(57)【要約】【課題】複数のトランスを用いて高効率で確実に電力バランスさせて大電力を出力するとともに、低コストおよび小型化を達成する。【解決手段】フライバック方式で構成され、複数のトランスＴ１，Ｔ２を用いて直流入力をＤＣ／ＤＣ変換して直流出力を得るスイッチング電源装置において、複数のトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３同士を直列接続した直列回路にスイッチング素子７をさらに直列接続した一次回路と、複数のトランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５の一端同士を接続するとともにフライバック電流方向を順方向とする一方向性素子Ｄ２，Ｄ３を介して各トランスの二次巻線４，５の他端同士を接続し、一端同士接続点と一方向性素子Ｄ２，Ｄ３を介した他端側接続点との間を出力端とした二次回路とを備え、一次回路のスイッチング素子７をスイッチングして二次回路の出力端から直流電力を出力する。【選択図】        図１
2004289944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライバック方式で構成され、複数のトランスを用いて直流入力をＤＣ／ＤＣ変換して直流出力を得るスイッチング電源装置において、
前記複数のトランスの一次巻線同士を直列接続した直列回路にスイッチング素子をさらに直列接続した一次回路と、
前記複数のトランスの二次巻線の一端同士を接続するとともにフライバック電流方向を順方向とする一方向性素子を介して各トランスの二次巻線の他端同士を接続し、前記一端同士接続点と前記一方向性素子を介した他端側接続点との間を出力端とした二次回路とを備え、
前記一次回路のスイッチング素子をスイッチングして前記二次回路の出力端から直流電力を出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
フライバック方式で構成され、複数のトランスを用いて直流入力をＤＣ／ＤＣ変換して直流出力を得るスイッチング電源装置において、
前記複数のトランスの一次巻線同士を直列接続した直列回路にスイッチング素子をさらに直列接続した一次回路と、
前記複数のトランスの二次巻線の両端同士を並列接続するとともにフライバック電流方向を順方向とする一方向性素子を直列接続し、前記一端同士接続点と前記一方向性素子を介した他端側接続点との間を出力端とした二次回路とを備え、
前記一次回路のスイッチング素子をスイッチングして前記二次回路の出力端から直流電力を出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
フォワード方式で構成され、複数のトランスを用いて直流入力をＤＣ／ＤＣ変換して直流出力を得るスイッチング電源装置において、
前記複数のトランスの一次巻線同士を直列接続した直列回路にスイッチング素子をさらに直列接続した一次回路と、
前記複数のトランスの二次巻線の一端同士を接続するとともにフォワード電流方向を順方向とする第１の一方向性素子を介して各トランスの二次巻線の他端同士を接続し、前記一端同士接続点から前記他端同士接続点への方向を順方向とする第２の一方向性素子を前記一端同士接続点と前記他端同士接続点との間に接続し、前記第２の一方向性素子の両端のいずれか一方にインダクタの一端を接続し、当該インダクタの他端と、前記第２の一方向性素子の両端のいずれか他方との間を出力端とした二次回路とを備え、
前記一次回路のスイッチング素子をスイッチングして前記二次回路の出力端から直流電力を出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
【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係り、複数の小型トランスを用いて大電力を供給するのに適したスイッチング電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
小型のトランスを複数個用いて大電力を供給するスイッチング電源装置に関しては、特開２００２―３２５４４９号公報において図５に示すような構成が開示されている。この図５の構成によれば、別個のコアを有するトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３  が並列接続され、二次巻線４，５が直列接続されている。一次巻線２，３の一端が直流電源６の正極に、一次巻線２，３の他端がスイッチング素子７の一端に、スイッチング素子７の他端が直流電源６の負極に、それぞれ接続されている。また、トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４、５  は整流平滑回路８に接続されている。さらに、トランスＴ１，Ｔ２は、各巻線の一次側および二次側の極性がそれぞれ同一になるように形成されている。
【０００３】
この図５の構成の動作としては、スイッチング素子７がオンになると電流がトランスＴ１，Ｔ２  の一次巻線２，３  に流れるとともに、誘導起電力により二次巻線４，５  にも電流が流れる。この場合、トランスＴ１，Ｔ２  の二次巻線が直列に接続されているため、二次巻線４，５のそれぞれに流れる電流は等しい。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２―３２５４４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の従来技術には次のような問題点がある。すなわち、スイッチング素子７がターンオフしたとき、巻線２，３のフライバック電圧の不均衡により、図６に示すように一次巻線２，３間を循環電流Ｉｃが流れる。この循環電流Ｉｃにより一方のトランスは逆励磁され、他方のトランスは直流バイアスされることになる。従って、各トランスの磁束バランスが取れないことから、ターンオン時に一次巻線に流れる電流もバランスが取れないことになる。
