JP3421305B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平滑された直流電
圧と脈流電圧とに基づいて出力電圧を生成するスイッチ
ング電源装置に関し、詳しくは、高力率で電圧変換が可
能なスイッチング電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、コンデンサインプット形のス
イッチング電源装置では、入力電流がパルス状に流れ込
むことによって入力電流高調波が発生する。したがっ
て、スイッチング電源装置の生成電力が大きい場合や複
数を同時に使用する場合は、この有害な高調波成分が商
用電力系に及ぼす影響が大きく、高調波誘導障害の発生
や電圧波形歪みによる電力機器の加熱等種々の支障をき
たす。このため、近年、入力電流高調波の低減が要請さ
れており、この入力電流高調波を低減可能な力率改善型
の各種スイッチング電源装置が提案されている。この種
のスイッチング電源装置として、出願人は、図６に示す
電源装置４１を既に開発している。

【０００３】この電源装置４１は、コンデンサインプッ
ト形の昇降圧コンバータ回路４６と、力率改善用の昇降
圧コンバータ回路４７とを備え、両コンバータ回路４
６，４７で１つのスイッチング素子を共通使用するフラ
イバック形の構成が採用されている。具体的には、電源
装置４１は、トランス４２，４３を備え、両トランス４
２，４３の一次回路側に、昇降圧コンバータ回路４６の
一部を構成する回路として、ダイオード１１，１２、コ
ンデンサ１３およびダイオード４４が配設されている。
また、一次回路側には、昇降圧コンバータ回路４７の一
部を構成する回路として、ダイオードスタック２１と、
コンデンサ２３，２４およびチョークコイル２５で構成
されたノイズフィルタ２２と、ダイオード４５と、例え
ばＦＥＴで構成されたスイッチ４とが配設されている。
一方、トランス４２，４３の二次回路側には、ダイオー
ド３１，３２およびコンデンサ３３が配設されている。

【０００４】この電源装置４１では、ダイオード１１，
１２およびコンデンサ１３が入力交流ＶACを整流平滑す
ることにより直流電圧ＶDCを生成し、ダイオードスタッ
ク２１が入力交流ＶACを整流して脈流電圧ＶR を生成す
る。この場合、脈流電圧ＶRの高電圧期間（山の期間）
においては、昇降圧コンバータ回路４７が出力電圧ＶO
を生成する。具体的には、スイッチ４のオン期間では、
ダイオードスタック２１、ノイズフィルタ２２、トラン
ス４３の一次巻線４３ａ、ダイオード４５およびスイッ
チ４からなる経路を電流Ｉ11が流れ、これにより、トラ
ンス４３にエネルギーが蓄積される。次いで、スイッチ
４のオフ期間に、ダイオード３２およびコンデンサ３３
が、トランス４３の二次巻線４３ｂに誘起した電圧を整
流平滑することにより出力電圧ＶO を生成する。

【０００５】一方、脈流電圧ＶR の電圧が徐々に低下す
ると、昇降圧コンバータ回路４７が出力電圧ＶO として
の電力を生成するための入力電力が不足する。したがっ
て、昇降圧コンバータ回路４６が、出力電圧ＶO の生成
に徐々に寄与することになり、脈流電圧ＶR が最も低下
する期間においては、昇降圧コンバータ回路４６のみが
出力電圧ＶO を生成する。この際には、スイッチ４のオ
ン期間では、コンデンサ１３の正極端子、トランス４２
の一次巻線４２ａ、ダイオード４４、スイッチ４、およ
びコンデンサ１３の負極端子からなる経路を電流Ｉ12が
流れ、これにより、トランス４２にエネルギーが蓄積さ
れる。次いで、スイッチ４のオフ期間では、ダイオード
３１およびコンデンサ３３が、トランス４２の二次巻線
４２ｂに誘起した電圧を整流平滑することにより出力電
圧ＶO を生成する。この結果、入力交流ＶACの１サイク
ルに亘って出力電圧ＶO が安定的に生成される。また、
この電源装置４１では、入力交流ＶACに基づく入力電流
が入力交流ＶACのほぼ１サイクル全域に亘って流れ込む
ため、良好な力率改善効果を得ることができ、しかも１
コンバータ方式のため、高効率で出力電圧ＶO を生成す
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この電源装
置４１には、以下の改善すべき点がある。すなわち、電
源装置４１では、スイッチ４のオン期間において、電流
Ｉ11（またはＩ12）がダイオード４５（または４４）を
流れるため、ダイオード４５（または４４）による電力
損失が常時発生している。このため、その分変換効率が
低下しており、これを改善するのが好ましい。また、ス
イッチ４のオフ期間では、電流Ｉ11または電流Ｉ12と同
じ向きの電流がスイッチ４に内蔵されている寄生容量５
に流れ込むため、その寄生容量５が充電される。この場
合、寄生容量５に蓄積されたエネルギーは、ダイオード
４４，４５によって放出が阻止されている。したがっ
て、スイッチ４がオン状態に移行する際には、寄生容量
５の両端がスイッチ４によって短絡されるため、寄生容
量５の蓄積エネルギーが損失される。このため、変換利
得の低下やノイズの発生を招くおそれがある結果、この
点を改善するのが好ましい。この場合、ダイオード４
４，４５を配設せずに、一次巻線４２ａの巻始め側端子
と一次巻線４３ａの巻き終わり側端子を直接的に接続す
ることも考えられる。しかし、かかる場合、一方の一次
巻線４２ａ（または４３ａ）に電圧が誘起した際に、他
方の一次巻線４３ａ（または４２ａ）を介してコンデン
サ２４（または１３）に電流が流れ込むという短絡現象
が発生し、かかる場合には、さらに多くの電力を損失す
るという課題が生じる。

