(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で且つトランスの一次側から二次側にエネルギーを供給している期間を正確に検出できるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】交流電源１の交流電圧を整流する全波整流回路２の出力両端に第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とが直列に接続され、第１スイッチング素子Ｑ１の両端に電流共振コンデンサＣｒｉと共振リアクトルＬｒと共振トランスＴの一次巻線Ｐ１とが直列に接続され、さらに、二次巻線Ｓの電圧を整流平滑する整流平滑回路Ｄ０，１４と、整流平滑回路の出力電圧に基づき第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを交互にオン／オフさせる制御回路１１と、二次巻線Ｓに密結合した補助巻線Ｐ２の電圧に基づき一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力する共振期間検出回路１２とを有する。【選択図】図１
2005318719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と二次巻線と該二次巻線に密結合した補助巻線とを有する共振トランスと、
交流電源の交流電圧を整流する入力整流回路の出力両端又は直流電源の両端に、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、
前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子の両端に、共振コンデンサと共振リアクトルと前記共振トランスの一次巻線とが直列に接続された第２直列回路と、
前記共振トランスの二次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、
この整流平滑回路の出力電圧に基づき前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを交互にオン／オフさせる制御回路と、
前記共振トランスの補助巻線の電圧に基づき前記共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力する共振期間検出手段と、
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】
前記共振期間検出手段は、前記補助巻線に直列に接続された整流器と、前記補助巻線と前記整流器との直列回路に並列に接続された第１の抵抗と、この第１の抵抗にカップリングコンデンサを介して並列に接続された第２の抵抗とを有す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。
【請求項３】
前記共振期間検出手段は、前記補助巻線にカップリングコンデンサを介して並列に接続された整流器と、この整流器に並列に接続された抵抗とを有す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。
【請求項４】
前記共振期間検出手段は、前記共振期間検出信号を前記制御回路に送出し、
前記制御回路は、前記共振期間検出手段からの共振期間検出信号に基づき前記共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間には前記各スイッチング素子のオン状態又はオフ状態を保持し続けるように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記整流平滑回路は、前記共振トランスの二次巻線の電圧を整流する第３スイッチング素子を有し、
前記共振期間検出手段は、前記共振期間検出信号により前記第３スイッチング素子をオン／オフさせることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
一次巻線と二次巻線と該二次巻線に密結合した第１補助巻線及び第２補助巻線とを有する共振トランスと、
交流電源の交流電圧を整流する入力整流回路の出力両端又は直流電源の両端に、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、
前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子の両端に、共振コンデンサと共振リアクトルと前記共振トランスの一次巻線とが直列に接続された第２直列回路と、
前記共振トランスの二次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、
この整流平滑回路の出力電圧に基づき前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを交互にオン／オフさせる制御回路と、
