(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）を接続し、上記トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に補助スイッチング素子（Ｑａ１）を接続してなるスイッチング電源装置において、
上記補助スイッチング素子（Ｑａ１）のスイッチ機能部(ＳＷａ１)をターンオンさせた後予め設定された遅れ時間（ｔｄ）が経過した後上記主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）のスイッチ機能部（ＳＷ１、ＳＷ２）をターンオンさせる回路を設け、
上記トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に対してチョークコイル（Ｌａ１）とコンデンサ（Ｃａ１）を並列に接続し、
上記主スイッチング素子（Ｑ１）のスイッチ機能部（ＳＷ１）に対してコンデンサ（Ｃｓｗ１）とダイオード（Ｄｓｗ１）を並列に接続し、上記主スイッチング素子（Ｑ2）のスイッチ機能部（ＳＷ２）に対してコンデンサ（Ｃｓｗ２）とダイオード（Ｄｓｗ２）を並列に接続し、
上記補助スイッチング素子（Ｑａ１）のスイッチ機能部(ＳＷａ１)をターンオンすることにより上記チョークコイル（Ｌａ１）とコンデンサ（Ｃａ１）を共振させ、上記チョークコイル（Ｌａ１）の両端電圧が電源電圧（Ｖｉｎ）以上となり、上記コンデンサ（Ｃｓｗ１、Ｃｓｗ２）を放電させ、上記ダイオード（Ｄｓｗ１、Ｄｓｗ２）に電流が流れてから上記主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）のスイッチ機能部（ＳＷ１、ＳＷ２）をターンオンさせるようにした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、例えば、２石フォワード型、１石フォワード型のスイッチング電源装置に係り、特に、トランスの一次巻線に接続された主スイッチング素子のターンオン時のスイッチング損失の低減を図ることができ、且つ、構成の簡略化と装置の小型化を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種電子機器の安定化電源としてスイッチング電源装置が使用されている。この種のスイッチング電源装置の場合には、主スイッチング素子の「ターンオフ」時にいわゆる「サージ電圧」が発生してしまう。そこで、そのようなサージ電圧を抑制させるためにスナバ回路を設けている。そのようなスナバ回路を設けたスイッチング電源装置の構成を開示するものとして、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特公平７−６７２７３号公報
【０００３】
上記特許文献１に開示されているスイッチング電源装置は図８に示すような構成になっている。
まず、電源端子１０１、１０３があるとともに出力端子１０５、１０７がある。上記電源端子１０１、１０３側と出力端子１０５、１０７側との間には、トランスＴ１が設置されている。このトランスＴ１は一次巻線Ｔ１−Ｐと二次巻線Ｔ１−Ｓとから構成されている。上記電源端子１０１、１０３側には、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１が設置されている。又、上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１には駆動トランスＴ２が設置されている。
【０００４】
上記駆動トランスＴ２は後述する制御回路１０９からの駆動信号を入力する一次巻線Ｔ２−Ｄと、この信号を出力して上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と補助スイッチング素子Ｑａ１を駆動する二次巻線Ｔ２−Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ２と二次巻線Ｔ２−Ｑａ１とから構成されている。上記スイッチング素子Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ１との間には抵抗Ｒ１が設置されている。又、上記主スイッチング素子Ｑ２と二次巻線Ｔ２−Ｑ２との間には抵抗Ｒ２が設置されている。又、上記補助スイッチング素子Ｑａ１と二次巻線Ｔ２−Ｑａ１との間には抵抗Ｒａ１が設置されている。
【０００５】
又、上記電源端子１０１、１０３側には、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄａ１、Ｄａ２、Ｄａ３が設置されている。又、上記電源端子１０１、１０３側には、コンデンサＣ１、Ｃａ１、Ｃａ２が設置されているとともにチョークコイルＬａ１が設置されている。そして、上記補助スイッチング素子Ｑａ１、ダイオードＤａ１、Ｄａ２、Ｄａ３、コンデンサＣａ１、Ｃａ２、チョークコイルＬａ１によってスナバ回路１１１を構成している。
【０００６】
上記出力端子１０５、１０７側には制御回路１０９が設置されている。又、上記出力端子１０５、１０７側にはダイオードＤ３、Ｄ４が設置されているとともにチョークコイルＬ１、コンデンサＣ２が設置されている。
尚、図７中Ｖｉｎは電源電圧を示している。
【０００７】
上記構成において、補助スイッチング素子Ｑａ１が「オン」すると、チョークコイルＬａ１とコンデンサＣａ１、Ｃａ２とによる共振回路が形成されて共振電流が流れる。その共振電流はダイオードＤａ２の作用によって、コンデンサＣａ１からコンデンサＣａ２にのみ流れる。
