JP5496005B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

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本発明は、トランスと、スイッチング素子と、整流素子とを備えたスイッチング電源装置に関する。
従来、トランスと、スイッチング素子と、整流素子とを備えたスイッチング電源装置として、例えば特許文献1や特許文献2に開示されているスイッチング電源装置がある。
特許文献1のスイッチング電源装置は、トランスと、スイッチ回路と、出力整流回路と、スナバ回路とを備えている。トランスは、入力巻線と、出力巻線とを備えている。スイッチ回路は、スイッチング素子を備えている。スイッチング素子は、入力巻線と入力端子との間に接続されている。出力整流回路は、出力整流ダイオードと、整流ダイオードとを備えている。出力整流ダイオードは、出力巻線の一端と出力端子との間に接続されている。整流ダイオードは、出力巻線の他端と出力端子との間に接続されている。スナバ回路は、スナバ用コンデンサと、スナバ用ダイオードと、スナバ用インダクタとを備えている。スナバ用コンデンサとスナバ用ダイオードは、直列接続された状態で出力整流ダイオードに並列接続されている。スナバ用インダクタは、スナバ用ダイオードに並列接続されている。
このスイッチング電源装置は、スイッチング素子をスイッチングさせることにより、入力端子に入力された電圧を所定電圧に変換して出力端子から出力する。スイッチング素子がスイッチングすると、出力整流回路を構成するダイオードに、サージ電圧が逆方向電圧として加わる。そのため、出力整流回路には、逆方向耐圧の高いダイオードを用いなければならない。しかし、スナバ回路を備えており、スナバ回路によってサージ電圧を抑えることができる。そのため、出力整流回路に耐圧の低いダイオードを用いることができる。
一方、特許文献2のスイッチング電源装置は、トランスと、ブリッジ回路と、整流回路と、サージ電圧抑止回路とを備えている。トランスは、1次側巻線と、2つの2次側巻線とを備えている。2つの2次側巻線は、直列接続されている。ブリッジ回路は、4つのスイッチング素子を備えている。スイッチング素子は、2つずつ直列接続され、スイッチング素子対を構成している。ブリッジ回路は、2つのスイッチング素子対を並列接続して構成され、1次側巻線と高圧バッテリとの間に接続されている。整流回路は、2つのダイオードを備えている。一方のダイオードは、一方の2次側巻線と負荷との間に接続されている。他方のダイオードは、他方の2次側巻線と負荷との間に接続されている。サージ電圧抑止回路は、コンデンサと、ダイオードとを備えている。コンデンサとダイオードは、並列接続されている。並列接続されたコンデンサ及びダイオードは、一方のスイッチング素子対を構成する2つのスイッチング素子にそれぞれ並列接続されている。
このスイッチング電源装置は、所定のスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチングすることにより、高圧バッテリの電圧を所定電圧に変換して負荷に供給する。スイッチング素子がスイッチングすると、整流回路を構成するダイオードに、サージ電圧が逆方向電圧として加わる。そのため、整流回路には、逆方向耐圧の高いダイオードを用いなければならない。しかし、サージ電圧抑止回路を備えており、サージ電圧抑止回路によってサージ電圧を抑えることができる。そのため、整流回路に耐圧の低いダイオードを用いることができる。
特許第3400443号 特開2007−60890号公報
ところで、特許文献1のスイッチング電源装置では、サージ電圧を抑える際に、スナバ回路を構成するインダクタとコンデンサのLC共振による電圧が、逆方向電圧としてダイオードに加わる。そのため、ダイオードに加わる逆方向電圧を完全に抑えることはできない。
一方、特許文献2のスイッチング電源装置では、サージ電圧抑止回路により、サージ電圧を完全に抑えることはできるものの、サージ電圧抑止回路を構成するコンデンサの放電損失が新たに加わることになる。しかも、スイッチング電源装置の入力電圧が高くなるほどコンデンサの損失が大きくなる。そのため、装置全体として損失が増加してしまう。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、トランスの2次巻線に接続される整流素子に加わる逆方向電圧を確実に低減するとともに、装置全体としての損失の増加も抑えることができるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、トランスに補助巻線を設け、補助巻線の端子間電圧を固定することで、2次巻線の端子間電圧を抑え、整流素子に加わる逆方向電圧を確実に低減するとともに、装置全体としての損失の増加も抑えられることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、請求項1に記載のスイッチング電源装置は、1次巻線と2次巻線を有するトランスと、1次巻線と直流電源との間に接続されるスイッチング素子と、2次巻線と負荷との間に接続される整流素子と、を備えたスイッチング電源装置において、トランスは、補助巻線を有し、補助巻線の端子間電圧が、整流素子の非導通時に、所定電圧に固定されることを特徴とする。この構成によれば、整流素子の非導通時に、2次巻線の端子間電圧が逆方向電圧として整流素子に加わる。しかし、このとき、補助巻線の端子間電圧が所定電圧に固定される。そのため、2次巻線の端子間電圧を抑えられる。従って、整流素子に加わる逆方向電圧を確実に低減することができる。しかも、従来のように、コンデンサの放電損失もないため、装置全体としての損失の増加も抑えることができる。
請求項2に記載のスイッチング電源装置は、補助巻線の端子間電圧が、整流素子の非導通時に、直流電源の電圧に固定されることをと特徴とする。この構成によれば、補助巻線の端子間電圧を確実に所定電圧に固定することができる。
請求項3に記載のスイッチング電源装置は、サージ抑制容量素子とサージ抑制整流素子を並列接続して構成され、補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続されるサージ抑制回路を有することを特徴とする。この構成によれば、サージ抑制整流素子を介して補助巻線を直流電源に接続することができる。そのため、補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧に確実に固定することができる。
請求項4に記載のスイッチング電源装置は、整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、第1整流素子は、2次巻線の一端と負荷の一端との間に接続され、第2整流素子は、2次巻線の他端と負荷の一端との間に接続され、クランプ容量素子とクランプスイッチング素子を直列接続して構成され、1次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を有し、補助巻線の端子間電圧が、第2整流素子の非導通時に、直流電源の電圧に固定され、第1整流素子の非導通時に、クランプ容量素子の端子間電圧に固定されることを特徴とする。この構成によれば、補助巻線の端子間電圧を確実に固定することができる。
請求項5に記載のスイッチング電源装置は、第1サージ抑制容量素子と第1サージ抑制整流素子を並列接続して構成され、補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続される第1サージ抑制回路と、第2サージ抑制容量素子と第2サージ抑制整流素子を並列接続して構成され、補助巻線と第1サージ抑制回路の接続点と、クランプ容量素子とクランプスイッチング素子の接続点との間に接続される第2サージ抑制回路と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第1サージ抑制整流素子を介して補助巻線を直流電源に接続することができる。また、第2サージ抑制整流素子を介して補助巻線をクランプ容量素子に接続することができる。そのため、補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧又はクランプ容量素子の端子間電圧に確実に固定することができる。
請求項6に記載のスイッチング電源装置は、1次巻線と補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする。この構成によれば、補助巻線の端子間電圧を第1巻線の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、サージ抑制整流素子を確実に導通状態にすることができる。
請求項7に記載のスイッチング電源装置は、補助巻線は、第1補助巻線と、第2補助巻線とからなり、整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、第1整流素子は、2次巻線の一端と負荷の一端との間に接続され、第2整流素子は、2次巻線の他端と負荷の一端との間に接続され、クランプ容量素子とクランプスイッチング素子を直列接続して構成され、1次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を有し、第1補助巻線の端子間電圧が、第2整流素子の非導通時に、直流電源の電圧に固定され、第2補助巻線の端子間電圧が、第1整流素子の非導通時に、クランプ容量素子の端子間電圧に固定されることを特徴とする。この構成によれば、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を確実に固定することができる。
請求項8に記載のスイッチング電源装置は、第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態でクランプ容量素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、第1補助巻線と第1サージ抑制整流素子の接続点と、第2補助巻線と第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続される第2サージ抑制容量素子と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第1サージ抑制整流素子を介して第1補助巻線を直流電源に接続することができる。また、第2サージ抑制整流素子を介して第2補助巻線をクランプ容量素子に接続することができる。そのため、第1補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧に、第2補助巻線の端子間電圧をクランプ容量素子の端子間電圧に確実に固定することができる。
請求項9に記載のスイッチング電源装置は、1次巻線、第1補助巻線及び第2補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする。この構成によれば、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を第1巻線の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、第1サージ抑制整流素子及び第2サージ抑制整流素子を確実に導通状態にすることができる。
請求項10に記載のスイッチング電源装置は、トランスは、第1トランスと、第2トランスとからなり、第1トランスと第2トランスの1次巻線、2次巻線及び補助巻線は、それぞれ直列接続され、スイッチング素子は、直列接続された第1トランスと第2トランスの1次巻線と直流電源との間に接続され、整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、第1整流素子は、直列接続された第1トランスと第2トランスの2次巻線の一端と負荷の一端との間に接続され、第2整流素子は、直列接続された第1トランスと第2トランスの2次巻線の他端と負荷の一端との間に接続され、クランプ容量素子とクランプスイッチング素子を直列接続して構成され、直列接続された第1トランスと第2トランスの1次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を有し、直列接続された第1トランスと第2トランスの補助巻線の端子間電圧が、第2整流素子の非導通時に、直流電源の電圧に固定され、第1整流素子の非導通時に、クランプ容量素子の端子間電圧に固定されることを特徴とする。この構成によれば、直列接続された第1トランスと第2トランスの補助巻線の端子間電圧を確実に固定することができる。
