特開 2022-188432 スイッチ駆動装置及びこれを用いたスイッチング電源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022188432

(43)【公開日】2022-12-21

(54)【発明の名称】スイッチ駆動装置及びこれを用いたスイッチング電源

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20221214BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021096454

(22)【出願日】2021-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浜地 健次

【テーマコード（参考）】

5H006

【Ｆターム（参考）】

5H006AA01

5H006CA01

5H006CA02

5H006CA07

5H006CB03

5H006CB05

5H006CC01

5H006CC08

5H006DA04

5H006DB01

5H006DC05

5H006FA01

5H006FA02

5H006FA03

5H006GA01

(57)【要約】

【課題】双方向のオン／オフ駆動を停止したときに生じる共振ノイズを抑制する。
【解決手段】スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸを形成する第１スイッチ素子１１０及び第２スイッチ素子１２０を個別に制御するように構成されたコントローラ１３３を有する。コントローラ１３３は、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動を停止するときに、第１スイッチ素子１１０及び第２スイッチ素子１２０をいずれもオフした後、第１スイッチ素子１１０及び第２スイッチ素子１２０のうち、いずれか一方を所定のオン時間に亘って一時的にオンする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

双方向スイッチを形成する第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を個別に制御するように構成されたコントローラを有し、
前記コントローラは、前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止するときに、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子をいずれもオフした後、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子のうち、いずれか一方を所定のオン時間に亘って一時的にオンする、スイッチ駆動装置。

【請求項2】

一時的にオンされるスイッチ素子は、電流回生時に内在ダイオードが逆バイアスとなるスイッチ素子である、請求項１に記載のスイッチ駆動装置。

【請求項3】

前記オン時間は、共振周期以上の長さに設定されている、請求項１または２に記載のスイッチ駆動装置。

【請求項4】

前記コントローラは、前記双方向スイッチをオンからオフに切り替えるときに、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子のうち、一方のスイッチ素子をオンしたまま他方のスイッチ素子をオフする、請求項１～３のいずれか一項に記載のスイッチ駆動装置。

【請求項5】

前記コントローラは、前記双方向スイッチをオフからオンに切り替えるときに、前記他方のスイッチ素子をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第１のゼロ電圧スイッチング制御を行う、請求項４に記載のスイッチ駆動装置。

【請求項6】

前記コントローラは、前記双方向スイッチをオフからオンに切り替えるときに、前記第１のゼロ電圧スイッチング制御に引き続いて、前記他方のスイッチ素子をオンするタイミングで前記一方のスイッチ素子をオフし、前記一方のスイッチ素子をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第２のゼロ電圧スイッチング制御を行う、請求項５に記載のスイッチ駆動装置。

【請求項7】

交流入力電圧が印加されるように構成された一次巻線と、
前記一次巻線に結合されるように構成された二次巻線と、
前記一次巻線に直列接続されるように構成された双方向スイッチと、
前記二次巻線に生じる誘起電圧を全波整流するように構成された全波整流回路と、
前記全波整流回路の出力を平滑するように構成された平滑コンデンサと、
前記双方向スイッチを駆動する請求項１～６いずれかに記載のスイッチ駆動装置と、
を有し、
前記二次巻線からフライバック電圧、または、フォワード電圧とフライバック電圧の双方を取り出して前記交流入力電圧を直流出力電圧に直接変換する、スイッチング電源。

【請求項8】

前記スイッチ駆動装置は、前記交流入力電圧の絶対値が下限値よりも小さいときに前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止する、請求項７に記載のスイッチング電源。

【請求項9】

前記スイッチ駆動装置は、前記直流出力電圧が上限値よりも高いときに前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止する、請求項７または８に記載のスイッチング電源。

【請求項10】

前記スイッチ駆動装置は、前記一次巻線に流れる一次電流が上限値よりも大きいときに前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止する、請求項７～９のいずれか一項に記載のスイッチング電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書中に開示されている発明は、スイッチ駆動装置及びこれを用いたスイッチング電源に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、本願出願人は、スイッチング電源の双方向スイッチを形成する第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を個別にゼロ電圧スイッチング制御（いわゆるＺＶＳ［zero-volt switching］制御）することにより、双方向スイッチの発熱を抑えることのできるスイッチ駆動装置を提案している（特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１３２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のスイッチ駆動装置では、双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止したときに生じる共振ノイズの抑制について改善の余地があった。

【0005】

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、共振ノイズを抑制することのできるスイッチ駆動装置及びこれを用いたスイッチング電源を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

例えば、本明細書中に開示されているスイッチ駆動装置は、双方向スイッチを形成する第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を個別に制御するように構成されたコントローラを有し、前記コントローラは、前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止するときに、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子をいずれもオフした後、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子のうち、いずれか一方を所定のオン時間に亘って一時的にオンする。

【0007】

なお、その他の特徴、要素、ステップ、利点、及び、特性については、以下に続く発明を実施するための形態及びこれに関する添付の図面によって、さらに明らかとなる。

【発明の効果】

【0008】

本明細書中に開示されている発明によれば、共振ノイズを抑制することのできるスイッチ駆動装置及びこれを用いたスイッチング電源を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、スイッチング電源の第１実施形態を示す図である。

【図2】図２は、トランスの等価回路を示す図である。

【図3】図３は、整流ダイオードの等価回路を示す図である。

【図4】図４は、個別ＺＶＳ制御の第１例を示す図である。

【図5】図５は、個別ＺＶＳ制御の第２例を示す図である。

【図6】図６は、個別ＺＶＳ制御の第３例を示す図である。

【図7】図７は、個別ＺＶＳ制御の第４例を示す図である。

【図8】図８は、スイッチング電源の第２実施形態を示す図である。

【図9】図９は、スイッチング電源の第３実施形態を示す図である。

【図10】図１０は、スイッチング電源の第４実施形態を示す図である。

【図11】図１１は、個別ＺＶＳ制御の第５例を示す図である。

【図12】図１２は、スイッチング電源の第５実施形態を示す図である。

【図13】図１３は、スイッチング電源の第６実施形態を示す図である。

【図14】図１４は、スイッチング電源の第７実施形態を示す図である。

【図15】図１５は、スイッチング電源の第８実施形態を示す図である。

【図16】図１６は、スイッチング電源の第９実施形態を示す図である。

【図17】図１７は、クランプ動作による効率の低下を示す図である。

【図18】図１８は、コントローラの要部構成例を示す図である。

【図19】図１９は、コントローラの内部制御例を示す図である。

【図20】図２０は、スイッチング電源の第１０実施形態を示す図である。

【図21】図２１は、第１０実施形態における個別ＺＶＳ制御の第１動作例（Ｖ１＞Ｖ２）を示す図である。

【図22】図２２は、第１動作例の第１フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図23】図２３は、第１動作例の第２フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図24】図２４は、第１動作例の第３フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図25】図２５は、第１動作例の第４フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図26】図２６は、第１動作例の第５フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図27】図２７は、第１動作例の第６フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図28】図２８は、第１動作例の第７フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図29】図２９は、第１０実施形態における個別ＺＶＳ制御の第２動作例（Ｖ１＜Ｖ２）を示す図である。

【図30】図３０は、第２動作例の第１フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図31】図３１は、第２動作例の第２フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図32】図３２は、第２動作例の第３フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図33】図３３は、第２動作例の第４フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図34】図３４は、第２動作例の第５フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図35】図３５は、第２動作例の第６フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図36】図３６は、第２動作例の第７フェイズにおける電流経路を示す図である。

【図37】図３７は、交流入力電圧の極性反転タイミングで双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止したときの様子を示す図である。

【図38】図３８は、図３７における領域αを拡大した図である。

【図39】図３９は、駆動停止処理の第１例を示す図である。

【図40】図４０は、駆動停止処理の第２例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
図１は、スイッチング電源の第１実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源１００は、一次回路系と二次回路系との間を電気的に絶縁しつつ、交流電源Ｐから供給される交流入力電圧Ｖｉｎ（＝Ｖ２－Ｖ１、例えばＶ１＝ＧＮＤ）を直流出力電圧Ｖｏｕｔに直接変換して負荷Ｚに供給する絶縁型のＡＣ／ＤＣコンバータであり、スイッチ素子１１０及び１２０と、スイッチ駆動装置１３０と、トランス１４０と、コンデンサ１５１～１５４と、ダイオード１６１及び１６２と、スナバ回路１７０と、を有する。

【0011】

スイッチ素子１１０及び１２０は、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）とトランス１４０の第２入力タップ（＝一次巻線１４１の巻始端）との間において、直列に逆接続されている。このように接続されたスイッチ素子１１０及び１２０は、トランス１４０の一次巻線１４１に直列接続された双方向スイッチＸを形成する。

【0012】

例えば、スイッチ素子１１０及び１２０がＳｉベースまたはＳｉＣベースのＮＭＯＳＦＥＴ［N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor］である場合、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのソースＳが共通となり、スイッチ素子１１０のドレインＤが交流電源Ｐの第２ノードに接続され、スイッチ素子１２０のドレインＤ（＝スイッチ電圧Ｖｓｗの印加端）がトランス１４０の第２入力タップに接続される。なお、スイッチ素子１１０及び１２０としては、ＧａＮデバイス又はＩＧＢＴ［insulated gate bipolar transistor］などを用いても構わない。

【0013】

また、スイッチ素子１１０及び１２０は、それぞれ、スイッチ機能部１１１及び１２１（トランジスタ本体）のほかに、内在ダイオード１１２及び１２２と内在容量１１３及び１２３を包含している。本図の場合、内在ダイオード１１２のカソードと内在容量１１３の第１端は、スイッチ機能部１１１のドレインＤに接続されている。また、内在ダイオード１１２のアノードと内在容量１１３の第２端は、スイッチ機能部１１１のソースＳに接続されている。一方、内在ダイオード１２２のカソードと内在容量１２３の第１端は、スイッチ機能部１２１のドレインＤに接続されている。また、内在ダイオード１２２のアノードと内在容量１２３の第２端は、スイッチ機能部１２１のソースＳに接続されている。

【0014】

スイッチ駆動装置１３０は、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれの駆動信号（ゲート信号）を生成するドライバ１３１及び１３２と、これらを制御するコントローラ１３３とを含み、スイッチ素子１１０及び１２０をそれぞれ個別にオン／オフする。

【0015】

例えば、スイッチ駆動装置１３０は、直流出力電圧Ｖｏｕｔが所望の目標値と一致するように双方向スイッチＸをオン／オフさせる機能（＝出力帰還制御機能）を備えている。このような機能を具備することにより、負荷Ｚに対して一定の直流出力電圧Ｖｏｕｔを安定供給することが可能となる。

【0016】

また、スイッチ駆動装置１３０は、スイッチング電源１００の力率を１に近付けるように双方向スイッチＸをオン／オフさせる機能（＝力率改善機能）を備えている。このような機能を具備することにより、別途の力率改善回路が不必要となるので、１コンバータ形式のスイッチング電源１００を実現することが可能となる。

【0017】

さらに、スイッチ駆動装置１３０は、スイッチ素子１１０及び１２０を個別にゼロ電圧スイッチング制御する機能（＝個別ＺＶＳ機能）も備えている。このような機能を具備することにより、双方向スイッチＸのスイッチング損失を低減することができるので、双方向スイッチＸの発熱を抑えるとともに、スイッチング電源１００の変換効率を高めることが可能となる。なお、個別ＺＶＳ機能については、後ほど詳細に説明する。

