JP2015065775A - スイッチング電源装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射電磁雑音を低減できるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】直流電源2と直流電源の出力電圧を変換するチョッパ回路3とを備える。チョッパ回路3は第1のインダクタ18と第1のインダクタ18と磁気結合する第2のインダクタ19と第1のインダクタ18に接続された第3のインダクタ20と、オン時に直流電源から第1のインダクタ18および第3のインダクタ20へ増加電流を流すスイッチング素子12と直列に接続された電流制御素子13と、オフ時に第1のインダクタ18および第3のインダクタ20に減少電流を流す整流素子14と、オン時の増加電流により電流制御素子が飽和状態に達した時にスイッチング素子のゲート電圧を制御してオフさせる駆動回路とを有する。第3のインダクタ20はインダクタンスの等しい偶数個の第4のインダクタ21,22を含むとともに、発生する磁束が互いに逆方向となるように配置される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、スイッチング電源装置及び照明装置に関する。

照明装置などの電源として、スイッチング電源装置が用いられることがある。スイッチング電源装置は、入力電力から所望の出力電力を得る電力変換装置において、電力を変換・調整するためにスイッチング素子を用いた電源装置である。その中には、直流電力を別の直流電力に変換するＤＣ-ＤＣコンバータが含まれる。
シリコン半導体によるスイッチング素子では困難な、５００ｋＨｚを超える高い周波数でのスイッチングが可能であるため、スイッチング電源装置に使用するスイッチング素子として、ワイドバンドギャップ化合物半導体により形成されたスイッチング素子が注目されている。
ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、バンドギャップが約１．４ｅＶのヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）よりもバンドギャップの広い半導体をいう。例えば、バンドギャップが１．５ｅＶ以上の半導体、リン化ガリウム（ＧａＰ、バンドギャップ約２．３ｅＶ）、窒化ガリウム（ＧａＮ、バンドギャップ約３．４ｅＶ）、ダイアモンド（Ｃ、バンドギャップ約５．２７ｅＶ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ、バンドギャップ約５．９ｅＶ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などが、ワイドバンドギャップ半導体に含まれる。

高い周波数でのスイッチングにより、電源装置の小型化が期待できる。出力フィルタを構成するインダクタ、コンデンサを小型化できるためである。一方で、高い周波数の電磁雑音も放射することとなる。一般に、周波数が上がるほど、ＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility ）対策は困難となり、電磁雑音の放射を低減する技術が望まれている。

特開２０１２−０３４５６９号公報

本発明が解決しようとする課題は、放射電磁雑音を低減できるスイッチング電源装置を提供することである。

実施形態のスイッチング電源装置は、直流電源と、直流電源の出力電圧を変換するチョッパ回路と、を備える。チョッパ回路は、第１のインダクタと、第１のインダクタと磁気結合する第２のインダクタと、第１のインダクタに接続された第３のインダクタと、オン時に直流電源から第１のインダクタおよび第３のインダクタへ増加電流を流すスイッチング素子と、スイッチング素子に直列に接続された電流制御素子と、スイッチング素子のオフ時に第１のインダクタおよび第３のインダクタに減少電流を流す整流素子と、スイッチング素子をオンさせて増加電流により電流制御素子に流れる電流が電流制限値に到達したとき、前記スイッチング素子のゲート電圧を制御してオフさせる駆動回路と、を有する。第３のインダクタは、インダクタンスの等しい偶数個の第４のインダクタを含むとともに、それぞれの第４のインダクタが発生する磁束が隣接する第４のインダクタとの間で互いに逆方向となるように配置される。

本発明の実施形態によれば、放射電磁雑音を低減できるスイッチング電源装置を提供することができる。

第１の実施形態に係るスイッチング電源装置を例示する回路図である。 第１の実施形態に係るスイッチング電源装置のインダクタの模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。 第２の実施形態に係るスイッチング電源装置を例示する回路図である。 第２の実施形態に係るスイッチング電源装置のインダクタの模式上面図である。 第３の実施形態に係るスイッチング電源装置を例示する回路図である。 トランスの構造を説明する模式斜視図である。 第３の実施形態に係るスイッチング電源装置のトランスの模式上面図である。 第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の模式平面図である。 トランスの構造を説明する模式上面図である。 第４の実施形態に係るスイッチング電源装置を例示する回路図である。 第４の実施形態に係るスイッチング電源装置のトランスの模式上面図である。 第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の模式平面図である。

