(57)【要約】【課題】高出力時の安定した高効率に加えて、低出力時にも効率を上げ、安定した高効率特性を得るようにした直流／直流電力変換器を提供する。【解決手段】出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳよりも大きい場合（ＳＴ２）に、スイッチＳＷのオン／オフによるＰＷＭ幅を大きくし（ＳＴ３）、ＰＷＭ幅最高値Ｐｍａｘとなるまで出力を上昇させて（ＳＴ４，ＳＴ５）、出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳよりも小さくなると（ＳＴ７）、ＰＷＭ幅を小さくし（ＳＴ８）、このＰＷＭ幅が出力効率を最低とする最小値（Ｐｍｉｎ)となったか判別し（ＳＴ９）、ＰＷＭ幅が所定の最小値（Ｐｍｉｎ）となった(ＳＴ１１、ＳＴ１２)場合に、前記ＰＷＭ幅のパルス幅及び及びパルス幅動作周期を切換前のパルス幅の所定倍とする（ＳＴ１３）。【選択図】図２
2016086616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と出力端子との間に、入力端子とアース間の第１端子に接続される第１のコンデンサと、
前記第１端子と、前記出力端子との間に接続されるリアクトルと、
前記入力端子と前記出力端子の間に配置されるスイッチング素子と、
出力電圧の変動に応じて、前記スイッチング素子のオン／オフによるＰＷＭ（パルス幅変調）幅を制御するＰＷＭ第１制御を行うとともに、前記ＰＷＭのパルス幅が小さくなり効率低下が著しくなると、前記ＰＷＭのパルス幅及びＰＷＭ制御の動作周期を、直前の動作周期より長くするＰＷＭ第２制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
前記制御部は、前記ＰＷＭのパルス幅及びＰＷＭ制御の動作周期を、直前の前記パルス幅及び動作周期よりＮ（Ｎは、１より大きい正数）倍することを特徴とする請求項１記載の電力変換器。
【請求項３】
前記リアクトルは、一方端が前記入力端子に接続され、
前記スイッチング素子は、一方端が前記リアクトルの他方端に接続され、他方端はアース接続され、
前記リアクトルの他方端と、前記出力端子の間に接続する整流素子と、
前記出力端子と前記整流素子との間に、一方端が接続され、他方端がアース接続される第２のコンデンサと、
をさらに備えることを特徴する請求項１記載の電力変換器。
【請求項４】
整流素子と、
前記出力端子と前記リアクトルの間に、一方端が接続され、他方端がアース接続される第２のコンデンサと、をさらに備え、
前記スイッチンング素子は、前記入力端子と、前記リアクトルの一方端との間に接続され、
前記整流素子は、一方端が前記リアクトルに接続され、他端がアース接続されることを特徴とする請求項１記載の電力変換器。
【請求項５】
前記スイッチング素子は、ＳｉＣ型スイッチング素子を使用するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換器。
【請求項６】
直流電源と、
第１と第２のスイッチング素子が直列接続されて前記直流電源に接続されてなる第１回路と、
第３と第４のスイッチング素子が直列接続されて前記直流電源に接続されてなる第２回路と、
前記第１回路の接続中点と出力端子との間に接続される第１のリアクトルと、
前記第２回路の接続中点と出力端子との間に接続される第２のリアクトルと、
前記第１のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子に出力すべき交流信号の半
サイクルを交互にオンするともに、前記第２のスッチング素子及び第４のスイッチング素子のＰＷＭ波によるＰＷＭ幅を制御する第１制御を行うとともに、前記ＰＷＭのパルス幅が下限値になると、前記ＰＷＭのパルス幅及びＰＷＭ制御の動作周期を直前の動作周期より長くするＰＷＭ第２制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換器。
【請求項７】
