(57)【要約】【課題】スイッチングによって発生する電力損失を回復できるスイッチ回路およびこのスイッチ回路を搭載した電源回路を提供する。【解決手段】スイッチ回路２４は、一端が電源Ｅの正極端に接続されてスイッチングにより出力電圧Ｖを調整する第１のスイッチ素子Ｑ１と、一端が第１のスイッチ素子Ｑ１の他端と接続されたコイル部Ｌｍと、一端がコイル部Ｌｍの他端と接続され、他端が電源Ｅの負極端に接続されて第１のスイッチ素子Ｑ１とともにスイッチングにより出力電圧Ｖを調整する第２のスイッチ素子Ｑ２と、コイル部Ｌｍの他端と第２のスイッチ素子Ｑ２の一端との接続点Ｎｄ２に接続されて接続点Ｎｄ２にて発生した回生電圧に基づく回生電荷を蓄積する電力蓄積部６Ｄと、電力蓄積部６Ｄに蓄積された回生電荷を電源Ｅに回生する回生部４Ｕとを備える。【選択図】図１
2017011817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ素子のスイッチングにより電源から供給される電源電圧から出力電圧を生成して出力するスイッチ回路であって、
一端が前記電源の正極端に接続されてスイッチングにより前記出力電圧を調整する第１のスイッチ素子と、
一端が前記第１のスイッチ素子の他端と接続されたコイル部と、
一端が前記コイル部の他端と接続され、他端が前記電源の負極端に接続されて前記第１のスイッチ素子とともにスイッチングにより前記出力電圧を調整する第２のスイッチ素子と、
前記コイル部の他端と前記第２のスイッチ素子の一端との接続点である第１の接続点に接続されて前記第１の接続点にて発生した第１の回生電圧に基づく第１の回生電荷を蓄積する第１の電力蓄積部と、
前記第１の電力蓄積部に蓄積された前記第１の回生電荷を前記電源に回生する第１の回生部と
を備えることを特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
前記第１の電力蓄積部は、
第１のコンデンサと、
アノード端子が前記第１の接続点に接続され、カソード端子が前記第１のコンデンサの一端に接続されて、前記第１の接続点にて発生した前記第１の回生電圧を前記第１のコンデンサに導く第１の整流ダイオードと
を備えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ回路。
【請求項３】
前記第１の回生部は、
一端が前記電源と電気的に接続された第１の回生コイルと、
アノード端子が前記第１のコンデンサの一端に接続され、カソード端子が前記第１の回生コイルの他端に接続されて、前記第１のコンデンサに蓄積された前記第１の回生電荷を前記第１の回生コイルに導く第２の整流ダイオードと
を備えることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ回路。
【請求項４】
前記第１のスイッチ素子の他端と前記コイル部の一端との接続点である第２の接続点に接続されて前記第２の接続点にて発生した第２の回生電圧に基づく第２の回生電荷を蓄積する第２の電力蓄積部と、
前記第２の電力蓄積部に蓄積された前記第２の回生電荷を前記電源に回生する第２の回生部と
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチ回路。
【請求項５】
前記第２の電力蓄積部は、
第２のコンデンサと、
カソード端子が前記第２の接続点に接続され、アノード端子が前記第２のコンデンサの一端に接続されて、前記第２の接続点にて発生した前記第２の回生電圧を前記第２のコンデンサに導く第３の整流ダイオードと
を備えることを特徴とする請求項４に記載のスイッチ回路。
【請求項６】
前記第２の回生部は、
一端が前記電源と電気的に接続された第２の回生コイルと、
カソード端子が前記第２のコンデンサの一端に接続され、アノード端子が前記第２の回生コイルの他端に接続されて、前記第２のコンデンサに蓄積された前記第２の回生電荷を前記第２の回生コイルに導く第４の整流ダイオードと
を備えることを特徴とする請求項５に記載のスイッチ回路。
【請求項７】
一端が前記電源の正極端に接続され、他端が前記第１のコンデンサに接続されて、前記電源電圧を前記第１のコンデンサに蓄積させる第１の充電回路を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のスイッチ回路。
【請求項８】
一端が前記第２のコンデンサに接続され、他端が前記電源の負極端に接続されて、前記電源電圧を前記第２のコンデンサに蓄積させる第２の充電回路を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のスイッチ回路。
【請求項９】
前記出力電圧が供給される負荷は、
前記第１の接続点または前記第２の接続点に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のスイッチ回路。
【請求項１０】
前記コイル部は、
一端が前記第１のスイッチに直列に接続された第１のコイルと、
一端が前記第１のコイルに直列に接続され、他端が前記第１のダイオードに直列に接続された第２のコイルと
を備え、
前記出力電圧が供給される負荷は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの接続点である第３の接続点に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のスイッチ回路。
【請求項１１】
前記第１のスイッチ素子の前記スイッチングは、前記出力電圧のレベルに基づいて制御回路により制御されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスイッチ回路。
【請求項１２】
前記コイル部は、複数個の直列コイルを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のスイッチ回路。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のスイッチ回路を搭載したことを特徴とするインバータ電源回路。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のスイッチ回路を搭載したことを特徴とするモータ駆動用の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施の形態は、スイッチ回路および電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、引用文献１に開示のように、スイッチング動作により出力電圧を生成するスイッチ回路が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４７２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示のようなスイッチ回路では、出力電圧を生成するためにスイッチング動作を繰り返すため、スイッチングによるトランジスタの発熱や貫通電流等による電力消費が問題となっている。特に、スイッチング周波数が高くなるにつれて本問題はより顕著となっている。
【０００５】
本実施の形態は、スイッチングによって発生する電力損失を回復できるスイッチ回路およびこのスイッチ回路を搭載した電源回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施の形態の一態様によれば、スイッチ素子のスイッチングにより電源から供給される電源電圧から出力電圧を生成して出力するスイッチ回路であって、一端が前記電源の正極端に接続されてスイッチングにより前記出力電圧を調整する第１のスイッチ素子と、一端が前記第１のスイッチ素子の他端と接続されたコイル部と、一端が前記コイル部の他端と接続され、他端が前記電源の負極端に接続されて前記第１のスイッチ素子とともにスイッチングにより前記出力電圧を調整する第２のスイッチ素子と、前記コイル部の他端と前記第２のスイッチ素子の一端との接続点である第１の接続点に接続されて前記第１の接続点にて発生した第１の回生電圧に基づく第１の回生電荷を蓄積する第１の電力蓄積部と、前記第１の電力蓄積部に蓄積された前記第１の回生電荷を前記電源に回生する第１の回生部とを備えるスイッチ回路が提供される。
【０００７】
本実施の形態の他の態様によれば、上記のスイッチ回路を搭載したインバータ電源回路が提供される。
【０００８】
本実施の形態の他の態様によれば、上記のスイッチ回路を搭載したモータ駆動用の電源回路が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本実施の形態によれば、スイッチングによって発生する電力損失を回復できるスイッチ回路およびこのスイッチ回路を搭載した電源回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態にかかるスイッチ回路およびこのスイッチ回路を搭載したインバータ電源回路を示した図。
【図２】実施形態にかかるスイッチ回路の一連の動作における各信号波形を示したタイミングチャート。
【図３】実施の形態の変形例１に係るスイッチ回路およびこのスイッチ回路を搭載したインバータ電源回路を示した図。