前記共振トランスの第１補助巻線の電圧に基づき前記共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力する第１共振期間検出手段と、
前記共振トランスの第２補助巻線の電圧に基づき前記共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力する第２共振期間検出手段とを備え、
前記整流平滑回路は、前記共振トランスの二次巻線の電圧を整流する第３スイッチング素子を有し、
前記第２共振期間検出手段は、前記共振期間検出信号により前記第３スイッチング素子をオン／オフさせ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率のスイッチング電源装置に関し、特に、最適な共振状態を保つため、共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出する電流共振型のスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電流共振型のスイッチング電源装置を図８に示す。図８において、全波整流回路２（入力整流回路に対応）は、交流電源１の交流電圧を整流して全波電流電圧を平滑コンデンサ３に出力する。平滑コンデンサ３は、全波整流回路２の全波電流電圧を平滑する。平滑コンデンサ３の両端には、ＭＯＳＦＥＴ等からなる第１スイッチング素子Ｑ１とＭＯＳＦＥＴ等からなる第２スイッチング素子Ｑ２との直列回路が接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１には並列に整流器（ダイオード）６が接続され、第２スイッチング素子Ｑ２には並列に整流器７が接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１には並列に電圧共振コンデンサＣｒｖが接続されている。
【０００３】
また、第１スイッチング素子Ｑ１には並列に、電流共振コンデンサＣｒｉとリアクトルＬｒと共振トランスＴの一次巻線Ｐ１との直列回路が接続されている。電圧共振コンデンサＣｒｖと電流共振コンデンサＣｒｉと共振リアクトルＬｒと共振トランスＴの一次巻線Ｐ１とで共振回路を構成している。
【０００４】
共振トランスＴの一次巻線Ｐ１と二次巻線Ｓとは互いに同相電圧が発生するように巻回されており、共振トランスＴの二次巻線Ｓには、整流器Ｄ０と平滑コンデンサ１４とからなる整流平滑回路が接続されている。この整流平滑回路は、共振トランスＴの二次巻線Ｓに誘起された電圧（オン／オフ制御されたパルス電圧）を整流平滑して直流出力を負荷１６に出力する。
【０００５】
電圧検出回路１５は、平滑コンデンサ１４の両端に接続され、平滑コンデンサ１４の出力電圧を検出し、検出電圧を制御回路１１ａに出力する。制御回路１１ａは、電圧検出回路１５からの検出電圧に基づき、ＰＷＭ制御により第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを交互にオン／オフさせることにより負荷１６の電圧を一定電圧に制御するようになっている。この場合、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の各ゲートに電圧を印加することにより第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを交互にオン／オフさせる。
【０００６】
次に構成された従来の共振型のスイッチング電源装置の動作を図９乃至図１１のタイミングチャートを参照しながら説明する。図９はスイッチング電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。図１０はスイッチング電源装置において共振トランスの一次側から二次側にエネルギーを送出している期間を詳細に示す各信号のタイミングチャートである。図１１はスイッチング電源装置の各部における信号の期間Ｔ１〜Ｔ１０における詳細なタイミングチャートである。
【０００７】
なお、図９乃至図１１において、ＩＰ１は一次巻線Ｐ１に流れる電流、ＶＱ１は第１スイッチング素子Ｑ１の両端電圧、ＩＱ１は第１スイッチング素子Ｑ１に流れる電流、ＶＱ２は第２スイッチング素子Ｑ２の両端電圧、ＩＱ２は第２スイッチング素子Ｑ２に流れる電流、ＶＤ０は整流器Ｄ０の電圧、ＩＤ０は整流器Ｄ０に流れる電流、ＶＰ１は一次巻線Ｐ１の両端電圧、ＶＳは二次巻線Ｓの両端電圧を示している。また、共振リアクトルＬｒは一次巻線Ｐ１の励磁インダンタンスＬｐよりも十分小さく、電圧共振コンデンサＣｒｖは、電流共振コンデンサＣｒｉよりも十分に小さいものとする。
【０００８】
まず、期間Ｔ１では、第１スイッチング素子Ｑ１はオフ、第２スイッチング素子Ｑ２はオンからオフに変化したところである。共振リアクトルＬｒと共振トランスＴの励磁インダクタンスに蓄えられたエネルギーにより、電流ＩＰ１は共振リアクトルＬｒ→一次巻線Ｐ１→電圧共振コンデンサＣｒｖ→電流共振コンデンサＣｒｉ→共振リアクトルＬｒの経路で共振電流が流れる。また、共振トランスＴの励磁インダクタンスＬｐと共振リアクトルＬｒと電圧共振コンデンサＣｒｖとの共振により電圧共振コンデンサＣｒｖが放電し、電圧ＶＱ１は下降し、電圧ＶＱ２は上昇する。