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置を例示する回路図である。
スイッチング電源装置１は、直流電源２と、チョッパ回路３と、を備えている。直流電源２は、例えば交流電源と、整流器と、を有する。図１においては、直流電源２として、交流電源９、例えば商用交流電源の交流電圧を整流器１０、例えばブリッジ形整流回路により整流し、直流電圧を出力する電源装置を例示した。必要に応じて、平滑コンデンサなどからなる平滑回路を設けても良い。

チョッパ回路３は、直流電源２の出力電圧を変換し、負荷に対して出力する。図１においては、この負荷として、照明負荷４を例示した。照明負荷４は、例えば発光ダイオード（Light-emitting diode：ＬＥＤ）照明光源を有する。

チョッパ回路３は、スイッチング素子１２と、電流制御素子１３と、整流素子１４と、入力フィルタコンデンサ１１と、コンデンサ１５と、出力フィルタコンデンサ１６と、トランス１７と、第３のインダクタ２０と、を有する。トランス１７は、磁気結合した第１のインダクタ１８と、第２のインダクタ１９と、ダイオード７７と、を含む。

スイッチング素子１２は、ノーマリオン型のトランジスタであり、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物半導体により形成された高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）である。電流制御素子１３は、流れる電流が制限値以下の場合は動作抵抗が小さく、制限値に到達すると動作抵抗が大きく変化して、電流制限値において定電流特性を有する素子または回路であり、例えば定電流ダイオードである。なお、電流制御素子１３も窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物半導体により形成された高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）であってもよい。整流素子１４は、例えばシリコンダイオードである。第３のインダクタ２０は、直列に接続され、インダクタンスの等しい、インダクタ２１、２２より構成されている。図１の実施形態では、インダクタ２１、２２が第４のインダクタに該当する。

直流電源２の出力は、高電位入力端子５と低電位入力端子６に入力される。スイッチング素子１２のドレインは、高電位入力端子５に接続され、スイッチング素子１２のソースは、電流制御素子１３が定電流ダイオードであった場合にはアノードに接続されている。電流制御素子１３のカソードは、整流素子１４のカソードに接続され、整流素子１４のアノードは、低電位入力端子６に接続されている。ダイオード７７のアノードは、スイッチング素子１２のゲートに接続され、ダイオード７７のカソードは、整流素子１４のカソードに接続されている。

第１のインダクタ１８の一端は、整流素子１４のカソードに接続されている。第１のインダクタ１８の他端と高電位出力端子７との間に、直列に接続されたインダクタ２１、インダクタ２２が接続されている。第２のインダクタ１９の一端は、整流素子１４のカソードに接続され、他端はコンデンサ１５を介してスイッチング素子１２のゲートに接続されている。第２のインダクタ１９は、第１のインダクタ１８の電流が増加しているときスイッチング素子１２をオンさせる電圧が誘起され、第１のインダクタ１８の電流が減少しているとき、スイッチング素子１２をオフさせる電圧が誘起される結線となっている。

低電位入力端子６と低電位出力端子８とは、チョッパ回路３内部で接続されている。入力フィルタコンデンサ１１は、高電位入力端子５と低電位入力端子６との間に接続され、出力フィルタコンデンサ１６は、高電位出力端子７と低電位出力端子８との間に接続されている。高電位出力端子７と低電位出力端子８に、負荷となる照明負荷４が接続される。

インダクタ２１、２２の配置について、図２を参照しつつ説明する。

図２は、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置のインダクタの模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
図２に表した具体例においては、インダクタ２１、２２は、構造やインダクタンスが同じインダクタであり、例えば、ドラム型コアに導線を巻いた形態のものである。インダクタ２１、２２は、ドラム型コア２３ａ、２３ｂに巻き線２６ａ、２６ｂが形成された構造を有し、基板２５上に近接して配置されている。図２（ａ）、（ｂ）に表したように、巻き線２６ａ、２６ｂに流れる電流が、互いに逆方向となるよう配線されている。なお、図２（ａ）で、ドラム型コア２３ａ、２３ｂ部に記載した矢印は、巻き線２６ａ、２６ｂに流れる電流の向きを示すものである。

