JPH09312973A

JPH09312973A - 直流−直流変換装置

Info

Publication number: JPH09312973A
Application number: JP18722196A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Gekitou; 政和鷁頭; Kazuo Kuroki; 一男黒木
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1997-12-02
Anticipated expiration: 2016-07-17
Also published as: JP3656779B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチ素子ターンオフ時の電圧上昇率およ
びスナバ回路での損失を低減し、直流−直流変換装置の
変換効率を低下させないようにする。【解決手段】直流電源１，半導体スイッチ素子２Ａ，
ダイオード３Ａおよび変圧器４からなる１石フォワード
型コンバータに、半導体スイッチ素子２Ｂおよびダイオ
ード３Ｂを図示のように接続することで、クランプ形の
スナバ回路１３の適用を可能とし、装置の小型化と高効
率化を図る。各種コンバータに別のタイプのスナバ回路
を付加し、半導体スイッチ素子ターンオフ時の電圧上昇
率，スナバ回路での損失を低減する各種回路や、直流電
源電圧の変動に対処し得る各種回路も提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流電源から絶
縁された直流電力を取り出す直流−直流変換装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図２４に１石フォワード型直流−直流変
換装置の従来例を示す。同図に示すように、直流電源１
の正極側端子には変圧器４の一次巻線４１とリセット巻
線４２との接続点が、変圧器４の一次巻線４１の他方の
端子と直流電源１の負極側端子間には半導体スイッチ素
子２Ａが、変圧器４のリセット巻線４２の他方の端子と
直流電源１の負極側端子間にはダイオード３Ａが、変圧
器４の二次巻線４３には整流回路５が、整流回路５には
平滑フィルタ（平滑回路）６がそれぞれ接続されて構成
されている。

【０００３】図２５に図２４の動作波形を示す（図２４
のような回路とその動作は、例えば１９８４年誠文堂新
光社発行「スイッチングレギュレータの設計方法とパワ
ーデバイスの使いかた」１８〜１９頁，９５〜９９頁の
記載等により良く知られている）。いま、半導体スイッ
チ素子２Ａがオンの期間に変圧器４を正方向に励磁
し、整流回路５および平滑フィルタ６を介して負荷に直
流電力を供給する。これに対し、半導体スイッチ素子２
Ａがオフの期間には変圧器４の励磁エネルギーが、リ
セット巻線４２およびダイオード３Ａを介して直流電源
１に回生される。

【０００４】図２４の回路では、半導体スイッチ素子２
Ａのターンオフ時、半導体スイッチ素子２Ａのはね上が
り電圧を抑制するとともに、電圧上昇率（ｄｖ／ｄｔ）
を小さくしてスイッチング損失を低減するため、半導体
スイッチ素子２Ａに対しダイオード７１とコンデンサ７
２とを直列接続し、ダイオード７１に並列に放電抵抗７
３を接続したスナバ回路７を並列に接続している。これ
により、コンデンサ７２が吸収したエネルギーは、次に
半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間に、放電抵
抗７３へ放出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２４の回路において
は、スナバコンデンサが吸収したエネルギーは、次に半
導体スイッチ素子がオンしたとき、放電抵抗へ放出され
損失となる。いま、放電抵抗の損失をＰ、スナバコンデ
ンサの静電容量をＣ、直流電源の電圧をＥ、変圧器のリ
セット電圧をＶｒ、半導体スイッチ素子のはね上がり電
圧をΔＶ、半導体スイッチ素子の動作周波数をｆとする
と、Ｐ＝（１／２）×Ｃ×（Ｅ＋Ｖｒ＋ΔＶ）²×ｆとなる。したがって、直流電源の電圧Ｅ、変圧器のリセ
ット電圧Ｖｒおよび半導体スイッチ素子の動作周波数ｆ
が高くなると、放電抵抗における発生損失が大きくなる
ため、大形で高価なスナバ回路が必要となるだけでな
く、装置の変換効率が低下するという問題がある。した
がって、この発明の課題はスナバ回路を大形化せず、装
置の変換効率を低下させないようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では直流電源と、一次側にリセッ
ト巻線を持つ変圧器と、この変圧器の二次側に接続され
る整流回路と、その整流出力を平滑化する平滑回路とか
らなり、直流電源から絶縁された直流電力を取り出す直
流−直流変換装置において、第１のダイオードの一方の
端子と第１の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列
接続した第１の直列アームと、第２の半導体スイッチ素
子の一方の端子と第２のダイオードの一方の端子とを直
列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回路とを
それぞれ並列に接続するとともに、前記変圧器一次巻線
のリセット巻線を接続していない側の端子を前記第１の
直列アームの接続点に、また、前記変圧器リセット巻線
の一次巻線を接続していない側の端子を前記第２の直列
アームの接続点に、さらには、前記直流電源を変圧器の
一次巻線とリセット巻線の接続点と前記第１の半導体ス
イッチ素子と前記第２のダイオードの接続点との間に並
列に、それぞれ接続する。

【０００７】請求項１の発明の如くすることにより、第
１の半導体スイッチ素子のターンオフ時、第１のスナバ
回路を構成するコンデンサは（Ｅ＋Ｖｒ）にクランプさ
れるため、第１のスナバ回路が吸収するエネルギーＰ１
は、Ｐ１＝（１／２）×Ｃ×ΔＶ²×ｆと、小さくなる。また、第１の半導体スイッチ素子がオ
ンしている期間に第２のスイッチ素子をオンさせること
により、第１のスナバ回路が吸収したエネルギーＰ１を
負荷に放出することができる。

【０００８】請求項２の発明では、請求項１の発明に対
し、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続
した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子
と並列に、また、補助ダイオードと補助リアクトルとの
直列回路に補助コンデンサを直列接続した補助回路を前
記スナバダイオードと並列に、さらに、回生用ダイオー
ドを前記直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と前
記第２の半導体スイッチ素子の並列接続点との間にそれ
ぞれ接続して構成する。

【０００９】請求項２の発明の如くすることにより、第
１の半導体スイッチ素子のターンオフ時、スナバコンデ
ンサによって第１の半導体スイッチ素子の電圧上昇率を
抑制し、スイッチング損失を低減する。次に、第１の半
導体スイッチ素子がオンの期間に、スナバコンデンサに
蓄えられている電荷を補助回路で吸収し、補助コンデン
サに移す。さらに、第１の半導体スイッチ素子がオフし
ている期間に、補助コンデンサに蓄えられている電荷
を、回生ダイオードを介して第１のスナバ回路に移す。
そして、第１の半導体スイッチ素子がオンしている期間
は、第２の半導体スイッチ素子をオンすることで、第１
のスナバ回路に吸収したエネルギーを負荷に放出する。

【００１０】請求項３の発明では、請求項１または２の
発明で、第２の半導体スイッチ素子のオン期間を、第１
のスナバ回路を構成するコンデンサの静電容量と変圧器
の漏れインダクタンスとで決まる共振周波数のほぼ１／
２とする。これにより、第２の半導体スイッチ素子に
は、第１のスナバ回路を構成するコンデンサの静電容量
と変圧器の漏れインダクタンスとで決まる周期の正弦波
状の電流が流れるが、そのオン期間を共振周期の約１／
２とし、ターンオフ時の０Ａ付近で電流を遮断すること
により、スイッチング損失を低減する。

【００１１】請求項４の発明では、第１のダイオードと
第１の半導体スイッチ素子とを直列接続した第１の直列
アームと、第２の半導体スイッチ素子と第２のダイオー
ドとを直列接続した第２の直列アームと、直流電源とを
互いに並列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列
アームの直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接
続点との間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には
整流回路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続し
てなる直流−直流変換装置において、前記第１の半導体
スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子のそれぞれ
に、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続
したスナバ回路をそれぞれ並列に、また、前記スナバダ
イオードのそれぞれには補助ダイオードと補助リアクト
ルとを直列接続した直列回路に補助コンデンサを直列接
続した補助回路を並列に、さらに回生ダイオードを前記
直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と、前記第
１，第２の直列アームの並列接続点との間にそれぞれ接
続して構成する。

