JP2021158762A - スイッチング電源装置及びスイッチング電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】トランスの一次コイルと二次コイルの巻数比を小さくすることができるスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】インバータと、共振回路と、トランスと、整流平滑回路と、を備え、さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備える、スイッチング電源装置。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング電源装置及びスイッチング電源システムに関する。

特許文献１には、共振回路、トランス、および整流平滑回路を備えた回路構成が記載されている（特許文献１の図１など参照。）。
このような回路構成を用いてスイッチング電源装置を構成することが考えられる。スイッチング電源装置は、例えば、インバータ、共振回路、トランス、および整流平滑回路を備える。

特開平８−２６６０５７号公報

しかしながら、従来において、スイッチング電源装置では、トランスの一次コイルと二次コイルの巻数比が大きくなり、トランスの体積が大きくなる場合があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、トランスの一次コイルと二次コイルの巻数比を小さくすることができるスイッチング電源装置、及びこのようなスイッチング電源装置を搭載したスイッチング電源システムを提供することを課題とする。

本発明の一態様は、インバータと、共振回路と、トランスと、整流平滑回路と、を備え、さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備える、スイッチング電源装置である。

本発明の一態様は、スイッチング電源装置と、入力電源と、負荷と、を備える、スイッチング電源システムである。

本発明によれば、スイッチング電源装置において、トランスの一次コイルと二次コイルの巻数比を小さくすることができる。

第１実施形態に係るスイッチング電源装置の概略的な構成を示す図である。 第２実施形態に係るスイッチング電源装置の概略的な構成を示す図である。 一実施形態に係るローパスフィルタ（ＬＰＦ）の回路構成を示す図である。 一実施形態に係るハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の回路構成を示す図である。 一実施形態に係るバンドストップフィルタ（ＢＳＦ）の回路構成を示す図である。 一実施形態に係るバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の回路構成を示す図である。 一実施形態に係るスイッチング電源装置およびスイッチング電源システムの回路構成を示す図である。 一実施形態に係るスイッチング電源装置の簡略化した回路構成を示す図である。 比較例に係る回路構成を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１の概略的な構成を示す図である。
スイッチング電源装置１は、インバータ１１と、共振回路１２と、ＬＣフィルタ１３と、トランス１４と、整流平滑回路１５を備える。スイッチング電源装置１では、インバータ１１と、共振回路１２と、ＬＣフィルタ１３と、トランス１４と、整流平滑回路１５と、が直列に接続されている。
ここで、本実施形態に係るスイッチング電源装置１では、インバータ１１と共振回路１２とトランス１４と整流平滑回路１５を備えるＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＤＣコンバータにおいて、共振回路１２とトランス１４との間にＬＣフィルタ１３を備える構成を有している。

このようなスイッチング電源装置１のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて行われる動作の例を示す。
例えば、直流電源である入力電源（図示せず）から出力される直流電圧がインバータ１１に供給される。
インバータ１１は、スイッチ部を有しており、当該直流電圧を入力し、当該直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を出力する。
共振回路１２は、インバータ１１から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧をＬＣフィルタ１３に出力する。共振回路１２は、所定の共振周波数を有する。
ＬＣフィルタ１３は、共振回路１２から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧について所定のフィルタリングを行い、フィルタリング後の交流電圧を出力する。
トランス１４は、ＬＣフィルタ１３から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧を降圧する変換を行い、変換後の交流電圧を出力する。
整流平滑回路１５は、トランス１４から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧を整流平滑して直流電圧に変換し、当該直流電圧を出力する。
整流平滑回路１５から出力される直流電圧は、例えば、所定の負荷（図示せず）に供給される。
このように、スイッチング電源装置１のＤＣ−ＤＣコンバータでは、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力する。

ここで、インバータ１１とトランス１４の一次コイルの側との間と、トランス１４の二次コイルの側と整流平滑回路１５との間では交流電圧がかかっている。ＬＣフィルタ１３は、交流電圧を減衰することができる。ＬＣフィルタ１３の周波数特性によって、周波数による減衰率が異なる。このようにＬＣフィルタ１３による減衰量は交流電圧の周波数によって異なることから、ＬＣフィルタ１３は、特定の周波数の交流電圧を通過させることあるいは減衰させることができる。
本実施形態に係るスイッチング電源装置１では、このようなＬＣフィルタ１３を、インバータ１１の後段の共振回路１２とトランス１４の一次コイルの側との間に設けることで、所定の周波数の交流電圧を減衰することができる。
また、ＬＣフィルタ１３はインダクタとキャパシタで構成されていることから、ＬＣフィルタ１３では、理想的には損失が発生しない。