この結果、隣接するインダクタである、インダクタ２１、２２に生じる磁束２４ａ、２４ｂの方向も互いに逆となる。図２では、インダクタ２１、２２は、基板２５上にドラム型コア２３ａ、２３ｂが、垂直となる方向に配置された例を示した。ただし、本実施の形態はこれには限定されず、ドラム型コア２３ａ、２３ｂが、基板２５上に水平となる方向に配置してもよい。

チョッパ回路３の動作について、以下に説明する。
まず、電流制御素子１３について説明する。
電流制御素子１３には、電流制限値が設定されている。電流制御素子１３を流れる電流がこの電流制限値に達すると、電流制御素子１３は、飽和状態となる。これを超えて、さらに増加しようとすると、電流制御素子１３の内部抵抗が急激に増加する。その結果、電流制御素子１３端子間の電圧も急上昇することとなる。このような、電流制御素子１３の動作を踏まえ、以下の（１）〜（６）にて、チョッパ回路３の動作を説明する。

（１）直流電源２の出力電圧が高電位入力端子５と低電位入力端子６との間に印加されるとき、スイッチング素子１２は、ノーマリオン型の素子であるため、オン状態にある。すると、高電位入力端子５、スイッチング素子１２、電流制御素子１３、第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２、出力フィルタコンデンサ１６、低電位入力端子６の経路で電流が流れ、出力フィルタコンデンサ１６が充電される。第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２には、電磁エネルギーが蓄積される。

（２）スイッチング素子１２がオンしているため、整流素子１４の両端には、チョッパ回路３の入力電圧が印加される。逆方向に電圧が印加されるため、整流素子１４は、非導通の状態となる。

（３）第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２を流れる電流は、時間の経過とともに増加していく。第２のインダクタ１９は、第１のインダクタ１８と磁気結合しているため、第２のインダクタ１９には、結合コンデンサとして働くコンデンサ１５側を高電位とする極性の起電力が誘起される。第１のスイッチング素子１２のゲートには、コンデンサ１５を介してソースに対して、ダイオード７７の順方向電圧分の正の電位が供給され、スイッチング素子１２は、オンの状態を維持する。

（４）第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２を流れる電流が電流制御素子１３の電流制限値を超えようとすると、電流制御素子１３の端子間電圧は、急激に上昇する。スイッチング素子１２のゲート・ソース間の電圧が負の大きな値となり、閾値電圧を下回った時点でスイッチング素子１２は、オフとなる。

（５）第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２には、逆起電力が発生する。順方向に電圧が印加されるため、整流素子１４は、オン状態となる。電流は、整流素子１４、第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２、出力フィルタコンデンサ１６の経路で、流れ続ける。電磁エネルギーを放出するため、第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２の電流は、減少していく。第２のインダクタ１９に誘起された負の電圧は、維持され、スイッチング素子１２は、オフの状態を継続する。

（６）第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２に蓄積されていた電磁エネルギーがゼロになると、第１のインダクタ１８、インダクタ２１、インダクタ２２を流れる電流も、ゼロになる。起電力の方向が再び反転し、第２のインダクタ１９には、コンデンサ１５側を高電位とするような起電力が誘起される。スイッチング素子１２のゲートにソースよりも高い電圧が供給され、スイッチング素子１２は、オンする。上記（１）の状態に戻る。

以後、（１）〜（６）を繰り返す。入力電圧は、変換されて、負荷である照明負荷４に供給される。チョッパ回路３は、降圧コンバータとして動作する。ただし、本実施の形態はこれには限定されず、チョッパ回路は、昇圧型、昇降圧型であってもよい。

なお、インダクタ１８は、流れる電流の増減をインダクタ１９に伝達し、スイッチング素子１２のゲートを駆動する役割を有する。一方、インダクタ２１、２２は、出力フィルタコンデンサ１６とともに、スイッチング素子１２により、スイッチングされた電流を平滑する役割を有する。両者の役割は異なるため、異なる形状等であっても良い。例えば、第１のインダクタ１８、第２のインダクタ１９は、スイッチング素子１２等が実装された基板上に配線によって形成された、平面コイルであってもよい。磁気的結合をもたせるために、両者を近接して配置することが望ましい。

