JP5517361B2 - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
図５１に示す絶縁昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。図５１の絶縁昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）を所定のタイミングで切り替えてスイッチングさせることで直流電源ＶＤＣ１より高い直流電圧を負荷Ｒ５に供給することができる。
しかし、図５１の絶縁昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）のスイッチング損失が大きいハードスイッチング方式であり、効率の低下及びノイズの発生という課題があった。
そこで、スイッチング素子のソフトスイッチング化を目的としたＤＣ−ＤＣコンバータが報告されている（例えば、特許文献１を参照。）。図５２は、特許文献１のＤＣ−ＤＣコンバータを説明する図である。スイッチング素子（１０３、１０４、１０５、１０６）をブリッジ接続し、スイッチング回路を構成する。トランス１１０の一次巻線の一端が第１及び第２のスイッチング素子（１０３、１０４）の間に接続され、一次巻線の他端が第３及び第４のスイッチング素子（１０５、１０６）の間に接続される。そして、クランプ用スイッチング素子１１５と、クランプ用コンデンサ１１６とを直列接続した付加回路がスイッチング回路の両端間に接続される。
図５３を用いて特許文献１のＤＣ−ＤＣコンバータの動作を説明する。
（１）期間ｔ１〜ｔ２
フルブリッジのスイッチング素子（１０３、１０４、１０５、１０６）が全てオン状態、クランプ用スイッチング素子１１５はオフ状態とする。トランス１１０の一次巻線は短絡され、漏れインダクタンス１１１及びトランス１１０の一次巻線には励磁電流が保持されている。トランス１１０の二次巻線は電圧ゼロである。昇圧インダクタンス１１４には入力電圧Ｖｉｎが印加し、昇圧インダクタンス１１４の電流は増加している。
（２）期間ｔ２〜ｔ３
ｔ２でスイッチング素子（１０４、１０５）をオフさせる。スイッチング素子（１０４、１０５）の出力容量が昇圧インダクタンス１１４の電流でコンデンサ１１６と同じ電圧に充電される。その後昇圧インダクタンス１１４の電流の方が漏れインダクタンス１１１の電流よりも大きく、その差電流はクランプ用コンデンサ１１６に流れ充電する。また、トランス１１０の一次巻線と漏れインダクタンス１１１にコンデンサ１１６の電圧が印加する。漏れインダクタンス１１１には、コンデンサ１１６の電圧とコンデンサ１２２の出力電圧をトランス１１０の一次側に換算した電圧の差電圧が印加し、漏れインダクタンス１１１の電流は直線的に増加する。クランプ用コンデンサ１１６を充電している期間にクランプ用スイッチング素子１１５をオンさせる。クランプ用スイッチング素子１１５をオンするときゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）となる。
（３）期間ｔ３〜ｔ４
ｔ３でトランス１１０の一次巻線（漏れインダクタンス１１１の電流と同じ）に流れる電流が昇圧Ｌ１１４の電流と同じになり、クランプ用コンデンサ１１６を充電する電流はゼロとなる。以後は、クランプ用コンデンサ１１６は放電しトランス１１０の一次巻線（漏れインダクタンス１１１の電流と同じ）に流れる電流は更に増加する。
（４）期間ｔ４〜ｔ５
ｔ４でクランプ用スイッチング素子１１５をオフ、クランプ用コンデンサ１１６からの放電がなくなり漏れインダクタンス１１１の電流は減少に転ずる。漏れインダクタンス１１１の電流と昇圧Ｌ１１４の電流との差電流でスイッチング素子（１０４、１０５）の出力容量を放電させる。漏れインダクタンス１１１の電流は出力電圧（トランス１１０の一次側に換算）でリセットされ減少する。
（５）期間ｔ５〜
スイッチング素子（１０４、１０５）の出力容量が放電し、漏れインダクタンス１１１の電流が昇圧インダクタンス１１４電流より大きい期間ｔ５でスイッチング素子（１０４、１０５）をオンさせる。スイッチング素子（１０４、１０５）がオンするときはＺＶＳである。
期間ｔ２〜ｔ５が前半の半周期のタイミングであり、スイッチング素子（１０３、１０６）がオフして後半の半周期が始まり、期間ｔ２〜ｔ５と同様な動作をする。
（１）期間ｔ１〜ｔ２
フルブリッジのスイッチング素子（１０３、１０４、１０５、１０６）が全てオン状態、クランプ用スイッチング素子１１５はオフ状態とする。トランス１１０の一次巻線は短絡され、漏れインダクタンス１１１及びトランス１１０の一次巻線には励磁電流が保持されている。トランス１１０の二次巻線は電圧ゼロである。昇圧インダクタンス１１４には入力電圧Ｖｉｎが印加し、昇圧インダクタンス１１４の電流は増加している。
（２）期間ｔ２〜ｔ３
ｔ２でスイッチング素子（１０４、１０５）をオフさせる。スイッチング素子（１０４、１０５）の出力容量が昇圧インダクタンス１１４の電流でコンデンサ１１６と同じ電圧に充電される。その後昇圧インダクタンス１１４の電流の方が漏れインダクタンス１１１の電流よりも大きく、その差電流はクランプ用コンデンサ１１６に流れ充電する。また、トランス１１０の一次巻線と漏れインダクタンス１１１にコンデンサ１１６の電圧が印加する。漏れインダクタンス１１１には、コンデンサ１１６の電圧とコンデンサ１２２の出力電圧をトランス１１０の一次側に換算した電圧の差電圧が印加し、漏れインダクタンス１１１の電流は直線的に増加する。クランプ用コンデンサ１１６を充電している期間にクランプ用スイッチング素子１１５をオンさせる。クランプ用スイッチング素子１１５をオンするときゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）となる。
（３）期間ｔ３〜ｔ４
ｔ３でトランス１１０の一次巻線（漏れインダクタンス１１１の電流と同じ）に流れる電流が昇圧Ｌ１１４の電流と同じになり、クランプ用コンデンサ１１６を充電する電流はゼロとなる。以後は、クランプ用コンデンサ１１６は放電しトランス１１０の一次巻線（漏れインダクタンス１１１の電流と同じ）に流れる電流は更に増加する。
（４）期間ｔ４〜ｔ５
ｔ４でクランプ用スイッチング素子１１５をオフ、クランプ用コンデンサ１１６からの放電がなくなり漏れインダクタンス１１１の電流は減少に転ずる。漏れインダクタンス１１１の電流と昇圧Ｌ１１４の電流との差電流でスイッチング素子（１０４、１０５）の出力容量を放電させる。漏れインダクタンス１１１の電流は出力電圧（トランス１１０の一次側に換算）でリセットされ減少する。
（５）期間ｔ５〜
スイッチング素子（１０４、１０５）の出力容量が放電し、漏れインダクタンス１１１の電流が昇圧インダクタンス１１４電流より大きい期間ｔ５でスイッチング素子（１０４、１０５）をオンさせる。スイッチング素子（１０４、１０５）がオンするときはＺＶＳである。
期間ｔ２〜ｔ５が前半の半周期のタイミングであり、スイッチング素子（１０３、１０６）がオフして後半の半周期が始まり、期間ｔ２〜ｔ５と同様な動作をする。
上述のように、特許文献１のＤＣ−ＤＣコンバータは、トランスの一次側にクランプ用スイッチング素子１１５及びクランプ用コンデンサ１１６からなる付加回路を配置してスイッチング素子のソフトスイッチング化を図り、前記課題を解決している。
一方、前記課題を解決するためにトランスの二次側に付加回路を配置するＤＣ−ＤＣコンバータは知られていない。そこで、本発明は、スイッチング素子のソフトスイッチング化を図る付加回路をトランスの二次側に配置したＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子の電圧がゼロのときに当該スイッチング素子をオフするように動作させる制御回路を配置し、スイッチング素子をオフする際にＺＶＳを可能とする付加回路をトランスの二次側に配置することとした。
具体的には、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、入力電源に直列接続される昇圧チョークと、２つ又は４つのスイッチング素子を有するスイッチング回路と、一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、前記二次巻線に直列接続された共振チョークと、前記二次巻線と前記共振チョークに並列接続された共振コンデンサと、前記スイッチング回路を制御する制御回路と、を備える。前記スイッチング回路の前記スイッチング素子はスイッチと前記スイッチと並列するダイオードからなり、前記入力電源の正極からの供給電流の方向が前記ダイオードの逆方向となるように、且つ全ての前記スイッチがオンのときに前記一次巻線を短絡できるように前記一次巻線の一端と他端にそれぞれ接続されている。前記制御回路は、全ての前記スイッチング素子の前記スイッチがオンの状態とする一次巻線短絡ステップの後、前記二次巻線に前記共振チョーク及び前記共振コンデンサで生じた共振電流の一次側換算値が、前記供給電流より大きくなり、前記共振電流の一次側換算値と前記供給電流との差電流が前記スイッチング素子と前記一次巻線とをループしている間に、前記スイッチング素子のうち前記差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じである前記スイッチング素子の前記スイッチをオフする順方向スイッチオフステップを行うように制御する。
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、共振チョークと共振コンデンサからなる付加回路をトランスの二次側に備えている。制御回路は、付加回路で生じた共振電流の一次側換算値が大きくなり一次側のスイッチング素子に流れる電流がスイッチに並列するダイオードの順方向であるときに当該スイッチをオフするように制御する。電流はダイオード経由で流れ続けるため、スイッチング素子はＺＶＳのソフトスイッチングとなる。
従って、本発明は、スイッチング素子のソフトスイッチング化を図る付加回路をトランスの二次側に配置したＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次巻線と前記共振チョークの直列接続に並列接続された整流素子及び出力コンデンサからなる出力回路をさらに備え、前記制御回路は、前記順方向スイッチオフステップの後、前記入力電源が前記昇圧チョーク、前記トランス、前記共振チョーク、及び前記出力回路の前記整流素子を介し、出力へ電力を供給している状態で、前記一次巻線短絡ステップを行うように制御することを特徴とする。
制御回路は、直流電源からトランスを通じて二次側の負荷へエネルギーを伝達中に、スイッチがオフで電流が流れていないスイッチング素子のスイッチをオンとする。トランスの二次側巻線には共振コイルによる遅れ電流が流れており、当該スイッチング素子のスイッチがオンとなってもトランスの一次側のチョークコイルからの電流は一次巻線に流れようとするため、当該スイッチング素子の電流はゼロから始まる。このため、スイッチング素子はＺＣＳのソフトスイッチングとなる。
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、共振スイッチと前記共振スイッチに並列するクランプダイオードからなる共振スイッチング素子を前記共振コンデンサの両端にさらに備える。前記共振スイッチング素子は、前記クランプダイオードの順方向が向き合うように接続されている。前記制御回路は、前記一次巻線短絡ステップから前記順方向スイッチオフステップの間で、前記共振コンデンサに蓄えられているエネルギーを放出可能な方の前記共振スイッチング素子の前記共振スイッチをオンさせ、前記二次巻線、前記共振チョーク、クランプダイオード及び前記共振コンデンサに共振電流を発生させる共振開始ステップを行うように制御する。
共振スイッチング素子は、トランスの二次巻線と付加回路に生じる共振を起こすタイミングを制御してスイッチング素子のオフ時のＺＶＳを実現する。また、共振スイッチング素子のスイッチのオンは、電位差がゼロで電流もゼロから増加し始めるので、ソフトスイッチングとなる。
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの前記制御回路は、前記順方向スイッチオフステップの後、前記入力電源が前記昇圧チョーク、前記トランス、前記共振チョーク、及び前記出力回路の前記整流素子を介し、出力へ電力を供給している状態で、オンしている前記共振スイッチング素子の前記共振スイッチをオフするように制御する。
制御回路は、直流電源からトランスを通じて二次側の負荷へエネルギーを伝達中、且つ共振コンデンサの充電が完了後に共振スイッチング素子のスイッチをオフとする。共振スイッチング素子のスイッチのオフは、電位差がゼロで電流もゼロなのでソフトスイッチングとなる。
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング回路は、２つの前記スイッチング素子を直列に接続した直列接続を２つ並列させ、一方の前記直列接続の前記スイッチング素子間から他方の前記直列接続の前記スイッチング素子間に前記一次巻線が接続される構成とすることができる。本ＤＣ−ＤＣコンバータは、４つのスイッチング素子でフルブリッジ回路を形成している。
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの前記昇圧チョークが前記一次巻線のセンタータップに接続しており、前記スイッチング回路は、２つの前記スイッチング素子を前記一次巻線の両端にそれぞれ接続する構成とすることができる。本ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つのスイッチング素子でプッシュプル回路を形成している。
本発明は、スイッチング素子のソフトスイッチング化を図る付加回路をトランスの二次側に配置したＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