【０００８】
又、トランスＴ１の二次巻線Ｔ１−Ｓの誘起電圧は、ダイオードＤ３、Ｄ４によって整流され、且つ、チョークコイルＬ１、コンデンサＣ２によって平滑化され、出力端子１０５、１０７を介して出力される。その際、その出力電圧は駆動制御回路１０９によって予め設定された設定値になるように制御される。
【０００９】
又、上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１が「ターンオフ」すると、トランスＴ１の蓄積エネルギにより、主スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間に加わる電圧が、ダイオードＤａ１を介してコンデンサＣａ１に加えられ、それによって、充電が行われる。スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間の電圧はコンデンサＣａ１の端子電圧の上昇に伴って徐々に上昇することになり、それによって、サージ電圧の発生を抑制することができる。又、コンデンサＣａ２の充電電荷はダイオードＤａ３を介してトランスＴ１の一次巻線Ｔ１−Ｐを介して放電される。
【００１０】
又、上記スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１が「ターンオン」すると、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１−Ｐに主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を介して直流電源からの電流が流れる。又、スナバ回路１１１においては、補助スイッチング素子Ｑａ１が「オン」となるので、前述したように、コンデンサＣａ１からＣａ２に共振電流が流れる。その際、コンデンサＣａ１、Ｃａ２の容量を等しく設定しておくことにより、共振電流による放電によって、コンデンサＣａ１の端子電圧は略「０」となる。
【００１１】
上記構成をなすスイッチング電源装置の場合には次のような問題があった。
まず、従来のスイッチング電源装置用の構成では、スナバ回路１１１における損失が大きく、結局、スイッチング損失が大きくなってしまうという問題があった。
又、別の問題として構成が複雑であって小型化に不向きであるという問題があった。具体的には、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、補助スイッチング素子Ｑａ１を駆動するために、駆動トランスＴ２の二次巻線を多数必要とするものであり（具体的には、二次巻線Ｔ２−Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ２と二次巻線Ｔ２−Ｑａ１という３つの二次巻線を必要とする）、又、それ以外にも多数の電子部品を必要としており、それによって、構成が複雑化してしまって小型化が困難であるという問題があった。
【００１２】
そこで、本件特許出願人は、上記問題点を解決するものとして、図９に示すような新たなスイッチング電源装置を提案している。これは主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の「ターンオフ」時のスイッチング損失の低減と構成の簡略化及び装置の小型化を目的として提案されているものである。
因みに、図９に示す内容については本件と同日付で別途特許出願しているものである。
【００１３】
図９に示すように、まず、電源端子２０１、２０３があるとともに出力端子２０５、２０７がある。上記電源端子２０１、２０３側と出力端子２０５、２０７側との間にはトランスＴ１が設置されている。このトランスＴ１は一次巻線Ｔ１−Ｐと二次巻線Ｔ１−Ｓとから構成されている。上記電源端子２０１、２０３側には、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、補助スイッチング素子Ｑａ１が設置されている。又、上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、補助スイッチング素子Ｑａ１には駆動トランスＴ２が設置されている。
【００１４】
上記駆動トランスＴ２は後述する制御回路２０９からの駆動信号を入力する一次巻線Ｔ２−Ｄと、この信号を出力して上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と補助スイッチング素子Ｑａ１を駆動する二次巻線Ｔ２−Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ２とから構成されている。上記スイッチング素子Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ１との間には抵抗Ｒ１が設置されている。又、上記スイッチング素子Ｑ２と二次巻線Ｔ２−Ｑ２との間には抵抗Ｒ２が設置されている。又、上記補助スイッチング素子Ｑａ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ１との間には抵抗Ｒａ１が設置されている。
【００１５】
