JP5241571B2

JP5241571B2 - スイッチング電源装置

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Publication number: JP5241571B2
Application number: JP2009051815A
Authority: JP
Inventors: 徹芳野; 茂治山下; 貴之濱田
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: JP2010207014A

Description

本発明は、フェーズシフト方式によるソフトスイッチング制御と、通常のハードスイッチング制御とを負荷変動等に応答して切替えることにより、特性を改善したフルブリッジ構成のスイッチング電源装置に関する。

スイッチング電源装置は、一般的には、トランスの一次巻線に供給する電流をＦＥＴ等のスイッチング素子によりオン、オフ制御し、トランスの二次巻線に誘起した電圧を整流平滑化した直流電圧を、電子回路等の負荷の動作電圧として供給し、その直流電圧を検出して、所定の電圧となるように、スイッチング素子のオン期間を制御する構成が一般的である。このようなスイッチング電源装置に於けるスイッチング素子を２個用いたハーフブリッジ構成や４個用いたフルブリッジ構成等の各種の構成も実用化されている。又フルブリッジ構成のスイッチング電源装置に於いて、１対のスイッチング素子を同時的にオン、オフするハードスイッチング制御が一般的であるが、スイッチング損失を低減する為に、フェーズシフト方式によるソフトスイッチング制御を適用した構成も知られている。

図３は、従来例の要部説明図であり、前述のフェーズシフト方式によるソフトスイッチング制御を行うフルブリッジ構成のスイッチング電源装置を示し、Ｖｉは直流電源からの入力直流電圧、Ｑ１〜Ｑ４はＦＥＴ等の第１〜第４のスイッチング素子、Ｃ１〜Ｃ４はスイッチング素子の寄生容量、Ｔ１はトランス、Ｄ１，Ｄ２は整流用のダイオード、Ｌ０は平滑用のチョークコイル、Ｃ０は平滑用のコンデンサ、ＲＬは負荷、Ｌ２は共振用のチョークコイル、Ｌ１はトランスのリーケージインダクタンスを示し、第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、寄生容量Ｃ１〜Ｃ４と共に図示のような寄生ダイオードを含むものである。又第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン、オフを制御するスイッチング制御回路等は図示を省略している。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、図示を省略したスイッチング制御部によりオン、オフを制御し、トランスＴ１の一次巻線ｎ１に、入力直流電圧Ｖｉによる電流を正逆方向にオン、オフ制御し、トランスＴ１の二次巻線ｎ２の誘起電圧をダイオードＤ１〜Ｄ４により整流し、チョークコイルＬ０とコンデンサＣ０とにより平滑化して、負荷ＲＬに直流電圧を供給し、その直流電圧を、図示を省略した構成により検出し、所望の直流電圧となるように、図示を省略したスイッチング制御部によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれのオンタイミングとオフタイミングとを制御し、零電圧スイッチングを行わせることにより、スイッチング損失の低減を図るものである。この場合のソフトスイッチング制御は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の寄生容量Ｃ１〜Ｃ４とトランスＴのリーケージインダクタンスＬ１と共振用のチョークコイルＬ２のインダクタンスとによる共振回路のＬＣ共振を利用して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加される電圧が零になったタイミングでターンオンさせるものである。この場合の共振回路は、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２又はＣ＝Ｃ３＋Ｃ４によるＬＣ共振回路を形成することになる。

図４は、従来例のソフトスイッチング制御の動作説明図であり、Ｖｇ１〜Ｖｇ４はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート電圧、Ｖｄｓ１はスイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間電圧、Ｉｄｓ１はスイッチング素子Ｑ１のドレイン電流の一例を示し、又スイッチング制御の一巡の時間軸方向を、ｔ１〜ｔ５の期間に分けた場合、ｔ１は実効オン期間、ｔ２はスイッチング素子Ｑ１オン且つスイッチング素子Ｑ４オフの期間、ｔ３はスイッチング素子Ｑ１オフ且つスイッチング素子Ｑ３オンの期間、ｔ４はスイッチング素子Ｑ２オン且つスイッチング素子Ｑ３オフの期間、ｔ５はスイッチング素子Ｑ２オフ且つスイッチング素子Ｑ４オンの期間で、この期間ｔ５は、共振回路のリセット期間であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４による実質的なオン期間はｔ１となる。

