(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力を全波整流するダイオードブリッジ（２）と、このダイオードブリッジの出力端子（ａ，ｂ）間にスイッチング素子（４）と直列に１次巻線（Ｎｐ）が接続されたトランス（３）と、該トランスの２次巻線（Ｎｓ）に発生する交流電圧を整流及び平滑して出力する整流平滑回路（１６）と、該整流平滑回路の出力電圧に応じて前記スイッチング素子（４）のオン・オフを制御する制御回路（５）とを備えたスイッチング電源装置において、
前記整流平滑回路（１６）を、前記トランス（３）の２次巻線（Ｎｓ）に発生する電圧を整流するダイオード（７）と、その整流電圧を充電して平滑するコンデンサ（１０）と、１次チョーク巻線（ＮLp）と２次チョーク巻線（ＮLs）を有し、その２次チョーク巻線（ＮLs）を前記コンデンサ（１０）の充電回路に直列に介挿したインダクタ（１３）と、該インダクタに蓄えられたエネルギーを前記コンデンサ（１０）を通して放出させる回路を形成する転流用ダイオード（９）とによって構成し、
前記ダイオードブリッジ（２）の負側出力端子（ｂ）と前記インダクタ（１３）の１次チョーク巻線（ＮLp) の一端（ｈ）との間に接続した第１のコンデンサ（Ｃ４）と、
前記ダイオードブリッジ（２）の負側出力端子（ｂ）にアノードを接続し、前記インダクタ（１３）の１次チョーク巻線（ＮLp) の他端（ｇ）にカソードを接続した第１のダイオード（Ｄ４）と、
前記インダクタ（１３）の１次チョーク巻線（ＮLp) の一端（ｈ）に一端を接続し、他端を第２のコンデンサ（Ｃ２）を介して前記ダイオードブリッジ（２）の負側出力端子（ｂ）に接続した第３のコンデンサ（Ｃ３）と、
前記第２のコンデンサ（Ｃ２）と前記第３のコンデンサ（Ｃ３）との接続点にアノードを接続し、前記ダイオードブリッジ（２）の正側出力端子（ａ）と前記トランス（３）の１次巻線（Ｎｐ）との接続点にカソードを接続した第２のダイオード（Ｄ２）と、
前記第１のダイオード（Ｄ４）のカソードにアノードを接続し、前記第２のダイオード（Ｄ２）のアノードにカソードを接続した第３のダイオード(Ｄ３)と、
を設けたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、前記ダイオードブリッジ（２）の出力端子（ａ，ｂ）間に、前記第２のコンデンサ（Ｃ２）より容量の小さいコンデンサ（Ｃ５）を接続したことを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、各種電子機器の直流電源として用いられるスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の直流電源としてスイッチング電源装置（スイッチングレギュレータとも云う）が多用されるようになってきた。
そのスイッチング電源装置の従来の回路構成の一例を図１０に示す。
これはコンデンサインプット型であり、１は交流電源、２は交流電源１からの交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ、Ｃ１はダイオードブリッジ２で整流された出力端子ａ，ｂ間の電圧を平滑するコンデンサである。
【０００３】
３はコンデンサＣ１で平滑された直流電圧を変換するトランスで、１次巻線Ｎｐと２次巻線Ｎｓとを有している。４はスイッチング素子で、トランス３の１次巻線Ｎｐと直列に接続され、その直列回路がダイオードブリッジ２の出力端子ａ，ｂ間に接続されている。５はそのスイッチング素子４をオン・オフ制御する制御回路である。
【０００４】
６はトランス３の２次巻線Ｎｓに発生する交流電圧を整流及び平滑して出力する整流平滑回路であり、整流用のダイオード７，平滑用のチョークコイル８及びコンデンサ１０と、転流用ダイオード９によって構成されている。１１，１２はコンデンサ１０の両端電圧を直流出力電圧Ｖout として出力する出力端子で、この電圧Ｖout は制御回路５にもフィードバックされる。
【０００５】
このスイッチング電源装置によれば、交流電源１からの交流電圧はダイオードブリッジ２により全波整流された後、コンデンサＣ１でリップル成分を除去されて平滑されることにより直流電圧に変換される。この直流電圧はトランス３の１次巻線Ｎｐとスイッチング素子４の直列回路に印加される。
【０００６】
