(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の巻線の一方の端子が第１のダイオードのアノードに接続され、第２の巻線の一方の端子が第２のダイオードのアノードに接続される第１の変圧器と、
第１〜第３の巻線を有し、該第１の巻線の一方の端子が前記第２のダイオードのカソードに接続され、且つ、前記第３の巻線を経由して前記第１のダイオードのカソードに接続され、第１の巻線の他方の端子がスイッチを介して所定の電源ラインに接続されており、第２の巻線がダイオードを介して負荷側に電力を供給する第２の変圧器と、
第１の変圧器の前記第１の巻線及び第２の巻線の他方の端子に電源を供給するダイオードアレイとを備え、
前記スイッチのオン・オフによって負荷側に電力を供給するスイッチング電源装置において、
前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に一方の端子が接続するキャパシタを有し、前記スイッチのオフとなる時点で前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に発生するサージ電圧に基づいて前記キャパシタを充電し、前記スイッチのオンとなる時点で放電する前記キャパシタの放電電流に対応した電流を前記第１の変圧器の第１の巻線に生ずるエネルギー回収手段を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記エネルギー回収手段は、アノードが前記キャパシタを介して前記第２の変圧器の第１の巻線の前記他方の端子に接続され、カソードが前記第２の変圧器の第１の巻線の前記一方の端子に接続される第３のダイオードと、アノードが前記第１の変圧器の第３の巻線を介して前記所定の電源ラインに接続され、カソードが前記第３のダイオードのアノードと接続される第４のダイオードとを備える、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記エネルギー回収手段は、前記第１のダイオードと前記第２の変圧器の第３の巻線との間に、前記第１のダイオードと同方向に挿入される第３のダイオードを備え、該第３のダイオードのアノードが前記キャパシタを介して前記第２の変圧器の第１の巻線の前記他方の端子に接続される、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
第１の巻線及び第２の巻線を有する第１の変圧器と、
前記第１の変圧器の第１の巻線の一方の端子に接続される一方の端子を有する第１の巻線と、ダイオードを介して負荷に接続される第２の巻線とを有する第２の変圧器と、
前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子と所定の電源ラインとの間に接続されるスイッチと、
前記第１の変圧器の第１の巻線に電源を供給するダイオードアレイとを備え、
前記スイッチのオン・オフによって負荷側に電力を供給するスイッチング電源装置であって、
前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に一方の端子が接続するキャパシタを有し、前記スイッチのオフとなる時点で前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に発生するサージ電圧に基づいて前記キャパシタを充電し、前記スイッチのオンとなる時点で放電する前記キャパシタの放電電流に対応した電流を前記第１の変圧器の第２の巻線を介して前記第１の変圧器の第１の巻線に生ずるエネルギー回収手段を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項５】
第１及び第２の巻線を少なくとも有する第１の変圧器と、該第１の変圧器の第１の巻線を介して電力が供給される一方の端子を有する第１の巻線、及び、ダイオードを介して負荷に接続される第２の巻線を有する第２の変圧器と、該第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子と所定の電源ラインとの間に接続されるスイッチとを備え、前記スイッチのオン・オフによって負荷側に電力を供給するスイッチング電源装置において、
