(57)【要約】【課題】低電圧・大電流・短時間での電流立ち上がりを要求する負荷に対する応答性の改善。【解決手段】トランスは、一次コイル、一次コイルに対し密に磁気結合された第１二次コイル、一次コイルに対し疎に磁気結合されかつ第１二次コイルと直列接続された第２二次コイルを具備する。スイッチング素子のオン時に、直流電圧により一次コイルに流れる第１電流をスイッチング素子を通して出力し、第１電流に起因して第２二次コイルに生じる磁気誘導により第２二次コイルに流れる第２電流を第２素子を通して出力する。スイッチング素子のオフ時に、一次コイルに発生する逆起電力により一次コイルに流れる第５電流をスナバ回路を通して出力し、第１二次コイルに発生する逆起電力により第１二次コイルに流れる第３電流を第１素子を通して出力し、第３電流に起因して第２二次コイルに生じる磁気誘導により第２二次コイルに流れる第４電流を第２素子を通して出力する。【選択図】図１
2007110838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）一次コイルと、該一次コイルに対し密に磁気結合された第１二次コイルと、該一次コイルに対し疎に磁気結合され、かつ第１二次コイルと直列接続された第２二次コイルとを具備するトランスと、
（ｂ）前記一次コイルに印加する直流電圧のオンオフを切り替えるスイッチング素子と、
（ｃ）前記第１二次コイルに対して直列接続された第１電流路を具備し、該第１電流路が前記スイッチング素子のオン時には遮断され、かつ該スイッチング素子のオフ時には該第１二次コイルを流れる電流を導通させる第１素子と、
（ｄ）前記第２二次コイルに対して直列接続された第２電流路を具備し、該第２電流路が前記スイッチング素子のオン時には該第２二次コイルを流れる電流を導通させ、かつ該スイッチング素子のオフ時には該スイッチング素子のオン時と同方向に該第２二次コイルを流れる電流を導通させると共に逆方向に流れる電流に対して遮断される第２素子と、
（ｅ）前記スイッチング素子に並列接続された第３電流路を具備し、該スイッチング素子のオン時には遮断され、かつ該スイッチング素子のオフ時の瞬間は導通するスナバ回路とを有し、
（ｆ）前記スイッチング素子のオン時に、前記直流電圧により前記一次コイルに流れる第１電流を該スイッチング素子を通して出力し、該第１電流に起因して前記第２二次コイルに生じる磁気誘導により該第２二次コイルに流れる第２電流を前記第２素子を通して出力し、かつ、
（ｇ）前記スイッチング素子のオフ時に、前記一次コイルに発生する逆起電力により該一次コイルに流れる第５電流を前記スナバ回路を通して出力し、前記第１二次コイルに発生する逆起電力により該第１二次コイルに流れる第３電流を前記第１素子を通して出力し、該第３電流に起因して前記第２二次コイルに生じる磁気誘導により該第２二次コイルに流れる第４電流を前記第２素子を通して出力することを特徴とする電圧変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電圧を変換する電圧変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）は、スイッチング電源回路等に広く利用されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】コーセル株式会社、”電源について”、P.36-37、[online]、［平成１７年６月２２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.cosel.co.jp/jp/products/img/technotes.pdf＞
【非特許文献２】リニアテクノロジー株式会社、”アプリケーション・ノート４４”、P.23-26、[online]、［平成１７年６月２２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.linear-tech.co.jp/application_note/jp_pdf/jan44.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、低電圧・大電流・短時間での電流立ち上がりを要求する負荷に対する応答性を改善した電圧変換回路を提供することにある。また、本発明の別の目的は、トランスの二次側に平滑用のチョークコイルを必要としない電圧変換回路を提供することにある。さらに、本発明のさらに別の目的は、トランスの一次側に配設されるスイッチング手段に高耐電圧性が要求されない電圧変換回路を提供することにある。