【０００９】
期間Ｔ２では、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２は共にオフである。電圧共振コンデンサＣｒｖは放電を完了し、電圧ＶＱ１はゼロ、電圧ＶＱ２は平滑コンデンサ３の両端電圧と同じである。電流ＩＰ１は、共振リアクトルＬｒ→一次巻線Ｐ１→整流器６→電流共振コンデンサＣｒｉ→共振リアクトルＬｒの経路で、共振電流が流れ続ける。このとき、第１スイッチング素子Ｑ１をオンし、期間Ｔ３へ移行する。期間Ｔ３では、第１スイッチング素子Ｑ１はオンし、第２スイッチング素子Ｑ２はオフである。電流ＩＰ１は、共振リアクトルＬｒ→一次巻線Ｐ１→第１スイッチング素子Ｑ１→電流共振コンデンサＣｒｉ→共振リアクトルＬｒの経路で、減少しながら流れ続け、電流がゼロになると、期間Ｔ４へ移行する。
【００１０】
期間Ｔ４では、第１スイッチング素子Ｑ１はオンし、第２スイッチング素子Ｑ２はオフである。電流ＩＰ１は流れる方向が反転し、一次巻線Ｐ１→共振リアクトルＬｒ→電流共振コンデンサＣｒｉ→第１スイッチング素子Ｑ１→一次巻線Ｐ１の経路で共振電流が流れ、トランスＴの磁束をリセットする。
【００１１】
期間Ｔ１〜Ｔ４では、共振トランスＴの励磁インダクタンスＬｐと共振リアクトルＬｒと電流共振コンデンサＣｒｉとの共振により電流ＩＰ１及び電流ＩＱ１が流れる。
【００１２】
期間Ｔ５で、第１スイッチング素子Ｑ１をオフし、第２スイッチング素子Ｑ２はオフである。電流ＩＰ１は、一次巻線Ｐ１→共振リアクトルＬｒ→電流共振コンデンサＣｒｉ→電圧共振コンデンサＣｒｖ→一次巻線Ｐ１の経路で共振電流が流れる。また、共振トランスＴの励磁インダクタンスＬｐと共振リアクトルＬｒと電圧共振コンデンサＣｒｖとの共振によりＣｒｖが充電され、電圧ＶＱ１が上昇し、電圧ＶＱ２は下降する。
【００１３】
期間Ｔ６では、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２は共にオフである。電圧共振コンデンサＣｒｖは平滑コンデンサ３の電圧まで充電され、電圧ＶＱ１は平滑コンデンサ３の電圧と同じになり、電圧ＶＱ２はゼロである。電流ＩＰ１は、一次巻線Ｐ１→共振リアクトルＬｒ→電流共振コンデンサＣｒｉ→平滑コンデンサ３→整流器７→一次巻線Ｐ１の経路で共振電流が流れ続ける。期間Ｔ７では、第２スイッチング素子Ｑ２はオンし、第１スイッチング素子Ｑ１はオフである。一次巻線Ｐ１→共振リアクトルＬｒ→電流共振コンデンサＣｒｉ→平滑コンデンサ３→第２スイッチング素子Ｑ２→一次巻線Ｐ１の経路で共振電流が流れ続ける。期間Ｔ５〜Ｔ７では、共振トランスＴの励磁インダクタンスＬｐと共振リアクトルＬｒと電流共振コンデンサＣｒｉとの共振により電流ＩＰ１及び電流ＩＱ２が流れる。
【００１４】
期間Ｔ８では、第２スイッチング素子Ｑ２はオンし、第１スイッチング素子Ｑ１はオフである。第２スイッチング素子Ｑ２→一次巻線Ｐ１→共振リアクトルＬｒ→電流共振コンデンサＣｒｉの経路で共振電流ＩＰ１及び電流ＩＱ２が流れて、二次側の整流器Ｄ０に電流ＩＤ０が流れ始める。期間Ｔ９では、第２スイッチング素子Ｑ２はオンし、第１スイッチング素子Ｑ１はオフである。電流共振コンデンサＣｒｉ→共振リアクトルＬｒ→一次巻線Ｐ１→第２スイッチング素子Ｑ２の経路で電流ＩＰ１及び電流ＩＱ２が流れる。
【００１５】
期間Ｔ８及びＴ９では、共振リアクトルＬｒと電流共振コンデンサＣｒｉとの共振により電流ＩＰ１及び電流ＩＱ２が流れる。期間Ｔ８及びＴ９のとき、共振トランスＴの一次巻線Ｐ１から二次巻線Ｓへエネルギーが伝達される。このとき、一次側から二次側へ送られる電流ＩＤ０は、弧を描きながら上昇し、ある点を境に下降を始め、共振期間ｔ１（期間Ｔ６〜Ｔ９に対応）を過ぎると、ゼロになる。二次側へ伝達されたエネルギーは、整流器Ｄ０、平滑コンデンサ１４により整流平滑され、負荷１６に直流電力が供給される。
【００１６】
期間Ｔ１０では、第２スイッチング素子Ｑ２はオン状態を保持し、電流共振コンデンサＣｒｉ→共振リアクトルＬｒ→一次巻線Ｐ１→第２スイッチング素子Ｑ２の経路で電流ＩＰ１及び電流ＩＱ２が流れるが、電流ＩＤ０は、流れなくなる。期間Ｔ１０では、共振トランスＴの励磁インダクタンスＬｐと共振リアクトルＬｒと電流共振コンデンサＣｒｉとの共振により電流ＩＰ１及び電流ＩＱ２が流れる。そして、期間Ｔ１０（発振周波数またはデューティー比によって定められた期間ｔ２に対応）を過ぎると、第２スイッチング素子Ｑ２はオフし、第１スイッチング素子Ｑ１がオンして、リセット期間ｔ３（期間Ｔ１〜Ｔ５に対応）となる。
【００１７】
