JP2020096497A - ハーフブリッジ回路、電源装置、およびハーフブリッジ回路の駆動方法 - Google Patents

ハーフブリッジ回路、電源装置、およびハーフブリッジ回路の駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ハーフブリッジ回路における過渡電流を効果的に低減する。【解決手段】ハーフブリッジ回路（１）では、第１トランジスタ素子（ＴＴＲ１）をＯＮした場合に、電源（ＴＶ１）から１次巻線（ＰＷ１）に１次巻線電流が流れる。そして、第１トランジスタ素子（ＴＴＲ１）をＯＦＦした場合に、（ｉ）２次巻線（ＳＷ１）から第１整流素子（ＦＲ１）に第１整流素子電流が流れる、または、（ｉｉ）３次巻線（ＴＷ１）から第２整流素子（ＳＲ１）に第２整流素子電流が流れる。【選択図】図１

Description

以下の開示は、ハーフブリッジ回路に関する。
電源回路に用いられるハーフブリッジ回路では、逆回復電流（本明細書では過渡電流とも称する）が発生することが知られている。この過渡電流は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor）等のスイッチ素子に整流電流が流れている時に、整流電流を阻止する電圧を印加することで発生する。この過渡電流が回路で損失を発生させるため、様々な対策方法が研究されている。
特許文献１および２には、過渡電流を低減することを一目的とした回路が開示されている。例えば、特許文献１に開示された回路では、過渡電流を低減するために、スイッチ素子に並列接続されたダイオードとトランス（変圧器）とが設けられている。特許文献２にも、特許文献１と同様の回路が開示されている。
特開２０１１−３６０７５号公報 特開２０１３−１９８２９８号公報
但し、後述するように、ハーフブリッジ回路における過渡電流を低減するための工夫については、なお改善の余地がある。本開示の一態様の目的は、ハーフブリッジ回路における過渡電流を効果的に低減することにある。
上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路は、高電圧ノードである第１端子とスイッチノードである第２端子とに接続された第１スイッチ素子と、スイッチノードである第３端子と低電圧ノードである第４端子とに接続された第２スイッチ素子と、を備えたハーフブリッジ回路であって、上記ハーフブリッジ回路は、１次巻線と２次巻線と３次巻線とを有する変圧器と、上記２次巻線を介して上記第１スイッチ素子と並列接続された第１整流素子と、上記３次巻線を介して上記第２スイッチ素子と並列接続された第２整流素子と、上記１次巻線に接続された第１トランジスタ素子と、上記１次巻線に接続された電源と、をさらに備え、上記第１トランジスタ素子をＯＮした場合に、上記電源から上記１次巻線に流れる電流である１次巻線電流が流れ、上記第１トランジスタ素子をＯＦＦした場合に、（ｉ）上記２次巻線から上記第１整流素子に流れる電流である第１整流素子電流が流れる、または、（ｉｉ）上記３次巻線から上記第２整流素子に流れる電流である第２整流素子電流が流れる。
また、上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路の駆動方法は、高電圧ノードである第１端子とスイッチノードである第２端子とに接続された第１スイッチ素子と、スイッチノードである第３端子と低電圧ノードである第４端子とに接続された第２スイッチ素子と、を備えたハーフブリッジ回路を駆動するための、ハーフブリッジ回路の駆動方法であって、上記ハーフブリッジ回路は、１次巻線と２次巻線と３次巻線とを有する変圧器と、上記２次巻線を介して上記第１スイッチ素子と並列接続された第１整流素子と、上記３次巻線を介して上記第２スイッチ素子と並列接続された第２整流素子と、上記１次巻線に接続された第１トランジスタ素子と、上記１次巻線に接続された電源と、をさらに備え、上記駆動方法は、上記第１スイッチ素子に順方向電圧を印加することにより、上記第１スイッチ素子に整流電流を流す第１工程と、上記第１工程の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＮすることにより、上記電源から上記１次巻線に流れる電流である１次巻線電流を流す第２工程と、上記第２工程の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＦＦすることにより、上記２次巻線から上記第１整流素子に流れる電流である第１整流素子電流を流す第３工程と、上記第３工程の後に、上記第１整流素子電流が流れている期間内に、上記第１スイッチ素子に逆方向電圧を印加する第４工程と、を含んでいる。
本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路によれば、過渡電流を効果的に低減できる。また、本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路の駆動方法によっても、同様の効果を奏する。
実施形態１の電源回路の回路構成を示す図である。 各電圧・電流の波形を示す図である。 図２の各グラフを拡大表示した図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第１期間での第１〜第４工程における各電流の経路について説明するための図である。 比較例の電源回路における、整流機能部電圧および整流機能部電流の波形を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第２期間での第１〜第４工程における各電流の経路について説明するための図である。 実施形態２の電源回路の回路構成を示す図である。 実施形態３の電源回路の回路構成を示す図である。 実施形態４の電源装置を示す図である。
〔実施形態１〕
実施形態１のハーフブリッジ回路１について、以下に説明する。説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、以降の各実施形態では、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
（ハーフブリッジ回路１の目的）
上述の通り、ハーフブリッジ回路では、過渡電流が流れる。過渡電流は、主に、ＰＮ接合を有するスイッチ素子において発生することが知られている。
一方で、ＰＮ接合を有しない半導体素子の例としては、ＳｉＣ−ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）またはＧａＮ−ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）等が挙げられる。これらの半導体では、ＰＮ接合に由来する過渡電流は発生しない。しかしながら、これらのスイッチ素子には、寄生容量が備わっている。このため、整流電流を阻止するための電圧を印加したことに伴い、寄生容量の充電電流（過渡電流）が流れるという問題がある。ハーフブリッジ回路１は、これらの過渡電流を低減させることを目的として創作された。
（用語の定義）
ハーフブリッジ回路１の説明に先立ち、本明細書では、以下の通り各用語を定義する。
「順方向電圧」：整流素子に順方向電流を流すための電圧を意味する。１つ目の例として、整流素子がダイオードである場合を考える。この場合、順方向電圧とは、ダイオードに順方向電流を流すために印加される電圧を意味する。