スイッチング素子４は、制御端子（ベース）に制御回路５から矩形波の駆動信号が加えられてオン・オフ制御されることにより、トランス３の１次巻線Ｎｐに印加される直流電圧をスイッチングする。このスイッチングによりトランス３の２次巻線Ｎｓに交流電圧が発生し、この交流電圧が整流平滑回路６で直流電圧に変換され、出力端子１１，１２から直流出力電圧Ｖout として負荷に供給されると共に、制御回路５にフィードバックされる。
【０００７】
整流平滑回路６では、スイッチング素子４のオン時にはダイオード７及びチョークコイル８を通して電流が流れてコンデンサ１０を充電する。また、スイッチング素子４がオンの時にチョークコイル８に蓄えられたエネルギーを、スイッチング素子４がオフの時にコンデンサ１０及び転流用ダイオード９を通して放出して、コンデンサ１０に充電電流を流し続ける。
【０００８】
また、制御回路５は例えばパルス幅制御を行うもので、フィードバックされた電圧に応じたデューティ比を持つ駆動信号を発生してスイッチング素子４のオン・オフ時間比を制御し、出力端子１１，１２間に所定の直流出力電圧Ｖout が得られるようにする。
【０００９】
図１１は図１０の各部の電圧，電流の波形を示すもので、（ａ）は交流電源１からダイオードブリッジ２に加えられる交流電圧波形、（ｂ）はダイオードブリッジ２の出力電圧波形でリップル成分を含んでいる。（ｃ）はダイオードブリッジ２の出力電流波形で、（ａ）の電圧の絶対値が（ｂ）の電圧を越えてからピークに達するまでの期間のみ流れる脈流となっている。（ｄ）はダイオードブリッジ２の入力電流波形で、（ａ）の電圧の極性に応じた向きに（ｃ）の出力電流と同じ期間だけ流れる。
【００１０】
このようなスイッチング電源装置において、ダイオードブリッジ２の整流出力のリップル成分を除去するためのコンデンサＣ１は一般に容量の大きいものが用いられる。そのため、このコンデンサＣ１に流入する電流は図９の(ｃ)に示したようにピーク値の高い脈流となり、回路の力率を低下させる結果となっている。
【００１１】
また、コンデンサＣ１の充放電電流によりこのコンデンサＣ１が内部損失によって発熱し、その寿命が低下するという問題もある。さらに、入力電力が大きいため、スイッチング周波数及びその高調波の発生によるノイズが大きくなり、スイッチング電源装置あるいは交流電源１を共用する他の機器にも悪影響を及ぼす。そのため大容量のノイズフィルタ回路を必要とする。
【００１２】
さらに、上述したコンデンサインプット型による力率の低下を防ぐために、その欠点を改善したチョークインプット型のものもあるが、数ｍＨ以上のインダクタンスを必要とし、そのチョークコイルは極めて大きくなる。したがって、電源装置の大型化及び高価格化を招くという問題があった。
このような問題を解決するために、従来より例えば、特開平３−６５０５０号公報，特開平３−２７３８６５号公報，及び特開平２−２６６８６８号公報等に開示されているようなスイッチング電源装置（スイッチングレギュレータ）もある。
【００１３】
上記特開平３−６５０５０号公報に開示されているスイッチングレギュレータは、トランスに３次巻線としてのリセット巻線を設け、スイッチング素子のオフによりトランスに発生するフライバックパルスによる電流をリセット巻線を通じて上記平滑用コンデンサとは別のコンデンサに充電し、このコンデンサの電圧と従来の平滑用コンデンサ（図８のコンデンサＣ１に相当する）の電圧とをトランスの１次巻線に加えるようにしている。それによって、ダイオードブリッジの出力電流の脈流の谷間の部分にも電流を流すことができ、力率を改善することができる。
【００１４】
また、上記特開平３−２７３８６５号公報に示されているスイッチングレギュレータは、トランスとスイッチング素子とを２系統設け、一方のトランスに３次巻線としてリセット巻線を設けると共に、他方のトランスの１次巻線にコンデンサを並列に接続し、上記一方のトランス側のスイッチング素子のオフ時に発生したフライバックパルスの電流を上記コンデンサに充電し、この充電電圧と平滑コンデンサの電圧とを上記他方のトランスの１次巻線に加えることにより、力率を改善するようにしている。
【００１５】
