ZVS Zero Voltage Switching（ゼロ電圧スイッチング）｜用語集

ZVSは、電子回路、特にパワーエレクトロニクスの分野で用いられる略語で、Zero Voltage Switching（ゼロ電圧スイッチング） を意味します。

これは、スイッチング素子（MOSFETやIGBTなど）がターンオン（導通）またはターンオフ（遮断）する際に、その素子の端子間電圧がほぼゼロの瞬間にスイッチング動作を行うソフトスイッチング技術の一つです。

ZVSの目的と効果

高周波で動作する電力変換回路（コンバータ、インバータなど）において、スイッチング損失を大幅に低減し、効率を向上させるために採用されます。

1. スイッチング損失の低減

ハードスイッチングの問題: 従来の方式（ハードスイッチング）では、スイッチングの瞬間に、素子に高い電圧と大きな電流が同時にかかります。この電圧と電流の積によって生じる電力がスイッチング損失となり、熱となって放出されます。高周波数化するほど、この損失が増大し、効率が低下します。
ZVSの解決策: スイッチをターンオンする際、あらかじめ共振回路などを用いてスイッチの端子間電圧 Vds をゼロにしておきます。これにより、ターンオン時の電圧と電流の重なりがなくなり、ターンオン損失がゼロ、または非常に小さくなります。

2. 寄生容量の影響の抑制

Coss のエネルギー回生: MOSFETなどのスイッチング素子には、ドレイン-ソース間に寄生容量 Coss が存在します。ハードスイッチングでは、この Coss の充放電に伴うエネルギーが損失となります。
ZVSによる活用: ZVS技術では、共振回路を利用して、スイッチがターンオフした後に Coss に蓄えられたエネルギーを電源側や負荷側へ回生し、次のスイッチングに利用します。これにより、損失を低減するだけでなく、ノイズの発生も抑制できます。

3. 高周波化への貢献

損失が低減されるため、スイッチング周波数を高くすることが可能になります。周波数が高くなると、トランスやインダクタ、コンデンサといった受動部品を小型化できるため、電力変換器全体の小型・軽量化が実現します。

ZVSを実現する主な回路トポロジーの例

ZVSを実現するためには、共振素子（インダクタンスとキャパシタンス） を用いた専用の回路構成が必要です。

LLC共振コンバータ
アクティブクランプコンバータ (フォワード、フライバックなど)
フルブリッジ・フェーズシフトコンバータ

ZVSと対になるソフトスイッチング技術として、スイッチング時の電流をゼロにするZCS (Zero Current Switching) があります。高効率な電力変換器の設計では、負荷やトポロジーに応じてこれらを使い分けたり、組み合わせたりします。

	SSG6M80Aシリーズマルチチャネル・コヒーレント・マイクロ波信号発生器主な特長・最大周波数 13.6 GHz/20 GHz ・出力周波数分解能最大0.001 Hz ・位相ノイズ < -136 dBc/Hz @ 1 GHz、オフセット 10 kHz（測定値）・コヒーレントモード、搬送周波数 = 10 GHz、周囲温度変動 ±2℃、観測時間 5時間、位相変動 < 1.5° ・チャンネル間の周波数、振幅、位相を個別に調整可能。単一デバイスチャンネル同期および複数デバイスチャンネル位相同期をサポート。位相メモリ機能搭載・アナログ変調、パルス変調（オプション）

	SSA6000A Series Signal Analyzer Main Features ・Measurement Frequency Range: 2 Hz ~ 50 GHz ・IQ Analysis Bandwidth: 1.2 GHz ・Real-time Spectrum Analysis Bandwidth: 400 MHz ・Phase Noise: -123 dBc/Hz @ 1 GHz, 10 kHz offset ・DANL: Less than -165 dBm/Hz ・Demodulation and analysis of signals from multiple mobile communication standards including 5G NR, LTE/LTE-A, WLAN, and IoT, as well as wireless connections.
	SNA6000A Series Vector Network Analyzer Key Features ・Frequency Range: 100 kHz ~ 50 GHz ・Dynamic Range: 135 dB ・IF Bandwidth Range: 1 Hz ~ 10 MHz ・Output Power Setting Range: -60 dBm ~ +20 dBm ・Supports 4-port (2-source) S-parameter measurements, differential (balanced) measurements, time-domain analysis, scalar mixer measurements, etc. ・Optional accessories include electronic calibration kits, switch matrix, and mechanical switches.
	SDS8000Aシリーズオシロスコープ特長と利点 4チャンネル + 外部トリガーチャンネルアナログチャンネル帯域幅：最大16GHz(8/13/16GHz) リアルタイムサンプリングレート：最大40GSa/s（全チャンネル同時） 12ビットADC 低ノイズフロア：16GHz帯域幅で176μVrms SPOテクノロジー・波形キャプチャレート：最大200,000フレーム/秒・ 256段階の波形輝度と色温度表示をサポート・最大2Gポイント/チャンネルのストレージ容量・デジタルトリガー

ZVS Zero Voltage Switching（ゼロ電圧スイッチング）

ZVSの目的と効果

1. スイッチング損失の低減

2. 寄生容量の影響の抑制

3. 高周波化への貢献

ZVSを実現する主な回路トポロジーの例

関連製品

この記事に関するご相談・お問い合わせ