スイッチング電源回路
【課題】リアクトルの温度差に起因する電流の歪みを低減できるスイッチング電源回路を提供する。
【解決手段】リアクトルＬ１は第１入力端と第１出力端との間を結ぶ第１経路上に設けられる。ダイオオードは第１リアクトルに対して第１出力端側で直列に接続されて、そのアノードを第１リアクトル側に向けて設けられる。リアクトルＬ２は第１入力端と第１出力端との間を結ぶ第２経路上に設けられる。第２ダイオードはリアクトルＬ２に対して第１出力端側で直列に接続されて、そのアノードをリアクトルＬ２側に向けて設けられる。第１及び第２スイッチング素子はそれぞれリアクトルＬ２と第２ダイオードとの間の点と、第２入力端と第２出力端とを結ぶ第３経路との間およびリアクトルＬ２と第３経路との間に設けられる。伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２のいずれにも接触する。
【解決手段】リアクトルＬ１は第１入力端と第１出力端との間を結ぶ第１経路上に設けられる。ダイオオードは第１リアクトルに対して第１出力端側で直列に接続されて、そのアノードを第１リアクトル側に向けて設けられる。リアクトルＬ２は第１入力端と第１出力端との間を結ぶ第２経路上に設けられる。第２ダイオードはリアクトルＬ２に対して第１出力端側で直列に接続されて、そのアノードをリアクトルＬ２側に向けて設けられる。第１及び第２スイッチング素子はそれぞれリアクトルＬ２と第２ダイオードとの間の点と、第２入力端と第２出力端とを結ぶ第３経路との間およびリアクトルＬ２と第３経路との間に設けられる。伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２のいずれにも接触する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング電源回路に関し、例えばインターリーブ型の力率改善回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、入力側の力率を改善する力率改善回路として、リアクトルとダイオードとスイッチング素子とからなる回路（いわゆる昇圧回路）が提案されている。より詳細には、リアクトルとスイッチング素子とが２つの入力端の間で相互に直列に接続され、２つの出力端の間でダイオードとスイッチング素子とが相互に直列に接続される。ダイオードはそのアノードをスイッチング素子側に向けて設けられる。
【０００３】
かかる回路において、スイッチング素子が導通しているときにはリアクトルとスイッチング素子とを介して入力端に電流が流れ、スイッチング素子が非導通であるときにはリアクトルとダイオードと出力端とを介して入力端に電流が流れる。これによって、入力電流の導通角度を広げ、以って入力側の力率を改善している。
【０００４】
また複数の当該回路を設けて、これらに属するスイッチング素子の導通タイミングを互いに異ならせる、いわゆるインターリーブ形の力率改善回路も提案されている。
【０００５】
なお本発明に関連する技術として特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−８０３８２号公報
【特許文献２】特開２００５−１１０４０６号公報
【特許文献３】特許第３０２２１８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数の回路にそれぞれ属する複数のリアクトルに温度差が生じると、かかる温度差に応じて複数のリアクトルのインダクタンスが互いに相違しえる。例えば複数のリアクトル同士のインダクタンスは、同じ温度で同じ値を示し、その温度依存性もが同一であるとしても、それぞれの温度が異なれば、リアクトル同士でのインダクタンスが異なることになる。これにより、インターリーブ型の力率改善回路において、電流の歪みが発生する。この電流の歪みについては発明を実施するための形態において詳述する。
【０００８】
そこで、本発明は、リアクトルの温度差に起因する電流の歪みを低減できるスイッチング電源回路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】
【０００９】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第１の態様は、第１及び第２の入力端（Ｐ１，Ｐ２）と、第１及び第２の出力端（Ｐ３，Ｐ４）と、前記第１の入力端と前記第１の出力端との間を結ぶ第１の経路（ＬＨ１）と、前記第１の経路上に設けられた第１のリアクトル（Ｌ１）と、前記第１の経路上で、前記第１のリアクトルに対して前記第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを前記第１のリアクトル側に向けて設けられる第１のダイオード（Ｄ１）と、前記第２の入力端と前記第２の出力端との間を結ぶ第３の経路（ＬＬ）と、前記第１のリアクトルと前記第１のダイオードとの間の点と、前記第３の経路との間に設けられた第１のスイッチング素子（Ｓ１）と、前記第１の入力端と前記第１の出力端との間を結び前記第１の経路とは異なる第２の経路（ＬＨ２）と、前記第２の経路上に設けられた第２のリアクトル（Ｌ２）と、前記第２の経路上で、前記第２のリアクトルに対して前記第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを前記第２のリアクトル側に向けて設けられる第２のダイオード（Ｄ２）と、前記第２のリアクトルと前記第２のダイオードとの間の点と、前記第３の経路（ＬＬ）との間に設けられた第２のスイッチング素子（Ｓ２）と、前記第１及び前記第２のリアクトルのいずれにも接触する伝熱部材（２０）とを備える。
【００１０】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第２の態様は、第１の態様にかかるスイッチング電源回路であって、前記第１及び前記第２のリアクトル（Ｌ１，Ｌ２）は所定方向の一方から前記伝熱部材（２０）と接触し、前記所定方向の他方から前記第１及び前記第２のリアクトルと接触して前記伝熱部材とともに前記第１及び前記第２のリアクトルを挟んで固定する固定部材（２１〜２３）を更に備える。
【００１１】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第３の態様は、第１の態様にかかるスイッチング電源回路であって、前記第１及び前記第２の入力端（Ｐ１，Ｐ２）と前記第１及び前記第２の出力端（Ｐ３，Ｐ４）と前記第１及び前記第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）と前記第１及び前記第２のスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）と前記第１及び前記第２のリアクトル（Ｌ１，Ｌ２）とが設けられた基板（３０）を備え、前記伝熱部材（２０）は前記基板に形成される。
【００１２】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第４の態様は、第１乃至第３のいずれか一つの態様にかかるスイッチング電源回路であって、前記第１及び前記第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）の一組及び前記第１及び前記第２のスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）の一組の少なくともいずれか一方と接触する第２伝熱部材を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第１の態様によれば、第１のリアクトル、第１のダイオード及び第１のスイッチング素子からなる回路と、第２のリアクトル、第２のダイオード及び第２のスイッチング素子からなる回路とを、力率改善回路として機能させることができる。しかも、これらの回路において、スイッチング素子の導通タイミングをずらすことによって、いわゆるインターリーブ型の力率改善回路を実現できる。
【００１４】
さらには、第１及び第２のリアクトルのいずれもが伝熱部材と接触されるので、これらは相互に熱的に連結される。よって、第１及び第２のリアクトルの温度の差を低減でき、温度による第１及び第２のリアクトルの間の特性差を低減できる。これにより、インターリーブ形の力率改善回路において、電流の歪みを低減することができる。
【００１５】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第２の態様によれば、伝熱部材と固定部材とが複数のリアクトルを固定するので、これらを一体で取り扱うことができ、以ってスイッチング電源回路を製造しやすい。
【００１６】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第３の態様によれば、伝熱部材が基板に形成されるので、製品のサイズを小型化できる。
【００１７】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第４の態様によれば、温度差による複数のダイオードの特性差、或いは温度差による複数のスイッチング素子の特性差を低減することができ、以って電流の歪みを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】スイッチング電源回路の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】スイッチング素子のオン／オフの状態、リアクトルを流れる電流および入力端を流れる電流の一例を示す模式的な図である。