請求項11に記載のスイッチング電源装置は、第1サージ抑制容量素子と第1サージ抑制整流素子を並列接続して構成され、直列接続された第1トランスと第2トランスの補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続される第1サージ抑制回路と、第2サージ抑制容量素子と第2サージ抑制整流素子を並列接続して構成され、直列接続された第1トランスと第2トランスの補助巻線と第1サージ抑制回路の接続点と、クランプ容量素子とクランプスイッチング素子の接続点との間に接続される第2サージ抑制回路と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第1サージ抑制整流素子を介して直列接続された第1トランスと第2トランスの補助巻線を直流電源に接続することができる。また、第2サージ抑制整流素子を介して直列接続された第1トランスと第2トランスの補助巻線をクランプ容量素子に接続することができる。そのため、直列接続された第1トランスと第2トランスの補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧又はクランプ容量素子の端子間電圧に確実に固定することができる。
請求項12に記載のスイッチング電源装置は、第1トランスと第2トランスの1次巻線及び補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする。この構成によれば、直列接続された第1トランスと第2トランスの補助巻線の端子間電圧を直列接続された第1トランスと第2トランスの第1巻線の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、第1サージ抑制整流素子及び第2サージ抑制整流素子を確実に導通状態にすることができる。
請求項13に記載のスイッチング電源装置は、トランスは、第1トランスと、第2トランスとからなり、補助巻線は、第1補助巻線と、第2補助巻線とからなり、第1トランスと第2トランスの1次巻線、2次巻線、第1補助巻線及び第2補助巻線は、それぞれ直列接続され、スイッチング素子は、直列接続された第1トランスと第2トランスの1次巻線と、直流電源との間に接続され、整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、第1整流素子は、直列接続された第1トランスと第2トランスの2次巻線の一端と、負荷の一端との間に接続され、第2整流素子は、直列接続された第1トランスと第2トランスの2次巻線の他端と、負荷の一端との間に接続され、クランプ容量素子とクランプスイッチング素子を直列接続して構成され、直列接続された第1トランスと第2トランスの1次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を有し、直列接続された第1トランスと第2トランスの第1補助巻線の端子間電圧が、第2整流素子の非導通時に、直流電源の電圧に固定され、直列接続された第1トランスと第2トランスの第2補助巻線の端子間電圧が、第1整流素子の非導通時に、クランプ容量素子の端子間電圧に固定されることを特徴とする。この構成によれば、直列接続された第1トランスと第2トランスの第1補助巻線及び直列接続された第1トランスと第2トランスの第2補助巻線の端子間電圧を確実に固定することができる。
請求項14に記載のスイッチング電源装置は、直列接続された第1トランスと第2トランスの第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、直列接続された第1トランスと第2トランスの第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態でクランプ容量素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、直列接続された第1トランスと第2トランスの第1補助巻線と第1サージ抑制整流素子の接続点と、直列接続された第1トランスと第2トランスの第2補助巻線と第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続される第2サージ抑制容量素子と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第1サージ抑制整流素子を介して直列接続された第1トランスと第2トランスの第1補助巻線を直流電源に接続することができる。また、第2サージ抑制整流素子を介して直列接続された第1トランスと第2トランスの第2補助巻線をクランプ容量素子に接続することができる。そのため、直列接続された第1トランスと第2トランスの第1補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧に、直列接続された第1トランスと第2トランスの第2補助巻線の端子間電圧をクランプ容量素子の端子間電圧に確実に固定することができる。
請求項15に記載のスイッチング電源装置は、第1トランスと第2トランスの1次巻線、第1補助巻線及び第2補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする。この構成によれば、直列接続された第1トランスと第2トランスの第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を、直列接続された第1トランスと第2トランスの第1巻線の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、第1サージ抑制整流素子及び第2サージ抑制整流素子を確実に導通状態にすることができる。
請求項16に記載のスイッチング電源装置は、2次巻線は、第1の2次巻線と、第2の2次巻線とからなり、第1の2次巻線と第2の2次巻線は、直列接続され、補助巻線は、第1補助巻線と、第2補助巻線とからなり、整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、第1整流素子は、第1の2次巻線の一端と負荷の一端との間に接続され、第2整流素子は、第2の2次巻線の一端と負荷の一端との間に接続され、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧の少なくともいずれかが、第1整流素子及び第2整流素子の非導通時に、直流電源の電圧に固定されることを特徴とする。この構成によれば、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧の少なくともいずれかを確実に固定することができる。
請求項17に記載のスイッチング電源装置は、スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、1次巻線は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の接続点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で第1スイッチング素子に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で第2スイッチング素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、第1補助巻線と第1サージ抑制整流素子の接続点と、第2補助巻線と第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第2スイッチング素子及び第1サージ抑制整流素子を介して第1補助巻線を直流電源に接続することができる。第1スイッチング素子及び第2サージ抑制整流素子を介して第2補助巻線を直流電源に接続することができる。そのため、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧に確実に固定することができる。
請求項18に記載のスイッチング電源装置は、スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、1次巻線は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の接続点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、第1補助巻線と第1サージ抑制整流素子の接続点と、第2補助巻線と第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第1サージ抑制整流素子を介して第1補助巻線を直流電源に接続することができる。第2サージ抑制整流素子を介して第2補助巻線を直流電源に接続することができる。そのため、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧に確実に固定することができる。
請求項19に記載のスイッチング電源装置は、スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、1次巻線は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の接続点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で第4スイッチング素子に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で第2スイッチング素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、第1補助巻線と第1サージ抑制整流素子の接続点と、第2補助巻線と第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第3スイッチング素子及び第1サージ抑制整流素子を介して第1補助巻線を直流電源に接続することができる。第1スイッチング素子及び第2サージ抑制整流素子を介して第2補助巻線を直流電源に接続することができる。そのため、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧に確実に固定することができる。
請求項20に記載のスイッチング電源装置は、スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、1次巻線は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の接続点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で第2スイッチング素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、第1補助巻線と第1サージ抑制整流素子の接続点と、第2補助巻線と第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第1サージ抑制整流素子を介して第1補助巻線を直流電源に接続することができる。第2スイッチング素子及び第2サージ抑制整流素子を介して第2補助巻線を直流電源に接続することができる。そのため、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を直流電源の電圧に確実に固定することができる。
請求項21に記載のスイッチング電源装置は、スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子は、直列接続された状態で直流電源に並列接続され、1次巻線は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の接続点と、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、直列接続された状態で直流電源に並列接続される第1サージ抑制容量素子及び第2サージ抑制容量素子と、第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で第1サージ抑制容量素子に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で第2サージ抑制容量素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、第1補助巻線と第1サージ抑制整流素子の接続点と、第2補助巻線と第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、を有することを特徴とする。この構成によれば、第1サージ抑制整流素子を介して第1補助巻線を第1サージ抑制容量素子に接続することができる。第2サージ抑制整流素子を介して第2補助巻線を第2サージ抑制容量素子に接続することができる。そのため、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を所定電圧に確実に固定することができる。
請求項22に記載のスイッチング電源装置は、1次巻線と第1補助巻線と第2補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする。この構成によれば、請求項17〜20に記載のスイッチング電源装置において、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を第1巻線の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、第1サージ抑制整流素子及び第2サージ抑制整流素子を確実に導通状態にすることができる。