交流電源が入力される第１と第２の交流電源入力端子と、
第１と第２のスイチング素子が直列接続されて直流電源に接続される第１回路と、
第３と第４のスイチング素子が直列接続されて直流電源に接続される第２回路と、
前記第１の交流電源入力端子と前記第１の回路の接続中点との間に接続される第１のリアクトルと、
前記第２の交流電源入力端子と前記第２の回路の接続中点との間に接続される第２のリアクトルと、
前記第１のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子に入力すべき出力信号の半サイクルを交互にオンするとともに前記第２のスイチング素子及び第４のスイッチング素子のＰＷＭ波によるＰＷＭ幅を制御する第１制御を行うとともに、前記ＰＷＭのパルス幅が下限値になると前記のパルス幅及びＰＷＭ制御の動作周期を直前の動作周期より長くするＰＷＭ第２制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調方式を制御する電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換器は、スイッチのオンオフによりコイルに電磁誘導を生じさせることにより、所望の電力に変換する。電力変換器の制御方法は、ＰＷＭ（パルス幅変調)方式が一般的である。例えば、出力電力を大きくする場合は、スイッチのＯＮ時間幅を大きくし、出力電力を小さくする場合、スイッチのＯＮ時間幅が小さく設定される。
【０００３】
しかし、入力電力が低下すると、充分な誘導電圧が又は電流が得られないため、所定の出力電力を出力できなくなる。そのため、入力電力が低下すると、大型から小型のパワーコンデッショナに変えて、パワーコンデッショナによる誘導電流を所定値に維持する出力電力を回収するパワーコンデッショナの制御装置が開示されている(例えば特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２５４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、入力電力にしたがって、パワーコンデッショナを切り替えると、入力電力のゆらぎにより、パワーコンデッショナの起動又は停止が生じ、パワーコンデッショナの動作が不安定化する可能性がある。
【０００６】
上記課題を解決するため、本願発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、低出力時のＰＷＭ幅の最小値を効率低下の発生する値(例えば３０％)にし、出力値が、その値以下になる場合、動作周期を下げて一回のＰＷＭ出力の電力を低下しない電力量とし、高出力から低出力まで効率を低下させない変換器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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の電力変換器は、入力端子と出力端子との間に、入力端子とアース間の第１端子に接続される第１のコンデンサと、前記第１端子と、前記出力端子との間に接続されるリアクトルと、前記入力端子と前記出力端子の間に配置されるスイッチング素子と、出力電圧の変動に応じて、前記スイッチング素子のオン／オフによるＰＷＭ（パルス幅変調）幅を制御するＰＷＭ第１制御を行うとともに、前記ＰＷＭのパルス幅が小さくなり効率低下が著しくなると、前記ＰＷＭのパルス幅及びＰＷＭ制御の動作周期より長くするＰＷＭ第２制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電力変換器において、より具体的な構成として、前記制御部は、前記ＰＷＭのパルス幅及びＰＷＭ制御の動作周期を、直前の前記パルス幅及び動作周期よりＮ（Ｎは、１より大きい正数）倍することとしてもよい。
【０００９】