【０００７】さらに、電源装置４１では、脈流電圧ＶR
の高電圧期間においては、昇降圧コンバータ回路４７が
出力電圧ＶO を生成し、脈流電圧ＶR の低電圧期間（谷
の期間）においては、昇降圧コンバータ回路４６が出力
電圧ＶO を生成する。このため、両トランス４２，４３
が装置の出力電力に見当たった容量をそれぞれ有する必
要があるため、同程度の容量を有するスイッチング用の
トランスが２つ必要となる。したがって、電源装置４１
の部品コストが高騰すると共に装置の大型化を招いてお
り、これを改善するのが好ましい。

【０００８】また、技術的に関連する電源装置として、
特開平７−２２２４４７号に開示されたスイッチング電
源装置も従来から知られているが、このスイッチング電
源装置にも、スイッチ素子（２４）に内蔵されている寄
生容量の両端がスイッチ素子（２４）によって短絡され
るため、上記した電源装置４１と同様にして、変換利得
の低下やノイズの発生を招くという課題がある。また、
このスイッチング電源装置では、電源装置４１における
トランス４２，４３を１つのトランス（２０）で構成し
た点が電源装置４１とは異なっている。しかし、このス
イッチング電源装置では、逆流防止用のダイオード（１
１）を直流電圧の供給経路中に配設しているため、その
ダイオード（１１）を直流電流が流れることに起因し
て、常に損失が発生する。このため、このスイッチング
電源装置には、効率が悪いという問題点がある。また、
このスイッチング電源装置では、脈流電圧の低電圧期間
において、全波整流器（３）、並びに第１および第２の
ダイオード（８），（９）のいずれにも入力電流ＩINが
流れていないいわゆる不連続期間ｔｅ（同公報の図２
（ｄ）参照）が存在するため、入力力率が低く、高調波
規制を満足しにくいという問題点もある。

【０００９】本発明は、かかる課題を解決すべくなされ
たものであり、高い入力力率を維持しつつ、装置の小型
・低価格化、変換利得の向上およびノイズの低減を図り
得るスイッチング電源装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載のスイッチング電源装置は、一次巻線および
二次巻線をそれぞれ有する第１および第２のトランス
と、入力交流を整流して脈流電圧をそれぞれ生成する２
つの整流回路と、当該一方の整流回路によって生成され
た前記脈流電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑回路
と、スイッチング素子とを備え、前記第１のトランスの
前記一次巻線と前記スイッチング素子との直列回路が他
方の前記整流回路の正極出力端子および負極出力端子の
間に接続され、前記第２のトランスの前記一次巻線が前
記平滑回路の正極出力端子と前記他方の整流回路の前記
正極出力端子との間に接続され、前記スイッチング素子
をスイッチングさせることにより、前記両トランスの各
二次巻線に誘起した電圧を整流して合成することにより
出力電圧を生成することを特徴とする。