このような場合、第１のインダクタ１８とインダクタ２１、２２とでは、インダクタンスが大幅に異なり、例えばインダクタ２１、２２のインダクタンスは、第１のインダクタ１８の１０〜１００倍程度の値となる場合がある。これらのインダクタでは、発生する磁束も異なる。このような場合にあっては、第４のインダクタに該当するインダクタ２１、２２の合計を偶数とし、これらのインダクタを、近接して配置することが望ましい。

次に、第１の実施形態の効果について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）にて前述したように、第４のインダクタに該当するインダクタ２１、２２を近接して配置し、生じた磁束の向きを、隣接するインダクタ間で逆方向とすることにより、磁束が打ち消し合う。インダクタ２１、２２近傍の磁束が弱まることとなる。その結果、インダクタ２１、２２の磁束に起因する電磁雑音が減少し、スイッチング電源装置１の外部に放射される電磁雑音も減少するという効果が得られる。

（第２実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置を例示する回路図である。
スイッチング電源装置２７は、直流電源２と、チョッパ回路２８と、を備えている。

チョッパ回路２８は、スイッチング素子１２と、電流制御素子１３と、整流素子１４と、入力フィルタコンデンサ１１と、コンデンサ１５と、出力フィルタコンデンサ１６と、トランス１７と、第３のインダクタ２９と、を有する。トランス１７は、磁気結合した第１のインダクタ１８と、第２のインダクタ１９と、ダイオード７７と、を含む。

第３のインダクタ２９は、直列に接続され、インダクタンスの等しい、インダクタ３０、３１、３２、３３により構成されている。図３の実施形態では、インダクタ３０、３１、３２、３３が、第４のインダクタに該当する。これ以外の要素は、図１のチョッパ回路３と同様とすることができる。

インダクタ３０、３１、３２、３３の配置について、図４を参照しつつ説明する。

図４は、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置のインダクタの模式上面図である。
本実施形態においても、インダクタ３０、３１、３２、３３は、同じインダクタであり、図２（ｂ）に表したインダクタと同様のものである。すなわち、インダクタ３０、３１、３２、３３は、構造やインダクタンスが同じである。図４に表したように、インダクタ３０、３１、３２、３３は、基板上に、格子状に近接して配置されている。各インダクタの巻き線に流れる電流の向きは、図４のドラム型コア２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ部に記載した矢印で示される。隣接するインダクタでは逆方向、対角にあるインダクタでは同じ方向としている。

この結果、隣接するインダクタ間に生じる磁束も、互いに逆方向となる。インダクタ３０の磁束２４ｃとインダクタ３１の磁束２４ｄ、インダクタ３１の磁束２４ｄとインダクタ３２の磁束２４ｅ、インダクタ３２の磁束２４ｅとインダクタ３３の磁束２４ｆ、インダクタ３３の磁束２４ｆとインダクタ３０の磁束２４ｃはそれぞれ逆方向となる。図４の実施の形態でも、第４のインダクタに該当するインダクタ３０、３１、３２、３３の合計を偶数とし、これらのインダクタが近接して配置されている。ただし、本実施の形態はこれには限定されず、第３のインダクタ２９は、６個以上のインダクタで構成されてもよい。
なお、チョッパ回路２８の動作は、チョッパ回路３と同じである。

次に、第２の実施形態の効果について説明する。
図４にて前述したように、第４のインダクタに該当するインダクタ３０、３１、３２、３３を、基板上に、格子状に近接して配置し、生じた磁束の向きを、隣接するインダクタ間で逆方向とすることにより、磁束が打ち消し合う。すると、インダクタ３０、３１、３２、３３近傍の磁束が弱まることとなる。その結果、インダクタ３０、３１、３２、３３の磁束に起因する電磁雑音が減少し、スイッチング電源装置２７の外部に放射される電磁雑音も、減少するという効果が得られる。

（第３実施形態）
図５は、第３の実施形態に係るスイッチング電源装置を例示する回路図である。
スイッチング電源装置３４は、直流電源２と、チョッパ回路３５と、を備えている。

