JP7396184B2

JP7396184B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP7396184B2
Application number: JP2020076092A
Authority: JP
Inventors: 秀典田中; 晃司村田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2023-12-12
Anticipated expiration: 2040-04-22
Also published as: JP2021175242A

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、整流回路を含む電力変換装置に関する。

従来、整流回路を含むスイッチング電源回路が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載のスイッチング電源回路は、交流電力を出力するトランスと、４つのダイオードによって構成された整流回路とを含む。そして、このスイッチング電源回路は、整流回路から出力される直流電力を平滑する平滑回路をさらに備え、整流回路と平滑回路との間にコンデンサが設けられている。ここで、上記特許文献１には明記されていないが、ダイオードによって構成された整流回路によって交流電力を直流電力に変換する場合には、ダイオードが整流動作を行う際に順方向とは反対の方向に電流が流れる逆回復現象と、ダイオードが有する静電容量である寄生容量の充電とに起因して、整流動作によるサージ電圧が発生する。整流動作によるサージ電圧は、通常の出力電圧に比べて大きなピークを有し、トランスの漏れインダクタンスとダイオードの寄生容量とによって共振回路が構成されることによって高周波で振動する。そのため、このサージ電圧に起因して、装置から出力される電力にはノイズが含まれる。そこで、上記特許文献１に記載のスイッチング電源回路のように、整流回路と平滑回路の間に設けられたコンデンサによって、サージ電圧を抑制することが考えられる。

特開２００６－２３００７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のスイッチング電源回路のように、整流回路と平滑回路との間に設けられたコンデンサによって、整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを十分に抑制するためには、整流回路と平滑回路との間に設けられたコンデンサの静電容量を大きくする必要がある。コンデンサの静電容量が大きい場合、コンデンサの充放電によって生じる電流が増大するため、トランスに流れる電流が増大しトランスが発熱するという不都合がある。この不都合を解消するために、トランスの発熱を抑制するためにコンデンサの静電容量を小さくした場合には、サージ電圧の抑制が不十分となり、装置の外部に伝播するノイズの抑制が不十分となるため周囲の装置の誤作動を誘引する。そのため、トランスの発熱を抑制しながらダイオード（整流素子）による整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制することが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、トランスの発熱を抑制しながら整流素子による整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制することが可能な電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、トランスを介して交流電力が入力されるとともに、整流素子による整流動作によって、トランスから入力された交流電力を直流電力に変換して出力ラインに出力する整流回路と、一端が出力ラインの正側に接続され、他端が出力ラインの負側に接続され、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧を抑制するスナバコンデンサと、一端が出力ラインの負側に接続され、他端が接地され、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制するための接地コンデンサと、を備える。

この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、一端が出力ラインの正側に接続され、他端が出力ラインの負側に接続され、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧を抑制するスナバコンデンサと、一端が出力ラインの負側に接続され、他端が接地され、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制するための接地コンデンサと、を備える。これにより、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧をスナバコンデンサによって抑制することに加えて、接地コンデンサによってサージ電圧によるノイズを抑制することができる。そのため、トランスの発熱を抑制するためにスナバコンデンサの静電容量を小さくした場合にも、接地コンデンサによってサージ電圧によるノイズを抑制することができる。その結果、トランスの発熱を抑制しながら整流素子による整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制することができる。なお、接地コンデンサは、一端が出力ラインの負側に接続され、他端が接地されているので、接地コンデンサの充放電によってトランスに流れる電流が増大することによりトランスが発熱することは抑制される。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、スナバコンデンサは、整流素子の寄生容量よりも大きく、かつ、接地コンデンサの静電容量よりも小さい静電容量を有する。このように構成すれば、スナバコンデンサの静電容量が整流素子の寄生容量よりも大きいので、整流素子の寄生容量に起因するサージ電圧を十分に抑制することができる。そして、スナバコンデンサの静電容量が接地コンデンサの静電容量よりも小さいので、スナバコンデンサの静電容量が大きすぎることに起因して、スナバコンデンサの充放電によって大きい電流が流れることをより抑制することができる。そのため、スナバコンデンサによってサージ電圧を十分に抑制しながら、スナバコンデンサの充放電によって生じる電流を小さくすることができる。その結果、サージ電圧をより抑制しながら、スナバコンデンサの充放電によって過大な電流がトランスに流れることをより抑制することができるので、トランスの発熱をより抑制することができる。また、接地コンデンサの静電容量がスナバコンデンサの静電容量よりも大きいため、接地コンデンサによってサージ電圧によるノイズの発生を十分に抑制することができる。その結果、サージ電圧によるノイズの発生を効果的に抑制することができる。

この場合、好ましくは、スナバコンデンサは、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧の最大値が整流素子の定格電圧以下となるようにサージ電圧を抑制可能な値以上で、かつ、スナバコンデンサの充放電に起因するトランスの発熱を抑制可能な値以下となるように、前記整流素子の寄生容量よりも大きい静電容量を有する。このように構成すれば、スナバコンデンサが、サージ電圧の最大値が整流素子の定格電圧以下となるようにサージ電圧を抑制可能な値以上の静電容量を有するため、整流素子に定格電圧よりも大きな電圧が印加されることを抑制することができる。また、スナバコンデンサが、スナバコンデンサの充放電に起因するトランスの発熱を抑制可能な値以下の大きさの静電容量を有するため、スナバコンデンサの静電容量が大きすぎることに起因してトランスが発熱することを抑制することができる。そのため、整流素子に過大な電圧が印加されることを抑制しながら、トランスの発熱を抑制することができる。その結果、整流動作に起因するサージ電圧を十分に抑制しながら、トランスの発熱を抑制することができる。

この場合、好ましくは、整流回路は、ブリッジ状に接続された複数の整流素子の整流動作によって、トランスから入力された交流電力を直流電力に変換して出力ラインに出力するフルブリッジ形整流回路を含み、スナバコンデンサは、整流素子の寄生容量の１２０％以上３００％以下の大きさの静電容量を有する。このように構成すれば、整流回路がフルブリッジ形整流回路によって構成されている場合に、スナバコンデンサの静電容量が整流素子の寄生容量の１２０％以上３００％以下に構成されているので、スナバコンデンサによってサージ電圧を効果的に抑制することができる。すなわち、スナバコンデンサの静電容量が、整流素子の寄生容量の１２０％以上に構成されているため、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧が大きくなりすぎることを抑制することができる。そして、スナバコンデンサの静電容量が、整流素子の寄生容量の３００％以下に構成されているため、スナバコンデンサを充放電することによって大きすぎる電流が流れることを抑制することができる。これらの結果、整流回路がフルブリッジ形整流回路によって構成されている場合にも、サージ電圧を抑制しながら、装置が発熱することを効果的に抑制することができる。

