WO2022202206A1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置（１）は、交流電圧を直流電圧に変換するものである。電力変換装置（１）は、トランス（１８）と、第１キャパシタ（１７）と、一次側回路（１０）と、整流平滑回路（２０）と、制御部（５０）と、を備えている。一次側回路（１０）は、両アームスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２）を含むブリッジ回路（１４）を有し、第１キャパシタ（１７）を介して、トランス（１８）の一次巻線（Ｗ１）と接続される。整流平滑回路（２０）は、二次側ダイオード（２２）及び出力キャパシタ（２３）を含む。ここで、一次側回路（１０）は、バッファキャパシタ（Ｃｃ）及びバッファスイッチング素子（Ｑ３）を有するバッファ回路（４０）を含み、制御部（５０）は、各スイッチング素子（Ｑ１～Ｑ３）のスイッチングを制御する。

Description

電力変換装置

　本開示は、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。

　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、１次側の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る。その交流電圧は、トランスにより絶縁された状態でトランスの２次側に伝達され、再度２次側の整流回路で直流に変換される。

　特許文献１に記載の電力変換装置は、２つの整流回路と１つのインバータ回路との合計３つのフルブリッジ回路を用いるため、能動素子の数が１２個になっていた。ここで、能動素子とは、スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）と整流素子（例えば、ダイオード）の総称である。

　より少ない能動素子で、入力・出力間の絶縁と、交流電圧から直流電圧への変換とを実現する回路として、例えば、特許文献２の図２３に記載のスイッチング電源装置が知られている。特許文献２の図２３に記載のスイッチング電源装置は、２個のスイッチング素子と２個の整流素子とからなるブリッジ回路に、インダクタを介して交流電圧が印加され、当該ブリッジ回路で力率制御をしたのち、キャパシタ及びトランスを介して、電力がトランスの２次側に伝達される。トランスの２次側回路では、キャパシタを介して伝達された電力が、整流回路により直流電圧に変換され、出力される。特許文献２の図２３に記載のスイッチング電源装置は、７個の能動素子で構成されている。

特開２０１９－４１４２８号公報 米国特許出願公開２０１５／０２６３６０５号明細書

　特許文献２の図２３に記載のスイッチング電源装置では、ブリッジ回路を構成する２つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が同時に導通状態、または非導通状態となる。スイッチング素子Ｓａは、特許文献の図１０Ａに示されるように、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が導通状態のときには非導通状態に、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が非導通状態のときには導通状態になるように制御される。このため、特許文献２の図２３に記載のスイッチング電源装置では、制御パラメータが、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のデューティーの一つだけである。

　上記課題に鑑みなされた電力変換装置は、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ものであって、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おり、前記電力変換装置は、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、及び前記バッファスイッチング素子のスイッチングを制御するように構成された制御部を備え、前記制御部は、前記両アームスイッチング素子のいずれか一方が導通状態になることにより前記交流電源が前記第１インダクタを介して短絡され、且つ前記両アームスイッチング素子の他方が非導通状態となり、且つ前記バッファスイッチング素子が導通状態となるパターンを含むスイッチングパターンを順次切り替えるように、スイッチングを制御する。

　かかる構成によれば、各スイッチング素子のスイッチングを制御することにより、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。

　更に、スイッチングパターンとして特定パターンが含まれることにより、制御パラメータを、上アームスイッチング素子または下アームスイッチング素子のデューティーと、バッファスイッチング素子のデューティーの２つにすることができる。制御パラメータが２つになることにより、例えば、力率制御および出力電圧制御の性能を保ちながら、出力電圧のリプルを低減できるようになる。

　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。

　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。

　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第１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第２端とが接続され、前記第２インダクタの第１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前記第１端に接続され、前記第２インダクタの第２端が、前記出力キャパシタの前記第２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うち少なくとも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てもよい。

　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第１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第２端とが接続され、前記二次側整流素子の第１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前記第１端に接続され、前記二次側整流素子の第２端が、前記出力キャパシタの前記第２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うち少なくとも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てもよい。

　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第１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第２端とが接続され、前記第１二次側整流素子の第１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前記１端に接続され、前記第１二次側整流素子の第２端が、前記二次巻線の第１端に接続され、前記第２二次側整流素子の第１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第２端が、前記二次巻線の第２端に接続され、前記出力キャパシタの前記第２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てもよい。

　上記電力変換装置において、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、前記制御部は当該スイッチング素子のスイッチングを制御するものであり、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してもよい。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、前記制御部は当該スイッチング素子のスイッチングを制御するものであり、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してもよい。かかる構成によれば、出力電圧を所望の値に制御できる。

　本開示によれば、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。また、電力変換装置の制御パラメータを２つにすることができる。

第１状態の電力変換装置１を示す回路図。 第２状態の電力変換装置１を示す回路図。 第３状態の電力変換装置１を示す回路図。 第４状態の電力変換装置１を示す回路図。 第５－１状態の電力変換装置１を示す回路図。 第５－２状態の電力変換装置１を示す回路図。 第６状態の電力変換装置１を示す回路図。 第７－１状態の電力変換装置１を示す回路図。 第７－２状態の電力変換装置１を示す回路図。 第８状態の電力変換装置１を示す回路図。 第９状態の電力変換装置１を示す回路図。 １周期中の各スイッチング素子の状態と各電流の変化を模式的に示すグラフ。 別例の電力変換装置２を示す回路図。 別例の電力変換装置３を示す回路図。 別例の電力変換装置４を示す回路図。 別例の電力変換装置５を示す回路図。 別例の電力変換装置６を示す回路図。

　以下、本開示を具体化した一実施形態を説明する。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。

　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Ｑ１と、下アームスイッチング素子Ｑ２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。

　交流電源Ｖ１と一次側回路１０とは、電気的に接続される。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によって接続される。これにより、入力端ｔ２１，ｔ２２に交流電圧が入力される。

　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。

　上アームスイッチング素子Ｑ１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Ｑ２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Ｑ１の第２端ｔ３２と、下アームスイッチング素子Ｑ２の第１端ｔ４１とを接続する。上アームスイッチング素子Ｑ１及び下アームスイッチング素子Ｑ２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。両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２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Ｑ１及び下アームスイッチング素子Ｑ２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。

