JP2000134926A

JP2000134926A - スイッチング電源回路

Info

Publication number: JP2000134926A
Application number: JP10300883A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Yasumura; 昌之安村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】自励式によりスイッチング駆動される電流共
振形スイッチングコンバータ、或いは共振形スイッチン
グコンバータにおける電力変換効率の向上、回路規模の
縮小を図る。【解決手段】共振電流検出巻線の巻数を従来の１Ｔか
ら０．５として、そのインダクタンスを小さく設定する
ことによって、自励発振駆動回路からスイッチング素子
Ｑ1（バイポーラトランジスタ）のベースに対して供給
すべきスイッチング駆動電流レベルが、スイッチング素
子のドライブ条件に適合するものとなるようにする。こ
のため、スイッチング素子Ｑ1のベースに対して挿入さ
れるべきベース電流制限用抵抗を省略する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器に電
源として備えられるスイッチング電源回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源回路として、例えばフ
ライバックコンバータやフォワードコンバータなどの形
式のスイッチングコンバータを採用したものが広く知ら
れている。これらのスイッチングコンバータはスイッチ
ング動作波形が矩形波状であることから、スイッチング
ノイズの抑制には限界がある。また、その動作特性上、
電力変換効率の向上にも限界があることが分かってい
る。そこで、先に本出願人により、各種共振形コンバー
タによるスイッチング電源回路が各種提案されている。
共振形コンバータは容易に高電力変換効率が得られると
共に、スイッチング動作波形が正弦波状となることで低
ノイズが実現される。また、比較的少数の部品点数によ
り構成することができるというメリットも有している。

【０００３】図７は先に本出願人により提案された発明
に基づいて構成することのできるスイッチング電源回路
の一構成例を示す回路図である。この電源回路には自励
式の電流共振形コンバータが採用されている。

【０００４】この図に示すスイッチング電源回路におい
ては、ブリッジ整流回路Ｄｉ及び平滑コンデンサＣｉか
らなる整流平滑回路により、商用交流電源ＡＣ（交流入
力電圧ＶAC）を整流平滑化して、例えば交流入力電圧Ｖ
ACのピーク値の１倍に対応する直流入力電圧をを生成す
る。なお、この図に示す回路においては、商用交流電源
ＡＣのラインに対して突入電流制限抵抗Ｒｉが挿入され
ており、例えば電源投入時に平滑コンデンサＣｉに流入
する突入電流を抑制するようにしている。

【０００５】この電源回路のスイッチングコンバータ
は、図のように２つのスイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2 をハ
ーフブリッジ結合したうえで、平滑コンデンサＣｉの正
極側の接続点とアース間に対して挿入するようにして接
続されている。この場合、スイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2
にはバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ；接合型トランジ
スタ）が採用される。

【０００６】このスイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2 の各コレ
クタ−ベース間には、それぞれ起動抵抗ＲS1、ＲS2が挿
入される。

【０００７】また、スイッチング素子Ｑ1 のベース−エ
ミッタ間にはツェナーダイオードＤZ1及びクランプダイ
オードＤD1が直列接続されて挿入されている。この場
合、ツェナーダイオードＤZ1のアノードがスイッチング
素子Ｑ1 のベースと接続され、ツェナーダイオードＤZ1
のカソードはクランプダイオードＤD1のカソードと接続
される。クランプダイオードＤD1のアノードはスイッチ
ング素子Ｑ1 のエミッタと接続される。また、スイッチ
ング素子Ｑ2 のベース−エミッタ間には、ツェナーダイ
オードＤZ2及びクランプダイオードＤD2が直列接続され
て挿入されており、その接続形態は、上記スイッチング
素子Ｑ1 側に設けられるツェナーダイオードＤZ1及びク
ランプダイオードＤD1と同様となる。本実施の形態の場
合、クランプダイオードＤD1、ＤD2は、それぞれツェナ
ーダイオードＤZ1、ＤZ2を順方向（アノード→カソー
ド）に流れようとする電流を阻止するための逆流阻止用
ダイオードとしての作用を有する。

【０００８】スイッチング素子Ｑ1のベースとスイッチ
ング素子Ｑ2のコレクタ間に対しては、ベース電流制限
用抵抗ＲB1，共振用コンデンサＣB1，駆動巻線ＮB1の直
列接続回路が挿入される。共振用コンデンサＣB1は自身
のキャパシタンスと、駆動巻線ＮB1のインダクタンスＬ
B1と共に直列共振回路を形成する。同様に、スイッチン
グ素子Ｑ2のベースと一次側アース間に対しては、共振
用コンデンサＣB2，ベース電流制限用抵抗ＲB2，駆動巻
線ＮB2の直列接続回路が挿入されており、共振用コンデ
ンサＣB2と駆動巻線ＮB2のインダクタンスＬB2と共に自
励発振用の直列共振回路を形成する。

【０００９】また、駆動巻線ＮB1に対しては共振コンデ
ンサＣD1が並列に設けられて並列共振回路を形成し、同
様に、駆動巻線ＮB2に対しては共振コンデンサＣD2が並
列に接続されて並列共振回路を形成するようにされる。
この回路形態では、スイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2 は、そ
れぞれ［駆動巻線ＮB1／／共振コンデンサＣD1］、［駆
動巻線ＮB2／／共振コンデンサＣD2］により形成される
並列共振回路により自励発振駆動され、そのスイッチン
グ周波数もこれら並列共振回路により設定されるように
構成される。この場合、上述したコンデンサＣB1、ＣB2
はそれぞれ直流阻止用コンデンサとして機能する。

【００１０】また、スイッチング素子Ｑ1，Ｑ2の各コレ
クタ−エミッタ間に対しては、それぞれ小容量のセラミ
ックコンデンサＣｃ1，Ｃｃ2が並列に接続される。この
セラミックコンデンサＣｃ1，Ｃｃ2は、スイッチング素
子Ｑ1，Ｑ2のスイッチングノイズを吸収するために設け
られるものであるが、ここでは、後述するようにして行
われる定電圧制御動作によって比較的広範囲に変化する
スイッチング周波数に対応して、スイッチング素子Ｑ
1，Ｑ2のターンオフ時にゼロ電圧スイッチング動作を得
るための作用も有する。これにより、スイッチング損失
の低減が図られる。

【００１１】ドライブトランスＰＲＴ (Power Regulati
ng Transformer）はスイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2 を駆動
すると共に、後述するようにして定電圧制御を行うため
に設けられる。この図に示すドライブトランスＰＲＴの
場合には、駆動巻線ＮB1、ＮB2及び共振電流検出巻線Ｎ
D が巻回され、更にこれらの各巻線に対して制御巻線Ｎ
C が直交する方向に巻回された直交型の可飽和リアクト
ルとして構成される。駆動巻線ＮB1の一端は、抵抗ＲB1
−共振用コンデンサＣB1の直列接続を介してスイッチン
グ素子Ｑ1 のベースに接続され、他端はスイッチング素
子Ｑ2 のコレクタに接続される。駆動巻線ＮB2の一端は
アースに接地されると共に、他端は抵抗ＲB2−共振用コ
ンデンサＣB2の直列接続を介してスイッチング素子Ｑ2
のベースと接続されている。駆動巻線ＮB1と駆動巻線Ｎ
B2は互いに逆極性の電圧が発生するように巻装されてい
る。また、共振電流検出巻線ＮDの一端はスイッチング
素子Ｑ1のエミッタとスイッチング素子Ｑ2のコレクタと
の接続点（スイッチング出力点）に対して接続され、他
端は、後述する絶縁コンバータトランスＰＩＴの一次巻
線Ｎ1の一端に対して接続される。なお、共振電流検出
巻線ＮDの巻数（ターン数）は例えば１Ｔ（ターン）程
度とされている。

【００１２】絶縁コンバータトランスＰＩＴ (Power Is
olation Transformer)は、スイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2
のスイッチング出力を二次側に伝送する。この場合、絶
縁コンバータトランスＰＩＴの一次巻線Ｎ1 の一端は、
共振電流検出巻線ＮD を介してスイッチング素子Ｑ1 の
エミッタとスイッチング素子Ｑ2のコレクタの接点（ス
イッチング出力点）に接続されることで、スイッチング
出力が得られるようにされる。また、一次巻線Ｎ1 の他
端は、直列共振コンデンサＣ1 を介して一次側アースに
接地されている。この場合、上記直列共振コンデンサＣ
1 及び一次巻線Ｎ1は直列に接続されているが、この直
列共振コンデンサＣ1 のキャパシタンス及び一次巻線Ｎ
1 （直列共振巻線）を含む絶縁コンバータトランスＰＩ
Ｔの漏洩インダクタンス（リーケージインダクタンスＬ
1）成分とにより、スイッチングコンバータの動作を電
流共振形とするための直列共振回路を形成している。

