JP4365943B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源の技術分野にかかり、特に、コンデンサとコイルの共振現象を用いたスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源に比べ、高効率の電源装置が得られることから、近年では同期整流方式の電源装置が注目されている。
【０００３】
図２１の符号５０１は、そのような従来技術の電源装置を示しており、一次側主ブリッジ回路５１０と、二次側整流平滑回路５２０と、主トランス５３０と、制御回路５４０とを有している。
【０００４】
一次側主ブリッジ回路５１０は、４個のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１１ｂ、５１２ａ、５１２ｂ(ここでは、全てｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。)を有している。
【０００５】
この主ブリッジ回路５１０の動作をＡ相とＢ相に分け、Ａ相動作のときに導通するブリッジトランジスタを符号５１１ａ、５１２ａで示し、Ｂ相動作のときに導通するブリッジトランジスタを符号５１１ｂ、５１２ｂで示す。
【０００６】
主トランス５３０内には、一次巻線５３１と、該一次巻線５３１と磁気結合した二次巻線５３２(５３２ａ、５３２ｂ)とが設けられている。
【０００７】
一次巻線５３１の両端は、一次側主ブリッジ回路５１０の出力部分に接続されており、該一次側巻線５３１と、４個のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１１ｂ、５１２ａ、５１２ｂとはＨブリッジ接続されている。
【０００８】
符号５１９は、商用電圧を整流平滑した直流電圧、又は蓄電池が出力する直流電圧を模式的に示した直流電圧源であり、その高電圧側は電源電圧ライン５１７に接続され、低電圧側はグラウンドライン５１８に接続されている。
【０００９】
主ブリッジ回路５１０は、電源電圧ライン５１７とグラウンドライン５１８に接続されており、Ｂ相のブリッジトランジスタ５１１ｂ、５１２ｂが遮断している状態で、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａが導通すると、直流電圧源５１９から一次巻線５３１に、Ａ相の電流ｉAが供給される。
【００１０】
他方、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａが遮断している状態で、Ｂ相のブリッジトランジスタ５１１ｂ、５１２ｂが導通すると、一次巻線５３１にはＢ相の電流ｉBが供給される。Ａ相の電流ｉAとＢ相の電流ｉBとは互いに逆向きである。
【００１１】
二次巻線５３２はセンタータップ構成にされており、Ａ相の二次巻線５３２ａとＢ相の二次巻線５３２ｂとに分割されている。
【００１２】
二次側整流平滑回路５２０は、チョークコイル５２５と、出力コンデンサ５２６と、２個の整流用トランジスタ５２３ａ、５２３ｂを有している。
【００１３】
Ａ相及びＢ相の二次巻線５３２ａ、５３２ｂの共通端子(センタータップ部分)は、グラウンド端子５２８に接続されており、他の端子は、それぞれ整流用トランジスタ５４２ａ、５２３ｂのソース端子に接続されている。
【００１４】
各整流用トランジスタ５２３ａ、５２３ｂのドレイン端子は、チョークコイル５２５の一端に共通に接続されている。
符号５２７はチョークコイル５２５の他端を示しており、出力端子にされており、該出力端子５２７とグラウンド端子５２８の間に出力コンデンサ５２６が接続されている。また、符号５２９は負荷を示しており、出力端子５２７とグラウンド端子の間に接続されている。
【００１５】
出力端子５２７の電圧は、フォトカプラ５４９で絶縁された状態で、制御回路５４０に入力されている。
【００１６】
制御回路５４０は、基準電圧源５４１と、誤差増幅器５４２と、発振器５４３と、比較器５４４と、駆動回路５４５とを有しており、誤差増幅器５４２が、フォトカプラ５４９から入力された電圧と基準電圧源５４１の出力電圧との差分を増幅し、比較器５４４に出力するように構成されている。
【００１７】
比較器５４４は、誤差増幅器５４２から入力された電圧と、発振器５４３の出力波形とを比較し、比較結果を駆動回路５４５に出力するように構成されている。
【００１８】
駆動回路５４５は、比較器５４４の比較結果に基づいて、誤差増幅器１４２が検出するフォトカプラ５４９の出力電圧と、基準電圧源５４１の出力電圧の差分が小さくなる方向に、ブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａ、５１１ｂ、５１２ｂの導通時間を制御するように構成されている。
【００１９】
従って、負荷変動等によって出力端子５２７の出力電圧が変動しても、制御回路５４０の動作によって、その変動分を吸収するように主ブリッジ回路５１０が制御され、出力端子５２７の出力電圧は一定電圧を維持するようになっている。
【００２０】
この電源装置５０１の動作を説明する。
図２２は、電源装置５０１が運転中であって、Ａ相及びＢ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａ、５１１ｂ、５１２ｂが遮断状態にあり、チョークコイル５２５に蓄積されたエネルギーにより、二次側に電流が流れている状態を示している。
【００２１】
整流用トランジスタ５２３ａ、５２３ｂの内部には、それぞれ寄生ダイオード５２４ａ、５２４ｂが形成されており、チョークコイル５２５に生じた起電力によって寄生ダイオード５２４ａ、５２４ｂが順バイアスされ、それぞれ電流Ｉ551、Ｉ552が流れている。
【００２２】
図２６は、電源装置５０１の動作を示すタイミングチャートであり、その状態は、タイミングチャート中の時刻ｔ1以前の波形で表される。
【００２３】
その状態からＡ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａのゲート端子に正電圧が印加され、導通すると、一次巻線５３１の両端は、電源電圧ライン５１７とグラウンドライン５１８に接続される。その結果、図２３の符号Ｉ553で示す電流が流れる。
【００２４】
Ａ相の二次巻線５３２ａは、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａが導通したときには、Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａのソース端子に正電圧を印加する極性で接続されており、そのとき、Ｂ相の二次巻線５２３ｂには、Ｂ相の整流用トランジスタ５２３ａのソース端子に負電圧を印加する極性の電圧が誘起される。
【００２５】
駆動回路５４５は、Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａのゲート端子に、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａのゲート端子と一緒に正電圧を印加する。
【００２６】
ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにおいて、ソース端子の電圧がドレイン端子の電圧よりも高い状態で、ゲート端子にスレッショルド電圧以上の電圧が印加されると、通常の動作とは逆向きに、ソース端子からドレイン端子に向けて電流が流れる。
【００２７】
この動作は、ＭＯＳＦＥＴの第３象限動作と呼ばれている(ｐチャネルＭＯＳＦＥＴでは、ソース端子にドレイン端子よりも低い電圧が印加され、且つ、ゲート端子にもドレイン端子よりも低い電圧が印加される状態が第３象限動作と呼ばれる。)。
【００２８】
図２７の実線は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴの特性を示すグラフであり、横軸がソース端子を基準としたドレイン端子の電圧ＶDSを示しており、縦軸がドレイン端子からソース端子に向けて流れる方向を正方向にとった場合のドレイン電流ＩDを示している。
【００２９】
このグラフの第１象限の範囲が通常のＭＯＳＦＥＴの動作であり、第３象限の範囲にある実線の特性が第３象限動作である。ドレイン電圧ＶDSが小さいうちは抵抗特性を示しているが、ドレイン電圧ＶDSが大きくなり、寄生ダイオード５２４ａの導通電圧以上の電圧になると、ダイオード特性になる。
【００３０】
同図のグラフの第３象限の範囲にある破線のグラフは、ＭＯＳＦＥＴが導通状態にない場合の寄生ダイオードの特性であり、第３象限動作を行っている場合は、寄生ダイオードに電流が流れる場合に比べ、電力損失が小さくなることが分かる。
【００３１】
Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａは、内部の寄生ダイオード５２４ａが導通しており、ソース端子の電圧がドレイン端子の電圧よりも高くなっている。
【００３２】
その状態でゲート端子に正電圧が印加されるから、Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａは第三象限動作をし、ソース端子からドレイン端子に向けて図２３中の電流Ｉ554が流れる。
従って、このときのＡ相の整流用トランジスタ５２３ａに生じる損失は小さい。
【００３３】
Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａに流れる電流Ｉ554は、チョークコイル５２５を通って負荷５２９及び出力コンデンサ５２６に供給されるため、チョークコイル５２５に磁気エネルギーが蓄積される。
【００３４】
その状態から、時刻ｔ2において、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａと整流用トランジスタ５２３ａとが遮断すると、図２４に示すように、チョークコイル５２５に起電力が生じ、チョークコイル５２５に蓄積されたエネルギーによって、２個の寄生ダイオード５２４ａ、５２４ｂに、それぞれ電流Ｉ555、Ｉ556が流される。
【００３５】
次に、時刻ｔ3において、Ｂ相のブリッジトランジスタ５１１ｂ、５１２ｂが導通すると、一次巻線５３１には、図２５に示すように、直流電圧源５１７から電流Ｉ557で示す電流が供給される。このとき、Ｂ相の整流用トランジスタ５２３ｂのゲート端子には正電圧が印加されるので、その整流用トランジスタ５２３ｂは第３象限動作をし、電流Ｉ558をチョークコイル５２５に流し、エネルギーを蓄積させる。
【００３６】
時刻ｔ4において、全部のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａ、５１１ｂ、５１２ｂ、及び整流用トランジスタ５２３ａ、５２３ｂが遮断すると、最初に説明した状態に戻る。以後は、上記と同じ動作を繰り返す。
【００３７】
以上のように、二次側の整流回路にトランジスタを用い、ゲート端子を制御し、第３象限動作をさせて電流を流すと整流回路にダイオード素子を用いる場合よりも損失が少なくて済む。
【００３８】
しかしながら、トランジスタ５１１ａ、５１２ａ、５１１ｂ、５１２ｂ、５２３ａ、５２３ｂが導通するときに、図２６のタイミングチャート中で符号５６１ａ、５６２ａ、５６１ｂ、５６２ｂに示す波形のように、寄生ダイオード５２４ａ、５２４ｂのリカバリーの影響があって、瞬間的に大電流が流れてしまう。その電流が流れるときには、ソース・ドレイン間に電圧が印加された状態なので、損失が生じてしまう。
【００３９】
近年では電源装置の高効率化が増々強く求められるようになっており、その損失を無視することができなくなってきた。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、損失の小さいスイッチング電源を提供することにある。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、二個のＡ相の主スイッチ素子と二個のＢ相の主スイッチ素子とがブリッジ接続され、直流電圧源から電流を供給されるように接続された主ブリッジ回路と、主トランス内に配置され、前記主ブリッジ回路の出力点にＨブリッジ接続された主一次巻線と、前記主トランス内に配置され、前記一次巻線に磁気結合されたＡ相とＢ相の主二次巻線と、前記Ａ相と前記Ｂ相の主二次巻線に誘起された電圧を整流平滑する主整流平滑回路と、前記各主スイッチ素子に並列接続された共振コンデンサと、前記各主スイッチ素子に逆並列接続された整流素子と、Ａ相の副スイッチ素子とＡ相の補助整流素子とが直列接続された回路と、Ｂ相の副スイッチ素子とＢ相の補助整流素子とが直列接続された回路と、が接続点で直列に接続されて構成された副ブリッジ回路と、互いに直列接続された補助一次巻線と共振コイルとを有し、前記副ブリッジ回路は前記主ブリッジ回路に並列に接続され、前記補助一次巻線と前記共振コイルとが直列接続された回路は、前記副ブリッジ回路の前記接続点と、前記主ブリッジ回路の前記出力点との間に接続され、前記補助一次巻線は、前記一次巻線と前記二次巻線とに磁気結合され、前記ブリッジ回路内の四個の前記主スイッチ素子と前記副ブリッジ回路内の二個の副スイッチ素子とが遮断した状態から、Ａ相とＢ相のいずれか一方の前記副スイッチ素子と、前記ブリッジ回路内のその副スイッチ素子と同相の一個の前記主スイッチ素子とが導通し、導通した前記主スイッチ素子と、前記主一次巻線と、前記補助一次巻線と、前記共振コイルと、導通した前記副スイッチ素子との直列回路に前記直流電圧源の電圧が印加されて電流が流れ、次いで、前記共振コイルと、導通された前記主スイッチ素子と同相で遮断状態にある他の一個の主スイッチ素子に並列接続された前記共振コンデンサとが共振動作し、前記他の一個の主スイッチ素子に逆並列接続された前記整流素子に前記共振コイルの起電力による共振電流が流れる間に前記他の一個の主スイッチ素子が導通される電源装置であって、前記共振電流は前記補助一次巻線に流れ、前記共振電流が減少するように構成された電源装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源装置であって、前記補助一次巻線は、前記主トランス内に配置された電源装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の電源装置であって、前記共振コンデンサには、前記主スイッチ素子の容量成分が用いられた電源装置である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源装置であって、前記共振コイルには、前記補助一次巻線の漏れインダクタンスが用いられた電源装置である。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源装置であって、前記各主スイッチ素子にはＭＯＳＦＥＴが用いられ、前記逆並列接続された整流素子には前記各ＭＯＳＦＥＴ内の寄生ダイオードが用いられた電源装置である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電源装置であって、前記各主スイッチ素子にはＩＧＢＴが用いられた電源装置である。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の電源装置であって、前記主整流平滑回路は、前記Ａ相と前記Ｂ相の主二次巻線に誘起された電圧を整流するＡ相とＢ相の主整流素子と、前記Ａ相と前記Ｂ相の主整流素子が整流した電流が流されるチョークコイルとを有する電源装置である。
