JP2018179716A

JP2018179716A - スイッチング損失評価装置

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Publication number: JP2018179716A
Application number: JP2017078560A
Authority: JP
Inventors: 芳彦菊地; Yoshihiko Kikuchi
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: JP6919144B2

Abstract

【課題】昇圧動作・降圧動作を繰り返す評価をする場合でも、構成が煩雑にならないスイッチング損失評価装置を提供する。【解決手段】入出力端子が直列接続された第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０と、昇圧動作と降圧動作を繰り返すように第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御する制御部３０と、第１コンデンサ４０と、第２コンデンサ５０と、インダクタ６０とを備え、制御部３０は、降圧動作においては、第１コンデンサ４０から第２コンデンサ５０に向かって電流が流れ、昇圧動作においては、第２コンデンサ５０から第１コンデンサ４０に向かって電流が流れるように、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御することを特徴とするスイッチング損失評価装置１【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング損失評価装置に関する。

従来、スイッチング素子のスイッチング損失を評価するスイッチング損失評価装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

従来のスイッチング損失評価装置９００ａは、図９に示すように、デッドタイムを挟んで交互にオン・オフ動作をし、入出力端子が直列接続された第１スイッチング素子９１０及び第２スイッチング素子９２０と、第１スイッチング素子９１０のオン・オフ動作を制御する第１制御部９３０ａと、第２スイッチング素子９２０のオン・オフ動作を制御する第２制御部９３２ａと、第１スイッチング素子９１０の一端と第２スイッチング素子９２０の他端に接続する負荷９８０ａと、第２スイッチング素子９２０の他端に接続された電力供給源９９０ａと、第１スイッチング素子９１０及び第２スイッチング素子９２０の中点と電力供給源９９０ａとの間に接続されたインダクタ９６０とを備える。すなわち、従来のスイッチング損失評価装置は、昇圧動作のハーフブリッジ回路を構成している。

従来のスイッチング損失評価装置においては、第１制御部９３０ａにより第１スイッチング素子９１０をオフにした状態で、第２制御部９３２ａにより第２スイッチング素子９２０がオン・オフ動作を繰り返すように第２スイッチング素子９２０に信号を印加する。そして、第２スイッチング素子９２０のスイッチング時のコレクタ電流及びコレクタ・エミッタ間電圧を測定し、第２スイッチング素子９２０のスイッチング損失を評価する。

特開２０１６−１４２６９８号公報

ところで、スイッチング素子のスイッチング損失の評価には、昇圧動作・降圧動作を繰り返す評価がある。しかしながら、スイッチング素子のスイッチング損失を降圧動作で評価をする場合には、（昇圧動作とは別の）降圧動作の回路（例えば、図１０参照。）を構成する必要があり、昇圧動作で用いた電力供給源とは別の電力供給源９９０ｂ（第１スイッチング素子９１０の一端と第２スイッチング素子９２０の他端に接続された電力供給源９９０ｂ）が必要となるため、スイッチング損失評価装置の構成が煩雑になる、という問題があった。
また、従来のスイッチング損失評価装置においては、比較的大きな電力を供給する電力供給源を配置する必要がある（例えば、電力効率が９９％のスイッチング電源回路で１００Ｗの損失を測定するためには、１０ｋＷの出力の電力供給源が必要となる）ため、この観点においてもスイッチング損失評価装置の構成が煩雑になる、という問題があった。

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、昇圧動作・降圧動作を繰り返す評価をする場合でも、構成が煩雑にならないスイッチング損失評価装置を提供することを目的とする。

［１］本発明のスイッチング損失評価装置は、昇圧動作と降圧動作とを繰り返してスイッチング損失を評価するスイッチング損失評価装置であって、入出力端子が直列接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記昇圧動作と前記降圧動作を繰り返すように前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御部と、前記制御部により充放電制御され、前記第１スイッチング素子の一端と前記第２スイッチング素子の他端に接続された第１コンデンサと、前記制御部により充放電制御され、前記第２スイッチング素子の他端に接続された第２コンデンサと、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の中点と前記第２コンデンサとの間に接続されたインダクタとを備え、前記制御部は、前記降圧動作においては、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサで検出された電位に基づいて、前記第１コンデンサから前記第２コンデンサに向かって電流が流れ、前記昇圧動作においては、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサで検出された電位に基づいて、前記第２コンデンサから前記第１コンデンサに向かって電流が流れるように、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御することを特徴とする。

