(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の両端に第１スイッチ素子と第２スイッチ素子とが接続された第１直列回路と、
前記第１スイッチ素子又は前記第２スイッチ素子の両端に共振リアクトルとトランスの１次巻線と電流共振コンデンサとが接続された第２直列回路と、
前記トランスの２次巻線の両端に第１整流素子と第１同期整流素子とからなる第１同期整流スイッチ素子と倍電圧用コンデンサとが接続された第３直列回路と、
前記第１同期整流スイッチ素子の両端に第２整流素子と第２同期整流素子とからなる第２同期整流スイッチ素子と出力コンデンサとが接続された第４直列回路と、
前記出力コンデンサに発生する出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子とをオンオフさせる１次側制御を、出力電圧に応じた周波数で交互にオンオフさせる周波数変調制御と、固定周波数で交互にオンオフさせる固定周波数制御とで切替える１次側切替部と、
第１同期整流素子と第２同期整流素子とをオンオフさせる２次側制御を、前記１次側切替部によって前記１次側制御が前記周波数変調制御に切替えられている場合には、同期整流モードでオンオフさせる同期整流制御に切替え、前記１次側切替部によって前記１次側制御が前記固定周波数制御に切替えられている場合には、前記２次巻線に発生する電圧と逆極性の電圧を前記２次巻線に印加する昇圧動作モードでオンオフさせる昇圧制御に切替える２次側切替部とを具備することを特徴とする電流共振型コンバータ。
【請求項２】
出力電圧に応じて前記周波数変調制御の周波数を指示する周波数指令値を生成する周波数指令値生成部を具備し、
前記１次側切替部は、前記周波数指令値が周波数リミット値よりも高い場合に、前記１次側制御を前記周波数変調制御に切替え、前記周波数指令値が前記周波数リミット値以下である場合に、前記１次側制御を前記固定周波数制御に切替えることを特徴とする請求項１記載の電流共振型コンバータ。
【請求項３】
直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出部を具備し、
前記１次側切替部は、入力電圧が電圧リミット値よりも高い場合に、前記１次側制御を前記周波数変調制御に切替え、入力電圧が前記電圧リミット値以下である場合に、前記１次側制御を前記固定周波数制御に切替えることを特徴とする請求項１記載の電流共振型コンバータ。
【請求項４】
前記同期整流制御では、前記第１整流素子と同期させて前記第１同期整流素子をオンオフさせると共に、前記第２整流素子と同期させて前記第２同期整流素子をオンオフさせ、
前記昇圧制御では、前記第１整流素子のオンに同期させてオンさせた前記第２同期整流素子を、出力電圧に応じたオン期間でオフさせると共に、前記第２整流素子のオンに同期させてオンさせた前記第１同期整流素子を、出力電圧に応じたオン期間でオフさせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電流共振型コンバータ。
【請求項５】
前記１次側制御では、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子とを交互にデッドタイムを挟んでオンオフさせ、
前記昇圧制御では、前記第１整流素子のオン期間終了後にオンさせた前記第２同期整流素子を次のデッドタイムにオフさせ、前記第２整流素子のオン期間終了後にオンさせた前記第１同期整流素子を次のデッドタイムにオフさせることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電流共振型コンバータ。
【請求項６】
直流電源の両端に第１スイッチ素子と第２スイッチ素子とが接続された第１直列回路と
前記第１スイッチ素子又は前記第２スイッチ素子の両端に共振リアクトルとトランスの１次巻線と電流共振コンデンサとが接続された第２直列回路と、
４個の同期整流素子がブリッジ接続され、入力端子が前記トランスの２次巻線の両端に接続されたブリッジ同期整流回路と、
前記ブリッジ同期整流回路の出力端子に接続された出力コンデンサと、
前記出力コンデンサに発生する出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子とをオンオフさせる１次側制御を、出力電圧に応じた周波数で交互にオンオフさせる周波数変調制御と、固定周波数で交互にオンオフさせる固定周波数制御とで切替える１次側切替部と、
前記ブリッジ同期整流回路の前記同期整流素子をオンオフさせる２次側制御を、前記１次側切替部によって前記１次側制御が前記周波数変調制御に切替えられている場合には、同期整流モードでオンオフさせる同期整流制御に切替え、前記１次側切替部によって前記１次側制御が前記固定周波数制御に切替えられている場合には、前記２次巻線に発生する電圧と逆極性の電圧を前記２次巻線に印加する昇圧動作モードでオンオフさせる昇圧制御に切替える２次側切替部とを具備することを特徴とする電流共振型コンバータ。
【請求項７】
前記ブリッジ同期整流回路は、前記トランスの２次巻線の両端に第１整流素子と第１同期整流素子とからなる第１同期整流スイッチ素子と第２整流素子と第２同期整流素子とからなる第２同期整流スイッチ素子とが接続された第３直列回路を備え、
