JP6617588B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング素子を用いて電圧変換を行うスイッチング電源装置に関する。
スイッチング電源装置の一例として種々のDC−DCコンバータが提案され、実用に供されている(例えば、特許文献1,2)。この種のDC−DCコンバータは一般に、スイッチング素子を含むスイッチング回路(インバータ回路)と、電力変換トランス(変圧素子)と、整流平滑回路とを備えている。
米国特許出願公開第2009/0196072号明細書 米国特許第8780585号明細書
ところで、このようなDC−DCコンバータ等のスイッチング電源装置では一般に、電力変換効率を向上させることが望まれている。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電力変換効率を向上させ易くすることが可能なスイッチング電源装置を提供することにある。
本発明のスイッチング電源装置は、入力電圧が入力される入力端子対と、出力電圧が出力される出力端子対と、1次側巻線および2次側巻線をそれぞれ有するN個(N:2以上の整数)のトランスと、入力端子対とN個のトランスのそれぞれの1次側巻線との間に各々が配置され、各々がスイッチング素子を含んで構成されたN個のインバータ回路と、出力端子対と2次側巻線との間に配置されると共に、{2×(N+1)}個の整流素子と、チョークコイルと、出力端子対間に配置された容量素子とを含んで構成された整流平滑回路と、N個のトランスにおいて形成される全ての磁路に鎖交するように配置された付加巻線と、N個のインバータ回路におけるスイッチング素子の動作をそれぞれ制御するスイッチング駆動を行う駆動部とを備えたものである。整流平滑回路では、同じ向きで互いに直列配置された2個の整流素子を各々が有する(N+1)本のアームが、出力端子間において互いに並列配置されている。(N+1)本のアームのうちの互いに隣接するアーム同士の間にそれぞれ、N個のトランスにおける2次側巻線が個別にHブリッジ接続されていると共に、N個のトランスにおける2次側巻線のうちの少なくとも1つに対して、付加巻線が直列接続されている。(N+1)本のアームと容量素子との間に、チョークコイルが配置されている。
本発明のスイッチング電源装置によれば、電力変換効率を向上させ易くすることが可能となる。
本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。 図1に示したスイッチング回路の詳細構成例を表す回路図である。 図1に示したトランス等の詳細構成例を表す模式図である。 図1に示したスイッチング電源装置の動作例を表すタイミング波形図である。 図1に示したスイッチング電源装置の動作状態例を表す回路図である。 図5に続く動作状態例を表す回路図である。 図6に続く動作状態例を表す回路図である。 図7に続く動作状態例を表す回路図である。 直列接続状態の際の磁路について説明するための模式図である。 並列接続状態の際の磁路について説明するための模式図である。 直列接続状態および並列接続状態の際の動作状態例を表す模式図である。 直列接続状態および並列接続状態の際の動作状態例を表す回路図である。 図12に示した動作状態例を模式的に表した図である。 変形例1に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。 図14に示した整流平滑回路内の動作状態例を模式的に表した図である。 変形例2に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す模式図である。 変形例3に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。 変形例4に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。 変形例5に係る整流平滑回路の構成例を表す回路図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態(インバータ回路・トランスが2個ずつ設けられている場合の例)
2.変形例
変形例1(2個の2次側巻線の双方に付加巻線が直列接続されている場合の例)
変形例2(トランスの磁芯の中足部に選択的に各巻線が巻回されている場合の例)
変形例3(スイッチング回路内に偏励磁防止用の容量素子を設けた場合の例)
変形例4(スイッチング回路内に逆電圧クランプ用の整流素子を設けた場合の例)
変形例5(整流平滑回路内のチョークコイルの他の構成例)
3.その他の変形例
<1.実施の形態>
[構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置(スイッチング電源装置1)の概略構成例を回路図で表したものである。このスイッチング電源装置1は、バッテリ10(第1のバッテリ)から供給される直流入力電圧Vinを直流出力電圧Voutに電圧変換し、図示しない第2の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。ここで、スイッチング電源装置1における電圧変換の態様としては、アップコンバート(昇圧)およびダウンコンバート(降圧)のいずれであってもよい。
なお、直流入力電圧Vinは本発明における「入力電圧」の一具体例に対応し、直流出力電圧Voutは本発明における「出力電圧」の一具体例に対応する。
スイッチング電源装置1は、2個の入力端子T1,T2と、2個の出力端子T3,T4と、1個のスイッチング回路2と、2個のトランス31,32と、整流平滑回路4と、駆動回路5とを備えている。入力端子T1,T2間には直流入力電圧Vinが入力され、出力端子T3,T4の間からは直流出力電圧Voutが出力されるようになっている。
ここで、入力端子T1,T2は本発明における「入力端子対」の一具体例に対応し、出力端子T3,T4は本発明における「出力端子対」の一具体例に対応する。
なお、このスイッチング電源装置1において、入力端子T1に接続された1次側高圧ラインL1Hと、入力端子T2に接続された1次側低圧ラインL1Lとの間に、入力平滑コンデンサCinを配置するようにしてもよい。具体的には、この入力平滑コンデンサCinの第1端が1次側高圧ラインL1Hに接続されると共に、入力平滑コンデンサCinの第2端が1次側低圧ラインL1Lに接続されているようにしてもよい。この入力平滑コンデンサCinは、入力端子T1,T2から入力された直流入力電圧Vinを平滑化するためのコンデンサである。ただし、図1に示した回路構成例では、後述するスイッチング回路2内の2個のコンデンサC51,C52もそれぞれ、入力平滑コンデンサとして機能することから、この例では入力平滑コンデンサCinが設けられていない。
(スイッチング回路2)
スイッチング回路2は、入力端子T1,T2と、後述するトランス31,32における1次側巻線311,321との間に配置されている。スイッチング回路2は図1に示したように、4つのスイッチング素子S1〜S4と、4つのダイオードD1〜D4と、6つのコンデンサC1〜C4,C51,C52とを有している。このスイッチング回路2では、図1に示したように、スイッチング素子S1,S2と、スイッチング素子S3,S4と、コンデンサC51,C52とが、入力端子T1,T2間において互いに並列配置されている。
図2は、スイッチング回路2の詳細構成例を回路図で表したものである。このスイッチング回路2は、図2(A),図2(B)に示したように、2個のインバータ回路(ブリッジ回路)を含んで構成されている。具体的には、スイッチング回路2は、図2(A)に示したハーフブリッジ回路21と、図2(B)に示したハーフブリッジ回路22とを含んでいる。
なお、これらのハーフブリッジ回路21,22はそれぞれ、本発明における「インバータ回路」の一具体例に対応している。
ハーフブリッジ回路21は、図2(A)に示したように、2個のスイッチング素子S1,S2と、これらスイッチング素子S1,S2に対してそれぞれ並列接続されたコンデンサC1,C2およびダイオードD1,D2と、2個のコンデンサC51,C52とを有している。一方、ハーフブリッジ回路22は、図2(B)に示したように、2個のスイッチング素子S3,S4と、これらスイッチング素子S3,S4に対してそれぞれ並列接続されたコンデンサC3,C4およびダイオードD3,D4と、2個のコンデンサC51,C52とを有している。つまり、コンデンサC51,C52はそれぞれ、2個のハーフブリッジ回路21,22に共有された素子となっている。なお、ダイオードD1〜D4はいずれも、カソードが1次側高圧ラインL1H側に配置されると共にアノードが1次側低圧ラインL1L側に配置されており、逆方向接続状態となっている。
ハーフブリッジ回路21では、図2(A)に示したように、スイッチング素子S1,S2の第1端同士と、コンデンサC1,C2の第1端同士と、ダイオードD1のアノードとダイオードD2のカソードとが、接続点P1において互いに接続されている。コンデンサC51,C52の第1端同士は、接続点P3において互いに接続されている。スイッチング素子S1の第2端と、コンデンサC1の第2端と、ダイオードD1のカソードと、コンデンサC51の第2端とが、1次側高圧ラインL1H上の接続点P4において互いに接続されている。スイッチング素子S2の第2端と、コンデンサC2の第2端と、ダイオードD2のアノードと、コンデンサC52の第2端とが、1次側低圧ラインL1L上の接続点P5において互いに接続されている。接続点P1,P3間には、後述するトランス31の1次側巻線311が挿入配置されている。このような構成によりハーフブリッジ回路21では、後述する駆動回路5から供給される駆動信号SG1,SG2に従って各スイッチング素子S1,S2がオン・オフ動作を行うことにより、入力端子T1,T2間に印加される直流入力電圧Vinを交流電圧に変換してトランス31へ出力するようになっている。
