ＨｚのＡＣ１００Ｖ（電流３．１８Ａ）の交流電力（有効電力３１１Ｗ）を、本発明の実施の形態１に係る電圧共振型の電力変換装置を具体化した実機に入力し、その出力を負荷（Ｒ＝９９．８Ω）を使用して測定したところ、３６４Ｖの出力電圧を得ることができた。このことから、計算上は、出力電力として、３６４２／９９．８（Ｐ＝Ｖ２／Ｒ）＝約１３２７Ｗの電力を得ることができることが判明し、その結果、入力電圧の４倍以上（約４．２７倍）の出力電力を得ることができることが判明した。即ち、本発明に係る電力変換装置は、入力電圧に対して所定倍以上（３〜４倍以上）の電力増幅率を可能とする電力増幅装置としても機能することが実験結果から理解される。なお、実施の形態３〜５のように、例えば、２つの電力変換装置を直列接続した電力変換装置ＰＴの場合、各々の電力変換装置の電力増幅率を乗じた電力増幅率を得ることができる。例えば、実施の形態３のように、電力増幅率３倍の電圧共振型電力変換装置と電力増幅率４倍の電流共振型電力変換装置とを直列接続すると、３×４＝１２倍の電力増幅率（理論上の電力増幅率）を得ることができる。また、実施の形態４のように、電力増幅率３倍の電圧共振型電力変換装置と同じく電力増幅率３倍の電圧共振型電力変換装置とを直列接続すると、３×３＝９倍の電力増幅率（理論上の電力増幅率）を得ることができる。また、実施の形態５のように、電力増幅率４倍の電流共振型電力変換装置と同じく電力増幅率４倍の電流共振型電力変換装置とを直列接続すると、４×４＝１６倍の電力増幅率（理論上の電力増幅率）を得ることができる。
【００７９】
［タンク回路のコンデンサ］
上記タンク回路のコンデンサとしては、コイルの逆起電力を消化させるスナバ回路では、３倍以上の耐圧を有するコンデンサを使用することが好ましい。
【００８０】
［タンク回路のコンデンサ及び一次コイル］
上記タンク回路のコンデンサ及び一次コイルとしては、例えば、コンデンサは０．３μＦのコンデンサを、コイルは８０μＨのコイルを使用することができ、この場合、２７ＫＨｚから３９ＫＨｚまで周波数を変化させるよう構成することができる。
【００８１】
［高周波トランス］
上記高周波トランスとしては、Ｑ値の高い空芯トランスを（上記試験機関での）実験では使用した。
【符号の説明】
【００８２】
ＰＴ：電力変換装置
ＰＴ１：電力変換装置
ＰＴ２：電力変換装置
ＰＴ１１：第１の電力変換装置
ＰＴ１２：第２の電力変換装置
ＰＴ２１：第１の電力変換装置
ＰＴ２２：第２の電力変換装置
ＰＴ３１：第１の電力変換装置
ＰＴ３２：第２の電力変換装置
１０：交流電源
２０：負荷
１００：整流平滑回路
２００：一次コイル共振増幅回路
２１１：スイッチング素子
２１２，２１２Ａ：コンデンサ（タンク回路）
２２０：高周波トランス
Ｌ１：一次コイル（タンク回路）
Ｌ２：二次コイル
２３０：一次コイル共振検出回路
２４０：スイッチング素子制御装置
２４１：しきい値設定手段
２４２：しきい値格納手段
２４３：共振値入力手段
２４４：共振値判定手段
２４５：パルス出力制御手段（パルス指令手段）
２４６：パルス指令手段
３００：高周波整流回路
【図１】
2018117401.tif 000003
【図２】
2018117401.tif 000004
【図３】
2018117401.tif 000005
【図４】
2018117401.tif 000006
【図５】
2018117401.tif 000007
【図６】
2018117401.tif 000008
【図７】
2018117401.tif 000009
【図８】
2018117401.tif 000010
【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】
2018117401.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2018117401.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月30日(2017.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続される整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路と、
前記一次コイル共振増幅回路の出力側に接続される高周波整流回路とを備え、
前記一次コイル共振増幅回路は、スイッチング素子と、コンデンサと、高周波トランスと、一次コイル共振検出回路と、スイッチング素子制御装置とを備え、
前記高周波トランスは、一次コイル及び二次コイルからなり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとによりタンク回路を形成し、
前記スイッチング素子制御装置は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して、前記タンク回路に所定の高周波パルスを入力し、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記タンク回路の共振により、前記高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、前記二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を前記高周波整流回路に出力し、
前記一次コイル共振検出回路は、前記タンク回路の共振による前記共振値を検出し、
前記スイッチング素子制御装置は、更に、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回のパルスを出力するように制御し、
前記スイッチング素子制御装置は、しきい値設定手段、しきい値格納手段、共振値入力手段、共振値判定手段、及びパルス指令手段を備え、
前記しきい値設定手段は、前記タンク回路による所増幅率の増幅電力の出力値について、前記スイッチング素子による次回のパルス出力のタイミングを規定する前記しきい値を設定する機能を実現し、
前記しきい値格納手段は、前記しきい値設定手段により設定した前記しきい値を格納する機能を実現し、
前記共振値入力手段は、前記一次コイル共振検出回路の検出値を入力すると共に、その検出値を前記共振値判定手段に出力するインタフェース機能を実現し、
前記共振値判定手段は、前記共振値入力手段から入力された前記検出値を、前記しきい値格納手段に格納した前記しきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であるか否かを判定し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための判定信号を、前記パルス指令手段に出力する機能を実現し、
前記パルス指令手段は、前記共振値判定手段から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子に次の１回のオフオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号を前記スイッチング素子に出力して、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる機能を実現することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流電源に接続される整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路とを備え、
前記一次コイル共振増幅回路は、スイッチング素子と、コンデンサと、高周波トランスと、一次コイル共振検出回路と、スイッチング素子制御装置とを備え、
前記高周波トランスは、一次コイル及び二次コイルからなり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとによりタンク回路を形成し、
前記スイッチング素子制御装置は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して、前記タンク回路に所定の高周波パルスを入力し、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記タンク回路の共振により、前記高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、前記二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を出力し、
前記一次コイル共振検出回路は、前記タンク回路の共振による前記共振値を検出し、
前記スイッチング素子制御装置は、更に、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回のパルスを出力するようにオンオフ制御し、
前記スイッチング素子制御装置は、しきい値設定手段、しきい値格納手段、共振値入力手段、共振値判定手段、及びパルス指令手段を備え、
前記しきい値設定手段は、前記タンク回路による所増幅率の増幅電力の出力値について、前記スイッチング素子による次回のパルス出力のタイミングを規定する前記しきい値を設定する機能を実現し、
前記しきい値格納手段は、前記しきい値設定手段により設定した前記しきい値を格納する機能を実現し、
前記共振値入力手段は、前記一次コイル共振検出回路の検出値を入力すると共に、その検出値を前記共振値判定手段に出力するインタフェース機能を実現し、
前記共振値判定手段は、前記共振値入力手段から入力された前記検出値を、前記しきい値格納手段に格納した前記しきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であるか否かを判定し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための判定信号を、前記パルス指令手段に出力する機能を実現し、
前記パルス指令手段は、前記共振値判定手段から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子に次の１回のオフオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号を前記スイッチング素子に出力して、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる機能を実現することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記タンク回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとを並列接続してなる並列接続型のタンク回路であり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記整流平滑回路からの入力電力の電圧値を電圧共振により増幅すると共に、前記一次コイル共振検出回路によって、前記タンク回路の一次コイルの出力側の電圧値を前記共振値として検出する一方で、前記スイッチング素子制御装置により、前記一次コイルの出力側の電圧値が前記しきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回の１個のパルスを出力するように前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記タンク回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとを直列接続してなる直列接続型のタンク回路であり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記整流平滑回路からの入力電力の電流値を電流共振により増幅すると共に、前記一次コイル共振検出回路によって、前記高周波トランスの二次コイルの出力側の電流値を前記共振値として検出する一方で、前記スイッチング素子制御装置により、前記二次コイルの出力側の電流値が前記しきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回の１個のパルスを出力するように前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【請求項５】
請求項１の電力変換装置を２以上多段接続してなる電力変換装置。
【請求項６】