【００１１】また、請求項２記載のスイッチング電源装
置は、一次巻線および二次巻線をそれぞれ有する第１お
よび第２のトランスと、入力交流を整流して脈流電圧を
生成する整流回路と、脈流電圧を平滑して直流電圧を生
成する平滑回路と、前記整流回路と前記平滑回路との間
に接続されて当該整流回路から当該平滑回路に向けての
電流のみを導通させる一方向性素子と、スイッチング素
子とを備え、前記第１のトランスの前記一次巻線と前記
スイッチング素子との直列回路が前記整流回路の正極出
力端子および負極出力端子の間に接続され、前記第２の
トランスの前記一次巻線が前記平滑回路の正極出力端子
と前記整流回路の前記正極出力端子との間に接続され、
前記スイッチング素子をスイッチングさせることによ
り、前記両トランスの各二次巻線に誘起した電圧を整流
して合成することにより出力電圧を生成することを特徴
とする。

【００１２】また、請求項３記載のスイッチング電源装
置は、一次巻線および二次巻線をそれぞれ有する第１お
よび第２のトランスと、入力交流を整流して脈流電圧を
生成する整流回路と、平滑回路と、スイッチング素子と
を備え、前記第１のトランスの前記一次巻線と前記スイ
ッチング素子との直列回路が前記整流回路の正極出力端
子および負極出力端子の間に接続され、前記平滑回路が
前記第２のトランスの前記一次巻線を介して前記整流回
路の前記正極出力端子に接続され、前記スイッチング素
子をスイッチングさせることにより、前記両トランスの
各二次巻線に誘起した電圧を整流して合成することによ
り出力電圧を生成することを特徴とする。

【００１３】さらに、請求項４記載のスイッチング電源
装置は、請求項１から３のいずれかに記載のスイッチン
グ電源装置において、ノイズフィルタと、ノイズフィル
タから直列回路に向けての電流のみを導通させる一方向
性素子とが整流回路の正極出力端子と直列回路との間に
接続されていることを特徴とする。

【００１４】また、請求項５記載のスイッチング電源装
置は、請求項１から４のいずれかに記載のスイッチング
電源装置において、フォワード型スイッチング電源装置
であって、両トランスにおける各二次巻線の高電位端子
にアノードがそれぞれ接続されると共にカソード同士が
接続された整流用の第１および第２のダイオードと、両
ダイオードのカソードと高電位出力部との間に接続され
た平滑用チョークコイルと、チョークコイルにおける高
電位出力部側の一端と低電位出力部との間に接続された
平滑用コンデンサと、各二次巻線の低電位端子および低
電位出力部にアノードが接続されると共にそのカソード
が両ダイオードのカソードに接続された転流用のダイオ
ードとを備えていることを特徴とする。

【００１５】また、請求項６記載のスイッチング電源装
置は、請求項１から５のいずれかに記載のスイッチング
電源装置において、スイッチング素子は、スイッチング
素子に対して等価的に並列接続されている容量性素子に
蓄積されたエネルギーが両一次巻線を介して平滑回路側
に回生された後にオン状態に制御されることを特徴とす
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るスイッチング電源装置の好適な実施の形態につ
いて説明する。なお、電源装置４１と同一の構成につい
ては、同一の符号を付して重複した説明を省略し、同一
の動作についての重複した説明も省略する。

【００１７】図１に示すように、電源装置１は、フライ
バック型のスイッチング電源装置であって、スイッチン
グ用のトランス２（第２のトランス）およびトランス３
（第１のトランス）を備えている。この場合、トランス
２における一次巻線２ａの巻き終わり側端子は、コンデ
ンサ１３の正極端子に接続され、一次巻線２ａの巻始め
側端子は、トランス３における一次巻線３ａの巻終わり
側端子およびダイオードスタック２１（他方の整流回
路、整流回路）の正極出力端子に接続されている。一
方、トランス３の一次巻線３ａの巻始め側端子は、スイ
ッチ４を介して、ダイオードスタック２１の負極出力端
子に接続されている。

【００１８】また、電源装置１は、電源装置４１と同様
にして２つの昇降圧コンバータ回路６，７を備えてい
る。昇降圧コンバータ６は、入力交流ＶACを整流するダ
イオード１１，１２、整流された電圧を平滑して直流電
圧ＶDCを生成する平滑用のコンデンサ１３、トランス
２，３、およびスイッチング素子としてのスイッチ４で
構成され、力率改善用の昇降圧コンバータ７は、ダイオ
ードスタック２１、トランス３、およびスイッチ４で構
成されている。すなわち、この電源装置１でも、スイッ
チ４は、両昇降圧コンバータ６，７によって共通的に使
用される。なお、ダイオード１１，１２が本発明におけ
る一方の整流回路を構成し、コンデンサ１３が本発明に
おける平滑回路を構成する。一方、トランス２の二次巻
線２ｂ側およびトランス３の二次巻線３ｂ側には、整流
用のダイオード３１，３２および平滑用のコンデンサ３
３が配設されている。

