JP2001037214A

JP2001037214A - 電源回路

Info

Publication number: JP2001037214A
Application number: JP11210988A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Matsuda; 善秋松田; Kazuya Okabe; 和也岡部
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-02-09
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP4328417B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチング電源において、効率の改善に関す
る。【解決手段】電源回路１は共振コイル１０と共振コンデ
ンサ１２と、補助スイッチ素子１１とを有し、主スイッ
チ素子３に補助コンデンサ９が並列接続されている。主
スイッチ素子３がオフし、チョークコイル４及び共振コ
イル１０に電流が流れ、補助コンデンサ９が充電された
ら補助スイッチ素子１１をオンさせると、共振コイル１
０と共振コンデンサ１２に電流が流れ、共振動作によ
り、共振コイル１０に逆向きの電流が流れ、共振コイル
１０が逆向きに充電される。そこで補助スイッチ素子１
１をオフさせると、補助コンデンサ９が放電される向き
の電流が流れ、主スイッチ素子３のドレイン−ソース間
の電圧が低下し、主スイッチ素子３の寄生ダイオード１
３の導通電圧でクランプされる。このとき主スイッチ素
子３をオンさせることにより、スイッチング損失を小さ
くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電源回路に関し、特
に、スイッチング電源の改善に関する。

【従来の技術】電源は電子装置にとって欠かせない回路
であり、特にスイッチ素子を有するスイッチング電源
は、安定な電圧を負荷に供給することができるので、多
く用いられている。

【０００２】図１４の符号１０１に示したものは、直流
電圧を降圧させて負荷に供給するＤＣ−ＤＣコンバータ
であって、直流電源１０２と、ｎチャネルのＭＯＳＦＥ
Ｔ１０３と、チョークコイル１０４と、フライホイール
ダイオード１０５と、平滑コンデンサ１０６と、制御回
路１０７とを有している。

【０００３】直流電源１０２は、正極側端子と負極側端
子とを有し、負極側端子が接地されており、正極側端子
に正の直流電圧Ｖｉを発生させることができるようにさ
れている。

【０００４】ＭＯＳＦＥＴ１０３は、そのドレインが直
流電源１０２の正極側端子に接続されている。チョーク
コイル１０４は、その一端がＭＯＳＦＥＴ１０３のソー
スに接続され、他端が負荷１０８の一端に接続されてい
る。

【０００５】平滑コンデンサ１０６は、その一端がチョ
ークコイル１０４の負荷１０８側の端子に、他端が直流
電源１０２の負極側端子に接続されている。フライホイ
ールダイオード１０５は、カソードがＭＯＳＦＥＴ１０
３のソースに接続され、アノードが直流電源１０２の負
極側端子に接続されている。

【０００６】制御回路１０７は、検出用の端子がチョー
クコイル１０４の負荷１０８側の端子に接続され、出力
端子がＭＯＳＦＥＴ１０３のゲートに接続されており、
チョークコイル１０３の負荷１０８側の端子の電位を検
出して、検出された電位に応じてＭＯＳＦＥＴ１０３の
オン／オフを制御することができるようにされている。

【０００７】上記の電源回路１０１で、直流電圧を負荷
１０８に印加する動作について以下で説明する。直流電
源１０２が起動しており、ＭＯＳＦＥＴ１０３がオフ状
態で定常状態にあるものとする。かかる定常状態でＭＯ
ＳＦＥＴ１０３がオンすると、ＭＯＳＦＥＴ１０３を介
して直流電源１０２からチョークコイル１０４へと電流
Ｉ_L1が流れる。

【０００８】チョークコイル１０４の負荷１０８側の端
子の電位は平滑コンデンサ１０６で平滑化されて負荷１
０８に印加される。ＭＯＳＦＥＴ１０３がオン状態にあ
る間は、直流電源１０２からチョークコイル１０４にエ
ネルギーが供給され、エネルギーが蓄えられる。

【０００９】ＭＯＳＦＥＴ１０３がオン状態に切り換わ
った時刻から所定時間(以下でオン時間Ｔ_ONと称する。)
経過したら、ＭＯＳＦＥＴ１０３がオフする。するとチ
ョークコイル１０４の両端子間に起電力が生じ、この起
電力によりフライホイールダイオード１０５が順バイア
スされ、チョークコイル１０４のエネルギーが負荷１０
８側に供給される。チョークコイル１０３の負荷１０８
側の端子の電位は平滑コンデンサ１０６で平滑化されて
負荷１０８に印加される。その後、ＭＯＳＦＥＴ１０３
は、オフ状態に切り替わった時刻から所定時間(以下で
オフ時間Ｔ_OFFと称する。)が経過した後に、再びオンす
る。

