(57)【要約】【課題】スイッチ素子のスイッチング損失を低減させるアクティブクランプ型電力変換装置を提供する。【解決手段】一次側と二次側とを結合し、一次巻線の一端が入力直流電源５０１の出力端子に接続されたトランス５０２と、一次巻線の他端に接続され、一次巻線に流れる電流を断続する第１のスイッチ素子５３１と、一次巻線に並列に接続され、第２のスイッチ素子５２２と第３のコンデンサ５３３とから成り、第２のスイッチ素子が第１のスイッチ素子に接続され、第３のコンデンサが一次巻線に接続された直列回路と、第１のスイッチ素子に並列の第１のコンデンサ５３１と、第２のスイッチ素子に並列の第２のコンデンサ５３２と、第２のスイッチ素子のスイッチ駆動電源回路５５２と、第３のコンデンサと第２のスイッチ素子との接続点との間に接続され、インダクタ１０１とダイオード１０２とが直列に接続された回路１１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力直流電源が接続される一次側と所定電圧の直流電圧を出力する二次側とを結合し、一次巻線の一端が前記入力直流電源の出力端子に接続されたトランスと、
前記一次巻線の他端に接続され、前記入力直流電源から前記一次巻線に流れる電流を断続する第１のスイッチ素子と、
前記一次巻線に並列に接続された、第２のスイッチ素子と第３のコンデンサとの直列回路であって、前記第２のスイッチ素子が前記第１のスイッチ素子に接続され、前記第３のコンデンサが前記一次巻線に接続された前記直列回路と、
前記第１のスイッチ素子に並列に接続された第１のコンデンサと、
前記第２のスイッチ素子に並列に接続された第２のコンデンサと、
前記第２のスイッチ素子のスイッチ駆動電源回路と、前記第３のコンデンサと前記第２のスイッチ素子との接続点との間に接続された回路であって、インダクタとダイオードとが直列に接続された回路と、
を備えたことを特徴とするアクティブクランプ型電力変換装置。
【請求項２】
前記回路は、前記インダクタと前記ダイオードとにさらに直列に接続された第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子のオン／オフを制御する遅延回路とを備え、
前記遅延回路は、前記第２のスイッチ素子のオン／オフを制御する制御信号に所定の遅延を与えて前記第３のスイッチ素子のオン／オフを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のアクティブクランプ型電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータ等として用いられる電力変換装置であって、アクティブクランプ回路を備えたアクティブクランプ型電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置として、入力側と出力側とをトランスで結合し、該トランスの一次巻線の電流をスイッチ素子で周期的に高速に断続し、該トランスの二次巻線から所定の直流電圧を取出す絶縁型電力変換装置が知られている。
【０００３】
このような電力変換装置では、スイッチ素子を高速にオン／オフさせるため、オン／オフ切替時にスイッチング損失が生じる。スイッチング損失は、スイッチ素子の電圧又は電流がゼロとなった状態でスイッチングを行うソフトスイッチング（ＺＶＳ：Zero Voltage Switching，ＺＣＳ：Zero Current Switching）により低減することができる。
【０００４】
ソフトスイッチングによりスイッチング損失等の低減を図る電力変換装置として、アクティブクランプ型電力変換装置が提案されている。アクティブクランプ型電力変換装置は、一次側の半導体素子の個数が少なく、整流ダイオードの電圧が比較的低いという特徴を有する。
【０００５】
図５は、従来のアクティブクランプ型電力変換装置の構成例を示す。図５に示すアクティブクランプ型電力変換装置５００は、入力直流電源５０１、トランス５０２、整流回路５０３、平滑回路５０４、制御部５１０、第１及び第２の絶縁回路５１１、５１２、第１及び第２のスイッチ駆動回路５１３、５１４、第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２、第１、第２及び第３のコンデンサ５３１、５３２、５３３、外部インダクタ５４２、交流生成部５５０、第１及び第２のスイッチ駆動電源回路５５１、５５２等を備える。
【０００６】
