(57)【要約】【課題】スイッチングトランスに発生する直流磁束成分を出力電流または入力電流でキャンセルし、スイッチング電源の効率をより改善する。【解決手段】トランスの一次巻線にタップを設けて、このタップを入力巻線のマイナス側に接続することによって、銅損や鉄損を更に抑えるようにした。また、汎用のスイッチング電源用コントロールＩＣを使用可能とした上で、出力電流または入力電流で直流磁束成分をキャンセルするように構成して、スイッチング素子の制御が容易にした。これによって、コア間のギャップをより狭くする、あるいはギャップをなくして、巻線のターン数を少なくすることが可能となり、銅損や鉄損がさらに減少されて、より高効率な電源装置を提供すようにした。【選択図】        図１
2004201482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記１次巻線に発生するサージ電圧をクランプする副スイッチと；この副スイッチと、当該副スイッチに直列に接続されたクランプコンデンサとで構成されており、前記１次巻線に並列に接続されているクランプ回路と；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線が前記入力巻線と１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている電源装置において、前記１次巻線に中間タップを設け、前記直流電源からの電流を前記入力巻線を通ってこの中間タップを介して前記第１のスイッチに供給するように構成したことを特徴とする。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、前記副スイッチにＰチャンネルＦＥＴ、もしくは、ＰＮＰトランジスタを用いたことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電源装置において、前記トランスに更にクランプ用巻線を設け、クランプ用巻線の両側に前記クランプ回路を接続するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電源装置において、前記トランスに更に駆動用巻線を設け、この巻線からの信号で前記副スイッチを駆動するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線に発生するサージ電圧をクランプする副スイッチと；この副スイッチと、当該副スイッチに直列に接続されたクランプコンデンサとで構成されており、前記１次巻線に並列に接続されているクランプ回路と；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線が前記１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対して逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電源装置において、前記副スイッチにＰチャンネルＦＥＴ、もしくは、ＰＮＰトランジスタを用いたことを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項５に記載の電源装置において、前記トランスに更にクランプ用巻線を設け、クランプ用巻線の両側に前記クランプ回路を接続するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項５に記載の電源装置において、前記トランスに更に駆動用巻線を設け、この巻線からの信号で前記副スイッチを駆動するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項９】
入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に、前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサと；前記主スイッチがオンの時に、前記第１の平滑コンデンサから前記磁束キャンセル用巻線に流れてくる電流を平滑する第２の平滑コンデンサを具える電源装置であって、前記入力巻線が前記１次巻線の一端に接続されるか、あるいは前記１次巻線に中間タップを設けて、このタップに接続されており、前記入力巻線と１次巻線と２次巻線によって生じる磁束方向に対し前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電源装置において、前記１次巻線と前記主スイッチの間にカップリング用コンデンサを設け、前記主スイッチの一端と、前記１次巻線のカップリング用コンデンサ側の反対側端との間に副スイッチを設け、前記直列に設けられている１次巻線と前記カップリングコンデンサが、前記副スイッチに対して並列に接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電源装置において、前記トランスに更に駆動用巻線を設け、この駆動用巻線からの信号で前記副スイッチを駆動する事を特徴とする電源装置。
【請求項１２】
入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と２次巻線と当該２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列接続された２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサと；前記主スイッチがオンの時、前記第１の平滑コンデンサから前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を平滑する第２の平滑コンデンサを具え、前記１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電源装置において、前記１次巻線と前記主スイッチの間にカップリング用コンデンサを設け、前記主スイッチの一端と、前記１次巻線の前記カップリング用コンデンサ側の反対側端との間に副スイッチを設け、前記直列に接続された１次巻線と前記カップリングコンデンサが、前記副スイッチに対して並列に接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電源装置において、前記トランスに更に駆動用巻線を設け、この駆動用巻線からの信号で前記副スイッチを駆動することを特徴とする電源装置。
【請求項１５】
入力電源と；入力巻線と、一端が接地されている中間巻線と、当該中間巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記中間巻線の他端をカップリングするカップリングコンデンサと；前記入力電源から前記入力巻線を通って供給される電流と、前記カップリングコンデンサを通じて前記中間巻線に流れる電流とをスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続された中間巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線が前記入力巻線と中間巻線で生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている電源装置であって、前記中間巻線と前記入力電源の間に第３の整流スイッチを設け、当該第３の整流スイッチで整流した電流を前記入力電源に回生するか、あるいは、前記中間巻線に中間タップを設けて、この中間タップと負荷との間に第４の整流スイッチを設け、当該第４の整流スイッチで整流した電流を負荷に出力するように構成したことを特徴とする電源装置。
【請求項１６】
入力電源と；入力巻線と、一端が接地された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端をカップリングするカップリングコンデンサと；前記入力電源から前記入力巻線を通って供給される電流と、前記カップリングコンデンサを通じて前記１次巻線に流れる電流とをスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続された２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線が前記入力巻線と１次巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている電源装置であって、前記１次巻線と前記入力電源の間に第３の整流スイッチを設け、当該第３の整流スイッチで整流した電流を前記入力電源に回生するか、あるいは、前記２次巻線に中間タップを設けて、この中間タップと負荷との間に第４の整流スイッチを設け、当該第４の整流スイッチで整流した電流を負荷に出力するように構成したことを特徴とする電源装置。
【請求項１７】
入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続されこれに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオンの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記スイッチがオフの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線と２次巻線が前記入力巻線と１次巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている電源装置であって、前記入力電源からの電流を前記１次巻線の一端へ供給するか、あるいは、前記１次巻線に中間タップを設けて、当該中間タップへ供給するように構成したことを特徴とする電源装置。
【請求項１８】
入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続されこれに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線と２次巻線が前記１次巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている事を特徴とする電源装置。
【請求項１９】
入力電源と；１次巻線と、入力巻線と前記１次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続されこれに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている１次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサと；前記主スイッチがオンの時に前記第１の平滑コンデンサから磁束キャンセル用巻線に流れる電流を平滑する第２の平滑コンデンサとを具える電源装置であって、前記入力電源からの電流が前記入力巻線を通じて１次巻線の一端へ供給されるか、あるいは、前記１次巻線に中間タップを設けて、当該中間タップへ供給されるように構成し、前記入力巻線と１次巻線とで生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２０】
入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、当該１次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている１次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサと；前記スイッチがオンの時に前記第１の平滑コンデンサから前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の平滑コンデンサとを具える電源装置であって、前記１次巻線とで生じる磁束方向に対して前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２１】