【0018】

トランス１４０は、一次回路系に設けられた一次巻線１４１と、二次回路系に設けられて一次巻線１４１に磁気結合された二次巻線１４２ａ及び１４２ｂと、を含む。トランス１４０の第１入力タップ（＝一次巻線１４１の巻終端）は、交流電源Ｐの第１ノード（＝電圧Ｖ１の印加端）に接続されている。トランス１４０の第２入力タップ（＝一次巻線１４１の巻始端）は、双方向スイッチＸを介して交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）に接続されている。トランス１４０の第１出力タップ（＝二次巻線１４２ａの巻始端）は、ダイオード１６１のアノードに接続されている。トランス１４０の第２出力タップ（＝二次巻線１４２ｂの巻終端）は、ダイオード１６２のアノードに接続されている。トランス１４０の第３出力タップ（＝二次巻線１４２ａの巻終端かつ二次巻線１４２ｂの巻始端）は、二次回路系のグラウンドとして、負荷Ｚの低電位端に接続されている。

【0019】

なお、トランス１４０としては、結合度の高いトランスを用いてフライバックコンバータ回路を構成してもよいし、漏れインダクタンスを持つリーケージトランス（共振トランス）を用いて電圧共振回路を構成してもよいし、リーケージトランスにコイルを接続した電圧共振回路を構成してもよい。また、トランス１４０には、図２で示すように、浮遊容量Ｃ１～Ｃ４が付随している。

【0020】

コンデンサ１５１は、交流電源Ｐに並列接続されており、交流入力電圧Ｖｉｎのノイズ成分を除去する入力フィルタコンデンサとして機能する。

【0021】

コンデンサ１５２は、双方向スイッチＸに並列接続されており、トランス１４０の一次巻線１４１及び漏れインダクタンス（不図示）とともに、共振回路を形成する共振コンデンサとして機能する。従って、トランス１４０としてリーケージトランスまたは共振トランスを用いたことに伴い、一次巻線１４１から二次巻線１４２ａ及び１４２ｂに供給されない余剰エネルギーが生じても、これを回生して利用することができるので、スイッチング電源１００の変換効率を低下させずに済む。なお、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれの内在容量１１３及び１２３があるので、コンデンサ１５２が不要な場合もある。

【0022】

コンデンサ１５３は、トランス１４０の第１出力タップ（二次巻線１４２ａの巻始端）と第２出力タップ（二次巻線１４２ｂの巻終端）との間に接続されており、整流コンデンサとして機能する。

【0023】

コンデンサ１５４は、負荷Ｚに並列接続されており、全波整流回路（＝ダイオード１６１及び１６２）の出力を平滑して直流出力電圧Ｖｏｕｔを生成するための平滑コンデンサとして機能する。

【0024】

ダイオード１６１のアノードは、トランス１４０の第１出力タップに接続されている。ダイオード１６２のアノードは、トランス１４０の第２出力タップに接続されている。ダイオード１６１及び１６２それぞれのカソードは、直流出力電圧Ｖｏｕｔの出力端として負荷Ｚの高電位端に接続されている。このように接続されたダイオード１６１及び１６２は、二次巻線１４２ａ及び１４２ｂに生じる誘起電圧（＝フライバック電圧ないしはフォワード電圧）を全波整流する全波整流回路として機能する。なお、ダイオード１６１及び１６２には、図３で示すように、内在容量Ｃ５が付随している。

【0025】

スナバ回路１７０は、一次巻線１４１の両端間に接続されており、過大なサージを吸収する役割を果たす。ただし、コンデンサ１５２の働きにより、双方向スイッチＸのオフ時におけるトランス１４０のエネルギー変動が十分に緩やかである場合には、スナバ回路１７０を省略することも可能である。

【0026】

なお、上記構成から成るスイッチング電源１００の動作モードは、交流入力電圧Ｖｉｎの周期的な交流変動に応じて、フライバック方式が単独で用いられる第１動作モードと、フライバック方式とフォワード方式が併用される第２動作モードのいずれか一方となる。

【0027】

このように、フライバック方式とフォワード方式を併用するスイッチング電源１００であれば、二次巻線１４２ａ及び１４２ｂに現れるフォワード電圧とフライバック電圧の双方を出力として取り出すことができる。従って、二次電流の波高値が大きいというフライバック方式の欠点を解消し、中・大電力適用時にも高効率で交流入力電圧Ｖｉｎを直流出力電圧Ｖｏｕｔに直接変換することが可能となる。

【0028】

＜個別ＺＶＳ制御＞
次に、スイッチ駆動装置１３０による個別ＺＶＳ制御について、図面を参照しながら、詳細に説明する。

【0029】

図４は、個別ＺＶＳ制御の第１例（Ｖｉｎ＜０（Ｖ１＞Ｖ２）であって、かつ、｜Ｖｉｎ｜が比較的小さい場合）を示す図であり、上から順に、スイッチ電圧Ｖｓｗとスイッチ素子１１０及び１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。

【0030】

時刻ｔ１１以前には、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオンされている。このとき、交流電源Ｐの第１ノード（＝電圧Ｖ１の印加端）から、一次巻線１４１と双方向スイッチＸを介して、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）に至る電流経路で、一次電流が流れ、一次巻線１４１にエネルギーが蓄積される。なお、この時点では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致している。

【0031】

時刻ｔ１１において、一次巻線１４１に所定のエネルギーが蓄積すると、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオンからオフに切り替える。双方向スイッチＸのオフタイミングについては、双方向スイッチＸのオンタイミングから所定の時間が経過したことを検出してもよいし、一次電流の積分値が所定の閾値に達したことを検出してもよい。

【0032】

このとき、スイッチ駆動装置１３０は、スイッチ素子１１０及び１２０双方を同時にオフするのではなく、内在ダイオード１１２が順バイアスとなるスイッチ素子１１０（＝順電圧が印加される素子）をオンしたまま、内在ダイオード１２２が逆バイアスとなるスイッチ素子１２０（＝逆電圧が印加される素子）をオフする。

【0033】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオン信号を出力し続ける一方、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオフ信号を出力する。

【0034】

その後、スイッチ電圧Ｖｓｗの上昇に伴い、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖｓｗ－Ｖ２）は、スイッチ素子１２０の内在容量１２３、トランス１４０の浮遊容量Ｃ１～Ｃ４、及び、ダイオード１６１及び１６２それぞれの内在容量Ｃ５にエネルギーを蓄積させながら、徐々に上昇していく。なお、スイッチ電圧Ｖｓｗは、その絶対値が直流出力電圧Ｖｏｕｔと一致するまで上昇する。

【0035】

また、このとき、トランス１４０の一次巻線１４１と磁気結合した二次巻線１４２ａの両端間電圧も徐々に高くなる。そして、二次巻線１４２ａの両端間電圧がコンデンサ１５４の両端間電圧とダイオード１６１の順方向降下電圧との合計電圧よりも高くなると、二次巻線１４２ａからダイオード１６１を介してコンデンサ１５４に電流が流れ込み、コンデンサ１５４が充電される。

【0036】

トランス１４０に蓄えられたエネルギーがコンデンサ１５４に全て放電されると、スイッチ素子１２０の内在容量１２３、トランス１４０の浮遊容量Ｃ１～Ｃ４、及び、ダイオード１６１及び１６２それぞれの内在容量Ｃ５により、スイッチ電圧Ｖｓｗが低下に転じて、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0037】

そして、時刻ｔ１２において、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致するまで低下し、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が０Ｖになると、スイッチ駆動装置１３０は、このタイミングを見計らって、スイッチ素子１２０をオンすると同時に、スイッチ素子１１０をオフする。

【0038】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオフ信号を出力する一方、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオン信号を出力する。

【0039】

このとき、トランス１４０に蓄えられたエネルギーにより、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも低電位まで低下するので、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖ２－Ｖｓｗ）が上昇し、スイッチ素子１１０に逆電圧が印加された状態（すなわち、スイッチ素子１１０の内在ダイオード１１２が逆バイアスとなった状態）となる。

【0040】

ただし、トランス１４０に蓄えられたエネルギーが無くなると、スイッチ素子１１０の内在容量１１３及びその他の容量により、スイッチ電圧Ｖｓｗが上昇に転じて、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0041】

そして、時刻ｔ１３において、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致するまで上昇し、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧が０Ｖになると、スイッチ駆動装置１３０は、このタイミングを見計らって、スイッチ素子１２０をオンしたまま、スイッチ素子１１０をオンする。

【0042】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオン信号を出力し続ける一方、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオン信号を出力する。

【0043】

このように、本図で示した個別ＺＶＳ制御の第１例において、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオフからオンに切り替えるときには、それまでオフしていたスイッチ素子１２０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第１のＺＶＳ制御を行うと共に、これに引き続いて、スイッチ素子１２０をオンするタイミングでスイッチ素子１１０をオフし、スイッチ素子１１０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第２のＺＶＳ制御を行う。

【0044】

以上のスイッチング制御を繰り返すことにより、双方向スイッチＸのオン遷移時には、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれの内在容量１１３及び１２３に電荷が蓄積されていないタイミングで、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれを個別にオンすることができる。従って、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのスイッチングロスを限りなく０に近付けることができるので、双方向スイッチＸの発熱を抑えることが可能となる。

【0045】

なお、本図では、一次巻線１４１の共振エネルギーが短時間で放出されている。これにより、低入力電圧時におけるスイッチング周波数の低下を抑制することができる。また、スイッチング周波数の低下が抑制されればスイッチング電流が抑えられるので、効率の低下を抑制することも可能となる。また、トランス１４０を小型化することができるので、より小型で高効率なスイッチング電源１００を実現することが可能となる。

【0046】

図５は、個別ＺＶＳ制御の第２例（Ｖｉｎ＞０（Ｖ１＜Ｖ２）であって、かつ、｜Ｖｉｎ｜が比較的小さい場合）を示す図であり、上から順に、スイッチ電圧Ｖｓｗとスイッチ素子１１０及び１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。

【0047】

時刻ｔ２１以前には、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオンされている。このとき、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）から、双方向スイッチＸと一次巻線１４１を介して、交流電源Ｐの第１ノード（＝電圧Ｖ１の印加端）に至る電流経路で、一次電流が流れ、一次巻線１４１にエネルギーが蓄積される。なお、この時点では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致している。

【0048】

時刻ｔ２１において、一次巻線１４１に所定のエネルギーが蓄積すると、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオンからオフに切り替える。先にも述べたように、双方向スイッチＸのオフタイミングについては、双方向スイッチＸのオンタイミングから所定の時間が経過したことを検出してもよいし、一次電流の積分値が所定の閾値に達したことを検出してもよい。

【0049】

このとき、スイッチ駆動装置１３０は、スイッチ素子１１０及び１２０双方を同時にオフするのではなく、内在ダイオード１２２が順バイアスとなるスイッチ素子１２０（＝順電圧が印加される素子）をオンしたまま、内在ダイオード１１２が逆バイアスとなるスイッチ素子１１０（＝逆電圧が印加される素子）をオフする。

【0050】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオン信号を出力し続ける一方、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオフ信号を出力する。

【0051】

その後、スイッチ電圧Ｖｓｗの低下に伴い、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖ２－Ｖｓｗ）は、スイッチ素子１１０の内在容量１１３、トランス１４０の浮遊容量Ｃ１～Ｃ４、及び、ダイオード１６１及び１６２それぞれの内在容量Ｃ５にエネルギーを蓄積させながら、徐々に上昇していく。なお、スイッチ電圧Ｖｓｗは、その絶対値が直流出力電圧Ｖｏｕｔと一致するまで低下する。

【0052】

また、このとき、トランス１４０の一次巻線１４１と磁気結合した二次巻線１４２ｂの両端間電圧も徐々に高くなる。そして、二次巻線１４２ｂの両端間電圧がコンデンサ１５４の両端間電圧とダイオード１６２の順方向降下電圧との合計電圧よりも高くなると、二次巻線１４２ｂからダイオード１６２を介してコンデンサ１５４に電流が流れ込み、コンデンサ１５４が充電される。