ハーフブリッジ回路22では、図2(B)に示したように、スイッチング素子S3,S4の第1端同士と、コンデンサC3,C4の第1端同士と、ダイオードD3のアノードとダイオードD4のカソードとが、接続点P2において互いに接続されている。スイッチング素子S3の第2端と、コンデンサC3の第2端と、ダイオードD3のカソードと、コンデンサC51の第2端とが、上記した接続点P4において互いに接続されている。スイッチング素子S4の第2端と、コンデンサC4の第2端と、ダイオードD4のアノードと、コンデンサC52の第2端とが、上記した接続点P5において互いに接続されている。接続点P2,P3間には、後述するトランス32の1次側巻線321が挿入配置されている。このような構成によりハーフブリッジ回路22においても、後述する駆動回路5から供給される駆動信号SG3,SG4に従って各スイッチング素子S3,S4がオン・オフ動作を行うことにより、直流入力電圧Vinを交流電圧に変換してトランス32へ出力するようになっている。
ここで、スイッチング素子S1〜S4としては、例えば電界効果型トランジスタ(MOS−FET;Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)などのスイッチ素子が用いられる。スイッチング素子S1〜S4としてMOS―FETを用いた場合には、コンデンサC1〜C4およびダイオードD1〜D4をそれぞれ、このMOS―FETの寄生容量または寄生ダイオードから構成することが可能である。また、コンデンサC1〜C4をそれぞれ、ダイオードD1〜D4の接合容量で構成することも可能である。このように構成した場合、スイッチング素子S1〜S4とは別個にコンデンサC1〜C4やダイオードD1〜D4を設ける必要がなくなり、スイッチング回路2(ハーフブリッジ回路21,22)の回路構成を簡素化することが可能となる。
(トランス31,32および付加巻線332)
トランス31は、図1に示したように、互いに磁気的に結合された(磁気結合された)1次側巻線311および2次側巻線312を有している。1次側巻線311は、第1端が接続点P3に接続され、第2端が接続点P1に接続されている。2次側巻線312は、第1端が後述する整流平滑回路4内の接続点P7に接続され、第2端が整流平滑回路4内の接続点P8に接続されている。なお、図1中では、これら1次側巻線311および2次側巻線312における巻き始めの位置をそれぞれ、黒丸(「●」)の印にて示しており、以下同様である。このトランス31は、ハーフブリッジ回路21によって生成された交流電圧(トランス31に入力される交流電圧)を電圧変換し、2次側巻線312の端部から交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の電圧変換の度合いは、1次側巻線311における巻数Np1と2次側巻線312における巻数Ns1との巻数比(=Np1/Ns1)によって定まる。
トランス32も同様に、図1に示したように、互いに磁気結合された1次側巻線321および2次側巻線322を有している。1次側巻線321は、第1端が接続点P3に接続され、第2端が接続点P2に接続されている。2次側巻線322は、第1端が後述する整流平滑回路4内の接続点P8に接続され、第2端が整流平滑回路4内の接続点P10に接続されている。なお、図1中では、これら1次側巻線321および2次側巻線322における巻き始めの位置をそれぞれ、黒丸の印にて示しており、以下同様である。このトランス32は、ハーフブリッジ回路22によって生成された交流電圧(トランス32に入力される交流電圧)を電圧変換し、2次側巻線322の端部から交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の電圧変換の度合いも、1次側巻線321における巻数Np2と2次側巻線322における巻数Ns2との巻数比(=Np2/Ns2)によって定まる。
ここで本実施の形態では、以下の(1)式に示したように、トランス31における1次側巻線311の巻数Np1と2次側巻線312の巻数Ns1との巻数比(=Np1/Ns1)と、トランス32における1次側巻線321の巻数Np2と2次側巻線322の巻数Ns2との巻数比(=Np2/Ns2)とは、互いに等しくなっている。
(Np1/Ns1)=(Np2/Ns2) ……(1)
付加巻線332は、図1に示したように、トランス31,32における2次側巻線312,322のうちの少なくとも1つ(この例では、そのうちの2次側巻線322)に対して、直列接続されている巻線である。この付加巻線332は、詳細は後述するが(図9〜図11)、トランス31,32において形成される各磁路(後述する磁路B1,B2)に鎖交するように配置されている。また、この付加巻線332は、等価回路上では図1に示したように、2次側巻線312,322のうちの一方(2次側巻線312)と磁気的に結合された付加巻線332aと、他方(2次側巻線322)と磁気的に結合された付加巻線332bとにより構成されている。そして、これらの付加巻線332a,332b同士が互いに直列接続されていることで、付加巻線332全体が構成されるようになっている。
なお、これらの付加巻線332a,332bのうち、付加巻線332aは本発明における「第1付加巻線」の一具体例に対応し、付加巻線332bは本発明における「第2付加巻線」の一具体例に対応している。
ここで、図3は、図1に示したスイッチング回路2および整流平滑回路4の回路構成とともに、上記したトランス31,32および付加巻線332の詳細構成例を、分解斜視図にて模式的に表したものである。なお、この図3では、便宜上、上記した2個の付加巻線332a,332bをまとめて付加巻線332として図示しており、以降の同様の図面においても、まとめて図示するものとする。
これら2個のトランス31,32は、この例では図3に示したように、単一の磁気素子により構成されている。具体的には、この単一の磁気素子は、互いに対向配置された上部コアUCおよび下部コアDCを含むコア材(磁芯)と、上記した各巻線(1次側巻線311,321、2次側巻線312,322および付加巻線332)とを有している。なお、これらの各巻線は、例えば、銅(Cu)やアルミニウム(Al)などの導電性材料からなる、プリントコイルまたは板金(板状部材)を用いて構成されている。また、上部コアUCおよび下部コアDCはそれぞれ、例えばフェライトなどの磁性材料により構成されている。
上部コアUCおよび下部コアDCを含む磁芯は、この例では図3に示したように、いわゆるEIコア(EI型の形状を有する磁芯)により構成されている。具体的には、上部コアUCは、水平方向に延在する板状のベースコアUCbと、このベースコアUCbの延在方向(水平面内の一方向)に沿って間隙を介して並列配置されると共に垂直方向に沿って延びる3個の足部(足部UC0,UC1,UC2)とを有している。足部UC0は、ベースコアUCbの延在方向の中央付近(足部UC1,UC2の間)に配置されており、中足部を構成している。足部UC1,UC2はそれぞれ、ベースコアUCbの延在方向の両端部に配置されており、外足部を構成している。これらの足部UC1,UC2は、足部UC0を共有しつつこの足部UC0とともにループ磁路(後述する磁路B1,B2)をそれぞれ構成するようになっている(後述する図9〜図11参照)。一方、下部コアDCは、水平方向に延在する板状のベースコアDCbを有している。
このような上部コアUCおよび下部コアDCを含む磁芯(1個のEIコア)に対して、上記した各巻線(1次側巻線311,321、2次側巻線312,322および付加巻線332)が巻回されている。具体的にはこの例では、足部UC1に対して、1次側巻線311および2次側巻線312がそれぞれ、互いに離間しつつ水平面内で巻回されている。また、足部UC2に対して、1次側巻線321および2次側巻線322がそれぞれ、互いに離間しつつ水平面内で巻回されている。そして、足部UC0に対して、付加巻線332(付加巻線332a,332b)が水平面内で巻回されている。
ここで、上部コアUCおよび下部コアDCが、本発明における「磁芯」の一具体例に対応している。また、足部UC0が、本発明における「中足部」の一具体例に対応し、足部UC1,UC2がそれぞれ、本発明における「複数の外足部」の一具体例に対応している。
(整流平滑回路4)
整流平滑回路4は、図1に示したように、トランス31,32における2次側巻線312,322および付加巻線332と、出力端子T3,T4との間に配置されている。この整流平滑回路4は、6個の整流ダイオード411,412,421,422,431,432と、1個のチョークコイルLchと、1個の出力平滑コンデンサCoutとを有している。
なお、整流ダイオード411,412,421,422,431,432はそれぞれ、本発明における「整流素子」の一具体例に対応し、出力平滑コンデンサCoutは本発明における「容量素子」の一具体例に対応する。
この整流平滑回路4では、同じ向きで互いに直列配置された2個ずつの整流ダイオードによって、3本のアームが形成されている。具体的には、整流ダイオード411,412によって第1のアームが形成され、整流ダイオード421,422によって第2のアームが形成され、整流ダイオード431,432によって第3のアームが形成されている。また、これら第1〜第3のアームは、出力端子T3,T4間において互いに並列配置されている。具体的には、第1〜第3のアームの第1端同士の接続点(接続点Px)が、チョークコイルLchおよび出力ラインLOを介して出力端子T3に接続され、第1〜第3のアームの第2端同士の接続点が、出力端子T4から延伸する接地ラインLGに接続されている。
第1のアームでは、整流ダイオード411,412のカソードがそれぞれ、この第1のアームの上記第1端側に配置されていると共に、整流ダイオード411,412のアノードがそれぞれ、この第1のアームの上記第2端側に配置されている。具体的には、整流ダイオード411のカソードが接続点Pxに接続され、整流ダイオード411のアノードと整流ダイオード412のカソードとが接続点P7において互いに接続され、整流ダイオード412のアノードが接地ラインLGに接続されている。
同様に、第2のアームでは、整流ダイオード421,422のカソードがそれぞれ、この第2のアームの上記第1端側に配置されていると共に、整流ダイオード421,422のアノードがそれぞれ、この第2のアームの上記第2端側に配置されている。具体的には、整流ダイオード421のカソードが接続点Pxに接続され、整流ダイオード421のアノードと整流ダイオード422のカソードとが接続点P8において互いに接続され、整流ダイオード422のアノードが接地ラインLGに接続されている。
同様に、第3のアームでは、整流ダイオード431,432のカソードがそれぞれ、この第3のアームの上記第1端側に配置されていると共に、整流ダイオード431,432のアノードがそれぞれ、この第3のアームの上記第2端側に配置されている。具体的には、整流ダイオード431のカソードが接続点Pxに接続され、整流ダイオード431のアノードと整流ダイオード432のカソードとが接続点P9において互いに接続され、整流ダイオード432のアノードが接地ラインLGに接続されている。