　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、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点（つまり、第１接続線ＣＬ１上の点）と、両アームダイオード１２，１３の接続点（つまり、第２接続線ＣＬ２上の点）とが、一対の入力端ｔ２１，ｔ２２及び第１インダクタ１１を介して接続されている。

　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Ｑ１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Ｑ２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Ｑ１と下アームスイッチング素子Ｑ２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。

　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Ｑ１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Ｑ１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Ｑ２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。

　［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、即ち第１端」の一例であり、第２端ｔ８２は、「出力キャパシタの他端、即ち第２端」の一例である。

　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。

　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。第１出力線ＯＬ１は第１出力端ｔ９１に接続されている。このため、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１は第１出力端ｔ９１に接続されているといえる。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。第２出力線ＯＬ２は第２出力端ｔ９２に接続されている。このため、出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２は第２出力端ｔ９２に接続されているといえる。

　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、即ち第１端」の一例であり、第２端ｔ７２は、「第２インダクタの他端、
即ち第２端」の一例である。

　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。

　［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。

　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Ｑ１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Ｑ２の第２端ｔ４２の接続点とが、接続されている。

　［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。

　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両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びバッファスイッチング素子Ｑ３をＯＮ／ＯＦＦさせる。

　電力変換装置１は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３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。

　ここで、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３の導通状態（ＯＮ状態）または非導通状態（ＯＦＦ状態）の組み合わせをスイッチングパターンという。本実施形態では、スイッチングパターンとして、第１パターンＰ１、第２パターンＰ２、第３パターンＰ３、第４パターンＰ４、第５パターンＰ５、第６パターンＰ６が設定されている。制御部５０は、スイッチングパターンを、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５→Ｐ６→Ｐ１の順に切り替える動作を１単位として、その単位動作を所定の周期で繰り返し実行するスイッチングの制御を行う。

　第１パターンＰ１は、バッファスイッチング素子Ｑ３が非導通状態であり、上アームスイッチング素子Ｑ１及び下アームスイッチング素子Ｑ２が導通状態であるスイッチングパターンである。

　第２パターンＰ２は、上アームスイッチング素子Ｑ１及びバッファスイッチング素子Ｑ３が非導通状態であり、下アームスイッチング素子Ｑ２が導通状態であるスイッチングパターンである。

　第３パターンＰ３は、上アームスイッチング素子Ｑ１が非導通状態であり、下アームスイッチング素子Ｑ２及びバッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態であるスイッチングパターンである。本実施形態では、第３パターンＰ３が「特定パターン」に対応する。

　第４パターンＰ４は、上アームスイッチング素子Ｑ１及び下アームスイッチング素子Ｑ２が非導通状態であり、バッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態であるスイッチングパターンである。本実施形態では、第４パターンＰ４が「デッドタイムパターン」に対応する。

　第５パターンＰ５は、下アームスイッチング素子Ｑ２が非導通状態であり、上アームスイッチング素子Ｑ１及びバッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態であるスイッチングパターンである。

　第６パターンＰ６は、下アームスイッチング素子Ｑ２及びバッファスイッチング素子Ｑ３が非導通状態であり、上アームスイッチング素子Ｑ１が導通状態であるスイッチングパターンである。

　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。なお、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を「交流電位が正の状態」とする。そして、第１端ｔ１１の電位が第２端ｔ１２の電位よりも低い状態を「交流電位が負の状態」とする。なお、交流電位が正の状態とは、交流電源Ｖ１から入力される交流電圧が正極性である場合であり、交流電位が負の状態とは、交流電源Ｖ１から入力される交流電圧が負極性である場合ともいえる。

　交流電位が負の状態の動作は、極性が反転することに対応させて両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作が入れ替わり且つ下アームダイオード１３ではなく上アームダイオード１２に電流が流れる点を除き、交流電位が正の状態と同様である。したがって、以下では、交流電位が正の状態について説明し、交流電位が負の状態については説明を省略する。

　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、電力変換装置１は定常状態にあるものとする。すなわち、各キャパシタ１７，１９，２３はそれぞれの電圧で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にはそれぞれの電流が流れているものとする。また、一次側回路１０、第１キャパシタ１７及び一次巻線Ｗ１を電力変換装置１の一次側ともいい、二次巻線Ｗ２、第２キャパシタ１９及び整流平滑回路２０を電力変換装置１の二次側ともいう。

　制御部５０は、交流電位が正の状態である状況においてスイッチングパターンを第１パターンＰ１から各パターンＰ２～Ｐ６を介して第１パターンＰ１に切り替えるスイッチングの制御を繰り返し実行する。これにより、電力変換装置１の状態は、第１状態Φ１から第９状態Φ９まで遷移する。以下、各状態の詳細について説明する。

　［第１状態Φ１］
　図１に示す第１状態Φ１は、制御部５０がスイッチングパターンを第１パターンＰ１に制御した状態である。図１に示すように、第１状態Φ１において、電力変換装置１の一次側には、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。

　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Ｑ２のドレイン－ソース間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Φ１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。

　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Ｑ１のドレイン－ソース間、下アームスイッチング素子Ｑ２のドレイン－ソース間及び一次巻線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。

　第１状態Φ１において、電力変換装置１の二次側には、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。電流経路ｒｂ１は、トランス１８の二次巻線Ｗ２の両端に生じた電圧によって生じる電流経路である。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。

　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Φ１において、二次側ダイオード２２は導通状態にはない。

　［第２状態Φ２］
　図２に示す第２状態Φ２は、制御部５０がスイッチングパターンを第２パターンＰ２に制御した状態である。図２に示すように、第２状態Φ２において、電力変換装置１の一次側には、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る電流経路ｒａ３とに電流が流れる。

　電流経路ｒａ３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Φ２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Φ２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。

　第２状態Φ２において、電力変換装置１の二次側には、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、電流経路ｒｂ４と、に電流が流れる。

　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の漏れインダクタンスＲｗ２までの経路である。第２状態Φ２において、一次巻線Ｗ１を流れる電流が減少するに伴い、二次巻線Ｗ２に流れる電流は減少する。