【図４】実施の形態の変形例２に係るスイッチ回路およびこのスイッチ回路を搭載したインバータ電源回路を示した図。
【図５】実施の形態に係るスイッチ回路を搭載したモータ駆動用の電源回路の構成図。
【図６】実施の形態の変形例１に係るスイッチ回路を搭載したモータ駆動用の電源回路の構成図。
【図７】実施の形態の変形例２に係るスイッチ回路を搭載したモータ駆動用の電源回路の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
又、以下に示す実施の形態は、この技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、実施形態にかかるスイッチ回路２４およびこのスイッチ回路２４を搭載したインバータ電源回路８を示した図である。
【００１４】
図１は、電源としての直流電源Ｅと、スイッチ回路２４と、負荷１５と、を示している。
直流電源Ｅは、例えば１００Ｖの電圧を供給する電源である。
【００１５】
負荷１５は、例えばモータであっても良いし、これに限られず種々適用可能である。
【００１６】
また、図１には、スイッチ回路２４と、負荷１５を挟んで配置されたスイッチ回路２５と共に、インバータ電源回路８が構成されている。ここで、スイッチ回路２５の回路構成は、スイッチ回路２４と同様であるため、スイッチ回路２４について説明する。
【００１７】
（スイッチ回路２４の基本構成）
スイッチ回路２４は、第１のスイッチ素子としてのスイッチ素子Ｑ１と、コイル部Ｌｍと、第２のスイッチ素子としてのスイッチ素子Ｑ２と、第１の電力蓄積部としての電力蓄積部６Ｕと、第２の電力蓄積部としての電力蓄積部６Ｄと、第１の回生部としての回生部４Ｕと、第１の充電回路としての充電回路２Ｕと、第２の回生部としての回生部４Ｄと、第２の充電回路としての充電回路２Ｄと、コイルＬと、コンデンサＣと、ドライブ回路１７と、ドライブ回路１８と、制御回路２０とを備え、直流電源Ｅと負荷１５とに接続されている。
【００１８】
スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチングにより直流電源Ｅから供給される電源電圧から出力電圧Ｖを生成して出力する。
【００１９】
スイッチ素子Ｑ１は、例えばＮＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子Ｄが直流電源Ｅの正極端に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１は、ボディダイオードＢＤ１を備えている。ボディダイオードＢＤ１は、アノード端子がスイッチ素子Ｑ１のソース端子Ｓに接続されており、カソード端子がスイッチ素子Ｑ１のドレイン端子Ｄに接続されている。
【００２０】
コイル部Ｌｍは、コイルＬｍ１と、コイルＬｍ２とを備えており、スイッチ素子Ｑ１と直列に接続されている。ここで、コイル部Ｌｍの一端とスイッチ素子Ｑ１のソース端子Ｓとの接続点を第２の接続点としてのノードＮｄ１と称する。
【００２１】
コイルＬｍ１は、一端がスイッチ素子Ｑ１のソース端子Ｓに接続されている。また、コイルＬｍ２は、一端がコイルＬｍ２の他端と接続されている。ここで、コイルＬｍ１の他端とコイルＬｍ２の一端との接続点を第３の接続点としてのノードＡと称する。
【００２２】
スイッチ素子Ｑ２は、ドレイン端子ＤがコイルＬｍ２の他端に接続されており、ソース端子Ｓが直流電源Ｅの負極端に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ２は、ボディダイオードＢＤ２を備えている。ボディダイオードＢＤ２は、アノード端子がスイッチ素子Ｑ２のソース端子に接続されており、カソード端子がスイッチ素子Ｑ２のドレイン端子に接続されている。すなわち、ボディダイオードＢＤ２は、コイル部Ｌｍと直列に接続されている。ここで、コイルＬｍ２の他端とスイッチ素子Ｑ２のドレイン端子Ｄとの接続点を第１の接続点としてのノードＮｄ２と称する。
【００２３】
電力蓄積部６Ｕは、第３の整流ダイオードとしてのダイオードＤ３と、第２のコンデンサとしてのコンデンサＣ３とを備える。ダイオードＤ３は、カソード端子がノードＮｄ１に接続されている。コンデンサＣ３は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されており、他端がダイオードＤ３のアノード端子に接続されている。すなわち、電力蓄積部６Ｕは、ノードＮｄ１と直流電源Ｅとに接続されている。
【００２４】
ダイオードＤ３は、ノードＮｄ１にて発生した回生電圧Ｖ１をコンデンサＣ３に導く。
【００２５】
電力蓄積部６Ｕは、ノードＮｄ１にて発生した第２の回生電圧としての回生電圧Ｖ１に基づく第２の回生電荷を蓄積する。
【００２６】
電力蓄積部６Ｄは、第１の整流ダイオードとしてのダイオードＤ２と、第１のコンデンサとしてのコンデンサＣ２とを備える。ダイオードＤ２は、アノード端子がノードＮｄ２に接続されている。コンデンサＣ２は、一端がダイオードＤ２のカソード端子に接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。すなわち、電力蓄積部６Ｄは、ノードＮｄ２と直流電源Ｅとに接続されている。
【００２７】
ダイオードＤ２は、ノードＮｄ２にて発生した回生電圧Ｖ２をコンデンサＣ２に導く。
【００２８】
電力蓄積部６Ｄは、ノードＮｄ２にて発生した第１の回生電圧としての回生電圧Ｖ２に基づく第１の回生電荷を蓄積する。
【００２９】
回生部４Ｕは、第２の整流ダイオードとしてのダイオードＤ５と、第１の回生コイルとしてのコイルＬ５とを備える。ダイオードＤ５は、アノード端子がダイオードＤ２のカソード端子とコンデンサＣ２の一端とに接続されている。コイルＬ５は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されており、他端がダイオードＤ５のカソード端子に接続されている。
【００３０】
ダイオードＤ５は、コンデンサＣ２に蓄積された第１の回生電荷をコイルＬ５に導く。
【００３１】
回生部４Ｕは、電力蓄積部６Ｄに蓄積された第１の回生電荷を直流電源Ｅの正極端に回生する。
【００３２】
充電回路２Ｕは、抵抗素子Ｒ７と、ダイオードＤ７とを備える。抵抗素子Ｒ７は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されている。ダイオードＤ７は、アノード端子が抵抗素子Ｒ７の他端に接続されており、カソード端子がダイオードＤ５のアノード端子と接続されている。充電回路２Ｕは、直流電源Ｅの正極端から電力蓄積部６ＤのコンデンサＣ２に電源電流を供給してコンデンサＣ２を充電する。
【００３３】
回生部４Ｄは、第４の整流ダイオードとしてのダイオードＤ４と、第２の回生コイルとしてのコイルＬ４とを備える。ダイオードＤ４は、カソード端子がダイオードＤ３のアノード端子とコンデンサＣ３の他端とに接続されている。コイルＬ４は、一端がダイオードＤ４のアノード端子と接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。
【００３４】
ダイオードＤ４は、コンデンサＣ３に蓄積された第２の回生電荷をコイルＬ４に導く。
【００３５】
回生部４Ｄは、電力蓄積部６Ｕに蓄積された第２の回生電荷を直流電源Ｅの負極端に回生する。
【００３６】
充電回路２Ｄは、抵抗素子Ｒ６と、ダイオードＤ６とを備える。抵抗素子Ｒ６は、一端がダイオードＤ４と接続されている。ダイオードＤ６は、アノード端子が抵抗素子Ｒ６の他端に接続されており、カソード端子が直流電源Ｅの負極端に接続されている。充電回路２Ｄは、直流電源Ｅの負極端から電力蓄積部６ＵのコンデンサＣ３に電源電流を供給してコンデンサＣ３を充電する。
【００３７】
コイルＬは、一端がノードＡと接続されており、他端が負荷１５と接続されている。
【００３８】
コンデンサＣは、一端がコイルＬの他端と接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。ここで、コイルＬとコンデンサＣとの接続点をノードＮｄ３と称する。
【００３９】
制御回路２０は、ノードＮｄ３と接続されている。
【００４０】
制御回路２０は、出力電圧Ｖを検出し、出力電圧Ｖのレベルに基づいてスイッチ素子Ｑ１およびスイッチ素子Ｑ２のスイッチングを制御する。ここで、制御回路２０は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とは、オン・オフのタイミングが重ならないように制御する。
【００４１】
ドライブ回路１７は、制御回路２０とスイッチ素子Ｑ１のゲート端子Ｇとに接続されており、制御回路２０の制御に基づいてスイッチ素子Ｑ１のスイッチングを制御する。
【００４２】
ドライブ回路１８は、制御回路２０とスイッチ素子Ｑ２のゲート端子Ｇとに接続されており、制御回路２０の制御に基づいてスイッチ素子Ｑ２のスイッチングを制御する。
【００４３】
（スイッチ回路２４の基本動作）
スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングにより直流電源Ｅから供給される電源電圧から出力電圧Ｖを生成して出力するスイッチ回路である。スイッチ回路２４は、制御回路２０によりドライブ回路１７が制御されてスイッチ素子Ｑ１がオン・オフし、且つ制御回路２０によりドライブ回路１８が制御されてスイッチ素子Ｑ２がスイッチ素子Ｑ１と異なる周期でオン・オフすることにより、負荷１５に供給する出力電圧Ｖを生成する。
【００４４】
また、スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態から完全なオン状態に切り替わるとともにスイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態から完全なオフ状態に切り替わる際に、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチング速度の問題によりスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となる期間が生じる。この期間においては、図１に示すように、直流電源Ｅの正極端から負極端に、スイッチ素子Ｑ１と、コイル部Ｌｍと、スイッチ素子Ｑ２とを介して貫通電流Ｉが流れるが、スイッチ回路２４においては、この期間に流れた貫通電流Ｉによってコイル部Ｌｍに電荷が蓄積される。そして、その後、スイッチ素子Ｑ１が完全にオン状態となるか又は完全なオン状態に向かう途中の導通状態で、且つスイッチ素子Ｑ２が完全にオフ状態となったタイミングで、コイル部Ｌｍに蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ２の電位が急峻に上昇する。ノードＮｄ２の電位が上昇すると、コイル部Ｌｍに蓄えられた正の電荷はダイオードＤ２により整流されてコンデンサＣ２に充電される。すなわち、ノードＮｄ２の電位の上昇によって発生した正の電荷は電力蓄積部６Ｄに蓄積される。コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷は、ダイオードＤ５とコイルＬ５によって回生されて直流電源Ｅの正極端に供給される。これにより、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が直流電源Ｅに回生される。すなわち、電力蓄積部６Ｄに蓄積された正の電荷は、回生部４Ｕによって直流電源Ｅに回生される。
【００４５】
また、スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態から完全なオン状態に切り替わるとともにスイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態から完全なオフ状態に切り替わる際に、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチング速度の問題によりスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となる期間が生じる。この期間においては、図１に示すように、直流電源Ｅの正極端から負極端に、スイッチ素子Ｑ１と、コイル部Ｌｍと、スイッチ素子Ｑ２とを介して貫通電流Ｉが流れるが、スイッチ回路２４においては、この期間に流れた貫通電流Ｉによってコイル部Ｌｍに電荷が蓄積される。そして、その後、スイッチ素子Ｑ２が完全にオン状態となるか又は完全なオン状態に向かう途中の導通状態で、且つスイッチ素子Ｑ１が完全にオフ状態となったタイミングで、コイル部Ｌｍに蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ１の電位が急峻に低下する。ノードＮｄ１の電位が低下すると、コイル部Ｌｍに蓄えられた負の電荷はダイオードＤ３により整流されてコンデンサＣ３に充電される。すなわち、ノードＮｄ１の電位の低下によって発生した負の電荷は電力蓄積部６Ｕに蓄積される。コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷は、ダイオードＤ４とコイルＬ４によって回生されて直流電源Ｅの負極端に供給される。これにより、コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷が直流電源Ｅに回生される。すなわち、電力蓄積部６Ｕに蓄積された負の電荷は、回生部４Ｄによって直流電源Ｅに回生される。
【００４６】
なお、充電回路２Ｕは、スイッチ回路２４の起動時にコンデンサＣ２に電荷を蓄積させる。これにより、スイッチ回路２４の動作において急峻に上昇することによって発生する正の電荷が空のコンデンサＣ２に導入されることを防止し、コンデンサＣ２の破壊を防止する。
【００４７】
充電回路２Ｄは、スイッチ回路２４の起動時にコンデンサＣ３に電荷を蓄積させる。これにより、スイッチ回路２４の動作において急峻に低下することによって発生する負の電荷が空のコンデンサＣ３に導入されることを防止し、コンデンサＣ３の破壊を防止する。
【００４８】
（スイッチ回路２４の動作）
図２は、図１に示したスイッチ回路２４の一連の動作における各信号波形を示したタイミングチャートであり、時刻ｔ０〜ｔ８は各信号波形に対して共通である。なお、時刻ｔ１〜ｔ２、及び時刻ｔ５〜ｔ６の期間Ａは、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態から完全なオン状態に遷移し、スイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態から完全なオフ状態に遷移する期間を示している。また、時刻ｔ２〜ｔ３、及び時刻ｔ６〜ｔ７の期間Ｂは、直流電源Ｅの正極端に正の電荷が回生される期間を示している。また、時刻ｔ３〜ｔ４、及び時刻ｔ７〜ｔ８の期間Ｃは、スイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態から完全なオフ状態に遷移し、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態から完全なオン状態に遷移する期間を示している。また、時刻ｔ４〜ｔ５の期間Ｄは、直流電源Ｅの負極端に負の電荷が回生される期間を示している。
【００４９】
時刻ｔ０〜ｔ１においては、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ１が出力されているため完全なオフ状態となっている。スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ２が出力されているため完全なオン状態となっている。このため、ノードＡの電位は、スイッチ素子Ｑ２を介して直流電源Ｅの負極端に接続されていることから、例えば０Ｖとなっている。
【００５０】
時刻ｔ１になると、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ１が供給されて完全なオフ状態から完全なオン状態へと遷移を開始する。また、スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ２が供給されて完全なオン状態から完全なオフ状態へと遷移を始める。このとき、期間Ａにおいては、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となるため、コイル部Ｌｍに貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。なお、スイッチ素子Ｑ２のオン状態からオフ状態への遷移の開始は、スイッチ素子Ｑ１のオフ状態からオン状態への遷移の開始よりも早くても良い。
【００５１】
時刻ｔ２になると、スイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態となり、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態となる。これにより、コイル部Ｌｍに蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ２の電位が急峻に上昇する。ノードＮｄ２の電位が上昇すると、その電位の上昇によって発生した正の電荷はダイオードＤ２により整流されてコンデンサＣ２に充電される。コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷はダイオードＤ５とコイルＬ５によって回生されて直流電源Ｅの正極端に供給される。これにより、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が期間Ｂにおいて直流電源Ｅに回生される。
【００５２】
