JPH09154277A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 低周波の交流電圧を整流、平滑する平滑回
路と、ＤＣ−ＤＣコンバ−タを備えたスイッチング電源
装置において、得られる電流波形、高調波電流はＩＥＣ
１０００−３−２に基づいたガイドラインのクラスＤで
規定する規格値以下にする。 【解決手段】 交流電源の整流回路３と、その一方の
出力端に第一のスイッチング素子１８が接続され、スイ
ッチング素子１８と整流回路３の他方の出力端の間には
インダクタ１６と平滑コンデンサ４の直列回路が接続さ
れ、この両端には、第一のダイオ−ド２２が並列に接続
される。また、スイッチング素子１８の両端には、第二
のコンデンサ２４と第二のダイオ−ド２３からなる並列
回路が接続される。さらに、整流回路の出力端の間に
は、第三のコンデンサ２５が接続される。また、第一の
コイル７と磁気結合した第三のコイル２６の両端が、ス
イッチング素子１８のコレクタとエミッタにそれぞれ接
続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、交流電源によって
発生する低周波数の交流電圧を直流電圧に変換した後、
この直流電圧を負荷側へ出力するスイッチング電源装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５を用いて、一般にコンデンサインプ
ット型平滑回路と呼ばれている第一の平滑回路１および
ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２から構成される従来の第一のス
イッチング電源装置を説明する。

【０００３】第一の平滑回路１は、整流回路３と、平滑
コンデンサ４とから構成される。整流回路３は、例えば
単相ブリッジ回路のような整流回路であり、交流電源５
の出力端に接続される。交流電源５は、例えば５０Ｈｚ
あるいは６０Ｈｚのような低周波数の交流電圧を発生す
る。整流回路３は、交流電源５によって発生した交流電
圧を整流し、得られた直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバ−タ
２の入力回路に出力する。平滑コンデンサ４は整流回路
３の出力端に接続され、整流回路３によって得られる直
流電圧を平滑する。第一の平滑回路１は回路構成が簡易
で、コストメリットが大きいという特徴を有する。

【０００４】ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２は、トランス６の
一次側の第一のコイル７を入力回路側とし、コア８を介
して磁気結合される二次側の第二のコイル９を出力回路
側として備えている。

【０００５】入力回路は、第一のコイル７と、例えばト
ランジスタ素子を用いたスイッチング素子１０とから構
成される。第一のコイル７の一端はスイッチング素子１
０のコレクタに接続され、直列回路を形成する。この直
列回路を構成する第一のコイル７の他端およびスイッチ
ング素子１０のエミッタは、整流回路３の出力端に接続
される。

【０００６】出力回路は、第二のコイル９と、第一のダ
イオ−ド１１と、第二のダイオ−ド１２と、インダクタ
１３と、コンデンサ１４とから構成される。第二のコイ
ル９の一端には第一のダイオ−ド１１のアノ−ドが接続
され、第一のダイオ−ド１１のカソ−ドには第二のダイ
オ−ド１２のカソ−ドが接続され、第二のダイオ−ド１
２のアノ−ドは第二のコイル９の他端に接続される。ま
た、第一のダイオ−ド１１のカソ−ドにはインダクタ１
３が接続され、インダクタ１３の出力端と第二のダイオ
−ド１２のアノ−ドとの間には、コンデンサ１４が接続
される。コンデンサ１４の両端は、出力回路の出力端子
Ｔに接続される。

【０００７】スイッチング素子１０のベ−スには、ベ−
ス電流を制御する抵抗を介して、例えば発振周波数に同
期して任意のパルス幅を出力するパルス幅変調器（ＰＷ
Ｍ）のような制御回路（図示せず）が接続される。パル
ス幅変調器によってスイッチング素子１０をオン・オフ
制御すると第一のコイル７には断続的に電流が流れ、第
二のコイル９には交流電圧が発生する。この交流電圧
は、第一のダイオ−ド１１によって半波整流された後、
さらに、インダクタ１３とコンデンサ１４によって平滑
され、出力端子Ｔからは直流の出力電圧が取り出され
る。

【０００８】図６を用いて、一般にチョ−クインプット
型平滑回路と呼ばれている第二の平滑回路１５およびＤ
Ｃ−ＤＣコンバ−タ２から構成される従来の第二のスイ
ッチング電源装置を説明する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバ
−タ２は第一のスイッチング電源装置において説明した
ので、説明は省略する。