【図３】リアクトルの概念的な構成の一例を示す図である。
【図４】リアクトルの概念的な構成の一例を示す側面図である。
【図５】リアクトルの概念的な構成の一例を示す上面図である。
【図６】リアクトルの概念的な構成の一例を示す側面図である。
【図７】リアクトルの概念的な構成の一例を示す上面図である。
【図８】リアクトルの直流重畳特性の温度依存性を示す図である。
【図９】スイッチング素子のオン／オフの状態、リアクトルを流れる電流および入力端を流れる電流の一例を示す模式的な図である。
【図１０】リアクトルの概念的な構成の一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜スイッチング電源回路＞
図１に例示するように、スイッチング電源回路は入力端Ｐ１，Ｐ２と出力端Ｐ３，Ｐ４と複数のリアクトルＬ１，Ｌ２と複数のダイオードＤ１，Ｄ２と複数のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２とを備えている。
【００２０】
入力端Ｐ１，Ｐ２の間には直流電圧が印加される。例えば入力端Ｐ１，Ｐ２には不図示のダイオード整流回路が接続される。ダイオード整流回路は交流電源からの交流電圧を整流し、整流後の直流電圧を入力端Ｐ１，Ｐ２の間に印加する。ここでは入力端Ｐ２に印加される電位は入力端Ｐ１に印加される電位よりも低い。なお、入力端Ｐ１，Ｐ２にダイオード整流回路が接続されることは必須要件ではない。入力端Ｐ１，Ｐ２の間に直流電圧を印加する任意の構成が入力端Ｐ１，Ｐ２に接続されていればよい。
【００２１】
リアクトルＬ１は入力端Ｐ１と出力端Ｐ３とを結ぶ経路ＬＨ１上に設けられている。リアクトルＬ２は入力端Ｐ１と出力端Ｐ３とを結ぶ経路ＬＨ２上に設けられている。
【００２２】
ダイオードＤ１は経路ＬＨ１上において出力端Ｐ３側でリアクトルＬ１と直列に接続されている。ダイオードＤ１はそのアノードをリアクトルＬ１に向けて設けられる。ダイオードＤ２は経路ＬＨ２上において出力端Ｐ３側でリアクトルＬ２と直列に接続されている。ダイオードＤ２はそのアノードをリアクトルＬ２に向けて設けられる。
【００２３】
スイッチング素子Ｓ１は、リアクトルＬ１とダイオードＤ１との間の点と、入力端Ｐ２および出力端Ｐ４を結ぶ経路ＬＬとの間に設けられる。スイッチング素子Ｓ２は、リアクトルＬ２とダイオードＤ２との間の点と、経路ＬＬとの間に設けられる。なお図１の例示では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタとして示されているが、これに限らない。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又はバイポーラトランジスタ等であってよい。
【００２４】
出力端Ｐ３，Ｐ４の間には平滑コンデンサＣ１が設けられている。平滑コンデンサＣ１は入力端Ｐ１，Ｐ２からリアクトルＬ１，Ｌ２、ダイオードＤ１，Ｄ２及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を介して印加される直流電圧を平滑する。
【００２５】
このようなスイッチング電源回路において、いずれも経路ＬＨ１に接続されるリアクトルＬ１、ダイオードＤ１及びスイッチング素子Ｓ１は回路１を構成し、いずれも経路ＬＨ２に接続されるリアクトルＬ２、ダイオードＤ２及びスイッチング素子Ｓ２は回路２を構成する。回路１，２は後述するように昇圧回路として機能するとともに入力側の力率を改善する力率改善回路として機能する。
【００２６】
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の導通／非導通はそれぞれ制御部６によって制御される。なお、以下で説明するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の制御について、特別な記載が無い限りその主体は制御部６である。
【００２７】
またここでは、制御部６はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、制御部６はこれに限らず、制御部６によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。
【００２８】
＜回路１，２の協働運転＞
本スイッチング電源回路においては回路１，２を協働して運転させることができる。かかる運転はインターリーブとも呼ばれる。以下、スイッチング素子Ｓ１の制御を説明し、次いでスイッチング素子Ｓ２の制御を説明する。
【００２９】
図２にはスイッチング素子Ｓ１の導通／非導通の状態と、リアクトルＬ１を流れる電流ＩＬ１とが示されている。図１を参照して、回路１においてスイッチング素子Ｓ１が導通していれば、入力端Ｐ１から入力端Ｐ２へとリアクトルＬ１及びスイッチング素子Ｓ１を経由して電流が流れる。かかる電流はリアクトルＬ１のインダクタンスと入力端Ｐ１，Ｐ２の間の直流電圧とによって定まる傾斜に応じて増大する（図２において電流ＩＬ１を参照）。かかる電流によってリアクトルＬ１には電磁エネルギーが蓄積される。
【００３０】
そしてスイッチング素子Ｓ１が導通から非導通へと切り替わると、入力端Ｐ１から入力端Ｐ２へとリアクトルＬ１、ダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ１を経由して電流が流れる。このとき、リアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギーによる電圧（誘導起電圧）が入力端Ｐ１，Ｐ２の間の直流電圧に加算されて、その合計が平滑コンデンサＣ１に印加される。よって、入力端Ｐ１，Ｐ２の間の直流電圧を昇圧して平滑コンデンサＣ１に印加できる。
【００３１】
かかる電流はリアクトルＬ１のインダクタンス及び平滑コンデンサＣ１の静電容量等に基づく傾斜で低減する（図２において電流ＩＬ１を参照）。そして、かかる電流、即ち電流ＩＬ１が零になったときに、再びスイッチング素子Ｓ１を導通させる。その後は上述した動作を繰り返す。かかる動作により電流ＩＬ１は鋸歯状の形状に沿って変化する。このようにリアクトルＬ１に流れる電流ＩＬ１が零に至った以後にスイッチング素子Ｓ１を導通させるモードは、いわゆる臨界電流モードと呼ばれる。なお、かかるスイッチング素子Ｓ１の制御のために、図１の例示では、検知された電流ＩＬ１が制御部６へと入力されている。制御部６は電流ＩＬ１が零に至ったことを検知してスイッチング素子Ｓ１を導通させる。
【００３２】
以上のように回路１は、入力端Ｐ１，Ｐ２の間の電圧を昇圧して出力端Ｐ３，Ｐ４の間に印加する昇圧回路として機能することができる。また平滑コンデンサＣ１へと電流が流れない期間（スイッチング素子Ｓ１が導通する期間）であっても、スイッチング素子Ｓ１を介して入力端Ｐ１，Ｐ２には電流が流れる。よって、入力端Ｐ１，Ｐ２を流れる電流の導通角度を広げることができる。換言すれば回路１は力率改善回路として機能することができる。
【００３３】
図２にはスイッチング素子Ｓ２の導通／非導通の状態、及びリアクトルＬ２を流れる電流ＩＬ２も示されている。スイッチング素子Ｓ２は、スイッチング素子Ｓ１が導通した時点から所定期間経過したときに導通する。かかる所定期間は、スイッチング素子Ｓ１が導通してから再び導通するまでの期間（以下、周期とも呼ぶ）Ｔより短い期間である。図２の例示では、所定期間として期間Ｔの半分を採用しており、以下では所定期間として期間Ｔの半分を採用した場合について説明する。
【００３４】
なお、制御部６は、電流ＩＬ２が零に至ることを更なる条件の一つとしてスイッチング素子Ｓ２を導通させてもよい。即ち、所定期間Ｔの半分が経過しても、電流ＩＬ２が零に至っていなければ、制御部６はスイッチング素子Ｓ２を導通させない。かかる制御のために、図１の例示では、電流ＩＬ２が制御部６に入力されている。そして、かかる制御によって、回路２における電流臨界モードをより確実に実現できる。
【００３５】
さて、スイッチング素子Ｓ２がスイッチング素子Ｓ１から例えば半周期遅れて動作することにより、回路２においては回路１に対して例えば半周期遅れて動作が行われる。よって、リアクトルＬ２を流れる電流ＩＬ２はリアクトルＬ１に流れる電流ＩＬ１に対して遅れる（図２の電流ＩＬ１，ＩＬ２を参照）。したがって、電流ＩＬ１の最大値と電流ＩＬ２の最大値が互いに例えば半周期ずれる。
【００３６】
入力端Ｐ１，Ｐ２を流れる電流Ｉは電流ＩＬ１，ＩＬ２の和と等しい。かかる和によって、電流ＩＬ１の値が低い部分（いわゆる谷）は電流ＩＬ２の値が高い部分（いわゆる山）によって埋められる。同様に、電流ＩＬ２の谷は電流ＩＬ１の山によって埋められる。よって、電流Ｉの変動成分（いわゆる高調波成分）を低くすることができる（図２の電流Ｉを参照）。なお、電流ＩＬ１，ＩＬ２の周期のずれは半周期に限らないが、半周期であれば最も高調波成分を低減できる。また電流ＩＬ１の谷を電流ＩＬ２の山が埋めるので、電流ＩＬ１の平均値を高めることもできる。換言すれば、回路１を単独で動作させる場合と同じ平均値を達成するために、電流Ｉの最大値を低減することができる。
【００３７】
