(57)【要約】【課題】共振用のスナーバコンデンサを用いることなく、ソフトスイッチング動作が可能な電圧変換回路を提供する。【解決手段】電源電圧Ｖｉｎに主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２を直列接続した左ハーフブリッジ回路と電源電圧Ｖｏｕｔに主スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４を直列接続した右ハーフブリッジ回路との中間点に主リアクトルＬと、補助リアクトルＬｒと補助トランジスタＱ５，Ｑ６とを接続し、主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの方向により、補助リアクトルＬｒに流れる補助電流ｉｒの方向を制御し、かつ、補助電流ｉｒの電流値が、主スイッチングトランジスタＱ１またはＱ２のＯＮ開始時点に主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの電流値と等しくするように、補助トランジスタＱ５，Ｑ６の動作を制御する。【選択図】図１
2008306884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源電圧に第１、第２の主スイッチングトランジスタを直列接続した左ハーフブリッジ回路と、出力電源電圧に第３、第４の主スイッチングトランジスタを直列接続した右ハーフブリッジ回路と、の中間点を主リアクトルを介して相互に接続し、かつ、該主リアクトルと並列に、補助リアクトルと補助スイッチングトランジスタとを直列接続した補助回路を接続して構成される電圧変換回路において、前記主リアクトルに流れるリアクトル電流の方向に応じて、前記補助回路に流れる補助電流の方向を制御し、かつ、前記補助電流の電流値が、前記左ハーフブリッジ回路の前記第１の主スイッチングトランジスタまたは前記第２の主スイッチングトランジスタのＯＮ開始タイミングにおいて前記主リアクトルに流れる前記リアクトル電流の電流値と等しくするように、前記補助スイッチングトランジスタの動作を制御することを特徴とする電圧変換回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧変換回路において、前記補助電流の電流値が最大になるタイミングを、前記左ハーフブリッジ回路の前記第１の主スイッチングトランジスタまたは前記第２の主スイッチングトランジスタのＯＮ開始タイミングに合わせるように、前記補助スイッチングトランジスタの動作を制御することを特徴とする電圧変換回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電圧変換回路において、前記補助電流の電流値を前記リアクトル電流の電流値と等しくするタイミングを、前記リアクトル電流が前記左ハーフブリッジ回路側から前記右側ハーフブリッジに向かう正方向に流れる力行動作時においては、前記左ハーフブリッジ回路の２個の前記第１、第２の主スイッチングトランジスタのうち、前記リアクトル電流を正方向に流す前記第１の主スイッチングトランジスタのＯＮ開始タイミングに合わせることを特徴とする電圧変換回路。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電圧変換回路において、前記補助電流の電流値を前記リアクトル電流の電流値と等しくするタイミングを、前記リアクトル電流が前記右ハーフブリッジ回路側から前記左側ハーフブリッジに向かう負方向に流れる回生動作時においては、前記左ハーフブリッジ回路の２個の前記第１、第２の主スイッチングトランジスタのうち、前記リアクトル電流を負方向に流す前記第２の主スイッチングトランジスタのＯＮ開始タイミングに合わせることを特徴とする電圧変換回路。
【請求項５】
請求項３または４に記載の電圧変換回路において、前記左ハーフブリッジ回路の前記第１の主スイッチングトランジスタを駆動するためのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値と前記右ハーフブリッジ回路の前記第４の主スイッチングトランジスタを駆動するためのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値とを等しい値とし、かつ、前記左ハーフブリッジ回路の前記第２の主スイッチングトランジスタを駆動するためのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値と前記右ハーフブリッジ回路の前記第３の主スイッチングトランジスタを駆動するためのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値とを等しい値とすることを特徴とする電圧変換回路。
【請求項６】
請求項３または４に記載の電圧変換回路において、前記左ハーフブリッジ回路の前記第１、第２の主スイッチングトランジスタおよび前記右ハーフブリッジ回路の前記第３、第４の主スイッチングトランジスタのそれぞれを駆動するためのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値をそれぞれ独立の値とし、前記力行動作時においては、前記左ハーフブリッジ回路の前記第１の主スイッチングトランジスタと前記右ハーフブリッジ回路の前記第４の主スイッチングトランジスタとのＯＮ開始タイミングを一致させることを特徴とする電圧変換回路。
【請求項７】
請求項３または４に記載の電圧変換回路において、前記左ハーフブリッジ回路の前記第１、第２の主スイッチングトランジスタおよび前記右ハーフブリッジ回路の前記第３、第４の主スイッチングトランジスタのそれぞれを駆動するためのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値をそれぞれ独立の値とし、前記回生動作時においては、前記左ハーフブリッジ回路の前記第２の主スイッチングトランジスタと前記右ハーフブリッジ回路の前記第３の主スイッチングトランジスタとのＯＮ開始タイミングを一致させることを特徴とする電圧変換回路。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の電圧変換回路において、前記補助スイッチングトランジスタの動作を制御する際に、前記左ハーフブリッジ回路の前記第１の主スイッチングトランジスタまたは前記第２の主スイッチングトランジスタのＯＮ開始タイミングから、前記出力電源電圧、前記補助リアクトルのリアクトル値および前記リアクトル電流に基づいて決定される時間だけ遡ったタイミングで、前記補助スイッチングトランジスタをＯＮに立ち上げ、前記左ハーフブリッジ回路の前記第１の主スイッチングトランジスタまたは前記第２の主スイッチングトランジスタのＯＮ開始タイミングから、前記入力電源電圧、前記補助リアクトルのリアクトル値および前記リアクトル電流に基づいて決定される時間だけ経過したタイミングで、前記補助スイッチングトランジスタをＯＦＦに復旧させることを特徴とする電圧変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換装置に関し、特に、ソフトスイッチング機能を有する電圧変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、昇圧動作および降圧動作を行うＤＣ−ＤＣコンバータとして、双方向に電圧変換が可能なソフトスイッチング機能を有する電圧変換装置の開発が盛んになってきている。
【０００３】
例えば、特許文献１の特開２００５−１７６５４０号公報「電圧変換装置」においては、直列接続した２個ずつの第１、第２の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２と第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４とからなる左右のハーフブリッジ回路の中間点をリアクトルＬで接続し、第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４それぞれに第１〜第４のスナーバコンデンサＣ１〜Ｃ４を並列に接続し、また、リアクトルＬと並列に補助リアクトルＬｒ，補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６の直列回路からなる補助回路を接続して、部分共振型ソフトスイッチング動作を行う電圧変換回路を提案している。
【０００４】
前記特許文献１の電圧変換回路は、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４および第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のそれぞれを同一波形のＰＷＭ信号で駆動し、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４と第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３とをそれぞれ相補的な関係で動作させることにより、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４を、いわゆる襷がけ動作させている。
【０００５】
ここで、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４がＯＮ／ＯＦＦ動作を行う際に、リアクトルＬと並列に接続した前記補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のいずれかをＯＮにすることにより、補助電流Ｉｒを補助リアクトルＬｒの共振電流として流し、補助リアクトルＬｒに流れる該共振電流が、第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４に並列に接続された第１〜第４のスナーバコンデンサＣ１〜Ｃ４の充放電電流となることによって、第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のソフトスイッチング動作を実現している。
【特許文献１】特開２００５−１７６５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１のような従来技術では、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４をソフトスイッチング（ＺＶＳ：ゼロ電圧スイッチング）させるために、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４に並列接続した第１〜第４のスナーバコンデンサＣ１〜Ｃ４と補助リアクトルＬｒとの共振作用を使用している。このため、補助リアクトルＬｒとの共振コンデンサとして、４つの第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４それぞれに対して第１〜第４のスナーバコンデンサＣ１〜Ｃ４が必要（４個）となるため、コストが増加し、かつ、サイズが大きくなるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、共振用のスナーバコンデンサを用いることなく、ソフトスイッチング動作が可能な電圧変換回路を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述の課題を解決するために、２個ずつの主スイッチングトランジスタを直列接続した左右のハーフブリッジ回路の中間点を主リアクトルを介して相互に接続し、かつ、該主リアクトルと並列に、補助リアクトルと補助スイッチングトランジスタとを直列接続した補助回路を接続した電圧変換回路において、前記主リアクトルに流れるリアクトル電流の方向に応じて、前記補助回路に流れる補助電流の方向を制御し、かつ、前記補助電流の電流値が、主スイッチングトランジスタの立ち上がりタイミング（ＯＮ開始タイミング）において前記主リアクトルに流れるリアクトル電流の電流値と等しくするように、前記補助スイッチングトランジスタの動作を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電圧変換装置によれば、左右のハーフブリッジ回路間を接続する主リアクトルに流れるリアクトル電流の方向に応じて、主リアクトルと並列に接続された補助回路に流れる補助電流の方向を制御し、かつ、前記補助電流の電流値が主スイッチングトランジスタの立ち上がりタイミング（ＯＮ開始タイミング）において前記主リアクトルに流れるリアクトル電流の電流値と等しくするように動作するので、以下のごとき効果を奏することができる。
【００１０】