【０００９】第二の平滑回路１５は、整流回路３と、平
滑コンデンサ４と、インダクタ１６とから構成される。
整流回路３は、交流電源５の出力端に接続される。整流
回路３の出力端には、直列接続されたインダクタ１６と
平滑コンデンサ４からなる直列回路が接続される。イン
ダクタ１６と平滑コンデンサ４は、整流回路３によって
得られる直流電圧を平滑する。また、インダクタ１６は
平滑コンデンサ４の充電電流のピ−ク値を抑制するの
で、平滑コンデンサ４に電流が流れる時間すなわち整流
回路３の導通幅を広げることができる。この結果、ＩＥ
Ｃ（国際電気標準会議）１０００草案、パ−ト３、セク
ション２（以下「ＩＥＣ１０００−３−２」という）に
基づいたガイドラインのクラスＤで規定する規格値以下
に高調波電流を抑制することができる。なおＩＥＣ１０
００−３−２に規定する規格においては、各クラスごと
に、高調波次数およびワット当たりの最大許容高調波電
流の定格負荷条件に対しての高調波電流の限度値および
入力電流の波形を規定する包絡線に対する波形の形状が
定められている。

【００１０】平滑コンデンサ４の両端は、ＤＣ−ＤＣコ
ンバ−タ２の入力回路に接続される。

【００１１】図７を用いて、特公昭６０−４６６３７号
公報に開示されている第三の平滑回路１７およびＤＣ−
ＤＣコンバ−タ２から構成される従来の第三のスイッチ
ング電源装置を説明する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ
２は第一のスイッチング電源装置において説明したの
で、説明は省略する。

【００１２】第三の平滑回路１７は、整流回路３と、平
滑コンデンサ４と、スイッチング素子１８と、ダイオ−
ド１９とから構成される。スイッチング素子１８として
は、トランジスタが用いられる。整流回路３は、交流電
源５の出力端に接続される。整流回路３の一方の出力端
には、スイッチング素子１８のコレクタが接続され、他
方の出力端にはスイッチング素子１８のエミッタが平滑
コンデンサ４を介して接続される。スイッチング素子１
８のコレクタとエミッタの間にはダイオ−ド１９が、ダ
イオ−ド１９のカソ−ドとスイッチング素子１８のコレ
クタを共通接続して、並列に接続される。スイッチング
素子１８のベ−スには、ベース電流を制御する抵抗を介
して、スイッチング素子１８の駆動回路（図示せず）か
ら交流電源５の周波数と同期した信号が印加される。ス
イッチング素子１８は、整流回路３から出力された直流
電圧のピ−ク期間にオフとなり、他の期間にはオンとな
るように動作する。このため、平滑コンデンサ４への充
電電流は、スイッチング素子１８によって制御される。
平滑コンデンサ４は、整流回路３によって得られる直流
電圧を平滑し、ダイオ−ド１９は、平滑コンデンサ４の
放電電流をＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路に流す。
この結果、第三の平滑回路１７においては、上述した第
一の平滑回路１よりも力率が改善され、また高調波電流
もある程度は抑制することができる。

【００１３】整流回路３の出力端は、ＤＣ−ＤＣコンバ
−タ２の入力回路に接続される。

【００１４】図８を用いて、第四の平滑回路２０および
ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２から構成される従来の第四のス
イッチング電源装置を説明する。なお、ＤＣ−ＤＣコン
バ−タ２は第一のスイッチング電源装置において説明し
たので、説明は省略する。

【００１５】第四の平滑回路２０は、整流回路３と、平
滑コンデンサ４と、インダクタ１６と、スイッチング素
子１８と、ダイオ−ド１９とから構成される。整流回路
３は、交流電源５の出力端に接続される。また、スイッ
チング素子１８のコレクタには、インダクタ１６を介し
て整流回路３一方の出力端が接続され、スイッチング素
子１８のエミッタには、平滑コンデンサ４を介して整流
回路３の他方の出力端に接続される。スイッチング素子
１８のコレクタには、ダイオ−ド１９のカソ−ドが接続
され、また、スイッチング素子１８のエミッタにはダイ
オ−ド１９のアノ−ドが接続される。スイッチング素子
１８のベ−スには、ベース電流を制御する抵抗を介し
て、スイッチング素子１８の駆動回路から交流電源５の
周波数と同期した信号が入力される。この信号によって
スイッチング素子１８は、整流回路３から出力された直
流電圧のピ−ク期間にオフとなり、他の期間にはオンと
なるように動作する。このため、平滑コンデンサ４への
充電電流は、スイッチング素子１８によって制御され
る。平滑コンデンサ４は、整流回路３によって得られる
直流電圧を平滑する。ダイオ−ド１９は、平滑コンデン
サ４の放電電流をＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路に
流す。また、インダクタ１６は平滑コンデンサ４に流れ
込む電流を抑制するので、平滑コンデンサ４に電流が流
れる時間すなわち整流回路３の導通幅を広げることがで
きる。この結果、平滑回路２０においては、上述した図
７に示す平滑回路１７よりもさらに力率が改善され、ま
た高調波電流もさらに抑制することができる。

