JP6135163B2

JP6135163B2 - 電子装置

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Publication number: JP6135163B2
Application number: JP2013024185A
Authority: JP
Inventors: 慧山浦; 古川　泰至; 泰至古川; 康介新村; 啓佑柳生
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-02-12
Also published as: JP2014155359A

Description

本発明は、リアクトルと、前記リアクトルの一端に接続されたスイッチング素子と、前記リアクトル及び前記スイッチング素子の接続点に接続された整流素子と、を備える電子装置に関する。

この種の装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、複数のスイッチング素子の並列接続体と、上記並列接続体の一端に接続された単一のリアクトルと、上記並列接続体及びリアクトルの接続点に接続された整流素子（ダイオード）とを備える昇圧コンバータが知られている。

特開２００２−１５３０４９号公報

本発明者らは、複数のスイッチング素子の並列接続体を備える昇圧コンバータを、これらスイッチング素子の過熱を回避する観点から採用している。こうした昇圧コンバータにおいて、本発明者らは、以下に説明する問題に直面した。

複数のスイッチング素子がオン操作された直後においては、ダイオードに逆電圧が印加されてダイオードにリカバリ電流が流れる。リカバリ電流が流れることに起因して、スイッチング素子及びダイオードを含む閉回路に共振電流が流れる。すなわち、上記閉回路に流れる電流（換言すれば、昇圧コンバータの出力電圧）にリンギングが生じる。これは、ダイオードの寄生容量及び上記閉回路の配線インダクタンスの存在によって生じる。ここで、複数のスイッチング素子のそれぞれのオン操作に起因してリンギングが生じることから、これらリンギング波形が重畳されることにより、リンギングが増大することがある。特に、複数のスイッチング素子のオン操作タイミングが同一に設定されると、リンギングが顕著に増大する。リンギングが増大すると、昇圧コンバータにおけるスイッチング損失が増大したり、ＥＭＣ（電磁両立性）に悪影響を及ぼしたりする懸念がある。

なお、こうした問題は、上記昇圧コンバータに限らず、リアクトルと、上記リアクトルの一端に接続されたスイッチング素子と、上記リアクトル及び上記スイッチング素子の接続点に接続された整流素子とを備える電子装置であれば、同様に生じ得る。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電子装置を構成するスイッチング素子がオン操作された場合において、電子装置において生じる電流のリンギングを低減させることのできる電子装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１記載の発明は、第１の接続点（Ｐ１）で一端が互いに接続された複数のリアクトル（１２ａ〜１２ｃ，４２ａ〜４２ｃ）と、複数の前記リアクトルのそれぞれについて、該リアクトルの両端のうち前記第１の接続点とは反対側に一端が接続されたスイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ，４４ａ〜４４ｃ）と、複数の前記リアクトルのそれぞれについて、該リアクトルの両端のうち前記第１の接続点とは反対側に一端が接続された整流素子（１６ａ〜１６ｃ，４６ａ〜４６ｃ）と、を備え、複数の前記整流素子のそれぞれの両端のうち前記リアクトルとの接続点とは反対側は、第２の接続点（Ｐ２）で互いに接続され、複数の前記スイッチング素子のそれぞれの両端のうち前記リアクトルとの接続点とは反対側は、第３の接続点（Ｐ３）で互いに接続され、オフ操作された前記スイッチング素子に接続された前記リアクトルの磁気エネルギが放出される場合において、オフ操作された前記スイッチング素子に接続された前記整流素子に流れる電流の流通方向を規定方向と定義し、前記整流素子のそれぞれは、該整流素子に接続された前記スイッチング素子がオン操作された直後において、オン操作された該スイッチング素子、前記第３の接続点、前記第２の接続点、及び該スイッチング素子に一端が接続された前記整流素子を含む閉回路において、逆電圧の印加によって前記規定方向とは逆方向の電流を一時的に流通させる特性を有し、複数の前記スイッチング素子のそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギング波形の合計値が、複数の前記スイッチング素子のそれぞれのオン操作タイミングが同一に設定される場合において複数の前記スイッチング素子のそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギング波形の合計値よりも低減されるように、複数の前記スイッチング素子のオン操作タイミングを互いに相違させるタイミング相違手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、リアクトル、スイッチング素子及び整流素子を上記態様にて接続することにより、整流素子に一時的に逆方向の電流が流れることに起因して生じるリンギングの発生タイミングを複数のスイッチング素子のそれぞれについて個別に調整することができる。こうした回路構成を前提として、上記発明では、タイミング相違手段を備えることで、複数のスイッチング素子のそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギングが互いに打ち消されるように、複数のスイッチング素子のそれぞれのオン操作タイミングを調整することができる。これにより、電子装置において生じる電流のリンギングを好適に低減させることができる。したがって、電子装置を構成するスイッチング素子のスイッチング周波数を高くすることができ、ひいては電子装置を構成するリアクトルを小型化することができる。