図１は、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１を説明する回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、入力電源ＶＤＣ１に直列接続される昇圧チョークＬ１と、４つのスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）を有するスイッチング回路１１Ａと、一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２を有するトランスＴ１と、二次巻線Ｎ２に直列接続された共振チョークＬ２と、二次巻線Ｎ２と共振チョークＬ２に並列接続された共振コンデンサＣ３と、スイッチング回路１１Ａを制御する制御回路１０と、を備える。ここで、共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３からなる回路を共振回路１２Ａとする。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、二次巻線Ｎ２と共振チョークＬ２の直列接続に並列接続された整流素子（Ｄ５，Ｄ６）及び出力コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）からなる出力回路１３をさらに備える。
図１は、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１を説明する回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、入力電源ＶＤＣ１に直列接続される昇圧チョークＬ１と、４つのスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）を有するスイッチング回路１１Ａと、一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２を有するトランスＴ１と、二次巻線Ｎ２に直列接続された共振チョークＬ２と、二次巻線Ｎ２と共振チョークＬ２に並列接続された共振コンデンサＣ３と、スイッチング回路１１Ａを制御する制御回路１０と、を備える。ここで、共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３からなる回路を共振回路１２Ａとする。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、二次巻線Ｎ２と共振チョークＬ２の直列接続に並列接続された整流素子（Ｄ５，Ｄ６）及び出力コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）からなる出力回路１３をさらに備える。
スイッチング回路１１Ａのスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）は、スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）とそれぞれのスイッチに並列するダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）からなり、入力電源ＶＤＣ１の正極からの供給電流の方向がダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）の逆方向となるように、且つ全てのスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）がオンのときに一次巻線Ｎ１を短絡できるように一次巻線Ｎ１の一端と他端にそれぞれ接続されている。以下、スイッチング素子をＳＷ素子と記載することがある。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１のスイッチング回路１１Ａは、２つのスイッチング素子を直列に接続した直列接続を２つ並列させ（Ｑ１とＱ２の経路、Ｑ３とＱ４の経路）、一方の直列接続のスイッチング素子間から他方の直列接続の前記スイッチング素子間に一次巻線Ｎ１が接続されるフルブリッジの構成である。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、従来の絶縁型フルブリッジ昇圧回路のトランスＴ１の二次側に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３の共振回路１２Ａを付加することで、ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）をソフトスイッチングすると共に、周波数制御で出力電力を制御する。
制御回路１０が行うスイッチング回路１１Ａの制御と電流の流れを図２から図９及び図４９を用いて説明する。図２から図９において、制御回路１０、スイッチング回路１１Ａ、共振回路１２Ａ及び出力回路１３の表示を省略している。図４９は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１の各部の信号及び電流を示したタイミングチャートである。
（１）Ｑ１〜Ｑ４全てオン
制御回路１０は、スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）がオンの状態とする一次巻線短絡ステップを行う。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオンしていて、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され昇圧チョークＬ１の電流が増加しエネルギーを蓄積している。共振コンデンサＣ３は出力コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の接続点側を＋極性で共振チョークＬ２と共振し、共振電流がＣ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３のループで流れている。図２は、一次巻線短絡ステップにおいて共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも小さい状態での各部の電流の流れを示している。この状態は図４９のタイミングチャートにおける初期値ｔ０である。
制御回路１０は、スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）がオンの状態とする一次巻線短絡ステップを行う。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオンしていて、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され昇圧チョークＬ１の電流が増加しエネルギーを蓄積している。共振コンデンサＣ３は出力コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の接続点側を＋極性で共振チョークＬ２と共振し、共振電流がＣ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３のループで流れている。図２は、一次巻線短絡ステップにおいて共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも小さい状態での各部の電流の流れを示している。この状態は図４９のタイミングチャートにおける初期値ｔ０である。
トランスＴ１の一次側の電流は電流経路１のループで流れる。
［電流経路１］
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路２のループで流れる。
［電流経路２］
Ｃ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （２）
［電流経路１］
［電流経路２］
Ｃ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （２）
図３は、共振電流がピーク近辺で一次側換算値にて昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも大きい状態での各部の電流の流れを説明する図である。二次巻線Ｎ２に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３で生じた共振電流の一次側換算値が、供給電流より大きくなり、共振電流の一次側換算値と供給電流との差電流がスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ３）と一次巻線Ｎ１、及びスイッチング素子（Ｑ２、Ｑ４）と一次巻線Ｎ１をループしている。
トランスＴ１の一次側の電流は、電流経路３のループで流れる電流と、共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流が電流経路４のループで流れる循環電流がある。
［電流経路３］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１ （３）
［電流経路４］
Ｎ１→Ｑ１→Ｑ３→Ｎ１
Ｎ１→Ｑ２→Ｑ４→Ｎ１ （４）
トランスＴ１の二次側の電流は継続して電流経路２で流れている。
［電流経路３］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１ （３）
［電流経路４］
Ｎ１→Ｑ１→Ｑ３→Ｎ１
Ｎ１→Ｑ２→Ｑ４→Ｎ１ （４）
トランスＴ１の二次側の電流は継続して電流経路２で流れている。
制御装置１０は、循環電流が流れている間に共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じであるスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ４）のスイッチ（ＳＷ１、ＳＷ４）をオフする順方向スイッチオフステップを行う。スイッチをオフする時刻は図４９のタイミングチャートにおける時刻ｔ１である。ＳＷ素子（Ｑ１、Ｑ４）がオフするとダイオード（Ｄ１、Ｄ４）が導通し、図３の電流ループを保持する。電流がダイオード（Ｄ１、Ｄ４）に流れるため、ＳＷ素子（Ｑ１、Ｑ４）はＺＶＳとなる。その後、共振電流が小さくなり一次側換算値で昇圧チョークＬ１に流れる電流と等しくなる（図４９の時刻ｔ２）と、次のモードに移行する。
（２）Ｑ１，Ｑ４オフ
ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）がオフ、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ５がオンして出力コンデンサＣ１及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３はダイオードＤ５と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ１と同じ電圧に充電され、保持される。図４は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）がオフ、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ５がオンして出力コンデンサＣ１及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３はダイオードＤ５と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ１と同じ電圧に充電され、保持される。図４は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
トランスＴ１の一次側の電流は減少しながら電流経路５のループで流れる。
［電流経路５］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１ （５）
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路６のループで流れる。
［電流経路６］
［電流経路５］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１ （５）
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路６のループで流れる。
［電流経路６］
（３）Ｑ１，Ｑ４オン
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）をオンさせる（図４９の時刻ｔ３）。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオン状態でトランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）をオンさせる（図４９の時刻ｔ３）。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオン状態でトランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）オン時には、二次巻線Ｎ２には共振チョークＬ２による遅れ電流が流れているため昇圧チョークＬ１に流れている電流はＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１を流れ、ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）の電流はゼロから始まる。すなわち、ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）はＺＣＳする。ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）の電流は共振チョークＬ２の電流が出力コンデンサＣ１でリセットされてゼロに近づくにつれて増加する。図５は、この状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ１の一次側の電流は図２の電流経路１と同様のループで流れる。トランスＴ１の二次側の電流は電流経路７のループで流れる。
［電流経路７］
Ｎ２→Ｌ２→Ｄ５→Ｒ５→Ｃ２→Ｎ２
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （７）
［電流経路７］
Ｎ２→Ｌ２→Ｄ５→Ｒ５→Ｃ２→Ｎ２
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （７）
共振チョークＬ２のリセットが完了すると共振コンデンサＣ３と共振チョークＬ２で共振が始まりＣ３→Ｌ２→Ｎ２→Ｃ３のループで共振電流が流れる。図６は、共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも小さい状態での各部の電流の流れを示している（図４９の時刻ｔ４）。
