(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器と、少なくとも第１及び第２のメインスイッチを含み、直流である入力電圧を交流電圧に変換して前記変圧器の１次側に供給するスイッチング回路と、少なくとも第１及び第２の整流スイッチを含み、前記変圧器の２次側より供給される交流電圧を整流して直流である出力電圧を生成するカレントダブラー型の出力回路と、前記スイッチング回路及び前記出力回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチを交互にオンさせ、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが第１の値を超えている場合に、前記第１のメインスイッチのターンオフに応答して、前記第１の整流スイッチをターンオンさせるとともに、前記第２のメインスイッチがターンオフしてから前記第１のメインスイッチがターンオンするまでの間に、前記第１の整流スイッチをターンオフさせ、前記第２のメインスイッチのターンオフに応答して、前記第２の整流スイッチをターンオンさせるとともに、前記第１のメインスイッチがターンオフしてから前記第２のメインスイッチがターンオンするまでの間に、前記第２の整流スイッチをターンオフさせることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記第１の値が、前記出力電圧をＶｏ、前記変圧器の２次側電圧をＶｓとした場合、
【数１】
0003742576.tif 000018
によって与えられることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが前記第１の値以下であり且つ第２の値を超えている場合、前記第１のメインスイッチのターンオフに応答して前記第１の整流スイッチをターンオンさせるとともに前記第２のメインスイッチのターンオフと実質的に同時に前記第１の整流スイッチをターンオフさせ、前記第２のメインスイッチのターンオフに応答して前記第２の整流スイッチをターンオンさせるとともに前記第１のメインスイッチのターンオフと実質的に同時に前記第２の整流スイッチをターンオフさせることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記第２の値が、前記出力電圧をＶｏ、前記変圧器の２次側電圧をＶｓとした場合、
【数２】
0003742576.tif 000019
によって与えられることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが前記第２の値以下である場合、前記第２のメインスイッチがオンしている期間に連動して前記第１の整流スイッチをオンさせ、前記第１のメインスイッチがオンしている期間に連動して前記第２の整流スイッチをオンさせることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが前記第２の値以下である場合、前記第１のメインスイッチのターンオフに応答して前記第１の整流スイッチをターンオンさせるとともに前記第２のメインスイッチがターンオンする前に前記第１の整流スイッチをターンオフさせ、前記第２のメインスイッチのターンオフに応答して前記第２の整流スイッチをターンオンさせるとともに前記第１のメインスイッチがターンオンする前に前記第２の整流スイッチをターンオフさせることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが前記第２の値以下である場合、前記第１及び第２の整流スイッチの少なくとも一方をオフ状態に維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項８】
動作範囲の実質的に全領域が不連続モードであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の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、特に、不連続モードにおける動作が最適化されたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スイッチング電源装置として、いわゆるＤＣ／ＤＣコンバータが知られている。代表的なＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング回路を用いて直流入力を一旦交流に変換した後、トランスを用いてこれを変圧（昇圧または降圧）し、さらに、出力回路を用いてこれを直流に変換する装置であり、これによって入力電圧とは異なる電圧を持った直流出力を得ることができる。
【０００３】
このようなスイッチング電源装置においては、制御回路によって出力電圧が検出され、これに基づいてスイッチング回路によるスイッチング動作が制御される。これにより、スイッチング電源装置が駆動すべき負荷には安定した動作電圧が供給される。
【０００４】
ここで、ＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）やＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）のように、負荷電流（スイッチング電源装置から見れば出力電流）が急激に変動する負荷を駆動する場合、負荷電流の急激な変動に対する応答性を高めることが必要となる。スイッチング電源装置の応答性を高めるためには、スイッチング電源装置の出力回路に含まれるリアクトルのインダクタンスを小さくすることが有効である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出力回路に含まれるリアクトルのインダクタンスを小さくすると、スイッチング電源装置の広い動作領域において不連続モードとなり、連続モードによる動作領域が縮小してしまう。ところが、一般的なスイッチング電源装置においては、通常動作時においては連続モードで動作し、負荷電流が大きく低下した場合にのみ不連続モードで動作するように設計されていることから、リアクトルのインダクタンスを小さくした場合、スイッチング電源装置への制御が不適切となり、損失が増大するという問題が生じていた。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、負荷電流が急激に変動しうる負荷を駆動するのに適したスイッチング電源装置を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、不連続モードにおける動作が最適化されたスイッチング電源装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のかかる目的は、変圧器と、少なくとも第１及び第２のメインスイッチを含み、直流である入力電圧を交流電圧に変換して前記変圧器の１次側に供給するスイッチング回路と、少なくとも第１及び第２の整流スイッチを含み、前記変圧器の２次側より供給される交流電圧を整流して直流である出力電圧を生成するカレントダブラー型の出力回路と、前記スイッチング回路及び前記出力回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチを交互にオンさせ、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが第１の値を超えている場合に、前記第１のメインスイッチのターンオフに応答して、前記第１の整流スイッチをターンオンさせるとともに、前記第２のメインスイッチがターンオフしてから前記第１のメインスイッチがターンオンするまでの間に、前記第１の整流スイッチをターンオフさせ、前記第２のメインスイッチのターンオフに応答して、前記第２の整流スイッチをターンオンさせるとともに、前記第１のメインスイッチがターンオフしてから前記第２のメインスイッチがターンオンするまでの間に、前記第２の整流スイッチをターンオフさせることを特徴とするスイッチング電源装置によって達成される。
