特許 7243838 ＤＣ－ＤＣコンバータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】ＤＣ－ＤＣコンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20230314BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021539724

(86)(22)【出願日】2019-08-09

(86)【国際出願番号】 JP2019031731

(87)【国際公開番号】W WO2021028990

(87)【国際公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100171099

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】佐土原 正志

(72)【発明者】

【氏名】宮本 昌和

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０７９５３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０１７５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０７０５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２０１３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３３５８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次側と二次側との間でＤＣ－ＤＣ電力変換を行うＤＣ－ＤＣコンバータであって、
リアクトルと、
前記リアクトルに接続され、前記リアクトルから前記二次側に電流を導くブロッキングダイオードと、
前記リアクトルと前記ブロッキングダイオードとの間に接続される第１端と、前記一次側の負極に接続される第２端とを有し、前記一次側から前記リアクトルにエネルギーを蓄積するオン期間と、前記リアクトルから前記二次側にエネルギーを放出させるオフ期間とを切り替えるスイッチング素子と、
前記第１端に接続される第１コンデンサと、
前記第１コンデンサに接続され、前記第１コンデンサから前記二次側に電流を導く第１ダイオードと、
前記第１端に接続され、前記オフ期間において前記第１端から電流を導く第２ダイオードと、
前記第２ダイオードに接続され、前記オフ期間において前記第２ダイオードにより導かれた電流により電荷を蓄積する第２コンデンサと、
前記第２ダイオードと前記第２コンデンサとの間と、前記第１コンデンサと前記第１ダイオードとの間とを接続し、前記オン期間において、前記第２コンデンサから前記第１コンデンサに電荷を送る第１追加リアクトルと、を備え、
前記第１コンデンサは、前記第２コンデンサから送られた電荷によって、前記オン期間から前記オフ期間への切り替わりに応じた前記スイッチング素子の端子電圧の上昇を抑制する、ＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項2】

前記第２コンデンサから前記第１コンデンサへの電流を導き、前記第１コンデンサから前記第２コンデンサへの電流をブロックする第３ダイオードを更に備える、請求項１記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項3】

前記第３ダイオードは、前記リアクトルと前記第１コンデンサとの間に設けられている、請求項２記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項4】

前記第３ダイオードは、前記第２コンデンサと前記リアクトルとの間に設けられている、請求項２記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項5】

前記第２コンデンサは、前記一次側の負極と前記第１コンデンサとの間に接続されている、請求項１記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項6】

前記第２コンデンサは、前記一次側の正極と前記第１コンデンサとの間に接続されている、請求項１記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項7】

前記第２コンデンサの静電容量は、前記第１コンデンサの静電容量よりも大きい、請求項１～６のいずれか一項記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項8】

前記オフ期間において、前記第１コンデンサに接続された前記第２コンデンサの電極と前記一次側の負極との間の電圧は、前記二次側に作用する出力電圧に達する、請求項１～７のいずれか一項記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項9】

前記オン期間において、前記第１コンデンサの両電極間の電圧は、前記二次側に作用する出力電圧に達する、請求項１～８のいずれか一項記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項10】

前記オフ期間においてエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーによって、前記オフ期間から前記オン期間への切り替えに応じて前記スイッチング素子を流れる電流の上昇を抑制する第２追加リアクトルを更に備える、請求項１～９のいずれか一項記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項11】

前記第２追加リアクトルは、前記第１端から前記二次側の正極への電流を導く、請求項１０記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項12】

前記第２追加リアクトルは、前記第１端と前記ブロッキングダイオードとの間に設けられている、請求項１１記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項13】