上記スナバコンデンサが、サージ電圧を抑制可能な値以上で、かつ、トランスの発熱を抑制可能な値以下の大きさの静電容量を有する電力変換装置において、好ましくは、整流回路は、トランスの出力側巻線の両端の各々に接続された整流素子の整流動作によって、トランスの出力側巻線に含まれるセンタータップからの出力と整流素子を介した出力側巻線の両端からの出力とを整流し、トランスから出力される交流電力を直流電力に変換して出力ラインに出力するセンタータップ形整流回路を含み、スナバコンデンサは、整流素子の寄生容量の２４０％以上６００％以下の大きさの静電容量を有する。ここで、センタータップ形整流回路では、トランスの出力側巻線に印加される電圧がフルブリッジ形整流回路に比べて２倍の大きさとなる。また、サージ電圧の振動のエネルギー量は電圧の２乗に比例するため、静電容量が等しい場合には、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べてエネルギー量が４倍の大きさとなる。一方、サージ電圧に寄与する静電容量は、フルブリッジ形整流回路では整流素子２つ分であったのに対して、センタータップ形整流回路では整流素子１つ分となる。サージ電圧の振動のエネルギー量は静電容量に比例するため、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べて１つの整流素子の寄生容量に対するエネルギー量の割合が半分となる。したがって、サージ電圧の振動のエネルギー量は、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べて、１つの整流素子の寄生容量に対するサージ電圧の振動のエネルギー量の割合が２倍となる。上記の点を考慮して、本発明では、フルブリッジ形整流回路におけるスナバコンデンサの静電容量（たとえば、整流素子の寄生容量の１２０％以上３００％以下）の２倍となるように、スナバコンデンサは、整流素子の寄生容量の２４０％以上６００％以下の大きさの静電容量を有する。すなわち、整流素子の寄生容量に対するスナバコンデンサの静電容量の割合は、フルブリッジ形整流回路の２倍の大きさとなる。そのため、整流回路がセンタータップ形整流回路によって構成されている場合にも、フルブリッジ形整流回路と同様にサージ電圧を抑制しながらトランスが発熱することを抑制することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、接地コンデンサは、スナバコンデンサの静電容量の１５０％以上９００％以下の大きさの静電容量を有する。ここで、サージ電圧によるノイズの大きさは、接地コンデンサの静電容量の増加に対して下に凸となるＶ字型の変化をもつ特徴がある。すなわち、接地コンデンサの静電容量が極端に小さい場合と、極端に大きい場合とでは、サージ電圧によるノイズが大きくなり、接地コンデンサによって十分にノイズを抑制することが困難となる。この点を考慮して、本発明では、接地コンデンサを、スナバコンデンサの静電容量の１５０％以上９００％以下の大きさの静電容量を有するように構成する。このように構成すれば、接地コンデンサの静電容量が、スナバコンデンサの静電容量の１５０％以上９００％以下に構成されているので、接地コンデンサによって、サージ電圧によるノイズの大きさを十分に抑制することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、スイッチング素子を含み、外部の直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換し、トランスに対して出力するインバータ部をさらに備え、整流回路は、インバータ部から出力されトランスによって変圧された交流電力が入力され、入力された交流電力を直流電力に変換し出力ラインに出力することによって、装置外部に対して直流電力を供給するように構成されている。このように構成すれば、入力された直流電力をインバータ部によって交流電力に変換し、トランスによって変圧し、そして、整流回路によって直流電力に変換して出力する絶縁型ＤＣＤＣコンバータ装置において、トランスの発熱を抑制しながら整流素子による整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、整流回路は、鉄道車両に搭載されるように構成されており、接地コンデンサは、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧によるノイズ成分が、鉄道における電磁両立性の規制値よりも小さい値となるように、所定の範囲内の静電容量を有する。このように構成すれば、接地コンデンサをサージ電圧によるノイズ成分が、鉄道における電磁両立性の規制値よりも小さい値となるように構成するため、整流素子の整流動作に起因するサージ電圧によるノイズ成分によって、鉄道車両における周囲の他の装置に必要以上にノイズが伝播することを抑制することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、整流素子は、ダイオードを含み、スナバコンデンサは、ダイオードの逆回復現象と、ダイオードの寄生容量とに起因するサージ電圧を抑制するように構成されており、接地コンデンサは、ダイオードの逆回復現象と、トランスの漏れインダクタンスおよびダイオードの寄生容量による共振とに起因するサージ電圧によるノイズを抑制するように構成されている。このように構成すれば、整流素子がダイオードを含む場合にも、スナバコンデンサによってダイオードの逆回復現象と、ダイオードの寄生容量とに起因するサージ電圧を効果的に抑制することができる。また、整流素子がダイオードを含む場合にも、接地コンデンサによって、ダイオードの逆回復現象と、トランスの漏れインダクタンスおよびダイオードの寄生容量による共振とに起因するサージ電圧によるノイズを抑制することができる。そのため、整流素子がダイオードを含む場合にも、トランスの発熱を抑制しながら整流素子による整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、トランスの発熱を抑制しながら整流素子による整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制することができる。

第１実施形態による電力変換装置の構成を示す図である。第１実施形態によるトランスの構成について説明するための図である。第１実施形態による電力変換装置におけるサージ電圧について説明するための図である。第１実施形態による電力変換装置におけるサージ電圧の発生するタイミングについて説明するための図である。第１実施形態による電力変換装置におけるトランスに印加される電圧が０になった時点での電流の流れを説明するための図である。第１実施形態による電力変換装置におけるトランスに印加される電圧の極性が反転した時点での電流の流れを説明するための図である。第１実施形態による電力変換装置における整流回路に含まれるダイオードにおいて逆回復現象が起こった時点での電流の流れを説明するための図である。第１実施形態による電力変換装置におけるダイオードの寄生容量に充電が行われている時点での電流の流れを説明するための図である。第１実施形態による電力変換装置におけるサージ電圧について説明するための図であって、（Ａ）は、スナバコンデンサの静電容量が０ｎＦのサージ電圧の波形を示した図であり、（Ｂ）は、スナバコンデンサの静電容量が０．９４ｎＦのサージ電圧の波形を示した図であり、（Ｃ）は、スナバコンデンサの静電容量が１．１８ｎＦのサージ電圧の波形を示した図である。第１実施形態による電力変換装置におけるスナバコンデンサの静電容量とサージ電圧の最大値との関係を示した図である。第１実施形態による電力変換装置において雑音端子電圧の測定における等価回路を示した図である。第１実施形態による接地コンデンサの静電容量と雑音端子電圧との関係を示した図である。第２実施形態による電力変換装置の構成を説明するための図である。第１および第２実施形態の第１変形例によるインバータ部の例を示す図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１～図１２を参照して、第１実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。

（電力変換装置の構成）
図１に示すように、第１実施形態による電力変換装置１００は、外部の直流電源１０１からの直流電力を変換して、出力端子１０２に出力するように構成されている。電力変換装置１００は、たとえば、鉄道車両に搭載される。出力端子１０２は、たとえば、蓄電池に接続され、蓄電池に対して充電するための電力を供給するように構成されている。

