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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-06-30
(45)【発行日】2025-07-08
(54)【発明の名称】電力変換器
(51)【国際特許分類】
H02M 3/155 20060101AFI20250701BHJP
【ＦＩ】
H02M3/155 H
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2023222229
(22)【出願日】2023-12-28
【審査請求日】2024-12-17
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100104938
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜澤 英久
(74)【代理人】
【識別番号】100210240
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 友幸
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 勇
【審査官】安池 一貴
(56)【参考文献】
【文献】特表平０５－５０２３６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０１３２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１７１７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１３８０９９１５（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０９６９８６１２（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２００２－１９９７３７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ３／１５５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電源から負荷に対して電力を供給し、前記負荷の電力を前記直流電源に戻すことが可能な電力変換器であって、前記直流電源と前記負荷との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記負荷に対して並列接続された第２スイッチング素子と、
前記第１、第２スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端側の電圧が前記直流電源の電圧の中間となるように接続されたコンデンサおよび第３、第４スイッチング素子と、
を備え、
前記第１、第２スイッチング素子の導通前から前記インダクタに予備的に電流を通流させ、
前記インダクタは、インダクタンスが以下の（９）式の条件を満たすことを特徴とする電力変換器。
【数9】
ｔ ｃ＋ ：負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間の目標最大値
Ｃ ｍｉｎ ：負荷の静電容量の最小値
【請求項2】
直流電源から負荷に対して電力を供給し、前記負荷の電力を前記直流電源に戻すことが可能な電力変換器であって、
前記直流電源と前記負荷との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記負荷に対して並列接続された第２スイッチング素子と、
前記第１、第２スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端側の電圧が前記直流電源の電圧の中間となるように接続されたコンデンサおよび第３、第４スイッチング素子と、
を備え、
前記第１、第２スイッチング素子の導通前から前記インダクタに予備的に電流を通流させ、
前記第１、第２スイッチング素子の導通前から前記インダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間は、以下の（５）式の条件を満たすことを特徴とする電力変換器。
【数5】
Ｌ：インダクタのインダクタンス値
Ｃ：負荷の静電容量
Ｒ Ｌ ：インダクタの等価的な直列抵抗成分
【請求項3】
直流電源から負荷に対して電力を供給し、前記負荷の電力を前記直流電源に戻すことが可能な電力変換器であって、
前記直流電源と前記負荷との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記負荷に対して並列接続された第２スイッチング素子と、
前記第１、第２スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端側の電圧が前記直流電源の電圧の中間となるように接続されたコンデンサおよび第３、第４スイッチング素子と、
を備え、
前記第１、第２スイッチング素子の導通前から前記インダクタに予備的に電流を通流させ、
前記第１、第２スイッチング素子の導通前から前記インダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間、および、負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間は、以下の（７）式の条件を満たすことを特徴とする電力変換器。
【数7】
ｔ ｃ ：負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間
【請求項4】
前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点にアノードが接続された第２ダイオードと、
前記第２ダイオードのカソードと前記インダクタの他端との間に接続された前記第３スイッチング素子と、
前記第１、第２コンデンサの接続点にカソードが接続された第３ダイオードと、
前記第３ダイオードのアノードと前記インダクタの他端との間に接続された前記第４スイッチング素子と、
前記第２ダイオードと前記第３スイッチング素子の接続点にアノードが接続され、カソードが前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、
前記第３ダイオードと前記第４スイッチング素子の接続点にカソードが接続され、アノードが前記直流電源の負極に接続された第４ダイオードと、
を備えたことを特徴とする請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。
【請求項5】
前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点に一端が接続された前記第３スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子の他端にアノードが接続され、カソードが前記インダクタの他端に接続された第２ダイオードと、
前記第１、第２コンデンサの接続点に一端が接続された前記第４スイッチング素子と、
前記第４スイッチング素子の他端にカソードが接続され、アノードが前記インダクタの他端に接続された第３ダイオードと、
前記第２ダイオードと前記第３スイッチング素子の接続点にアノードが接続され、カソードが前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、
前記第３ダイオードと前記第４スイッチング素子の接続点にカソードが接続され、アノードが前記直流電源の負極に接続された第４ダイオードと、
を備えたことを特徴とする請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。
【請求項6】
前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点と前記インダクタの他端との間に接続された第６スイッチング素子および前記第３スイッチング素子と、
