(57)【要約】【課題】整流損失の少ないスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源装置１は、トランスＴ１の１次巻線側に配置される１次側整流平滑部２と、スイッチング部３と、スイッチング制御部４とを備える。１次側整流平滑部２は、交流電源５の正または負のいずれか一方極性の半サイクルの交流電圧、他方極性の半サイクルの交流電圧をそれぞれ、半波整流するとともに平滑して第１および第２の直流電圧に変換する第１および第２の半波整流平滑回路２Ａ、２Ｂからなる。トランスＴ１は、１次巻線Ｎ１が第１および第２の巻線部Ｎ１ａ、Ｎ１ｂからなり、該第１および第２の巻線部のそれぞれの出力を合成して２次巻線の誘起電圧を生成する。スイッチング部３は、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２からなる。スイッチング制御部４は、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作をそれぞれ制御する。【選択図】図１
2010193580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスの１次巻線側に配置され、交流電源から供給される交流電圧を整流および平滑して直流電圧に変換する１次側整流平滑部と、前記１次側整流平滑部の後段に接続され、前記１次側整流平滑部によって変換された前記直流電圧をスイッチングするスイッチング部と、該スイッチング部により前記トランスの２次巻線に誘起される電圧を整流および平滑して得られた出力電圧が所定の電圧となるように前記スイッチング部のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、を備えたスイッチング電源装置において、
前記１次側整流平滑部は、
第１の整流ダイオードと第１の平滑コンデンサを有し、前記交流電源から供給される交流電圧のうち正または負のいずれか一方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流するとともに当該交流電圧を平滑して第１の直流電圧に変換する第１の半波整流平滑回路と、
前記第１の半波整流平滑回路に並列接続されるとともに、第２の整流ダイオードと第２の平滑コンデンサを有し、前記交流電源から供給される交流電圧のうち前記一方極性と反対の他方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流するとともに当該交流電圧を平滑して第２の直流電圧に変換する第２の半波整流平滑回路と、からなり、
前記スイッチング部は、
前記第１の直流電圧をスイッチングする第１のスイッチング素子と、
前記第２の直流電圧をスイッチングする第２のスイッチング素子と、からなり、
前記トランスは、
前記１次巻線が、一方端が前記第１の半波整流平滑回路に接続され、他方端が前記第１のスイッチング素子に接続される第１の巻線部と、
前記第１の巻線部と絶縁されるとともに、一方端が前記第２の半波整流平滑回路に接続され、他方端が前記第２のスイッチング素子に接続される第２の巻線部と、を有し、
前記第１の巻線部の出力と前記第２の巻線部の出力を合成して前記２次巻線の誘起電圧を生成し、
前記スイッチング制御部は、
前記第１および前記第２のスイッチング素子のスイッチング動作をそれぞれ制御することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記トランスが、前記１次巻線と前記２次巻線とが同一のコアに巻回された単一部品からなることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関し、特に、トランスを有し、交流電源から供給される交流電圧を整流および平滑して得られた直流電圧をスイッチングして、トランスの２次側に誘起した電圧を整流および平滑して出力電圧を生成するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源装置として、例えば、図２に示すように、トランスの１次巻線側に配置され、交流電源から供給される交流電圧を整流および平滑して直流電圧に変換する１次側整流平滑部と、１次側整流平滑部によって変換された直流電圧をスイッチングするスイッチング部と、該スイッチング部によりトランスの２次側巻線に誘起される電圧を整流および平滑して得られた出力電圧が所定の電圧となるようにスイッチング部のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部とを備えたスイッチング電源装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。なお、本文献中の図４．１５は入力側の平滑コンデンサを使用しない入力平滑コンデンサ・レス回路の図であり、本明細書中の図２においては、点線で記された入力平滑コンデンサを用いて説明する。