トランスＴ１の一次側の電流は電流経路８のループで流れる。
［電流経路８］
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路９のループで流れる。
［電流経路９］
Ｃ３→Ｌ２→Ｎ２→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （９）
［電流経路８］
［電流経路９］
Ｃ３→Ｌ２→Ｎ２→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （９）
図６は、図２に対し共振電流の向き及び一次巻線Ｎ１に流れる電流の向きが逆の状態で、半周期が過ぎたことを意味し、残りの半周期はＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）の対となるＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）が同様な動作をする。
図７は、共振電流がピーク近辺で一次側換算値にて昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも大きい状態での各部の電流の流れを説明する図である。二次巻線Ｎ２に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３で生じた共振電流の一次側換算値が、供給電流より大きくなり、共振電流の一次側換算値と供給電流との差電流がスイッチング素子（Ｑ２、Ｑ４）と一次巻線Ｎ１、及びスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ３）と一次巻線Ｎ１をループしている。
トランスＴ１の一次側の電流は、電流経路１０のループで流れる電流と、共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流が電流経路１１のループで流れる循環電流がある。
［電流経路１０］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１ （１０）
［電流経路１１］
Ｎ１→Ｑ３→Ｑ１→Ｎ１
Ｎ１→Ｑ４→Ｑ２→Ｎ１ （１１）
トランスＴ１の二次側の電流は継続して電流経路９で流れている。
［電流経路１０］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１ （１０）
［電流経路１１］
Ｎ１→Ｑ３→Ｑ１→Ｎ１
Ｎ１→Ｑ４→Ｑ２→Ｎ１ （１１）
トランスＴ１の二次側の電流は継続して電流経路９で流れている。
制御装置１０は、循環電流が流れている間に共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じであるスイッチング素子（Ｑ２、Ｑ３）のスイッチ（ＳＷ２、ＳＷ３）をオフする順方向スイッチオフステップを行う。スイッチをオフする時刻は図４９の時刻ｔ５である。ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオフするとダイオード（Ｄ２、Ｄ３）が導通し、図７の電流ループを保持する。電流がダイオード（Ｄ２、Ｄ３）に流れるため、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）はＺＶＳとなる。その後、共振電流が小さくなり一次側換算値で昇圧チョークＬ１に流れる電流と等しくなる（図４９の時刻ｔ６）と、次のモードに移行する。
（４）Ｑ２，Ｑ３オフ
ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオフ、ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ６がオンして出力コンデンサＣ２及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は出力コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点側の端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電され、保持される。図８は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオフ、ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ６がオンして出力コンデンサＣ２及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は出力コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点側の端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電され、保持される。図８は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
トランスＴ１の一次側の電流は減少しながら電流経路１２のループで流れる。
［電流経路１２］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１ （１２）
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路１３のループで流れる。
［電流経路１３］
［電流経路１２］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１ （１２）
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路１３のループで流れる。
［電流経路１３］
（５）Ｑ２，Ｑ３オン
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）をオンさせる（図４９の時刻ｔ７）。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオン状態でトランスＴ１の巻１次線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）をオンさせる（図４９の時刻ｔ７）。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオン状態でトランスＴ１の巻１次線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）オン時には、二次巻線Ｎ２には共振チョークＬ２による遅れ電流が流れるため昇圧チョークＬ１に流れている電流はＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１を流れ、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）の電流はゼロから始まる。すなわち、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）はＺＣＳする。ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）の電流は共振チョークＬ２の電流が出力コンデンサＣ２でリセットされてゼロに近づくにつれて増加する。図９は、この状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ１の一次側の電流は図６の電流経路８と同様のループで流れる。トランスＴ１の二次側の電流は電流経路１４のループで流れる。
［電流経路１４］
Ｎ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｄ６→Ｌ２→Ｎ２
Ｃ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２ （１４）
［電流経路１４］
Ｎ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｄ６→Ｌ２→Ｎ２
Ｃ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２ （１４）
共振チョークＬ２のリセットが完了すると共振コンデンサＣ３と共振チョークＬ２で共振が始まりＣ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３のループで共振電流が流れる。共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも小さい状態で、一周期となり各部の電流の流れは図２の初期状態に戻る（図４９の時刻ｔ８＝時刻ｔ０）。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、図１に示すように共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３の共振回路１２Ａを図５１のＤＣ−ＤＣコンバータに付加する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、共振回路１２Ａの共振によりＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）のソフトスイッチングを実現する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、昇圧モードでの昇圧時間（ＳＷ素子全てがオン状態）が共振時間により固定であり、周波数制御で出力電力を制御する。
（実施形態２）
図１０は、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ３０２を説明する回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２と図１のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１との違いは、共振回路の構成である。共振回路１２Ｂは、共振スイッチ（ＳＷ５、ＳＷ６）とこれに並列するクランプダイオード（Ｄ９、Ｄ１０）からなる共振スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）を共振コンデンサＣ３の両端にさらに備えている。共振スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）は、クランプダイオード（Ｄ９、Ｄ１０）の順方向が向き合うように接続されている。
図１０は、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ３０２を説明する回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２と図１のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１との違いは、共振回路の構成である。共振回路１２Ｂは、共振スイッチ（ＳＷ５、ＳＷ６）とこれに並列するクランプダイオード（Ｄ９、Ｄ１０）からなる共振スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）を共振コンデンサＣ３の両端にさらに備えている。共振スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）は、クランプダイオード（Ｄ９、Ｄ１０）の順方向が向き合うように接続されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２は共振回路１２Ｂを備えることで、ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）オフ時に部分共振動作させてＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）をＺＶＳでオフさせる。部分共振でＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）をＺＶＳさせるので周波数固定のパルス幅変調で出力電力を制御できる。
制御回路１０が行うスイッチング回路１１Ａ、共振回路１２Ｂの制御と電流の流れを図１１から図２０及び図５０を用いて説明する。図１１から図２０において、制御回路１０、スイッチング回路１１Ａ、共振回路１２Ｂ及び出力回路１３の表示を省略している。図５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２の各部の信号及び電流を示したタイミングチャートである。
（１）Ｑ１〜Ｑ４全てオン
制御回路１０は、スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）がオンの状態とする一次巻線短絡ステップを行う。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオンしていて、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され昇圧チョークＬ１の電流が増加しエネルギーを蓄積している。共振ＳＷ素子（Ｑ５，Ｑ６）はオフ状態で、共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ６と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電されている状態とする。この状態の電流の流れを図１１に示す。また、この状態は図５０のタイミングチャートにおける初期値ｔ０である。
制御回路１０は、スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）のスイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ４）がオンの状態とする一次巻線短絡ステップを行う。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオンしていて、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され昇圧チョークＬ１の電流が増加しエネルギーを蓄積している。共振ＳＷ素子（Ｑ５，Ｑ６）はオフ状態で、共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ６と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電されている状態とする。この状態の電流の流れを図１１に示す。また、この状態は図５０のタイミングチャートにおける初期値ｔ０である。
