スイッチング電源装置
【課題】スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現すること。
【解決手段】スイッチング電源装置１は、いわゆる直列共振コンバータであり、トランスＴと、トランスＴの１次巻線Ｔ１と直列接続されたキャパシタＣ１、Ｃ２と、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成されたインダクタＬ１と、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成されたインダクタＬ２と、を備える。インダクタＬ１、Ｌ２のそれぞれは、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する。
【解決手段】スイッチング電源装置１は、いわゆる直列共振コンバータであり、トランスＴと、トランスＴの１次巻線Ｔ１と直列接続されたキャパシタＣ１、Ｃ２と、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成されたインダクタＬ１と、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成されたインダクタＬ２と、を備える。インダクタＬ１、Ｌ２のそれぞれは、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電源装置の１つとして、スイッチング電源装置がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたスイッチング電源装置は、トランスの１次巻線と共振インダクタとキャパシタとを直列に接続した直列共振回路を備える、いわゆる直列共振コンバータである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３０８２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以下に、共振インダクタがトランスの１次側に設けられており、４００Ｖの入力を受けて１ｋＷの電力を出力するスイッチング電源装置について検討する。
【０００５】
上述のスイッチング電源装置では、共振インダクタのインダクタンスを略１０μＨにする必要がある。ここで、共振インダクタにおける磁気飽和を防ぐためには、共振インダクタの巻線に所定の巻数が必要となるが、共振インダクタの巻線を所定の巻数設けると、共振インダクタのインダクタンスが１０μＨより大きくなってしまう。そこで、磁気コアにエアギャップを設けることで、共振インダクタのインダクタンスを略１０μＨにまで低下させることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、磁気コアにエアギャップを設けると、エアギャップから磁束が漏れるため、共振インダクタの周囲に設けられた他の部品において誤作動が生じるおそれがある。そこで、共振インダクタを他の部品から十分に離して設けたり、共振インダクタの周りに磁気シールドを設けたりすることが考えられる。ところが、共振インダクタを他の部品から十分に離して設ける場合には、スイッチング電源装置が大型化するという課題があった。一方、共振インダクタの周りに磁気シールドを設ける場合には、磁気シールドを設けることによる製造コストの増加や、重量の増加を招くという課題があった。
【０００７】
また、磁気コアにエアギャップを設けると、エアギャップから漏れた磁束により、巻線の交流抵抗の増加を招いてしまう。巻線の交流抵抗が増加すると、電力損失が大きくなって共振インダクタの温度が上昇し、その結果、信頼性が低下してしまう。そこで、エアギャップ近傍を除く領域に巻線を設けたり、巻線にリッツ線を用いたりすることが考えられる。ところが、エアギャップ近傍を除く領域に巻線を設ける場合には、巻線を設けることのできる領域が減少するので、巻線を細くする必要がある。ここで、巻線を細くすると、電気抵抗が増加するので、電力損失が大きくなるという課題があった。一方、巻線にリッツ線を用いる場合には、リッツ線の交流抵抗が低いので、巻線の交流抵抗の増加を抑制できるが、製造コストが増加するという課題があった。
【０００８】
そこで、巻線の巻数を減少させることで、エアギャップを極力小さくすることが考えられる。ところが、共振インダクタに印加する電圧を時間で積分した値を積算値とすると、共振インダクタにおける磁気飽和を防ぐためには、積算値に応じた磁気コアの有効断面積および巻線の巻数が必要である。このため、エアギャップを極力小さくするために巻線の巻数を減少させる場合には、磁気コアの有効断面積が拡大してしまい、スイッチング電源装置が大型化するという課題があった。
【０００９】
上述の課題を鑑み、本発明は、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、トランスと、前記トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、前記トランスの１次巻線および前記キャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたスイッチング電源装置であって、前記トランスは、２次巻線を少なくとも１つ有し、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続され、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を備え、前記少なくとも１つのインダクタのそれぞれは、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと一体に形成されることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１１】
この発明によれば、２次巻線を少なくとも１つ有するトランスと、トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、トランスの１次巻線およびキャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、を備えるスイッチング電源装置に、少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続されて流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を設け、少なくとも１つのインダクタのそれぞれを、少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと一体に形成した。
【００１２】
このため、インダクタは、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスの２次巻線と同数だけトランスの２次側に設けられる。そして、それぞれのインダクタは、トランスのそれぞれの２次巻線と一体に形成される。したがって、インダクタをトランスの２次巻線とは別個に設ける必要がないので、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００１３】
