(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、入力チョークとトランスの三次巻線と第一のスイッチ素子との直列回路と、前記スイッチ素子の端子間に接続されるトランスの一次巻線と第一のコンデンサとの直列回路と、前記一次巻線の端子間に接続される第二のスイッチ素子と第二のコンデンサとの直列回路と、センタータップで分割した二次巻線の一端と負の出力端子と接続する第一の整流素子と、前記二次巻線の他端と負の出力端子と接続する第二の整流素子と、前記センタータップと出力チョークを直列に接続し、前記出力チョークの他端と前記２つの整流素子とそれぞれ直列に接続する平滑コンデンサとを有することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記整流素子がＭＯＳＦＥＴその他スイッチング素子であることを特徴とする請求項１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、高効率化、小型化、並びに低コスト化を実現するスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源装置として、図６に示すように、一次側を、直流電源ＶINの両端に入力チョークＬINと第一のスイッチ素子Ｑ１とを直列に接続し、このスイッチ素子Ｑ１の端子間にトランスＴの一次巻線Ｎｐと第一のコンデンサＣ１とを直列に接続し、トランスＴの一次巻線Ｎｐ端子間に第二のスイッチ素子Ｑ２と第二のコンデンサＣ２とを直列に接続して構成し、二次側を、二次巻線Ｎｓにセンタータップを設け、この二次巻線Ｎｓの両端に出力チョーク、平滑コンデンサからなる整流回路を接続して構成してある、いわゆるブーストハーフブリッジ（以下「ＢＨＢ」という。）方式スイッチング電源装置といわれるスイッチング電源装置が公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
また、別の従来のスイッチング電源装置として、図７に示すように、一次側を、直流電源ＶINの両端にトランスＴの一次巻線Ｎｐと第一のスイッチ素子Ｑ１とを直列に接続し、第一のスイッチ素子Ｑ１の両端に第二のスイッチ素子Ｑ２とコンデンサＣ１とを直列に接続して構成し、二次側を、第一の整流素子Ｄ１と三次巻線Ｎｒと出力チョークＬｏとを直列に接続し、第一の整流素子Ｄ１と並列に二次巻線Ｎｓと第二の整流素子Ｄ２の直列回路を接続して構成してあるものが公知である（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２６２２６３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０９１６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前者のスイッチング電源は、定格負荷付近で漏れインダクタンス電流を利用することにより、ゼロボルトスイッチング（以下「ＺＶＳ」という。）が可能であるが、軽負荷域ではこの電流が減少し、ＺＶＳが困難である。一方、軽負荷域でもＺＶＳできる程度の漏れインダクタンス値にするとデッドタイムが長くなり、効率低下を招くという問題が生じる。
【０００５】
また、後者のスイッチング電源装置は一次側を、直流電流の両端にトランスの一次巻線と第一のスイッチ素子とを直列に接続し、第一のスイッチ素子の両端に第二のスイッチ素子とコンデンサとを直列に接続して構成したことにより入力リップルが比較的大きいという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ゼロボルトスイッチング範囲拡大を実現し、従来の回路に比べて入力リップルを減少させることができるスイッチング電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源と、入力チョークと第一のスイッチ素子との直列回路と、前記スイッチ素子の端子間に接続されるトランスの一次巻線と第一のコンデンサとの直列回路と、前記一次巻線の端子間に接続される第二のスイッチ素子と第二のコンデンサとの直列回路と、第一の整流素子とトランスの二次巻線とトランスの三次巻線と出力チョークとの直列回路と、前記第一の整流素子と前記二次巻線との直列回路と並列に接続された第二の整流素子と、平滑コンデンサとを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源と、入力チョークとトランスの三次巻線と第一のスイッチ素子との直列回路と、前記スイッチ素子の端子間に接続されるトランスの一次巻線と第一のコンデンサとの直列回路と、前記一次巻線の端子間に接続される第二のスイッチ素子と第二のコンデンサとの直列回路と、センタータップで分割した二次巻線の一端と負の出力端子と接続する第一の整流素子と、前記二次巻線の他端と負の出力端子と接続する第二の整流素子と、前記センタータップと出力チョークを直列に接続し、前記出力チョークの他端と前記２つの整流素子とそれぞれ直列に接続する平滑コンデンサとを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