【００１０】以上述べた動作を繰り返し、ＭＯＳＦＥＴ
１０３は交互にオン／オフを繰り返す。制御回路１０７
はオン時間Ｔ_ONとオフ時間Ｔ_OFFとの比を制御すること
で、負荷１０８に印加される電圧が一定になるようにし
ている。

【００１１】以上は電源回路１０１が理想的なものとし
て説明したが、実際には、上述のＭＯＳＦＥＴ１０３の
ドレイン・ソース間には、寄生容量Ｃossが生じてお
り、ＭＯＳＦＥＴ１０３のドレインと直流電源１０２の
正極側端子との間及び直流電源１０２の負極側端子とフ
ライホイールダイオード１０５のアノード端子との間の
配線には、寄生インダクタンスＬ₀が生じている。寄生
容量Ｃossと寄生インダクタンスＬ₀は直列に接続されて
いるので、それらで一種の共振回路が形成されている。

【００１２】かかる共振回路の共振動作により、ＭＯＳ
ＦＥＴ１０３がオン又はオフした瞬間には、ＭＯＳＦＥ
Ｔ１０３に電流Ｉ_DSが流れた状態で、ＭＯＳＦＥＴ１０
３のドレイン・ソース間の電圧Ｖ_DSが大きく振動してし
まう。

【００１３】従って、ＭＯＳＦＥＴ１０３がオン又はオ
フするときに、ＭＯＳＦＥＴ１０３のドレイン・ソース
間の電圧Ｖ_DSと電流Ｉ_DSとの積で示されるＭＯＳＦＥＴ
１０３の電力損失Ｐ_LOSSが大きくなり、電源回路の効率
が低下してしまうという問題が生じていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、高効率なスイッチング電源を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、主スイッチ素子と、前記主
スイッチ素子が導通すると、電源から電流が供給され、
エネルギーが蓄積されるように構成されたチョークコイ
ルと、前記主スイッチ素子が遮断し、チョークコイルに
発生する起電力により順バイアスされ、前記チョークコ
イルの放電電流が流れるように構成された整流素子とを
有する電源回路であって、共振コイルと、補助スイッチ
素子と、共振コンデンサとを有し、前記共振コイルは、
前記主スイッチ素子に直列接続され、前記補助スイッチ
素子と、共振コンデンサとが直列接続された回路が、前
記共振コイルに並列接続されたことを特徴とする。請求
項２記載の発明は、請求項１記載の電源回路であって、
前記主スイッチ素子に並列に接続された補助コンデンサ
を更に有することを特徴とする。請求項３記載の発明
は、請求項１又は請求項２記載の電源回路であって、前
記補助スイッチ素子は、電界効果型トランジスタで構成
され、前記電界効果型トランジスタは、前記電源から前
記共振コイルに電流が供給されるときに、前記電界効果
トランジスタ内部の寄生ダイオードが逆バイアスされる
向きに接続されたことを特徴とする。

【００１６】本発明の電源回路によれば、主スイッチ素
子が導通し、主スイッチ素子に電流が流れると、電源か
らチョークコイルへと電流が供給される。このとき主ス
イッチ素子と直列接続された共振コイルにも電流は流
れ、チョークコイルと共振コイルの両方にエネルギーが
蓄積される。

【００１７】補助スイッチ素子が電界効果型トランジス
タで構成された場合には、この状態で主スイッチ素子が
遮断されると、共振コイルの両端子間に起電力が発生
し、補助スイッチ素子内部の寄生ダイオードを介して共
振コイルから共振コンデンサに電流が流れはじめる。こ
のとき共振コイルに流れる電流の向きは、主スイッチ素
子の導通期間に流れる方向と同方向であり、寄生ダイオ
ードは共振コイルの両端の起電力で順バイアスされてい
る。

【００１８】この状態で、補助スイッチ素子のゲート端
子に高電圧を印加すると、ソース−ドレイン間が導通
し、寄生ダイオードに電流が流れずにソース−ドレイン
間に電流が流れる(以下でこの動作を第三象限動作と称
する。)。すると、電流が寄生ダイオードを介して流れ
る場合に比して電流による電圧降下が少なくなり、導通
損失が少なくなる。

