(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電源の出力電力を制御するようにした電力変換装置において、
第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、
当該主スイッチング部と並列に接続された第１の補助回路部と、を備え、
当該第１の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続された第１の補助スイッチング素子と、
当該第１の補助スイッチング素子に直列に接続された第１の補助ダイオードと、
前記第１の補助スイッチング素子及び前記第１の補助ダイオードの接続点に接続された第１の共振用リアクトルと、
当該第１の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第２の補助ダイオードと、から構成されて、前記第２の半導体スイッチング素子の両端に負荷が接続され、
前記第１の補助スイッチング素子をオン状態に切り替えた後、前記第１の共振用リアクトルを流れる電流が前記負荷に供給される負荷電流を超えているときに前記第２の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替え、
前記共振用コンデンサと前記第１の共振用リアクトルとの共振周期をＴとしたとき、共振が開始された時点からＴ／４が経過した時点で前記第１の補助スイッチング素子をオフ状態に切り替え、
その後、前記第１の半導体スイッチング素子と逆並列に設けられた前記ダイオードに電流が流れているときに、前記第１の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替え、
前記第１の共振用リアクトルに流れる電流がリセットされた後、前記第１の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替えると共に、前記第２の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
複数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電源の出力電力を制御するようにした電力変換装置において、
第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、
当該主スイッチング部と並列に接続された第２の補助回路部と、を備え、
当該第２の補助回路部は、第３の補助ダイオードと、当該第３の補助ダイオードと直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第２の補助スイッチング素子と、前記第３の補助ダイオード及び前記第２の補助スイッチング素子の接続点に接続された第２の共振用リアクトルと、当該第２の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第４の補助ダイオードと、から構成されて、前記第1の半導体スイッチング素子の両端に負荷が接続され、
前記第２の補助スイッチング素子をオン状態に切り替えた後、前記第２の共振用リアクトルを流れる電流が前記負荷に供給される負荷電流を超えているときに前記第１の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替え、
前記共振用コンデンサと前記第２の共振用リアクトルとの共振周期をＴとしたとき、共振が開始された時点からＴ／４が経過した時点で前記第２の補助スイッチング素子をオフ状態に切り替え、
その後、前記第２の半導体スイッチング素子と逆並列に設けられた前記ダイオードに電流が流れているときに、前記第２の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替え、
前記第２の共振用リアクトルを流れる電流がリセットされた後、前記第１の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替えると共に、前記第２の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
複数の半導体スイッチング素子を含む変換モジュールを複数有し、前記半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電力及び交流電力間で一方から他方へ電力変換するようにした電力変換装置において、
前記変換モジュールは、第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、
当該主スイッチング部と並列に接続された第１の補助回路部及び第２の補助回路部と、を備え、
前記第１の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続された第１の補助スイッチング素子と、当該第１の補助スイッチング素子に直列に接続された第１の補助ダイオードと、前記第１の補助スイッチング素子及び前記第１の補助ダイオードの接続点に接続された第１の共振用リアクトルと、当該第１の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第２の補助ダイオードと、から構成され、
前記第２の補助回路部は、第３の補助ダイオードと、当該第３の補助ダイオードに直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第２の補助スイッチング素子と、前記第３の補助ダイオード及び前記第２の補助スイッチング素子の接続点に接続された第２の共振用リアクトルと、当該第２の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第４の補助ダイオードと、から構成されて、前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点に負荷が接続され、
前記第１の補助回路部は、
前記第１の補助スイッチング素子をオン状態に切り替えた後、前記第１の共振用リアクトルを流れる電流が前記負荷に供給される負荷電流を超えているときに前記第２の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替え、
前記共振用コンデンサと前記第１の共振用リアクトルとの共振周期をＴとしたとき、共振が開始された時点からＴ／４が経過した時点で前記第１の補助スイッチング素子をオフ状態に切り替え、
その後、前記第１の半導体スイッチング素子と逆並列に設けられた前記ダイオードに電流が流れているときに、前記第１の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替え、
前記第２の補助回路部は、
前記第２の補助スイッチング素子をオン状態に切り替えた後、前記第２の共振用リアクトルを流れる電流が前記負荷に供給される負荷電流を超えているときに前記第１の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替え、
前記共振用コンデンサと前記第２の共振用リアクトルとの共振周期をＴとしたとき、共振が開始された時点からＴ／４が経過した時点で前記第２の補助スイッチング素子をオフ状態に切り替え、
その後、前記第２の半導体スイッチング素子と逆並列に設けられた前記ダイオードに電流が流れているときに、前記第２の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記変換モジュールを二組有し、直流電力と単相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記変換モジュールを三組有し、直流電力と三相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項６】
複数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電力と交流電力との間で一方から他方へ電力変換するようにした電力変換装置において、
第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された複数の主スイッチング部と、
当該主スイッチング部と並列に接続された第３の補助回路部と、を備え、
当該第３の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続された第３の補助スイッチング素子及び当該第３の補助スイッチング素子に直列に接続された第５の補助ダイオードと、
第６の補助ダイオード及び当該第６の補助ダイオードに直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第４の補助スイッチング素子と、
前記主スイッチング部毎に設けられ且つ第７の補助ダイオード及び第８の補助ダイオードが直列に接続されると共にこれら補助ダイオードの接続点が前記主スイッチング部の半導体スイッチング素子どうしの接続点に接続されるダイオード接続部と、
前記第３の補助スイッチング素子及び第５の補助ダイオードの接続点と前記ダイオード接続部の前記第７の補助ダイオード側との間に接続された第３の共振用リアクトルと、
前記第６の補助ダイオード及び第４の補助スイッチング素子の接続点と前記ダイオード接続部の前記第８の補助ダイオード側との間に接続された第４の共振用リアクトルと、から構成されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
前記主スイッチング部及び前記ダイオード接続部をそれぞれ二組有し、直流電力と単相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記主スイッチング部及び前記ダイオード接続部をそれぞれ三組有し、直流電力と三相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
【請求項９】
複数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電力及び単相交流電力間で一方から他方へ電力変換するようにした電力変換装置において、
第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、
当該主スイッチング部にそれぞれ並列に接続された、第１の補助回路部、第２の補助回路部及び同一容量値を有し且つ直列に接続された二つのコンデンサとを備え、