【００１３】また、この図における絶縁コンバータトラ
ンスＰＩＴの二次側では、二次巻線Ｎ2に対してセンタ
ータップを設けた上で、整流ダイオードＤO1，ＤO2，Ｄ
O3，ＤO4及び平滑コンデンサＣO1，ＣO2を図のように接
続することで、［整流ダイオードＤO1，ＤO2，平滑コン
デンサＣO1］の組と、［整流ダイオードＤO3，ＤO4，平
滑コンデンサＣO2］の組とによる、２組の全波整流回路
が設けられる。［整流ダイオードＤO1，ＤO2，平滑コン
デンサＣO1］から成る全波整流回路は直流出力電圧ＥO1
を生成し、［整流ダイオードＤO3，ＤO4，平滑コンデン
サＣO2］から成る全波整流回路は直流出力電圧ＥO2を生
成する。つまり、この図に示す回路では、二次側におい
て直流出力電圧を得るのにあたり全波整流回路が設けら
れる。なお、この場合には、直流出力電圧ＥO1及び直流
出力電圧ＥO2は制御回路１に対しても分岐して入力され
る。制御回路１においては、直流出力電圧ＥO1を検出電
圧として利用し、直流出力電圧ＥO2を制御回路１の動作
電源として利用する。

【００１４】制御回路１は、例えば二次側の直流電圧出
力ＥO1のレベルに応じてそのレベルが可変される直流電
流を、制御電流としてドライブトランスＰＲＴの制御巻
線ＮC に供給することにより後述するようにして定電圧
制御を行う。

【００１５】上記構成による電源回路のスイッチング動
作としては、先ず商用交流電源が投入されると、例えば
起動抵抗ＲS1、ＲS2を介してスイッチング素子Ｑ1 、Ｑ
2 のベースに起動電流が供給されることになるが、例え
ばスイッチング素子Ｑ1 が先にオンとなったとすれば、
スイッチング素子Ｑ2 はオフとなるように制御される。
そしてスイッチング素子Ｑ1 の出力として、共振電流検
出巻線ＮD →一次巻線Ｎ1→直列共振コンデンサＣ1 に
共振電流が流れるが、この共振電流が０となる近傍でス
イッチング素子Ｑ2 がオン、スイッチング素子Ｑ1 がオ
フとなるように制御される。そして、スイッチング素子
Ｑ2 を介して先とは逆方向の共振電流が流れる。以降、
スイッチング素子Ｑ1 、Ｑ2 が交互にオンとなる自励式
のスイッチング動作が開始される。このように、平滑コ
ンデンサＣｉの端子電圧を動作電源としてスイッチング
素子Ｑ1 、Ｑ2 が交互に開閉を繰り返すことによって、
絶縁コンバータトランスの一次側巻線Ｎ1 に共振電流波
形に近いドライブ電流を供給し、二次側の巻線Ｎ2に交
番出力を得る。

【００１６】ところで、前述したように、スイッチング
素子Ｑ1，Ｑ2 の各ベース−エミッタ間には、ツェナー
ダイオードＤZ1−クランプダイオードＤD1、ツェナーダ
イオードＤZ2−クランプダイオードＤD2をそれぞれ直列
接続して挿入している。例えば、クランプダイオードＤ
D1，ＤD2は本来、スイッチング素子がオフとされている
ときにクランプ電流を流すために設けられるものである
が、図７に示す方向によりツェナーダイオードＤZ1 ，
ＤZ2 が挿入されることによって、クランプダイオード
ＤD1、ＤD2にはクランプ電流が流れないようにされる。
これにより、ツェナーダイオードＤZ1 ，ＤZ2のツェナ
ー電圧によりスイッチング素子を駆動する自励発振駆動
回路のドライブ電圧のレベル（振幅）を決定することが
可能になるが、そのドライブ電圧のレベルを大きく設定
することで、スイッチング素子Ｑ1，Ｑ2 のターンオフ
時のマイナスレベルのベース電流（ベースの蓄積電荷の
引き抜き電流）も大きくなるようにされる。この結果、
スイッチング動作時におけるスイッチング素子Ｑ1，Ｑ2
の蓄積時間を小さくすることが可能となる。例えば、
電流共振形スイッチングコンバータとして、バイポーラ
トランジスタのスイッチング素子によりスイッチング動
作させる構成において、スイッチング周波数ｆｓを１０
０ＫＨｚ程度にまで上昇させる設定とすると、スイッチ
ング素子の蓄積時間のばらつきに起因するスイッチング
素子間の導通時間差が無視できなくなる程度に大きくな
る可能性のあることが分かっている。そこで、上記図７
に示す構成のようにして、ツェナーダイオードＤZ1 ，
ＤZ2を挿入すれば、スイッチング素子Ｑ1，Ｑ2 の蓄積
時間が小さくなるため、安定したスイッチング動作を得
ることが可能になる。

【００１７】また、ドライブトランスＰＲＴによる定電
圧制御は次のようにして行われる。例えば、交流入力電
圧や負荷電力の変動によって二次側出力電圧ＥO1 が変
動したとすると、制御回路１では、二次側出力電圧ＥO1
の変動に応じて制御巻線ＮC に流れる制御電流のレベ
ルを可変制御する。この制御電流によりドライブトラン
スＰＲＴに発生する磁束の影響で、ドライブトランスＰ
ＲＴにおいては飽和傾向の状態が変化し、駆動巻線ＮB
1，ＮB2のインダクタンスを変化させるように作用する
が、これにより自励発振回路の条件が変化してスイッチ
ング周波数が変化するように制御される。この図に示す
電源回路では、直列共振コンデンサＣ1 及び一次巻線Ｎ
1 の直列共振回路の共振周波数よりも高い周波数領域で
スイッチング周波数を設定しているが、例えばスイッチ
ング周波数が高くなると、直列共振回路の共振周波数に
対してスイッチング周波数が離れていくようにされる。
これにより、スイッチング出力に対する一次側直列共振
回路の共振インピーダンスは高くなる。このようにして
共振インピーダンスが高くなることで、一次側直列共振
回路の一次巻線Ｎ1 に供給されるドライブ電流が抑制さ
れる結果、二次側出力電圧が抑制されることになって、
定電圧制御が図られることになる。なお、以降はこのよ
うな方法による定電圧制御方式を「スイッチング周波数
制御方式」と呼ぶ。

【００１８】ここで、上記図７に示した構成によるスイ
ッチング電源回路における、一次側電流共振形コンバー
タのスイッチング動作を図８の波形図に示す。駆動巻線
ＮB2と並列共振コンデンサＣD2からなる並列共振回路は
自励発振を行うことで、図８（ｄ）に示す並列共振電圧
ＶAを発生させる。この並列共振電圧ＶAとしては、駆動
巻線ＮB2と並列共振コンデンサＣD2からなる並列共振回
路の並列共振作用によって、例えば、駆動巻線ＮB2に対
して並列共振コンデンサＣD2を並列に接続しない場合よ
りも増幅された波形が得られている。そして、この並列
共振電圧ＶAにより、スイッチング素子Ｑ2のベースに対
しては、ベース電流制限用抵抗ＲB2−共振用コンデンサ
ＣB2の直列接続を介して、図８（ｂ）に示すように自励
発振回路により得られる駆動電流ＩBが流れる。このよ
うな駆動電流ＩBによって、スイッチング素子Ｑ2は期間
ＴONにおいてオンとなり、この時、スイッチング素子Ｑ
2のコレクタには、図８（ａ）に示す波形によりコレク
タ電流ＩC1が流れる。また、期間ＴOFFとなると、駆動
電流ＩB（図８（ｂ））は０レベルとなって、スイッチ
ング素子Ｑ2もオフ（非導通）となる。上記期間ＴON，
ＴOFFにおけるスイッチング素子Ｑ2のベース−エミッタ
間電圧ＶBEとしては、図８（ｃ）に示す波形が得られ、
これに応答してツェナーダイオードＤZ1−クランプダイ
オードＤD1の直列接続回路を流れる電流ＩZとしては、
図８（ｅ）に示すように、実際には、期間ＴOFFにおい
てわずかにクランプ電流が流れる波形となる。

【００１９】図９の回路図は、先に本出願人が提案した
発明に基づいて構成することのできるスイッチング電源
回路の他の例を示している。この図に示す電源回路は、
電圧共振形スイッチングコンバータを備えている。な
お、図７と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。