【0053】

トランス１４０に蓄えられたエネルギーがコンデンサ１５４に全て放電されると、スイッチ素子１１０の内在容量１１３、トランス１４０の浮遊容量Ｃ１～Ｃ４、及び、ダイオード１６１及び１６２それぞれの内在容量Ｃ５により、スイッチ電圧Ｖｓｗが上昇に転じて、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0054】

そして、時刻ｔ２２において、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致するまで上昇し、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧が０Ｖになると、スイッチ駆動装置１３０は、このタイミングを見計らって、スイッチ素子１１０をオンすると同時に、スイッチ素子１２０をオフする。

【0055】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオン信号を出力する一方、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオフ信号を出力する。

【0056】

このとき、トランス１４０に蓄えられたエネルギーにより、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも高電位まで上昇するので、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖｓｗ－Ｖ２）が上昇し、スイッチ素子１２０に逆電圧が印加された状態（すなわち、スイッチ素子１２０の内在ダイオード１２２が逆バイアスとなった状態）となる。

【0057】

ただし、トランス１４０に蓄えられたエネルギーが無くなると、スイッチ素子１２０の内在容量１２３及びその他の容量により、スイッチ電圧Ｖｓｗが低下に転じて、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0058】

そして、時刻ｔ２３において、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致するまで低下し、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が０Ｖになると、スイッチ駆動装置１３０は、このタイミングを見計らって、スイッチ素子１１０をオンしたまま、スイッチ素子１２０をオンする。

【0059】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオン信号を出力し続ける一方、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオン信号を出力する。

【0060】

このように、本図で示した個別ＺＶＳ制御の第２例において、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオフからオンに切り替えるときには、それまでオフしていたスイッチ素子１１０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第１のＺＶＳ制御を行うと共に、これに引き続いて、スイッチ素子１１０をオンするタイミングでスイッチ素子１２０をオフし、スイッチ素子１２０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第２のＺＶＳ制御を行う。

【0061】

以上のスイッチング制御を繰り返すことにより、双方向スイッチＸのオン遷移時には、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれの内在容量１１３及び１２３に電荷が蓄積されていないタイミングで、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれを個別にオンすることができる。従って、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのスイッチングロスを限りなく０に近付けることができるので、双方向スイッチＸの発熱を抑えることが可能となる。

【0062】

なお、スイッチング電源１００では、共振動作に伴い、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれに順電圧及び逆電圧が印加され得る。従って、高効率のスイッチング電源１００を実現するためには、上記で説明した個別ＺＶＳ制御を行うことが有効である。

【0063】

また、上記の個別ＺＶＳ制御は、交流入力電圧Ｖｉｎの正負極性が反転する毎に、第１例（図４）及び第２例（図５）のいずれか一方に切り替わる。ただし、上記の個別ＺＶＳ制御は、スイッチング電源１００の入力電圧が正または負に固定されていても、何ら問題なく適用することができる。例えば、スイッチング電源１００の入力電圧が負に固定されている場合（Ｖ１＞Ｖ２）には、常に第１例（図４）の個別ＺＶＳ制御が実施されることになる。逆に、スイッチング電源１００の入力電圧が正に固定されている場合（Ｖ１＜Ｖ２）には、常に第２例（図５）の個別ＺＶＳ制御が実施されることになる。

【0064】

図６は、個別ＺＶＳ制御の第３例（Ｖｉｎ＜０（Ｖ１＞Ｖ２）であって、かつ、｜Ｖｉｎ｜が比較的大きい場合）を示す図であり、上から順に、スイッチ電圧Ｖｓｗとスイッチ素子１１０及び１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。

【0065】

第３例の個別ＺＶＳ制御は、基本的に、先出の第１例（図４）と同様であるので、その動作自体は、先の説明における「時刻ｔ１１」、「時刻ｔ１２」、及び、「時刻ｔ１３」を、それぞれ、「時刻ｔ３１」、「時刻ｔ３２」、及び、「時刻ｔ３３」に読み替えることにより理解することができる。

【0066】

ただし、｜Ｖｉｎ｜が比較的大きい場合には、時刻ｔ３２～ｔ３３で示したように、スイッチ素子１１０への逆電圧印加時間が非常に短くなるので、スイッチ素子１１０をオフしてから再度オンするまでのタイミング制御がシビアとなる点に留意すべきである。

【0067】

なお、本図では、Ｖｉｎ＜０（Ｖ１＞Ｖ２）である場合を例示したが、Ｖｉｎ＞０（Ｖ１＜Ｖ２）である場合についても同様であることは言うまでもない。

【0068】

図７は、個別ＺＶＳ制御の第４例（先の第３例で第２のＺＶＳ制御を実施しない場合）を示す図であり、上から順に、スイッチ電圧Ｖｓｗとスイッチ素子１１０及び１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。

【0069】

第４例の個別ＺＶＳ制御は、先出の第３例（図６）で述べた留意点に鑑み、第２のＺＶＳ制御（＝スイッチ素子１１０のＺＶＳ制御）が不実施とされている点に特徴を有する。以下では、先出の第１例（図４）と重複する部分も含めて、一連の動作説明を行う。

【0070】

時刻ｔ４１以前には、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオンされている。このとき、交流電源Ｐの第１ノード（＝電圧Ｖ１の印加端）から、一次巻線１４１と双方向スイッチＸを介して、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）に至る電流経路で、一次電流が流れ、一次巻線１４１にエネルギーが蓄積される。なお、この時点では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致している。

【0071】

時刻ｔ４１において、一次巻線１４１に所定のエネルギーが蓄積すると、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオンからオフに切り替える。先にも述べたように、双方向スイッチＸのオフタイミングについては、双方向スイッチＸのオンタイミングから所定の時間が経過したことを検出してもよいし、一次電流の積分値が所定の閾値に達したことを検出してもよい。

【0072】

このとき、スイッチ駆動装置１３０は、スイッチ素子１１０及び１２０双方を同時にオフするのではなく、内在ダイオード１１２が順バイアスとなるスイッチ素子１１０（＝順電圧が印加される素子）をオンしたまま、内在ダイオード１２２が逆バイアスとなるスイッチ素子１２０（＝逆電圧が印加される素子）をオフする。

【0073】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオン信号を出力し続ける一方、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオフ信号を出力する。

【0074】

その後、スイッチ電圧Ｖｓｗの上昇に伴い、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖｓｗ－Ｖ２）は、スイッチ素子１２０の内在容量１２３、トランス１４０の浮遊容量Ｃ１～Ｃ４、及び、ダイオード１６１及び１６２それぞれの内在容量Ｃ５にエネルギーを蓄積させながら、徐々に上昇していく。なお、スイッチ電圧Ｖｓｗは、その絶対値が直流出力電圧Ｖｏｕｔと一致するまで上昇する。

【0075】

また、このとき、トランス１４０の一次巻線１４１と磁気結合した二次巻線１４２ａの両端間電圧も徐々に高くなる。そして、二次巻線１４２ａの両端間電圧がコンデンサ１５４の両端間電圧とダイオード１６１の順方向降下電圧との合計電圧よりも高くなると、二次巻線１４２ａからダイオード１６１を介してコンデンサ１５４に電流が流れ込み、コンデンサ１５４が充電される。

【0076】

トランス１４０に蓄えられたエネルギーがコンデンサ１５４に全て放電されると、スイッチ素子１２０の内在容量１２３、トランス１４０の浮遊容量Ｃ１～Ｃ４、及び、ダイオード１６１及び１６２それぞれの内在容量Ｃ５により、スイッチ電圧Ｖｓｗが低下に転じて、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0077】

そして、時刻ｔ４２において、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致するまで低下し、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が０Ｖになると、スイッチ駆動装置１３０は、このタイミングを見計らって、スイッチ素子１１０をオンしたまま、スイッチ素子１２０をオンする。

【0078】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオン信号を出力し続けると共に、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオン信号を出力する。

【0079】

このとき、トランス１４０に蓄えられていたエネルギーは、交流電源Ｐに回生される。なお、トランス１４０のエネルギーが全て無くなると、トランス１４０は、再びエネルギーを蓄積し始める。

【0080】

上記したように、第４例の個別ＺＶＳ制御では、スイッチ素子１１０のＺＶＳ制御（＝第２のＺＶＳ制御）が省略されており、スイッチ素子１１０を常にオンし続けたまま、スイッチ素子１２０の高周波スイッチング（＝第１のＺＶＳ制御）のみが実施されている。

【0081】

従って、｜Ｖｉｎ｜が比較的大きく、スイッチ素子１１０への逆電圧印加時間が非常に短くなる場合であっても、シビアなタイミング制御を要することなく、双方向スイッチＸの発熱を抑えることが可能となる。

【0082】

なお、改めて図示はしないが、Ｖｉｎ＞０（Ｖ１＜Ｖ２）である場合には、スイッチ素子１２０を常にオンし続けたまま、スイッチ素子１１０の高周波スイッチング（＝第１のＺＶＳ制御）のみが実施されることになる。

【0083】

また、スイッチ駆動装置１３０は、交流入力電圧Ｖｉｎ、または、予め定められた条件に応じて、第２のＺＶＳ制御を行うか否か（すなわち、第１例～第３例（図４～図６）の個別ＺＶＳ制御を行うのか、第４例（図７）の個別ＺＶＳ制御を行うのか）を切り替える機能を備えておくとよい。

【0084】

＜第２実施形態＞
図８は、スイッチング電源の第２実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源２００は、第１実施形態（図１）を基本としつつ、スイッチ素子１１０並びに１２０及びコンデンサ１５２に代えて、スイッチ素子２１０並びに２２０及びコンデンサ２３０を有する。以下、この変更点について重点的に説明する。

【0085】

スイッチ素子２１０は、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）とトランス１４０の第２入力タップ（＝一次巻線１４１の巻始端）との間に接続されている。一方、スイッチ素子２２０は、交流電源Ｐの第１ノード（＝電圧Ｖ１の印加端）とトランス１４０の第１入力タップ（＝一次巻線１４１の巻終端）との間に接続されている。すなわち、一次巻線１４１は、スイッチ素子２１０とスイッチ素子２２０との間に接続されている。

【0086】

なお、スイッチ素子２１０及び２２０は、それぞれ、スイッチ機能部２１１及び２２１（トランジスタ本体）のほかに、内在ダイオード２１２及び２２２と内在容量２１３及び２２３を包含している。本図の場合、内在ダイオード２１２のカソードと内在容量２１３の第１端は、スイッチ機能部２１１のドレインＤに接続されている。また、内在ダイオード２１２のアノードと内在容量２１３の第２端は、スイッチ機能部２１１のソースＳに接続されている。一方、内在ダイオード２２２のカソードと内在容量２２３の第１端は、スイッチ機能部２２１のドレインＤに接続されている。また、内在ダイオード２２２のアノードと内在容量２２３の第２端は、スイッチ機能部２２１のソースＳに接続されている。

【0087】

このように、双方向スイッチＸを形成するスイッチ素子２１０及び２２０は、一次巻線１４１を挟むように分離して配置されている。

【0088】

また、コンデンサ２３０は、先出のコンデンサ１５２と異なり、双方向スイッチＸに直列接続（＝一次巻線１４１に並列接続）されている。

【0089】

なお、本実施形態のスイッチング電源２００においても、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動に際して、これまでに説明してきた個別ＺＶＳ制御（第１例～第４例のいずれでも可）を実施することにより、先述と同様の効果を享受することが可能となる。