チョッパ回路３５は、スイッチング素子１２と、電流制御素子１３と、整流素子１４と、入力フィルタコンデンサ１１と、コンデンサ１５と、出力フィルタコンデンサ１６と、トランス１７と、第３のインダクタ３６と、を有する。トランス１７は、磁気結合した第１のインダクタ１８と、第２のインダクタ１９と、ダイオード７７と、を含む。

第３のインダクタ３６は、トランス３７に含まれたインダクタ３８と、トランス４０に含まれたインダクタ４１により構成されている。トランス３７、４０は、トランス１７と同等のものである。トランス３７は、インダクタ３８と磁気結合したインダクタ３９も含んでいる。トランス４０は、インダクタ４１と磁気結合したインダクタ４２も含んでいる。インダクタ３９、４２は、使用されない。図５の実施形態では、インダクタ３８、４１が、第４のインダクタに該当する。これ以外の要素は、図１のチョッパ回路３と同様とすることができる。

トランス１７、３７、４０について、図６を参照しつつ説明する。
図６は、トランスの構造を例示する模式斜視図である。
トランス１７、３７、４０および後述するトランス６３、６６、６９、７２として、例えば、ドラム型コアに導線を巻いた形態のものを用いることができる。ドラム型コア４３ａ〜４３ｇは、基板４４ａ〜４４ｇ上に、垂直方向に配置されている。基板４４ａには、端子４５ａ〜４８ａが付設されている。基板４４ｂには、端子４５ｂ〜４８ｂが付設されている。基板４４ｃには、端子４５ｃ〜４８ｃが付設されている。基板４４ｄには、端子４５ｄ〜４８ｄが付設されている。基板４４ｅには、端子４５ｅ〜４８ｅが付設されている。基板４４ｆには、端子４５ｆ〜４８ｆが付設されている。基板４４ｇには、端子４５ｇ〜４８ｇが付設されている。

インダクタ１８、１９、３８、３９、４１、４２、６４、６５、６７、６８、７０、７１、７３、７４の巻き線は、ドラム型コア４３ａ〜４３ｇに、それぞれ同じ方向に巻かれている。インダクタ１８の巻き始めは端子４５ａに接続され、巻き終わりは、端子４６ａに接続されている。インダクタ１９の巻き始めは端子４７ａに接続され、巻き終わりは、端子４８ａに接続されている。インダクタ３８の巻き始めは端子４５ｂに接続され、巻き終わりは、端子４６ｂに接続されている。インダクタ３９の巻き始めは端子４７ｂに接続され、巻き終わりは、端子４８ｂに接続されている。インダクタ４１の巻き始めは端子４５ｃに接続され、巻き終わりは、端子４６ｃに接続されている。インダクタ４２の巻き始めは端子４７ｃに接続され、巻き終わりは、端子４８ｃに接続されている。

インダクタ６４の巻き始めは端子４５ｄに接続され、巻き終わりは、端子４６ｄに接続されている。インダクタ６５の巻き始めは端子４７ｄに接続され、巻き終わりは、端子４８ｄに接続されている。インダクタ６７の巻き始めは端子４５ｅに接続され、巻き終わりは、端子４６ｅに接続されている。インダクタ６８の巻き始めは端子４７ｅに接続され、巻き終わりは、端子４８ｅに接続されている。インダクタ７０の巻き始めは端子４５ｆに接続され、巻き終わりは、端子４６ｆに接続されている。インダクタ７１の巻き始めは端子４７ｆに接続され、巻き終わりは、端子４８ｆに接続されている。インダクタ７３の巻き始めは端子４５ｇに接続され、巻き終わりは、端子４６ｇに接続されている。インダクタ７４の巻き始めは端子４７ｇに接続され、巻き終わりは、端子４８ｇに接続されている。図６に表した、全インダクタは、巻き数が２回である。ただし、本実施の形態はこれには限定されず、所望のインダクタンスを得るために必要な巻き数とすることができる。

次に、トランス３７、４０の配置について、図７を参照しつつ説明する。
図７は、第３の実施形態に係るスイッチング電源装置のトランスの模式上面図である。
図７に表したように、トランス３７、４０は、基板上に近接して配置される。ドラム型コア４３ｂ、４３ｃ部に記載した矢印は、トランス３７、４０のインダクタ３８、４１に流れる電流の向きを示すものである。インダクタ３８、４１では、流れる電流の向きが逆になるよう配線している。この結果、インダクタ３８、４１に生じる磁束４９ｂ、４９ｃの方向も互いに逆となる。

