(57)【要約】【課題】軽負荷時の損失を低減し、高効率を図ることができる直流変換装置を提供する。【解決手段】直流電源Ｖｄｃ１の直流電圧をオン／オフさせて１次巻線５ａに供給するスイッチング回路Ｑｍ，Ｑｓと、スイッチング回路のオン／オフ動作と同期してオン／オフするスイッチＱｒ及びスイッチＱｒとは相補的にオン／オフするスイッチＱｆを有し、２次巻線５ｂからの電圧を整流する同期整流回路と、スイッチＱｒに並列に接続されたダイオードＤ３及びスイッチＱｆに並列に接続されたダイオードＤ４を有する整流回路と、同期整流回路及び整流回路で整流された出力を平滑する平滑回路Ｌ１，Ｃ３と、３次巻線５ｃの両端とスイッチＱｒ，Ｑｆの各制御端子との間に設けられ、軽負荷時に３次巻線５ｃの両端の電圧のスイッチＱｒ，Ｑｆの各制御端子への印加を遮断させ、スイッチＱｒ，Ｑｆをオフさせる同期整流素子制御回路Ｑｄ１〜Ｑｄ４，ＳＷ２とを有する。【選択図】図１
2007195302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電圧をオン／オフさせてトランスの１次巻線に供給するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路のオン／オフ動作と同期してオン／オフする第１同期整流素子及び前記第１同期整流素子とは相補的にオン／オフする第２同期整流素子を有し、前記トランスの２次巻線からの電圧を整流する同期整流回路と、
前記第１同期整流素子に並列に接続された第１整流素子及び前記第２同期整流素子に並列に接続された第２整流素子を有する整流回路と、
前記同期整流回路及び前記整流回路で整流された出力を平滑する平滑回路と、
前記トランスの３次巻線の両端と前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子の各制御端子との間に設けられ、軽負荷時に、前記トランスの３次巻線の両端に発生した電圧の前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子の各制御端子への印加を遮断させて前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子をオフさせる同期整流素子制御回路と、
を有することを特徴とする直流変換装置。
【請求項２】
直流電源の直流電圧をオン／オフさせてトランスの１次巻線に供給するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路のオン／オフ動作と同期してオン／オフする第１同期整流素子及び前記第１同期整流素子とは相補的にオン／オフする第２同期整流素子を有し、前記トランスの２次巻線に直列に接続された前記トランスの４次巻線の両端に、前記第１同期整流素子と前記第２同期整流素子とが接続され、前記トランスの２次巻線及び４次巻線からの電圧を整流する同期整流回路と、
前記第１同期整流素子に並列に接続された第１整流素子及び前記第２同期整流素子に並列に接続された第２整流素子を有する整流回路と、
前記同期整流回路及び前記整流回路で整流された出力を平滑する平滑回路と、
前記トランスの３次巻線の両端と前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子の各制御端子との間に設けられ、軽負荷時に、前記トランスの３次巻線の両端に発生した電圧の前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子の各制御端子への印加を遮断させて前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子をオフさせる同期整流素子制御回路と、
を有することを特徴とする直流変換装置。
【請求項３】
前記同期整流素子制御回路は、
前記トランスの３次巻線の一端に一端が接続され前記第１同期整流素子の制御端子に他端が接続された第１スイッチ素子、前記第１スイッチ素子の他端に一端が接続され前記第１同期整流素子の一端に他端が接続された第２スイッチ素子、前記トランスの３次巻線の他端に一端が接続され前記第２同期整流素子の制御端子に他端が接続された第３スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子の他端に一端が接続され前記第２同期整流素子の一端に他端が接続された第４スイッチ素子を有するスイッチ素子部と、
前記第１スイッチ素子乃至前記第４スイッチ素子の各制御端子に電力を供給して前記第１スイッチ素子又は前記第３スイッチ素子をオンさせ、前記第２スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子をオフさせる電源と、
軽負荷時に、前記電源を接続から非接続に切り替え、前記第１スイッチ素子及び前記第３スイッチ素子をオフさせ、前記第２スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子をオンさせることにより、前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子をオフさせる切替スイッチと、
を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直流変換装置。
【請求項４】
前記同期整流素子制御回路は、
前記第１スイッチ素子の制御端子に一端が接続され前記第２スイッチ素子の制御端子に他端が接続された第１抵抗と、
前記第３スイッチ素子の制御端子に一端が接続され前記第４スイッチ素子の制御端子に他端が接続された第２抵抗と、
前記第２スイッチ素子の制御端子に一端が接続され前記第２スイッチ素子の他端に他端が接続され制御端子が前記トランスの３次巻線の他端に接続された第１トランジスタと、
前記第４スイッチ素子の制御端子に一端が接続され前記第４スイッチ素子の他端に他端が接続され制御端子が前記トランスの３次巻線の一端に接続された第２トランジスタと、
を有することを特徴とする請求項３記載の直流変換装置。
【請求項５】
前記トランスは、磁気回路が形成され且つ中央脚と側脚とを有するコアを有し、前記中央脚には前記トランスの前記１次巻線と前記３次巻線及び前記４次巻線とが所定の間隙を隔てて巻回され、前記側脚には前記トランスの２次巻線が巻回されてなることを特徴とする請求項２記載の直流変換装置。
【請求項６】
前記負荷への出力電流又は出力電力を検出する検出手段を有し、
