特許 7413301 スイッチング電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-04

(45)【発行日】2024-01-15

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20240105BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 R

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021042304

(22)【出願日】2021-03-16

(65)【公開番号】P2022142211

(43)【公開日】2022-09-30

【審査請求日】2022-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000103208

【氏名又は名称】コーセル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095430

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 勲

(72)【発明者】

【氏名】川高 伸人

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１４９６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３３５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８２９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９７７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１９２４４０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、
前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、
入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一アームの中点に接続されたトランスと、
前記入力巻線の他端と前記入力ラインとの間、又は前記入力巻線の他端と前記グランドラインとの間に接続されたバイアス用コンデンサと、
前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流出するのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのバイパス用コンデンサの直列回路で成るバイパスコンデンサ回路と、
前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路とを備え、
前記バイパス用コンデンサは、アルミ電解コンデンサと前記アルミ電解コンデンサよりも容量が小さいセラミックコンデンサとが並列接続されたものであることを特徴とするハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置。

【請求項2】

前記バイパスコンデンサ回路の各々の前記バイパス用コンデンサは、前記アルミ電解コンデンサの中点と前記セラミックコンデンサの中点とが切り離されている請求項１記載のスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記バイアス用コンデンサは、電流共振用コンデンサとして兼用される請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、
前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、
入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一アームの中点に接続されたトランスと、
前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流れ出るのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのバイパス用コンデンサの直列回路で成り、その中点に前記入力巻線の他端が接続されたバイパスコンデンサ回路と、
前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路とを備え、
前記バイパス用コンデンサは、アルミ電解コンデンサと前記アルミ電解コンデンサよりも容量が小さいセラミックコンデンサとが並列接続されたものであることを特徴とするハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置。

【請求項5】

入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、
前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、
前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのスイッチング素子の直列回路で成る第二アームと、
入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線が、前記第一アームの中点と前記第二アームの中点との間に接続されたトランスと、
前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流出するのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのバイパス用コンデンサの直列回路で成るバイパスコンデンサ回路と、
前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、
前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路と、
前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第二アームの中点との間に接続され、前記第二アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第二スナバ回路とを備えることを特徴とするフルブリッジ方式のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記バイパス用コンデンサは、アルミ電解コンデンサと前記アルミ電解コンデンサよりも容量が小さいセラミックコンデンサとが並列接続されたものである請求項５記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

前記入力巻線と直列の位置に、電流共振用コンデンサが設けられている請求項４乃至６のいずれか記載のスイッチング電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチング素子のサージ電圧を低減するスナバ回路を備えたハーフブリッジ方式又はフルブリッジ方式のスイッチング電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

まず、一般的なハーフブリッジ方式及びフルブリッジ方式のコンバータについて簡単に説明する。図５（ａ）に示すスイッチング電源装置１０は、非共振型ハーフブリッジ方式のコンバータの一例である。スイッチング電源装置１０は、入力電源１２から入力電圧Viが供給される入力ライン１４及びグランドライン１６を有し、入力ライン１４とグランドライン１６との間に、２つのスイッチング素子１８ａ，１８ｂの直列回路で成る第一アーム１８が接続されている。トランス２０の入力巻線２０ａは、一端が第一アーム１８の中点に接続され、他端がバイアス用コンデンサ２２を介してグランドライン１６に接続されている。バイアス用コンデンサ２２は、入力巻線２０ａの他端を、グランドライン１６に対してVi/2の電位にバイアスするコンデンサで、ここでは、一端がグランドライン１６に接続されているが、入力ライン１４に接続される場合もある。

【0003】

入力ライン１４とグランドライン１６との間には、バイパスコンデンサ回路２４が接続されている。バイパスコンデンサ回路２４は、第一アーム１８に流れるスイッチング電流が入力電源１２の側に流出するのを抑制する回路で、ここでは、同じ容量の２つのバイパス用コンデンサ２４ａ，２４ｂの直列回路で構成されている。