【００１６】ダイオ−ド１９のカソ−ドと平滑コンデン
サ４からなる直列回路の両端は、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ
２の入力回路に接続される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図５に示す第一のスイッチング電源装置においては、
交流電圧のピ−ク時にのみ整流回路３から平滑コンデン
サ４に大きな充電電流が流れるので力率が悪く、また大
きな高調波電流が流れるという欠点があった。従って、
ＩＥＣ１０００−３−２に基づいたガイドラインのクラ
スＤで規定する規格値以下に高調波電流を抑制すること
ができなかった。

【００１８】また、上述した図６に示す第二のスイッチ
ング電源装置においては、ＩＥＣ１０００−３−２に基
づいたガイドラインのクラスＤで規定する規格値以下に
高調波電流を抑制することができる。しかしながら、高
調波電流を十分に抑制するためには、大きなインダクタ
ンスを有するインダクタ１６を用いる必要があり、第二
の平滑回路１５の体積および重量が共に大きくなるとい
う欠点があった。例えば、出力が１００Ｗの場合には、
インダクタンスが２０ｍＨ程度のインダクタ１６を使用
する必要があり、体積が８０ｃｍ3、また重量が２００
ｇ程度になってしまうという欠点が有った。

【００１９】更に、上述した図７に示す第三のスイッチ
ング電源装置においては、上述した図５に示す第一のス
イッチング電源装置よりも力率が改善され、また高調波
電流もある程度は抑制することができる。しかしなが
ら、スイッチング素子１８がオンしたときの平滑コンデ
ンサ４への充電電流のピ−ク値が大きいため、ＩＥＣ１
０００−３−２に基づいたガイドラインのクラスＡで規
定する規格値に基づく電流波形の条件を満足させること
が容易でないという問題があった。また、高調波電流の
抑制能力が必ずしも十分でなく、ＩＥＣ１０００−３−
２に基づいたガイドラインのクラスＡで規定する規格値
以下にすることができないという問題があった。さら
に、スイッチング素子１８の駆動回路では交流電源の周
波数と同期させるための機能が必要となるため、駆動回
路が複雑となるという問題があった。

【００２０】更にまた、上述した図８に示す第四のスイ
ッチング電源装置においてはインダクタ１６の動作によ
って平滑コンデンサ４に流れる充電電流の波形を滑らか
にすることができるので、第三の平滑回路１７と比較し
て、力率をさらに改善し、また高調波電流をさらに抑制
することができる。この結果、電流波形および高調波電
流については、ＩＥＣ１０００−３−２に基づいたガイ
ドラインのクラスＡで規定する規格値を満足することが
できる。しかしながら、例えば、出力が１００Ｗの場合
には、インダクタンスが２ｍＨ程度のインダクタ１６を
使用する必要があり、体積および重量が共に比較的大き
くなるという欠点があった。また、スイッチング素子１
８をオフにした場合、インダクタ１６の電流が急速に遮
断されるため、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路にス
パイク状の過電圧が発生するという問題があった。更
に、スイッチング素子１８の駆動回路では交流電源５の
周波数と同期するための機能が必要となるため、駆動回
路が複雑となる問題があった。

【００２１】そこで、本発明は、上述のような問題を解
決するもので回路構成が簡易で、小形、軽量なスイッチ
ング電源装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成される。すなわち、交流電
源の出力端に接続された整流回路と、該整流回路の一方
の出力端に接続された第一のスイッチング素子と、該第
一のスイッチング素子と前記整流回路の他方の出力端の
間に接続されたインダクタと平滑コンデンサからなる直
列回路と、該直列回路の両端に接続された第一のダイオ
−ドと、前記第一のスイッチング素子の両端に接続され
た第二のダイオ−ドおよび第二のコンデンサからなる並
列回路と、前記整流回路の出力端に接続された第三のコ
ンデンサと、トランスの一次側コイルと第二のスイッチ
ング素子を含む入力回路を有するＤＣ−ＤＣコンバ−タ
とを備え、前記入力回路は前記平滑コンデンサの両端に
接続されると共に、前記第一のスイッチング素子は前記
一次側のコイルと磁気結合した第三のコイルに誘起する
信号により制御されるものである。