なお図２の例示では、リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは相互に等しく、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の導通期間は互いに等しい。よって、図２の例示では、電流ＩＬ１，ＩＬ２は周期のずれを除いて互いに同一形状を有している。しかも図２の例示では、スイッチング素子Ｓ１の導通期間と非導通期間とが互いに等しい。よって、電流ＩＬ１，ＩＬ２は二等辺三角形が繰り返し現れた形状を有している。したがって、電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計（即ち電流Ｉ）が一定となっている。このとき入力端Ｐ１，Ｐ２を流れる電流Ｉの歪みは最も小さい。
【００３８】
＜リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの熱依存性＞
しかるにリアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの間に差が生じると、入力端Ｐ１，Ｐ２を流れる電流Ｉの歪みを招く。以下、まず、リアクトルのインダクタンスの熱依存性について説明し、次に電流の歪みについて説明する。
【００３９】
リアクトルのインダクタンスは図８に例示するように自身を流れる電流の値によって変化する。より詳細には、電流の値が所定値よりも低い領域では、リアクトルのインダクタンスは電流の値に依存せずにほぼ一定である。一方、電流の値が所定値よりも高い領域では、電流の値が増大するほどリアクトルのインダクタンスは低下する。これはリアクトルに流れる電流が大きいほどリアクトルのコアに流れる磁束が増大し、磁束がある値を超えるとコアが磁気飽和するからである。
【００４０】
またリアクトルの温度が高いほど、リアクトルのインダクタンスはより低い電流値から低下をはじめる。これはコアの温度が高いほどコアがより低い磁束で磁気飽和するからである。図８の例示では、リアクトルの温度が温度Ｔ１であるときのインダクタンスが実線で示され、温度Ｔ１よりも温度が高い温度Ｔ２のときのインダクタンスが破線で示されている。このようなリアクトルのインダクタンス特性はいわゆる直流重畳特性と呼ばれる。
【００４１】
以下では、リアクトルＬ１の温度が温度Ｔ１であり、リアクトルＬ２の温度が温度Ｔ２である場合を例にとって、電流ＩＬ１，ＩＬ２，Ｉについて説明する。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は図２を参照して説明した方法と同様に制御される。なおここでは、リアクトルＬ１，Ｌ２は、リアクトルＬ１のインダクタンスが一定であってリアクトルＬ２のインダクタンスが電流の増大とともに低下する領域で動作するものと仮定する。
【００４２】
電流ＩＬ１は図９に例示するように、図２の電流ＩＬ１と同じである。リアクトルＬ１のインダクタンスが一定である領域に含まれているからである。一方、電流ＩＬ２は、図９に例示するように、電流ＩＬ２が最大値を採る付近でその傾斜が増大し、電流ＩＬ２はこの付近で突出した形状を有する。これは以下の理由による。
【００４３】
即ち、リアクトルＬ２のインダクタンスは、電流ＩＬ２の値が所定値（＜電流ＩＬ２の最大値）より大きい範囲で、電流ＩＬ２が増大するに伴って減少する（図８参照）。これに伴って、電流ＩＬ２が所定値よりも大きい範囲で電流ＩＬ２の傾斜が増大するからである。これにより、電流ＩＬ２の最大値は電流ＩＬ１の最大値を超える。
【００４４】
電流ＩＬ２の突出によって、電流ＩＬ１，ＩＬ２の和たる電流Ｉも、電流ＩＬ２が最大値を採る付近で電流が増大する方向に突出した形状を有する。以上のように、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度差に起因して電流Ｉに歪みが生じる。本実施の形態では、かかる電流Ｉの歪みを低減する。
【００４５】
本スイッチング電源回路においては、図３に例示するように、リアクトルＬ１，Ｌ２のいずれもが伝熱部材２０と接触している。伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２の両方と接触してこれらを熱的に連結する。伝熱部材２０は例えば金属部材（例えばヒートシンク）である。なお伝熱部材２０は熱的に結合できる素材で形成されていればよく、例えば銀、銅、アルミニウムなどの金属、又はアルミナ，窒化アルミニウム，炭化珪素，グラファイトなどのセラミック、又は熱伝導性樹脂（例えば前述の金属またはセラミックが添付された樹脂）であってもよい。
【００４６】
これにより、リアクトルＬ１，Ｌ２に蓄積される熱は伝熱部材２０を介して相互に移動するので、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度差を低減できる。したがって、上述したリアクトルＬ１，Ｌ２の温度差に起因する電流Ｉの歪みを、低減することができる。また伝熱部材２０がヒートシンクなどの放熱部材として機能すれば、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度上昇も抑制することができる。
【００４７】
また図３に例示するように、リアクトルＬ１，Ｌ２はそれぞれコア１０とコイル１１とボビン１２と端子１３とを有している。ボビン１２は例えば電気的絶縁性を有する樹脂で形成されている。ボビン１２はコイル１１が巻回される本体部と、当該本体部の両側にあってコイル１１の巻き崩れを防止する庇部とを有している。図３の例示では、当該庇部の一方には２つの端子１３が設けられている。２つの端子１３の一方にはコイル１１の巻き始めの線が電気的に接続され、他方にはコイル１１の巻き終わりの線が電気的に接続される。またボビン１２にはコイル１１の内側を貫通する中空が設けられている。コア１０は軟磁性体（例えば鉄）で形成される。コア１０は例えば外鉄形単相鉄心である。具体的には、コア１０は、当該中空を貫通する部分と、コイル１１の外周側で当該部分と平行に延在する部分とがその両側で連結された構造を有し、磁気回路を構成している。
【００４８】
図３の例示では、伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２がそれぞれ有するコア１０と接触している。上述したようにコア１０の温度が磁束飽和に影響し、これによってインダクタンスが変化する。従って、伝熱部材２０が直接にコア１０と接触することで、リアクトルＬ１，Ｌ２の間のインダクタンスの差を効率的に低減することができる。ただし、例えばボビン１２が熱を伝えやすい材質で形成されている場合は伝熱部材２０がボビン１２と接触していても良い。
【００４９】
また図３の例示では、リアクトルＬ１，Ｌ２は伝熱部材２０と取り付け部材２１と連結部材２２とによって固定されている。より詳細には、伝熱部材２０は、リアクトルＬ１，Ｌ２に対して所定方向Ｄ１の一方側からリアクトルＬ１，Ｌ２の両方に接触している。取り付け部材２１はリアクトルＬ１，Ｌ２に対して所定方向Ｄ１の他方側からリアクトルＬ１，Ｌ２の両方に接触している。連結部材２２は伝熱部材２０と取り付け部材２１とを所定方向Ｄ１で連結する部材である。連結部材２２は例えば所定方向Ｄ１に垂直な方向Ｄ２におけるリアクトルＬ１，Ｌ２の一組の両側に設けられる。そしてねじ２３によって、伝熱部材２０と連結部材２２とが固定され、取り付け部材２１と連結部材２２とが固定される。
【００５０】
なお図３の例示では、取り付け部材２１が端子１３側に取り付けられているので、取り付け部材２１には端子１３によって貫通される不図示の孔が設けられている。
【００５１】
かかる構造であれば、リアクトルＬ１，Ｌ２が伝熱部材２０と、取り付け部材２１とに挟持され、連結部材２２によって当該挟持が固定される。よって、スイッチング電源回路を製造するに際してリアクトルＬ１，Ｌ２を一体として取り扱うことができる。したがって、スイッチング電源回路を製造しやすい。
【００５２】
なお、取り付け部材２１および連結部材２２を、リアクトルＬ１，Ｌ２を挟んで固定する固定部材として把握することができる。図３の例示では、取り付け部材２１と連結部材２２とは互いに別体であるが、これに限らず一体であってもよい。また伝熱部材２０、取り付け部材２１および連結部材２２が一体であってもよい。この場合、これらが一体化した部材に対して、方向Ｄ２に垂直な方向Ｄ３からリアクトルＬ１，Ｌ２を挿入すればよい。ただし、図３の例示では端子１３が取り付け部材２１側に設けられているので、取り付け部材２１には方向Ｄ３に対して端子１３を通過させる切込みが設けられている必要がある。
【００５３】
また図３の例示では、リアクトルＬ１，Ｌ２が基板３０に実装されている。より詳細には、端子１３が基板３０と電気的に接続されて、リアクトルＬ１，Ｌ２が基板３０に実装される。基板３０には他の電子部品、即ちダイオードＤ１，Ｄ２及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２が実装されている。
【００５４】
かかる構造において、伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２に対して基板３０とは反対側に位置している。そして、図３の例示では伝熱部材２０はヒートシンクであって、リアクトルＬ１，Ｌ２の両方と接触する部材２０１と、部材２０１から基板３０に垂直な方向に沿って基板３０とは反対側へと延在する複数のフィン２０２とを有している。
