(57)【要約】【課題】スナバ回路に関する技術を提供する。【解決手段】スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路であって、当該スナバ回路の通電停止後のスナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じるスナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、スナバコンデンサの静電容量とスナバダイオードの接合容量とが調整されている。【選択図】図１１
2011250506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路であって、
当該スナバ回路の通電停止後の前記スナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じる前記スナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、前記充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、前記スナバコンデンサの静電容量と前記スナバダイオードの接合容量とが調整された
スナバ回路。
【請求項２】
請求項１記載のスナバ回路であって、
前記スナバコンデンサの静電容量であるＣＣと、前記スナバダイオードの接合容量であるＣＤと、当該スナバ回路の動作時の前記スナバコンデンサに印加される最大電圧であるＶ１と、前記スナバコンデンサに前記Ｖ１が印加された状態で当該スナバ回路が前記通電停止をした場合の、前記スナバダイオードに印加される逆バイアスの最小電圧であるＶ２とが
ＣＣ×Ｖ１＜ＣＤ×Ｖ２
の相関関係を有する
スナバ回路。
【請求項３】
主スイッチング素子が電流の入切を繰り返すことによって、電圧または電流の実行値を制御するチョッパ回路であって、
スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路を備え、該スナバ回路の通電停止後の前記スナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じる前記スナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、前記充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、前記スナバコンデンサの静電容量と前記スナバダイオードの接合容量とが調整された
チョッパ回路。
【請求項４】
請求項３記載のチョッパ回路であって、
補助スイッチング素子を備え、
当該チョッパ回路は、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をスイッチングをする際の前記主スイッチング素子に印加される電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いる
チョッパ回路。
【請求項５】
主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、主スイッチング素子をスイッチングする際の該主スイッチング素子にかかる印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いたＤＣ／ＤＣコンバータであって、
スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路を備え、該スナバ回路の通電停止後の前記スナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じる前記スナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、前記充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、前記スナバコンデンサの静電容量と前記スナバダイオードの接合容量とが調整された
ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
燃料電池システムであって、
負荷に対して電力を供給する燃料電池と、
スイッチング素子を備えるチョッパ回路を用いることによって前記電力の電圧制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータと
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路を備え、該スナバ回路の通電停止後の前記スナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じる前記スナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、前記充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、前記スナバコンデンサの静電容量と前記スナバダイオードの接合容量とが調整された
