特開 2024-2604 電源装置及び電源装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024002604

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】電源装置及び電源装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20231228BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101900

(22)【出願日】2022-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鎌倉 輝男

(72)【発明者】

【氏名】小林 貴之

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730BB27

5H730BB57

5H730DD03

5H730DD04

5H730EE04

5H730FG05

5H730FG07

(57)【要約】

【課題】スイッチング素子の選択肢の制限を緩和する。
【解決手段】電源装置は、第１ブリッジ回路と、第１ブリッジ回路から出力される交流電圧が第１巻線に入力され、誘起された交流電圧を第２巻線から出力する、変圧器と、第２巻線から出力される交流電圧を直流電圧に変換して出力する、第２ブリッジ回路と、第１ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第１駆動パルスと、第２ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第２駆動パルスと、の間の絶対的な位相差を、出力指令値に応じて、±１８０°を中心として制御する、制御部と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路から出力される交流電圧が第１巻線に入力され、誘起された交流電圧を第２巻線から出力する、変圧器と、
前記第２巻線から出力される交流電圧を直流電圧に変換して出力する、第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第１駆動パルスと、前記第２ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第２駆動パルスと、の間の絶対的な位相差を、出力指令値に応じて、±１８０°を中心として制御する、制御部と、
を含む、
ことを特徴とする、電源装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記位相差を、前記出力指令値に応じて、±１８０°を中心として±９０°の範囲で制御する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記出力指令値に応じて、前記複数の第１駆動パルス及び前記複数の第２駆動パルスの周波数を制御する、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記出力指令値に応じて、前記位相差を単調増加させる、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電源装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記出力指令値が基準値の場合に前記周波数を最大に制御し、前記出力指令値が前記基準値から離れるほど前記周波数を低くするように制御する、
ことを特徴とする、請求項３に記載の電源装置。

【請求項6】

第１ブリッジ回路と、前記第１ブリッジ回路から出力される交流電圧が第１巻線に入力され、誘起された交流電圧を第２巻線から出力する、変圧器と、前記第２巻線から出力される交流電圧を直流電圧に変換して出力する、第２ブリッジ回路と、を含む電源装置の制御方法であって、
前記第１ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第１駆動パルスと前記第２ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第２駆動パルスとの間の絶対的な位相差を、出力指令値に応じて、±１８０°を中心として制御する、
ことを特徴とする、電源装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源装置及び電源装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、絶縁型ＤＡＢ（Dual Active Bridge）双方向コンバータが記載されている。ＤＡＢコンバータは、デューティ比を０．５で一定にし且つスイッチング周波数を一定にし、１次側ブリッジ回路と２次側ブリッジ回路との間の位相差を制御することにより、出力電圧、出力電流又は出力電力を制御できる。

【0003】

特許文献２には、スイッチング素子がオフする時の電流を減少させて電力変換効率を向上させるために、スイッチング周波数を変化させる技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第５０２７２６４号明細書

【特許文献2】特開２０１９－１２６２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＤＡＢコンバータの位相差制御では、ソフトスイッチングが出来ずにハードスイッチングになってしまう動作領域が存在する。従って、ＤＡＢコンバータは、ハードスイッチングを許容できる回路設計が必要となる。そのため、スイッチング素子の選択肢に制限が生じ、また、設計も難化する。

【0006】

本開示は、スイッチング素子の選択肢の制限を緩和することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様の電源装置は、
第１ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路から出力される交流電圧が第１巻線に入力され、誘起された交流電圧を第２巻線から出力する、変圧器と、
前記第２巻線から出力される交流電圧を直流電圧に変換して出力する、第２ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第１駆動パルスと、前記第２ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第２駆動パルスと、の間の絶対的な位相差を、出力指令値に応じて、±１８０°を中心として制御する、制御部と、
を含む、
ことを特徴とする。

【0008】

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記位相差を、前記出力指令値に応じて、±１８０°を中心として±９０°の範囲で制御する、
ことを特徴とする。