【００２３】本発明のスイッチング電源装置を構成する
平滑回路の第一のスイッチング素子は、交流電源の位相
や電圧に依存することなく、第二のスイッチング素子と
同期した交流電源の周波数よりも高い周波数でオン・オ
フ制御される。

【００２４】第一のスイッチング素子がオンすると、整
流回路からの電流が平滑コンデンサとインダクタの直列
回路を通って流れ、インダクタに電磁エネルギ−が蓄積
される。次に、第一のスイッチング素子がオフになる
と、インダクタのエネルギ−は当分第二のコンデンサに
放出され、この第二のコンデンサの電圧が整流回路の出
力電圧と等しくなると、残りは第一のダイオ−ドを通っ
て平滑コンデンサに移行する。インダクタの電磁エネル
ギ−が放出されて零になると、今度は第二のコンデンサ
の充電電荷がインダクタと第三のコンデンサを流れイン
ダクタに電磁エネルギ−を蓄積する。第二のコンデンサ
の放電が完了すると、インダクタのエネルギ−は第二の
ダイオ−ドおよび平滑コンデンサを介して第三のコンデ
ンサに放出される。この後は、次のサイクルが開始す
る。

【００２５】平滑回路によってＤＣ−ＤＣコンバ−タの
入力回路に供給された直流電圧は、第二のスイッチング
素子によってオン・オフ制御される。このため、第一の
コイルには断続的に電流が流れ、第二のコイルには交流
電圧が発生する。この交流電圧は、半波整流された後に
平滑され、出力端子からは直流の出力電圧として取り出
される。

【００２６】

【発明の実施の形態】

（実施例１）図１を用いて、本発明にかかるスイッチン
グ電源装置の構成を説明する。スイッチング電源装置
は、平滑回路２１とＤＣ−ＤＣコンバ−タ２とから構成
され、従来と同じ構成部分には同じ番号を使用する。な
お、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２は、従来例の第一のスイッ
チング電源装置において説明したので、説明は省略す
る。

【００２７】平滑回路２１は、整流回路３と、平滑コン
デンサ４と、インダクタ１６と、スイッチング素子１８
と、第一のダイオ−ド２２と、第二のダイオ−ド２３
と、第二のコンデンサ２４と、第三のコンデンサ２５
と、第三のコイル２６とから構成される。なお、スイッ
チング素子１８としては、トランジスタが用いられる。

【００２８】整流回路３は、例えば単相ブリッジ回路の
ような整流回路であり、交流電源５の出力端に接続され
る。交流電源５は、例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの
ような低周波数の交流電圧を発生する。

【００２９】整流回路３の一方の出力端には、スイッチ
ング素子１８のコレクタが接続される。スイッチング素
子１８のエミッタと整流回路３の他方の出力端の間に
は、インダクタ１６と平滑コンデンサ４からなる直列回
路が接続される。平滑コンデンサ４は、整流回路３から
出力された直流電圧を平滑する。また、整流回路３の出
力端の間には、第三のコンデンサ２５が接続される。第
三のコンデンサ２５は、例えば電源５のインダクタンス
成分とロ−パスフィルタを形成する。

【００３０】トランス６のコア８を介して第一のコイル
７と磁気結合された第三のコイル２６は、スイッチング
素子１８のベ−スとエミッタの間に接続される。すなわ
ち、スイッチング素子１８のベ−スには、第三のコイル
２６で構成される駆動回路からスイッチング素子１８を
オン・オフ制御するためのパルス信号が入力される。な
お、第三のコイル２６とスイッチング素子１８のベ−ス
の間には、ベ−ス電流を制御する抵抗が接続される。