【００５５】
かかる構造によれば、基板３０に平行な方向（ここでは複数のフィン２０２は所定の方向において間隔を空けて配置されるので図３中の紙面に垂直な方向Ｄ）に沿って空気が複数のフィン２０２の間を通ることができ、以って伝熱部材２０の放熱効率を向上することができる。よって、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度の上昇も抑制しやすい。なお、フィン２０２の間を流れる空気の流動は、例えばフィン２０１が地面に対して水平方向で並んで配置されるように、基板３０を配置することでも生じる。これは、リアクトルＬ１，Ｌ２の発熱により、上昇気流が生じるからである。また、所定の装置内に基板３０とファンとが配置され、かかるファンによってフィン２０１の間を流れる空気の流動が生じることも考えられる。
【００５６】
また基板３０に垂直な空気の流動が生じる装置に対して伝熱部材２０の放熱効率を向上すべく、図４，５の例示を参照して、フィン２０２が部材２０１から基板３０に平行な方向に延在するように、基板３０に平行な方向から伝熱部材２０をリアクトルＬ１，Ｌ２に接触させてもよい。
【００５７】
なお図３を参照した説明と同様に、リアクトルＬ１，Ｌ２を固定する固定部材（図４，５の例示では取り付け部材２１および連結部材２２）を設けてもよい。即ち、基板３０に平行な方向において、伝熱部材２０と固定部材とによってリアクトルＬ１，Ｌ２を挟んで固定してもよい。
【００５８】
また図６，７に例示するように伝熱部材２０が基板３０に形成されていてもよい。なお、図６の例示では、基板３０の法線方向における伝熱部材２０の厚みを誇張して示しているが、実際には基板３０上に設けられる配線の厚みと同程度である。伝熱部材２０は基板３０上に実装されたリアクトルＬ１，Ｌ２の両方と接触して、リアクトルＬ１，Ｌ２を熱的に連結する。これによって、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度差を低減することができ、以って温度差に起因する電流Ｉの歪みを低減することができる。なお図６，７の例示では伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２が有するコア１０と接触している。上述したようにコア１０の温度が磁束飽和に影響し、これによってインダクタンスが変化する。よって、より直接にリアクトルＬ１，Ｌ２の間でコア１０を熱的に連結することで、インダクタンスの差を効率的に低減することができる。ただし、例えばボビン１２が熱を伝えやすい材質で形成されている場合は伝熱部材２０がボビン１２と接触していても良い。
【００５９】
また伝熱部材２０を基板３０に形成しているので、図３〜５に例示する構造に比して、製品サイズを低減することができる。またリアクトルＬ１，Ｌ２に発生した熱が伝熱部材２０を介して基板３０側へと流れて放熱するのでリアクトルＬ１，Ｌ２の温度上昇も抑制できる。
【００６０】
伝熱部材２０は基板３０上の配線（例えば経路ＬＨ１，ＬＨ２，ＬＬを形成する配線）と同じ材質で形成されてもよい。これにより、配線を形成する工程に併せて伝熱部材２０を形成することができる。よって、基板３０に伝熱部材２０と配線とを別個にパターン形成する場合に比べて、製造コストを低減できる。
【００６１】
なお図６及び図７を参照して説明した伝熱部材２０と、図３乃至図５を参照して説明した伝熱部材２０の両方が、リアクトルＬ１，Ｌ２に設けられていても良い。
【００６２】
また上述したいずれの態様でも、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一組およびダイオードＤ１，Ｄ２の一組の少なくともいずれか一方が、それぞれの端子が接触することなく伝熱部材と接触していても良い。例えば図１０の例示では、基板３０の一方の面に、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２およびダイオードＤ１，Ｄ２が設けられている。そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２およびダイオードＤ１，Ｄ２に対して、基板３０とは反対側から伝熱部材２５が設けられている。伝熱部材２５は例えば金属部材であって、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２およびダイオードＤ１，Ｄ２と接触している。これにより、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の温度差に起因するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の特性（例えばスイッチング損失特性、導通損失特性）の差を低減できる。同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２の温度差に起因するダイオードＤ１，Ｄ２の特性（例えば順方向電圧、逆回復特性）の差を低減できる。
【００６３】
そしてスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２或いはダイオードＤ１，Ｄ２の特性差に起因して、電流ＩＬ１，ＩＬ２の形状が互いに相違し、これによって電流Ｉの歪みを起因するところ、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の温度差或いはダイオードＤ１，Ｄ２の温度差が低減されるので、これに起因する電流Ｉの歪みを低減できる。
【００６４】
伝熱部材２５はスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一組およびダイオードＤ１，Ｄ２の一組の少なくともいずれか一方と基板３０との間に設けられていてもよい。また基板３０のうち、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一組およびダイオードＤ１，Ｄ２の一組の少なくともいずれか一方の存する領域の、基板３０の他方の面に伝熱部材２５が設けられていてもよい。この場合、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２同士或いはダイオードＤ１，Ｄ２同士は基板３０および伝熱部材２５を経由して熱的に連結される。換言すれば、伝熱部材２５および基板３０が伝熱部材として把握される。
【００６５】
なお本実施の形態では、スイッチング電源回路として、回路１，２を備える構造について説明したが、これに限らない。回路１，２と同様の構成を有する複数の回路がスイッチング電源回路に設けられ、これら複数の回路にそれぞれ属する複数のリアクトルが伝熱部材２０によって接触してればよい。
【符号の説明】
【００６６】
２０ 伝熱部材
２１ 取り付け部材
２２ 連結部材
２３ ねじ
３０ 基板
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｌ１，Ｌ２ リアクトル
ＬＨ１，ＬＨ２，ＬＬ 経路
Ｓ１，Ｓ２ スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング電源回路に関し、例えばインターリーブ型の力率改善回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、入力側の力率を改善する力率改善回路として、リアクトルとダイオードとスイッチング素子とからなる回路（いわゆる昇圧回路）が提案されている。より詳細には、リアクトルとスイッチング素子とが２つの入力端の間で相互に直列に接続され、２つの出力端の間でダイオードとスイッチング素子とが相互に直列に接続される。ダイオードはそのアノードをスイッチング素子側に向けて設けられる。
【０００３】
かかる回路において、スイッチング素子が導通しているときにはリアクトルとスイッチング素子とを介して入力端に電流が流れ、スイッチング素子が非導通であるときにはリアクトルとダイオードと出力端とを介して入力端に電流が流れる。これによって、入力電流の導通角度を広げ、以って入力側の力率を改善している。
【０００４】
また複数の当該回路を設けて、これらに属するスイッチング素子の導通タイミングを互いに異ならせる、いわゆるインターリーブ形の力率改善回路も提案されている。
【０００５】
なお本発明に関連する技術として特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−８０３８２号公報
【特許文献２】特開２００５−１１０４０６号公報
【特許文献３】特許第３０２２１８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数の回路にそれぞれ属する複数のリアクトルに温度差が生じると、かかる温度差に応じて複数のリアクトルのインダクタンスが互いに相違しえる。例えば複数のリアクトル同士のインダクタンスは、同じ温度で同じ値を示し、その温度依存性もが同一であるとしても、それぞれの温度が異なれば、リアクトル同士でのインダクタンスが異なることになる。これにより、インターリーブ型の力率改善回路において、電流の歪みが発生する。この電流の歪みについては発明を実施するための形態において詳述する。
【０００８】