すなわち、電圧変換装置の力行動作時や回生動作時において、主スイッチングトランジスタの立ち上がりや立ち下がりの際に、各主スイッチングトランジスタに流れる電流をほぼゼロとするソフトスイッチング動作を実現することが可能となり、スイッチング損失を大幅に削減することができるとともに、ソフトスイッチング動作として共振作用を利用していないので、従来技術のようなスナーバコンデンサが不要であり、電圧変換装置の大幅なサイズ削減とコスト低減とを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明による電圧変換装置の最良の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の電圧変換装置の主回路部の構成の一例を示す回路図であり、２個ずつの主スイッチングトランジスタを直列接続した左右それぞれのハーフブリッジ回路からなる主回路部ＭＣの構成例を示している。図１において、電圧変換装置の主回路部ＭＣは、ＮＰＮトランジスタを主要スイッチング素子とするトランジスタ回路によって形成されており、電源電圧Ｖｉｎと電源電圧Ｖｏｕｔとの間の電圧変換を行う際のソフトスイッチング機能を有している。なお、主回路部ＭＣの左右のハーフブリッジ回路と並列に接続されているコンデンサＣｉｎ，Ｃｏｕｔは電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔの平滑用コンデンサである。本実施例においては、電源電圧Ｖｉｎを、負荷ＬＤを駆動するための電源電圧Ｖｏｕｔに変換して出力している例を示している。
【００１３】
図１において、主回路部ＭＣの左右のハーフブリッジは、それぞれの電源電圧ＶｉｎとＶｏｕｔとに対して、第１、第２の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２と第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４とが、それぞれ、直列に接続されて構成され、第１、第２の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２の中間点と第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点とが、主リアクトルＬによって接続されている。
【００１４】
主リアクトルＬを流れる電流すなわちリアクトル電流ｉＬは、図示される方向（図１の左ハーフブリッジ回路から右ハーフブリッジ回路へ流れる方向）を正方向と定義し、正方向を「力行」、反対方向に流れる場合を「回生」と呼ぶことにする。なお、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のそれぞれには、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがエミッタ−コレクタ間に接続されているが、スナーバコンデンサを並列接続しない形態としている。
【００１５】
また、補助リアクトルＬｒ，補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６の直列回路からなる補助回路が、主リアクトルＬに並列に接続されている。補助リアクトルＬｒを流れる電流すなわち補助電流ｉｒは、図示される方向（図１の補助スイッチングトランジスタＱ５のコレクタから補助リアクトルＬｒへ、すなわち、右ハーフブリッジ回路から左ハーフブリッジ回路へ流れる方向）を正方向と定義する。なお、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６は、相互のエミッタ同士を接続した構成であり、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のそれぞれには、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがエミッタ−コレクタ間に接続されている。
【００１６】
図１の電圧変換装置の主回路部ＭＣにおいては、左ハーフブリッジ回路の電源電圧Ｖｉｎ，右ハーフブリッジ回路の電源電圧Ｖｏｕｔ，リアクトル電流ｉＬは、図示しないセンサによって検知され、それぞれ、制御部１０に伝送される。また、制御部１０からの各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６に対する駆動信号は、図示しないそれぞれのドライバ回路を通して、それぞれのスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートｇ１〜ｇ６に供給され、各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６をＯＮ／ＯＦＦさせる。
【００１７】
つまり、制御部１０は、センサから入力される電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，リアクトル電流ｉＬに応じて、出力側の電源電圧Ｖｏｕｔが、当該電圧変換回路に外部から指示されている所要の出力電圧値Ｖｏｕｔ＊に電圧変換されるように、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦを制御している。このとき、本発明の第１の実施形態においては、左右のハーフブリッジ回路を襷がけで駆動するために、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３を同時にＯＮ／ＯＦＦする。ただし、直列接続されて上下に位置する第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第２の主スイッチングトランジスタＱ２、第３の主スイッチングトランジスタＱ３と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、とが同時にはＯＮしないように、あらかじめ定めた時間のデッドタイムＴｄを設けるようにして制御する。
【００１８】
また、主リアクトルＬに並列に接続される補助回路は、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のソフトスイッチング動作を実現するために備えられている。
【００１９】
制御部１０は、主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの方向（つまり、力行動作時、回生動作時の種別）に応じて、補助電流ｉｒが流れる方向を制御し、かつ、補助電流ｉｒの電流値が、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４または第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミング（力行動作時においては、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミング、回生動作時においては、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミング）において主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの電流値（力行動作時においては、ＯＮ開始タイミングに到達するまで、正方向に流れるリアクトル電流ｉＬが徐々に減少して最小となる電流値、回生動作時においては、ＯＮ開始タイミングに到達するまで、負方向に流れるリアクトル電流ｉＬの絶対値が徐々に減少して、その絶対値が最小となる電流値）とほぼ等しくなるように、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６の動作を制御する。
【００２０】
さらに、制御部１０は、補助電流ｉｒのピーク時の電流値を抑えて、補助回路の電力消費を低減するために、補助電流ｉｒの電流値が最大になるタイミングを、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４または第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミングに合わせるように、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６を制御しても良い。以下に説明する本実施形態においては、かかる動作を実施する場合について示している。
【００２１】
すなわち、力行動作時においては、補助スイッチングトランジスタＱ６を、回生動作時においては、補助スイッチングトランジスタＱ５を制御して、電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、リアクトル電流ｉＬに応じて決定される時間だけＯＮ状態に設定することにより、ピーク時の補助電流ｉｒの電流値が、その時点で主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの電流値とほぼ等しい値に調整し、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４がスイッチング動作を行う際に、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４に電流がほとんど流れないように制御している。
【００２２】
次に、図１の電圧変換装置の左右のハーフブリッジ回路を襷がけで駆動する場合において、力行動作時と回生動作時における第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４と、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６と、リアクトル電流ｉＬ、補助電流ｉｒの電圧または電流波形について、図２、図３を用いて説明する。
【００２３】
図２は、図１の電圧変換装置の力行動作時における主要回路部の第１の実施形態の動作波形の一例を示す模式図であり、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４と、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３との襷がけ駆動時について、力行動作時（リアクトル電流ｉＬ＞０の場合）の動作波形を示している。
【００２４】
また、図３は、図１の電圧変換装置の回生動作時における主要回路部の第１の実施形態の動作波形の一例を示す模式図であり、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４と、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３との襷がけ駆動時について、回生動作時（リアクトル電流ｉＬ＜０の場合）の動作波形を示している。
【００２５】
襷がけ駆動時においては、図２，図３に示すように、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３とは、それぞれ、同時にＯＮ／ＯＦＦを行い、かつ、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４の組と第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３の組とは、相補的な関係で互い違いに異なる時間にＯＮ／ＯＦＦを行うとともに、左右のハーフブリッジ回路の上下に位置する第１、第２の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２、第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４の、それぞれは、いずれも、同時にはＯＮとならないように、双方の間にはデッドタイムＴｄが設けられている。
【００２６】
また、力行動作時においては、図２に示すように、リアクトル電流ｉＬは、左ハーフブリッジ回路から右ハーフブリッジ回路へ（第１の主スイッチングトランジスタＱ１から第４の主スイッチングトランジスタＱ４へ）すなわち正の方向に流れており、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４がＯＮの間は、徐々に増加し、ＯＦＦになると、徐々に減少していく。一方、回生動作時においては、図３に示すように、リアクトル電流ｉＬは、右ハーフブリッジ回路から左ハーフブリッジ回路へ（第２の主スイッチングトランジスタＱ２から第３の主スイッチングトランジスタＱ３へ）すなわち負の方向に流れており、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３がＯＮの間は、徐々に負側に大きくなって、電流値としては減少していき（つまり、絶対値としては増加していき）、ＯＦＦになると、徐々に負の値が小さくなって、電流値としては増加していく（つまり、絶対値としては減少していく）。
【００２７】