【００４２】
本発明は上記のように構成されており、４個の主スイッチ素子のうち、Ａ相の２個の主スイッチ素子が導通したときと、Ｂ相の２個の主スイッチ素子が導通したときとで、直流電圧源から供給され、主一次巻線に流れる電流が互いに逆向きになるようになっている。
【００４３】
また、副スイッチ素子と主スイッチ素子とを制御することで、補助一次巻線と共振コイルに電流を流すことができる。
【００４４】
共振コイルに電流が流れ、共振コイルと共振コンデンサとが共振動作した場合、共振電流は補助一次巻線と補助整流素子とを流れる。補助一次巻線は、主一次巻線と主二次巻線とに磁気結合しているので、主一次巻線に流れる電流を制御し、補助一次巻線に電圧を誘起させ、補助整流素子を逆バイアスさせると、共振動作を終了させることができる。
【００４５】
主スイッチ素子には、バイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを用いることができる。ＭＯＳＦＥＴを用いた場合、内蔵されている寄生ダイオードを整流素子として利用することができる。主スイッチ素子にバイポーラトランジスタやＩＧＢＴを用いた場合、整流素子(ダイオード素子)を各主スイッチ素子に逆並列接続するとよい。
【００４６】
また、各主スイッチ素子には、外付けの共振コンデンサを並列接続してもよいが、共振コンデンサを外付けせずに、主スイッチ素子の内部容量成分を利用することができる。動作周波数が高い場合には、共振コンデンサの容量値は小さくて済むので、内部容量成分を利用することができる。
【００４７】
また、共振コイルは、副一次巻線の漏れインダクタンスを利用することもできる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１の符号３は、本発明の第一例の電源装置を示している。この電源装置３は、一次側の主ブリッジ回路３１０と、二次側の主整流平滑回路３２０と、主トランス３３０と、制御回路３４０と、高効率化回路３００とを有している。
【００４９】
先ず、一次側の回路構成を説明すると、符号３１９は、商用電圧を整流平滑した電圧を模式的に示した直流電圧源であり、該直流電圧源３１９の高電圧側は、電圧ライン３１７に接続され、低電圧側はグラウンドライン３１８に接続されている。
【００５０】
一次側主ブリッジ回路３１０は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成された４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂを有している。
【００５１】
４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂはブリッジ接続されている(４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂのうち、２個の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ｂと、他の２個の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ａとがそれぞれ直列接続されており、直列接続された回路の両端が電源電圧ライン３１７とグラウンドライン３１８に接続されている。
【００５２】
主トランス３３０内には、主一次巻線３３１が設けられている。
符号Ｄ、Ｅは、主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂが互いに直列接続された部分を示しており、その部分は主ブリッジ回路３１０の出力点になっている。主一次巻線３３１の両端は、出力点Ｄ、Ｅにそれぞれ接続されており、主ブリッジ回路３１０(４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ)と、主一次巻線３３１とでＨ主ブリッジ回路が構成されている。
【００５３】
なお、ここでは、主一次巻線３３１と主ブリッジ回路３１０の一つの出力端子Ａとの間には、偏励磁防止用のコンデンサ３５９が挿入されており、主一次巻線３３１に流れる直流成分をカットするようになっている。このコンデンサ３５９の両端は短絡されていても、後述する本発明の電源装置３の動作には影響がないので、コンデンサ３５９に関する電圧変化は説明を省略する。
【００５４】
４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂのうち、導通した場合に、直流電圧源３１９から図中の符号ｉAで示す電流が主一次巻線３３１に供給される組をＡ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａとし、符号ｉBで示す電流が供給される組をＢ相の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂとする。
【００５５】
Ａ相の電流ｉAとＢ相の電流ｉBは、どちらも各主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂ内部をドレイン端子からソース端子に向けて流れる。
【００５６】
主ブリッジ回路３１０の２個の出力点Ｄ、Ｅのうち、Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａが導通したときに、高電圧側になる方を第１の出力点Ｄとし、Ｂ相の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂが導通したときに高電圧側になる方を第２の出力点Ｅとする。
【００５７】
また、各主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂには、それぞれ共振コンデンサ３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂが並列接続されており、後述する高効率化回路３００内の共振コイル３０８と共振動作するように構成されている。
【００５８】
符号３１５ａ、３１６ａ、３１５ｂ、３１６ｂは、主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂ内部の寄生ダイオード(整流素子)を示している。この寄生ダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂは、各主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂに対して逆並列接続されている。
【００５９】
次に、二次側の回路構成を説明すると、二次側の主整流平滑回路３２０は、チョークコイル３２５と、出力コンデンサ３２６と、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成された主整流素子３２３ａ、３２３ｂとを有している。
【００６０】
主トランス３３０内には、主一次巻線３３１と磁気結合した主二次巻線３３２が設けられている。主二次巻線３３２は、センタータップ構成にされており、Ａ相の主二次巻線３３２ａとＢ相の主二次巻線３３２ｂとに分割されている。
【００６１】
Ａ相の主二次巻線３３２ａとＢ相の主二次巻線３３２ｂの共通端子(センタータップ部分)は、グラウンド端子１２８に接続されており、他の端子は、Ａ相の主整流素子３２３ａのソース端子とＢ相の主整流素子３２３ｂのソース端子にそれぞれ接続されている。
【００６２】
Ａ相の主整流素子３２３ａのドレイン端子とＢ相の主整流素子３２３ｂのドレイン端子は、チョークコイル３２５の一端に共通に接続されている。符号３２４ａ、３２４ｂは、主整流素子３２３ａ、３２３ｂ内部の寄生ダイオードを示している。
【００６３】
符号３２７は出力端子であり、チョークコイル３２５の他端はその出力端子に接続されている。出力端子３２７とグラウンド端子３２８の間には出力コンデンサ３２６が接続されており、主整流素子３２３ａ、３２３ｂが整流した電圧は、チョークコイル３２５と出力コンデンサ３２６とで平滑され、出力端子３２７から負荷３２９に供給される。
【００６４】
出力端子３２７の電圧は、フォトカプラ３４９等で絶縁された状態で、制御回路３４０に入力されている。
【００６５】
制御回路３４０は、基準電圧源３４１と、誤差増幅器３４２と、発振器３４３と、比較器３４４と、駆動回路３４５とを有しており、誤差増幅器３４２が、フォトカプラ３４９から入力された電圧と基準電圧源３４１の出力電圧との差分を増幅し、比較器３４４に出力するように構成されている。
【００６６】
比較器３４４は、誤差増幅器３４２から入力された電圧と、発振器３４３の出力波形とを比較し、比較結果を駆動回路３４５に出力するように構成されている。
【００６７】
駆動回路３４５は、比較器３４４の比較結果に基づいて、誤差増幅器３４２が検出するフォトカプラ３４９の出力電圧と、基準電圧源３４１の出力電圧の差分が小さくなる方向に、主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂの導通時間を制御するように構成されている。
【００６８】
従って、従来技術で説明した電源装置５０１と同様に、この電源装置３においても、出力端子３２７の出力電圧が変動した場合、制御回路３４０の動作によってその変動分が吸収され、出力端子３２７の出力電圧は一定に維持される。
【００６９】
この電源装置３は、高効率化回路３００を有している。
高効率化回路３００を説明すると、該高効率化回路３００には、補助一次巻線３０６と、共振コイル３０８と、副ブリッジ回路３０４とが設けられている。
【００７０】
副ブリッジ回路３０４は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されたＡ相、Ｂ相の副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂと、ダイオード素子で構成されたＡ相、Ｂ相の補助整流素子３０３ａ、３０３ｂとを有している。
【００７１】
Ｂ相の補助整流素子３０２ｂのアノード端子は電源電圧ライン３１７に接続され、カソード端子はＢ相の副スイッチ素子３０１ｂのドレイン端子に接続されている。
【００７２】
他方、Ａ相の補助整流素子３０３ａのカソード端子はＡ相の副スイッチ素子３０１ａのドレイン端子に接続されており、その副スイッチ素子３０１ａのソース端子はグラウンドライン３１８に接続されている。
【００７３】
更に、Ａ相の補助整流素子３０３ａのアノード端子はＢ相の副スイッチ素子３０１ｂのソース端子に接続されている。
【００７４】
従って、副ブリッジ回路３０４は、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａとＡ相の補助整流素子３０３ａの直列接続回路と、Ｂ相の副スイッチ素子３０１ｂとＢ相の補助整流素子３０３ｂの直列接続回路とが更に直列接続されて構成されており、主ブリッジ回路３１０とは並列に、電源電圧ライン３１７とグラウンドライン３１８の間に接続されている。直列接続回路同士の接続点は符号Ｆで示す。
【００７５】
共振コイル３０８と補助一次巻線３０６とは直列接続され、その直列接続回路の一端は第２の出力点Ｅに接続され、他端は接続点Ｆに接続されている。
【００７６】
Ａ相及びＢ相の副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂのゲート端子は駆動回路３４５に接続されており、後述するように、主ブリッジ回路３１０や主整流平滑回路３２０とともに、制御回路３４０によって制御されている。
【００７７】
この電源装置３の動作を説明する。図１０は、この電源装置３の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図２〜図９は、電源装置３の回路中を流れる電流とその方向を説明するための回路図である。図２〜図９では、図１中の回路ブロックを示す一点鎖線および、その一点鎖線で示した回路ブロックの符号は省略する。
【００７８】
図１０のタイミングチャート中、Ｖｇ311a、Ｖｇ312a、Ｖｇ311b、Ｖｇ312bは、Ａ相及びＢ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂのゲート電圧を示している。
【００７９】
Ｖｇ301a、Ｖｇ301bはＡ相及びＢ相の副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂのゲート電圧を示しており、Ｖｇ323a、Ｖｇ323bは、Ａ相及びＢ相の主整流素子３２３ａ、３２３ｂのゲート電圧を示している。
【００８０】
Ｉｄ301aはＡ相の副スイッチ素子３０１ａに流れる電流を示している。Ｂ相の副スイッチ素子３０１ｂに流れる電流は省略してある。
【００８１】
