JP5498913B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、交流電源から得られる交流電圧を直流電圧に変換して負荷へ電力を供給する電力変換装置に関する。

一般的に、交流電圧を直流電圧に変換する方法として、次の２つの方法が知られている。
第１の方法は、ダイオードブリッジ回路と平滑コンデンサとを用いる。ダイオードブリッジ回路は、交流電源からの交流を全波整流する。平滑コンデンサは、全波整流後の直流を平滑する。

この第１の方法は、交流電圧が正及び負のいずれの場合においても、常に２つのダイオードの直列回路を電流が流れる。このとき、２つのダイオードでは、それぞれダイオードを流れる電流とダイオードの順方向電圧との積に相当する電力損失が発生する。

第２の方法は、第１の方法のダイオードブリッジ回路と平滑コンデンサとの間に力率改善コンバータ（Power Factor Converter：ＰＦＣ）を用いる。力率改善コンバータは、ダイオードブリッジ回路で全波整流された脈流の電圧を昇圧して直流電圧にする。

この第２の方法も、全波整流の際に２つのダイオードの直列回路を電流が流れるため、電力損失が発生する。それに加えて、力率改善コンバータを構成する電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）とダイオードに交互に電流が流れるため、さらなる損失が生じる。

また、力率改善コンバータは、入力電流の波形を正弦波にする必要上、出力電圧を入力電圧よりも高く設定しなければならない。ところが、負荷で必要な電圧は、必ずしも入力電圧より高い電圧であるとは限らない。入力電圧より低い電圧を負荷で必要とする場合には、力率改善コンバータの後段に降圧コンバータを接続する。そして、力率改善コンバータで昇圧された電圧を所望の電圧まで降圧する。この降圧の際にも損失が発生する。このため、電力変換装置全体としては、AC-DC変換とDC-DC（昇圧）変換とDC-DC（降圧）変換の３段の構成になり電力損失はこれらの積となって現れる。例えば、一段あたりの効率０．９５とした場合、３段では［０．９５×０．９５×０．９５＝０．８６］、つまり、効率９５％の優れた変換であっても３段接続では８６％まで落ちてしまう。このように、個々の変換効率は良くても多段にすることで変換効率は著しく低下する。

特開２００７−１１０８６９号公報 特開２００８−２９５２４８号公報

昨今、巷では電子機器の省エネルギー化が叫ばれており、その一環として、負荷へ電力を供給する電力変換装置の変換効率向上が求められている。しかしながら、従来の回路構成では、変換効率の改善に限界がある。

本発明の実施形態において、解決しようとする課題は、変換効率に優れた電力変換装置を提供することにある。

一実施形態によれば、電力変換装置は、第１のスイッチと、第２のスイッチと、入力電圧検出部と、回路電流検出部と、出力電圧検出部と、電流規定値決定手段と、パルス信号出力手段とを具備する。第１のスイッチは、交流電源の両端にインダクタとキャパシタを直列に介して接続する。そして、パルス信号がオンすると導通し、オフすると非導通となる。第２のスイッチは、第１のスイッチの両端に平滑コンデンサを直列に介して接続する。そして、パルス信号がオンすると導通し、オフすると非導通となる。入力電圧検出部は、交流電源の電圧を入力電圧として検出する。回路電流検出部は、インダクタに流れる回路電流を検出する。出力電圧検出部は、平滑コンデンサの両端の電圧を出力電圧として検出する。電流規定値決定手段は、出力電圧検出部で検出される出力電圧から所定の基準電圧を減じた出力電圧補正値と入力電圧検出部で検出される入力電圧とから、各パルス周期の回路電流ピーク値及びこのピーク値よりも小さい下限値を決定する。パルス信号出力手段は、パルス周期の開始に応じてオンし、回路電流検出部で検出される回路電流がピーク値に達するまではオン状態を維持し、ピーク値に達するとオフし、その後、下限値まで下降すると再びオンするパルス信号を、入力電圧の極性が正のときには第１のスイッチに出力し、入力電圧の極性が負のときには第２のスイッチに出力する。

電力変換装置の基本構成を示す回路図。 第１の実施形態において、入力電圧Ｖin及び回路電流Ｉと、第１及び第２のパルス信号Ｐ１，Ｐ２との関係を示すタイミング図。 第１の実施形態において、コントローラの制御手順を示す流れ図。 第１の実施形態において、入力電圧Ｖinの極性が正のときの回路電流Ｉと、第１のパルス信号Ｐ１と、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流と、第２の外付けダイオードＤ２を流れる電流とを示すタイミング図。 第２の実施形態において、入力電圧Ｖin及び回路電流Ｉと、第１及び第２のパルス信号Ｐ１，Ｐ２との関係を示すタイミング図。 第２の実施形態において、コントローラの制御手順前半部を示す流れ図。 第２の実施形態において、コントローラの制御手順後半部を示す流れ図。 第２の実施形態において、入力電圧Ｖinの極性が正のときの回路電流Ｉと、第１のパルス信号Ｐ１と、第２のパルス信号Ｐ２と、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流と、第２の外付けダイオードＤ２を流れる電流と、第２の半導体スイッチＱ２を流れる電流とを示すタイミング図。 第３の実施形態において、入力電圧Ｖin及び回路電流Ｉと、第１及び第２のパルス信号Ｐ１，Ｐ２との関係を示すタイミング図。 第３の実施形態において、コントローラの制御手順後半部を示す流れ図。 図１０のステップＳＴ５７にて“ＹＥＳ”が選択された後のコントローラの制御手順を示す流れ図。 第３の実施形態において、入力電圧Ｖinの極性が正のときの回路電流Ｉと、第１のパルス信号Ｐ１と、第２のパルス信号Ｐ１と、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流と、第２の外付けダイオードＤ２と、第２の半導体スイッチＱ２を流れる電流とを示すタイミング図。 第４の実施形態において、コントローラの制御手順後半部を示す流れ図。 回路電流Ｉに対する最小電流規定値（PeakＬ）の変形例を説明するための模式図。 １００Ｖの交流電源と２００Ｖの交流電源を印加した場合の始動時の電圧変化を示す波形図。 電力変換装置の基本構成の変形例を示す回路図。 電力変換装置の基本構成のさらに別の変形例を示す回路図。

以下、電力変換装置の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、この実施形態は、交流電源として１００Ｖの商用電源（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）を入力とし、所望の直流電圧に変換して負荷へ電力を供給する電力変換装置に適用した場合である。

［第１の実施形態］
はじめに、第１の実施形態を、図１〜図４を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の電力変換装置１００を示す回路図である。

電力変換装置１００は、交流電源１０１の両端に、インダクタＬ１とキャパシタＣ１を直列に介して、第１の半導体スイッチＱ１を接続する。第１の半導体スイッチＱ１は、Ｎ型チャネルのＭＯＳ型ＦＥＴを使用する。具体的には、交流電源１０１の一端にインダクタＬ１を介してキャパシタＣ１の一端を接続し、キャパシタＣ１の他端に第１の半導体スイッチＱ１であるＭＯＳ型ＦＥＴのドレイン端子を接続し、当該ＭＯＳ型ＦＥＴのソース端子を交流電源１０１の他端に接続する。

電力変換装置１００は、第１の半導体スイッチＱ１の両端に、平滑コンデンサＣ２を直列に介して、第２の半導体スイッチＱ２を接続する。第２の半導体スイッチＱ２は、Ｎ型チャネルのＭＯＳ型ＦＥＴを使用する。具体的には、第２の半導体スイッチＱ２であるＭＯＳ型ＦＥＴのソース端子をキャパシタＣ１と第１の半導体スイッチＱ１との接続点に接続し、当該ＭＯＳ型ＦＥＴＱ２のドレイン端子を平滑コンデンサＣ２の正極端子に接続し、平滑コンデンサＣ２の負極端子を交流電源１０１と第１の半導体スイッチＱ１との接続点に接続する。

電力変換装置１００は、第１の半導体スイッチＱ１に対して並列に第１の外付けダイオードＤ１を接続し、第２の半導体スイッチＱ２に対して並列に第２の外付けダイオードＤ２を接続する。具体的には、第１の半導体スイッチＱ１と交流電源１０１との接続点に、第１の外付けダイオードＤ１のアノードを接続し、第１の半導体スイッチＱ１とキャパシタＣ１との接続点に、第１の外付けダイオードＤ１のカソードを接続する。また、第２の半導体スイッチＱ２とキャパシタＣ１との接続点に、第２の外付けダイオードＤ２のアノードを接続し、第２の半導体スイッチＱ２と平滑コンデンサＣ２との接続点に、第２の外付けダイオードＤ２のカソードを接続する。第１の外付けダイオードＤ１は、第１の半導体スイッチＱ１が有するボディダイオードより順方向電圧が低い。同じく、第２の外付けダイオードＤ２は、第２の半導体スイッチＱ２が有するボディダイオードより順方向電圧が低い。

電力変換装置１００は、平滑コンデンサＣ２の両端を出力端子１０２、１０３とする。そして、これらの出力端子１０２，１０３間に、所望の負荷１０４を接続する。

電力変換装置１００は、交流電源１０１の両端に入力電圧検出部１０５を接続する。入力電圧検出部１０５は、交流電源１０１の両端に発生する入力電圧Ｖinを検出する。そして、その検出信号をコントローラ１１０に出力する。