入力電源と；磁束キャンセル用巻線と、１次巻線と、２次巻線を具えるトランスと；前記一次巻線の一端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記１次巻線の他端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に２次巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える平滑コンデンサとを具えるフライバックコンバータであって、前記磁束キャンセル用巻線を介して前記バイパスコンデンサに電流を供給し、前記１次巻線と２次巻線とで生じる磁束方向に対して前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２２】
入力電源と；磁束キャンセル用巻線と、１次巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の一端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記１次巻線の他端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に１次巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える平滑コンデンサとを具えるブーストコンバータであって、前記磁束キャンセル用巻線巻線を介して前記バイパスコンデンサに電流が供給され、前記１次巻線で生じる磁束方向に対して前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２３】
入力電源と；磁束キャンセル用巻線と、１次巻線と、２次巻線とを具えるトランスと、前記１次巻線の一端に接続され、１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記１次巻線と前記主スイッチとの間に設けたカップリングコンデンサと；前記主スイッチと前記１次巻線の他端との間に設けた副スイッチと；前記主スイッチがオフの時に２次巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える平滑コンデンサとを具える電源装置において、前記入力電源からの電流が、前記磁束キャンセル用巻線を介して、あるいは前記１次巻線に中間タップを設けて、当該中間タップを介して前記バイパスコンデンサに供給され；前記１次巻線と２次巻線とで生じる磁束方向に対して前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の電源装置において、前記トランスに駆動用巻線を設けて、当該駆動用巻線からの信号で前記副スイッチを駆動することを特徴とする電源装置。
【請求項２５】
入力電源と；磁束キャンセル用巻線と、１次巻線と、２次巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記トランスの二次側に設けたインダクタと；前記主スイッチがオンの時に２次巻線と前記インダクタに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記インダクタに流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具えるフォワードコンバータであって、前記入力電源からの電流が、前記磁束キャンセル用巻線を介して前記バイパスコンデンサに供給され、前記磁束キャンセル用巻線が前記１次巻線で生じる磁束方向に対して逆向きに接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２６】
入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続された２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記入力電源からの電流が前記１次巻線の一端に供給されるか、あるいは、前記１次巻線に第１の中間タップを設けて、この第１の中間タップに供給されるように構成し、前記磁束キャンセル用巻線を、前記１次巻線と２次巻線と入力巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続した電源装置であって、前記２次巻線に第２の中間タップを設けるか、あるいは、更に巻線を設けると共に、当該第２の中間タップあるいは更なる巻線と前記負荷との間に第３の整流スイッチを設けて、前記２次巻線または更なる巻線からの出力を前記第３の整流スイッチを介して負荷に供給するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項２７】
入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続された２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記入力電源からの電流が前記１次巻線の一端に供給されるか、あるいは、前記１次巻線に第１の中間タップを設けて、この中間タップに供給されるように構成し、前記磁束キャンセル用巻線を、前記１次巻線と２次巻線と入力巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続した電源装置であって、前記トランスに更に回生用巻線を設けると共に、当該回生用巻線に第３の整流スイッチを接続し、前記回生用巻線の電流が前記主スイッチがオフの期間に前記第３の整流スイッチを経由して前記入力電源又は前記バイパスコンデンサに回生されることを特徴とする電源装置。
【請求項２８】
入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記２次巻線に中間タップを設けるか、あるいは、更に巻線を設けると共に、前記中間タップあるいは更なる巻線と前記負荷との間に第３の整流スイッチを設けて、前記２次巻線または更なる巻線からの出力を前記第３の整流スイッチを介して負荷に供給するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項２９】
入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記トランスに更に回生用巻線を設けると共に、当該回生用巻線と前記入力電源との間に第３の整流スイッチを設けて、前記回生用巻線の電流が前記主スイッチがオフの期間に前記第３の整流スイッチを経由して前記入力電源に回生されることを特徴とする電源装置。
【請求項３０】
入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記２次巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記１次巻線の一端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタとに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と前記外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記入力電源からの電流は前記入力巻線を通じて前記１次巻線の一端に供給されるか、あるいは、前記１次巻線に第１の中間タップを設け、このタップに供給されるように構成され、前記入力巻線と、１次巻線と、２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記２次巻線に第２の中間タップを設けるか、あるいは、更なる巻線を設けると共に、前記第２の中間タップあるいは更なる巻線と負荷との間に第３の整流スイッチを設けて、前記２次巻線あるいは更なる巻線の出力が当該第３の整流スイッチを経由して負荷に供給されることを特徴とする電源装置。
【請求項３１】
入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記２次巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記１次巻線の一端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタとに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と前記外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記入力電源からの電流は前記入力巻線を通じて前記１次巻線の一端に供給されるか、あるいは、前記１次巻線に中間タップを設け、このタップに供給されるように構成され、前記入力巻線と、１次巻線と、２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記トランスに更に回生用巻線を設けると共に、当該回生用巻線に第３の整流スイッチを接続し、前記回生用巻線の電流が前記主スイッチがオフの期間に前記第３の整流スイッチを経由して前記入力電源又は前記バイパスコンデンサに回生されることを特徴とする電源装置。
【請求項３２】
入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記２次巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記１次巻線の他端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタとに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と前記外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記１次巻線と、２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記２次巻線に中間タップを設けるか、あるいは、更なる巻線を設けると共に、当該中間タップあるいは更なる巻線と負荷との間に第３の整流スイッチを設けて、前記２次巻線あるいは更なる巻線の出力が当該第３の整流スイッチを経由して負荷に供給されることを特徴とする電源装置。
【請求項３３】
入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記２次巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記１次巻線の他端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタとに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と前記外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記１次巻線と、２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記トランスに更に回生用巻線を設けると共に、当該回生用巻線と前記入力電源との間に第３の整流スイッチを設けて、前記回生用巻線の電流が前記主スイッチがオフの期間に前記第３の整流スイッチを経由して前記入力電源に回生されることを特徴とする電源装置。
【請求項３４】