ここで、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６について、力行動作時においては、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のソフトスイッチングを実現するために、図２に示すように、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４がＯＮに立ち上がる時刻から、電源電圧Ｖｏｕｔ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬにより決定される時間Ｔｒだけ遡ったタイミングで、補助電流ｉｒを正の方向に流すための補助スイッチングトランジスタＱ６をＯＮにし、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４がＯＮになった時点から、電源電圧Ｖｉｎ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬにより決定される時間Ｔｆだけ経過したタイミングで、補助電流ｉｒを停止させるために、補助スイッチングトランジスタＱ６をＯＦＦに復旧させる。
【００２８】
つまり、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミングを挟んで（Ｔｒ＋Ｔｆ）時間の間、補助スイッチングトランジスタＱ６をＯＮにして、補助電流ｉｒを継続的に正の方向に流すことによって、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミングで主リアクトルＬに流れているリアクトル電流ｉＬの電流値に補助電流ｉｒの電流値をほぼ等しく調整することができ、スイッチング時に第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４に流れる電流をほぼゼロにするソフトスイッチング動作を行わせることができる。
【００２９】
なお、補助スイッチングトランジスタＱ６のＯＮ時間を与える時間Ｔｒ，Ｔｆそれぞれは、主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの最小値（すなわち、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミングにおけるリアクトル電流ｉＬの電流値）、電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ、および、補助リアクトルＬｒを用いて、次の式で計算される時間を用いる。
【００３０】
Ｔｒ＝（Ｌｒ／Ｖｏｕｔ）・ｉＬｍｉｎ
Ｔｆ＝（Ｌｒ／Ｖｉｎ）・ｉＬｍｉｎ
一方、回生動作時においては、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のソフトスイッチングを実現するために、図３に示すように、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３がＯＮに立ち上がる時刻から、電源電圧Ｖｏｕｔ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬにより決定される時間Ｔｒだけ遡ったタイミングで、補助電流ｉｒを負の方向に流すための補助スイッチングトランジスタＱ５をＯＮにし、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３がＯＮになった時点から、電源電圧Ｖｉｎ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬにより決定される時間Ｔｆだけ経過したタイミングで、補助電流ｉｒを停止させるために、補助スイッチングトランジスタＱ５をＯＦＦに復旧させる。
【００３１】
つまり、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミングを挟んで（Ｔｒ＋Ｔｆ）時間の間、補助スイッチングトランジスタＱ５をＯＮにして、補助電流ｉｒを継続的に負の方向に流すことによって、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミングで主リアクトルＬに流れているリアクトル電流ｉＬの電流値に補助電流ｉｒの電流値をほぼ等しく調整することができ、スイッチング時に第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３に流れる電流をほぼゼロにするソフトスイッチング動作を行わせることができる。
【００３２】
なお、補助スイッチングトランジスタＱ５のＯＮ時間を与える時間Ｔｒ，Ｔｆそれぞれは、主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの最大値（すなわち、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミングにおけるリアクトル電流ｉＬの電流値）、電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ、および、補助リアクトルＬｒを用いて、次の式で計算される時間を用いる。
【００３３】
Ｔｒ＝（Ｌｒ／Ｖｉｎ）・｜ｉＬｍａｘ｜
Ｔｆ＝（Ｌｒ／Ｖｏｕｔ）・｜ｉＬｍａｘ｜
なお、回生動作時には、リアクトル電流ｉＬは、主リアクトルＬの負方向に流れる電流であり、最大値を示すｉＬｍａｘは、負の値となっており、その絶対値としては、最小の値である。
【００３４】
次に、図２、図３のような襷がけ動作時におけるソフトスイッチング動作を制御する図１の制御部１０の構成の一例について、図４を用いて説明する。図４は、図１に示す電圧変換装置の制御部１０の第１の実施形態における構成例を示すブロック構成図であり、左右のハーフブリッジ回路の襷がけ駆動を制御する場合の構成の一例を示している。
【００３５】
制御部１０は、主回路部ＭＣのセンサから必要とする電圧、電流情報（電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，リアクトル電流ｉＬ）を受け取るとともに、電圧変換装置に対する指令である出力電圧指令値Ｖｏｕｔ＊に基づいて、左右のハーフブリッジ回路の襷がけ駆動を制御するために、主回路部ＭＣの各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートｇ１〜ｇ６に供給すべき駆動信号を生成する。
【００３６】
図４の制御部１０において、力行／回生判断部１１は、リアクトル電流ｉＬの値に基づいて、力行動作をしているか、回生動作をしているかを判断する。例えば、リアクトル電流ｉＬの値が、あらかじめ定めた正の閾値（ｉＬ１）よりも大きければ、力行動作であり、あらかじめ定めた負の閾値（−ｉＬ１）よりも小さければ、回生動作であると判断する。
【００３７】
また、電圧ＰＩ部１２は、電圧変換装置に対する出力電圧指令値Ｖｏｕｔ＊と負荷ＬＤを駆動するために現在出力している電源電圧Ｖｏｕｔとの差を入力し、一般的なＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ：比例積分）制御法によって、リアクトル電流指令値ｉＬ＊を算出する。電流ＰＩ部１３は、電圧ＰＩ部１２から入力されるリアクトル電流指令値ｉＬ＊と現在流れているリアクトル電流ｉＬとの差を入力し、ＰＩ制御法によって、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４を駆動するためのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値Ｄを算出して出力する。
【００３８】
ＰＷＭ生成部１４は、電流ＰＩ部１３から入力されるＤｕｔｙ値Ｄを三角波生成部１５から出力されるＰＷＭ信号生成用の三角波の振幅（振幅を０と１との間で正規化した波形）と比較し、第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のゲートｇ１〜ｇ４を駆動するために必要とするＰＷＭ信号を生成して出力する。このとき、左右のハーフブリッジ回路の上下に位置する第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第２の主スイッチングトランジスタＱ２、第３の主スイッチングトランジスタＱ３と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、とが同時にＯＮしないように、あらかじめ定めた時間のデッドタイムＴｄを設ける。
【００３９】
なお、生成されたＰＷＭ信号は、左右のハーフブリッジ回路を襷がけで駆動するために、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３それぞれについて同一波形のＰＷＭ信号（前者がＰＵ信号、後者がＰＬ信号）となる。また、ＰＵ信号とＰＬ信号とはデッドタイムＴｄを設けた相補的な関係のＰＷＭ信号であり、力行動作の場合、ＰＵ信号はＤｕｔｙ値Ｄを有するＰＷＭ信号として、ＰＬ信号はＤｕｔｙ値ＤからデッドタイムＴｄを差し引いたＰＷＭ信号として供給され、回生動作の場合、逆になり、ＰＵ信号はＤｕｔｙ値ＤからデッドタイムＴｄを差し引いたＰＷＭ信号として、ＰＬ信号はＤｕｔｙ値Ｄを有するＰＷＭ信号として供給される。
【００４０】
また、Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６は、力行／回生判断部１１から入力される力行動作時、回生動作時の種別それぞれに対応して、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のいずれかをＯＮ状態に設定する時間すなわち必要なＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆ（合計ＯＮ時間＝Ｔｒ＋Ｔｆ）を、リアクトル電流ｉＬ、電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔの現在の値に基づいて、算出する。ここで、力行動作時は、補助スイッチングトランジスタＱ６のＯＮ時間であり、回生動作時は、補助スイッチングトランジスタＱ５のＯＮ時間である。なお、ＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆのそれぞれは、前述したように、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のＯＮ開始タイミングを基準にして、その前後に設定すべきＯＮ時間を示している。
【００４１】
しかる後に、Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６は、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のいずれかがＯＮするＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆを算出した後、算出したＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆのそれぞれを、ＰＷＭ信号生成用の三角波の周期に対するＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆに変換して、出力する。ここで、ＰＷＭ信号生成用の三角波の周期をＴとすると、該Ｄｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆは、それぞれ、
ｄＴｒ＝Ｔｒ／Ｔ
ｄＴｆ＝Ｔｆ／Ｔ
として与えられる。
【００４２】
次に、Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６から出力されたＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆと電流ＰＩ部１３からのＤｕｔｙ値Ｄとの演算がなされて、その演算結果が三角波比較部１７に入力される。
【００４３】
三角波比較部１７は、Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６からのＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆと電流ＰＩ部１３からのＤｕｔｙ値Ｄとの演算結果と、三角波生成部１５から出力されるＰＷＭ信号生成用の三角波の振幅（振幅を０と１との間で正規化した波形）とを比較し、力行駆動時、回生駆動時の種別に応じて、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のいずれかを駆動するための補助駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成するために必要とする２つのパルス波Ｐａ，Ｐｂを生成する。
【００４４】