【００１２】請求項５の発明では、半導体スイッチ素子
とダイオードとを逆並列接続した２組のスイッチング素
子を直列接続した第１の直列アームと、コンデンサを直
列接続した第２の直列アームと、直流電源とを互いに並
列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの
直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接続点との
間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には整流回
路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる
直流−直流変換装置において、前記スイッチング素子の
それぞれには、スナバダイオードとスナバコンデンサと
を直列接続したスナバ回路を並列に、また、前記スナバ
ダイオードのそれぞれには、補助ダイオードと補助リア
クトルとを直列接続した直列回路に補助コンデンサを直
列接続した補助回路を並列に、さらに回生ダイオードを
前記直列回路と前記補助コンデンサとの接続点と、前記
第１，第２の直列アームの並列接続点との間にそれぞれ
接続して構成する。

【００１３】請求項６の発明では、半導体スイッチ素子
とダイオードとを逆並列接続した２組のスイッチング素
子を直列接続した第１の直列アームと、コンデンサを直
列接続した第２の直列アームと、直流電源とを互いに並
列に接続し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの
直列接続点と、前記第２の直列アームの直列接続点との
間に接続するとともに、変圧器の二次巻線には整流回
路、この整流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる
直流−直流変換装置において、前記スイッチング素子と
前記変圧器一次巻線の接続点との間に補助リアクトルを
それぞれ直列に、前記スイッチング素子のそれぞれに
は、スナバダイオードとスナバコンデンサとを直列接続
したスナバ回路を並列に、補助ダイオードと補助コンデ
ンサとを直列接続した補助回路を前記スナバ回路の直列
接続点と前記補助リアクトルと前記変圧器一次巻線の接
続点との接続点間に、回生ダイオードを前記補助回路の
直列接続点と前記第１，第２の直列アームの並列接続点
間にそれぞれ接続して構成する。

【００１４】上記請求項４〜６の発明では、半導体スイ
ッチ素子のターンオフ時には、スナバコンデンサによっ
て上記半導体スイッチ素子の電圧上昇率を抑制し、スイ
ッチング損失を低減させる。次に、半導体スイッチ素子
がオンしている期間には、上記スナバコンデンサに蓄え
られている電荷を補助回路で吸収し、補助コンデンサに
移す。その後、半導体スイッチ素子がオフしている期間
に、この補助コンデンサに蓄えられている電荷を、回生
ダイオードを介して直流電源に回生することで、スナバ
回路での発生損失を低減させる。

【００１５】請求項７の発明では、第１のダイオードの
一方の端子と第１の半導体スイッチ素子の一方の端子と
を直列接続した第１の直列アームと、第２の半導体スイ
ッチ素子の一方の端子と第２のダイオードの一方の端子
とを直列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回
路とをそれぞれ並列に接続するとともに、中間端子を備
えた変圧器一次巻線の一方の端子を前記第１の直列アー
ムの直列接続点に、前記変圧器一次巻線の他方の端子を
前記第２の直列アームの直列接続点にそれぞれ接続し、
また、直流電源を３端子スイッチの第１の端子と前記第
１の半導体スイッチ素子と前記第２のダイオードとの並
列接続点間に、前記３端子スイッチの第２の端子を前記
変圧器の中間端子に、前記３端子スイッチの第３の端子
を前記第１のダイオードと前記第２の半導体スイッチ素
子との並列接続点間にそれぞれ接続し、さらには、入力
電圧検出回路を前記直流電源と並列に、制御回路を前記
入力電圧検出回路と前記３端子スイッチとの間に、前記
変圧器の二次端子を整流回路に、この整流回路を平滑フ
ィルタにそれぞれ接続している。

【００１６】請求項８の発明では、第１の半導体スイッ
チ素子の一方の端子と第２の半導体スイッチ素子の一方
の端子とを直列接続した第１の直列アームと、第３の半
導体スイッチ素子の一方の端子と第４の半導体スイッチ
素子の一方の端子とを直列接続した第２の直列アーム
と、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列に接続するとと
もに、中間端子を備えた変圧器一次巻線の一方の端子を
前記第１の直列アームの直列接続点に、前記変圧器一次
巻線の他方の端子を前記第２の直列アームの直列接続点
にそれぞれ接続し、また、直流電源を３端子スイッチの
第１の端子と前記第１の半導体スイッチ素子と前記第３
の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、前記３端子
スイッチの第２の端子を前記変圧器の中間端子に、前記
３端子スイッチの第３の端子を前記第２の半導体スイッ
チ素子と前記第４の半導体スイッチ素子との並列接続点
間にそれぞれ接続し、さらには、入力電圧検出回路を前
記直流電源と並列に、制御回路を前記入力電圧検出回路
と前記３端子スイッチとの間に、前記変圧器の二次端子
を整流回路に、この整流回路を平滑フィルタにそれぞれ
接続している。

【００１７】上記請求項７の発明においては、第１のス
ナバダイオードと第１のスナバコンデンサとを直列接続
した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子
と並列に、第１の補助ダイオードと第１の補助リアクト
ルとを直列接続した第１の直列回路と第１の補助コンデ
ンサとを直列接続した第１の補助回路を前記第１のスナ
バダイオードと並列に、第１の回生ダイオードを前記第
１の直列回路と第１の補助コンデンサとの接続点と前記
第１のダイオードと前記第２の半導体スイッチ素子との
並列接続点間に、第２のスナバダイオードと第２のスナ
バコンデンサとを直列接続した第３のスナバ回路を前記
第２の半導体スイッチ素子と並列に、第２の補助ダイオ
ードと第２の補助リアクトルとを直列接続した第２の直
列回路と第２の補助コンデンサとを直列接続した第２の
補助回路を前記第２のスナバダイオードと並列に、第２
の回生ダイオードを前記第２の直列回路と第２の補助コ
ンデンサとの接続点と前記第２のダイオードと前記第１
の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、それぞれ接
続することができる（請求項９の発明）。