前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に一方の端子が接続するキャパシタを有し、前記スイッチのオフとなる時点で前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に発生するサージ電圧に基づいて前記キャパシタを充電し、前記スイッチのオンとなる時点で放電する前記キャパシタの放電電流に対応した電流を前記第１の変圧器の第２の巻線を経由して前記第１の変圧器の第１の巻線に生ずるエネルギー回収手段を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項６】
第１の巻線の一方の端子が第１のダイオードのアノードに接続され、第２の巻線の一方の端子が第２のダイオードのアノードに接続される第１の変圧器と、
第１〜第２の巻線を有し、該第１の巻線の一方の端子が前記第１のダイオードのカソードに接続され、且つ、前記第１の巻線の中間タップが前記第２のダイオードのカソードに接続され、第１の巻線の他方の端子がスイッチを介して所定の電源ラインに接続されており、第２の巻線がダイオードを介して負荷側に電力を供給する第２の変圧器と、
第１の変圧器の前記第１の巻線及び第２の巻線の他方の端子に電源を供給するダイオードアレイとを備え、
前記スイッチのオン・オフによって負荷側に電力を供給するスイッチング電源装置において、
前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に一方の端子が接続するキャパシタを有し、前記スイッチのオフとなる時点で前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に発生するサージ電圧に基づいて前記キャパシタを充電し、前記スイッチのオンとなる時点で放電する前記キャパシタの放電電流に対応した電流を前記第１の変圧器の第１の巻線に生ずるエネルギー回収手段を備え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関し、より詳細には、入力電流のピーク値を低減する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】
スイッチング電源装置は、シリーズ電源装置に比して、小型軽量・高効率という特長があり、電子機器等における省エネルギーや軽薄短小の要求により、あらゆる分野で利用されている。スイッチング電源装置は、このような要求に対応するための回路が幾つか提案されている。
【０００３】
特願平１１−３７３３４０号には、従来のスイッチング電源装置の技術が記載されている。図８は、従来のスイッチング電源装置の回路図である。スイッチング電源装置のスイッチＳ1は、力率改善回路及びＤＣ／ＤＣコンバータの双方のスイッチ機能を兼用する。
【０００４】
スイッチング電源装置は、ダイオードブリッジＤBを経由した入力電圧である正弦波の瞬時値が、ノードＮaの電位を越えると入力電流が流れ、ノードＮaの電位を越えないと入力電流が流れない。入力電流が流れる期間は、入力電流導通期間であり、入力電流が流れない期間は、入力電流遮断期間である。
【０００５】
双方の期間中に、スイッチＳ1がオンするターンオン動作時間、及び、スイッチＳ1がオフするターンオフ動作時間を夫々有する。
【０００６】
図９は、図８のスイッチング電源装置の各部の動作を示す。同図（ａ）は、入力電流導通期間の動作を示す。ターンオン動作時間Ｔ1に、スイッチＳ1がオンすることにより、ノードＮdがコモン電位になるので、スイッチ電流Ｉ5がノードＮaからノードＮdの方向に電流が流れる。
【０００７】
インダクタＬ23は、スイッチ電流Ｉ5が流れることにより、ノードＮaからノードＮbへの方向に、誘導起電力を発生する。ノードＮaの電位は、ノードＮbの電位に比して低くなり、Ｖ2を維持する。インダクタＬ11に流れる第１入力電流Ｉ1は、０からＡ1まで直線的に上昇し、インダクタＬ12に流れる第２入力電流Ｉ2は、０を維持する。
【０００８】
第１入力電流Ｉ1は、インダクタＬ21、及び、スイッチＳ1を経由してスイッチ電流Ｉ5として流れ、キャパシタＣ1を経由してキャパシタ電流Ｉ7として流れる。スイッチ電流Ｉ5は、０からＡ3まで直線的に上昇する。
【０００９】
