JPH0638523A

JPH0638523A - ２石フォワードコンバータ

Info

Publication number: JPH0638523A
Application number: JP18483092A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Otsu; 智大津; Katsuhiko Yamamoto; 克彦山本; Takashi Yamashita; 隆司山下
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】２石フォワードコンバータの高周波化を図
る。【構成】トランス４の１次巻線のセンタータップ４４
を、タップ４４で分割された巻回数比率の電位に固定す
る。その１次巻線（Ｐ１，Ｐ２）は同一層に巻き、その
２次巻線（Ｓ１）は、巻始め（３）を出力整流用素子５
１とチョークコイル７１を経由して負荷９１のプラス端
子に接続する。また、その２次巻線の巻き終わり（４）
は、負荷９１のマイナス端子に接続するとともに、セン
タータップ４４に隣接させ、１次巻線と２次巻線の電位
変化が同一になる方向に、巻回数毎に１次巻線（Ｐ１）
の上層に２次巻線（Ｓ１）を巻く。このような巻線配置
と２次側回路構成により、トランス４の１次・２次巻線
間のすべての電位差の時間変化がなくなるように動作さ
せ、１次・２次巻線間容量がトランスのリセットに関与
しなくなるようしてリセット時間を短縮させ、高周波化
を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源等の
小形化に有利な２石フォワードコンバータに関し、特に
そのスイッチング周波数の高周波化のための改良に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スイッチング電源用のコンバータ
としては、スイッチ素子を１個使用する１石フォワード
コンバータと２個使用する２石フォワードコンバータが
知られている。このうち、２石フォワードコンバータは
１石フォワードコンバータと比較して、原理的には耐圧
が低く安価なスイッチ素子が使用できる利点を有してい
る。

【０００３】２石フォワードコンバータの従来例の構成
を図１１に示す。この従来例を構成するものとして、１
は直流入力電源、２は第１のスイッチ素子、３は第２の
スイッチ素子、４はトランス、５１は出力整流用素子、
６１は出力フライホイール用素子、７１は出力平滑用チ
ョークコイル、８１は出力平滑用コンデンサ、９１は負
荷、１０は第１のスイッチ素子２の駆動回路、１１は第
２のスイッチ素子３の駆動回路、４１はトランス４のセ
ンタータップを有する１次巻線、４２はトランス４の２
次巻線、４４はトランス４の１次巻線４１のセンタータ
ップ、１２は第１のスイッチ素子２と第２のスイッチ素
子３を駆動するための信号源、１３，１４はセンタータ
ップ４４と一端が接続されているコンデンサである。な
お、Ｃｏｓｓはスイッチ素子２，３の出力容量である。

【０００４】トランス４の１次巻線４１の巻き始め（以
下、（１）とする）は、第１のスイッチ素子２を通して
直流入力電源１のプラス端子に接続され、巻き終わり
（以下、（２）とする）は第２のスイッチ素子３を通し
て直流入力電源１のマイナス端子に接続され、コンデン
サ１３が直流入力電源１のプラス端子とセンタータップ
４４との間に接続され、コンデンサ１４が直流入力電源
１のマイナス端子とセンタータップ４４との間に接続さ
れている。一方、トランス４の２次巻線４２の巻き始め
（以下、（３）とする）は出力整流用素子５１のアノー
ド端子を介して出力整流用素子５１のカソード端子と出
力フライホイール用素子６１のカソード端子と出力平滑
用チョークコイル７１の一端と接続され、トランス４の
２次巻線４２の巻き終わり（以下、（４）とする）は、
出力平滑用コンデンサ８１の一端と出力フライホイール
用６１のアノード端子および負荷９１の一端と接続され
ている。

【０００５】２石フォワードコンバータでは、２個のス
イッチ駆動回路１０，１１に同時に信号源１２からのオ
ン／オフの駆動信号が加えられ、スイッチ素子２，３は
同時にオン／オフ動作を行う。スイッチ素子２，３がオ
ンすると出力整流用素子５１が導通し、直流入力電源１
からトランス４を介して負荷９１に電力が供給されると
ともに、トランス４には直流入力電源１の電圧とオン期
間の積に比例した励磁エネルギーが蓄積される。スイッ
チ素子２，３がオフすると、トランス４の励磁インダク
タンスとスイッチ素子２，３の出力容量Ｃｏｓｓ、出力
整流用素子５１の接合容量およびトランス４の各巻線や
各巻線間の寄生容量による共振現象が発生する。スイッ
チ素子２，３のオン期間にトランス４に蓄積された励磁
エネルギーが直流入力電源１に戻るために、１次巻線端
子（２）→スイッチ素子３の出力容量→直流入力電源１
→スイッチ素子２の出力容量→１次巻線端子（１）のル
ートで電流が流れ、スイッチ素子２，３のオン期間にト
ランス４に蓄積された励磁エネルギーが直流入力電源１
に戻されると、トランス４の巻線電圧は０Ｖになる。一
方、トランスのセンタータップ４４の電位は、コンデン
サ１３，１４により常に直流入力電源１の１／２の電圧
で固定されている。その結果、１次巻線端子（１）とセ
ンタータップ４４の間に発生する電圧と、１次巻線端子
（２）とセンタータップ４４の間に発生する電圧は常に
等しいことから、スイッチ素子２，３の電圧は常に等し
い。