図５は、従来例のハードスイッチング制御の動作説明図であり、図３に示すフルブリッジ構成の第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の中の第１、第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の組を同時にオン、オフ制御し、第３、第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の組を、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と異なるタイミングで同時にオン、オフ制御するもので、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート電圧をＶｇ１〜Ｖｇ４、スイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間電圧をＶｄｓ１、スイッチング素子Ｑ１のドレイン電流Ｉｄｓ１として示す。ゲート電圧Ｖｇ１，Ｖｇ４がハイレベルとなると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は同時にオンとなり、スイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ１は０Ｖ、ドレイン電流Ｉｄｓ１は上昇する。このスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のターンオン時、及びスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のターンオン時には、図示のように、理想的なタイミングの場合は、スイッチング損失は生じないが、例えば、点線枠ａ内のタイミングでは、スイッチング損失が発生する。即ち、ハードスイッチング制御に於いては、スイッチング損失が発生する。

図６は、図４と同様のフェーズシフト方式によるソフトスイッチング制御の動作説明図であり、Ｖｇ１〜Ｖｇ４は、図３に示す第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート電圧、Ｖｄｓ１は、スイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間電圧、Ｉｄｓ１は、スイッチング素子Ｑ１のドレイン電流を示す。スイッチング素子Ｑ４がオンの期間に、スイッチング素子Ｑ１がオンとなる点線枠ｂ内のタイミングでは、ターンオン時にスイッチング損失は発生しないが、ゲート電圧Ｖｇ１によるスイッチング素子Ｑ１のオン期間内に、ゲート電圧Ｖｇ４によるスイッチング素子Ｑ４がオンからオフとなると、スイッチング素子Ｑ１を介した循環電流が期間ｔ１，ｔ２の斜線で示すように流れる。軽負荷時には、各対のスイッチング素子のオン幅が狭くなり、それに対応して循環電流の流れる期間ｔ１，ｔ２が長くなるから損失が増加する。

又前述の図３に示すフルブリッジ構成の第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と共振用のチョークコイルＬ２とを含む構成に、第５、第６のスイッチング素子を設け、トランスＴ１とチョークコイルＬ２との接続点と、第５、第６のスイッチング素子の接続点とを接続し、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と、第５、第６のスイッチング素子の接続点とを接続し、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、第５、第６のスイッチング素子とにより、トランスの一次巻線に供給する電流のオン、オフ制御を可能とし、入力直流電圧と入力直流電流との何れか一方に応じて、第１〜第４のスイッチング素子によるソフトスイッチング制御と、第１、第２、第５、第６のスイッチング素子によるハードスイッチング制御とを選択制御する構成が提案されており、軽負荷状態では、トランスのインダクタンス成分とチョークコイルのインダクタンスとを含む第２の共振回路を利用して、第１〜第４のスイッチング素子のオン、オフ制御によるソフトスイッチング制御を行い、重負荷状態では、チョークコイルのインダクタンスを除いた第１の共振回路を利用して、第１、第２、第５、第６のスイッチング素子のオン、オフ制御によるスイッチング制御を行うものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１２４８６９号公報

前述のように、フルブリッジ構成の第１〜第４のスイッチング素子（例えば、図３に於けるＱ１〜Ｑ４）を、フェーズシフト方式によるソフトスイッチング制御により、トランスの一次巻線に供給する電流の反転制御を行うことによって、スイッチング損失を低減し、スイッチング電源装置の効率を改善することができる。しかし、トランスのリーケージインダクタンスと共振用のチョークコイルのインダクタンスとスイッチング素子の寄生容量等によるＬＣ共振回路を利用したソフトスイッチング制御を行うスイッチング電源装置に於いては、重負荷時にも対応可能とする為に、共振用のチョークコイルのインダクタンスを大きくする必要がある。この共振用のチョークコイルのインダクタンスを大きくし過ぎると、入力直流電圧が低下した場合、所定の出力直流電圧を維持する為のスイッチング素子のオン幅を広くすることが困難となる。又軽負荷時には、循環電流（例えば、図６に於けるｔ１、ｔ２参照）が大きくなって、電力効率が低下する問題がある。

本発明は、前述の課題を解決することを目的とするものであり、入出力条件に対応してソフトスイッチング制御とハードスイッチング制御とを選択して、スイッチング制御を行うことにより、広範囲の入出力条件の変化に対しても電力効率を向上したスイッチング電源装置を提供するものである。