電力変換装置１００は、第１の半導体スイッチＱ１と第１の外付けダイオードＤ１との接続点と交流電源１０１との間に回路電流検出部１０６を接続する。回路電流検出部１０６は、インダクタＬ１等に流れる回路電流Ｉを検出し、その検出信号をコントローラ１１０に出力する。

電力変換装置１００は、出力端子１０２，１０３間に出力電圧検出部１０７を接続する。出力電圧検出部１０７は、平滑コンデンサＣ２の両端である出力端子１０２，１０３間の電圧Ｖoutを検出する。そして、その検出信号をコントローラ１１０に出力する。

コントローラ１１０は、前記入力電圧検出部１０５で検出される入力電圧Ｖinと、前記回路電流検出部１０６で検出される回路電流Ｉと、出力電圧検出部１０７で検出される出力端子１０２，１０３間の電圧Ｖoutとを入力する。さらに、コントローラ１１０は、出力電圧Ｖoutと比較するための基準電圧（リファレンス電圧）Ｖrefを入力する。コントローラ１１０は、出力電圧Ｖoutが上記基準電圧Ｖrefより高いか低いかを判定する。

コントローラ１１０は、入力電圧Ｖinと、回路電流Ｉと、出力電圧Ｖoutとに基いて、第１のパルス信号Ｐ１と第２のパルス信号Ｐ２とを生成する。コントローラ１１０は、第１のパルス信号Ｐ１を第１の半導体スイッチＱ１に供給し、第２のパルス信号Ｐ２を第２の半導体スイッチＱ２に供給する。

第１の半導体スイッチＱ１は、第１のパルス信号Ｐ１が供給されている間、導通する。第２の半導体スイッチＱ２は、第２のパルス信号Ｐ２が供給されている間、導通する。

図２は、入力電圧Ｖin及び回路電流Ｉと、第１及び第２のパルス信号Ｐ１，Ｐ２との関係を示す波形図である。図２において、区間Ｔ１〜Ｔ２は、交流電圧Ｖａの極性が正の区間である。この区間のとき、コントローラ１１０は、交流電圧Ｖａの周期よりはるかに高い周波数で第１のパルス信号Ｐ１を生成する。図２において、区間Ｔ２〜Ｔ３は、交流電圧Ｖａの極性が負の区間である。この区間のとき、コントローラ１１０は、交流電圧Ｖａの周期よりはるかに高い周波数で第２のパルス信号Ｐ２を生成する。

すなわち、交流電圧Ｖａの極性が正のとき、第１の半導体スイッチＱ１が導通・非導通を繰り返す。交流電圧Ｖａの極性が負のとき、第２の半導体スイッチＱ２が導通・非導通を繰り返す。その結果、インダクタＬ１を流れる回路電流Ｉは、入力電圧Ｖinと相似形の正弦波となる。

図３は、コントローラ１１０の制御手順を示す流れ図である。交流電源が供給され、コントローラ１１０が立ち上がると、コントローラ１１０は、出力電圧検出部１０７で検出される出力電圧Ｖoutを周期的に取込む。そして、その都度、この出力電圧Ｖoutから基準電圧Ｖref減じた出力電圧補正値（出力電圧Ｖout−基準電圧Ｖref）を算出し、この出力電圧補正値を低周波積分する。

負荷１０４への電力供給開始（パルス出力周期の開始）のタイミングになると、コントローラ１１０は、出力電圧Ｖoutが基準電圧Ｖrefに近づくように、帰還係数（フィードバック係数）Ｋ１を決定する。帰還係数Ｋ１は、出力電圧Ｖoutを基準電圧Ｖrefに近づけるため、出力電圧Ｖoutが基準電圧Ｖrefより低い場合には“１”以上の値をとり、出力電圧Ｖoutが基準電圧Ｖrefより高い場合には“１”未満の値をとる。また、帰還係数Ｋ１は、出力電圧Ｖoutから基準電圧Ｖrefを減じた出力電圧補正値が大きいときには大きい値をとり、出力電圧補正値が小さいときには小さい値をとる。ただし、回路系統に急峻な帰還制御がかからないようにするため、低周波積分をした出力電圧補正値の値から帰還係数Ｋ１を決定する。つまり帰還係数Ｋ１は、出力電圧Ｖoutの変動に伴い、緩やかに変動した値となる。

具体的には、コントローラ１１０は、ステップＳＴ１として現時点における上記出力電圧補正値の低周波積分値を、第１の帰還係数Ｋ１として決定する。また、この第１の帰還係数Ｋ１に一定の比率ａ（但し、１＞ａ＞０）を乗算した値を、第２の帰還係数Ｋ２として決定する。そして、第１及び第２の帰還係数Ｋ１，Ｋ２（Ｋ１＞Ｋ２）をコントローラ１１０内のメモリで記憶する（電流規定値決定手段）。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ２として入力電圧検出部１０５が現時点で検出した入力電圧、つまりは入力電圧瞬時値Ｖinを取込む。そして、ステップＳＴ３としてこの入力電圧瞬時値Ｖinの極性を判定し、その極性を表わすフラグ情報を上記メモリで記憶する。例えば、極性が正であれば“１”の状態のフラグ情報を記憶し、極性が負であれば“０”の状態のフラグ情報を記憶する。さらに、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４としてこの入力電圧瞬時値Ｖinから極性を除いた入力電圧絶対値を求め、上記メモリで記憶する。なお、ステップＳＴ３として入力電圧絶対値を求めて記憶し、ステップＳＴ４として入力電圧の極性を判定してフラグ情報を記憶してもよい。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ５としてメモリに記憶した入力電圧絶対値に前記第１の帰還係数Ｋ１を乗算して、最大電流規定値（PeakＨ）を算出する。同様に、入力電圧絶対値に前記第２の帰還係数Ｋ２を乗算して、最小電流規定値（PeakＬ）を算出する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６として前記フラグ情報の状態から入力電圧Ｖinの極性が正であるか負であるかを判定する。前記フラグ情報が“１”、すなわち入力電圧Ｖinの極性が正である場合には（ＳＴ６のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ７として第１のパルス信号Ｐ１をオンする。前記フラグ情報が“０”、すなわち入力電圧Ｖinの極性が負である場合には（ＳＴ６のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ８として第２のパルス信号Ｐ２をオンする（パルス信号出力手段）。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ９として電流検出部１０６が現時点で検出した回路電流、つまりは回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ１０としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ１１としてメモリで記憶した回路電流絶対値が前記最大電流規定値（PeakＨ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値が最大電流規定値（PeakＨ）に達していない場合（ＳＴ１１のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ９）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ１０）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値が最大電流規定値（PeakＨ）に達するまで、ステップＳＴ９及びＳＴ１０の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値が最大電流規定値（PeakＨ）に達したならば（ＳＴ１１のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ１２として前記フラグ情報から入力電圧Ｖinの極性を再度判定する。そして、入力電圧Ｖinの極性が正である場合（ＳＴ１２のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ１３として前記第１のパルス信号Ｐ１をオフする。これに対し、入力電圧Ｖinの極性が負である場合（ＳＴ１２のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ１４として前記第２のパルス信号Ｐ２をオフする。

第１のパルス信号Ｐ１または第２のパルス信号Ｐ２をオフすると、次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ１５として再びその時点の回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ１６としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ１７としてメモリで記憶した回路電流絶対値が前記最小電流規定値（PeakＬ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値が前記最小電流規定値（PeakＬ）に達していない場合（ＳＴ１７のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ１５）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ１６）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）に下降するまで、ステップＳＴ１５及びＳＴ１６の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）まで下降したならば（ＳＴ１７のＹＥＳ）、パルス出力の１周期が完了する。かくして、次の１周期に移行するべく、コントローラ１１０は、この制御手順の最初の処理ステップＳＴ１に戻る。すなわち、現時点における出力電圧補正値の低周波積分値から第１の帰還係数Ｋ１と第２の帰還係数Ｋ２とを決定する。以後、負荷１０４への電力供給が終了するまで、コントローラ１１０は、ステップＳＴ１〜ＳＴ１７の各処理手順を繰り返す。

このような制御手順を実行するコントローラ１１０は、ソフトウェアによって構成してもよいし、ハードウェアによって構成してもよい。

かかる構成の電力変換装置１００においては、入力電圧Ｖinの極性が正のときには、コントローラ１１０から第１の半導体スイッチＱ１に対して第１のパルス信号Ｐ１が供給される。第１のパルス信号Ｐ１は、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）まで上昇するとオフし、最小電流規定値（PeakＬ）まで下降するとオンする。すなわち、回路電流Ｉが最小電流規定値（PeakＬ）になってから最大電流規定値（PeakＨ）に達するまで、第１のパルス信号Ｐ１はオンする。そして、最大電流規定値（PeakＨ）に達してから最小電流規定値（PeakＬ）に戻るまで、第１のパルス信号Ｐ１はオフする。

図４は、入力電圧Ｖinの極性が正のときの回路電流Ｉと、第１のパルス信号Ｐ１と、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流と、第２の外付けダイオードＤ２を流れる電流とを示している。なお、電力変換装置１００は、その一態様として、交流電源１０１の周波数を５０Ｈｚとし、第１及び第２の半導体スイッチＱ１，Ｑ２のスイチッング周波数を１００ｋＨｚとする。ただし、図で１００ｋＨｚの動作を表現しようとすると細かくなりすぎるので、便宜上、非常に粗い周期で記載している。

