(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の入力端子間に与えられた第１の直流電圧を降圧して第１および第２の出力端子間に第２の直流電圧を出力する降圧チョッパ回路であって、
第１の電極が前記第１の入力端子に接続され、前記第２の直流電圧が目標電圧になるようにオン／オフ制御されるスイッチング素子と、
アノードが前記スイッチング素子の第２の電極に接続され、アノードからカソードに向かう方向にのみ電流を流す逆流防止素子と、
一方端子が前記逆流防止素子のカソードに接続され、他方端子が前記第１の出力端子に接続されたリアクトルと、
前記第１および第２の出力端子間に接続されたコンデンサと、
アノードが前記第２の入力端子および前記第２の出力端子に接続され、前記スイッチング素子がオフされたときに前記リアクトルの他方端子から出力される電流を前記リアクトルの一方端子に戻す還流ダイオードとを備え、
前記リアクトルは、直列接続された複数の１次巻線を含み、
前記複数の１次巻線とそれぞれ複数のトランスを構成する複数の２次巻線と、
前記複数の２次巻線に現れる交流電圧を整流して電源電圧を生成する整流回路と、
前記整流回路から前記電源電圧を受け、かつ前記第１、第２の出力端子間の電圧を検出して検出値を示す信号を出力するフィードバック回路と、
前記整流回路から前記電源電圧を受け、かつ前記検出値を示す信号に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号を出力する制御回路とをさらに備える、降圧チョッパ回路。
【請求項２】
前記整流回路は、前記複数の２次巻線に流れる電流をそれぞれ整流する複数の第１のダイオードと、
前記複数の第１のダイオードが整流した電流がそれぞれ充電される複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサにそれぞれアノードが接続される複数の第２のダイオードとを含み、
前記複数の第２のダイオードの各々のカソードは、前記電源電圧を前記制御回路および前記フィードバック回路に供給する電源配線に接続される、請求項１に記載の降圧チョッパ回路。
【請求項３】
第１および第２の入力端子間に与えられた直流電圧を降圧して第１および第２の出力端子間に第２の直流電圧を出力する降圧チョッパ回路であって、
アノードが前記第１の入力端子に接続され、カソードが前記第１の出力端子に接続され、アノードからカソードに向かう方向にのみ電流を流す逆流防止素子と、
前記第１および第２の出力端子間に接続されたコンデンサと、
一方端子が前記第２の出力端子に接続されたリアクトルと、
第１の電極が前記リアクトルの他方端子に接続され、第２の電極が前記第２の入力端子に接続され、前記第２の直流電圧が目標電圧になるようにオン／オフ制御されるスイッチング素子と、
アノードが前記リアクトルの他方端子に接続され、前記スイッチング素子がオフされたときに前記リアクトルの他方端子から出力される電流を前記第１の出力端子に流す還流ダイオードとを備え、
前記リアクトルは、直列接続された複数の１次巻線を含み、
前記複数の１次巻線とそれぞれ複数のトランスを構成する複数の２次巻線と、
前記複数の２次巻線に現れる交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路から電源供給を受け、かつ前記第１、第２の出力端子間の電圧を検出して検出値を示す信号を出力するフィードバック回路と、
前記整流回路から電源供給を受け、かつ前記検出値を示す信号に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号を出力する制御回路とをさらに備える、降圧チョッパ回路。
【請求項４】
前記整流回路は、
前記複数の２次巻線のうちの第１の２次巻線に流れる電流を整流する第１のダイオードと、
前記第１のダイオードが整流した電流が充電される第１のコンデンサと、
前記複数の２次巻線のうちの第２の２次巻線に流れる電流を整流する第２のダイオードと、
前記第２のダイオードが整流した電流が充電される第２のコンデンサとを含み、
前記フィードバック回路は、前記第１のコンデンサの充電電圧を電源電圧として受け、
前記制御回路は、前記第２のコンデンサの充電電圧を電源電圧として受ける、請求項３に記載の降圧チョッパ回路。
【請求項５】
前記還流ダイオードのカソードは、前記逆流防止素子のアノードに接続されている、請求項１または請求項３に記載の降圧チョッパ回路。
【請求項６】
さらに、前記リアクトルに並列接続されたスナバ回路を備え、
前記スナバ回路は、カソードが前記リアクトルの一方端子に接続されたダイオードと、前記ダイオードのアノードと前記リアクトルの他方端子に接続された抵抗素子とを含む、請求項１または請求項３に記載の降圧チョッパ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は降圧チョッパ回路に関し、特に、第１の直流電圧を降圧して第２の直流電圧を出力する降圧チョッパ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スイッチング素子、リアクトル、および還流ダイオードを備え、直流電圧を降圧して所望の直流電圧を生成する降圧チョッパ回路が知られている。このような降圧チョッパ回路では、動作条件によっては、スイッチング素子の寄生コンデンサとリアクトルによって共振現象が発生し、リアクトルに発生した共振電圧によってスイッチング素子に電流が逆流する場合がある。スイッチング素子に電流が逆流すると、降圧チョッパ回路の前段の直流電源の性能劣化や誤動作を招き、また、スイッチング素子の電力損失が増加する。