又、上記電源端子２０１、２０３側にはダイオードＤａ１、Ｄａ２が設置されている。又、上記電源端子２０１、２０３側にはコンデンサＣ１、Ｃａ１が設置されているとともにチョークコイルＬａ１が設置されている。そして、上記スイッチング素子Ｑａ１、ダイオードＤａ１、Ｄａ２、コンデンサＣａ１、チョークコイルＬａ１によってスナバ回路２１１を構成している。
【００１６】
上記出力端子２０５、２０７側には制御回路２０９が設置されている。又、上記出力端子２０５、２０７側にはダイオードＤ３、Ｄ４が設置されていると共にチョークコイルＬ１、コンデンサＣ２が設置されている。
尚、図９中符号Ｖｉｎは電源電圧を示している。
【００１７】
上記構成によると、スナバ回路２１１としての損失を低減させ、それによって、スイッチング電源装置としてのスイッチング損失を低減させることができる。これは、上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と補助スイッチング素子Ｑａ１が「ターンオフ」した時、ダイオードＤａ１とコンデンサＣａ１の作用によって、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両端電圧Ｖ１、Ｖ２が徐々に上昇するようになるためである。
【００１８】
尚、図１０は図９に示したスイッチング電源装置の主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１のゲート駆動波形を示す図である。図１０（ａ）は主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート駆動波形Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ２を示しており、図１０（ｂ）は補助スイッチング素子Ｑａ１のゲート駆動波形Ｖｇｓａ１を示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記従来の構成によると次のような問題があった。すなわち、図９に示すスイッチング電源装置の場合には、ターンオフ時のスイッチング損失を低減させることはできるものの、ターンオン時のスイッチング損失を低減させることができないという問題があった。すなわち、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が「ターンオン」する際、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の寄生コンデンサを放電する時にスイッチング損失が発生してしまうからである。
【００２０】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、主スイッチング素子のターンオン時におけるスイッチング損失を低減させることが可能なスイッチング電源装置用を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるスイッチング電源装置は、トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）を接続し、上記トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に補助スイッチング素子（Ｑａ１）を接続してなるスイッチング電源装置において、上記補助スイッチング素子（Ｑａ１）のスイッチ機能部(ＳＷａ１)をターンオンさせた後予め設定された遅れ時間（ｔｄ）が経過した後上記主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）のスイッチ機能部（ＳＷ１、ＳＷ２）をターンオンさせる回路を設け、上記トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に対してチョークコイル（Ｌａ１）とコンデンサ（Ｃａ１）を並列に接続し、上記主スイッチング素子（Ｑ１）のスイッチ機能部（ＳＷ１）に対してコンデンサ（Ｃｓｗ１）とダイオード（Ｄｓｗ１）を並列に接続し、上記主スイッチング素子（Ｑ2）のスイッチ機能部（ＳＷ２）に対してコンデンサ（Ｃｓｗ２）とダイオード（Ｄｓｗ２）を並列に接続し、上記補助スイッチング素子（Ｑａ１）のスイッチ機能部(ＳＷａ１)をターンオンすることにより上記チョークコイル（Ｌａ１）とコンデンサ（Ｃａ１）を共振させ、上記チョークコイル（Ｌａ１）の両端電圧が電源電圧（Ｖｉｎ）以上となり、上記コンデンサ（Ｃｓｗ１、Ｃｓｗ２）を放電させ、上記ダイオード（Ｄｓｗ１、Ｄｓｗ２）に電流が流れてから上記主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）のスイッチ機能部（ＳＷ１、ＳＷ２）をターンオンさせるようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
以上述べたように本願発明の請求項１によるスイッチング電源装置によると、トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）を接続し、上記トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に補助スイッチング素子（Ｑａ１）を接続してなるスイッチング電源装置において、上記補助スイッチング素子（Ｑａ１）のスイッチ機能部(ＳＷａ１)をターンオンさせた後予め設定された遅れ時間（ｔｄ）が経過した後上記主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）のスイッチ機能部（ＳＷ１、ＳＷ２）をターンオンさせる回路を設けた構成となっているので、主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）のターンオン時のスイッチング損失を低減させることができる。又、上記効果によってスイッチング周波数の高周波化が可能になり、よって、スイッチング電源装置の小型化を図ることができる。