ここで、三角波比較部１７に入力される、Ｄｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆとＤｕｔｙ値Ｄとの演算結果としては、（Ｄ＋ｄＴｒ），(Ｄ−ｄＴｆ)の２つであり、（Ｄ＋ｄＴｒ）の演算結果とＰＷＭ信号生成用の三角波の振幅とを比較することによって、パルス波Ｐａを生成し、（Ｄ−ｄＴｆ）の演算結果とＰＷＭ信号生成用の三角波の振幅とを比較することによって、パルス波Ｐｂを生成する。
【００４５】
また、補助パルス生成部１８は、三角波比較部１７から入力された２つのパルス波Ｐａ，Ｐｂそれぞれから、力行／回生判断部１１から入力される力行動作時、回生動作時の種別に基づいて、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のゲートｇ５，ｇ６のいずれかを駆動するために必要とするＰＷＭ信号、すなわち、力行動作時の場合は、補助スイッチングトランジスタＱ６のゲートｇ６を駆動するＯＮ信号Ｐｍを生成して、回生動作時の場合は、補助スイッチングトランジスタＱ５のゲートｇ５を駆動するＯＮ信号Ｐｇを生成して、出力する。
【００４６】
なお、ＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆは、前述したように、補助リアクトルＬｒ、電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ、リアクトル電流ｉＬの最大値ｉＬｍａｘ、最小値ｉＬｍｉｎを用いて、例えば次のように算出することができる。力行においては、
Ｔｒ＝（Ｌｒ／Ｖｏｕｔ）・ｉＬｍｉｎ
Ｔｆ＝（Ｌｒ／Ｖｉｎ）・ｉＬｍｉｎ
であり、回生においては、
Ｔｒ＝（Ｌｒ／Ｖｉｎ）・｜ｉＬｍａｘ｜
Ｔｆ＝（Ｌｒ／Ｖｏｕｔ）・｜ｉＬｍａｘ｜
である。
【００４７】
つまり、ｉＬｍｉｎは、第１の主スイッチングトランジスタＱ１がＯＮするときに主リアクトルＬに流れるリアクトル電流であり、リアクトル電流ｉＬの検出結果から求めることができる。また、ｉＬｍａｘは、第２の主スイッチングトランジスタＱ２がＯＮするときに主リアクトルＬに流れるリアクトル電流であり、リアクトル電流ｉＬの検出結果から求めることができる。
【００４８】
次に、電流ＰＩ部１３にて算出されるＤｕｔｙ値Ｄ、Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６にて算出されるＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆ、および、デッドタイムＴｄのＤｕｔｙ相当値ｄＴｄの各Ｄｕｔｙ値について、三角波生成部１５から出力されるＰＷＭ信号生成用の三角波と比較して、各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートｇ１〜ｇ６それぞれに供給すべき駆動パルスすなわちＰＷＭ信号（ＰＵ，ＰＬ，Ｐｇ，Ｐｍ信号）を生成するＰＷＭ生成部１４、補助パルス生成部１８の動作例について、図５を用いて、力行動作時の場合を例にとって説明する。
【００４９】
ここで、図５は、図１の電圧変換装置の制御部１０において生成するスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６駆動用のＰＷＭ信号の波形例を示す模式図であり、制御部１０が左右ハーフブリッジ回路の襷がけ駆動において出力するＰＷＭ信号の力行動作時における動作波形例を示している。
【００５０】
図５においては、三角波生成部１５から出力されるＰＷＭ信号生成用の三角波は時間Ｔを周期として出力されており、正規化された振幅０と１との間を直線的に三角形状に変化している。ここで、電流ＰＩ部１３にて算出されたＤｕｔｙ値Ｄが０．６であり、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３をそれぞれ駆動するＰＷＭ信号のＰＵ信号とＰＬ信号との間に設けたデッドタイムＴｄの三角波の周期Ｔに対するＤｕｔｙ値ｄＴｄが０．０５であるものとする。また、力行動作時に補助スイッチングトランジスタＱ６をＯＮ動作させるＰｍ信号のＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆの三角波の周期Ｔに対するＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆがそれぞれ０．０２５，０．０３であるものとする。
【００５１】
かかる数値例の場合においては、ＰＷＭ生成部１４において生成する、力行動作時における第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４の駆動用のＰＵ信号は、三角波の振幅が１から直線的に減少して０．６（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ）となるタイミングでＯＮに立ち上がり、三角波の振幅が０から直線的に増加して０．６（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ）となるタイミングでＯＦＦに立ち下がる信号波形となる。
【００５２】
また、力行動作時における第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３の駆動用のＰＬ信号は、ＰＵ信号と相補的な関係にあり、かつ、デッドタイムＴｄのＤｕｔｙ値ｄＴｄを考慮に入れる必要があり、三角波の振幅が０から直線的に増加して０．６５（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ＋ｄＴｄ）となるタイミングでＯＮに立ち上がり、三角波の振幅が１から直線的に減少して０．６５（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ＋ｄＴｄ）となるタイミングでＯＦＦに立ち下がる信号波形となる。
【００５３】
また、補助パルス生成部１８において力行動作時の補助スイッチングトランジスタＱ６の駆動用のＰｍ信号を生成するために、三角波比較部１７にて生成される２つのパルス波Ｐａ，Ｐｂについては、三角波の振幅が１から直線的に減少して、それぞれ、０．６２５（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ＋ｄＴｒ），０．５７（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ−ｄＴｆ）となるタイミングでＯＮに立ち上がり、三角波の振幅が０から直線的に増加して、それぞれ、０．６２５（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ＋ｄＴｒ），０．５７（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ−ｄＴｆ）となるタイミングでＯＦＦに立ち下がる信号波形となる。
【００５４】
したがって、補助パルス生成部１８において力行動作時の補助スイッチングトランジスタＱ６に対する駆動用のＰｍ信号は、パルス波ＰａがＯＮに立ち上がる、三角波の振幅が１から直線的に減少して０．６２５（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ＋ｄＴｒ）となるタイミングでＯＮに立ち上がり、パルス波ＰｂがＯＮに立ち上がる、三角波の振幅が１から直線的に減少して０．５７（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ−ｄＴｆ）となるタイミングでＯＦＦに立ち下がる信号波形となる。
【００５５】
この結果、補助パルス生成部１８が生成したＰｍ信号は、図５に示すように、力行動作時における第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４の駆動用のＰＵ信号がＯＮに立ち上がるタイミングを基準にして前後に、それぞれ、時間Ｔｒ，ＴｆずつＯＮになっている。したがって、補助リアクトルＬｒに正の方向に流れる補助電流ｉｒが、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮへの立ち上がりタイミング（ＯＮ開始タイミング）においてピークとなり、そのタイミングで主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの電流値とほぼ等しい電流が流れることによって、力行動作時における第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ立ち上がり動作をソフトスイッチング動作とすることができる。
【００５６】
一方、回生動作時における第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ立ち上がり動作についても、力行動作時の場合とＰＵ，ＰＬ信号について相補的な関係とすれば、全く同様であり、ソフトスイッチング動作とすることができる。
【００５７】
なお、図６は、図４に示した制御部１０における補助パルス生成部１８の具体的な回路例を示す回路図であり、２つのＤ／ＦＦ回路１８ａ，１８ｂと、２つのセレクタ１８ｃ，１８ｄとから構成されている例を示している。図６の補助パルス生成部１８に示すように、三角波比較部１７にて生成される２つのパルス波Ｐａ，Ｐｂを入力信号として、力行動作時においては、パルス波Ｐａをセット信号とし、パルス波Ｐｂをリセット信号とするＤ／ＦＦ回路１８ａの出力信号を、セレクタ１８ｃから、補助スイッチングトランジスタＱ６への駆動信号Ｐｍ信号として、出力する。
【００５８】
一方、回生動作時においては、逆に、パルス波Ｐｂをセット信号とし、パルス波Ｐａをリセット信号とするＤ／ＦＦ回路１８ｂの出力信号を、セレクタ１８ｄから、補助スイッチングトランジスタＱ５への駆動信号Ｐｇ信号として、出力する。
【００５９】
以上に詳細に説明したように、本実施例のような襷がけ駆動を行う構成の電圧変換装置においては、電圧変換装置としての力行動作時や回生動作時に応じて、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することにより、補助回路に流れる補助電流ｉｒの方向を制御し、かつ、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のＯＮ開始タイミングにおける主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬと等しい電流値の補助電流ｉｒが補助リアクトルＬｒに流れるように制御することにより、第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４に流れる電流をほぼゼロとするソフトスイッチング動作を行わせることが可能となるので、スイッチング損失を大幅に削減することができる。
【００６０】
なお、補助電流ｉｒの電流値をリアクトル電流ｉＬの電流値と等しくするタイミングは、例えば、リアクトル電流ｉＬが左ハーフブリッジ回路側から右側ハーフブリッジに向かう正方向に流れる力行動作時においては、リアクトル電流ｉＬを正方向に流す第１の主スイッチングトランジスタＱ１のＯＮ開始タイミングに合わせ、リアクトル電流ｉＬを負方向に流れる回生動作時においては、リアクトル電流ｉＬを負方向に流す第２の主スイッチングトランジスタＱ２のＯＮ開始タイミングに合わせる。
【００６１】
また、左ハーフブリッジ回路の第１のスイッチングトランジスタＱ１または第２の主スイッチングトランジスタＱ２のＯＮ開始タイミング（あるいは、右ハーフブリッジ回路の第３のスイッチングトランジスタＱ３または第４の主スイッチングトランジスタＱ４のＯＮ開始タイミング）において、補助回路に流れる補助電流ｉｒの電流値が最大になるように、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することにより、補助電流ｉｒのピークを抑止することができ、電圧変換回路の電力消費を抑えるとともに、補助回路の構成部品の小型化を実現することができる。
【００６２】
さらに、ソフトスイッチング動作として共振作用を利用していないので、従来技術のようなスナーバコンデンサが不要であり、電圧変換回路の小型化、経済化を実現することができる。
【００６３】
また、共振作用を使用していないので、安定した電圧変換動作が可能であり、ソフトスイッチングの動作可能範囲を広くすることが可能となる。さらには、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６が故障した際には、通常のハードスイッチング動作によって電圧変換を継続させることも可能であるという効果も合わせて奏することができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