そこで、本発明は、リアクトルの温度差に起因する電流の歪みを低減できるスイッチング電源回路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】
【０００９】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第１の態様は、第１及び第２の入力端（Ｐ１，Ｐ２）と、第１及び第２の出力端（Ｐ３，Ｐ４）と、前記第１の入力端と前記第１の出力端との間を結ぶ第１の経路（ＬＨ１）と、前記第１の経路上に設けられた第１のリアクトル（Ｌ１）と、前記第１の経路上で、前記第１のリアクトルに対して前記第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを前記第１のリアクトル側に向けて設けられる第１のダイオード（Ｄ１）と、前記第２の入力端と前記第２の出力端との間を結ぶ第３の経路（ＬＬ）と、前記第１のリアクトルと前記第１のダイオードとの間の点と、前記第３の経路との間に設けられた第１のスイッチング素子（Ｓ１）と、前記第１の入力端と前記第１の出力端との間を結び前記第１の経路とは異なる第２の経路（ＬＨ２）と、前記第２の経路上に設けられた第２のリアクトル（Ｌ２）と、前記第２の経路上で、前記第２のリアクトルに対して前記第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを前記第２のリアクトル側に向けて設けられる第２のダイオード（Ｄ２）と、前記第２のリアクトルと前記第２のダイオードとの間の点と、前記第３の経路（ＬＬ）との間に設けられた第２のスイッチング素子（Ｓ２）と、前記第１及び前記第２のリアクトルのいずれにも接触する伝熱部材（２０）とを備える。
【００１０】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第２の態様は、第１の態様にかかるスイッチング電源回路であって、前記第１及び前記第２のリアクトル（Ｌ１，Ｌ２）は所定方向の一方から前記伝熱部材（２０）と接触し、前記所定方向の他方から前記第１及び前記第２のリアクトルと接触して前記伝熱部材とともに前記第１及び前記第２のリアクトルを挟んで固定する固定部材（２１〜２３）を更に備える。
【００１１】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第３の態様は、第１の態様にかかるスイッチング電源回路であって、前記第１及び前記第２の入力端（Ｐ１，Ｐ２）と前記第１及び前記第２の出力端（Ｐ３，Ｐ４）と前記第１及び前記第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）と前記第１及び前記第２のスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）と前記第１及び前記第２のリアクトル（Ｌ１，Ｌ２）とが設けられた基板（３０）を備え、前記伝熱部材（２０）は前記基板に形成される。
【００１２】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第４の態様は、第１乃至第３のいずれか一つの態様にかかるスイッチング電源回路であって、前記第１及び前記第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）の一組及び前記第１及び前記第２のスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）の一組の少なくともいずれか一方と接触する第２伝熱部材を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第１の態様によれば、第１のリアクトル、第１のダイオード及び第１のスイッチング素子からなる回路と、第２のリアクトル、第２のダイオード及び第２のスイッチング素子からなる回路とを、力率改善回路として機能させることができる。しかも、これらの回路において、スイッチング素子の導通タイミングをずらすことによって、いわゆるインターリーブ型の力率改善回路を実現できる。
【００１４】
さらには、第１及び第２のリアクトルのいずれもが伝熱部材と接触されるので、これらは相互に熱的に連結される。よって、第１及び第２のリアクトルの温度の差を低減でき、温度による第１及び第２のリアクトルの間の特性差を低減できる。これにより、インターリーブ形の力率改善回路において、電流の歪みを低減することができる。
【００１５】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第２の態様によれば、伝熱部材と固定部材とが複数のリアクトルを固定するので、これらを一体で取り扱うことができ、以ってスイッチング電源回路を製造しやすい。
【００１６】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第３の態様によれば、伝熱部材が基板に形成されるので、製品のサイズを小型化できる。
【００１７】
本発明にかかるスイッチング電源回路の第４の態様によれば、温度差による複数のダイオードの特性差、或いは温度差による複数のスイッチング素子の特性差を低減することができ、以って電流の歪みを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】スイッチング電源回路の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】スイッチング素子のオン／オフの状態、リアクトルを流れる電流および入力端を流れる電流の一例を示す模式的な図である。
【図３】リアクトルの概念的な構成の一例を示す図である。
【図４】リアクトルの概念的な構成の一例を示す側面図である。
【図５】リアクトルの概念的な構成の一例を示す上面図である。
【図６】リアクトルの概念的な構成の一例を示す側面図である。
【図７】リアクトルの概念的な構成の一例を示す上面図である。
【図８】リアクトルの直流重畳特性の温度依存性を示す図である。
【図９】スイッチング素子のオン／オフの状態、リアクトルを流れる電流および入力端を流れる電流の一例を示す模式的な図である。
【図１０】リアクトルの概念的な構成の一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜スイッチング電源回路＞
図１に例示するように、スイッチング電源回路は入力端Ｐ１，Ｐ２と出力端Ｐ３，Ｐ４と複数のリアクトルＬ１，Ｌ２と複数のダイオードＤ１，Ｄ２と複数のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２とを備えている。
【００２０】
入力端Ｐ１，Ｐ２の間には直流電圧が印加される。例えば入力端Ｐ１，Ｐ２には不図示のダイオード整流回路が接続される。ダイオード整流回路は交流電源からの交流電圧を整流し、整流後の直流電圧を入力端Ｐ１，Ｐ２の間に印加する。ここでは入力端Ｐ２に印加される電位は入力端Ｐ１に印加される電位よりも低い。なお、入力端Ｐ１，Ｐ２にダイオード整流回路が接続されることは必須要件ではない。入力端Ｐ１，Ｐ２の間に直流電圧を印加する任意の構成が入力端Ｐ１，Ｐ２に接続されていればよい。
【００２１】
リアクトルＬ１は入力端Ｐ１と出力端Ｐ３とを結ぶ経路ＬＨ１上に設けられている。リアクトルＬ２は入力端Ｐ１と出力端Ｐ３とを結ぶ経路ＬＨ２上に設けられている。
【００２２】
ダイオードＤ１は経路ＬＨ１上において出力端Ｐ３側でリアクトルＬ１と直列に接続されている。ダイオードＤ１はそのアノードをリアクトルＬ１に向けて設けられる。ダイオードＤ２は経路ＬＨ２上において出力端Ｐ３側でリアクトルＬ２と直列に接続されている。ダイオードＤ２はそのアノードをリアクトルＬ２に向けて設けられる。
【００２３】
スイッチング素子Ｓ１は、リアクトルＬ１とダイオードＤ１との間の点と、入力端Ｐ２および出力端Ｐ４を結ぶ経路ＬＬとの間に設けられる。スイッチング素子Ｓ２は、リアクトルＬ２とダイオードＤ２との間の点と、経路ＬＬとの間に設けられる。なお図１の例示では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタとして示されているが、これに限らない。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又はバイポーラトランジスタ等であってよい。
【００２４】
出力端Ｐ３，Ｐ４の間には平滑コンデンサＣ１が設けられている。平滑コンデンサＣ１は入力端Ｐ１，Ｐ２からリアクトルＬ１，Ｌ２、ダイオードＤ１，Ｄ２及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を介して印加される直流電圧を平滑する。
【００２５】
このようなスイッチング電源回路において、いずれも経路ＬＨ１に接続されるリアクトルＬ１、ダイオードＤ１及びスイッチング素子Ｓ１は回路１を構成し、いずれも経路ＬＨ２に接続されるリアクトルＬ２、ダイオードＤ２及びスイッチング素子Ｓ２は回路２を構成する。回路１，２は後述するように昇圧回路として機能するとともに入力側の力率を改善する力率改善回路として機能する。
【００２６】
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の導通／非導通はそれぞれ制御部６によって制御される。なお、以下で説明するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の制御について、特別な記載が無い限りその主体は制御部６である。
