(57)【要約】【課題】回路の簡単化と損失の低減による高効率化と小型化とを図る直流変換装置を提供する。  【解決手段】直流電源Ｖｄｃ１の直流電圧をトランスＴ１の１次巻線５ａを介してオン／オフすることにより高周波電圧に変換するスイッチＱ１と、２次巻線５ｂに発生する高周波電圧を同期整流する同期整流回路Ｑ３，Ｑ４と、同期整流回路の整流出力を平滑リアクトルＬｏと平滑コンデンサＣｏとで平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、軽負荷時の同期整流回路の電流の逆流により、平滑リアクトルＬｏに蓄えられたエネルギーをダイオードＤ５を介して蓄えるコンデンサＣ５と、スイッチＱ１と同期してオンし、コンデンサＣ５に蓄えられたエネルギーをトランスを介して１次側に帰還させるスイッチＱ５と、スイッチＱ１をオン／オフさせる制御回路１０とを有する。  【選択図】図１
2006191706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電圧をトランスの１次巻線を介してオン／オフすることにより高周波電圧に変換する第１スイッチと、
前記トランスの２次巻線に発生する高周波電圧を同期整流する同期整流回路と、
この同期整流回路の整流出力を平滑リアクトルと平滑コンデンサとで平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、
軽負荷時の前記同期整流回路の電流の逆流により、前記平滑リアクトルに蓄えられたエネルギーをダイオードを介して蓄えるコンデンサと、
前記第１スイッチと同期してオンし、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記トランスを介して１次側に帰還させる第２スイッチと、
前記第１スイッチをオン／オフさせる制御回路と、
を有することを特徴とする直流変換装置。
【請求項２】
直流電源の直流電圧をトランスの１次巻線を介してオン／オフすることにより高周波電圧に変換する第１スイッチと、
前記トランスの２次巻線に発生する高周波電圧を同期整流する同期整流回路と、
この同期整流回路の整流出力を平滑リアクトルと平滑コンデンサとで平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、
軽負荷時の前記同期整流回路の電流の逆流により、前記平滑リアクトルに蓄えられたエネルギーをダイオードを介して蓄えるコンデンサと、
前記第１スイッチと同期してオンし、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記トランスを介して１次側に帰還させる第２スイッチと、
前記トランスの１次巻線の両端又は前記第１スイッチの両端に接続され、第３スイッチとクランプコンデンサとが直列に接続された直列回路と、
前記第１スイッチと前記第３スイッチとを交互にオン／オフさせる制御回路と、
を有することを特徴とする直流変換装置。
【請求項３】
前記平滑リアクトルは、前記トランスの補助巻線からなり、
前記トランスの２次巻線は、前記トランスの１次巻線と密結合させて巻回され、前記トランスの補助巻線は、前記１次巻線と疎結合させて巻回されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直流変換装置。
【請求項４】
前記トランスの２次巻線の巻数と補助巻線の巻数とは同数であり、前記２次巻線は、前記トランスの１次巻線に対して逆相に巻回され、前記補助巻線は、前記１次巻線と同相に巻回されていることを特徴とする請求項３記載の直流変換装置。
【請求項５】
前記トランスの２次巻線に直列に接続された前記トランスの３次巻線を有し、
前記第２スイッチは、前記第１スイッチがオンした時に前記トランスの３次巻線に発生する電圧によりオンし、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記トランスを介して１次側に帰還させ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項記載の直流変換装置。
【請求項６】
前記第２スイッチのオン時間を前記第１スイッチのオン時間より短く設定するオン時間設定手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の直流変換装置。
【請求項７】
直流電源の両端に第１スイッチと第２スイッチとが接続された第１直列回路と、
前記直流電源の両端に第３スイッチと第４スイッチとが接続された第２直列回路と、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの接続点と前記第３スイッチと前記第４スイッチとの接続点とに接続されたトランスの１次巻線と、
前記トランスの２次巻線に接続された第５スイッチと前記トランスの２次巻線に直列に接続された３次巻線に接続された第６スイッチとにより前記トランスの２次巻線及び３次巻線に発生する高周波電圧を同期整流する同期整流回路と、
この同期整流回路の整流出力を平滑リアクトルと平滑コンデンサとで平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、
軽負荷時の前記同期整流回路の電流の逆流により、前記平滑リアクトルに蓄えられたエネルギーをダイオードを介して蓄えるコンデンサと、
前記第１スイッチ及び第４スイッチと同期してオンし、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記トランスを介して１次側に帰還させる第７スイッチと、
前記第１スイッチ及び前記第４スイッチ及び前記第５スイッチと、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチ及び前記第６スイッチとを相補的にオン又はオフさせ、前記第１スイッチ及び前記第４スイッチ及び前記第５スイッチを同時にオンさせる期間中に前記第７スイッチをオンさせる制御回路と、
を有することを特徴とする直流変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率、小型なＤＣ／ＤＣコンバータ等の直流変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３に従来の直流変換装置の回路構成図を示す。図１３に示す直流変換装置では、損失を低減するために、トランスの２次側（出力側）にオン抵抗の小さいＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等からなる同期整流器が用られている。