【００３１】また、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２は、入力回
路の入力電圧が変化しても出力回路の出力電圧が一定と
なるように、スイッチング素子１０は例えばパルス幅変
調器のような制御回路（図示せず）によってパルス幅制
御される。すなわち、入力電圧が高くなるとスイッチン
グ素子１０のオン幅は狭くなり、低くなると広くなる。
スイッチング素子１８は、スイッチング素子１０と同期
した交流電源５の周波数よりも高い周波数のパルス信号
によってオン・オフ制御されるので、入力電圧の変化に
応じてオン幅が制御される。この結果、交流電源５の電
圧が高くなるとスイッチング素子１８のオン幅が狭くな
り、交流電源５の電圧が低くなるとスイッチング素子１
８のオン幅が広くなるので、平滑コンデンサ４の充電量
はほぼ一定となる。

【００３２】整流回路３の他方の出力端には第一のダイ
オ−ド２２のアノ−ドが接続され、第一のダイオ−ド２
２のカソ−ドはスイッチング素子１８のエミッタに接続
される。第一のダイオ−ド２２は、スイッチング素子１
８がオフの時にインダクタ１６に蓄積された電磁エネル
ギ−を平滑コンデンサ４に移行させる。

【００３３】また、スイッチング素子１８のコレクタと
エミッタの間には、第二のダイオ−ド２３と第二のコン
デンサ２４が並列に接続される。第二のダイオ−ド２３
のカソ−ドはスイッチング素子１８のコレクタに接続さ
れ、アノ−ドはスイッチング素子１８のエミッタに接続
される。なお、スイッチング素子１８としてボディ−ダ
イオ−ドを有するＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉ
ｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆ
ｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いれば第二のダ
イオ−ド２３は省略することができる。また、制御回路
の周波数が高い場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴの寄生容量が
活用できるので、第二のコンデンサ２４は省略しても良
い。

【００３４】次に、図２および図３に示す動作波形を用
いて、本発明のスイッチング電源装置を構成する平滑回
路２１の回路動作を説明をする。図２および図３は平滑
回路２１が定常状態になった場合を示す。なお、交流電
源５から平滑回路２１に電源が投入された過渡期におい
てはスイッチ素子１８はオフとなっているので、整流回
路３によって整流された電圧がインダクタ１６の両端に
かかることになる。これを防止するため、例えばスイッ
チング素子１８のコレクタとエミッタの間に、電源が投
入された過渡期にのみオンとなるスイッチと、このスイ
ッチと直列接続した抵抗からなる回路（図示せず）を接
続しておく。電源が投入された過渡期においては、この
回路によって平滑コンデンサ４は充電され、充電が終了
するとスイッチはオフにされる。この後にスイッチング
素子１８をオンにするので、平滑コンデンサ４への突入
電流が防止される。また、平滑コンデンサ４をあらかじ
め充電しておくことにより、スイッチング素子１０をオ
ン・オフ制御するとＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路
には電流が流れ、スイッチング電源装置の動作は速やか
に開始する。

【００３５】図２において、Ｖａｃは交流電源５によっ
て発生した交流電圧を整流した電圧を示す。Ｖ４は平滑
コンデンサ４の両端の電圧を、ｉ４は平滑コンデンサ４
を流れる電流を示す。ｉ７はＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の
入力回路に流れる電流を示す。ｉｃｅは、スイッチング
素子１８を流れる電流を示す。ｉａｃは、例えば交流電
源５のインダクタンス成分と第三のコンデンサ２５によ
って形成されるロ−パスフィルタを介した場合に、交流
電源５を流れる電流を示す。なお、平滑コンデンサ４に
流れる電流ｉ４は、ｉｃｅとｉ７の差で表わされる。ｔ
は時間である。

【００３６】時刻ｔ０〜ｔ１の期間では、電圧Ｖａｃが
電圧Ｖ４よりも小さく、平滑コンデンサ４に充電電流は
流れない。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回
路には、平滑コンデンサ４の放電電流が流れる。

【００３７】時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、電圧Ｖａｃが
電圧Ｖ４よりもわずかに大きく、スイッチング素子１８
がオンした時のみスイッチング素子１８には電流ｉｃｅ
が流れる。しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の負
荷に所定の電流を供給するため、平滑コンデンサ４は放
電する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路
には、電流ｉｃｅと平滑コンデンサ４の放電電流が流れ
る。

【００３８】時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、電圧Ｖａｃが
電圧Ｖ４よりも大きく、スイッチング素子１８がオンし
た時のみスイッチング素子１８には電流ｉｃｅが流れ
る。電流ｉｃｅは、平滑コンデンサ４の充電電流とＤＣ
−ＤＣコンバ−タ２の入力回路に流れる電流ｉ７に分流
される。