２つ目の例として、整流素子がＭＯＳＦＥＴやＧａＮ−ＨＥＭＴ等である場合を考える。つまり、整流素子が、ゲート、ソース、およびドレインを有する場合を考える。この場合、順方向電圧とは、「ゲートＯＦＦ（ゲート電圧が閾値電圧未満）時に、ドレインを基準としてソースに正の電圧を印加した場合に、当該整流素子が導通する電圧」を意味する。
これらの２つの例は、後述する図１のＦＴ１を基準としてＳＴ１に正の電圧を印加することと同じである。順方向電圧の大きさは、素子の種類に依存するが、例えば０．１Ｖ〜５Ｖである。順方向電圧の印加に伴って生じる電流の大きさは、コイルなどの誘導性素子の電流に依存するが、例えば０．１Ａ〜１００Ａである。
「整流電流」：整流素子に流れる順方向電流を意味する。図１の例では、後述するＦＳ１・ＳＳ１およびＴＳ１・ＰＳ１によって、整流電流を測定できる。
「逆方向電圧」：順方向電流が流れないように、整流素子に印加される電圧を意味する。１つ目の例として、整流素子がダイオードである場合を考える。この場合、当該ダイオードに順方向電流が流れないようにするために印加される電圧が逆方向電圧である。
２つ目の例として、整流素子がＭＯＳＦＥＴまたはＧａＮ−ＨＥＭＴ等である場合を考える。この場合、逆方向電圧とは、「ゲートがＯＦＦ（ゲートが閾値電圧未満）時に、ソースを基準としてドレインに印加される正の電圧」を意味する。上記の２つの例は、図１のＳＴ１を基準としてＦＴ１に正の電圧を印加することと同じである。また、上記の２つの例は、図１のＰＴ１を基準としてＴＴ１に正の電圧を印加することとも同じである。逆方向電圧の大きさは、回路仕様に依存するが、例えば１Ｖ〜１２００Ｖである。
「過渡電流」：逆回復電流、および、整流素子の寄生容量の充電電流、を総称的に意味する。つまり、過渡電流とは、整流素子に逆方向電圧を印加した場合に発生する、過渡的な電流を意味する。図１の例では、ＦＳ１・ＳＳ１およびＴＳ１・ＰＳ１によって、過渡電流を測定できる。
「整流機能」：一方向に流れる電流のみを導通させ、かつ、当該方向とは逆方向の電流を導通させない機能を意味する。１つ目の例として、整流素子がダイオードである場合を考える。この場合、整流機能とは、順方向電流を導通させ、かつ、逆方向電流を遮断するダイオードの機能を示す。
２つ目の例として、整流素子がＭＯＳＦＥＴまたはＧａＮ−ＨＥＭＴ等である場合を考える。この場合、整流機能とは、ゲートＯＦＦ時において、ソースからドレインへと電流を導通させ、かつ、ドレインからソースに向かう電流を遮断する上記整流素子の機能を示す。整流素子がＭＯＳＦＥＴまたはＧａＮ−ＨＥＭＴである場合、整流機能に関しては、（ｉ）ソースをダイオードのアノードに、（ｉｉ）ドレインをダイオードのカソードに、それぞれ置き換えて考えることができる。
「整流素子」：整流機能を有する素子を、総称的に示す。上述のダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、およびＧａＮ−ＨＥＭＴはいずれも、整流素子の一例である。整流素子がダイオードの場合には、（ｉ）カソードは整流回路のＦＴ１に接続され、（ｉｉ）アノードは整流回路のＳＴ１に接続される。なお、本明細書における「接続」とは、特に明示されない限り「電気的な接続」を意味する。
なお、（ｉ）カソードとＦＴ１との接続、および、（ｉｉ）アノードとＳＴ１との接続には、必要に応じて、素子（トランスの巻線も含む）を介在させてもよい。
「トランジスタ機能」：ゲートのＯＮ／ＯＦＦのみによって、電流が流れるか否かを決定できる機能を意味する。素子がＭＯＳＦＥＴまたはＧａＮ−ＨＥＭＴ等の場合には、ゲートのＯＮ／ＯＦＦによってドレインからソースに向けて流れる電流を切り替える機能を意味する。当然ながら、電流を流すためには、ソースを基準としてドレインに正の電圧を印加することも必要である。
なお、素子がバイポーラトランジスタまたはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の場合には、（ｉ）ドレインをコレクタに、（ｉｉ）ソースをエミッタに、それぞれ置き換えて考えることができる。
「トランジスタ素子」：トランジスタ機能を有する素子を総称的に示す。上述した通り、ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ−ＨＥＭＴ、バイポーラトランジスタ、およびＩＧＢＴ等は、トランジスタ機能を有しているため、トランジスタ素子である。
「スイッチ素子」：整流機能とトランジスタ機能を有する素子を総称的に示す。上述した通り、ＭＯＳＦＥＴおよびＧａＮ−ＨＥＭＴ等は、整流機能とトランジスタ機能との両方を有しているため、スイッチ素子でもある。ＧａＮ−ＨＥＭＴは、エンハンスモードとカスコード型どちらもスイッチ素子である。
一方で、通常のＩＧＢＴは、トランジスタ機能を有しているものの、整流機能を有していない。このため、ＩＧＢＴをスイッチ素子として使用するためには、逆並列ダイオードを付加したＩＧＢＴを使用することが一般的である。本明細書において述べるスイッチ素子に適用されるＩＧＢＴは、このタイプのＩＧＢＴとして定義されている。
「整流機能部」：図１に示す片側アーム（上アーム側または下アーム側の一方）が整流機能を果たす場合において、当該アームのスイッチ素子、整流素子、およびトランス巻線がセットになった部分を指す。
「トランジスタ機能部」：トランジスタとして機能する部分を指す。トランジスタ素子と同じ意味である。整流素子およびトランスの巻線は含まれない。
「第１期間」：上アーム側を整流機能部として使用し、かつ、下アーム側をトランジスタ機能部として使用する期間を意味する。第１期間の長さは、少なくとも１サイクルのスイッチング動作が繰り返される期間として定義される。一例として、第１期間は、双方向ＤＣＤＣコンバータの昇圧動作が行われる期間（昇圧動作期間）である。
「第２期間」：下アーム側を整流機能部として使用し、かつ、上アーム側をトランジスタ機能部として使用する期間を意味する。第２期間の長さは、少なくとも１サイクルのスイッチング動作が繰り返される期間として定義される。一例として、第２期間は、双方向ＤＣＤＣコンバータの降圧動作が行われる期間（降圧動作期間）である。
（電源回路１０の構成の概要）
図１は、実施形態１の電源回路１０の回路構成を示す図である。電源回路１０は、双方向ＤＣＤＣコンバータである。つまり、電源回路１０は、（ｉ）低電圧電源から高電圧電源へ、または、（ｉｉ）高電圧電源から低電圧電源へ、電力を双方向に送ることができる。電源回路１０では、公知の双方向ＤＣＤＣコンバータのハーフブリッジ回路が、実施形態１のハーフブリッジ回路１に置き換えられている。なお、以下に述べる各数値は、単なる一例であることに留意されたい。
（電源回路１０の低電圧部の構成）
低電圧部には、電源ＬＶ１（低電圧電源）とコイルＣＯ１とが設けられている。電源ＬＶ１の電圧は、２００Ｖである。図１のＤＣ電源記号の（＋）側は、正極側を示す。（−）側の電圧は、０Ｖである。コイルＣＯ１のインダクタンスは、５００μＨである。定常状態におけるコイルＣＯ１の平均電流は、１４Ａである。
（電源回路１０の高電圧部の構成）
高電圧部には、電源ＨＶ１（高電圧電源）とコンデンサＳＣ１とが設けられている。電源ＨＶ１の電圧は、４００Ｖである。コンデンサＳＣ１は、静電容量が３．３ｍＦであり、電圧が４００Ｖである。電源回路１０では、高電圧部の電圧は、低電圧部の電圧の２倍となるように設計されている。
（電源回路１０のハーフブリッジ回路１の構成）