前記第２追加リアクトルは、前記ブロッキングダイオードと前記二次側の正極との間に設けられている、請求項１１記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＤＣ－ＤＣコンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、直流電源に接続される入力端子と、負荷に接続される出力端子と、入力端子と出力端子との間に設けられるリアクトルと、リアクトルと直列接続されるブロッキングダイオードと、一端がリアクトルとブロッキングダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、を有し、入力電圧を昇圧して出力電圧を生成する昇圧チョッパ回路を備えるＤＣ－ＤＣコンバータが開示されている。このＤＣ－ＤＣコンバータは、入力端子とスイッチング素子の一端との間に設けられる第１リアクトルと、第１リアクトルとスイッチング素子との間に設けられ、第１リアクトルと直列接続される第１コンデンサと、アノード端子が第１リアクトルと第１コンデンサとの接続部に接続され、カソード端子が出力端子に接続される第１ダイオードと、を更に備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１５／０７９５３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、スイッチングロスの更なる抑制に有効なＤＣ－ＤＣコンバータを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係るＤＣ－ＤＣコンバータは、直流電源と負荷との間に設けられるリアクトルと、リアクトルと負荷との間に設けられるブロッキングダイオードと、一端がリアクトルとブロッキングダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、を有し、直流電源からの入力電圧を昇圧して負荷への出力電圧を生成する昇圧チョッパ回路と、直流電源とスイッチング素子の一端との間に設けられる第１リアクトルと、第１リアクトルとスイッチング素子の一端との間に設けられる第１コンデンサと、アノード端子が第１リアクトルと第１コンデンサとの間に接続され、カソード端子がブロッキングダイオードと負荷との間に接続される第１ダイオードと、直流電源と第１リアクトルとの間に設けられる第２コンデンサと、カソード端子が第２コンデンサと第１リアクトルとの間に接続され、アノード端子がスイッチング素子の一端に接続される第２ダイオードと、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、スイッチングロスの更なる抑制に有効なＤＣ－ＤＣコンバータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】ＤＣ－ＤＣコンバータの構成を模式的に示す回路図である。

【図2】スイッチング素子がオフからオンに切り替わる前におけるＤＣ－ＤＣコンバータの状態を示す図である。

【図3】スイッチング素子がオフからオンに切り替わった後におけるＤＣ－ＤＣコンバータの状態を示す図である。

【図4】スイッチング素子がオンからオフに切り替わる前におけるＤＣ－ＤＣコンバータの状態を示す図である。

【図5】スイッチング素子がオンからオフに切り替わった後におけるＤＣ－ＤＣコンバータの状態を示す図である。

【図6】スイッチング素子の一端の電位が上昇した後におけるＤＣ－ＤＣコンバータの状態を示す図である。

【図7】ＤＣ－ＤＣコンバータの変形例を模式的に示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0009】

図１に示すＤＣ－ＤＣコンバータ１は、直流電源８からの直流の入力電圧を負荷９への直流の出力電圧に変換する電力変換装置である。ＤＣ－ＤＣコンバータ１は、昇圧チョッパ回路２と、制御回路３と、ＺＶＳ回路４と、ＺＣＳ回路５とを有する。

【0010】

昇圧チョッパ回路２は、上記入力電圧を昇圧して上記出力電圧を生成する。昇圧チョッパ回路２は、正極入力端子２１と、負極入力端子２２と、正極出力端子２３と、負極出力端子２４と、リアクトル２５と、ブロッキングダイオード２６と、スイッチング素子２７と、平滑コンデンサ２８とを有する。

【0011】

正極入力端子２１及び負極入力端子２２は、直流電源８の正極及び負極にそれぞれ接続される。正極出力端子２３及び負極出力端子２４は、負荷９の正極及び負極にそれぞれ接続される。負極入力端子２２と負極出力端子２４とは、コモンラインにより接続され、実質的に同電位となっている。なお、ここでの接続は、電気的な接続を意味する。以下においても同様である。

【0012】

リアクトル２５は、直流電源８の正極と負荷９の正極との間に設けられる。例えば、リアクトル２５の一端２５ａは正極入力端子２１に接続され、リアクトル２５の他端２５ｂは正極出力端子２３に接続されている。なお、ここでの接続は、他の導電性の電子部品を介した接続も含む。以下においても同様である。

