【手続補正書】
【提出日】平成21年3月6日(2009.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の端子対を備え、この第１の端子対側の第１の直流電圧と前記第２の端子対側の第２の直流電圧との間の電圧変換を行うスイッチング電源装置であって、
前記第１の端子対側に配置された互いに巻数の等しい複数の第１の巻線と、前記第２の端子対側に配置された第２の巻線とを有するトランスと、
前記第１の端子対側に前記複数の第１の巻線にそれぞれ対応して設けられ、各々が４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型の複数の第１の回路と、
前記複数の第１の回路とこれら複数の第１の回路にそれぞれ対応する前記第１の巻線とから構成される複数の電流経路同士が互いに並列接続状態、直列接続状態または直列と並列との混合接続状態となるように接続切換を行う接続切換手段と
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
入力された前記第１の直流電圧を電圧変換して前記第２の直流電圧を出力する場合において、
前記接続切換手段は、前記第１の直流電圧の大きさに応じて接続切換を行う
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】
前記接続切換手段は、前記第１の直流電圧が大きくなるのに従って、並列接続状態、前記混合接続状態および直列接続状態の順に接続切換の設定を行う
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】
入力された前記第２の直流電圧を電圧変換して前記第１の直流電圧を出力する場合において、
前記接続切換手段は、前記第２の直流電圧の大きさに応じて接続切換を行う
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５】
前記接続切換手段は、前記第２の直流電圧が大きくなるのに従って、直列接続状態、前記混合接続状態および並列接続状態の順に接続切換の設定を行う
ことを特徴とする請求項４に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記接続切換手段は、
複数の接続切換素子と、
前記第１の直流電圧または前記第２の直流電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路により検出された第１または第２の直流電圧の大きさに応じて、前記複数の接続切換素子のオン・オフ状態をそれぞれ制御する第１の制御部とを有する
ことを特徴とする請求項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】
前記接続切換手段は、前記第１または第２の直流電圧と所定の複数のしきい値電圧との間で値の大小をそれぞれ比較し、その比較結果に基づいて接続切換を行う
ことを特徴とする請求項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】
前記接続切換手段は、前記第１または第２の直流電圧の大きさに応じて、前記並列接続状態の相対的期間、前記混合接続状態の相対的期間および前記直列接続状態の相対的期間のうちの少なくとも２つが変化するように接続切換を行う
ことを特徴とする請求項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９】
前記接続切換手段は、前記第１の直流電圧が大きくなるのに従って前記第１の巻線と前記第２の巻線との巻数比が連続的に増加するようにすると共に、前記第２の直流電圧が大きくなるのに従って前記巻数比が連続的に減少するように、各接続状態の相対的期間を変化させる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８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】
入力された前記第２の直流電圧を電圧変換して前記第１の直流電圧を出力する場合において、
前記接続切換手段は、前記第１の直流電圧が所定の目標電圧値となるように接続切換を行う
ことを特徴とする請求項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１１】
前記接続切換手段は、
複数の接続切換素子と、
前記目標電圧値の大きさに応じて、前記複数の接続切換素子のオン・オフ状態をそれぞれ制御する第２の制御部とを有する
ことを特徴とする請求項１０に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１２】
前記接続切換手段は、前記目標電圧値が大きくなるのに従って、並列接続状態、前記混合接続状態および直列接続状態の順に接続切換の設定を行う
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１３】
４つの前記第１の回路を備え、
４つの前記電流経路同士の接続状態として、４並列接続状態、２直列と２並列との混合接続状態および４直列接続状態を有する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１４】
６つの前記第１の回路を備え、
６つの前記電流経路同士の接続状態として、６並列接続状態、２直列と３並列との混合接続状態、３直列と２並列との混合接続状態および６直列接続状態を有する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１５】