入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、前記１次巻線と２次巻線の間に設けた磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、前記入力電源から前記１次巻線を流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記２次巻線および前記磁束キャンセル用巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと、前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え；前記入力巻線と１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記２次巻線と負荷との間に第３の整流スイッチを設けるか、あるいは前記２次巻線に更なる巻線を設け、この更なる巻線と負荷との間に第３の整流スイッチを設けるかして、前記２次巻線または更なる巻線の出力をこの第３の整流スイッチを介して負荷に供給するようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項３５】
請求項１、５、９、１２、１５〜２３、２５〜３４のいずれかに記載の電源装置において、前記入力電源が交流電源であり、前記装置が前記トランスの１次側に高周波重畳用巻線を更に具えることを特徴とする電源装置。
【請求項３６】
請求項１、５、９、１２、１５〜２３、２５〜３４のいずれかに記載の電源装置において、前記入力電源が交流電源であり、前記装置が前記トランスの１次側に高周波重畳用コンデンサまたは高周波重畳用ダイオードを更に具えることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置に関するものであり、特に、トランスに発生する磁束がアンバランスな状態で動作するスイッチング電源の直流磁束成分を、スイッチング電源の出力電流または入力電流を用いてキャンセルすることによって効率の向上を図るようにしたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチングトランスに発生する直流磁束成分をキャンセルするように構成したスイッチング電源装置として、米国特許６，３０４，４６０号に記載した装置がある。
【０００３】
【特許文献１】
ＵＳＰ６，３０４，４６０号公報
【０００４】
図３０は、ＵＳＰ６，３０４，４６０号に記載の電源装置の一例を示す図である。この図は、上記米国特許のＦｉｇ．３５ｂに対応するものである。図３０では、以後の説明を容易にするべく、巻線の位置に変更を加えているが、電気的にはＵＳＰ６，３０４，４６０号のＦｉｇ．３５ｂに示す回路と等価である。
【０００５】
図３０に示す回路の基本動作を説明する。この電源装置は、直流電源１００と、トランス１０１を具え、トランス１０１の１次側に、主スイッチ１０３、副スイッチ１０８、バイパスコンデンサ１０２、およびクランプコンデンサ１０９を、また、トランス１０１の２次側に、整流スイッチ１０４、１０７、平滑コンデンサ１０５を具え、負荷１０６に出力している。トランス１０１は、１次巻線１０１ａと２次巻線１０１ｅを具え、更に入力巻線１０１ｂと磁束キャンセル用巻線１０１ｆがカップリングされている。１次巻線１０１ａと２次巻線１０１ｅがオン−オフ動作をするフライバックコンバータとして構成され、いわゆるアクティブクランプを行うように主スイッチ１０３と、副スイッチ１０８が、わずかなデッドタイムを持って交互にオンするようにして、ソフトスイッチング動作であるＺＶＳ（ゼロボルテージスイッチ）を行っている。コンデンサ１０９は、電圧クランプ用のクランプコンデンサであり、コンデンサ１０２は、１次巻線１０１ａのプラス側を交流的なアース電位にするためのバイパスコンデンサである。直流電源１００は入力巻線１０１ｂを介してトランス１０１に供給される。
【０００６】
２次巻線１０１ｅの電流は、整流スイッチ１０４で整流され、磁束キャンセル用巻線１０１ｆを通って平滑コンデンサ１０５と負荷抵抗１０６に出力される。インダクタンス１０１ｃは、入力巻線１０１ｂの漏れインダクタンスか、あるいは外部インダクタであり、またインダクタ１０１ｇは磁束キャンセル用巻線１０１ｆの漏れインダクタンスか、あるいは外部インダクタである。
【０００７】
整流スイッチ１０７は、整流スイッチ１０４がオフの時にオンされるように構成され、これによって、平滑コンデンサ１０５と負荷抵抗１０６に連続した電流が供給されることになる。厳密には、整流スイッチ１０７のホディダイオード（図示せず）がオンするよりもほんの少し早いタイミングでスイッチ１０７にゲート信号を加えて、主スイッチ１０３の完全なＺＶＳ動作を実現するようにしている。
【０００８】
この装置では、入力巻線１０１ｂと、１次巻線１０１ａと、２次巻線１０１ｅは、磁束の向きがいずれも同じ方向になるように巻回され、磁束キャンセル用巻線１０１ｆは、これらの巻線で生じる磁束の向きと逆方向になるように接続されている。このため、磁束キャンセル用巻線１０１ｆの巻数を適切に選択することによって、トランス１０１の直流磁束成分を発生しにくくすることができる。直流磁束成分の発生を抑えることによって、コアのギャップを非常に薄くすることができるか、あるいはギャップを設ける必要がなくなり、従って高い透磁率が得られる。このため、各巻線のターン数を少なくすることが可能となると共に、鉄損の少ない動作領域で動作させることができるので、結果として銅損と鉄損の双方を小さく抑えることができる。
【０００９】
また、この装置において、１次巻線１０１ａと入力巻線１０１ｂのターン数をほぼ同数にすれば、スイッチングによって発生する高周波電流が入力巻線１０１ｂと直流電源１００に流れにくくなりＥＭＩノイズを少なくすることができる。すなわち、入力巻線１０１ｂのプラス側は、交流的に０電位となり、漏れインダクタンス１０１ｃに電位差が生じないため、高周波電流が流れにくくなる。
【００１０】
２次側については、時比率が０．５の場合、２次巻線１０１ｅのターン数に対して磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数を等価的に約半分にすることによって（ＵＳＰ６，３０４，４６０、Ｆｉｇ．  ３３  参照）、磁束キャンセル用巻線１０１ｆに高周波電流が流れないようにすることができる。ここで等価的に半分とは、例えば、２次巻線１０１ｅと磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数が共に４ターンであったとしても、２次巻線１０１ｅを通る磁束のうちの５０％が磁束キャンセル用巻線１０１ｆ内を通過するように構成すれば、磁束キャンセル用巻線の等価的な巻数は２ターンということになる。以下の説明において、磁束キャンセル用巻線のターン数は等価的な巻数を意味するものとする。
【００１１】
なお、磁気飽和の観点からみると、時比率が０．５の場合、２次巻線１０１ｅと磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数を等価的に同じにすることで、最も磁気飽和しにくい動作点を得ることができる。従って、必要に応じて、高周波電流を抑えて出力リップルを出さないようにするか、あるいは直流磁束を出さないようにして、鉄損および銅損を減少させるかの、どちらかを優先させるかによって、各巻線のターン数を決定することができる。また、双方の妥協点を選択するようにしてもよい。
【００１２】
漏れインダクタンス１０１ｃと１０１ｇは、高周波電流を低減する効果を更に高める。ＵＳＰ６，３０４，４６０には、この漏れインダクタンスを増大させるトランス構造について詳細に開示されているが、この点については、本願の主題とは直接に関係しないので詳しい説明は省略するが、漏れインダクタンスを増大させるには、漏れインダクタンスを大きくしたい巻線に、他の巻線と結合しない独立した磁束ループを追加すればよい（ＵＳＰ６，３０４，４６０、Ｆｉｇ．  ３２，  ３３，  ３９ｂ、記号ＬＬ参照）。
【００１３】
このように、ＵＳＰ６，３０４，４６０に開示されている装置、あるいは、これを変形した図３０に示す装置では、トランスの各巻線のターン数をバランスさせて、磁気回路とスイッチのタイミングを適切に設計することによって、直流磁束をキャンセルすると共に、主スイッチの完全なＺＶＳが行われるので、大変好適な動作を得ることができる。
【００１４】
【発明を解決しようとする課題】
しかしながら、効率の向上は電源回路を設計するものにとっては、永遠のテーマであり、本発明者は、この観点からＵＳＰ６，３０４，４６０の装置を更に改良して本発明に想到するに至った。すなわち、ＵＳＰ６，３０４，４６０に記載されている装置では、入力巻線１０１ｂと１次巻線１０１ａの銅損がまだ大きく、本発明はこの損失を削減して更に効率を向上させることを第１の目的とする。
【００１５】
また、ＵＳＰ６，３０４，４６０に記載された装置ではゼロボルトスイッチングを行うためには、主スイッチ（１０３）、副スイッチ（１０８）、及び整流スイッチ（１０７）の少なくとも３つ、あるいはこれに整流スイッチ（１０４）を加えた４つのスイッチを微妙なタイミングでコントロールして、デッドタイムを調整する必要があり、したがって、これらのスイッチの制御用に特別な制御回路を新たに設計する必要がある。また、ＵＳＰ６，３０４，４６０の装置では、アクティブクランプ用にハイサイド側の副スイッチを駆動しなくてはならず、特に絶縁型の電源では、更に、２次側に設けた二つのスイッチを絶縁した上で各スイッチを制御する必要がある。
【００１６】
このようにＵＳＰ６，３０４，４６０に記載された電源装置は、鉄損やトータルの銅損が少なく、小型化が可能であるという点で非常に優れたエッセンスを含むものであるが、各スイッチの制御回路が複雑であるという問題がある。本発明は、この点を改良して、汎用のスイッチング電源用コントロールＩＣで制御可能であり、かつ、ＵＳＰ６，３０４，４６０に記載の回路と同様に直流磁束の発生を抑えることのできる電源装置を提供することを第２の目的とする。
【００１７】
また、フライバックコンバータや、ブーストコンバータや、フォワードコンバータや、変則的なフライバックコンバータは、磁束が偏った状態で動作し、大きな電力を扱う場合に磁気飽和に至りやすいという問題がある。本発明は、ＵＳＰ６，３０４，３６０の装置の巻線のターン数を工夫して、これらのコンバータに適用した場合でも磁気飽和が生じにくい電源装置を提供することを第３の目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成すべく、本願第１発明は、ＵＳＰ６，３０４，４６０に開示されている回路の一次巻線にタップを設けて、このタップを入力巻線のマイナス側に接続するように構成した。これによって、銅損を更に抑えることが可能となり、効率が改善される。
【００１９】
また、上記第二、第三の目的を達成すべく、本願第２発明は、ＵＳＰ６，３０４．４６０に記載の装置を改良して、サージ電圧のクランプ回路に工夫をこらして回路を簡略化すると共に、汎用のスイッチング電源用コントロールＩＣが使えるフライバックコンバータ、ブーストコンバータ、フォワードコンバータ、変速的なフライバックコンバータ等に適用できるようにした。この結果、スイッチング素子の制御が容易になると共に、コア間のギャップをより狭くする、あるいはギャップをなくすことが可能となり、従って、巻線のターン数を少なくすることができるため、銅損や鉄損がさらに減少し、より高効率な電源装置を提供することが可能となった。
【００２０】
具体的には、本発明の電源装置は、入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記１次巻線に発生するサージ電圧をクランプする副スイッチと；この副スイッチと、当該副スイッチに直列に接続されたクランプコンデンサとで構成されており、前記１次巻線に並列に接続されているクランプ回路と；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線が前記入力巻線と１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている電源装置において、前記１次巻線に中間タップを設け、前記直流電源からの電流を前記入力巻線を通ってこの中間タップを介して前記第１のスイッチに供給するように構成したことを特徴とする。（図２ａに対応）