又、請求項２によるスイッチング電源装置は、請求項１記載のスイッチング電源装置において、上記トランス（Ｔ１）の一次巻線（Ｔ１−Ｐ）に対してチョークコイル（Ｌａ１）とコンデンサ（Ｃａ１）を並列に接続し、上記主スイッチング素子（Ｑ１）のスイッチ機能部（ＳＷ１）に対してコンデンサ（Ｃｓｗ１）とダイオード（Ｄｓｗ１）を並列に接続し、上記主スイッチング素子（Ｑ2）のスイッチ機能部（ＳＷ２）に対してコンデンサ（Ｃｓｗ２）とダイオード（Ｄｓｗ２）を並列に接続し、上記補助スイッチング素子（Ｑａ１）のスイッチ機能部(ＳＷａ１)をターンオンすることにより上記チョークコイル（Ｌａ１）とコンデンサ（Ｃａ１）を共振させ、上記チョークコイル（Ｌａ１）の両端電圧が電源電圧（Ｖｉｎ）以上となり、上記コンデンサ（Ｃｓｗ１、Ｃｓｗ２）を放電させ、上記ダイオード（Ｄｓｗ１、Ｄｓｗ２）に電流が流れてから上記主スイッチング素子（Ｑ１、Ｑ２）のスイッチ機能部（ＳＷ１、ＳＷ２）をターンオンさせるようにした構成になっているので、簡単な構成で上記効果を確実に得ることができる。
又、請求項３によるスイッチング電源装置は、請求項１又は請求項２記載のスイッチング電源装置用スナバ回路において、上記スイッチング電源装置は、２石フォワード型又は１石フォワード型のスイッチング電源装置であり、何れの場合にも上記した効果を確実に得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１乃至図５を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１に示すスイッチング電源装置は、本願発明を２石フォワード型のスイッチング電源装置に適用した例を示すものである。
因みに、フォワード型とは、スイッチング素子を構成するトランジスタが「オン」した時にエネルギの伝達が実行される「ＯＮ―ＯＮ方式」を意味している。又、２石とは主スイッチング素子の個数を意味するものであり、この実施の形態の場合には２個の主スイッチング素子を使用しているものである。
【００２４】
図１に示すように、まず、電源端子１、３があるとともに出力端子５、７がある。上記電源端子１、３側と出力端子５、７側との間にはトランスＴ１が設置されている。このトランスＴ１は一次巻線Ｔ１−Ｐと二次巻線Ｔ１−Ｓとから構成されている。上記電源端子１、３側には、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、補助スイッチング素子Ｑａ１が設置されている。又、上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、補助スイッチング素子Ｑａ１には駆動トランスＴ２が設置されている。
【００２５】
上記駆動トランスＴ２は後述する制御回路９からの駆動信号を入力する一次巻線Ｔ２−Ｄと、この信号を出力して上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と補助スイッチング素子Ｑａ１を駆動する二次巻線Ｔ２−Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ２とから構成されている。上記スイッチング素子Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ１との間には抵抗Ｒ１、抵抗Ｒｄ１、コンデンサＣｄ１、ダイオードＤｄ１が夫々設置されている。又、上記スイッチング素子Ｑ２と二次巻線Ｔ２−Ｑ２との間には、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒｄ２、コンデンサＣｄ２、ダイオードＤｄ２が夫々設置されている。又、上記補助スイッチング素子Ｑａ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ１との間には抵抗Ｒａ１が設置されている。
【００２６】
又、上記電源端子１、３側にはダイオードＤａ１、Ｄａ２が設置されている。上記電源端子１、３側にはコンデンサＣ１、Ｃａ１が設置されているとともにチョークコイルＬａ１が設置されている。そして、上記スイッチング素子Ｑａ１、ダイオードＤａ１、Ｄａ２、コンデンサＣａ１、チョークコイルＬａ１によってスナバ回路１１を構成している。
【００２７】
上記出力端子５、７側には制御回路９が設置されている。又、上記出力端子５、７側にはダイオードＤ３、Ｄ４が設置されていると共にチョークコイルＬ１、コンデンサＣ２が設置されている。
尚、図９中符号Ｖｉｎは電源電圧を示している。
【００２８】