ＬＣフィルタ１３の種類としては、概略的には、４つの種類がある。具体的には、ＬＣフィルタ１３としては、例えば、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ：Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）、バンドストップフィルタ（ＢＳＦ：Ｂａｎｄ Ｓｔｏｐ Ｆｉｌｔｅｒ）、あるいは、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）が用いられる。

ＬＰＦは、低周波数の成分を減衰せずに出力するが、高周波数の成分を減衰する周波数特性を持つフィルタである。
ＨＰＦは、高周波数の成分を減衰せずに出力するが、低周波数の成分を減衰する周波数特性を持つフィルタである。
ＢＳＦは、特定の周波数以外の周波数の成分を減衰せずに出力するが、当該特定の周波数の成分を減衰する周波数特性を持つフィルタである。
ＢＰＦは、特定の周波数の成分を減衰せずに出力するが、当該特定の周波数以外の周波数の成分を減衰する周波数特性を持つフィルタである。

本実施形態に係るスイッチング電源装置１では、ＬＣフィルタ１３を備えることで、例えば、トランス１４における一次コイルと二次コイルとの巻数比を小さくすることができる。すなわち、本実施形態に係るスイッチング電源装置１では、ＬＣフィルタ１３を備えることで、例えば、ＬＣフィルタ１３が備えられない場合と比べて、トランス１４における一次コイルと二次コイルとの巻数比を削減することができる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係るスイッチング電源装置１０１の概略的な構成を示す図である。
スイッチング電源装置１０１は、インバータ１１１と、共振回路１１２と、トランス１１３と、ＬＣフィルタ１１４と、整流平滑回路１１５を備える。スイッチング電源装置１０１では、インバータ１１１と、共振回路１１２と、トランス１１３と、ＬＣフィルタ１１４と、整流平滑回路１１５と、が直列に接続されている。
ここで、本実施形態に係るスイッチング電源装置１０１では、インバータ１１１と共振回路１１２とトランス１１３と整流平滑回路１１５を備えるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、トランス１１３と整流平滑回路１１５との間にＬＣフィルタ１１４を備える構成を有している。

本実施形態に係るスイッチング電源装置１０１では、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１と比べて、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてＬＣフィルタ１１４が設けられる位置が異なっているが、概略的な動作は同様である。

例えば、直流電源である入力電源（図示せず）から出力される直流電圧がインバータ１１１に供給される。
インバータ１１１は、スイッチ部を有しており、当該直流電圧を入力し、当該直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を出力する。
共振回路１１２は、インバータ１１１から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧をトランス１１３に出力する。共振回路１１２は、所定の共振周波数を有する。
トランス１１３は、共振回路１１２から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧を降圧する変換を行い、変換後の交流電圧を出力する。
ＬＣフィルタ１１４は、トランス１１３から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧について所定のフィルタリングを行い、フィルタリング後の交流電圧を出力する。
整流平滑回路１１５は、ＬＣフィルタ１１４から出力される交流電圧を入力し、当該交流電圧を整流平滑して直流電圧に変換し、当該直流電圧を出力する。
整流平滑回路１１５から出力される直流電圧は、例えば、所定の負荷（図示せず）に供給される。
このように、スイッチング電源装置１０１のＤＣ−ＤＣコンバータでは、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力する。

本実施形態に係るスイッチング電源装置１０１では、このようなＬＣフィルタ１１４を、トランス１１３の二次コイルの側と整流平滑回路１１５との間に設けることで、交流電圧を減衰することができる。

本実施形態に係るスイッチング電源装置１０１では、ＬＣフィルタ１１４を備えることで、例えば、トランス１１３における一次コイルと二次コイルとの巻数比を小さくすることができる。すなわち、本実施形態に係るスイッチング電源装置１０１では、ＬＣフィルタ１１４を備えることで、例えば、ＬＣフィルタ１１４が備えられない場合と比べて、トランス１１３における一次コイルと二次コイルとの巻数比を削減することができる。