インダクタＬ22は、スイッチ電流Ｉ5が流れるエネルギに基づいて誘導起電力を発生し、ダイオードＤ5を逆バイアスする。インダクタＬ22からダイオードＤ5に流れる出力電流Ｉ6は、０を維持する。
【００１０】
ターンオン期間Ｔ2に、スイッチＳ1がオフすることにより、スイッチ電流Ｉ5が流れない。インダクタＬ23は、スイッチ電流Ｉ5が流れないことにより、ノードＮbからノードＮaへの方向に、誘導起電力を発生する。電位Ｖaは、電位Ｖbに比して高くなり、Ｖ1を維持する。第１入力電流Ｉ1は、０を維持する。第２入力電流Ｉ2は、Ａ2から０まで直線的に下降する。
【００１１】
インダクタＬ22は、スイッチ電流Ｉ5が流れないと誘導起電力を発生し、ダイオードＤ5を順方向にバイアスする。インダクタＬ22からダイオードＤ5に流れる出力電流Ｉ6は、Ａ5から０まで直線的に下降する。
【００１２】
同図（ｂ）は、入力電流遮断期間の動作を示す。ターンオン動作時間T1及びＴ2に、第１入力電流Ｉ1及び第２入力電流Ｉ2は、入力電流が流れないので、０を維持する。
【００１３】
キャパシタＣ1は、入力電流導通期間にキャパシタ電流Ｉ7が流れることにより、導通期間エネルギが貯えられている。スイッチ電流Ｉ5は、導通期間エネルギにより、キャパシタＣ1、インダクタＬ21、及び、スイッチＳ1から成る閉回路に流れる。ターンオン動作時間Ｔ1及びＴ2に、スイッチ電流Ｉ5及び出力電流Ｉ6は、入力電流導通期間と同様に変化する。
【００１４】
スイッチング電源装置は、入力電流導通期間中には、スイッチ電流Ｉ5は、Ａ4からＡ3までの電流によるエネルギーがインダクタＬ11及びＬ12を励磁する励磁エネルギー（斜線の部分）として消費され、０からＡ4までの電流によるエネルギーが出力電流Ｉ6を供給する電力変換エネルギーとして消費される。
【００１５】
入力電流遮断期間には、スイッチ電流Ｉ5は、第１入力電流Ｉ1及び第２入力電流Ｉ2が０であるため、電流によるエネルギーは、電力変換エネルギーとして全て消費される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスイッチング電源装置は、高調波電流を抑制しようとすると、インダクタＬ23の巻数Ｎ23を増やして導通期間を長くし、入力電流のピーク値を下げる必要がある。しかし、巻数Ｎ23を増やすと、スイッチＳ1の電流ストレスが大きくなってしまう。
【００１７】
スイッチ電流Ｉ5のピーク値であるＡ3は、巻数Ｎ23に比例する。巻数Ｎ23を増加させると、スイッチ電流Ｉ5のピーク値が増加する。スイッチＳ1は、増加したスイッチ電流Ｉ5に対応するために、大きい電流を導通又は遮断できる電流の制御能力を示す電流ストレスが増える。
【００１８】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、スイッチにかかるストレスを増やすことなく入力電流の導通期間を長くすることによって、入力電流ピーク値を抑え、高調波電流を抑制したスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のスイッチング電源装置は、第１の巻線の一方の端子が第１のダイオードのアノードに接続され、第２の巻線の一方の端子が第２のダイオードのアノードに接続される第１の変圧器と、第１〜第３の巻線を有し、該第１の巻線の一方の端子が前記第２のダイオードのカソードに接続され、且つ、前記第３の巻線を経由して前記第１のダイオードのカソードに接続され、第１の巻線の他方の端子がスイッチを介して所定の電源ラインに接続されており、第２の巻線がダイオードを介して負荷側に電力を供給する第２の変圧器と、第１の変圧器の前記第１の巻線及び第２の巻線の他方の端子に電源を供給するダイオードアレイとを備え、前記スイッチのオン・オフによって負荷側に電力を供給するスイッチング電源装置において、前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に一方の端子が接続するキャパシタを有し、前記スイッチのオフとなる時点で前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に発生するサージ電圧に基づいて前記キャパシタを充電し、前記スイッチのオンとなる時点で放電する前記キャパシタの放電電流に対応した電流を前記第１の変圧器の第１の巻線に生ずるエネルギー回収手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明のスイッチング電源装置は、スイッチのオフとなる時点で発生するサージ電圧を電荷として蓄え、スイッチのオンとなる時点で蓄えた電荷を放出し、その一部を回生し、かつその放出電流で電力供給を継続させることにより、入力電流の導通期間を長くし、入力電流のピーク値を抑えることができる。