【００２０】この図における電圧共振形のスイッチング
コンバータは、１石のスイッチング素子Ｑ1 を備えた自
励式の構成を採っている。この場合、スイッチング素子
Ｑ1には、高耐圧のバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ；
接合型トランジスタ）が採用されている。スイッチング
素子Ｑ1 のベースは、起動抵抗ＲS を介して平滑コンデ
ンサＣｉ1（整流平滑電圧Ｅｉ）の正極側に接続され
て、起動時のベース電流が整流平滑ラインから得られる
ようにしている。また、スイッチング素子Ｑ1 のベース
と一時側アース間にはインダクタＬB，検出駆動巻線Ｎ
B，共振コンデンサＣB ，ベース電流制限抵抗ＲB とか
らなる自励発振用の共振回路が直列接続される。この場
合、検出駆動巻線ＮB は、絶縁コンバータトランスＰＩ
Ｔ（Power Isolation Transformer)に巻装されており、
インダクタＬBと共に、スイッチング周波数を設定する
所要のインダクタンスが得られるようにされている。な
お、この場合にも、検出駆動巻線ＮDの巻数は例えば１
Ｔ（ターン）程度とされている。また、スイッチング素
子Ｑ1 のベースと平滑コンデンサＣｉの負極（１次側ア
ース）間に挿入されるクランプダイオードＤD により、
スイッチング素子Ｑ1 のオフ時に流れるダンパー電流の
経路を形成するようにされており、また、スイッチング
素子Ｑ1 のコレクタは絶縁コンバータトランスＰＩＴの
一次巻線Ｎ1 の一端と接続され、エミッタは接地され
る。

【００２１】また、上記スイッチング素子Ｑ1 のコレク
タ−エミッタ間に対しては、並列共振コンデンサＣｒが
並列に接続されている。この並列共振コンデンサＣｒ
は、自身のキャパシタンスと、後述する絶縁コンバータ
トランスＰＩＴの一次巻線Ｎ1、及び直交型制御トラン
スＰＲＴ（Power Regulating Transformer) の被制御巻
線ＮR の直列接続により得られる合成インダクタンス
（Ｌ1＋ＬR）とにより電圧共振形コンバータの並列共振
回路を形成する。この並列共振回路の共振動作によっ
て、スイッチング動作を電圧共振形とする。そして、こ
こでは詳しい説明は省略するが、スイッチング素子Ｑ1
のオフ時には、この並列共振回路の作用によってスイッ
チング素子Ｑ1／／共振コンデンサＣｒの並列接続回路
の両端には共振パルス電圧が発生する。この共振パルス
電圧は、実際には、正弦波状のパルス波形であり、当該
スイッチングコンバータの電圧共振形の動作に対応して
いる。

【００２２】絶縁コンバ−タトランスＰＩＴは、スイッ
チング素子Ｑ1 のスイッチング出力を二次側に伝送する
ためのもので、この場合、絶縁コンバータトランスＰＩ
Ｔの一次巻線Ｎ1 の一端は、スイッチング素子Ｑ1 のコ
レクタと接続され、他端側は図のように直交型制御トラ
ンスＰＲＴの被制御巻線ＮRの直列接続を介して、平滑
コンデンサＣｉの正極端子（整流平滑電圧Ｅｉライン）
に接続されている。

【００２３】絶縁コンバータトランスＰＩＴの二次側で
は、一次巻線Ｎ1 により誘起された交番電圧が二次巻線
Ｎ2に発生する。この場合、二次巻線Ｎ2に対しては、二
次側並列共振コンデンサＣ2 が並列に接続されることで
並列共振回路が形成される。この並列共振回路により、
二次巻線Ｎ2に励起される交番電圧は共振電圧とされ、
この共振電圧が整流ダイオードＤO1及び平滑コンデンサ
ＣO2からなる半波整流回路と、整流ダイオードＤO2及び
平滑コンデンサＣO2からなる半波整流回路との２組の半
波整流回路に供給される。そして、これら２組の半波整
流回路により、それぞれ直流出力電圧ＥO1，ＥO2が得ら
れる。なお、この半波整流回路を形成する整流ダイオー
ドＤO1，ＤO2は、スイッチング周期の交番電圧を整流す
るために高速型を使用している。

【００２４】制御回路１は、例えば二次側の直流電圧出
力と基準電圧を比較してその誤差に応じた直流電流を、
制御電流として直交型制御トランスＰＲＴの制御巻線Ｎ
C に供給する誤差増幅器である。この場合には、制御回
路１に対して、検出用電圧として直流電圧出力ＥO1が入
力され、動作電源として直流出力電圧ＥO2が入力されて
いる。

【００２５】例えば、交流入力電圧ＶAC或いは負荷電力
の変動に伴って二次側の直流出力電圧ＥO2が変動した時
は、制御回路１によって制御巻線ＮC に流れる制御電流
を例えば１０ｍＡ〜４０ｍＡの範囲で変化させる。これ
により、被制御巻線ＮR のインダクタンスＬR が例えば
０．１ｍＨ〜０．６ｍＨの範囲で変化するようにされ
る。

【００２６】上記被制御巻線ＮR は、前述のように電圧
共振形のスイッチング動作を得るための並列共振回路を
形成していることから、固定とされているスイッチング
周波数に対して、この並列共振回路の共振条件が変化す
るようにされる。前述のように、スイッチング素子Ｑ1
と並列共振コンデンサＣｒの並列接続回路の両端には、
スイッチング素子Ｑ1のオフ期間に対応して上記並列共
振回路の作用によって正弦波状の共振パルスが発生する
が、並列共振回路の共振条件が変化することによって共
振パルスの幅が可変制御される。つまり、共振パルスに
対するＰＷＭ(Pulse Width Moduration)制御動作が得ら
れる。共振パルスの幅のＰＷＭ制御とは即ちスイッチン
グ素子Ｑ1のオフ期間の制御であるが、これは換言すれ
ば、固定のスイッチング周波数の条件下でスイッチング
素子Ｑ1のオン期間を可変制御することを意味する。こ
のようにしてスイッチング素子Ｑ1のオン期間が可変制
御されることで、並列共振回路を形成する一次巻線Ｎ1
から二次側に伝送されるスイッチング出力が変化し、二
次側の直流出力電圧（ＥO1，ＥO2）の出力レベルも変化
するようにされる。これによって二次側直流電圧（ＥO
1，ＥO2）の定電圧化が図られることになる。なお、こ
のような定電圧制御方式を、以降はインダクタンス制御
方式ということにする。

【００２７】ここで、上記図９に示す構成によるスイッ
チング電源回路における、一次側の電圧共振形コンバー
タのスイッチング動作は、例えば図１０の波形図に示す
ものとなる。スイッチング素子Ｑ1の自励発振のための
直列共振回路（インダクタＬB，共振コンデンサＣB）が
自励発振を行うことで、この直列共振回路には、図１０
（ｅ）に示す正弦波状の共振電圧ＶBが発生する。これ
に応じて、上記直列共振回路からベース電流制限用抵抗
ＲBに流れる直列共振電流ＩRBは図１０（ｇ）に示す正
弦波状の波形となる。また、検出駆動巻線ＮB1の両端に
は、上記共振電圧ＶBと、並列共振回路（Ｎ1，Ｃｒ）の
共振作用によって、図１０（ｄ）に示すように期間ＴOF
Fに正弦波状パルスとなり、期間ＴONには０レベル近傍
でクランプされた波形の検出駆動電圧ＶAが得られてい
る。そして、この検出駆動電圧ＶAに応じて、スイッチ
ング素子Ｑ1のベースに対しては、共振コンデンサＣB−
インダクタＬB−ベース電流制限用抵抗ＲBの直列接続を
介して、図１０（ｂ）に示すような駆動電流ＩBが流れ
る。このような駆動電流ＩBによって、スイッチング素
子Ｑ2は期間ＴONにおいてオンとなり、この時、スイッ
チング素子Ｑ2のコレクタには、図１０（ａ）に示す波
形によりコレクタ電流ＩC1が流れる。また、期間ＴOFF
となると、駆動電流ＩB（図１０（ｂ））は０レベルと
なって、スイッチング素子Ｑ2もオフ（非道通）とな
る。上記期間ＴON，ＴOFFにおけるスイッチング素子Ｑ2
のベース−エミッタ間電圧ＶBEとしては、図１０（ｃ）
に示す波形が得られる。また、これに応答してクランプ
ダイオードＤDの直列接続回路を流れる電流ＩD1として
は、図１０（ｆ）に示すように、実際には、期間ＴOFF
においてクランプ電流が流れる波形となる。図９に示す
回路では、例えば図７に示す回路とは異なり、１石のバ
イポーラトランジスタによる、いわゆるシングルエンド
動作によって、スイッチング動作は完結するので、バイ
ポーラトランジスタの蓄積時間や電流増幅率ｈFEのばら
つきの影響は少ない。このため、クランプダイオードＤ
D の逆回復時間さえ管理してしまえば、安定した自励発
振動作が期待できる。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図７に
示した電源回路では、前述したように、スイッチング素
子Ｑ1，Ｑ2を最適な条件で駆動するために、それぞれ
［駆動巻線ＮB1−共振用コンデンサＣB1］，[駆動巻線
ＮB2−共振用コンデンサＣB2］の直列共振回路に対し
て、ベース電流制限用抵抗ＲB1，ＲB2を挿入している。
図８によっても説明したように、これらベース電流制限
用抵抗ＲB1，ＲB2には、上記直列共振回路の共振動作に
よって得られる共振電流（駆動電流ＩB；図８（ｂ））
が流れるため、ベース電流制限用抵抗ＲB1，ＲB2には電
力損失が発生して発熱することになる。この発熱温度
（即ち損失電力量）は、負荷電力の増加に伴って増加す
るため、電流制限用抵抗ＲB1，ＲB2には定格電力の大き
なものを選定する必要がある。