時刻ｔ３になると、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ１が供給されて完全なオン状態から完全なオフ状態へと遷移を開始する。また、スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ２が供給されて完全なオフ状態から完全なオン状態へと遷移を始める。このとき、期間Ｃにおいては、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となるため、コイル部Ｌｍに貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。なお、スイッチ素子Ｑ１のオン状態からオフ状態への遷移の開始は、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態からオン状態への遷移の開始よりも早くても良い。
【００５３】
時刻ｔ４になると、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態となり、スイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態となる。これにより、コイル部Ｌｍに蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ１の電位が急峻に低下する。ノードＮｄ１の電位が低下すると、その電位の低下によって発生した負の電荷はダイオードＤ３により整流されてコンデンサＣ３に充電される。コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷はダイオードＤ４とコイルＬ４によって回生されて直流電源Ｅの負極端に供給される。これにより、コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷が期間Ｄにおいて直流電源Ｅに回生される。
【００５４】
時刻ｔ５〜ｔ６の期間Ａにおいては、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に、コイル部Ｌｍに貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。
【００５５】
時刻ｔ６〜ｔ７の期間Ｂにおいては、時刻ｔ２〜ｔ３と同様に、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が直流電源Ｅに回生される。
【００５６】
時刻ｔ７〜ｔ８の期間Ｃにおいては、時刻ｔ３〜ｔ４と同様に、コイル部Ｌｍに貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。
【００５７】
以上、実施形態にかかるスイッチ回路２４によれば、コイル部Ｌｍと、電力蓄積部６Ｕと、回生部４Ｕと、電力蓄積部６Ｄと、回生部４Ｄと、を有しているので、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチングによって発生する電力損失を回復できる。
【００５８】
（実施形態の変形例１）
図３は、実施の形態の変形例１に係るスイッチ回路２４およびこのスイッチ回路２４を搭載したインバータ電源回路８を示した図である。
【００５９】
図３は、電源としての直流電源Ｅと、スイッチ回路２４と、負荷１５とを示している。直流電源Ｅは、例えば１００Ｖの電圧を供給する電源である。
【００６０】
負荷１５は、例えばモータであっても良いし、これに限られず種々適用可能である。
【００６１】
また、図３には、スイッチ回路２４と、負荷１５を挟んで配置されたスイッチ回路２５と共に、インバータ電源回路８が構成されている。ここで、スイッチ回路２５の回路構成は、スイッチ回路２４と同様であるため、スイッチ回路２４について説明する。
【００６２】
（スイッチ回路２４の基本構成）
スイッチ回路２４は、第１のスイッチ素子としてのスイッチ素子Ｑ１と、コイルＬｍ１と、第２のスイッチ素子としてのスイッチ素子Ｑ２と、第１の電力蓄積部としての電力蓄積部６Ｕと、第２の電力蓄積部としての電力蓄積部６Ｄと、第１の回生部としての回生部４Ｕと、第１の充電回路としての充電回路２Ｕと、第２の回生部としての回生部４Ｄと、第２の充電回路としての充電回路２Ｄと、コイルＬと、コンデンサＣと、ドライブ回路１７と、ドライブ回路１８と、制御回路２０とを備え、直流電源Ｅと負荷１５とに接続されている。
【００６３】
スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチングにより直流電源Ｅから供給される電源電圧から出力電圧Ｖを生成して出力する。
【００６４】
スイッチ素子Ｑ１は、例えばＮＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子Ｄが直流電源Ｅの正極端に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１は、ボディダイオードＢＤ１を備えている。ボディダイオードＢＤ１は、アノード端子がスイッチ素子Ｑ１のソース端子Ｓに接続されており、カソード端子がスイッチ素子Ｑ１のドレイン端子Ｄに接続されている。
【００６５】
コイルＬｍ１は、スイッチ素子Ｑ１と直列に接続されている。ここで、コイルＬｍ１の一端とスイッチ素子Ｑ１のソース端子Ｓとの接続点を第２の接続点としてのノードＮｄ１と称する。
【００６６】
ここで、コイルＬｍ１の他端を第３の接続点としてのノードＡと称する。
【００６７】
スイッチ素子Ｑ２は、ドレイン端子ＤがコイルＬｍ１の他端に接続されており、ソース端子Ｓが直流電源Ｅの負極端に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ２は、ボディダイオードＢＤ２を備えている。ボディダイオードＢＤ２は、アノード端子がスイッチ素子Ｑ２のソース端子に接続されており、カソード端子がスイッチ素子Ｑ２のドレイン端子に接続されている。すなわち、ボディダイオードＢＤ２は、コイルＬｍ１と直列に接続されている。ここで、コイルＬｍ１の他端とスイッチ素子Ｑ２のドレイン端子Ｄとの接続点を第１の接続点としてのノードＮｄ２と称する。
【００６８】
電力蓄積部６Ｕは、第３の整流ダイオードとしてのダイオードＤ３と、第２のコンデンサとしてのコンデンサＣ３とを備える。ダイオードＤ３は、カソード端子がノードＮｄ１に接続されている。コンデンサＣ３は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されており、他端がダイオードＤ３のアノード端子に接続されている。すなわち、電力蓄積部６Ｕは、ノードＮｄ１と直流電源Ｅとに接続されている。
【００６９】
ダイオードＤ３は、ノードＮｄ１にて発生した回生電圧Ｖ１をコンデンサＣ３に導く。
【００７０】
電力蓄積部６Ｕは、ノードＮｄ１にて発生した第２の回生電圧としての回生電圧Ｖ１に基づく第２の回生電荷を蓄積する。
【００７１】
電力蓄積部６Ｄは、第１の整流ダイオードとしてのダイオードＤ２と、第１のコンデンサとしてのコンデンサＣ２とを備える。ダイオードＤ２は、アノード端子がノードＮｄ２に接続されている。コンデンサＣ２は、一端がダイオードＤ２のカソード端子に接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。すなわち、電力蓄積部６Ｄは、ノードＮｄ２と直流電源Ｅとに接続されている。
【００７２】
ダイオードＤ２は、ノードＮｄ２にて発生した回生電圧Ｖ２をコンデンサＣ２に導く。
【００７３】
電力蓄積部６Ｄは、ノードＮｄ２にて発生した第１の回生電圧としての回生電圧Ｖ２に基づく第１の回生電荷を蓄積する。
【００７４】
回生部４Ｕは、第２の整流ダイオードとしてのダイオードＤ５と、第１の回生コイルとしてのコイルＬ５とを備える。ダイオードＤ５は、アノード端子がダイオードＤ２のカソード端子とコンデンサＣ２の一端とに接続されている。コイルＬ５は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されており、他端がダイオードＤ５のカソード端子に接続されている。
【００７５】
ダイオードＤ５は、コンデンサＣ２に蓄積された第１の回生電荷をコイルＬ５に導く。
【００７６】
回生部４Ｕは、電力蓄積部６Ｄに蓄積された第１の回生電荷を直流電源Ｅの正極端に回生する。
【００７７】
充電回路２Ｕは、抵抗素子Ｒ７と、ダイオードＤ７とを備える。抵抗素子Ｒ７は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されている。ダイオードＤ７は、アノード端子が抵抗素子Ｒ７の他端に接続されており、カソード端子がダイオードＤ５のアノード端子と接続されている。充電回路２Ｕは、直流電源Ｅの正極端から電力蓄積部６ＤのコンデンサＣ２に電源電流を供給してコンデンサＣ２を充電する。
【００７８】
回生部４Ｄは、第４の整流ダイオードとしてのダイオードＤ４と、第２の回生コイルとしてのコイルＬ４とを備える。ダイオードＤ４は、カソード端子がダイオードＤ３のアノード端子とコンデンサＣ３の他端とに接続されている。コイルＬ４は、一端がダイオードＤ４のアノード端子と接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。
【００７９】
ダイオードＤ４は、コンデンサＣ３に蓄積された第２の回生電荷をコイルＬ４に導く。
【００８０】
回生部４Ｄは、電力蓄積部６Ｕに蓄積された第２の回生電荷を直流電源Ｅの負極端に回生する。
【００８１】