前記第１、第２コンデンサの接続点と前記インダクタの他端との間に接続された第７スイッチング素子および前記第４スイッチング素子と、
前記第６スイッチング素子と前記第３スイッチング素子の接続点と前記直流電源の正極との間に接続された第５スイッチング素子と、
前記第７スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の接続点と前記直流電源の負極との間に接続された第８スイッチング素子と、
を備えたことを特徴とする請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。
【請求項7】
前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点と前記インダクタの他端との間に逆直列接続された前記第３、第４スイッチング素子と、
前記インダクタの他端にアノードが接続され、カソードが前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、
前記インダクタの他端にカソードが接続され、アノードが前記直流電源の負極に接続された第２ダイオードと、
を備えたことを特徴とする請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。
【請求項8】
前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点と前記インダクタの他端との間に逆直列接続された前記第３、第４スイッチング素子と、
前記インダクタの他端と前記直流電源の正極との間に接続された第５スイッチング素子と、
前記インダクタの他端と前記直流電源の負極との間に接続された第６スイッチング素子と、
を備えたことを特徴とする請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。
【請求項9】
負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間は、以下の（６）式を満たすことを特徴とする請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。【数6】
Ｌ：インダクタのインダクタンス値
Ｃ：負荷の静電容量
ＴＳＵ：第１、第２スイッチング素子の導通前からインダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高電圧かつ高周波数でパルス電圧を供給できる低損失かつ低ノイズの電力変換器に関する。
【背景技術】
【0002】
図１及び図２に特許文献１における回路構成と動作例を示す。特許文献１ではインダクタ１を介して負荷２にエネルギーを供給することで、矩形波状のパルス電圧を負荷２に供給することができる。この時、スイッチング素子のターンオン時にソフトスイッチング動作をすることでスイッチング損失を低減し、スイッチング素子のストレスを緩和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０２２－７１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
図１及び図２の回路は、スイッチング素子３、４のターンオフ時にハードスイッチングとなるためサージ電圧などによるノイズが増加してしまう。さらに、高周波数で負荷２にパルス電圧を供給する場合にはスイッチング損失が増大してしまうという問題が生じる。
【0005】
また、負荷２の電圧の立ち上がり速度、立ち下がり速度が負荷定数やインダクタ１のインダクタ定数に依存して決定されるため、定数のばらつきにより立ち上がり速度、立ち下がり速度が変化してしまうという問題が生じる。
【0006】
以上示したようなことから、ソフトスイッチングを行うことにより高効率かつ低ノイズ化が容易な電力変換器を提供し、かつ、負荷や部品のばらつきの影響を受けずに一定の立ち上がり速度、立ち下がり速度で出力パルス電圧の生成を実現することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流電源から負荷に対して電力を供給し、前記負荷の電力を前記直流電源に戻すことが可能な電力変換器であって、前記直流電源と前記負荷との間に接続された第１スイッチング素子と、前記負荷に対して並列接続された第２スイッチング素子と、前記第１、第２スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、前記インダクタの他端側の電圧が前記直流電源の電圧の中間となるように接続されたコンデンサおよび第３、第４スイッチング素子と、を備え、前記第１、第２スイッチング素子の導通前から前記インダクタに予備的に電流を通流させることを特徴とする。
【0008】
また、その一態様として、前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点にアノードが接続された第２ダイオードと、前記第２ダイオードのカソードと前記インダクタの他端との間に接続された前記第３スイッチング素子と、前記第１、第２コンデンサの接続点にカソードが接続された第３ダイオードと、前記第３ダイオードのアノードと前記インダクタの他端との間に接続された前記第４スイッチング素子と、前記第２ダイオードと前記第３スイッチング素子の接続点にアノードが接続され、カソードが前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、前記第３ダイオードと前記第４スイッチング素子の接続点にカソードが接続され、アノードが前記直流電源の負極に接続された第４ダイオードと、
を備えたことを特徴とする。
を備えたことを特徴とする。
【0009】
また、一態様として、前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点に一端が接続された前記第３スイッチング素子と、前記第３スイッチング素子の他端にアノードが接続され、カソードが前記インダクタの他端に接続された第２ダイオードと、前記第１、第２コンデンサの接続点に一端が接続された前記第４スイッチング素子と、前記第４スイッチング素子の他端にカソードが接続され、アノードが前記インダクタの他端に接続された第３ダイオードと、前記第２ダイオードと前記第３スイッチング素子の接続点にアノードが接続され、カソードが前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、前記第３ダイオードと前記第４スイッチング素子の接続点にカソードが接続され、アノードが前記直流電源の負極に接続された第４ダイオードと、を備えたことを特徴とする。
【0010】
また、一態様として、前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点と前記インダクタの他端との間に接続された第６スイッチング素子および前記第３スイッチング素子と、前記第１、第２コンデンサの接続点と前記インダクタの他端との間に接続された第７スイッチング素子および前記第４スイッチング素子と、前記第６スイッチング素子と前記第３スイッチング素子の接続点と前記直流電源の正極との間に接続された第５スイッチング素子と、前記第７スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の接続点と前記直流電源の負極との間に接続された第８スイッチング素子と、を備えたことを特徴とする。
【0011】
また、一態様として、前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点と前記インダクタの他端との間に逆直列接続された前記第３、第４スイッチング素子と、前記インダクタの他端にアノードが接続され、カソードが前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、前記インダクタの他端にカソードが接続され、アノードが前記直流電源の負極に接続された第２ダイオードと、を備えたことを特徴とする。