【００２９】また、図９に示す電源回路も同様の問題点
を抱えている。つまり、ベース電流制限用抵抗ＲBに
は、図１０（ｇ）に示したように、直列共振回路（イン
ダクタＬB，共振コンデンサＣB）から直列共振電流ＩRB
が流れるため、１カ所ではあるがベース電流制限用抵抗
ＲBにおいて電力損失が生じる。電圧共振形コンバータ
としては、図９に示した１石によるシングルエンド動作
の構成の他、重負荷の条件に対応するために、２石によ
るプッシュプル動作を行う構成も知られているが、この
場合には、ベース電流制限用抵抗による電力損失が２カ
所に及んでしまうことになる。

【００３０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記し
た課題を考慮して、スイッチング素子を駆動するドライ
ブ電流経路における電力損失が出来るだけ小さくなるよ
うにして、結果として電源回路としての電力変換効率の
向上を図ることを目的とする。

【００３１】このため、入力された直流入力電圧を断続
して絶縁コンバータトランスの一次巻線に出力するよう
に構成されたスイッチング手段と、このスイッチング手
段を形成し、電流制御により駆動されるスイッチング素
子を自励式によりスイッチング駆動するための自励発振
駆動回路と、少なくとも絶縁コンバータトランスの一次
巻線を含む漏洩インダクタンス成分と一次巻線に対して
直列に接続される直列共振コンデンサのキャパシタンス
とによって形成されてスイッチング手段の動作を電流共
振形とする一次側直列共振回路と、この一次側直列共振
回路の共振出力を検出可能に挿入されて所定のインダク
タンスが得られるようにその巻数が設定された検出巻線
とが備えられると共に、上記自励発振駆動回路は、共振
電流検出巻線に得られる電圧により励起されるようにし
て設けられる駆動巻線と、この駆動巻線に対して自励発
振回路内並列共振コンデンサを並列に接続することで形
成される自励発振回路内並列共振回路と、駆動巻線に対
して自励発振回路内直列共振コンデンサを直列に接続す
ることにより形成され、スイッチング素子の導通制御端
子に対して接続される自励発振回路内直列共振回路とを
備えて形成されるようにして、スイッチング電源回路を
構成することとした。

【００３２】また、入力された直流入力電圧を断続して
絶縁コンバータトランスの一次巻線に出力するように構
成されたスイッチング手段と、このスイッチング手段を
形成し、電流制御により駆動されるスイッチング素子を
自励式によりスイッチング駆動するための自励発振駆動
回路と、少なくとも絶縁コンバータトランスの一次巻線
を含む漏洩インダクタンス成分と共振コンデンサのキャ
パシタンスとによって形成されてスイッチング手段の動
作を電圧共振形とする一次側共振回路と、この一次側共
振回路の共振出力を検出可能に挿入されて所定のインダ
クタンスが得られるようにその巻数が設定された検出巻
線とが備えられると共に、上記自励発振駆動回路は、共
振電流検出巻線に得られる電圧により励起されるように
して設けられる駆動巻線と、この駆動巻線に対して自励
発振回路内直列共振コンデンサを直列に接続することに
より形成されてスイッチング素子の導通制御端子に対し
て接続される自励発振回路内直列共振回路とを備えて形
成されるようにして、スイッチング電源回路を構成する
こととした。

【００３３】上記構成によれば、自励式によりスイッチ
ング駆動される電流共振形スイッチングコンバータ、或
いは共振形スイッチングコンバータとして、共振電流検
出巻線の巻数を適切に設定することで、共振電流検出巻
線によって励起される駆動巻線の電圧レベルを所要の低
レベルに設定することが出来る。自励発振駆動回路で
は、この駆動巻線に得られた交番電圧を基に、例えばス
イッチング素子に対するスイッチング駆動のための電流
を出力するようにされるが、ここで、駆動巻線の電圧レ
ベルに基づいて得られるスイッチング駆動電流レベル
が、スイッチング素子の動作条件に適合するように設定
されれば、このスイッチング駆動電流を制限するための
抵抗素子を不要とすることが可能になる。

【００３４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態としてのスイッチング電源回路の構成例を示してい
る。この図に示す電源回路は先に説明した図７の電源回
路と同様に、２石のスイッチング素子（バイポーラトラ
ンジスタ）をハーフブリッジ結合した、自励式の電流共
振形スイッチングコンバータが備えられる。なお、この
図において、図７と同一部分については同一符号を付し
て説明を省略する。

【００３５】この図に示す電源回路においては、ドライ
ブトランスＰＲＴの共振電流検出巻線ＮDの巻数を１Ｔ
から０．５Ｔとしている。ここで、ドライブトランスＰ
ＲＴの構造としては、例えば図２に示すものとなる。こ
のように、ドライブトランスＰＲＴは、４本の磁脚を有
する２つのダブルコの字型コア２０１，２０２の互いの
磁脚の端部を接合するようにして形成される立体型コア
２００が備えられる。そして、この立体型コア２００の
所定の２本の磁脚に対して、駆動巻線ＮB1，ＮB2を図の
ように所定ターン数巻装すると共に、同じ巻回方向に対
して、共振電流検出巻線ＮDを０．５Ｔ巻装する。制御
巻線ＮCは、図のように、所定の２本の磁脚に対して、
上記駆動巻線ＮB1，ＮB2、及び共振電流検出巻線ＮDに
対して直交する巻回方向となるようにして巻装される。

【００３６】このようにして、共振電流検出巻線ＮDの
巻数が１Ｔから０．５Ｔとされたことで共振電流検出巻
線ＮDのインダクタンスは低減し、共振電流検出巻線ＮD
自体に誘起される交番電圧レベルが低下することにな
る。これに伴って、共振電流検出巻線ＮDとトランス結
合された駆動巻線ＮB1，ＮB2に誘起される電圧レベルも
低下する。これにより、本実施の形態としては、ベース
電流制限用抵抗ＲB1，ＲB2を削除することが可能にな
る。即ち、ベース電流制限用抵抗ＲB1，ＲB2に代えて、
上記のようにして駆動巻線ＮB1，ＮB2における電圧レベ
ルを低下させる構成を採ることで、スイッチング素子Ｑ
1，Ｑ2に流れるベース電流量を制限するものである。こ
れにより本実施の形態では、ベース電流制限用抵抗ＲB
1，ＲB2が挿入されることに因る自励発振駆動回路系で
の電力損失が解消されることになる。

【００３７】また、本実施の形態の場合、駆動巻線ＮB
1，ＮB2に対して並列接続される並列共振コンデンサ
（ＣD1，ＣD2）と、駆動巻線ＮB1，ＮB2に対して直列接
続される直列共振コンデンサ（ＣB1，ＣB2）とでは、そ
の静電容量の比が３：１となるように設定されており、
条件として最大負荷電力が増加した場合には、図１に破
線で示すように、０．５μＨ〜０，５μＨのフェライト
ビーズインダクタＬ0を、共振電流検出巻線ＮD（０．５
Ｔ）に対して並列接続することで対応可能となる。つま
り、最大負荷電力が増加した場合には、自励発振駆動回
路に内に流れる電流が増加するため、フェライトビーズ
インダクタＬ0を接続しないとすればベース電流制限用
抵抗が必要となってくるのであるが、フェライトビーズ
インダクタＬ0を接続することで、一次側の直列共振電
流は共振電流検出巻線ＮDとフェライトビーズインダク
タＬ0に対して分流し、共振電流検出巻線ＮDに流れる電
流量を抑制することが可能になるものである。

