JP2001145346A - スイッチング電源装置のスナバ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング電源装置において発生するサー
ジエネルギーを再利用することが可能なスナバ回路を提
供する。 【解決手段】 スイッチング電源装置３２は、スイッチ
ング素子３５のＯＮ期間において１次巻線３４ａに蓄積
したエネルギーを、ＯＦＦ期間において２次巻線３４ｂ
に伝達するものである。そして、スナバ回路３１は、Ｏ
ＦＦ期間において発生する１次巻線３４ａのサージエネ
ルギーを吸収するコンデンサ４２と、ＯＮ期間において
コンデンサ４２から放出されるエネルギーを蓄積するイ
ンダクタ４３とを備えている。このインダクタ４３は、
ＯＦＦ期間において直流電源３３と閉回路を形成するた
め、蓄積したエネルギーを直流電源３３に回生できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるＡＣ−Ｄ
Ｃコンバータや、ＤＣ−ＤＣコンバータなどとして好適
に実施されるスイッチング電源装置に備えられ、スイッ
チング素子のＯＦＦ時に発生するノイズを除去するため
のスナバ回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯型の小型電子機器用の電源と
して、スイッチング電源装置が広く用いられている。ス
イッチング電源装置は、バッテリーから得られる直流電
圧や、商用交流を整流・平滑化して得られる直流電圧
を、例えば数百ｋＨｚ程度の高周波でスイッチングし、
小型の変圧器で所望とする電圧に高効率に変換する機能
を有するものである。

【０００３】一方で、電子機器から発生する電磁ノイズ
に対する規制が厳しくなってきている。このため、上述
のようなスイッチング電源装置には、ノイズとなるスイ
ッチングサージを吸収するためのスナバ回路が搭載され
ている。

【０００４】図９は、従来のスイッチング電源装置２に
おける構成を示す電気回路図である。このスイッチング
電源装置２は、フライバック方式のスイッチング電源装
置であり、変圧器４の１次巻線４ａおよびスイッチング
素子５からなる直列回路を、直流電源３に接続した構成
を有している。また、このスイッチング電源装置２に
は、典型的な従来技術のスナバ回路１が搭載されてい
る。

【０００５】このスナバ回路１は、スイッチングサージ
吸収用のコンデンサ１１，ダイオード１２および抵抗１
３を有している。そして、図９に示すように、コンデン
サ１１およびダイオード１２は、変圧器４の１次巻線４
ａに並列に接続される直列回路を構成しているととも
に、コンデンサ１１は、抵抗１３に並列に接続されてい
る。

【０００６】このスイッチング電源装置２では、スイッ
チング素子５のＯＮ期間において、１次巻線４ａに励磁
エネルギーを蓄積するようになっている。そして、スイ
ッチング素子５をＯＦＦ状態としたときに（ターンオフ
時に）、１次巻線４ａに蓄積されている励磁エネルギー
が２次巻線４ｂに出力されて、ダイオード６および平滑
コンデンサ７を介して、出力端子８・９間に導出される
ように設定されている。

【０００７】また、スイッチング素子５のＯＮ期間に変
圧器４の漏洩インダクタンスに蓄積され、ターンオフ時
に放出されるサージエネルギーは、ダイオード１２を介
してコンデンサ１１に吸収（蓄積）され、時間経過に伴
って、抵抗１３で消費されてゆくようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のスナバ回路１では、漏洩インダクタンスに蓄積
されるサージエネルギーが抵抗１３で消費されてしまう
ため、電力変換効率を低減できなかった。このため、ス
ナバ回路１には、近年の省エネルギー化の要求に対応で
きないという問題があった。

【０００９】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決するために成されたものである。そして、その目的
は、スイッチング電源装置において発生するサージエネ
ルギーを再利用することが可能なスナバ回路を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明にかかるスイッチング電源装置のスナバ回
路（以下、本スナバ回路とする）は、電源およびスイッ
チング素子と直列に接続された１次巻線を有し、スイッ
チング素子のＯＮ期間において１次巻線に蓄積したエネ
ルギーを、ＯＦＦ期間において２次巻線に伝達するスイ
ッチング電源装置に備えられ、ＯＦＦ期間において上記
１次巻線と第１の閉回路を形成し、サージエネルギーを
吸収するコンデンサと、ＯＮ期間において上記コンデン
サと第２の閉回路を形成し、コンデンサから放出される
サージエネルギーを励磁エネルギーに変換して蓄積する
一方、ＯＦＦ期間において上記電源と第３の閉回路を形
成し、この電源に対して励磁エネルギーを回生するイン
ダクタとを備えていることを特徴としている。

【００１１】本スナバ回路の備えられるスイッチング電
源装置では、スイッチング素子がＯＮ期間となると、１
次巻線，電源およびスイッチング素子が互いに接続さ
れ、１次巻線に、電流量に応じた励磁エネルギーが発生
するようになっている。

【００１２】また、このスイッチング電源装置は、１次
巻線と磁気的に結合しているとともに、所定の出力端子
に接続されている２次巻線を有している。そして、この
２次巻線は、ＯＦＦ期間に限り、１次巻線による誘導起
電力を受けて電流を発生するように設定されている。こ
のため、ＯＮ期間においては、１次巻線のもつ励磁エネ
ルギーは、２次巻線に伝達されず、１次巻線に蓄積され
たままとなる。

【００１３】一方、この状態でスイッチング素子がＯＦ
Ｆ期間となると、１次巻線による誘導起電力が作用し
て、２次巻線に電流が流れ始める。これにより、１次巻
線に蓄積されていた励磁エネルギーが２次巻線に伝達さ
れ、外部に出力されるようになっている。

【００１４】また、このとき、１次巻線からは、２次巻
線に伝達できなかった励磁エネルギー（サージエネルギ
ー）がスイッチング電源装置内に放出される。そして、
本スナバ回路は、このサージエネルギーを吸収し、再利
用するために備えられているものである。

【００１５】すなわち、本スナバ回路は、サージエネル
ギーを吸収するために、ＯＦＦ期間において１次巻線と
ともに第１の閉回路を形成するコンデンサを備えてい
る。そして、この第１の閉回路に電流を発生させること
によって、コンデンサに、サージエネルギーに応じた量
の電荷を保持させるように設定されている。

【００１６】また、本スナバ回路は、コンデンサに蓄積
されたサージエネルギーを再利用するために、ＯＮ期間
において、コンデンサとともに第２の閉回路を形成する
インダクタを備えている。そして、この第２の閉回路上
において、コンデンサとインダクタとの間で共振を行わ
せて、インダクタに電流を流すように設定されている。
この共振により、本スナバ回路では、コンデンサに蓄積
されていたサージエネルギーをインダクタの励磁エネル
ギーに変換し、インダクタに保持させるようになってい
る。

【００１７】さらに、インダクタは、ＯＦＦ期間におい
て、電源とともに第３の閉回路を形成するように設定さ
れている。そして、この回路において、励磁エネルギー
を有するインダクタから電源に向かう電流を発生させる
ことで、電源に対して励磁エネルギーを回生するように
なっている。

【００１８】このように、本スナバ回路では、スイッチ
ング電源装置において発生するサージエネルギーを吸収
し、電源に回生して再利用することが可能となってい
る。これにより、スイッチング電源装置を駆動するため
のエネルギーを節約できるので、運転コストを低減する
ことが可能となる。

【００１９】また、本スナバ回路では、第２の閉回路と
第３の閉回路とにおいてインダクタに流れる電流の方向
が、ともに、インダクタから電源を向いて流れるように
設定されていることが好ましい。このようにすれば、第
３の閉回路において、電源の電圧に抗する電流を簡単に
発生させられるので、エネルギーを回生することが容易
となる。

【００２０】また、本スナバ回路では、第２の閉回路
に、コンデンサにおけるサージエネルギーの放出を補助
する（促進する）ための補助電源を設けることが好まし
い。このようにすれば、第２の閉回路におけるインダク
タ・コンデンサ間の共振動作を、円滑に行うことが可能
となる。

【００２１】なお、このような補助電源としては、例え
ば、１次巻線と磁気的に結合された補助巻線を用いるこ
とができる。また、この場合、第３の閉回路に、ＯＦＦ
期間において補助巻線に誘起される電圧の影響を回避す
るための第１のダイオードを設けることが好ましい。こ
れにより、第３の閉回路に対する補助巻線の影響を簡単
に回避できるので、電源に対するエネルギーの回生を円
滑に行うことが可能となる。