また、これら第1〜第3のアームのうちの互いに隣接するアーム同士の間には、トランス31,32における2次側巻線312,322等が、Hブリッジ接続されている。具体的には、互いに隣接する第1のアームと第2のアームとの間に、トランス31の2次側巻線312がHブリッジ接続されている。また、互いに隣接する第2のアームと第3のアームとの間に、トランス32の2次側巻線322および前述した付加巻線332が、互いに直列接続された状態でHブリッジ接続されている。より具体的には、図1に示したように、第1のアーム上の接続点P7と第2のアーム上の接続点P8との間に、2次側巻線312が挿入配置されていると共に、第2のアーム上の接続点P8と第3のアーム上の接続点P9との間に、2次側巻線322および付加巻線332が挿入配置されている。また、この例では、第2のアームと第3のアームとの間において、第2のアーム側(接続点P8側)に2次側巻線322が配置されていると共に、第3のアーム側(接続点P9側)に付加巻線332が配置されている。そして、この付加巻線332では、2次側巻線322側(接続点P10側)に付加巻線332aが配置されていると共に、第3のアーム側(接続点P9側)に付加巻線332bが配置されている。
このような第1〜第3のアームと出力平滑コンデンサCoutとの間には、チョークコイルLchが配置されている。具体的には、これら第1〜第3のアームにおける上記第1端同士の接続点(接続点Px)と、出力平滑コンデンサCoutの第1端との間には、出力ラインLOを介してチョークコイルLchが挿入配置されている。また、第1〜第3のアームにおける上記第2端同士の接続点は、接地ラインLG上において、出力平滑コンデンサCoutの第2端に接続されている。
このような構成の整流平滑回路4では、整流ダイオード411,412,421,422,431,432により構成される整流回路において、トランス31,32から出力される交流電圧を整流して出力するようになっている。また、チョークコイルLchおよび出力平滑コンデンサCoutにより構成される平滑回路において、上記整流回路によって整流された電圧を平滑化することで、直流出力電圧Voutを生成するようになっている。なお、このようにして生成された直流出力電圧Voutは、出力端子T3,T4から第2のバッテリ(図示せず)に出力されて給電されるようになっている。
(駆動回路5)
駆動回路5は、スイッチング回路2(ハーフブリッジ回路21,22)内のスイッチング素子S1〜S4の動作をそれぞれ制御するスイッチング駆動を行う回路である。具体的には、駆動回路5は、スイッチング素子S1〜S4に対してそれぞれ駆動信号SG1〜SG4を供給することで、各スイッチング素子S1〜S4のオン・オフ動作を制御するようになっている。
ここで本実施の形態では、駆動回路5は、2個のハーフブリッジ回路21,22同士等が位相差(後述する位相差φ)を持って動作するように、スイッチング駆動を行う。換言すると、この駆動回路5は、スイッチング素子S1〜S4に対してスイッチング位相制御を行い、上記位相差を適切に設定することにより、直流出力電圧Voutを安定化させるようになっている。また、このとき駆動回路5は、詳細は後述するが、2個のハーフブリッジ回路21,22において、例えば、各スイッチング素子S1〜S4のオンデューティ期間の長さが略最大値(望ましくは最大値)となるように、スイッチング駆動を行う。なお、この駆動回路5は、本発明における「駆動部」の一具体例に対応している。
[動作および作用・効果]
(A.基本動作)
このスイッチング電源装置1では、スイッチング回路2(ハーフブリッジ回路21,22)において、入力端子T1,T2から供給される直流入力電圧Vinがスイッチングされることで、交流電圧が生成される。この交流電圧は、トランス31,32における1次側巻線311,321へ供給される。そして、トランス31,32ではこの交流電圧が変圧され、2次側巻線312,322等から変圧された交流電圧が出力される。
整流平滑回路4では、トランス31,32等から出力された交流電圧(変圧された交流電圧)が、整流ダイオード411,412,421,422,431,432によって整流された後、チョークコイルLchおよび出力平滑コンデンサCoutによって平滑化される。これにより、出力端子T3,T4から直流出力電圧Voutが出力される。そして、この直流出力電圧Voutは、図示しない第2のバッテリに給電されてその充電に供されると共に、負荷7が駆動される。
(B.詳細動作)
次に、図4〜図8を参照して、スイッチング電源装置1の詳細動作について説明する。
図4は、スイッチング電源装置1における各部の電圧波形または電流波形を、タイミング波形図で表したものである。具体的には、図4(A)〜図4(D)は、駆動信号SG1〜SG4の各電圧波形を示している。図4(E)〜図4(L)は、図1中に示したように、整流ダイオード411,412,421,422,431,432をそれぞれ流れる電流I411,I412,I421,I422,I431,I432と、1次側巻線321,311をそれぞれ流れる電流I321,I311と、の各電流波形を示している。図4(M)は、図1中に示したように、スイッチング素子S3,S4をそれぞれ流れる電流IS3,IS4の各電流波形を示し、図4(O)は、図1中に示したように、スイッチング素子S1,S2をそれぞれ流れる電流IS1,IS2の各電流波形を示している。図4(N),図4(P)は、図1中に示したように、前述した接続点P2,P1における電位を示す電圧Vp2,Vp1の各電圧波形を示している。図4(Q)は、図1中に示したように、チョークコイルLchを流れる電流ILchの電流波形を示している。図4(R)は、図1中に示したように、前述した接続点Pxと接地ラインLGとの間に印加される電圧VPxの電圧波形を示している。なお、各電圧および各電流の方向はそれぞれ、図1中において矢印で示した方向を正方向としている。
また、図5〜図8はそれぞれ、図4中に示した各タイミング(タイミングt0〜t4)におけるスイッチング電源装置1の動作状態を、回路図で模式的に表したものである。なお、図4に示した動作は、タイミングt0〜t4(前半の半周期分)の動作と、タイミングt4〜t8(=t0)(後半の半周期分)の動作とを合わせて、1周期分の動作となっている。
(B−1.前半の半周期分の動作)
最初に、図4〜図8を参照して、前半の半周期分(タイミングt0〜t4)の動作について説明する。
スイッチング素子S1〜S4の駆動信号SG1〜SG4(図4(A)〜(D))についてみると、これらのスイッチング素子S1〜S4は、2つのスイッチング素子対に区分されることが分かる。具体的には、スイッチング素子S1,S2はいずれも時間軸上における固定タイミングでオンするように制御され、「位相固定側スイッチング素子」と称される。また、スイッチング素子S3,S4はいずれも時間軸上における可変タイミングでオンするように制御され、「位相シフト側スイッチング素子」と称される。
また、これらスイッチング素子S1〜S4は、スイッチング動作のいかなる状態においても、直流入力電圧Vinが印加された入力端子T1,T2が、電気的に短絡されない組み合わせおよびタイミングで駆動される。具体的には、スイッチング素子S3,S4(位相シフト側スイッチング素子)同士は、同時にオンとなることはなく、また、スイッチング素子S1,S2(位相固定側スイッチング素子)同士も、同時にオンとなることはない。これらが同時にオンとなるのを回避するためにとられる時間的間隔は、「デッドタイム」と称される。また、2個のハーフブリッジ回路21,22同士は(スイッチング素子S1,S2とスイング素子S3,S4とは)、例えば図4中に示したように、位相差φを持って動作する。つまり、駆動回路5は、これらのスイッチング素子S1〜S4に対してスイッチング位相制御を行うようになっている。
(タイミングt0〜t1)
まず、タイミングt0よりも前の期間では、スイッチング素子S2,S4がオン状態になっていると共に、スイッチング素子S1,S3がオフ状態となっている(図4(A)〜図4(D))。次に、タイミングt0〜t1の期間では、まず、タイミングt0の直前において、スイッチング素子S2がオフ状態になっている(図4(B))と共に、タイミングt0において、スイッチング素子S1がオン状態となる(図4(A))。
つまり、図5に示したように、このタイミングt0〜t1の期間では、スイッチング素子S1,S4がそれぞれオン状態になっていると共に、スイッチング素子S2,S3がオフ状態になっている。このため、トランス31,32の1次側(スイッチング回路2)では、以下の経路を経由するループ電流Ia,Ib,Icがそれぞれ流れる(図4(K)〜図4(P))。具体的には、ループ電流Iaは、バッテリ10、入力端子T1、コンデンサC51、コンデンサC52、入力端子T2およびバッテリ10の順に経由して周回するように流れる。ループ電流Ibは、1次側巻線311、コンデンサC51、スイッチング素子S1および1次側巻線311の順に経由して周回するように流れる。ループ電流Icは、1次側巻線321、スイッチング素子S4、コンデンサC52および1次側巻線321の順に経由して周回するように流れる。
このようにして、図5に示したように、トランス31,32の1次側巻線311,321ではそれぞれ、それらの巻き始め側が正方向となるように励磁される。このため、トランス31,32の2次側巻線312,322および付加巻線332(付加巻線332a,332b)においてもそれぞれ、それらの巻き始め側が正方向となるように、電圧が出力される。