一般的なハーフブリッジ回路は、第１スイッチ素子ＦＳＷ１および第２スイッチ素子ＳＳＷ１を備える。ハーフブリッジ回路１では、一般的なハーフブリッジ回路に対し、トランスＴＲ１（変圧器）、第１整流素子ＦＲ１、第２整流素子ＳＲ１、トランジスタ素子ＴＴＲ１、および電源ＴＶ１がさらに設けられている。以下に述べるように、トランスＴＲ１は、３種類の巻線（１次巻線〜３次巻線）を備える。
なお、以下の説明では、記載の簡潔化のために、例えば、「第１スイッチ素子ＦＳＷ１」を、単に「ＦＳＷ１」とも表記する。このような表記については、他の部材に関しても同様である。
「第１スイッチ素子ＦＳＷ１」は、上アーム側に接続されたカスコード型のＧａＮ−ＨＥＭＴである。詳細には、ＦＳＷ１は、ノーマリＯＮのＧａＮ−ＨＥＭＴが、低耐圧Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴにカスコード接続されたスイッチ素子である。ＦＳＷ１は、ドレイン耐圧が６５０Ｖであり、オン抵抗が５０ｍΩである。図１の例では、ＭＯＳＦＥＴと同じ回路記号を用いて、カスコードＧａＮ−ＨＥＭＴを表す。
「第２スイッチ素子ＳＳＷ１」は、下アーム側に接続されたＧａＮ−ＨＥＭＴである。当該ＧａＮ−ＨＥＭＴとしては、上アーム側に接続されたＧａＮ−ＨＥＭＴと同じ種類のものを使用する。ＳＳＷ１は、接続場所以外は、ＦＳＷ１と同様である。
「第１整流素子ＦＲ１」は、上アーム側に接続されたＳｉＣ−ＳＢＤである。ＦＲ１の逆方向耐圧は、６５０Ｖである。また、導通開始時点におけるＦＲ１の順方向電圧は、０．９Ｖである。順方向電流が流れている時のＦＲ１の抵抗は、５０ｍΩである。ＦＲ１は、以下に述べる２次巻線ＳＷ１を介して、ＦＳＷ１と並列に接続されている。本明細書では、図１の記号で示されているＦＳＷ１とＦＲ１との接続関係を並列接続と定義する。また、ＦＲ１は、ＳＷ１と順序を入れ替えて、ＦＳＷ１のソース側に接続されてもよい。
「第２整流素子ＳＲ１」は、下アーム側に接続されたＳｉＣ−ＳＢＤである。ＳＲ１は、以下に述べる３次巻線ＴＷ１を介して、ＳＳＷ１と並列に接続されている。ＳＲ１の素子は、ＦＲ１と同じ種類のものを使用している。また、ＳＲ１は、ＴＷ１と順序を入れ替えて、ＳＳＷ１のソース側に接続されても良い。
「トランスＴＲ１」は、１次巻線ＰＷ１、２次巻線ＳＷ１、および３次巻線ＴＷ１を備える。ＰＷ１の巻数は９ターンである。ＰＷ１のインダクタンスは、１．６μＨである。ＰＷ１の抵抗は１０ｍΩである。ＰＷ１のインダクタンスは、励磁インダクタンスとも称される。ＳＷ１およびＴＷ１の巻数は、それぞれ６ターンである。ＳＷ１およびＴＷ１の抵抗は、それぞれ７ｍΩである。
また、ハーフブリッジ回路１では、第２端子から第１端子に向けてのＳＷ１の極性と、第４端子から第３端子に向けてのＴＷ１の極性とが同一となるように、各部が接続されている。
「トランジスタ素子ＴＴＲ１」は、ＰＷ１に接続されている。ＴＴＲ１は、ＦＳＷ１と同様の素子である。但し、ＴＴＲ１については、スイッチ素子でなく、トランジスタ素子として使用される。本明細書では、ＰＷ１に接続されているトランジスタ素子を、「第１トランジスタ素子」とも称する。ＴＴＲ１は、第１トランジスタ素子の一例である。
「各素子のゲート端子」は、後述の制御回路９に接続されている（図１等では不図示，図９を参照）。すなわち、各素子のゲートＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、制御回路９によって実行される。この点については、実施形態２以降についても同様である。
「電源ＴＶ１」は、ＰＷ１に接続されている。ＴＶ１の電圧は、１５Ｖである。
「第１端子ＦＴ１」は、ＦＳＷ１の電流経路（以下、単に経路）とＦＲ１の経路との電気的接続点を示す。また、ＦＴ１は、ＨＶ１の正極により高電圧ノードに設定されている。高電圧ノードとは、例えば、電圧が１００Ｖから１０００Ｖまでのノードである。
「第２端子ＳＴ１」は、ＦＳＷ１の経路とＦＲ１との経路との電気的接続点を示す。ＳＴ１は、電圧が切替えられるスイッチノードである。スイッチノードとは、回路動作により電圧が変動するノードである。
「第３端子ＴＴ１」は、ＳＳＷ１の経路とＳＲ１の経路との電気的接続点を示す。なお、ＴＴ１は、ＳＴ１と同様のスイッチノードである。従って、ＴＴ１とＳＴ１とは同じ接続点にまとめて接続されてもよい。
「第４端子ＰＴ１」は、ＳＳＷ１の経路とＳＲ１の経路との電気的接続点を示す。また、ＰＴ１は、ＨＶ１の負極によって低電圧ノードに設定されている。低電圧ノードとは、高電圧ノードよりも電圧が低いノードである。実施形態１では、低電圧ノードの電圧は、０Ｖである。
「ＦＳ１およびＳＳ１」は、上アーム側の整流電流と過渡電流とを測定できる部分を示している。つまり、ＦＳ１およびＳＳ１はいずれも、電流センサではない。ＦＳ１およびＳＳ１では、どちらも同じ電流値が観測できる。また、電流センサとしては、任意のものが使用可能である。例えば、ホール素子型電流センサ、ＣＴ（Current Transformer）センサ、ロゴスキーコイル・シャント抵抗方式等が利用可能である。
「ＴＳ１およびＰＳ１」は、下アーム側の整流電流と過渡電流とを測定できる部分を示している。それ以外の点については、ＦＳ１およびＳＳ１と同じである。
（比較例の電源回路１０ｒの構成）
最初に、比較例の双方向ＤＣＤＣコンバータ（以下、電源回路１０ｒ）の動作を考える。電源回路１０ｒは、上述した一般的なハーフブリッジ回路によって構成されている。つまり、電源回路１０ｒでは、図１に示す電源回路１０から、ＴＲ１、ＦＲ１、ＳＲ１、ＴＴＲ１、およびＴＶ１が取り除かれている。以下、電源回路１０ｒの動作と過渡電流との関係について詳細に述べる。
最初に、昇圧動作について説明する。昇圧動作は、低電圧電源から高電圧電源へ電力を送る動作である。昇圧動作では、ＦＳＷ１は整流素子として用いられ、ＳＳＷ１はトランジスタ素子として用いられる。
（比較例の昇圧動作１）
まず、ＳＳＷ１のＯＮ期間では、スイッチノード（ＳＴ１・ＴＴ１）の電圧が、約０Ｖとなる。このため、ＣＯ１には２００Ｖの電圧が印加され、コイル電流が増加する。当該コイル電流は、「ＬＶ１の正極→ＣＯ１→ＳＳＷ１→ＬＶ１の負極」という経路を辿る。
（比較例の昇圧動作２）
続いて、ＳＳＷ１をＯＮからＯＦＦに切り替える。その結果、ＣＯ１の起電圧によって、スイッチノードの電圧がＦＴ１の電圧よりも約１Ｖ高くなる。この約１Ｖの電圧が順方向電圧としてＦＳＷ１に印加され、ＣＯ１からＦＳＷ１に整流電流が流れる。当該電流は、「ＬＶ１の正極→ＣＯ１→ＦＳＷ１→ＨＶ１→ＬＶ１の負極」という経路を辿る。この電流によって、ＨＶ１へ電力が送られる。
（比較例の昇圧動作３）
続いて、ＳＳＷ１をＯＦＦからＯＮに切り替える。その結果、スイッチノードの電圧は約０Ｖになる。これによって、ＦＳＷ１に約４００Ｖの逆方向電圧が印加される。この４００Ｖの逆方向電圧によって、ＦＳＷ１の寄生容量が充電され、過渡電流が発生する。
昇圧動作期間では、上述の昇圧動作１〜３が繰り返し実行される。ＳＳＷ１の駆動周波数１００ｋＨｚであり、ＳＳＷ１は５０％のデューティ比によってＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。このため、ＦＳＷ１には、５μｓｅｃ毎に、順方向電圧と逆方向電圧とが交互に印加される。
（比較例の降圧動作）