【0012】
また、一態様として、前記コンデンサは、前記直流電源の正極と負極との間に直列接続された第１、第２コンデンサであり、前記第１、第２コンデンサの接続点と前記インダクタの他端との間に逆直列接続された前記第３、第４スイッチング素子と、前記インダクタの他端と前記直流電源の正極との間に接続された第５スイッチング素子と、前記インダクタの他端と前記直流電源の負極との間に接続された第６スイッチング素子と、を備えたことを特徴とする。
【0013】
また、一態様として、前記インダクタの他端に一端が接続された前記第３スイッチング素子と、前記第３スイッチング素子の他端にアノードが接続され、カソードが前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、前記インダクタの他端にカソードが接続された第２ダイオードと、前記第２ダイオードのアノードに一端が接続され、他端が前記直流電源の負極に接続された前記第４スイッチング素子と、前記第１ダイオードと前記第３スイッチング素子の接続点と前記第２ダイオードと前記第４スイッチング素子の接続点との間に接続された第２コンデンサと、を備えたことを特徴とする。
【0014】
また、一態様として、前記インダクタの他端にアノードが接続された第１ダイオードと、前記第１ダイオードのカソードに一端が接続され、他端が前記直流電源の正極に接続された前記第３スイッチング素子と、前記インダクタの他端に一端が接続された前記第４スイッチング素子と、前記第４スイッチング素子の他端にカソードが接続され、アノードが前記直流電源の負極に接続された第２ダイオードと、前記第１ダイオードと前記第３スイッチング素子の接続点と前記第２ダイオードと前記第４スイッチング素子の接続点との間に接続された第２コンデンサと、を備えたことを特徴とする。
【0015】
また、一態様として、前記インダクタの他端に一端が接続された前記第３スイッチング素子と、前記第３スイッチング素子の他端に一端が接続され、他端が前記直流電源の正極に接続された第５スイッチング素子と、前記インダクタの他端に一端が接続された第６スイッチング素子と、前記第６スイッチング素子の他端に一端が接続され、他端が前記直流電源の負極に接続された前記第４スイッチング素子と、前記第５スイッチング素子と前記第３スイッチング素子の接続点と前記第６スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の接続点との間に接続された第２コンデンサと、を備えたことを特徴とする。
【0016】
また、一態様として、前記インダクタは、インダクタンスが以下の（９）式の条件を満たすことを特徴とする。
【0017】
【数9】
【0018】
Ｌ：インダクタのインダクタンス値
ｔｃ＋：負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間の目標最大値
Ｃｍｉｎ：負荷の静電容量の最小値。
ｔｃ＋：負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間の目標最大値
Ｃｍｉｎ：負荷の静電容量の最小値。
【0019】
また、一態様として、前記第１、第２スイッチング素子の導通前から前記インダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間は、以下の（５）式の条件を満たすことを特徴とする。
【0020】
【数5】
【0021】
ＴＳＵ：第１、第２スイッチング素子の導通前からインダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間
Ｌ：インダクタのインダクタンス値
Ｃ：負荷の静電容量
ＲＬ：インダクタの等価的な直列抵抗成分。
Ｌ：インダクタのインダクタンス値
Ｃ：負荷の静電容量
ＲＬ：インダクタの等価的な直列抵抗成分。
【0022】
また、一態様として、負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間は、以下の（６）式を満たすことを特徴とする。
【0023】
【数6】
【0024】
ｔｃ：負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間
Ｌ：インダクタのインダクタンス値
Ｃ：負荷の静電容量
ＴＳＵ：第１、第２スイッチング素子の導通前からインダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間。
Ｌ：インダクタのインダクタンス値
Ｃ：負荷の静電容量
ＴＳＵ：第１、第２スイッチング素子の導通前からインダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間。
【0025】
また、一態様として、前記第１、第２スイッチング素子の導通前から前記インダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間、および、負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間は、以下の（７）式の条件を満たすことを特徴とする。
【0026】
【数7】
【0027】
ＴＳＵ：第１、第２スイッチング素子の導通前からインダクタに予備的に電流を通流させる予備通流期間
ｔｃ：負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間。
ｔｃ：負荷電圧の立上時間、立下時間として設定する時間。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、ソフトスイッチングを行うことにより高効率かつ低ノイズ化が容易な電力変換器を提供し、かつ、負荷や部品のばらつきの影響を受けずに一定の立ち上がり速度、立ち下がり速度で出力パルス電圧の生成を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】特許文献１（実施例２）の回路構成および動作例を示す図。
【図2】特許文献１（実施例１）の回路構成および動作例を示す図。
【図3】実施形態１の出力パルス生成回路（電力変換器）の基本構成図。
【図4】実施形態１の出力パルス生成回路（電力変換器）の基本動作図。
【図5】ソフトスイッチングの動作例を示す図。
【図6】実施形態２の出力パルス生成回路（電力変換器）の基本構成図。
【図7】実施形態２の出力パルス生成回路（電力変換器）の基本動作図。
【図8】実施形態３の出力パルス生成回路（電力変換器）の基本構成図。
【図9】実施形態３の出力パルス生成回路（電力変換器）の基本動作図。
【発明を実施するための形態】
【0030】
【0031】
［実施形態１］
図３に本実施形態１における電力変換器（出力パルス生成回路）の基本回路を示し、図４に電力変換器（出力パルス生成回路）の基本動作波形を示す。ここで負荷２は容量性であるものとする。図３では負荷２を模式的に示しているが、例えば抵抗性成分、容量性成分を含むＣＲ直列回路、ＣＲ並列回路である。図３の回路は直流電源ＤＣから負荷２に電力を供給し、負荷２の電力を直流電源ＤＣに戻す。
図３に本実施形態１における電力変換器（出力パルス生成回路）の基本回路を示し、図４に電力変換器（出力パルス生成回路）の基本動作波形を示す。ここで負荷２は容量性であるものとする。図３では負荷２を模式的に示しているが、例えば抵抗性成分、容量性成分を含むＣＲ直列回路、ＣＲ並列回路である。図３の回路は直流電源ＤＣから負荷２に電力を供給し、負荷２の電力を直流電源ＤＣに戻す。
【0032】