前記切替スイッチは、前記検出手段で検出された出力電流又は出力電力に基づき、軽負荷時に前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子をオフさせるように切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の直流変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い負荷範囲で高効率で、小型な直流変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の直流変換装置の一例を図１２に示す。図１２に示す直流変換装置では、該直流変換装置の損失を低減するために同期整流回路が用いられている。
【０００３】
図１２に示す直流変換装置において、直流電源Ｖｄｃ１の両端にはトランスＴ１の１次巻線５ａ（巻数ｎｐ）とＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるスイッチＱｍとの直列回路が接続されている。スイッチＱｍの両端（ドレイン−ソース間）にはダイオードＤ１と共振用コンデンサＣ１とが並列に接続されている。
【０００４】
トランスＴ１の１次巻線５ａの両端にはＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱｓとクランプ用コンデンサＣ２との直列回路が接続されている。
【０００５】
スイッチＱｓの両端（ドレイン−ソース間）にはダイオードＤ２が並列に接続されている。なお、直列回路（Ｃ２，Ｑｓ，Ｄ２）はスイッチＱｍの両端に接続されていてもよい。スイッチＱｍ，Ｑｓは、共にオフとなる期間（デッドタイム）を有し、制御回路１０のＰＷＭ制御により交互にオン／オフし、スイッチング回路を構成している。
【０００６】
トランスＴ１の２次巻線５ｂの両端にはＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱｒとＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱｆとが直列に接続されている。トランスＴ１の２次巻線５ｂの一端は、抵抗Ｒ１を介してスイッチＱｒのゲートに接続され、トランスＴ１の２次巻線５ｂの他端は、抵抗Ｒ２を介してスイッチＱｆのゲートに接続されている。スイッチＱｒとスイッチＱｆとで同期整流回路を構成している。スイッチＱｒの両端（ドレイン−ソース間）にはダイオードＤ３が並列に接続され、スイッチＱｆの両端（ドレイン−ソース間）にはダイオードＤ４が並列に接続されている。ダイオードＤ３とダイオードＤ４とで整流回路を構成している。
【０００７】
また、スイッチＱｆの両端にはリアクトルＬ１とコンデンサＣ３とが直列に接続され、平滑回路を構成している。整流回路、同期整流回路及び平滑回路は、トランスＴ１の２次巻線５ｂ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ＲＬに出力する。
【０００８】
制御回路１０は、スイッチＱｍとスイッチＱｓとを交互にオンオフ制御し、負荷ＲＬへの出力電圧が基準電圧以上となったときに、スイッチＱｍのゲートに印加されるパルスのオン幅を狭くし、スイッチＱｓのゲートに印加されるパルスのオン幅を広くするように制御する。すなわち、負荷ＲＬへの出力電圧が基準電圧以上となったときに、スイッチＱｍのゲートに印加されるパルスのオン幅を狭くすることで、出力電圧を一定電圧に制御するようになっている。
【０００９】
次に、このように構成された直流変換装置の動作を説明する。まず、スイッチＱｍがオフで、スイッチＱｓがオンであるとき、スイッチＱｓに電流が流れ、スイッチＱｍには電流は流れない。このとき、トランスＴ１の１次巻線５ａには逆起電力が発生し、この逆起電力により２次巻線５ｂにも電圧が発生する。このため、スイッチＱｆのゲートには＋電圧が印加されてオンし、スイッチＱｒのゲートには−電圧が印加されてオフする。そして、Ｌ１→Ｃ３→Ｑｆ→Ｌ１と電流が流れて、コンデンサＣ３及び負荷ＲＬにリアクトルＬ１のエネルギーが供給される。
【００１０】
次に、スイッチＱｓがオン状態からオフ状態に変わり、スイッチＱｍがオフ状態からオン状態に変わる。このとき、トランスＴ１の１次２次巻線間のリーケージインダクタンスとコンデンサＣ１とにより共振を起こす。この共振によりスイッチＱｍの電圧が正弦波状に低下していく。そして、スイッチＱｍの電圧がゼロボルト近傍でスイッチＱｍをオンし、スイッチＱｍの電流が流れる。
【００１１】
次に、スイッチＱｍがオンで、スイッチＱｓがオフであるとき、直流電源Ｖｄｃ１からトランスＴ１の１次巻線５ａを介してスイッチＱｍに電流が流れて、１次巻線５ａにエネルギーが蓄積される。このエネルギーにより２次巻線５ｂにも電圧が発生する。このため、スイッチＱｒのゲートには＋電圧が印加されてオンし、スイッチＱｆのゲートには−電圧が印加されてオフする。そして、５ｂ→Ｌ１→Ｃ３→Ｑｒ→５ｂと電流が流れて、コンデンサＣ３及び負荷ＲＬに直流電力が供給される。
【００１２】
次に、スイッチＱｍは、オン状態からオフ状態に変わり、スイッチＱｓは、オフ状態からオン状態に変わる。このとき、トランスＴ１の１次２次巻線間のリーケージインダクタンスとコンデンサＣ１とにより共振を起こし、この共振によりスイッチＱｍの電圧が急激に上昇する。
【００１３】
次に、ダイオードＤ２がオンしてダイオードＤ２に電流が流れ、トランスＴ１の１次巻線５ａに誘起されたエネルギーは、ダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に蓄えられる。次に、ダイオードＤ２のオン期間に、スイッチＱｓがオンする。
【００１４】
図１２に示すように、トランスＴ１の２次側に同期整流素子（スイッチＱｒ，Ｑｆ）からなる同期整流回路を適用した場合には、リアクトルＬ１の電流が連続する重負荷状態では、損失も少なく軽快に機能する。
【特許文献１】特開平９−９３９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、軽負荷状態では、リアクトルＬ１の電流は連続的とならず、帰還モード時には逆流して、循環電流が流れ、同期整流素子のオン／オフ時間が一定となるため、損失が増大し、効率が低下する。
【００１６】