前記高周波トランスは、前記一次コイル及び二次コイルの相互誘導による相互インダクタンスの結合係数が０．５以下となるようなトランス構造を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の入力電力を所望の出力電力に変換する電力変換装置に関し、特に、電圧共振や電流共振を利用して所定の入力電力を所望の出力電力に変換する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置乃至電源装置としては、電力変換効率の高さ等の理由により、スイッチング電源装置（スイッチング方式直流安定化電源ともよばれる）が広く利用されている。このスイッチング電源装置は、ＭＯＳ  ＦＥＴ等のトランジスタをスイッチング素子として使用し、フィードバック回路によってスイッチング素子のオン・オフ時間比率（デューティ比）をコントロールして出力を安定化させることで交流電力を直流電力に変換するものであり、小型、軽量で、電力変換効率も高い電源装置を実現することができる。このようなスイッチング電源装置の発明として、例えば、特許文献１に記載の発明（以下、「従来発明」）がある。この従来発明は、トランスと、少なくともスイッチング素子を有し、該スイッチング素子のオン・オフを制御して入力電力を入力端子から１次巻線に供給する１次側回路と、該１次側回路と絶縁され、トランスで電力変換された出力電力を２次巻線から出力端子へ出力する２次側回路とを備える絶縁型スイッチング電源装置である。この従来発明は、１次巻線が接続され、１次側回路及び入力端子を備える第１回路基板と、２次巻線が接続され、２次側回路及び出力端子を備える第２回路基板とを有し、第１回路基板と第２回路基板とを積層配置し、第１回路基板及び第２回路基板を貫通するコアに、１次巻線及び２次巻線を巻回している。この従来発明は、このような構成により、電流損失を低減することができ、製造コストが安価な絶縁型スイッチング電源装置を提供することができるとされている（「要約」参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１０８２２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、本発明者らは、高効率で所定の入力電力を所望の出力電力へと変換することができる電力換装置について鋭意の研究開発を重ね、特許文献１に記載の電力変換装置のようなスイッチング方式の電力変換装置とは異なる技術思想の回路構成により、所定の交流電力（即ち、所定周波数で所定電圧の交流電力）を所望の直流電力（即ち、入力電圧と異なる所定電圧の直流電力）へと変換すると共に大幅な省電力化を実現することができる電力換装置を完成した。
【０００５】
そこで、本発明は、共振現象としての電圧共振又は電流共振を利用して所定の入力電力を所望の出力電力へと変換することで、電力変換動作において大幅な省電力化を実現することができる電力換装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る電力変換装置は、交流電源に接続される整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路と、前記一次コイル共振増幅回路の出力側に接続される高周波整流回路とを備えている。前記一次コイル共振増幅回路は、スイッチング素子と、コンデンサと、高周波トランスと、一次コイル共振検出回路と、スイッチング素子制御装置とを備えている。前記高周波トランスは、一次コイル及び二次コイルからなる。前記一次コイル共振増幅回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとによりタンク回路を形成している。前記スイッチング素子制御装置は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して、前記タンク回路に所定の高周波パルスを入力する。前記一次コイル共振増幅回路は、前記タンク回路の共振により、前記高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、前記二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を前記高周波整流回路に出力する。前記一次コイル共振検出回路は、前記タンク回路の共振による前記共振値を検出する。前記スイッチング素子制御装置は、更に、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回のパルスを出力するようにオンオフ制御する。前記スイッチング素子制御装置は、しきい値設定手段、しきい値格納手段、共振値入力手段、共振値判定手段、及びパルス指令手段を備える。前記しきい値設定手段は、前記タンク回路による所増幅率の増幅電力の出力値について、前記スイッチング素子による次回のパルス出力のタイミングを規定する前記しきい値を設定する機能を実現する。前記しきい値格納手段は、前記しきい値設定手段により設定した前記しきい値を格納する機能を実現する。前記共振値入力手段は、前記一次コイル共振検出回路の検出値を入力すると共に、その検出値を前記共振値判定手段に出力するインタフェース機能を実現する。前記共振値判定手段は、前記共振値入力手段から入力された前記検出値を、前記しきい値格納手段に格納した前記しきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であるか否かを判定し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための判定信号を、前記パルス指令手段に出力する機能を実現する。前記パルス指令手段は、前記共振値判定手段から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子に次の１回のオフオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号を前記スイッチング素子に出力して、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる機能を実現する。
【０００７】
請求項２に係る電力変換装置は、交流電源に接続される整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路とを備えている。前記一次コイル共振増幅回路は、スイッチング素子と、コンデンサと、高周波トランスと、一次コイル共振検出回路と、スイッチング素子制御装置とを備えている。前記高周波トランスは、一次コイル及び二次コイルからなる。前記一次コイル共振増幅回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとによりタンク回路を形成している。前記スイッチング素子制御装置は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して、前記タンク回路に所定の高周波パルスを入力する。前記一次コイル共振増幅回路は、前記タンク回路の共振により、前記高周波パルスを所定の増幅率で増幅した所定の共振値の高周波交流出力とすると共に、前記二次コイルによりその共振値の高周波交流出力を出力する。前記一次コイル共振検出回路は、前記タンク回路の共振による前記共振値を検出する。前記スイッチング素子制御装置は、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路からの前記共振値を所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回のパルスを出力するようにオンオフ制御する。前記スイッチング素子制御装置は、しきい値設定手段、しきい値格納手段、共振値入力手段、共振値判定手段、及びパルス指令手段を備える。前記しきい値設定手段は、前記タンク回路による所増幅率の増幅電力の出力値について、前記スイッチング素子による次回のパルス出力のタイミングを規定する前記しきい値を設定する機能を実現する。前記しきい値格納手段は、前記しきい値設定手段により設定した前記しきい値を格納する機能を実現する。前記共振値入力手段は、前記一次コイル共振検出回路の検出値を入力すると共に、その検出値を前記共振値判定手段に出力するインタフェース機能を実現する。前記共振値判定手段は、前記共振値入力手段から入力された前記検出値を、前記しきい値格納手段に格納した前記しきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であるか否かを判定し、前記一次コイル共振検出回路の検出値が前記しきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための判定信号を、前記パルス指令手段に出力する機能を実現する。前記パルス指令手段は、前記共振値判定手段から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子に次の１回のオフオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号を前記スイッチング素子に出力して、前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる機能を実現する。
【０００８】
請求項３に係る電力変換装置は、請求項１又は２の構成において、前記タンク回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとを並列接続してなる並列接続型のタンク回路であり、前記一次コイル共振増幅回路は、前記整流平滑回路からの入力電力の電圧値を電圧共振により増幅すると共に、前記一次コイル共振検出回路によって、前記タンク回路の一次コイルの出力側の電圧値を前記共振値として検出する一方で、前記スイッチング素子制御装置により、前記一次コイルの出力側の電圧値が前記しきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回の１個のパルスを出力するように前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる。
【０００９】
請求項４に係る電力変換装置は、請求項１又は２の構成において、前記タンク回路は、前記コンデンサと前記一次コイルとを直列接続してなる直列接続型のタンク回路であり、
前記一次コイル共振増幅回路は、前記整流平滑回路からの入力電力の電流値を電流共振により増幅すると共に、前記一次コイル共振検出回路によって、前記高周波トランスの二次コイルの出力側の電流値を前記共振値として検出する一方で、前記スイッチング素子制御装置により、前記二次コイルの出力側の電流値が前記しきい値以下となった時点のタイミングで、前記スイッチング素子から次回の１個のパルスを出力するように前記スイッチング素子に次の１回のオンオフ動作を行わせる。
【００１０】
請求項５に係る電力変換装置は、請求項１の電力変換装置を２以上多段接続してなる。
【００１１】
請求項６に係る電力変換装置は、請求項１から５のいずれか１項の構成において、前記高周波トランスは、前記一次コイル及び二次コイルの相互誘導による相互インダクタンスの結合係数が０．５以下となるようなトランス構造を有する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る電力変換装置では、交流電源から整流平滑回路に交流電力が入力されると、整流平滑回路がその交流電力を整流して平滑化して直流電力へと変換し、その直流電力が一次コイル共振増幅回路に入力される。すると、一次コイル共振増幅回路では、当該直流電力が、スイッチング素子制御装置によりオンオフ制御されたスイッチング素子を介して、そのスイッチング素子のオンオフ動作のタイミングに対応する所定の高周波パルスとなって（即ち、スイッチング素子制御装置によるスイッチング素子のオンオフ制御の態様に応じたパルス出力の高周波交流電力となって）、高周波トランスの一次コイルに入力される。すると、一次コイル共振増幅回路のタンク回路では、一次コイルの自己インダクタンスＬ１とコンデンサのキャパシタンスＣとで決定される特定の周波数（即ち、角周波数ω０＝１／２π√Ｌ１Ｃ、又は、周波数ｆ０＝１／２π√Ｌ１Ｃ）の共振周波数で共振が発生し、当該共振周波数で前記高周波パルスの振幅値が最大値（極大値）をとる（例えば、タンク回路が電圧共振回路からなる場合は電圧値が最大値（極大値）となり、タンク回路が電流共振回路からなる場合は電流値が最大値（極大値）となる）。即ち、スイッチング素子制御装置の制御によってスイッチング素子から共振周波数の高周波パルスのうちの１パルスが出力されると、その出力直後における当該１パルスによる振幅値（電圧値又は電流値）は共振によって最大値（極大値）であり、その後、その１パルスによる振幅が所定割合で徐々に減衰しながら持続する。なお、本発明では、このときの１パルスにより発生した振幅の値（振幅値）を、説明の便宜上、「共振値」と称する。
【００１３】