［２］本発明のスイッチング損失評価装置においては、制御部は、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサで検出された電位に基づいて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子にかかる電圧を制御することが好ましい。

［３］本発明のスイッチング損失評価装置においては、前記制御部は、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサに流れる電流に基づいて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に流れる電流を制御することが好ましい。

［４］本発明のスイッチング損失評価装置においては、前記第１コンデンサ又は前記第２コンデンサのうちの少なくともいずれかと並列に接続された、評価時にスイッチング電源回路で損失する電力を補う補助電力供給部をさらに備えることが好ましい。

［５］本発明のスイッチング損失評価装置において、前記制御部は、前記昇圧動作及び前記降圧動作において、デッドタイムを挟んで前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのうちの一方がオンとなり、他方がオフになるようにオン・オフ動作を繰り返すように前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御することが好ましい。

［６］本発明のスイッチング損失評価装置において、前記制御部は、前記昇圧動作においては、前記第１スイッチング素子をオフにした状態で、前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を繰り返すように前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御し、前記降圧動作においては、前記第２スイッチング素子をオフにした状態で、前記第１スイッチング素子のオン・オフ動作を繰り返すように前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御することが好ましい。

本発明のスイッチング損失評価装置において、制御部は、降圧動作においては、第１コンデンサ及び第２コンデンサで検出された電位に基づいて、第１コンデンサから第２コンデンサに向かって電流が流れ、昇圧動作においては、第１コンデンサ及び第２コンデンサで検出された電位に基づいて、第２コンデンサから第１コンデンサに向かって電流が流れるように、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する。
このような構成とすることにより、昇圧動作においては、第２コンデンサが電力供給源となって第２コンデンサから第１コンデンサに向かって電流が流れることで、第１コンデンサが充電され、降圧動作においては、充電されている第１コンデンサが電力供給源となって第１コンデンサから第２コンデンサに向かって電流が流れることで、第２コンデンサが充電される。
従って、昇圧動作及び降圧動作のいずれにおいても、第１コンデンサ及び第２コンデンサのうちの一方が電力供給源となり、第１コンデンサ及び第２コンデンサのうちの他方が（負荷で電力を消費する代わりに）充電されることとなるため、昇圧動作と降圧動作とで回路構成を変える必要がなく、降圧動作において、昇圧動作で用いた電力供給源とは別の電力供給源が必要となる、ということもない。その結果、スイッチング損失評価装置の構成が煩雑にならない。

また、本発明のスイッチング損失評価装置によれば、制御部は、降圧動作においては、第１コンデンサ及び第２コンデンサで検出された電位に基づいて、第１コンデンサから第２コンデンサに向かって電流が流れ、昇圧動作においては、第１コンデンサ及び第２コンデンサで検出された電位に基づいて、第２コンデンサから第１コンデンサに向かって電流が流れるように、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する。
このような構成とすることにより、従来のスイッチング損失評価装置において負荷の発熱等で失っていた電力を回路（スイッチング電源回路）を駆動させるための電力として用いることができる。このため、比較的大きな電力を供給する電力供給源を配置する必要がなく、この観点においても、スイッチング損失評価装置の構成が煩雑になることがない。

また、本発明のスイッチング損失評価装置によれば、制御部は、降圧動作においては、第１コンデンサ及び第２コンデンサで検出された電位に基づいて、第１コンデンサから第２コンデンサに向かって電流が流れ、昇圧動作においては、第１コンデンサ及び第２コンデンサで検出された電位に基づいて、第２コンデンサから第１コンデンサに向かって電流が流れるように、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御するため、別々の回路を構成することなく第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング損失の評価を一括して行うことができる。