さらに、上記特開平２−２６６８６８号公報に示されているものは、ダイオードブリッジ及び平滑コンデンサにより得られる直流電圧を４個のスイッチング素子により所定のタイミングでスイッチングした電圧を、トランスを介して昇圧した後整流平滑し、その直流出力電圧で基準正弦波を振幅変調し、その変調された信号を入力交流電圧に位相同期させた後、さらにクロックパルスを振幅変調し、その変調された信号に応じて上記４個のスイッチング素子のオン・オフのタイミングを制御することにより、波形歪みを低減するようにしている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平３−６５０５０号公報及び特開平３−２７３８６５号公報に記載されたものは、トランスに３次巻線を設けるためトランスの構造が複雑になり、トランスが大型化すると共に、安全規格上も沿面距離や保護等の面で問題が生じる。また負荷の大きさによってフライバックパルスのエネルギーが大きく変化し、コンデンサへの充電電圧が大きく変動する。
そのため、コンデンサ出力のリップルが大きくなる。すなわち、軽負荷時又は重負荷時に力率が悪化するという問題が生じる。さらに、漏えい磁束が大きく、ノイズに悪影響を及ぼす。
【００１７】
また、特開平３−２７３８６５号公報に記載されたものの場合は、２個のトランスを用いて２系統の小電力を取り出すものであり、構成が複雑になり高価格になるという問題も生じる。
さらに、特開平２−２６６８６８号公報に記載されたものも、４個のスイッチング素子とその各制御回路等を要するため、回路構成が非常に複雑になり高価格になるという問題が生じる。
【００１８】
この発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、スイッチング電源装置の構成が簡単で安価であって、且つ負荷の変動に依存することなく、力率、安定性、および信頼性を改善することを目的とする。
そのため、ダイオードブリッジの出力電流波形における脈流の谷間の期間にも電流を流し、交流電圧のゼロ電圧付近でも電流を流すことのできるスイッチング電源装置を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前述のような、交流入力を全波整流するダイオードブリッジと、このダイオードブリッジの出力端子間にスイッチング素子と直列に１次巻線が接続されたトランスと、そのトランスの２次巻線に発生する交流電圧を整流及び平滑して出力する整流平滑回路と、その整流平滑回路の出力電圧に応じて上記スイツチング素子のオン・オフを制御する制御回路とを備えたスイッチング電源装置において、上記の目的を達成するため次のようにしたものである。
【００２０】
上記整流平滑回路を、上記トランスの２次巻線に発生する電圧を整流するダイオードと、その整流電圧を充電して平滑するコンデンサと、１次チョーク巻線と２次チョーク巻線を有し、その２次チョーク巻線を上記コンデンサの充電回路に直列に介挿したインダクタと、そのインダクタに蓄えられたエネルギーを上記コンデンサを通して放出させる回路を形成する転流用ダイオードとによって構成する。
【００２１】
そして、上記ダイオードブリッジの負側出力端子と上記インダクタの１次チョーク巻線の一端との間に接続した第１のコンデンサと、ダイオードブリッジの負側出力端子にアノードを接続し、上記インダクタの１次チョーク巻線の他端にカソードを接続した第１のダイオードと、そのインダクタの１次チョーク巻線の一端に一端を接続し、他端を第２のコンデンサを介して上記ダイオードブリッジの負側出力端子に接続した第３のコンデンサと、その第２のコンデンサと第３のコンデンサとの接続点にアノードを接続し、ダイオードブリッジの正側出力端子と上記トランスの１次巻線との接続点にカソードを接続した第２のダイオードと、上記第１のダイオードのカソードにアノードを接続し、上記第２のダイオードのアノードにカソードを接続した第３のダイオードとを設けたものである。
【００２２】
【００２３】
このように構成したスイッチング電源装置は、スイッチング素子のオン・オフにより、インダクタの１次チョーク巻線に誘起される電流を第３，第１のダイオードと第３，第１のコンデンサによる倍電圧方式の整流回路で整流し、その出力電圧によって第２のコンデンサを充電することができる。この第２のコンデンサの充電電圧が所定の大きさになると第２のダイオードが導通し、その充電電圧がトランスの１次巻線に印加される。
【００２４】
その結果、スイッチング素子がオンになったとき、第２のコンデンサとダイオードブリッジの出力がトランスの１次巻線に電力を供給することになり、ダイオードブリッジの出力電流波形における脈流の谷間の期間にも電流を流し続けることができ、交流電源からの入力交流電圧がゼロの近傍であっても、トランスの１次巻線への電力の供給が維持されるので、力率が改善される。