【０００３】
図２を参照して、このスイッチング電源装置１０は、一対のラインＬ１、Ｌ２（Ｌ(ライブ）相側ラインＬ１およびＮ(ニュートラル）相側ラインＬ２）上に、１次側整流平滑部２０と、トランスＴと、スイッチング部３０と、スイッチング制御部４０とを備える。
１次側整流平滑部２０は、ダイオードブリッジＤＢおよび平滑コンデンサＣから構成される。ここで、ダイオードブリッジＤＢは、図３に示すように、一般的に４つの全波整流用ダイオードＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄから構成される。
トランスＴは、１次側に１次巻線Ｎ１、２次側に２次巻線Ｎ２を有する。また、スイッチング部３０は、１次巻線Ｎ１に直列接続されるスイッチング素子Ｑから構成される。ここで、スイッチング素子Ｑは、スイッチング制御部４０からの制御信号（例えば、ＰＷＭ制御信号など）により制御される。
【０００４】
次に、図２および図３を参照して、このスイッチング電源装置１０の動作について簡単に説明する。ここでは、Ｌ相側にプラス電位、Ｎ相側にマイナス電位が印加された場合について説明するが、Ｌ相側にマイナス電位、Ｎ相側にプラス電位が印加された場合でも印加される交流電圧の極性が反対になるだけで基本的な動作は同様である。
まず、交流電源５から供給される交流電圧が、ダイオードブリッジＤＢで全波整流され、平滑コンデンサＣで平滑されて直流電圧に変換される。この場合、図３に示すように、交流電源５から供給される半サイクルの正の交流電圧が、全波整流用ダイオードＤａ、平滑コンデンサＣ、全波整流用ダイオードＤｂを経由して直流電圧に変換される（実線の矢印で記した経路参照）。また、交流電源５から供給される半サイクルの負の交流電圧が、全波整流用ダイオードＤｄ、平滑コンデンサＣ、全波整流用ダイオードＤｃを経由して直流電圧に変換される（点線の矢印で記した経路参照）。
そして、１次側整流平滑部２０によって変換された直流電圧は、スイッチング部３０によってスイッチングされ、トランスＴの２次側に出力電圧が出力される。なお、トランスＴの２次側に出力された出力電圧が所定の電圧となるように、スイッチング制御部４０によってスイッチング素子Ｑのスイッチング動作が制御される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】原田耕介著、「スイッチング電源の高調波対策」、日刊工業新聞社出版、１９９７年２月２５日初版１版発行  ２１６ページの図４．１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のスイッチング電源装置１０においては、１次側整流平滑部２０のダイオードブリッジＤＢによって全波整流しているため、交流電源５の半サイクル毎に、必ず２カ所の全波整流用ダイオードに電流が流れ、この整流時におけるダイオードの損失（以下、整流損失という）が問題となっていた。
本発明は上記事情に鑑み、整流損失の少ないスイッチング電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、トランスの１次巻線側に配置され、交流電源から供給される交流電圧を整流および平滑して直流電圧に変換する１次側整流平滑部と、前記１次側整流平滑部の後段に接続され、前記１次側整流平滑部によって変換された前記直流電圧をスイッチングするスイッチング部と、該スイッチング部により前記トランスの２次巻線に誘起される電圧を整流および平滑して得られた出力電圧が所定の電圧となるように前記スイッチング部のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、を備えたスイッチング電源装置において、前記１次側整流平滑部は、第１の整流ダイオードと第１の平滑コンデンサを有し、前記交流電源から供給される交流電圧のうち正または負のいずれか一方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流するとともに当該交流電圧を平滑して第１の直流電圧に変換する第１の半波整流平滑回路と、前記第１の半波整流平滑回路に並列接続されるとともに、第２の整流ダイオードと第２の平滑コンデンサを有し、前記交流電源から供給される交流電圧のうち前記一方極性と反対の他方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流するとともに当該交流電圧を平滑して第２の直流電圧に変換する第２の半波整流平滑回路と、からなり、前記スイッチング部は、前記第１の直流電圧をスイッチングする第１のスイッチング素子と、前記第２の直流電圧をスイッチングする第２のスイッチング素子と、からなり、前記トランスは、前記１次巻線が、一方端が前記第１の半波整流平滑回路に接続され、他方端が前記第１のスイッチング素子に接続される第１の巻線部と、前記第１の巻線部と絶縁されるとともに、一方端が前記第２の半波整流平滑回路に接続され、他方端が前記第２のスイッチング素子に接続される第２の巻線部と、を有し、前記第１の巻線部の出力と前記第２の巻線部の出力を合成して前記２次巻線の誘起電圧を生成し、前記スイッチング制御部は、前記第１および前記第２のスイッチング素子のスイッチング動作をそれぞれ制御することを特徴とするスイッチング電源装置を提供する。
