(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧が入力される入力端子対と、
出力電圧が出力される出力端子対と、
１次側巻線および２次側巻線をそれぞれ有するＮ個（Ｎ：２以上の整数）のトランスと、
前記入力端子対と前記１次側巻線との間において互いに並列配置され、各々がスイッチング素子を含んで構成されたＮ個のインバータ回路と、
前記出力端子対と前記２次側巻線との間に配置されると共に、｛２×（Ｎ＋１）｝個の整流素子と、チョークコイルと、前記出力端子対間に配置された容量素子とを含んで構成された整流平滑回路と、
前記Ｎ個のインバータ回路における前記スイッチング素子の動作をそれぞれ制御するスイッチング駆動を行う駆動部と
を備え、
前記整流平滑回路では、
同じ向きで互いに直列配置された２個の前記整流素子を各々が有する（Ｎ＋１）本のアームが、前記出力端子間において互いに並列配置されており、
前記（Ｎ＋１）本のアームのうちの互いに隣接するアーム同士の間にそれぞれ、前記Ｎ個のトランスにおける前記２次側巻線が個別にＨブリッジ接続されており、
前記（Ｎ＋１）本のアームと前記容量素子との間に、前記チョークコイルが配置されており、
前記駆動部は、
前記Ｎ個のインバータ回路同士が位相差を持って動作すると共に、前記Ｎ個のインバータ回路の各々において、前記スイッチング素子のオンデューティ期間の長さが略最大値となるように、前記スイッチング駆動を行うことにより、
前記スイッチング素子のオフデューティ期間を、前記入力端子対間での複数の前記スイッチング素子同士のオン状態による電気的な短絡を回避するための、デッドタイムの期間のみに限定させる
スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記（Ｎ＋１）本のアームにおける第１端同士の接続点と前記容量素子の第１端との間、および、前記（Ｎ＋１）本のアームにおける第２端同士の接続点と前記容量素子の第２端との間、のうちの少なくとも一方に、前記チョークコイルが挿入配置されている
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記（Ｎ＋１）本のアームではそれぞれ、
前記整流素子のカソードが前記第１端側に配置されると共に、
前記整流素子のアノードが前記第２端側に配置されている
請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記整流素子が、電界効果型トランジスタの寄生ダイオードにより構成されている
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記Ｎ個のインバータ回路が、２個の前記スイッチング素子を含むハーフブリッジ回路、あるいは、４個の前記スイッチング素子を含むフルブリッジ回路により構成されている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記駆動部は、前記Ｎ個のトランスに含まれるＮ個の前記２次側巻線同士の接続状態が切り替わるように前記スイッチング駆動を行うことにより、前記出力電圧の大きさを制御する
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記Ｎが２である
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項８】
前記駆動部は、２個の前記トランスに含まれる２個の前記２次側巻線同士の接続状態が、２直列接続状態と２並列接続状態との間で切り替わるように、前記スイッチング駆動を行う
請求項７に記載のスイッチング電源装置。
【請求項９】
前記Ｎが３である
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１０】
前記駆動部は、３個の前記トランスに含まれる３個の前記２次側巻線同士の接続状態が、３直列接続状態と３並列接続状態との間で切り替わるように、前記スイッチング駆動を行う
請求項９に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１１】
前記Ｎが４である
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１２】
前記駆動部は、４個の前記トランスに含まれる４個の前記２次側巻線同士の接続状態が、４直列接続状態と、４並列接続状態と、２直列接続と２並列接続との混合接続状態と、の間で切り替わるように、前記スイッチング駆動を行う
請求項１１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、スイッチング素子を用いて電圧変換を行うスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置の一例として種々のＤＣ−ＤＣコンバータが提案され、実用に供されている（例えば、特許文献１，２）。この種のＤＣ−ＤＣコンバータは一般に、スイッチング素子を含むインバータ回路と、電力変換トランス（変圧素子）と、整流平滑回路とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１９６０７２号明細書
【特許文献２】米国特許第８７８０５８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなＤＣ−ＤＣコンバータ等のスイッチング電源装置では一般に、電力変換効率を向上させることが望まれている。
【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、電力変換効率を向上させ易くすることが可能な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】
本発明のスイッチング電源装置は、入力電圧が入力される入力端子対と、出力電圧が出力される出力端子対と、１次側巻線および２次側巻線をそれぞれ有するＮ個（Ｎ：２以上の整数）のトランスと、入力端子対と１次側巻線との間において互いに並列配置され、各々がスイッチング素子を含んで構成されたＮ個のインバータ回路と、出力端子対と２次側巻線との間に配置されると共に、｛２×（Ｎ＋１）｝個の整流素子と、チョークコイルと、出力端子対間に配置された容量素子とを含んで構成された整流平滑回路と、Ｎ個のインバータ回路におけるスイッチング素子の動作をそれぞれ制御するスイッチング駆動を行う駆動部とを備えたものである。上記整流平滑回路では、同じ向きで互いに直列配置された２個の整流素子を各々が有する（Ｎ＋１）本のアームが、出力端子間において互いに並列配置されている。（Ｎ＋１）本のアームのうちの互いに隣接するアーム同士の間にそれぞれ、Ｎ個のトランスにおける２次側巻線が個別にＨブリッジ接続されている。（Ｎ＋１）本のアームと容量素子との間に、チョークコイルが配置されている。また、上記駆動部は、Ｎ個のインバータ回路同士が位相差を持って動作すると共に、Ｎ個のインバータ回路の各々において、スイッチング素子のオンデューティ期間の長さが略最大値となるように、スイッチング駆動を行うことにより、スイッチング素子のオフデューティ期間を、入力端子対間での複数のスイッチング素子同士のオン状態による電気的な短絡を回避するための、デッドタイムの期間のみに限定させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のスイッチング電源装置によれば、電力変換効率を向上させ易くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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概略構成例を表す回路図である。
【図２】図１に示したスイッチング電源装置の動作例を表すタイミング波形図である。
【図３】図１に示したスイッチング電源装置の動作状態例を表す回路図である。
【図４】図３に続く動作状態例を表す回路図である。
【図５】図４に続く動作状態例を表す回路図である。
【図６】図５に続く動作状態例を表す回路図である。
【図７】図６に続く動作状態例を表す回路図である。
【図８】図７に続く動作状態例を表す回路図である。
【図９】図８に続く動作状態例を表す回路図である。
【図１０】図９に続く動作状態例を表す回路図である。
【図１１】図１０に続く動作状態例を表す回路図である。
【図１２】図１に示した整流平滑回路内の動作状態について説明するための回路図である。
【図１３】変形例１に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。
【図１４】図１３に示した整流平滑回路内の動作状態について説明するための回路図である。
【図１５】変形例２に係るスイッチング電源装置の回路構成例および動作例を表す模式図である。
【図１６】変形例３に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。
【図１７】図１６に示したスイッチング電源装置の動作例を表すタイミング波形図である。
【図１８】変形例４に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。
【図１９】変形例５に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。
【図２０】変形例６に係る整流平滑回路の構成例を表す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（各インバータ回路がハーフブリッジ回路からなる場合の例）
２．変形例
変形例１（インバータ回路，トランスが３つずつ設けられている場合の例）
変形例２（インバータ回路，トランスが４つずつ設けられている場合の例）
変形例３（各インバータ回路がフルブリッジ回路からなる場合の例）
変形例４（インバータ回路内に偏励磁防止用の容量素子を設けた場合の例）
変形例５（インバータ回路内に逆電圧クランプ用の整流素子を設けた場合の例）
変形例６（整流平滑回路内のチョークコイルの他の構成例）
３．その他の変形例
【００１０】
＜１．実施の形態＞
［構成］
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（スイッチング電源装置１）の概略構成例を回路図で表したものである。このスイッチング電源装置１は、バッテリ１０（第１のバッテリ）から供給される直流入力電圧Ｖinを直流出力電圧Ｖoutに電圧変換し、図示しない第２のバッテリに供給して負荷７を駆動する、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものである。ここで、スイッチング電源装置１における電圧変換の態様としては、アップコンバート（昇圧）およびダウンコンバート（降圧）のいずれであってもよい。なお、直流入力電圧Ｖinは本発明における「入力電圧」の一具体例に対応し、直流出力電圧Ｖoutは本発明における「出力電圧」の一具体例に対応する。
【００１１】
スイッチング電源装置１は、２つの入力端子Ｔ１，Ｔ２と、２つの出力端子Ｔ３，Ｔ４と、入力平滑コンデンサＣinと、２つのインバータ回路２１，２２と、２つのトランス３１，３２と、整流平滑回路４と、駆動回路５とを備えている。入力端子Ｔ１，Ｔ２間には直流入力電圧Ｖinが入力され、出力端子Ｔ３，Ｔ４の間からは直流出力電圧Ｖoutが出力されるようになっている。なお、入力端子Ｔ１，Ｔ２は本発明における「入力端子対」の一具体例に対応し、出力端子Ｔ３，Ｔ４は本発明における「出力端子対」の一具体例に対応する。
【００１２】
入力平滑コンデンサＣinは、入力端子Ｔ１に接続された１次側高圧ラインＬ１Ｈと、入力端子Ｔ２に接続された１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に配置されている。具体的には、後述する２つのインバータ回路２１，２２と入力端子Ｔ１，Ｔ２との間の位置において、入力平滑コンデンサＣinの第１端が１次側高圧ラインＬ１Ｈに接続されると共に、入力平滑コンデンサＣinの第２端が１次側低圧ラインＬ１Ｌに接続されている。この入力平滑コンデンサＣinは、入力端子Ｔ１，Ｔ２から入力された直流入力電圧Ｖinを平滑化するためのコンデンサである。なお、図１に示した回路構成例では、後述するインバータ回路２１，２２内の２つのコンデンサＣ５１，Ｃ５２もそれぞれ、入力平滑コンデンサとして機能することから、この入力平滑コンデンサＣinを設けないようにしてもよい。