【０００６】図１２は、図１１の２石フォワードコンバ
ータに適用するトランスの従来例である。ここで、各種
記号は図１１と同一であり、Ｐ１，Ｐ２はトランス４の
１次巻線４１の導体、Ｓ１はトランス４の２次巻線４２
の導体である。

【０００７】最近のフォワードコンバータは、電源を小
形化するためにＭＯＳＦＥＴ等の高速スイッチ素子を用
いてスイッチング周波数の高周波化がなされており、そ
の周波数は２００ｋＨｚ以上となっている。スイッチン
グ周波数を高周波化すると、トランスの巻線抵抗が表皮
効果や近接効果により増加するため、図１２に示すよう
に、１次巻線と２次巻線を同じ巻幅とし、交互にサイド
イッチ巻きにするトランス構造が多く採用されている。
このような構造では、１次巻線と２次巻線に流れる電流
が互いの磁束を打ち消すように流れるため、近接効果や
表皮効果が減少でき、スイッチング周波数の高周波化に
伴う交流抵抗の増加率が少なく、高効率なトランスを実
現できる。一方、１次巻線、２次巻線を集中して巻くと
近隣巻線間で電流方向が同じとなるため、近接効果が大
きくなり交流抵抗の急増を招き、高周波用トランスとし
ては適していない。しかし、図１２のようなトランス巻
線構造は、１次巻線と２次巻線との接する対向面積が大
きく、１次・２次巻線間の寄生容量が大きくなる。１次
・２次巻線間の電位差がスイッチング等により変動する
と、寄生容量で充放電が行われ、以下に説明するような
問題が発生する。なお、ここでは説明を簡単にするため
に、１層当たりの巻回数，巻幅を等しくし、２次巻線を
１次巻線で挟んだサイドイッチ巻きとしたトランスとし
ている。従って、図１２のトランスでは巻数比は２：１
とした。

【０００８】図１３は、図１２に示したトランスを図１
１の従来回路に使用した場合のトランス４の各端子の電
位と各巻線間の電位差の変化を示した図である。前述し
たとおり、（１）は１次巻線４１の巻き始めの端子であ
り、スイッチ素子２と接続されている。（２）は１次巻
線４１の巻き終わりの端子であり、スイッチ素子３と接
続されている。（３）は２次巻線４２の巻き始めの端子
であり、出力整流用素子５１のアノード端子と接続され
ている。（４）は２次巻線４２の巻き終わりの端子であ
り、負荷９１のマイナス端子と接続されている。なお、
各波形の左側の電圧記号Ｖの添え字は図１２と同一であ
り、その場所の電位を示している。ただし、直流入力電
源１のマイナス端子の電位と負荷９１のマイナス端子の
電位は等しく、０電位として、図中において、Ｖｉｎは
直流入力電源電圧を示している。センタータップ４４の
電位は直流入力電源１の１／２・Ｖｉｎで固定され、２
次巻線端子（４）の電位は負荷のマイナス端子の電圧で
固定されている。そのため、スイッチングによりＰ２と
Ｓ１の電位は同時に同じだけ変化するので、Ｐ２−Ｓ１
の電位差は変化しない。一方、Ｐ１−Ｓ１の間の電位差
は、スイッチングに伴い図１３に示したように変化す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の２石フォワードコンバータでは、図１３で説明した
ように動作する結果、トランス４の１次・２次巻線間の
寄生容量のうちＰ１−Ｓ１間の寄生容量が、前に述べた
励磁エネルギーとの共振現象に関与し、トランス４のリ
セット時間（Ｔｒ）が増加するという問題がある。この
問題は、図１２の巻線構造のように１次巻線を多層にし
たサイドイッチ構造を有するトランス巻線や複数の２次
巻線を有するトランス巻線では、必ず最低１カ所は巻線
間の電位差が変化し、寄生容量がリセット時間に悪影響
を及ぼす。このため、コンバータのスイッチング周波数
が高周波化できず、トランスやチョークコイルが大形化
し、電源を小形化することができなかった。

