(57)【要約】【課題】スイッチング損失を低減し、高効率を図るスイッチング電源装置。【解決手段】入力端子Ａに接続される主巻線Ｌ１−１と第１主巻線に磁気的に結合され且つ主巻線に接続された漏れインダクタンスＬｒ１を有する補助巻線Ｌ１−２とを有するリアクトルＬ１、入力端子Ｂに接続される主巻線Ｌ２−１とこの主巻線に磁気的に結合され且つ主巻線に接続された漏れインダクタンスＬｒ２を有する補助巻線Ｌ２−２とを有するリアクトルＬ２、補助巻線Ｌ１−２と出力端子Ｃとの間に接続されたダイオードＤ１、補助巻線Ｌ２−２と出力端子Ｃとの間に接続されたダイオードＤ２、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に接続されたコンデンサＣ１、スイッチＱ３とスイッチＱ４との接続点と出力端子Ｃとの間に接続されたコンデンサＣ２、スイッチＱ１〜Ｑ４のオン・オフを制御する制御回路１０とを備える。【選択図】図１
2014054121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続される第１入力端子及び第２入力端子と、
負荷に接続される第１出力端子及び第２出力端子と、
前記第１入力端子に接続された第１主巻線と前記第１主巻線に磁気的に結合され且つ前記第１主巻線に接続された第１漏れインダクタンスを有する第１補助巻線とを有する第１リアクトルと、
前記第２入力端子に接続された第２主巻線と前記第２主巻線に磁気的に結合され且つ前記第２主巻線に接続された第２漏れインダクタンスを有する第２補助巻線とを有する第２リアクトルと、
前記第１リアクトルの第１補助巻線と前記第１出力端子との間に接続された第１ダイオードと、
前記第２リアクトルの第２補助巻線と前記第１出力端子との間に接続された第２ダイオードと、
前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続された第１コンデンサと、
前記第１リアクトルの第１主巻線と第１補助巻線との接続点と前記第２出力端子との間に接続された第１スイッチと、
前記第２リアクトルの第２主巻線と第２補助巻線との接続点と前記第２出力端子との間に接続された第２スイッチと、
前記第１リアクトルの第１主巻線と第１補助巻線との接続点に接続された第３スイッチと、
前記第２リアクトルの第２主巻線と第２補助巻線との接続点に接続された第４スイッチと、
前記第３スイッチと前記第４スイッチとの接続点と前記第１出力端子又は前記第２出力端子との間に接続された第２コンデンサと、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチのオン・オフを制御する制御回路と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記第１リアクトルと前記第２リアクトルとを磁気的に結合させた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。
【請求項３】
交流電源に接続される第１入力端子及び第２入力端子と、
負荷に接続される第１出力端子及び第２出力端子と、
前記第１入力端子に接続された第１主巻線と前記第１主巻線に磁気的に結合され且つ前記第１主巻線に接続された第１補助巻線とを有する第１リアクトルと、
前記第２入力端子に接続された第２主巻線と前記第２主巻線に磁気的に結合され且つ前記第２主巻線に接続された第２補助巻線とを有する第２リアクトルと、
前記第１リアクトルの第１補助巻線に接続された第３リアクトルと、
前記第２リアクトルの第２補助巻線に接続された第４リアクトルと、
前記第１リアクトルの第１補助巻線と前記第１出力端子との間に接続された第１ダイオードと、
前記第２リアクトルの第２補助巻線と前記第１出力端子との間に接続された第２ダイオードと、
前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続された第１コンデンサと、
前記第１リアクトルの第１主巻線と第１補助巻線との接続点と前記第２出力端子との間に接続された第１スイッチと、
前記第２リアクトルの第２主巻線と第２補助巻線との接続点と前記第２出力端子との間に接続された第２スイッチと、
前記第１リアクトルの第１主巻線と第１補助巻線との接続点に接続された第３スイッチと、
前記第２リアクトルの第２主巻線と第２補助巻線との接続点に接続された第４スイッチと、