源と、トランスの第一の一次巻線と第一のスイッチ素子との直列回路と、前記スイッチ素子の端子間に接続されるトランスの第二の一次巻線と第一のコンデンサとの直列回路と、前記第二の一次巻線の端子間に接続される第二のスイッチ素子と第二のコンデンサとの直列回路と、第一の整流素子とトランスの二次巻線とトランスの三次巻線と出力チョークとの直列回路と、前記第一の整流素子と前記二次巻線との直列回路と並列に接続された第二の整流素子と、平滑コンデンサとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記整流素子がＭＯＳＦＥＴその他スイッチング素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、従来のスイッチング電源装置に比べてリップルを減少させることを可能とした。また、ＢＨＢ方式のスイッチング電源装置では、高入力電圧域，中負荷域でＺＶＳできる程度の電流を流せる漏れインダクタンス値にすると、デッドタイムが長くなり、効率が低下するという問題があったが、本発明により、漏れインダクタンス値が大きくなくとも高入力電圧域，中負荷域においても、第一のスイッチ素子の寄生容量放電電流が増加して、効率の低下を抑えてＺＶＳをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明を実施するための最良の形態を示すものである。本実施例に係るスイッチング電源装置は、ＢＨＢ方式のスイッチング電源装置を採用し、一次巻線Ｎｐ、二次巻線Ｎｓ，並びに三次巻線Ｎｒとを有する出力トランスＴを有する。また、直流電源ＶINの両端に入力チョークＬINと第一のスイッチ素子Ｑ１とを直列に接続し、前記第一のスイッチ素子Ｑ１の両端に一次巻線Ｎｐと第一のコンデンサＣ１とを直列に接続し、前記一次巻線Ｎｐの両端に第二のスイッチ素子Ｑ２と第二のコンデンサＣ２との直列回路を接続してある。
【００１３】
二次側においては、第一の整流素子Ｄ１と二次巻線Ｎｓと三次巻線Ｎｒと出力チョークＬｏとを直列に接続し、第一の整流素子Ｄ１と前記二次巻線Ｎｓとの直列回路と並列に第二の整流素子Ｄ２を接続し、この出力側に平滑コンデンサＣｏを設けて整流回路を構成してある。
【００１４】
以上のように構成してあるスイッチング電源装置は、以下のように動作する。回路動作を、等価回路図である図２とその各部の電圧と電流の波形である図３を用いて説明する。先ず、図３に示す時間Ｔ０の際に、第一のスイッチ素子Ｑ１がオンするが、入力電圧は漏れインダクタンスＬｒに印加されており、電流ＩＬｒはＶIN（Ｔ１−Ｔ０）／Ｌｒの傾斜で増加する。トランス各巻線は短絡状態であり、二次側への電力供給は行われていない。二次側の第一の整流ダイオードＤ１、第二の整流ダイオードＤ２が両方とも導通している転流期間である。
【００１５】
続いて、図３に示すように、時間Ｔ１で一次側電流ＩＬｒは出力チョーク電流ＩＬｏの一次換算値に達し、トランス各巻線に電圧が発生する。二次側の第一の整流ダイオードＤ１、第二の整流ダイオードＤ２を流れていた電流は、全て第二の整流ダイオードＤ２に移行し、一次巻線Ｎｐより二次側への電力供給が始まる。
【００１６】
時間Ｔ２になると、第一のスイッチ素子Ｑ１はオフするが、漏れインダクタンスＬｒに蓄積されたエネルギにより第一のスイッチ素子Ｑ１の寄生容量ＣＱ１を充電，第二のスイッチ素子Ｑ２の寄生容量ＣＱ２を放電する電流が流れ、二次側への電力供給は持続している。
【００１７】
時間Ｔ３になると、第二のスイッチ素子Ｑ２の寄生容量ＣＱ２はゼロボルトまで放電し、第二のスイッチ素子Ｑ２の寄生ダイオードＤＱ２が導通する。一次巻線電圧はゼロボルトになり、二次側の第一の整流ダイオードＤ１、第二の整流ダイオードＤ２が両方とも導通している転流期間になる。
【００１８】
時間Ｔ４で第二のスイッチ素子Ｑ２はオンする。この時、第二のスイッチ素子Ｑ２の寄生ダイオードＤＱ２が導通状態であるのでＺＶＳとなる。二次側はまだ転流期間である。
【００１９】
時間Ｔ５になると、一次側電流ＩＬｒは出力チョーク電流ＩＬｏの一次換算値に達し、二次側の第一の整流ダイオードＤ１、第二の整流ダイオードＤ２を流れていた電流は、全て二次側の第一の整流ダイオードＤ１に移行し、トランス一次側のクランプ、および第二のコンデンサＣ２に蓄積されたエネルギの放出による二次側への電力供給が始まる。三次巻線Ｎｒ電流が増加、励磁インダクタ電流ＩＬｐに重畳し、第二のスイッチ素子Ｑ２電流が増加する。
【００２０】
時間Ｔ６で第二のスイッチ素子Ｑ２はオフするが、漏れインダクタンスＬｒに蓄積されたエネルギにより第二のスイッチ素子Ｑ２の寄生容量ＣＱ２を充電，第一のスイッチ素子Ｑ１の寄生容量ＣＱ１を放電する電流が流れる。これら電流はＺＶＳ用電流であり、三次巻線Ｎｒ電流により通常の方式よりも増加している。このため通常方式よりもＺＶＳ範囲が拡大させる事が可能になる。二次側への電力供給は持続している。
【００２１】
時間Ｔ７になると、第一のスイッチ素子Ｑ１の寄生容量ＣＱ１はゼロボルトまで放電し、第一のスイッチ素子Ｑ１の寄生ダイオードＤＱ１が導通する。両一次巻線電圧の合計値はゼロボルトになり二次側の第一の整流ダイオードＤ１及び第二の整流ダイオードＤ２が両方とも導通している転流期間になる。次サイクルで第一のスイッチ素子Ｑ１がオンする時は、第一のスイッチ素子Ｑ１の寄生ダイオードＤＱ１が導通状態であるのでＺＶＳとなる。
