JP2003111431A - スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電力変換効率の改善を図るＰＷＭ方式のスイッ
チング装置を提供する。 【解決手段】 スイッチＱ１とＱ２の直列回路に、スイ
ッチＱ３とＱ４の直列回路が並列に接続されてなるブリ
ッジ回路を有し、スイッチＱ１をスイッチＱ４がオン状
態でオンオフし、スイッチＱ２をスイッチＱ３がオン状
態でオンオフするようなスイッチング装置であって、ス
イッチＱ１（Ｑ２）は、スイッチＱ４（Ｑ３）と同期し
てオンされるスイッチＱ５（Ｑ６）と、スイッチＱ１
（Ｑ２）のオフにより発生する電圧をスイッチＱ５（Ｑ
６）を通してチャージするコンデンサＣｓ１（Ｃｓ２）
と、コンデンサＣｓ１（Ｃｓ２）のチャージエネルギー
を、コンデンサＣｓ１（Ｃｓ２）とによる共振電流とし
て放出するインダクタＬｓ１（Ｌｓ２）とを具備してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、スナバ回路を有す
るＰＷＭ(パルス幅変調)方式のスイッチング装置に関す
るものである。 【０００２】 【従来の技術】図６は、ＰＷＭ方式のスイッチング装置
において、スナバ回路を有するものを示しており、ブリ
ッジ回路の一部を構成するＭＯＳＦＥＴからなるスイッ
チＱ１１，Ｑ１２のうち、スイッチＱ１１に並列にコン
デンサＣ１１とダイオードＤ１３の直列回路、スイッチ
Ｑ１２に並列にダイオードＤ１４とコンデンサＣ１２の
直列回路がそれぞれ接続され、ダイオードＤ１３、ダイ
オードＤ１４およびコンデンサＣ１２の直列回路に並列
に抵抗Ｒ１１が接続され、コンデンサＣ１１、ダイオー
ドＤ１３およびダイオードＤ１４の直列回路に並列に抵
抗Ｒ１２が接続されている。 【０００３】この場合、スイッチＱ１１、スイッチＱ１
２は、出力電圧に応じてＰＷＭ変調された波形によりオ
ンオフされ、これにより所定の出力を発生するようにな
っている。また、これらスイッチＱ１１、Ｑ１２は、デ
ットタイムの時間をおいて交互にオンオフされるように
なっている。 【０００４】この場合、コンデンサＣ１１、Ｃ１２に
は、常時入力電圧がチャージされており、スナバ効果を
発揮するのは、これらコンデンサＣ１１、Ｃ１２に印加
される電圧波形が入力電圧以上になったときである。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
スイッチング装置では、例えば、スイッチＱ１２のオフ
時に、回路中の寄生インダクタンスなどによりスパイク
電圧が発生すると、この時のエネルギーをコンデンサＣ
１２にチャージし、その後、抵抗Ｒ１２を通して消費さ
せるようになっており、この抵抗Ｒ１２での電力消費が
電力変換の効率を著しく低下させるという問題があっ
た。 【０００６】また、コンデンサＣ１１、Ｃ１２には、常
時入力電圧がチャージされることから、スイッチＱ１
１、Ｑ１２は、ゼロ電圧スイッチングができない。この
ため、スイッチＱ１１、Ｑ１２のオフ時に回路中の寄生
インダクタンスによりスイッチング電流の立ち下がりが
遅れると、電圧波形とのクロスロスにより損失が発生
し、これらの損失により電力変換の効率の低下を招くと
いう問題もあった。 【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、電力変換時の効率改善を図ることができるＰＷＭ方
式のスイッチング装置を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
第１および第２のスイッチング素子の直列回路と第３お
よび第４のスイッチング素子の直列回路が並列接続され
てなるブリッジ回路を有し、前記第４のスイッチング素
子がオン状態で前記第１のスイッチング素子をパルス変
調された波形でオンオフし、前記第３のスイッチング素
子がオン状態で前記第２のスイッチング素子をパルス変
調された波形でオンオフするようなスイッチング装置に
おいて、前記第１のスイッチング素子は、前記第４のス
イッチング素子と同期してオンされる第１の補助スイッ
チング素子と、前記第１のスイッチング素子のオフによ
り発生する電圧を前記第１の補助スイッチング素子を通
してチャージする第１のコンデンサと、前記第１のスイ
ッチング素子のオンにより前記第１のコンデンサのチャ
ージエネルギーを前記第１のコンデンサとともに共振電
流として放出する第１のインダクタとを具備し、前記第
２のスイッチング素子は、前記第３のスイッチング素子
と同期してオンされる第２の補助スイッチング素子と、
前記第２のスイッチング素子のオフにより発生する電圧
を前記第２の補助スイッチング素子を通してチャージす
る第２のコンデンサと、前記第２のスイッチング素子の
オンにより前記第２のコンデンサのチャージエネルギー
