(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷変動に充分対応しつつ、かつ、電源トランスの小型・軽量化を実現する。【解決手段】直列共振型電源回路は、１次スイッチング回路ＳＷ１によって直列共振回路ＲＣを介して直流電源Ｖｉｎに接続される１次巻線Ｌｔ１と、負荷ＲＬに接続された２次巻線Ｌｔ２と、３次スイッチング回路によって短絡可能な３次巻線Ｌｔ３とを備える。低負荷時、即ち１次スイッチング回路ＳＷ１のデューティサイクル低周波数時に、１次スイッチング回路ＳＷ１の閉期間の間の期間（休止期間Ｄｔ）に、３次スイッチング回路ＳＷ２によって３次巻線Ｌｔ３を短絡し、１次巻線の電流に起因した３次巻線の誘導電流Ｉ３によって、１次巻線Ｌｔ１の電圧を抑制する誘導起電力を生じさせる。これによって、出力トランスの巻数を減少させることができ、出力トランスを小型・軽量化し得る。【選択図】図１
2016032341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
１次巻線、２次巻線および３次巻線が設けられた出力トランスと、
前記１次巻線の一端子に、一端子が接続された直列共振回路と、
前記直列共振回路の他端子と、前記１次巻線の他端子とに、前記直流電源の正極、負極を、反転可能かつ開閉可能に接続し得るスイッチング素子を備え、前記各スイッチング素子には、前記直流電源とは逆極性のダイオードがそれぞれ並列に接続された１次スイッチング回路と、
前記３次巻線の中性点と両端子とを開閉可能に接続する３次スイッチング回路と、
前記２次巻線の出力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑化して負荷に接続する平滑回路と、
前記直流電源を前記負荷に対応したデューティサイクルで、前記直列共振回路を介して前記１次巻線に接続し、かつ前記負荷が所定値以下のときに、前記１次スイッチング回路の開期間（「休止期間」という。）に前記３次スイッチング回路を閉成する制御回路と、
を備えた、
直列共振型スイッチング電源回路。
【請求項２】
前記１次スイッチング回路は、
前記直列共振回路の他端子に接続され、前記直流電源の正極を、前記直列共振回路を介して、前記１次巻線に開閉可能に接続する第1スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と並列に、前記直列共振回路の他端子に接続され、前記直流電源の負極を、前記直列共振回路を介して、前記１次巻線に開閉可能に接続する第２スイッチング素子と、
前記１次巻線の他端子に接続され、前記直流電源の負極を、前記１次巻線の他端子に開閉可能に接続する第３スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子と並列に、前記１次巻線の他端子を、前記直流電源の正極に開閉可能に接続する第４スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の両端子を接続する第１ダイオードであって、アノード側が前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、
前記第２スイッチング素子の両端子を接続する第２ダイオードであって、カソード側が前記直流電源の負極に接続された第２ダイオードと、
前記第３スイッチング素子の両端子を接続する第３ダイオードであって、カソード側が前記直流電源の負極に接続された第３ダイオードと、
前記第４スイッチング素子の両端子を接続する第４ダイオードであって、アノード側が前記直流電源の正極に接続された第４ダイオードと、
を備え、
前記制御回路は、
前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の開期間に、前記第１スイッチング素子および前記第３スイッチング素子を、同期して閉成し、前記第１スイッチング素子および前記第３スイッチング素子の開期間に前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子を同期して閉成する、
請求項１記載の直列共振型スイッチング電源回路。
【請求項３】
前記直列共振回路の他端子を前記直流電源の正極に接続する第１コンデンサと、
前記直列共振回路の他端子に、前記第１コンデンサと並列に接続され、前記直列共振回路の他端子を前記直流電源の負極に接続する第２コンデンサと、
をさらに備え、
前記１次スイッチング回路は、
前記１次巻線の他端子を前記直流電源の正極に開閉可能に接続する第１スイッチング素子と、