前記昇圧動作モードでは、前記２次側切替部は、前記第１スイッチ素子のオンに同期して前記第１同期整流素子をオンして、前記２次巻線を前記第２整流素子経由で短絡させ、前記第２スイッチ素子のオンに同期して前記第２同期整流素子をオンして、前記２次巻線を前記第１整流素子経由で短絡させることを特徴とする請求項６記載の電流共振型コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流共振型コンバータに関し、特にトランスの２次側に同期整流回路を設けた電流共振型コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスの２次側に、同期整流スイッチ素子と倍電圧用コンデンサと出力コンデンサｏとで構成された倍電圧同期整流回路を設けた電流共振型コンバータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５４７７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、従来技術では、入力がワイド入力（例えば６００Ｖ〜２００Ｖ）の場合、入力電圧が低くても共振動作を成立させるために、励磁電流を大きくする必要がある。そのため、実仕様でよく用いられる定格入力出力点において、共振に必要な励磁電流以上の電流を流すことになってしまうため、効率が低下してしまう。また、定格入出力時に効率を向上させるために高周波トランスの最適設計を行うと、ワイド入力動作ができないため、前段に昇圧コンバータが必要になってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ワイド入力対応でも、定格入力時の効率を向上させることができる電流共振型コンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電流共振型コンバータは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
本発明の電流共振型コンバータは、直流電源の両端に第１スイッチ素子と第２スイッチ素子とが接続された第１直列回路と、前記第１スイッチ素子又は前記第２スイッチ素子の両端に共振リアクトルとトランスの１次巻線と電流共振コンデンサとが接続された第２直列回路と、前記トランスの２次巻線の両端に第１整流素子と第１同期整流素子とからなる第１同期整流スイッチ素子と倍電圧用コンデンサとが接続された第３直列回路と、前記第１同期整流スイッチ素子の両端に第２整流素子と第２同期整流素子とからなる第２同期整流スイッチ素子と出力コンデンサとが接続された第４直列回路と、前記出力コンデンサに発生する出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子とをオンオフさせる１次側制御を、出力電圧に応じた周波数で交互にオンオフさせる周波数変調制御と、固定周波数で交互にオンオフさせる固定周波数制御とで切替える１次側切替部と、第１同期整流素子と第２同期整流素子とをオンオフさせる２次側制御を、前記１次側切替部によって前記１次側制御が前記周波数変調制御に切替えられている場合には、同期整流モードでオンオフさせる同期整流制御に切替え、前記１次側切替部によって前記１次側制御が前記固定周波数制御に切替えられている場合には、前記２次巻線に発生する電圧と逆極性の電圧を前記２次巻線に印加する昇圧動作モードでオンオフさせる昇圧制御に切替える２次側切替部とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明に係る電流共振型コンバータにおいて、出力電圧に応じて前記周波数変調制御の周波数を指示する周波数指令値を生成する周波数指令値生成部を具備し、前記１次側切替部は、前記周波数指令値が周波数リミット値よりも高い場合に、前記１次側制御を前記周波数変調制御に切替え、前記周波数指令値が前記周波数リミット値以下である場合に、前記１次側制御を前記固定周波数制御に切替えるようにしても良い。
さらに、本発明に係る電流共振型コンバータにおいて、直流電源からの入力電圧を検出する入力電圧検出部を具備し、前記１次側切替部は、入力電圧が電圧リミット値よりも高い場合に、前記１次側制御を前記周波数変調制御に切替え、入力電圧が前記電圧リミット値以下である場合に、前記１次側制御を前記固定周波数制御に切替えるようにしても良い。
さらに、本発明に係る電流共振型コンバータにおいて、前記同期整流制御では、前記第１整流素子と同期させて前記第１同期整流素子をオンオフさせると共に、前記第２整流素子と同期させて前記第２同期整流素子をオンオフさせ、前記昇圧制御では、前記第１整流素子のオンに同期させてオンさせた前記第２同期整流素子を、出力電圧に応じたオン期間でオフさせると共に、前記第２整流素子のオンに同期させてオンさせた前記第１同期整流素子を、出力電圧に応じたオン期間でオフさせるようにしても良い。
さらに、本発明に係る電流共振型コンバータにおいて、前記１次側制御では、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子とを交互にデッドタイムを挟んでオンオフさせ、前記昇圧制御では、前記第１整流素子のオン期間終了後にオンさせた前記第２同期整流素子を次のデッドタイムにオフさせ、前記第２整流素子のオン期間終了後にオンさせた前記第１同期整流素子を次のデッドタイムにオフさせるようにしても良い。