【０００８】
この構成によれば、１次側整流平滑部が、互いに並列接続された、第１および第２の半波整流平滑回路からなる。このため、第１の整流ダイオードと第１の平滑コンデンサを有する第１の半波整流平滑回路によって、交流電源から供給される交流電圧のうち正または負のいずれか一方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流されるとともに、該交流電圧が平滑されて第１の直流電圧に変換される一方で、第２の整流ダイオードと第２の平滑コンデンサを有する第２の半波整流平滑回路によって、交流電源から供給される交流電圧のうち一方極性と反対の他方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流されるとともに、該交流電圧が平滑されて第２の直流電圧に変換される。そして、これら第１および第２の直流電圧が、それぞれ、第１および第２のスイッチング素子によりスイッチングされ、トランスの１次巻線を構成する第１および第２の巻線部に出力されるとともに第１の巻線部の出力と第２の巻線部の出力が合成され、トランスの２次巻線に誘起電圧を生成する。このため、交流電源から供給される電流は、第１の整流ダイオードまたは第２の整流ダイオードのいずれか一方のみに流れることになるので、整流損失を整流ダイオード１個分にすることができる。よって、整流損失の少ないスイッチング電源装置を提供できる。
【０００９】
また、トランスを第１の巻線部および第２の巻線部からなる１次巻線と、２次巻線とが同一のコアに巻回された単一部品から構成することで、整流損失を低減しながらも、装置の小形化を図ることができる。すなわち、２つのスイッチング素子の各々に対してトランスを設け、トランスの後段側で合成する場合に比較して使用部品点数を削減することができ、装置のコンパクト化に有利である。しかも、１次巻線が２つの巻線部を有する一方、２次巻線は１つの巻線で構成しているため、２次側の整流平滑回路が１つで済むという利点がある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、交流電源から供給される交流電圧のうち正または負のいずれか一方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流するとともに該交流電圧を平滑する第１の半波整流平滑回路と、一方極性と反対の他方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流するとともに該交流電圧を平滑する第２の半波整流回路とを個別に設け、それぞれ、第１および第２の半波整流平滑回路によって得られた直流電圧を、第１および第２のスイッチング素子によりスイッチングするとともに、第１の巻線部の出力と第２の巻線部の出力を合成し、トランスの２次巻線に誘起電圧を生成している。このため、整流損失を整流ダイオード１個分にすることができ、整流損失の少ないスイッチング電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例によるスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【図３】図２のダイオードブリッジＤＢの一般的な概略構成を説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい１実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施例）
図１は、本発明の実施例によるスイッチング電源装置の回路図である。ここで、図２を参照して説明した従来のスイッチング電源装置との対応関係が明確となるように、図２に示す各構成要素と共通する構成要素については同一の符号を付した。
【００１４】
図１を参照して、このスイッチング電源装置１は、一対のラインＬ１、Ｌ２（Ｌ(ライブ）相側ラインＬ１およびＮ(ニュートラル）相側ラインＬ２）上に、１次側整流平滑部２と、単一のトランスＴ１と、スイッチング部３と、スイッチング制御部４とを備える。
１次側整流平滑部２は、互いに並列接続された、第１の半波整流平滑回路２Ａおよび第２の半波整流平滑回路２Ｂから構成される。
