(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】2024-09-05
(45)【発行日】2024-09-13
(54)【発明の名称】電力変換装置および電力変換システム
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20240906BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 M
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2023509951
(86)(22)【出願日】2021-03-30
(86)【国際出願番号】 JP2021013484
(87)【国際公開番号】W WO2022208644
(87)【国際公開日】2022-10-06
【審査請求日】2023-11-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001357
【氏名又は名称】弁理士法人つばさ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石橋 尚之
【審査官】清水 康
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１８７０２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２６８９０８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－１６７０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】XIAOFENG, Sun et al.，Interleaved Boost-Integrated LLC Resonant Converter With Fixed-Frequency PWM Control for Renewable Energy Generation Applications，IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS，Vol.30, No.8，米国，IEEE，2014年09月16日，pp.4312-4326
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ３／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の接続端子および第２の接続端子を有する第１の電力端子と、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とを結ぶ第１の経路に設けられ、前記第１の接続端子と第１のノードとの間に設けられた第１のスイッチング素子と、前記第１のノードと第２のノードとの間に設けられた第２のスイッチング素子と、前記第２のノードと前記第２の接続端子との間に設けられた第３のスイッチング素子とを有する第１のアームと、
前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とを結ぶ第２の経路に設けられ、前記第１の接続端子と第３のノードとの間に設けられた第４のスイッチング素子と、前記第３のノードと第４のノードとの間に設けられた第５のスイッチング素子と、前記第４のノードと前記第２の接続端子との間に設けられた第６のスイッチング素子とを有する第２のアームと、
前記第２のノードと第５のノードとの間に設けられた第１のインダクタと、
前記第４のノードと前記第５のノードとの間に設けられた第２のインダクタと、
前記第５のノードと前記第２の接続端子との間に設けられた第１のキャパシタと、
前記第１のノードと前記第３のノードとを結ぶ経路に設けられた第１の巻線と、第２の巻線とを有する第１のトランスと、
前記第２の巻線に接続された複数の整流素子を有する整流回路と、
前記整流回路に接続され、第３の接続端子および第４の接続端子を有する第２の電力端子と、
前記第２の電力端子における電圧に基づいて、前記第１のアームおよび前記第２のアームにおけるスイッチング動作を制御する制御回路と
を備えた電力変換装置。
【請求項2】
前記第１のノードと前記第３のノードとを結ぶ前記経路に設けられた共振インダクタおよび共振キャパシタをさらに備えた請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
第１の巻線および第２の巻線を有する第２のトランスを備え、前記第２のトランスの前記第１の巻線は、前記第１のインダクタを含み、
前記第２のトランスの前記第２の巻線は、前記第２のインダクタを含む
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記制御回路は、前記第２の電力端子における電圧に基づいて、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、前記第４のスイッチング素子、および前記第５のスイッチング素子の第１のオンデューティ比を変化させ、前記第３のスイッチング素子および前記第６のスイッチング素子の第２のオンデューティ比を維持するように、前記スイッチング動作を制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記制御回路は、第１の期間において、前記第３のスイッチング素子をオン状態にし、
前記第１の期間の期間外における第２の期間において、前記第６のスイッチング素子をオン状態にし、
前記第１の期間における前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを変化させ、前記第２の期間における前記第４のスイッチング素子および前記第５のスイッチング素子のスイッチングタイミングを変化させることにより、前記第１のオンデューティ比を変化させる
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記制御回路は、前記第２のスイッチング素子がオン状態である期間において、前記第１のスイッチング素子をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいて前記第３のスイッチング素子をオン状態にし、
前記第３のスイッチング素子がオン状態である期間において、前記第２のスイッチング素子をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいて前記第１のスイッチング素子をオン状態にし、
前記第１のスイッチング素子がオン状態である期間において、前記第３のスイッチング素子をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいて前記第２のスイッチング素子をオン状態にする
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
第１の接続端子および第２の接続端子を有する第１の電力端子と、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とを結ぶ経路に設けられ、前記第１の接続端子と第１のノードとの間に設けられた第１のスイッチング素子と、前記第１のノードと第２のノードとの間に設けられた第２のスイッチング素子と、前記第２のノードと前記第２の接続端子との間に設けられた第３のスイッチング素子とを有するアームと、
前記第２のノードと第３のノードとの間に設けられたインダクタと、
前記第３のノードと前記第２の接続端子との間に設けられた第１のキャパシタと、
前記第１の接続端子と第４のノードとの間に設けられた第２のキャパシタと、
前記第４のノードと前記第２の接続端子との間に設けられた第３のキャパシタと、
前記第１のノードと前記第４のノードとを結ぶ経路に設けられた第１の巻線と、第２の巻線とを有するトランスと、
前記第２の巻線に接続された複数の整流素子を有する整流回路と、
前記整流回路に接続され、第３の接続端子および第４の接続端子を有する第２の電力端子と、
前記第２の電力端子における電圧に基づいて、前記アームにおけるスイッチング動作を制御する制御回路と
を備えた電力変換装置。
【請求項8】
前記第１のノードと前記第３のノードとを結ぶ前記経路に設けられた共振インダクタおよび共振キャパシタをさらに備えた請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記制御回路は、前記第２の電力端子における電圧に基づいて、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の第１のオンデューティ比を変化させ、前記第３のスイッチング素子の第２のオンデューティ比を維持するように、前記スイッチング動作を制御する請求項７または請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項10】
前記制御回路は、第１の期間において、前記第３のスイッチング素子をオン状態にし、
前記第１の期間における前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のスイッチングタイミングを変化させることにより、前記第１のオンデューティ比を変化させる
請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項11】
前記制御回路は、前記第１のスイッチング素子がオン状態である期間において、前記第３のスイッチング素子をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいて前記第２のスイッチング素子をオン状態にし、
前記第２のスイッチング素子がオン状態である期間において、前記第１のスイッチング素子をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいて前記第３のスイッチング素子をオン状態にし、
前記第３のスイッチング素子がオン状態である期間において、前記第２のスイッチング素子をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいて前記第１のスイッチング素子をオン状態にする
請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項12】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の電力変換装置と、前記電力変換装置の前記第１の電力端子に接続された直流電源装置と
を備えた電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力を変換する電力変換装置および電力変換システムに関する。
【背景技術】
【0002】
電力変換装置は、入力電圧を昇圧または降圧することにより電力を変換する。特許文献１には、トランスと、トランスの１次側に設けられた、３つのトランジスタを含むアームとを有し、入力された電圧を昇圧し、昇圧された電圧を変圧する電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－１８７０２１号公報
【発明の概要】
【0004】
電力変換装置では、様々な入力電圧に基づいて動作できることが望まれており、広い入力電圧範囲を実現することが期待されている。
