JP5765591B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板、トランス、整流部、フィルタ部を有する電源装置に関する。

従来では、ソフトスイッチングによりスイッチング損失を低減し、かつ、循環電流損失を低減することを目的とするスイッチング電源装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。このスイッチング電源装置は、トランスの二次側に接続される整流素子と並列に接続され、スナバコンデンサを含むスナバを有する。整流素子には、ダイオードや、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ素子が用いられる。

特開２００２−２０９３８３号公報

整流素子にスナバコンデンサを並列接続することで、整流素子のオフ時に生じるサージ電圧を抑制できる。しかし、トランスの漏れインダクタンス成分と、スナバコンデンサのキャパシタンス成分とによって共振が発生する。共振の発生に伴って、サージ電圧のピーク値（振幅の最大値である。以下同じ。）が回路素子の定格を上回る場合もある。

サージ電圧のピーク値を抑制するには、スナバコンデンサの静電容量を大きく設定する方法も考えられる。ところが、静電容量を大きく設定するにつれて、スナバコンデンサに流れる電流が増えたり、スナバコンデンサの発熱量が増えたり、電力効率が悪化したりするという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、キャパシタ部（上記スナバコンデンサを含む）の静電容量を大きくすることなく、サージ電圧のピーク値を抑制することができる電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、少なくとも半導体素子を含む基板（１２）と、トランス（１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）と、整流を行う整流部（１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ）と、交流成分を低減するフィルタ部（１５）とを有する電源装置（１０）において、前記整流部に含まれる整流素子に並列接続される第１キャパシタ部（Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ）と、前記トランスの一端と他端との間に接続され、前記トランスの漏れインダクタンス成分と、前記第１キャパシタ部のキャパシタンス成分とに基づいて発生（生成とも呼べる。以下同じ。）する共振にかかる基本波（ｆ１）のピーク値を低減する一以上の高調波（ｆ２）を発生させる第２キャパシタ部（Ｃ１４ｂ）とを有することを特徴とする。

この構成によれば、第２キャパシタ部によって一以上の高調波を発生させて基本波と合成されるので、合成波（サージ電圧を含む。以下同じ。）のピーク値を抑制することができる。第１キャパシタ部と別個に第２キャパシタ部を備えればよく、第１キャパシタ部や第２キャパシタ部の各静電容量を大きくする必要がない。よって、効率の維持向上を図ることができ、第１キャパシタ部や第２キャパシタ部の発熱を抑制することができる。

第２の発明は、少なくとも半導体素子を含む基板（１２）と、トランス（１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）と、整流を行う整流部（１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ）と、交流成分を低減するフィルタ部（１５）とを有する電源装置（１０）において、一端を前記トランスの一端と前記整流部との間に接続し、他端を共通電位部（Ｎ）に接続する第１キャパシタ部（Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ）と、前記トランスの一端と他端との間に接続され、前記トランスの漏れインダクタンス成分と、前記第１キャパシタ部のキャパシタンス成分とに基づいて発生する共振にかかる基本波（ｆ１）のピーク値を低減する一以上の高調波（ｆ２）を発生させる第２キャパシタ部（Ｃ１４ｂ）とを有することを特徴とする。

この構成によれば、第２キャパシタ部によって一以上の高調波を発生させて基本波と合成されるので、合成波のピーク値を抑制することができる。第１キャパシタ部と別個に第２キャパシタ部を備えればよく、第１キャパシタ部や第２キャパシタ部の各静電容量を大きくする必要がない。よって、効率の維持向上を図ることができ、第１キャパシタ部や第２キャパシタ部の発熱を抑制することができる。

第３の発明は、前記第２キャパシタ部は、前記基本波の周波数と前記高調波の周波数とが１：ｎ（ｎは２以上の整数）になるように静電容量を設定することを特徴とする。

この構成によれば、基本波と高調波とが重ね合わさって相殺するので、合成される合成波のピーク値も抑制される。よって、サージ電圧のピーク値を大幅に抑制することができる。なお、ｎは２以上の整数であれば任意の値を設定してよい。

なお、「第１キャパシタ部」と「第２キャパシタ部」は、いずれも一のコンデンサ（キャパシタを含む。以下同じ。）で構成してもよく、複数のコンデンサで構成してもよい。複数のコンデンサで構成する場合は、直列接続を含めてもよく、並列接続を含めてもよく、直列接続と並列接続との双方を含めてもよい。「整流部」は、交流を直流に整流するように回路構成されていれば任意である。例えば、全波整流回路や半波整流回路などが該当する。「整流素子」は整流器とも呼び、交流を直流に整流する素子であれば任意である。例えば、ダイオードやトランジスタ（ＦＥＴやＩＧＢＴ等を含む）などが該当する。