実施形態に係るスイッチング損失評価装置１の回路図である。なお、図１において、符号３４は配線抵抗を示す。実施形態に係るスイッチング損失評価装置１における昇圧動作のときの等価回路である。実施形態に係るスイッチング損失評価装置１における昇圧動作のときの電流の流れを示す回路図である。実施形態に係るスイッチング損失評価装置１における降圧動作のときの等価回路である。実施形態に係るスイッチング損失評価装置１における降圧動作のときの電流の流れを説明するために示す回路図である。実施形態に係るスイッチング損失評価装置１における昇圧動作のときの第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のゲート・ソース間電圧、第１コンデンサ４０の電位及び電流、並びに、第２コンデンサ５０の電位の時間変化を示すグラフである。図６（ａ）は、昇圧動作のときの、第１スイッチング素子１０のゲート・ソース間電圧ＶＭ１及び第２スイッチング素子２０のゲート・ソース間電圧ＶＭ２の時間変化を示すグラフであり、図６（ｂ）は昇圧動作のときの、第１コンデンサ４０の電位ＶＣ１、第２コンデンサ５０の電位ＶＣ２、及び、第１コンデンサ４０に流れる電流Ｉｃの時間変化を示すグラフである。なお、図６（ｂ）において、第１コンデンサ４０に流れる電流Ｉｃは、第１スイッチング素子１０から第１コンデンサ４０に向かって電流が流れる場合を正の値で表し、第１コンデンサ４０から第１スイッチング素子１０に向かって流れる場合を負の値で表している（図７（ｂ）において同じ。）。実施形態に係るスイッチング損失評価装置１における降圧動作のときの第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のゲート・ソース間電圧、第１コンデンサ４０の電位及び電流、並びに、第２コンデンサ５０の電位の時間変化を示すグラフである。図７（ａ）は、降圧動作のときの、第１スイッチング素子１０のゲート・ソース間電圧ＶＭ１及び第２スイッチング素子２０のゲート・ソース間電圧ＶＭ２の時間変化を示すグラフであり、図７（ｂ）は降圧動作のときの、第１コンデンサ４０の電位ＶＣ１、第２コンデンサ５０の電位ＶＣ２、及び、第１コンデンサ４０に流れる電流Ｉｃの時間変化を示すグラフである。変形例に係るスイッチング損失評価装置２の回路図である。従来のスイッチング損失評価装置９００ａ（昇圧）のときの回路図である。なお、図９中、符号９３４は配線抵抗を示し、符号Ｃは平滑コンデンサを示す（図１０において同じ。）。背景技術に係るスイッチング損失評価装置９００ｂ（降圧）の回路図である。

以下、本発明のスイッチング損失評価装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の寸法を厳密に反映したものではない。

［実施形態］
１．実施形態に係るスイッチング損失評価装置１の構成
実施形態に係るスイッチング損失評価装置１は、図１に示すように、入出力端子が直列接続された第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０と、昇圧動作と降圧動作を繰り返すように第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御する制御部３０と、制御部３０により充放電制御され、第１スイッチング素子１０の一端１１と第２スイッチング素子２０の他端２２に接続された第１コンデンサ４０と、制御部３０により充放電制御され、第２スイッチング素子２０の他端２２に接続された第２コンデンサ５０と、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０の中点と第２コンデンサ５０との間に接続されたインダクタ６０と、第２コンデンサ５０と並列に接続された、評価時にスイッチング電源回路で損失する電力を補う補助電力供給部７０とを備える。

第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０は適宜のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）を用いることができる。

制御部３０は、降圧動作においては、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位に基づいて、第１コンデンサ４０から第２コンデンサ５０に向かって電流が流れ、昇圧動作においては、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位に基づいて、第２コンデンサ５０から第１コンデンサ４０に向かって電流が流れるように、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御する。

具体的には、制御部３０は、昇圧動作においては、デッドタイムを挟んで第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０とのうちの一方がオンとなり、他方がオフになるようにオン・オフ動作を繰り返すように第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御する。
降圧動作においても、デッドタイムを挟んで第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０とのうちの一方がオンとなり、他方がオフになるようにオン・オフ動作を繰り返すように第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御する。

制御部３０は、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位を含む情報に基づいて、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０にかかる電位を制御する。例えば、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位によって、第１スイッチング素子１０又は第２スイッチング素子２０が過電圧になったり不足電圧になったりすることを防ぐように第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を行う。

制御部３０は、第１スイッチング素子１０、第２スイッチング素子２０、インダクタ６０、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０に流れる電流を含む情報に基づいて、例えば、第１スイッチング素子１０又は第２スイッチング素子２０に過大な電流が流れることを防ぐように、第１スイッチング素子１０又は第２スイッチング素子２０に流れる電流を制御する。

第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０はいずれも電力供給源となるため、適宜の電力を供給することが可能な容量を有する。なお、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０にはそれぞれ、図示しない電流計及び電位計が設けられており、当該電位計及び電流計で測定した電位値及び電流値を制御部３０へと送る。