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スナバ回路として、スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサを接続した回路構成のものがある（下記特許文献１）。スナバ回路は一般に過渡的な起電力を吸収するために備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６５２４２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、上記技術によるスナバ回路は、システムが稼働した後、システムが停止した直後には、スイッチング素子Ｓ２はターンオフとされ、スナバコンデンサに充電された電荷は、一方がスナバダイオードのカソードと接続されているため、システム停止後もコンデンサに電荷がある程度の一定期間残ってしまうと言う問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、通電後のスナバ回路におけるスナバコンデンサに長期間に亘って電荷が残らないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
［適用例１］
スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路であって、当該スナバ回路の通電停止後の前記スナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じる前記スナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、前記充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、前記スナバコンデンサの静電容量と前記スナバダイオードの接合容量とが調整されたスナバ回路。
このスナバ回路によると、通電停止後に、スナバコンデンサに充電電荷が残らない。
【０００７】
［適用例２］
適用例１記載のスナバ回路であって、前記スナバコンデンサの静電容量であるＣＣと、前記スナバダイオードの接合容量であるＣＤと、当該スナバ回路の動作時の前記スナバコンデンサに印加される最大電圧であるＶ１と、前記スナバコンデンサに前記Ｖ１が印加された状態で当該スナバ回路が前記通電停止をした場合の、前記スナバダイオードに印加される逆バイアスの最小電圧であるＶ２とが
ＣＣ×Ｖ１＜ＣＤ×Ｖ２
の相関関係を有するスナバ回路。
このスナバ回路によると、上記式の関係を有するようにＣＣとＣＤを決定して回路設計をすることができる。
【０００８】
［適用例３］
主スイッチング素子が電流の入切を繰り返すことによって、電圧または電流の実行値を制御するチョッパ回路であって、スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路を備え、該スナバ回路の通電停止後の前記スナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じる前記スナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、前記充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、前記スナバコンデンサの静電容量と前記スナバダイオードの接合容量とが調整されたチョッパ回路。
このチョッパ回路によると、通電停止後に、スナバコンデンサに充電電荷が残らない。
【０００９】
［適用例４］
適用例３記載のチョッパ回路であって、補助スイッチング素子を備え、当該チョッパ回路は、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、前記主スイッチング素子をスイッチングをする際の前記主スイッチング素子に印加される電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いるチョッパ回路。
このチョッパ回路はソフトスイッチング回路、例えばソフトスイッチングコンバータに適用可能である。
【００１０】
［適用例５］
主スイッチング素子と補助スイッチング素子とを備え、前記補助スイッチング素子のスイッチングのタイミングを制御することによって、主スイッチング素子をスイッチングする際の該主スイッチング素子にかかる印加電圧を制御するソフトスイッチング動作を用いたＤＣ／ＤＣコンバータであって、
スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路を備え、該スナバ回路の通電停止後の前記スナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じる前記スナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、前記充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、前記スナバコンデンサの静電容量と前記スナバダイオードの接合容量とが調整されたＤＣ／ＤＣコンバータ。