　電流経路ｒｂ４は、第２インダクタ２１から負荷への第１経路と、出力キャパシタ２３からの負荷への第２経路とを含む。電流経路ｒｂ４の第１経路は、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。これにより、二次側ダイオード２２に電流が流れ始め、増加する。すなわち、交流電圧が正極性で、かつ、上アームスイッチング素子Ｑ１が非導通状態で下アームスイッチング素子Ｑ２が導通状態であるとき、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ｒｂ４の第２経路は、出力キャパシタ２３から第１経路に合流しており、出力キャパシタ２３の放電電流が負荷に向けて流れる。

　［第３状態Φ３］
　図３に示す第３状態Φ３は、制御部５０がスイッチングパターンを第３パターンＰ３に制御した状態である。図３に示すように、第３状態Φ３において、電力変換装置１の一次側には、電流経路ｒａ１と、電流経路ｒａ３′とに電流が流れる。電流経路ｒａ３′は、第２状態Φ２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が、第３状態Φ３では、バッファスイッチング素子Ｑ３のドレイン－ソース間経由に替わったものである。これにより、電流経路ｒａ３と比較して、電流経路ｒａ３′の抵抗を小さくすることができる。なお、第３状態Φ３においても、電流経路ｒａ１に流れる電流は増加を継続し、一次巻線Ｗ１を流れる電流は減少を継続する。第３状態Φ３でも、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。

　第３状態Φ３において、第２状態Φ２と同様に、電力変換装置１の二次側には電流経路ｒｂ３，ｒｂ４に電流が流れる。この場合、二次巻線Ｗ２に流れる電流は減少を継続し、二次側ダイオード２２に流れる電流は増加を継続する。

　ここで、第２状態Φ２の期間（換言すればスイッチングパターンが第２パターンＰ２である期間）は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３が同時に導通状態となることによってバッファキャパシタＣｃが短絡することを抑制するためのデッドタイム期間である。このため、第２状態Φ２の期間は、下アームスイッチング素子Ｑ２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。換言すれば、第１状態Φ１（第１パターンＰ１）から第３状態Φ３（第３パターンＰ３）への遷移期間中に、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３がすべて導通状態となり、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Φ２である期間は、第１状態Φ１の期間または第３状態Φ３の期間よりも短い期間であってもよい。

　［第４状態Φ４］
　図４に示す第４状態Φ４は、制御部５０が第３状態Φ３に遷移してから所定の時間が経過した状態である。図４に示すように、第４状態Φ４において、電力変換装置１の一次側には、電流経路ｒａ１と、電流経路ｒａ４とに電流が流れる。

　電流経路ｒａ４は、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ１から、バッファスイッチング素子Ｑ３、第１キャパシタ１７及び一次巻線Ｗ１を経由した、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ２までの経路である。一次巻線Ｗ１に流れる電流が減少し、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１に蓄積されていたエネルギーがなくなることによって、電流経路ｒａ４にバッファキャパシタＣｃの放電に伴う電流が流れる。これにより、一次巻線Ｗ１に流れる電流の向きが変わるとともに、当該電流が増加する。第４状態Φ４においても、一次巻線Ｗ１には、バッファキャパシタＣｃの両端電圧が印加されている。

　第４状態Φ４において、電力変換装置１の二次側には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒｂ５は、２つの経路を含む。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。もう一つは、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。

　第４状態Φ４において、二次側ダイオード２２には、二次巻線Ｗ２に流れる電流と第２インダクタ２１に流れる電流との合計の電流が流れる。第４状態Φ４において、第２インダクタ２１に流れる電流はほぼ一定である一方、二次巻線Ｗ２に流れる電流は増加する。このため、第４状態Φ４において二次側ダイオード２２に流れる電流は増加する。また、第４状態Φ４において、二次側ダイオード２２を流れる電流の一部は、出力キャパシタ２３に流れる。これにより、出力キャパシタ２３の充電が行われる。

　［第５状態Φ５］
　図５及び図６に示す第５状態Φ５は、制御部５０がスイッチングパターンを第４パターンＰ４に制御した状態である。第５状態Φ５は、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との大小関係に応じて、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に流れる電流の向きが異なる。このため、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の第５状態Φ５を、第５－１状態Φ５（１）とする。そして、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の第５状態Φ５を、第５－２状態Φ５（２）とする。

　ちなみに、第５状態Φ５へ遷移する時点における第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との大小関係は変動し得る。このため、第４状態Φ４から第５－１状態Φ５（１）に遷移する場合もあるし、第４状態Φ４から第５－２状態Φ５（２）に遷移する場合もある。また、第５－１状態Φ５（１）から第５－２状態Φ５（２）に遷移し、その後第６状態Φ６に遷移する場合もあり得る。

　［第５－１状態Φ５（１）］
　図５に示すように、第５－１状態Φ５（１）において、電力変換装置１の一次側には、電流経路ｒａ５－１に電流が流れる。

　電流経路ｒａ５－１は、第１経路及び第２経路を含む。第１経路は、第１インダクタ１１から、上アームスイッチング素子Ｑ１のボディダイオード、第１キャパシタ１７、一次巻線Ｗ１、下アームダイオード１３、第２入力端ｔ２２、交流電源Ｖ１、第１入力端ｔ２１を経由した、第１インダクタ１１までの経路である。

　第２経路は、第１インダクタ１１から、上アームスイッチング素子Ｑ１のボディダイオード、バッファスイッチング素子Ｑ３、バッファキャパシタＣｃ、下アームダイオード１３、第２入力端ｔ２２、交流電源Ｖ１、第１入力端ｔ２１を経由した、第１インダクタ１１までの経路である。第２経路には、第１インダクタ１１を流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分δＩが流れる。これにより、バッファキャパシタＣｃは充電される。

　第４状態Φ４から第５－１状態Φ５（１）に遷移すると、第１インダクタ１１に印加される電圧の向きが逆になるため、第１インダクタ１１に流れる電流は減少し始める。一方、一次巻線Ｗ１には、バッファキャパシタＣｃの両端電圧が印加され続けるため、一次巻線Ｗ１に流れる電流は増加を継続する。

　第５－１状態Φ５（１）において、電力変換装置１の二次側には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒｂ５は既に説明したとおりである。また、第５－１状態Φ５（１）において、二次巻線Ｗ２に流れる電流は増加を継続するため、二次側ダイオード２２に流れる電流は増加を継続する。