【０００３】
この対策として、抵抗素子とダイオードの直列接続体をスイッチング素子またはリアクトルに並列接続し、リアクトルに発生した共振電圧を減衰させる方法がある（たとえば特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、電流経路にダイオードを接続し、ダイオードに逆バイアス電圧が印加された場合にスイッチング素子をオフさせる方法がある（たとえば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９５２４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２３６１２８号公報
【特許文献３】特開平１−１８５１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１，２の降圧チョッパ回路では、抵抗素子で電力が消費されるので、効率が低下するという問題があった。
【０００７】
また、特許文献３では、ダイオードに逆バイアス電圧が印加されたことを検出する回路を設ける必要があり、回路構成が複雑になるという問題があった。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、スイッチング素子に逆電流が流れることを防止することが可能で高効率で構成が簡単な降圧チョッパ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る降圧チョッパ回路は、第１および第２の入力端子間に与えられた第１の直流電圧を降圧して第１および第２の出力端子間に第２の直流電圧を出力する降圧チョッパ回路であって、第１の電極が第１の入力端子に接続され、第２の直流電圧が目標電圧になるようにオン／オフ制御されるスイッチング素子と、アノードがスイッチング素子の第２の電極に接続され、アノードからカソードに向かう方向にのみ電流を流す逆流防止素子と、一方端子が逆流防止素子のカソードに接続され、他方端子が第１の出力端子に接続されたリアクトルと、第１および第２の出力端子間に接続されたコンデンサと、アノードが第２の入力端子および第２の出力端子に接続され、スイッチング素子がオフされたときにリアクトルの他方端子から出力される電流をリアクトルの一方端子に戻す還流ダイオードとを備えたものである。
【００１０】
また、この発明に係る他の降圧チョッパ回路は、第１および第２の入力端子間に与えられた直流電圧を降圧して第１および第２の出力端子間に第２の直流電圧を出力する降圧チョッパ回路であって、アノードが第１の入力端子に接続され、カソードが第１の出力端子に接続され、アノードからカソードに向かう方向にのみ電流を流す逆流防止素子と、第１および第２の出力端子間に接続されたコンデンサと、一方端子が第２の出力端子に接続されたリアクトルと、第１の電極がリアクトルの他方端子に接続され、第２の電極が第２の入力端子に接続され、第２の直流電圧が目標電圧になるようにオン／オフ制御されるスイッチング素子と、アノードがリアクトルの他方端子に接続され、スイッチング素子がオフされたときにリアクトルの他方端子から出力される電流を第１の出力端子に流す還流ダイオードとを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る降圧チョッパ回路では、スイッチング素子に逆電流が流れる経路に逆流防止素子を設けたので、スイッチング素子に逆電流が流れることを防止することができ、効率が低下したり、構成が複雑になることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態３による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態４による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態５による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態６による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態７による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態８による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態９による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[実施の形態１]
本願発明の実施の形態１による降圧チョッパ回路は、図１に示すように、入力端子Ｔ１，Ｔ２、出力端子Ｔ３，Ｔ４、入力コンデンサ１、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２（スイッチング素子）、還流ダイオード３、逆流防止ダイオード４、リアクトル５、出力コンデンサ６、フィードバック回路７、制御回路８、および駆動回路９を備える。
【００１４】
入力端子Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ直流電源１０の正極および負極に接続される。直流電源１０は、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に直流電圧Ｖｉを出力する。出力端子Ｔ３，Ｔ４間には、負荷１１が接続される。入力端子Ｔ２および出力端子Ｔ４は、互いに接続されている。この降圧チョッパ回路は、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に与えられた直流電圧Ｖｉを降圧して所望の直流電圧Ｖｏを生成し、その直流電圧Ｖｏを出力端子Ｔ３，Ｔ４間に出力するものである。負荷１１は、降圧チョッパ回路の出力電圧Ｖｏによって駆動される。