【００１０】なお、ここでは巻線の巻径，巻幅を同じと
して説明したが、巻線の線径が異なる場合に間隔を空け
ることなく巻くと巻線のピッチが異なるため、電位差の
変化が大きくなり、この問題の影響は大きくなる。一
方、１層あたりの１次巻線と２次巻線の巻回数が異な
り、均等の巻幅に巻いた場合、巻線の線径が異なる場合
と同様に、電位差の変化が大きくなるため、この問題の
影響は大きくなる。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、トランスの１次・２次
巻線間の寄生容量がトランスのリセット時間に関与する
ことを抑制し、リセット時間を短縮することにより、コ
ンバータのスイッチング周波数が高周波化できる２石フ
ォワードコンバータを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、２つのスイッチ素子、トランス、出力
整流用素子と出力フライホイール用素子と出力平滑用チ
ョークコイルと出力平滑用コンデンサで構成される整流
平滑回路から成り、該トランスの１次巻線に設けたタッ
プの電位が入力電源電圧をそのタップにより分割された
１次巻線の巻回数の比率で分割した電位で固定されてい
る２石フォワードコンバータの構成を、前記整流平滑回
路に関し、前記トランスの２次巻線に前記した出力整流
用素子と出力平滑用チョークコイルと出力平滑用コンデ
ンサの直列回路を接続し、前記出力フライホイール用素
子を該出力整流素子と該出力平滑用チョークコイルの接
続点および該２次巻線と該出力平滑用コンデンサの接続
点との間に接続するよう構成し、該トランスの巻線配置
に関し、該出力平滑用コンデンサに接続されている該２
次巻線の端子を該トランスの１次巻線のタップに隣接し
て配置し、該１次巻線と該２次巻線の電位変化が同一と
なる方向に該１次巻線と該２次巻線を巻回数ごとに常に
上層もしくは下層または同一層に隣接するように巻いた
構成とし、あるいは、２つのスイッチ素子、少なくとも
２つの２次巻線を有するトランス、該２次巻線ごとに設
けられ出力整流用素子と出力フライホイール用素子と出
力平滑用チョークコイルと出力平滑用コンデンサで構成
される第１および第２の整流平滑回路から成り、該トラ
ンスの１次巻線に設けたタップの電位が入力電源電圧を
そのタップにより分割した１次巻線の巻回数の比率で分
割した電位で固定されている２石フォワードコンバータ
の構成を、前記第１の整流平滑回路に関し、前記トラン
スの第１の２次巻線に第１の出力整流用素子と第１の出
力平滑用チョークコイルと第１の出力平滑用コンデンサ
の直列回路を接続し、第１の出力フライホイール用素子
を該第１の出力整流用素子と該第１の出力平滑用チョー
クコイルの接続点および該第１の２次巻線と該第１の該
出力平滑用コンデンサの接続点との間に接続するよう構
成し、前記第２の整流平滑回路に関し、該トランスの第
２の２次巻線に第２の出力整流用素子と第２の出力平滑
用チョークコイルと第２の出力平滑用コンデンサの直列
回路を接続し、第２の出力フライホイール用素子を該第
２の出力整流用素子と該第２の出力平滑用チョークコイ
ルの接続点および該第２の２次巻線と該第２の出力平滑
用コンデンサの接続点との間に接続するよう構成すると
ともに、該第１の出力整流用素子と該第２の出力整流用
素子および該第１の出力フライホイール用素子と該第２
の出力フライホイール素子は接続をそれぞれ逆方向と
し、該トランスの巻線配置に関し、該出力平滑用コンデ
ンサに接続されたそれぞれの該２次巻線の端子を該トラ
ンスの１次巻線のタップに隣接して配置し、該１次巻線
と該２次巻線の電位変化が同一となる方向に該１次巻線
とそれぞれの該２次巻線を巻回数ごとに常に上層もしく
は下層または同一層に隣接するように巻いた構成にする
ことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の２石フォワードコンバータでは、１次
巻線にタップを有し、その電位がタップに対応した電位
で固定されたトランスを用い、スイッチング動作が行わ
れても、相対する巻線の電位が等しく変化し、電位差が
変化しないような巻線配置と２次側回路構成とすること
により、トランスの１次・２次巻線間の電位差の時間変
化がなくなるように動作させ、トランスの１次・２次巻
線間容量がトランスのリセットに関与しなくなるように
する。これにより、トランスのリセット時間を短縮さ
せ、高周波化を図る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【００１５】図１は図１１の回路構成において本発明の
請求項１に示す発明を実現するための巻数比２：１のト
ランスの実施例の巻線配置例を示す図である。本実施例
は、１次巻線（Ｐ１，Ｐ２はその導体）が同一層に巻か
れ、かつ２次巻線（Ｓ１はその導体）が１次巻線（Ｐ
１）上に巻かれている点が図１２と異なり、他は同一で
ある。ここで、各種記号は図１２と同じである。すなわ
ち、本実施例では、トランス４の１次巻線（Ｐ１，Ｐ
２）が同一層に巻かれ、その１次巻線に設けたセンター
タップ４４の電位が、コンデンサ１３，１４の接続によ
り、そのセンタータップ４４により分割された１次巻線
（Ｐ１，Ｐ２）の巻回数の比率（図例では１：１）で分
割した直流入力電源電圧の１／２の電位で固定されてい
る。２次側回路の整流平滑回路に関しては、トランス４
の２次巻線（Ｐ１）に出力整流用素子５１と出力平滑用
チョークコイル７１と出力平滑用コンデンサ８１の直列
回路を接続し、出力フライホイール用素子６１を出力整
流用素子５１と出力平滑用チョークコイル７１の接続点
および２次巻線（Ｓ１）と出力平滑用コンデンサ８１の
接続点との間に接続している。トランス４の巻線配置に
関しては、出力平滑用コンデンサ８１に接続されている
２次巻線（Ｓ１）の端子（４）をトランス４の１次巻線
のセンタータップ４４に隣接して配置し、１次巻線（Ｐ
１）と２次巻線（Ｓ１）の電位変化が同一となる方向に
２次巻線（Ｓ１）を巻回数ごとに常に１次巻線（Ｐ１）
の上層に隣接するように巻いている。