前記１次巻線の他端子に、前記第１スイッチング素子と並列に接続され、前記１次巻線の他端子を前記直流電源の負極に開閉可能に接続する第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の両端子を接続する第１ダイオードであって、アノード側が前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、
前記第２スイッチング素子の両端子を接続する第２ダイオードであって、カソード側が前記直流電源の負極に接続された第２ダイオードと、
を備え、
前記制御回路は、
前記第２スイッチング素子の開期間に、前記第１スイッチング素子を閉成し、前記第１スイッチング素子の開期間に第２スイッチング素子を閉成する、
請求項１記載の直列共振型スイッチング電源回路。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記３次スイッチング回路の閉期間の前後に、所定期間の休止期間（「ブランク期間」という。）が存在するように、前記１次、３次スイッチング回路を制御する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の直列共振型スイッチング電源回路。
【請求項５】
前記直列共振回路は、コンデンサとインダクタンスを直列接続した回路を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の直列共振型スイッチング電源回路。
【請求項６】
前記３次スイッチング回路は、
前記３次巻線の中性点と両端子とを開閉可能に接続する３次スイッチング素子と、
前記３次スイッチング素子の極性に適合するように、前記３次巻線の端子を前記３次スイッチング素子の端子に接続する整流回路を備えた、
請求項１乃至５のいずれかに記載の直列共振型スイッチング電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直列共振型スイッチング電源回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
共振型スイッチング電源回路は、電流波形または電圧波形を、コイルとコンデンサによって共振させて、サイン波状の電流波形または電圧波形の電力を出力トランスの１次巻線に供給し、２次巻線に電力を伝達する。サイン波状の電流・電圧による電力伝達は、オン・オフ動作時におけるスイッチング損失をほとんど生じることがなく、動作周波数を高めても、損失は増加せず、またサイン波は、高周波成分含有率が低く、ノイズ成分も少ない。これは動作周波数を高め、回路を小型化し得ることを意味する。（非特許文献１、２３３頁、「共振型電源とは」の項、第１コラム、第２コラム１行〜７行）
近年、電子機器は全般に小型化され、電源部も小型、軽量化のニーズが高い。そして、電源部における電磁部品、特に出力トランスの小型、軽量化にはスイッチング周波数の高周波化が効果的である。（非特許文献１、２３１頁、「高速スイッチング化の追求」の項、１行〜１０行）
【０００３】
しかし、共振型スイッチング電源を、定電圧、定電流、定電力領域で使用し、かつＰＷＭ制御に替えて、共振方式を採用した場合、制御方式は、パルス幅一定のＦＭ（周波数変調）制御方式となる。ＦＭ制御方式は、入力電源や負荷の変動時、出力の安定化を図るために、可変周波数で制御する。特に軽負荷時には、動作周波数を下げて出力の安定化を図る。それゆえ、電磁部品は、最低周波数に適合した設計となる。
これは、出力トランスの小型化・軽量化の障害となる。（非特許文献１、２３５頁、「共振型電源の課題」の項、第１コラム、第２コラム１行〜３行）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「実用電源回路設計ハンドブック」第２５版、戸川治朗著、２００６年８月１日、ＣＱ出版株式会社発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、共振型スイッチング電源回路の前記従来の問題点を解消すべく創案されたもので、出力変動に充分対応しつつ、出力トランスの小型・軽量化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路は、 
直流電源と、 
１次巻線、２次巻線および３次巻線が設けられた出力トランスと、
前記１次巻線の一端子に、一端子が接続された直列共振回路と、
前記直列共振回路の他端子と、前記１次巻線の他端子とに、前記直流電源の正極、負極を、反転可能かつ開閉可能に接続し得るスイッチング素子を備え、前記各スイッチング素子には、前記直流電源とは逆極性のダイオードがそれぞれ並列に接続された１次スイッチング回路と、
前記３次巻線の中性点と両端子とを開閉可能に接続する３次スイッチング回路と、
前記２次巻線の出力を整流する整流回路と、 
前記整流回路の出力を平滑化して負荷に接続する平滑回路と、
