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(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】2024-08-26
(45)【発行日】2024-09-03
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20240827BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 K
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021051726
(22)【出願日】2021-03-25
(65)【公開番号】P2022149522
(43)【公開日】2022-10-07
【審査請求日】2023-06-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 定典
(72)【発明者】
【氏名】中田 健一
【審査官】柳下 勝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－２８９２２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１９３８７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３０４９７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２４４５８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置であって、一次巻線と二次巻線とを有するトランスと、
第１キャパシタと、
前記交流電源が接続される一対の入力端と、第１インダクタと、上アームスイッチング素子と、下アームスイッチング素子と、上アーム整流素子と、下アーム整流素子と、を有する一次側回路と、
第２インダクタと、二次側整流素子と、出力キャパシタと、第１出力端及び第２出力端と、を有する整流平滑回路と、
を備え、
前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の直列接続と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の直列接続とがブリッジ回路を構成するとともに、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との接続点と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の接続点とが、前記一対の入力端と、前記第１インダクタを介して接続され、
前記一次側回路は、バッファスイッチング素子とバッファキャパシタとを有するバッファ回路を含み、
前記一次側回路は、前記第１キャパシタを介して、前記トランスの一次巻線と接続され、
前記整流平滑回路は、前記トランスの二次巻線と接続され、
前記バッファ回路は、前記トランスの一次巻線と並列に接続されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置であって、一次巻線と二次巻線とを有するトランスと、
第１キャパシタと、
前記交流電源が接続される一対の入力端と、第１インダクタと、上アームスイッチング素子と、下アームスイッチング素子と、上アーム整流素子と、下アーム整流素子と、を有する一次側回路と、
第２インダクタと、二次側整流素子と、出力キャパシタと、第１出力端及び第２出力端と、を有する整流平滑回路と、
第２キャパシタと、
を備え、
前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の直列接続と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の直列接続とがブリッジ回路を構成するとともに、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との接続点と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の接続点とが、前記一対の入力端と、前記第１インダクタを介して接続され、
前記一次側回路は、バッファスイッチング素子とバッファキャパシタとを有するバッファ回路を含み、
前記一次側回路は、前記第１キャパシタを介して、前記トランスの一次巻線と接続され、
前記整流平滑回路は、前記トランスの二次巻線と接続され、前記第１出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、前記第２出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、前記第２インダクタの一端が、前記二次側整流素子を介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記第２インダクタの他端が、前記出力キャパシタの他端に接続されており、
前記整流平滑回路は、前記第２キャパシタを介して、前記トランスの二次巻線に接続され、
前記一次巻線と前記二次巻線は、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子のどちらか一方が非導通状態のときに前記二次側整流素子が導通する極性を有するように磁気結合している、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項3】
交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置であって、一次巻線と二次巻線とを有するトランスと、
第１キャパシタと、
前記交流電源が接続される一対の入力端と、第１インダクタと、上アームスイッチング素子と、下アームスイッチング素子と、上アーム整流素子と、下アーム整流素子と、を有する一次側回路と、
第２インダクタと、二次側整流素子と、出力キャパシタと、第１出力端及び第２出力端と、を有する整流平滑回路と、
第２キャパシタと、
を備え、
前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の直列接続と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の直列接続とがブリッジ回路を構成するとともに、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との接続点と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の接続点とが、前記一対の入力端と、前記第１インダクタを介して接続され、
前記一次側回路は、バッファスイッチング素子とバッファキャパシタとを有するバッファ回路を含み、
前記一次側回路は、前記第１キャパシタを介して、前記トランスの一次巻線と接続され、
前記整流平滑回路は、
前記トランスの二次巻線と接続され、前記第１出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、前記第２出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、前記二次側整流素子の一端が、前記第２インダクタを介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記二次側整流素子の他端が、前記出力キャパシタの他端に接続されており、
前記整流平滑回路は、前記第２キャパシタを介して、前記トランスの二次巻線に接続され、
前記一次巻線と前記二次巻線は、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子のどちらか一方が非導通状態のときに前記二次側整流素子が導通する極性を有するように磁気結合している、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項4】
前記バッファ回路は、前記ブリッジ回路に対して並列に接続されている、請求項２、又は３に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記上アームスイッチング素子、前記下アームスイッチング素子、および前記上アーム整流素子、前記下アーム整流素子、前記二次側整流素子のうちのいずれかまたは全てがスイッチング素子で構成される場合の当該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記交流電圧と、前記第１インダクタを流れる電流とに基づいて、入力電力の力率が改善するようにスイッチングを制御する、
請求項１から４のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記上アームスイッチング素子、前記下アームスイッチング素子、および前記上アーム整流素子、前記下アーム整流素子、前記二次側整流素子のうちのいずれか、又は全てがスイッチング素子で構成される場合において、当該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記第１出力端と前記第２出力端との間の電圧に基づいて、所定の直流電圧が出力されるように、スイッチングを制御する、
請求項１から５のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置、特に、交流電圧から直流電圧に変換するとともに、入力と出力とを絶縁する回路に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、入力と出力とを絶縁するとともに、交流電圧から直流電圧に変換する回路として、トランスと、トランスの一次側に設けられた整流回路、及びインバータ回路と、トランスの二次側に設けられた整流回路とを備える電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の電力変換装置は、両整流回路、及びインバータ回路が、それぞれフルブリッジ回路により構成されている。この回路では、入力された交流電圧は、整流回路で直流電圧に変換されたのち、インバータ回路で高周波の交流電圧に変換してトランスに印加され、トランスにより絶縁して伝達され、再度整流回路で直流に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－４１４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の技術では、２つの整流回路とインバータ回路の合計３つのブリッジ回路を用いるため、能動素子の数を少なくすることが困難であった。ここで、能動素子とは、スイッチング素子と整流素子の総称である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成する電力変換装置は、交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置であって、一次巻線と二次巻線とを有するトランスと、第１キャパシタと、前記交流電源が接続される一対の入力端と、第１インダクタと、上アームスイッチング素子と、下アームスイッチング素子と、上アーム整流素子と、下アーム整流素子と、を有する一次側回路と、第２インダクタと、二次側整流素子と、出力キャパシタと、第１出力端及び第２出力端と、を有する整流平滑回路と、を備え、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の直列接続と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の直列接続とがブリッジ回路を構成するとともに、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との接続点と、前記上アーム整流素子と前記下アーム整流素子の接続点とが、前記一対の入力端と、前記第１インダクタを介して接続され、前記一次側回路は、バッファスイッチング素子とバッファキャパシタとを有するバッファ回路を含み、前記一次側回路は、前記第１キャパシタを介して、前記トランスの一次巻線と接続され、前記整流平滑回路は、前記トランスの二次巻線と接続されている。
【0006】
かかる構成によれば、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とをスイッチングすることにより、トランスにより入力と出力とを絶縁するとともに、交流電圧が直流電圧に変換される。これにより、従来の回路に比して、能動素子の数を少なくできる。また、バッファ回路を用いることにより、トランスの漏れインダクタンス等に起因するサージ電圧を抑制できる。
【0007】
上記電力変換装置において、前記バッファ回路は、前記ブリッジ回路に対して並列に接続されていてもよい。
かかる構成によれば、電力変換装置は、サージ電圧の発生を抑制できる。
かかる構成によれば、電力変換装置は、サージ電圧の発生を抑制できる。
【0008】
上記電力変換装置において、前記バッファ回路は、前記トランスの一次巻線と並列に接続されていてもよい。
かかる構成によれば、電力変換装置は、サージ電圧を抑制できる。また、電力変換装置は、バッファキャパシタに印加される電圧を低くできる。
かかる構成によれば、電力変換装置は、サージ電圧を抑制できる。また、電力変換装置は、バッファキャパシタに印加される電圧を低くできる。
【0009】
上記電力変換装置において、第２キャパシタを更に有し、前記整流平滑回路は、前記第１出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、前記第２出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、前記第２インダクタの一端が、前記二次側整流素子を介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記第２インダクタの他端が、前記出力キャパシタの他端に接続されており、前記整流平滑回路は、前記第２キャパシタを介して、前記トランスの二次巻線に接続され、前記一次巻線と前記二次巻線は、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子のどちらか一方が非導通状態のときに前記二次側整流素子が導通する極性を有するように磁気結合しているものであってもよい。
【0010】
上記電力変換装置において、第２キャパシタを更に有し、前記整流平滑回路は、前記第１出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、前記第２出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、前記二次側整流素子の一端が、前記第２インダクタを介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記二次側整流素子の他端が、前記出力キャパシタの他端に接続されており、前記整流平滑回路は、前記第２キャパシタを介して、前記トランスの二次巻線に接続され、前記一次巻線と前記二次巻線は、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子のどちらか一方が非導通状態のときに前記二次側整流素子が導通する極性を有するように磁気結合しているものであってもよい。
【0011】
上記電力変換装置において、前記整流平滑回路は、前記二次側整流素子として、第１二次側整流素子と、第２二次側整流素子とを有し、前記第１出力端と前記出力キャパシタの一端とが接続され、前記第２出力端と前記出力キャパシタの他端とが接続され、前記第１二次側整流素子の一端が、前記第２インダクタを介して、前記出力キャパシタの一端に接続され、前記第１二次側整流素子の他端が、前記二次巻線の一端に接続され、前記第２二次側整流素子の一端が、前記第２インダクタと前記第１二次側整流素子との接続点に接続され、前記二次側整流素子の他端が、前記二次巻線の他端に接続され、前記出力キャパシタの他端は、前記二次巻線の中点に接続されており、前記一次巻線と前記二次巻線は、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子のどちらか一方が非導通状態のときに前記第１二次側整流素子、又は前記第２二次側整流素子のいずれか一方が導通する極性を有するように磁気結合しているものであってもよい。
【0012】
上記電力変換装置において、前記上アームスイッチング素子、前記下アームスイッチング素子、および前記上アーム整流素子、前記下アーム整流素子、前記二次側整流素子のうちのいずれかまたは全てがスイッチング素子で構成される場合の当該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記交流電圧と、前記第１インダクタを流れる電流とに基づいて、入力電力の力率が改善するようにスイッチングを制御するものであってもよい。
【0013】
かかる構成によれば、交流電源から供給される電力の力率を制御できる。
上記電力変換装置において、前記上アームスイッチング素子、前記下アームスイッチング素子、および前記上アーム整流素子、前記下アーム整流素子、前記二次側整流素子のうちのいずれか、又は全てがスイッチング素子で構成される場合において、当該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記第１出力端と前記第２出力端との間の電圧に基づいて、所定の直流電圧が出力されるように、スイッチングを制御するものであってもよい。
上記電力変換装置において、前記上アームスイッチング素子、前記下アームスイッチング素子、および前記上アーム整流素子、前記下アーム整流素子、前記二次側整流素子のうちのいずれか、又は全てがスイッチング素子で構成される場合において、当該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記第１出力端と前記第２出力端との間の電圧に基づいて、所定の直流電圧が出力されるように、スイッチングを制御するものであってもよい。
【0014】
かかる構成によれば、出力電圧を所望の値に制御できる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、従来の回路に比して少ない能動素子で、入力と出力とを絶縁するとともに、交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図2】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図3】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図4】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図5】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図6】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図7】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図8】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図9】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図10】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図11】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図12】第１実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示す図。