前記第３スイッチと前記第４スイッチとの接続点と前記第１出力端子又は前記第２出力端子との間に接続された第２コンデンサと、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチのオン・オフを制御する制御回路と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第１リアクトルと前記第２リアクトルと前記第３リアクトルと前記第４リアクトルとを磁気的に結合させたことを特徴とする請求項３記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間の電圧極性を検出する入力電圧極性検出部を備え、
前記入力電圧極性検出部により検出された電圧極性に応じて、前記第１スイッチ乃至前記第４スイッチをオン・オフさせて前記第１出力端子及び前記第２出力端子間の電圧を所定値に制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記電圧極性が正である期間には、前記第１スイッチと前記第３スイッチとを交互にスイッチングさせ、前記第２スイッチのオンを継続させ、前記第４スイッチのオフを継続させ、前記電圧極性が負である期間には、前記第２スイッチと前記第４スイッチとを交互にスイッチングさせ、前記第１スイッチのオンを継続させ、前記第３スイッチのオフを継続させることを特徴とする請求項５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、スイッチング素子のスイッチング損失を低減することができるスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源の交流電圧を整流しないで力率を改善するブリッジレス昇圧型のスイッチング電源装置が知られている。図７に従来のブリッジレス昇圧型のスイッチング電源装置の一例を示す。図７において、交流電源Ｖｉｎの一端と出力電圧（−Ｖｏ）との間にはリアクトルＬ１１とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ１との直列回路が接続されている。交流電源Ｖｉｎの他端と出力電圧（−Ｖｏ）との間にはリアクトルＬ１２とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ２との直列回路が接続されている。
【０００３】
リアクトルＬ１１とスイッチＱ１のドレインとの接続点にはダイオードＤ１のアノードが接続され、ダイオードＤ１のカソードは出力電圧（＋Ｖｏ）とコンデンサＣ１の一端とに接続されている。リアクトルＬ１２とスイッチＱ２のドレインとの接続点にはダイオードＤ２のアノードが接続され、ダイオードＤ２のカソードは出力電圧（＋Ｖｏ）とコンデンサＣ１の一端とに接続されている。コンデンサＣ１の他端は出力電圧（−Ｖｏ）に接続されている。出力電圧（＋Ｖｏ）と出力電圧（−Ｖｏ）との間には負荷（図示しない）が接続される。
【０００４】
制御回路１００は、コンデンサＣ１からの電圧に基づいてスイッチＱ１とスイッチＱ２とを同時にオン／オフさせ、出力電圧Ｖｏを所定電圧になるように制御を行う。
【０００５】
このような従来のブリッジレス昇圧型のスイッチング電源装置は、交流電圧の整流と昇圧動作とを兼ね備えており、従来の電源回路におけるダイオードブリッジによる導通損失を大幅に低減できることから、高効率の電源装置として用いられている。
【０００６】
なお、従来のこの種の技術としては、特許文献１に記載された電源装置が知られている。この電源装置は、ブリッジ形全波整流回路の帰還電流が流れる側の整流素子２個を高速スイッチ素子にそれぞれ置き換え、高速スイッチ素子を適正に制御することによって、力率を改善し、部品点数の削減および変換効率・信頼性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１１５７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図７に示す従来のブリッジレス昇圧型のスイッチング電源装置がＰＷＭ制御によりスイッチング動作すると、ハードスイッチングであるため、電流の直流重畳により回生ダイオードＤ１，Ｄ２にリカバリ電流が発生する。このため、スイッチＱ１，Ｑ２にスイッチング損失が発生し、高効率を図ることができなかった。
【０００９】