図４において、回路電流Ｉに対する最小電流規定値（PeakＬ）は、最大電流規定値（PeakＨ）の７割としている。すなわち、入力電圧Ｖinが高く、最大電流規定値（PeakＨ）が１０アンペアであったときには（図４中、例えば時点Ｔ２０）、最小電流規定値（PeakＬ）は７アンペアとなる（図４中、例えば時点Ｔ２１）。入力電圧Ｖinが低下し、最大電流規定値（PeakＨ）が８アンペアになると（図４中、例えば時点Ｔ２２）、最小電流規定値（PeakＬ）は５．６アンペアとなる（図４中、例えば時点Ｔ２３）。このように、最大電流規定値（PeakＨ）と最小電流規定値（PeakＬ）は、比率は変わらず、入力電圧Ｖinに応じてその値が変化する。

図４に示すように、回路電流Ｉに対する最大電流規定値（PeakＨ）と最小電流規定値（PeakＬ）のエンベロープ曲線は、いずれも入力電圧Ｖｉｎの波形と相似形の正弦波状になる。そして、第１のパルス信号Ｐ１は、オンすると（時点Ｔ１１，Ｔ１３，Ｔ１５，Ｔ１７，Ｔ１９，Ｔ２１，Ｔ２３，Ｔ２５，Ｔ２７を参照）、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達するまでオン状態を維持する。

回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達すると（時点Ｔ１２，Ｔ１４，Ｔ１６，Ｔ１８，Ｔ２０，Ｔ２２，Ｔ２４，Ｔ２６，Ｔ２８を参照）、第１のパルス信号Ｐ１は、オフする。その後、回路電流Ｉが最小電流規定値（PeakＬ）まで下降すると（時点Ｔ１３，Ｔ１５，Ｔ１７，Ｔ１９，Ｔ２１，Ｔ２３，Ｔ２５，Ｔ２７を参照）、第１のパルス信号Ｐ１は、再びオンする。以後、入力電圧Ｖinの極性が負となるまで、第１のパルス信号Ｐ１は、上述したオン・オフの動作を繰り返す。

第１のパルス信号Ｐ１がオンすると、第１の半導体スイッチＱ１が導通する。第１の半導体スイッチＱ１が導通すると、交流電源１０１、インダクタＬ１、キャパシタＣ１及び第１の半導体スイッチＱ１の閉回路が形成される。その結果、インダクタＬ１の線形リアクトル作用により、右上がりの直線的な電流が、キャパシタＣ１側から第１の半導体スイッチＱ１に流れる（区間Ｔ１１−Ｔ１２、Ｔ１３−Ｔ１４、Ｔ１５−Ｔ１６、Ｔ１７−Ｔ１８、Ｔ１９−Ｔ２０、Ｔ２１−Ｔ２２、Ｔ２３−Ｔ２４、Ｔ２５−Ｔ２６、Ｔ２７−Ｔ２８を参照）。

第１のパルス信号Ｐ１がオフすると、第１の半導体スイッチＱ１が非導通になる。第１の半導体スイッチＱ１が非導通になると、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流はゼロとなる。このとき、インダクタＬ１は、リアクトルエネルギーにより引き続き電流を同方向に流し続けるようとする。このため、第２の半導体スイッチＱ２に並列接続された第２の外付けダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に電流が流れ込む（区間Ｔ１２−Ｔ１３、Ｔ１４−Ｔ１５、Ｔ１６−Ｔ１７、Ｔ１８−Ｔ１９、Ｔ２０−Ｔ２１、Ｔ２２−Ｔ２３、Ｔ２４−Ｔ２５、Ｔ２６−Ｔ２７を参照）。

第１のパルス信号Ｐ１がオン，オフをする毎に、電力変換装置１００は上述した動作を繰り返す。その結果、電力変換装置１００は、出力端子１０２，１０３間の出力電圧Ｖoutを昇圧しながら、平滑コンデンサＣ２を充電する。

一方、入力電圧Ｖinの極性が負のときには、コントローラ１１０から第２の半導体スイッチＱ２に対して第２のパルス信号Ｐ２が供給される。第２のパルス信号Ｐ２は、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達するまでオン状態を維持し、最大電流規定値（PeakＨ）に達するとオフする。そして、その後、回路電流Ｉの絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）まで下降すると、第２のパルス信号Ｐ２は、再びオンする。以後、入力電圧Ｖinの極性が正となるまで、第２のパルス信号Ｐ２は、上述したオン・オフの動作を繰り返す。

第２のパルス信号Ｐ２がオンすると、第２の半導体スイッチＱ２が導通する。第２の半導体スイッチＱ２が導通すると、交流電源１０１、インダクタＬ１、キャパシタＣ１、第２の半導体スイッチＱ２及び平滑コンデンサＣ２の閉回路が形成される。このとき、平滑コンデンサＣ２の電圧は、交流電圧Ｖａより高い。その結果、平滑コンデンサＣ２の充電電圧が第２の半導体スイッチＱ２及びインダクタＬ１を経由して交流電源１０１側に戻るように、電力変換装置１００は動作する。このため、右上がりの直線的な電流が、平滑コンデンサＣ２側から第２の半導体スイッチＱ２に流れる。

第２のパルス信号Ｐ２がオフすると、第２の半導体スイッチＱ２が非導通になる。第２の半導体スイッチＱ２が非導通になると、第２の半導体スイッチＱ２を流れる電流はゼロとなる。このとき、インダクタＬ１は、リアクトルエネルギーにより引き続き電流を同方向に流し続けようとする。このため、第１の半導体スイッチＱ１に並列接続された第１の外付けダイオードＤ１を経由してキャパシタＣ１に電流が流れ込む。

第２のパルス信号Ｐ２がオン，オフをする毎に、電力変換装置１００は上述した動作を繰り返す。その結果、電力変換装置１００は、キャパシタＣ１に電荷を補充する。

交流電圧Ｖａの極性は、正と負を交互に繰り返す。したがって、電力変換装置１００は、平滑コンデンサＣ２を充電する作用とキャパシタＣ１に電荷を補充する作用とを交互に繰り返す。すなわち電力変換装置１００は、キャパシタＣ１に電荷を補充した後に平滑コンデンサＣ２を充電する。したがって、平滑コンデンサＣ２を充電する際にはキャパシタＣ１に蓄えられた電荷が平滑コンデンサＣ２に移動する。

図１に示した電力変換装置１００の回路は、第１及び第２の半導体スイッチＱ１，Ｑ２がスイッチング動作しないと、倍電圧回路として動作する。つまり、入力電圧が例えば交流１００Ｖの場合は、略２００Ｖの直流電圧が出力端子１０２，１０３間に生じる。

前述したように第１及び第２の半導体スイッチＱ１，Ｑ２がスイッチング動作すると、キャパシタＣ１に蓄えられた電荷が平滑コンデンサＣ２に移動する。このため、電力変換装置１００の昇圧効果が加算される。その結果、電力変換装置１００は、入力電圧である交流電圧Ｖａを、その倍電圧よりもさらに高い電圧に昇圧して、基準電圧Ｖrefと略等しい直流の出力電圧Ｖoutを得ることができる。

このように、第１の実施形態によれば、電力変換装置１００は、全波整流を行うことなく、交流電源１０１から得られる交流電圧を直流電圧に変換して負荷１０４へ電力を供給することができる。したがって、全波整流のためのダイオードブリッジ回路が不要となるため、回路部品点数を削減でき、コストの低減を図ることができる。また、ダイオードブリッジ回路で発生していたダイオードの順方向電圧による損失がなくなるので、電力変換装置１００は、高効率の電力変換が可能となる。

その上、電力変換装置１００は、入力電流波形を入力電圧波形と相似形となるように制御している。このため、入力電流は正弦波となる。したがって、入力電流の高調波を抑制でき、ノイズの少ない電力変換を実現できる。入力電流の高調波を抑制するためには、一般には、力率改善コンバータ（ＰＦＣ）を別途設ける必要がある。しかし、電力変換装置１００は、力率改善コンバータを設ける必要がない。すなわち電力変換装置１００は、全波整流の機能と力率改善コンバータの機能とを１つの回路で実現しているので、より一層変換効率を高めることができる。

しかも、図４から明らかなように、インダクタＬ１等に流れる回路電流Ｉは、最大電流規定値（PeakＨ）と最小電流規定値（PeakＬ）との範囲内に抑制されているので、平均値とピーク値との差が小さい。インダクタＬ１、コンデンサＣ１、半導体スイッチＱ１，Ｑ２等の回路部品の定格は、回路電流のピーク値によって決まる。したがって、回路電流の平均値に対してピーク値がかけ離れていた場合、回路部品のコストアップにつながる。これに対して、電力変換装置１００は、回路電流平均値とピーク値との差を小さくできるので、インダクタＬ１の磁気飽和定格、コンデンサＣ１のリップル電流定格、第１及び第２の半導体スイッチＱ１，Ｑ２の最大電流定格等に余裕を持たせることができる。その結果、電力変換装置１００は、低コスト化を図ることができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態を、図５〜図８を用いて説明する。なお、第２の実施形態における電力変換装置２００の回路構成は、第１の実施形態と同様なので図１を代用し、共通部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略する。

図５は、電力変換装置２００において、入力電圧Ｖin及び回路電流Ｉと、第１及び第２のパルス信号Ｐ１，Ｐ２との関係を示す波形図である。図５において、区間Ｔ１〜Ｔ２は、交流電圧Ｖａの極性が正の区間である。この区間のとき、コントローラ１１０は、交流電圧Ｖａの周期よりはるかに高い周波数で第１のパルス信号Ｐ１を生成する。本実施形態では、このときの第１のパルス信号Ｐ１を、第１の半導体スイッチＱ１に対するメインパルス信号ＭＰと称する。また、この区間のとき、コントローラ１１０は、第１のパルス信号Ｐ１がオフする毎に第２のパルス信号Ｐ２を生成する。本実施形態では、このときの第２のパルス信号Ｐ２を、第２の半導体スイッチＱ２に対するサブパルス信号ＳＰと称する。