このＤＣ／ＤＣコンバータによると、通電停止後に、スナバコンデンサに充電電荷が残らない。
【００１１】
［適用例６］
燃料電池システムであって、負荷に対して電力を供給する燃料電池と、スイッチング素子を備えるチョッパ回路を用いることによって前記電力の電圧制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続されたスナバ回路を備え、該スナバ回路の通電停止後の前記スナバコンデンサの充電電荷に起因する逆バイアスによって生じる前記スナバダイオードのリカバリ特性による蓄積電荷によって、前記充電電荷を少なくとも打ち消し合うように、前記スナバコンデンサの静電容量と前記スナバダイオードの接合容量とが調整された燃料電池システム。
この燃料電池システムによると、通電停止後に、スナバコンデンサに充電電荷が残らない。
【００１２】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、ソフトスイッチング方法および装置、電力変換システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施例として車両に搭載された燃料電池システム１０の構成を説明する説明図である。
【図２】ソフトスイッチングコンバータ５０の回路構成を示す説明図である。
【図３】ソフトスイッチング処理を説明する状態遷移図である。
【図４】ソフトスイッチング処理における初期状態を説明する説明図である。
【図５】ソフトスイッチング処理におけるモード１を説明する説明図である。
【図６】ソフトスイッチング処理におけるモード２を説明する説明図である。
【図７】ソフトスイッチング処理におけるモード３を説明する説明図である。
【図８】ソフトスイッチング処理におけるモード４を説明する説明図である。
【図９】ソフトスイッチング処理におけるモード５を説明する説明図である。
【図１０】ソフトスイッチング処理におけるモード６を説明する説明図である。
【図１１】スナバコンデンサＣ２とスナバダイオードＤ３の関係を説明する説明図である。
【図１２】変形例２について説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）燃料電池システムの構成：
図１は、第１実施例として車両に搭載された燃料電池システム１０の構成を説明する説明図である。本実施例においては、車両の一例として、燃料電池自動車（FCHV: Fuel Cell Hyblid Vehicle）を想定しているが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。
【００１５】
燃料電池システム１０は、制御ユニット２０と、電源装置３０と、負荷ＬＯＡＤとを備える。電源装置３０は負荷ＬＯＡＤに対して直流電力を供給する。負荷ＬＯＡＤは主に車両走行用モータであり、その他の負荷として、周辺機器（照明やオーディオ等）などの負荷が含まれる。これらの負荷には直流で動作する負荷や、インバータを介して交流で動作する負荷等が含まれる。電源装置３０と制御ユニット２０とはワイヤーハーネスＷＨによって接続されている。制御ユニット２０は、例えば車両が走行中であれば、ドライバーのアクセル操作に基づいて、車両走行用モータに必要なパワーを演算し、演算結果に応じて電源装置３０から負荷ＬＯＡＤに出力する電力を制御する。電源装置３０は、燃料電池ＦＣと、ソフトスイッチングコンバータ５０を備える。
【００１６】
燃料電池ＦＣは、供給される燃料ガス（例えば水素ガス）及び酸化ガスから電力を発生する発電方式を採用しており、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）などを備えた単セルを複数、直列に積層したスタック構造を有している。燃料電池ＦＣとしてはこういった固体高分子型をはじめ、燐酸型や溶融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。ソフトスイッチングコンバータ５０は、燃料電池ＦＣから供給される直流電力の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）である。ソフトスイッチングコンバータ５０は、後述するスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２を備えており、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング動作によって負荷ＬＯＡＤに供給する電力を制御するチョッパ回路によって構成されている。
【００１７】