また、インダクタは高いスイッチング周波数で使用されるので、小型のものを用いることができる。
さらに、過電流保護動作時において、スイツチング素子のオン時間が短くなっても、上述のようにインダクタの１次チョーク巻線に誘起される電流を倍電圧方式の整流回路で整流して第２のコンデンサを充電するので、その端子間電圧が０ボルトまで降下することはないから、制御回路が安定し、トランスの飽和やトランジスタの破損等が生じることなく、小型のトランスとインダクタを用いた簡単で安価な構成で、力率を改善することができる。
【００２５】
さらに、ダイオードブリッジの出力端子間に、上記インダクタの１次チョーク巻線に発生する電気エネルギーを蓄えるコンデンサより容量の小さいコンデンサを接続することにより、スイッチング周波数及びその高調波によるノイズを低減することができる。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明するが、それに先立って、この発明の基礎となるスイッチング電源装置の例を説明する。
図１は、この発明の基礎となるスイッチング電源装置の第１の例を示す回路構成図であり、図１０と実質的に同一機能を持つ部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
このスイッチング電源装置における整流平滑回路１６は、図１０に示した従来のスイッチング電源装置の整流平滑回路６におけるチョークコイル８に換えて、１次チョーク巻線ＮLpと２次チョーク巻線ＮLsを有するインダクタ１３を用いており、その２次チョーク巻線ＮLsを、整流用のダイオード７のカソードとその整流電圧を充電して平滑するコンデンサ１０の正側端子との間の充電回路に直列に介挿している。転流用ダイオード９は、スイツチング素子４がオンのときにインダクタ１３に蓄えられたエネルギーを、スイツチング素子４がオフのときにコンデンサ１０を通して放出させる回路を形成する。
【００３０】
一方、インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLp側とトランス３の１次巻線Ｎｐ側に、第１のダイオードＤ１と第２のダイオードＤ２と大容量のコンデンサＣ２とを設け、そのダイオードＤ１のアノードをダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂに接続し、そのカソードをインダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの一端ｈに接続している。
【００３１】
さらに、コンデンサＣ２をインダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの他端ｇとダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂとの間に接続すると共に、第２のダイオードＤ２のアノードもその接続点ｆ（インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの他端ｇと同じ）に接続し、そのカソードをダイオードブリッジ２の正側出力端子ａとトランス３の１次巻線Ｎｐとの接続点に接続している。
【００３２】
従って、ダイオードＤ２とコンデンサＣ２とは直列に接続されており、この直列回路はトランス３の１次巻線Ｎｐとスイッチング素子４との直列回路、及びダイオードブリッジ２の出力端子ａ，ｂ間に並列に接続されている。
また、ダイオードブリッジ２の出力端子ａ，ｂ間には、コンデンサＣ２より容量の小さいコンデンサＣ５を接続している。このコンデンサＣ５は、図１０に示した従来のスイッチング電源装置におけるコンデンサＣ１より遥かに小容量のものでよい。
【００３３】
次に、このように構成したスイッチング電源装置の動作について説明する。
スイッチング素子４がオンのときは小容量のコンデンサＣ５の充電電圧は直ぐにトランス３の１次巻線Ｎｐに放電するので、この１次巻線Ｎｐには主としてダイオードブリッジ２の出力電圧が殆んどそのまま印加されてスイッチング素子４に電流が流れる。
そして、スイッチング素子４がオフになると、ダイオードブリッジ２からコンデンサＣ５に充電電流が流れるが、小容量なのでその電流のピーク値は小さい。このとき、上記充電電流はダイオードＤ２で阻止されるのでコンデンサＣ２は充電されない。