【図13】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図14】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図15】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図16】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図17】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図18】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図19】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図20】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図21】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図22】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図23】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図24】第２実施形態に係る電力変換装置２の動作の一例を示す図。
【図25】変形例１に係る電力変換装置３の動作の一例を示す図。
【図26】変形例１に係る電力変換装置３の動作の一例を示す図。
【図27】変形例１に係る電力変換装置３の動作の一例を示す図。
【図28】変形例１に係る電力変換装置３の動作の一例を示す図。
【図29】変形例１に係る電力変換装置４の構成の一例を示す図。
【図30】変形例２に係る電力変換装置５の動作の一例を示す図。
【図31】変形例２に係る電力変換装置５の動作の一例を示す図。
【図32】変形例２に係る電力変換装置５の動作の一例を示す図。
【図33】変形例２に係る電力変換装置５の動作の一例を示す図。
【図34】変形例２に係る電力変換装置６の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
＜第１実施形態＞
以下、本発明を具体化した一実施形態を説明する。電力変換装置１は、電力変換装置１は、交流電源Ｖ１から供給された交流電圧を直流電圧に変換し、電力変換装置１に接続される負荷に供給する装置である。
以下、本発明を具体化した一実施形態を説明する。電力変換装置１は、電力変換装置１は、交流電源Ｖ１から供給された交流電圧を直流電圧に変換し、電力変換装置１に接続される負荷に供給する装置である。
【0018】
電力変換装置１は、例えば、一次側回路１０と、第１キャパシタ１７と、トランス１８と、第２キャパシタ１９と、整流平滑回路２０と、制御部５０とを備える。
［一次側回路１０について］
一次側回路１０は、例えば、第１インダクタ１１と、上アームダイオード１２と、下アームダイオード１３と、上アームスイッチング素子１５と、下アームスイッチング素子１６と、第１接続線ＣＬ１と、第２接続線ＣＬ２と、第１中間線ＭＬ１と、第２中間線ＭＬ２と、第１入力端ｔ２１と、第２入力端ｔ２２と、バッファ回路４０とを備える。上アームダイオード１２は「上アーム整流素子」の一例であり、下アームダイオード１３は「下アーム整流素子」の一例である。
［一次側回路１０について］
一次側回路１０は、例えば、第１インダクタ１１と、上アームダイオード１２と、下アームダイオード１３と、上アームスイッチング素子１５と、下アームスイッチング素子１６と、第１接続線ＣＬ１と、第２接続線ＣＬ２と、第１中間線ＭＬ１と、第２中間線ＭＬ２と、第１入力端ｔ２１と、第２入力端ｔ２２と、バッファ回路４０とを備える。上アームダイオード１２は「上アーム整流素子」の一例であり、下アームダイオード１３は「下アーム整流素子」の一例である。
【0019】
交流電源Ｖ１と一次側回路１０とは、電気的に接続されている。具体的には、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１と、一次側回路１０の第１入力端ｔ２１とは、第１入力線Ｌ１によって接続されている。交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２と一次側回路１０の第２入力端ｔ２２とは、第２入力線Ｌ２によって接続されている。これにより、入力端ｔ２１，ｔ２２に交流電圧が入力される。
【0020】
上アームダイオード１２と下アームダイオード１３とは、第２接続線ＣＬ２によって直列に接続されている。具体的には、第２接続線ＣＬ２は、上アームダイオード１２のアノードと、下アームダイオード１３のカソードとを接続する。
【0021】
上アームスイッチング素子１５は、第１端ｔ３１と、第２端ｔ３２とを有し、下アームスイッチング素子１６は、第１端ｔ４１と、第２端ｔ４２とを有する。第１接続線ＣＬ１は、上アームスイッチング素子１５の第２端ｔ３２と、下アームスイッチング素子１６の第１端ｔ４１とを接続する。上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６は、例えばパワースイッチング素子であり、本実施形態ではｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴである。両スイッチング素子１５，１６は、ボディダイオードを有している。ただし、上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６は、ＭＯＳＦＥＴに限られず、逆並列ダイオードを有するＩＧＢＴ等任意である。
【0022】
第１中間線ＭＬ１は、第１接続線ＣＬ１と第１入力端ｔ２１とを接続する。第１中間線ＭＬ１上には、第１インダクタ１１が設けられる。第２中間線ＭＬ２は、第２接続線ＣＬ２と第２入力端ｔ２２とを接続する。したがって、上アームスイッチング素子１５と下アームスイッチング素子１６との接続点（つまり、第１接続線ＣＬ１上の点）と、上アームダイオード１２と下アームダイオード１３の接続点（つまり、第２接続線ＣＬ２上の点）とが、一対の入力端（入力端ｔ２１，ｔ２２）とは、第１インダクタ１１を介して接続されている。
【0023】
上アームダイオード１２のカソードと上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とが接続され、下アームダイオード１３のアノードと下アームスイッチング素子１６の第２端ｔ４２とが接続される。したがって、上アームスイッチング素子１５と下アームスイッチング素子１６の直列接続と、上アームダイオード１２と下アームダイオード１３の直列接続とがブリッジ回路１４を構成する。
【0024】
トランス１８は、一次巻線Ｗ１と、二次巻線Ｗ２とを有する絶縁トランスである。一次巻線Ｗ１の始端（図１中の黒丸が付された側）は、第１キャパシタ１７を介して上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに接続される。具体的には、第１キャパシタ１７は、第１端ｔ５１と、第２端ｔ５２とを有している。一次巻線Ｗ１の始端は、第１キャパシタ１７の第２端ｔ５２に接続され、第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに接続される。一次巻線Ｗ１の終端（図１中の黒丸が付されていない側）は、下アームダイオード１３のアノードと、下アームスイッチング素子１６の第２端ｔ４２とに接続される。したがって、一次側回路１０は、第１キャパシタ１７を介して、トランス１８の一次巻線Ｗ１と接続されている。
【0025】
［整流平滑回路２０について］
整流平滑回路２０は、第２インダクタ２１と、二次側ダイオード２２と、出力キャパシタ２３と、第１出力線ＯＬ１と、第２出力線ＯＬ２と、第１出力端ｔ９１と、第２出力端ｔ９２とを備える。第２インダクタ２１は、第１端ｔ７１と、第２端ｔ７２とを有し、出力キャパシタ２３は、第１端ｔ８１と、第２端ｔ８２とを有する。二次側ダイオード２２は、「二次側整流素子」の一例である。また、第１端ｔ８１は、「出力キャパシタの一端」の一例であり、第２端ｔ８２は、「出力キャパシタの他端」の一例である。
整流平滑回路２０は、第２インダクタ２１と、二次側ダイオード２２と、出力キャパシタ２３と、第１出力線ＯＬ１と、第２出力線ＯＬ２と、第１出力端ｔ９１と、第２出力端ｔ９２とを備える。第２インダクタ２１は、第１端ｔ７１と、第２端ｔ７２とを有し、出力キャパシタ２３は、第１端ｔ８１と、第２端ｔ８２とを有する。二次側ダイオード２２は、「二次側整流素子」の一例である。また、第１端ｔ８１は、「出力キャパシタの一端」の一例であり、第２端ｔ８２は、「出力キャパシタの他端」の一例である。
【0026】
二次巻線Ｗ２の始端（図１中の黒丸が付された側）は、第２キャパシタ１９を介して第２インダクタ２１の第１端ｔ７１と、二次側ダイオード２２のアノードとに接続される。具体的には、第２キャパシタ１９は、第１端ｔ６１と、第２端ｔ６２とを有している。二次巻線Ｗ２の始端は、第２キャパシタ１９の第１端ｔ６１に接続され、第２キャパシタ１９の第２端ｔ６２は、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１と、二次側ダイオード２２のアノードとに接続される。二次巻線Ｗ２の終端（図１中の黒丸が付されていない側）は、第２インダクタ２１の第２端ｔ７２と接続される。したがって、整流平滑回路２０は、第２キャパシタ１９を介して、トランス１８の二次巻線Ｗ２と接続されている。
【0027】
出力キャパシタ２３は、第１出力線ＯＬ１と第２出力線ＯＬ２との双方に接続されている。具体的には、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１は、第１出力線ＯＬ１に接続されている。そして、出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２は、第２出力線ＯＬ２に接続されている。
【0028】
第２インダクタ２１は、二次側ダイオード２２と第２出力線ＯＬ２との双方に接続されている。具体的には、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１は、二次側ダイオード２２のアノードに接続され、第２インダクタ２１の第２端ｔ７２は、第２出力線ＯＬ２に接続されている。第１端ｔ７１は、「第２インダクタの一端」の一例であり、第２端ｔ７２は、「第２インダクタの他端」の一例である。
【0029】
二次側ダイオード２２は、第２インダクタ２１と出力キャパシタ２３との間の部分に設けられている。上述したように、二次側ダイオード２２のアノードと、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１とが接続されている。また、二次側ダイオード２２のカソードと、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１とが接続されている。
【0030】
［バッファ回路４０について］
バッファ回路４０は、バッファスイッチング素子Ｑ３と、バッファキャパシタＣｃと、第３接続線ＣＬ３とを備える。バッファスイッチング素子Ｑ３と、バッファキャパシタＣｃとは、第３接続線ＣＬ３によって直列に接続されている。バッファスイッチング素子Ｑ３は、端子ｔｑ１と、端子ｔｑ２とを有し、バッファキャパシタＣｃは、端子ｔｃ１と、端子ｔｃ２とを有する。バッファスイッチング素子Ｑ３の端子ｔｑ１と、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ１とは、第３接続線ＣＬ３によって接続されている。バッファスイッチング素子Ｑ３は、ボディダイオードを有している。バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードのアノードは、端子ｔｑ２に接続され、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードのカソードは、端子ｔｑ１に接続されている。
バッファ回路４０は、バッファスイッチング素子Ｑ３と、バッファキャパシタＣｃと、第３接続線ＣＬ３とを備える。バッファスイッチング素子Ｑ３と、バッファキャパシタＣｃとは、第３接続線ＣＬ３によって直列に接続されている。バッファスイッチング素子Ｑ３は、端子ｔｑ１と、端子ｔｑ２とを有し、バッファキャパシタＣｃは、端子ｔｃ１と、端子ｔｃ２とを有する。バッファスイッチング素子Ｑ３の端子ｔｑ１と、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ１とは、第３接続線ＣＬ３によって接続されている。バッファスイッチング素子Ｑ３は、ボディダイオードを有している。バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードのアノードは、端子ｔｑ２に接続され、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードのカソードは、端子ｔｑ１に接続されている。
【0031】
また、バッファ回路４０は、ブリッジ回路１４と並列に接続されている。詳細には、バッファスイッチング素子Ｑ３の端子ｔｑ２と、上アームダイオード１２のカソード及び上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１の接続点とが、接続されている。また、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ２と、下アームダイオード１３のアノード及び下アームスイッチング素子１６の第２端ｔ４２の接続点とが、接続されている。
【0032】
［制御部５０について］
図１に示すように、電力変換装置１は、第１インダクタ１１に流れる電流を検出する電流センサＣ１を備えている。また、電力変換装置１は、入力電圧を検出する電圧センサＣ２と、出力電圧を検出する電圧センサＣ３とを備えている。電流センサＣ１、電圧センサＣ２及び電圧センサＣ３は、その検出結果を制御部５０に出力する。
図１に示すように、電力変換装置１は、第１インダクタ１１に流れる電流を検出する電流センサＣ１を備えている。また、電力変換装置１は、入力電圧を検出する電圧センサＣ２と、出力電圧を検出する電圧センサＣ３とを備えている。電流センサＣ１、電圧センサＣ２及び電圧センサＣ３は、その検出結果を制御部５０に出力する。
【0033】
制御部５０は、電流センサＣ１、電圧センサＣ２及び電圧センサＣ３からの信号に基づいて上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６をＯＮ／ＯＦＦさせる。電力変換装置１は、上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６の導通状態と非導通状態とを切り替えることにより、交流電源Ｖ１が供給する交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を両出力端ｔ９１，ｔ９２から出力する。
【0034】
詳しくは、制御部５０は、入力電力の力率を改善するように各スイッチング素子１５，１６，Ｑ３のスイッチングを制御する。また、制御部５０は、出力端ｔ９１，ｔ９２から所定の電圧が出力されるように各スイッチング素子１５，１６，Ｑ３のスイッチングを制御してもよい。
【0035】
以下、図１～図１２を参照して、電力変換装置１の動作の詳細について説明する。制御方法は、交流電源Ｖ１において第１端ｔ１１の電位が第２端ｔ１２の電位よりも高い状態（以下、「交流電位が正の状態」とも記載する）と、第１端ｔ１１の電位が第２端ｔ１２の電位よりも低い状態（以下、「交流電位が負の状態」とも記載する）とで異なる。なお、説明の便宜上、電力変換装置１が動作開始するタイミングにおいて、各キャパシタ１７、１９、２３は充電されているものとする。また、第１インダクタ１１、トランス１８の一次巻線Ｗ１及び二次巻線Ｗ２、第２インダクタ２１には電流が流れているものとする。
【0036】
【0037】
この状態において、制御部５０は、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３の導通状態と非導通状態とを切り替える。これにより、電力変換装置１の状態は、第１状態から第６状態まで遷移する。以下、各状態の詳細について説明する。
【0038】
［交流電位が正の状態：第１状態］
図１に示す第１状態は、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６を導通状態に制御し、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に制御した状態である。図１に示すように、第１状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ１と、第１キャパシタ１７の放電に伴う電流経路ｒａ２とに電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路２０には、一次巻線Ｗ１から二次巻線Ｗ２への電磁誘導による電力の転送及びトランス１８の二次巻線Ｗ２からの電力の供給に伴う電流経路ｒｂ１と、出力キャパシタ２３の放電に伴う電流経路ｒｂ２とに電流が流れる。
図１に示す第１状態は、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６を導通状態に制御し、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に制御した状態である。図１に示すように、第１状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ１と、第１キャパシタ１７の放電に伴う電流経路ｒａ２とに電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路２０には、一次巻線Ｗ１から二次巻線Ｗ２への電磁誘導による電力の転送及びトランス１８の二次巻線Ｗ２からの電力の供給に伴う電流経路ｒｂ１と、出力キャパシタ２３の放電に伴う電流経路ｒｂ２とに電流が流れる。
【0039】
電流経路ｒａ１は、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１から、第１インダクタ１１、下アームスイッチング素子１６及び下アームダイオード１３を経由した、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２までの経路である。第１状態において、電流経路ｒａ１に流れる電流は、交流電源Ｖ１から第１インダクタ１１に向かう方向に、時間の経過とともに大きくなる。
【0040】
電流経路ｒａ２は、第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１から、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及び一次巻線Ｗ１の終端から始端を経由した、第１キャパシタ１７の第２端ｔ５２までの経路である。トランス１８の一次巻線Ｗ１には、第１キャパシタ１７の両端の電圧が印加され、一次巻線Ｗ１の終端の電位が始端の電位よりも高くなる。この結果、トランス１８の二次巻線Ｗ２の両端には、終端の電位が始端の電位よりも高くなるように電圧が発生する。
【0041】
電流経路ｒｂ１は、二次巻線Ｗ２の終端から、第２インダクタ２１及び第２キャパシタ１９を経由した、二次巻線Ｗ２の始端までの経路である。第１状態において、電流経路ｒｂ１に流れる電流は、時間の経過とともに第２インダクタ２１の第２端ｔ７２から第１端ｔ７１に向かう方向に大きくなり、第２インダクタ２１の磁束も当該電流の増大に伴い増加する。
【0042】