トランス３７、４０の基板上での配線について、図８を参照しつつ説明する。
図８は、第３の実施形態に係るスイッチング電源装置のトランスの部分を表す模式平面図である。
トランス３７、４０がプリント配線板上に実装され、導体パターン５０によって、配線されている。図示してはいないが、トランス３７、４０の端子と導体パターン５０とは、半田付け等により、電気的に接続されている。インダクタ３９、４２の端子４７ｂ、４８ｂ、４７ｃ、４８ｃは、開放状態としている。インダクタ３８、インダクタ４１は、導体パターン５０によって、直列に接続されている。インダクタ３８の巻き終わりが接続された端子４６ｂは、インダクタ４１の巻き終わりが接続された端子４６ｃに接続されている。これにより、インダクタ３８、インダクタ４１に流れる電流の向きは、互いに逆方向となる。

なお、図示していないが、第１のインダクタ１８の巻き終わりが接続された端子４６ａは、インダクタ３８の巻き始めが接続された端子４５ｂに接続され、インダクタ４１の巻き始めが接続された端子４５ｃは、高電位出力端子７に接続されている。

トランス３７、４０は、ドラム型コアを横置きとした形態であってもよい。これを図９を用いて説明する。
図９は、トランスの構造を例示する模式上面図である。
トランス５１は、基板５３上に、ドラム型コア５２が水平方向に配置された構造を有する。基板５３には、端子５６、５７、５８、５９が付設されている。インダクタ５４、５５の巻き線は、ドラム型コア５２に、それぞれ同じ方向に巻かれている。インダクタ５４の巻き始めは端子５６に接続され、巻き終わりは、端子５７に接続されている。インダクタ５５の巻き始めは端子５８に接続され、巻き終わりは、端子５９に接続されている。このようなトランス形態のトランス２個を基板上に近接して配置する。この際、水平方向より見た、ドラム型コアの位置およびインダクタに流れる電流の向きが、図７と等価となるよう配置する。

本実施の形態では、３個のトランスを設け、そのうち１個を第１のインダクタ１８および第２インダクタ１９として使用し、残りの２個を第４のインダクタとして使用している。第１のインダクタと第４のインダクタのインダクタンスが近い値の場合は、本実施の形態も採用できる。このような場合、第４のインダクタに該当するインダクタ３８、４１の合計を偶数とし、これらのインダクタを、近接して配置することが望ましい。
なお、チョッパ回路３５の動作は、図１に関して前述したチョッパ回路３と同じである。

次に、第３の実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、図７に関して前述したように、第４のインダクタを近接して配置し、生じた磁束の向きを、隣接するインダクタ間で逆方向とすることにより、磁束が打ち消し合う。すると、インダクタ３８、４１近傍の磁束が弱まることとなる。その結果、インダクタ３８、４１の磁束に起因する電磁雑音が減少し、スイッチング電源装置３４の外部に放射される電磁雑音も減少するという効果が得られる。

（第４実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係るスイッチング電源装置を例示する回路図である。
スイッチング電源装置６０は、直流電源２と、チョッパ回路６１と、を備えている。

チョッパ回路６１は、スイッチング素子１２と、電流制御素子１３と、整流素子１４と、入力フィルタコンデンサ１１と、コンデンサ１５と、出力フィルタコンデンサ１６と、トランス１７と、第３のインダクタ６２と、を有する。トランス１７は、磁気結合した第１のインダクタ１８と、第２のインダクタ１９と、ダイオード７７と、を含む。

トランス６３、６６、６９、７２は、図６を参照しつつ前述したように、トランス１７と同等のものとすることができる。トランス６３は、磁気結合したインダクタ６４と、インダクタ６５と、を含む。トランス６６は、磁気結合したインダクタ６７と、インダクタ６８と、を含む。トランス６９は、磁気結合したインダクタ７０と、インダクタ７１と、を含む。トランス７２は、磁気結合したインダクタ７３と、インダクタ７４と、を含む。第３のインダクタ６２は、直列に接続され、インダクタンスの等しい、インダクタ６４、６７、７０、７３により構成されている。インダクタ６５、６８、７１、７４は、使用されない。図１０の実施形態では、インダクタ６４、６７、７０、７３が、第４のインダクタに該当する。これ以外の要素は、図１に関して前述したチョッパ回路３と同様とすることができる。