降圧動作について説明する。降圧動作は、高電圧電源から低電圧電源へ電力を送る動作である。降圧動作では、ＦＳＷ１はトランジスタ素子として用いられ、ＳＳＷ１は整流素子として用いられる。まず、ＦＳＷ１のＯＮにより、「ＬＶ１の負極→ＨＶ１→ＦＳＷ１→ＣＯ１→ＬＶ１の正極」の経路で電流が流れる。続いて、ＦＳＷ１のＯＦＦによって、「ＬＶ１の負極→ＳＳＷ１→ＣＯ１→ＬＶ１の正極」の経路で電流が流れる。続いて、ＦＳＷ１をＯＦＦからＯＮに切り替える。その結果、ＳＳＷ１に約４００Ｖの逆方向電圧が印加され、過渡電流が発生する。
このように、スイッチ素子の役割（機能）を上下アームで入れ替えることによって、ハーフブリッジ回路に昇圧動作または降圧動作の一方を選択的に行わせることができる。
（ハーフブリッジ回路１の第１期間の動作解説で用いる図の説明）
電源回路１０に含まれる、ハーフブリッジ回路１の昇圧動作について説明する。昇圧動作では、ＦＳＷ１が整流素子（整流機能部）として用いられ、ＳＳＷ１がトランジスタ素子（トランジスタ機能部）として用いられる。このため、昇圧動作期間は、第１期間の一例である。
図２は、ハーフブリッジ回路１における各電圧・電流の波形を示すグラフである。図２は、４つの波形を共通の時間軸（横軸）のもとに示している。また、図２の横軸には、以下に述べる第１〜第４工程のタイミングが示されている。
図２に示される各電圧・電流は、
・ＲＦＶ（整流機能部電圧）：ＳＴ１を基準として、ＦＴ１に印加される電圧；
・ＲＦＩ（整流機能部電流）：ＳＴ１からＦＴ１へ流れる電流；
・ＰＷ１Ｉ（１次巻線電流）：ＴＶ１からＰＷ１に流れる電流；
・ＦＲ１Ｉ（第１整流素子電流）：ＦＲ１の順方向電流；
の通りである。
図３は、図２の各グラフを拡大表示したグラフである。図３では、図２とは異なり、４つの波形が１つのグラフに示されている。なお、図３では、拡大表示の便宜上、ＲＦＶがグラフの上端からはみ出している。
図４は、第１期間での第１〜第４工程における各電流の経路について説明するための図である。具体的には、図４の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第１期間での第１〜第４工程における各電流の経路を示す。図示の便宜上、図４では、図１に付された各素子の符号を省略している。また、図４では、図１に比べて各素子の図示を簡略化している。
（ハーフブリッジ回路１の第１期間における駆動方法：第１工程〜第４工程）
ハーフブリッジ回路１の第１期間における駆動方法では、以下の４つの工程が、この順に実行される。以下では、各工程について、具体的に述べる。
・第１工程：ＦＳＷ１に順方向電圧を印加することにより、整流電流を流す工程；
・第２工程：ＴＴＲ１をＯＮすることにより、ＰＷ１に電流を流す工程；
・第３工程：ＴＴＲ１をＯＦＦすることにより、ＦＲ１に電流を流す工程；
・第４工程：ＦＳＷ１に逆方向電圧を印加することにより、整流電流を停止させる工程。
（第１工程：整流機能部に整流電流を流す）
第１工程の前には、ＣＯ１からＳＳＷ１に向けて電流が流れている。そこで、第１工程では、ＳＳＷ１をＯＦＦすることにより、ＣＯ１に起電圧を発生させる。当該起電圧によって、ＦＳＷ１に約１Ｖの順方向電圧を印加できる。その結果、ＦＳＷ１に整流電流（ＲＦＩ）を流すことができる。つまり、第１工程では、ＦＳＷ１を整流機能部として使用する。ＲＦＩは、図４の（ａ）に示された経路を流れる。
なお、第１工程では、ＦＲ１に流れる電流の大きさは、ＦＳＷ１に流れる電流の大きさと比較すると小さい。このため、図４の（ａ）では、図４の（ｃ）〜（ｄ）とは異なり、ＦＲ１Ｉが図示されていない。
（第２工程：１次巻線に電流を流す）
第１工程に続いて、ＴＴＲ１をＯＮする。これによって、ＰＷ１Ｉを流すことができる。ＰＷ１Ｉは、図４の（ｂ）に示された経路を流れる。第２工程において、ＰＷ１Ｉは、時間の経過に伴って、ほぼ線形的に増加する。
（第３工程：整流素子に電流を流す）
第２工程に続いて、ＴＴＲ１をＯＦＦすることで、ＰＷ１Ｉは約０Ａとなる。これによって、ＦＲ１Ｉを流すことができる。ＦＲ１Ｉは、図４の（ｃ）に示された経路を流れる。図４の（ｃ）に示されるように、ＦＲ１Ｉは、ＳＷ１からＦＲ１に流れる。
ＦＲ１Ｉのこの電流経路については、他の視点で説明することも可能である。特に、図４の（ｃ）におけるＦＳＷ１に流れる電流について説明する。ＦＳＷ１には、ＲＦＩ（同図では、ＦＳＷ１の位置において上向き）とＦＲ１Ｉ（同図では、ＦＳＷ１の位置において下向き）とが、ともに図示されている。同タイミングでＦＳＷ１に互いに逆方向の２つの電流が流れることは、ＦＳＷ１において当該２つの電流値の差し引きが生じることを意味する。
（第４工程：整流機能部に逆方向電電圧を印加）
第３工程に続いて、ＦＳＷ１に逆方向電圧を印加する。第４工程では、ＳＳＷ１をＯＮすることで、ＳＳＷ１をトランジスタ機能部として使用する。このＳＳＷ１のＯＮにより、ＦＳＷ１に逆方向電圧を印加できる。逆方向電圧の印加方法は、電源回路の種類に応じて、様々な方法を選択できる。各種電源回路に応じた方法で、逆方向電圧が印加されればよい。
逆方向電圧の印加と同時に、ＦＳＷ１の寄生容量を充電する過渡電流（逆方向のＲＦＩ）が発生する。図４の（ｄ）のＲＦＩに示される経路で、過渡電流が流れる。
また、図４の（ｄ）では図示を省略しているが、第４工程の開始時点からは、「ＬＶ１の正極→ＣＯ１→ＳＳＷ１→ＬＶ１の負極」の経路の電流が流れる。
（第４工程の過渡電流削減原理）
ＦＳＷ１の寄生容量を充電する電流は、逆方向のＲＦＩだけではない。第３工程で流したＦＲ１Ｉが、ＦＳＷ１の寄生容量を充電する経路で流れている（図４の（ｄ）を参照）。つまり、寄生容量を、ＦＲ１ＩとＲＦＩとによって充電できる。このため、過渡電流は、ＦＲ１Ｉの分だけ差し引かれた値になる。すなわち、従来に比べて、過渡電流を効果的に低減できる。
（磁気エネルギーの蓄積と放出とができるトランスの接続形態）
ＴＲ１は、磁気エネルギーの蓄積および放出を行うための部材である。このため、ＴＲ１は、以下に示す磁気エネルギーの蓄積および放出がそれぞれ可能な接続形態で構成されている。
（磁気エネルギー蓄積）
ＰＷ１の黒点無側を基準として黒点側に正の電圧が印加された場合、ＳＷ１には、黒点無側を基準として黒点側に正の電圧が発生する。但し、ハーフブリッジ回路１では、ＳＷ１の黒点側から黒点無側への経路に、ＦＲ１が介在している。このため、ＦＲ１に逆方向電圧が印加され、ＦＲ１Ｉは流れない。
さらに、ハーフブリッジ回路１では、ＴＷ１の黒点側から黒点無側への経路に、ＳＲ１が介在している。ＳＲ１においても、整流素子電流は流れない。従って、第２工程では、ＰＷ１Ｉに由来する磁気エネルギーを、ＴＲ１に蓄積できる。
（磁気エネルギー放出）
第３工程においてＰＷ１Ｉを遮断することで、ＳＷ１に印加される電圧の極性が反転する。このため、ＦＲ１に順方向電圧が印加されて、ＦＲ１Ｉが流れる。
さらに、ハーフブリッジ回路１では、ＴＷ１に印加される電圧の極性も反転する。しかし、第３工程においては、ＳＳＷ１はＯＦＦであるため、第３端子には約４００Ｖの高い電圧が印加される。このため、ＳＲ１は、電流を流せない。このように、第３工程においてＰＷ１Ｉを遮断することで、ＦＲ１Ｉを流す。
以上のように、本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路では、ＰＷ１ＩとＦＲ１Ｉとを同時に流さないように、トランスの接続関係が設定されている。従って、１次巻線〜３次巻線のそれぞれの黒点有無（極性）は、全て反転して設計されてもよい。