【００１８】上記請求項８の発明においては、第１のス
ナバダイオードと第１のスナバコンデンサとを直列接続
した第２のスナバ回路を前記第１の半導体スイッチ素子
と並列に、第１の補助ダイオードと第１の補助リアクト
ルとを直列接続した第１の直列回路と第１の補助コンデ
ンサとを直列接続した第１の補助回路を前記第１のスナ
バダイオードと並列に、第１の回生ダイオードと第１の
回生リアクトルとを直列接続した第１の回生回路を前記
第１の直列回路と前記第１の補助コンデンサとの接続点
と前記第２の半導体スイッチ素子と第４の半導体スイッ
チ素子との並列接続点間に、第２のスナバダイオードと
第２のスナバコンデンサとを直列接続した第３のスナバ
回路を前記第２の半導体スイッチ素子と並列に、第２の
補助ダイオードと第２の補助リアクトルとを直列接続し
た第２の直列回路と第２の補助コンデンサとを直列接続
した第２の補助回路を前記第２のスナバダイオードと並
列に、第２の回生ダイオードと第２の回生リアクトルと
を直列接続した第２の回生回路を前記第２の直列回路と
前記第２の補助コンデンサとの接続点と前記第１の半導
体スイッチ素子と第３の半導体スイッチ素子との並列接
続点間に、前記第２の直列アームについても上記と同じ
く、第４のスナバ回路、第５のスナバ回路、第３の補助
回路、第４の補助回路、第３の回生回路および第４の回
生回路をそれぞれ接続することができる（請求項１０の
発明）。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す回路図である。図２４に示す従来例からスナバ
回路７を省き、ダイオード３Ｂの一方の端子を変圧器一
次巻線４１と半導体スイッチ素子２Ａとの接続点に、半
導体スイッチ素子２Ｂの一方の端子を変圧器リセット巻
線４２とダイオード３Ａとの接続点に、ダイオード３Ｂ
の他方の端子を半導体スイッチ素子２Ｂの他方の端子
に、スナバ回路１３をダイオード３Ｂと半導体スイッチ
素子２Ｂとの並列接続点と半導体スイッチ素子２Ａとダ
イオード３Ａの並列接続点との間にそれぞれ接続して構
成する。図３に図１の動作波形を示す。なお、図１の直
流出力動作は図２４の場合と同様なので、以下では相違
点のみを説明する。すなわち、半導体スイッチ素子２Ａ
がターンオフしたとき、スナバ回路１３が変圧器４の漏
れインダクタンスおよび配線インダクタンスに蓄えられ
たエネルギーを、ダイオード３Ｂを介して吸収する。次
に、半導体スイッチ素子２Ａと半導体スイッチ素子２Ｂ
が同時にオンしている期間に、スナバ回路１３に蓄え
られている電荷を、スナバ回路１３→半導体スイッチ素
子２Ｂ→変圧器リセット巻線４２→直流電源１の経路で
放電し、スナバ回路１３で吸収したエネルギーを負荷に
放出する。つまり、ダイオード３Ｂはスナバダイオード
の役目を果たし、半導体スイッチ素子２Ｂは電力回生用
として作用する。図２に図１の変形例を示す。これは、
直流電源１の正極側端子を半導体スイッチ素子２Ａとダ
イオード３Ａとの接続点に、また、直流電源１の負極側
端子を変圧器一次巻線４１と変圧器リセット巻線４２と
の接続点にそれぞれ接続した点が特徴で、機能的には図
１と全く同じなので詳細は省略する。

【００２０】図４はこの発明の第２の実施の形態を示す
回路図、図６はその動作説明図である。図１との相違点
は、スナバダイオード７１とスナバコンデンサ７２を直
列接続したスナバ回路７を半導体スイッチ素子２Ａと並
列に、また、補助ダイオード８１と補助リアクトル８２
を直列接続した直列回路と補助コンデンサ８３とを直列
接続した補助回路８をスナバダイオード７１と並列に、
さらに、回生ダイオード９を上記直列回路と補助コンデ
ンサ８３の接続点と、ダイオード３Ｂと半導体スイッチ
素子２Ｂとの接続点間に接続した点にある。つまり、図
１および図２に示す例では、スナバ回路１３により吸収
したエネルギーを負荷に放出するようにしているため、
スナバ回路１３では損失は殆ど発生しないが、半導体ス
イッチ素子２Ａのターンオフ時の電圧上昇率を抑制する
ことができない。図４に示すものは、この問題を解決し
得るようにするものである。

【００２１】図６を参照して、半導体スイッチ素子２Ａ
に並列接続されたスナバコンデンサ７２の、電荷のエネ
ルギー回生動作につき説明する。いま、半導体スイッチ
素子２Ａがターンオフする時、スナバコンデンサ７２が
半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率を抑制する。次
に、半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間，
に、スナバコンデンサ７２に蓄えられた電荷を、スナバ
コンデンサ７２→補助ダイオード８１→補助リアクトル
８２→補助コンデンサ８３→半導体スイッチ素子２Ａの
経路で、補助リアクトル８２および補助コンデンサ８３
に放電する。スナバコンデンサ７２が０Ｖまで放電する
と、補助リアクトル８２に蓄えられたエネルギーによ
り、補助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→スナバ
ダイオード７１→補助ダイオード８１の経路で電流が流
れ、補助コンデンサ８３にエネルギーを移す。さらに、
半導体スイッチ素子２Ａがオフの期間に、補助コンデ
ンサ８３に蓄えられた電荷を、補助コンデンサ８３→回
生ダイオード９→スナバ回路１３→直流電源１→変圧器
一次巻線４１の経路でスナバ回路１３へと放出する。そ
して、半導体スイッチ素子２Ａと２Ｂが同時にオンして
いる期間に、スナバ回路１３に蓄えられている電荷
を、スナバ回路１３→半導体スイッチ素子２Ｂ→変圧器
リセット巻線４２→直流電源１の経路で放電し、スナバ
回路１３で吸収したエネルギーを負荷に放出する。図５
に図４の変形例を示す。すなわち、直流電源１の正極側
端子を半導体スイッチ２Ａとダイオード３Ａとの接続点
に、直流電源１の負極側端子を変圧器一次巻線４１と変
圧器リセット巻線４２との接続点にそれぞれ接続する他
は図４に示すものと全く同じなので、説明は省略する。

【００２２】以上、いずれの例においても、半導体スイ
ッチ素子２Ｂのオン期間、半導体スイッチ素子２Ｂに
は、スナバ回路１３を構成するコンデンサの静電容量
と、変圧器４の漏れインダクタンスとによって決まる周
期の正弦波状の電流が流れる。そこで、半導体スイッチ
素子２Ｂのオン期間を、コンデンサの静電容量と変圧器
の漏れインダクタンスで決まる共振周期の約１／２（図
６に示す期間参照）とし、半導体スイッチ素子２Ｂの
ターンオフ時、０Ａ付近で電流を遮断する。これによ
り、半導体スイッチ素子２Ｂのターンオフ時のスイッチ
ング損失を低減することができる。

【００２３】また、図４，図５はいずれも１石フォワー
ド型コンバータにスナバ回路，補助回路および回生ダイ
オードを付加したものであるが、２石フォワード型やハ
ーフブリッジ型のコンバータへの適用も考えられる。図
７は２石フォワード型に適用したもので、その基本回路
に対して、スナバダイオード７１とスナバコンデンサ７
２を直列接続したスナバ回路７を半導体スイッチ素子２
Ａと並列に、また、補助ダイオード８１と補助リアクト
ル８２とを直列接続した第１の直列回路に補助コンデン
サ８３を直列接続した補助回路８をスナバダイオード７
１と並列に、さらに、回生ダイオード９を上記第１の直
列回路と補助コンデンサ８３との接続点と、直流電源１
の正極側端子との間にそれぞれ接続して構成される。同
様に、スナバダイオード１０１とスナバコンデンサ１０
２を直列接続したスナバ回路１０を半導体スイッチ素子
２Ｂと並列に、また、補助ダイオード１１１と補助リア
クトル１１２とを直列接続した第２の直列回路に補助コ
ンデンサ１１３を直列接続した補助回路１１をスナバダ
イオード１０１と並列に、さらに、回生ダイオード１２
を上記第２の直列回路と補助コンデンサ１１３との接続
点と、直流電源１の負極側端子との間にそれぞれ接続し
て構成される。

【００２４】図１０に図７の動作波形を示す。ここで
は、半導体スイッチ素子２Ａに付属するスナバコンデン
サ７２の電荷エネルギーの回生動作について説明する。
半導体スイッチ素子２Ａがターンオフするとき、スナバ
コンデンサ７２が半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率
を抑制する。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオンして
いる期間に、スナバコンデンサ７２に蓄えられている
電荷をスナバコンデンサ７２→補助ダイオード８１→補
助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→半導体スイッ
チ素子２Ａの経路で、補助リアクトル８２および補助コ
ンデンサ８３に放電する。スナバコンデンサ７２が０Ｖ
まで放電すると期間に移行し、補助リアクトル８２に
蓄えられたエネルギーにより、補助リアクトル８２→補
助コンデンサ８３→スナバダイオード７１→補助ダイオ
ード８１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ８３にエ
ネルギーを移す。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオフ
の期間に、補助コンデンサ８３に蓄えられている電荷
は、補助コンデンサ８３→回生ダイオード９→直流電源
１→回生ダイオード１２→補助コンデンサ１１→変圧器
一次巻線４１の経路で放電し、直流電源１にエネルギー
を回生する。半導体スイッチ素子２Ｂに付属するスナバ
回路１０，補助回路１１および回生ダイオード１２につ
いても、上記と同様に動作する。