Ｉｃ313a、Ｉｃ314aは、Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ｂに並列接続された共振コンデンサ３１３ａ、３１４ａに流れる電流を示している。充電方向を正、放電方向を負として示している。
【００８２】
Ｉｄ311a、Ｉｄ312aはＡ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａのドレイン電流を示しており、Ｖｄｓ311a、Ｖｄｓ312aは、Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａのドレイン・ソース間の電圧を示している。Ｂ相の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂのドレイン電流とドレイン・ソース間の電圧は省略する。
【００８３】
Iｔ331は主一次巻線３３１に流れる電流を示している。Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａが導通したときに直流電圧源３１９から主一次巻線３３１に電流が供給される方向を正、Ｂ相の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂが導通したときに供給される方向を負として表している。
【００８４】
Ｖｄｓ323a、Ｖｄｓ323bは、Ａ相及びＢ相の主整流素子３２３ａ、３２３ｂのドレイン・ソース間の電圧を示しており、ドレイン端子の電圧がソース端子の電圧よりも高い方向を正にして表している。
【００８５】
Ｉｔ332a、Ｉｔ332bは、Ａ相及びＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂに流れる電流を示している。
【００８６】
図２は、図１０のタイミングチャートの時刻ｔ0〜時刻ｔ1の間に電源装置３に流れる電流を示している。時刻ｔ0〜時刻ｔ1の間は、Ａ相及びＢ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂと、Ａ相及びＢ相の副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂは遮断状態にある。
【００８７】
二次側のチョークコイル３２５には、時刻ｔ0よりも前にエネルギーが蓄積されており、時刻ｔ0〜ｔ1の間は、そのエネルギーによってチョークコイル３２５に起電力が生じ、主整流平滑回路３２０内に電流Ｉ381が流れている。
【００８８】
時刻ｔ0〜時刻ｔ1では、二次側の主整流素子３２３ａ、３２３ｂは遮断している。
【００８９】
各主整流素子３２３ａ、３２３ｂ内の寄生ダイオード３２４ａ、３２４ｂの電気的特性は等しいので、チョークコイル３２５から供給される電流I381は、寄生ダイオード３２４ａ、３２４ｂ内に分流し、電流Ｉ381a、Ｉ381bとなってＡ相及びＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂに流れる。
【００９０】
その状態から時刻ｔ1において、Ａ相の電源電圧側の主スイッチ素子３１１ａと、二次側のＡ相の主整流素子３２３ａと、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａが導通する。
【００９１】
二次側では、Ａ相の主整流素子３２３ａのソース端子にはドレイン端子よりも高い電圧が印加されているため、その主整流素子３２３ａは第三象限動作をし、低インピーダンスになる。その結果、図３に示すように、二次側のチョークコイル３２５が供給する電流Ｉ381は、Ｂ相の主整流素子３２３ｂの寄生ダイオード３２４ｂには流れなくなり、Ａ相側(Ａ相の主整流素子３２３ａとＡ相の主二次巻線３３２ａ側)だけを流れるようになる。
【００９２】
Ａ相の主二次巻線３３２ａに電流Ｉ381が流れることにより、主一次巻線３３１に電圧が誘起される。その電圧は、第２の出力点Ｅに正電圧を印加する極性であり、高電圧側のＢ相の主スイッチ素子３１１ｂの寄生ダイオード３１５ｂが順バイアスされる。
【００９３】
その結果、Ａ相の主二次巻線３３２ａから主一次巻線３３１に戻されたエネルギーにより、主一次巻線３３１と、寄生ダイオード３１５ｂと、高電圧側のＡ相の主スイッチ素子３１１ａとで形成される閉ループ中を、電流Ｉ383が流れる。
【００９４】
また、Ａ相の主スイッチ素子３１１ａと副スイッチ素子３０１ａが導通することにより、直流電圧源３１９から、Ａ相の高電圧側の主スイッチ素子３１１ａと、主一次巻線３３１と、補助一次巻線３０６と、共振コイル３０８と、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａの順序で電流Ｉ384が流れる。
【００９５】
従って、時刻ｔ1〜時刻ｔ2の間に主一次巻線３３１に流れる電流ＩT1は、
ＩT1 ＝ Ｉ383＋Ｉ384
となっている。
【００９６】
補助一次巻線３０６は、主一次巻線３３１及び、Ａ相とＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂと磁気結合しており、主一次巻線３３１の巻数をｎ1、補助一次巻線３０６の巻数をｎS、Ａ相の主二次巻線３３２ａの巻数をｎ2aとすると、次式が成立する。
【００９７】
ＩT1 × ｎ1 ＋ Ｉ384 × ｎS ＝ Ｉ381 × ｎ2a
Ａ相の主二次巻線３３２ａには、チョークコイル３２５から電流が供給されており、チョークコイル３２５は定電流源であると近似できるから、上式の右辺は一定値である。従って、補助一次巻線３０６に流れる電流Ｉ384が増加すると、寄生ダイオード３１５ｂに流れる電流Ｉ383は減少する。
【００９８】
二次側のチョークコイル３２５は定電流源であるから、寄生ダイオード３１５ｂに流れる電流Ｉ383が時刻ｔ2でゼロになると、直流電圧源３１９から共振コイル３０８に供給される電流Ｉ384は増加できなくなる。即ち、時刻ｔ2では、
【００９９】
Ｉ381 × ｎ2a ＝ Ｉ384 × ｎ1
となり、直流電圧源３１９から供給される電流Ｉ384は一定値になる。
【０１００】
このとき、Ａ相のグラウンド側の主スイッチ素子３１２ａに並列接続された共振コンデンサ３１４ａは、時刻ｔ2までは寄生ダイオード３１５ｂが導通していたため、直流電圧源３１９の電圧Ｖinまで充電されており、直流電圧源３１９から供給される電流Ｉ384が定電流となると、その電流Ｉ384だけでは共振コイル３０８に流れる電流が増加できなくなる。
【０１０１】
その状態になると、共振コンデンサ３１４ａと共振コイル３０８とが共振動作を開始し、共振コンデンサ３１４ａが放電し、共振コイル３０８に電流を供給することで、共振コイル３０８に流れる電流が増加する。
【０１０２】
図４の符号Ｉ387は、その共振動作によって流れる電流を示している。共振コンデンサ３１４ａの放電により、共振コンデンサ３１４ａの高電圧側の端子(主ブリッジ回路３１０の第２の出力点Ｅ)の電圧は徐々に低下する。
【０１０３】
第２の出力点Ｅの電圧が低下すると、第２の出力点Ｅと電源電圧ライン３１７の間に接続された共振コンデンサ３１３ｂが充電される(この共振コンデンサ３１３ｂは、高電圧側のＢ相の主スイッチ素子３１１ｂに並列接続されているコンデンサである。)。
【０１０４】
同図符号Ｉ388は、その共振コンデンサ３１３ｂへの充電電流を示しており、直流電圧源３１９から供給され、共振コンデンサ３１３ｂ、補助一次巻線３０６、共振コイル３０８、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａを通って、グラウンドライン３１８に流れる。
【０１０５】
共振コイル３０８と共振コンデンサ３１４ａの共振動作により、共振コンデンサ３１４ａの放電が終了すると、共振コンデンサ３１４ａに蓄積されていたエネルギーは共振コイル３０８に全部移行される。すると、共振コイル３０８には、共振コンデンサ３１４ａを逆向きに充電する方向の起電力が生じる。
【０１０６】
その起電力は、共振コンデンサ３１４ａに並列接続されている主スイッチ素子３１２ａの内部寄生ダイオード３１６ａを順バイアスする極性なので、共振コイル３０８に蓄積されていたエネルギーにより、寄生ダイオード３１６ａ中を、図５の符号Ｉ389で示す電流が流される。寄生ダイオード３１６ａが順バイアスされると、主一次巻線３３１には、電源電圧Ｖinが印加される。このとき、二次側には略一定の電流Ｉ382が流れている。
【０１０７】
時刻ｔ3における出力点Ｅの電位はほぼゼロＶであって、直流電圧源３１９のアース側電位になっているため、主ブリッジ回路３１０の出力点Ｄ、Ｅ間の電圧、つまり主トランス３３０内の主一次巻線３３１の両端には、直流電圧源３１９の出力電圧Ｖinが印加されている。
【０１０８】
このため、補助一次巻線３０６の両端には、主一次巻線３３１と補助一次巻線３０６の巻数比に応じた電圧が発生する。その電圧の極性は、共振コイル３０８に生じている電圧とは逆向きであり、共振コイル３０８に蓄積されているエネルギーは、補助一次巻線３０６に発生した電圧に応じて減少する。主一次巻線３３１には直流電圧源３１９の出力電圧Ｖinが印加されていることから、エネルギーは一次側から二次側に供給されている。
【０１０９】
図１０のタイミングチャートにおいて、共振コンデンサ３１４ａの放電が終了し、寄生ダイオード３１６ａに電流Ｉ389が流れ始めた時刻は符号ｔ3で示されている。
【０１１０】
制御回路３４０は、寄生ダイオード３１６ａに電流Ｉ389が流れているときに、Ａ相のグラウンド側の主スイッチ素子３１２ａを導通させる。この場合、主スイッチ素子３１２ａのソース・ドレイン間に電圧は印加されていないので、主スイッチ素子３１２ａにはターンオンによる損失は生じない。
【０１１１】
その主スイッチ素子３１２ａの導通により、図６の符号Ｉ390で示す電流が流れ始める。
【０１１２】
補助一次巻線３０６に誘起される電圧は、共振コイル３０８に流れる電流Ｉ384を減少させる極性であり、主一次巻線３３１に流れる電流Ｉ390が増加し、補助一次巻線３０６に誘起された電圧が、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａに直列接続された補助整流素子３０３ａを逆バイアスすると、共振コイル３０８に流れる電流はゼロになる。
【０１１３】
このとき、主二次巻線３３２には、Ａ相の主整流素子３２４ａを第３象限動作させる極性の電圧が誘起されており、主一次巻線３３１からＡ相の主二次巻線３３２ａにエネルギーが伝達され、電流Ｉ382が流れる。
【０１１４】
なお、図１０の時刻ｔ3は、共振コイル３０８と共振コンデンサ３１４ａの共振電流がゼロになった時刻を示しており、時刻ｔ4は主スイッチ素子３１２ａ内の寄生ダイオード３１６ａに流れる電流Ｉ389がゼロになり、主スイッチ素子３１２ａに順方向の電流が流れ始める時刻を示している。
【０１１５】
次いで、Ａ相の主スイッチ素子３１２ａの導通により、時刻ｔ5において、上述するように補助一次巻線３０６に電流が流れなくなったものとする。この状態は図７に示すように、主一次巻線３３１には電流Ｉ390が流れ、Ａ相の主二次巻線３３２ａには、電流Ｉ382が流れているから、
Ｉ390 × ｎ1 ＝ Ｉ382 × ｎ2a
になる。
【０１１６】
制御回路３４０は、その時刻ｔ5において副スイッチ素子３０１ａを遮断させるので、副スイッチ素子３０１ａは電流が流れていない状態で導通状態から遮断状態に移行するので損失が生じない。このとき、Ｂ相の共振コンデンサ３１３ｂは電源電圧Ｖinで充電されている。
【０１１７】
時刻ｔ5後は、主一次巻線３３１に流れる電流が増加し、主一次巻線３３１から主二次巻線３３２にエネルギーが伝達され、Ａ相の主二次巻線３３２ａに電圧が誘起され、Ａ相の主整流素子３２３ａは第三象限動作をする。
【０１１８】
Ａ相の主二次巻線３３２ａに流れる電流Ｉ382はチョークコイル３２５を流れ、チョークコイル３２５及び出力コンデンサ３２６を充電する。
【０１１９】
Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａが導通している状態では、それらに並列接続された共振コンデンサ３１３ａ、３１４ａは充電されていない。その状態で、時刻ｔ6において、制御回路３４０により、先ず、Ａ相の電源側の主スイッチ素子３１１ａが遮断させられると、図８に示すように、その主スイッチ素子３１１ａに並列接続された共振コンデンサ３１３ａを充電する電流Ｉ392と、Ｂ相のグラウンド側の共振コンデンサ３１４ｂの放電による電流Ｉ394とが流れる。
【０１２０】
第１の出力点Ｄの電圧が低下し、共振コンデンサ３１３ａ、３１４ｂへ流れる電流が減少すると、主一次巻線３３１に流れる電流も減少する。
【０１２１】
この状態では、図９に示すように、Ａ相の主二次巻線３３２ａには、チョークコイル３２５の起電力によって電流Ｉ395が流されており、その電流Ｉ395によって主一次巻線３３１に電圧が誘起される。
【０１２２】
その電圧は、グラウンド側のＢ相の主スイッチ素子３１２ｂ内の寄生ダイオード３１６ｂを順バイアスする極性であり、寄生ダイオード３１６ｂ内に電流Ｉ397が流される(時刻ｔ7)。
【０１２３】
その状態で、制御回路３４０が時刻ｔ8においてグラウンド側のＡ相の主スイッチ素子３１２ａを遮断させると、主ブリッジ回路３１０内の全ての主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂと二次側整流素子３２３ａ、３２３ｂが遮断状態になる。
【０１２４】
この状態は、時刻ｔ0と同じ状態であり、今度は、Ｂ相側の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂ、主整流素子３２３ｂ、副スイッチ素子３０１ｂの動作により、Ａ相が動作した場合と同様に、Ｂ相側に電流が流れる。
【０１２５】
Ａ相の二次巻線３３２ａとＢ相の二次巻線３３２ｂの巻数は同数にされており、Ｂ相側に流れる電流の大きさはＡ相側に流れる電流と等しくなっている。
【０１２６】
但し、Ｂ相側に電流が流れる場合、先ず、グラウンド側のＢ相の主スイッチ素子３１２ｂとＢ相の副スイッチ素子３０１ｂとが導通した後、次いで、電源側のＢ相の主スイッチ素子３１１ｂが導通するが、その動作はＡ相と対称的なので、説明は省略する。