【0004】

一般に、コンデンサ素子は、耐電圧が低いものほど小型化と大容量化が進んでいる。また、高誘電率系のセラミックコンデンサは、定格電圧に近いバイアスが加わると容量が大幅に低下する性質があるので、セラミックコンデンサを使用する場合は、実使用時のバイアスを定格電圧よりも十分に低くすることが好ましい。そのため、平滑用又はデカップリング用のコンデンサ回路を構成する場合、高耐圧品１個で構成するよりも、複数個の低耐圧品を直列接続して構成する方が、小型化及び高性能化を図るのに有利な場合がある。したがって、バイパスコンデンサ回路２４は、低耐圧で大容量の２つのコンデンサ素子を直列接続した構成にしている。

【0005】

バイパス用コンデンサ２４ａ，２４ｂに発生する電圧を各々V24a，V24bとすると、設計上、出力電圧Viが各容量の比で分圧され、V24a＝V24b＝Vi/2となることが想定されている。なお、コンデンサ２４ａ，２４ｂの分圧比が容量のバラツキや漏れ電流の影響で変動する可能性がある時は、各コンデンサ素子にバランス抵抗（図示せず）が並列接続される。

【0006】

トランス２０の出力巻線２０ｂの両端には、整流平滑回路２６が接続されている。整流平滑回路２６は、出力巻線２０ｂに発生する電圧を整流平滑して出力電圧Voを生成する回路である。出力電圧Vo及び出力電流の供給先である負荷２８は、スイッチング電源装置１０に外部接続された電子機器等、或いはスイッチング電源装置１０に内蔵された回路網等である。

【0007】

なお、スイッチング電源装置１０は非共振型のコンバータであるが、トランス２０の入力巻線２０ａと直列の位置に電流共振用コンデンサを設けることによって、電流共振型のコンバータに変化させることができる。この場合、バイアス用コンデンサ２２（入力巻線２０ａの一端をVi/2の電位にバイアスするコンデンサ）の容量を小さくすることによって、バイアス用コンデンサ２２を電流共振用コンデンサとしても機能させるのが一般的である。例えば、特許文献１に開示されたスイッチング電源装置は、電流共振型ハーフブリッジ方式のコンバータであり、入力巻線Lpと直列の位置に、電流共振用及びバイアス用のコンデンサCiが設けられている。また、入力整流器の後段に設けられた有極性コンデンサが、バイパスコンデンサ回路に該当する。

【0008】

図５（ｂ）に示すスイッチング電源装置３０は、非共振型ハーフブリッジ方式のコンバータの他の例である。スイッチング電源装置３０は、スイッチング電源装置１０と共通点が多いが、異なるのは、バイアス用コンデンサ２２が省略され、トランス２０の入力巻線２０ａが、第一アーム１８の中点とバイパスコンデンサ回路２４の中点との間に接続されている点である。つまり、スイッチング電源装置３０の場合、入力巻線２０ａの一端をVi/2の電位にバイアスする動作は、バイアス用コンデンサ２２の代わりにバイパスコンデンサ回路２４が行う。その他の部分の構成は、スイッチング電源装置１０と同様である。

【0009】

なお、スイッチング電源装置３０は非共振型のコンバータであるが、トランス２０の入力巻線２０ａと直列の位置に電流共振用コンデンサ（図示せず）を挿入することによって、電流共振型のコンバータに変化させることができる。例えば、特許文献２に開示されている電力変換装置は、電流共振型ハーフブリッジ方式のコンバータであり、入力巻線N1と直列の位置に電流共振用コンデンサCrを設けられている。また、入力電源Edと並列に設けられたコンデンサCdc1，Cdc2の直列回路が、バイパスコンデンサ回路に該当する。

【0010】

図６に示すスイッチング電源装置３２は、フルブリッジ方式のコンバータの一例である。スイッチング電源装置３２は、入力ライン１４とグランドライン１６との間に、２つのスイッチング素子１８ａ，１８ｂの直列回路で成る第一アーム１８と、２つのスイッチング素子３４ａ，３４ｂの直列回路で成る第二アーム３４とが接続されている。トランス２０の入力巻線２０ａは、第一アーム１８の中点と第二アーム３４の中点との間に接続されている。