【００２５】図８はハーフブリッジ型に適用したもの
で、その基本回路に対して、スナバダイオード７１とス
ナバコンデンサ７２とを直列接続したスナバ回路７を半
導体スイッチ素子２Ａと並列に、また、補助ダイオード
８１と補助リアクトル８２とを直列接続した第１の直列
回路に、補助コンデンサ８３を直列接続した補助回路８
をスナバダイオード７１と並列に、さらに、回生ダイオ
ード９を上記第１の直列回路と補助コンデンサ８３との
接続点と、直流電源１の正極側端子との間にそれぞれ接
続して構成されている。同様に、スナバダイオード１０
１とスナバコンデンサ１０２を直列接続したスナバ回路
１０を半導体スイッチ素子２Ｂと並列に、また、補助ダ
イオード１１１と補助リアクトル１１２とを直列接続し
た第２の直列回路に、補助コンデンサ１１３を直列接続
した補助回路１１をスナバダイオード１０１と並列に、
さらに、回生ダイオード１２を上記第２の直列回路と補
助コンデンサ１１３との接続点と、直流電源１の負極側
端子との間にそれぞれ接続して構成される。

【００２６】図１１に図８の動作波形を示す。ここで
は、半導体スイッチ素子２Ａに付属するスナバコンデン
サ７２の電荷エネルギーの回生動作について説明する。
半導体スイッチ素子２Ａがターンオフするとき、スナバ
コンデンサ７２が半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率
を抑制する。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオンして
いる期間に、スナバコンデンサ７２に蓄えられている
電荷をスナバコンデンサ７２→補助ダイオード８１→補
助リアクトル８２→補助コンデンサ８３→半導体スイッ
チ素子２Ａの経路で、補助リアクトル８２および補助コ
ンデンサ８３に放電する。スナバコンデンサ７２が０Ｖ
まで放電すると期間に移行し、補助リアクトル８２に
蓄えられたエネルギーにより、補助リアクトル８２→補
助コンデンサ８３→スナバダイオード７１→補助ダイオ
ード８１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ８３にエ
ネルギーを移す。次に、半導体スイッチ素子２Ａがオフ
の期間に、補助コンデンサ８３に蓄えられている電荷
は、補助コンデンサ８３→回生ダイオード９→直流電源
１→コンデンサ３１Ａ→変圧器一次巻線４１の経路で放
電し、コンデンサ３１Ａにエネルギーを回生する。コン
デンサ３１Ａに蓄えられた電荷は、半導体スイッチ素子
２Ｂがオンの期間〜に変圧器４を介して負荷に放出
される。半導体スイッチ素子２Ｂに付属するスナバ回路
１０，補助回路１１および回生ダイオード１２について
も、上記と同様に動作する。

【００２７】図９に図８の変形例を示す。半導体スイッ
チ素子２Ａと変圧器一次巻線４１の接続点との間に補助
リアクトル８２を、スナバダイオード７１とスナバコン
デンサ７２とを直列接続したスナバ回路７を半導体スイ
ッチ素子２Ａと並列に、また、補助ダイオード８１と補
助コンデンサ８３とを直列接続した第３の直列回路をス
ナバダイオード７１とスナバコンデンサ７２との接続点
と、補助リアクトル８２と変圧器一次巻線４１の接続点
との間に、さらに、回生ダイオード９を上記第３の直列
回路の接続点と、直流電源１の正極側端子との間にそれ
ぞれ接続して構成される。同様に、半導体スイッチ素子
２Ｂと変圧器一次巻線４１の接続点との間に補助リアク
トル１１２を、スナバダイオード１０１とスナバコンデ
ンサ１０２とを直列接続したスナバ回路１０を半導体ス
イッチ素子２Ｂと並列に、また、補助ダイオード１１１
と補助コンデンサ１１３とを直列接続した第４の直列回
路をスナバダイオード１０１とスナバコンデンサ１０２
との接続点と、補助リアクトル１１２と変圧器一次巻線
４１の接続点との間に、さらに、回生ダイオード１２を
上記第４の直列回路の接続点と、直流電源１の負極側端
子との間にそれぞれ接続して構成される。この例は、図
８に示すものでは、例えば無負荷時などでスナバコンデ
ンサ７２に電荷が充分に蓄えられていない状態において
半導体スイッチ素子２Ｂがオンすると、スナバコンデン
サ７２を充電するため半導体スイッチ素子２Ｂに過大な
電流が流れる。この例は、かかる不都合を生じさせない
ようにするものである。

【００２８】以上では、直流電源電圧をほぼ一定として
扱っているため、電圧の異なるものには適用できなくな
るという問題が残されている。この点について、以下に
説明する。図２６に従来の２石フォワード型直流−直流
変換装置の従来例を示す。すなわち、直流電源１の正極
側端子には半導体スイッチ２Ｂの一方の端子とダイオー
ド３Ｂの一方の端子が、また、直流電源１の負極側端子
には半導体スイッチ２Ａの一方の端子とダイオード３Ａ
の一方の端子が、半導体スイッチ２Ｂの他方の端子には
変圧器４の一次巻線４１の一方の端子とダイオード３Ａ
の他方の端子が、ダイオード３Ｂの他方の端子には半導
体スイッチ２Ａの他方の端子と変圧器４の一次巻線４１
の他方の端子が、さらに、変圧器４の二次巻線４３には
整流回路５が、整流回路５には平滑フィルタ６がそれぞ
れ接続されている。図２６の動作波形を図２８に示す。
半導体スイッチ２Ａおよび２Ｂをオンしている期間に
変圧器４を正方向に励磁し、整流回路５および平滑フィ
ルタ６を介して負荷に電力を供給する。次に、半導体ス
イッチ２Ａ，２Ｂをオフしている期間に、変圧器４の
励磁エネルギーが変圧器一次巻線４１およびダイオード
３Ａ，３Ｂを介して直流電源１に回生される。

【００２９】図２７にフルブリッジ型直流−直流変換装
置の従来例を示す。同図において、直流電源１の正極側
端子には半導体スイッチ２Ｃ，２Ｄの一方の端子が、直
流電源１の負極側端子には半導体スイッチ２Ａ，２Ｂの
一方の端子が、半導体スイッチ２Ｄの他方の端子には変
圧器４の一次巻線４１の一方の端子と半導体スイッチ２
Ｂの他方の端子が、半導体スイッチ２Ｃの他方の端子に
は半導体スイッチ２Ａの他方の端子と変圧器４の一次巻
線４１の他方の端子が、変圧器４の二次巻線４３には整
流回路５が、整流回路５には平滑フィルタ６がそれぞれ
接続されている。図２７の動作波形を図２９に示す。半
導体スイッチ２Ａ，２Ｄをオンしている期間に変圧器
４を正方向に励磁し、整流回路５および平滑フィルタ６
を介して負荷に直流電力を供給する。次に、半導体スイ
ッチ２Ｂ，２Ｃをオンしている期間に変圧器４を負方
向に励磁し、整流回路５および平滑フィルタ６を介して
負荷に直流電力を供給する。