請求項23に記載のスイッチング電源装置は、第1補助巻線と第2補助巻線の巻数が、
1次巻線の巻数の1/2であることを特徴とする。この構成によれば、請求項21に記載のスイッチング電源装置において、第1補助巻線及び第2補助巻線の端子間電圧を第1巻線の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、第1サージ抑制整流素子及び第2サージ抑制整流素子を確実に導通状態にすることができる。
請求項24に記載のスイッチング電源装置は、車両に搭載され、電子装置に電圧を供給することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載され、電子装置に電圧を供給するスイッチング電源装置において、トランスの2次巻線に接続される整流素子に加わる逆方向電圧を確実に低減するとともに、装置全体としての損失の増加も抑えることができる。
第1実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。 図1に示すDC−DCコンバータの各部の波形である。 第2実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。 第3実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。 第4実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。 第5実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。 第6実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。 図7に示すDC−DCコンバータの各部の波形である。 第7実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。 第7実施形態の変形例におけるDC−DCコンバータの回路図である。 第7実施形態の別の変形例におけるDC−DCコンバータの回路図である。 第8実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係るスイッチング電源装置を、車両に搭載され、バッテリの電圧を降圧して電子装置に供給するDC−DCコンバータに適用した例を示す。
(第1実施形態)
まず、図1を参照してDC−DCコンバータの構成について説明する。ここで、図1は、第1実施形態のDC−DCコンバータの回路図である。なお、トランス10の1次巻線100、2次巻線101及び補助巻線102に付された・印は、巻線の巻始めを示す。
図1に示すDC−DCコンバータ1(スイッチング電源装置)は、バッテリB1(直流電源)の出力する直流電圧を絶縁して降圧し、車両に搭載された電子装置S1(負荷)に供給する1石式のフォワード式コンバータである。DC−DCコンバータ1は、トランス10と、コイル11と、入力側回路12と、出力側回路13と、制御回路14とを備えている。
トランス10は、1次側に入力される交流電圧を降圧して2次側から出力する素子である。トランス10は、1次巻線100と、2次巻線101と、補助巻線102とを備えている。1次巻線100の巻数は、Npに設定されている。2次巻線101の巻数は、1次巻線100の巻数Npより少ないNsに設定されている。補助巻線102の巻数は、1次巻線100の巻数と同じNpに設定されている。1次巻線100の巻始め側である一端はコイル11に、他端は入力側回路12にそれぞれ接続されている。2次巻線101の巻始め側である一端及び他端は出力側回路13にそれぞれ接続されている。補助巻線102の巻始め側である一端はバッテリB1の正極端に、他端は後述する入力側回路12の構成部品にそれぞれ接続されている。
コイル11は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出する素子である。コイル11は、1次巻線100に直列接続されている。コイル11の一端は1次巻線100の一端に、他端はバッテリB1の正極端にそれぞれ接続されている。
入力側回路12は、バッテリB1の出力する直流電圧を交流電圧に変換する回路である。入力側回路12は、主スイッチング素子120(スイッチング素子)と、アクティブクランプ回路121と、サージ抑制回路122(第1サージ抑制回路)、123(第2サージ抑制回路)と、補助巻線102とを備えている。
主スイッチング素子120は、1次巻線100とバッテリB1との間に接続され、スイッチングすることで、バッテリB1から1次巻線100に供給する電圧を制御する素子である。主スイッチング素子120は、例えばMOSFETである。主スイッチング素子120のドレインは1次巻線100の他端に、ソースはバッテリB1の負極端にそれぞれ接続されている。
アクティブクランプ回路121は、1次巻線100に並列接続され、主スイッチング素子120のオフ期間にトランス10をリセットする回路である。アクティブクランプ回路121は、コンデンサ121a(クランプ容量素子)と、副スイッチング素子121b(クランプスイッチング素子)とを備えている。副スイッチング素子121bは、例えばMOSFETである。コンデンサ121aと副スイッチ121bは、直列接続されている。具体的には、コンデンサ121aが、副スイッチング素子121bのドレインに接続されている。コンデンサ121aの一端は、コイル11の他端に接続されている。副スイッチング素子121bのソースは、1次巻線100の他端に接続されている。また、ゲートは、制御回路14に接続されている。アクティブクランプ回路121は、コイル11を介して1次巻線100に並列接続されている。
サージ抑制回路122、123は、主スイッチング素子120や副スイッチング素子121bのスイッチングに伴って発生するサージ電圧を抑える回路である。
サージ抑制回路122は、コンデンサ122a(第1サージ抑制容量素子)と、ダイオード122b(第1サージ抑制整流素子)とを備えている。コンデンサ122aは、ダイオード122bに並列接続されている。ダイオード122bのカソードは補助巻線102の他端に、アノードはバッテリB1の負極端にそれぞれ接続されている。サージ抑制回路122は、補助巻線102に直列接続され、直列接続された状態でバッテリB1に並列接続されている。
サージ抑制回路123は、コンデンサ123a(第2サージ抑制容量素子)と、ダイオード123b(第2サージ抑制整流素子)とを備えている。コンデンサ123aは、ダイオード123bに並列接続されている。ダイオード123bのカソードはコンデンサ121aと副スイッチング素子121bの接続点に、アノードは補助巻線102とサージ抑制回路122の接続点にそれぞれ接続されている。
出力側回路13は、トランス10と電子装置S1との間に接続され、トランス10の出力する交流電圧を整流して直流電圧に変換し、電子装置S1に供給する回路である。出力側回路13は、ダイオード130(第1整流素子)、131(第2整流素子)と、コイル132と、コンデンサ133とを備えている。
ダイオード130、131は、2次巻線101の出力する交流電圧を整流する素子である。
ダイオード130は、2次巻線101の一端と電子装置S1の正極端の間に接続されている。ダイオード130のアノードは、2次巻線101の一端に接続されている。また、カソードは、コイル132に接続され、コイル132を介して電子装置S1の正極端に接続されている。
ダイオード131は、2次巻線101の他端と電子装置S1の正極端の間に接続されている。ダイオード131のアノードは、2次巻線101の他端に接続されている。また、カソードは、コイル132に接続され、コイル132を介して電子装置S1の正極端に接続されている。
コイル132は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出する素子である。コイル132の一端はダイオード130、131のカソードに、他端は電子装置S1の正極端にそれぞれ接続されている。
コンデンサ133は、ダイオード130、131によって整流された直流電圧を平滑する素子である。コンデンサ133の一端は、電子装置S1の正極端に接続されるコイル132の他端に接続されている。また、他端は、電子装置S1の負極端に接続される2次巻線101の他端に接続されている。
制御回路14は、出力電圧が目標電圧になるように、主スイッチング素子120及び副スイッチング素子121bのスイッチングを制御する回路である。制御回路14は、主スイッチング素子120及び副スイッチング素子121bのゲートに接続されている。
次に、図1及び図2を参照してDC−DCコンバータの動作について説明する。ここで、図2は、図1に示すDC−DCコンバータの各部の波形である。なお、DC−DCコンバータ1は、前述したように1石式のフォワード式コンバータであり、電圧変換動作については周知であるので説明を省略する。ここでは、出力側回路を構成するダイオードに加わる逆方向電圧の低減動作について説明する。
図1に示す主スイッチング素子120がオンするとともに、副スイッチング素子121bがオフすると、ダイオード130が導通状態になり、ダイオード131が非導通状態になる。図2に示すように、ダイオード130に流れる順方向電流は増加し、ダイオード131に流れる順方向電流は減少する(t0〜t1)。ダイオード131に流れる順方向電流が0になると(t1)、ダイオード131は、逆回復期間となる。しかし、コンデンサ122a、123aとコイル11が、共振動作により逆回復時の急峻な電圧変化を抑制している。そのため、ノイズの発生を抑えることができる。
共振動作により、コンデンサ122aに蓄積されたエネルギーがコイル11に転送されると、ダイオード122bが導通状態となる(t2〜t3)。そして、補助巻線102が、ダイオード122bを介してバッテリB1に接続される。その結果、補助巻線102の端子間電圧が、バッテリB1の電圧に固定される。そのため、2次巻線101の端子間電圧は、バッテリB1の電圧と、トランス10の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード131に加わる逆方向電圧を、バッテリB1の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。このとき、補助巻線102に流れる電流は、コイル11、1次巻線100、主スイッチング素子120及びダイオード122bを経て還流する。そして、コンデンサ122aに蓄積されたエネルギーは、最終的に、トランス10を介して出力側回路13に転送される。
図1に示す主スイッチング素子がオフするとともに、副スイッチング素子121bがオンすると、先程とは逆に、ダイオード130が非導通状態となり、ダイオード131が導通状態となる。図2に示すように、ダイオード130に流れる順方向電流は減少し、ダイオード131に流れる順方向電流は増加する(t4〜t5)。ダイオード130に流れる順方向電流が0になると(t5)、ダイオード130は、逆回復期間となる。しかし、コンデンサ122a、123aとコイル11が、共振動作により逆回復時の急峻な電圧変化を抑制している。そのため、ノイズの発生を抑えることができる。
共振動作により、コンデンサ123aに蓄積されたエネルギーがコイル11に転送されると、ダイオード123bが導通状態となる(t6〜t7)。そして、補助巻線102が、ダイオード123bを介してコンデンサ121aに接続される。その結果、補助巻線102の端子間電圧が、コンデンサ121aの端子間電圧に固定される。ここで、コンデンサ121aの端子間電圧は、バッテリB1の電圧と、トランス10の巻線比と、主スイッチング素子120のオンデューティ比とによって決まる所定電圧となっている。そのため、2次巻線101の端子間電圧は、バッテリB1の電圧と巻数比とオンデューティ比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード130に加わる逆方向電圧を、バッテリB1の電圧と巻線比とオンデューティ比とによって決まる所定電圧に抑えることができる。このとき、補助巻線102に流れる電流は、ダイオード123b、副スイッチング素子121b、1次巻線100及びコイル11を経て還流する。そして、コンデンサ123aに蓄積されたエネルギーは、最終的に、バッテリB1に回生される。
次に、効果について説明する。第1実施形態によれば、ダイオード130の非導通時に、2次巻線101の端子間電圧が、逆方向電圧としてダイオード130に加わる。また、ダイオード131の非導通時に、2次巻線101の端子間電圧が、逆方向電圧としてダイオード131に加わる。しかし、このとき、補助巻線102の端子間電圧が、所定電圧に固定される。そのため、2次巻線の端子間電圧を抑えることができる。従って、車両に搭載され、電子装置に電圧を供給するDC−DCコンバータ1において、ダイオード130、131に加わる逆方向電圧を確実に抑えることができる。しかも、従来のように、コンデンサの放電損失もないため、装置全体としての損失の増加も抑えることができる。