　［第５－２状態Φ５（２）］
　図６に示すように、第５－２状態Φ５（２）において、電力変換装置１の一次側には、電流経路ｒａ５－２に電流が流れる。電流経路ｒａ５－２は、第１経路及び第２経路を含む。電流経路ｒａ５－２の第１経路は、電流経路ｒａ５－１の第１経路と同じである。電流経路ｒａ５－２の第２経路は、バッファキャパシタＣｃから、バッファスイッチング素子Ｑ３、第１キャパシタ１７、一次巻線Ｗ１を経由して、バッファキャパシタＣｃにもどる経路である。バッファキャパシタＣｃが放電することにより、第２経路には、第１インダクタ１１を流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分δＩが流れる。

　ここで、第４状態Φ４から第５－２状態Φ５（２）に遷移した場合、第１インダクタ１１に印加される電圧の向きが逆になるため、第１インダクタ１１に流れる電流は減少し始める。一方、一次巻線Ｗ１には、バッファキャパシタＣｃの両端電圧が印加され続けるため、一次巻線Ｗ１に流れる電流は増加を継続する。また、第５－１状態Φ５（１）から第５－２状態Φ５（２）に遷移した場合、第１インダクタ１１に流れる電流は減少を継続し、一次巻線Ｗ１に流れる電流は増加を継続する。

　第５－２状態Φ５（２）において、電力変換装置１の二次側には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒｂ５は既に説明したとおりである。第５－２状態Φ５（２）において、二次巻線Ｗ２に流れる電流は増加を継続するため、二次側ダイオード２２に流れる電流は増加を継続する。

　［第６状態Φ６］
　図７に示す第６状態Φ６は、制御部５０がスイッチングパターンを第５パターンＰ５に制御した状態である。図７に示すように、第６状態Φ６において、電力変換装置１の一次側には、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との大小関係に応じて、電流経路ｒａ５－１′または電流経路ｒａ５－２′に電流が流れる。

　電流経路ｒａ５－１′は、電流経路ｒａ５－１において上アームスイッチング素子Ｑ１のボディダイオードを経由していたものが、上アームスイッチング素子Ｑ１のドレイン－ソース間経由に替わったものである。これにより、電流経路ｒａ５－１と比較して、電流経路ｒａ５－１′の抵抗を小さくすることができる。

　同様に、電流経路ｒａ５－２′は、電流経路ｒａ５－２において上アームスイッチング素子Ｑ１のボディダイオードを経由していたものが、上アームスイッチング素子Ｑ１のドレイン－ソース間経由に替わったものである。これにより、電流経路ｒａ５－２と比較して、電流経路ｒａ５－２′の抵抗を小さくすることができる。

　第６状態Φ６において、電力変換装置１の二次側には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒｂ５は既に説明したとおりである。また、第６状態Φ６において、二次巻線Ｗ２に流れる電流は増加を継続するため、二次側ダイオード２２に流れる電流は増加を継続する。

　ここで、第５状態Φ５の期間（換言すればスイッチングパターンが第４パターンＰ４である期間）は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３が同時に導通状態となりバッファキャパシタＣｃが短絡することを抑制するためのデッドタイム期間である。このため、第５状態Φ５の期間は、下アームスイッチング素子Ｑ２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。換言すれば、第４状態Φ４（第３パターンＰ３）から第６状態Φ６（第５パターンＰ５）への遷移期間中に、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３がすべて導通状態とならなければ、第５状態Φ５の期間は、第４状態Φ４の期間または第６状態Φ６の期間よりも短くてもよい。

　［第７状態Φ７］
　図８及び図９に示す第７状態Φ７は、制御部５０がスイッチングパターンを第６パターンＰ６に制御した状態である。第７状態Φ７は、第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との大小関係に応じて、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に流れる電流の向きが異なる。このため、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の第７状態Φ７を第７－１状態Φ７（１）とし、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の第７状態Φ７を第７－２状態Φ７（２）とする。

　ちなみに、第７状態Φ７へ遷移する時点における第１インダクタ１１に流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との大小関係は変動し得る。このため、第６状態Φ６から第７－１状態Φ７（１）に遷移する場合もあるし、第６状態Φ６から第７－２状態Φ７（２）に遷移する場合もある。また、第７－１状態Φ７（１）から第７－２状態Φ７（２）に遷移し、その後第８状態Φ８に遷移する場合もあり得る。

　［第７－１状態Φ７（１）］
　図８に示すように、第７－１状態Φ７（１）において、電力変換装置１の一次側には電流経路ｒａ６に電流が流れる。

　電流経路ｒａ６は、第１経路及び第２経路を含む。電流経路ｒａ６の第１経路は、第１インダクタ１１から、上アームスイッチング素子Ｑ１のドレイン－ソース間、第１キャパシタ１７、一次巻線Ｗ１、下アームダイオード１３、第２入力端ｔ２２、交流電源Ｖ１、第１入力端ｔ２１を経由した、第１インダクタ１１までの経路である。

　電流経路ｒａ６の第２経路は、第１インダクタ１１から、上アームスイッチング素子Ｑ１のドレイン－ソース間、バッファスイッチング素子Ｑ３のドレイン－ソース間、バッファキャパシタＣｃ、下アームダイオード１３、第２入力端ｔ２２、交流電源Ｖ１、第１入力端ｔ２１を経由した、第１インダクタ１１までの経路である。電流経路ｒａ６の第２経路には、第１インダクタ１１を流れる電流と一次巻線Ｗ１に流れる電流との差分δＩが流れる。これにより、バッファキャパシタＣｃは充電される。

　第７－１状態Φ７（１）において、電力変換装置１の二次側には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒｂ５は既に説明したとおりである。また、第７－１状態Φ７（１）において、二次巻線Ｗ２に流れる電流は増加を継続するため、二次側ダイオード２２に流れる電流は増加を継続する。

　［第７－２状態Φ７（２）］
　図９に示すように、スイッチングパターンが第６パターンＰ６であって第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第７－２状態Φ７（２）では、電力変換装置１の一次側には電流経路ｒａ７に電流が流れる。