したがって、このタイミングt0〜t1の期間では、トランス31,32の2次側(整流平滑回路4)において、以下の経路を経由するループ電流Idおよび出力電流Ioutがそれぞれ流れる(図4(E)〜図4(J),図4(Q),図4(R))。ループ電流Idは、2次側巻線312、整流ダイオード411、チョークコイルLch、出力平滑コンデンサCout、整流ダイオード432、付加巻線332(付加巻線332b,332a)、2次側巻線322および2次側巻線312の順に経由して周回するように流れる。つまり、このときは、整流ダイオード411,432がそれぞれ導通していることになる。また、このときチョークコイルLchは、トランス31,32の2次側巻線312,322および付加巻線332からの各出力電圧V312,V322,V332同士の和と直流出力電圧Voutとの電位差(V312+V322+V332−Vout)によって、励磁される。なお、このときの付加巻線332からの出力電圧V332は、付加巻線332a,332bからの各出力電圧をV332a,V332bとすると、V332=(V332a+V332b)となる。一方、出力電流Ioutは、出力平滑コンデンサCout、出力端子T3、負荷7、出力端子T4および出力平滑コンデンサCoutの順に経由して周回するように流れることで、負荷7が駆動される。
このようにして、このタイミングt0〜t1の期間は、以下のような「直列接続状態(直列接続モード)」による、トランス31,32の1次側から2次側への電力伝送期間となる。すなわち、タイミングt0〜t1の期間では、2個の2次側巻線312,322および付加巻線332(2個の付加巻線332a,332b)同士が、互いに直列接続された状態(4直列接続状態)となる。換言すると、図4中に示したように、タイミングt0〜t1の期間は、2次側巻線312,322および付加巻線332a,332bにおける直列接続状態期間ΔTsとなる。
(タイミングt1〜t2)
次に、タイミングt1〜t2の期間では、まず、タイミングt1において、スイッチング素子S4がオフ状態となる(図4(D))。
すると、図6に示したように、トランス31,32の1次側では、上記したループ電流Ia,Ibとともに、以下の経路を経由するループ電流Ie,Ifがそれぞれ流れる(図4(K)〜図4(P))。具体的には、ループ電流Ieは、1次側巻線321、コンデンサC3、コンデンサC51および1次側巻線321の順に経由して周回するように流れる。ループ電流Ifは、1次側巻線321、コンデンサC4、コンデンサC52および1次側巻線321の順に経由して周回するように流れる。
これらのループ電流Ie,If(後述する「循環電流」に相当)は、トランス32のリーケージインダクタンス(図示せず)に蓄えられたエネルギーによって流れるものであり、これまでの電流方向が維持されるように流れる。換言すると、このトランス32のリーケージインダクタンスと、コンデンサC3,C4,C51,C52とが協働してLC共振回路が構成され、LC共振動作がなされることで、このようなループ電流Ie,Ifが流れる。これらのループ電流Ie,Ifが流れることによって、コンデンサC3が放電されるとともにコンデンサC4が充電され、その結果、トランス32のリーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーが、1次側のコンデンサC51へ回生される。
次いで、このようなコンデンサC3からの放電およびコンデンサC4への充電が完了すると、スイッチング素子S3のボディダイオードとしてのダイオードD3が導通する。すると、スイッチング素子S3の代わりにこのダイオードD3にループ電流が流れることで、上記したコンデンサC51への回生が行われるようになる。また、このとき、トランス32の1次側巻線321では、その巻き終わり側が正方向となる。
続いて、このようにしてダイオードD3が導通している状態で、スイッチング素子S3がオン状態となる(図4(C))。これによりZVS(ゼロボルト・スイッチング)動作が実現され、その結果、スイッチング素子S3における損失(スイッチング損失)が低減される。
また、上記したコンデンサC51への回生が完了すると、トランス32の1次側巻線321に流れる電流の向きが反転し、その結果、この1次側巻線321では、その巻き終わり側が正方向となるようにして励磁が開始される。
このような1次側での電流反転に伴い、トランス31,32の2次側では、以下のようになる(図4(E)〜図4(J),図4(Q),図4(R))。すなわち、トランス32の1次側巻線321への印加電圧の反転に伴い、このトランス32の2次側巻線322からの出力電圧V322と、付加巻線332bからの出力電圧V332bとも、それぞれ反転する。そして、これら2次側巻線322および付加巻線332bの巻き終わり側が正方向となるように、各出力電圧V322,V332bが出力される。また、詳細は後述するが、付加巻線332a,332bからの出力電圧V332a,V332b同士が打ち消し合うことに伴い、付加巻線332全体からの出力電圧V332は、0(ゼロ)Vとなる。
これによりトランス31,32の2次側では、図6に示したように、前述したループ電流Idの代わりに、以下の経路を経由するループ電流Ig,Ihがそれぞれ流れるようになる。ループ電流Igは、2次側巻線312、整流ダイオード411、チョークコイルLch、出力平滑コンデンサCout、整流ダイオード422および2次側巻線312の順に経由して周回するように流れる。また、ループ電流Ihは、2次側巻線322、付加巻線332(付加巻線332a,332b)、整流ダイオード431、チョークコイルLch、出力平滑コンデンサCout、整流ダイオード422および2次側巻線322の順に経由して周回するように流れる。つまり、このときは、整流ダイオード422,431がそれぞれ導通するようになる一方、整流ダイオード432が非導通状態となる。また、このときチョークコイルLchは、トランス31からの出力電圧V312と直流出力電圧Voutとの電位差(V312−Vout)によって、励磁される。
このようにしてタイミングt2において、以下のような「並列接続状態(並列接続モード)」による、トランス31,32の1次側から2次側への電力伝送期間となる。すなわち、タイミングt2では、2次側巻線312と、2次側巻線322および付加巻線332(付加巻線332a,332b)とが、互いに並列接続された状態(2並列接続状態)となる。換言すると、図4中に示したように、タイミングt2において、2次側巻線312,322および付加巻線332a,332bにおける並列接続状態期間ΔTpとなる。このようにして、前述した直列接続状態期間ΔTs(直列接続モードによる電力伝送期間:タイミングt0〜t1)から、直列接続状態から並列接続状態への遷移期間(タイミングt1〜t2)を経て、タイミングt2以降(タイミングt2〜t3)の並列接続状態期間ΔTp(並列接続モードによる電力伝送期間)への遷移がなされる。なお、前述したように、トランス32の1次側巻線321においてその巻き終わり側が正方向となる励磁が開始された時点が、タイミングt2に相当する。
(タイミングt2〜t3)
次に、図7に示したように、タイミングt2〜t3の期間では、スイッチング素子S1,S3がそれぞれオン状態になっていると共に、スイッチング素子S2,S4がオフ状態になっている(図4(A)〜図4(D))。このため、このタイミングt2〜t3の期間において、トランス31,32の1次側では、前述したループ電流Ia,Ibとともに、以下の経路を経由するループ電流Iiが流れる(図4(K)〜図4(P))。具体的には、このループ電流Iiは、1次側巻線321、コンデンサC51、スイッチング素子S3および1次側巻線321の順に経由して周回するように流れる。
このようにして、図7に示したように、トランス31の1次側巻線311では、その巻き始め側が正方向となるように励磁される一方、トランス32の1次側巻線321では、その巻き終わり側が正方向となるように励磁される。
したがって、トランス31の2次側巻線312においても、その巻き始め側が正方向となるように電圧が出力される一方、トランス32の2次側巻線322においても、その巻き終わり側が正方向となるように電圧が出力される。また、詳細は後述するが、付加巻線332a,332bからの出力電圧V332a,V332b同士が打ち消し合うことに伴い、付加巻線332全体からの出力電圧V332は、0(ゼロ)Vとなる。
その結果、このタイミングt2〜t3の期間では、トランス31,32の2次側(整流平滑回路4)において、前述したループ電流Ig,Ihおよび出力電流Ioutがそれぞれ流れる(図4(E)〜図4(J),図4(Q),図4(R))。
ここで、図4に示したように、このタイミングt2〜3の期間においても、上記したタイミングt1〜t2の期間と同様に、並列接続状態期間ΔTp(並列接続モードによる電力伝送期間)となっている。したがって、図7に示したように、チョークコイルLchを流れる電流は、2次側巻線312側(ループ電流Ig)と、2次側巻線322および付加巻線332側(ループ電流Ih)とに分流している。また、トランス31の1次側巻線311と直列接続されているリーケージインダクタンス(図示せず)は、電流源として機能するため、流れる電流を維持しようとする。
したがって、このタイミングt2〜t3の期間において、2次側巻線312に流れるループ電流Igの大きさは、以下のようになる。すなわち、まず、チョークコイルLchに流れる電流と等しい値から始まると共に、その後、2次側巻線322および付加巻線332に流れるループ電流Ihの比率が徐々に増加した分、このループ電流Igの比率が徐々に減少していくことになる。
(タイミングt3〜t4)
次に、タイミングt3〜t4の期間では、まず、タイミングt3において、スイッチング素子S1がオフ状態となる(図4(A))。
すると、図8に示したように、トランス31,32の1次側では、前述したループ電流Ia,Iiとともに、以下の経路を経由するループ電流Ij,Ikがそれぞれ流れる(図4(K)〜図4(P))。具体的には、ループ電流Ijは、1次側巻線311、コンデンサC51、コンデンサC1および1次側巻線311の順に経由して周回するように流れる。ループ電流Ikは、1次側巻線311、コンデンサC52、コンデンサC2および1次側巻線311の順に経由して周回するように流れる。
これらのループ電流Ij,Ik(後述する「循環電流」に相当)は、トランス31のリーケージインダクタンス(図示せず)に蓄えられたエネルギーによって流れるものであり、これまでの電流方向が維持されるように流れる。換言すると、このトランス31のリーケージインダクタンスと、コンデンサC1,C2,C51,C52とが協働してLC共振回路が構成され、LC共振動作がなされることで、このようなループ電流Ij,Ikが流れる。これらのループ電流Ij,Ikが流れることによって、コンデンサC2が放電されるとともにコンデンサC1が充電され、その結果、トランス31のリーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーが、1次側のコンデンサC52へ回生される。