また、本発明の電力変換器において、より具体的な構成として、前記リアクトルは、一方端が前記入力端子に接続され、前記スイッチング素子は、一方端が前記リアクトルの他方端に接続され、他方端はアース接続され、前記リアクトルの他方端と、前記出力端子のの間に接続する整流素子と、前記出力端子と前記整流素子との間に、一方端が接続され、他方端がアース接続される第２のコンデンサと、をさらに備えるようにしてもよい。
【００１０】
また、本発明の電力変換器において、より具体的な構成として、整流素子と、前記出力端子と前記リアクトルの間に、一方端が接続され、他方端がアース接続される第２のコンデンサと、をさらに備え、前記スイッチンング素子は、前記入力端子と、前記リアクトルの一方端との間に接続され、前記整流素子は、一方端が前記リアクトルに接続され、他端がアース接続される、ようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明の電力変換器において、より具体的な構成として、前記スイッチング素子は、ＳｉＣ型スイッチング素子を使用するものであることとしてもよい。
【００１２】
また、上記課題を解決する、本発明の他の電力変換器として、直流電源と、第１と第２のスイッチング素子が直列接続されて前記直流電源に接続されてなる第１回路と、第３と第４のスイッチング素子が直列接続されて前記直流電源に接続されてなる第２回路と、前記第１回路の接続中点と出力端子との間に接続される第１のリアクトルと、前記第２回路の接続中点と出力端子との間に接続される第２のリアクトルと、前記第１のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子に出力すべき交流信号の半サイクルを交互にオンするともに、前記第２のスッチング素子及び第４のスイッチング素子のＰＷＭ波によるＰＷＭ幅を制御する第１制御を行うとともに、前記ＰＷＭのパルス幅が下限値になると、前記ＰＷＭのパルス幅及びＰＷＭ制御の動作周期を直前の動作周期より長くするＰＷＭ第２制御を行う制御部と、を備えることを特徴とするものとしてもよい。
【００１３】
また、上記課題を解決する、本発明の他の電力変換器として、  交流電源が入力される第１と第２の交流電源入力端子と、第１と第２のスイチング素子が直列接続されて直流電源に接続される第１回路と、第３と第４のスイチング素子が直列接続されて直流電源に接続される第２回路と、前記第１の交流電源入力端子と前記第１の回路の接続中点との間に接続される第１のリアクトルと、前記第２の交流電源入力端子と前記第２の回路の接続中点との間に接続される第２のリアクトルと、前記第１のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子に入力すべき出力信号の半サイクルを交互にオンするとともに前記第２のスイチング素子及び第４のスイッチング素子のＰＷＭ波によるＰＷＭ幅を制御する第１制御を行うとともに、前記ＰＷＭのパルス幅が下限値になると前記のパルス幅及びＰＷＭ制御の動作周期を直前の動作周期より長くするＰＷＭ第２制御を行う制御部と、を備えることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＰＷＭ動作幅が負荷効率を所要の効率低下前の発生値(例えば３０％)にし、出力が、その値以下になる場合に動作周期を下げて、ＰＷＭ動作幅は、そのままとし、１回のＰＷＭ動作幅出力の電力量を効率低下しない電力量としているので、低出力時のコンバータ効率を上げることができる。そのため、高出力状態から低出力状態まで高効率、安定な電力変換をなすことができ、従来のものに比し、より高効率、安定な電力変換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る直流／直流電力変換器の構成を示す回路接続図である。
【図２】同実施形態直流／直流電力変換器の動作を説明するための制御フロー図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る直流／直流電力変換器の構成を示す回路接続図である。
【図４】本発明に係る直流／直流電力変換器の出力効率を説明するための特性図である。