又、図２は本実施の形態における主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１のゲート駆動波形を示す図である。図２中主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート駆動波形をＶｇｓ１、Ｖｇｓ２で示すと共に、補助スイッチング素子Ｑａ１のゲート駆動波形をＶｇｓａ１で示す。又、図２中閾値を破線で示していて、閾値以上になったときを「オン」とし、閾値以下のときを「オフ」とするものである。図２に示すように、本実施の形態の場合には、補助スイッチング素子Ｑａ１の「ターンオン」に対して予め設定された遅れ時間「ｔｄ」を経た後に、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を「ターンオン」させているものである。
【００２９】
又、図３は図１に示した回路と同じ内容であって動作原理を説明するための図として表したものであり、図４は図３に対応させて主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１の制御信号を示す図である。
【００３０】
図３に示す動作原理図に関して説明を補充する。図３中符号ＳＷ１は主スイッチング素子Ｑ１における「オン／オフ」スイッチ機能部を表すものであり、Ｃｓｗ１は主スイッチング素子Ｑ１におけるドレイン・ソース間の寄生コンデンサを示し、Ｄｓｗ１は主スイッチング素子Ｑ１におけるソースからドレインの向きに電流を流すことができる寄生ダイオードを示している。又、図３中符号ＳＷ２は主スイッチング素子Ｑ２における「オン／オフ」スイッチ機能部を表すものであり、Ｃｓｗ２は主スイッチング素子Ｑ２におけるドレイン・ソース間の寄生コンデンサを示し、Ｄｓｗ２は主スイッチング素子Ｑ２におけるソースからドレインの向きに電流を流すことができる寄生ダイオードを示している。又、図３中ＳＷａ１は補助スイッチング素子Ｑａ１における「オン／オフ」スイッチ機能部を表すものであり、Ｄｓｗａ１は補助スイッチング素子Ｑａ１におけるソースからドレインの向きに電流を流すことができる寄生ダイオードを示している。
尚、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の夫々のドレイン・ソース間に容量を追加することも可能であり、その場合には寄生コンデンサＣｓｗ１、Ｃｓｗ２は寄生コンデンサの容量と追加した容量の和となる。又、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と補助スイッチング素子Ｑａ１の寄生ダイオードＤｓｗ１、Ｄｓｗ２、Ｄｓｗａ１については、寄生ダイオード以外にも同一方向のダイオードを追加することもある。
【００３１】
又、図３において、制御回路９より出力される制御信号をＧＤ１、ＧＤ２、ＧＤａ１で示している。上記制御信号ＧＤ１は主スイッチング素子Ｑ１の「オン／オフ」スイッチ機能部ＳＷ１を駆動するための制御信号である。その際、「オン」信号として、図１において、駆動トランスＴ２の二次巻線Ｔ２−Ｑ１からの抵抗Ｒｄ１を通してコンデンサＣｄ１を充電し、抵抗Ｒ１を通して主スイッチング素子Ｑ１のゲートにプラス電圧を供給する。そして、抵抗Ｒｄ１とコンデンサＣｄ１とによるＣＲ時定数回路によって、既に説明した遅れ時間「ｔｄ」をつくる。これに対して、「オフ」信号として、図１において、駆動トランスＴ２の二次巻線Ｔ２−Ｑ１からダイオードＤｄ１を介して抵抗Ｒ１を通して主スイッチング素子Ｑ１のゲートにマイナス電圧を供給する。同時に、コンデンサＣｄ１をダイオードＤｄ１を介して放電するものである。
【００３２】
又、制御信号ＧＤ２は主スイッチング素子Ｑ２の「オン／オフ」スイッチ機能部ＳＷ２を駆動するための制御信号である。「オン」信号として、図１において、駆動トランスＴ２の二次巻線Ｔ２−Ｑ２からの抵抗Ｒｄ２を通してコンデンサＣｄ２を充電し、抵抗Ｒ２を通して主スイッチング素子Ｑ２のゲートにプラス電圧を供給する。そして、抵抗Ｒｄ２とコンデンサＣｄ２とによるＣＲ時定数回路によって遅れ時間「ｔｄ」をつくる。これに対して、「オフ」信号として、図１において、駆動トランスＴ２の二次巻線Ｔ２−Ｑ２からダイオードＤｄ２を介して抵抗Ｒ２を通して主スイッチング素子Ｑ２のゲートにマイナス電圧を供給する。同時に、コンデンサＣｄ２をダイオードＤｄ２を介して放電するものである。
【００３３】
又、制御信号ＧＤａ１は補助スイッチング素子Ｑａ１の「オン／オフ」スイッチ機能部ＳＷａ１を駆動するための制御信号である。「オン」信号として、図１において、駆動トランスＴ２の二次巻線Ｔ２−Ｑ１からの抵抗Ｒａ１を通して補助スイッチング素子Ｑａ１のゲートにプラス電圧を供給する。これに対して、「オフ」信号として、図１において、駆動トランスＴ２の二次巻線Ｔ２−Ｑ２から抵抗Ｒａ１を通して補助スイッチング素子Ｑａ１のゲートにマイナス電圧を供給する。
【００３４】
又、図４においては、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と補助スイッチング素子Ｑａ１の制御信号を示していて、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の制御信号ＧＤ１、ＧＤ２を図４（ａ）に示すと共に、補助スイッチング素子Ｑａ１の制御信号ＧＤａ１を図４（ｂ）に示している。図４に示すように、本実施の形態の場合には、補助スイッチング素子Ｑａ１の「ターンオン」に対して予め設定された遅れ時間「ｔｄ」を経た後に、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を「ターンオン」させているものである。
尚、この図４の場合には駆動信号「ＬＯＷ」を「０Ｖ」で表している。
【００３５】