【００２１】
なお、前記副スイッチにはＰチャンネルＦＥＴ、もしくは、ＰＮＰトランジスタを使用することが好ましい。（図７ａに対応）
【００２２】
また、前記トランスに更にクランプ用巻線を設け、クランプ用巻線の両側に前記クランプ回路を接続するようにしてもよい。（図６ａに対応）
【００２３】
また、前記トランスに更に駆動用巻線を設け、この巻線からの信号で前記副スイッチを駆動するようにしても良い。（図５ａに対応）
【００２４】
更に、本発明の電源装置は、入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線に発生するサージ電圧をクランプする副スイッチと；この副スイッチと、当該副スイッチに直列に接続されたクランプコンデンサとで構成されており、前記１次巻線に並列に接続されているクランプ回路と；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線が前記１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対して逆向きに接続されていることを特徴とする。（図２ｂに対応）
【００２５】
なお、前記副スイッチにはＰチャンネルＦＥＴ、もしくは、ＰＮＰトランジスタを使用することが好ましい。（図７ｂに対応）
【００２６】
また、前記トランスに更にクランプ用巻線を設け、このクランプ用巻線の両端に前記クランプ回路を接続するようにしてもよい。（図６ｂに対応）
【００２７】
また、前記トランスに更に駆動用巻線を設け、この駆動用巻線の信号で前記副スイッチを駆動するようにしてもよい。（図５ｂに対応）
【００２８】
さらに、本発明の電源装置は、入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと、前記主スイッチがオフの時に、前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサと；前記主スイッチがオンの時に、前記第１の平滑コンデンサから前記磁束キャンセル用巻線に流れてくる電流を平滑する第２の平滑コンデンサを具える電源装置であって、前記入力巻線が前記１次巻線の一端に接続されるか、あるいは前記１次巻線に中間タップを設けて、このタップに接続されており、前記入力巻線と１次巻線と２次巻線によって生じる磁束方向に対し前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする。（図３ａに対応）
【００２９】
また、前記１次巻線と前記主スイッチの間にカップリング用コンデンサを設け、前記主スイッチの一端と、前記１次巻線のカップリング用コンデンサ側の反対側端との間に副スイッチを設け、前記直列に設けられている１次巻線と前記カップリングコンデンサが、前記副スイッチに対して並列に接続されていることが好ましい。（図８ａに対応）
【００３０】
また、前記トランスに更に駆動用巻線を設け、この駆動用巻線からの信号で前記副スイッチを駆動するようにしてもよい。（図８ａに対応）
【００３１】
さらに、本発明の電源装置は、入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と２次巻線と当該２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列接続された２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサと；前記主スイッチがオンの時、前記第１の平滑コンデンサから前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を平滑する第２の平滑コンデンサを具え、前記１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする。（図３ｂに対応）
【００３２】
また、前記１次巻線と前記主スイッチの間にカップリング用コンデンサを設け、前記主スイッチの一端と、前記１次巻線の前記カップリング用コンデンサ側の反対側端との間に副スイッチを設け、前記直列に接続された１次巻線と前記カップリングコンデンサが、前記副スイッチに対して並列に接続されるようにしてもよい。（図８ｂに対応）
【００３３】
また、前記トランスに更に駆動用巻線を設け、この駆動用巻線からの信号で前記副スイッチを駆動することもできる。（図８ｂに対応）
【００３４】
さらに、本発明の電源装置は、入力電源と；入力巻線と、一端が接地されている中間巻線と、当該中間巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記中間巻線の他端をカップリングするカップリングコンデンサと；前記入力電源から前記入力巻線を通って供給される電流と、前記カップリングコンデンサを通じて前記中間巻線に流れる電流とをスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続された中間巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線が前記入力巻線と中間巻線で生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている電源装置であって、前記中間巻線と前記入力電源の間に第３の整流スイッチを設け、当該第３の整流スイッチで整流した電流を前記入力電源に回生するか、あるいは、前記中間巻線に中間タップを設けて、この中間タップと負荷との間に第４の整流スイッチを設け、当該第４の整流スイッチで整流した電流を前記中間タップと前記第４の整流回路を介して負荷に出力するように構成したことを特徴とする。（図１７ａに対応）
【００３５】
さらに、本発明の電源装置は、入力電源と；入力巻線と、一端が接地された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端をカップリングするカップリングコンデンサと；前記入力電源から前記入力巻線を通って供給される電流と、前記カップリングコンデンサを通じて前記１次巻線に流れる電流とをスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続された２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線が前記入力巻線と１次巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている電源装置であって、前記１次巻線と前記入力電源の間に第３の整流スイッチを設け、当該第３の整流スイッチで整流した電流を前記入力電源に回生するか、あるいは、前記２次巻線に中間タップを設けて、この中間タップと負荷との間に第４の整流スイッチを設け、当該第４の整流スイッチで整流した電流を前記中間タップと前記第４の整流回路を介して負荷に出力するようにしたことを特徴とする。（図１７ｂに対応）
【００３６】
また、本発明の装置は、入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続されこれに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオンの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記スイッチがオフの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線と２次巻線が前記入力巻線と１次巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている電源装置であって、前記直流電源からの電流を前記１次巻線の一端へ供給するか、あるいは、前記１次巻線に中間タップを設けて、当該中間タップへ供給するように構成したことを特徴とする。（図１０ａに対応）
【００３７】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続されこれに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記スイッチがオフの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記磁束キャンセル用巻線と２次巻線が前記１次巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続されている事を特徴とする。（図１０ｂに対応）
【００３８】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；１次巻線と、入力巻線と前記１次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続されこれに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている１次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサと；前記主スイッチがオンの時に前記第１の平滑コンデンサから磁束キャンセル用巻線に流れる電流を平滑する第２の平滑コンデンサとを具える電源装置であって、前記入力電源からの電流が前記入力巻線を通じて１次巻線の一端へ供給されるか、あるいは、前記１次巻線に中間タップを設けて、当該中間タップへ供給されるように構成し、前記入力巻線と１次巻線とで生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする。（図４ａに対応）
【００３９】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、当該１次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている１次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサと；前記スイッチがオンの時に前記第１の平滑コンデンサから前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の平滑コンデンサとを具える電源装置であって、前記１次巻線とで生じる磁束方向に対して前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする。（図４ｂに対応）
【００４０】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；磁束キャンセル用巻線と、１次巻線と、２次巻線を具えるトランスと；前記一次巻線の一端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記１次巻線の他端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に２次巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える第１の平滑コンデンサとを具えるフライバックコンバータであって、前記磁束キャンセル用巻線を介して前記バイパスコンデンサに電流を供給し、前記１次巻線と２次巻線とで生じる磁束方向に対して前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする。（図１８に対応）