【図５】本発明の実施形態に係る直流／直流電力変換器のパルス幅変調（ＰＷＭ）における動作周期を３倍にした場合における動作波形を示す図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る直流／交流電力変換器の構成を示す回路接続図である。
【図７】同実施形態直流／交流電力変換器における電力変換動作の制御信号を示すタイミング波形図である。
【図８】同実施形態直流／交流電力変換器におけるＰＷＭ制御信号のパルス幅が小さい場合にＰＷＭ幅、動作周期を所定倍とする説明図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係る交流／直流電力変換器における電力変換動作の制御信号を示すタイミング波形図である。
【図１０】従来の直流／直流電力変換器における出力効率を示す特性図である。
【図１１】従来の直流／直流電力変換器における最大出力１００％の場合のパルス幅変調（ＰＷＭ）における動作波形を示す図である。
【図１２】従来の直流／直流電力変換器における小出力１０％の場合のパルス幅変調（ＰＷＭ）における動作波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るＤＣ／ＤＣ電力変換器(直流／直流電力変換器)の構成を示す回路ブロックである。
【００１７】
図１において、この実施形態に係るＤＣ／ＤＣ電力変換器は、入力直流電圧Ｖ１が入力される入力端子Ｐ１と、出力直流電圧Ｖ２が出力される出力端子Ｐ２と、この出力端子Ｐ２に負極が接続されるダイオードＤと、入力端子Ｐ１とアース間に接続されるコンデンサＣ１と、入力端子Ｐ１に一端が接続され他端がダイオードＤの正極に接続されるリアクトルＬと、出力端子Ｐ２とアース間に接続されるコンデンサＣ２と、入力端子Ｐ１に入力される電圧Ｖ１を検出する電圧計Ｖ１ｍと、出力端子Ｐ２より出力される電圧Ｖ２を検出する電圧計Ｖ２ｍと、リアクトルＬとダイオードＤの接続点とアース間に接続されるスイッチＳＷと、入力電圧計Ｖ１、出力電圧計Ｖ２よりの電圧を取り込み、出力電圧Ｖ２の電圧値に応じスイッチＳＷの動作、パルス幅を制御する制御部ＣＤと、を備えている。
【００１８】
制御部ＣＤは、以下に示す２つの制御方式により，ＰＷＭ制御を行う。
１．ＰＷＭ第１制御
ＰＷＭ第１制御では、制御部ＣＤは、出力電力を大きくする場合は、図１１に示すようにスイッチＳＷのＯＮ時間幅を大きくする。図１１の例では、パルス幅１００％の場合を示している。反対に出力電力を小さくする制御をする場合は、図１２に示すようにスイッチＳＷのＯＮの時間幅を小さくする。図１２の例ではパルス幅は１０％としている。
【００１９】
２．ＰＷＭ第２制御
ＰＷＭ第２制御では、制御部ＣＤは、所要の負荷効率低下前の出力電力時のＰＷＭのパルス幅にし、出力電力が負荷効率低下前の出力値以下になる場合、直前のパルス幅及び動作周期よりそれぞれ長くする制御を行う。
【００２０】
ＰＷＭ第１制御では、出力電圧が低下し、スイッチＳＷのＯＮの時間幅（ＰＷＭ動作幅）が小さくなると、スイッチングロスが大きくなるため、電力変換器の効率が下がる。そのため、ＰＷＭ第２制御では、ＰＷＭ制御及び動作周期をそれぞれ長くして、１回のＰＷＭ動作幅出力の電力量を効率低下しない電力量としているので、低出力時の電力変換器の効率を上げることが出来る。
【００２１】
そのため、高出力状態から低出力状態まで高効率、安定な電力変換をなすことができ、従来のものに比し、より高効率、安定な直流／直流電力変換器を得ることができる。
【００２２】
なお、この実施形態装置では、ＤＣ／ＤＣ電力変換器として、出力（ＯＮパルス）幅が１００％から０％までの出力に対する各％に対する効率が一般に図１０に示すものであるとして出力のパルス幅が３０％より下がるまでは、出力に対する効率は一定であり、パルス幅変調に係る動作周期(周波数ｎとして１／ｎ)は一定としているが、パルス幅が３０％より下がると、これに応じて制御部ＣＤにより、スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを制御し、具体的にはパルス幅変調に係る動作周期をｎ倍(例えばパルス幅が１０％の場合は、３倍の周期)にするとともに、パルス幅もｎ倍(例えば３倍)とするように制御する。