【００１９】こうして共振コイルから共振コンデンサに
電流が流れると、共振コイルに蓄積されていたエネルギ
ーが共振コンデンサに移動し、共振コンデンサが充電さ
れる。共振コンデンサに共振コイルのエネルギーが全部
移動したら、共振コンデンサは放電し、共振コンデンサ
から共振コイルに逆向きの電流が流れ、逆向きの電流に
より、共振コンデンサから共振コイルへとエネルギーが
移動する。

【００２０】ある時間経過後、補助スイッチ素子を遮断
すると、主スイッチ素子が遮断されたときに生じていた
起電力と逆極性の起電力が生じる。逆極性の起電力によ
り共振コイルには主スイッチ素子の導通時と逆方向に電
流が流れ、逆方向の電流は電源へ回生される。主スイッ
チ素子に並列に補助コンデンサが接続されていた場合に
は、電源を介して補助コンデンサへと逆方向の電流が供
給される。

【００２１】逆方向の電流が補助コンデンサに流れる
と、補助コンデンサが放電して補助コンデンサの両端子
間の電圧が低下し、主スイッチ素子の両端子間の電圧が
低下して、０Ｖに達すると、主スイッチ素子の逆並列に
接続されているダイオードが導通する。

【００２２】この期間に主スイッチ素子の両端子間の電
圧が０Ｖになったときに主スイッチ素子を導通させる
と、電流が主スイッチ素子に流れていた場合であって
も、主スイッチ素子の両端子間に流れる電流と、主スイ
ッチ素子の両端子間の電圧との積で示される主スイッチ
素子のスイッチング損失は０になるので、従来に比して
効率の高い電源回路を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下で図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。図１の符号１は、本発明の実
施形態に係る電源回路である。この電源回路１は、直流
電圧を降圧させて負荷に印加するＤＣ−ＤＣコンバータ
であって、直流電源２と、共振コイル１０と、ｎチャネ
ルＭＯＳＦＥＴからなる主スイッチ素子３と、チョーク
コイル４と、フライホイールダイオード５と、平滑化コ
ンデンサ６とを有している。

【００２４】共振コイル１０と、主スイッチ素子３とは
直列接続されている。このうち、共振コイル１０には直
流電源２が接続され、主スイッチ素子３にはチョークコ
イル４の一端が接続されている。チョークコイル４の他
端は出力端子として負荷８側に接続されており、主スイ
ッチ素子３がオンすると、共振コイル１０、主スイッチ
素子３、チョークコイル４を通って直流電源２から負荷
８側へと電流が供給される。

【００２５】フライホイールダイオード５は、アノード
が接地され、カソードがチョークコイル４の出力端子と
反対側の端子に接続されており、主スイッチ素子３がオ
ンからオフに転じ、チョークコイル４の両端子間に起電
力が生じると、その起電力で順バイアスされるようにな
っている。順バイアスされると、チョークコイル４に蓄
積されたエネルギーを、負荷８側に供給することができ
るようにされている。

【００２６】負荷８側には、負荷８と並列に平滑化コン
デンサ６が接続されている。平滑化コンデンサ６は、主
スイッチ素子３のオン／オフによって供給された電流で
充放電され、出力端子に現れる電圧を出力電圧として負
荷８に印加できるようにされている。

【００２７】電源回路１にはさらに制御回路７が設けら
れている。この制御回路７は、基準電圧生成器２４と、
誤差アンプ２３と、コンパレータ２２と、ＰＷＭコント
ローラ２１とを有している。誤差アンプ２３には、出力
電圧をサンプリングした電圧である検出電圧と、基準電
圧生成器２４が生成する基準電圧とが入力されており、
その差分が増幅されて誤差信号としてコンパレータ２２
に出力される。コンパレータ２２には、誤差信号ととも
に、周波数一定の鋸歯状波も入力されており、誤差信号
は鋸歯状波と比較されて、比較結果から、矩形波の比較
検出信号が生成され、ＰＷＭコントローラ２１に出力さ
れる。