【０１２７】
上記電源装置３は、二次側の主整流素子３２３ａ、３２３ｂにｎチャネルＭＯＳＦＥＴを用いたが、図１１の電源装置４のように、ダイオード素子を用いることもできる。
【０１２８】
図１の電源装置３の主整流平滑回路３２０では、主整流素子３２３ａ、３２３ｂがｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されていたのに対し、図１１に示した電源装置４では、整流平滑回路４２０に、ダイオード素子で構成された主整流素子４２３ａ、４２３ｂが用いられている。
【０１２９】
Ａ相、Ｂ相の主整流素子４２３ａ、４２３ｂのアノード端子は、Ａ相、Ｂ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂの一端にそれぞれ接続されている。
【０１３０】
他方、Ａ相、主整流素子４２３ａ、４２３ｂのカソード端子はチョークコイル３２５の同じ端子に接続されており、該チョークコイル３２５の他端は出力端子３２７にされている。
【０１３１】
Ａ相及びＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂの共通の端子はグラウンド端子３２６にされている。
【０１３２】
出力端子３２７とグラウンド端子３２６の間には、出力コンデンサ３２６と負荷３２９が並列に接続されている。
【０１３３】
二次側の整流平滑回路４２０は上記のように構成されており、Ａ相及びＢ相の主整流素子４２３ａ、４２３ｂはゲート端子を有していないので、制御回路３４０には接続されていない。
【０１３４】
図１１の電源装置４の、他の回路ブロックや配線は図１の電源装置３と同一であるので、同じ回路ブロックや同じ電気素子には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１３５】
図２０は、この電源装置４の回路動作を示すタイミングチャートである。符号Ｖak423a、Ｖak423bは、主整流素子４２３ａ、４２３ｂのアノード・カソード間の電圧を示しており、逆バイアスされた状態を正にしてある。同図中、符号ｔ0〜ｔ8は、図１０のタイミングチャートの時刻ｔ0〜ｔ8と同じ状態の時刻を示している。
【０１３６】
この電源装置４の動作を説明すると、先ず、定常動作において、主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂが遮断している状態では、図１２に示すように、チョークコイル３２５に蓄積されたエネルギーによって、主整流素子４２３ａ、４２３ｂに、等しい大きさの電流Ｉ481a、Ｉ481bがそれぞれ流れている。
【０１３７】
次に、Ａ相の主スイッチ素子３１５ａとＡ相の副スイッチ素子３０１ａが導通し、図１３に示すように、主一次巻線３１１に電流Ｉ483、Ｉ484が流れる。
【０１３８】
直流電圧源３１９から供給される電流Ｉ484が増加すると、Ｂ相の主スイッチ素子３１１ｂの内部寄生ダイオード３１５ｂに流れる電流Ｉ383が減少するが、その電流Ｉ483がゼロになると、電流Ｉ484が増加できなくなり、共振コンデンサ３１４ａが放電し、図１４に示すように、共振コイル３０８に電流Ｉ487を流し、共振コイル３０８に流れる電流を増加させる。
【０１３９】
その共振コンデンサ３１４ａの電圧が低下するに従い、直流電圧源３１９から電流Ｉ488が供給され、Ｂ相の電源側の共振コンデンサ３１３ｂが充電される。
【０１４０】
次に、共振コンデンサ３１４ａと共振コイル３０８の共振動作により、共振コイル３０８が放電し、図１５に示すように、寄生ダイオード３１６ａに電流Ｉ489が流れる。
【０１４１】
その状態でＡ相のグラウンド側の主スイッチ素子３１２ａが導通すると、図１６に示すように、直流電圧源３１９から主一次巻線３３１に電流Ｉ490が供給される。その電流Ｉ490が増加すると、補助一次巻線３０６と副二次巻線３３２に電圧が誘起される。
【０１４２】
補助一次巻線３０６に誘起された電圧により、補助整流素子３０３ａが逆バイアスされ、図１７に示すように、共振コイル３１８に流れる電流はゼロになる。主二次巻線３３２側では、Ａ相の主二次巻線３３２ａにエネルギーが伝達され、チョークコイル３２５に電流が供給される。
【０１４３】
Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａが導通している状態から、制御回路３４０が、先ず、Ａ相の電源側の主スイッチ素子３１１ａを遮断させると、図１８に示すように、その主スイッチ素子３１１ａに並列接続された共振コンデンサ３１３ａを充電する電流Ｉ492が流れる。同時に、Ｂ相のグラウンド側の共振コンデンサ３１４ｂが放電し、電流Ｉ494を流す。
【０１４４】
主一次巻線３３１に流れる電流が減少すると、チョークコイル３２５に起電力が生じ、図１９に示すように、Ａ相の主二次巻線３３２ａとＢ相の主二次巻線３３２ｂに電流Ｉ499a、Ｉ499bがそれぞれ流れる。
【０１４５】
Ａ相とＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂに流れる電流Ｉ499a、Ｉ499bは同じ大きさであり、Ａ相の主二次巻線３３２ａの巻数と、Ｂ相の主二次巻線３３２ｂの巻数とが同じにされているため、主一次巻線３３１に誘起される電圧は互いに打ち消しあい、主一次巻線３３１には起電力は生じない。この状態は図１２に示したのと同じ状態である。
【０１４６】
次に、Ｂ相のグラウンド側の主スイッチ素子３１２ｂと、Ｂ相の副スイッチ素子３０１ｂとが導通した後、Ｂ相の電源電圧側の主スイッチ素子３１２ｂが導通する。Ｂ相の各スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂ、３０１ｂが動作する場合、主一次巻線３３１、補助一次巻線３０６、及び共振コイル３０８に流れる電流はＡ相の動作のときとは逆向きであり、二次側ではＢ相の主二次巻線３３２ｂに電流が流れるが、基本的な動作と電流の流れ方はＡ相の場合と同様であるため、説明は省略する。
【０１４７】
なお、上記各実施例では、主ブリッジ回路３１０の第２の出力点Ｅに補助一次巻線３０６の一端を接続し、他端を共振コイル３０８を介して接続点Ｆに接続したが、それとは逆に、第２の出力点Ｅに共振コイル３０８の一端を接続し、他端を補助一次巻線３０６を介して接続点Ｆに接続してもよい。また、第２の出力点Ｅではなく、第１の出力点Ｄに接続してもよい。
【０１４８】
また、補助整流素子３０３ａ、３０３ｂは、副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂのドレイン端子側に接続したが、ソース端子側に接続してもよい。
【０１４９】
また、上記各実施例では、主一次巻線３３１の一端は、偏励磁防止用のコンデンサ３５９を介してブリッジ回路３１０の第１の出力点Ｄに接続されていたが、コンデンサ３５９は、主一次巻線３３１の一端と第１、第２の出力端子Ｄ、Ｅのいずれか一方又は両方の間に挿入されていればよい。更に、偏励磁が無い場合はコンデンサ３５９は省略することができる。
【０１５０】
また、上記各実施例では、ＭＯＳＦＥＴにはｎチャネル型のものを用いたが、ｐチャネル型のものを用いたり、一つの電源装置内で、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴとを用いることもできる。
【０１５１】
更に、主スイッチ素子はＭＯＳＦＥＴを用いる場合に限定されるものではない。図２８の符号３ａは、主スイッチ素子にＩＧＢＴが用いられており、４個のＩＧＢＴ３５１ａ、３５１ｂ、３５２ａ、３５２ｂがブリッジ接続されている。
【０１５２】
ＩＧＢＴを用いた場合、内部寄生ダイオードを利用することができないので、各ＩＧＢＴ３５１ａ、３５１ｂ、３５２ａ、３５２ｂには、外付けのダイオード素子３６５ａ、３６５ｂ、３６６ａ、３６６ｂが逆並列接続されており、ＭＯＳＦＥＴを用いた場合と同じように動作できるようになっている。
【０１５３】
更に、ＩＧＢＴではなく、バイポーラトランジスタを用いることもできる。この場合も、各バイポーラトランジスタにダイオード素子を逆並列接続する必要があるが、図２８の電源装置３ａのＩＧＢＴをバイポーラトランジスタ(ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ)に変更すればよいので、回路図は省略する。
【０１５４】
【発明の効果】
高効率の電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一例の電源装置を示す回路ブロック図
【図２】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図３】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図４】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図５】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図６】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図７】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図８】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図９】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１０】第一例の電源装置の動作を示すタイミングチャート
【図１１】本発明の第二例の電源装置を示す回路ブロック図
【図１２】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１３】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１４】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１５】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１６】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１７】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１８】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１９】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２０】第二例の電源装置の動作を示すタイミングチャート
【図２１】従来技術の電源装置の回路ブロック図
【図２２】従来技術の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２３】従来技術の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２４】従来技術の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２５】従来技術の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２６】従来技術の電源装置の動作を示すタイミングチャート
【図２７】ＭＯＳＦＥＴの第三象限動作を説明するためのグラフ
【図２８】ＩＧＢＴを用いた場合の本発明の一例の電源装置
【符号の説明】
３、４、３ａ……電源装置
３０１ａ……Ａ相の副スイッチ素子
３０１ｂ……Ｂ相の副スイッチ素子
３０３ａ……Ａ相の補助整流素子
３０３ｂ……Ｂ相の補助整流素子
３０４……副ブリッジ回路
３０６……補助一次巻線
３０８……共振コイル
３１０……主ブリッジ回路
３１１ａ……Ａ相の電源電圧側の主スイッチ素子
３１２ａ……Ａ相のグラウンド側の主スイッチ素子
３１１ｂ……Ｂ相の電源電圧側の主スイッチ素子
３１２ｂ……Ｂ相のグラウンド側の主スイッチ素子
３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂ……共振コンデンサ
３１９……直流電圧源
３２０、４２０……主整流平滑回路
３２３ａ、４２４ａ……Ａ相の主整流素子
３２３ｂ、４２４ｂ……Ｂ相の主整流素子
３２５……チョークコイル
３３０……主トランス
３３１……主一次巻線
３３２……主二次巻線
３３２ａ……Ａ相の主二次巻線
３３２ｂ……Ｂ相の主二次巻線
３５１ａ、３５１ｂ、３５２ａ、３５２ｂ……ＩＧＢＴ
３６５ａ、３６５ｂ、３６６ａ、３６６ｂ……ダイオード
Ｄ、Ｅ……出力点
Ｆ……接続点
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源の技術分野にかかり、特に、コンデンサとコイルの共振現象を用いたスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスイッチング電源に比べ、高効率の電源装置が得られることから、近年では同期整流方式の電源装置が注目されている。
【０００３】
図２１の符号５０１は、そのような従来技術の電源装置を示しており、一次側主ブリッジ回路５１０と、二次側整流平滑回路５２０と、主トランス５３０と、制御回路５４０とを有している。
【０００４】
一次側主ブリッジ回路５１０は、４個のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１１ｂ、５１２ａ、５１２ｂ(ここでは、全てｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。)を有している。
【０００５】
この主ブリッジ回路５１０の動作をＡ相とＢ相に分け、Ａ相動作のときに導通するブリッジトランジスタを符号５１１ａ、５１２ａで示し、Ｂ相動作のときに導通するブリッジトランジスタを符号５１１ｂ、５１２ｂで示す。
【０００６】
主トランス５３０内には、一次巻線５３１と、該一次巻線５３１と磁気結合した二次巻線５３２(５３２ａ、５３２ｂ)とが設けられている。
【０００７】