前記第１の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続された第１の補助スイッチング素子と、当該第１の補助スイッチング素子に直列に接続された第１の補助ダイオードと、前記第１の補助スイッチング素子及び前記第１の補助ダイオードの接続点に接続された第１の共振用リアクトルと、当該第１の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第２の補助ダイオードと、から構成され、
前記第２の補助回路部は、第３の補助ダイオードと、当該第３の補助ダイオードと直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第２の補助スイッチング素子と、前記第３の補助ダイオード及び前記第２の補助スイッチング素子の接続点に接続された第２の共振用リアクトルと、当該第２の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第４の補助ダイオードと、から構成されることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体スイッチング素子を組み込み、直流電力の出力電力の制御、或いは直流電力と交流電力との間で一方から他方に電力変換するようにした電力変換装置に関し、特に、そのスイッチング損失を低減するようにした電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば直流電源から三相交流電源を作る三相インバータは、例えば図１１に示すように構成されている。すなわち、半導体スイッチング素子ＳＷが二つずつ直列に接続されてこれが３組形成され、各半導体スイッチング素子ＳＷｎ（ｎ＝１〜６）には、逆並列にダイオードＤｎが接続されている。そして、直流電源１の両端にコンデンサＣと各相に対応する３組の直列に接続された半導体スイッチング素子ＳＷｎとが接続されると共に、各半導体スイッチング素子どうしの接続点に負荷２が接続されている。そして、例えばＰＷＭ制御によって所定のタイミングで各半導体スイッチング素子ＳＷｎをオンオフ動作させることによって、直流電源の直流電力が三相交流電力に変換されて負荷に供給されるようになっている。
【０００３】
ところで、このような、半導体スイッチング素子を用いた電力変換回路においては、半導体スイッチング素子のオンオフ動作時に過電圧が生じることが知られており、これを抑制するために、スナバ回路が設けられている。このスナバ回路としては、例えば図１２（ａ）に示すように、抵抗Ｒとこれに直列に接続されたコンデンサＣとから構成されるもの、また、例えば図１２（ｂ）に示すように、ダイオードＤとそのカソード側に接続されたコンデンサＣとこれらの接続点に接続された抵抗Ｒとから構成されるもの等が知られている。そして、これらスナバ回路は、図１１に示すように電力変換回路を構成する各半導体スイッチング素子と並列に接続されたり、又は直流電源１のプラスとマイナス間に一括して接続されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電力変換装置にあっては、半導体スイッチング素子はいわゆるハードスイッチング状態となるため、ターンオン及びターンオフでのｄｖ／ｄｔが非常に高いためにスイッチング損失が大きく、さらに大きなノイズを発生する。また、スナバ回路は過電圧を抑制するだけのものであるため、それぞれ程度は違うもののスナバ損失が発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、半導体スイッチング素子の両端電圧が零の状態でターンオン及びターンオフ動作をするいわゆるＺＶＳ（Ｚｅｒｏ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）を実現し、半導体スイッチング素子のスイッチング損失を限りなく零に近づけてノイズを低減すると共に、半導体スイッチング素子の過電圧を抑制しスナバ損失を低減することの可能な電力変換装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電力変換装置は、複数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電源の出力電力を制御するようにした電力変換装置において、第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、当該主スイッチング部と並列に接続された第１の補助回路部と、を備え、当該第１の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続された第１の補助スイッチング素子と、当該第１の補助スイッチング素子に直列に接続された第１の補助ダイオードと、前記第１の補助スイッチング素子及び前記第１の補助ダイオードの接続点に接続された第１の共振用リアクトルと、当該第１の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第２の補助ダイオードと、から構成されて、前記第２の半導体スイッチング素子の両端に負荷が接続され、前記第１の補助スイッチング素子をオン状態に切り替えた後、前記第１の共振用リアクトルを流れる電流が前記負荷に供給される負荷電流を超えているときに前記第２の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替え、前記共振用コンデンサと前記第１の共振用リアクトルとの共振周期をＴとしたとき、共振が開始された時点からＴ／４が経過した時点で前記第１の補助スイッチング素子をオフ状態に切り替え、その後、前記第１の半導体スイッチング素子と逆並列に設けられた前記ダイオードに電流が流れているときに、前記第１の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替え、前記第１の共振用リアクトルに流れる電流がリセットされた後、前記第１の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替えると共に、前記第２の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に係る電力変換装置は、複数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電源の出力電力を制御するようにした電力変換装置において、第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、当該主スイッチング部と並列に接続された第２の補助回路部と、を備え、当該第２の補助回路部は、第３の補助ダイオードと、当該第３の補助ダイオードと直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第２の補助スイッチング素子と、前記第３の補助ダイオード及び前記第２の補助スイッチング素子の接続点に接続された第２の共振用リアクトルと、当該第２の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第４の補助ダイオードと、から構成されて、前記第1の半導体スイッチング素子の両端に負荷が接続され、前記第２の補助スイッチング素子をオン状態に切り替えた後、前記第２の共振用リアクトルを流れる電流が前記負荷に供給される負荷電流を超えているときに前記第１の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替え、前記共振用コンデンサと前記第２の共振用リアクトルとの共振周期をＴとしたとき、共振が開始された時点からＴ／４が経過した時点で前記第２の補助スイッチング素子をオフ状態に切り替え、その後、前記第２の半導体スイッチング素子と逆並列に設けられた前記ダイオードに電流が流れているときに、前記第２の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替え、前記第２の共振用リアクトルを流れる電流がリセットされた後、前記第１の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替えると共に、前記第２の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替えることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に係る電力変換装置は、複数の半導体スイッチング素子を含む変換モジュールを複数有し、前記半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電力及び交流電力間で一方から他方へ電力変換するようにした電力変換装置において、前記変換モジュールは、第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、当該主スイッチング部と並列に接続された第１の補助回路部及び第２の補助回路部と、を備え、前記第１の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続された第１の補助スイッチング素子と、当該第１の補助スイッチング素子に直列に接続された第１の補助ダイオードと、前記第１の補助スイッチング素子及び前記第１の補助ダイオードの接続点に接続された第１の共振用リアクトルと、当該第１の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第２の補助ダイオードと、から構成され、前記第２の補助回路部は、第３の補助ダイオードと、当該第３の補助ダイオードに直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第２の補助スイッチング素子と、前記第３の補助ダイオード及び前記第２の補助スイッチング素子の接続点に接続された第２の共振用リアクトルと、当該第２の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第４の補助ダイオードと、から構成されて、前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点に負荷が接続され、前記第１の補助回路部は、前記第１の補助スイッチング素子をオン状態に切り替えた後、前記第１の共振用リアクトルを流れる電流が前記負荷に供給される負荷電流を超えているときに前記第２の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替え、前記共振用コンデンサと前記第１の共振用リアクトルとの共振周期をＴとしたとき、共振が開始された時点からＴ／４が経過した時点で前記第１の補助スイッチング素子をオフ状態に切り替え、その後、前記第１の半導体スイッチング素子と逆並列に設けられた前記ダイオードに電流が流れているときに、前記第１の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替え、前記第２の補助回路部は、前記第２の補助スイッチング素子をオン状態に切り替えた後、前記第２の共振用リアクトルを流れる電流が前記負荷に供給される負荷電流を超えているときに前記第１の半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替え、前記共振用コンデンサと前記第２の共振用リアクトルとの共振周期をＴとしたとき、共振が開始された時点からＴ／４が経過した時点で前記第２の補助スイッチング素子をオフ状態に切り替え、その後、前記第２の半導体スイッチング素子と逆並列に設けられた前記ダイオードに電流が流れているときに、前記第２の半導体スイッチング素子をオン状態に切り替えることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に係る電力変換装置は、上記請求項３に記載の電力変換装置において、前記変換モジュールを二組有し、直流電力と単相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴としている。
また、請求項５に係る電力変換装置は、上記請求項３に係る電力変換装置において、前記変換モジュールを三組有し、直流電力と三相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項６に係る電力変換装置は、複数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電力と交流電力との間で一方から他方へ電力変換するようにした電力変換装置において、第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された複数の主スイッチング部と、当該主スイッチング部と並列に接続された第３の補助回路部と、を備え、当該第３の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続された第３の補助スイッチング素子及び当該第３の補助スイッチング素子に直列に接続された第５の補助ダイオードと、第６の補助ダイオード及び当該第６の補助ダイオードに直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第４の補助スイッチング素子と、前記主スイッチング部毎に設けられ且つ第７の補助ダイオード及び第８の補助ダイオードが直列に接続されると共にこれら補助ダイオードの接続点が前記主スイッチング部の半導体スイッチング素子どうしの接続点に接続されるダイオード接続部と、前記第３の補助スイッチング素子及び第５の補助ダイオードの接続点と前記ダイオード接続部の前記第７の補助ダイオード側との間に接続された第３の共振用リアクトルと、前記第６の補助ダイオード及び第４の補助スイッチング素子の接続点と前記ダイオード接続部の前記第８の補助ダイオード側との間に接続された第４の共振用リアクトルと、から構成されることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項７に係る電力変換装置は、上記請求項６記載の電力変換装置において、前記主スイッチング部及び前記ダイオード接続部をそれぞれ二組有し、直流電力と単相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴としている。
また、請求項８に係る電力変換装置は、上記請求項６記載の電力変換装置において、前記主スイッチング部及び前記ダイオード接続部をそれぞれ三組有し、直流電力と三相交流電力との間で電力変換を行うことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項９に係る電力変換装置は、複数の半導体スイッチング素子を有し、これら半導体スイッチング素子を制御することによって、直流電力及び単相交流電力間で一方から他方へ電力変換するようにした電力変換装置において、第１の半導体スイッチング素子及び第２の半導体スイッチング素子が直列に接続され且つ前記第１及び第２の半導体スイッチング素子それぞれに逆並列にダイオードが接続されると共に当該ダイオードのそれぞれに共振用コンデンサが並列に接続された主スイッチング部と、当該主スイッチング部にそれぞれ並列に接続された、第１の補助回路部、第２の補助回路部及び同一容量値を有し且つ直列に接続された二つのコンデンサとを備え、前記第１の補助回路部は、逆並列にダイオードが接続された第１の補助スイッチング素子と、当該第１の補助スイッチング素子に直列に接続された第１の補助ダイオードと、前記第１の補助スイッチング素子及び前記第１の補助ダイオードの接続点に接続された第１の共振用リアクトルと、当該第１の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第２の補助ダイオードと、から構成され、前記第２の補助回路部は、第３の補助ダイオードと、当該第３の補助ダイオードと直列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された第２の補助スイッチング素子と、前記第３の補助ダイオード及び前記第２の補助スイッチング素子の接続点に接続された第２の共振用リアクトルと、当該第２の共振用リアクトルと前記第１及び第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第４の補助ダイオードと、から構成されることを特徴としている。
【００１３】
この請求項１乃至請求項９に係る発明においては、例えば、直流電力の出力電力値を変換する場合或いは交流電力に変換する場合等、前記第１の半導体スイッチング素子をターンオンし且つ第２の半導体スイッチング素子をターンオフする場合には、まず第１の補助スイッチング素子を導通させ、第１の共振用リアクトルに電流を流しこれを増加させた後、第２の半導体スイッチング素子をターンオフさせ、第１の共振用リアクトルと共振用コンデンサを共振させて、第２の半導体スイッチング素子と並列に接続された共振用コンデンサを充電すると共に他方の共振用コンデンサを放電させる。そして、第１の補助スイッチング素子を遮断し、共振用コンデンサの放電が終了して第１の共振用リアクトルを流れる電流が、第１の半導体スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードに還流している間に第１の半導体スイッチング素子をターンオンする。
【００１４】
逆に、第１の半導体スイッチング素子をターンオフし且つ第２の半導体スイッチング素子をターンオンする場合には、第２の補助スイッチング素子を導通させ、第２の共振用リアクトルに電流を流しこれを増加させた後、第１の半導体スイッチング素子をターンオフさせ、第２の共振用リアクトルと共振用コンデンサとを共振させて、第１の半導体スイッチング素子と並列に接続された共振用コンデンサを充電すると共に他方の共振用コンデンサを放電させる。そして、第２の補助スイッチング素子を遮断し、共振用コンデンサの放電が終了した後、第２の共振用リアクトルを流れる電流が、第２の半導体スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードに還流している間に第２の半導体スイッチング素子をターンオンする。
【００１５】
このようにすることによって、第１及び第２の半導体スイッチング素子をターンオン或いはターンオフする場合には零電圧スイッチング状態となって、スイッチング損失の低減を図ることが可能となる。
なお、前述の、第３の補助スイッチング素子、第３の共振用リアクトル、第４の補助スイッチング素子、第４の共振用リアクトルを用いる場合には、上記第１の補助スイッチング素子を第３の補助スイッチング素子に、第１の共振用リアクトルを第３の共振用リアクトルに、第２の補助スイッチング素子を第４の補助スイッチング素子に、第２の共振用リアクトルを第４の共振用リアクトルに置き換えた場合と同様の動作となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、第１の実施の形態における電力変換装置を示す概略構成図であって、チョッパ回路に適用したものである。
図１に示すように、この電力変換装置は、例えばコンデンサＣと、主スイッチング部１１と、当該主スイッチング部１１のＺＶＳ（Ｚｅｒｏ  ＶｏｌｔａｇｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）を実現するための補助回路部１２とから構成され、これらは、直流電源１と並列に接続されている。
【００１７】
前記主スイッチング部１１は、自己消弧形の半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子という。）ＳＵ及びこれと直列に接続された自己消弧形の半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子という。）ＳＸと、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸのそれぞれに逆並列に接続されたダイオードＦＵ及びＦＸと、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸのそれぞれに並列に接続された同一容量値を有するコンデンサＣＵ及びＣＸとから構成されている。
【００１８】
前記補助回路部１２は、自己消弧形の半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子という。）ＰＳＵ、これと直列にカソード側が接続されたダイオードＮＤＸ、前記スイッチング素子ＰＳＵに逆並列に接続されたダイオードＰＦＵ、ダイオードＰＦＵとＮＤＸとの接続点に一端が接続された共振用のリアクトルＬ１及び、このリアクトルＬ１の他端にアノード側が接続されたダイオードＤＵとから構成され、そのカソード側は、前記スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点に接続されている。
【００１９】
そして、このスイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点とダイオードＦＸのアノード側との間に負荷２が接続されている。