【００２８】ＰＷＭコントローラ２１は、比較検出信号
の電圧に応じて主スイッチ素子３のゲート電圧を制御
し、主スイッチ素子３をオン／オフさせる。従って、主
スイッチ素子３のスイッチング周波数は一定であり、鋸
歯状波の比較対象である誤差信号の大きさにより、オン
／オフ比が変化する。

【００２９】誤差アンプ２３と、コンパレータ２２と、
ＰＷＭコントローラとで、出力電圧を主スイッチ素子３
に負帰還させると、検出電圧が基準電圧よりも大きい場
合には、誤差アンプ２３と、コンパレータ２２と、ＰＷ
Ｍコントローラとは、主スイッチ素子３のオフ期間を長
くさせ、その結果、検出電圧は基準電圧と一致するまで
低下する。逆に、基準電圧が検出電圧よりも高い場合に
は、主スイッチ素子のオン期間が長くなり、検出電圧は
基準電圧と一致するまで上昇する。

【００３０】上述の電源回路１は、補助スイッチ素子１
１と共振コンデンサ１２とを有しており、補助スイッチ
素子１１と共振コンデンサ１２とは互いに直列接続さ
れ、共振コイルに並列接続されている。図１では、直列
接続された補助スイッチ素子１１と共振コンデンサ１２
とを符号１５に示している。

【００３１】ここでは補助スイッチ素子１１にはｎチャ
ネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。補助スイッチ素子
１１のソース端子は共振コイル１０の主スイッチ素子３
側の一端に接続され、ドレイン端子は、共振コンデンサ
１２を介して共振コイル１０の電源側の一端に接続され
ている。この補助スイッチ素子１１のゲート端子はＰＷ
Ｍコントローラ２１に接続され、制御回路７によって制
御されている。

【００３２】上述の構成を有する電源回路１が定常運転
しているものとし、主スイッチ素子３がオンしている状
態から、主スイッチ素子３がオフし、再びオンするまで
の動作について、図２のタイミングチャートと、図３〜
図１０の電流状態図とを参照しながら以下で説明する。

【００３３】図２のタイミングチャートでは、Ｖ_Q3GSは
主スイッチ素子３のゲート−ソース間の電圧を示し、Ｖ
_Q11GSは補助スイッチ素子１１のゲート−ソース間の電
圧を示している。

【００３４】また、Ｖ_Q3DSは主スイッチ素子３のドレイ
ン−ソース間の電圧を示し、Ｖ_Q11D _Sは補助スイッチ素
子１１のドレイン−ソース間の電圧を示している。Ｉ_Q3
は主スイッチ素子３のドレイン−ソース間に流れる電流
を示し、Ｉ_Q11は補助スイッチ素子１１のドレイン−ソ
ース間に流れる電流を示している。

【００３５】さらに、Ｉ_C9は補助コンデンサ９に流れる
電流を示し、Ｉ_L10は共振コイル１０に流れる電流を示
し、Ｉ_D13は、後述する主スイッチ素子３の寄生ダイオ
ード１３に流れる電流をそれぞれ示している。

【００３６】主スイッチ素子３がオンしている状態で
は、補助スイッチ素子１１はオフ状態にあり、この状態
では、図３に示すように、直流電源２から、共振コイル
１０、主スイッチ素子３、チョークコイル４を介して負
荷８へと電流Ｉ₁が供給される。図２では、主スイッチ
素子３がオンしている状態におけるある時刻を符号ｔ₁
で示している。電流Ｉ₁が供給されることで、チョーク
コイル４及び共振コイル１０にエネルギーが蓄えられ
る。

【００３７】かかる状態から、制御回路７からの制御電
圧により、主スイッチ素子３がオフする。図２では、主
スイッチ素子３が時刻ｔ₂でオフするものとしている。
主スイッチ素子３がオフすると、図４に示すように補助
コンデンサ９を通じてチョークコイル４及び共振コイル
１０に電流Ｉ₂が流れる。電流Ｉ₂により補助コンデンサ
９が充電され、補助コンデンサ９の両端の電圧が大きく
なると、チョークコイル４及び共振コイル１０の両端子
に起電力が生じる。チョークコイル４に生じる起電力の
極性は、負荷８側の端子に正電圧が生じる向きであり、
共振コイル１０に生じる起電力の向きは、主スイッチ素
子３側の端子に正電圧が生じる向きである。