【００３９】時刻ｔ３〜ｔ４の期間では、電圧Ｖａｃが
電圧Ｖ４よりもわずかに大きく、スイッチング素子１８
がオンした時のみスイッチング素子１８には電流ｉｃｅ
が流れる。しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の負
荷に所定の電流を供給するため、平滑コンデンサ４は放
電する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路
には、電流ｉｃｅと平滑コンデンサ４の放電電流が流れ
る。

【００４０】時刻ｔ４〜ｔ５の期間では、電圧Ｖａｃが
電圧Ｖ４よりも小さく、平滑コンデンサ４に充電電流は
流れない。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回
路には、平滑コンデンサ４の放電電流が流れる。以降ｔ
０〜ｔ５の回路動作を繰り返す。

【００４１】この結果、ｉａｃはｉｃｅと等しく、連続
した滑らかな電流が得られる。従って、力率が改善さ
れ、高調波は低減される。

【００４２】図３において、ｉ１６はインダクタ１６を
流れる電流、Ｖ２４は第二のコンデンサ２４の両端電
圧、ｉ２４は第二のコンデンサ２４を流れる電流、ｉ２
２は第一のダイオ−ド２２を流れる電流、ｉ２３は第二
のダイオ−ド２３を流れる電流、Ｖｂｅはスイッチング
素子１８を動作させるための駆動信号（ベ−スとエミッ
タ−間の電圧）、Ｖｃｅはスイッチング素子１８の両端
電圧（コレクタとエミッタ−間の電圧）、ｉｃｅはスイ
ッチング素子１８を流れる電流を各々時間ｔの経過とと
もに示す。第二のコンデンサ２４の両端の電圧Ｖ２４
は、スイッチング素子１８のコレクタとエミッタ間の電
圧Ｖｃｅと等しい。なお、ｔは時間である。

【００４３】次に、スイッチング素子１８をオン・オフ
駆動した場合の回路動作について説明する。この場合、
交流電源５の周波数よりも高い周波数のパルス信号をベ
−スに入力してスイッチング素子１８をオン・オフ駆動
させるので、スイッチング素子１８がオンの時でもオフ
の時でも電圧ＶａｃおよびＶ４の電圧変化は微小であ
り、ほぼ一定とみなすことができる。なお、パルス信号
は、制御回路と同期した信号であるので、スイッチング
素子１８はスイッチング素子１０と同期してオン・オフ
駆動する。

【００４４】時刻ｔ０〜ｔ１の期間では、インダクタ１
６に蓄えられた電磁エネルギ−は第二のダイオ−ド２３
および平滑コンデンサ４を介して第三のコンデンサ２５
に放出される。この結果、インダクタ１６を流れる電流
ｉ１６は直線的に減少し、最終的には流れなくなる。な
お、この期間ではスイッチング素子１８はオフの状態に
あり、スイッチング素子１８のコレクタとエミッタ間に
は電流ｉｃｅは流れない。

【００４５】時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、時刻ｔ１でス
イッチング素子１８のベ−スに駆動信号Ｖｂｅが入力さ
れる。このため、スイッチング素子１８はタ−ンオンさ
れてオン状態となる。この結果、インダクタ１６を流れ
る電流ｉ１６はスイッチング素子１８を流れ、直線的に
増加する。なお、インダクタ１６に流れる電流ｉ１６と
スイッチング素子１８を流れる電流ｉｃｅは等しい。電
流ｉ１６がＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の負荷に供給される
所定の電流よりも小さい場合には、平滑コンデンサ４は
放電する。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回
路には、電流ｉｃｅと平滑コンデンサ４の放電電流が流
れる。電流ｉ１６がＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の負荷に供
給される所定の電流よりも大きくなると、電流ｉ１６は
平滑コンデンサ４の充電電流とＤＣ−ＤＣコンバ−タ２
の入力回路に流れる電流とに分流される。