以上の動作において、二次側へエネルギーを供給している期間ｔ１に第２スイッチング素子Ｑ２がオフすると、ゼロ電流スイッチングが行われず、第２スイッチング素子Ｑ２のスイッチングロスが増大し、最悪破損に至る可能性もある。図８に示す従来例では、入力電圧変動、負荷変動などを考慮し、全ての状態において、期間ｔ１で第２スイッチング素子Ｑ２がオフし、共振はずれを起こさないように、十分大きなオン期間（ｔ１＋ｔ２）を設けて動作させていた。また、部品のバラツキ、周囲環境による特性の変化でも共振はずれを起こさないように、その分だけ期間ｔ２は長くする必要があった。
【００１８】
第２スイッチング素子Ｑ２がオンしているにもかかわらず、二次側へエネルギーを送出していない期間ｔ２でも、電流共振コンデンサＣｒｉを通して共振トランスＴに励磁電流を流すため、ロスがを発生する。このロスは、本来の目的である二次側へエネルギーを供給する動作とは直接関係ないところで発生するもので、不要であり、電源装置の効率低下を招く。
【００１９】
このような問題を解決するものとして、特許文献１に記載された直列共振コンバータがあり、このコンバータの構成図を図１２に示す。このコンバータは、２個のスイッチング素子１０２，１０３の直列回路と、２個の整流器１０４，１０５の直列回路と、２個のコンデンサ１０６，１０７の直列回路とが直流電源１０１に接続され、整流器１０４，１０５の接続点とコンデンサ１０６，１０７の接続点とが接続され、整流器１０４，１０５の接続点とスイッチング素子１０２，１０３の接続点との間にトランス１０８の一次巻線とリアクタ１０９との直列回路が接続され、トランス１０８の二次巻線に整流回路１１０と出力コンデンサ１１１とが接続されてなる直列共振コンバータにおいて、トランス１０８の二次巻線の電圧を検出するトランス電圧検出回路１３０と、トランス電圧検出回路１３０の出力とスイッチング素子を制御する駆動信号とを比較し、トランス１０８に電圧が発生している期間はスイッチング素子１０２，１０３をオンさせ、トランス１０８に電圧がなくなってからスイッチング素子１０２，１０３をオフする論理回路１５０を備えている。
【００２０】
この直列共振コンバータでは、二次側にエネルギーを供給していく期間が終了すると、トランスに印加される電圧はゼロになり、二次巻線に誘起する電圧もゼロになる。
【特許文献１】特公平７−６３２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、特公平７−６３２１６号公報に記載された直列共振コンバータでは、トランス電圧検出回路３０の出力とスイッチング素子を制御する駆動信号とを比較し、トランス１０８に電圧が発生している期間はスイッチング素子１０２，１０３をオンさせ、トランス１０８に電圧がなくなってからスイッチング素子１０２，１０３をオフする論理回路１５０を設けなければならず、回路構成が複雑化していた。
【００２２】
一方、図８に示す電源装置では、図１０の共振トランスＴの一次巻線Ｐ１の電圧ＶＰ１は、期間ｔ１の最後の時刻でゼロにならず、単純に補助巻線を設けて電圧を検出するだけでは、一次側から二次側にエネルギーを供給している期間を正確に検出できないという課題を有していた。
【００２３】
また、二次巻線の電圧で検出しようとすると、一次側にある制御回路に絶縁して信号を伝える必要があり、回路構成が複雑になる。
【００２４】
本発明は、簡単な回路構成で且つトランスの一次側から二次側にエネルギーを供給している期間を正確に検出でき、共振はずれを起こすことなく、最適なオン期間を持ったスイッチング制御を行うことができる共振型の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】
【００２５】
本発明は前記課題を解決するために以下の手段を採用した。請求項１の発明は、一次巻線と二次巻線と該二次巻線に密結合した補助巻線とを有する共振トランスと、交流電源の交流電圧を整流する入力整流回路の出力両端又は直流電源の両端に、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子の両端に、共振コンデンサと共振リアクトルと前記共振トランスの一次巻線とが直列に接続された第２直列回路と、前記共振トランスの二次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、この整流平滑回路の出力電圧に基づき前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを交互にオン／オフさせる制御回路と、前記共振トランスの補助巻線の電圧に基づき前記共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力する共振期間検出手段とを有することを特徴とする。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１記載のスイッチング電源装置において、前記共振期間検出手段は、前記補助巻線に直列に接続された整流器と、前記補助巻線と前記整流器との直列回路に並列に接続された第１の抵抗と、この第１の抵抗にカップリングコンデンサを介して並列に接続された第２の抵抗とを有することを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項１記載のスイッチング電源装置において、前記共振期間検出手段は、前記補助巻線にカップリングコンデンサを介して並列に接続された整流器と、この整流器に並列に接続された抵抗とを有することを特徴とする。