本発明の課題は、スイッチング損失を低減し、高効率を図ることができるスイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のスイッチング電源装置は、交流電源に接続される第１入力端子及び第２入力端子と、負荷に接続される第１出力端子及び第２出力端子と、前記第１入力端子に接続された第１主巻線と前記第１主巻線に磁気的に結合され且つ前記第１主巻線に接続された第１漏れインダクタンスを有する第１補助巻線とを有する第１リアクトルと、前記第２入力端子に接続された第２主巻線と前記第２主巻線に磁気的に結合され且つ前記第２主巻線に接続された第２漏れインダクタンスを有する第２補助巻線とを有する第２リアクトルと、前記第１リアクトルの第１補助巻線と前記第１出力端子との間に接続された第１ダイオードと、前記第２リアクトルの第２補助巻線と前記第１出力端子との間に接続された第２ダイオードと、前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続された第１コンデンサと、前記第１リアクトルの第１主巻線と第１補助巻線との接続点と前記第２出力端子との間に接続された第１スイッチと、前記第２リアクトルの第２主巻線と第２補助巻線との接続点と前記第２出力端子との間に接続された第２スイッチと、前記第１リアクトルの第１主巻線と第１補助巻線との接続点に接続された第３スイッチと、前記第２リアクトルの第２主巻線と第２補助巻線との接続点に接続された第４スイッチと、前記第３スイッチと前記第４スイッチとの接続点と前記第１出力端子又は前記第２出力端子との間に接続された第２コンデンサと、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチのオン・オフを制御する制御回路とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、交流電源に接続される第１入力端子及び第２入力端子と、負荷に接続された第１出力端子及び第２出力端子と、前記第１入力端子に接続された第１主巻線と前記第１主巻線に磁気的に結合され且つ前記第１主巻線に接続された第１補助巻線とを有する第１リアクトルと、前記第２入力端子に接続された第２主巻線と前記第２主巻線に磁気的に結合され且つ前記第２主巻線に接続された第２補助巻線とを有する第２リアクトルと、前記第１リアクトルの第１補助巻線に接続された第３リアクトルと、前記第２リアクトルの第２補助巻線に接続された第４リアクトルと、前記第１リアクトルの第１補助巻線と前記第１出力端子との間に接続された第１ダイオードと、前記第２リアクトルの第２補助巻線と前記第１出力端子との間に接続された第２ダイオードと、前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続された第１コンデンサと、前記第１リアクトルの第１主巻線と第１補助巻線との接続点と前記第２出力端子との間に接続された第１スイッチと、前記第２リアクトルの第２主巻線と第２補助巻線との接続点と前記第２出力端子との間に接続された第２スイッチと、前記第１リアクトルの第１主巻線と第１補助巻線との接続点に接続された第３スイッチと、前記第２リアクトルの第２主巻線と第２補助巻線との接続点に接続された第４スイッチと、前記第３スイッチと前記第４スイッチとの接続点と前記第１出力端子又は前記第２出力端子との間に接続された第２コンデンサと、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチのオン・オフを制御する制御回路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１スイッチがオフすることにより第１リアクトルの励磁エネルギーは、まず、第１主巻線から第３スイッチと第２コンデンサとを介して第１コンデンサあるいは負荷に放出され、第２コンデンサは充電されるが、同時に第１補助巻線からもエネルギーが放出され、第１補助巻線、第１漏れインダクタンス（第３リアクトル）、第１ダイオード、第２コンデンサ、第３スイッチの経路で第２コンデンサが放電される。
【００１３】
従って、第２コンデンサの充電電圧が低く抑えられ、第１及び第３スイッチのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは耐圧を超えることがなくなる。即ち、第１補助巻線を設けることにより、積極的に第２コンデンサの放電を行い、第２コンデンサの電圧の上昇によるスイッチ素子耐圧を超えることがなくなり、また、第１及び第３スイッチのゼロ電圧スイッチングを実現できる。
【００１４】
また、第２スイッチがオフすることにより第２リアクトルの励磁エネルギーは、まず、第２主巻線から第４スイッチと第２コンデンサとを介して第１コンデンサあるいは負荷に放出され、第２コンデンサは充電されるが、同時に第２補助巻線からもエネルギーが放出され、第２補助巻線、第２漏れインダクタンス（第４リアクトル）、第２ダイオード、第２コンデンサ、第４スイッチの経路で第２コンデンサが放電される。
【００１５】