【0005】
入力電圧範囲を広くすることができる電力変換装置および電力変換システムを提供することが望ましい。
【0006】
本発明の一実施の形態に係る第１の電力変換装置は、第１の電力端子と、第１のアームと、第２のアームと、第１のインダクタと、第２のインダクタと、第１のキャパシタと、第１のトランスと、整流回路と、第２の電力端子と、制御回路とを備えている。第１の電力端子は、第１の接続端子および第２の接続端子を有するように構成される。第１のアームは、第１の接続端子と第２の接続端子とを結ぶ第１の経路に設けられ、第１の接続端子と第１のノードとの間に設けられた第１のスイッチング素子と、第１のノードと第２のノードとの間に設けられた第２のスイッチング素子と、第２のノードと第２の接続端子との間に設けられた第３のスイッチング素子とを有する。第２のアームは、第１の接続端子と第２の接続端子とを結ぶ第２の経路に設けられ、第１の接続端子と第３のノードとの間に設けられた第４のスイッチング素子と、第３のノードと第４のノードとの間に設けられた第５のスイッチング素子と、第４のノードと第２の接続端子との間に設けられた第６のスイッチング素子とを有する。第１のインダクタは、第２のノードと第５のノードとの間に設けられる。第２のインダクタは、第４のノードと第５のノードとの間に設けられる。第１のキャパシタは、第５のノードと第２の接続端子との間に設けられる。第１のトランスは、第１のノードと第３のノードとを結ぶ経路に設けられた第１の巻線と、第２の巻線とを有する。整流回路は、第２の巻線に接続された複数の整流素子を有する。第２の電力端子は、整流回路に接続され、第３の接続端子および第４の接続端子を有する。制御回路は、第２の電力端子における電圧に基づいて、第１のアームおよび第２のアームにおけるスイッチング動作を制御するように構成される。
【0007】
本発明の一実施の形態に係る第２の電力変換装置は、第１の電力端子と、アームと、インダクタと、第１のキャパシタと、第２のキャパシタと、第３のキャパシタと、トランスと、整流回路と、第２の電力端子と、制御回路とを備えている。第１の電力端子は、第１の接続端子および第２の接続端子を有するように構成される。アームは、第１の接続端子と第２の接続端子とを結ぶ第１の経路に設けられ、第１の接続端子と第１のノードとの間に設けられた第１のスイッチング素子と、第１のノードと第２のノードとの間に設けられた第２のスイッチング素子と、第２のノードと第２の接続端子との間に設けられた第３のスイッチング素子とを有する。インダクタは、第２のノードと第３のノードとの間に設けられる。第１のキャパシタは、第３のノードと第２の接続端子との間に設けられる。第２のキャパシタは、第１の接続端子と第４のノードとの間に設けられる。第３のキャパシタは、第４のノードと、第２の接続端子との間に設けられる。トランスは、第１のノードと第４のノードとを結ぶ経路に設けられた第１の巻線と、第２の巻線とを有する。整流回路は、第２の巻線に接続された複数の整流素子を有する。第２の電力端子は、整流回路に接続され、第３の接続端子および第４の接続端子を有する。制御回路は、第２の電力端子における電圧に基づいて、アームにおけるスイッチング動作を制御するように構成される。
【0008】
本発明の一実施の形態に係る電力変換システムは、電力変換装置と、直流電源装置とを備えている。電力変換装置は、上記第１の電力変換装置または上記第２の電力変換装置である。直流電源装置は、電力変換装置の第１の電力端子に接続される。
【0009】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置および電力変換システムによれば、入力電圧範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
【図5】第１の実施の形態の変形例に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
【図7】第１の実施の形態の他の変形例に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
【図9】第１の実施の形態の他の変形例に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
【図11】第２の実施の形態に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
【0012】
＜第１の実施の形態＞
［構成例］
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置を備えた電力変換システム１の一構成例を表すものである。電力変換システム１は、直流電源装置ＰＤＣと、電力変換装置１０と、負荷装置ＬＤとを備えている。電力変換システム１は、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧を降圧することにより電力を変換し、変換された電力を負荷装置ＬＤに供給するように構成される。
［構成例］
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置を備えた電力変換システム１の一構成例を表すものである。電力変換システム１は、直流電源装置ＰＤＣと、電力変換装置１０と、負荷装置ＬＤとを備えている。電力変換システム１は、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧を降圧することにより電力を変換し、変換された電力を負荷装置ＬＤに供給するように構成される。
【0013】
直流電源装置ＰＤＣは、直流電力を電力変換装置１０に供給するように構成される。直流電源装置ＰＤＣは、例えばバッテリであってもよい。また、直流電源装置ＰＤＣは、バッテリおよびＤＣ／ＤＣコンバータを有し、ＤＣ／ＤＣコンバータが、このバッテリから供給された直流電力を変換し、変換された直流電力を電力変換装置１０に供給してもよい。
【0014】
電力変換装置１０は、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧）を降圧することにより、電力を変換し、変換された電力を負荷装置ＬＤに供給するように構成される。電力変換装置１０は、２つのアームを有するインターリーブ型の回路である。電力変換装置１０は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２と、入力キャパシタＣinと、アーム１１，１２と、インダクタ１３，１４と、キャパシタ１５と、共振インダクタＬｒと、共振キャパシタＣｒと、トランス２０と、整流平滑回路１７と、電圧センサ１８と、制御回路１９と、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２とを有している。直流電源装置ＰＤＣ、入力キャパシタＣin、アーム１１，１２、インダクタ１３，１４、キャパシタ１５、共振インダクタＬｒ、および共振キャパシタＣｒは、電力変換システム１の１次側回路を構成し、整流平滑回路１７および負荷装置ＬＤは、電力変換システム１の２次側回路を構成する。
【0015】
入力端子Ｔ１１，Ｔ１２は、直流電源装置ＰＤＣから電力が供給されるように構成される。電力変換装置１０の装置内において、入力端子Ｔ１１は電圧線Ｌ１１に接続され、入力端子Ｔ１２は基準電圧線Ｌ１２に接続される。
【0016】
入力キャパシタＣinの一端は電圧線Ｌ１１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ１２に接続される。
【0017】
アーム１１は、電圧線Ｌ１１と基準電圧線Ｌ１２とを結ぶ経路に設けられる。アーム１１は、３つのトランジスタＳ１～Ｓ３を有する。アーム１２は、電圧線Ｌ１１と基準電圧線Ｌ１２とを結ぶ、アーム１１が設けられた経路とは異なる経路に設けられる。アーム１２は、３つのトランジスタＳ４～Ｓ６を有する。トランジスタＳ１～Ｓ６は、ゲート信号Ｇ１～Ｇ６に基づいて、それぞれスイッチング動作を行うスイッチング素子である。トランジスタＳ１～Ｓ６のそれぞれは、例えばＮ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）を用いて構成される。トランジスタＳ１～Ｓ６のそれぞれは、寄生ダイオードＤｐを有している。例えば、トランジスタＳ１において、寄生ダイオードＤｐのアノードはトランジスタＳ１のソースに接続され、カソードはトランジスタＳ１のドレインに接続される。また、この図では、トランジスタＳ１の寄生キャパシタンスを示すキャパシタＣｐをも図示している。トランジスタＳ２～Ｓ６についても同様である。なお、この例では、Ｎ型の電界効果トランジスタを用いたが、スイッチング素子であればどのようなものを用いてもよい。
【0018】
トランジスタＳ１は、電圧線Ｌ１１とノードＮ１との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ１を電圧線Ｌ１１に接続するように構成される。トランジスタＳ１のドレインは電圧線Ｌ１１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ１が供給され、ソースはノードＮ１に接続される。トランジスタＳ２は、ノードＮ１とノードＮ２との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ１をノードＮ２に接続するように構成される。トランジスタＳ２のドレインはノードＮ１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ２が供給され、ソースはノードＮ２に接続される。トランジスタＳ３は、ノードＮ２と基準電圧線Ｌ１２との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ２を基準電圧線Ｌ１２に接続するように構成される。トランジスタＳ３のドレインはノードＮ２に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ３が供給され、ソースは基準電圧線Ｌ１２に接続される。ノードＮ１は、トランジスタＳ１のソースとトランジスタＳ２のドレインとの接続点である。ノードＮ２は、トランジスタＳ２のソースとトランジスタＳ３のドレインとの接続点である。
【0019】
トランジスタＳ４は、電圧線Ｌ１１とノードＮ３との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ３を電圧線Ｌ１１に接続するように構成される。トランジスタＳ４のドレインは電圧線Ｌ１１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ４が供給され、ソースはノードＮ３に接続される。トランジスタＳ５は、ノードＮ３とノードＮ４との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ３をノードＮ４に接続するように構成される。トランジスタＳ５のドレインはノードＮ３に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ５が供給され、ソースはノードＮ４に接続される。トランジスタＳ６は、ノードＮ４と基準電圧線Ｌ１２との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ４を基準電圧線Ｌ１２に接続するように構成される。トランジスタＳ６のドレインはノードＮ４に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ６が供給され、ソースは基準電圧線Ｌ１２に接続される。ノードＮ３は、トランジスタＳ４のソースとトランジスタＳ５のドレインとの接続点である。ノードＮ４は、トランジスタＳ５のソースとトランジスタＳ６のドレインとの接続点である。