【0011】

入力ライン１４とグランドライン１６との間には、上記と同様に、バイパスコンデンサ回路２４（バイパス用コンデンサ２４ａ，２４ｂ）が接続されている。バイパスコンデンサ回路２４は、第一アーム１８及び第二アーム３４に流れるスイッチング電流が入力電源１２の側に流出するのを抑制する回路である。さらに、トランス２０の出力巻線２０ｂの両端に、上記と同様の整流平滑回路２６が接続されている。

【0012】

スイッチング電源装置３２と類似したフルブリッジ方式のコンバータは、例えば特許文献３に開示されている。特許文献３の直流電力変換装置の場合、入力電源１と並列に設けられたコンデンサCpが、バイパスコンデンサ回路に該当する。

【0013】

なお、スイッチング電源装置３２は非共振型のコンバータであるが、トランス２０の入力巻線２０ａと直列の位置に電流共振用コンデンサ（図示せず）を挿入することによって、電流共振型のコンバータに変化させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】特開２０１２－１７０２１８号公報

【文献】特開２０１７－２０４９７２号公報

【文献】特開２００５－１６８２６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

スイッチング電源装置は、各スイッチング素子がスイッチング動作を行うので、ハーフブリッジ方式かフルブリッジ方式かに関係なく、各スイッチング素子の両端にサージ電圧（又はリンギング電圧）が発生する。サージ電圧は、仮に電流共振型にしたとしても、完全になくすことは難しい。したがって、通常、各スッチング素子の両端に、サージ電圧低減用のスナバ回路が接続される。

【0016】

例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すハーフブッジ方式のスイッチング電源装置１０，３０の場合、２つのスイッチング素子１８ａ，１８ｂに対し、個別にスナバ回路３６ａ，３６ｂが接続される。したがって、１組のスナバ回路をコンデンサ素子及び抵抗素子で構成したとすれば、合計４つのスナバ専用素子が必要になる。

【0017】

また、図６に示すフルブリッジ方式のスイッチング電源装置３２の場合、４つのスイッチング素子１８ａ，１８ｂ，３４ａ，３４ｂに対し、個別にスナバ回路３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが接続される。したがって、１組のスナバ回路をコンデンサ及び抵抗で構成したとすれば、合計８つのスナバ専用素子が必要になる。

【0018】

このように、ハーフブリッジ方式やフルブリッジ方式は複数のスイッチング素子を備えているので、各スイッチング素子スナバ回路の部品点数が多くなってしまうことが問題になっていた。

【0019】

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、スイッチング素子のサージ電圧を効果的に低減できるシンプルなスナバ回路を備えたハーフブリッジ方式又はフルブリッジ方式のスイッチング電源装置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】

【0020】

本発明は、入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一アームの中点に接続されたトランスと、前記入力巻線の他端と前記入力ラインとの間、又は前記入力巻線の他端と前記グランドラインとの間に接続されたバイアス用コンデンサと、前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流出するのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのバイパス用コンデンサの直列回路で成るバイパスコンデンサ回路と、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路とを備え、前記バイパス用コンデンサは、アルミ電解コンデンサと前記アルミ電解コンデンサよりも容量が小さいセラミックコンデンサとが並列接続されものであるハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置である。前記バイパスコンデンサ回路の各々の前記バイパス用コンデンサは、前記アルミ電解コンデンサの中点と前記セラミックコンデンサの中点とが切り離されていてもよい。前記バイアス用コンデンサは、電流共振用コンデンサとして兼用されていてもよい。

