(57)【要約】【課題】  平滑回路の構成を従来に比べて小型化しつつ、従来と同等またはそれ以上に安定した出力を得ることができるようにしたスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】  このスイッチング電源装置では、従来の平滑回路におけるチョークコイルの部分を、フィルタ機能を有する回路部分４０で置き換えた構成の平滑回路４を備える。回路部分４０は、第１および第２のインダクタ４１，４２と、互いに直列的に接続された第３のインダクタ４３およびコンデンサ４４からなる直列回路４５とを有している。第１および第２のインダクタ４１，４２は、第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈ上で互いに直列的に接続され、かつ互いに磁気的に結合されている。【選択図】      図１
2006211875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を変圧するトランスと、
前記トランスの１次側に設けられたスイッチング回路と、
前記トランスの２次側に設けられ、前記トランスの出力電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の後段に設けられ、出力側が一対の出力端子に通じている平滑回路と
を備え、
前記平滑回路が、
前記一対の出力端子の一方に通じる第１の伝送ライン上で互いに直列的に接続され、かつ互いに磁気的に結合された第１および第２のインダクタと、
互いに直列的に接続された第３のインダクタおよびコンデンサを含み、一端が前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとの間に接続され、他端が前記一対の出力端子の他方に通じる第２の伝送ラインに接続された直列回路と
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】
前記平滑回路は、
一端が前記第１および第２のインダクタと前記一対の出力端子の一方との間において前記第１の伝送ラインに接続され、他端が前記直列回路の他端と前記一対の出力端子の他方との間において前記第２の伝送ラインに接続された平滑コンデンサ、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング回路におけるスイッチング周波数をｆsw、
前記平滑回路における、前記直列回路内のコンデンサの容量をＣ０、前記第１のインダクタのインダクタンスをＬ１、前記第３のインダクタのインダクタンスをＬ３としたとき、
ｆsw＝１／２π｛（Ｌ１＋Ｌ３）・Ｃ０｝1/2
を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記平滑回路における、前記第１のインダクタのインダクタンスをＬ１、前記第２のインダクタのインダクタンスをＬ２、前記第３のインダクタのインダクタンスをＬ３としたとき、
Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３を満足し、
かつ前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとが、同一のコア上で同一方向に巻回された第１および第２の巻線を含み、結合係数ｋ＝１を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記トランスは、単一の２次側巻線を有し、
前記２次側巻線の一端と前記一対の出力端子の一方との間に前記第１の伝送ラインが形成され、前記２次側巻線の他端と前記一対の出力端子の他方との間に前記第２の伝送ラインが形成されており、
前記整流回路は、
アノードが前記２次側巻線の一端側、カソードが前記平滑回路側となるように前記第１の伝送ライン上に配置された第１の整流用ダイオードと、
前記２次側巻線の他端と前記平滑回路との間においてアノードが前記第２の伝送ラインに接続され、カソードが前記第１の整流用ダイオードのカソードに共通接続された第２の整流用ダイオードと
を含む
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に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、入力された直流または交流電圧をスイッチングして得られるスイッチング出力を電力変換トランスの出力巻線に取り出すように構成されたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スイッチング電源装置として種々のタイプのものが提案され、実用に供されている。その多くは、電力変換トランスの入力巻線に接続されたスイッチ回路のスイッチング動作により入力直流電圧をスイッチングし、スイッチング出力を電力変換トランスの出力巻線に取り出す形式である。スイッチ回路のスイッチング動作に伴い、出力巻線に現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑回路によって直流に変換されて出力される。