【００１５】
入力コンデンサ１は、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に接続され、入力された直流電圧Ｖｉを安定化させる。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のドレインは入力端子Ｔ１に接続される。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２は、アノードがソースに接続され、カソードがドレインに接続された寄生ダイオード２ｄと、ソース−ドレイン間に接続された寄生コンデンサ２ｃとを含む。
【００１６】
還流ダイオード３のアノードは入力端子Ｔ２および出力端子Ｔ４に接続され、そのカソードはＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のソースに接続される。逆流防止ダイオード４のアノードは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のソース（還流ダイオード３のカソード）に接続される。リアクトル５の一方端子は逆流防止ダイオード４のカソードに接続され、その他方端子は出力端子Ｔ３に接続される。出力コンデンサ６は、出力端子Ｔ３，Ｔ４間に接続され、出力端子Ｔ３，Ｔ４間の直流電圧Ｖｏを平滑化および安定化させる。
【００１７】
フィードバック回路７は、出力端子Ｔ３，Ｔ４間の電圧Ｖｏを検出し、その検出値を示す信号を制御回路８に与える。制御回路８は、フィードバック回路７からの信号に基づいて、出力電圧Ｖｏが目標電圧になるように制御信号ＣＮＴを生成する。制御信号ＣＮＴは、所定のスイッチング周期で交互に「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルになる。「Ｈ」レベルになる時間とスイッチング周期の比はデューティ比と呼ばれる。駆動回路９は、制御信号ＣＮＴに応答してＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のゲートを駆動させる。
【００１８】
フィードバック回路７、制御回路８、および駆動回路９は、スイッチング制御部を構成し、出力端子Ｔ３，Ｔ４間の直流電圧Ｖｏが目標電圧になるように、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２をオン／オフさせる。
【００１９】
次に、この降圧チョッパ回路の動作について説明する。制御信号ＣＮＴが「Ｈ」レベルにされると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオンし、直流電源１０の正極から、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２、逆流防止ダイオード４、リアクトル５、および出力コンデンサ６と負荷１１の並列接続体を介して直流電源１０の負極に至る経路で電流が流れる。これにより、出力コンデンサ６が充電されるとともに、リアクトル５に電磁エネルギーが蓄えられる。このとき、リアクトル５に流れる電流は、時間の経過とともに直線的に増加する。
【００２０】
制御信号ＣＮＴが「Ｌ」レベルにされると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオフし、リアクトル５の電磁エネルギーが放出されて、リアクトル５の他方端子（出力端子Ｔ３側の端子）から、出力コンデンサ６と負荷１１の並列接続体、還流ダイオード３、および逆流防止ダイオード４を介してリアクトル５の一方端子（入力端子Ｔ１側の端子）に至る経路で電流が流れる。このような経路で電流が流れる状態は一般的に還流と呼ばれる。この場合、リアクトル５に流れる電流は、時間の経過とともに直線的に減少する。
【００２１】
リアクトル５の電磁エネルギーの放出が終了すると、リアクトル５に電流が流れない期間（リアクトル電流が０となる期間）が発生する。この期間では出力コンデンサ６から負荷１１に対して電力供給が行なわれる。
【００２２】
ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオンとオフを繰り返す１周期のうちに、リアクトル電流が流れなくなる期間を持つ動作モードを不連続モードと呼び、リアクトル電流が流れなくなる期間を持たない動作モードを連続モードと呼ぶ。制御回路８には通常、所定のスイッチング周期が予め設定されている。制御回路８は、オン時間およびオフ時間の和が予め定められたスイッチング周期に達したならば、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２を再びオン状態にし、以後、このようなオン／オフ制御を繰り返す。
【００２３】
ここで、連続モードと不連続モードにおける素子の損失について説明する。還流ダイオード３は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオンする期間は電流を阻止し、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオフする期間はリアクトル５に蓄えられた電磁エネルギーを放出させる方向に電流を流す。