【0021】

また、本発明は、入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線の一端が前記第一アームの中点に接続されたトランスと、前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流れ出るのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのバイパス用コンデンサの直列回路で成り、その中点に前記入力巻線の他端が接続されたバイパスコンデンサ回路と、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路とを備え、前記バイパス用コンデンサは、アルミ電解コンデンサと前記アルミ電解コンデンサよりも容量が小さいセラミックコンデンサとが並列接続されものであるハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置である。前記入力巻線と直列の位置に、電流共振用コンデンサが設けることができる。

【0022】

また、本発明は、入力電源から入力電圧が供給される入力ライン及びグランドラインと、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのスイッチング素子の直列回路で成る第一アームと、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのスイッチング素子の直列回路で成る第二アームと、入力巻線及び出力巻線を有し、前記入力巻線が、前記第一アームの中点と前記第二アームの中点との間に接続されたトランスと、
前記スイッチング素子に流れるスイッチング電流が前記入力電源の側に流出するのを抑制する回路であって、前記入力ラインと前記グランドラインとの間に接続された２つのバイパス用コンデンサの直列回路で成るバイパスコンデンサ回路と、前記出力巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧を生成する整流平滑回路と、前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第一アームの中点との間に接続され、前記第一アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第一スナバ回路と、前記バイパスコンデンサ回路の中点と前記第二アームの中点との間に接続され、前記第二アームの前記各スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を低減する第二スナバ回路とを備えたフルブリッジ方式のスイッチング電源装置である。

【0023】

前記入力巻線と直列の位置に、電流共振用コンデンサが設けることができる。また、前記バイパス用コンデンサは、アルミ電解コンデンサと前記アルミ電解コンデンサよりも容量が小さいセラミックコンデンサとが並列接続された構成にすることができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング電流をバイパスするバイパスコンデンサ回路を利用したシンプルなスナバ回路を備え、この独特なスナバ回路が動作することによって、スイッチング素子の両端に発生するサージ電圧を容易かつ効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態の構成を示す回路図であって、非共振型の構成を示す回路図（ａ）、電流共振型の構成を示す回路図（ｂ）である。

【図2】本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態の構成を示す回路図であって、非共振型の構成を示す回路図（ａ）、電流共振型の構成を示す回路図（ｂ）である。

【図3】本発明のスイッチング電源装置の第三の実施形態の構成を示す回路図であって、非共振型の構成を示す回路図（ａ）、電流共振型の構成を示す回路図（ｂ）である。

【図4】図１（ａ）に示すスイッチング電源装置の２つの変形例を示す回路図（ａ）、（ｂ）である。

【図5】従来のハーフブリッジ方式のスイッチング電源装置の構成を示す回路図（ａ）、（ｂ）である。

【図6】従来のフルブリッジ方式のスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明のスイッチング電源装置の第一の実施形態について、図１（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。ここで、従来のスイッチング電源装置１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0027】

この実施形態のスイッチング電源３８は、図１（ａ）に示すように、非共振型ハーフブリッジ方式のコンバータである。従来のスイッチング電源装置１０と異なるのは、スイッチング素子１８ａ，１８ｂの両端に各々接続された２つのスナバ回路３６が削除され、第一アーム１８の中点とバイパスコンデンサ回路２４の中点との間に１つの第一スナバ回路４０が接続されている点である。第一スナバ回路４０は、コンデンサ４０ａと抵抗４０ｂとで構成され、コンデンサ４０ａの容量は、バイパス用コンデンサ２４ａ，２４ｂの容量よりも十分小さい値に設定される。その他の部分の構成は、スイッチング電源装置１０と同様である。

【0028】

スイッチング電源３８の場合、スイッチング素子１８ａの両端にサージ電圧（又はリンギング電圧）のエネルギーが発生すると、スイッチング素子１８ａから、抵抗４０ｂ、コンデンサ４０ｂ、バイパス用コンデンサ２４ａを順に通過してスイッチング素子１８ａに戻る経路、又はその逆向きの経路に、サージエネルギーを放出する電流（以下、スナバ電流と称する。）が流れる。そして、スナバ電流がコンデンサ４０ｂ及び抵抗４０ｂに流れることによって、スイッチング素子１８ａのサージ電圧のピーク値が抑えられ、リンギングが速やかに減衰する。なお、バイパス用コンデンサ２４ａの容量はコンデンサ４０ｂよりも十分大きいので、バイパスコンデンサ回路２４の中点の電圧は直流のVi/2に保持され、スナバ電流の大きさは、バイパス用コンデンサ２４ａの容量ではなく、ほぼコンデンサ４０ｂの容量によって決定される。