充電回路２Ｄは、抵抗素子Ｒ６と、ダイオードＤ６とを備える。抵抗素子Ｒ６は、一端がダイオードＤ４と接続されている。ダイオードＤ６は、アノード端子が抵抗素子Ｒ６の他端に接続されており、カソード端子が直流電源Ｅの負極端に接続されている。充電回路２Ｄは、直流電源Ｅの負極端から電力蓄積部６ＵのコンデンサＣ３に電源電流を供給してコンデンサＣ３を充電する。
【００８２】
コイルＬは、一端がノードＡと接続されており、他端が負荷１５と接続されている。
【００８３】
コンデンサＣは、一端がコイルＬの他端と接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。ここで、コイルＬとコンデンサＣとの接続点をノードＮｄ３と称する。
【００８４】
制御回路２０は、ノードＮｄ３と接続されている。
【００８５】
制御回路２０は、出力電圧Ｖを検出し、出力電圧Ｖのレベルに基づいてスイッチ素子Ｑ１およびスイッチ素子Ｑ２のスイッチングを制御する。ここで、制御回路２０は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とは、オン・オフのタイミングが重ならないように制御する。
【００８６】
ドライブ回路１７は、制御回路２０とスイッチ素子Ｑ１のゲート端子Ｇとに接続されており、制御回路２０の制御に基づいてスイッチ素子Ｑ１のスイッチングを制御する。
【００８７】
ドライブ回路１８は、制御回路２０とスイッチ素子Ｑ２のゲート端子Ｇとに接続されており、制御回路２０の制御に基づいてスイッチ素子Ｑ２のスイッチングを制御する。
【００８８】
（スイッチ回路２４の基本動作）
スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングにより直流電源Ｅから供給される電源電圧から出力電圧Ｖを生成して出力するスイッチ回路である。スイッチ回路２４は、制御回路２０によりドライブ回路１７が制御されてスイッチ素子Ｑ１がオン・オフし、且つ制御回路２０によりドライブ回路１８が制御されてスイッチ素子Ｑ２がスイッチ素子Ｑ１と異なる周期でオン・オフすることにより、負荷１５に供給する出力電圧Ｖを生成する。
【００８９】
また、スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態から完全なオン状態に切り替わるとともにスイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態から完全なオフ状態に切り替わる際に、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチング速度の問題によりスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となる期間が生じる。この期間においては、図３に示すように、直流電源Ｅの正極端から負極端に、スイッチ素子Ｑ１と、コイルＬｍ１と、スイッチ素子Ｑ２とを介して貫通電流Ｉが流れるが、スイッチ回路２４においては、この期間に流れた貫通電流ＩによってコイルＬｍ１に電荷が蓄積される。そして、その後、スイッチ素子Ｑ１が完全にオン状態となるか又は完全なオン状態に向かう途中の導通状態で、且つスイッチ素子Ｑ２が完全にオフ状態となったタイミングで、コイル部Ｌｍに蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ２の電位が急峻に上昇する。ノードＮｄ２の電位が上昇すると、コイルＬｍ１に蓄えられた正の電荷はダイオードＤ２により整流されてコンデンサＣ２に充電される。すなわち、ノードＮｄ２の電位の上昇によって発生した正の電荷は電力蓄積部６Ｄに蓄積される。コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷は、ダイオードＤ５とコイルＬ５によって回生されて直流電源Ｅの正極端に供給される。これにより、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が直流電源Ｅに回生される。すなわち、電力蓄積部６Ｄに蓄積された正の電荷は、回生部４Ｕによって直流電源Ｅに回生される。
【００９０】
また、スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態から完全なオン状態に切り替わるとともにスイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態から完全なオフ状態に切り替わる際に、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチング速度の問題によりスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となる期間が生じる。この期間においては、図１に示すように、直流電源Ｅの正極端から負極端に、スイッチ素子Ｑ１と、コイルＬｍ１と、スイッチ素子Ｑ２とを介して貫通電流Ｉが流れるが、スイッチ回路２４においては、この期間に流れた貫通電流ＩによってコイルＬｍ１に電荷が蓄積される。そして、その後、スイッチ素子Ｑ２が完全にオン状態となるか又は完全なオン状態に向かう途中の導通状態で、且つスイッチ素子Ｑ１が完全にオフ状態となったタイミングで、コイル部Ｌｍに蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ１の電位が急峻に低下する。ノードＮｄ１の電位が低下すると、コイルＬｍ１に蓄えられた負の電荷はダイオードＤ３により整流されてコンデンサＣ３に充電される。すなわち、ノードＮｄ１の電位の低下によって発生した負の電荷は電力蓄積部６Ｕに蓄積される。コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷は、ダイオードＤ４とコイルＬ４によって回生されて直流電源Ｅの負極端に供給される。これにより、コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷が直流電源Ｅに回生される。すなわち、電力蓄積部６Ｕに蓄積された負の電荷は、回生部４Ｄによって直流電源Ｅに回生される。
【００９１】
なお、充電回路２Ｕは、スイッチ回路２４の起動時にコンデンサＣ２に電荷を蓄積させる。これにより、スイッチ回路２４の動作において急峻に上昇することによって発生する正の電荷が空のコンデンサＣ２に導入されることを防止し、コンデンサＣ２の破壊を防止する。
【００９２】
充電回路２Ｄは、スイッチ回路２４の起動時にコンデンサＣ３に電荷を蓄積させる。これにより、スイッチ回路２４の動作において急峻に低下することによって発生する負の電荷が空のコンデンサＣ３に導入されることを防止し、コンデンサＣ３の破壊を防止する。
【００９３】
（スイッチ回路２４の動作）
図２は、図３に示したスイッチ回路２４の一連の動作における各信号波形を示したタイミングチャートであり、時刻ｔ０〜ｔ８は各信号波形に対して共通である。なお、時刻ｔ１〜ｔ２、及び時刻ｔ５〜ｔ６の期間Ａは、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態から完全なオン状態に遷移し、スイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態から完全なオフ状態に遷移する期間を示している。また、時刻ｔ２〜ｔ３、及び時刻ｔ６〜ｔ７の期間Ｂは、直流電源Ｅの正極端に正の電荷が回生される期間を示している。また、時刻ｔ３〜ｔ４、及び時刻ｔ７〜ｔ８の期間Ｃは、スイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態から完全なオフ状態に遷移し、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態から完全なオン状態に遷移する期間を示している。また、時刻ｔ４〜ｔ５の期間Ｄは、直流電源Ｅの負極端に負の電荷が回生される期間を示している。
【００９４】
時刻ｔ０〜ｔ１においては、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ１が出力されているため完全なオフ状態となっている。スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ２が出力されているため完全なオン状態となっている。このため、ノードＡの電位は、スイッチ素子Ｑ２を介して直流電源Ｅの負極端に接続されていることから、例えば０Ｖとなっている。
【００９５】
時刻ｔ１になると、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ１が供給されて完全なオフ状態から完全なオン状態へと遷移を開始する。また、スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ２が供給されて完全なオン状態から完全なオフ状態へと遷移を始める。このとき、期間Ａにおいては、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となるため、コイルＬｍ１に貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。なお、スイッチ素子Ｑ２のオン状態からオフ状態への遷移の開始は、スイッチ素子Ｑ１のオフ状態からオン状態への遷移の開始よりも早くても良い。