本発明は、軽負荷時の損失を低減し、高効率を図ることができる直流変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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、直流電源の直流電圧をオン／オフさせてトランスの１次巻線に供給するスイッチング回路と、前記スイッチング回路のオン／オフ動作と同期してオン／オフする第１同期整流素子及び前記第１同期整流素子とは相補的にオン／オフする第２同期整流素子を有し、前記トランスの２次巻線からの電圧を整流する同期整流回路と、前記第１同期整流素子に並列に接続された第１整流素子及び前記第２同期整流素子に並列に接続された第２整流素子を有する整流回路と、前記同期整流回路及び前記整流回路で整流された出力を平滑する平滑回路と、前記トランスの３次巻線の両端と前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子の各制御端子との間に設けられ、軽負荷時に、前記トランスの３次巻線の両端に発生した電圧の前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子の各制御端子への印加を遮断させて前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子をオフさせる同期整流素子制御回路とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、直流電源の直流電圧をオン／オフさせてトランスの１次巻線に供給するスイッチング回路と、前記スイッチング回路のオン／オフ動作と同期してオン／オフする第１同期整流素子及び前記第１同期整流素子とは相補的にオン／オフする第２同期整流素子を有し、前記トランスの２次巻線に直列に接続された前記トランスの４次巻線の両端に、前記第１同期整流素子と前記第２同期整流素子とが接続され、前記トランスの２次巻線及び４次巻線からの電圧を整流する同期整流回路と、前記第１同期整流素子に並列に接続された第１整流素子及び前記第２同期整流素子に並列に接続された第２整流素子を有する整流回路と、前記同期整流回路及び前記整流回路で整流された出力を平滑する平滑回路と、前記トランスの３次巻線の両端と前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子の各制御端子との間に設けられ、軽負荷時に、前記トランスの３次巻線の両端に発生した電圧の前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子の各制御端子への印加を遮断させて前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子をオフさせる同期整流素子制御回路とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の直流変換装置において、前記同期整流素子制御回路は、前記トランスの３次巻線の一端に一端が接続され前記第１同期整流素子の制御端子に他端が接続された第１スイッチ素子、前記第１スイッチ素子の他端に一端が接続され前記第１同期整流素子の一端に他端が接続された第２スイッチ素子、前記トランスの３次巻線の他端に一端が接続され前記第２同期整流素子の制御端子に他端が接続された第３スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子の他端に一端が接続され前記第２同期整流素子の一端に他端が接続された第４スイッチ素子を有するスイッチ素子部と、前記第１スイッチ素子乃至前記第４スイッチ素子の各制御端子に電力を供給して前記第１スイッチ素子又は前記第３スイッチ素子をオンさせ、前記第２スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子をオフさせる電源と、軽負荷時に、前記電源を接続から非接続に切り替え、前記第１スイッチ素子及び前記第３スイッチ素子をオフさせ、前記第２スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子をオンさせることにより、前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子をオフさせる切替スイッチとを有することを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項３記載の直流変換装置において、前記同期整流素子制御回路は、前記第１スイッチ素子の制御端子に一端が接続され前記第２スイッチ素子の制御端子に他端が接続された第１抵抗と、前記第３スイッチ素子の制御端子に一端が接続され前記第４スイッチ素子の制御端子に他端が接続された第２抵抗と、前記第２スイッチ素子の制御端子に一端が接続され前記第２スイッチ素子の他端に他端が接続され制御端子が前記トランスの３次巻線の他端に接続された第１トランジスタと、前記第４スイッチ素子の制御端子に一端が接続され前記第４スイッチ素子の他端に他端が接続され制御端子が前記トランスの３次巻線の一端に接続された第２トランジスタとを有することを特徴とする。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項２記載の直流変換装置において、前記トランスは、磁気回路が形成され且つ中央脚と側脚とを有するコアを有し、前記中央脚には前記トランスの前記１次巻線と前記３次巻線及び前記４次巻線とが所定の間隙を隔てて巻回され、前記側脚には前記トランスの２次巻線が巻回されてなることを特徴とする。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の直流変換装置において、前記負荷への出力電流又は出力電力を検出する検出手段を有し、前記切替スイッチは、前記検出手段で検出された出力電流又は出力電力に基づき、軽負荷時に前記第１同期整流素子及び前記第２同期整流素子をオフさせるように切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、同期整流素子制御回路は、軽負荷時に、トランスの３次巻線の両端に発生した電圧の第１同期整流素子及び第２同期整流素子の各制御端子への印加を遮断させて、両方の同期整流素子をオフさせることにより、電流を流すことなく、損失を発生せずに、軽負荷時の損失を低減し、高効率を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の直流変換装置のいくつかの実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
実施例１の直流変換装置は、軽負荷時に、スイッチＱｒとスイッチＱｆとの両方をオフさせることにより、軽負荷時の損失を低減し、高効率を図ることを特徴とする。
【００２６】
図１は実施例１の直流変換装置の回路構成図である。図１に示す直流変換装置は、図１２に示す直流変換装置に対して、トランスＴ１の２次側の構成が異なるのみであるので、トランスＴ１の２次側の構成のみ説明する。
【００２７】
トランスＴ１の２次巻線５ｂの両端にはＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱｒとＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱｆとが直列に接続されている。トランスＴ１の２次巻線５ｂの一端は、抵抗Ｒ１を介してスイッチＱｒのゲートに接続され、トランスＴ１の２次巻線５ｂの他端は、抵抗Ｒ２を介してスイッチＱｆのゲートに接続されている。スイッチＱｒとスイッチＱｆとで同期整流回路を構成している。スイッチＱｒの両端にはダイオードＤ３が並列に接続され、スイッチＱｆの両端にはダイオードＤ４が並列に接続されている。ダイオードＤ３とダイオードＤ４とで整流回路を構成している。