また、本発明に係る電流共振型コンバータは、直流電源の両端に第１スイッチ素子と第２スイッチ素子とが接続された第１直列回路と、前記第１スイッチ素子又は前記第２スイッチ素子の両端に共振リアクトルとトランスの１次巻線と電流共振コンデンサとが接続された第２直列回路と、４個の同期整流素子がブリッジ接続され、入力端子が前記トランスの２次巻線の両端に接続されたブリッジ同期整流回路と、前記ブリッジ同期整流回路の出力端子に接続された出力コンデンサと、前記出力コンデンサに発生する出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子とをオンオフさせる１次側制御を、出力電圧に応じた周波数で交互にオンオフさせる周波数変調制御と、固定周波数で交互にオンオフさせる固定周波数制御とで切替える１次側切替部と、前記ブリッジ同期整流回路の前記同期整流素子をオンオフさせる２次側制御を、前記１次側切替部によって前記１次側制御が前記周波数変調制御に切替えられている場合には、同期整流モードでオンオフさせる同期整流制御に切替え、前記１次側切替部によって前記１次側制御が前記固定周波数制御に切替えられている場合には、前記２次巻線に発生する電圧と逆極性の電圧を前記２次巻線に印加する昇圧動作モードでオンオフさせる昇圧制御に切替える２次側切替部とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明に係る電流共振型コンバータにおいて、前記ブリッジ同期整流回路は、前記トランスの２次巻線の両端に第１整流素子と第１同期整流素子とからなる第１同期整流スイッチ素子と第２整流素子と第２同期整流素子とからなる第２同期整流スイッチ素子とが接続された第３直列回路を備え、前記昇圧動作モードでは、前記２次側切替部は、前記第１スイッチ素子のオンに同期して前記第１同期整流素子をオンして、前記２次巻線を前記第２整流素子経由で短絡させ、前記第２スイッチ素子のオンに同期して前記第２同期整流素子をオンして、前記２次巻線を前記第１整流素子経由で短絡させても良い。
【０００７】
本発明によれば、ワイド入力の全てをカバーするように励磁電流を設定する必要がないため、ワイド入力対応でも、よく使用される定格入力時の効率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る電流共振型コンバータの第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。
【図３】本発明に係る電流共振型コンバータの第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る電流共振型コンバータの第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。
【図６】本発明に係る電流共振型コンバータの第４の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図７】図６の各部の信号波形及び動作波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。
【００１０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の電流共振型コンバータ１は、ワイド入力（例えば６００Ｖ〜２００Ｖ）に対応したコンバータである。電流共振型コンバータ１は、図１を参照すると、直流電源Ｖｉｎの両端には、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ１と、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ２とが直列に接続され、第１直列回路が形成されている。スイッチ素子Ｑ１のドレイン−ソース間にはダイオードＤ１とコンデンサＣ１とが並列に接続され、スイッチ素子Ｑ２のドレイン−ソース間にはダイオードＤ２とコンデンサＣ２とが並列に接続されている。ダイオードＤ１、Ｄ２は、スイッチ素子Ｑ１、スイッチ素子Ｑ２に内蔵されたダイオード、あるいは外付けされたダイオードであり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の電流の流れる向きとは逆向きになるように接続（逆並列接続）されている。コンデンサＣ１、Ｃ２はスイッチ素子Ｑ１、スイッチ素子Ｑ２の寄生容量でも良い。スイッチ素子Ｑ２の両端であるドレイン−ソース間には、共振リアクトルＬｒとトランスＴの１次巻線Ｎｐと電流共振コンデンサＣｒｉとが直列に接続され、第２直列回路が形成されている。共振リアクトルＬｒは、１次巻線Ｎｐに直列に接続されたリアクトル、あるいは、トランスＴ１の１次漏れインダクタンスである。なお、共振リアクトルＬｒと電流共振コンデンサＣｒｉの接続位置は入れ替えることも可能である。また、第２直列回路は、スイッチ素子Ｑ１の両端であるドレイン−ソース間に接続するようにしても良い。
【００１１】