【００１３】
（インバータ回路２１，２２）
インバータ回路２１，２２は、入力端子Ｔ１，Ｔ２と、後述するトランス３１，３２における１次側巻線３１１，３２１との間において、互いに並列配置されている。これらのインバータ回路２１，２２はそれぞれ、２個のスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路により構成されている。
【００１４】
具体的には、インバータ回路２１は、２つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と、これらスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に対してそれぞれ並列接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２およびダイオードＤ１，Ｄ２と、２つのコンデンサＣ５１，Ｃ５２とを有している。また、インバータ回路２２は、２つのスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４と、これらスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４に対してそれぞれ並列接続されたコンデンサＣ３，Ｃ４およびダイオードＤ３，Ｄ４と、２つのコンデンサＣ５１，Ｃ５２と、共振用インダクタＬｒとを有している。つまり、コンデンサＣ５１，Ｃ５２はそれぞれ、インバータ回路２１，２２に共有された素子となっている。なお、ダイオードＤ１〜Ｄ４はいずれも、カソードが１次側高圧ラインＬ１Ｈ側に配置されると共にアノードが１次側低圧ラインＬ１Ｌ側に配置されており、逆方向接続状態となっている。
【００１５】
インバータ回路２１では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の第１端同士と、コンデンサＣ１，Ｃ２の第１端同士と、ダイオードＤ１のアノードと、ダイオードＤ２のカソードとが、接続点Ｐ１において互いに接続されている。コンデンサＣ５１，Ｃ５２の第１端同士は、接続点Ｐ３において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ１の第２端と、コンデンサＣ１の第２端と、ダイオードＤ１のカソードと、コンデンサＣ５１の第２端とが、１次側高圧ラインＬ１Ｈ上の接続点Ｐ４において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ２の第２端と、コンデンサＣ２の第２端と、ダイオードＤ２のアノードと、コンデンサＣ５２の第２端とが、１次側低圧ラインＬ１Ｌ上の接続点Ｐ５において互いに接続されている。接続点Ｐ１，Ｐ３間には、後述するトランス３１の１次側巻線３１１が挿入配置されている。このような構成によりインバータ回路２１では、後述する駆動回路５から供給される駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２に従って各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオン・オフ動作を行うことにより、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される直流入力電圧Ｖinを交流電圧に変換してトランス３１へ出力するようになっている。
【００１６】
インバータ回路２２では、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の第１端同士と、コンデンサＣ３，Ｃ４の第１端同士と、ダイオードＤ３のアノードと、ダイオードＤ４のカソードとが、接続点Ｐ２において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ３の第２端と、コンデンサＣ３の第２端と、ダイオードＤ３のカソードと、コンデンサＣ５１の第２端とが、上記した接続点Ｐ４において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ４の第２端と、コンデンサＣ４の第２端と、ダイオードＤ４のアノードと、コンデンサＣ５２の第２端とが、上記した接続点Ｐ５において互いに接続されている。接続点Ｐ３，Ｐ２間には、後述するトランス３２の１次側巻線３２１と、共振用インダクタＬｒとが、互いに直列接続された状態で挿入配置されている。具体的には、１次側巻線３２１の第１端が接続点Ｐ３に接続され、１次側巻線３２１の第２端と共振用インダクタＬｒの第１端とが接続点Ｐ６において互いに接続され、共振用インダクタＬｒの第２端が接続点Ｐ２に接続されている。このような構成によりインバータ回路２２においても、後述する駆動回路５から供給される駆動信号ＳＧ３，ＳＧ４に従って各スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がオン・オフ動作を行うことにより、直流入力電圧Ｖinを交流電圧に変換してトランス３２へ出力するようになっている。
【００１７】
なお、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４としては、例えば電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ；Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolor Transistor）などのスイッチ素子が用いられる。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４としてＭＯＳ―ＦＥＴを用いた場合には、コンデンサＣ１〜Ｃ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４をそれぞれ、このＭＯＳ―ＦＥＴの寄生容量または寄生ダイオードから構成することが可能である。また、コンデンサＣ１〜Ｃ４をそれぞれ、ダイオードＤ１〜Ｄ４の接合容量で構成することも可能である。このように構成した場合、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４とは別個にコンデンサＣ１〜Ｃ４やダイオードＤ１〜Ｄ４を設ける必要がなくなり、インバータ回路２１，２２の回路構成を簡素化することが可能となる。
【００１８】
（トランス３１，３２）
トランス３１は、１次側巻線３１１および２次側巻線３１２を有している。１次側巻線３１１は、第１端が接続点Ｐ１に接続され、第２端が接続点Ｐ３に接続されている。２次側巻線３１２は、第１端が後述する整流平滑回路４内の接続点Ｐ７に接続され、第２端が整流平滑回路４内の接続点Ｐ８に接続されている。このトランス３１は、インバータ回路２１によって生成された交流電圧（トランス３１に入力される交流電圧）を電圧変換し、２次側巻線３１２の端部から交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の電圧変換の度合いは、１次側巻線３１１と２次側巻線３１２との巻数比によって定まる。
【００１９】
トランス３２も同様に、１次側巻線３２１および２次側巻線３２２を有している。１次側巻線３２１は、第１端が接続点Ｐ３に接続され、第２端が接続点Ｐ６に接続されている。２次側巻線３２２は、第１端が後述する整流平滑回路４内の接続点Ｐ８に接続され、第２端が整流平滑回路４内の接続点Ｐ９に接続されている。このトランス３２は、インバータ回路２２によって生成された交流電圧（トランス３２に入力される交流電圧）を電圧変換し、２次側巻線３２２の端部から交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の電圧変換の度合いも、１次側巻線３２１と２次側巻線３２２との巻数比によって定まる。
【００２０】
（整流平滑回路４）
整流平滑回路４は、トランス３１，３２における２次側巻線３１２，３２２と、出力端子Ｔ３，Ｔ４との間に配置されている。この整流平滑回路４は、６個の整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２と、１個のチョークコイルＬｃｈと、１個の出力平滑コンデンサＣoutとを有している。なお、整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２はそれぞれ、本発明における「整流素子」の一具体例に対応し、出力平滑コンデンサＣoutは本発明における「容量素子」の一具体例に対応する。
【００２１】
この整流平滑回路４では、同じ向きで互いに直列配置された２個ずつの整流ダイオードによって、３本のアームが形成されている。具体的には、整流ダイオード４１１，４１２によって第１のアームが形成され、整流ダイオード４２１，４２２によって第２のアームが形成され、整流ダイオード４３１，４３２によって第３のアームが形成されている。また、これら第１〜第３のアームは、出力端子Ｔ３，Ｔ４間において互いに並列配置されている。具体的には、第１〜第３のアームの第１端同士の接続点（接続点Ｐｘ）が、チョークコイルＬｃｈおよび出力ラインＬＯを介して出力端子Ｔ３に接続され、第１〜第３のアームの第２端同士の接続点が、出力端子Ｔ４から延伸する接地ラインＬＧに接続されている。
【００２２】
第１のアームでは、整流ダイオード４１１，４１２のカソードがそれぞれ、この第１のアームの上記第１端側に配置されていると共に、整流ダイオード４１１，４１２のアノードがそれぞれ、この第１のアームの上記第２端側に配置されている。具体的には、整流ダイオード４１１のカソードが接続点Ｐｘに接続され、整流ダイオード４１１のアノードと整流ダイオード４１２のカソードとが接続点Ｐ７において互いに接続され、整流ダイオード４１２のアノードが接地ラインＬＧに接続されている。
【００２３】
同様に、第２のアームでは、整流ダイオード４２１，４２２のカソードがそれぞれ、この第２のアームの上記第１端側に配置されていると共に、整流ダイオード４２１，４２２のアノードがそれぞれ、この第２のアームの上記第２端側に配置されている。具体的には、整流ダイオード４２１のカソードが接続点Ｐｘに接続され、整流ダイオード４２１のアノードと整流ダイオード４２２のカソードとが接続点Ｐ８において互いに接続され、整流ダイオード４２２のアノードが接地ラインＬＧに接続されている。
【００２４】
同様に、第３のアームでは、整流ダイオード４３１，４３２のカソードがそれぞれ、この第３のアームの上記第１端側に配置されていると共に、整流ダイオード４３１，４３２のアノードがそれぞれ、この第３のアームの上記第２端側に配置されている。具体的には、整流ダイオード４３１のカソードが接続点Ｐｘに接続され、整流ダイオード４３１のアノードと整流ダイオード４３２のカソードとが接続点Ｐ９において互いに接続され、整流ダイオード４３２のアノードが接地ラインＬＧに接続されている。
【００２５】
また、これら第１〜第３のアームのうちの互いに隣接するアーム同士の間にはそれぞれ、トランス３１，３２における２次側巻線３１２，３２２が、個別にＨブリッジ接続されている。具体的には、互いに隣接する第１のアームと第２のアームとの間に、トランス３１の２次側巻線３１２がＨブリッジ接続されている。また、互いに隣接する第２のアームと第３のアームとの間に、トランス３２の２次側巻線３２２がＨブリッジ接続されている。より具体的には、第１のアーム上の接続点Ｐ７と第２のアーム上の接続点Ｐ８との間に、２次側巻線３１２が挿入配置されていると共に、第２のアーム上の接続点Ｐ８と第３のアーム上の接続点Ｐ９との間に、２次側巻線３２２が挿入配置されている。
【００２６】
このような第１〜第３のアームと出力平滑コンデンサＣoutとの間には、チョークコイルＬｃｈが配置されている。具体的には、これら第１〜第３のアームにおける上記第１端同士の接続点（接続点Ｐｘ）と、出力平滑コンデンサＣoutの第１端との間には、出力ラインＬＯを介してチョークコイルＬｃｈが挿入配置されている。また、第１〜第３のアームにおける上記第２端同士の接続点は、接地ラインＬＧ上において、出力平滑コンデンサＣoutの第２端に接続されている。