補助電力供給部７０は、評価時に回路（スイッチング電源回路）で損失する電力を補って第２コンデンサ５０に電力を供給する。補助電力供給部７０は、例えば昇圧動作・降圧動作を繰り返す評価に数十ｋｗを要する場合でも、数十Ｗの電力を供給することができるものでよい。

２．実施形態に係るスイッチング損失評価装置１の動作
次に、昇圧動作・降圧動作を繰り返して第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のそれぞれのスイッチング損失を評価するときの実施形態に係るスイッチング損失評価装置１の動作について説明する。

（１）昇圧動作時
昇圧動作開始時において、スイッチング損失評価装置１の回路（スイッチング電源回路）は、第１スイッチング素子１０がダイオードとして機能する昇圧動作のハーフブリッジ回路を構成している（図２参照。）。第２コンデンサ５０は充電された状態となっており、第２コンデンサ５０が電力供給源となる。

まず、第１スイッチング素子１０をオフしたまま、第２スイッチング素子２０をオンすると、第２コンデンサ５０から、インダクタ６０及び第２スイッチング素子２０を経由して接地電位に電流が流れる（図３の実線参照。）。

次に、第２スイッチング素子２０をオフし、少し遅れて第１スイッチング素子１０をオンする。
第２スイッチング素子２０をオフにすると、第２コンデンサ５０から、インダクタ６０、及び、第１スイッチング素子１０を経由して第１コンデンサ４０に電流が流れ、第１コンデンサ４０が充電される（図３の破線参照。）。つまり、従来のスイッチング損失評価装置９００ａ（図９参照。）において、負荷９８０ａ（及び平滑コンデンサＣ）でエネルギーを消費する代わりに第１コンデンサ４０の充電を行っている状態となる。このとき、第１コンデンサ４０には、第２コンデンサ５０から流れる電流に加えて、インダクタ６０の誘導電流も第１コンデンサ４０に向かって流れる。

なお、第２スイッチング素子２０をオフにした後、少し遅れて第１スイッチング素子１０をオンするのは、デッドタイム（第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０の両方がオフとなっている時間）を挟むためである。また、第２スイッチング素子２０をオフにした後、第１スイッチング素子１０をオンにするのは、ダイオードとして機能している第１スイッチング素子１０のエネルギー損失を少なくするためである。

次に、所定時間経過後、第１スイッチング素子１０をオフにし、少し遅れて第２スイッチング素子２０をオンにする。
このように第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を繰り返す。

実施形態に係るスイッチング損失評価装置１においては、昇圧動作時において、第２スイッチング素子２０のスイッチング動作時のコレクタ電流及びコレクタ・エミッタ間電圧をプローブ等によって測定する。そして、測定されたコレクタ電流及びコレクタ・エミッタ間の電圧をオシロスコープ等の測定器に取り込み、第２スイッチング素子２０のスイッチング損失を評価する。

（２）降圧動作
次に、降圧動作について説明する。昇圧動作において、第１コンデンサ４０に所定の電圧が充電されたら、降圧動作に移行する。

降圧動作開始時において、スイッチング損失評価装置１は、第２スイッチング素子２０がダイオードとして機能する降圧動作のハーフブリッジ回路を構成している（図４参照。）。第１コンデンサ４０は充電された状態となっており、第１コンデンサ４０が電力供給源となる。

まず、第２スイッチング素子２０をオフしたまま、第１スイッチング素子１０をオンすると、第１コンデンサ４０から、第１スイッチング素子１０及びインダクタ６０を経由して第２コンデンサ５０に電流が流れ、第２コンデンサ５０が充電される（図５の実線参照。）。つまり、従来のスイッチング損失評価装置９００ｂ（図１０参照。）において、負荷９８０ｂ（及び平滑コンデンサ）でエネルギーを消費する代わりに第２コンデンサ５０の充電を行っている状態となる。

次に、第１スイッチング素子１０をオフし、少し遅れて第２スイッチング素子２０をオンする。
第１スイッチング素子１０をオフにすると、第２スイッチング素子２０、インダクタ６０を経由して第２コンデンサ５０に向かってインダクタ６０の誘導電流が流れる（図５の破線参照。）。このとき、評価時に回路（スイッチング電源回路）で損失する電力を補助電力供給部７０から補助する。