一次巻線５３１の両端は、一次側主ブリッジ回路５１０の出力部分に接続されており、該一次側巻線５３１と、４個のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１１ｂ、５１２ａ、５１２ｂとはＨブリッジ接続されている。
【０００８】
符号５１９は、商用電圧を整流平滑した直流電圧、又は蓄電池が出力する直流電圧を模式的に示した直流電圧源であり、その高電圧側は電源電圧ライン５１７に接続され、低電圧側はグラウンドライン５１８に接続されている。
【０００９】
主ブリッジ回路５１０は、電源電圧ライン５１７とグラウンドライン５１８に接続されており、Ｂ相のブリッジトランジスタ５１１ｂ、５１２ｂが遮断している状態で、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａが導通すると、直流電圧源５１９から一次巻線５３１に、Ａ相の電流ｉAが供給される。
【００１０】
他方、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａが遮断している状態で、Ｂ相のブリッジトランジスタ５１１ｂ、５１２ｂが導通すると、一次巻線５３１にはＢ相の電流ｉBが供給される。Ａ相の電流ｉAとＢ相の電流ｉBとは互いに逆向きである。
【００１１】
二次巻線５３２はセンタータップ構成にされており、Ａ相の二次巻線５３２ａとＢ相の二次巻線５３２ｂとに分割されている。
【００１２】
二次側整流平滑回路５２０は、チョークコイル５２５と、出力コンデンサ５２６と、２個の整流用トランジスタ５２３ａ、５２３ｂを有している。
【００１３】
Ａ相及びＢ相の二次巻線５３２ａ、５３２ｂの共通端子(センタータップ部分)は、グラウンド端子５２８に接続されており、他の端子は、それぞれ整流用トランジスタ５４２ａ、５２３ｂのソース端子に接続されている。
【００１４】
各整流用トランジスタ５２３ａ、５２３ｂのドレイン端子は、チョークコイル５２５の一端に共通に接続されている。
符号５２７はチョークコイル５２５の他端を示しており、出力端子にされており、該出力端子５２７とグラウンド端子５２８の間に出力コンデンサ５２６が接続されている。また、符号５２９は負荷を示しており、出力端子５２７とグラウンド端子の間に接続されている。
【００１５】
出力端子５２７の電圧は、フォトカプラ５４９で絶縁された状態で、制御回路５４０に入力されている。
【００１６】
制御回路５４０は、基準電圧源５４１と、誤差増幅器５４２と、発振器５４３と、比較器５４４と、駆動回路５４５とを有しており、誤差増幅器５４２が、フォトカプラ５４９から入力された電圧と基準電圧源５４１の出力電圧との差分を増幅し、比較器５４４に出力するように構成されている。
【００１７】
比較器５４４は、誤差増幅器５４２から入力された電圧と、発振器５４３の出力波形とを比較し、比較結果を駆動回路５４５に出力するように構成されている。
【００１８】
駆動回路５４５は、比較器５４４の比較結果に基づいて、誤差増幅器１４２が検出するフォトカプラ５４９の出力電圧と、基準電圧源５４１の出力電圧の差分が小さくなる方向に、ブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａ、５１１ｂ、５１２ｂの導通時間を制御するように構成されている。
【００１９】
従って、負荷変動等によって出力端子５２７の出力電圧が変動しても、制御回路５４０の動作によって、その変動分を吸収するように主ブリッジ回路５１０が制御され、出力端子５２７の出力電圧は一定電圧を維持するようになっている。
【００２０】
この電源装置５０１の動作を説明する。
図２２は、電源装置５０１が運転中であって、Ａ相及びＢ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａ、５１１ｂ、５１２ｂが遮断状態にあり、チョークコイル５２５に蓄積されたエネルギーにより、二次側に電流が流れている状態を示している。
【００２１】
整流用トランジスタ５２３ａ、５２３ｂの内部には、それぞれ寄生ダイオード５２４ａ、５２４ｂが形成されており、チョークコイル５２５に生じた起電力によって寄生ダイオード５２４ａ、５２４ｂが順バイアスされ、それぞれ電流Ｉ551、Ｉ552が流れている。
【００２２】
図２６は、電源装置５０１の動作を示すタイミングチャートであり、その状態は、タイミングチャート中の時刻ｔ1以前の波形で表される。
【００２３】
その状態からＡ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａのゲート端子に正電圧が印加され、導通すると、一次巻線５３１の両端は、電源電圧ライン５１７とグラウンドライン５１８に接続される。その結果、図２３の符号Ｉ553で示す電流が流れる。
【００２４】
Ａ相の二次巻線５３２ａは、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａが導通したときには、Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａのソース端子に正電圧を印加する極性で接続されており、そのとき、Ｂ相の二次巻線５２３ｂには、Ｂ相の整流用トランジスタ５２３ａのソース端子に負電圧を印加する極性の電圧が誘起される。
【００２５】
駆動回路５４５は、Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａのゲート端子に、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａのゲート端子と一緒に正電圧を印加する。
【００２６】
ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにおいて、ソース端子の電圧がドレイン端子の電圧よりも高い状態で、ゲート端子にスレッショルド電圧以上の電圧が印加されると、通常の動作とは逆向きに、ソース端子からドレイン端子に向けて電流が流れる。
【００２７】
この動作は、ＭＯＳＦＥＴの第３象限動作と呼ばれている(ｐチャネルＭＯＳＦＥＴでは、ソース端子にドレイン端子よりも低い電圧が印加され、且つ、ゲート端子にもドレイン端子よりも低い電圧が印加される状態が第３象限動作と呼ばれる。)。
【００２８】
図２７の実線は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴの特性を示すグラフであり、横軸がソース端子を基準としたドレイン端子の電圧ＶDSを示しており、縦軸がドレイン端子からソース端子に向けて流れる方向を正方向にとった場合のドレイン電流ＩDを示している。
【００２９】
このグラフの第１象限の範囲が通常のＭＯＳＦＥＴの動作であり、第３象限の範囲にある実線の特性が第３象限動作である。ドレイン電圧ＶDSが小さいうちは抵抗特性を示しているが、ドレイン電圧ＶDSが大きくなり、寄生ダイオード５２４ａの導通電圧以上の電圧になると、ダイオード特性になる。
【００３０】
同図のグラフの第３象限の範囲にある破線のグラフは、ＭＯＳＦＥＴが導通状態にない場合の寄生ダイオードの特性であり、第３象限動作を行っている場合は、寄生ダイオードに電流が流れる場合に比べ、電力損失が小さくなることが分かる。
【００３１】
Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａは、内部の寄生ダイオード５２４ａが導通しており、ソース端子の電圧がドレイン端子の電圧よりも高くなっている。
【００３２】
その状態でゲート端子に正電圧が印加されるから、Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａは第三象限動作をし、ソース端子からドレイン端子に向けて図２３中の電流Ｉ554が流れる。
従って、このときのＡ相の整流用トランジスタ５２３ａに生じる損失は小さい。
【００３３】
Ａ相の整流用トランジスタ５２３ａに流れる電流Ｉ554は、チョークコイル５２５を通って負荷５２９及び出力コンデンサ５２６に供給されるため、チョークコイル５２５に磁気エネルギーが蓄積される。
【００３４】
その状態から、時刻ｔ2において、Ａ相のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａと整流用トランジスタ５２３ａとが遮断すると、図２４に示すように、チョークコイル５２５に起電力が生じ、チョークコイル５２５に蓄積されたエネルギーによって、２個の寄生ダイオード５２４ａ、５２４ｂに、それぞれ電流Ｉ555、Ｉ556が流される。
【００３５】
次に、時刻ｔ3において、Ｂ相のブリッジトランジスタ５１１ｂ、５１２ｂが導通すると、一次巻線５３１には、図２５に示すように、直流電圧源５１７から電流Ｉ557で示す電流が供給される。このとき、Ｂ相の整流用トランジスタ５２３ｂのゲート端子には正電圧が印加されるので、その整流用トランジスタ５２３ｂは第３象限動作をし、電流Ｉ558をチョークコイル５２５に流し、エネルギーを蓄積させる。
【００３６】
時刻ｔ4において、全部のブリッジトランジスタ５１１ａ、５１２ａ、５１１ｂ、５１２ｂ、及び整流用トランジスタ５２３ａ、５２３ｂが遮断すると、最初に説明した状態に戻る。以後は、上記と同じ動作を繰り返す。
【００３７】
以上のように、二次側の整流回路にトランジスタを用い、ゲート端子を制御し、第３象限動作をさせて電流を流すと整流回路にダイオード素子を用いる場合よりも損失が少なくて済む。
【００３８】
しかしながら、トランジスタ５１１ａ、５１２ａ、５１１ｂ、５１２ｂ、５２３ａ、５２３ｂが導通するときに、図２６のタイミングチャート中で符号５６１ａ、５６２ａ、５６１ｂ、５６２ｂに示す波形のように、寄生ダイオード５２４ａ、５２４ｂのリカバリーの影響があって、瞬間的に大電流が流れてしまう。その電流が流れるときには、ソース・ドレイン間に電圧が印加された状態なので、損失が生じてしまう。
【００３９】
近年では電源装置の高効率化が増々強く求められるようになっており、その損失を無視することができなくなってきた。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、損失の小さいスイッチング電源を提供することにある。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、二個のＡ相の主スイッチ素子と二個のＢ相の主スイッチ素子とがブリッジ接続され、直流電圧源から電流を供給されるように接続された主ブリッジ回路と、主トランス内に配置され、前記主ブリッジ回路の出力点にＨブリッジ接続された主一次巻線と、前記主トランス内に配置され、前記一次巻線に磁気結合されたＡ相とＢ相の主二次巻線と、前記Ａ相と前記Ｂ相の主二次巻線に誘起された電圧を整流平滑する主整流平滑回路と、前記各主スイッチ素子に並列接続された共振コンデンサと、前記各主スイッチ素子に逆並列接続された整流素子と、Ａ相の副スイッチ素子とＡ相の補助整流素子とが直列接続された回路と、Ｂ相の副スイッチ素子とＢ相の補助整流素子とが直列接続された回路と、が接続点で直列に接続されて構成された副ブリッジ回路と、互いに直列接続された補助一次巻線と共振コイルとを有し、前記副ブリッジ回路は前記主ブリッジ回路に並列に接続され、前記補助一次巻線と前記共振コイルとが直列接続された回路は、前記副ブリッジ回路の前記接続点と、前記主ブリッジ回路の前記出力点との間に接続され、前記補助一次巻線は、前記一次巻線と前記二次巻線とに磁気結合され、前記ブリッジ回路内の四個の前記主スイッチ素子と前記副ブリッジ回路内の二個の副スイッチ素子とが遮断した状態から、Ａ相とＢ相のいずれか一方の前記副スイッチ素子と、前記ブリッジ回路内のその副スイッチ素子と同相の一個の前記主スイッチ素子とが導通し、導通した前記主スイッチ素子と、前記主一次巻線と、前記補助一次巻線と、前記共振コイルと、導通した前記副スイッチ素子との直列回路に前記直流電圧源の電圧が印加されて電流が流れ、次いで、前記共振コイルと、導通された前記主スイッチ素子と同相で遮断状態にある他の一個の主スイッチ素子に並列接続された前記共振コンデンサとが共振動作し、前記他の一個の主スイッチ素子に逆並列接続された前記整流素子に前記共振コイルの起電力による共振電流が流れる間に前記他の一個の主スイッチ素子が導通される電源装置であって、前記共振電流は前記補助一次巻線に流れ、前記共振電流が減少するように構成された電源装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源装置であって、前記補助一次巻線は、前記主トランス内に配置された電源装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の電源装置であって、前記共振コンデンサには、前記主スイッチ素子の容量成分が用いられた電源装置である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源装置であって、前記共振コイルには、前記補助一次巻線の漏れインダクタンスが用いられた電源装置である。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源装置であって、前記各主スイッチ素子にはＭＯＳＦＥＴが用いられ、前記逆並列接続された整流素子には前記各ＭＯＳＦＥＴ内の寄生ダイオードが用いられた電源装置である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電源装置であって、前記各主スイッチ素子にはＩＧＢＴが用いられた電源装置である。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の電源装置であって、前記主整流平滑回路は、前記Ａ相と前記Ｂ相の主二次巻線に誘起された電圧を整流するＡ相とＢ相の主整流素子と、前記Ａ相と前記Ｂ相の主整流素子が整流した電流が流されるチョークコイルとを有する電源装置である。
【００４２】
本発明は上記のように構成されており、４個の主スイッチ素子のうち、Ａ相の２個の主スイッチ素子が導通したときと、Ｂ相の２個の主スイッチ素子が導通したときとで、直流電圧源から供給され、主一次巻線に流れる電流が互いに逆向きになるようになっている。