電源装置の第１構成例を模式的に示す回路図である。 第１キャパシタ部の構成例を模式的に示す回路図である。 第２キャパシタ部の構成例を模式的に示す回路図である。 整流部の構成例を示す平面図である。 基本波と高調波の一例を示すタイムチャート図である。 合成波（共振周波数）の一例を示すタイムチャート図である。 サージ電圧と第１キャパシタ部の静電容量との関係を示すグラフ図である。 サージ電圧と第２キャパシタ部の静電容量との関係を示すグラフ図である。 サージ電圧の経時的変化の一例を示すグラフ図である。 電源装置の第２構成例を模式的に示す回路図である。 電源装置の第３構成例を模式的に示す回路図である。 電源装置の第４構成例を模式的に示す回路図である。 電力変換部の第２構成例を模式的に示す回路図である。 電力変換部の第３構成例を模式的に示す回路図である。 電力変換部の第４構成例を模式的に示す回路図である。 整流部の第２構成例を模式的に示す回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。連続符号は記号「〜」を用いて表記する。例えば「スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３」は、「スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３」を意味する。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図９を参照しながら説明する。図１に示す電源装置１０は、いわゆる「ＤＣ−ＤＣコンバータ」の一構成例であって、入力コネクタ１１ａを介して電力源Ｅdcから入力される電力を変換して、出力コネクタ１１ｃを介して負荷２０に出力する。この電源装置１０は、チョークコイルＬ１０、コンデンサＣ１０、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、ダイオードＤ１〜Ｄ３、基板１２、トランス１３Ａ、整流部１４Ａ、フィルタ部１５、出力安定部１６などを有する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３やダイオードＤ１〜Ｄ３等は、直流電力を交流電力に変換する点で電力変換部（第１構成例）に相当する。

電力源Ｅdcは直流電力を電源装置１０に供給する。電力源Ｅdcには、例えばバッテリや燃料電池が用いられる。電力源Ｅdcのプラス端子に接続する入力コネクタ１１ａ（＋端子）は、チョークコイルＬ１０およびコンデンサＣ１０を経て、トランス１３の１次側端子１３ｔ１ａに接続される。一方、電力源Ｅdcのマイナス端子に接続する入力コネクタ１１ａ（−端子）は、チョークコイルＬ１０やコンデンサＣ１２ｂを経て、トランス１３の１次側端子１３ｔ１ｂに接続される。チョークコイルＬ１０は入力フィルタとして機能し、コンデンサＣ１０は直流電力の充放電を繰り返し行う。

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３とは直列接続される。スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３とは並列接続される。スイッチング素子Ｑ１のソース端子と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のドレイン端子との接続点は、トランス１３Ａの１次側端子１３ｔ１ｃ，１３ｔ１ｄに接続される。二点鎖線で示すダイオードＤ１〜Ｄ３はフリーホイールダイオードとしての機能を担う。対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の寄生ダイオードでもよく、並列接続するダイオード素子などでもよい。ダイオードＤ１〜Ｄ３もまた「半導体素子」に相当する。

コンデンサＣ１０は、コンデンサＣ１２ａの一方側端子およびトランス１３Ａの１次側端子１３ｔ１ａと、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のソース端子およびコンデンサＣ１２ｂの他方側端子との間に接続される。コンデンサＣ１２ｂの一方側端子は、トランス１３Ａの１次側端子１３ｔ１ｂと接続される。コンデンサＣ１２ａは、コンデンサＣ１０の一方側端子およびトランス１３Ａの１次側端子１３ｔ１ａと、スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子との間に接続される。およびコンデンサＣ１０およびコンデンサＣ１２ｂの各他方側端子は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のソース端子に共通して接続される。

基板１２は、コンデンサＣ１２ａ，Ｃ１２ｂ、ドライブ回路１２ａ、制御回路１２ｂ、検出回路１２ｃなどを有する。「半導体素子」に相当するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、ドライブ回路１２ａから対応する制御端子Ｇ１〜Ｇ３に伝達される駆動信号（例えばＰＷＭ信号等）に基づいて個別にオン／オフが制御される。検出回路１２ｃは出力コネクタ１１ｃ（＋端子）の出力電圧（すなわち電圧Ｖｄ）を検出する。制御回路１２ｂは、電圧Ｖｄが目標電圧となるように、ドライブ回路１２ａを駆動する指令信号Ｖc^*を出力する。目標電圧は、制御回路１２ｂ内の記録媒体に予め記録したり、図示しない外部装置（例えばＥＣＵやコンピュータ等）から入力したりする。ドライブ回路１２ａは、指令信号Ｖc^*に基づいて駆動信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の制御端子Ｇ１〜Ｇ３に対応して個別に出力する。