【００２７】
このような構成の整流平滑回路４では、整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２により構成される整流回路において、トランス３１，３２から出力される交流電圧を整流して出力するようになっている。また、チョークコイルＬｃｈおよび出力平滑コンデンサＣoutにより構成される平滑回路において、上記整流回路によって整流された電圧を平滑化することで、直流出力電圧Ｖoutを生成するようになっている。なお、このようにして生成された直流出力電圧Ｖoutは、出力端子Ｔ３，Ｔ４から第２のバッテリ（図示せず）に出力されて給電されるようになっている。
【００２８】
（駆動回路５）
駆動回路５は、インバータ回路２１，２２内のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の動作をそれぞれ制御するスイッチング駆動を行う回路である。具体的には、駆動回路５は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に対してそれぞれ駆動信号ＳＧ１〜ＳＧ４を供給することで、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオン・オフ動作を制御するようになっている。
【００２９】
ここで本実施の形態では、駆動回路５は、２個のインバータ回路２１，２２同士が位相差（後述する位相差φ）を持って動作するように、スイッチング駆動を行う。換言すると、この駆動回路５は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に対してスイッチング位相制御を行い、上記位相差を適切に設定することにより、直流出力電圧Ｖoutを安定化させるようになっている。また、このとき駆動回路５は、詳細は後述するが、これらのインバータ回路２１，２２において、例えば、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンデューティ期間の長さが略最大値（望ましくは最大値）となるように、スイッチング駆動を行う。なお、この駆動回路５は、本発明における「駆動部」の一具体例に対応する。
【００３０】
［動作および作用・効果］
（Ａ．基本動作）
このスイッチング電源装置１では、インバータ回路２１，２２において、入力端子Ｔ１，Ｔ２から供給される直流入力電圧Ｖinがスイッチングされることで、交流電圧が生成される。この交流電圧は、トランス３１，３２における１次側巻線３１１，３２１へ供給される。そして、トランス３１，３２ではこの交流電圧が変圧され、２次側巻線３１２，３２２から変圧された交流電圧が出力される。
【００３１】
整流平滑回路４では、トランス３１，３２から出力された交流電圧（変圧された交流電圧）が、整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２によって整流された後、チョークコイルＬｃｈおよび出力平滑コンデンサＣoutによって平滑化される。これにより、出力端子Ｔ３，Ｔ４から直流出力電圧Ｖoutが出力される。そして、この直流出力電圧Ｖoutは、図示しない第２のバッテリに給電されてその充電に供されると共に、負荷７が駆動される。
【００３２】
（Ｂ．詳細動作）
次に、図２〜図１１を参照して、スイッチング電源装置１の詳細動作について説明する。
【００３３】
図２は、スイッチング電源装置１における各部の電圧波形または電流波形を、タイミング波形図で表したものである。具体的には、図２（Ａ），図２（Ｂ）は、駆動信号ＳＧ１〜ＳＧ４の各電圧波形を示している。図２（Ｃ）〜図２（Ｆ）は、図１中に示したように、１次側巻線３１１，３２１をそれぞれ流れる電流Ｉ３１１，Ｉ３２１と、整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２をそれぞれ流れる電流Ｉ４１１，Ｉ４１２，Ｉ４２１，Ｉ４２２，Ｉ４３１，Ｉ４３２と、の各電流波形を示している。図２（Ｇ）は、図１中に示したように、前述した接続点Ｐｘと接地ラインＬＧとの間に印加される電圧ＶＰｘの電圧波形を示している。図２（Ｈ）は、図１中に示したように、チョークコイルＬｃｈを流れる電流ＩＬｃｈと、出力電流Ｉoutとの各電流波形を示している。なお、各電圧および各電流の方向はそれぞれ、図１中において矢印で示した方向を正方向としている。
【００３４】
また、図３〜図１１はそれぞれ、図２中に示した各タイミング（タイミングｔ０〜ｔ５）におけるスイッチング電源装置１の動作状態を、回路図で模式的に表したものである。なお、図２に示した動作は、タイミングｔ０〜ｔ５（前半の半周期分）の動作と、タイミングｔ５〜ｔ０（後半の半周期分）の動作とを合わせて、１周期分の動作となっている。
【００３５】
（Ｂ−１．前半の半周期分の動作）
最初に、図２〜図１１を参照して、前半の半周期分（タイミングｔ０〜ｔ５）の動作について説明する。
【００３６】
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の駆動信号ＳＧ１〜ＳＧ４（図２（Ａ），（Ｂ））についてみると、以下のようになっている。すなわち、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、スイッチング動作のいかなる状態においても、直流入力電圧Ｖinが印加された入力端子Ｔ１，Ｔ２が電気的に短絡されない組み合わせおよびタイミングで駆動される。具体的には、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４同士は、同時にオンとなることはなく、また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２同士も、同時にオンとなることはない。これらが同時にオンとなるのを回避するためにとられる時間的間隔は、「デッドタイム」と称される。また、２個のインバータ回路２１，２２同士は（スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２とスイング素子Ｓ３，Ｓ４とは）、例えば図２中に示したように、位相差φを持って動作する。つまり、駆動回路５は、これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に対してスイッチング位相制御を行うようになっている。
【００３７】
（タイミングｔ０〜ｔ１）
まず、タイミングｔ０よりも前の期間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオン状態になっていると共に、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフ状態となっている（図２（Ａ），（Ｂ））。次に、タイミングｔ０〜ｔ１の期間では、まず、タイミングｔ０において、スイッチング素子Ｓ３がオフ状態となる（図２（Ｂ））。
【００３８】
すると、図３に示したように、トランス３１，３２の１次側（インバータ回路２１，２２）では、ループ電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄがそれぞれ流れる。具体的には、ループ電流Ｉａは、バッテリ１０、入力端子Ｔ２、コンデンサＣ５２、コンデンサＣ５１、入力端子Ｔ１およびバッテリ１０の順に経由して周回するように流れる。ループ電流Ｉｂは、１次側巻線３１１、スイッチング素子Ｓ２、コンデンサＣ５２および１次側巻線３１１の順に経由して周回するように流れる。ループ電流Ｉｃは、共振用インダクタＬｒ、１次側巻線３２１、コンデンサＣ５１、コンデンサＣ３および共振用インダクタＬｒの順に経由して周回するように流れる。ループ電流Ｉｄは、共振用インダクタＬｒ、１次側巻線３２１、コンデンサＣ５２、コンデンサＣ４および共振用インダクタＬｒの順に経由して周回するように流れる。
【００３９】
このうち、ループ電流Ｉｃ，Ｉｄ（後述する「循環電流」に相当）は、共振用インダクタＬｒおよびトランス３２のリーケージインダクタンス（図示せず）に蓄えられたエネルギーによって流れるものであり、これまでの電流方向が維持されるように流れる。換言すると、これらの共振用インダクタＬｒおよびトランス３２のリーケージインダクタンスと、コンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ５１，Ｃ５２とが協働してＬＣ共振回路が構成され、ＬＣ共振動作がなされることで、このようなループ電流Ｉｃ，Ｉｄが流れる。これらのループ電流Ｉｃ，Ｉｄによって、コンデンサＣ３が充電される一方、コンデンサＣ４が放電されることになる。
【００４０】
一方、トランス３１，３２の２次側（整流平滑回路４）では、図３に示したように、ループ電流Ｉｅ，Ｉｆおよび出力電流Ｉoutがそれぞれ流れる。ループ電流Ｉｅは、２次側巻線３１２、整流ダイオード４２１、チョークコイルＬｃｈ、出力平滑コンデンサＣout、整流ダイオード４１２および２次側巻線３１２の順に経由して周回するように流れる。ループ電流Ｉｆは、２次側巻線３２２、整流ダイオード４２１、チョークコイルＬｃｈ、出力平滑コンデンサＣout、整流ダイオード４３２および２次側巻線３２２の順に経由して周回するように流れる。また、出力電流Ｉoutは、出力平滑コンデンサＣout、出力端子Ｔ３、負荷７、出力端子Ｔ４および出力平滑コンデンサＣoutの順に経由して周回するように流れることで、負荷７が駆動される。
【００４１】
このタイミングｔ０〜ｔ１の期間では、その後、スイッチング素子Ｓ３の両端間の電圧＝Ｖin、かつ、スイッチング素子Ｓ４の両端間の電圧＝０Ｖに達する（接続点Ｐ２の電位＝０Ｖになる）と、以下のようになる。
【００４２】
すなわち、図４に示したように、ボディダイオードとしてのダイオードＤ４が導通するようになる。したがって、図３に示したループ電流Ｉｃ，Ｉｄの代わりに、このダイオードＤ４を流れるループ電流Ｉｈが流れるようになる。具体的には、このループ電流Ｉｈは、共振用インダクタＬｒ、１次側巻線３２１、コンデンサＣ５２、ダイオードＤ４および共振用インダクタＬｒの順に経由して周回するように流れる。
【００４３】
なお、このとき、トランス３１，３２の１次側では、図３に示したループ電流Ｉａの代わりに、図４に示したようなループ電流Ｉｇが流れるようになる。具体的には、このループ電流Ｉｇは、バッテリ１０、入力端子Ｔ１、コンデンサＣ５１、コンデンサＣ５２、入力端子Ｔ２およびバッテリ１０の順に経由して周回するように流れる。また、トランス３１，３２の２次側では、図３に示したループ電流Ｉｅ，Ｉｆおよび出力電流Ｉoutがそのまま流れ続け、負荷７が駆動される。
【００４４】
続いて、このようにしてダイオードＤ４が導通した後、図５に示したように、スイッチング素子Ｓ４がオン状態となる（図２（Ｂ））。これによりＺＶＳ（ゼロボルト・スイッチング）動作が実現され、その結果、スイッチング素子Ｓ４における損失（スイッチング損失）が低減される。このとき、図５に示したように、図４に示したループ電流Ｉｈの代わりに、このスイッチング素子Ｓ４を流れるループ電流Ｉｉが流れることになる。このループ電流Ｉｉは、共振用インダクタＬｒ、１次側巻線３２１、コンデンサＣ５２、スイッチング素子Ｓ４および共振用インダクタＬｒの順に経由して周回するように流れる。なお、このようにして、前述した共振用インダクタＬｒおよびトランス３２のリーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーが放出され切ったときが、図２中のタイミングｔ１に相当する。
【００４５】
（タイミングｔ１〜ｔ２）
次に、図６に示したように、タイミングｔ１〜ｔ２の期間では以下のようになる。すなわち、トランス３１，３２の１次側では、図４に示したループ電流Ｉｉとは逆向きのループ電流Ｉｊが流れる。つまり、ループ電流の向きが反転することになる。このループ電流Ｉｊは、共振用インダクタＬｒ、スイッチング素子Ｓ４、コンデンサＣ５２、１次側巻線３２１および共振用インダクタＬｒの順に経由して周回するように流れる。このようなループ電流Ｉｊが流れることで、共振用インダクタＬｒおよびトランス３２のリーケージインダクタンスにエネルギーが蓄えられる（励磁される）ことになる。つまり、このタイミングｔ１〜ｔ２の期間は、共振用インダクタＬｒおよびトランス３２のリーケージインダクタンスへのエネルギー蓄積期間（励磁期間）に相当する。