【０００３】
非特許文献１にはスイッチング電源装置として用いられるスイッチング・レギュレータに関する記載がある。この非特許文献１にも記載されているように、２次側の整流・平滑回路部分の構成として、チョークコイルと平滑コンデンサとを用いたチョーク・インプット型の構成が知られている。このような整流・平滑回路部分を有するスイッチング電源装置の種類としては、例えばフォワードコンバータ方式やプッシュブルコンバータ方式、および複数のスイッチング素子をブリッジ状に接続したブリッジ型のものがある。フォワードコンバータ方式の基本回路は、非特許文献１のP.148〜P.159に記載されている。
【非特許文献１】実用電源回路設計ハンドブック  ＣＱ出版  戸川治朗著（P.72〜P.89，P.148〜P.159）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなフォワードコンバータ方式等のスイッチング電源装置において、必要な出力直流電圧を得るために、特に平滑回路部分の平滑コンデンサが重要な役目を担っている。多くの場合、この平滑コンデンサに電解コンデンサを使用しており、出力のリップル電流を考慮してその使用コンデンサを選定すると、その容量は大きくしなければならない。また、容量を大きくするために、複数のコンデンサを並列接続した構成とする必要がある。しかしながら電解コンデンサはその特性上、温度変化による容量変化が大きく、また動作温度により他の構成部品よりも寿命が短くなってしまうため、スイッチング電源装置としての性能および寿命を決めるファクタのうちで、大きなマイナス要因となっている。また、平滑コンデンサの容量が大きくなると回路基板の実装面積も大きくなり、さらに平滑コンデンサと組み合わされるチョークコイルも流れる電流を考慮して大型になる。そのためスイッチング電源装置自体の大きさが大きくなってしまう要因にもなっている。また、スイッチング電源装置では、スイッチング周波数を基とした高調波が出力側に生じる問題がある。この高調波成分がスイッチング電源装置をパワー源として駆動される負荷側の機器に悪影響を与える場合がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、平滑回路の構成を従来に比べて小型化しつつ、より安定した出力を得ることができるようにした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】
【０００６】
本発明によるスイッチング電源装置は、入力電圧を変圧するトランスと、トランスの１次側に設けられたスイッチング回路と、トランスの２次側に設けられ、トランスの出力電圧を整流する整流回路と、整流回路の後段に設けられ、出力側が一対の出力端子に通じている平滑回路とを備えている。そして平滑回路が、一対の出力端子の一方に通じる第１の伝送ライン上で互いに直列的に接続され、かつ互いに磁気的に結合された第１および第２のインダクタと、互いに直列的に接続された第３のインダクタおよびコンデンサを含み一端が第１のインダクタと第２のインダクタとの間に接続され、他端が一対の出力端子の他方に通じる第２の伝送ラインに接続された直列回路とを有しているものである。
【０００７】
本発明によるスイッチング電源装置では、チョークコイルを用いた従来の平滑回路に代えて上記した構成の平滑回路を用いることで、構成の小型化と性能の向上とが図られる。例えば第１および第２のインダクタ全体のインダクタンスを、従来のチョークコイルのインダクタンスと同じにした構成を考えた場合、本発明における平滑回路では、例えば単一のコアに２つの巻線を同時に巻くバイファイラ巻きとすれば、従来のチョークコイルに比べて体積を約半分とすることができる。また、本発明における平滑回路は、以下のようにノイズ成分を抑制するフィルタ回路として機能するため、リップル電圧およびリップル電流が効果的に抑制され、安定した出力が得られる。これにより平滑コンデンサを併用したとしても、従来に比べてその容量を小さくできる。
本発明における平滑回路では、理想状態では、第１および第２の伝送ライン間の第１のインダクタ側にノーマルモードのノイズ電圧Ｖｉが印加されると、このノイズ電圧Ｖｉは、第１のインダクタと直列回路の主に第３のインダクタとによって分圧され、第１のインダクタの両端間と直列回路の両端間とにそれぞれ同一向きの所定の電圧が発生する。第１のインダクタと第２のインダクタは互いに磁気的に結合されているので、第１のインダクタの両端間に発生した所定の電圧に応じて、第２のインダクタの両端間にも所定の電圧が発生する。直列回路の一端は第１のインダクタと第２のインダクタとの間に接続されていることから、第２のインダクタの両端間に発生する電圧の向きは、直列回路の両端間に発生する電圧の向きとは逆方向となり、それらの電圧が互いに相殺される。その結果、第１および第２の伝送ライン間の第２のインダクタ側でのノーマルモードのノイズ電圧Ｖｏはゼロとなり、出力側にはノイズ電圧Ｖｉが現れない。このように各インダクタで発生する電圧を利用することでノイズ成分が良好に抑制される。
【０００８】