＜ＬＣフィルタの具体的な回路の例＞
ＬＣフィルタについて、具体的な回路の例を示す。

図３〜図６を参照して、ＬＣフィルタの具体的な回路の例を示す。これらの回路のうちの任意の回路は、例えば、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１のＬＣフィルタ１３として用いられてもよく、第２実施形態に係るスイッチング電源装置１０１のＬＣフィルタ１１４として用いられてもよい。

図３は、一実施形態に係るローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１０の回路構成を示す図である。
ＬＰＦ２１０は、コイル２１１と、コンデンサ２１２から構成されている。なお、コイル２１１はインダクタンスを有する任意のものであってもよく、コンデンサ２１２は容量を有する任意のものであってもよい。
２線の伝送路Ｄ１、Ｄ２に対して、一方の伝送路Ｄ１にコイル２１１が設けられており、コイル２１１の後段において２つの伝送路Ｄ１、Ｄ２の間にコンデンサ２１２が接続されている。
例えば、図３の例において、コイル２１１の側（図３の例において、左側）に第１実施形態における共振回路１２あるいは第２実施形態におけるトランス１１３が配置され、コンデンサ２１２の側（図３の例において、右側）に第１実施形態におけるトランス１４あるいは第２実施形態における整流平滑回路１１５が配置される。

ここで、ＬＰＦ２１０では、高調波を抑えることができる。例えば、共振回路の共振周波数以下にＬＰＦ２１０の遮断周波数を設定して減衰域で発振周波数での利得を減衰させると、減衰量が大きくなりすぎる場合がある。共振回路の共振周波数以上にＬＰＦ２１０の遮断周波数を設定して通過域に発振周波数が含まれるようにすると、発振周波数での利得を減衰することができる。このため、例えば、ＬＰＦ２１０の遮断周波数は、共振回路（例えば、第１実施形態における共振回路１２、あるいは、第２実施形態における共振回路１１２）の共振周波数よりも高い値に設定される。

図４は、一実施形態に係るハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２３０の回路構成を示す図である。
ＨＰＦ２３０は、コイル２３１と、コンデンサ２３２から構成されている。なお、コイル２３１はインダクタンスを有する任意のものであってもよく、コンデンサ２３２は容量を有する任意のものであってもよい。
２線の伝送路Ｄ１１、Ｄ１２に対して、一方の伝送路Ｄ１１にコンデンサ２３２が設けられており、コンデンサ２３２の前段において２つの伝送路Ｄ１１、Ｄ１２の間にコイル２３１が接続されている。
例えば、図４の例において、コイル２３１の側（図４の例において、左側）に第１実施形態における共振回路１２あるいは第２実施形態におけるトランス１１３が配置され、コンデンサ２３２の側（図４の例において、右側）に第１実施形態におけるトランス１４あるいは第２実施形態における整流平滑回路１１５が配置される。

ここで、ＨＰＦ２３０では、高調波を抑えることができない。例えば、共振回路の共振周波数以上にＨＰＦ２３０の遮断周波数を設定して減衰域で発振周波数での利得を減衰させると、減衰量が大きくなりすぎる場合がある。共振回路の共振周波数以下にＨＰＦ２３０の遮断周波数を設定して通過域に発振周波数が含まれるようにすると、発振周波数での利得を減衰することができる。このため、例えば、ＨＰＦ２３０の遮断周波数は、共振回路（例えば、第１実施形態における共振回路１２、あるいは、第２実施形態における共振回路１１２）の共振周波数よりも低い値に設定される。

図５は、一実施形態に係るバンドストップフィルタ（ＢＳＦ）２５０の回路構成を示す図である。
ＢＳＦ２５０は、コイル２５１と、コンデンサ２５２から構成されている。なお、コイル２５１はインダクタンスを有する任意のものであってもよく、コンデンサ２５２は容量を有する任意のものであってもよい。
２線の伝送路Ｄ２１、Ｄ２２に対して、２つの伝送路Ｄ２１、Ｄ２２の間にコイル２５１とコンデンサ２５２が直列に接続されている。
例えば、図５の例において、コイル２５１およびコンデンサ２５２が存在する部分に対して一方の側（図５の例において、左側）に第１実施形態における共振回路１２あるいは第２実施形態におけるトランス１１３が配置され、他方の側（図５の例において、右側）に第１実施形態におけるトランス１４あるいは第２実施形態における整流平滑回路１１５が配置される。