【0009】

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記出力指令値に応じて、前記複数の第１駆動パルス及び前記複数の第２駆動パルスの周波数を制御する、
ことを特徴とする。

【0010】

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記出力指令値に応じて、前記位相差を単調増加させる、
ことを特徴とする。

【0011】

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記出力指令値が基準値の場合に前記周波数を最大に制御し、前記出力指令値が前記基準値から離れるほど前記周波数を低くするように制御する、
ことを特徴とする。

【0012】

本開示の一態様の電源装置の制御方法は、
第１ブリッジ回路と、前記第１ブリッジ回路から出力される交流電圧が第１巻線に入力され、誘起された交流電圧を第２巻線から出力する、変圧器と、前記第２巻線から出力される交流電圧を直流電圧に変換して出力する、第２ブリッジ回路と、を含む電源装置の制御方法であって、
前記第１ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第１駆動パルスと前記第２ブリッジ回路の複数のスイッチング素子に出力する複数の第２駆動パルスとの間の絶対的な位相差を、出力指令値に応じて、±１８０°を中心として制御する、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、スイッチング素子の選択肢の制限を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態の電源装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、ＤＡＢのブリッジ回路間の位相差と出力電力との関係を示す図である。

【図3】図３は、ＤＡＢのブリッジ回路間の位相差と還流電流との関係を示す図である。

【図4】図４は、比較例の動作領域を示す図である。

【図5】図５は、比較例の動作領域を示す図である。

【図6】図６は、実施形態の電源装置の出力指令値と位相差との関係の一例を示す図である。

【図7】図７は、実施形態の電源装置の出力指令値とスイッチング周波数との関係の一例を示す図である。

【図8】図８は、実施形態の動作領域を示す図である。

【図9】図９は、実施形態の動作領域を示す図である。

【図10】図１０は、実施形態の電源装置の出力指令値と出力電力との関係を示す図である。

【図11】図１１は、比較例及び実施形態の回路シミュレーション結果を示す図である。

【図12】図１２は、比較例及び実施形態の回路シミュレーション結果を示す図である。

【図13】図１３は、比較例及び実施形態の回路シミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して、本開示に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本開示が限定されるものではなく、また、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0016】

＜実施形態＞
実施形態では、単相ＤＡＢコンバータを例として説明するが、本開示はこれに限定されない。本開示は、３相ＤＡＢコンバータにも適用可能である。

【0017】

本開示では、ソフトスイッチングが出来ていることの指標として、スイッチング素子がオフからオンになる時に電流が負であり、且つ、スイッチング素子がオンからオフになる時に電流が正である、という指標を用いる。

【0018】

（構成）
図１は、実施形態の電源装置の構成を示す図である。電源装置１は、ＤＡＢ（Dual Active Bridge）方式であり、双方向のＤＣ－ＤＣコンバータである。実施形態では、電源装置１は、電源２から出力されコンデンサ３で平滑化後の直流の電圧Ｖｉｎの供給を受けて、直流の電圧Ｖｏｕｔを負荷４に出力するものとする。

【0019】

電源装置１は、１次側の第１ブリッジ回路１２と、リアクトル１３と、トランス１４と、２次側の第２ブリッジ回路１５と、コンデンサ１６と、制御部１８と、を含む。

【0020】

第１ブリッジ回路１２は、トランジスタＴｒ１からＴｒ４までを含む単相フルブリッジ回路である。

【0021】

なお、実施形態では、第１ブリッジ回路１２は単相フルブリッジ回路としたが、本開示はこれに限定されない。第１ブリッジ回路１２は、３個のアームを含む３相ブリッジ回路であっても良い。

【0022】

実施形態では、各トランジスタがＭＯＳＦＥＴであることとしたが、本開示はこれに限定されない。各トランジスタは、シリコンパワーデバイス、ＧａＮパワーデバイス、ＳｉＣパワーデバイス（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））などでも良い。