図５において、区間Ｔ２〜Ｔ３は、交流電圧Ｖａの極性が負の区間である。この区間のとき、コントローラ１１０は、交流電圧Ｖａの周期よりはるかに高い周波数で第２のパルス信号Ｐ２を生成する。本実施形態では、このときの第２のパルス信号Ｐ２を、第２の半導体スイッチＱ２に対するメインパルス信号ＭＰと称する。また、この区間のとき、コントローラ１１０は、第２のパルス信号Ｐ２がオフする毎に第１のパルス信号Ｐ１を生成する。本実施形態では、このときの第１のパルス信号Ｐ１を、第１の半導体スイッチＱ１に対するサブパルス信号ＳＰと称する。

すなわち、本実施形態においても、交流電圧Ｖａの極性が正のとき、第１の半導体スイッチＱ１が導通・非導通を繰り返す。交流電圧Ｖａの極性が負のとき、第２の半導体スイッチＱ２が導通・非導通を繰り返す。その結果、インダクタＬ１を流れる回路電流Ｉは、入力電圧Ｖinと相似形の正弦波となる。

図６及び図７は、コントローラ１１０の制御手順を示す流れ図である。なお、コントローラ１１０が、出力電圧検出部１０７で検出される出力電圧Ｖoutから基準電圧Ｖreを減じた出力電圧補正値（出力電圧Ｖout−基準電圧Ｖref）を周期的に算出し、この出力電圧補正値を低周波積分している点は、第１の実施形態と同様である。

負荷１０４への電力供給開始（パルス出力周期の開始）のタイミングになると、コントローラ１１０は、ステップＳＴ２１として現時点における上記出力電圧補正値の低周波積分値を、第１の帰還係数Ｋ１として決定する。また、この第１の帰還係数Ｋ１に一定の比率ａ（但し、１＞ａ＞０）を乗算した値を、第２の帰還係数Ｋ２として決定する。さらに、第１の帰還係数Ｋ１に一定の比率ｂ（但し、１＞ｂ＞ａ）を乗算した値を、第３の帰還係数Ｋ３として決定し、同じく第１の帰還係数Ｋ１に一定の比率ｃ（但し、ｂ＞ｃ＞ａ）を乗算した値を、第４の帰還係数Ｋ４として決定する。そして、第１〜第４の帰還係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３．Ｋ４（Ｋ１＞Ｋ３＞Ｋ４＞Ｋ２）をコントローラ１１０内のメモリで記憶する（電流規定値決定手段）。

次に、コントローラ１１０は、第１の実施形態のステップＳＴ２〜ＳＴ４と同様に、ステップＳＴ２２として入力電圧瞬時値Ｖinを取込み、ステップＳＴ２３としてこの入力電圧瞬時値Ｖinの極性を判定する。そして、その極性を表わすフラグ情報を上記メモリで記憶するとともに、ステップＳＴ２４として入力電圧絶対値を上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ２５としてメモリに記憶した入力電圧絶対値に前記第１の帰還係数Ｋ１を乗算して、最大電流規定値（PeakＨ）を算出する。同様に、入力電圧絶対値に前記第２の帰還係数Ｋ２を乗算して、最小電流規定値（PeakＬ）を算出する。さらに、入力電圧絶対値に前記第３の帰還係数Ｋ３を乗算して、サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）を算出する。また、入力電圧絶対値に前記第４の帰還係数Ｋ４を乗算して、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）を算出する。

次に、コントローラ１１０は、第１の実施形態のステップＳＴ６〜ＳＴ１４と同様に、ステップＳＴ２６として入力電圧Ｖinの極性が正であるか負であるかを判定する。そして、入力電圧Ｖinの極性が正である場合には（ＳＴ２６のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ２７として第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）をオンする。入力電圧Ｖinの極性が負である場合には（ＳＴ２６のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ２８として第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）をオンする（パルス信号出力手段）。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ２９として回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ３０としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ３１として回路電流絶対値が前記最大電流規定値（PeakＨ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値が最大電流規定値（PeakＨ）に達していない場合（ＳＴ３１のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ２９）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ３０）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値が最大電流規定値（PeakＨ）に達するまで、ステップＳＴ２９及びＳＴ３０の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値が最大電流規定値（PeakＨ）に達したならば（ＳＴ３１のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ３２として前記フラグ情報から入力電圧Ｖinの極性を再度判定する。そして、入力電圧Ｖinの極性が正である場合（ＳＴ３２のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ３３として前記第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）をオフする。これに対し、入力電圧Ｖinの極性が負である場合（ＳＴ３２のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ３４として前記第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）をオフする。

メインパルス信号ＭＰとしての第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）または第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）がオフすると、次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ３５として再びその時点の回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ３６としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ３７としてメモリで記憶した回路電流絶対値が前記サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値が前記サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）に達していない場合（ＳＴ３７のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ３５）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ３６）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値がサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）に下降するまで、ステップＳＴ３５及びＳＴ３６の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値がサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降したならば（ＳＴ３７のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ３８として入力電圧Ｖinの極性が正であるか負であるかを再度判定する。入力電圧Ｖinの極性が正である場合には（ＳＴ３８のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ３９として第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）をオンする。入力電圧Ｖinの極性が負である場合には（ＳＴ３８のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４０として第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）をオンする（パルス信号出力手段）。

サブパルス信号ＳＰとしての第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）または第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオンすると、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４１として回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ４２としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４３として回路電流絶対値が前記サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値がサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達していない場合（ＳＴ４３のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ４１）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ４２）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値がサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達するまで、ステップＳＴ４１及びＳＴ４２の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値がサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達したならば（ＳＴ４３のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４４として入力電圧Ｖinの極性を再度判定する。そして、入力電圧Ｖinの極性が正である場合（ＳＴ４４のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４５として前記第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）をオフする。これに対し、入力電圧Ｖinの極性が負である場合（ＳＴ４４のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４６として前記第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）をオフする。

サブパルス信号ＳＰとしての第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）または第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオフすると、次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４７として再びその時点の回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ４８としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ４９として回路電流絶対値が前記最小電流規定値（PeakＬ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値が前記最小電流規定値（PeakＬ）に達していない場合（ＳＴ４９のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ４７）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ４８）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）に下降するまで、ステップＳＴ４７及びＳＴ４８の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）まで下降したならば（ＳＴ４９のＹＥＳ）、パルス出力の１周期が完了する。かくして、次の１周期に移行するべく、コントローラ１１０は、この制御手順の最初の処理ステップＳＴ２１に戻る。すなわち、現時点における出力電圧補正値の低周波積分値から第１〜第４の帰還係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を決定する。以後、負荷１０４への電力供給が終了するまで、コントローラ１１０は、ステップＳＴ２１〜ＳＴ４９の各処理手順を繰り返す。

かかる構成の電力変換装置２００においては、入力電圧Ｖinの極性が正のときには、コントローラ１１０から第１の半導体スイッチＱ１に対して第１のパルス信号Ｐ１がメインパルス信号ＭＰとして供給される。第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）は、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）まで上昇するとオフし、最小電流規定値（PeakＬ）まで下降するとオンする。すなわち、回路電流Ｉが最小電流規定値（PeakＬ）になってから最大電流規定値（PeakＨ）に達するまで、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）はオンする。そして、最大電流規定値（PeakＨ）に達してから最小電流規定値（PeakＬ）に戻るまで、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）はオフする。

また、入力電圧Ｖinの極性が正のときでかつ第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオフのとき、コントローラ１１０から第２の半導体スイッチＱ２に対して第２のパルス信号Ｐ２がサブパルス信号ＳＰとして供給される。第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）は、回路電流Ｉがサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降するとオンし、さらにサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）まで下降するとオフする。

図８は、入力電圧Ｖinの極性が正のときの回路電流Ｉと、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）と、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）と、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流と、第２の外付けダイオードＤ２を流れる電流と、第２の半導体スイッチＱ２を流れる電流とを示している。なお、電力変換装置２００は、その一態様として、交流電源１０１の周波数を５０Ｈｚとし、第１及び第２の半導体スイッチＱ１，Ｑ２のスイチッング周波数を１００ｋＨｚとする。ただし、図で１００ｋＨｚの動作を表現しようとすると細かくなりすぎるので、便宜上、非常に粗い周期で記載している。

図８において、回路電流Ｉの最小電流規定値（PeakＬ）は、最大電流規定値（PeakＨ）の７割としている。また、図示しないが、回路電流Ｉのサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）は、最大電流規定値（PeakＨ）の９割とし、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）は、最大電流規定値（PeakＨ）の８割としている。最大電流規定値（PeakＨ）、サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）及び最小電流規定値（PeakＬ）は、比率は変わらず、入力電圧Ｖinに応じてその値が変化する。

図８に示すように、回路電流Ｉに対する最大電流規定値（PeakＨ）と最小電流規定値（PeakＬ）のエンベロープ曲線は、いずれも入力電圧Ｖｉｎの波形と相似形の正弦波状になる。そして、メインパルス信号ＭＰとしての第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）は、オンすると（時点Ｔ３１，Ｔ３５，Ｔ３９，Ｔ４３，Ｔ４７，Ｔ５１，Ｔ５５，Ｔ５９，Ｔ６３を参照）、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達するまでオン状態を維持する。