　電流経路ｒａ７は、第１インダクタ１１から、上アームスイッチング素子Ｑ１のドレイン－ソース間、第１キャパシタ１７、一次巻線Ｗ１、下アームダイオード１３、第２入力端ｔ２２、交流電源Ｖ１、第１入力端ｔ２１を経由した、第１インダクタ１１までの経路である。

　また、第７－２状態Φ７（２）では、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δＩが下アームスイッチング素子Ｑ２のボディダイオードを通って、上アームスイッチング素子Ｑ１のドレイン－ソース間、第１キャパシタ１７及び一次巻線Ｗ１に流れる。第６状態Φ６または第７－１状態Φ７（１）から第７－２状態Φ７（２）に遷移することに伴い、一次巻線Ｗ１に印加される電圧の向きが逆になる。これにより、一次巻線Ｗ１に流れる電流は減少に転じる。

　第７－２状態Φ７（２）において、電力変換装置１の二次側には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒｂ５は既に説明したとおりである。ただし、第７－２状態Φ７（２）において、一次巻線Ｗ１に流れる電流が減少に転じることに伴い二次巻線Ｗ２に流れる電流は減少し始める。したがって、二次側ダイオード２２に流れる電流は減少し始める。

　［第８状態Φ８］
　図１０に示す第８状態Φ８は、制御部５０がスイッチングパターンを第６パターンＰ６に制御してから所定の時間が経過した状態である。第８状態Φ８は、第１インダクタ１１に流れる電流と、一次巻線Ｗ１に流れる電流とが一致した状態である。

　図１０に示すように、第８状態Φ８において、電力変換装置１の一次側には、電流経路ｒａ７に電流が流れる。この場合、第１インダクタ１１に流れる電流がすべて一次巻線Ｗ１に流れる。このため、第７－２状態Φ７（２）において下アームスイッチング素子Ｑ２のボディダイオードを流れていた差分δＩは、第８状態Φ８では存在しない。また、第８状態Φ８では、一次巻線Ｗ１に電圧が印加されない。これにより、一次巻線Ｗ１に流れる電流は一定となる。

　第８状態Φ８において、電力変換装置１の二次側には、電流経路ｒｂ５に電流が流れる。電流経路ｒｂ５は既に説明したとおりである。第８状態Φ８において、一次巻線Ｗ１に流れる電流が一定であるため、二次巻線Ｗ２に流れる電流は一定となる。したがって、二次側ダイオード２２に流れる電流は一定となる。

　ここで、第７状態Φ７及び第８状態Φ８の期間（換言すればスイッチングパターンが第６パターンＰ６である期間）は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３が同時に導通状態となりバッファキャパシタＣｃが短絡することを抑制するためのデッドタイム期間である。このため、第７状態Φ７及び第８状態Φ８の期間は、バッファスイッチング素子Ｑ３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。換言すれば、第６状態Φ６から第９状態Φ９への遷移期間中に、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３がすべて導通状態とならなければ、第７状態Φ７及び第８状態Φ８を合わせた期間は、第６状態Φ６または第９状態Φ９の期間よりも短くてもよい。

　［第９状態Φ９］
　図１１に示す第９状態Φ９は、制御部５０がスイッチングパターンを第６パターンＰ６から第１パターンＰ１に切り替えた直後の状態である。

　図１１に示すように、第９状態Φ９において、電力変換装置１の一次側には、電流経路ｒａ８に電流が流れる。電流経路ｒａ８は、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１から、一次巻線Ｗ１、下アームダイオード１３、第２入力端ｔ２２、交流電源Ｖ１、第１入力端ｔ２１、第１インダクタ１１、上アームスイッチング素子Ｑ１のドレイン－ソース間、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９状態Φ９において、第１インダクタ１１に流れる電流は増加する一方、一次巻線Ｗ１に流れる電流は減少する。また、電力変換装置１の一次側には、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δＩが下アームスイッチング素子Ｑ２に流れる。

　第９状態Φ９において、電力変換装置１の二次側には、電流経路ｒｂ６に電流が流れる。電流経路ｒｂ６は、２つの経路を含む。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、第２出力端ｔ９２及び二次巻線Ｗ２を経由した、漏れインダクタンスＲｗ２までの経路である。もう一つは、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、第２出力端ｔ９２及び二次巻線Ｗ２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。

　第９状態Φ９において、一次巻線Ｗ１に流れる電流は減少するため、二次巻線Ｗ２に流れる電流は減少する。したがって、二次側ダイオード２２に流れる電流は減少する。また、第９状態Φ９において、二次側ダイオード２２を流れる電流の一部は、出力キャパシタ２３に流れる。これにより、出力キャパシタ２３の充電が行われる。

　第９状態Φ９となってから所定の時間が経過すると、一次巻線Ｗ１に流れる電流の向きが反転する。すると、二次巻線Ｗ２に流れる電流の向きが反転する。これにより、二次巻線Ｗ２に流れる電流と第２インダクタ２１に流れる電流との差分δＩが二次側ダイオード２２に流れることとなり、二次側ダイオード２２に流れる電流は継続して減少する。そして、二次巻線Ｗ２に流れる電流と第２インダクタ２１に流れる電流とが一致すると、二次側ダイオード２２に流れる電流がなくなり、第１状態Φ１に戻る。

　なお、既に説明したとおり、交流電位が負の状態の動作は、極性が反転することに対応させて上アームスイッチング素子Ｑ１と下アームスイッチング素子Ｑ２の動作が入れ替わる。例えば、交流電位が負の状態である場合の第３パターンＰ３は、下アームスイッチング素子Ｑ２が非導通状態であり且つ上アームスイッチング素子Ｑ１及びバッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態であるスイッチングパターンである。すなわち、本実施形態の制御部５０は、交流電源Ｖ１から入力される交流電圧が負極性である場合、上記第３パターンＰ３を含む複数のスイッチングパターンを順次切り替えるスイッチングの制御を行う。

　ちなみに、交流電位の正負の両方を統一的に考えると、第３パターンＰ３は、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のいずれか一方が非導通状態となり且つ両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の他方及びバッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となるスイッチングパターンといえる。