図５に示すように、トランス５０２の一次巻線は、入力直流電源５０１に接続され、該一次巻線に直列に接続された第１のスイッチ素子（メインスイッチ素子）５２１のオン／オフ制御により、該一次巻線に流れる電流は周期的に断続される。該電流の断続により、トランス５０２の二次巻線には、交流電圧が誘起される。
【０００７】
トランス５０２の二次巻線の交流電圧は、整流回路５０３で直流に整流され、平滑回路５０４により平滑されて、所定の直流電圧として外部へ出力される。その出力電圧Ｖｏｕｔは、図示省略の帰還回路を介して制御部５１０に帰還される。制御部５１０は、第１及び第２の絶縁回路５１１、５１２を介して、第１及び第２スイッチ駆動回路５１３、５１４に、各スイッチ素子５２１、５２２のオン／オフ制御のパルス信号を送出する。
【０００８】
第１及び第２スイッチ駆動回路５１３、５１４は、制御部５１０からのパルス信号に従って、それぞれ、第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２のゲートに所定電圧及び所定時間幅のパルス信号を印加し、第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２をオン／オフさせる。
【０００９】
制御部５１０は、帰還される出力電圧Ｖｏｕｔを基に、該出力電圧Ｖｏｕｔが所定の目標値となるように、第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２のオン／オフ制御のパルス信号のデューティ比を制御して、第１及び第２スイッチ駆動回路５１３、５１４に該パルス信号を送出する。
【００１０】
第２のスイッチ素子（リセットスイッチ素子）５２２と第３のコンデンサ５３３とは、アクティブクランプ回路を構成し、該アクティブクランプ回路は、第２のスイッチ駆動回路５１４からのオン／オフ制御信号に従って、第２のスイッチ素子５２２が導通したときに、トランス５０２の一次巻線に介入し、電圧クランプ（トランス５０２のリセット）を行う。
【００１１】
図６は、図５の回路構成例の要部の一動作例を示し、（ａ）は第１のスイッチ素子５２１のオン／オフの動作波形、（ｂ）は第２のスイッチ素子５２２のオン／オフの動作波形、（ｃ）は第１のスイッチ素子５２１のＭＯＳ−ＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）のドレイン電圧Ｖｄｓの波形例を示す。
【００１２】
図６に示すように、トランス５０２の一次巻線に直列に介在する第１のスイッチ素子５２１と、アクティブクランプ回路の第２のスイッチ素子５２２は、両者が共にオフとなる休止時間（デッドタイム）を置きながら、相補的に交互にオン／オフ制御される。
【００１３】
第１のスイッチ素子５２１がオンし、第２のスイッチ素子５２２がオフの期間Ｔ１では、入力直流電源５０１からの電流が、トランス５０２の一次巻線に第１のスイッチ素子５２１を介して流れ、トランス５０２の二次巻線に誘起電圧が発生し、該誘起電圧が整流回路５０３及び平滑回路５０４を通って直流電圧として出力される。
【００１４】
次に第１のスイッチ素子５２１がオフし、第２のスイッチ素子５２２がオフの期間Ｔ２では、トランス５０２の一次巻線に流れ込んだ電流により第１のコンデンサ５３１が充電され、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓが上昇する。
【００１５】
また、この期間Ｔ２では、トランス５０２の一次巻線からの電流が、第２のスイッチ素子５２２のＭＯＳ−ＦＥＴ内蔵ダイオードを通して、第３のコンデンサ５３３にも流れ、第３のコンデンサ５３３が充電される。
【００１６】
したがって、次の期間Ｔ３で第２のスイッチ素子５２２がターンオンするタイミングでは、第２のスイッチ素子５２２のＭＯＳ−ＦＥＴ内蔵ダイオードに電流が流れているため、第２のスイッチ素子５２２のドレイン・ソース間電圧が略ゼロの状態で、第２のスイッチ素子５２２がオンになる。そのため、第２のスイッチ素子５２２では、スイッチング損失は生じない。
【００１７】
次に第１のスイッチ素子５２１がオフで、第２のスイッチ素子５２２がオンしている期間Ｔ３の前半では、トランス５０２の一次巻線からの電流が、第２のスイッチ素子５２２を介して第３のコンデンサ５３３に流れ、その結果、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓの上昇がクランプされる。また、期間Ｔ３の後半では、第３のコンデンサ５３３に充電された電荷が逆方向にトランス５０２の一次巻線に放出され、トランス５０２の磁化がリセットされる。