【００２４】
連続モードと不連続モードの違いは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のオフ期間にリアクトル５に流れる電流がゼロになるか否かの違いと言える。すなわち、連続モードでは、リアクトル５に蓄えられたエネルギーを全て放出する前に、次のＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のオン動作が始まる。これに対して不連続モードでは、リアクトル５に蓄えられたエネルギーを全て放出し、リアクトル電流がゼロになった状態が続いた後に、次のＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のオン動作が始まる。
【００２５】
連続モードと不連続モードの差異の影響を受ける素子の一つに還流ダイオード３がある。還流ダイオード３としては、ショットキダイオードやファーストリカバリーダイオードが使用されるが、これらの使い分けは耐圧によって決められる。還流ダイオード３に必要とされる耐圧が２００Ｖ未満である場合は、主にショットキダイオードが還流ダイオード３として使用される。また、還流ダイオード３に必要とされる耐圧が２００Ｖを超える場合は、ファーストリカバリーダイオ―ドが還流ダイオード３として使用される。
【００２６】
また、ダイオードの損失には、大きく分けて順方向損失と逆方向損失がある。順方向損失とは、ダイオードが本来電流を流す方向での損失を指し、ダイオードのアノードとカソードの間の電圧と電流との積で求められる。これに対して逆方向損失とは、本来ダイオードが電流を阻止する方向に流れる際の損失である。理想的なダイオードであれば、逆方向に電流は流れないが、実際のダイオードでは、順方向期間に流れていた電流の方向が逆転した際に速やかに電流を遮断することができず、一定の時間電流が流れてしまう。この期間を逆回復時間と呼ぶ。逆方向損失はダイオードにかかる逆電圧と逆電流の積で求まる。
【００２７】
ショットキダイオードでは、逆方向時間が発生する原因であるキャリアの蓄積がないために、逆方向損失はほとんど発生しない。これに対してファーストリカバリーダイオードでは逆方向損失が発生してしまう。一般的に耐圧が２００Ｖを超えるショットキバリアダイオードはないので、高電圧用の降圧チョッパ回路の還流ダイオードには、ファーストリカバリーダイオードを使用せざるを得ない。また逆方向損失はダイオードにかかる電圧と電流の積で求まるので、高電圧であればあるほど、この逆方向損失が大きくなってしまい、熱破壊を起こしてしまう。
【００２８】
この逆方向損失は、順方向電流が流れている期間から、極性を反転した際に発生する損失であり、順方向電流が予め流れていない場合は、突然逆方向の電圧を印加しても、逆方向損失は発生しない。そこで、高電圧を扱う降圧チョッパ回路の場合、ダイオードのこの特性を利用して不連続モードを積極的に採用する。不連続モードでは、還流ダイオード３の電流がゼロになる期間があるために、次のＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオンするタイミング、すなわち還流ダイオード３に逆方向の電流が流れるタイミングでも逆方向損失が発生しない。このため不連続モードを採用することにより、還流ダイオード３の損失を低減することができる。
【００２９】
不連続モードは還流ダイオード３にとってメリットがある一方、回路全体においてデメリットもある。還流期間が終了すると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のソース−ドレイン間の寄生コンデンサ２ｃとリアクトル５により直列共振回路が形成され、出力電圧値を中心とした共振電圧（自由振動電圧）が、還流ダイオード３のアノード−カソード間に発生する。
【００３０】
このとき、共振電圧の影響でＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のソース電位が上昇し、ソース電位がドレイン電位（直流電源１０の出力電圧Ｖｉ）よりも高くなった場合、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２の寄生ダイオード２ｄを介して電流が入力側に逆流する。なお、逆流が発生し、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２の寄生ダイオード２ｄに電流が流れている状態においては、ソース電位は直流電源１０の出力電圧Ｖｉと寄生ダイオード２ｄの順方向降下電圧との和の電圧にクランプされる。
【００３１】
入力側への逆流は、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏの関係がＶｏ≧Ｖｉ／２となる場合に起こり易い。入力電流の逆流は、入力側に接続される直流電源１０の性能劣化や回路誤動作を招く恐れがあり、さらにはＮチャネルＭＯＳトランジスタ２の電力損失を増加させる。
【００３２】
したがって、本実施の形態１の通り、逆流防止ダイオード４をＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のソースとリアクトル５の一方端子との間に順方向に接続することにより、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２の寄生コンデンサ２ｃとリアクトル５との直列共振に伴う逆流経路が絶たれ、入力側への逆流が防止される。これにより、入力側に接続される直流電源１０の性能劣化や回路誤動作を防止することができ、また、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２の損失を軽減することができる。