回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達すると（時点Ｔ３２，Ｔ３６，Ｔ４０，Ｔ４４，Ｔ４８，Ｔ５２，Ｔ５６，Ｔ６０，Ｔ６４を参照）、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）はオフする。その後、回路電流Ｉが最小電流規定値（PeakＬ）まで下降すると（時点Ｔ３５，Ｔ３９，Ｔ４３，Ｔ４７，Ｔ５１，Ｔ５５，Ｔ５９，Ｔ６３を参照）、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）は、再びオンする。以後、入力電圧Ｖinの極性が負となるまで、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）は、上述したオン・オフの動作を繰り返す。

一方、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）は、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達するまではオフしている。そして、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達した後、サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降すると（時点Ｔ３３，Ｔ３７，Ｔ４１，Ｔ４５，Ｔ４９，Ｔ５３，Ｔ５７，Ｔ６１を参照）、サブパルス信号ＳＰとしての第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオンする。そして、さらにサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）まで下降すると（時点Ｔ３４，Ｔ３８，Ｔ４２，Ｔ４６，Ｔ５０，Ｔ５４，Ｔ５８，Ｔ６２を参照）、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）はオフする。以後、入力電圧Ｖinの極性が負となるまで、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）は、上述したオン・オフの動作を繰り返す。

第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオンすると、第１の半導体スイッチＱ１が導通する。第１の半導体スイッチＱ１が導通すると、交流電源１０１、インダクタＬ１、キャパシタＣ１及び第１の半導体スイッチＱ１の閉回路が形成される。その結果、インダクタＬ１の線形リアクトル作用により、右上がりの直線的な電流が、キャパシタＣ１側から第１の半導体スイッチＱ１に流れる（区間Ｔ３１−Ｔ３２、Ｔ３５−Ｔ３６、Ｔ３９−Ｔ４０，Ｔ４３−Ｔ４４、Ｔ４７−Ｔ４８、Ｔ５１−Ｔ５２、Ｔ５５−Ｔ５６、Ｔ５９−Ｔ６０、Ｔ６３−Ｔ６４を参照）。

第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオフすると、第１の半導体スイッチＱ１が非導通になる。第１の半導体スイッチＱ１が非導通になると、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流はゼロとなる。このとき、インダクタＬ１は、リアクトルエネルギーにより引き続き電流を同方向に流し続けるようとする。このため、第２の半導体スイッチＱ２に並列接続された第２の外付けダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に電流が流れ込む（区間Ｔ３２−Ｔ３３、Ｔ３６−Ｔ３７、Ｔ４０−Ｔ４１、Ｔ４４−Ｔ４５、Ｔ４８−Ｔ４９、Ｔ５２−Ｔ５３、Ｔ５６−Ｔ５７、Ｔ６０−Ｔ６１を参照）。

第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオン，オフをする毎に、電力変換装置２００は上述した動作を繰り返す。その結果、電力変換装置２００は、出力端子１０２，１０３間の出力電圧Ｖoutを昇圧しながら、平滑コンデンサＣ２を充電する。

ここで、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオフし、回路電流Ｉがサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降すると、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオンする。第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）は、回路電流Ｉがサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達するまでオンしており、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達するとオフする。

第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオンすると、第２の半導体スイッチＱ２が導通する。第２の半導体スイッチＱ２が導通すると、第２の外付けダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に流れ込んでいた電流が、第２の半導体スイッチＱ２を経由して平滑コンデンサＣ２に流れ込むようになる（区間Ｔ３３−Ｔ３４、Ｔ３７−Ｔ３８、Ｔ４１−Ｔ４２、Ｔ４５−Ｔ４６、Ｔ４９−Ｔ５０、Ｔ５３−Ｔ５４、Ｔ５７−Ｔ５８、Ｔ６１−Ｔ６２を参照）。

回路電流Ｉがサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達して、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオフすると、第２の半導体スイッチＱ２が非導通となる。第２の半導体スイッチＱ２が非導通となると、第２の半導体スイッチＱ２を経由して平滑コンデンサＣ２に流れ込んでいた電流が、再び第２の外付けダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に流れ込む（区間Ｔ３４−Ｔ３５、Ｔ３８−Ｔ３９、Ｔ４２−Ｔ４３、Ｔ４６−Ｔ４７、Ｔ５０−Ｔ５１、Ｔ５４−Ｔ５５、Ｔ５８−Ｔ５９、Ｔ６２−Ｔ６３を参照）。

第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオン，オフをする毎に、電力変換装置２００は上述した動作を繰り返す。その結果、平滑コンデンサＣ２に流れ込む電流Ｉは、第１の半導体スイッチＱ１がオフした直後と、第１の半導体スイッチＱ１がオンする直前は、第２の外付けダイオードＤ２を経由して流れ、それ以外は、第２の半導体スイッチＱ２を経由して流れる。

一方、入力電圧Ｖinの極性が負のときには、コントローラ１１０から第２の半導体スイッチＱ２に対して第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）が供給される。第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）は、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達するまでオンし、最大電流規定値（PeakＨ）に達するとオフする。そして、その後、回路電流Ｉの絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）まで下降すると、第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）は、再びオンする。

また、入力電圧Ｖinの極性が負のときでかつ第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）がオフのとき、コントローラ１１０から第１の半導体スイッチＱ１に対して第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）が供給される。第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）は、回路電流Ｉがサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降するとオンし、さらにサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）まで下降するとオフする。

以後、入力電圧Ｖinの極性が正となるまで、第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）と第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）は、上述したオン・オフの動作を繰り返す。

第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）がオンすると、第２の半導体スイッチＱ２が導通する。第２の半導体スイッチＱ２が導通すると、交流電源１０１、インダクタＬ１、キャパシタＣ１、第２の半導体スイッチＱ２及び平滑コンデンサＣ２の閉回路が形成される。このとき、平滑コンデンサＣ２の電圧は、交流電圧Ｖａより高い。その結果、平滑コンデンサＣ２の充電電圧が第２の半導体スイッチＱ２及びインダクタＬ１を経由して交流電源１０１側に戻るように、電力変換装置１００は動作する。このため、右上がりの直線的な電流が、平滑コンデンサＣ２側から第２の半導体スイッチＱ２に流れる。

第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）がオフすると、第２の半導体スイッチＱ２が非導通になる。第２の半導体スイッチＱ２が非導通になると、第２の半導体スイッチＱ２を流れる電流はゼロとなる。このとき、インダクタＬ１は、リアクトルエネルギーにより引き続き電流を同方向に流し続けようとする。このため、第１の半導体スイッチＱ１に並列接続された第１の外付けダイオードＤ１を経由してキャパシタＣ１に電流が流れ込む。

第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）がオン，オフをする毎に、電力変換装置２００は上述した動作を繰り返す。その結果、電力変換装置２００は、キャパシタＣ１に電荷を補充する。

ここで、第２のパルス信号Ｐ２（ＭＰ）がオフし、回路電流Ｉがサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降すると、第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）がオンする。第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）は、回路電流Ｉがサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達するまでオンしており、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達するとオフする。

第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）がオンすると、第１の半導体スイッチＱ１が導通する。第１の半導体スイッチＱ１が導通すると、第１の外付けダイオードＤ１を経由してキャパシタＣ１に流れ込んでいた電流が、第１の半導体スイッチＱ１を経由してキャパシタＣ１に流れ込むようになる。

回路電流Ｉがサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達して、第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）がオフすると、第１の半導体スイッチＱ１が非導通となる。第１の半導体スイッチＱ１が非導通となると、第１の半導体スイッチＱ１を経由してキャパシタＣ１に流れ込んでいた電流が、再び第１の外付けダイオードＤ１を経由してキャパシタＣ１に流れ込む。

第１のパルス信号Ｐ１（ＳＰ）がオン，オフをする毎に、電力変換装置２００は上述した動作を繰り返す。その結果、キャパシタＣ１に流れ込む電流Ｉは、第２の半導体スイッチＱ２がオフした直後と、第２の半導体スイッチＱ２がオンする直前は、第１の外付けダイオードＤ１を経由して流れ、それ以外は、第１の半導体スイッチＱ１を経由して流れる。

交流電圧Ｖａの極性は、正と負を交互に繰り返す。したがって、電力変換装置２００は、平滑コンデンサＣ２を充電する作用とキャパシタＣ１に電荷を補充する作用とを交互に繰り返す。すなわち電力変換装置２００は、キャパシタＣ１に電荷を補充した後に平滑コンデンサＣ２を充電する。したがって、平滑コンデンサＣ２を充電する際にはキャパシタＣ１に蓄えられた電荷が平滑コンデンサＣ２に移動する。このため、電力変換装置２００の昇圧効果が加算される。よって、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

それに加えて、第２の実施形態の電力変換装置２００では、第１の半導体スイッチＱ１がオフした時点より第２の外付けダイオードＤ２に流れていた電流が、微小な遅延時間が経過すると第２の半導体スイッチＱ２に流れる。そして、この電流が最小電流規定値（PeakＬ）に達する直前の第１の半導体スイッチＱ１がオンする直前で、再び、第２の外付けダイオードＤ２に流れる。同様に、第２の半導体スイッチＱ２がオフしたことにより第１の外付けダイオードＤ１に流れていた電流が、第２の半導体スイッチＱ２がオフした時点から微小な遅延時間経過後に第１の半導体スイッチＱ１に流れる。そして、第２の半導体スイッチＱ２がオンする直前で、再び、第１の外付けダイオードＤ１に流れる。