【0023】

各トランジスタは、積極的に電流を流すことができる寄生ダイオード（ボディダイオード）を有する、又は、逆並列にダイオードが接続されている。寄生ダイオードとは、ＭＯＳＦＥＴのバックゲートとソース及びドレインとの間のｐｎ接合である。

【0024】

各トランジスタが、本開示の「スイッチング素子」の一例に相当する。

【0025】

トランジスタＴｒ１のソースは、トランジスタＴｒ２のドレインに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ１のドレインは、トランジスタＴｒ３のドレインに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ３のソースは、トランジスタＴｒ４のドレインに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ２のソースは、トランジスタＴｒ４のソースに電気的に接続されている。

【0026】

トランジスタＴｒ１のドレイン及びトランジスタＴｒ３のドレインは、第１ブリッジ回路１２の一方の入力端子１２ａに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ２のソース及びトランジスタＴｒ４のソースは、第１ブリッジ回路１２の他方の入力端子１２ｂに電気的に接続されている。

【0027】

入力端子１２ａは、コンデンサ３の一端（高電位側端）に電気的に接続されている。入力端子１２ｂは、コンデンサ３の他端（低電位側端）に電気的に接続されている。

【0028】

入力端子１２ａと入力端子１２ｂとの間には、電圧Ｖｉｎが供給される。

【0029】

トランジスタＴｒ１のソース及びトランジスタＴｒ２のドレインは、第１ブリッジ回路１２の一方の出力端子１２ｃに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ３のソース及びトランジスタＴｒ４のドレインは、第１ブリッジ回路１２の他方の出力端子１２ｄに電気的に接続されている。

【0030】

リアクトル１３の一端は、出力端子１２ｃに電気的に接続されている。なお、本開示では、リアクトル１３を１次側に配置したが、これに限定されない。リアクトル１３は、２次側に配置しても良いし、１次側及び２次側の両方に配置しても良い。

【0031】

トランス１４は、第１巻線１４ａと、第２巻線１４ｂと、コア１４ｃと、を含む。第１巻線１４ａ及び第２巻線１４ｂは、コア１４ｃに巻回されている。

【0032】

トランス１４が、本開示の「変圧器」の一例に相当する。

【0033】

なお、実施形態では、トランス１４は単相トランスとしたが、本開示はこれに限定されない。トランス１４は、第１ブリッジ回路１２及び第２ブリッジ回路１５が３相ブリッジ回路である場合には、３相トランスとすると良い。

【0034】

第１巻線１４ａと第２巻線１４ｂとの巻数比は、１：１が例示されるが、本開示はこれに限定されない。

【0035】

第１巻線１４ａの一端は、リアクトル１３の他端に電気的に接続されている。第１巻線１４ａの他端は、出力端子１２ｄに電気的に接続されている。

【0036】

第１ブリッジ回路１２は、電圧Ｖｉｎ、又は、電圧－Ｖｉｎを、出力端子１２ｃと出力端子１２ｄとの間に出力する。

【0037】

例えば、第１ブリッジ回路１２は、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ４がオン状態、且つ、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３がオフ状態に制御されている場合、電圧Ｖｉｎを、出力端子１２ｃと出力端子１２ｄとの間に出力する。

【0038】

また例えば、第１ブリッジ回路１２は、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ４がオフ状態、且つ、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３がオン状態に制御されている場合、電圧－Ｖｉｎを、出力端子１２ｃと出力端子１２ｄとの間に出力する。

【0039】

第２ブリッジ回路１５は、トランジスタＴｒ５からＴｒ８までを含む単相フルブリッジ回路である。

【0040】

なお、実施形態では、第２ブリッジ回路１５は単相フルブリッジ回路としたが、本開示はこれに限定されない。第２ブリッジ回路１５は、３個のアームを含む３相ブリッジ回路であっても良い。

【0041】

トランジスタＴｒ５のソースは、トランジスタＴｒ６のドレインに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ５のドレインは、トランジスタＴｒ７のドレインに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ７のソースは、トランジスタＴｒ８のドレインに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ６のソースは、トランジスタＴｒ８のソースに電気的に接続されている。