一次巻線Ｎ１には励磁電流が流れており、トランスＴ１の一次側の電流は電流経路１５のループで流れる。
［電流経路１５］
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路１６のループで流れる。
［電流経路１６］
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （１６）
［電流経路１５］
［電流経路１６］
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （１６）
制御回路１０は、一次巻線短絡ステップから順方向スイッチオフステップの間で、共振コンデンサＣ３に蓄えられているエネルギーを放出可能な方の共振スイッチング素子Ｑ６の共振スイッチＳＷ６をオンさせ、二次巻線Ｎ２、共振チョークＬ２、クランプダイオードＤ９及び共振コンデンサＣ３に共振電流を発生させる共振開始ステップを行うように制御する。
順方向スイッチオフステップでＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）をオフする前に共振ＳＷ素子Ｑ６をオンさせる（図５０の時刻ｔ１）。図１１のように、共振回路１２Ｂに共振電流は流れていないので、ＳＷ６のオンはＺＶＳ及びＺＣＳとなる。共振ＳＷ素子Ｑ６をオンすると、二次側にＣ３→Ｑ６→Ｎ２→Ｌ２→Ｄ９→Ｃ３のループで共振電流が流れる。図１２は、共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流より小さい状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ１の一次側の電流は電流経路１７のループで流れる。
［電流経路１７］
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路１８のループで流れる。
［電流経路１８］
Ｃ３→Ｑ６→Ｎ２→Ｌ２→Ｄ９→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （１８）
［電流経路１７］
［電流経路１８］
Ｃ３→Ｑ６→Ｎ２→Ｌ２→Ｄ９→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （１８）
図１３は、共振電流がピーク近辺で一次側換算値にて昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも大きい状態での各部の電流の流れを説明する図である。二次巻線Ｎ２に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３で生じた共振電流の一次側換算値が、供給電流より大きくなり、共振電流の一次側換算値と供給電流との差電流がスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ３）と一次巻線Ｎ１、及びスイッチング素子（Ｑ２、Ｑ４）と一次巻線Ｎ１とをループしている。
トランスＴ１の一次側の電流は、電流経路１９のループで流れる電流と、共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流が電流経路２０のループで流れる循環電流がある。
［電流経路１９］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１ （１９）
［電流経路２０］
Ｎ１→Ｑ１→Ｑ３→Ｎ１
Ｎ１→Ｑ２→Ｑ４→Ｎ１ （２０）
トランスＴ１の二次側の電流は継続して電流経路１８で流れている。
［電流経路１９］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１ （１９）
［電流経路２０］
Ｎ１→Ｑ１→Ｑ３→Ｎ１
Ｎ１→Ｑ２→Ｑ４→Ｎ１ （２０）
トランスＴ１の二次側の電流は継続して電流経路１８で流れている。
制御装置１０は、循環電流が流れている間に共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じであるスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ４）のスイッチ（ＳＷ１、ＳＷ４）をオフする順方向スイッチオフステップを行う。スイッチをオフする時刻は図５０のタイミングチャートにおける時刻ｔ２である。ＳＷ素子（Ｑ１、Ｑ４）がオフするとダイオード（Ｄ１、Ｄ４）が導通し、図１３の電流ループを保持する。ＳＷ素子（Ｑ１、Ｑ４）の両端電圧はダイオード（Ｄ１、Ｄ４）でクランプされＺＶＳとなる。その後、共振電流が小さくなり一次側換算値で昇圧チョークＬ１に流れる電流と等しくなる（図５０の時刻ｔ３）と、次のモードに移行する。
（２）Ｑ１，Ｑ４オフ
ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）がオフ、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ５がオンして出力コンデンサＣ１及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ５と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ１と同じ電圧に充電され、保持される。図１４は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）がオフ、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ５がオンして出力コンデンサＣ１及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ５と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ１と同じ電圧に充電され、保持される。図１４は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
トランスＴ１の一次側の電流は減少しながら電流経路２１のループで流れる。
［電流経路２１］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１ （２１）
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路２２のループで流れる。
［電流経路２２］
［電流経路２１］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１ （２１）
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路２２のループで流れる。
［電流経路２２］
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、オンしている共振スイッチング素子Ｑ６の共振スイッチＳＷ６をオフするように制御する。
ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）をオンさせる前又は同時に共振ＳＷ素子Ｑ６をオフさせる（図５０の時刻ｔ４。図５０ではｔ４＝ｔ５である）。図１４のように共振ＳＷ素子Ｑ６には電位差がなく、且つ電流が流れていないので共振ＳＷ素子Ｑ６はＺＶＳ及びＺＣＳでオフする。
（３）Ｑ１，Ｑ４オン
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）をオンさせる（図５０の時刻ｔ５）。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオン状態でトランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）をオンさせる（図５０の時刻ｔ５）。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオン状態でトランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）オン時には、二次巻線Ｎ２には共振チョークＬ２による遅れ電流が流れるため昇圧チョークＬ１に流れている電流はＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ３→Ｎ１→Ｑ２→ＶＤＣ１を流れ、ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）の電流はゼロから始まる。すなわち、ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）はＺＣＳする。ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）の電流は共振チョークＬ２の電流が出力コンデンサＣ１でリセットされてゼロに近づくにつれて増加する。図１５は、この状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ１の一次側の電流は図１２の電流経路１７と同様のループで流れる。トランスＴ１の二次側の電流は電流経路２３のループで流れる。
［電流経路２３］
Ｎ２→Ｌ２→Ｄ５→Ｒ５→Ｃ２→Ｎ２
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （２３）
［電流経路２３］
Ｎ２→Ｌ２→Ｄ５→Ｒ５→Ｃ２→Ｎ２
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （２３）
図１６は、共振チョークＬ２のリセットが完了後の各部波形を示した図である（図５０の時刻ｔ６）。トランスＴ１の一次側の電流は電流経路１７のループで流れる。トランスＴ１の二次側の電流は電流経路１６のループで流れる。
図１６は、図１１に対し一次巻線Ｎ１に流れる電流の向き及び共振コンデンサＣ３の電圧極性が逆の状態で、半周期が過ぎたことを意味し、残りの半周期は対のＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）が同様な動作をする。
制御回路１０は、一次巻線短絡ステップから順方向スイッチオフステップの間で、共振コンデンサＣ３に蓄えられているエネルギーを放出可能な方の共振スイッチング素子Ｑ５の共振スイッチＳＷ５をオンさせ、二次巻線Ｎ２、共振チョークＬ２、クランプダイオードＤ１０及び共振コンデンサＣ３に共振電流を発生させる共振開始ステップを行うように制御する。
ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）をオフさせる前に共振ＳＷ素子Ｑ５をオンさせる（図５０の時刻ｔ７）。図１６のように共振ＳＷ素子Ｑ５には電位差がなく、且つ、共振電流が流れていないので、ＳＷ５はＺＶＳ及びＺＣＳでオンする。共振ＳＷ素子Ｑ５をオンすると、二次側にＣ３→Ｑ５→Ｌ２→Ｎ２→Ｄ１０→Ｃ３のループで共振電流が流れる。図１７は、共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流より小さい状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ１の一次側の電流は電流経路１５のループで流れる。トランスＴ１の二次側の電流は電流経路２４のループで流れる。
［電流経路２４］
Ｃ３→Ｑ５→Ｌ２→Ｎ２→Ｄ１０→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （２４）
［電流経路２４］
Ｃ３→Ｑ５→Ｌ２→Ｎ２→Ｄ１０→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （２４）
図１８は、共振電流がピーク近辺で一次側換算値にて昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも大きい状態での各部の電流の流れを説明する図である。二次巻線Ｎ２に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３で生じた共振電流の一次側換算値が、供給電流より大きくなり、共振電流の一次側換算値と供給電流との差電流がスイッチング素子（Ｑ１、Ｑ３）と一次巻線Ｎ１、及びスイッチング素子（Ｑ２、Ｑ４）と一次巻線Ｎ１とをループしている。
トランスＴ１の一次側の電流は、電流経路２５のループで流れる電流と、共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流が電流経路２６のループで流れる循環電流がある。
［電流経路２５］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１ （２５）
［電流経路２６］
Ｎ１→Ｑ３→Ｑ１→Ｎ１
Ｎ１→Ｑ４→Ｑ２→Ｎ１ （２６）
トランスＴ１の二次側の電流は継続して電流経路２４で流れている。
［電流経路２５］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１ （２５）
［電流経路２６］
Ｎ１→Ｑ３→Ｑ１→Ｎ１
Ｎ１→Ｑ４→Ｑ２→Ｎ１ （２６）
トランスＴ１の二次側の電流は継続して電流経路２４で流れている。
制御装置１０は、循環電流が流れている間に共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じであるスイッチング素子（Ｑ２、Ｑ３）のスイッチ（ＳＷ２、ＳＷ３）をオフする順方向スイッチオフステップを行う。スイッチをオフする時刻は図５０のタイミングチャートにおける時刻ｔ８である。ＳＷ素子（Ｑ２、Ｑ３）がオフするとダイオード（Ｄ２、Ｄ３）が導通し、図１８の電流ループを保持する。ＳＷ素子（Ｑ２、Ｑ３）の両端電圧はダイオード（Ｄ２、Ｄ３）でクランプされＺＶＳとなる。その後、共振電流が小さくなり一次側換算値で昇圧チョークＬ１に流れる電流と等しくなる（図５０の時刻ｔ９）と、次のモードに移行する。
（４）Ｑ２，Ｑ３オフ
ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオフ、ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ６がオンして出力コンデンサＣ２及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ６と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電され、保持される。図１９は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）がオフ、ＳＷ素子（Ｑ１，Ｑ４）がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ６がオンして出力コンデンサＣ２及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ６と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電され、保持される。図１９は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
トランスＴ１の一次側の電流は減少しながら電流経路２７のループで流れる。
［電流経路２７］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１ （２７）
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路２８のループで流れる。
［電流経路２８］
［電流経路２７］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１ （２７）
トランスＴ１の二次側の電流は電流経路２８のループで流れる。
［電流経路２８］
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、オンしている共振スイッチング素子Ｑ５の共振スイッチＳＷ５をオフするように制御する。
ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）をオンさせる前又は同時に共振ＳＷ素子Ｑ５をオフさせる（図５０の時刻ｔ１０。図５０ではｔ１０＝ｔ１１である）。図１９のように共振ＳＷ素子Ｑ５には電位差がなく、且つ電流が流れていないので共振ＳＷ素子Ｑ５はＺＶＳ及びＺＣＳでオフする。
（３）Ｑ２，Ｑ３オン
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）をオンさせる（図５０の時刻ｔ１１）。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオン状態でトランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）をオンさせる（図５０の時刻ｔ１１）。ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）全てがオン状態でトランスＴ１の一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）オン時には、二次巻線Ｎ２には共振チョークＬ２による遅れ電流が流れるため昇圧チョークＬ１に流れている電流はＶＤＣ１→Ｌ１→Ｑ１→Ｎ１→Ｑ４→ＶＤＣ１を流れ、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）の電流はゼロから始まる。すなわち、ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）はＺＣＳする。ＳＷ素子（Ｑ２，Ｑ３）の電流は共振チョークＬ２の電流が出力コンデンサＣ２でリセットされてゼロに近づくにつれて増加する。図２０は、この状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ１の一次側の電流は図１７の電流経路１５と同様のループで流れる。トランスＴ１の二次側の電流は電流経路２９のループで流れる。
［電流経路２９］
Ｎ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｄ６→Ｌ２→Ｎ２
Ｃ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２ （２９）
［電流経路２９］
Ｎ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｄ６→Ｌ２→Ｎ２
Ｃ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２ （２９）
共振チョークＬ２のリセットが完了すると一周期となり各部の電流の流れは図１１の初期状態に戻る（図５０の時刻ｔ１２＝ｔ０）。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２は、図１０に示すように共振チョークＬ２、共振コンデンサＣ３、及び共振ＳＷ素子（Ｑ５，Ｑ６）の共振回路１２Ｂを図５１のＤＣ−ＤＣコンバータに付加する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２は、共振をＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）オフ直前の部分共振にすることで、ＳＷ素子（Ｑ１〜Ｑ４）オフ時のＺＶＳを実現しながら共振電流の実効値を小さくし損失低減を図ると共に、固定周波数のＰＷＭ制御で出力電力を制御できる。
（実施形態３）
図２１は、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ３０３を説明する回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、入力電源ＶＤＣ１に直列接続される昇圧チョークＬ１と、２つのスイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）を有するスイッチング回路１１Ｂと、一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２を有するトランスＴ３と、二次巻線Ｎ２に直列接続された共振チョークＬ２と、二次巻線Ｎ２と共振チョークＬ２に並列接続された共振コンデンサＣ３と、スイッチング回路１１Ｂを制御する制御回路１０と、を備える。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、二次巻線Ｎ２と共振チョークＬ２の直列接続に並列接続された、整流素子（Ｄ５，Ｄ６）及び出力コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）からなる出力回路１３をさらに備える。
図２１は、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ３０３を説明する回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、入力電源ＶＤＣ１に直列接続される昇圧チョークＬ１と、２つのスイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）を有するスイッチング回路１１Ｂと、一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２を有するトランスＴ３と、二次巻線Ｎ２に直列接続された共振チョークＬ２と、二次巻線Ｎ２と共振チョークＬ２に並列接続された共振コンデンサＣ３と、スイッチング回路１１Ｂを制御する制御回路１０と、を備える。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、二次巻線Ｎ２と共振チョークＬ２の直列接続に並列接続された、整流素子（Ｄ５，Ｄ６）及び出力コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）からなる出力回路１３をさらに備える。
スイッチング回路１１Ｂのスイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）は、スイッチ（ＳＷ７、ＳＷ８）とそれぞれのスイッチに並列するダイオード（Ｄ１１、Ｄ１２）からなり、入力電源ＶＤＣ１の正極からの供給電流の方向がダイオード（Ｄ１１、Ｄ１２）の逆方向となるように、且つ全てのスイッチ（ＳＷ７、ＳＷ８）がオンのときに一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）を短絡できるように一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）にそれぞれ接続されている。以下、スイッチング素子をＳＷ素子と記載することがある。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３の昇圧チョークＬ１が一次巻線のセンタータップに接続しており、スイッチング回路１１Ｂは、２つのスイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）をセンタータップと反対側の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）の端にそれぞれ接続する構成である。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、従来の絶縁型プッシュプル昇圧回路の主トランスＴ３の二次側に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３の共振回路１２Ａを付加することで、ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）をソフトスイッチングすると共に、周波数制御で出力電力を制御する。
制御回路１０が行うスイッチング回路１１Ｂの制御と電流の流れを図２２から図２９及び図４９を用いて説明する。図２２から図２９において、制御回路１０、スイッチング回路１１Ｂ、共振回路１２Ａ及び出力回路１３の表示を省略している。
（１）Ｑ７、Ｑ８全てオン
制御回路１０は、スイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）のスイッチ（ＳＷ７、ＳＷ８）がオンの状態とする一次巻線短絡ステップを行う。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）両方ともオンしていて、トランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され昇圧チョークＬ１の電流が増加しエネルギーを蓄積している。共振コンデンサＣ３は出力コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の接続点側を＋極性で共振チョークＬ２と共振し、共振電流がＣ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３のループで流れている。図２２は、一次巻線短絡ステップにおいて共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも小さい状態での各部の電流の流れを示している。
制御回路１０は、スイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）のスイッチ（ＳＷ７、ＳＷ８）がオンの状態とする一次巻線短絡ステップを行う。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）両方ともオンしていて、トランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され昇圧チョークＬ１の電流が増加しエネルギーを蓄積している。共振コンデンサＣ３は出力コンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）の接続点側を＋極性で共振チョークＬ２と共振し、共振電流がＣ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３のループで流れている。図２２は、一次巻線短絡ステップにおいて共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも小さい状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ３の一次側の電流は電流経路３０のループで流れる。
［電流経路３０］
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路３１のループで流れる。
［電流経路３１］
Ｃ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （３１）
［電流経路３０］
［電流経路３１］
Ｃ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （３１）
図２３は、共振電流がピーク近辺で一次側換算値にて昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも大きい状態での各部の電流の流れを説明する図である。二次巻線Ｎ２に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３で生じた共振電流の一次側換算値が、供給電流より大きくなり、共振電流の一次側換算値と供給電流との差電流がスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８と一次巻線Ｎ１１、Ｎ１２とをループしている。
トランスＴ３の一次側の電流は、電流経路３２のループで流れる電流と、共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流が電流経路３３のループで流れる循環電流がある。
［電流経路３２］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１ （３２）
［電流経路３３］
Ｎ１１→Ｎ１２→Ｑ８→Ｑ７→Ｎ１１ （３３）
トランスＴ３の二次側の電流は継続して電流経路３１で流れている。
［電流経路３２］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１ （３２）