そして、制御回路１０によってスイッチング素子ＳＵ及びＳＸを切り替え、また、ＰＷＭ制御することによって、直流電源１の出力電圧を所定電圧に変換して負荷２に供給すると共に、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの切り替えタイミングに同期してスイッチング素子ＰＳＵのオンオフ制御を行うことによって、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの零電圧スイッチング動作ＺＶＳを実現するようになっている。
【００２０】
ここで、スイッチング素子ＳＵが第１の半導体スイッチング素子に対応し、スイッチング素子ＳＸが第２の半導体スイッチング素子に対応し、コンデンサＣＵ及びＣＸが共振用コンデンサに対応し、補助回路部１２が第１の補助回路部に対応し、スイッチング素子ＰＳＵが第１の補助スイッチング素子に対応し、ダイオードＮＤＸが第１の補助ダイオードに対応し、リアクトルＬ１が第１の共振用リアクトルに対応し、ダイオードＤＵが第２の補助ダイオードに対応している。
【００２１】
次に、上記第１の実施の形態の動作を、図２に示すタイミングチャートに基づいて説明する。
なお、図２において、（ａ）はスイッチング素子ＳＵのオンオフ制御状態、（ｂ）はスイッチング素子ＳＸのオンオフ制御状態、（ｃ）はスイッチング素子ＰＳＵのオンオフ制御状態、（ｄ）はコンデンサＣＵ及びＣＸの両端電圧ＶCU及びＶCX、（ｅ）はスイッチング素子ＳＵを流れる電流ｉSU及びダイオードＦＵを流れる電流ｉFU、（ｆ）はスイッチング素子ＳＸを流れる電流ｉSX及びダイオードＦＸを流れる電流ｉFX、（ｇ）はリアクトルＬ１を流れる電流ｉL1、（ｈ）はモード、をそれぞれ表したものである。
【００２２】
また、直流電源１とコンデンサＣとは一つの電源とみなすことができるため、ここでは、これらをまとめて直流電源１として説明する。
今、スイッチング素子ＳＸがオンである状態から、スイッチング素子ＳＸはオフ状態、スイッチング素子ＳＵはオン状態に切り替えるものとする。
まず、スイッチング素子ＳＸがオン状態であり、且つダイオードＦＸが導通し負荷２→ダイオードＦＸ→負荷２の経路で負荷電流ＩOUT が還流している状態を考える（モード１）。このとき、スイッチング素子ＰＳＵ及びＳＵはオフ状態である。
【００２３】
この状態から、例えば時点ｔ11でスイッチング素子ＰＳＵをオン状態にすると、直流電源１→スイッチング素子ＰＳＵ→リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→スイッチング素子ＳＸ→直流電源１の経路でリアクトルＬ１を流れる電流ｉL1が増加する。このとき、負荷電流ＩOUT は、モード１と同様に、負荷２→ダイオードＦＸ→負荷２の経路で還流を継続する（モード２）。したがって、ダイオードＦＸを流れる電流ｉFXは、前記リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1の増加に伴って減少する（モード２）。
【００２４】
そして、時点ｔ12で、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1が負荷電流ＩOUT を越えると、負荷電流ＩOUT はダイオードＦＸからダイオードＤＵに転流し、ダイオードＦＸは非導通状態となり、負荷２→直流電源１→スイッチング素子ＰＳＵ→リアトルＬ１→ダイオードＤＵ→負荷２の経路で負荷電流ＩOUT が流れる（モード３）。また、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1のうちの負荷電流ＩOUT を越える電流分がスイッチング素子ＳＸに流れるようになり、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1の増加に伴って、スイッチング素子ＳＸを流れる電流ｉSXも増加する。
【００２５】
そして、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1が負荷電流ＩOUT を越えている時点、例えば時点ｔ13でスイッチング素子ＳＸをオフ状態にすると、リアクトルＬ１、コンデンサＣＵ及びＣＸの並列容量で決まる共振周波数で、リアクトルＬ１とコンデンサＣＵ及びＣＸとが共振を始め、共振電流がリアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→コンデンサＣＵ→スイッチング素子ＰＳＵ→リアクトルＬ１の経路と、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→コンデンサＣＸ→直流電源１→スイッチング素子ＰＳＵ→リアクトルＬ１の経路とに流れる。
【００２６】
これによって、コンデンサＣＸは零電圧から、直流電源１の直流電源電圧Ｅｄに向かって充電され、コンデンサＣＵは直流電源電圧Ｅｄから零電圧に向かって放電され、時点ｔ14で共振電流がピークとなると、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1はそのピーク電流にクランプされ、コンデンサＣＸは直流電源電圧Ｅｄに向かって速やかに充電され、コンデンサＣＵは零電圧に向かって速やかに放電される。したがって、スイッチング素子ＳＸはＺＶＳ状態となる。なお、このとき負荷電流ＩOUT はモード３と同様の経路で流れる（モード４）。
【００２７】
ここで、前記スイッチング素子ＳＸをオフとするタイミングは、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1が負荷電流ＩOUT 以上となり、且つ、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1が上記リアクトルＬ１とコンデンサＣＵ及びＣＸとの共振動作が確実に生じ得る電流値である時点であればよい。
そして、時点ｔ15でコンデンサＣＵの放電及びコンデンサＣＸの充電が完了すると、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1は、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→負荷２→直流電源１→スイッチング素子ＰＳＵ→リアクトルＬ１の経路で還流すると共に、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→ダイオードＦＵ→スイッチング素子ＰＳＵ→リアクトルＬ１の経路で還流する。
【００２８】
そして、時点ｔ15でコンデンサＣＵ及びＣＸの放電又は充電が終了した後の、例えば時点ｔ16でスイッチング素子ＰＳＵをオフ状態にすると、負荷電流ＩOUT は、負荷２→ダイオードＮＤＸ→リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→負荷２の経路で還流し、また、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1のうち、負荷電流ＩOUT を越える電流分は、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→ダイオードＦＵ→直流電源１→ダイオードＮＤＸ→リアクトルＬ１の経路でリセットされる（モード５）。したがって、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1の減衰に伴って、ダイオードＦＵを流れる電流ｉFUも減少する。
【００２９】
そして、このダイオードＦＵに電流ｉFUが流れている時点、例えば時点ｔ17でスイッチング素子ＳＵをオン状態にする。このとき、スイッチング素子ＳＵの両端の電圧は零電圧となっているからＺＶＳ動作が可能となる。
なお、前記スイッチング素子ＳＵをオン状態にするタイミングは、前記コンデンサＣＵの放電が完了し、且つ前記ダイオードＦＵに電流ｉFUが流れている間であればよい。
【００３０】
そして、時点ｔ17でスイッチング素子ＳＵをオン状態にすると、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1が負荷電流ＩOUT よりも大きい間は、このリアクトルＬ１を流れる電流ｉL1は引き続きリアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→ダイオードＦＵ→直流電源１→ダイオードＮＤＸ→リアクトルＬ１の経路で減衰されると共に、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→負荷２→ダイオードＮＤＸ→リアクトルＬＮ１の経路で還流し、時点ｔ18で、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1が負荷電流ＩOUT 以下となると、負荷電流ＩOUT はダイオードＤＵからスイッチング素子ＳＵに転流し、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→ダイオードＦＵ→直流電源１→ダイオードＮＤＸ→リアクトルＬ１の経路でリアクトルＬ１を流れる電流ｉL1が減衰されると共に、直流電源１→スイッチング素子ＳＵ→負荷２→直流電源１の経路でスイッチング素子ＳＵに電流ｉSUが流れるようになる。そして、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1の減少に伴ってスイッチング素子ＳＵを流れる電流ｉSUが増加し、時点ｔ19で、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1がリセットされると、スイッチング素子ＳＵには、負荷電流ＩOUT に相当する電流ｉSUが流れるようになる（モード６）。
【００３１】
以上の動作によって、スイッチング素子ＳＸがオフ状態に切り替えられまたスイッチング素子ＳＵがオン状態に切り替えられたことになる。
そして、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1がリセットされた後、例えば時点ｔ20でスイッチング素子ＳＸをオン状態、スイッチング素子ＳＵをオフ状態に切り替えると、負荷電流ＩOUT はダイオードＦＸに転流し、また、コンデンサＣＵは零から直流電源電圧Ｅｄに向かって充電され、コンデンサＣＸは直流電源電圧Ｅｄから零電圧に向かって放電されてモード１の状態に戻る。したがって、スイッチング素子ＳＵはＺＶＳ状態となり、また、スイッチング素子ＳＸは、負荷電流ＩOUT がダイオードＦＸに転流するためターンオン損失は発生しない。
【００３２】
なお、前記スイッチング素子ＳＸをオン及びスイッチング素子ＳＵをオフに切り替えるタイミングは、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1がリセットされた後であればよい。