【００２８】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のスイッチング電源装置において、前記共振期間検出手段は、前記共振期間検出信号を前記制御回路に送出し、前記制御回路は、前記共振期間検出手段からの共振期間検出信号に基づき前記共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間には前記各スイッチング素子のオン状態又はオフ状態を保持し続けるように制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスイッチング電源装置において、前記整流平滑回路は、前記共振トランスの二次巻線の電圧を整流する第３スイッチング素子を有し、前記共振期間検出手段は、前記共振期間検出信号により前記第３スイッチング素子をオン／オフさせることを特徴とする。
【００３０】
請求項６の発明は、一次巻線と二次巻線と該二次巻線に密結合した第１補助巻線及び第２補助巻線とを有する共振トランスと、交流電源の交流電圧を整流する入力整流回路の出力両端又は直流電源の両端に、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、前記第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子の両端に、共振コンデンサと共振リアクトルと前記共振トランスの一次巻線とが直列に接続された第２直列回路と、前記共振トランスの二次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路と、この整流平滑回路の出力電圧に基づき前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを交互にオン／オフさせる制御回路と、前記共振トランスの第１補助巻線の電圧に基づき前記共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力する第１共振期間検出手段と、前記共振トランスの第２補助巻線の電圧に基づき前記共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力する第２共振期間検出手段とを備え、前記整流平滑回路は、前記共振トランスの二次巻線の電圧を整流する第３スイッチング素子を有し、前記第２共振期間検出手段は、前記共振期間検出信号により前記第３スイッチング素子をオン／オフさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１の発明によれば、共振トランスの補助巻線を二次巻線と密に結合させ、共振期間検出手段が補助巻線の電圧に基づき共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力するので、二次側にエネルギーを供給している期間を正確に検出できる。
【００３２】
請求項２及び３の発明によれば、簡単な回路構成で、二次側にエネルギーを供給している期間を正確に検出できる。
【００３３】
請求項４の発明によれば、制御回路は、共振期間検出手段からの共振期間検出信号に基づき共振トランスの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間には各スイッチング素子のオン状態又はオフ状態を保持し続けるように制御するので、共振はずれを起こすことなく、最適なオン期間を持ったスイッチング制御を行うことが可能となるため、効率を向上できる。
【００３４】
請求項５の発明によれば、共振期間検出手段は、共振期間検出信号により第３スイッチング素子をオン／オフさせるので、二次側にエネルギーを供給している期間のみ、第３スイッチング素子をオンさせることにより、同期整流動作を行うことができる。
【００３５】
請求項６の発明によれば、共振トランスの一次側及び二次側に第１共振期間検出手段及び第２共振期間検出手段を設けることで、それぞれのスイッチング素子を最適のタイミングでオン／オフさせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係るスイッチング電源装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は実施例１のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。実施例１のスイッチング電源装置は、図８に示す従来のスイッチング電源装置に対して、補助巻線Ｐ２と、共振期間検知回路１２を追加したことを特徴とする。