【0020】
インダクタ１３の一端はアーム１１のノードＮ２に接続され、他端はノードＮ５に接続される。インダクタ１４の一端はアーム１２のノードＮ４に接続され、他端はノードＮ５に接続される。キャパシタ１５の一端はノードＮ５に接続され、他端は基準電圧線Ｌ１２に接続される。
【0021】
共振インダクタＬｒの一端はアーム１１のノードＮ１に接続され、他端はトランス２０の巻線２１（後述）の一端に接続される。共振キャパシタＣｒの一端はアーム１２のノードＮ３に接続され、他端はトランス２０の巻線２１（後述）の他端に接続される。
【0022】
トランス２０は、１次側回路と２次側回路とを直流的に絶縁するとともに交流的に接続し、１次側回路から供給された交流電圧を、トランス２０の変成比Ｎで変換し、変換された交流電圧を２次側回路に供給するように構成される。トランス２０は、巻線２１，２２Ａ，２２Ｂを有している。巻線２１の一端は共振インダクタＬｒの他端に接続され、他端は共振キャパシタＣｒの他端に接続される。巻線２２Ａの一端は整流平滑回路１７のダイオードＤＡ（後述）のカソードに接続され、他端は電圧線Ｌ２１に接続される。巻線２２Ｂの一端は電圧線Ｌ２１に接続され、他端は整流平滑回路１７のダイオードＤＢ（後述）のカソードに接続される。
【0023】
整流平滑回路１７は、トランス２０の巻線２２Ａ，２２Ｂから出力された交流電圧を整流することにより直流電圧を生成するように構成される。整流平滑回路１７は、ダイオードＤＡ，ＤＢと、キャパシタＣoutとを有している。ダイオードＤＡのアノードは基準電圧線Ｌ２２に接続され、カソードはトランス２０の巻線２２Ａの一端に接続される。ダイオードＤＢのアノードは基準電圧線Ｌ２２に接続され、カソードはトランス２０の巻線２２Ｂの一端に接続される。キャパシタＣoutの一端は電圧線Ｌ２１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ２２に接続される。
【0024】
電圧センサ１８は、電圧線Ｌ２１における電圧を検出するように構成される。電圧センサ１８の一端は電圧線Ｌ２１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ２２に接続される。電圧センサ１８は、基準電圧線Ｌ２２における電圧を基準とした電圧線Ｌ２１における電圧を、出力電圧Ｖoutとして検出する。そして、電圧センサ１８は、出力電圧Ｖoutの検出結果を制御回路１９に供給するようになっている。
【0025】
制御回路１９は、電圧センサ１８により検出された出力電圧Ｖoutに基づいて、アーム１１，１２の動作を制御することにより、電力変換装置１０の動作を制御するように構成される。具体的には、制御回路１９は、出力電圧Ｖoutに基づいてゲート信号Ｇ１～Ｇ６を生成し、このゲート信号Ｇ１～Ｇ６によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うことにより、電力変換装置１０の動作を制御するようになっている。なお、この例では、電圧センサ１８により検出された出力電圧Ｖoutに基づいて、アーム１１，１２の動作を制御したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、制御回路１９は、出力電圧Ｖoutを推定し、推定された出力電圧Ｖoutに基づいて、アーム１１，１２の動作を制御してもよい。具体的には、制御回路１９は、例えば、トランス２０の巻線２１の両端間の電圧、および１次側回路から２次側回路への電力伝達のデューティ比（後述する交流電圧Ｖacのデューティ比）に基づいて、出力電圧Ｖoutを推定することができる。また、制御回路１９は、例えば、アーム１１，１２におけるスイッチング周波数、共振インダクタＬｒのインダクタンスおよび共振キャパシタＣｒのキャパシタンス、および共振インダクタＬｒの両端間の電圧に基づいて、出力電圧Ｖoutを推定することができる。また、制御回路１９は、例えば、アーム１１，１２におけるスイッチング周波数、共振インダクタＬｒのインダクタンスおよび共振キャパシタＣｒのキャパシタンス、および共振キャパシタＣｒの両端間の電圧に基づいて、出力電圧Ｖoutを推定することができる。
【0026】
出力端子Ｔ２１，Ｔ２２は、電力変換装置１０が生成した直流電力を負荷装置ＬＤに供給するように構成される。電力変換装置１０の装置内において、出力端子Ｔ２１は電圧線Ｌ２１に接続され、出力端子Ｔ２２は基準電圧線Ｌ２２に接続される。
【0027】
負荷装置ＬＤは、電力変換装置１０の負荷である。負荷装置ＬＤは、例えば、定電流負荷であってもよい。
【0028】
この構成により、電力変換システム１では、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧を降圧することにより電力を変換し、変換された電力を負荷装置ＬＤに供給するようになっている。
【0029】
ここで、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２は、本開示における「第１の電力端子」の一具体例に対応する。入力端子Ｔ１１は、本開示における「第１の接続端子」の一具体例に対応する。入力端子Ｔ１２は、本開示における「第２の接続端子」の一具体例に対応する。アーム１１は、本開示における「第１のアーム」の一具体例に対応する。アーム１２は、本開示における「第２のアーム」の一具体例に対応する。トランジスタＳ１は、本開示における「第１のスイッチング素子」の一具体例に対応する。トランジスタＳ２は、本開示における「第２のスイッチング素子」の一具体例に対応する。トランジスタＳ３は、本開示における「第３のスイッチング素子」の一具体例に対応する。ノードＮ１は、本開示における「第１のノード」の一具体例に対応する。ノードＮ２は、本開示における「第２のノード」の一具体例に対応する。トランジスタＳ４は、本開示における「第４のスイッチング素子」の一具体例に対応する。トランジスタＳ５は、本開示における「第５のスイッチング素子」の一具体例に対応する。トランジスタＳ６は、本開示における「第６のスイッチング素子」の一具体例に対応する。ノードＮ３は、本開示における「第３のノード」の一具体例に対応する。ノードＮ４は、本開示における「第４のノード」の一具体例に対応する。インダクタ１３は、本開示における「第１のインダクタ」の一具体例に対応する。インダクタ１４は、本開示における「第２のインダクタ」の一具体例に対応する。キャパシタ１５は、本開示における「第１のキャパシタ」の一具体例に対応する。ノードＮ５は、本開示における「第５のノード」の一具体例に対応する。トランス２０は、本開示における「第１のトランス」の一具体例に対応する。巻線２１は、本開示における「第１の巻線」の一具体例に対応する。巻線２２Ａ、２２Ｂは、本開示における「第２の巻線」の一具体例に対応する。整流平滑回路１７は、本開示における「整流回路」の一具体例に対応する。ダイオードＤＡ，ＤＢは、本開示における「複数の整流素子」の一具体例に対応する。出力端子Ｔ２１，Ｔ２２は、本開示における「第２の電力端子」の一具体例に対応する。出力端子Ｔ２１は、本開示における「第３の接続端子」の一具体例に対応する。出力端子Ｔ２２は、本開示における「第４の接続端子」の一具体例に対応する。制御回路１９は、本開示における「制御回路」の一具体例に対応する。直流電源装置ＰＤＣは、本開示における「直流電源装置」の一具体例に対応する。共振インダクタＬｒは、本開示における「共振インダクタ」の一具体例に対応する。共振キャパシタＣｒは、本開示における「共振キャパシタ」の一具体例に対応する。
【0030】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態の電力変換システム１の動作および作用について説明する。
続いて、本実施の形態の電力変換システム１の動作および作用について説明する。
【0031】
（全体動作概要）
まず、図１，２を参照して、電力変換システム１の全体動作概要を説明する。アーム１１，１２のトランジスタＳ１～Ｓ６は、ゲート信号Ｇ１～Ｇ６に基づいてそれぞれスイッチング動作を行う。トランス２０は、１次側回路から供給された交流電圧を、トランス２０の変成比Ｒで変換し、変換された交流電圧を２次側回路に供給する。整流平滑回路１７は、トランス２０から供給された交流電圧に基づいて整流平滑動作を行う。電圧センサ１８は、基準電圧線Ｌ２２における電圧を基準とした電圧線Ｌ２１における電圧を、出力電圧Ｖoutとして検出する。制御回路１９は、電圧センサ１８により検出された出力電圧Ｖoutに基づいて、アーム１１，１２の動作を制御することにより、電力変換装置１０の動作を制御する。このようにして、電力変換システム１は、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧を降圧することにより電力を変換し、変換された電力を負荷装置ＬＤに供給する。
まず、図１，２を参照して、電力変換システム１の全体動作概要を説明する。アーム１１，１２のトランジスタＳ１～Ｓ６は、ゲート信号Ｇ１～Ｇ６に基づいてそれぞれスイッチング動作を行う。トランス２０は、１次側回路から供給された交流電圧を、トランス２０の変成比Ｒで変換し、変換された交流電圧を２次側回路に供給する。整流平滑回路１７は、トランス２０から供給された交流電圧に基づいて整流平滑動作を行う。電圧センサ１８は、基準電圧線Ｌ２２における電圧を基準とした電圧線Ｌ２１における電圧を、出力電圧Ｖoutとして検出する。制御回路１９は、電圧センサ１８により検出された出力電圧Ｖoutに基づいて、アーム１１，１２の動作を制御することにより、電力変換装置１０の動作を制御する。このようにして、電力変換システム１は、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧を降圧することにより電力を変換し、変換された電力を負荷装置ＬＤに供給する。
【0032】
（詳細動作）
図２は、電力変換システム１の一動作例を表すものであり、（Ａ）～（Ｆ）はゲート信号Ｇ１～Ｇ６の波形をそれぞれ示し、（Ｇ）はノードＮ３の電圧を基準としたノードＮ１の電圧（交流電圧Ｖac）の波形およびトランス２０の巻線２１の一端（ノードＮ１側）から他端（ノードＮ３側）に流れる電流（交流電流Ｉac）の波形を示し、（Ｈ）はノードＮ５からノードＮ２に向かってインダクタ１３に流れる電流（インダクタ電流ＩＬ１３）の波形およびノードＮ５からノードＮ４に向かってインダクタ１４に流れる電流（インダクタ電流ＩＬ１４）の波形を示す。図２（Ａ）～（Ｆ）において、“ＯＮ”、“ＯＦＦ”は、ゲート信号Ｇ１～Ｇ６が供給されるトランジスタＳ１～Ｓ６のオンオフ状態をそれぞれ示している。この例では、直流電源装置ＰＤＣは、電力変換装置１０に１００Ｖの直流電圧を供給する。