前記直流電源を前記負荷に対応したデューティサイクルで、前記直列共振回路を介して前記１次巻線に接続し、かつ前記負荷が所定値以下のときに、前記１次スイッチング回路の開期間（「休止期間」という。）に前記３次スイッチング回路を閉成する制御回路と、
を備える。 
【０００７】
ＦＭ制御による直列共振方式の電源回路は、１次巻線から供給される共振電流を、電流源として負荷に供給するものであるが、本発明によれば、１次スイッチング回路の開放時（休止期間）において、３次巻線を短絡し、１次巻線に印加される電圧を略０Ｖに低下させる。これは電圧印加時間（ｔ）を最小限に抑えることに相当し、１次巻線の巻数（Ｎ）を減少し得る。
ここに磁束密度Ｂｍ、電圧Ｅ、鉄心断面積Ｓとするとき、
Ｎ＝Ｅｔ／（２×Ｂｍ×Ｓ）                                          式（１）
の関係が知られており、電圧Ｅと印加時間ｔの積Ｅｔの減少により、巻数Ｎが減少する。
１次スイッチング回路開閉に呼応した、直列共振回路の共振電流は、休止期間以前に負荷に供給されているので、Ｅｔ抑制により出力電圧の特性に悪影響が生じることはない。
これらの構成により、出力トランス内に生じる磁束が抑制され、容量が減少するので、出力トランスは小型・軽量化される。
【０００８】
本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路は、例えば、フルブリッジタイプであり、
前記１次スイッチング回路は、 
前記直列共振回路の他端子に接続され、前記直流電源の正極を、前記直列共振回路を介して、前記１次巻線に開閉可能に接続する第1スイッチング素子と、 
前記第１スイッチング素子と並列に、前記直列共振回路の他端子に接続され、前記直流電源の負極を、前記直列共振回路を介して、前記１次巻線に開閉可能に接続する第２スイッチング素子と、
前記１次巻線の他端子に接続され、前記直流電源の負極を、前記１次巻線の他端子に開閉可能に接続する第３スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子と並列に、前記１次巻線の他端子を、前記直流電源の正極に開閉可能に接続する第４スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の両端子を接続する第１ダイオードであって、アノード側が前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、
前記第２スイッチング素子の両端子を接続する第２ダイオードであって、カソード側が前記直流電源の負極に接続された第２ダイオードと、
前記第３スイッチング素子の両端子を接続する第３ダイオードであって、カソード側が前記直流電源の負極に接続された第３ダイオードと、
前記第４スイッチング素子の両端子を接続する第４ダイオードであって、アノード側が前記直流電源の正極に接続された第４ダイオードと、
を備え、 
前記制御回路は、 
前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の開期間に、前記第１スイッチング素子および前記第３スイッチング素子を、同期して閉成し、前記第１スイッチング素子および前記第３スイッチング素子の開期間に前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子を同期して閉成する。
【０００９】
本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路は、例えば、ハーフブリッジタイプであり、
前記直列共振回路の他端子を前記直流電源の正極に接続する第１コンデンサと、
前記直列共振回路の他端子に、前記第１コンデンサと並列に接続され、前記直列共振回路の他端子を前記直流電源の負極に接続する第２コンデンサと、
をさらに備え、 
前記１次スイッチング回路は、 
前記１次巻線の他端子を前記直流電源の正極に開閉可能に接続する第１スイッチング素子と、
前記１次巻線の他端子に、前記第１スイッチング素子と並列に接続され、前記１次巻線の他端子を前記直流電源の負極に開閉可能に接続する第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の両端子を接続する第１ダイオードであって、アノード側が前記直流電源の正極に接続された第１ダイオードと、
前記第２スイッチング素子の両端子を接続する第２ダイオードであって、カソード側が前記直流電源の負極に接続された第２ダイオードと、
を備え、
前記制御回路は、 
前記第２スイッチング素子の開期間に、前記第１スイッチング素子を閉成し、前記第１スイッチング素子の開期間に第２スイッチング素子を閉成する。
【００１０】