次に、ハーフブリッジ回路を構成する各主スイッチングトランジスタを駆動するＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値をそれぞれで独立とするＤｕｔｙ独立駆動の場合について本発明の電圧変換装置の第２の実施形態として説明する。なお、本第２の実施形態においても、電圧変換装置を形成する主回路部ＭＣの構成については、第１の実施形態に示した図１の回路構成と全く同様の構成として良い。ただし、本第２の実施形態においては、図１の制御部１０,１０Ａの構成を、襷がけ駆動時の図４の制御部１０の代わりに、例えば図１１のような構成の制御部１０Ａに変更すれば良い。
【００６５】
まず、図１１の制御部１０Ａの詳細な説明に先立って、本実施形態における制御部１０Ａの制御によって制御される主回路部ＭＣのＤｕｔｙ独立駆動の動作について説明する。図１の電圧変換装置の主回路部ＭＣにおいて、第１の実施形態の場合と同様、左ハーフブリッジ回路の電源電圧Ｖｉｎ，右ハーフブリッジ回路の電源電圧Ｖｏｕｔ，リアクトル電流ｉＬは、図示しないセンサによって検知され、それぞれ、制御部１０Ａに伝送される。また、制御部１０Ａからの各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６に対する駆動信号は、図示しないそれぞれのドライバ回路を通して、それぞれのスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートｇ１〜ｇ６に供給され、各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６をＯＮ／ＯＦＦさせる。
【００６６】
つまり、制御部１０Ａは、センサから入力される電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，リアクトル電流ｉＬに応じて、出力側の電源電圧Ｖｏｕｔが、当該電圧変換回路に外部から指示されている所要の出力電圧値Ｖｏｕｔ＊に電圧変換されるように、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦを制御している。このとき、第１の実施形態と同様に、左右のハーフブリッジ回路を襷がけで駆動するものの、第１の実施形態の場合とは異なり、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３を、それぞれで、等しいＤｕｔｙ値のＰＷＭ信号によって同時にＯＮ／ＯＦＦするのではなく、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４ごとにそれぞれに独立なＤｕｔｙ値を有して生成されるＰＷＭ信号によって駆動することにより、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４を適当なタイミングで独立にＯＮ／ＯＦＦさせるように制御している。
【００６７】
したがって、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４を、あるいは、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３を、等しいＤｕｔｙ値ではなく、異なるＤｕｔｙ値で駆動することが可能である。ただし、力行動作、回生動作を行うことが可能なように、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３とのそれぞれで、同時にＯＮ／ＯＦＦしている時間を互いに相補的な関係として適宜設けるようにするとともに、直列接続されて上下に位置する第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第２の主スイッチングトランジスタＱ２、第３の主スイッチングトランジスタＱ３と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、とが同時にはＯＮしないように、あらかじめ定めた時間のデッドタイムＴｄを設けるようにして制御する。
【００６８】
また、主リアクトルＬに並列に接続される補助回路は、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のソフトスイッチング動作を実現するために備えられている。
【００６９】
制御部１０Ａは、第１の実施形態の図４の制御部１０Ａと同様に、主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの方向（つまり、力行動作時、回生動作時の種別）に応じて、補助電流ｉｒが流れる方向を制御し、かつ、補助電流ｉｒの電流値が、その時点で主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの電流値（力行動作時においては、ＯＮ開始タイミングに到達するまで、正方向に流れるリアクトル電流ｉＬが徐々に減少して最小となる電流値、回生動作時においては、ＯＮ開始タイミングに到達するまで、負方向に流れるリアクトル電流ｉＬの絶対値が徐々に減少して、その絶対値が最小となる電流値）とほぼ等しくなるように、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６の動作を制御する。
【００７０】
さらに、制御部１０Ａは、補助電流ｉｒのピーク時の電流値を抑えて、補助回路の電力消費を低減するために、補助電流ｉｒの電流値が最大になるタイミングを、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４または第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミングに合わせるように、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６を制御しても良い。以下に説明する本実施形態においても、第１の実施形態と同様、かかる動作を実施する場合について示している。
【００７１】
すなわち、力行動作時においては、補助スイッチングトランジスタＱ６を、回生動作時においては、補助スイッチングトランジスタＱ５を制御して、電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬに応じて決定される時間だけＯＮ状態に設定することにより、ピーク時の補助電流ｉｒの電流値が、その時点で主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの電流値とほぼ等しい値に調整し、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４がスイッチング動作を行う際に、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４に電流がほとんど流れないように制御している。
【００７２】
次に、図１の電圧変換装置の左右のハーフブリッジ回路の第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４それぞれをＤｕｔｙ独立で駆動する場合において、力行動作時と回生動作時における第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４と、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６と、リアクトル電流ｉＬ、補助電流ｉｒの電圧または電流波形について、図７〜図１０を用いて説明する。
【００７３】
図７は、図１の電圧変換装置の力行動作時における主要回路部の第２の実施形態の動作波形の一例を示す模式図であり、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＤｕｔｙ独立駆動時について、入力側の電源電圧Ｖｉｎを電源電圧Ｖｏｕｔに昇圧して出力する場合の力行動作時（電源電圧Ｖｉｎ＜電源電圧Ｖｏｕｔ、リアクトル電流ｉＬ＞０の場合）の動作波形を示している。
【００７４】
また、図８は、図１の電圧変換装置の回生動作時における主要回路部の第２の実施形態の動作波形の一例を示す模式図であり、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＤｕｔｙ独立駆動時について、入力側の電源電圧Ｖｉｎを電源電圧Ｖｏｕｔに昇圧して出力する場合の回生動作時（電源電圧Ｖｉｎ＜電源電圧Ｖｏｕｔ、リアクトル電流ｉＬ＜０の場合）の動作波形を示している。
【００７５】
また、図９は、図１の電圧変換装置の回生動作時における主要回路部の第２の実施形態の動作波形の異なる例を示す模式図であり、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＤｕｔｙ独立駆動時について、入力側の電源電圧Ｖｉｎを電源電圧Ｖｏｕｔに降圧して出力する場合の力行動作時（電源電圧Ｖｉｎ＞電源電圧Ｖｏｕｔ、リアクトル電流ｉＬ＞０の場合）の動作波形を示している。
【００７６】
また、図１０は、図１の電圧変換装置の回生動作時における主要回路部の第２の実施形態の動作波形の異なる例を示す模式図であり、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＤｕｔｙ独立駆動時について、入力側の電源電圧Ｖｉｎを電源電圧Ｖｏｕｔに降圧して出力する場合の回生動作時（電源電圧Ｖｉｎ＞電源電圧Ｖｏｕｔ、リアクトル電流ｉＬ＜０の場合）の動作波形を示している。
【００７７】
Ｄｕｔｙ独立駆動時においては、図７〜図１０に示すように、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４は、いずれも、独立したＤｕｔｙ値のＰＷＭ信号によりＯＮ／ＯＦＦ動作を行うが、図７，図９に示すように、力行動作時においては、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４とのＯＮへの立ち上がりタイミングが同時であり、かつ、両者が、同時にＯＮの状態に重なり合う時間が存在し、さらに、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３とのＯＦＦへの立ち下がりタイミングが同時であり、かつ、両者が、同時にＯＮの状態に重なり合う時間が存在している。
【００７８】
また、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４の両者がＯＮになる時間と第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３の両者がＯＮになる時間とは、相補的な関係になり、互い違いに異なるタイミングで、それぞれがＯＮになる。
【００７９】
なお、力行動作時においては、昇圧動作（電源電圧Ｖｉｎ＜電源電圧Ｖｏｕｔ）の場合、図７に示すように、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４とがＯＮの状態に重なり合う時間が、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３とがＯＮの状態に重なり合う時間に比して多く、降圧動作（電源電圧Ｖｉｎ＞電源電圧Ｖｏｕｔ）の場合、図９に示すように、逆に、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４とがＯＮの状態に重なり合う時間が、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３とがＯＮの状態に重なり合う時間に比して少なくなる。
【００８０】
一方、図８，図１０に示すように、回生動作時においては、逆に、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３とのＯＮへの立ち上がりタイミングが同時であり、かつ、両者が、同時にＯＮの状態に重なり合う時間が存在し、さらに、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４とのＯＦＦへの立ち下がりタイミングが同時であり、かつ、両者が、同時にＯＮの状態に重なり合う時間が存在している。また、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３の両者がＯＮになる時間と第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４の両者がＯＮになる時間とは、相補的な関係になり、互い違いに異なるタイミングで、それぞれがＯＮになる。
【００８１】
なお、回生動作時においては、昇圧動作（電源電圧Ｖｉｎ＜電源電圧Ｖｏｕｔ）の場合、図８に示すように、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３とがＯＮの状態に重なり合う時間が、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４とがＯＮの状態に重なり合う時間に比して少なく、降圧動作（電源電圧Ｖｉｎ＞電源電圧Ｖｏｕｔ）の場合、図１０に示すように、逆に、第２の主スイッチングトランジスタＱ２と第３の主スイッチングトランジスタＱ３とがＯＮの状態に重なり合う時間が、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４とがＯＮの状態に重なり合う時間に比して多くなる。