本発明によるスイッチング電源装置において、平滑回路がさらに、一端が第１および第２のインダクタと一対の出力端子の一方との間において第１の伝送ラインに接続され、他端が直列回路の他端と一対の出力端子の他方との間において第２の伝送ラインに接続された平滑コンデンサを有していても良い。
【０００９】
また、本発明によるスイッチング電源装置において、スイッチング回路におけるスイッチング周波数をｆsw、平滑回路における直列回路内のコンデンサの容量をＣ０、第１のインダクタのインダクタンスをＬ１、第３のインダクタのインダクタンスをＬ３としたとき、
ｆsw＝１／２π｛（Ｌ１＋Ｌ３）・Ｃ０｝1/2
を満足するように構成されていることが好ましい。
これにより、平滑回路がスイッチング周波数ｆswにおいてより効果的に作用し、スイッチング周波数を基とした高調波成分もより効果的に抑制される。
【００１０】
また、平滑回路における、第１のインダクタのインダクタンスをＬ１、第２のインダクタのインダクタンスをＬ２、第３のインダクタのインダクタンスをＬ３としたとき、
Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３を満足し、
かつ第１のインダクタと第２のインダクタとが、同一のコア上で同一方向に巻回された第１および第２の巻線を含み、結合係数ｋ＝１を満足するように構成されていることが好ましい。
これにより、平滑回路でのフィルタとしての性能がより効果的に機能する。
【００１１】
また、本発明によるスイッチング電源装置において、トランスが単一の２次側巻線を有し、２次側巻線の一端と一対の出力端子の一方との間に第１の伝送ラインが形成され、２次側巻線の他端と一対の出力端子の他方との間に第２の伝送ラインが形成されるようにしても良い。そして、整流回路を、アノードが２次側巻線の一端側、カソードが平滑回路側となるように第１の伝送ライン上に配置された第１の整流用ダイオードと、２次側巻線の他端と平滑回路との間においてアノードが第２の伝送ラインに接続され、カソードが第１の整流用ダイオードのカソードに共通接続された第２の整流用ダイオードとを含む構成にしても良い。
これにより、本発明によるスイッチング電源装置を例えばフォワードコンバータ方式とすることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスイッチング電源装置によれば、チョークコイルを用いた従来の平滑回路に代えて、第１の伝送ライン上で互いに直列的に接続され、かつ互いに磁気的に結合された第１および第２のインダクタと、一端が第１のインダクタと第２のインダクタとの間に接続され他端が第２の伝送ラインに接続された直列回路とを有した平滑回路を備えるようにしたので、平滑回路の構成を従来に比べて小型化しつつ、長期に亘りより安定した出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の一構成例を示している。図１では、フォワードコンバータ方式のスイッチング電源装置としての構成例を示している。このスイッチング電源装置は、一対の入力端子Ｔ１，Ｔ２を介して図示しない電力供給機器から出力された入力電圧Ｖｉｎを、所望の出力直流電圧Ｖｏｕｔに変換して、一対の出力端子Ｔ３，Ｔ４を介して図示しない負荷側の機器に供給するＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものである。なお、本実施の形態では、電圧Ｖｉｎとして直流電圧が入力されるＤＣ−ＤＣコンバータを例に説明するが、本発明は電圧Ｖｉｎとして交流電圧が入力されるＡＣ−ＤＣコンバータにも適用可能である。
【００１４】
このスイッチング電源装置は、１次側巻線３１と２次側巻線３２とを有するトランス３と、トランス３の一次側に設けられたスイッチング回路１と、トランス３の２次側に設けられた整流回路２および平滑回路４とを備えている。このスイッチング電源装置において、１次側巻線３１の一端と一方の入力端子Ｔ１との間に第１の入力側伝送ラインＬ１Ｈが形成され、１次側巻線３１の他端と他方の入力端子Ｔ２との間に第２の入力側伝送ラインＬ１Ｌが形成されている。また、２次側巻線３２の一端Ａと一方の出力端子Ｔ３との間に第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈが形成され、２次側巻線３２の他端Ｃと他方の出力端子Ｔ４との間に第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌが形成されている。一方の出力端子Ｔ３は、負荷側機器の直流正極端子ＤＣ＋、他方の出力端子Ｔ４は直流負極端子ＤＣ−に対応する。第１の入力側伝送ラインＬ１Ｈと第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈは正極ライン、第２の入力側伝送ラインＬ１Ｌと第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌは負極ラインとなっている。
第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈが本発明における「第１の伝送ライン」の一具体例に対応し、第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌが本発明における「第２の伝送ライン」の一具体例に対応する。