電流経路ｒｂ２は、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１から、第１出力端ｔ９１、電力変換装置１に接続される負荷（図示せず）及び第２出力端ｔ９２を経由した、出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２までの経路である。第１出力端ｔ９１と第２出力端ｔ９２との間には、出力キャパシタ２３の両端の電圧である直流電圧が生じる。出力キャパシタ２３の放電により、負荷に電流を供給する。第１状態において、二次側ダイオード２２は導通状態にはない。
【0043】
［交流電位が正の状態：第２状態］
図２に示す第２状態は、第１状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を導通状態に、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に、それぞれ保持したまま、下アームスイッチング素子１６を非導通状態に制御した状態である。図２に示すように、第２状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給と第１インダクタ１１の電流の連続性による電流経路ｒａ３と、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性による電流経路ｒａ４とに電流が流れる。また、第２状態において、整流平滑回路２０には、出力キャパシタ２３から負荷への電流経路ｒｂ２と、第２インダクタ２１及び二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２の電流の連続性による電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒｂ２は、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２に示す第２状態は、第１状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を導通状態に、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に、それぞれ保持したまま、下アームスイッチング素子１６を非導通状態に制御した状態である。図２に示すように、第２状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給と第１インダクタ１１の電流の連続性による電流経路ｒａ３と、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性による電流経路ｒａ４とに電流が流れる。また、第２状態において、整流平滑回路２０には、出力キャパシタ２３から負荷への電流経路ｒｂ２と、第２インダクタ２１及び二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２の電流の連続性による電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒｂ２は、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0044】
電流経路ｒａ３は、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１から、第１インダクタ１１、上アームスイッチング素子１５、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオード、バッファキャパシタＣｃ及び下アームダイオード１３を経由した、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２までの経路である。第２状態では、第１インダクタ１１を流れる電流は、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを通ってバッファキャパシタＣｃに流れ、バッファキャパシタＣｃを充電する。これに伴い、第１インダクタ１１に印加される電圧の向きが変わり、第１インダクタ１１に流れる電流は、減少する。
【0045】
電流経路ｒａ４は、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１から、第１キャパシタ１７、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオード及びバッファキャパシタＣｃを経由した漏れインダクタンスＲｗ１までの経路である。第２状態では、一次巻線Ｗ１を流れる電流は、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを通ってバッファキャパシタＣｃに流れ、バッファキャパシタＣｃを充電する。このとき、一次巻線Ｗ１には、バッファキャパシタＣｃ両端の電圧が印加される。また、第２状態に制御される前後では、一次巻線Ｗ１に印加される電圧の向きが逆になる。したがって、一次巻線Ｗ１を流れる電流は、急速に減少する。
【0046】
電流経路ｒｂ３は、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２から、第２インダクタ２１及び第２キャパシタ１９を経由した二次巻線Ｗ２と漏れインダクタンスＲｗ２とまでの経路である。
【0047】
［交流電位が正の状態：第３状態］
図３に示す第３状態は、第２状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を導通状態、下アームスイッチング素子１６を非導通状態に保持したまま、バッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態に制御した状態である。図３に示すように、第３状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ３´と、電流経路ｒａ４´とに電流が流れる。また、第３状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図３に示す第３状態は、第２状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を導通状態、下アームスイッチング素子１６を非導通状態に保持したまま、バッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態に制御した状態である。図３に示すように、第３状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ３´と、電流経路ｒａ４´とに電流が流れる。また、第３状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0048】
電流経路ｒａ３´及び電流経路ｒａ４´は、第２状態においてバッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを経由していた電流経路ｒａ３と電流経路ｒａ４が、第３状態では、バッファスイッチング素子Ｑ３本体の経由に替わったものである。これにより、電流経路ｒａ３、電流経路ｒａ４に比して、電流経路ｒａ３´、電流経路ｒａ４´の抵抗を小さくすることができる。第２状態と同様に、第３状態においても、電流経路ｒａ３´及び電流経路ｒａ４´の電流が減少する。
【0049】
ここで、一次側回路１０が第２状態である期間は、下アームスイッチング素子１６を完全に非導通状態に制御する時間が確保されれば短い期間であってもよい。換言すると、第１状態から第３状態への遷移期間中に、各スイッチング素子１５，１６，Ｑ３の全てが導通状態となり、バッファキャパシタＣｃが短絡状態とならなければ、第２状態である期間は、短い期間であってもよい。
【0050】
［交流電位が正の状態：第４状態］
図４に示す第４状態は、第３状態に遷移してから所定の時間が経過した状態である。第４状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給と第１インダクタ１１の電流の連続性による電流経路ｒａ５と、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分の電流が流れる電流経路ｒａ６とに電流が流れる。また、第４状態において、整流平滑回路２０には、第２インダクタ２１の電流の連続性による電流経路ｒｂ４に電流が流れる。
図４に示す第４状態は、第３状態に遷移してから所定の時間が経過した状態である。第４状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給と第１インダクタ１１の電流の連続性による電流経路ｒａ５と、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分の電流が流れる電流経路ｒａ６とに電流が流れる。また、第４状態において、整流平滑回路２０には、第２インダクタ２１の電流の連続性による電流経路ｒｂ４に電流が流れる。
【0051】
電流経路ｒａ５は、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１から、第１インダクタ１１、上アームスイッチング素子１５、第１キャパシタ１７、一次巻線Ｗ１及び下アームダイオード１３を経由した、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２までの経路である。第３状態において電流経路ｒａ４´を流れていた電流が減少し、なくなると、一次巻線Ｗ１には、交流電源Ｖ１から、第１インダクタ１１、上アームスイッチング素子１５及び第１キャパシタ１７を経由する電流経路ｒａ５の電流が流れる。この時、一次巻線Ｗ１を流れる電流は、第３状態において一次巻線Ｗ１に流れる電流とは逆向きの電流である。また、電流経路ｒａ５に電流が流れることにより、第１キャパシタ１７が充電され、第１インダクタ１１に流れる電流は減少する。また、トランス１８の一次巻線Ｗ１の始端の電位が終端の電位よりも高くなる。したがって、二次巻線Ｗ２でも始端の電位が終端の電位よりも高くなる。
【0052】
電流経路ｒａ６は、上アームダイオード１２のカソード、端子ｔｑ２、第１端ｔ３１及び第１端ｔ５１の接続点から、バッファスイッチング素子Ｑ３及びバッファキャパシタＣｃを経由した、端子ｔｃ２、下アームダイオード１３のアノード及び第２端ｔ４２の接続点までの経路である。電流経路ｒａ６には、第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分が流れる。具体的には、第１インダクタ１１に流れる電流が、一次巻線Ｗ１に流れる電流よりも大きい場合、バッファスイッチング素子Ｑ３を介してバッファキャパシタＣｃに電流が流れ、バッファキャパシタＣｃが充電される。また、第１インダクタ１１に流れる電流が、一次巻線Ｗ１に流れる電流よりも小さい場合、バッファキャパシタＣｃから放電された電流がバッファスイッチング素子Ｑ３を介して一次巻線Ｗ１に流れる。
【0053】
電流経路ｒｂ４には、２つの経路が含まれる。一つは、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１から、二次側ダイオード２２、第１出力端ｔ９１、電力変換装置１に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した、第２インダクタ２１の第２端ｔ７２までの経路である。この電流経路は、第２インダクタ２１の電流の連続性によるものである。もう一つは、二次巻線Ｗ２の始端から、第２キャパシタ１９、二次側ダイオード２２、第１出力端ｔ９１、電力変換装置１に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した、二次巻線Ｗ２の終端までの経路である。これは、二次巻線Ｗ２の始端の電位が終端の電位よりも高くなるために形成される電流経路である。第４状態では、二次側ダイオード２２が導通している。すなわち、上アームスイッチング素子１５が導通状態で、下アームスイッチング素子１６が非導通状態のとき、二次側ダイオード２２が導通するような極性で、トランス１８の一次巻線Ｗ１と二次巻線Ｗ２とが磁気結合している。
【0054】
［交流電位が正の状態：第５状態］
図５に示す第５状態は、第４状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を導通状態に、下アームスイッチング素子１６を非導通状態に保持したまま、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に制御した状態である。図５に示すように、第５状態において、一次側回路１０には、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分の電流が電流経路ｒａ７に流れる。また、第５状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ５と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図５に示す第５状態は、第４状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を導通状態に、下アームスイッチング素子１６を非導通状態に保持したまま、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に制御した状態である。図５に示すように、第５状態において、一次側回路１０には、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分の電流が電流経路ｒａ７に流れる。また、第５状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ５と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0055】
電流経路ｒａ７は、端子ｔｃ２、下アームダイオード１３のアノード及び第２端ｔ４２の接続点から、下アームスイッチング素子１６のボディダイオードを経由した、第１接続線ＣＬ１までの経路である。第５状態では、バッファスイッチング素子Ｑ３が非導通状態に制御されるため、第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分は、電流経路ｒａ７に流れる。具体的には、第４状態から第５状態に遷移する直前において、バッファキャパシタＣｃから放電され、一次巻線Ｗ１に流れていた電流は、第５状態に遷移後、電流経路ｒａ７を流れて一次巻線Ｗ１に戻る経路に流れる。下アームスイッチング素子１６のボディダイオードが導通すると、一次巻線Ｗ１に印加される電圧の極性が逆転するため、電流経路ｒａ５に流れる電流が、交流電源Ｖ１から第１インダクタ１１に向かう方向に、増加を始める。第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流とが一致すると、下アームスイッチング素子１６のボディダイオードは非導通状態となる。
【0056】
［交流電位が正の状態：第６状態］
図６に示す第６状態は、第５状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を導通状態、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に保持したまま、下アームスイッチング素子１６を導通状態に制御した状態である。図６に示すように、第６状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ１と、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ８とに電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路２０には、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２の電流の連続性によりｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒａ１については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図６に示す第６状態は、第５状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を導通状態、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に保持したまま、下アームスイッチング素子１６を導通状態に制御した状態である。図６に示すように、第６状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ１と、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ８とに電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路２０には、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２の電流の連続性によりｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒａ１については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0057】
電流経路ｒａ８は、漏れインダクタンスＲｗ１から、下アームスイッチング素子１６、上アームスイッチング素子１５及び第１キャパシタ１７を経由した、漏れインダクタンスＲｗ１までの経路である。第６状態では、電流経路ｒａ１を電流が流れることによって第１インダクタ１１を流れる電流が増加する。これに伴い、一次巻線Ｗ１には、第１インダクタ１１を流れる電流が流れなくなるものの、漏れインダクタンスＲｗ１が電流を流し続けようとするため、電流経路ｒａ８の電流が発生する。ただし、一次巻線Ｗ１には、電流経路ｒａ８に流れる電流に抗う向きの、第１キャパシタ１７の電圧が印加される。このため、電流経路ｒａ８に流れる電流は、急速に減少する。
【0058】
電流経路ｒｂ５には、２つの経路が含まれる。一つは、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１から、二次側ダイオード２２、第１出力端ｔ９１、電力変換装置１に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した、第２インダクタ２１の第２端ｔ７２までの経路である。もう一つは、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２から、第２キャパシタ１９、二次側ダイオード２２、第１出力端ｔ９１、電力変換装置１に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した、二次巻線Ｗ２と漏れインダクタンスＲｗ２とまでの経路である。二次巻線Ｗ２の印加電圧が反転する一方で、第２キャパシタ１９が放電し、且つ第２インダクタ２１が蓄えたエネルギーにより電流を流し続けることにより、電流経路ｒｂ５に電流が流れ続ける。これにより、出力キャパシタ２３が充電され、第２インダクタ２１の磁束は、減少する。
【0059】
その後、一次巻線Ｗ１に流れる電流が０になると、電流の流れる向きが反転する。また、二次巻線Ｗ２の電流の向きも反転し、二次側ダイオード２２が非導通状態となる。これにより、電力変換装置１の状態は、図１の第１状態に戻ることになる。
【0060】
【0061】
この状態において、制御部５０は、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３の導通状態と非導通状態を切り替える。これにより、電力変換装置１の状態は、第１状態から第６状態まで遷移する。
【0062】
［交流電位が負の状態：第１状態］