【００１９】この電源装置１では、ダイオード１１，１
２およびコンデンサ１３が、図２（ａ）に示す入力交流
ＶACを整流平滑することにより直流電圧ＶDCを生成し、
ダイオードスタック２１が、入力交流ＶACを整流するこ
とにより、その最高電圧ＶMAX が直流電圧ＶDCの電圧に
ほぼ等しい脈流電圧ＶR （同図（ｂ）参照）を生成す
る。そして、脈流電圧ＶR の高電圧期間（例えば同図
（ｂ）に示す電圧ＶS を超える期間）においては、主と
して、昇降圧コンバータ７が出力電圧ＶO を生成する。
つまり、この電源装置１では、スイッチ４のオン期間で
は、トランス２の一次巻線２ａとトランス３の一次巻線
３ａとの間に脈流電圧ＶR の最高電圧ＶMAXとほぼ等し
い電圧の直流電圧ＶDCが印加され、かつトランス３の一
次巻線３ａの両端に脈流電圧ＶR が印加される。このた
め、トランス２の一次巻線２ａの両端には、直流電圧Ｖ
DCと脈流電圧ＶR の電圧差が印加される。したがって、
その電圧差が小さいときほど、昇降圧コンバータ７が電
力を生成する寄与度が大きく、その電圧差が大きいほ
ど、昇降圧コンバータ６が電力を生成する寄与度が大き
くなる。したがって、脈流電圧ＶR の高電圧期間では、
スイッチ４がオン状態に制御されると、主として、電流
Ｉ1 が、ダイオードスタック２１の正極出力端子、トラ
ンス３の一次巻線３ａ、スイッチ４、およびダイオード
スタック２１の負極出力端子からなる経路を流れ、これ
により、トランス３にエネルギーが蓄積される。次い
で、スイッチ４のオフ期間において、ダイオード３２お
よびコンデンサ３３が、トランス３の二次巻線３ｂに誘
起した電圧を整流平滑することにより出力電圧ＶO を生
成する。

【００２０】次いで、脈流電圧ＶR の電圧が徐々に低下
し、脈流電圧ＶR の電圧が電圧ＶSよりも低下する低電
圧期間においては、主として、昇降圧コンバータ６が出
力電圧ＶO を生成する。具体的には、この期間では、ス
イッチ４のオン期間において、電流Ｉ2 が、コンデンサ
１３の正極端子、トランス２の一次巻線２ａ、トランス
３の一次巻線３ａ、スイッチ４、ダイオードスタック２
１、およびコンデンサ１３の負極端子からなる電流経路
を流れ、これにより、トランス２，３にエネルギーが蓄
積される。なお、この際には、ダイオードスタック２１
内のダイオードが一方向性素子として機能して、トラン
ス２の一次巻線２ａから正極出力端子への電流の流入を
阻止する。次いで、スイッチ４のオフ期間において、ダ
イオード３１，３２およびコンデンサ３３が、トランス
２，３の各二次巻線２ｂ，３ｂにそれぞれ誘起した電圧
を整流平滑することにより出力電圧ＶO を生成する。

【００２１】なお、上記した脈流電圧ＶR の高電圧期間
および低電圧期間の境界を規定する電圧ＶS の電圧値
は、トランス２における一次巻線２ａのインダクタンス
およびトランス３における一次巻線３ａのインダクタン
スをそれぞれ「Ｌ２」および「Ｌ３」とし、直流電圧Ｖ
DCの電圧値を「ＶMAX 」とした場合、インダクタンスＬ
２とインダクタンスＬ３との加算値でインダクタンスＬ
３を除した値に電圧値ＶMAX を乗算することによって求
められる。また、インダクタンスＬ２をインダクタンス
Ｌ３よりも大きく規定する（例えば５：３）。この場
合、インダクタンスＬ２をインダクタンスＬ３よりも大
きくすればする程、電圧ＶS の電圧値が低下するため、
昇降圧コンバータ回路６の出力電圧ＶO の生成に対する
寄与度が少なくなる。さらに、各トランス２，３に必要
とされる容量は、トランス３については、装置の出力電
力と同程度の容量であって、トランス２については、イ
ンダクタンスＬ２とインダクタンスＬ３との加算値でイ
ンダクタンスＬ２を除した値にトランス３の容量を乗算
することによって求められる。したがって、両トランス
２，３全体としては、上記の例（例えば５：３）では、
装置の出力電力に対して１．３７倍（１＋３／８倍）の
容量となる。このため、従来の電源装置４１（２倍程
度）と比較して、トランス２を小型化することができる
ため、装置の小型化を図ることができると共に、部品コ
ストの低減、ひいては装置のコストダウンを図ることが
できる。