【０００３】
図１３において、直流電源Ｖｄｃ１にトランスＴ１の１次巻線５ａ（巻数ｎ１）を介してＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等からなるスイッチＱ１が接続され、このスイッチＱ１の両端には、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との直列回路が接続されている。トランスＴ１の１次巻線５ａの両端には、ダイオードＤ２とコンデンサＣ２との直列回路が接続され、コンデンサＣ２の両端には抵抗Ｒ２が接続されている。スイッチＱ１は、制御回路１０のＰＷＭ制御によりオン／オフするようになっている。
【０００４】
また、トランスＴ１の１次巻線５ａとトランスＴ１の２次巻線５ｂ（巻数ｎ２）とは互いに同相電圧が発生するように巻回されており、トランスＴ１の２次巻線５ｂの両端にはＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ３とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ４とが直列に接続されている。トランスＴ１の２次巻線５ｂの一端（●側）は、スイッチＱ４のゲートに接続され、トランスＴ１の２次巻線５ｂの他端は、スイッチＱ３のゲートに接続されている。スイッチＱ３にはダイオードＤ３が並列に接続され、スイッチＱ４にはダイオードＤ４が並列に接続されている。これらの素子により同期整流回路を構成している。この同期整流回路は、スイッチＱ１のオン／オフに同期してトランスＴ１の２次巻線５ｂに発生した電圧（オンオフ制御されたパルス電圧）を整流して出力する。
【０００５】
また、スイッチＱ３の両端には平滑リアクトルＬｏと平滑コンデンサＣｏとが直列に接続され、平滑回路を構成している。この平滑回路は、同期整流回路の整流出力を平滑して直流出力を負荷ＲＬに出力する。
【０００６】
制御回路１０は、スイッチＱ１をオンオフ制御し、負荷ＲＬの出力電圧が基準電圧以上となったときに、スイッチＱ１に印加されるパルスのオン幅を狭くするように制御する。すなわち、負荷ＲＬの出力電圧が基準電圧以上となったときに、スイッチＱ１のパルスのオン幅を狭くすることで、出力電圧を一定電圧に制御するようになっている。
【０００７】
次に、このように構成された直流変換装置の動作を図１４に示す軽負荷時のタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図１４において、Ｑ１ｖはスイッチＱ１のドレイン−ソース間電圧、Ｑ１ｉはスイッチＱ１のドレイン電流、Ｑ３ｉはスイッチＱ３のドレイン電流、Ｑ４ｉはスイッチＱ４のドレイン電流、Ｑ３ｖはスイッチＱ３のドレイン−ソース間電圧、Ｑ１ｇはスイッチＱ１のゲート電圧信号を示している。
【０００８】
まず、重負荷時の動作を説明する。ゲート電圧信号Ｑ１ｇによりスイッチＱ１をオンさせると、Ｖｄｃ１→５ａ→Ｑ１→Ｖｄｃ１と電流Ｑ１ｉが流れる。この電流Ｑ１ｉは時間とともに直線的に増加していく。
【０００９】
また、このとき、トランスＴ１の２次巻線５ｂにも電圧が発生するため、スイッチＱ４がオンし、５ｂ→Ｌｏ→Ｃｏ→Ｑ４→５ｂと電流Ｑ４ｉが流れて、負荷ＲＬに電力が供給される。電流Ｑ４ｉは時間とともに直線的に増加していく。このとき、平滑リアクトルＬｏにはＬｏ（Ｉｏ）２／２のエネルギーが蓄えられる。Ｉｏは平滑リアクトルＬｏに流れる電流である。
【００１０】
次に、スイッチＱ１がオフすると、トランスＴ１の２次巻線５ｂの電圧は、逆電圧となるため、スイッチＱ４はオフとなり、スイッチＱ３がオンとなる。このため、平滑リアクトルＬｏに蓄えられたエネルギーにより、Ｌｏ→Ｃｏ→Ｑ３→Ｌｏと電流Ｑ３ｉが流れて、引き続き負荷ＲＬに電力が供給される。
【００１１】
次に、スイッチＱ１がオンすると、２次巻線５ｂの電圧は再度逆転して、スイッチＱ４がオンし、スイッチＱ３がオフとなり、同様に動作する。この状態を平滑リアクトルＬｏの電流が連続的に同方向に流れるため、連続モードと呼ぶ。
【００１２】
一方、負荷電流が減少した場合（軽負荷時）には、スイッチＱ１がオフした時（例えば時刻ｔ３２）の平滑リアクトルＬｏの電流は、スイッチＱ１のオフ期間中にゼロとなるが、引き続きスイッチＱ３がオン状態である。このため、平滑コンデンサＣｏに蓄積された電荷が放電し、Ｃｏ→Ｌｏ→Ｑ３→Ｃｏと電流が流れて、平滑リアクトルＬｏにエネルギーが蓄えられる。
【００１３】
次に、時刻ｔ３３（時刻ｔ３１も同じ）において、スイッチＱ１がオンすると、スイッチＱ４がオンし、スイッチＱ３がオフする。このため、平滑リアクトルＬｏの電流は、Ｌｏ→５ｂ→Ｑ４→Ｃｏ→Ｌｏで流れる。このため、エネルギーがトランスＴ１の１次巻線５ａを介して、１次側（入力側）の直流電源Ｖｄｃ１に帰還される。
【００１４】
なお、従来のスイッチング電源装置の関連技術として、例えば特許文献１が知られている。
特開２００２−１０６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
このように、図１３に示す従来の直流変換装置や特許文献１に記載のスイッチング電源装置にあっては、同期整流を適用する場合に、平滑リアクトルＬｏの電流が連続する重負荷状態では、損失も少なく軽快に機能する。
【００１６】
しかしながら、図１４に示すような軽負荷状態では、平滑リアクトルＬｏの電流は、連続的とならず、帰還モード時に逆流し、スイッチＱ３がオフ時に、平滑リアクトルＬｏに蓄えられたエネルギーが、スイッチＱ４とトランスＴ１を介して、入力側の直流電源Ｖｄｃ１に帰還される。
【００１７】
このとき、スイッチＱ４のオンのタイミングが遅延したり、トランスＴ１のリーケージインダクタンスが大きい場合には、図１４に示すように、大きなスパイク電圧ＳＰが発生し、素子（同期整流器）を破壊する。
【００１８】
この対策として、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１と抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２とのアブソーバ等のスパイク電圧吸収回路を装着していた。また、逆電流を検出して、同期整流を停止させたり、あるいは、耐圧の高い素子を用いたりしていた。このため、回路が複雑化するとともに損失が増大していた。