以上の構成を基に図５を参照してその作用を説明する。
尚、図５はタイミングチャートであり、Ｖ１、Ｖ２は主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２の両端電圧を示し、Ｉ１は主スイッチング素子Ｑ１のスイッチ機能部ＳＷ１、寄生ダイオードＤｓｗ１、寄生コンデンサＣｓｗ１を流れる電流を示し、Ｉ２は主スイッチング素子Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ２、寄生ダイオードＤｓｗ２、寄生コンデンサＣｓｗ２を流れる電流を示す。Ｉｄａ１、Ｉｄａ２はダイオードＤａ１、Ｄａ２を流れる電流を示し、ＩＣａ１はコンデンサＣａ１を流れる電流を示し、ＶＣａ１はコンデンサＣａ１の両端電圧を示し、Ｖｌａ１はチョークコイルＬａ１の両端電圧を示している。
そして、図５（ａ）は主スイッチング素子Ｑ１のスイッチ機能部ＳＷ１の駆動信号ＧＤ１の時間変化を示しており、図５（ｂ）主スイッチング素子Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ２の駆動信号ＧＤ２の時間変化を示しており、図５（ｃ）補助スイッチング素子Ｑａ１のスイッチ機能部ＳＷａ１の駆動信号ＧＤａ１の時間変化を示しており、図５（ｄ）主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２の両端電圧Ｖ１、Ｖ２の時間を示しており、図５（e）主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２を流れる電流Ｉ１、Ｉ２の時間変化を示しており、図５（ｆ）ダイオードＤａ１を流れる電流Ｉｄａ１の時間変化を示しており、図５（ｇ）ダイオードＤａ２を流れる電流Ｉｄａ２の時間変化を示しており、図５（ｈ）はコンデンサＣａ１を流れる電流Ｉｃａ１の時間変化を示しており、図５（ｉ）はコンデンサＣａ１の両端電圧Ｖｃａ１の時間変化を示しており、図５（ｊ）はチョークコイルＬａ１の両端電圧Ｖｌａ１の時間変化を示している。
【００３６】
まず、図５における期間「（１）（時刻ｔ１〜ｔ２）」の場合であるが、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２、補助スイッチング素子Ｑａ１のスイッチ機能部ＳＷａ１を「ターンオフ」すると、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２を流れる電流Ｉ１、Ｉ２が瞬時に「０」となる。そして、トランスＴ１の蓄積エネルギによってダイオードＤａ１に電流Ｉｄａ１が流れる。そして、コンデンサＣａ１の電圧Ｖｃａ１は「−Ｖｉｎ」から徐々に高くなって「正」に反転する。主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２の電圧Ｖ１、Ｖ２はコンデンサＣａ１の電圧Ｖｃａ１の上昇に伴って徐々に高くなる。このように主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２両端電圧Ｖ１、Ｖ２が徐々に上昇するため「ターンオフ」時のスイッチング損失は略「０」になる。
【００３７】
次に、図５における期間「（２）（時刻ｔ２〜ｔ３）」の場合であるが、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２、補助スイッチング素子Ｑａ１のスイッチ機能部ＳＷａ１  は「オフ」したままである。そして、ダイオードＤａ２に流れる電流は略「０」である。これは主スイッチング素子Ｑａ１のスイッチ機能部ＳＷａ１が「オフ」しているからである。又、コンデンサＣａ１の電圧Ｖｃａ１には充放電が殆どなく「正」の電圧で略一定に維持される。
【００３８】
次に、図５における期間「（３）（時刻ｔ３〜ｔ４）」の場合であるが、補助スイッチング素子Ｑａ１のスイッチ機能部ＳＷａ１  を「ターンオン」することにより、コンデンサＣａ１とコイルＬａ１  による共振回路が形成され、ダイオードＤａ２、コイルＬａ１、主スイッチング素子Ｑａ１のスイッチ機能部ＳＷａ１を介して共振電流が流れる。そして、コンデンサＣａ１の電圧Ｖｃａ１は徐々に減少する。
【００３９】
次に、図５における期間「（４）（時刻ｔ４〜ｔ５）」の場合であるが、コンデンサＣａ１の電圧の極性が反転するとともにダイオードＤａ１が導通して電流Ｉｄａ１が流れる。コンデンサＣａ１の電圧Ｖｃａ１が「Ｖｉｎ」を越え、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２  と並列のコンデンサＣｓｗ１、Ｃｓｗ２の電荷が電源に向かって回生される。このため、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２の両端電圧Ｖ１、Ｖ２は徐々に減少する。
【００４０】