次いで、このようなコンデンサC2からの放電およびコンデンサC1への充電が完了すると、スイッチング素子S2のボディダイオードとしてのダイオードD2が導通する。すると、スイッチング素子S2の代わりにこのダイオードD2にループ電流が流れることで、上記したコンデンサC52への回生が行われるようになる。また、このとき、トランス31の1次側巻線311では、その巻き終わり側が正方向となる。
続いて、このようにしてダイオードD2が導通している状態で、スイッチング素子S2がオン状態となる(図4(B))。これによりZVS動作が実現され、その結果、スイッチング素子S2における損失(スイッチング損失)が低減される。
また、上記したコンデンサC52への回生が完了すると、トランス31の1次側巻線311に流れる電流の向きが反転し、その結果、この1次側巻線311では、その巻き終わり側が正方向となるようにして励磁が開始される。なお、トランス32の1次側巻線321では、引き続き、その巻き終わり側が正方向となる励磁がなされる。
したがって、トランス31,32の2次側では、以下のようになる(図4(E)〜図4(J),図4(Q),図4(R))。すなわち、トランス31の1次側巻線311への印加電圧の反転に伴い、このトランス31の2次側巻線312からの出力電圧V312も反転し、2次側巻線312の巻き終わり側が正方向となるように出力電圧V312が出力される。また、このトランス31の1次側巻線311への印加電圧の反転に伴い、付加巻線332a,332bにおいても、それらの巻き終わり側が正方向となるように、出力電圧V332a,V332bがそれぞれ出力される。なお、トランス32の1次側巻線321では、引き続き、その巻き終わり側が正方向となるように出力電圧V322が出力される。
これによりトランス31,32の2次側では、図8に示したように、前述したループ電流Ig,Ihの代わりに、以下の経路を経由するループ電流Ilが流れるようになる。このループ電流Ilは、2次側巻線312、2次側巻線322、付加巻線332(付加巻線332a,332b)、整流ダイオード431、チョークコイルLch、出力平滑コンデンサCout、整流ダイオード412および2次側巻線312の順に経由して周回するように流れる。つまり、このときは、整流ダイオード412が導通するようになる一方、整流ダイオード411,422がそれぞれ非導通状態となる。また、このときチョークコイルLchは、トランス31,32の2次側巻線312,322および付加巻線332からの各出力電圧V312,V322,V332同士の和と直流出力電圧Voutとの電位差(V312+V322+V332−Vout)によって、励磁される。
このようにしてタイミングt4において、以下のような「直列接続状態(直列接続モード)」による、トランス31,32の1次側から2次側への電力伝送期間となる。すなわち、タイミングt4では、2次側巻線312と、2次側巻線322および付加巻線332(付加巻線332a,332b)とが、互いに直列接続された状態(4直列接続状態)となる。換言すると、図4中に示したように、タイミングt4において、2次側巻線312,322および付加巻線332a,332bにおける直列接続状態期間ΔTsとなる。このようにして、前述した並列接続状態期間ΔTp(並列接続モードによる電力伝送期間:タイミングt2〜t3)から、並列接続状態から直列接続状態への遷移期間(タイミングt3〜t4)を経て、タイミングt4以降(タイミングt4〜t5)の直列接続状態期間ΔTs(直列接続モードによる電力伝送期間)への遷移がなされる。なお、前述したように、トランス31の1次側巻線311においてその巻き終わり側が正方向となる励磁が開始された時点が、タイミングt4に相当する。以上で、前半の半周期分(タイミングt0〜t4)の動作が終了する。
(B−2.後半の半周期分の動作)
次に、図4で示したタイミングt0〜t4以降の、後半の半周期分(タイミングt4〜t8(=t0))の動作について説明する。
この後半の半周期分の動作も、基本的には図5〜図8で説明した、前半の半周期分(タイミングt0〜t4)の動作と同様である。すなわち、図4中に括弧にて示したように、タイミングt0とタイミングt4、タイミングt1とタイミングt5、タイミングt2とタイミングt6、タイミングt3とタイミングt7、タイミングt4とタイミングt8(=t0)とはそれぞれ、基本的に等価な状態(位相が180°変化して反転した状態)である。また、この後半の半周期分の動作は、前半の半周期分の動作におけるスイッチング素子S2(コンデンサC2,ダイオードD2)とスイッチング素子S3(コンデンサC3,ダイオードD3)との関係を、スイッチング素子S1(コンデンサC1,ダイオードD1)とスイッチング素子S4(コンデンサC4,ダイオードD4)との関係に置き換えたものとなっている。
したがって、この後半の半周期分の動作の詳細については、説明を省略する。以上で、図4中に示した一連の動作説明が終了となる。
(C.作用・効果)
このようにして本実施の形態のスイッチング電源装置1では、図1〜図3に示した回路構成となっていると共に、図4〜図8に示した動作がなされることで、以下の作用・効果が得られる。
すなわち、まず、駆動回路5は、2個のハーフブリッジ回路21,22同士が位相差φを持って動作するように、スイッチング駆動を行う。そして、このとき駆動回路5は、2個のトランス31,32に含まれる2次側巻線312,322同士等の接続状態が切り替わる(所定の時比率にて切り替わる)ようにスイッチング駆動を行うことで、直流出力電圧Voutの大きさを制御する。より具体的には、駆動回路5は、2次側巻線312と、2次側巻線322および付加巻線332(付加巻線332a,332b)との接続状態が切り替わるように、スイッチング駆動を行う。
ここで、図9,図10,図11(A),図11(B),図12(A),図12(B),図13(A),図13(B)に示した回路図および模式図等を参照して、このような接続状態の切り替わりによる直流出力電圧Voutの制御について、具体的に説明する。
本実施の形態では、駆動回路5は、2次側巻線312と2次側巻線322および付加巻線332との接続状態が、前述した4直列接続状態(図9,図11(A),図12(A)参照)と2並列接続状態(図10,図11(B),図12(B)参照)との間で切り替わるように、スイッチング回路2(ハーフブリッジ回路21,22)に対するスイッチング駆動を行う。換言すると、2つのトランス31,32の出力同士が同一位相のときと反対位相のときとで、このような4直列接続状態あるいは2並列接続状態を切り替えていることになる。
ここで、4直列接続状態では、まず、トランス31,32および付加巻線332において、図9中に示した向きの磁束からなる磁路(ループ磁路)B1,B2がそれぞれ形成されるとともに、図11(A)に示した向きの各電流Iが流れることになる。具体的には、磁路B1は、ベースコアUCb、足部(外足部)UC1、ベースコアDCb、足部(中足部)UC0およびベースコアUCbをそれぞれ、この順で経由する磁路となる。また、磁路B2は、ベースコアUCb、足部(外足部)UC2、ベースコアDCb、足部UC0およびベースコアUCbをそれぞれ、この順で経由する磁路となる。つまり、足部UC0内では、磁路B1,B2における各磁束が、互いに強め合う方向に生じていることになる。なお、図9および図11(A)では、前述したように、トランス31,32において形成される各磁路B1,B2に対し、付加巻線332が鎖交するように配置されていることが分かる。
また、この4直列接続状態では、図12(A)中に示したように、2次側巻線312,322および付加巻線332にはそれぞれ、実線または破線にて示した方向で、電流Isが直列的に流れる。具体的には、図1に示した整流平滑回路4の構成を参照すると、実線で示した電流Isは、整流ダイオード412、2次側巻線312、2次側巻線322、付加巻線332および整流ダイオード431をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Isは、整流ダイオード432、付加巻線332、2次側巻線322、2次側巻線312および整流ダイオード411をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。
このような4直列接続状態では、例えば図13(A)に模式的に示したようにして、整流平滑回路4内の回路上の位置と、電圧の大きさとが対応するようになる。なお、図13(A)中の実線および破線で示したグラフはそれぞれ、図12(B)中の実線および破線で示した電流Isが流れているときの電圧の大きさ(相対値)に対応している。この4直列接続状態では、電流Isによって、2次側巻線312,322および付加巻線332(付加巻線332a,332b)の部分全体として、電圧が線形に変化している。
一方、2並列接続状態では、まず、トランス31,32および付加巻線332において、図10中に示した向きの磁束からなる磁路B1,B2がそれぞれ形成されるとともに、図11(B)に示した向きの各電流Iが流れることになる。具体的には、磁路B1は、ベースコアUCb、足部UC1、ベースコアDCb、足部UC0およびベースコアUCbをそれぞれ、この順で経由する磁路となる。また、磁路B2は、ベースコアUCb、足部UC0、ベースコアDCb、足部UC2およびベースコアUCbをそれぞれ、この順で経由する磁路となる。つまり、上記した図9の場合(4直列接続状態)と比較すると、磁路B1における磁束の向きが反転し、その結果、足部UC0内では、磁路B1,B2における各磁束が、互いに打ち消し合う方向に生じていることになる。なお、図10および図11(B)においても、前述したように、トランス31,32において形成される各磁路B1,B2に対し、付加巻線332が鎖交するように配置されていることが分かる。