制御ユニット２０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。制御ユニット２０は、ソフトスイッチングコンバータ５０が備えるスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ２のスイッチングのタイミングを制御するゲート信号をソフトスイッチングコンバータ５０に向けて、上述した加速度等に基づく演算に応じて出力している。具体的には、スイッチング素子Ｓ１のスイッチングのタイミングを制御するＳ１ゲート信号と、スイッチング素子Ｓ２のスイッチングのタイミングを制御するＳ２ゲート信号とを、ワイヤーハーネスＷＨを介してソフトスイッチングコンバータ５０に向けて出力している。すなわち、制御ユニット２０は、ソフトスイッチングコンバータ５０にＳ１ゲート信号およびＳ２ゲート信号を出力することによって、電源装置３０から負荷ＬＯＡＤに供給される電力を制御する。
【００１８】
（Ａ２）ソフトスイッチングコンバータの構成・動作：
次にソフトスイッチングコンバータ５０の構成および動作について説明する。図２は、ソフトスイッチングコンバータ５０の回路構成を示す説明図である。ソフトスイッチングコンバータは、回路を構成する補助スイッチング素子（本実施例ではスイッチング素子Ｓ２）のスイッチング動作のタイミングを制御することによって、主スイッチング素子（本実施例ではスイッチング素子Ｓ１）がスイッチング動作をする際の、主スイッチング素子の両端にかかる電圧を低減し、スイッチング素子Ｓ１のスイッチングによる電力損失を低減するソフトスイッチング動作を用いたコンバータである。なお、ソフトスイッチングコンバータの詳細な動作原理については、特開２００９−１６５２４５において開示されている。
【００１９】
ソフトスイッチングコンバータ５０は、主回路５１と補助回路５２とを備えるチョッパ回路で構成されている。主回路５１は、リアクトルＬ１、ダイオードＤ５、スイッチング素子Ｓ１、ダイオードＤ４、フィルタコンデンサＣ１、平滑コンデンサＣ３、放電抵抗Ｒから構成されている。リアクトルＬ１は、一端が燃料電池ＦＣ（図１）である直流電源Ｅの正極に接続される。ダイオードＤ５は、アノードがリアクトルＬ１の他端に接続されるとともに、カソードが負荷ＬＯＡＤの一端に接続される。
【００２０】
スイッチング素子Ｓ１は、一端がリアクトルＬ１の他端に接続されるとともに、他端が直流電源Ｅの負極、および、負荷ＬＯＡＤの他極に接続され、制御ユニット２０から送信されるＳ１ゲート信号に応じてターンオン・オフ動作をする。本実施例ではスイッチング素子Ｓ１は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いる。その他、スイッチング素子Ｓ１としてはサイリスタ、ダイオード等の半導体素子を用いることもできる。スイッチング素子Ｓ１には、ダイオードＤ４がスイッチング素子Ｓ１の保護のために並列に接続される。スイッチング素子Ｓ１は、特許請求の範囲に記載の主スイッチング素子に相当する。フィルタコンデンサＣ１は、直流電源Ｅの正極−負極間に接続される。平滑コンデンサＣ３は、負荷ＬＯＡＤに並列に接続される。フィルタコンデンサＣ１および平滑コンデンサＣ３は、それぞれ、ソフトスイッチングコンバータ５０の入出力を安定化させるものである。放電抵抗Ｒは、燃料電池システム１０のシステムが停止した後に、フィルタコンデンサＣ１と平滑コンデンサＣ３に充電された電荷を放電するための抵抗である。
【００２１】
一方、補助回路５２は、リアクトルＬ２、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｓ２、ダイオードＤ２、スナバダイオードＤ３、スナバコンデンサＣ２を備える。リアクトルＬ２は、一端がリアクトルＬ１の高電位側に接続される。ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｓ２とスナバダイオードＤ３との間に接続される。スイッチング素子Ｓ２は、一端がダイオードＤ２のアノードに接続され、制御ユニット２０から送信されたＳ２ゲート信号に応じてターンオン・オフ動作する。スナバダイオードＤ３は、アノードがスイッチング素子Ｓ１の一端に接続されるとともに、カソードがスイッチング素子Ｓ２に他端に接続される。スナバコンデンサＣ２は、一端がスナバダイオードＤ３のカソードに接続されるとともに、他端がスイッチング素子Ｓ１に接続される。ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｓ２を保護するために並列に接続されている。スイッチング素子Ｓ２は、特許請求の範囲に記載の補助スイッチング素子に相当する。スナバダイオードＤ３およびスナバコンデンサＣ２は、スイッチング素子Ｓ１のオフ時に生じる過渡的な逆起電力を吸収するためのものである。
【００２２】
次にソフトスイッチングコンバータ５０のソフトスイッチング動作について説明する。図３はソフトスイッチングコンバータ５０のソフトスイッチング動作による昇圧のための１サイクルの処理（以下、「ソフトスイッチング処理」とも呼ぶ）を説明する状態遷移図である。
【００２３】
ソフトスイッチング処理は、状態Ｓ１０１〜Ｓ１０６の各処理が制御ユニット２０によって順次行われて１サイクルを形成するが、各処理によるソフトスイッチングコンバータ５０での電流、電圧の状態をそれぞれモード１〜モード６として表現し、初期状態を図４に、モード１〜モード６の状態をそれぞれ図５〜図１０に示す。以下、これらの図に基づいて、ソフトスイッチングコンバータ５０でのソフトスイッチング処理について説明する。図４〜図１０においては、図面の表示を簡潔にするため、主回路５１と補助回路５２の符号の記載は省略しているが、各モードの説明においては、各回路を引用する場合がある。