【００１９】
本発明は、回路の簡単化と損失の低減による高効率化と小型化とを図ることができる直流変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を採用した。請求項１の発明は、直流電源の直流電圧をトランスの１次巻線を介してオン／オフすることにより高周波電圧に変換する第１スイッチと、前記トランスの２次巻線に発生する高周波電圧を同期整流する同期整流回路と、この同期整流回路の整流出力を平滑リアクトルと平滑コンデンサとで平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、軽負荷時の前記同期整流回路の電流の逆流により、前記平滑リアクトルに蓄えられたエネルギーをダイオードを介して蓄えるコンデンサと、前記第１スイッチと同期してオンし、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記トランスを介して１次側に帰還させる第２スイッチと、前記第１スイッチをオン／オフさせる制御回路とを有することを特徴とする。
【００２１】
請求項２の発明は、直流電源の直流電圧をトランスの１次巻線を介してオン／オフすることにより高周波電圧に変換する第１スイッチと、前記トランスの２次巻線に発生する高周波電圧を同期整流する同期整流回路と、この同期整流回路の整流出力を平滑リアクトルと平滑コンデンサとで平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、軽負荷時の前記同期整流回路の電流の逆流により、前記平滑リアクトルに蓄えられたエネルギーをダイオードを介して蓄えるコンデンサと、前記第１スイッチと同期してオンし、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記トランスを介して１次側に帰還させる第２スイッチと、前記トランスの１次巻線の両端又は前記第１スイッチの両端に接続され、第３スイッチとクランプコンデンサとが直列に接続された直列回路と、前記第１スイッチと前記第３スイッチとを交互にオン／オフさせる制御回路とを有することを特徴とする。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の直流変換装置において、前記平滑リアクトルは、前記トランスの補助巻線からなり、前記トランスの２次巻線は、前記トランスの１次巻線と密結合させて巻回され、前記トランスの補助巻線は、前記１次巻線と疎結合させて巻回されることを特徴とする。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項３記載の直流変換装置において、前記トランスの２次巻線の巻数と補助巻線の巻数とは同数であり、前記２次巻線は、前記トランスの１次巻線に対して逆相に巻回され、前記補助巻線は、前記１次巻線と同相に巻回されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の直流変換装置において、前記トランスの２次巻線に直列に接続された前記トランスの３次巻線を有し、前記第２スイッチは、前記第１スイッチがオンした時に前記トランスの３次巻線に発生する電圧によりオンし、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記トランスを介して１次側に帰還させることを特徴とする。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の直流変換装置において、前記第２スイッチのオン時間を前記第１スイッチのオン時間より短く設定するオン時間設定手段を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項７の発明は、直流電源の両端に第１スイッチと第２スイッチとが接続された第１直列回路と、前記直流電源の両端に第３スイッチと第４スイッチとが接続された第２直列回路と、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの接続点と前記第３スイッチと前記第４スイッチとの接続点とに接続されたトランスの１次巻線と、前記トランスの２次巻線に接続された第５スイッチと前記トランスの２次巻線に直列に接続された３次巻線に接続された第６スイッチとにより前記トランスの２次巻線及び３次巻線に発生する高周波電圧を同期整流する同期整流回路と、この同期整流回路の整流出力を平滑リアクトルと平滑コンデンサとで平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、軽負荷時の前記同期整流回路の電流の逆流により、前記平滑リアクトルに蓄えられたエネルギーをダイオードを介して蓄えるコンデンサと、前記第１スイッチ及び第４スイッチと同期してオンし、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを前記トランスを介して１次側に帰還させる第７スイッチと、前記第１スイッチ及び前記第４スイッチ及び前記第５スイッチと、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチ及び前記第６スイッチとを相補的にオン又はオフさせ、前記第１スイッチ及び前記第４スイッチ及び前記第５スイッチを同時にオンさせる期間中に前記第７スイッチをオンさせる制御回路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、軽負荷時に電流の逆流により平滑リアクトルに蓄えられるエネルギーをダイオードを介してコンデンサに蓄え、第１スイッチのオンに同期してオンする第２スイッチによりエネルギーを損失なくトランスの１次側に帰還させることによりスパイク電圧を除去することができる。これにより、同期整流器に使用する素子の耐圧が減少し、低耐圧の素子を使用できる。また、サージアブソーバー等の損失を招く回路が不要となり、損失を低減できる。従って、直流変換装置の高効率化と小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の直流変換装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。実施の形態の直流変換装置は、軽負荷時に電流の逆流により平滑リアクトルに蓄えられるエネルギーをダイオードを介してコンデンサに蓄え、第１スイッチのオンに同期してオンする第２スイッチ又は第７スイッチ（スイッチ素子）によりエネルギーを損失なく１次側に帰還させることによりスパイク電圧を除去したことを特徴とする。