また、この2並列接続状態では、図12(B)中に示したように、2次側巻線312,322および付加巻線332にはそれぞれ、実線または破線にて示した組合せの方向で、電流Ip1,Ip2が互いに並列的に流れる。具体的には、図1に示した整流平滑回路4の構成を参照すると、実線で示した電流Ip1は、整流ダイオード412、2次側巻線312および整流ダイオード421をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ip1は、整流ダイオード422、2次側巻線312および整流ダイオード411をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。同様に、実線で示した電流Ip2は、整流ダイオード432、付加巻線332、2次側巻線322および整流ダイオード421をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。また、破線で示した電流Ip2は、整流ダイオード422、2次側巻線322、付加巻線332および整流ダイオード431をそれぞれ、この順序で経由するように流れる。なお、これら実線または破線で示した電流Ip1,Ip2において、太線で示したもの(2次側巻線312側)と、細線で示したもの(2次側巻線322および付加巻線332側)とはそれぞれ、電流量が相対的に大きいもの(太線)と電流量が相対的に小さいもの(細線)とを表している。
このような2並列接続状態では、例えば図13(A)に模式的に示したようにして、整流平滑回路4内の回路上の位置と、電圧の大きさとが対応するようになる。なお、図13(A)中の実線および破線で示したグラフはそれぞれ、図12(A)中の実線および破線で示した電流Ip1,Ip2が流れているときの電圧の大きさ(相対値)に対応している。この2並列接続状態では、電流Ip1,Ip2によって、2次側巻線312,322の部分において山状または谷状となるように、電圧が線形に変化している。また、付加巻線332(付加巻線332a,332b)の部分では、上記したようにして、磁路B1,B2における各磁束が互いに打ち消し合っていることに起因して、その両端間の電圧が0Vとなっている。
ここで、図2および図4に示したように、ハーフブリッジ回路21内の2個のスイッチング素子S1,S2同士は、180°の位相差にてスイッチング駆動がなされていると共に、ハーフブリッジ回路22内の2個のスイッチング素子S3,S4同士もまた、180°の位相差にてスイッチング駆動がなされている。また、これら2個のハーフブリッジ回路21,22同士は、上記したように、たとえば図4中に示した位相差φにて動作するように駆動される。
したがって、この位相差φを制御することで、上記した4直列接続状態と2並列接続状態との時比率(デューティ)を変化させることができ、その結果、直流出力電圧Voutの大きさを調整できるようになる。具体的には、位相差φを大きくすることは、駆動信号SG1と駆動信号SG4との重畳期間、および、駆動信号SG2と駆動信号SG3との重畳期間をそれぞれ長くすること、つまり、図4中に示した直列接続状態期間ΔTsを長くすることと等価である。
また、本実施の形態では、駆動回路5は、これらのハーフブリッジ回路21,22において、例えば、各スイッチング素子S1〜S4のオンデューティ期間の長さが略最大値(望ましくは最大値)となるように、スイッチング駆動を行う。
ここで、前述したように、トランス31,32による電力伝送が行われていないオフデューティ期間において、LC共振動作を利用して循環電流(例えば、ループ電流Ie,If,Ij,Ik)を発生させることで、スイッチング素子がオン状態になる際のZVS動作が実現されるようになっている。ところが、このZVS動作に必要な循環電流がオフデューティ期間に存在することから、このオフデューティ期間が長くなるのに従って電力損失が大きくなり、電力変換効率が低下してしまうことになる。
そこで本実施の形態では、上記したように、ハーフブリッジ回路21,22において、各スイッチング素子S1〜S4のオンデューティ期間の長さが略最大値となるように、スイッチング駆動が行われる。これによりオフデューティ期間が、前述したデッドタイム(図4の例では、タイミングt1〜t2,t3〜t4,t5〜6,t7〜t8の各期間)のみの短時間に限定されることになり、ZVS動作に必要な循環電流の発生が最小限に抑えられる。その結果、この循環電流が各スイッチング素子S1〜S4のボディダイオード(ダイオードD1〜D4)を流れることによる電力損失も最小限に抑えられ、電力変換効率が向上することになる。なお、このような循環電流による損失を低減するには、各スイッチング素子S1〜S4のオンデューティ期間の長さが略最大値となっていることが望ましいが、略最大値となっていなくても動作することは可能である。
以上のように本実施の形態では、スイッチング電源装置1が図1〜図3に示した回路構成となっていると共に、図4〜図8に示した動作がなされるようにしたので、ZVS動作に必要な循環電流の発生を最小限に抑えることができる。その結果、各スイッチング素子S1〜S4において電力伝送に寄与しない導通損失が減少し、電力変換効率を向上させ易くすることが可能となる。
また、このような損失が減少することで、より定格の小さい素子を使用することが可能となり、コスト削減を図ることも可能となる。更に、損失が減少することで、各スイッチング素子S1〜S4における発熱が減少することから、放熱性と絶縁性とを両立させるために必要な放熱絶縁板に求められる性能を下げることが可能となり、この点でもコスト削減を図ることが可能となる。
加えて、本実施の形態では、トランス31,32からの出力電圧(例えば図4(R)に示した電圧VPxに対応)の波形が、2段階の階段状になる。このため、整流平滑回路4内の各整流ダイオード411,412,421,422,431,432に発生するリンギングの振幅が、従来の位相シフトフルブリッジコンバータの場合と比べ、小さくなる。このように、各整流ダイオードに発生するリンギングが小さくなることから、より低い耐圧の素子を用いることが可能となる。したがって、より低い耐圧の素子を用いることが可能となることで、コスト低減を図ることや、各整流ダイオードでの損失低減を図ることが可能となる。
また、本実施の形態のスイッチング回路2および整流平滑回路4の回路構成では、例えば、スイッチング回路内に3個のハーフブリッジ回路を並列的に配置すると共に整流平滑回路内に8個の整流ダイオードを設けた(4本のアームを並列的に配置した)回路構成の場合(いわゆる「トリプル・ハーフブリッジ回路」の場合)と比べ、以下の利点を有する。すなわち、本実施の形態のスイッチング回路2および整流平滑回路4では、この「トリプル・ハーフブリッジ回路」の場合と同等の電圧範囲(直流入力電圧Vinから直流出力電圧Voutへの電圧変換の際の電圧範囲)を、より少ない素子にて確保することが可能となる。具体的には、本実施の形態では、「トリプル・ハーフブリッジ回路」の場合と比較して、スイッチング素子の個数を6個から4個に減少させ、トランスの個数を3個から2個に減少させると共に、整流ダイオードの個数を8個から6個に減少させつつ、同等の電圧範囲を実現することが可能となる。
また、言い換えると、本実施の形態では、スイッチング回路内に2個のハーフブリッジ回路を並列的に配置すると共に整流平滑回路内に6個の整流ダイオードを設けた(3本のアームを並列的に配置した)回路構成の場合(いわゆる「デュアル・ハーフブリッジ回路」の場合)と比べ、以下の利点を有する。すなわち、本実施の形態のスイッチング回路2および整流平滑回路4では、この「トリプル・ハーフブリッジ回路」の場合と同じ素子数(4個のスイッチング素子、2個のトランスおよび6個の整流ダイオード)にも関わらず、直流入力電圧Vinから直流出力電圧Voutへの電圧変換の際の電圧範囲を、より広げることが可能となる。
なお、本実施の形態では、上記した「デュアル・ハーフブリッジ回路」の場合と比べ、トランスの2次側に巻線(付加巻線332)が追加された構成となっているが、この付加巻線332が追加されても2次側であることから、1次側における巻線の個数増加の場合と比べ、省スペース化等への影響は微小であると言える。
<2.変形例>
続いて、上記実施の形態の変形例(変形例1〜5)について説明する。なお、以下の各変形例において、実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
[変形例1]
(A.構成)
図14は、変形例1に係るスイッチング電源装置(スイッチング電源装置1A)の概略構成例を、回路図で表したものである。
本変形例のスイッチング電源装置1Aは、実施の形態のスイッチング電源装置1において、2個の2次側巻線312,322の双方に対して付加巻線を直列接続させるようにしたものに対応している。なお、その他の部分の構成は、スイッチング電源装置1における構成と同様となっている。
具体的には、このスイッチング電源装置1Aでは、2次側巻線322に対して付加巻線332が直列接続されるように配置されていると共に、2次側巻線312に対して付加巻線342が直列接続されるように配置されている。これらの付加巻線332,342はそれぞれ、上記実施形態と同様に、トランス31,32において形成される各磁路(ループ磁路)に鎖交するように配置されている。
付加巻線332は、等価回路上では図14に示したように、2次側巻線312,322のうちの一方(2次側巻線312)と磁気的に結合された付加巻線332aと、他方(2次側巻線322)と磁気的に結合された付加巻線332bとにより構成されている。そして、これらの付加巻線332a,332b同士が互いに直列接続されていることで、付加巻線332全体が構成されるようになっている。また、この付加巻線332では、2次側巻線322側(接続点P10側)に付加巻線332aが配置されていると共に、前述した第3のアーム側(接続点P9側)に付加巻線332bが配置されている。
同様に、付加巻線342は、等価回路上では図14に示したように、2次側巻線312,322のうちの一方(2次側巻線312)と磁気的に結合された付加巻線342aと、他方(2次側巻線322)と磁気的に結合された付加巻線342bとにより構成されている。そして、これらの付加巻線342a,342b同士が互いに直列接続されていることで、付加巻線342全体が構成されるようになっている。また、この付加巻線342では、2次側巻線312側(接続点P11側)に付加巻線342aが配置されていると共に、前述した第2のアーム側(接続点P8側)に付加巻線342bが配置されている。
なお、これらの付加巻線342a,342bのうち、付加巻線342aは本発明における「第1付加巻線」の一具体例に対応し、付加巻線342bは本発明における「第2付加巻線」の一具体例に対応している。
(B.動作および作用・効果)
このスイッチング電源装置1Aでは、基本的には、スイッチング電源装置1と同様にして動作する。これにより本変形例においても、基本的には上記実施の形態と同様の作用により、同様の効果を得ることが可能となる。