電力変換装置１００は、インバータ部１と、トランス２と、整流回路３と、出力ライン４と、平滑回路５と、スナバコンデンサＣａと、接地コンデンサＣｅとを備える。

インバータ部１は、複数のＭＯＳＦＥＴ１１ａ～１１ｄを含む。そして、インバータ部１は、装置外部の直流電源１０１から入力された直流電力を交流電力に変換し、トランス２に対して出力する。具体的には、インバータ部１は、４つのＭＯＳＦＥＴ１１ａ～１１ｄと、４つの還流ダイオード１２ａ～１２ｂとを含む。なお、ＭＯＳＦＥＴ１１ａ～１１ｄは、特許請求の範囲の「スイッチング素子」の一例である。

ＭＯＳＦＥＴ１１ａ～１１ｄは、入力された直流電力を交流電力に変換するようにブリッジ接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１ａ～１１ｄは、図示しない制御部からの制御信号に基づいて、スイッチング動作を行う。還流ダイオード１２ａ～１２ｄは、ＭＯＳＦＥＴ１１ａ～１１ｄの各々と並列に接続されている。

トランス２は、図２に示すように、入力側巻線２１に入力された交流電力の電圧を変圧して出力側巻線２２から出力する。また、トランス２は、漏れインダクタンスＬ_ｒを含む。漏れインダクタンスＬｒとは、トランス２を構成する巻線の一部が、変圧作用に寄与せず、チョークコイルとして振る舞うことに起因するインダクタンスを意味する。

図１に示すように、整流回路３は、ダイオード３１ａ～３１ｄを含む。整流回路３は、トランス２を介してインバータ部１からの交流電力が入力される。すなわち、整流回路３は、インバータ部１から出力されトランス２によって変圧された交流電力が入力される。そして、整流回路３は、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作によって、トランス２から入力された交流電力を直流電力に変換して出力ライン４に出力する。これにより、整流回路３は、出力端子１０２（装置外部）に対して、直流電力を供給するように構成されている。第１実施形態では、整流回路３は、ブリッジ状に接続された複数のダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作によって、トランス２から入力された交流電力を直流電力に変換して出力ライン４に出力するフルブリッジ形整流回路を含む。たとえば、整流回路３は、１８０Ｖの直流電力を出力するように構成されている。整流回路３による整流動作の詳細は後述する。なお、ダイオード３１ａ～３１ｄは、特許請求の範囲の「整流素子」一例である。

ダイオード３１ａ～３１ｄは、たとえば、最大定格（定格電圧）が６００Ｖに構成されている。また、ダイオード３１ａ～３１ｄは、寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４（図５参照）を含む。寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４は、ダイオード３１ａ～３１ｄの物理的な構造に起因する静電容量成分を意味する。すなわち、ダイオード３１ａ～３１ｄは、静電容量を有しており、コンデンサと同様に充放電する。

出力ライン４は、整流回路３から出力された直流電力が流れる。出力ライン４は、正側と負側との２本の導線を含む。

平滑回路５は、リアクトル５１と、平滑コンデンサ５２とを含む。リアクトル５１は、出力ライン４の正側に直列に接続されている。平滑コンデンサ５２は、リアクトル５１よりも出力側の出力ライン４に並列に接続されている。すなわち、平滑コンデンサ５２は、一端が出力ライン４の正側に接続され、他端が出力ライン４の負側に接続されている。平滑回路５は、リアクトル５１および平滑コンデンサ５２の平滑作用によって、整流回路３から出力された直流電力からリプル（高調波成分）を除去することによって、直流電力を平滑する。

ここで、第１実施形態では、スナバコンデンサＣａは、整流回路３と平滑回路５との間の出力ライン４に接続されている。スナバコンデンサＣａは、一端が出力ライン４の正側に接続され、他端が出力ライン４の負側に接続されている。そして、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓ（図４参照）を抑制する。スナバコンデンサＣａは、たとえば、０．９４ｎＦの静電容量を有する。スナバコンデンサＣａの詳細については後述する。

また、第１実施形態では、接地コンデンサＣｅは、スナバコンデンサＣａと同様に、整流回路３と平滑回路５との間の出力ライン４に接続されている。接地コンデンサＣｅは、一端が出力ライン４の負側に接続され、他端が接地されている。そして、接地コンデンサＣｅは、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制するように構成されている。接地コンデンサＣｅは、たとえば、４．７ｎＦの静電容量を有する。接地コンデンサＣｅの詳細については後述する。

（サージ電圧について）
図３および図４に示すように、整流回路３に含まれるダイオード３１ａ～３１ｄにおいて、整流動作を行う際にサージ電圧Ｅｓが発生する。整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓは、通常の出力電圧に比べて大きなピークを有する。図３～図８を用いて、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓの発生について説明する。

まず、図３の時点Ｔ１において、インバータ部１のＭＯＳＦＥＴ１１ａおよび１１ｄがオンしている状態から、ＭＯＳＦＥＴ１１ｄがオフにされる。ＭＯＳＦＥＴ１１ｄがオフにされることによって、トランス２の入力側巻線２１に印加される電圧Ｖ_ｔ１は０になる。同様に、トランス２の出力側巻線２２の電圧Ｖ_ｔ２も０となり、スナバコンデンサＣａに印加される電圧Ｖ_Ｃａも０となる。そして、スナバコンデンサＣａに充電されていた電荷が放電されスナバコンデンサＣａに電流Ｉ_Ｃａが流れる。

そして、時点Ｔ２において、ＭＯＳＦＥＴ１１ｃがオンにされる。ＭＯＳＦＥＴ１１ｃがオンにされることによって、図５に示すように、インバータ部１のＭＯＳＦＥＴ１１ａにおいて、ソース端子からドレイン端子への順方向の導通とは反対向きに電流が流れる逆導通が発生する。なお、図５～図８の矢印は電流の流れる向きを示している。

次に、インバータ部１のＭＯＳＦＥＴ１１ａがオフにされた後、図３および図４の時点Ｔ３において、インバータ部１のＭＯＳＦＥＴ１１ｂがオンにされる。これにより、トランス２の入力側巻線２１に印加される電圧Ｖ_ｔ１が－Ｅとなる。そして、入力側巻線２１に流れる電流Ｉ_ｔ１の大きさが減少し始める。そして、トランス２の出力側巻線２２に印加される電圧Ｖ_ｔ２が－Ｅ／ａとなる。ａは、トランス２の変圧比である。そして、図６に示すように、図３の時点Ｔ３から、入力側巻線２１と同様に、出力側巻線２２に流れる電流も減少し始め、ダイオード３１ａおよび３１ｄに流れる電流が減少する。それと同時に、ダイオード３１ｂおよび３１ｃが導通して流れる電流が増加し始め、整流回路３に含まれる４つのダイオード３１ａ～３１ｄの全てが順方向に導通する。