【0090】

＜第３実施形態＞
図９は、スイッチング電源の第３実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源３００は、先の第１実施形態（図１）を基本としつつ、二次巻線１４２ａ並びに１４２ｂ、コンデンサ１５３並びに１５４、及び、ダイオード１６１並びに１６２に代えて、二次巻線１４２と、コンデンサ３１１及び３１２と、ダイオード３２１～３２３と、補助巻線３３０と、電流制限素子３４０と、を有する。以下では、これらの変更点について、重点的に説明する。

【0091】

トランス１４０の第１出力タップ（＝二次巻線１４２の巻終端）は、直流出力電圧Ｖｏｕｔの出力端として、負荷Ｚの高電位端に接続されている。なお、負荷Ｚの低電位端は、トランス１４０の第１入力タップ（＝一次巻線１４１の巻終端）に接続されている。トランス１４０の第２出力タップ（＝二次巻線１４２の巻始端）は、補助巻線３３０の第１端に接続されている。

【0092】

コンデンサ３１１は、負荷Ｚに並列接続されている。コンデンサ３１２は、トランス１４０の第２入力タップ（＝一次巻線１４１の巻始端）と補助巻線３３０の第２端との間に接続されている。

【0093】

ダイオード３２１のアノードは、トランス１４０の第１入力タップに接続されている。ダイオード３２１のカソードは、補助巻線３３０の第２端に接続されている。ダイオード３２２のアノードは、トランス１４０の第２入力タップに接続されている。ダイオード３２２のカソードは、トランス１４０の第１出力タップに接続されている。ダイオード３２３のアノードは、電流制限素子３４０を介して、交流電源Ｐの第２端（＝電圧Ｖ２の印加端）に接続されている。ダイオード３２３のカソードは、トランス１４０の第１出力タップに接続されている。

【0094】

スイッチング電源３００の基本動作について説明する。例えば、交流入力電圧Ｖｉｎが正（Ｖ１＜Ｖ２）である場合、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）から、電流制限素子３４０、ダイオード３２３、二次巻線１４２、及び、補助巻線３３０を介してコンデンサ３１２に至る電流経路に制限電流が流れてコンデンサ３１２が充電される。

【0095】

双方向スイッチＸがオンすると、トランス１４０の一次巻線１４１に一次電流が流れてエネルギーが蓄積される。所定のエネルギーが蓄積すると双方向スイッチＸがオフする。このとき、トランス１４０の第２入力タップ（＝一次巻線１４１の巻始端）と第２出力タップ（＝二次巻線１４２の巻始端）は、ほぼ同じ電圧低下率で徐々に低くなる。従って、コンデンサ３１２には短絡電流が流れない。

【0096】

トランス１４０の第２入力タップに印加される電圧がコンデンサ３１２の両端間電圧とダイオード３２１の順方向降下電圧との合計電圧よりも低くなると、ダイオード３２１を介してコンデンサ３１２に電流が流れ込み、コンデンサ３１２が充電される。さらに、コンデンサ３１２に蓄えられたエネルギーは、補助巻線３３０と二次巻線１４２を介して、コンデンサ３１１の充電に供される。その後、トランス１４０のエネルギーがコンデンサ３１２に全て放電されると、双方向スイッチＸが適切なタイミングで再びオンされる。

【0097】

次に、コンデンサ３１１及び３１２が既に充電されている状態であって、かつ、交流入力電圧Ｖｉｎが負（Ｖ１＞Ｖ２）である場合、双方向スイッチＸがオンすると、トランス１４０の一次巻線１４１に一次電流が流れてエネルギーが蓄積される。所定のエネルギーが蓄積すると双方向スイッチＸがオフする。このとき、トランス１４０の第２入力タップ（＝一次巻線１４１の巻始端）と第２出力タップ（＝二次巻線１４２の巻始端）は、ほぼ同じ電圧上昇率で徐々に高くなる。従って、コンデンサ３１２には短絡電流が流れない。

【0098】

トランス１４０の第２入力タップに印加される電圧がコンデンサ３１１の両端間電圧とダイオード３２２の順方向降下電圧との合計電圧よりも高くなると、ダイオード３２２を介してコンデンサ３１１に電流が流れ込み、コンデンサ３１１が充電される。その後、トランス１４０のエネルギーがコンデンサ３１１に全て放電されると、双方向スイッチＸが適切なタイミングで再びオンされる。

【0099】

なお、本実施形態のスイッチング電源３００においても、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動に際して、これまでに説明してきた個別ＺＶＳ制御（第１例～第４例のいずれでも可）を実施することにより、先述と同様の効果を享受することが可能となる。

【0100】

＜第４実施形態＞
図１０は、スイッチング電源の第４実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源４００は、第１実施形態（図１）を基本としつつ、先述の個別ＺＶＳ制御に必要なゼロクロスタイミングを検出する手段として、微分回路４１０を有する。

【0101】

微分回路４１０は、抵抗４１１とコンデンサ４１２を含み、双方向スイッチＸの一端に現れるスイッチ電圧Ｖｓｗを微分して微分電圧Ｖｄを生成する。抵抗４１１の第１端は、トランス１４０の第１入力タップ（＝一次巻線１４１の巻終端）に接続されている。抵抗４１１の第２端とコンデンサ４１２の第１端は、いずれも微分電圧Ｖｄの出力端に接続されている。コンデンサ４１２の第２端は、トランス１４０の第２入力タップ（＝一次巻線１４１の巻始端）に接続されている。

【0102】

スイッチ駆動装置１３０は、上記の微分電圧Ｖｄに基づいて、スイッチ素子１１０及び１２０の個別ＺＶＳ制御を行う。例えば、スイッチ駆動装置１３０は、微分電圧Ｖｄと所定の閾値電圧ＶＨ及びＶＬ（ただしＶＬ＜０＜ＶＨ）との比較結果に基づいて、スイッチ素子１１０及び１２０のオン／オフタイミングを決定する。以下、図面を参照しながら、詳細に説明する。

【0103】

図１１は、個別ＺＶＳ制御の第５例（微分電圧Ｖｄに基づくＺＶＳ制御）を示す図であり、上から順に、スイッチ電圧Ｖｓｗ及び微分電圧Ｖｄとスイッチ素子１１０及び１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。以下では、特に微分電圧Ｖｄに着目しながら、先出の第１例（図４）と重複する部分も含めて、一連の動作説明を行う。

【0104】

時刻ｔ５１以前には、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオンされている。このとき、交流電源Ｐの第１ノード（＝電圧Ｖ１の印加端）から、一次巻線１４１と双方向スイッチＸを介して、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）に至る電流経路で、一次電流が流れ、一次巻線１４１にエネルギーが蓄積される。なお、この時点では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致している。また、微分電圧Ｖｄは０Ｖである。

【0105】

時刻ｔ５１において、一次巻線１４１に所定のエネルギーが蓄積すると、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオンからオフに切り替える。先にも述べたように、双方向スイッチＸのオフタイミングについては、双方向スイッチＸのオンタイミングから所定の時間が経過したことを検出してもよいし、一次電流の積分値が所定の閾値に達したことを検出してもよい。

【0106】

このとき、スイッチ駆動装置１３０は、スイッチ素子１１０及び１２０双方を同時にオフするのではなく、内在ダイオード１１２が順バイアスとなるスイッチ素子１１０（＝順電圧が印加される素子）をオンしたまま、内在ダイオード１２２が逆バイアスとなるスイッチ素子１２０（＝逆電圧が印加される素子）をオフする。

【0107】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオン信号を出力し続ける一方、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオフ信号を出力する。

【0108】

その後、スイッチ電圧Ｖｓｗの上昇に伴い、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖｓｗ－Ｖ２）は、スイッチ素子１２０の内在容量１２３、トランス１４０の浮遊容量Ｃ１～Ｃ４、及び、ダイオード１６１及び１６２それぞれの内在容量Ｃ５にエネルギーを蓄積させながら、徐々に上昇していく。なお、スイッチ電圧Ｖｓｗは、その絶対値が直流出力電圧Ｖｏｕｔと一致するまで上昇する。このとき、微分電圧Ｖｄは、一旦閾値電圧ＶＨを上回った後、再び閾値電圧ＶＨを下回る。

【0109】

また、このとき、トランス１４０の一次巻線１４１と結合した二次巻線１４２ａの両端間電圧も徐々に高くなる。そして、二次巻線１４２ａの両端間電圧がコンデンサ１５４の両端間電圧とダイオード１６１の順方向降下電圧との合計電圧よりも高くなると、二次巻線１４２ａからダイオード１６１を介してコンデンサ１５４に電流が流れ込み、コンデンサ１５４が充電される。

【0110】

時刻ｔ５２において、トランス１４０に蓄えられたエネルギーがコンデンサ１５４に全て放電されると、スイッチ素子１２０の内在容量１２３、トランス１４０の浮遊容量Ｃ１～Ｃ４、及び、ダイオード１６１及び１６２それぞれの内在容量Ｃ５により、スイッチ電圧Ｖｓｗが低下に転じて、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。このとき、微分電圧Ｖｄは、閾値電圧ＶＬを下回る。

【0111】

そして、時刻ｔ５３において、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致するまで低下し、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が０Ｖになると、スイッチ駆動装置１３０は、このタイミングを見計らって、スイッチ素子１２０をオンすると同時に、スイッチ素子１１０をオフする。

【0112】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオフ信号を出力する一方、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオン信号を出力する。

【0113】

なお、時刻ｔ５３では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも内在ダイオード１２２の順方向降下電圧だけ低い電圧にクランプされるので、微分電圧Ｖｄが負値（＜ＶＬ）から０Ｖまで急峻に上昇する。そこで、スイッチ駆動装置１３０では、微分電圧Ｖｄが閾値電圧ＶＬを上回るタイミングで、スイッチ素子１２０をオンすると同時に、スイッチ素子１１０をオフするとよい。また、微分電圧Ｖｄが閾値電圧ＶＬを上回るタイミングは、時刻ｔ５３以外にも存在するが、それらは全て無視ないしマスクするとよい。

【0114】

このとき、トランス１４０に蓄えられたエネルギーにより、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも低電位まで低下するので、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖ２－Ｖｓｗ）が上昇し、スイッチ素子１１０に逆電圧が印加された状態（すなわち、スイッチ素子１１０の内在ダイオード１１２が逆バイアスとなった状態）となる。従って、微分電圧Ｖｄは、再び閾値電圧ＶＬを下回る。

【0115】

ただし、時刻ｔ５４において、トランス１４０に蓄えられたエネルギーが無くなると、スイッチ素子１１０の内在容量１１３及びその他の容量により、スイッチ電圧Ｖｓｗが上昇に転じて、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。このとき、微分電圧Ｖｄは、負値（＜ＶＬ）から０Ｖを経て正値（＞ＶＨ）まで上昇する。

【0116】

そして、時刻ｔ５５において、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致するまで上昇し、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧が０Ｖになると、スイッチ駆動装置１３０は、このタイミングを見計らって、スイッチ素子１２０をオンしたまま、スイッチ素子１１０をオンする。

【0117】

具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０は、コントローラ１３３からドライバ１３２を介してスイッチ素子１２０の制御端にオン信号を出力し続ける一方、コントローラ１３３からドライバ１３１を介してスイッチ素子１１０の制御端にオン信号を出力する。

【0118】

なお、時刻ｔ５５では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも内在ダイオード１１２の順方向降下電圧だけ高い電圧にクランプされるので、微分電圧Ｖｄが正値（＞ＶＨ）から０Ｖまで急峻に低下する。そこで、スイッチ駆動装置１３０では、微分電圧Ｖｄが閾値電圧ＶＨを下回るタイミングで、スイッチ素子１１０をオンするとよい。また、微分電圧Ｖｄが閾値電圧ＶＨを下回るタイミングは、時刻ｔ５５以外にも存在するが、それらは全て無視ないしマスクするとよい。