トランス６３、６６、６９、７２の配置について、図１１を参照しつつ説明する。
図１１は、第４の実施形態に係るスイッチング電源装置のトランスの模式上面図である。

トランス６３、６６、６９、７２は、基板上に、格子状に近接して配置されている。インダクタ６４、６７、７０、７３に流れる電流の向きは、図１１のドラム型コア４３ｄ〜ｇ部に記載した矢印で示される。隣接するインダクタでは逆方向、対角にあるインダクタでは同じ方向としている。

この結果、隣接するインダクタ間に生じる磁束も、互いに逆方向となる。インダクタ６４の磁束４９ｄとインダクタ６７の磁束４９ｅ、インダクタ９７の磁束４９ｅとインダクタ７０の磁束４９ｆ、インダクタ７０の磁束４９ｆとインダクタ７３の磁束４９ｇ、インダクタ７３の磁束４９ｇとインダクタ６４の磁束４９ｄは、それぞれ逆方向となる。

トランス６３、６６、６９、７２の基板上での配線について、図１２を参照しつつ説明する。
図１２は、第４の実施形態に係るスイッチング電源装置のトランスの部分を表す模式平面図である。
トランス６３、６６、６９、７２がプリント配線板上に実装され、導体パターン７５、７６によって、配線されている。導体パターン７５、はトランス実装面である基板表面に配置され、導体パターン７６は基板裏面に配置されている。図示してはいないが、トランス６３、６６、６９、７２の端子と導体パターン７５、７６とは、半田付け等により、電気的に接続されている。なお、基板裏面に配置された、導体パターン７６は、スルーホール等の手段を介して、接続される。インダクタ６５の端子４７ｄ、４８ｄ、インダクタ６８の端子４７ｅ、４８ｅ、インダクタ７１の端子４８ｆ、４８ｆ、インダクタ７４の端子４７ｇ、４８ｇ、は、開放状態としている。インダクタ６４、６７、７０、７３は、導体パターン７５、７６によって、直列に接続されている。

インダクタ６４の巻き終わりが接続された端子４６ｄは、インダクタ６７の巻き終わりが接続された端子４６ｅに接続されている。インダクタ６７の巻き始めが接続された端子４５ｅは、インダクタ７０の巻き始めが接続された端子４５ｆに接続されている。インダクタ７０の巻き終わりが接続された端子４６ｆは、インダクタ７３の巻き終わりが接続された端子４６ｇに接続されている。これにより、インダクタ６４、７０に流れる電流の向きと、インダクタ６７、７３に流れる電流との向きと、は、互いに逆方向となる。

なお、図示していないが、第１のインダクタ１８の巻き終わりが接続された端子４６ａは、インダクタ６４の巻き始めが接続された端子４５ｄに接続され、インダクタ７３の巻き始めが接続された端子４５ｇは、高電位出力端子７に接続されている。

図１１の実施形態では、第４のインダクタに該当するインダクタ６４、６７、７０、７３の合計を偶数とし、これらのインダクタが格子状に近接して配置されている。ただし、本実施の形態はこれには限定されず、これらのインダクタは６個以上であってもよい。
なお、チョッパ回路６１の動作は、図１に関して前述したチョッパ回路３と同じである。

次に、第４の実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、図１１にて前述したように、第４のインダクタを構成するインダクタ６４、６７、７０、７３を格子状に近接して配置し、生じた磁束の向きを、隣接するインダクタ間で逆方向とすることにより、磁束が打ち消し合う。すると、インダクタ６４、６７、７０、７３近傍の磁束が弱まることとなる。その結果として、インダクタ６４、６７、７０、７３の磁束に起因する電磁雑音が減少し、スイッチング電源装置６０の外部に放射される電磁雑音も、減少するという効果が得られる。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、それらに限定されるものでは
なく、種々の変形が可能である。