【0042】

トランジスタＴｒ５のソース及びトランジスタＴｒ６のドレインは、第２ブリッジ回路１５の一方の入力端子１５ａに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ７のソース及びトランジスタＴｒ８のドレインは、第２ブリッジ回路１５の他方の入力端子１５ｂに電気的に接続されている。

【0043】

トランジスタＴｒ５のドレイン及びトランジスタＴｒ７のドレインは、第２ブリッジ回路１５の一方の出力端子１５ｃに電気的に接続されている。トランジスタＴｒ６のソース及びトランジスタＴｒ８のソースは、第２ブリッジ回路１５の他方の出力端子１５ｄに電気的に接続されている。

【0044】

入力端子１５ａは、第２巻線１４ｂの一端に電気的に接続されている。入力端子１５ｂは、第２巻線１４ｂの他端に電気的に接続されている。

【0045】

出力端子１５ｃは、コンデンサ１６の一端（高電位側端）に電気的に接続されている。出力端子１５ｄは、コンデンサ１６の他端（低電位側端）に電気的に接続されている。

【0046】

コンデンサ１６の電圧が、電圧Ｖｏｕｔである。コンデンサ１６の一端（高電位側端）は、負荷４の一端（高電位側端）に電気的に接続されている。コンデンサ１６の他端（低電位側端）は、負荷４の他端（低電位側端）に電気的に接続されている。

【0047】

制御部１８は、駆動パルスＰ１を第１ブリッジ回路１２に出力し、駆動パルスＰ２を第２ブリッジ回路１５に出力することにより、第１ブリッジ回路１２及び第２ブリッジ回路１５を制御する。

【0048】

制御部１８は、駆動パルスＰ１と駆動パルスＰ２との間の位相差を制御することにより、第１ブリッジ回路１２と第２ブリッジ回路１５との間の位相差を制御する。

【0049】

制御部１８は、トランジスタＴｒ１からＴｒ８までのスイッチング周波数を同一にし、且つ、デューティ比を０．５で一定に制御する。

【0050】

デューティ比は、制御の１周期に対するスイッチング素子のオン時間（又はオフ時間）の比率である。

【0051】

図２は、ＤＡＢのブリッジ回路間の位相差と出力電力との関係を示す図である。図２において、横軸は、位相差（ｄｅｇ）を表し、縦軸は、正規化した出力電力を表す。波形２０１は、位相差（ｄｅｇ）と、正規化した出力電力と、の関係を示す。

【0052】

図３は、ＤＡＢのブリッジ回路間の位相差と還流電流との関係を示す図である。図３において、横軸は、位相差（ｄｅｇ）を表し、縦軸は、正規化した還流電流を表す。波形２０２は、位相差（ｄｅｇ）と、正規化した還流電流と、の関係を示す。

【0053】

（比較例の制御）
図３の波形２０２で示すように、位相差－１８０°から－９０°までの範囲、及び、＋９０°から＋１８０°までの範囲では、負荷４への電力供給に寄与しない還流電流が多くなる。

【0054】

そこで、比較例は、デューティ比を０．５で一定にし且つスイッチング周波数を一定（例えば、５０ｋＨｚ）にする。そして、比較例は、図２及び図３に示すように、位相差０°を中心（無負荷時）として、出力指令値に応じて位相差－９０°から＋９０°までの範囲（以下、「比較例の位相差範囲２１０」と称する。）で位相差制御する。

【0055】

図４は、比較例の動作領域を示す図である。図４において、横軸は、位相差（ｄｅｇ）を表し、縦軸は、１次側電圧（電圧Ｖｉｎ）に対する２次側電圧（電圧Ｖｏｕｔ）の比を表す。

【0056】

なお、図４において、電圧比が負の領域は、計算上のものである。実際の回路（図１参照）へ負電圧を印加した場合、トランジスタの寄生ダイオードが導通してしまうので、電源装置１は動作を行うことができない。

