(57)【要約】【課題】直流電圧変換装置の小型化及び低コスト化を実現する。【解決手段】高圧側端子２２と低圧側端子２４との間に２つのアーム１０，１２が並列接続されており、アーム１０の中点１４とアーム１２の中点１６との間に直列接続された補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と、補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と並列接続されたコンデンサＣ１と、を備えた補助転流回路１８が設けられている。この構成においてソフトスイッチングを行うためには、中点１４と中点１６との間の電圧を設定するための小型のコンデンサＣ１を設ければよいので、コンデンサの数及び容量を減らすことができ、回路の小型化及び低コスト化を実現できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの電気エネルギーをコイルに一時的に蓄え、スイッチング動作により所望の直流電圧に変換して出力する直流電圧変換装置であって、
高圧側端子と低圧側端子の間に互いに並列接続され、各々が、高圧側スイッチ及び逆方向電流用並列ダイオードを含む高圧側回路と、低圧側スイッチ及び逆方向電流用並列ダイオードを含む低圧側回路と、を直列接続して備えた複数のアームと、
各アームの中点間に直列接続された補助スイッチ及び補助コイルと、各アームの中点間電圧を設定するためのコンデンサと、を備えた補助転流回路と、
上記スイッチの各々の導通タイミングを制御することで高圧側スイッチを導通するアームを順次切り換えるアーム切り換え制御を行う制御回路と、
を有することを特徴とする直流電圧変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直流電圧変換装置であって、
前記制御回路は、高圧側スイッチを導通するアームを、複数のアームの中の第１のアームから第２のアームに切り換えるときは、
前記補助スイッチが導通しているときに、第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えて、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達した場合は、第２のアームの高圧側スイッチを導通に切り換える制御と、
前記補助スイッチが導通しているときに、第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えて、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達した場合は、第１のアームの低圧側スイッチを導通に切り換える制御と、
を行うことを特徴とする直流電圧変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の直流電圧変換装置であって、
前記制御回路は、第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差を制御することを特徴とする直流電圧変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の直流電圧変換装置であって、
前記制御回路は、各々が前記時間差の異なる複数種類のアーム切り換え制御を行い、さらに複数種類のアーム切り換え制御の各々を行う時間配分を制御することを特徴とする直流電圧変換装置。
【請求項５】
請求項２に記載の直流電圧変換装置であって、
前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換える先上げ制御を行うことを特徴とする直流電圧変換装置。
【請求項６】
請求項２に記載の直流電圧変換装置であって、
前記制御回路は、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換える先下げ制御を行うことを特徴とする直流電圧変換装置。
【請求項７】
請求項２に記載の直流電圧変換装置であって、
前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換える先上げ制御と、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換える先下げ制御と、を行い、さらに先上げ制御を行う時間と先下げ制御を行う時間配分を制御することを特徴とする直流電圧変換装置。
【請求項８】
請求項５または７に記載の直流電圧変換装置であって、
前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することを特徴とする直流電圧変換装置。
【請求項９】
請求項６または７に記載の直流電圧変換装置であって、