第１の実施形態にかかる昇圧コンバータの構成図。同実施形態にかかる共振電流の流通経路を示す図。同実施形態にかかるリンギング低減手法を示すタイムチャート。比較技術にかかる昇圧コンバータの構成図。比較技術にかかるリンギングの発生態様を示すタイムチャート。第２の実施形態にかかるリンギング低減手法を示すタイムチャート。第３の実施形態にかかる降圧コンバータの構成図。その他の実施形態にかかるリンギング低減効果を示すシミュレーション結果。その他の実施形態にかかるリンギング低減効果を示す実機結果。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる電子装置を昇圧コンバータとして具体化した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、昇圧コンバータ１０は、第１〜第３のリアクトル１２ａ〜１２ｃ、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃ、第１〜第３のダイオード１６ａ〜１６ｃ、入力側平滑コンデンサ１８、出力側平滑コンデンサ２０、及び制御装置２２を備えている。ここで、本実施形態では、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃとして、ＩＧＢＴを用いている。なお、これらスイッチング素子１４ａ〜１４ｃにはそれぞれ、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。

昇圧コンバータ１０の入力側には、直流電源２４が接続されている。直流電源２４から出力される直流電圧は、入力側平滑コンデンサ１８を介して、第１の接続点Ｐ１で一端が互いに接続された第１〜第３のリアクトル１２ａ〜１２ｃに印加される。第１のリアクトル１２ａの両端のうち第１の接続点Ｐ１とは反対側には、第１のスイッチング素子１４ａ及び第１のダイオード１６ａの直列接続体の接続点が接続されている。また、第２のリアクトル１２ｂの両端のうち第１の接続点Ｐ１とは反対側には、第２のスイッチング素子１４ｂ及び第２のダイオード１６ｂの直列接続体の接続点が接続されている。さらに、第３のリアクトル１２ｃの両端のうち第１の接続点Ｐ１とは反対側には、第３のスイッチング素子１４ｃ及び第３のダイオード１６ｃの直列接続体の接続点が接続されている。

第１のスイッチング素子１４ａのコレクタ（入力端子）には、第１のダイオード１６ａのアノード（入力端子）が接続され、第２のスイッチング素子１４ｂのコレクタには、第２のダイオード１６ｂのアノードが接続されている。また、第３のスイッチング素子１４ｃのコレクタには、第３のダイオード１６ｃのアノードが接続されている。

第１〜第３のダイオード１６ａ〜１６ｃのカソード（出力端子）同士は、第２の接続点Ｐ２で接続されている。また、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのエミッタ（出力端子）同士は、第３の接続点Ｐ３で接続されている。第２の接続点Ｐ２及び第３の接続点Ｐ３は、出力側平滑コンデンサ２０を介して電気負荷２６に接続されている。

制御装置２２は、第１の接続点Ｐ１に印加される入力電圧を昇圧して第２の接続点Ｐ２から出力すべく、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃに対して操作信号（ゲート信号）ｇａ〜ｇｃを出力することで、これらスイッチング素子１４ａ〜１４ｃをオンオフ操作する。ここで、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのオンオフ操作手法は基本的には同一であることから、以下、第２のスイッチング素子１４ｂを例にして説明する。

詳しくは、第２のスイッチング素子１４ｂがオン操作されることで、直流電源２４、第１の接続点Ｐ１、第２のリアクトル１２ｂ及び第２のスイッチング素子１４ｂを含む閉回路が形成され、この閉回路に電流が流れることで第２のリアクトル１２ｂに磁気エネルギが蓄積される。その後、第２のスイッチング素子１４ｂがオフ操作されることで、直流電源２４、第１の接続点Ｐ１、第２のリアクトル１２ｂ、第２のダイオード１６ｂ、第２の接続点Ｐ２、出力側平滑コンデンサ２０及び第３の接続点Ｐ３を含む閉回路が形成され、第２のリアクトル１２ｂに蓄積された磁気エネルギが放出されることで、上記閉回路に電流が流れる。こうしたオンオフ操作が第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃについて行われることにより、入力電圧を昇圧して出力することができる。