また、このとき、一次コイル共振増幅回路では、一次コイル共振検出回路が、当該１パルスによる振幅値（即ち、共振値）を経時的に（例えば、一定のタイミングで間欠的に）検出する一方、スイッチング素子制御装置が、一次コイル共振検出回路の検出した共振値を入力してモニターし、所定のしきい値と比較している。そして、当該１パルスによる振幅値が所定のしきい値となるまでは、スイッチング素子制御装置は、スイッチング素子に対して高周波パルスの次回の１パルスの出力を指令せず、当該１パルスによる振幅値が所定のしきい値以下となったときに、はじめて、スイッチング素子に対して高周波パルスの次回の１パルスの出力を指令し、スイッチング素子が、高周波パルスの次回の１パルスを出力する。以降、同様にして、各回の１パルスが発生した後、スイッチング素子制御装置が、一次コイル共振検出回路の検出結果である共振値をしきい値と比較し、共振値がしきい値以下となるたびに、スイッチング素子に次回のオン動作を指令し、このスイッチング素子制御装置によるスイッチング素子のオン動作の間隔で、高周波パルスが連続的に一次コイルから二次コイルに伝達されて二次コイルから出力される。そして、二次コイルから出力された所定の高周波パルスは、高周波整流回路に入力され、高周波整流回路で整流及び平滑化されて所定の直流電力に変換されて（高周波清流回路に接続した負荷へと）出力される。
【００１４】
ここで、前記共振値のしきい値は、本発明の電力変換装置の用途や駆動対象の負荷の消費電力等に応じて、前記高周波整流回路に出力する高周波交流電力として必要とされる所定の振幅値（電圧値又は電流値）以上の値に設定されている。したがって、スイッチング素子制御装置の制御によってスイッチング素子から１のパルスが出力された後、次回のパルスが出力されるまでの時間間隔において、前記共振値は、前記高周波交流電力として必要とされる所定の振幅値（電圧値又は電流値）以上の値となり、高周波整流回路により整流及び平滑化された直流電力も、常に、駆動対象の負荷の消費電力等に要求される電力値以上の値となる。一方、このとき、一次コイル共振増幅回路の共振により所定のしきい値以上の共振値が得られている間（即ち、１のパルス出力から次回のパルス出力までの時間間隔）は、スイッチング素子からのパルス出力を待機させて電力消費を抑制することができる。その結果、請求項１に係る電力変換装置によれば、共振現象としての電圧共振又は電流共振を利用して所定の入力電力を所望の出力電力へと変換することで、電力変換動作において大幅な省電力化を実現することができる。
【００１５】
なお、上記の一次コイル共振増幅回路による共振の鋭さを表す指標（又は、共振する系の振動の持続特性を表す指標）であるＱ値は、Ｑ＝ω０／（ω２−ω１）である（ただし、ω０は共振周波数、ω１及びω２はその物理量が共振周波数のときの値の１／√２の大きさになる周波数であって低周波側にある方をω１とし高周波側にある方をω２とする。）。
【００１６】
また、このとき、二次コイルに発生する高周波パルスの態様は、一次コイルと二次コイルのそれぞれの巻線構造及び、二次コイルの巻線構造、一次コイルの自己インダクタンス、二次コイルの自己インダクタンス、一次コイルと二次コイルとの間の相互インダクタンス、相互インダクタンスにおける結合係数等の諸要因によって決定される。
【００１７】
更に、請求項１に係る電力変換装置は、前記スイッチング素子制御装置が、しきい値設定手段、しきい値格納手段、共振値入力手段、共振値判定手段、及びパルス指令手段を使用して、前記スイッチング素子のオンオフ動作を所定のタイミング（即ち、共振値がしきい値以下となったタイミング）で円滑かつ確実に実行することができる。
【００１８】
請求項２に係る電力変換装置は、請求項１に係る電力変換装置から前記高周波整流回路を省略した点を除き、請求項１に係る電力変換装置と同様の構成を備えている。即ち、請求項１に係る電力変換装置が、所定の交流電力を所望の直流電力へと変換するＡＣ−ＤＣ電力変換装置（ＡＣ−ＤＣコンバーター）として機能するのに対し、請求項２に係る電力変換装置は、所定の交流電力を（所望の直流電力へと変換する前の段階の）高周波交流電力へと変換する、いわゆるＡＣ−ＡＣ電力変換装置（ＡＣ−ＡＣコンバーター）として機能する。そして、請求項２に係る電力変換装置は、基本的に、請求項１に係る電力変換装置と同様の作用効果を発揮する。
【００１９】
請求項３に係る電力変換装置は、請求項１又は２の効果に加え、一次コイル共振増幅回路のタンク回路により、所定倍率の電圧増幅を行うことができる。
【００２０】
請求項４に係る電力変換装置は、請求項１又は２の効果に加え、一次コイル共振増幅回路のタンク回路により、所定倍率の電流増幅を行うことができる。
【００２１】
請求項５に係る電力変換装置は、請求項１の電力変換装置により得られる増幅率を多段接続した段数に応じて乗じた（理論上の）増幅率を得ることができる。
【００２２】
請求項６に係る電力変換装置は、請求項１から５のいずれか１項の効果に加え、高周波トランスの一次コイル及び二次コイル間の相互インダクタンスの結合係数ｋを、０．５以下の値に設定することで、二次側の負荷が相互インダクタンスを経由して、一次コイルの負荷とならないようにし、タンク回路よる共振時間を所望の時間以上に維持して、電力変換効率が低下しないようにし、所望の増幅動作を担保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明の各実施の形態に係る電力変換装置を上位概念として概略的に説明する説明図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態２に係る交流入力−交流出力型の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態３に係る多段接続式の一例としての電圧共振型電力変換装置と電流共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態４に係る多段接続式の他の一例としての電圧共振型電力変換装置と電圧共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態５に係る多段接続式の更に他の一例としての電流共振型電力変換装置と電流共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。
【図７】図７は実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置の回路構成を機能ブロックにより概略的に示す説明図である。
【図８】図８は実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置のうちの電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置の回路構成を示す回路図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置の主要部としての一次コイル共振増幅回路の回路構成を示す回路図である。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態６に係る電圧共振型の電力変換装置の回路構成中、主要部としての共振増幅回路の構成を中心として概略的に示す回路図である。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態７に係る電流共振型の電力変換装置の回路構成中、主要部としての共振増幅回路の構成を中心として概略的に示す回路図である。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態６に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置のうちの電圧共振型の電力変換装置の回路構成を概略的に示す回路図である。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態７に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置のうちの電流共振型の電力変換装置の回路構成を概略的に示す回路図である。
【図１４】図１４は本発明に係る電圧共振型の電力変換装置の制御装置の制御動作を入力パルスのタイミングと出力高周波電力の共振値との関係により説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】図１５は本発明に係る電圧共振型の電力変換装置の共振による増幅率を説明するための説明図である。
【図１６】図１６は本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置の構成を機能ブロックにより説明するためのブロック図である。
【図１７】図１７は本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置によるスイッチング素子の制御処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）を説明する。なお、各実施の形態を通じ、同一の部材、要素又は部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、以下の説明における「・・・手段」とは、所定の電気・電子部品や電子素子等により対応する所定の機能を実現するよう構成されたハードウエア資源による構成を指す場合もあり、また、マイクロコンピュータ等のコンピュータ装置のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部記憶装置、入力装置、出力装置等のハードウエア資源を、所定のプログラムによる指令によって動作させることで、対応する所定の機能を実現するように構成されたソフトウエア資源による構成を指す場合もあり、更には、ハードウエア資源とソフトウエア資源との組み合わせによる構成を指す場合もある。いずれにしても、ある「手段」について、ハードウエア資源による構成をソフトウエア資源による構成で置換できる場合は、そのようなソフトウエア資源による構成も発明の範囲内にあり、また、ソフトウエア資源による構成をハードウエア資源による構成で置換できる場合は、そのようなハードウエア資源による構成も発明の範囲内にある。
【００２５】
［本発明の電力変換装置（基本形）］
図１は本発明の各実施の形態に係る電力変換装置を上位概念として概略的に説明する説明図である。図１に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、後述する本発明の主要部となる一次コイル共振増幅回路を備える限りにおいて、所定の交流電力（即ち、所定周波数で所定電圧の交流電力）又は所定の直流電力（即ち、所定電圧の直流電力）を所望の直流電力（即ち、入力電圧と異なる所定電圧の直流電力）へと変換する任意の電力変換装置に具体化することができ、全ての実施の形態において、大幅な省電力化を実現することができる。
【００２６】
［実施の形態１に係る電力変換装置］
図２は本発明の実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣコンバーター）を概略的に示す説明図である。図２に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態１として、所定の交流電力としての所定周波数で所定電圧の交流電力を一旦所定の直流電力へと変換し、その直流電力を所定の高周波電力へと変換して、その高周波電力を最終的に所望の直流電力（即ち、入力交流電力の交流電圧と異なる所定電圧の直流電力）へと変換する電力変換装置（以下、「ＡＣ−ＤＣ電力変換装置」ということがある。）ＰＴ１に具体化することができる。この場合、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１は、後述するとおり、電圧共振回路としての並列共振回路による電圧共振を利用した電力変換装置（以下、「電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置」ということがある。）、又は、電流共振回路としての直列共振回路による電流共振を利用した電力変換装置（以下、「電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置」ということがある。）のいずれかに具体化することができる。
【００２７】
［実施の形態２に係る電力変換装置］