［電流経路３３］
Ｎ１１→Ｎ１２→Ｑ８→Ｑ７→Ｎ１１ （３３）
トランスＴ３の二次側の電流は継続して電流経路３１で流れている。
制御装置１０は、循環電流が流れている間に共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じであるスイッチング素子Ｑ７のスイッチＳＷ７をオフする順方向スイッチオフステップを行う。ＳＷ素子Ｑ７がオフするとダイオードＤ１１が導通し、図２３の電流ループを保持する。電流がダイオードＤ１１に流れるため、ＳＷ素子Ｑ７のオフはＺＶＳとなる。その後、共振電流が小さくなり一次側換算値で昇圧チョークＬ１に流れる電流と等しくなると、次のモードに移行する。
（２）Ｑ７オフ
ＳＷ素子Ｑ７がオフ、ＳＷ素子Ｑ８がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｎ１２に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ５がオンして出力コンデンサＣ１及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は整流素子Ｄ５と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ１と同じ電圧に充電され、保持される。図２４は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
ＳＷ素子Ｑ７がオフ、ＳＷ素子Ｑ８がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｎ１２に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ５がオンして出力コンデンサＣ１及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は整流素子Ｄ５と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ１と同じ電圧に充電され、保持される。図２４は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
トランスＴ３の一次側の電流は減少しながら電流経路３４のループで流れる。
［電流経路３４］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１ （３４）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路３５のループで流れる。
［電流経路３５］
［電流経路３４］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１ （３４）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路３５のループで流れる。
［電流経路３５］
（３）Ｑ７オン
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子Ｑ７をオンさせる。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオン状態でトランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子Ｑ７をオンさせる。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオン状態でトランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
ＳＷ素子Ｑ７オン時には、二次巻線Ｎ２には共振チョークＬ２による遅れ電流が流れるため昇圧チョークＬ１に流れている電流はＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１を流れ、ＳＷ素子Ｑ７の電流はゼロから始まる。すなわち、ＳＷ素子Ｑ７はＺＣＳする。ＳＷ素子Ｑ７の電流は共振チョークＬ２の電流が出力コンデンサＣ１でリセットされてゼロに近づくにつれて増加する。図２５は、この状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ３の一次側の電流は図２２の電流経路３０と同様のループで流れる。トランスＴ３の二次側の電流は電流経路３６のループで流れる。
［電流経路３６］
Ｎ２→Ｌ２→Ｄ５→Ｒ５→Ｃ２→Ｎ２
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （３６）
［電流経路３６］
Ｎ２→Ｌ２→Ｄ５→Ｒ５→Ｃ２→Ｎ２
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （３６）
共振チョークＬ２のリセットが完了すると共振コンデンサＣ３と共振チョークＬ２で共振が始まりＣ３→Ｌ２→Ｎ２→Ｃ３のループで共振電流が流れる。図２６は、共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも小さい状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ３の一次側の電流は図２２の電流経路３０のループで流れる。
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路３７のループで流れる。
［電流経路３７］
Ｃ３→Ｌ２→Ｎ２→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （３７）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路３７のループで流れる。
［電流経路３７］
Ｃ３→Ｌ２→Ｎ２→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （３７）
図２６は、図２２に対し共振電流の向きが逆、及び励磁電流が一次巻線Ｎ１１から一次巻線Ｎ１２に切替わり励磁が逆の状態で、半周期が過ぎたことを意味し、残りの半周期はＳＷ素子Ｑ７の対となるＳＷ素子Ｑ８が同様な動作をする。
図２７は、共振電流がピーク近辺で一次側換算値にて昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも大きい状態での各部の電流の流れを説明する図である。二次巻線Ｎ２に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３で生じた共振電流の一次側換算値が、供給電流より大きくなり、共振電流の一次側換算値と供給電流との差電流がスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８と一次巻線Ｎ１１、Ｎ１２とをループしている。
トランスＴ３の一次側の電流は、電流経路３８のループで流れる電流と、共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流が電流経路３９のループで流れる循環電流がある。
［電流経路３８］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１ （３８）
［電流経路３９］
Ｎ１２→Ｎ１１→Ｑ７→Ｑ８→Ｎ１２ （３９）
トランスＴ３の二次側の電流は継続して電流経路３７で流れている。
［電流経路３８］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１ （３８）
［電流経路３９］
Ｎ１２→Ｎ１１→Ｑ７→Ｑ８→Ｎ１２ （３９）
トランスＴ３の二次側の電流は継続して電流経路３７で流れている。
制御装置１０は、循環電流が流れている間に共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じであるスイッチング素子Ｑ８のスイッチＳＷ８をオフする順方向スイッチオフステップを行う。ＳＷ素子Ｑ８がオフするとダイオードＤ１２が導通し、図２７の電流ループを保持する。電流がダイオードＤ１２に流れるため、ＳＷ素子Ｑ８はＺＶＳとなる。その後、共振電流が小さくなり一次側換算値で昇圧チョークＬ１に流れる電流と等しくなると、次のモードに移行する。
（４）Ｑ８オフ
ＳＷ素子Ｑ８がオフ、ＳＷ素子Ｑ７がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｎ１１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ６がオンして出力コンデンサＣ２及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は出力コンデンサＣ１とＣ２の接続点と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電され、保持される。図２８は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
ＳＷ素子Ｑ８がオフ、ＳＷ素子Ｑ７がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｎ１１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ６がオンして出力コンデンサＣ２及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は出力コンデンサＣ１とＣ２の接続点と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電され、保持される。図２８は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
トランスＴ３の一次側の電流は減少しながら電流経路４０のループで流れる。
［電流経路４０］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１ （４０）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路４１のループで流れる。
［電流経路４１］
［電流経路４０］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１ （４０）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路４１のループで流れる。
［電流経路４１］
（５）Ｑ８オン
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子Ｑ８をオンさせる。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオン状態でトランスＴ３の巻１次線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子Ｑ８をオンさせる。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオン状態でトランスＴ３の巻１次線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
ＳＷ素子Ｑ８オン時には、二次巻線Ｎ２には共振チョークＬ２による遅れ電流が流れるため昇圧チョークＬ１に流れている電流はＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１を流れ、ＳＷ素子Ｑ８の電流はゼロから始まる。すなわち、ＳＷ素子Ｑ８はＺＣＳする。ＳＷ素子Ｑ８の電流は共振チョークＬ２の電流が出力コンデンサＣ２でリセットされてゼロに近づくにつれて増加する。図２９は、この状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ３の一次側の電流は図２６の電流経路３０と同様のループで流れる。トランスＴ３の二次側の電流は電流経路４２のループで流れる。
［電流経路４２］
Ｎ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｄ６→Ｌ２→Ｎ２
Ｃ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２ （４２）
［電流経路４２］
Ｎ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｄ６→Ｌ２→Ｎ２
Ｃ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２ （４２）
共振チョークＬ２のリセットが完了すると共振コンデンサＣ３と共振チョークＬ２で共振が始まりＣ３→Ｎ２→Ｌ２→Ｃ３のループで共振電流が流れる。共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも小さい状態で、一周期となり各部の電流の流れは図２２の初期状態に戻る。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、図２１に示すように共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３の共振回路１２Ａを従来のプッシュプルＤＣ−ＤＣコンバータに付加する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、共振回路１２Ａの共振によりＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）のソフトスイッチングを実現する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、昇圧モードでの昇圧時間（ＳＷ素子全てがオン状態）が共振時間により固定であり、周波数制御で出力電力を制御する。
（実施形態４）
図３０は、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ３０４を説明する回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０４と図２１のＤＣ−ＤＣコンバータ３０３との違いは、共振回路の構成である。共振回路１２Ｂは、共振スイッチ（ＳＷ５、ＳＷ６）とこれに並列するクランプダイオード（Ｄ９、Ｄ１０）からなる共振スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）を共振コンデンサＣ３の両端にさらに備えている。共振スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）は、クランプダイオード（Ｄ９、Ｄ１０）の順方向が向き合うように接続されている。