従って、第２コンデンサの充電電圧が低く抑えられ、第２及び第４スイッチのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは耐圧を超えることがなくなる。即ち、第２補助巻線を設けることにより、積極的に第２コンデンサの放電を行い、第２コンデンサの電圧の上昇によるスイッチ素子耐圧を超えることがなくなり、また、第２及び第４スイッチのゼロ電圧スイッチングを実現できる。従って、スイッチング損失を低減し、高効率なスイッチング電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１のスイッチング電源装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１の変形例のスイッチング電源装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例１のスイッチング電源装置の交流電圧の時間変化に対する各スイッチへの各ゲート信号を示す波形図である。
【図４】本発明の実施例１のスイッチング電源装置の各部の動作を示す波形図である。
【図５】本発明の実施例１のスイッチング電源装置の各部の動作を示す波形図である。
【図６】本発明の実施例２のスイッチング電源装置の構成図である。
【図７】従来のブリッジレス昇圧型のスイッチング電源装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態のスイッチング電源装置を図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１のスイッチング電源装置の構成図である。図１に示す実施例１のスイッチング電源装置は、リアクトルＬ１，Ｌ２に流れる電流が連続的に流れる電流連続モードの昇圧チョッパ回路である。
【００１９】
図１において、交流電源Ｖｉｎには入力端子Ａ（第１入力端子）及び入力端子Ｂ（第２入力端子）が接続される。図示しない負荷には出力端子Ｃ（第１出力端子、出力電圧＋Ｖｏ）及び出力端子Ｄ（第２出力端子、出力電圧−Ｖｏ）が接続される。
【００２０】
リアクトルＬ１（第１リアクトル）は、入力端子Ａに接続された主巻線Ｌ１−１（第１主巻線）と主巻線Ｌ１−１に磁気的に結合され且つ主巻線Ｌ１−１に接続された漏れインダクタンスＬｒ１（第１漏れインダクタンス）を有する補助巻線Ｌ１−２（第１補助巻線）とを有している。
【００２１】
リアクトルＬ２（第２リアクトル）は、入力端子Ｂに接続された主巻線Ｌ２−１（第２主巻線）と主巻線Ｌ２−１に磁気的に結合され且つ主巻線Ｌ２−１に接続された漏れインダクタンスＬｒ２（第２漏れインダクタンス）を有する補助巻線Ｌ２−２（第２補助巻線）とを有している。
【００２２】
ダイオードＤ１（第１ダイオード）は、リアクトルＬ１の補助巻線Ｌ１−２と出力端子Ｃとの間に接続されている。ダイオードＤ２（第２ダイオード）は、リアクトルＬ２の補助巻線Ｌ２−２と出力端子Ｃとの間に接続されている。コンデンサＣ１（第１コンデンサ）は、出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に接続されている。
【００２３】
スイッチＱ１（第１スイッチ）は、リアクトルＬ１の主巻線Ｌ１−１と補助巻線Ｌ１−２との接続点と出力端子Ｄとの間に電流検出抵抗Ｒ１を介して接続されている。スイッチＱ２（第２スイッチ）は、リアクトルＬ２の主巻線Ｌ２−１と補助巻線Ｌ２−２との接続点と出力端子Ｄとの間に電流検出抵抗Ｒ２を介して接続されている。
【００２４】
スイッチＱ３（第３スイッチ）のソースは、リアクトルＬ１の主巻線Ｌ１−２と補助巻線Ｌ１−２との接続点に接続されている。スイッチＱ４（第４スイッチ）のソースは、リアクトルＬ２の主巻線Ｌ２−１と補助巻線Ｌ２−２との接続点に接続されている。スイッチＱ１〜Ｑ４は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴからなる。
【００２５】
コンデンサＣ２（第２コンデンサ）は、スイッチＱ３のドレインとスイッチＱ４のドレインとの接続点と出力端子Ｃとの間に接続されている。
【００２６】
制御回路１０は、入力端子Ａと入力端子Ｂとの間の電圧極性を検出する入力電圧極性検出部を備え、入力電圧極性検出部により検出された電圧極性に応じて、スイッチＱ１〜スイッチＱ４をオン・オフさせて出力端子Ｃ及び出力端子Ｄ間の電圧を所定値に制御する。
【００２７】