【００１１】
本発明によれば、第１及び第２の整流スイッチに逆方向の電流が流れるのを効果的に防止することができ、動作状態が連続モードであるか不連続モードであるかに関わらず、常に適切な整流動作を行うことができる。したがって、動作領域の広い範囲に亘って不連続モードである場合においても、効率の高い電圧変換動作を行うことが可能となるので、高い応答性と高い変換効率を両立させることが可能となる。また、本発明によれば、第１及び第２の整流スイッチに流れる電流を直接検出することなく、第１及び第２のメインスイッチのデューティに基づく演算によって第１及び第２の整流スイッチの動作を制御することが可能となる。
【００１３】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第１の値が、前記出力電圧をＶｏ、前記変圧器の２次側電圧をＶｓとした場合、
【００１４】
【数３】
0003742576.tif 000002
によって与えられる。
【００１５】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが前記第１の値以下であり且つ第２の値を超えている場合、前記第１のメインスイッチのターンオフに応答して前記第１の整流スイッチをターンオンさせるとともに前記第２のメインスイッチのターンオフと実質的に同時に前記第１の整流スイッチをターンオフさせ、前記第２のメインスイッチのターンオフに応答して前記第２の整流スイッチをターンオンさせるとともに前記第１のメインスイッチのターンオフと実質的に同時に前記第２の整流スイッチをターンオフさせる。
【００１６】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第２の値が、前記出力電圧をＶｏ、前記変圧器の２次側電圧をＶｓとした場合、
【００１７】
【数４】
0003742576.tif 000003
によって与えられる。
【００１８】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが前記第２の値以下である場合、前記第２のメインスイッチがオンしている期間に連動して前記第１の整流スイッチをオンさせ、前記第１のメインスイッチがオンしている期間に連動して前記第２の整流スイッチをオンさせる。
【００１９】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが前記第２の値以下である場合、前記第１のメインスイッチのターンオフに応答して前記第１の整流スイッチをターンオンさせるとともに前記第２のメインスイッチがターンオンする前に前記第１の整流スイッチをターンオフさせ、前記第２のメインスイッチのターンオフに応答して前記第２の整流スイッチをターンオンさせるとともに前記第１のメインスイッチがターンオンする前に前記第２の整流スイッチをターンオフさせる。
【００２０】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記制御回路は、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティが前記第２の値以下である場合、前記第１及び第２の整流スイッチの少なくとも一方をオフ状態に維持する。
【００２１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、動作範囲の実質的に全領域が不連続モードである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様について詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるスイッチング電源装置の回路図である。
【００２８】
図１に示されるように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置は、一対の入力端子１及び２に供給される直流入力電圧Ｖｉｎを変圧し、所定の電圧を有する出力電圧Ｖｏを一対の出力端子３及び４に供給する装置であり、主回路部５と制御回路６とを備えている。特に限定されるものではないが、一対の出力端子３及び４には、ＣＰＵやＤＳＰのように低電圧（例えば１Ｖ）で動作する一方、大電流（例えば、１００Ａ）を必要とする機器の電源端子が接続される。ＣＰＵやＤＳＰは、活性状態においては大電流を必要とするものの、非活性状態においては僅かな電流しか必要とせず、しかも、活性状態と非活性状態の切り替わりが極めて高速であるという特質を有しており、本実施態様にかかるスイッチング電源装置は、このような特質を有する機器（負荷）を駆動するための電源として好適に用いることができる。
【００２９】
主回路部５は、トランス１０と、トランス１０の１次側に設けられたハーフブリッジ型のスイッチング回路と、トランス１０の２次側に設けられたカレントダブラー型（倍電流型）の出力回路とを備える。
【００３０】
主回路部５に含まれるスイッチング回路は、一対の入力端子１及び２間に直列に接続された第１の入力コンデンサ１１及び第２の入力コンデンサ１２と、一対の入力端子１及び２間に直列に接続された第１のメインスイッチ１３及び第２のメインスイッチ１４と、第１のメインスイッチ１３を駆動するドライバ１５と、第２のメインスイッチ１４を駆動するドライバ１６とを備えている。図１に示されるように、第１及び第２の入力コンデンサ１１、１２の接続点と、第１及び第２のメインスイッチ１３、１４の接続点との間には、トランス１０の１次巻線が接続されている。また、第１及び第２のメインスイッチ１３、１４としては、公知である各種の素子若しくは回路を用いることができる。
【００３１】
主回路部５に含まれる出力回路は、一対の出力端子３及び４間に直列に接続された第１のリアクトル１７及び第１の整流スイッチ１９と、一対の出力端子３及び４間に直列に接続された第２のリアクトル１８及び第２の整流スイッチ２０と、一対の出力端子３及び４間に接続された出力コンデンサ２１と、第１の整流スイッチ１９を駆動するドライバ２２と、第２の整流スイッチ２０を駆動するドライバ２３と、第１の整流スイッチ１９に対して並列に接続された第１のダイオード２４と、第２の整流スイッチ２０に対して並列に接続された第２のダイオード２５と、第１の整流スイッチ１９及び／又は第１のダイオード２４に流れる電流の方向を検出する第１の電流検出回路２６と、第２の整流スイッチ２０及び／又は第２のダイオード２５に流れる電流の方向を検出する第２の電流検出回路２７とを備えている。図１に示されるように、第１のリアクトル１７及び第１の整流スイッチ１９の接続点と、第２のリアクトル１８及び第２の整流スイッチ２０の接続点との間には、トランス１０の２次巻線が接続されている。また、第１及び第２の整流スイッチ１９、２０としては、公知である各種の素子若しくは回路を用いることができる。
【００３２】
尚、第１及び第２の整流スイッチ１９、２０として、図１に示すようにＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を用いる場合には、これらＦＥＴに寄生するボディダイオードをそれぞれ第１及び第２のダイオード２４、２５として利用することができる。したがって、本明細書において「整流スイッチ」というときには、これに並列に接続されたダイオードを含むことがある。
【００３３】
制御回路６は、増幅器３０と、ＰＷＭ制御回路３１と、絶縁回路３２と、抵抗３３及び３４とを備えている。
【００３４】