【００１６】図２は図１のトランス構造を図１１の回路
に適用した場合のトランス４の各端子の電位と各巻線間
の電位差の変化を示した図である。（１）は１次巻線４
１の巻き始めの端子であり、スイッチ素子２と接続され
ている。（２）は１次巻線４１の巻き終わりの端子であ
り、スイッチ素子３と接続されている。（３）は２次巻
線４２の巻き始めの端子であり、出力整流用素子５１の
アノード端子と接続されている。（４）は２次巻線４２
の巻き終わりの端子であり、負荷９１のマイナス端子と
接続されている。なお、各波形の左側の電圧信号Ｖの添
え字は図１と同一であり、その場所の電位を示してい
る。ただし、直流入力電源１のマイナス端子の電位と負
荷９１のマイナス端子の電位は等しく、０電位としてい
る。センタータップ４４の電位は１／２・Ｖｉｎで固定
されている。ここで、２次巻線端子（４）の電位は０で
固定されている。その結果、スイッチング動作が行われ
ても、Ｐ１−Ｓ１間の電位差はＶｉｎ／２で変化しな
い。従って、従来の巻線構造では、Ｐ１−Ｓ１間の寄生
容量によりリセット時間が延びていたが、本実施例の巻
線構造ではトランス４の１次・２次巻線間のＰ１−Ｓ１
間の寄生容量はトランス４のリセット時間（Ｔｒ）に関
与せず、リセット時間（Ｔｒ）を短縮できる。そこで、
本実施例によれば、コンバータのスイッチング周波数を
従来に比べ高周波化することが可能となり、トランスや
チョークコイルを小形化でき、電源を小形化することが
できる。

【００１７】図３は本発明の請求項３記載の発明の第１
の実施例を示す回路構成図であって、トランスの２次巻
線が２つ有り、２次側回路が２つ設けられている点が図
１１の従来例および上記実施例とは異なっている。図に
おいて、１は直流入力電源、２は第１のスイッチ素子、
３は第２のスイッチ素子、４はトランス、５１は第１の
出力整流用素子、５２は第２の出力整流用素子、６１は
第１の出力フライホイール用素子、６２は第２の出力フ
ライホイール用素子、７１は第１の出力平滑用チョーク
コイル、７２は第２の出力平滑用チョークコイル、８１
は第１の出力平滑用コンデンサ、８２は第２の出力平滑
用コンデンサ、９１は第１の負荷、９２は第２の負荷で
あり、１０は第１のスイッチ素子２の駆動回路、１１は
第２のスイッチ素子３の駆動回路、４１はトランス４の
センタータップを有する１次巻線、４２はトランス４の
第１の２次巻線、４３はトランス４の第２の２次巻線、
４４はトランス４の１次巻線４１のセンタータップ、１
２は第１のスイッチ素子２と第２のスイッチ素子３を駆
動するための信号源、１３，１４はセンタータップ４４
と一端が接続され他端が直流入力電源１の両端に接続さ
れているコンデンサである。