【００２２】以上の動作により、図２（ｃ），（ｄ）に
それぞれ示すように、脈流電圧ＶRの電圧が電圧ＶS よ
りも高い期間においては、主としてトランス３の一次巻
線３ａに電流Ｉ1 が流れることによって出力電圧ＶO が
生成され、脈流電圧ＶR の電圧が電圧ＶS よりも低い期
間においては、主として両一次巻線２ａ，３ａに電流Ｉ
2 が流れることによって出力電圧ＶO が生成される。一
方、ダイオード１１，１２には、図２（ｅ）に示すよう
に、脈流電圧ＶR の電圧値が最高電圧ＶMAX の近傍のと
きに、入力電流Ｉ1IN がパルス状に流れ込む。このた
め、電源装置１に流れ込む入力電流ＩINは、同図（ｃ）
に示す電流Ｉ1 と、同図（ｅ）に示す入力電流Ｉ1IN と
の合成となるため、同図（ｆ）に示す電流波形となる。
したがって、電流ＩINが入力交流ＶACのほぼ１サイクル
全域に亘って流れ込む結果、入力力率が０．８５〜０．
９程度の良好な力率改善効果が得ることができる。した
がって、不連続期間を有する特開平７−２２２４４７号
に開示されたスイッチング電源装置と比較して、入力力
率を十分に改善することができる。

【００２３】一方、スイッチ４がオフ状態に移行した際
には、電流Ｉ１または電流Ｉ２と同じ向きの電流が寄生
容量５に流れ込むため、寄生容量５が充電される。この
場合、この電源装置１では、スイッチ４からコンデンサ
１３に向かう経路内に電流の流出を阻止するダイオード
などの半導体素子が配設されていないため、寄生容量
５、トランス３の一次巻線３ａ、トランス２の一次巻線
２ａ、およびコンデンサ１３からなる経路で、電流1 と
逆向きの電流が流れる。これにより、寄生容量５の蓄積
エネルギーが回生されて、寄生容量５の充電電圧が低下
する。そして、その後に電流が流れ込んで寄生容量５を
再度充電するという充放電が繰り返される共振現象が生
じる。したがって、図外のスイッチング制御回路が、寄
生容量５の充電電圧が０ボルトまたは０Ｖ近辺にまで低
下した時点で、スイッチ４をオン状態に制御する。これ
により、いわゆるゼロボルトスイッチが行われる。な
お、共振周波数ｆは、寄生容量５の容量値を「ＣOSS 」
とした場合、下記の式で表される。 ｆ＝１／（２×π×√（（Ｌ２＋Ｌ３）×ＣOSS ））・・・式

【００２４】したがって、寄生容量５の蓄積エネルギー
の一部または全部がコンデンサ１３に回生されるため、
スイッチ４がオン状態に移行する際の短絡を回避でき
る。この結果、電力損失を低減することができるため装
置の変換利得を向上させることができると共に、短絡ノ
イズを低減することができる。また、電源装置４１や、
特開平７−２２２４４７号に開示されたスイッチング電
源装置とは異なり、トランス２の一次巻線２ａとスイッ
チ４との間、およびトランス３の一次巻線３ａとスイッ
チ４との間にダイオードが接続されていないため、ダイ
オードによる電力損失を回避することができ、その分、
変換効率を向上させることができる。

【００２５】次に、他の実施の形態に係る電源装置１Ａ
について、図３を参照して説明する。同図に示すよう
に、この電源装置１Ａは、電源装置１とは異なり、本発
明における他方の整流回路に相当するダイオードスタッ
ク（全波整流器）２１が、本発明における一方の整流回
路としての機能を兼用する構成が採用されている。ま
た、ダイオードスタック２１の正極出力端子と、本発明
における平滑回路に相当するコンデンサ１３との間に、
ダイオードスタック２１からコンデンサ１３に向けての
電流のみを導通させるダイオード１４（一方向性素子）
が接続されている。したがって、この電源装置１Ａによ
れば、１つの整流器で２つの整流回路を構成することが
できるため、その分、装置の小型・低価格化を達成する
ことができる。なお、ダイオード１４を後述するダイオ
ード２６のアノードとコンデンサ１３の正極端子との間
に接続することもできる。