【００９６】
時刻ｔ２になると、スイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態となり、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態となる。これにより、コイルＬｍ１に蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ２の電位が急峻に上昇する。ノードＮｄ２の電位が上昇すると、その電位の上昇によって発生した正の電荷はダイオードＤ２により整流されてコンデンサＣ２に充電される。コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷はダイオードＤ５とコイルＬ５によって回生されて直流電源Ｅの正極端に供給される。これにより、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が期間Ｂにおいて直流電源Ｅに回生される。
【００９７】
時刻ｔ３になると、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ１が供給されて完全なオン状態から完全なオフ状態へと遷移を開始する。また、スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ２が供給されて完全なオフ状態から完全なオン状態へと遷移を始める。このとき、期間Ｃにおいては、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となるため、コイルＬｍ１に貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。なお、スイッチ素子Ｑ１のオン状態からオフ状態への遷移の開始は、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態からオン状態への遷移の開始よりも早くても良い。
【００９８】
時刻ｔ４になると、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態となり、スイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態となる。これにより、コイルＬｍ１に蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ１の電位が急峻に低下する。ノードＮｄ１の電位が低下すると、その電位の低下によって発生した負の電荷はダイオードＤ３により整流されてコンデンサＣ３に充電される。コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷はダイオードＤ４とコイルＬ４によって回生されて直流電源Ｅの負極端に供給される。これにより、コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷が期間Ｄにおいて直流電源Ｅに回生される。
【００９９】
時刻ｔ５〜ｔ６の期間Ａにおいては、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に、コイル部Ｌｍに貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。
【０１００】
時刻ｔ６〜ｔ７の期間Ｂにおいては、時刻ｔ２〜ｔ３と同様に、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が直流電源Ｅに回生される。
【０１０１】
時刻ｔ７〜ｔ８の期間Ｃにおいては、時刻ｔ３〜ｔ４と同様に、コイルＬｍ１に貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。
【０１０２】
以上、実施形態の変形例１にかかるスイッチ回路２４によれば、コイルＬｍ１と、電力蓄積部６Ｕと、回生部４Ｕと、電力蓄積部６Ｄと、回生部４Ｄと、を有しているので、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチングによって発生する電力損失を回復できる。
【０１０３】
（実施形態の変形例２）
図４は、実施の形態の変形例２に係るスイッチ回路２４およびこのスイッチ回路２４を搭載したインバータ電源回路８を示した図である。
【０１０４】
図４は、電源としての直流電源Ｅと、スイッチ回路２４と、負荷１５とを示している。直流電源Ｅは、例えば１００Ｖの電圧を供給する電源である。
【０１０５】
負荷１５は、例えばモータであっても良いし、これに限られず種々適用可能である。
【０１０６】
また、図４には、スイッチ回路２４と、負荷１５を挟んで配置されたスイッチ回路２５と共に、インバータ電源回路８が構成されている。ここで、スイッチ回路２５の回路構成は、スイッチ回路２４と同様であるため、スイッチ回路２４について説明する。
【０１０７】
（スイッチ回路２４の基本構成）
スイッチ回路２４は、第１のスイッチ素子としてのスイッチ素子Ｑ１と、コイルＬｍ２と、第２のスイッチ素子としてのスイッチ素子Ｑ２と、第１の電力蓄積部としての電力蓄積部６Ｕと、第２の電力蓄積部としての電力蓄積部６Ｄと、第１の回生部としての回生部４Ｕと、第１の充電回路としての充電回路２Ｕと、第２の回生部としての回生部４Ｄと、第２の充電回路としての充電回路２Ｄと、コイルＬと、コンデンサＣと、ドライブ回路１７と、ドライブ回路１８と、制御回路２０とを備え、直流電源Ｅと負荷１５とに接続されている。
【０１０８】
スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチングにより直流電源Ｅから供給される電源電圧から出力電圧Ｖを生成して出力する。
【０１０９】
スイッチ素子Ｑ１は、例えばＮＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子Ｄが直流電源Ｅの正極端に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ１は、ボディダイオードＢＤ１を備えている。ボディダイオードＢＤ１は、アノード端子がスイッチ素子Ｑ１のソース端子Ｓに接続されており、カソード端子がスイッチ素子Ｑ１のドレイン端子Ｄに接続されている。
【０１１０】
コイルＬｍ２は、スイッチ素子Ｑ１と直列に接続されている。ここで、コイルＬｍ２の一端とスイッチ素子Ｑ１のソース端子Ｓとの接続点を第２の接続点としてのノードＮｄ１と称する。
【０１１１】
コイルＬｍ２は、一端がスイッチ素子Ｑ１のソース端子Ｓに接続されている。また、ここで、コイルＬｍ２の一端を第３の接続点としてのノードＡと称する。
【０１１２】
スイッチ素子Ｑ２は、ドレイン端子ＤがコイルＬｍ２の他端に接続されており、ソース端子Ｓが直流電源Ｅの負極端に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ２は、ボディダイオードＢＤ２を備えている。ボディダイオードＢＤ２は、アノード端子がスイッチ素子Ｑ２のソース端子に接続されており、カソード端子がスイッチ素子Ｑ２のドレイン端子に接続されている。すなわち、ボディダイオードＢＤ２は、コイルＬｍ２と直列に接続されている。ここで、コイルＬｍ２の他端とスイッチ素子Ｑ２のドレイン端子Ｄとの接続点を第１の接続点としてのノードＮｄ２と称する。
【０１１３】
電力蓄積部６Ｕは、第３の整流ダイオードとしてのダイオードＤ３と、第２のコンデンサとしてのコンデンサＣ３とを備える。ダイオードＤ３は、カソード端子がノードＮｄ１に接続されている。コンデンサＣ３は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されており、他端がダイオードＤ３のアノード端子に接続されている。すなわち、電力蓄積部６Ｕは、ノードＮｄ１と直流電源Ｅとに接続されている。
【０１１４】
ダイオードＤ３は、ノードＮｄ１にて発生した回生電圧Ｖ１をコンデンサＣ３に導く。
【０１１５】
電力蓄積部６Ｕは、ノードＮｄ１にて発生した第２の回生電圧としての回生電圧Ｖ１に基づく第２の回生電荷を蓄積する。
【０１１６】
電力蓄積部６Ｄは、第１の整流ダイオードとしてのダイオードＤ２と、第１のコンデンサとしてのコンデンサＣ２とを備える。ダイオードＤ２は、アノード端子がノードＮｄ２に接続されている。コンデンサＣ２は、一端がダイオードＤ２のカソード端子に接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。すなわち、電力蓄積部６Ｄは、ノードＮｄ２と直流電源Ｅとに接続されている。
【０１１７】
ダイオードＤ２は、ノードＮｄ２にて発生した回生電圧Ｖ２をコンデンサＣ２に導く。
【０１１８】
電力蓄積部６Ｄは、ノードＮｄ２にて発生した第１の回生電圧としての回生電圧Ｖ２に基づく第１の回生電荷を蓄積する。
【０１１９】