【００３８】チョークコイル４、共振コイル１０のそれ
ぞれに生じた起電力によりフライホイールダイオード５
と、寄生ダイオード１４とがそれぞれ順バイアスされ、
ターンオンする。フライホイールダイオード５がターン
オンすると、チョークコイル４、負荷８、フライホイー
ルダイオード５により閉ループが形成され、図５に示す
ように、チョークコイル４に生じた起電力により、この
閉ループに電流Ｉ₃が流されれる。

【００３９】他方、寄生ダイオード１３がターンオンす
ると、共振コイル１０に生じた起電力により、共振コイ
ル１０、寄生ダイオード１４、共振コンデンサ１２の間
に形成された閉ループに、図５に示すように電流Ｉ₄が
流される。図２では、時刻ｔ₂′でフライホイールダイ
オード５がターンオンしているものとし、時刻ｔ₃で寄
生ダイオード１４がターンオンするものとしている。

【００４０】電流Ｉ₄が寄生ダイオード１４に流れ始め
たら、制御回路７の制御信号により補助スイッチ素子１
１のゲート・ソース間にゲート信号を印加して、補助ス
イッチ素子１１を導通させる。図２では時刻ｔ₄で補助
スイッチ素子１１が導通するものとしている。

【００４１】共振コイル１０の起電力により電流Ｉ₅が
流され、その電流Ｉ₅で共振コンデンサ１２が充電され
ると、共振コイル１０に蓄積されていたエネルギーは共
振コンデンサ１２に移動する。

【００４２】共振コイル１０に蓄積されていたエネルギ
ーが共振コンデンサ１２に全部移動すると、今度は共振
コンデンサ１２が放電を開始し、図７に示すように、直
前まで流れていた電流Ｉ₅と逆向きの放電電流Ｉ₆を共振
コイル１０に流す。図２では時刻ｔ₅に、放電電流Ｉ₆が
流れはじめるものとしている。その放電電流Ｉ₆によ
り、共振コンデンサ１２から共振コイル１０へとエネル
ギーが移動したら、制御回路７により、補助スイッチ素
子１１がオフさせられる。図２では時刻ｔ₆で、補助ス
イッチ素子１１がオフさせられている。

【００４３】補助スイッチ素子１１がオフすると、共振
コイル１０は共振コンデンサ１２から切り離される。す
ると、共振コイル１０には、共振コンデンサ１２の放電
電流Ｉ₆と同じ向きの電流Ｉ₇を発生させる起電力が生じ
る。

【００４４】その電流Ｉ₇は図８に示すように、共振コ
イル１０の起電力により、直流電源２と、ターンオンし
たフライホイールダイオード５と、補助コンデンサ９と
を流れる。補助コンデンサ９は、主スイッチ素子３のド
レイン側が正、ソース側が負の極性で充電されている
が、電流Ｉ₇は補助コンデンサ９を放電させる向きに流
れるから、まず補助コンデンサ９の両端子間の電圧が低
下し、次に逆向きに充電され始める。

【００４５】主スイッチ素子３内部には、図９に示すよ
うに符号１３に示す寄生ダイオードが形成され、主スイ
ッチ素子３と並列に接続されている。補助コンデンサ９
が電流Ｉ₇により逆向きに充電され始めると、寄生ダイ
オード１３が順バイアスされ、導通すると寄生ダイオー
ド１３に電流Ｉ₈が流れる。その状態では主スイッチ素
子３のソース−ドレイン間の電圧は寄生ダイオード１３
の導通電圧Ｖ_Fでクランプされる。図２では時刻ｔ₇で寄
生ダイオード１３が導通している。

【００４６】主スイッチ素子３のソース−ドレイン間の
電圧が導通電圧Ｖ_Fでクランプされた後、主スイッチ素
子３がオンさせられる。図２では時刻ｔ₇′で主スイッ
チ素子３がオンしている。

【００４７】このように主スイッチ素子３は、寄生ダイ
オード１３が導通したのちにオンしており、オンした時
刻でのドレイン−ソース間の電圧は導通電圧Ｖ_Fであ
り、非常に小さい状態でオフからオンに転じる。従っ
て、主スイッチ素子３のスイッチング損失は非常に小さ
くなっている。