なお、上述のように、共振インダクタを１次側に設ける従来技術では、１０μＨのインダクタンスが必要と述べた。トランスには、巻数比の２乗でインピーダンスを変換する性質があるため、巻数比を例えば１８：１とすると、１次側で１０μＨのインダクタンスは、２次側で略３０ｎＨに変換される。この程度のインダクタンスは、２次巻線の両端を１０〜２０ｍｍ程度延長すれば得られるので、磁気コアを設ける必要がない。これによれば、磁気コアにエアギャップを設ける必要がなくなるので、エアギャップから磁束が漏れることがなくなる。このため、エアギャップからの磁束漏れの対策を施すことによる、上述のスイッチング電源装置の大型化、重量の増加、製造コストの増加、および電力損失の増加は、生じ得ない。したがって、インダクタがトランスの１次側に設けられた従来のスイッチング電源装置と比べて、スイッチング電源装置の更なる小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できるとともに、電力損失を低減できる。
【００１４】
なお、インダクタがトランスの２次側に設けられたスイッチング電源装置は、特開２００６−６７６５１号公報や、特許第２５０７２１６号公報に開示されている。
【００１５】
特開２００６−６７６５１号公報に開示されているスイッチング電源装置では、トランスの２次側に設けられるインダクタは、流れる電流に対して非線形インダクタンス特性を有する。ここで、トランスの２次巻線を延長することで得られるインダクタは、線形インダクタンス特性を有するため、非線形インダクタンス特性を有するインダクタは、トランスの２次巻線と一体に形成できない。このため、このスイッチング電源装置では、インダクタをトランスの２次巻線と一体に形成できない。これに対して、本発明のスイッチング電源装置では、トランスの２次側に設けられるインダクタは、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する。このため、本発明のスイッチング電源装置では、インダクタをトランスの２次巻線と一体に形成できる。したがって、特開２００６−６７６５１号公報に開示されているスイッチング電源装置に対して、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００１６】
一方、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置では、トランスの２次側に、インダクタだけでなく、キャパシタも設けられている。ところが、このスイッチング電源装置では、キャパシタを２次側に設けるためにタンク回路を設けなくてはならない。これに対して、本発明のスイッチング電源装置では、キャパシタがトランスの１次側に設けられるため、タンク回路を設ける必要がない。このため、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置に対して、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００１７】
（２）本発明は、トランスと、前記トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、前記トランスの１次巻線および前記キャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたスイッチング電源装置であって、前記トランスは、２次巻線を少なくとも１つ有し、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続され、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を備え、前記少なくとも１つのインダクタのそれぞれは、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線と前記整流平滑手段とを接続するそれぞれの配線により形成されることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１８】
この発明によれば、２次巻線を少なくとも１つ有するトランスと、トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、トランスの１次巻線およびキャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、を備えるスイッチング電源装置に、少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続されて流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を設け、少なくとも１つのインダクタのそれぞれを、少なくとも１つのトランスの２次巻線と整流平滑手段とを接続するそれぞれの配線により形成した。
【００１９】
このため、インダクタは、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスの２次巻線と同数だけトランスの２次側に設けられる。そして、それぞれのインダクタは、トランスの２次巻線と整流平滑手段とを接続するそれぞれの配線により形成される。したがって、インダクタをトランスの２次巻線と整流平滑手段とを接続する配線とは別個に設ける必要がない。また、キャパシタがトランスの１次側に設けられるため、キャパシタをトランスの２次側に設けるためのタンク回路といった回路を設ける必要もない。よって、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００２０】
（３）本発明は、（１）または（２）のスイッチング電源装置について、風を送出する風送出手段を備え、前記少なくとも１つのインダクタは、前記風送出手段から送出された風を受けるように形成されることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００２１】
この発明によれば、風を送出する風送出手段を設け、風送出手段から送出された風を受けるようにインダクタを形成した。ここで、インダクタは、トランスの２次巻線と一体に形成されるか、トランスの２次巻線と整流平滑手段とを接続する配線により形成される。このため、風送出手段から送出された風をインダクタで受けることにより、トランスの２次巻線の熱をインダクタを介して大気中に放出させることができ、トランスの２次巻線を冷却できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図３】前記スイッチング電源装置の斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１の回路図である。スイッチング電源装置１は、いわゆる直列共振コンバータであり、トランスＴと、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２と、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、インダクタＬ１、Ｌ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、を備える。