【００２４】
図３に示すソフトスイッチング処理が行われる直前の初期状態（図４参照）は、燃料電池ＦＣから負荷ＬＯＡＤに電力が供給されている状態、即ちスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がともにターンオフされることで、リアクトルＬ１、ダイオードＤ５を介して電流が負荷ＬＯＡＤ側に流れている状態である。従って、当該ソフトスイッチング処理の一サイクルが終了すると、この初期状態と同じ状態に至ることになる。
【００２５】
ソフトスイッチング処理（図３参照）において、初期状態からモード１（図５参照）の状態に遷移し、図５に示されるモード１の電流・電圧状態が形成される（状態Ｓ１０１）。具体的には、スイッチング素子Ｓ１はターンオフの状態で、スイッチング素子Ｓ２をターンオンする。このようにすると、ソフトスイッチングコンバータ５０の出口電圧ＶＨと入口電圧ＶＬの電位差によって、リアクトルＬ１及びダイオードＤ５を介して負荷ＬＯＡＤ側に流れていた電流が、補助回路５２側に徐々に移行していく。
【００２６】
モード１の状態が所定時間継続すると、ダイオードＤ５を流れる電流がゼロとなり、代わってスナバコンデンサＣ２と燃料電池ＦＣの電圧ＶＬとの電位差により、スナバコンデンサＣ２に蓄電されていた電荷が補助回路５２側に流れ込んでいく（状態Ｓ１０２：図６に示すモード２の状態）。スイッチング素子Ｓ１をターンオンするときにスイッチング素子Ｓ１に印加される電圧に影響を与えるスナバコンデンサＣ２の電荷が、モード２では補助回路５２のダイオードＤ２→スイッチング素子Ｓ２→リアクトルＬ２に流れ込むことで、スナバコンデンサＣ２にかかる電圧が低下していく。このとき、リアクトルＬ２とスナバコンデンサＣ２の半波共振により、スナバコンデンサＣ２の電圧がゼロとなるまで、電流は流れ続ける。スナバコンデンサＣ２の電荷が、スナバコンデンサＣ２と並列に接続されているスイッチング素子Ｓ１の両端の電圧を決定している。結果として、状態Ｓ１０３（図３）でのスイッチング素子Ｓ１のターンオン時には、スイッチング素子Ｓ１の両端にかかる印加電圧を下げることが可能となる。
【００２７】
更に、状態Ｓ１０３においては、スナバコンデンサＣ２の電荷が抜け切ったタイミングで、スイッチング素子Ｓ１がターンオンされ、図７に示されるモード３の電流・電圧状態が形成される。すなわち、スナバコンデンサＣ２の電圧がゼロとなった状態ではスイッチング素子Ｓ１の両端にかかる電圧もゼロとなる。そして、その状態でスイッチング素子Ｓ１をターンオンすることにより、スイッチング素子Ｓ１はゼロ電圧の状態であり、その状態から電流が流れ始めるため、スイッチング素子Ｓ１におけるスイッチングによる電力損失（以下、「スイッチング損失」とも呼ぶ）を理論上、ゼロになっている。
【００２８】
そして、状態Ｓ１０４では、状態Ｓ１０３の状態が継続することで、リアクトルＬ１に流れ込んでいく電流量を増加させて、リアクトルＬ１に蓄えられるエネルギを徐々に増やしていく。この状態が、図８に示されるモード４の電流・電圧状態である。その後、リアクトルＬ１に所望のエネルギが蓄えられた状態で、状態Ｓ１０５において、スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２をターンオフする。すると、モード２で電荷を放出して低電圧状態となっているスナバコンデンサＣ２に電荷が充電され、ソフトスイッチングコンバータ５０の出口電圧ＶＨと同電圧に至る。この状態が、図９に示されるモード５の電流・電圧状態である。そして、スナバコンデンサＣ２が電圧ＶＨになるまで電荷が充電されると、状態Ｓ１０６においてリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギが負荷ＬＯＡＤ側に解放される。この状態が、図１０に示されるモード６の電流・電圧状態である。尚、モード４の状態からモード５の状態への遷移の際、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のターンオフ時のスイッチング素子Ｓ１にかかる電圧を、スナバコンデンサＣ２により立ち上がりを遅らせられるため、スイッチング素子Ｓ１におけるテール電流によるスイッチング損失をより小さくできる。
【００２９】
上述のように状態Ｓ１０１〜Ｓ１０６の処理を一サイクルとしてソフトスイッチング処理を行うことで、ソフトスイッチングコンバータ５０におけるスイッチング損失を可及的に抑制して、燃料電池ＦＣの出力電圧を昇圧し負荷ＬＯＡＤに供給可能となる。
【００３０】
（Ａ３）システム停止後のスナバコンデンサＣ２とスナバダイオードＤ３との関係：