【００２８】
また、スイッチＱｆの両端にはリアクトルＬ１とコンデンサＣ３と電流検出回路１２とが直列に接続され、リアクトルＬ１とコンデンサＣ３とで平滑回路を構成している。整流回路、同期整流回路及び平滑回路は、トランスＴ１の２次巻線５ｂ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ＲＬに出力する。
【００２９】
また、スイッチＱｒのゲートにはダイオードＤ５のアノードが接続され、ダイオードＤ５のカソードはスイッチＳＷ１の一端に接続される。スイッチＱｆのゲートにはダイオードＤ６のアノードが接続され、ダイオードＤ６のカソードはスイッチＳＷ１の一端に接続される。スイッチＳＷ１の他端は、ダイオードＤ３のアノードとスイッチＱｒのソースとダイオードＤ４のアノードとスイッチＱｆのソースとに接続されている。
【００３０】
電流検出回路１２は、コンデンサＣ３の一端とダイオードＤ４のアノードとスイッチＱｆのソースとの間に接続され、負荷ＲＬに流れる出力電流を検出し、検出された出力電流の値が所定値以下の場合に負荷状態が軽負荷であると判定して、スイッチＳＷ１をオンさせるための切替信号をスイッチＳＷ１に出力する。スイッチＳＷ１は、軽負荷時に、電流検出回路１２からの切替信号によりオンして、スイッチＱｒとスイッチＱｆとの両方をオフさせる。
【００３１】
ダイオードＤ５、ダイオードＤ６、及びスイッチＳＷ１は、軽負荷時に、スイッチＱｒとスイッチＱｆとの両方をオフさせる。
【００３２】
次に、このように構成された実施例１の直流変換装置の動作を図２及び図３を参照しながら説明する。図２は実施例１の直流変換装置におけるスイッチＳＷ１がオフ時の各部の信号のタイミングチャートである。図３は実施例１の直流変換装置におけるスイッチＳＷ１がオン時の各部の信号のタイミングチャートである。
【００３３】
まず、図２を参照して、負荷が重負荷状態である場合の動作を説明する。重負荷状態である場合には、電流検出回路１２は、負荷ＲＬに流れる出力電流が所定値以上であるので、スイッチＳＷ１に切替信号を出力しない。このため、スイッチＳＷ１はオフであるので、ダイオードＤ５、ダイオードＤ６もオフとなる。
【００３４】
従って、図１２に示す従来の直流変換装置の重負荷時の動作と同様の動作となる。即ち、図２を参照して説明すると、時刻ｔ１〜ｔ２において、スイッチＱｍがオフで、スイッチＱｓがオンであるとき、スイッチＱｆのゲートには＋電圧のゲート信号Ｑｆｇが印加されてオンし、スイッチＱｒのゲートには零電圧のゲート信号Ｑｒｇが印加されてオフする。そして、Ｌ１→Ｃ３→Ｑｆ→Ｌ１と電流が流れて、コンデンサＣ３及び負荷ＲＬにリアクトルＬ１のエネルギーが供給される。
【００３５】
次に、時刻ｔ２〜ｔ３において、スイッチＱｍがオンで、スイッチＱｓがオフであるとき、スイッチＱｒのゲートには＋電圧のゲート信号Ｑｒｇが印加されてオンし、スイッチＱｆのゲートには零電圧のゲート信号Ｑｆｇが印加されてオフする。そして、５ｂ→Ｌ１→Ｃ３→Ｑｒ→５ｂと電流が流れて、コンデンサＣ３及び負荷ＲＬに直流電力が供給される。
【００３６】
次に、軽負荷となった場合の動作を図３を参照して説明する。まず、軽負荷状態である場合には、電流検出回路１２は、負荷ＲＬに流れる出力電流が所定値以下であることを検出するので、スイッチＳＷ１に切替信号が送られる。
【００３７】
このため、スイッチＳＷ１はオンとなるので、ダイオードＤ５、ダイオードＤ６もオンとなり、スイッチＱｒのゲート電圧ＱｒｇとスイッチＱｆのゲート電圧Ｑｆｇとは零となる。即ち、スイッチＱｒとスイッチＱｆとのゲート−ソース間が短絡されて、スイッチＱｒとスイッチＱｆとが停止（オフ）される。このため、ダイオードＤ３とダイオードＤ４とによるダイオード整流が行われる。
【００３８】
即ち、時刻ｔ１〜ｔ２において、スイッチＱｍがオフで、スイッチＱｓがオンであるとき、Ｌ１→Ｃ３→Ｄ４→Ｌ１と電流が流れて、コンデンサＣ３及び負荷ＲＬにリアクトルＬ１のエネルギーが供給される。
【００３９】
次に、時刻ｔ２〜ｔ３において、スイッチＱｍがオンで、スイッチＱｓがオフであるとき、５ｂ→Ｌ１→Ｃ３→Ｄ３→５ｂと電流が流れて、コンデンサＣ３及び負荷ＲＬに直流電力が供給される。
【００４０】
このように実施例１の直流変換装置によれば、軽負荷時に、スイッチＱｒとスイッチＱｆとの両方をオフさせることにより、帰還モード時に循環電流が流れなくなり、軽負荷時の損失を低減し、高効率を図ることができる。
【実施例２】
【００４１】
次に実施例２の直流変換装置を説明する。図１に示す実施例１の直流変換装置では、スイッチＳＷ１がオンしたとき、トランスＴ１の２次巻線５ｂに発生した電圧により、５ｂ→Ｒ１（又はＲ２）→Ｄ５（又はＤ６）→ＳＷ１→Ｄ３（又はＤ４）→５ｂの経路で電流が流れて損失が増大する。この損失を低下させるためには、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の値を大きくする必要がある。
【００４２】
しかし、スイッチＱｒ、スイッチＱｆのゲート容量のために、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の値を大きくすることはできない。抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の値を例えば、１００Ωとし、２次巻線５ｂの出力電圧を１０Ｖとした場合でも、１Ｗの損失を生じる。
【００４３】
図４に示す実施例２の直流変換装置は、軽負荷時に、同期整流素子であるスイッチＱｒ、スイッチＱｆのゲートに印加する電圧をスイッチ素子Ｑｄ１〜Ｑｄ４により遮断させて、スイッチＱｒ、スイッチＱｆをオフすることにより、電流を流すことなく、損失を発生しないようにして、軽負荷時の損失を低減し、高効率を図ることを特徴とする。
【００４４】
また、実施例２では、ドライブ巻線（トランスＴ２の３次巻線５ｃに対応）を設け、ドライブ巻線からスイッチＱｒ及びスイッチＱｆのゲートに印加する電圧を出力電圧に依存しないで供給し、かつ、スイッチ素子Ｑｄ１〜Ｑｄ４の制御端子電圧により、スイッチＱｒ及びスイッチＱｆのゲート駆動電圧を制限して、電圧分圧器等を不要とし、回路を簡単化して、重負荷から軽負荷まで高効率を図ることを特徴とする。
【００４５】
図４に示す実施例２の構成は、図１に示す実施例１の構成に対して、トランスＴ２の２次側の構成が異なるのみであるので、トランスＴ２の２次側の構成のみを説明する。
【００４６】
トランスＴ２は、１次巻線５ａ（巻数ｎｐ）と同相に巻回される２次巻線５ｂ（巻数ｎｓ）及び１次巻線５ａ（巻数ｎｐ）と逆相に巻回される３次巻線５ｃ（巻数ｎｄ）を有する。