また、ＰＷ１Ｉを遮断することは、（ｉ）「ＦＳＷ１を通過するように、ＳＷ１に電流が流れる」こと、または、（ｉｉ）「ＳＳＷ１を通過するように、ＴＷ１に電流が流れる」こと、のいずれか一方をもたらす。実施形態１の昇圧動作においては、ＦＳＷ１の電圧が低いため、「ＦＳＷ１を通過するように、ＳＷ１に電流が流れる」ことになる。これに対し、降圧動作の場合には、「ＳＳＷ１を通過するように、ＴＷ１に電流が流れる」ことになる。
（過渡電流の削減効果についての説明）
図３および図５を参照し、ハーフブリッジ回路１における、過渡電流の低減効果について説明する。図５は、電源回路１０ｒにおける、整流機能部電圧（ＲＦＶｃ）および整流機能部電流（ＲＦＩｃ）の波形を示すグラフである。図５のグラフにおける横軸および縦軸のスケールは、図３のグラフと同じに設定されている。
（１．過渡電流の低減効果）
（比較例）
図５を参照し、電源回路１０ｒの整流機能部であるＦＳＷ１の過渡電流について述べる。逆方向電圧としてのＲＦＶｃが４００Ｖ印加された時に、過渡電流（負のＲＦＩｃ）が流れている（時刻「１．０５３Ｅ−５ｓｅｃ」付近を参照）。図５では、縦軸のスケールの都合上、３０Ｖを越える電圧は図示されていない。しかし、ＲＦＶｃは、４００Ｖに達している。これにより、電源回路１０ｒでは、約２７Ａの大きさの過渡電流が流れている。
（ハーフブリッジ回路１）
図３を参照し、ハーフブリッジ回路１における過渡電流について述べる。比較例と同様に４００Ｖの逆方向電圧（ＲＦＶ）が印加されている（図５の比較例と同時刻付近を参照）。しかしながら、過渡電流（負のＲＦＩ）の大きさは、約１９Ａである。このように、ハーフブリッジ回路１によれば、比較例に比べ、過渡電流を低減できることが確認された。
（ハーフブリッジ回路１を効率的に動作させるための改良点１〜４）
実施形態１には、複数の好ましい改良点が適用されている。以下、これらの好ましい改良点について説明する。
（改良点１：整流機能部に整流電流が流れているときに整流素子電流を流す）
上述した通り、ＦＲ１Ｉは、過渡電流削減に用いられる。このため、過渡電流が流れるまでの期間に、ＦＲ１Ｉの減衰を抑制することも重要である。実施形態１では、ＦＳＷ１に整流電流が流れている時に、ＦＲ１Ｉを流している。ＦＳＷ１に電流が流れていれば、原理的に、第２端子に対する第１端子の電圧は、ＦＳＷ１の電圧降下量の分だけ低下する。一方で、ＦＲ１Ｉは、第２端子から、ＳＷ１とＦＲ１とを経由して、第１端子に向けて流れる。すなわち、電圧がより高い第２端子から電圧がより低い第１端子に電流を流すことになる。従って、ＦＲ１Ｉの減衰を抑制できる。
（改良点２：整流素子電流を流す経路のインダクタンスを大きくする）
上述した通り、ＦＲ１Ｉは、過渡電流削減に用いられる。このため、過渡電流が流れている時に継続的にＦＲ１Ｉ流すことが重要である。実施形態１では、ＦＳＷ１を介した第１端子から第２端子までの経路のインダクタンス（以下、Ｌ１２ａ）よりも、ＦＲ１を介した第１端子から第２端子までの経路のインダクタンス（以下、Ｌ１２ｂ）の方が大きく設定されている。このため、ＦＳＷ１に過渡電流が流れている期間中において、Ｌ１２ｂによって、ＦＲ１Ｉを持続的に流すことが出来る。実施形態１では、Ｌ１２ａは１０ｎＨであり、Ｌ１２ｂは、１００ｎＨである。例えば、Ｌ１２ｂは、Ｌ１２ａの２倍以上であることが好ましい。また、Ｌ１２ｂは、Ｌ１２ａの１０倍以上であるとさらに好ましい。
（改良点３：１次巻線の巻数を多くする）
ＴＲ１の各巻線においても導通損失は発生する。実施形態１では、ＰＷ１の電流を低減することで導通損失の低減を行っている。
トランスの巻線電流は、原理的に、巻数比に反比例する。実施形態１では、ＳＷ１およびＴＷ１の巻数は、いずれも６ターンに設定されている。他方、ＰＷ１の巻数は、９ターンに設定されている。つまり、ＳＷ１およびＴＷ１のそれぞれの巻数に対して、ＰＷ１の巻数の方がより多く設定されている。このため、ＳＷ１またはＴＷ１の電流を保ちながら、ＰＷ１の電流量を低減することが可能となる。当該電流量の低減によって、導通損失の削減が可能となる。
（改良点４：磁気エネルギーを２次巻線側で確保する）
上述した通り、ＦＲ１Ｉは、過渡電流削減に用いられる。当該ＦＲ１Ｉは、ＴＲ１の磁気エネルギーによって発生する。このため、より多くの磁気エネルギーをＴＲ１に蓄積することが、過渡電流のさらなる削減に繋がる。実施形態１では、より多くの磁気エネルギーをＴＲ１に蓄積するために、改良を行っている。
具体的には、実施形態１では、第２端子から第１端子へ電流が流れることで発生するＦＳＷ１の電圧降下量は、ＦＲ１の導通開始時点の電圧降下量よりも大きく設定されている。
このような構成にすることで、ＦＳＷ１に電流が流れている時に、ＦＲ１を介してＳＷ１に電流を流すことが可能となる。この電流は、図２のＦＲ１Ｉにて確認できる。図２に示されるように、時刻「１．００Ｅ−５ｓｅｃ」では、約２Ａの大きさのＦＲ１Ｉが流れている。このため、同時点のＰＷ１Ｉは、０Ａからでなく、約２Ａをスタート（初期値）として電流が増加していることが分かる。実施形態１では、このような磁気エネルギーの蓄積も行われている。
（ハーフブリッジ回路１の第２期間の動作解説で用いる図の説明）
以降、ハーフブリッジ回路１の降圧動作について説明する。降圧動作では、ＳＳＷ１が整流素子（整流機能部）として用いられ、ＦＳＷ１がトランジスタ素子（トランジスタ機能部）として用いられる。このため、降圧動作期間は、第２期間の一例である。
図６は、第２期間での第１〜第４工程における各電流の経路について説明するための図である。図６は、図４（昇圧動作の説明）と対になる図である。図６は、第１〜第４工程における各電流の経路を示す。具体的には、図６の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第１〜第４工程における各電流の経路を示す。ＲＦＩは、整流機能部（図６の場合、ＳＳＷ１）の電流である。ＳＲ１Ｉは、第２整流素子の電流（第２整流素子電流）である。図６の（ｃ）に示されるように、ＳＲ１Ｉは、ＴＷ１からＳＲ１に流れる。
（ハーフブリッジ回路１の第２期間における駆動方法：第１工程〜第４工程）
ハーフブリッジ回路１の第２期間における駆動方法では、以下の４つの工程が、この順に実行される。
・第１工程：ＳＳＷ１に順方向電圧を印加することにより、整流電流を流す工程；
・第２工程：ＴＴＲ１をＯＮすることにより、ＰＷ１に電流を流す工程；
・第３工程：ＴＴＲ１をＯＦＦすることにより、ＳＲ１に電流を流す工程；
・第４工程：ＳＳＷ１に逆方向電圧を印加することにより、整流電流を停止させる工程。
ハーフブリッジ回路１において、降圧動作では、昇圧動作に対して、整流機能部とスイッチ機能部とが上下アーム間で入れ替わっている。また、ＣＯ１の電流の向きも反転している。これらの事項は、従来のハーフブリッジ回路と同一である。従って、過渡電流が発生するアームは異なるものの、降圧動作における過渡電流の削減効果は、昇圧動作における過渡電流の削減効果と同じになる。上下アームともに、同一の素子を用いた同一の構成であるためである。
例えば、上述の改良点２を踏まえ、第２整流素子を介する第４端子から第３端子までの経路のインダクタンスは、第２スイッチ素子を介する第４端子から第３端子までの経路のインダクタンスよりも２倍以上大きく設定されている。
また、上述の改良点４を踏まえ、第４端子から第３端子へ電流が流れることで発生する第２スイッチ素子の電圧降下量は、第２整流素子の導通開始時点の電圧降下量よりも大きく設定されている。