トランスＴの２次巻線Ｎｓは、１次巻線Ｎｐと同方向に巻回されている。トランスＴの２次巻線Ｎｓの両端には、倍電圧用コンデンサＣ３と、整流素子であるダイオードＤ３とＮ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ３とで構成された第１同期整流スイッチ素子とが直列に接続され、第３直列回路が形成されている。そして、第１同期整流スイッチ素子の両端、すなわちスイッチ素子Ｑ３の両端であるドレイン−ソース間には、整流素子であるダイオードＤ４とＮ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ４とで構成された第２同期整流スイッチ素子と、出力コンデンサＣｏとが直列に接続され、第４直列回路が形成されている。トランスＴの２次巻線Ｎｓの一端に接続された倍電圧用コンデンサＣ３の他端には、ダイオードＤ３のカソードとスイッチ素子Ｑ３のドレインとダイオードＤ４のアノードとスイッチ素子Ｑ４のソースとが接続されている。また、ダイオードＤ４のカソードとスイッチ素子Ｑ４のドレインとは出力コンデンサＣｏの一端に接続され、ダイオードＤ３のアノードとスイッチ素子Ｑ３のソースとは、トランスＴの２次巻線Ｎｓの他端と出力コンデンサＣｏの他端に接続されている。ダイオードＤ３、Ｄ４は、スイッチ素子Ｑ３、スイッチ素子Ｑ４に内蔵されたダイオード、あるいは外付けされたダイオードである。出力コンデンサＣｏの両端には負荷ＲＬが接続されている。
【００１２】
スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフさせるゲート信号Ｑ１Ｇ〜Ｑ４Ｇを出力する制御部１０は、出力電圧ＰＩ制御部１１と、周波数リミット判定部１２と、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３と、１次側ゲート信号生成部１４と、モード切替部１５と、２次側ゲート信号生成部１６と、切替スイッチ１７とで構成されている。２次側ゲート信号生成部１６は、同期整流パルス演算部１６ａと、昇圧動作パルス演算部１６ｂとで構成されている。
【００１３】
出力電圧ＰＩ制御部１１は、出力コンデンサＣｏに発生する出力電圧を検出する出力電圧検出部としての機能と、出力電圧に応じた周波数指令値を生成する周波数指令値生成部としての機能とを備えている。周波数指令値は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオン／オフさせるスイッチング周波数を変化させて出力電圧が一定になるように制御するＰＦＭ（pulse frequency modulation）制御に用いるものである。ＰＦＭ制御は、スイッチング周波数を共振周波数付近にすると出力電圧が大きくなり、共振周波数から離れると出力電圧が小さくなる特性を利用している。従って、直流電源Ｖｉｎからの入力電圧Ｖｉｎが低くなるほど周波数指令も低くなる。
【００１４】
周波数リミット判定部１２は、出力電圧ＰＩ制御部１１によって生成された周波数指令値と所定の周波数リミット値とを比較し、比較結果と共に周波数指令値をＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３とモード切替部１５とに出力する。
【００１５】
ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３は、周波数リミット判定部１２による比較結果が、周波数指令値が周波数リミット値よりも高いことを示す場合には、出力電圧ＰＩ制御部１１によって生成された周波数指令値をスイッチング周波数とするＰＦＭ制御を１次側ゲート信号生成部１４に指示する。また、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３は、周波数リミット判定部１２による比較結果が、周波数指令値が周波数リミット値以下であることを示す場合には、予め設定された固定周波数をスイッチング周波数とするＰＷＭ（pulse width modulation）制御を１次側ゲート信号生成部１４に指示する。
【００１６】
１次側ゲート信号生成部１４は、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３からの指示に基づき、周波数指令値もしくは固定周波数でスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とを交互にオン／オフさせるゲート信号Ｑ１Ｇ、Ｑ２Ｇを生成して出力する。なお、ゲート信号Ｑ１Ｇ、Ｑ２Ｇは、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２との両方が同時にオンすることのない様にデッドタイムを有し、オンデューティは、ほぼ５０％に固定されている。
【００１７】
モード切替部１５は、周波数リミット判定部１２による比較結果に基づき、スイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４との動作モードを、同期整流動作モードと昇圧動作モードとで切替える。モード切替部１５は、周波数リミット判定部１２による比較結果が、周波数指令値が周波数リミット値よりも高いことを示す場合には、同期整流モードとして、２次側ゲート信号生成部１６の同期整流パルス演算部１６ａにスイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とをオン／オフさせるゲート信号Ｑ３Ｇ、Ｑ４Ｇの生成を指示すると共に、切替スイッチ１７を同期整流パルス演算部１６ａの出力端子側に切替える。また、モード切替部１５は、周波数リミット判定部１２による比較結果が、周波数指令値が周波数リミット値以下であることを示す場合には、昇圧動作モードとして、２次側ゲート信号生成部１６の昇圧動作パルス演算部１６ｂにスイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とをオン／オフさせるゲート信号Ｑ３Ｇ、Ｑ４Ｇの生成を指示すると共に、切替スイッチ１７を昇圧動作パルス演算部１６ｂの出力端子側に切替える。
【００１８】