前述の課題を解決する為に、本発明は、フルブリッジ構成のスイッチング素子によりトランスの一次巻線に供給する電流をオン、オフ制御し、トランスの二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷に出力直流電圧を供給するスイッチング電源装置であって、トランスの一次巻線に直列に接続した共振用チョークコイルと、この共振用チョークコイルの両端又は一部を短絡するスイッチ回路と、負荷に供給する出力直流電圧を検出する出力電圧検出部と、負荷に供給する出力直流電流を検出した電流検出値が予め設定した値以下に低下した時に、スイッチ回路をオンとする出力電流検出部と、この出力電流検出部によりスイッチ回路をオンとした時の検出信号に従って、フルブリッジ構成のスイッチング素子をハードスイッチング制御によりオン、オフ制御し、スイッチ回路をオフとした時の検出信号に従って、フルブリッジ構成のスイッチング素子をソフトスイッチング制御によりオン、オフ制御し、且つ出力電圧検出部により検出した出力直流電圧を設定値となるように、スイッチング素子を制御するスイッチング制御部とを備えた構成とする。

又フルブリッジ構成のスイッチング素子に印加する入力直流電圧を検出し、この入力直流電圧が予め設定した値以下に低下したことを検出した時に、スイッチ回路をオフに制御し、且つスイッチング制御部に通知する入力電圧検出部を備えている。

又スイッチング制御部は、出力電流検出部による電流検出値と、入力電圧検出部による電圧検出値とを基に、スイッチ回路のオン、オフを制御し、且つこのスイッチ回路をオンとした時に、フルブリッジ構成のスイッチング素子をハードスイッチング制御によりオン、オフ制御し、スイッチ回路をオフとした時に、フルブリッジ構成のスイッチング素子をソフトスイッチング制御によりオン、オフする制御構成を備えている。

又フルブリッジ構成の第１〜第４のスイッチング素子によりトランスの一次巻線に供給する電流をオン、オフ制御し、そのトランスの二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷に出力直流電圧を供給するスイッチング電源装置であって、負荷に供給する出力直流電圧を検出する出力電圧検出部と、負荷に供給する出力直流電流を検出する出力電流検出部と、第１、第２のスイッチング素子の直列接続点と第３、第４のスイッチング素子の直列接続点との間にトランスの一次巻線を接続し、第１、第２のスイッチング素子の直列接続点と第５、第６のスイッチング素子の直列接続点との間に接続した共振用チョークコイルと、出力電流検出部により出力直流電流が予め設定した値以下に低下した時に、第１〜第４のスイッチング素子をハードスイッチング制御によりオン、オフ制御し、出力直流電流が予め設定した値を超えた時に、第３、第４のスイッチング素子と第５、第６のスイッチング素子とをソフトスイッチング制御によりオン、オフ制御するスイッチング制御部とを備えている。

又スイッチング制御部は、フルブリッジ構成の第１〜第４のスイッチング素子と直列接続の第５、第６のスイッチング素子とに印加する入力直流電圧を検出し、この入力直流電圧が予め設定した値以下に低下した時に、第３、第４、第５、第６のスイッチング素子によるソフトスイッチング制御によりオン、オフ制御し、入力直流電圧が予め設定した値を超えた時に、第１〜第４のスイッチング素子によるハードスイッチング制御によりオン、オフ制御する制御構成を備えている。

フェーズシフト方式によるソフトスイッチング制御と、通常の制御方式のハードスイッチング制御とを、負荷の状態に応じて切替えるもので、出力直流電流が小さい値の軽負荷状態では、共振用チョークコイルを含まない電流径路によるハードスイッチング制御に従った電流をトランスの一次巻線に供給することにより、循環電流による損失を無くし、又出力直流電流が大きい重負荷状態では、共振用チョークコイルを含む電流径路により共振を利用した零クロススイッチング制御を行って、スイッチング損失を無くすことが可能となり、入力直流電圧の低下時を含めて、広範囲の負荷状態に於ける損失を低減して、スイッチング電源装置の効率を改善することができる。

本発明の実施例１の説明図である。本発明の実施例２の説明図である。従来例のソフトスイッチング制御を適用した要部構成の説明図である。従来例のソフトスイッチング制御の説明図である。従来例のハードスイッチング制御の説明図である。従来例のソフトスイッチング制御の説明図である。