【００１５】
スイッチング回路１は、１つのスイッチング素子Ｓ０や、スイッチングを制御する図示しないコントローラとその周辺回路等で構成されている。スイッチング素子Ｓ０は、１次側巻線３１の他端と他方の入力端子Ｔ２との間、第２の入力側伝送ラインＬ１Ｌ上に配置されている。スイッチング素子Ｓ０は例えばＭＯＳ-ＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)やＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolor Transistor)等が用いられる。なお、スイッチング回路の前段に平滑用のコンデンサが設けられていても良い。
【００１６】
トランス３は、スイッチング回路１によって変換された交流電圧を変圧し、一対の２次側巻線３２の各端部Ａ，Ｃから変圧された交流電圧を出力するようになっている。この場合の変圧の度合いは、１次側巻線３１と２次側巻線３２の巻数比によって定まる。
【００１７】
整流回路２は、トランス３の２次側巻線３２からの出力電圧を整流するものであり、第１および第２の整流用ダイオード２１，２２で構成されている。第１の整流用ダイオード２１は、アノードが２次側巻線３２の一端Ａに接続され、カソードが平滑回路４側となるように第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈ上に配置されている。第２の整流用ダイオード２２は、アノードが２次側巻線３２の他端Ｃと平滑回路４との間において第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌに接続され、カソードが第１の整流用ダイオード２１のカソードに共通接続されている。このように、接続部分Ｄにおいて互いのカソードが共通接続されたカソードコモン接続構造となっている。
【００１８】
平滑回路４は、このスイッチング電源装置の最も特徴的な部分であり、フィルタ機能を有する回路部分４０と平滑コンデンサ５とを有している。回路部分４０は、第１および第２のインダクタ４１，４２と、互いに直列的に接続された第３のインダクタ４３およびコンデンサ４４からなる直列回路４５とを有している。第１および第２のインダクタ４１，４２は、第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈ上で互いに直列的に接続され、かつ互いに磁気的に結合されている。第１のインダクタ４１は第１の巻線４７を含み、第２のインダクタ４２は第２の巻線４８を含んで構成されている。第１および第２のインダクタ４１，４２は例えば、共通のコア４６に２つの巻線４７，４８を同時に同一方向に巻くバイファイラ巻きで構成することができる。
直列回路４５は、一端が第１のインダクタ４１と第２のインダクタ４２との間に接続され、他端が第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌに接続されている。直列回路４５内における第３のインダクタ４３とコンデンサ４４の位置関係は、図１に示した状態とは逆であっても良い。すなわち、図１では第３のインダクタ４３の一端が第１のインダクタ４１と第２のインダクタ４２との間に接続されているが、コンデンサ４４の一端を第１のインダクタ４１と第２のインダクタ４２との間に接続するようにしても良い。コンデンサ４４は、周波数が所定値以上の信号を通過させるハイパスフィルタとして機能する。
【００１９】
回路部分４０において、第１のインダクタ４１のインダクタンスをＬ１、第２のインダクタ４２のインダクタンスをＬ２、第３のインダクタ４３のインダクタンスをＬ３としたとき、理想的には
Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３
を満足することが好ましい。また、第１のインダクタ４１と第２のインダクタ４２との磁気的な結合係数ｋは理想的には１であることが好ましい。実際に回路を製造すると一般に結合係数ｋは１未満になるが、その場合、例えば第３のインダクタ４３のインダクタンスＬ３の値を調整したり、コンデンサ４４の容量値を調整するなどして所望の特性が得られるように調整すれば良い。
【００２０】
平滑コンデンサ５は、一端が第２のインダクタ４２と一方の出力端子Ｔ３との間において第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈに接続され、他端が直列回路４５の他端と他方の出力端子Ｔ４との間において第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌに接続されている。
なお、特に小電力用の電源装置として用いる場合には、平滑コンデンサ５を平滑回路４の構成要素から省くことも可能である。
【００２１】