【００３４】
また、スイッチング素子４がオフのときは、負荷がある程度の大きさであれば、インダクタ１３の２次チョーク巻線ＮLsに蓄えられたエネルギーにより転流用ダイオード９を通じてコンデンサ１０に連続的に充電電流が流れる。
これによって、１次チョーク巻線ＮLpにも電流が誘起され、その電流がダイオードＤ１及びコンデンサＣ２を通して流れてコンデンサＣ２を充電する。その充電圧が所定の大きさになるとダイオードＤ２が導通し、その充電電圧がトランス３の１次巻線Ｎｐに印加される。
【００３５】
その結果、スイッチング素子４がオンのときは、コンデンサＣ２，Ｃ５及びダイオードブリッジ２の出力がトランス３の１次巻線Ｎｐに電力を供給することになる。この場合、大容量のコンデンサＣ２は、ダイオードブリッジ２の出力である脈流が谷間の期間にもトランス３の１次巻線Ｎｐに電力を供給するので、交流電源１からの入力交流電圧がゼロ付近においても１次巻線Ｎｐへの電力の供給を維持することができる。すなわち、入力交流電圧の広い範囲で入力交流電流が流れ、力率を改善することができる。
【００３６】
なお、コンデンサＣ５は省略することもできるが、スイッチング周波数及びその高調波によるノイズが交流電源１の電源ラインを通じて他の周辺機器に影響を及ぼすことがあるので、このコンデンサＣ５を設けることによりノイズフィルタとしての機能も持たせることができて好ましい。
【００３７】
図２は図１の各部の電圧，電流の波形を示すもので、（ａ）は交流電源１からダイオードブリッジ２に加えられる交流電圧波形、（ｂ）はダイオードブリッジ２の出力電圧波形、（ｃ）はダイオードブリッジ２の出力電流波形、（ｄ）はダイオードブリッジ２の入力電流波形である。
（ｂ）に示すダイオードブリッジ２の出力電圧波形は、図１１の（ｂ）の場合に比べて交流成分の平滑作用が低いので略脈流となっている。
【００３８】
しかしながら、トランス３の１次巻線Ｎｐに対して、２次側のインダクタ１３に蓄えられたエネルギーが放出されたときにコンデンサＣ２を充電し、その電圧がダイオードＤ２を通じて印加される。これによって、ダイオードブリッジ２の出力電圧波形は図２の（ｃ）に実線で示すように、脈流の谷間の期間でも電流が流れるようになる。それに伴って、ダイオードブリッジ２の入力電流波形も同図（ｄ）に実線で示すように連続的に電流が流れ、交流電力の力率を改善することができる。
【００３９】
なお、図２の(ｂ)，(ｃ)，(ｄ)における一点鎖線は、インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpのインダクタンスが、実線で示した場合より大きいときの波形をそれぞれ示している。これらの図からインダクタンスが大きいほど力率改善の効果が大きいことが判る。
また、インダクタ１３は高いスイッチング周波数で用いられるため小型化することができる。これに対して従来例のようにトランス３に３次巻線を設けると、トランス３が大型化することになる。
【００４０】
図３は、この発明の基礎となるスイッチング電源装置の第２の例を示す回路構成図であり、図１，図１０と対応する部分には同一符号を付している。
このスイッチング電源装置において、図１に示したスイッチング電源装置と異なる点は、第１のダイオードＤ１の接続位置のみである。
すなわち、図３に示したスイッチング電源装置では、第１のダイオードのアノードをインダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの端子ｇに、カソードを第２のダイオードＤ２のアノードとコンデンサＣ２の正側との接続点ｆに接続している。そして、１次チョーク巻線ＮLpの端子ｇは直接ダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂに接続している。
【００４１】
このように第１のダイオードＤ１の接続位置を変更しても、インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpに誘起される電流を整流して、コンデンサＣ２を充電する回路を形成することができる。そして、そのコンデンサＣ２の充電圧が所定の大きさになるとダイオードＤ２が導通し、その充電電圧がトランス３の１次巻線Ｎｐに印加され、前述した第１の例の場合と同じ作用・効果を得ることができる。すなわち、安価な構成で力率改善の効果を得ることができる。