【００３８】また、この図に示す電源回路の絶縁コンバ
ータトランスＰＩＴにおいては、後述するようにして従
来とは巻数の異なる二次巻線Ｎ2が設けられる。この二
次巻線Ｎ2の一端は二次側アースに接続され、他端は直
列共振コンデンサＣｓ1の直列接続を介して整流ダイオ
ードＤO1のアノードと整流ダイオードＤO2のカソードの
接続点に対して接続される。整流ダイオードＤO1のカソ
ードは平滑コンデンサＣO1の正極と接続され、整流ダイ
オードＤO2のアノードは二次側アースに対して接続され
る。平滑コンデンサＣO1の負極側は二次側アースに対し
て接続される。

【００３９】このような接続形態では結果的に、［直列
共振コンデンサＣｓ1，整流ダイオードＤO1，ＤO2、平
滑コンデンサＣO1］の組から成る倍電圧全波整流回路が
設けられることになる。ここで、直列共振コンデンサＣ
ｓ1は、自身のキャパシタンスと二次巻線Ｎ2の漏洩イン
ダクタンス成分とによって、整流ダイオードＤO1，ＤO2
のオン／オフ動作に対応する直列共振回路を形成する。
即ち、本実施の形態の電源回路は、一次側にはスイッチ
ング動作を電流共振形とするための直列共振回路が備え
られ、二次側には、倍電圧全波整流動作を得るための直
列共振回路が備えられる。なお、本明細書では、このよ
うに一次側及び二次側に対して共振回路が備えられて動
作する構成のスイッチングコンバータについては、「複
合共振形スイッチングコンバータ」ともいうことにす
る。

【００４０】ここで、上記［直列共振コンデンサＣｓ
1，整流ダイオードＤO1，ＤO2、平滑コンデンサＣO1］
の組による倍電圧全波整流動作としては次のようにな
る。一次側のスイッチング動作により一次巻線Ｎ1にス
イッチング出力が得られると、このスイッチング出力は
二次巻線Ｎ2に励起される。そして、整流ダイオードＤO
1がオフとなり、整流ダイオードＤO2がオンとなる期間
においては、一次巻線Ｎ1と二次巻線Ｎ2との極性（相互
インダクタンスＭ）が−Ｍとなる減極性モードで動作し
て、二次巻線Ｎ2の漏洩インダクタンスと直列共振コン
デンサＣｓ1による直列共振作用によって、整流ダイオ
ードＤO2により整流した整流電流ＩC2を直列共振コンデ
ンサＣｓ1に対して充電する動作が得られる。そして、
整流ダイオードＤO2がオフとなり、整流ダイオードＤO1
がオンとなって整流動作を行う期間においては、一次巻
線Ｎ1と二次巻線Ｎ2との極性（相互インダクタンスＭ）
が＋Ｍとなる加極性モードとなり、二次巻線Ｎ2に誘起
された電圧に直列共振コンデンサＣｓ1の電位が加わる
という直列共振が生じる状態で平滑コンデンサＣO1に対
して充電が行われる動作となる。上記のようにして、加
極性モード（＋Ｍ；フォワード動作）と減極性モード
（−Ｍ；フライバック動作）との両者のモードを利用し
て整流動作が行われることで、平滑コンデンサＣO1にお
いては、二次巻線Ｎ2の誘起電圧のほぼ２倍に対応する
直流出力電圧ＥO1が得られる。

【００４１】上記した倍電圧全波整流動作を得るための
構成は、実際には、ＥＥ型コアの絶縁コンバータトラン
スＰＩＴの中央磁脚に対してギャップを形成して所要の
結合係数ｋ（例えばｋ＝０．８５）による疎結合とした
ことによって、絶縁コンバータトランスＰＩＴが更に飽
和状態となりにくい状態を得たことで実現されるもので
ある。例えば、従来のように絶縁コンバータトランスＰ
ＩＴに対してギャップが設けられない場合には、フライ
バック動作時において絶縁コンバータトランスＰＩＴが
飽和状態となって動作が異常となる可能性が高く、本実
施の形態のような倍電圧整流動作が適正に行われるのを
望むのは難しい。

【００４２】上記構成によると、本実施の形態では、相
互インダクタンスが＋Ｍと−Ｍの動作モードとなる状態
を利用して、倍電圧全波整流を行うことで二次側直流出
力電圧を得るようにしている。つまり、一次側の電流共
振作用と二次側の電流共振作用とによる電磁エネルギー
が同時に負荷側に供給されるようにしているため、それ
だけ負荷側に供給される電力も増加して、最大負荷電力
の増加が図られることになる。

【００４３】また、二次側においては、二次巻線Ｎ2の
励起電圧が正負の両期間において整流動作を行う倍電圧
全波整流回路を設けたことで、本実施の形態では、二次
側整流ダイオードのオフ期間に発生する二次側整流ダイ
オードの両端電圧は、二次側直流出力電圧ＥOと同等の
レベルにまで抑制される。これにより、二次側の倍電圧
整流回路を形成する整流ダイオードとしては、二次側直
流出力電圧ＥOのレベルに対応する耐圧品を選定すれば
よいことになる。

【００４４】また、倍電圧全波整流回路によって二次側
直流出力電圧を得るようにしていることで、例えば等倍
電圧整流回路によって得られる二次側直流出力電圧と同
等のレベルを得ようとすれば、本実施の形態の二次巻線
Ｎ2としては、従来の１／２の巻数で済むことになる。
この巻数の削減は、絶縁コンバータトランスＰＩＴの小
型軽量化、及び低コスト化につながる。なお、この場合
には、二次巻線Ｎ2とは独立して二次巻線Ｎ2Aが巻装さ
れてい。この二次巻線Ｎ2Aに対してはセンタータップを
アースに接地したうえで、整流ダイオードＤO1，ＤO2及
び平滑コンデンサＣO1からなる全波整流回路が接続され
ることで、直流出力電圧ＥO2を生成する。

【００４５】図３は、本発明の第２の実施の形態として
のスイッチング電源回路の構成を示す回路図である。こ
の図に示す電源回路では、先に説明した図９の電源回路
と同様に、１石のスイッチング素子（バイポーラトラン
ジスタ）によりシングルエンド動作を行う、自励式の電
流共振形スイッチングコンバータが備えられる。なお、
この図において、図７，図９及び図１と同一部分につい
ては同一符号を付して説明を省略する。

【００４６】この図に示す回路においては、図９に示す
回路において絶縁コンバータトランスＰＩＴに備えられ
て電圧検出を行っていた検出駆動巻線ＮBは削除され、
コンバータドライブトランスＣＤＴが設けられた構成と
なっている。このコンバータドライブトランスＣＤＴに
対しては、図９に示す回路におけるインダクタＬBにも
相当する駆動巻線ＮBと、先の実施の形態と同様に、巻
数０．５Ｔの共振電流検出巻線ＮDが巻装される。この
場合、駆動巻線ＮBとしては、図９に示す回路において
備えられていたインダクタＬBと同等のインダクタンス
を有するように選定され、図のように、その一端が一次
側アースに接地され、他端は共振用コンデンサＣBを介
してスイッチング素子Ｑ1のベースに対して接続され
る。

【００４７】このような構成によっても、先の実施の形
態にて説明したのと同様に、共振電流検出巻線ＮDとト
ランス結合された駆動巻線ＮB1，ＮB2に誘起される電圧
レベルが低下するため、ベース電流制限用抵抗ＲBを削
除することが可能になる。従って、本実施の形態におい
ても、ベース電流制限用抵抗ＲBが挿入されることに因
る自励発振駆動回路系での電力損失が解消される。ま
た、共振電流検出巻線ＮDに対して所定のインダクタン
スを有するフェライトビーズインダクタＬ0を並列に接
続すれば、最大負荷電力の増加が図られる。

【００４８】また、この図に示す電源回路の二次側にお
いては、二次巻線Ｎ2に対して二次側並列共振コンデン
サＣ2 が並列に接続されることで並列共振回路が形成さ
れる。この並列共振回路により、二次巻線Ｎ2に得られ
る交番電圧は共振電圧とされ、この共振電圧が整流ダイ
オードＤO1，Ｄ02及び平滑コンデンサＣO1からなる全波
整流回路と、整流ダイオードＤO3，ＤO4及び平滑コンデ
ンサＣO2からなる全波整流回路との２組の整流回路に供
給され、各整流回路により、それぞれ直流出力電圧ＥO
1，ＥO2が得られるようになっている。このようにし
て、二次側の並列共振動作を利用して直流出力電圧ＥO
1，ＥO2を得るようにした場合にも、負荷電力の増加が
図られる。