【００４６】
また、このような１次側での電流反転に伴い、トランス３１，３２の２次側では、図６に示したように、これまでに説明したループ電流Ｉｆの代わりに、ループ電流Ｉｋが流れるようになる。このループ電流Ｉｋは、２次側巻線３２２、整流ダイオード４３１、チョークコイルＬｃｈ、出力平滑コンデンサＣout、整流ダイオード４１２、２次側巻線３１２および２次側巻線３２２の順に経由して周回するように流れる。
【００４７】
ここで、共振用インダクタＬｒおよび１次側巻線３２１に流れる電流（ループ電流Ｉｊ）は、２次側巻線３２２に流れる電流（ループ電流Ｉｋ）と等価である。そして、トランス３２における１次側巻線３２１の巻数および２次側巻線３２２の巻数をそれぞれ、Ｎｐ２，Ｎｓ２とすると、共振用インダクタを流れる電流（＝Ｉ３２１）は、（２次側巻線３２２を流れる電流）×（Ｎｓ２／Ｎｐ２）となるまで増加することになる。
【００４８】
（タイミングｔ２〜ｔ３）
続いて、タイミングｔ２〜ｔ３の期間は、トランス３１，３２の１次側から２次側への電力伝送期間となる。なお、このタイミングｔ２から後述するタイミングｔ５までの期間は、トランス３２を用いた電力伝送期間となる。
【００４９】
このタイミングｔ２〜ｔ３の期間では、図７に示したようにして、各ループ電流が流れることになる。つまり、図６に示した各ループ電流のうち、ループ電流Ｉｅが流れなくなり、トランス３１，３２の２次側では、ループ電流Ｉｋおよび出力電流Ｉoutが流れることになる。
【００５０】
このとき、トランス３２の１次側巻線３２１では、接続点Ｐ３側が「Ｈ（High）」状態、接続点Ｐ６側が「Ｌ（Low）」状態となり、２次側巻線３２２では、接続点Ｐ９側が「Ｈ」状態、接続点Ｐ８側が「Ｌ」状態となる。したがって、この２次側巻線３２２の両端間には、（Ｖin／２）×（Ｎｓ２／Ｎｐ２）で表される電圧｜Ｖ３２２｜が発生する。
【００５１】
一方、トランス３１の１次側巻線３１１では、接続点Ｐ３側が「Ｈ」状態、接続点Ｐ１側が「Ｌ」状態となり、２次側巻線３１２では、接続点Ｐ８側が「Ｈ」状態、接続点Ｐ７側が「Ｌ」状態となる。したがって、トランス３１における１次側巻線３１１の巻数および２次側巻線３１２の巻数をそれぞれ、Ｎｐ１，Ｎｓ１とすると、この２次側巻線３１２の両端間には、（Ｖin／２）×（Ｎｓ１／Ｎｐ１）で表される電圧｜Ｖ３１２｜が発生する。
【００５２】
各２次側巻線３１２，３２２の両端における電位の高低状態（「Ｈ」状態，「Ｌ」状態）がこのようになることから、このタイミングｔ２〜ｔ３の期間では、以下のようになる。すなわち、これらの２次側巻線３１２，３２２同士が、互いに直列接続された状態（後述する「２直列接続状態」）となる。換言すると、図２中に示したように、タイミングｔ２〜ｔ３の期間は、２次側巻線３１２，３２２同士の直列接続状態期間ΔＴｓとなる。したがって、これらの２次側巻線３１２，３２２には互いに等しい電流が流れることになり、接続点Ｐｘと接地ラインＬＧとの間に印加される電圧ＶＰｘ（図２（Ｇ））＝（｜Ｖ３１２｜＋｜Ｖ３２２｜）となる。
【００５３】
（タイミングｔ３〜ｔ４）
次に、タイミングｔ３〜ｔ４の期間では、まず、タイミングｔ３において、スイッチング素子Ｓ２がオフ状態となる（図２（Ａ））。
【００５４】
すると、図８に示したように、トランス３１，３２の１次側では、これまでに説明したループ電流Ｉｇ，Ｉｊとともに、ループ電流Ｉｌ，Ｉｍがそれぞれ流れる。具体的には、ループ電流Ｉｌは、１次側巻線３１１、コンデンサＣ１、コンデンサＣ５１および１次側巻線３１１の順に経由して周回するように流れる。ループ電流Ｉｍは、１次側巻線３１１、コンデンサＣ２、コンデンサＣ５２および１次側巻線３１１の順に経由して周回するように流れる。
【００５５】
これらのループ電流Ｉｌ，Ｉｍ（後述する「循環電流」に相当）は、トランス３１のリーケージインダクタンス（図示せず）に蓄えられたエネルギーによって流れるものであり、これまでの電流方向が維持されるように流れる。換言すると、このトランス３２のリーケージインダクタンスとコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ５１，Ｃ５２とが協働してＬＣ共振回路が構成され、ＬＣ共振動作がなされることで、このようなループ電流Ｉｌ，Ｉｍが流れる。これらのループ電流Ｉｌ，Ｉｍによって、コンデンサＣ２が充電される一方、コンデンサＣ１が放電されることになる。
【００５６】
一方、トランス３１，３２の２次側では、図８に示したように、これまでに説明したループ電流Ｉｋおよび出力電流Ｉoutとともに、ループ電流Ｉｏが流れる。このループ電流Ｉｏは、２次側巻線３２２、整流ダイオード４３１、チョークコイルＬｃｈ、出力平滑コンデンサＣout、整流ダイオード４２２および２次側巻線３２２の順に経由して周回するように流れる。
【００５７】
このタイミングｔ３〜ｔ４の期間では、その後、スイッチング素子Ｓ２の両端間の電圧＝Ｖin、かつ、スイッチング素子Ｓ１の両端間の電圧＝０Ｖに達する（接続点Ｐ１の電位＝Ｖinになる）と、以下のようになる。
【００５８】
すなわち、図９に示したように、ボディダイオードとしてのダイオードＤ１が導通するようになる。したがって、図８に示したループ電流Ｉｌ，Ｉｍの代わりに、このダイオードＤ１を流れるループ電流Ｉｐが流れるようになる。具体的には、このループ電流Ｉｐは、１次側巻線３１１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ５１および１次側巻線３１１の順に経由して周回するように流れる。
【００５９】
なお、このとき、トランス３１，３２の２次側では、図８に示したループ電流Ｉｋ，Ｉｏおよび出力電流Ｉoutがそのまま流れ続け、負荷７が駆動される。
【００６０】
続いて、このようにしてダイオードＤ１が導通した後、図１０に示したように、スイッチング素子Ｓ１がオン状態となる（図２（Ａ））。これによりＺＶＳ動作が実現され、その結果、スイッチング素子Ｓ１における損失（スイッチング損失）が低減される。このとき、図１０に示したように、図９に示したループ電流Ｉｐの代わりに、このスイッチング素子Ｓ１を流れるループ電流Ｉｑが流れることになる。このループ電流Ｉｑは、１次側巻線３１１、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ５１および１次側巻線３１１の順に経由して周回するように流れる。なお、このようにして、前述したトランス３１のリーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーが放出され切ったときが、図２中のタイミングｔ４に相当する。
【００６１】
（タイミングｔ４〜ｔ５）
次に、図１１に示したように、タイミングｔ４〜ｔ５の期間では以下のようになる。すなわち、まず、トランス３１，３２の１次側では、図１０に示したループ電流Ｉｑとは逆向きのループ電流Ｉｒが流れる。つまり、ループ電流の向きが反転することになる。このループ電流Ｉｒは、１次側巻線３１１、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ５１および１次側巻線３１１の順に経由して周回するように流れる。
【００６２】
このような１次側での電流反転に伴い、トランス３１，３２の２次側では、図１１に示したように、これまでに説明したループ電流Ｉｋの代わりに、ループ電流Ｉｓが流れるようになる。このループ電流Ｉｓは、２次側巻線３１２、整流ダイオード４１１、チョークコイルＬｃｈ、出力平滑コンデンサＣout、整流ダイオード４２２および２次側巻線３１２の順に経由して周回するように流れる。
【００６３】
また、このタイミングｔ４〜ｔ５の期間は、トランス３１，３２の１次側から２次側への電力伝送期間となる。なお、このタイミングｔ４から後述するタイミングｔ８までの期間は、トランス３１を用いた電力伝送期間となる。
【００６４】
このとき、トランス３１の１次側巻線３１１では、接続点Ｐ３側が「Ｌ」状態、接続点Ｐ１側が「Ｈ」状態となり、２次側巻線３１２では、接続点Ｐ８側が「Ｌ」状態、接続点Ｐ７側が「Ｈ」状態となる。したがって、この２次側巻線３１２の両端間には、（Ｖin／２）×（Ｎｓ１／Ｎｐ１）で表される電圧｜Ｖ３１２｜が発生する。
【００６５】
一方、トランス３２の１次側巻線３２１では、接続点Ｐ３側が「Ｈ」状態、接続点Ｐ６側が「Ｌ」状態となり、２次側巻線３２２では、接続点Ｐ９側が「Ｈ」状態、接続点Ｐ８側が「Ｌ」状態となる。したがって、この２次側巻線３２２の両端間には、（Ｖin／２）×（Ｎｓ２／Ｎｐ２）で表される電圧｜Ｖ３２２｜が発生する。
【００６６】
各２次側巻線３１２，３２２の両端における電位の高低状態（「Ｈ」状態，「Ｌ」状態）がこのようになることから、このタイミングｔ４〜ｔ５の期間では、以下のようになる。すなわち、これらの２次側巻線３１２，３２２同士が、互いに並列接続された状態（後述する「２並列接続状態」）となる。換言すると、図２中に示したように、タイミングｔ４〜ｔ５の期間は、２次側巻線３１２，３２２同士の並列接続状態期間ΔＴｐとなる。したがって、接続点Ｐｘと接地ラインＬＧとの間に印加される電圧ＶＰｘ（図２（Ｇ））＝｜Ｖ３１２｜＝｜Ｖ３２２｜となり、前述したタイミングｔ２〜ｔ３の期間（直列接続状態期間ΔＴｓ）と比べて電圧ＶＰｘの値が半分（１／２）となる。
【００６７】
また、チョークコイルＬｃｈ（インダクタ）は電流源として機能するため、流れる電流を維持しようとする。したがって、このタイミングｔ４〜ｔ５の期間において２次側巻線３１２，３２２同士が互いに並列接続された状態となっても、チョークコイルＬｃｈに流れる電流は、これら２次側巻線３１２，３２２のうち、主に２次側巻線３２２を流れることになる。このため、図１１中では、２次側巻線３１２を流れるループ電流Ｉｓと、対応する１次側巻線３１１を流れるループ電流Ｉｒとを、便宜上、破線で示している。
【００６８】
なお、その後、タイミングｔ５では、スイッチング素子Ｓ４がオフ状態となる（図２（Ｂ））。以上で、前半の半周期分（タイミングｔ０〜ｔ５）の動作が終了する。
【００６９】
（Ｂ−２．後半の半周期分の動作）
次に、図２で示したタイミングｔ０〜ｔ５以降の、後半の半周期分（タイミングｔ５〜ｔ０）の動作について説明する。
【００７０】
この後半の半周期分の動作も、基本的には図２〜図１１で説明した、前半の半周期分（タイミングｔ０〜ｔ５）の動作と同様である。すなわち、図２中に括弧にて示したように、タイミングｔ０とタイミングｔ５、タイミングｔ１とタイミングｔ６、タイミングｔ２とタイミングｔ７、タイミングｔ３とタイミングｔ８、タイミングｔ４とタイミングｔ９とはそれぞれ、基本的に等価な状態である。また、この後半の半周期分の動作は、前半の半周期分の動作におけるスイッチング素子Ｓ２（コンデンサＣ２，ダイオードＤ２）とスイッチング素子Ｓ４（コンデンサＣ４，ダイオードＤ４）との関係を、スイッチング素子Ｓ１（コンデンサＣ１，ダイオードＤ１）とスイッチング素子Ｓ３（コンデンサＣ３，ダイオードＤ３）との関係に置き換えたものとなっている。
【００７１】
したがって、この後半の半周期分の動作の詳細については、説明を省略する。以上で、図２中に示した一連の動作説明が終了となる。
【００７２】
（Ｃ．作用・効果）
このようにして本実施の形態のスイッチング電源装置１では、図１に示した回路構成となっていると共に、図２〜図１１に示した動作がなされることで、以下の作用・効果が得られる。
【００７３】
すなわち、まず、駆動回路５は、２個のインバータ回路２１，２２同士が位相差φを持って動作するように、スイッチング駆動を行う。そして、このとき駆動回路５は、２個のトランス３１，３２に含まれる２次側巻線３１２，３２２同士の接続状態が切り替わる（所定の時比率にて切り替わる）ようにスイッチング駆動を行うことで、出力電圧Ｖoutの大きさを制御する。
【００７４】
ここで、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示した模式図を参照して、このような接続状態の切り替わりによる出力電圧Ｖoutの制御について、具体的に説明する。
【００７５】