前記制御回路は、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することを特徴とする直流電圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流電圧変換装置、特にソフトスイッチングを行う直流電圧変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電圧変換装置においては、スイッチング損失を低減するためにソフトスイッチング方式が提案されている。ソフトスイッチング方式を用いた従来の直流電圧変換装置の一例が特許第３２５３５２９号（特許文献１）に示されている。この従来の装置においては、直列コンデンサの中点とアームの中点との間に補助転流回路が設けられており、アームの中点電位を変化させて主スイッチに並列接続されたコンデンサの電圧が略０となったときに該主スイッチのスイッチング動作を行っている。これによって、ゼロ電圧スイッチングの実現を図っている。また、この補助転流回路については、特開２０００−３０８３６９号公報（特許文献２）に示すように、直流電圧変換装置の他にインバータにおいてもアームの中点間を接続する構成として用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２５３５２９号公報
【特許文献２】
特開２０００−３０８３６９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の直流電圧変換装置においてソフトスイッチングを行うためには、補助転流回路の両端の電位（中点電位）を設定するためのコンデンサが必要となる。また、補助転流回路に流れる最大電流はアームに流れる制御電流の約２倍となるため、補助転流回路内の各素子については大容量のものを用いる必要がある。したがって、回路の小型化及び低コスト化が困難であるという課題があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型化及び低コスト化を実現できる直流電圧変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第１の本発明に係る直流電圧変換装置は、直流電源からの電気エネルギーをコイルに一時的に蓄え、スイッチング動作により所望の直流電圧に変換して出力する直流電圧変換装置であって、高圧側端子と低圧側端子の間に互いに並列接続され、各々が、高圧側スイッチ及び逆方向電流用並列ダイオードを含む高圧側回路と、低圧側スイッチ及び逆方向電流用並列ダイオードを含む低圧側回路と、を直列接続して備えた複数のアームと、各アームの中点間に直列接続された補助スイッチ及び補助コイルと、各アームの中点間電圧を設定するためのコンデンサと、を備えた補助転流回路と、上記スイッチの各々の導通タイミングを制御することで高圧側スイッチを導通するアームを順次切り換えるアーム切り換え制御を行う制御回路と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、複数のアームが並列接続されている。そして、各アームの中点間に直列接続された補助スイッチ及び補助コイルと、各アームの中点間電圧を設定するためのコンデンサと、を備えた補助転流回路が設けられている。この構成においてソフトスイッチングを行うためには、各アームの中点間電圧を設定するための小型のコンデンサを設ければよいので、コンデンサの数及び容量を減らすことができる。また、複数のアームを設けることでアームに流れる制御電流を減らすことができるので、補助転流回路に流れる最大電流を減らすことができ、補助転流回路内の各素子の容量を小さくすることができる。したがって、回路の小型化及び低コスト化を実現できる。
【０００８】
第２の本発明に係る直流電圧変換装置は、第１の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、高圧側スイッチを導通するアームを、複数のアームの中の第１のアームから第２のアームに切り換えるときは、前記補助スイッチが導通しているときに、第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えて、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達した場合は、第２のアームの高圧側スイッチを導通に切り換える制御と、前記補助スイッチが導通しているときに、第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えて、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達した場合は、第１のアームの低圧側スイッチを導通に切り換える制御と、を行うことを特徴とする。
【０００９】
この構成においては、第２のアームの中点電位が高圧側端子の電位に略達した場合は第２のアームの高圧側スイッチを導通に切り換える制御と、第１のアームの中点電位が低圧側端子の電位に略達した場合は第１のアームの低圧側スイッチを導通に切り換える制御と、を行うことにより、ゼロ電圧スイッチングを行うことができるので、高周波スイッチングを実現できる。
【００１０】
第３の本発明に係る直流電圧変換装置は、第２の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差を制御することを特徴とする。
【００１１】
この構成においては、第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００１２】