【００４２】
図４は、この発明の基礎となるスイッチング電源装置の第３の例を示す回路構成図であり、図１，図１０と対応する部分には同一符号を付している。
このスイッチング電源装置では、整流平滑回路１６においてインダクタ１３の２次チョーク巻線ＮLsを、トランス３の２次巻線Ｎｓと転流用ダイオード９のアノード側との接続点とコンデンサ１０の負側端子との間の充電回路に介挿している。その他の構成は前述した第１の例と同じである。
【００４３】
図５は、この発明の基礎となるスイッチング電源装置の第４の例を示す回路構成図であり、図４と対応する部分には同一符号を付している。
このスイッチング電源装置において、図４に示した第３の例と異なる点は、第１のダイオードＤ１を図３に示した第２の例の場合と同様に、インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの端子ｇと、第２のダイオードＤ２のアノードとコンデンサＣ２の正側との接続点ｆとの間に、図示の向きで接続した点だけである。
この場合の作用・効果も前述の各実施の形態の場合と同じである。
【００４４】
ここで、インダクタ１３に流れる電流が不連続となるような場合、例えば、負荷が軽くなった場合、あるいは負荷が重くなりすぎたときに過電流保護動作が作動する場合には、スイッチング素子４のオン時間を短くするように制御回路５が動作する。それによって、１次チョーク巻線ＮLpに流れる電流が低下し、コンデンサＣ２に印加される電圧も不足するため、ダイオードブリッジ２の出力電流波形は谷間の深い波形となる。その結果、出力電圧の変動が非常に大きいスイッチング電源となり、トランス３の飽和やトランジスタ４の破損、あるいは過電流保護動作時における回路の不安定さが発生し、信頼性が低下する場合がある。
【００４５】
これをより詳細に説明する。通常状態でのインダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpに発生するｇ−ｈ間電圧を図８の（ａ）に示す。ここで、制御回路５は、その図示されない過電流保護回路による過電流保護動作の状態にあるとき、スイッチング素子４へのオンパルスの幅（図８においては「ＯＮ幅」）を狭くしようとする。また、インダクタ１３の２次チョーク巻線ＮLsのインダクタンスが不足するとリップル電流の傾きが急になり、負荷を軽くしたときに、あるところでリップル電流がとぎれとぎれになる。このように２次チョーク巻線ＮLsに流れる電流が不連続となるような場合にも、制御回路５はオンパルスの幅を狭くしようとする。
【００４６】
この状態でのｇ−ｈ間電圧を図８の（ｂ）に、コンデンサＣ２間の電圧を（ｃ）にそれぞれ示す。図１又は図３乃至図５に示した各スイッチング電源装置においてこのような状態になると、コンデンサＣ２に印加される電圧が不足し、ダイオードブリッジ２の出力電流波形は谷間が深い波形になり、出力電圧の変動も非常に大きくなるため、制御回路５の動作が不安定になるなどの問題が生じる。
【００４７】
なお、インダクタ１３の電流の不連続に対しては、そのインダクタンスを大きくすることが考えられるが、そうするとコアが大きくなったりコストが高くなったりする。また、インダクタ１３のインダクタンスを大きくしても、過電流保護動作時における出力電圧の変動は改善されない。
【００４８】
この発明によるスイッチング電源装置は、このような問題を改善するものであり、以下にその実施の形態について説明する。
図６は、この発明の第１の実施の形態を示すスイッチング電源装置の回路構成図であり、図１と対応する部分には同一符号を付している。
図６に示すスイッチング電源装置は、図１に示したスイッチング電源装置における第１のタイオードＤ１に代えて、第１のダイオードＤ４と第３のダイオードＤ３を設け、さらに第１のコンデンサＣ４と第３のコンデンサＣ３を設け、コンデンサＣ２を第２のコンデンサとしている。
【００４９】
そして、コンデンサＣ４をダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂとインダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの一端ｈとの間に接続し、ダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂにダイオードＤ４のアノードを接続し、そのカソードをインダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの他端ｇに接続している。