【００３０】図２６の場合、直流電源１の最大電圧をＥ
ｄ１，最小電圧をＥｄ２、電圧がＥｄ１のときの半導体
スイッチ２Ａ，２Ｂがオンしている期間をＴＳ１、電圧
がＥｄ２のときの半導体スイッチ２Ａ，２Ｂがオンして
いる期間をＴＳ２、半導体スイッチ２Ａ，２Ｂに流れる
電流をｉ、このときの半導体スイッチ２Ａ，２Ｂの電圧
降下をＶＳとすると、半導体スイッチ２Ａ，２Ｂがオン
している期間に発生する導通損失ＰＯＮは、ＰＯＮ＝２×（ＶＳ×ｉ×ＴＯＮ）となる。また、出力電圧が一定の場合はＴＳ１＜ＴＳ２
となり、直流電源電圧がＥｄ２のときは半導体スイッチ
における導通損失が増加する。また、変圧器の巻数比を
ｎ１：ｎ２、変圧器の二次巻線４３に発生する電圧をＶ
Ｔ２とすると、ＶＴ２＝Ｅｄ×ｎ２／ｎ１となる。整流回路を構成するダイオードは直流電源電圧
がＥｄ１の場合においても耐圧を越えないように選定さ
れるが、耐圧の高いダイオードは発生損失が大きく高価
であるという問題がある。

【００３１】直流電源を単相交流（ＡＣ）電源１００Ｖ
または２００Ｖから、ダイオード整流器により全波整流
して得る例について具体的に説明する。ＡＣ１００Ｖの
場合Ｅｄ２＝９０Ｖ、ＡＣ２００Ｖの場合Ｅｄ１＝１８
０Ｖとなる。このとき、ＴＳ２≒２×ＴＳ１となり、Ａ
Ｃ２００Ｖの場合と比較してＡＣ１００Ｖの場合の半導
体スイッチの導通損失は約２倍となる。また、変圧器の
巻数比を１：１とすると、整流器を構成するダイオード
は１８０Ｖ以上の耐圧のものを選定するようにする。こ
の点は図２７の場合も同様で、直流電源電圧が低い場合
はそれが高い場合に比べて、半導体スイッチ２Ａ，２
Ｂ，２Ｃおよび２Ｄの導通損失が増加し、また、整流回
路を構成するダイオードは直流電源電圧が最大の場合で
も耐圧を越えないように選定しなければならない。つま
り、従来の直流−直流変換装置では、直流電源電圧の変
動によって発生損失が大きくなり、整流回路を構成する
ダイオードに耐圧が大きく高価なものを要するという問
題が残されている。

【００３２】上記のような問題を回避することが可能な
電圧適応型の直流−直流変換装置について、以下に説明
する。図１２はかかる実施の形態（第５の実施の形態）
を示す回路図である。図２６との相違点は、変圧器４の
一次巻線４１の一方の端子をダイオード３Ｂと半導体ス
イッチ２Ａとの直列接続点に、変圧器４の一次巻線４２
の一方の端子を半導体スイッチ２Ｂとダイオード３Ａと
の直列接続点に、スナバ回路１３をダイオード３Ｂと半
導体スイッチ２Ｂとの並列接続点と半導体スイッチ２Ａ
とダイオード３Ａとの並列接続点間に、直流電源１の正
極側端子をスイッチ３０の一方の端子に、直流電源１の
負極側端子を半導体スイッチ２Ａとダイオード３Ａとの
並列接続点に、スイッチ３０の第１の端子３０Ａを変圧
器４の中間端子に、スイッチ３０の第２の端子３０Ｂを
ダイオード３Ｂと半導体スイッチ２Ｂとの並列接続点
に、入力電圧検出回路４０を直流電源１と並列に、制御
回路５０を入力電圧検出回路４０とスイッチ３０との間
に、それぞれ接続して構成した点にある。

【００３３】図１２の構成において、直流電源１の電圧
を入力電圧検出回路４０により検出し、検出値が所定値
以上になると制御回路５０により、スイッチ３０を端子
３０Ｂ側に接続する。この場合は図２６と同じ２石コン
バータ構成となり、図２６と同様の動作が行なわれる。
これに対し、上記検出値が所定値以下のときは、スイッ
チ３０は端子３０Ａ側に接続され、図１と同様の１石コ
ンバータ構成となる。図２０に図１２でスイッチ３０を
３０Ａ側に接続した場合の動作波形を示す。すなわち、
この回路の直流出力動作は、半導体スイッチ２Ａをオン
している期間に変圧器４を正方向に励磁し、整流回路
５および平滑回路６を介して負荷に直流電力を供給す
る。次に、半導体スイッチ２Ａをオフしている期間に
変圧器４の励磁エネルギーが、変圧器一次巻線４２およ
びダイオード３Ａを介して直流電源１に回生される。な
お、巻線４２は１石コンバータの場合はリセット巻線と
して作用し、２石コンバータの場合は一次巻線として作
用することになる。

【００３４】ここで、第１のスナバ回路１３によるエネ
ルギー回生動作について説明する。半導体スイッチ２Ａ
がターンオフしたとき、第１のスナバ回路１３が変圧器
４の漏れインダクタンスおよび配線インダクタンスに蓄
えられたエネルギーを、ダイオード３Ｂを介して吸収す
る。次に、半導体スイッチ２Ａおよび２Ｂが同時にオン
している期間に、第１のスナバ回路１３に蓄えられて
いる電荷を、第１のスナバ回路１３→半導体スイッチ２
Ｂ→変圧器一次巻線４２→直流電源１の経路で放電し、
第１のスナバ回路１３で吸収したエネルギーを変圧器４
の二次側に放出する。図１３に図１２の変形例を示す。
図１２との相違点は、直流電源１の正極端子を半導体ス
イッチ２Ａとダイオード３Ａとの並列接続点に、直流電
源１の負極端子をスイッチ３０の一方の端子にそれぞれ
接続した点にある。ただし、その動作は図１２と全く同
様なので、説明は省略する。

【００３５】図１４に電圧適応型の直流−直流変換装置
の第２の実施の形態（第６の実施の形態）を示す。これ
は、図２７の従来例に対応するもので、その相違点は、
変圧器４の一次巻線４１の一方の端子を半導体スイッチ
２Ａと半導体スイッチ２Ｃとの直列接続点に、変圧器４
の一次巻線４２の一方の端子を半導体スイッチ２Ｂと半
導体スイッチ２Ｄとの直列接続点に、スナバ回路１３を
半導体スイッチ２Ｃと半導体スイッチ２Ｄとの並列接続
点と半導体スイッチ２Ａと半導体スイッチ２Ｂとの並列
接続点間に、直流電源１の正極側端子をスイッチ３０の
一方の端子に、直流電源１の負極側端子を半導体スイッ
チ２Ａと半導体スイッチ２Ｂとの並列接続点に、スイッ
チ３０の第１の端子３０Ａを変圧器４の中間端子に、ス
イッチ３０の第２の端子３０Ｂを半導体スイッチ２Ｃと
半導体スイッチ２Ｄとの並列接続点に、入力電圧検出回
路４０を直流電源１と並列に、制御回路５０を入力電圧
検出回路４０とスイッチ３０との間に、それぞれ接続し
て構成した点にある。

【００３６】図１４の回路も、直流電源１の電圧を入力
電圧検出回路４０により検出し、検出値が所定値以上に
なると制御回路５０により、スイッチ３０を端子３０Ｂ
側に接続する。この場合は図２７と同じフルブリッジ構
成となり、図２７と同様の動作が行なわれる。これに対
し、上記検出値が所定値以下のときは、スイッチ３０は
端子３０Ａ側に接続され、プッシュプル構成となる。図
２１に図１４でスイッチ３０を３０Ａ側に接続した場合
の動作波形を示す。すなわち、この回路の直流出力動作
は、半導体スイッチ２Ａをオンしている期間に変圧器
４を正方向に励磁し、整流回路５および平滑回路６を介
して負荷に直流電力を供給する。次に、半導体スイッチ
２Ｂをオンしている期間に変圧器４を負方向に励磁
し、整流回路５および平滑回路６を介して負荷に直流電
力を供給する。