図３に示すように、直流電源ＤＣの正極と負極との間には第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２が直列接続される。また、直流電源ＤＣの正極と負極との間には第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２が直列接続される。第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点と直流電源ＤＣの負極との間には負荷２が接続される。すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１は直流電源ＤＣと負荷２との間に接続され、第２スイッチング素子Ｓ２は負荷２に対して並列に接続される。
【0033】
第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点にはインダクタＬ１の一端が接続される。第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２の接続点には第２ダイオードＤ２のアノードが接続される。第２ダイオードＤ２のカソードとインダクタＬ１の他端との間には第３スイッチング素子が接続される。
【0034】
また、第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２の接続点には第３ダイオードＤ３のカソードが接続される。第３ダイオードＤ３のアノードとインダクタＬ１の他端との間には第４スイッチング素子Ｓ４が接続される。
【0035】
第２ダイオードＤ２と第３スイッチング素子Ｓ３の接続点には第１ダイオードＤ１のアノードが接続される。第１ダイオードＤ１のカソードは直流電源ＤＣの正極に接続される。第３ダイオードＤ３と第４スイッチング素子Ｓ４の接続点には第４ダイオードＤ４のカソードが接続される。第４ダイオードＤ４のアノードは直流電源ＤＣの負極に接続される。このように、インダクタＬ１の他端側の電圧が直流電源ＤＣの電圧Ｖｉｎの中間Ｖｉｎ／２となるように第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２および第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４が接続される。
【0036】
直流電源ＤＣの電圧はＶｉｎ、第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧はＶｉｎ／２、インダクタＬ１に流れる電流をＩＬ１とする。
【0037】
図３の回路はインダクタＬ１に蓄えたエネルギーにより負荷２の電圧を充放電させ、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２により電圧を保持することで矩形波状の出力電圧を実現する。
【0038】
インダクタＬ１に蓄えるエネルギーの大きさ（電流ピーク値）は第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４のＯＮ時間によりコントロールすることができ、このエネルギーの大きさにより出力パルス電圧のｄｖ／ｄｔを制御する。第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４のＯＮ時間を負荷２やインダクタンスのばらつきに応じて調整しエネルギーの大きさ（電流ピーク値）に制御することで出力パルス電圧のｄｖ／ｄｔのばらつきをコントロールできる。
【0039】
次に、ソフトスイッチングが成り立つ条件に付いて述べる。図３の回路は下記条件が成り立つときソフトスイッチングが実現可能である。負荷２を静電容量Ｃの純粋なキャパシタと仮定すると負荷のエネルギー１／２Ｃｖｏ
２とインダクタンス値ＬのインダクタＬ１の持つエネルギー１／２Ｌｉｐｋ
２の関係式より導出できる。（１）式よりインダクタＬ１に流れる電流をｉｐｋ以上とすることでソフトスイッチングを実現することができる。
【0040】
【数1】
【0041】
なお、回路上のインダクタＬ１における等価直列抵抗成分、負荷２の抵抗成分におけるエネルギー消費も考慮すれば、（１）式における不等号は、等号の範囲より大きく差異がある方が好適である。
【0042】
ここで、負荷２への充電時間が十分短い場合、負荷電圧立ち上がり時の電流がピーク電流値となり、概ね（２）式、（３）式の関係がある。
【0043】
【数2】
【0044】
【数3】
【0045】
ｔＳＵ：インダクタ予備通流期間として、第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４を第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２より前に駆動する期間
ＲＬ：インダクタＬ１の等価的な直列抵抗成分。
ＲＬ：インダクタＬ１の等価的な直列抵抗成分。
【0046】
従って、負荷２の電流値を想定しながら、さらに、負荷２の立ち上がり／立ち下がりに求める時間ｔＣとの間で、概ね（４）式の関係もある。なお、（４）式はインダクタンス値Ｌが十分大きいことを前提とし、定電流源的であると仮定している。
【0047】
【数4】
【0048】
よって、本実施形態１に記載の発明を、より好適に実施するに際して、求められる関係式は（５）式～（７）式のようになる。すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１または第２スイッチング素子Ｓ２のＯＮの前に、立上時間／立下時間として設定する時間ｔｃの２倍以上の長さにおいて、第３スイッチング素子Ｓ３または第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮにしておく必要がある。
【0049】
【数5】
【0050】
【数6】
【0051】
【数7】
【0052】
また、インダクタＬ１のインダクタンス値Ｌは、上記関係式より特許文献１の場合、想定される静電容量Ｃに対して、時間ｔＣの目標値から定める。但し、時間ｔＣを調整することはできず、静電容量Ｃが想定より増減していた場合、それに引きずられる。
【0053】
他方、本実施形態１に記載の発明は、想定される静電容量Ｃの最小値Ｃｍｉｎ、時間ｔＣの目標最大値ｔＣ＋からインダクタンス値Ｌの下限が定まり、設定するインダクタンス予備通流期間ｔＳＵの最小値ｔＳＵ－、静電容量Ｃの最大値Ｃｍａｘからインダクタンス値Ｌの上限が定まる。すなわち、（８）式のようになる。
【0054】
【数8】
【0055】
ここで、インダクタンス予備通流期間ｔＳＵの最小値ｔＳＵ－は、２√（Ｃｍａｘ／Ｃｍｉｎ）ｔｃ＋よりも大きいことが必要であり、この場合は√（Ｃｍａｘ／Ｃｍｉｎ）＞１であるためｔＳＵ＞２ｔＣ＋＞２ｔＣも成立し、（７）式に沿う。そして、静電容量Ｃの変動があったとしても、時間ｔＣはインダクタンス予備通流期間ｔＳＵによって調整できる。
【0056】
なお、（８）式ではインダクタＬ１のインダクタンス値Ｌの上限、下限を示しているが、インダクタンス値Ｌの下限のみを示した（９）式の条件を満たすインダクタＬ１を選定してもよい。
【0057】
【数9】
【0058】
動作シーケンスは図４に示すように下記の（１）～（８）の８ステップに分けることができる。
【0059】
（１）負荷電圧の立上準備期間：第２スイッチング素子Ｓ２をオン状態のまま第３スイッチング素子Ｓ３をＯＮさせ、インダクタＬ１にエネルギーを蓄積する。この時、ｉＬ＞０である。
【0060】
（２）負荷電圧の立上期間：第３スイッチング素子Ｓ３をＯＮ状態のまま第２スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦし、インダクタＬ１のエネルギーにより第３スイッチング素子Ｓ３を通して電流を流し負荷電圧を立ち上げる。第２スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにする時、負荷電圧はゼロのため第２スイッチング素子Ｓ２はゼロ電圧スイッチングとなる。
【0061】