【００１８】本実施例では、図１１の回路に加えて、ト
ランス４の第２の２次巻線４３の巻き始め（５）を第２
の出力フライホイール用素子６２のカソードと第２の出
力平滑用コンデンサ８２の一端と第２の負荷９２のマイ
ナス端子に接続し、２次巻線４３の巻き終わり（６）
を、第２の出力整流用素子５２のカソードを介してその
整流用素子５２のアノード５２のアノードと第２の出力
フライホイール用素子６２のアノードと第２の出力平滑
用チョークコイル７２の一端に接続し、そのチョークコ
イル７２の他端を第２の出力平滑用コンデンサ８２の他
端と第２の負荷９２のプラス端子に接続している。ここ
で、第１の出力整流用素子５１と第２の出力整流用素子
５２および第１の出力フライホイール用素子６１と第２
の出力フライホイール素子６２はアノードとカソードの
接続がそれぞれ逆方向となっている。

【００１９】図４は図３の回路構成に適合する巻数比
２：１のトランスの巻線配置例を示す図であり、１次巻
線（Ｐ１，Ｐ２はその導体）と２次巻線（Ｓ１，Ｓ２は
その導体）は等しい巻幅に均等に各々１層で巻かれてい
る点が図１２と異なり、他は同一であって、各種記号は
図３および図４と同じである。即ち、本実施例では、ト
ランス４の巻線配置に関し、出力平滑用コンデンサ８
１，８２に接続されたそれぞれの２次巻線の端子
（４），（５）をトランス４の１次巻線のセンタータッ
プ４４に隣接して配置し、１次巻線と２次巻線の電位変
化が同一となる方向に第１の２次巻線（Ｓ１）を巻回数
ごとに常に１次巻線（Ｐ１）の上層に隣接するように巻
き、第２の２次巻線（Ｓ２）を巻回数ごとに常に１次巻
線（Ｐ２）の上層に隣接するように巻いている。

【００２０】図５は図４のトランス構造を図３の回路に
適用した場合のトランス４の各端子の電位と各巻線間の
電位差の変化を示した図である。（１）は１次巻線４１
の巻き始めの端子であり、スイッチ素子２と接続されて
いる。（２）は１次巻線４１の巻き終わりの端子であ
り、スイッチ素子３と接続されている。（３）は２次巻
線４２の巻き始めの端子であり、出力整流用素子５１の
アノード端子と接続されている。（４）は２次巻線４２
の巻き終わりの端子であり、負荷９１のマイナス端子と
接続されている。（５）は２次巻線４３の巻き始めの端
子であり、負荷９２のプラス端子と接続されている。
（６）は２次巻線４３の巻き終わりの端子であり、出力
整流用素子５２のカソード端子と接続されている。な
お、各波形の左側の電圧記号Ｖの添え字は図４と同一で
あり、その場所の電位を示している。ただし、直流入力
電源１のマイナス端子の電位と負荷９１，９２のマイナ
ス端子の電位は等しく、０電位とし、図中においてＶｏ
ｕｔは出力電圧を示している。センタータップ４４の電
位は１／２・Ｖｉｎで固定されている。ここで、２次巻
線端子（４）の電位は０で、２次巻線端子（５）の電位
はＶｏｕｔで固定されている。その結果、スイッチング
動作が行われても、Ｐ１−Ｓ１間の電位差はＶｉｎ／２
で、Ｓ１−Ｐ２間の電位差はＶｉｎ／２−Ｖｏｕｔで変
化しない。従って、従来の巻線構造では、Ｐ１−Ｓ１間
の寄生容量によりリセット時間が延びていたが、本発明
の巻線構造ではトランス４の１次・２次巻線間のＰ１−
Ｓ１間の寄生容量はトランス４のリセット時間（Ｔｒ）
に関与せず、リセット時間（Ｔｒ）を短縮できる。な
お、いうまでもなく、従来構造と同様他の巻線間の寄生
容量はリセット時間に影響しない。そこで、本実施例に
よれば、コンバータのスイッチング周波数を従来に比べ
高周波化することが可能となり、トランスやチョークコ
イルを小形化でき、電源を小形化することができる。