【００４８】寄生ダイオード１３を流れる電流Ｉ₈は、
図２に示した時刻ｔ₈で流れなくなり、直流電源２か
ら、共振コイル１０、主スイッチ素子３、チョークコイ
ル４を介して負荷８側へと電流Ｉ₉が供給され、次い
で、フライホイールダイオード５が逆バイアスされる
と、電流Ｉ₃は流れなくなる。この状態では、図１０に
示すように図３の状態で流れる電流Ｉ₁と同じ閉ループ
を電流Ｉ₉が流れ、時刻ｔ₁と同じ状態に復帰する。図２
では時刻ｔ₁′で、電源回路１が時刻ｔ₁と同じ状態に復
帰するものとする。以上のようにして主スイッチ素子３
はオン状態からオフし、再びオンした状態になる。上記
動作を繰り返すことにより、主スイッチ素子３はオン／
オフを繰り返す。

【００４９】なお、本実施形態では、図１に示すよう
に、直列接続された主スイッチ素子３と共振コイル１０
とのうち、共振コイル１０が直流電源２側に配置され、
主スイッチ素子３が負荷８側に配置された電源回路１に
ついて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、図
１１に示すように、主スイッチ素子３が直流電源２側に
配置され、共振コイル１０が負荷８側に配置されてなる
電源回路３１の構成としてもよい。

【００５０】また、図１２に示すようなブースト型の電
源回路４１の構成としてもよい。この電源回路４１は、
チョークコイル４とフライホイールダイオード５とが直
列接続され、チョークコイル４が直流電源２側に、フラ
イホイールダイオード５が負荷８側にそれぞれ配置さ
れ、主スイッチ素子３と共振コイル１０との直列接続回
路が直流電源２に並列に接続され、補助スイッチ回路１
５が共振コイル１０に並列接続されてなる昇圧型の電源
回路である。

【００５１】かかる電源回路４１では、主スイッチ素子
３がオフからオンに転ずると、直流電源２が生成する電
源電圧により、直流電源２、チョークコイル４、共振コ
イル１０、主スイッチ素子３で形成される閉ループに電
流が流され、この電流により、チョークコイル４及び共
振コイル１０にエネルギーが蓄積される。

【００５２】主スイッチ素子３がオンからオフに転ずる
と、蓄積されたエネルギーによりチョークコイル４及び
共振コイル１０の両端子に、それぞれ起電力が生じ、チ
ョークコイル４では、フライホイールダイオード５側の
端子に正電圧が生じ、共振コイル１０では、主スイッチ
素子３側の端子に正電圧が生じる。負荷８側には、直流
電源２で生成された電源電圧と、チョークコイル４の両
端に生じた起電力とにより、フライホイールダイオード
５を介して電流が供給され、負荷８側には、電源電圧
に、チョークコイル４の両端子間に生じる起電力が加算
された電圧が印加される。

【００５３】主スイッチ素子３が再びオフからオンに転
じたときに、負荷８側から直流電源２側へ電流が流れよ
うとしても、その電流の向きは、フライホイールダイオ
ード５が逆バイアスされる向きであるため、かかる電流
は流れないようになっている。

【００５４】主スイッチ素子３がオフからオンに転ずる
ときには、チョークコイル４及び共振コイル１０に生じ
る起電力により、補助コンデンサ９に電流が供給され、
補助コンデンサ９が充電される。

【００５５】共振コイル１０の両端子に生じる起電力に
より、補助スイッチ素子１１の寄生ダイオード１４は順
バイアスされ、次いで導通する。すると、共振コイル１
０から寄生ダイオード１４を介して共振コンデンサ１２
に電流が流される。

【００５６】この状態で補助スイッチ素子１１がオンす
ると、第三象限動作により、共振コイル１０から供給さ
れる電流は寄生ダイオード１４を介さずに、補助スイッ
チ素子１１のソース−ドレイン間を流れる。

【００５７】共振コイル１０から共振コンデンサ１２に
流れる電流により、共振コイル１０に蓄積されたエネル
ギーは共振コンデンサ１２に移動する。全部のエネルギ
ーが共振コンデンサ１２に移動すると、今度は共振コン
デンサ１２が放電を開始し、直前まで流れていた電流と
逆向きの放電電流を共振コイル１０に流す。放電した結
果、共振コンデンサ１２の両端子間の電圧が０Ｖになる
と、制御回路７により、補助スイッチ素子１１がオフさ
せられる。