図２は、電力変換システム１の一動作例を表すものであり、（Ａ）～（Ｆ）はゲート信号Ｇ１～Ｇ６の波形をそれぞれ示し、（Ｇ）はノードＮ３の電圧を基準としたノードＮ１の電圧（交流電圧Ｖac）の波形およびトランス２０の巻線２１の一端（ノードＮ１側）から他端（ノードＮ３側）に流れる電流（交流電流Ｉac）の波形を示し、（Ｈ）はノードＮ５からノードＮ２に向かってインダクタ１３に流れる電流（インダクタ電流ＩＬ１３）の波形およびノードＮ５からノードＮ４に向かってインダクタ１４に流れる電流（インダクタ電流ＩＬ１４）の波形を示す。図２（Ａ）～（Ｆ）において、“ＯＮ”、“ＯＦＦ”は、ゲート信号Ｇ１～Ｇ６が供給されるトランジスタＳ１～Ｓ６のオンオフ状態をそれぞれ示している。この例では、直流電源装置ＰＤＣは、電力変換装置１０に１００Ｖの直流電圧を供給する。
【0033】
電力変換システム１は、タイミングｔ１～ｔ５の期間の動作を繰り返すことにより動作する。タイミングｔ１～ｔ５の期間の長さは、スイッチング周期Ｔswである。タイミングｔ１～ｔ５の期間は、タイミングｔ１～ｔ２の期間Ｐ１、タイミングｔ２～ｔ３の期間Ｐ２、タイミングｔ３～ｔ４の期間Ｐ３、およびタイミングｔ４～ｔ５の期間Ｐ４を含む。
【0034】
制御回路１９は、出力電圧Ｖoutに基づいてゲート信号Ｇ１～Ｇ６を生成し、このゲート信号Ｇ１～Ｇ６によりＰＷＭ制御を行うことにより、電力変換装置１０の動作を制御する。
【0035】
タイミングｔ１において、制御回路１９は、ゲート信号Ｇ１，Ｇ６を高レベルから低レベルに変化させる（図２（Ａ），（Ｆ））。また、タイミングｔ１からデッドタイムＴｄ（図示せず）だけ経過したタイミングで、制御回路１９は、ゲート信号Ｇ３，Ｇ５を低レベルから高レベルに変化させる（図２（Ｃ），（Ｅ））。これにより、トランジスタＳ２～Ｓ５はオン状態になり、トランジスタＳ１，Ｓ６はオフ状態になる。
【0036】
タイミングｔ２において、制御回路１９は、ゲート信号Ｇ２を高レベルから低レベルに変化させる（図２（Ｂ））。また、タイミングｔ２からデッドタイムＴｄ（図示せず）だけ経過したタイミングで、制御回路１９は、ゲート信号Ｇ１を低レベルから高レベルに変化させる（図２（Ａ））。これにより、トランジスタＳ１，Ｓ３～Ｓ５はオン状態になり、トランジスタＳ２，Ｓ６はオフ状態になる。
【0037】
タイミングｔ３において、制御回路１９は、ゲート信号Ｇ３，Ｇ４を高レベルから低レベルに変化させる（図２（Ｃ），（Ｄ））。また、タイミングｔ３からデッドタイムＴｄ（図示せず）だけ経過したタイミングで、制御回路１９は、ゲート信号Ｇ２，Ｇ６を低レベルから高レベルに変化させる（図２（Ｂ），（Ｆ））。これにより、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６はオン状態になり、トランジスタＳ３，Ｓ４はオフ状態になる。
【0038】
タイミングｔ４において、制御回路１９は、ゲート信号Ｇ５を高レベルから低レベルに変化させる（図２（Ｅ））。また、タイミングｔ４からデッドタイムＴｄ（図示せず）だけ経過したタイミングで、制御回路１９は、ゲート信号Ｇ４を低レベルから高レベルに変化させる（図２（Ｄ））。これにより、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６はオン状態になり、トランジスタＳ３，Ｓ５はオフ状態になる。
【0039】
制御回路１９は、出力電圧Ｖoutに応じて、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５のオンデューティ比を変化させるように、トランジスタＳ１～Ｓ６の動作を制御する。また、制御回路１９は、トランジスタＳ３，Ｓ６のオンデューティ比を約５０％に維持する。トランジスタＳ１のオンデューティ比は、スイッチング周期Ｔswに対応する時間における、トランジスタＳ１がオン状態である時間の時間比率である。トランジスタＳ２～Ｓ６についても同様である。この例では、直流電源装置ＰＤＣから供給される電圧（入力電圧Ｖin）は１００Ｖであるので、ノードＮ５における電圧は、約５０Ｖである。
【0040】
電力変換システム１では、図２（Ｈ）に示したように、インダクタ１３，１４に、インダクタ電流ＩＬ１３，ＩＬ１４が流れ、図２（Ｇ）に示したように、ノードＮ１とノードＮ３との間に交流電圧Ｖacが生じる。この例では、交流電圧Ｖacは、期間Ｐ２，Ｐ４では０Ｖであり、期間Ｐ１では約“－１００Ｖ”（－Ｖinと同程度）であり、期間Ｐ３では約“１００Ｖ”（Ｖinと同程度）である。そして、トランス２０の巻線２１に、図２（Ｇ）に示したように交流電流Ｉacが流れる。トランス２０は、１次側回路から供給された交流信号を、トランス２０の変成比Ｎで変換し、変換された交流信号を２次側回路に供給する。これにより、電力変換システム１では、２次側回路に電流が流れ、整流平滑回路１７が整流平滑動作を行う。このようにして、電力変換システム１は、直流電圧を生成し、生成した直流電圧を負荷装置ＬＤに供給する。
【0041】
制御回路１９は、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５のオンデューティ比を変化させる際、図２（Ａ），（Ｂ）において矢印で示したように、タイミングｔ２付近におけるゲート信号Ｇ１，Ｇ２の遷移タイミングを変化させるとともに、図２（Ｄ），（Ｅ）において矢印で示したように、タイミングｔ４付近におけるゲート信号Ｇ４，Ｇ５の遷移タイミングを変化させる。具体的には、制御回路１９は、タイミングｔ２付近における、ゲート信号Ｇ１が低レベルから高レベルに遷移する遷移タイミング、およびゲート信号Ｇ２が高レベルから低レベルに遷移する遷移タイミングを変化させる。また、制御回路１９は、タイミングｔ４付近における、ゲート信号Ｇ４が低レベルから高レベルに遷移する遷移タイミング、およびゲート信号Ｇ５が高レベルから低レベルに遷移する遷移タイミングを変化させる。これにより、電力変換システム１は、図２（Ｇ）において矢印で示したように、タイミングｔ２付近における交流電圧Ｖacの遷移タイミング、およびタイミングｔ４付近における交流電圧Ｖacの遷移タイミングを変化させ、交流電圧Ｖacのデューティ比を変化させる。交流電圧Ｖacのデューティ比のデューティ比は、スイッチング周期Ｔswに対応する時間における、交流電圧Ｖacが０Ｖでない時間の時間比率である。その結果、電力変換システム１では、１次側回路から２次側回路に伝達される電力が変化する。制御回路１９は、出力電圧Ｖoutに応じてトランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５の遷移タイミングを変化させ、交流電圧Ｖacのデューティ比を変化させることにより、入力電圧Ｖinが変動した場合でも出力電圧Ｖoutが一定になるように、電力変換システム１の動作を制御する。
【0042】
例えば、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧Ｖin）が一定である場合において、負荷装置ＬＤに流れる負荷電流が増加した場合には、制御回路１９は、共振条件を調節するために、スイッチング周期Ｔswを長くし、交流電圧Ｖacのデューティ比を一定に保つ。具体的には、制御回路１９は、タイミングｔ１～ｔ２の期間Ｐ１の長さ、タイミングｔ２～ｔ３の期間Ｐ２の長さ、タイミングｔ３～ｔ４の期間Ｐ３の長さ、およびタイミングｔ３～ｔ５の期間Ｐ４の長さを、スイッチング周期Ｔswと同じ比率で長くする。これにより、電力変換システム１では、出力電圧Ｖoutを維持することができる。
【0043】
また、例えば、負荷装置ＬＤに流れる負荷電流が維持される場合において、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧Ｖin）が高くなる場合には、制御回路１９は、スイッチング周期Ｔswを一定に保ち、入力電圧が高くなった分だけ、交流電圧Ｖacのデューティ比を低くするように制御する。具体的には、制御回路１９は、期間Ｐ１，Ｐ３の長さを短くするとともに期間Ｐ２，Ｐ４の長さを長くする。これにより、電力変換システム１では、出力電圧Ｖoutを維持することができる。
【0044】
以下に、タイミングｔ１～ｔ５の期間における電力変換システム１の動作について、詳細に説明する。
【0045】
図３は、電力変換システム１の詳細動作を表すものであり、（Ａ）はゲート信号Ｇ１～Ｇ６の波形を示し、（Ｂ）はノードＮ３の電圧を基準としたノードＮ１の電圧（交流電圧Ｖac）の波形およびトランス２０の巻線２１の一端から他端に流れる電流（交流電流Ｉac）の波形を示し、（Ｃ）はノードＮ５からノードＮ２に向かってインダクタ１３に流れる電流（インダクタ電流ＩＬ１３）の波形を示し、（Ｄ）はトランジスタＳ１のドレイン・ソース間の電圧Ｖds1の波形、トランジスタＳ１の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ１の波形、およびトランジスタＳ１の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ１の波形を示し、（Ｅ）はトランジスタＳ２のドレイン・ソース間の電圧Ｖds2の波形、トランジスタＳ２の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ２の波形、およびトランジスタＳ２の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ２の波形を示し、（Ｆ）はトランジスタＳ３のドレイン・ソース間の電圧Ｖds3の波形、トランジスタＳ３の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ３の波形、およびトランジスタＳ３の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ３の波形を示し、（Ｇ）はノードＮ５からノードＮ４に向かってインダクタ１４に流れる電流（インダクタ電流ＩＬ１４）の波形を示し、（Ｈ）はトランジスタＳ４のドレイン・ソース間の電圧Ｖds4の波形、トランジスタＳ４の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ４の波形、およびトランジスタＳ４の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ４の波形を示し、（Ｈ）はトランジスタＳ５のドレイン・ソース間の電圧Ｖds5の波形、トランジスタＳ５の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ５の波形、およびトランジスタＳ５の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ５の波形を示し、（Ｉ）はトランジスタＳ６のドレイン・ソース間の電圧Ｖds6の波形、トランジスタＳ６の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ６の波形、およびトランジスタＳ６の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ６の波形を示す。
【0046】
図４Ａ～４Ｆは、６つの動作状態ＳＴ１～ＳＴ６における電力変換システム１の動作を表すものである。図４Ａ～４Ｆでは、説明の便宜上、電力変換システム１をより簡略化して描いている。以下では、インダクタ１３，１４に流れる電流を電流Ｉ１とし、トランス２０の巻線２１に流れる電流をＩ２とし、直流電源装置ＰＤＣに流入しあるいは直流電源装置ＰＤＣから流出する電流をＩ３とし、２次側回路に流れる電流をＩ９とする。