【００８２】
また、図７〜図１０に示すように、左右のハーフブリッジ回路の上下に位置する第１、第２の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２、第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４の、それぞれは、いずれも、同時にはＯＮとならないように、双方の間にはデッドタイムＴｄが設けられている。
【００８３】
また、力行動作時においては、図７，図９に示すように、リアクトル電流ｉＬは、左ハーフブリッジ回路から右ハーフブリッジ回路へ（第１の主スイッチングトランジスタＱ１から第４の主スイッチングトランジスタＱ４へ）すなわち正の方向に流れており、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４の両方がＯＮの間は、徐々に増加し、昇圧動作（電源電圧Ｖｉｎ＜電源電圧Ｖｏｕｔ）の場合、一方がＯＦＦになると、減少に転じて徐々に減少して、両者がＯＦＦになると、さらに勾配を大きくして減少していく。
【００８４】
また、降圧動作（電源電圧Ｖｉｎ＜電源電圧Ｖｏｕｔ）の場合には、一方がＯＦＦになると、勾配が小さくなって増加していくものの、両者がＯＦＦになると、減少に転じて徐々に減少していく。したがって、昇圧動作、降圧動作のいずれの場合も、力行動作時においては、リアクトル電流ｉＬは、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４の両方がＯＮへと立ち上がるタイミングでは、最小の電流値になる。
【００８５】
一方、回生動作時においては、図８，図１０に示すように、リアクトル電流ｉＬは、右ハーフブリッジ回路から左ハーフブリッジ回路へ（第２の主スイッチングトランジスタＱ２から第３の主スイッチングトランジスタＱ３へ）すなわち負の方向に流れており、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３がＯＮの間は、徐々に負側に大きくなって、電流値としては減少していき（つまり、絶対値としては増加していき）、昇圧動作（電源電圧Ｖｉｎ＜電源電圧Ｖｏｕｔ）の場合、一方がＯＦＦになると、勾配が小さくなって減少していくものの、両者がＯＦＦになると、増加に転じて、徐々に増加していく（つまり、絶対値としては減少していく）。
【００８６】
また、降圧動作（電源電圧Ｖｉｎ＜電源電圧Ｖｏｕｔ）の場合には、一方がＯＦＦになると、増加に転じて、徐々に負の値が小さくなって増加して（つまり、絶対値としては減少して）、両者がＯＦＦになると、さらに勾配を大きくして増加していく。したがって、昇圧動作、降圧動作のいずれの場合も、回生動作時においては、リアクトル電流ｉＬは、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３の両方がＯＮへと立ち上がるタイミングでは、最大の電流値（つまり、絶対値としては最小の電流値）になる。
【００８７】
ここで、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６について、力行動作時においては、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のソフトスイッチングを実現するために、図７，図９に示すように、第１の実施形態の場合と同様、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４がＯＮに立ち上がる時刻から、電源電圧Ｖｏｕｔ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬにより決定される時間Ｔｒだけ遡ったタイミングで、補助電流ｉｒを正の方向に流すための補助スイッチングトランジスタＱ６をＯＮにし、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４がＯＮになった時点から、電源電圧Ｖｉｎ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬにより決定される時間Ｔｆだけ経過したタイミングで、補助電流ｉｒを停止させるために、補助スイッチングトランジスタＱ６をＯＦＦに復旧させる。
【００８８】
つまり、第１の実施形態の場合と同様、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミングを挟んで（Ｔｒ＋Ｔｆ）時間の間、補助スイッチングトランジスタＱ６をＯＮにして、補助電流ｉｒを継続的に正の方向に流すことによって、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ開始タイミングで主リアクトルＬに流れているリアクトル電流ｉＬの電流値に、補助電流ｉｒの電流値をほぼ等しく調整することができ、スイッチング時に第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４に流れる電流をほぼゼロにするソフトスイッチング動作を行わせることができる。
【００８９】
一方、回生動作時においては、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のソフトスイッチングを実現するために、図８，図１０に示すように、第１の実施形態の場合と同様、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３がＯＮに立ち上がる時刻から、電源電圧Ｖｏｕｔ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬにより決定される時間Ｔｒだけ遡ったタイミングで、補助電流ｉｒを負の方向に流すための補助スイッチングトランジスタＱ５をＯＮにし、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３がＯＮになった時点から、電源電圧Ｖｉｎ、補助リアクトルＬｒのリアクトル値、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミング時のリアクトル電流ｉＬにより決定される時間Ｔｆだけ経過したタイミングで、補助電流ｉｒを停止させるために、補助スイッチングトランジスタＱ５をＯＦＦに復旧させる。
【００９０】
つまり、第１の実施形態の場合と同様、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミングを挟んで（Ｔｒ＋Ｔｆ）時間の間、補助スイッチングトランジスタＱ５をＯＮにして、補助電流ｉｒを継続的に負の方向に流すことによって、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ開始タイミングで主リアクトルＬに流れているリアクトル電流ｉＬの電流値に、補助電流ｉｒの電流値をほぼ等しく調整することができ、スイッチング時に第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３に流れる電流をほぼゼロにするソフトスイッチング動作を行わせることができる。
【００９１】
次に、図７〜図１０のようなＤｕｔｙ独立動作時におけるソフトスイッチング動作を制御する図１の制御部１０Ａの構成の一例について、図１１を用いて説明する。図１１は、図１に示す電圧変換装置の制御部の第２の実施形態における構成例を示すブロック構成図であり、左右のハーフブリッジ回路をＤｕｔｙ独立に駆動する場合の構成例を示している。
【００９２】
図１１の制御部１０Ａも、図４の制御部１０と同様、主回路部ＭＣのセンサから必要とする電圧、電流情報（電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ，リアクトル電流ｉＬ）を受け取るとともに、電圧変換装置に対する指令である出力電圧指令値Ｖｏｕｔ＊に基づいて、主回路部ＭＣの各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートｇ１〜ｇ６に供給すべき駆動信号をＤｕｔｙ独立に適宜設定したＰＷＭ信号として生成する。
【００９３】
なお、図１１の制御部１０Ａにおいて、図４と同一の符号を付している回路部については、第１の実施形態にて説明した図４の回路部と全く同様の機能を有するものであり、ここでの重複する説明は省略し、図４とは異なる回路部について説明する。
【００９４】
図１１の制御部１０Ａにおいて、電流ＰＩ部１３Ａは、電圧ＰＩ部１２から入力されるリアクトル電流指令値ｉＬ＊と現在流れているリアクトル電流ｉＬとの差を入力し、左右のハーフブリッジ回路に必要とするＤｕｔｙ値Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ独立に出力するものであり、リアクトル電流指令値ｉＬ＊と現在流れているリアクトル電流ｉＬとの差に基づいて、例えば、図４の電流ＰＩ部１３の場合と同様に、まず、ＰＩ制御法（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ：比例積分）によって、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４を駆動するためのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値を求めるための基礎となるＤｕｔｙ値Ｄを算出した後、次のように、左右のハーフブリッジ回路の第１、第２の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のそれぞれを駆動するために必要とするＰＷＭ信号のＤｕｔｙ値Ｄ１，Ｄ２に分離する。
【００９５】
Ｄ１＝（Ｄｍａｘ・Ｖｉｎ＋Ｄ）／Ｖｏｕｔ
Ｄ２＝（Ｄｍａｘ・Ｖｏｕｔ−Ｄ）／Ｖｉｎ
ここで、Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔは、第１の実施形態の場合と同様に、左右のハーフブリッジ回路の電源電圧であり、Ｄｍａｘは、当該電圧変換装置において採り得る最大のＤｕｔｙ値である。
【００９６】
Ｄｕｔｙ変換部１９は、電圧ＰＩ部１２Ａから入力される左右ハーフブリッジ回路それぞれに必要とするＤｕｔｙ値Ｄ１，Ｄ２と、上下に位置する第１の主スイッチングトランジスタＱ１および第２の主スイッチングトランジスタＱ２、第３の主スイッチングトランジスタＱ３および第４の主スイッチングトランジスタＱ４の同時ＯＮを防止するためのデッドタイムＴｄのＤｕｔｙ相当値ｄＴｄと、力行／回生判断部１１から入力される力行動作、回生動作の種別と、に基づいて、左右ハーフブリッジ回路それぞれの駆動用のＰＷＭ信号を生成するために必要なＤｕｔｙ値ｄ１，ｄ２に変換するものであり、その変換規則の一例を表１に示す。
【００９７】
【表１】
2008306884.tif 000003
表１に示すように、力行／回生判断部１１から入力される力行信号、回生信号それぞれに対応して、力行信号が「１」となる力行動作時においては、
ｄ１＝Ｄ１＋ｄＴｄ
ｄ２＝（１−Ｄ２）−ｄＴｄ
と変換して、Ｄｕｔｙ値ｄ１，ｄ２を出力する。
【００９８】
一方、回生信号が「１」となる回生動作時においては、
ｄ１＝（１−Ｄ１）−ｄＴｄ
ｄ２＝Ｄ２＋ｄＴｄ
と変換して、Ｄｕｔｙ値ｄ１，ｄ２を出力する。
【００９９】
なお、主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬが略ゼロに等しい場合は、表１に示すように、力行／回生判断部１１から入力される力行信号、回生信号はいずれもゼロであり、力行、回生動作のいずれにも相当していない場合の電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ間の電圧変換であり、
ｄ１＝Ｄ１
ｄ２＝Ｄ２
と、Ｄｕｔｙ値Ｄ１，Ｄ２を変換することなく、そのままＤｕｔｙ値ｄ１，ｄ２として出力する。
【０１００】
ＰＷＭ生成部１４Ａは、Ｄｕｔｙ変換部１９から入力される２つのＤｕｔｙ値ｄ１，ｄ２とのこぎり波生成部２０から出力されるＰＷＭ信号生成用ののこぎり波（振幅が０と１との間で正規化した波形）とを比較して、第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のゲートｇ１〜ｇ４それぞれを駆動するために必要とするＰＷＭ信号、すなわち、ＰＵ１、ＰＬ１，ＰＵ２，ＰＬ２の４つのＰＷＭ信号を生成して出力する。
【０１０１】