【0057】

比較例では、図４の領域３０１及び領域３０３は、ソフトスイッチング動作領域であるが、領域３０２、領域３０４、領域３０５及び領域３０６は、ハードスイッチング動作領域である。

【0058】

図５は、比較例の動作領域を示す図である。図５は、図４の中の領域３１０の拡大図である。

【0059】

（実施形態）
実施形態の制御部１８は、還流電流（図３参照）を利用してソフトスイッチング動作を実現することとした。つまり、制御部１８は、出力指令値に応じて、±１８０°（絶対的な位相差）を中心（無負荷時）として位相差制御を行う。ＤＡＢコンバータの制御の観点では、絶対的な位相差＋１８０°と絶対的な位相差－１８０°とは、等価である。

【0060】

図２及び図３を参照すると、制御部１８は、出力指令値に応じて、±１８０°（絶対的な位相差）を中心（無負荷時）として、一例として＋９０°（絶対的な位相差）から－９０°（絶対的な位相差）までの範囲（以下、「実施形態の位相差範囲２１１」と称する。）で位相差制御を行う。

【0061】

なお、制御部１８は、後述するように位相差及びスイッチング周波数の２つの値で制御することとすると、＋９０°（絶対的な位相差）より小さい位相差範囲２１１ａ及び－９０°（絶対的な位相差）より大きい位相差範囲２１１ｂを利用することも可能である。位相差範囲２１１ａ及び位相差範囲２１１ｂでは、出力電力が小さくなるというデメリットがあるものの、損失を小さくすることができるというメリットがある。例えば、図２に示すように位相差範囲２１１から位相差範囲２１１ｂへ動作点が移動した場合は、電力的には低下傾向を示すが、図３に示すように、循環電流も低下傾向を示す。具体的には、図２で示すところの約－１１２．５°（位相差範囲２１１）と約－６７．５°（位相差範囲２１１ｂ）とでは周波数が同一であれば同等の出力になる。その時、図３を参照すると、循環電流は明らかに約－６７．５°の方が少なくなる（低損失になる）結果となる。周波数を変更した場合、変換電力は変化する（２倍の周波数で電力は半分になる）が、出力電力と循環電流との比率（図２と図３との比率）は変化しない。そのため、ハードスイッチング領域へ入ってしまわないように注意が必要であるが、損失低減のために、位相差範囲２１１ｂまで踏み込んでしまってもよい。

【0062】

実施形態の位相差範囲２１１では、比較例の位相差範囲２１０と比して、トランジスタがオフからオンになるとき負の向き、オンからオフになるとき正の向きの還流電流が多く流れる。制御部１８は、上記の還流電流を利用することにより、上記した指標を満たすことができる。

【0063】

図６は、実施形態の電源装置の出力指令値と位相差との関係の一例を示す図である。図６において、横軸は、正規化した出力指令値を表し、縦軸は、±１８０°（絶対的な位相差）に対する相対的な位相差（ｄｅｇ）を表す。

【0064】

制御部１８は、波形５０１で示すように、出力指令値が－１００から１００まで増加するに従って、位相差を－９０°（相対的な位相差。絶対的な位相差としては＋９０°）から、＋９０°（相対的な位相差。絶対的な位相差としては－９０°）まで、単調増加させる。

【0065】

但し、このままでは、還流電流が必要以上に多くなり、損失が大きくなる。そこで、制御部１８は、スイッチング周波数を制御することにより、上記の環流電流を調整（抑制）する。制御部１８は、スイッチング周波数を高くすることにより、環流電流を抑制できる。

【0066】

図７は、実施形態の電源装置の出力指令値とスイッチング周波数との関係の一例を示す図である。図７において、横軸は、正規化した出力指令値を表し、縦軸は、スイッチング周波数（ｋＨｚ（キロヘルツ））を表す。