そして、この動作を繰り返し行うことによって、スイッチング素子ＳＸ及びＳＵが順次オン／オフに切り替えられることになる。
【００３３】
このように、スイッチング素子ＳＸのターンオフ及びスイッチング素子ＳＵのターンオンはＺＶＳ動作が実現されるから、スイッチング素子ＳＸ及びＳＵのスイッチング損失を低減することができる。また、スイッチング素子のｄｖ／ｄｔは共振現象とコンデンサへの充電動作によって低く抑えられているため、スイッチング時の跳ね上がり動作（サージ電圧）に伴うノイズの発生をも低く抑えることができる。その結果、低損失で低ノイズスイッチングを実現することができる。
【００３４】
なお、上記第１の実施の形態においては、スイッチング素子ＰＳＵを、共振電流がピークとなり、且つコンデンサＣＵの放電及びコンデンサＣＸの充電が完了している時点ｔ16でオフ状態に制御するようにしている。このため、図２に示すように、時点ｔ14でリアクトルＬ１とコンデンサＣＵ及びＣＸとの共振動作における共振電流がピークとなった後、スイッチング素子ＰＳＵがオフ状態に制御されるまでの間、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1はピーク電流にクランプされることになる。
【００３５】
したがって、共振電流がピークとなる時点、つまり、リアクトルＬ１とコンデンサＣＵ及びＣＸとの共振周期をＴとしたとき、時点ｔ13で共振を開始した時点からＴ／４が経過した時点でスイッチング素子ＰＳＵをオフに制御するのが好ましく、このようにすることによって、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1がピーク電流にクランプされることを回避することができるため、その分、損失を低減することができる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
上記第１の実施の形態は、スイッチング素子ＳＵのターンオン及びスイッチング素子ＳＸのターンオフ時のＺＶＳ動作を実現するようにしたものであるのに対し、この第２の実施の形態は、スイッチング素子ＳＵのターンオフ及びスイッチング素子ＳＸのターンオン時のＺＶＳ動作を実現するようにしたものである。
【００３７】
図３に示すように、この電力変換装置は、例えばコンデンサＣと、上記第１の実施の形態と同様に形成された主スイッチング部１１と、当該主スイッチング部１１のＺＶＳを実現するための補助回路部１３とから構成され、これらは、直流電源１と並列に接続されている。
そして、前記補助回路部１３は、ダイオードＰＤＵ、このダイオードＰＤＵのアノード側に直列に接続された自己消弧形の半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子という。）ＮＳＸ、このスイッチング素子ＮＳＸに逆並列に接続されたダイオードＮＦＸ、ダイオードＰＤＵ及びＮＦＸの接続点に一端が接続された共振用のリアクトルＬ２及び、このリアクトルＬ２の他端にカソード側が接続されたダイオードＤＸとから構成され、そのアノード側は、前記スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点に接続されている。
【００３８】
そして、ダイオードＦＵのカソード側とスイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点との間に負荷２が接続されている。
そして、制御回路１０によってスイッチング素子ＳＵ及びＳＸを切り替え、また、ＰＷＭ制御することによって、直流電源１の出力電圧を所定電圧に変換して負荷２に供給すると共に、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの切り替えタイミングに同期してスイッチング素子ＮＳＸをオンオフ制御することによってスイッチング素子ＳＵ及びＳＸの零電圧スイッチング動作ＺＶＳを実現するようになっている。
【００３９】
ここで、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸがそれぞれ第１及び第２の半導体スイッチング素子に対応し、コンデンサＣＵ及びＣＸが共振用コンデンサに対応し、補助回路部１３が第２の補助回路部に対応し、ダイオードＰＤＵが第３の補助ダイオードに対応し、スイッチング素子ＮＳＸが第２の補助スイッチング素子に対応し、リアクトルＬ２が第２の共振用リアクトルに対応し、ダイオードＤＸが第４の補助ダイオードに対応している。
【００４０】
次に、上記第２の実施の形態の動作を、図４に示すタイミングチャートに基づいて説明する。なお、図４において、（ａ）はスイッチング素子ＳＵのオンオフ制御状態、（ｂ）はスイッチング素子ＳＸのオンオフ制御状態、（ｃ）はスイッチング素子ＮＳＸのオンオフ制御状態、（ｄ）はコンデンサＣＵ及びＣＸの両端電圧ＶCU及びＶCX、（ｅ）はスイッチング素子ＳＵを流れる電流ｉSU及びダイオードＦＵを流れる電流ｉFU、（ｆ）はスイッチング素子ＳＸを流れる電流ｉSX及びダイオードＦＸを流れる電流ｉFX、（ｇ）はリアクトルＬ２を流れる電流ｉL2、（ｈ）はモード、をそれぞれ表したものである。
【００４１】
なお、この場合も、直流電源１とコンデンサＣとは一つの電源とみなすことができるため、ここでは、これらをまとめて直流電源１として説明する。
今、スイッチング素子ＳＵがオンしている状態から、スイッチング素子ＳＵをオフ状態、スイッチング素子ＳＸをオン状態に切り替えるものとする。
まず、スイッチング素子ＳＵがオン状態であり、且つダイオードＦＵが導通し負荷２→ダイオードＦＵ→負荷２の経路で負荷電流ＩOUT が還流している状態を考える（モード１）。このとき、スイッチング素子ＮＳＸ及びＳＸはオフ状態である。
【００４２】
この状態から、例えば時点ｔ21でスイッチング素子ＮＳＸをオン状態にして、直流電源１→スイッチング素子ＳＵ→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２→スイッチング素子ＮＳＸ→直流電源１の経路でリアクトルＬ２を流れる電流ｉL2を増加させる。このとき、負荷電流ＩOUT は、モード１と同様に、負荷２→ダイオードＦＵ→負荷２の経路で還流を継続する（モード２）。また、前記リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2の増加に伴って、ダイオードＦＵを流れる電流ｉFUは減少する。
【００４３】
そして、時点ｔ22で、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2が負荷電流ＩOUT 以上となると、負荷電流ＩOUT はダイオードＦＵからダイオードＤＸに転流し、ダイオードＦＵは非導通状態となり、負荷２→ダイオードＤＸ→リアトルＬ２→スイッチング素子ＮＳＸ→直流電源１→負荷２の経路で負荷電流ＩOUT が流れる（モード３）。また、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2のうちの負荷電流ＩOUT を越える電流分がスイッチング素子ＳＵに流れるようになり、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2の増加に伴って、スイッチング素子ＳＵを流れる電流ｉSUも増加する。
【００４４】
そして、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2が負荷電流ＩOUT を越えている時点、例えば時点ｔ23でスイッチング素子ＳＵをオフ状態にすると、リアクトルＬ２、コンデンサＣＵ及びＣＸの並列容量で決まる共振周波数で、リアクトルＬ２とコンデンサＣＵ及びＣＸとが共振を始め、共振電流がリアクトルＬ２→ダイオードＰＤＵ→コンデンサＣＵ→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２の経路と、リアクトルＬ２→スイッチング素子ＮＳＸ→コンデンサＣＸ→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２の経路とに流れる。
【００４５】
これによって、コンデンサＣＵは零電圧から直流電源電圧Ｅｄに向かって充電され、コンデンサＣＸは直流電源電圧Ｅｄから零電圧に向かって放電され、時点ｔ24で共振電流がピークとなると、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2はそのピーク電流にクランプされ、コンデンサＣＵは直流電源電圧Ｅｄに向かって速やかに充電され、また、コンデンサＣＸは零電圧に向かって速やかに放電される。したがって、スイッチング素子ＳＵはＺＶＳ状態となる。なお、このとき負荷電流ＩOUT はモード３と同様の経路で流れる（モード４）。
【００４６】
ここで、前記スイッチング素子ＳＵをオフとするタイミングは、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2が負荷電流ＩOUT を越え、且つ、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2が上記リアクトルＬ２とコンデンサＣＵ及びＣＸとの共振動作が確実に生じ得る電流値である時点であればよい。
そして、時点ｔ25でコンデンサＣＸの放電及びコンデンサＣＵの充電が完了すると、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2は、リアクトルＬ２→スイッチング素子ＮＳＸ→直流電源１→負荷２→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２の経路で還流すると共に、リアクトルＬ２→スイッチング素子ＮＳＸ→ダイオードＦＸ→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２の経路で還流する。
【００４７】
そして、コンデンサＣＵ及びＣＸの充電又は放電が終了した後の、例えば時点ｔ26でスイッチング素子ＮＳＸをオフ状態にすると、負荷電流ＩOUT は、負荷２→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２→ダイオードＰＤＵ→負荷２の経路で還流し、また、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2のうち、負荷電流ＩOUT を越える電流分は、リアクトルＬ２→ダイオードＰＤＵ→直流電源１→ダイオードＦＸ→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２の経路でリセットされる（モード５）。したがって、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2の減衰に伴って、ダイオードＦＸを流れる電流ｉFXも減少する。