本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路において、
前記制御回路は、 
前記３次スイッチング回路の閉期間の前後に、所定期間の休止期間（「ブランク期間」という。）が存在するように、前記１次、３次スイッチング回路を制御する。
これによって、電力供給過程で３次巻線が短絡されて３次巻線に大電流が流れ、電力損失、３次巻線損傷等を防止し得るとともに、３次巻線の短絡状態で１次スイッチング回路が閉成されて、電力供給が再開されることを防止し得る。
【００１１】
本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路において、前記直列共振回路は、例えば、コンデンサとインダクタンスを直列接続した回路を含む。
【００１２】
本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路において、
前記３次スイッチング回路は、 
前記３次巻線の中性点と両端子とを開閉可能に接続する３次スイッチング素子と、
前記３次スイッチング素子の極性に適合するように、前記３次巻線の端子を前記３次スイッチング素子の端子に接続する整流回路を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路は、負荷変動に充分対応しつつ、小型、軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路の実施例１を示す回路図である。
【図２】実施例１のタイミングチャートを示す図である。
【図３】実施例１に対する比較例１のタイミングチャートを示す図である。
【図４】本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路の実施例２を示す回路図である。
【図５】実施例１における周波数変化に対応した制御を示すタイミングチャートを示す図である。
【図６】実施例２における周波数変化に対応した制御を示すタイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に本発明に係る直列共振型スイッチング電源回路の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、直列共振型スイッチング電源回路の実施例１を示す。
共振型スイッチング電源回路は、直流電源Ｖｉｎを１次スイッチング回路ＳＷ１によって間欠的に出力トランスＴに接続し、出力トランスＴによって変圧された電力を負荷ＲＬに給電する。
出力トランスＴには、１次巻線Ｌｔ１、２次巻線Ｌｔ２、３次巻線Ｌｔ３が設けられ、これら巻線は、磁気的に、相互に密に結合されている。
電源Ｖｉｎは、１次スイッチング回路ＳＷ１によって開閉可能に１次巻線Ｌｔ１に接続され、負荷ＲＬは２次巻線Ｌｔ２に接続されている。
【００１７】
１次スイッチング回路ＳＷ１は、第１スイッチング素子Ｓ１１、第２スイッチング素子Ｓ１２、第３スイッチング素子Ｓ１３、第４スイッチング素子Ｓ１４を備える。
スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４は、それぞれ一端子が電源Ｖｉｎの正極に接続され、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４の他端子には、直列共振回路ＲＳがその一端子において接続されている。直列共振回路ＲＳの他端子は１次巻線Ｌｔ１の一端子ｔ１１に接続されている。
【００１８】
スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４には、これらスイッチング素子の両端子を接続する、ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４が、それぞれ接続されている。ダイオードＤ１１、Ｄ１４はそのカソード側が電源Ｖｉｎの正極に接続され、ダイオードＤ１２、Ｄ１３はそのアノード側が電源Ｖｉｎの負極に接続されている。ダイオードＤ１１のカソード側およびダイオードＤ１２のアノード側は直列共振回路ＲＳに接続され、ダイオードＤ１３のアノード側およびダイオードＤ１４のカソード側は１次巻線Ｌｔ１の他端子ｔ１２に接続されている。
ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４は直流電源Ｖｉｎの極性に対して逆極性であり、直列共振回路ＲＳの共振電圧Ｖｃ１（図２）が直流電源Ｖｉｎの電圧よりも高くなったときに、共振電流Ｉ１（図２）が直流電源Ｖｉｎに対する回生電流となる。
【００１９】
直列共振回路ＲＳは、インダクタンスＬ１とコンデンサＣ１を直列接続したもので、電源回路は直列共振タイプである。