【００３７】ここで、第１のスナバ回路１３によるエネ
ルギー回生動作について説明する。半導体スイッチ２Ａ
がターンオフしたとき、第１のスナバ回路１３が変圧器
４の漏れインダクタンスおよび配線インダクタンスに蓄
えられたエネルギーを、半導体スイッチ２Ｃと逆並列接
続されたダイオードを介して吸収する。次に、半導体ス
イッチ２Ａおよび２Ｄが同時にオンしている期間に、
第１のスナバ回路１３に蓄えられている電荷を、第１の
スナバ回路１３→半導体スイッチ２Ｄ→変圧器一次巻線
４２→直流電源１の経路で放電し、第１のスナバ回路１
３で吸収したエネルギーを変圧器４の二次側に放出す
る。また、半導体スイッチ２Ｂのターンオフ時、および
半導体スイッチ２Ｂと２Ｃが同時にオンしている期間に
ついても上記と同様の動作が行なわれる。図１５に図１
４の変形例を示す。図１４との相違点は、直流電源１の
正極端子を半導体スイッチ２Ａと２Ｂとの並列接続点
に、直流電源１の負極端子をスイッチ３０の一方の端子
にそれぞれ接続した点にある。ただし、その動作は図１
４と全く同様なので、説明は省略する。

【００３８】図１６は、図１２に示す半導体スイッチの
ターンオフ時の電圧上昇率を抑制し得る回路例（第７の
実施の形態）である。図１２との相違点は、スナバダイ
オード１４２とスナバコンデンサ１４１を直列接続した
第２のスナバ回路１４を半導体スイッチ素子２Ａと並列
に、また、補助ダイオード１５１と補助リアクトル１５
２を直列接続した直列回路と補助コンデンサ１５３とを
直列接続した補助回路１５をスナバダイオード１４２と
並列に、さらに、回生ダイオード１５４を上記直列回路
と補助コンデンサ１５３の接続点と、ダイオード３Ｂと
半導体スイッチ素子２Ｂとの並列接続点間にそれぞれ接
続し、加えて、半導体スイッチ素子２Ｂについても第３
のスナバ回路１６，補助回路１７および回生ダイオード
１７４を接続した点にある。

【００３９】図２２に図１６のスイッチ３０を端子３０
Ａ側に接続した場合の動作波形を示す。その直流出力動
作については図１２と同様なので、ここでは半導体スイ
ッチ素子２Ａに付属するスナバコンデンサ１４１のエネ
ルギー回生動作について説明する。半導体スイッチ素子
２Ａがターンオフしたとき、スナバコンデンサ１４１が
半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率を抑制する。次
に、半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間〜
にスナバコンデンサ１４１に蓄えられている電荷を、ス
ナバコンデンサ１４１→補助ダイオード１５１→補助リ
アクトル１５２→補助コンデンサ１５３→半導体スイッ
チ素子２Ａの経路で補助リアクトル１５２および補助コ
ンデンサ１５３に放電する。スナバコンデンサ１４１が
０Ｖまで放電すると、補助リアクトル１５２に蓄えられ
たエネルギーにより、補助リアクトル１５２→補助コン
デンサ１５３→スナバダイオード１４２→補助ダイオー
ド１５１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ１５３に
エネルギーを移す。さらに、半導体スイッチ素子２Ａが
オフの期間に、補助コンデンサ１５３に蓄えられた電
荷は、補助コンデンサ１５３→回生ダイオード１５４→
第１のスナバ回路１３→回生ダイオード１７４→補助コ
ンデンサ１７３→変圧器一次巻線４２→変圧器一次巻線
４１の経路で第１のスナバ回路１３に放出する。そし
て、半導体スイッチ素子２Ａと２Ｂが同時にオンしてい
る期間からに、第１のスナバ回路１３に蓄えられて
いる電荷を、第１のスナバ回路１３→半導体スイッチ素
子２Ｂ→変圧器一次巻線４２→直流電源１の経路で放電
し、第１のスナバ回路１３で吸収したエネルギーを負荷
に放出する。なお、以上のような動作は、半導体スイッ
チ素子２Ｂに付属するスナバコンデンサ１６１のエネル
ギー回生動作についても同様である。図１７に図１６の
変形例を示す。図１６との相違点は、直流電源１の正極
端子を半導体スイッチ素子２Ａとダイオード３Ａとの並
列接続点に、直流電源１の負極端子をスイッチ３０の一
方の端子にそれぞれ接続した点にある。ただし、その動
作は図１６と全く同様なので、説明は省略する。

【００４０】図１８は、図１４で半導体スイッチのター
ンオフ時の電圧上昇率を抑制する回路例（この発明の第
８の実施の形態）である。図１４との相違点は、スナバ
ダイオード１４２とスナバコンデンサ１４１を直列接続
した第２のスナバ回路１４を半導体スイッチ素子２Ａと
並列に、また、補助ダイオード１５１と補助リアクトル
１５２を直列接続した直列回路と補助コンデンサ１５３
とを直列接続した補助回路１５をスナバダイオード１４
２と並列に、さらに、回生ダイオード１８２と回生リア
クトル１８１とを直列接続した回生回路１８を上記直列
回路と補助コンデンサ１５３との直列接続点と半導体ス
イッチ２Ｃと２Ｄとの並列接続点間に、半導体スイッチ
２Ｂについては、スナバ回路１９，補助回路２０および
回生回路２１を、半導体スイッチ２Ｃについては、スナ
バ回路２２，補助回路２３および回生回路２４を、ま
た、半導体スイッチ２Ｄについては、スナバ回路２５，
補助回路２６および回生回路２７を、上記と同様にそれ
ぞれ接続した点にある。

【００４１】図２３に図１８のスイッチ３０を端子３０
Ａ側に接続した場合の動作波形を示す。その直流出力動
作については図１４と同様なので、ここでは半導体スイ
ッチ素子２Ａに付属するスナバコンデンサ１４１のエネ
ルギー回生動作について説明する。半導体スイッチ素子
２Ａがターンオフしたとき、スナバコンデンサ１４１が
半導体スイッチ素子２Ａの電圧上昇率を抑制する。次
に、半導体スイッチ素子２Ａがオンしている期間，
にスナバコンデンサ１４１に蓄えられている電荷を、ス
ナバコンデンサ１４１→補助ダイオード１５１→補助リ
アクトル１５２→補助コンデンサ１５３→半導体スイッ
チ素子２Ａの経路で補助リアクトル１５２および補助コ
ンデンサ１５３に放電する。スナバコンデンサ１４１が
０Ｖまで放電すると、補助リアクトル１５２に蓄えられ
たエネルギーにより、補助リアクトル１５２→補助コン
デンサ１５３→スナバダイオード１４２→補助ダイオー
ド１５１の経路で電流が流れ、補助コンデンサ１５３に
エネルギーを移す。さらに、半導体スイッチ素子２Ｂと
２Ｃがオンしている期間からに、補助コンデンサ１
５３に蓄えられた電荷は、補助コンデンサ１５３→回生
リアクトル１８１→回生ダイオード１８２→半導体スイ
ッチ素子２Ｃの経路で回生リアクトル１８１に放出す
る。そして、半導体スイッチ素子２Ｃがオフしている期
間に、回生リアクトル１８１に蓄えられているエネル
ギーは、回生リアクトル１８１→回生ダイオード１８２
→第１のスナバ回路１３→回生ダイオード２７２→回生
リアクトル２７１→補助コンデンサ２６３→変圧器一次
巻線４２→変圧器一次巻線４１→補助コンデンサ１５３
の経路で電流を流し、第１のスナバ回路１３にエネルギ
ーを放出する。最後に、半導体スイッチ素子２Ａと２Ｄ
が同時にオンしている期間からに、第１のスナバ回
路１３に蓄えられている電荷を、第１のスナバ回路１３
→半導体スイッチ素子２Ｄ→変圧器一次巻線４２→直流
電源１の経路で放電し、第１のスナバ回路１３で吸収し
たエネルギーを負荷に放出する。なお、以上のような動
作は、半導体スイッチ素子２Ｂに付属するスナバコンデ
ンサ１９１、半導体スイッチ素子２Ｃに付属するスナバ
コンデンサ２２１、および半導体スイッチ素子２Ｄに付
属するスナバコンデンサ２５１の各エネルギー回生動作
についても同様である。図１９に図１８の変形例を示
す。図１８との相違点は、直流電源１の正極側端子を半
導体スイッチ素子２Ａと半導体スイッチ素子２Ｂとの並
列接続点に、直流電源１の負極側端子をスイッチ３０の
一方の端子にそれぞれ接続した点にある。ただし、その
動作は図１８と全く同様なので、説明は省略する。