第４の本発明に係る直流電圧変換装置は、第３の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、各々が前記時間差の異なる複数種類のアーム切り換え制御を行い、さらに複数種類のアーム切り換え制御の各々を行う時間配分を制御することを特徴とする。
【００１３】
この構成においては、複数種類のアーム切り換え制御の各々を行う時間配分を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００１４】
第５の本発明に係る直流電圧変換装置は、第２の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換える先上げ制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
第６の本発明に係る直流電圧変換装置は、第２の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換える先下げ制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
第７の本発明に係る直流電圧変換装置は、第２の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換える先上げ制御と、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換える先下げ制御と、を行い、さらに先上げ制御を行う時間と先下げ制御を行う時間配分を制御することを特徴とする。
【００１７】
この構成においては、先上げ制御を行う時間と先下げ制御を行う時間配分を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００１８】
第８の本発明に係る直流電圧変換装置は、第５または第７の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第２のアームの中点電位が前記高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することを特徴とする。
【００１９】
この構成においては、第２のアームの中点電位が高圧側端子の電位に略達してから第１のアームの高圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００２０】
第９の本発明に係る直流電圧変換装置は、第６または第７の本発明に記載の装置であって、前記制御回路は、第１のアームの中点電位が前記低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することを特徴とする。
【００２１】
この構成においては、第１のアームの中点電位が低圧側端子の電位に略達してから第２のアームの低圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間を制御することにより、様々な直流電圧の変換比率を実現できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の構成を示す回路図であり、本発明を昇圧コンバータに適用した場合を示す。本実施形態における直流電圧変換装置は、コイルＬ１，Ｌ２と、高圧側端子２２と低圧側端子２４の間に互いに並列接続された２つのアーム１０，１２と、２つのアーム１０，１２の中点１４，１６同士を接続する補助転流回路１８と、を備えている。
【００２４】
アーム１０は、高圧側スイッチＳｗ１及び逆方向電流用並列ダイオードＤｉ１を含む高圧側回路と、低圧側スイッチＳｗ２及び逆方向電流用並列ダイオードＤｉ２を含む低圧側回路と、を直列接続して備えている。同様に、アーム１６は、高圧側スイッチＳｗ３及び逆方向電流用並列ダイオードＤｉ３を含む高圧側回路と、低圧側スイッチＳｗ４及び逆方向電流用並列ダイオードＤｉ４を含む低圧側回路と、を直列接続して備えている。
【００２５】
補助転流回路１８は、アーム１０の中点１４とアーム１２の中点１６との間に直列接続された補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と、補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と並列接続されたコンデンサＣ１と、を備えている。なお、補助スイッチＳｗ５は双方向スイッチで構成される。
【００２６】
アーム１０の中点１４がコイルＬ１の一端と接続され、アーム１２の中点１６がコイルＬ２の一端と接続されている。コイルＬ１の他端及びコイルＬ２の他端はともに直流電源２０の正極側と接続されている。高圧側端子２２は変換された電圧が出力される出力端子となっており、低圧側端子２４は直流電源２０の負極側と接続されている。なお、図示はしていないが、高圧側端子２２は負荷と接続されており、低圧側端子２４はグランドと接続されている。
【００２７】
また、図示はしていないが、後述する処理に従って各スイッチＳｗ１〜Ｓｗ５の導通タイミングを制御することで、高圧側スイッチを導通するアームを順次切り換えるアーム切り換え制御を行う制御回路がさらに備えられている。そして、図示はしていないが、アーム１０，１２の各々の中点電位を検出する中点電位検出回路がさらに備えられている。