ここで、本実施形態では、オフ操作されたスイッチング素子に接続されたリアクトルの磁気エネルギが放出される場合において、オフ操作されたスイッチング素子に接続されたダイオードに流れる電流の流通方向を規定方向と定義する。ここで、図１には、オフ操作された第２のスイッチング素子１４ｂに接続された第２のリアクトル１２ｂの磁気エネルギが放出される場合において、第２のダイオード１６ｂに流れる電流の規定方向を図示した。

なお、以降、本実施形態において、第１のスイッチング素子１４ａがオン操作された直後において一時的に形成されてかつ、第１のスイッチング素子１４ａ、第３の接続点Ｐ３、出力側平滑コンデンサ２０、第２の接続点Ｐ２及び第１のダイオード１６ａを含む閉回路を第１の閉回路と称すこととする。また、第２のスイッチング素子１４ｂがオン操作された直後において一時的に形成されてかつ、第２のスイッチング素子１４ｂ、第３の接続点Ｐ３、出力側平滑コンデンサ２０、第２の接続点Ｐ２及び第２のダイオード１６ｂを含む閉回路を第２の閉回路と称すこととする。さらに、第３のスイッチング素子１４ｃがオン操作された直後に一時的に形成されてかつ、第３のスイッチング素子１４ｃ、第３の接続点Ｐ３、出力側平滑コンデンサ２０、第２の接続点Ｐ２及び第３のダイオード１６ｃを含む閉回路を第３の閉回路と称すこととする。

続いて、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれをオン操作した直後に生じる電流のリンギングについて説明する。ここで、電流のリンギングの発生メカニズムは、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれについて同様である。このため、本実施形態では、第２のスイッチング素子１４ｂがオン操作された場合を例にして説明する。

図２は、第２のスイッチング素子１４ｂのオン操作直後に形成される第２の閉回路を示す。ここで、図中、第２のダイオード１６ｂの寄生容量を「Ｃｐ」にて示し、上記閉回路に存在する配線インダクタンス３０を「Ｌｐ」にて示した。

図示されるように、第２のダイオード１６ｂは、第２のスイッチング素子１４ｂがオン操作された直後において、規定方向とは逆方向のリカバリ電流を一時的に流通させるリカバリ特性を有する。ここで、第２のダイオード１６ｂの寄生容量Ｃｐ及び上記閉回路の配線インダクタンスＬｐが存在することから、リカバリ電流の流通に起因して、第２の閉回路に共振電流Ｉｒが流れる。すなわち、第２の閉回路に流れる電流（換言すれば、昇圧コンバータ１０の出力電圧）にリンギングが生じる。このリンギングは、上記寄生容量Ｃｐ及び配線インダクタンスＬｐによって定まる共振周波数ｆｐを有する。

上述したメカニズムで発生するリンギングは、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれのオン操作に起因して生じることから、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれのオン操作に起因したリンギング波形が重畳されることにより、リンギングが増大することがある。リンギングが増大すると、昇圧コンバータ１０におけるスイッチング損失が増大したり、ＥＭＣに悪影響を及ぼしたりする懸念がある。

こうした問題を解決すべく、本実施形態では、制御装置２２において、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギング波形の合計値が低減されるように、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのオン操作タイミングを互いに相違させる処理を行う。具体的には、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれを順次オン操作してかつ、隣接するオン操作タイミングをシフト時間相違させる処理を行う。ここで、リンギング波形の合計値とは、第１〜第３の閉回路のうち重複する経路（例えば、第２の接続点Ｐ２や、第３の接続点Ｐ３）において観測されるリンギング波形のことである。

続いて、図３を用いて、本実施形態にかかる上記シフト時間の設定手法について説明する。ここで、図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃの操作状態の推移を示し、図３（ｄ）は、第１〜第３の閉回路に流れる電流Ｉａ〜Ｉｃの推移を示し、図３（ｅ）は、第１〜第３の閉回路のうち重複する経路における上記電流Ｉａ〜Ｉｃの合計値（リンギング波形の合計値Ｉｔｏｔａｌ）の推移を示す。