図３は本発明の実施の形態２に係る交流入力−交流出力型の電力変換装置を概略的に示す説明図である。図３に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態２として、所定の交流電力としての所定周波数で所定電圧の交流電力を所定の高周波電力へと変換する電力変換装置（以下、「ＡＣ−ＡＣ電力変換装置」ということがある。）ＰＴ２に具体化することができる。この場合も、実施の形態２に係る電力変換装置ＰＴ２は、後述するとおり、電圧共振回路としての並列共振回路による電圧共振を利用した電力変換装置（以下、「電圧共振型ＡＣ−ＡＣ電力変換装置」ということがある。）、又は、電流共振回路としての直列共振回路による電流共振を利用した電力変換装置（以下、「電流共振型ＡＣ−ＡＣ電力変換装置」ということがある。）のいずれかに具体化することができる。
【００２８】
［本発明の電力変換装置（多段接続式）］
一方、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、上記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１を直列に多段接続した（典型的には、直列に２段接続した）多段接続式の電力変換装置に具体化することができる。この場合、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、以下の実施の形態３〜５で説明するように、第１の態様の接続形態として、電圧共振型電力変換装置に電流共振型電力変換装置を直列接続した多段接続式電力変換装置と、第２の態様の接続形態として、電圧共振型電力変換装置に同じく電圧共振型電力変換装置を直列接続した多段接続式電力変換装置と、第３の態様の接続形態として、電流共振型電力変換装置に電流共振型電力変換装置を直列接続した多段接続式電力変換装置との、３種類の多段接続式電力変換装置のいずれかとして具体化することができる。
【００２９】
［実施の形態３に係る電力変換装置］
図４は本発明の実施の形態３に係る多段接続式の一例としての電圧共振型電力変換装置と電流共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。図４に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態３として、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第１の電力変換装置ＰＴ１１とし、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第２の電力変換装置ＰＴ１２として、前記第１の電力変換装置（電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ１１の出力側に、前記第２の電力変換装置（電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ１２を直列接続することにより構成されている。
【００３０】
［実施の形態４に係る電力変換装置］
図５は本発明の実施の形態４に係る多段接続式の他の一例としての電圧共振型電力変換装置と電圧共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。図５に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態４として、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第１の電力変換装置ＰＴ２１とし、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第２の電力変換装置２２として、前記第１の電力変換装置（電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ２１の出力側に、前記第２の電力変換装置（電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ２２を直列接続することにより構成されている。
【００３１】
［実施の形態５に係る電力変換装置］
図６は本発明の実施の形態５に係る多段接続式の更に他の一例としての電流共振型電力変換装置と電流共振型電力変換装置との２段接続式の電力変換装置を概略的に示す説明図である。図６に示すように、本発明に係る電力変換装置ＰＴは、実施の形態５として、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第１の電力変換装置ＰＴ３１とし、前記実施の形態１の電力変換装置ＰＴ１のうちの前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置を第２の電力変換装置ＰＴ３２として、前記第１の電力変換装置（電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）ＰＴ３１の出力側に、前記第２の電力変換装置（電流共振型ＡＣ−ＤＣＣ電力変換装置）ＰＴ３２を直列接続することにより構成されている。
【００３２】
［実施の形態１の電力変換装置］
次に、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１の詳細について説明する。図７は実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）の回路構成を機能ブロックにより概略的に示す説明図である。図７に示すように、電力変換装置ＰＴ１は、交流電源１０に接続される整流平滑回路１００と、整流平滑回路１００の出力側に接続される一次コイル共振増幅回路２００と、一次コイル共振増幅回路２００の出力側に接続される高周波整流回路３００とから構成される。なお、上記のとおり、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１は、前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置、又は、前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置のいずれかに具体化することができる。
【００３３】
＜整流平滑回路＞
整流平滑回路１００は、交流電源１０の所定周波数の交流電力（例えば、５０Ｈｚで１００Ｖの交流電力）を直流に整流する整流回路と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路とを含む公知の構成であり、例えば、電源電圧Ｖｃｃとして、ＡＣ１００Ｖを整流したＤＣ１４０Ｖの直流電圧を一次コイル共振増幅回路２００に供給するようになっている。
【００３４】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、本発明の課題を達成するために主要な機能を発揮する特徴的回路部分であり、その回路構成については後述するが、機能的構成として概略的に説明すると、高周波交流発生部２１０と、高周波トランス２２０と、一次コイル共振検出回路２３０と、制御装置２４０とを備えている。高周波交流発生部２１０の入力側は、前記整流平滑回路１００の出力側に接続され、高周波交流発生部２１０の出力側は、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に接続されている。そして、高周波交流発生部２１０は、整流平滑回路１００からの電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力し、その入力を高速スイッチング動作によりオン／オフすることで、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するものである。高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２からなり、一次コイルＬ１に入力した前記高周波交流発生部２１０からの高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力するものである。
【００３５】
ここで、高周波交流出力部２１０は、後述する通り、高速スイッチングのためのスイッチング素子に加え、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に接続されるコンデンサを備えており、このコンデンサと前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより、（一次コイルＬ１で発生する）逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成している。これにより、高周波交流出力部２１０からの高周波交流が、その各パルスごとに、前記タンク回路による共振により所定の増幅率（後述する通り、タンク回路のＱ値により規定される所定の増幅率）で増幅されて、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２に出力されて、二次コイルＬ２で前記所望周波数の高周波交流に変換されて、前記所定の増幅率を維持したまま二次コイルＬ２から前記高周波整流回路２３０に出力されるようになっている。
【００３６】
そして、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１を前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置に具体化した場合、タンク回路を電圧共振回路としての並列共振回路として構成すべく、前記コンデンサを前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に並列接続して並列共振型のタンク回路を構成している。なお、この並列共振型のタンク回路の構成については、図８を参照して後段で詳細に説明する。
【００３７】
また、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１を前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置に具体化した場合、タンク回路を電圧共振回路としての直列共振回路として構成すべく、前記コンデンサを前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に直列接続して直列共振型のタンク回路を構成している。なお、この直列共振型のタンク回路の構成については、図９を参照して後段で詳細に説明する。
【００３８】
前記一次コイル共振検出回路２３０は、前記タンク回路により所定の増幅率で出力される高周波交流の出力値を検出してモニターし、その検出値を前記制御装置２４０に出力するようになっている。
【００３９】
そして、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１を前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置に具体化した場合、前記タンク回路が並列共振型のタンク回路となるため、一次コイル共振検出回路２３０は、タンク回路のコンデンサと前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１との間の電圧値を前記高周波交流の出力値として検出し、その検出電圧値を前記制御装置２４０に出力するようになっている。なお、この並列共振型のタンク回路に伴う前記一次コイル共振検出回路２３０の構成については、図８を参照して後段で詳細に説明する。
【００４０】
また、実施の形態１に係る電力変換装置ＰＴ１を前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置に具体化した場合、前記タンク回路が直列共振型のタンク回路となるため、一次コイル共振検出回路２３０は、高周波整流回路２３０から出力される直流電力の電流値を前記高周波交流の出力値として検出し、その検出電流値を前記制御装置２４０に出力するようになっている。なお、この直列共振型のタンク回路に伴う前記一次コイル共振検出回路２３０の構成については、図９を参照して後段で詳細に説明する。
【００４１】
制御装置２４０は、前記高周波交流発生部２１０のスイッチング素子をオン／オフして高速スイッチング動作させることにより、高周波交流発生部２１０から前記所定の高周波交流パルスを出力させるものである。また、制御装置２４０は、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０からの検出値（電圧値）を入力し、その検出値（電圧値）が予め設定した所定のしきい値以下であるか否かを判定して、その検出値（電圧値）が所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記高周波交流発生部２１０のスイッチング素子をオン動作して、高周波交流発生部２１０から次の１個のパルスを出力させるように、前記高周波交流発生部２１０の動作を制御するようになっている。なお、この制御装置２４０の制御のための構成及び動作については、図１３〜図１６を参照して後段で詳細に説明する。