【００５８】補助スイッチ素子１１がオフすると、共振
コイル１０には、共振コンデンサ１２の放電電流と同じ
向きの電流を発生させる起電力が生じる。放電電流と同
じ向きの電流は、共振コイル１０の起電力により、チョ
ークコイル４と、直流電源２とを介して補助コンデンサ
９に流される。補助コンデンサ９は、主スイッチ素子３
のドレイン側が正、ソース側が負の極性で充電されてい
るが、放電電流と同じ向きの電流は、補助コンデンサ９
を放電させる向きに流れるから、まず補助コンデンサ９
の両端子間の電圧が低下し、次に逆向きに充電され、主
スイッチ素子の寄生ダイオード１３の導通電圧Ｖ_Fでク
ランプされ、その後主スイッチ素子３がオンさせられ
る。このように、電源回路４１においても、主スイッチ
素子３は、寄生ダイオード１３がクランプされ、ソース
−ドレイン間の電圧が非常に小さい導通電圧Ｖ_Fの状態
でオフからオンに転じるので、図１の電源回路１と同様
に、主スイッチ素子３のスイッチング損失は非常に小さ
くなる。

【００５９】さらに、図１３に示すようなバックブース
ト型の電源回路５１の構成としてもよい。この電源回路
５１は、チョークコイル４が平滑化コンデンサ６に並列
接続され、フライホイールダイオード５のカソードがチ
ョークコイル４側に接続され、アノードが平滑コンデン
サ８側に接続されている点で図１の電源回路１と異な
る。

【００６０】この電源回路５１では、主スイッチ素子３
がオフからオンに転ずると、直流電源２の起電力によ
り、直流電源２、共振コイル１０、主スイッチ素子３、
チョークコイル４で形成される閉ループに電流が流さ
れ、チョークコイル４及び共振コイル１０にエネルギー
が蓄積される。

【００６１】主スイッチ素子３がオンからオフに転じる
と、蓄積されたエネルギーによりチョークコイル４及び
共振コイル１０の両端子に、それぞれ起電力が生じ、チ
ョークコイル４では、フライホイールダイオード５側の
端子に負電圧が生じ、共振コイル１０では、主スイッチ
素子３側の端子に正電圧が生じる。

【００６２】チョークコイル４の両端子に生じた起電力
により、チョークコイル４と負荷８とフライホイールダ
イオード５との間で形成される閉ループに電流が流れ
る。この電流は、図１で説明した電源回路１の負荷８側
に流れる電流と逆向きに負荷８側を流れるので、負荷８
側には、図１の電源回路１と逆極性の電圧が印加され
る。

【００６３】この回路では、主スイッチ素子３が再びオ
フからオンに転じ、直流電源２の起電力により、直流電
源２から共振コイル１０、主スイッチ素子３を介して負
荷８側に電流が流れようとしても、その電流の向きはフ
ライホイールダイオード５が逆バイアスされる向きなの
で、流れることはできない。

【００６４】主スイッチ素子３がオンからオフに転じる
ときには、蓄積されたエネルギーによりチョークコイル
４及び共振コイル１０の両端子に、それぞれ起電力が生
じる。この起電力により、補助コンデンサ９に電流が供
給され、この電流により補助コンデンサ９が充電され
る。

【００６５】共振コイル１０の両端子に生じる起電力に
より、補助スイッチ素子１１の寄生ダイオード１４は順
バイアスされ、導通する。すると、共振コイル１０から
寄生ダイオード１４を介して共振コンデンサ１２に電流
が流される。

【００６６】この状態で補助スイッチ素子１１がオンす
ると、第三象限動作により、共振コイル１０から供給さ
れる電流は寄生ダイオード１４を介さずに、補助スイッ
チ素子１１のソース−ドレイン間を流れる。

【００６７】共振コイル１０から共振コンデンサ１２に
流れる電流により、共振コイル１０に蓄積されたエネル
ギーは共振コンデンサ１２に移動する。全部のエネルギ
ーが共振コンデンサ１２に移動すると、今度は共振コン
デンサ１２が放電を開始し、直前まで流れていた電流と
逆向きの放電電流を共振コイル１０に流す。この放電電
流により、共振コンデンサ１２から共振コイル１０へと
エネルギーが移動し、共振コンデンサ１２の両端子間の
電圧が０Ｖになると、制御回路７により、補助スイッチ
素子１１がオフさせられる。