を前記第２のコンデンサととともに共振電流として放出
する第２のインダクタとを具備したことを特徴としてい
る。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。 【００１０】図１は、本発明が適用されるブリッジ回路
を使用したＰＷＭ方式のインバータ装置の概略構成を示
している。 【００１１】図において、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、
スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッ
チで、スイッチＱ１とＱ２の直列回路に、スイッチＱ３
とＱ４の直列回路が並列に接続され、ブリッジ回路が構
成されている。ここで、スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ
４は、それぞれ内部寄生ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、
Ｄ４を有するとともに、ゲート駆動回路Ｖｇ１、Ｖｇ
２、Ｖｇ３、Ｖｇ４が各別に接続されている。 【００１２】これらスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の
ブリッジ回路には、直流入力電圧Ｅｉが印加され、ま
た、スイッチＱ１とＱ２の接続点と、スイッチＱ３とＱ
４の接続点との間には、インダクタＬ０とコンデンサＣ
０からなるフィルタ回路が接続され、このフィルタ回路
のコンデンサＣ０両端より交流出力電圧Ｅｏが発生する
ようになっている。 【００１３】このようなスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ
４からなるブリッジ回路に対し以下のようなスナバ回路
が構成される。 【００１４】スイッチＱ１とＱ２の直列回路と並列にコ
ンデンサＣｉ１、Ｃｉ２の直列回路が接続され、これら
コンデンサＣｉ１とＣｉ２の接続点とスイッチＱ１とＱ
２の接続点との間には、補助スイッチング素子としての
ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ５、図示極性ダイオー
ドＤ７、コンデンサＣｓ１の直列回路および補助スイッ
チング素子としてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ
６、図示極性ダイオードＤ８、コンデンサＣｓ２の直列
回路がそれぞれ接続されている。さらに、ダイオードＤ
７とコンデンサＣｓ１の接続点とスイッチＱ１とＱ３の
接続点との間には、インダクタＬｓ１と図示極性ダイオ
ードＤ９の直列回路、ダイオードＤ８とコンデンサＣｓ
２の接続点とスイッチＱ２とＱ４の接続点との間には、
インダクタＬｓ２と図示極性ダイオードＤ１０の直列回
路がそれぞれ接続されている。ここで、スイッチＱ５、
Ｑ６は、それぞれ内部寄生ダイオードＤ５、Ｄ６を有す
るとともに、ゲート駆動回路Ｖｇ５、Ｖｇ６が各別に接
続されている。また、ダイオードＤ９、Ｄ１０は、スイ
ッチＱ１、Ｑ２のオフ時にインダクタＬｓ１、Ｌｓ２側
に電流を流さないためのものである。 【００１５】次に、このように構成された実施の形態の
動作を説明する。 【００１６】この場合、図２（ａ）に示す出力電圧Ｅｏ
が“＋”の領域では、同図（ｂ）に示すようにスイッチ
Ｑ１は、同図(ｄ)に示すスイッチＱ４がオン状態のまま
で、出力電圧に応じてＰＷＭ変調された波形によりオン
オフされ、また、出力電圧Ｅｏが“−”の領域では、同
図（ｃ）に示すようにスイッチＱ２は、同図(ｅ)に示す
スイッチＱ３がオン状態のままで、出力電圧に応じてＰ
ＷＭ変調された波形によりオンオフされるようになり、
インダクタＬ０とコンデンサＣ０からなるフィルタ回路
を介して交流出力電圧Ｅｏが発生される。 【００１７】この状態で、スイッチＱ４のオンオフ動作
に同期して同図（ｆ）に示すようにスイッチＱ５がオン
オフされ、また、スイッチＱ３のオンオフ動作に同期し
て同図（ｇ）に示すようにスイッチＱ６がオンオフされ
る。 【００１８】いま、説明を簡単にするため、出力電圧Ｅ
ｏが“−”領域でのスイッチＱ２の動作について説明す
ると、この領域では、スイッチＱ３がオン状態のまま
で、スイッチＱ２がＰＷＭ変調された波形によりオンオ
フを繰り返すが、いま、スイッチＱ２がオンからオフに
切換わると、この瞬間、いままでスイッチＱ２に流れて
いた電流は、コンデンサＣｓ２側に移行し、ダイオード
Ｄ８、スイッチＱ６を介して流れる。 【００１９】この場合、図３（ａ）に示すようにスイッ
チＱ２のオンオフ波形に対して、スイッチＱ２の電圧波
形および電流波形は、同図(ｂ)(ｃ)となり、スイッチＱ
２がオフとなった瞬間のコンデンサＣｓ２の電流波形
は、同図(ｄ)に示すようになる。ここで、スイッチＱ２