【００４９】ここで実験結果として、最大負荷電力が１
５０Ｗで交流入力電圧ＶAC＝１００Ｖ時に対応する構成
として、図９に示した回路の場合には、共振電流検出巻
線ＮDの巻数を１Ｔ、共振用コンデンサＣB＝０．３９μ
Ｆ、インダクタＬB＝２２μＨ、ベース電流制限用抵抗
ＲB＝１Ω／２Ｗを選定して構成していたのに対し、図
３に示す本実施の形態の回路の場合には、共振電流検出
巻線ＮDの巻数を０．５Ｔ、共振用コンデンサＣB＝０．
３９μＦ、インダクタＬB＝２２μＨを選定し、ベース
電流制限用抵抗ＲBが削除されることで、０．７Ｗの電
力変換効率の向上が図られる。

【００５０】図４は、本発明の第３の実施の形態として
のスイッチング電源回路の構成を示している。この図に
示す電源回路は、１石のスイッチング素子Ｑ1をシング
ルエンド動作させる電圧共振形コンバータとされている
点では、図３、図９に示した電源回路と同様である。な
お、この図において図１、図３、及び図７、図９と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。また、この
図には、二次側の構成は省略されているが、これまで各
図（図１、図３、図７、図９）に示した整流回路の何れ
の構成が備えられても構わないものである。

【００５１】この図に示す電源回路においては、絶縁コ
ンバータトランスＰＩＴに巻装される検出駆動巻線ＮB
の巻数を０．５Ｔとして、そのインダクタンスを小さく
する構成としている。また、この図における自励発振駆
動回路は、スイッチング素子Ｑ1のベースと一次側アー
ス間に対して、スイッチング素子Ｑ1側から共振用コン
デンサＣB−検出駆動巻線ＮB−インダクタＬBの順に直
列接続されて形成されており、更に、検出駆動巻線ＮB
−インダクタＬBの直列接続に対して、並列共振コンデ
ンサＣDが並列に接続されることで、この場合には、検
出駆動巻線ＮB−インダクタＬBの合成インダクタンス成
分と、並列共振コンデンサＣDのキャパシタンスとによ
って、スイッチング周波数を決定する並列共振回路が形
成される。

【００５２】このような接続形態では、検出駆動巻線Ｎ
Bは図３に示した共振電圧検出巻線ＮDとして機能し、イ
ンダクタＬBは、図３に示した駆動巻線ＮBとして機能す
るものと見ることが出来る。但しこの場合、検出駆動巻
線ＮBは一次側並列共振回路に対しては直接的に接続さ
れず、絶縁コンバータトランスに巻装されている。従っ
て、一次巻線Ｎ1に得られる共振電圧（スイッチング出
力電圧）によって励起されることで、一次側の共振電圧
を検出するように動作する。このような構成によって
も、検出駆動巻線ＮBは０．５Ｔとされていることで、
インダクタＬBに励起される交番電圧レベルが低減する
ようにされ、従って、自励発振駆動回路からスイッチン
グ素子Ｑ1のベースに供給される駆動電流が低減される
ことになる。そして、ベース電流制限用抵抗ＲBを削除
して電力変換効率の向上を図ることが出来る。また、こ
の場合にも、共振電流検出巻線ＮDに対して所定のイン
ダクタンスを有するフェライトビーズインダクタＬ0を
並列に接続すれば、最大負荷電力の増加を図ることが可
能である。

【００５３】図５に、本実施の形態の絶縁コンバータト
ランスＰＩＴの構造を示す。この図に示すように、絶縁
コンバータトランスＰＩＴは２つのＥ型コア１０１，１
０２によりＥＥ型コア１００を形成し、図のように、一
次巻線Ｎ1（Ｎ3）及び二次巻線Ｎ2が巻装される。そし
て更に、上記した巻数０．５Ｔの検出駆動巻線ＮBが一
次巻線Ｎ1側に対して巻装されて構成される。

【００５４】また、本実施の形態の絶縁コンバータトラ
ンスＰＩＴにおいては、一次巻線Ｎ1 と二次巻線Ｎ2d及
び駆動巻線ＮBに加え、一次巻線Ｎ1を巻き上げるように
して巻線Ｎ3が備えられる。なお、この絶縁コンバータ
トランスＰＩＴも、先に図２に示したようにして中央磁
脚に対してギャップが形成され、一次側と二次側で所要
の結合係数による疎結合が得られるようにされている。

【００５５】本実施の形態において、絶縁コンバータト
ランスＰＩＴの一次巻線Ｎ1を巻き上げるようにして形
成された巻線Ｎ3の端部は、後述するブースト電圧生成
用の平滑コンデンサＣｉBの正極と接続される。平滑コ
ンデンサＣｉBの負極は平滑コンデンサＣｉの正極（Ｅ
ｉライン）と接続される。また、本実施の形態において
はブースト用ダイオードＤBが設けられる。このブース
ト用ダイオードＤBは、アノードが平滑コンデンサＣｉB
の負極と平滑コンデンサＣｉの正極との接続点（Ｅｉラ
イン）と接続され、カソードは直交型制御トランスＰＲ
Ｔの被制御巻線ＮRの直列接続を介して、一次巻線Ｎ1と
巻線Ｎ3との接続点に対して接続される。このような接
続形態によると、巻線Ｎ3に得られたスイッチング出力
電圧をブースト用ダイオードＤBにより整流して平滑コ
ンデンサＣｉBにより平滑化することで、平滑コンデン
サＣｉBの両端にブースト電圧ＶBを生成するブースト回
路が形成されることになる。但し、上述のようにこのブ
ースト回路には被制御巻線ＮRが直列に挿入されてい
る。

【００５６】上記のようにブースト回路を備えた構成で
は、直列接続された平滑コンデンサＣｉB−平滑コンデ
ンサＣｉの両端には、整流平滑電圧Ｅｉに対してブース
ト電圧ＶBが重畳されたブースト平滑電圧ＥBが得られる
ことになるが、このブースト平滑電圧ＥBは、

【数１】により表すことができる。そして、巻線Ｎ3及び一次巻
線Ｎ1のインダクタンスとしてＬ3＝Ｌ1の関係が得られ
るようにし、整流平滑電圧Ｅｉ、ブースト用ダイオード
ＤBの降下電圧ＶF、及びスイッチング素子Ｑ1の飽和電
圧Ｖ(SAT)についてＥｉ≫ＶF，Ｖ(SAT)の関係が成立し
ているとすると、ブースト平滑電圧ＥBは上記（数１）
に基づいて、

【数２】により示されることになる。この場合、図６に示す電源
回路では、例えば、直交型トランスＰＲＴの被制御巻線
ＮRのインダクタンスＬRを、０．１×Ｌ1〜１．２×Ｌ1
の範囲で変化させることで、ブースト平滑電圧ＥBにつ
いて、ほぼＥｉ〜２Ｅｉ（Ｅｉは、平滑コンデンサＣｉ
の両端に得られる整流平滑電圧レベルに相当する）の範
囲で可変することが可能とされる。

【００５７】本実施の形態では、スイッチング素子Ｑ1
を備えて成る電圧共振形スイッチングコンバータは、上
述のブースト平滑電圧ＥBを動作電源としてスイッチン
グ動作を行うようにされる。つまり、本実施の形態で
は、ブースト回路によって、電圧共振形スイッチングコ
ンバータに供給すべき見かけ上の直流入力電圧レベルを
上昇させているものである。このブースト回路の動作に
よって直流入力電圧レベルを引き上げていることで、一
次側においては、例えば倍電圧整流回路によって直流入
力電圧を得る構成の場合とほぼ同等の最大負荷電力に対
応することが可能となる。

【００５８】このような構成は、商用交流電源がいわゆ
るＡＣ１００Ｖ系で、最大負荷電力が１５０Ｗ程度の条
件に対応する場合に好適とされる。例えば通常、商用交
流電源がＡＣ１００Ｖ系で、最大負荷電力が１５０Ｗ程
度の条件に対応する場合には、直流入力電圧（整流平滑
電圧）を生成する整流平滑回路としては倍電圧整流方式
を採って、平滑コンデンサに流入する電流を抑制するよ
うに構成される。