また、第1実施形態によれば、補助巻線102の端子間電圧をバッテリB1の電圧又はコンデンサ121aの端子間電圧に固定する。そのため、補助巻線102の端子間電圧を確実に所定電圧に固定することができる。
さらに、第1実施形態によれば、ダイオード122bを介して補助巻線102をバッテリB1に接続する。また、ダイオード123bを介して補助巻線102をコンデンサ121aに接続する。そのため、補助巻線102の端子間電圧を確実にバッテリB1の電圧又はコンデンサ121aの端子間電圧に固定することができる。
加えて、第1実施形態によれば、1次巻線100と補助巻線102の巻数が同一になるように設定されている。これにより、補助巻線102の端子間電圧を第1巻線100の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、ダイオード122b、123bを確実に導通状態にすることができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態のDC−DCコンバータについて説明する。第2実施形態のDC−DCコンバータは、第1実施形態のDC−DCコンバータが、1つの補助巻線を有する構成であるのに対して、2つの補助巻線を有する構成としたものである。
まず、図3を参照して第2実施形態のDC−DCコンバータの構成について説明する。ここで、図3は、第2実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。なお、トランス20の1次巻線200、2次巻線201及び補助巻線202に付された・印は、巻線の巻始めを示す。
図3に示すDC−DCコンバータ2(スイッチング電源装置)は、1石式のフォワード式コンバータである。DC−DCコンバータ2は、トランス20と、コイル21と、入力側回路22と、出力側回路23と、制御回路24とを備えている。コイル21、出力側回路23及び制御回路24は、第1実施形態のコイル11、出力側回路13及び制御回路14と同一構成である。
トランス20は、1次巻線200と、2次巻線201と、補助巻線202(第1補助巻線)、203(第2補助巻線)とを備えている。1次巻線200、2次巻線201及び補助巻線202は、第1実施形態の1次巻線100、2次巻線101及び補助巻線102と同一構成である。補助巻線203の巻数は、1次巻線200の巻数と同じNpに設定されている。補助巻線203は、入力側回路22の構成部品にそれぞれ接続されている。
入力側回路22は、主スイッチング素子220(スイッチング素子)と、アクティブクランプ回路221と、サージ抑制ダイオード222b(第1サージ抑制整流素子)と、サージ抑制ダイオード224(第2サージ抑制整流素子)と、サージ抑制コンデンサ225(第2サージ抑制容量素子)と、補助巻線202、203とを備えている。主スイッチング素子220及びアクティブクランプ回路221は、第1実施形態の主スイッチング素子120及びアクティブクランプ回路121と同一構成である。
サージ抑制ダイオード224及びサージ抑制コンデンサ225は、主スイッチング素子220や副スイッチング素子221bのスイッチングに伴って発生するサージ電圧を抑える素子である。
サージ抑制ダイオード224は、補助巻線203に直流接続されている。具体的には、サージ抑制ダイオード224のカソードが、補助巻線203の巻始め側である一端に接続されている。サージ抑制ダイオード224のアノードは、コンデンサ221aの一端に接続されている。補助巻線203の他端は、コンデンサ221aの他端に接続されている。直列接続されたサージ抑制ダイオード224と補助巻線203は、コンデンサ221aに並列接続されている。
サージ抑制コンデンサ225の一端は、補助巻線202とサージ抑制ダイオード222bの接続点に、他端は補助巻線203とサージ抑制ダイオード224の接続点にそれぞれ接続されている。
次に、図3を参照して出力側回路を構成するダイオードに加わる逆方向電圧の低減動作について説明する。ダイオード230が導通状態、ダイオード231が非導通状態になると、補助巻線202が、サージ抑制ダイオード222bを介してバッテリB2に接続される。その結果、補助巻線202の端子間電圧が、バッテリB2の電圧に固定される。そのため、2次巻線201の端子間電圧は、バッテリB2の電圧と、トランス20の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード231に加わる逆方向電圧を、バッテリB2の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。
ダイオード230が非導通状態、ダイオード231が導通状態になると、補助巻線203が、ダイオード224を介してコンデンサ221aに接続される。その結果、補助巻線203の端子間電圧が、コンデンサ221aの端子間電圧に固定される。そのため、2次巻線201の端子間電圧は、コンデンサ221aの端子間電圧と、トランス20の巻数比と、主スイッチング素子220のオンデューティ比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード230に加わる逆方向電圧を、コンデンサ221aの端子間電圧と巻数比とオンデューティ比とによって決まる所定電圧に抑えることができる。
次に、効果について説明する。第2実施形態によれば、補助巻線202、203の端子間電圧をバッテリB2の電圧又はコンデンサ221aの端子間電圧に固定する。そのため、補助巻線202の端子間電圧を確実に所定電圧に固定することができる。
また、第2実施形態によれば、サージ抑制ダイオード222bを介して補助巻線202をバッテリB2に接続する。また、ダイオード224を介して補助巻線203をコンデンサ221aに接続する。そのため、補助巻線202、203の端子間電圧を確実にバッテリB2の電圧又はコンデンサ221aの端子間電圧に固定することができる。
さらに、第2実施形態によれば、1次巻線200と補助巻線202、203の巻数が同一になるように設定されている。これにより、補助巻線202、203の端子間電圧を第1巻線200の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、サージ抑制ダイオード222b、224を確実に導通状態にすることができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態のDC−DCコンバータについて説明する。第3実施形態のDC−DCコンバータは、第1実施形態のDC−DCコンバータが、1つのトランスを有する構成であるのに対して、2つのトランスを有する構成にするとともに、それに伴って出力側回路の構成を変更したものである。
まず、図4を参照して第3実施形態のDC−DCコンバータの構成について説明する。ここで、図4は、第3実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。なお、トランス30A、30Bの1次巻線300A、300B、2次巻線301A、301B及び補助巻線302A、302Bに付された・印は、巻線の巻始めを示す。
図4に示すDC−DCコンバータ3(スイッチング電源装置)は、1石式のフォワード・フライバック式コンバータである。DC−DCコンバータ3は、トランス30A(第1トランス)、30B(第2トランス)と、コイル31と、入力側回路32と、出力側回路33と、制御回路34とを備えている。コイル31及び制御回路34は、第1実施形態のコイル11及び制御回路14と同一構成である。
トランス30A、30Bは、1次巻線300A、300Bと、2次巻線301A、301Bと、補助巻線302A、302B(補助巻線)とを備えている。1次巻線300A、300Bの巻数は、Npに設定されている。2次巻線301A、301Bの巻数は、1次巻線300A、300Bの巻数Npより少ないNsに設定されている。補助巻線302A、302Bの巻数は、1次巻線300A、300Bの巻数と同じNpに設定されている。1次巻線300A、300B、2次巻線301A、301B及び補助巻線302A、302Bは、それぞれ直列接続されている。直列接続された1次巻線300A、300Bが、第1実施形態の1次巻線100に相当する。直列接続された補助巻線302A、302Bが、第1実施形態の補助巻線102に相当する。1次巻線300Aの巻始め側である一端はバッテリB3の正極端に、1次巻線300Bの巻終り側である一端は入力側回路32にそれぞれ接続されている。2次巻線301Aの巻始め側である一端と、2次巻線301Bの巻終り側である一端は、出力側回路33にそれぞれ接続されている。補助巻線302Aの巻始め側である一端はバッテリB3の正極端に、補助巻線302Bの巻終り側である一端は入力側回路32の構成部品にそれぞれ接続されている。
入力側回路32は、主スイッチング素子320(スイッチング素子)と、アクティブクランプ回路321と、サージ抑制回路322(第1サージ抑制回路)、322(第2サージ抑制回路)と、補助巻線302A、302Bとを備えている。直列接続した補助巻線302A、302Bを第1実施形態の補助巻線102とみなせば、入力側回路32は、第1実施形態の入力側回路12と同一構成である。
出力側回路33は、ダイオード334(第1整流素子)、335(第2整流素子)と、
コンデンサ333とを備えている。
ダイオード334は、直列接続された2次巻線301A、301Bの一端と電子装置S3の正極端の間に接続されている。ダイオード334のアノードは、2次巻線301Aの巻始め側である一端に接続されている。また、カソードは、電子装置S3の正極端に接続されている。
ダイオード335は、直列接続された2次巻線301A、301Bの他端と電子装置S3の正極端の間に接続されている。ダイオード335のアノードは、2次巻線301Bの巻終り側である一端に接続されている。また、カソードは、電子装置S3の正極端に接続されている。
コンデンサ333の一端は、電子装置S3の正極端に接続されるダイオード334、335のカソードに接続されている。また、他端は、電子装置S3の負極端に接続される2次巻線301A、301Bの接続点に接続されている。
次に、図4を参照してDC−DCコンバータの動作について説明する。なお、DC−DCコンバータ3は、前述したように1石式のフォワード・フライバック式コンバータであり、電圧変換動作については周知であるので説明を省略する。ここでは、出力側回路を構成するダイオードに加わる逆方向電圧の低減動作について説明する。ダイオード334が導通状態、ダイオード335が非導通状態になると、直列接続された補助巻線302A、302Bが、ダイオード322bを介してバッテリB3に接続される。その結果、直列接続された補助巻線302A、302Bの端子間電圧が、バッテリB3の電圧に固定される。そのため、直列接続された2次巻線301A、301Bの端子間電圧は、バッテリB3の電圧と、トランス30の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード335に加わる逆方向電圧を、バッテリB3の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。
ダイオード334が非導通状態、ダイオード335が導通状態になると、直列接続された補助巻線302A、302Bが、ダイオード323bを介してコンデンサ321aに接続される。その結果、直列接続された補助巻線302A、302Bの端子間電圧が、コンデンサ321aの端子間電圧に固定される。そのため、直列接続された2次巻線301A、301Bの端子間電圧は、コンデンサ321aの端子間電圧と、トランス30の巻数比と、主スイッチング素子320のオンデューティ比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード334に加わる逆方向電圧を、コンデンサ321aの端子間電圧と巻数比とオンデューティ比とによって決まる所定電圧に抑えることができる。
次に、効果について説明する。第3実施形態によれば、直列接続された補助巻線302A、302Bの端子間電圧をバッテリB3の電圧又はコンデンサ321aの端子間電圧に固定する。そのため、直列接続された補助巻線302A、302Bの端子間電圧を確実に所定電圧に固定することができる。
また、第3実施形態によれば、ダイオード322bを介して直列接続された補助巻線302A、302BをバッテリB3に接続する。また、ダイオード323bを介して直列接続された補助巻線302A、302Bをコンデンサ321aに接続する。そのため、直列接続された補助巻線302A、302Bの端子間電圧を確実にバッテリB3の電圧又はコンデンサ321aの端子間電圧に固定することができる。