本実施の形態では、駆動回路５は、２次側巻線３１２，３２２同士の接続状態が、前述した２並列接続状態（図１２（Ｂ）参照）と２直列接続状態（図１２（Ｃ）参照）との間で切り替わるように、各インバータ回路２１，２２に対するスイッチング駆動を行う。換言すると、２つのトランス３１，３２の出力同士が同一位相のときと反対位相のときとで、このような２並列接続状態あるいは２直列接続状態を切り替えていることになる。
【００７６】
なお、２並列接続状態では、図１２（Ｂ）中に示したように、２次側巻線３１２，３２２にはそれぞれ、実線または破線にて示した組合せの方向にて、電流Ｉ２ｐ１，Ｉ２ｐ２が互いに並列的に流れる。具体的には、図１２（Ａ）に示した整流平滑回路４の構成を参照すると、実線で示した電流Ｉ２ｐ１は、整流ダイオード４１２、２次側巻線３１２および整流ダイオード４２１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ｉ２ｐ１は、整流ダイオード４２２、２次側巻線３１２および整流ダイオード４１１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。同様に、実線で示した電流Ｉ２ｐ２は、整流ダイオード４３２、２次側巻線３２２および整流ダイオード４２１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ｉ２ｐ２は、整流ダイオード４２２、２次側巻線３２２および整流ダイオード４３１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。
【００７７】
一方、２直列接続状態では、図１２（Ｃ）中に示したように、２次側巻線３１２，３２２にはそれぞれ、実線または破線にて示した組合せの方向にて、電流Ｉ２ｓが直列的に流れる。具体的には、図１２（Ａ）に示した整流平滑回路４の構成を参照すると、実線で示した電流Ｉ２ｓは、整流ダイオード４１２、２次側巻線３１２、２次側巻線３２２および整流ダイオード４３１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ｉ２ｓは、整流ダイオード４３２、２次側巻線３２２、２次側巻線３１２および整流ダイオード４１１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。
【００７８】
ここで、図２に示したように、インバータ回路２１内の２つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２同士は、１８０°の位相差にてスイッチング駆動がなされていると共に、インバータ回路２２内の２つのスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４同士もまた、１８０°の位相差にてスイッチング駆動がなされている。また、これら２つのインバータ回路２１，２２同士は、上記したように、たとえば図２中に示した位相差φにて動作するように駆動される。
【００７９】
したがって、この位相差φを制御することで、上記した２並列接続状態と２直列接続状態との時比率（デューティ）を変化させることができ、その結果、出力電圧Ｖoutの大きさを調整できるようになる。具体的には、位相差φを大きくすることは、駆動信号ＳＧ１と駆動信号ＳＧ３との重畳期間、および、駆動信号ＳＧ２と駆動信号ＳＧ４との重畳期間をそれぞれ長くすること、つまり、図２中に示した直列接続状態期間ΔＴｓを長くすることと等価である。
【００８０】
また、本実施の形態では、駆動回路５は、これらのインバータ回路２１，２２において、例えば、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンデューティ期間の長さが略最大値（望ましくは最大値）となるように、スイッチング駆動を行う。
【００８１】
ここで、前述したように、トランス３１，３２による電力伝送が行われていないオフデューティ期間において、ＬＣ共振動作を利用して循環電流（例えば、ループ電流Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｌ，Ｉｍ）を発生させることで、スイッチング素子がオン状態になる際のＺＶＳ動作が実現されるようになっている。ところが、このＺＶＳ動作に必要な循環電流がオフデューティ期間に存在することから、このオフデューティ期間が長くなるのに従って電力損失が大きくなり、電力変換効率が低下してしまうことになる。
【００８２】
そこで本実施の形態では、上記したように、インバータ回路２１，２２において、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンデューティ期間の長さが略最大値となるように、スイッチング駆動が行われる。これによりオフデューティ期間が、前述したデッドタイム（図２の例では、タイミングｔ０〜ｔ１，ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜６，ｔ８〜ｔ９の各期間）のみの短時間に限定されることになり、ＺＶＳ動作に必要な循環電流の発生が最小限に抑えられる。その結果、この循環電流が各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のボディダイオード（ダイオードＤ１〜Ｄ４）を流れることによる電力損失も最小限に抑えられ、電力変換効率が向上することになる。なお、このような循環電流による損失を低減するには、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンデューティ期間の長さが略最大値となっていることが望ましいが、略最大値となっていなくても動作することは可能である。
【００８３】
以上のように本実施の形態では、スイッチング電源装置１が図１に示した回路構成となっていると共に、図２〜図１１に示した動作がなされるようにしたので、ＺＶＳ動作に必要な循環電流の発生を最小限に抑えることができる。その結果、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４において電力伝送に寄与しない導通損失が減少し、電力変換効率を向上させ易くすることが可能となる。
【００８４】
また、このような損失が減少することで、より定格の小さい素子を使用することが可能となり、コスト削減を図ることも可能となる。更に、損失が減少することで、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４における発熱が減少することから、放熱性と絶縁性とを両立させるために必要な放熱絶縁板に求められる性能を下げることが可能となり、この点でもコスト削減を図ることが可能となる。
【００８５】
加えて、本実施の形態では、トランス３１，３２からの出力電圧（例えば図２（Ｇ）に示した電圧ＶＰｘに対応）の波形が、２段階の階段状になる。このため、整流平滑回路４内の各整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２に発生するリンギングの振幅が、従来の位相シフトフルブリッジコンバータの場合と比べ、半分となる。このように、各整流ダイオードに発生するリンギングが小さくなることから、より低い耐圧の素子を用いることが可能となる。したがって、より低い耐圧の素子を用いることが可能となることで、コスト低減を図ることや、各整流ダイオードでの損失低減を図ることが可能となる。
【００８６】
＜２．変形例＞
続いて、上記実施の形態の変形例（変形例１〜６）について説明する。なお、以下の各変形例において、実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８７】
［変形例１］
（Ａ．構成）
図１３は、変形例１に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ａ）の概略構成例を、回路図で表したものである。
【００８８】
本変形例のスイッチング電源装置１Ａは、実施の形態のスイッチング電源装置１において、インバータ回路およびトランスの個数を２つから３つに変更する（これらの個数を１つずつ追加して設ける）と共に、それに伴って整流平滑回路の構成も変更したものとなっている。具体的には、このスイッチング電源装置１Ａは、スイッチング電源装置１において、インバータ回路２３およびトランス３３を更に設けると共に、整流平滑回路４の代わりに整流平滑回路４Ａを設けたものである。
【００８９】
（インバータ回路２３）
インバータ回路２３は、入力端子Ｔ１，Ｔ２とトランス３１〜３３における１次側巻線３１１，３２１，３３１との間において、インバータ回路２１，２２と互いに並列配置されている。このインバータ回路２３もインバータ回路２１，２２と同様に、２個のスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路により構成されている。
【００９０】
具体的には、インバータ回路２３は、２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６と、これらスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６に対してそれぞれ並列接続されたコンデンサＣ５，Ｃ６およびダイオードＤ５，Ｄ６と、２つのコンデンサＣ５１，Ｃ５２とを有している。つまり、コンデンサＣ５１，Ｃ５２はそれぞれ、インバータ回路２１〜２３に共有されている。なお、ダイオードＤ５，Ｄ６はいずれも、カソードが１次側高圧ラインＬ１Ｈ側に配置されると共にアノードが１次側低圧ラインＬ１Ｌ側に配置されており、逆方向接続状態となっている。
【００９１】
このインバータ回路２３では、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の第１端同士と、コンデンサＣ５，Ｃ６の第１端同士と、ダイオードＤ５のアノードと、ダイオードＤ６のカソードとが、接続点Ｐ１０において互いに接続されている。コンデンサＣ５１，Ｃ５２の第１端同士は、接続点Ｐ３において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ５の第２端と、コンデンサＣ５の第２端と、ダイオードＤ５のカソードと、コンデンサＣ５１の第２端とが、１次側高圧ラインＬ１Ｈ上の接続点Ｐ４において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ６の第２端と、コンデンサＣ６の第２端と、ダイオードＤ６のアノードと、コンデンサＣ５２の第２端とが、１次側低圧ラインＬ１Ｌ上の接続点Ｐ５において互いに接続されている。接続点Ｐ３，Ｐ１０間には、後述するトランス３３の１次側巻線３３１が挿入配置されている。
【００９２】
このような構成によりインバータ回路２３では、駆動回路５から供給される駆動信号ＳＧ５，ＳＧ６に従って各スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６がオン・オフ動作を行うことにより、インバータ回路２１，２２と同様に、直流入力電圧Ｖinを交流電圧に変換してトランス３３へ出力するようになっている。なお、図１３中に示したように、これらの駆動信号ＳＧ５，ＳＧ６はそれぞれ、インバータ回路２１内のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２へ供給される駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２と同じ信号となっている。
【００９３】
なお、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６もスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と同様に、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチ素子により構成されている。スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６としてＭＯＳ―ＦＥＴを用いた場合には、コンデンサＣ５，Ｃ６およびダイオードＤ５，Ｄ６をそれぞれ、このＭＯＳ―ＦＥＴの寄生容量または寄生ダイオードから構成することが可能である。また、コンデンサＣ５，Ｃ６をそれぞれ、ダイオードＤ５，Ｄ６の接合容量で構成することも可能である。このように構成した場合、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６とは別個にコンデンサＣ５，Ｃ６やダイオードＤ５，Ｄ６を設ける必要がなくなり、インバータ回路２３の回路構成を簡素化することが可能となる。