直列共振回路ＲＳは１次巻線Ｌｔ１の一端子ｔ１１に接続されており、スイッチング素子Ｓ１１は直流電源Ｖｉｎの正極を、直列共振回路ＲＳを介して、１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１１に開閉可能に接続する。一方、スイッチング素子Ｓ１２は直流電源Ｖｉｎの負極を、直列共振回路ＲＳを介して、１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１２に開閉可能に接続する。
【００２０】
スイッチング素子Ｓ１３は、スイッチング素子Ｓ１１が直流電源Ｖｉｎの正極を直列共振回路ＲＳを介して、１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１１に接続しているときに、端子ｔ１２を直流電源Ｖｉｎの負極に接続する。
スイッチング素子Ｓ１４は、スイッチング素子Ｓ１２が直流電源Ｖｉｎの負極を直列共振回路ＲＳを介して、１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１１に接続しているときに、端子ｔ１２を直流電源Ｖｉｎの正極に接続する。
【００２１】
１次スイッチング回路は以上のように構成され、フルブリッジタイプの電源回路を構成する。
【００２２】
２次巻線Ｌｔ２には、整流回路Ｒ２、平滑コンデンサＣ２が順次接続され、２次巻線Ｌｔ２に供給された電力は、整流回路Ｒ２で整流された後、平滑コンデンサＣ２によって平滑化されて、負荷ＲＬに給電される。整流回路Ｒ２は、２次巻線Ｌｔ２の一端子ｔ２１にアノード側が接続されたダイオードＤ２１と、他端子ｔ２２にアノード側が接続されたダイオードＤ２２とを有し、ダイオードＤ２１、Ｄ２２のカソード側は負荷ＲＬの一端子に、それぞれ接続されている。一方、負荷ＲＬの他端子は２次巻線Ｌｔ２の中性点に接続され、平滑コンデンサＣ２は、負荷ＲＬの両端子間に接続されている。
整流回路Ｒ２および平滑コンデンサＣ２によって、負荷ＲＬには安定したレベルの直流電力が供給される。
【００２３】
３次巻線Ｌｔ３には、３次スイッチング回路ＳＷ２が接続され、３次スイッチング回路ＳＷ２は、３次巻線Ｌｔ３に接続された整流回路Ｒ３と、３次スイッチング素子Ｓ３とを備える。
整流回路Ｒ３は、３次巻線Ｌｔ３の一端子ｔ３１にアノード側が接続されたダイオードＤ３１と、他端子ｔ３２にアノード側が接続されたダイオードＤ３２とを有する。ダイオードＤ３１、Ｄ３２のカソード側は、３次スイッチング素子Ｓ３の一端子に接続され、３次スイッチング素子Ｓ３の他端子は、３次巻線Ｌｔ３の中性点に接続されている。
【００２４】
直列共振型スイッチング電源回路には、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ３にそれぞれ接続された制御回路ＣＯＮが設けられ、制御回路ＣＯＮは、制御信号ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４、ＳＣ５によって、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ３を開閉制御する。
【００２５】
図２に示すように、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１３は同期して開閉され、その閉成時においては、まず、直流電源Ｖｉｎの正極から、スイッチング素子Ｓ１１、直列共振回路ＲＳ、１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１１、１次巻線Ｌｔ１、スイッチング素子Ｓ１３を順次経て、直流電源Ｖｉｎの負極に戻るように、電流I１が流れる。このとき、１次巻線Ｌｔ１が励磁されるとともに、直列共振回路ＲＳのコンデンサＣ１が充電される。そして、コンデンサＣ１が充電された結果、その両極間の電圧Ｖｃ１が直流電源Ｖｉｎの電圧より大きくなったとき、電流Ｉ１は、逆向きに、直列共振回路ＲＳからダイオードＤ１１、直流電源Ｖｉｎの正極、負極、ダイオードＤ１３、１次巻線Ｌｔ１を経て直列共振回路ＲＳに戻るように、電流Ｉ１が逆流する。逆流する電流Ｉ１は回生電流となる。
図２に示すように、このとき、電流Ｉ１は、正のサインカーブから、負のサインカーブに移行するように変化する。
【００２６】
同様に、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１４は同期して開閉される。
スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１４は、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１３の所定期間閉成後に開放された後、所定の休止期間Ｄｔ（いずれのスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４も閉成されていない期間）が経過したときに、閉成される。