【００２１】
本発明のスイッチング電源装置では、前記エネルギー回収手段は、アノードが前記キャパシタを介して前記第２の変圧器の第１の巻線の前記他方の端子に接続され、カソードが前記第２の変圧器の第１の巻線の前記一方の端子に接続される第３のダイオードと、アノードが前記第１の変圧器の第３の巻線を介して前記所定の電源ラインに接続され、カソードが前記第３のダイオードのアノードと接続される第４のダイオードとを備えること、又は、前記エネルギー回収手段は、前記第１のダイオードと前記第２の変圧器の第３の巻線との間に、前記第１のダイオードと同方向に挿入される第３のダイオードを備え、該第３のダイオードのアノードが前記キャパシタを介して前記第２の変圧器の第１の巻線の前記他方の端子に接続されることもできる。
【００２２】
また、本発明のスイッチング電源装置は、第１の巻線及び第２の巻線を有する第１の変圧器と、前記第１の変圧器の第１の巻線の一方の端子に接続される一方の端子を有する第１の巻線と、ダイオードを介して負荷に接続される第２の巻線とを有する第２の変圧器と、前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子と所定の電源ラインとの間に接続されるスイッチと、前記第１の変圧器の第１の巻線に電源を供給するダイオードアレイとを備え、前記スイッチのオン・オフによって負荷側に電力を供給するスイッチング電源装置であって、前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に一方の端子が接続するキャパシタを有し、前記スイッチのオフとなる時点で前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に発生するサージ電圧に基づいて前記キャパシタを充電し、前記スイッチのオンとなる時点で放電する前記キャパシタの放電電流に対応した電流を前記第１の変圧器の第２の巻線を介して前記第１の変圧器の第１の巻線に生ずるエネルギー回収手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明のスイッチング電源装置は、フライバックコンバータに応用することができる。
【００２４】
更に、本発明のスイッチング電源装置は、第１及び第２の巻線を少なくとも有する第１の変圧器と、該第１の変圧器の第１の巻線を介して電力が供給される一方の端子を有する第１の巻線、及び、ダイオードを介して負荷に接続される第２の巻線を有する第２の変圧器と、該第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子と所定の電源ラインとの間に接続されるスイッチとを備え、前記スイッチのオン・オフによって負荷側に電力を供給するスイッチング電源装置において、前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に一方の端子が接続するキャパシタを有し、前記スイッチのオフとなる時点で前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に発生するサージ電圧に基づいて前記キャパシタを充電し、前記スイッチのオンとなる時点で放電する前記キャパシタの放電電流に対応した電流を前記第１の変圧器の第２の巻線を経由して前記第１の変圧器の第１の巻線に生ずるエネルギー回収手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