次に、トランス２の入力側巻線２１に流れる電流Ｉ_ｔ１の極性が反転する。そして、図３および図４の時点Ｔ４において、図７に示すように、整流回路３に含まれるダイオード３１ａに流れる電流Ｉ_Ｄａが０より小さくなり、逆回復現象が発生する。逆回復現象とは、ダイオード３１ａの順方向とは反対の向きに電流が流れる現象である。また、同様にダイオード３１ｄでも逆回復現象が発生する。

そして、ダイオード３１ａおよび３１ｄの逆回復現象に合わせて、ダイオード３１ａおよび３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ４に対する充電が行われる。図３および図４の時点Ｔ５において、逆回復現象が終了した後も、図８に示すように、寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ４に対する充電が継続されるため、ダイオード３１ａおよびダイオード３１ｄに電流が流れ込む。それに伴い、ダイオード３１ａに印加される電圧Ｖ_Ｄａが上昇する。同様にダイオード３１ｄに印加される電圧も上昇する。また、ダイオード３１ａおよび３１ｄに印加される電圧の上昇に伴って、スナバコンデンサＣａに印加される電圧Ｖ_Ｃａも同様に上昇する。

そして、図３および図４の時点Ｔ５から時点Ｔ６に掛けて、ダイオード３１ａおよび３１ｄに印加される電圧が上昇することによって、通常の出力電圧Ｅ／ａ（トランス２からの出力電圧－Ｅ／ａの絶対値）よりも大きいピークを有するサージ電圧Ｅｓが発生する。同様に、スナバコンデンサＣａに印加される電圧Ｖ_Ｃａが上昇し、スナバコンデンサＣａが充電されることによって電流Ｉ_Ｃａが流れる。

上記のようにして、整流回路３による整流動作に起因して、図３および図４の時点Ｔ３から時点Ｔ６にかけて、ダイオード３１ａおよび３１ｄに通常の出力電圧よりも大きなサージ電圧Ｅｓが発生する。また、インバータ部１のＭＯＳＦＥＴ１１ｂをオフにしてＭＯＳＦＥＴ１１ａをオンにするタイミングにおいて、上記と同様の動作によって、ダイオード３１ｂおよび３１ｃにおいてサージ電圧Ｅｓが発生する。

（スナバコンデンサの静電容量について）
スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄの逆回復現象と、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４とに起因するサージ電圧Ｅｓを抑制する。

図９の（Ａ）～（Ｃ）に示すように、サージ電圧Ｅｓは、トランス２に含まれる漏れインダクタンスＬ_ｒと、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４とによって共振回路（ＬＣ回路）が構成されることによって高周波で振動する。また、スナバコンデンサＣａの静電容量の増加に伴って、サージ電圧Ｅｓのピーク（最大値）は低下する。また、スナバコンデンサＣａの静電容量の増加に伴って、サージ電圧Ｅｓの振動の周期は大きくなる。

たとえば、スナバコンデンサＣａの静電容量の値をＣ_ａ０（０ｎＦ）、Ｃ_ａ１（０．９４ｎＦ）、Ｃ_ａ２（１．１８ｎＦ）と変化させて、サージ電圧Ｅｓの最大値および振動の周波数を測定する。図９の（Ａ）に示すように、静電容量Ｃ_ａ０（０ｎＦ）の場合（スナバコンデンサＣａを設けない場合）、サージ電圧Ｅｓの最大値は５５４Ｖであり、振動の周波数ｆ_ｒ０は７．８１ＭＨｚとなる。また、図９の（Ｂ）に示すように、静電容量Ｃ_ａ１（０．９４ｎＦ）の場合、サージ電圧Ｅｓの最大値は４８４Ｖであり振動の周波数ｆ_ｒ１は５．６８ＭＨｚとなる。また、図９の（Ｃ）に示すように、静電容量Ｃ_ａ２（１．１８ｎＦ）の場合、サージ電圧Ｅｓの最大値は４３０Ｖであり振動の周波数ｆ_ｒ２は５．２２ＭＨｚとなる。

図１０に示すように、上記の測定結果から、入力電圧の１．２倍を考慮すると、サージ電圧Ｅｓの最大値と、スナバコンデンサＣａの静電容量との関係が取得される。なお、図中の点は、スナバコンデンサＣａの静電容量Ｃ_ａ０（０ｎＦ）、Ｃ_ａ１（０．９４ｎＦ）、Ｃ_ａ２（１．１８ｎＦ）の各々におけるサージ電圧Ｅｓの最大値の１．２倍の値をプロットしたものである。

第１実施形態では、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓの最大値がダイオード３１ａ～３１ｄの定格電圧以下となるようにサージ電圧Ｅｓを抑制可能な値以上の静電容量を有する。なお、ここでいう定格電圧とは、絶対最大定格の電圧値を意味する。具体的には、ダイオード３１ａ～３１ｄの最大定格は６００Ｖであるとする。したがって、スナバコンデンサＣａは、サージ電圧Ｅｓの最大値が６００Ｖ以下となるように抑制可能な静電容量を有するように定められる。図１０から、スナバコンデンサＣａの静電容量が０．６０５ｎＦ以上の場合に、サージ電圧Ｅｓの最大値が６００Ｖ以下になる。

また、第１実施形態では、スナバコンデンサＣａは、スナバコンデンサＣａの充放電に起因するトランス２の発熱を抑制可能な値以下の大きさの静電容量を有する。ここで、スナバコンデンサＣａの静電容量が大きい場合には、スナバコンデンサＣａを充放電するために流れる電流が大きくなる。そして、その電流によってトランス２のコイルが発熱する。したがって、必要以上にサージ電圧Ｅｓの最大値を抑制しようとすると、スナバコンデンサＣａの静電容量が大きくなり過ぎてトランス２が発熱するため、スナバコンデンサＣａによって抑制されたサージ電圧Ｅｓの最大値が５００Ｖ以上となるようにスナバコンデンサＣａの静電容量が定められる。図１０から、スナバコンデンサＣａの静電容量は、１．４８ｎＦ以下の値の場合に、サージ電圧Ｅｓの最大値が５００Ｖ以上になる。

上記のように、スナバコンデンサＣａの静電容量は、０．６０５ｎＦ以上１．４８ｎＦ以下の値となるように定められる。たとえば、スナバコンデンサＣａの値は、０．６０５ｎＦ以上１．４８ｎＦ以下の範囲において、ほぼ中間値となる０．９４ｎＦと定められる。

（ダイオードの１つの素子の寄生容量とスナバコンデンサの静電容量との関係）
ここで、共振回路（ＬＣ回路）における振動の周波数ｆは、ＬＣ回路におけるインダクタンスをＬ、静電容量をＣとした場合に、式（１）のように表される。