【0119】

このように、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオフからオンに切り替えるときには、それまでオフしていたスイッチ素子１２０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第１のＺＶＳ制御を行うと共に、これに引き続いて、スイッチ素子１２０をオンするタイミングでスイッチ素子１１０をオフし、スイッチ素子１１０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第２のＺＶＳ制御を行う。

【0120】

以上のスイッチング制御を繰り返すことにより、双方向スイッチＸのオン遷移時には、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれの内在容量１１３及び１２３に電荷が蓄積されていないタイミングで、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれを個別にオンすることができる。従って、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのスイッチングロスを低減して、双方向スイッチＸの発熱を抑えることが可能となる。

【0121】

なお、本実施形態では、微分電圧Ｖｄに基づいて個別ＺＶＳ制御を行う例を挙げたが、微分処理は、あくまでスイッチ電圧Ｖｓｗをどのように処理するかの一例であり、様々な変形例が考えられる。すなわち、微分回路４１０は、スイッチ電圧Ｖｓｗを検出する電圧検出回路の一具体例であり、スイッチ電圧Ｖｓｗに基づいて個別ＺＶＳ制御を行うことができる限り、スイッチ電圧Ｖｓｗの処理方法は不問である。

【0122】

もちろん、ゼロクロスタイミングの検出手法は、何ら上記に限定されるものではない。以下では、第５実施形態（図１２）及び第６実施形態（図１３）を例に挙げて、別のゼロクロス検出手法を提案する。

【0123】

＜第５実施形態＞
図１２は、スイッチング電源の第５実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源５００は、第１実施形態（図１）を基本としつつ、先述の個別ＺＶＳ制御に必要なゼロクロスタイミングを検出する手段として、ゼロ電圧検出回路５１０を有する。

【0124】

ゼロ電圧検出回路５１０は、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのドレイン・ソース間電圧（またはその分圧電圧）が０Ｖとなったことを検出し、その検出結果をコントローラ１３３に出力する。これにより、先述の個別ＺＶＳを実現することが可能となる。特に、ＩＣ化をするならば、ゼロ電圧検出回路５１０が簡単に構成可能であると言える。

【0125】

＜第６実施形態＞
図１３は、スイッチング電源の第６実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源６００は、第１実施形態（図１）を基本としつつ、先述の個別ＺＶＳ制御に必要なゼロクロスタイミングを検出する手段として、補助巻線６１０と、ゼロ電圧検出回路６２０と、を有する。

【0126】

なお、補助巻線６１０は、一次巻線１４１及び二次巻線１４２と磁気結合されている。また、ゼロ電圧検出回路６２０は、補助巻線６１０の両端間に生じる誘起電圧を検出し、その検出結果をコントローラ１３３に出力する。これにより、先述の個別ＺＶＳを実現することが可能となる。

【0127】

また、上記した第４実施形態（図１０）、第５実施形態（図１２）、及び、第６実施形態（図１３）は、矛盾のない範囲で組み合わせて実施することも可能である。

【0128】

＜第７実施形態＞
図１４は、スイッチング電源の第７実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源７００は、第１実施形態（図１）を基本としつつ、起動回路７１０をさらに有している。起動回路７１０は、一次巻線１４１の両端間に接続されており、スイッチング電源７００の起動時にコンデンサ１５４の予備充電を行う。本実施形態によれば、スイッチング電源７００を安定かつ確実に起動することが可能となる。

【0129】

＜第８実施形態＞
図１５は、スイッチング電源の第８実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源８００は、第１実施形態（図１）を基本としつつ、起動回路８１０をさらに有している。起動回路８１０は、二次回路系のコンデンサ１５４に直接接続されており、スイッチング電源８００の起動時にコンデンサ１５４の予備充電を行う。本実施形態によれば、スイッチング電源８００を安定かつ確実に起動することが可能となる。

【0130】

＜第９実施形態＞
図１６は、スイッチング電源の第９実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源９００は、先出の第４実施形態（図１０）を基本としつつ、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）で微分電圧Ｖｄとともに交流入力電圧Ｖｉｎ（＝Ｖ２－Ｖ１）の大きさを監視し、その監視結果に基づいて双方向スイッチＸの駆動制御を行う機能を備えている。以下では、このような機能追加の技術的意義について詳述する。

【0131】

図１７は、ゼロクロスタイミングでのクランプ動作に起因した効率の低下を説明するための図である。本図は、基本的に先出の図１１と同一の内容であるが、ゼロクロスタイミングでのクランプ期間Ｔｃ（＝時刻ｔ５３～ｔ５３ｘ）が明示されると共に、スイッチ電圧Ｖｓｗの理想波形（すなわち、Ｔｃ＝０であるときの波形）が破線で描写されている。

【0132】

先出の図１１で説明したように、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）は、微分電圧Ｖｄと閾値電圧ＶＨ及びＶＬとの比較結果に応じて、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのオン／オフタイミングを決定する（時刻ｔ５３及びｔ５５を参照）。

【0133】

ところで、本図のクランプ期間Ｔｃ（＝時刻ｔ５３～ｔ５３ｘ）は、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも内在ダイオード１２２の順方向降下電圧だけ低い電圧にクランプされる期間に相当する。このようなクランプ期間Ｔｃでは、エネルギーが入力側に戻っていってしまう。その結果、スイッチ電圧Ｖｓｗの潜り込み量Ｖｓｗ＊（＝スイッチ電圧Ｖｓｗの下側ピーク値（＜Ｖ２）と電圧Ｖ２との差）が理想波形よりも小さくなり、その分だけ出力側に送り込むことのできるエネルギーが減少するので、効率が低下してしまう。

【0134】

なお、本図では、Ｖｉｎ＜０（Ｖ１＞Ｖ２）である場合を例示したが、Ｖｉｎ＞０（Ｖ１＜Ｖ２）である場合についても、基本的に上記と同様の理由から、クランプ動作による効率の低下が生じ得る。

【0135】

そこで、本実施形態のスイッチング電源９００は、上記のクランプ期間Ｔｃを短縮すべく、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）で微分電圧Ｖｄとともに交流入力電圧Ｖｉｎ（＝Ｖ２－Ｖ１）の大きさ（＝正負及び絶対値）を監視し、その監視結果に基づいて双方向スイッチＸの駆動制御（閾値電圧ＶＨ及びＶＬの調整処理を含む）を行う機能を備えている。

【0136】

図１８は、コントローラ１３３の要部構成例を示す図である。本構成例のコントローラ１３３は、分圧部１３３ａと、比較部１３３ｂと、制御部１３３ｃと、を含む。

【0137】

分圧部１３３ａは、電圧Ｖ２の印加端と電圧Ｖ１（＝ＧＮＤ）の印加端との間に直列接続された抵抗Ｒ１及びＲ２を含み、相互間の接続ノードから交流入力電圧Ｖｉｎに応じた分圧電圧Ｖｘを出力する。

【0138】

比較部１３３ｂは、分圧電圧Ｖｘと所定の閾値電圧（本図では±ａ、±ｂ、±ｃ、±ｄ及び±ｅ、ただし、０＜｜ａ｜＜｜ｂ｜＜｜ｃ｜＜｜ｄ｜＜｜ｅ｜）をそれぞれ比較し、複数の比較信号ＳＣを出力する。なお、分圧電圧Ｖｘと比較される閾値電圧の数（種類）については、これに限定されるものではない。また、比較部１３３ｂ（コンパレータ）に代えて、分圧電圧Ｖｘと所定の基準電圧Ｖｒｅｆとの差分（＝Ｖｒｅｆ－Ｖｘ）に応じた誤差信号ＥＲＲを生成するアンプを用いてもよい。

【0139】

制御部１３３ｃは、比較信号ＳＣに応じてドライバ１３１及び１３２それぞれの駆動制御を行う。例えば、制御部１３３ｃは、複数の比較信号ＳＣの論理組み合わせから交流入力電圧Ｖｉｎの大きさ（＝正負及び絶対値）を判定し、その判定結果に基づいて種々の内部制御（閾値電圧ＶＨ及びＶＬの調整処理、双方向スイッチＸのスイッチング停止処理、及び、第２のＺＶＳ制御のイネーブル処理など、詳細は後述）を実行する。

【0140】

図１９は、コントローラ１３３の内部制御例を示す図であり、上から順に、双方向スイッチＸの動作モード、及び、閾値電圧ＶＨ並びにＶＬが描写されている。なお、本図の横軸は、分圧電圧Ｖｘ（延いては交流入力電圧Ｖｉｎ）の大きさを示している。

【0141】

また、以下の説明において、正側の閾値電圧ＶＨ（＞０）が取り得る電圧値ＶＨ１～ＶＨ５については、｜ＶＨ１｜＜｜ＶＨ２｜＜｜ＶＨ３｜＜｜ＶＨ４｜＜｜ＶＨ５｜とし、負側の閾値電圧ＶＬ（＜０）が取り得る電圧値ＶＬ１～ＶＬ５については、｜ＶＬ１｜＜｜ＶＬ２｜＜｜ＶＬ３｜＜｜ＶＬ４｜＜｜ＶＬ５｜とする。

【0142】

また、｜ＶＨ１｜＝｜ＶＬ１｜、｜ＶＨ２｜＝｜ＶＬ２｜、｜ＶＨ３｜＝｜ＶＬ３｜、｜ＶＨ４｜＝｜ＶＬ４｜、｜ＶＨ５｜＝｜ＶＬ５｜としてもよい。

【0143】

また、正側の閾値電圧ＶＨが取り得る電圧値ＶＨ１～ＶＨ５、及び、負側の閾値電圧ＶＬが取り得る電圧値ＶＬ１～ＶＬ５は、それぞれユーザが任意に設定できるとよい。

【0144】

Ｖｘ＜－ｅであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ１に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ１に設定される。

【0145】

－ｅ＜Ｖｘ＜－ｄであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ２に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ２に設定される。

【0146】

－ｄ＜Ｖｘ＜－ｃであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ３に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ３に設定される。

【0147】

－ｃ＜Ｖｘ＜－ｂであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ４に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ４に設定される。

【0148】

－ｂ＜Ｖｘ＜＋ｂであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ５に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ５に設定される。ただし、－ａ＜Ｖｘ＜＋ａであるときには、双方向スイッチＸが停止モードＳＴＯＰ（詳細は後述）となるので、閾値電圧ＶＨ及びＶＬそれぞれの電圧値は不問となる。

【0149】

＋ｂ＜Ｖｘ＜＋ｃであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ４に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ４に設定される。

【0150】

＋ｃ＜Ｖｘ＜＋ｄであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ３に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ３に設定される。

【0151】

＋ｄ＜Ｖｘ＜＋ｅであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ２に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ２に設定される。

【0152】

＋ｄ＜Ｖｘであるときには、例えば、閾値電圧ＶＨが電圧値ＶＨ１に設定され、閾値電圧ＶＬが電圧値ＶＬ１に設定される。

【0153】

このように、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）は、交流入力電圧Ｖｉｎの大きさ（＝正負及び絶対値）に応じて閾値電圧ＶＨ及びＶＬを調整する。

【0154】

より具体的に述べると、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）は、交流入力電圧Ｖｉｎの絶対値が小さいほど、微分電圧Ｖｄと閾値電圧ＶＨ及びＶＬとの交差タイミングを早めるように、閾値電圧ＶＨ及びＶＬの絶対値を大きくする。

【0155】

例えば、先出の図１７を参照しつつ、Ｖｉｎ＜０（Ｖ１＞Ｖ２）である場合を例に挙げて閾値電圧ＶＬの調整動作を説明する。この場合、交流入力電圧Ｖｉｎの絶対値が大きいほど、スイッチ電圧Ｖｓｗの潜り込み量Ｖｓｗ＊が小さくなり、延いては、微分電圧Ｖｄの変化量（＝微分電圧Ｖｄの下側ピーク値）も小さくなる。