図７に示す第１状態は、制御部５０が上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６を導通状態に制御し、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に制御した状態である。図７に示すように、第１状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ９とに電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とに電流が流れる。電流経路ｒａ２と、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図７に示す第１状態は、制御部５０が上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６を導通状態に制御し、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に制御した状態である。図７に示すように、第１状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ９とに電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とに電流が流れる。電流経路ｒａ２と、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0063】
電流経路ｒａ９は、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２から上アームダイオード１２、上アームスイッチング素子１５及び第１インダクタ１１を経由した交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１までの経路である。第１状態において、電流経路ｒａ９に流れる電流は、時間の経過とともに第１インダクタ１１から交流電源Ｖ１に向かう方向に大きくなり、第１インダクタ１１の磁束も当該電流の増加に伴い増加する。
【0064】
［交流電位が負の状態：第２状態］
図８に示す第２状態は、第１状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、下アームスイッチング素子１６を導通状態に、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に保持したまま、上アームスイッチング素子１５を非導通状態に制御した状態である。図８に示すように、第２状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ４と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ１０とに電流が流れる。また、第２状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ４と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図８に示す第２状態は、第１状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、下アームスイッチング素子１６を導通状態に、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に保持したまま、上アームスイッチング素子１５を非導通状態に制御した状態である。図８に示すように、第２状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ４と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ１０とに電流が流れる。また、第２状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ４と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0065】
電流経路ｒａ１０は、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２から、上アームダイオード１２、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオード、バッファキャパシタＣｃ、下アームスイッチング素子１６のボディダイオード及び第１インダクタ１１を経由した、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１までの経路である。第２状態では、第１インダクタ１１を流れる電流は、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを通ってバッファキャパシタＣｃに流れ、バッファキャパシタＣｃを充電する。これに伴い、第１インダクタ１１の電流は、減少する。
【0066】
［交流電位が負の状態：第３状態］
図９に示す第３状態は、第２状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を非導通状態に、下アームスイッチング素子１６を導通状態に保持したまま、バッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態に制御した状態である。図９に示すように、第３状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ４´と、電流経路ｒａ１０´とに電流が流れる。また、第３状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ４´と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。電流経路ｒａ１０´は、バッファスイッチング素子Ｑ３においてボディダイオードではなくドレイン－ソース間を流れる点を除いて、電流経路ｒａ１０と同様である。
図９に示す第３状態は、第２状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を非導通状態に、下アームスイッチング素子１６を導通状態に保持したまま、バッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態に制御した状態である。図９に示すように、第３状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ４´と、電流経路ｒａ１０´とに電流が流れる。また、第３状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ４´と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。電流経路ｒａ１０´は、バッファスイッチング素子Ｑ３においてボディダイオードではなくドレイン－ソース間を流れる点を除いて、電流経路ｒａ１０と同様である。
【0067】
ここで、一次側回路１０が第２状態である期間は、上アームスイッチング素子１５を完全に非導通状態に制御する時間が確保されれば短い期間であってもよい。換言すると、第１状態から第３状態への遷移期間中に、各スイッチング素子１５，１６，Ｑ３の全てが導通状態となり、バッファキャパシタＣｃが短絡状態とならなければ、第２状態である期間は、短い期間であってもよい。
【0068】
［交流電位が負の状態：第４状態］
図１０に示す第４状態は、第３状態に遷移してから所定の時間が経過した状態である。図１０に示すように、第４状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ６と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ１１に電流が流れる。また、第４状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ６と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１０に示す第４状態は、第３状態に遷移してから所定の時間が経過した状態である。図１０に示すように、第４状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ６と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ１１に電流が流れる。また、第４状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ６と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0069】
電流経路ｒａ１１は、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２から、上アームダイオード１２、第１キャパシタ１７、一次巻線Ｗ１、下アームスイッチング素子１６及び第１インダクタ１１を経由した、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１までの経路である。第３状態において電流経路ｒａ４´を流れていた電流が減少し、なくなると、電流経路ｒａ１１が示すように、一次巻線Ｗ１には、交流電源Ｖ１から、上アームダイオード１２及び第１キャパシタ１７を経由して電流が流れる。この時、一次巻線Ｗ１を流れる電流は、第３状態において一次巻線Ｗ１に流れる電流とは逆向きの電流である。また、電流経路ｒａ１１に電流が流れることにより、第１キャパシタ１７が充電され、第１インダクタ１１に流れる電流は、減少する。トランス１８の一次巻線Ｗ１には、始端の電位が終端の電位よりも低くなるように電圧が印加されるので、二次巻線Ｗ２において、始端の電位が終端の電位よりも低くなるような電圧が発生する。
【0070】
［交流電位が負の状態：第５状態］
図１１に示す第５状態は、第４状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を非導通状態に、下アームスイッチング素子１６を導通状態に保持したまま、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に制御した状態である。図１１に示すように、第５状態において、一次側回路１０には、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分の電流が電流経路ｒａ１２に流れる。また、第５状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流に流れる。電流経路ｒａ１１と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１１に示す第５状態は、第４状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、上アームスイッチング素子１５を非導通状態に、下アームスイッチング素子１６を導通状態に保持したまま、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に制御した状態である。図１１に示すように、第５状態において、一次側回路１０には、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分の電流が電流経路ｒａ１２に流れる。また、第５状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流に流れる。電流経路ｒａ１１と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0071】
電流経路ｒａ１２は、上アームスイッチング素子１５の第２端ｔ３２から、上アームスイッチング素子１５のボディダイオードを経由した、上アームダイオード１２のカソード、端子ｔｑ２、第１端ｔ３１及び第１端ｔ５１の接続点までの経路である。第５状態では、バッファスイッチング素子Ｑ３が非導通状態に制御されるため、第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分は、電流経路ｒａ１２に流れる。具体的には、第４状態から第５状態に遷移する直前において、バッファキャパシタＣｃから放電され、一次巻線Ｗ１に流れていた電流は、第５状態に遷移後、電流経路ｒａ１２を流れて一次巻線Ｗ１に戻る。上アームスイッチング素子１５のボディダイオードが導通すると、一次巻線Ｗ１に印加される電圧の極性が逆転するため、電流経路ｒａ１１に流れる電流が急速に減少する。第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流とが一致すると、上アームスイッチング素子１５のボディダイオードは非導通状態となる。
【0072】
［交流電位が負の状態：第６状態］
図１２に示す第６状態は、第５状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、下アームスイッチング素子１６を導通状態に、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に保持したまま、上アームスイッチング素子１５を導通状態に制御した状態である。図１２に示すように、第６状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ８と、電流経路ｒａ９とに電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒａ８と、電流経路ｒａ９と、電流経路ｒｂ５とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１２に示す第６状態は、第５状態に遷移してから所定の時間が経過した後、制御部５０が、下アームスイッチング素子１６を導通状態に、バッファスイッチング素子Ｑ３を非導通状態に保持したまま、上アームスイッチング素子１５を導通状態に制御した状態である。図１２に示すように、第６状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ８と、電流経路ｒａ９とに電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒａ８と、電流経路ｒａ９と、電流経路ｒｂ５とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0073】
その後、一次巻線Ｗ１に流れる電流が０になると、電流の流れる向きが反転する。また、二次巻線Ｗ２の電流の向きも反転し、二次側ダイオード２２が非導通状態となる。これにより、電力変換装置１の状態は、図７の第１状態に戻ることになる。
【0074】
以上のように、交流電位が正の状態においても、交流電位が負の状態においても、第１状態が開始してから第６状態が終了するまで時間は、一定であっても一定でなくてもよい。ただし、どちらの場合も、第１状態の開始から第６状態の終了までの時間は、入力電圧の周期よりも十分短いことが望ましい。
【0075】
［各状態の遷移の別例について］
なお、上述では、電力変換装置１の状態が、交流電位が正の状態と、交流電位が負の状態とにおいて、それぞれ、第１状態～第６状態まで遷移する場合について説明したが、これに限られない。電力変換装置１の状態は、例えば、第１状態において、電流経路ｒａ２の電流が小さかったり、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１が小さい場合、第２状態を継続中に電流経路ｒａ４の電流がゼロになったりする場合がある。この場合、第２状態中に、第１インダクタ１１を流れる電流が、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを流れるバッファキャパシタＣｃを充電する電流と、第１キャパシタ１７を通って一次巻線Ｗ１に流れる電流とに分かれ、その後、バッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となり、第４状態に遷移してもよい。また、第４状態において、一次巻線Ｗ１を流れる電流が小さかったり、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１が小さい場合、第５状態継続中に電流経路ｒａ７、電流経路ｒａ１２の電流がゼロになったりする場合がある。この場合、第５状態中に、第１インダクタ１１の電流が全て第１キャパシタ１７を通って一次巻線Ｗ１に流れ、その後、交流電位が正の状態では下アームスイッチング素子１６が導通状態となること、交流電位が負の状態では上アームスイッチング素子１５が導通状態となることで、第６状態に遷移してもよい。
なお、上述では、電力変換装置１の状態が、交流電位が正の状態と、交流電位が負の状態とにおいて、それぞれ、第１状態～第６状態まで遷移する場合について説明したが、これに限られない。電力変換装置１の状態は、例えば、第１状態において、電流経路ｒａ２の電流が小さかったり、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１が小さい場合、第２状態を継続中に電流経路ｒａ４の電流がゼロになったりする場合がある。この場合、第２状態中に、第１インダクタ１１を流れる電流が、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを流れるバッファキャパシタＣｃを充電する電流と、第１キャパシタ１７を通って一次巻線Ｗ１に流れる電流とに分かれ、その後、バッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となり、第４状態に遷移してもよい。また、第４状態において、一次巻線Ｗ１を流れる電流が小さかったり、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１が小さい場合、第５状態継続中に電流経路ｒａ７、電流経路ｒａ１２の電流がゼロになったりする場合がある。この場合、第５状態中に、第１インダクタ１１の電流が全て第１キャパシタ１７を通って一次巻線Ｗ１に流れ、その後、交流電位が正の状態では下アームスイッチング素子１６が導通状態となること、交流電位が負の状態では上アームスイッチング素子１５が導通状態となることで、第６状態に遷移してもよい。
【0076】
［本実施形態の電力変換装置１にかかる作用について］
以上のとおり、制御部５０は、交流電位が正の状態において、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態と非導通状態とに切り替えることにより、電力変換装置１の状態を第１状態から第６状態まで順に繰り返して遷移させる。また、制御部５０は、交流電位が負の状態において、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態と非導通状態とに切り替えることにより、電力変換装置１の状態を第１状態から第６状態まで順に繰り返して遷移させる。これにより、電力変換装置１において電力変換が行われる。
以上のとおり、制御部５０は、交流電位が正の状態において、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態と非導通状態とに切り替えることにより、電力変換装置１の状態を第１状態から第６状態まで順に繰り返して遷移させる。また、制御部５０は、交流電位が負の状態において、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態と非導通状態とに切り替えることにより、電力変換装置１の状態を第１状態から第６状態まで順に繰り返して遷移させる。これにより、電力変換装置１において電力変換が行われる。
【0077】