さらに、本発明のさらに別の目的は、スナバ回路による電力損失を低減した電圧変換回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の局面にかかる電圧変換回路は、請求項１に記載したように、一次コイルと、該一次コイルに対し密に磁気結合された第１二次コイルと、該一次コイルに対し疎に磁気結合され、かつ第１二次コイルと直列接続された第２二次コイルとを具備するトランスと、前記一次コイルに印加する直流電圧のオンオフを切り替えるスイッチング素子と、前記第１二次コイルに対して直列接続された第１電流路を具備し、該第１電流路が前記スイッチング素子のオン時には遮断され、かつ該スイッチング素子のオフ時には該第１二次コイルを流れる電流を導通させる第１素子と、前記第２二次コイルに対して直列接続された第２電流路を具備し、該第２電流路が前記スイッチング素子のオン時には該第２二次コイルを流れる電流を導通させ、かつ該スイッチング素子のオフ時には該スイッチング素子のオン時と同方向に該第２二次コイルを流れる電流を導通させると共に逆方向に流れる電流に対して遮断される第２素子と、前記スイッチング素子に並列接続された第３電流路を具備し、該スイッチング素子のオン時には遮断され、かつ該スイッチング素子のオフ時の瞬間は導通するスナバ回路とを有し、前記スイッチング素子のオン時に、前記直流電圧により前記一次コイルに流れる第１電流を該スイッチング素子を通して出力し、該第１電流に起因して前記第２二次コイルに生じる磁気誘導により該第２二次コイルに流れる第２電流を前記第２素子を通して出力し、かつ、前記スイッチング素子のオフ時に、前記一次コイルに発生する逆起電力により該一次コイルに流れる第５電流を前記スナバ回路を通して出力し、前記第１二次コイルに発生する逆起電力により該第１二次コイルに流れる第３電流を前記第１素子を通して出力し、該第３電流に起因して前記第２二次コイルに生じる磁気誘導により該第２二次コイルに流れる第４電流を前記第２素子を通して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の第１の局面にかかる電圧変換回路によれば、一次コイルと、該一次コイルに対し密に磁気結合された第１二次コイルと、該一次コイルに対し疎に磁気結合され、かつ第１二次コイルと直列接続された第２二次コイルとを具備するトランスと、前記一次コイルに印加する直流電圧のオンオフを切り替えるスイッチング素子と、前記第１二次コイルに対して直列接続された第１電流路を具備し、該第１電流路が前記スイッチング素子のオン時には遮断され、かつ該スイッチング素子のオフ時には該第１二次コイルを流れる電流を導通させる第１素子と、前記第２二次コイルに対して直列接続された第２電流路を具備し、該第２電流路が前記スイッチング素子のオン時には該第２二次コイルを流れる電流を導通させ、かつ該スイッチング素子のオフ時には該スイッチング素子のオン時と同方向に該第２二次コイルを流れる電流を導通させると共に逆方向に流れる電流に対して遮断される第２素子と、前記スイッチング素子に並列接続された第３電流路を具備し、該スイッチング素子のオン時には遮断され、かつ該スイッチング素子のオフ時の瞬間は導通するスナバ回路とを有し、前記スイッチング素子のオン時に、前記直流電圧により前記一次コイルに流れる第１電流を該スイッチング素子を通して出力し、該第１電流に起因して前記第２二次コイルに生じる磁気誘導により該第２二次コイルに流れる第２電流を前記第２素子を通して出力し、かつ、前記スイッチング素子のオフ時に、前記一次コイルに発生する逆起電力により該一次コイルに流れる第５電流を前記スナバ回路を通して出力し、前記第１二次コイルに発生する逆起電力により該第１二次コイルに流れる第３電流を前記第１素子を通して出力し、該第３電流に起因して前記第２二次コイルに生じる磁気誘導により該第２二次コイルに流れる第４電流を前記第２素子を通して出力することを特徴とする。したがって、低電圧・大電流・短時間での電流立ち上がりを要求する負荷に対する応答性が極めて高い。
【０００７】
上記した本発明の目的および利点並び他の目的および利点は、以下の実施の形態の説明を通じてより明確に理解される。もっとも、以下に記述する実施の形態は例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
［実施の形態］
図１は、本発明を適用した実施の形態における電圧変換回路１００の基本的な構成を示す回路図である。
【０００９】
図１に示す電圧変換回路１００は、所定電圧値の直流電圧に基づき電圧変換を行って、降圧された電圧値の直流電圧を出力する降圧コンバータ回路であり、単一のトランスＴ１を備える。また、電圧変換回路１００は、出力端１９と、出力端１９を基準として正電位を出力する出力端１８とを備え、出力端１８と出力端１９との間に平滑用のコンデンサＣ１と所定の負荷Ｌが接続される。
【００１０】
トランスＴ１の一次側のコイルＰ１の一端（巻き始め）１３には直流電源１１の正極が接続され、他端（巻終わり）１４にはトランジスタ（本実施の態様ではＦＥＴ）Ｑ１１のドレインが接続されている。トランジスタＱ１１のソースは出力端１８に接続されている。トランジスタＱ１１は、ゲートＧ１１に入力される駆動用のパルス電圧に従ってオン／オフを切り換える動作を行い、トランジスタＱ１１がオンの状態ではコイルＰ１に対して直流電源１１から直流電圧が供給されるが、トランジスタＱ１１がオフの状態では直流電圧の供給は遮断される。