ここで、ＢＳＦ２５０では、高調波を抑えることができない。例えば、ＢＳＦ２５０の共振周波数は、共振回路（例えば、第１実施形態における共振回路１２、あるいは、第２実施形態における共振回路１１２）の共振周波数よりも低い値に設定されてもよくあるいは高い値に設定されてもよい。

図６は、一実施形態に係るバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２７０の回路構成を示す図である。
ＢＰＦ２７０は、コイル２７１と、コンデンサ２７２から構成されている。なお、コイル２７１はインダクタンスを有する任意のものであってもよく、コンデンサ２７２は容量を有する任意のものであってもよい。
２線の伝送路Ｄ３１、Ｄ３２に対して、一方の伝送路Ｄ３１にコイル２７１とコンデンサ２７２が直列に接続されている。
例えば、図６の例において、コイル２７１およびコンデンサ２７２が存在する部分に対して一方の側（図６の例において、左側）に第１実施形態における共振回路１２あるいは第２実施形態におけるトランス１１３が配置され、他方の側（図６の例において、右側）に第１実施形態におけるトランス１４あるいは第２実施形態における整流平滑回路１１５が配置される。

ここで、ＢＰＦ２７０では、高調波を抑えるこができる。例えば、ＢＰＦ２７０の共振周波数を共振回路の共振周波数よりも低い値にすることで、高調波を抑えることができる。例えば、ＢＰＦ２７０の共振周波数は、共振回路（例えば、第１実施形態における共振回路１２、あるいは、第２実施形態における共振回路１１２）の共振周波数よりも低い値に設定されてもよくあるいは高い値に設定されてもよい。

＜スイッチング電源装置の具体的な回路の例＞
スイッチング電源装置について、具体的な回路の例を示す。

実施形態に係る図７〜図８および比較例に係る図９を参照して、スイッチング電源装置の具体的な回路の例を示す。
図７〜図８および図９の例では、第１実施形態に係るスイッチング電源装置１のように共振回路とトランスとの間にＬＣフィルタが設けられる場合を示す。
なお、第２実施形態に係るスイッチング電源装置１０１のようにトランスと整流平滑回路との間にＬＣフィルタが設けられる場合についても、それぞれの回路としては、例えば、図７〜図８の例と同様な回路が用いられてもよい。

図７は、一実施形態に係るスイッチング電源装置３０１およびスイッチング電源システム４０１の回路構成を示す図である。
スイッチング電源装置３０１は、コンデンサ４１２と、インバータ３１１と、共振回路３１２と、ＬＣフィルタ３１３と、トランス３１４と、整流平滑回路３１５と、を備える。

なお、本実施形態のスイッチング電源装置３０１に直流電源である入力電源４１１、負荷５７１を含めてスイッチング電源システム４０１が構成される。

インバータ３１１は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４３１と、ＦＥＴ４３２を備える。ＦＥＴ４３１とＦＥＴ４３２はバイポーラトランジスタ若しくはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、又はＧａＮトランジスタ（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）若しくはＳｉＣトランジスタ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でも良い。
また本実施例では、スイッチング電源装置３０１の主要部であるインバータ３１１、共振回路３１２、トランス３１４、整流平滑回路３１５は、電流共振コンバータの基本構成で記載しているが、この構成に限定されるものではない。
共振回路３１２は、コイル４５１と、コンデンサ４５２を備える。
ＬＣフィルタ３１３は、コイル４７１と、コンデンサ４７２を備える。このように、本実施形態では、ＬＣフィルタ３１３として、ＬＰＦが用いられる場合を示すが、例えば、ＨＰＦ、ＢＳＦ、あるいは、ＢＰＦのように、他のフィルタが用いられてもよい。
トランス３１４は、磁心５１１と、一次コイル５１２と、二次コイル５１３を備える。
整流平滑回路３１５は、整流用のダイオード５３１と、ダイオード５３２と、平滑用のコンデンサ５５１を備える。
整流用のダイオードは、一例としてＦＥＴ等のスイッチ素子を用いて同期整流構成としても良い。