例えば、スイッチング素子１２、電流制御素子１３および整流素子１４は、ＧａＮ系ＨＥＭＴには限定されない。例えば、半導体基板に炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）やダイヤモンドのようなワイドバンドギャップを有する半導体（ワイドバンドギャップ半導体）を用いて形成した半導体素子でもよい。ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、バンドギャップが約１．４ｅＶのヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）よりもバンドギャップの広い半導体をいう。例えば、バンドギャップが１．５ｅＶ以上の半導体、リン化ガリウム（ＧａＰ、バンドギャップ約２．３ｅＶ）、窒化ガリウム（ＧａＮ、バンドギャップ約３．４ｅＶ）、ダイアモンド（Ｃ、バンドギャップ約５．２７ｅＶ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ、バンドギャップ約５．９ｅＶ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などが含まれる。

なお、照明負荷４はＬＥＤに限らず、例えば、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）やＯＬＥＤ（Organic light-emitting diode）などでもよい。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。
しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…スイッチング電源装置、２…トランス、２…直流電源、３…チョッパ回路、４…照明負荷、５…高電位入力端子、６…低電位入力端子、７…高電位出力端子、８…低電位出力端子、９…交流電源、１０…整流器、１１…入力フィルタコンデンサ、１２…スイッチング素子、１３…電流制御素子、１４…整流素子、１５…コンデンサ、１６…出力フィルタコンデンサ、１７…トランス、１８、１９、２０、２１、２２…インダクタ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…ドラム型コア、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ…磁束、２５…基板、２６ａ、２６ｂ…巻き線、２７…スイッチング電源装置、２８…チョッパ回路、２９、３０、３１、３２、３３…インダクタ、３４…スイッチング電源装置、３５…チョッパ回路、３６…インダクタ、３７…トランス、３８、３９…インダクタ、４０…トランス、４１、４２…インダクタ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅ、４３ｆ、４３ｇ…ドラム型コア、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇ…基板、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ、４５ｇ…端子、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ、４６ｆ、４６ｇ…端子、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ、４７ｆ、４７ｇ…端子、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｅ、４８ｆ、４８ｇ…端子、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９ｅ、４９ｆ、４９ｇ…磁束、５０…導体パターン、５１…トランス、５２…ドラム型コア、５３…基板、５４、５５…インダクタ、５６、５７、５８、５９…端子、６０…スイッチング電源装置、６１…チョッパ回路、６２…インダクタ、６３…トランス、６４、６５…インダクタ、６６…トランス、６７、６８…インダクタ、６９…トランス、７０、７１…インダクタ、７２…トランス、７３、７４…インダクタ、７５、７６…導体パターン、７７…ダイオード

Claims (4)

1. 直流電源と、
   前記直流電源の出力電圧を変換するチョッパ回路と、
   を備え、
   前記チョッパ回路は、
   第１のインダクタと、
   前記第１のインダクタと磁気結合する第２のインダクタと、
   前記第１のインダクタに接続された第３のインダクタと、
   オン時に前記直流電源から前記第１のインダクタおよび前記第３のインダクタへ増加電流を流すスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子に直列に接続された電流制御素子と、
   前記スイッチング素子のオフ時に前記第１のインダクタおよび前記第３のインダクタに減少電流を流す整流素子と、
   前記スイッチング素子をオンさせて前記増加電流により前記電流制御素子が飽和状態に達した時に前記スイッチング素子のゲート電圧を制御してオフさせる駆動回路と、
   を有し、
   前記第３のインダクタは、
   インダクタンスの等しい偶数個の第４のインダクタを含むとともに、それぞれの前記第４のインダクタが発生する磁束が隣接する前記第４のインダクタとの間で互いに逆方向となるように配置されたスイッチング電源装置。
2. 前記偶数個の第４のインダクタのそれぞれは、トランスに設けられ磁気結合した一対のインダクタのいずれかである請求項１記載のスイッチング電源装置。
3. 前記偶数個の第４のインダクタのそれぞれは、前記第４のインダクタのそれぞれの巻き線に流れる電流の向きが隣接する前記第４のインダクタとの間で互いに逆方向となるよう配線された請求項１または２に記載のスイッチング電源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のスイッチング電源装置と、
   前記スイッチング電源装置の負荷となる照明負荷と、
   を備えた照明装置。

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