【００２１】図６は本発明の請求項３に示す発明の第２
の実施例の回路構成図であって、図３における２次巻線
の出力を並列に接続して１つの負荷９１に接続している
点が図３の実施例と異なっている。各種記号は図３と同
じであり、トランス４の巻線構造も図４に示したものと
同じである。本実施例でも図３の実施例と同様に１次・
２次巻線間の寄生容量はトランス４のリセット時間に関
与せず、リセット時間を短縮できる。さらに、２次側回
路出力を並列にした場合、２次巻線に負荷電流が均等に
流れるので、１次巻線と２次巻線に流れる電流が互いの
磁束を打ち消すように流れるため、近接効果や表皮効果
が減少でき、交流抵抗の増加があまりなく、高効率なト
ランスを実現できる。

【００２２】図７は請求項４に示す発明の第１の実施例
であって、図３，図６の回路構成に適合する巻数比２：
１のトランスの巻線配置例を示す図である。本実施例で
は、同一層に１次巻線（Ｐ１）と２次巻線が交互に巻か
れている点が、図６の回路構成に用いるトランスの巻線
配置と異なっている。ここで、各種記号および接続は図
６と同じである。即ち、出力平滑用コンデンサ８１，８
２に接続されている２次巻線（Ｓ１，Ｓ２）の各端子
（４），（５）が１次巻線のセンタータップ４４に隣接
して配置され、１次巻線と２次巻線の電位変化が同一に
なる方向に１次巻線（Ｐ１）と２次巻線（Ｓ１）が交互
に配置され、同じくもう１つの１次巻線（Ｐ２）と２次
巻線（Ｓ２）が交互に配置されている。このため、本実
施例も、図３の実施例と同様に１次・２次巻線間の寄生
容量がトランス４のリセット時間に関与せず、リセット
時間を短縮できる。さらに、図７において、２次巻線
（Ｓ２，図６における４３）およびその２次側回路の整
流平滑回路を除いた回路構成は請求項２に示す発明の実
施例に対応するものであり、図１で示したものと同じ効
果が得られる。

【００２３】以下に、本発明の実施例の拡張例を述べ
る。以上の実施例では、１次巻線のセンタータップ電位
が直流入力電源電圧の１／２に固定され、かつ１出力も
しくは２出力のトランスを用いた２石フォワードコンバ
ータを例に挙げて述べたが、２出力以上の巻線を設ける
場合、電位が固定された端子を隣接し、かつ隣接させた
端子の巻線の巻く位置を巻回数ごとに隣接するように配
置することにより、２出力以上でも同様な効果が得られ
る。

【００２４】図８は図３の回路構成において、巻数比が
２：１と異なり、トランスの１次巻線のセンタータップ
以外のタップ４５の電位が固定されている場合のトラン
スの巻線配置例を示した図であり、巻回数ごとに１次巻
線と２次巻線とが上下に位置するように配置し、１次巻
線と２次巻線とを均等に配置していない点が図４と異な
る。ここで、各種記号は図４と同じである。また、１次
巻線（Ｐ１）の巻回数をＮＰ１、１次巻線（Ｐ２）の巻
回数をＮＰ２、入力電圧をＥｉｎとした場合、トランス
４の１次巻線４１のタップ４５の電位はＮＰ２／（ＮＰ
１＋ＮＰ２）×Ｅｉｎに固定している。１ターン当たり
の発生電圧は１次巻線，２次巻線とも等しいので、１次
巻線と２次巻線を各巻回数ごとに隣接して上下層に配置
していることから、相対する１次巻線と２次巻線の電位
変化は同じにすることができる。その結果、本発明の巻
線構造では、トランス４の１次・２次巻線間の寄生容量
はトランス４のリセット時間に関与せず、リセット時間
を短縮できる。

【００２５】図９は３出力のトランスを用いた場合の実
施例であって、５３は出力整流用素子は第３の出力整流
用素子、６３は第３の出力フライホイール用素子、７３
は第３の出力平滑用チョークコイル、８３は第３の出力
平滑用コンデンサ、９３は第３の負荷、４６はトランス
４の第３の２次巻線である。これ以外の各種記号および
接続は図３と同一である。