本実施形態では、第１〜第３のダイオード１６ａ〜１６ｃの寄生容量Ｃｐが互いに同一であり、また、第１〜第３の閉回路の配線インダクタンスＬｐが互いに同一であるとする。すなわち、第１〜第３の閉回路に流れる共振電流の共振周波数ｆｐが互いに同一であるとする。こうした設定を前提として、図３に示すように、上記シフト時間を、共振周期Ｔｐを昇圧コンバータ１０を構成するスイッチング素子の数「３」で除算した値「Ｔｐ／３」に設定する。ここで、共振周期Ｔｐとは、上記共振周波数ｆｐの逆数のことである。なお、上記シフト時間は、スイッチング素子のスレッショルド電圧Ｖｔｈやゲート充電電荷量Ｑｇ等、スイッチング素子の素子特性の個体差（ばらつき）に起因したターンオン時間やターンオフ時間のばらつきよりも十分長い時間である。

シフト時間を上記態様にて設定することで、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギングが互いに打ち消されるように、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれのオンオフ操作１周期におけるオン操作タイミングを調整することができる。その結果、図３（ｅ）に示すように、リンギング波形の合計値Ｉｔｏｔａｌを低減させることができる。なお、本実施形態において、オン操作タイミングを相違させる処理が「タイミング相違手段」を構成する。また、本実施形態では、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのオンオフ操作１周期において、これらスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのオフ操作タイミングは、互いに同一のタイミングに設定されている。

上述したリンギング低減効果は、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのオン操作タイミングを相違させることに加えて、先の図１に示した回路構成を採用することによって奏することができる。つまり、３組のスイッチング素子及びダイオードの直列接続体の接続点のそれぞれにリアクトルの一端が接続される構成を採用した。リアクトルのインピーダンスが高周波数において高いことから、例えば、第１の閉回路における共振電流が第１のリアクトル１２ａ及び第２のリアクトル１２ｂを介して第２の閉回路へと流れることを抑制できる。このため、ダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して生じるリンギングの発生タイミングを第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれについて個別に調整することができる。

続いて、本実施形態にかかるリンギング低減効果を説明するために、比較技術にかかる昇圧コンバータのリンギング発生態様について説明する。ここで、図４は、比較技術にかかる昇圧コンバータの回路構成図である。なお、図４において、先の図１に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、この昇圧コンバータは、単一のリアクトル３２と、互いに並列接続された３つのスイッチング素子３４ａ〜３４ｃ（ＩＧＢＴ）と、互いに並列接続された３つのダイオード３６ａ〜３６ｃと、上記スイッチング素子３４ａ〜３４ｃをオンオフ操作する制御装置３８とを備えている。詳しくは、リアクトル３２の両端のうち一端には入力側平滑コンデンサ１８が接続され、他端には、スイッチング素子３４ａ〜３４ｃの並列接続体及びダイオード３６ａ〜３６ｃの並列接続体の接続点が接続されている。

ここで、比較技術では、図５に示すように、３つのスイッチング素子３４ａ〜３４ｃのそれぞれのオン操作タイミングが同一のタイミングに設定されている。このため、これらスイッチング素子３４ａ〜３４ｃのそれぞれに対応するリンギング波形の重畳により、リンギング波形の合計値Ｉｔｏｔａｌの増大が顕著となる。なお、図５（ａ）〜図５（ｅ）は、先の図３（ａ）〜図３（ｅ）に対応している。

なお、先の図４に示した昇圧コンバータにおいて、先の図３に示したようにスイッチング素子３４ａ〜３４ｃのそれぞれのオン操作タイミングを相違させても、リンギングの抑制効果を得ることはできない。これは、図４に示した回路構成では、ダイオードにリカバリ電流が流れることに起因して生じるリンギングの発生タイミングをスイッチング素子３４ａ〜３４ｃのそれぞれについて個別に調整することができないためである。