前記第１の回路の個数をＮ（４以上の自然数）とした場合に、このＮの約数が３つ以上存在する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１６】
前記４つのスイッチング素子は、前記複数の電流経路同士の接続状態によらず、常にオン・オフを行うオン・オフスイッチングモードで動作する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１７】
前記４つのスイッチング素子は、前記複数の電流経路同士の接続状態に応じて、オン・オフを行うオン・オフスイッチングモードまたは常にオン状態を保つ常時オンモードで動作する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１８】
前記第２の端子対側に、センタタップ型またはプッシュプル型の第２の回路を備えた
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１９】
前記第２の端子対側に、フルブリッジ型の第２の回路を備えた
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項２０】
第１および第２の端子対を備え、この第１の端子対側の第１の直流電圧と前記第２の端子対側の第２の直流電圧との間の電圧変換を行うスイッチング電源装置であって、
前記第１の端子対側に配置された互いに巻数の等しい複数の第１の巻線と、前記第２の端子対側に配置された第２の巻線とを有するトランスと、
前記第１の端子対側に前記複数の第１の巻線にそれぞれ対応して設けられ、各々が４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型の複数の回路と、
前記複数の回路同士をそれぞれ同期させて駆動する駆動回路と、
前記複数の回路にそれぞれ対応して設けられた複数のインダクタと、
前記複数の回路とこれら複数の回路にそれぞれ対応する前記第１の巻線とから構成される複数の電流経路同士が互いに並列接続状態または直列接続状態となるように接続切換を行う接続切換手段と
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第１のスイッチング電源装置は、第１および第２の端子対を備え、この第１の端子対側の第１の直流電圧と第２の端子対側の第２の直流電圧との間の電圧変換を行うものであって、第１の端子対側に配置された互いに巻数の等しい複数の第１の巻線と、第２の端子対側に配置された第２の巻線とを有するトランスと、第１の端子対側に複数の第１の巻線にそれぞれ対応して設けられ、各々が４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型の複数の第１の回路と、これら複数の第１の回路と複数の第１の回路にそれぞれ対応する第１の巻線とから構成される複数の電流経路同士が互いに並列接続状態、直列接続状態または直列と並列との混合接続状態となるように接続切換を行う接続切換手段とを備えたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記複数の第１の回路がそれぞれインバータ回路または整流回路として機能し、トランスの変圧作用によって、第１の端子対側の第１の直流電圧と第２の端子対側の第２の直流電圧との間で電圧変換がなされる。また、接続切換手段によって、上記複数の電流経路同士が互いに並列接続状態、直列接続状態または直列と並列との混合接続状態となるように接続切換がなされる。ここで、トランスの複数の第１の巻線が、それぞれ複数の第１の回路に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、第１の巻線と第２の巻線との巻数比は、並列接続状態、上記混合接続状態および直列接続状態の順に大きくなる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の第１のスイッチング電源装置では、入力された第１の直流電圧を電圧変換して第２の直流電圧を出力する場合、すなわち上記複数の第１の回路がそれぞれインバータ回路として機能する場合には、上記接続切換手段が、この第１の直流電圧の大きさに応じて接続切換を行うようにしてもよい。具体的には、上記接続切換手段が、第１の直流電圧が大きくなるのに従って、並列接続状態、上記混合接続状態および直列接続状態の順に接続切換の設定を行うようにしてもよい。このように構成した場合、第１の直流電圧が大きくなるのに従って第１の巻線と第２の巻線との巻数比も大きくなるため、一定の出力電圧（第２の直流電圧）を維持可能な入力電圧（第１の直流電圧）の範囲が、従来と比べて広くなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、逆に入力された第２の直流電圧を電圧変換して第１の直流電圧を出力する場合、すなわち上記複数の第１の回路がそれぞれ整流回路として機能する場合には、上記接続切換手段が、この第２の直流電圧の大きさに応じて接続切換を行うようにしてもよい。具体的には、上記接続切換手段が、第２の直流電圧が大きくなるのに従って、直列接続状態、上記混合接続状態および並列接続状態の順に接続切換の設定を行うようにしてもよい。