（３）電圧保持期間：第３スイッチング素子Ｓ３をＯＮ状態のまま第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮする。インダクタＬ１の第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点側は電圧Ｖｉｎとなり、インダクタＬ１の第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４の接続点側は電圧Ｖｉｎ／２となるため、インダクタＬ１にはＶｉｎ／２が印加され電流が低下する。
【0062】
（４）電圧保持期間：第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮ状態のまま第３スイッチング素子Ｓ３をＯＦＦする。この時インダクタＬ１の電流は０であるため第３スイッチング素子Ｓ３はゼロ電流スイッチングする。
【0063】
（５）負荷電圧の立下準備期間：第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮ状態のまま第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮさせ、インダクタＬ１に逆向きのエネルギーを蓄積する。この時、ｉＬ＜０である。
【0064】
（６）負荷電圧の立下期間：第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮ状態のまま第１スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦし、インダクタＬ１のエネルギーにより第４スイッチング素子Ｓ４を通して電流を流し負荷電圧を立ち下げる。
【0065】
（７）電圧保持期間：第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮ状態のまま第２スイッチング素子Ｓ２をＯＮする。インダクタＬ１の第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点側は電圧０となり、インダクタＬ１の第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４の接続点は電圧Ｖｉｎ／２となるため、インダクタＬ１にはＶｉｎ／２が印加され電流が低下する。
【0066】
（８）電圧保持期間：第２スイッチング素子Ｓ２をＯＮ状態のまま第４スイッチング素子Ｓ４をＯＦＦする。この時、インダクタＬ１の電流は０であるため第４スイッチング素子Ｓ４はゼロ電流スイッチングする。
【0067】
なお、図４では、ｉＬ１が最大となる点、最小となる点で傾きが不連続に変わっている（最大点、最小点が角になっている）が、負荷２の容量性を考慮した場合は傾きが連続的に変わる（最大点、最小点が丸くなる）。また、第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がＯＮとなっているとき、かつ、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の電位差が０のときに、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がスイッチングする。そのため、インダクタＬ１の電位差は第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２の存在などにより急変しない。従って、ＩＬ１の傾きに関しても境界部で不連続とならない。
【0068】
負荷電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり波形・立ち下がり波形については、図４のように直線状というよりは、厳密にはＳ字型の波形になるが、ｉｐｋが十分大きくなるよう設定されていれば、ほぼ直線となる。
【0069】
負荷電圧Ｖｏｕｔの立ち下がりの（６）の期間は、基本的に負荷２の容量性成分における充電エネルギーを放電する形になるのでロスによってエネルギーが減少する場合は早くなり、ロスがなければそのままとなる。そのため、負荷２の抵抗性成分よらず図４に示すように負荷電圧Ｖｏｕｔの（２）の期間と（６）の期間は概ね等しくなる。
【0070】
次に、ソフトスイッチングの動作例を図５に示す。図５では第１～第４スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４の電圧Ｖｄｓ＿ｓ１～Ｖｄｓ＿ｓ４を実線、電流ｉｄｓ＿ｓ１～ｉｄｓ＿ｓ４を破線にて示している。Ｖｏｕｔは負荷電圧である。
【0071】
第１スイッチング素子Ｓ１の動作例を図５（ａ）に示す。第１スイッチング素子Ｓ１は負荷２と直列に接続されているため印加される電圧は直流電源ＤＣの電圧Ｖｉｎから負荷電圧Ｖｏｕｔを差し引いた電圧が印加される。第１スイッチング素子Ｓ１がオンするタイミングは上記ステップの（２）と（３）が入れ替わる瞬間であり、負荷電圧ＶｏｕｔはＶｉｎまで上昇している。したがって、第１スイッチング素子Ｓ１がオンするタイミングでは第１スイッチング素子Ｓ１の印加電圧は０であり、負荷２の電圧変化速度はスイッチング素子の電流遮断速度よりも遅いためゼロ電圧スイッチングとなる。
【0072】
一方で第１スイッチング素子Ｓ１がオフするタイミングは上記ステップの（５）と（６）が入れ替わる瞬間であり、負荷電圧ＶｏｕｔはＶｉｎである。したがって、第１スイッチング素子Ｓ１がオフするタイミングでは第１スイッチング素子Ｓ１の印加電圧は０であり、負荷２の電圧変化速度はスイッチング素子の電流遮断速度よりも遅いためゼロ電圧スイッチングとなる。
【0073】
第２スイッチング素子Ｓ２の動作例を図５（ｂ）に示す。第２スイッチング素子Ｓ２は負荷２と並列に接続されているため印加される電圧は負荷電圧Ｖｏｕｔと同じ値が印加される。第２スイッチング素子Ｓ２がオフするタイミングは上記ステップの（１）と（２）が入れ替わる瞬間であり、負荷電圧は０である。したがって、第２スイッチング素子Ｓ２がオフするタイミングでは第２スイッチング素子Ｓ２の印加電圧は０であり、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【0074】
一方で、第２スイッチング素子Ｓ２がオンするタイミングは上記ステップの（６）と（７）が入れ替わる瞬間であり負荷電圧Ｖｏｕｔは０である。したがって、第２スイッチング素子Ｓ２がオンするタイミングでは第２スイッチング素子Ｓ２の印加電圧は０であり、ゼロ電圧スイッチングとなる。
【0075】
第３スイッチング素子Ｓ３の動作例を図５（ｃ）に示す。第３スイッチング素子Ｓ３は中性点（直流電源ＤＣの中間電位）に接続される素子であるためＶｉｎ／２が印加され、インダクタＬ１を通過する電流ＩＬ１の一部の電流（ＩＬ１＞０）が流れる。第３スイッチング素子Ｓ３がオンするタイミングは上記ステップの（８）と（１）が入れ替わる瞬間であり、インダクタＬ１を通過する電流ＩＬ１は０である。したがって、第３スイッチング素子Ｓ３がオンするタイミングでの電流は０であり、インダクタＬ１の電圧変化速度はスイッチング素子の電圧変化速度よりも遅いためゼロ電流スイッチングとなる。
【0076】
第３スイッチング素子Ｓ３がオフするタイミングは上記ステップの（３）と（４）が入れ替わる瞬間であり、インダクタＬ１を通過する電流ＩＬ１は０である。したがって、第３スイッチング素子Ｓ３がオフするタイミングでの電流は０であり、インダクタＬ１の電圧変化速度はスイッチング素子の電圧変化速度よりも遅いためゼロ電流スイッチングとなる。
【0077】
第４スイッチング素子Ｓ４の動作例を図５（ｄ）に示す。第４スイッチング素子Ｓ４は中性点（直流電源ＤＣの中間電位）に接続される素子であるためＶｉｎ／２が印加され、インダクタＬ１を通過する電流ＩＬ１の一部の電流（ＩＬ１＜０）が流れる。第４スイッチング素子Ｓ４がオンするタイミングは上記ステップの（４）と（５）が入れ替わる瞬間であり、インダクタＬ１を通過する電流ＩＬ１は０である。したがって、第４スイッチング素子Ｓ４がオンするタイミングでの電流は０であり、インダクタＬ１の電圧変化速度はスイッチング素子の電圧変化速度よりも遅いためゼロ電流スイッチングとなる。