増幅器３０は、反転入力端（−）、非反転入力端（＋）及び出力端を備えており、反転入力端（−）とスイッチング電源装置の一方の出力端子３との間には抵抗３３が挿入されており、反転入力端（−）と出力端との間には抵抗３４が挿入されている。また、非反転入力端（＋）には、基準電圧Ｖｒｅｆが供給されている。これにより、増幅器３０の出力端に現れる制御信号Ｓ１は、一方の出力端子３に現れる出力電圧Ｖｏに応じて変化する。より具体的には、出力電圧Ｖｏが高ければ高いほど増幅器３０の出力端に現れる制御信号Ｓ１のレベルは低下し、逆に、出力電圧Ｖｏが低ければ低いほど増幅器３０の出力端に現れる制御信号Ｓ１のレベルは上昇する。
【００３５】
ＰＷＭ制御回路３１は、増幅器３０より供給される制御信号Ｓ１、第１の電流検出回路２６より供給される制御信号Ｓ２及び第２の電流検出回路２７より供給される制御信号Ｓ３を受け、制御信号Ｓ１に基づいて制御信号ａ，ｂのパルス幅を制御するとともに、制御信号Ｓ２、Ｓ３に基づいて制御信号ｃ，ｄのパルス幅を制御する。より具体的な動作については後述する。ここで、制御信号ａ，ｂは、それぞれ、第１のメインスイッチ１３及び第２のメインスイッチ１４のオン／オフを制御するために用いられる信号である。また、制御信号ｃ，ｄは、それぞれ、第１の整流スイッチ１９及び第２の整流スイッチ２０のオン／オフを制御するために用いられる信号である。
【００３６】
絶縁回路３２は、トランス１０の２次側に属する制御信号ａ，ｂを受け、これらをトランス１０の１次側に属する制御信号Ａ，Ｂにそれぞれ変換する回路である。特に限定されるものではないが、絶縁回路３２としては、トランスやフォトカプラ等を用いることができる。
【００３７】
図１に示されるように、制御信号Ａはドライバ１５に供給され、制御信号Ｂはドライバ１６に供給され、制御信号ｃはドライバ２２に供給され、制御信号ｄはドライバ２３に供給される。これらドライバは、対応する制御信号が活性状態（例えばハイレベル）になると対応するスイッチを導通状態とし、逆に、対応する制御信号が非活性状態（例えばローレベル）になると対応するスイッチを非導通状態とする。
【００３８】
上述の通り、ＰＷＭ制御回路３１には、制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が供給されており、ＰＷＭ制御回路３１はこれらに基づいて制御信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを生成する。より具体的には、ＰＷＭ制御回路３１は、制御信号Ｓ１のレベルが高ければ高いほど制御信号ａ，ｂのパルス幅を広げ（デューティを高くし）、逆に、制御信号Ｓ１のレベルが低ければ低いほど制御信号ａ，ｂのパルス幅を狭くする（デューティを低くする）。
【００３９】
また、ＰＷＭ制御回路３１は、制御信号Ｓ２が第１の整流スイッチ１９及び／又は第１のダイオード２４に順方向の電流が流れていることを示していれば、制御信号ｃをハイレベルとし、その他の場合には制御信号ｃをローレベルとする。同様に、ＰＷＭ制御回路３１は、制御信号Ｓ３が第２の整流スイッチ２０及び／又は第２のダイオード２５に順方向の電流が流れていることを示していれば、制御信号ｄをハイレベルとし、その他の場合には制御信号ｄをローレベルとする。ここで、「順方向」とは、出力端子４から出力端子３に向かって流れる電流の方向を指す。
【００４０】
これにより、第１の整流スイッチ１９は、第１の整流スイッチ１９及び／又は第１のダイオード２４に順方向の電流が流れている期間にのみオン状態となり、その他の期間においてはオフ状態となる。また、第２の整流スイッチ２０は、第２の整流スイッチ２０及び／又は第２のダイオード２５に順方向の電流が流れている期間にのみオン状態となり、その他の期間においてはオフ状態となる。すなわち、第１及び第２の整流スイッチ１９、２０には、逆方向の電流が実質的に流れることがない。
【００４１】
このため、主回路部５に含まれるカレントダブラー型の出力回路は、動作状態が連続モードであるか不連続モードであるかに関わらず、常に最適な整流動作を行うことができる。したがって、スイッチング電源装置の応答性を高めるために、第１のリアクトル１７及び第２のリアクトル１８のインダクタンスを小さく（例えば、５０ｎＨ）に設定し、その結果、広い動作領域において不連続モードとなった場合であっても、効率の高い電圧変換動作を行うことが可能となる。すなわち、動作範囲の実質的に全領域が不連続モードとなるように設計した場合であっても、効率の高い電圧変換動作を行うことが可能となる。
【００４２】
以上説明したように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、不連続モードにおける動作が最適化されていることから、高い応答性と高い変換効率を両立させることが可能となる。したがって、ＣＰＵやＤＳＰ等の電源として特に好適に用いることが可能となる。
【００４３】
次に、本発明の好ましい他の実施態様について説明する。
【００４４】
図２は、本発明の好ましい他の実施態様にかかるスイッチング電源装置の回路図である。
【００４５】
図２に示されるように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置も、一対の入力端子１及び２に供給される直流入力電圧Ｖｉｎを変圧し、所定の電圧を有する出力電圧Ｖｏを一対の出力端子３及び４に供給する装置であり、主回路部４０と制御回路５０とを備えている。特に限定されるものではないが、一対の出力端子３及び４には、ＣＰＵやＤＳＰのように低電圧（例えば１Ｖ）で動作する一方、大電流（例えば、１００Ａ）を必要とする機器の電源端子が接続される。
【００４６】
主回路部４０は、図１に示したスイッチング電源装置における主回路部５と同様、トランス１０と、トランス１０の１次側に設けられたハーフブリッジ型のスイッチング回路と、トランス１０の２次側に設けられたカレントダブラー型（倍電流型）の出力回路とを備える。主回路部４０に含まれるスイッチング回路は、図１に示した主回路部５に含まれるスイッチング回路と同じ回路構成を有している。
【００４７】
主回路部４０に含まれる出力回路は、図１に示した主回路部５に含まれる出力回路と比べ、第１の電流検出回路２６及び第２の電流検出回路２７が削除されている点において異なる。
【００４８】
制御回路５０は、図１に示した制御回路６と同様の構成を有し、ＰＷＭ制御回路３１がＰＷＭ制御回路５１に置き換えられている点において異なる。図２に示されるように、ＰＷＭ制御回路５１には増幅器３０の出力端に現れる制御信号Ｓ１が供給され、制御信号Ｓ１のレベル、出力電圧Ｖｏの目標値及びトランス１０の２次側電圧Ｖｓの規定値に基づいて、制御信号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパルス幅を制御する。より具体的な動作については後述する。ここで、トランス１０の２次側電圧Ｖｓは、トランス１０の１次巻線の巻数と２次巻線の巻数との比をｎ：１とすると、Ｖｓ＝Ｖｉｎ／２ｎで与えられる。これら出力電圧Ｖｏの目標値及び２次側電圧Ｖｓの規定値は、あらかじめＰＷＭ制御回路５１内に保持されている。
【００４９】
次に、本実施態様にかかるスイッチング電源装置の動作について説明する。
【００５０】
本実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、出力端子３、４間に接続される負荷の状態に応じ、「連続モード」、「第１の不連続モード」、「第２の不連続モード」及び「第３の不連続モード」のいずれかのモードで動作を行う。すなわち、出力電流Ｉｏが大きい順に、「連続モード」、「第１の不連続モード」、「第２の不連続モード」及び「第３の不連続モード」で動作する。
【００５１】
より詳細には、出力電流Ｉｏが下記（１）式の条件を満たしている場合、スイッチング電源装置の動作は「連続モード」となる。
【００５２】
【数５】
0003742576.tif 000004