【0013】

ブロッキングダイオード２６は、リアクトル２５と負荷９の正極との間に設けられており、リアクトル２５から負荷９への電流を通流し、負荷９からリアクトル２５への電流をブロックする。例えば、ブロッキングダイオード２６のアノード端子２６ａはリアクトル２５の他端２５ｂに接続され、ブロッキングダイオード２６のカソード端子２６ｂは正極出力端子２３に接続されている。すなわちリアクトル２５の他端２５ｂは、ブロッキングダイオード２６を介して正極出力端子２３に接続されている。

【0014】

スイッチング素子２７は、リアクトル２５の他端２５ｂと直流電源８の負極との間のオン・オフを切り替える。例えばスイッチング素子２７の一端２７ａは、リアクトル２５の他端２５ｂとブロッキングダイオード２６のアノード端子２６ａとの間に接続され、スイッチング素子２７の他端２７ｂは負極入力端子２２に接続されている。スイッチング素子２７の具体例としては、バイポーラトランジスタ、又はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が挙げられる。スイッチング素子２７がバイポーラトランジスタである場合、一端２７ａはコレクタ端子であり、他端２７ｂはエミッタ端子である。スイッチング素子２７のベース端子には、スイッチング素子２７のオン・オフを切り替える制御信号が入力される。

【0015】

平滑コンデンサ２８は、出力電圧を平滑化する。例えば、平滑コンデンサ２８の一端２８ａは、ブロッキングダイオード２６のカソード端子２６ｂと正極出力端子２３との間に接続され、平滑コンデンサ２８の他端２８ｂは、負極出力端子２４に接続されている。

【0016】

制御回路３は、上記制御信号をスイッチング素子２７に出力（例えばスイッチング素子２７のベースに出力）することで、所定のスイッチング周期にてスイッチング素子２７のオン・オフを切り替える。スイッチング素子２７がオンである場合には、リアクトル２５にエネルギーが蓄積される。スイッチング素子２７がオンからオフに切り替わると、リアクトル２５のエネルギーに蓄積されたエネルギーがブロッキングダイオード２６を経て平滑コンデンサ２８に蓄積される。これにより出力電圧（正極出力端子２３と負極出力端子２４との電位差）が昇圧される。制御回路３は、スイッチング素子２７のオン期間とオフ期間との各スイッチング周期における比率を所定のレンジで変更することによって、出力電圧を調節する。

【0017】

ＺＶＳ回路４は、スイッチング素子２７のオンからオフへの切り替わりをソフトスイッチングにする回路である。例えばＺＶＳ回路４は、スイッチング素子２７がオンからオフに切り替わった直後におけるスイッチング素子２７の電圧（一端２７ａと他端２７ｂとの電位差）の上昇を抑制する。一例として、ＺＶＳ回路４は、スイッチング素子２７のオンからオフへの切り替わりをＺＶＳ（Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）にする。ＺＶＳとは、スイッチング素子２７がオンからオフに切り替わった直後におけるスイッチング素子２７の電圧が実質的にゼロになるスイッチングを意味する。

【0018】

ＺＶＳ回路４は、第１リアクトル４１と、第１コンデンサ４２と、第１ダイオード４３と、第２コンデンサ４４と、第２ダイオード４５とを有する。

【0019】

第１リアクトル４１は、直流電源８とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられる。例えば第１リアクトル４１は、直流電源８の負極とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられる。一例として、第１リアクトル４１の一端４１ａは負極入力端子２２に接続され、第１リアクトル４１の他端４１ｂはスイッチング素子２７の一端２７ａに接続されている。

【0020】

第１コンデンサ４２は、第１リアクトル４１とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられる。例えば、第１コンデンサ４２の一端４２ａは第１リアクトル４１の他端４１ｂに接続され、第１コンデンサ４２の他端４２ｂはスイッチング素子２７の一端２７ａに接続されている。すなわち第１リアクトル４１の他端４１ｂは、第１コンデンサ４２を介してスイッチング素子２７の一端２７ａに接続されている。