図３０は、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ３０４を説明する回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０４と図２１のＤＣ−ＤＣコンバータ３０３との違いは、共振回路の構成である。共振回路１２Ｂは、共振スイッチ（ＳＷ５、ＳＷ６）とこれに並列するクランプダイオード（Ｄ９、Ｄ１０）からなる共振スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）を共振コンデンサＣ３の両端にさらに備えている。共振スイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）は、クランプダイオード（Ｄ９、Ｄ１０）の順方向が向き合うように接続されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０４は共振回路１２Ｂを備えることで、ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）オフ時に部分共振動作させてＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）をＺＶＳでオフさせることで周波数固定のパルス幅変調で出力電力を制御できる。
制御回路１０が行うスイッチング回路１１Ｂの制御と電流の流れを図３１から図４０を用いて説明する。図３１から図４０において、制御回路１０、スイッチング回路１１Ｂ、共振回路１２Ｂ及び出力回路１３の表示を省略している。
（１）Ｑ７、Ｑ８全てオン
制御回路１０は、スイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）のスイッチ（ＳＷ７、ＳＷ８）がオンの状態とする一次巻線短絡ステップを行う。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオンしていて、トランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され昇圧チョークＬ１の電流が増加しエネルギーを蓄積している。共振ＳＷ素子（Ｑ５，Ｑ６）はオフ状態で、共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ６と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電されている状態とする。この状態の電流の流れを図３１に示す。
制御回路１０は、スイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）のスイッチ（ＳＷ７、ＳＷ８）がオンの状態とする一次巻線短絡ステップを行う。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオンしていて、トランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され昇圧チョークＬ１の電流が増加しエネルギーを蓄積している。共振ＳＷ素子（Ｑ５，Ｑ６）はオフ状態で、共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ６と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電されている状態とする。この状態の電流の流れを図３１に示す。
トランスＴ３の一次側の電流は電流経路４３のループで流れる。
［電流経路４３］
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路４４のループで流れる。
［電流経路４４］
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （４４）
［電流経路４３］
［電流経路４４］
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （４４）
制御回路１０は、一次巻線短絡ステップから順方向スイッチオフステップの間で、共振コンデンサＣ３に蓄えられているエネルギーを放出可能な方の共振スイッチング素子Ｑ６の共振スイッチＳＷ６をオンさせ、二次巻線Ｎ２、共振チョークＬ２、クランプダイオードＤ９及び共振コンデンサＣ３に共振電流を発生させる共振開始ステップを行うように制御する。
ＳＷ素子Ｑ７をオフさせる前に共振ＳＷ素子Ｑ６をオンさせる。図３１のように、共振回路１２Ｂに共振電流は流れていないので、ＳＷ６はＺＶＳ及びＺＣＳでオンできる。共振ＳＷ素子Ｑ６をオンすると、二次側にＣ３→Ｑ６→Ｎ２→Ｌ２→Ｄ９→Ｃ３のループで共振電流が流れる。図３２は、共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流より小さい状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ３の一次側の電流は図３１と同じ電流経路４３のループで流れる。トランスＴ３の二次側の電流は電流経路４５のループで流れる。
［電流経路４５］
Ｃ３→Ｑ６→Ｎ２→Ｌ２→Ｄ９→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （４５）
［電流経路４５］
Ｃ３→Ｑ６→Ｎ２→Ｌ２→Ｄ９→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （４５）
図３３は、共振電流がピーク近辺で一次側換算値にて昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも大きい状態での各部の電流の流れを説明する図である。二次巻線Ｎ２に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３で生じた共振電流の一次側換算値が、供給電流より大きくなり、共振電流の一次側換算値と供給電流との差電流がスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８と一次巻線Ｎ１１、Ｎ１２とをループしている。
トランスＴ３の一次側の電流は、電流経路４６のループで流れる電流と、共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流が電流経路４７のループで流れる循環電流がある。
［電流経路４６］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１ （４６）
［電流経路４７］
Ｎ１１→Ｎ１２→Ｑ８→Ｑ７→Ｎ１１ （４７）
トランスＴ３の二次側の電流は継続して電流経路４５で流れている。
［電流経路４６］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１ （４６）
［電流経路４７］
Ｎ１１→Ｎ１２→Ｑ８→Ｑ７→Ｎ１１ （４７）
トランスＴ３の二次側の電流は継続して電流経路４５で流れている。
制御装置１０は、循環電流が流れている間に共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じであるスイッチング素子Ｑ７のスイッチＳＷ７をオフする順方向スイッチオフステップを行う。ＳＷ素子Ｑ７がオフするとダイオードＤ１１が導通し、図３３の電流ループを保持する。電流がダイオードＤ１１に流れるため、ＳＷ素子Ｑ７はＺＶＳとなる。その後、共振電流が小さくなり一次側換算値で昇圧チョークＬ１に流れる電流と等しくなると、次のモードに移行する。
（２）Ｑ７オフ
ＳＷ素子Ｑ７がオフ、ＳＷ素子Ｑ８がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｎ１２に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ５がオンして出力コンデンサＣ１及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ５と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ１と同じ電圧に充電され、保持される。図３４は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
ＳＷ素子Ｑ７がオフ、ＳＷ素子Ｑ８がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｎ１２に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ５がオンして出力コンデンサＣ１及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ５と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ１と同じ電圧に充電され、保持される。図３４は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
トランスＴ３の一次側の電流は減少しながら電流経路４８のループで流れる。
［電流経路４８］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１ （４８）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路４９のループで流れる。
［電流経路４９］
［電流経路４８］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１ （４８）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路４９のループで流れる。
［電流経路４９］
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ１、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、オンしている共振スイッチング素子Ｑ６の共振スイッチＳＷ６をオフするように制御する。
ＳＷ素子Ｑ７をオンさせる前又は同時に共振ＳＷ素子Ｑ６をオフさせる。図３４のように共振ＳＷ素子Ｑ６には電位差がなく、且つ電流が流れていないので共振ＳＷ素子Ｑ６をＺＶＳ及びＺＣＳでオフできる。
（３）Ｑ７オン
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子Ｑ７をオンさせる。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオン状態でトランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ５を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子Ｑ７をオンさせる。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオン状態でトランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
ＳＷ素子Ｑ７オン時には、二次巻線Ｎ２には共振チョークＬ２による遅れ電流が流れるため昇圧チョークＬ１に流れている電流はＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１２→Ｑ８→ＶＤＣ１を流れ、ＳＷ素子Ｑ７の電流はゼロから始まる。すなわち、ＳＷ素子Ｑ７はＺＣＳする。ＳＷ素子Ｑ７の電流は共振チョークＬ２の電流が出力コンデンサＣ１でリセットされてゼロに近づくにつれて増加する。図３５は、この状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ３の一次側の電流は図３１の電流経路４３と同様のループで流れる。トランスＴ３の二次側の電流は電流経路５０のループで流れる。
［電流経路５０］
Ｎ２→Ｌ２→Ｄ５→Ｒ５→Ｃ２→Ｎ２
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （５０）
［電流経路５０］
Ｎ２→Ｌ２→Ｄ５→Ｒ５→Ｃ２→Ｎ２
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （５０）
図３６は、共振チョークＬ２のリセットが完了後の各部波形を示した図である。トランスＴ３の一次側の電流は図３１の電流経路４３と同様のループで流れる。トランスＴ３の二次側の電流は図３１の電流経路４４と同様のループで流れる。
図３６は、図３１に対し共振コンデンサＣ３の極性の切替わり及び励磁電流が一次巻線Ｎ１１から一次巻線Ｎ１２に切替わり励磁が逆の状態で、半周期が過ぎたことを意味し、残りの半周期は対のＳＷ素子Ｑ８及び共振ＳＷＱ５が同様な動作をする。
制御回路１０は、一次巻線短絡ステップから順方向スイッチオフステップの間で、共振コンデンサＣ３に蓄えられているエネルギーを放出可能な方の共振スイッチング素子Ｑ５の共振スイッチＳＷ５をオンさせ、二次巻線Ｎ２、共振チョークＬ２、クランプダイオードＤ１０及び共振コンデンサＣ３に共振電流を発生させる共振開始ステップを行うように制御する。
ＳＷ素子Ｑ８をオフさせる前に共振ＳＷ素子Ｑ５をオンさせる。図３６のように、共振回路１２Ｂに共振電流は流れていないので、ＳＷ５はＺＶＳ及びＺＣＳでオンできる。共振ＳＷ素子Ｑ５をオンすると、二次側にＣ３→Ｑ５→Ｌ２→Ｎ２→Ｄ１０→Ｃ３のループで共振電流が流れる。図３７は、共振電流の一次側換算値が励磁電流よりも大きく、且つ昇圧チョークＬ１に流れる電流より小さい状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ３の一次側の電流は図３１の電流経路４３と同様のループで流れる。
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路５１のループで流れる。
［電流経路５１］