【００１１】
トランジスタＱ１１のドレイン−ソース間に並列に接続されている回路は、スナバ回路であり、スナバ回路は、ダイオードＤｓとコンデンサＣｓとの直列回路と、コンデンサＣｓに並列に接続されるツェナーダイオードＺｅｓと抵抗Ｒｓとの直列回路とを備えている。
【００１２】
したがって、トランスＴ１の一次側においては、トランジスタＱ１１がオンのときに、直流電源１１の正極→コイルＰ１の一端（巻き始め）１３→コイルＰ１の他端（巻終わり）１４→トランジスタＱ１１のドレイン→トランジスタＱ１１のソース→負荷（およびコンデンサＣ１）の経路に電流が流れ、トランジスタＱ１１がオフのときに、直流電源１１の正極→コイルＰ１の一端（巻き始め）１３→コイルＰ１の他端（巻終わり）１４→ダイオードＤｓ→コンデンサＣｓ→負荷（およびコンデンサＣ１）の経路に電流が流れる。
【００１３】
トランスＴ１の二次側のコイルＳ１の一端（巻き始め）１５にはダイオードＤ１５のカソードが接続され、ダイオードＤ１５のアノードは出力端１９（およびグランド）に接続される。トランスＴ１の二次側のコイルＳ１の他端（巻終わり）は、トランスＴ１の二次側のコイルＳ２の一端（巻き始め）に接続されるが、この接続部１６は、直列に接続されたコイルＳ１およびコイルＳ２を１つの二次側コイルとみなしたときには二次側コイルの中間タップに相当する。接続部１６はトランジスタＱ１１のソースおよび出力端１８に接続される。また、コイルＳ２の他端（巻終わり）１７はダイオードＤ１６のカソードに接続され、ダイオードＤ１６のアノードは上記出力端１９（およびグランド）に接続される。
【００１４】
ダイオードＤ１６と並列にトランジスタ（本実施の態様ではＦＥＴ）Ｑ１２が接続される。トランジスタＱ１２のドレインはダイオードＤ１６のカソードに接続され、ソースはダイオードＤ１６のアノードに接続される。トランジスタＱ１２のゲートＧ１２には、トランジスタＱ１１のゲートＧ１１に入力される駆動用のパルス電圧が同時に入力される。なお、電圧変換回路に低電圧出力特性（例えば１Ｖ〜数Ｖ）が要求される場合等には、ダイオードＤ１６にショットキーバリアダイオード等の順方向電圧降下が小さい整流素子を使用することが好ましく、ダイオードＤ１６は、トランジスタＱ１２がオフしたときに（このときトランジスタＱ１２の寄生ダイオードを通してトランジスタＱ１２のドレインとソースとが導通されるが、この寄生ダイオードによる順方向電圧降下よりも低い順方向電圧降下で）コイルＳ２を流れる電流を通す迂回路を提供する。
【００１５】
したがって、トランスＴ１の二次側においては、ダイオードＤ１５のカソード→コイルＳ１の一端（巻き始め）１５→コイルＳ１の他端（巻終わり）すなわち接続部１６→負荷（およびコンデンサＣ１）→ダイオードＤ１５のアノードの経路に電流が流れ、トランジスタＱ１２のドレイン（ダイオードＤ１６のカソード）→コイルＳ２の他端（巻終わり）１７→コイルＳ２の一端（巻き始め）すなわち接続部１６→負荷（およびコンデンサＣ１）→トランジスタＱ１２のソース（ダイオードＤ１６のアノード）の経路に電流が流れる構成となっている。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の電圧変換回路は、単に直流電圧を変換する機器に適用可能であるのみならず、例えば、本発明の電圧変換回路の入力段（図中の直流電源１１）に、交流電圧を整流する整流回路を接続すれば、交流電圧から所望の直流電圧を出力する電源回路（例えば、スイッチング電源回路）として利用できる。このように、本発明の電圧変換回路は、直流電圧の電圧変換を要する全ての回路及び当該回路を搭載する機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用した実施の形態における電圧変換回路１００の基本的な構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００１８】
１００                電圧変換回路
１１                  直流電源
１８，１９            出力端
Ｑ１１，Ｑ１２        トランジスタ
Ｃ１，Ｃｓ            コンデンサ
Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄｓ  ダイオード
Ｚｅｓ                ツェナーダイオード
Ｌ                    負荷
Ｐ１                  一次側コイル
Ｓ１，Ｓ２            二次側コイル
Ｒｓ                  抵抗
Ｔ１                  トランス
【図１】
2007110838.tif 000003