【００４６】時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、時刻ｔ２でス
イッチング素子１８の駆動信号Ｖｂｅが立ち下がる。こ
のため、スイッチング素子１８はタ−ンオフされてスイ
ッチング素子１８を流れる電流ｉｃｅはゼロとなるが、
インダクタ１６を流れる電流ｉ１６は平滑コンデンサ４
を介して第二のコンデンサ２４に流れ込む。なお、この
ときスイッチング素子１０はタ−ンオフされているの
で、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２の入力回路には電流が流れ
ない。このため、時刻ｔ２で電流ｉ４は増加する。第二
のコンデンサ２４には電流ｉ２４が流れ、第二のコンデ
ンサ２４の両端電圧Ｖ２４は上昇する。スイッチング素
子１８のコレクタとエミッタ間の電圧Ｖｃｅは、第二の
コンデンサ２４の両端の電圧Ｖ２４と等しい。従って、
スイッチング素子１８の零電圧スイッチングが達成さ
れ、またインダクタ１６を流れる電流ｉ１６の連続性が
確保される。時刻ｔ３では、第二のコンデンサ２４の両
端の電圧Ｖ２４は、交流電圧を整流した電圧Ｖａｃに等
しくなる。

【００４７】時刻ｔ３〜ｔ４の期間では、第二のコンデ
ンサ２４の両端の電圧Ｖ２４は交流電圧を整流した電圧
Ｖａｃに等しく、第二のコンデンサ２４を流れる電流ｉ
２４はゼロとなる。インダクタ１６を流れる電流ｉ１６
は、平滑コンデンサ４および第一のダイオ−ド２２を流
れて直線的に減少し、時刻ｔ４でゼロとなる。

【００４８】時刻ｔ４〜ｔ５の期間では、第二のコンデ
ンサ２４に蓄えられた電荷は平滑コンデンサ４およびイ
ンダクタ１６を介して第三のコンデンサ２５に放出され
て、時刻ｔ５で、第二のコンデンサ２４の両端電圧Ｖ２
４および第二のコンデンサ２４に流れる電流ｉ２４はゼ
ロになる。

【００４９】時刻ｔ５〜ｔ６では、インダクタ１６に蓄
えられた電磁エネルギ−が第二のダイオ−ド２３および
平滑コンデンサ４を介して第三のコンデンサ２５に放出
されて、直線的に減少する。なお、時刻ｔ５〜ｔ６にお
ける回路動作は、時刻ｔ０〜ｔ１の回路動作と同じであ
る。以降ｔ１〜ｔ６の回路動作を繰り返す。

【００５０】（実施例２）図４を用いて、本発明にかか
る他のスイッチング電源装置の構成を説明する。なお、
実施例１と同じ構成部分は同じ番号を用い、説明は省略
する。また、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２は、従来例の第一
のスイッチング電源装置において説明したので、説明は
省略する。さらに、回路動作は実施例１と同じなため説
明は省略する。

【００５１】スイッチング電源装置は、平滑回路２７と
ＤＣ−ＤＣコンバ−タ２とから構成される。

【００５２】平滑回路２７は、整流回路３と、平滑コン
デンサ４と、インダクタ１６と、スイッチング素子１８
と、第一のダイオ−ド２２と、第二のダイオ−ド２３
と、第二のコンデンサ２４と、第三のコンデンサ２５お
よび第三のコイル２６とから構成される。なお、スイッ
チング素子１８としては、トランジスタが用いられる。

【００５３】整流回路３は、交流電源５の出力端に接続
される。整流回路３の一方の出力端には、平滑コンデン
サ４の一端が接続される。インダクタ１６は、平滑コン
デンサ４と直列接続される。この直列回路のインダクタ
１６の他端は、スイッチング素子１８のコレクタに接続
される。スイッチング素子１８のエミッタは、整流回路
３の他方の出力端に接続される。また、第三のコンデン
サ２５は、整流回路３の出力端の間に接続される。第三
のコンデンサ２５は、例えば電源５のインダクタンス成
分とロ−パスフィルタを形成する。

【００５４】トランス６のコア８を介して第一のコイル
７と磁気結合された第三のコイル２６は、スイッチング
素子１８のベ−スとエミッタの間に接続される。なお、
第三のコイル２６とスイッチング素子１８のベ−スの間
には、ベ−ス電流を制御する抵抗が接続される。

【００５５】整流回路３の一方の出力端には第一のダイ
オ−ド２２のカソ−ドが接続され、アノ−ドはスイッチ
ング素子１８のコレクタに接続される。

【００５６】スイッチング素子１８のコレクタとエミッ
タの間には、第二のダイオ−ド２３と第二のコンデンサ
２４が並列に接続される。なお、第二のダイオ−ド２３
のカソ−ドはスイッチング素子１８のコレクタに接続さ
れ、第二のダイオ−ド２３のアノ−ドはスイッチング素
子１８のエミッタに接続される。第二のダイオ−ド２３
により、平滑コンデンサ４の放電電流はＤＣ−ＤＣコン
バ−タ２の入力回路に流れる。なお、スイッチング素子
１８としてボディ−ダイオ−ドを有するＭＯＳ−ＦＥＴ
を用いれば第二のダイオ−ド２３は省略することができ
る。また、制御回路の周波数が高い場合には、ＭＯＳ−
ＦＥＴの寄生容量が活用できるので、第二のコンデンサ
２４は省略しても良い。