【００４２】

【発明の効果】請求項１〜３の発明によれば、スナバ回
路に蓄えられたエネルギーを直流電源に回生するかまた
は負荷に放出するようにしたので、スナバ回路では損失
が殆ど発生しないようになる。また、請求項４〜６の発
明によれば、半導体スイッチ素子のターンオフ時の電圧
上昇率を低減できるので、スイッチング損失および発熱
が低減するという利点が得られる。その結果、装置の変
換効率が向上し、放熱のための冷却装置を小形にできる
という利点がもたらされる。また、請求項７，８の発明
によれば、直流電源の電圧が一定値以下の場合は１石フ
ォワードコンバータまたはプッシュプル型コンバータと
して動作し、変圧器の巻線比が（ｎ１１＋ｎ１２）：ｎ
２からｎ１１：ｎ２に変わるため、直流電源電圧が低い
場合でも半導体スイッチ素子がオンしている期間の変化
があまりないことにより、導通損失が低減する。また、
直流電源電圧が一定値以上の場合、変圧器二次巻線に発
生する電圧は、Ｅｄ×ｎ２／（ｎ１１＋ｎ１２）となる
ため、整流回路を構成するダイオードは、従来のものに
比べて耐圧の低いものを選定することができ、安価とな
る。さらに、請求項９，１０の発明のように、請求項
７，８の発明に対してスナバ回路，補助回路および回生
回路を付加することにより、スナバ回路では損失が殆ど
発生しなくなるだけでなく、半導体スイッチ素子のター
ンオフ時に発生するスイッチング損失および発熱が低減
するという利点も得られる。その結果、装置の変換効率
が向上し、放熱のための冷却装置を小形化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による第１の実施の形態を示す回路図
である。