【００３３】
また、特許文献１，２のように抵抗素子を使用しないので効率が低下することもない。また、特許文献３のようにダイオードに逆バイアス電圧が印加されたことを検出する回路を設けないので、回路構成が複雑化することもない。
【００３４】
なお、本実施の形態１では、電磁エネルギー蓄積要素としてリアクトル５を用いたが、これに限るものではなく、電磁エネルギー蓄積要素としてスイッチングトランスの１次巻線などを用いてもよい。
【００３５】
[実施の形態２]
図２は、この発明の実施の形態２による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図２を参照して、この降圧チョッパ回路が図１の降圧チョッパ回路と異なる点は、還流ダイオード３のカソードが逆流防止ダイオード４のカソードに接続されている点である。
【００３６】
次に、この降圧チョッパ回路の動作について説明する。制御信号ＣＮＴが「Ｈ」レベルにされると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオンし、直流電源７の正極から、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２、逆流防止ダイオード４、リアクトル５、および出力コンデンサ６と負荷１１の並列接続体を介して直流電源１０の負極に至る経路で電流が流れる。これにより、出力コンデンサ６が充電されるとともに、リアクトル５に電磁エネルギーが蓄えられる。
【００３７】
制御信号ＣＮＴが「Ｌ」レベルにされると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオフし、リアクトル５の電磁エネルギーが放出されて、リアクトル５の他方端子（出力端子Ｔ３側の端子）から、出力コンデンサ６と負荷１１の並列接続体、および還流ダイオード３を介してリアクトル５の一方端子（入力端子Ｔ１側の端子）に至る経路で電流が流れる。このように、逆流防止ダイオード４を追加することによって、降圧チョッパ回路本来の動作に支障をきたすことはない。
【００３８】
また、不連続モードにおいても、実施の形態１と同様に、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２の寄生コンデンサ２ｃとリアクトル５との直列共振を絶つ位置に逆流防止ダイオード４が接続されているので、入力側への逆流を防止することができる。
【００３９】
また、還流の経路内に逆流防止ダイオード４が配置されていないので、還流期間に逆流防止ダイオード４で損失が発生しなくなり、実施の形態１よりも電力損失が軽減される。
【００４０】
[実施の形態３]
降圧チョッパ回路の動作モードを連続モードにするか不連続モードにするかを選定する条件は、入出力電圧仕様および消費電流に依存する。また、同じ入出力電圧仕様および消費電流であっても、リアクトル５のインダクタンス値によって異なる。
【００４１】
リアクトル５のインダクタンス値をＬとし、リアクトル５に流れる電流をＩＬとし、入力電圧をＶｉとし、出力電圧をＶｏとし、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のオン時間をＴｏｎとすると、ＩＬ＝（Ｖｉ−Ｖｏ）×Ｔｏｎ／Ｌとなる。
【００４２】
ここで、（Ｖｉ−Ｖｏ）／ＩＬを一定とすると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のオン時間Ｔｏｎは、リアクトル５のインダクタンス値Ｌに比例する。つまり、不連続モードにするためには、オン時間Ｔｏｎを短くする、すなわちインダクタンス値Ｌを小さくすればよいことになる。
【００４３】
また、（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）×Ｔｏｎを一定とすると、リアクトル５に流れる電流ＩＬは、リアクトル５のインダクタンス値Ｌに反比例する。ここで、リアクトル損失は、鉄損と銅損に分類される。このうち銅損はリアクトル５に流れる電流の２乗にリアクトル５の銅線の断面積抵抗×長さを積算すればよい。したがって、リアクトル５のインダクタンス値Ｌが小さくなり、かつリアクトル５に関する他の条件が変わらなければ、リアクトル５の損失が増大し、リアクトル５の温度が上昇する。
【００４４】
つまり、還流ダイオード３の逆方向損失低減策として、不連続モードを採用すると、リアクトル５のインダクタンス値Ｌを小さくすることができる反面、リアクトル５の温度上昇を招く。そこで、本実施の形態３では、リアクトル５の温度上昇を低減するため、リアクトル５を複数に分割する。
【００４５】
図３は、この発明の実施の形態３による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図３を参照して、この降圧チョッパが図１の降圧チョッパと異なる点は、リアクトル５が２つのスイッチングトランス２０，２１で置換され、ダイオード２２およびコンデンサ２３が追加されている点である。
【００４６】