【００４２】
＜高周波整流回路＞
高周波整流回路３００は、前記高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの所定高周波の交流出力を直流に整流する整流回路と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路とを含む公知の構成であり、例えば、２７ＫＨｚ〜３７ＫＨｚの高周波ＡＣ出力を、所定の直流電圧に整流及び平滑化して、その直流電圧を負荷２０に供給するようになっている。即ち、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの高周波交流出力は、高周波整流回路３００により所望電圧の直流電力（例えば、ＤＣ１２Ｖの直流電力）に変換して出力されるようになっている。
【００４３】
［実施の形態１の電力変換装置］
図８は実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）のうちの電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置の回路構成を示す回路図である。図８に示すように、整流平滑回路１００は、交流電源１００の所定周波数の交流電力（例えば、５０Ｈｚで１００Ｖの交流電力）を直流に整流するブリッジ整流回路を構成するダイオードＤ１と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ１とを含み、例えば、電源電圧Ｖｃｃとして、ＡＣ１００Ｖを整流したＤＣ１４０Ｖの直流電圧を一次コイル共振増幅回路２００に供給するようになっている。また、高周波整流回路３００は、前記高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの所定高周波の交流出力を直流に整流する整流回路を構成するダイオードＤ２と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ２とを含み、例えば、２７ＫＨｚ〜３７ＫＨｚの高周波ＡＣ出力を、所定の直流電圧に整流及び平滑化して、その直流電圧を負荷２０に供給するようになっている。
【００４４】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、その回路構成として、高周波交流発生部２１０と、高周波トランス２２０と、一次コイル共振検出回路２３０と、制御装置２４０とを備えている。高周波交流発生部２１０は、スイッチング素子２１１と、コンデンサ２１２とを備えている。スイッチング素子２１１は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチングトランジスタにより構成することができる。また、コンデンサ２１２は、前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置において、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１と共に並列共振型のタンク回路を構成すべく、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に並列接続されている。高周波交流発生部２１０の（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の一端は、前記整流平滑回路１００の出力側の一端に接続され、高周波交流発生部２１０の（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の他端は、前記整流平滑回路１００の出力側の他端に、前記スイッチング素子２１１を介して接続されている。
【００４５】
そして、高周波交流発生部２１０は、タンク回路２１２，Ｌ１に整流平滑回路１００からの電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力すると共に、その入力をスイッチング素子２１１により高速スイッチング動作してオン／オフすることで、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するようになっている。また、高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１に入力した前記高周波交流発生部２１０からの高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力するようになっている。
【００４６】
このとき、前記コンデンサと前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより構成される並列接続型のタンク回路は、一次コイルＬ１で発生する逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成しており、これにより、高周波交流出力部２１０からの高周波交流電圧が、その各パルスごとに、前記タンク回路２１２，Ｌ１による電圧共振により所定の増幅率（後述する通り、タンク回路のＱ値により規定される所定の増幅率）で増幅されて、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２に出力されて、二次コイルＬ２で前記所望周波数の高周波交流に変換されて、前記所定の電圧増幅率を維持したまま二次コイルＬ２から前記高周波整流回路２３０に出力されるようになっている。
【００４７】
また、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅は、経時的に減衰するが、このとき、前記一次コイル共振検出回路２３０が、前記タンク回路２１２，Ｌ１により所定の増幅率で出力される高周波交流の出力値として、タンク回路のコンデンサ２１２と前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１との間の電圧値を検出してモニターして、その検出値を前記制御装置２４０に出力するようになっている。一方、前記制御装置２４０は、前記スイッチング素子２１１をオン／オフして高速スイッチング動作させることにより、高周波交流発生部２１０から前記所定の高周波交流パルスを出力させる一方で、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０から入力された検出値に基づき、その検出値が予め設定した所定のしきい値以下であるか否かを判定して、所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記高周波交流発生部２１０のスイッチング素子２１１をオン動作して、高周波交流発生部２１０から次の１個のパルスを出力させるように、前記スイッチング素子２１１のオン／オフ動作を制御するようになっている。
【００４８】
これにより、制御装置２４０の制御によりスイッチング素子２１１がオンして１個の高周波パルスを出力した後、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅が経時的に減衰し、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値としての電圧値）が所定のしきい値以下となるまでは、制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次のオン動作（即ち、次回のパルス出力）は行われず、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値としての電圧値）が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次のオン動作（即ち、次回のパルス出力）が行われるため、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、パルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００４９】
［実施の形態２の電力変換装置］
図９は本発明の実施の形態１に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）の主要部としての一次コイル一次コイル共振増幅回路の回路構成を示す回路図である。図９に示すように、電源電圧Ｖｃｃとして、所定電圧の直流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖを整流したＤＣ１４０Ｖの直流電圧）の直流電力が、一次コイル共振増幅回路２００に供給されるようになっている。また、高周波整流回路３００は、前記高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの所定高周波の交流出力（高周波ＡＣ出力、即ち、高周波交流電力）を直流に整流する整流回路を構成するダイオード（ブリッジダイオード等）Ｄ２と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ２とを含み、例えば、２７ＫＨｚ〜３７ＫＨｚの高周波ＡＣ出力（高周波交流電力）を、所定の直流電圧の直流電力に整流及び平滑化して、その直流電圧の直流電力を負荷２９に供給するようになっている。
【００５０】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、その回路構成として、図８に示す一次コイル共振増幅回路２００と同様の回路構成を備えている。高周波交流発生部２１０の（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の一端は、前記電源電圧Ｖｃｃの出力側に接続され、高周波交流発生部２１０の（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の他端は、前記スイッチング素子２１１を介して接地されている。
【００５１】
そして、高周波交流発生部２１０は、タンク回路２１２，Ｌ１に電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力すると共に、その入力を、制御装置２４０の制御にしたがってスイッチング素子２１２により高速スイッチング動作してオン／オフすることで、図８に示す高周波交流発生部２１０と同様にして、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するようになっている。そして、高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１に入力した前記高周波交流発生部２１０からの高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から高周波整流回路３００に出力するようになっている。
【００５２】
このとき、図８に示す一次コイル共振増幅回路２００と同様、前記コンデンサ２１２と前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより構成される並列接続型のタンク回路は、一次コイルＬ１で発生する逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成しており、これにより、高周波交流出力部２１０からの高周波交流電圧が、所定の増幅率で増幅されて、二次コイルＬ２から前記高周波整流回路２３０に出力されるようになっている。また、図８に示す一次コイル共振増幅回路２００と同様、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅が経時的に減衰してその出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値）が所定のしきい値以下となるまでは、制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次のオン動作は行われず、その出力値が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次のオン動作が行われるようになっており、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、パルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００５３】
［電圧共振型電力変換装置］