【００６８】補助スイッチ素子１１がオフすると、共振
コイル１０には、共振コンデンサ１２の放電電流と同じ
向きの電流を発生させる起電力が生じる。放電電流と同
じ向きの電流は、共振コイル１０の起電力により、直流
電源２と、チョークコイル４とを順次介して補助コンデ
ンサ９に流れる。

【００６９】補助コンデンサ９は、主スイッチ素子３の
ドレイン側が正、ソース側が負の極性で充電されている
が、放電電流と同じ向きの電流は、補助コンデンサ９を
放電させる向きに流れるから、まず補助コンデンサ９の
両端子間の電圧が低下し、次に逆向きに充電され、主ス
イッチ素子の寄生ダイオード１３の導通電圧Ｖ_Fでクラ
ンプされ、その後主スイッチ素子３がオンさせられる。

【００７０】このように主スイッチ素子３は、オンした
時刻でのソース−ドレイン間の電圧は導通電圧Ｖ_Fであ
り、非常に小さい状態でオフからオンに転じる。従っ
て、図１の電源回路１と同様に、主スイッチ素子３のス
イッチング損失は非常に小さくなる。

【００７１】また、本実施形態では、整流素子としてフ
ライホイールダイオード５を用いたが、本発明はこれに
限らず、整流素子をＭＯＳＦＥＴで構成し、第三象限動
作をするように構成してもよい。さらに、補助スイッチ
素子１１としてＭＯＳＦＥＴを用いたが、ＩＧＢＴを用
いてもよい。

【００７２】また、主スイッチ素子３、補助スイッチ素
子１１にそれぞれ寄生ダイオード１３、１４が形成され
ているものとしたが、本発明はこれに限らず、主スイッ
チ素子３、補助スイッチ素子１１の各ソース−ドレイン
間に、外付けのダイオードを接続するように構成しても
よい。

【００７３】

【発明の効果】スイッチング損失を低減し、電源回路の
効率を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源回路の一例を示す回路図

【図２】本発明の電源回路の動作を説明するタイミング
チャート

【図３】本発明の電源回路の電流状態を説明する第１の
状態図

【図４】本発明の電源回路の電流状態を説明する第２の
状態図

【図５】本発明の電源回路の電流状態を説明する第３の
状態図

【図６】本発明の電源回路の電流状態を説明する第４の
状態図

【図７】本発明の電源回路の電流状態を説明する第５の
状態図

【図８】本発明の電源回路の電流状態を説明する第６の
状態図

【図９】本発明の電源回路の電流状態を説明する第７の
状態図

【図１０】本発明の電源回路の電流状態を説明する第８
の状態図

【図１１】本発明の他の実施形態を示す第１の回路図

【図１２】本発明の他の実施形態を示す第２の回路図

【図１３】本発明の他の実施形態を示す第３の回路図

【図１４】従来の電源回路を示す回路図

【図１５】従来の電源回路の動作を説明するタイミング
チャート

【符号の説明】

１……電源回路２……直流電源３……主スイッチ
素子４……チョークコイル５……フライホイール
ダイオード(整流素子) ６……平滑コンデンサ７……制御回路８……負荷９……補助コンデン
サ１０……共振コイル１１……補助スイッチ素
子１２……共振コンデンサ１３、１４……寄生ダ
イオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主スイッチ素子と、前記主スイッチ素子が導通すると、電源から電流が供給
され、エネルギーが蓄積されるように構成されたチョー
クコイルと、前記主スイッチ素子が遮断し、チョークコイルに発生す
る起電力により順バイアスされ、前記チョークコイルの
放電電流が流れるように構成された整流素子とを有する
電源回路であって、共振コイルと、補助スイッチ素子と、共振コンデンサと
を有し、前記共振コイルは、前記主スイッチ素子に直列接続さ
れ、前記補助スイッチ素子と、共振コンデンサとが直列接続
された回路が、前記共振コイルに並列接続されたことを
特徴とする電源回路。
【請求項２】前記主スイッチ素子に並列に接続された補
助コンデンサを更に有することを特徴とする請求項１記
載の電源回路。
【請求項３】前記補助スイッチ素子は、電界効果型トラ
ンジスタで構成され、前記電界効果型トランジスタは、前記電源から前記共振
コイルに電流が供給されるときに、前記電界効果トラン
ジスタ内部の寄生ダイオードが逆バイアスされる向きに
接続されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の電源回路。