　次に、図１２を用いて本実施形態の作用について説明する。図１２は、１周期中における各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３の状態と、各電流の変化を示すグラフである。図１２において、ＩＬ１は第１インダクタ１１に流れる電流を示し、ＩＱ１～ＩＱ３はスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３に流れる電流を示し、Ｉｐは一次巻線Ｗ１に流れる電流を示し、Ｉｓは二次巻線Ｗ２に流れる電流を示し、Ｉｄは二次側ダイオード２２に流れる電流を示す。なお、説明の便宜上、図１２においては、第６状態Φ６から第７－２状態Φ７（２）に遷移する場合を示す。

　図１２に示すように、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３のスイッチングパターンが第１パターンＰ１から各パターンＰ２～Ｐ６を介して第１パターンＰ１まで順に切り替わることにより、電力変換装置１が第１状態Φ１から第９状態Φ９まで順次遷移する。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。すなわち、交流電源Ｖ１の交流電圧は直流電圧に変換される。

　特に、第２状態Φ２～第３状態Φ３において、第１インダクタ１１の電流の向きと、一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の向きとが逆であるため、バッファ回路４０がない場合、両インダクタの電流の連続性を確保することが困難であり、結果として、サージ電圧が発生し得る。この点、本実施形態では、バッファ回路４０は、当該両インダクタの電流を、バッファキャパシタＣｃに流すことによりサージ電圧の発生を抑制する。また、第４状態Φ４～第６状態Φ６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δＩ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。

　ここで、図１２に示すように、本実施形態では、デッドタイムである第２状態Φ２を介して、第１状態Φ１から、下アームスイッチング素子Ｑ２及びバッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となる第３状態Φ３に遷移する。これにより、一次巻線Ｗ１には、バッファキャパシタＣｃの両端電圧が印加され、二次側ダイオード２２に電流が流れ始める。下アームスイッチング素子Ｑ２が導通状態であっても、二次側ダイオード２２に電流が流れる期間を設けることができる。

　かかる構成において、第２状態Φ２から第６状態Φ６までの期間は、１周期中に二次側ダイオード２２に流れる電流量（二次側ダイオード２２を通る電荷）が一定となるように設定してもよい。この場合、出力キャパシタ２３と負荷に供給される電力が、入力電圧の値に関わらずほぼ一定となるため、出力電圧のリプル分を小さくすることができる。

　［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、第１状態Φ１及び第９状態Φ９の時間を制御することによりブリッジ回路１４を力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路として動作させる。第１状態Φ１及び第９状態Φ９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１状態Φ１及び第９状態Φ９を継続する時間に比例するため、第１状態Φ１及び第９状態Φ９を継続する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、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、電流センサＣ１と電圧センサＣ２からの信号に基づき、第１状態Φ１及び第９状態Φ９の継続時間を制御する。

　ここで、仮にバッファスイッチング素子Ｑ３の動作と両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作とが同期する場合、換言すれば特定パターンとしての第３パターンＰ３がない場合、バッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となる期間はＰＦＣ動作によって決まる。このため、バッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となる期間を調整しにくいため、二次側ダイオード２２を通過する電流量を制御することが困難となる。この点、本実施形態では、特定パターンとしての第３パターンＰ３が設定されているため、バッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となる期間を調整しやすい。これにより、ＰＦＣ動作を行いつつ二次側ダイオード２２を通過する電流量を制御することができる。したがって、力率改善と出力電圧のリプル低減とを図ることができる。

　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、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２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。

　［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）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Ｑ１～Ｑ３のスイッチングを制御することにより、第１状態Φ１～第９状態Φ９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。

　同時に、上アームスイッチング素子Ｑ１と下アームスイッチング素子Ｑ２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。

　特許文献１の電力変換装置では、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。

　これにより、電力変換装置１は、特許文献１の電力変換装置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、特許文献１の電力変換装置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。

　（２）制御部５０は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ３の状態の組み合わせであるスイッチングパターンとして複数のパターンＰ１～Ｐ６を有する。制御部５０は、特定パターンとしての第３パターンＰ３を含む複数のパターンＰ１～Ｐ６を順次切り替えるようにスイッチングを制御する。第３パターンＰ３は、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のいずれか一方が非導通状態となり、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の他方及びバッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となるスイッチングパターンである。これにより、一次巻線Ｗ１にバッファキャパシタＣｃの両端電圧が印加される期間を調整することができ、それを通じて１周期中における二次側ダイオード２２に流れる電流量（二次側ダイオード２２を通過する電荷の量）を制御することができる。

　１周期中における二次側ダイオード２２に流れる電流量を制御することにより、出力電圧のリプルを低減することができる。出力電圧のリプルの発生要因の１つは、入力電力と出力電力の差異である。ＰＦＣ動作により、入力電流を、入力電圧の周波数と位相に合わせた正弦波状に制御する場合、入力電力は、入力電圧の周波数の２倍の周波数で正弦波状に変化する。その一方、出力電力は一定に制御される場合が多く、入力される電力と出力される電力との差が時間の経過とともに変化する。二次側ダイオード２２を流れる電流量を制御しない場合、入力電力が過剰時には、余剰分を出力キャパシタ２３に蓄え、入力電力が不足するときに、出力キャパシタ２３から不足分を放出している。そのため、出力電圧にリプルが生じる。

　本実施形態では、第３パターンＰ３が設定されていることにより、１周期内において二次側ダイオード２２に電流が流れる期間をある程度調整することができる。これにより、入力電力によらず、二次側ダイオード２２に流れる電流量を調整できるため、出力電力の変動を抑制できるようになる。この結果、出力電圧のリプルを低減することができる。

　更に、スイッチングパターンとして特定パターンが含まれることにより、電力変換装置１の制御パラメータを、上アームスイッチング素子Ｑ１または下アームスイッチング素子Ｑ２のデューティーと、バッファスイッチング素子Ｑ３のデューティーの２つにすることができる。制御パラメータが２つになることにより、例えば、力率制御および出力電圧制御の性能を保ちながら、出力電圧のリプルを低減できるようになる。