以上説明した本実施形態によれば、リンギング波形の合計値を好適に低減させることができる。これにより、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのスイッチング周波数を高くすることができ、ひいては昇圧コンバータ１０を構成する第１〜第３のリアクトル１２ａ〜１２ｃを小型化することができる。特に、本実施形態では、共振周期Ｔｐをスイッチング素子の数で除算した値にシフト時間を設定したことが、リンギングの低減効果を大きくすることに寄与している。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、シフト時間の設定手法を変更する。具体的には、共振周期Ｔｐを昇圧コンバータ１０を構成するスイッチング素子の数「３」で除算した値（以下、基準周期Ｔα）と、共振周期ＴｐのＮ倍（Ｎは１以上の整数）の値との加算値としてシフト時間を設定する。ここで、図６には、第１のスイッチング素子１４ａのオン操作タイミング及び第２のスイッチング素子１４ｂのオン操作タイミングを基準周期Ｔα及び共振周期Ｔｐの加算値だけ相違させてかつ、第２のスイッチング素子１４ｂのオン操作タイミング及び第３のスイッチング素子１４ｃのオン操作タイミングを基準周期Ｔαだけ相違させた例を示した。なお、図６（ａ）〜図６（ｃ）は、先の図３（ａ）〜図３（ｃ）に対応している。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態で得られる効果に準じた効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、電子装置を降圧コンバータとして具体化する。

図７に、本実施形態にかかる降圧コンバータの回路構成を示す。なお、図７において、先の図１と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、降圧コンバータ４０は、第１〜第３のリアクトル４２ａ〜４２ｃ、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃ、第１〜第３のダイオード４６ａ〜４６ｃ、入力側平滑コンデンサ１８、出力側平滑コンデンサ２０、及び制御装置２２を備えている。ここで、本実施形態では、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。

第１〜第３のリアクトル４２ａ〜４２ｃは、第１の接続点Ｐ１で一端が互いに接続されている。第１の接続点Ｐ１には、出力側平滑コンデンサ２０を介して電気負荷２６が接続されている。

第１〜第３のリアクトル４２ａ〜４２ｃの両端のうち第１の接続点Ｐ１とは反対側には、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃのソースが接続されている。そして、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃのドレイン同士は、第３の接続点Ｐ３で接続されている。第３の接続点Ｐ３には、入力側平滑コンデンサ１８を介して直流電源２４が接続されている。また、第１〜第３のリアクトル４２ａ〜４２ｃ及び第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃの接続点には、第１〜第３のダイオード４６ａ〜４６ｃのカソードが接続されている。第１〜第３のダイオード４６ａ〜４６ｃのアノードは、第２の接続点Ｐ２で接続されている。

制御装置２２は、第３の接続点Ｐ３に印加される入力電圧を降圧して第１の接続点Ｐ１から出力すべく、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃに対して操作信号ｇａ〜ｇｃを出力することで、これらスイッチング素子４４ａ〜４４ｃをオンオフ操作する。ここで、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃのオンオフ操作手法は基本的には同一であることから、以下、第２のスイッチング素子４４ｂを例にして説明する。

詳しくは、第２のスイッチング素子４４ｂがオン操作されることで、直流電源２４、第３の接続点Ｐ３、第２のスイッチング素子４４ｂ、第２のリアクトル４２ｂ、第１の接続点Ｐ１及び出力側平滑コンデンサ２０を含む閉回路が形成され、この閉回路に電流が流れることで第２のリアクトル４２ｂに磁気エネルギが蓄積される。その後、第２のスイッチング素子４４ｂがオフ操作されることで、第２のダイオード４６ｂ、第２のリアクトル４２ｂ、第１の接続点Ｐ１、出力側平滑コンデンサ２０及び第２の接続点Ｐ２を含む閉回路が形成され、第２のリアクトル４２ｂに蓄積された磁気エネルギが放出されることで、上記閉回路に流れる。こうしたオンオフ操作が第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃについて行われることにより、入力電圧を降圧して出力することができる。

なお、図７には、オフ操作された第２のスイッチング素子４４ｂに接続された第２のリアクトル４２ｂの磁気エネルギが放出される場合において、第２のダイオード４６ｂに流れる電流の規定方向を例示した。

続いて、降圧コンバータ４０において第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃのそれぞれをオン操作した直後に生じる電流のリンギングについて説明する。ここで、電流のリンギングの発生メカニズムは、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃのそれぞれについて同様である。このため、本実施形態では、第２のスイッチング素子４４ｂがオン操作された場合を例にして説明する。

本実施形態において、第２のスイッチング素子４４ｂがオン操作された直後において一時的に形成されてかつ、第２のスイッチング素子４４ｂ、第３の接続点Ｐ３、入力側平滑コンデンサ１８、第２の接続点Ｐ２及び第２のダイオード４６ｂを含む閉回路を第２の閉回路と称すこととする。