また、制御回路１０は、コンデンサＣ１からの電圧と電流検出抵抗Ｒ１，Ｒ２からの電圧と入力端子Ａ，Ｂにおける交流電源Ｖｉｎからの交流電圧に基づいて、スイッチＱ１、スイッチＱ２、スイッチＱ３及びスイッチＱ４のオン・オフを制御することにより入力電圧（交流電源Ｖｉｎの電圧）よりも高い定電圧の出力電圧Ｖｏを出力する制御を行う。制御回路１０は、ゲート信号Ｑ１ｇ〜Ｑ４ｇを生成し、ゲート信号Ｑ１ｇ〜Ｑ４ｇによりスイッチＱ１〜Ｑ４をオン・オフさせる。
【００２８】
スイッチＱ１のドレイン−ソース間にはダイオードＤａとコンデンサＣａとの並列回路が接続されている。ダイオードＤａは第１スイッチＱ１の寄生ダイオードでも良く、コンデンサＣａはスイッチＱ１の寄生コンデンサでも良い。スイッチＱ２のドレイン−ソース間にはダイオードＤｂとコンデンサＣｂとの並列回路が接続されている。ダイオードＤｂはスイッチＱ２の寄生ダイオードでも良く、コンデンサＣｂはスイッチＱ２の寄生コンデンサでも良い。
【００２９】
スイッチＱ３のドレイン−ソース間にはダイオードＤｃとコンデンサＣｃとの並列回路が接続されている。ダイオードＤｃはスイッチＱ３の寄生ダイオードでも良く、コンデンサＣｃはスイッチＱ３の寄生コンデンサでも良い。スイッチＱ４のドレイン−ソース間にはダイオードＤｄとコンデンサＣｄとの並列回路が接続されている。ダイオードＤｄはスイッチＱ４の寄生ダイオードでも良く、コンデンサＣｄはスイッチＱ４の寄生コンデンサでも良い。
【００３０】
図２は、本発明の実施例１の変形例のスイッチング電源装置の構成図である。図１に示す実施例１のスイッチング電源装置では、コンデンサＣ２の他端を出力端子Ｃに接続したのに対して、図２に示す変形例のスイッチング電源装置では、コンデンサＣ２の他端を出力端子Ｄに接続したことを特徴とする。このような変形例の構成を用いても実施例１のスイッチング電源装置の効果と同様の効果が得られる。
【００３１】
図３（ａ）（ｂ）は、本発明の実施例１のスイッチング電源装置の交流電圧の時間変化に対する各スイッチＱ１〜Ｑ４への各ゲート信号Ｑ１ｇ〜Ｑ４ｇを示す波形図である。
【００３２】
図３（ａ）において、入力電圧極性検出部により検出された電圧極性が正である期間、即ち、交流電源Ｖｉｎの交流電圧が正の時には（時刻ｔ１〜ｔ４）、スイッチＱ１は、ゲート信号Ｑ１ｇａによりスイッチングし、スイッチＱ２は、ゲート信号Ｑ２ｇａによりオンを継続する。スイッチＱ３は、ゲート信号Ｑ３ｇによりスイッチＱ１に同期してスイッチＱ１とは交互にスイッチングし、スイッチＱ４は、ゲート信号Ｑ４ｇによりオフを継続する。
【００３３】
交流電圧が交番すると（時刻ｔ４〜ｔ７）、スイッチＱ２は、ゲート信号Ｑ２ｇａによりスイッチングし、スイッチＱ１は、ゲート信号Ｑ１ｇａによりオンを継続する。スイッチＱ４は、ゲート信号Ｑ４ｇによりスイッチＱ２に同期してスイッチＱ２とは交互にスイッチングし、スイッチＱ３は、ゲート信号Ｑ３ｇによりオフを継続する。
【００３４】
このように交流電圧の交番毎に、スイッチＱ１〜Ｑ４に対して、スイッチング、オン／オフ継続を行うことで、ブリッジレス化に対応した動作を行うことができる。
【００３５】
図３（ｂ）に示す例は、図３（ａ）の動作を簡略化したもので、スイッチＱ１，Ｑ２は、ゲート信号Ｑ１ｇｂ，Ｑ２ｇｂによりスイッチングを継続している。この場合、スイッチＱ３とスイッチＱ４とは、交番毎に、スイッチングとオフ継続とを切り替えている。
【００３６】
図４は、本発明の実施例１のスイッチング電源装置の各部の動作を示す波形図である。
【００３７】
なお、図４において、コンデンサＣ２の電圧Ｃ２ｖは、スイッチＱ３のドレインに繋がる電位を正とし、スイッチＱ１のソースに繋がる電位を０ボルトと定義する。
【００３８】
次に、図１乃至図５を参照しながら、実施例１のスイッチング電源装置の各部の動作を説明する。なお、スイッチＱ１とスイッチＱ３とは所定のデッドタイムｔｄを有し、交互にオン／オフするようになっている。また、スイッチＱ２とスイッチＱ４とは所定のデットタイムｔｄを有し、交互にオン／オフするようになっている。
【００３９】
（交流電圧が正の期間ｔ１〜ｔ４）
まず、交流電圧が正の期間ｔ１〜ｔ４の動作を説明する。ここでは、図３に示すように、スイッチＱ１とスイッチＱ３とは交互にオン／オフスイッチングし、スイッチＱ２はオンを継続し、スイッチＱ４はオフを継続している。
【００４０】
図４の期間Ｔ３において、スイッチＱ１がオフすると、交流電源Ｖｉｎの電圧により励磁されたリアクトルＬ１のエネルギーにより、Ｌ１−１→Ｑ１（Ｃａ）→Ｒ１→Ｒ２→Ｑ２→Ｌ２−１→Ｖｉｎ→Ｌ１−１の経路で、スイッチＱ１のドレイン−ソース間のコンデンサＣａが充電される。このため、スイッチＱ１のドレイン−ソース間の電圧Ｑ１ｖが上昇する。
【００４１】