次に、図５における期間「（５）（時刻ｔ５〜ｔ６）」の場合であるが、ダイオードＤｓｗ１、Ｄｓｗ２が導通したとき、つまり主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２の両端電圧Ｖ１、Ｖ２が略「０」になってから主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２が「ターンオン」する。この「ターンオン」のタイミングは、既に説明した補助スイッチング素子Ｑａ１のスイッチ機能部ＳＷａ１  を「ターンオン」のタイミング対して、遅れ時間「ｔｄ」だけ遅れているものである。そして、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２に電流Ｉ１、Ｉ２が流れ始める。このように、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２の両端電圧Ｖ１、Ｖ２が略「０」になってから主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２を「ターンオン」するため、「ターンオン」時のスイッチング損失は略「０」になる  
【００４１】
次に、図５における期間「（６）（時刻ｔ６〜ｔ７）」の場合であるが、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２が「オン」で電流Ｉ１、Ｉ２が流れる。そして、期間「（１）（時刻ｔ１〜ｔ２）」と同じ動作に戻り以下同様の内容を繰り返すものである。
【００４２】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができるものである。
すなわち、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のターンオン時のスイッチング損失を低減させることができる。これは、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２の「ターンオン」のタイミングを補助スイッチング素子Ｑａ１のスイッチ機能部ＳＷａ１  を「ターンオン」のタイミング対して、遅れ時間「ｔｄ」だけ遅らせることにより実現されているものである。
その他、スナバ回路１１としての損失を低減させ、それによって、スイッチング電源装置としてのスイッチング損失を低減させることができる。これは、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、の「オン／オフ」スイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２、補助スイッチング素子Ｑａ１の「オン／オフ」スイッチ機能部ＳＷａ１が「ターンオフ」した時、ダイオードＤａ１とコンデンサＣａ１の作用によって、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、の「オン／オフ」スイッチ機能部ＳＷ１、ＳＷ２の両端電圧Ｖ１、Ｖ２が徐々に上昇するようになるためである。
又、駆動トランスＴ２の二次巻線の数を減少させることができる。すなわち、従来の場合には、二次巻線Ｔ２−Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ２と二次巻線Ｔ２−Ｑａ１を必要としていたが、本実施の形態の場合には、二次巻線Ｔ２−Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ２の二つで事足りるものである。このように必要な電子部品の個数を減少させることができ、それによって、構成の簡略化と装置の小型化を図ることができる。具体的には、図７に示した従来の構成の場合には２１点の電子部品を必要としていたが、図１に示す本実施の形態の場合には１７点の電子部品で事足りることになる。
又、上記効果によってスイッチング周波数の高周波化が可能になり、よって、スイッチング電源装置の小型化を図ることができる。
【００４３】
次に、図６及び図７を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態によるスイッチング電源装置は図６に示すような構成になっている。まず、電源端子１、３があるとともに出力端子５、７がある。上記電源端子１、３側と出力端子５、７側との間には、トランスＴ１が設置されている。このトランスＴ１は一次巻線Ｔ１−Ｐと二次巻線Ｔ１−Ｓとから構成されている。上記電源端子１、３側には、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１が設置されている。又、上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１には駆動トランスＴ２が設置されている。
【００４４】
上記駆動トランスＴ２は後述する制御回路９からの駆動信号を入力する一次巻線Ｔ２−Ｄと、この信号を出力して上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と補助スイッチング素子Ｑａ１を駆動する二次巻線Ｔ２−Ｑ１と二次巻線Ｔ２−Ｑ２と二次巻線Ｔ２−Ｑａ１とから構成されている。上記スイッチング素子Ｑ１と一次巻線Ｔ２−Ｑ１との間には抵抗Ｒ１、抵抗Ｒｄ１、コンデンサＣｄ１、ダイオードＤｄ１が夫々設置されている。又、上記主スイッチング素子Ｑ２と一次巻線Ｔ２−Ｑ２との間には抵抗Ｒ２、抵抗Ｒｄ２、コンデンサＣｄ２、ダイオードＤｄ２が夫々設置されている。又、上記補助スイッチング素子Ｑａ１と一次巻線Ｔ２−Ｑａ１との間には抵抗Ｒａ１、Ｒａｄ１、コンデンサＣａｄ１、ダイオードＤａｄ１が夫々設置されている。
【００４５】
又、上記電源端子１、３側には、ダイオードＤａ１、Ｄａ２、Ｄａ３が設置されている。又、上記電源端子１、３側には、コンデンサＣ１、Ｃａ１、Ｃａ２が設置されているとともにチョークコイルＬａ１が設置されている。そして、上記補助スイッチング素子Ｑａ１、ダイオードＤａ１、Ｄａ２、Ｄａ３、コンデンサＣａ１、Ｃａ２、チョークコイルＬａ１によってスナバ回路１１を構成している。