さらに、第3実施形態によれば、1次巻線300A、300Bと補助巻線302A、302Aの巻数が同一になるように設定されている。これにより、直列接続された補助巻線301A、301Bの端子間電圧を直列接続された第1巻線300A、300Bの端子間電圧と同一にすることができる。そのため、ダイオード322b、323bを確実に導通状態にすることができる。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態のDC−DCコンバータについて説明する。第4実施形態のDC−DCコンバータは、第2実施形態のDC−DCコンバータが、1つのトランスを有する構成であるのに対して、2つのトランスを有する構成にするとともに、それに伴って出力側回路の構成を第3実施形態と同一構成に変更したものである。
まず、図5を参照して第4実施形態のDC−DCコンバータの構成について説明する。ここで、図5は、第4実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。なお、トランス40A、40Bの1次巻線400A、400B、2次巻線401A、401B及び補助巻線402A、402B、403A、403Bに付された・印は、巻線の巻始めを示す。
図5に示すDC−DCコンバータ4(スイッチング電源装置)は、1石式のフォワード・フライバック式コンバータである。DC−DCコンバータ4は、トランス40A、40Bと、コイル41と、入力側回路42と、出力側回路43と、制御回路44とを備えている。コイル41及び出力側回路43は、第3実施形態のコイル31及び出力側回路33と同一構成である。制御回路44は、第2実施形態の制御回路24と同一構成である。
トランス40A、40Bは、1次巻線400A、400Bと、2次巻線401A、401Bと、補助巻線402A、402B(第1補助巻線)と、補助巻線403A、403B(第2補助巻線)とを備えている。1次巻線400A、400Bの巻数は、Npに設定されている。2次巻線401A、401Bの巻数は、1次巻線400A、400Bの巻数Npより少ないNsに設定されている。補助巻線402A、402B、403A、403Bの巻数は、1次巻線400A、400Bの巻数と同じNpに設定されている。1次巻線400A、400B、2次巻線401A、401B、補助巻線402A、402B及び補助巻線403A、403Bは、それぞれ直列接続されている。直列接続された1次巻線400A、400Bが、第2実施形態の1次巻線200に相当する。直列接続された補助巻線402A、402Bが、第2実施形態の補助巻線202に相当する。直列接続された補助巻線403A、403Bが、第2実施形態の補助巻線203に相当する。1次巻線400Aの巻始め側である一端はバッテリB4の正極端に、1次巻線400Bの巻終り側である一端は入力側回路42にそれぞれ接続されている。2次巻線401Aの巻始め側である一端と、2次巻線401Bの巻終り側である一端は、出力側回路43にそれぞれ接続されている。直列接続された補助巻線403A、403Bは、入力側回路42の構成部品に接続されている。
入力側回路42は、主スイッチング素子420(スイッチング素子)と、アクティブクランプ回路421と、サージ抑制回路422と、サージ抑制ダイオード424(第2サージ抑制整流素子)と、サージ抑制コンデンサ425(第2サージ抑制容量素子)と、補助巻線402A、402B(第1補助巻線)、403A、403B(第2補助巻線)とを備えている。直列接続された補助巻線402A、402Bを第2実施形態の補助巻線202と、直列接続された補助巻線403A、403Bを第2実施形態の補助巻線203とみなせば、入力側回路42は、第2実施形態の入力側回路22と同一構成である。
次に、図5を参照して出力側回路を構成するダイオードに加わる逆方向電圧の低減動作について説明する。ダイオード434が導通状態、ダイオード435が非導通状態になると、直列接続された補助巻線402A、402Bが、ダイオード422bを介してバッテリB4に接続される。その結果、直列接続された補助巻線402A、402Bの端子間電圧が、バッテリB4の電圧に固定される。そのため、直列接続された2次巻線401A、401Bの端子間電圧は、バッテリB4の電圧と、トランス40の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード435に加わる逆方向電圧を、バッテリB4の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。
ダイオード434が非導通状態、ダイオード435が導通状態になると、直列接続された補助巻線403A、403Bが、ダイオード424を介してコンデンサ421aに接続される。その結果、直列接続された補助巻線403A、403Bの端子間電圧が、コンデンサ421aの端子間電圧に固定される。そのため、直列接続された2次巻線401A、401Bの端子間電圧は、コンデンサ421aの端子間電圧と、トランス40の巻数比と、主スイッチング素子420のオンデューティ比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード434に加わる逆方向電圧を、コンデンサ421aの端子間電圧と巻数比とオンデューティ比とによって決まる所定電圧に抑えることができる。
次に、効果について説明する。第4実施形態によれば、直列接続された補助巻線402A、402B及び直列接続された補助巻線403A、403Bの端子間電圧をバッテリB4の電圧又はコンデンサ421aの端子間電圧に固定する。そのため、直列接続された補助巻線402A、402B及び直列接続された補助巻線403A、403Bの端子間電圧を確実に所定電圧に固定することができる。
また、第4実施形態によれば、ダイオード422bを介して直列接続された補助巻線402A、402BをバッテリB4に接続する。また、ダイオード424を介して直列接続された補助巻線403A、403Bをコンデンサ421aに接続する。そのため、直列接続された補助巻線402A、402B及び補助巻線403A、403Bの端子間電圧を確実にバッテリB4の電圧又はコンデンサ421aの端子間電圧に固定することができる。
さらに、第4実施形態によれば、1次巻線400A、400Bと補助巻線402A、402B、403A、403Bの巻数が同一になるように設定されている。これにより、直列接続された補助巻線402A、402B及び直列接続された補助巻線403A、403Bの端子間電圧を、直列接続された第1巻線400A、400Bの端子間電圧と同一にすることができる。そのため、ダイオード422b、424を確実に導通状態にすることができる。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態のDC−DCコンバータについて説明する。第5実施形態のDC−DCコンバータは、第1実施形態のDC−DCコンバータから入力側回路を構成するアクティブクランプ回路及びサージ抑制回路の1つを削除するとともに、出力側回路を構成するダイオード及びコイルを削除したものである。
まず、図6を参照して第5実施形態のDC−DCコンバータの構成について説明する。ここで、図6は、第5実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。なお、トランス50の1次巻線500、2次巻線501及び補助巻線502に付された・印は、巻線の巻始めを示す。
図6に示すDC−DCコンバータ5(スイッチング電源装置)は、1石式のフライバック式コンバータである。DC−DCコンバータ5は、トランス50と、コイル51入力側回路52と、出力側回路53と、制御回路54とを備えている。トランス50、コイル51及び制御回路54は、第1実施形態のトランス10、コイル11及び制御回路14と同一構成である。
入力側回路52は、主スイッチング素子520(スイッチング素子)と、サージ抑制回路522と、補助巻線502とを備えている。入力側回路52は、第1実施形態の入力側回路12からアクティブクランプ回路12及びサージ抑制回路123を削除した構成である。
出力側回路53は、ダイオード530(整流素子)と、コンデンサ533とを備えている。出力側回路53は、第1実施形態の出力側回路13からダイオード131及びコイル132を削除した構成である。
次に、図6を参照してDC−DCコンバータの動作について説明する。なお、DC−DCコンバータ5は、前述したように1石式のフライバック式コンバータであり、電圧変換動作については周知であるので説明を省略する。ここでは、出力側回路を構成するダイオードに加わる逆方向電圧の低減動作について説明する。
ダイオード530が非導通状態になると、補助巻線502が、ダイオード522bを介してバッテリB5に接続される。その結果、補助巻線502の端子間電圧が、バッテリB5の電圧に固定される。そのため、2次巻線501の端子間電圧は、バッテリB5の電圧と、トランス50の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード530に加わる逆方向電圧をバッテリB5の電圧と巻数比とによって決まる所定電圧に抑えることができる。
次に、効果について説明する。第5実施形態によれば、補助巻線502の端子間電圧をバッテリB5の電圧に固定する。そのため、補助巻線502の端子間電圧を確実に所定電圧に固定することができる。
さらに、第5実施形態によれば、ダイオード522bを介して補助巻線502をバッテリB5に接続する。そのため、補助巻線502の端子間電圧を確実にバッテリB5の電圧に固定することができる。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態のDC−DCコンバータについて説明する。まず、図7を参照して第5実施形態のDC−DCコンバータの構成について説明する。ここで、図7は、第6実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。なお、トランス6の1次巻線600、2次巻線601、602及び補助巻線603、604に付された・印は、巻線の巻始めを示す。
図7に示すDC−DCコンバータ6(スイッチング電源装置)は、バッテリB6(直流電源)の出力する直流電圧を絶縁して降圧し、車両に搭載された電子装置S6に供給する
フルブリッジ式コンバータである。DC−DCコンバータ6は、トランス60と、コイル61と、入力側回路62と、出力側回路63と、制御回路64とを備えている。
トランス60は、1次側に入力される交流電圧を降圧して2次側から出力する素子である。トランス60は、1次巻線600と、2次巻線601(第1の2次巻線)と、2次巻線602(第2の2次巻線)と、補助巻線603、604とを備えている。1次巻線600の巻数は、Npに設定されている。2次巻線601、602の巻数は、1次巻線600の巻数Npより少ないNsに設定されている。補助巻線603、604の巻数は、1次巻線600の巻数と同じNpに設定されている。1次巻線600の巻始め側である一端はコイル61に、他端は入力側回路62にそれぞれ接続されている。2次巻線601、602は、直列接続されている。2次巻線601の巻始め側である一端と、2次巻線602の巻終り側である一端は、出力側回路63にそれぞれ接続されている。補助巻線603、604の一端及び他端は、入力側回路62の構成部品にそれぞれ接続されている。
コイル61は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出する素子である。コイル61は、1次巻線600に直列接続されている。コイル61の一端は1次巻線600の一端に、他端は入力側回路62それぞれに接続されている。
入力側回路62は、バッテリB6の出力する直流電圧を交流電圧に変換する回路である。入力側回路62は、スイッチング回路620と、サージ抑制ダイオード621(第1サージ抑制整流素子)、622(第2サージ抑制整流素子)と、サージ抑制コンデンサ623(サージ抑制容量素子)と、補助巻線603、604とを備えている。
スイッチング回路620は、1次巻線600とバッテリB6との間に接続され、スイッチングすることで、バッテリB6から1次巻線600に供給する電圧を制御する素子である。スイッチング回路620は、スイッチング素子620a〜620d(第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子)を備えている。スイッチング素子620a〜620dは、例えばMOSFETである。スイッチング素子620a(第1スイッチング素子)、620b(第2スイッチング素子)及びスイッチング素子620c(第3スイッチング素子)、620d(第4スイッチング素子)は、それぞれ直列接続されている。具体的には、スイッチング素子620a、620cのソースがスイッチング素子620b、620dのドレインにそれぞれ接続されている。直列接続されたスイッチング素子620a、620b及びスイッチング素子620c、620dは、バッテリB6に並列接続されている。具体的には、スイッチング素子620a、620cのドレインがバッテリB6の正極端に、スイッチング素子620b、620dのソースがバッテリB6の負極端にそれぞれ接続されている。
サージ抑制ダイオード621、622及びサージ抑制コンデンサ623は、スイッチング素子620a〜620dのスイッチングに伴って発生するサージ電圧を抑える回路である。