【００２２】また、本スナバ回路には、電源からインダ
クタに向かう電流を遮断するための第２のダイオードを
設けることが好ましい。このようにすれば、電源のエネ
ルギーが、インダクタに直接的に蓄積されることを回避
できる。

【００２３】また、本スナバ回路には、電源からコンデ
ンサに向かう電流を遮断するための第３のダイオードを
設けることが好ましい。このようにすれば、電源のコン
デンサに対する悪影響（電源からコンデンサに直接的に
電荷が流れ込むこと等）を回避することが可能となる。

【００２４】また、上記した本スナバ回路は、以下のよ
うに構成することもできる。すなわち、本スナバ回路
を、上記コンデンサおよび第３のダイオードが、１次巻
線と並列に、上記電源とスイッチング素子との間に接続
されているとともに、上記インダクタおよび第２のダイ
オードが、上記コンデンサおよびスイッチング素子と並
列に、第３のダイオードと電源との間に接続されてお
り、さらに、上記補助巻線および第１のダイオードが、
第２のダイオードの両端に接続されている構成とするこ
ともできる。

【００２５】また、本スナバ回路を、上記コンデンサ
が、上記スイッチング素子と並列に、上記電源と１次巻
線との間に接続されているとともに、上記インダクタを
２つの第２のダイオードの間に挟んで構成される直列回
路が、１次巻線およびスイッチング素子と並列に、上記
電源の両端に接続されており、さらに、第２のダイオー
ドの一方が、上記コンデンサの両端に接続されていると
ともに、この第２のダイオードと上記インダクタとから
なる直列回路の両端に、上記補助巻線および第１のダイ
オードが接続されている構成とすることもできる。本ス
ナバ回路をこれらのように構成すれば、本スナバ回路を
簡単かつ容易に形成することが可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の第１の
実施形態について以下に説明する。図１は、本実施の形
態にかかるスイッチング電源装置３２の電気回路図であ
る。このスイッチング電源装置３２は、直流あるいは交
流電圧に対し、高周波スイッチングおよび電圧変換を施
して所望の出力電圧を生成する、フライバック方式のス
イッチング電源装置である。

【００２７】まず、スイッチング電源装置３２の構成に
ついて説明する。図１に示すように、スイッチング電源
装置３２は、スナバ回路３１，直流電源３３，変圧器３
４，スイッチング素子３５，ダイオード３６および平滑
コンデンサ３７を備えた構成である。

【００２８】直流電源３３は、所定電圧の直流電流を出
力するバッテリーである。スイッチング素子３５は、電
界効果型トランジスタからなるスイッチである。

【００２９】変圧器３４は、１次巻線３４ａと、この１
次巻線３４ａと磁気的に結合された２次巻線３４ｂおよ
び補助巻線３４ｃとから構成されている。１次巻線３４
ａは、直流電源３３の電源電圧に応じた励磁エネルギー
を発生・蓄積するためのコイルであり、スイッチング素
子３５とともに、直流電源３３の両端子間に接続される
直列回路を形成している。

【００３０】この１次巻線３４ａは、スイッチング素子
３５がＯＮ状態となっている期間（ＯＮ期間）におい
て、直流電源３３の電圧に応じた励磁エネルギーを蓄積
するように設定されている。そして、１次巻線３４ａ
は、スイッチング素子３５がＯＦＦ状態となっている期
間（ＯＦＦ期間）において、励磁エネルギーを２次巻線
３４ｂに伝達するようになっている。

【００３１】２次巻線３４ｂは、１次巻線３４ａとは逆
向きの極性を有するコイルであり、ＯＦＦ期間におい
て、１次巻線３４ａから伝達された励磁エネルギーを外
部に出力する機能を有するものである。なお、１次巻線
３４ａから２次巻線３４ｂに伝達された励磁エネルギー
は、ダイオード３６を介して取り出された後、平滑コン
デンサ３７によって平滑化され、出力端子３８・３９間
において、所定の２次側電圧Ｖｏとして出力されるよう
になっている。

【００３２】補助巻線３４ｃは、１次巻線３４ａと等し
い極性を有するコイルであり、後述するスナバ回路３１
の一部を構成している。スナバ回路３１は、１次巻線３
４ａから２次巻線３４ｂに伝達し損ねたエネルギー（サ
ージエネルギー）を吸収し、直流電源３３に回生するた
めのものである。そして、図１に示すように、スナバ回
路３１は、ダイオード４１・４４・４５，コンデンサ４
２，インダクタ４３，変圧器３４の補助巻線３４ｃから
構成されている。

【００３３】コンデンサ４２は、ＯＦＦ期間において１
次巻線３４ａから放出されるサージエネルギーを吸収す
るものである。また、コンデンサ４２は、ＯＮ期間にお
いて電荷を放電することによって、吸収したサージエネ
ルギーをインダクタ４３に伝達する機能も有している。

【００３４】インダクタ４３は、ＯＮ期間においてコン
デンサ４２と閉回路を形成するようになっている。そし
て、この閉回路に、コンデンサ４２に蓄積されたサージ
エネルギーに応じた共振電流を発生させることで、サー
ジエネルギーを励磁エネルギーに変換し、蓄積する機能
を有している。また、インダクタ４３は、ＯＦＦ期間に
おいて、直流電源３３とともに閉回路を形成するように
設定されている。そして、この閉回路を用いて、ＯＮ期
間に蓄積した励磁エネルギーを、直流電源３３に回生す
るようになっている。

【００３５】補助巻線（補助電源）３４ｃは、１次巻線
３４ａからの磁界を受けて誘起電圧を発生させ、この電
圧によってコンデンサ４２からの放電を補助する（促進
する）ためのものである。

【００３６】ダイオード４１・４４・４５は、ＯＮ期間
およびＯＦＦ期間において、スイッチング電源装置３２
内の電流経路を適切に制限するためのものである。すな
わち、ダイオード（第３のダイオード）４１は、ＯＮ期
間において、直流電源３３からコンデンサ４２に向かう
電流を遮断する機能を有している。

【００３７】また、このダイオード（第３のダイオー
ド）４１およびダイオード（第２のダイオード）４５
は、直流電源３３からインダクタ４３に向かう電流を遮
断する機能を有している。また、ダイオード（第１のダ
イオード）４４は、補助巻線３４ｃに誘起される電圧に
よって発生する電流を制御する機能を有している。

【００３８】また、図１に示すように、ダイオード４１
およびコンデンサ４２は、変圧器３４の１次巻線３４ａ
と並列となるように直流電源３３に接続される、直列回
路を形成している。この直列回路では、ダイオード４１
のアノード側にコンデンサ４２が接続されている。ま
た、直流電源３３の正極にダイオード４１のカソード
が、スイッチング素子３５のドレインＤにコンデンサ４
２が、それぞれ接続されるようになっている。

【００３９】インダクタ４３およびダイオード４５は、
スイッチング素子３５およびコンデンサ４２からなる直
列回路と並列となるように、ダイオード４１と直流電源
３３の負極との間に配置される、直列回路を形成してい
る。この直列回路では、インダクタ４３の一端がダイオ
ード４５のカソードに、同じく他端がダイオード４１の
アノードとコンデンサ４２とに接続されている。また、
ダイオード４５のアノードは、直流電源３３の負極とス
イッチング素子３５のソースＳとに接続されるようにな
っている。

【００４０】補助巻線３４ｃおよびダイオード４４は、
ダイオード４５の両端に接続される直列回路を形成して
いる。この直列回路では、ダイオード４４のアノードが
補助巻線３４ｃの一端に、同じくカソードがインダクタ
４３とダイオード４５のカソードとの間に接続されてい
る。また、補助巻線３４ｃの他端は、ダイオード４５の
アノード，スイッチング素子３５のソースＳおよび直流
電源３３の負極に接続されている。

【００４１】次に、スイッチング電源装置３２の動作に
ついて説明する。図２は、スイッチング素子３５のＯＮ
期間において、スイッチング電源装置３２に形成される
閉回路Ｓ₀ ・Ｓ₁ 、および、これらの閉回路Ｓ₀ ・Ｓ₁
に流れる電流Ｉ₀ ・Ｉ₁ を示す説明図である。