　（３）交流電源Ｖ１から入力される交流電圧が正極性である場合、第３パターンＰ３は、上アームスイッチング素子Ｑ１が非導通状態となり且つ下アームスイッチング素子Ｑ２及びバッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となるスイッチングパターンである。これにより、交流電源Ｖ１から入力される交流電圧が正極性である場合にスイッチングパターンを第３パターンＰ３にすることにより、二次側ダイオード２２に電流が流れる。したがって、（２）の効果を得ることができる。

　（４）交流電源Ｖ１から入力される交流電圧が負極性である場合、第３パターンＰ３は、下アームスイッチング素子Ｑ２が非導通状態となり且つ上アームスイッチング素子Ｑ１及びバッファスイッチング素子Ｑ３が導通状態となるスイッチングパターンである。これにより、交流電源Ｖ１から入力される交流電圧が負極性である場合にスイッチングパターンを第３パターンＰ３にすることにより、二次側ダイオード２２に電流が流れる。したがって、（２）の効果を得ることができる。

　（５）第２状態Φ２～第３状態Φ３において、第１インダクタ１１の電流の連続性と、トランス１８の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性の両方の電流の連続性を確保できるように、バッファ回路４０は、両電流の迂回経路を提供する。

　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、第１インダクタ１１の電流の連続性と、トランス１８の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性の不整合により生じ得るサージ電圧を抑制できる。

　（６）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、第２状態Φ２～第９状態Φ９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。

　（７）バッファ回路４０は、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２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δＩ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。

　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Φ３）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Φ４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。

　（８）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。
　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。

　（９）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Ｑ１、下アームスイッチング素子Ｑ２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。

　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。

　上記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。
　○デッドタイムを除くスイッチングパターンは第１パターンＰ１、第３パターンＰ３、及び第６パターンＰ６に限られない。例えば、交流電圧が正極性の場合において、上アームスイッチング素子Ｑ１のみが導通状態となるスイッチングパターンや、交流電圧が負極性の場合において、下アームスイッチング素子Ｑ２のみが導通状態となるスイッチングパターンをデッドタイム以外にも設けてもよい。すなわち、特定パターンとして、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のいずれか一方が導通状態となり且つ両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の他方及びバッファスイッチング素子Ｑ３が非導通状態となるパターンを採用してもよい。

　交流電圧が正極性で、下アームスイッチング素子Ｑ２が非導通状態になるまで第１状態Φ１を継続してもよい。この場合、下アームスイッチング素子Ｑ２が非導通状態になると、上アームスイッチング素子Ｑ１のみが導通状態となる（換言すれば特定パターンとなる）。第１インダクタ１１の電流は、上アームスイッチング素子Ｑ１、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，下アームダイオード１３、交流電源Ｖ１を通って第１インダクタ１１に戻る経路を流れる。一次巻線Ｗ１の漏れインダクタンスＲｗ１の電流は、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、バッファキャパシタＣｃを通って一次巻線Ｗ１に戻る経路を流れる。一次巻線Ｗ１には、バッファキャパシタＣｃの両端電圧が印加され、下アームスイッチング素子Ｑ２が非導通状態になる前とは反対向きの電圧が印加されるため、一次巻線Ｗ１を流れる電流は減少し、結果として、二次側ダイオード２２に電流が流れ始める。

　ブリッジ回路１４がＰＦＣ動作をするように制御された場合において、入力電圧が低い場合に、当該スイッチングパターンが発生する可能性がある。当該スイッチングパターンの後、バッファスイッチング素子Ｑ３を導通状態にすると、第５状態Φ５になる。

　なお、交流電圧が負極性の場合は、極性が反転することに対応させて両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作が入れ替わり且つ下アームダイオード１３ではなく上アームダイオード１２に電流が流れる点を除き、交流電位が正の状態と同様である。

　○図１３に示すように、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の接続が上記実施形態と異なっていてもよい。具体的には、本別例の電力変換装置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Ｑ１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Ｑ２の第２端ｔ４２とに接続される。

　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。

　かかる電力変換装置２においても、制御部５０がスイッチングパターンを第１パターンＰ１から各パターンＰ２～Ｐ６を介して第１パターンＰ１に順次切り替えることにより、同様の効果を得ることができる。

　また、本別例によれば、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。このため、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Φ２～第３状態Φ３において、第１インダクタ１１の電流の連続性と、トランス１８の漏れインダクタンスＲｗ１の電流の連続性の両方の電流の連続性を確保できるように、両電流の迂回経路を提供する。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。

　なお、バッファキャパシタＣｃの端子ｔｃ２が接続される位置はこれに限られず、例えばブリッジ回路１４の下アーム側（詳細には下アームダイオード１３及び第２端ｔ４２）に接続されていてもよい。ただし、この場合、バッファキャパシタＣｃに印加される電圧は、電力変換装置１の場合と同じとなる。

　〇第２キャパシタ１９は、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ていたが、第２キャパシタ１９の位置はこれに限られるものではなく、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。

　○図１４に示すように、整流平滑回路２０に代えて、整流平滑回路３０を備える電力変換装置３でもよい。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。

　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。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。本別例において、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、即ち第１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、即ち第２端」の一例である。また、本別例では、二次巻線Ｗ２の極性が反転している。詳細には、一次巻線Ｗ１と二次巻線Ｗ２とは始端が逆に配置されている。

　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。第１出力線ＯＬ１は第１出力端ｔ９１に接続されている。このため、出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１は第１出力端ｔ９１に接続されているといえる。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。第２出力線ＯＬ２は第２出力端ｔ９２に接続されている。このため、出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２は第２出力端ｔ９２に接続されているといえる。

　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、二次側ダイオード２２のカソードが第２インダクタ２１を介して出力キャパシタ２３の第１端ｔ８１に接続されている。二次側ダイオード２２のアノードが出力キャパシタ２３の第２端ｔ８２に接続されている。

　かかる構成によれば、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうちどちらか一方が非導通状態であるときに二次側ダイオード２２が導通する。すなわち、一次巻線Ｗ１と二次巻線Ｗ２とは、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうちどちらか一方が非導通状態であるときに二次側ダイオード２２が導通する極性を有するように磁気結合している。かかる構成においても、制御部５０が上述したスイッチング制御を行うことにより、同様の効果を得ることができる。

　○図１５に示すように、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とは異なった電力変換装置４でもよい。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Ｑ１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のアノードと、下アームスイッチング素子Ｑ２の第２端ｔ４２とに接続される。