【００２７】
またここでは、制御部６はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、制御部６はこれに限らず、制御部６によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。
【００２８】
＜回路１，２の協働運転＞
本スイッチング電源回路においては回路１，２を協働して運転させることができる。かかる運転はインターリーブとも呼ばれる。以下、スイッチング素子Ｓ１の制御を説明し、次いでスイッチング素子Ｓ２の制御を説明する。
【００２９】
図２にはスイッチング素子Ｓ１の導通／非導通の状態と、リアクトルＬ１を流れる電流ＩＬ１とが示されている。図１を参照して、回路１においてスイッチング素子Ｓ１が導通していれば、入力端Ｐ１から入力端Ｐ２へとリアクトルＬ１及びスイッチング素子Ｓ１を経由して電流が流れる。かかる電流はリアクトルＬ１のインダクタンスと入力端Ｐ１，Ｐ２の間の直流電圧とによって定まる傾斜に応じて増大する（図２において電流ＩＬ１を参照）。かかる電流によってリアクトルＬ１には電磁エネルギーが蓄積される。
【００３０】
そしてスイッチング素子Ｓ１が導通から非導通へと切り替わると、入力端Ｐ１から入力端Ｐ２へとリアクトルＬ１、ダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ１を経由して電流が流れる。このとき、リアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギーによる電圧（誘導起電圧）が入力端Ｐ１，Ｐ２の間の直流電圧に加算されて、その合計が平滑コンデンサＣ１に印加される。よって、入力端Ｐ１，Ｐ２の間の直流電圧を昇圧して平滑コンデンサＣ１に印加できる。
【００３１】
かかる電流はリアクトルＬ１のインダクタンス及び平滑コンデンサＣ１の静電容量等に基づく傾斜で低減する（図２において電流ＩＬ１を参照）。そして、かかる電流、即ち電流ＩＬ１が零になったときに、再びスイッチング素子Ｓ１を導通させる。その後は上述した動作を繰り返す。かかる動作により電流ＩＬ１は鋸歯状の形状に沿って変化する。このようにリアクトルＬ１に流れる電流ＩＬ１が零に至った以後にスイッチング素子Ｓ１を導通させるモードは、いわゆる臨界電流モードと呼ばれる。なお、かかるスイッチング素子Ｓ１の制御のために、図１の例示では、検知された電流ＩＬ１が制御部６へと入力されている。制御部６は電流ＩＬ１が零に至ったことを検知してスイッチング素子Ｓ１を導通させる。
【００３２】
以上のように回路１は、入力端Ｐ１，Ｐ２の間の電圧を昇圧して出力端Ｐ３，Ｐ４の間に印加する昇圧回路として機能することができる。また平滑コンデンサＣ１へと電流が流れない期間（スイッチング素子Ｓ１が導通する期間）であっても、スイッチング素子Ｓ１を介して入力端Ｐ１，Ｐ２には電流が流れる。よって、入力端Ｐ１，Ｐ２を流れる電流の導通角度を広げることができる。換言すれば回路１は力率改善回路として機能することができる。
【００３３】
図２にはスイッチング素子Ｓ２の導通／非導通の状態、及びリアクトルＬ２を流れる電流ＩＬ２も示されている。スイッチング素子Ｓ２は、スイッチング素子Ｓ１が導通した時点から所定期間経過したときに導通する。かかる所定期間は、スイッチング素子Ｓ１が導通してから再び導通するまでの期間（以下、周期とも呼ぶ）Ｔより短い期間である。図２の例示では、所定期間として期間Ｔの半分を採用しており、以下では所定期間として期間Ｔの半分を採用した場合について説明する。
【００３４】
なお、制御部６は、電流ＩＬ２が零に至ることを更なる条件の一つとしてスイッチング素子Ｓ２を導通させてもよい。即ち、所定期間Ｔの半分が経過しても、電流ＩＬ２が零に至っていなければ、制御部６はスイッチング素子Ｓ２を導通させない。かかる制御のために、図１の例示では、電流ＩＬ２が制御部６に入力されている。そして、かかる制御によって、回路２における電流臨界モードをより確実に実現できる。
【００３５】
さて、スイッチング素子Ｓ２がスイッチング素子Ｓ１から例えば半周期遅れて動作することにより、回路２においては回路１に対して例えば半周期遅れて動作が行われる。よって、リアクトルＬ２を流れる電流ＩＬ２はリアクトルＬ１に流れる電流ＩＬ１に対して遅れる（図２の電流ＩＬ１，ＩＬ２を参照）。したがって、電流ＩＬ１の最大値と電流ＩＬ２の最大値が互いに例えば半周期ずれる。
【００３６】
入力端Ｐ１，Ｐ２を流れる電流Ｉは電流ＩＬ１，ＩＬ２の和と等しい。かかる和によって、電流ＩＬ１の値が低い部分（いわゆる谷）は電流ＩＬ２の値が高い部分（いわゆる山）によって埋められる。同様に、電流ＩＬ２の谷は電流ＩＬ１の山によって埋められる。よって、電流Ｉの変動成分（いわゆる高調波成分）を低くすることができる（図２の電流Ｉを参照）。なお、電流ＩＬ１，ＩＬ２の周期のずれは半周期に限らないが、半周期であれば最も高調波成分を低減できる。また電流ＩＬ１の谷を電流ＩＬ２の山が埋めるので、電流ＩＬ１の平均値を高めることもできる。換言すれば、回路１を単独で動作させる場合と同じ平均値を達成するために、電流Ｉの最大値を低減することができる。
【００３７】
なお図２の例示では、リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは相互に等しく、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の導通期間は互いに等しい。よって、図２の例示では、電流ＩＬ１，ＩＬ２は周期のずれを除いて互いに同一形状を有している。しかも図２の例示では、スイッチング素子Ｓ１の導通期間と非導通期間とが互いに等しい。よって、電流ＩＬ１，ＩＬ２は二等辺三角形が繰り返し現れた形状を有している。したがって、電流ＩＬ１，ＩＬ２の合計（即ち電流Ｉ）が一定となっている。このとき入力端Ｐ１，Ｐ２を流れる電流Ｉの歪みは最も小さい。
【００３８】
＜リアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの熱依存性＞
しかるにリアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンスの間に差が生じると、入力端Ｐ１，Ｐ２を流れる電流Ｉの歪みを招く。以下、まず、リアクトルのインダクタンスの熱依存性について説明し、次に電流の歪みについて説明する。
【００３９】
リアクトルのインダクタンスは図８に例示するように自身を流れる電流の値によって変化する。より詳細には、電流の値が所定値よりも低い領域では、リアクトルのインダクタンスは電流の値に依存せずにほぼ一定である。一方、電流の値が所定値よりも高い領域では、電流の値が増大するほどリアクトルのインダクタンスは低下する。これはリアクトルに流れる電流が大きいほどリアクトルのコアに流れる磁束が増大し、磁束がある値を超えるとコアが磁気飽和するからである。
【００４０】
またリアクトルの温度が高いほど、リアクトルのインダクタンスはより低い電流値から低下をはじめる。これはコアの温度が高いほどコアがより低い磁束で磁気飽和するからである。図８の例示では、リアクトルの温度が温度Ｔ１であるときのインダクタンスが実線で示され、温度Ｔ１よりも温度が高い温度Ｔ２のときのインダクタンスが破線で示されている。このようなリアクトルのインダクタンス特性はいわゆる直流重畳特性と呼ばれる。
【００４１】
以下では、リアクトルＬ１の温度が温度Ｔ１であり、リアクトルＬ２の温度が温度Ｔ２である場合を例にとって、電流ＩＬ１，ＩＬ２，Ｉについて説明する。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は図２を参照して説明した方法と同様に制御される。なおここでは、リアクトルＬ１，Ｌ２は、リアクトルＬ１のインダクタンスが一定であってリアクトルＬ２のインダクタンスが電流の増大とともに低下する領域で動作するものと仮定する。
【００４２】
電流ＩＬ１は図９に例示するように、図２の電流ＩＬ１と同じである。リアクトルＬ１のインダクタンスが一定である領域に含まれているからである。一方、電流ＩＬ２は、図９に例示するように、電流ＩＬ２が最大値を採る付近でその傾斜が増大し、電流ＩＬ２はこの付近で突出した形状を有する。これは以下の理由による。
【００４３】
即ち、リアクトルＬ２のインダクタンスは、電流ＩＬ２の値が所定値（＜電流ＩＬ２の最大値）より大きい範囲で、電流ＩＬ２が増大するに伴って減少する（図８参照）。これに伴って、電流ＩＬ２が所定値よりも大きい範囲で電流ＩＬ２の傾斜が増大するからである。これにより、電流ＩＬ２の最大値は電流ＩＬ１の最大値を超える。
【００４４】
電流ＩＬ２の突出によって、電流ＩＬ１，ＩＬ２の和たる電流Ｉも、電流ＩＬ２が最大値を採る付近で電流が増大する方向に突出した形状を有する。以上のように、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度差に起因して電流Ｉに歪みが生じる。本実施の形態では、かかる電流Ｉの歪みを低減する。
【００４５】