【００４７】
トランスＴ２の２次巻線５ｂの両端にはＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱｒ（本発明の第１同期整流素子に対応）とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＱｆ（本発明の第２同期整流素子に対応）とが直列に接続されている。スイッチＱｒとスイッチＱｆとで同期整流回路を構成している。スイッチＱｒの両端（ドレイン−ソース間）にはダイオードＤ３が並列に接続され、スイッチＱｆの両端（ドレイン−ソース間）にはダイオードＤ４が並列に接続されている。ダイオードＤ３とダイオードＤ４とで整流回路を構成している。
【００４８】
トランスＴ２の３次巻線５ｃの一端にはＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑｄ１（本発明の第１スイッチ素子に対応）のドレイン及びダイオードＤ５のカソードが接続されている。スイッチ素子Ｑｄ１のソース及びダイオードＤ５のアノードは、ｐｎｐトランジスタからなるスイッチ素子Ｑｄ２（本発明の第２スイッチ素子に対応）のエミッタとダイオードＤ６のカソードと抵抗Ｒｄ１の一端に接続されている。抵抗Ｒｄ１の他端はスイッチＱｒのゲートに接続され、スイッチ素子Ｑｄ２のコレクタとダイオードＤ６のアノードはスイッチＱｒのソースとダイオードＤ３のアノードとスイッチＱｆのソースとダイオードＤ４のアノードとに接続されている。
【００４９】
トランスＴ２の３次巻線５ｃの他端にはＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑｄ３（本発明の第３スイッチ素子に対応）のドレイン及びダイオードＤ７のカソードが接続されている。スイッチ素子Ｑｄ３のソース及びダイオードＤ７のアノードは、ｐｎｐトランジスタからなるスイッチ素子Ｑｄ４（本発明の第４スイッチ素子に対応）のエミッタとダイオードＤ８のカソードと抵抗Ｒｄ２の一端に接続されている。抵抗Ｒｄ２の他端はスイッチＱｆのゲートに接続され、スイッチ素子Ｑｄ４のコレクタとダイオードＤ８のアノードはスイッチＱｒのソースとダイオードＤ３のアノードとスイッチＱｆのソースとダイオードＤ４のアノードとに接続されている。
【００５０】
スイッチ素子Ｑｄ１のゲートとスイッチ素子Ｑｄ３のゲートとスイッチ素子Ｑｄ２のベースとスイッチ素子Ｑｄ４のベースとは、スイッチＳＷ２（本発明の切替スイッチに対応）の端子ａに接続されている。スイッチＳＷ２の端子ｃは、電源Ｖｃ（本発明の電源に対応）の正極に接続され、電源Ｖｃの負極及びスイッチＳＷ２の端子ｂは、ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のアノードとに接続されている。
【００５１】
スイッチＳＷ２は、電流検出回路１２（本発明の検出手段に対応）からの切替信号により重負荷状態である場合にはオンして端子ｃを選択して電源Ｖｃ（電源電圧Ｖｃ）をスイッチ素子Ｑｄ１及びスイッチ素子Ｑｄ３のゲートに印加させ、スイッチ素子Ｑｄ２及びスイッチ素子Ｑｄ４のベースに印加させる。スイッチＳＷ２は、軽負荷時にはオフして端子ｂを選択して、零電圧をスイッチ素子Ｑｄ１及びスイッチ素子Ｑｄ３のゲート、スイッチ素子Ｑｄ２及びスイッチ素子Ｑｄ４のベースに印加させる。
【００５２】
ダイオードＤ５〜Ｄ８、スイッチ素子Ｑｄ１〜Ｑｄ４、及びスイッチＳＷ２は、軽負荷時に、トランスＴ２の３次巻線５ｃの両端に発生した電圧のスイッチＱｒ、スイッチＱｆのゲートへの印加を遮断させて、両方のスイッチＱｒ、スイッチＱｆをオフさせるもので、本発明の同期整流素子制御回路に対応する。
【００５３】
次に、このように構成された実施例２の直流変換装置の動作を図５乃至図７を参照しながら説明する。図５は実施例２の直流変換装置におけるスイッチＳＷ２がオン時の各部の信号のタイミングチャートである。図６は実施例２の直流変換装置におけるスイッチＳＷ２がオフ時の各部の信号のタイミングチャートである。図７は実施例２の直流変換装置におけるスイッチＳＷ２がオン時にゲート駆動電圧が制限されることを示すタイミングチャートである。
【００５４】
なお、図４に示すその他の構成は、実施例１の構成と同一であるので、同一部分には同一部号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
まず、図５及び図７を参照してスイッチＳＷ２がオン時における直流変換装置の動作を説明する。重負荷状態である場合には、電流検出回路１２は、負荷ＲＬに流れる出力電流が所定値以上であるので、スイッチＳＷ２に切替信号を送らない。このため、スイッチＳＷ２はオンのままである。
【００５６】
時刻ｔ０〜ｔ１において、スイッチＱｓがオフで、スイッチＱｍがオンのときには、Ｖｄｃ１→５ａ→Ｑｍ→Ｖｄｃ１の経路で電流が流れる。同時にトランスＴ２の２次巻線５ｂにも電圧が発生し、５ｂ→Ｌ１→Ｃ３→Ｄ３→５ｂの経路で電流が流れてコンデンサＣ３及び負荷ＲＬに電力が供給される。
【００５７】
このとき、トランスＴ２の３次巻線５ｃには、スイッチ素子Ｑｄ１のドレイン側にプラス（＋）の電圧Ｖｎｄが発生する。また、スイッチ素子Ｑｄ１のゲートには電源電圧Ｖｃが印加されているので、スイッチ素子Ｑｄ１がオン状態となる。従って、スイッチＱｆのゲート容量に蓄積された電荷は、Ｑｆゲート→Ｒｄ２→Ｄ７→５ｃ→Ｑｄ１→Ｒｄ１→Ｑｒゲートの経路で放電される。即ち、スイッチＱｆのゲート容量の電荷が放電されて、スイッチＱｒのゲート容量が充電される。
【００５８】
ここで、スイッチＱｒのゲート容量（図示せず）とスイッチＱｆのゲート容量（図示せず）とが等しく、抵抗Ｒｄ１と抵抗Ｒｄ２とが十分に小さい場合には、スイッチＱｆのゲート電荷は、スイッチＱｒのゲートに移動する。スイッチＱｒのゲート容量が充電されてゲート電圧ＱｒｇがＶｃ−Ｖｔｈ（Ｖｔｈ：スイッチ素子Ｑｄ１の閾値電圧）に達したとき、スイッチ素子Ｑｄ１がオフするため、スイッチＱｒのゲート容量の充電が停止する。
【００５９】
また、スイッチＱｆのゲート電圧Ｑｆｇも同電圧から低下するため、スイッチＱｆのゲート電圧Ｑｆｇは零電圧となり、スイッチＱｆはオフする。このとき、スイッチＱｒのゲート電圧ＱｒｇはＶｃ−Ｖｔｈとなるため、スイッチＱｒはオンする。そして、５ｂ→Ｌ１→Ｃ３→Ｑｒ→５ｂの経路で電流が流れる。
【００６０】