【００４１】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；磁束キャンセル用巻線と、１次巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の一端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記１次巻線の他端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に１次巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える平滑コンデンサとを具えるブーストコンバータであって、前記磁束キャンセル用巻線巻線を介して前記バイパスコンデンサに電流が供給され、前記１次巻線で生じる磁束方向に対して前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする。（図１９に対応）
【００４２】
さらに、本発明の電源装置は、入力電源と；磁束キャンセル用巻線と、１次巻線と、２次巻線とを具えるトランスと、前記１次巻線の一端に接続され、１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記１次巻線と前記主スイッチとの間に設けたカップリングコンデンサと；前記主スイッチと前記１次巻線の他端との間に設けた副スイッチと；前記主スイッチがオフの時に２次巻線に流れる電流を整流する整流スイッチと；前記整流スイッチの整流電流を蓄える平滑コンデンサとを具える電源装置において、前記入力電源からの電流が、前記磁束キャンセル用巻線を介して、あるいは前記１次巻線に中間タップを設けて、当該中間タップを介して前記バイパスコンデンサに供給され；前記１次巻線と２次巻線とで生じる磁束方向に対して前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されていることを特徴とする。（図２０に対応）
【００４３】
なお、この装置は、前記トランスに駆動用巻線を設けて、当該駆動用巻線からの信号で前記副スイッチを駆動するようにしてもよい。（図２０に対応）
【００４４】
更に、本発明の装置は、入力電源と；磁束キャンセル用巻線と、１次巻線と、２次巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記トランスの二次側に設けたインダクタと；前記主スイッチがオンの時に２次巻線と前記インダクタに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記インダクタに流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具えるフォワードコンバータであって、前記入力電源からの電流が、前記磁束キャンセル用巻線を介して前記バイパスコンデンサに供給され；前記磁束キャンセル用巻線が前記１次巻線で生じる磁束方向に対して逆向きに接続されていることを特徴とする。（図２１に対応）
【００４５】
更に、本発明の電源装置は、入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続された２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記入力電源からの電流が前記１次巻線の一端に供給されるか、あるいは、前記１次巻線に第１の中間タップを設けて、この第１の中間タップに供給されるように構成し、前記磁束キャンセル用巻線を、前記１次巻線と２次巻線と入力巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続した電源装置であって、前記２次巻線に第２の中間タップを設けるか、あるいは、更に巻線を設けると共に、当該第２の中間タップあるいは更なる巻線と前記負荷との間に第３の整流スイッチを設けて、前記２次巻線または更なる巻線からの出力を前記第３の整流スイッチを介して負荷に供給するようにしたことを特徴とする。（図１１、図１２に対応）
【００４６】
さらに、本発明の電源装置は、入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、入力巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の一端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続された２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記入力電源からの電流が前記１次巻線の一端に供給されるか、あるいは、前記１次巻線に第１の中間タップを設けて、この中間タップに供給されるように構成し、前記磁束キャンセル用巻線を、前記１次巻線と２次巻線と入力巻線とで生じる磁束方向に対して逆向きに接続した電源装置であって、前記トランスに更に回生用巻線を設けると共に、当該回生用巻線に第３の整流スイッチを接続し、前記回生用巻線の電流が前記主スイッチがオフの期間に前記第３の整流スイッチを経由して前記入力電源又は前記バイパスコンデンサに回生されることを特徴とする。（図１１、図１２に対応）
【００４７】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記２次巻線に中間タップを設けるか、あるいは、更に巻線を設けると共に、前記中間タップあるいは更なる巻線と前記負荷との間に第３の整流スイッチを設けて、前記２次巻線または更なる巻線からの出力を前記第３の整流スイッチを介して負荷に供給するようにしたことを特徴とする。（図１３に対応）
【００４８】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線に直列に接続された磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、当該１次巻線に流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線に流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；、前記磁束キャンセル用巻線を流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記トランスに更に回生用巻線を設けると共に、当該回生用巻線と前記入力電源との間に第３の整流スイッチを設けて、前記回生用巻線の電流が前記主スイッチがオフの期間に前記第３の整流スイッチを経由して前記入力電源に回生されることを特徴とする。（図１３に対応）
【００４９】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記２次巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記１次巻線の一端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタとに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と前記外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記入力電源からの電流は前記入力巻線を通じて前記１次巻線の一端に供給されるか、あるいは、前記１次巻線に第１の中間タップを設け、この第１の中間タップに供給されるように構成され、前記入力巻線と、１次巻線と、２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記２次巻線に第２の中間タップを設けるか、あるいは、更なる巻線を設けると共に、当該第２の中間タップあるいは更なる巻線と負荷との間に第３の整流スイッチを設けて、前記２次巻線あるいは更なる巻線の出力が当該第３の整流スイッチを経由して負荷に供給されることを特徴とする。（図１５に対応）
【００５０】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記２次巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記１次巻線の一端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記１次巻線の他端をバイパスするバイパスコンデンサと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタとに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と前記外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；、前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記入力電源からの電流は前記入力巻線を通じて前記１次巻線の一端に供給されるか、あるいは、前記１次巻線に中間タップを設け、このタップに供給されるように構成され、前記入力巻線と、１次巻線と、２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記トランスに更に回生用巻線を設けると共に、当該回生用巻線に第３の整流スイッチを接続し、前記回生用巻線の電流が前記主スイッチがオフの期間に前記第３の整流スイッチを経由して前記入力電源又は前記バイパスコンデンサに回生されることを特徴とする。（図１５に対応）
【００５１】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記２次巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記１次巻線の他端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタとに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と前記外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記１次巻線と、２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記２次巻線に中間タップを設けるか、あるいは、更なる巻線を設けると共に、当該中間タップあるいは更なる巻線と負荷との間に第３の整流スイッチを設けて、前記２次巻線あるいは更なる巻線の出力が当該第３の整流スイッチを経由して負荷に供給されることを特徴とする。（図１４に対応）
【００５２】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；一端が前記入力電源に接続された１次巻線と、２次巻線と、磁束キャンセル用巻線とを具えるトランスと；前記２次巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記１次巻線の他端に接続され、これに流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタとに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと；前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と前記外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え、前記１次巻線と、２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記トランスに更に回生用巻線を設けると共に、当該回生用巻線と前記入力電源との間に第３の整流スイッチを設けて、前記回生用巻線の電流が前記主スイッチがオフの期間に前記第３の整流スイッチを経由して前記入力電源に回生されることを特徴とする。（図１４に対応）