トランス１３の一例であるトランス１３Ａは、入力側の１次側端子１３ｔ１ａ〜１３ｔ１ｄと、出力側の２次側端子１３ｔ２ａ〜１３ｔ２ｄとを有する。２次側端子１３ｔ２ａ，１３ｔ２ｄは整流部１４Ａに接続され、２次側端子１３ｔ２ｂ，１３ｔ２ｃは共通電位部Ｎに接続される。整流部１４Ａと出力コネクタ１１ｃ（＋端子）との間には、フィルタ機構（すなわちフィルタ部１５や出力安定部１６など）が接続される。図１に示す構成におけるトランス１３Ａは、トランス動作とリアクトル動作（磁気エネルギー量変換動作）とを行う。なお、共通電位部Ｎの電位は必ずしも０[Ｖ]とは限らず、接地接続されて０[Ｖ]となる。

整流部１４の一例である整流部１４Ａは、トランス１３Ａの二次端子から出力される交流信号の全波整流を行う。本形態の整流部１４Ａは、ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃ、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂなどを有する。なお、基板を含む整流部１４Ａの構成例については後述する（図４を参照）。

ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃは、いずれも「整流素子」に相当する。すなわち、ダイオードＤ１４ａのアノードは２次側端子１３ｔ２ａに接続され、ダイオードＤ１４ｂのアノードは２次側端子１３ｔ２ｄに接続される。２次側端子１３ｔ２ａはトランス１３Ａの「一端」に相当し、２次側端子１３ｔ２ｄはトランス１３Ａの「他端」に相当する。ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃのカソードは、双方ともフィルタ部１５に接続される。言い換えると、ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃのカソードは直結される。本形態のダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃには、ショットキーバリアダイオードを適用する。

第１キャパシタ部Ｃ１４ａはダイオードＤ１４ａに並列接続され、第１キャパシタ部Ｃ１４ｃはダイオードＤ１４ｃに並列接続される。すなわち、第１キャパシタ部Ｃ１４ａはダイオードＤ１４ａのアノードとカソードとの間に接続される。第１キャパシタ部Ｃ１４ｃは、ダイオードＤ１４ｃのアノードとカソードとの間に接続される。第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃの構成例については後述する（図２を参照）。

第２キャパシタ部Ｃ１４ｂは、トランス１３Ａの２次側端子１３ｔ２ａ，１３ｔ２ｄの相互間に接続される。当該接続は、ダイオードＤ１４ａのアノードと、ダイオードＤ１４ｃのアノードとの間の接続にも相当する。第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの構成例については後述する（図３を参照）。

フィルタ部１５は、整流後の交流成分を低減する機能を担い、コイルＬ１５ａ，Ｌ１５ｂやコンデンサＣ１５ａ〜Ｃ１５ｃなどを有する。具体的には、整流部１４Ａと出力コネクタ１１ｃ（＋端子）との間にコイルＬ１５ａ，Ｌ１５ｂを直列接続する。整流部１４ＡとコイルＬ１５ａとの接続点と、共通電位部Ｎおよび出力コネクタ１１ｃ（−端子）との間には、コンデンサＣ１５ａを接続する。コイルＬ１５ａとコイルＬ１５ｂとの接続点と、共通電位部Ｎおよび出力コネクタ１１ｃ（−端子）との間には、コンデンサＣ１５ｂを接続する。コイルＬ１５ｂと出力コネクタ１１ｃ（＋端子）との接続点と、共通電位部Ｎおよび出力コネクタ１１ｃ（−端子）との間には、コンデンサＣ１５ｃを接続する。

出力安定部１６は、整流に伴う電力（特に電圧）の脈動を抑制する機能を担い、一のコンデンサＣ１６または複数のコンデンサＣ１６などを有する。コンデンサＣ１６は、出力コネクタ１１ｃ（すなわち＋端子と−端子との間）に接続される。出力コネクタ１１ｃに接続される負荷２０は、電力を必要とする任意の装置や機器などを適用できる。例えば、電力源Ｅdcとは電源容量が異なるバッテリ、制御装置（ＥＣＵやコンピュータ等）、回転電機（電動機，発電機，電動発電機等）、系統（電力系統を含む）などが該当する。

上記のフィルタ部１５や出力安定部１６は、ノイズ（トランス１３Ａの漏れインダクタンスや外来ノイズ等）による影響を受ける場合もある。この場合は、破線で示す遮蔽部１１ｂによって遮蔽するとよい。具体的には、ノイズの影響を低減または遮断できる電磁シールドであれば形状，厚み，材料（素材）等は任意である。例えば、金属板（板金を含む），金属メッシュ，発泡金属等が該当する。所定形状（例えば板状や筐体状等）に成形された樹脂部材の表面や裏面に金属インクまたは同様の物質でメッキしたものでもよい。