【００２３】
次に、上記実施形態ＤＣ／ＤＣ電力変換器において、パルス幅変調の各出力(大出力から小出力)に応じた処理動作を図２に示すフロー図を参照して説明する。
【００２４】
処理動作が開始されると、ステップＳＴ１において、出力電圧Ｖ２を計測する。計測した出力電圧Ｖ２は制御部ＣＤの記憶部に記憶される。次にステップＳＴ２へ移行する。ステップＳＴ２においては、出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳより大きいか否か判定する。判定の結果、出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳより大きいとの判定ＹＥＳで、次にステップＳＴ３へ移行する。一方、出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳより大きくなければ判定ＮＯでステップＳＴ６へ移行する。
【００２５】
ステップＳＴ３においては、出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳより大とのことであるので、制御部ＣＤで、ＰＷＭ幅を大きくして、スイッチＳＷに入力する。続いて、ステップＳＴ４へ移行する。
【００２６】
ステップＳＴ４においては、ＰＷＭ幅Ｐが最大ＰＷＭ幅（Ｐｍａｘ；例えば１００％）より大きいか否か判定する。ＰＷＭ幅Ｐが最大ＰＷＭ幅（Ｐｍａｘ）より大きくなければ、判定ＮＯで、ここでの処理を終了する。一方、ＰＷＭ幅Ｐが最大ＰＷＭ幅（Ｐｍａｘ)より大であれば、判定ＹＥＳで、ステップＳＴ５へ移行し、ＰＷＭ幅Ｐ＝Ｐｍａｘにして処理を終了する。
【００２７】
次に、ステップＳＴ２において、Ｖ２＞ＶＳか？の判定ＮＯでステップＳＴ６へ移行した場合は、ステップＳＴ６において、出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳに等しいか否か判定する。このステップＳＴ６において、出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳの場合は、判定ＹＥＳであり、出力電圧Ｖ２を加減する必要がないので、処理を終了する。一方、出力電圧Ｖ２＝設定電圧ＶＳでない場合は判定ＮＯで、ステップＳＴ７へ移行する。
【００２８】
ステップＳＴ７において、Ｖ２＜ＶＳか？、つまり出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳより小さいか否か判定する。このステップＳＴ７において、判定ＹＥＳの場合、つまり出力電圧Ｖ２が設定電圧ＶＳより小さい場合には、判定ＹＥＳで、ステップＳＴ８へ移行する。一方、ステップＳＴ７において判定ＮＯの場合は、再度ステップＳＴ１にリターンする。
【００２９】
ステップＳＴ８においては、それまでのＰＷＭ幅を小さくする。続いて、ステップＳＴ９へ移行する。ステップＳＴ９においては、ＰＷＭ幅(Ｐ)は、最小値（Ｐｍｉｎ）か？否か判定する。ここで最小値Ｐｍｉｎは、ＰＷＭ幅を１００％より小さくした場合に出力が例えば図１０における３０％で効率が低下し始める際の出力Ｐに相当する。それゆえステップＳＴ９においては、ＰＷＭ幅(Ｐ)が、最小値（Ｐｍｉｎ)(例えばＰＷＭ幅３０％)であるか否か判定する。
【００３０】
ステップＳＴ８において、ＰＷＭ幅を小さくし、例えば最小値（Ｐｍｉｎ）３０％で等しくした場合は、ステップＳＴ９におけるＰＷＭ幅（Ｐ）＜ＰＷＭ幅の最小値（Ｐｍｉｎ）か？の判定ＮＯでステップＳＴ１０へ移行する。ステップＳＴ１０においては、動作周波数ω＝基準動作周波数ω０にする。そして処理をステップＳＴ１へリターンする。
以上のステップＳＴ９、ＳＴ１０においては、ＰＷＭ幅が３０％を越える場合も同様であり、と特に変わるところはない。