サージ抑制ダイオード621は、補助巻線603に直列接続されている。具体的には、サージ抑制ダイオード621のカソードが、補助巻線603の巻始め側である一端に接続されている。サージ抑制ダイオード621のアノードは、スイッチング素子620aのソースに接続されている。補助巻線603の他端は、スイッチング素子620aのドレインに接続されている。直列接続されたサージ抑制ダイオード621と補助巻線603は、スイッチング素子620aに並列接続されている。
サージ抑制ダイオード622は、補助巻線604に直列接続されている。具体的には、サージ抑制ダイオード622のカソードが、補助巻線604の巻終り側である一端に接続されている。サージ抑制ダイオード622のアノードは、スイッチング素子620bのソースに接続されている。補助巻線604の他端は、スイッチング素子620bのドレインに接続されている。直列接続されたサージ抑制ダイオード622と補助巻線604は、スイッチング素子620bに並列接続されている。
サージ抑制コンデンサ623の一端は補助巻線603とサージ抑制ダイオード621の接続点に、他端は補助巻線604とサージ抑制ダイオード622の接続点にそれぞれ接続されている。
出力側回路63は、ダイオード630(第1整流素子)、631(第2整流素子)と、
コイル632と、コンデンサ633とを備えている。
ダイオード630は、直列接続された2次巻線601、602の一端と電子装置S6の正極端の間に接続されている。ダイオード630のアノードは、2次巻線601の巻始め側である一端に接続されている。また、カソードは、コイル632に接続され、コイル632を介して電子装置S6の正極端に接続されている。
ダイオード632は、直列接続された2次巻線601、602の他端と電子装置S6の正極端の間に接続されている。ダイオード632のアノードは、2次巻線602の巻終り側である一端に接続されている。また、カソードは、コイル632に接続され、コイル632を介して電子装置S6の正極端に接続されている。
コンデンサ633の一端は、電子装置S6の正極端に接続されるコイル632の他端に接続されている。また、他端は、電子装置S6の負極端に接続される2次巻線601、602の接続点に接続されている。
制御回路64は、出力電圧が目標電圧になるように、スイッチング素子620a〜620dのスイッチングを制御する回路である。制御回路64は、スイッチング素子620a〜620dのゲートに接続されている。
次に、図7及び図8を参照してDC−DCコンバータ6の動作について説明する。ここで、図8は、図7に示すDC−DCコンバータの各部の波形である。なお、DC−DCコンバータ6は、前述したようにフルブリッジ式コンバータであり、電圧変換動作については周知であるので説明を省略する。ここでは、出力側回路を構成するダイオードに加わる逆方向電圧の低減動作について説明する。
図7に示す スイッチング素子620a、620dがオンするとともに、スイッチング素子620b、620cがオフすると、ダイオード630が導通状態になり、ダイオード631が非導通状態になる。図8に示すように、ダイオード630に流れる順方向電流は増加し、ダイオード631に流れる順方向電流は減少する(t0〜t1)。ダイオード631に流れる順方向電流が0になると(t1)、ダイオード631は、逆回復期間となる。しかし、コンデンサ623とコイル61が、共振動作により逆回復時の急峻な電圧変化を抑制している。そのため、ノイズの発生を抑えることができる。
コイル61との共振動作により、コンデンサ623が充電されると、ダイオード622が導通状態となる(t2〜t3)。そして、補助巻線604が、スイッチング素子620a及びダイオード622を介してバッテリB6に接続される。その結果、補助巻線604の端子間電圧が、バッテリB6の電圧に固定される。そのため、2次巻線602の端子間電圧は、バッテリB6の電圧と、トランス60の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード631に加わる逆方向電圧を、バッテリB6の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。このとき、補助巻線604に流れる電流は、コイル61、1次巻線600、スイッチング素子620d及びダイオード622を経て還流する。そして、コンデンサ623との共振動作によりコイル61に蓄積されたエネルギーは、最終的に、トランス60を介して出力側回路63に転送される。
図7に示すスイッチング素子620a、620cがオンするとともに、スイッチング素子620b、620dがオフすると、共振動作によりコンデンサ623に蓄積されたエネルギーがコイル61に転送される(t3〜t4)。そして、コンデンサ623に蓄積されたエネルギーは、最終的に、コイル61、1次巻線600、スイッチング素子620c、スイッチング素子620aを経由する循環電流を減少させる方向に作用し、スイッチング素子620a、620cの導通損失を低減できる(t4〜t5)。
図7に示すスイッチング素子620b、620cがオンするとともに、スイッチング素子620a、620dがオフすると、ダイオード630が非導通状態になり、ダイオード631が導通状態になる。図8に示すように、ダイオード630に流れる順方向電流は減少し、ダイオード631に流れる順方向電流は増加する(t4〜t5)。ダイオード630に流れる順方向電流が0になると(t5)、ダイオード630は、逆回復期間となる。しかし、コンデンサ623とコイル61が、共振動作により逆回復時の急峻な電圧変化を抑制している。そのため、ノイズの発生を抑えることができる。
コイル61との共振動作により、コンデンサ623が充電されると、ダイオード621が導通状態となる(t7〜t8)。そして、補助巻線603が、スイッチング素子620b及びダイオード621を介してバッテリB6に接続される。その結果、補助巻線603の端子間電圧が、バッテリB6の電圧に固定される。そのため、2次巻線601の端子間電圧は、バッテリB6の電圧と、トランス60の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード630に加わる逆方向電圧を、バッテリB6の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。このとき、補助巻線603に流れる電流は、スイッチング素子620c、1次巻線600、コイル61及びダイオード621を経て還流する。そして、コンデンサ623との共振動作によりコイル61に蓄積されたエネルギーは、最終的に、トランス60を介して出力側回路63に転送される。
図7に示すスイッチング素子620b、620dがオンするとともに、スイッチング素子620a、620cがオフすると、共振動作によりコンデンサ623に蓄積されたエネルギーがコイル61に転送される(t8〜t9)。そして、コンデンサ623に蓄積されたエネルギーは、最終的に、コイル61、スイッチング素子620b、スイッチング素子620d、1次巻線600を経由する循環電流を減少させる方向に作用し、スイッチング素子620b、620dの導通損失を低減できる(t9〜t10)。
次に、効果について説明する。第6実施形態によれば、補助巻線603、604の端子間電圧をバッテリB6の電圧に固定する。そのため、補助巻線603、603の端子間電圧を確実に固定することができる。
また、第6実施形態によれば、スイッチング素子620b及びダイオード621を介して補助巻線603をバッテリB6に接続する。また、スイッチング素子620a及びダイオード622を介して補助巻線604をバッテリB6に接続する。そのため、補助巻線603、604を確実にバッテリB6の電圧に固定することができる。
さらに、第6実施形態によれば、1次巻線600と補助巻線603、604の巻数が同一になるように設定されている。これにより、補助巻線603、604の端子間電圧を第1巻線600の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、ダイオード621、622を確実に導通状態にすることができる。
(第7実施形態)
次に、第7実施形態のDC−DCコンバータについて説明する。第7実施形態のDC−DCコンバータは、第6実施形態のDC−DCコンバータに対してサージ抑制回路の構成を変更したものである。
まず、図9を参照して第7実施形態のDC−DCコンバータの構成について説明する。ここで、図9は、第7実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。なお、トランス7の1次巻線700、2次巻線701、702及び補助巻線703、704に付された・印は、巻線の巻始めを示す。
図9に示すDC−DCコンバータ7(スイッチング電源装置)は、フルブリッジ式コンバータである。DC−DCコンバータ7は、トランス70と、コイル71と、入力側回路72と、出力側回路73と、制御回路74とを備えている。トランス70、コイル71、出力側回路73及び制御回路74は、第6実施形態のトランス60、コイル61、出力側回路63及び制御回路64と同一構成である。
入力側回路72は、スイッチング回路720と、サージ抑制ダイオード721(第1サージ抑制整流素子)、722(第2サージ抑制整流素子)と、サージ抑制コンデンサ723(サージ抑制容量素子)と、補助巻線703、704とを備えている。スイッチング回路720は、第6実施形態のスイッチング回路620と同一構成である。
サージ抑制ダイオード721は、補助巻線703に直列接続されている。具体的には、サージ抑制ダイオード721のカソードが、補助巻線703の巻始め側である一端に接続されている。サージ抑制ダイオード721のアノードは、バッテリB7の負極端に接続されている。補助巻線703の他端は、バッテリB7の正極端に接続されている。直列接続されたサージ抑制ダイオード721と補助巻線703は、バッテリB7に並列接続されている。
サージ抑制ダイオード722は、補助巻線704に直列接続されている。具体的には、サージ抑制ダイオード722のカソードが、補助巻線704の巻終り側である一端に接続されている。サージ抑制ダイオード722のアノードは、バッテリB7の負極端に接続されている。補助巻線704の他端は、バッテリB7の正極端に接続されている。直列接続されたサージ抑制ダイオード722と補助巻線704は、バッテリB7に並列接続されている。
次に、図9を参照して出力側回路を構成するダイオードに加わる逆方向電圧の低減動作について説明する。ダイオード730が導通状態、ダイオード731が非導通状態になると、補助巻線704が、ダイオード722を介してバッテリB7に接続される。その結果、補助巻線704の端子間電圧が、バッテリB7の電圧に固定される。そのため、2次巻線702の端子間電圧は、バッテリB7の電圧と、トランス70の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード731に加わる逆方向電圧を、バッテリB7の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。
ダイオード730が非導通状態、ダイオード731が導通状態になると、補助巻線703が、ダイオード721を介してバッテリB7に接続される。その結果、補助巻線703の端子間電圧が、バッテリB7の電圧に固定される。そのため、2次巻線701の端子間電圧は、バッテリB7の電圧と、トランス70の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード730に加わる逆方向電圧を、バッテリB7の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。
次に、効果について説明する。第7実施形態によれば、ダイオード721を介して補助巻線703をバッテリB7に接続する。また、ダイオード722を介して補助巻線704をバッテリB7に接続する。そのため、補助巻線703、704を確実にバッテリB7の電圧に固定することができる。
なお、第7実施形態では、直列接続されたサージ抑制ダイオード721及び補助巻線703と、直列接続されたサージ抑制ダイオード722及び補助巻線704が、バッテリB7に並列接続されている例を挙げているが、これに限られるものではない。
図10に示すように、直列接続されたサージ抑制ダイオード721及び補助巻線703がスイッチング素子720dに並列接続され、直列接続されたサージ抑制ダイオード722及び補助巻線704がスイッチング素子720bに並列接続されていてもよい。この構成によれば、スイッチング素子720c及びダイオード721を介して補助巻線703をバッテリB7に接続する。また、スイッチング素子720a及びダイオード722を介して補助巻線704をバッテリB7に接続する。そのため、補助巻線703、704を確実にバッテリB7の電圧に固定することができる。
また、図11に示すように、直列接続されたサージ抑制ダイオード721及び補助巻線703がバッテリB7に並列接続され、直列接続されたサージ抑制ダイオード722及び補助巻線704がスイッチング素子720bに並列接続されていてもよい。この構成によれば、ダイオード721を介して補助巻線703をバッテリB7に接続する。また、スイッチング素子720a及びダイオード722を介して補助巻線704をバッテリB7に接続する。そのため、補助巻線703、704を確実にバッテリB7の電圧に固定することができる。