回生部４Ｕは、第２の整流ダイオードとしてのダイオードＤ５と、第１の回生コイルとしてのコイルＬ５とを備える。ダイオードＤ５は、アノード端子がダイオードＤ２のカソード端子とコンデンサＣ２の一端とに接続されている。コイルＬ５は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されており、他端がダイオードＤ５のカソード端子に接続されている。
【０１２０】
ダイオードＤ５は、コンデンサＣ２に蓄積された第１の回生電荷をコイルＬ５に導く。
【０１２１】
回生部４Ｕは、電力蓄積部６Ｄに蓄積された第１の回生電荷を直流電源Ｅの正極端に回生する。
【０１２２】
充電回路２Ｕは、抵抗素子Ｒ７と、ダイオードＤ７とを備える。抵抗素子Ｒ７は、一端が直流電源Ｅの正極端に接続されている。ダイオードＤ７は、アノード端子が抵抗素子Ｒ７の他端に接続されており、カソード端子がダイオードＤ５のアノード端子と接続されている。充電回路２Ｕは、直流電源Ｅの正極端から電力蓄積部６ＤのコンデンサＣ２に電源電流を供給してコンデンサＣ２を充電する。
【０１２３】
回生部４Ｄは、第４の整流ダイオードとしてのダイオードＤ４と、第２の回生コイルとしてのコイルＬ４とを備える。ダイオードＤ４は、カソード端子がダイオードＤ３のアノード端子とコンデンサＣ３の他端とに接続されている。コイルＬ４は、一端がダイオードＤ４のアノード端子と接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。
【０１２４】
ダイオードＤ４は、コンデンサＣ３に蓄積された第２の回生電荷をコイルＬ４に導く。
【０１２５】
回生部４Ｄは、電力蓄積部６Ｕに蓄積された第２の回生電荷を直流電源Ｅの負極端に回生する。
【０１２６】
充電回路２Ｄは、抵抗素子Ｒ６と、ダイオードＤ６とを備える。抵抗素子Ｒ６は、一端がダイオードＤ４と接続されている。ダイオードＤ６は、アノード端子が抵抗素子Ｒ６の他端に接続されており、カソード端子が直流電源Ｅの負極端に接続されている。充電回路２Ｄは、直流電源Ｅの負極端から電力蓄積部６ＵのコンデンサＣ３に電源電流を供給してコンデンサＣ３を充電する。
【０１２７】
コイルＬは、一端がノードＡと接続されており、他端が負荷１５と接続されている。
【０１２８】
コンデンサＣは、一端がコイルＬの他端と接続されており、他端が直流電源Ｅの負極端に接続されている。ここで、コイルＬとコンデンサＣとの接続点をノードＮｄ３と称する。
【０１２９】
制御回路２０は、ノードＮｄ３と接続されている。
【０１３０】
制御回路２０は、出力電圧Ｖを検出し、出力電圧Ｖのレベルに基づいてスイッチ素子Ｑ１およびスイッチ素子Ｑ２のスイッチングを制御する。ここで、制御回路２０は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とは、オン・オフのタイミングが重ならないように制御する。
【０１３１】
ドライブ回路１７は、制御回路２０とスイッチ素子Ｑ１のゲート端子Ｇとに接続されており、制御回路２０の制御に基づいてスイッチ素子Ｑ１のスイッチングを制御する。
【０１３２】
ドライブ回路１８は、制御回路２０とスイッチ素子Ｑ２のゲート端子Ｇとに接続されており、制御回路２０の制御に基づいてスイッチ素子Ｑ２のスイッチングを制御する。
【０１３３】
（スイッチ回路２４の基本動作）
スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングにより直流電源Ｅから供給される電源電圧から出力電圧Ｖを生成して出力するスイッチ回路である。スイッチ回路２４は、制御回路２０によりドライブ回路１７が制御されてスイッチ素子Ｑ１がオン・オフし、且つ制御回路２０によりドライブ回路１８が制御されてスイッチ素子Ｑ２がスイッチ素子Ｑ１と異なる周期でオン・オフすることにより、負荷１５に供給する出力電圧Ｖを生成する。
【０１３４】
また、スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態から完全なオン状態に切り替わるとともにスイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態から完全なオフ状態に切り替わる際に、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチング速度の問題によりスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となる期間が生じる。この期間においては、図４に示すように、直流電源Ｅの正極端から負極端に、スイッチ素子Ｑ１と、コイルＬｍ２と、スイッチ素子Ｑ２とを介して貫通電流Ｉが流れるが、スイッチ回路２４においては、この期間に流れた貫通電流ＩによってコイルＬｍ２に電荷が蓄積される。そして、その後、スイッチ素子Ｑ１が完全にオン状態となるか又は完全なオン状態に向かう途中の導通状態で、且つスイッチ素子Ｑ２が完全にオフ状態となったタイミングで、コイルＬｍ２に蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ２の電位が急峻に上昇する。ノードＮｄ２の電位が上昇すると、コイルＬｍ２に蓄えられた正の電荷はダイオードＤ２により整流されてコンデンサＣ２に充電される。すなわち、ノードＮｄ２の電位の上昇によって発生した正の電荷は電力蓄積部６Ｄに蓄積される。コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷は、ダイオードＤ５とコイルＬ５によって回生されて直流電源Ｅの正極端に供給される。これにより、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が直流電源Ｅに回生される。すなわち、電力蓄積部６Ｄに蓄積された正の電荷は、回生部４Ｕによって直流電源Ｅに回生される。
【０１３５】
また、スイッチ回路２４は、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態から完全なオン状態に切り替わるとともにスイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態から完全なオフ状態に切り替わる際に、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチング速度の問題によりスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となる期間が生じる。この期間においては、図４に示すように、直流電源Ｅの正極端から負極端に、スイッチ素子Ｑ１と、コイルＬｍ２と、スイッチ素子Ｑ２とを介して貫通電流Ｉが流れるが、スイッチ回路２４においては、この期間に流れた貫通電流ＩによってコイルＬｍ２に電荷が蓄積される。そして、その後、スイッチ素子Ｑ２が完全にオン状態となるか又は完全なオン状態に向かう途中の導通状態で、且つスイッチ素子Ｑ１が完全にオフ状態となったタイミングで、コイルＬｍ２に蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ１の電位が急峻に低下する。ノードＮｄ１の電位が低下すると、コイルＬｍ２に蓄えられた負の電荷はダイオードＤ３により整流されてコンデンサＣ３に充電される。すなわち、ノードＮｄ１の電位の低下によって発生した負の電荷は電力蓄積部６Ｕに蓄積される。コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷は、ダイオードＤ４とコイルＬ４によって回生されて直流電源Ｅの負極端に供給される。これにより、コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷が直流電源Ｅに回生される。すなわち、電力蓄積部６Ｕに蓄積された負の電荷は、回生部４Ｄによって直流電源Ｅに回生される。
【０１３６】
なお、充電回路２Ｕは、スイッチ回路２４の起動時にコンデンサＣ２に電荷を蓄積させる。これにより、スイッチ回路２４の動作において急峻に上昇することによって発生する正の電荷が空のコンデンサＣ２に導入されることを防止し、コンデンサＣ２の破壊を防止する。
【０１３７】
充電回路２Ｄは、スイッチ回路２４の起動時にコンデンサＣ３に電荷を蓄積させる。これにより、スイッチ回路２４の動作において急峻に低下することによって発生する負の電荷が空のコンデンサＣ３に導入されることを防止し、コンデンサＣ３の破壊を防止する。
【０１３８】
（スイッチ回路２４の動作）
図２は、図４に示したスイッチ回路２４の一連の動作における各信号波形を示したタイミングチャートであり、時刻ｔ０〜ｔ８は各信号波形に対して共通である。なお、時刻ｔ１〜ｔ２、及び時刻ｔ５〜ｔ６の期間Ａは、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態から完全なオン状態に遷移し、スイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態から完全なオフ状態に遷移する期間を示している。また、時刻ｔ２〜ｔ３、及び時刻ｔ６〜ｔ７の期間Ｂは、直流電源Ｅの正極端に正の電荷が回生される期間を示している。また、時刻ｔ３〜ｔ４、及び時刻ｔ７〜ｔ８の期間Ｃは、スイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態から完全なオフ状態に遷移し、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態から完全なオン状態に遷移する期間を示している。また、時刻ｔ４〜ｔ５の期間Ｄは、直流電源Ｅの負極端に負の電荷が回生される期間を示している。