ここで、第１の半波整流平滑回路２Ａは、半波整流ダイオードＤ１（本願の「第１の整流ダイオード」に相当）および平滑コンデンサＣ１（本願の「第１の平滑コンデンサ」に相当）から構成され、半波整流ダイオードＤ１がトランス１次側のＬ相側ラインＬ１に介挿され、平滑コンデンサＣ１が半波整流ダイオードＤ１のカソードおよびＮ相側ラインＬ２間に接続されている。
また、第２の半波整流平滑回路２Ｂは、半波整流ダイオードＤ２（本願の「第２の整流ダイオード」に相当）および平滑コンデンサＣ２（本願の「第２の平滑コンデンサ」に相当）から構成され、半波整流ダイオードＤ２のアノードがＮ相側ラインＬ２に介挿され、平滑コンデンサＣ２が半波整流ダイオードＤ２のカソードおよびＬ相側ラインＬ１(半波整流ダイオードのアノード側）間に接続されている。
トランスＴ１は、１次側に１次巻線Ｎ１、２次側に２次巻線Ｎ２を有し、さらに１次巻線Ｎ１が第１の巻線部Ｎ１ａおよび第２の巻線部Ｎ１ｂから構成されている。ここで、第１の巻線部Ｎ１ａと第２の巻線部Ｎ１ｂは、互いに絶縁されて並列に巻かれている。
スイッチング部３は、第１の巻線部Ｎ１ａに直列接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と、第２の巻線部Ｎ１ｂに直列接続された第２のスイッチング素子Ｑ２とから構成される。ここで、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、スイッチング制御部４からの制御信号（例えば、ＰＷＭ制御信号など）により制御される。
第１の巻線部Ｎ１ａの一方端は第１の半波整流平滑回路２Ａ、具体的には半波整流ダイオードＤ１のカソードに接続され、他方端が第１のスイッチング素子Ｑ１に接続されている。
また、第２の巻線部Ｎ１ｂの一方端は第２の半波整流平滑回路２Ｂ、具体的には半波整流ダイオードＤ２のカソードに接続され、他方端が第２のスイッチング素子Ｑ２に接続されている。
トランス２次側には整流ダイオードＤ３と平滑コンデンサＣ３とからなる２次側整流平滑回路が２次巻線Ｎ２に接続されている。
【００１５】
次に、本発明のスイッチング電源装置１の動作について簡単に説明する。
まず、交流電源５から供給される交流電圧のうち正または負のいずれか一方極性の交流電圧が、第１の半波整流平滑回路２Ａによって、半波整流されるとともに半波整流された交流電圧が平滑され第１の直流電圧に変換される。一方、交流電源５から供給される交流電圧のうち一方極性と反対極性の他方極性の交流電圧が、第２の半波整流平滑回路２Ｂによって、半波整流されるとともに半波整流された交流電圧が平滑され第２の直流電圧に変換される。
Ｌ相側にプラス電位、Ｎ相側にマイナス電位が印加された場合、図１に示すように、交流電源５から供給される半サイクルの正の交流電圧が、半波整流ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ１を経由して第１の直流電圧に変換される（実線の矢印で記した経路参照）。一方、交流電源５から供給される半サイクルの負の交流電圧が、半波整流ダイオードＤ２、平滑コンデンサＣ２を経由して第２の直流電圧に変換される（点線の矢印で記した経路参照）。反対に、Ｌ相側にマイナス電位、Ｎ相側にプラス電位が印加された場合、交流電源５から供給される半サイクルの正の交流電圧が、半波整流ダイオードＤ２、平滑コンデンサＣ２を経由して第２の直流電圧に変換される。一方、交流電源５から供給される半サイクルの負の交流電圧が、半波整流ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ１を経由して第１の直流電圧に変換される。
そして、１次側整流平滑部２によって変換された各々の上記直流電圧は、それぞれ、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２によってスイッチングされ、１次巻線Ｎ１を構成する第１および第２の巻線部Ｎ１ａ、Ｎ１ｂに出力されるとともに第１の巻線部Ｎ１ａの出力と第２の巻線部Ｎ１ｂの出力が合成され、２次巻線Ｎ２に誘起電圧を生成する。第１および第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、スイッチング制御部４により同時にオン／オフ動作するように制御される。２次巻線Ｎ２に誘起された電圧は２次側整流平滑回路にて整流および平滑されて出力電圧として負荷（図示せず）に向けて出力される。なお、出力電圧が所定の電圧となるように、スイッチング制御部４によって第１および第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作がそれぞれ制御される。具体的には、スイッチング制御部４に内蔵されている出力電圧検出回路（図示せず）で出力電圧を検出し、検出信号をトランスＴ１の１次側にフィードバックし、検出信号に応じて出力電圧が安定化するようにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作が制御される。