【００２６】さらに、電源装置１Ａは、電源装置１とは
異なり、ノイズフィルタ２２と本発明における一方向性
素子に相当するダイオード２６とが配設されている。ノ
イズフィルタ２２は、ダイオードスタック２１の正極出
力端子およびトランス２，３における各一次巻線２ａ，
３ａの接続部位の間に接続されている。また、ノイズフ
ィルタ２２は、例えば、２つのコンデンサ２３，２４お
よびチョークコイル２５で構成される。一方、ダイオー
ド２６は、ノイズフィルタ２２およびトランス２，３の
一次巻線２ａ，３ａの接続部位の間に接続されると共に
ノイズフィルタ２２から一次巻線２ａ，３ａの接続部位
に向けての電流のみを導通させ、トランス２の一次巻線
２ａおよびトランス３の一次巻線３ａからノイズフィル
タ２２への電流の逆流を阻止する。この構成を採用する
ことで、ノイズフィルタ２２が、スイッチ４によるスイ
ッチングの際に発生するスイッチングノイズを除去する
ため、入力交流ＶACが供給される入力部側へのノイズの
漏洩量を低減することができる。この電源装置１Ａで
は、基本的に電源装置１と同様に作動するため、同図に
おいて電源装置１と同一の構成要素には同一の符号を付
して、その動作説明を省略する。

【００２７】次いで、さらに他の実施の形態に係る電源
装置１Ｂについて、図４を参照して説明する。同図に示
すように、この電源装置１Ｂは、電源装置１Ａと同様に
して、本発明における他方の整流回路に相当するダイオ
ードスタック２１が、本発明における一方の整流回路と
しての機能を兼用する構成が採用され、平滑回路として
のコンデンサ１３が、トランス２における一次巻線２ａ
の巻き終わり側端子に接続されると共に一次巻線２ａを
介してダイオードスタック２１から供給される脈流電圧
ＶR を平滑して直流電圧ＶDCを生成する。

【００２８】この電源装置１Ｂでは、入力電流Ｉ1IN
が、ダイオードスタック２１の正極出力端子、トランス
２の一次巻線２ａ、およびコンデンサ１３からなる経路
を流れることにより、コンデンサ１３が、脈流電圧ＶR
を平滑すると共に充電される。この構成によれば、整流
回路として機能する２つのダイオード１１，１２を省く
ことができるため、その分、装置の小型・低価格化を達
成することができる。なお、この電源装置１Ｂでも、基
本的に電源装置１と同様に作動するため、同図において
電源装置１と同一の構成要素には同一の符号を付して、
その動作説明を省略する。

【００２９】さらに、本発明に係るスイッチング電源装
置は、図５に示すように、フォワード形の電源装置１Ｃ
にも適用することもできる。電源装置１Ｃは、両トラン
ス２，３の二次巻線２ｂ，３ｂ側の二次回路に、ダイオ
ード３１（第２のダイオード）、ダイオード３２（第１
のダイオード）、転流用のダイオード（フライホイール
ダイオード）３４、平滑用のコンデンサ３３、および平
滑用のチョークコイル３５が配設されている。この場
合、この二次回路では、トランス３の二次巻線３ｂの巻
き終わり側端子（高電位端子）と高電位出力部（＋電圧
出力端子）との間に、ダイオード３２およびチョークコ
イル３５が接続されると共に、トランス２の二次巻線２
ｂの巻き終わり側端子（高電位端子）と高電位出力部と
の間に、ダイオード３１およびチョークコイル３５が接
続されている。また、コンデンサ３３が高電位出力部お
よび低電位出力部（アース電位端子）間に接続されてい
る。さらに、ダイオード３４は、アノードがトランス
２，３の各二次巻線２ｂ，３ｂの巻き始め側端子（低電
位端子）、および低電位出力部に接続され、かつカソー
ドがダイオード３１，３２のカソードに接続されてい
る。

【００３０】この電源装置１Ｃは、基本的には、通常の
フォワード型電源装置と同様にして、スイッチ４のオン
期間において、両ダイオード３１，３２が、各二次巻線
２ｂ，３ｂに誘起した電圧を整流し、かつチョークコイ
ル３５およびコンデンサ３３が、整流された直流電圧を
平滑することによって出力電圧ＶO を生成する。また、
ダイオード３４がチョークコイル３５に蓄積されたエネ
ルギーに基づくフライホイール電流を導通させる。この
電源装置１Ｃによれば、１つのダイオード３４がフライ
ホイールダイオードとして機能するため、フォワード型
のスイッチング電源装置の二次回路を簡易に構成するこ
とができる。