【0029】

また、スイッチング素子１８ｂの両端にサージ電圧（又はリンギング電圧）のエネルギーが発生すると、スイッチング素子１８ｂから、抵抗４０ｂ、コンデンサ４０ｂ、バイパス用コンデンサ２４ｂを順に通過してスイッチング素子１８ａに戻る経路、またはその逆向きの経路に、サージエネルギーを放出するスナバ電流が流れる。そして、スナバ電流がコンデンサ４０ｂ及び抵抗４０ｂに流れることによって、スイッチング素子１８ｂのサージ電圧のピーク値が抑えられ、リンギングが速やかに減衰する。なお、バイパス用コンデンサ２４ｂの容量はコンデンサ４０ｂよりも十分大きいので、バイパスコンデンサ回路２４の中点の電圧は直流のVi/2に保持され、スナバ電流の大きさは、バイパス用コンデンサ２４ｂの容量ではなく、ほぼコンデンサ４０ｂの容量によって決定される。

【0030】

このように、スイッチング電源装置３８によれば、２つのスイッチング素子１８ａ，１８ｂのサージ電圧のエネルギーが第一スナバ回路４０によって良好に吸収され、従来のスイッチング電源装置１０と同等のサージ電圧低減効果を得ることができる。しかも、従来のスイッチング電源装置１０の場合は４つのスナバ専用素子（２つのコンデンサ素子、２つの抵抗素子）が必要になるところ、この実施形態のスイッチング電源装置３８の場合は２つのスナバ専用素子（コンデンサ４０ａ、抵抗４０ｂ）を設ければよいので、スナバ専用素子の数を従来の半分にすることができる。また、スイッチング電源装置３８の場合、スナバ電流の経路に、両端電圧がVi/2に保持されたバイアス用コンデンサ２４ａ，２４ｂが存在するので、コンデンサ４０ａの両端に加わる電圧が従来の約1/2～2/3程度となり、コンデンサ４０ａは、耐電圧が低い小型で安価なコンデンサ素子を使用することができるという利点もある。

【0031】

図１（ｂ）に示すスイッチング電源装置３８ｋは、スイッチング電源装置３８の入力巻線２０ａと直列の位置に電流共振用コンデンサ４２を設けることによって、電流共振型ハーフブリッジ方式のコンバータに変更したものである。ここでは、バイアス用コンデンサ２２と電流共振用コンデンサ４２とを兼用させており、バイアス用コンデンサ２２の容量を小さくすることによって、バイアス用コンデンサ２２を電流共振用コンデンサ４２としても機能させている。なお、図１（ｂ）では、入力巻線２０ａと直列の位置に共振用インダクタ４４を表記しているが、トランス２０内部のリーケージインダクタで代用できる場合、共振用インダクタ４４は削除することができる。スイッチング電源装置３８ｋにおいても、スイッチング電源装置３８と同様の作用効果が得られる。

【0032】

次に、本発明のスイッチング電源装置の第二の実施形態について、図２（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。ここで、従来のスイッチング電源装置３０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0033】

この実施形態のスイッチング電源４６は、図２（ａ）に示すように、非共振型ハーフブリッジ方式のコンバータである。従来のスイッチング電源装置３０と異なるのは、スイッチング素子１８ａ，１８ｂの両端に各々接続された２つのスナバ回路３６が削除され、第一アーム１８の中点とバイパスコンデンサ回路２４の中点との間に１つの第一スナバ回路４０が接続されている点である。第一スナバ回路４０は、コンデンサ４０ａと抵抗４０ｂとで構成され、コンデンサ４０ａの容量は、バイパス用コンデンサ２４ａ，２４ｂの容量よりも十分小さい値に設定される。その他の部分の構成は、スイッチング電源装置３０と同様である。