【０００６】
また、循環電流により一次巻線に電力損失が発生するとともに、一方のトランスに直流電流が重畳されることからエアギャップを必要とし、トランスが大型化するという欠点がある。
【０００７】
さらに、図５に示す構成をフライバック方式のスイッチング電源装置に適用した場合には、前記の欠点がさらに顕著になる。フライバック方式のスイッチング電源装置では、一次回路がターンオンしている間は、二次回路には電流が流れずコアにエネルギーを蓄積する。一次回路がターンオフすると、トランスに蓄積したエネルギーに基づく電流が二次回路に流れる。従って、ターンオン時には一次巻線インピーダンスの誤差により励磁電流バランスが崩れるとともに、ターンオフ時にはフライバック電圧の不均衡により図６に示したような循環電流Ｉｃが流れて磁束はアンバランスとなる。その結果、各トランスは電力を均等に負荷に供給することができない。
【０００８】
前記欠点を解消するために、図７に示すようにダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂを一次巻線と直列にそれぞれ挿入して循環電流を流さないようにする方法も考えられるが、スイッチング素子７のターンオン時にダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂに流れる順方向電流により各一次巻線に電力損失が発生する。この電力損失が熱となって装置の小型化を妨げることになる。
【０００９】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、複数のトランスを用いて高効率で確実に電力バランスさせて大電力を出力することのできるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載のスイッチング電源装置は、フライバック方式で構成され、複数のトランスを用いて直流入力をＤＣ／ＤＣ変換して直流出力を得るスイッチング電源装置において、前記複数のトランスの一次巻線同士を直列接続した直列回路にスイッチング素子をさらに直列接続した一次回路と、前記複数のトランスの二次巻線の一端同士を接続するとともにフライバック電流方向を順方向とする一方向性素子を介して各トランスの二次巻線の他端同士を接続し、前記一端同士接続点と前記一方向性素子を介した他端側接続点との間を出力端とした二次回路とを備え、前記一次回路のスイッチング素子をスイッチングして前記二次回路の出力端から直流電力を出力することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載のスイッチング電源装置は、フライバック方式で構成され、複数のトランスを用いて直流入力をＤＣ／ＤＣ変換して直流出力を得るスイッチング電源装置において、前記複数のトランスの一次巻線同士を直列接続した直列回路にスイッチング素子をさらに直列接続した一次回路と、前記複数のトランスの二次巻線の両端同士を並列接続するとともにフライバック電流方向を順方向とする一方向性素子を直列接続し、前記一端同士接続点と前記一方向性素子を介した他端側接続点との間を出力端とした二次回路とを備え、前記一次回路のスイッチング素子をスイッチングして前記二次回路の出力端から直流電力を出力することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載のスイッチング電源装置は、フォワード方式で構成され、複数のトランスを用いて直流入力をＤＣ／ＤＣ変換して直流出力を得るスイッチング電源装置において、前記複数のトランスの一次巻線同士を直列接続した直列回路にスイッチング素子をさらに直列接続した一次回路と、前記複数のトランスの二次巻線の一端同士を接続するとともにフォワード電流方向を順方向とする第１の一方向性素子を介して各トランスの二次巻線の他端同士を接続し、前記一端同士接続点から前記他端同士接続点への方向を順方向とする第２の一方向性素子を前記一端同士接続点と前記他端同士接続点との間に接続し、前記第２の一方向性素子の両端のいずれか一方にインダクタの一端を接続し、当該インダクタの他端と、前記第２の一方向性素子の両端のいずれか他方との間を出力端とした二次回路とを備え、前記一次回路のスイッチング素子をスイッチングして前記二次回路の出力端から直流電力を出力することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るスイッチング電源装置の好適な実施の形態について説明する。なお、従来のスイッチング電源装置３１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複説明を省略する。また、スイッチング電源装置３１と同一の動作についても重複説明を省略する。
【００１４】
まず、本発明をフライバック型スイッチング電源装置に適用した第一の実施の形態について図１に従って説明する。
【００１５】