【００３８】
補助巻線Ｐ２は、共振トランスＴに設けられ、二次巻線Ｓに密結合されている。補助巻線Ｐ２を有する共振トランスＴの具体例については、後述する。共振期間検知回路１２は、共振トランスＴの補助巻線Ｐ２の電圧に基づき共振トランスＴの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を制御回路１１に出力する。
【００３９】
制御回路１１は、電圧検出回路１５からの検出電圧に基づき、ＰＷＭ制御により第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２とを交互にオン／オフさせることにより負荷１６の電圧を一定電圧に制御する。また、制御回路１１は、共振期間検知回路１２からの共振期間検出信号に基づき共振トランスＴの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間には第２スイッチング素子Ｑ２のオン状態、及び第１スイッチング素子Ｑ１のオフ状態を保持し続けるように制御する。
【００４０】
なお、図１に示すその他の構成は、図８に示す構成と同一であり、同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
なお、共振リアクトルＬｒは、共振トランスＴの一次巻線Ｐ１及び二次巻線Ｓ間のリーケージインダクタンスからなる。また、第１スイッチング素子Ｑ１に並列に接続される整流器６は、第１スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードであってもよく、第２スイッチング素子Ｑ２に並列に接続される整流器７は、第２スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードであっもよい。また、第１スイッチング素子Ｑ１に並列に接続される電圧共振コンデンサＣｒｖは、第１スイッチング素子Ｑ１の寄生容量であっても良い。
【００４２】
図２は実施例１のスイッチング電源装置に設けられた共振期間検知回路の構成例１を示す図である。図２に示す共振期間検知回路１２は、補助巻線Ｐ２に直列に接続された整流器１９と、補助巻線Ｐ２と整流器１９との直列回路に並列に接続された電圧検知抵抗Ｒ１と、この電圧検知抵抗Ｒ１にカップリングコンデンサ２０を介して並列に接続された電圧検知抵抗Ｒ２とを有して構成され、電圧検知抵抗Ｒ２の両端電圧が共振期間検知信号として制御回路１１に出力される。
【００４３】
図３は実施例１のスイッチング電源装置に設けられた共振期間検知回路の構成例２を示す図である。図３に示す共振期間検知回路１２は、補助巻線Ｐ２にカップリングコンデンサ２０を介して並列に接続され整流器１９と、この整流器１９に並列に接続された電圧検知抵抗Ｒ３とを有して構成され、電圧検知抵抗Ｒ３の両端電圧が共振期間検知信号として制御回路１１に出力される。
【００４４】
次に構成された実施例１の共振型のスイッチング電源装置の動作を説明する。基本的な動作は、従来のスイッチング電源装置の動作（図９乃至図１１に示すタイミングチャート）と同じであり、ここでは、補助巻線Ｐ２と、共振期間検知回路１２の動作を図４及び図１０に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００４５】
なお、図４において、ＩＰ１は一次巻線Ｐ１に流れる電流、ＶＱ２は第２スイッチング素子Ｑ２の両端電圧、ＶＰ２は補助巻線Ｐ２の両端電圧、ＶＲ１は電圧検知抵抗Ｒ１の両端電圧、ＶＲ２は電圧検知抵抗Ｒ２の両端電圧、ＶＲ３は電圧検知抵抗Ｒ３の両端電圧を示している。
【００４６】
まず、共振トランスＴの二次巻線Ｓに誘起される電圧ＶＳは、第２スイッチング素子Ｑ２がオンして共振トランスＴを介して二次側へエネルギーを供給している期間ｔ１では、出力電圧と整流器Ｄ０の順方向電圧降下を足した電圧にクランプされる。
【００４７】
第２スイッチング素子Ｑ２はオンしているが、共振トランスＴの一次側から二次側へエネルギーを供給しない期間ｔ２では、出力電圧より低い電圧となる。共振トランスＴの補助巻線Ｐ２は、二次巻線Ｓに密結合されているため、補助巻線Ｐ２には二次巻線Ｓとの巻数比倍の電圧ＶＰ２が誘起される。
【００４８】
次に、電圧検知回路１２において、図２に示す構成例では、電圧検知抵抗Ｒ１に発生する電圧ＶＲ１は、補助巻線Ｐ２に誘起される電圧から第２スイッチング素子Ｑ２がオンしている期間（ｔ１＋ｔ２）のみを整流器１９で取り出した波形となる。さらに、電圧検知抵抗Ｒ１に発生した電圧をカップリングコンデンサを介して電圧検知抵抗Ｒ２で交流成分のみを取り出す。
【００４９】
図４に示すように、電圧検知抵抗Ｒ２に発生する電圧ＶＲ２が正のとき、共振トランスＴの一次側から二次側へエネルギーを供給している期間ｔ１になっている。
【００５０】