図１０は本発明の実施の形態６に係る電圧共振型の電力変換装置の回路構成中、主要部としての一次コイル共振増幅回路の構成を中心として概略的に示す回路図である。図１０に示すように、実施の形態６に係る電圧共振型の電力変換装置は、図８及び図９にしたがって説明した前記一次コイル共振増幅回路２００に対応する一次コイル共振増幅回路を備えている。この一次コイル共振増幅回路は、図８及び図９の例と同様、本発明の電力変換装置ＰＴを、電圧共振型の電力変換装置（電圧共振型電力変換装置）として具体化するための構成であり、高周波トランスの一次コイルＬ１にコンデンサ２１２が並列接続されて、コンデンサ２１２と一次コイルＬ１とにより並列接続型のタンク回路を構成している。なお、図１０中、抵抗Ｒが、タンク回路（即ち、コンデンサ２１２と一次コイルＬ１）に直列接続されているが、これは、タンク回路をコンデンサ２１２及び一次コイルＬ１のみにより構成した場合でも、実際には、タンク回路に抵抗成分が潜んでいることから、この抵抗成分を抵抗Ｒとして表現することにより、現実の並列接続型のタンク回路（ＬＣ並列列回路）を（ＲＬＣ並列共振回路として）表現したものである。
【００５４】
［電流共振型電力変換装置］
図１１は本発明の実施の形態７に係る電流共振型の電力変換装置の回路構成中、主要部としての一次コイル共振増幅回路の構成を中心として概略的に示す回路図である。図１１に示すように、実施の形態６に係る電流共振型の電力変換装置は、図８及び図９にしたがって説明した前記一次コイル共振増幅回路２００に対応する一次コイル共振増幅回路を備えている。この一次コイル共振増幅回路は、図８及び図９の例とは異なり、本発明の電力変換装置ＰＴを、電流共振型の電力変換装置（電流共振型電力変換装置）として具体化するための構成であり、高周波トランスの一次コイルＬ１にコンデンサ２１２が直列接続されて、コンデンサ２１２と一次コイルＬ１とにより直列接続型のタンク回路を構成している。なお、図１１中、抵抗Ｒが、タンク回路（即ち、コンデンサ２１２と一次コイルＬ１）に直列接続されているが、これは、タンク回路をコンデンサ２１２及び一次コイルＬ１のみにより構成した場合でも、実際には、タンク回路に抵抗成分が潜んでいることから、この抵抗成分を抵抗Ｒとして表現することにより、現実の直列接続型のタンク回路（ＬＣ直列回路）を（ＲＬＣ直列共振回路として）表現したものである。
【００５５】
ここで、図１１の電流共振型電力変換装置は、２個のスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂを直列接続し、そのうちの一方のスイッチング素子２１１Ａを電源電圧Ｖｃｃの出力側に接続すると共に、他方のスイッチング素子２１１Ｂを接地して、それら対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂ間に前記タンク回路のコンデンサ２１２の入力側を接続して、それら対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂからのパルス出力を前記タンク回路に入力するようになっている。これら対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂに対応して、スイッチング素子制御装置２４０は、スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂにそれぞれ接続され、スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂをそれぞれ所定の制御態様で制御するようになっている。ここで、これら対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂのうち、第１のスイッチング素子２１１Ａは、電源Ｖｃｃ側で前記タンク回路の第１のコイルＬ１に充電を行うための充電用のスイッチング素子であり、第２のスイッチング素子２１１Ｂは、電源Ｖｃｃ側で前記タンク回路の第１のコイルＬ１からの放電を行うための放電用のスイッチング素子である。そして、スイッチング素子制御装置２４０は、（１）前記第１のスイッチング素子（充電用スイッチング素子）２１１Ａのオン動作、（２）前記第１のスイッチング素子（充電用スイッチング素子）２１１Ａのオフ動作、（３）前記第２のスイッチング素子（放電用スイッチング素子）２１１Ｂのオン動作、（４）前記第２のスイッチング素子（放電用スイッチング素子）２１１Ｂのオフ動作を、図１０に示す電圧共振型の電力変換装置における前記スイッチング素子２１１のオン動作及びオフ動作（即ち、１パルスを発生するための１サイクルのスイッチング動作）に対応する（１パルスを発生するための）１サイクルのスイッチング動作として、前記対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂに対するオンオフ動作制御を行うように（所定のハードウエア構成及び／又はソフトウエア構成により）構成されている。更に、図１１の電流共振型電力変換装置は、２個のコンデンサ２１５Ａ，２１５Ｂを直列接続し、そのうちの一方のコンデンサ２１５Ａを電源電圧Ｖｃｃの出力側に接続すると共に、他方のコンデンサ２１５Ｂを接地して、それら対をなすコンデンサ２１５Ａ，２１１５間に前記タンク回路の一次コイルＬ１の他方端（前記タンク回路のコンデンサ２１２が接続される一次コイルＬ１の一方端とは反対側の端）を接続している。これらの２個のコンデンサ２１５Ａ，２１５Ｂは、電源電圧Ｖｃｃと接地点との間の中間電位を確立して発生するためのものであり、これ自体は、周知の構成である。
【００５６】
［実施の形態６の電力変換装置（電圧増幅型電力変換装置）］
図１２は本発明の実施の形態６に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）のうちの電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置の回路構成を概略的に示す回路図である。図１２に示すように、実施の形態６に係る電圧増幅型電力変換装置では、整流平滑回路１００は、交流電源１０の所定周波数の交流電力（例えば、５０Ｈｚで１００Ｖの交流電力）を直流に整流するブリッジ整流回路を構成するダイオードＤ１と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ１とを含み、例えば、電源電圧Ｖｃｃとして、ＡＣ１００Ｖを整流したＤＣ１４０Ｖの直流電圧を一次コイル共振増幅回路２００に供給するようになっている。また、高周波整流回路３００は、前記高周波トランス２２０の二次コイルＬ２からの所定高周波の交流出力を直流に整流する整流回路を構成するダイオードＤ２（ブリッジダイオード等）と、整流した（リップルを含む）直流を平滑化する平滑回路を構成するコンデンサＣ２とを含み、例えば、２７ＫＨｚ〜３７ＫＨｚの高周波ＡＣ出力を、所定の直流電圧に整流及び平滑化して、その直流電圧を負荷２０に供給するようになっている。この図１２の電圧共振型電力変換装置は、上記の図１０の電圧共振型電力変換装置に対応するものであり、図１０と同様の一次コイル共振増幅回路の回路構成を備えている（なお、前記抵抗Ｒの図示は省略している）。
【００５７】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、その回路構成として、高周波交流発生部と、高周波トランス２２０と、一次コイル共振検出回路２３０Ａと、スイッチング素子制御装置２４０とを備えている。高周波交流発生部は、図８の高周波交流発生部２１０のスイッチング素子２１１と同様のスイッチング素子２１１と、図８の高周波交流発生部２１０のコンデンサ２１２と同様のコンデンサ２１２とを備えている。コンデンサ２１２は、前記電圧共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置において、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１と共に電圧共振型のタンク回路を構成すべく、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に並列接続されている。（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の一端は、前記整流平滑回路１００の出力側の一端（即ち、上記の電源電圧Ｖｃｃを出力する一端）に接続され、（並列接続型の）タンク回路２１２，Ｌ１の他端は、前記整流平滑回路１００の出力側の他端に、前記スイッチング素子２１１を介して接続されている。
【００５８】
そして、スイッチング素子２１１を介して、タンク回路２１２，Ｌ１に整流平滑回路１００からの電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力すると共に、その入力をスイッチング素子２１１により高速スイッチング動作してオン／オフすることで、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するようになっている。また、高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１に入力した高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力するようになっている。
【００５９】
このとき、前記コンデンサ２１２と前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより構成される並列接続型のタンク回路は、図１０のタンク回路と同様、一次コイルＬ１で発生する逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成しており、これにより、高周波交流出力部からの高周波交流電圧が、そのパルスごとに、前記タンク回路２１２，Ｌ１による電圧共振により所定の増幅率（後述する通り、タンク回路のＱ値により規定される所定の増幅率）で増幅されて、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２に出力されて、二次コイルＬ２で前記所望周波数の高周波交流に変換されて、前記所定の電圧増幅率を維持したまま二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力されるようになっている。
【００６０】
また、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅に係る電圧値は、経時的に減衰するが、このとき、図１０の一次コイル共振検出回路２３０と同様に、一次コイル共振検出回路２３０Ａが、前記タンク回路２１２，Ｌ１により所定の増幅率で出力される高周波交流の出力値として、タンク回路の一次コイルＬ１の他端（即ち、タンク回路のコンデンサ２１２が接続されるいったんとは反対側の他端）の電圧値を検出してモニターして、その検出値を前記スイッチング素子制御装置２４０に出力するようになっている。一方、前記スイッチング素子制御装置２４０は、前記スイッチング素子２１１をオン／オフして高速スイッチング動作させることにより、高周波交流発生部２１０から前記所定の高周波交流パルスを出力させる一方で、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０から入力された検出値（電圧値）に基づき、その検出値（電圧値）が予め設定した所定のしきい値以下であるか否かを判定して、その検出値（電圧値）が所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子２１１をオン動作して、スイッチング素子２１１から次の１個のパルスを出力させるように、前記スイッチング素子２１１のオン／オフ動作を制御するようになっている。
【００６１】
これにより、スイッチング素子制御装置２４０の制御によりスイッチング素子２１１が１回のオンオフ動作を行って１個の高周波パルスを出力した後、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電流増幅が経時的に減衰し、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値としての電流値）が所定のしきい値以下となるまでは、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）は行われず、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０の検出値としての電流値）が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）が行われるため、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電圧増幅に係る電圧値が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、次回のパルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００６２】