ここで、Ｔｓとはスイッチング周期を示し、Ｌとは第１及び第２のリアクトル１７、１８のインダクタンスを示す。
【００５３】
また、出力電流Ｉｏが下記（２）式の条件を満たしている場合、スイッチング電源装置の動作は「第１の不連続モード」となる。
【００５４】
【数６】
0003742576.tif 000005
また、出力電流Ｉｏが下記（３）式の条件を満たしている場合、スイッチング電源装置の動作は「第２の不連続モード」となる。
【００５５】
【数７】
0003742576.tif 000006
また、出力電流Ｉｏが下記（４）式の条件を満たしている場合、スイッチング電源装置の動作は「第３の不連続モード」となる。
【００５６】
【数８】
0003742576.tif 000007
以下に詳述するように、本実施態様においては出力電流Ｉｏを直接検出することなく、ＰＷＭ制御回路５１内に保持されている出力電圧Ｖｏの目標値及び２次側電圧Ｖｓの規定値、並びに、ＰＷＭ制御回路５１が自ら生成する制御信号ａのデューティＤ１及び制御信号ｂのデューティＤ２に基づいて主回路部４０の現在の動作モードを判断し、判断の結果に応じて主回路部４０に含まれる第１の整流スイッチ１９及び第２の整流スイッチ２０のオン／オフを適切に制御するものである。
【００５７】
出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤ１、Ｄ２に基づく現在の動作モードの判断は、次のように行うことができる。
【００５８】
まず、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤ１、Ｄ２が下記（５）式の条件を満たしている場合、出力電流Ｉｏは実質的に上記（１）式の条件を満たしており、これにより主回路部４０の現在の動作モードが「連続モード」であると判断することができる。
【００５９】
【数９】
0003742576.tif 000008
（５）式において、スイッチング周期の半分の期間においてはＤ１が用いられ、スイッチング周期の残りの半分の期間においてはＤ２が用いられる。
【００６０】
また、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤ１、Ｄ２が下記（６）式の条件を満たしている場合、出力電流Ｉｏは実質的に上記（２）式の条件を満たしており、これにより主回路部４０の現在の動作モードが「第１の不連続モード」であると判断することができる。
【００６１】
【数１０】
0003742576.tif 000009
（６）式においても、スイッチング周期の半分の期間においてはＤ１が用いられ、スイッチング周期の残りの半分の期間においてはＤ２が用いられる。
【００６２】
また、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤ１、Ｄ２が下記（７）式の条件を満たしている場合、出力電流Ｉｏは実質的に上記（３）式の条件を満たしており、これにより主回路部４０の現在の動作モードが「第２の不連続モード」であると判断することができる。
【００６３】
（７）式においても、スイッチング周期の半分の期間においてはＤ１が用いられ、スイッチング周期の残りの半分の期間においてはＤ２が用いられる。
【００６４】
【数１１】
0003742576.tif 000010
また、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤ１、Ｄ２が下記（８）式の条件を満たしている場合、出力電流Ｉｏは実質的に上記（４）式の条件を満たしており、これにより主回路部４０の現在の動作モードが「第３の不連続モード」であると判断することができる。
【００６５】
【数１２】
0003742576.tif 000011
（８）式においても、スイッチング周期の半分の期間においてはＤ１が用いられ、スイッチング周期の残りの半分の期間においてはＤ２が用いられる。
【００６６】
このように、ＰＷＭ制御回路５１は、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びＰＷＭ制御回路５１が自ら生成する制御信号ａ，ｂのデューティＤ１、Ｄ２に基づいて主回路部４０の現在の動作モードを判断することができる。そして、ＰＷＭ制御回路５１は、かかる判断の結果に基づいて制御信号ｃ，ｄを生成し、第１の整流スイッチ１９及び第２の整流スイッチ２０のオン／オフを適切に制御する。
【００６７】
次に、各動作モードにおいて生成される制御信号ｃ，ｄの波形について説明する。
【００６８】
まず、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤ１が上記（５）式の条件または上記（６）式の条件を満たしているために、主回路部４０の現在の動作モードが「連続モード」又は「第１の不連続モード」であると判断した場合、ＰＷＭ制御回路５１は、制御信号ａの立ち下がりに応答して制御信号ｃを立ち上げるとともに、制御信号ｂの立ち下がりに応答して制御信号ｄを立ち上げ、これら制御信号ｃ，ｄのデューティＤ３、Ｄ４をそれぞれ下記（９）、（１０）式により算出される値に設定する。
【００６９】
【数１３】
0003742576.tif 000012
【００７０】
【数１４】
0003742576.tif 000013
但し、ＰＷＭ制御回路５１は、第１のメインスイッチ１３と第１の整流スイッチ１９がともに導通状態とならないよう、制御信号ａの立ち下がりと制御信号ｃの立ち上がりとの間、並びに、制御信号ａの立ち上がりと制御信号ｃの立ち下がりとの間に所定のデッドタイムを挿入し、同様に、第２のメインスイッチ１４と第２の整流スイッチ２０がともに導通状態とならないよう、制御信号ｂの立ち下がりと制御信号ｄの立ち上がりとの間、並びに、制御信号ｂの立ち上がりと制御信号ｄの立ち下がりとの間に所定のデッドタイムを挿入する。
【００７１】
図３は、主回路部４０の動作モードが「連続モード」であると判断された場合の動作を示す波形図である。
【００７２】
図３に示されるように、主回路部４０の動作モードが「連続モード」であると判断された場合、制御信号ｃの波形は、デッドタイムを除いて制御信号ａを反転した波形となり、制御信号ｄの波形は、デッドタイムを除いて制御信号ｂを反転した波形となる。これにより、第１の整流スイッチ１９及び／又は第１のダイオード２４には、第１のメインスイッチ１３がオフしている全期間に亘って電流Ｉ１が流れ、このうち、第１のダイオード２４に電流Ｉ１が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなる。同様に、第２の整流スイッチ２０及び／又は第２のダイオード２５には、第２のメインスイッチ１４がオフしている全期間に亘って電流Ｉ２が流れ、このうち、第２のダイオード２５に電流Ｉ２が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなる。図３においては、電流Ｉ１のうち第１のダイオード２４に流れている部分にハッチングが施され、電流Ｉ２のうち第２のダイオード２５に流れている部分にハッチングが施されている。このように、主回路部４０の動作モードが「連続モード」である場合、非常に損失の少ない整流動作が行われることになる。
【００７３】
図４は、主回路部４０の動作モードが「第１の不連続モード」であると判断された場合の動作を示す波形図である。
【００７４】