次に、時刻ｔ１〜ｔ２において、スイッチＱｍがオフで、スイッチＱｓがオンのときには、３次巻線５ｃの電圧Ｖｎｄが逆転する。即ち、スイッチ素子Ｑｄ３のドレイン側にプラス（＋）の電圧Ｖｎｄが発生する。このため、スイッチ素子Ｑｄ３がオン状態となり、スイッチ素子Ｑｄ１がオフ状態となる。従って、スイッチＱｒのゲート容量に蓄積された電荷は、Ｑｒゲート→Ｒｄ１→Ｄ５→５ｃ→Ｑｄ３→Ｒｄ２→Ｑｆゲートの経路で放電される。即ち、スイッチＱｒのゲート容量の電荷が放電されて、スイッチＱｆのゲート容量が充電される。このため、スイッチＱｒがオフし、スイッチＱｆがオンする。そして、Ｌ１→Ｃ３→Ｑｆ→Ｌ１の経路で電流が流れる。このようにして、リアクトルＬ１の電流を持続させて負荷ＲＬに電力が供給される。
【００６１】
スイッチ素子Ｑｒ，Ｑｆのゲート電荷は、３次巻線５ｃの電圧により、交互に移動するので、ゲート駆動電力の損失を減少させることができる。また、３次巻線５ｃの電圧Ｖｎｄが高い場合でも、スイッチ素子Ｑｒ，Ｑｆのゲート電圧Ｑｒｇ，Ｑｆｇは、略電源電圧Ｖｃに制限されるため、３次巻線５ｃの電圧Ｖｎｄが、変動した場合でもスイッチＱｒ，Ｑｆのゲート耐圧を越えることはない。
【００６２】
次に図６を参照してスイッチＳＷ２がオフ時における直流変換装置の動作を説明する。軽負荷状態である場合には、電流検出回路１２は、負荷ＲＬに流れる出力電流が所定値以下であることを検出するので、スイッチＳＷ２に切替信号が送られる。このため、スイッチＳＷ２はオフとなる。
【００６３】
時刻ｔ０〜ｔ１において、スイッチＱｓがオフで、スイッチＱｍがオンのときには、スイッチ素子Ｑｄ１のドレイン側がプラス（＋）側になるようにトランスＴ２の３次巻線５ｃに電圧が発生する。
【００６４】
しかし、スイッチＳＷ２のオフにより、スイッチ素子Ｑｄ１のゲートとスイッチ素子Ｑｄ３のゲートとスイッチ素子Ｑｄ２のベースとスイッチ素子Ｑｄ４のベースとが零電圧にクランプされるため、スイッチ素子Ｑｄ１とスイッチ素子Ｑｄ３はオフし、スイッチ素子Ｑｄ２とスイッチ素子Ｑｄ４はオンする。
【００６５】
このため、スイッチＱｒとスイッチＱｆのゲート電圧Ｑｒｇ，Ｑｆｇは、略零電圧となり、スイッチＱｒとスイッチＱｆとは、ともにオフ状態となる。３次巻線５ｃに発生する電圧Ｖｎｄによる電流経路は、スイッチ素子Ｑｄ１とスイッチ素子Ｑｄ３により開放されるため、電流は流れず損失は生じない。このとき、ダイオード整流となる。即ち、５ｂ→Ｌ１→Ｃ３→Ｄ３→５ｂの経路で電流が流れてコンデンサＣ３及び負荷ＲＬに電力が供給される。
【００６６】
次に時刻ｔ１〜ｔ２において、スイッチＱｍがオフで、スイッチＱｓがオンのときには、スイッチ素子Ｑｄ３のドレイン側がプラス（＋）側になるようにトランスＴ２の３次巻線５ｃに電圧が発生する。
【００６７】
しかし、スイッチＳＷ２のオフにより、スイッチ素子Ｑｄ１のゲートとスイッチ素子Ｑｄ３のゲートとスイッチ素子Ｑｄ２のベースとスイッチ素子Ｑｄ４のベースとが零電圧にクランプされるため、スイッチ素子Ｑｄ１とスイッチ素子Ｑｄ３はオフし、スイッチ素子Ｑｄ２とスイッチ素子Ｑｄ４はオンする。
【００６８】
このため、スイッチＱｒとスイッチＱｆのゲート電圧Ｑｒｇ，Ｑｆｇは、略零電圧となり、スイッチＱｒとスイッチＱｆとは、ともにオフ状態となる。３次巻線５ｃに発生する電圧Ｖｎｄによる電流経路は、スイッチ素子Ｑｄ１とスイッチ素子Ｑｄ３により開放されるため、電流は流れず損失は生じない。このとき、ダイオード整流となる。即ち、Ｌ１→Ｃ３→Ｄ４→Ｌ１の経路で電流が流れてコンデンサＣ３及び負荷ＲＬに電力が供給される。
【００６９】
このように実施例２の直流変換装置によれば、負荷ＲＬに流れる出力電流が所定値以下であることを電流検出回路１２が検出したとき、即ち、軽負荷時に、スイッチＳＷ２をオフさせ、スイッチ素子Ｑｄ１とスイッチ素子Ｑｄ３とをオフさせ、スイッチ素子Ｑｄ２とスイッチ素子Ｑｄ４とをオンさせることにより、３次巻線５ｃの両端に発生した電圧のスイッチＱｒ、スイッチＱｆのゲートへの印加を遮断させて、両方のスイッチＱｒ、スイッチＱｆをオフさせる。従って、電流を流すことなく、損失が発生せず、軽負荷時の損失を低減でき、高効率を図ることができる。
【００７０】
また、トランスＴ２の３次巻線５ｃからスイッチＱｒ及びスイッチＱｆのゲートに印加する電圧を供給し、かつ、スイッチ素子Ｑｄ１，Ｑｄ３のゲート電圧により、スイッチＱｒ及びスイッチＱｆのゲート駆動電圧を制限したので、電圧分圧器等を不要とし、回路を簡単化でき、重負荷から軽負荷まで高効率を図ることができる。
【実施例３】
【００７１】
上述した実施例１及び実施例２の直流変換装置では、スイッチＱｒ及びスイッチＱｆのゲート駆動電圧は、約１０Ｖ程度である。このため、同期整流素子であるスイッチＱｒ及びスイッチＱｆをオンさせるための電源電圧Ｖｃは、スイッチ素子Ｑｄ１及びスイッチ素子Ｑｄ３の閾値Ｖｔｈを２Ｖ程度とすると、１２Ｖ以上に設定する。
【００７２】
この場合、スイッチ素子Ｑｄ２のベースとスイッチ素子Ｑｄ４のベースに印加される逆バイアス電圧は、１２Ｖ以上になる。この電圧は、一般のトランジスタの耐圧である５Ｖを越えるため、特殊なトランジスタが必要となる。
【００７３】
そこで、実施例３の直流変換装置では、図８に示すような回路構成としたものである。図８に示す直流変換装置は、図４に示す直流変換装置に対して、以下の点が異なる。
【００７４】
即ち、スイッチ素子Ｑｄ１のゲートとスイッチ素子Ｑｄ３のゲートのみがスイッチＳＷ２の端子ａに接続されている。スイッチ素子Ｑｄ１のゲートとスイッチ素子Ｑｄ２のベースとの間に抵抗Ｒ１が接続され、スイッチ素子Ｑｄ３のゲートとスイッチ素子Ｑｄ４のベースとの間に抵抗Ｒ２が接続されている。抵抗Ｒ１の一端とスイッチ素子Ｑｄ２のベースとにはトランジスタＴｒ１のコレクタが接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタはスイッチ素子Ｑｄ２のコレクタに接続され、トランジスタＴｒ１のベースは抵抗Ｒ３を介して３次巻線５ｃの他端に接続されている。
【００７５】
抵抗Ｒ２の一端とスイッチ素子Ｑｄ４のベースとにはトランジスタＴｒ２のコレクタが接続され、トランジスタＴｒ２のエミッタはスイッチ素子Ｑｄ４のコレクタに接続され、トランジスタＴｒ２のベースは抵抗Ｒ４を介して３次巻線５ｃの一端に接続されている。
【００７６】
このように構成された実施例３の直流変換装置によれば、スイッチＳＷ２がオン状態で、スイッチＱｍをオンさせると、トランスＴ２の３次巻線５ｃには、スイッチ素子Ｑｄ１のドレイン側にプラス（＋）の電圧Ｖｎｄが発生し、スイッチ素子Ｑｄ１のゲートには電源電圧Ｖｃが印加されているので、スイッチ素子Ｑｄ１がオン状態となる。また、３次巻線５ｃの電圧Ｖｎｄにより、抵抗Ｒ４を介してトランジスタＴｒ２がオンし、Ｖｃプラス→Ｒ２→Ｔｒ２→Ｖｃマイナスの経路で電流が流れる。このため、スイッチ素子Ｑｄ４のベース電圧は略零電圧となる。このとき、トランジスタＴｒ１はオフであり、スイッチ素子Ｑｄ２もオフとなる。
【００７７】