本発明のスイッチング電源装置は、図１を参照して説明すると、フルブリッジ構成のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によりトランスＴの一次巻線に供給する電流をオン、オフ制御し、トランスＴの二次巻線の誘起電圧をダイオードＤ１，Ｄ２とチョークコイルＬ０とコンデンサＣ０とにより整流平滑化して負荷ＲＬに出力直流電圧を供給するスイッチング電源装置であって、トランスＴの一次巻線に直列に接続した共振用チョークコイルＬ２と、この共振用チョークコイルＬ２の両端又は一部を短絡するスイッチ回路ＳＷと、負荷ＲＬに供給する出力直流電圧を検出する出力電圧検出部３と、負荷ＲＬに供給する出力直流電流を検出した電流検出値が予め設定した値以下に低下した時に、スイッチ回路ＳＷをオンとする出力電流検出部２と、この出力電流検出部２によりスイッチ回路ＳＷをオンとした時の検出信号に従って、フルブリッジ構成のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をハードスイッチング制御によりオン、オフ制御し、スイッチ回路ＳＷをオフとした時の検出信号に従って、フルブリッジ構成のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をフェーズシフト方式によるソフトスイッチング制御によってオン、オフ制御し、且つ出力電圧検出部３により検出した出力直流電圧を設定値となるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御するスイッチング制御部４とを備えた構成とする。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、Ｖｉは入力直流電圧、Ｑ１〜Ｑ４はＦＥＴ等の第１〜第４のスイッチング素子、Ｑ５，Ｑ６はスイッチ回路ＳＷを構成するＦＥＴ等のスイッチング素子、Ｔ１はトランス、Ｌ１はトランスのリーケージインダクタンス、Ｌ２は共振用チョークコイル、Ｄ１，Ｄ２は整流用のダイオード、Ｌ０，Ｃ０は平滑化回路を構成するチョークコイル及びコンデンサ、Ｃ１〜Ｃ４は寄生容量、ＲＬは負荷、１は入力電圧検出部、２は出力電流検出部、３は出力電圧検出部、４はスイッチング制御部、ＩＤは電流検出器を示す。第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、寄生容量Ｃ１〜Ｃ４と共に寄生ダイオードを含む構成として図示しており、又入力直流電圧Ｖｉは、商用交流電圧を整流した直流電圧とする場合が一般的であるが、その他の各種の直流電源を利用することも可能である。

又負荷ＲＬは、電子回路や電気機器等の直流電圧を印加して動作するもので、その負荷ＲＬに印加する出力直流電圧を出力電圧検出部３により検出し、検出値をスイッチング制御部４に入力する。又負荷ＲＬに供給する直流電流を電流検出器ＩＤにより検出して、出力電流検出部２に入力し、電流検出値をスイッチング制御部４に入力する。この電流検出値が過電流設定値を超えると、スイッチング制御部４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン、オフ制御を停止するか、又はオン幅を最小値に制御する。又出力電流検出部２は、電流検出値と閾値とを比較して、負荷ＲＬが軽負荷状態か否かを判定し、閾値以下の軽負荷状態と判定すると、スイッチ回路ＳＷをオンとし、且つスイッチング制御部４に通知して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をハードスイッチング制御によるオン、オフ制御に切替える。又電流検出値が閾値を超えた正常負荷又は重負荷状態と判定すると、スイッチ回路ＳＷをオフとし、且つスイッチング制御部４に通知し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をソフトスイッチング制御によるオン、オフ制御に切替える。

又入力直流電圧Ｖｉを入力電圧検出部１により検出し、予め設定した閾値以下に低下した場合、スイッチ回路ＳＷをオンとし、且つスイッチング制御部４に通知して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をハードスイッチング制御によるオン、オフ制御に切替え、又入力電圧検出部１により検出する入力直流電圧Ｖｉが閾値を超える正常の範囲内の場合、スイッチ回路ＳＷをオフとし、且つスイッチング制御部４に通知して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をソフトスイッチング制御によるオン、オフ制御に切替える。即ち、重負荷時には、ソフトスイッチング制御を行い、軽負荷時には、ハードスイッチング制御を行うように切替える。又出力電圧検出部３は、負荷ＲＬに供給する出力電圧を検出して、その検出値をスイッチング制御部４に入力し、スイッチング制御部４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン幅を制御して、設定した直流出力電圧を維持するように制御する。なお、出力電流検出部２と入力電圧検出部１とのそれぞれの検出値をスイッチング制御部４に入力し、スイッチング制御部４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のソフトスイッチング制御とハードスイッチング制御との制御切替えを行うと共に、スイッチ回路ＳＷのオン又はオフとする制御を行う構成とすることもできる。

