JP4797663B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
本発明の第2のスイッチング電源装置は、入力端子対と、それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、これら2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、上記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、このトランスの2次側に設けられ、上記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、上記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、上記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、上記直流入力電圧が所定のしきい値電圧よりも小さいときには、2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路とトランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路とトランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続されるように接続切換を行う一方、上記直流入力電圧がしきい値電圧よりも大きいときには、上記第1の電流経路と第2の電流経路とが互いに直列接続されるように接続切換を行う接続切換手段とを備え、この接続切換手段が、接続切換素子と、直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が上記しきい値電圧よりも小さいときには接続切換素子がオン状態となるように制御する一方、直流入力電圧が上記しきい値電圧よりも大きいときには接続切換素子がオフ状態となるように制御する制御部とを有し、上記2つのスイッチング回路が、それぞれ、入力端子対のうちの一方の入力端子から導かれる正極接続線と他方の入力端子から導かれる負極接続線との間に設けられた2つのアームを有し、上記接続切換素子が、2つのスイッチング回路における一方のアームの一端同士または他端同士を共通接続する共通接続点と正極接続線または負極接続線との間に配置されているものである。
本発明の第3のスイッチング電源装置は、入力端子対と、それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、これら2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、上記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、このトランスの2次側に設けられ、上記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、上記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、上記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、上記直流入力電圧が所定のしきい値電圧よりも小さいときには、2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路とトランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路とトランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続されるように接続切換を行う一方、上記直流入力電圧がしきい値電圧よりも大きいときには、上記第1の電流経路と第2の電流経路とが互いに直列接続されるように接続切換を行う接続切換手段とを備え、この接続切換手段が、接続切換素子と、直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が上記しきい値電圧よりも小さいときには接続切換素子がオン状態となるように制御する一方、直流入力電圧が上記しきい値電圧よりも大きいときには接続切換素子がオフ状態となるように制御する制御部とを有し、上記2つのスイッチング回路が、それぞれ、入力端子対のうちの一方の入力端子から導かれる正極接続線と他方の入力端子から導かれる負極接続線との間に設けられた2つのアームを有し、上記接続切換素子が、双方向スイッチにより構成されると共に、2つのスイッチング回路の一方のアーム同士から構成されるブリッジ回路にHブリッジ接続されているものである。
本発明の第4のスイッチング電源装置は、入力端子対と、それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、これら2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、上記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、このトランスの2次側に設けられ、上記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、上記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、上記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、上記直流入力電圧が所定のしきい値電圧よりも小さいときには、2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路とトランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路とトランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続されるように接続切換を行う一方、上記直流入力電圧がしきい値電圧よりも大きいときには、上記第1の電流経路と第2の電流経路とが互いに直列接続されるように接続切換を行う接続切換手段とを備え、この接続切換手段が、接続切換素子と、直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が上記しきい値電圧よりも小さいときには接続切換素子がオン状態となるように制御する一方、直流入力電圧が上記しきい値電圧よりも大きいときには接続切換素子がオフ状態となるように制御する制御部とを有し、上記2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路が、入力端子対のうちの一方の入力端子から導かれる正極接続線と第3および第4の共通接続点との間にそれぞれ設けられた一方の2つのアームを有し、他方のスイッチング回路が、他方の入力端子から導かれる負極接続線と第3および第4の共通接続点との間にそれぞれ設けられた他方の2つのアームを有し、上記接続切換素子が、双方向スイッチにより構成されると共に、第3の共通接続点と第4の共通接続点との間に配置されているものである。
ここで「アーム」とは、上記正極接続線と負極接続線との間を結ぶ接続線を意味し、例えばフルブリッジ型のスイッチング回路は、直列接続された2つのスイッチング素子をそれぞれ含む一対のアームを有することになる。
また、「双方向スイッチ」とは、電流をその両方向に流すと共に両方向とも遮断することが可能なスイッチを意味する。
また、本発明の第1のスイッチング電源装置では、上記並列接続および直列接続のいずれの状態においてもスイッチング回路が常にスイッチング動作をなすようになり、上記駆動回路による駆動動作がより簡単になる。