【００５３】
さらに、本発明の装置は、入力電源と；１次巻線と、２次巻線と、前記１次巻線と２次巻線との間に設けた磁束キャンセル用巻線を具えるトランスと；前記１次巻線の他端に接続され、前記入力電源から前記１次巻線を流れる電流をスイッチングする主スイッチと；前記２次巻線および前記磁束キャンセル用巻線に直列に接続された外部インダクタと；前記主スイッチがオフの時に前記直列に接続されている２次巻線と外部インダクタに流れる電流を整流する第１の整流スイッチと、前記主スイッチがオンの時に前記磁束キャンセル用巻線と外部インダクタに流れる電流を整流する第２の整流スイッチと；前記外部インダクタを流れる電流を平滑する平滑コンデンサとを具え；前記入力巻線と１次巻線と２次巻線で生じる磁束方向に対し、前記磁束キャンセル用巻線が逆向きに接続されている電源装置であって、前記２次巻線と負荷との間に第３の整流スイッチを設けるか、あるいは前記２次巻線に更なる巻線を設け、この更なる巻線と負荷との間に第３の整流スイッチを設けるかして、前記２次巻線または更なる巻線の出力をこの第３の整流スイッチを介して負荷に供給するようにしたことを特徴とする。（図１６に対応）
【００５４】
なお、上述した全電源装置において、前記入力電源が交流電源であり、前記装置が前記トランスの１次側に高周波重畳用巻線を更に具えるようにしてもよい。（図２３、２４、２６、２７、２８、２９に対応）
【００５５】
また、同じく上述した全電源装置において、前記入力電源が交流電源であり、前記装置が前記トランスの１次側に高周波重畳用コンデンサまたは高周波重畳用ダイオードを更に具えるようにしてもよい。（図２３、２４、２７に対応）
【００５６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の基本原理を説明するための図である。以下に、図１に基づいて、図３０に示す従来の装置に比して、本発明の装置の効率が上がる理由を説明する。なお、本例および以下に説明する本発明の実施形態においては、図３０に示す回路の要素と同じ要素については同じ符号を付しているので、その説明は省略する。
【００５７】
図１に示すように、本発明の装置では、トランス１０１の１次巻線を、巻線１０１ａ１と１０１ａ２で構成し、これらの巻線の中間にタップＴ１を設けた。また、入力巻線を、１０１ｂ１と１０１ｂ２で構成して、これらの巻線の中間にタップＴ２を設けた。その他の構成は、図３０に記載の装置と同じである。
【００５８】
図３０の回路と仕様が同じであれば、１次巻線１０１ａ１と１０１ａ２を、これらの巻線のターン数の合計が、図３０の１次巻線１０１ａのターン数と同じになるように巻く。ここで、１次巻線１０１ａ１と１０１ａ２のターン数が同じであれば、図１の１次巻線の中点ＸにタップＴ１を設けたことになる。
【００５９】
一方、入力巻線１０１ｂについても、図３０の回路と仕様が同じであれば、入力巻線１０１ｂ１と１０１ｂ２を、これらの巻線のターン数の合計が、図３０の入力巻線１０１ｂのターン数と同じになるように巻く。ここで、入力巻線１０１ｂ１と１０１ｂ２のターン数が同じであれば、図１の入力１次巻線の中点ＹにタップＴ２を設けたことになる。
【００６０】
ここで、点ＸとＹとが接続されていなければ、この回路は、図３０の回路と全く同じ動作をする。この場合、入力巻線１０１ｂ１と１０１ｂ２側には、ほとんど直流成分のみが流れ、１次巻線１０１ａ１と１０１ａ２側には、交流成分のみが流れる。なお、点Ｘと点Ｙの電位は、ほぼ同じであるが厳密には異なっている。
【００６１】
ここで、点Ｘと点Ｙを接続すると、交流成分が入力巻線１０１ｂ２側にも流れ、逆に、直流成分は１次巻線１０１ａ２側にも流れることになり、従って、交流成分も、直流成分もより流れやすくなって、損失が減少する。
【００６２】
実際に、点Ｘと点Ｙとを接続すると、効率が０．２％ないし０．４％ほど上がることが本発明者の実験で確認されている。すでに高効率である電源装置においては、この差異による発熱の低下は無視できない値である。
【００６３】
図２ａは、本発明の第１実施形態を示す図であり、図１の点Ｘと点Ｙとを接続して回路を整理したものである。ここでは、図１に示す１次巻線１０１ａ２と入力巻線１０１ｂ２の並列接続された部分を、１０１ａｂ２としており、図１に示す１次巻線に設けた中間タップＴ１に入力巻線１０１ｂを通った電流が注入される構成となる。なお、１次巻線のちょうど中点にタップＴ１を設けて、入力巻線１０１ｂ１のターン数を、図３０に示す従来の回路の入力巻線１０１ｂのターン数の半分にすると、入力電流に高周波電流が流れにくくなる。
【００６４】
このように、図３０における、バイパスコンデンサ１０２で作られる交流的なアース点、すなわち１次巻線１０１ａのプラス側と、交流的なスイッチ点、すなわち１次巻線１０１ａのマイナス側との間に中間タップＴ１を設け、この中間タップに入力巻線１０１ｂ（１０１ｂ１）を介して電流が注入される構成とする（図２ａ）ことで、入力巻線のターン数を少なくすることが可能となり（上記の例では１／２）、損失を減らすことができる。なお、入力巻線１０１ｂのターン数は、中間タップＴ１の位置に応じて変えるようにする。
【００６５】
入力電流に高周波電流が流れても、さらに効率を上げたい場合には、図２ｂに示すように、１次巻線の中間タップＴ１も、入力巻線１０１ｂも取り外して、直流電源１００をバイパスコンデンサ１０２に直接接続する構成とすれば良い。すなわち、入力巻線を極限まで少なくした状態である０ターンにしたものである。
【００６６】
図３ａは、本発明の第２実施形態の構成を示す図である。第２実施形態では、フライバックコンバータに本発明を適用して、コアの磁束をキャンセルするようにした。上述の図３０に示す従来の電源装置、あるいは図１、図２ａ、図２ｂに示す本発明の装置に最適な動作をさせるためには、主スイッチ１０３、副スイッチ１０８、整流スイッチ１０７の、少なくとも３つのスイッチのオンオフタイミングを微妙にコントロールする必要がある。本実施例では、１個のスイッチをコントロールする汎用のスイッチング電源用コントロールＩＣで動作可能なフライバックコンバータとし、さらに、図２ａで説明したように、１次巻線にタップＴ１を設けてその接続に工夫をこらすことにより、一層の効率の改善を図るようにした。
【００６７】
第２実施形態では、フライバックコンバータを汎用のスイッチング電源用コントロールＩＣで動作させるべく、副スイッチ１０８と、クランプコンデンサ１０９を取り外し、整流スイッチ１０７をコンデンサ１０７ａに、また整流スイッチ１０４をダイオード１０４ａに変更した（図３ａ）。ここで、整流スイッチ１０７をコンデンサ１０７ａに変更する工夫は、非常に重要である。なぜなら、整流スイッチ１０７のままでは、副スイッチ１０８とクランプコンデンサ１０９が必須となり、これらの要素を取り外すと、１次巻線１０１ａから発生するサージ電圧をクランプする機能がまったくなくなってしまうためである。サージ電圧をクランプできなくなると、異常電圧が発生して、適切な動作が行われなくなる。
【００６８】
図３ａに示す回路で、時比率０．５の場合、磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数を２次巻線１０１ｅのターン数の約２倍にすれば、磁束キャンセル用巻線１０１ｆがコアに生じる直流磁束をほぼキャンセルするように働く。なお、磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数は、必ずしも２次巻線１０１ｅの２倍とする必要はなく、２次巻線１０１ｅと同数程度として、直流磁束を減少させて飽和しにくくするだけでもかまわない。インダクタ１０１ｇは、磁束キャンセル用巻線１０１ｆの漏れインダクタンス又は外部インダクタであり、大きな値にする方が好ましい。なお、図３ａにおいて、巻線１０１ａｂ２は０ターンにしてもよい。
【００６９】
なお、入力電流に高周波電流が流れようとも、さらに効率を上げたい場合には、図３ｂに示すように、１次巻線の中間タップＴ１も、入力巻線１０１ｂも取り外して、直流電源１００をバイパスコンデンサ１０２に直接接続する構成とすれば良い。すなわち、図３ｂに示す回路は、タップＴ１を限りなくパイパスコンデンサ１０２側に近づけた例であり、中間タップＴ１の位置がバイパスコンデンサ１０２側に近いほど効率が高くなるが、反面、高周波電流を削減する効果は低くなってしまう。なお、コンデンサ１０２の値を大きくすると、高周波電流を低減させることができる。
【００７０】
図４ａは、本発明の第３実施形態の構成を示す図である。第３実施形態では、本発明をブーストコンバータに応用した。ここでは、交流電源をブリッジダイオード１２０で整流している。バイパスコンデンサ１０２に、ノイズフィルタ効果を維持しながら、平滑作用は持たないような小さめの値を選択すれば、ＰＦＣコンバータとして動作する。
【００７１】
図４ａの回路で、入力巻線１０１ｂと、１次巻線１０１ａ１のターン数をほぼ同数にすれば、入力に高周波電流が流れにくくなる。また、漏れインダクタンス１０１ｃが大きくなるようなトランス構造とすれば、ノイズ削減効果を一層高めることができる。
【００７２】
図４ａに示す回路で、時比率を０．５とした場合、磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数を、１次巻線１０１ａ１と、巻線１０１ａｂ２の合計ターン数の約二倍とすると、コアに生じる直流磁束をほぼキャンセルすることができる。図３ａに示す例と同様に、磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数を、１次巻線１０１ａ１と、巻線１０１ａｂ２の合計ターン数と同じにして、直流磁束の発生を抑えるようにするだけでもよい。インダクタ１０１ｇは、磁束キャンセル用巻線１０１ｆの漏れインダクタンスまたは外部インダクタであり、大きな値にする方が好ましい動作をする。また、巻線１０１ａｂ２は、０ターンとしても良い。
【００７３】
なお、入力電流に高周波電流がながれようとも、さらに効率を上げたい場合には、図４ｂに示すように、１次巻線の中間タップＴ１も、入力巻線１０１ｂも取り外して、直流電源１００をバイパスコンデンサ１０２に直接接続する構成とすれば良い。
【００７４】
図５ａは、本発明の第４実施形態の構成を示す図である。ここでは、図２ａに示す第１実施形態の装置を変更して、汎用のスイッチング電源用コントロールＩＣを使用できるように構成した。整流スイッチ１０４と、１０７は、ダイオード１０４ａと、ダイオード１０７ｂに変更して、整流スイッチを駆動する必要がないようにした。
【００７５】
ここで、副スイッチ１０８の駆動が問題となる。ハイサイドドライバを使用して駆動するようにしても良いが、高価であったり、入力電圧が高い場合に無負荷時の消費電力が多くなるなどの問題があるため、本実施形態では、トランス１０１に更なる巻線１０１ｈを設けて、この巻線１０１ｈで副スイッチ１０８をドライブするようにした。
【００７６】
図５ａに示す回路では、主スイッチ１０３がオフになったときに、抵抗１１２とコンデンサ１１３でデッドタイム分遅らせて副スイッチ１０８をオンするように構成した。副スイッチ１０８をオフさせる場合が問題となるが、ここでは抵抗１１４と、コンデンサ１１５で時定数によるタイマー回路を構成して、この回路で一定時間経過後にトランジスタ１１６によって副スイッチ１０８のゲートを強制的にオフさせるようにした。
【００７７】
なお、副スイッチ１０８がオフした後に、デッドタイム分遅らせて、主スイッチ１０３をオンさせるのは、特に難しくはない。トランスに更に別の巻線を設けて（図示せず）、この巻線の電圧を検出し、所定の電圧に達した時点から少し時間を遅らせて副スイッチをオンさせる機能を持ったＩＣ（図示せず）を設ければ良く、このようなＩＣは数多く存在するからである。ただし、この場合は、主スイッチ１０３のオン時間による制御となり、周波数は変動することになる。