なお、図１において、トランス３および平滑回路４内の各インダクタに記した黒い丸印は、それらを構成するコイルの極性を示している。トランス３の１次側巻線３１と２次側巻線３２の極性は、例えば図示した方向で互いに同一方向となっている。平滑回路４内の第１および第２のインダクタ４１，４２の極性は、例えば図示した方向で互いに同一方向となっている。
【００２２】
ここで、比較例として、従来のフォワード型のスイッチング電源装置の基本構成を図１６に示す。図１６に示したスイッチング電源装置は、図１のスイッチング電源装置の構成と比べて平滑回路４の部分が異なっている。図１６における平滑回路１０４は、第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈ上に配置されたチョークコイル１４０と、第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈと第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌとの間に接続された平滑コンデンサ１５０とで構成されている。従来のスイッチング電源装置では、性能上、平滑コンデンサ１５０を大容量にする場合には、図示したように並列接続された複数のコンデンサ５１〜５４で構成する必要がある。
また従来では、図１７に示したように、図１６に示した構成に加えて平滑回路１０４の後段に、高調波等を低減するために、インダクタ１６１およびコンデンサ１６２からなるＬＣフィルタ１６０を追加した構成とする場合もある。
【００２３】
この比較例のスイッチング電源装置において、スイッチングのオン期間をｔon、スイッチングのオフ期間をｔoff、入力電圧をＶｉｎ、出力直流電圧をＶｏｕｔ、出力直流電流をＩ０、平滑コンデンサ１５０の容量をＣ１とし、チョークコイル１４０のインダクタンスをＬ０とすると、一般に、フォワードコンバータを設計するときの以下の式を満たすように設計される（非特許文献１：実用電源回路設計ハンドブックのP.156〜P.159参照）。
Ｌ０＝｛（Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ）／（０．３−Ｉ０）｝・ｔon
＝｛Ｖｏｕｔ／（０．３−Ｉ０）｝・ｔoff
【００２４】
本実施の形態に係るスイッチング電源装置は、図１６の従来の回路におけるチョークコイル１４０の部分を、フィルタ機能を有する回路部分４０で置き換えた構成となっている。従来の回路と同等以上の性能を得るためには、回路部分４０における第１および第２のインダクタ４１，４２全体のインダクタンスをＬｔ（＝Ｌ１＋Ｌ２）とすると、インダクタンスＬｔがチョークコイル１４０のインダクタンスＬ０と同じ値であることが好ましい。
また、本実施の形態に係るスイッチング電源装置は、スイッチング回路１におけるスイッチング周波数をｆsw、回路部分４０における直列回路４５内のコンデンサ４４の容量をＣ０、第１のインダクタ４１のインダクタンスをＬ１、第３のインダクタ４３のインダクタンスをＬ３としたとき、
ｆsw＝１／２π｛（Ｌ１＋Ｌ３）・Ｃ０｝1/2
を満足するように構成されていることが好ましい。
【００２５】
次に、このスイッチング電源装置の動作を説明する。
【００２６】
まず、このスイッチング電源装置の全体の動作を説明する。このスイッチング電源装置では、一対の入力端子Ｔ１，Ｔ２を介して図示しない電力供給機器から供給された入力直流電圧Ｖｉｎが、スイッチング回路１によるスイッチング動作により交流電圧に変換される。その交流電圧がトランス３の１次側巻線３１に供給され、２次側巻線３２からは変圧された交流電圧が取り出される。その交流電圧が整流回路２によって整流される。平滑回路４では、第２の出力側伝送ラインＬ２Ｈとダイオード２１、２２の接続点Ｄとの間に生じる整流出力を平滑化する。平滑回路４の出力が所望の出力直流電圧Ｖｏｕｔとして一対の出力端子Ｔ３，Ｔ４を介して図示しない負荷側の機器に供給される。トランス３の２次側では、スイッチング素子Ｓ０がオンのときには第１の整流用ダイオード２１を通して図示した経路で電流Ｉ１が流れる。スイッチング素子Ｓ０がオフのときには、平滑回路４内で生じた逆起電力により、第２の整流用ダイオード２２を通して図示した経路で電流Ｉ２が流れる。このスイッチング電源装置では、平滑回路４の回路部分４０が以下で説明するようにノイズ成分を抑制するフィルタ回路として機能するため、リップル電圧およびリップル電流が効果的に抑制され、安定した出力が得られる。
【００２７】
ここで、図２を参照して回路部分４０のフィルタ回路としての動作を説明する。ここでは、第１ないし第３のインダクタ４１〜４３のインダクタンスは互いに同一の値であるものとし、キャパシタＣ１のインピーダンスは無視できるほど小さい低インピーダンスであるものとする。また、第１のインダクタ４１と第２のインダクタ４２との磁気的な結合係数ｋが１であるものとする。
【００２８】