【実施例１】
【００２９】
図１は実施例１の直流変換装置の回路構成図である。図１に示す実施例１の直流変換装置は、図１３に示す従来の直流変換装置に対して、トランスＴ２を用いるとともに、ダイオードＤ５、Ｄ６、コンデンサＣ５、第２スイッチ（スイッチ素子）としてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ５を追加した点が異なる。その他の構成は、図１３に示す構成と同一であるので、同一部分には同一部号符号を付して、その詳細は省略する。ここでは、異なる部分の構成のみを説明する。
【００３０】
トランスＴ２は、１次巻線５ａ（巻数ｎ１）と、この１次巻線５ａと密結合で且つ同相電圧が発生するように巻回された２次巻線５ｂ（巻数ｎ２）と、１次巻線５ａと密結合で且つ同相電圧が発生するように巻回された３次巻線５ｃ（巻数ｎ３）とを有し、２次巻線５ｂと３次巻線５ｃとは直列に接続されている。
【００３１】
トランスＴ２の２次巻線５ｂの両端にはＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ３とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ４とが直列に接続されている。トランスＴ２の２次巻線５ｂの一端（●側）は、スイッチＱ４のゲートに接続され、トランスＴ２の２次巻線５ｂの他端は、スイッチＱ３のゲートに接続されている。スイッチＱ３にはダイオードＤ３が並列に接続され、スイッチＱ４にはダイオードＤ４が並列に接続されている。これらの素子により同期整流回路を構成している。この同期整流回路は、第１スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ１のオン／オフに同期してトランスＴ２の２次巻線５ｂに発生した電圧（オンオフ制御されたパルス電圧）を整流して出力する。
【００３２】
ダイオードＤ５のアノードは、２次巻線５ｂと３次巻線５ｃとの接続点とダイオードＤ３のカソードと平滑リアクトルＬｏの一端に接続されている。ダイオードＤ５のカソードはコンデンサＣ５の一端に接続され、コンデンサＣ５の他端は、平滑コンデンサＣｏの一端とダイオードＤ３，Ｄ４のアノードに接続されている。ダイオードＤ５の両端には、スイッチＱ５のドレイン−ソース間が接続され、スイッチＱ５のゲートは、３次巻線５ｃの一端（●側）に接続されている。
【００３３】
ダイオードＤ６は、２次巻線５ｂとダイオードＤ４のカソードとの接続点と、ダイオードＤ５のカソードとコンデンサＣ５との接続点との間に接続されている。このダイオードＤ６は、ダイオードＤ４のリカバリ時におけるスパイク電圧によるエネルギーをコンデンサＣ５に吸収することでスパイク電圧を抑制するために設けられている。
【００３４】
次に、このように構成された実施例１の直流変換装置の動作を図２に示す軽負荷時のタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図２において、Ｑ１ｖはスイッチＱ１のドレイン−ソース間電圧、Ｑ１ｉはスイッチＱ１のドレイン電流、Ｑ３ｉはスイッチＱ３のドレイン電流、Ｑ４ｉはスイッチＱ４のドレイン電流、Ｑ５ｉはスイッチＱ５のドレイン電流、Ｑ３ｖはスイッチＱ３のドレイン−ソース間電圧、Ｑ１ｇはスイッチＱ１のゲート電圧信号を示している。
【００３５】
まず、重負荷時の動作を説明する。ゲート電圧信号Ｑ１ｇによりスイッチＱ１をオンさせると、Ｖｄｃ１→５ａ→Ｑ１→Ｖｄｃ１と電流Ｑ１ｉが流れる。この電流Ｑ１ｉは時間とともに直線的に増加していく。
【００３６】
また、このとき、トランスＴ２の２次巻線５ｂにも電圧が発生するため、スイッチＱ４がオンし、５ｂ→Ｌｏ→Ｃｏ→Ｑ４→５ｂと電流Ｑ４ｉが流れて、負荷ＲＬに電力が供給される。電流Ｑ４ｉは時間とともに直線的に増加していく。このとき、平滑リアクトルＬｏにはＬｏ（Ｉｏ）２／２のエネルギーが蓄えられる。Ｉｏは平滑リアクトルＬｏに流れる電流である。
【００３７】
次に、スイッチＱ１がオフすると、トランスＴ２の２次巻線５ｂの電圧は、逆電圧となるため、スイッチＱ４はオフとなり、スイッチＱ３がオンとなる。このため、平滑リアクトルＬｏに蓄えられたエネルギーにより、Ｌｏ→Ｃｏ→Ｑ３→Ｌｏと電流Ｑ３ｉが流れて、引き続き負荷ＲＬに電力が供給される。
【００３８】
次に、スイッチＱ１がオンすると、２次巻線５ｂの電圧は再度逆転して、スイッチＱ３がオフし、スイッチＱ４がオンとなり、同様に動作する。この状態を平滑リアクトルＬｏの電流が連続的に同方向に流れる（連続モード）。
【００３９】
一方、負荷電流が減少した場合（軽負荷時）には、スイッチＱ１がオフした時（例えば時刻ｔ２）の平滑リアクトルＬｏの電流は、スイッチＱ１のオフ期間中にゼロとなるが、引き続きスイッチＱ３がオン状態である。このため、平滑コンデンサＣｏに蓄積された電荷が放電し、Ｃｏ→Ｌｏ→Ｑ３→Ｃｏと電流が流れて、平滑リアクトルＬｏにエネルギーが蓄えられる。
【００４０】
次に、時刻ｔ３（時刻ｔ１も同じ）において、スイッチＱ１がオンすると、トランスＴ２の２次巻線５ｂの一端（●側）の電圧がスイッチＱ４のゲートに印加されてスイッチＱ４がオンする。また、スイッチＱ３がオフする。このため、平滑リアクトルＬｏに蓄えられたエネルギーは、ダイオードＤ５を介してコンデンサＣ５に蓄えられる。即ち、ダイオードＤ５がオンして、エネルギーがコンデンサＣ５に蓄えられるため、スパイク電圧は、吸収される。
【００４１】
また、トランスＴ２の３次巻線５ｃの一端（●側）には電圧が発生するため、この電圧がスイッチＱ５のゲートに印加されてスイッチＱ５がオンする。このため、Ｃ５→Ｑ５→５ｂ→Ｑ４→Ｃ５と電流が流れるため、コンデンサＣ５に蓄えられたエネルギーは２次巻線５ｂ及び１次巻線５ａを介して、１次側の直流電源Ｖｄｃ１に帰還される。
【００４２】
図２に示すように、スイッチＱ３の電圧Ｑ３ｖは、クランプされてスパイク電圧は発生しない。このため、スイッチＱ３の耐圧を低くすることができる。従って、オン抵抗の低い素子が使用できることにより、さらに損失を低減することができる。
【００４３】