【００４２】また、図３は、スイッチング素子３５のＯ
ＦＦ期間において、スイッチング電源装置３２に形成さ
れる閉回路Ｓ₂ ・Ｓ₃ 、および、これらの閉回路Ｓ₂ ・
Ｓ₃に流れる電流Ｉ₂ ・Ｉ₃ を示す説明図である。さら
に、図４（ａ）〜（ｅ）は、ＯＮ・ＯＦＦ期間におけ
る、コンデンサ４２の充電電圧Ｖ_C42 ，電流Ｉ₁ 〜Ｉ₃
およびスイッチング素子３５の両端にかかる電圧（ソー
スＳ−ドレインＤ間電圧）Ｖ_DSの波形を示すグラフであ
る。

【００４３】図２に示すように、スイッチング素子３５
のＯＮ期間においては、１次巻線３４ａおよびスイッチ
ング素子３５が、直流電源３３とともに閉回路Ｓ₀ を形
成している。さらに、ＯＮ期間では、ダイオード４４，
インダクタ４３，コンデンサ４２および補助巻線３４ｃ
が、スイッチング素子３５とともに閉回路（第２の閉回
路）Ｓ₁ を形成するように設定されている。

【００４４】一方、図３に示すように、スイッチング素
子３５のＯＦＦ期間においては、ダイオード４１，イン
ダクタ４３およびダイオード４５は、直流電源３３とと
もに閉回路（第３の閉回路）Ｓ₂ を形成するようになっ
ている。また、ＯＦＦ期間では、コンデンサ４２，ダイ
オード４１が、１次巻線３４ａとともに閉回路（第１の
閉回路）Ｓ₃ を形成するように設定されている。

【００４５】さて、コンデンサ４２が、図２に示す極性
に充電されているとする。この状態で、スイッチング素
子３５がＯＮとなると（ターンオンすると）、直流電源
３３，変圧器３４の１次巻線３４ａおよびスイッチング
素子３５からなる閉回路Ｓ₀が形成され、１次巻線３４
ａに、『●』の向きに電流Ｉ₀ が流れ始める。

【００４６】また、このとき、電流Ｉ₀ が流れることに
よって発生する磁束によって、２次巻線３４ｂ（図１参
照）に、『●』と反対方向の電圧が誘起される。しかし
ながら、ダイオード３６がＯＦＦ（非導通）となるの
で、平滑コンデンサ３７への充電電流は流れない。この
ため、１次巻線３４ａを流れる電流Ｉ₀ の大きさは時間
経過とともに上昇し、１次巻線３４ａに励磁エネルギー
が蓄積されてゆくことになる。

【００４７】また、スイッチング素子３５のＯＮ期間で
は、補助巻線３４ｃ，ダイオード４４，インダクタ４
３，コンデンサ４２およびスイッチング素子３５が、閉
回路Ｓ ₁ を形成する。このため、図４（ａ）に示すよう
に、コンデンサ４２の電荷が放電され、この閉回路Ｓ₁
内において、コンデンサ４２・インダクタ４３による共
振動作が開始される。また、ＯＮ期間では、補助巻線３
４ｃに、『●』と反対方向の電圧が誘起される。このた
め、コンデンサ４２の放電が補助されて、閉回路Ｓ₁ 内
における共振動作が促進される。また、ダイオード４５
においては、カソード側の電圧がアノード側より高くな
る。

【００４８】従って、コンデンサ４２・インダクタ４３
の共振動作においては、ダイオード４５を流れる電流は
発生しない一方、ダイオード４４および補助巻線３４ｃ
を含む閉回路Ｓ₁ に、図２および図４（ｂ）に示すよう
な電流Ｉ₁ が発生するようになっている。そして、この
電流Ｉ₁ により、コンデンサ４２のエネルギーが放出さ
れ、インダクタ４３によって励磁エネルギーに変換・蓄
積される。

【００４９】この状態において、スイッチング素子３５
がＯＦＦとなると（ターンオフすると）、１次巻線３４
ａは、コンデンサ４２およびダイオード４１とともに閉
回路Ｓ₃ を形成する。そして、この閉回路Ｓ₃ に、図３
および図４（ｄ）に示すような電流Ｉ₃ が流れ始める。

【００５０】このとき、１次巻線３４ａに印加される電
圧がなくなり、インダクタとして働くため、アンペアタ
ーンの法則で『●』の方向に電流が発生する。従って、
ダイオード３６が導通となって、１次巻線３４ａに蓄積
されていた励磁エネルギーが２次巻線３４ｂ側に伝達さ
れ、出力端子３８・３９間において、所定の２次側電圧
Ｖｏとして出力される。

【００５１】また、１次巻線３４ａの励磁エネルギーの
うち、２次巻線３４ｂに伝達できなかった分（変圧器３
４の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギー；サー
ジエネルギー）は、電流Ｉ₃ によりコンデンサ４２に伝
達される。このとき、コンデンサ４２は、ＯＮ期間に電
荷を放電しているため、サージエネルギーに応じた電荷
を蓄積できるようになっている。

【００５２】また、スイッチング素子３５のＯＦＦ期間
では、ダイオード４１，インダクタ４３およびダイオー
ド４５は、直流電源３３とともに閉回路Ｓ₂ を形成す
る。このとき、補助巻線３４ｃには『●』の方向（下向
き）の起電力が誘起されるため、ダイオード４４は非導
通となる一方、ダイオード４５は導通となる。

【００５３】また、インダクタ４３には、ＯＦＦ期間と
なるときまで、インダクタ４３から直流電源３３に向か
う方向を有する電流Ｉ₁ （図２および図４（ｂ）参照）
が流れている。このため、ダイオード４１が導通とな
り、図３および図４（ｃ）に示すように、閉回路Ｓ₂ に
は、電流Ｉ₁ の終値（ＯＦＦ期間となる直前にインダク
タ４３に流れていた電流Ｉ₁ の値）を初期値とする電流
Ｉ₂ が発生する。そして、この電流Ｉ₂ により、インダ
クタ４３に蓄積されていた励磁エネルギーが、直流電源
３３に回生される。

【００５４】なお、この電流Ｉ₂ は、直流電源３３の電
圧値Ｖ₃₃，インダクタ４３のインダクタンスＬ₄₃および
電流Ｉ₂ の初期値Ｉ_p によって、以下のように求められ
る。すなわち、

【００５５】

【数１】

【００５６】この式（１）における（−Ｖ₃₃／Ｌ₄₃）
が、図４（ｃ）に示した電流Ｉ₂ の傾きとなり、Ｉ_p が
同じく初期値となる。また、電流Ｉ₂ は、ダイオード４
１・４５によって逆流しないように設定されているた
め、負となる（逆流する）ことはない。

【００５７】以上のように、スイッチング電源装置３２
は、スイッチング素子３５のＯＮ期間において１次巻線
３４ａに蓄積したエネルギーを、ＯＦＦ期間において２
次巻線３４ｂに伝達することで、出力端子３８・３９間
に出力電圧Ｖｏを発生するように設定されている。

【００５８】また、スイッチング電源装置３２に含まれ
るスナバ回路３１は、１次巻線３４ａと並列に直流電源
３３に接続され、ＯＦＦ期間において１次巻線３４ａと
閉回路Ｓ₃ を形成するコンデンサ４２を備えている。

【００５９】そして、スナバ回路３１では、この閉回路
Ｓ₃ を用いて、ＯＦＦ期間において発生するサージエネ
ルギー、すなわち、１次巻線３４ａから２次巻線３４ｂ
に伝達できなかったエネルギーを１次巻線３４ａから放
出させて電流Ｉ₃ を発生させ、サージエネルギー（サー
ジエネルギーに応じた電荷）をコンデンサ４２に蓄積す
るようになっている。

【００６０】また、スナバ回路３１は、ＯＮ期間におい
てコンデンサ４２とともに閉回路Ｓ ₁ を形成するインダ
クタ４３を有している。そして、スナバ回路３１では、
この閉回路Ｓ₁ を用いて、コンデンサ４２に蓄積されて
いる電荷を放電させて電流Ｉ ₁ を発生させることで、サ
ージエネルギーを励磁エネルギーに変換してインダクタ
４３に蓄積させるようになっている。

【００６１】さらに、このインダクタ４３は、ＯＦＦ期
間において、直流電源３３とともに閉回路Ｓ₂ を形成す
るように設定されている。そして、スナバ回路３１で
は、この閉回路Ｓ₂ を用いて、直流電源３３の電圧値，
インダクタ４３のインダクタンスおよびインダクタ４３
を流れていた電流値（電流Ｉ₂ の初期値）に応じた、電
流Ｉ₂ を発生させるようになっている。