第２のダイオード４６ｂは、第２のスイッチング素子４４ｂがオン操作された直後において、逆電圧が印加されることから、規定方向とは逆方向のリカバリ電流を一時的に流通させる。このリカバリ電流の流通に起因して、第２のダイオード４６ｂの寄生容量及び第２の閉回路の配線インダクタンスによって定まる共振周波数を有する共振電流が第２の閉回路に流れる。そして、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃのそれぞれのオン操作に起因したリンギング波形が重畳されることにより、リンギングが増大し得る。

このため、本実施形態においても、上記第１の実施形態で説明したように、３組のスイッチング素子及びダイオードの直列接続体の接続点のそれぞれにリアクトルの一端が接続される構成を前提として、第１〜第３のスイッチング素子４４ａ〜４４ｃのオン操作タイミングを相違させる手法の適用が有効であると考えられる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・昇圧コンバータ１０の備える「スイッチング素子」としては、３つに限らず、２つ又は４つ以上であってもよい。ここで、図８及び図９には、スイッチング素子を２つ備える昇圧コンバータにおけるリンギング低減効果を示した。詳しくは、図８は、２つのスイッチング素子のオン操作タイミングをシフト時間「Ｔｐ／２」だけ相違させた場合における昇圧コンバータの出力電圧Ｖｐｎの推移、及びこれらオン操作タイミングを同一に設定した比較技術にかかる上記出力電圧Ｖｐｎの推移のシミュレーション結果を示す。また、図９（ａ）は、２つのスイッチング素子のオン操作タイミングを同一に設定した比較技術にかかる上記出力電圧Ｖｐｎの実機データを示し、図９（ｂ）は、これらオン操作タイミングを相違させた場合における上記出力電圧Ｖｐｎの実機データを示す。なお、図９の「Ｖｇｅ１」，「Ｖｇｅ２」は、２つのスイッチング素子のゲート電圧を示す。

図８に示すように、出力電圧Ｖｐｎのリンギングの低減によってサージ電圧が大きく低減されることがシミュレーションによって調べられた。また、図９に示すように、実機においても、オン操作タイミングを相違させることにより、出力電圧Ｖｐｎのリンギングを大きく低減できることが調べられた。

・「シフト時間」としては、基準周期Ｔα（共振周期Ｔｐをスイッチング素子の数で除算した値）と共振周期Ｔｐの整数倍との値の加算値に設定されるものに限らない。例えば、複数のスイッチング素子のそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギング波形の合計値が低減されることを条件として、基準周期Ｔαと共振周期Ｔｐの整数倍との値の加算値以外の時間に設定してもよい。

・上記第１の実施形態では、第１〜第３の閉回路の共振周波数が互いに同一の値とされたがこれに限らず、相違する値とされてもよい。共振周波数が相違する値とされるのは、例えば、第１〜第３の閉回路のそれぞれにおいて、ダイオードの寄生容量が相違したり、配線インダクタンスが相違したりすることに起因する。この場合、例えば、シミュレーション結果に基づき、複数のスイッチング素子のそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギング波形の合計値が低減されることを条件として、基準周期Ｔαと共振周期Ｔｐの整数倍との値の加算値以外の時間にシフト時間を設定する手法を採用してもよい。

・「スイッチング素子」としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよい。具体的には、上記第１の実施形態において、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃを、ドレインが第１〜第３のリアクトル１２ａ〜１２ｃの一端に接続されてかつソース同士が接続されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴとすればよい。この場合、「整流素子」としては、ダイオードに限らない。例えば、同期整流を行うなら、第１〜第３のダイオード１６ａ〜１６ｃに代えて、ソースが第１〜第３のリアクトル１２ａ〜１２ｃの一端に接続されてかつドレイン同士が接続されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのボディダイオードが、逆電圧の印加によって上記規定方向とは逆方向の電流を一時的に流通させるリカバリ特性を有する。

・上記第１の実施形態において、第１〜第３のスイッチング素子１４ａ〜１４ｃのそれぞれをオン操作する順番は、第１のスイッチング素子１４ａ、第２のスイッチング素子１４ｂ、第３のスイッチング素子１４ｃの順に限らない。例えば、第２のスイッチング素子１４ｂ、第３のスイッチング素子１４ｃ、第１のスイッチング素子１４ａ等、他の順番であってもよい。