図２には、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃの三構成例を示す。上段の「２並列３直列」は、３つのコンデンサＣａを直列接続し、３つのコンデンサＣｂを直列接続し、これらの直列接続を並列に接続する例である。中段の「２並列２直列」は、２つのコンデンサＣａを直列接続し、２つのコンデンサＣｂを直列接続し、これらの直列接続を並列に接続する例である。下段の「３並列３直列」は、３つのコンデンサＣａを直列接続し、３つのコンデンサＣｂを直列接続し、３つのコンデンサＣｃを直列接続し、これらの直列接続を並列に接続する例である。図２に示す第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃの構成例は、いずれも直列接続と並列接続を組み合わせているので、「複合接続」に相当する。図２以外の直列数と並列数で構成してもよい。

図３には、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの二構成例を示す。上段の「４並列群２直列」は、１つずつのコンデンサＣａ〜Ｃｄを並列接続して並列群とし、当該並列群を２つ直列に接続する例である。下段の「４並列群２直列」は、２つずつ直列接続するコンデンサＣａ〜Ｃｅを並列接続して並列群とし、当該並列群を２つ直列に接続する例である。図３に示す第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの構成例は、いずれも直列接続と並列接続を組み合わせているので、「複合接続」に相当する。第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの一端側（図面左側）を非相互間接続部Ｐ１とし、他端側（図面右側）を非相互間接続部Ｐ３とする。並列群相互間の中間接続部を相互間接続部Ｐ２とする。

直列接続されるコンデンサＣａ〜Ｃｅにかかる静電容量は、共振周波数がｍ次高調波（ｍは２以上の整数）に対応させて設定するとよい。一の高調波に対応して設定してもよく、相異なる複数の高調波ごとに対応して設定してもよい。以下では、一の高調波（図５の右側に示す３次高調波ｆ２）に対応して設定し、静電容量を第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃよりも大きくする例を示す。図３以外の直列数と並列数で構成してもよい。

図４に示す整流部１４Ａは、図２の上段に示す第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃと、図３の上段に示す第２キャパシタ部Ｃ１４ｂとで構成する例である。非相互間接続部Ｐ１，Ｐ３は半周期ごとに電流が流れるのに対して、相互間接続部Ｐ２は全周期で電流が流れるために発熱量が多い。そこで、相互間接続部Ｐ２のパターン面積（Ｓ２）を非相互間接続部Ｐ１，Ｐ３のパターン面積（Ｓ１，Ｓ３）よりも広く確保するとよい（Ｓ２＞Ｓ１，Ｓ３）。相互間接続部Ｐ２のパターン面積を広く確保することで、放熱し易くなる。

次に、ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃに並列接続される第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃとは別個に、ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃのアノード相互間に接続される第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの作用について図５〜図９を参照しながら説明する。

トランス１３Ａは少なからず漏れインダクタンスが存在し、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃは当然にキャパシタンスが存在する。トランス１３Ａから出力される信号（例えば電圧や電流等）は、漏れインダクタンス成分（Ｌ）とキャパシタンス成分（Ｃ）とに基づいて共振周波数（ｆ）で共振する。式で表すと次のようになる。
ｆ＝１／｛２π（ＬＣ）^1/2｝
共振周波数の波形は、基本波（１次高調波）に相当する。図５の左側には、基本波ｆ１の一例を示す。基本波ｆ１のピーク値を小さくするには、ｍ次高調波（ｍは２以上の整数）の波形を重ね合わせて合成すればよい。図５の右側には、例えばｍ＝３のときの高調波である３次高調波ｆ２の一例を示す。基本波ｆ１の周波数と３次高調波ｆ２の周波数とは、１：３の関係がある。図５に示す基本波ｆ１と３次高調波ｆ２とを合成すると、図６に示す合成波ｆ３になる。図６で明らかなように、実線で示す合成波ｆ３のピーク値Ｖｐｂは、二点鎖線で示す基本波ｆ１のピーク値Ｖｐａよりも小さくなる（Ｖｐｂ＜Ｖｐａ）。

基本波ｆ１（サージ電圧Ｖｓ）のピーク値は、図７に示すように第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃを大きくすれば低減することも可能である。第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃを静電容量ｃ１に設定するとサージ電圧Ｖｓａが生じるのに対して、静電容量ｃ２に設定するとサージ電圧Ｖｓｂ（Ｖｓｂ＜Ｖｓａ）が生じる。静電容量を大きく設定すると、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃに流れる電流が増えるに伴って、発熱量が増えたり、電力効率が悪化したりする。そこで、本形態では第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃの静電容量を小さく設定する。