【0156】

そのため、閾値電圧ＶＬの絶対値を十分に小さく設定しておかなければ、微分電圧Ｖｄが閾値電圧ＶＬを下回らず、微分電圧Ｖｄの変化タイミング（＝閾値電圧ＶＬを下回った微分電圧Ｖｄが再び閾値電圧ＶＬを上回るタイミング）を検出し損ねるおそれがある。

【0157】

一方、交流入力電圧Ｖｉｎの絶対値が小さいほど、スイッチ電圧Ｖｓｗの潜り込み量Ｖｓｗ＊が大きくなり、延いては、微分電圧Ｖｄの変化量（＝微分電圧Ｖｄの下側ピーク）も大きくなる。従って、微分電圧Ｖｄの変化タイミングを検出することができる範囲で、閾値電圧ＶＬの絶対値を大きく設定することにより、微分電圧Ｖｄと閾値電圧ＶＬとの交差タイミングを早めて、クランプ期間Ｔｃを短縮することが可能となる。

【0158】

クランプ期間Ｔｃを短縮すれば、入力側に戻ってしまうエネルギーが減る。その結果、スイッチ電圧Ｖｓｗの潜り込み量Ｖｓｗ＊が理想波形に近付き、その分だけ出力側に送り込むことのできるエネルギーが増大するので、効率を向上することが可能となる。

【0159】

なお、クランプ期間Ｔｃは元々非常に短いが、ここでの数十ｎｓの遅れがスイッチ電圧Ｖｓｗの潜り込み量Ｖｓｗ＊（延いては効率）に如実に効いてくる。効率の改善は、コンマゼロ数％～コンマ２％であり、一見するとその改善効果が小さいようにも感じられる。しかしながら、昨今におけるスイッチング電源の効率は、既に９９％台に達しており、そこから更なる効率改善が求められている。これを鑑みると、コンマ数％の改善は、非常に大きいインパクトを与えるものであることが分かる。

【0160】

また、本実施形態で提案する回路のトポロジーを採用すれば、どこにでも売っている部品構成で、簡単に高効率のＡＣ／ＤＣコンバータ及び絶縁電源を構成することができる。

【0161】

また、クランプ期間Ｔｃの短縮により、交流入力電圧Ｖｉｎが大きくてもスイッチ電圧Ｖｓｗの潜り込み量Ｖｓｗ＊が大きくなる。従って、微分電圧Ｖｄの変化タイミングを正しく検出することのできる交流入力電圧Ｖｉｎの範囲が広がる。

【0162】

なお、上記の説明から明らかなように、Ｖｉｎ＜０（Ｖ１＞Ｖ２）である場合には、閾値電圧ＶＬの調整処理がクランプ期間Ｔｃの短縮に寄与するので、閾値電圧ＶＨを固定値（例えば電圧値ＶＨ１）としてもよい。

【0163】

また、改めて図示はしないが、Ｖｉｎ＞０（Ｖ１＜Ｖ２）である場合には、上記と反対に、閾値電圧ＶＨの調整処理がクランプ期間Ｔｃの短縮に寄与するので、閾値電圧ＶＬを固定値（例えば電圧値ＶＬ１）としてもよい。

【0164】

また、閾値電圧ＶＨ及びＶＬは、本図で示したように、コンパレータを用いて段階的に調整する手法のほか、アンプを用いて連続的に調整する手法を採用してもよい。

【0165】

また、上記では、交流入力電圧Ｖｉｎの大きさに応じて閾値電圧ＶＨ及びＶＬを調整する例を挙げたが、他の例として、微分電圧Ｖｄの波形（鈍り具合）に応じて閾値電圧ＶＨ及びＶＬを調整することも考えられる。

【0166】

例えば、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）は、微分電圧Ｖｄの波形が鈍っているほど、微分電圧Ｖｄと閾値電圧ＶＨ及びＶＬとの交差タイミングを早めるように、閾値電圧ＶＨ及びＶＬの絶対値を大きくするとよい。

【0167】

なお、微分電圧Ｖｄの波形（鈍り具合）に関する情報としては、例えば、微分電圧Ｖｄのピーク値、又は、ゼロ値からピーク値までの時間、若しくは、微分電圧Ｖｄの変化開始時における傾きを検出するとよい。

【0168】

特に、実機では、交流入力電圧Ｖｉｎの大きさと微分電圧Ｖｄの波形（鈍り具合）の双方を考慮し、閾値電圧ＶＨ及びＶＬを調整するとよい。例えば、交流入力電圧Ｖｉｎが大きいときには、閾値電圧ＶＨ及びＶＬの絶対値を引き下げるべきであるが、微分電圧Ｖｄの波形が大きく鈍っているならば、閾値電圧ＶＨ及びＶＬの絶対値を引き下げるべきでない。そのため、両者のバランスを鑑みて、閾値電圧ＶＨ及びＶＬを調整する必要がある。

【0169】

いずれにせよ、クランプ期間Ｔｃを短縮するためには、閾値電圧ＶＨ及びＶＬを固定値とするのではなく、交流入力電圧Ｖｉｎの大きさ及び微分電圧Ｖｄの波形のうち、少なくとも一方に応じて閾値電圧ＶＨ及びＶＬを適宜調整することが重要であると言える。

【0170】

次に、本図の上段で示した双方向スイッチＸの動作モードについて説明する。まず、第１の入力電圧範囲（－ｅ＜Ｖｉｎ＜－ａ、及び、＋ａ＜Ｖｉｎ＜＋ｅ）では、先に説明した第１のＺＶＳ制御と第２のＺＶＳ制御の双方が行われる動作モード［ＺＶＳ１＋ＺＶＳ２］となる（図４、図５、図６などを参照）。

【0171】

一方、第２の入力電圧範囲（Ｖｉｎ＜－ｅ、及び、＋ｅ＜Ｖｉｎ）では、第１のＺＶＳ制御のみが行われる動作モード［ＺＶＳ１］となる（図７などを参照）。すなわち、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）は、交流入力電圧Ｖｉｎの絶対値が所定の上限値（本図ではｅ）よりも大きいときに、スイッチ素子１１０及び１２０の一方をオンしたまま他方をオン／オフする動作モード［ＺＶＳ１］に切り替わる。これにより、先にも説明したように、シビアなタイミング制御を要することなく、双方向スイッチＸの発熱を抑えることが可能となる。

【0172】

また、第３の入力電圧範囲（－ａ＜Ｖｉｎ＜＋ａ）では、双方向スイッチＸの駆動を停止する停止モード［ＳＴＯＰ］となる。すなわち、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）は、交流入力電圧Ｖｉｎの絶対値が所定の下限値（本図ではａ）よりも小さいときに、スイッチ素子１１０及び１２０双方をオフする停止モード［ＳＴＯＰ］に切り替わる。このように、双方向スイッチＸを駆動しても十分な励磁が望めない入力電圧範囲では、双方向スイッチＸの駆動を停止することにより、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのスイッチング損失を低減して、効率の向上を図ることが可能となる。

【0173】

＜第１０実施形態＞
図２０は、スイッチング電源の第１０実施形態を示す図である。本実施形態のスイッチング電源１０００は、第３実施形態（図９）を基本としつつ、若干の変更が加えられている。本図に即して述べると、本実施形態のスイッチング電源１０００は、交流電源Ｐと双方向スイッチＸとの間にフィルタＦＬＴが設けられている。フィルタＦＬＴは、先出のコンデンサ１５１を含んでもよい。

【0174】

また、本実施形態のスイッチング電源１０００は、一次巻線１４１に直列接続された抵抗Ｒｉを有しており、抵抗Ｒｉの一端から電流検出信号Ｉｓが引き出されている。スイッチ駆動装置１３０は、この電流検出信号Ｉｓの入力を受け付けており、一次巻線１４１に流れる一次電流が上限値よりも大きいときに双方向スイッチＸのオン／オフ駆動を停止する機能、いわゆる過電流保護機能を備えている。

【0175】

また、スイッチ駆動装置１３０は、直流出力電圧Ｖｏｕｔに応じた出力帰還信号の入力を受け付けており、直流出力電圧Ｖｏｕｔが上限値よりも高いときに双方向スイッチＸのオン／オフ駆動を停止する機能、いわゆる過電圧防止機能も備えている。

【0176】

また、本実施形態のスイッチング電源１０００では、図９のコンデンサ１５２及び電流制限素子３４０が明示されていないが、これらを省略するか否かは任意である。

【0177】

続いて、本実施形態のスイッチング電源１０００における先述の個別ＺＶＳ制御について、各フェイズにおける電流経路を参照しながら改めて説明する。

【0178】

図２１は、第１０実施形態における個別ＺＶＳ制御の第１動作例（Ｖ１＞Ｖ２）を示す図であり、双方向スイッチＸの一端（＝スイッチ素子１２０のドレイン）に現れるスイッチ電圧Ｖｓｗ、及び、スイッチ素子１１０並びに１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。また、図２２～図２８は、それぞれ、第１動作例の各フェイズにおける電流経路を示す図である。

【0179】

時刻ｔ６１以前には、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオンされている。このとき、図２２で示したように、交流電源Ｐの第１ノード（＝電圧Ｖ１の印加端）から抵抗Ｒｉ、一次巻線１４１及び双方向スイッチＸを介して交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）に至る電流経路に一次電流が流れて一次巻線１４１にエネルギーが蓄積される。なお、この時点では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致している。

【0180】

時刻ｔ６１において、一次巻線１４１に所定のエネルギーが蓄積すると、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオンからオフに切り替える。双方向スイッチＸのオフタイミングについては、双方向スイッチＸのオンタイミングから所定の時間が経過したことを検出してもよいし、一次電流の積分値が所定の閾値に達したことを検出してもよい。

【0181】

このとき、スイッチ駆動装置１３０は、スイッチ素子１１０及び１２０双方を同時にオフするのではなく、図２３で示したように、内在ダイオード１１２が順バイアスとなるスイッチ素子１１０（＝順電圧が印加される素子）をオンしたまま、内在ダイオード１２２が逆バイアスとなるスイッチ素子１２０（＝逆電圧が印加される素子）をオフする。

【0182】

その後、スイッチ電圧Ｖｓｗの上昇に伴い、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖｓｗ－Ｖ２）は、主としてスイッチ素子１２０の内在容量１２３にエネルギーを蓄積させながら徐々に上昇していく。なお、スイッチ電圧Ｖｓｗは、その絶対値が直流出力電圧Ｖｏｕｔと一致するまで上昇する。

【0183】

また、スイッチ電圧Ｖｓｗがコンデンサ３１１の両端間電圧とダイオード３２２の順方向降下電圧との合計電圧よりも高くなると、図２３で示すように、ダイオード３２２を介してコンデンサ３１１に電流が流れ込み、コンデンサ３１１が充電される。

【0184】

時刻ｔ６２において、トランス１４０に蓄えられたエネルギーがコンデンサ３１１に全て放電されると、図２４で示したように、スイッチ素子１２０の内在容量１２３及びその他の容量により双方向スイッチＸから一次巻線１４１に向けて一次電流が回生し始める。その結果、スイッチ電圧Ｖｓｗが低下に転じて、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0185】

その後、時刻ｔ６３では、図２５で示したように、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）からスイッチ素子１１０のスイッチ機能部１１１及びスイッチ素子１２０の内在ダイオード１２２を介して一次巻線１４１に向かう電流経路に一次電流が回生する状態となる。このような状態では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも内在ダイオード１２２の順方向降下電圧だけ低い電圧にクランプされる。

【0186】

スイッチ駆動装置１３０は、上記タイミングを見計らい、図２６で示したように、スイッチ素子１２０をオンすると同時に、スイッチ素子１１０をオフする。このようなスイッチング制御により、スイッチ電圧Ｖｓｗのクランプが解除される。