［実施の形態７の電力変換装置（電流増幅型電力変換装置）］
図１３は本発明の実施の形態７に係る交流入力−直流出力型の電力変換装置（ＡＣ−ＤＣ電力変換装置）のうちの電流共振型の電力変換装置の回路構成を概略的に示す回路図である。図１３に示すように、実施の形態７に係る電流増幅型電力変換装置では、整流平滑回路１００及び高周波清流回路３００は、実施の形態６に係る電圧増幅型電力変換装置の整流平滑回路１００及び高周波清流回路３００と同様の構成である。なお、この図１３の電流共振型電力変換装置は、上記の図１１の電流共振型電力変換装置に対応するものであり、図１１と同様の一次コイル共振増幅回路の回路構成を備えている（なお、前記抵抗Ｒの図示は省略している）。
【００６３】
＜一次コイル共振増幅回路＞
一次コイル共振増幅回路２００は、その回路構成として、高周波交流発生部と、高周波トランス２２０と、一次コイル共振検出回路２３０Ａと、スイッチング素子制御装置２４０とを備えている。高周波交流発生部は、図８の高周波交流発生部２１０のスイッチング素子２１１と同様のスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂと、図８の高周波交流発生部２１０のコンデンサ２１２と同様のコンデンサ２１２Ａとを備えている。コンデンサ２１２Ａは、前記電流共振型ＡＣ−ＤＣ電力変換装置において、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１と共に電流共振型のタンク回路を構成すべく、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に直列接続されている。（直列接続型の）タンク回路２１２Ａ，Ｌ１の一端は、前記整流平滑回路１００の出力側の一端（すなわち、上記の電源電圧Ｖｃｃを出力する一端）に接続され、（直列接続型の）タンク回路２１２Ａ，Ｌ１の他端は、前記整流平滑回路１００の出力側の他端に、前記対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂを介して接続されている。
【００６４】
そして、対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１Ｂを介して、タンク回路２１２Ａ，Ｌ１に整流平滑回路１００からの電源電圧Ｖｃｃの直流電力を入力すると共に、その入力を対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１Ｂにより高速スイッチング動作してオン／オフすることで、所定の高周波のパルス波の交流を高周波トランス２２０の一次コイルＬ１に出力するようになっている。また、高周波トランス２２０は、一次コイルＬ１に入力した高周波交流電力を、二次コイルＬ２により所望周波数の高周波交流電力に変換して、その所望周波数の高周波交流電力を二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力するようになっている。
【００６５】
このとき、前記コンデンサ２１２Ａと前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１とにより構成される直列接続型のタンク回路は、図１１のタンク回路と同様、一次コイルＬ１で発生する逆起電力波形に対するチューニング（同期）用のタンク回路（共振回路）を構成しており、これにより、高周波交流出力部からの高周波交流電流が、そのパルスごとに、前記タンク回路２１２Ａ，Ｌ１による電流共振により所定の増幅率（後述する通り、タンク回路のＱ値により規定される所定の増幅率）で増幅されて、高周波トランス２２０の二次コイルＬ２に出力されて、二次コイルＬ２で前記所望周波数の高周波交流に変換されて、前記所定の電流増幅率を維持したまま二次コイルＬ２から前記高周波整流回路３００に出力されるようになっている。
【００６６】
また、タンク回路２１２，Ｌ１の共振による電流増幅に係る電流値は、経時的に減衰するが、このとき、図１１の一次コイル共振検出回路２３０と同様に、一次コイル共振検出回路２３０Ａが、前記タンク回路２１２，Ｌ１により所定の増幅率で出力される高周波交流の出力値として、高周波整流回路３００から出力される直流電力の電流値を検出してモニターして、その検出値を前記スイッチング素子制御装置２４０に出力するようになっている。一方、前記スイッチング素子制御装置２４０は、前記スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂをオン／オフして高速スイッチング動作させることにより、前記所定の高周波交流パルスを出力させる一方で、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０Ａから入力された検出値（電流値）に基づき、その検出値（電流値）が予め設定した所定のしきい値以下であるか否かを判定して、その検出値（電流値）が所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂをオン動作して、スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂから次の１個のパルスを出力させるように、前記スイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂのオン／オフ動作を制御するようになっている。
【００６７】
詳細には、この電流共振用の１パルスを発生するときに、スイッチング素子制御装置２４０は、（１）前記第１のスイッチング素子（充電用スイッチング素子）２１１Ａのオン動作、（２）前記第１のスイッチング素子（充電用スイッチング素子）２１１Ａのオフ動作、（３）前記第２のスイッチング素子（放電用スイッチング素子）２１１Ｂのオン動作、（４）前記第２のスイッチング素子（放電用スイッチング素子）２１１Ｂのオフ動作からなるスイッチング動作を、上記の電流共振用の１パルスを発生するための１サイクルのスイッチング動作として、前記対をなすスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂをオンオフ動作制御する。これにより、スイッチング素子制御装置２４０の制御より、第１のスイッチング素子２１１Ａ（充電用スイッチング素子）が１回のオンオフ動作を行うことで、前記タンク回路の一次コイルＬ１が充電され、その後、第２のスイッチング素子２１１Ｂ（放電用スイッチング素子）が１回のオンオフ動作を行うことで、前記タンク回路の一次コイルＬ１が放電され、これにより、電流共振のための１個の高周波パルスが出力される。
【００６８】
これにより、スイッチング素子制御装置２４０の制御により、第１のスイッチング素子２１１Ａ（充電用スイッチング素子）が１回のオンオフ動作を行った後に、第２のスイッチング素子２１１Ｂ（放電用スイッチング素子）が１回のオンオフ動作を行って１個の高周波パルスを出力した後、タンク回路２１２Ａ，Ｌ１の共振による電流増幅が経時的に減衰し、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０Ａの検出値としての電流値）が所定のしきい値以下となるまでは、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂの次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）は行われず、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０Ａの検出値としての電流値）が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１Ａ，２１１Ｂの次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）が行われるため、タンク回路２１２Ａ，Ｌ１の共振による電流増幅に係る電流値が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、次回のパルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００６９】
［スイッチング素子制御装置の制御動作］
図１４は本発明に係る電圧共振型の電力変換装置のスイッチング素子制御装置の制御動作を入力パルスのタイミングと出力高周波電力の共振値との関係により説明するためのタイミングチャートである。図１４に示すように、前記スイッチング素子制御装置２４０は、（いずれの実施の形態のスイッチング素子制御装置２４０の場合も）上記のようにして、高周波交流発生部のスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂに１回の（即ち、上記の１サイクルの）オンオフ動作を行わせることで、前記所定の高周波交流パルスの１個のパルスを出力させ、これにより、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１では、所定の共振による増幅率で増幅した電力が発生するが、このとき、この増幅後の電力の出力値（電圧共振型の場合は電圧値、電流共振型の場合は電流値）は、パルス出力直後に最大値（図１４中の「ＭＡＸ」の値）となり、その後、経時的に減衰する。しかし、上記のとおり、前記一次コイル共振検出回路２３０，２３０Ａが、その増幅後の電力の出力値（電圧共振型の場合は電圧値、電流共振型の場合は電流値）をモニターして、検出値としてスイッチング素子制御装置２４０に出力しており、これにより、スイッチング素子制御装置２４０が、前記所定の高周波交流パルスの初回のパルス発生後において、前記一次コイル共振検出回路２３０，２３０Ａから入力された検出値（電圧値又は電流値）に基づき、その検出値（電圧値又は電流値）が予め設定した所定のしきい値（図１４中の「しきい値」）以下であるか否かを判定して、その検出値（電流値）が所定のしきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記高周波交流発生部のスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂに次の１回のオンオフ動作を行わせて、高周波交流発生部のスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂから次の１個のパルスを出力させる。
【００７０】
これにより、スイッチング素子制御装置２４０の制御によりスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂが１回のオンオフ動作を行って１個の高周波パルスを出力した後、タンク回路２１２，２１Ａ，Ｌ１の共振による電圧増幅に係る電圧値又は電流増幅に係る電流値（即ち、共振値）が経時的に減衰し、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０，２３０Ａの検出値としての電圧値又は電流値）が所定のしきい値以下となるまでは、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１の次の１回のオンオフ動作（即ち、次回のパルス出力）は行われず、その出力値（即ち、一次コイル共振検出回路２３０，２３０Ａの検出値としての電圧値又は電流値）が所定のしきい値以下となった時点のタイミングで、はじめて、スイッチング素子制御装置２４０によるスイッチング素子２１１，２１１Ａ，２１１Ｂが次の１回のオンオフ動作を行って次回の１個の高周波パルスが出力されて、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１の次回の共振動作（電圧共振又は電流共振）による次回の二次コイルＬ２への電力変換動作が行われるため、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１の共振による電圧増幅に係る電圧値又は電流増幅に係る電流値（即ち、共振値）が経時的に減衰して所定のしきい値以下となるまでは、パルス出力を待機させることができ、その時間分の電力供給を不要として、大幅な省電力化を可能とすることができる。
【００７１】
［共振による増幅率］