【００９４】
（トランス３３）
トランス３３は、トランス３１，３２と同様に、１次側巻線３３１および２次側巻線３３２を有している。１次側巻線３３１は、第１端が接続点Ｐ３に接続され、第２端が接続点Ｐ１０に接続されている。２次側巻線３３２は、第１端が後述する整流平滑回路４Ａ内の接続点Ｐ９に接続され、第２端が整流平滑回路４Ａ内の接続点Ｐ１１に接続されている。このトランス３３もトランス３１，３２と同様に、インバータ回路２３によって生成された交流電圧（トランス３３に入力される交流電圧）を電圧変換し、２次側巻線３３２の端部から交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の電圧変換の度合いは、１次側巻線３３１と２次側巻線３３２との巻数比によって定まる。
【００９５】
（整流平滑回路４Ａ）
整流平滑回路４Ａは、トランス３１〜３３における２次側巻線３１２，３２２，３３２と、出力端子Ｔ３，Ｔ４との間に配置されている。この整流平滑回路４Ａは、８個の整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２，４４１，４４２と、１個のチョークコイルＬｃｈと、１個の出力平滑コンデンサＣoutとを有している。つまり、以下説明するように、整流平滑回路４Ａは、整流平滑回路４において、整流ダイオード４４１，４４２を更に設けたものとなっている。なお、これらの整流ダイオード４４１，４４２もそれぞれ、本発明における「整流素子」の一具体例に対応する。
【００９６】
この整流平滑回路４Ａでは、同じ向きで互いに直列配置された２個ずつの整流ダイオードによって、４本のアームが形成されている。具体的には、整流ダイオード４１１，４１２によって第１のアームが形成され、整流ダイオード４２１，４２２によって第２のアームが形成され、整流ダイオード４３１，４３２によって第３のアームが形成され、整流ダイオード４４１，４４２によって第４のアームが形成されている。つまり、整流平滑回路４Ａ内に形成された第１〜第３のアームに加え、第４のアームが追加的に形成されている。また、これら第１〜第４のアームは、出力端子Ｔ３，Ｔ４間において互いに並列配置されている。具体的には、第１〜第４のアームの第１端同士の接続点（接続点Ｐｘ）が、チョークコイルＬｃｈおよび出力ラインＬＯを介して出力端子Ｔ３に接続され、第１〜第４のアームの第２端同士の接続点が、出力端子Ｔ４から延伸する接地ラインＬＧに接続されている。
【００９７】
ここで、追加的に形成された第４のアームでは、整流ダイオード４４１，４４２のカソードがそれぞれ、この第４のアームの上記第１端側に配置されていると共に、整流ダイオード４４１，４４２のアノードがそれぞれ、この第４のアームの上記第２端側に配置されている。具体的には、整流ダイオード４４１のカソードが接続点Ｐｘに接続され、整流ダイオード４４１のアノードと整流ダイオード４４２のカソードとが接続点Ｐ１１において互いに接続され、整流ダイオード４４２のアノードが接地ラインＬＧに接続されている。
【００９８】
また、これら第１〜第４のアームのうちの互いに隣接するアーム同士の間にはそれぞれ、トランス３１〜３３における２次側巻線３１２，３２２，３３２が、個別にＨブリッジ接続されている。具体的には、互いに隣接する第１のアームと第２のアームとの間に、トランス３１の２次側巻線３１２がＨブリッジ接続され、互いに隣接する第２のアームと第３のアームとの間に、トランス３２の２次側巻線３２２がＨブリッジ接続されている。また、互いに隣接する第３のアームと第４のアームとの間に、トランス３３の２次側巻線３３２がＨブリッジ接続されている。より具体的には、第１のアーム上の接続点Ｐ７と第２のアーム上の接続点Ｐ８との間に、２次側巻線３１２が挿入配置されていると共に、第２のアーム上の接続点Ｐ８と第３のアーム上の接続点Ｐ９との間に、２次側巻線３２２が挿入配置されている。また、第３のアーム上の接続点Ｐ９と第４のアーム上の接続点Ｐ１１との間に、２次側巻線３３２が挿入配置されている。
【００９９】
（Ｂ．動作および作用・効果）
このスイッチング電源装置１Ａでは、基本的にはスイッチング電源装置１と同様にして動作することで、基本的には同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。
【０１００】
なお、このとき、駆動信号ＳＧ５，ＳＧ６はそれぞれ、前述したように、インバータ回路２１内のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２へ供給される駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２と同じ信号となっている。したがって、スイッチング電源装置１Ａ全体において、図１３中の左側から右側へと向かって、奇数番目のインバータ回路（この例ではインバータ回路２１，２３）同士では、互いに同じ駆動信号を用いて内部の各スイッチング素子が駆動される。また、偶数番目のインバータ回路（この例ではインバータ回路２２）同士では、互いに同じ駆動信号を用いて内部の各スイッチング素子が駆動される。
【０１０１】
また、例えば図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）に模式的に示したように、このスイッチング電源装置１Ａでは、実施の形態のスイッチング装置１と同様に、以下のようにして接続状態が切り替わるように動作する。すなわち、本変形例の駆動回路５は、３個の２次側巻線３１２，３２２，３３２同士の接続状態が、３並列接続状態（図１４（Ｂ）参照）と３直列接続状態（図１４（Ｃ）参照）との間で切り替わるように、各インバータ回路２１，２２，２３に対するスイッチング駆動を行う。換言すると、３つのトランス３１，３２，３３の出力同士が同一位相のときと反対位相のときとで、このような３並列接続状態あるいは３直列接続状態を切り替えていることになる。これにより本変形例では上記実施の形態と比べ、直流入力電圧Ｖinから直流出力電圧Ｖoutへの電圧変換の際の電圧範囲を、より広げることが可能となる。
【０１０２】
なお、３並列接続状態では、図１４（Ｂ）中に示したように、２次側巻線３１２，３２２，３３２にはそれぞれ、実線または破線にて示した組合せの方向にて、電流Ｉ３ｐ１，Ｉ３ｐ２，Ｉ３ｐ３が互いに並列的に流れる。具体的には、図１４（Ａ）に示した整流平滑回路４Ａの構成を参照すると、実線で示した電流Ｉ３ｐ１は、整流ダイオード４１２、２次側巻線３１２および整流ダイオード４２１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ｉ３ｐ１は、整流ダイオード４２２、２次側巻線３１２および整流ダイオード４１１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。同様に、実線で示した電流Ｉ３ｐ２は、整流ダイオード４３２、２次側巻線３２２および整流ダイオード４２１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ｉ３ｐ２は、整流ダイオード４２２、２次側巻線３２２および整流ダイオード４３１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。同様に、実線で示した電流Ｉ３ｐ３は、整流ダイオード４３２、２次側巻線３３２および整流ダイオード４４１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ｉ３ｐ３は、整流ダイオード４４２、２次側巻線３３２および整流ダイオード４３１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。
【０１０３】
一方、３直列接続状態では、図１４（Ｃ）中に示したように、２次側巻線３１２，３２２，３３２にはそれぞれ、実線または破線にて示した組合せの方向にて、電流Ｉ３ｓが直列的に流れる。具体的には、図１４（Ａ）に示した整流平滑回路４Ａの構成を参照すると、実線で示した電流Ｉ３ｓは、整流ダイオード４１２、２次側巻線３１２、２次側巻線３２２、２次側巻線３３２および整流ダイオード４４１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ｉ３ｓは、整流ダイオード４４２、２次側巻線３３２、２次側巻線３２２、２次側巻線３１２および整流ダイオード４１１をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。
【０１０４】
［変形例２］
図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）はそれぞれ、変形例２に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｂ）の回路構成例および動作例を模式的に表したものである。
【０１０５】
（Ａ．構成）
本変形例のスイッチング電源装置１Ｂは、実施の形態のスイッチング電源装置１において、インバータ回路およびトランスの個数を２つから４つに変更する（これらの個数を２つずつ追加して設ける）と共に、それに伴って整流平滑回路の構成も変更したものとなっている。具体的には、このスイッチング電源装置１Ｂは、スイッチング電源装置１において、インバータ回路２３，２４およびトランス３３，３４を更に設けると共に、整流平滑回路４の代わりに整流平滑回路４Ｂを設けたものである。換言すると、スイッチング電源装置１Ｂは、変形例１で説明したスイッチング電源装置１Ａにおいて、インバータ回路２４と、１次側巻線３４１および２次側巻線３４２を有するトランス３４とを更に設けると共に、整流平滑回路４Ａの代わりに整流平滑回路４Ｂを設けたものである。
【０１０６】
ここで、インバータ回路２４およびトランス３４の構成はそれぞれ、インバータ回路２１〜２３およびトランス３１〜３３の構成と同様であるため、それらの詳細説明は省略する。また、整流平滑回路４Ｂは、整流平滑回路４Ａにおいて２つの整流ダイオード（１本のアーム）を更に設けたものとなっており、変形例１において説明した整流平滑回路４，４Ａ同士の関係と同様であるため、その詳細説明は省略する。なお、上記した２つの整流ダイオードもそれぞれ、本発明における「整流素子」の一具体例に対応する。
【０１０７】
（Ｂ．動作および作用・効果）
このスイッチング電源装置１Ｂでは、基本的にはスイッチング電源装置１，１Ａと同様にして動作することで、基本的には同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。
【０１０８】
なお、このとき、インバータ回路２４内の各スイッチング素子に対する駆動信号はそれぞれ、変形例１において述べたように、インバータ回路２２内のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４へ供給される駆動信号ＳＧ３，ＳＧ４と同じ信号となっている。つまり、スイッチング電源装置１Ｂ全体において、図１５中の左側から右側へと向かって、奇数番目のインバータ回路（この例ではインバータ回路２１，２３）同士では、互いに同じ駆動信号を用いて内部の各スイッチング素子が駆動される。また、偶数番目のインバータ回路（この例ではインバータ回路２２，２４）同士では、互いに同じ駆動信号を用いて内部の各スイッチング素子が駆動される。
【０１０９】
また、例えば図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）に模式的に示したように、このスイッチング電源装置１Ｂでは、これまでに説明したスイッチング装置１，１Ａと同様に、以下のようにして接続状態が切り替わるように動作する。すなわち、本変形例の駆動回路５は、４個の２次側巻線３１２，３２２，３３２，３４２同士の接続状態が、４並列接続状態（図１５（Ａ）参照）と、２直列接続および２並列接続の混合接続状態（図１５（Ｂ）参照）と、４直列接続状態（図１５（Ｃ）参照）との間で切り替わるように、各インバータ回路２１，２２，２３，２４に対するスイッチング駆動を行う。換言すると、３つのトランス３１，３２，３３，３４の出力同士が同一位相のときと反対位相のときとで、このような４並列接続状態、混合接続状態あるいは４直列接続状態を切り替えていることになる。これにより本変形例では、直流入力電圧Ｖinから直流出力電圧Ｖoutへの電圧変換の際の電圧範囲を、上記変形例１と比べて更に広げることが可能となる。