【００４６】
上記出力端子５、７側には制御回路９が設置されている。又、上記出力端子５、７側にはダイオードＤ３、Ｄ４が設置されているとともにチョークコイルＬ１、コンデンサＣ２が設置されている。
尚、図６中Ｖｉｎは電源電圧を示している。
又、図７は主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、補助スイッチング素子Ｑａ１のゲート駆動波形を示す図である。
【００４７】
このような構成をなす第２の実施の形態の場合にも前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。すなわち、上記補助スイッチング素子Ｑａ１をターンオンすることにより上記チョークコイルＬａ１とコンデンサＣａ１を共振させる。そして、上記チョークコイルＬａ１の両端電圧が電源電圧Ｖｉｎ以上となり、上記コンデンサＣｄ１、Ｃｄ２を放電させ、上記ダイオードＤｄ１、Ｄｄ２に電流が流れてから上記主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をターンオンさせるようにしているものである。つまり、前記第１の実施の形態の場合と同様に、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の「ターンオン」のタイミングを補助スイッチング素子Ｑａ１の「ターンオン」のタイミング対して、遅れ時間「ｔｄ」だけ遅らせることにより、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の「ターンオン」時のスイッチング損失を低減させることができ、それによって、スイッチング周波数の高周波化が可能になり、よって、スイッチング電源装置の小型化を図ることができる。
【００４８】
尚、本発明は前記第１、第２の実施の形態に限定されるものではない。
まず、前記第１及び第２の実施の形態の場合には、２石フォワード型のスイッチング電源装置を例に挙げて説明しているが、１石フォワード型のスイッチング電源装置にも同様に適用可能である。
又、駆動トランスＴ２としては、絶縁ホトカプラ素子、ブートスとラップ回路により生成される信号でもよい。
又、主スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の「ターンオフ」時の蓄積エネルギが不足する場合には、トランスＴの一次巻線Ｔ１−Ｐに別体のコイルを直列に接続するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、スイッチング電源装置に係り、特に、トランスの一次巻線に接続された主スイッチング素子のターンオン時のスイッチング損失の低減を図ることができ、且つ、構成の簡略化と装置の小型化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、２石フォワード型、１石フォワード型のスイッチング電源装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、スイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、主スイッチング素子のゲート駆動波形を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、スイッチング電源装置の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、主スイッチング素子のゲート駆動波形を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示す図で、スイッチング電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図で、スイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す図で、主スイッチング素子のゲート駆動波形を示す図である。
【図８】従来例を示す図で、スイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
【図９】参考例を示す図で、スイッチング電源装置の回路構成を示す図である。
【図１０】参考例を示す図で、主スイッチング素子のゲート駆動波形を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  電源端子
３  電源端子
５  出力端子
７  出力端子
９  制御回路
Ｔ１  トランス
Ｔ２  駆動トランス
Ｑ１  主スイッチング素子
Ｑ２  主スイッチング素子
Ｑａ１  補助スイッチング素子
Ｄａ１  ダイオード
Ｄａ２  ダイオード
Ｃａ１  コンデンサ
Ｌａ１  チョークコイル
Ｒａ１  抵抗
Ｒ１  抵抗
Ｒｄ１  抵抗
Ｃｄ１  コンデンサ
Ｄｄ１  ダイオード
Ｒ２  低抗
Ｒｄ２  抵抗
Ｃｄ２  コンデンサ
Ｄｄ２  ダイオード
【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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