詳細には、電力変換装置１は、交流電源Ｖ１の極性に応じて、第１状態～第６状態まで遷移することを繰り返す。これにより、下アームスイッチング素子１６の第２端ｔ４２の電位よりも、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１の電位が、常に高くなる。すなわち、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６、上アームダイオード１２及び下アームダイオード１３とのブリッジ回路１４により、交流電源Ｖ１の交流電圧は直流電圧に変換される。
【0078】
第４状態～第６状態においては、一次巻線Ｗ１の始端の方が一次巻線Ｗ１の終端よりも高電位になる。また、このとき、第１キャパシタ１７は、充電される。さらに、このとき、二次側ダイオード２２が導通し、トランス１８の二次巻線Ｗ２から、第２キャパシタ１９及び二次側ダイオード２２を通って負荷に電流が流れる。したがって、エネルギーが、一次側からトランス１８を介して負荷に供給されることになる。
【0079】
第１状態～第３状態においては、第１キャパシタ１７の両端の電圧が、トランス１８の一次巻線Ｗ１に印加される。このとき、一次巻線Ｗ１の終端の電位が、一次巻線Ｗ１の始端の電位よりも高くなる。また、このとき、トランス１８の二次巻線Ｗ２から、第２インダクタ２１、第２キャパシタ１９に電流が流れ、それぞれ電磁エネルギー、静電エネルギーとして蓄えられる。
【0080】
第１状態～第３状態の時に第２インダクタ２１及び第２キャパシタ１９に蓄えられたエネルギーは、第４状態～第６状態の時に、負荷に供給される。トランス１８の一次巻線Ｗ１に印加される電圧の極性に関わらず、トランス１８の１次側から２次側へのエネルギー伝達が行われるので、トランス１８の利用効率が高い。
【0081】
また、第２状態～第３状態においては、ブリッジ回路１４から第１キャパシタ１７に流れる電流と、漏れインダクタンスＲｗ１から第１キャパシタ１７に流れる電流とが衝突してサージ電圧が発生しないように、バッファ回路４０は、バッファキャパシタＣｃによりサージ電圧を吸収する。また、第４状態～第５状態においては、バッファ回路４０において、第１インダクタ１１を流れる電流と、一次巻線Ｗ１を流れる電流との差分を吸収したり、吸収したエネルギーを適宜放電したりする。
【0082】
［制御部５０の制御について］
本実施形態では、制御部５０は、第１インダクタ１１を流れる電流と、入力電圧とに基づいて、入力電力の力率が改善するようにスイッチングを制御することが可能である。例えば、制御部５０は、上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６の第６状態開始から第１状態終了までの時間を制御することにより、上アームダイオード１２、下アームダイオード１３及びブリッジ回路１４を力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路として動作させる。第６状態および第１状態では、交流電源Ｖ１と第１インダクタ１１とが閉回路を形成し、交流電源Ｖ１からの電流は第１インダクタ１１により制限される。第１インダクタ１１に流れる電流の増加分は、第６状態開始から第１状態終了までの時間に比例するため、第６状態開始から第１状態終了までの時間を制御することにより、第１インダクタ１１の電流を制御することが可能となる。制御部５０は、電流センサＣ１と電圧センサＣ２からの信号に基づき、第１インダクタ１１に流れる電流の波形が略正弦波状になり、当該正弦波の周波数と位相が、交流電源Ｖ１の周波数と位相と一致するように、第６状態開始から第１状態終了までの継続時間を制御する。
本実施形態では、制御部５０は、第１インダクタ１１を流れる電流と、入力電圧とに基づいて、入力電力の力率が改善するようにスイッチングを制御することが可能である。例えば、制御部５０は、上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６の第６状態開始から第１状態終了までの時間を制御することにより、上アームダイオード１２、下アームダイオード１３及びブリッジ回路１４を力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路として動作させる。第６状態および第１状態では、交流電源Ｖ１と第１インダクタ１１とが閉回路を形成し、交流電源Ｖ１からの電流は第１インダクタ１１により制限される。第１インダクタ１１に流れる電流の増加分は、第６状態開始から第１状態終了までの時間に比例するため、第６状態開始から第１状態終了までの時間を制御することにより、第１インダクタ１１の電流を制御することが可能となる。制御部５０は、電流センサＣ１と電圧センサＣ２からの信号に基づき、第１インダクタ１１に流れる電流の波形が略正弦波状になり、当該正弦波の周波数と位相が、交流電源Ｖ１の周波数と位相と一致するように、第６状態開始から第１状態終了までの継続時間を制御する。
【0083】
また、制御部５０は、電圧センサＣ３の検出結果に基づいて、所定の直流電圧が出力されるように、スイッチング制御を行うこともできる。詳細には、制御部５０は、例えば、電圧センサＣ３によって検出された出力電圧と所定の直流電圧（目標電圧）との差に基づいて、両スイッチング素子１５、１６のデューティ比制御を行う。更に、制御部５０は、入力電力の力率改善と、出力電圧の制御を同時に行うことも可能である。
【0084】
［本実施形態の電力変換装置１にかかる効果について］
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１－１）電力変換装置１は、交流電源Ｖ１の極性に応じて、制御部５０が各スイッチング素子１５，１６，Ｑ３を制御することにより、第１状態～第６状態に遷移する。これにより、ブリッジ回路１４が交流電源Ｖ１の交流電圧を直流電圧に変換する。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１－１）電力変換装置１は、交流電源Ｖ１の極性に応じて、制御部５０が各スイッチング素子１５，１６，Ｑ３を制御することにより、第１状態～第６状態に遷移する。これにより、ブリッジ回路１４が交流電源Ｖ１の交流電圧を直流電圧に変換する。
【0085】
同時に、上アームスイッチング素子１５と下アームスイッチング素子１６とのスイッチング動作により、トランス１８の一次巻線Ｗ１に高周波の交流電圧を印加する。これにより、トランス１８を介して、絶縁しながら電力をトランス１８の二次側に伝達する。
【0086】
従来技術の回路では、交流電圧から直流電圧への変換と、変換された直流電圧から高周波の交流電圧への変換を別々のブリッジ回路で行っていた。一方、本実施形態の電力変換装置１では、交流から直流への変換と、変換された直流から高周波の交流への変換を一つのブリッジ回路で行っている。
【0087】
これにより、電力変換装置１は、従来技術の回路のようにフルブリッジ回路を用いる場合に比して、スイッチング素子や整流素子等の能動素子の数を少なくできる。また、本実施形態の電力変換装置１は、従来技術の回路のようにフルブリッジ回路を用いる場合に比して、電流が通過する能動素子の数が少ないので、能動素子における導通損失を低減できる。
【0088】
（１－２）バッファ回路４０は、第２状態～第３状態においては、ブリッジ回路１４から第１キャパシタ１７に流れる電流と、漏れインダクタンスＲｗ１から第１キャパシタ１７に流れる電流とが衝突してサージ電圧が発生しないように、サージ電圧を吸収する。
【0089】
かかる構成によれば、電力変換装置１は、バッファ回路４０を用いることにより、トランス１８の漏れインダクタンスＲｗ１による電流と、交流電源Ｖ１から入力される電流とが衝突することにより生じ得るサージ電圧を抑制できる。
【0090】
（１－３）トランス１８は、トランス１８の一次巻線Ｗ１の始端と終端に印加される電圧の向きによらず、スイッチングパターンの第１状態～第６状態の全てにおいて、一次側から二次側に電力を伝達する。したがって、電力変換装置１は、トランス１８の利用効率を高くできる。
【0091】
（１－４）バッファ回路４０は、両スイッチング素子１５，１６とバッファキャパシタＣｃとの間に設けられたバッファスイッチング素子Ｑ３を有する。かかる構成によれば、第１インダクタ１１を流れる電流が一次巻線Ｗ１を流れる電流よりも大きい場合に、差分をバッファキャパシタＣｃに充電させるだけでなく、バッファキャパシタＣｃから一次巻線Ｗ１に電流を供給することもできる。これにより、適切にバッファキャパシタＣｃを放電させ、バッファキャパシタＣｃの両端電圧の上昇を抑えることができるとともに、交流電源Ｖ１からのエネルギーを無駄なくトランス１８を介して出力することができる。
【0092】
特に、本実施形態では、バッファスイッチング素子Ｑ３として、逆並列ダイオードを有するスイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）を用いている。これにより、サージ電圧に係る動作が必要な状態（例えば第３状態）では、バッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態にすることによって、バッファスイッチング素子Ｑ３の抵抗を低くすることができる。したがって、ダイオードのみの場合と比較して、サージ電圧が流れることに起因する発熱などを抑制できる。また、バッファスイッチング素子Ｑ３を制御にすることによって、バッファキャパシタＣｃからの放電制御を行うことができる。例えば、第４状態において、バッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態であることにより、バッファキャパシタＣｃの放電電流を一次巻線Ｗ１に流すことができる。
【0093】
（１－５）電力変換装置１において、バッファ回路４０は、ブリッジ回路１４に対して並列に接続される。これにより、電力変換装置１は、トランス１８の漏れインダクタンスＲｗ１により、ブリッジ回路１４に流れる電流を、並列に接続されたバッファ回路４０に迂回させることができる。したがって、電力変換装置１は、サージ電流がブリッジ回路１４に流れることを抑制できる。
【0094】
（１－６）電力変換装置１は、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３のスイッチングを制御する制御部５０を更に備える。制御部５０は、第１インダクタ１１を流れる電流と、交流電源Ｖ１からの入力電圧とに基づいて、力率が改善するようにスイッチングを制御する。
【0095】
かかる構成によれば、電力変換装置１は、交流電源Ｖ１から供給される電力の力率を改善できる。
（１－７）制御部５０は、第１出力端ｔ９１と第２出力端ｔ９２との間の電圧に基づいて、所定の直流電圧が出力されるように、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３のスイッチングを制御する。
（１－７）制御部５０は、第１出力端ｔ９１と第２出力端ｔ９２との間の電圧に基づいて、所定の直流電圧が出力されるように、上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６及びバッファスイッチング素子Ｑ３のスイッチングを制御する。
【0096】
かかる構成によれば、電力変換装置１は、第１出力端ｔ９１と第２出力端ｔ９２との間の電圧に基づいてフィードバック制御し、電力変換装置１が出力する直流電圧を、所定の直流電圧（目標電圧）に近づけることができる。
【0097】
＜第２実施形態＞
以下、図面を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態では、電力変換装置２において、一次側回路１０と、バッファ回路４０との接続が、第１実施形態と異なる。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。
以下、図面を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態では、電力変換装置２において、一次側回路１０と、バッファ回路４０との接続が、第１実施形態と異なる。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。
【0098】
図１３に示すように、電力変換装置２は、例えば、電力変換装置１と同様の構成を備える一方で、一次側回路１０、第１キャパシタ１７、トランス１８及びバッファ回路４０の接続が電力変換装置１とは異なる。具体的には、電力変換装置２において、一次巻線Ｗ１の始端は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに電気的に接続される。また、一次巻線Ｗ１の終端は、第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１に接続され、第１キャパシタ１７の第２端ｔ５２は、下アームダイオード１３のカソードと、下アームスイッチング素子１６の第２端ｔ４２とに接続される。
【0099】
また、バッファスイッチング素子Ｑ３の端子ｔｑ２と、ブリッジ回路１４（詳細には上アームダイオード１２のカソード及び第１端ｔ３１）と一次巻線Ｗ１の始端との接続点とは、接続されている。また、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ２は、一次巻線Ｗ１の終端及び第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１に接続されている。これにより、バッファキャパシタＣｃは、第１キャパシタ１７と直列に接続されている。
【0100】
以下、図１３～図２４を参照して、電力変換装置２の動作の詳細について説明する。なお、説明の便宜上、電力変換装置２が動作開始するタイミングにおいて、各キャパシタ１７、１９、２３、Ｃｃは充電されているものとする。また、第１インダクタ１１、トランス１８の一次巻線Ｗ１、第２インダクタ２１には電流が流れているものとする。更に、以降の説明において、各状態の遷移タイミングは、上述した実施形態と同様である。したがって、制御部５０が制御する各スイッチング素子１５，１６，Ｑ３の導通状態または非導通状態は、第１実施形態における各状態の導通状態または非導通状態と同様であるため、説明を省略する。
【0101】
［交流電位が正の状態での動作］
まず、交流電源Ｖ１において第１端ｔ１１の電位が第２端ｔ１２の電位よりも高い状態（つまり、交流電位が正の状態）におけるスイッチング制御について図１３～図１８を用いて説明する。
まず、交流電源Ｖ１において第１端ｔ１１の電位が第２端ｔ１２の電位よりも高い状態（つまり、交流電位が正の状態）におけるスイッチング制御について図１３～図１８を用いて説明する。
【0102】
［交流電位が正の状態：第１状態］
図１３に示すように、第１状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ１と、第１キャパシタ１７の放電に伴う電流経路ｒａ２１とに電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とに電流が流れる。電流経路ｒａ１と、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１３に示すように、第１状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ１と、第１キャパシタ１７の放電に伴う電流経路ｒａ２１とに電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とに電流が流れる。電流経路ｒａ１と、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0103】
電流経路ｒａ２１は、第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１から、一次巻線Ｗ１、上アームスイッチング素子１５及び下アームスイッチング素子１６を経由した、第１キャパシタ１７の第２端ｔ５２までの経路である。トランス１８の一次巻線Ｗ１には、第１キャパシタ１７の両端の電圧が印加され、一次巻線Ｗ１の終端の電位が始端の電位よりも高くなる。この結果、トランス１８の二次巻線Ｗ２の両端には、終端の電位が始端の電位よりも高くなるように電圧が発生する。
【0104】
［交流電位が正の状態：第２状態］
図１４に示すように、第２状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ２２と、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ２３とに電流が流れる。また、第２状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１４に示すように、第２状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ２２と、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ２３とに電流が流れる。また、第２状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0105】
電流経路ｒａ２２は、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１から、第１インダクタ１１、上アームスイッチング素子１５、バッファスイッチング素子Ｑ３、バッファキャパシタＣｃ、第１キャパシタ１７及び下アームダイオード１３を経由した、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２までの経路である。第２状態では、第１インダクタ１１を流れる電流は、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを通ってバッファキャパシタＣｃと、第１キャパシタ１７とに流れる。したがって、電流経路ｒａ２２を流れる電流は、バッファキャパシタＣｃ及び第１キャパシタ１７を充電する。第１インダクタ１１に流れる電流は、減少する。
【0106】
電流経路ｒａ２３は、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１から、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオード及びバッファキャパシタＣｃを経由した漏れインダクタンスＲｗ１までの経路である。第２状態では、一次巻線Ｗ１を流れる電流は、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを通ってバッファキャパシタＣｃに流れる。したがって、電流経路ｒａ２３を流れる電流は、バッファキャパシタＣｃを充電する。第２状態に制御される前後では、一次巻線Ｗ１に印加される電圧の向きが逆になる。したがって、一次巻線Ｗ１を流れる電流は、急速に減少する。
【0107】
［交流電位が正の状態：第３状態］
図１５に示すように、第３状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２２と、電流経路ｒａ２３´とに電流が流れる。また、第３状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ２２と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１５に示すように、第３状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２２と、電流経路ｒａ２３´とに電流が流れる。また、第３状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ２２と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0108】