【0078】
第４スイッチング素子Ｓ４がオフするタイミングは上記ステップの（７）と（８）が入れ替わる瞬間であり、インダクタＬ１を通過する電流ＩＬ１は０である。したがって、第４スイッチング素子Ｓ４がオフするタイミングでの電流は０であり、インダクタＬ１の電圧変化速度はスイッチング素子の電圧変化速度よりも遅いためゼロ電流スイッチングとなる。
【0079】
第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２の電圧は第１コンデンサＣ１，第２コンデンサＣ２の接続点（中性点）に流出入する電流の平均値により制御することができる。ソフトスイッチングが成り立つ条件においては中性点に流れる電流はすべてインダクタＬ１を流れるためインダクタＬ１の電流平均値を制御することで中性点電圧も制御可能となる。インダクタＬ１の電流平均値は（１）の期間と（５）の期間の割合を変更することで制御可能である。理論的には平均値を０に制御することで中性点電位の変動を０にすることができる。
【0080】
ｉＬが正負対称であれば中性点電位は変動しないが、負荷２が抵抗性成分を含む場合、充電する電流と放電する電流が必ずしも正負対称とならない。その場合、ＩＬ１を調整しなければならない。ＩＬ１が正の場合は中性点電位が下がり、ＩＬ１が負の場合は中性点電位が上がる。これにより、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２の電圧、すなわち、中性点電位を調整する。
【0081】
なお、第１スイッチング素子Ｓ１がＯＮ時の電流平均値は、負荷２へ供給される分、正の値を取る。さらに、中性点電位を上昇させる分、正の方向にシフトする。第２スイッチング素子Ｓ２がＯＮ時の電流平均値は、負荷２への供給がされないため、中性点電位を減少させる分として正の方向にシフトする分を除き０となる。
【0082】
以上のように動作させることで第１～第４スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４をソフトスイッチング動作しながら部品や負荷のばらつきの影響を受けずに一定のｄｖ／ｄｔで出力パルス電圧を出力することが可能になる。
【0083】
なお、本実施形態１における詳細説明は割愛するが、下記構成でも図３と同様の動作を実現可能である。なお、スイッチング素子、ダイオードの向きは図３と同様とする。
・第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４を第２、第３ダイオードＤ２、Ｄ３に置き換え、第２、第３ダイオードＤ２、Ｄ３を第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４に置き換えた構成。
・第１～第４ダイオードＤ１～Ｄ４を第５～第８スイッチング素子に置き換えた構成。
・第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４を第２、第３ダイオードＤ２、Ｄ３に置き換え、第２、第３ダイオードＤ２、Ｄ３を第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４に置き換えた構成。
・第１～第４ダイオードＤ１～Ｄ４を第５～第８スイッチング素子に置き換えた構成。
【0084】
以上示したように、本実施形態１によれば、ハードスイッチングを行わない。さらに各スイッチング素子のオンオフ期間の調整によって、負荷電圧の立ち上がり速度、立ち下がり速度の制御が可能である。よって、高効率かつ低ノイズで、負荷や部品のばらつきの影響を受けずに一定の立ち上がり速度、立ち下がり速度で出力パルスを生成できる。立ち上がり速度、立ち下がり速度を一定にすることは、電力変換器の出力電圧精度の向上につながる。
【0085】
［実施形態２］
図６に本実施形態２における電力変換器（出力パルス生成回路）の基本回路を示し、図７に電力変換器（出力パルス生成回路）の基本動作波形を示す。ここで負荷２は容量性であるものとする。図６では負荷２を模式的に示しているが、例えば抵抗性成分、容量性成分を含むＣＲ直列回路、ＣＲ並列回路である。図６の回路は直流電源ＤＣから負荷２に電力を供給し、負荷２の電力を直流電源ＤＣに戻す。
図６に本実施形態２における電力変換器（出力パルス生成回路）の基本回路を示し、図７に電力変換器（出力パルス生成回路）の基本動作波形を示す。ここで負荷２は容量性であるものとする。図６では負荷２を模式的に示しているが、例えば抵抗性成分、容量性成分を含むＣＲ直列回路、ＣＲ並列回路である。図６の回路は直流電源ＤＣから負荷２に電力を供給し、負荷２の電力を直流電源ＤＣに戻す。
【0086】
図６に示すように、直流電源ＤＣの正極と負極との間には第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２が直列接続される。また、直流電源ＤＣの正極と負極との間には第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２が直列接続される。第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点と直流電源ＤＣの負極との間には負荷２が接続される。すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１は直流電源ＤＣと負荷２との間に接続され、第２スイッチング素子Ｓ２は負荷２に対して並列に接続される。
【0087】
第１、第２スイッチング素子の接続点にはインダクタＬ１の一端が接続される。第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２の接続点とインダクタＬ１の他端との間には第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４が逆直列接続される。インダクタＬ１の他端には第１ダイオードＤ１のアノードが接続される。第１ダイオードＤ１のカソードは直流電源ＤＣの正極に接続される。インダクタＬ１の他端には第２ダイオードＤ２のカソードが接続される。第２ダイオードＤ２のアノードは直流電源ＤＣの負極に接続される。このように、インダクタＬ１の他端側の電圧が直流電源ＤＣの電圧Ｖｉｎの中間Ｖｉｎ／２になるように、第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２および第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４が接続される。
【0088】
直流電源ＤＣの電圧はＶｉｎ、第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２の電圧はＶｉｎ／２、インダクタＬ１に流れる電流はＩＬ１とする。
【0089】
図６の回路はインダクタＬ１に蓄えたエネルギーにより負荷２の電圧を充放電させ、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２により電圧を保持することで矩形波上の出力電圧を実現する。
【0090】
インダクタＬ１に蓄えるエネルギーの大きさは第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４のＯＮ時間によりコントロールすることができ、このエネルギーの大きさにより出力パルス電圧のｄｖ／ｄｔを制御する。
【0091】
第３、第４スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のＯＮ時間を負荷やインダクタンスのばらつきに応じて調整することでｄｖ／ｄｔのばらつきをコントロールできる。加えて、ターンオフ時においてもすべてのスイッチング素子がソフトスイッチングするため特許文献１よりも低損失且つ低ノイズ化を実現することができる。
【0092】
動作シーケンスは図７に示すように下記（１）～（８）の８ステップに分けることができる。
【0093】