同様に、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１３は、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１４の所定期間閉成後に開放された後、所定の休止期間Ｄｔ（いずれのスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４も閉成されていない期間）が経過したときに、閉成される。
スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１４の閉成時においては、まず、直流電源Ｖｉｎの正極から、スイッチング素子Ｓ１４、１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１２、１次巻線Ｌｔ１、直列共振回路ＲＳ、スイッチング素子Ｓ１２を順次経て、直流電源Ｖｉｎの負極に戻るように、電流Ｉ１が流れる。このとき、１次巻線Ｌｔ１が励磁されるとともに、直列共振回路ＲＳのコンデンサＣ１が充電される。そして、コンデンサＣ１が充電された結果、その両極間の電圧Ｖｃ１が直流電源Ｖｉｎの電圧より大きくなったとき、電流Ｉ１は、逆向きに、直列共振回路ＲＳからダイオードＤ１４、直流電源Ｖｉｎの正極、負極、ダイオードＤ１２、直列共振回路ＲＳ、１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１１、１次巻線Ｌｔ１を経て、直列共振回路ＲＳに戻るように、電流Ｉ１が逆流する。
図２に示すように、このとき、電流Ｉ１は、負のサインカーブから、正のサインカーブに移行するように変化する。
【００２７】
スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１４の閉期間の長さはスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１３の閉期間の長さと等しい。そして、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１４の開放後、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１３の閉成までの期間も、休止期間Ｄｔとされる。スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１４の開放後の休止期間Ｄｔの長さは、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４の開放後の休止期間Ｄｔの長さと等しい。
【００２８】
電流Ｉ１が正―＞負または負―＞正のサインカーブ状に変化するとき、２次巻線Ｌｔ２には、交番電流が生じる。この交番電流が整流回路Ｒ２で整流され、図２に示すように、連続した正のサインカーブ状の電流Ｉ２が生じる。
電圧ＶＬ１は電源回路の起動時から徐々に上昇し、コンデンサＣ２が充分に充電されたときに、一定電圧に保持される。
【００２９】
スイッチング素子Ｓ３は、休止期間Ｄｔにおいて、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４またはスイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３の開放から所定のブランク期間Δｔ１（図２）が経過したときに、所定期間閉成される。
スイッチング素子Ｓ３の開放は、休止期間Ｄｔの終期において、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３またはスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４の閉成よりも所定のブランク期間Δｔ２（図２）だけ早く行われる。
【００３０】
休止期間Ｄｔにおいては、１次スイッチング回路ＳＷ１の閉成時に生じた励磁エネルギーが残留しているが、３次スイッチング回路ＳＷ２を閉成して３次巻線Ｌｔ３を短絡すると、１次巻線Ｌｔ１と３次巻線Ｌｔ３とが磁気的に密に結合されているため、残留励磁エネルギーは、３次巻線Ｌｔ３に移る。この瞬間、１次巻線Ｌｔ１の両端子ｔ１１、ｔ１２の電圧Ｖ（ｔ１１）、Ｖ（ｔ１２）は０Ｖに抑制される。
式（１）を、１次巻線Ｌｔ１の所要巻数Ｎ、電圧Ｖ（ｔ１１）（図２ではＶ（ｔ１１）＞Ｖ（ｔ１２）なので、Ｖ（ｔ１１）のみを代表的に評価する。）、電圧印加時間ｔによって書き直すと、
Ｎ＝Ｖ（ｔ１１）×ｔ／（２×Ｂｍ×Ｓ）                                      式（２）