【００３１】
これに対し、ステップＳＴ８において、ＰＷＭ幅が最小値（Ｐｍｉｎ、例えば３０％)より小さくなった場合、ステップＳＴ９において、ＰＷＭ幅(Ｐ)＜ＰＷＭ幅の最小値（Ｐｍｉｎ）か、の判定ＹＥＳとなり、ステップＳＴ１１へ移行する。次に、ステップＳＴ１１において、最小値Ｐｍｉｎ(例えばＰｍｉｎ＝３０％として)よりも小さい計算上のＰＷＭ幅（Ｐ）に相当する計算上のＰＷＭ幅としてＰｃ＝Ｐを求める、これは例えば図５に示すＰＷＭ幅を３倍（パルス幅を１０％から３０％へ）にした場合に相当する。
【００３２】
次にステップＳＴ１２へ移行する。ステップＳＴ１２において、実出力ＰＷＭ幅(Ｐ)をＰｍｉｎとする。ここで、ＰＷＭ幅(Ｐｍｉｎ)は、効率特性によって、それぞれ異なるが、図５の特性では、例えば元のパルス波形のパルス幅１０％のものをパルス幅３０％にし、ステップＳＴ１３に移行する。
【００３３】
ステップＳＴ１３においては、基本動作周波数をωｏ、効率低下が生じ始めるＰＷＭ幅をＰｍｉｎ(例；３０％)、出力計算上のＰＷＭ幅をＰｃとして、動作周波数ω＝（Ｐｍｉｎ／Ｐｃ）・ωｏとして動作周期を大きくする。この動作周波数ωを小さくしてパルス幅を、図５に示すように例えば１０％から３０％にするとともに、動作周期を３倍とすることにより、低い出力における効率の低下を減少させることができた。
【００３４】
この実施形態ＤＣ／ＤＣ電力変換器においては、ＰＷＭ幅を小さくして出力低下させてゆき、ＰＷＭ幅が出力効率を低下させる段階で、出力効率は低下している所定値で動作周波数及び動作周期を変更して低出力における効率の低下を減少させることにより、制御処理により、低出力においても効率特性の良いＤＣ／ＤＣ電力変換器を得ることができた。
【００３５】
次に、他の実施形態として、図３に示すＤＣ／ＤＣ電力変換器について説明する。この実施形態ＤＣ／ＤＣ電力変換器は、図１に示したものが昇圧型のＤＣ／ＤＣ電力変換器であるに対し、降圧型のＤＣ／ＤＣ電力変換器に関するものである。
【００３６】
この実施形態ＤＣ／ＤＣ電力変換器は、入力直流電圧Ｖ１が入力される入力端子Ｐ１と、出力電圧Ｖ２が出力される出力端子Ｐ２を備える点で、図１に示したＤＣ／ＤＣ電力変換器と同様であり、さらに電力変換用の素子として、接続箇所は相違するものの、スイッチＳＷと、リアクトルＬと、ダイオードＤとを備える電力変換回路を備える点で、図１のＤＣ／ＤＣ電力変換器と同様であり、この実施形態ＤＣ／ＤＣ電力変換器においても、図１に示したＤＣ／ＤＣ電力変換器と同様の制御部ＣＤを採用し、図２に示したと同様のフローにより、高出力からさらに従来より低出力まで効率の良い、直流／直流電力変換を行うことができる。
【００３７】
なお、本願発明者等は、図１に示すＤＣ／ＤＣ電力変換器、従来のＤＣ／ＤＣ電力変換器、等を用いて、実験を行い、従来の回路では、周波数１５ＫＨＺ、パルス幅信号１０〜１００％のパルス幅で動作させて電力を変換させて、各出力(％)に対する効率(％)を求め、図４に示すように従来方式による負荷特性ａと、図１の回路に示す本発明実施形態回路で周波数１５ＫＨｚ、出力３０％〜１００％の各出力に対する効率と、出力３０％以降で、周波数７．５ＫＨｚ・パルス幅：周波数１５ＫＨｚの２倍、周波数５ＫＨｚ・パルス幅：周波数１５ＫＨｚの３倍によるパルス幅で電力を変換させて、各出力(％)に対する効率(％)を求め、図４に示すように新たな出力負荷特性ｂを得た。
【００３８】
これにより、低出力時の効率低下を低減でき、高出力から低出力まで高効率の直流／直流電力変換器を実現できることが確認できた。
【００３９】
また、本発明の上記各実施形態におけるＤＣ／ＤＣ変換器において、スイッチＳＷは、もちろん、従来より、ＤＣ／ＤＣ電力変換器において使用されているトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、サイリスタ等の素子を使用しても十分に効率上昇効果を実現できるが、本発明のように低出力における効率を上げるために周期が３倍となるまで周波数を下げると(例えば、上記図４に係る周波数１５ＫＨｚから５ＫＨｚまで)、動作中のスイッチング動作による低周波の音が出力され、ＤＣ／ＤＣ電力変換器を静かな環境で使用する必要のある場合等には、それが気になるという不具合も生じる、恐れが残る。