スイッチングトランス２０の１次巻線２０ａとスイッチングトランス２１の１次巻線２１ａは、逆流防止ダイオード４のカソードと出力端子Ｔ３との間に直列接続される。スイッチングトランス２０，２１の１次巻線２０ａ，２１ａの第１端子（●が付された端子）は出力端子Ｔ３側に向けられている。つまり、本実施の形態３では、リアクトル５を２つのスイッチングトランス２０，２１の１次巻線２０ａ，２１ａで構成し、リアクトル５の温度上昇を抑制する。
【００４７】
また、スイッチングトランス２０の２次巻線２０ｂとスイッチングトランス２１の２次巻線２１ｂは、ダイオード２２のアノードと端子Ｔ２，Ｔ４との間に直列接続される。スイッチングトランス２０，２１の２次巻線２０ｂ，２１ｂの第１端子（●が付された端子）はダイオード２２のアノード側に向けられている。ダイオード２２のカソードは、フィードバック回路７の電源ノード７ａと制御回路８の電源ノード８ａとに接続されている。コンデンサ２３は、電源ノード７ａ，８ａと端子Ｔ２，Ｔ４との間に接続されている。したがって、２次巻線２０ｂ，２１ｂに発生した交流電圧はダイオード２２によって整流され、コンデンサ２３によって平滑化および安定化されてフィードバック回路７および制御回路８の直流電源電圧となる。
【００４８】
この実施の形態３では、２つのスイッチングトランス２０，２１の１次巻線２０ａ，２１ａを直列接続してリアクトル５を構成したので、リアクトル５の温度上昇を抑制することができる。
【００４９】
また、スイッチングトランス２０，２１の２次巻線２０ｂ，２１ｂに現れる交流電圧を整流および平滑化してフィードバック回路７および制御回路８の直流電源電圧を生成するので、外部からフィードバック回路７および制御回路８に直流電源電圧を供給する必要が無くなる。
【００５０】
また、フィードバック回路７および制御回路８の直流電源電圧を２つのスイッチングトランス２０，２１で分担するので、スイッチングトランスの巻線数を減らしてスイッチングトランスの小型化を図ることができる。
【００５１】
なお、この実施の形態３では、２つのスイッチングトランス２０，２１の１次巻線２０ａ，２１ａを直列接続してリアクトル５を構成したが、３つ以上のスイッチングトランスの１次巻線を直列接続してリアクトル５を構成してもよい。この場合、同じ種類のスイッチングトランスを使用すれば、低コスト化を図ることができる。
【００５２】
[実施の形態４]
図４は、この発明の実施の形態４による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図４を参照して、この降圧チョッパが図３の降圧チョッパと異なる点は、スイッチングトランス２０，２１の２次巻線２０ｂ，２１ｂが切り離されている点と、ダイオード２４，２６，２７およびコンデンサ２５が追加されている点である。
【００５３】
スイッチングトランス２０の２次巻線２０ｂの第１端子（●が付された端子）はダイオード２２のアノードに接続され、２次巻線２０ｂの第２端子は端子Ｔ２，Ｔ４に接続される。コンデンサ２３は、ダイオード２２のカソードと端子Ｔ２，Ｔ４との間に接続される。ダイオード２２のカソードはダイオード２６のアノードに接続され、ダイオード２６のカソードは電源ノード７ａ，８ａに接続される。
【００５４】
スイッチングトランス２１の２次巻線２１ｂの第１端子（●が付された端子）はダイオード２４のアノードに接続され、２次巻線２１ｂの第２端子は端子Ｔ２，Ｔ４に接続される。コンデンサ２５は、ダイオード２４のカソードと端子Ｔ２，Ｔ４との間に接続される。ダイオード２４のカソードはダイオード２７のアノードに接続され、ダイオード２７のカソードは電源ノード７ａ，８ａに接続される。
【００５５】
スイッチングトランス２０の２次巻線２０ｂに発生した交流電圧は、ダイオード２２およびコンデンサ２３によって整流および平滑化されて直流電圧に変換され、ダイオード２６を介して電源ノード７ａ，８ａに与えられる。また、スイッチングトランス２１の２次巻線２１ｂに発生した交流電圧は、ダイオード２４およびコンデンサ２５によって整流および平滑化されて直流電圧に変換され、ダイオード２７を介して電源ノード７ａ，８ａに与えられる。
【００５６】
この実施の形態４では、実施の形態３と同じ効果が得られる他、ダイオード２２およびコンデンサ２３を含む整流回路と、ダイオード２４およびコンデンサ２５を含む整流回路とのうちのいずれか一方が故障しても、電源ノード７ａ，８ａに直流電源電圧を供給することができる。
【００５７】
[実施の形態５]
図５は、この発明の実施の形態５による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図５を参照して、この降圧チョッパが図１の降圧チョッパと異なる点は、ダイオード２８および抵抗素子２９が追加されている点である。
【００５８】
ダイオード２８のカソードは、逆流防止ダイオード４のカソードに接続される。抵抗素子２９は、ダイオード２８のアノードと出力端子Ｔ３との間に接続される。ダイオード２８および抵抗素子２９は、リアクトル５に並列接続されたスナバ回路を構成している。リアクトル５の配線容量を原因として自由振動が発生しても、その自由振動をスナバ回路によって速やかに収束させることができる。
【００５９】
[実施の形態６]
図６は、この発明の実施の形態６による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図６を参照して、この降圧チョッパが図１の降圧チョッパと異なる点は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２およびリアクトル５を直流電源１０の負極側に設けてローサイドスイッチングを行なう点である。
【００６０】