このため、図示はしていないが、降圧動作における過渡電流削減量も、昇圧動作における過渡電流削減量と同じになる。
そこで、動作期間として第１期間と第２期間とを含むハーフブリッジ回路について考える。当該ハーフブリッジ回路では、（ｉ）第１期間において、ＦＳＷ１が整流機能部、ＳＳＷ１がトランジスタ機能部としてそれぞれ使用され、かつ、（ｉｉ）第２期間において、ＦＳＷ１がトランジスタ機能部、ＳＳＷ１が整流機能部としてそれぞれ使用される。この場合において、ハーフブリッジ回路として、実施形態１のハーフブリッジ回路１を適用することにより、１つのトランス（ＴＲ１）によって、第１期間と第２期間のいずれにおいても過渡電流を削減することが可能となる。
〔変形例：素子の適用範囲〕
実施形態１では、ＦＳＷ１およびＳＳＷ１がカスコードＧａＮ−ＨＥＭＴであり、かつ、ＦＲ１およびＳＲ１がＳｉＣ−ＳＢＤである場合を例示した。これらの素子の種類は、上述の各素子の範疇に含まれる限り、特に限定されない。同様に、ＴＴＲ１の種類も、トランジスタ機能を有する限り、特に限定されない。
〔実施形態２〕
図７は、実施形態２の電源回路２０の回路構成を示す図である。電源回路２０は、ハーフブリッジ回路２を含む。ハーフブリッジ回路２では、ハーフブリッジ回路１のＴＶ１が、ＬＶ１に置き換えられている。つまり、電源回路２０では、ＬＶ１が、ハーフブリッジ回路２の電源をも兼ねる。当該構成によれば、電源回路２０の電源の総数を低減できるので、コスト面で有利となる。
ハーフブリッジ回路２では、ハーフブリッジ回路１のＴＲ１に替えて、トランスＴＲ２が設けられている。ＴＲ２は、１次巻線ＰＷ２、２次巻線ＳＷ２、および３次巻線ＴＷ２を備える。
また、ハーフブリッジ回路２では、ハーフブリッジ回路１のＴＴＲ１に替えて、トランジスタ素子ＴＴＲ２・ＴＴＲ３・ＴＴＲ４が設けられている。ハーフブリッジ回路２は、ハーフブリッジ回路１に対しての、１次巻線側の回路構成の一変形例である。ＴＴＲ２・ＴＴＲ３・ＴＴＲ４はいずれも、トランジスタ素子として機能する。
このような回路構成でも、ＴＴＲ２とＴＴＲ３とをＯＮすることで、実施形態１と同様に、ＴＲ２に磁気エネルギーを蓄積することが可能である。それゆえ、過渡電流を削減することが可能となる。
〔実施形態３〕
図８は、実施形態３の電源回路３０の回路構成を示す図である。電源回路３０は、ハーフブリッジ回路３を含む。ハーフブリッジ回路３では、ハーフブリッジ回路１のＴＶ１が、ＨＶ１に置き換えられている。当該構成によっても、電源回路３０の電源の総数を低減できるので、コスト面で有利となる。
ハーフブリッジ回路３では、ハーフブリッジ回路１のＴＲ１に替えて、トランスＴＲ３が設けられている。ＴＲ３は、１次巻線ＰＷ３、２次巻線ＳＷ３、および３次巻線ＴＷ３を備える。
また、ハーフブリッジ回路３では、ハーフブリッジ回路１のＴＴＲ１に替えて、トランジスタ素子ＴＴＲ５・ＴＴＲ６・ＴＴＲ７が設けられている。ハーフブリッジ回路３も、ハーフブリッジ回路１に対しての、ＰＷ１側の回路の別の変形例である。ＴＴＲ５・ＴＴＲ６・ＴＴＲ７はいずれも、トランジスタ素子として機能する。
このような回路構成でも、ＴＴＲ５とＴＴＲ６とをＯＮすることで、実施形態１と同様に、ＴＲ３に磁気エネルギーを蓄積することが可能であり、それゆえ、過渡電流を削減することが可能となる。
〔実施形態４〕
本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路は、動作期間として第１期間と第２期間とを含む電源回路に対してより高い効果を奏する。当該電源回路の例としては、双方向チョッパ回路、インバータ回路、およびトーテムポール型ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路等を挙げることができる。
図９は、電源回路１０（ハーフブリッジ回路１を有する電源回路）を備えた電源装置１００を示す図である。ハーフブリッジ回路１によれば、電源回路１０・電源装置１００の損失を低減できる。さらに、電源装置１００は、制御回路９を含む。制御回路９は、電源回路１０の各部を制御する。より具体的には、制御回路９は、電源回路１０に設けられる各素子のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御する。第１〜第４工程は、制御回路９が、電源回路１０に設けられる各スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって実行されてよい。
〔まとめ〕
本開示の態様１に係るハーフブリッジ回路は、高電圧ノードである第１端子とスイッチノードである第２端子とに接続された第１スイッチ素子と、スイッチノードである第３端子と低電圧ノードである第４端子とに接続された第２スイッチ素子と、を備えたハーフブリッジ回路であって、上記ハーフブリッジ回路は、１次巻線と２次巻線と３次巻線とを有する変圧器と、上記２次巻線を介して上記第１スイッチ素子と並列接続された第１整流素子と、上記３次巻線を介して上記第２スイッチ素子と並列接続された第２整流素子と、上記１次巻線に接続された第１トランジスタ素子と、上記１次巻線に接続された電源と、をさらに備え、上記第１トランジスタ素子をＯＮした場合に、上記電源から上記１次巻線に流れる電流である１次巻線電流が流れ、上記第１トランジスタ素子をＯＦＦした場合に、（ｉ）上記２次巻線から上記第１整流素子に流れる電流である第１整流素子電流が流れる、または、（ｉｉ）上記３次巻線から上記第２整流素子に流れる電流である第２整流素子電流が流れる。
上述の通り、過渡電流が、回路で損失を発生させる。そこで、本願の発明者は、「トランス（変圧器）に蓄えられた磁気エネルギーによって発生する電流を、各スイッチ素子に流すことが、過渡電流の抑制に繋がる」という着想に基づき、上記の構成を見出した。
上記の構成によれば、第１トランジスタ素子をＯＮすることで１次巻線に電流を流し、トランスに磁気エネルギーを蓄積できる。そして、第１トランジスタ素子をＯＦＦすることで、その磁気エネルギーは、第１整流素子電流に変換され、当該第１整流素子電流を第１スイッチ素子に流すことが出来る。この第１整流素子電流は、第１スイッチ素子の過渡電流となる電流成分を、２次巻線と第１整流素子と第１スイッチ素子とからなる内部経路に流す。このため、第１スイッチ素子に流れる過渡電流を削減することができる。
また、２次巻線と第１整流素子と第１スイッチ素子とについての上記説明は、３次巻線と第２整流素子と第２スイッチ素子とに関しても同様である。従って、上記説明と同様に、第２スイッチ素子に流れる過渡電流を削減することもできる。
以上のように、本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路によれば、第１スイッチ素子および第２スイッチ素子のいずれについても、過渡電流を効果的に削減できる。すなわち、従来よりも過渡電流を効果的に削減できる。
本開示の態様２に係るハーフブリッジ回路では、上記態様１において、上記第２端子から上記第１端子に向けての上記２次巻線の極性と、上記第４端子から上記第３端子に向けての上記３次巻線の極性とが同一であることが好ましい。
上記の構成（トランスの巻線構成）によれば、第１スイッチ素子および第２スイッチ素子のうち、印加される電圧がより低いスイッチ素子に選択的に整流素子電流（第１整流素子電流または第１整流素子電流）を流すことができる。すなわち、これから逆方向電圧が印加される予定のスイッチ素子（これから過渡電流が発生すると見込まれるスイッチ素子）に対して、整流素子電流を選択的に流すことができる。