【００５９】これに対して、上記のようにしてブースト
回路によって最大負荷電力の増加を図ることで、本実施
の形態では、直流入力電圧を生成する整流平滑回路とし
ては倍電圧整流方式を採って負荷電力をカバーする必要
はなくなる。この結果、本実施の形態では図１にて説明
したように、例えばブリッジ整流回路による通常の等倍
電圧整流回路の構成を採ることができるものである。こ
れにより、例えば本実施の形態では、交流入力電圧ＶAC
＝１４４Ｖ時における整流平滑電圧Ｅｉは２００Ｖ程度
となる。スイッチング素子Ｑ1／／並列共振コンデンサ
Ｃｒの両端に得られる共振電圧は、整流平滑電圧Ｅｉに
対して一次側の並列共振回路が作用することで、スイッ
チング素子Ｑ1がオフ時に発生するが、本実施の形態で
は、上記のように整流平滑電圧Ｅｉが倍電圧整流時の約
１／２とされることになる。但し、本実施の形態では、
この整流平滑電圧Ｅｉに対してブースト電圧ＶBを重畳
してブースト平滑電圧ＥBが発生するため、共振電圧は
ブースト平滑電圧ＥBのレベルに依存するのであるが、
それでも共振電圧は、１８００Ｖから１２００Ｖ程度に
まで抑えられることになる。従って、本実施の形態にお
いては、スイッチング素子Ｑ1と並列共振コンデンサＣ
ｒについては、１２００Ｖの耐圧品を選定すればよいこ
とになる。

【００６０】また、上記のように、スイッチング素子Ｑ
1、並列共振コンデンサＣｒ，及び二次側の整流回路を
形成する整流ダイオードについて低耐圧品を用いること
ができるため、素子としてはそれだけ安価となる。この
ため、特にコストアップを考慮することなく、例えばス
イッチング素子Ｑ1及び二次側の整流回路を形成する整
流ダイオードについて特性の向上されたもの（スイッチ
ング素子Ｑ1であれば、飽和電圧ＶCE(SAT)、蓄積時間ｔ
STG、下降時間ｔｆ、電流増幅率ｈFE等の特性の良好な
もの、また、整流ダイオードであれば順方向電圧降下Ｖ
F、逆回復時間ｔｒｒ等の特性の良好なもの）を選定す
ることができ、それだけ電力損失の低減が促進されるこ
とにもなる。つまり、従来よりも低コスト或いはほぼ同
等のコストでありながら電力変換効率の向上を図ること
が可能になる。また、電力変換効率の向上により、例え
ば従来必要であった放熱板等も不要となる。

【００６１】また、上記のようにしてスイッチング素子
Ｑ1及び二次側の整流回路を形成する整流ダイオードに
ついて特性の向上したものが選定できることで、より高
いスイッチング周波数を設定することが可能となり、こ
れによって、スイッチング損失の低減、及び上記各種部
品の小型・軽量化も図られることになる。ここで、実際
に対応すべき最大負荷電力に応じて、ブースト電圧ＶB
が最適となるように巻線Ｎ3を選定すれば、更なる各種
部品の小型・軽量化を実現できる。このようにしてブー
スト回路を備えることで、結果的には、回路規模の小型
軽量化、低コスト化、及びスイッチング周波数を高く設
定することによる電力損失の低減等が図られる。

【００６２】図６の回路図は、本発明の第４の実施の形
態としての電源回路の構成を示している。この図に示す
電源回路は、電圧共振形スイッチングコンバータとし
て、最大負荷電力が２００Ｗ以上の条件に対応する。な
お、図１、図３、図４、及び図７、図９と同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。また、この図におい
ても二次側の構成は省略されている。

【００６３】この図に示す電源回路においては、後述す
る２組のスイッチング素子Ｑ1，Ｑ2をプッシュプル動作
によりスイッチング駆動するためにコンバータドライブ
トランスＣＤＴが設けられる。このコンバータドライブ
トランスＣＤＴは、巻数０．５Ｔの共振電流検出巻線Ｎ
Dと、所定巻数（例えば１Ｔ）の駆動巻線ＮB1,ＮB2が巻
装される。この場合、共振電流検出巻線ＮDは、一次巻
線Ｎ1Bの端部とスイッチング素子Ｑ2のコレクタ間に対
して直列に挿入される。この場合の駆動巻線ＮB1,ＮB2
は、１つの巻線をアースに対してセンタータップさせる
ことで形成されている。駆動巻線ＮB1の端部は共振コン
デンサＣB1を介してスイッチング素子Ｑ1のベースに接
続される。また、駆動巻線ＮB2の端部は、共振コンデン
サＣB2を介してスイッチング素子Ｑ2のベースに接続さ
れる。つまり、駆動巻線ＮB1−共振コンデンサＣB1によ
りスイッチング素子Ｑ1の駆動回路を形成し、駆動巻線
ＮB2共振コンデンサＣB2によりスイッチング素子Ｑ2の
駆動回路を形成する。共振電流検出巻線ＮDでは、後述
するスイッチング動作によってスイッチング出力に応じ
た交番電圧が検出される。駆動巻線ＮB1,ＮB2では、上
記共振電流検出巻線ＮDにより検出されたスイッチング
出力に応じて、互いに逆極性の交番電圧が得られるよう
になっている。

【００６４】本実施の形態では、プッシュプル動作のた
めに２本のスイッチング素子Ｑ1、Ｑ2が備えられる。ス
イッチング素子Ｑ1には、上記駆動回路（駆動巻線ＮB1
−コンデンサＣB1）、及びクランプダイオードＤD1、並
列共振コンデンサＣｒ1が図のように接続され、スイッ
チング素子Ｑ2には、駆動回路（駆動巻線ＮB2−共振コ
ンデンサＣB2）、及びクランプダイオードＤD2、並列共
振コンデンサＣｒ2が図のように接続される。並列共振
コンデンサＣｒ1は一次巻線Ｎ1と共にスイッチング素子
Ｑ1を電圧共振形の動作とするための並列共振回路を形
成し、並列共振コンデンサＣｒ2は一次巻線Ｎ1と共にス
イッチング素子Ｑ2を電圧共振形の動作とするための並
列共振回路を形成する。この場合の一次巻線は、センタ
ータップによって一次巻線Ｎ1A，Ｎ1Bに分割され、一次
巻線Ｎ1Aの端部はスイッチング素子Ｑ1のコレクタと接
続される。一次巻線Ｎ1Bの端部は、前述のようにしてス
イッチング素子Ｑ2のコレクタに対して接続される。一
次巻線Ｎ1A，Ｎ1Bのタップは直交型制御トランスＰＲＴ
の被制御巻線ＮRの直列接続を介して平滑コンデンサＣ
ｉの正極と接続される。また、スイッチング素子Ｑ1及
びスイッチング素子Ｑ2のエミッタは一次側アースに接
続される。

【００６５】上記構成では、駆動巻線ＮB1,ＮB2から出
力される互いに逆極性の交番電圧に基づいて得られる駆
動電流（ベース電流）が、スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2の
各ベースに流れるようにされることで、自励発振駆動回
路の定数により決定されるスイッチング周波数により交
互にオン／オフを行う動作が得られる。即ち、電圧共振
形で、かつ、プッシュプルによるスイッチング動作が得
られる。スイッチング素子Ｑ1、Ｑ2のスイッチング出力
はそれぞれ一次巻線Ｎ1A，Ｎ1Bに供給され、被制御巻線
ＮRを介して平滑コンデンサＣｉに流れる。このように
してプッシュプル動作を行う電圧共振形コンバータを設
けることで、本実施の形態としては、最大負荷電力２０
０Ｗ以上に対応することが可能となる。

【００６６】そして、本実施の形態においても、共振電
流検出巻線ＮDの巻数が０．５Ｔとされていることで、
先の実施の形態にて説明したのと同様に、共振電流検出
巻線ＮDとトランス結合された駆動巻線ＮB1，ＮB2に誘
起される電圧レベルが低下するため、スイッチング素子
Ｑ1，Ｑ2の自励発振駆動回路系に対してそれぞれ設けら
れるべきベース電流制限用抵抗を削除することが可能に
なる。これにより本実施の形態においても、ベース電流
制限用抵抗が挿入されることに因る自励発振駆動回路系
での電力損失が解消される。ここでは、２つの自励発振
駆動回路系における電力損失が解消されるため、０．７
Ｗ×２＝１．４Ｗ程度の電力変換効率の向上が図られ
る。またこの場合にも、図示してないが、共振電流検出
巻線ＮDに対して所定のインダクタンスを有するフェラ
イトビーズインダクタＬ0を並列に接続すれば、最大負
荷電力の増加が図られる。