【００４３】
また、副スイッチ素子と主スイッチ素子とを制御することで、補助一次巻線と共振コイルに電流を流すことができる。
【００４４】
共振コイルに電流が流れ、共振コイルと共振コンデンサとが共振動作した場合、共振電流は補助一次巻線と補助整流素子とを流れる。補助一次巻線は、主一次巻線と主二次巻線とに磁気結合しているので、主一次巻線に流れる電流を制御し、補助一次巻線に電圧を誘起させ、補助整流素子を逆バイアスさせると、共振動作を終了させることができる。
【００４５】
主スイッチ素子には、バイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを用いることができる。ＭＯＳＦＥＴを用いた場合、内蔵されている寄生ダイオードを整流素子として利用することができる。主スイッチ素子にバイポーラトランジスタやＩＧＢＴを用いた場合、整流素子(ダイオード素子)を各主スイッチ素子に逆並列接続するとよい。
【００４６】
また、各主スイッチ素子には、外付けの共振コンデンサを並列接続してもよいが、共振コンデンサを外付けせずに、主スイッチ素子の内部容量成分を利用することができる。動作周波数が高い場合には、共振コンデンサの容量値は小さくて済むので、内部容量成分を利用することができる。
【００４７】
また、共振コイルは、副一次巻線の漏れインダクタンスを利用することもできる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１の符号３は、本発明の第一例の電源装置を示している。この電源装置３は、一次側の主ブリッジ回路３１０と、二次側の主整流平滑回路３２０と、主トランス３３０と、制御回路３４０と、高効率化回路３００とを有している。
【００４９】
先ず、一次側の回路構成を説明すると、符号３１９は、商用電圧を整流平滑した電圧を模式的に示した直流電圧源であり、該直流電圧源３１９の高電圧側は、電圧ライン３１７に接続され、低電圧側はグラウンドライン３１８に接続されている。
【００５０】
一次側主ブリッジ回路３１０は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成された４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂを有している。
【００５１】
４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂはブリッジ接続されている(４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂのうち、２個の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ｂと、他の２個の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ａとがそれぞれ直列接続されており、直列接続された回路の両端が電源電圧ライン３１７とグラウンドライン３１８に接続されている。
【００５２】
主トランス３３０内には、主一次巻線３３１が設けられている。
符号Ｄ、Ｅは、主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂが互いに直列接続された部分を示しており、その部分は主ブリッジ回路３１０の出力点になっている。主一次巻線３３１の両端は、出力点Ｄ、Ｅにそれぞれ接続されており、主ブリッジ回路３１０(４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂ)と、主一次巻線３３１とでＨ主ブリッジ回路が構成されている。
【００５３】
なお、ここでは、主一次巻線３３１と主ブリッジ回路３１０の一つの出力端子Ａとの間には、偏励磁防止用のコンデンサ３５９が挿入されており、主一次巻線３３１に流れる直流成分をカットするようになっている。このコンデンサ３５９の両端は短絡されていても、後述する本発明の電源装置３の動作には影響がないので、コンデンサ３５９に関する電圧変化は説明を省略する。
【００５４】
４個の主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂのうち、導通した場合に、直流電圧源３１９から図中の符号ｉAで示す電流が主一次巻線３３１に供給される組をＡ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａとし、符号ｉBで示す電流が供給される組をＢ相の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂとする。
【００５５】
Ａ相の電流ｉAとＢ相の電流ｉBは、どちらも各主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂ内部をドレイン端子からソース端子に向けて流れる。
【００５６】
主ブリッジ回路３１０の２個の出力点Ｄ、Ｅのうち、Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａが導通したときに、高電圧側になる方を第１の出力点Ｄとし、Ｂ相の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂが導通したときに高電圧側になる方を第２の出力点Ｅとする。
【００５７】
また、各主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂには、それぞれ共振コンデンサ３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂが並列接続されており、後述する高効率化回路３００内の共振コイル３０８と共振動作するように構成されている。
【００５８】
符号３１５ａ、３１６ａ、３１５ｂ、３１６ｂは、主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂ内部の寄生ダイオード(整流素子)を示している。この寄生ダイオード３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂは、各主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂに対して逆並列接続されている。
【００５９】
次に、二次側の回路構成を説明すると、二次側の主整流平滑回路３２０は、チョークコイル３２５と、出力コンデンサ３２６と、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成された主整流素子３２３ａ、３２３ｂとを有している。
【００６０】
主トランス３３０内には、主一次巻線３３１と磁気結合した主二次巻線３３２が設けられている。主二次巻線３３２は、センタータップ構成にされており、Ａ相の主二次巻線３３２ａとＢ相の主二次巻線３３２ｂとに分割されている。
【００６１】
Ａ相の主二次巻線３３２ａとＢ相の主二次巻線３３２ｂの共通端子(センタータップ部分)は、グラウンド端子１２８に接続されており、他の端子は、Ａ相の主整流素子３２３ａのソース端子とＢ相の主整流素子３２３ｂのソース端子にそれぞれ接続されている。
【００６２】
Ａ相の主整流素子３２３ａのドレイン端子とＢ相の主整流素子３２３ｂのドレイン端子は、チョークコイル３２５の一端に共通に接続されている。符号３２４ａ、３２４ｂは、主整流素子３２３ａ、３２３ｂ内部の寄生ダイオードを示している。
【００６３】
符号３２７は出力端子であり、チョークコイル３２５の他端はその出力端子に接続されている。出力端子３２７とグラウンド端子３２８の間には出力コンデンサ３２６が接続されており、主整流素子３２３ａ、３２３ｂが整流した電圧は、チョークコイル３２５と出力コンデンサ３２６とで平滑され、出力端子３２７から負荷３２９に供給される。
【００６４】
出力端子３２７の電圧は、フォトカプラ３４９等で絶縁された状態で、制御回路３４０に入力されている。
【００６５】
制御回路３４０は、基準電圧源３４１と、誤差増幅器３４２と、発振器３４３と、比較器３４４と、駆動回路３４５とを有しており、誤差増幅器３４２が、フォトカプラ３４９から入力された電圧と基準電圧源３４１の出力電圧との差分を増幅し、比較器３４４に出力するように構成されている。
【００６６】
比較器３４４は、誤差増幅器３４２から入力された電圧と、発振器３４３の出力波形とを比較し、比較結果を駆動回路３４５に出力するように構成されている。
【００６７】
駆動回路３４５は、比較器３４４の比較結果に基づいて、誤差増幅器３４２が検出するフォトカプラ３４９の出力電圧と、基準電圧源３４１の出力電圧の差分が小さくなる方向に、主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂの導通時間を制御するように構成されている。
【００６８】
従って、従来技術で説明した電源装置５０１と同様に、この電源装置３においても、出力端子３２７の出力電圧が変動した場合、制御回路３４０の動作によってその変動分が吸収され、出力端子３２７の出力電圧は一定に維持される。
【００６９】
この電源装置３は、高効率化回路３００を有している。
高効率化回路３００を説明すると、該高効率化回路３００には、補助一次巻線３０６と、共振コイル３０８と、副ブリッジ回路３０４とが設けられている。
【００７０】
副ブリッジ回路３０４は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されたＡ相、Ｂ相の副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂと、ダイオード素子で構成されたＡ相、Ｂ相の補助整流素子３０３ａ、３０３ｂとを有している。
【００７１】
Ｂ相の補助整流素子３０２ｂのアノード端子は電源電圧ライン３１７に接続され、カソード端子はＢ相の副スイッチ素子３０１ｂのドレイン端子に接続されている。
【００７２】
他方、Ａ相の補助整流素子３０３ａのカソード端子はＡ相の副スイッチ素子３０１ａのドレイン端子に接続されており、その副スイッチ素子３０１ａのソース端子はグラウンドライン３１８に接続されている。
【００７３】
更に、Ａ相の補助整流素子３０３ａのアノード端子はＢ相の副スイッチ素子３０１ｂのソース端子に接続されている。
【００７４】
従って、副ブリッジ回路３０４は、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａとＡ相の補助整流素子３０３ａの直列接続回路と、Ｂ相の副スイッチ素子３０１ｂとＢ相の補助整流素子３０３ｂの直列接続回路とが更に直列接続されて構成されており、主ブリッジ回路３１０とは並列に、電源電圧ライン３１７とグラウンドライン３１８の間に接続されている。直列接続回路同士の接続点は符号Ｆで示す。
【００７５】
共振コイル３０８と補助一次巻線３０６とは直列接続され、その直列接続回路の一端は第２の出力点Ｅに接続され、他端は接続点Ｆに接続されている。
【００７６】
Ａ相及びＢ相の副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂのゲート端子は駆動回路３４５に接続されており、後述するように、主ブリッジ回路３１０や主整流平滑回路３２０とともに、制御回路３４０によって制御されている。
【００７７】
この電源装置３の動作を説明する。図１０は、この電源装置３の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図２〜図９は、電源装置３の回路中を流れる電流とその方向を説明するための回路図である。図２〜図９では、図１中の回路ブロックを示す一点鎖線および、その一点鎖線で示した回路ブロックの符号は省略する。
【００７８】
図１０のタイミングチャート中、Ｖｇ311a、Ｖｇ312a、Ｖｇ311b、Ｖｇ312bは、Ａ相及びＢ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂのゲート電圧を示している。
【００７９】
Ｖｇ301a、Ｖｇ301bはＡ相及びＢ相の副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂのゲート電圧を示しており、Ｖｇ323a、Ｖｇ323bは、Ａ相及びＢ相の主整流素子３２３ａ、３２３ｂのゲート電圧を示している。
【００８０】
Ｉｄ301aはＡ相の副スイッチ素子３０１ａに流れる電流を示している。Ｂ相の副スイッチ素子３０１ｂに流れる電流は省略してある。
【００８１】
Ｉｃ313a、Ｉｃ314aは、Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ｂに並列接続された共振コンデンサ３１３ａ、３１４ａに流れる電流を示している。充電方向を正、放電方向を負として示している。
【００８２】
Ｉｄ311a、Ｉｄ312aはＡ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａのドレイン電流を示しており、Ｖｄｓ311a、Ｖｄｓ312aは、Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａのドレイン・ソース間の電圧を示している。Ｂ相の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂのドレイン電流とドレイン・ソース間の電圧は省略する。
【００８３】
Iｔ331は主一次巻線３３１に流れる電流を示している。Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａが導通したときに直流電圧源３１９から主一次巻線３３１に電流が供給される方向を正、Ｂ相の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂが導通したときに供給される方向を負として表している。
【００８４】
Ｖｄｓ323a、Ｖｄｓ323bは、Ａ相及びＢ相の主整流素子３２３ａ、３２３ｂのドレイン・ソース間の電圧を示しており、ドレイン端子の電圧がソース端子の電圧よりも高い方向を正にして表している。
【００８５】