【０１３９】
時刻ｔ０〜ｔ１においては、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ１が出力されているため完全なオフ状態となっている。スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ２が出力されているため完全なオン状態となっている。このため、ノードＡの電位は、スイッチ素子Ｑ２を介して直流電源Ｅの負極端に接続されていることから、例えば０Ｖとなっている。
【０１４０】
時刻ｔ１になると、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ１が供給されて完全なオフ状態から完全なオン状態へと遷移を開始する。また、スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ２が供給されて完全なオン状態から完全なオフ状態へと遷移を始める。このとき、期間Ａにおいては、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となるため、コイルＬｍ２に貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。なお、スイッチ素子Ｑ２のオン状態からオフ状態への遷移の開始は、スイッチ素子Ｑ１のオフ状態からオン状態への遷移の開始よりも早くても良い。
【０１４１】
時刻ｔ２になると、スイッチ素子Ｑ１が完全なオン状態となり、スイッチ素子Ｑ２が完全なオフ状態となる。これにより、コイルＬｍ２に蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ２の電位が急峻に上昇する。ノードＮｄ２の電位が上昇すると、その電位の上昇によって発生した正の電荷はダイオードＤ２により整流されてコンデンサＣ２に充電される。コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷はダイオードＤ５とコイルＬ５によって回生されて直流電源Ｅの正極端に供給される。これにより、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が期間Ｂにおいて直流電源Ｅに回生される。
【０１４２】
時刻ｔ３になると、スイッチ素子Ｑ１は、制御回路２０からローレベルの信号Ｓ１が供給されて完全なオン状態から完全なオフ状態へと遷移を開始する。また、スイッチ素子Ｑ２は、制御回路２０からハイレベルの信号Ｓ２が供給されて完全なオフ状態から完全なオン状態へと遷移を始める。このとき、期間Ｃにおいては、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とが両方とも導通状態となるため、コイル部Ｌｍに貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。なお、スイッチ素子Ｑ１のオン状態からオフ状態への遷移の開始は、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態からオン状態への遷移の開始よりも早くても良い。
【０１４３】
時刻ｔ４になると、スイッチ素子Ｑ１が完全なオフ状態となり、スイッチ素子Ｑ２が完全なオン状態となる。これにより、コイルＬｍ２に蓄積された電荷に基づく逆起電力により、ノードＮｄ１の電位が急峻に低下する。ノードＮｄ１の電位が低下すると、その電位の低下によって発生した負の電荷はダイオードＤ３により整流されてコンデンサＣ３に充電される。コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷はダイオードＤ４とコイルＬ４によって回生されて直流電源Ｅの負極端に供給される。これにより、コンデンサＣ３に蓄積された負の電荷が期間Ｄにおいて直流電源Ｅに回生される。
【０１４４】
時刻ｔ５〜ｔ６の期間Ａにおいては、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に、コイル部Ｌｍに貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。
【０１４５】
時刻ｔ６〜ｔ７の期間Ｂにおいては、時刻ｔ２〜ｔ３と同様に、コンデンサＣ２に蓄積された正の電荷が直流電源Ｅに回生される。
【０１４６】
時刻ｔ７〜ｔ８の期間Ｃにおいては、時刻ｔ３〜ｔ４と同様に、コイルＬｍ２に貫通電流Ｉが流れて電荷が蓄積される。
【０１４７】
以上、実施形態の変形例２にかかるスイッチ回路２４によれば、コイルＬｍ２と、電力蓄積部６Ｕと、回生部４Ｕと、電力蓄積部６Ｄと、回生部４Ｄと、を有しているので、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とのスイッチングによって発生する電力損失を回復できる。
【０１４８】
（モータ駆動の電源回路）
実施の形態に係るスイッチ回路２４Ｍ・２５Ｍ・２６Ｍを搭載したモータ駆動の電源回路１０の構成は、図５に示すように表される。スイッチ回路２４Ｍは、図１・図３・図４に示されたスイッチ回路２４と実質的に同様の構成を備える。図５には、ハーフブリッジ回路構成のスイッチ回路２４Ｍが示されている。スイッチ回路２５Ｍ・２６Ｍは、スイッチ回路２４Ｍと同様の構成を備える。
【０１４９】
スイッチ素子Ｑ１とスイッチＱ２の接続点であるノードＡは、モータ（Ｍ）１６に接続され、モータ１６に３相交流電力が供給可能である。
【０１５０】
スイッチ回路２４Ｍ・２５Ｍ・２６Ｍは、スイッチ素子Ｑ１・Ｑ２を搭載したハーフブリッジ回路を備え、このハーフブリッジ回路出力はモータ（Ｍ）１６に接続され、図５に示すように、全体としてモータ駆動用の電源回路１０が構成されている。
【０１５１】
（モータ駆動の電源回路の変形例１・２）
実施の形態の変形例１に係るスイッチ回路２４Ｍ・２５Ｍ・２６Ｍを搭載したモータ駆動用の電源回路１０の構成は、図６に示すように表され、実施の形態の変形例２に係るスイッチ回路２４Ｍ・２５Ｍ・２６Ｍを搭載したモータ駆動用の電源回路１０の構成は、図７に示すように表される。スイッチ回路２４Ｍは、図１・図３・図４に示されたスイッチ回路２４と実質的に同様の構成を備える。図６・図７には、ハーフブリッジ回路構成のスイッチ回路２４Ｍが示されている。スイッチ回路２５Ｍ・２６Ｍは、スイッチ回路２４Ｍと同様の構成を備える。その他の構成は、図３〜図４と同様であるため、重複説明は省略する。
【０１５２】
実施の形態およびその変形例１・２によれば、簡単な構成でスイッチング時の上下スイッチ素子間の短絡電流を抑制し、無効電力を電源に回生可能で、高効率で高信頼性、低損失で高速スイッチング動作可能な高品質のスイッチ回路を搭載したモータ駆動の電源回路を提供することができる。
【０１５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、スイッチングによって発生する電力損失を回復できるスイッチ回路およびこのスイッチ回路を搭載した電源回路を提供することができる。
【０１５４】
[その他の実施の形態]
上記のように、本実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１５５】
このように、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本実施の形態に係るスイッチ回路は、ブリッジ方式電源回路や、ハーフブリッジ方式の直交電源回路等、直流電圧から交流電圧を発生させる直交変換回路、家電機器、モバイル機器など幅広い分野に適用可能である。
【符号の説明】
【０１５７】
２Ｕ、２Ｄ…充電回路
４、４Ｕ、４Ｄ…回生部
６、６Ｕ、６Ｄ…電力蓄積部
８…インバータ電源回路
１０…モータ駆動用の電源回路
１５…負荷
１６…モータ（Ｍ）
１７、１８…ドライブ回路（ＤＲ）
２０…制御回路
２４、２５、２４Ｍ、２５Ｍ、２６Ｍ…スイッチ回路
Ｅ…電源
Ｑ１、Ｑ２…スイッチ素子
Ｌm…コイル部
Ｌ、Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌ４、Ｌ５…コイル
Ｃ、Ｃ２、Ｃ３…コンデンサ
Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７…ダイオード
ＢＤ１、ＢＤ２…ボディダイオード
Ｒ６、Ｒ７…抵抗素子
Ｎｄ１、Ｎｄ２、Ｎｄ３、Ａ…ノード
【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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