【0067】

制御部１８は、波形５１１で示すように、出力指令値が０（無負荷時）の場合にスイッチング周波数を最大にし、出力指令値が０から離れるに従って、スイッチング周波数を低くする。本例では、制御部１８は、出力指令値が０（無負荷時）の場合にスイッチング周波数を２００ｋＨｚにし、出力指令値が±１００の場合にスイッチング周波数を５０ｋＨｚにする。

【0068】

図８は、実施形態の電源装置の動作領域を示す図である。図８において、横軸は、±１８０°（絶対的な位相差）に対する相対的な位相差（ｄｅｇ）を表し、縦軸は、１次側電圧（電圧Ｖｉｎ）に対する２次側電圧（電圧Ｖｏｕｔ）の比を表す。

【0069】

なお、図８において、電圧比が負の領域は、計算上のものである。実際の回路（図１参照）へ負電圧を印加した場合、トランジスタの寄生ダイオードが導通してしまうので、電源装置１は動作を行うことができない。

【0070】

実施形態では、図８の領域３２２は、ソフトスイッチング動作領域であり、領域３２１、領域３２３、領域３２４、領域３２５及び領域３２６は、ハードスイッチング動作領域である。

【0071】

図９は、実施形態の電源装置の動作領域を示す図である。図９は、図８の中の領域３３０の拡大図である。図９に示す範囲では、全部がソフトスイッチング動作領域（領域３２２）である。

【0072】

図９を図５と比較すると、制御部１８は、図６及び図７で示す位相差制御及びスイッチング周波数制御を行うことにより、比較例ではハードスイッチングであった領域（図５の領域３０２、領域３０５参照）で、ソフトスイッチング動作を可能とすることができる。

【0073】

なお、図８及び図９では、横軸を位相差としている。しかし、実施形態では、電圧Ｖｏｕｔは、位相差だけではなく、スイッチング周波数にも依存する。図８及び図９の横軸は、あくまでも、実施形態の位相差だけに着目した特性となる。

【0074】

また、図２を参照すると、比較例の位相差範囲２１０では、位相差と出力電力との関係が正の相関（右肩上がり、図２の－９０°（絶対的な位相差）から＋９０°（絶対的な位相差）までの範囲参照）である。これに対して、実施形態の位相差範囲２１１では、位相差と出力電力との関係が負の相関（右肩下がり、図２の＋９０°（絶対的な位相差）から－９０°（絶対的な位相差）までの範囲参照）である。そのため、実施形態では、出力指令値と出力電力との関係が、負の相関（比較例と逆）になる。

【0075】

図１０は、実施形態の電源装置の出力指令値と出力電力との関係を示す図である。図１０において、横軸は、正規化した出力指令値を表し、縦軸は、正規化した出力電力を表す。

【0076】

実施形態では、波形５２１で示すように、出力指令値が増加すると、出力電力が減少する。実施形態は、この特性のままで使用しても良い。或いは、例えば、出力指令値の符号が反転されて制御部１８に入力されることとして、出力指令値と出力電力との関係が正の相関になるようにしても良い。

【0077】

（回路シミュレーション結果）
図１１から図１３までは、比較例及び実施形態の回路シミュレーション結果を示す図である。図１１は、逆方向最大出力時（位相差＝－９０°（相対的な位相差））の回路シミュレーション結果を示す図である。図１２は、無出力時（無負荷時）（位相差＝０°（相対的な位相差））の回路シミュレーション結果を示す図である。図１３は、順方向最大出力時（位相差＝＋９０°（相対的な位相差））の回路シミュレーション結果を示す図である。

【0078】

図１１から図１３までにおいて、第１行目は、電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｏｕｔとの電圧比が１：２の場合（図５及び図９の動作点４０１、動作点４０４及び動作点４０７参照）の回路シミュレーション結果を示す。

【0079】

第２行目は、電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｏｕｔとの電圧比が１：１の場合（図５及び図９の動作点４０２、動作点４０５及び動作点４０８参照）の回路シミュレーション結果を示す。