第３のコンデンサＣ３は、その一端をインダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの一端ｈに接続し、他端を第２のコンデンサＣ２を介してダイオードブリッジ２の負側出力端子ｂに接続している。
【００５０】
そして、この第２のコンデンサＣ２と第３のコンデンサＣ３との接続点に、第２のダイオードＤ２のアノードを接続し、そのカソードは図１に示した例と同様にダイオードブリッジ２の正側出力端子ａとトランス３の１次巻線Ｎｐとの接続点に接続している。
第３のダイオードＤ３は、そのアノードを第１のダイオードＤ４のカソード（インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpの他端ｇと接続）に、カソードを第２のダイオードＤ２のアノード（コンデンサＣ２とＣ３の接続点ｆ）にそれぞれ接続している。
【００５１】
次に、このように構成したスイッチング電源装置の動作について説明する。
制御回路５からのオンパルスによってスイッチング素子４がオンにされた時、インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpに誘起された電流は、第３のダイオードＤ３と第３のコンデンサＣ３によって整流・充電され、第２のコンデンサＣ２を充電する。
また、制御回路５からのオフパルスによってスイッチング素子４がオフにされた時は、インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpに誘起された電流は、第１のダイオードＤ４と第１のコンデンサＣ４とによって整流・充電され、第３のコンデンサＣ３の充電電圧と加算した電圧で第２のコンデンサＣ２を充電する。
【００５２】
このように、このインダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpには、第３、第１のダイオードＤ３，Ｄ４と第３，第１のコンデンサＣ３，Ｃ４による倍電圧方式の整流回路が接続されており、その出力電圧によって第２のコンデンサＣ２を充電することになる。第２のこのコンデンサＣ２の充電電圧が所定の大きさになると第２のダイオードＤ２が導通し、その充電電圧がトランス３の１次巻線Ｎｐに印加されることになる。そのため、１次チョーク巻線ＮLpの巻数を１／２にしても、前述の各スイッチング電源装置の場合と同様に第２のコンデンサＣ２を充電することができる。
【００５３】
その結果、スイッチング素子４がオンになったとき、第２のコンデンサＣ２とダイオードブリッジ２の出力がトランス３の１次巻線Ｎｐに電力を供給することになり、交流電源１からの入力交流電圧がゼロの近傍であっても、トランス３の１次巻線Ｎｐへの電力の供給が維持される。
なお、これらのオンパルスとオフパルスで発生する電流を入れ換えて整流するようにしてもよい。
【００５４】
ここで、このスイッチング電源装置における過電流保護動作の作用について、図９を参照して説明する。
通常動作状態での１次チョーク巻線ＮLp間に発生するｇ−ｈ間電圧を、図９の（ａ）に示す。また、負荷が急激に軽くなった状態および過電流保護動作中の状態におけるｇ−ｈ間電圧を同図の（ｂ）に示す。
過電流保護動作中であっても、インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpに接続した整流回路が半波倍電圧方式となっているため、図９の（ａ）および（ｂ）において、コンデンサＣ２に供給されるエネルギーは、それぞれの状態でＱおよびＱ′（斜線を施した部分）のようになる。
【００５５】
そのため、負荷が急激に軽くなった状態および過電流保護動作中の状態における、コンデンサＣ２の端子間電圧（充電電圧）は図９の（ｃ）に示すようになる。したがつて、制御回路５のオフパルスによるエネルギーの供給が、コンデンサＣ２の端子間電圧を０ボルトまで降下させない。
【００５６】
また、例えば特公平５−８６１３０号公報にも記載されているように、このような電源装置における過電流保護動作中は、負荷が重くなればなるほどオン幅が狭められて、オンパルスによる供給エネルギーは減少するが、オフ幅の増加に従ってコンデンサＣ２の端子間に供給されるエネルギーＱ′が大きくなる。