次に、スイッチＱｍがオフし、スイッチＱｓがオンした場合には、３次巻線５ｃの電圧Ｖｎｄが逆転する。このため、スイッチ素子Ｑｄ３のゲートには電源電圧Ｖｃが印加されているので、スイッチ素子Ｑｄ３がオンし、スイッチ素子Ｑｄ１はオフする。また、３次巻線５ｃの電圧Ｖｎｄにより、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１がオンし、Ｖｃプラス→Ｒ１→Ｔｒ１→Ｖｃマイナスの経路で電流が流れる。このため、スイッチ素子Ｑｄ２のベース電圧は略零電圧となる。このとき、トランジスタＴｒ２はオフであり、スイッチ素子Ｑｄ４もオフとなる。
【００７８】
このように、スイッチＳＷ２がオン時には、スイッチ素子Ｑｄ２のベースとスイッチ素子Ｑｄ４のベースには逆バイアス電圧は印加されないので、ベース耐圧が５Ｖ程度の一般のトランジスタを用いることができる。
【００７９】
なお、スイッチＳＷ２がオフ時には、スイッチ素子Ｑｄ１のゲートとスイッチ素子Ｑｄ３のゲートとが零電圧にクランプされる。また、スイッチ素子Ｑｄ２のベースは抵抗Ｒ１を介して、スイッチ素子Ｑｄ４のベースは抵抗Ｒ２を介してそれぞれ零電圧にクランプされる。このため、スイッチ素子Ｑｄ１とスイッチ素子Ｑｄ３はオフし、スイッチ素子Ｑｄ２とスイッチ素子Ｑｄ４はオンする。このため、スイッチＱｒとスイッチＱｆのゲート電圧は、略零電圧となり、スイッチＱｒとスイッチＱｆとは、ともにオフ状態となる。
【実施例４】
【００８０】
次に実施例４の直流変換装置を説明する。図９に示す実施例４の直流変換装置では、図８に示す実施例３の直流変換装置に対して、個別の電源Ｖｃを設けることなく、３次巻線５ｃに発生する電圧を整流平滑して電源電圧Ｖｃを生成したことを特徴とする。
【００８１】
トランスＴ２の３次巻線５ｃの一端にはダイオードＤ９のアノードが接続され、ダイオードＤ９のカソードはコンデンサＣ４の一端に接続されている。トランスＴ２の３次巻線５ｃの他端にはダイオードＤ１０のアノードが接続され、ダイオードＤ１０のカソードはコンデンサＣ４の一端に接続されている。コンデンサＣ４の一端にはトランジスタＴｒ３のコレクタと抵抗Ｒ５の一端が接続され、トランジスタＴｒ３のベースには、抵抗Ｒ５の他端とツェナーダイオーＺＤ１のカソードが接続されている。
【００８２】
ツェナーダイオーＺＤ１のアノードはコンデンサＣ４の他端とスイッチ素子Ｑｄ４のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ３のエミッタはスイッチＳＷ２の端子ｃに接続されている。トランジスタＴｒ３とツェナーダイオーＺＤ１と抵抗Ｒ５とで定電圧回路を構成している。
【００８３】
このように構成された実施例４の直流変換装置によれば、スイッチＱｍがオンしたときには、トランスＴ２の３次巻線５ｃの一端にプラス（＋）電圧が発生するので、この電圧はダイオードＤ９とコンデンサＣ４とにより整流平滑される。そして、トランジスタＴｒ３のエミッタに定電圧Ｖｃが出力され、スイッチＳＷ２に供給される。また、スイッチＱｓがオンしたときには、トランスＴ２の３次巻線５ｃの他端にプラス（＋）電圧が発生するので、この電圧はダイオードＤ１０とコンデンサＣ４とにより整流平滑され、トランジスタＴｒ３のエミッタに定電圧Ｖｃが出力され、スイッチＳＷ２に供給される。
【実施例５】
【００８４】
次に実施例５の直流変換装置を説明する。実施例５の直流変換装置では、トランスの１次巻線に直列に接続されるリアクトルのインダクタンスの値を大きくし、スイッチＱｍがオン時にリアクトルに蓄えられるエネルギーをトランスの２次側に還流する補助トランスを設けたことを特徴とする。
【００８５】
図１０は実施例５の直流変換装置を示す回路構成図である。図１０に示す実施例５の直流変換装置は、図４に示す実施例２の直流変換装置に対して、トランスＴ３及びトランスＴ３の周辺回路が異なるので、その部分についてのみ説明する。
【００８６】
この例では、補助トランスをトランスＴ３に結合したもので、トランスＴ３には、１次巻線５ａ（巻数ｎｐ、補助トランスの１次巻線を兼用）と２次巻線５ｂ（巻数ｎｓ）と３次巻線５ｃ（巻数ｎｄ）と４次巻線５ｄ（巻数ｎｆ、補助トランスの２次巻線に対応）とが巻回されている。
【００８７】
トランスＴ３の２次巻線５ｂと４次巻線５ｄとの直列回路の両端には、スイッチＱｆとコンデンサＣ３と電流検出回路１２との直列回路が接続されている。２次巻線５ｂと４次巻線５ｄとの接続点とスイッチＱｆと電流検出回路１２との接続点とには、スイッチＱｒが接続されている。
【００８８】
１次巻線５ａと２次巻線５ｂとは同相に巻回され、１次巻線５ａと３次巻線５ｄとは逆相に巻回されている。トランスＴ３の２次巻線５ｂを１次巻線５ａと疎結合させ、１次巻線５ａ及び２次巻線５ｂ間のリーケージインダクタンスにより、トランスＴ３に直列に接続されるリアクトル（図示せず）を代用している。トランスＴ３の３次巻線５ｃ及び４次巻線５ｄを１次巻線５ａと密結合させている。
【００８９】
トランスＴ３の３次巻線５ｃのスイッチＱｒとスイッチＱｆとへのゲート接続、スイッチ素子Ｑｄ１〜Ｑｄ４、ダイオードＤ５〜Ｄ８、スイッチＳＷ２の構成は、図４に示す実施例２のそれらの構成と同一であるので、ここでは、その説明は省略する。
【００９０】
このように構成された実施例５の直流変換装置の動作を説明する。ここでは、トランスＴ３の２次側回路の動作を中心に説明する。
【００９１】
重負荷状態では、スイッチＳＷ２はオンである。まず、スイッチＱｓがオフで、スイッチＱｍをオンさせると、Ｖｄｃ１→５ａ→Ｑｍ→Ｖｄｃ１の経路で電流が流れる。また、トランスＴ３の２次巻線５ｂにも電圧が発生し、５ｂ→Ｃ３→Ｄ３→５ｂの経路で電流が流れてコンデンサＣ３及び負荷ＲＬに電力が供給される。
【００９２】
このとき、トランスＴ３の３次巻線５ｃには、スイッチ素子Ｑｄ１のドレイン側にプラス（＋）の電圧Ｖｎｄが発生する。また、スイッチ素子Ｑｄ１のゲートには電源電圧Ｖｃが印加されているので、スイッチ素子Ｑｄ１がオン状態となる。従って、スイッチＱｆのゲート容量に蓄積された電荷は、Ｑｆゲート→Ｒｄ２→Ｄ７→５ｃ→Ｑｄ１→Ｒｄ１→Ｑｒゲートの経路で放電される。即ち、スイッチＱｆのゲート容量の電荷が放電されて、スイッチＱｆはオフし、スイッチＱｒはオンする。そして、５ｂ→Ｃ３→Ｑｒ→５ｂの経路で電流が流れる。
【００９３】
次に、スイッチＱｍがオフし、スイッチＱｓがオンすると、トランスＴ３のリーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーは、トランスＴ３を介して２次側に還流される。トランスＴ３の２次巻線５ｂの電圧と３次巻線５ｃの電圧と４次巻線５ｄの電圧とは、逆転するため、スイッチＱｒのゲート電圧はゼロとなるため、スイッチＱｒはオフする。このため、５ｄ→５ｂ→Ｃ３→Ｄ４→５ｄの経路で電流が流れて連続してコンデンサＣ３及び負荷ＲＬに供給される。
【００９４】