次に、システム停止後の燃料電池システム１０のスナバコンデンサＣ２とスナバダイオードＤ３との関係について説明する。図１１（Ａ）はシステム停止直後の燃料電池システム１０の状態を説明する説明図である。燃料電池システム１０の停止とは、燃料電池ＦＣによる発電の停止、および、スイッチング素子Ｓ１、スイッチング素子Ｓ２がスイッチング動作を停止した状態をいう。この時、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とはターンオフの状態で停止する。燃料電池システム１０が停止すると、システム稼働中に平滑コンデンサＣ３に充電された電荷は放電抵抗Ｒによって放電される。平滑コンデンサＣ３の電荷の放電に伴い、出口電圧ＶＨは除々に低下していく。そして、ＶＨ＝ＶＬまで低下すると、ダイオードＤ５がオンになり、フィルタコンデンサＣ１に充電されていた電荷も除々に放電抵抗Ｒによって放電される。
【００３１】
一方、スナバコンデンサＣ２はスナバダイオードＤ３のカソード側と接続されており、かつ、スイッチング素子Ｓ２がターンオフされた状態になっているので、スナバコンデンサＣ２に充電されている電荷は放電抵抗Ｒへと放電されることはない。そこで、本実施例の燃料電池システム１０では、スナバダイオードＤ３のリカバリ特性を利用してフィルタコンデンサＣ１の充電電荷を放電している。以下、詳しく説明する。
【００３２】
一般に、ダイオードは順バイアスを印加した状態から逆バイアスを印加すると、蓄積されたキャリア（電荷）によって、見かけ上、逆バイアス方向に電流が流れる。このようなダイオードの特性をリカバリ特性と言う。本実施例では、ダイオードのリカバリ特性を利用してスナバコンデンサＣ２に充電された電荷を放電するために、ソフトスイッチング処理の際にスナバコンデンサＣ２に充電された最大電荷量を打ち消すだけの電荷と略等しい電荷を、システム停止直後のスナバダイオードＤ３が蓄積していることを条件として回路を設計した。
【００３３】
ソフトスイッチング処理中にスナバコンデンサＣ２に印加される電圧は上記ソフトスイッチング処理で説明したように出口電圧ＶＨである。また、出口電圧ＶＨは、負荷ＬＯＡＤが要求する電力量によって常時変化するが、出力電圧ＶＨの最大値（以下、最大出口電圧ＶＨｍａｘとも呼ぶ）は、燃料電池システム１０の仕様や負荷の要求電力によって決定することができる。従って、システム停止直後にスナバコンデンサＣ２に充電される最大電荷量ＱＣ２ｍａｘは、スナバコンデンサＣ２の静電容量をＣＣ２とすると、ＱＣ２ｍａｘ＝ＶＨｍａｘ×ＣＣ２として算出することができる。
【００３４】
次に、スナバダイオードＤ３がリカバリ特性によって、スナバコンデンサＣ２の充電電荷の放電（打ち消し）可能な電荷量について説明する。図１１（Ｂ）（Ｃ）はスナバダイオードＤ３のリカバリ特性を説明する説明図である。仮に、図１１（Ｂ）に示すように、システム停止前にスナバダイオードＤ３のアノード側の電位がＶＨｍａｘであった場合、スナバコンデンサＣ２にはＶＨｍａｘ×ＣＣ２の電荷が充電されている。その状態でシステムが停止すると、システム停止直後には、スイッチング素子Ｓ１による昇圧は停止するため、また、フィルタコンデンサＣ１に充電されている充電電荷の影響で、スナバダイオードＤ３のアノード側電位は直ちに入口電圧ＶＬとなる（図１１（Ｃ）参照）。
【００３５】
一方、スナバダイオードＤ３のカソード側の電位は、スナバコンデンサＣ２にＣＣ２×ＶＨｍａｘの電荷が充電されているのでＶＨｍａｘである。つまり、システム停止直後には、スナバダイオードＤ３に逆バイアスとして、ＶＨｍａｘ−ＶＬが印加される。従って、システム停止直後にスナバダイオードＤ３に蓄積されている電荷は、スナバダイオードＤ３の接合容量をＣＤ３とすると、ＣＤ３×（ＶＨｍａｘ−ＶＬ）として算出できる。入口電圧ＶＬはソフトスイッチング処理の１サイクル中で常時変化し、仮に、その最大値（以下、最大入口電圧ＶＬｍａｘとも呼ぶ）の状態でシステムが停止すると、リカバリ特性として機能するスナバダイオードＤ３の蓄積電荷はＣＤ３×（ＶＨｍａｘ−ＶＬｍａｘ）となる。この状態は、スナバコンデンサＣ２にＱＣ２ｍａｘが充電された状態での、スナバダイオードＤ３の蓄積電荷量としては最小電荷量である。
【００３６】
従って、本実施例における燃料電池システム１０では、下記式（１）に示したように、「スナバコンデンサＣ２に充電される最大電荷量よりも、スナバダイオードＤ３の最小蓄積電荷量が大きい」と言う条件で、スナバコンデンサＣ２の静電容量ＣＣ２と、スナバダイオードＤ３の接合容量ＣＤ３とを調整・決定し、その条件に沿ったスナバコンデンサＣ２とスナバダイオードＤ３を備える。結果として、ソフトスイッチング処理（図３参照）のサイクルにおける、どの状態で燃料電池システム１０が停止しても、スナバコンデンサＣ２の充電電荷はスナバダイオードＤ３の蓄積電荷によって放電（打ち消し）が可能である。
【００３７】
ＣＣ２×ＶＨｍａｘ＜ＣＤ３×（ＶＨｍａｘ−ＶＬｍａｘ）…（１）
【００３８】
式（１）では「スナバコンデンサＣ２に充電される最大電荷量よりも、スナバダイオードＤ３の最小蓄積電荷量が大きい」としたが、「スナバコンデンサＣ２に充電される最大電荷量と、スナバダイオードＤ３の最小蓄積電荷量が等しい」としてもよい。また、温度や製品の仕様のバラツキで、必ずしもスナバコンデンサＣ２の電荷がゼロにならず、差し支えない程度に若干の電荷が残るという概念も含む。よってスナバコンデンサＣ２に残る電荷を「ΔＱ」とし、下記式（２）のように表現することもできる。