図４に示されるように、主回路部４０の動作モードが「第１の不連続モード」であると判断された場合、制御信号ｃは、制御信号ａの立ち下がりからデッドタイムが経過した時点で立ち上がり、制御信号ｂの立ち下がりから制御信号ａの立ち上がりまでの期間中に立ち下がる波形となる。また、制御信号ｄは、制御信号ｂの立ち下がりからデッドタイムが経過した時点で立ち上がり、制御信号ａの立ち下がりから制御信号ｂの立ち上がりまでの期間中に立ち下がる波形となる。これにより、第１のダイオード２４に電流Ｉ１が流れるのは上記デッドタイムの期間及び制御信号ｃが立ち下がってから第１のリアクトル１７に流れる電流ＩＬ１がゼロになるまでの期間のみとなる。同様に、第２のダイオード２５に電流Ｉ２が流れるのは上記デッドタイムの期間及び制御信号ｄが立ち下がってから第２のリアクトル１８に流れる電流ＩＬ２がゼロになるまでの期間のみとなる。図４においても、電流Ｉ１のうち第１のダイオード２４に流れている部分にハッチングが施され、電流Ｉ２のうち第２のダイオード２５に流れている部分にハッチングが施されている。
【００７５】
また、第１の整流スイッチ１９の両端間の電圧が逆方向となる期間においては実質的に制御信号ｃがローレベルとなるため、第１の整流スイッチ１９に電流Ｉ１が逆方向に流れることはほとんどない。また、第２の整流スイッチ２０の両端間の電圧が逆方向となる期間においては実質的に制御信号ｄがローレベルとなるため、第２の整流スイッチ２０に電流Ｉ２が逆方向に流れることはほとんどない。このように、主回路部４０の動作モードが「第１の不連続モード」である場合においても、非常に損失の少ない整流動作が行われることになる。
【００７６】
次に、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤが上記（７）式の条件を満たしているために、主回路部４０の現在の動作モードが「第２の不連続モード」であると判断した場合、ＰＷＭ制御回路５１は、制御信号ａの立ち下がりに応答して制御信号ｃを立ち上げるとともに、制御信号ｂの立ち下がりに応答して制御信号ｄを立ち上げ、これら制御信号ｃ，ｄのデューティＤ３、Ｄ４をそれぞれ下記（１１）、（１２）式により算出される値に設定する。
【００７７】
【数１５】
0003742576.tif 000014
【００７８】
【数１６】
0003742576.tif 000015
但し、ＰＷＭ制御回路５１は、第１のメインスイッチ１３と第１の整流スイッチ１９がともに導通状態とならないよう、制御信号ａの立ち下がりと制御信号ｃの立ち上がりとの間に所定のデッドタイムを挿入し、同様に、第２のメインスイッチ１４と第２の整流スイッチ２０がともに導通状態とならないよう、制御信号ｂの立ち下がりと制御信号ｄの立ち上がりとの間に所定のデッドタイムを挿入する。
【００７９】
図５は、主回路部４０の動作モードが「第２の不連続モード」であると判断された場合の動作を示す波形図である。
【００８０】
図５に示されるように、主回路部４０の動作モードが「第２の不連続モード」であると判断された場合、制御信号ｃは、制御信号ａの立ち下がりからデッドタイムが経過した時点で立ち上がり、制御信号ｂの立ち下がりと実質的に同時に立ち下がる波形となる。また、制御信号ｄは、制御信号ｂの立ち下がりからデッドタイムが経過した時点で立ち上がり、制御信号ａの立ち下がりと実質的に同時に立ち下がる波形となる。これにより、第１のダイオード２４に電流Ｉ１が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなり、第２のダイオード２５に電流Ｉ２が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなる。図５においても、電流Ｉ１のうち第１のダイオード２４に流れている部分にハッチングが施され、電流Ｉ２のうち第２のダイオード２５に流れている部分にハッチングが施されている。
【００８１】
また、第１の整流スイッチ１９の両端間の電圧が逆方向となる期間においては実質的に制御信号ｃがローレベルとなるため、第１の整流スイッチ１９に電流Ｉ１が逆方向に流れることはほとんどない。また、第２の整流スイッチ２０の両端間の電圧が逆方向となる期間においては実質的に制御信号ｄがローレベルとなるため、第２の整流スイッチ２０に電流Ｉ２が逆方向に流れることはほとんどない。このように、主回路部４０の動作モードが「第２の不連続モード」である場合においても、非常に損失の少ない整流動作が行われることになる。
【００８２】
次に、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤが上記（８）式の条件を満たしているために、主回路部４０の現在の動作モードが「第３の不連続モード」であると判断した場合、ＰＷＭ制御回路５１は、制御信号ａの立ち下がりに応答して制御信号ｃを立ち上げるとともに、制御信号ｂの立ち下がりに応答して制御信号ｄを立ち上げ、これら制御信号ｃ，ｄのデューティＤ３、Ｄ４をそれぞれ上記（９）、（１０）式により算出される値に設定する。
【００８３】
但し、ＰＷＭ制御回路５１は、第１のメインスイッチ１３と第１の整流スイッチ１９がともに導通状態とならないよう、制御信号ａの立ち下がりと制御信号ｃの立ち上がりとの間に所定のデッドタイムを挿入し、同様に、第２のメインスイッチ１４と第２の整流スイッチ２０がともに導通状態とならないよう、制御信号ｂの立ち下がりと制御信号ｄの立ち上がりとの間に所定のデッドタイムを挿入する。
【００８４】
主回路部４０の現在の動作モードが「第３の不連続モード」であると判断した場合、さらに、ＰＷＭ制御回路５１は、制御信号ｂの立ち上がりに応答して制御信号ｃを立ち上げるとともに、制御信号ａの立ち上がりに応答して制御信号ｄを立ち上げ、これら制御信号ｃ，ｄのデューティＤ３、Ｄ４をそれぞれ下記（１３）、（１４）式により算出される値に設定する。
【００８５】
【数１７】
0003742576.tif 000016
【００８６】
【数１８】
0003742576.tif 000017
図６は、主回路部４０の動作モードが「第３の不連続モード」であると判断された場合の動作を示す波形図である。
【００８７】
図６に示されるように、主回路部４０の動作モードが「第３の不連続モード」であると判断された場合、制御信号ｃ，ｄは、１スイッチング周期に２回ハイレベルとなる。より具体的には、制御信号ｃは、まず、制御信号ａの立ち下がりからデッドタイムが経過した時点で立ち上がった後、制御信号ｂが立ち上がる前に立ち下がり、次に、制御信号ｂの立ち上がりと実質的に同時に立ち上がり、制御信号ｂの立ち下がりと実質的に同時に立ち下がる波形となる。また、制御信号ｄは、まず、制御信号ｂの立ち下がりからデッドタイムが経過した時点で立ち上がった後、制御信号ａが立ち上がる前に立ち下がり、次に、制御信号ａの立ち上がりと実質的に同時に立ち上がり、制御信号ａの立ち下がりと実質的に同時に立ち下がる波形となる。これにより、第１のダイオード２４に電流Ｉ１が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなり、第２のダイオード２５に電流Ｉ２が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなる。図６においても、電流Ｉ１のうち第１のダイオード２４に流れている部分にハッチングが施され、電流Ｉ２のうち第２のダイオード２５に流れている部分にハッチングが施されている。
【００８８】
また、第１の整流スイッチ１９の両端間の電圧が逆方向となる期間においては実質的に制御信号ｃがローレベルとなるため、第１の整流スイッチ１９に電流Ｉ１が逆方向に流れることはほとんどない。また、第２の整流スイッチ２０の両端間の電圧が逆方向となる期間においては実質的に制御信号ｄがローレベルとなるため、第２の整流スイッチ２０に電流Ｉ２が逆方向に流れることはほとんどない。このように、主回路部４０の動作モードが「第３の不連続モード」である場合においても、非常に損失の少ない整流動作が行われることになる。
【００８９】
このように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、第１及び第２のメインスイッチ１３、１４のオン／オフに用いられる制御信号ａ，ｂのデューティ（Ｄ１、Ｄ２）に基づいて、第１及び第２の整流スイッチ１９、２０のオン／オフに用いられる制御信号ｃ，ｄを生成していることから、実際に電流の流れを検出することなく、ＰＷＭ制御回路５１内における演算によって適切な整流動作を行うことが可能となる。