【００１８】
次に第１のスイッチ素子５２１がオフで、第２のスイッチ素子５２２がオフしている期間Ｔ４では、第１のコンデンサ５３１に充電された電荷がトランス５０２の一次巻線により引き抜かれ、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓが低下する。
【００１９】
なお、上述の動作は、アクティブクランプ型電力変換装置５００が起動された直後の初期状態時か定常状態時かに応じて、或いは負荷電流等に応じて、第３のコンデンサ５３３に蓄積される電荷量が異なるため、必ずしも上述のとおり動作するとは限らず、上述の説明は一典型動作例の説明である。
【００２０】
そして、第１のスイッチ素子５２１のスイッチング損失を低減させるために、期間Ｔ４の終了タイミングで、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓがゼロとなるように低下させ、次の期間Ｔ１の開始のタイミングで、第１のスイッチ素子５２１をターンオンさせる種々の手法が試みられている。
【００２１】
その手法の一つとして、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓがゼロとなるタイミングを検出し、該タイミングを期間Ｔ４の終了タイミングとさせる手法等が提案されている。或いは、トランス５０２の回路定数を変更したり、トランス５０２の漏れインダクタンス５４１のほかに外部インダクタ５４２を追加したりして、第１のコンデンサ５３１に充電された電荷をより多く引き抜き、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓを低下させる手法等が試みられている。
【００２２】
なお、第１及び第２のコンデンサ５３１、５３２は、第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２がオフする瞬間に、トランス５０２の一次巻線に発生する逆起電力のサージ電圧等を吸収するために外付けのコンデンサとして設けられているが、その容量は第３のコンデンサ５３３に比べて十分小さい。
【００２３】
また、第１及び第２スイッチ駆動回路５１３、５１４のそれぞれに対して、スイッチ素子のオン／オフ制御電圧を供給する第１及び第２のスイッチ駆動電源回路５５１、５５２が備えられる。第１及び第２のスイッチ駆動電源回路５５１、５５２は、本電力変換装置５００の二次側から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを元に、交流生成部５５０により発生される第１及び第２の交流電圧を、それぞれダイオードにより整流し、コンデンサにより平滑し、直流電圧を発生する。
【００２４】
交流生成部５５０のトランスの一次巻線の電流は、制御部５１０から出力されるパルス信号によってオン／オフが制御されるスイッチ素子により断続される。制御部５１０は、図示省略の帰還回路を介して第１及び第２のスイッチ駆動電源回路５５１、５５２の出力電圧が帰還され、該出力電圧が所定の電圧となるように、該パルス信号のデューティ比を制御する。
【００２５】
本発明に関連する先行技術文献として、素子のバラツキや変動要因に影響されることなく、スイッチング損失の低減を図るアクティブクランプ型電力変換装置に関して下記の特許文献１等に記載されている。また、スイッチ素子のＭＯＳ−ＦＥＴに内蔵される環流ダイオードの逆回復損失を低減する電力変換装置に関して、下記の特許文献２等に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開２０００−９２８２９号公報
【特許文献２】特開２００７−２５２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
アクティブクランプ型電力変換装置は、トランス５０２、整流回路５０３及び平滑回路５０４等の小型化のために、高周波スイッチングで動作される。高周波スイッチングで動作させると、前述したようにトランス５０２の一次側のスイッチ素子のスイッチング損失が大きくなる。
【００２８】
スイッチング損失を低減するソフトスイッチング（ＺＶＳ）は、第２のスイッチ素子５２２に対しては容易に実施可能であるが、第１のスイッチ素子５２１のターンオン時のソフトスイッチング（ＺＶＳ）は困難である。
【００２９】