【００２８】
各スイッチＳｗ１〜Ｓｗ５に用いるスイッチ素子としては、一般的にＩＧＢＴを用いるが、ＭＯＳＦＥＴ等の制御電圧によるオンオフ機能を有する素子も用いることができ、高速動作を要求されない場合はＧＴＯやＢＪＴも用いることができる。さらに、補助スイッチＳｗ５に用いるスイッチ素子については、上記に挙げたものの他に、オフ制御機能を有さないサイリスタも用いることができる。
【００２９】
次に、本実施形態における直流電圧変換装置のアーム切り換え制御について、図２〜６を用いて説明する。ここでは、アーム１０の低圧側スイッチＳｗ２及びアーム１２の高圧側スイッチＳｗ３が導通の状態（アーム１２の中点１６が高電位）から、アーム１０の高圧側スイッチＳｗ１及びアーム１２の低圧側スイッチＳｗ４が導通の状態（アーム１０の中点１４が高電位）へ切り換える場合について説明する。ただし、逆の切り換え動作についても後述する動作と同様の原理を用いて実現できる。
【００３０】
コイルＬ１，Ｌ２には、ともにＩ／２の負電流（直流電源２０に充電する方向を負とする）が流れているとする。まず図２に示すように、低圧側スイッチＳｗ２及び高圧側Ｓｗ３の導通時に補助スイッチＳｗ５を導通に切り換える。そうすると、補助転流回路１８の補助コイルＬ３に電流ｉＬ３が流れ始める。
【００３１】
次に図３に示すように、低圧側スイッチＳｗ２を非導通に切り換える（時刻ｎ１）。ただし、コイルＬ１，Ｌ２の電流が正の場合は、所定時間調整の後に低圧側スイッチＳｗ２を非導通に切り換える。そうすると、補助コイルＬ３に流れる電流ｉＬ３がＩ／２を超えた時点からコンデンサＣ１の放電が始まり、アーム１０の中点１４の電位Ｖａがグランドレベルから高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇する（時刻ｎ１〜ｎ２）。中点電位検出回路により検出されたアーム１０の中点電位Ｖａが電位Ｖｏに達した時点で高圧側スイッチＳｗ１を導通に切り換える（時刻ｎ２）。その後、必要に応じて時間調整を行う。
【００３２】
次に図４に示すように、高圧側スイッチＳｗ３を非導通に切り換える（図６では時間調整を行わずに高圧側スイッチＳｗ３を切り換えた場合を示す）。そうすると、コイルＬ２，Ｌ３の電流はアーム１２の中点１６の電位Ｖｂを下げるように作用し、アーム１２の中点電位Ｖｂはグランドレベルまで下降する（時刻ｎ２〜ｎ３）。中点電位検出回路により検出されたアーム１２の中点電位Ｖｂがグランドレベルに達した時点で低圧側スイッチＳｗ４を導通に切り換える（時刻ｎ３）。
【００３３】
次に図５に示すように、補助コイルＬ３の電流ｉＬ３が０になった時点で補助スイッチＳｗ５を非導通に切り換える。ここでは、低圧側スイッチＳｗ４を導通に切り換えてから回路内の素子の定数に基づく所定時間経過後に補助スイッチＳｗ５を非導通に切り換える。ただし、補助スイッチＳｗ５の導通時にアーム１２を再び高圧側に切り換える必要が生じた場合は、補助スイッチＳｗ５を導通にした状態で次のアーム切り換え動作に移る。以上の動作において、スイッチＳｗ１〜Ｓｗ４の切り換え動作はゼロ電圧スイッチングとなり、補助スイッチＳｗ５の切り換え動作はゼロ電流スイッチングとなるため、ソフトスイッチング動作を実現できる。なお、以上の動作のように、アーム１０の中点電位Ｖａを高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇させてからアーム１２の中点電位Ｖｂをグランドレベルまで下降させる制御のことを先上げ制御と呼ぶことにする。
【００３４】
ここで、アーム切り換え制御の１サイクルにおける高圧側スイッチを導通する時間比率については、アーム１０とアーム１２とで等しくする必要がある。また、１サイクルにおけるコイルＬ１，Ｌ２の平均電圧が０になることから、図６に示すアーム中点電位となるような先上げ制御を行ったときの昇圧比率α１は、１サイクルの時間をＴｃ、アーム中点電位がグランドレベルから電位Ｖｏまで上昇するのに要する時間をＴ１、アーム中点電位が電位Ｖｏからグランドレベルまで下降するのに要する時間をＴ２とすると、以下の（１）式で表される。
【数１】
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【００３５】
ただし、（１）式では、上昇時間Ｔ１及び下降時間Ｔ２における平均電圧を、３／８×Ｖｏとしている。そして、（１）式は、昇圧比率がアーム中点電位の１サイクルにおける時間平均に基づいて決まることを示している。したがって、本実施形態の直流電圧変換装置においては、アーム中点電位の１サイクルにおける時間平均値を変化させることにより、昇圧比率を調整することができる。ここで、アーム切り換え制御の一連の動作において、低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差δＴを変化させることにより、アーム中点電位の１サイクルにおける時間平均値を変化させることができる。
【００３６】
以下、時間差δＴを異ならせることで、先上げ制御の場合と異なる昇圧比率を得る切り換え動作について説明する。