このように実施例１の直流変換装置によれば、軽負荷時に電流の逆流により平滑リアクトルＬｏに蓄えられるエネルギーをダイオードＤ５を介してコンデンサＣ５に蓄え、スイッチＱ１のオンに同期してオンするスイッチＱ５によりエネルギーを損失なく１次側に帰還させることによりスパイク電圧を除去することができる。これにより、整流素子の耐圧が減少し、低耐圧の素子の使用により、オン抵抗を減少できる。また、スパイク電圧防止用のＣ−Ｒアブソーバも除去できるため、回路を簡単化できる。
【実施例２】
【００４４】
図３は実施例２の直流変換装置の回路構成図である。図３に示す実施例２の直流変換装置は、図１に示す実施例１の直流変換装置に対して、さらに、トランスＴ２の３次巻線５ｃの一端とスイッチＱ５のゲートとの間に、オン時間設定手段としての波形整形回路１１を設けたことを特徴とする。
【００４５】
図３に示すその他の構成は、図１に示す構成と同一であり、同一部分には同一符号を付し、その詳細は省略する。
【００４６】
波形整形回路１１は、トランスＴ２の３次巻線５ｃに発生する電圧の波形を整形して、スイッチＱ５のゲートへのドライブ電圧をスイッチＱ１のオン時間より短く設定する。図４に波形整形回路１１の一例を示す。この波形整形回路１１は、一端が３次巻線５ｃに接続され他端がスイッチＱ５のゲートに接続された抵抗ＲＴと、この抵抗ＲＴの他端と接地との間に接続されたコンデンサＣＴとの時定数回路からなる。
【００４７】
この抵抗ＲＴとコンデンサＣＴとの時定数回路は、図５に示すように、入力された３次巻線５ｃの矩形電圧波形Ｖｎ３に対して、コンデンサＣＴの両端電圧ＶＣＴの波形を直線的に上昇させ、この電圧をスイッチＱ５のゲートに印加することにより、スイッチＱ５のゲートのスレッショルド電圧ＶＴＨ以上の部分のみスイッチＱ５をオンさせる。即ち、スイッチＱ５のオン時間をスイッチＱ１のオン時間より短く設定しているので、重負荷時のスイッチＱ５の電流を減少させることができる。
【００４８】
図６は波形整形回路１１が無しの場合における直流変換装置の重負荷時の各部における信号のタイミングチャートである。図７は波形整形回路１１が有りの場合における直流変換装置の重負荷時の各部における信号のタイミングチャートである。図６と図７とを比較すると、重負荷時におけるスイッチＱ５の電流が大幅に減少していることがわかる。
【００４９】
また、実施例１のように、スイッチＱ１のオン時間と同一時間だけ、スイッチＱ５をオンさせた場合には、コンデンサＣ５とトランスＴ２の１次巻線５ａ及び２次巻線５ｂ間のリーケージインダクタンスで共振回路を構成し、共振電流が流れる。実施例２では、スイッチＱ５のオン時間を短くすることにより、共振回路が遮断されるので、共振電流を減少することができる。
【実施例３】
【００５０】
図８は実施例３の直流変換装置の回路構成図である。図８に示す実施例３の直流変換装置は、図１に示す実施例１の直流変換装置に対して、さらに、アクティブクランプによる共振回路を付加したことを特徴とする。
【００５１】
図８において、直流電源Ｖｄｃ１にトランスＴ２の１次巻線５ａ（巻数ｎ１）を介して第１スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ１が接続され、このスイッチＱ１の両端にはダイオードＤ１とコンデンサＣ１とが並列に接続されている。このダイオードＤ１とコンデンサＣ１とはスイッチＱ１の寄生ダイオードと寄生容量であってもよい。
【００５２】
トランスＴ２の１次巻線５ａの一端とスイッチＱ１の一端との接続点には第３スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ２の一端が接続され、スイッチＱ２の他端はクランプコンデンサＣ２を介して直流電源Ｖｄｃ１の正極に接続されている。なお、スイッチＱ２の他端はクランプコンデンサＣ２を介して直流電源Ｖｄｃ１の負極に接続されていてもよい。
【００５３】
スイッチＱ２の両端にはダイオードＤ２が並列に接続されている。ダイオードＤ２はスイッチＱ２の寄生ダイオードであってもよい。スイッチＱ１，Ｑ２は、共にオフとなる期間（デッドタイム）を有し、制御回路１０ａのＰＷＭ制御により交互にオン／オフする。
【００５４】
制御回路１０ａは、スイッチＱ１とスイッチＱ２とを交互にオン／オフ制御し、負荷ＲＬの出力電圧が基準電圧以上となったときに、スイッチＱ１に印加されるパルスのオン幅を狭くし、スイッチＱ２に印加されるパルスのオン幅を広くするように制御する。すなわち、負荷ＲＬの出力電圧が基準電圧以上となったときに、スイッチＱ１のパルスのオン幅を狭くすることで、出力電圧を一定電圧に制御するようになっている。
【００５５】
また、制御回路１０ａは、スイッチＱ１をターンオンするときに、スイッチＱ１の電圧がスイッチＱ１と並列に接続されたコンデンサＣ１とトランスＴ２の１次巻線及び２次巻線間のリーケージインダクタンス（図示せず）との共振によりゼロ電圧となった時から所定期間中にスイッチＱ１をオンさせる。
【００５６】
次にこのように構成された実施例３の直流変換装置の動作を説明する。まず、重負荷時の動作を説明する。
【００５７】
まず、スイッチＱ２がターンオフすると、トランスＴ２の１次及び２次巻線間のリーケージインダクタンスとコンデンサＣ１とにより共振し、スイッチＱ１の電圧Ｑ１ｖが低下していく。そして、スイッチＱ１の電圧Ｑ１ｖがゼロ電圧でスイッチＱ１をオンすると、スイッチＱ１のゼロ電圧スイッチが実現される。
【００５８】
次に、スイッチＱ１がオンすると、Ｖｄｃ１→５ａ→Ｑ１→Ｖｄｃ１と電流Ｑ１ｉが流れる。このとき、トランスＴ２の２次巻線５ｂにも電圧が発生するため、スイッチＱ４がオンし、５ｂ→Ｌｏ→Ｃｏ→Ｑ４→５ｂと電流Ｑ４ｉが流れて、負荷ＲＬに電力が供給される。このとき、平滑リアクトルＬｏにはＬｏ（Ｉｏ）２／２のエネルギーが蓄えられる。
【００５９】
次に、スイッチＱ１がターンオフすると、１次巻線５ａに蓄えられた励磁エネルギーにより電流が流れてコンデンサＣ１が充電される。このとき、トランスＴ２の１次及び２次巻線間のリーケージインダクタンスとコンデンサＣ１とにより共振し、スイッチＱ１の電圧Ｑ１ｖが上昇する。
【００６０】
そして、スイッチＱ１の電位がクランプコンデンサＣ２の電位と同電位となったとき、ダイオードＤ２が導通して、クランプコンデンサＣ２が充電されていく。このとき、スイッチＱ２をオンさせることによりスイッチＱ２は、ゼロ電圧スイッチとなる。また、トランスＴ２の２次巻線５ｂの電圧は、逆電圧となるため、スイッチＱ４はオフとなり、スイッチＱ３がオンとなる。このため、平滑リアクトルＬｏに蓄えられたエネルギーにより、Ｌｏ→Ｃｏ→Ｑ３→Ｌｏと電流Ｑ３ｉが流れて、引き続き負荷ＲＬに電力が供給される。