第１のスイッチ素子５２１のターンオン時のソフトスイッチング（ＺＶＳ）が困難である理由について説明する。第１のスイッチ素子５２１に並列に接続された第１のコンデンサ５３１は、第１のスイッチ素子５２１のオフの期間（図６の期間Ｔ３）に充電されて、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓが上昇する。
【００３０】
しかし、第２のスイッチ素子５２２のターンオフ後、第１のスイッチ素子５２１のターンオン前の期間（図６の期間Ｔ４）に、第１のコンデンサ５３１に充電された全電荷を放電させる電流を十分流すことが困難であるため、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓを低減させることが困難なこととなる。
【００３１】
従来のアクティブクランプ型電力変換装置では、第１のコンデンサ５３１を放電させる電流は、トランス５０２の励磁電流のみであり、該励磁電流を大きくするためには、トランス５０２の励磁インダクタンスを下げることが必要となり、励磁インダクタンスを下げると、トランス５０２の損失増大につながってしまう。
【００３２】
従来のアクティブクランプ型電力変換装置では、入力直流電源５０１の電圧が高いときに、第１のスイッチ素子５２１のソフトスイッチング（ＺＶＳ）を行うことができなくなり、大きなスイッチング損失が発生する。それにより効率が低下し、第１のスイッチ素子５２１の発熱が大きくなる。
【００３３】
本発明は、第２のスイッチ素子５２２のターンオフ後、第１のスイッチ素子５２１のターンオン前に、第１のスイッチ素子５２１に並列に接続された第１のコンデンサ５３１の電圧、即ち、第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧を短時間で低減させ、第１のスイッチ素子５２１のスイッチング損失を低減させることができるアクティブクランプ型電力変換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】
【００３４】
上記課題を解決するアクティブクランプ型電力変換装置は、入力直流電源が接続される一次側と所定電圧の直流電圧を出力する二次側とを結合し、一次巻線の一端が前記入力直流電源の出力端子に接続されたトランスと、前記一次巻線の他端に接続され、前記入力直流電源から前記一次巻線に流れる電流を断続する第１のスイッチ素子と、前記一次巻線に並列に接続された、第２のスイッチ素子と第３のコンデンサとの直列回路であって、前記第２のスイッチ素子が前記第１のスイッチ素子に接続され、前記第３のコンデンサが前記一次巻線に接続された前記直列回路と、前記第１のスイッチ素子に並列に接続された第１のコンデンサと、前記第２のスイッチ素子に並列に接続された第２のコンデンサと、前記第２のスイッチ素子のスイッチ駆動電源回路と、前記第３のコンデンサと前記第２のスイッチ素子との接続点との間に接続された回路であって、インダクタとダイオードとが直列に接続された回路と、を備える。
【００３５】
また、前記回路は、前記インダクタと前記ダイオードとにさらに直列に接続された第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子のオン／オフを制御する遅延回路とを備え、前記遅延回路は、前記第２のスイッチ素子のオン／オフを制御する制御信号に所定の遅延を与えて前記第３のスイッチ素子のオン／オフを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、第２のスイッチ素子のターンオフ後、第１のスイッチ素子のターンオン前に、第２のスイッチ素子のスイッチ駆動電源回路と、第３のコンデンサと第２のスイッチ素子との接続点との間に接続された、インダクタとダイオードの回路から、第２のスイッチ素子に並列に接続された第２のコンデンサに電流を流すことにより、第１のスイッチ素子に並列に接続された第１のコンデンサの電圧、即ち、第１のスイッチ素子のドレイン電圧を短時間で低下させ、第１のスイッチ素子のスイッチング損失を低減させることができる。それにより、回路の高効率化、高速化、小型化、第１のスイッチ素子に要求される規格等の緩和による低コスト化等を図ることができる。
【００３７】
また、第１のスイッチ素子がオンになる前に、インダクタとダイオードの回路から、第２のスイッチ素子のＭＯＳ−ＦＥＴ内蔵ダイオードに逆方向に電流を流すことにより、第１のスイッチ素子をオンしたときに、第２のスイッチ素子のＭＯＳ−ＦＥＴ内蔵ダイオードに逆方向回復時間に流れる逆方向電流による短絡接続状態を回避することができ、第１及び第２のスイッチ素子の破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態のアクティブクランプ型電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】追加回路を備えたアクティブクランプ型電力変換装置の等価回路を示す図である。