フライバック型電源装置１は、別個のコアを有するトランスＴ１，Ｔ２を備えている。両トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３の一端同士が接続され、トランスＴ１の一次巻線２の他端が直流電源６の正極に接続され、トランスＴ２の一次巻線３の他端がスイッチ素子７の一端に接続され、スイッチ素子７の他端が直流電源６の負極に接続されている。また、トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５の一端が蓄電素子Ｃの負極に接続され、トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５の他端がそれぞれダイオードＤ２，Ｄ３のアノードに接続され、ダイオードＤ２，Ｄ３のカソードが蓄電素子Ｃの正極に接続されている。さらに、負荷ＲＬは蓄電素子Ｃと並列に接続されている。また、トランスＴ１，Ｔ２の各巻線２，３，４，５は、一次側および二次側の極性がそれぞれ逆になるように形成されている。
【００１６】
この実施の形態では、トランスＴ１，Ｔ２は同一仕様のものであり、巻数比も巻数も等しく設定されている（ｎ１／Ｎ１＝ｎ２／Ｎ２，ｎ１＝ｎ２，Ｎ１＝Ｎ２）。また、巻数が等しいことから励磁インダクタンスも等しくなる。
【００１７】
次に、前記スイッチング電源装置１の動作について説明する。スイッチング素子７がターンオンすると、直流電源６の電圧Ｅが直列接続されたトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３に印加され、励磁電流Ｉ１が流れる。各トランスの励磁インダクタンスは等しいので、それぞれの巻線に印加される電圧はＥ／２となる。また、各トランスの一次巻線同士が直列接続されているため、それぞれの励磁電流も必ず等しくなる。このとき、二次巻線は逆極性電圧となっているため、ダイオードＤ２，Ｄ３は逆バイアスとなって導通せず、トランスの二次巻線は負荷に電流を供給しない。次にスイッチ素子１がターンオフすると、二次巻線４，５の電圧極性が反転し、ダイオードＤ２，Ｄ３が順方向にバイアスされることにより、各トランスの二次巻線４，５から負荷電流が供給される。この場合、ターンオン時、一次巻線２，３に流れていた励磁電流Ｉ１が同一であるため、ターンオフ時に、二次巻線４，５から供給される負荷電流Ｉ４，Ｉ５も必ず同一となる。
【００１８】
本実施の形態では、以下の効果を有する。
（１）トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３が直列接続されているため、励磁電流が等しくなる結果、二次巻線４，５の負荷電流Ｉ４，Ｉ５も等しくなり確実に電流バランスが保たれる。
（２）トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３に加わる電圧が電源電圧Ｅの１／２となるため、励磁インダクタンスも１／２でよく、巻数は√（１／２）に減少する。このため、一次巻線の電流損失が低減される。
（３）トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５がダイオードＤ２，Ｄ３を介して並列接続となるため、巻線抵抗値が減少して電流損失も低減される。
（４）本スイッチング電源装置１は、同一仕様のトランスを用いることができるため、部品の種類を少なくしてコスト低減を図ることができる。
【００１９】
次に、本発明をフライバック型スイッチング電源装置に適用した第二の実施形態について図２に従って説明する。
【００２０】
図２の構成は、図１の構成において、トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５同士を並列接続し、ダイオードＤ３を省略したものである。
【００２１】
本構成によれば、第一の実施の形態と同様に、スイッチング素子７のターンオン時、トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３に流れる励磁電流Ｉ１が同一となるため、スイッチング素子１のターンオフ時にトランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５に流れる負荷電流Ｉ４，Ｉ５も必ず同一となる。従って、二次巻線４，５の循環電流が流れないため、二次巻線４，５同士を並列接続することが可能となり、図１におけるダイオードＤ３を省略することができる。
【００２２】
本実施の形態により、第一の実施の形態と比べてさらに回路の簡略化と部品点数の減少を達成することで、装置のコスト低減および小型化に寄与することができる。
【００２３】
次に、本発明をフォワード型スイッチング電源装置に適用した第三の実施の形態について図３に従って説明する。
【００２４】
別個のコアを有するトランスＴ１，Ｔ２は、それぞれの一次巻線２，３、二次巻線４，５が同相になるように形成されており、電力蓄積用インダクタＬと、転流ダイオードＤ４が追加されている以外は、図１の構成と同じであるため、詳しい説明を省略する。また、この実施の形態では、トランスＴ１，Ｔ２は同一仕様のものであり、巻数比も巻数も等しく設定されている（ｎ１／Ｎ１＝ｎ２／Ｎ２，ｎ１＝ｎ２，Ｎ１＝Ｎ２）。また、巻数が等しいことから励磁インダクタンスも等しくなる。
【００２５】