補助巻線703、704の少なくともいずれかが、ダイオード730、731の非導通時にバッテリB7の電圧に固定されるような構成であればよい。
(第8実施形態)
次に、第8実施形態のDC−DCコンバータについて説明する。第8実施形態のDC−DCコンバータは、第6実施形態のDC−DCコンバータに対し、サージ抑制回路の構成を変更するとともに、それに伴って、補助巻線の巻数を変更したものである。
まず、図12を参照して第8実施形態のDC−DCコンバータの構成について説明する。ここで、図12は、第8実施形態におけるDC−DCコンバータの回路図である。なお、トランス8の1次巻線800、2次巻線801、802及び補助巻線803、804に付された・印は、巻線の巻始めを示す。
図12に示すDC−DCコンバータ8(スイッチング電源装置)は、フルブリッジ式コンバータである。DC−DCコンバータ8は、トランス80と、コイル81と、入力側回路82と、出力側回路83と、制御回路84とを備えている。コイル81、出力側回路83及び制御回路84は、第6実施形態のトランス60、出力側回路63及び制御回路64と同一構成である。
トランス80は、1次巻線800と、2次巻線801(第1の2次巻線)と、2次巻線802(第2の2次巻線)と、補助巻線803、804とを備えている。1次巻線800の巻数は、Npに設定されている。2次巻線801、802の巻数は、1次巻線800の巻数Npより少ないNsに設定されている。補助巻線803、804の巻数は、1次巻線800の巻数の1/2であるNp/2に設定されている。1次巻線800の巻始め側である一端はコイル81に、他端は入力側回路82にそれぞれ接続されている。2次巻線801、802は、直列接続されている。2次巻線801の巻始め側である一端と、2次巻線802の巻終り側である一端は、出力側回路83にそれぞれ接続されている。補助巻線803、804の一端及び他端は、入力側回路82の構成部品にそれぞれ接続されている。
入力側回路82は、スイッチング回路820と、サージ抑制ダイオード821(第1サージ抑制整流素子)、822(第2サージ抑制整流素子)と、サージ抑制コンデンサ823(第3サージ抑制容量素子)と、サージ抑制コンデンサ824(第1サージ抑制容量素子)、825(第2サージ抑制容量素子)と、補助巻線803、804とを備えている。スイッチング回路820は、第6実施形態のスイッチング回路620と同一構成である。
サージ抑制コンデンサ824、825は、直列接続されている。サージ抑制コンデンサ824の一端は、バッテリB8の正極端に接続されている。サージ抑制コンデンサ825の一端は、バッテリB8の負極端に接続されている。
サージ抑制ダイオード821は、補助巻線803に直列接続されている。具体的には、サージ抑制ダイオード821のカソードが、補助巻線803の巻始め側である一端に接続されている。サージ抑制ダイオード821のアノードは、サージ抑制コンデンサ824、825の接続点に接続されている。補助巻線803の他端は、サージ抑制コンデンサ824の一端に接続されている。直列接続されたサージ抑制ダイオード821及び補助巻線803は、サージ抑制コンデンサ824に並列接続されている。
サージ抑制ダイオード822は、補助巻線804に直列接続されている。具体的には、サージ抑制ダイオード822のカソードが、補助巻線803の巻終り側である一端に接続されている。サージ抑制ダイオード822のアノードは、サージ抑制コンデンサ825の一端に接続されている。補助巻線804の他端は、サージ抑制コンデンサ824、825の接続点に接続されている。直列接続されたサージ抑制ダイオード822及び補助巻線804は、サージ抑制コンデンサ825に並列接続されている。
次に、図12を参照して出力側回路を構成するダイオードに加わる逆方向電圧の低減動作について説明する。ダイオード830が導通状態、ダイオード831が非導通状態になると、補助巻線804が、ダイオード822を介してサージ抑制コンデンサ825に接続される。その結果、補助巻線804の端子間電圧が、サージ抑制コンデンサ825の電圧に固定される。そのため、2次巻線802の端子間電圧は、サージ抑制コンデンサ825の電圧と、トランス80の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード831に加わる逆方向電圧を、サージ抑制コンデンサ825の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。
ダイオード830が非導通状態、ダイオード831が導通状態になると、補助巻線803が、ダイオード821を介してサージ抑制コンデンサ824に接続される。その結果、補助巻線803の端子間電圧が、サージ抑制コンデンサ824の電圧に固定される。そのため、2次巻線801の端子間電圧は、サージ抑制コンデンサ824の電圧と、トランス80の巻数比とによって決まる所定電圧に固定されることになる。従って、ダイオード830に加わる逆方向電圧を、サージ抑制コンデンサ824の電圧と巻数比によって決まる所定電圧に抑えることができる。
次に、効果について説明する。第8実施形態によれば、ダイオード824を介して補助巻線803をサージ抑制コンデンサ824に接続する。また、ダイオード825を介して補助巻線804をサージ抑制コンデンサ825に接続する。そのため、補助巻線803、804を確実にサージ抑制コンデンサ824、825の電圧に固定することができる。
また、第8実施形態によれば、補助巻線803、804の巻数が1次巻線800の巻数の1/2になるように設定されている。これにより、補助巻線803、804の端子間電圧を第1巻線800の端子間電圧と同一にすることができる。そのため、ダイオード821、822を確実に導通状態にすることができる。
1〜8・・・DC−DCコンバータ、10、20、30A、30B、40A、40B、50、60、70、80・・・トランス、100、200、300A、300B、400A、400B、500、600、700、800・・・1次巻線、101、201、301A、301B、401A、401B、501、601、701、801・・・2次巻線、102、202、203、302A、302B、402A、402B、403A、403B、502、603、604、703、704、803、804・・・補助巻線、11、21、51、61、71、81・・・コイル、12。22、32、42、52、62、72、82・・・入力側回路、120、220。320、420、520、・・・主スイッチング素子、121、221、321、421、521・・・アクティブクランプ回路、121a、221a、321a、421a、521a・・・コンデンサ、121b、221b、321b、421b、521b・・・副スイッチング素子、122、123、322、323、422、522・・・サージ抑制回路、122a、123a、222a、322a、323a、422a、522a・・・コンデンサ、122b、123b、322b、323b、422b、522b・・・ダイオード、222b、224、424、621、622、721、722、821、822・・・サージ抑制ダイオード、225、425、623、723、823〜825・・・サージ抑制コンデンサ、620、720、820・・・スイッチング回路、620a〜620d、720a〜720d、820a〜820d・・・スイッチング素子、13、23、33、43、53、63、73、83・・・出力側回路、130、131、230、231、334、335、434、435、530、630、631、730、731、830、831・・・ダイオード、132、232、732、832・・・コイル、133、233、333、433、533、633、733、833・・・コンデンサ、14、24、34、44、54、64、74、84・・・制御回路、B1〜B8・・・バッテリ、S1〜S8・・・電子装置

Claims (24)

  1. 1次巻線と2次巻線を有するトランスと、
    前記1次巻線と直流電源との間に接続されるスイッチング素子と、
    前記2次巻線と負荷との間に接続される整流素子と、
    を備えたスイッチング電源装置において、
    前記トランスは、補助巻線を有し、前記補助巻線の端子間電圧が、前記整流素子の非導通時に、所定電圧に固定されることを特徴とするスイッチング電源装置。
  2. 前記補助巻線の端子間電圧が、前記整流素子の非導通時に、前記直流電源の電圧に固定されることをと特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  3. サージ抑制容量素子とサージ抑制整流素子を並列接続して構成され、前記補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続されるサージ抑制回路を有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。
  4. 前記整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、前記第1整流素子は、前記2次巻線の一端と前記負荷の一端との間に接続され、前記第2整流素子は、前記2次巻線の他端と前記負荷の一端との間に接続され、
    クランプ容量素子とクランプスイッチング素子を直列接続して構成され、前記1次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を有し、
    前記補助巻線の端子間電圧が、前記第2整流素子の非導通時に、前記直流電源の電圧に固定され、前記第1整流素子の非導通時に、前記クランプ容量素子の端子間電圧に固定されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  5. 第1サージ抑制容量素子と第1サージ抑制整流素子を並列接続して構成され、前記補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続される第1サージ抑制回路と、
    第2サージ抑制容量素子と第2サージ抑制整流素子を並列接続して構成され、前記補助巻線と前記第1サージ抑制回路の接続点と、前記クランプ容量素子と前記クランプスイッチング素子の接続点との間に接続される第2サージ抑制回路と、
    を有することを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源装置。
  6. 前記1次巻線と前記補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする請求項3又は5に記載のスイッチング電源装置。
  7. 前記補助巻線は、第1補助巻線と、第2補助巻線とからなり、
    前記整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、前記第1整流素子は、前記2次巻線の一端と前記負荷の一端との間に接続され、前記第2整流素子は、前記2次巻線の他端と前記負荷の一端との間に接続され、
    クランプ容量素子とクランプスイッチング素子を直列接続して構成され、前記1次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を有し、
    前記第1補助巻線の端子間電圧が、前記第2整流素子の非導通時に、前記直流電源の電圧に固定され、前記第2補助巻線の端子間電圧が、前記第1整流素子の非導通時に、前記クランプ容量素子の端子間電圧に固定されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  8. 前記第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、
    前記第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記クランプ容量素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、
    前記第1補助巻線と前記第1サージ抑制整流素子の接続点と、前記第2補助巻線と前記第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続される第2サージ抑制容量素子と、
    を有することを特徴とする請求項7に記載のスイッチング電源装置。
  9. 前記1次巻線、前記第1補助巻線及び前記第2補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする請求項8に記載のスイッチング電源装置。
  10. 前記トランスは、第1トランスと、第2トランスとからなり、
    前記第1トランスと前記第2トランスの前記1次巻線、前記2次巻線及び前記補助巻線は、それぞれ直列接続され、
    前記スイッチング素子は、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記1次巻線と前記直流電源との間に接続され、