これに対して、３次高調波ｆ２（サージ電圧Ｖｓ）のピーク値は、図８に示すように第２キャパシタ部Ｃ１４ｂに応じて増減する。第２キャパシタ部Ｃ１４ｂを小さい静電容量ｃ３に設定しても、大きい静電容量ｃ７に設定しても、サージ電圧Ｖｓは大きくなる。一方、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂを静電容量ｃ５（ｃ３＜ｃ５＜ｃ７）に設定すると、サージ電圧Ｖｓを最小に抑えることができる。サージ電圧Ｖｓの閾値Ｖｓｔに対応する静電容量ｃ４から静電容量ｃ６までの範囲内で静電容量ｃ５（ｃ４＜ｃ５＜ｃ６）を設定してもよい。この設定でも、従来よりもサージ電圧Ｖｓのピーク値を小さく抑えられる。

サージ電圧Ｖｓにかかる経時的変化の一例を図９に示す。第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃを備えて第２キャパシタ部Ｃ１４ｂを備えない場合の経時的変化を二点鎖線で示す。第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃと第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの双方を備える場合の経時的変化を実線で示す。図９で明らかなように、実線で示すサージ電圧Ｖｓのピーク値Ｖｐｄは、二点鎖線で示すサージ電圧Ｖｓのピーク値Ｖｐｃよりも小さい（Ｖｐｄ＜Ｖｐｃ）。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）電源装置１０において、整流部１４Ａに含まれるダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃ（整流素子）に並列接続される第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃと、トランス１３Ａの漏れインダクタンス成分と、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃのキャパシタンス成分とに基づいて発生する共振にかかる基本波ｆ１のピーク値Ｖｐａを低減する３次高調波ｆ２（一以上の高調波）を発生させる第２キャパシタ部Ｃ１４ｂとを有する構成とした（図１を参照）。この構成によれば、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂによって一以上の高調波を発生させて基本波ｆ１と合成されるので、合成波ｆ３（サージ電圧Ｖｓ）のピーク値Ｖｐｂを抑制することができる。第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃと別個に第２キャパシタ部Ｃ１４ｂを備えればよく、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃや第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの各静電容量を大きくする必要がない。よって、効率の維持向上を図ることができ、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃや第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの発熱を抑制することができる。

（３）第２キャパシタ部Ｃ１４ｂは、基本波ｆ１の周波数と３次高調波ｆ２（高調波）の周波数とが１：３（ｎ＝３）になるように静電容量を設定する構成とした（図８，図９を参照）。この構成によれば、基本波ｆ１と３次高調波ｆ２とが重ね合わさって相殺するので、合成される合成波ｆ３のピーク値も抑制される。よって、サージ電圧Ｖｓのピーク値を大幅に抑制することができる。なお本形態ではｎ＝３を適用したが、２以上の整数であれば任意の値を設定してよく、同様の作用効果が得られる。

（４）第２キャパシタ部Ｃ１４ｂは、トランス１３Ａの２次側端子１３ｔ２ａ（一端）と２次側端子１３ｔ２ｄ（他端）との間に接続される構成とした（図１を参照）。この構成によれば、トランス１３Ａに少なからず存在する漏れインダクタンスと、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂのキャパシタンスとに基づく共振にかかる３次高調波ｆ２（高調波）を確実に発生させる。基本波ｆ１と３次高調波ｆ２とが重ね合わさって相殺するので、合成波ｆ３（サージ電圧Ｖｓ）のピーク値Ｖｐｃを確実に抑制することができる（図９を参照）。

（５）並列接続される複数の第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃと、並列接続される複数の第２キャパシタ部Ｃ１４ｂとのうちで一方または双方を有する構成とした（図２，図３を参照）。この構成によれば、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃの総静電容量や第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの総静電容量を大きく確保することができるので、発熱を抑制することができる。

（６）第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃと第２キャパシタ部Ｃ１４ｂとのうちで一方または双方は、直列接続される複数のコンデンサＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅを有する構成とした（図２，図３を参照）。この構成によれば、各コンデンサＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅの静電容量を小さく抑えられる。流れる電流も小さく抑えられるので、効率の維持向上を図ることができる。

（７）複数のコンデンサＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅの相互間を接続する相互間接続部Ｐ２は、コンデンサＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅの相互間以外の非相互間接続部Ｐ１，Ｐ３よりも広い面積で形成される構成とした（図３，図４を参照）。この構成によれば、電流が集中して流れる相互間接続部Ｐ２を広い面積で形成するので、放熱し易い。

（８）並列接続される複数の第２キャパシタ部Ｃ１４ｂは、ｍ次高調波（３次高調波ｆ２を含む）に対応する静電容量を設定する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、基本波ｆ１と重ね合わせる３次高調波ｆ２によって、合成波ｆ３のピーク値Ｖｐｂをより小さく抑制することができる。３次高調波ｆ２以外のｍ次高調波に対応する静電容量を設定しても、同様の作用効果が得られる。

（９）第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの静電容量は、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃの静電容量よりも大きく設定する構成とした（図８，図９を参照）。この構成によれば、３次高調波ｆ２のピークと基本波ｆ１のピークと合わせて相殺することで、合成波ｆ３のピーク値Ｖｐｂをより小さく抑制することができる。