スイッチング電源システム４０１における回路素子の接続関係について説明する。
入力電源４１１が有する２個の出力端子のうち、プラス（＋）側の出力端子が１つの伝送路Ｄ１１１と接続されており、マイナス（−）側の出力端子が他の１つの伝送路Ｄ１１２と接続されている。
ここで、伝送路Ｄ１１２は、基準電位部Ｇ１と接続されている。本実施形態では、基準電位部Ｇ１は、基準となる電位（基準電位）となる部分である。本実施形態では、基準電位はグラウンドに相当する電位であり、基準電位部Ｇ１は接地点である。なお、基準電位として、グラウンド以外の電位が用いられてもよい。

２つの伝送路Ｄ１１１、Ｄ１１２の間に、コンデンサ４１２が、入力電源４１１と並列に、接続されている。
コンデンサ４１２の後段において、２つの伝送路Ｄ１１１、Ｄ１１２の間に、ＦＥＴ４３１およびＦＥＴ４３２が直列に接続されている。具体的には、伝送路Ｄ１１１とＦＥＴ４３１のドレイン（Ｄ）端子とが接続されており、伝送路Ｄ１１２とＦＥＴ４３２のソース（Ｓ）端子とが接続されており、ＦＥＴ４３１のソース端子とＦＥＴ４３２のドレイン端子とが接続されている。なお、ＦＥＴ４３１のゲート（Ｇ）端子とＦＥＴ４３２のゲート端子は、それぞれ、所定の制御部（図示せず）によって制御される。これらのＦＥＴ４３１、４３２は、スイッチ部として用いられる。

ＦＥＴ４３１のソース端子とＦＥＴ４３２のドレイン端子との間の点と、コイル４５１が有する２個の端子のうちの一方の端子とが接続されている。
コイル４５１が有する２個の端子のうちの他方の端子と、コイル４７１が有する２個の端子のうちの一方の端子とが接続されている。
コイル４５１とコイル４７１との間の点と、伝送路Ｄ１１２との間に、コンデンサ４５２が接続されている。
コイル４７１が有する２個の端子のうちの他方の端子と、伝送路Ｄ１１２との間に、コンデンサ４７２が接続されている。

コンデンサ４７２の後段において、コイル４７１が有する２個の端子のうちの前記他方の端子と、伝送路Ｄ１１２との間に、トランス３１４の一次コイル５１２が接続されている。
トランス３１４の二次コイル５１３の両端の間に、ダイオード５３２が接続されている。
トランス３１４の二次コイル５１３の一端とダイオード５３２のカソード端子との接続点に、ダイオード５３１のアノード端子が接続されている。ダイオード５３１のカソード端子と、ダイオード５３２のアノード端子との間に、コンデンサ５５１が接続されている。
コンデンサ５５１の後段において、ダイオード５３１のカソード端子と、ダイオード５３２のアノード端子との間に、負荷５７１が接続される。
ダイオード５３２のアノード端子は、基準電位部Ｇ２と接続されている。本実施形態では、基準電位部Ｇ２は、基準電位部Ｇ１と同様であり、基準電位部Ｇ１の電位と同じ電位である。
このように、図７に示されるスイッチング電源装置３０１は、ＬＰＦを含む共振コンバータを有する。

図８は、一実施形態に係るスイッチング電源装置３０１の簡略化した回路構成を示す図である。
図８に示される回路構成では、図７に示される回路構成と比べて、インバータ３１１およびそれよりも前段の回路が、仮想的な交流電源６１１に置き換えられており、また、トランス３１４およびそれよりも後段の回路が、仮想的な負荷６３１に置き換えられている。負荷６３１は、二次側の負荷を一次側の負荷に変換したものとなる。

ここで、説明の便宜上、交流電源６１１が発生する電圧をＶｉで表し、負荷６３１にかかる電圧をＶｏで表す。また、負荷５７１の抵抗をＲで表し、負荷６３１の抵抗をＲ’で表す。また、コイル４５１のインダクタンスをＬｒで表し、コンデンサ４５２の容量をＣｒで表す。また、コイル４７１のインダクタンスをＬｌｐｆで表し、コンデンサ４７２の容量をＣｌｐｆで表す。
また、角周波数をωで表す。ωは、ω=２πｆで表される。ここで、ｆは、共振回路３１２に入力される波形の周波数である。この場合、ｆは、インバータ３１１から出力された波形の周波数、つまりスイッチング周波数であると捉えられる。
また、トランス３１４の一次コイル５１２の巻数と二次コイル５１３の巻数との比が、Ｎ：１であるとする。このとき、Ｒ’＝Ｒ／Ｎ^２で表される。
ｊは、虚数単位を表す。