このように構成した場合、第２の直流電圧が大きくなるのに従って第１の巻線と第２の巻線との巻数比が小さくなるため、一定の出力電圧（第１の直流電圧）を維持可能な入力電圧（第２の直流電圧）の範囲が、従来と比べて広くなる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記接続切換手段を、複数の接続切換素子と、上記第１の直流電圧または第２の直流電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路により検出された第１または第２の直流電圧の大きさに応じて上記複数の接続切換素子のオン・オフ状態をそれぞれ制御する第１の制御部とから構成することが可能である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記接続切換手段が、第１または第２の直流電圧と所定の複数のしきい値電圧との間で値の大小をそれぞれ比較してその比較結果に基づいて接続切換を行うようにしてもよく、第１または第２の直流電圧の大きさに応じて並列接続状態の相対的期間、混合接続状態の相対的期間および直列接続状態の相対的期間のうちの少なくとも２つが変化するように接続切換を行うようにしてもよい。後者の場合、第１または第２の直流電圧の大きさに応じて各接続状態の相対的期間が変化するため、これらの値が急激に変化することはない（連続的に変化する）。なお、上記接続切換手段が、第１の直流電圧が大きくなるのに従って第１の巻線と第２の巻線との巻数比が連続的に増加すると共に第２の直流電圧が大きくなるのに従って上記巻数比が連続的に減少するように、各接続状態の相対的期間を変化させるようにしてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
この場合には、上記接続切換手段を、複数の接続切換素子と、上記目標電圧値の大きさに応じてこれら複数の接続切換素子のオン・オフ状態をそれぞれ制御する第２の制御部とから構成することが可能である。また、上記接続切換手段が、この目標電圧値が大きくなるのに従って、並列接続状態、上記混合接続状態および直列接続状態の順に接続切換の設定を行うのが好ましい。このように構成した場合、出力電圧（第１の直流電圧）の目標電圧値が大きくなるのにしたがって、第１の巻線と第２の巻線との巻数比も大きくなる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記４つのスイッチング素子が、複数の電流経路同士の接続状態によらずに常にオン・オフを行うオン・オフスイッチングモードで動作するようにしてもよく、これら複数の電流経路同士の接続状態に応じて、上記オン・オフスイッチングモードまたは常にオン状態を保つ常時オンモードで動作するようにしてもよい。なお、前者のように構成した場合、後者のように構成した場合と比べ、４つのスイッチング素子に対する制御がより簡単になる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の第２のスイッチング電源装置は、第１および第２の端子対を備え、この第１の端子対側の第１の直流電圧と第２の端子対側の第２の直流電圧との間の電圧変換を行うものであって、第１の端子対側に配置された互いに巻数の等しい複数の第１の巻線と、第２の端子対側に配置された第２の巻線とを有するトランスと、第１の端子対側に複数の第１の巻線にそれぞれ対応して設けられ、各々が４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型の複数の回路と、これら複数の回路同士をそれぞれ同期させて駆動する駆動回路と、上記複数の回路にそれぞれ対応して設けられた複数のインダクタと、上記複数の回路とこれら複数の回路にそれぞれ対応する第１の巻線とから構成される複数の電流経路同士が互いに並列接続状態または直列接続状態となるように接続切換を行う接続切換手段とを備えたものである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の第２のスイッチング電源装置では、互いに同期動作する複数の回路同士がそれぞれインバータ回路または整流回路として機能し、トランスの変圧作用によって、第１の端子対側の第１の直流電圧と第２の端子対側の第２の直流電圧との間で電圧変換がなされる。また、接続切換手段によって、上記複数の電流経路同士が互いに並列接続状態または直列接続状態となるように接続切換がなされる。ここで、トランスの複数の第１の巻線が、それぞれ上記複数の回路に対応すると共に互いに巻数が等しいことから、上記複数の電流経路が互いに直列接続状態となる場合、互いに並列接続状態となる場合と比べ、第１の巻線と第２の巻線との巻数比が大きくなる。また、複数のスイッチング回路にそれぞれ対応して複数のインダクタが設けられているため、これらのインダクタによる電流の大きさを維持しようとする作用により、回路内の電流の変化が緩やかになる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の第１のスイッチング電源装置によれば、複数の第１の回路にそれぞれ対応させて互いに巻数の等しい複数の第１の巻線を有するトランスを設け、接続切換手段によって、複数の電流経路同士を互いに並列接続状態、直列接続状態または直列と並列との混合接続状態とするようにしたので、第１の巻線と第２の巻線との巻数比を、並列接続状態、混合接続状態および直列接続状態の順に大きくすることができ、従来と比べて変換可能な電圧範囲をより広げることが可能となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、本発明の第２のスイッチング電源装置によれば、互いに同期動作する複数の回路にそれぞれ対応させて互いに巻数の等しい複数の第１の巻線を有するトランスと複数のインダクタとを設け、接続切換手段によって、複数の電流経路同士を互いに並列接続状態または直列接続状態とするようにしたので、直列接続状態の場合に並列接続状態の場合よりも１次側巻線と２次側巻線との巻数比を大きくすると共に回路内の電流変化を緩やかにすることができる。よって、トランスの巻数比を切り換えると共に上記回路同士のタイミングのずれに対する許容度を大きくすることができ、サージ電流の発生を抑えつつ変換可能な電圧範囲の広範化を実現することが可能となる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