【００４８】
なお、この場合も、上記第１の実施の形態と同様に、スイッチング素子ＮＳＸをオフするタイミングは、リアクトルＬ２とコンデンサＣＵ及びＣＸとの共振周期をＴとしたとき、共振開始からＴ／４経過時点でオフするのが好ましい。
そして、前記ダイオードＦＸに電流ｉFXが流れている時点、例えば時点ｔ27でスイッチング素子ＳＸをオン状態にする。このとき、スイッチング素子ＳＸの両端の電圧は零電圧となっているからＺＶＳ動作が可能となる。
【００４９】
なお、前記スイッチング素子ＳＸをオン状態にするタイミングは、前記コンデンサＣＸの放電が完了し、且つ前記ダイオードＦＸに電流ｉFXが流れている間であればよい。
そして、時点ｔ27でスイッチング素子ＳＸをオン状態にすると、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2が負荷電流ＩOUT よりも大きい間は、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2は、引き続きリアクトルＬ２→ダイオードＰＤＵ→負荷２→ダイオードＤＸの経路で還流すると共に、リアクトルＬ２→ダイオードＰＤＵ→直流電源１→ダイオードＦＸ→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２の経路で減衰し、時点ｔ28で、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2が負荷電流ＩOUT 以下となると、負荷電流ＩOUT は、ダイオードＤＸからスイッチング素子ＳＸに転流し、リアクトルＬ２→ダイオードＰＤＵ→直流電源１→ダイオードＦＸ→ダイオードＤＸ→リアクトルＬ２の経路でリアクトルＬ２を流れる電流ｉL2が減衰すると共に、直流電源１→負荷２→スイッチング素子ＳＸ→直流電源１の経路で、スイッチング素子ＳＸに電流ｉSXが流れるようになり、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2の減少に伴ってスイッチング素子ＳＸを流れる電流ｉSXが増加し、時点ｔ29で、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2がリセットされると、スイッチング素子ＳＸには、負荷電流ＩOUT に相当する電流ｉSXが流れるようになる（モード６）。
【００５０】
以上の動作によって、スイッチング素子ＳＵがオフ状態に切り替えられまたスイッチング素子ＳＸがオン状態に切り替えられたことになる。
そして、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2がリセットされた後、例えば時点ｔ30でスイッチング素子ＳＸをオフ状態、スイッチング素子ＳＵをオン状態に切り替えると、負荷電流ＩOUT は、ダイオードＦＵに転流し、また、コンデンサＣＸは零から直流電源電圧Ｅｄに向かって充電され、コンデンサＣＵは直流電源電圧Ｅｄから零電圧に向かって放電されてモード１の状態に戻る。したがって、スイッチング素子ＳＸはＺＶＳ状態となり、また、スイッチング素子ＳＵは負荷電流ＩOUT が、ダイオードＦＵに転流するためターンオン損失は発生しない。
【００５１】
なお、前記スイッチング素子ＳＸをオフ及びスイッチング素子ＳＵをオンに切り替えるタイミングは、リアクトルＬ２を流れる電流ｉL2がリセットされた後であればいつでもよい。
そして、この動作を繰り返し行うことによって、スイッチング素子ＳＸ及びＳＵが順次オン／オフに切り替えられることになる。
【００５２】
このように、スイッチング素子ＳＸのターンオン及びスイッチング素子ＳＵのターンオフはＺＶＳ動作が実現されるから、スイッチング素子ＳＸ及びＳＵのスイッチング損失を低減することができ、また、この場合も、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００５３】
図５は、第３の実施の形態における電力変換装置を示す概略構成図である。図５に示すように、直流電力を単相交流電力に変換するようにしたフルブリッジのインバータ回路に適用したものであって、上記第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせたものである。
第３の実施の形態における電力変換装置は、図５に示すように、直流電源１と並列にコンデンサＣが接続され、さらに、変換モジュールとしてのアームＵＸ及びアームＶＹが並列に接続されている。
【００５４】
アームＵＸは、上記第１の実施の形態における、主スイッチング部１１と、第１の実施の形態における補助回路部１２である第１の補助回路部１２と、第２の実施の形態における補助回路部１３である第２の補助回路部１３とから構成され、これら各部は、直流電源１及びコンデンサＣと並列に接続されている。
そして、第１の補助回路部１２のダイオードＤＵのカソード側が前記主スイッチング部１１のスイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点に接続されていると共に、第２の補助回路部１３のダイオードＤＸのアノード側が前記主スイッチング部１１のスイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点に接続されている。
【００５５】
一方、アームＶＹは、アームＵＸと同一に構成されている。なお、アームＵＸのスイッチング素子ＳＵ及びＳＸ、ダイオードＦＵ及びＦＸ、コンデンサＣＵ及びＣＸが、アームＶＹのスイッチング素子ＳＶ及びＳＹ、ダイオードＦＶ及びＦＹ、コンデンサＣＶ及びＣＹに対応し、アームＵＸのスイッチング素子ＰＳＵ、ダイオードＰＦＵ及びＮＤＸ、リアクトルＬ１、ダイオードＤＵが、アームＶＹのスイッチング素子ＰＳＶ、ダイオードＰＦＶ及びＮＤＹ、リアクトルＬ３、ダイオードＤＶに対応し、アームＵＸのダイオードＰＤＵ、スイッチング素子ＮＳＸ、ダイオードＮＦＸ、リアクトルＬ２、ダイオードＤＸが、アームＶＹのダイオードＰＤＶ、スイッチング素子ＮＳＹ、ダイオードＮＦＹ、リアクトルＬ４、ダイオードＤＹに対応している。
【００５６】
そして、アームＵＸのスイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点と、アームＶＹのスイッチング素子ＳＶ及びＳＹの接続点との間に負荷３が接続されている。
そして、制御回路１０によって、各スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹを所定のタイミングで切り替え、また、ＰＷＭ制御することによって、直流電源１の出力電力を単相交流電力に変換して負荷３に供給すると共に、前記スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹの切り替えタイミングに同期してスイッチング素子ＰＳＵ、ＮＳＸ、ＰＳＶ、ＮＳＹをオンオフ制御することによって、スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ及びＳＹの零電圧スイッチング動作ＺＶＳを実現するようになっている。
【００５７】
つまりこの場合には、アームＵＸにおいては、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸのオン／オフ動作に同期して、スイッチング素子ＰＳＵ及びＮＳＸをオンオフ制御し、すなわち、図６に示すように、次の時点ｔ32でスイッチング素子ＳＵ（図６（ａ））をターンオン、スイッチング素子ＳＸ（図６（ｂ））をターンオフするときには、上記第１の実施の形態にしたがって予め時点ｔ31でスイッチング素子ＰＳＵ（図６（ｅ））をオン動作させ、スイッチング素子ＳＸをターンオフした後にオフにし、次の時点ｔ36でスイッチング素子ＳＵ（図６（ａ））をターンオフ、スイッチング素子ＳＸ（図６（ｂ））をターンオンするときには、上記第２の実施の形態にしたがって予め時点ｔ34でスイッチング素子ＮＳＸ（図６（ｆ））をオン動作させスイッチング素子ＳＵをターンオフした後にオフにすることによって、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸのターンオン及びターンオフ時のＺＶＳ動作を実現することができる。
【００５８】
同様に、アームＶＹにおいては、スイッチング素子ＳＶ及びＳＹのオン／オフ動作に同期して、スイッチング素子ＰＳＶ及びＮＳＹを制御し、時点ｔ35でスイッチング素子ＳＶ（図６（ｃ））をターンオン、スイッチング素子ＳＹ（図６（ｄ））をターンオフするときには、上記第１の実施の形態にしたがって予め時点ｔ33でスイッチング素子ＰＳＶ（図６（ｇ））をオンにし、スイッチング素子ＳＹをターンオフした後オフにし、次の時点ｔ39でスイッチング素子ＳＶ（図６（ｃ））をターンオフ、スイッチング素子ＳＹ（図６（ｄ））をターンオンするときには、上記第２の実施の形態にしたがって予め時点ｔ37でスイッチング素子ＮＳＹをオンにしスイッチング素子ＳＶをターンオフした後にオフにすることによって、スイッチング素子ＳＶ及びＳＹのターンオン及びターンオフ時のＺＶＳ動作を実現することができる。
【００５９】
したがって、この場合も、上記第１及び第２の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
図７は、第４の実施の形態における電力変換装置を示す概略構成図である。図７に示すように、直流電力を三相交流電力に変換するようにしたインバータ回路に適用したものであって、上記第３の実施の形態において、アームＵＸ及びＶＹと同一構成を有するアームＷＺが追加されている。そして、これらアームＵＸ、ＶＹ、ＷＺが変換モジュールに対応している。
【００６０】
なお、アームＵＸのスイッチング素子ＳＵ及びＳＸ、ダイオードＦＵ及びＦＸ、コンデンサＣＵ及びＣＸが、アームＷＺのスイッチング素子ＳＷ及びＳＺ、ダイオードＦＷ及びＦＺ、コンデンサＣＷ及びＣＺに対応し、アームＵＸのスイッチング素子ＰＳＵ、ダイオードＰＦＵ及びＮＤＸ、リアクトルＬ１、ダイオードＤＵが、アームＷＺのスイッチング素子ＰＳＷ、ダイオードＰＦＷ及びＮＤＺ、リアクトルＬ５、ダイオードＤＷに対応し、アームＵＸのダイオードＰＤＵ、スイッチング素子ＮＳＸ、ダイオードＮＦＸ、リアクトルＬ２、ダイオードＤＸが、アームＷＺのダイオードＰＤＷ、スイッチング素子ＮＳＺ、ダイオードＮＦＺ、リアクトルＬ６、ダイオードＤＺに対応している。
【００６１】