（１０）整流部１４Ａ（ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃ）は、ショットキーバリアダイオードである構成とした（図１，図９を参照）。この構成によれば、ショットキーバリアダイオードは逆電流が流れない特性を有するので、トランス１３Ａに向かう逆電流を防止し、合成波ｆ３のピーク値Ｖｐｂをより小さく抑制することができる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図１０を参照しながら説明する。なお、電源装置１０の構成等は実施の形態１と同様であり、図示および説明を簡単にするために実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、整流部１４の構成である。具体的には、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃの接続である。実施の形態１では、ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃに並列接続する。これに対して実施の形態２では、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃの片側を共通電位部Ｎに接続する。

図１０の整流部１４Ｂは整流部１４の一例であり、図１に示す整流部１４Ａに代えて備えられ、全波整流を行う。第１キャパシタ部Ｃ１４ａは、一端をトランス１３Ａの２次側端子１３ｔ２ａ（一端）とダイオードＤ１４ａ（アノード側）との間に接続し、他端を共通電位部Ｎに接続する。第１キャパシタ部Ｃ１４ｃは、一端をトランス１３Ａの２次側端子１３ｔ２ｄ（一端）とダイオードＤ１４ｃ（アノード側）との間に接続し、他端を共通電位部Ｎに接続する。

上述した実施の形態２によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお、整流部１４Ｂを除く電源装置１０の構成については実施の形態１と同様であるので、実施の形態１に示す（３）〜（１０）と同様の作用効果を得ることができる。

（２）電源装置１０において、一端をトランス１３Ａの一端と整流部１４Ｂとの間に接続し、他端を共通電位部Ｎに接続する第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃと、トランス１３Ａの漏れインダクタンス成分と、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃのキャパシタンス成分とに基づいて発生する共振にかかる基本波ｆ１のピーク値Ｖｐａを低減する３次高調波ｆ２（一以上の高調波）を発生させる第２キャパシタ部Ｃ１４ｂとを有する構成とした（図１０を参照）。この構成によれば、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂによって一以上の高調波を発生させて基本波ｆ１と合成されるので、合成波ｆ３（サージ電圧Ｖｓ）のピーク値Ｖｐｂを抑制することができる。第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃと別個に第２キャパシタ部Ｃ１４ｂを備えればよく、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃや第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの各静電容量を大きくする必要がない。よって、効率の維持向上を図ることができ、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃや第２キャパシタ部Ｃ１４ｂの発熱を抑制することができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１，２に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１，２に示すトランス１３Ａは、１次側に４つのコイル（巻線とも呼ぶ。以下同じ。）を備え、２次側に２つのコイルを備える構成とした（図１，図１０を参照）。この形態に代えて、トランス１３Ａ以外のコイル数で構成されるトランス１３を用いてもよい。例えば図１１，図１２，図１４，図１５に示すトランス１３Ｂは、１次側と２次側の両方とも１つのコイルを備える構成である。図１３に示すトランス１３Ｃは、１次側に２つのコイルを備え、２次側に１つのコイルを備える構成である。

図１１〜図１５に示すトランス１３Ｂ，１３Ｃを用いる場合の整流部１４は、図１１に示す整流部１４Ｃや、図１２に示す整流部１４Ｄなどのように構成する。図１１の整流部１４Ｃは全波整流を行う機能を担い、ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃ、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂなどを有する。図１，図１０の整流部１４ＡはダイオードＤ１４ｃのアノードを出力コネクタ１１ｃ（−端子）に接続しない。これに対して、図１１の整流部１４ＣはダイオードＤ１４ｃのアノードを出力コネクタ１１ｃ（−端子）に接続する点が相違する。図１２の整流部１４Ｄは半波整流を行う機能を担い、ダイオードＤ１４ａ、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂなどを有する。第２キャパシタ部Ｃ１４ｂがトランス１３Ｂの２次側端子１３ｔ２ａ，１３ｔ２ｂの相互間に接続される点は、実施の形態１，２と同じである（図１，図１０を参照）。ただし、２次側端子１３ｔ２ｂ（片側）は共通電位部Ｎに接続される点が実施の形態１，２と相違する。整流部１４Ｃ，１４Ｄで構成しても、合成波ｆ３（サージ電圧Ｖｓ）のピーク値を低減させるために、一以上の高調波を第２キャパシタ部Ｃ１４ｂによって発生させる点は同じである。よって実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