【0034】

スイッチング電源４６の第一スナバ回路４０の動作は、先に説明したスイッチング電源装置３８の第一スナバ回路４０の動作と同様であり、従来のスイッチング電源装置３０と同等のサージ電圧低減効果を得ることができる。また、スナバ専用素子の数を従来の半分にすることができ、しかもコンデンサ４０ａは、従来よりも耐電圧が低い小型で安価なコンデンサ素子を使用することができる。

【0035】

図２（ｂ）に示すスイッチング電源装置４６ｋは、スイッチング電源装置４６の入力巻線２０ａと直列の位置に電流共振用コンデンサ４２を設けることによって、電流共振型ハーフブリッジ方式のコンバータに変更したものである。なお、図２（ｂ）では、入力巻線２０ａと直列の位置に共振用インダクタ４４を表記しているが、トランス２０内部のリーケージインダクタで代用できる場合、共振用インダクタ４４は削除することができる。スイッチング電源装置４６ｋにおいても、スイッチング電源装置４６と同様の作用効果が得られる。

【0036】

次に、本発明のスイッチング電源装置の第三の実施形態について、図３（ａ）、（ｂ）に基づいて説明しる。ここで、従来のスイッチング電源装置３２と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0037】

この実施形態のスイッチング電源４８は、図３（ａ）に示すように、非共振型フルブリッジ方式のコンバータである。従来のスイッチング電源装置３２と異なるのは、スイッチング素子１８ａ，１８ｂの両端に各々接続された２つのスナバ回路３６が削除され、第一アーム１８の中点とバイパスコンデンサ回路２４の中点との間に１つの第一スナバ回路４０が接続されている点と、第二アーム３４の中点とバイパスコンデンサ回路２４の中点との間に１つの第二スナバ回路５０が接続されている点である。第一スナバ回路４０は、コンデンサ４０ａと抵抗４０ｂとで構成され、コンデンサ４０ａの容量は、バイパス用コンデンサ２４ａ，２４ｂの容量よりも十分小さい値に設定される。同様に、第二スナバ回路５０は、コンデンサ５０ａと抵抗５０ｂとで構成され、コンデンサ５０ａの容量は、バイパス用コンデンサ２４ａ，２４ｂの容量よりも十分小さい値に設定される。

【0038】

スイッチング電源４８の第一スナバ回路４０の動作は、先に説明したスイッチング電源装置３８の第一スナバ回路４０の動作と同様であり、従来のスイッチング電源装置３２と同様のサージ電圧低減効果が得られる。また、第二スナバ回路５０の動作も同様であり、従来のスイッチング電源装置３２と同様のサージ電圧低減効果が得られる。また、スナバ専用素子の数を従来の半分にすることができ、しかもコンデンサ４０ａ，５０ａは、従来よりも耐電圧が低い小型で安価なコンデンサ素子を使用することができる。

【0039】

図３（ｂ）に示すスイッチング電源装置４８ｋは、スイッチング電源装置４８の入力巻線２０ａと直列の位置に電流共振用コンデンサ４２を設けることによって、電流共振型フルブリッジ方式のコンバータに変更したものである。なお、図３（ｂ）では、入力巻線２０ａと直列の位置に共振用インダクタ４４を表記しているが、トランス２０内部のリーケージインダクタで代用できる場合、共振用インダクタ４４は削除することができる。スイッチング電源装置４８ｋにおいても、スイッチング電源装置４８と同様の作用効果が得られる。

【0040】

なお、本発明のスイッチング電源装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の第一スナバ回路４０は、ディスクリート部品である抵抗４０ｂを備えているが、スナバ電流が流れる経路にある配線パターンの抵抗成分やコンデンサ４０ａの抵抗成分等で代用できる場合、抵抗４０ｂは省略することができる。第二スナバ回路５０の抵抗５０ｂについても同様である。