【００３１】なお、本発明におけるスイッチング電源
は、上記した電源装置１〜１Ｃの構成に限らず、適宜変
更が可能である。例えば、電源装置１、１Ｂ，１Ｃにノ
イズフィルタ２２とダイオード２６とを設けることがで
きるのは勿論である。また、本発明は、トランス２，３
の各一次巻線２ａ，３ａおよび二次巻線２ｂ，３ｂの巻
数は特に限定されず、適宜変更が可能である。また、ス
イッチ４としては、ＦＥＴに限らず、トランジスタなど
の各種スイッチング素子を採用することもできる。さら
に、スイッチ４をトランス３の一次巻線３ａにおける巻
き終わり側端子とトランス２の一次巻線２ａにおける巻
始め側端子との間に接続してもよい。加えて、フォワー
ド型電源に適用する場合、電源装置１Ｃと同等の機能が
実現できる限り、ダイオード３１，３２や、チョークコ
イル３５の接続位置は適宜変更することができるのは勿
論である。例えば、チョークコイル３５については、各
二次巻線２ｂ，３ｂの巻始め側端子と、低電位出力部と
の間に接続することもできる。また、ダイオード３１，
３２については、各二次巻線２ｂ，３ｂの巻始め側端子
と低電位出力部との間に接続することもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載のスイッチ
ング電源装置によれば、第１のトランスの一次巻線とス
イッチング素子との直列回路を他方の整流回路の正極出
力端子および負極出力端子の間に接続し、かつ第２のト
ランスの一次巻線を平滑回路の正極出力端子および他方
の整流回路の正極出力端子の間に接続し、スイッチング
素子をスイッチングし、両トランスの各二次巻線に誘起
した電圧を整流および合成して出力電圧を生成すること
により、ダイオードなどの半導体が両一次巻線に直列接
続されていない分、電力損失を低減することができ、こ
れにより、変換利得を向上させることができる。また、
電源装置４１と比較して、第２のトランスを小型化する
ことができるため、装置の小型化を図ることができると
共に、部品コストの低減、ひいては装置の低価格化を図
ることができる。さらに、入力交流のほぼ１サイクル全
域に亘って電流を装置内に流れ込ませることができる結
果、不連続期間を有する特開平７−２２２４４７号に開
示されたスイッチング電源装置と比較して、入力力率を
十分に改善することができる。加えて、スイッチング素
子に等価的に並列接続される容量の蓄積エネルギーが両
トランスの一次巻線側で生じる共振現象によって回生さ
れるため、スイッチング素子がオン状態に移行する際の
電力損失を低減することができ、これにより、装置の変
換利得を向上させることができると共に短絡ノイズを低
減することができる。

【００３３】また、請求項２，３記載のスイッチング電
源装置によれば、両トランスの各一次巻線に供給する脈
流電圧および直流電圧を１つの整流回路が生成するた
め、２つの整流回路を用いる構成と比較して、装置の小
型・低価格化を達成することができる。

【００３４】さらに、請求項４記載のスイッチング電源
装置によれば、ノイズフィルタおよび一方向性素子を整
流回路の正極出力端子と直列回路との間に接続したこと
により、第２のトランスの一次巻線からノイズフィルタ
への電流の逆流を阻止しつつ、スイッチングの際に発生
するスイッチングノイズがノイズフィルタによって除去
されるため、交流入力部側へのノイズの漏洩量を低減す
ることができる。

【００３５】加えて、請求項５記載のスイッチング電源
装置によれば、フォワード型のスイッチング電源装置の
二次回路を簡易に構成することができる。

【００３６】また、請求項６記載のスイッチング電源装
置によれば、スイッチング素子に等価的に並列接続され
た容量性素子に蓄積されたエネルギーが両トランスの各
一次巻線を介して直流電圧の供給ライン側に回生された
ときにスイッチング素子をオン状態に制御することによ
り、スイッチング素子のオン時における損失を確実に低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置１の回路図
である。

【図２】電源装置１の動作を説明するための波形図であ
って、（ａ）は入力交流ＶACの電圧波形図、（ｂ）は脈
流電圧ＶR の電圧波形図、（ｃ）は電流Ｉ1 の電流波形
図、（ｄ）は電流Ｉ2 の電流波形図、（ｅ）は入力電流
Ｉ1IN の電流波形図、（ｆ）は入力電流ＩINの電流波形
図である。