（１）負荷電圧の立上準備期間：第２スイッチング素子Ｓ２をオン状態のまま、第３スイッチング素子Ｓ３をＯＮさせ、インダクタＬ１にエネルギーを蓄積する。この時、ｉＬ＞０である。
【0094】
（２）負荷電圧の立上期間：第３スイッチング素子Ｓ３はＯＮ状態のまま第２スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦし、インダクタＬ１のエネルギーにより第３スイッチング素子Ｓ３を通して電流を流し負荷電圧Ｖｏｕｔを立ち上げる。第２スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにするとき、負荷電圧Ｖｏｕｔはゼロのためゼロ電圧スイッチングとなる。
【0095】
（３）電圧保持期間：第３スイッチング素子Ｓ３をＯＮ状態のまま第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮする。インダクタＬ１の第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点は電圧Ｖｉｎとなり、インダクタＬ１の第４スイッチング素子Ｓ４側は電圧Ｖｉｎ／２となるため、インダクタＬ１にはＶｉｎ／２が印加され電流が低下する。
【0096】
（４）電圧保持期間：第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮ状態のまま第３スイッチング素子Ｓ３をＯＦＦする。インダクタＬ１の電流は０となるため第３スイッチング素子Ｓ３はゼロ電流スイッチングする。
【0097】
（５）負荷電圧の立下準備期間：第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮ状態のまま第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮし、インダクタＬ１に逆向きのエネルギーを蓄積する。この時、ｉＬ＜０である。
【0098】
（６）負荷電圧の立下期間：第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮ状態のまま第１スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦし、インダクタＬ１のエネルギーにより負荷電圧Ｖｏｕｔを立ち下げる。
【0099】
（７）電圧保持期間：第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮ状態のまま第２スイッチング素子Ｓ２をＯＮする。インダクタＬ１の第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点側は電圧０となり、インダクタＬ１の第４スイッチング素子Ｓ４側は電圧Ｖｉｎ／２となるため、インダクタＬ１にはＶｉｎ／２が印加され電流が低下する。
【0100】
（８）電圧保持期間：第２スイッチング素子Ｓ２をＯＮ状態のまま第４スイッチング素子Ｓ４をＯＦＦする。インダクタＬ１の電流は０となるため第４スイッチング素子Ｓ４はゼロ電流スイッチングする。
【0101】
ソフトスイッチング時の動作は図５と同一であるため説明は割愛する。第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２の電圧についても実施形態１と同様である。
【0102】
以上のように動作させることで各スイッチング素子をソフトスイッチング動作させながら部品や負荷のばらつきの影響を受けずに一定のｄｖ／ｄｔで出力パルス電圧を出力することが可能になる。すなわち、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【0103】
なお、本実施形態２における詳細説明は割愛するが、下記構成でも図６と同様の動作を実現可能である。スイッチング素子の向きは図６と同様である。
・第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２を第５、第６スイッチング素子に置き換えた構成。
・第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２を第５、第６スイッチング素子に置き換えた構成。
【0104】
［実施形態３］
図８に本実施形態３における電力変換器（出力パルス生成回路）の基本回路を示し、図９に電力変換器（出力パルス生成回路）の基本動作波形を示す。ここで負荷２は容量性であるものとする。図８では負荷２を模式的に示しているが、例えば抵抗性成分、容量性成分を含むＣＲ直列回路、ＣＲ並列回路である。図８の回路は直流電源ＤＣから負荷２に電力を供給し、負荷２の電力を直流電源ＤＣに戻す。
図８に本実施形態３における電力変換器（出力パルス生成回路）の基本回路を示し、図９に電力変換器（出力パルス生成回路）の基本動作波形を示す。ここで負荷２は容量性であるものとする。図８では負荷２を模式的に示しているが、例えば抵抗性成分、容量性成分を含むＣＲ直列回路、ＣＲ並列回路である。図８の回路は直流電源ＤＣから負荷２に電力を供給し、負荷２の電力を直流電源ＤＣに戻す。
【0105】
図８に示すように、直流電源ＤＣの正極と負極との間には第１コンデンサＣ１が接続される。また、直流電源ＤＣの正極と負極との間には第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２が直列接続される。第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点と直流電源ＤＣの負極との間には負荷２が接続される。すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１は直流電源ＤＣと負荷２との間に接続され、第２スイッチング素子Ｓ２は負荷２に対して並列に接続される。
【0106】
第１、第２スイッチング素子の接続点にはインダクタＬ１の一端が接続される。インダクタＬ１の他端には第３スイッチング素子Ｓ３の一端が接続される。第３スイッチング素子Ｓ３の他端には第１ダイオードＤ１のアノードが接続される。第１ダイオードＤ１のカソードは直流電源ＤＣの正極に接続される。
【0107】
インダクタＬ１の他端には第２ダイオードＤ２のカソードが接続される。第２ダイオードＤ２のアノードには第４スイッチング素子Ｓ４の一端が接続される。第４スイッチング素子Ｓ４の他端は直流電源ＤＣの負極に接続される。
【0108】
第１ダイオードＤ１と第３スイッチング素子Ｓ３の接続点と第２ダイオードＤ２と第４スイッチング素子Ｓ４の接続点との間には第２コンデンサ（フライングキャパシタ）Ｃ２が接続される。このように、インダクタＬ１の他端側の電圧が直流電源ＤＣの電圧Ｖｉｎの中間Ｖｉｎ／２となるように第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２および第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４が接続される。
【0109】
直流電源ＤＣの電圧はＶｉｎ、第１コンデンサＣ１の電圧はＶｉｎ、第２コンデンサ（フライングキャパシタ）Ｃ２の電圧はＶｉｎ／２、インダクタＬ１に流れる電流はＩＬ１とする。
【0110】
図８の回路はインダクタＬ１に蓄えたエネルギーにより負荷２の電圧を充放電させ、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２により電圧を保持することで矩形波上の出力電圧を実現する。
【0111】
インダクタＬ１に蓄えるエネルギーの大きさは第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４のＯＮ時間によりコントロールすることができ、このエネルギーの大きさにより出力パルス電圧のｄｖ／ｄｔを制御する。第３、第４スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４のＯＮ時間を負荷２やインダクタンスのばらつきに応じて調整することでｄｖ／ｄｔのばらつきをコントロールできる。