【図３】第１、第２及び第３のスイッチ素子のオン／オフのタイミングと、追加回路の動作モードを示す図である。
【図４】第１及び第２のコンデンサの電圧波形を示す図である。
【図５】従来のアクティブクランプ型電力変換装置の構成例を示す図である。
【図６】図５の回路構成例の要部の一動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下図面に基づいて実施形態について詳細に説明する。図１は本実施形態のアクティブクランプ型電力変換装置の構成例を示す。なお、図５を参照して説明したアクティブクランプ型電力変換装置と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００４０】
本実施形態のアクティブクランプ型電力変換装置１００は、図５に示したアクティブクランプ型電力変換装置５００に、インダクタ１０１及びダイオード１０２の直列回路を少なくとも有する追加回路１１０を設けたものである。
【００４１】
該追加回路１１０は、第２のスイッチ素子５２２のオン／オフを制御する第２のスイッチ駆動回路５１４にオン／オフ制御電圧を供給する第２のスイッチ駆動電源回路５５２の直流電圧出力端子と、第２のスイッチ素子５２２のドレイン端子との間に設けられる。
【００４２】
さらに、追加回路１１０には、インダクタ１０１及びダイオード１０２の直列回路に第３のスイッチ素子１０３を直列に設け、該第３のスイッチ素子１０３のターンオンのタイミングを調整する遅延回路１０４を設ける構成としてもよい。
【００４３】
遅延回路１０４は、第２のスイッチ素子５２２のオン／オフを制御する制御信号を入力し、該制御信号を所定時間遅延させたパルス信号を第３のスイッチ素子１０３のゲートに印加する。したがって、第３のスイッチ素子１０３を、第２のスイッチ素子５２２より、遅延回路１０４による遅延時間分だけ遅れてオン／オフさせることができる。
【００４４】
追加回路１１０のインダクタ１０１には、第２のスイッチ素子５２２がオン状態（図６の期間Ｔ３）になると、第２のスイッチ駆動電源回路５５２から、オン状態の第３のスイッチ素子１０３及びダイオード１０２を介して電流が流れ、第２のスイッチ素子５２２がオンの期間中、インダクタ１０１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００４５】
そして、第２のスイッチ素子５２２がターンオフした後（図６の期間Ｔ４）も、インダクタ１０１に蓄積された電磁エネルギーによる電流が、自己誘導により第２のコンデンサ５３２に流れる。追加回路１１０のインダクタ１０１からの電流が第２のコンデンサ５３２に流れる分、第２のコンデンサ５３２の両端の端子間電圧が増大する。
【００４６】
そうすると、第２のコンデンサ５３２の両端の端子間電圧の増大分、第１のコンデンサ５３１の両端の端子間電圧を減少させるよう、第１のコンデンサ５３１に蓄積された電荷が、トランス５０２の一次巻線により引き抜かれ、その結果、第１のコンデンサ５３１の両端の端子間電圧が減少し、第１のスイッチ素子５３１のドレイン電圧Ｖｄｓが低減する。
【００４７】
つまり、第２のスイッチ素子５２２がオンの期間中（図６の期間Ｔ３）に、追加回路１１０のインダクタ１０１に蓄積される電磁エネルギーを適正に調整し、インダクタ１０１に蓄積された電磁エネルギーによる電流を、第２のスイッチ素子５２２のターンオフ後、第１のスイッチ素子５２１のターンオン前の期間（図６の期間Ｔ４）に、第２のコンデンサ５３２に流すことにより、第１のスイッチ素子５３１のドレイン電圧Ｖｄｓをゼロに低減させることができる。
【００４８】
期間Ｔ３にインダクタ１０１に蓄積される電磁エネルギーは、インダクタ１０１のインダクタンスを適正に選定するか、或いは、遅延回路１０４の遅延時間を適正に制御することにより、調整することができる。追加回路１１０は、昇圧回路と同様である。
【００４９】