２次側ゲート信号生成部１６の同期整流パルス演算部１６ａは、スイッチ素子Ｑ１のオン時刻に同期、すなわちダイオードＤ４と同期してスイッチ素子Ｑ４をオンさせるゲート信号Ｑ４Ｇを出力し、スイッチ素子Ｑ２のオン時刻に同期、すなわちダイオードＤ３と同期してスイッチ素子Ｑ３をオンさせるゲート信号Ｑ３Ｇを出力する。これにより、スイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とは、ダイオードＤ３とダイオードＤ４とに電流が流れているタイミングでオンする同期整流素子として機能し、倍電圧用コンデンサＣ３と出力コンデンサＣｏとで倍電圧同期整流回路が構成される。
【００１９】
２次側ゲート信号生成部１６の昇圧動作パルス演算部１６ｂは、スイッチ素子Ｑ１のオン時刻に同期、すなわちダイオードＤ４のオンに同期して、通常の同期整流を行うスイッチ素子Ｑ４ではなく、スイッチ素子Ｑ３をオンさせるゲート信号Ｑ３Ｇを出力し、スイッチ素子Ｑ２のオン時刻に同期、すなわちダイオードＤ３のオンに同期して、通常の同期整流を行うスイッチ素子Ｑ３ではなく、スイッチ素子Ｑ４をオンさせるゲート信号Ｑ３Ｇを出力する。トランスＴの１次側には出力電圧の巻数比（ｎ）倍が現れ、Ｖｉｎ−ｎＶ２−Ｖｒｉ（Ｖ２：トランスＴの２次側電圧、Ｖｒｉ：共振コンデンサＣｒｉの電圧）の電圧が共振リアクトルＬｒに印加される。従って、昇圧動作パルス演算部１６ｂによる制御においては、上記のｎＶ２が逆符号で印加され、共振リアクトルＬｒにかかる電圧が大きくなり、トランスＴの１次巻線Ｎｐを流れる１次側電流ＩＬの傾き（ｄｉ／ｄｔ）が増加する。つまり、回路定数の変更がなくても、励磁電流を増加させることができる。
【００２０】
図２は、昇圧動作モードにおける電流共振型コンバータ１の各部の信号波形及び動作波形が示されている。図２は、上から順に、トランスＴの１次巻線Ｎｐを流れる１次側電流ＩＬ、ゲート信号Ｑ２Ｇ、ゲート信号Ｑ１Ｇ、ゲート信号Ｑ４Ｇ、ゲート信号Ｑ３Ｇ、スイッチ素子Ｇ３を流れる電流Ｉｄ３、スイッチ素子Ｑ４を流れる電流Ｉｄ４が示されている。
【００２１】
昇圧動作モードにおいて、１次側ゲート信号生成部１４は、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３からＰＷＭ制御を指示され、固定周波数でスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とを交互にオン／オフさせるゲート信号Ｑ１Ｇ、Ｑ２Ｇを生成して出力する。
【００２２】
昇圧動作パルス演算部１６ｂは、ゲート信号Ｑ１Ｇの立ち上がり（時刻ｔ１）に同期させて、ゲート信号Ｑ３Ｇを立ち上げてスイッチ素子Ｑ３をオンさせる。これにより、スイッチ素子Ｑ３に矢印で示す正方向の電流Ｉｄ３が流れ、トランスＴの２次巻線Ｎｓに倍電圧コンデンサＣ３の逆電圧、すなわち２次巻線Ｎｓに発生する電圧と逆極性の電圧が印加される。すると、共振リアクトルＬｒにかかる電圧が上昇し、励磁電流が増加する。
【００２３】
次に、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、ゲート信号Ｑ１ＧがＨｉレベルの間（スイッチ素子Ｑ１がオンの間）の時刻ｔ２に、ゲート信号Ｑ３Ｇを立ち下げてスイッチ素子Ｑ３をオフさせる。これにより、スイッチ素子Ｑ４に矢印で示す正方向の電流Ｉｄ４が流れ、昇圧された所望の出力電圧が得られる。
【００２４】
時刻ｔ１〜ｔ２のゲート信号Ｑ３ＧのＨｉレベル期間、すなわちスイッチ素子Ｑ３のオン期間は、出力電圧ＰＩ制御部１１によって生成された周波数指令値、すなわち出力電圧に応じて制御される。従って、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、入力電圧Ｖｉｎが低くなるほど時刻ｔ１〜ｔ２のゲート信号Ｑ３ＧのＨｉレベル期間が長くなるように制御する。
【００２５】
次に、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、２次側に電流が放出し終わった後、すなわち電流Ｉｄ４が０になる時刻ｔ３から、ゲート信号Ｑ１Ｇが立ち下がりスイッチ素子Ｑ１がオフされる時刻ｔ４までの間に、ゲート信号Ｑ３Ｇを立ち上げてスイッチ素子Ｑ３をオンさせる。そして、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、ゲート信号Ｑ１Ｇが立ち下がりスイッチ素子Ｑ１がオフされる時刻ｔ４から、ゲート信号Ｑ２Ｇが立ち上がりスイッチ素子Ｑ２がオンされる時刻ｔ５までのデットタイムの期間にゲート信号Ｑ３Ｇを立ち下げてスイッチ素子Ｑ３をオフさせる。これにより、還流電流を昇圧させて、１次側の電圧共振のエネルギーを確保し、電圧共振を成立させることができる。
【００２６】
次に、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、ゲート信号Ｑ２Ｇの立ち上がり（時刻ｔ５）に同期させて、ゲート信号Ｑ４Ｇを立ち上げてスイッチ素子Ｑ４をオンさせる。これにより、スイッチ素子Ｑ４に矢印とは逆の負方向の電流Ｉｄ４が流れ、トランスＴの２次巻線Ｎｓに倍電圧コンデンサＣ３の逆電圧、すなわち２次巻線Ｎｓに発生する電圧と逆極性の電圧が印加される。すると、共振リアクトルＬｒにかかる電圧が上昇し、励磁電流が増加する。
【００２７】