すなわち、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のソースは入力端子Ｔ２に接続され、そのドレインはリアクトル５を介して出力端子Ｔ４に接続される。逆流防止ダイオード４のアノードは入力端子Ｔ１に接続され、そのカソードは出力端子Ｔ３に接続される。還流ダイオード３のアノードはＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のドレインに接続され、そのカソードは逆流防止ダイオード４のアノードに接続される。他の構成は、図１の降圧チョッパ回路と同じであるので、その説明は繰り返さない。
【００６１】
次に、この降圧チョッパ回路の動作について説明する。制御信号ＣＮＴが「Ｈ」レベルである期間は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオンし、直流電源１０の正極から逆流防止ダイオード４、出力コンデンサ６および負荷１１の並列接続体、リアクトル５、およびＮチャネルＭＯＳトランジスタ２を介して直流電源1の負極に至る経路で電流が流れる。これにより、出力コンデンサ６が充電されるとともに、リアクトル５に電磁エネルギーが蓄えられる。このとき、リアクトル５に流れる電流は、時間の経過とともに直線的に増加する。
【００６２】
制御信号ＣＮＴが「Ｌ」レベルにされると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオフし、リアクトル５の電磁エネルギーが放出されて、リアクトル５の一方端子から、還流ダイオード３、逆流防止ダイオード４、および出力コンデンサ６と負荷１１の並列接続体を介してリアクトル５の他方端子に至る経路で電流が流れる。このような経路で電流が流れる状態は一般的に還流と呼ばれる。この場合、リアクトル５に流れる電流は、時間の経過とともに直線的に減少する。したがって、制御信号ＣＮＴのデューティ比を調整することにより、出力端子Ｔ３，Ｔ４間の電圧Ｖｏを所望の目標電圧に制御することができる。
【００６３】
また、この降圧チョッパ回路においても、逆流防止ダイオード４が無い場合は、電流不連続期間において、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２の寄生コンデンサ２ｃとリアクトル５によって直列共振が発生し、直流電源１０に電流が逆流する場合がある。しかし、この降圧チョッパ回路では、直列共振回路を形成する経路（トランジスタ２のドレインからリアクトル５、出力コンデンサ６、および直流電源１１を介してトランジスタ２のソースに至る経路）内に逆流防止ダイオード４を接続したので、直列共振に伴う逆流経路を絶ち、電流の逆流を防止することができる。
【００６４】
また、実施の形態１〜５の駆動回路９では、基準グラウンドがＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のソースであり、負荷１１側のグラウンドと異なるので、駆動回路９に絶縁回路を設ける必要がある。これに対して、本実施の形態６では、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のソースが負荷１１側のグラウンドと共通になるので、駆動回路９に絶縁回路を設ける必要がない。したがって、駆動回路９をより安価に構成することができる。
【００６５】
また、特許文献１，２のように抵抗素子を使用しないので効率が低下することもない。また、特許文献３のようにダイオードに逆バイアス電圧が印加されたことを検出する回路を設けないので、回路構成が複雑化することもない。
【００６６】
[実施の形態７]
図７は、この発明の実施の形態７による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図であって、図６と対比される図である。図７を参照して、この降圧チョッパが図６の降圧チョッパと異なる点は、還流ダイオード３のカソードが逆流防止ダイオード４のカソードに接続されている点である。
【００６７】
次に、この降圧チョッパ回路の動作について説明する。制御信号ＣＮＴが「Ｈ」レベルである期間は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオンし、直流電源１０の正極から逆流防止ダイオード４、出力コンデンサ６および負荷１１の並列接続体、リアクトル５、およびＮチャネルＭＯＳトランジスタ２を介して直流電源1の負極に至る経路で電流が流れる。これにより、出力コンデンサ６が充電されるとともに、リアクトル５に電磁エネルギーが蓄えられる。このとき、リアクトル５に流れる電流は、時間の経過とともに直線的に増加する。
【００６８】
制御信号ＣＮＴが「Ｌ」レベルにされると、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２がオフし、リアクトル５の電磁エネルギーが放出されて、リアクトル５の一方端子から、還流ダイオード３、および出力コンデンサ６と負荷１１の並列接続体を介してリアクトル５の他方端子に至る経路で電流が流れる。この場合、リアクトル５に流れる電流は、時間の経過とともに直線的に減少する。したがって、制御信号ＣＮＴのデューティ比を調整することにより、出力端子Ｔ３，Ｔ４間の電圧Ｖｏを所望の目標電圧に制御することができる。
【００６９】
また、直列共振回路を形成する経路（トランジスタ２のドレインからリアクトル５、出力コンデンサ６、および直流電源１１を介してトランジスタ２のソースに至る経路）内に逆流防止ダイオード４を接続したので、直列共振に伴う逆流経路を絶ち、電流の逆流を防止することができる。