図１３に示すトランス１３Ｃと図１４，図１５に示すトランス１３Ｂのように、２次側に２つのコイル（実線と二点鎖線で図示）を備える構成としてもよい。この場合の整流部１４は、図１に示す整流部１４Ａや、図１０に示す整流部１４Ｂなどのように構成する。よって実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２に示す基板１２は、電力源Ｅdcの直流電力を交流電力に変換する電力変換部として、３つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３を有する構成とした（図１，図１０を参照）。この形態に代えて、スイッチング素子を一以上の素子数で電力変換部を構成してもよい。素子数によっては、コイル（インダクタ）やコンデンサ等を含めてもよい。他の構成例は、図１１（図１２）、図１３、図１４、図１５にそれぞれ示す。ただし、図１３〜図１５ではチョークコイルＬ１０とコンデンサＣ１０の図示を省略する。

図１１と図１２に示す電力変換部は、いずれも１つのスイッチング素子Ｑ１で構成する例である。図１１の電力変換部は、トランス１３Ｂの２次側に整流部１４Ｃを接続するので、「シングルフォワード型」と呼ばれる。図１２の電力変換部は、トランス１３Ｂの２次側に整流部１４Ｄを接続するので、「フライバック型」と呼ばれる。ドライブ回路１２ａはスイッチング素子Ｑ１の制御端子Ｇ１に駆動信号を伝達する。

図１３と図１４に示す電力変換部は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２で構成する例である。図１３に示す電力変換部は「プッシュプル型」と呼ばれる。電力源Ｅdcは、プラス端子をトランス１３Ｃの１次側端子１３ｔ１ｂ，１３ｔ１ｃに接続し、マイナス端子を直列接続されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点（中間点）に接続する。図１４に示す電力変換部は「ハーフブリッジ型」と呼ばれる。トランス１３Ｂの１次側端子１３ｔ１ａは、直列接続されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点（中間点）に接続する。同じく１次側端子１３ｔ１ｂは、直列接続されるコンデンサＣ１１，Ｃ１２の接続点（中間点）に接続する。ドライブ回路１２ａはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の制御端子Ｇ１，Ｇ２にそれぞれ個別に駆動信号を伝達する。

図１５に示す電力変換部は「フルブリッジ型」と呼ばれ、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４で構成する例である。トランス１３Ｂの１次側端子１３ｔ１ａは、直列接続されるスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４の接続点（中間点）に接続する。同じく１次側端子１３ｔ１ｂは、直列接続されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３の接続点（中間点）に接続する。図１４に示すハーフブリッジ型の電力変換部と比べると、２つのコンデンサの代えて２つのスイッチング素子を用いる。ドライブ回路１２ａはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の制御端子Ｇ１〜Ｇ４にそれぞれ個別に駆動信号を伝達する。

図１１，図１３〜図１５に示す構成におけるトランス１３（１３Ｂ，１３Ｃ）の２次側コイルは、トランス動作を行い、リアクトル動作を行わない。よって、フィルタ部１５はコイルＬ１５ａにリアクトル動作を行わせるため、図１や図１０に示すコンデンサＣ１５ａが不要になる。一方、図１２に示す構成におけるトランス１３（１３Ｂ，１３Ｃ）の２次側コイルは、実施の形態１，２に示すトランス１３Ａと同様に、トランス動作とリアクトル動作とを行う。よって、フィルタ部１５は図１や図１０と同様にフィルタとして機能させるためのコンデンサＣ１５ａが必要になる。このように、トランス１３がリアクトル動作を兼ねるか否かでコンデンサＣ１５ａの要否が決まる。したがって、トランス１３がリアクトル動作を行わない場合は、フィルタ部１５における所要のコンデンサＣ１５ａを無くせる分だけコストを抑制することができる。

図１１〜図１５に示すように、素子数を異ならせて電力変換部を構成しても、電力源Ｅdcの直流電力を交流電力に変換することができる。図１〜図１５に示すトランス１３の１次側回路と２次側回路とをどのように組み合わせてもよい。よって、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２では、全波整流を行うため、２つのダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃを有する整流部１４（１４Ａ，１４Ｂ）を備える構成とした（図１，図１０を参照）。図１２に示す整流部１４Ｄは、半波整流を行うため、１つのダイオードＤ１４ａを有する構成とした。これらの形態に代えて、全波整流や半波整流を行う他の整流部１４で構成してもよい。全波整流を行う他の整流部１４の一例を図１６に示す。図１６に示す整流部１４Ｅは、ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃ，Ｄ１４ｄ，Ｄ１４ｅ、第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ，Ｃ１４ｄ，Ｃ１４ｅ、第２キャパシタ部Ｃ１４ｂなどを有する。ダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃ，Ｄ１４ｄ，Ｄ１４ｅは、ダイオードブリッジを形成する。第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ，Ｃ１４ｄ，Ｃ１４ｅは、それぞれ対応するダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃ，Ｄ１４ｄ，Ｄ１４ｅに並列接続される。他の整流回路で構成する場合でも同様である。これらの構成であっても、合成波ｆ３（サージ電圧Ｖｓ）のピーク値を低減させるために、一以上の高調波を第２キャパシタ部Ｃ１４ｂによって発生させる点は同じである。よって、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２では、整流素子（整流器）としてダイオードＤ１４ａ，Ｄ１４ｃを用いる構成とした（図１，図１０を参照）。この形態に代えて、ダイオードに代えて他の整流素子を用いる構成としてもよい。他の整流素子には、例えばトランジスタ（ＦＥＴやＩＧＢＴ等を含む）やサイリスタなどが該当する。二種類以上の整流素子を混在させる構成としてもよい。整流素子の種類が相違するに過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２では、整流部１４は第１キャパシタ部Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃや第２キャパシタ部Ｃ１４ｂを含み、フィルタ部１５はコンデンサＣ１５ａ，Ｃ１５ｂ，Ｃ１５ｃを含み、出力安定部１６はコンデンサＣ１６を含む構成とした（図３，図６を参照）。この構成に代えて、一以上のコンデンサをキャパシタに代えて構成してもよい。キャパシタを用いる場合でもコンデンサと同等に作用するので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２では、フィルタ部１５は、コイルＬ１５ａ，Ｌ１５ｂを含む構成とした（図３，図６を参照）。この構成に代えて、一以上のコイルをリアクトルに代えて構成してもよい。リアクトルを用いる場合でもコイルと同等に作用するので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