また、これと同時に、リアクトルＬ１のエネルギーは、Ｌ１−１→Ｑ３（Ｃｃ）→Ｃ２→Ｃ１→Ｒ２→Ｑ２→Ｌ２−１→Ｖｉｎ→Ｌ１−１の経路にも流れるため、スイッチＱ３のドレイン−ソース間のコンデンサＣｃの電荷が引き抜かれ、スイッチＱ３のドレイン−ソース間の電圧Ｑ３ｖも下がり始める。コンデンサＣａ，Ｃｃの電圧変化率ｄｖ／ｄｔは、主巻線Ｌ１−１と主巻線Ｌ２−１との和と、コンデンサＣａ，Ｃｃとの時定数からなる傾きで変化する。
【００４２】
また、同時にＬ１−１→Ｌ１−２→Ｌｒ１→Ｄ１→Ｃ１→Ｒ２→Ｑ２→Ｌ２−１→Ｖｉｎ→Ｌ１−１の経路にも、スイッチＱ１により励磁されていたリアクトルＬ１−１，Ｌ１−２も励磁エネルギーを放出し始める。このとき、漏れインダクタンスＬｒ１があるため、ダイオードＤ１に流れる電流Ｄ１ｉは、ゆっくり上昇していく。
【００４３】
次に、期間Ｔ４において、スイッチＱ３のコンデンサＣｃの電荷が引き抜かれると、スイッチＱ３のダイオードＤｃに主巻線Ｌ１−１の放出エネルギーが流れ始める。図４及び図５に示す負の電流Ｑ３ｉは、ダイオードＤｃに電流が流れることを示す。この負の電流Ｑ３ｉが流れている期間に、ゲート信号Ｑ３ｇによりスイッチＱ３をオンさせることで、スイッチＱ３のゼロ電圧スイッチングを実現することができる。
【００４４】
また、Ｖｉｎ→Ｌ１−１→Ｌ１−２→Ｌｒ１→Ｄ１→Ｃ１→Ｒ２→Ｑ２→Ｌ２−１→Ｖｉｎの第１の経路と、Ｖｉｎ→Ｌ１−１→Ｑ３→Ｃ２→Ｃ１→Ｒ２→Ｑ２→Ｌ２−１→Ｖｉｎの第２の経路とにより、コンデンサＣ１へエネルギーが放出される。
【００４５】
期間Ｔ５において、スイッチＱ１がオフで、スイッチＱ３がオンである。このとき、リアクトルＬ１のエネルギーにより、スイッチＱ３を介してコンデンサＣ２が充電される。これと同時に、補助巻線Ｌ１−２のエネルギーが放出され始め、Ｌ１−２→Ｌｒ１→Ｄ１→Ｃ２→Ｑ３→Ｌ１−２の経路でコンデンサＣ２が放電される。
【００４６】
ダイオードＤ１には補助巻線Ｌ１−２と漏れインダクタンスＬｒ１とが接続されているため、補助巻線Ｌ１−２の放出エネルギーは、漏れインダクタンスＬｒ１を励磁しながらコンデンサＣ１に出力される。やがて、コンデンサＣ２の充電電圧Ｃ２ｖが上昇してくると、今度は、コンデンサＣ２が放電して、Ｃ２→Ｑ３→Ｌ１−２→Ｌｒ１→Ｄ１→Ｃ２の経路で電流が流れ出す。このことは、スイッチＱ３の電流Ｑ３ｉが正に極性反転していることからもわかる。
【００４７】
期間Ｔ６において、ゲート信号Ｑ３ｇによりスイッチＱ３がオフし、これと同時に、漏れインダクタンスＬｒ１は励磁エネルギーを放出し始める。Ｌｒ１→Ｄ１→Ｃ２→Ｑ３（Ｃｃ）→Ｌ１−２→Ｌｒの経路に電流が流れ、漏れインダクタンスＬｒ１とコンデンサＣｃとの時定数による傾きｄｖ／ｄｔで、コンデンサＣｃは徐々に充電されて、コンデンサＣｃの電圧、即ちスイッチＱ３のドレイン−ソース間の電圧Ｑ３ｖが上昇する。
【００４８】
さらに、Ｌｒ１→Ｄ１→Ｃ１→Ｒ１→Ｑ１（Ｃａ）→Ｌ１−２→Ｌｒ１の経路で、漏れインダクタンスＬｒ１の励磁エネルギーが放出し始める。このとき、スイッチＱ１のコンデンサＣａの電荷は引き抜かれて、スイッチＱ１の電圧Ｑ１ｖは下がる。
【００４９】
期間Ｔ７において、期間Ｔ６と同じ電流経路で電流が流れるため、スイッチＱ１のダイオードＤａに漏れインダクタンスＬｒ１の放出エネルギーが流れる。図４及び図５に示す負の電流Ｑ１ｉは、ダイオードＤａに電流が流れることを示す。負の電流Ｑ１ｉが流れている期間に、ゲート信号Ｑ１ｇによりスイッチＱ１をオンさせることで、スイッチＱ１のゼロ電圧スイッチングを実現することができる。
【００５０】
期間Ｔ１において、スイッチＱ１がオンし、スイッチＱ１には、交流電源Ｖｉｎにより主巻線Ｌ１−１に流れる励磁電流と、漏れインダクタンスＬｒ１のエネルギー放出により流れる電流との差分の電流が流れる。
【００５１】
期間Ｔ２において、漏れインダクタンスＬｒ１のエネルギー放出が終了し、スイッチＱ１の電流Ｑ１ｉは、交流電源Ｖｉｎにより励磁される電流の傾きで流れる。
【００５２】
なお、補助巻線Ｌ１−２の巻数を増やしていくと、図５に示すように、コンデンサＣ２の電圧Ｃ２ｖは、負電圧となる場合もあり、スイッチＱ１，Ｑ３の電圧Ｑ１ｖ，Ｑ３ｖを出力電圧（コンデンサＣ１の電圧）よりも低くすることができる。
【００５３】
（交流電圧が負の期間ｔ４〜ｔ７）
次に、交流電圧が負の期間ｔ４〜ｔ７の動作を説明する。ここでは、図３に示すように、スイッチＱ２とスイッチＱ４とは交互にオン／オフスイッチングし、スイッチＱ１はオンを継続し、スイッチＱ３はオフを継続している。
【００５４】