【0047】
タイミングｔ１から始まる期間Ｐ１では、図２に示したように、トランジスタＳ３，Ｓ５はオフ状態からオン状態に変化し、トランジスタＳ１，Ｓ６はオン状態からオフ状態に変化し、トランジスタＳ２，Ｓ４はオン状態を維持する。この期間Ｐ１では、動作状態ＳＴは、まず動作状態ＳＴ１（図４Ａ）になり、その後に動作状態ＳＴ２（図４Ｂ）になる。
【0048】
動作状態ＳＴ１（図４Ａ）では、１次側回路において、電流Ｉ１が、ノードＮ２、インダクタ１３、ノードＮ５、インダクタ１４、ノードＮ４、トランジスタＳ５、ノードＮ３の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ３、共振キャパシタＣｒ、トランス２０の巻線２１、共振インダクタＬｒ、ノードＮ１、トランジスタＳ２、ノードＮ２の順に流れる。電流Ｉ３は、ノードＮ３、トランジスタＳ４、電圧線Ｌ１１、直流電源装置ＰＤＣ、基準電圧線Ｌ１２、トランジスタＳ３、ノードＮ２の順に流れる。このように、インダクタ１３，１４に流れる電流Ｉ１は、トランスに流れる電流Ｉ２よりも多いので、直流電源装置ＰＤＣにエネルギーが回生されるように電流Ｉ３が流れる。
【0049】
トランジスタＳ３，Ｓ５では、デッドタイムＴｄの期間には寄生ダイオードＤｐに電流が流れ、ゲート信号Ｇ３，Ｇ５が低レベルから高レベルに変化した後に、トランジスタＳ３，Ｓ５の本体に電流が流れる（図３（Ａ），（Ｆ），（Ｉ））。このように、トランジスタＳ３，Ｓ５は、ドレイン・ソース間の電圧が小さい状態でオフ状態からオン状態に変化することができるので、いわゆるソフトスイッチングを実現することができる。その結果、電力変換システム１では、効率を高めることができる。
【0050】
図３（Ｆ），（Ｈ）に示したように、電流ＩＳ３，ＩＳ４の電流の絶対値は徐々に減っていき、電流ＩＳ３，ＩＳ４は負から正に変化する。これにより、動作状態ＳＴ１（図４Ａ）から動作状態ＳＴ２（図４Ｂ）に変化する。
【0051】
動作状態ＳＴ２では、１次側回路において、電流Ｉ１が、ノードＮ２、インダクタ１３、ノードＮ５、インダクタ１４、ノードＮ４、トランジスタＳ５、ノードＮ３の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ３、共振キャパシタＣｒ、トランス２０の巻線２１、共振インダクタＬｒ、ノードＮ１、トランジスタＳ２、ノードＮ２の順に流れる。電流Ｉ３は、ノードＮ２、トランジスタＳ３、基準電圧線Ｌ１２、直流電源装置ＰＤＣ、電圧線Ｌ１１、トランジスタＳ４、ノードＮ３の順に流れる。すなわち、動作状態ＳＴ１から動作状態ＳＴ２に変化する前後では、電流Ｉ３の向きが反対向きになり、動作状態ＳＴ１における回生動作は終了する。２次側回路では、電流Ｉ９が、巻線２２Ａ、キャパシタＣoutおよび負荷装置ＬＤ、ダイオードＤＡ、巻線２２Ａの順に流れる。これにより、１次側回路から２次側回路に電力が伝達される。
【0052】
タイミングｔ２から始まる期間Ｐ２では、図２に示したように、トランジスタＳ１はオフ状態からオン状態になり、トランジスタＳ２はオン状態からオフ状態になり、トランジスタＳ３～Ｓ５はオン状態を維持し、トランジスタＳ６はオフ状態を維持する。この期間Ｐ２では、動作状態ＳＴは、動作状態ＳＴ３（図４Ｃ）になる。
【0053】
動作状態ＳＴ３では、１次側回路において、電流Ｉ１が、ノードＮ３、トランジスタＳ５、ノードＮ４、インダクタ１４、ノードＮ５、インダクタ１３、ノードＮ２の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ３、共振キャパシタＣｒ、トランス２０の巻線２１、共振インダクタＬｒ、ノードＮ１、トランジスタＳ１、電圧線Ｌ１１の順に流れる。電流Ｉ３は、ノードＮ２、トランジスタＳ３、基準電圧線Ｌ１２、直流電源装置ＰＤＣ、電圧線Ｌ１１、トランジスタＳ４、ノードＮ３の順に流れる。
【0054】
トランジスタＳ１では、デッドタイムＴｄの期間には寄生ダイオードＤｐに電流が流れ、ゲート信号Ｇ１が低レベルから高レベルに変化した後に、トランジスタＳ１の本体に電流が流れる（図３（Ａ），（Ｄ））。このように、トランジスタＳ１は、ドレイン・ソース間の電圧が小さい状態でオフ状態からオン状態に変化することができるので、いわゆるソフトスイッチングを実現することができる。その結果、電力変換システム１では、効率を高めることができる。
【0055】
このように、共振回路（共振インダクタＬｒおよび共振キャパシタＣｒ）を備えた構成では、この期間Ｐ２のうちの、共振回路に蓄えられたエネルギーが放出される期間において、動作状態ＳＴ２（図４Ｂ）と同様に、２次側回路に、電流Ｉ９が流れる。これにより、１次側回路から２次側回路に電力が伝達される。
【0056】
タイミングｔ３から始まる期間Ｐ３では、図２に示したように、トランジスタＳ２，Ｓ６はオフ状態からオン状態に変化し、トランジスタＳ３，Ｓ４はオン状態からオフ状態に変化し、トランジスタＳ１，Ｓ５はオン状態を維持する。この期間Ｐ３では、動作状態ＳＴは、まず動作状態ＳＴ４（図４Ｄ）になり、その後に動作状態ＳＴ５（図４Ｅ）になる。
【0057】
動作状態ＳＴ４（図４Ｄ）では、１次側回路において、電流Ｉ１が、ノードＮ４、インダクタ１４、ノードＮ５、インダクタ１３、ノードＮ２、トランジスタＳ２、ノードＮ１の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ１、共振インダクタＬｒ、トランス２０の巻線２１、共振キャパシタＣｒ、ノードＮ３、トランジスタＳ５、ノードＮ４の順に流れる。電流Ｉ３は、ノードＮ１、トランジスタＳ１、電圧線Ｌ１１、直流電源装置ＰＤＣ、基準電圧線Ｌ１２、トランジスタＳ６、ノードＮ４の順に流れる。このように、インダクタ１３，１４に流れる電流Ｉ１は、トランスに流れる電流Ｉ２よりも多いので、直流電源装置ＰＤＣにエネルギーが回生されるように電流Ｉ３が流れる。
【0058】
トランジスタＳ２，Ｓ６では、デッドタイムＴｄの期間には寄生ダイオードＤｐに電流が流れ、ゲート信号Ｇ２，Ｇ６が低レベルから高レベルに変化した後に、トランジスタＳ２，Ｓ６の本体に電流が流れる（図３（Ａ），（Ｅ），（Ｊ））。このように、トランジスタＳ２，Ｓ６は、ドレイン・ソース間の電圧が小さい状態でオフ状態からオン状態に変化することができるので、いわゆるソフトスイッチングを実現することができる。その結果、電力変換システム１では、効率を高めることができる。
【0059】
図３（Ｄ），（Ｊ）に示したように、電流ＩＳ１，ＩＳ６の電流の絶対値は徐々に減っていき、電流ＩＳ１，ＩＳ６は負から正に変化する。これにより、動作状態ＳＴ４（図４Ｄ）から動作状態ＳＴ５（図４Ｅ）に変化する。
【0060】
動作状態ＳＴ５では、１次側回路において、電流Ｉ１が、ノードＮ４、インダクタ１４、ノードＮ５、インダクタ１３、ノードＮ２、トランジスタＳ２、ノードＮ１の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ１、共振インダクタＬｒ、トランス２０の巻線２１、共振キャパシタＣｒ、ノードＮ３、トランジスタＳ５、ノードＮ４の順に流れる。電流Ｉ３は、ノードＮ４、トランジスタＳ６、基準電圧線Ｌ１２、直流電源装置ＰＤＣ、電圧線Ｌ１１、トランジスタＳ１、ノードＮ１の順に流れる。すなわち、動作状態ＳＴ４から動作状態ＳＴ５に変化する前後では、電流Ｉ３の向きが反対向きになり、動作状態ＳＴ４における回生動作は終了する。２次側回路では、電流Ｉ９が、巻線２２Ｂ、キャパシタＣoutおよび負荷装置ＬＤ、ダイオードＤＢ、巻線２２Ｂの順に流れる。これにより、１次側回路から２次側回路に電力が伝達される。
【0061】
タイミングｔ４から始まる期間Ｐ４では、図２に示したように、トランジスタＳ４はオフ状態からオン状態になり、トランジスタＳ５はオン状態からオフ状態になり、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ６はオン状態を維持し、トランジスタＳ３はオフ状態を維持する。この期間Ｐ４では、動作状態ＳＴは、動作状態ＳＴ６（図４Ｆ）になる。
【0062】
動作状態ＳＴ６では、１次側回路において、電流Ｉ１が、ノードＮ１、トランジスタＳ２、ノードＮ２、インダクタ１３、ノードＮ５、インダクタ１４、ノードＮ４の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ１、共振インダクタＬｒ、トランス２０の巻線２１、共振キャパシタＣｒ、ノードＮ３、トランジスタＳ４、電圧線Ｌ１１の順に流れる。電流Ｉ３は、ノードＮ４、トランジスタＳ６、基準電圧線Ｌ１２、直流電源装置ＰＤＣ、電圧線Ｌ１１、トランジスタＳ１、ノードＮ１の順に流れる。
【0063】
トランジスタＳ４では、デッドタイムＴｄの期間には寄生ダイオードＤｐに電流が流れ、ゲート信号Ｇ４が低レベルから高レベルに変化した後に、トランジスタＳ４の本体に電流が流れる（図３（Ａ），（Ｈ））。このように、トランジスタＳ４は、ドレイン・ソース間の電圧が小さい状態でオフ状態からオン状態に変化することができるので、いわゆるソフトスイッチングを実現することができる。その結果、電力変換システム１では、効率を高めることができる。
【0064】
このように、共振回路（共振インダクタＬｒおよび共振キャパシタＣｒ）を備えた構成では、この期間Ｐ２のうちの、共振回路に蓄えられたエネルギーが放出される期間において、動作状態ＳＴ５（図４Ｅ）と同様に、２次側回路に、電流Ｉ９が流れる。これにより、１次側回路から２次側回路に電力が伝達される。
【0065】
このように、電力変換システム１では、アーム１１，１２と、インダクタ１３，１４と、キャパシタ１５とを設けるようにした。アーム１１は、入力端子Ｔ１１と入力端子Ｔ１２とを結ぶ第１の経路に設けられ、入力端子Ｔ１１とノードＮ１との間に設けられたトランジスタＳ１と、ノードＮ１とノードＮ２との間に設けられたトランジスタＳ２と、ノードＮ２と入力端子Ｔ１２との間に設けられたトランジスタＳ３をと有するようにした。アーム１２は、入力端子Ｔ１１と入力端子Ｔ１２とを結ぶ第２の経路に設けられ、入力端子Ｔ１１とノードＮ３との間に設けられたトランジスタＳ４と、ノードＮ３とノードＮ４との間に設けられたトランジスタＳ５と、ノードＮ４と入力端子Ｔ１２との間に設けられたトランジスタＳ６をと有するようにした。インダクタ１３は、ノードＮ２とノードＮ５との間に設けるようにした。インダクタ１４は、ノードＮ４とノードＮ５との間に設けるようにした。キャパシタ１５は、ノードＮ５と入力端子Ｔ１２との間に設けるようにした。これにより、電力変換システム１は、図２に示したように動作することにより、交流電圧Ｖacのデューティ比を変化させ、１次側回路から２次側回路に伝達される電力を変化させる。
【0066】