【００６２】また、上記した電流Ｉ₂ の初期値は、ＯＮ
期間において閉回路Ｓ₁ に流れていた電流Ｉ₁ の終値で
あり、インダクタ４３の保持している励磁エネルギーに
応じた大きさを有している。また、その向きは、インダ
クタ４３から直流電源３３に向かう方向となっている。
従って、ＯＦＦ期間では、この初期値によって、直流電
源３３の電圧に抗して電流Ｉ₂ を流すことが可能とな
り、インダクタ４３のもつ励磁エネルギーを直流電源３
３に回生できるようになっている。

【００６３】このように、スナバ回路３１を用いれば、
スイッチング電源装置３２において発生するサージエネ
ルギーを吸収し、直流電源３３に回生して再利用するこ
とが可能となっている。これにより、スイッチング電源
装置３２を駆動するためのエネルギーを節約できるの
で、運転コストを低減させることが可能となる。

【００６４】また、スナバ回路３１には、直流電源３３
とコンデンサ４２との間にダイオード４１が設けられて
いる。これにより、ＯＮ期間およびＯＦＦ期間におい
て、直流電源３３からコンデンサ４２に向かう電流を遮
断できるようになっている。このため、直流電源３３の
コンデンサ４２に対する悪影響（直流電源３３からコン
デンサ４２に直接的に電荷が流れ込むこと等）を回避す
ることが可能となっている。

【００６５】また、このダイオード４１およびダイオー
ド４５は、ＯＮ期間およびＯＦＦ期間において、直流電
源３３からインダクタ４３に向かう電流（例えば、ＯＦ
Ｆ期間における電流Ｉ₂ の逆流）を遮断するようになっ
ている。従って、スナバ回路３１では、直流電源３３の
エネルギーが、インダクタ４３内に直接的に蓄積される
ことを回避できるようになっている。

【００６６】また、スナバ回路３１では、図１に示すよ
うに、閉回路Ｓ₁ 内に補助巻線３４ｃを含めるようにな
っている。そして、この補助巻線３４ｃが、ＯＮ期間に
おいて誘起される電圧により、コンデンサ４２の放電を
補助するように設定されている。これにより、インダク
タ４３・コンデンサ４２間の共振動作を円滑に行うこと
が可能となっている。

【００６７】また、スナバ回路３１では、ＯＦＦ期間に
おいて、補助巻線３４ｃの誘起電圧による電流をダイオ
ード４４によって遮断するようになっている。さらに、
補助巻線３４ｃを回避できるように、ダイオード４５を
含む経路を設けるように設定されている。これにより、
閉回路Ｓ₂ に対する補助巻線３４ｃの影響を回避できる
ので、電流Ｉ₂ によるエネルギーの回生をさらに円滑に
行うことが可能となっている。

【００６８】なお、スナバ回路３１では、電流Ｉ₂ の初
期値となる電流Ｉ₁ の終値の方向が、インダクタ４３か
ら直流電源３３に向かう方向となっている。このような
電流Ｉ₁ の方向設定は、ＯＦＦ期間において、コンデン
サ４２のスイッチング素子３５側に正電荷が蓄積される
ように、直流電源３３の極性および１次巻線３４ａの極
性を適切に選択することで実現できる。また、ダイオー
ド４１・４５は、直流電源３３からインダクタ４３に向
かう電流を遮断する、第２のダイオードとしての機能を
有しているといえる。

【００６９】〔実施の形態２〕本発明の第２の実施形態
について説明する。なお、本実施の形態では、実施の形
態１に示した部材と同一の機能を有する部材には同一の
符号を付し、その説明を省略する。

【００７０】図５は、本実施の形態にかかるスイッチン
グ電源装置５２の構成を示す電気回路図である。スイッ
チング電源装置５２は、スイッチング電源装置３２と同
様に、直流あるいは交流電圧に対し、高周波スイッチン
グおよび電圧変換を施して所望の出力電圧を生成する、
フライバック方式のスイッチング電源装置である。

【００７１】まず、スイッチング電源装置５２の構成に
ついて説明する。図５に示すように、スイッチング電源
装置５２は、スイッチング電源装置３２の構成におい
て、スナバ回路３１に代えてスナバ回路５１を備えると
ともに、補助巻線３４ｃの極性を、１次巻線３４ａと逆
にした構成である。

【００７２】以下に、スナバ回路５１の構成について説
明する。図５に示すように、スナバ回路５１は、ダイオ
ード６１・６３・６５・６６，コンデンサ６２，インダ
クタ６４，変圧器３４の補助巻線３４ｃから構成されて
いる。

【００７３】コンデンサ６２は、スイッチング素子３５
のＯＦＦ期間において１次巻線３４ａから放出されるサ
ージエネルギーを吸収するものである。また、コンデン
サ６２は、ＯＮ期間において電荷を放電することによっ
て、吸収したサージエネルギーをインダクタ６４に伝達
する機能も有している。

【００７４】インダクタ６４は、ＯＮ期間においてコン
デンサ６２と閉回路を形成するようになっている。そし
て、この閉回路に、コンデンサ６２に蓄積されたサージ
エネルギーに応じた共振電流を発生させることで、サー
ジエネルギーを励磁エネルギーに変換し、蓄積する機能
を有している。また、インダクタ６４は、ＯＦＦ期間に
おいて、直流電源３３とともに閉回路を形成するように
設定されている。そして、この閉回路を用いて、ＯＮ期
間に蓄積した励磁エネルギーを、直流電源３３に回生す
るようになっている。

【００７５】補助巻線（補助電源）３４ｃは、１次巻線
３４ａからの磁界を受けて誘起電圧を発生させ、この電
圧によってコンデンサ６２の放電を補助する（促進す
る）ためのものである。

【００７６】ダイオード６１・６３・６５・６６は、Ｏ
Ｎ期間およびＯＦＦ期間において、スイッチング電源装
置５２内の電流経路を適切に制限するためのものであ
る。すなわち、ダイオード（第２のダイオード）６３・
６６は、直流電源３３からインダクタ６４に向かう電流
を遮断する機能も有している。また、ダイオード（第１
のダイオード）６５は、補助巻線３４ｃに誘起される電
圧によって発生する電流の方向を制御するものである。

【００７７】また、ダイオード６１およびコンデンサ６
２は、スイッチング素子３５と並列に、１次巻線３４ａ
と直流電源３３の負極とに接続される直列回路を形成し
ている。この直列回路では、ダイオード６１のカソード
がコンデンサ６２の一端に、同じくアノードがスイッチ
ング素子３５のドレインＤと１次巻線３４ａとに接続さ
れるようになっている。また、コンデンサ６２の他端
は、スイッチング素子３５のソースＳおよび直流電源３
３の負極に接続されている。

【００７８】ダイオード６３，インダクタ６４およびダ
イオード６６は、１次巻線３４ａおよびスイッチング素
子３５からなる直列回路と並列に、直流電源３３の両極
に接続される、直列回路を形成している。この直列回路
では、インダクタ６４が、ダイオード６６のアノードと
ダイオード６３のカソードとの間に配置されている。ま
た、ダイオード６６のカソードは、直流電源３３の正極
および１次巻線３４ａに接続されている。

【００７９】また、ダイオード６３は、ダイオード６１
と直流電源３３の負極との間において、コンデンサ６２
と並列に接続されている。すなわち、ダイオード６３の
カソードは、ダイオード６１のアノード，インダクタ６
４，コンデンサ６２の一端に接続されている。また、ダ
イオード６３のアノードは、コンデンサ６２の他端と直
流電源３３の負極とに接続されるようになっている。

【００８０】補助巻線３４ｃおよびダイオード６５は、
ダイオード６３およびインダクタ６４からなる直列回路
と並列となるように、ダイオード６６と直流電源３３と
の間に接続される直列回路を形成している。この直列回
路では、ダイオード６５のカソードが補助巻線３４ｃの
一端に、同じくアノードがインダクタ６４とダイオード
６６のアノードとに接続されている。また、補助巻線３
４ｃの他端は、直流電源３３の負極，スイッチング素子
３５のソースＳ，コンデンサ６２およびダイオード６３
のアノードに接続されるようになっている。

【００８１】次に、スイッチング電源装置５２の動作に
ついて説明する。図６は、スイッチング素子３５のＯＮ
期間において、スイッチング電源装置５２に形成される
閉回路Ｓ₄ ・Ｓ₅ 、および、これらの閉回路Ｓ₄ ・Ｓ₅
に流れる電流Ｉ₄ ・Ｉ₅ を示す説明図である。