図１５は本発明に係る電圧共振型の電力変換装置の共振による増幅率を説明するための説明図である。上記のように、高周波交流発生部２１０から出力された前記所定の高周波交流パルスの出力値は、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１による電圧共振又は電流共振により、所定の増幅率で増幅して、パルス出力直後に最大値（図１４中の「ＭＡＸ」の値）となるが、この増幅率は、図１５に示すように、信号源としての出力パルスの所定周波数ω０（即ち、共振周波数）では、入力値の３倍以上となることを、本発明者らは、実験結果により確認している。
【００７２】
［スイッチング素子制御装置の構成］
図１６は本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置の構成を機能ブロックにより説明するためのブロック図である。本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置２４０は、上記いずれの実施の形態の場合も、図１６に示すような構成とすることができる。詳細には、スイッチング素子制御装置２４０は、しきい値設定手段２４１、しきい値格納手段２４２、共振値入力手段２４３、共振値判定手段２４４、パルス出力制御手段２４５、パルス指令手段２４６を備えている。なお、スイッチング素子制御装置２４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備える、一般的な組み込み制御用のマイコン（マイクロコンピュータ）等により構成することができる。
【００７３】
前記しきい値設定手段２４１は、前記タンク回路２１２，Ｌ１による所定増幅率の増幅電力の出力値（電圧共振型の場合は電圧値、電流共振型の場合は電流値、即ち、「共振値」）について、スイッチング素子２１１による次回のパルス出力のタイミングを規定する前記しきい値を設定する機能を実現する。なお、電圧共振型の場合は所定の電圧値を、電流共振型の場合は所定の電流値を、前記しきい値として設定する。しきい値格納手段２４２は、前記しきい値設定手段２４１により設定した前記しきい値を格納する機能を実現し、前記マイコンのＲＯＭやＲＡＭにより構成することができる。共振値入力手段２４３は、前記一次コイル共振検出回路２３０の出力値（即ち、検出値としての前記共振値）を入力すると共に、その検出値を共振値判定手段２４４に出力するインタフェース機能を実現する。共振値判定手段２４４は、共振値入力手段２４３から入力された前記検出値を、前記しきい値格納手段２４２に格納した前記しきい値と比較し、前記一次コイル共振検出回路２３０の出力値（電圧値又は電流値）が前記しきい値以下であるか否かを判定し、一次コイル共振検出回路２３０の出力値（電圧値又は電流値）が前記しきい値以下であると判断した時点のタイミングで、前記スイッチング素子２１１に次の１回（１サイクル）のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための判定信号を、パルス出力制御手段２４５に出力する機能を実現する。パルス出力制御手段２４５は、共振値判定手段２４４から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作を行わせて次回の１個のパルスを出力するための指令信号を、パルス指令手段２４６に出力する機能を実現する。パルス指令手段２４６は、パルス出力制御手段２４５から指令信号が入力されると、前記スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号を、スイッチング素子２１１に出力して、スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作を行わせる（即ち、次回の１個のパルス出力を実行させる）機能を実現する。なお、前記パルス出力制御手段２４５及びパルス指令手段２４６は、それらを一体化して、（共振値判定手段２４４から判定信号が入力されると、前記スイッチング素子２１１に次の１回のオフオフ動作により次回の１個のパルスを出力するための動作信号をスイッチング素子２１１に出力して、スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作を行わせる機能を実現する）パルス指令手段として把握することもできる。
【００７４】
［スイッチング素子制御装置の動作］
図１７は本発明に係る電力変換装置のスイッチング素子制御装置によるスイッチング素子の制御処理を説明するためのフローチャートである。図１７に示すように、スイッチング素子制御装置２４０は、上記のような構成を使用して、パルス出力制御処理を実行する。詳細には、スイッチング素子制御装置２４０は、まず、ＳＴＥＰ１で、前記パルス指令手段２４６から動作信号を出力し、スイッチング素子２１１に初回の（即ち、最初の１サイクルの）オンオフ動作（即ち、初回の１個のパルス出力）を実行させる。次に、スイッチング素子制御装置２４０は、ＳＴＥＰ２で、共振値判定手段２４４により、前記しきい値入力手段２４３から入力された検出値である共振増幅後の電圧値又は電流値（説明の便宜上、「共振値」ということがある。）をモニターし、ＳＴＥＰ３で、その共振値を、しきい値格納手段２４２に格納した前記しきい値と比較して、前記一次コイル共振検出回路２３０の出力値（電圧値又は電流値）が前記しきい値以下であるか否かを判定する。そして、スイッチング素子制御装置２４０は、ＳＴＥＰ３において、その共振値がしきい値以下であると判断した場合、その時点のタイミングで、しきい値判定手段２４４から前記判定信号をパルス出力制御手段２４５に出力し、パルス出力制御手段２４５から前記指令信号をパルス指令手段２４６に出力し、パルス指令手段２４６から前記動作信号をスイッチング素子２１１に出力して、スイッチング素子２１１に次の１回のオンオフ動作を行わせる（即ち、次回の１個のパルス出力を実行させる）。一方、スイッチング素子制御装置２４０は、ＳＴＥＰ３において、前記共振値が前記しきい値以下ではない（しきい値を超える値である）と判断した場合、上記ＳＴＥＰ２以降の処理を継続する。
【００７５】
［高周波トランスの相互インダクタンス］
本発明に係る電力変換装置は、上記いずれの実施の形態においても、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２間の相互インダクタンスＭの結合係数ｋを、所定範囲内で選択した所定値（下限値はゼロを超える値であって、上限値としては、好ましくは、０．５以下の値）に設定している（０＜ｋ≦０．５）。即ち、本発明に係る電力変換装置において、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２間の相互インダクタンスＭの結合係数ｋを０．５を超える値（ｋ＞０．５）に設定すると、スイッチング効率は高くなるが、二次側の負荷が相互インダクタンスＭを経由して、一次コイルＬ１の負荷となり、上記のタンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１による共振時間が短くなり、電力変換効率が低下するため、上記のような所望の増幅動作を担保することができない。したがって、本発明に係る電力変換装置は、上記いずれの実施の形態においても、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２間の相互インダクタンスＭの結合係数ｋを、０．５以下の値に設定することで、二次側の負荷が相互インダクタンスＭを経由して、一次コイルＬ１の負荷とならないようにし、上記タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１による共振時間を所望の時間以上に維持して、電力変換効率が低下しないようにし、上記のような所望の増幅動作を担保するようにしている。そして、本発明に係る電力変換装置は、上記いずれの実施の形態においても、前記高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２の巻線形状を、上記のように、高周波トランス２２０の一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２間の相互インダクタンスＭの結合係数ｋの値が、前記所定範囲内（０＜ｋ≦０．５の範囲内）で選択した所定値（例えば、０．５）となるような巻線形状にしている。
【００７６】
［共振周波数］
ここで、上記実施の形態の電力変換装置において、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１の共振周波数ｆは、直列共振型の場合も並列共振型の場合も、いずれも、前記一次コイルＬ１のインダクタンスＬと、前記コンデンサ２１２，２１２ＡのキャパシタンスＣとに基づき、ｆ＝１／２π√ＬＣの計算式で決定されるため、実施の形態１では、コンデンサ２１２，２１２ＡのキャパシタンスＣを調節して所定値に設定することで、タンク回路２１２，２１２Ａ，Ｌ１の共振周波数ｆを設定している。また、この所定値（即ち、コンデンサ２１２，２１２ＡのキャパシタンスＣ）は、高周波トランス２２０のトランス構造により変化するため、高周波トランス２２０ごとに異なるものとする。即ち、高周波トランス２２０のトランス構造に応じて、最適値となるよう、コンデンサ２１２，２１２ＡのキャパシタンスＣを設定する。
【００７７】
［電力増幅率（変換効率）］
本発明に係る電力変換装置は、上記いずれの実施の形態においても、前記タンク回路２１１，Ｌ１による共振動作を利用した電力増幅により、入力電力を所定の増幅率で増幅することができることを、本発明者らは、試験機関での実験による実験結果により確認している。即ち、一の実験結果によれば、入力電力として、周波数５０ＨｚのＡＣ１００Ｖ（電流３．１８Ａ）の交流電力（有効電力３１１Ｗ）を、本発明の実施の形態１に係る電圧共振型の電力変換装置を具体化した実機に入力し、その出力を負荷（Ｒ＝９９．８Ω）を使用して測定したところ、３６４Ｖの出力電圧を得ることができた。このことから、計算上は、出力電力として、３６４２／９９．８（Ｐ＝Ｖ２／Ｒ）＝約１３２７Ｗの電力を得ることができることが判明し、その結果、入力電圧の４倍以上（約４．２７倍）の出力電力を得ることができることが判明した。即ち、本発明に係る電力変換装置は、入力電圧に対して所定倍以上（３〜４倍以上）の電力増幅率を可能とする電力増幅装置としても機能することが実験結果から理解される。なお、実施の形態３〜５のように、例えば、２つの電力変換装置を直列接続した電力変換装置ＰＴの場合、各々の電力変換装置の電力増幅率を乗じた電力増幅率を得ることができる。例えば、実施の形態３のように、電力増幅率３倍の電圧共振型電力変換装置と電力増幅率４倍の電流共振型電力変換装置とを直列接続すると、３×４＝１２倍の電力増幅率（理論上の電力増幅率）を得ることができる。また、実施の形態４のように、電力増幅率３倍の電圧共振型電力変換装置と同じく電力増幅率３倍の電圧共振型電力変換装置とを直列接続すると、３×３＝９倍の電力増幅率（理論上の電力増幅率）を得ることができる。また、実施の形態５のように、電力増幅率４倍の電流共振型電力変換装置と同じく電力増幅率４倍の電流共振型電力変換装置とを直列接続すると、４×４＝１６倍の電力増幅率（理論上の電力増幅率）を得ることができる。
【００７８】
［タンク回路のコンデンサ］
上記タンク回路のコンデンサとしては、コイルの逆起電力を消化させるスナバ回路では、３倍以上の耐圧を有するコンデンサを使用することが好ましい。
【００７９】
［タンク回路のコンデンサ及び一次コイル］
上記タンク回路のコンデンサ及び一次コイルとしては、例えば、コンデンサは０．３μＦのコンデンサを、コイルは８０μＨのコイルを使用することができ、この場合、２７ＫＨｚから３９ＫＨｚまで周波数を変化させるよう構成することができる。
【００８０】
［高周波トランス］
上記高周波トランスとしては、Ｑ値の高い空芯トランスを（上記試験機関での）実験では使用した。
【符号の説明】
【００８１】
ＰＴ：電力変換装置
ＰＴ１：電力変換装置
ＰＴ２：電力変換装置
ＰＴ１１：第１の電力変換装置
ＰＴ１２：第２の電力変換装置
ＰＴ２１：第１の電力変換装置
ＰＴ２２：第２の電力変換装置
ＰＴ３１：第１の電力変換装置
ＰＴ３２：第２の電力変換装置
１０：交流電源
２０：負荷
１００：整流平滑回路
２００：一次コイル共振増幅回路
２１１：スイッチング素子
２１２，２１２Ａ：コンデンサ（タンク回路）
２２０：高周波トランス
Ｌ１：一次コイル（タンク回路）
Ｌ２：二次コイル
２３０：一次コイル共振検出回路
２４０：スイッチング素子制御装置
２４１：しきい値設定手段
２４２：しきい値格納手段
２４３：共振値入力手段
２４４：共振値判定手段
２４５：パルス出力制御手段（パルス指令手段）
２４６：パルス指令手段
３００：高周波整流回路