【００２６】
トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端には、キャパシタＣ１を介して入力端子ＩＮ１が接続されるとともに、キャパシタＣ２を介して入力端子ＩＮ２が接続される。入力端子ＩＮ１には、直流電源（図示省略）の正極が接続され、入力端子ＩＮ２には、直流電源（図示省略）の負極が接続される。
【００２７】
スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチ素子Ｑ１のゲートと、スイッチ素子Ｑ２のゲートとには、制御回路（図示省略）が接続される。スイッチ素子Ｑ１のドレインには、入力端子ＩＮ１が接続され、スイッチ素子Ｑ２のソースには、入力端子ＩＮ２が接続される。また、スイッチ素子Ｑ１のソースと、スイッチ素子Ｑ２のドレインとには、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端が接続されており、これらスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とは、ハーフブリッジ回路を形成する。
【００２８】
トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の一端には、インダクタＬ１を介してダイオードＤ１のカソードが接続され、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の他端には、出力端子ＯＵＴ１が接続される。インダクタＬ１は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成される。ダイオードＤ１のアノードには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【００２９】
トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の一端には、インダクタＬ２を介してダイオードＤ２のカソードが接続され、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の他端には、出力端子ＯＵＴ１が接続される。インダクタＬ２は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成される。ダイオードＤ２のアノードには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【００３０】
出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２とは、キャパシタＣ３を介して接続される。
【００３１】
以上のスイッチング電源装置１は、以下のように動作する。
【００３２】
スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、制御回路（図示省略）から供給される制御信号に基づいて、スイッチングする。
【００３３】
スイッチ素子Ｑ１がオン状態であるとともにスイッチ素子Ｑ２がオフ状態である期間では、入力端子ＩＮ１に入力された電流が、オン状態のスイッチ素子Ｑ１を介してトランスＴの１次巻線Ｔ１の他端に供給され、キャパシタＣ２を介して入力端子ＩＮ２に流れる。このため、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端から一端に電流が流れ、この電流に応じた磁界がトランスＴの１次巻線Ｔ１の周りに発生する。すると、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３とには、電磁誘導により、トランスＴの１次巻線Ｔ１の周りに発生した磁界に応じた起電力が生じるが、これら起電力はダイオードＤ１、Ｄ２により整流される。その結果、ダイオードＤ１、インダクタＬ１、およびトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２を介して、出力端子ＯＵＴ１から出力端子ＯＵＴ２に向かって電流が流れるように、出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２との間に電位差が生じ、これら出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から電圧が出力されることとなる。なお、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される電圧は、キャパシタＣ３により平滑化される。
【００３４】
一方、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態であるとともにスイッチ素子Ｑ２がオン状態である期間では、入力端子ＩＮ１に入力された電流が、キャパシタＣ１を介してトランスＴの１次巻線Ｔ１の一端に供給され、オン状態のスイッチ素子Ｑ２を介して入力端子ＩＮ２に流れる。このため、トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端から他端に電流が流れ、この電流に応じた磁界がトランスＴの１次巻線Ｔ１の周りに発生する。すると、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３とには、電磁誘導により、トランスＴの１次巻線Ｔ１の周りに発生した磁界に応じた起電力が生じるが、これら起電力はダイオードＤ１、Ｄ２により整流される。その結果、ダイオードＤ２、インダクタＬ２、およびトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３を介して、出力端子ＯＵＴ１から出力端子ＯＵＴ２に向かって電流が流れるように、出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２との間に電位差が生じ、これら出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から電圧が出力されることとなる。なお、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される電圧は、キャパシタＣ３により平滑化される。
【００３５】
以上のスイッチング電源装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００３６】