なお、第１スイッチング素子１０をオフにした後、第２スイッチング素子２０をオンにするのは、ダイオードとしての役割している第２スイッチング素子２０の損失を少なくするためである。

次に、所定時間経過後、（第２スイッチング素子２０をオフにした状態で）第１スイッチング素子１０をオンにする。
このように第１スイッチング素子１０のオン・オフ動作を繰り返す。

実施形態に係るスイッチング損失評価装置１においては、降圧動作時において、第１スイッチング素子１０のスイッチング動作時のコレクタ電流及びコレクタ―エミッタ間電圧をプローブ等によって測定し、測定されたコレクタ電流及びコレクタ―エミッタ間の電圧をオシロスコープ等の測定器に取り込み、評価する。

降圧動作において、第２コンデンサ５０に所定の電圧が充電されたら、再び昇圧動作に移行する。
このようにして、昇圧動作と降圧動作を繰り返す。従って、昇圧動作及び降圧動作の際に第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０が電力供給源として機能するため、スイッチング電源回路を動作させるのに必要な電力は回路損失分を補助する電源さえあればよく、例えば、スイッチング電源回路を動作させるのに数十ｋｗの電力が必要な場合であっても、数十ｗ単位の電源があれば回路（スイッチング電源回路）を動作させることができる。

３．第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０の充放電について
（１）昇圧動作について
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第２スイッチング素子２０がオフの時（第２スイッチング素子２０のゲート・ソース間電圧ＶＭ２が０Ｖの時）は、第１コンデンサ４０を流れる電流Ｉｃが増加しており、第１コンデンサ４０に電流が流れている。これは、第２コンデンサ５０からインダクタ６０及び第１スイッチング素子１０を経由して第１コンデンサ４０に電流が流れており、第１コンデンサ４０が充電されていることを示している。
一方、第２スイッチング素子２０がオンの時（第２スイッチング素子２０のゲート・ソース間電圧ＶＭ２が所定の電圧値（実施形態においては約１４Ｖ）の時）は、第１コンデンサ４０の電流Ｉｃは０Ａである（電流が流れない）。これは、第２コンデンサ５０からインダクタ６０及び第２スイッチング素子２０を経由して電流が接地電位へ流れており、第１コンデンサ４０が充電されていないことを示している。

また、図６（ｂ）に示すように、昇圧動作において、第１コンデンサ４０の電位ＶＣ１は徐々に増加している。これは、第２スイッチング素子２０がオフの時には第１コンデンサ４０が充電されない（ＶＣ１は変化なし）が、第２スイッチング素子２０がオフの時に第１コンデンサ４０が充電される（ＶＣ１が増加する）ためである。
一方、第２コンデンサ５０の電位ＶＣ２は徐々に減少している。これは、第２コンデンサ５０が電力供給源として機能し、第２コンデンサ５０が放電しているからである。

なお、昇圧動作において、第１スイッチング素子１０はダイオードの役割をしているため、本来、第１スイッチング素子１０をオンする必要はないが、本実施形態においては、ボディダイオードのエネルギー損失を少なくするために、第２スイッチング素子がオフの時に、第１スイッチング素子１０をオンにしている。
また、図６（ａ）において、第２スイッチング素子２０がオンの期間がオフ期間よりも長いが、これは昇圧動作をさせやすくするためである。

（２）降圧動作について
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、第１スイッチング素子１０がオンの時（第１スイッチング素子１０のゲート・ソース間電圧ＶＭ１が所定の電圧値（実施形態においては約１４Ｖ）の時）は、第１コンデンサ４０に流れる電流Ｉｃが−６Ａである。これは、第１コンデンサ４０から第１スイッチング素子１０及びインダクタ６０を経由して第２コンデンサ５０に電流が流れていることを示しており、第２コンデンサ５０が充電されていることを示している。
一方、第１スイッチング素子１０がオフの時（第１スイッチング素子１０のゲート・ソース間電圧ＶＭ２が０Ｖの時）は、第１コンデンサ４０の電流Ｉｃは０Ａである（電流が流れない）。これは、第２スイッチング素子２０、インダクタ６０を経由して電流が第２コンデンサ５０へ流れており、第１コンデンサ４０から第２コンデンサ５０に向かって電流が流れていない（放電していない）ことを示している。