本スイッチング電源回路においては、図３に例示するように、リアクトルＬ１，Ｌ２のいずれもが伝熱部材２０と接触している。伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２の両方と接触してこれらを熱的に連結する。伝熱部材２０は例えば金属部材（例えばヒートシンク）である。なお伝熱部材２０は熱的に結合できる素材で形成されていればよく、例えば銀、銅、アルミニウムなどの金属、又はアルミナ，窒化アルミニウム，炭化珪素，グラファイトなどのセラミック、又は熱伝導性樹脂（例えば前述の金属またはセラミックが添付された樹脂）であってもよい。
【００４６】
これにより、リアクトルＬ１，Ｌ２に蓄積される熱は伝熱部材２０を介して相互に移動するので、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度差を低減できる。したがって、上述したリアクトルＬ１，Ｌ２の温度差に起因する電流Ｉの歪みを、低減することができる。また伝熱部材２０がヒートシンクなどの放熱部材として機能すれば、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度上昇も抑制することができる。
【００４７】
また図３に例示するように、リアクトルＬ１，Ｌ２はそれぞれコア１０とコイル１１とボビン１２と端子１３とを有している。ボビン１２は例えば電気的絶縁性を有する樹脂で形成されている。ボビン１２はコイル１１が巻回される本体部と、当該本体部の両側にあってコイル１１の巻き崩れを防止する庇部とを有している。図３の例示では、当該庇部の一方には２つの端子１３が設けられている。２つの端子１３の一方にはコイル１１の巻き始めの線が電気的に接続され、他方にはコイル１１の巻き終わりの線が電気的に接続される。またボビン１２にはコイル１１の内側を貫通する中空が設けられている。コア１０は軟磁性体（例えば鉄）で形成される。コア１０は例えば外鉄形単相鉄心である。具体的には、コア１０は、当該中空を貫通する部分と、コイル１１の外周側で当該部分と平行に延在する部分とがその両側で連結された構造を有し、磁気回路を構成している。
【００４８】
図３の例示では、伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２がそれぞれ有するコア１０と接触している。上述したようにコア１０の温度が磁束飽和に影響し、これによってインダクタンスが変化する。従って、伝熱部材２０が直接にコア１０と接触することで、リアクトルＬ１，Ｌ２の間のインダクタンスの差を効率的に低減することができる。ただし、例えばボビン１２が熱を伝えやすい材質で形成されている場合は伝熱部材２０がボビン１２と接触していても良い。
【００４９】
また図３の例示では、リアクトルＬ１，Ｌ２は伝熱部材２０と取り付け部材２１と連結部材２２とによって固定されている。より詳細には、伝熱部材２０は、リアクトルＬ１，Ｌ２に対して所定方向Ｄ１の一方側からリアクトルＬ１，Ｌ２の両方に接触している。取り付け部材２１はリアクトルＬ１，Ｌ２に対して所定方向Ｄ１の他方側からリアクトルＬ１，Ｌ２の両方に接触している。連結部材２２は伝熱部材２０と取り付け部材２１とを所定方向Ｄ１で連結する部材である。連結部材２２は例えば所定方向Ｄ１に垂直な方向Ｄ２におけるリアクトルＬ１，Ｌ２の一組の両側に設けられる。そしてねじ２３によって、伝熱部材２０と連結部材２２とが固定され、取り付け部材２１と連結部材２２とが固定される。
【００５０】
なお図３の例示では、取り付け部材２１が端子１３側に取り付けられているので、取り付け部材２１には端子１３によって貫通される不図示の孔が設けられている。
【００５１】
かかる構造であれば、リアクトルＬ１，Ｌ２が伝熱部材２０と、取り付け部材２１とに挟持され、連結部材２２によって当該挟持が固定される。よって、スイッチング電源回路を製造するに際してリアクトルＬ１，Ｌ２を一体として取り扱うことができる。したがって、スイッチング電源回路を製造しやすい。
【００５２】
なお、取り付け部材２１および連結部材２２を、リアクトルＬ１，Ｌ２を挟んで固定する固定部材として把握することができる。図３の例示では、取り付け部材２１と連結部材２２とは互いに別体であるが、これに限らず一体であってもよい。また伝熱部材２０、取り付け部材２１および連結部材２２が一体であってもよい。この場合、これらが一体化した部材に対して、方向Ｄ２に垂直な方向Ｄ３からリアクトルＬ１，Ｌ２を挿入すればよい。ただし、図３の例示では端子１３が取り付け部材２１側に設けられているので、取り付け部材２１には方向Ｄ３に対して端子１３を通過させる切込みが設けられている必要がある。
【００５３】
また図３の例示では、リアクトルＬ１，Ｌ２が基板３０に実装されている。より詳細には、端子１３が基板３０と電気的に接続されて、リアクトルＬ１，Ｌ２が基板３０に実装される。基板３０には他の電子部品、即ちダイオードＤ１，Ｄ２及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２が実装されている。
【００５４】
かかる構造において、伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２に対して基板３０とは反対側に位置している。そして、図３の例示では伝熱部材２０はヒートシンクであって、リアクトルＬ１，Ｌ２の両方と接触する部材２０１と、部材２０１から基板３０に垂直な方向に沿って基板３０とは反対側へと延在する複数のフィン２０２とを有している。
【００５５】
かかる構造によれば、基板３０に平行な方向（ここでは複数のフィン２０２は所定の方向において間隔を空けて配置されるので図３中の紙面に垂直な方向Ｄ）に沿って空気が複数のフィン２０２の間を通ることができ、以って伝熱部材２０の放熱効率を向上することができる。よって、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度の上昇も抑制しやすい。なお、フィン２０２の間を流れる空気の流動は、例えばフィン２０１が地面に対して水平方向で並んで配置されるように、基板３０を配置することでも生じる。これは、リアクトルＬ１，Ｌ２の発熱により、上昇気流が生じるからである。また、所定の装置内に基板３０とファンとが配置され、かかるファンによってフィン２０１の間を流れる空気の流動が生じることも考えられる。
【００５６】
また基板３０に垂直な空気の流動が生じる装置に対して伝熱部材２０の放熱効率を向上すべく、図４，５の例示を参照して、フィン２０２が部材２０１から基板３０に平行な方向に延在するように、基板３０に平行な方向から伝熱部材２０をリアクトルＬ１，Ｌ２に接触させてもよい。
【００５７】
なお図３を参照した説明と同様に、リアクトルＬ１，Ｌ２を固定する固定部材（図４，５の例示では取り付け部材２１および連結部材２２）を設けてもよい。即ち、基板３０に平行な方向において、伝熱部材２０と固定部材とによってリアクトルＬ１，Ｌ２を挟んで固定してもよい。
【００５８】
また図６，７に例示するように伝熱部材２０が基板３０に形成されていてもよい。なお、図６の例示では、基板３０の法線方向における伝熱部材２０の厚みを誇張して示しているが、実際には基板３０上に設けられる配線の厚みと同程度である。伝熱部材２０は基板３０上に実装されたリアクトルＬ１，Ｌ２の両方と接触して、リアクトルＬ１，Ｌ２を熱的に連結する。これによって、リアクトルＬ１，Ｌ２の温度差を低減することができ、以って温度差に起因する電流Ｉの歪みを低減することができる。なお図６，７の例示では伝熱部材２０はリアクトルＬ１，Ｌ２が有するコア１０と接触している。上述したようにコア１０の温度が磁束飽和に影響し、これによってインダクタンスが変化する。よって、より直接にリアクトルＬ１，Ｌ２の間でコア１０を熱的に連結することで、インダクタンスの差を効率的に低減することができる。ただし、例えばボビン１２が熱を伝えやすい材質で形成されている場合は伝熱部材２０がボビン１２と接触していても良い。
【００５９】
また伝熱部材２０を基板３０に形成しているので、図３〜５に例示する構造に比して、製品サイズを低減することができる。またリアクトルＬ１，Ｌ２に発生した熱が伝熱部材２０を介して基板３０側へと流れて放熱するのでリアクトルＬ１，Ｌ２の温度上昇も抑制できる。
【００６０】
伝熱部材２０は基板３０上の配線（例えば経路ＬＨ１，ＬＨ２，ＬＬを形成する配線）と同じ材質で形成されてもよい。これにより、配線を形成する工程に併せて伝熱部材２０を形成することができる。よって、基板３０に伝熱部材２０と配線とを別個にパターン形成する場合に比べて、製造コストを低減できる。
【００６１】
なお図６及び図７を参照して説明した伝熱部材２０と、図３乃至図５を参照して説明した伝熱部材２０の両方が、リアクトルＬ１，Ｌ２に設けられていても良い。
【００６２】