更に、本発明のスイッチング電源装置は、第１の巻線の一方の端子が第１のダイオードのアノードに接続され、第２の巻線の一方の端子が第２のダイオードのアノードに接続される第１の変圧器と、第１〜第２の巻線を有し、該第１の巻線の一方の端子が前記第１のダイオードのカソードに接続され、且つ、前記第１の巻線の中間タップが前記第２のダイオードのカソードに接続され、第１の巻線の他方の端子がスイッチを介して所定の電源ラインに接続されており、第２の巻線がダイオードを介して負荷側に電力を供給する第２の変圧器と、第１の変圧器の前記第１の巻線及び第２の巻線の他方の端子に電源を供給するダイオードアレイとを備え、前記スイッチのオン・オフによって負荷側に電力を供給するスイッチング電源装置において、前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に一方の端子が接続するキャパシタを有し、前記スイッチのオフとなる時点で前記第２の変圧器の第１の巻線の他方の端子に発生するサージ電圧に基づいて前記キャパシタを充電し、前記スイッチのオンとなる時点で放電する前記キャパシタの放電電流に対応した電流を前記第１の変圧器の第１の巻線に生ずるエネルギー回収手段を備えることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例に基づいて、本発明のスイッチング電源装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態例のスイッチング電源装置の回路図である。
【００２７】
スイッチング電源装置は、インダクタＬ11、Ｌ12、Ｌ13、Ｌ21、Ｌ22、Ｌ23、キャパシタＣ1、Ｃ2、Ｃ3、ダイオードブリッジ（ダイオードアレイ）ＤB、ダイオードＤ1〜Ｄ5、及び、スイッチＳ1で構成される。
【００２８】
インダクタＬ11、Ｌ12、及び、Ｌ13は、第１の変圧器（カップルドインダクタ）を構成し、鉄心Ｕ1で磁気結合される。インダクタＬ21、Ｌ22、及び、Ｌ23は、第２の変圧器を構成し、鉄心Ｕ2で磁気結合される。
【００２９】
ダイオードブリッジＤBの出力端子は、インダクタＬ11を介してダイオードＤ1のアノードに接続され、インダクタＬ12を介してダイオードＤ2のアノードに接続される。ノードＮaであるダイオードＤ1のカソードは、インダクタＬ23を介して、ノードＮbであるダイオードＤ2及びＤ3のカソードに接続される。ノードＮbは、キャパシタＣ1を介してコモン電位に接続される。ノードＮdは、インダクタＬ21を介してノードＮbに接続され、キャパシタＣ2を介してノードＮcであるダイオードＤ4のカソード及びダイオードＤ3のアノードに接続され、スイッチＳ1を介してコモン電位に接続される。ダイオードＤ4のアノードは、インダクタＬ13を介してコモン電位に接続される。インダクタＬ22は、一端がダイオードＤ5のアノードに接続され、他端がキャパシタＣ3を介してダイオードＤ5のカソードに接続される。
【００３０】
鉄心Ｕ1及びＴ2内の磁束の方向は、各インダクタの黒丸の方向から電流が入力すると増加するものとする。インダクタＬ11及びＬ12ではダイオードブリッジＤB側の端子から、インダクタＬ13ではコモン電位側の端子から電流が流れると、夫々鉄心Ｕ1内の磁束が増加する。インダクタＬ23及びＬ21ではノードＮb側の端子から、インダクタＬ22ではキャパシタＣ3側の端子から電流が流れると鉄心Ｕ2内の磁束が増加する。
【００３１】
ここで、第１入力電流Ｉ1は、ダイオードブリッジＤBとインダクタＬ11との間に流れる電流であり、第２入力電流Ｉ2は、ダイオードブリッジＤBとインダクタＬ12との間に流れる電流であり、放電電流Ｉ3は、インダクタＬ13とダイオードＤ4との間に流れる電流であり、充電電流Ｉ4は、ノードＮcとダイオードＤ3との間に流れる電流であり、スイッチ電流Ｉ5は、ノードＮdとスイッチＳ1との間に流れる電流であり、出力電流Ｉ6は、インダクタＬ22とダイオードＤ5との間に流れる電流である。
【００３２】
ノードＮa、Ｎb、Ｎc、及び、Ｎdの電位は、夫々電圧Ｖa、Ｖb、Ｖc、及び、Ｖdである。インダクタＬ11、Ｌ12、Ｌ13、Ｌ21、Ｌ22、及び、Ｌ23の巻線数は、夫々Ｎ11、Ｎ12、Ｎ13、Ｎ21、Ｎ22、及び、Ｎ23である。電圧Ｖoは、キャパシタＣ3の両端に発生する電圧である。
【００３３】
なお、図１の実施例で、インダクタＬ23を省き、インダクタＬ21の中間タップがダイオードＤ1のカソードに接続された構成にしてもよい。
【００３４】
図２は、スイッチング電源装置に供給される入力電圧及び入力電流を示す。入力電圧は、スイッチング電源装置に供給される正弦波状の電圧であり、１点破線で示される。入力電流は、入力電圧に応じてスイッチング電源装置に流れる電流であり、破線で示される。入力電流は、入力電圧である正弦波の瞬時値ＶinがＶxを越えると流れ、瞬時値ＶinがＶxを越えないと流れない。