演算回路７２は、比較器Ｃｏｍｐ２から出力されるパルス電圧の信号に対して論理演算を行い、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４，Ｓ４１〜Ｓ４４の駆動信号ＳＧ１１〜ＳＧ１４，ＳＧ２１〜ＳＧ２４，ＳＧ３１〜ＳＧ３４，ＳＧ４１〜ＳＧ４４を出力するものである。また、この演算回路７２は、スイッチング素子Ｓ１０，Ｓ２０の駆動信号ＳＧ１０，ＳＧ２０も出力するようになっている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
さらに、接続状態によらず、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３４，Ｓ４１〜Ｓ４４が常にスイッチング動作（オン・オフ動作）を行っているため、例えば図２１，図２２に示した場合（順方向動作時の４直列接続状態に対応）や、図２３，図２４に示した場合（順方向動作時における２直列２並列接続状態に対応）と比べ、制御部７によるスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４の制御を、より簡単にすることができる。すなわち、これらのスイッチング素子を、接続状態に応じて常にオン・オフを行うオン・オフスイッチングモードと、常にオン状態またはオフ状態を保つ動作モード（常時オンモード／常時オフモード）との間で動作切換する必要がなくなり、接続切換スイッチＳ５１〜Ｓ５３，Ｓ６１〜Ｓ６３の制御だけで、並列接続状態と直列接続状態との接続切換を行うことが可能となる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
なお、本実施の形態では、スイッチング回路１１，１２内の各スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４において、スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４間またはスイッチング素子Ｓ１２，Ｓ１３間、ならびにスイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２４間またはスイッチング素子Ｓ２２，Ｓ２３間で、互いに同期してオン・オフ動作を行う場合について説明したが、これらのスイッチング素子が互いに位相シフト動作（位相差φ、デッドタイムＴｄ）するようにしてもよい。このように構成した場合、インダクタＬｒ１，Ｌｒ２とコンデンサＣ１１〜Ｃ１４，Ｃ２１〜Ｃ２４とがＬＣ共振回路を構成し、共振動作を行うようになる。よって、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４がそれぞれいわゆるＺＶＳ（Zero Volt Switching；ゼロボルト・スイッチング）動作をするようになり、本実施の形態における効果に加え、これらのスイッチング素子における短絡損失を抑制し、装置の効率をより向上させることが可能となる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
また、検出された直流高圧電圧ＶＨ（逆方向動作時には直流高圧電圧ＶＨの目標電圧値）がしきい値電圧Ｖth32（逆方向動作時はしきい値電圧Ｖth42）以上かつ所定のしきい値電圧Ｖth33（逆方向動作時は所定のしきい値電圧Ｖth43とする）未満の場合には、制御部７によって、接続切換スイッチＳ５３，Ｓ６３がそれぞれオン状態となる一方、接続切換スイッチＳ５１，Ｓ６１，Ｓ５２，Ｓ６２，Ｓ５４，Ｓ６４，Ｓ５５，Ｓ６５がそれぞれオフ状態となる。すると、第１〜第３の電流経路および第４〜第６の電流経路がそれぞれ直列接続状態となり、これらの直列接続同士が互いに並列接続状態となる。すなわち、これら第１〜第６の電流経路が、互いに直列と並列との混合接続状態（３直列２並列接続状態）となる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
比較器Ｃｏｍｐ１の正極入力端子は、基準電源Ｒｅｆ１の代わりに基準電源Ｒｅｆ３の一端に接続されている。差動増幅器Ａｍｐ２の正極入力端子は基準電源Ｒｅｆ２の一端に接続され、負極入力端子は電圧検出回路６２の出力端子に接続され、出力端子は比較器Ｃｏｍｐ３の負極入力端子に接続されている。ただし、差動増幅器Ａｍｐ２の負極入力端子へ供給される電圧は、例えば電圧検出回路６２内の分圧抵抗からの取り出し位置等の違いにより、差動増幅器Ａｍｐ１の負極入力端子へ供給される電圧よりもわずかに高くなるように設定されている。また、比較器Ｃｏｍｐ３の正極入力端子は発振器７３の出力端子に接続され、出力端子は演算回路７４の入力端子に接続されている。演算回路７４の２つの入力端子は、この比較器Ｃｏｍｐ３の出力端子と、比較器Ｃｏｍｐ１の出力端子とに接続されている。抵抗器Ｒ２は差動増幅器Ａｍｐ２の負極入力端子と出力端子との間に配置されている。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
比較器Ｃｏｍｐ３は、発振回路７３から出力されるパルス電圧ＰＬＳ２の電位と、差動増幅器Ａｍｐ２からの出力電圧の電位とを比較し、その比較結果に基づいて接続切換スイッチＳ５１〜Ｓ５３，Ｓ６１〜Ｓ６３の駆動信号ＳＧ５１〜ＳＧ５３，ＳＧ６１〜ＳＧ６３のもととなるパルス電圧を出力するものである。具体的には、差動増幅器Ａｍｐ２からの出力電圧がパルス電圧ＰＬＳ２よりも高い場合には出力は「Ｌ」レベルとなる一方、逆に差動増幅器Ａｍｐ２からの出力電圧がパルス電圧ＰＬＳ２よりも低い場合には直流入力出力は「Ｈ」レベルとなる。