ここで、ＰＵ１信号、ＰＬ１信号は、デッドタイムＴｄのＤｕｔｙ値ｄＴｄおよびＤｕｔｙ変換部１９からのＤｕｔｙ値ｄ１とＰＷＭ信号生成用ののこぎり波の振幅との比較結果によって生成され、力行動作時、回生動作時に応じて、第１、第２の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２のいずれかに供給されるＰＷＭ信号である。また、ＰＵ２信号、ＰＬ２信号は、デッドタイムＴｄのＤｕｔｙ値ｄＴｄおよびＤｕｔｙ変換部１９からのＤｕｔｙ値ｄ２とＰＷＭ信号生成用ののこぎり波の振幅との比較結果によって生成され、力行動作時、回生動作時に応じて、第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４のいずれかに供給されるＰＷＭ信号である。
【０１０２】
このとき、上下に位置する第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第２の主スイッチングトランジスタＱ２、第３の主スイッチングトランジスタＱ３と第４の主スイッチングトランジスタＱ４、とが同時にＯＮしないように、前述のように、あらかじめ定めた時間のデッドタイムＴｄが設けられる。
【０１０３】
接続切換部２１は、ＰＷＭ生成部１４Ａから入力されるＰＵ１、ＰＬ１，ＰＵ２，ＰＬ２の４つのＰＷＭ信号を、力行／回生判断部１１から入力される力行動作時、回生動作時の種別に応じて、適切な第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４に供給するための信号切換機能を有している。接続切換の規則の一例を、前述した表１の「接続切換」欄に示している。
【０１０４】
表１に示すように、力行／回生判断部１１から入力される力行信号、回生信号それぞれに対応して、力行信号が「１」となる力行動作時においては、ＰＵ１信号、ＰＬ１信号，ＰＵ２信号，ＰＬ２信号を、第１、第２、第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のそれぞれに対して供給するように接続し、一方、回生信号が「１」となる回生動作時においては、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第２の主スイッチングトランジスタＱ２との間、第３の主スイッチングトランジスタＱ３と第４の主スイッチングトランジスタＱ４との間を切り換えて、ＰＵ１信号、ＰＬ１信号，ＰＵ２信号，ＰＬ２信号を、第２、第１、第４、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ１，Ｑ４，Ｑ３のそれぞれに対して供給するように接続する。
【０１０５】
なお、主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬが略ゼロに等しい場合は、表１に示すように、力行動作時の場合と同様に、ＰＵ１信号、ＰＬ１信号，ＰＵ２信号，ＰＬ２信号を、第１、第２、第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のそれぞれに対して供給するように接続するものとする。
【０１０６】
Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６は、第１の実施形態として説明した図４におけるＴｒ算出／Ｔｆ算出部１６と同等であり、力行／回生判断部１１から入力される力行動作時、回生動作時それぞれの種別に対応して、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のいずれかをＯＮ状態に設定する時間すなわち必要なＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆ（合計ＯＮ時間＝Ｔｒ＋Ｔｆ）を、リアクトル電流ｉＬ、電源電圧Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔの現在の値に基づいて、算出し、しかる後、算出したＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆのそれぞれを、ＰＷＭ信号生成用ののこぎり波の周期に対するＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆに変換して、出力する。
【０１０７】
ここで、第１の実施形態と同様、力行動作時は、補助スイッチングトランジスタＱ６のＯＮ時間であり、回生動作時は、補助スイッチングトランジスタＱ５のＯＮ時間である。なお、ＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆのそれぞれは、前述したように、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のＯＮ開始タイミングを基準にしてその前後に設定すべきＯＮ時間を示している。
【０１０８】
次に、Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６から出力されたＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆと第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４の駆動時に対するデッドタイムＴｄのＤｕｔｙ相当値ｄＴｄとの加減算がなされて、その演算結果がのこぎり波比較部２２に入力される。
【０１０９】
のこぎり波比較部２２は、Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６からのＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆとデッドタイムＴｄのＤｕｔｙ相当値ｄＴｄとの演算結果と、のこぎり波生成部２０から出力される、ＰＷＭ信号生成用ののこぎり波の振幅（振幅を０と１との間で正規化した波形）とを比較し、力行駆動時、回生駆動時の種別に応じて、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のいずれかを駆動するための補助駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成するために必要とする２つのパルス波Ｐａ，Ｐｂを生成する。
【０１１０】
ここで、のこぎり波比較部２２に入力される、Ｄｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆとデッドタイムＴｄのＤｕｔｙ相当値ｄＴｄとの演算結果としては、（ｄＴｄ−ｄＴｒ），（ｄＴｄ＋ｄＴｆ）の２つであり、（ｄＴｄ−ｄＴｒ）の演算結果とＰＷＭ信号生成用ののこぎり波の振幅とを比較することによって、パルス波Ｐａを生成し、（ｄＴｄ＋ｄＴｆ）の演算結果とＰＷＭ信号生成用ののこぎり波の振幅とを比較することによって、パルス波Ｐｂを生成する。
【０１１１】
また、補助パルス生成部１８Ａは、第１の実施形態として説明した図４における補助パルス生成部１８と同等であり、のこぎり波比較部２２から入力された２つのパルス波Ｐａ，Ｐｂそれぞれから、力行／回生判断部１１から入力される力行動作時、回生動作時の種別に基づいて、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のゲートｇ５，ｇ６のいずれかを駆動するために必要とするＰＷＭ信号、すなわち、力行動作時の場合は、補助スイッチングトランジスタＱ６のゲートｇ６を駆動するＯＮ信号Ｐｍを生成して、回生動作時の場合は、補助スイッチングトランジスタＱ５のゲートｇ５を駆動するＯＮ信号Ｐｇを生成して、出力する。
【０１１２】
次に、電流ＰＩ部１３Ａにて算出される駆動Ｄｕｔｙ値Ｄ１，Ｄ２、Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部１６にて算出されるＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆ、および、デッドタイムＴｄのＤｕｔｙ相当値ｄＴｄの各Ｄｕｔｙ値について、のこぎり波生成部２０から出力される、ＰＷＭ信号生成用ののこぎり波と比較して、各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートｇ１〜ｇ６それぞれに供給すべき駆動パルスすなわちＰＷＭ信号（ＰＵ１，ＰＬ１，ＰＵ２，ＰＬ２，Ｐｇ，Ｐｍ信号）を生成するＰＷＭ生成部１４Ａ、補助パルス生成部１８Ａの動作例について、図１２を用いて、力行動作時の場合を例にとって説明する。
【０１１３】
ここで、図１２は、図１の電圧変換装置の制御部１０Ａにおいて生成するスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６駆動用のＰＷＭ信号の波形例を示す模式図であり、制御部１０Ａが左右ハーフブリッジ回路の第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４をＤｕｔｙ独立に駆動するために出力するＰＷＭ信号の力行動作時における動作波形例を示している。
【０１１４】
図１２においては、のこぎり波生成部２０から出力されるＰＷＭ信号生成用ののこぎり波は時間Ｔを周期として出力されており、正規化された振幅０と１との間を直線的に鋸歯状に変化している。ここで、電流ＰＩ部１３Ａにて算出されたＤｕｔｙ値Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ０．６，０．２であり、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４と第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３とをそれぞれ駆動するＰＷＭ信号のＰＵ１、ＰＵ２信号とＰＬ１，ＰＬ２信号との間に設けたデッドタイムＴｄののこぎり波の周期Ｔに対するＤｕｔｙ値ｄＴｄが０．０５であるものとする。また、力行動作時に補助スイッチングトランジスタＱ６をＯＮ動作させるＰｍ信号のＯＮ時間Ｔｒ，Ｔｆののこぎり波の周期Ｔに対するＤｕｔｙ値ｄＴｒ，ｄＴｆがそれぞれ０．０２５，０．０３であるものとする。
【０１１５】
図１２に示すように、力行動作時においては、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４両者のＯＮ開始タイミングを合わせる必要があり、そのため、のこぎり波を使って、のこぎり波が０レベルに復帰してから、デッドタイムＴｄだけ経過したタイミングで、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４それぞれに供給するＰＷＭ信号のＰＵ１信号、ＰＵ２信号を同時にＯＮに立ち上げる。ここで、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３それぞれに供給するＰＷＭ信号のＰＬ１信号、ＰＬ２信号は、のこぎり波が０レベルに復帰する時点でＯＦＦに復帰することにより、ハーフブリッジ回路の上下に位置する第１、第２の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ２、第３、第４の主スイッチングトランジスタＱ３，Ｑ４が同時にＯＮになることを防止している。
【０１１６】
しかし、のこぎり波を参照して、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４を駆動するＰＷＭ信号を生成する場合においては、図１２に示すように、例えば力行動作時において、ＰＵ１信号とＰＵ２信号とのＯＮへの立ち上がりタイミングを合わせることは容易であるが、ＰＵ２信号のＯＦＦへの立ち下りタイミングとＰＬ２信号のＯＮへの立ち上がりタイミングとをデッドタイムＴｄを設けて正しく設定することは容易にはできない。
【０１１７】
そのため、表１において力行動作時のＤｕｔｙ値ｄ２に関するＤｕｔｙ変換規則に示すように、一旦、入力されたＤｕｔｙ値Ｄ２の補数（１からＤｕｔｙ値Ｄ２を差し引いた値）に変換した値を用いて、演算を行うようにして、ＰＵ２信号とＰＬ２信号との双方のＰＷＭ信号を生成するようにしている。しかる後、表１の接続切換規則に示すように、ＰＵ２信号を第４の主スイッチングトランジスタＱ４に供給し、ＰＬ２信号を第３の主スイッチングトランジスタＱ３に供給する。この結果、電流ＰＩ部１３Ａにおいて算出されたＤｕｔｙ値Ｄ１，Ｄ２を有する正しいＰＷＭ信号を生成することができ、かつ、第１の主スイッチングトランジスタＱ１と第４の主スイッチングトランジスタＱ４とのＯＮへの立ち上がりタイミングが一致するＰＷＭ信号を得ることができる。
【０１１８】
すなわち、前述のような数値例の場合においては、ＰＷＭ生成部１４Ａにおいて生成する、力行動作時における第１の主スイッチングトランジスタＱ１の駆動用のＰＵ１信号は、のこぎり波が０から直線的に増加してデッドタイムＴｄだけ経過した、のこぎり波の振幅が０．５となるタイミングでＯＮに立ち上がり、のこぎり波の振幅が０．６５（ｄ１＝Ｄｕｔｙ値Ｄ１＋ｄＴｄ）となるタイミングでＯＦＦに立ち下がるＤｕｔｙ値０．６（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ１）の信号波形となる。
