多出力に向く半波電流共振方式（2）　動作時の波形を参照しながら，基本動作を見る

Q₂オンで2次側に出力

　動作時の波形を参照しながら，ハーフブリッジ半波電流共振方式の基本的な動作を見ていこう（図3）。

図3　半波電流共振の基本的な動作波形

スイッチング素子Q₁やQ₂，電流共振コンデンサC_i，2次側のダイオードD_o1における電圧や電流の波形を示した。2次側に電流が流れるのは図中c～dの期間である。交流電力の正負のうち一方のみで2次側に電流が流れるため，半波整流と呼ばれる。図中の太い破線は，軽負荷時の波形を示している。

　ハーフブリッジ全波電流共振方式と同じく，動作の状態は大きく四つに分かれる。図3中の期間ａ～ｂは，ゲート信号V_g1を入力することによりQ₁をオンにしている状態である。Q₁がオンであるために直列共振回路には入力電圧が印加される。共振用リアクトルL_rと1次インダクタンスL_pに励磁電流が流れ，電流共振コンデンサC_iに電荷が蓄積される。このとき，2次巻き線S₁に発生する電圧は整流ダイオードD_o1の導通方向とは逆の電圧となるため，2次側に電力は放出されない。

　続く期間b～cは，Q₁，Q₂共にオフとなっている。bのタイミングでQ₁をオフにすると，1次側を流れる励磁電流により電圧共振コンデンサC_vの電荷が徐々に引き抜かれ，Q₂のドレイン─ソース間の電圧V_ds2が下降する。V_ds2がゼロまで低下した後は，Q₂の寄生ダイオードD₂を通してL_r，L_pに蓄積されている励磁エネルギーをリセットする方向に共振電流が流れ続ける。

　期間c～dは，Q₂にゲート信号V_g2を入力し，Q₂をオンにしている状態である。cのタイミングでQ₂をオンにするとき，Q₂にはソースからドレインの方向に共振電流が流れている。この影響により，ゼロ電圧スイッチング（ZVS：zero-voltage switching），ゼロ電流スイッチング（ZCS：zero-current switching）となり，ターン・オン時のスイッチング損失が発生しない。

　Q₂がオンになるとC_iに充電された電圧によって直列共振回路に共振電流が流れ，C_iの電荷が放電されるとともにL_rとC_iによる共振電流が2次巻き線S₂を通して出力に放出される。その後C_iの電圧が低下するにつれて1次巻き線Pに印加される電圧が減少し，それに伴いS₂を通して出力に放出されていた電流が減少していき，やがてゼロとなる。2次側の電流がゼロとなった後は1次側にのみ共振電流が流れ，C_iの放電を維持する。

　その次の期間d～eは，Q₁，Q₂ともにオフとなっている。dのタイミングでQ₂をオフにすると，1次側を流れる共振電流によりC_vが徐々に充電される。それに伴い，Q₂のドレイン─ソース間の電圧Vds2が緩やかに上昇する。V_ds2が入力電圧まで上昇した後は，共振電流はQ₁の寄生ダイオードD₁を通して入力電源に回生され，励磁エネルギーをリセットする方向に共振電流が流れ続ける。そしてタイミングaの状態に戻り，Q₁をオンにする。このとき，Q₁においてもZVS，ZCSになっている。その後は，以上の動作を繰り返す。