【図３】本発明の他の実施の形態に係る電源装置１Ａの
回路図である。

【図４】本発明のさらに他の実施の形態に係る電源装置
１Ｂの回路図である。

【図５】本発明のさらに他の実施の形態に係る電源装置
１Ｃの回路図である。

【図６】出願人が既に開発している電源装置４１の回路
図である。

【符号の説明】

１，１Ａ〜１Ｃ 電源装置 ２，３ トランス ２ａ，３ａ 一次巻線 ２ｂ，３ｂ 二次巻線 ４ スイッチ ５ 寄生容量 １１，１２，１４，３１，３２，３４ ダイオード １３，３３ コンデンサ ２１ ダイオードスタック ２２ ノイズフィルタ ２６ ダイオード ３５ チョークコイル ＶDC 直流電圧 ＶO 出力電圧 ＶP 脈流

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次巻線および二次巻線をそれぞれ有す
   る第１および第２のトランスと、入力交流を整流して脈
   流電圧をそれぞれ生成する２つの整流回路と、当該一方
   の整流回路によって生成された前記脈流電圧を平滑して
   直流電圧を生成する平滑回路と、スイッチング素子とを
   備え、前記第１のトランスの前記一次巻線と前記スイッ
   チング素子との直列回路が他方の前記整流回路の正極出
   力端子および負極出力端子の間に接続され、前記第２の
   トランスの前記一次巻線が前記平滑回路の正極出力端子
   と前記他方の整流回路の前記正極出力端子との間に接続
   され、前記スイッチング素子をスイッチングさせること
   により、前記両トランスの各二次巻線に誘起した電圧を
   整流して合成することにより出力電圧を生成することを
   特徴とするスイッチング電源装置。
2. 【請求項２】 一次巻線および二次巻線をそれぞれ有す
   る第１および第２のトランスと、入力交流を整流して脈
   流電圧を生成する整流回路と、脈流電圧を平滑して直流
   電圧を生成する平滑回路と、前記整流回路と前記平滑回
   路との間に接続されて当該整流回路から当該平滑回路に
   向けての電流のみを導通させる一方向性素子と、スイッ
   チング素子とを備え、前記第１のトランスの前記一次巻
   線と前記スイッチング素子との直列回路が前記整流回路
   の正極出力端子および負極出力端子の間に接続され、前
   記第２のトランスの前記一次巻線が前記平滑回路の正極
   出力端子と前記整流回路の前記正極出力端子との間に接
   続され、前記スイッチング素子をスイッチングさせるこ
   とにより、前記両トランスの各二次巻線に誘起した電圧
   を整流して合成することにより出力電圧を生成すること
   を特徴とするスイッチング電源装置。
3. 【請求項３】 一次巻線および二次巻線をそれぞれ有す
   る第１および第２のトランスと、入力交流を整流して脈
   流電圧を生成する整流回路と、平滑回路と、スイッチン
   グ素子とを備え、前記第１のトランスの前記一次巻線と
   前記スイッチング素子との直列回路が前記整流回路の正
   極出力端子および負極出力端子の間に接続され、前記平
   滑回路が前記第２のトランスの前記一次巻線を介して前
   記整流 回路の前記正極出力端子に接続され、前記スイッ
   チング素子をスイッチングさせることにより、前記両ト
   ランスの各二次巻線に誘起した電圧を整流して合成する
   ことにより出力電圧を生成することを特徴とするスイッ
   チング電源装置。
4. 【請求項４】 ノイズフィルタと、当該ノイズフィルタ
   から前記直列回路に向けての電流のみを導通させる一方
   向性素子とが前記整流回路の前記正極出力端子と前記直
   列回路との間に接続されていることを特徴とする請求項
   １から３のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
5. 【請求項５】 フォワード型スイッチング電源装置であ
   って、前記両トランスにおける各二次巻線の高電位端子
   にアノードがそれぞれ接続されると共にカソード同士が
   接続された整流用の第１および第２のダイオードと、当
   該両ダイオードのカソードと高電位出力部との間に接続
   された平滑用チョークコイルと、当該チョークコイルに
   おける前記高電位出力部側の一端と低電位出力部との間
   に接続された平滑用コンデンサと、前記各二次巻線の低
   電位端子および前記低電位出力部にアノードが接続され
   ると共にそのカソードが前記両ダイオードのカソードに
   接続された転流用のダイオードとを備えていることを特
   徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスイッチン
   グ電源装置。
6. 【請求項６】 前記スイッチング素子は、当該スイッチ
   ング素子に対して等価的に並列接続されている容量性素
   子に蓄積されたエネルギーが前記両一次巻線を介して前
   記平滑回路側に回生された後にオン状態に制御されるこ
   とを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスイ
   ッチング電源装置。