電流経路ｒａ２３´は、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１から、バッファスイッチング素子Ｑ３（ドレイン－ソース間）及びバッファキャパシタＣｃを経由した漏れインダクタンスＲｗ１までの経路である。したがって、第２状態では、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを経由して流れていた電流が、第３状態では、バッファスイッチング素子Ｑ３本体を経由して流れる。これにより、電流経路ｒａ２３に比して、電流経路ｒａ２３´の抵抗を小さくすることができる。第２状態と同様に、第３状態においても、電流経路ｒａ２２及び電流経路ｒａ２３´の電流が減少するとともに電流経路ｒｂ３の電流も減少する。
【0109】
ここで、一次側回路１０が第２状態である期間は、下アームスイッチング素子１６を完全に非導通状態に制御する時間が確保されれば短い期間であってもよい。換言すると、第１状態から第３状態への遷移期間中に、各スイッチング素子１５，１６，Ｑ３の全てが導通状態となり、バッファキャパシタＣｃが短絡状態とならなければ、第２状態である期間は、短い期間であってもよい。
【0110】
［交流電位が正の状態：第４状態］
図１６に示すように、第４状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ２４と、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分に伴う電流経路ｒａ２５とに電流が流れる。また、第４状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒｂ４については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１６に示すように、第４状態において、一次側回路１０には、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ２４と、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分に伴う電流経路ｒａ２５とに電流が流れる。また、第４状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒｂ４については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0111】
電流経路ｒａ２４は、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１から、第１インダクタ１１、上アームスイッチング素子１５、一次巻線Ｗ１、第１キャパシタ１７及び下アームダイオード１３を経由した、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２までの経路である。第３状態において電流経路ｒａ２３´を流れていた電流が減少し、なくなると、一次巻線Ｗ１には、交流電源Ｖ１から、第１インダクタ１１及び上アームスイッチング素子１５を経由する電流経路ｒａ２４の電流が流れる。この時、一次巻線Ｗ１を流れる電流は、第３状態において一次巻線Ｗ１に流れる電流とは逆向きの電流である。また、電流経路ｒａ２４に電流が流れることにより、第１キャパシタ１７が充電され、第１インダクタ１１に流れる電流は、減少する。
【0112】
電流経路ｒａ２５は、上アームダイオード１２のカソード、端子ｔｑ２、第１端ｔ３１及び一次巻線Ｗ１の始端の接続点から、バッファスイッチング素子Ｑ３及びバッファキャパシタＣｃを経由した、端子ｔｃ２、一次巻線Ｗ１の終端及び第１端ｔ５１の接続点までの経路である。電流経路ｒａ２５には、第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分が流れる。具体的には、第１インダクタ１１に流れる電流が、一次巻線Ｗ１に流れる電流よりも大きい場合、一次巻線Ｗ１からバッファキャパシタＣｃに電流が流れ、バッファキャパシタＣｃが充電される。また、第１インダクタ１１に流れる電流が、一次巻線Ｗ１に流れる電流よりも小さい場合、バッファキャパシタＣｃから放電された電流がバッファスイッチング素子Ｑ３を介して一次巻線Ｗ１に電流が流れる。
【0113】
［交流電位が正の状態：第５状態］
図１７に示すように、第５状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ７と、電流経路ｒａ２４とに電流が流れる。また、第５状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ７と、電流経路ｒａ２４と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１７に示すように、第５状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ７と、電流経路ｒａ２４とに電流が流れる。また、第５状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ７と、電流経路ｒａ２４と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0114】
第５状態では、バッファスイッチング素子Ｑ３が非導通状態に制御されるため、第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分は、電流経路ｒａ７に流れる。具体的には、第４状態において、バッファキャパシタＣｃから放電され、一次巻線Ｗ１に流れていた電流は、第５状態において、電流経路ｒａ７から一次巻線Ｗ１に戻る。下アームスイッチング素子１６のボディダイオードが導通すると、一次巻線Ｗ１に印加される電圧の極性が逆転するため、電流経路ｒａ２４に流れる電流が急速に減少する。第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流とが一致すると、下アームスイッチング素子１６のボディダイオードは非導通状態となる。
【0115】
［交流電位が正の状態：第６状態］
図１８に示すように、第６状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ１と、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ２６とに電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒａ１と、電流経路ｒｂ５とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図１８に示すように、第６状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ１と、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ２６とに電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒａ１と、電流経路ｒｂ５とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0116】
電流経路ｒａ２６は、漏れインダクタンスＲｗ１から、第１キャパシタ１７、下アームスイッチング素子１６及び上アームスイッチング素子１５を経由した、漏れインダクタンスＲｗ１までの経路である。第６状態において、下アームスイッチング素子１６が導通状態に制御されると、第１インダクタ１１を流れる電流は、電流経路ｒａ１を流れるようになる。これに伴い、一次巻線Ｗ１には、第１インダクタ１１を流れる電流が流れなくなるものの、漏れインダクタンスＲｗ１が電流を流し続けようとするため、電流経路ｒａ２６の電流が発生する。ただし、一次巻線Ｗ１には、電流経路ｒａ２６に流れる電流に抗う向きの、第１キャパシタ１７の電圧が印加される。このため、電流経路ｒａ２６に流れる電流は、急速に減少する。
【0117】
その後、一次巻線Ｗ１に流れる電流が０になると、電流の流れる向きが反転する。また、二次巻線Ｗ２の電流の向きも反転し、二次側ダイオード２２が非導通状態となる。これにより、電力変換装置２の状態は、図１３の第１状態に戻ることになる。
【0118】
［交流電位が負の状態での動作］
次に、交流電源Ｖ１において第１端ｔ１１の電位が第２端ｔ１２の電位よりも低い状態（つまり、交流電位が負の状態）におけるスイッチング制御について図１９～図２４を用いて説明する。
次に、交流電源Ｖ１において第１端ｔ１１の電位が第２端ｔ１２の電位よりも低い状態（つまり、交流電位が負の状態）におけるスイッチング制御について図１９～図２４を用いて説明する。
【0119】
［交流電位が負の状態：第１状態］
図１９に示すように、第１状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ９と、電流経路ｒａ２１とに電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とに電流が流れる。電流経路ｒａ９と、電流経路ｒａ２１と、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。上述したように、第１状態において、電流経路ｒａ９に流れる電流は、時間の経過とともに大きくなる。
図１９に示すように、第１状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ９と、電流経路ｒａ２１とに電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とに電流が流れる。電流経路ｒａ９と、電流経路ｒａ２１と、電流経路ｒｂ１と、電流経路ｒｂ２とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。上述したように、第１状態において、電流経路ｒａ９に流れる電流は、時間の経過とともに大きくなる。
【0120】
［交流電位が負の状態：第２状態］
図２０に示すように、第２状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２３と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ２７とに電流が流れる。また、第２状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ２３と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２０に示すように、第２状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２３と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ２７とに電流が流れる。また、第２状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ２３と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0121】
電流経路ｒａ２７は、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２から、上アームダイオード１２、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオード、バッファキャパシタＣｃ、第１キャパシタ１７及び下アームスイッチング素子１６のボディダイオード及び第１インダクタ１１を経由した、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１までの経路である。第２状態では、第１インダクタ１１を流れる電流は、バッファスイッチング素子Ｑ３のボディダイオードを通ってバッファキャパシタＣｃに流れ、バッファキャパシタＣｃ及び第１キャパシタ１７を充電する。これに伴い、第１インダクタ１１に流れる電流は、減少する。
【0122】
［交流電位が負の状態：第３状態］
図２１に示すように、第３状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２３´と、電流経路ｒａ２７´とに電流が流れる。また、第３状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ２３´と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。電流経路ｒａ２７´は、バッファスイッチング素子Ｑ３においてボディダイオードではなくドレイン－ソース間を電流が流れる点を除いて、電流経路ｒａ２７と同様である。
図２１に示すように、第３状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２３´と、電流経路ｒａ２７´とに電流が流れる。また、第３状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とに電流が流れる。電流経路ｒａ２３´と、電流経路ｒｂ２と、電流経路ｒｂ３とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。電流経路ｒａ２７´は、バッファスイッチング素子Ｑ３においてボディダイオードではなくドレイン－ソース間を電流が流れる点を除いて、電流経路ｒａ２７と同様である。
【0123】
［交流電位が負の状態：第４状態］
図２２に示すように、第４状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２５と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ２８とに電流が流れる。また、第４状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ２５と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２２に示すように、第４状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ２５と、交流電源Ｖ１からの電力の供給に伴う電流経路ｒａ２８とに電流が流れる。また、第４状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ２５と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0124】
電流経路ｒａ２８は、交流電源Ｖ１の第２端ｔ１２から、上アームダイオード１２、一次巻線Ｗ１、第１キャパシタ１７、下アームスイッチング素子１６及び第１インダクタ１１を経由した、交流電源Ｖ１の第１端ｔ１１までの経路である。第３状態において電流経路ｒａ２３´を流れていた電流が減少し、なくなると、一次巻線Ｗ１には、交流電源Ｖ１から、上アームダイオード１２を経由する電流経路ｒａ２８の電流が流れる。この時、一次巻線Ｗ１を流れる電流は、第３状態において一次巻線Ｗ１に流れる電流とは逆向きの電流である。また、電流経路ｒａ２８に電流が流れることにより、第１キャパシタ１７が充電され、第１インダクタ１１に流れる電流は、減少する。
【0125】
［交流電位が負の状態：第５状態］
図２３に示すように、第５状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ１２と、電流経路ｒａ２８とに電流が流れる。また、第５状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ１２と、電流経路ｒａ２８と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２３に示すように、第５状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ１２と、電流経路ｒａ２８とに電流が流れる。また、第５状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ４に電流が流れる。電流経路ｒａ１２と、電流経路ｒａ２８と、電流経路ｒｂ４とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0126】
［交流電位が正の状態：第６状態］
図２４に示すように、第６状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ９と、電流経路ｒａ２６とに電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒａ９、電流経路ｒａ２６と、電流経路ｒｂ５とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２４に示すように、第６状態において、一次側回路１０には、電流経路ｒａ９と、電流経路ｒａ２６とに電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路２０には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒａ９、電流経路ｒａ２６と、電流経路ｒｂ５とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0127】
［本実施形態の電力変換装置２にかかる作用効果について］
（２－１）電力変換装置２において、バッファキャパシタＣｃは、第１キャパシタ１７と直列に接続されている。また、バッファキャパシタＣｃ及び第１キャパシタ１７は、第２状態～第３状態において、ブリッジ回路１４から第１キャパシタ１７に流れる電流と、漏れインダクタンスＲｗ１から第１キャパシタ１７に流れる電流とが衝突してサージ電圧が発生しないように、サージ電圧を吸収する。つまり、電力変換装置２によれば、バッファキャパシタＣｃと第１キャパシタ１７との組み合わせにより、サージ電圧を抑制できる。また、電力変換装置２によれば、電力変換装置１においてバッファキャパシタＣｃの両端に印加されていた電圧が、第１キャパシタ１７に印加される電圧とバッファキャパシタＣｃに印加される電圧とに分圧される。これにより、電力変換装置１に用いたバッファキャパシタＣｃに比して、バッファキャパシタＣｃの耐圧を小さくできる。
（２－１）電力変換装置２において、バッファキャパシタＣｃは、第１キャパシタ１７と直列に接続されている。また、バッファキャパシタＣｃ及び第１キャパシタ１７は、第２状態～第３状態において、ブリッジ回路１４から第１キャパシタ１７に流れる電流と、漏れインダクタンスＲｗ１から第１キャパシタ１７に流れる電流とが衝突してサージ電圧が発生しないように、サージ電圧を吸収する。つまり、電力変換装置２によれば、バッファキャパシタＣｃと第１キャパシタ１７との組み合わせにより、サージ電圧を抑制できる。また、電力変換装置２によれば、電力変換装置１においてバッファキャパシタＣｃの両端に印加されていた電圧が、第１キャパシタ１７に印加される電圧とバッファキャパシタＣｃに印加される電圧とに分圧される。これにより、電力変換装置１に用いたバッファキャパシタＣｃに比して、バッファキャパシタＣｃの耐圧を小さくできる。
【0128】
＜変形例１＞
以下、図面を参照して上述した第１実施形態の変形例１について説明する。上述した実施形態では、電力変換装置１が、整流平滑回路２０を備える場合について説明した。変形例１では、電力変換装置３が、整流平滑回路２０に代えて整流平滑回路３０を備える場合について説明する。なお、上述した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。
以下、図面を参照して上述した第１実施形態の変形例１について説明する。上述した実施形態では、電力変換装置１が、整流平滑回路２０を備える場合について説明した。変形例１では、電力変換装置３が、整流平滑回路２０に代えて整流平滑回路３０を備える場合について説明する。なお、上述した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。
【0129】