【0187】

その結果、トランス１４０に蓄えられたエネルギーにより共振動作が継続されてスイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも低電位まで低下する。従って、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖ２－Ｖｓｗ）が上昇し、スイッチ素子１１０に逆電圧が印加された状態（すなわち、スイッチ素子１１０の内在ダイオード１１２が逆バイアスとなった状態）となる。

【0188】

時刻ｔ６４において、トランス１４０に蓄えられたエネルギーが無くなると、図２７で示したように、一次電流の回生が終了し、再び一次巻線１４１から双方向スイッチＸに向けて一次電流が流れ始める。この一次電流の方向は、時刻ｔ６１以前と同じであり、一次巻線１４１にエネルギーが蓄積される。その結果、スイッチ素子１１０の内在容量１１３及びその他の容量により、スイッチ電圧Ｖｓｗが上昇に転じて、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0189】

その後、時刻ｔ６５では、図２８で示すように、一次巻線１４１からスイッチ素子１２０のスイッチ機能部１２１及びスイッチ素子１１０の内在ダイオード１１２を介して交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）に向かう電流経路に一次電流が流れる状態となる。このような状態では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも内在ダイオード１１２の順方向降下電圧だけ高い電圧にクランプされる。

【0190】

スイッチ駆動装置１３０は、上記タイミングを見計らい、スイッチ素子１２０をオンしたまま、スイッチ素子１１０をオンする。このようなスイッチング制御により、スイッチング電源１０００は、時刻ｔ６１以前と同様の状態（図２２）に戻る。

【0191】

このように、本図の第１動作例（Ｖ１＞Ｖ２）において、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオフからオンに切り替えるときには、それまでオフしていたスイッチ素子１２０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第１のＺＶＳ制御を行うと共に、これに引き続いて、スイッチ素子１２０をオンするタイミングでスイッチ素子１１０をオフし、スイッチ素子１１０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第２のＺＶＳ制御を行う。

【0192】

以上のスイッチング制御を繰り返すことにより、双方向スイッチＸのオン遷移時には、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれの内在容量１１３及び１２３に電荷が蓄積されていないタイミングで、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれを個別にオンすることができる。また、一次巻線１４１は実質時刻ｔ６４から次のエネルギー輸送のための励磁を行っており、共振エネルギーの一部を回生せずに有効活用している。従って、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのスイッチングロスを低減して、双方向スイッチＸの発熱を抑えることが可能となる。

【0193】

図２９は、第１０実施形態における個別ＺＶＳ制御の第２動作例（Ｖ１＜Ｖ２）を示す図であり、双方向スイッチＸの一端（＝スイッチ素子１２０のドレイン）に現れるスイッチ電圧Ｖｓｗ、及び、スイッチ素子１１０並びに１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。また、図３０～図３６は、それぞれ、第２動作例の各フェイズにおける電流経路を示す図である。

【0194】

時刻ｔ７１以前には、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオンされている。このとき、図３０で示したように、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）から双方向スイッチＸ、一次巻線１４１及び抵抗Ｒｉを介して交流電源Ｐの第１ノード（＝電圧Ｖ１の印加端）に至る電流経路に一次電流が流れて一次巻線１４１にエネルギーが蓄積される。なお、この時点では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致している。

【0195】

時刻ｔ７１において、一次巻線１４１に所定のエネルギーが蓄積すると、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオンからオフに切り替える。双方向スイッチＸのオフタイミングについては、双方向スイッチＸのオンタイミングから所定の時間が経過したことを検出してもよいし、一次電流の積分値が所定の閾値に達したことを検出してもよい。

【0196】

このとき、スイッチ駆動装置１３０は、スイッチ素子１１０及び１２０双方を同時にオフするのではなく、図３１で示したように、内在ダイオード１２２が順バイアスとなるスイッチ素子１２０（＝順電圧が印加される素子）をオンしたまま、内在ダイオード１１２が逆バイアスとなるスイッチ素子１１０（＝逆電圧が印加される素子）をオフする。

【0197】

その後、スイッチ電圧Ｖｓｗの低下に伴い、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖ２－Ｖｓｗ）は、主としてスイッチ素子１１０の内在容量１１３にエネルギーを蓄積させながら徐々に上昇していく。なお、スイッチ電圧Ｖｓｗは、その絶対値が直流出力電圧Ｖｏｕｔと一致するまで低下する。

【0198】

また、スイッチ電圧Ｖｓｗがコンデンサ３１２の両端間電圧とダイオード３２１の順方向降下電圧との合計電圧よりも低くなると、図３１で示したように、ダイオード３２１を介してコンデンサ３１２に電流が流れ込み、コンデンサ３１２が充電される。さらに、コンデンサ３１２に蓄えられたエネルギーは、補助巻線３３０と二次巻線１４２を介して、コンデンサ３１１の充電に供される。

【0199】

時刻ｔ７２において、トランス１４０に蓄えられたエネルギーがコンデンサ３１１に全て放電されると、図３２で示したように、一次巻線１４１から双方向スイッチＸに向けて一次電流が回生し始める。その結果、スイッチ素子１１０の内在容量１１３及びその他の容量により、スイッチ電圧Ｖｓｗが上昇に転じて、スイッチ素子１１０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0200】

その後、時刻ｔ７３では、図３３で示したように、一次巻線１４１からスイッチ素子１２０のスイッチ機能部１２１及びスイッチ素子１１０の内在ダイオード１１２を介して交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）に向かう電流経路に一次電流が回生する状態となる。このような状態では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも内在ダイオード１１２の順方向降下電圧だけ高い電圧にクランプされる。

【0201】

スイッチ駆動装置１３０は、上記タイミングを見計らい、図３４で示したように、スイッチ素子１１０をオンすると同時に、スイッチ素子１２０をオフする。このようなスイッチング制御により、スイッチ電圧Ｖｓｗのクランプが解除される。

【0202】

その結果、トランス１４０に蓄えられたエネルギーにより共振動作が継続されて、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも高電位まで上昇する。従って、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧（＝Ｖｓｗ－Ｖ２）が上昇し、スイッチ素子１２０に逆電圧が印加された状態（すなわち、スイッチ素子１２０の内在ダイオード１２２が逆バイアスとなった状態）となる。

【0203】

時刻ｔ７４において、トランス１４０に蓄えられたエネルギーが無くなると、図３５で示したように、一次電流の回生が終了し、再び双方向スイッチＸから一次巻線１４１に向けて一次電流が流れ始める。この一次電流の方向は、時刻ｔ７１以前と同じであり、一次巻線１４１にエネルギーが蓄積される。その結果、スイッチ素子１２０の内在容量１２３及びその他の容量により、スイッチ電圧Ｖｓｗが低下に転じて、スイッチ素子１２０のドレイン・ソース間電圧が徐々に低下し始める。

【0204】

その後、時刻ｔ７５では、図３６で示すように、交流電源Ｐの第２ノード（＝電圧Ｖ２の印加端）からスイッチ素子１１０のスイッチ機能部１１１及びスイッチ素子１２０の内在ダイオード１２２を介して一次巻線１４１に向かう電流経路に一次電流が流れる状態となる。このような状態では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２よりも内在ダイオード１２２の順方向降下電圧だけ低い電圧にクランプされる。

【0205】

スイッチ駆動装置１３０は、上記タイミングを見計らい、スイッチ素子１１０をオンしたまま、スイッチ素子１２０をオンする。このようなスイッチング制御により、スイッチング電源１０００は、時刻ｔ７１以前と同様の状態（図３０）に戻る。

【0206】

このように、本図の第２動作例（Ｖ１＜Ｖ２）において、スイッチ駆動装置１３０は、双方向スイッチＸをオフからオンに切り替えるときには、それまでオフしていたスイッチ素子１１０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第１のＺＶＳ制御を行うと共に、これに引き続いて、スイッチ素子１１０をオンするタイミングでスイッチ素子１２０をオフし、スイッチ素子１２０をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第２のＺＶＳ制御を行う。

【0207】

以上のスイッチング制御を繰り返すことにより、双方向スイッチＸのオン遷移時には、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれの内在容量１１３及び１２３に電荷が蓄積されていないタイミングで、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれを個別にオンすることができる。従って、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのスイッチングロスを低減して、双方向スイッチＸの発熱を抑えることが可能となる。

【0208】

＜オン／オフ駆動の停止時に関する考察＞
ところで、本実施形態のスイッチング電源１０００（その他の実施形態のスイッチング電源１００～９００も同様）では、所定の停止トリガＳＴＯＰに応じて、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動を強制的に停止する場合がある。

【0209】

例えば、交流入力電圧Ｖｉｎの極性が反転するタイミング（例えば－１２Ｖ＜Ｖｉｎ＜＋１２Ｖ）では、双方向スイッチＸを駆動しても十分な励磁が望めないことから、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動を停止することにより、スイッチ素子１１０及び１２０それぞれのスイッチング損失を低減して、効率の向上を図ることが可能となる。

【0210】

また、一次巻線１４１に流れる一次電流が上限値よりも大きくなって過電流防止機能が発動した場合、または、直流出力電圧Ｖｏｕｔが上限値よりも高くなって過電圧防止機能が発動した場合にも、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動が停止され得る。

【0211】

図３７は、交流入力電圧Ｖｉｎの極性反転タイミングで双方向スイッチＸのオン／オフ駆動を停止したときの様子を示す図であり、スイッチ電圧Ｖｓｗ及び交流入力電圧Ｖｉｎが描写されている。また、図３８は、図３７における領域αを拡大した図である。

【0212】

本図で示したように、交流入力電圧Ｖｉｎが負極性から正極性に切り替わるときには、Ｖｉｎ＞－Ｖｘ（例えば－１２Ｖ）となるタイミングで双方向スイッチＸのオン／オフ駆動が停止されており、その後、Ｖｉｎ＞＋Ｖｙ（例えば＋３６Ｖ）となるタイミングで双方向スイッチＸのオン／オフ駆動が再開されている。

【0213】

また、交流入力電圧Ｖｉｎが正極性から負極性に切り替わるときには、Ｖｉｎ＜＋Ｖｘ（例えば＋１２Ｖ）となるタイミングで双方向スイッチＸのオン／オフ駆動が停止されており、その後、Ｖｉｎ＜－Ｖｙ（例えば－３６Ｖ）となるタイミングで双方向スイッチＸのオン／オフ駆動が再開されている。

【0214】

このように、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動を停止するときには、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオフされる。このとき、双方向スイッチＸは必ずしもＺＶＳ制御されるわけではない。そのため、双方向スイッチＸをオフする直前の励磁状態及び共振状態によっては、一次巻線１４１または内在容量１１３及び１２３にエネルギーが蓄積されている場合があり、行き場を失ったエネルギーによりＬＣ共振が発生し得る。

【0215】

なお、上記のＬＣ共振は、ノイズ源となり得る。また、オン／オフ駆動を再開するタイミングまでＬＣ共振が続いていると回路動作に悪影響を及ぼし得る。そこで、以下では、ＬＣ共振を抑制することのできる駆動停止処理について提案する。

【0216】

＜駆動停止処理＞
図３９は、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）による駆動停止処理の第１例（Ｖ１＞Ｖ２）を示す図であり、スイッチ電圧Ｖｓｗとスイッチ素子１１０及び１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。なお、スイッチ電圧Ｖｓｗについて、実線は新規な駆動停止処理における挙動を示しており、破線はスイッチ素子１１０及び１２０を単純にオフしたときの挙動を示している。

【0217】

時刻ｔ８１以前には、双方向スイッチＸがオンされているので、一次巻線１４１に一次電流が流れてエネルギーが蓄積される。この時点では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致している。