次に、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、ゲート信号Ｑ２ＧがＨｉレベルの間（スイッチ素子Ｑ２がオンの間）の時刻ｔ６に、ゲート信号Ｑ４Ｇを立ち下げてスイッチ素子Ｑ４をオフさせる。これにより、スイッチ素子Ｑ３に矢印とは逆の負方向の電流Ｉｄ３が流れる。
【００２８】
時刻ｔ５〜ｔ６のゲート信号Ｑ４ＧのＨｉレベル期間、すなわちスイッチ素子Ｑ４のオン期間は、出力電圧ＰＩ制御部１１によって生成された周波数指令値、すなわち出力電圧に応じて制御される。従って、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、入力電圧Ｖｉｎが低くなるほど時刻ｔ５〜ｔ６のゲート信号Ｑ４ＧのＨｉレベル期間が長くなるように制御する。
【００２９】
次に、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、２次側に電流が放出し終わった後、すなわち電流Ｉｄ３が０になる時刻ｔ７から、ゲート信号Ｑ２Ｇが立ち下がりスイッチ素子Ｑ２がオフされる時刻ｔ８までの間に、ゲート信号Ｑ４Ｇを立ち上げてスイッチ素子Ｑ４をオンさせる。そして、昇圧動作パルス演算部１６ｂは、ゲート信号Ｑ２Ｇが立ち下がりスイッチ素子Ｑ２がオフされる時刻ｔ８から、ゲート信号Ｑ１Ｇが立ち上がりスイッチ素子Ｑ１がオンされる時刻ｔ９までのデットタイムの期間にゲート信号Ｑ４Ｇを立ち下げてスイッチ素子Ｑ４をオフさせる。これにより、還流電流を昇圧させて、１次側の電圧共振のエネルギーを確保し、電圧共振を成立させることができる。
【００３０】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、直流電源Ｖｉｎの両端にスイッチ素子Ｑ１（第１スイッチ素子）とスイッチ素子Ｑ２（第２スイッチ素子）とが接続された第１直列回路と、スイッチ素子Ｑ２の両端に共振リアクトルＬｒとトランスＴの１次巻線Ｎｐと電流共振コンデンサＣｒｉとが接続された第２直列回路と、トランスＴの２次巻線Ｎｓの両端にダイオードＤ３（第１整流素子）及びスイッチ素子Ｑ３（第１同期整流素子）からなる第１同期整流スイッチ素子と倍電圧用コンデンサとが接続された第３直列回路と、スイッチ素子Ｑ３（第１同期整流素子、第１同期整流スイッチ素子）の両端にダイオードＤ４（第２整流素子）とスイッチ素子Ｑ４（第２同期整流素子）とからなる第２同期整流スイッチ素子と出力コンデンサＣｏとが接続された第４直列回路と、出力コンデンサＣｏに発生する出力電圧を検出する出力電圧ＰＩ制御部１１（出力電圧検出部）と、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とをオンオフさせる１次側制御を、出力電圧に応じた周波数で交互にオンオフさせるＰＦＭ制御（周波数変調制御）と、固定周波数で交互にオンオフさせるＰＷＭ制御（固定周波数制御）とで切替えるＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３（１次側切替部）と、スイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とをオンオフさせる２次側制御を、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３によって１次側制御がＰＦＭ制御に切替えられている場合には、スイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とを同期整流モードでオンオフさせる同期整流制御に切替え、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３によって１次側制御がＰＷＭ制御に切替えられている場合には、スイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とを２次巻線Ｎｓに発生する電圧と逆極性の電圧を２次巻線Ｎｓに印加する昇圧動作モードでオンオフさせる昇圧制御に切替えるモード切替部１５（２次側切替部）とを備えている
この構成により、ワイド入力（例えば、６００Ｖ〜２００Ｖ）の全てをカバーするように励磁電流を設定する必要がなく、比較的入力範囲を小さくした高周波トランスの設計ができ、ワイド入力対応でも、よく使用される定格入力時の効率を向上させることができる
例えば、ワイド入力（６００Ｖ〜２００Ｖ）の内、入力電圧Ｖｉｎを６００Ｖ〜４００Ｖまでに狭めて設計し、４００Ｖ以下の入力電圧Ｖｉｎでは出力が出せない特性とする。これにより、低い入力電圧Ｖｉｎに合わせて励磁電流を大きくする必要がない。そして、ＰＦＭ制御の周波数にリミットを設け、そのリミットに達した時に２次側を昇圧動作モードで動作させる。これにより、定格時においては、最適な効率となり、入力電圧Ｖｉｎが低下した場合においても定格電力を出力することができる。
【００３１】
さらに、第１の実施の形態によれば、出力電圧に応じてＰＦＭ制御の周波数を指示する周波数指令値を生成する出力電圧ＰＩ制御部１１（周波数指令値生成部）を備え、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３は、周波数指令値が周波数リミット値よりも高い場合に、１次側制御をＰＦＭ制御に切替え、周波数指令値が周波数リミット値以下である場合に、１次側制御をＰＷＭ制御に切替える。
この構成により、ＰＦＭ制御に用いる周波数指令値から入力電圧Ｖｉｎを推定して、ＰＦＭ制御（１次側）＋同期整流制御（２次側）と、ＰＷＭ制御（１次側）＋昇圧制御（２次側）とを切り替えることができる。