そのため、図１および図３に示したスイッチング電源装置における場合のように、コンデンサＣ２の端子間電圧が図６に示したように０ボルトまで落ちるようなことはない。
【００５７】
なお、インダクタ１３の１次チョーク巻線ＮLpに接続する整流回路は、ダイオードブリッジでも良いが、ダイオードが２つ多く必要となり、コンデンサＣ２の端子間電圧降下および回路損失が増加する。
【００５８】
図７は、この発明の第２の実施の形態を示すスイッチング電源装置の回路構成図であり、図６と対応する部分には同一符号を付している。
このスイッチング電源装置は、整流平滑回路１６におけるインダクタ１３の２次チョーク巻線ＮLsを、トランス３の２次巻線Ｎｓと転流用ダイオード９のアノード側との接続点とコンデンサ１０の負側端子との間の充電回路に介挿している点のみが図６に示した第１の実施の形態と相違し、その他の構成およびその作用効果は同じであるので、その説明は省略する。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によるスイッチング電源装置は、従来のように３次巻線を施した複雑な構造の大型のトランスを用いたり、２個のトランス及び２系統のスイツチング回路を設けたり、あるいは多数のスイッチング素子を用いたりすることなく、小型のトランスとインダクタを用いた簡単な構成で安価に、負荷の大きさによらず力率を改善することができる。
【００６０】
また、小容量のコンデンサをダイオードブリッジの出力端子間に、第２のダイオードと大容量のコンデンサとの直列に並列に設けるようにすれば、スイッチング周波数及びその高調波によるノイズが電源ラインから他の周辺機器に伝わるのを防止することができる。
【００６１】
さらに、トランスの２次側の整流平滑回路に設けたインダクタの１次チョーク巻線ＮLpに誘起される電圧を、倍電圧方式の整流回路で整流して大容量のコンデンサ（第２のコンデンサ）を充電するようにしたので、過電流保護動作時において、スイッチング素子のオン時間が短くなっても、制御回路が安定に動作し、トランスの飽和やトランジスタの破損等が発生する恐れがなくなる。また、インダクタの１次チョーク巻線の巻数を１／２にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基礎となるスイッチング電源装置の第１の例を示す回路構成図である。
【図２】図１の各部の電圧，電流波形を示す波形図である。
【図３】この発明の基礎となるスイッチング電源装置の第２の例を示す回路構成図である。
【図４】この発明の基礎となるスイッチング電源装置の第３の例を示す回路構成図である。
【図５】この発明の基礎となるスイッチング電源装置の第４の例を示す回路構成図である。
【図６】この発明によるスイッチング電源装置の第１の実施形態を示す回路構成図である。
【図７】この発明によるスイッチング電源装置の第２の実施形態を示す回路構成図である。
【図８】図１および図３乃至図５に示したスイッチング電源装置におけるスイッチング素子４のオン幅とコンデンサＣ２の端子間電圧との関係を示す波形図である。
【図９】図６および図７に示したスイッチング電源装置におけるスイッチング素子４のオン幅とコンデンサＣ２の端子間電圧との関係を示す波形図である。
【図１０】従来のスイッチング電源装置の一例を示す回路構成図である。
【図１１】図１０の各部の電圧，電流波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１：交流電源        ２：ダイオードブリッジ
３：トランス        Ｎｐ：トランスの１次巻線
Ｎｓ：トランスの２次巻線
４：スイッチング素子      ５：制御回路
７：整流用のダイオード    ９：転流用ダイオード
１０：平滑用のコンデンサ    １１，１２：出力端子
１３：インダクタ    １６：整流平滑回路
ＮLp：インダクタの１次チョーク巻線
ＮLs：インダクタの２次チョーク巻線
Ｄ１，Ｄ４：第１のダイオード
Ｄ２：第２のダイオード    Ｄ３：第３のダイオード
Ｃ２：大容量のコンデンサ（第２のコンデンサ）
Ｃ３：第３のコンデンサ    Ｃ４：第１のコンデンサ
Ｃ５：小容量のコンデンサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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