具体的には、制御回路１９は、出力電圧Ｖoutに基づいて、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５のオンデューティ比を変化させ、トランジスタＳ３，Ｓ６のオンデューティ比を維持するように、トランジスタＳ１～Ｓ６のスイッチング動作を制御することができる。例えば、制御回路１９は、図２に示したように、トランジスタＳ３がオン状態である期間において、トランジスタＳ１がオフ状態からオン状態に変化するスイッチングタイミング、およびトランジスタＳ２がオン状態からオフ状態に変化するスイッチングタイミングを変化させる。また、制御回路１９は、トランジスタＳ６がオン状態である期間において、トランジスタＳ４がオフ状態からオン状態に変化するスイッチングタイミング、およびトランジスタＳ５がオン状態からオフ状態に変化するスイッチングタイミングを変化させる。これにより、制御回路１９は、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５のオンデューティ比を変化させる。これにより、例えば、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧Ｖin）が高い場合には、トランジスタＳ２，Ｓ５のオンデューティ比を低くするとともにトランジスタＳ１，Ｓ４のオンデューティ比を高くすることにより、出力電圧Ｖoutを維持することができる。また、例えば、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧Ｖin）が低い場合には、トランジスタＳ２，Ｓ５のオンデューティ比を高くするとともにトランジスタＳ１，Ｓ４のオンデューティ比を低くすることにより、出力電圧Ｖoutを維持することができる。トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５のオンデューティ比は、例えば５０％以上１００％以下の範囲で設定される。これにより、電力変換システム１では、入力電圧範囲を広くすることができる。
【0067】
また、電力変換システム１では、例えば、図２，３（Ａ）に示したように、トランジスタＳ２がオン状態であるタイミングｔ１付近の期間において、トランジスタＳ１をオフ状態にしたタイミングからデッドタイムＴｄが経過したタイミングにおいてトランジスタＳ３をオン状態にした。また、例えば、トランジスタＳ３がオン状態であるタイミングｔ２付近の期間において、トランジスタＳ２をオフ状態にしたタイミングからデッドタイムＴｄが経過したタイミングにおいてトランジスタＳ１をオン状態にした。また、トランジスタＳ１がオン状態であるタイミングｔ３付近の期間において、トランジスタＳ３をオフ状態にしたタイミングからデッドタイムＴｄが経過したタイミングにおいてトランジスタＳ２をオン状態にした。トランジスタＳ４～Ｓ６についても同様である。これにより、電力変換システム１では、トランジスタＳ１～Ｓ６がソフトスイッチングを行うことができるので、効率を高めることができる。
【0068】
［効果］
以上のように本実施の形態では、アーム１１，１２と、インダクタ１３，１４と、キャパシタ１５とを設けるようにした。アーム１１は、入力端子Ｔ１１と入力端子Ｔ１２とを結ぶ第１の経路に設けられ、入力端子Ｔ１１とノードＮ１との間に設けられたトランジスタＳ１と、ノードＮ１とノードＮ２との間に設けられたトランジスタＳ２と、ノードＮ２と入力端子Ｔ１２との間に設けられたトランジスタＳ３をと有するようにした。アーム１２は、入力端子Ｔ１１と入力端子Ｔ１２とを結ぶ第２の経路に設けられ、入力端子Ｔ１１とノードＮ３との間に設けられたトランジスタＳ４と、ノードＮ３とノードＮ４との間に設けられたトランジスタＳ５と、ノードＮ４と入力端子Ｔ１２との間に設けられたトランジスタＳ６をと有するようにした。インダクタ１３は、ノードＮ２とノードＮ５との間に設けるようにした。インダクタ１４は、ノードＮ４とノードＮ５との間に設けるようにした。キャパシタ１５は、ノードＮ５と入力端子Ｔ１２との間に設けるようにした。これにより、入力電圧範囲を広くすることができる。
以上のように本実施の形態では、アーム１１，１２と、インダクタ１３，１４と、キャパシタ１５とを設けるようにした。アーム１１は、入力端子Ｔ１１と入力端子Ｔ１２とを結ぶ第１の経路に設けられ、入力端子Ｔ１１とノードＮ１との間に設けられたトランジスタＳ１と、ノードＮ１とノードＮ２との間に設けられたトランジスタＳ２と、ノードＮ２と入力端子Ｔ１２との間に設けられたトランジスタＳ３をと有するようにした。アーム１２は、入力端子Ｔ１１と入力端子Ｔ１２とを結ぶ第２の経路に設けられ、入力端子Ｔ１１とノードＮ３との間に設けられたトランジスタＳ４と、ノードＮ３とノードＮ４との間に設けられたトランジスタＳ５と、ノードＮ４と入力端子Ｔ１２との間に設けられたトランジスタＳ６をと有するようにした。インダクタ１３は、ノードＮ２とノードＮ５との間に設けるようにした。インダクタ１４は、ノードＮ４とノードＮ５との間に設けるようにした。キャパシタ１５は、ノードＮ５と入力端子Ｔ１２との間に設けるようにした。これにより、入力電圧範囲を広くすることができる。
【0069】
本実施の形態では、出力電圧に基づいて、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５のオンデューティ比を変化させ、トランジスタＳ３，Ｓ６のオンデューティ比を維持するようにしたので、入力電圧範囲を広くすることができる。
【0070】
本実施の形態では、トランジスタＳ２がオン状態である期間において、トランジスタＳ１をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいてトランジスタＳ３をオン状態にし、トランジスタＳ３がオン状態である期間において、トランジスタＳ２をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいてトランジスタＳ１をオン状態にし、トランジスタＳ１がオン状態である期間において、トランジスタＳ３をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいてトランジスタＳ２をオン状態にしたので、効率を高めることができる。
【0071】
［変形例１－１］
上記実施の形態では、インダクタ１３およびインダクタ１４を設けたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図５に示す電力変換システム１Ａのように、トランス３０Ａを設けてもよい。この電力変換システム１Ａは、電力変換装置１０Ａを備えている。電力変換装置１０Ａは、トランス３０Ａを有している。トランス３０Ａは、巻線３３，３４を有している。巻線３３の一端はアーム１１のノードＮ２に接続され、他端はノードＮ５に接続される。巻線３４の一端はノードＮ５に接続され、他端はアーム１２のノードＮ４に接続される。巻線３３は、上記第１の実施の形態に係るインダクタ１３に対応し、巻線３４は、上記第１の実施の形態に係るインダクタ１４に対応する。図２（Ｈ）に示したように、インダクタ１３に流れるインダクタ電流ＩＬ１３、およびインダクタ１４に流れるインダクタ電流ＩＬ１４の大きさは、互いにほぼ同じであり、インダクタ電流ＩＬ１３，ＩＬ１４の極性は、互いに逆であるので、この変形例では、インダクタ１３，１４をトランス３０Ａに置き換えている。このように、２つのインダクタ１３，１４に代えてトランス３０Ａを用いることにより、回路を小型化することができる。ここで、トランス３０Ａは、本開示における「第２のトランス」の一具体例に対応する。
上記実施の形態では、インダクタ１３およびインダクタ１４を設けたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図５に示す電力変換システム１Ａのように、トランス３０Ａを設けてもよい。この電力変換システム１Ａは、電力変換装置１０Ａを備えている。電力変換装置１０Ａは、トランス３０Ａを有している。トランス３０Ａは、巻線３３，３４を有している。巻線３３の一端はアーム１１のノードＮ２に接続され、他端はノードＮ５に接続される。巻線３４の一端はノードＮ５に接続され、他端はアーム１２のノードＮ４に接続される。巻線３３は、上記第１の実施の形態に係るインダクタ１３に対応し、巻線３４は、上記第１の実施の形態に係るインダクタ１４に対応する。図２（Ｈ）に示したように、インダクタ１３に流れるインダクタ電流ＩＬ１３、およびインダクタ１４に流れるインダクタ電流ＩＬ１４の大きさは、互いにほぼ同じであり、インダクタ電流ＩＬ１３，ＩＬ１４の極性は、互いに逆であるので、この変形例では、インダクタ１３，１４をトランス３０Ａに置き換えている。このように、２つのインダクタ１３，１４に代えてトランス３０Ａを用いることにより、回路を小型化することができる。ここで、トランス３０Ａは、本開示における「第２のトランス」の一具体例に対応する。
【0072】
図６は、この電力変換システム１Ａの一動作例を表すものであり、（Ａ）はノードＮ３の電圧を基準としたノードＮ１の電圧（交流電圧Ｖac）の波形およびトランス２０の巻線２１の一端（ノードＮ１側）から他端（ノードＮ３側）に流れる電流（交流電流Ｉac）の波形を示し、（Ｂ）はノードＮ５からノードＮ２に向かって巻線３３に流れる電流（トランス電流ＩＬ３３）の波形およびノードＮ５からノードＮ４に向かって巻線３４に流れる電流（トランス電流ＩＬ３４）の波形を示す。この例では、直流電源装置ＰＤＣは、電力変換装置１０に１００Ｖの直流電圧を供給する。この図６（Ａ），（Ｂ）は、上記実施の形態に係る図２（Ｇ），（Ｈ）に対応する。電力変換システム１Ａは、このように上記実施の形態に係る電力変換システム１と同様の動作を行うことができる。
【0073】
［変形例１－２］
上記実施の形態では、図１に示した整流平滑回路１７を設けたが、これに限定されるものではない。以下に、いくつか例を挙げて詳細に説明する。
上記実施の形態では、図１に示した整流平滑回路１７を設けたが、これに限定されるものではない。以下に、いくつか例を挙げて詳細に説明する。
【0074】
図７は、本変形例に係る電力変換システム１Ｂの一構成例を表すものである。電力変換システム１Ｂは、電力変換装置１０Ｂを備えている。電力変換装置１０Ｂは、アーム１１，１２と、トランス２０と、整流平滑回路１７Ｂとを有している。トランス２０の巻線２１の一端はアーム１１のノードＮ１に接続され、他端はアーム１２のノードＮ３に接続される。巻線２２Ａの一端は整流平滑回路１７ＢのダイオードＤＡのアノードに接続され、他端は基準電圧線Ｌ２２に接続される。巻線２２Ｂの一端は基準電圧線Ｌ２２に接続され、他端は整流平滑回路１７ＢのダイオードＤＢのアノードに接続される。整流平滑回路１７Ｂは、ダイオードＤＡ，ＤＢと、インダクタ３３Ｂと、キャパシタＣoutとを有している。ダイオードＤＡのアノードはトランス２０の巻線２２Ａの一端に接続され、カソードはダイオードＤＢのカソードおよびインダクタ３３Ｂの一端に接続される。ダイオードＤＢの一端はトランス２０の巻線２２Ｂの他端に接続され、カソードはダイオードＤＡのカソードおよびインダクタ３３Ｂの一端に接続される。インダクタ３３Ｂの一端はダイオードＤＡ，ＤＢのカソードに接続され、他端は電圧線Ｌ２１に接続される。キャパシタＣoutの一端は電圧線Ｌ２１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ２２に接続される。この例では、インダクタ３３Ｂの一端をダイオードＤＡ，ＤＢのカソードに接続し、他端を電圧線Ｌ２１に接続したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、インダクタ３３Ｂの一端を巻線２２Ａの他端および巻線２２Ｂの一端に接続し、他端を基準電圧線Ｌ２２に接続してもよい。整流平滑回路１７Ｂは、本開示における「整流回路」の一具体例に対応する。ダイオードＤＡ，ＤＢは、本開示における「複数の整流素子」の一具体例に対応する。
【0075】