【００３７】
先述の先上げ制御においては、アーム１０の中点電位Ｖａを高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇させてからアーム１２の中点電位Ｖｂをグランドレベルまで下降させる制御を行ったが、アーム１２の中点電位Ｖｂをグランドレベルまで下降させてからアーム１０の中点電位Ｖａを高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇させる動作（以下、先下げ制御とする）を行ってもソフトスイッチング動作を実現できる。以下、この先下げ制御の切り換え動作について、図７に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００３８】
先下げ制御においては、補助スイッチＳｗ５を導通に切り換えた後に、高圧側スイッチＳｗ３を非導通に切り換える（時刻ｎ４）。そうすると、アーム１２の中点１６の電位Ｖｂはグランドレベルまで下降し（時刻ｎ４〜ｎ５）、中点電位検出回路により検出された中点電位Ｖｂがグランドレベルに達した時点で低圧側スイッチＳｗ４を導通に切り換える（時刻ｎ５）。次に、必要に応じて時間調整を行った後、低圧側スイッチＳｗ２を非導通に切り換える（図７では時間調整を行わずに低圧側スイッチＳｗ２を切り換えた場合を示す）。そうすると、アーム１０の中点１４の電位Ｖａはグランドレベルから高圧側端子２２の電位Ｖｏまで上昇し（時刻ｎ５〜ｎ６）、中点電位検出回路により検出された中点電位Ｖａが電位Ｖｏに達した時点で高圧側スイッチＳｗ１を導通に切り換える（時刻ｎ６）。そして、補助コイルＬ３の電流ｉＬ３が０になった時点で補助スイッチＳｗ５を非導通に切り換える。ここでは、高圧側スイッチＳｗ１を導通に切り換えてから回路内の素子の定数に基づく所定時間経過後に補助スイッチＳｗ５を非導通に切り換える。なお、逆の切り換え動作についても同様の原理を用いて実現できる。
【００３９】
ここで、図７に示すアーム中点電位となるような先下げ制御を行ったときの昇圧比率α２は、１サイクルにおけるコイルＬ１，Ｌ２の平均電圧が０になることから、以下の（２）式で表される。
【数２】
2004187451.tif 000004
【００４０】
ただし、（２）式においても、上昇時間Ｔ１及び下降時間Ｔ２における平均電圧を、３／８×Ｖｏとしている。図６，７に示すように、先上げ制御においてはδＴ＝−Ｔ１であり、先下げ制御においてはδＴ＝Ｔ２であるので、先上げ制御と先下げ制御とで、低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差δＴが異なっている。そして、（１），（２）式で表されるように、先上げ制御と先下げ制御とで昇圧比率も異なっている。
【００４１】
そして、アーム切り換え制御の一連の動作において、低圧側スイッチの非導通への切り換えと、高圧側スイッチの非導通への切り換えとを同時に行っても（すなわち時間差δＴ＝０）、先上げ制御及び先下げ制御の場合と異なる昇圧比率を得ることができる。
【００４２】
さらに、図８のタイムチャートに示すように、先上げ制御において、アームの中点電位が高圧側端子２２の電位Ｖｏに達してから高圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間Ｔｈｈを制御することにより、昇圧比率を調整することができる。この場合、時間差δＴ＝−（Ｔ１＋Ｔｈｈ）であり、昇圧比率α３は、以下の（３）式で表される。ただし、（３）式においても、上昇時間Ｔ１及び下降時間Ｔ２における平均電圧を、３／８×Ｖｏとしている。
【数３】
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【００４３】
同様に、図９のタイムチャートに示すように、先下げ制御においても、アームの中点電位がグランドレベルに達してから低圧側スイッチを非導通に切り換えるまでの時間Ｔｇｇを制御することにより、昇圧比率を調整することができる。この場合、時間差δＴ＝Ｔ２＋Ｔｇｇであり、昇圧比率α４は、以下の（４）式で表される。ただし、（４）式においても、上昇時間Ｔ１及び下降時間Ｔ２における平均電圧を、３／８×Ｖｏとしている。
【数４】
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【００４４】
なお、時間Ｔｈｈまたは時間Ｔｇｇを設けて制御を行う場合は、補助転流回路１８内の発熱が増えるため、補助転流回路１８内の各素子の容量を少し大きくすることが好ましい。
【００４５】
また、以上に示したような時間差δＴをそれぞれ異ならせた複数種類のアーム切り換え制御を行い、さらにその各々を行う時間配分を調整しながら行っても昇圧比率を調整することができる。一例を挙げると、時間Ｔｈｈ＝０の場合の先上げ制御を行う時間と、時間Ｔｇｇ＝０の場合の先下げ制御を行う時間配分を制御することにより、α１とα２の間の範囲で昇圧比率を調整することができる。
【００４６】