本開示の態様３に係るハーフブリッジ回路では、上記態様１または２において、第１期間では、上記第１スイッチ素子は、整流機能部として使用され、かつ、上記第２スイッチ素子は、トランジスタ機能部として使用され、第２期間では、上記第１スイッチ素子は、トランジスタ機能部として使用され、かつ、上記第２スイッチ素子は、整流機能部として使用されることが好ましい。
上記の構成によれば、第１期間と第２期間とで、整流機能部として使用されるスイッチ素子を入れ替えることができる。つまり、期間に応じて、第１スイッチ素子および第２スイッチ素子の一方に過渡電流を選択的に発生させることができる。この場合には、上記トランスを用いることで、過渡電流が流れるスイッチ素子に整流素子電流を選択的に流すことができる。
本開示の態様４に係るハーフブリッジ回路では、上記態様３において、上記第１期間において、上記第２端子から上記第１スイッチ素子を介して上記第１端子に電流が流れている期間内に、上記第１整流素子電流の導通が開始され、かつ、上記第２期間において、上記第４端子から上記第２スイッチ素子を介して上記第３端子に電流が流れている期間内に、上記第２整流素子電流の導通が開始されることが好ましい。
上記の構成によれば、第１期間においては、第２端子の電圧は、第１スイッチ素子の電圧降下量の分だけ、第１端子の電圧よりも高くなる。このため、第１整流素子電流を、第２端子（高電圧側の端子）から第１端子（低電圧側の端子）に向けて流すことができるため、当該第１整流素子電流を持続的に流すことができる。
また、第１期間についての上記説明と同様に、第２期間においては、第２整流素子電流を持続的に流すことができる。これにより、ハーフブリッジ回路の両スイッチ素子に対して過渡電流の削減効果をより大きくすることができる。
本開示の態様５に係るハーフブリッジ回路では、上記態様１から４のいずれか１つにおいて、上記第１整流素子を介する上記第２端子から上記第１端子までの経路のインダクタンスは、上記第１スイッチ素子を介する上記第２端子から上記第１端子までの経路のインダクタンスよりも２倍以上大きく、かつ、上記第２整流素子を介する上記第４端子から上記第３端子までの経路のインダクタンスは、上記第２スイッチ素子を介する上記第４端子から上記第３端子までの経路のインダクタンスよりも２倍以上大きいことが好ましい。
上記の構成によれば、第１整流素子を介する上記経路のインダクタンスを、第１スイッチ素子を介する上記経路のインダクタンスよりも十分に大きくすることにより、一度導通した第１整流素子電流を持続的に流すことができる。
また、第１整流素子電流についての上記説明と同様に、第２整流素子電流を持続的に流すこともできる。これにより、ハーフブリッジ回路の両スイッチ素子に対して過渡電流の削減効果をより大きくすることができる。
本開示の態様６に係るハーフブリッジ回路では、上記態様１から５のいずれか１つにおいて、上記１次巻線の巻数は、上記２次巻線および上記３次巻線のそれぞれの巻数よりも多いことが好ましい。
上述の通り、トランスの巻線電流は、巻数比に反比例する。従って、上記の構成によれば、２次巻線および３次巻線のそれぞれの電流量を保ちながら、１次巻線の電流量を低減できる。それゆえ、導通損失の削減が可能となる。
本開示の態様７に係るハーフブリッジ回路では、上記態様１から６のいずれか１つにおいて、上記第２端子から上記第１端子へ電流が流れることで発生する上記第１スイッチ素子の電圧降下量は、上記第１整流素子の導通開始時点の電圧降下量よりも大きく、かつ、上記第４端子から上記第３端子へ電流が流れることで発生する上記第２スイッチ素子の電圧降下量は、上記第２整流素子の導通開始時点の電圧降下量よりも大きいことが好ましい。
上記の構成によれば、第１スイッチ素子に電流が流れている時に、第１整流素子を通じて２次巻線に電流を流すことが可能となる。このため、２次巻線側からトランスに、磁気エネルギーを蓄積することが可能となる。
また、第１スイッチ素子と第１整流素子と２次巻線とについての上記説明と同様に、３次巻線側からトランスに、磁気エネルギーを蓄積することも可能となる。これにより、過渡電流の削減効果をより大きくすることができる。
本開示の態様８に係る電源回路は、上記態様１から７のいずれか１つに係るハーフブリッジ回路を備えていることが好ましい。
上記の構成によれば、過渡電流が削減されたハーフブリッジ回路を用いることにより、損失が削減された電源装置を実現できる。
本開示の態様９に係るハーフブリッジ回路の駆動方法は、高電圧ノードである第１端子とスイッチノードである第２端子とに接続された第１スイッチ素子と、スイッチノードである第３端子と低電圧ノードである第４端子とに接続された第２スイッチ素子と、を備えたハーフブリッジ回路を駆動するための、ハーフブリッジ回路の駆動方法であって、上記ハーフブリッジ回路は、１次巻線と２次巻線と３次巻線とを有する変圧器と、上記２次巻線を介して上記第１スイッチ素子と並列接続された第１整流素子と、上記３次巻線を介して上記第２スイッチ素子と並列接続された第２整流素子と、上記１次巻線に接続された第１トランジスタ素子と、上記１次巻線に接続された電源と、をさらに備え、上記駆動方法は、上記第１スイッチ素子に順方向電圧を印加することにより、上記第１スイッチ素子に整流電流を流す第１工程と、上記第１工程の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＮすることにより、上記電源から上記１次巻線に流れる電流である１次巻線電流を流す第２工程と、上記第２工程の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＦＦすることにより、上記２次巻線から上記第１整流素子に流れる電流である第１整流素子電流を流す第３工程と、上記第３工程の後に、上記第１整流素子電流が流れている期間内に、上記第１スイッチ素子に逆方向電圧を印加する第４工程と、を含んでいる。
上記の構成によれば、本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路と同様の効果を奏する。
〔補足〕
本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路の駆動方法は、以下のようにも表現できる。
すなわち、本開示の一態様に係るハーフブリッジ回路の駆動方法は、
高電圧ノードである第１端子とスイッチノードである第２端子とに接続された第１スイッチ素子と、
スイッチノードである第３端子と低電圧ノードである第４端子とに接続された第２スイッチ素子と、を備えたハーフブリッジ回路を駆動するための、ハーフブリッジ回路の駆動方法であって、
上記ハーフブリッジ回路は、
１次巻線と２次巻線と３次巻線とを有する変圧器と、
上記２次巻線を介して上記第１スイッチ素子と並列接続された第１整流素子と、
上記３次巻線を介して上記第２スイッチ素子と並列接続された第２整流素子と、
上記１次巻線に接続された第１トランジスタ素子と、
上記１次巻線に接続された電源と、をさらに備え、
上記駆動方法は、
上記第１スイッチ素子に順方向電圧を印加することにより、上記第１スイッチ素子に整流電流を流す第１工程（Ａ）と、
上記第１工程（Ａ）の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＮすることにより、上記電源から上記１次巻線に流れる電流である１次巻線電流を流す第２工程（Ａ）と、