又スイッチ回路ＳＷは、２個のＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を直列接続した構成の場合を示し、それぞれの寄生ダイオードが逆極性となるように接続して、完全なオフ状態に制御可能の構成を示すが、オン状態から完全なオフ状態に移行できるスイッチング素子であれば、１個のスイッチング素子により、共振用チョークコイルＬ２を短絡状態とするか否かのスイッチ回路ＳＷを構成することも可能である。又共振用チョークコイルＬ２の両端を短絡するか否かをスイッチ回路ＳＷのオン、オフ制御により行う場合を示すが、共振用チョークコイルＬ２の一部を短絡するか否かを制御する構成とすることも可能である。

少なくとも出力電流検出部２により、負荷ＲＬが軽負荷状態か重負荷状態かを判定できるから、軽負荷状態に於いては、スイッチ回路ＳＷをオンとして、循環電流による電力損失の影響を受けないハードスイッチング制御とし、通常負荷状態及び重負荷状態に於いては、スイッチ回路ＳＷをオフとして、ソフトスイッチング制御とし、スイッチング損失を低減することができる。又入力直流電圧Ｖｉが所定の値より低い場合は、設定直流出力電圧を得る為のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間を長くする必要があり、重負荷状態と同様に、スイッチ回路ＳＷをオフとして、ソフトスイッチング制御により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン、オフ制御する。

図２は、本発明の実施例２の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、Ｑ７，Ｑ８は第５、第６のスイッチング素子を示す。フルブリッジ接続の第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、第５、第６のスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８とを含み、第１、第２スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を直列に接続した第１の回路と、第３、第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を直列に接続した第２の回路と、第５、第６のスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８を直列に接続した第３の回路とに、それぞれ入力電圧Ｖｉを印加し、第２の回路のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列接続の接続点と、第１の回路のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続の接続点との間に、トランスＴ１の一次巻線を接続し、第１の回路のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続の接続点と、第３の回路のスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の直列接続の接続点との間に、共振用チョークコイルＬ２を接続する。又電流検出器ＩＤにより負荷ＲＬに供給する負荷電流を検出して出力電流検出部２に入力し、負荷ＲＬに印加する出力直流電圧を出力電圧検出部３に入力する。

この実施例２に於けるスイッチング制御部４は、入力直流電圧Ｖｉの検出信号と、出力電流検出部２による電流検出信号と、出力電圧検出部３による電圧検出信号とを基に、第１〜第６のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４，Ｑ７，Ｑ８を選択制御し、第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を選択制御する場合は、ハードスイッチング制御によるオン、オフ制御を行い、第３〜第６のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ７，Ｑ８を選択制御する場合は、ソフトスイッチング制御によるオン、オフ制御を行う制御構成を備えている。即ち、第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を選択制御する場合は、第５、第６のスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８をオフ状態として、共振用チョークコイルＬ２を含まない第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によるフルブリッジ構成により、第１、第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４を同時にオン、オフ制御し、第２、第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を、第１、第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４と異なるタイミングで同時にオン、オフ制御する。又第３〜第６のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ７，Ｑ８をソフトスイッチング制御する場合は、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフ状態とし、共振用チョークコイルＬ２をトランスＴの一次巻線に直列接続した状態として、その共振用チョークコイルＬ２のインダクタンスとトランスＴのインダクタンスＬ１とスイッチング素子Ｑ３Ｑ４，Ｑ７，Ｑ８の寄生容量Ｃ３，Ｃ４，Ｃ７，Ｃ８とによる共振を利用して、零電圧スイッチングを行わせる。

スイッチング制御部４は、負荷ＲＬに供給する直流出力電流が所定値以下の場合又は入力直流電圧Ｖｉが所定値を超えている場合、軽負荷状態に相当するから、第１〜第４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をハードスイッチング制御に従って、直流出力電圧が所定値となるようにオン、オフ制御し、負荷ＲＬに供給する直流出力電流が所定値を超えた場合又は入力直流電圧Ｖｉが所定値以下の場合、重負荷状態に相当するから、第３〜第６のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、Ｑ７，Ｑ８をソフトスイッチング制御に従って、且つ直流出力電圧が所定値となるようにオン、オフ制御する制御構成を備えている。