【図２】図１の変形例を示す回路図である。

【図３】図１，図２の動作説明図である。

【図４】この発明による第２の実施の形態を示す回路図
である。

【図５】図４の変形例を示す回路図である。

【図６】図４，図５の動作説明図である。

【図７】この発明による第３の実施の形態を示す回路図
である。

【図８】この発明による第４の実施の形態を示す回路図
である。

【図９】図８の変形例を示す回路図である。

【図１０】図７の動作説明図である。

【図１１】図８，図９の動作説明図である。

【図１２】この発明による第５の実施の形態を示す回路
図である。

【図１３】図１２の変形例を示す回路図である。

【図１４】この発明による第６の実施の形態を示す回路
図である。

【図１５】図１４の変形例を示す回路図である。

【図１６】この発明による第７の実施の形態を示す回路
図である。

【図１７】図１６の変形例を示す回路図である。

【図１８】この発明による第８の実施の形態を示す回路
図である。

【図１９】図１８の変形例を示す回路図である。

【図２０】図１２，１３の動作説明図である。

【図２１】図１４，１５の動作説明図である。

【図２２】図１６，１７の動作説明図である。

【図２３】図１８，１９の動作説明図である。

【図２４】第１の従来例を示す回路図である。

【図２５】図２４の動作説明図である。

【図２６】第２の従来例を示す回路図である。

【図２７】第３の従来例を示す回路図である。

【図２８】図２６の動作説明図である。

【図２９】図２７の動作説明図である。

【符号の説明】

１…直流電源、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…半導体スイッ
チ素子、３Ａ，３Ｂ…ダイオード、４…変圧器、５…整
流回路、６…平滑回路（平滑フィルタ）、７，１０，１
３，１４，１６，１９，２２，２５…スナバ回路、８，
１１，１５，１７，２０，２３，２６…補助回路、９，
１２，１５４，１７４，１８２，２１２，２４２，２７
２…回生ダイオード、１８，２１，２４，２７…回生回
路、３０…スイッチ、３０Ａ，３０Ｂ…スイッチ３０の
端子、３１Ａ，３２Ａ…コンデンサ、４０…入力電圧検
出回路、４１…変圧器一次巻線、４２…変圧器リセット
巻線、４３…変圧器二次巻線、５０…制御回路、７１，
１０１，１４２，１６２，１９２，２２２，２５２…ス
ナバダイオード、７２，１０２，１４１，１６１，１９
１，２２１，２５１…スナバコンデンサ、７３…放電抵
抗、８１，１１１，１５１，１７１，２０１，２３１，
２６１…補助ダイオード、８２，１１２，１５２，１７
２，２０２，２３２，２６２…補助リアクトル、１１
３，１５３，１７３，２０３，２３３，２６３…補助コ
ンデンサ、１８１，２１１，２４１，２７１…回生リア
クトル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、一次側にリセット巻線を持
つ変圧器と、この変圧器の二次側に接続される整流回路
と、その整流出力を平滑化する平滑回路とからなり、直
流電源から絶縁された直流電力を取り出す直流−直流変
換装置において、第１のダイオードの一方の端子と第１の半導体スイッチ
素子の一方の端子とを直列接続した第１の直列アーム
と、第２の半導体スイッチ素子の一方の端子と第２のダ
イオードの一方の端子とを直列接続した第２の直列アー
ムと、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列に接続すると
ともに、前記変圧器一次巻線のリセット巻線を接続して
いない側の端子を前記第１の直列アームの接続点に、ま
た、前記変圧器リセット巻線の一次巻線を接続していな
い側の端子を前記第２の直列アームの接続点に、さらに
は、前記直流電源を変圧器の一次巻線とリセット巻線の
接続点と前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２のダ
イオードの接続点との間に並列に、それぞれ接続したこ
とを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項２】スナバダイオードとスナバコンデンサと
を直列接続した第２のスナバ回路を前記第１の半導体ス
イッチ素子と並列に、また、補助ダイオードと補助リア
クトルとの直列回路に補助コンデンサを直列接続した補
助回路を前記スナバダイオードと並列に、さらに、回生
用ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデンサとの
接続点と前記第２の半導体スイッチ素子の並列接続点と
の間にそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１に記
載の直流−直流変換装置。
【請求項３】前記第２の半導体スイッチ素子のオン期
間を、前記第１のスナバ回路を構成するコンデンサの静
電容量と前記変圧器の漏れインダクタンスとで決まる共
振周期のほぼ１／２とすることを特徴とする請求項１ま
たは２のいずれかに記載の直流−直流変換装置。
【請求項４】第１のダイオードと第１の半導体スイッ
チ素子とを直列接続した第１の直列アームと、第２の半
導体スイッチ素子と第２のダイオードとを直列接続した
第２の直列アームと、直流電源とを互いに並列に接続
し、変圧器一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続
点と、前記第２の直列アームの直列接続点との間に接続
するとともに、変圧器の二次巻線には整流回路、この整
流回路には平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流
変換装置において、前記第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ
素子のそれぞれに、スナバダイオードとスナバコンデン
サとを直列接続したスナバ回路をそれぞれ並列に、ま
た、前記スナバダイオードのそれぞれには補助ダイオー
ドと補助リアクトルとを直列接続した直列回路に補助コ
ンデンサを直列接続した補助回路を並列に、さらに回生
ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデンサとの接
続点と、前記第１，第２の直列アームの並列接続点との
間にそれぞれ接続したことを特徴とする直流−直流変換
装置。
【請求項５】半導体スイッチ素子とダイオードとを逆
並列接続した２組のスイッチング素子を直列接続した第
１の直列アームと、コンデンサを直列接続した第２の直
列アームと、直流電源とを互いに並列に接続し、変圧器
一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続点と、前記
第２の直列アームの直列接続点との間に接続するととも
に、変圧器の二次巻線には整流回路、この整流回路には
平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流変換装置に
おいて、前記スイッチング素子のそれぞれには、スナバダイオー
ドとスナバコンデンサとを直列接続したスナバ回路を並
列に、また、前記スナバダイオードのそれぞれには、補
助ダイオードと補助リアクトルとを直列接続した直列回
路に補助コンデンサを直列接続した補助回路を並列に、
さらに回生ダイオードを前記直列回路と前記補助コンデ
ンサとの接続点と、前記第１，第２の直列アームの並列
接続点との間にそれぞれ接続したことを特徴とする直流
−直流変換装置。
【請求項６】半導体スイッチ素子とダイオードとを逆
並列接続した２組のスイッチング素子を直列接続した第
１の直列アームと、コンデンサを直列接続した第２の直
列アームと、直流電源とを互いに並列に接続し、変圧器
一次巻線を前記第１の直列アームの直列接続点と、前記
第２の直列アームの直列接続点との間に接続するととも
に、変圧器の二次巻線には整流回路、この整流回路には
平滑回路をそれぞれ接続してなる直流−直流変換装置に
おいて、前記スイッチング素子と前記変圧器一次巻線の接続点と
の間に補助リアクトルをそれぞれ直列に、前記スイッチ
ング素子のそれぞれには、スナバダイオードとスナバコ
ンデンサとを直列接続したスナバ回路を並列に、補助ダ
イオードと補助コンデンサとを直列接続した補助回路を
前記スナバ回路の直列接続点と前記補助リアクトルと前
記変圧器一次巻線の接続点との接続点間に、回生ダイオ
ードを前記補助回路の直列接続点と前記第１，第２の直
列アームの並列接続点間にそれぞれ接続したことを特徴
とする直流−直流変換装置。
【請求項７】第１のダイオードの一方の端子と第１の
半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続した第１
の直列アームと、第２の半導体スイッチ素子の一方の端
子と第２のダイオードの一方の端子とを直列接続した第
２の直列アームと、第１のスナバ回路とをそれぞれ並列
に接続するとともに、中間端子を備えた変圧器一次巻線
の一方の端子を前記第１の直列アームの直列接続点に、
前記変圧器一次巻線の他方の端子を前記第２の直列アー
ムの直列接続点にそれぞれ接続し、また、直流電源を３
端子スイッチの第１の端子と前記第１の半導体スイッチ
素子と前記第２のダイオードとの並列接続点間に、前記
３端子スイッチの第２の端子を前記変圧器の中間端子
に、前記３端子スイッチの第３の端子を前記第１のダイ
オードと前記第２の半導体スイッチ素子との並列接続点
間にそれぞれ接続し、さらには、入力電圧検出回路を前
記直流電源と並列に、制御回路を前記入力電圧検出回路
と前記３端子スイッチとの間に、前記変圧器の二次端子
を整流回路に、この整流回路を平滑フィルタにそれぞれ
接続したことを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項８】第１の半導体スイッチ素子の一方の端子
と第２の半導体スイッチ素子の一方の端子とを直列接続
した第１の直列アームと、第３の半導体スイッチ素子の
一方の端子と第４の半導体スイッチ素子の一方の端子と
を直列接続した第２の直列アームと、第１のスナバ回路
とをそれぞれ並列に接続するとともに、中間端子を備え
た変圧器一次巻線の一方の端子を前記第１の直列アーム
の直列接続点に、前記変圧器一次巻線の他方の端子を前
記第２の直列アームの直列接続点にそれぞれ接続し、ま
た、直流電源を３端子スイッチの第１の端子と前記第１
の半導体スイッチ素子と前記第３の半導体スイッチ素子
との並列接続点間に、前記３端子スイッチの第２の端子
を前記変圧器の中間端子に、前記３端子スイッチ７第３
の端子を前記第２の半導体スイッチ素子と前記第４の半
導体スイッチ素子との並列接続点間にそれぞれ接続し、
さらには、入力電圧検出回路を前記直流電源と並列に、
制御回路を前記入力電圧検出回路と前記３端子スイッチ
との間に、前記変圧器の二次端子を整流回路に、この整
流回路を平滑フィルタにそれぞれ接続したことを特徴と
する直流−直流変換装置。
【請求項９】第１のスナバダイオードと第１のスナバ
コンデンサとを直列接続した第２のスナバ回路を前記第
１の半導体スイッチ素子と並列に、第１の補助ダイオー
ドと第１の補助リアクトルとを直列接続した第１の直列
回路と第１の補助コンデンサとを直列接続した第１の補
助回路を前記第１のスナバダイオードと並列に、第１の
回生ダイオードを前記第１の直列回路と第１の補助コン
デンサとの接続点と前記第１のダイオードと前記第２の
半導体スイッチ素子との並列接続点間に、第２のスナバ
ダイオードと第２のスナバコンデンサとを直列接続した
第３のスナバ回路を前記第２の半導体スイッチ素子と並
列に、第２の補助ダイオードと第２の補助リアクトルと
を直列接続した第２の直列回路と第２の補助コンデンサ
とを直列接続した第２の補助回路を前記第２のスナバダ
イオードと並列に、第２の回生ダイオードを前記第２の
直列回路と第２の補助コンデンサとの接続点と前記第２
のダイオードと前記第１の半導体スイッチ素子との並列
接続点間に、それぞれ接続したことを特徴とする請求項
７に記載の直流−直流変換装置。
【請求項１０】第１のスナバダイオードと第１のスナ
バコンデンサとを直列接続した第２のスナバ回路を前記
第１の半導体スイッチ素子と並列に、第１の補助ダイオ
ードと第１の補助リアクトルとを直列接続した第１の直
列回路と第１の補助コンデンサとを直列接続した第１の
補助回路を前記第１のスナバダイオードと並列に、第１
の回生ダイオードと第１の回生リアクトルとを直列接続
した第１の回生回路を前記第１の直列回路と前記第１の
補助コンデンサとの接続点と前記第２の半導体スイッチ
素子と第４の半導体スイッチ素子との並列接続点間に、
第２のスナバダイオードと第２のスナバコンデンサとを
直列接続した第３のスナバ回路を前記第２の半導体スイ
ッチ素子と並列に、第２の補助ダイオードと第２の補助
リアクトルとを直列接続した第２の直列回路と第２の補
助コンデンサとを直列接続した第２の補助回路を前記第
２のスナバダイオードと並列に、第２の回生ダイオード
と第２の回生リアクトルとを直列接続した第２の回生回
路を前記第２の直列回路と前記第２の補助コンデンサと
の接続点と前記第１の半導体スイッチ素子と第３の半導
体スイッチ素子との並列接続点間に、前記第２の直列ア
ームについても上記と同じく、第４のスナバ回路、第５
のスナバ回路、第３の補助回路、第４の補助回路、第３
の回生回路および第４の回生回路をそれぞれ接続したこ
とを特徴とする請求項８に記載の直流−直流変換装置。