【００７８】
なお、主スイッチ１０３の動作を電流臨界モードで動作させるのであれば、副スイッチ１０８をオフさせるための抵抗１１４と、コンデンサ１１５と、トランジスタ１１６は不要であるので、副スイッチ１０８の駆動はより容易になる。
【００７９】
なお、上述した他の実施形態と同様に、図５ａに示す回路でも、巻線１０１ａｂ２のターン数を０にすることができる。
【００８０】
また、入力電流に高周波電流がながれようとも、さらに効率を上げたい場合には、図５ｂに示すように、１次巻線の中間タップＴ１も、入力巻線１０１ｂも取り外して、直流電源１００をバイパスコンデンサ１０２に直接接続する構成とすれば良い。
【００８１】
図６ａは、本発明の第５実施形態の構成を示す図である。これは、図２ａに示す第１実施形態の装置を、汎用のスイッチング電源用コントロールＩＣを使用できるように構成した他の例である。本例では、トランス１０１に更に１次巻線１０１ａ３を設けて、アクティブクランプ動作をさせるように構成しており、簡単な反転ドライバ（図示せず）を追加することによって、副スイッチ１０８を駆動できるようにした。この構成によれば、制御方式に制約が生じず、周波数固定制御、可変制御のいずれも行うことができる。なお、上述の実施形態同様に、巻線１０１ａｂ２のターン数は０にしてもよい。
【００８２】
また、入力電流に高周波電流がながれようとも、さらに効率を上げたい場合には、図６ｂに示すように、１次巻線の中間タップＴ１も、入力巻線１０１ｂも取り外して、直流電源１００をバイパスコンデンサ１０２の上側へ直接接続する構成とすれば良い。
【００８３】
図７ａは、本発明の第６実施形態の構成を示す回路図である。これも、図２ａに示す第１実施形態の装置を、汎用のスイッチング電源用コントロールＩＣを使用できるように構成した他の例である。本例では、副スイッチ１０８にＰチャンネルのＦＥＴあるいはＰＮＰトランジスタを用いてアクティブクランプ動作をさせるようにした。第５実施形態と同様に、簡単なドライバ（図示せず）を追加することによって、副スイッチ１０８を駆動することができる。本例でも、第５実施形態と同様に、制御方式に制約は生じない。また、上述の実施形態同様に、巻線１０１ａｂ２のターン数は０にしてもよい。
【００８４】
また、入力電流に高周波電流がながれようとも、さらに効率を上げたい場合には、図７ｂに示すように、１次巻線の中間タップＴ１も、入力巻線１０１ｂも取り外して、直流電源１００をバイパスコンデンサ１０２の上側へ直接接続する構成とすれば良い。
【００８５】
図８ａは、本発明の第７実施形態の構成を示す回路図である。ここでは、変則的なフライバックコンバータに本発明を適用して、コアの磁束をキャンセルするようにした。主スイッチ１０３と副スイッチ１０８は、わずかなデッドタイムをもって交互にオンしている。１次側における接続は、あたかもハーフブリッジのようになっているが、２次側は半波整流となっている。
【００８６】
このコンバータでは、主スイッチ１０３のオン時間を制御することとなり、周波数は変動する。この詳細な動作は、本題ではないので説明を省略するが、各スイッチ１０３、１０８、クランプコンデンサ１０９、２次側ダイオード１０４ａ、およびトランス１０１の磁束波形を図９に示す。
【００８７】
第７実施形態では、入力巻線１０１ｂ１と、１次巻線１０１ａ１のターン数をほぼ同数とすることによって入力に高周波電流が流れにくくなる。２次側の整流および平滑を、ダイオード１０４ａとコンデンサ１０７ａで行うようにした。ここで、時比率０．５の場合、磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数を２次巻線１０１ｅのターン数とほぼ同じにすることで、トランスに発生した直流磁束をほぼキャンセルすることができる。なお、磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数は、２次巻線１０１ｅの約半分として、直流磁束を抑えるのみの構成としても良い。なお、上述の実施形態同様に、巻線１０１ａｂ２のターン数は０にしてもよい。
【００８８】
また、入力電流に高周波電流がながれようとも、さらに効率を上げたい場合には、図８ｂに示すように、１次巻線の中間タップＴ１も、入力巻線１０１ｂも取り外して、直流電源１００をバイパスコンデンサ１０２に直接接続する構成とすれば良い。
【００８９】
図１０は、本発明の第８実施形態の構成を示す図である。本例は、図３ａに示す第２実施形態の２次巻線１０１ｅの極性を反対にして、さらに、整流回路をダイオード１０７ｂに変更して、フォワードコンバータとして構成した。ここでは、スナバ回路や、リセット回路は省略されている。フリーホイールインダクタである巻線１０１ｇは、トランス１０１に結合させて、かつ大きな漏れインダクタンスを持たせるようにするのが好ましいが、外部インダクタでもよい。
【００９０】
本実施形態も、主スイッチ１０３のみの駆動で動作可能である。この装置は、アクティブクランプなしでも動作するが、もちろんアクティブクランプを設けてもかまわない。ここでは、磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数は、２次巻線１０１ｅの１／５〜１／１０程度でよく、また、磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数が１ターンに満たないような場合には、巻線１０１ｆに流れる電流を分流するようにしても良い。なお、上述の実施形態同様に、巻線１０１ａｂ２のターン数は０にしてもよい。
【００９１】
また、入力電流に高周波電流がながれようとも、さらに効率を上げたい場合には、図１０ｂに示すように、１次巻線の中間タップＴ１も、入力巻線１０１ｂも取り外して、直流電源１００をバイパスコンデンサ１０２に直接接続する構成とすれば良い。
【００９２】
図１１は、本発明の第９実施形態の構成を示す図である。本実施形態は、図３０に示す従来の装置の、副スイッチ１０８とクランプコンデンサ１０９を取りはずして、より簡易な構成とし、かつ高効率を実現したものである。図３０に示す従来の装置から、副スイッチ１０８とクランプコンデンサ１０９を取ると、主スイッチ１０３に加わる電圧を制限する機能がなくなるので、代わりに、２次側の整流スイッチ１０４を二次巻線１０１ｅのマイナス側へ移動させると共に、二次巻線１０１ｅに中間タップＴ３を設けて、このタップＴ３からダイオード１３０を通じて出力に接続するようにした。このように構成することで、フライバックコンバータ同様に、主スイッチ１０３に加わる電圧がクランプされ、コアに溜まったエネルギーの一部がダイオード１３０を通じて出力されることになる。
【００９３】
なお、１次側に更なる巻線１０１ｉと、ダイオード１３１を設けて、この巻線１０１ｉとダイオードを通じてエネルギーを回生するようにしても、主スイッチ１０３に加わる電圧を同様にクランプすることができる。ここで、図１１に示す点ＸとＹを接続すれば、コアに溜まったエネルギーの一部が入力電源１００に回生され、点ＸとＺを接続した場合は、バイパスコンデンサ１０２に回生される。どちらに回生しても、動作はほぼ同様である。
【００９４】
上述したクランプ回路は、２次側のみ、あるいは１次側のみに設けても良く、両側に設けるようにしても良い。また、コアに溜まったエネルギーが放出された後に、主スイッチ１０３の電圧が最も下がる時点を待って主スイッチ１０３をオンさせる、いわゆる擬似共振動作をさせるようにすると、ターンオンロスを削減することができる。
【００９５】
図１２は、本発明の第１０実施形態の構成を示す図であり、１次巻線に中間タップＴ１を設けて、このタップＴ１へ電流を供給している。ここでは図２ａに記載の回路の副スイッチ１０８とクランプコンデンサ１０９を取り外して、第９実施形態と同様にクランプ回路を設けて、より簡易な構成の高効率電源装置を提供するようにした。第９実施形態と同様に、このクランプ回路は１次側または２次側のみ、あるいは１次側と２次側の両方に設けるようにしても良い。また、擬似共振動作をさせてターンオンロスを削減するようにしても良い。
【００９６】
図１３は、本発明の第１１実施形態の構成を示す図である。ここでは図３ａ、に記載の回路の補助スイッチ１０８とクランプコンデンサ１０９を取り外して、第９または第１０実施形態と同様にクランプ回路を設けて、より簡易な構成の高効率電源装置を提供するようにした。第９または第１０実施形態と同様に、このクランプ回路は１次側または２次側のみ、あるいは１次側と２次側の両方に設けるようにしても良い。また、擬似共振動作をさせてターンオンロスを削減するようにしても良い。
【００９７】
図１４は、図１３に示す装置の変形例を示す図である。ここで、巻線１０１ｇが外部インダクタである場合、整流スイッチ１０４のドレイン側を巻線１０１ｇのマイナス側に接続することができる。この場合二次巻線１０１ｅのターン数を磁束キャンセル用巻線１０１ｆのターン数分だけ減らしても、図１３の回路と等価になる。なお、２次側に更なる巻線１０１ｅｘを設けて、ダイオード１３０のアノード側をこの巻線１０１ｅｘのマイナス側に接続しても良いし、この巻線１０１ｅｘをなくして、２次巻線１０１ｅのマイナス側にダイオード１３０のアノード側を接続しても良い。また、図１３に示すように二次巻線１０１ｅに中間タップを設けて、このタップに接続するようにしても良い。
【００９８】
ここでも、クランプ回路は１次側または２次側のみ、あるいは１次側と２次側の両方に設けるようにしても良い。また、擬似共振動作をさせてターンオンロスを削減するようにしても良い。
【００９９】
図１５は、図１３に示す装置の更なる変形例を示す図である。ここでは、入力巻線１０１ｉを加えて、１次巻線に中間タップＴ１を設けるようにした。巻線１０１ａｂは０ターンにしてもよい。
【０１００】
図１６は、図１３に示す装置を非絶縁型にしたものである。動作は、図１４の装置と同様である。
【０１０１】
図１７ａは、本発明の第１２実施形態の構成を示す図である。この例は、ＵＳＰ６，３０４，４６０号公報の図３５ａに記載されている非絶縁型のコンバータの改良型である。この装置から副スイッチとクランプコンデンサを取りはずして、１次巻線にタップＴ０〜Ｔ３を設けた。巻線１０１ａのプラス側のタップＴ０は点Ｃに、巻線１０１ａ１と１０１ａ２の間に設けたタップＴ１は、２次側のダイオード１０４と点Ｂに、巻線１０１ａ２と１０１ａ３の間に設けたタップＴ２は点Ａに、また、巻線１０１ａ３と１０１ａ４の間に設けたタップＴ３は、２次側のダイオード１３０に接続されている。漏れインダクタまたは外部インダクタである巻線１０１ｃと１０１ｇはこの図では省略されている。コアに溜まったエネルギーが放出された後、主スイッチ１０３の電圧が最も下がる時を待って、主スイッチ１０３をオンさせる、いわゆる、擬似共振動作をさせてターンオンロスを削減することもできる。
【０１０２】
図１７ｂは、上述の第１２実施形態の変形例を示す図である。この例は、ＵＳＰ６，３０４，４６０号公報の図３５ｂに記載されている非絶縁型のコンバータの改良型である。この装置から副スイッチとクランプコンデンサを取りはずして、１次巻線にタップＴ０、Ｔ１、Ｔ２を設けた。漏れインダクタまたは外部インダクタである巻線１０１ｃと１０１ｇはこの図では省略されている。コアに溜まったエネルギーが放出された後、主スイッチ１０３の電圧が最も下がる時を待って、主スイッチ１０３をオンさせる、いわゆる、擬似共振動作をさせてターンオンロスを削減することもできる。
【０１０３】
図１７ａおよび１７ｂに示す例では、一次巻線にタップを設けると共に、１次側のダイオード１３１のアノード側、すなわち点Ｄを一次巻線１０１ａ２と１０１ａ３の中間タップＴ２（点Ａ）に接続することで、主スイッチ１０３に加わるクランプ電圧を高くすることができ、逆に、点Ｄと点Ｂ、すなわち、ダイオード１３１のアノード側（点Ｄ）を１次巻線１０１ａ１と１０１ａ２の中間タップＴ１（点Ｂ）だけに接続することで主スイッチ１０１に加わるクランプ電圧を低くすることができる。点Ｄと点Ｃのみを接続すれば、主スイッチ１０３に加わる電圧を更に低減することができる。