第１の半導体スイッチＱ１と第２の半導体スイッチＱ２は、外付けダイオードＤ１，Ｄ２と比べてオン抵抗が非常に小さい。したがって、電力変換装置２００は、第１の実施形態の電力変換装置１００と比較して、より一層の電力変換効率を高めることができる。

なお、第１の半導体スイッチＱ１がオン，オフするタイミングと第２の半導体スイッチＱ２がオフ，オンするタイミングとを一致させると、電力変換効率はより一層高まる。しかし、半導体スイッチＱ１，Ｑ２は、特性のばらつきにより、同時にオンする可能性がある。第１の半導体スイッチＱ１と第２の半導体スイッチＱ２とが同時にオンすると、貫通電流が流れて回路がショートする。

このような不具合を防止するために、電力変換装置２００は、第１の半導体スイッチＱ１がオフしたときには微小な遅延時間を空けて第２の半導体スイッチＱ２がオンするようにしている。逆に、第２の半導体スイッチＱ２がオフしたときには微小な遅延時間を空けて第１の半導体スイッチＱ１がオンするようにしている。したがって、第１の半導体スイッチＱ１と第２の半導体スイッチＱ２とが同時にオンする区間が発生することはないので、回路がショートするような不具合は起こりえない。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態を、図９〜図１２を用いて説明する。なお、第３の実施形態における電力変換装置３００の回路構成は、第１の実施形態と同様なので図１を代用し、共通部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略する。

図９は、電力変換装置３００において、入力電圧Ｖin及び回路電流Ｉと、第１及び第２のパルス信号Ｐ１，Ｐ２との関係を示す波形図である。図９において、区間Ｔ１〜Ｔ２は、交流電圧Ｖａの極性が正の区間である。この区間のとき、コントローラ１１０は、交流電圧Ｖａの周期よりはるかに高い周波数で第１のパルス信号Ｐ１を生成する。本実施形態では、このときの第１のパルス信号Ｐ１を、第１の半導体スイッチＱ１に対するメインパルス信号ＭＰと称する。また、この区間内の区間Ｔ４〜Ｔ５に示すように、インダクタＬ１を流れる回路電流Ｉが所定の値ＳＨＬを超えるとき、コントローラ１１０は、第１のパルス信号Ｐ１がオフする毎に第２のパルス信号Ｐ２を生成する。本実施形態では、このときの第２のパルス信号Ｐ２を、第２の半導体スイッチＱ２に対するサブパルス信号ＳＰと称する。

図９において、区間Ｔ２〜Ｔ３は、交流電圧Ｖａの極性が負の区間である。この区間のとき、コントローラ１１０は、交流電圧Ｖａの周期よりはるかに高い周波数で第２のパルス信号Ｐ２を生成する。本実施形態では、このときの第２のパルス信号Ｐ２を、第２の半導体スイッチＱ２に対するメインパルス信号ＭＰと称する。また、この区間内の区間Ｔ６〜Ｔ７に示すように、インダクタＬ１を流れる回路電流Ｉが所定の値ＳＨＬを超えるとき、コントローラ１１０は、第２のパルス信号Ｐ２がオフする毎に第１のパルス信号Ｐ１を生成する。本実施形態では、このときの第１のパルス信号Ｐ１を、第１の半導体スイッチＱ１に対するサブパルス信号ＳＰと称する。

すなわち、本実施形態においても、交流電圧Ｖａの極性が正のとき、第１の半導体スイッチＱ１が導通・非導通を繰り返す。交流電圧Ｖａの極性が負のとき、第２の半導体スイッチＱ２が導通・非導通を繰り返す。その結果、インダクタＬ１を流れる回路電流Ｉは、入力電圧Ｖinと相似形の正弦波となる。

図１０及び図１１は、コントローラ１１０における制御手順の要部を示す流れ図である。図１０は、第２の実施形態で説明した図７に対応する。また、第２の実施形態で説明した図６に示す処理ステップＳＴ２１〜ＳＴ３１は、第３の実施形態でも適用される。すなわち、負荷１０４への電力供給開始（パルス出力周期の開始）のタイミングになると、電力変換装置３００のコントローラ１１０は、第２の実施形態で説明したステップＳＴ２１〜ＳＴ３１の処理を実行する。

ステップＳＴ３１において、回路電流絶対値が最大電流規定値（PeakＨ）に達すると（ＳＴ３１のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ５１として入力電圧Ｖinの極性を判定する。そして、入力電圧Ｖinの極性が正である場合（ＳＴ５１のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ５２として第１のパルス信号Ｐ１をオフする。これに対し、入力電圧Ｖinの極性が負である場合（ＳＴ５１のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ５３として前記第２のパルス信号Ｐ２をオフする。

第１のパルス信号Ｐ１または第２のパルス信号Ｐ２をオフすると、次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ５４としてその時点の回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ５５としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ５６としてメモリで記憶した回路電流絶対値が前記サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値が前記サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）に達していない場合（ＳＴ５６のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ５４）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ５５）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値がサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）に下降するまで、ステップＳＴ５４及びＳＴ５５の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値がサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降したならば（ＳＴ５６のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ５７として、現時点の最大電流規定値（PeakＨ）が予め設定された任意のしきい値ＳＨＬを超えているか否かを判定する（判定手段）。

最大電流規定値（PeakＨ）がしきい値ＳＨＬを超えていない場合（ＳＴ５７のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ５８〜ＳＴ６０として、第１の実施形態のステップＳＴ１５〜ＳＴ１７と同様の処理を実行する。すなわちコントローラ１１０は、ステップＳＴ５８として再びその時点の回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ５９としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６０としてメモリで記憶した回路電流絶対値が前記最小電流規定値（PeakＬ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値が前記最小電流規定値（PeakＬ）に達していない場合（ＳＴ６０のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ５８）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ５９）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）に下降するまで、ステップＳＴ５８及びＳＴ５９の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）まで下降したならば（ＳＴ６０のＹＥＳ）、パルス出力の１周期が完了する。かくして、次の１周期に移行するべく、コントローラ１１０は、この制御手順の最初の処理ステップＳＴ２１に戻る。

一方、最大電流規定値（PeakＨ）がしきい値ＳＨＬを超えている場合には（ＳＴ５７のＹＥＳ）、図１１に示すように、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６１〜ＳＴ７２として、第２の実施形態のステップＳＴ３８〜ＳＴ４９と同様の処理を実行する。すなわちコントローラ１１０は、ステップＳＴ６１として入力電圧Ｖinの極性が正であるか負であるかを再度判定する。入力電圧Ｖinの極性が正である場合には（ＳＴ６１のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６２として第２のパルス信号Ｐ２をオンする。入力電圧Ｖinの極性が負である場合には（ＳＴ６１のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６３として第１のパルス信号Ｐ１をオンする（パルス信号出力手段）。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６４として回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ６５としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６６として回路電流絶対値が前記サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値がサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達していない場合（ＳＴ６６のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ６４）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ６５）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値がサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達するまで、ステップＳＴ６４及びＳＴ６５の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値がサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達したならば（ＳＴ６６のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６７として入力電圧Ｖinの極性を再度判定する。そして、入力電圧Ｖinの極性が正である場合（ＳＴ６７のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６８として前記第２のパルス信号Ｐ２をオフする。これに対し、入力電圧Ｖinの極性が負である場合（ＳＴ６７のＮＯ）、コントローラ１１０は、ステップＳＴ６９として前記第１のパルス信号Ｐ１をオフする。

第１のパルス信号Ｐ１または第２のパルス信号Ｐ２をオフすると、次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ７０として再びその時点の回路電流瞬時値Ｉを取込む。そして、ステップＳＴ７１としてこの回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求め、上記メモリで記憶する。

次に、コントローラ１１０は、ステップＳＴ７２として回路電流絶対値が前記最小電流規定値（PeakＬ）に達したか否かを判定する。回路電流絶対値が前記最小電流規定値（PeakＬ）に達していない場合（ＳＴ７２のＮＯ）、コントローラ１１０は、再度、回路電流瞬時値Ｉを取込み（ＳＴ７０）、この回路電流瞬時値Ｉから極性を除いた回路電流絶対値を求めて、メモリに上書き記憶する（ＳＴ７１）。

こうして、コントローラ１１０は、回路電流絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）に下降するまで、ステップＳＴ７０及びＳＴ７１の処理を繰り返し実行する。回路電流絶対値が最小電流規定値（PeakＬ）まで下降したならば（ＳＴ７２のＹＥＳ）、パルス出力の１周期が完了する。かくして、次の１周期に移行するべく、コントローラ１１０は、この制御手順の最初の処理ステップＳＴ２１に戻る。

かかる構成の電力変換装置３００においても、入力電圧Ｖinの極性が正のときには、第２の実施形態と同様に、コントローラ１１０から第１の半導体スイッチＱ１に対してメインパルス信号ＭＰとしての第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）が供給される。

また、入力電圧Ｖinの極性が正のときでかつ第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオフのとき、コントローラ１１０から第２の半導体スイッチＱ２に対してサブパルス信号ＳＰとしての第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）が供給される点も第２の実施形態と同様である。ただし、第３の実施形態においては、最大電流規定値（PeakＨ）が所定のしきい値ＳＨＬを超えたときだけ、第２の半導体スイッチＱ２に対してサブパルス信号ＳＰである第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）が供給される。