【００３９】
ＣＤ３×（ＶＨｍａｘ−ＶＬｍａｘ）−ＶＨｍａｘ×ＣＣ２＝ΔＱ…（２）
−ε１≦ΔＱ≦ε２
【００４０】
以上説明したように、燃料電池システム１０は、式（１）の条件を満たすような静電容量ＣＣ２と接合容量ＣＤ３とを有する、スナバコンデンサＣ２とスナバダイオードＤ３とを備える。上記の式（１）は「スナバコンデンサＣ２に充電される最大電荷量よりも、スナバダイオードＤ３の最小蓄積電荷量が大きい」と言う条件を意味している。従って、燃料電池システム１０がいかなる状態で停止したとしても、スナバコンデンサＣ２の充電電荷は、システム停止直前にスナバダイオードＤ３に蓄積されていた電荷によって放電され（打ち消され）、スナバコンデンサＣ２の充電電荷をゼロとすることが可能である。
【００４１】
特許請求の範囲との対応関係としては、静電容量ＣＣ２が特許請求の範囲に記載のＣＣに相当し、接合容量ＣＤ３が特許請求の範囲に記載のＣＤに相当し、ＶＨｍａｘが特許請求の範囲に記載のＶ１に相当し、（ＶＨｍａｘ−ＶＬｍａｘ）が特許請求の範囲に記載のＶ２に相当する。
【００４２】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４３】
（Ｂ１）変形例１：
上記実施例では、式（１）の条件に基づいて、静電容量ＣＣ２と接合容量ＣＤ３とを調整・決定したが、それに限ることなく、スナバ回路を備える回路のシステム停止後に、スナバコンデンサＣ２の充電電荷をスナバダイオードＤ３のリカバリ特性によって打ち消すように静電容量ＣＣ２と接合容量ＣＤ３とを決定するのであれば、他の条件によって静電容量ＣＣ２と接合容量ＣＤ３とを決定してもよい。例えば、システム停止後にスナバダイオードＤ３のアノード側の電位が直ちにゼロとなるような回路構成のスナバ回路の場合は、スナバコンデンサＣ２にかかる最大電圧と、その時にスナバダイオードＤ３にかかる最小電圧とは等しいので、スナバコンデンサＣ２の充電電荷を、スナバダイオードＤ３のリカバリ特性で打ち消す条件は静電容量ＣＣ２≦ＣＤ３となる。このように、様々なスナバ回路の回路構成に合わせて条件を設定し、静電容量ＣＣ２と接合容量ＣＤ３とを調整するとしても、上記実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【００４４】
（Ｂ２）変形例２：
上記実施例では、図２に示した回路構成のスナバ回路を例に説明したが、これに限らず、スナバダイオードのカソード側にスナバコンデンサが接続された種々の回路構成のスナバ回路に適用可能である。例えば、図１２に示した回路構成のスナバ回路に適用することができる。この場合、スナバダイオードＤ３ａの接合容量ＣＤ３ａと、スナバコンデンサＣ２ａの静電容量ＣＣ２ａを、スナバダイオードＤ３ａのリカバリ特性による逆バイアスの蓄積電荷によって、スナバコンデンサＣ２ａの蓄積電荷を放電（打ち消す）するように調整することで、システム停止後に、スナバコンデンサＣ２ａの充電電荷を放電することが可能である。
【００４５】
その他、スナバ回路のカソード側にスナバコンデンサが接続されたものとして、上記説明したＤＣ／ＤＣコンバータや、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＰＦＣ回路（power factor Correction回路：力率改善回路）、ＵＰＳ（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置）、パワーコンディショナ、周波数変換装置等に用いることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…燃料電池システム
２０…制御ユニット
３０…電源装置
５０…ソフトスイッチングコンバータ
５１…主回路
５２…補助回路
ＬＯＡＤ…負荷
Ｒ…放電抵抗
Ｅ…直流電源
Ｓ１…主スイッチング素子
Ｓ２…補助スイッチング素子
Ｌ１…リアクトル
Ｌ２…リアクトル
Ｃ１…フィルタコンデンサ
Ｃ２…スナバコンデンサ
Ｃ３…平滑コンデンサ
Ｄ１…ダイオード
Ｄ２…ダイオード
Ｄ３…スナバダイオード
Ｄ４…ダイオード
Ｄ５…ダイオード
ＦＣ…燃料電池
ＷＨ…ワイヤーハーネス
ＶＨ…出口電圧
ＶＬ…入口電圧
Ｃ２ａ…スナバコンデンサ
Ｄ３ａ…スナバダイオード
【図１】
2011250506.tif 000003
【図２】
2011250506.tif 000004
【図３】
2011250506.tif 000005
【図４】
2011250506.tif 000006
【図５】
2011250506.tif 000007
【図６】
2011250506.tif 000008
【図７】
2011250506.tif 000009
【図８】
2011250506.tif 000010
【図９】
2011250506.tif 000011
【図１０】
2011250506.tif 000012
【図１１】
2011250506.tif 000013
【図１２】
2011250506.tif 000014