【0112】
加えて、ターンオフ時においてもすべてのスイッチング素子がソフトスイッチングするため特許文献１よりも低損失且つ低ノイズ化を実現することができる。
【0113】
動作シーケンスは図９に示すように下記（１）～（８）の８ステップに分けることができる。
【0114】
（１）負荷電圧の立上準備期間：第２スイッチング素子Ｓ２をオン状態のまま第３スイッチング素子Ｓ３をＯＮさせ、インダクタＬ１にエネルギーを蓄積する。この時、ｉＬ＞０である。
【0115】
（２）負荷電圧の立上期間：第３スイッチング素子Ｓ３をＯＮ状態のまま第２スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦし、インダクタＬ１のエネルギーにより第３スイッチング素子Ｓ３を通して電流を流し負荷電圧Ｖｏｕｔを立ち上げる。第２スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにするとき、負荷電圧Ｖｏｕｔはゼロのためゼロ電圧スイッチングとなる。
【0116】
（３）電圧保持期間：第３スイッチング素子Ｓ３はＯＮ状態のまま第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮする。インダクタＬ１の第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点側は電圧Ｖｉｎとなり、インダクタＬ１の第３スイッチング素子Ｓ３側はＶｉｎ／２となるため、インダクタＬ１にはＶｉｎ／２が印加され電流が低下する。
【0117】
（４）電圧保持期間：第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮ状態のまま第３スイッチング素子Ｓ３をＯＦＦする。インダクタＬ１の電流は０となるため第３スイッチング素子Ｓ３はゼロ電流スイッチングする。
【0118】
（５）負荷電圧の立下準備期間：第１スイッチング素子Ｓ１をＯＮ状態のまま第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮし、インダクタＬ１に逆向きのエネルギーを蓄積する。この時、ｉＬ＜０である。
【0119】
（６）負荷電圧の立下期間：第４スイッチング素子Ｓ４はＯＮ状態のまま第１スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦし、インダクタＬ１のエネルギーにより負荷電圧Ｖｏｕｔを立ち下げる。
【0120】
（７）電圧保持期間：第４スイッチング素子Ｓ４をＯＮ状態のまま第２スイッチング素子Ｓ２をＯＮする。インダクタＬ１の第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点側は電圧０となり、インダクタＬ１の第３スイッチング素子Ｓ３側は電圧Ｖｉｎ／２となるため、インダクタＬ１にはＶｉｎ／２が印加され電流が低下する。
【0121】
（８）電圧保持期間：第２スイッチング素子Ｓ２はＯＮ状態のまま第４スイッチング素子Ｓ４をＯＦＦする。第４スイッチング素子Ｓ４をＯＦＦにするとき、インダクタＬ１の電流は０となるため第４スイッチング素子Ｓ４はゼロ電流スイッチングする。
【0122】
ソフトスイッチング時の動作は図５と同一であるため割愛する。
【0123】
第２コンデンサ（フライングキャパシタ）Ｃ２の電圧はインダクタＬ１の電流平均値により制御することができる。インダクタＬ１の電流平均値については実施形態１、２と同様である。
【0124】
以上のように動作させることで各スイッチング素子をソフトスイッチング動作させながら部品や負荷のばらつきの影響を受けずに一定のｄｖ／ｄｔで出力パルス電圧を出力することが可能になる。すなわち、実施形態１、２と同様の作用効果を奏する。
【0125】
なお、本実施形態３における詳細説明は割愛するが、下記構成でも図８と同様の動作を実現可能である。ダイオード、スイッチング素子の向きは図８と同様とする。
・第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４を第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２に置き換え、第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２を第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４に置き換えた構成。
・第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２を第５、第６スイッチング素子に置き換えた構成。
・第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４を第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２に置き換え、第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２を第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４に置き換えた構成。
・第１、第２ダイオードＤ１、Ｄ２を第５、第６スイッチング素子に置き換えた構成。
【0126】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【0127】
ＤＣ…直流電源
Ｃ１、Ｃ２…第１、第２コンデンサ
Ｓ１～Ｓ４…第１～第４スイッチング素子
Ｄ１～Ｄ４…第１～第４ダイオード
Ｌ１…インダクタ
２…負荷
Ｃ１、Ｃ２…第１、第２コンデンサ
Ｓ１～Ｓ４…第１～第４スイッチング素子
Ｄ１～Ｄ４…第１～第４ダイオード
Ｌ１…インダクタ
２…負荷
【要約】
【課題】ソフトスイッチングを行うことにより高効率かつ低ノイズ化が容易な電力変換器を提供し、かつ、負荷や部品のばらつきの影響を受けずに一定の立ち上がり速度、立ち下がり速度で出力パルス電圧の生成を実現する
【解決手段】直流電源ＤＣと負荷２との間に第１スイッチング素子Ｓ１が接続される。第２スイッチング素子Ｓ２は負荷２に対して並列接続される。第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点にインダクタＬ１の一端が接続される。コンデンサおよび第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４は、インダクタＬ１の他端側の電圧が直流電源ＤＣの電圧Ｖｉｎの中間Ｖｉｎ／２となるように接続される。そして、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の導通前からインダクタＬ１に予備的に電流を通流させる。
【選択図】図３
【解決手段】直流電源ＤＣと負荷２との間に第１スイッチング素子Ｓ１が接続される。第２スイッチング素子Ｓ２は負荷２に対して並列接続される。第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の接続点にインダクタＬ１の一端が接続される。コンデンサおよび第３、第４スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４は、インダクタＬ１の他端側の電圧が直流電源ＤＣの電圧Ｖｉｎの中間Ｖｉｎ／２となるように接続される。そして、第１、第２スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の導通前からインダクタＬ１に予備的に電流を通流させる。
【選択図】図３
【図1】
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【図3】
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【図8】
【図9】