したがって、スナバコンデンサＣａの静電容量Ｃ_ａ０、Ｃ_ａ１、Ｃ_ａ２と、振動の周波数ｆ_ｒ０、ｆ_ｒ１、ｆ_ｒ２とによって、第１実施形態におけるサージ電圧Ｅｓの振動に寄与する静電容量Ｃ_{ｐ１＿ｔｏｔ}、Ｃ_{ｐ２＿ｔｏｔ}は、式（２）によって求められる。なお、Ｃ_{ｐ１＿ｔｏｔ}は、スナバコンデンサＣａの静電容量がＣ_ａ１（０．９４ｎＦ）の場合における振動に寄与する静電容量を示しており、Ｃ_{ｐ２＿ｔｏｔ}は、スナバコンデンサＣａの静電容量がＣ_ａ２（１．１８ｎＦ）の場合における振動に寄与する静電容量を示している。

これにより、スナバコンデンサＣａの静電容量がＣ_ａ１の場合は、Ｃ_{ｐ１＿ｔｏｔ}＝１．０６ｎＦと算出される。また、スナバコンデンサＣａの静電容量がＣ_ａ２の場合は、Ｃ_{ｐ２＿ｔｏｔ}＝０．９５ｎＦと算出される。第１実施形態における整流回路３は、フルブリッジ形整流回路であるため、この静電容量Ｃ_{ｐｎ＿ｔｏｔ}の値は、ダイオード３１ａ～３１ｄの１つあたりの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４の２倍の値に等しくなる。そのため、ダイオード３１ａ～３１ｄの素子１つあたりの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４は、約５００ｐＦである。

第１実施形態では、スナバコンデンサＣａの静電容量は、０．６０５ｎＦ以上１．４８ｎＦ以下の値である。ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量５００ｐＦに対するスナバコンデンサＣａの静電容量の値の範囲を百分率で表すと、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４の１２０％以上３００％以下の大きさの静電容量を有する。たとえば、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４の１２０％以上３００％以下の範囲のうち、ほぼ中間値となる約２００％の値（０．９４ｎＦ）と定められる。なお、スナバコンデンサＣａの静電容量は、０．６０５ｎＦ以上１．４８ｎＦ以下の値であればどのような値でもよい。すなわち、スナバコンデンサＣａの静電容量の値は、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４の１２０％以上３００％以下の値であればどのような値でもよい。

（接地コンデンサの静電容量について）
接地コンデンサＣｅは、ダイオード３１ａ～３１ｄの逆回復現象と、トランス２の漏れインダクタンスＬ_ｒおよびダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４による共振とに起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制するように構成されている。

第１実施形態では、接地コンデンサＣｅは、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズ成分が、鉄道における電磁両立性の規制値よりも小さい値となるように、所定の範囲内の静電容量を有する。具体的には、国際電気標準会議（ＩＥＣ：ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）において策定された規格であるＩＥＣ６２２３６－３－２（Ｅｄ．２）に適合するように、雑音端子電圧Ｖ_ｅｍ（図１２参照）が所定の値より小さくなるように接地コンデンサＣｅの静電容量が設定される。

ＩＥＣ６２２３６－３－２は、鉄道分野の電磁両立性について総合的な国際規格として策定された規格である。電磁両立性（ＥＭＣ：ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）とは、装置またはシステムが、周囲の環境（他の装置など）に対して電磁妨害（ノイズなど）を与えず、かつ、周囲からの電磁的な干渉を受けた場合にも機能することが可能な能力（ノイズ耐性など）を意味する。ＩＥＣ６２２３６－３－２では、鉄道システムにおける車上機器のＥＭＣ性能に関する規定が定められている。

具体的には、ＩＥＣ６２２３６－３－２では、雑音端子電圧Ｖ_ｅｍ（図１２参照）を９３ｄＢμＶ未満とするように定められている。雑音端子電圧Ｖ_ｅｍは、サージ電圧Ｅｓによるノイズ成分を示す。第１実施形態では、雑音端子電圧Ｖ_ｅｍは、スナバコンデンサＣａの静電容量を０．９４ｎＦとして、サージ電圧Ｅｓの振動の周波数をｆ_ｒ１＝５．６８ＭＨｚとして測定される。

図１１に示すように、雑音端子電圧Ｖ_ｅｍは、ＬＩＳＮ（ＬｉｎｅＩｍｐｅｄａｎｃｅＳｔａｂｉｌｉｚｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋ）を用いて測定される。ＬＩＳＮを用いた雑音端子電圧Ｖ_ｅｍの測定を行う場合の回路構成は、図１１に示す等価回路によって表される。図１１において、電源Ｖ_Ｎは、サージ電圧の電圧源を意味している。また、抵抗器Ｚｓは、サージ電圧源の電源インピーダンスを、リアクトルＬは、コモンモード成分（ノイズ成分）のインダクタンスを、それぞれ意味する。そして、５０Ωの抵抗器Ｒは、雑音端子電圧測定用負荷抵抗を示している。図１１の回路において５０Ωの抵抗器Ｒに印加される電圧の値を測定することによって、サージ電圧Ｅｓによるノイズ成分を示す雑音端子電圧Ｖ_ｅｍが測定される。

一般に、コンデンサのインピーダンスの周波数特性は、特定の周波数で最もインピーダンスが小さくなるＶ字型の特徴を有する。そして、コンデンサの静電容量が小さくなるにしたがって、このＶ字型の最小値が高周波側へシフトし、高周波でのインピーダンスが低くなる。接地コンデンサＣｅのように、コンデンサを用いてノイズの除去を行う場合には、コンデンサのインピーダンスが低いほど多くのノイズを除去することができる。したがって、接地コンデンサＣｅは、サージ電圧Ｅｓの振動の周波数において、インピーダンスが十分小さくなるように静電容量が定められる。

図１２に示すように、接地コンデンサＣｅの静電容量を変更させながら雑音端子電圧Ｖ_ｅｍを測定することによって、接地コンデンサＣｅの静電容量と雑音端子電圧Ｖ_ｅｍとの関係が取得される。雑音端子電圧Ｖ_ｅｍは、接地コンデンサＣｅの静電容量に対して下に凸となる特徴を有する。そして、図１２から、雑音端子電圧Ｖ_ｅｍが９３ｄＢμＶ未満となる接地コンデンサＣｅの静電容量は、１．６ｎＦ以上８．６ｎＦ以下となる。第１実施形態では、１．６ｎＦ以上８．６ｎＦ以下の範囲に含まれるように、たとえば、接地コンデンサＣｅの静電容量は、４．７ｎＦに定められる。

上記のように、接地コンデンサＣｅは、スナバコンデンサＣａの静電容量に基づいて、雑音端子電圧Ｖ_ｅｍが所定の値よりも小さくなるように選定される。たとえば、スナバコンデンサＣａの静電容量が０．９４ｎＦの場合には、上記のように接地コンデンサＣｅの値の範囲が１．６ｎＦ以上８．６ｎＦ以下の範囲に含まれるように定められる。したがって、第１実施形態では、スナバコンデンサＣａの静電容量０．９４ｎＦに対する接地コンデンサＣｅの静電容量の値の範囲を百分率で表すと、接地コンデンサＣｅは、スナバコンデンサＣａの静電容量の１５０％以上９００％以下の大きさの静電容量を有する。なお、接地コンデンサＣｅの静電容量は、１．６ｎＦ以上８．６ｎＦ以下の値であればどのような値でもよい。すなわち、接地コンデンサＣｅの静電容量は、スナバコンデンサＣａの静電容量の１５０％以上９００％以下であればどのような値でもよい。