【0021】

第１ダイオード４３は、第１リアクトル４１と負荷９の正極との間に設けられており、第１リアクトル４１から負荷９への電流を通流し、負荷９から第１ダイオード４３への電流をブロックする。例えば、第１ダイオード４３のアノード端子４３ａは第１リアクトル４１の他端４１ｂと第１コンデンサ４２の一端４２ａとの間の電路に接続され、第１ダイオード４３のカソード端子４３ｂはブロッキングダイオード２６のカソード端子２６ｂと正極出力端子２３との間の電路に接続される。

【0022】

第２コンデンサ４４は、直流電源８と第１リアクトル４１との間に設けられる。例えば第２コンデンサ４４は、直流電源８の負極と第１リアクトル４１との間に設けられる。一例として、第２コンデンサ４４の一端４４ａは負極入力端子２２に接続され、第２コンデンサ４４の他端４４ｂは第１リアクトル４１の一端４１ａに接続されている。すなわち第１リアクトル４１の一端４１ａは、第２コンデンサ４４を介して負極入力端子２２に接続されている。

【0023】

第２ダイオード４５は、第２コンデンサ４４の他端４４ｂとスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられ、一端２７ａから他端４４ｂへの電流を通して他端４４ｂから一端２７ａへの電流をブロックする。例えば、第２ダイオード４５のカソード端子４５ｂは、第２コンデンサ４４の他端４４ｂと第１リアクトル４１の一端４１ａとの間の電路に接続され、第２ダイオード４５のアノード端子４５ａはスイッチング素子２７の一端２７ａに接続されている。

【0024】

ＺＶＳ回路４は、第２コンデンサ４４の他端４４ｂから第１コンデンサ４２の一端４２ａへの電流を通し、第１コンデンサ４２の一端４２ａから第２コンデンサ４４の他端４４ｂへの電流をブロックする第３ダイオード４６を更に有してもよい。例えば第３ダイオード４６は、第１コンデンサ４２の一端４２ａと、第２コンデンサ４４の他端４４ｂとの間において、第１リアクトル４１に直列に設けられる。

【0025】

一例として、第３ダイオード４６は、第１リアクトル４１の他端４１ｂと第１コンデンサ４２の一端４２ａとの間に設けられている。第３ダイオード４６のアノード端子４６ａは第１リアクトル４１の他端４１ｂに接続され、第３ダイオード４６のカソード端子４６ｂは第１コンデンサ４２の一端４２ａに接続されている。すなわち第１リアクトル４１の他端４１ｂは、第３ダイオード４６を介して第１コンデンサ４２の一端４２ａに接続されている。第３ダイオード４６は、第２コンデンサ４４の他端４４ｂと第１リアクトル４１の一端４１ａとの間に設けられていてもよい。

【0026】

ＺＣＳ回路５は、スイッチング素子２７のオフからオンへの切り替わりをソフトスイッチングにする回路である。例えばＺＣＳ回路５は、スイッチング素子２７がオフからオンに切り替わった直後におけるスイッチング素子２７の電流（一端２７ａから他端２７ｂへの電流）の上昇を抑制する。一例として、ＺＣＳ回路５は、スイッチング素子２７のオフからオンへの切り替わりをＺＣＳ（Ｚｅｒｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）にする。ＺＣＳとは、スイッチング素子２７がオフからオンに切り替わった直後におけるスイッチング素子２７の電流が実質的にゼロになるスイッチングを意味する。

【0027】

例えばＺＣＳ回路５は、第２リアクトル５１を有する。第２リアクトル５１は、負荷９の正極とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間において、ブロッキングダイオード２６に直列に設けられる。例えば第２リアクトル５１は、スイッチング素子２７の一端２７ａとブロッキングダイオード２６のアノード端子２６ａとの間に設けられている。