Ｉｔ332a、Ｉｔ332bは、Ａ相及びＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂに流れる電流を示している。
【００８６】
図２は、図１０のタイミングチャートの時刻ｔ0〜時刻ｔ1の間に電源装置３に流れる電流を示している。時刻ｔ0〜時刻ｔ1の間は、Ａ相及びＢ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂと、Ａ相及びＢ相の副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂは遮断状態にある。
【００８７】
二次側のチョークコイル３２５には、時刻ｔ0よりも前にエネルギーが蓄積されており、時刻ｔ0〜ｔ1の間は、そのエネルギーによってチョークコイル３２５に起電力が生じ、主整流平滑回路３２０内に電流Ｉ381が流れている。
【００８８】
時刻ｔ0〜時刻ｔ1では、二次側の主整流素子３２３ａ、３２３ｂは遮断している。
【００８９】
各主整流素子３２３ａ、３２３ｂ内の寄生ダイオード３２４ａ、３２４ｂの電気的特性は等しいので、チョークコイル３２５から供給される電流I381は、寄生ダイオード３２４ａ、３２４ｂ内に分流し、電流Ｉ381a、Ｉ381bとなってＡ相及びＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂに流れる。
【００９０】
その状態から時刻ｔ1において、Ａ相の電源電圧側の主スイッチ素子３１１ａと、二次側のＡ相の主整流素子３２３ａと、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａが導通する。
【００９１】
二次側では、Ａ相の主整流素子３２３ａのソース端子にはドレイン端子よりも高い電圧が印加されているため、その主整流素子３２３ａは第三象限動作をし、低インピーダンスになる。その結果、図３に示すように、二次側のチョークコイル３２５が供給する電流Ｉ381は、Ｂ相の主整流素子３２３ｂの寄生ダイオード３２４ｂには流れなくなり、Ａ相側(Ａ相の主整流素子３２３ａとＡ相の主二次巻線３３２ａ側)だけを流れるようになる。
【００９２】
Ａ相の主二次巻線３３２ａに電流Ｉ381が流れることにより、主一次巻線３３１に電圧が誘起される。その電圧は、第２の出力点Ｅに正電圧を印加する極性であり、高電圧側のＢ相の主スイッチ素子３１１ｂの寄生ダイオード３１５ｂが順バイアスされる。
【００９３】
その結果、Ａ相の主二次巻線３３２ａから主一次巻線３３１に戻されたエネルギーにより、主一次巻線３３１と、寄生ダイオード３１５ｂと、高電圧側のＡ相の主スイッチ素子３１１ａとで形成される閉ループ中を、電流Ｉ383が流れる。
【００９４】
また、Ａ相の主スイッチ素子３１１ａと副スイッチ素子３０１ａが導通することにより、直流電圧源３１９から、Ａ相の高電圧側の主スイッチ素子３１１ａと、主一次巻線３３１と、補助一次巻線３０６と、共振コイル３０８と、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａの順序で電流Ｉ384が流れる。
【００９５】
従って、時刻ｔ1〜時刻ｔ2の間に主一次巻線３３１に流れる電流ＩT1は、
ＩT1 ＝ Ｉ383＋Ｉ384
となっている。
【００９６】
補助一次巻線３０６は、主一次巻線３３１及び、Ａ相とＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂと磁気結合しており、主一次巻線３３１の巻数をｎ1、補助一次巻線３０６の巻数をｎS、Ａ相の主二次巻線３３２ａの巻数をｎ2aとすると、次式が成立する。
【００９７】
ＩT1 × ｎ1 ＋ Ｉ384 × ｎS ＝ Ｉ381 × ｎ2a
Ａ相の主二次巻線３３２ａには、チョークコイル３２５から電流が供給されており、チョークコイル３２５は定電流源であると近似できるから、上式の右辺は一定値である。従って、補助一次巻線３０６に流れる電流Ｉ384が増加すると、寄生ダイオード３１５ｂに流れる電流Ｉ383は減少する。
【００９８】
二次側のチョークコイル３２５は定電流源であるから、寄生ダイオード３１５ｂに流れる電流Ｉ383が時刻ｔ2でゼロになると、直流電圧源３１９から共振コイル３０８に供給される電流Ｉ384は増加できなくなる。即ち、時刻ｔ2では、
【００９９】
Ｉ381 × ｎ2a ＝ Ｉ384 × ｎ1
となり、直流電圧源３１９から供給される電流Ｉ384は一定値になる。
【０１００】
このとき、Ａ相のグラウンド側の主スイッチ素子３１２ａに並列接続された共振コンデンサ３１４ａは、時刻ｔ2までは寄生ダイオード３１５ｂが導通していたため、直流電圧源３１９の電圧Ｖinまで充電されており、直流電圧源３１９から供給される電流Ｉ384が定電流となると、その電流Ｉ384だけでは共振コイル３０８に流れる電流が増加できなくなる。
【０１０１】
その状態になると、共振コンデンサ３１４ａと共振コイル３０８とが共振動作を開始し、共振コンデンサ３１４ａが放電し、共振コイル３０８に電流を供給することで、共振コイル３０８に流れる電流が増加する。
【０１０２】
図４の符号Ｉ387は、その共振動作によって流れる電流を示している。共振コンデンサ３１４ａの放電により、共振コンデンサ３１４ａの高電圧側の端子(主ブリッジ回路３１０の第２の出力点Ｅ)の電圧は徐々に低下する。
【０１０３】
第２の出力点Ｅの電圧が低下すると、第２の出力点Ｅと電源電圧ライン３１７の間に接続された共振コンデンサ３１３ｂが充電される(この共振コンデンサ３１３ｂは、高電圧側のＢ相の主スイッチ素子３１１ｂに並列接続されているコンデンサである。)。
【０１０４】
同図符号Ｉ388は、その共振コンデンサ３１３ｂへの充電電流を示しており、直流電圧源３１９から供給され、共振コンデンサ３１３ｂ、補助一次巻線３０６、共振コイル３０８、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａを通って、グラウンドライン３１８に流れる。
【０１０５】
共振コイル３０８と共振コンデンサ３１４ａの共振動作により、共振コンデンサ３１４ａの放電が終了すると、共振コンデンサ３１４ａに蓄積されていたエネルギーは共振コイル３０８に全部移行される。すると、共振コイル３０８には、共振コンデンサ３１４ａを逆向きに充電する方向の起電力が生じる。
【０１０６】
その起電力は、共振コンデンサ３１４ａに並列接続されている主スイッチ素子３１２ａの内部寄生ダイオード３１６ａを順バイアスする極性なので、共振コイル３０８に蓄積されていたエネルギーにより、寄生ダイオード３１６ａ中を、図５の符号Ｉ389で示す電流が流される。寄生ダイオード３１６ａが順バイアスされると、主一次巻線３３１には、電源電圧Ｖinが印加される。このとき、二次側には略一定の電流Ｉ382が流れている。
【０１０７】
時刻ｔ3における出力点Ｅの電位はほぼゼロＶであって、直流電圧源３１９のアース側電位になっているため、主ブリッジ回路３１０の出力点Ｄ、Ｅ間の電圧、つまり主トランス３３０内の主一次巻線３３１の両端には、直流電圧源３１９の出力電圧Ｖinが印加されている。
【０１０８】
このため、補助一次巻線３０６の両端には、主一次巻線３３１と補助一次巻線３０６の巻数比に応じた電圧が発生する。その電圧の極性は、共振コイル３０８に生じている電圧とは逆向きであり、共振コイル３０８に蓄積されているエネルギーは、補助一次巻線３０６に発生した電圧に応じて減少する。主一次巻線３３１には直流電圧源３１９の出力電圧Ｖinが印加されていることから、エネルギーは一次側から二次側に供給されている。
【０１０９】
図１０のタイミングチャートにおいて、共振コンデンサ３１４ａの放電が終了し、寄生ダイオード３１６ａに電流Ｉ389が流れ始めた時刻は符号ｔ3で示されている。
【０１１０】
制御回路３４０は、寄生ダイオード３１６ａに電流Ｉ389が流れているときに、Ａ相のグラウンド側の主スイッチ素子３１２ａを導通させる。この場合、主スイッチ素子３１２ａのソース・ドレイン間に電圧は印加されていないので、主スイッチ素子３１２ａにはターンオンによる損失は生じない。
【０１１１】
その主スイッチ素子３１２ａの導通により、図６の符号Ｉ390で示す電流が流れ始める。
【０１１２】
補助一次巻線３０６に誘起される電圧は、共振コイル３０８に流れる電流Ｉ384を減少させる極性であり、主一次巻線３３１に流れる電流Ｉ390が増加し、補助一次巻線３０６に誘起された電圧が、Ａ相の副スイッチ素子３０１ａに直列接続された補助整流素子３０３ａを逆バイアスすると、共振コイル３０８に流れる電流はゼロになる。
【０１１３】
このとき、主二次巻線３３２には、Ａ相の主整流素子３２４ａを第３象限動作させる極性の電圧が誘起されており、主一次巻線３３１からＡ相の主二次巻線３３２ａにエネルギーが伝達され、電流Ｉ382が流れる。
【０１１４】
なお、図１０の時刻ｔ3は、共振コイル３０８と共振コンデンサ３１４ａの共振電流がゼロになった時刻を示しており、時刻ｔ4は主スイッチ素子３１２ａ内の寄生ダイオード３１６ａに流れる電流Ｉ389がゼロになり、主スイッチ素子３１２ａに順方向の電流が流れ始める時刻を示している。
【０１１５】
次いで、Ａ相の主スイッチ素子３１２ａの導通により、時刻ｔ5において、上述するように補助一次巻線３０６に電流が流れなくなったものとする。この状態は図７に示すように、主一次巻線３３１には電流Ｉ390が流れ、Ａ相の主二次巻線３３２ａには、電流Ｉ382が流れているから、
Ｉ390 × ｎ1 ＝ Ｉ382 × ｎ2a
になる。
【０１１６】
制御回路３４０は、その時刻ｔ5において副スイッチ素子３０１ａを遮断させるので、副スイッチ素子３０１ａは電流が流れていない状態で導通状態から遮断状態に移行するので損失が生じない。このとき、Ｂ相の共振コンデンサ３１３ｂは電源電圧Ｖinで充電されている。
【０１１７】
時刻ｔ5後は、主一次巻線３３１に流れる電流が増加し、主一次巻線３３１から主二次巻線３３２にエネルギーが伝達され、Ａ相の主二次巻線３３２ａに電圧が誘起され、Ａ相の主整流素子３２３ａは第三象限動作をする。
【０１１８】
Ａ相の主二次巻線３３２ａに流れる電流Ｉ382はチョークコイル３２５を流れ、チョークコイル３２５及び出力コンデンサ３２６を充電する。
【０１１９】
Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａが導通している状態では、それらに並列接続された共振コンデンサ３１３ａ、３１４ａは充電されていない。その状態で、時刻ｔ6において、制御回路３４０により、先ず、Ａ相の電源側の主スイッチ素子３１１ａが遮断させられると、図８に示すように、その主スイッチ素子３１１ａに並列接続された共振コンデンサ３１３ａを充電する電流Ｉ392と、Ｂ相のグラウンド側の共振コンデンサ３１４ｂの放電による電流Ｉ394とが流れる。
【０１２０】
第１の出力点Ｄの電圧が低下し、共振コンデンサ３１３ａ、３１４ｂへ流れる電流が減少すると、主一次巻線３３１に流れる電流も減少する。
【０１２１】
この状態では、図９に示すように、Ａ相の主二次巻線３３２ａには、チョークコイル３２５の起電力によって電流Ｉ395が流されており、その電流Ｉ395によって主一次巻線３３１に電圧が誘起される。
【０１２２】
その電圧は、グラウンド側のＢ相の主スイッチ素子３１２ｂ内の寄生ダイオード３１６ｂを順バイアスする極性であり、寄生ダイオード３１６ｂ内に電流Ｉ397が流される(時刻ｔ7)。
【０１２３】
その状態で、制御回路３４０が時刻ｔ8においてグラウンド側のＡ相の主スイッチ素子３１２ａを遮断させると、主ブリッジ回路３１０内の全ての主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａ、３１１ｂ、３１２ｂと二次側整流素子３２３ａ、３２３ｂが遮断状態になる。
【０１２４】
この状態は、時刻ｔ0と同じ状態であり、今度は、Ｂ相側の主スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂ、主整流素子３２３ｂ、副スイッチ素子３０１ｂの動作により、Ａ相が動作した場合と同様に、Ｂ相側に電流が流れる。
【０１２５】
Ａ相の二次巻線３３２ａとＢ相の二次巻線３３２ｂの巻数は同数にされており、Ｂ相側に流れる電流の大きさはＡ相側に流れる電流と等しくなっている。
【０１２６】
但し、Ｂ相側に電流が流れる場合、先ず、グラウンド側のＢ相の主スイッチ素子３１２ｂとＢ相の副スイッチ素子３０１ｂとが導通した後、次いで、電源側のＢ相の主スイッチ素子３１１ｂが導通するが、その動作はＡ相と対称的なので、説明は省略する。
【０１２７】
上記電源装置３は、二次側の主整流素子３２３ａ、３２３ｂにｎチャネルＭＯＳＦＥＴを用いたが、図１１の電源装置４のように、ダイオード素子を用いることもできる。
【０１２８】
図１の電源装置３の主整流平滑回路３２０では、主整流素子３２３ａ、３２３ｂがｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されていたのに対し、図１１に示した電源装置４では、整流平滑回路４２０に、ダイオード素子で構成された主整流素子４２３ａ、４２３ｂが用いられている。
【０１２９】
Ａ相、Ｂ相の主整流素子４２３ａ、４２３ｂのアノード端子は、Ａ相、Ｂ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂの一端にそれぞれ接続されている。
【０１３０】
他方、Ａ相、主整流素子４２３ａ、４２３ｂのカソード端子はチョークコイル３２５の同じ端子に接続されており、該チョークコイル３２５の他端は出力端子３２７にされている。
【０１３１】
Ａ相及びＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂの共通の端子はグラウンド端子３２６にされている。
【０１３２】
出力端子３２７とグラウンド端子３２６の間には、出力コンデンサ３２６と負荷３２９が並列に接続されている。
【０１３３】
二次側の整流平滑回路４２０は上記のように構成されており、Ａ相及びＢ相の主整流素子４２３ａ、４２３ｂはゲート端子を有していないので、制御回路３４０には接続されていない。
【０１３４】