図１２は、入力電圧Ｖinの極性が正のときの入力電流Ｉと、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）と、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）と、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流と、第２の外付けダイオードＤ２を流れる電流と、第２の半導体スイッチＱ２を流れる電流とを示している。なお、電力変換装置３００は、その一態様として、交流電源１０１の周波数を５０Ｈｚとし、第１及び第２の半導体スイッチＱ１，Ｑ２のスイチッング周波数を１００ｋＨｚとする。ただし、図で１００ｋＨｚの動作を表現しようとすると細かくなりすぎるので、便宜上、非常に粗い周期で記載している。

図１２において、回路電流Ｉの最小電流規定値（PeakＬ）は、最大電流規定値（PeakＨ）の７割としている。また、図示しないが、回路電流Ｉのサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）は、最大電流規定値（PeakＨ）の９割とし、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）は、最大電流規定値（PeakＨ）の８割としている。最大電流規定値（PeakＨ）、サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）及び最小電流規定値（PeakＬ）は、比率は変わらず、入力電圧Ｖinに応じてその値が変化する。

図１２に示すように、回路電流Ｉに対する最大電流規定値（PeakＨ）と最小電流規定値（PeakＬ）のエンベロープ曲線は、いずれも入力電圧Ｖｉｎの波形と相似形の正弦波状になる。そして、メインパルス信号ＭＰとしての第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）は、オンすると（時点Ｔ７１，Ｔ７３，Ｔ７５，Ｔ７９，Ｔ８３，Ｔ８７，Ｔ９１，Ｔ９３，Ｔ９５を参照）、回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達するまでオン状態を維持する。

回路電流Ｉが最大電流規定値（PeakＨ）に達すると（時点Ｔ７２，Ｔ７４，Ｔ７６，Ｔ８０，Ｔ８４，Ｔ８８，Ｔ９２，Ｔ９４，Ｔ９６を参照）、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）はオフする。その後、回路電流Ｉが最小電流規定値（PeakＬ）まで下降すると（時点Ｔ７３，Ｔ７５，Ｔ７９，Ｔ８３，Ｔ８７，Ｔ９１，Ｔ９３，Ｔ９５を参照）、第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）は、再びオンする。以後、入力電圧Ｖinの極性が負となるまで、メインパルス信号ＭＰとしての第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）は、上述したオン・オフの動作を繰り返す。

一方、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）は、回路電流Ｉの最大電流規定値（PeakＨ）がしきい値ＳＨＬを超えるまではオフしている。そして、最大電流規定値（PeakＨ）がしきい値ＳＨＬを超えた後、サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降すると（時点Ｔ７７，Ｔ８１，Ｔ８５，Ｔ８９を参照）、第２のパルス信号Ｐ２は、サブパルス信号ＳＰとしてオンする。そして、さらにサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）まで下降すると（時点Ｔ７８，Ｔ８２，Ｔ８６，Ｔ９０を参照）、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）はオフする。以後、回路電流Ｉの最大電流規定値（PeakＨ）がしきい値ＳＨＬより低下するまで、サブパルス信号ＳＰとしての第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）は、上述したオン・オフの動作を繰り返す。

第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオンすると、第１の半導体スイッチＱ１が導通する。第１の半導体スイッチＱ１が導通すると、交流電源１０１、インダクタＬ１、キャパシタＣ１及び第１の半導体スイッチＱ１の閉回路が形成される。その結果、インダクタＬ１の線形リアクトル作用により、右上がりの直線的な電流が、キャパシタＣ１側から第１の半導体スイッチＱ１に流れる（区間Ｔ７１−Ｔ７２、Ｔ７３−Ｔ７４、Ｔ７５−Ｔ７６、Ｔ７９−Ｔ８０、Ｔ８３−Ｔ８４、Ｔ８７−Ｔ８８、Ｔ９１−Ｔ９２、Ｔ９３−Ｔ９４、Ｔ９５−９６を参照）。

第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオフすると、第１の半導体スイッチＱ１が非導通になる。第１の半導体スイッチＱ１が非導通になると、第１の半導体スイッチＱ１を流れる電流はゼロとなる。このとき、インダクタＬ１は、リアクトルエネルギーにより引き続き電流を同方向に流し続けるようとする。このため、第２の半導体スイッチＱ２に並列接続された第２の外付けダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に電流が流れ込む（区間Ｔ７２−Ｔ７３、Ｔ７４−Ｔ７５、Ｔ７６−Ｔ７９、Ｔ８０−Ｔ８３、Ｔ８４−Ｔ８７、Ｔ８８−Ｔ９１、Ｔ９２−Ｔ９３、Ｔ９４−Ｔ９５を参照）。

第１のパルス信号Ｐ１（ＭＰ）がオン，オフをする毎に、電力変換装置１００は上述した動作を繰り返す。その結果、電力変換装置１００は、出力端子１０２，１０３間の出力電圧Ｖoutを昇圧しながら、平滑コンデンサＣ２を充電する。

ここで、回路電流Ｉの最大電流規定値（PeakＨ）がしきい値ＳＨＬを超えたとき、第１のパルス信号Ｐ１がオフして回路電流Ｉがサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降すると、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオンする。第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）は、回路電流Ｉがサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達するまでオンしており、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）に達するとオフする。

第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオンするまでは、第２の外付けダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に電流が流れ込む（区間Ｔ７６−Ｔ７７、Ｔ８０−Ｔ８１、Ｔ８４−Ｔ８５、Ｔ８８−Ｔ８９を参照）。第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオンすると、第２の半導体スイッチＱ２が導通する。第２の半導体スイッチＱ２が導通すると、第２の外付けダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に流れ込んでいた電流が、第２の半導体スイッチＱ２を経由して平滑コンデンサＣ２に流れ込むようになる（区間Ｔ７７−Ｔ７８、Ｔ８１−Ｔ８２、Ｔ８５−Ｔ８６、Ｔ８９−Ｔ９０を参照）。

回路電流Ｉがサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）まで下降して、第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオフすると、第２の半導体スイッチＱ２が非導通となる。第２の半導体スイッチＱ２が非導通となると、第２の半導体スイッチＱ２を経由して平滑コンデンサＣ２に流れ込んでいた電流が、再び第２の外付けダイオードＤ２を経由して平滑コンデンサＣ２に流れ込む（区間Ｔ７８−Ｔ７９、Ｔ８２−Ｔ８３、Ｔ８６−Ｔ８７、Ｔ９０−Ｔ９１を参照）。

第２のパルス信号Ｐ２（ＳＰ）がオン，オフをする毎に、電力変換装置３００は上述した動作を繰り返す。その結果、回路電流Ｉの最大電流規定値（PeakＨ）がしきい値ＳＨＬを超えたとき、平滑コンデンサＣ２に流れ込む電流Ｉは、第１の半導体スイッチＱ１がオフした直後と、第１の半導体スイッチＱ１がオンする直前は、第２の外付けダイオードＤ２を経由して流れ、それ以外は、第２の半導体スイッチＱ２を経由して流れる。

このように、電力変換装置３００は、回路電流Ｉが多いときにサブパルス信号ＳＰを発生させて、外付けダイオードＤ１，Ｄ２を流れる電流を第１の半導体スイッチＱ１または第２の半導体スイッチＱ２でバイパスするようにしている。回路電流Ｉが少ないときには、第１の半導体スイッチＱ１または第２の半導体スイッチＱ２で電流をバイパスする効果は薄い上、半導体スイッチＱ１，Ｑ２を駆動するための電力が必要となる。そこで、第３の実施形態のように、回路電流Ｉが多いときにサブパルス信号ＳＰを発生させることで、電力変換装置３００は、第２の実施形態の電力変換装置２００よりも効率を高めることが可能となる。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態を、図１３を用いて説明する。第４の実施形態の電力変換装置４００は、第３の実施形態の電力変換装置３００におけるコントローラ１１０の処理手順を一部変更したものであって、図１３は、第３の実施形態で説明した図１０と対応している。そして、図１０と共通する部分には同一符号を付している。また、第２の実施形態で説明した図６に示す処理ステップＳＴ２１〜ＳＴ３１は、第４の実施形態でも適用される。すなわち、負荷１０４への電力供給開始（パルス出力周期の開始）のタイミングになると、電力変換装置４００のコントローラ１１０は、第２の実施形態で説明したステップＳＴ２１〜ＳＴ３１の処理を実行する。

図１０と図１３とを比較すれば明らかなように、電力変換装置４００のコントローラ１１０は、ステップＳＴ５６にて回路電流絶対値がサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）まで下降した後の処理が、第３の実施形態と異なる。すなわち、第４の実施形態では、コントローラ１１０は、ステップＳＴ８１として最大電流規定値（PeakＨ）から最小電流規定値（PeakＬ）を減じた値Ｘを算出する。そして、コントローラ１１０は、ステップＳＴ８２として算出値Ｘが予め設定された所定値Ｙより大きいか否かを判定する（判定手段）。

算出値Ｘが所定値Ｙ以下の場合（ＳＴ８２のＮＯ）、コントローラ１１０は、第３の実施形態のステップＳＴ５８〜ＳＴ６０の処理を実行する。これに対し、算出値Ｘが所定値Ｙより大きい場合には（ＳＴ８２のＹＥＳ）、コントローラ１１０は、第３の実施形態のステップＳＴ６１〜ＳＴ７２の処理（図１１を参照）を実行する。