この場合、図２に示したように入力側にノーマルモードのノイズ電圧Ｖｉが印加されると、このノイズ電圧Ｖｉは、第１のインダクタ４１と直列回路４５の主に第３のインダクタ４３とによって分圧され、第１のインダクタ４１の両端間と第３のインダクタ４３の両端間とにそれぞれ同一向きの同一のノイズ電圧Ｖｉ／２が発生する。なお、図中の矢印は、その先の方が高い電位であることを表している。第１のインダクタ４１と第２のインダクタ４２は、互いに磁気的に結合されているので、第１のインダクタ４１の両端間に発生したノイズ電圧Ｖｉ／２に応じて、第２のインダクタ４２の両端間にもノイズ電圧Ｖｉ／２と同一のノイズ電圧Ｖｉ／２が発生する。直列回路４５の一端は第１のインダクタ４１と第２のインダクタ４２との間に接続されていることから、第２のインダクタ４２の両端間に発生する電圧の向きは、第３のインダクタ４３の両端間に発生する電圧の向きとは逆方向となり、それらの電圧が互いに相殺される（Ｖｉ／２−Ｖｉ／２＝０となる）。その結果、入力側に入ったノイズ電圧Ｖｉは、出力側ではＶｏ＝０となり、ノイズ成分は除去される。このように各インダクタで発生する電圧を利用することでノイズ成分が良好に抑制される。
【００２９】
図３は、本実施の形態における平滑回路４と、図１６のチョークコイル１４０を用いた比較例の平滑回路１０４との伝送特性を計算した結果を示している。横軸は周波数、縦軸は減衰量を示す。符号２０１を付した点線の曲線が平滑回路４の特性を示し、符号２０２を付した実線の曲線が比較例の平滑回路１０４の特性を示す。また図４は、本実施の形態における回路部分４０単体（平滑回路４から平滑コンデンサ５を除いた回路部分）での伝送特性を測定した結果を示している。回路条件として、平滑回路４における、第１ないし第３のインダクタ４１〜４３のインダクタンスは互いに同一の値とし、また、第１および第２のインダクタ４１，４２全体のインダクタンスＬｔとチョークコイル１４０のインダクタンスＬ０とを同じ値とした。平滑コンデンサ５の容量Ｃ１も、比較例の平滑回路１０４における平滑コンデンサ１５０と同じ値にした。図３および図４から、特にスイッチング周波数ｆswの近辺において減衰するような伝送特性が得られていることが分かる。
【００３０】
図５〜図８は、このスイッチング電源装置について、図１の点Ｐ１〜Ｐ４において実際に測定された電圧、電流の波形を示している。すなわち、図５に示した点Ｐ１での測定波形は、整流回路２からの出力波形に相当する。図６に示した点Ｐ２での測定波形は、平滑回路４内の第３のインダクタ４３とコンデンサ４４との間での出力波形に相当する。図７に示した点Ｐ３での測定波形は、平滑回路４内の回路部分４０からの出力波形に相当する。図８に示した点Ｐ４での測定波形は、平滑回路４からの出力波形、すなわち、このスイッチング電源装置の最終段での出力波形に相当する。同様にして図９，図１０に、図１６の比較例の回路の点Ｐ３，Ｐ４において測定された電圧、電流の波形を示す。図５〜図１０の各図において、上側の波形が電圧波形、下側の波形が電流波形を示す。横軸は時間（ｔ）、縦軸は電圧および電流を示す。なお、回路値の条件は図３の計算条件と同様である。
【００３１】
これらの結果から、特に最終段である点Ｐ４での電圧、電流波形（図８，図１０）を見て分かるように、比較例の回路に比べて本実施の形態に係るスイッチング電源装置では、リップル電圧およびリップル電流が効果的に抑制されていることが分かる。
【００３２】
さらに、図１１（Ａ），（Ｂ）に、このスイッチング電源装置と比較例の回路とにおける点Ｐ３において実際に測定された減衰量の周波数特性を示す。横軸は周波数、縦軸は減衰量を示す。同様に点Ｐ４での減衰特性を図１２（Ａ），（Ｂ）に示す。図１１（Ａ）の符号３０１を付した曲線がこのスイッチング電源装置の特性を示し、図１１（Ｂ）の符号３０２を付した曲線が比較例の回路の特性を示す。同様に図１２（Ａ）の符号４０１を付した曲線がこのスイッチング電源装置の特性を示し、図１２（Ｂ）の符号４０２を付した曲線が比較例の回路の特性を示す。図１１（Ａ），（Ｂ）および図１２（Ａ），（Ｂ）の結果からも、比較例の回路に比べて本実施の形態における回路の方が、特にスイッチング周波数ｆswの近辺において減衰するような良好な伝送特性が得られていることが分かる。また、スイッチング周波数ｆswの高い周波数にある高調波成分も本実施の形態における回路の方が、良好に減衰している。
【００３３】
以上の結果から、平滑回路４における各インダクタのインダクタンスと平滑コンデンサ５の容量とを比較例の回路と同等に設定した場合には、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の方が、リップル電圧およびリップル電流が効果的に抑制されていることが分かる。従って、必要十分なリップル値が得られるように回路値を調整する場合には、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の方が、平滑コンデンサ５の容量を小さくすることが可能となる。すなわち、平滑コンデンサ５の容量を小さくしたとしても、従来のチョークコイル１４０を用いたスイッチング電源装置と同等の性能を得ることができる。
【００３４】