また、図３に示す構成例では、電圧検知抵抗Ｒ３に発生する電圧ＶＲ３が図４に示すような波形になる。このため、制御回路１１は、電圧検知抵抗Ｒ３に発生する電圧ＶＲ３の電圧レベルにより、二次側へエネルギーを供給している時間ｔ１を検出できる。例えば期間ｔ１の電圧をＶ１とし、期間ｔ２の電圧をＶ２とした場合に、Ｖ１とＶ２との間にしきい値を設定し、電圧検知抵抗Ｒ３に発生する電圧ＶＲ３がしきい値以上である期間を期間ｔ１と判定するようにしてもよい。
【００５１】
このように、実施例１のスイッチング電源装置によれば、補助巻線Ｐ２の電圧レベルを検出することで、共振トランスＴが二次側へエネルギーを供給している期間ｔ１を検出することができる。
【００５２】
また、制御回路１１は、共振期間検知回路１２からの電圧検知抵抗に発生した電圧に基づき共振トランスＴの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間ｔ１には第２スイッチング素子Ｑ２のオン状態、及び第１スイッチング素子Ｑ１のオフ状態を保持し続けるように制御する。
【００５３】
従って、二次側へエネルギーを供給している期間ｔ１に第２スイッチング素子Ｑ２がオフすることがなくなり、ゼロ電流スイッチングが行われ、第２スイッチング素子Ｑ２のスイッチングロスが低減して効率を向上できる。また、第２スイッチング素子Ｑ２のオン期間を期間ｔ１以上とし且つ期間ｔ２をより小さくすれば、ロスが低減し、さらに効率を向上できる。即ち、共振はずれを起こすことなく、最適なオン期間を持ったスイッチング制御を行うことができる。また、図２及び図３に示すような簡単な回路構成で共振トランスＴの二次側にエネルギーを供給している期間ｔ１を検出することができる。
【００５４】
（共振トランスの構成例）
図５は実施例１のスイッチング電源装置に設けられた共振トランスの二次巻線と補助巻線とを密結合させた構成例を示す図である。
【００５５】
図５（ａ）に示す共振トランスは、磁性体からなる日の字状のコア３０の中央脚３０ａに、フランジ部３１ａ〜３１ｃを有する円筒状の分割ボビン３１が取り付けられ、この分割ボビン３１のフランジ部３１ａ，３１ｂ間に一次巻線Ｐ１を巻回し、フランジ部３１ｂ，３１ｃ間に二次巻線Ｓを巻回し、この二次巻線Ｓ上に補助巻線Ｐ２を巻回して、補助巻線Ｐ２を二次巻線Ｓに密結合させている。
【００５６】
図５（ｂ）に示す共振トランスは、磁性体からなる日の字状のコア３０の中央脚３０ａに、フランジ部３２を有する円筒状のボビン３２が取り付けられ、このボビン３２に一次巻線Ｐ１を巻回し、この一次巻線Ｐ１上に二次巻線Ｓを巻回し、この二次巻線Ｓ上に補助巻線Ｐ２を巻回して、補助巻線Ｐ２を二次巻線Ｓに密結合させている。
【００５７】
図５（ｂ）に示す例では、各巻線ともに巻枠に対して同位置に巻回しているが、図５（ｃ）に示す例では、一次巻線Ｐ１と二次巻線Ｓの巻き位置を巻枠に対してずらし、一次巻線Ｐ１と二次巻線Ｓとを疎結合とし、二次巻線Ｓと補助巻線Ｐ２の巻き位置を揃えることにより、補助巻線Ｐ２を一次巻線Ｐ１より二次巻線Ｓに密結合させている。
【実施例２】
【００５８】
次に、実施例２の共振型のスイッチング電源装置を説明する。図６は実施例２のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。
【００５９】
図６に示す実施例２のスイッチング電源装置は、図１に示す実施例１のスイッチング電源装置に対して、共振トランスＴの二次側に設けられた整流器Ｄ０の代わりに、二次巻線Ｓと平滑コンデンサ１４との間に、ＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチング素子Ｑ３と整流器１８との並列回路からなる同期整流回路を設けたことを特徴とする。ＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチング素子Ｑ３を用いることで同期整流動作を行い、ロスを低減することができる。
【００６０】
また、補助巻線Ｐ２及び共振期間検知回路１２ａを設け、共振期間検知回路１２ａは、補助巻線Ｐ２に発生した電圧に基づく共振期間検出信号によりスイッチング素子Ｑ３をオン／オフさせる。
【００６１】
即ち、共振期間検知回路１２ａによる共振期間検出信号によりスイッチング素子Ｑ３をオン／オフするため、共振トランスＴの一次側から二次側にエネルギーを供給している期間ｔ１のみ、スイッチング素子Ｑ３をオンさせることにより、同期整流動作を行うことができる。
【実施例３】
【００６２】
次に実施例３の共振型スイッチング電源装置を説明する。図７は実施例３のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。
【００６３】
図７に示す実施例３のスイッチング電源装置は、図１に示す実施例１のスイッチング電源装置と、図６に示す実施例２のスイッチング電源装置を組み合わせたものである。
【００６４】
即ち、共振トランスＴは、一次巻線Ｐ１と二次巻線Ｓと該二次巻線Ｓに密結合した第１補助巻線Ｐ２及び第２補助巻線Ｓ２とを有している。共振トランスＴの一次側に第１補助巻線Ｐ２及び共振期間検知回路１２が設けられ、二次側に第２補助巻線Ｓ２及び共振期間検知回路１２ａが設けられる。