【0028】

第２リアクトル５１の一端５１ａはスイッチング素子２７の一端２７ａに接続され、第２リアクトル５１の他端５１ｂはブロッキングダイオード２６のアノード端子２６ａに接続されている。すなわち、スイッチング素子２７の一端２７ａは第２リアクトル５１を介してブロッキングダイオード２６のアノード端子２６ａに接続され、リアクトル２５の他端２５ｂも第２リアクトル５１を介してブロッキングダイオード２６のアノード端子２６ａに接続されている。第２リアクトル５１は、ブロッキングダイオード２６のカソード端子２６ｂと平滑コンデンサ２８の一端２８ａとの間に設けられていてもよい。

【0029】

以下、図２～図６を参照し、上記ＺＶＳ及びＺＣＳについて説明する。図２は、スイッチング素子がオフからオンに切り替わる前におけるＤＣ－ＤＣコンバータの状態を示す図である。この状態においては、リアクトル２５、第２リアクトル５１及びブロッキングダイオード２６を経て、正極入力端子２１から平滑コンデンサ２８に電流ｉ１が流れる。また、第２コンデンサ４４の電圧は（他端４４ｂと一端４４ａとの間の電位差）は、実質的に出力電圧Ｖｏｕｔと同等になっている。

【0030】

図２の状態においてスイッチング素子２７がオフからオンに切り替わると、その直後には、第２リアクトル５１の作用によって、この第２リアクトル５１に引き続き上記電流ｉ１が流れ続ける。このため、オン切り替わり直後にはスイッチング素子２７の電流は実質的にゼロになる。すなわち、スイッチング素子２７のオフからオンへの切り替わりがＺＣＳとなる。

【0031】

その後、図３に示すように、スイッチング素子２７を経る電流ｉ２，ｉ３が流れる。電流ｉ２は、リアクトル２５及びスイッチング素子２７を経て正極入力端子２１から負極入力端子２２に流れる。これにより、リアクトル２５に上記エネルギーが蓄積される。電流ｉ３は、第１リアクトル４１、第３ダイオード４６、第１コンデンサ４２及びスイッチング素子２７を経て、第２コンデンサ４４の他端４４ｂから第２コンデンサ４４の一端４４ａに流れる。これにより、第２コンデンサ４４に蓄積されていた電荷が第１コンデンサ４２に移り、図４に示すように、第１コンデンサ４２の電圧（一端４２ａと他端４２ｂとの間の電位差）が出力電圧Ｖｏｕｔまで高められる。

【0032】

図４の状態においてスイッチング素子２７がオンからオフに切り替わると、その直後には、第１コンデンサ４２の電圧が引き続き出力電圧Ｖｏｕｔと同等となる。これにより、スイッチング素子２７の両端（一端２７ａ及び他端２７ｂ）の電位が負極出力端子２４の電位と同等になるので、スイッチング素子２７の電圧が実質的にゼロになる。すなわち、スイッチング素子２７のオンからオフへの切り替わりがＺＶＳとなる。

【0033】

スイッチング素子２７がオンであった期間にリアクトル２５に蓄積されたエネルギーは、まずは第１コンデンサ４２及び第１ダイオード４３を経て平滑コンデンサ２８に蓄積される。このため、図５に示すように、リアクトル２５、第１コンデンサ４２及び第１ダイオード４３を経て、正極入力端子２１から平滑コンデンサ２８に電流ｉ４が流れる。第１コンデンサ４２の放電が完了すると、スイッチング素子２７の電圧が出力電圧Ｖｏｕｔまで上昇する。一方、リアクトル２５のエネルギーは、第２リアクトル５１及びブロッキングダイオード２６を経て平滑コンデンサ２８にも蓄積される。これにより、出力電圧が昇圧される。