本実施の形態に係るスイッチング電源装置では、従来のチョークコイル１４０を用いた回路と比較して、第１および第２のインダクタ４１，４２全体のインダクタンスＬｔをチョークコイル１４０のインダクタンスＬ０と同じ値にしたとしても、例えば単一のコアに２つの巻線を同時に巻くバイファイラ巻きのような構成とすることで、ライン上のコイルの体積が小さくて済む。コイル自体は大きなものほど高価であることからも、体積の節約により部品コスト削減と、基板実装面積、モジュール重量の削減が見込める。また、従来の回路では特に電力の大きい電源を構成する場合、平滑コンデンサ５として電解コンデンサを用いた大容量のコンデンサを使用する必要があったが、本実施の形態の回路では、そのリップル改善効果により平滑コンデンサ５の容量の削減が見込めるので、より温度特性や寿命の点で優れたより良い材質のコンデンサに変更可能となる。これにより実装面積の節約と、スイッチング電源自体の性能向上と寿命改善が見込める。また特に、電力の小さい電源を構成する場合には平滑コンデンサ５自体を削減できる可能性がある。さらに本実施の形態の回路では、スイッチング周波数ｆｓｗを基とする高調波を軽減する効果もある（図１１（Ａ），（Ｂ），図１２（Ａ），（Ｂ）参照）ので、本電源をパワー源として駆動される負荷側機器での悪影響を軽減でき、接続機器側での対策部品の負担軽減につながる。例えば図１７に示したようなＬＣフィルタ１６０を追加する必要もなくなる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、チョークコイル１４０を用いた従来の平滑回路１０４（図１６）を、フィルタ機能を有する平滑回路４で置き換えた構成にしたので、平滑回路４の構成を従来に比べて小型化しつつ、従来と同等またはそれ以上に長期に亘って安定した出力を得ることができる。
［変形例］
【００３６】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。上記実施の形態では、単一のスイッチング素子Ｓ０を用いたフォワード型のスイッチング電源装置の構成例について説明したが、本発明の特徴部分は主に平滑回路４の部分にあり、その他の部分の構成は種々の変形が可能である。特に、チョーク・インプット型の平滑回路を用いた従来のスイッチング電源装置全般に適用可能である。
【００３７】
＜第１の変形例＞
図１３は、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の第１の変形例を示している。なお、図１に示したスイッチング電源装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付している。本変形例は、スイッチング回路１Ａとして４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を用いたフルブリッジ型のスイッチング電源装置の構成例である。
【００３８】
このスイッチング電源装置は、トランス３が２つの２次側巻線３２，３３を有している。このスイッチング電源装置では、トランス３の一対の２次側巻線３２，３３はセンタタップＣで互いに接続され、このセンタタップＣが第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌを介して他方の出力端子Ｔ４に導かれている。つまり、このスイッチング電源装置は、センタタップ型のものである。このトランス３は、スイッチング回路１Ａによって変換された交流電圧を変圧し、一対の２次側巻線３２，３３の各端部Ａ，Ｂから、互いに１８０度位相が異なる交流電圧を出力する。このスイッチング電源装置における整流回路２Ａは、一対のダイオード５１、５２からなる単相全波整流回路である。第１の整流用ダイオード２１のアノードはトランス３の一方の２次側巻線３２の一端Ａに接続され、第２の整流用ダイオード２２のアノードは他方の２次側巻線３３の一端Ｂに接続されている。ダイオード５１、５２の各カソード同士は、接続点Ｄにおいて互いに接続されると共に、第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈに接続されている。つまり、この整流回路２Ａはカソードコモン接続の構造を有しており、トランス３の交流出力電圧の各半波期間をそれぞれダイオード５１、５２によって個別に整流して整流電圧を得るようになっている。
＜第２の変形例＞
【００３９】
図１４は、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の第２の変形例を示している。なお、図１３に示した第１の変形例と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付している。本変形例は、図１３に示した第１の変形例における整流回路２Ａに代えて整流回路２Ｂを備えている。整流回路２Ｂにおいて、第１の整流用ダイオード２１のカソードがトランス３の一方の２次側巻線３２の一端Ａに接続され、第２の整流用ダイオード２２のカソードが他方の２次側巻線３３の一端Ｂに接続されている。ダイオード５１、５２の各アノード同士は、接続点Ｄにおいて互いに共通接続されると共に、第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌに接続されている。トランス３の２次側巻線３２と２次側巻線３３との接続点（センタタップＣ）は、第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈに接続され、一方の出力端子Ｔ３に導かれている。つまり、このスイッチング電源装置は、センタタップ型のアノードコモン接続構造を有しており、トランス３の交流出力電圧の各半波期間をそれぞれダイオード２１、２２によって個別に整流して整流電圧を得るようになっている。