　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。かかる構成においても、制御部５０が上述したスイッチング制御を行うことにより、同様の効果を得ることができる。

　○図１６に示すように、二次側の構成が電力変換装置１と異なる電力変換装置５でもよい。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とを備える。トランス１８ａ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。

　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、即ち第１端に接続される。具体的には、第１二次側ダイオード２４のアノードは、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。

　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、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。

　本別例では、第１二次側ダイオード２４は、「第１二次側整流素子」の一例であり、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、即ち第１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、即ち第２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」の一例であり、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、即ち第１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、即ち第２端」の一例である。

　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。

　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。

　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。

　ここで、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうちどちらか一方が非導通状態であるときに二次側ダイオード２２が導通する。すなわち、一次巻線Ｗ１と二次巻線Ｗ２とは、両アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうちどちらか一方が非導通状態であるときに二次側ダイオード２２が導通する極性を有するように磁気結合している。かかる構成においても、制御部５０が上述したスイッチング制御を行うことにより、同様の効果を得ることができる。

　また、本別例によれば、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を流れる電流が切り替わる。これにより、第２キャパシタ１９を省略できる。

　○電力変換装置５と電力変換装置２とを組み合わせてもよい。例えば、図１７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Ｑ１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のアノードと、下アームスイッチング素子Ｑ２の第２端ｔ４２とに接続される。

　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。かかる構成においても、制御部５０が上述したスイッチング制御を行うことにより、同様の効果を得ることができる。また、電力変換装置６によれば、バッファキャパシタＣｃの耐圧を小さくできるとともに、第２キャパシタ１９を省略できる。

　〇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、制御部５０は、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。

　○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を備えていたが、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。

　○実施形態では、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。

　〇実施形態では、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Ｑ１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ない。例えば、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Ｑ２の第２端ｔ４２との間に接続されてもよい。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、当該二つのキャパシタは、一次巻線Ｗ１の始端と上アームスイッチング素子Ｑ１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Ｑ２の第２端ｔ４２との間とに設けられているとよい。

　〇実施形態では、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ない。例えば、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との間に接続されてもよい。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い。この場合、当該二つのキャパシタは、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との間とに設けられてもよい。

　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。
　○制御部５０は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサを含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）として構成し得る。なお、制御部５０は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路を含む回路として構成してもよいし、上記の１つ以上のプロセッサ及び１つ以上の専用のハードウェア回路の組み合わせを含む回路として構成してもよい。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含む。メモリ、すなわち非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリは、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる媒体を含む。

　次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
　（１）制御部は、特定パターンの後、バッファスイッチング素子が導通状態であり且つ両アームスイッチング素子が非導通状態となるデッドタイムパターンを介して、下アームスイッチング素子が非導通状態となり且つ上アームスイッチング素子及びバッファスイッチング素子が導通状態となるスイッチングパターンに切り替えてもよい。

　（２）制御部は、特定パターンの後、バッファスイッチング素子が導通状態であり且つ両アームスイッチング素子が非導通状態となるデッドタイムパターンを介して、上アームスイッチング素子が非導通状態となり且つ下アームスイッチング素子及びバッファスイッチング素子が導通状態となるスイッチングパターンに切り替えてもよい。

　（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、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、前記トランスの前記一次巻線と接続され、前記整流平滑回路は、前記トランスの前記二次巻線と接続されており、前記電力変換装置は、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、及び前記バッファスイッチング素子のスイッチングを制御するように構成された制御部を備え、前記制御部は、前記両アームスイッチング素子のいずれか一方が導通状態となり且つ前記両アームスイッチング素子の他方及び前記バッファスイッチング素子が非導通状態となる特定パターンを含む複数のスイッチングパターンを順次切り替えるように、スイッチングを制御する、電力変換装置。

　かかる構成によれば、スイッチングパターンを特定パターンとすることにより、一次巻線にバッファキャパシタの電圧を印加することができる。これにより、二次側整流素子に電流を流すことができる。

　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、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、Ｑ１…上アームスイッチング素子、Ｑ２…下アームスイッチング素子、Ｑ３…バッファスイッチング素子、ｔ２１，ｔ２２…入力端、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。

Claims (8)

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、前記トランスの前記一次巻線と接続され、
   　前記整流平滑回路は、前記トランスの前記二次巻線と接続されており、
   　前記電力変換装置は、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、及び前記バッファスイッチング素子のスイッチングを制御するように構成された制御部を備え、
   　前記制御部は、前記両アームスイッチング素子のいずれか一方が導通状態になることにより前記交流電源が前記第１インダクタを介して短絡され、且つ前記両アームスイッチング素子の他方が非導通状態となり、且つ前記バッファスイッチング素子が導通状態となるパターンを含むスイッチングパターンを順次切り替えるように、スイッチングを制御する、
   　電力変換装置。
2. 　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１に記載の電力変換装置。
3. 　前記バッファ回路は、前記トランスの前記一次巻線と並列に接続されている、
   　請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 　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第１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第２端とが接続され、
   　前記第２インダクタの第１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前記第１端に接続され、前記第２インダクタの第２端が、前記出力キャパシタの前記第２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うち少なくとも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、
   　請求項１から３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 　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第１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第２端とが接続され、
   　前記二次側整流素子の第１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前記第１端に接続され、前記二次側整流素子の第２端が、前記出力キャパシタの第２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うち少なくとも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、
   　請求項１から３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 　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第１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第２端とが接続され、
   　前記第１二次側整流素子の第１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前記第１端に接続され、
   　前記第１二次側整流素子の第２端が、前記二次巻線の第１端に接続され、
   　前記第２二次側整流素子の第１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、
   　前記第２二次側整流素子の第２端が、前記二次巻線の第２端に接続され、
   　前記出力キャパシタの前記第２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、
   　請求項１から３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 　前記上アーム整流素子、前記下アーム整流素子、及び前記二次側整流素子のうちのいずれか１つまたは全てがスイッチング素子で構成される場合、前記制御部は当該スイッチング素子のスイッチングを制御するものであり、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６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 　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、前記制御部は当該スイッチング素子のスイッチングを制御するものであり、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７のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。

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