・「電子装置」としては、昇圧コンバータや降圧コンバータ等の電力変換装置に限らない。要は、以下に説明する電子装置であればよい。詳しくは、上記電子装置は、第１の接続点で一端が互いに接続された複数のリアクトルと、複数の上記リアクトルのそれぞれについて、上記リアクトルの両端のうち上記第１の接続点とは反対側に一端が接続されたスイッチング素子と、複数の上記リアクトルのそれぞれについて、上記リアクトルの両端のうち上記第１の接続点とは反対側に一端が接続された整流素子と、を備える。また、上記電子装置は、複数の上記整流素子のそれぞれの両端のうち上記リアクトルとの接続点とは反対側が第２の接続点で互いに接続され、複数の上記スイッチング素子のそれぞれの両端のうち上記リアクトルとの接続点とは反対側が第３の接続点で互いに接続されている。そして、上記電子装置において、上記整流素子のそれぞれは、上記整流素子に接続された上記スイッチング素子がオン操作された直後において、オン操作された上記スイッチング素子、上記第３の接続点、上記第２の接続点、及び上記スイッチング素子に一端が接続された上記整流素子を含む閉回路において、逆電圧の印加によって上記規定方向とは逆方向の電流を一時的に流通させる特性を有する。こうした電子装置であっても、リンギング波形の合計値を低減させるように、複数のスイッチング素子のそれぞれのオン操作タイミングを相違させる手法の適用が有効であると考えられる。

１２ａ〜１２ｃ…第１〜第３のリアクトル、１４ａ〜１４ｃ…第１〜第３のスイッチング素子、１６ａ〜１６ｃ…第１〜第３のダイオード、Ｐ１〜Ｐ３…第１〜第３の接続点。

Claims

第１の接続点（Ｐ１）で一端が互いに接続された複数のリアクトル（１２ａ〜１２ｃ，４２ａ〜４２ｃ）と、
複数の前記リアクトルのそれぞれについて、該リアクトルの両端のうち前記第１の接続点とは反対側に一端が接続されたスイッチング素子（１４ａ〜１４ｃ，４４ａ〜４４ｃ）と、
複数の前記リアクトルのそれぞれについて、該リアクトルの両端のうち前記第１の接続点とは反対側に一端が接続された整流素子（１６ａ〜１６ｃ，４６ａ〜４６ｃ）と、
を備え、
複数の前記整流素子のそれぞれの両端のうち前記リアクトルとの接続点とは反対側は、第２の接続点（Ｐ２）で互いに接続され、
複数の前記スイッチング素子のそれぞれの両端のうち前記リアクトルとの接続点とは反対側は、第３の接続点（Ｐ３）で互いに接続され、
オフ操作された前記スイッチング素子に接続された前記リアクトルの磁気エネルギが放出される場合において、オフ操作された前記スイッチング素子に接続された前記整流素子に流れる電流の流通方向を規定方向と定義し、
前記整流素子のそれぞれは、該整流素子に接続された前記スイッチング素子がオン操作された直後において、オン操作された該スイッチング素子、前記第３の接続点、前記第２の接続点、及び該スイッチング素子に一端が接続された前記整流素子を含む閉回路において、逆電圧の印加によって前記規定方向とは逆方向の電流を一時的に流通させる特性を有し、
複数の前記スイッチング素子のそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギング波形の合計値が、複数の前記スイッチング素子のそれぞれのオン操作タイミングが同一に設定される場合において複数の前記スイッチング素子のそれぞれのオン操作に起因して生じるリンギング波形の合計値よりも低減されるように、複数の前記スイッチング素子のオン操作タイミングを互いに相違させるタイミング相違手段を備えることを特徴とする電子装置。
前記整流素子の寄生容量及び前記閉回路のインダクタンスによって定まる該閉回路に流れる電流の共振周波数の逆数を共振周期と定義し、
前記共振周期を前記スイッチング素子の数で除算した値と前記共振周期の整数倍の値との加算値をシフト時間と定義し、
前記タイミング相違手段は、複数の前記スイッチング素子のそれぞれを順次オン操作してかつ、隣接するオン操作タイミングを前記シフト時間相違させることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
前記シフト時間は、前記共振周期を前記スイッチング素子の数で除算した値に設定されていることを特徴とする請求項２記載の電子装置。
当該電子装置は、前記第１の接続点に印加される入力電圧を昇圧して前記第２の接続点から出力する昇圧コンバータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子装置。