図７（ｂ）に示すように、降圧動作において、第１コンデンサ４０の電位ＶＣ１は徐々に減少している。これは、第１コンデンサ４０が放電し電力供給源として機能するからである。
一方、第２コンデンサ５０の電位ＶＣ２は徐々に増加している。これは、第１スイッチング素子１０がオフの時には第２コンデンサ５０が充電されないが、第１スイッチング素子１０がオンの時に第２コンデンサ５０が充電される（ＶＣ２が増加する）ためである。

なお、降圧動作において、第２スイッチング素子２０はダイオードの役割をしているため、本来、第２スイッチング素子２０をオンする必要はないが、本実施形態においては、ボディダイオードのエネルギー損失を少なくするために、第１スイッチング素子１０がオフの時に、第２スイッチング素子２０をオンしている。
また、図７（ａ）において、第１スイッチング素子１０がオンの期間がオフ期間よりも長いが、これは降圧動作をさせやすくするためである。

４．実施形態に係るスイッチング損失評価装置１の効果
実施形態に係るスイッチング損失評価装置１において、制御部３０は、降圧動作においては、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位に基づいて、第１コンデンサ４０から第２コンデンサ５０に向かって電流が流れ、昇圧動作においては、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位に基づいて、第２コンデンサ５０から第１コンデンサ４０に向かって電流が流れるように、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御する。
このような構成とすることにより、昇圧動作においては、第２コンデンサ５０が電力供給源となって第２コンデンサ５０から第１コンデンサ４０に向かって電流が流れることで、第１コンデンサ４０が充電され、降圧動作においては、充電されている第１コンデンサ４０が電力供給源となって第１コンデンサ４０から第２コンデンサ５０に向かって電流が流れることで、第２コンデンサ５０が充電される。
従って、昇圧動作及び降圧動作のいずれにおいても、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０のうちの一方が電力供給源となり、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０のうちの他方が（負荷で電力を消費する代わりに）充電されることとなるため、昇圧動作と降圧動作とで回路構成を変える必要がなく、降圧動作において、昇圧動作で用いた電力供給源とは別の電力供給源が必要となる、ということもない。その結果、スイッチング損失評価装置の構成が煩雑にならない。

また、実施形態に係るスイッチング損失評価装置１によれば、制御部３０は、降圧動作においては、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位に基づいて、第１コンデンサ４０から第２コンデンサ５０に向かって電流が流れ、昇圧動作においては、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位に基づいて、第２コンデンサ５０から第１コンデンサ４０に向かって電流が流れるように、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御する。
このような構成とすることにより、従来のスイッチング損失評価装置において負荷の発熱等で失っていた電力を、回路を駆動させるための電力として用いることができる。このため、比較的大きな電力を供給する電力供給源を配置する必要がなく、この観点においても、スイッチング損失評価装置の構成が煩雑になることがない。

また、実施形態に係るスイッチング損失評価装置１によれば、制御部３０は、降圧動作においては、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位に基づいて、第１コンデンサ４０から第２コンデンサ５０に向かって電流が流れ、昇圧動作においては、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位に基づいて、第２コンデンサ５０から第１コンデンサ４０に向かって電流が流れるように、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御するため、別々の回路を構成することなく第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のスイッチング損失の評価を一括して行うことができる。

また、実施形態に係るスイッチング損失評価装置１によれば、制御部３０は、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０で検出された電位を含む情報に基づいて、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０にかかる電圧を制御するため、第１コンデンサ４０が過充電された状態や、十分充電されていない状態となることを防ぐことができる。

また、実施形態に係るスイッチング損失評価装置１によれば、制御部３０は、第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ５０に流れる電流を含む情報に基づいて、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０に流れる電流を制御するため、第１スイッチング素子１０又は第２スイッチング素子２０に過大な電流が流れることを防ぐことができる。

また、実施形態に係るスイッチング損失評価装置１によれば、第２コンデンサ５０と並列に接続された、評価時にスイッチング電源回路で損失する電力を補う補助電力供給部７０を備えるため、評価時に回路で電力が損失しても、第２コンデンサ５０を十分に充電することができ、昇圧動作時にスイッチング電源回路に十分な電力を供給することができる。このため、昇圧動作と降圧動作を比較的長期間繰り返す評価をすることができる。