そして、アームＵＸのスイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点と、アームＶＹのスイッチング素子ＳＶ及びＳＹの接続点と、アームＷＺのスイッチング素子ＳＷ及びＳＺの接続点と、が負荷４に接続されている。
そして、制御回路１０によって、各スイッチング素子ＳＵ〜ＳＷを公知の１２０度通電型或いは１８０度通電型等にしたがって切り替え、また、ＰＷＭ制御することによって、直流電源１の出力電力を三相交流電力に変換して負荷４に供給すると共に、各スイッチング素子ＳＵ〜ＳＷの切り替えタイミングに同期してスイッチング素子ＰＳＵ〜ＰＳＷ、ＮＳＸ〜ＮＳＺをオンオフ制御することによって、スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹ、ＳＷ及びＳＺの零電圧スイッチング動作ＺＶＳを実現するようになっている。
【００６２】
つまりこの場合には、アームＵＸにおいては、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸのオン／オフ動作に同期して、スイッチング素子ＳＵをターンオン、スイッチング素子ＳＸをターンオフするときには、上記第１の実施の形態にしたがってスイッチング素子ＰＳＵをオンオフ動作させ、逆に、スイッチング素子ＳＵをターンオフ、スイッチング素子ＳＸをターンオンするときには、上記第２の実施の形態にしたがってスイッチング素子ＮＳＸをオンオフ動作させることによって、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸのターンオン及びターンオフ時のＺＶＳ動作を実現することができる。同様に、アームＶＹにおいては、スイッチング素子ＳＶ及びＳＹのオン／オフ動作に同期して、スイッチング素子ＳＶをターンオン、スイッチング素子ＳＹをターンオフするときには、上記第１の実施の形態にしたがってスイッチング素子ＰＳＶをオンオフ動作させ、逆に、スイッチング素子ＳＶをターンオフ、スイッチング素子ＳＹをターンオンするときには、上記第２の実施の形態にしたがってスイッチング素子ＮＳＹをオンオフ動作させることによって、スイッチング素子ＶＵ及びＳＹのターンオン及びターンオフ時のＺＶＳ動作を実現することができる。
【００６３】
さらに、アームＷＺにおいては、スイッチング素子ＳＷ及びＳＺのオン／オフ動作に同期して、スイッチング素子ＳＷをターンオン、スイッチング素子ＳＺをターンオフするときには、上記第１の実施の形態にしたがってスイッチング素子ＰＳＷをオンオフ動作させ、逆に、スイッチング素子ＳＷをターンオフ、スイッチング素子ＳＺをターンオンするときには、上記第２の実施の形態にしたがってスイッチング素子ＮＳＺをオンオフ動作させることによって、スイッチング素子ＳＷ及びＳＺのターンオン及びターンオフ時のＺＶＳ動作を実現することができる。
【００６４】
したがって、この場合も、上記第１及び第２の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
なお、この第４の実施の形態においては、三相の交流電力に変換するようにした場合について説明したが、三相以上の多相交流電力に変換するようにした場合であっても適用することができ、この場合には、何相の交流電力に変換するかに応じてアームを設ければよい。
【００６５】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
図８は、第５の実施の形態における電力変換装置を示す概略構成図であって、直流電力を単相交流電力に変換するようにしたインバータ回路に適用したものであって、第３の実施の形態において、アームＵＸ及びＶＹにおいて第１の補助回路部１２及び第２の補助回路部１３を共用するようにしたものである。
【００６６】
すなわち、この第５の実施の形態における電力変換装置は、図８に示すように、アームＵＸ及びアームＶＹの主スイッチング部１１に相当する主スイッチング部１１ＵＸ及び１１ＶＹと、これら主スイッチング部１１ＵＸ、１１ＶＹと並列に接続された補助回路部１４とから構成されている。
この補助回路部１４は、自己消弧形の半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子という。）ＰＳ及びこれと逆並列に接続されたダイオードＰＦと、このダイオードＰＦのアノード側にカソード側が接続されたダイオードＮＤと、ダイオードＰＤと、このダイオードＰＤのアノード側に接続された自己消弧形の半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子という。）ＮＳ及びこれと逆並列に接続されたダイオードＮＦと、ダイオードブリッジ部１４ａを構成するダイオードＤＵ、ＤＸ、ＤＶ、ＤＹと、リアクトルＬ７及びＬ８とから構成されている。そして、ダイオードＤＵ及びＤＶのアノード側と前記スイッチング素子ＰＳ及びダイオードＮＤの接続点との間に前記リアクトルＬ７が接続されると共に、ダイオードＤＸ及びＤＹのカソード側と前記ダイオードＰＤ及びスイッチング素子ＮＳの接続点との間にリアクトルＬ８が接続されている。
【００６７】
さらに、ダイオードＤＵ及びＤＸの接続点と前記主スイッチング部１１ＵＸのスイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点とが接続され、同様に、ダイオードＤＶ及びＤＹの接続点と主スイッチング部１１ＶＹのスイッチング素子ＳＶ及びＳＹの接続点とが接続され、さらに、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点とスイッチング素子ＳＶ及びＳＹの接続点との間に、負荷３が接続されている。
【００６８】
そして、制御回路１０によって各スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹを公知のタイミングで切り替え、またＰＷＭ制御を行うことによって、直流電源１の出力電力を単相交流電力に変換して負荷３に供給すると共に、各スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹの切り替えタイミングに同期してスイッチング素子ＰＳ及びＮＳをオンオフ制御することによって、スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ及びＳＹの零電圧スイッチング動作ＺＶＳを実現するようになっている。
【００６９】
ここで、補助回路部１４が第３の補助回路部に対応し、スイッチング素子ＰＳが第３の補助スイッチング素子に対応し、ダイオードＮＤが第５の補助ダイオードに対応し、ダイオードＰＤが第６の補助ダイオードに対応し、スイッチング素子ＮＳが第４の補助スイッチング素子に対応し、ダイオードＤＵ及びＤＶが第７の補助ダイオードに対応し、ダイオードＤＸ及びＤＹが第８の補助ダイオードに対応し、直列に接続されたダイオードＤＵ及びＤＸと、ダイオードＤＶ及びＤＹとがダイオード接続部に対応し、リアクトルＬ７が第３の共振用リアクトルに対応し、リアクトルＬ８が第４の共振用リアクトルに対応している。
【００７０】
つまりこの場合には、上記第３の実施の形態と同様のタイミングでスイッチング素子ＳＵ及びＳＸ、又はＳＶ及びＳＹのオン／オフ動作に同期して、スイッチング素子ＰＳ又はＮＳを動作させ、すなわち、ダイオードＤＵ、ＤＸ、ＤＶ、ＤＹによってダイオードＯＲの条件が成立するスイッチング素子ＰＳ又はＮＳに対して、第１の実施の形態又は第２の実施の形態にしたがって、スイッチング素子ＰＳ又はＮＳをオンオフ動作させることによって、スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹのターンオン及びターンオフ時のＺＶＳ動作を実現することができる。
【００７１】
したがって、この場合も、上記第３の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
また、この場合、各主スイッチング部１１ＵＸ、１１ＶＹに対してＺＶＳを実現するためのダイオード及びスイッチング素子を設ける必要がないから、その分電力変換装置の構成品の削減を図ることができる。
【００７２】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。
この第６の実施の形態は、第５の実施の形態において、直流電力を三相交流電力に変換するようにしたものであって、図９に示すように、主スイッチング部１１ＷＺが追加され、３つの主スイッチング部を備えると共に、ダイオードブリッジ部１４ａが三相に構成されている。
【００７３】
すなわち、ダイオードブリッジ部１４ａは、ダイオードＤＵ及びこれと直列に接続されたダイオードＤＸと、ダイオードＤＶ及びこれと直列に接続されたダイオードＤＹと、ダイオードＤＷ及びこれと直列に接続されたＤＺとの３つのダイオード接続部から構成され、ダイオードＤＵ、ＤＶ、ＤＷのアノード側がリアクトルＬ７に接続されると共に、ダイオードＤＸ、ＤＹ、ＤＺのカソード側がリアクトルＬ８に接続されている。
【００７４】
そして、ダイオードＤＵ及びＤＸの接続点、ダイオードＤＶ及びＤＹの接続点、ダイオードＤＷ及びＤＺの接続点と、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点、スイッチング素子ＳＶ及びＳＹの接続点、スイッチング素子ＳＷ及びＳＺの接続点がそれぞれ接続され、さらに、これら各スイッチング素子の接続点が負荷４に接続されている。
【００７５】
そして、制御回路１０によって、各スイッチング素子ＳＵ〜ＳＺを公知の１２０度通電型或いは１８０度通電型にしたがって切り替え、また、ＰＷＭ制御を行うことによって、直流電源１の出力電力を三相交流電力に変換して負荷４に供給すると共に、各スイッチング素子ＳＵ〜ＳＺの切り替えタイミングに同期してスイッチング素子ＰＳ、ＮＳをオンオフ制御することによって、スイッチング素子ＳＵ〜ＳＺの零電圧スイッチング動作ＺＶＳを実現するようになっている。
【００７６】
つまりこの場合には、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸ、ＳＶ及びＳＹ、ＳＷ及びＳＺのオン／オフ動作に同期して、スイッチング素子ＰＳ又はＮＳを動作させ、すなわち、ダイオードＤＵ、ＤＸ、ＤＶ、ＤＹ、ＤＷ及びＤＺによってダイオードＯＲの条件が成立するスイッチング素子ＰＳ又はＮＳに対して、第１の実施の形態又は第２の実施の形態にしたがって、オンオフ動作させることによって、スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹ、ＳＷ及びＳＺのターンオン及びターンオフ時のＺＶＳ動作を実現することができる。