【0034】

また、図６に示すように、スイッチング素子２７の電圧が上昇し、その電圧が第２コンデンサ４４に残留している電圧を超えると、第２ダイオード４５を経て、スイッチング素子２７から第２コンデンサ４４に電流ｉ５が流れる。上述のように、スイッチング素子２７の電圧は出力電圧Ｖｏｕｔまで上昇するので、第２コンデンサ４４の電圧もＶｏｕｔまで上昇する。これにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ１が図２の状態に戻る。以上の動作が上記スイッチング周期で繰り返される。

【0035】

なお、スイッチング素子２７のオンからオフへの切り替わりをＺＶＳとするためには、スイッチング素子２７がオンからオフに切り替わる前に、第１コンデンサ４２の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔまで高める必要がある。このため、第１コンデンサ４２の静電容量と第２コンデンサ４４の静電容量とは、以下の条件を満たすように設定されていてもよい。
条件１）第２コンデンサ４４の静電容量は第１コンデンサ４２の静電容量よりも大きい。
条件２）制御回路３が上記レンジにおいてスイッチング素子２７のオフ期間を最小とする場合であっても、スイッチング素子２７のオフ期間に第２コンデンサ４４の電圧が出力電圧に達する。
条件３）制御回路３が上記レンジにおいてスイッチング素子２７のオン期間を最小とする場合であっても、スイッチング素子２７のオン期間に第１コンデンサ４２の電圧が出力電圧に達する。

【0036】

ただし、スイッチング素子２７のオンからオフへの切り替わりは、必ずしもＺＶＳとなっていなくてもよい。少なくとも、スイッチング素子２７がオンからオフに切り替わった直後において、スイッチング素子２７の電圧の上昇が抑制されればよい。従って、上記条件１～３を満たすことは必須ではない。

【0037】

以上の実施形態においては、第１リアクトル４１が直流電源８の負極とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられ、第２コンデンサ４４が直流電源８の負極と第１リアクトル４１との間に設けられる例を示したが、これに限られない。図７に示すように、第１リアクトル４１が直流電源８の正極とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられ、第２コンデンサ４４が直流電源８の正極と第１リアクトル４１との間に設けられていてもよい。この場合も、スイッチング素子２７のオンからオフへの切り替わりをＺＶＳとするための条件は、上述の条件１～３と同じである。

【0038】

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１は、直流電源８と負荷９との間に設けられるリアクトル２５と、リアクトル２５と負荷９との間に設けられるブロッキングダイオード２６と、一端２７ａがリアクトル２５とブロッキングダイオード２６との間に接続されるスイッチング素子２７と、を有し、直流電源８からの入力電圧を昇圧して負荷９への出力電圧を生成する昇圧チョッパ回路２と、直流電源８とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられる第１リアクトル４１と、第１リアクトル４１とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられる第１コンデンサ４２と、アノード端子４３ａが第１リアクトル４１と第１コンデンサ４２との間に接続され、カソード端子４３ｂがブロッキングダイオード２６と負荷９との間に接続される第１ダイオード４３と、直流電源８と第１リアクトル４１との間に設けられる第２コンデンサ４４と、カソード端子４５ｂが第２コンデンサ４４と第１リアクトル４１との間に接続され、アノード端子４５ａがスイッチング素子２７の一端２７ａに接続される第２ダイオード４５と、を備える。