上記のように、第１実施形態では、スナバコンデンサＣａは、０.９４ｎＦの静電容量を有し、接地コンデンサＣｅは、４．７ｎＦの静電容量を有する。したがって、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４よりも大きく、かつ、接地コンデンサＣｅの静電容量よりも小さい静電容量を有する。すなわち、接地コンデンサＣｅの静電容量は、スナバコンデンサＣａの静電容量以上の大きさの値を有する。

また、スナバコンデンサＣａによってサージ電圧Ｅｓを抑制しながら、接地コンデンサＣｅによってサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制するので、スナバコンデンサＣａのみを用いて、サージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制する場合に比べて、スナバコンデンサＣａの静電容量を小さくすることができる。そのため、スナバコンデンサＣａの大きさを小さくすることができるので、回路構成を小さくすることができる。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、一端が出力ライン４の正側に接続され、他端が出力ライン４の負側に接続され、ダイオード３１ａ～３１ｄ（整流素子）の整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓを抑制するスナバコンデンサＣａと、一端が出力ライン４の負側に接続され、他端が接地され、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制するための接地コンデンサＣｅと、を備える。これにより、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧ＥｓをスナバコンデンサＣａによって抑制することに加えて、接地コンデンサＣｅによってサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制することができる。そのため、トランス２の発熱を抑制するためにスナバコンデンサＣａの静電容量を小さくした場合にも、接地コンデンサＣｅによってサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制することができる。その結果、トランス２の発熱を抑制しながらダイオード３１ａ～３１ｄによる整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制することができる。なお、接地コンデンサＣｅは、一端が出力ライン４の負側に接続され、他端が接地されているので、接地コンデンサＣｅの充放電によってトランス２に流れる電流が増大することによりトランス２が発熱することは抑制される。

また、第１実施形態では、上記のように、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄ（整流素子）の寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４よりも大きく、かつ、接地コンデンサＣｅの静電容量よりも小さい静電容量を有する。このように構成すれば、スナバコンデンサＣａの静電容量がダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４よりも大きいので、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４に起因するサージ電圧Ｅｓを十分に抑制することができる。そして、スナバコンデンサＣａの静電容量が接地コンデンサＣｅの静電容量よりも小さいので、スナバコンデンサＣａの静電容量が大きすぎることに起因して、スナバコンデンサＣａの充放電によって大きい電流が流れることをより抑制することができる。そのため、スナバコンデンサＣａによってサージ電圧Ｅｓを十分に抑制しながら、スナバコンデンサＣａの充放電によって生じる電流を小さくすることができる。その結果、サージ電圧Ｅｓをより抑制しながら、スナバコンデンサＣａの充放電によって過大な電流がトランス２に流れることをより抑制することができるので、トランス２の発熱をより抑制することができる。また、接地コンデンサＣｅの静電容量がスナバコンデンサＣａの静電容量よりも大きいため、接地コンデンサＣｅによってサージ電圧Ｅｓによるノイズの発生を十分に抑制することができる。その結果、サージ電圧Ｅｓによるノイズの発生を効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄ（整流素子）の整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓの最大値がダイオード３１ａ～３１ｄの定格電圧以下となるようにサージ電圧Ｅｓを抑制可能な値以上で、かつ、スナバコンデンサＣａの充放電に起因するトランス２の発熱を抑制可能な値以下となるように、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４よりも大きい静電容量を有する。このように構成すれば、スナバコンデンサＣａが、サージ電圧Ｅｓの最大値がダイオード３１ａ～３１ｄの定格電圧以下となるようにサージ電圧Ｅｓを抑制可能な値以上の静電容量を有するため、ダイオード３１ａ～３１ｄに定格電圧よりも大きな電圧が印加されることを抑制することができる。また、スナバコンデンサＣａが、スナバコンデンサＣａの充放電に起因するトランス２の発熱を抑制可能な値以下の大きさの静電容量を有するため、スナバコンデンサＣａの静電容量が大きすぎることに起因してトランス２が発熱することを抑制することができる。そのため、ダイオード３１ａ～３１ｄに過大な電圧が印加されることを抑制しながら、トランス２の発熱を抑制することができる。その結果、整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓを十分に抑制しながら、トランス２の発熱を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、整流回路３は、ブリッジ状に接続された複数のダイオード３１ａ～３１ｄ（整流素子）の整流動作によって、トランス２から入力された交流電力を直流電力に変換して出力ライン４に出力するフルブリッジ形整流回路を含み、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４の１２０％以上３００％以下の大きさの静電容量を有する。このように構成すれば、整流回路３がフルブリッジ形整流回路によって構成されている場合に、スナバコンデンサＣａの静電容量がダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４の１２０％以上３００％以下に構成されているので、スナバコンデンサＣａによってサージ電圧Ｅｓを効果的に抑制することができる。すなわち、スナバコンデンサＣａの静電容量が、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４の１２０％以上に構成されているため、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓが大きくなりすぎることを抑制することができる。そして、スナバコンデンサＣａの静電容量が、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４の３００％以下に構成されているため、スナバコンデンサＣａを充放電することによって大きすぎる電流が流れることを抑制することができる。これらの結果、整流回路３がフルブリッジ形整流回路によって構成されている場合にも、サージ電圧Ｅｓを抑制しながら、装置が発熱することを効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、接地コンデンサＣｅは、スナバコンデンサＣａの静電容量の１５０％以上９００％以下の大きさの静電容量を有する。ここで、サージ電圧Ｅｓによるノイズの大きさは、接地コンデンサＣｅの静電容量の増加に対して下に凸となるＶ字型の変化をもつ特徴がある。すなわち、接地コンデンサＣｅの静電容量が極端に小さい場合と、極端に大きい場合とでは、サージ電圧Ｅｓによるノイズが大きくなり、接地コンデンサＣｅによって十分にノイズを抑制することが困難となる。この点を考慮して、第１実施形態では、接地コンデンサＣｅを、スナバコンデンサＣａの静電容量の１５０％以上９００％以下の大きさの静電容量を有するように構成する。このように構成すれば、接地コンデンサＣｅの静電容量が、スナバコンデンサＣａの静電容量の１５０％以上９００％以下に構成されているので、接地コンデンサＣｅによって、サージ電圧Ｅｓによるノイズの大きさを十分に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ＭＯＳＦＥＴ１１ａ～１１ｄ（スイッチング素子）を含み、外部の直流電源１０１から入力された直流電力を交流電力に変換し、トランス２に対して出力するインバータ部１をさらに備え、整流回路３は、インバータ部１から出力されトランス２によって変圧された交流電力が入力され、入力された交流電力を直流電力に変換し出力ライン４に出力することによって、装置外部に対して直流電力を供給するように構成されている。このように構成すれば、入力された直流電力をインバータ部１によって交流電力に変換し、トランス２によって変圧し、そして、整流回路３によって直流電力に変換して出力する絶縁型ＤＣＤＣコンバータ装置においても、トランス２の発熱を抑制しながらダイオード３１ａ～３１ｄ（整流素子）による整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、整流回路３は、鉄道車両に搭載されるように構成されており、接地コンデンサＣｅは、ダイオード３１ａ～３１ｄ（整流素子）の整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズ成分が、鉄道における電磁両立性の規制値よりも小さい値となるように、所定の範囲内の静電容量を有する。このように構成すれば、接地コンデンサＣｅをサージ電圧Ｅｓによるノイズ成分が、鉄道における電磁両立性の規制値よりも小さい値となるように構成するため、ダイオード３１ａ～３１ｄの整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズ成分によって、鉄道車両における周囲の他の装置に必要以上にノイズが伝播することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、整流素子は、ダイオード３１ａ～３１ｄを含み、スナバコンデンサＣａは、ダイオード３１ａ～３１ｄの逆回復現象と、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４とに起因するサージ電圧Ｅｓを抑制するように構成されており、接地コンデンサＣｅは、ダイオード３１ａ～３１ｄの逆回復現象と、トランス２の漏れインダクタンスＬｒおよびダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量Ｃ_ｐ１～Ｃ_ｐ４による共振とに起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制するように構成されている。このように構成すれば、整流素子がダイオード３１ａ～３１ｄを含む場合にも、スナバコンデンサＣａによってダイオード３１ａ～３１ｄの逆回復現象と、ダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量とに起因するサージ電圧Ｅｓを効果的に抑制することができる。また、整流素子がダイオード３１ａ～３１ｄを含む場合にも、接地コンデンサＣｅによって、ダイオード３１ａ～３１ｄの逆回復現象と、トランス２の漏れインダクタンスＬｒおよびダイオード３１ａ～３１ｄの寄生容量による共振とに起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制することができる。そのため、整流素子がダイオード３１ａ～３１ｄを含む場合にも、トランス２の発熱を抑制しながらダイオード３１ａ～３１ｄによる整流動作に起因するサージ電圧Ｅｓによるノイズを抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、図１３を参照して、第２実施形態による電力変換装置２００の構成について説明する。整流回路３をフルブリッジ形整流回路によって構成した第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、整流回路２０３をセンタータップ形整流回路によって構成する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。