【００７０】
また、還流の経路内に逆流防止ダイオード４が配置されていないので、還流期間に逆流防止ダイオード４で損失が発生しなくなり、実施の形態６よりも電力損失が軽減される。
【００７１】
[実施の形態８]
図８は、この発明の実施の形態８による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図であって、図６と対比される図である。図８を参照して、この降圧チョッパが図６の降圧チョッパと異なる点は、リアクトル５が２つのスイッチングトランス２０，２１で置換され、ダイオード２２，２４およびコンデンサ２３，２５が追加されている点である。
【００７２】
スイッチングトランス２０の１次巻線２０ａとスイッチングトランス２１の１次巻線２１ａは、出力端子Ｔ４とＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のドレインとの間に直列接続される。スイッチングトランス２０，２１の１次巻線２０ａ，２１ａの第１端子（●が付された端子）はＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のドレインに向けられている。つまり、本実施の形態８では、リアクトル５を２つのスイッチングトランス２０，２１の１次巻線２０ａ，２１ａで構成し、リアクトル５の温度上昇を抑制する。
【００７３】
また、スイッチングトランス２０の２次巻線２０ｂの第１端子（●が付された端子）はダイオード２２のアノードに接続され、２次巻線２０ｂの第２端子は出力端子Ｔ４に接続されている。ダイオード２２のカソードはフィードバック回路７の電源ノード７ａに接続されている。コンデンサ２３は、電源ノード７ａと出力端子Ｔ４との間に接続されている。２次巻線２０ｂに発生した交流電圧はダイオード２２によって整流され、コンデンサ２３によって平滑化および安定化されてフィードバック回路７の直流電源電圧となる。
【００７４】
また、スイッチングトランス２１の２次巻線２１ｂの第１端子（●が付された端子）はダイオード２４のアノードに接続され、２次巻線２１ｂの第２端子は入力端子Ｔ２に接続されている。ダイオード２４のカソードは制御回路８の電源ノード８ａに接続されている。コンデンサ２５は、電源ノード８ａと入力端子Ｔ２との間に接続されている。２次巻線２１ｂに発生した交流電圧はダイオード２４によって整流され、コンデンサ２５によって平滑化および安定化されて制御回路８の直流電源電圧となる。
【００７５】
この実施の形態８では、２つのスイッチングトランス２０，２１の１次巻線２０ａ，２１ａを直列接続してリアクトル５を構成したので、リアクトル５の温度上昇を抑制することができる。
【００７６】
また、スイッチングトランス２０，２１の２次巻線２０ｂ，２１ｂに現れる交流電圧を整流および平滑化してフィードバック回路７および制御回路８の直流電源電圧を生成するので、外部からフィードバック回路７および制御回路８に直流電源電圧を供給する必要が無くなる。
【００７７】
また、フィードバック回路７および制御回路８の直流電源電圧を２つのスイッチングトランス２０，２１で分担するので、スイッチングトランスの巻線数を減らしてスイッチングトランスの小型化を図ることができる。
【００７８】
なお、この実施の形態８では、２つのスイッチングトランス２０，２１の１次巻線２０ａ，２１ａを直列接続してリアクトル５を構成したが、３つ以上のスイッチングトランスの１次巻線を直列接続してリアクトル５を構成してもよい。この場合、同じ種類のスイッチングトランスを使用すれば、低コスト化を図ることができる。
【００７９】
[実施の形態９]
図９は、この発明の実施の形態９による降圧チョッパ回路の構成を示す回路ブロック図であって、図６と対比される図である。図９を参照して、この降圧チョッパが図６の降圧チョッパと異なる点は、ダイオード２８および抵抗素子２９が追加されている点である。
【００８０】
ダイオード２８のカソードは、出力端子Ｔ４に接続される。抵抗素子２９は、ダイオード２８のアノードＮチャネルＭＯＳトランジスタ２のドレインとの間に接続される。ダイオード２８および抵抗素子２９は、リアクトル５に並列接続されたスナバ回路を構成している。リアクトル５の配線容量を原因として自由振動が発生しても、その自由振動をスナバ回路によって速やかに収束させることができる。
【００８１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８２】
Ｔ１，Ｔ２  入力端子、Ｔ３，Ｔ４  出力端子、１  入力コンデンサ、２  ＮチャネルＭＯＳトランジスタ、３  還流ダイオード、４  逆流防止ダイオード、５  リアクトル、６  出力コンデンサ、７  フィードバック回路、８  制御回路、９  駆動回路、１０  直流電源、１１  負荷、２０，２１  スイッチングトランス、２０ａ，２１ａ  １次巻線、２０ｂ，２１ｂ  ２次巻線、２２，２４，２６〜２８  ダイオード、２３，２５  コンデンサ、２９  抵抗素子。
【図１】
0006037972.tif 000002
【図２】
0006037972.tif 000003
【図３】
0006037972.tif 000004
【図４】
0006037972.tif 000005
【図５】
0006037972.tif 000006
【図６】
0006037972.tif 000007
【図７】
0006037972.tif 000008
【図８】
0006037972.tif 000009
【図９】
0006037972.tif 000010