【0041】

上記のスイッチング電源装置３８，３８ｋ，４６，４６ｋの説明の中では省略したが、これらが有するバイパスコンデンサ回路２４のバイパス用コンデンサ２４ａ，２４ｂは、各々２つのコンデンサ素子を並列接続することによって設ける。具体的には、図４（ａ）に示すように、バイパス用コンデンサ２４ａを、大容量のアルミ電解コンデンサ２４ａ(1)と小容量のセラミックコンデンサ２４ａ(2)とを並列接続したものとし、バイパス用コンデンサ２４ｂを、大容量のアルミ電解コンデンサ２４ｂ(1)と小容量のセラミックコンデンサ２４ｂ(2)とを並列接続したものとすることができる。一般に、アルミ電解コンデンサは、大きい容量を安価に得ることができるという特徴があり、セラミックコンデンサは、数百kHzを超える高い周波数帯域におけるインピーダンスを非常に低くできるという特徴がある。したがって、２種類のコンデンサ素子を並列接続することにより、多くの高調波成分を含むスイッチング電流を、より確実にバイパスすることが可能になる。この場合、セラミックコンデンサ２４ａ(1)，２４ｂ(2)の容量は、コンデンサ４０ａよりも十分大きくする。

【0042】

また、図４（ｂ）に示すように、アルミ電解コンデンサ２４ａ(1)、２４ｂ(1)の中点とセラミックコンデンサ２４ａ(1)，２４ｂ(2)の中点とを切り離し、セラミックコンデンサ２４ａ(1)，２４ｂ(2)の中点にスナバ回路４０の一端を接続する構成にしてもよい。この構成においても、図４（ａ）の構成と同様の動作が行われ、さらに、熱に弱いアルミ電解コンデンサ２４ａ(1)、２４ｂ(1)を発熱部品であるスイッチング素子１８ａ，１８ｂから離れた場所に配置し、熱に強いセラミックコンデンサ２４ａ(1)，２４ｂ(2)をスイッチング素子１８ａ，１８ｂの近くに配置することが可能になる。スナバ電流は、数百kHzを超える高い周波数の電流であり、その多くがセラミックコンデンサ２４ａ(1)，２４ｂ(2)を通過するので、セラミックコンデンサ２４ａ(1)，２４ｂ(2)がスイッチング素子１８ａ、１８ｂの近くに配置されていれば、アルミ電解コンデンサ２４ａ(1)、２４ｂ(1)が少し離れた場所にあっても、特に問題にはならない。

【0043】

本発明のスイッチング電源装置は、直流入力の電源装置に限定されず、交流入力の電源装置に適用することも可能である。交流入力の電源装置の場合、入力電源が出力した交流電圧を整流する整流回路を設け、整流回路の出力端を入力ライン１４及びグランドライン１６に接続する構成にすればよい。これによって、整流回路から出力される直流電圧を入力電圧Viとみなすことができる。

【符号の説明】

【0044】

１０，３０，３２，３８，３８ｋ，４６，４６ｋ，４８，４８ｋ，５２(1)，５２(2) スイッチング電源装置
１４ 入力ライン
１６ グランドライン
１８ 第一アーム
１８ａ，１８ｂ，３４ａ，３４ｂ スイッチング素子
２０ トランス
２０ａ 入力巻線
２０ｂ 出力巻線
２２ バイアス用コンデンサ
２４ バイパスコンデンサ回路
２４ａ，２４ｂ バイパス用コンデンサ
２４ａ(1)，２４ｂ(1) アルミ電解コンデンサ（バイパス用コンデンサ）
２４ｂ(1)，２４ｂ(2) セラミックコンデンサ（バイパス用コンデンサ）
２６ 整流平滑回路
３４ 第二アーム
４０ 第一スナバ回路
４２ 電流共振用コンデンサ
５０ 第二スナバ回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】