【００９０】
このため、主回路部５に含まれるカレントダブラー型の出力回路は、動作状態が連続モードであるか不連続モードであるかに関わらず、適切な整流動作を行うことができる。したがって、スイッチング電源装置の応答性を高めるために、第１のリアクトル１７及び第２のリアクトル１８のインダクタンスを小さく（例えば、５０ｎＨ）に設定し、その結果、広い動作領域において不連続モードとなった場合であっても、効率の高い電圧変換動作を行うことが可能となる。すなわち、動作範囲の実質的に全領域が不連続モードとなるように設計した場合であっても、効率の高い電圧変換動作を行うことが可能となる。
【００９１】
以上説明したように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置においても、不連続モードにおける動作が最適化されていることから、高い応答性と高い変換効率を両立させることが可能となる。したがって、ＣＰＵやＤＳＰ等の電源として特に好適に用いることが可能となる。
【００９２】
尚、本実施態様においては、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤが上記（８）式の条件を満たしているために、主回路部４０の現在の動作モードが「第３の不連続モード」であると判断した場合、制御信号ｃ，ｄを１スイッチング周期に２回ハイレベルとしているが、これを１回または０回に設定しても構わない。
【００９３】
すなわち、制御信号ｃ，ｄをハイレベルとする回数が多ければ、電流Ｉ１が第１のダイオード２４を流れる期間及び電流Ｉ２が第２のダイオード２５を流れる期間がより少なくなるため、これら第１及び第２のダイオード２４、２５にて生じる損失が低減する一方、第１及び第２の整流スイッチ１９、２０をスイッチングさせるための損失が増大する。逆に、制御信号ｃ，ｄをハイレベルとする回数が少なければ、電流Ｉ１が第１のダイオード２４を流れる期間及び電流Ｉ２が第２のダイオード２５を流れる期間がより多くなるため、これら第１及び第２のダイオード２４、２５にて生じる損失が増大する一方、第１及び第２の整流スイッチ１９、２０をスイッチングするための損失が低減する。このため、主回路部４０の動作モードが「第３の不連続モード」である場合において、１スイッチング周期に制御信号ｃ，ｄを何回ハイレベルとするかは、第１及び第２のダイオード２４、２５にて生じる損失と、第１及び第２の整流スイッチ１９、２０をスイッチングするための損失とを勘案して決定すればよい。
【００９４】
図７は、制御信号ｃの１回目のスイッチングパルスを省略することにより、１スイッチング周期における制御信号ｃのスイッチングパルスを１回に設定した場合における動作を示す波形図である。
【００９５】
また、図８は、制御信号ｃの２回目のスイッチングパルスを省略することにより、１スイッチング周期における制御信号ｃのスイッチングパルスを１回に設定した場合における動作を示す波形図である。
【００９６】
さらに、図９は、制御信号ｃの１回目及び２回目のスイッチングパルスを両方省略することにより、１スイッチング周期における制御信号ｃのスイッチングパルスを０回に設定した場合における動作を示す波形図である。
【００９７】
図７乃至図９に示されるように、制御信号ｃのスイッチングパルスを省略した場合、第１のダイオード２４を流れる電流Ｉ１が増大していることが分かる。したがって、第１のダイオード２４を流れる電流Ｉ１が増大することによる損失が、第１の整流スイッチ１９をスイッチングするための損失よりも小さければ、図７乃至図９に示すように、制御信号ｃのスイッチングパルスを省略すればよい。同様に、第２のダイオード２５を流れる電流Ｉ２が増大することによる損失が、第２の整流スイッチ２０をスイッチングするための損失よりも小さければ、制御信号ｄのスイッチングパルスを省略すればよい。
【００９８】
次に、本発明の好ましいさらに他の実施態様について説明する。
【００９９】
図１０は、本発明の好ましいさらに他の実施態様にかかるスイッチング電源装置の回路図である。
【０１００】
図１０に示されるように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置も、一対の入力端子１及び２に供給される直流入力電圧Ｖｉｎを変圧し、所定の電圧を有する出力電圧Ｖｏを一対の出力端子３及び４に供給する装置であり、主回路部６０と制御回路７０とを備えている。特に限定されるものではないが、一対の出力端子３及び４には、ＣＰＵやＤＳＰのように低電圧（例えば１Ｖ）で動作する一方、大電流（例えば、１００Ａ）を必要とする機器の電源端子が接続される。
【０１０１】
主回路部６０は、図１に示したスイッチング電源装置における主回路部５と同様、トランス１０と、トランス１０の１次側に設けられたハーフブリッジ型のスイッチング回路と、トランス１０の２次側に設けられたカレントダブラー型（倍電流型）の出力回路とを備える。
【０１０２】
主回路部６０に含まれるスイッチング回路は、図１に示した主回路部５に含まれるスイッチング回路と比べ、入力電流検出回路６１が付加されている点において異なる。特に限定されるものではないが、入力電流検出回路６１としてはカレントトランスを用いることが好ましい。また、主回路部６０に含まれる出力回路は、図１に示した主回路部５に含まれる出力回路と比べ、第１の電流検出回路２６及び第２の電流検出回路２７が削除されている点において異なる。
【０１０３】
制御回路７０は、図１に示した制御回路６と同様の構成を有し、ＰＷＭ制御回路３１がＰＷＭ制御回路７１に置き換えられている点において異なる。図１０に示されるように、ＰＷＭ制御回路７１には増幅器３０の出力端に現れる制御信号Ｓ１及び入力電流検出回路６１の出力である制御信号Ｓ４が供給され、制御信号Ｓ１及びＳ４のレベルに基づいて、制御信号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパルス幅を制御する。より具体的な動作については後述する。
【０１０４】
次に、本実施態様にかかるスイッチング電源装置の動作について説明する。
【０１０５】
本実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、出力端子３、４間に接続される負荷の状態に応じ、「連続モード」、「第１の不連続モード」、「第２の不連続モード」及び「第３の不連続モード」のいずれかのモードで動作を行う。但し、本実施態様においては、「第１の不連続モード」、「第２の不連続モード」及び「第３の不連続モード」で動作している場合における制御は共通であり、したがって、ＰＷＭ制御回路７１による現在の動作モードの判断は、入力電流検出回路６１の出力である制御信号Ｓ４に基づき、「連続モード」であるか「不連続モード」であるかのみの判断にとどまる。
【０１０６】
まず、入力電流検出回路６１の出力である制御信号Ｓ４に基づき、ＰＷＭ制御回路７１が現在の動作モードを「連続モード」であると判断した場合、ＰＷＭ制御回路７１は、制御信号ａの立ち下がりに応答して制御信号ｃを立ち上げるとともに、制御信号ａの立ち上がりに応答して制御信号ｃを立ち下げ、制御信号ｂの立ち下がりに応答して制御信号ｄを立ち上げるとともに、制御信号ｂの立ち上がりに応答して制御信号ｄを立ち下げる。
【０１０７】
但し、ＰＷＭ制御回路７１は、第１のメインスイッチ１３と第１の整流スイッチ１９がともに導通状態とならないよう、制御信号ａの立ち下がりと制御信号ｃの立ち上がりとの間、並びに、制御信号ａの立ち上がりと制御信号ｃの立ち下がりとの間に所定のデッドタイムを挿入し、同様に、第２のメインスイッチ１４と第２の整流スイッチ２０がともに導通状態とならないよう、制御信号ｂの立ち下がりと制御信号ｄの立ち上がりとの間、並びに、制御信号ｂの立ち上がりと制御信号ｄの立ち下がりとの間に所定のデッドタイムを挿入する。すなわち、制御信号ｃの波形は、デッドタイムを除いて制御信号ａを反転した波形となり、制御信号ｄの波形は、デッドタイムを除いて制御信号ｂを反転した波形となる。