【００６７】なお、本発明としては上記各図に示した構
成に限定されるものではなく、各種変更が可能とされ
る。例えば、第１の実施の形態として図１に示したよう
に、二次側において、二次側直列共振回路を含む倍電圧
整流回路を備えた複合共振形コンバータとしての構成
は、他の第２〜第４の実施の形態に示した電圧共振形ス
イッチングコンバータを備えた構成に対しても適用が可
能である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、自励式に
よりスイッチング駆動される電流共振形スイッチングコ
ンバータ、或いは共振形スイッチングコンバータとし
て、例えば、検出巻線の巻数を従来の１Ｔから０．５と
して、そのインダクタンスを小さく設定することによっ
て、自励発振駆動回路からスイッチング素子（バイポー
ラトランジスタ）のベース（導通制御端子）に対して供
給すべきスイッチング駆動電流レベルが、スイッチング
素子のドライブ条件に適合するものとなるようにしてい
る。このため、従来のようにして、スイッチング素子の
ベースに対してベース電流制限用抵抗を挿入する必要が
無くなる。これによって、電力変換効率の向上が図られ
るものである。また、ベース電流制限用抵抗が省略され
ることで、それだけ電源回路を構成する部品点数も削減
されるため、回路規模の小型軽量化及び低コスト化を促
進することが可能になる。

【００６９】また、本発明では、共振電流検出巻線に対
してフェライトビーズインダクタを並列に挿入するとい
う、非常に簡略で、かつ、小さなサイズの部品追加によ
って比較的重負荷の条件に対応することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の電源回路の構成例
を示す回路図である。

【図２】図１に示す電源回路に備えられる直交型制御ト
ランスの構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の電源回路の構成例
を示す回路図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の電源回路の構成例
を示す回路図である。

【図５】図１に示す電源回路に備えられる絶縁コンバー
タトランスの構成を示す斜視図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態の電源回路の構成例
を示す回路図である。

【図７】従来例としての電源回路（電流共振形）の構成
を示す回路図である。

【図８】図７に示す電源回路の要部の動作を示す波形図
である。

【図９】従来例としての電源回路（電圧共振形）の構成
を示す回路図である。

【図１０】図９に示す電源回路の要部の動作を示す波形
図である。

【符号の説明】

１制御回路、Ｃｉ，ＣｉB 平滑コンデンサ、Ｃｒ
並列共振コンデンサ、Ｃｓ1，Ｃｓ2 二次側直列共振コ
ンデンサ、Ｄｉブリッジ整流回路、ＤO1，ＤO2，ＤO
3，ＤO4 整流ダイオード、ＰＩＴ絶縁コンバータト
ランス、ＰＲＴ直交型制御トランス，ドライブトラン
ス、ＮD 共振電流検出巻線、Ｌ0 フェライトビーズイ
ンダクタ、ＮB，ＮB1，ＮB2 （検出）駆動巻線、ＬB
インダクタ（駆動巻線）、ＮC 制御巻線、ＮR 被制御
巻線、Ｑ1，Ｑ2 スイッチング素子、ＤB ブースト用
ダイオード、Ｎ3 （ブースト用）巻線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された直流入力電圧を断続して絶縁
コンバータトランスの一次巻線に出力するように構成さ
れたスイッチング手段と、上記スイッチング手段を形成し、電流制御により駆動さ
れるスイッチング素子を自励式によりスイッチング駆動
するための自励発振駆動回路と、少なくとも、絶縁コンバータトランスの一次巻線を含む
漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に対して直列
に接続される直列共振コンデンサのキャパシタンスとに
よって形成されて、上記スイッチング手段の動作を電流
共振形とする一次側直列共振回路と、上記一次側直列共振回路の共振出力を検出可能に挿入さ
れ、所定のインダクタンスが得られるようにその巻数が
設定された検出巻線とが備えられると共に、上記自励発振駆動回路は、上記検出巻線に得られる電圧により励起されるようにし
て設けられる駆動巻線と、上記駆動巻線に対して自励発振回路内並列共振コンデン
サを並列に接続することで形成される自励発振回路内並
列共振回路と、上記駆動巻線に対して自励発振回路内直列共振コンデン
サを直列に接続することにより形成され、上記スイッチ
ング素子の導通制御端子に対して接続される自励発振回
路内直列共振回路とを備えて形成されることを特徴とす
るスイッチング電源回路。
【請求項２】上記検出巻線の巻数は０．５Ｔとされて
いることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電
源回路。
【請求項３】上記検出巻線と上記駆動巻線はトランス
結合されており、上記自励発振駆動回路においては、上記スイッチング素
子の導通制御端子と上記駆動巻線間に対して自励発振回
路内直列共振コンデンサが直列に挿入されていることを
特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源回路。
【請求項４】上記検出巻線に対して、所定のインダク
タンスを有するフェライトビーズインダクタが並列に接
続されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチン
グ電源回路。
【請求項５】上記絶縁コンバータトランスの二次巻線
に対して二次側直列共振コンデンサを直列に接続するこ
とで、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩イ
ンダクタンス成分と、上記二次側直列共振コンデンサの
キャパシタンスとによって直列共振回路を形成する二次
側直列共振回路と、二次側整流電流経路に対して上記二次側直列共振コンデ
ンサを挿入して形成され、上記絶縁コンバータトランス
の二次巻線に得られる交番電圧を入力して倍電圧全波整
流動作を行って、入力電圧レベルのほぼ２倍に対応する
二次側直流出力電圧を得るように構成された直流出力電
圧生成手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のスイッ
チング電源回路。
【請求項６】入力された直流入力電圧を断続して絶縁
コンバータトランスの一次巻線に出力するように構成さ
れたスイッチング手段と、上記スイッチング手段を形成し、電流制御により駆動さ
れるスイッチング素子を自励式によりスイッチング駆動
するための自励発振駆動回路と、少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線を
含む漏洩インダクタンス成分と共振コンデンサのキャパ
シタンスとによって形成されて、上記スイッチング手段
の動作を電圧共振形とする一次側共振回路と、上記一次側共振回路の共振出力を検出可能に挿入され、
所定のインダクタンスが得られるようにその巻数が設定
された検出巻線とが備えられると共に、上記自励発振駆動回路は、上記検出巻線に得られる電圧により励起されるようにし
て設けられる駆動巻線と、上記駆動巻線に対して自励発振回路内直列共振コンデン
サを直列に接続することにより形成され、上記スイッチ
ング素子の導通制御端子に対して接続される自励発振回
路内直列共振回路とを備えて形成されることを特徴とす
るスイッチング電源回路。
【請求項７】上記検出巻線の巻数は０．５Ｔとされて
いることを特徴とする請求項６に記載のスイッチング電
源回路。
【請求項８】上記検出巻線と上記駆動巻線はトランス
結合されており、上記自励発振駆動回路においては、上記スイッチング素
子の導通制御端子と上記駆動巻線間に対して自励発振回
路内直列共振コンデンサが直列に挿入されていることを
特徴とする請求項６に記載のスイッチング電源回路。
【請求項９】上記自励発振駆動回路は、上記検出巻線に対して上記駆動巻線が直列に接続される
直列接続回路が形成されると共に、この直列接続回路に
対して、自励発振回路内並列共振コンデンサが並列に接
続されることで自励発振回路内並列共振が形成され、更
に、上記検出巻線と上記スイッチング素子の導通制御端
子間に対して、上記自励発振回路内直列共振コンデンサ
が挿入されて形成されることを特徴とする請求項６に記
載のスイッチング電源回路。
【請求項１０】上記検出巻線に対して、所定のインダ
クタンスを有するフェライトビーズインダクタが並列に
接続されることを特徴とする請求項６に記載のスイッチ
ング電源回路。
【請求項１１】上記整流平滑電圧に対して、上記スイ
ッチング手段のスイッチング出力を利用して生成したブ
ースト電圧を重畳してブースト整流平滑電圧を得て、こ
のブースト整流平滑電圧を上記直流入力電圧として上記
スイッチング手段に供給するようにされていると共に、
上記被制御巻線を含むことにより、この被制御巻線のイ
ンダクタンスの変化によって上記ブースト整流平滑電圧
を一定とするように制御可能な構成を採るブースト手
段、を設けたことを特徴とする請求項６に記載のスイッチン
グ電源回路。
【請求項１２】上記絶縁コンバータトランスの二次巻
線に対して二次側直列共振コンデンサを直列に接続する
ことで、上記絶縁コンバータトランスの二次巻線の漏洩
インダクタンス成分と、上記二次側直列共振コンデンサ
のキャパシタンスとによって直列共振回路を形成する二
次側直列共振回路と、二次側整流電流経路に対して上記二次側直列共振コンデ
ンサを挿入して形成され、上記絶縁コンバータトランス
の二次巻線に得られる交番電圧を入力して倍電圧全波整
流動作を行って、入力電圧レベルのほぼ２倍に対応する
二次側直流出力電圧を得るように構成された直流出力電
圧生成手段と、を備えていることを特徴とする請求項６に記載のスイッ
チング電源回路。
【請求項１３】上記スイッチング手段は２組とされ
て、プッシュプルによるスイッチング動作が得られるよ
うに構成されていることを特徴とする請求項６に記載の
スイッチング電源回路。