【００３２】
さらに、第１の実施の形態によれば、同期整流制御では、ダイオードＤ３と同期させてスイッチ素子Ｑ３をオンオフさせると共に、第２整流素子と同期させてスイッチ素子Ｑ４をオンオフさせ、昇圧制御では、ダイオードＤ３のオンに同期させてオンさせたスイッチ素子Ｑ４を、出力電圧に応じたオン期間でオフさせると共に、ダイオードＤ４のオンに同期させてオンさせたスイッチ素子Ｑ３を、出力電圧に応じたオン期間でオフさせる。
この構成により、入力電圧Ｖｉｎが低下しても所望の出力電圧を得ることができる。
【００３３】
さらに、第１の実施の形態によれば、１次側制御では、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とを交互にデッドタイムを挟んでオンオフさせ、昇圧制御では、ダイオードＤ３のオン期間終了後にオンさせたスイッチ素子Ｑ４を次のデッドタイムにオフさせ、ダイオードＤ４のオン期間終了後にオンさせたスイッチ素子Ｑ４を次のデッドタイムにオフさせる。
この構成により、還流電流を昇圧させて、１次側の電圧共振のエネルギーを確保し、電圧共振を成立させることができる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の電流共振型コンバータ１ａは、図３を参照すると、制御部１０ａに、入力電圧Ｖｉｎを検出し、検出した入力電圧Ｖｉｎを予め設定された電圧リミット値と比較する入力電圧検出判定部１８が設けられている。すなわち、第１の実施の形態では、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧ＰＩ制御部１１によって生成される周波数指令値によって推定しているのに対し、第２の実施の形態のでは、入力電圧Ｖｉｎを直接検出している点で異なっている。
【００３５】
制御部１０ａのＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３は、入力電圧検出判定部１８による比較結果が、入力電圧Ｖｉｎが電圧リミット値よりも高いことを示す場合には、出力電圧ＰＩ制御部１１によって生成された周波数指令値をスイッチング周波数とするＰＦＭ制御を１次側ゲート信号生成部１４に指示する。また、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３は、入力電圧検出判定部１８による比較結果が、入力電圧Ｖｉｎが電圧リミット値以下であることを示す場合には、予め設定された固定周波数をスイッチング周波数とするＰＷＭ（pulse width modulation）制御を１次側ゲート信号生成部１４に指示する。
【００３６】
制御部１０ａのモード切替部１５は、入力電圧検出判定部１８による比較結果に基づき、スイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４との動作モードを、同期整流動作モードと昇圧動作モードとで切替える。モード切替部１５は、入力電圧検出判定部１８による比較結果が、入力電圧Ｖｉｎが電圧リミット値よりも高いことを示す場合には、同期整流モードとして、２次側ゲート信号生成部１６の同期整流パルス演算部１６ａにゲート信号Ｑ３Ｇ、Ｑ４Ｇの生成を指示すると共に、切替スイッチ１７を同期整流パルス演算部１６ａの出力端子側に切替える。また、モード切替部１５は、入力電圧検出判定部１８による比較結果が、入力電圧Ｖｉｎが電圧リミット値以下であることを示す場合には、昇圧動作モードとして、２次側ゲート信号生成部１６の昇圧動作パルス演算部１６ｂにゲート信号Ｑ３Ｇ、Ｑ４Ｇの生成を指示すると共に、切替スイッチ１７を昇圧動作パルス演算部１６ｂの出力端子側に切替える。
【００３７】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、直流電源Ｖｉｎからの入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出判定部１８（入力電圧検出部）を備え、ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部１３は、入力電圧Ｖｉｎが電圧リミット値よりも高い場合に、１次側制御をＰＦＭ制御に切替え、入力電圧Ｖｉｎが電圧リミット値以下である場合に、１次側制御をＰＷＭ制御に切替える。
この構成により、入力電圧Ｖｉｎに応じて、ＰＦＭ制御（１次側）＋同期整流制御（２次側）と、ＰＷＭ制御（１次側）＋昇圧制御（２次側）とを切り替えることができる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の電流共振型コンバータ１ｂ、１ｃは、それぞれ図４及び図６を参照すると、２次側をフルブリッジ構成とし、トランスＴの２次巻線Ｎｓの両端には、整流素子であるダイオードＤ３とＮ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ３とで構成された第１同期整流スイッチ素子と、整流素子であるダイオードＤ４とＮ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ４とで構成された第２同期整流スイッチ素子と、整流素子であるダイオードＤ５とＮ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ５とで構成された第３同期整流スイッチ素子と、整流素子であるダイオードＤ６とＮ型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ６とで構成された第４同期整流スイッチ素子とからなるブリッジ同期整流回路が接続されている。そして、ブリッジ同期整流回路の出力端子に出力コンデンサＣｏが接続されている。