【０１０８】
これにより、主回路部６０の動作は、図３において示した動作となり、第１の整流スイッチ１９及び／又は第１のダイオード２４には、第１のメインスイッチ１３がオフしている全期間に亘って電流Ｉ１が流れ、このうち、第１のダイオード２４に電流Ｉ１が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなる。同様に、第２の整流スイッチ２０及び／又は第２のダイオード２５には、第２のメインスイッチ１４がオフしている全期間に亘って電流Ｉ２が流れ、このうち、第２のダイオード２５に電流Ｉ２が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなる。このように、主回路部４０の動作モードが「連続モード」である場合、非常に損失の少ない整流動作が行われることになる。
【０１０９】
次に、入力電流検出回路６１の出力である制御信号Ｓ４に基づき、ＰＷＭ制御回路７１が現在の動作モードを「不連続モード」であると判断した場合、ＰＷＭ制御回路７１は、制御信号ａが立ち下がった後、所定のデッドタイムが経過したタイミングで制御信号ｃを立ち上げ、制御信号ｂが立ち下がった後、所定のデッドタイムが経過したタイミングで制御信号ｃを立ち下げる。また、制御信号ｂが立ち下がった後、所定のデッドタイムが経過したタイミングで制御信号ｄを立ち上げ、制御信号ａが立ち下がった後、所定のデッドタイムが経過したタイミングで制御信号ｄを立ち下げる。すなわち、制御信号ｃと制御信号ｄは、常にいずれかがハイレベルの状態となる。
【０１１０】
図１１は、主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第１の不連続モード」である場合の動作を示す波形図である。
【０１１１】
図１１に示されるように、主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第１の不連続モード」である場合、第１のダイオード２４に電流Ｉ１が流れるのは上記デッドタイムの期間及び制御信号ｃが立ち下がってから第１のリアクトル１７に流れる電流ＩＬ１がゼロになるまでの期間のみとなる。同様に、第２のダイオード２５に電流Ｉ２が流れるのは上記デッドタイムの期間及び制御信号ｄが立ち下がってから第２のリアクトル１８に流れる電流ＩＬ２がゼロになるまでの期間のみとなる。尚、図１１においても、電流Ｉ１のうち第１のダイオード２４に流れている部分にハッチングが施され、電流Ｉ２のうち第２のダイオード２５に流れている部分にハッチングが施されている。
【０１１２】
また、第１の整流スイッチ１９の両端間の電圧が逆方向となる期間においては実質的に制御信号ｃがローレベルとなるため、第１の整流スイッチ１９に電流Ｉ１が逆方向に流れることはほとんどない。また、第２の整流スイッチ２０の両端間の電圧が逆方向となる期間においては実質的に制御信号ｄがローレベルとなるため、第２の整流スイッチ２０に電流Ｉ２が逆方向に流れることはほとんどない。このように、主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第１の不連続モード」である場合には、非常に損失の少ない整流動作が行われることになる。
【０１１３】
図１２は、主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第２の不連続モード」である場合の動作を示す波形図である。
【０１１４】
図１２に示されるように、主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第２の不連続モード」である場合、第１のダイオード２４に電流Ｉ１が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなり、第２のダイオード２５に電流Ｉ２が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなる。尚、図１２においても、電流Ｉ１のうち第１のダイオード２４に流れている部分にハッチングが施され、電流Ｉ２のうち第２のダイオード２５に流れている部分にハッチングが施されている。
【０１１５】
但し、この場合、制御信号ｂが立ち下がってから制御信号ｃが立ち下がるまでの期間において、第１の整流スイッチ１９の両端間の電圧が逆方向となるため、当該期間において第１の整流スイッチ１９に電流Ｉ１が逆方向に流れる。同様に、制御信号ａが立ち下がってから制御信号ｄが立ち下がるまでの期間において、第２の整流スイッチ２０の両端間の電圧が逆方向となるため、当該期間において第２の整流スイッチ２０に電流Ｉ２が逆方向に流れる。このため、かかる逆方向の電流Ｉ１、Ｉ２による損失が発生するものの、従来のスイッチング電源装置に比べて損失の少ない整流動作が行われる。
【０１１６】
図１３は、主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第３の不連続モード」である場合の動作を示す波形図である。
【０１１７】
図１３に示されるように、主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第３の不連続モード」である場合においても、第１のダイオード２４に電流Ｉ１が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなり、第２のダイオード２５に電流Ｉ２が流れるのは上記デッドタイムの期間のみとなる。尚、図１３においても、電流Ｉ１のうち第１のダイオード２４に流れている部分にハッチングが施され、電流Ｉ２のうち第２のダイオード２５に流れている部分にハッチングが施されている。
【０１１８】
但し、この場合、制御信号ｂが立ち下がってから制御信号ｃが立ち下がるまでの期間及び制御信号ｃがハイレベルとなっている期間の途中において、第１の整流スイッチ１９の両端間の電圧が逆方向となるため、当該期間において第１の整流スイッチ１９に電流Ｉ１が逆方向に流れる。同様に、制御信号ａが立ち下がってから制御信号ｄが立ち下がるまでの期間及び制御信号ｄがハイレベルとなっている期間の途中において、第２の整流スイッチ２０の両端間の電圧が逆方向となるため、当該期間において第２の整流スイッチ２０に電流Ｉ２が逆方向に流れる。このため、かかる逆方向の電流Ｉ１、Ｉ２による損失が発生するものの、従来のスイッチング電源装置に比べて損失の少ない整流動作が行われる。
【０１１９】
このように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、入力電流検出回路６１の出力である制御信号Ｓ４に基づいて、現在の動作モードが「連続モード」であるか「不連続モード」であるかのみを判断し、その結果に応じ、第１及び第２のメインスイッチ１３、１４のオン／オフに用いられる制御信号ａ，ｂの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを起点として、第１及び第２の整流スイッチ１９、２０のオン／オフに用いられる制御信号ｃ，ｄを生成していることから、ＰＷＭ制御回路７１内における非常に簡単な演算によって適切な整流動作を行うことが可能となる。
【０１２０】
このため、主回路部５に含まれるカレントダブラー型の出力回路は、動作状態が連続モードであるか不連続モードであるかに関わらず、ほぼ適切な整流動作を行うことができる。したがって、スイッチング電源装置の応答性を高めるために、第１のリアクトル１７及び第２のリアクトル１８のインダクタンスを小さく（例えば、５０ｎＨ）に設定し、その結果、広い動作領域において不連続モードとなった場合であっても、効率の高い電圧変換動作を行うことが可能となる。