まず、スイッチＱ２がオフすると、交流電源Ｖｉｎの電圧により励磁されたリアクトルＬ２のエネルギーにより、Ｌ２−１→Ｑ２（Ｃｂ）→Ｒ２→Ｒ１→Ｑ１→Ｌ１−１→Ｖｉｎ→Ｌ２−１の経路で、スイッチＱ２のドレイン−ソース間のコンデンサＣｂが充電される。このため、スイッチＱ２のドレイン−ソース間の電圧Ｑ２ｖが上昇する。
【００５５】
また、これと同時に、リアクトルＬ２のエネルギーは、Ｌ２−１→Ｑ４（Ｃｄ）→Ｃ２→Ｃ１→Ｒ１→Ｑ１→Ｌ１−１→Ｖｉｎ→Ｌ２−１の経路にも流れるため、スイッチＱ４のドレイン−ソース間のコンデンサＣｄの電荷が引き抜かれ、スイッチＱ４のドレイン−ソース間の電圧Ｑ４ｖも下がり始める。コンデンサＣｂ，Ｃｄの電圧変化率ｄｖ／ｄｔは、主巻線Ｌ１−１と主巻線Ｌ２−１との和と、コンデンサＣｂ，Ｃｄとの時定数からなる傾きで変化する。
【００５６】
また、同時にＬ２−１→Ｌ２−２→Ｌｒ２→Ｄ２→Ｃ１→Ｒ１→Ｑ１→Ｌ１−１→Ｖｉｎ→Ｌ２−１の経路にも、スイッチＱ２により励磁されていたリアクトルＬ２−１，Ｌ２−２も励磁エネルギーを放出し始める。このとき、漏れインダクタンスＬｒ２があるため、ダイオードＤ２に流れる電流Ｄ２ｉは、ゆっくり上昇していく。
【００５７】
次に、スイッチＱ４のコンデンサＣｄの電荷が引き抜かれると、スイッチＱ４のダイオードＤｄに主巻線Ｌ２−１の放出エネルギーが流れ始める。ダイオードＤｄに電流が流れている期間に、ゲート信号Ｑ４ｇによりスイッチＱ４をオンさせることで、スイッチＱ４のゼロ電圧スイッチングを実現することができる。
【００５８】
また、Ｖｉｎ→Ｌ２−１→Ｌ２−２→Ｌｒ２→Ｄ２→Ｃ１→Ｒ１→Ｑ１→Ｌ１−１→Ｖｉｎの第１の経路と、Ｖｉｎ→Ｌ２−１→Ｑ４→Ｃ２→Ｃ１→Ｒ１→Ｑ１→Ｌ１−１→Ｖｉｎの第２の経路とにより、コンデンサＣ１へエネルギーが放出される。
【００５９】
次に、スイッチＱ２がオフで、スイッチＱ４がオンであるとき、リアクトルＬ２のエネルギーにより、スイッチＱ４を介してコンデンサＣ２が充電される。これと同時に、補助巻線Ｌ２−２のエネルギーが放出され始め、Ｌ２−２→Ｌｒ２→Ｄ２→Ｃ２→Ｑ４→Ｌ２−２の経路でコンデンサＣ２が放電される。
【００６０】
ダイオードＤ２には補助巻線Ｌ２−２と漏れインダクタンスＬｒ２とが接続されているため、補助巻線Ｌ２−２の放出エネルギーは、漏れインダクタンスＬｒ２を励磁しながらコンデンサＣ１に出力される。やがて、コンデンサＣ２の充電電圧Ｃ２ｖが上昇してくると、今度は、コンデンサＣ２が放電して、Ｃ２→Ｑ４→Ｌ２−２→Ｌｒ２→Ｄ２→Ｃ２の経路で電流が流れ出す。このことは、スイッチＱ４の電流Ｑ４ｉが正に極性反転していることからもわかる。
【００６１】
次に、ゲート信号Ｑ４ｇによりスイッチＱ４がオフし、これと同時に、漏れインダクタンスＬｒ２は励磁エネルギーを放出し始める。Ｌｒ２→Ｄ２→Ｃ２→Ｑ４（Ｃｄ）→Ｌ２−２→Ｌｒ２の経路に電流が流れ、漏れインダクタンスＬｒ２とコンデンサＣｄとの時定数による傾きｄｖ／ｄｔで、コンデンサＣｄは徐々に充電されて、コンデンサＣｄの電圧、即ちスイッチＱ４のドレイン−ソース間の電圧Ｑ４ｖが上昇する。
【００６２】
さらに、Ｌｒ２→Ｄ２→Ｃ１→Ｒ２→Ｑ２（Ｃｂ）→Ｌ２−２→Ｌｒ２の経路で、漏れインダクタンスＬｒ２の励磁エネルギーが放出し始める。このとき、スイッチＱ２のコンデンサＣｂの電荷は引き抜かれて、スイッチＱ２の電圧Ｑ２ｖは下がる。
【００６３】
次に、スイッチＱ２のダイオードＤｂに漏れインダクタンスＬｒ２の放出エネルギーが流れる。ダイオードＤｂに電流が流れている期間に、ゲート信号Ｑ２ｇによりスイッチＱ２をオンさせることで、スイッチＱ２のゼロ電圧スイッチングを実現することができる。
【００６４】
次に、スイッチＱ２がオンし、スイッチＱ２には、交流電源Ｖｉｎにより主巻線Ｌ２−１に流れる励磁電流と、漏れインダクタンスＬｒ２のエネルギー放出により流れる電流との差分の電流が流れる。
【００６５】
次に、漏れインダクタンスＬｒ２のエネルギー放出が終了し、スイッチＱ２の電流Ｑ２ｉは、交流電源Ｖｉｎにより励磁される電流の傾きで流れる。
【００６６】
なお、補助巻線Ｌ１−２，Ｌ２−２の巻数を増やしていくと、図５に示すように、コンデンサＣ２の電圧Ｃ２ｖは、負電圧となる場合もあり、スイッチＱ１，Ｑ３（Ｑ２，Ｑ４）の電圧Ｑ１ｖ，Ｑ３ｖ（Ｑ２ｖ，Ｑ４ｖ）を出力電圧（コンデンサＣ１の電圧）よりも低くすることができる。
【００６７】
このように、実施例１のスイッチング電源装置によれば、スイッチＱ１がオフすることによりリアクトルＬ１の励磁エネルギーは、まず、主巻線Ｌ１−１からスイッチＱ３とコンデンサＣ２とを介してコンデンサＣ１あるいは負荷に放出され、コンデンサＣ２は充電されるが、同時に補助巻線Ｌ１−２からもエネルギーが放出され、補助巻線Ｌ１−２、漏れインダクタンスＬｒ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ２、スイッチＱ３の経路でコンデンサＣ２が放電される。