【００６１】
次に、スイッチＱ２がオンすると、Ｃ２→Ｑ２→５ａ→Ｃ２の経路で１次巻線５ａにエネルギーが帰還される。
【００６２】
なお、軽負荷時の動作は、実施例１の軽負荷時の動作と同様であるので、ここでは、その説明は省略する。
【００６３】
このように、実施例３のアクティブクランプによる共振型の直流変換装置によれば、トランスＴ２の１次及び２次巻線間のリーケージインダクタンスを大きくし、このリーケージインダクタンスとコンデンサＣ１との共振を利用してスイッチＱ１，Ｑ２のゼロ電圧スイッチを実現しているため、このリーケージインダクタンスにより、スパイク電圧の発生はより顕著となるが、軽負荷時に電流の逆流により平滑リアクトルＬｏに蓄えられるエネルギーをダイオードＤ５を介してコンデンサＣ５に蓄え、スイッチＱ１のオンに同期してオンするスイッチＱ５によりエネルギーを損失なくトランスＴ２の１次側に帰還させることによりスパイク電圧を除去することができる。
【００６４】
なお、図８に示す実施例３の直流変換装置の構成に対して、さらに、図３に示すような波形整形回路１１をトランスＴ２の３次巻線５ｃの一端とスイッチＱ５のゲートとの間に設けてもよい。これにより、実施例２の効果と同様な効果が得られる。
【実施例４】
【００６５】
図９は実施例４の直流変換装置の回路構成図である。図９に示す実施例４の直流変換装置は、図８に示す実施例３の直流変換装置に対して、トランスＴ３が１次巻線５ａ乃至４次巻線５ｄ（巻数ｎ４、本発明の補助巻線に対応）を有し、１次巻線５ａと４次巻線５ｄとを疎結合させ、１次巻線５ａと２次巻線５ｂ及び３次巻線５ｃとを密結合させている点が相違し、スイッチＱ１がオン時には、動作状態でのトランスＴ３の直流励磁を、１次巻線５ａと４次巻線５ｄとにおいて同一で逆な起磁力によりキャンセルし、また、スイッチＱ１がオフ時には、動作状態でのトランスＴ３の直流励磁を、２次巻線５ｂと４次巻線５ｄとにおいて同一で逆な起磁力によりキャンセルし、励磁インダクタンスを高くして、励磁電流が少なく損失を低減させることを特徴とする。
【００６６】
４次巻線５ｄは、図８に示す平滑リアクトルＬｏに対応した位置に設けられている。トランスＴ３の２次巻線５ｂの巻数とトランスＴ３の４次巻線５ｄの巻数とは同数となっている。トランスＴ３の２次巻線５ｂは、トランスＴ３の１次巻線５ａに対して逆相に巻回され、トランスＴ３の３次巻線５ｃ及び４次巻線５ｄは、トランスＴ３の１次巻線５ａと同相に巻回されている。
【００６７】
また、ダイオードＤ５のアノードは、２次巻線５ｂと３次巻線５ｃとの接続点とダイオードＤ４のカソードとスイッチＱ４の一端（ドレイン）とスイッチＱ３のゲートに接続され、ダイオードＤ５のカソードは、コンデンサＣ５を介して４次巻線５ｄの一端に接続されている。ダイオードＤ５の両端には、スイッチＱ５のドレイン−ソース間が接続され、スイッチＱ５のゲートは、３次巻線５ｃの一端（●側）に接続されている。ダイオードＤ６は、４次巻線５ｄの一端とコンデンサＣ５の一端とに接続されている。
【００６８】
図９に示すその他の構成は、図８に示す構成と同一であり、同一部分には同一符号を付し、その詳細は省略する。
【００６９】
図１０は実施例４の直流変換装置に設けられたトランスの構造図である。図１０に示すトランスは、日の字型のコア２０を有し、コア２０のコア部２０ａには、１次巻線５ａと、１次巻線５ａと近接して１次巻線５ａと密結合させた２次巻線５ｂ及び３次巻線５ｃと、１次巻線５ａと疎結合させた４次巻線５ｄとが巻回されている。１次巻線５ａと４次巻線５ｄとを疎結合させるために、コア部２０ａには２次巻線５ｂ及び３次巻線５ｃと４次巻線５ｄとの間に突起部２０ｂが形成されている。また、この突起部２０ｂにより漏れ磁束が増加するので、４次巻線５ｄのリーケージインダクタンスを大きくすることができる。
【００７０】
次にこのように構成された実施例４の直流変換装置の動作を図１１に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００７１】
なお、図１１では、スイッチＱ１の両端間の電圧Ｑ１ｖ、スイッチＱ１に流れる電流Ｑ１ｉ、スイッチＱ２に流れる電流Ｑ２ｉ、ダイオードＤ２に流れる電流Ｄ２ｉ、トランスＴ３の４次巻線５ｄに流れる電流ｎ４ｉを示している。
【００７２】
まず、重負荷時の動作を説明する。時刻ｔ１において、スイッチＱ１をオンさせると、Ｖｄｃ１→５ａ→Ｑ１→Ｖｄｃ１で電流Ｑ１ｉ（１次巻線５ａに流れる電流Ｉ１に相当）が流れる。また、これと同時に１次巻線５ａに疎結合した４次巻線５ｄにも電圧が発生し、５ｄ→Ｃｏ→Ｑ３→５ｄで電流ｎ４ｉ（電流Ｉ１に対応した電流Ｉ１´に相当）が流れるため、負荷ＲＬに電力が供給される。４次巻線５ｄは、１次巻線５ａと疎結合に結合され、大きなリーケージインダクタンスを有する。このとき、等アンペアターンの法則により、Ｉ１・ｎ１＝Ｉ１´・ｎ４が成立し、直流励磁分はキャンセルされる。
【００７３】
次に、時刻ｔ２において、スイッチＱ１をオフさせると、１次巻線５ａに蓄えられた励磁エネルギーにより電流が流れてコンデンサＣ１が充電される。このとき、トランスＴ３の１次巻線５ａのリーケージインダクタンス（図示せず）とコンデンサＣ１とにより電圧共振が形成されて、スイッチＱ１の電圧Ｑ１ｖが急激に上昇する。
【００７４】
そして、スイッチＱ１の電位がクランプコンデンサＣ２の電位と同電位となったとき、ダイオードＤ２が導通して、ダイオード電流Ｄ２ｉ（図１１に示す。）が流れてクランプコンデンサＣ２が充電されていく。このとき、スイッチＱ２をオンさせることにより、スイッチＱ２は、ゼロ電圧スイッチとなる。
【００７５】
次に、クランプコンデンサＣ２への充電が完了し、クランプコンデンサＣ２へ蓄えられた電荷は、スイッチＱ２を介して１次巻線５ａに帰還される。このとき、１次巻線５ａの●有り側が−で●無し側が＋であるため、トランスＴ３の２次側でも、２次巻線５ｂの●有り側が−で●無し側が＋となり、４次巻線５ｄの●有り側が−で●無し側が＋となる。また、４次巻線５ｄのリーケージインダクタンス（図示せず）により、５ｂ→５ｄ→Ｃｏ→Ｑ４→５ｂで電流ｎ４ｉが流れ続ける。このため、負荷ＲＬにはスイッチＱ１がオン時でもオフ時でも電流が流れることになり、平滑コンデンサＣｏのリップル電流を軽減できる。
【００７６】
また、２次巻線５ｂと４次巻線５ｄとは、巻数が同じで極性が逆であることから、両巻線５ｂ，５ｄの起磁力は打ち消されてゼロとなる。即ち、直流励磁分がキャンセルされる。