従って、重負荷状態の場合、フェーズシフト方式によるソフトスイッチング制御により第３〜第６のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、Ｑ７，Ｑ８のオン、オフを制御することにより、零電圧スイッチングを可能として、スイッチング損失を低減し、軽負荷状態の場合、ハードスイッチング制御により、循環電流による損失を低減することができるから、広範囲の負荷変動に対しても、又入力直流電圧の変動に対しても、自動的にソフトスイッチング制御とハードスイッチング制御とのスイッチング損失が少なくなるスイッチング制御手段に切替えるものであるから、電力変換効率を改善することができる。

１入力電圧検出部
２出力電流検出部
３出力電圧検出部
４スイッチング制御部
ＩＤ電流検出器
Ｑ１〜Ｑ６スイッチング素子
ＳＷスイッチ回路
Ｔ１トランス
Ｌ１トランスのリーケージインダクタンス
Ｌ２共振用チョークコイル
Ｄ１，Ｄ２整流用のダイオード
Ｌ０チョークコイル
Ｃ０コンデンサ
Ｃ１〜Ｃ４寄生容量
ＲＬ負荷

Claims

フルブリッジ構成のスイッチング素子によりトランスの一次巻線に供給する電流をオン、オフ制御し、前記トランスの二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷に出力直流電圧を供給するスイッチング電源装置に於いて、
前記トランスの一次巻線に直列に接続した共振用チョークコイルと、
該共振用チョークコイルの両端又は一部を短絡するスイッチ回路と、
前記負荷に供給する出力直流電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記負荷に供給する出力直流電流を検出した電流検出値が予め設定した値以下に低下した時に、前記スイッチ回路をオンに制御する出力電流検出部と、
該出力電流検出部により前記スイッチ回路をオンとした時の検出信号に従って、前記フルブリッジ構成のスイッチング素子をハードスイッチング制御によりオン、オフ制御し、前記スイッチ回路をオフとした時の検出信号に従って、前記フルブリッジ構成のスイッチング素子をソフトスイッチング制御によりオン、オフ制御し、且つ前記出力電圧検出部により検出した前記出力直流電圧を設定値となるように、前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御部と
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
前記フルブリッジ構成のスイッチング素子に印加する入力直流電圧を検出し、該入力直流電圧が予め設定した値以下に低下したことを検出した時に、前記スイッチ回路をオフに制御し、且つ前記スイッチング制御部に通知する入力電圧検出部を備えたことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。
前記スイッチング制御部は、前記出力電流検出部による電流検出値と、前記入力電圧検出部による電圧検出値とを基に、前記スイッチ回路のオン、オフを制御し、且つ該スイッチ回路をオンとした時に、前記スイッチング素子をハードスイッチング制御によりオン、オフ制御し、前記スイッチ回路をオフとした時に、前記スイッチング素子をソフトスイッチング制御によりオン、オフする制御構成を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。
フルブリッジ構成の第１〜第４のスイッチング素子によりトランスの一次巻線に供給する電流をオン、オフ制御し、前記トランスの二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷に出力直流電圧を供給するスイッチング電源装置に於いて、
前記負荷に供給する出力直流電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記負荷に供給する出力直流電流を検出する出力電流検出部と、
前記第１、第２のスイッチング素子の直列接続点と前記第３、第４のスイッチング素子の直列接続点との間に前記トランスの一次巻線を接続し、前記第１、第２のスイッチング素子の直列接続点と第５、第６のスイッチング素子の直列接続点との間に接続した共振用チョークコイルと、
前記出力電流検出部により前記出力直流電流が予め設定した値以下に低下した時に、前記第１〜第４のスイッチング素子をハードスイッチング制御によりオン、オフ制御し、前記出力直流電流が前記予め設定した値を超えた時に、前記第３、第４のスイッチング素子と前記第５、第６のスイッチング素子とをソフトスイッチング制御によりオン、オフ制御するスイッチング制御部と
を備えたことを特徴とするスイッチング電源装置。
前記スイッチング制御部は、前記フルブリッジ構成の第１〜第４のスイッチング素子と前記直列接続の第５、第６のスイッチング素子とに印加する入力直流電圧を検出し、該入力直流電圧が予め設定した値以下に低下した時に、前記第３、第４、第５、第６のスイッチング素子によるソフトスイッチング制御によりオン、オフ制御し、前記入力直流電圧が前記予め設定した値を超えた時に、前記第１〜第４のスイッチング素子によるハードスイッチング制御によりオン、オフ制御する制御構成を備えたことを特徴とする請求項４記載のスイッチング電源装置。