この例では、共振回路（共振インダクタＬｒおよび共振キャパシタＣｒ）を省いている。この構成では、負荷装置ＬＤに流れる負荷電流が維持される場合において、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧Ｖin）が高くなる場合には、制御回路１９は、スイッチング周期Ｔswを一定に保ち、入力電圧が高くなった分だけ、交流電圧Ｖacのデューティ比を低くするように制御する。具体的には、制御回路１９は、期間Ｐ１，Ｐ３の長さを短くするとともに期間Ｐ２，Ｐ４の長さを長くする。これにより、電力変換システム１では、出力電圧Ｖoutを維持することができる。
【0076】
図８は、電力変換システム１Ｂの一動作例を表すものである。この図８は、上記実施の形態に係る図３に対応する。電力変換システム１Ｂは、このように上記実施の形態に係る電力変換システム１と同様の動作を行うことができる。
【0077】
図９は、本変形例に係る電力変換システム１Ｃの一構成例を表すものである。電力変換システム１Ｃは、電力変換装置１０Ｃを備えている。電力変換装置１０Ｃは、トランス２０Ｃと、整流平滑回路１７Ｃとを有している。トランス２０Ｃは、巻線２１，２２を有している。巻線２１の一端は共振インダクタＬｒの他端に接続され、他端は共振キャパシタＣｒの他端に接続される。巻線２２の一端は整流平滑回路１７ＣのノードＮ６に接続され、他端は整流平滑回路１７ＣのノードＮ７に接続される。整流平滑回路１７Ｃは、ブリッジ型の回路であり、ダイオードＤ１１～Ｄ１４と、キャパシタＣoutとを有している。ダイオードＤ１１のアノードはノードＮ６に接続され、カソードは電圧線Ｌ２１に接続される。ダイオードＤ１２のアノードは基準電圧線Ｌ２２に接続され、カソードはノードＮ６に接続される。ダイオードＤ１３のアノードはノードＮ７に接続され、カソードは電圧線Ｌ２１に接続される。ダイオードＤ１４のアノードは基準電圧線Ｌ２２に接続され、カソードはノードＮ７に接続される。キャパシタＣoutの一端は電圧線Ｌ２１に接続され、他端は基準電圧線Ｌ２２に接続される。トランス２０Ｃは、本開示における「第１のトランス」の一具体例に対応する。整流平滑回路１７Ｃは、本開示における「整流回路」の一具体例に対応する。ダイオードＤ１１～Ｄ１４は、本開示における「複数の整流素子」の一具体例に対応する。
【0078】
図１０は、電力変換システム１Ｃの一動作例を表すものである。この図１０は、上記実施の形態に係る図３に対応する。電力変換システム１Ｃは、このように上記実施の形態に係る電力変換システム１と同様の動作を行うことができる。
【0079】
［その他の変形例］
また、これらの変形例のうちの２以上を組み合わせてもよい
また、これらの変形例のうちの２以上を組み合わせてもよい
【0080】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る電力変換システム２について説明する。上記第１の実施の形態では、２つのアーム１１，１２を設けたが、これに代えて、本実施の形態では、１つのアームを設けている。なお、上記第１の実施の形態に係る電力変換システム１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
次に、第２の実施の形態に係る電力変換システム２について説明する。上記第１の実施の形態では、２つのアーム１１，１２を設けたが、これに代えて、本実施の形態では、１つのアームを設けている。なお、上記第１の実施の形態に係る電力変換システム１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0081】
図１１は、電力変換システム２の一構成例を表すものである。電力変換システム２は、直流電源装置ＰＤＣと、電力変換装置４０と、負荷装置ＬＤとを備えている。
【0082】
電力変換装置４０は、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧）を降圧することにより、電力を変換し、変換された電力を負荷装置ＬＤに供給するように構成される。電力変換装置４０は、アーム１１と、インダクタ１３と、キャパシタ１５，４１，４２と、を有する。すなわち、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１０（図１）は２つのアーム１１，１２を有するようにしたが、本実施の形態に係る電力変換装置４０は、１つのアーム１１を有する。
【0083】
アーム１１は、電圧線Ｌ１１と基準電圧線Ｌ１２とを結ぶ経路に設けられる。アーム１１は、３つのトランジスタＳ１～Ｓ３を有する。トランジスタＳ１～Ｓ３は、ゲート信号Ｇ１～Ｇ３に基づいて、それぞれスイッチング動作を行うように構成される。トランジスタＳ１～Ｓ３のそれぞれは、上記第１の実施の形態の場合と同様に、例えばＮ型の電界効果トランジスタを用いて構成される。
【0084】
トランジスタＳ１は、電圧線Ｌ１１とノードＮ１との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ１を電圧線Ｌ１１に接続するように構成される。トランジスタＳ１のドレインは電圧線Ｌ１１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ１が供給され、ソースはノードＮ１に接続される。トランジスタＳ２は、ノードＮ１とノードＮ２との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ１をノードＮ２に接続するように構成される。トランジスタＳ２のドレインはノードＮ１に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ２が供給され、ソースはノードＮ２に接続される。トランジスタＳ３は、ノードＮ２と基準電圧線Ｌ１２との間に設けられ、オン状態になることによりノードＮ２を基準電圧線Ｌ１２に接続するように構成される。トランジスタＳ３のドレインはノードＮ２に接続され、ゲートにはゲート信号Ｇ３が供給され、ソースは基準電圧線Ｌ１２に接続される。
【0085】
インダクタ１３の一端はアーム１１のノードＮ２に接続され、他端はノードＮ５に接続される。キャパシタ１５の一端はノードＮ５に接続され、他端は基準電圧線Ｌ１２に接続される。
【0086】
キャパシタ４１の一端は電圧線Ｌ１１に接続され、他端はノードＮ３に接続される。キャパシタ４２の一端はノードＮ３に接続され、他端は基準電圧線Ｌ１２に接続される。ノードＮ３は、キャパシタ４１の他端とキャパシタ４２の一端との接続点である。
【0087】
共振インダクタＬｒの一端はノードＮ３に接続され、他端はトランス２０の巻線２１の一端に接続される。共振キャパシタＣｒの一端はアーム１１のノードＮ１に接続され、他端はトランス２０の巻線２１の他端に接続される。
【0088】
制御回路４９は、電圧センサ１８により検出された電圧outに基づいて、アーム１１の動作を制御することにより、電力変換装置４０の動作を制御するように構成される。具体的には、制御回路４９は、出力電圧Ｖoutに基づいてゲート信号Ｇ１～Ｇ３を生成し、このゲート信号Ｇ１～Ｇ３により、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧Ｖin）の変動に対してはＰＷＭ制御を行い、負荷電流の変動に対してはＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御を行うことにより、電力変換装置４０の動作を制御するようになっている。
【0089】
ここで、アーム１１は、本開示における「アーム」の一具体例に対応する。トランジスタＳ１は、本開示における「第１のスイッチング素子」の一具体例に対応する。トランジスタＳ２は、本開示における「第２のスイッチング素子」の一具体例に対応する。トランジスタＳ３は、本開示における「第３のスイッチング素子」の一具体例に対応する。ノードＮ１は、本開示における「第１のノード」の一具体例に対応する。ノードＮ２は、本開示における「第２のノード」の一具体例に対応する。インダクタ１３は、本開示における「インダクタ」の一具体例に対応する。キャパシタ１５は、本開示における「第１のキャパシタ」の一具体例に対応する。ノードＮ５は、本開示における「第３のノード」の一具体例に対応する。キャパシタ４１は、本開示における「第１のキャパシタ」の一具体例に対応する。キャパシタ４２は、本開示における「第２のキャパシタ」の一具体例に対応する。ノードＮ３は、本開示における「第４のノード」の一具体例に対応する。トランス２０は、本開示における「トランス」の一具体例に対応する。制御回路４９は、本開示における「制御回路」の一具体例に対応する。
【0090】
図１２は、電力変換システム２の詳細動作を表すものであり、（Ａ）はゲート信号Ｇ１～Ｇ３の波形を示し、（Ｂ）はノードＮ１の電圧を基準としたノードＮ３の電圧（交流電圧Ｖac）の波形およびトランス２０の巻線２１の一端（ノードＮ１側）から他端（ノードＮ３側）に流れる電流（交流電流Ｉac）の波形を示し、（Ｃ）はノードＮ５からノードＮ２に向かってインダクタ１３に流れる電流（インダクタ電流ＩＬ１３）の波形を示し、（Ｄ）はトランジスタＳ１のドレイン・ソース間の電圧Ｖds1の波形、トランジスタＳ１の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ１の波形、およびトランジスタＳ１の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ１の波形を示し、（Ｅ）はトランジスタＳ２のドレイン・ソース間の電圧Ｖds2の波形、トランジスタＳ２の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ２の波形、およびトランジスタＳ２の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ２の波形を示し、（Ｆ）はトランジスタＳ３のドレイン・ソース間の電圧Ｖds3の波形、トランジスタＳ３の本体のドレインからソースに向かって流れる電流ＩＳ３の波形、およびトランジスタＳ３の寄生ダイオードＤｐに流れる電流ＩＤ３の波形を示す。
【0091】
図１３Ａ～１３Ｄは、４つの動作状態ＳＴ１１～ＳＴ１４における電力変換システム２の動作を表すものである。
【0092】
タイミングｔ４１から始まる期間Ｐ１１では、図１２（Ａ）に示したように、トランジスタＳ２はオフ状態からオン状態に変化し、トランジスタＳ３はオン状態からオフ状態に変化し、トランジスタＳ１はオン状態を維持する。この期間Ｐ１１では、動作状態ＳＴは、まず動作状態ＳＴ１１（図１３Ａ）になり、その後に動作状態ＳＴ１２（図１３Ｂ）になる。
【0093】
動作状態ＳＴ１１（図１３Ａ）では、１次側回路において、電流Ｉ１が、基準電圧線Ｌ１２、キャパシタ１５、ノードＮ５、インダクタ１３、ノードＮ２、トランジスタＳ２、ノードＮ１の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ１、共振キャパシタＣｒ、トランス２０の巻線２１、共振インダクタＬｒ、ノードＮ３の順に流れる。電流Ｉ３は、ノードＮ３、キャパシタ４１、電圧線Ｌ１１の順に流れるとともに、ノードＮ３、キャパシタ４２、基準電圧線Ｌ１２の順に流れる。電流Ｉ４は、電圧線Ｌ１１、トランジスタＳ１、ノードＮ１の順に流れる。
【0094】