【００３９】
図４に示す電流共振型コンバータ１ｂでは、ローサイドスイッチであるスイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ４とをゲート信号Ｑ３Ｇとゲート信号Ｑ４Ｇとでそれぞれオンオフさせる。同期整流モードでは、ダイオードＤ３とダイオードＤ６とに同期してスイッチ素子Ｑ３がオンされ、ダイオードＤ４とダイオードＤ５とに同期してスイッチ素子Ｑ４がオンされる。なお、ハイサイドスイッチであるスイッチ素子Ｑ５とスイッチ素子Ｑ６とをゲート信号Ｑ４Ｇとゲート信号Ｑ３Ｇとでそれぞれオンオフさせるようにしても良い。
【００４０】
図５は、昇圧動作モードにおける電流共振型コンバータ１ｂの各部の信号波形及び動作波形が示されている。図５は、上から順に、トランスＴの１次巻線Ｎｐを流れる１次側電流ＩＬ、ゲート信号Ｑ２Ｇ、ゲート信号Ｑ１Ｇ、ゲート信号Ｑ４Ｇ、ゲート信号Ｑ３Ｇ、スイッチ素子Ｇ３を流れる電流Ｉｄ３、スイッチ素子Ｑ４を流れる電流Ｉｄ４が示されている。
昇圧動作モードでは、スイッチ素子Ｑ１のオンに同期してスイッチ素子Ｑ３がオンされ、スイッチ素子Ｑ２のオンに同期してスイッチ素子Ｑ４がオンされる。スイッチ素子Ｑ３のオン期間と、スイッチ素子Ｑ４のオン期間とは、第１の実施の形態と同様に出力電圧に応じた期間である。これにより、トランスＴの２次巻線Ｎｓに還流電流が流れる。そのため、共振リアクトルＬｒにかかる電圧が上昇するため、励磁電流が増加し、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、スイッチ素子Ｑ１のオンに同期してスイッチ素子Ｑ６がオンさせ、スイッチ素子Ｑ２のオンに同期して期間スイッチ素子Ｑ５をオンさせても良い。この場合も、スイッチ素子Ｑ６のオン期間と、スイッチ素子Ｑ５のオン期間とは、出力電圧に応じた期間である。
【００４１】
図６に示す電流共振型コンバータ１ｃでは、対角のスイッチ素子Ｑ３及びスイッチ素子Ｑ６をゲート信号Ｑ３Ｇで、対角のスイッチ素子Ｑ４及びスイッチ素子Ｑ５をゲート信号Ｑ４Ｇでそれぞれオンオフさせる。同期整流モードでは、ダイオードＤ３とダイオードＤ６とに同期してスイッチ素子Ｑ３とスイッチ素子Ｑ６とがオンされ、ダイオードＤ４とダイオードＤ５とに同期してスイッチ素子Ｑ４とスイッチ素子Ｑ５がオンされる。
【００４２】
図７は、昇圧動作モードにおける電流共振型コンバータ１ｂの各部の信号波形及び動作波形が示されている。図７は、上から順に、トランスＴの１次巻線Ｎｐを流れる１次側電流ＩＬ、ゲート信号Ｑ２Ｇ、ゲート信号Ｑ１Ｇ、ゲート信号Ｑ４Ｇ、ゲート信号Ｑ３Ｇ、スイッチ素子Ｇ３を流れる電流Ｉｄ３、スイッチ素子Ｑ４を流れる電流Ｉｄ４が示されている。
昇圧動作モードでは、スイッチ素子Ｑ１のオンに同期してスイッチ素子Ｑ３及びスイッチ素子Ｑ６がオンされ、スイッチ素子Ｑ２のオンに同期してスイッチ素子Ｑ４及びスイッチ素子Ｑ５オンされる。スイッチ素子Ｑ３及びスイッチ素子Ｑ６のオン期間と、スイッチ素子Ｑ４及びスイッチ素子Ｑ５のオン期間とは、第１の実施の形態と同様に出力電圧に応じた期間である。これにより、トランスＴの２次巻線Ｎｓには出力電圧の逆電圧が印加される。そのため、共振リアクトルＬｒにかかる電圧が上昇するため、励磁電流が増加し、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、昇圧動作モードにおいて、対角のスイッチ素子をオンオフ制御することで、ローサイドもしくはハイサイドのみのスイッチ素子をオンオフ制御するのに比べて、１次側電流ＩＬの傾きがきつくなる。
【００４３】
以上の実施の形態で説明された構成、形状、大きさ及び配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値及び各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  電流共振型コンバータ
１０、１０ａ  制御部
１１  出力電圧ＰＩ制御部
１２  周波数リミット判定部
１３  ＰＦＭ／ＰＷＭ切替部
１４  １次側ゲート信号生成部
１５  モード切替部１５
１６  ２次側ゲート信号生成部
１６ａ  同期整流パルス演算部
１６ｂ 昇圧動作パルス演算部
１７  切替スイッチ
１８  入力電圧検出判定部
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
Ｃ３  倍電圧用コンデンサ
Ｃｏ  出力コンデンサ
Ｃｒｉ  電流共振コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６  ダイオード
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４  スイッチ素子
Ｌｒ  共振リアクトル
Ｔ  トランス
Ｎｐ  １次巻線
Ｎｓ  ２次巻線
ＲＬ  負荷
Ｖｉｎ  直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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