上記第２工程（Ａ）の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＦＦすることにより、上記２次巻線から上記第１整流素子に流れる電流である第１整流素子電流を流す第３工程（Ａ）と、
上記第３工程（Ａ）の後に、上記第１整流素子電流が流れている期間内に、上記第１スイッチ素子に逆方向電圧を印加する第４工程（Ａ）と、を含んでいる、
または、
上記第２スイッチ素子に順方向電圧を印加することにより、上記第２スイッチ素子に整流電流を流す第１工程（Ｂ）と、
上記第１工程（Ｂ）の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＮすることにより、上記電源から上記１次巻線に上記１次巻線電流を流す第２工程（Ｂ）と、
上記第２工程（Ｂ）の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＦＦすることにより、上記３次巻線から上記第２整流素子に流れる電流である第２整流素子電流を流す第３工程（Ｂ）と、
上記第３工程（Ｂ）の後に、上記第２整流素子電流が流れている期間内に、上記第２スイッチ素子に逆方向電圧を印加する第４工程（Ｂ）と、を含んでいる、
〔付記事項〕
本開示の一態様は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の一態様の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成できる。
１、２、３ ハーフブリッジ回路
９ 制御回路
１０、２０、３０ 電源回路
１００ 電源装置
ＦＳＷ１ 第１スイッチ素子
ＳＳＷ１ 第２スイッチ素子
ＦＴ１ 第１端子
ＳＴ１ 第２端子
ＴＴ１ 第３端子
ＰＴ１ 第４端子
ＴＲ１〜ＴＲ３ トランス（変圧器）
ＰＷ１〜ＰＷ３ １次巻線
ＳＷ１〜ＳＷ３ ２次巻線
ＴＷ１〜ＴＷ３ ３次巻線
ＦＲ１ 第１整流素子
ＳＲ１ 第２整流素子
ＴＴＲ１ トランジスタ素子（第１トランジスタ素子）
ＴＴＲ２〜ＴＴＲ７ トランジスタ素子
ＴＶ１、ＬＶ１、ＨＶ１ 電源
ＲＦＩ 整流電流
ＰＷ１Ｉ １次巻線電流
ＦＲ１Ｉ 第１整流素子電流
ＳＲ１Ｉ 第２整流素子電流

Claims (9)

  1. 高電圧ノードである第１端子とスイッチノードである第２端子とに接続された第１スイッチ素子と、
    スイッチノードである第３端子と低電圧ノードである第４端子とに接続された第２スイッチ素子と、を備えたハーフブリッジ回路であって、
    上記ハーフブリッジ回路は、
    １次巻線と２次巻線と３次巻線とを有する変圧器と、
    上記２次巻線を介して上記第１スイッチ素子と並列接続された第１整流素子と、
    上記３次巻線を介して上記第２スイッチ素子と並列接続された第２整流素子と、
    上記１次巻線に接続された第１トランジスタ素子と、
    上記１次巻線に接続された電源と、をさらに備え、
    上記第１トランジスタ素子をＯＮした場合に、上記電源から上記１次巻線に流れる電流である１次巻線電流が流れ、
    上記第１トランジスタ素子をＯＦＦした場合に、
    （ｉ）上記２次巻線から上記第１整流素子に流れる電流である第１整流素子電流が流れる、または、
    （ｉｉ）上記３次巻線から上記第２整流素子に流れる電流である第２整流素子電流が流れる、ハーフブリッジ回路。
  2. 上記第２端子から上記第１端子に向けての上記２次巻線の極性と、
    上記第４端子から上記第３端子に向けての上記３次巻線の極性と、が同一である、請求項１に記載のハーフブリッジ回路。
  3. 第１期間では、
    上記第１スイッチ素子は、整流機能部として使用され、かつ、
    上記第２スイッチ素子は、トランジスタ機能部として使用され、
    第２期間では、
    上記第１スイッチ素子は、トランジスタ機能部として使用され、かつ、
    上記第２スイッチ素子は、整流機能部として使用される、請求項１または２に記載のハーフブリッジ回路。
  4. 上記第１期間において、
    上記第２端子から上記第１スイッチ素子を介して上記第１端子に電流が流れている期間内に、上記第１整流素子電流の導通が開始され、かつ、
    上記第２期間において、
    上記第４端子から上記第２スイッチ素子を介して上記第３端子に電流が流れている期間内に、上記第２整流素子電流の導通が開始される、請求項３に記載のハーフブリッジ回路。
  5. 上記第１整流素子を介する上記第２端子から上記第１端子までの経路のインダクタンスは、上記第１スイッチ素子を介する上記第２端子から上記第１端子までの経路のインダクタンスよりも２倍以上大きく、かつ、
    上記第２整流素子を介する上記第４端子から上記第３端子までの経路のインダクタンスは、上記第２スイッチ素子を介する上記第４端子から上記第３端子までの経路のインダクタンスよりも２倍以上大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載のハーフブリッジ回路。
  6. 上記１次巻線の巻数は、上記２次巻線および上記３次巻線のそれぞれの巻数よりも多い、請求項１から５のいずれか１項に記載のハーフブリッジ回路。
  7. 上記第２端子から上記第１端子へ電流が流れることで発生する上記第１スイッチ素子の電圧降下量は、上記第１整流素子の導通開始時点の電圧降下量よりも大きく、かつ、
    上記第４端子から上記第３端子へ電流が流れることで発生する上記第２スイッチ素子の電圧降下量は、上記第２整流素子の導通開始時点の電圧降下量よりも大きい、請求項１から６のいずれか１項に記載のハーフブリッジ回路。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のハーフブリッジ回路を備えた、電源装置。
  9. 高電圧ノードである第１端子とスイッチノードである第２端子とに接続された第１スイッチ素子と、
    スイッチノードである第３端子と低電圧ノードである第４端子とに接続された第２スイッチ素子と、を備えたハーフブリッジ回路を駆動するための、ハーフブリッジ回路の駆動方法であって、
    上記ハーフブリッジ回路は、
    １次巻線と２次巻線と３次巻線とを有する変圧器と、
    上記２次巻線を介して上記第１スイッチ素子と並列接続された第１整流素子と、
    上記３次巻線を介して上記第２スイッチ素子と並列接続された第２整流素子と、
    上記１次巻線に接続された第１トランジスタ素子と、
    上記１次巻線に接続された電源と、をさらに備え、
    上記駆動方法は、
    上記第１スイッチ素子に順方向電圧を印加することにより、上記第１スイッチ素子に整流電流を流す第１工程と、
    上記第１工程の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＮすることにより、上記電源から上記１次巻線に流れる電流である１次巻線電流を流す第２工程と、
    上記第２工程の後に、上記第１トランジスタ素子をＯＦＦすることにより、上記２次巻線から上記第１整流素子に流れる電流である第１整流素子電流を流す第３工程と、
    上記第３工程の後に、上記第１整流素子電流が流れている期間内に、上記第１スイッチ素子に逆方向電圧を印加する第４工程と、を含んでいる、ハーフブリッジ回路の駆動方法。
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