【００２６】図１０は図９の回路構成に適合する巻数
２：１のトランスの巻線配置例を示す図であり、第３の
２次巻線４６が第２の２次巻線４３の上層に配置され、
かつ第３の２次巻線４６に２次巻線４３に接続された整
流平滑回路と同じ接続の整流平滑回路が接続されている
点が図４とは異なる。ここで、各種信号は図９と同じで
あり、Ｓ３はトランス４の２次巻線４６の導体である。
図１０に示すような巻線配置および回路構成とすること
により、１次巻線４１（Ｐ２）と２次巻線４３（Ｓ２）
と２次巻線４６（Ｓ３）の電位変化を同じにすることが
できる。その結果、本発明の巻線構造ではトランス４の
１次・２次巻線間の寄生容量はトランス４のリセット時
間に関与せず、リセット時間を短縮できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の２石フォ
ワードコンバータはスイッチング動作が行われても、相
対する巻線の電位が等しく変化し、電位差が変化しない
ような巻線配置、２次側回路構成とすることにより、ト
ランスの１次・２次巻線間容量がトランスのリセットに
関与しなくできる。また、２石フォワードコンバータで
実現することにより、１石フォワードコンバータに比べ
低耐圧のスイッチが使用できることから、安価な素子が
使用でき、さらにトランスのリセット時間に寄与するス
イッチの出力容量が少ない素子が使用できる。その結
果、より一層トランスのリセット時間を短縮でき、スイ
ッチング周波数を高周波化できることから、トランスや
チョークコイルを小形化し、電源を小形化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１記載の発明の一実施例を示す
２石フォワードコンバータ用のトランスの巻線配置例を
示す図