また、実施形態に係るスイッチング損失評価装置１によれば、制御部３０は、昇圧動作及び降圧動作においては、デッドタイムを挟んで第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０とのうちの一方がオンとなり、他方がオフになるようにオン・オフ動作を繰り返すように第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御するため、ダイオードとしての役割をしている第１スイッチング素子１０又は第２スイッチング素子２０のエネルギー損失を少なくすることができる。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記実施形態においては、補助電力供給部７０を第２コンデンサ５０と並列に接続したが、本発明はこれに限定されるものではない。補助電力供給部を第１コンデンサ４０と並列に接続してもよい（図８参照。）。

（２）上記実施形態においては、スイッチング電源回路としてハーフブリッジ回路を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング電源回路としてフルブリッジ回路を用いてもよい。

（３）上記実施形態においては、昇圧動作から開始して昇圧動作と降圧動作とを繰り返したが、本発明はこれに限定されるものではない。降圧動作から開始して昇圧動作と降圧動作とを繰り返してもよい。

（４）上記実施形態においては、制御部３０は、昇圧動作及び降圧動作においては、デッドタイムを挟んで第１スイッチング素子１０と第２スイッチング素子２０とのうちの一方がオンとなり、他方がオフになるようにオン・オフ動作を繰り返すように第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子２０のオン・オフ動作を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。制御部は、昇圧動作においては、第１スイッチング素子をオフにした状態で、第２スイッチング素子のオン・オフ動作を繰り返すように第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御し、降圧動作においては、第２スイッチング素子をオフにした状態で、第１スイッチング素子のオン・オフ動作を繰り返すように第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御してもよい。

１，２，９００ａ，９００ｂ…スイッチング損失評価装置、１０，９１０…第１スイッチング素子、１１…（第１スイッチング素子の）一端、１２…（第１スイッチング素子の）他端、２０，９２０…第２スイッチング素子、２１…（第２スイッチング素子の）一端、２２…（第２スイッチング素子の）他端、３０…制御部、４０，…第１コンデンサ、５０…第２コンデンサ、６０，９６０…インダクタ、７０、７０ａ…補助電力供給部、９３０ａ，９３０ｂ…第１制御部、９３２ａ，９３２ｂ…第２制御部、９８０ａ，９８０ｂ…電力供給源、９９０ａ、９９０ｂ…負荷、Ｃ…平滑コンデンサ、ＶＭ１…第１コンデンサ素子のゲート・ソース間電圧、ＶＭ２…第２コンデンサ素子のゲート・ソース間電圧、ＶＣ１…第１コンデンサの電位、ＶＣ２…第２コンデンサの電位、Ｉｃ…第１コンデンサに流れる電流

Claims

昇圧動作と降圧動作とを繰り返してスイッチング損失を評価するスイッチング損失評価装置であって、
入出力端子が直列接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
前記昇圧動作と前記降圧動作を繰り返すように前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御部と、
前記制御部により充放電制御され、前記第１スイッチング素子の一端と前記第２スイッチング素子の他端に接続された第１コンデンサと、
前記制御部により充放電制御され、前記第２スイッチング素子の他端に接続された第２コンデンサと、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の中点と前記第２コンデンサとの間に接続されたインダクタとを備え、
前記制御部は、前記降圧動作においては、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサで検出された電位に基づいて、前記第１コンデンサから前記第２コンデンサに向かって電流が流れ、前記昇圧動作においては、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサで検出された電位に基づいて、前記第２コンデンサから前記第１コンデンサに向かって電流が流れるように、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御することを特徴とするスイッチング損失評価装置。
前記制御部は、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサで検出された電位を含む情報に基づいて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子にかかる電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング損失評価装置。
前記制御部は、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサに流れる電流を含む情報に基づいて、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に流れる電流を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング損失評価装置。
前記第１コンデンサ又は前記第２コンデンサのうちの少なくともいずれかと並列に接続された、評価時にスイッチング電源回路で損失する電力を補う補助電力供給部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング損失評価装置。
前記制御部は、前記昇圧動作及び前記降圧動作においては、デッドタイムを挟んで前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのうちの一方がオンとなり、他方がオフになるようにオン・オフ動作を繰り返すように前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチング損失評価装置。
前記制御部は、前記昇圧動作においては、前記第１スイッチング素子をオフにした状態で、前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を繰り返すように前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御し、
前記降圧動作においては、前記第２スイッチング素子をオフにした状態で、前記第１スイッチング素子のオン・オフ動作を繰り返すように前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン・オフ動作を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチング損失評価装置。