（第２実施形態による電力変換装置の構成）
図１３に示すように、第２実施形態による電力変換装置２００は、トランス２０２と、整流回路２０３とを備える。

トランス２０２は、第１実施形態と同様に、入力側巻線２１に入力された交流電力の電圧を変圧して出力側巻線２２２から出力する。出力側巻線２２２は、センタータップ２２２ａを有する。センタータップ２２２ａは、出力側巻線２２２の中間に設けられた端子である。

整流回路２０３は、ダイオード２３１ａおよび２３１ｂを含む。整流回路２０３は、第１実施形態による整流回路３と同様に、トランス２０２から入力された交流電力を直流電力に変換して出力ライン４に出力する。具体的には、第２実施形態では、整流回路２０３は、トランス２０２の出力側巻線２２２の両端の各々に接続されたダイオード２３１ａおよび２３１ｂの整流動作によって、トランス２０２の出力側巻線２２２に含まれるセンタータップ２２２ａからの出力とダイオード２３１ａおよび２３１ｂを介した出力側巻線２２２の両端からの出力とを整流し、トランス２０２から出力される交流電力を直流電力に変換して出力ライン４に出力するセンタータップ形整流回路を含む。なお、ダイオード２３１ａおよび２３１ｂは、特許請求の範囲の「整流素子」一例である。

ダイオード２３１ａおよび２３１ｂは、第１実施形態によるダイオード３１ａ～３１ｄと同様に、寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２を有する。

ここで、センタータップ形整流回路では、トランス２０２の出力側巻線２２２に印加される電圧がフルブリッジ形整流回路に比べて２倍の大きさとなる。サージ電圧Ｅｓの振動のエネルギー量は、式（３）に示すように、電圧の２乗に比例し、静電容量に比例する。なお、Ｅはエネルギー量、Ｖは電圧、Ｃは静電容量を示す。

したがって、サージ電圧の振動のエネルギー量は電圧の２乗に比例するため、静電容量が等しい場合には、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べてエネルギー量が４倍の大きさとなる。一方、サージ電圧Ｅｓに寄与する静電容量は、第１実施形態のフルブリッジ形整流回路ではダイオード３１ａ～３１ｂのうちの２つ分であったのに対して、センタータップ形整流回路ではダイオード２３１ａおよび２３１ｂのうちの１つ分となる。サージ電圧Ｅｓの振動のエネルギー量は静電容量に比例するため、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べて１つのダイオード３１ａ（３１ｂ）の寄生容量Ｃ_ｐ１（Ｃ_ｐ２）に対するエネルギー量の割合が半分となる。したがって、サージ電圧Ｅｓの振動のエネルギー量は、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べて、１つのダイオード３１ａ（３１ｂ）の寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２に対するサージ電圧Ｅｓの振動のエネルギー量の割合が２倍となる。

したがって、第２実施形態では、サージ電圧Ｅｓを抑制するためのスナバコンデンサＣａの静電容量は、第１実施形態の２倍の大きさとなる。すなわち、第２実施形態では、スナバコンデンサＣａは、ダイオード２３１ａおよび２３１ｂの寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２の２４０％以上６００％以下の大きさの静電容量を有する。

なお、接地コンデンサＣｅの静電容量は、第１実施形態と同様の原理によって定められる。そのため、第１実施形態と同様に、接地コンデンサＣｅは、スナバコンデンサＣａの静電容量の１５０％以上９００％以下の大きさの静電容量を有する。

