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図4．16 スイッチ電流及びスイッチ電圧（ZCS方式）
しかレターンオン時は有限のスイッチ時間のため，図4．17のようにスイッチ電流i、とスイッチ電圧 v、の重なる期間が生じ，ターンオン損失が発生する．このターンオン損失をゼロにすることは出来ない が，図4」7が示すように，電流の傾きを緩やかにすることで，スイッチ電圧とスイッチ電流の重なる面 積を減少させ，ターンオン損失を低減することが出来る．さらに，電流の傾きを緩やかにすることで，
サージ電圧を抑制することが出来る．なお，ソフトスイッチングとしてのZCS動作を実現するためには，
スイッチ電流がゼロになった後にターンオフする必要があるため，ZCS動作が可能な周波数，及び負荷 領域が限定される．
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図4．17ZCS方式原理図
ZVS方式は，インバータ動作周波数fbを負荷共振回路の共振周波数倉よりも高い遅れ力率の条件下
（fb＞丘）で動作し，図4．18に示すように電流共振を利用して，スイッチ電流i，がゼロクロスする前のダイ オード電流が流れている期間にゲート信号電圧を入力することでONを完了する．ターンオン動作はス イッチ電圧もスイッチ電流もゼロの条件で行なわれたのでZVZCS（ZeroVbltageZeroC㎜entSwitc㎞g）と 言う，このZVZCS動作ではターンオン損失は発生しない．
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図4．18スイッチ電流及びスイッチ電圧（ZVS方式）
しかし，ターンオフ時には，有限のスイッチング時間のため，図4．19のようにスイッチ電流i、とス イッチ電圧v、の重なる期間が生じ，ターンオフ損失が発生する．このターンオフ損失をゼロにすること は出来ないが，図4．19が示すように，電圧の傾きを緩やかにすることで，スイッチ電圧とスイッチ電流 の重なる面積を減少させ，ターンオフ損失を低減することが出来る．さらに，電圧の傾きを緩やかにす ることで，サージ電流を抑制することが出来る．また，ソフトスイッチングとしてのZVS動作を実現す
るためには，スイッチ電圧がゼロになった後にターンオンする必要があるため，ZCSと同様にZVS動 作が可能な周波数，及び負荷領域が限定される．
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tumoffloss軽減 図4．19 ZVS方式原理図
以上のようにターンオン，ターンオフ時にスイッチ電流かスイッチ電圧，あるいはその両者がゼロ，
または非常に小さい状態でスイッチングする動作を総称してソフトスイッチング動作と呼ぶ．ソフトス イッチングを導入することによりターンオン，ターンオフ時のスイッチング損失が低減され，IGBTの 発熱を抑制出来ると同時に高周波インバータの電力変換効率の向上も期待できる．
ただし，一般に，回路の共振を利用するソフトスイッチング電源においては非常に限定された領域に おいてのみ，ソフトスイッチングによる安定動作が可能であり，負荷定数の変化に敏感で，広い動作領 域を有すハードスイッチング電源に対し，制御が難しいという難点を有している．
以上，ハードスイッチングとソフトスイッチングのメリット，デメリットを表4．1にまとめる。今，
負荷として船側鋼板誘導加熱負荷を考えると，負荷抵抗Ro［Ω】，負荷インダクタンスLo［田の値は加熱 時の状況，つまり，水深や船側鋼板の厚み，材質，マットを設置した場合のワーキングコイルと船側鋼 板との空隙によって変化する．ソフトスイッチングは，動作可能な負荷範囲が決まっており，回収時に よって負荷定数が変化するような動作環境下では運転可能な場合と不可能な場合が発生すると考えられ る。これに対して，ハードスイッチングでは，広い負荷定数の範囲で出力を得る事ができる．
本章では，まず広い負荷範囲で運転可能なハードスイッチング電源の検討を行い，しかる後にさらな る高性能化を目指して回路のソフトスイッチング化を検討する．
表4」 ハードスイッチングとソフトスイッチングのメリット、デメリット
ハードスイッチング ソフトスイッチング メリット
・負荷変動に対する 作領域が広い
・高効率 低ノイズ
デメリット ・低効率
高ノイズ
・負荷変動に対する 作領域が狭い
4．3 ハードスイッチング電源とスナバ回路の検討 43．1シミュレーションによるスナバ定数特性解析
高周波インバータをハードスイッチングで動作させる場合，スイッチング時に過渡的に発生するサー ジ電圧，サージ電流を吸収し，回路の安定動作に寄与するスナバ回路が必ず設けられる．しかし，スナ バ回路はその定数選定によって，効果的に作用する場合と，ほとんど効果が見られない場合が存在する．
また。その定数選定は実装条件によって左右されることが多く，通常は回路を組み立てた後に実験的に 決定される場合がほとんどである．ここでは，実測による配線の漂遊インダクタンスの値を用いて，シ ミュレーションソフトの中にそれを反映させ，理論波形中にサージ電圧を発生させ，各スナバ回路定数 におけるスイッチ電圧の最大値から，スナバ回路によるサージ電圧の吸収特性を解析した．
シミュレーション，及び次節の実験で使用する汎用ハードスイッチングインバータの回路図を図4．20 に示す・スナバ回路は，先に述べたとおり電力回生形スナバを用い，ハードスイッチング動作ながら，
比較的高効率なインバータになっている．
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等価回路
電力回生型スナパ回路 電力回生型スナバ回路
図420汎用ハードスイッチングインバータ
以下，汎用シミュレーションソフトPSIM⑪を用い，スナバ回路定数を変化させて，その時の回路動作 特性をシミュレーションした．
シミュレーションにより解析する各定数を表42に示す．なお，負荷抵抗，及び負荷インダクタンス の値は，文献轡の重油タンク加熱実験時の値を参考にしている．
表4．2 シミュレーション時の解析定数
入力直流電圧Ed 200【Vl
共振コンデンサCs 1［μ珂
負荷抵抗Ro 5［Ω1
負荷インダクタンスLo 50【μHl
漂遊インダクタンスL飢 0．474［μH】
共振周波数丘
22．5随】
また，基本的にハードスイッチングのスナバ回路は，スイッチオフ時におけるサージをスナバコンデ ンサで吸収し，スイッチオン時にその充電電荷を，スナバ抵抗を通して放電するものであることから，
スナバコンデンサの電圧応答を考慮したときのその応答時間を示す値としての時定数（RsnとCsnの積）
が共振周波数22．5［kHzl付近の逆数の，1周期の値に近い時定数の範囲で計測する必要があると考え，解 析するスナバ回路定数を表4．3に示す値とした．
表4．3 シミュレーション時のスナバ回路定数
スナバ抵抗Rsn 10，30，50，80［Ω］
スナバコンデンサCsn 0．2，0．5，1．0，3．0［μF］
解析する動作周波数飴を10〜30［kHz］で2［kHz］刻みで回路動作をシミュレーションした時の，
スイッチ電圧の波形からスイッチ電圧の最大値をシミュレートし，最適スナバ定数の検討を行った．
図4．21は、スナバ抵抗Rsn＝10［Ω1としたときの，スナバコンデンサをパラメータとしたスイッチ電圧最 大値［V］一周波数［kHzl特性を示し，図422はスナバコンデンサ0・2『］としたときの，スナバ抵抗をパラ
メータとしたスイッチ電圧最大値M一周波数【kHz］特性を示す．
270
260
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