【０１１０】
なお、４並列接続状態では、図１５（Ａ）中に示したように、２次側巻線３１２，３２２，３３２，３４２にはそれぞれ、実線または破線にて示した組合せの方向にて、電流Ｉ４ｐ１，Ｉ４ｐ２，Ｉ４ｐ３，Ｉ４ｐ４が互いに並列的に流れる。一方、混合接続状態では、図１５（Ｂ）中に示したように、２次側巻線３１２，３２２，３３２，３４２にはそれぞれ、実線または破線にて示した組合せの方向にて、電流Ｉ２ｓ２ｐ１，Ｉ２ｓ２ｐ２が互いに並列的に流れる。他方、４直列接続状態では、図１５（Ｃ）中に示したように、２次側巻線３１２，３２２，３３２，３４２にはそれぞれ、実線または破線にて示した組合せの方向にて、電流Ｉ４ｓが直列的に流れる。なお、実線および破線で示した各電流Ｉ４ｐ１，Ｉ４ｐ２，Ｉ４ｐ３，Ｉ４ｐ４，Ｉ２ｓ２ｐ１，Ｉ２ｓ２ｐ２，Ｉ４ｓが流れる経路（経由する整流ダイオードおよび２次側巻線）の詳細については、図１２および図１４において説明したものと基本的に同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１１１】
このようにして本変形例では、このような４並列接続状態、混合接続状態および４直列接続状態が、インバータ回路２１〜２４同士の位相差によってシームレスに変化することが可能となる。
【０１１２】
［変形例３］
（Ａ．構成）
図１６は、変形例３に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｃ）の概略構成例を、回路図で表したものである。
【０１１３】
本変形例のスイッチング電源装置１Ｃは、実施の形態のスイッチング電源装置１において、ハーフブリッジ回路からなるインバータ回路２１，２２の代わりに、フルブリッジ回路からなるインバータ回路２１Ｃ，２２Ｃを設けるようにしたものである。なお、これらのインバータ回路２１Ｃ，２２Ｃは、インバータ回路２１，２２と同様に、入力端子Ｔ１，Ｔ２と１次側巻線３１１，３２１との間において、互いに並列配置されている。
【０１１４】
（インバータ回路２１Ｃ，２２Ｃ）
インバータ回路２１Ｃは、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に対してそれぞれ並列接続されたコンデンサＣ１〜Ｃ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４とを有している。また、インバータ回路２２Ｃは、４つのスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８と、これらスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８に対してそれぞれ並列接続されたコンデンサＣ５〜Ｃ８およびダイオードＤ５〜Ｄ８と、共振用インダクタＬｒとを有している。なお、ダイオードＤ１〜Ｄ８はいずれも、カソードが１次側高圧ラインＬ１Ｈ側に配置されると共にアノードが１次側低圧ラインＬ１Ｌ側に配置されており、逆方向接続状態となっている。
【０１１５】
インバータ回路２１Ｃでは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の第１端同士と、コンデンサＣ１，Ｃ２の第１端同士と、ダイオードＤ１のアノードと、ダイオードＤ２のカソードとが、接続点Ｐ１において互いに接続されている。また、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の第１端同士と、コンデンサＣ３，Ｃ４の第１端同士と、ダイオードＤ３のアノードと、ダイオードＤ４のカソードとが、接続点Ｐ３において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３の第２端同士と、コンデンサＣ１，Ｃ３の第２端同士と、ダイオードＤ１，Ｄ３のカソード同士とが、１次側高圧ラインＬ１Ｈ上の接続点Ｐ４において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の第２端同士と、コンデンサＣ２，Ｃ４の第２端同士と、ダイオードＤ２，Ｄ４のアノード同士とが、１次側低圧ラインＬ１Ｌ上の接続点Ｐ５において互いに接続されている。接続点Ｐ１，Ｐ３間には、トランス３１の１次側巻線３１１が挿入配置されている。このような構成によりインバータ回路２１Ｃでは、駆動回路５から供給される駆動信号ＳＧ１〜ＳＧ４に従って各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４がオン・オフ動作を行うことにより、直流入力電圧Ｖinを交流電圧に変換してトランス３１へ出力するようになっている。なお、図１６中に示したように、駆動信号ＳＧ１と駆動信号ＳＧ４とは互いに同じ信号となっていると共に、駆動信号ＳＧ２と駆動信号ＳＧ３とは互いに同じ信号となっている。
【０１１６】
インバータ回路２２Ｃでは、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の第１端同士と、コンデンサＣ５，Ｃ６の第１端同士と、ダイオードＤ５のアノードと、ダイオードＤ６のカソードとが、接続点Ｐ１２において互いに接続されている。また、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８の第１端同士と、コンデンサＣ７，Ｃ８の第１端同士と、ダイオードＤ７のアノードと、ダイオードＤ８のカソードとが、接続点Ｐ１３において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ５，Ｓ７の第２端同士と、コンデンサＣ５，Ｃ７の第２端同士と、ダイオードＤ５，Ｄ７のカソード同士とが、接続点Ｐ４において互いに接続されている。スイッチング素子Ｓ６，Ｓ８の第２端同士と、コンデンサＣ６，Ｃ８の第２端同士と、ダイオードＤ６，Ｄ８のアノード同士とが、接続点Ｐ５において互いに接続されている。接続点Ｐ１２，Ｐ１３間には、トランス３２の１次側巻線３２１と共振用インダクタＬｒとが、互いに直列接続された状態で挿入配置されている。具体的には、１次側巻線３２１の第１端が接続点Ｐ１２に接続され、１次側巻線３２１の第２端と共振用インダクタＬｒの第１端とが互いに接続され、共振用インダクタＬｒの第２端が接続点Ｐ１３に接続されている。このような構成によりインバータ回路２２Ｃでは、駆動回路５から供給される駆動信号ＳＧ５〜ＳＧ８に従って各スイッチング素子Ｓ５〜Ｓ８がオン・オフ動作を行うことにより、直流入力電圧Ｖinを交流電圧に変換してトランス３２へ出力するようになっている。なお、図１６中に示したように、駆動信号ＳＧ５と駆動信号ＳＧ８とは互いに同じ信号となっていると共に、駆動信号ＳＧ６と駆動信号ＳＧ７とは互いに同じ信号となっている。
【０１１７】
なお、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８はそれぞれ、これまでの説明と同様に、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチ素子により構成されている。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８としてＭＯＳ―ＦＥＴを用いた場合には、コンデンサＣ１〜Ｃ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８をそれぞれ、このＭＯＳ―ＦＥＴの寄生容量または寄生ダイオードから構成することが可能である。また、コンデンサＣ１〜Ｃ８をそれぞれ、ダイオードＤ１〜Ｄ８の接合容量で構成することも可能である。このように構成した場合、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８とは別個にコンデンサＣ１〜Ｃ８やダイオードＤ１〜Ｄ８を設ける必要がなくなり、インバータ回路２１Ｃ，２２Ｃの回路構成を簡素化することが可能となる。
【０１１８】
（Ｂ．動作および作用・効果）
図１７は、スイッチング電源装置１Ｃにおける各部の電圧波形または電流波形を、前述した図２と同様に、タイミング波形図で表したものである。具体的には、図１７（Ａ），図１７（Ｂ）は、駆動信号ＳＧ１〜ＳＧ８の各電圧波形を示している。図１７（Ｃ）〜図１７（Ｆ）は、１次側巻線３１１，３２１をそれぞれ流れる電流Ｉ３１１，Ｉ３２１と、整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２をそれぞれ流れる電流Ｉ４１１，Ｉ４１２，Ｉ４２１，Ｉ４２２，Ｉ４３１，Ｉ４３２と、の各電流波形を示している。図１７（Ｇ）は、前述した電圧ＶＰｘの電圧波形を示している。図１７（Ｈ）は、チョークコイルＬｃｈを流れる電流ＩＬｃｈと、出力電流Ｉoutとの各電流波形を示している。なお、各電圧および各電流の方向はそれぞれ、図１中において矢印で示した方向を正方向としている。
【０１１９】
したがってスイッチング電源装置１Ｃでは、基本的にはスイッチング電源装置１と同様にして動作することで、基本的には同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。
【０１２０】
なお、このとき、前述したように、駆動信号ＳＧ１と駆動信号ＳＧ４とは互いに同じ信号となっていると共に、駆動信号ＳＧ２と駆動信号ＳＧ３とは互いに同じ信号となっている。同様に、駆動信号ＳＧ５と駆動信号ＳＧ８とは互いに同じ信号となっていると共に、駆動信号ＳＧ６と駆動信号ＳＧ７とは互いに同じ信号となっている。また、この図１７におけるタイミングｔ１０〜ｔ１９はそれぞれ、実施の形態の図２におけるタイミングｔ０〜ｔ９に相当する。同様に、図１７におけるタイミングｔ１５〜ｔ１９はそれぞれ、図２におけるタイミングｔ１０〜ｔ１４に対応している。したがって、図１７に示した駆動信号ＳＧ１，ＳＧ４はそれぞれ図２に示した駆動信号ＳＧ１に相当し、図１７に示した駆動信号ＳＧ２，ＳＧ３はそれぞれ図２に示した駆動信号ＳＧ２に相当する。同様に、図１７に示した駆動信号ＳＧ６，ＳＧ７はそれぞれ図２に示した駆動信号ＳＧ３に相当し、図１７に示した駆動信号ＳＧ５，ＳＧ８はそれぞれ図２に示した駆動信号ＳＧ４に相当する。
【０１２１】
また、本変形例での１次側巻線３１１，３２１の巻数をＮｐｆ、実施の形態での１次側巻線３１１，３２１の巻数をＮｐｈとすると、（Ｎｐｆ／Ｎｐｈ）＝２となることから、以下のことが言える。すなわち、まず、負荷７の大きさが同じである場合、本変形例の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８に流れる電流は、実施の形態の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に流れる電流の約半分の大きさとなる。また、トランス３１，３２に印加される電圧は、実施の形態では（Ｖin／２）となり、本変形例ではＶinとなることから、２次側巻線３２１，３２２における巻数を互いに同じくすると共に、上記したように（Ｎｐｆ／Ｎｐｈ）＝２とすることで、スイッチング電源装置１，１Ｃ同士は互いに等価になると言える。
【０１２２】
ちなみに、本変形例のスイッチング電源装置１Ｃでは、これまでに説明してきたインバータ回路間（この例ではインバータ回路２１Ｃ，２２Ｃ間）での位相差φを利用した出力電圧制御に加え、各インバータ回路２１Ｃ，２２Ｃ内でのアーム間の位相差を利用した出力電圧制御も併用することが可能である。ただしその場合、前述したＺＶＳ動作に利用される循環電流の発生期間が長くなることから、実施の形態で説明した電力損失の低減効果（電力変換効率の向上効果）が小さくなってしまうことになる。
【０１２３】