また、第２実施形態によるその他の構成は、第１実施形態と同様である。

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、整流回路２０３は、トランス２０２の出力側巻線２２２の両端の各々に接続されたダイオード２３１ａおよび２３１ｂ（整流素子）の整流動作によって、トランス２０２の出力側巻線２２２に含まれるセンタータップ２２２ａからの出力とダイオード２３１ａおよび２３１ｂを介した出力側巻線２２２の両端からの出力とを整流し、トランス２０２から出力される交流電力を直流電力に変換して出力ライン４に出力するセンタータップ形整流回路を含み、スナバコンデンサＣａは、ダイオード２３１ａおよび２３１ｂの寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２の２４０％以上６００％以下の大きさの静電容量を有する。ここで、センタータップ形整流回路では、トランス２０２の出力側巻線２２２に印加される電圧がフルブリッジ形整流回路に比べて２倍の大きさとなる。また、サージ電圧Ｅｓの振動のエネルギー量は電圧の２乗に比例するため、静電容量が等しい場合には、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べてエネルギー量が４倍の大きさとなる。一方、サージ電圧Ｅｓに寄与する静電容量は、フルブリッジ形整流回路ではダイオード３１ａ～３１ｂ２つ分であったのに対して、センタータップ形整流回路ではダイオード２３１ａおよび２３１ｂ１つ分となる。サージ電圧Ｅｓの振動のエネルギー量は静電容量に比例するため、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べて１つのダイオード２３１ａおよび２３１ｂの寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２に対するエネルギー量の割合が半分となる。したがって、サージ電圧Ｅｓの振動のエネルギー量は、センタータップ形整流回路では、フルブリッジ形整流回路に比べて、１つのダイオード２３１ａおよび２３１ｂの寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２に対するサージ電圧Ｅｓのエネルギー量が２倍となる。上記の点を考慮して、第２実施形態では、フルブリッジ形整流回路におけるスナバコンデンサＣａの静電容量（たとえば、ダイオード２３１ａおよび２３１ｂの寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２の１２０％以上３００％以下）の２倍となるように、スナバコンデンサＣａは、ダイオード２３１ａおよび２３１ｂの寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２の２４０％以上６００％以下の大きさの静電容量を有する。すなわち、ダイオード２３１ａおよび２３１ｂの寄生容量Ｃ_ｐ１およびＣ_ｐ２に対するスナバコンデンサＣａの静電容量の割合は、フルブリッジ形整流回路の２倍の大きさとなる。そのため、整流回路２０３がセンタータップ形整流回路によって構成されている場合にも、フルブリッジ形整流回路と同様にサージ電圧Ｅｓを抑制しながらトランス２０２が発熱することを抑制することができる。また、第２実施形態によるその他の効果は、第１実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

（第１変形例）
たとえば、上記第１および第２実施形態では、インバータ部が、２レベルインバータ回路である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１４に示す第１変形例による電力変換装置３００のインバータ部３０１のように、ダイオードクランプ型の３レベルインバータ回路であってもよい。また、インバータ部は、フライングキャパシタ型の３レベルインバータ回路であってもよい。

（その他の変形例）
また、上記第１および第２実施形態では、スナバコンデンサは、ダイオード（整流素子）の寄生容量よりも大きく、かつ、接地コンデンサの静電容量よりも小さい静電容量を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、スナバコンデンサは、接地コンデンサの静電容量よりも大きい静電容量を有するように構成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態ではスナバコンデンサは、サージ電圧の最大値がダイオード（整流素子）の定格電圧以下となるようにサージ電圧を抑制可能な値以上で、かつ、トランスの発熱を抑制可能な値以下の大きさの静電容量を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、スナバコンデンサは、トランスの発熱を抑制可能な値よりも大きい静電容量を有していてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、電力変換装置は、インバータ部とトランスと整流回路とを備えるＤＣＤＣコンバータ装置である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換装置は、入力された交流電力を直流電力に変換し出力するＡＣＤＣコンバータ装置であってもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、整流回路は、鉄道車両に搭載される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、整流回路を据え置き型のＤＣＤＣコンバータに搭載されるように構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、接地コンデンサは、サージ電圧によるノイズ成分が、鉄道における電磁両立性の規制値よりも小さい値となるように、所定の範囲内の静電容量を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、接地コンデンサを、サージ電圧によるノイズ成分が極小値となるような静電容量を有するようにしてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、整流素子がダイオードを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、整流素子はＭＯＳＦＥＴを含んでいてもよい。

１、３０１インバータ部
２、２０２トランス
３、２０３整流回路
４出力ライン
１１ａ～１１ｄＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）
２２、２２２出力側巻線
３１ａ～３１ｄ、２３１ａ、２３１ｂダイオード（整流素子）
１００、２００、３００電力変換装置
１０１直流電源
２２２ａセンタータップ

Claims

トランスを介して交流電力が入力されるとともに、整流素子による整流動作によって、前記トランスから入力された交流電力を直流電力に変換して出力ラインに出力する整流回路と、
一端が前記出力ラインの正側に接続され、他端が前記出力ラインの負側に接続され、前記整流素子の整流動作に起因するサージ電圧を抑制するスナバコンデンサと、
一端が前記出力ラインの負側に接続され、他端が接地され、前記整流素子の整流動作に起因するサージ電圧によるノイズを抑制するための接地コンデンサと、を備える、電力変換装置。
前記スナバコンデンサは、前記整流素子の寄生容量よりも大きく、かつ、前記接地コンデンサの静電容量よりも小さい静電容量を有する、請求項１に記載の電力変換装置。
前記スナバコンデンサは、前記整流素子の整流動作に起因するサージ電圧の最大値が前記整流素子の定格電圧以下となるようにサージ電圧を抑制可能な値以上で、かつ、前記スナバコンデンサの充放電に起因する前記トランスの発熱を抑制可能な値以下となるように、前記整流素子の寄生容量よりも大きい静電容量を有する、請求項２に記載の電力変換装置。
前記整流回路は、ブリッジ状に接続された複数の前記整流素子の整流動作によって、前記トランスから入力された交流電力を直流電力に変換して出力ラインに出力するフルブリッジ形整流回路を含み、
前記スナバコンデンサは、前記整流素子の寄生容量の１２０％以上３００％以下の大きさの静電容量を有する、請求項３に記載の電力変換装置。
前記整流回路は、前記トランスの出力側巻線の両端の各々に接続された前記整流素子の整流動作によって、前記トランスの前記出力側巻線に含まれるセンタータップからの出力と前記整流素子を介した前記出力側巻線の両端からの出力とを整流し、前記トランスから出力される交流電力を直流電力に変換して前記出力ラインに出力するセンタータップ形整流回路を含み、
前記スナバコンデンサは、前記整流素子の寄生容量の２４０％以上６００％以下の大きさの静電容量を有する、請求項３に記載の電力変換装置。
前記接地コンデンサは、前記スナバコンデンサの静電容量の１５０％以上９００％以下の大きさの静電容量を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
スイッチング素子を含み、外部の直流電源から入力された直流電力を交流電力に変換し、前記トランスに対して出力するインバータ部をさらに備え、
前記整流回路は、前記インバータ部から出力され前記トランスによって変圧された交流電力が入力され、入力された交流電力を直流電力に変換し前記出力ラインに出力することによって、装置外部に対して直流電力を供給するように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記整流回路は、鉄道車両に搭載されるように構成されており、
前記接地コンデンサは、前記整流素子の整流動作に起因するサージ電圧によるノイズ成分が、鉄道における電磁両立性の規制値よりも小さい値となるように、所定の範囲内の静電容量を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
前記整流素子は、ダイオードを含み、
前記スナバコンデンサは、前記ダイオードの逆回復現象と、前記ダイオードの寄生容量とに起因するサージ電圧を抑制するように構成されており、
前記接地コンデンサは、前記ダイオードの逆回復現象と、前記トランスの漏れインダクタンスおよび前記ダイオードの寄生容量による共振とに起因するサージ電圧によるノイズを抑制するように構成されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の電力変換装置。