また、本発明の第2のスイッチング電源装置では、一方のアームにおける接続切換素子が配置されていない側のスイッチング素子同士が、接続切換素子としても機能するようになる。
本発明の第6のスイッチング電源装置は、それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、これら2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、上記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、このトランスの2次側に設けられ、上記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、上記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、上記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、上記直流入力電圧の大きさに応じて、2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路とトランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路とトランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続された並列接続状態のデューティ比、および上記第1の電流経路と第2の電流経路とが互いに直列接続された直列接続状態のデューティ比がそれぞれ変化するように接続切換を行う接続切換手段とを備え、この接続切換手段が、接続切換素子と、直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、この入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が大きくなるのに応じて、接続切換素子のオン・デューティ比が小さくなるように制御する制御部とを有するものである。
また、本発明の第5のスイッチング電源装置では、直流入力電圧が大きくなるのに応じて、上記巻数比も徐々に大きくなる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を表すものである。このスイッチング電源装置は、高圧バッテリ10から供給される高圧の直流入力電圧Vinをより低い直流出力電圧Voutに変換し、図示しない低圧バッテリに供給して負荷7を駆動するDC−DCコンバータとして機能するものである。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。本実施の形態のスイッチング電源装置は、第1の実施の形態のスイッチング電源装置において、制御部7の代わりに制御部70を設けるようにしたものである。
Claims (8)
- 入力端子対と、
それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、
前記トランスの2次側に設けられ、前記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、
前記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、
前記直流入力電圧が所定のしきい値電圧よりも小さいときには、前記2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路と前記トランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路と前記トランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続されるように接続切換を行う一方、前記直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも大きいときには、前記第1の電流経路と前記第2の電流経路とが互いに直列接続されるように接続切換を行う接続切換手段と
を備え、
前記接続切換手段は、
接続切換素子と、
前記直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも小さいときには前記接続切換素子がオン状態となるように制御する一方、前記直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも大きいときには前記接続切換素子がオフ状態となるように制御する制御部と
を有し、
前記2つのスイッチング回路は、それぞれ、前記入力端子対のうちの一方の入力端子から導かれる正極接続線と他方の入力端子から導かれる負極接続線との間に設けられた2つのアームを有し、
前記接続切換素子は、前記2つのスイッチング回路における一方のアームの一端同士を共通接続する第1の共通接続点と前記正極接続線との間、および前記一方のアームの他端同士を共通接続する第2の共通接続点と前記負極接続線との間に配置されている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 入力端子対と、
それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、
前記トランスの2次側に設けられ、前記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、
前記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、
前記直流入力電圧が所定のしきい値電圧よりも小さいときには、前記2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路と前記トランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路と前記トランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続されるように接続切換を行う一方、前記直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも大きいときには、前記第1の電流経路と前記第2の電流経路とが互いに直列接続されるように接続切換を行う接続切換手段と
を備え、
前記接続切換手段は、
接続切換素子と、
前記直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも小さいときには前記接続切換素子がオン状態となるように制御する一方、前記直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも大きいときには前記接続切換素子がオフ状態となるように制御する制御部と
を有し、
前記2つのスイッチング回路は、それぞれ、前記入力端子対のうちの一方の入力端子から導かれる正極接続線と他方の入力端子から導かれる負極接続線との間に設けられた2つのアームを有し、
前記接続切換素子は、前記2つのスイッチング回路における一方のアームの一端同士または他端同士を共通接続する共通接続点と前記正極接続線または前記負極接続線との間に配置されている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記一方のアームにおける前記接続切換素子が配置されていない側のスイッチング素子同士が、前記接続切換素子としても機能する
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。 - 入力端子対と、
それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、