【００３５】
入力電流は、所定の期間内の入力電圧に基づいて、スイッチング電源装置に流れる電流であり、破線で示される。
入力電流の導通角は、スイッチング電源装置に電流が流れる期間を示す。
【００３６】
スイッチング電源装置は、入力電圧である正弦波の瞬時値ＶinがＶx越えるか否かにより、ダイオードブリッジＤBを経由して流れる入力電流を制御する入力電流導通期間（Ｖin＞Ｖx）及び入力電流遮断期間（Ｖin＜Ｖx）を交互に有する。入力電流は、入力電流導通期間に流れ、入力電流遮断期間に流れない。スイッチＳ1は、双方の入力電流の期間中、ターンオン動作及びターンオフ動作を繰り返し、回路内の電圧及び電流を変化させる。スイッチＳ1を流れる電流（スイッチ電流Ｉ5）は、ターンオン動作時間T1及びターンオフ動作時間T2に、導通及び遮断される。
【００３７】
第１入力電流Ｉ1及び第２入力電流Ｉ2は、入力電流に基づいて交互に切り換わり流れる電流であり、双方を合成した電流として実線で示される。スイッチング電源装置は、入力側に図示されないノイズフィルタを有し、このフィルタ機能により、第１入力電流Ｉ1及び第２入力電流Ｉ2を平均化することで、入力電流として流れる。
【００３８】
図３は、図１のスイッチング電源装置の各部の動作を示す。同図（ａ）は、入力電流遮断期間の動作である。入力電流は、遮断される。
【００３９】
ターンオン動作時間Ｔ1の場合、スイッチＳ1は、オンする。キャパシタＣ1は、前回の入力電流導通期間にキャパシタ電流Ｉ7が流れることにより、導通期間エネルギが貯えられている。キャパシタＣ1は、導通期間エネルギに基づいて、ノードＮb側の端子がを正になり、コモン電位側の端子が負になる。
【００４０】
キャパシタＣ1、インダクタＬ21、及び、スイッチＳ1から成る閉回路には、電流が流れる。ノードＮdがコモン電位になるので、スイッチ電流Ｉ5がノードＮbからノードＮdの方向に電流が流れる。
【００４１】
スイッチ電流Ｉ5が増加することにより、インダクタＬ21は、鉄心Ｕ2内の磁束を増加させる。インダクタＬ23は、鉄心Ｕ2内の磁束を減少させる方向に、誘導起電力を発生する。誘導起電力は、ノードＮaからノードＮbへの方向に発生する。電位Ｖaは、電位Ｖbに比して低くなり、Ｖ2を維持する。Ｖ2は、以下のように示される。
【００４２】
Ｖ2＝Ｖb×｛１−（Ｎ23／Ｎ21）｝        ・・・・（１）
電位Ｖdは、０のコモン電位になる。キャパシタＣ2は、ターンオフ動作時間Ｔ2に貯えたサージエネルギーに基づいて、電位Ｖcを所定の負の電圧にする。ダイオードＤ3は、逆方向にバイアスされる。そして、スイッチ電流Ｉ5が供給される。
【００４３】
ダイオードＤ4は、順方向にバイアスされる。インダクタＬ13、ダイオードＤ4、キャパシタＣ2、及び、スイッチＳ1から成る閉回路には、電流が流れる。キャパシタＣ2は、サージエネルギーを放出し、放電電流Ｉ3として流す。
【００４４】
インダクタＬ13は、放電電流Ｉ3が流れることにより、鉄心Ｕ1内の磁束を増加させる。インダクタＬ11は、鉄心Ｕ1内の磁束を減少させる方向に、誘導起電力を発生し、放電電流Ｉ3が減少するのに従って、第１入力電流Ｉ1が流れる。
【００４５】
第１入力電流Ｉ1は、放電電流Ｉ3に基づいて、０から所定の値まで急上昇する。スイッチ電流Ｉ5は、第１入力電流Ｉ1と放電電流Ｉ3に基づいて、０から所定の値まで急上昇する。放電電流Ｉ3は、短い時間でパルス状に上昇し下降する。
【００４６】
ターンオフ動作時間Ｔ2の場合、スイッチＳ1はオフする。スイッチ電流Ｉ5は、０を維持する。キャパシタＣ1、インダクタＬ21、及び、スイッチＳ1から成る閉回路には、電流が流れない。インダクタＬ21は、スイッチ電流Ｉ5が流れなくなると、鉄心Ｕ2内の磁束が減少する。インダクタＬ23は、鉄心Ｕ2内の磁束を増加させる方向に、誘導起電力を発生する。
【００４７】
誘導起電力は、ノードＮbからノードＮaへの方向に発生する。電位Ｖaは、電位Ｖbに比して高くなり、Ｖ1を維持する。Ｖ1は、以下のように示される。
【００４８】
Ｖ1＝Ｖb＋（Ｖo×Ｎ23／Ｎ22）        ・・・・（２）
インダクタＬ21は、スイッチ電流Ｉ5が流れなくなると、鉄心Ｕ2内の磁束が減少し、磁束を増加させる方向にサージ電圧を発生する。サージ電圧は、ダイオードＤ3を順方向にバイアスし、ダイオードＤ4を逆方向にバイアスする。放電電流Ｉ3は、０を維持する。第１入力電流Ｉ1は、放電電流Ｉ3に応じて発生するので、０を維持する。
