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公開番号2025105602
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2025029819,2023222229
出願日2025-02-27,2023-12-28
発明の名称電力変換器
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 9/04 20060101AFI20250703BHJP(電力の発電,変換,配電)
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
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、
前記直流電源の正極と負極との間に接続された第１コンデンサと、
前記インダクタの他端に一端が接続された第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、
前記第１、第２コンデンサおよび前記第３、第４スイッチング素子は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、
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電力変換器。
続きを表示（約 2,300 文字）【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、
前記直流電源の正極と負極との間に接続された第１コンデンサと、
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、
前記第１、第２コンデンサおよび前記第３、第４スイッチング素子は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、
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電力変換器。
【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、
前記直流電源の正極と負極との間に接続された第１コンデンサと、
前記インダクタの他端に一端が接続された第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、
前記第１、第２コンデンサおよび前記第３、第４スイッチング素子は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、
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電力変換器。
【請求項４】
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請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。
TIFF
2025105602000015.tif
50
166
Ｌ：インダクタのインダクタンス値
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５】
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請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。
TIFF
2025105602000016.tif
50
166
Ｔ
ＳＵ
：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
Ｒ
Ｌ
：インダクタの等価的な直列抵抗成分
【請求項６】
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。
TIFF
2025105602000017.tif
50
166
ｔ
ｃ
：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
Ｔ
ＳＵ
：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
【請求項７】
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請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換器。
TIFF
2025105602000018.tif
50
166
Ｔ
ＳＵ
：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
ｔ
ｃ
：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。
続きを表示（約 2,100 文字）【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】
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。
【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】以降は省略されています）

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