前記トランスの2次側に設けられ、前記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、
前記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、
前記直流入力電圧が所定のしきい値電圧よりも小さいときには、前記2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路と前記トランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路と前記トランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続されるように接続切換を行う一方、前記直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも大きいときには、前記第1の電流経路と前記第2の電流経路とが互いに直列接続されるように接続切換を行う接続切換手段と
を備え、
前記接続切換手段は、
接続切換素子と、
前記直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも小さいときには前記接続切換素子がオン状態となるように制御する一方、前記直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも大きいときには前記接続切換素子がオフ状態となるように制御する制御部と
を有し、
前記2つのスイッチング回路は、それぞれ、前記入力端子対のうちの一方の入力端子から導かれる正極接続線と他方の入力端子から導かれる負極接続線との間に設けられた2つのアームを有し、
前記接続切換素子は、双方向スイッチにより構成されると共に、前記2つのスイッチング回路の一方のアーム同士から構成されるブリッジ回路にHブリッジ接続されている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 入力端子対と、
それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、
前記トランスの2次側に設けられ、前記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、
前記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、
前記直流入力電圧が所定のしきい値電圧よりも小さいときには、前記2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路と前記トランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路と前記トランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続されるように接続切換を行う一方、前記直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも大きいときには、前記第1の電流経路と前記第2の電流経路とが互いに直列接続されるように接続切換を行う接続切換手段と
を備え、
前記接続切換手段は、
接続切換素子と、
前記直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも小さいときには前記接続切換素子がオン状態となるように制御する一方、前記直流入力電圧が前記しきい値電圧よりも大きいときには前記接続切換素子がオフ状態となるように制御する制御部と
を有し、
前記2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路は、前記入力端子対のうちの一方の入力端子から導かれる正極接続線と第3および第4の共通接続点との間にそれぞれ設けられた一方の2つのアームを有し、
他方のスイッチング回路は、他方の入力端子から導かれる負極接続線と前記第3および第4の共通接続点との間にそれぞれ設けられた他方の2つのアームを有し、
前記接続切換素子は、双方向スイッチにより構成されると共に、前記第3の共通接続点と前記第4の共通接続点との間に配置されている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、
前記トランスの2次側に設けられ、前記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、
前記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、
前記直流入力電圧の大きさに応じて、前記2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路と前記トランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路と前記トランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続された並列接続状態のデューティ比、および前記第1の電流経路と前記第2の電流経路とが互いに直列接続された直列接続状態のデューティ比がそれぞれ変化するように接続切換を行う接続切換手段と
を備え、
前記接続切換手段は、前記直流入力電圧が大きくなるのに応じて、前記並列接続状態のデューティ比が小さくなると共に前記直流接続状態のデューティ比が大きくなるように接続切換を行う
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - それぞれ4つのスイッチング素子を含んで構成され、直流入力電圧に基づいて入力交流電圧を生成するフルブリッジ型の2つのスイッチング回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられると共に互いに巻数の等しい2つの1次側巻線と、2次側巻線とを有し、前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を生成するトランスと、
前記トランスの2次側に設けられ、前記出力交流電圧を整流して直流出力電圧を生成する出力回路と、
前記2つのスイッチング回路同士を同期させて駆動する駆動回路と、
前記2つのスイッチング回路にそれぞれ対応して設けられた2つのインダクタと、
前記直流入力電圧の大きさに応じて、前記2つのスイッチング回路のうちの一方のスイッチング回路と前記トランスの2つの1次側巻線のうちの一方の1次側巻線とを通る第1の電流経路と、他方のスイッチング回路と前記トランスの他方の1次側巻線とを通る第2の電流経路とが互いに並列接続された並列接続状態のデューティ比、および前記第1の電流経路と前記第2の電流経路とが互いに直列接続された直列接続状態のデューティ比がそれぞれ変化するように接続切換を行う接続切換手段と
を備え、
前記接続切換手段は、
接続切換素子と、
前記直流入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路により検出された直流入力電圧が大きくなるのに応じて、前記接続切換素子のオン・デューティ比が小さくなるように制御する制御部とを有する
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記2つのインダクタと、前記2つのスイッチング回路における前記4つのスイッチング素子のそれぞれに並列接続された容量素子とが、LC共振動作を行う
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
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