この場合、伝達関数（Ｖｏ／Ｖｉ）は、式（１）により表される。
また、このときの利得Ｇｖｌｐｆは、式（２）により表される。

［数１］
Ｖｏ／Ｖｉ＝ｊＲ／（α＋β）
α＝ω^３・Ｌｒ・Ｌｌｐｆ・Ｃｒ−ωＬｒ−ωＬｌｐｆ
β＝−ｊＲ・γ
γ＝ω²・Ｌｒ・Ｃｒ＋ω²・Ｌｒ・Ｃｌｐｆ＋ω²・Ｌｌｐｆ・Ｃｌｐｆ−ω⁴・Ｌｒ・Ｌｌｐｆ・Ｃｒ・Ｃｌｐｆ−１
・・（１）

［数２］
Ｇｖｌｐｆ＝２０・ｌｏｇ｜Ｖｏ／Ｖｉ｜ ・・（２）

ここで、図７〜図８に示される実施形態に係る回路構成を、図９に示される比較例に係る回路構成と比較する。
図９は、比較例に係る回路構成を示す図である。
図９に示される回路構成では、図８に示される回路構成と比べて、交流電源６１１と負荷６３１との間において、ＬＰＦを構成するコイル４７１およびコンデンサ４７２が除かれており、共振回路を構成するコイル４５１およびコンデンサ４５２が備えられている。
なお、説明の便宜上、図９に示される回路構成においても、図８に示される回路構成と同じ符号を付してある。

ここで、説明の便宜上、図９の例では、交流電源６１１が発生する電圧をＶｒｉで表し、負荷６３１にかかる電圧をＶｒｏで表す。

この場合、伝達関数（Ｖｒｏ／Ｖｒｉ）は、式（３）により表される。
また、このときの利得Ｇｖｒは、式（４）により表される。

［数３］
Ｖｒｏ／Ｖｒｉ＝ｊＲ／（δ＋η）
δ＝−ω・Ｌｒ
η＝−ｊＲ（ω²・Ｌｒ・Ｃｒ−１）
・・（３）

［数４］
Ｇｖｒ＝２０・ｌｏｇ｜Ｖｒｏ／Ｖｒｉ｜ ・・（４）

例えば、図８に示される回路構成における利得Ｇｖｌｐｆと、図９に示される回路構成における利得Ｇｖｒとの差が、スイッチング周波数で−６ｄＢとなるとき、出力電圧が半減したことになる。この場合には、本実施形態に係るスイッチング電源装置３０１では、図９に示される回路構成と比べて、トランス３１４の一次コイル５１２の巻数Ｎを半分にすることができる。

＜ＬＣフィルタの遮断周波数＞
次に、ＬＣフィルタ３１３の遮断周波数の観点で説明する。
ＬＣフィルタ３１３の遮断周波数で考えると、共振コンバータの共振回路の影響によって、電圧の減衰が大きくなること、あるいは、電圧の減衰が小さくなることが生じ得る。そこで、スイッチング周波数が用いられるときについて、ＬＣフィルタ３１３が設けられていない場合における電圧利得Ｇｖと、ＬＣフィルタ３１３が設けられている場合における電圧利得Ｇｖｌｃとの差で考える。一次巻数の削減を最低でも１／２の一次巻数にすると想定すると、電圧利得の差は−６ｄＢ以下となる。一次巻数の削減を最高でも１／１０の一次巻数にすると想定すると、電圧利得の差は−２０ｄＢ以上となる。
この場合、数値限定は、式（５）により表される。