【００８２】また、図７は、スイッチング素子３５のＯ
ＦＦ期間において、スイッチング電源装置５２に形成さ
れる閉回路Ｓ₆ ・Ｓ₇ 、および、これらの閉回路Ｓ₆ ・
Ｓ₇に流れる電流Ｉ₆ ・Ｉ₇ を示す説明図である。さら
に、図８（ａ）〜（ｅ）は、コンデンサ６２の充電電圧
Ｖ_C62 ，電流Ｉ₅ 〜Ｉ₇ およびスイッチング素子３５の
両端にかかる電圧（ソースＳ−ドレインＤ間電圧）Ｖ_DS
の波形を示すグラフである。

【００８３】図６に示すように、スイッチング電源装置
５２では、スイッチング素子３５のＯＮ期間において、
１次巻線３４ａおよびスイッチング素子３５が、直流電
源３３とともに閉回路Ｓ₄ を形成している。さらに、Ｏ
Ｎ期間では、コンデンサ６２，インダクタ６４，ダイオ
ード６５および補助巻線３４ｃが、閉回路（第２の閉回
路）Ｓ₅ を形成するように設定されている。

【００８４】一方、図７に示すように、スイッチング素
子３５のＯＦＦ期間では、ダイオード６３，インダクタ
６４，ダイオード６６および直流電源３３が閉回路（第
３の閉回路）Ｓ₆ を形成している。また、ＯＦＦ期間に
おいては、直流電源３３，１次巻線３４ａ，ダイオード
６１およびコンデンサ６２が、閉回路（第１の閉回路）
Ｓ₇ 形成するように設定されている。

【００８５】さて、コンデンサ６２が図６に示す極性に
充電されているとする。この状態でスイッチング素子３
５がターンオンすると、直流電源３３，１次巻線３４ａ
およびスイッチング素子３５からなる閉回路Ｓ₄ が形成
され、１次巻線３４ａに、『●』の方向に電流Ｉ₄ が流
れ始める。

【００８６】また、このとき、電流Ｉ₄ が流れることに
よって発生する磁束によって、２次巻線３４ｂ（図５参
照）に、『●』と反対方向の電圧が誘起される。しかし
ながら、ダイオード３６がＯＦＦとなるため、平滑コン
デンサ３７への充電電流は流れない。このため、１次巻
線３４ａを流れる電流Ｉ₄ の大きさは時間経過とともに
上昇し、１次巻線３４ａに励磁エネルギーが蓄積されて
ゆくことになる。

【００８７】また、このときには、コンデンサ６２の充
電状態に従って、ダイオード６３が非導通となってい
る。従って、ＯＮ期間では、ダイオード６５，補助巻線
３４ｃ，コンデンサ６２およびインダクタ６４が閉回路
Ｓ₅ を形成する。このため、図８（ａ）に示すように、
コンデンサ６２の電荷が放電され、閉回路Ｓ₅ 内におい
てコンデンサ６２・インダクタ６４による共振動作が開
始される。また、ＯＮ期間では、補助巻線３４ｃに
『●』と反対方向（下向き）の電圧が誘起される。この
ため、コンデンサ６２の放電が補助され、閉回路Ｓ₅ 内
における共振動作が促進されるようになっている。

【００８８】そして、この共振動作よって、閉回路Ｓ₅
に、図６および図８（ｂ）に示すような電流Ｉ₅ が発生
し、コンデンサ６２のエネルギーが放出され、インダク
タ６４によって励磁エネルギーに変換・蓄積される。

【００８９】この状態において、スイッチング素子３５
がターンオフすると、１次巻線３４ａは、直流電源３
３，ダイオード６１およびコンデンサ６２とともに閉回
路Ｓ₇を形成する。そして、この閉回路Ｓ₇ に、図７お
よび図８（ｄ）に示すような電流Ｉ₇ が流れ始める。

【００９０】このとき、１次巻線３４ａに印加される電
圧がなくなり、インダクタとして働くため、アンペアタ
ーンの法則で『●』の方向に電流が発生する。従って、
ダイオード３６が導通となって、１次巻線３４ａに蓄積
されていた励磁エネルギーが２次巻線３４ｂ側に伝達さ
れ、出力端子３８・３９間において、所定の２次側電圧
Ｖｏとして出力される。

【００９１】また、１次巻線３４ａの励磁エネルギーの
うち、２次巻線３４ｂに伝達できなかった分（変圧器３
４の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギー；サー
ジエネルギー）は、電流Ｉ₇ によりコンデンサ６２に伝
達される。このとき、コンデンサ６２は、ＯＮ期間に電
荷を放電しているため、サージエネルギーに応じた電荷
を蓄積できるようになっている。

【００９２】また、スイッチング素子３５のＯＦＦ期間
では、ダイオード６３，インダクタ６４およびダイオー
ド６６は、直流電源３３とともに閉回路Ｓ₆ を形成す
る。このとき、補助巻線３４ｃには『●』の方向（上向
き）の起電力が誘起されるため、ダイオード６５は非導
通となる一方、ダイオード６３は導通となる。

【００９３】また、インダクタ６４には、ＯＦＦ期間と
なるときまで、図６および図８（ｂ）に示した電流Ｉ₅
が流れている。このため、ダイオード６６が導通とな
り、図７および図８（ｃ）に示すように、閉回路Ｓ₆ に
は、電流Ｉ₅ の終値（ＯＦＦ期間となる直前にインダク
タ６４に流れている電流Ｉ₅ の値）を初期値とする電流
Ｉ₆ が発生する。そして、この電流Ｉ₆ により、インダ
クタ６４に蓄積されていた励磁エネルギーが、直流電源
３３に回生される。

【００９４】なお、この電流Ｉ₆ は、直流電源３３の電
圧値Ｖ₃₃，インダクタ６４のインダクタンスＬ₆₄および
電流Ｉ₆ の初期値Ｉ_p によって、以下のように求められ
る。すなわち、

【００９５】

【数２】

【００９６】この式（２）における（−Ｖ₃₃／Ｌ₆₄）
が、図８（ｃ）に示した電流Ｉ₆ の傾きとなり、Ｉ_p が
同じく初期値となる。また、電流Ｉ₆ は、ダイオード６
３・６６によって逆流しないように設定されているた
め、負となる（逆流する）ことはない。

【００９７】以上のように、スイッチング電源装置５２
は、スイッチング素子３５のＯＮ期間において１次巻線
３４ａに蓄積したエネルギーを、ＯＦＦ期間において２
次巻線３４ｂに伝達することで、出力端子３８・３９間
に出力電圧Ｖｏを発生するように設定されている。

【００９８】また、スイッチング電源装置５２に含まれ
るスナバ回路５１は、１次巻線３４ａと並列に直流電源
３３に接続され、ＯＦＦ期間において１次巻線３４ａと
閉回路Ｓ₇ を形成するコンデンサ６２を備えている。

【００９９】そして、スナバ回路５１では、この閉回路
Ｓ₇ を用いて、ＯＦＦ期間において発生するサージエネ
ルギー、すなわち、１次巻線３４ａから２次巻線３４ｂ
に伝達できなかったエネルギーを１次巻線３４ａから放
出させて電流Ｉ₇ を発生させ、サージエネルギー（サー
ジエネルギーに応じた電荷）をコンデンサ６２に蓄積す
るようになっている。

【０１００】また、スナバ回路５１は、ＯＮ期間におい
てコンデンサ６２とともに閉回路Ｓ ₅ を形成するインダ
クタ６４を有している。そして、スナバ回路５１では、
この閉回路Ｓ₅ を用いて、コンデンサ６２に蓄積されて
いる電荷を放電させて電流Ｉ ₅ を発生させることで、サ
ージエネルギーを励磁エネルギーに変換してインダクタ
６４に蓄積させるようになっている。

【０１０１】さらに、このインダクタ６４は、ＯＦＦ期
間において、直流電源３３とともに閉回路Ｓ₆ を形成す
るように設定されている。そして、スナバ回路５１で
は、この閉回路Ｓ₆ を用いて、直流電源３３の電圧値，
インダクタ６４のインダクタンスおよびインダクタ６４
を流れていた電流値（電流Ｉ₆ の初期値）に応じた、電
流Ｉ₆ を発生させるようになっている。