【００４０】
なお、図１３および図１４には４つのスイッチング素子を用いたフルブリッジ型のスイッチング回路を設ける場合について示したが、２つのスイッチング素子を用いてハーフブリッジ型のスイッチング回路を構成するようにしても良い。
＜第３の変形例＞
【００４１】
図１５は、本実施の形態に係るスイッチング電源装置の第３の変形例を示している。なお、図１に示したスイッチング電源装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付している。本変形例は、図１に示した回路における整流回路２に代えて整流回路２Ｃを備えている。整流回路２Ｃにおいて、第１の整流用ダイオード２１は、カソードがトランス１３の２次側巻線３２の他端Ｃに接続されている。第２の整流用ダイオード２２は、カソードがトランス１３の２次側巻線３２の一端Ａに接続され、アノードが第１の整流用ダイオード２１のアノードに共通接続されている。これによりアノードコモン接続の構造を有している。
また、平滑回路４の回路部分４０の構成が、第１の出力側伝送ラインＬ２Ｈと第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌとの間で配置関係を逆にした構成となっている。すなわち、第１および第２のインダクタ４１，４２が第２の出力側伝送ラインＬ２Ｌ上に配置されている。
【００４２】
これらの変形例の他にも、チョッパ方式、プッシュブルコンバータ方式のスイッチング電源装置等に本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の一構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置における平滑回路の主要部の動作を説明するための回路図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置における信号伝送特性をシミュレーションにより計算して従来の回路と比較してグラフ化して示した図である。
【図４】図１における平滑回路から平滑コンデンサを除いた回路部分における信号伝送特性を測定してグラフ化して示した図である。
【図５】図１における整流回路（Ｐ１）からの出力波形を測定して示した図である。
【図６】図１における平滑回路内の第３のインダクタとコンデンサとの間（Ｐ２）での出力波形を測定して示した図である。
【図７】図１における平滑回路の主要な回路部分（Ｐ３）からの出力波形を測定して示した図である。
【図８】図１における平滑回路（Ｐ４）からの出力波形を測定して示した図である。
【図９】比較例の回路における平滑回路のチョークコイルの部分（Ｐ３）からの出力波形を測定して示した図である。
【図１０】比較例の回路における平滑回路（Ｐ４）からの出力波形を測定して示した図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置における周波数特性（Ａ）を従来の回路の周波数特性（Ｂ）と比較してグラフ化した図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置における周波数特性（Ａ）を従来の回路の周波数特性（Ｂ）と比較してグラフ化した図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の第１の変形例を示す回路図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の第２の変形例を示す回路図である。
【図１５】本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の第３の変形例を示す回路図である。
【図１６】比較例としての従来のフォワード型のスイッチング電源装置の一構成例を示す回路図である。
【図１７】比較例としての従来のフォワード型のスイッチング電源装置の他の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…スイッチング回路、２…整流回路、３…トランス、４…平滑回路、５…平滑コンデンサ、３１…１次側巻線、３２…２次側巻線、２１，２２…整流用ダイオード、Ｓ０，Ｓ１〜Ｓ４…スイッチング素子、Ｌ１Ｈ…第１の入力側伝送ライン、Ｌ１Ｌ…第２の入力側伝送ライン、Ｌ２Ｈ…第１の出力側伝送ライン、Ｌ２Ｌ…第２の出力側伝送ライン、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、Ｉ０…出力直流電流、Ｖin…入力直流電圧、Ｖout…出力直流電圧。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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