インダクタＬ１は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成される。また、インダクタＬ２は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成される。このため、インダクタＬ１をトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と別個に設けたり、インダクタＬ２をトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と別個に設けたりする必要がないので、スイッチング電源装置１の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００３７】
また、インダクタＬ１、Ｌ２をトランスＴの２次側に設けたので、トランスの１次側にインダクタが設けられた従来のスイッチング電源装置と比べて、必要なインダクタンスが減少する。このため、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２および第２の２次巻線Ｔ３を延長して得られるインダクタンスで必要なインダクタンスをまかなうことができ、その結果、磁気コアを設ける必要がなくなる。これによれば、磁気コアにエアギャップを設ける必要がなくなるので、エアギャップから磁束が漏れることがなくなる。このため、エアギャップからの磁束漏れの対策を施すことによる、上述のスイッチング電源装置の大型化、重量の増加、製造コストの増加、および電力損失の増加は、生じ得ない。したがって、インダクタがトランスＴの１次側に設けられる場合と比べて、スイッチング電源装置１の更なる小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できるとともに、電力損失を低減できる。
【００３８】
また、特開２００６−６７６５１号公報に開示されているスイッチング電源装置では、トランスの２次側に、流れる電流に対して非線形インダクタンス特性を有するインダクタが設けられている。ここで、トランスの２次巻線を延長することで得られるインダクタは、線形インダクタンス特性を有するため、非線形インダクタンス特性を有するインダクタは、トランスの２次巻線と一体に形成できない。このため、このスイッチング電源装置では、インダクタをトランスの２次巻線と一体に形成できない。これに対して、上述のスイッチング電源装置１では、トランスＴの２次側に設けられるインダクタＬ１、Ｌ２は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する。このため、インダクタＬ１をトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成し、インダクタＬ２をトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成することができる。したがって、スイッチング電源装置１は、特開２００６−６７６５１号公報に開示されているスイッチング電源装置と比べて、小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００３９】
また、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置では、トランスの２次側に、インダクタだけでなく、キャパシタも設けられている。ところが、このスイッチング電源装置では、キャパシタを２次側に設けるためにタンク回路を設けなくてはならない。これに対して、上述のスイッチング電源装置１では、キャパシタＣ１、Ｃ２がトランスＴの１次側に設けられるため、タンク回路を設ける必要がない。このため、スイッチング電源装置１は、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置と比べて、小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００４０】
また、従来より、スイッチング電源装置に電力を供給する直流電源と並列に入力キャパシタを接続することで、直流電源から電力が供給されなくても、入力キャパシタに蓄えられた電力により、ある一定の期間だけ定格出力を確保しようとする場合があった。ここで、スイッチング電源装置１は、インダクタがトランスの１次側に設けられているスイッチング電源装置や、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置と比べて、同一の設計条件ではより大きな電流を出力できる特性を有する。このため、上述の従来例に係るスイッチング電源装置と比べて、入力電圧が低くても定格出力を確保できるので、入力キャパシタの静電容量を減少させることができる。したがって、上述の従来例に係る直流共振コンバータと比べて、スイッチング電源装置１の更なる小型化および製造コストの低減を実現できる。
【００４１】
なお、スイッチング電源装置１では、４００Ｖの入力を受けて１２Ｖ、１ｋＷの電力を出力する場合、トランスＴの巻数比は、１８：１程度となる。ここで、インダクタンスは、巻数の２乗に比例するので、トランスの１次側に設けられていた１０μＨのインダクタをトランスの２次側に移動させると、このインダクタのインダクタンスは、３０ｎＨとなる。このため、インダクタＬ１をトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成するためには、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２を１０〜２０ｍｍ程度、従来と比べて延長させればよい。また、インダクタＬ２をトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成するためには、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３を１０〜２０ｍｍ程度、従来と比べて延長させればよい。
【００４２】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源装置１Ａの回路図である。スイッチング電源装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、インダクタＬ３、Ｌ４を備える点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ａにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
インダクタＬ３は、インダクタＬ１と同様に、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成される。また、インダクタＬ４は、インダクタＬ２と同様に、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成される。
【００４４】