【００４０】
この対応として、さらに高い周波数の高周波スイッチングが可能なスイッチとして、ＳｉＣ型スイッチングデバイスを使用することにより、例えば基本動作周波数ωｏを例えば１００ＫＨＺとし、基本周波数を制御で下げて例えば周期を３倍程度(周波数３３ＫＨＺ)とし、基本動作を低い周波数に下げても、人の耳に聞こえない周波数でなお、効率低下することなく、確実に使用することができるという効果も得られる。この点についても本願発明者等は、実験によって確認済みである。
【００４１】
上記した図１、図３に示す実施形態としてＤＣ／ＤＣ電力変換器について説明したが、本願発明の電力変換器は、このＤＣ／ＤＣ電力変換器に限らず、ＤＣ／ＡＣ電力変換器(直流／交流電力変換器)、ＡＣ／ＤＣ電力変換器(交流／直流電力変換器)等にも適用実施できる。その一例として図６に示すＤＣ／ＡＣ電力変換器について説明する。
【００４２】
この実施形態ＤＣ／ＡＣ電力変換器は、直流電源ＤＣ＋、ＤＣ−間に直列接続されるスイッチング素子ＳＷＡ、ＳＷＢと、このスイッチング素子ＳＷＡ、ＳＷＢの接続点と出力端子Ｐ１１間に接続されるリアクトルＬ１と、直流電源ＤＣ＋、ＤＣ−間に直列接続されるスイッチング素子ＳＷＣ、ＳＷＤと、このスイッチング素子ＳＷＣ、ＳＷＤの接続点と、出力端子Ｐ１２間に接続されるリアクトルＬ２と、スイッチング素子ＳＷＡ，ＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＤにそれぞれ制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを入力する制御部ＣＤとから構成されている。
【００４３】
このＤＣ／ＡＣ電力変換器におけるＤＣ／ＡＣ変換は、図７に示すように、信号Ａは、出力する交流信号の正サイクルでＯＮ、交流信号の負サイクルでＯＦＦするパルス信号、信号Ｃは、出力する交流信号の正サイクルでＯＦＦ、交流信号の負サイクルでＯＮするパルス信号、信号Ｄは、信号ＡのＯＮ時に交流出力レベルに応じたパルス幅のＰＷＭ信号、信号Ｂは、信号ＣのＯＮ時に交流出力の出力レベルに応じたパルス幅のＰＷＭ信号により、行われる。
【００４４】
信号ＡがＯＮのサイクルでは、信号Ａにより、スイッチング素子ＳＷＡがＯＮし、信号Ｄにより、スイッチング素子ＳＷＤがＰＷＭ信号に応じＯＮし、スイッチング素子ＳＷＡ、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２、スイッチング素子ＳＷＤと通電し、正の半サイクルの交流電圧が出力される。
【００４５】
次に、信号ＡがＯＦＦのサイクルでは、信号Ｃによりスイッチング素子ＳＷＣがＯＮし、信号Ｂにより、スイッチング素子ＳＷＢがＰＷＭ信号に応じＯＮし、スイッチング素子ＳＷＣ、リアクトルＬ２、リアクトルＬ１、スイッチング素子ＳＷＢと通電し、負の半サイクルの交流電圧が出力される。
【００４６】
以上の処理で、従来と同様、ＰＷＭ信号を用いて、直流電力を交流電力に変換することができる。しかし、出力の小さな部分のＰＷＭ信号は、従来と同様図８に示すようにＰＷＭ幅の小さい部分では、出力変換効率が低いという問題がある。
【００４７】
これを解決するために、この実施形態ＤＣ／ＡＣ電力変換器では、制御部ＣＤで、出力の小さいＰＷＭ幅は例えば３倍に、動作周期を３倍にしている。これにより、図１の実施形態ＤＣ／ＤＣ電力変換器と同様に高出力から低出力まで、効率を低下させないＤＣ／ＡＣ電力変換器を得ることができる。
【００４８】