次に、前記のように構成されたフォワード型スイッチング電源装置２１の動作を説明する。スイッチング素子７がターンオンすると、直流電圧源６が直列接続されたトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３に印加され、電流Ｉ１が流れる。トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３に発生する電圧は、励磁インダクタンスが等しいためＥ／２となる。本装置の構成はフォワード型であるため、ターンオン時の誘導起電力により各二次巻線には、（Ｅ／２）×（Ｎ１／ｎ１），（Ｅ／２）×（Ｎ２／ｎ２）の電圧がそれぞれ発生し、ダイオードＤ２，Ｄ３を通し負荷に電流を供給すると共にＬを励磁する。このとき、前記の実施の形態１と同様に、トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３に流れる電流Ｉ１が等しいので、トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５に流れる電流Ｉ４，Ｉ５も等しくなる。
【００２６】
次に、スイッチング素子７がターンオフすると、トランスＴ１，Ｔ２のの二次巻線４，５には逆方向の電圧が発生し、ダイオードＤ２，Ｄ３が逆バイアスされ、転流ダイオードＤ４が順方向バイアスとなり導通する。ターンオン時、電力蓄積用インダクタＬに蓄積されたエネルギーは、転流ダイオードＤ４を通して負荷に供給される。また、このときトランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３には、励磁エネルギーをリセットするためのフライバック電圧が発生するが、一次巻線２，３は直列接続であるため循環電流が流れることはない。
【００２７】
本実施の形態では、以下の効果を有する。
（１）トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３の電流Ｉ１が等しいため、トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５の負荷電流Ｉ４，Ｉ５も等しくなり確実に電流バランスが保たれる。
（２）スイッチング素子７のターンオフ時のフライバック電圧により、循環電流が流れることはなく、トランスＴ１，Ｔ２内の磁束バランスが保たれる。
（３）トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３に加わる電圧が、電源電圧Ｅの１／２となるため、トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線２，３の巻数もそれぞれ１／２でよく、巻線抵抗値が低下することで電力損失を低減することができる。
（４）トランスＴ１，Ｔ２の二次巻線４，５がダイオードＤ２，Ｄ３を介して並列接続となるため、合成巻線抵抗値が低下することで電力損失を低減することができる。
（５）本スイッチング電源装置２１は、同一仕様のトランスを用いることができるため、部品の種類を少なくしてコスト低減を図ることができる。
【００２８】
尚、実施の形態は、前記に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、３個以上（Ｎ個）のトランスを用いて各一次巻線を直列接続し、各二次巻線を並列接続とする構成でもよい。
【００２９】
また、トランスＴ１，Ｔ２の一次巻線、二次巻線のそれぞれの巻数比（ｎ１／Ｎ１，ｎ２／Ｎ２）の値は、異なっていてもよい。
【００３０】
さらに、スイッチング素子７としては、バイポーラトランジスタやＦＥＴを用いることができる。また、一方向性素子Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、ダイオードの他、ＦＥＴのようなスイッチ素子を用いてもよいし、一方向性素子とスイッチ素子との並列接続で構成してもよい。さらに、一方向性素子の挿入位置は、順方向電流の向きが一致している限りどの位置でもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜３に記載した発明によれば、複数の小型のトランスを用いて大電力を出力する場合において、簡単な構成で確実にバランスを保つことができ、スイッチング電源装置の高効率化、低コスト化、および小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態を示す回路図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態を示す回路図である。
【図４】本発明の別の実施の形態を示す回路図である。
【図５】従来技術の形態を示す回路図である。
【図６】従来技術における循環電流の流れる経路を示した図である。
【図７】従来技術の回路に循環電流防止用ダイオードを付加した図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１  スイッチング電源装置
２，３  一次巻線
４，５  二次巻線
６  直流電源
７  スイッチング素子
Ｃ  コンデンサ
Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ  ダイオード
Ｄ２，Ｄ３  整流ダイオード
Ｄ４  転流ダイオード
Ｌ  電力蓄積用インダクタ
ＲＬ  負荷
Ｔ１，Ｔ２  トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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