図２に追加回路１１０を備えたアクティブクランプ型電力変換装置１００の等価回路を示す。図２に示すように、第２のスイッチ駆動電源回路５５２は、直流源と見做すことができる。そして、図２に矢印線２０１で示すように、直流源５５２からインダクタ１０１、オン状態の第３のスイッチ素子１０３、ダイオード１０２及び第２のスイッチ素子５２２を通して電流が流れ、インダクタ１０１に電磁エネルギーが蓄積される。第２のスイッチ素子５２２がターンオフした後も、インダクタ１０１に蓄積された電磁エネルギーによる電流は、自己誘導により第２のコンデンサ５３２に流れる。
【００５０】
図２の矢印線２０２は、図６の期間Ｔ２及び期間Ｔ３の前半で第３のコンデンサ５３３に充電された電荷が、図６の期間Ｔ３の後半で逆方向に第２のスイッチ素子５２２を通してトランス５０２の一次巻線に放出され、また、図６の期間Ｔ４で第２のコンデンサ５３２を通してトランス５０２の一次巻線に放出されるときの電流を示している。
【００５１】
図２の矢印線２０３は、インダクタ１０１に蓄積された電磁エネルギーによる電流が、図６の期間Ｔ４で、第２のコンデンサ５３２に流れ、第２のコンデンサ５３２の両端の端子間電圧が増大する分、第１のコンデンサ５３１の両端の端子間電圧を減少させるよう、第１のコンデンサ５３１の電荷が、トランス５０２の一次巻線により引き抜かれる電流を示している。
【００５２】
図３は、第１、第２及び第３のスイッチ素子５２１、５２２、１０３のオン／オフのタイミングと、追加回路１１０の動作モードを示す。（ａ）は、第２のスイッチ素子５２２のオン／オフの動作波形を示し、（ｂ）は、第３のスイッチ素子１０３のオン／オフの動作波形を示し、（ｃ）は、第１のスイッチ素子５２１のオン／オフの動作波形を示している。
【００５３】
図３（ｂ）に示すように、第３のスイッチ素子１０３は、第２のスイッチ素子５２２に対して、遅延回路１０４による遅延時間分遅れてオン／オフする。第２のスイッチ素子５２２がオンで、第３のスイッチ素子１０３がオフのときの動作をモード１とする。
【００５４】
また、第２のスイッチ素子５２２がオンで、第３のスイッチ素子１０３がオンのときの動作をモード２とする。なお、第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２は相補的にオン／オフするので、第２のスイッチ素子５２２がオン状態のときのモード１及びモード２では、第１のスイッチ素子５２１は、オフ状態である。
【００５５】
また、第２のスイッチ素子５２２がオフで、第３のスイッチ素子１０３がオンの状態のときの動作をモード３とする。このモード３の期間は、図６の期間Ｔ４（第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２が共にオフとなる期間）と重複する。モード３の期間と図６の期間Ｔ４とは、一致しても一致しなくてもよく、いずれか一方が他方より長い又は短い期間であってもよい。
【００５６】
また、第２のスイッチ素子５２２がオフで、第３のスイッチ素子１０３がオフの状態のときの動作をモード４とする。第１のスイッチ素子５２１は、モード４の開始の前にターンオンしても、また、モード４の開始の後にターンオンしてもよい。図３（ｄ）は、追加回路１１０のモード１の動作を示し、モード１では、第３のスイッチ素子１０３がオフの状態であるため、追加回路１１０には電流は流れない。
【００５７】
図３（ｅ）は、追加回路１１０のモード２の動作を示し、モード２では、第３のスイッチ素子１０３がオンの状態となるので、矢印線２０１で示すように、直流源５５２からインダクタ１０１、第３のスイッチ素子１０３、ダイオード１０２及び第２のスイッチ素子５２２を通して電流が流れ、インダクタ１０１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００５８】
図３（ｆ）は、追加回路１１０のモード３の動作を示し、モード３では、第３のスイッチ素子１０３がオンのままだが、第２のスイッチ素子５２２がオフの状態となるので、インダクタ１０１に蓄積された電磁エネルギーにより、第２のコンデンサ５３２に電流が流れる。
【００５９】
図３（ｇ）は、追加回路１１０のモード４の動作を示し、モード４では、第３のスイッチ素子１０３がオフとなるので、追加回路１１０には電流が流れない。モード４の終了時に第１のスイッチ素子５２１はターンオフし、休止時間（デッドタイム）を置いた後、第２のスイッチ５２２がターンオンし、再びモード１の動作が開始する。
【００６０】
図４は、第１及び第２のコンデンサ５３１、５３２の電圧波形を示す。（ａ）は第３のスイッチ素子１０３に流れる電流、（ｂ）は、第２のコンデンサ５３２に流れる電流、（ｃ）は第２のコンデンサ５３２の電圧、（ｄ）は第１のコンデンサ５３１の電圧、即ち第１のスイッチ素子５２１のドレイン電圧Ｖｄｓを示している。