次に、さらに他の実施形態として、図６に示すＤＣ／ＡＣ電力変換器と同様の回路構成を用いて構成されるＡＣ／ＤＣ電力変換器について説明する。この実施形態ＡＣ／ＤＣ電力変換器は、図６に示すＤＣ／ＡＣ電力変換器の回路とは、入出力を逆にし、交流電源ｅを、入力交流電源ｅとして端子Ｐ１，Ｐ２に接続し、直流出力端子ＤＣ＋，ＤＣ−間に直列接続されるスイッチング素子ＳＷＡ、ＳＷＢの接続点と入力交流電源ｅの一方の入力端子Ｐ１間に接続されるリアクトルＬ１と、直流出力端子ＤＣ＋、ＤＣ−間に直列接続されるスイッチング素子ＳＷＣ、ＳＷＤと、このスイッチング素子ＳＷＣ、ＳＷＤの接続点と、入力交流電源ｅの他方の入力端Ｐ２間に接続されるリアクタンスＬ２と、スイッチング素子ＳＷＡ、ＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＤにそれぞれ制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを入力する制御部ＣＤとから構成されている。
【００４９】
このＡＣ／ＤＣ電力変換器において、ＡＣ／ＤＣ変換制御は、図９に示すように入力交流信号ｅの正の半サイクルで、信号ＡはＯＮ、信号Ｄは交流信号のレベルに応じたパルス幅のＰＷＭ信号、信号Ｃは信号ＤのＢＷＭ波の正負反転したパルス信号、信号ＢはＯＦＦの信号により行われ、入力交流信号ｅの負サイクルでは、信号ＣがＯＮ、信号ＤがＯＦＦ、信号Ｂは交流信号のレベルに応じたパルス幅のＰＷＭ信号、信号Ａは信号ＢのＰＷＭ波の正負反転したパルス信号で、行われる。
【００５０】
交流信号ｅが正で、信号ＡがＯＮの半サイクルでは、信号Ａにより、スイッチング素子ＳＷＡがＯＮし、また信号ＤのＰＷＭ信号の波形により、リアクトルＬＩ，Ｌ２を通して、スッチング素子ＳＷＡ、ＳＷＤより直流電力が出力される。
【００５１】
次に、入力交流信号が負で、信号ＤがＯＦＦの半サイクルで、スイッチング素子ＳＷＣがＯＮし、スイッチング素子ＳＷＣより、入力交流電源ｅより、リアクトルＬ１，Ｌ２を通して、スイッチング素子ＳＷＣ、ＳＷＢより直流電力が出力される。
【００５２】
このＡＣ／ＤＣ電力変換器においても、従来と同様、ＰＷＭ信号を用いて、直流電力を交流電力に変換することができる。しかし、出力の小さな部分のＰＷＭ信号は、従来と同様図９に示すようにＰＷＭ幅の小さい部分では、やはり出力変換効率低いという問題がある。
【００５３】
これを解決するために、この実施形態ＡＣ／ＡＣ電力変換器でも、制御部ＣＤで、出力の小さいＰＷＭ幅は例えば３倍に、動作周期を３倍にしている。これにより、図１の実施形態ＤＣ／ＤＣ電力変換器等と同様に高出力から低出力まで、効率を低下させないＡＣ／ＤＣ電力変換器を得ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｐ１                              入力端子
Ｐ２                              出力端子
Ｖ１                              入力電圧
Ｖ２                              出力電圧
Ｖ１ｍ                            入力電圧計
Ｖ２ｍ                            出力電圧計
Ｃ１                              入力側コンデンサ
Ｃ２                              出力側コンデンサ
Ｌ、Ｌ１，Ｌ２                    リアクトル
Ｄ                                ダイオード      
ＳＷ                              スイッチ
Ｐ１１、Ｐ１２                    出力端子(入力端子)
ＳＷＡ、ＳＷＡＢ、ＳＷＣ，ＳＷＤ  スイッチング素子
ＣＤ                              制御部            
【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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