【0218】

時刻ｔ８１において、一次巻線１４１に所定のエネルギーが蓄積すると、双方向スイッチＸがオンからオフに切り替えられる。より詳細に述べると、スイッチ素子１１０がオンされたまま、スイッチ素子１２０がオフされる。その結果、スイッチ電圧Ｖｓｗは、その絶対値が直流出力電圧Ｖｏｕｔと一致するまで上昇する。

【0219】

時刻ｔ８２において、何らかの停止トリガＳＴＯＰ（交流入力電圧Ｖｉｎの極性反転、過電流保護または過電圧保護など）が掛かると、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動が停止される。すなわち、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオフされる。このとき、一次巻線１４１にはエネルギーが蓄積されているので、行き場を失ったエネルギーによりＬＣ共振が生じる。

【0220】

上記のようにスイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオフされた後、時刻ｔ８３～ｔ８４では、スイッチ素子１１０が所定のオン時間Ｔ１に亘って一時的にオンされる。すなわち、スイッチ素子１１０は、時刻ｔ８３でオンされ、時刻ｔ８４で再びオフされる。

【0221】

ここで、一時的にオンされるスイッチ素子１１０は、スイッチ素子１１０及び１２０のうち、双方向スイッチＸから一次巻線１４１に向けて一次電流が回生するときに内在ダイオード１１２が逆バイアスとなるスイッチ素子である（先出の図２５を参照）。

【0222】

このような駆動停止処理によれば、共振エネルギー（＝一次巻線１４１または内在容量１１３及び１２３に蓄積されているエネルギー）を交流電源Ｐに回生させることができるので、ＬＣ共振を抑制することが可能となる。

【0223】

なお、スイッチ素子１１０のオン時間Ｔ１は、共振周期Ｔ０以上の長さに設定するとよい。共振周期Ｔ０は、基本的に、一次巻線１４１のインダクタンスと双方向スイッチＸの内在容量（＝内在容量１１３及び１２３のいずれか一つ分）に応じた長さになる。

【0224】

また、本図では、スイッチ素子１１０及び１２０をいずれもオフした後、待機時間Ｔ２が経過してからスイッチ素子１１０をオンしているが、この待機時間Ｔ２については、任意に調整することができる。

【0225】

例えば、ＬＣ共振の抑制を優先するならば、待機時間Ｔ２をゼロ（またはほぼゼロ）とし、スイッチ素子１１０及び１２０をいずれもオフした直後にスイッチ素子１１０だけ再びオンしてもよい。一方、異常保護機能の発動により停止トリガＳＴＯＰが掛かり得る場合を想定し、安全を優先するのであれば、待機時間Ｔ２を長めにしてもよい。

【0226】

また、停止トリガＳＴＯＰの種類に応じて待機時間Ｔ２を個別に設定してもよい。例えば、過電流検出時には安全性を優先して待機時間Ｔ２を長めに設定する一方、過電圧検出時にはＬＣ共振の抑制を優先して待機時間Ｔ２を短めに設定することが考えられる。

【0227】

また、交流入力電圧Ｖｉｎの極性反転時には、そもそも一次巻線１４１にあまりエネルギーが蓄積しないので、ＬＣ共振の振幅もさほど大きくならない。これを鑑み、交流入力電圧Ｖｉｎの極性反転時には、スイッチ素子１１０及び１２０をいずれもオフした後、スイッチ素子１１０を一時的にオンすることなく、スイッチ素子１１０及び１２０をいずれもオフしたままとしてもよい。

【0228】

なお、本図では、スイッチ素子１１０をオンしてスイッチ素子１２０をオフしているときに停止トリガＳＴＯＰが掛かった場合を例示したが、スイッチ素子１１０をオフしてスイッチ素子１２０をオンしている期間中（例えば図２１の時刻ｔ６３～ｔ６５）に停止トリガＳＴＯＰが掛かる場合もあり得る。その場合には、スイッチ素子１１０ではなく、スイッチ素子１２０を一時的にオンした方がＬＣ共振をより早く収束に導くことができる。

【0229】

このように、ＬＣ共振の状態を完全に把握できているのであれば、スイッチ素子１１０及び１２０のうち、より適切な方をオン時間Ｔ１に亘って一時的にオンすることにより、ＬＣ共振を抑制することが可能となる。なお、この場合におけるオン時間Ｔ１は、少なくとも共振周期Ｔ０の半分以上の長さに設定すれば足りる。

【0230】

図４０は、スイッチ駆動装置１３０（特にコントローラ１３３）による駆動停止処理の第２例（Ｖ１＜Ｖ２）を示す図であり、先出の図３９と同じく、スイッチ電圧Ｖｓｗとスイッチ素子１１０及び１２０それぞれのオン／オフ状態が描写されている。なお、スイッチ電圧Ｖｓｗについて、実線は新規な駆動停止処理における挙動を示しており、破線はスイッチ素子１１０及び１２０を単純にオフしたときの挙動を示している。

【0231】

時刻ｔ９１以前には、双方向スイッチＸがオンされているので、一次巻線１４１に一次電流が流れてエネルギーが蓄積される。この時点では、スイッチ電圧Ｖｓｗが電圧Ｖ２と一致している。

【0232】

時刻ｔ９１において、一次巻線１４１に所定のエネルギーが蓄積すると、双方向スイッチＸがオンからオフに切り替えられる。より詳細に述べると、スイッチ素子１２０がオンされたまま、スイッチ素子１１０がオフされる。その結果、スイッチ電圧Ｖｓｗは、その絶対値が直流出力電圧Ｖｏｕｔと一致するまで低下する。

【0233】

時刻ｔ９２において、何らかの停止トリガＳＴＯＰ（交流入力電圧Ｖｉｎの極性反転、過電流保護または過電圧保護など）が掛かると、双方向スイッチＸのオン／オフ駆動が停止される。すなわち、スイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオフされる。このとき、一次巻線１４１にはエネルギーが蓄積されているので、行き場を失ったエネルギーによりＬＣ共振が生じる。

【0234】

上記のようにスイッチ素子１１０及び１２０がいずれもオフされた後、時刻ｔ９３～ｔ９４では、スイッチ素子１２０が所定のオン時間Ｔ１に亘って一時的にオンされる。すなわち、スイッチ素子１２０は、時刻ｔ９３でオンされ、時刻ｔ９４で再びオフされる。

【0235】

ここで、一時的にオンされるスイッチ素子１２０は、スイッチ素子１１０及び１２０のうち、一次巻線１４１から双方向スイッチＸに向けて一次電流が回生するときに内在ダイオード１２２が逆バイアスとなるスイッチ素子である（先出の図３３を参照）。

【0236】

このような駆動停止処理によれば、先出の第１動作例（図３９）と同じく、共振エネルギー（＝一次巻線１４１または内在容量１１３及び１２３に蓄積されているエネルギー）を交流電源Ｐに回生させることができるので、ＬＣ共振を抑制することが可能となる。また、その他の点についても第１動作例と同様であるので、重複した説明は省略する。

【0237】

＜総括＞
以下では、本明細書中で説明した種々の実施形態について、総括的に述べる。

【0238】

例えば、本明細書中に開示されているスイッチ駆動装置は、双方向スイッチを形成する第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を個別に制御するように構成されたコントローラを有し、前記コントローラは、前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止するときに、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子をいずれもオフした後、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子のうち、いずれか一方を所定のオン時間に亘って一時的にオンする構成（第１の構成）とされている。

【0239】

なお、上記第１の構成によるスイッチ駆動装置において、一時的にオンされるスイッチ素子は、電流回生時に内在ダイオードが逆バイアスとなるスイッチ素子である構成（第２の構成）にしてもよい。

【0240】

また、上記第１または第２の構成によるスイッチ駆動装置において、前記オン時間は、共振周期以上の長さに設定されている構成（第３の構成）にしてもよい。

【0241】

また、上記第１～第３いずれかの構成によるスイッチ駆動装置において、前記コントローラは、前記双方向スイッチをオンからオフに切り替えるときに、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子のうち、一方のスイッチ素子をオンしたまま他方のスイッチ素子をオフする構成（第４の構成）にしてもよい。

【0242】

また、上記第４の構成によるスイッチ駆動装置において、前記コントローラは、前記双方向スイッチをオフからオンに切り替えるときに、前記他方のスイッチ素子をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第１のゼロ電圧スイッチング制御を行う構成（第５の構成）にしてもよい。

【0243】

また、上記第５の構成によるスイッチ駆動装置において、前記コントローラは、前記双方向スイッチをオフからオンに切り替えるときに、前記第１のゼロ電圧スイッチング制御に引き続いて、前記他方のスイッチ素子をオンするタイミングで前記一方のスイッチ素子をオフし、前記一方のスイッチ素子をその両端間電圧が０Ｖとなるタイミングでオンするように、第２のゼロ電圧スイッチング制御を行う構成（第６の構成）にしてもよい。

【0244】

また、例えば、本明細書中に開示されているスイッチング電源は、交流入力電圧が印加されるように構成された一次巻線と、前記一次巻線に結合されるように構成された二次巻線と、前記一次巻線に直列接続されるように構成された双方向スイッチと、前記二次巻線に生じる誘起電圧を全波整流するように構成された全波整流回路と、前記全波整流回路の出力を平滑するように構成された平滑コンデンサと、上記第１～第６いずれかの構成により前記双方向スイッチを駆動するスイッチ駆動装置と、を有し、前記二次巻線からフライバック電圧、または、フォワード電圧とフライバック電圧の双方を取り出して前記交流入力電圧を直流出力電圧に直接変換する構成（第７の構成）とされている。

【0245】

なお、上記第７の構成によるスイッチング電源において、前記スイッチ駆動装置は、前記交流入力電圧の絶対値が下限値よりも小さいときに前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止する構成（第８の構成）にしてもよい。

【0246】

また、上記第７または第８の構成によるスイッチング電源において、前記スイッチ駆動装置は、前記直流出力電圧が上限値よりも高いときに前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止する構成（第９の構成）にしてもよい。

【0247】

また、上記第７～第９いずれかの構成によるスイッチング電源において、前記スイッチ駆動装置は、前記一次巻線に流れる一次電流が上限値よりも大きいときに前記双方向スイッチのオン／オフ駆動を停止する構成（第１０の構成）にしてもよい。

【0248】

＜その他の変形例＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【符号の説明】

【0249】

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００ スイッチング電源
１１０、１２０ スイッチ素子
１１１、１２１ スイッチ機能部
１１２、１２２ 内在ダイオード
１１３、１２３ 内在容量
１３０ スイッチ駆動装置
１３１、１３２ ドライバ
１３３ コントローラ
１３３ａ 分圧部
１３３ｂ 比較部
１３３ｃ 制御部
１４０ トランス
１４１ 一次巻線
１４２、１４２ａ、１４２ｂ 二次巻線
１５１、１５２、１５３、１５４ コンデンサ
１６１、１６２ ダイオード
１７０ スナバ回路
２１０、２２０ スイッチ素子
２１１、２２１ スイッチ機能部
２１２、２２２ 内在ダイオード
２１３、２２３ 内在容量
２３０ コンデンサ
３１１、３１２ コンデンサ
３２１、３２２、３２３ ダイオード
３３０ 補助巻線
３４０ 電流制限素子
４１０ 微分回路
４１１ 抵抗
４１２ コンデンサ
５１０ ゼロ電圧検出回路
６１０ 補助巻線
６２０ ゼロ電圧検出回路
７１０ 起動回路
８１０ 起動回路
Ｃ１～Ｃ４ 浮遊容量
Ｃ５ 内在容量
ＦＬＴ フィルタ
Ｐ 交流電源
Ｒ１、Ｒ２、Ｒｉｎ 抵抗
Ｘ 双方向スイッチ
Ｚ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】