【００６８】
従って、コンデンサＣ２の充電電圧が低く抑えられ、スイッチＱ１，Ｑ３のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは耐圧を超えることがなくなる。即ち、補助巻線Ｌ１−２を設けることにより、積極的にコンデンサＣ２の放電を行い、コンデンサＣ２の電圧の上昇によるスイッチ素子耐圧を超えることがなくなり、また、スイッチＱ１，Ｑ３のゼロ電圧スイッチングを実現できる。
【００６９】
また、スイッチＱ２がオフすることによりリアクトルＬ２の励磁エネルギーは、まず、主巻線Ｌ２−１からスイッチＱ４とコンデンサＣ２とを介してコンデンサＣ１あるいは負荷に放出され、コンデンサＣ２は充電されるが、同時に補助巻線Ｌ２−２からもエネルギーが放出され、補助巻線Ｌ２−２、漏れインダクタンスＬｒ２、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２、スイッチＱ４の経路でコンデンサＣ２が放電される。
【００７０】
従って、コンデンサＣ２の充電電圧が低く抑えられ、スイッチＱ２，Ｑ４のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは耐圧を超えることがなくなる。即ち、補助巻線Ｌ２−２を設けることにより、積極的にコンデンサＣ２の放電を行い、コンデンサＣ２の電圧の上昇によるスイッチ素子耐圧を超えることがなくなり、また、スイッチＱ２，Ｑ４のゼロ電圧スイッチングを実現できる。従って、スイッチング損失を低減し、高効率なスイッチング電源装置を提供できる。
【実施例２】
【００７１】
図６は、本発明の実施例２のスイッチング電源装置の構成図である。実施例２のスイッチング電源装置は、図１に示すリアクトルＬ１とリアクトルＬ２とを磁気的に結合させたリアクトルＬ１ａを用いたことを特徴とする。
【００７２】
図６に示すように、リアクトルＬ１ａは、主巻線Ｌ１−１と漏れインダクタンスＬｒ１を有する補助巻線Ｌ１−２とからなるリアクトルと、主巻線Ｌ１−３と漏れインダクタンスＬｒ２を有する補助巻線Ｌ１−４とからなるリアクトルとを磁気的に結合させて構成されている。
【００７３】
このようなリアクトルＬ１ａは、図１に示すリアクトルＬ１とリアクトルＬ２とが一纏めにされているので、実装を簡略化することができる。
【００７４】
なお、本発明は、実施例１乃び実施例２のスイッチング電源装置に限定されるものではない。実施例１乃び実施例２のスイッチング電源装置では、主巻線Ｌ１−１，補助巻線Ｌ１−２（Ｌ２−１，Ｌ２−２）間に発生する漏れインダクタンスＬｒ１（Ｌｒ２）を用いたが、漏れインダクタンスＬｒ１（Ｌｒ２）に代えて、外付けのリアクトルを用いても良い。
【００７５】
この場合には、主巻線Ｌ１−１と補助巻線Ｌ１−２とからなるリアクトル（第１リアクトル）と、補助巻線Ｌ１−２に接続される外付けのリアクトル（第３リアクトル）と、主巻線Ｌ２−１と補助巻線Ｌ２−２とからなるリアクトル（第２リアクトル）と、補助巻線Ｌ２−２に接続される外付けのリアクトル（第４リアクトル）とを用いることができる。
【００７６】
また、このような外付けのリアクトルを用いる場合でも、図６に示す実施例２のスイッチング電源装置にも適用可能である。即ち、第１リアクトル、第２リアクトル、第３リアクトルおよび第４リアクトルが、磁気的に結合されるようにしても良い。このようすれば、実装を簡略化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、力率改善回路やＡＣ−ＤＣコンバータに適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
Ｖｉｎ  交流電源
Ｌ１，Ｌ２  リアクトル
Ｌ１−１，Ｌ２−１  リアクトルの主巻線
Ｌ１−２，Ｌ２−２  リアクトルの補助巻線
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４  スイッチ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄａ〜Ｄｄ  ダイオード
Ｒ１，Ｒ２  電流検出抵抗
Ｃ１，Ｃ２，Ｃａ〜Ｃｄ  コンデンサ
１０，１００  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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