【００４９】
インダクタＬ21、キャパシタＣ2、及び、ダイオードＤ3から成る閉回路には、充電電流Ｉ4が流れる。キャパシタＣ2は、充電電流Ｉ4に基づいて、ノードＮd側の端子が正にノードＮc側の端子が負に充電され、サージエネルギーとして吸収する。充電電流Ｉ4は、短い時間でパルス状に上昇し下降する。
【００５０】
電圧Ｖdは、充電電流Ｉ4に基づいて変化し、インダクタＬ21の漏れインダクタンス及びスイッチＳ1の寄生容量によるＬＣ共振作用により、その後値が上下に振動し、所定の時間経過すると所定の値を維持する。
【００５１】
同図（ｂ）は、入力電流導通期間の動作である。ターンオン動作時間Ｔ1の場合、入力電流は、ダイオードブリッジＤBを経由して流れる。ダイオードブリッジＤB、インダクタＬ11、ダイオードＤ1、インダクタＬ23、及び、Ｌ21、スイッチＳ1から成る閉回路には、電流が流れる。電位Ｖa及び放電電流Ｉ3は、入力電流導通期間と同様に変化する。
【００５２】
スイッチＳ1がオンすると、ノードＮdがコモン電位になるので、スイッチ電流Ｉ5が流れる。インダクタＬ21は、スイッチ電流Ｉ5が流れると、鉄心Ｕ2内の磁束を増加させる。磁束の増加に寄与するのは、非導通時と同じＡ４をピークとする電流分（破線に示す電流）のみである。インダクタＬ23は、鉄心Ｕ2内の磁束の増加を妨げる方向に誘導起電力を発生させる。誘導起電力は、ノードＮaからノードＮbへの方向に発生する。電位Ｖaは、電位Ｖbに比して低くなり、Ｖ2を維持する。入力電流は、インダクタＬ11及びダイオードＤ1を経由し第１入力電流Ｉ1としてノードＮaに流れる。
【００５３】
第１入力電流Ｉ1は、放電電流Ｉ3が増加している期間は流れず、その後Ａ1まで直線的に上昇する。スイッチ電流Ｉ5は、非導通時におけるスイッチ電流Ｉ5（図３（ａ）に示す）よりも大きくなり、第１入力電流Ｉ1に基づいて同様に変化し、その後Ａ3まで直線的に上昇する。Ａ1、Ａ3、及び、Ａ4には、以下に示す関係がある。
【００５４】
Ａ3−Ａ4＝Ａ1×（Ｎ23／Ｎ21）        ・・・・（３）
【００５５】
ターンオフ動作時間Ｔ2の場合、電位Ｖa、第１入力電流Ｉ1、スイッチ電流Ｉ5、電圧Ｖd及び放電電流Ｉ3は、入力電流遮断期間と同様になる。充電電流Ｉ4は導通時にのみ充電する方向に電流が流れる。
【００５６】
双方の入力電流の期間のターンオン動作時間Ｔ1に、インダクタＬ21は、スイッチ電流Ｉ5（この電流の中で図３（ａ）と同じ分の電流）が流れることで、鉄心Ｕ2内に電力変換エネルギーを貯える。インダクタＬ22は、ダイオードＤ5を逆方向にバイアスする。
【００５７】
双方の入力電流の期間のターンオフ期間Ｔ2に、インダクタＬ22は、ダイオードＤ5を順方向にバイアスする。インダクタＬ22は、鉄心Ｕ2内の電力変換エネルギーに基づいて出力電流Ｉ6を発生し、ダイオードＤ5を経由してキャパシタＣ3に流す。キャパシタＣ3は、出力電流Ｉ6を平滑することで出力電圧Ｖoを発生する。
【００５８】
スイッチング電源装置は、ターンオン動作時間Ｔ1中に、非導通期間でも第１入力電流Ｉ1が流れるので、入力電流の流れる時間が長くなることによって、入力電流のピーク値を抑えることができる。
【００５９】
上記実施形態例によれば、スイッチのオフとなる時点で発生するサージ電圧を電荷として蓄え、スイッチのオンとなる時点で蓄えた電荷を放出し、負荷側に電力を供給する電力変換エネルギーとして回収できる。この電荷放出時の電流により入力電流の導通期間を長くすることによって、入力電流のピーク値を抑えることができる。
【００６０】
図４は、本発明の第２実施形態例のスイッチング電源装置の回路図である。本実施形態例は、第１実施形態例に比して、インダクタＬ13、ダイオードＤ４及びキャパシタＣ２が省略され、ダイオードＤ6及びキャパシタＣ4が追加される。図５は、図４のスイッチング電源装置の各部の動作を示す。スイッチング電源装置の各部の動作は、図３の動作と同様になる。図５の（ａ）は入力電流遮断期間の動作、（ｂ）は入力電流導通期間の動作である。
【００６１】
ターンオン動作時間Ｔ1からターンオフ動作時間Ｔ2に切り換わると、インダクタＬ21は、サージ電圧を発生する。サージ電圧は、ダイオードＤ6を順方向にバイアスする。