【図２】上記請求項１記載の発明の実施例の動作を説明
するための動作波形図

【図３】本発明の請求項３記載の発明の第１の実施例を
示す２フォワードコンバータの回路構成図

【図４】上記請求項３記載の発明の第１の実施例の２石
フォワードコンバータ用のトランスの巻線配置例を示す
図

【図５】上記請求項３記載の発明の第１の実施例の動作
を説明するための動作波形図

【図６】本発明の請求項３記載の発明の第２の実施例の
２石フォワードコンバータの回路構成図

【図７】上記請求項４記載の発明の実施例の２石フォワ
ードコンバータ用のトランスの巻線配置例を示す図

【図８】本発明の実施例の拡張例の２石フォワードコン
バータ用のトランスの巻線配置例を示す図

【図９】本発明の実施例の別な拡張例を示す２石フォワ
ードコンバータの回路構成図

【図１０】図９の実施例の拡張例による２石フォワード
コンバータ用のトランスの巻線配置例を示す図

【図１１】従来の２石フォワードコンバータの回路構成
図

【図１２】巻数比が１：１の従来の２石フォワードコン
バータ用のトランスの巻線配置例を示す図

【図１３】従来の２石フォワードコンバータの動作を説
明するための動作波形図

【符号の説明】

１…直流入力電源２，３…スイッチ素子４…トランス１０，１１…駆動回路１２…信号源１３，１４…コンデンサ４１…１次巻線４２，４３，４６…２次巻線４４…センタータップ４５…タップ５１，５２，５３…出力整流用素子６１，６２，６３…出力フライホイール用素子７１，７２，７３…出力平滑用チョークコイル８１，８２，８３…出力平滑用コンデンサ９１，９２，９３…負荷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つのスイッチ素子、トランス、出力整
流用素子と出力フライホイール用素子と出力平滑用チョ
ークコイルと出力平滑用コンデンサで構成される整流平
滑回路から成り、該トランスの１次巻線に設けたタップ
の電位が入力電源電圧をそのタップにより分割された１
次巻線の巻回数の比率で分割した電位で固定されている
２石フォワードコンバータにおいて、前記整流平滑回路に関し、前記トランスの２次巻線に前
記した出力整流用素子と出力平滑用チョークコイルと出
力平滑用コンデンサの直列回路を接続し、前記出力フラ
イホイール用素子を該出力整流素子と該出力平滑用チョ
ークコイルの接続点および該２次巻線と該出力平滑用コ
ンデンサの接続点との間に接続するよう構成し、該トラ
ンスの巻線配置に関し、該出力平滑用コンデンサに接続
されている該２次巻線の端子を該トランスの１次巻線の
タップに隣接して配置し、該１次巻線と該２次巻線の電
位変化が同一となる方向に該１次巻線と該２次巻線を巻
回数ごとに常に上層または下層に隣接するように巻いた
ことを特徴とする２石フォワードコンバータ。
【請求項２】２つのスイッチ素子、トランス、出力整
流用素子と出力フライホイール用素子と出力平滑用チョ
ークコイルと出力平滑用コンデンサで構成される整流平
滑回路から成り、該トランスの１次巻線に設けたタップ
の電位が入力電源電圧をそのタップにより分割された１
次巻線の巻回数の比率で分割した電位で固定されている
２石フォワードコンバータにおいて、前記整流平滑回路に関し、前記トランスの２次巻線に前
記した出力整流用素子と出力平滑用チョークコイルと出
力平滑用コンデンサの直列回路を接続し、前記出力フラ
イホイール用素子を該出力整流素子と該出力平滑用チョ
ークコイルの接続点および該２次巻線と該出力平滑用コ
ンデンサの接続点との間に接続するよう構成し、該トラ
ンスの巻線配置に関し、該出力平滑用コンデンサに接続
されている該２次巻線の端子を該トランスの１次巻線の
タップに隣接して配置し、該１次巻線と該２次巻線の電
位変化が同一となる方向に該１次巻線と該２次巻線を巻
回数ごとに常に同一層に隣接するように巻いたことを特
徴とする２石フォワードコンバータ。
【請求項３】２つのスイッチ素子、少なくとも２つの
２次巻線を有するトランス、該２次巻線ごとに設けられ
出力整流用素子と出力フライホイール用素子と出力平滑
用チョークコイルと出力平滑用コンデンサで構成される
第１および第２の整流平滑回路から成り、該トランスの
１次巻線に設けたタップの電位が入力電源電圧をそのタ
ップにより分割した１次巻線の巻回数の比率で分割した
電位で固定されている２石フォワードコンバータにおい
て、前記第１の整流平滑回路に関し、前記トランスの第１の
２次巻線に第１の出力整流用素子と第１の出力平滑用チ
ョークコイルと第１の出力平滑用コンデンサの直列回路
を接続し、第１の出力フライホイール用素子を該第１の
出力整流用素子と該第１の出力平滑用チョークコイルの
接続点および該第１の２次巻線と該第１の該出力平滑用
コンデンサの接続点との間に接続するよう構成し、前記
第２の整流平滑回路に関し、該トランスの第２の２次巻
線に第２の出力整流用素子と第２の出力平滑用チョーク
コイルと第２の出力平滑用コンデンサの直列回路を接続
し、第２の出力フライホイール用素子を該第２の出力整
流用素子と該第２の出力平滑用チョークコイルの接続点
および該第２の２次巻線と該第２の出力平滑用コンデン
サの接続点との間に接続するよう構成するとともに、該
第１の出力整流用素子と該第２の出力整流用素子および
該第１の出力フライホイール用素子と該第２の出力フラ
イホイール素子は接続をそれぞれ逆方向とし、該トラン
スの巻線配置に関し、該出力平滑用コンデンサに接続さ
れたそれぞれの該２次巻線の端子を該トランスの１次巻
線のタップに隣接して配置し、該１次巻線と該２次巻線
の電位変化が同一となる方向に該１次巻線とそれぞれの
該２次巻線を巻回数ごとに常に上層または下層に隣接す
るように巻いたことを特徴とする２石フォワードコンバ
ータ。
【請求項４】２つのスイッチ素子、少なくとも２つの
２次巻線を有するトランス、該２次巻線ごとに設けられ
出力整流用素子と出力フライホイール用素子と出力平滑
用チョークコイルと出力平滑用コンデンサで構成される
第１および第２の整流平滑回路から成り、該トランスの
１次巻線に設けたタップの電位が入力電源電圧をそのタ
ップにより分割した１次巻線の巻回数の比率で分割した
電位で固定されている２石フォワードコンバータにおい
て、前記第１の整流平滑回路に関し、前記トランスの第１の
２次巻線に第１の出力整流用素子と第１の出力平滑用チ
ョークコイルと第１の出力平滑用コンデンサの直列回路
を接続し、第１の出力フライホイール用素子を該第１の
出力整流用素子と該第１の出力平滑用チョークコイルの
接続点および該第１の２次巻線と該第１の該出力平滑用
コンデンサの接続点との間に接続するよう構成し、前記
第２の整流平滑回路に関し、該トランスの第２の２次巻
線に第２の出力整流用素子と第２の出力平滑用チョーク
コイルと第２の出力平滑用コンデンサの直列回路を接続
し、第２の出力フライホイール用素子を該第２の出力整
流用素子と該第２の出力平滑用チョークコイルの接続点
および該第２の２次巻線と該第２の出力平滑用コンデン
サの接続点との間に接続するよう構成するとともに、該
第１の出力整流用素子と該第２の出力整流用素子および
該第１の出力フライホイール用素子と該第２の出力フラ
イホイール素子は接続をそれぞれ逆方向とし、該トラン
スの巻線配置に関し、該出力平滑用コンデンサに接続さ
れたそれぞれの該２次巻線の端子を該トランスの１次巻
線のタップに隣接して配置し、該１次巻線と該２次巻線
の電位変化が同一となる方向に該１次巻線とそれぞれの
該２次巻線を巻回数ごとに同一層に隣接するように巻い
たことを特徴とする２石フォワードコンバータ。