トランジスタＳ２では、デッドタイムＴｄの期間には寄生ダイオードＤｐに電流が流れ、ゲート信号Ｇ２が低レベルから高レベルに変化した後に、トランジスタＳ２の本体に電流が流れる（図１２（Ａ），（Ｅ））。このように、トランジスタＳ２は、ドレイン・ソース間の電圧が小さい状態でオフ状態からオン状態に変化することができるので、いわゆるソフトスイッチングを実現することができる。その結果、電力変換システム２では、効率を高めることができる。
【0095】
【0096】
動作状態ＳＴ１２では、１次側回路において、電流Ｉ１が、ノードＮ１、トランジスタＳ２、ノードＮ２、インダクタ１３、ノードＮ５、キャパシタ１５、基準電圧線Ｌ１２の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ１、共振キャパシタＣｒ、トランス２０の巻線２１、共振インダクタＬｒ、ノードＮ３の順に流れる。電流Ｉ３は、ノードＮ３、キャパシタ４１、電圧線Ｌ１１の順に流れるとともに、ノードＮ３、キャパシタ４２、基準電圧線Ｌ１２の順に流れる。電流Ｉ４は、電圧線Ｌ１１、トランジスタＳ１、ノードＮ１の順に流れる。すなわち、動作状態ＳＴ１２では、動作状態ＳＴ１１と比べて、電流Ｉ１の向きが反対向きになる。
【0097】
タイミングｔ４２から始まる期間Ｐ１２では、図１２に示したように、トランジスタＳ３はオフ状態からオン状態になり、トランジスタＳ１はオン状態からオフ状態になり、トランジスタＳ２はオン状態を維持する。この期間Ｐ１２では、動作状態ＳＴは、動作状態ＳＴ１３（図１３Ｃ）になる。
【0098】
動作状態ＳＴ１３では、１次側回路において、電流Ｉ１が、ノードＮ１、トランジスタＳ２、ノードＮ２、インダクタ１３、ノードＮ５、キャパシタ１５、基準電圧線Ｌ１２の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ３、共振インダクタＬｒ、トランス２０の巻線２１、共振キャパシタＣｒ、ノードＮ１の順に流れる。電流Ｉ３は、基準電圧線Ｌ１２、直流電源装置ＰＤＣ、電圧線Ｌ１１、キャパシタ４１、ノードＮ３の順に流れるとともに、基準電圧線Ｌ１２、キャパシタ４２、ノードＮ３の順に流れる。電流Ｉ５は、基準電圧線Ｌ１２、トランジスタＳ３、ノードＮ２の順に流れる。
【0099】
トランジスタＳ３では、デッドタイムＴｄの期間には寄生ダイオードＤｐに電流が流れ、ゲート信号Ｇ３が低レベルから高レベルに変化した後に、トランジスタＳ３の本体に電流が流れる（図１２（Ａ），（Ｆ））。このように、トランジスタＳ３は、ドレイン・ソース間の電圧が小さい状態でオフ状態からオン状態に変化することができるので、いわゆるソフトスイッチングを実現することができる。その結果、電力変換システム２では、効率を高めることができる。
【0100】
タイミングｔ４３から始まる期間Ｐ１３では、図１２に示したように、トランジスタＳ１はオフ状態からオン状態に変化し、トランジスタＳ２はオン状態からオフ状態に変化し、トランジスタＳ３はオン状態を維持する。この期間Ｐ１３では、動作状態ＳＴは、動作状態ＳＴ１４（図１３Ｄ）になる。
【0101】
動作状態ＳＴ１４では、１次側回路において、電流Ｉ１が、基準電圧線Ｌ１２、キャパシタ１５、ノードＮ５、インダクタ１３、ノードＮ２、トランジスタＳ３、基準電圧線Ｌ１２の順に流れる。電流Ｉ２は、ノードＮ３、共振インダクタＬｒ、トランス２０の巻線２１、共振キャパシタＣｒ、ノードＮ１の順に流れる。電流Ｉ３は、電圧線Ｌ１１、キャパシタ４１、ノードＮ３の順に流れるとともに、基準電圧線Ｌ１２、キャパシタ４２、ノードＮ３の順に流れる。電流Ｉ４は、ノードＮ１、トランジスタＳ１、電圧線Ｌ１１の順に流れる。
【0102】
トランジスタＳ１では、デッドタイムＴｄの期間には寄生ダイオードＤｐに電流が流れ、ゲート信号Ｇ１が低レベルから高レベルに変化した後に、トランジスタＳ１の本体に電流が流れる（図１２（Ａ），（Ｄ））。このように、トランジスタＳ１は、ドレイン・ソース間の電圧が小さい状態でオフ状態からオン状態に変化することができるので、いわゆるソフトスイッチングを実現することができる。その結果、電力変換システム２では、効率を高めることができる。
【0103】
制御回路４９は、出力電圧Ｖoutに応じて、トランジスタＳ１，Ｓ２のオンデューティ比を変化させるように、トランジスタＳ１，Ｓ２の動作を制御する。また、制御回路４９は、トランジスタＳ３のオンデューティ比を約５０％に維持する。
【0104】
制御回路４９は、トランジスタＳ１，Ｓ２のオンデューティ比を変化させる際、タイミングｔ４３付近における、ゲート信号Ｇ１が低レベルから高レベルに遷移する遷移タイミング、およびゲート信号Ｇ２が高レベルから低レベルに遷移する遷移タイミングを変化させる。これにより、電力変換システム２は、第１の実施の形態の場合（図２）と同様に、タイミングｔ４３付近における交流電圧Ｖacの遷移タイミングを変化させ、交流電圧Ｖacのデューティ比を変化させる。交流電圧Ｖacのデューティ比は、スイッチング周期Ｔswに対応する時間における、交流電圧Ｖac（図１４（Ｂ））が正である時間（期間Ｐ１２の時間）の時間比率である。その結果、電力変換システム２では、１次側回路から２次側回路に伝達される電力が変化する。制御回路４９は、出力電圧Ｖoutに応じてトランジスタＳ１，Ｓ２のオンデューティ比を変化させることにより、入力電圧Ｖinが変動した場合でも出力電圧Ｖoutが一定になるように、電力変換システム２の動作を制御する。
【0105】
このように、電力変換システム２では、アーム１１と、インダクタ１３と、キャパシタ１５，４１，４２とを設けるようにした。アーム１１は、入力端子Ｔ１１と入力端子Ｔ１２とを結ぶ第１の経路に設けられ、入力端子Ｔ１１とノードＮ１との間に設けられたトランジスタＳ１と、ノードＮ１とノードＮ２との間に設けられたトランジスタＳ２と、ノードＮ２と入力端子Ｔ１２との間に設けられたトランジスタＳ３をと有するようにした。インダクタ１３は、ノードＮ２とノードＮ５との間に設けるようにした。キャパシタ１５は、ノードＮ５と入力端子Ｔ１２との間に設けるようにした。キャパシタ４１は、入力端子Ｔ１１とノードＮ３との間に設けるようにした。キャパシタ４２は、ノードＮ３と入力端子Ｔ１２との間に設けるようにした。これにより、電力変換システム２は、第１の実施の形態の場合と同様に交流電圧Ｖacのデューティ比を変化させ、１次側回路から２次側回路に伝達される電力を変化させる。
【0106】
具体的には、制御回路４９は、出力電圧Ｖoutに基づいて、トランジスタＳ１，Ｓ２のオンデューティ比を変化させ、トランジスタＳ３のオンデューティ比を維持するように、トランジスタＳ１～Ｓ３のスイッチング動作を制御することができる。例えば、制御回路４９は、図１２に示したように、トランジスタＳ３がオン状態である期間における、トランジスタＳ１，Ｓ２のスイッチングタイミングを変化させることにより、トランジスタＳ１，Ｓ２のオンデューティ比を変化させる。これにより、例えば、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧）が高い場合には、トランジスタＳ１のオンデューティ比を高くするとともにトランジスタＳ２のオンデューティ比を低くすることにより、出力電圧Ｖoutを維持することができる。また、例えば、直流電源装置ＰＤＣから供給された電圧（入力電圧）が低い場合には、トランジスタＳ１のオンデューティ比を低くするとともにトランジスタＳ２のオンデューティ比を高くすることにより、出力電圧Ｖoutを維持することができる。トランジスタＳ１，Ｓ２のオンデューティ比は、例えば５０％以上１００％以下の範囲で設定される。これにより、電力変換システム２では、入力電圧範囲を広くすることができる。
【0107】
また、電力変換システム２では、例えば、図１２（Ａ）に示したように、トランジスタＳ１がオン状態であるタイミングｔ４１付近の期間において、トランジスタＳ３をオフ状態にしたタイミングからデッドタイムＴｄが経過したタイミングにおいてトランジスタＳ２をオン状態にした。また、例えば、トランジスタＳ２がオン状態であるタイミングｔ４２付近の期間において、トランジスタＳ１をオフ状態にしたタイミングからデッドタイムＴｄが経過したタイミングにおいてトランジスタＳ３をオン状態にした。また、トランジスタＳ３がオン状態であるタイミングｔ４３付近の期間において、トランジスタＳ２をオフ状態にしたタイミングからデッドタイムＴｄが経過したタイミングにおいてトランジスタＳ１をオン状態にした。これにより、電力変換システム２では、トランジスタＳ１～Ｓ３がソフトスイッチングを行うことができるので、効率を高めることができる。
【0108】
また、電力変換システム２では、第１の実施の形態に係る電力変換システム１（図１）に比べ、アームの数を減らすことによりトランジスタの数を減らすことができるので、回路をシンプルにすることができる。
【0109】
以上のように本実施の形態では、アーム１１と、インダクタ１３と、キャパシタ１５，４１，４２とを設けるようにした。アーム１１は、入力端子Ｔ１１と入力端子Ｔ１２とを結ぶ第１の経路に設けられ、入力端子Ｔ１１とノードＮ１との間に設けられたトランジスタＳ１と、ノードＮ１とノードＮ２との間に設けられたトランジスタＳ２と、ノードＮ２と入力端子Ｔ１２との間に設けられたトランジスタＳ３をと有するようにした。インダクタ１３は、ノードＮ２とノードＮ５との間に設けるようにした。キャパシタ１５は、ノードＮ５と入力端子Ｔ１２との間に設けるようにした。キャパシタ４１は、入力端子Ｔ１１とノードＮ３との間に設けるようにした。キャパシタ４２は、ノードＮ３と入力端子Ｔ１２との間に設けるようにした。これにより、入力電圧範囲を広くすることができる。
【0110】
本実施の形態では、出力電圧に基づいて、トランジスタＳ１，Ｓ２のオンデューティ比を変化させ、トランジスタＳ３のオンデューティ比を維持するようにしたので、入力電圧範囲を広くすることができる。
【0111】
本実施の形態では、トランジスタＳ１がオン状態である期間において、トランジスタＳ３をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいてトランジスタＳ２をオン状態にしし、トランジスタＳ２がオン状態である期間において、トランジスタＳ１をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいてトランジスタＳ３をオン状態にしし、トランジスタＳ３がオン状態である期間において、トランジスタＳ２をオフ状態にしたタイミングから所定の時間が経過したタイミングにおいてトランジスタＳ１をオン状態にしたので、効率を高めることができる。
【0112】
［変形例２］
上記実施の形態に係る電力変換システム２に、上記第１の実施の形態の変形例１－２を適用してもよい。
上記実施の形態に係る電力変換システム２に、上記第１の実施の形態の変形例１－２を適用してもよい。
【0113】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
【0114】
例えば、上記実施の形態では、整流平滑回路１７では、ダイオードＤＡ，ＤＢを整流素子として用いたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、トランジスタを整流素子として用いてもよい。この場合には、このトランジスタをオンオフさせることにより、いわゆる同期整流を行うことができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】