このとき、トランスＴ３の３次巻線５ｃには、スイッチ素子Ｑｄ３のドレイン側にプラス（＋）の電圧Ｖｎｄが発生し、スイッチ素子Ｑｄ３のゲートには電源電圧Ｖｃが印加されるので、スイッチ素子Ｑｄ３がオン状態となる。従って、スイッチＱｒのゲート容量に蓄積された電荷は、Ｑｒゲート→Ｒｄ１→Ｄ５→５ｃ→Ｑｄ３→Ｒｄ２→Ｑｆゲートの経路で放電される。即ち、スイッチＱｒのゲート容量の電荷が放電されて、スイッチＱｒはオフし、スイッチＱｆはオンする。そして、５ｄ→５ｂ→Ｃ３→Ｑｆ→５ｄの経路で電流が流れる。このようにして、スイッチ素子Ｑｒ，Ｑｆのゲート電荷は、３次巻線５ｃの電圧により、交互に移動するので、ゲート駆動電力の損失を減少させることができる。
【００９５】
なお、軽負荷状態である場合には、スイッチＳＷ２はオフであり、このときの動作は、実施例２の直流変換装置におけるスイッチＳＷ２がオフの動作と同様であるので、ここでは、その説明は省略する。
【００９６】
このように、実施例５の直流変換装置によれば、実施例２の直流変換装置の効果が得られるとともに、さらに、トランスＴ３の１次巻線５ａに直列に接続されるリアクトルのインダクタンスの値を大きくし、スイッチＱｍがオン時に蓄えられるエネルギーをトランスＴ３を介して２次側に還流するため、効率が良くなる。また、スイッチＱｒ（ダイオードＤ３）及びスイッチＱｆ（ダイオードＤ４）により、スイッチＱｍのオン、オフ期間に２次側電流が流れて連続的となる。このため、コンデンサＣ３のリップル電流も減少する。
【００９７】
次に、実施例５の直流変換装置に設けられたトランスの構造図を図１１に示す。図１１に示すトランスは、日の字型のコア３０を有し、コア３０のコア部３０ａには、１次巻線５ａと３次巻線５ｃ及び４次巻線５ｄとが近接して巻回されている。これにより、１次巻線５ａと３次巻線５ｃ及び４次巻線５ｄとの間にわずかなリーケージインダクタンスを持たせ、また、コア３０にはパスコア３０ｃとギャップ３１が形成され、外周コアには２次巻線５ｂが巻回されている。即ち、パスコア３０ｃにより、１次巻線５ａと２次巻線５ｂを疎結合させることにより、リーケージインダクタンスを大きくしている。
【００９８】
また、外周コア上で且つ１次巻線５ａと２次巻線５ｂとの間に、凹部３０ｂが２箇所形成されている。この凹部３０ｂにより、外周コアの磁路の一部の断面積が他の部分よりも狭くなり、その部分のみが飽和するので、コア損失を低減できる。
【００９９】
このように、トランスＴ３のコアの形状と巻線とを工夫すると共に、パスコア３０ｃを設けることにより、大きなリーケージインダクタンスを得て、トランス部分とリアクトルとを結合したので、直流変換装置を小型化、低価格化することができる。
【０１００】
なお、実施例１〜実施例５の直流変換装置では、トランスの１次巻線５ａとスイッチＱｍとからなる直列回路に、直流電源Ｖｄｃ１を接続したが、例えば、この直列回路に、交流電源の交流電圧を整流して整流電圧を得る整流電圧部を接続しても良い。
【０１０１】
また、実施例１〜実施例５の直流変換装置では、トランスの１次側に、スイッチＱｓとコンデンサＣ２とダイオードＤ２とを有するアクティブクランプ回路を用いたが、本発明は、トランスの１次側にアクティブクランプ回路を有せず、コンデンサＣ１とダイオードＤ１とが接続されたスイッチＱｍとトランスの１次巻線５ａとの直列回路を直流電源Ｖｄｃ１に接続するように構成してもよい。
【０１０２】
また、実施例１乃至実施例５の直流変換装置では、電流検出回路１２により負荷ＲＬに流れる出力電流を検出し、検出された出力電流に基づいて負荷ＲＬの状態が軽負荷かどうかを判定したが、例えば、負荷ＲＬへの出力電流及び出力電圧に基づく出力電力に基づいて負荷ＲＬの状態が軽負荷かどうかを判定しても良い。
【０１０３】
また、図８に示す実施例３の直流変換装置におけるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の構成を、図１０に示す実施例５の直流変換装置の対応する部分に設けるように構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、ＤＣ−ＤＣ変換型の電源回路やＡＣ−ＤＣ変換型の電源回路に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】実施例１の直流変換装置を示す回路構成図である。
【図２】実施例１の直流変換装置におけるスイッチＳＷ１がオフ時の各部の信号のタイミングチャートである。
【図３】実施例１の直流変換装置におけるスイッチＳＷ１がオン時の各部の信号のタイミングチャートである。
【図４】実施例２の直流変換装置を示す回路構成図である。
【図５】実施例２の直流変換装置におけるスイッチＳＷ２がオン時の各部の信号のタイミングチャートである。
【図６】実施例２の直流変換装置におけるスイッチＳＷ２がオフ時の各部の信号のタイミングチャートである。
【図７】実施例２の直流変換装置におけるスイッチＳＷ２がオン時にゲート駆動電圧が制限されることを示すタイミングチャートである。
【図８】実施例３の直流変換装置を示す回路構成図である。
【図９】実施例４の直流変換装置を示す回路構成図である。
【図１０】実施例５の直流変換装置を示す回路構成図である。
【図１１】実施例５の直流変換装置に設けられたトランスの構造図である。
【図１２】従来の直流変換装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【０１０６】
Ｖｄｃ１  直流電源
Ｌ１  リアクトル
ＲＬ  負荷
Ｑｍ，Ｑｓ，Ｑｒ，Ｑｆ  スイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  トランス
５ａ  １次巻線
５ｂ  ２次巻線
５ｃ  ３次巻線
５ｄ  ４次巻線
１０  制御回路
１２  電流検出回路
Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ  
ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ
Ｒ１〜Ｒ６  抵抗
３０  コア
３０ｂ  凹部
３０ｃ  パスコア
３１  ギャップ
【図１】
2007195302.tif 000003
【図２】
2007195302.tif 000004
【図３】
2007195302.tif 000005
【図４】
2007195302.tif 000006
【図５】
2007195302.tif 000007
【図６】
2007195302.tif 000008
【図７】
2007195302.tif 000009
【図８】
2007195302.tif 000010
【図９】
2007195302.tif 000011
【図１０】
2007195302.tif 000012
【図１１】
2007195302.tif 000013
【図１２】
2007195302.tif 000014