【０１０２】また、上記した電流Ｉ₆ の初期値は、ＯＮ
期間において閉回路Ｓ₅ に流れていた電流Ｉ₅ の終値で
あり、インダクタ６４の保持している励磁エネルギーに
応じた大きさを有している。また、その向きは、インダ
クタ６４から直流電源３３に向かう方向となっている。
従って、ＯＦＦ期間では、この初期値によって、直流電
源３３の電圧に抗して電流Ｉ₆ を流すことが可能とな
り、インダクタ６４のもつ励磁エネルギーを直流電源３
３に回生できるようになっている。

【０１０３】このように、スナバ回路５１を用いれば、
スイッチング電源装置５２において発生するサージエネ
ルギーを吸収し、直流電源３３に回生して再利用するこ
とが可能となっている。これにより、スイッチング電源
装置５２を駆動するためのエネルギーを節約できるの
で、運転コストを低減させることが可能となる。

【０１０４】また、スナバ回路５１では、図５に示すよ
うに、閉回路Ｓ₅ 内に補助巻線３４ｃを含めるようにな
っている。そして、この補助巻線３４ｃが、ＯＮ期間に
おいて誘起される電圧により、コンデンサ６２の放電を
補助するように設定されている。これにより、コンデン
サ６２・インダクタ６４間の共振動作を円滑に行うこと
が可能となっている。

【０１０５】また、スナバ回路５１では、ＯＦＦ期間に
発生する補助巻線３４ｃの誘起電圧による電流を、ダイ
オード６５によって遮断するようになっている。さら
に、コンデンサ６２を回避するために、ダイオード６３
を含む経路を設けるように設定されている。これによ
り、閉回路Ｓ₆ に対する補助巻線３４ｃおよびコンデン
サ６２の影響を回避できるので、電流Ｉ₆ によるエネル
ギーの回生を円滑に行うことが可能となっている。

【０１０６】また、スナバ回路５１では、ＯＮ期間およ
びＯＦＦ期間において、直流電源３３からインダクタ６
４に向かう電流（例えば、ＯＦＦ期間における電流Ｉ₆
の逆流）を、ダイオード６３・６６によって遮断するよ
うになっている。従って、スナバ回路５１では、直流電
源３３のエネルギーが、インダクタ６４内に直接的に蓄
積されることを回避できるようになっている。

【０１０７】また、スナバ回路５１では、電流Ｉ₆ の初
期値となる電流Ｉ₅ の終値の方向が、インダクタ６４か
ら直流電源３３に向かう方向となっている。このような
電流Ｉ₅ の方向設定は、ＯＦＦ期間において、コンデン
サ６２の１次巻線３４ａ側に正電荷が蓄積されるよう
に、直流電源３３の極性および１次巻線３４ａの極性を
適切に選択することで実現できる。

【０１０８】なお、実施の形態１・２に示したスイッチ
ング電源装置３２・５２には、スイッチング素子３５の
ゲートＧに制御信号を出力するための制御回路（図示せ
ず）を設けることが好ましい。この制御回路は、出力端
子３８・３９間の出力電圧Ｖｏが低くなるほど、スイッ
チング素子３５のＯＮ期間を長くするように設定されて
いる。これにより、スイッチング電源装置３２では、負
荷の変動によらず、出力電圧Ｖｏを所定値に安定させる
ことが可能となっている。

【０１０９】また、実施の形態１・２では、直流電源３
３が、所定電圧の直流電流を出力するバッテリーである
としている。しかしながら、これに限らず、直流電源３
３を、商用交流を整流して得られた電圧を平滑化して出
力する平滑コンデンサから構成することもできる。

【０１１０】また、実施の形態１・２では、スイッチン
グ素子３５を電界効果型トランジスタから構成するとし
ている。しかしながら、これに限らず、バイポーラトラ
ンジスタからスイッチング素子３５を構成してもよい。

【０１１１】また、実施の形態１・２では、スナバ回路
３１・５１に補助巻線３４ｃを設け、これにより、コン
デンサ４２・６２の放電を補助するとしている。しかし
ながら、コンデンサ４２・６２の放電を補助して閉回路
Ｓ₁ ・Ｓ₅ における共振動作を円滑化できるものであれ
ば、補助巻線３４ｃに限らず、他の補助電源（バッテリ
ー等）を用いることも可能である。また、閉回路Ｓ₁ ・
Ｓ₅ においては、補助巻線３４ｃの補助がなくともコン
デンサ４２・６２を放電させることは可能である。この
ため、スナバ回路３１・５１を、補助巻線３４ｃおよび
ダイオード４４・６５を設けない構成とすることもでき
る。

【０１１２】また、スイッチング電源装置３２・５２に
おける１次巻線３４ａ，２次巻線３４ｂおよび補助巻線
３４ｃのインダクタンスは、スイッチング電源装置３２
・５２において効率よく出力電圧Ｖｏを発生させられれ
ば（ＤＣ−ＤＣ変換ＡあるいはＣ−ＤＣ変換を効率よく
行えれば）、どのような値でもかまわない。また、コン
デンサ４２・６２の容量は、従来のスナバ回路に用いら
れているコンデンサの容量と同様に設定すればよい。

【０１１３】また、スナバ回路３１・５１では、ＯＮ期
間での共振動作において発生する電流Ｉ₁ ・Ｉ₅ の周波
数は、コンデンサ４２・６２の容量と、インダクタ４３
・６４のインダクタンスによって設定される。また、こ
れらとともに補助巻線３４ｃのインダクタンスを考慮す
ることで、電流Ｉ₁ ・Ｉ₅ の振幅を設定することが可能
となる。

【０１１４】また、スナバ回路３１・５１では、補助巻
線３４ｃのインダクタンスを大きくすることが好まし
い。このようにすれば、適切な電流Ｉ₁ ・Ｉ₅ を得るた
めのインダクタ４３・６４のインダクタンスを小さくで
きるので、インダクタ４３・６４におけるエネルギー損
失を減少させられる。

【０１１５】しかしながら、補助巻線３４ｃのインダク
タンスを大きくするためには、補助巻線３４ｃの巻数を
増加させる必要があるものの、補助巻線３４ｃを変圧器
３４内に設ける構成では、巻数を極端に多くすることは
不可能である。このため、補助巻線３４ｃにおけるイン
ダクタンスの増加には限界がある。

【０１１６】ところで、ＲＣＣ（リンギングチョークコ
ンバータ）方式のスイッチング電源においては、補助巻
線３４ｃと同極性の巻線を用いてスイッチング素子を駆
動するようになっている。従って、スナバ回路３１・５
１においても、スイッチング素子３５の制御回路内に補
助巻線３４ｃを設けるとともに、補助巻線３４ｃによっ
てスイッチング素子３５を駆動するように構成すること
が好ましい。このようにすれば、補助巻線３４ｃを変圧
器３４内に設ける構成に比して、補助巻線３４ｃの巻数
を増加させることが可能となる。

【０１１７】また、実施の形態１に示したスイッチング
電源装置３２は、直流電源３３の両端子間に変圧器３４
の１次巻線３４ａとスイッチング素子３５との直列回路
が接続され、スイッチング素子３５のＯＮ期間に前記１
次巻線３４ａに蓄積された励磁エネルギーを、ＯＦＦ期
間に２次巻線３４ｂからダイオード３６を介して取り出
し、平滑コンデンサ３７で平滑化して、出力端子３８・
３９間に所定の２次側電圧Ｖｏとして出力するようにし
たフライバック方式のスイッチング電源装置である、と
表現することもできる。

【０１１８】また、図１に示したスナバ回路３１は、ダ
イオード４１とコンデンサ４２とからなり、１次巻線３
４ａに並列に、かつ直流電源３３側にダイオード４１
が、スイッチング素子３５側にコンデンサ４２が接続さ
れる直列回路と、スイッチング素子３５のＯＮ期間に、
前記コンデンサ４２とスイッチング素子３５と閉回路を
形成する変圧器３４の補助巻線３４ｃと、インダクタ４
３とダイオード４４と、スイッチング素子３５のＯＦＦ
期間に直流電源３３とダイオード４１とインダクタ４３
と閉回路を形成するダイオード４５とを備えて構成され
ている、と表現することもできる。