    前記整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、前記第1整流素子は、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記2次巻線の一端と前記負荷の一端との間に接続され、前記第2整流素子は、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記2次巻線の他端と前記負荷の一端との間に接続され、
    クランプ容量素子とクランプスイッチング素子を直列接続して構成され、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記1次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を有し、
    直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記補助巻線の端子間電圧が、前記第2整流素子の非導通時に、前記直流電源の電圧に固定され、前記第1整流素子の非導通時に、前記クランプ容量素子の端子間電圧に固定されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  11. 第1サージ抑制容量素子と第1サージ抑制整流素子を並列接続して構成され、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続される第1サージ抑制回路と、
    第2サージ抑制容量素子と第2サージ抑制整流素子を並列接続して構成され、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記補助巻線と前記第1サージ抑制回路の接続点と、前記クランプ容量素子と前記クランプスイッチング素子の接続点との間に接続される第2サージ抑制回路と、
    を有することを特徴とする請求項10に記載のスイッチング電源装置。
  12. 前記第1トランスと前記第2トランスの前記1次巻線及び前記補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする請求項11に記載のスイッチング電源装置。
  13. 前記トランスは、第1トランスと、第2トランスとからなり、
    前記補助巻線は、第1補助巻線と、第2補助巻線とからなり、
    前記第1トランスと前記第2トランスの前記1次巻線、前記2次巻線、前記第1補助巻線及び前記第2補助巻線は、それぞれ直列接続され、
    前記スイッチング素子は、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記1次巻線と、前記直流電源との間に接続され、
    前記整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、前記第1整流素子は、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記2次巻線の一端と、前記負荷の一端との間に接続され、前記第2整流素子は、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記2次巻線の他端と、前記負荷の一端との間に接続され、
    クランプ容量素子とクランプスイッチング素子を直列接続して構成され、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記1次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を有し、
    直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記第1補助巻線の端子間電圧が、前記第2整流素子の非導通時に、前記直流電源の電圧に固定され、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記第2補助巻線の端子間電圧が、前記第1整流素子の非導通時に、前記クランプ容量素子の端子間電圧に固定されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  14. 直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、
    直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記クランプ容量素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、
    直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記第1補助巻線と前記第1サージ抑制整流素子の接続点と、直列接続された前記第1トランスと前記第2トランスの前記第2補助巻線と前記第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続される第2サージ抑制容量素子と、
    を有することを特徴とする請求項13に記載のスイッチング電源装置。
  15. 前記第1トランスと前記第2トランスの前記1次巻線、前記第1補助巻線及び前記第2補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする請求項14に記載のスイッチング電源装置。
  16. 前記2次巻線は、第1の2次巻線と、第2の2次巻線とからなり、前記第1の2次巻線と前記第2の2次巻線は、直列接続され、
    前記補助巻線は、第1補助巻線と、第2補助巻線とからなり、
    前記整流素子は、第1整流素子と、第2整流素子とからなり、前記第1整流素子は、前記第1の2次巻線の一端と前記負荷の一端との間に接続され、前記第2整流素子は、前記第2の2次巻線の一端と前記負荷の一端との間に接続され、
    前記第1補助巻線及び前記第2補助巻線の端子間電圧の少なくともいずれかが、前記第1整流素子及び前記第2整流素子の非導通時に、前記直流電源の電圧に固定されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  17. 前記スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、
    前記1次巻線は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子の接続点と、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、
    前記第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記第1スイッチング素子に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、
    前記第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記第2スイッチング素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、
    前記第1補助巻線と前記第1サージ抑制整流素子の接続点と、前記第2補助巻線と前記第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、
    を有することを特徴とする請求項16に記載のスイッチング電源装置。
  18. 前記スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、
    前記1次巻線は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子の接続点と、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、
    前記第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、
    前記第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、
    前記第1補助巻線と前記第1サージ抑制整流素子の接続点と、前記第2補助巻線と前記第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、
    を有することを特徴とする請求項16に記載のスイッチング電源装置。
  19. 前記スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、
    前記1次巻線は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子の接続点と、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、
    前記第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記第4スイッチング素子に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、
    前記第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記第2スイッチング素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、
    前記第1補助巻線と前記第1サージ抑制整流素子の接続点と、前記第2補助巻線と前記第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、
    を有することを特徴とする請求項16に記載のスイッチング電源装置。
  20. 前記スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、
    前記1次巻線は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子の接続点と、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、
    前記第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、
    前記第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記第2スイッチング素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、
    前記第1補助巻線と前記第1サージ抑制整流素子の接続点と、前記第2補助巻線と前記第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、
    を有することを特徴とする請求項16に記載のスイッチング電源装置。
  21. 前記スイッチング素子は、第1スイッチング素子〜第4スイッチング素子からなり、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子は、直列接続された状態で前記直流電源に並列接続され、
    前記1次巻線は、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子の接続点と、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子の接続点との間に接続され、
    直列接続された状態で前記直流電源に並列接続される第1サージ抑制容量素子及び第2サージ抑制容量素子と、
    前記第1補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記第1サージ抑制容量素子に並列接続される第1サージ抑制整流素子と、
    前記第2補助巻線に直列接続され、直列接続された状態で前記第2サージ抑制容量素子に並列接続される第2サージ抑制整流素子と、
    前記第1補助巻線と前記第1サージ抑制整流素子の接続点と、前記第2補助巻線と前記第2サージ抑制整流素子の接続点との間に接続されるサージ抑制容量素子と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  22. 前記1次巻線と前記第1補助巻線と前記第2補助巻線の巻数が同一であることを特徴とする請求項17〜20のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
  23. 第1補助巻線と第2補助巻線の巻数が、1次巻線の巻数の1/2であることを特徴とする請求項21に記載のスイッチング電源装置。
  24. 車両に搭載され、電子装置に電圧を供給することを特徴とする請求項1〜23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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