【0080】

第３行目は、電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｏｕｔとの電圧比が２：１の場合（図５及び図９の動作点４０３、動作点４０６及び動作点４０９参照）の回路シミュレーション結果を示す。

【0081】

図１１から図１３までの各欄において、１番目の波形は、第１ブリッジ回路１２のトランジスタ（例えば、トランジスタＴｒ１）のドレイン－ソース間の電圧を表す。ドレインーソース間の電圧がハイレベルの場合、トランジスタはオフである。ドレインーソース間の電圧がローレベルの場合、トランジスタはオンである。

【0082】

２番目の波形は、第１ブリッジ回路１２のトランジスタ（例えば、トランジスタＴｒ１）のドレイン－ソース間（寄生ダイオードを含む。）の電流を表す。

【0083】

３番目の波形は、第２ブリッジ回路１５のトランジスタ（例えば、トランジスタＴｒ５）のドレイン－ソース間の電圧を表す。ドレインーソース間の電圧がハイレベルの場合、トランジスタはオフである。ドレインーソース間の電圧がローレベルの場合、トランジスタはオンである。

【0084】

４番目の波形は、第２ブリッジ回路１５のトランジスタ（例えば、トランジスタＴｒ５）のドレイン－ソース間（寄生ダイオードを含む。）の電流を表す。

【0085】

図１１を参照すると、欄６０１は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０１参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0086】

欄６０２は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０１参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0087】

欄６０３は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０２参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0088】

欄６０４は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０２参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0089】

欄６０５は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０３参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0090】

欄６０６は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０３参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0091】

図１２を参照すると、欄６１１は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０４参照）を示す。この場合、第１ブリッジ回路１２のトランジスタは上記した指標を満たしていないので（１番目及び２番目の波形参照）、ハードスイッチング動作である。

【0092】

欄６１２は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０４参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0093】

欄６１３は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０５参照）を示す。この場合、第１ブリッジ回路１２のトランジスタは上記した指標を満たしていないので（１番目及び２番目の波形参照）、ハードスイッチング動作である。第２ブリッジ回路１５のトランジスタも上記した指標を満たしていないので（３番目及び４番目の波形参照）、ハードスイッチング動作である。

【0094】

欄６１４は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０５参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0095】

欄６１５は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０６参照）を示す。この場合、第２ブリッジ回路１５のトランジスタは上記した指標を満たしていないので（３番目及び４番目の波形参照）、ハードスイッチング動作である。

【0096】

欄６１６は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０６参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0097】

図１３を参照すると、欄６２１は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０７参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0098】

欄６２２は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０７参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0099】

欄６２３は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０８参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0100】

欄６２４は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０８参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0101】

欄６２５は、比較例の回路シミュレーション結果（図５の動作点４０９参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0102】

欄６２６は、実施形態の回路シミュレーション結果（図９の動作点４０９参照）を示す。この場合、上記した指標を満たしているので、ソフトスイッチング動作である。

【0103】

図１１から図１３までに示すように、実施形態は、動作点４０１から動作点４０９までの全部でソフトスイッチング動作が可能であることが確認できた。

【0104】

（まとめ）
実施形態の電源装置１は、比較例と比べて、ソフトスイッチング動作が可能な領域を拡げることができる。これにより、電源装置１は、スイッチング素子の選択肢の増加、スイッチング損失の低減、サージノイズ抑制、安全動作領域改善による素子のストレス低減などが可能となる。また、電源装置１は、結果的に設計の容易化、低コスト化、電力変換効率の向上、小型化等の性能向上も見込める。

【0105】

以上、本開示の実施形態を説明したが、これら実施形態の内容により本開示が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0106】

１ 電源装置
２ 電源
３、１６ コンデンサ
４ 負荷
１２ 第１ブリッジ回路
１３ リアクトル
１４ トランス
１５ 第２ブリッジ回路
１８ 制御部
Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ６、Ｔｒ７、Ｔｒ８ トランジスタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】