となり、（Ｄｔ−Δｔ１−Δｔ２）期間において、電圧Ｖ（ｔ１１）、Ｖ（ｔ１２）が０Ｖに抑制されることにより、巻数Ｎを減少し得る。
【００３１】
休止期間Ｄｔにおいて、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４の開放から所定のブランク期間Δｔ１（図２）が経過したときに、スイッチング素子Ｓ３が閉成されることにより、電流Ｉ１による電力供給過程で３次巻線Ｌｔ３が短絡されることはない。仮に、電力供給過程で３次巻線Ｌｔ３が短絡された場合、３次巻線Ｌｔ３に大電流が流れ、電力損失、３次巻線Ｌｔ３の損傷等の問題が生じる可能性があるが、そのような事態は防止されている。
スイッチング素子Ｓ３の開放は、休止期間Ｄｔの終期において、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３の閉成よりも所定のブランク期間Δｔ２（図２）だけ早く行われる。これによって、３次巻線Ｌｔ３の短絡状態でスイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３が閉成されて、電力供給が再開されることが防止されている。
【００３２】
図１の直列共振型スイッチング電源回路から３次巻線を省略した構成（比較例）について、図２と同様のシミュレーションを行った結果を図３に示す。
図３から明らかなように、３次巻線が存在しないため、３次巻線短絡による電圧抑制効果が得られず、休止期間の全期間に渡って印加時間ｔが継続する。これによって、巻数Ｎは増大する。
【００３３】
図２と図３のシミュレーション結果で、図２の休止期間Ｄｔにおける電圧Ｖ（ｔ１１）≒０とすると、印加時間ｔは、図３に比較して、図２では、１５％程度に減少する。すなわち、１次巻線Ｌｔ１の巻数Ｎを１５％程度に減少し得る。
【００３４】
負荷ＲＬには微少抵抗Ｒｃｏｎが接続され、抵抗Ｒｃｏｎの両端の電圧ＶＬ２と、負荷ＲＬへの出力電圧ＶＬ１が制御回路ＣＯＮに入力されている。電圧ＶＬ２は負荷ＲＬに供給される電流Ｉ２を代表する。電圧ＶＬ１、ＶＬ２は負荷ＲＬの電力ＬＯＡＤ（図５、図６）に対応しており、制御回路ＣＯＮは、負荷ＲＬの電力ＬＯＡＤに呼応してスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ３のデューティサイクルを設定する。
制御回路ＣＯＮは、電圧ＶＬ２を一定に保持しつつ、負荷ＲＬの電力ＬＯＡＤの増大にともなって、デューティサイクルの周波数を高める。
【００３５】
図５は、図１の回路において、低負荷に対応して、比較的低い周波数（例えば、２０ＫＨｚ）のデューティサイクルで１次スイッチング回路ＳＷ１および３次スイッチング回路ＳＷ２を開閉制御した際のタイミングチャートである。
【００３６】
図５において、まず、制御信号ＳＣ１、ＳＣ４によって、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４をオン（閉成）とし、直列共振回路ＲＳのコンデンサＣ１を充放電しつつ、１次巻線Ｌｔ１の電流Ｉ１に、正のサイン波に続く負のサイン波の変化を与える。このとき、２次巻線Ｌｔ２には、電流Ｉ１の極性を整流した、２つ連続した正のサイン波状の電流Ｉ２が生じる。
その後、制御信号ＳＣ１、ＳＣ４によって、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４をオフ（開放）し、所定のブランク期間Δｔ１の後に、制御信号Ｓ５によってスイッチング素子Ｓ３をオン（閉成）する。
スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４の開放から、（休止期間Ｄｔ）−（ブランク期間Δｔ２）の時間が経過したときに、制御信号Ｓ５によって、スイッチング素子Ｓ３をオフ（開放）し、さらにブランク期間Δｔ２が経過したとき、制御信号ＳＣ２、ＳＣ３によって、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３をオン（閉成）とする。
スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３の閉成によって、直列共振回路ＲＳのコンデンサＣ１を充放電しつつ、電流Ｉ１には、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４の閉成時とは逆極性のサイン波状の変化が与えられる。このとき、電流Ｉ２の変化は、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４の閉成時と同様である。
スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３の開放から、休止期間Ｄｔ経過ごとに、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４の閉成と、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３の閉成とが繰り返される。
負荷ＲＬの電圧ＶＬ１は、給電初期状態では０Ｖであり、１次スイッチング回路ＳＷ１の開閉動作にともなって上昇し、負荷ＲＬが一定であれば、所定の定電圧に到達し、その後一定に保持される、
【００３７】
コントロール信号ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４、ＳＣ５は、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ３の閉成（「ＯＮ」で示す。）、開放を制御するように所定タイミングで出力される。
【実施例２】
【００３８】
図４は、直列共振型スイッチング電源回路の実施例２を示す。
実施例２は、実施例１における１次巻線Ｌｔ１側のフルブリッジタイプの構成を、ハーフブリッジタイプ（非特許文献１、２３３頁、図２１、１７９頁〜１８３頁）に変更したものである。
【００３９】
図４において、電源回路は、実施例１と同様の直列共振回路ＲＳを有し、直列共振回路ＲＳはその一端子が直流電源Ｖｉｎの正極に接続されている。直列共振回路ＲＳの他端子には第１コンデンサＣ７１が接続され、直列共振回路ＲＳの他端子には、第１コンデンサＣ７１と並列に、第２コンデンサＣ７２が接続されている。第２コンデンサＣ７２は、直列共振回路ＲＳの他端子を直流電源Ｖｉｎの負極に接続する。コンデンサＣ７１、Ｃ７２は等容量であり、直流電源Ｖｉｎの電圧を均等に分圧する。
実施例２の１次スイッチング回路ＳＷ１は、１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１２を直流電源Ｖｉｎの正極に開閉可能に接続する第１スイッチング素子Ｓ１１と、端子ｔ１２に、スイッチング素子Ｓ１１と並列に接続された第２スイッチング素子Ｓ１２とを備える。
スイッチング素子Ｓ１２は１次巻線Ｌｔ１の端子ｔ１２を直流電源Ｖｉｎの負極に開閉可能に接続する。
【００４０】
実施例２の２次巻線Ｌｔ２側の構成、３次巻線Ｌｔ３側の構成は実施例１と同様である。
実施例１同様、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ３は、制御回路ＣＯＮの制御信号ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ５によって開閉制御され、負荷ＲＬの状況に応じて、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ３開閉のタイミング、デューティサイクルを調節する。
【００４１】
図６は、実施例２における、負荷ＲＬの電力ＬＯＡＤに呼応した、電圧Ｖ（ｔ１１）、Ｖ（ｔ１２）の変化およびスイッチング素子Ｓ３に対する制御信号ＳＣ５のタイミングを示す。
実施例１と同様、電力ＬＯＡＤが小さい期間Ｐ２、Ｐ３では、負荷に対応して３次巻線Ｌｔ３の短絡の周波数を高めるが、電力ＬＯＡＤが充分大きい期間Ｐ１では、短絡を実行しない。
【符号の説明】
【００４２】
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ 
Ｃ７１  第１コンデンサ 
Ｃ７２  第２コンデンサ 
ＣＯＮ  制御回路 
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ３１、Ｄ３２  ダイオード
Ｄｔ  休止期間 
Ｉ１、Ｉ２  電流 
Ｌ１  インダクタンス 
Ｌｔ１  １次巻線 
Ｌｔ２  ２次巻線 
Ｌｔ３  ３次巻線 
Ｒ２、Ｒ３  整流回路 
Ｒｃｏｎ  微少抵抗 
ＲＬ    負荷 
ＲＳ    直列共振回路 
ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４、ＳＣ５  制御信号 
ＳＷ１  １次スイッチング回路 
ＳＷ２  ３次スイッチング回路 
Ｓ１１  第１スイッチング素子 
Ｓ１２  第２スイッチング素子 
Ｓ１３  第３スイッチング素子 
Ｓ１４  第４スイッチング素子 
Ｓ３    ３次スイッチング素子 
Ｔ      出力トランス 
Ｔｄ    デューティサイクル周期 
ｔ１１、ｔ１２、ｔ２１、ｔ２２、ｔｒ１、ｔｒ２  端子
Ｖｉｎ  直流電源 
ＶＬ１、ＶＬ２、Ｖｃ１、Ｖ（ｔ１１）、Ｖ（ｔ１２）  電圧
Δｔ１、Δｔ２  ブランク期間 
【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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