また上述したいずれの態様でも、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一組およびダイオードＤ１，Ｄ２の一組の少なくともいずれか一方が、それぞれの端子が接触することなく伝熱部材と接触していても良い。例えば図１０の例示では、基板３０の一方の面に、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２およびダイオードＤ１，Ｄ２が設けられている。そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２およびダイオードＤ１，Ｄ２に対して、基板３０とは反対側から伝熱部材２５が設けられている。伝熱部材２５は例えば金属部材であって、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２およびダイオードＤ１，Ｄ２と接触している。これにより、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の温度差に起因するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の特性（例えばスイッチング損失特性、導通損失特性）の差を低減できる。同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２の温度差に起因するダイオードＤ１，Ｄ２の特性（例えば順方向電圧、逆回復特性）の差を低減できる。
【００６３】
そしてスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２或いはダイオードＤ１，Ｄ２の特性差に起因して、電流ＩＬ１，ＩＬ２の形状が互いに相違し、これによって電流Ｉの歪みを起因するところ、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の温度差或いはダイオードＤ１，Ｄ２の温度差が低減されるので、これに起因する電流Ｉの歪みを低減できる。
【００６４】
伝熱部材２５はスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一組およびダイオードＤ１，Ｄ２の一組の少なくともいずれか一方と基板３０との間に設けられていてもよい。また基板３０のうち、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一組およびダイオードＤ１，Ｄ２の一組の少なくともいずれか一方の存する領域の、基板３０の他方の面に伝熱部材２５が設けられていてもよい。この場合、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２同士或いはダイオードＤ１，Ｄ２同士は基板３０および伝熱部材２５を経由して熱的に連結される。換言すれば、伝熱部材２５および基板３０が伝熱部材として把握される。
【００６５】
なお本実施の形態では、スイッチング電源回路として、回路１，２を備える構造について説明したが、これに限らない。回路１，２と同様の構成を有する複数の回路がスイッチング電源回路に設けられ、これら複数の回路にそれぞれ属する複数のリアクトルが伝熱部材２０によって接触してればよい。
【符号の説明】
【００６６】
２０ 伝熱部材
２１ 取り付け部材
２２ 連結部材
２３ ねじ
３０ 基板
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｌ１，Ｌ２ リアクトル
ＬＨ１，ＬＨ２，ＬＬ 経路
Ｓ１，Ｓ２ スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の入力端（Ｐ１，Ｐ２）と、
第１及び第２の出力端（Ｐ３，Ｐ４）と、
前記第１の入力端と前記第１の出力端との間を結ぶ第１の経路（ＬＨ１）と、
前記第１の経路上に設けられた第１のリアクトル（Ｌ１）と、
前記第１の経路上で、前記第１のリアクトルに対して前記第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを前記第１のリアクトル側に向けて設けられる第１のダイオード（Ｄ１）と、
前記第２の入力端と前記第２の出力端との間を結ぶ第３の経路（ＬＬ）と、
前記第１のリアクトルと前記第１のダイオードとの間の点と、前記第３の経路との間に設けられた第１のスイッチング素子（Ｓ１）と、
前記第１の入力端と前記第１の出力端との間を結び前記第１の経路とは異なる第２の経路（ＬＨ２）と、
前記第２の経路上に設けられた第２のリアクトル（Ｌ２）と、
前記第２の経路上で、前記第２のリアクトルに対して前記第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを前記第２のリアクトル側に向けて設けられる第２のダイオード（Ｄ２）と、
前記第２のリアクトルと前記第２のダイオードとの間の点と、前記第３の経路（ＬＬ）との間に設けられた第２のスイッチング素子（Ｓ２）と、
前記第１及び前記第２のリアクトルのいずれにも接触する伝熱部材（２０）と
を備える、スイッチング電源回路。
【請求項２】
前記第１及び前記第２のリアクトル（Ｌ１，Ｌ２）は所定方向の一方から前記伝熱部材（２０）と接触し、
前記所定方向の他方から前記第１及び前記第２のリアクトルと接触して前記伝熱部材とともに前記第１及び前記第２のリアクトルを挟んで固定する固定部材（２１〜２３）を更に備える、請求項１に記載のスイッチング電源回路。
【請求項３】
前記第１及び前記第２の入力端（Ｐ１，Ｐ２）と前記第１及び前記第２の出力端（Ｐ３，Ｐ４）と前記第１及び前記第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）と前記第１及び前記第２のスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）と前記第１及び前記第２のリアクトル（Ｌ１，Ｌ２）とが設けられた基板（３０）を備え、
前記伝熱部材（２０）は前記基板に形成される、請求項１に記載のスイッチング電源回路。
【請求項４】
前記第１及び前記第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）の一組及び前記第１及び前記第２のスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）の一組の少なくともいずれか一方と接触する第２伝熱部材を備える、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のスイッチング電源回路。
【請求項１】
第１及び第２の入力端（Ｐ１，Ｐ２）と、
第１及び第２の出力端（Ｐ３，Ｐ４）と、
前記第１の入力端と前記第１の出力端との間を結ぶ第１の経路（ＬＨ１）と、
前記第１の経路上に設けられた第１のリアクトル（Ｌ１）と、
前記第１の経路上で、前記第１のリアクトルに対して前記第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを前記第１のリアクトル側に向けて設けられる第１のダイオード（Ｄ１）と、
前記第２の入力端と前記第２の出力端との間を結ぶ第３の経路（ＬＬ）と、
前記第１のリアクトルと前記第１のダイオードとの間の点と、前記第３の経路との間に設けられた第１のスイッチング素子（Ｓ１）と、
前記第１の入力端と前記第１の出力端との間を結び前記第１の経路とは異なる第２の経路（ＬＨ２）と、
前記第２の経路上に設けられた第２のリアクトル（Ｌ２）と、
前記第２の経路上で、前記第２のリアクトルに対して前記第１の出力端側で直列に接続されて、そのアノードを前記第２のリアクトル側に向けて設けられる第２のダイオード（Ｄ２）と、
前記第２のリアクトルと前記第２のダイオードとの間の点と、前記第３の経路（ＬＬ）との間に設けられた第２のスイッチング素子（Ｓ２）と、
前記第１及び前記第２のリアクトルのいずれにも接触する伝熱部材（２０）と
を備える、スイッチング電源回路。
【請求項２】
前記第１及び前記第２のリアクトル（Ｌ１，Ｌ２）は所定方向の一方から前記伝熱部材（２０）と接触し、
前記所定方向の他方から前記第１及び前記第２のリアクトルと接触して前記伝熱部材とともに前記第１及び前記第２のリアクトルを挟んで固定する固定部材（２１〜２３）を更に備える、請求項１に記載のスイッチング電源回路。
【請求項３】
前記第１及び前記第２の入力端（Ｐ１，Ｐ２）と前記第１及び前記第２の出力端（Ｐ３，Ｐ４）と前記第１及び前記第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）と前記第１及び前記第２のスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）と前記第１及び前記第２のリアクトル（Ｌ１，Ｌ２）とが設けられた基板（３０）を備え、
前記伝熱部材（２０）は前記基板に形成される、請求項１に記載のスイッチング電源回路。
【請求項４】
前記第１及び前記第２のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）の一組及び前記第１及び前記第２のスイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）の一組の少なくともいずれか一方と接触する第２伝熱部材を備える、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のスイッチング電源回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１７２４３１（Ｐ２０１１−１７２４３１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３５７５０（Ｐ２０１０−３５７５０）
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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