１０ 電源装置
１２ 基板
１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ） トランス
１４（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ） 整流部
Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ，Ｃ１４ｄ，Ｃ１４ｅ 第１キャパシタ部
Ｃ１４ｂ 第２キャパシタ部
Ｄ１４ａ，Ｄ１４ｃ，Ｄ１４ｄ，Ｄ１４ｅ ダイオード（整流素子）
１５ フィルタ部
Ｖｐａ，Ｖｐｂ ピーク値
ｆ１ 基本波
ｆ２ ３次高調波（ｍ次高調波）
ｆ３ 合成波

Claims (10)

1. 少なくとも半導体素子を含む基板（１２）と、トランス（１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）と、整流を行う整流部（１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ）と、交流成分を低減するフィルタ部（１５）とを有する電源装置（１０）において、
   前記整流部に含まれる整流素子に並列接続される第１キャパシタ部（Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ）と、
   前記トランスの一端と他端との間に接続され、前記トランスの漏れインダクタンス成分と、前記第１キャパシタ部のキャパシタンス成分とに基づいて発生する共振にかかる基本波（ｆ１）のピーク値を低減する一以上の高調波（ｆ２）を発生させる第２キャパシタ部（Ｃ１４ｂ）と、
   を有することを特徴とする電源装置。
2. 少なくとも半導体素子を含む基板（１２）と、トランス（１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ）と、整流を行う整流部（１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ）と、交流成分を低減するフィルタ部（１５）とを有する電源装置（１０）において、
   一端を前記トランスの一端と前記整流部との間に接続し、他端を共通電位部（Ｎ）に接続する第１キャパシタ部（Ｃ１４ａ，Ｃ１４ｃ）と、
   前記トランスの一端と他端との間に接続され、前記トランスの漏れインダクタンス成分と、前記第１キャパシタ部のキャパシタンス成分とに基づいて発生する共振にかかる基本波（ｆ１）のピーク値を低減する一以上の高調波（ｆ２）を発生させる第２キャパシタ部（Ｃ１４ｂ）と、
   を有することを特徴とする電源装置。
3. 前記第２キャパシタ部は、前記基本波の周波数と前記高調波の周波数とが１：ｎ（ｎは２以上の整数）になるように静電容量を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記第１キャパシタ部は、複数のコンデンサ（Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ）を有し、
   前記複数のコンデンサは、並列接続、直列接続、並列接続と直列接続とを組み合わせた複合接続のいずれかで接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。
5. 前記第２キャパシタ部は、複数のコンデンサ（Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅ）を有し、
   前記複数のコンデンサは、並列接続、直列接続、並列接続と直列接続とを組み合わせた複合接続のいずれかで接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置。
6. 前記複数のコンデンサの相互間を接続する相互間接続部（Ｐ２）は、前記コンデンサの相互間以外の非相互間接続部（Ｐ１，Ｐ３）よりも広い面積で形成されることを特徴とする請求項４または５に記載の電源装置。
7. 直列接続される前記複数のコンデンサを有し、
   前記コンデンサは、ｍ次（ｍは２以上の整数）の高調波ごとに対応する静電容量を設定することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の電源装置。
8. 前記第２キャパシタ部の静電容量は、前記第１キャパシタ部の静電容量よりも大きく設定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電源装置。
9. 前記整流部は、ショットキーバリアダイオード（Ｄ１４ａ，Ｄ１４ｃ）であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電源装置。
10. 前記フィルタ部は、前記トランスがリアクトル動作を行わない構成では、所要のコンデンサ（Ｃ１５ａ）を無くすことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の電源装置。

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