【０１１９】
また、力行動作時における第２の主スイッチングトランジスタＱ２の駆動用のＰＬ１信号のＯＮへの立ち上がりは、デッドタイムＴｄのＤｕｔｙ値ｄＴｄを考慮に入れる必要があり、第１の主スイッチングトランジスタＱ１の駆動用のＰＵ１信号がＯＦＦに立ち下がった、のこぎり波の振幅が０．６５となる時点から、デッドタイムＴｄだけ経過したのこぎり波の振幅が０．７となるタイミングでＯＮに立ち上がり、のこぎり波の振幅が１から０に復帰するタイミングでＯＦＦに立ち下がる。
【０１２０】
さらに、力行動作時における第４の主スイッチングトランジスタＱ４の駆動用のＰＵ２信号は、第１の主スイッチングトランジスタＱ１の駆動用のＰＵ１信号がＯＮに立ち上がる、のこぎり波が０レベルに復帰してから、デッドタイムＴｄだけ経過したタイミングで、同時にＯＮに立ち上がり、ＯＦＦへの立ち下がりは、ＰＵ１信号のＯＦＦへの立ち下がり時点よりも遅れて、前述のように、電流ＰＩ部１３Ａにおいて算出されたＤｕｔｙ値Ｄ２に対する補数（＝１−Ｄｕｔｙ値Ｄ２）から得られる、のこぎり波の振幅が０．７５（ｄ２＝（１−Ｄｕｔｙ値Ｄ２）−ｄＴｄ）となるタイミングになる。したがって、力行動作時において、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４が同時にＯＮになっている時間のＤｕｔｙ値は、０．６（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ１）となる。
【０１２１】
また、第３の主スイッチングトランジスタＱ３の駆動用のＰＬ２信号のＯＮへの立ち上がりは、デッドタイムＴｄのＤｕｔｙ値ｄＴｄを考慮に入れて、第４の主スイッチングトランジスタＱ４の駆動用のＰＵ２信号がＯＦＦに立ち下がった、のこぎり波の振幅が０．７５となる時点からデッドタイムＴｄだけ経過したのこぎり波の振幅が０．８となるタイミングでＯＮに立ち上がり、ＰＬ１信号のＯＦＦへの立ち下がりタイミングと同様、のこぎり波の振幅が１から０に復帰するタイミングでＯＦＦへ立ち下がり、この結果、Ｄｕｔｙ値０．２（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ２）の信号波形となる。したがって、力行動作時において、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３が同時にＯＮになっている時間のＤｕｔｙ値は、０．２（＝Ｄｕｔｙ値Ｄ２）となる。
【０１２２】
また、補助パルス生成部１８Ａにおいて力行動作時の補助スイッチングトランジスタＱ６の駆動用のＰｍ信号を生成するために、のこぎり波比較部２２にて生成される２つのパルス波Ｐａ，Ｐｂについては、前述のように、力行動作時の第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮへの立ち上がりタイミングを、のこぎり波の０への復帰後のタイミングからデッドタイムＴｄ後としているため、のこぎり波の振幅が０に復帰したタイミングで、それぞれ、ＯＮに立ち上がり、のこぎり波の振幅が０から直線的に増加して、それぞれ、０．０２５（＝ｄＴｄ−ｄＴｒ），０．０８（＝ｄＴｄ＋ｄＴｆ）となるタイミングでＯＦＦに立ち下がる信号波形となる。
【０１２３】
したがって、補助パルス生成部１８Ａにおいて力行動作時の補助スイッチングトランジスタＱ６に対する駆動用のＰｍ信号は、パルス波ＰａがＯＦＦに立ち下がる、のこぎり波の振幅が０から直線的に増加して０．０２５（＝ｄＴｄ−ｄＴｒ）となるタイミングでＯＮに立ち上がり、パルス波ＰｂがＯＦＦに立ち下がる、のこぎり波の振幅が０．０２５となる時点からさらに直線的に増加して０．０８（＝ｄＴｄ＋ｄＴｆ）となるタイミングでＯＦＦに立ち下がる信号波形となる。
【０１２４】
この結果、補助パルス生成部１８Ａが生成したＰｍ信号は、図１２に示すように、力行動作時における第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４それぞれの駆動用のＰＵ１信号，ＰＵ２信号がＯＮに立ち上がるタイミングを基準にして前後に、それぞれ、時間Ｔｒ，ＴｆずつＯＮになっている。したがって、補助リアクトルＬｒに正の方向に流れる補助電流ｉｒが、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮへの立ち上がりタイミング（ＯＮ開始タイミング）においてピークとなり、そのタイミングで主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬの電流値とほぼ等しい電流が流れることによって、力行動作時における第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４のＯＮ立ち上がり動作をソフトスイッチング動作とすることができる。
【０１２５】
一方、回生動作時における第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮ立ち上がり動作についても、力行動作時の場合とＰＵ１，ＰＵ２信号とＰＬ１，ＰＬ２信号とについて相補的な関係とすれば、全く同様であり、ソフトスイッチング動作とすることができる。
【０１２６】
なお、図１３は、図１１に示した制御部１０Ａにおける補助パルス生成部１８Ａの具体的な回路例を示す回路図であり、反転（ＮＯＴ）回路１８ｅ，ＡＮＤ回路１８ｆと、２つのセレクタ１８ｇ，１８ｈとから構成されている例を示している。図１３の補助パルス生成部１８Ａに示すように、のこぎり波比較部２２にて生成される２つのパルス波Ｐａ，Ｐｂを入力信号として、パルス波Ｐａを反転（ＮＯＴ）回路１８ｅにて反転させて、パルス波ＰｂとＡＮＤ回路１８ｆにて論理積を求めて、力行動作時においては、セレクタ１８ｇから、補助スイッチングトランジスタＱ６への駆動信号Ｐｍ信号として出力し、回生動作時においては、逆に、セレクタ１８ｈから、補助スイッチングトランジスタＱ５への駆動信号Ｐｇ信号として出力する。
【０１２７】
以上に詳細に説明したように、本実施形態のようなＤｕｔｙ独立駆動を行う構成の電圧変換装置において、それぞれで異なるＤｕｔｙ値でＯＮ／ＯＦＦ動作を行う第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４について、第１、第４の主スイッチングトランジスタＱ１，Ｑ４、第２、第３の主スイッチングトランジスタＱ２，Ｑ３のＯＮへの立ち上がりタイミングを同時に設定するように制御することにより、第１の実施形態における襷がけ駆動時の場合と全く同様のソフトスイッチング動作を行うことが可能である。
【０１２８】
すなわち、Ｄｕｔｙ独立駆動の場合においても、電圧変換装置としての力行動作時や回生動作時に応じて、補助回路の補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することにより、補助回路に流れる補助電流ｉｒの方向を制御し、かつ、第１〜第４の主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のＯＮ開始タイミングにおける主リアクトルＬに流れるリアクトル電流ｉＬと等しい電流値の補助電流ｉｒが補助リアクトルＬｒに流れるように制御することにより、第１〜第４の各主スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４に流れる電流をほぼゼロとするソフトスイッチング動作を行わせることが可能となるので、スイッチング損失を大幅に削減することができる。
【０１２９】
なお、補助電流ｉｒの電流値をリアクトル電流ｉＬの電流値と等しくするタイミングは、例えば、リアクトル電流ｉＬが左ハーフブリッジ回路側から右側ハーフブリッジに向かう正方向に流れる力行動作時においては、リアクトル電流ｉＬを正方向に流す第１の主スイッチングトランジスタＱ１のＯＮ開始タイミングに合わせ、リアクトル電流ｉＬを負方向に流れる回生動作時においては、リアクトル電流ｉＬを負方向に流す第２の主スイッチングトランジスタＱ２のＯＮ開始タイミングに合わせる。
【０１３０】
また、左ハーフブリッジ回路の第１のスイッチングトランジスタＱ１または第２の主スイッチングトランジスタＱ２のＯＮ開始タイミング（あるいは、右ハーフブリッジ回路の第３のスイッチングトランジスタＱ３または第４の主スイッチングトランジスタＱ４のＯＮ開始タイミング）において、補助回路に流れる補助電流ｉｒの電流値が最大になるように、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することにより、補助電流ｉｒのピークを抑止することができ、電圧変換回路の電力消費を抑えるとともに、補助回路の構成部品の小型化を実現することができる。
【０１３１】
さらに、ソフトスイッチング動作として共振作用を利用していないので、従来技術のようなスナーバコンデンサが不要であり、電圧変換回路の小型化、経済化を実現することができる。
【０１３２】
また、共振作用を使用していないので、安定した電圧変換動作が可能であり、ソフトスイッチングの動作可能範囲を広くすることが可能となる。さらには、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６が故障した際には、通常のハードスイッチング動作によって電圧変換を継続させることも可能であるという効果も合わせて奏することができる。
【０１３３】
また、共振作用を使用していないので、安定した電圧変換動作が可能であり、ソフトスイッチングの動作可能範囲を広くすることが可能となる。さらには、補助スイッチングトランジスタＱ５，Ｑ６が故障した際には、通常のハードスイッチング動作によって電圧変換を継続させることも可能であるという効果も合わせて奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の電圧変換装置を形成する主回路の第１の実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】図１の電圧変換装置の力行動作時における主要回路部の第１の実施形態の動作波形の一例を示す模式図である。
【図３】図１の電圧変換装置の回生動作時における主要回路部の第１の実施形態の動作波形の一例を示す模式図である。
【図４】図１に示す電圧変換装置の制御部の第１の実施形態における構成例を示すブロック構成図である。
【図５】図１の電圧変換装置の制御部の第１の実施形態において生成するスイッチングトランジスタ駆動用のＰＷＭ信号の波形例を示す模式図である。
【図６】図４に示した制御部における補助パルス生成部の具体的な回路例を示す回路図である。
【図７】図１の電圧変換装置の力行動作時における主要回路部の第２の実施形態の動作波形の一例を示す模式図である。
【図８】図１の電圧変換装置の回生動作時における主要回路部の第２の実施形態の動作波形の一例を示す模式図である。
【図９】図１の電圧変換装置の力行動作時における主要回路部の第２の実施形態の動作波形の異なる例を示す模式図である。
【図１０】図１の電圧変換装置の回生動作時における主要回路部の第２の実施形態の動作波形の異なる例を示す模式図である。
【図１１】図１に示す電圧変換装置の制御部の第２の実施形態における構成例を示すブロック構成図である。
【図１２】図１の電圧変換装置の制御部の第２の実施形態において生成するスイッチングトランジスタ駆動用のＰＷＭ信号の波形例を示す模式図である。
【図１３】図１１に示した制御部における補助パルス生成部の具体的な回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０，１０Ａ…制御部、１１…力行／回生判断部、１２…電圧ＰＩ部、１３，１３Ａ…電流ＰＩ部、１４，１４Ａ…ＰＷＭ生成部、１５…三角波生成部、１６…Ｔｒ算出／Ｔｆ算出部、１７…三角波比較部、１８，１８Ａ…補助パルス生成部、１８ａ，１８ｂ…Ｄ／ＦＦ回路、１８ｃ，１８ｄ…セレクタ、１８ｅ…反転（ＮＯＴ）回路、１８ｆ…ＡＮＤ回路、１８ｇ，１８ｈ…セレクタ、１９…Ｄｕｔｙ変換部、２０…のこぎり波生成部、２１…接続切換部、２２…のこぎり波比較部、Ｃｉｎ，Ｃｏｕｔ…コンデンサ、Ｄ，ｄＴｒ，ｄＴｆ…Ｄｕｔｙ値、ｇ１〜ｇ６…ゲート、ｉＬ…リアクトル電流、ｉｒ…補助電流、Ｌ…主リアクトル、ＬＤ…負荷、Ｌｒ…補助リアクトル、ＭＣ…主回路部、Ｐａ，Ｐｂ…パルス波、Ｐｇ，Ｐｍ…ＯＮ信号、ＰＵ，ＰＬ…ＰＷＭ信号、Ｑ１〜Ｑ４…第１〜第４の主スイッチングトランジスタ、Ｑ５，Ｑ６…補助スイッチングトランジスタ、Ｔｄ…デッドタイム、Ｔｒ，Ｔｆ…ＯＮ時間、Ｖｉｎ，Ｖｏｕｔ…電源電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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