【0039】

このＤＣ－ＤＣコンバータ１によれば、第１リアクトル４１、第１コンデンサ４２及び第１ダイオード４３によって、スイッチング素子２７がオンからオフに切り替わる際に、スイッチング素子２７の一端２７ａの電圧上昇が遅らせられる。これにより、スイッチング素子２７がオンからオフに切り替わる際の電力消費が抑制される。以下、この作用を「ソフトオフ作用」という。ここで、入力電圧と出力電圧との差異が大きい場合、スイッチング素子２７のオン期間中に第１コンデンサ４２の電圧を十分に高めることができず、上記ソフトオフ作用が十分に得られない可能性がある。これに対し、このＤＣ－ＤＣコンバータ１は、直流電源８と第１リアクトル４１との間に設けられる第２コンデンサ４４と、カソード端子４５ｂが第２コンデンサ４４と第１リアクトル４１との間の電路に接続され、アノード端子４５ａがスイッチング素子２７の一端２７ａに接続される第２ダイオード４５とを更に備える。この構成によれば、スイッチング素子２７のオフ期間中に出力電圧に応じた電荷が第２コンデンサ４４に供給され、この電荷がスイッチング素子２７のオン期間中に第２コンデンサ４４から第１コンデンサ４２に供給される。このため、入力電圧と出力電圧との差異が大きい場合であっても、出力電圧に応じた電荷を第１コンデンサ４２に供給し、第１コンデンサ４２の電圧を十分に高めることができる。従って、このＤＣ－ＤＣコンバータ１はスイッチングロスの更なる抑制に有効である。

【0040】

第１リアクトル４１は、直流電源８の負極とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられ、第２コンデンサ４４は、直流電源８の負極と第１リアクトル４１との間に設けられてもよい。第１リアクトル４１は、直流電源８の正極とスイッチング素子２７の一端２７ａとの間に設けられ、第２コンデンサ４４は、直流電源８の正極と第１リアクトル４１との間に設けられてもよい。

【0041】

第２コンデンサ４４の静電容量は、第１コンデンサ４２の静電容量よりも大きくてもよい。この場合、スイッチング素子２７のオン期間中に第１コンデンサ４２の電圧をより十分に高めることができる。

【0042】

第２コンデンサ４４の静電容量は、スイッチング素子２７のオフ期間に第２コンデンサ４４の電圧が出力電圧に達するように設定されており、第１コンデンサ４２の静電容量は、スイッチング素子２７のオン期間に第１コンデンサ４２の電圧が出力電圧に達するように設定されていてもよい。この場合、スイッチング素子２７のオン期間中に第１コンデンサ４２の電圧をより十分に高めることができる。

【0043】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１は、第１コンデンサ４２と、第２コンデンサ４４との間において、第１リアクトル４１に直列に設けられる第３ダイオード４６を更に備えていてもよい。この場合、第１コンデンサ４２から第１リアクトル４１への電荷の逆流が防止される。このため、スイッチング素子２７のオン期間中に第１コンデンサ４２の電圧をより十分に高めることができる。

【0044】

ＤＣ－ＤＣコンバータ１は、負荷９と、スイッチング素子２７の一端２７ａとの間において、ブロッキングダイオード２６に直列に設けられる第２リアクトル５１を更に備えていてもよい。この場合、スイッチング素子２７がオフからオンに切り替わる際に、スイッチング素子２７を流れる電流の上昇が遅らせられる。これにより、スイッチング素子２７がオフからオンに切り替わる際の電力消費が抑制される。従って、スイッチングロスを更に抑制することができる。

【0045】

以上のように、ＤＣ－ＤＣコンバータ１はスイッチングロスを大幅に低減することが可能で、これにより例えば、単相入力電源用ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路のスイッチングの高速化により小形、低コスト化に寄与する。

【0046】

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0047】

１…ＤＣ－ＤＣコンバータ、２…昇圧チョッパ回路、８…直流電源、９…負荷、２５…リアクトル、２６…ブロッキングダイオード、２７…スイッチング素子、２７ａ…スイッチング素子２７の一端、４１…第１リアクトル、４２…第１コンデンサ、４３…第１ダイオード、４３ａ…第１ダイオード４３のアノード端子、４３ｂ…第１ダイオード４３のカソード端子、４４…第２コンデンサ、４５…第２ダイオード、４５ａ…第２ダイオード４５のアノード端子、４５ｂ…第２ダイオード４５のカソード端子、４６…第３ダイオード、５１…第２リアクトル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】