【００１６】
以上のように、この実施形態によれば、第１の半波整流平滑回路２Ａによって、交流電源５から供給される交流電圧のうち正または負のいずれか一方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流されるとともに該交流電圧が平滑されて第１の直流電圧に変換される一方で、第２の半波整流平滑回路２Ｂによって、交流電源５から供給される交流電圧のうち一方極性と反対の他方極性の半サイクルの交流電圧に半波整流されるとともに該交流電圧が平滑されて第２の直流電圧に変換される。そして、これら第１および第２の直流電圧が、それぞれ、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２によりスイッチングされ、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１を構成する第１および第２の巻線部Ｎ１ａ、Ｎ１ｂに出力されるとともに第１の巻線部Ｎ１ａの出力と第２の巻線部Ｎ１ｂの出力が合成され、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に誘起電圧を生成する。このため、半波整流ダイオードＤ１およびＤ２には、交流電源５から供給される交流電圧に同期して交互に電流が流れるため、換言すれば、交流電源５から供給される電流は、半波整流ダイオードＤ１または半波整流ダイオードＤ２のいずれか一方のみに流れるため、整流損失を整流ダイオード１個分にすることができる。よって、整流損失の少ないスイッチング電源装置を提供できる。
【００１７】
このように、本発明のスイッチング電源装置１によれば、整流時において、交流電源５の半サイクル毎に１カ所のダイオードのみに電流を流すことができ、従来のスイッチング電源装置１０のような、交流電源５の半サイクル毎に必ず２カ所のダイオードに電流が流れることを回避できるので、整流損失の少ないスイッチング電源装置を提供できる。
また、トランスＴ１を第１の巻線部Ｎ１ａおよび第２の巻線部Ｎ１ｂからなる１次巻線Ｎ１と、２次巻線Ｎ２とが同一のコアに巻回された単一部品から構成することで、整流損失を低減しながらも、装置の小形化を図ることができる。すなわち、２つのスイッチング素子の各々に対してトランスを設け、トランスの後段側で合成する場合に比較して使用部品点数を削減することができ、装置のコンパクト化に有利である。しかも、１次巻線Ｎ１が２つの巻線部Ｎ１ａ、Ｎ１ｂを有する一方、２次巻線Ｎ２は１つの巻線で構成しているため、２次側の整流平滑回路が１つで済むという利点がある。
【００１８】
（整流損失の比較）
５Ａの電流を流した場合の順方向電圧が０．９５Ｖである整流ダイオードを使用したスイッチング電源装置において、従来回路を用いた場合（図２に示す従来例に係るスイッチング電源装置１０）と、本願回路（図１に示す実施例に係るスイッチング電源装置１）を用いた場合とで、整流損失を測定した結果を表１に示す。
【表１】
2010193580.tif 000003
【００１９】
表１から明らかなように、実施例に係るスイッチング電源装置１は、従来例に係るスイッチング電源装置１０に比べ、整流ダイオードでの損失を大幅に低減することができた。
【符号の説明】
【００２０】
１  スイッチング電源装置
２  １次側整流平滑部
２Ａ  第１の半波整流平滑回路
２Ｂ  第２の半波整流平滑回路
３  スイッチング部
４  スイッチング制御部
５  交流電源
１０  スイッチング電源装置
２０  １次側整流平滑部
３０  スイッチング部
４０  スイッチング制御部
Ｃ  平滑コンデンサ（入力平滑コンデンサ）
Ｃ１  平滑コンデンサ（第１の平滑コンデンサ）
Ｃ２  平滑コンデンサ（第２の平滑コンデンサ）
Ｃ３  平滑コンデンサ（出力平滑コンデンサ）
Ｄ１  半波整流ダイオード（第１の整流ダイオード）
Ｄ２  半波整流ダイオード（第２の整流ダイオード）
Ｄ３  整流ダイオード
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ  全波整流用ダイオード
ＤＢ  ダイオードブリッジ
Ｌ１  一対のライン（Ｌ(ライブ）相側ライン）
Ｌ２  一対のライン（Ｎ(ニュートラル）相側ライン）
Ｎ１  １次巻線
Ｎ１ａ  第１の巻線部
Ｎ１ｂ  第２の巻線部
Ｎ２  ２次巻線
Ｑ  スイッチング素子
Ｑ１  第１のスイッチング素子
Ｑ２  第２のスイッチング素子
Ｔ  トランス
Ｔ１  トランス
【図１】
2010193580.tif 000004
【図２】
2010193580.tif 000005
【図３】
2010193580.tif 000006