本実施形態においては、２つのアーム１０，１２が並列接続されている。そして、アーム１０の中点１４とアーム１２の中点１６との間に直列接続された補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と、補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３と並列接続されたコンデンサＣ１と、を備えた補助転流回路１８が設けられている。この構成においてソフトスイッチングを行うためには、中点１４と中点１６との間の電圧を設定するための小型のコンデンサＣ１を設ければよいので、コンデンサの数及び容量を減らすことができる。また、２つのアーム１０，１２を設けることでアーム１０，１２に流れる制御電流を１／２に減らすことができるので、補助転流回路１８に流れる最大電流を１／２に減らすことができ、補助転流回路１８及びアーム１０，１２内の各素子の容量を小さくすることができる。したがって、本実施形態においては、アーム、コイルの数は増えるものの、回路全体としては小型化及び低コスト化を実現できる。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、アーム切り換え制御の一連の動作において、低圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングと、高圧側スイッチを非導通に切り換えるタイミングとの時間差δＴを変化させることにより、様々な値の昇圧比率を得ることができる。例えば、上述したように、先上げ制御と先下げ制御とで異なる昇圧比率を得ることができる。さらに、先上げ制御における時間Ｔｈｈ及び先下げ制御における時間Ｔｇｇを調整することによっても、昇圧比率を調整することができる。
【００４８】
また、例えば、先上げ制御を行う時間と先下げ制御を行う時間配分を制御するように、時間差δＴをそれぞれ異ならせた複数種類のアーム切り換え制御を時間配分を調整しながら行うことによっても、昇圧比率を調整することができる。
【００４９】
なお、コンデンサの配置については、補助スイッチＳｗ５及び補助コイルＬ３に並列配置に限られるものではなく、各アームの中点間電圧を設定するための配置であればよい。例えば、高圧側スイッチＳｗ１，Ｓｗ３に並列配置または低圧側スイッチＳｗ２，Ｓｗ４に並列配置であってもよく、この構成においても従来の回路よりコンデンサの数を減らすことができる。
【００５０】
本実施形態においては、昇圧回路の場合について説明したが、高圧側端子２２に直流電源の正極を接続し、低圧側端子２４に直流電源の負極を接続し、コイルＬ１，Ｌ２の他端を出力端子とすることにより、本発明を降圧回路に適用することもできる。そして、降圧回路においても、昇圧回路を用いて説明した同様の原理を用いることにより、降圧比率を調整することができる。
【００５１】
さらに、以上の説明においては、２つのアーム１０，１２を並列接続した場合について説明したが、並列接続されるアームの数については２つに限るものではなく、３つ以上のアームを並列接続してもよい。図１０は、一例として３つのアーム１０，１２，３０を並列接続した場合を示している。この構成においては、補助転流回路１８はアーム１０の中点１４とアーム１２の中点１６との間を接続し、補助転流回路３２はアーム１２の中点１６とアーム３０の中点３４との間を接続している。そして、直流電源２０の正極と高圧側端子２２との間にコンデンサＣ２が設けられている。ただし、コンデンサＣ２については、高圧側端子２２と低圧側端子２４との間に設けられていてもよい。他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
図１０に示す構成においては、３つのアーム１０，１２，３０のうち高圧側スイッチを導通する１つのアームを順次切り換えるアーム切り換え制御を行うことにより、２つのアームの場合より昇圧比率を大きくすることができる。さらに、２つのアームの場合より補助転流回路１８，３２及びアーム１０，１２，３０内の各素子の容量を小さくすることができる。なお、アーム切り換え制御については２つのアームの場合と同様の原理を用いて行うことができるので説明を省略する。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コンデンサの数及び容量を減らすことができ、補助転流回路内の各素子の容量を小さくすることができるので、回路の小型化及び低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図１０】本発明の実施形態に係る直流電圧変換装置の他の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０，１２，３０  アーム、１８，３２  補助転流回路、２０  直流電源、Ｃ１  コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２  コイル、Ｌ３  補助コイル、Ｓｗ１，Ｓｗ３  高圧側スイッチ、Ｓｗ２，Ｓｗ４  低圧側スイッチ、Ｓｗ５  補助スイッチ。
【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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