【０１１９】また、図１に示したスナバ回路３１は、コ
ンデンサ４２が図２に示すような極性に充電されている
場合、スイッチング素子３５がターンオンすると、変圧
器３４の補助巻線３４ｃの電圧によりコンデンサ４２・
インダクタ４３による共振動作が行われ、コンデンサ４
２は逆方向に充電（放電；電流Ｉ₁ ）され、コンデンサ
４２の放電電流（電流Ｉ₁ ）によりインダクタ４３にエ
ネルギーが蓄積されるように設定されていてもよい。

【０１２０】この設定では、スナバ回路３１は、スイッ
チング素子３５がターンオフすると、図３に示すよう
に、変圧器３４の補助巻線３４ｃに発生する電圧の方向
が反転しダイオード４４が非導通となり、ダイオード４
１・４５が導通となり、インダクタ４３に蓄積されたエ
ネルギーは直流電源３３に回生される（電流Ｉ₂ ）。ま
た、コンデンサ４２は、スイッチング素子３５のＯＮ期
間に放電されているので、変圧器３４の寄生インダクタ
ンスに蓄積されたエネルギー充電（電流Ｉ₃ ）すること
ができる。

【０１２１】従って、この設定では、スナバ回路３１
は、スイッチング素子３５のＯＮ期間に、ＬＣ共振によ
りコンデンサ４２を放電し、そのエネルギーをスイッチ
ング素子３５のＯＦＦ期間に入力側に回生することがで
きる。

【０１２２】また、図５に示したスナバ回路５１は、ダ
イオード６１とコンデンサ６２とからなり、スイッチン
グ素子３５のアノード・カソード間に、かつ変圧器３４
の１次巻線３４ａ側にダイオード６１のアノードが接続
される直列回路と、スイッチング素子３５のＯＮ期間
に、前記コンデンサ６２と閉回路を形成する変圧器３４
の補助巻線３４ｃと、インダクタ６４とダイオード６５
と、スイッチング素子３５のＯＦＦ期間に直流電源３３
とインダクタ６４と閉回路を形成するダイオード６３、
６６とを備えて構成されている、と表現することもでき
る。

【０１２３】また、図５に示したスナバ回路５１は、コ
ンデンサ６２が図６に示すような極性に充電されている
場合、スイッチング素子３５がターンオンすると、変圧
器３４の補助巻線３４ｃの電圧によりダイオード６５が
導通するのでコンデンサ６２、インダクタ６４による共
振動作が行われ、コンデンサ４２は逆方向に放電されて
（電流Ｉ₅ ）、この放電の電流により、インダクタ６４
にエネルギーが蓄積されるように設定されていてもよ
い。

【０１２４】この設定では、スイッチング素子３５がタ
ーンオフすると、変圧器３４の補助巻線３４ｃに発生す
る電圧の方向が反転しダイオード６５が非導通となり、
代わってダイオード６３・６６が導通となり、インダク
タ６４に蓄積されたエネルギーは直流電源３３に回生さ
れる（電流Ｉ₆ ）。また、コンデンサ６２はスイッチン
グ素子３５のＯＮ期間に放電されているので、変圧器３
４の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーを充電
（電流Ｉ₇ ）することができる。

【０１２５】従って、この設定では、スナバ回路５１
は、スイッチング素子３５のＯＮ期間にＬＣ共振によ
り、コンデンサ６２を放電し、そのエネルギーをスイッ
チング素子３５のＯＦＦ期間に入力側に回生することが
できる。

【０１２６】また、図１に示したスイッチング電源装置
３２の構成において、ＯＮ期間にダイオード４５を通過
する電流が発生しない理由を、以下のように表現するこ
ともできる。すなわち、ダイオード４４におけるカソー
ドの電圧は（補助巻線３４ｃの誘起電圧）−（ダイオー
ド４４のＶｆ（電圧損失））である一方、ダイオード４
５におけるカソードの電圧は０−（ダイオード４５のＶ
ｆ）である。従って、前者の方が高く、ダイオード４５
に関してはカソード側が高くなって電流は流れない。

【０１２７】また、スイッチング電源装置３２・５２を
作成する際には、１次巻線３４ａおよび補助巻線３４ｃ
のインダクタンスを、ＡＣ−ＤＣ変換あるいはＤＣ−Ｄ
Ｃ変換を効率よく行える値に設定することが好ましい。

【０１２８】また、図１に示したスナバ回路３１では、
ＯＮ期間に適切な電荷を放電するために、補助巻線３４
ｃのインダクタンスは大きいほど、インダクタ４３のＬ
値が小さくて済み、インダクタ４３における損失を減ら
せる。しかしながら、補助巻線３４ｃのインダクタン
ス、すなわち、巻数を多くするといえども、変圧器３４
には巻けるターン数に限界がある。そこで、例えば、Ｒ
ＣＣ方式のスイッチング電源においては補助巻線３４ｃ
と同じ極性の巻線によってスイッチング素子を駆動して
いるので、これを流用することが好ましいと考えられ
る。

【０１２９】また、本発明にかかるスイッチング電源装
置のスナバ回路は、以下に示す第１〜９のスナバ回路と
して表現することもできる。すなわち、第１のスナバ回
路は、スイッチングサージ吸収用の第１のコンデンサお
よび第１のダイオードから成り、変圧器の１次巻線と並
列に、かつスイッチング素子側が第１のコンデンサとな
るように接続される直列回路と、前記スイッチング素子
のＯＮ期間に、前記第１のコンデンサおよび該スイッチ
ング素子と閉回路を形成する補助電源および第２のダイ
オード、第１のインダクタを含む構成である。

【０１３０】また、第２のスナバ回路は、第１のスナバ
回路の構成において、前記補助電源が変圧器の補助巻線
からなる構成である。また、第３のスナバ回路は、第１
のスナバ回路の構成において、前記閉回路が前記スイッ
チング素子のオン期間に第１のコンデンサに蓄えられた
電荷を放電するようにＬＣ共振するように設定されてい
る構成である。

【０１３１】また、第４のスナバ回路は、第１のスナバ
回路の構成において、前記スイッチング素子のＯＦＦ期
間に、前記第１のダイオード、第１のインダクタ、直流
電源と閉回路を形成する第３のダイオードを含む構成で
ある。また、第５のスナバ回路は、第４のスナバ回路の
構成において、前記閉回路が前記スイッチング素子のＯ
ＦＦ期間に第１のインダクタに蓄えられたエネルギーを
直流電源に回生するように設定されている構成である。

【０１３２】また、第６のスナバ回路は、スイッチング
サージ吸収用の第２のコンデンサおよび第４のダイオー
ドから成り、該スイッチング素子と並列に、かつ第４の
ダイオードのアノードが前記スイッチング素子と変圧器
の１次巻線に接続される直列回路と、前記スイッチング
素子のＯＮ時に、前記第２のコンデンサと閉回路を形成
する変圧器の補助巻線および第５のダイオード、第２の
インダクタを含む構成である。また、第７のスナバ回路
は、第６のスナバ回路の構成において、前記閉回路が、
該スイッチング素子のＯＮ時に前記第２のコンデンサの
電荷を放電するようにＬＣ共振するように設定されてい
る構成である。

【０１３３】また、第８のスナバ回路は、第６のスナバ
回路の構成において、前記スイッチング素子のＯＦＦ時
に、前記第２のインダクタおよび直流電源と閉回路を形
成する第６および第７のダイオードを含む構成である。
また第９のスナバ回路は、第８のスナバ回路の構成にお
いて、前記閉回路が、前記スイッチング素子のＯＦＦ期
間に第２のインダクタに蓄えられたエネルギーを直流電
源に回生するように設定されている構成である。これら
第１〜第９のスナバ回路の構成によれば、スイッチング
サージ吸収用のコンデンサの電荷をＬＣ共振によって放
電し、入力側に回生することによって、スナバ回路にお
ける損失を低減することができる。

【０１３４】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかるスイッチ
ング電源装置のスナバ回路（本スナバ回路）は、電源お
よびスイッチング素子と直列に接続された１次巻線を有
し、スイッチング素子のＯＮ期間において１次巻線に蓄
積したエネルギーを、ＯＦＦ期間において２次巻線に伝
達するスイッチング電源装置に備えられ、ＯＦＦ期間に
おいて上記１次巻線と第１の閉回路を形成し、サージエ
ネルギーを吸収するコンデンサと、ＯＮ期間において上
記コンデンサと第２の閉回路を形成し、コンデンサから
放出されるサージエネルギーを励磁エネルギーに変換し
て蓄積する一方、ＯＦＦ期間において上記電源と第３の
閉回路を形成し、この電源に対して励磁エネルギーを回
生するインダクタとを備えている構成である。