第３の実施形態では、電力変換装置３００が、回路電流Ｉの最大電流規定値（PeakＨ）が所定のしきい値ＳＨＬを超えたときサブパルス信号ＳＰを発生させて、外付けダイオードＤ１，Ｄ２を流れる電流を第１の半導体スイッチＱ１または第２の半導体スイッチＱ２でバイパスするようにしている。これに対して、第４の実施形態では、電力変換装置４００が、回路電流Ｉの最大電流規定値（PeakＨ）と最小電流規定値（PeakＬ）との偏差Ｘが所定値Ｙより大きいときサブパルス信号ＳＰを発生させて、外付けダイオードＤ１，Ｄ２を流れる電流を第１の半導体スイッチＱ１または第２の半導体スイッチＱ２でバイパスするようにしている。

回路電流Ｉの最大電流規定値（PeakＨ）が小さいとき、最大電流規定値（PeakＨ）と最小電流規定値（PeakＬ）との偏差Ｘも小さい。したがって、第４の実施形態の電力変換装置４００においても、第３の実施形態の電力変換装置３００と同様な作用効果を奏し得る。

以下、前記各実施形態の変形例について説明する。
前記第１〜第４の実施形態では、回路電流Ｉの最小電流規定値（PeakＬ）を最大電流規定値（PeakＨ）の７割としたが、この比率に限定されるものではなく、８割としたり６割以下としたりしても良い。例えば、図１４に示すように、最小電流規定値（PeakＬ）をゼロに近づけてもよい。こうすることにより、電流波形は三角波に近似するので、電流差を検出し易くなる。したがって、第２〜第４の実施形態のように、最大電流規定値（PeakＨ）と最小電流規定値（PeakＬ）とに加えてサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）とサブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）を利用する場合に、各信号を検出し易くなる。このような実施形態は、比較的、小容量の電力変換の場合に有益である。また、大容量の場合でも、無負荷に近い状態で駆動する場合には有益である。

また、前記第２〜第４の実施形態では、回路電流Ｉのサブパルスオン規定値（PeakＭＨ）は最大電流規定値（PeakＨ）の９割とし、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）は最大電流規定値（PeakＨ）の８割としたが、この比率も、“最大電流規定値（PeakＨ）＞サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）＞サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）＞最小電流規定値（PeakＬ）”の関係を維持できれば特に限定されるものではない。なお、サブパルスオン規定値（PeakＭＨ）は最大電流規定値（PeakＨ）に近い方が望ましく、サブパルスオフ規定値（PeakＭＬ）は最小電流規定値（PeakＬ）に近い方が望ましい。そうすることにより、サブパルス信号ＳＰによって半導体スイッチＱ１，Ｑ２を導通させている期間が長くなるため、電力変換効率がより一層向上する。

また、各実施形態では、交流電源として１００Ｖの商用電源（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）を入力電源としたが、交流電源は、１００Ｖの商用電源に限定されるものではない。例えば、２００〜２２０Ｖの商用電源（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）を入力電源とし、所望の直流電圧に変換して負荷へ電力を供給する電力変換装置であってもよい。

図１５に、１００Ｖの交流電源と２００Ｖの交流電源を印加した場合の始動時の電圧変化を示す。１００Ｖの交流電源を印加した場合、平滑コンデンサＣ２にチャージアップされる電圧は、図１５中Ｅ１に示すように略２００Ｖとなる。これに対し、２００Ｖの交流電源を印加した場合に平滑コンデンサＣ２にチャージアップされる電圧は、図１５中Ｅ２に示すように略４００Ｖとなる。しかしいずれの場合においても、スイッチング動作を開始すると（時点ｔ０）、その出力電圧は、リファレンス電圧（この例では６００Ｖ）に等しくなるように制御がかかる。

また、各実施形態では、図１に示す回路を基本構成としたが、基本構成の回路は図１のものに限定されるものではない。基本構成の他の回路例を、図１６及び図１７に示す。

図１６は、第１の半導体スイッチＱ１に対して並列に接続されていた第１の外付けダイオードＤ１と、第２の半導体スイッチＱ２に対して並列に接続されていた第２の外付けダイオードＤ１とを省略した場合である。半導体スイッチＱ１，Ｑ２は、ボディダイオードを内蔵している。そこで、図１６の回路は、外付けダイオードＤ１，Ｄ２の代わりに、半導体スイッチＱ１，Ｑ２のボディダイオードを利用する。

図１７は、第１のパルス信号Ｐ１及び第２のパルス信号Ｐ２でスイッチング動作する一対のスイッチとして、半導体スイッチＱ１，Ｑ２の代わりに、機械的スイッチＳ１，Ｓ２を使用した例である。なお、機械的スイッチＳ１，Ｓ２の代わりに、トライアックのようなボディダイオードを有しない半導体スイッチを適用することも可能である。

また、例えば、交流電源１０１に接続されるインダクタＬ１とキャパシタＣ１とは直列接続である。そこで、交流電源１０１の一端にキャパシタＣ１の一端を接続し、キャパシタＣ１の他端にインダクタｌ１を介して半導体スイッチＱ１または機械的スイッチＳ１を接続することも可能である。

また、回路電流Ｉを検出する位置は、各実施形態の位置に限定されるものではない。例えば、交流電源１０１の一端に電流検出部５０１，６０２を介してインダクタＬ１を接続し、交流電源１０１の他端にキャパシタＣ１を接続して、交流電源１０１とインダクタＬ１との間を流れる電流を回路電流Ｉとして検出してもよい。

あるいは、インダクタＬ１に対して２次巻線Ｌ２を配置し、この２次巻線Ｌ２に発生する電圧から回路電流Ｉを検出してもよい。

また、第１の半導体スイッチＱ１及び第２の半導体スイッチＱ２に対してそれぞれ低抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続し、低抵抗Ｒ１，Ｒ２毎にその両端にピーク電流検出部８１，８２を接続する。そして、低抵抗Ｒ１，Ｒ２を流れる電流を電圧値に変換して、ピーク電流を検出してもよい。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００，２００，３００，４００…電力変換装置、１０１…交流電源、１０４…負荷、１０５…入力電圧検出部、１０６…回路電流検出部、１０７…出力電圧検出部、１１０…コントローラ。

Claims (6)

1. 交流電源の両端にインダクタとキャパシタを直列に介して接続し、パルス信号がオンすると導通しオフすると非導通となる第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチの両端に平滑コンデンサを直列に介して接続し、前記パルス信号がオンすると導通しオフすると非導通となる第２のスイッチと、
   前記交流電源の電圧を入力電圧として検出する入力電圧検出部と、
   前記インダクタに流れる回路電流を検出する回路電流検出部と、
   前記平滑コンデンサの両端の電圧を出力電圧として検出する出力電圧検出部と、
   前記出力電圧検出部で検出される出力電圧から所定の基準電圧を減じた出力電圧補正値と前記入力電圧検出部で検出される入力電圧とから、各パルス周期の回路電流ピーク値及びこのピーク値よりも小さい下限値を決定する電流規定値決定手段と、
   パルス周期の開始に応じてオンし、前記回路電流検出部で検出される回路電流が前記ピーク値に達するまではオン状態を維持し、前記第ピーク値に達するとオフし、その後、前記下限値まで下降すると再びオンするパルス信号を、前記入力電圧の極性が正のときには前記第１のスイッチに出力し、前記入力電圧の極性が負のときには前記第２のスイッチに出力するパルス信号出力手段と、
   を具備したことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１及び第２のスイッチは、ボディダイオードを有する半導体スイッチであることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記第１及び第２のスイッチに対してそれぞれ並列にダイオードを外付けしたことを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
4. 前記電流規定値決定手段は、前記ピーク値と前記下限値との間に、前記ピーク値に近いオン規定値と前記下限値に近いオフ規定値とをさらに決定し、
   前記パルス信号出力手段は、前記回路電流検出部で検出される回路電流が前記ピーク値に達した後、前記オン規定値まで下降するとオンし、その後、前記オフ規定値までさらに下降するとオフするパルス信号を、前記入力電圧の極性が正のときには前記第２のスイッチに出力し、前記入力電圧の極性が負のときには前記第１のスイッチに出力することを特徴とする請求項２または３記載の電力変換装置。
5. 前記電流規定値決定手段により決定される前記ピーク値が予め設定された判定値より大きいか否かを判定する判定手段、をさらに具備し、
   前記パルス信号出力手段は、前記判定手段により前記ピーク値が前記判定値より大きいと判定されたことを条件に、前記回路電流検出部で検出される回路電流が前記ピーク値に達した後、前記オン規定値まで下降するとオンし、その後、前記オフ規定値までさらに下降するとオフするパルス信号を、前記入力電圧の極性が正のときには前記第２のスイッチに出力し、前記入力電圧の極性が負のときには前記第１のスイッチに出力することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
6. 前記電流規定値決定手段により決定される前記ピーク値と前記下限値との差分が予め設定された判定値より大きいか否かを判定する判定手段、をさらに具備し、
   前記パルス信号出力手段は、前記判定手段により前記差分が前記判定値より大きいと判定されたことを条件に、前記回路電流検出部で検出される回路電流が前記ピーク値に達した後、前記オン規定値まで下降するとオンし、その後、前記オフ規定値までさらに下降するとオフするパルス信号を、前記入力電圧の極性が正のときには前記第２のスイッチに出力し、前記入力電圧の極性が負のときには前記第１のスイッチに出力することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。

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