JP2003111401A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 変圧器１０と、第１及び第２のメインス
イッチ１３、１４を含み、直流である入力電圧Ｖｉｎを
交流電圧に変換して変圧器１０の１次側に供給するスイ
ッチング回路と、第１及び第２の整流スイッチ１９、２
０を含み、変圧器１０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Ｖｏを生成するカレント
ダブラー型の出力回路と、スイッチング回路及び出力回
路の動作を制御する制御回路６とを備える。制御回路６
は、第１及び第２のメインスイッチ１３、１４を交互に
オンさせるとともに、第１及び第２のメインスイッチ１
３、１４のデューティに基づいて第１及び第２の整流ス
イッチ１９、２０をターンオンさせるタイミング及びタ
ーンオフさせるタイミングを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、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、第１
の整流スイッチ、第２の整流スイッチ、前記第１の整流
スイッチに流れる電流の方向を検出する第１の検出手段
及び前記第２の整流スイッチに流れる電流の方向を検出
する第２の検出手段を有し、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の整流スイッチに流れ
る電流が順方向であることを前記第１の検出手段が検出
したことに応答して前記第１の整流スイッチを導通状態
とし、前記第２の整流スイッチに流れる電流が順方法で
あることを前記第２の検出手段が検出したことに応答し
て前記第２の整流スイッチを導通状態とすることを特徴
とするスイッチング電源装置によって達成される。

【０００９】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実質的に流れないので、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、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。

【００１０】本発明の前記目的はまた、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るとともに、前記第１及び第２のメ
インスイッチのデューティに基づいて前記第１及び第２
の整流スイッチをターンオンさせるタイミング及びター
ンオフさせるタイミングを決定す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。

【００１２】本発明の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
ューティが第１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
ッチがターンオフした後前記第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た後前記第２
のメインスイッチがターンオンする前に前記第２の整流
スイッチをターンオフさせる。

【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】 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】 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。

【００２２】本発明の前記目的はまた、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るとともに、前記第１及び第２のメ
インスイッチがターンオンするタイミング及びターンオ
フするタイミングに基づいて前記第１及び第２の整流ス
イッチをターンオンさせるタイミング及びターンオフさ
せるタイミングを決定す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。

【００２３】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のメインスイッチがター
ンオンするタイミング及びターンオフするタイミングに
基づく簡単な演算によって第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。

【００２４】本発明の好ましい実施態様においては、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
るかを検出する手段をさらに備え、前記制御回路は、現
在の動作モードが不連続モードであることが検出された
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に応答して前記
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
ッチのターンオフに応答して前記第２の整流スイッチを
ターンオフさせる。

【００２５】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、現在の動作モードが連続モードで
あることが検出された場合、デッドタイムを除いて前記
第１のメインスイッチがオフしている実質的に全期間に
亘って前記第１の整流スイッチをオンさせ、デッドタイ
ムを除いて前記第２のメインスイッチがオフしている実
質的に全期間に亘って前記第２の整流スイッチをオンさ
せる。

【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１
Ｖ）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２
０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、２
０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２
４、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Ｓ
２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２
４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Ｓ
１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Ｉ
ｏ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】 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】 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】 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】 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Ｖ
ｓ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】 （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】 （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】 また、出力電圧Ｖｏ、２次側電圧Ｖｓ及びデューティＤ
１、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】 （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Ｄ
３、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】

【００７０】

【数１４】 但し、ＰＷＭ制御回路５１は、第１のメインスイッチ１
３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】

【００７８】

【数１６】 但し、ＰＷＭ制御回路５１は、第１のメインスイッチ１
３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２
５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、ＰＷ
Ｍ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（１
３）、（１４）式により算出される値に設定する。

【００８５】

【数１７】

【００８６】

【数１８】 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Ｖ
ｏ、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Ｉ
１が増大することによる損失が、第１の整流スイッチ１
９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２
７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１
０に示されるように、ＰＷＭ制御回路７１には増幅器３
０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Ｓ
１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、ＰＷ
Ｍ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、Ｐ
ＷＭ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Ｉ
１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Ｉ
２が逆方向に流れる。このため、かかる逆方向の電流Ｉ
１、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Ｉ
１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２
５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Ｉ
１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Ｉ
２が逆方向に流れる。このため、かかる逆方向の電流Ｉ
１、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２
０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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広川 正彦 東京都中央区日本橋一丁目13番１号 ティ ーディーケイ株式会社内 Ｆターム(参考） 5H730 AA14 AA15 AS01 BB26 BB57 BB83 BB88 DD04 EE08 EE13 EE59 FD01 FD58 FF17 FG05 FG15

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器と、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、第１の整流スイッチ、第２の整流スイッチ、
   前記第１の整流スイッチに流れる電流の方向を検出する
   第１の検出手段及び前記第２の整流スイッチに流れる電
   流の方向を検出する第２の検出手段を有し、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の整流
   スイッチに流れる電流が順方向であることを前記第１の
   検出手段が検出したことに応答して前記第１の整流スイ
   ッチを導通状態とし、前記第２の整流スイッチに流れる
   電流が順方法であることを前記第２の検出手段が検出し
   たことに応答して前記第２の整流スイッチを導通状態と
   することを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 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るとと
   もに、前記第１及び第２のメインスイッチのデューティ
   に基づいて前記第１及び第２の整流スイッチをターンオ
   ンさせるタイミング及びターンオフさせるタイミングを
   決定することを特徴とするスイッチング電源装置。
3. 【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第１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のメインスイッチがターンオフした後前記第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
   オフした後前記第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２に記載のスイッチング電源装置。
4. 【請求項４】 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】 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。
5. 【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２乃至４のいずれか１項に記載
   のスイッチング電源装置。
6. 【請求項６】 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】 によって与えられ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。
7. 【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２
   乃至６のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
8. 【請求項８】 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２乃至７のいずれか
   １項に記載のスイッチング電源装置。
9. 【請求項９】 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２乃至６
   のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
10. 【請求項１０】 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２乃至９のいずれか
    １項に記載のスイッチング電源装置。
11. 【請求項１１】 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る
    とともに、前記第１及び第２のメインスイッチがターン
    オンするタイミング及びターンオフするタイミングに基
    づいて前記第１及び第２の整流スイッチをターンオンさ
    せるタイミング及びターンオフさせるタイミングを決定
    することを特徴とするスイッチング電源装置。
12. 【請求項１２】 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検出する手段をさらに備え、
    前記制御回路は、現在の動作モードが不連続モードであ
    ることが検出された場合、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
    オフに応答して前記第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に応答して前記第
    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１１に記載のスイッチング電源装置。
13. 【請求項１３】 前記制御回路は、現在の動作モードが
    連続モードであることが検出された場合、デッドタイム
    を除いて前記第１のメインスイッチがオフしている実質
    的に全期間に亘って前記第１の整流スイッチをオンさ
    せ、デッドタイムを除いて前記第２のメインスイッチが
    オフしている実質的に全期間に亘って前記第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１２に記載
    のスイッチング電源装置。