なお、本変形例のようなフルブリッジ回路からなるインバータ回路についても、変形例１，２と同様に３つ以上のインバータ回路を設けるようにし、それに伴って３つ以上のトランスを設けると共に、整流平滑回路４の代わりに整流平滑回路４Ａ，４Ｂを設けるようにしてもよい。また、本変形例のようなフルブリッジ回路からなるインバータ回路では、図１等に示したハーフブリッジ回路からなるインバータ回路とは異なり、コンデンサＣ５１，Ｃ５２が設けられていないことから、本変形例では入力平滑コンデンサＣinを設ける必要がある。
【０１２４】
［変形例４］
図１８は、変形例４に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｄ）の概略構成例を回路図で表したものである。
【０１２５】
本変形例のスイッチング電源装置１Ｄは、実施の形態のスイッチング電源装置１において、インバータ回路２１，２２の代わりに、以下説明するインバータ回路２１Ｄ，２２Ｄを設けるようにしたものである。
【０１２６】
これらのインバータ回路２１Ｄ，２２Ｄにはそれぞれ、偏励磁防止用の容量素子（コンデンサＣ６１，Ｃ６２）が設けられている。具体的には、インバータ回路２１Ｄでは、接続点Ｐ１とトランス３１の１次側巻線３１１との間に、コンデンサＣ６１が挿入配置されている。また、インバータ回路２２Ｄでは、接続点Ｐ６とトランス３２の１次側巻線３２１との間に、コンデンサＣ６２が挿入配置されている。
【０１２７】
このような構成によりスイッチング電源装置１Ｄでは、トランス３１，３２における偏励磁を抑える（望ましくは防止する）ことができ、このような偏励磁に起因した各種の不具合を回避することが可能となる。
【０１２８】
なお、変形例１〜３で説明したスイッチング電源装置１Ａ〜１Ｃにおいても、本変形例と同様にして、偏励磁防止用のコンデンサＣ６１，Ｃ６２を設けるようにしてもよい。
【０１２９】
［変形例５］
図１９は、変形例５に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｅ）の概略構成例を回路図で表したものである。
【０１３０】
本変形例のスイッチング電源装置１Ｅは、実施の形態のスイッチング電源装置１において、インバータ回路２２の代わりに、以下説明するインバータ回路２２Ｅを設けるようにしたものである。
【０１３１】
このインバータ回路２２Ｅには、逆電圧クランプ用の整流素子（ダイオードＤ５１，Ｄ５２）が設けられている。具体的には、ダイオードＤ５１は、アノードが接続点Ｐ６に接続されると共にカソードが１次側高圧ラインＬ１Ｈ（接続点Ｐ４）に接続されるようにして配置されている。また、ダイオードＤ５２は、アノードが１次側低圧ラインＬ１Ｌ（接続点Ｐ５）に接続されると共にカソードが接続点Ｐ６に接続されるようにして配置されている。つまり、これらのダイオードＤ５１，Ｄ５２は、１次側高圧ラインＬ１Ｈと１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間において、接続点Ｐ６を介して互いに直列接続されるようにして配置されている。
【０１３２】
このような構成によりスイッチング電源装置１Ｅでは、各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のオン・オフ動作に伴うサージ電圧の発生が抑えられる。その結果、整流平滑回路４内の各整流ダイオード４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２における損失を低減することが可能となる。
【０１３３】
なお、変形例１〜４で説明したスイッチング電源装置１Ａ〜１Ｄにおいても、本変形例と同様にして、逆電圧クランプ用のダイオードＤ５１，Ｄ５２を設けるようにしてもよい。
【０１３４】
［変形例６］
図２０（Ａ）〜図２０（Ｃ）はそれぞれ、変形例６に係る整流平滑回路（整流平滑回路４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ）の回路構成例を表したものである。具体的には、図２０（Ａ）は整流平滑回路４Ｃの回路構成を、図２０（Ｂ）は整流平滑回路４Ｄの回路構成を、図２０（Ｃ）は整流平滑回路４Ｅの回路構成を、それぞれ示している。
【０１３５】
本変形例の整流平滑回路４Ｃ，４Ｄ，４Ｅではそれぞれ、これまでに説明した整流平滑回路４，４Ａ，４Ｂとは、チョークコイルＬｃｈの構成（個数や配置など）が異なるものとなっている。
【０１３６】
具体的には、図２０（Ａ）に示した整流平滑回路４Ｃでは、前述した第１〜第３のアームにおける第１端同士の接続点（接続点Ｐｘ）と、出力平滑コンデンサＣoutの第１端との間に、出力ラインＬＯを介して、互いに直列接続された２個のチョークコイルＬｃｈが挿入配置されている。また、第１〜第３のアームにおける第２端同士の接続点は、接地ラインＬＧ上において、出力平滑コンデンサＣoutの第２端に接続されている。
【０１３７】
また、図２０（Ｂ）に示した整流平滑回路４Ｄでは、第１〜第３のアームにおける第２端同士の接続点と、出力平滑コンデンサＣoutの第２端との間に、接地ラインＬＧを介して１個のチョークコイルＬｃｈが挿入配置されている。また、第１〜第３のアームにおける第１端同士の接続点（接続点Ｐｘ）は、出力ラインＬＯ上において、出力平滑コンデンサＣoutの第１端に接続されている。
【０１３８】
また、図２０（Ｃ）に示した整流平滑回路４Ｅでは、第１〜第３のアームにおける第１端同士の接続点（接続点Ｐｘ）と、出力平滑コンデンサＣoutの第１端との間に、出力ラインＬＯを介して１個のチョークコイルＬｃｈが挿入配置されている。また、第１〜第３のアームにおける第２端同士の接続点と、出力平滑コンデンサＣoutの第２端との間にも、接地ラインＬＧを介して１個のチョークコイルＬｃｈが挿入配置されている。なお、この図２０（Ｃ）に示した例において、２つのチョークコイルＬｃｈの代わりに２つの巻線をそれぞれ配置すると共に、これら２つの巻線同士が磁気的に結合されていることで、１つのチョークコイルＬｃｈが形成されるようにしてもよい。
【０１３９】
このように、整流平滑回路内でのチョークコイルＬｃｈの構成（個数や配置など）としては、各種の態様を適用することが可能である。
【０１４０】
なお、これまでに説明した整流平滑回路４Ａ，４Ｂにおいても、本変形例の整流平滑回路４Ｃ，４Ｄ，４Ｅと同様にして、チョークコイルＬｃｈの個数や配置などを変更するようにしてもよい。
【０１４１】
＜３．その他の変形例＞
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
【０１４２】
例えば、上記実施の形態等では、インバータ回路の構成を具体的に挙げて説明したが、インバータ回路の構成はこれには限られず、他の構成のものを用いるようにしてもよい。具体的には、上記実施の形態等では、インバータ回路がそれぞれ、２個のスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路の場合、または、インバータ回路がそれぞれ、４個のスイッチング素子を含むフルブリッジ回路の場合といった、スイッチング電源装置に含まれる各インバータ回路が共通の構成を有するものについて説明した。しかしながら、これに限られず、例えば、一方のインバータ回路を２個のスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路とし、他方のインバータ回路を４個のスイッチング素子を含むフルブリッジ回路とするように、スイッチング電源装置に含まれる各インバータ回路が異なる構成を有するものを用いるようにしてもよい。
【０１４３】
また、上記実施の形態等では、整流平滑回路の構成を具体的に挙げて説明したが、整流平滑回路の構成はこれには限られず、他の構成のものを用いるようにしてもよい。具体的には、例えば、整流平滑回路内の各整流素子を、ＭＯＳ−ＦＥＴの寄生ダイオードにより構成するようにしてもよい。また、その場合には、このＭＯＳ−ＦＥＴの寄生ダイオードが導通する期間と同期して、ＭＯＳ−ＦＥＴ自身もオン状態となる（同期整流を行う）ようにするのが好ましい。より少ない電圧降下で整流することができるからである。なお、この場合、ＭＯＳ−ＦＥＴにおけるソース側に、寄生ダイオードのアノード側が配置されると共に、ＭＯＳ−ＦＥＴにおけるドレイン側に、寄生ダイオードのカソード側が配置されることになる。
【０１４４】
更に、上記実施の形態等では、インバータ回路およびトランスの個数がそれぞれ、２個，３個，４個の場合（整流平滑回路内の整流素子の個数が、６個，８個，１０個の場合）を例に挙げて説明したが、それらの個数は、この場合には限られない。具体的には、本発明は、インバータ回路およびトランスの個数がそれぞれ、Ｎ個（Ｎ：２以上の整数）の場合に適用することが可能である。つまり、上記実施の形態等で説明したＮ＝２，３，４の場合だけでなく、Ｎ＝５以上の任意の数の場合についても同様にして、本発明を適用することが可能である。なお、その場合、整流平滑回路内の整流素子の個数は、｛２×（Ｎ＋１）｝個となり、整流平滑回路内のアームの本数は、（Ｎ＋１）本となる。また、その場合、スイッチング電源装置の動作の際の、トランスの２次側巻線同士の接続状態の種類は、整数Ｎにおける約数の個数（約数の組合せ）によって定まることになる。更に、インバータ回路やトランス、整流素子およびアームの個数や本数としては、物理的な個数や本数には限られず、等価回路に存在する個数や本数を意味している。
【０１４５】
加えて、上記実施の形態等では、本発明に係るスイッチング電源装置の一例として、ＤＣ−ＤＣコンバータを挙げて説明したが、本発明は、例えばＡＣ−ＤＣコンバータなどの他の種類のスイッチング電源装置にも適用することが可能である。
【０１４６】
また、これまでに説明した各構成例等を、任意の組み合わせで適用してもよい。
【符号の説明】
【０１４７】
１，１Ａ〜１Ｅ…スイッチング電源装置、１０…バッテリ、２１，２２，２３，２４，２１Ｃ，２１Ｄ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ…インバータ回路、３１，３２，３３，３４…トランス、３１１，３２１，３３１，３４１…１次側巻線、３１２，３２２，３３２，３４２…２次側巻線、４，４Ａ〜４Ｅ…整流平滑回路、４１１，４１２，４２１，４２２，４３１，４３２，４４１，４４２…整流ダイオード、５…駆動回路、７…負荷、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、Ｌ１Ｈ…１次側高圧ライン、Ｌ１Ｌ…１次側低圧ライン、ＬＯ…出力ライン、ＬＧ…接地ライン、Ｖin…直流入力電圧、Ｖout…直流出力電圧、Ｉout…出力電流、Ｉａ〜Ｉｓ…電流、Ｃin…入力平滑コンデンサ、Ｃout…出力平滑コンデンサ、Ｓ１〜Ｓ８…スイッチング素子、ＳＧ１〜ＳＧ８…駆動信号、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ５１，Ｄ５２…ダイオード、Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ５１，Ｃ５２，Ｃ６１，Ｃ６２…コンデンサ、Ｌｒ…共振用インダクタ、Ｌｃｈ…チョークコイル、Ｐ１〜Ｐ１３…接続点、ｔ０〜ｔ９，ｔ１０〜ｔ１９…タイミング、φ…位相差、ΔＴｓ…直列接続状態期間、ΔＴｐ…並列接続状態期間。
【図１】
0006464935.tif 000002
【図２】
0006464935.tif 000003
【図３】
0006464935.tif 000004
【図４】
0006464935.tif 000005
【図５】
0006464935.tif 000006
【図６】
0006464935.tif 000007
【図７】
0006464935.tif 000008
【図８】
0006464935.tif 000009
【図９】
0006464935.tif 000010
【図１０】
0006464935.tif 000011
【図１１】
0006464935.tif 000012
【図１２】
0006464935.tif 000013
【図１３】
0006464935.tif 000014
【図１４】
0006464935.tif 000015
【図１５】
0006464935.tif 000016
【図１６】
0006464935.tif 000017
【図１７】
0006464935.tif 000018
【図１８】
0006464935.tif 000019
【図１９】
0006464935.tif 000020
【図２０】
0006464935.tif 000021