【０１３５】これにより、本スナバ回路では、スイッチ
ング電源装置において発生するサージエネルギーを吸収
し、電源に回生して再利用することが可能となってい
る。従って、スイッチング電源装置を駆動するためのエ
ネルギーを節約できるので、運転コストを低減すること
ができる。

【０１３６】また、本スナバ回路では、第２の閉回路と
第３の閉回路とにおいてインダクタに流れる電流の方向
が、ともに、インダクタから電源を向いて流れるように
設定されていることが好ましい。このようにすれば、第
３の閉回路において、電源の電圧に抗する電流を簡単に
発生させられるので、エネルギーを回生することが容易
となる。

【０１３７】また、本スナバ回路では、第２の閉回路
に、コンデンサにおけるサージエネルギーの放出を補助
するための補助電源を設けることが好ましい。このよう
にすれば、インダクタ・コンデンサ間の共振動作を円滑
に行うことが可能となる。

【０１３８】なお、このような補助電源としては、例え
ば、１次巻線と磁気的に結合された補助巻線を用いるこ
とができる。また、この場合、第３の閉回路に、ＯＦＦ
期間において補助巻線に誘起される電圧の影響を回避す
るための第１のダイオードを設けることが好ましい。こ
れにより、第３の閉回路に対する補助巻線の影響を簡単
に回避できるので、電源に対するエネルギーの回生を円
滑に行うことが可能となる。

【０１３９】また、本スナバ回路には、電源からインダ
クタに向かう電流を遮断するための第２のダイオードを
設けることが好ましい。このようにすれば、電源のエネ
ルギーが、インダクタに直接的に蓄積されることを回避
できる。

【０１４０】また、本スナバ回路には、電源からコンデ
ンサに向かう電流を遮断するための第３のダイオードを
設けることが好ましい。このようにすれば、電源のコン
デンサに対する悪影響（電源からコンデンサに直接的に
電荷が流れ込むこと等）を回避することが可能となる。

【０１４１】また、上記した本スナバ回路は、以下のよ
うに構成することもできる。すなわち、本スナバ回路
を、上記コンデンサおよび第３のダイオードが、１次巻
線と並列に、上記電源とスイッチング素子との間に接続
されているとともに、上記インダクタおよび第２のダイ
オードが、上記コンデンサおよびスイッチング素子と並
列に、第３のダイオードと電源との間に接続されてお
り、さらに、上記補助巻線および第１のダイオードが、
第２のダイオードの両端に接続されている構成とするこ
ともできる。

【０１４２】また、本スナバ回路を、上記コンデンサ
が、上記スイッチング素子と並列に、上記電源と１次巻
線との間に接続されているとともに、上記インダクタを
２つの第２のダイオードの間に挟んで構成される直列回
路が、１次巻線およびスイッチング素子と並列に、上記
電源の両端に接続されており、さらに、第２のダイオー
ドの一方が、上記コンデンサの両端に接続されていると
ともに、この第２のダイオードと上記インダクタとから
なる直列回路の両端に、上記補助巻線および第１のダイ
オードが接続されている構成とすることもできる。本ス
ナバ回路をこれらのように構成すれば、本スナバ回路を
簡単かつ容易に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかるスナバ回路を
含む、スイッチング電源装置の構成を示す説明図であ
る。

【図２】図１に示したスイッチング電源装置において、
ＯＮ期間に発生する電流経路を示す説明図である。

【図３】図１に示したスイッチング電源装置において、
ＯＦＦ期間に発生する電流経路を示す説明図である。

【図４】図１に示したスイッチング電源装置におけるコ
ンデンサの充電電圧、この装置に流れる電流、および、
スイッチング素子の両端にかかる電圧（ソース−ドレイ
ン間電圧）の波形を示すグラフである。

【図５】本発明の第２の実施形態にかかるスナバ回路を
含む、スイッチング電源装置の構成を示す説明図であ
る。

【図６】図５に示したスイッチング電源装置において、
ＯＮ期間に発生する電流経路を示す説明図である。

【図７】図５に示したスイッチング電源装置において、
ＯＦＦ期間に発生する電流経路を示す説明図である。

【図８】図５に示したスイッチング電源装置におけるコ
ンデンサの充電電圧、この装置に流れる電流、および、
スイッチング素子の両端にかかる電圧（ソース−ドレイ
ン間電圧）の波形を示すグラフである。

【図９】従来のスイッチング電源装置の構成を示す説明
図である。

【符号の説明】

３１，５１ スナバ回路 ３２，５２ スイッチング電源装置 ３３ 直流電源 ３４ 変圧器 ３４ａ １次巻線 ３４ｂ ２次巻線 ３４ｃ 補助巻線（補助電源） ３５ スイッチング素子 ３６ ダイオード ３７ 平滑コンデンサ ３８，３９ 出力端子 ４２，６２ コンデンサ ４３，６４ インダクタ ４４，６５ ダイオード（第１のダイオード） ４１ ダイオード（第２・第３のダイオー
ド） ４５，６３，６６ ダイオード（第２のダイオード） Ｓ₃ ，Ｓ₇ 閉回路（第１の閉回路） Ｓ₁ ，Ｓ₅ 閉回路（第２の閉回路） Ｓ₂ ，Ｓ₆ 閉回路（第３の閉回路） Ｉ₀ 〜Ｉ₇ 電流

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源およびスイッチング素子と直列に接続
   された１次巻線を有し、スイッチング素子のＯＮ期間に
   おいて１次巻線に蓄積したエネルギーを、ＯＦＦ期間に
   おいて２次巻線に伝達するスイッチング電源装置に備え
   られ、 ＯＦＦ期間において上記１次巻線と第１の閉回路を形成
   し、サージエネルギーを吸収するコンデンサと、 ＯＮ期間において上記コンデンサと第２の閉回路を形成
   し、コンデンサから放出されるサージエネルギーを励磁
   エネルギーに変換して蓄積する一方、 ＯＦＦ期間において上記電源と第３の閉回路を形成し、
   この電源に対して励磁エネルギーを回生するインダクタ
   とを備えていることを特徴とするスイッチング電源装置
   のスナバ回路。
2. 【請求項２】上記第２の閉回路と第３の閉回路とにおい
   て上記インダクタに流れる電流が、ともに、インダクタ
   から電源を向いて流れるように設定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装置のスナ
   バ回路。
3. 【請求項３】上記第２の閉回路に、コンデンサにおける
   サージエネルギーの放出を補助するための補助電源が設
   けられていることを特徴とする請求項１に記載のスイッ
   チング電源装置のスナバ回路。
4. 【請求項４】上記補助電源が、上記１次巻線と磁気的に
   結合された補助巻線からな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のスナバ回路。
5. 【請求項５】上記第３の閉回路が、ＯＦＦ期間において
   上記補助巻線に誘起される電圧の影響を回避するための
   第１のダイオードを備えていることを特徴とする請求項
   ４に記載のスイッチング電源装置のスナバ回路。
6. 【請求項６】上記電源から上記インダクタに向かう電流
   を遮断するための第２のダイオードを備えていることを
   特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源装置のス
   ナバ回路。
7. 【請求項７】上記電源から上記コンデンサに向かう電流
   を遮断するための第３のダイオード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装置のス
   ナバ回路。
8. 【請求項８】上記コンデンサおよび第３のダイオード
   が、１次巻線と並列に、上記電源とスイッチング素子と
   の間に接続されているとともに、上記インダクタおよび
   第２のダイオードが、上記コンデンサおよびスイッチン
   グ素子と並列に、第３のダイオードと電源との間に接続
   されており、 さらに、上記補助巻線および第１のダイオードが、第２
   のダイオードの両端に接続されていることを特徴とする
   請求項７に記載のスイッチング電源装置のスナバ回路。
9. 【請求項９】上記コンデンサが、スイッチング素子と並
   列に、上記電源と１次巻線との間に接続されているとと
   もに、 上記インダクタを２つの第２のダイオードの間に挟んで
   構成される直列回路が、１次巻線およびスイッチング素
   子と並列に、上記電源の両端に接続されており、 さらに、第２のダイオードの一方が、上記コンデンサの
   両端に接続されているとともに、この第２のダイオード
   と上記インダクタとからなる直列回路の両端に、上記補
   助巻線および第１のダイオードが接続されていることを
   特徴とする請求項６に記載のスイッチング電源装置のス
   ナバ回路。