［数５］
−６ｄＢ≧Ｇｖｌｃ−Ｇｖ≧−２０ｄＢ ・・（５）

ＬＣフィルタ３１３の特性を決めるパラメータであるＬｌｐｆ（インダクタンス）とＣｌｐｆ（容量）を決めるときには、例えば、まず、ＬＣフィルタ３１３が設けられていない場合における電圧利得Ｇｖを求める。次に、希望される周波数（スイッチング周波数）で必要となる電圧の減衰量を決める。例えば、出力電圧を半分にする場合には、電圧利得Ｇｖから６ｄＢを引くと、ＬＣフィルタ３１３が設けられる場合における希望の電圧利得Ｇｖｌｃが（Ｇｖ−６）となる。希望の電圧利得Ｇｖｌｃが決められたことで、希望される周波数（スイッチング周波数）から、ＬＣフィルタ３１３のパラメータであるＬｌｐｆとＣｌｐｆが決められる。
なお、ここでは、ＬＣフィルタ３１３として、ＬＰＦが用いられる場合について説明したが、ＨＰＦ、ＢＳＦ、あるいは、ＢＰＦのように、他のフィルタが用いられる場合についても同様である。

＜構成例＞
一構成例として、スイッチング電源装置は、インバータと、共振回路と、トランスと、整流平滑回路と、を備える。
さらに、一例として、スイッチング電源装置は、共振回路とトランスとの間にフィルタを備える（図１の例）。
また、他の例として、スイッチング電源装置は、トランスと整流平滑回路との間にフィルタを備える（図２の例）。
なお、他の例として、スイッチング電源装置は、共振回路とトランスとの間にフィルタを備えるとともに、トランスと整流平滑回路との間にフィルタ（別のフィルタ）を備えてもよい。

一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、コイルと、コンデンサを含む（図３〜図６の例）。
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、ローパスフィルタである。そして、ローパスフィルタの遮断周波数は、共振回路の共振周波数よりも高い値に設定される（図３の例）。
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、ハイパスフィルタである。そして、ハイパスフィルタの遮断周波数は、共振回路の共振周波数よりも低い値に設定される（図４の例）。
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、バンドストップフィルタである。そして、バンドストップフィルタの遮断周波数は、共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される（図５の例）。
一構成例として、スイッチング電源装置では、フィルタは、バンドパスフィルタである。そして、バンドパスフィルタの遮断周波数は、共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される（図６の例）。
一構成例として、以上のようなスイッチング電源装置と、入力電源と、負荷と、を備える、スイッチング電源システムである。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１、１０１、３０１…スイッチング電源装置、１１、１１１、３１１…インバータ、１２、１１２、３１２…共振回路、１３、１１４、３１３…ＬＣフィルタ、１４、１１３、３１４…トランス、１５、１１５、３１５…整流平滑回路、２１０…ローパスフィルタ、２１１、２３１、２５１、２７１、４５１、４７１…コイル、２１２、２３２、２５２、２７２、４１２、４５２、４７２、５５１…コンデンサ、２３０…ハイパスフィルタ、２５０…バンドストップフィルタ、２７０…バンドパスフィルタ、４０１…スイッチング電源システム、４１１…入力電源、４３１〜４３２…ＦＥＴ、５１１…磁心、５１２…一次コイル、５１３…二次コイル、５３１〜５３２…ダイオード、５７１、６３１…負荷、６１１…交流電源、Ｄ１〜Ｄ２、Ｄ１１〜Ｄ１２、Ｄ２１〜Ｄ２２、Ｄ３１〜Ｄ３２、Ｄ１１１〜Ｄ１１２…伝送路、Ｇ１〜Ｇ２…基準電位部

Claims (7)

1. インバータと、
   共振回路と、
   トランスと、
   整流平滑回路と、を備え、
   さらに、前記共振回路と前記トランスとの間、または、前記トランスと前記整流平滑回路との間の少なくとも一方にフィルタを備える、
   スイッチング電源装置。
2. 前記フィルタは、コイルと、コンデンサを含む、
   請求項１に記載のスイッチング電源装置。
3. 前記フィルタは、ローパスフィルタであり、
   前記ローパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも高い値に設定される、
   請求項２に記載のスイッチング電源装置。
4. 前記フィルタは、ハイパスフィルタであり、
   前記ハイパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値に設定される、
   請求項２に記載のスイッチング電源装置。
5. 前記フィルタは、バンドストップフィルタであり、
   前記バンドストップフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される、
   請求項２に記載のスイッチング電源装置。
6. 前記フィルタは、バンドパスフィルタであり、
   前記バンドパスフィルタの遮断周波数は、前記共振回路の共振周波数よりも低い値または高い値に設定される、
   請求項２に記載のスイッチング電源装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のスイッチング電源装置と、
   入力電源と、
   負荷と、を備える、
   スイッチング電源システム。

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