図２５に示すように、電力変換装置３は、一次側回路１０と、第１キャパシタ１７と、トランス１８と、第２キャパシタ１９と、整流平滑回路３０と、バッファ回路４０と、制御部５０とを備える。整流平滑回路３０は、第２インダクタ２１と、二次側ダイオード２２と、出力キャパシタ２３と、第１出力線ＯＬ１と、第２出力線ＯＬ２と、第１出力端ｔ９１と、第２出力端ｔ９２とを備える。
【0130】
二次巻線Ｗ２の終端は、第２キャパシタ１９を介して第２インダクタ２１の第１端ｔ７１と、二次側ダイオード２２のカソードとに電気的に接続される。具体的には、二次巻線Ｗ２の終端は、第２キャパシタ１９の第１端ｔ６１に接続され、第２キャパシタ１９の第２端ｔ６２は、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１と、二次側ダイオード２２のカソードとに接続される。二次巻線Ｗ２の始端は、二次側ダイオード２２のアノードと、第２出力線ＯＬ２とに接続されている。本実施形態において、二次側ダイオード２２のカソードは、「二次側整流素子の一端」の一例であり、二次側ダイオード２２のアノードは、「二次側整流素子の他端」の一例である。
【0131】
出力キャパシタ２３は、第１出力線ＯＬ１と、第２出力線ＯＬ２との双方に接続されている。具体的には、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１は、第１出力線ＯＬ１に接続されている。そして、出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２は、第２出力線ＯＬ２に接続されている。
【0132】
第２インダクタ２１の第２端ｔ７２は、第１出力線ＯＬ１に接続されている。上述したように、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１と、二次側ダイオード２２のカソードとが接続されている。また、第２インダクタ２１の第２端ｔ７２と、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１とが接続されている。したがって、整流平滑回路３０は、第２キャパシタ１９を介して、トランス１８の二次巻線Ｗ２に接続されている。
【0133】
【0134】
［第１状態での動作］
図２５は、交流電位が正の状態及び負の状態の第１状態である場合の電流経路を示す図である。図２５に示すように、第１状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、終端から始端に向かう電流経路ｒａ２の電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路３０には、二次巻線Ｗ２に伴う電流経路ｒｂ６の電流が流れる。電流経路ｒａ２については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２５は、交流電位が正の状態及び負の状態の第１状態である場合の電流経路を示す図である。図２５に示すように、第１状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、終端から始端に向かう電流経路ｒａ２の電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路３０には、二次巻線Ｗ２に伴う電流経路ｒｂ６の電流が流れる。電流経路ｒａ２については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0135】
電流経路ｒｂ６は、二次巻線Ｗ２の終端から、第２キャパシタ１９、第２インダクタ２１、第１出力端ｔ９１、電力変換装置３に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した二次巻線Ｗ２の始端までの経路である。第１状態において、第２インダクタ２１に流れる電流は、時間の経過とともに第２インダクタ２１の第２端ｔ７２から第１端ｔ７１に向かう方向に大きくなる。また、電流経路ｒｂ６に電流が流れることにより、第２キャパシタ１９及び出力キャパシタ２３は、充電される。第２インダクタ２１には、二次巻線Ｗ２の両端の電圧と、第２キャパシタ１９の両端の電圧の合計から、第１出力端ｔ９１、第２出力端ｔ９２から出力される直流電圧を差し引いた値の電圧が印加される。これに伴い、第２インダクタ２１を流れる電流は増加する。第１状態において、二次側ダイオード２２は導通状態にはない。
【0136】
［第２状態～第３状態での動作］
図２６は、交流電位が正の状態及び負の状態の第２状態～第３状態である場合の電流経路を示す図である。図２６に示すように、第２状態～第３状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、終端から始端に向かう電流であって、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ４（電流経路ｒａ４´）の電流が流れる。また、第２状態～第３状態において、整流平滑回路３０には、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２の電流の連続性により電流経路ｒｂ７が流れる。電流経路ｒａ４（電流経路ｒａ４´）については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２６は、交流電位が正の状態及び負の状態の第２状態～第３状態である場合の電流経路を示す図である。図２６に示すように、第２状態～第３状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、終端から始端に向かう電流であって、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ４（電流経路ｒａ４´）の電流が流れる。また、第２状態～第３状態において、整流平滑回路３０には、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２の電流の連続性により電流経路ｒｂ７が流れる。電流経路ｒａ４（電流経路ｒａ４´）については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0137】
電流経路ｒｂ７は、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２から、第２キャパシタ１９、第２インダクタ２１、第１出力端ｔ９１、電力変換装置３に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した二次巻線Ｗ２の始端までの経路である。第２状態～第３状態において、一次巻線Ｗ１を流れる電流が減少することに伴い、電流経路ｒｂ７を流れる電流も減少する。
【0138】
［第４状態～第５状態での動作］
図２７は、交流電位が正の状態及び負の状態の第４状態～第５状態である場合の電流経路を示す図である。図２７に示すように、第４状態～第５状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、始端から終端に向かう電流経路ｒａ５又は電流経路ｒａ１１の電流が流れる。また、第４状態～第５状態において、整流平滑回路３０には、二次巻線Ｗ２からの電流による電流経路ｒｂ８と、第２インダクタ２１の電流の連続性による電流経路ｒｂ９とに電流が流れる。電流経路ｒａ５と、電流経路ｒａ１１とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２７は、交流電位が正の状態及び負の状態の第４状態～第５状態である場合の電流経路を示す図である。図２７に示すように、第４状態～第５状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、始端から終端に向かう電流経路ｒａ５又は電流経路ｒａ１１の電流が流れる。また、第４状態～第５状態において、整流平滑回路３０には、二次巻線Ｗ２からの電流による電流経路ｒｂ８と、第２インダクタ２１の電流の連続性による電流経路ｒｂ９とに電流が流れる。電流経路ｒａ５と、電流経路ｒａ１１とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0139】
電流経路ｒｂ８は、二次巻線Ｗ２の始端から、二次側ダイオード２２及び第２キャパシタ１９を経由した二次巻線Ｗ２の終端までの経路である。また、電流経路ｒｂ８に電流が流れることにより、第２キャパシタ１９は充電される。第４状態～第５状態では、二次側ダイオード２２が導通している。すなわち、変形例１では、上アームスイッチング素子１５が導通状態で、下アームスイッチング素子１６が非導通状態のとき、二次側ダイオード２２が導通するような極性で、トランス１８の一次巻線Ｗ１と二次巻線Ｗ２とが磁気結合している。電流経路ｒａ５又は電流経路ｒａ１１を流れる電流が減少することに伴い、電流経路ｒｂ８に流れる電流も減少する。
【0140】
電流経路ｒｂ９は、第２インダクタ２１の第２端ｔ７２から、第１出力端ｔ９１、電力変換装置３に接続される負荷、第２出力端ｔ９２及び二次側ダイオード２２を経由した第１端ｔ７１までの経路である。上述したように、第５状態において、二次側ダイオード２２が導通するため、第２インダクタ２１が蓄えたエネルギーにより、電流経路ｒｂ９に電流が流れ続ける。出力キャパシタ２３は、第１出力端ｔ９１、第２出力端ｔ９２から直流電圧を出力する。また、電流経路ｒｂ９に電流が流れることにより、出力キャパシタ２３は充電され、第２インダクタ２１に流れる電流は、減少する。
【0141】
［第６状態での動作］
図２８は、交流電位が正の状態及び負の状態の第６状態である場合の電流経路を示す図である。図２８に示すように、第６状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、始端から終端に向かう電流であって、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ８の電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路３０には、電流経路ｒｂ９と、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２の電流の連続性により電流経路ｒｂ１０の電流と、が流れる。電流経路ｒａ８と、電流経路ｒｂ９とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図２８は、交流電位が正の状態及び負の状態の第６状態である場合の電流経路を示す図である。図２８に示すように、第６状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、始端から終端に向かう電流であって、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ８の電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路３０には、電流経路ｒｂ９と、二次巻線Ｗ２の漏れインダクタンスＲｗ２の電流の連続性により電流経路ｒｂ１０の電流と、が流れる。電流経路ｒａ８と、電流経路ｒｂ９とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0142】
電流経路ｒｂ１０は、二次巻線Ｗ２から、二次側ダイオード２２及び第２キャパシタ１９を経由した二次巻線Ｗ２までの経路である。電流経路ｒｂ１０に電流が流れることにより、第２キャパシタ１９は充電される。
【0143】
［変形例１の電力変換装置３にかかる作用効果について］
（３－１）変形例１の電力変換装置３によれば、交流電源Ｖ１の極性及び上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６の導通／非導通状態に関わらず、第２インダクタ２１により、電力変換装置３の負荷に電流が供給される。
（３－１）変形例１の電力変換装置３によれば、交流電源Ｖ１の極性及び上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６の導通／非導通状態に関わらず、第２インダクタ２１により、電力変換装置３の負荷に電流が供給される。
【0144】
［電力変換装置３の別例について］
なお、電力変換装置３は、第２実施形態と同様に、一次側回路１０と、バッファ回路４０との接続が、上述した一例と異なるものであってもよい。図２９に示すように、電力変換装置４は、例えば、電力変換装置３と同様の構成を備える一方で、一次側回路１０、第１キャパシタ１７、トランス１８及びバッファ回路４０の接続が電力変換装置３とは異なる。具体的には、電力変換装置４において、一次巻線Ｗ１の始端は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに電気的に接続される。また、一次巻線Ｗ１の終端は、第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１に接続され、第１キャパシタ１７の第２端ｔ５２は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに接続される。
なお、電力変換装置３は、第２実施形態と同様に、一次側回路１０と、バッファ回路４０との接続が、上述した一例と異なるものであってもよい。図２９に示すように、電力変換装置４は、例えば、電力変換装置３と同様の構成を備える一方で、一次側回路１０、第１キャパシタ１７、トランス１８及びバッファ回路４０の接続が電力変換装置３とは異なる。具体的には、電力変換装置４において、一次巻線Ｗ１の始端は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに電気的に接続される。また、一次巻線Ｗ１の終端は、第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１に接続され、第１キャパシタ１７の第２端ｔ５２は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに接続される。
【0145】
また、バッファスイッチング素子Ｑ３の端子ｔｑ２と、ブリッジ回路１４（詳細には上アームダイオード１２のカソード及び第１端ｔ３１）と一次巻線Ｗ１の始端との接続点とは、接続されている。また、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ２は、一次巻線Ｗ１の終端及び第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１に接続されている。これにより、バッファキャパシタＣｃは、バッファスイッチング素子Ｑ３を介してトランス１８の一次巻線Ｗ１と並列に接続されている。また、バッファキャパシタＣｃは、第１キャパシタ１７と直列に接続されている。
【0146】
電力変換装置４における一次側回路１０の動作は、上述した実施形態に記載した一次側回路１０の動作と同様であるため、説明を省略する。また、電力変換装置４において、一次側回路１０に対応する整流平滑回路３０の動作は、上述した変形例１の動作と同様であるため、説明を省略する。
【0147】
かかる構成によれば、電力変換装置４は、上述した第２実施形態の効果と同様に、バッファキャパシタＣｃの耐圧を小さくできる。また、電力変換装置４は、上述した変形例１の効果と同様に、交流電源Ｖ１の極性及び上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６、及びバッファスイッチング素子Ｑ３の導通／非導通状態に関わらず、第２インダクタ２１により、電力変換装置４の負荷に電流が供給される。
【0148】
＜変形例２＞
以下、図面を参照して上述した第１実施形態の変形例２について説明する。上述した実施形態及び変形例では、電力変換装置１，３が、整流平滑回路２０や整流平滑回路３０を備える場合について説明した。変形例２では、電力変換装置４が、整流平滑回路２０や整流平滑回路３０に代えて、整流平滑回路６０を備える場合について説明する。なお、上述した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。
以下、図面を参照して上述した第１実施形態の変形例２について説明する。上述した実施形態及び変形例では、電力変換装置１，３が、整流平滑回路２０や整流平滑回路３０を備える場合について説明した。変形例２では、電力変換装置４が、整流平滑回路２０や整流平滑回路３０に代えて、整流平滑回路６０を備える場合について説明する。なお、上述した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。
【0149】
図３０に示すように、電力変換装置５は、一次側回路１０と、第１キャパシタ１７と、トランス１８ａと、バッファ回路４０と、制御部５０と、整流平滑回路６０を備える。トランス１８は、二次巻線Ｗ２として、第１二次巻線Ｗ２１と、第２二次巻線Ｗ２２とを備える。整流平滑回路６０は、第２インダクタ２１と、出力キャパシタ２３と、第１二次側ダイオード２４と、第２二次側ダイオード２５と、第１出力線ＯＬ１と、第２出力線ＯＬ２と、第１出力端ｔ９１と、第２出力端ｔ９２とを備える。
【0150】
第１二次巻線Ｗ２１の始端は、第１二次側ダイオード２４のアノードに電気的に接続される。第２二次巻線Ｗ２２の終端は、第２二次側ダイオード２５のアノードに電気的に接続される。第１二次側ダイオード２４のカソードは、第２インダクタ２１を介して出力キャパシタ２３の一端に接続される。具体的には、第１二次側ダイオード２４のカソードは、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１に接続される。第２二次側ダイオード２５のカソードは、第１二次側ダイオード２４のカソードと、第１端ｔ７１との接続点に接続される。第１二次巻線Ｗ２１の終端と第２二次巻線Ｗ２２の始端とは、接続されている。
【0151】
第１二次側ダイオード２４及び第２二次側ダイオード２５は、上述したように接続されることにより、それぞれが、第１二次巻線Ｗ２１に流れる電流と第２二次巻線Ｗ２２に流れる電流とのうち、一方を許容し、他方を制限する。具体的には、一次巻線Ｗ１の始端の電位が終端の電位よりも高いとき、第１二次側ダイオード２４が、二次巻線Ｗ２の第１二次巻線Ｗ２１から第２インダクタ２１以降に電流が流れることを許容する。また、第２二次側ダイオード２５が二次巻線Ｗ２の第２二次巻線Ｗ２２から第２インダクタ２１以降に電流が流れることを禁止する。逆に、一次巻線Ｗ１を終端の電位が始端の電位よりも高いとき、第２二次側ダイオード２５が、二次巻線Ｗ２の第２二次巻線Ｗ２２から第２インダクタ２１以降に流れることを許容する。また、一次巻線Ｗ１を終端の電位が始端の電位よりも高いとき、第１二次側ダイオード２４が、二次巻線Ｗ２の第１二次巻線Ｗ２１から第２インダクタ２１以降に電流が流れることを禁止する。
【0152】
変形例２において、第１二次側ダイオード２４は、「第１二次側整流素子」の一例である。また、第１二次側ダイオード２４のカソードは、「第１二次側整流素子の一端」の一例であり、第１二次側ダイオード２４のアノードは、「第１二次側整流素子の他端」の一例である。また、第２二次側ダイオード２５は、「第２二次側整流素子」の一例である。また、第２二次側ダイオード２５のカソードは、「第２二次側整流素子の一端」の一例であり、第２二次側ダイオード２５のアノードは、「第２二次側整流素子の他端」の一例である。
【0153】
出力キャパシタ２３は、第１出力線ＯＬ１と第２出力線ＯＬ２との双方に接続されている。具体的には、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１は、第１出力線ＯＬ１に接続されている。そして、出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２は、第２出力線ＯＬ２に接続されている。
【0154】