【００５７】

【発明の効果】本発明のスイッチング電源装置は上述の
ように構成され、また平滑回路のスイッチング素子はパ
ルス幅制御されているから、インダクタを流れる電流の
ピ−ク値を抑えることができる。このため、交流電源に
よって発生する交流電圧を整流して得られる電流波形は
ＩＥＣ１０００−３−２に基づいたガイドラインのクラ
スＡで規定する規格値に、また高調波電流はＩＥＣ１０
００−３−２のガイドラインに基づくクラスＤ規定する
規格値以下にすることができる。またインダクタに起因
するスパイク状の過電圧を負荷側に印加することもな
い。

【００５８】更に、スイッチング素子の駆動回路は、交
流電圧と同期させずに、交流電源４の周波数よりも高い
周波数でかつ、ＤＣ−ＤＣコンバ−タのスイッチング素
子と同期してスイッチング素子をオン・オフさせるので
回路が簡素化でき、ビ−トによるノイズ発生の問題がな
い。

【００５９】更にまた、スイッチング素子は零電圧スイ
ッチングするので、スイッチング損失、雑音が少なくな
る。さらに、インダクタの小形・軽量化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、スイッチング電源装置を示す回路図
である。

【図２】本発明の、スイッチング電源装置の動作を示す
動作波形図である。

【図３】本発明の、スイッチング電源装置の各部品の動
作を示す動作波形図である。

【図４】本発明の、スイッチング電源装置を示す他の回
路図である。

【図５】従来の第一のスイッチング電源装置を示す回路
図である。

【図６】従来の第二のスイッチング電源装置を示す回路
図である。

【図７】従来の第三のスイッチング電源装置を示す回路
図である。

【図８】従来の第四のスイッチング電源装置を示す回路
図である。

【符号の説明】

２ ＤＣ−ＤＣコンバ−タ ３ 整流回路 ４ 平滑コンデンサ ５ 交流電源 ６ トランス １０ スイッチング素子 １６ インダクタ １８ スイッチング素子 ２１ 平滑回路 ２２ 第一のダイオ−ド ２３ 第二のダイオ−ド ２４ 第二のコンデンサ ２５ 第三のコイル Ｖａｃ 交流電源で発生した交流電圧を整流した電圧 ｉａｃ 交流電源を流れる電流 Ｖ４ 平滑コンデンサの両端電圧 ｉ４ 平滑コンデンサを流れる電流 ｉ７ ＤＣ−ＤＣコンバ−タの入力回路に流れる電流 ｉ１６ インダクタを流れる電流 ｉ２２ 第一のダイオ−ドを流れる電流 ｉ２３ 第二のダイオ−ドを流れる電流 Ｖ２４ 第二のコンデンサの両端電圧 ｉ２４ 第二のコンデンサを流れる電流 Ｖｂｅ スイッチング素子を動作させる駆動信号 Ｖｃｅ スイッチング素子の両端電圧 ｉｃｅ スイッチング素子を流れる電流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源の出力端に接続された整流回路
   と、該整流回路の一方の出力端に接続された第一のスイ
   ッチング素子と、該第一のスイッチング素子と前記整流
   回路の他方の出力端の間に接続されたインダクタと平滑
   コンデンサからなる直列回路と、該直列回路の両端に接
   続された第一のダイオ−ドと、前記第一のスイッチング
   素子の両端に接続された第二のダイオ−ドおよび第二の
   コンデンサからなる並列回路と、前記整流回路の出力端
   に接続された第三のコンデンサと、トランスの一次側コ
   イルと第二のスイッチング素子を含む入力回路を有する
   ＤＣ−ＤＣコンバ−タとを備え、前記入力回路は前記平
   滑コンデンサの両端に接続されると共に、前記第一のス
   イッチング素子は前記一次側のコイルと磁気結合した第
   三のコイルに誘起する信号により制御されることを特徴
   とするスイッチング電源装置。