【００６５】
共振期間検知回路１２は、共振トランスＴの第１補助巻線Ｐ２の電圧に基づき共振トランスＴの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号を出力する。制御回路１１は、共振期間検知回路１２からの共振期間検出信号に基づき共振トランスＴの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間には第２スイッチング素子Ｑ２のオン状態、及び第１スイッチング素子Ｑ１のオフ状態を保持し続けるように制御する。
【００６６】
二次巻線Ｓと平滑コンデンサ１４との間には、ＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチング素子Ｑ３と整流器１８との並列回路からなる同期整流回路が設けられている。共振期間検知回路１２ａは、共振トランスＴの第２補助巻線Ｓ２の電圧に基づき共振トランスＴの一次側から二次側へエネルギーを送出している期間を検出し共振期間検出信号によりスイッチング素子Ｑ３をオン／オフさせる。
【００６７】
このように実施例３のスイッチング電源装置によれば、共振トランスＴの一次側及び二次側に共振期間検知回路１２，１２ａを設けることで、それぞれのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を最適のタイミングでオン／オフさせることが可能となる。
【００６８】
なお、本発明は実施例１乃至実施例３に限定されるものではない。実施例１乃至実施例３では、交流電源１、全波整流回路２、及び平滑コンデンサ３を用いたが、これらの代わりに、直流電源を第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２の直列回路の両端に接続するようにしても良い。
【００６９】
また、実施例１乃至実施例３では、第１スイッチング素子Ｑ１の両端に、電流共振コンデンサＣｒｉとリアクトルＬｒと共振トランスＴの一次巻線Ｐ１との直列回路を接続したが、例えば、第２スイッチング素子Ｑ２の両端に、電流共振コンデンサＣｒｉとリアクトルＬｒと共振トランスＴの一次巻線Ｐ１との直列回路を接続しても良い。
【００７０】
また、実施例１乃至実施例３では、第１スイッチング素子Ｑ１の両端に、電圧共振コンデンサＣｒｖを接続したが、例えば第２スイッチング素子Ｑ２の両端に、電圧共振コンデンサＣｒｖを接続しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ等のスイッチング電源装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。
【図２】実施例１のスイッチング電源装置に設けられた共振期間検知回路の構成例１を示す図である。
【図３】実施例１のスイッチング電源装置に設けられた共振期間検知回路の構成例２を示す図である。
【図４】実施例１のスイッチング電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。
【図５】実施例１のスイッチング電源装置に設けられた共振トランスの二次巻線と補助巻線とを密結合させた構成例を示す図である。
【図６】実施例２のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。
【図７】実施例３のスイッチング電源装置を示す回路構成図である。
【図８】従来のスイッチング電源装置の従来例１を示す回路構成図である。
【図９】従来例１のスイッチング電源装置の各部における信号のタイミングチャートである。
【図１０】従来例１のスイッチング電源装置において共振トランスの一次側から二次側にエネルギーを送出している期間を詳細に示す各信号のタイミングチャートである。
【図１１】従来例１のスイッチング電源装置の各部における信号の期間Ｔ１〜Ｔ１０における詳細なタイミングチャートである。
【図１２】従来のスイッチング電源装置の従来例２を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  交流電源
２  全波整流回路
３，１４  平滑コンデンサ
６，７，１３，１８，１９  整流器
１１，１１ａ  制御回路
１２，１２ａ  共振期間検知回路
１５  電圧検出回路
１６  負荷
２０  カップリングコンデンサ
Ｑ１  第１スイッチング素子
Ｑ２  第２スイッチング素子
Ｃｒｉ  電流共振コンデンサ  
Ｃｒｖ  電圧共振コンデンサ
Ｌｒ  リアクトル
Ｔ  共振トランス
Ｐ１  一次巻線
Ｓ  二次巻線
Ｐ２，Ｓ２  補助巻線
Ｒ１〜Ｒ３  電圧検知抵抗
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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