第２インダクタ２１は、第１出力線ＯＬ１上における第１二次側ダイオード２４と出力キャパシタ２３との間の部分に設けられている。具体的には、第２インダクタ２１は、第１出力線ＯＬ１上における第１二次側ダイオード２４の接続点と出力キャパシタ２３の接続点との間の部分に設けられている。上述したように、第１二次側ダイオード２４のカソードと、第２二次側ダイオード２５のカソードとが、第２インダクタ２１の第１端ｔ７１に接続されている。また、第２インダクタ２１の第２端ｔ７２と、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１とが接続されている。
【0155】
第１二次巻線Ｗ２１と、第２二次巻線Ｗ２２との接続点は、出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２と、第２出力線ＯＬ２とに接続されている。第１二次巻線Ｗ２１と、第２二次巻線Ｗ２２との接続点は、例えば、二次巻線Ｗ２の中点である。したがって、出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２は、二次巻線Ｗ２の中点に接続されている。
【0156】
【0157】
［第１状態での動作］
図３０は、交流電位が正の状態及び負の状態の第１状態である場合の電流経路を示す図である。図３０に示すように、第１状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、終端から始端に向かう電流経路ｒａ２の電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路６０には、第２二次巻線Ｗ２２から電流経路１１の電流が流れる。電流経路ｒａ２については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図３０は、交流電位が正の状態及び負の状態の第１状態である場合の電流経路を示す図である。図３０に示すように、第１状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、終端から始端に向かう電流経路ｒａ２の電流が流れる。また、第１状態において、整流平滑回路６０には、第２二次巻線Ｗ２２から電流経路１１の電流が流れる。電流経路ｒａ２については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0158】
電流経路ｒｂ１１は、第２二次巻線Ｗ２２の終端から、第２二次側ダイオード２５、第２インダクタ２１、第１出力端ｔ９１、電力変換装置５に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した第２二次巻線Ｗ２２の始端までの経路である。二次巻線Ｗ２には、第１二次側ダイオード２４を非導通状態にし、且つ第２二次側ダイオード２５を導通状態にする方向に電圧が発生する。第１状態において、第２インダクタ２１には、第２二次巻線Ｗ２２にかかる電圧と、出力キャパシタ２３の両端の電圧（つまり、出力電圧）との差分の電圧が印加される。
【0159】
［第２状態～第３状態での動作］
図３１は、交流電位が正の状態及び負の状態の第２状態～第３状態である場合の電流経路を示す図である。図３１に示すように、第２状態～第３状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、終端から始端に向かう電流であって、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ４（電流経路ｒａ４´）の電流が流れる。また、第２状態～第３状態において、整流平滑回路６０には、第２二次巻線Ｗ２２の漏れインダクタンスＲｗ２２による電流経路ｒｂ１２が流れる。
図３１は、交流電位が正の状態及び負の状態の第２状態～第３状態である場合の電流経路を示す図である。図３１に示すように、第２状態～第３状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、終端から始端に向かう電流であって、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ４（電流経路ｒａ４´）の電流が流れる。また、第２状態～第３状態において、整流平滑回路６０には、第２二次巻線Ｗ２２の漏れインダクタンスＲｗ２２による電流経路ｒｂ１２が流れる。
【0160】
電流経路ｒｂ１２は、第２二次巻線Ｗ２２の漏れインダクタンスＲｗ２２と、第２インダクタ２１の電流の連続性によるものである。電流経路ｒｂ１２は、第２二次巻線Ｗ２２から、第２二次側ダイオード２５、第２インダクタ２１、第１出力端ｔ９１、電力変換装置５に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した第２二次巻線Ｗ２２までの経路である。第２状態～第３状態において、二次巻線Ｗ２には、第１二次側ダイオード２４を非導通状態にし、且つ第２二次側ダイオード２５を導通状態にする方向に電圧が発生する。第２状態～第３状態において、一次巻線Ｗ１を流れる電流が減少することに伴い、電流経路ｒｂ１２を流れる電流も減少する。出力キャパシタ２３は、電流経路ｒｂ１２を流れる電流の減少を補うように、放電する。
【0161】
［第４状態～第５状態での動作］
図３２は、交流電位が正の状態及び負の状態の第４状態～第５状態である場合の電流経路を示す図である。図３２に示すように、第４状態～第５状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、始端から終端に向かう電流経路ｒａ５又は電流経路ｒａ１１の電流が流れる。また、第４状態～第５状態において、整流平滑回路６０には、第１二次巻線Ｗ２１に伴う電流経路ｒｂ１３の電流が流れる。電流経路ｒａ５と、電流経路ｒａ１１とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図３２は、交流電位が正の状態及び負の状態の第４状態～第５状態である場合の電流経路を示す図である。図３２に示すように、第４状態～第５状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、始端から終端に向かう電流経路ｒａ５又は電流経路ｒａ１１の電流が流れる。また、第４状態～第５状態において、整流平滑回路６０には、第１二次巻線Ｗ２１に伴う電流経路ｒｂ１３の電流が流れる。電流経路ｒａ５と、電流経路ｒａ１１とについては、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0162】
電流経路ｒｂ１３は、第１二次巻線Ｗ２１の始端から、第１二次側ダイオード２４、第２インダクタ２１、第１出力端ｔ９１、電力変換装置５に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した第１二次巻線Ｗ２１の終端までの経路である。第４状態～第５状態において、二次巻線Ｗ２には、第１二次側ダイオード２４を導通状態にし、且つ第２二次側ダイオード２５を非導通状態にする方向に電圧が発生する。第２インダクタ２１には、第２二次巻線Ｗ２２にかかる電圧と、出力キャパシタ２３の両端の電圧（つまり、出力電圧）との差分の電圧が印加される。
【0163】
［第６状態での動作］
図３３は、交流電位が正の状態及び負の状態の第６状態である場合の電流経路を示す図である。図３３に示すように、第６状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、始端から終端に向かう電流であって、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ８の電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路６０には、第１二次巻線Ｗ２１の漏れインダクタンスＲｗ２１の電流の連続性により電流経路ｒｂ１５の電流が流れる。電流経路ｒａ８については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
図３３は、交流電位が正の状態及び負の状態の第６状態である場合の電流経路を示す図である。図３３に示すように、第６状態において、一次側回路１０の一次巻線Ｗ１には、始端から終端に向かう電流であって、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性により電流経路ｒａ８の電流が流れる。また、第６状態において、整流平滑回路６０には、第１二次巻線Ｗ２１の漏れインダクタンスＲｗ２１の電流の連続性により電流経路ｒｂ１５の電流が流れる。電流経路ｒａ８については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明は省略する。
【0164】
電流経路ｒｂ１５は、第１二次巻線Ｗ２１の漏れインダクタンスＲｗ２１と、第２インダクタ２１の電流の連続性によるものである。電流経路ｒｂ１５は、第１二次巻線Ｗ２１から、第１二次側ダイオード２４、第２インダクタ２１、第１出力端ｔ９１、電力変換装置５に接続される負荷及び第２出力端ｔ９２を経由した第１二次巻線Ｗ２１までの経路である。第６状態において、二次巻線Ｗ２には、第１二次側ダイオード２４を導通状態にし、且つ第２二次側ダイオード２５を非導通状態にする方向に電圧が発生する。第６状態において、一次巻線Ｗ１を流れる電流が減少することに伴い、電流経路ｒｂ１５を流れる電流も減少する。出力キャパシタ２３は、電流経路ｒｂ１５を流れる電流の減少を補うように、放電する。
【0165】
上述したように、第１状態～第６状態において、整流平滑回路６０は、第１二次側ダイオード２４又は第２二次側ダイオード２５のいずれか一方が導通する。
［変形例２の電力変換装置５にかかる作用効果について］
（４－１）変形例２の電力変換装置５によれば、交流電源Ｖ１の極性及び上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６の導通／非導通状態に関わらず、第２インダクタ２１により、電力変換装置５の負荷に電流が供給される。また、電力変換装置５は、第１二次側ダイオード２４及び第２二次側ダイオード２５により、一次巻線Ｗ１を流れる電流の向きに応じて、第１二次巻線Ｗ２１及び第２二次巻線Ｗ２２を流れる電流を転流する。これにより、電力変換装置５は、第２キャパシタ１９を用いることなく第２インダクタ２１に電流を流すことができる。したがって、変形例２の電力変換装置５によれば、第２キャパシタ１９を省略できる。
［変形例２の電力変換装置５にかかる作用効果について］
（４－１）変形例２の電力変換装置５によれば、交流電源Ｖ１の極性及び上アームスイッチング素子１５、下アームスイッチング素子１６の導通／非導通状態に関わらず、第２インダクタ２１により、電力変換装置５の負荷に電流が供給される。また、電力変換装置５は、第１二次側ダイオード２４及び第２二次側ダイオード２５により、一次巻線Ｗ１を流れる電流の向きに応じて、第１二次巻線Ｗ２１及び第２二次巻線Ｗ２２を流れる電流を転流する。これにより、電力変換装置５は、第２キャパシタ１９を用いることなく第２インダクタ２１に電流を流すことができる。したがって、変形例２の電力変換装置５によれば、第２キャパシタ１９を省略できる。
【0166】
［電力変換装置５の別例について］
なお、電力変換装置５は、第２実施形態と同様に、一次側回路１０と、バッファ回路４０との接続が、上述した一例と異なるものであってもよい。図３４に示すように、電力変換装置６は、例えば、電力変換装置５と同様の構成を備える一方で、一次側回路１０、第１キャパシタ１７、トランス１８及びバッファ回路４０の接続が電力変換装置５とは異なる。具体的には、電力変換装置６において、一次巻線Ｗ１の始端は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに電気的に接続される。また、一次巻線Ｗ１の終端は、第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１に接続され、第１キャパシタ１７の第２端ｔ５２は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに接続される。
なお、電力変換装置５は、第２実施形態と同様に、一次側回路１０と、バッファ回路４０との接続が、上述した一例と異なるものであってもよい。図３４に示すように、電力変換装置６は、例えば、電力変換装置５と同様の構成を備える一方で、一次側回路１０、第１キャパシタ１７、トランス１８及びバッファ回路４０の接続が電力変換装置５とは異なる。具体的には、電力変換装置６において、一次巻線Ｗ１の始端は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに電気的に接続される。また、一次巻線Ｗ１の終端は、第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１に接続され、第１キャパシタ１７の第２端ｔ５２は、上アームダイオード１２のカソードと、上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１とに接続される。
【0167】
また、バッファスイッチング素子Ｑ３の端子ｔｑ２と、ブリッジ回路１４（詳細には上アームダイオード１２のカソード及び第１端ｔ３１）と一次巻線Ｗ１の始端との接続点とは、接続されている。また、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ２は、一次巻線Ｗ１の終端及び第１キャパシタ１７の第１端ｔ５１に接続されている。これにより、バッファキャパシタＣｃは、バッファスイッチング素子Ｑ３を介してトランス１８の一次巻線Ｗ１と並列に接続されている。また、バッファキャパシタＣｃは、第１キャパシタ１７と直列に接続されている。
【0168】
電力変換装置６における一次側回路１０の動作は、上述した実施形態に記載した一次側回路１０の動作と同様であるため、説明を省略する。また、電力変換装置６において、一次側回路１０に対応する整流平滑回路６０の動作は、上述した変形例２の動作と同様であるため、説明を省略する。
【0169】
かかる構成によれば、電力変換装置６は、上述した第２実施形態の効果と同様に、バッファキャパシタＣｃの耐圧を小さくできる。また、電力変換装置６は、上述した変形例２の効果と同様に、第２キャパシタ１９を省略できる。
【0170】
上記各実施形態は以下のように変更してもよい。なお、上記実施形態及び以下の各別例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせてもよい。
〇上述の各実施形態では、上アーム整流素子と下アーム整流素子としてダイオードを用いたが、これに限られず、ダイオードに代えてスイッチング素子を用いてもよい。この場合、上アームダイオード１２、下アームダイオード１３が導通するタイミングで、当該スイッチング素子をＯＮする、いわゆる同期整流制御を行う。ダイオードに代えてスイッチング素子を用いることにより、導通損失を低減できる。
〇上述の各実施形態では、上アーム整流素子と下アーム整流素子としてダイオードを用いたが、これに限られず、ダイオードに代えてスイッチング素子を用いてもよい。この場合、上アームダイオード１２、下アームダイオード１３が導通するタイミングで、当該スイッチング素子をＯＮする、いわゆる同期整流制御を行う。ダイオードに代えてスイッチング素子を用いることにより、導通損失を低減できる。
【0171】
○上述では、整流平滑回路２０及び整流平滑回路３０は、二次側整流素子として、二次側ダイオード２２を備え、整流平滑回路６０は、二次側整流素子として、第１二次側ダイオード２４及び第２二次側ダイオード２５を備える場合について説明したが、これに限られない。整流平滑回路２０及び整流平滑回路３０は、二次側ダイオード２２に代えて、スイッチング素子を有していてもよい。また、整流平滑回路６０は、第１二次側ダイオード２４及び第２二次側ダイオード２５に代えて、スイッチング素子を有していてもよい。この場合、制御部５０は、二次側ダイオード２２、第１二次側ダイオード２４及び第２二次側ダイオード２５が導通するスイッチングパターンの状態で、当該スイッチング素子をＯＮする、いわゆる同期整流制御を行う。これにより、整流平滑回路２０、整流平滑回路３０及び整流平滑回路６０は、ダイオードに代えてスイッチング素子を用いることにより、導通損失を低減できる。
【0172】
○上述の各実施形態及び各変形例では、第１インダクタ１１が第１入力端ｔ２１と第１接続線ＣＬ１との間に接続されたが、第１インダクタ１１の位置はこれに限られず、第２入力端ｔ２２と第２接続線ＣＬ２との間に接続されてもよい。また、第１インダクタ１１は二つのインダクタであるとして、第１入力端ｔ２１と第１接続線ＣＬ１との間と、第２入力端ｔ２２と第２接続線ＣＬ２との間の両方に接続してもよい。
【0173】
〇上述の第１実施形態では、第１キャパシタ１７が、一次巻線Ｗ１の始端と上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１との間に接続されたが、第１キャパシタ１７の位置はこれに限られるものではない。第１キャパシタ１７は、一次巻線Ｗ１の終端と下アームスイッチング素子１６の第２端ｔ４２との間に接続してもよい。また、第１キャパシタ１７は、二つのキャパシタにより構成されてもよい。この場合、一次巻線Ｗ１の始端と上アームスイッチング素子１５の第１端ｔ３１との間と、一次巻線Ｗ１の終端と下アームスイッチング素子１６の第２端ｔ４２との間の両方に接続されている。
【0174】
〇上述の第１実施形態及び第２実施形態では、第２キャパシタ１９が、二次巻線Ｗ２の始端と二次側ダイオード２２のアノードとの間に接続されたが、第２キャパシタ１９の位置はこれに限られるものではない。第２キャパシタ１９は、二次巻線Ｗ２の終端と第２インダクタ２１の第２端ｔ７２との間に接続してもよい。また、第２キャパシタ１９は、二つのキャパシタにより構成されてもよく、この場合、二次巻線Ｗ２の始端と二次側ダイオード２２のアノードとの間と、二次巻線Ｗ２の終端と第２インダクタ２１の第２端ｔ７２との間の両方に接続されている。
【0175】
〇上述の変形例１では、第２キャパシタ１９が、二次巻線Ｗ２の始端と二次側ダイオード２２のカソードとの間に接続されたが、第２キャパシタ１９の位置はこれに限られるものではない。第２キャパシタ１９は、二次巻線Ｗ２の終端と二次側ダイオード２２のアノードとの間に接続してもよい。また、第２キャパシタ１９は二つのキャパシタにより構成されてもよく、この場合、二次巻線Ｗ２の始端と二次側ダイオード２２のカソードとの間と、二次巻線Ｗ２の終端と二次側ダイオード２２のカソードとの間の両方に接続される。
【0176】
〇電流センサＣ１は、第１中間線ＭＬ１上ではなく、第２中間線ＭＬ２上に設けてもよい。
〇バッファ回路４０は、一次側回路１０とは別体に設けられていてもよい。
〇バッファ回路４０は、一次側回路１０とは別体に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【0177】
１、２、３、４、５、６…電力変換装置、１０…一次側回路、１１…第１インダクタ、１２…上アームダイオード、１３…下アームダイオード、１４…ブリッジ回路、１５…上アームスイッチング素子、１６…下アームスイッチング素子、１７…第１キャパシタ、１８、１８ａ…トランス、１９…第２キャパシタ、２０、３０、６０…整流平滑回路、２１…第２インダクタ、２２…二次側ダイオード、２３…出力キャパシタ、２４…第１二次側ダイオード、２５…第２二次側ダイオード、４０…バッファ回路、５０…制御部、Ｃ１…電流センサ、Ｃ２、Ｃ３…電圧センサ、Ｃｃ…バッファキャパシタ、ＣＬ１…第１接続線、ＣＬ２…第２接続線、ＣＬ３…第３接続線、Ｌ１…第１入力線、Ｌ２…第２入力線、ＭＬ１…第１中間線、ＭＬ２…第２中間線、ＯＬ１…第１出力線、ＯＬ２…第２出力線、Ｑ３…バッファスイッチング素子、ｔ９１…第１出力端、ｔ９２…第２出力端、Ｖ１…交流電源、Ｗ１…一次巻線、Ｗ２…二次巻線、Ｗ２１…第１二次巻線、Ｗ２２…第２二次巻線。
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