【００６１】
図４において、タイミングｔ１で第２のスイッチ素子５２２がターンオフし、図３のモード２からモード３に遷移すると、図４（ａ）に示すように、インダクタ１０１に蓄積された電磁エネルギーによる電流が第３のスイッチ素子１０３に流れ、該電流は、第２のコンデンサ５３２に流れ込む。なお、ダイオード１０２が挿入されているため、第３のスイッチ素子１０３には一方向にしか電流が流れず、逆流はしない。
【００６２】
第２のコンデンサ５３２には、第２のスイッチ素子５２２がターンオフすることにより、図４（ｂ）に示すように、第３のスイッチ素子１０３から電流が流れ込む。そのため、第２のコンデンサ５３２の両端の端子間電圧が、図４（ｃ）に示すように増大する。
【００６３】
すると、第２のコンデンサ５３２の電圧の増大分、第１のコンデンサ５３１の電圧を減少させるよう、第１のコンデンサ５３１の電荷が、トランス５０２の一次巻線により引き抜かれ、その結果、第１のコンデンサ５３１の電圧が、図４（ｄ）に示すように低減し、ゼロボルトとなる。
【００６４】
第１のコンデンサ５３１の電圧、即ち第１のスイッチ素子５３１のドレイン電圧Ｖｄｓが、ゼロボルトとなっているタイミングｔ２で、第１のスイッチ素子５３１をターンオンすることにより、第１のスイッチ素子５３１のスイッチング損失が低減される。
【００６５】
次に、第２のスイッチ素子５２２のＭＯＳ−ＦＥＴ内蔵ダイオードの逆方向回復（Reverse Recovery）について説明する。一般に、ダイオードは、順方向バイアスが与えられているオン状態から、急に逆方向バイアスを与えると、オン状態のときにＰＮ接合部に蓄積されたキャリア（電子及び正孔）によって、短時間、逆方向に電流が流れる。この逆方向に電流が流れる時間は、逆方向回復時間と称される。ダイオードの逆方向回復については、前述の特許文献２等にも記載されている。
【００６６】
そのため、第２のスイッチ素子５２２をターンオフした後の図６の期間Ｔ４において、トランス５０２からの電流が、第２のスイッチ素子５２２のＭＯＳ−ＦＥＴ内蔵ダイオードに順方向に流れている場合、その状態で第１のスイッチ素子５２１をターンオンすると、第１のスイッチ素子５２１と第２のスイッチ素子５２２とが、第３のコンデンサ５３３を介して、入力直流電源５０１と短絡状態で接続されることとなり、第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２が破壊されるおそれが生じる。
【００６７】
しかし、本実施形態によれば、第２のスイッチ素子５２２のターンオフ後、第１のスイッチ素子５２１のターンオン前に、追加回路１１０により、第２のスイッチ素子５２２のＭＯＳ−ＦＥＴ内蔵ダイオードに逆方向バイアスが与えられ、残留キャリアを消滅するのに十分な電流が流れ、逆方向回復時間が経過した後に、即ち、第２のスイッチ素子５２２のＭＯＳ−ＦＥＴ内蔵ダイオードが完全に遮断状態となった後に、第１のスイッチ素子５２１がターンオンされる。
【００６８】
そのため、第１のスイッチ素子５２１と第２のスイッチ素子５２２とが、第３のコンデンサ５３３を介して、入力直流電源５０１に短絡状態で接続される現象を回避することができ、第１及び第２のスイッチ素子５２１、５２２の破壊を防止することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の改変、改造、修正が可能である。また、本発明は、上下アームを有する回路、フルブリッジ回路、ハーフブリッジ回路、双方向チョッパ回路等の電力変換装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１００  アクティブクランプ型電力変換装置
１０１  インダクタ
１０２  ダイオード
１０３  第３のスイッチ素子
１０４  遅延回路
１１０  追加回路
５０１  入力直流電源
５０２  トランス
５０３  整流回路
５０４  平滑回路
５１０  制御部
５１１、５１２  第１及び第２の絶縁回路
５１３、５１４  第１及び第２のスイッチ駆動回路
５２１、５２２  第１及び第２のスイッチ素子
５３１、５３２、５３３  第１、第２及び第３のコンデンサ
５４２  外部インダクタ
５５０  交流生成部
５５１、５５２  第１及び第２のスイッチ駆動電源回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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