【００２２】
本実施形態に係るスイッチング電源装置は、以上のような作用により従来のスイッチング電源装置に比べて入力リプルを減少させることを可能とした。また、ＢＨＢ方式のスイッチング電源装置では、高入力電圧域，中負荷域でＺＶＳできる程度の電流を流せる漏れインダクタンス値にすると、デッドタイムが長くなり、効率が低下するという問題があったが、この発明により、高入力電圧域，中負荷域においても、効率の低下を抑えてＺＶＳをすることができる。
【００２３】
なお、本実施例において、二次側の整流素子としてダイオードＤ１，Ｄ２を用いたが、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を用いた同期整流方式を採用することも可能である。
【００２４】
続いて、図４に図１とは別の実施例２を示す。この実施例に係るスイッチング電源装置は、一次側に三次巻線Ｎｒを設け、二次側にセンタータップを設けて二次巻線Ｎｓを二つに分割してある。直流電源ＶINの両端に入力チョークＬINと三次巻線Ｎｒと第一のスイッチ素子Ｑ１とを直列に接続している。前記第一のスイッチ素子Ｑ１の両端に一次巻線Ｎｐと第一のコンデンサＣ１とを直列に接続してある。前記一次巻線Ｎｐの両端に第二のスイッチ素子Ｑ２と第二のコンデンサＣ２との直列回路を接続してある。
【００２５】
二次側においては、センタータップにより分割した二次巻線Ｎｓ１，Ｎｓ２の端部にそれぞれ整流素子Ｄ１，Ｄ２のカソードを接続し、これら整流素子Ｄ１，Ｄ２のアノードを出力部の負側に接続してある。また、センタータップは出力部の正側に接続してある。この出力側に出力チョークＬｏと平滑コンデンサＣｏを設けてある。
【００２６】
以上のように構成してあるスイッチング電源装置は、前記スイッチング電源装置と同様に作用する。そのため、詳細な説明は割愛する。なお、本実施例において、二次側の整流素子としてダイオードＤ１，Ｄ２を用いたが、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を用いた同期整流方式を採用することも可能である。
【００２７】
続いて、図５に図１とは別の実施例３を示す。本実施例に係るスイッチング電源装置は、ＢＨＢ方式のスイッチング電源装置を採用し、第一の一次巻線Ｎｐ１，第二の一次巻線Ｎｐ２，二次巻線Ｎｓ，並びに三次巻線Ｎｒとを有する出力トランスＴを有する。また、直流電源ＶINの両端に第一の一次巻線Ｎｐ１と第一のスイッチ素子Ｑ１とを直列に接続し、前記第一のスイッチ素子Ｑ１の両端に第二の一次巻線Ｎｐ２と第一のコンデンサＣ１とを直列に接続し、前記第二の一次巻線Ｎｐ２の両端に第二のスイッチ素子Ｑ２と第二のコンデンサＣ２との直列回路を接続してある。
【００２８】
二次側においては、第一の整流素子Ｄ１と二次巻線Ｎｓと三次巻線Ｎｒと出力チョークＬｏとを直列に接続し、第一の整流素子Ｄ１と前記二次巻線Ｎｓとの直列回路と並列に第二の整流素子Ｄ２を接続、この出力側に平滑コンデンサＣｏを設けて整流回路を構成してある。
【００２９】
以上のように構成してあるスイッチング電源装置は、前記スイッチング電源装置と同様に作用する。そのため、詳細な説明は割愛する。なお、本実施例において、二次側の整流素子としてダイオードＤ１，Ｄ２を用いたが、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を用いた同期整流方式を採用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、従来のＢＨＢ方式のスイッチング電源装置に比べて、高入力電圧域，中負荷域においても、効率の低下を抑えてＺＶＳをすることができ、産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の第一の実施形態の回路構成図である。
【図２】本発明に係るスイッチング電源装置の等価回路図である。
【図３】本発明に係るスイッチング電源装置の動作波形図である。
【図４】第二の実施形態のスイッチング電源装置の回路構成図である。
【図５】第三の実施形態のスイッチング電源装置の回路構成図である。
【図６】従来のスイッチング電源装置の回路構成図である。
【図７】同じく従来のスイッチング電源装置の回路構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ｔ  トランス
Ｑ  スイッチ素子
Ｌ  チョーク
Ｃ  コンデンサ
Ｄ  ダイオード
Ｎｐ  一次巻線
Ｎｓ  二次巻線
Ｎｒ  三次巻線
【図１】
0004812433.tif 000002
【図２】
0004812433.tif 000003
【図３】
0004812433.tif 000004
【図４】
0004812433.tif 000005
【図５】
0004812433.tif 000006
【図６】
0004812433.tif 000007
【図７】
0004812433.tif 000008