図１１の電源装置４の、他の回路ブロックや配線は図１の電源装置３と同一であるので、同じ回路ブロックや同じ電気素子には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１３５】
図２０は、この電源装置４の回路動作を示すタイミングチャートである。符号Ｖak423a、Ｖak423bは、主整流素子４２３ａ、４２３ｂのアノード・カソード間の電圧を示しており、逆バイアスされた状態を正にしてある。同図中、符号ｔ0〜ｔ8は、図１０のタイミングチャートの時刻ｔ0〜ｔ8と同じ状態の時刻を示している。
【０１３６】
この電源装置４の動作を説明すると、先ず、定常動作において、主スイッチ素子３１１ａ、３１１ｂ、３１２ａ、３１２ｂが遮断している状態では、図１２に示すように、チョークコイル３２５に蓄積されたエネルギーによって、主整流素子４２３ａ、４２３ｂに、等しい大きさの電流Ｉ481a、Ｉ481bがそれぞれ流れている。
【０１３７】
次に、Ａ相の主スイッチ素子３１５ａとＡ相の副スイッチ素子３０１ａが導通し、図１３に示すように、主一次巻線３１１に電流Ｉ483、Ｉ484が流れる。
【０１３８】
直流電圧源３１９から供給される電流Ｉ484が増加すると、Ｂ相の主スイッチ素子３１１ｂの内部寄生ダイオード３１５ｂに流れる電流Ｉ383が減少するが、その電流Ｉ483がゼロになると、電流Ｉ484が増加できなくなり、共振コンデンサ３１４ａが放電し、図１４に示すように、共振コイル３０８に電流Ｉ487を流し、共振コイル３０８に流れる電流を増加させる。
【０１３９】
その共振コンデンサ３１４ａの電圧が低下するに従い、直流電圧源３１９から電流Ｉ488が供給され、Ｂ相の電源側の共振コンデンサ３１３ｂが充電される。
【０１４０】
次に、共振コンデンサ３１４ａと共振コイル３０８の共振動作により、共振コイル３０８が放電し、図１５に示すように、寄生ダイオード３１６ａに電流Ｉ489が流れる。
【０１４１】
その状態でＡ相のグラウンド側の主スイッチ素子３１２ａが導通すると、図１６に示すように、直流電圧源３１９から主一次巻線３３１に電流Ｉ490が供給される。その電流Ｉ490が増加すると、補助一次巻線３０６と副二次巻線３３２に電圧が誘起される。
【０１４２】
補助一次巻線３０６に誘起された電圧により、補助整流素子３０３ａが逆バイアスされ、図１７に示すように、共振コイル３１８に流れる電流はゼロになる。主二次巻線３３２側では、Ａ相の主二次巻線３３２ａにエネルギーが伝達され、チョークコイル３２５に電流が供給される。
【０１４３】
Ａ相の主スイッチ素子３１１ａ、３１２ａが導通している状態から、制御回路３４０が、先ず、Ａ相の電源側の主スイッチ素子３１１ａを遮断させると、図１８に示すように、その主スイッチ素子３１１ａに並列接続された共振コンデンサ３１３ａを充電する電流Ｉ492が流れる。同時に、Ｂ相のグラウンド側の共振コンデンサ３１４ｂが放電し、電流Ｉ494を流す。
【０１４４】
主一次巻線３３１に流れる電流が減少すると、チョークコイル３２５に起電力が生じ、図１９に示すように、Ａ相の主二次巻線３３２ａとＢ相の主二次巻線３３２ｂに電流Ｉ499a、Ｉ499bがそれぞれ流れる。
【０１４５】
Ａ相とＢ相の主二次巻線３３２ａ、３３２ｂに流れる電流Ｉ499a、Ｉ499bは同じ大きさであり、Ａ相の主二次巻線３３２ａの巻数と、Ｂ相の主二次巻線３３２ｂの巻数とが同じにされているため、主一次巻線３３１に誘起される電圧は互いに打ち消しあい、主一次巻線３３１には起電力は生じない。この状態は図１２に示したのと同じ状態である。
【０１４６】
次に、Ｂ相のグラウンド側の主スイッチ素子３１２ｂと、Ｂ相の副スイッチ素子３０１ｂとが導通した後、Ｂ相の電源電圧側の主スイッチ素子３１２ｂが導通する。Ｂ相の各スイッチ素子３１１ｂ、３１２ｂ、３０１ｂが動作する場合、主一次巻線３３１、補助一次巻線３０６、及び共振コイル３０８に流れる電流はＡ相の動作のときとは逆向きであり、二次側ではＢ相の主二次巻線３３２ｂに電流が流れるが、基本的な動作と電流の流れ方はＡ相の場合と同様であるため、説明は省略する。
【０１４７】
なお、上記各実施例では、主ブリッジ回路３１０の第２の出力点Ｅに補助一次巻線３０６の一端を接続し、他端を共振コイル３０８を介して接続点Ｆに接続したが、それとは逆に、第２の出力点Ｅに共振コイル３０８の一端を接続し、他端を補助一次巻線３０６を介して接続点Ｆに接続してもよい。また、第２の出力点Ｅではなく、第１の出力点Ｄに接続してもよい。
【０１４８】
また、補助整流素子３０３ａ、３０３ｂは、副スイッチ素子３０１ａ、３０１ｂのドレイン端子側に接続したが、ソース端子側に接続してもよい。
【０１４９】
また、上記各実施例では、主一次巻線３３１の一端は、偏励磁防止用のコンデンサ３５９を介してブリッジ回路３１０の第１の出力点Ｄに接続されていたが、コンデンサ３５９は、主一次巻線３３１の一端と第１、第２の出力端子Ｄ、Ｅのいずれか一方又は両方の間に挿入されていればよい。更に、偏励磁が無い場合はコンデンサ３５９は省略することができる。
【０１５０】
また、上記各実施例では、ＭＯＳＦＥＴにはｎチャネル型のものを用いたが、ｐチャネル型のものを用いたり、一つの電源装置内で、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴとを用いることもできる。
【０１５１】
更に、主スイッチ素子はＭＯＳＦＥＴを用いる場合に限定されるものではない。図２８の符号３ａは、主スイッチ素子にＩＧＢＴが用いられており、４個のＩＧＢＴ３５１ａ、３５１ｂ、３５２ａ、３５２ｂがブリッジ接続されている。
【０１５２】
ＩＧＢＴを用いた場合、内部寄生ダイオードを利用することができないので、各ＩＧＢＴ３５１ａ、３５１ｂ、３５２ａ、３５２ｂには、外付けのダイオード素子３６５ａ、３６５ｂ、３６６ａ、３６６ｂが逆並列接続されており、ＭＯＳＦＥＴを用いた場合と同じように動作できるようになっている。
【０１５３】
更に、ＩＧＢＴではなく、バイポーラトランジスタを用いることもできる。この場合も、各バイポーラトランジスタにダイオード素子を逆並列接続する必要があるが、図２８の電源装置３ａのＩＧＢＴをバイポーラトランジスタ(ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ)に変更すればよいので、回路図は省略する。
【０１５４】
【発明の効果】
高効率の電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一例の電源装置を示す回路ブロック図
【図２】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図３】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図４】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図５】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図６】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図７】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図８】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図９】第一例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１０】第一例の電源装置の動作を示すタイミングチャート
【図１１】本発明の第二例の電源装置を示す回路ブロック図
【図１２】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１３】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１４】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１５】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１６】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１７】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１８】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図１９】第二例の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２０】第二例の電源装置の動作を示すタイミングチャート
【図２１】従来技術の電源装置の回路ブロック図
【図２２】従来技術の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２３】従来技術の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２４】従来技術の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２５】従来技術の電源装置の電流の流れ方を説明するための図
【図２６】従来技術の電源装置の動作を示すタイミングチャート
【図２７】ＭＯＳＦＥＴの第三象限動作を説明するためのグラフ
【図２８】ＩＧＢＴを用いた場合の本発明の一例の電源装置
【符号の説明】
３、４、３ａ……電源装置
３０１ａ……Ａ相の副スイッチ素子
３０１ｂ……Ｂ相の副スイッチ素子
３０３ａ……Ａ相の補助整流素子
３０３ｂ……Ｂ相の補助整流素子
３０４……副ブリッジ回路
３０６……補助一次巻線
３０８……共振コイル
３１０……主ブリッジ回路
３１１ａ……Ａ相の電源電圧側の主スイッチ素子
３１２ａ……Ａ相のグラウンド側の主スイッチ素子
３１１ｂ……Ｂ相の電源電圧側の主スイッチ素子
３１２ｂ……Ｂ相のグラウンド側の主スイッチ素子
３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂ……共振コンデンサ
３１９……直流電圧源
３２０、４２０……主整流平滑回路
３２３ａ、４２４ａ……Ａ相の主整流素子
３２３ｂ、４２４ｂ……Ｂ相の主整流素子
３２５……チョークコイル
３３０……主トランス
３３１……主一次巻線
３３２……主二次巻線
３３２ａ……Ａ相の主二次巻線
３３２ｂ……Ｂ相の主二次巻線
３５１ａ、３５１ｂ、３５２ａ、３５２ｂ……ＩＧＢＴ
３６５ａ、３６５ｂ、３６６ａ、３６６ｂ……ダイオード
Ｄ、Ｅ……出力点
Ｆ……接続点
Claims (7)
- 二個のＡ相の主スイッチ素子と二個のＢ相の主スイッチ素子とがブリッジ接続され、直流電圧源から電流を供給されるように接続された主ブリッジ回路と、
主トランス内に配置され、前記主ブリッジ回路の出力点にＨブリッジ接続された主一次巻線と、
前記主トランス内に配置され、前記一次巻線に磁気結合されたＡ相とＢ相の主二次巻線と、
前記Ａ相と前記Ｂ相の主二次巻線に誘起された電圧を整流平滑する主整流平滑回路と、
前記各主スイッチ素子に並列接続された共振コンデンサと、
前記各主スイッチ素子に逆並列接続された整流素子と、
Ａ相の副スイッチ素子とＡ相の補助整流素子とが直列接続された回路と、Ｂ相の副スイッチ素子とＢ相の補助整流素子とが直列接続された回路と、が接続点で直列に接続されて構成された副ブリッジ回路と、
互いに直列接続された補助一次巻線と共振コイルとを有し、
前記副ブリッジ回路は前記主ブリッジ回路に並列に接続され、
前記補助一次巻線と前記共振コイルとが直列接続された回路は、前記副ブリッジ回路の前記接続点と、前記主ブリッジ回路の前記出力点との間に接続され、
前記補助一次巻線は、前記一次巻線と前記二次巻線とに磁気結合され、
前記ブリッジ回路内の四個の前記主スイッチ素子と前記副ブリッジ回路内の二個の副スイッチ素子とが遮断した状態から、
Ａ相とＢ相のいずれか一方の前記副スイッチ素子と、前記ブリッジ回路内のその副スイッチ素子と同相の一個の前記主スイッチ素子とが導通し、
導通した前記主スイッチ素子と、前記主一次巻線と、前記補助一次巻線と、前記共振コイルと、導通した前記副スイッチ素子との直列回路に前記直流電圧源の電圧が印加されて電流が流れ、
次いで、前記共振コイルと、導通された前記主スイッチ素子と同相で遮断状態にある他の一個の主スイッチ素子に並列接続された前記共振コンデンサとが共振動作し、前記他の一個の主スイッチ素子に逆並列接続された前記整流素子に前記共振コイルの起電力による共振電流が流れる間に前記他の一個の主スイッチ素子が導通される電源装置であって、
前記共振電流は前記補助一次巻線に流れ、前記共振電流が減少するように構成された電源装置。 - 前記補助一次巻線は、前記主トランス内に配置された請求項１記載の電源装置。
- 前記共振コンデンサには、前記主スイッチ素子の容量成分が用いられた請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の電源装置。
- 前記共振コイルには、前記補助一次巻線の漏れインダクタンスが用いられた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源装置。
- 前記各主スイッチ素子にはＭＯＳＦＥＴが用いられ、前記逆並列接続された整流素子には、前記各ＭＯＳＦＥＴ内の寄生ダイオードが用いられた請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電源装置。
- 前記各主スイッチ素子にはＩＧＢＴが用いられた請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電源装置。
- 前記主整流平滑回路は、前記Ａ相と前記Ｂ相の主二次巻線に誘起された電圧を整流するＡ相とＢ相の主整流素子と、
前記Ａ相と前記Ｂ相の主整流素子が整流した電流が流されるチョークコイルとを有する請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の電源装置。
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