【０１０４】
図１８〜２１は、本発明の第１３実施形態の構成を示す図である。図１８に示す例では、図３ｂに示す装置の、磁束キャンセル用巻線１０１ｆとインダクタ１０１ｇを１次側に移動させて、直流磁束をキャンセルするようにした。図１９は、図４ｂに示す装置の磁束キャンセル用巻線１０１ｆとインダクタ１０１ｇを１次側に移動させた例、図２０は、８ｂに示す回路の磁束キャンセル用巻線１０１ｆとインダクタ１０１ｇを１次側に移動させた例、図２１は図１０ｂに示す回路の磁束キャンセル用巻線１０１ｆとインダクタ１０１ｇを１次側に移動させた例である。それぞれ、インダクタ１０１ｇは、大きな漏れインダクタンスになるようにしても良く、あるいは外部インダクタンスを使うようにしても良い。
【０１０５】
図２２は、図８ａに示す第７実施例の変形例である。ここでは副スイッチ１０８を巻線１０１ｈで駆動するようにすると共に、１次側に、更に同時オン防止用巻線１０１ｊとダイオード１３２を追加して、副スイッチ１０８がオンしている間、主スイッチ１０３のゲート信号をストップさせて、主スイッチ１０３がオンしないようにした。
【０１０６】
図２３乃至２９は、本発明をＡＣ−ＤＣコンバータに適用した例である。図２３は、本発明の第１４実施形態の構成を示す図であり、図１４に示す例と同様に、パワーファクター改善機能を持たせるようにした。整流回路１５０で整流した脈流と、平滑コンデンサ１００ａとの間で高周波を重畳させることによって、導通角を広げるようにした。すなわち、一次巻線１０１ａのプラス側に更に高周波重畳用巻線１０１ｋを巻き足して、これらの巻線の間に中間タップＴ５を設け、ここにインダクタ１０１ｍとダイオード１３３を経由させた電流を注入して高周波を重畳させるようにした。追加する高周波重畳用巻線１０１ｋの巻数が少ない場合は、高周波重畳用コンデンサ１００ｂを追加することでパワーファクターの改善度を補うことができる。
【０１０７】
図２４は、図２３に示す第１４実施形態の変形例を示す図である。ここでは、高周波重畳用巻線１０１ｋと入力巻線１０１ａとの間にダイオード１３３を設けるようにした。高周波重畳用巻線１０１ｋを０ターンとすれば、図２３と同じ回路になる。なお、図２３及び２４に示す例では、一次巻線１０１ａに中間タップを設けて、コンデンサ１０１ｂの主スイッチ１０３側をこのタップに接続しても良い。
【０１０８】
図１４、図１６、図２３、図２４に示す装置の２次側にスナバ回路を設けるようにしても良い。図２５に、このスナバ回路の構成例を示す。スナバ回路１６０は、ダイオード１０１１〜１０１６と、コンデンサ１０２１〜１０２３で構成されており、サージエネルギーを整流して、出力に回生するようにした。図１４に示す例と同様に、磁束キャンセル用巻線１０１ｆとダイオード１０７ｂの位置を入れ替えるようにしても良い。また、スナバ回路のダイオード１０１１〜１０１６のうち、直列に接続されたダイオードのうちの一方を、その動作に応じてインダクタや抵抗に変更することができる。
【０１０９】
図２６〜２９は、本発明を適用したＡＣ−ＤＣコンバータを更に、高調波規格を満足させるように構成したものである。図２６は、本発明の第１５実施形態の構成を示す図である。直流電源１００に代えて、平滑コンデンサ１００ａを設け、整流回路１５０と平滑コンデンサ１００ａとの間に直列に、高周波重畳用巻線１０１ｋをトランス１０１に設け、更に、巻線１０１ｋと整流ダイオード１５０との間に、漏れインダクタ、あるいは外部インダクタ１０１ｍを接続するようにした。このように構成することにより、交流電源を整流した脈流に、スイッチングで発生する高周波が重畳され、重畳された電流を整流することになるので、導通角が広がり、高調波電流を抑制することができる。
【０１１０】
図２７は、図２６に示す装置の変形例であり、巻線１０１ｋと整流回路１５０との間にπ型フィルタ１７０を設け、更にダイオード１３３と高周波重畳用コンデンサ１００ｂを加えるようにした。このようにπ型フィルタ１７０を設けることによって、効率は若干落ちるものの、ノイズを低減することができる。
なお、図２３、図２４、図２７で使われている高周波重畳用コンデンサ１００ｂは、主スイッチ側をカソードとするダイオードに交換してもかまわない。
【０１１１】
図２８は、図２６に示す装置の更なる変形例であり、巻線１０１ｋのプラス側を交流電源側に接続すると共に、二つのダイオード１８１、１８２を直列に接続して、これを平滑コンデンサ１００ａに並列に接続し、ダイオード１８１と１８２の中間と巻線１０１ｋのマイナス側を接続するようにした。このように接続することによって、図２６に示す装置と同様に、導通角を広げ、その結果高調波電流を抑制することができる。
【０１１２】
図２９は、図２６に示す装置の更なる変形例であり、平滑コンデンサ１００ａ１、１００ａ２を設けて、倍電圧整流を行うようにした。このように接続することによって、図２６に示す装置と同様に、導通角を広げ、その結果高調波電流を抑制することができる。
【０１１３】
以上述べた実施形態は、すべての回路において、整流ダイオードは整流ＦＥＴに、整流ＦＥＴは整流ダイオードに置き換えることができる。また、直列回路では、各構成要素の位置を入れ替えることができる。さらには、等価回路にした場合に、実質的に等価となる変更はどのようにでも行うことができる。
【０１１４】
【発明の効果】
上述したとおり、本発明の電源装置によれば、スイッチングトランスの１次巻線の交流的なアース点と交流的なスイッチ点の間に中間タップを設けて、この中間タップに入力巻線を介して電流を注入することにより、銅損を削減することができ、効率を０．２％〜０．４％向上させることができる。また、本発明の電源装置によれば、フライバックコンバータや、ブーストコンバータ、フォワードコンバータ等の磁束が偏った状態で動作するコンバータにおいても、直流磁束を打ち消す巻線を設けて磁気飽和を生じさせにくくし、鉄損を少なくすることができる。さらに、直流磁束を打ち消す巻線を設けて磁気飽和しにくい構成にした装置においても、本発明の構成によれば、スイッチング素子の制御に汎用ＩＣを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の原理を説明するための図である。
【図２】図２ａは、本発明の第１実施形態の構成を示す図、図２ｂは、その変形例を示す図である。
【図３】図３ａは、本発明の第２実施形態の構成を示す図、図３ｂは、その変形例を示す図である。
【図４】図４ａは、本発明の第３実施形態の構成を示す図、図４ｂは、その変形例を示す図である。
【図５】図５ａは、本発明の第４実施形態の構成を示す図、図５ｂは、その変形例を示す図である。
【図６】図６ａは、本発明の第５実施形態の構成を示す図、図６ｂは、その変形例を示す図である。
【図７】図７ａは、本発明の第６実施形態の構成を示す図、図７ｂは、その変形例を示す図である。
【図８】図８ａは、本発明の第７実施形態の構成を示す図、図８ｂは、その変形例を示す図である。
【図９】図９は、図８ａに示す回路の電流波形を示すグラフである。
【図１０】図１０ａは、本発明の第８実施形態の構成を示す図、図１０ｂは、その変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第９実施形態の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１０実施形態の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１１実施形態の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１１実施形態の変形例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１１実施形態の更なる変形例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第１１実施形態の更なる変形例を示す図である。
【図１７】図１７ａは、本発明の第１２実施形態の構成を示す図であり、図１７ｂはその変形例を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第１３実施形態の構成を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第１３実施形態の変形例を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第１３実施形態の更なる変形例を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の第１３実施形態の更なる変形例を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第７実施形態の変形例を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の第１４実施形態の構成を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の第１４実施形態の変形例を示す図である。
【図２５】図２５は、本発明の第１４実施形態の二次側回路の変形例を示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の第１５実施形態の構成を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の第１５実施形態の変形例を示す図である。
【図２８】図２８は、本発明の第１５実施形態の更なる変形例を示す図である。
【図２９】図２９は、本発明の第１５実施形態の更なる変形例を示す図である。
【図３０】図３０は、従来の電源装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００    直流電源
１０１ａ  １次巻線
１０１ｂ  入力巻線
１０１ｃ  漏れインダクタンス
１０１ｅ  ２次巻線
１０１ｆ  磁束キャンセル用巻線
１０１ｇ  漏れインダクタンス
１０２    バイパスコンデンサ
１０３    主スイッチ
１０４    整流スイッチ
１０５    平滑コンデンサ
１０６    負荷
１０７    整流スイッチ
１０８    副スイッチ
１０９    クランプコンデンサ
Ｔ０〜Ｔ５    タップ
１２０、１５０    ブリッジダイオード
１１２、１１４    抵抗
１１３、１１５    コンデンサ
１１６    トランジスタ
１０１ｈ、１０１ｉ、１０１ｋ、１０１ｅｘ    追加巻線
１３０、１３１    ダイオード
１６０    スナバ回路
１７０    π型フィルタ
【図１】
2004201482.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】
2004201482.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004201482.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004201482.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2004201482.tif 000019
【図１８】
2004201482.tif 000020
【図１９】
2004201482.tif 000021
【図２０】
2004201482.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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