また、特に本変形例では上記したように、2個の2次側巻線312,322の双方に対して、付加巻線(付加巻線332,342)が直列接続されている。
これにより本変形例では、図15(A),図15(B)に示した模式図を参照すると、一例として以下のようになる。なお、図15(A)は、上記実施の形態で説明した並列接続状態(2並列接続状態)の際の、整流平滑回路4内の回路上の位置と、電圧の大きさとの対応関係の一例を示している。また、図15(B)は、本変形例における並列接続状態(2並列接続状態)の際の、整流平滑回路4内の回路上の位置と、電圧の大きさとの対応関係の一例を示している。
図15(A)に示した上記実施の形態の並列接続状態と、図15(B)に示した本変形例の並列接続状態とを比較すると、付加巻線342が更に設けられている本変形例では、上記実施の形態と比べ、整流平滑回路4内における付加巻線の影響が相対的に大きくなる。その結果、実施の形態と比べて本変形例では、直列接続状態(図13(A)参照)と並列接続状態とでの電圧の大きさ(相対値)の差(電圧差)が大きくなり、直流入力電圧Vinから直流出力電圧Voutへの電圧変換の際の電圧範囲(出力電圧範囲または入力電圧範囲)が広くなる。具体的には、図15(B)の例における上記電圧差(電圧差ΔV(B))は、図15(A)の例における上記電圧差(電圧差ΔV(A))よりも大きくなる(ΔV(B)>ΔV(A))ことから、図15(B)の例では図15(A)の例と比べ、上記電圧範囲の広範化が可能となっている。
このようにして本変形例では、上記実施の形態と比べ、直流入力電圧Vinから直流出力電圧Voutへの電圧変換の際の、電圧範囲の広範化を図ることが可能となる。
[変形例2]
(A.構成)
図16は、変形例2に係るスイッチング電源装置(スイッチング電源装置1B)の概略構成例を、回路図および分解斜視図で模式的に表したものである。
本変形例のスイッチング電源装置1Bは、実施の形態のスイッチング電源装置1において、トランス31,32の代わりにトランス31B,32Bをそれぞれ設けると共に、前述した各巻線の巻回方法を変更したものに対応している。なお、その他の部分の構成は、スイッチング電源装置1における構成と同様となっている。
具体的には、このスイッチング電源装置1Bでは、トランス31B,32Bが、前述した2個のEIコア(複数の磁気素子)を用いて構成されている。詳細には、これら複数(2個)の磁気素子は、前述した上部コアUC(UC−A)および前述した下部コアDC(DC−A)を含む磁芯、または、上部コアUC(UC−B)および下部コアDC(DC−B)を含む磁芯を用いて構成されている。
そして、本変形例では上記実施の形態とは異なり、これら2個の磁芯における足部UC0,UC1,UC2のうちの足部(中足部)UC0に対して、前述した各巻線(1次側巻線311,321、2次側巻線312,322および付加巻線332)が選択的に巻回されている。具体的にはこの例では、1次側巻線311および2次側巻線312がそれぞれ、上部コアUC−Aにおける足部UC0に対して選択的に巻回されている。また、1次側巻線321および2次側巻線322がそれぞれ、上部コアUC−Bにおける足部UC0に対して選択的に巻回されている。そして、付加巻線332(付加巻線332a,332b)は、上部コアUC−Aにおける足部UC0と、上部コアUC−Bにおける足部UC0との双方に対して巻回されている。これにより、トランス31B,32Bにおいてもトランス31,32の場合と同様に、トランス31B,32Bで形成される各磁路(ループ磁路)に対し、付加巻線332が鎖交するように配置されていることになる。
(B.動作および作用・効果)
このスイッチング電源装置1Bでは、基本的には、スイッチング電源装置1と同様にして動作する。これにより本変形例においても、基本的には上記実施の形態と同様の作用により、同様の効果を得ることが可能となる。
また、特に本変形例では上記したように、トランス31B,32Bの磁芯における足部(中足部)UC0に対して、各巻線(1次側巻線311,321、2次側巻線312,322および付加巻線332)が選択的に巻回されている。
これにより本変形例では、例えば、前述したプリントコイルや板金等で各巻線を構成した場合に、トランス31B,32B全体としての省スペース化が図られ、スイッチング電源装置1B全体としての小型化を実現することも可能となる。
[変形例3]
図17は、変形例3に係るスイッチング電源装置(スイッチング電源装置1C)の概略構成例を回路図で表したものである。
本変形例のスイッチング電源装置1Cは、実施の形態のスイッチング電源装置1において、スイッチング回路2の代わりに、以下説明するスイッチング回路2Cを設けるようにしたものである。
このスイッチング回路2Cには、偏励磁防止用の容量素子(コンデンサC61,C62)が設けられている。具体的には、接続点P1とトランス31の1次側巻線311との間に、コンデンサC61が挿入配置されている。また、接続点P3とトランス32の1次側巻線321との間に、コンデンサC62が挿入配置されている。
このような構成によりスイッチング電源装置1Cでは、トランス31,32における偏励磁を抑える(望ましくは防止する)ことができ、このような偏励磁に起因した各種の不具合を回避することが可能となる。
なお、変形例1,2で説明したスイッチング電源装置1A,1Bにおいても、本変形例と同様にして、偏励磁防止用のコンデンサC61,C62を設けるようにしてもよい。
[変形例4]
図18は、変形例4に係るスイッチング電源装置(スイッチング電源装置1D)の概略構成例を回路図で表したものである。
本変形例のスイッチング電源装置1Dは、実施の形態のスイッチング電源装置1において、スイッチング回路2の代わりに、以下説明するスイッチング回路2Dを設けるようにしたものである。
このスイッチング回路2Dには、逆電圧クランプ用の整流素子(ダイオードD51,D52)が設けられている。具体的には、ダイオードD51は、アノードが接続点P6(1次側巻線311と接続点P1との間に位置する接続点)に接続されると共にカソードが1次側高圧ラインL1H(接続点P4)に接続されるようにして配置されている。また、ダイオードD52は、アノードが1次側低圧ラインL1L(接続点P5)に接続されると共にカソードが接続点P6に接続されるようにして配置されている。つまり、これらのダイオードD51,D52は、1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとの間において、接続点P6を介して互いに直列接続されるようにして配置されている。更に、このスイッチング回路2Dでは、接続点P1と接続点P6との間に、共振用インダクタLrが配置されるようになっている。
このような構成によりスイッチング電源装置1Dでは、各スイッチング素子S1〜S4のオン・オフ動作に伴うサージ電圧の発生が抑えられる。その結果、整流平滑回路4内の各整流ダイオード411,412,421,422,431,432における損失を低減することが可能となる。
なお、変形例1〜3で説明したスイッチング電源装置1A,1B,1Cにおいても、本変形例と同様にして、逆電圧クランプ用のダイオードD51,D52および共振用インダクタLrを設けるようにしてもよい。
[変形例5]
図19(A)〜図19(C)はそれぞれ、変形例5に係る整流平滑回路(整流平滑回路4C,4D,4E)の回路構成例を表したものである。具体的には、図19(A)は整流平滑回路4Cの回路構成を、図19(B)は整流平滑回路4Dの回路構成を、図19(C)は整流平滑回路4Eの回路構成を、それぞれ示している。なお、これらの図19(A)〜図19(C)ではそれぞれ、便宜上、2個の付加巻線332a,332bをまとめて付加巻線332として図示している。
本変形例の整流平滑回路4C,4D,4Eではそれぞれ、これまでに説明した整流平滑回路4とは、チョークコイルLchの構成(個数や配置など)が異なるものとなっている。
具体的には、図19(A)に示した整流平滑回路4Cでは、前述した第1〜第3のアームにおける第1端同士の接続点(接続点Px)と、出力平滑コンデンサCoutの第1端との間に、出力ラインLOを介して、互いに直列接続された2個のチョークコイルLchが挿入配置されている。また、第1〜第3のアームにおける第2端同士の接続点は、接地ラインLG上において、出力平滑コンデンサCoutの第2端に接続されている。
また、図19(B)に示した整流平滑回路4Dでは、第1〜第3のアームにおける第2端同士の接続点と、出力平滑コンデンサCoutの第2端との間に、接地ラインLGを介して1個のチョークコイルLchが挿入配置されている。また、第1〜第3のアームにおける第1端同士の接続点(接続点Px)は、出力ラインLO上において、出力平滑コンデンサCoutの第1端に接続されている。
また、図19(C)に示した整流平滑回路4Eでは、第1〜第3のアームにおける第1端同士の接続点(接続点Px)と、出力平滑コンデンサCoutの第1端との間に、出力ラインLOを介して1個のチョークコイルLchが挿入配置されている。また、第1〜第3のアームにおける第2端同士の接続点と、出力平滑コンデンサCoutの第2端との間にも、接地ラインLGを介して1個のチョークコイルLchが挿入配置されている。なお、この図19(C)に示した例において、2個のチョークコイルLchの代わりに2個の巻線をそれぞれ配置すると共に、これら2個の巻線同士が磁気的に結合されていることで、1つのチョークコイルLchが形成されるようにしてもよい。
このように、整流平滑回路内でのチョークコイルLchの構成(個数や配置など)としては、各種の態様を適用することが可能である。
<3.その他の変形例>