【００７７】
従って、トランスＴ３の１次側から見た２次側のインピーダンスは高くなり、時刻ｔ３（時刻ｔ１と同様）において、スイッチＱ２がオフした場合には、スイッチＱ２の電流は、ほとんどコンデンサＣ１を放電する。このため、スイッチＱ１の電位は降下してゼロとなり、ダイオードＤ１が導通する。このとき、スイッチＱ１をオンさせることにより、ゼロ電圧スイッチを達成することができる。
【００７８】
一方、負荷電流が減少した場合（軽負荷時）には、スイッチＱ２がオンした時の４次巻線５ｄの電流は、スイッチＱ２のオン期間中にゼロとなるが、引き続きスイッチＱ４がオン状態である。このため、平滑コンデンサＣｏに蓄積された電荷が放電し、Ｃｏ→５ｄ→５ｂ→Ｑ４と電流が流れて、４次巻線５ｄにエネルギーが蓄えられる。
【００７９】
次に、スイッチＱ２がオフし、スイッチＱ１がオンすると、スイッチＱ４がオフし、スイッチＱ３がオンする。このため、４次巻線５ｄに蓄えられたエネルギーは、ダイオードＤ５を介してコンデンサＣ５に蓄えられる。即ち、ダイオードＤ５がオンして、エネルギーがコンデンサＣ５に蓄えられるため、スパイク電圧は、吸収される。
【００８０】
また、トランスＴ３の３次巻線５ｃの一端（●側）には電圧が発生するため、この電圧がスイッチＱ５のゲートに印加されてスイッチＱ５がオンする。このため、Ｃ５→Ｑ５→５ｂ→Ｃ５と電流が流れるため、コンデンサＣ５に蓄えられたエネルギーは２次巻線５ｂ及び１次巻線５ａを介して、１次側の直流電源Ｖｄｃ１に帰還される。
【００８１】
このため、スイッチＱ４の電圧Ｑ４ｖは、クランプされてスパイク電圧は発生しない。このため、スイッチＱ４の耐圧を低くすることができる。従って、オン抵抗の低い素子が使用できることにより、さらに損失を低減することができる。
【００８２】
このように実施例４の直流変換装置によれば、軽負荷時に電流の逆流により４次巻線５ｄに蓄えられるエネルギーをダイオードＤ５を介してコンデンサＣ５に蓄え、スイッチＱ１のオンに同期してオンするスイッチＱ５によりエネルギーを損失なくトランスＴ３の１次側に帰還させることによりスパイク電圧を除去することができる。
【００８３】
また、ダイオードＤ６により、ダイオードＤ３のリカバリ時におけるスパイク電圧によるエネルギーをコンデンサＣ５に吸収することで、スパイク電圧を抑制することができる。このため、低耐圧の素子が使用でき、損失を低減することができる。
【００８４】
また、トランスＴ３の２次側に４次巻線５ｄを設け、１次巻線５ａと４次巻線５ｄとを疎結合させ、１次巻線５ａと２次巻線５ｂとを密結合させ、スイッチＱ１がオン時には、動作状態でのトランスＴ３の直流励磁は、１次巻線５ａと４次巻線５ｄとにおいて同一で逆な起磁力によりキャンセルされ、また、スイッチＱ１がオフ時には、動作状態でのトランスＴ３の直流励磁は、２次巻線５ｂと４次巻線５ｄとにおいて同一で逆な起磁力によりキャンセルされる。このため、励磁インダクタンスを高くできるため、励磁電流が少なく損失も低減できる。また、ゼロ電圧スイッチングを可能とし、小型、高効率、低ノイズ化することができる。
【００８５】
なお、図９に示す実施例４の直流変換装置の構成に対して、さらに、図３に示すような波形整形回路１１をトランスＴ３の３次巻線５ｃの一端とスイッチＱ５のゲートとの間に設けてもよい。これにより、実施例２の効果と同様な効果が得られる。
【００８６】
また、図９に示す実施例４の直流変換装置の構成に対して、トランスの入力側にアクティブクランプ回路を用いていない例えば図１に示すような構成を採用してもよい。
【実施例５】
【００８７】
図１２は実施例５の直流変換装置の回路構成図である。実施例５の直流変換装置は、プッシュプル回路に適用した例である。実施例１乃至４では、スイッチＱ３，Ｑ４，Ｑ５の駆動信号は、自励式で２次巻線５ｂ，３次巻線５ｃの電圧により生成していたが、実施例５では、制御回路１０ｂがスイッチＱ３，Ｑ４，Ｑ５のための駆動信号を生成している。
【００８８】
図１２において、直流電源Ｖｄｃ１の両端には、第１スイッチとしてのスイッチＱ１ａと第２スイッチとしてのスイッチＱ２ｂとの直列回路が接続されるとともに、第３スイッチとしてのスイッチＱ２ａと第４スイッチとしてのスイッチＱ１ｂとの直列回路が接続されている。スイッチＱ１ａとスイッチＱ２ｂとの接続点と、スイッチＱ２ａとスイッチＱ１ｂとの接続点とにはトランスＴ２の１次巻線５ａの両端が接続されている。スイッチＱ１ａ，Ｑ２ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ２ｂには、それぞれダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ｂが接続されている。スイッチＱ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ２ａ，Ｑ２ｂの各々は、ＭＯＳＦＥＴ等からなる。また、ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ｂは、それぞれスイッチＱ１ａ，Ｑ２ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ２ｂの寄生ダイオードであってもよい。
【００８９】
スイッチＱ１ａとスイッチＱ１ｂとは、制御回路１０ｂのＰＷＭ制御により同時にオン又は同時にオフし、スイッチＱ２ａとスイッチＱ２ｂとは、制御回路１０ｂのＰＷＭ制御により同時にオン又は同時にオフするようになっている。スイッチＱ１ａ及びスイッチＱ１ｂは、スイッチＱ２ａ及びスイッチＱ２ｂとは、相補的に動作するようになっている。
【００９０】
また、トランスＴ２の１次巻線５ａと２次巻線５ｂと３次巻線５ｃとは、互いに同相電圧が発生するように巻回されている。２次巻線５ｂと３次巻線５ｃとが直列に接続され、２次巻線５ｂの一端（●側）は、第５スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ３の一端とダイオードＤ３のアノードとに接続され、３次巻線５ｃの一端は、第６スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ４の一端とダイオードＤ４のアノードとに接続されている。スイッチＱ３の他端とダイオードＤ３のカソードとは、スイッチＱ４の他端とダイオードＤ４のカソードとに接続されている。
【００９１】