【００７７】
したがって、この場合も、上記第５の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
また、この場合も、各主スイッチング部１１ＵＸ、１１ＶＹ、１１ＷＺに対してＺＶＳを実現するためのダイオード及びスイッチング素子を設ける必要がないから、その分電力変換装置の構成品の削減を図ることができる。
【００７８】
なお、この第６の実施の形態においては、三相の交流電力に変換するようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、多相の交流電力に変換することも可能であり、この場合には、相数に応じて主スイッチング部を追加すると共に、ダイオードブリッジ部１４ａの相数を増加させればよい。
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。
【００７９】
図１０は、第７の実施の形態における電力変換装置を示す概略構成図である。図１０に示すように、直流電力を単相交流電力に変換するようにしたハーフブリッジのインバータ回路に適用したものであって、上記第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせたものである。
図１０に示すように、同一容量値を有する直列に接続されたコンデンサＣＰ及びＣＮが直流電源１と並列に接続されている。
【００８０】
さらに、上記第１の実施の形態における、主スイッチング部１１と、第１の実施の形態における補助回路部である第１の補助回路部１２と、第２の実施の形態における補助回路部である第２の補助回路部１３とが、直流電源１と並列に接続されている。
そして、第１の補助回路部１２のダイオードＤＵのカソード側と前記第２の補助回路部１３のダイオードＤＸのアノード側とが直列に接続されてこれらダイオードの接続点が前記主スイッチング部１１のスイッチング素子ＳＵ及びＳＸ間に接続されている。
【００８１】
そして、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの接続点と、コンデンサＣＰ及びＣＮの接続点との間に負荷３が接続されている。
そして、制御回路１０によって各スイッチング素子ＳＵ及びＳＸを所定のタイミングで切り替え、また、ＰＷＭ制御を行うことによって、直流電源１の出力電力を単相交流電力に変換して負荷３に供給すると共に、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの切り替えタイミングに同期してスイッチング素子ＰＳＵ及びＮＳＸをオンオフ制御することによって、スイッチング素子ＳＵ及びＳＸの零電圧スイッチング動作ＺＶＳを実現するようになっている。
【００８２】
次に、上記第７の実施の形態の動作を説明する。
今、スイッチング素子ＳＸがオンしている状態からこのスイッチング素子ＳＸをオフさせてスイッチング素子ＳＵをオンさせるものとする。
まず、スイッチング素子ＳＸがオン状態であり、負荷３→スイッチング素子ＳＸ→直流電源１→コンデンサＣＰ→負荷３の経路で負荷電流ＩOUT が還流している状態を考える。このとき、スイッチング素子ＰＳＵ及びＳＵはオフ状態である。
【００８３】
この状態から、スイッチング素子ＰＳＵをオン状態にして、直流電源１→スイッチング素子ＰＳＵ→リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→スイッチング素子ＳＸ→直流電源１の経路でリアクトルＬ１を流れる電流ｉL1を増加させる。このとき、負荷電流ＩOUT は、モード１と同様に、負荷３→スイッチング素子ＳＸ→直流電源１→コンデンサＣＰ→負荷３の経路で還流を継続する。つまり、スイッチング素子ＳＸには、負荷電流ＩOUT とリアクトルＬ１を流れる電流ｉL1とが同じ方向に流れる。
【００８４】
この状態からスイッチング素子ＳＸをオフ状態にすると、リアクトルＬ１とコンデンサＣＵ及びＣＸとが共振を始め、リアクトルＬ１を流れる電流ｉLN1 は、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→コンデンサＣＵ→スイッチング素子ＰＳＵ→リアクトルＬ１の経路と、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→コンデンサＣＸ→直流電源１→スイッチング素子ＰＳＵ→リアクトルＬ１の経路とに流れ、この共振電流によって、コンデンサＣＸは零電圧から直流電源電圧に向かって充電され、コンデンサＣＵは、直流電源電圧から零電圧に向かって放電される。この結果スイッチング素子ＳＸはＺＶＳ状態となる。なお、このとき、負荷電流ＩOUT は、負荷３→コンデンサＣＸ→直流電源１→コンデンサＣＰ→負荷３の経路及び負荷３→コンデンサＣＵ→コンデンサＣＰ→負荷３の経路を流れる。
【００８５】
そして、コンデンサＣＵが零電圧となるタイミングで、スイッチング素子ＰＳＵをオフ状態にすると、負荷電流ＩOUT は、負荷３→ダイオードＦＵ→直流電源１→コンデンサＣＮ→負荷３の経路で回生し、また、リアクトルＬ１を流れる電流ｉL1は、リアクトルＬ１→ダイオードＤＵ→ダイオードＦＵ→直流電源１→ダイオードＮＤＸ→リアクトルＬ１の経路で減衰される。
【００８６】
続いて、ダイオードＦＵに電流が流れている間に、スイッチング素子ＳＵをオン状態にする。これによって、ダイオードＦＵを経由して流れるリアクトルＬ１の電流ｉL1が減衰しこれがリセットされた後に、負荷電流ＩOUT は、直流電源１→スイッチング素子ＳＵ→負荷３→コンデンサＣＮ→直流電源１の経路に転流する。
【００８７】
このとき、ダイオードＦＵに電流が流れている時点で、スイッチング素子ＳＵをオン状態にするから、スイッチング素子ＳＵはＺＶＳ状態となる。
以上の動作によって、スイッチング素子ＳＸがオフ状態に切り替えられまたスイッチング素子ＳＵがオン状態に切り替えられたことになる。
続いて、スイッチング素子ＳＸをオン状態、スイッチング素子ＳＵをオフ状態に切り替えるときには、今度は、スイッチング素子ＮＳＸをオン状態にして、リアクトルＬ２の電流ｉL2を増加させ、続いて、スイッチング素子ＳＵをオフ状態にすると、リアクトルＬ２とコンデンサＣＵ及びＣＸが共振を始め、この共振電流によって、コンデンサＣＸは直流電源電圧から零電圧に向かって放電され、コンデンサＣＵは零電圧から直流電源電圧に向かって充電される。この結果、スイッチング素子ＳＵはＺＶＳ状態となる。
【００８８】
そして、コンデンサＣＸが零電圧となるタイミングでスイッチング素子ＮＳＸをオフ状態にすると、ダイオードＦＸを経由して負荷電流ＩOUT は回生し、また、リアクトルＬ２の電流ｉL2はリセットされる。
このダイオードＦＸに電流が流れている間に、スイッチング素子ＳＸをオン状態にすると、このとき、コンデンサＣＸは放電されているから、スイッチング素子ＳＸはＺＶＳ状態となる。
【００８９】
以上の動作によって、スイッチング素子ＳＸがオン状態に切り替えられまたスイッチング素子ＳＵがオフ状態に切り替えられたことになる。
そして、この動作を繰り返し行うことによって、スイッチング素子ＳＸ及びＳＵが順次オン／オフに切り替えられることになる。
したがってこの場合も、スイッチング素子ＳＸ、ＳＵのターンオフ及びターンオンはＺＶＳ動作が実現されるから、スイッチング素子ＳＸ及びＳＵのスイッチング損失を低減することができ、また、スイッチング素子のｄｖ／ｄｔは共振現象とコンデンサへの充電動作によって低く抑えられているため、スイッチング時の跳ね上がり動作（サージ電圧）に伴うノイズの発生をも低く抑えることができる。その結果、低損失で低ノイズスイッチングを実現することができる。
【００９０】
なお、上記各実施の形態において、負荷の前段にＰＷＭ制御による高周波リプルを除去するためのフィルタが挿入されている場合でも適用することができ、同等の作用効果を得ることができる。
また、上記各実施の形態においては、チョッパ回路、また、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路について説明したが、これに限るものではなく、交流電力から直流電力に変換するコンバータ回路に適用することができるのはいうまでもない。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１乃至請求項９に係る電力変換装置によれば、第１又は第２の半導体スイッチング素子の零電圧スイッチング状態を実現するようにしたから、これら半導体スイッチング素子のスイッチング損失を低減することができると共に、半導体スイッチング素子のサージ電圧は、共振現象及びコンデンサへの充電動作によって低く抑えられているからスイッチング時の跳ね上がり電圧に伴うノイズの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における電力変換装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態における電力変換装置の動作説明に供するタイミングチャートである。
【図３】第２の実施の形態における電力変換装置の概略構成図である。
【図４】第２の実施の形態における電力変換装置の動作説明に供するタイミングチャートである。
【図５】第３の実施の形態における電力変換装置の概略構成図である。
【図６】第３の実施の形態における電力変換装置の動作説明に供するタイミングチャートである。
【図７】第４の実施の形態における電力変換装置の概略構成図である。
【図８】第５の実施の形態における電力変換装置の概略構成図である。
【図９】第６の実施の形態における電力変換装置の概略構成図である。
【図１０】第７の実施の形態における電力変換装置の概略構成図である。
【図１１】従来の電力変換装置の概略構成図である。
【図１２】スナバ回路の一例である。
【符号の説明】
１  直流電源
２〜４  負荷
１０  制御回路
１１  主スイッチング部
１２〜１４  補助回路部
【図１】
0004389386.tif 000002
【図２】
0004389386.tif 000003
【図３】
0004389386.tif 000004
【図４】
0004389386.tif 000005
【図５】
0004389386.tif 000006
【図６】
0004389386.tif 000007
【図７】
0004389386.tif 000008
【図８】
0004389386.tif 000009
【図９】
0004389386.tif 000010
【図１０】
0004389386.tif 000011
【図１１】
0004389386.tif 000012
【図１２】
0004389386.tif 000013