のオフ時の時間軸を拡大した図４に示すように、スイッ
チＱ２がオフに切換わると、インダクタＬ０に流れてい
た電流は、コンデンサＣｓ２に流れるようになり、コン
デンサＣｓ２の電流波形は、同図(ｄ)に示すように立ち
上がる。これにより、スイッチＱ２の電圧波形は、同図
(ｂ)に示すようにコンデンサＣｓ２にエネルギーをチャ
ージしている時間だけ遅れて立ち上がるようになり、同
図(ｃ)に示す電流波形とのクロロスを軽減することがで
きる。 【００２０】その後、スイッチＱ２がオンすると、ダイ
オードＤ８は逆バイアスになるので、コンデンサＣｓ２
にチャージされたエネルギーは、インダクタＬｓ２とコ
ンデンサＣｓ２による共振電流となってスイッチＱ２に
流れ放出される。この場合、スイッチＱ２のオン時の時
間軸を拡大した図５に示すように、スイッチＱ２がオン
に切換わると、スイッチＱ２とコンデンサＣｓ２には、
同図（ｃ）（ｄ）に示すように、インダクタＬｓ２とコ
ンデンサＣｓ２の共振によるサイン波形の電流Ａ、Ｂが
流れるようになる。 【００２１】従って、このようにすれば、スイッチＱ２
のオフ時、コンデンサＣｓ２にエネルギーをチャージし
ている時間だけ遅れて電圧波形を立ち上げるようにした
ので、このときの電圧波形と電流波形のクロスオーバを
軽減することができ、クロスオーバによる損失の低減に
より電力変換時の効率の著しい改善を図ることができ
る。 【００２２】また、コンデンサＣｓ２に貯えられるエネ
ルギーは、インダクタＬｓ２とコンデンサＣｓ２の共振
電流としてスイッチＱ２を通して放出されるので、従来
の抵抗で熱エネルギーとして消費させるものと比べ、エ
ネルギーの無駄遣いが軽減され、さらなる電力変換時の
効率改善を図ることができる。 【００２３】なお、上述では、出力電圧Ｅｏの“−”領
域において、スイッチＱ２がＰＷＭ変調された波形によ
りオンオフされる場合を説明したが、出力電圧Ｅｏの
“＋”領域において、スイッチＱ１がＰＷＭ変調された
波形によりオンオフされる場合も、コンデンサＣｓ１、
インダクタＬｓ１、ダイオードＤ７の動作により同様な
動作を実現することができる。 【００２４】また、上述では、一貫してインバータ装置
について述べたが、ＤＣ／ＤＣ装置であっても良い。 【００２５】 【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電力
変換の効率改善を図ることができるＰＷＭ方式のスイッ
チング装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態のＰＷＭ方式のインバー
タ装置の概略構成を示す図。 【図２】一実施の形態の動作を説明するためのタイムチ
ャート。 【図３】一実施の形態の各部の動作波形を示す図。 【図４】一実施の形態のスイッチのオフ時の時間軸を拡
大した動作波形を示す図。 【図５】一実施の形態のスイッチのオン時の時間軸を拡
大した動作波形を示す図。 【図６】従来のＰＷＭ方式のインバータ装置の概略構成
を示す図。 【符号の説明】 Ｑ１〜Ｑ６…スイッチ Ｄ１〜Ｄ６…内部寄生ダイオード Ｖｇ１〜Ｖｇ６…ゲート駆動回路 Ｌ０…インダクタ Ｃ０…コンデンサ Ｃｉ１、Ｃｉ２…コンデンサ Ｌｓ１、Ｌｓ２…インダクタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 第１および第２のスイッチング素子の直
   列回路と第３および第４のスイッチング素子の直列回路
   が並列接続されてなるブリッジ回路を有し、前記第４の
   スイッチング素子がオン状態で前記第１のスイッチング
   素子をパルス変調された波形でオンオフし、前記第３の
   スイッチング素子がオン状態で前記第２のスイッチング
   素子をパルス変調された波形でオンオフするようなスイ
   ッチング装置において、 前記第１のスイッチング素子は、 前記第４のスイッチング素子と同期してオンされる第１
   の補助スイッチング素子と、前記第１のスイッチング素
   子のオフにより発生する電圧を前記第１の補助スイッチ
   ング素子を通してチャージする第１のコンデンサと、前
   記第１のスイッチング素子のオンにより前記第１のコン
   デンサのチャージエネルギーを前記第１のコンデンサと
   ともに共振電流として放出する第１のインダクタとを具
   備し、 前記第２のスイッチング素子は、 前記第３のスイッチング素子と同期してオンされる第２
   の補助スイッチング素子と、前記第２のスイッチング素
   子のオフにより発生する電圧を前記第２の補助スイッチ
   ング素子を通してチャージする第２のコンデンサと、前
   記第２のスイッチング素子のオンにより前記第２のコン
   デンサのチャージエネルギーを前記第２のコンデンサと
   とともに共振電流として放出する第２のインダクタとを
   具備したことを特徴とするスイッチング装置。