スイッチＱ３の他端とダイオードＤ３のカソードとの接続点と、２次巻線５ｂと３次巻線５ｃとの接続点との間には、平滑リアクトルＬｏと平滑コンデンサＣｏとの直列回路が接続されている。スイッチＱ４の他端とダイオードＤ４のカソードとの接続点と、２次巻線５ｂと３次巻線５ｃとの接続点との間には、ダイオードＤ５とコンデンサＣ５との直列回路が接続されている。ダイオードＤ５の両端には第７スイッチ（スイッチ素子）としてのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱ５のドレイン−ソース間が接続されている。
【００９２】
また、制御回路１０ｂは、スイッチＱ１ａとスイッチＱ１ｂとスイッチＱ３とを同時にオン又は同時にオフさせ、スイッチＱ２ａとスイッチＱ２ｂとスイッチＱ４とを同時にオン又は同時にオフさせ、スイッチＱ１ａ及びスイッチＱ１ｂ及びスイッチＱ３と、スイッチＱ２ａ及びスイッチＱ２ｂ及びスイッチＱ４とを相補的に動作させる。制御回路１０ｂは、スイッチＱ１ａとスイッチＱ１ｂとスイッチＱ３とを同時にオンさせる期間中にスイッチＱ５をオンさせる。
【００９３】
次にこのように構成された実施例５の直流変換装置の動作を説明する。まず、重負荷時には、スイッチＱ１ａとスイッチＱ１ｂとスイッチＱ３とを同時にオンさせると、Ｖｄｃ１→Ｑ１ａ→５ａ→Ｑ１ｂ→Ｖｄｃ１と電流が流れる。このため、２次側では、５ｂ→Ｑ３→Ｌｏ→Ｃｏ→５ｂと電流が流れて、負荷ＲＬに電力が供給される。
【００９４】
次に、スイッチＱ２ａとスイッチＱ２ｂとスイッチＱ４とを同時にオンさせると、Ｖｄｃ１→Ｑ２ａ→５ａ→Ｑ２ｂ→Ｖｄｃ１の経路で、１次巻線５ａに逆向きの電流が流れる。このため、トランスＴ２の２次側では、５ｃ→Ｑ４→Ｌｏ→Ｃｏ→５ｃと電流が流れて、負荷ＲＬに電力が供給される。
【００９５】
このため、負荷ＲＬにはスイッチＱ１ａ〜Ｑ２ｂがオン時でもオフ時でも直流電力が供給される。即ち、スイッチＱ３，Ｑ４が両波整流を行っているので、リップルが少なくなり、出力電圧がより一定値となる。
【００９６】
一方、軽負荷時には、スイッチＱ１ａ，Ｑ１ｂがオフした時の平滑リアクトルＬｏの電流は、スイッチＱ１ａ，Ｑ１ｂのオフ期間中にゼロとなるが、引き続きスイッチＱ４がオン状態である。このため、平滑コンデンサＣｏに蓄積された電荷が放電し、Ｃｏ→Ｌｏ→Ｑ４→５ｃ→Ｃｏと電流が流れて、平滑リアクトルＬｏにエネルギーが蓄えられる。
【００９７】
次に、スイッチＱ１ａ，Ｑ１ｂがオンすると、スイッチＱ３がオンし、スイッチＱ４がオフする。このため、平滑リアクトルＬｏに蓄えられたエネルギーは、ダイオードＤ５を介してコンデンサＣ５に蓄えられる。即ち、ダイオードＤ５がオンして、エネルギーがコンデンサＣ５に蓄えられるため、スパイク電圧は、吸収される。
【００９８】
次に、制御回路１０ｂからの信号により、スイッチＱ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ３がオンしている期間中に、スイッチＱ５をオンさせると、Ｃ５→Ｑ５→Ｑ３→５ｂ→Ｃ５と電流が流れるため、コンデンサＣ５に蓄えられたエネルギーは２次巻線５ｂ及び１次巻線５ａを介して、１次側の直流電源Ｖｄｃ１に帰還される。
【００９９】
このように実施例５の直流変換装置によれば、軽負荷時に電流の逆流により平滑リアクトルＬｏに蓄えられるエネルギーをダイオードＤ５を介してコンデンサＣ５に蓄え、スイッチＱ１ａ，Ｑ１ｂのオンに同期してオンするスイッチＱ５によりエネルギーを損失なくトランスＴ２の１次側に帰還させることによりスパイク電圧を除去することができる。これにより、整流素子の耐圧が減少し、低耐圧の素子の使用により、オン抵抗を減少できる。また、スパイク電圧防止用のＣ−Ｒアブソーバも除去できるため、回路を簡単化できる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ等のスイッチング電源装置に適用可能である。  
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】実施例１の直流変換装置の回路構成図である。
【図２】実施例１の直流変換装置の軽負荷時の各部における信号のタイミングチャートである。
【図３】実施例２の直流変換装置の回路構成図である。
【図４】実施例２の直流変換装置に設けられた波形整形回路の一例を示す図である。
【図５】図４に示す波形整形回路の動作波形を示す図である。
【図６】波形整形回路が無しの場合における直流変換装置の重負荷時の各部における信号のタイミングチャートである。
【図７】波形整形回路が有りの場合における直流変換装置の重負荷時の各部における信号のタイミングチャートである。
【図８】実施例３の直流変換装置の回路構成図である。
【図９】実施例４の直流変換装置の回路構成図である。
【図１０】実施例４の直流変換装置に設けられたトランスの構造図である。
【図１１】実施例４の直流変換装置の各部における信号のタイミングチャートである。
【図１２】実施例５の直流変換装置の回路構成図である。
【図１３】従来の直流変換装置の回路構成図である。
【図１４】図１３に示す直流変換装置の軽負荷時の各部における信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１０２】
Ｖｄｃ１  直流電源
１０，１０ａ，１０ｂ  制御回路
Ｑ１〜Ｑ５，Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ２ａ，Ｑ２ｂ  スイッチ
ＲＬ  負荷  
Ｒ１，Ｒ２，ＲＴ  抵抗
Ｌｏ  平滑リアクトル
Ｃｏ  平滑コンデンサ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５，ＣＴ  コンデンサ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  トランス
５ａ  １次巻線（ｎ１）
５ｂ  ２次巻線（ｎ２）
５ｃ  ３次巻線（ｎ３）
５ｄ  ４次巻線（ｎ４）
Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード
１１  波形整形回路
２０  コア
２０ａ  コア部
２０ｂ  突起部
【図１】
2006191706.tif 000003
【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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