Ｃ３→Ｑ５→Ｌ２→Ｎ２→Ｄ１０→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （５１）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路５１のループで流れる。
［電流経路５１］
Ｃ３→Ｑ５→Ｌ２→Ｎ２→Ｄ１０→Ｃ３
Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２→Ｃ１ （５１）
図３８は、共振電流がピーク近辺で一次側換算値にて昇圧チョークＬ１に流れる電流よりも大きい状態での各部の電流の流れを説明する図である。二次巻線Ｎ２に共振チョークＬ２及び共振コンデンサＣ３で生じた共振電流の一次側換算値が、供給電流より大きくなり、共振電流の一次側換算値と供給電流との差電流がスイッチング素子（Ｑ７、Ｑ８）と一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）とをループしている。
トランスＴ３の一次側の電流は、電流経路５２のループで流れる電流と、共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流が電流経路５３のループで流れる循環電流がある。
［電流経路５２］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１ （５２）
［電流経路５３］
Ｎ１２→Ｎ１１→Ｑ７→Ｑ８→Ｎ１２ （５３）
トランスＴ３の二次側の電流は継続して電流経路５１で流れている。
［電流経路５２］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１ （５２）
［電流経路５３］
Ｎ１２→Ｎ１１→Ｑ７→Ｑ８→Ｎ１２ （５３）
トランスＴ３の二次側の電流は継続して電流経路５１で流れている。
制御装置１０は、循環電流が流れている間に共振電流の一次側換算値と昇圧チョークＬ１に流れる電流の差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じであるスイッチング素子Ｑ８のスイッチＳＷ８をオフする順方向スイッチオフステップを行う。ＳＷ素子Ｑ８がオフするとダイオードＤ１２が導通し、図３８の電流ループを保持する。電流がダイオードＤ１２に流れるため、スイッチング素子Ｑ８はＺＶＳとなる。その後、共振電流が小さくなり一次側換算値で昇圧チョークＬ１に流れる電流と等しくなると、次のモードに移行する。
（４）Ｑ８オフ
ＳＷ素子Ｑ８がオフ、ＳＷ素子Ｑ７がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｎ１１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ６がオンして出力コンデンサＣ２及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ６と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電され、保持される。図３９は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
ＳＷ素子Ｑ８がオフ、ＳＷ素子Ｑ７がオン状態では、昇圧チョークＬ１の電流が減少しエネルギーを放出する。入力電源ＶＤＣ１と昇圧チョークＬ１で発生する電圧がトランスＴ３の一次巻線Ｎ１１に印加され、二次巻線Ｎ２，共振チョークＬ２を介し整流素子Ｄ６がオンして出力コンデンサＣ２及び負荷Ｒ５にエネルギーを伝達する。同時に共振コンデンサＣ３は共振ＳＷ素子Ｑ６と接続した端子を＋極性で出力コンデンサＣ２と同じ電圧に充電され、保持される。図３９は、共振コンデンサＣ３充電アップ後の各部の電流の流れである。
トランスＴ３の一次側の電流は減少しながら電流経路５４のループで流れる。
［電流経路５４］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１ （５４）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路５５のループで流れる。
［電流経路５５］
［電流経路５４］
ＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１ （５４）
トランスＴ３の二次側の電流は電流経路５５のループで流れる。
［電流経路５５］
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、オンしている共振スイッチング素子Ｑ５の共振スイッチＳＷ５をオフするように制御する。
ＳＷ素子Ｑ８をオンさせる前又は同時に共振ＳＷ素子Ｑ５をオフさせる。図３９のように共振ＳＷ素子Ｑ５には電位差がなく、且つ電流が流れていないので共振ＳＷ素子Ｑ５はＺＶＳ及びＺＣＳとなる。
（３）Ｑ８オン
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子Ｑ８をオンさせる。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオン状態でトランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
制御回路１０は、順方向スイッチオフステップの後、入力電源ＶＤＣ１が昇圧チョークＬ１、トランスＴ３、共振チョークＬ２、及び出力回路１３の整流素子Ｄ６を介し、出力へ電力を供給している状態で、一次巻線短絡ステップを行うように制御する。具体的には、制御回路１０は、出力電力に応じてＳＷ素子Ｑ８をオンさせる。ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）全てがオン状態でトランスＴ３の一次巻線（Ｎ１１、Ｎ１２）及び二次巻線Ｎ２の印加電圧はゼロ、昇圧チョークＬ１には入力電源ＶＤＣ１の電圧が印加され電流が増加しエネルギーが蓄積される。
ＳＷ素子Ｑ８オン時には、二次巻線Ｎ２には共振チョークＬ２による遅れ電流が流れるため昇圧チョークＬ１に流れている電流はＶＤＣ１→Ｌ１→Ｎ１１→Ｑ７→ＶＤＣ１を流れ、ＳＷ素子Ｑ８の電流はゼロから始まる。すなわち、ＳＷ素子Ｑ８はＺＣＳする。ＳＷ素子Ｑ８の電流は共振チョークＬ２の電流が出力コンデンサＣ２でリセットされてゼロに近づくにつれて増加する。図４０は、この状態での各部の電流の流れを示している。
トランスＴ３の一次側の電流は図３１の電流経路４３と同様のループで流れる。トランスＴ３の二次側の電流は電流経路５６のループで流れる。
［電流経路５６］
Ｎ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｄ６→Ｌ２→Ｎ２
Ｃ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２ （５６）
［電流経路５６］
Ｎ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｄ６→Ｌ２→Ｎ２
Ｃ２→Ｃ１→Ｒ５→Ｃ２ （５６）
共振チョークＬ２のリセットが完了すると一周期となり各部の電流の流れは図３１の初期状態に戻る。
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０４は、図３０に示すように共振チョークＬ２、共振コンデンサＣ３、及び共振ＳＷ素子（Ｑ５，Ｑ６）の共振回路１２Ｂを従来のプッシュプルＤＣ−ＤＣコンバータに付加する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０４は、共振をＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）オフ直前の部分共振にすることで、ＳＷ素子（Ｑ７、Ｑ８）オフ時のＺＶＳを実現しながら共振電流の実効値を小さくし損失低減を図ると共に、固定周波数のＰＷＭ制御で出力電力を制御できる。
（他の実施形態）
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの出力回路は、上記実施形態１〜４に限らず他の形態であってもよい。具体例を図４１〜図４８に示す。図４１、図４２、図４５及び図４６のＤＣ−ＤＣコンバータは全波整流タイプの出力回路を有する。図４３、図４４、図４７及び図４８のＤＣ−ＤＣコンバータはトランスの二次巻線のセンタータップを利用するセンタータップ整流タイプの出力回路を有する。
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータの出力回路は、上記実施形態１〜４に限らず他の形態であってもよい。具体例を図４１〜図４８に示す。図４１、図４２、図４５及び図４６のＤＣ−ＤＣコンバータは全波整流タイプの出力回路を有する。図４３、図４４、図４７及び図４８のＤＣ−ＤＣコンバータはトランスの二次巻線のセンタータップを利用するセンタータップ整流タイプの出力回路を有する。
また、実施形態で説明したダイオード（Ｄ１〜Ｄ４、Ｄ９〜Ｄ１２）は、スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ８）がＦＥＴである場合、その寄生ダイオードを利用してもよい。
１０：制御回路
１１Ａ、１１Ｂ：スイッチング回路
１２Ａ、１２Ｂ：共振回路
１３：出力回路
ＶＤＣ１；入力電源
Ｌ１；昇圧チョーク
Ｌ２；共振チョーク
Ｌ３；共振チョーク
Ｃ１；出力コンデンサ
Ｃ２；出力コンデンサ
Ｃ３；共振コンデンサ
Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ７、Ｑ８；スイッチング素子
Ｑ５、Ｑ６；共振スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１，Ｄ１２；ダイオード
Ｄ９，Ｄ１０；クランプダイオード
Ｄ５〜Ｄ８；整流素子
Ｔ１〜Ｔ４；トランス
Ｒ１〜Ｒ４、Ｒ６〜Ｒ９；ゲート放電抵抗
Ｒ５；負荷抵抗
１１Ａ、１１Ｂ：スイッチング回路
１２Ａ、１２Ｂ：共振回路
１３：出力回路
ＶＤＣ１；入力電源
Ｌ１；昇圧チョーク
Ｌ２；共振チョーク
Ｌ３；共振チョーク
Ｃ１；出力コンデンサ
Ｃ２；出力コンデンサ
Ｃ３；共振コンデンサ
Ｑ１〜Ｑ４、Ｑ７、Ｑ８；スイッチング素子
Ｑ５、Ｑ６；共振スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１，Ｄ１２；ダイオード
Ｄ９，Ｄ１０；クランプダイオード
Ｄ５〜Ｄ８；整流素子
Ｔ１〜Ｔ４；トランス
Ｒ１〜Ｒ４、Ｒ６〜Ｒ９；ゲート放電抵抗
Ｒ５；負荷抵抗
Claims (6)
- 入力電源に直列接続される昇圧チョークと、２つ又は４つのスイッチング素子を有するスイッチング回路と、一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、前記二次巻線に直列接続された共振チョークと、前記二次巻線と前記共振チョークに並列接続された共振コンデンサと、前記スイッチング回路を制御する制御回路と、を備え、
前記スイッチング回路の前記スイッチング素子は、スイッチと前記スイッチに並列するダイオードからなり、前記入力電源の正極からの供給電流の方向が前記ダイオードの逆方向となるように、且つ全ての前記スイッチがオンのときに前記一次巻線を短絡できるように前記一次巻線の一端と他端にそれぞれ接続されており、
前記制御回路は、
全ての前記スイッチング素子の前記スイッチがオンの状態とする一次巻線短絡ステップの後、
前記二次巻線に前記共振チョーク及び前記共振コンデンサで生じた共振電流の一次側換算値が、前記供給電流より大きくなり、前記共振電流の一次側換算値と前記供給電流との差電流が前記スイッチング素子と前記一次巻線とをループしている間に、前記スイッチング素子のうち前記差電流の方向と前記ダイオードの順方向とが同じである前記スイッチング素子の前記スイッチをオフする順方向スイッチオフステップを行うように制御することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。 - 前記二次巻線と前記共振チョークの直列接続に並列接続された整流素子及び出力コンデンサからなる出力回路をさらに備え、
前記制御回路は、
前記順方向スイッチオフステップの後、前記入力電源が前記昇圧チョーク、前記トランス、前記共振チョーク、及び前記出力回路の前記整流素子を介し、出力へ電力を供給している状態で、前記一次巻線短絡ステップを行うように制御することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。 - 共振スイッチと前記共振スイッチに並列するクランプダイオードからなる共振スイッチング素子を前記共振コンデンサの両端にさらに備え、
前記共振スイッチング素子は、
前記クランプダイオードの順方向が向き合うように接続されており、
前記制御回路は、
前記一次巻線短絡ステップから前記順方向スイッチオフステップの間で、前記共振コンデンサに蓄えられているエネルギーを放出可能な方の前記共振スイッチング素子の前記共振スイッチをオンさせ、前記二次巻線、前記共振チョーク、クランプダイオード及び前記共振コンデンサに共振電流を発生させる共振開始ステップを行うように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。 - 前記制御回路は、
前記順方向スイッチオフステップの後、前記入力電源が前記昇圧チョーク、前記トランス、前記共振チョーク、及び前記出力回路の前記整流素子を介し、出力へ電力を供給している状態で、オンしている前記共振スイッチング素子の前記共振スイッチをオフするように制御することを特徴とする請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。 - 前記スイッチング回路は、２つの前記スイッチング素子を直列に接続した直列接続を２つ並列させ、一方の前記直列接続の前記スイッチング素子間から他方の前記直列接続の前記スイッチング素子間に前記一次巻線が接続される構成であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
- 前記昇圧チョークが前記一次巻線のセンタータップに接続しており、
前記スイッチング回路は、２つの前記スイッチング素子を前記一次巻線の両端にそれぞれ接続する構成であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
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