【００６２】
インダクタＬ23、Ｌ21、キャパシタＣ4、及び、ダイオードＤ6から成る閉回路には、充電電流Ｉ4が流れる。キャパシタＣ4は、充電電流Ｉ4が流れることにより、サージエネルギーを吸収し、ノードＮd側の端子が正にノードＮa側の端子が負に充電される。
【００６３】
ターンオフ動作時間Ｔ2からターンオン動作時間Ｔ1に切り換わると、
電位Ｖdは、０のコモン電位になる。キャパシタＣ4は、サージエネルギーに基づいて、電位Ｖaを所定の負の電圧にして、ダイオードＤ1を順方向にバイアスする。
【００６４】
ダイオードブリッジＤB、インダクタＬ11、ダイオードＤ1、及び、キャパシタＣ4から成る閉回路には、電流が流れる。放電電流Ｉ3は、第１入力電流Ｉ1として放電電流Ｉ3として流れる。双方の入力電流の期間の動作は、作用効果が図１の回路と同様になる。
【００６５】
上記実施形態例によれば、インダクタＬ13（補助巻線）が省略できるので、設計が容易になる。
【００６６】
図６は、本発明の第３実施形態例のスイッチング電源装置の回路図である。本実施形態例は、本発明をフライバックコンバータに応用した例であり、第１実施形態例のインダクタＬ12、Ｌ23、及び、ダイオードＤ2が省略される。
【００６７】
フライバックコンバータは、入力電圧に応じて入力電流が常に流れ、入力電流導通期間のみを有する。スイッチＳ1は、ターンオン動作及びターンオフ動作を繰り返し、回路内の電流及び電流を変化させる。
【００６８】
図７は、図６のスイッチング電源装置の各部の動作を示す。スイッチ電流Ｉ5、電位Ｖd、充電電流Ｉ4、及び、放電電流Ｉ3は、図３（ｂ）の入力電流導通期間の動作と同様になる。
【００６９】
第１入力電流Ｉ1は、放電電流Ｉ3に基づいて変化し、ターンオン動作時間T1中に放電電流Ｉ3の減少につれて増加し始め、所定の値まで急上昇し、短い時間でパルス状に下降する。
【００７０】
ダイオードＤ4、Ｄ3、キャパシタＣ2、インダクタＬ21、及び、Ｌ13は、導通角改善回路を構成する。導通角改善回路は、動作及び作用効果が図１の回路と同様になる。
【００７１】
上記実施形態例によれば、フライバックコンバータに対しても応用が可能になる。
【００７２】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したスイッチング電源装置も、本発明の範囲に含まれる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスイッチング電源装置では、入力電流導通角が増加することにより、スイッチ電流を小さくできるので、スイッチ電流をオンオフするスイッチの電流ストレスが減少する。
【００７４】
また、入力電流のピーク値を抑えることにより、入力電流に伴って発生する高調波電流を減少させるので、入力側のノイズフィルタで発生する損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例のスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】スイッチング電源装置に入力される入力電圧及び入力電流を示す。
【図３】図１のスイッチング電源装置の各部の動作を示す。
【図４】本発明の第２実施形態例のスイッチング電源装置の回路図である。
【図５】図４のスイッチング電源装置の各部の動作を示す。
【図６】本発明の第３実施形態例のスイッチング電源装置の回路図である。
【図７】図６のスイッチング電源装置の各部の動作を示す。
【図８】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【図９】図８のスイッチング電源装置の各部の動作を示す。
【符号の説明】
Ｉ1  第１入力電流
Ｉ2  第２入力電流
Ｉ3  放電電流
Ｉ4  充電電流
Ｉ5  スイッチ電流
Ｉ6  出力電流
Ｎa〜Ｎd  ノード
Ｌ11〜Ｌ13、Ｌ21〜Ｌ23  インダクタ
Ｃ1〜Ｃ3  キャパシタ
Ｄ1〜Ｄ6  ダイオード
ＤB  ダイオードブリッジ（ダイオードアレイ）
Ｓ1  スイッチ
【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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