【０１２１】
以上説明したように、本実施態様にかかるスイッチング電源装置においても、不連続モードにおける動作が最適化されていることから、高い応答性と高い変換効率を両立させることが可能となる。したがって、ＣＰＵやＤＳＰ等の電源として特に好適に用いることが可能となる。
【０１２２】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【０１２３】
例えば、図１に示したスイッチング電源装置においては、第１の電流検出回路２６を用いて第１の整流スイッチ１９及び／又は第１のダイオード２４に流れる電流の方向を検出し、第２の電流検出回路２７を用いて第２の整流スイッチ２０及び／又は第２のダイオード２５に流れる電流の方向を検出しているが、これら電流の流れる方向を検出する手段としてはこれに限定されず、他の手段を用いてこれを検出しても構わない。例えば、第１の整流スイッチ１９及び第２の整流スイッチ２０の両端間の電圧を検出する手段を設け、検出された電圧の方向に基づいて電流の流れる方向を検出しても構わない。
【０１２４】
また、図１０に示したスイッチング電源装置においては、主回路部６０に入力電流検出回路６１を設け、その出力である制御信号Ｓ４に基づいて、現在の動作モードが「連続モード」であるか「不連続モード」であるかを判断しているが、かかる判断は、他の方法により行っても構わない。例えば、出力電流に基づいて現在の動作モードを判断しても構わない。
【０１２５】
さらに、上記各実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、主回路部５、４０、６０の１次側回路としてハーフブリッジ型のスイッチング回路を用い、主回路部５、４０、６０の２次側回路としてカレントダブラー型（倍電流型）の出力回路を用いているが、本発明において、主回路部５、４０、６０の１次側回路及び２次側回路はこれらに限定されず、他の回路を用いても構わない。
【０１２６】
例えば、本発明にかかるスイッチング電源装置に適用可能な他の１次側回路としては、フルブリッジ型回路やプッシュプル型回路を用いることができる。また、本発明にかかるスイッチング電源装置に適用可能な他の２次側回路としては、フォワード型回路やセンタータップ型回路、ブリッジ型回路を用いることができる。
【０１２７】
さらに、以上説明した各実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、主回路部５、４０、６０として、１つのトランス１０と、１つの１次側回路と、１つの２次側回路とを備える回路を用いているが、本発明においては、トランス、１次側回路及び２次側回路からなる組を複数組を用い、これらの位相を互いにずらして駆動しても構わない。
【０１２８】
また、各実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、制御回路６、５０、７０に含まれる増幅器３０の入力端に出力電圧Ｖｏが直接供給されているが、これら入力端には、出力電圧Ｖｏに連動する電圧、例えば、複数の抵抗の直列体を用いて出力電圧Ｖｏを分圧した電圧を供給しても構わない。
【０１２９】
さらに、各実施態様にかかるスイッチング電源装置においては、制御回路６、５０、７０はいずれも電圧モード制御を行っているが、電流モード制御を行う制御回路を用いても構わない。
【０１３０】
また、各実施態様にかかるスイッチング電源装置における制御回路６、５０、７０は、いずれも増幅器３０を用いることによって、アナログ信号である制御信号Ｓ１を生成しているが、これら動作をデジタル信号処理によって行っても構わない。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、不連続モードにおける動作が最適化されていることから、高い応答性と高い変換効率を両立させることが可能となる。したがって、ＣＰＵやＤＳＰ等の電源として特に好適に用いることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施態様にかかるスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本発明の好ましい他の実施態様にかかるスイッチング電源装置の回路図である。
【図３】主回路部４０の動作モードが「連続モード」であると判断された場合の動作を示す波形図である。
【図４】主回路部４０の動作モードが「第１の不連続モード」であると判断された場合の動作を示す波形図である。
【図５】主回路部４０の動作モードが「第２の不連続モード」であると判断された場合の動作を示す波形図である。
【図６】主回路部４０の動作モードが「第３の不連続モード」であると判断された場合の動作を示す波形図である。
【図７】制御信号ｃの１回目のスイッチングパルスを省略することにより、１スイッチング周期における制御信号ｃのスイッチングパルスを１回に設定した場合における動作を示す波形図である。
【図８】制御信号ｃの２回目のスイッチングパルスを省略することにより、１スイッチング周期における制御信号ｃのスイッチングパルスを１回に設定した場合における動作を示す波形図である。
【図９】制御信号ｃの１回目及び２回目のスイッチングパルスを両方省略することにより、１スイッチング周期における制御信号ｃのスイッチングパルスを０回に設定した場合における動作を示す波形図である。
【図１０】本発明の好ましいさらに他の実施態様にかかるスイッチング電源装置の回路図である。
【図１１】主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第１の不連続モード」である場合の動作を示す波形図である。
【図１２】主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第２の不連続モード」である場合の動作を示す波形図である。
【図１３】主回路部６０の動作モードが「不連続モード」であると判断された場合において、実際の動作モードが「第３の不連続モード」である場合の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
１，２  入力端子
３，４  出力端子
５，４０，６０  主回路部
６，５０，７０  制御回路
１０  トランス
１１  第１の入力コンデンサ
１２  第２の入力コンデンサ
１３  第１のメインスイッチ
１４  第２のメインスイッチ
１５，１６，２２，２３  ドライバ
１７  第１のリアクトル
１８  第２のリアクトル
１９  第１の整流スイッチ
２０  第２の整流スイッチ
２１  出力コンデンサ
２４  第１のダイオード
２５  第２のダイオード
２６  第１の電流検出回路
２７  第２の電流検出回路
３０  増幅器
３１，５１，７１  ＰＷＭ制御回路
３２  絶縁回路
３３，３４  抵抗
６１  入力電流検出回路
【図１】
0003742576.tif 000020
【図２】
0003742576.tif 000021
【図３】
0003742576.tif 000022
【図４】
0003742576.tif 000023
【図５】
0003742576.tif 000024
【図６】
0003742576.tif 000025
【図７】
0003742576.tif 000026
【図８】
0003742576.tif 000027
【図９】
0003742576.tif 000028
【図１０】
0003742576.tif 000029
【図１１】
0003742576.tif 000030
【図１２】
0003742576.tif 000031
【図１３】
0003742576.tif 000032