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態等では、スイッチング回路(インバータ回路,ブリッジ回路)の構成を具体的に挙げて説明したが、スイッチング回路の構成はこれには限られず、他の構成のものを用いるようにしてもよい。具体的には、例えば上記実施の形態等では、インバータ回路がそれぞれ、2個のスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路の場合について説明したが、これには限られず、インバータ回路がそれぞれ、4個のスイッチング素子を含むフルブリッジ回路であってもよい。また、スイッチング電源装置に含まれる各インバータ回路が、このような共通の構成を有する場合には限られず、例えば、一方のインバータ回路を2個のスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路とし、他方のインバータ回路を4個のスイッチング素子を含むフルブリッジ回路としてもよい。すなわち、スイッチング電源装置に含まれる各インバータ回路として、異なる構成を有するものを用いるようにしてもよい。更に、上記実施の形態等では、トランスのリーケージインダクタを共振用インダクタとして用いた場合を例に挙げて説明したが、これには限られず、スイッチング回路内に共振用インダクタを別途設けるようにしてもよい。具体的には、例えば、位相固定側スイッチング素子または位相シフト側スイッチング素子と1次側巻線との間に、そのような共振用インダクタを配置させるようにしてもよい。ただし、スイッチング回路内における共振用インダクタの配置位置としては、これには限られず、他の配置位置としてもよい。
また、上記実施の形態等では、整流平滑回路の構成を具体的に挙げて説明したが、整流平滑回路の構成はこれには限られず、他の構成のものを用いるようにしてもよい。具体的には、例えば、整流平滑回路内の各整流素子を、MOS−FETの寄生ダイオードにより構成するようにしてもよい。また、その場合には、このMOS−FETの寄生ダイオードが導通する期間と同期して、MOS−FET自身もオン状態となる(同期整流を行う)ようにするのが好ましい。より少ない電圧降下で整流することができるからである。なお、この場合、MOS−FETにおけるソース側に、寄生ダイオードのアノード側が配置されると共に、MOS−FETにおけるドレイン側に、寄生ダイオードのカソード側が配置されることになる。
更に、整流平滑回路内において、例えば、互いに直列接続された2次側巻線322および付加巻線332同士の配置位置を、逆としてもよい。すなわち、第2のアーム(整流ダイオード421,422)側に付加巻線332を配置すると共に、第3のアーム(整流ダイオード431,432)側に2次側巻線322を配置するようにしてもよい。また、整流平滑回路内において、例えば、第1のアームおよび2次側巻線312を、第2のアーム、2次側巻線322および付加巻線332の位置に対し、反対側(チョークコイルLch側)に配置するようにしてもよい。すなわち、第3のアーム(整流ダイオード431,432)とチョークコイルLchとの間の位置に、第1のアーム(整流ダイオード411,412)および2次側巻線312をそれぞれ配置するようにしてもよい。このように、上記実施の形態等で説明した各インバータ回路(ブリッジ回路)やトランス、整流素子およびアーム等の個数や本数としては、物理的な個数や本数には限られず、等価回路に存在する個数や本数を意味している。
加えて、上記実施の形態等では、トランスを構成する磁気素子における磁芯や巻線等の構成を具体的に挙げて説明したが、これらの構成としては、上記実施の形態等で説明したものには限られず、他の構成のものを用いるようにしてもよい。具体的には、上記実施の形態等で説明したような、1個または複数個のEIコアには限られず、例えば、1個または複数個の他の形状のコア(例えば、いわゆるUIコア等)を用いて、磁芯を構成するようにしてもよい。また、上記実施の形態等で説明したような、中足部および外足部を有する磁芯には限られず、他の形状を有する磁芯を用いるようにしてもよい。更に、各種の磁芯に対する各巻線の巻回手法についても、上記実施の形態等で説明した巻回手法には限られず、他の巻回手法を採用するようにしてもよい。
また、上記実施の形態等では、インバータ回路およびトランスの個数がそれぞれ、2個の場合(整流平滑回路内の整流素子の個数が、6個の場合)を例に挙げて説明したが、それらの個数は、この場合には限られない。具体的には、本発明は、インバータ回路およびトランスの個数がそれぞれ、N個(N:2以上の整数)の場合に適用することが可能である。つまり、上記実施の形態等で説明したN=2の場合だけでなく、N=3以上の任意の数(偶数または奇数)の場合についても同様にして、本発明を適用することが可能である。なお、その場合、整流平滑回路内の整流素子の個数は、{2×(N+1)}個となり、整流平滑回路内のアームの本数は、(N+1)本となる。また、その場合、スイッチング電源装置の動作の際の、トランスの2次側巻線同士の接続状態の種類は、整数Nにおける約数の個数(約数の組合せ)によって定まることになる。
更に、上記実施の形態等では、本発明に係るスイッチング電源装置の一例として、DC−DCコンバータを挙げて説明したが、本発明は、例えばAC−DCコンバータなどの他の種類のスイッチング電源装置にも適用することが可能である。
加えて、これまでに説明した各構成例等を、任意の組み合わせで適用してもよい。
1,1A,1B,1C,1D…スイッチング電源装置、10…バッテリ、2,2C,2D…スイッチング回路、21,22…ハーフブリッジ回路(インバータ回路)、31,32…トランス、311,321…1次側巻線、312,322…2次側巻線、332,332a,332b,342,342a,342b…付加巻線、4,4C,4D,4E…整流平滑回路、411,412,421,422,431,432…整流ダイオード、5…駆動回路、7…負荷、T1,T2…入力端子、T3,T4…出力端子、L1H…1次側高圧ライン、L1L…1次側低圧ライン、LO…出力ライン、LG…接地ライン、Vin…直流入力電圧、Vout…直流出力電圧、Iout…出力電流、Ia〜Il…ループ電流、Cout…出力平滑コンデンサ、S1〜S4…スイッチング素子、SG1〜SG4…駆動信号、D1〜D4,D51,D52…ダイオード、C1〜C4,C51,C52,C61,C62…コンデンサ、Lr…共振用インダクタ、Lch…チョークコイル、UC…上部コア、DC…下部コア、UCb,DCb…ベースコア(基体部)、UC0…足部(中足部)、UC1,UC2…足部(外足部)、P1〜P11,Px…接続点、B1,B2…磁路(ループ磁路)、t0〜t8…タイミング、φ…位相差、ΔTs…直列接続状態期間、ΔTp…並列接続状態期間。

Claims (10)

  1. 入力電圧が入力される入力端子対と、
    出力電圧が出力される出力端子対と、
    1次側巻線および2次側巻線をそれぞれ有するN個(N:2以上の整数)のトランスと、
    前記入力端子対と前記N個のトランスのそれぞれの前記1次側巻線との間に各々が配置され、各々がスイッチング素子を含んで構成されたN個のインバータ回路と、
    前記出力端子対と前記2次側巻線との間に配置されると共に、{2×(N+1)}個の整流素子と、チョークコイルと、前記出力端子対間に配置された容量素子とを含んで構成された整流平滑回路と、
    前記N個のトランスにおいて形成される全ての磁路に鎖交するように配置された付加巻線と、
    前記N個のインバータ回路における前記スイッチング素子の動作をそれぞれ制御するスイッチング駆動を行う駆動部と
    を備え、
    前記整流平滑回路では、
    同じ向きで互いに直列配置された2個の前記整流素子を各々が有する(N+1)本のアームが、前記出力端子間において互いに並列配置されており、
    前記(N+1)本のアームのうちの互いに隣接するアーム同士の間にそれぞれ、前記N個のトランスにおける前記2次側巻線が個別にHブリッジ接続されていると共に、前記N個のトランスにおける前記2次側巻線のうちの少なくとも1つに対して、前記付加巻線が直列接続されており、
    前記(N+1)本のアームと前記容量素子との間に、前記チョークコイルが配置されている
    スイッチング電源装置。
  2. 前記Nが2である
    請求項1に記載のスイッチング電源装置。
  3. 2個の前記トランスにおける2個の前記2次側巻線の各々に対して、前記付加巻線が直列接続されている
    請求項2に記載のスイッチング電源装置。
  4. 前記付加巻線が、
    2個の前記2次側巻線のうちの一方と磁気的に結合された第1付加巻線と、
    2個の前記2次側巻線のうちの他方と磁気的に結合された第2付加巻線と
    により構成されている
    請求項2または請求項3に記載のスイッチング電源装置。
  5. 2個の前記トランスが、単一の磁気素子により構成されており、
    前記単一の磁気素子が、中足部と、前記中足部を共有しつつ前記中足部とともにループ磁路をそれぞれ構成する複数の外足部と、を有する磁芯を含んで構成されており、
    前記磁芯に対して、2個の前記1次側巻線と、2個の前記2次側巻線と、前記付加巻線とが、それぞれ巻回されている
    請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
  6. 2個の前記トランスが、複数の磁気素子により構成されており、
    前記複数の磁気素子がそれぞれ、中足部と複数の外足部とを有する磁芯を含んで構成されており、
    2個の前記1次側巻線、2個の前記2次側巻線および前記付加巻線がいずれも、前記複数の磁気素子の前記中足部のいずれか、または、全てに対して巻回されている
    請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
  7. 前記駆動部は、前記N個のトランスに含まれるN個の前記2次側巻線の、導通する前記整流素子を介する前記出力端子対間に対する接続状態が切り替わるように前記スイッチング駆動を行うことにより、前記出力電圧の大きさを制御する
    請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
  8. 前記駆動部は、N個の前記2次側巻線の前記接続状態が、直列接続状態と並列接続状態との間で切り替わるように、前記スイッチング駆動を行う
    請求項7に記載のスイッチング電源装置。
  9. 前記駆動部は、前記N個のインバータ回路同士が位相差を持って動作するように、前記スイッチング駆動を行う
    請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。
  10. 前記駆動部は、前記N個のインバータ回路の各々において、前記スイッチング素子のオンデューティ期間の長さが略最大値となるように、前記スイッチング駆動を行う
    請求項9に記載のスイッチング電源装置。
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