インダクタＬ３の一端には、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の他端が接続され、インダクタＬ３の他端には、出力端子ＯＵＴ１と、インダクタＬ４の一端と、が接続される。インダクタＬ４の一端には、出力端子ＯＵＴ１と、インダクタＬ３の他端と、が接続され、インダクタＬ４の他端には、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の他端が接続される。
【００４５】
図３は、スイッチング電源装置１Ａの斜視図である。トランスＴの１次巻線Ｔ１、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２、およびトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３のそれぞれは、平面視略円環状の基台に巻かれており、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２とトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３とは、トランスＴの１次巻線Ｔ１を挟んで対向する位置に設けられる。
【００４６】
インダクタＬ１〜Ｌ４のそれぞれは、Ｌ字状に形成されている。インダクタＬ１、Ｌ３には、ダイオードＤ１およびキャパシタＣ３が実装された基板１０が接続され、インダクタＬ２、Ｌ４には、ダイオードＤ２およびキャパシタＣ３が実装された基板２０が接続される。
【００４７】
基板１０、２０は、略矩形状に形成されており、所定間隔を空けて対向して設けられる。これら基板１０と基板２０との間には、ヒートシンク３０が設けられる。このヒートシンク３０は、単位ヒートシンク３１、３２を備える。単位ヒートシンク３１は、基板１０に取り付けられており、基台３１１と、基台３１１に対して所定間隔ごとに立設された複数の放熱板３１２と、を備える。また、単位ヒートシンク３２は、基板２０に取り付けられており、基台３２１と、基台３２１に対して所定間隔ごとに立設された複数の放熱板３２２と、を備える。これら単位ヒートシンク３１、３２は、放熱板３１２、３２２が互いに向かい合う位置に設けられる。
【００４８】
ヒートシンク３０と対向する位置には、風を送出する風送出装置（図示省略）が設けられる。この風送出装置から送出される風は、ヒートシンク３０およびインダクタＬ１〜Ｌ４に当たる。
【００４９】
以上のスイッチング電源装置１Ａによれば、上述のスイッチング電源装置１が奏することのできる効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
【００５０】
スイッチング電源装置１Ａは、風を送出する風送出装置を備え、この風送出装置から送出される風は、ヒートシンク３０およびインダクタＬ１〜Ｌ４に当たる。このため、風送出装置から送出された風をヒートシンク３０で受けることにより、単位ヒートシンク３１が取り付けられた基板１０の熱と、単位ヒートシンク３２が取り付けられた基板２０の熱と、を大気中に放出させることができ、これら基板１０、２０を冷却できる。また、風送出装置から送出された風をインダクタＬ１〜Ｌ４で受けることにより、インダクタＬ１、Ｌ３が一体に形成されるトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の熱と、インダクタＬ２、Ｌ４が一体に形成されるトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の熱と、を大気中に放出させることができ、これらトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２および第２の２次巻線Ｔ３を冷却できる。
【００５１】
＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｂの回路図である。スイッチング電源装置１Ｂは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、キャパシタＣ２を備えない点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｂにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
以上のスイッチング電源装置１Ｂによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００５３】
＜第４実施形態＞
図５は、本発明の第４実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｃの回路図である。スイッチング電源装置１Ｃは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、キャパシタＣ１を備えない点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｃにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
以上のスイッチング電源装置１Ｃによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
＜第５実施形態＞
図６は、本発明の第５実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｄの回路図である。スイッチング電源装置１Ｄは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、スイッチ素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａを備える点と、キャパシタＣ１、Ｃ２の代わりにキャパシタＣ１Ａを備える点と、が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｄにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端には、キャパシタＣ１Ａを介して、スイッチ素子Ｑ１のソースと、スイッチ素子Ｑ２のドレインと、が接続される。
【００５７】
スイッチ素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチ素子Ｑ１Ａのゲートと、スイッチ素子Ｑ２Ａのゲートとには、制御回路（図示省略）が接続される。スイッチ素子Ｑ１Ａのドレインには、入力端子ＩＮ１が接続され、スイッチ素子Ｑ２Ａのソースには、入力端子ＩＮ２が接続される。また、スイッチ素子Ｑ１Ａのソースと、スイッチ素子Ｑ２Ａのドレインとには、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端が接続される。これらスイッチ素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａと、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２とは、フルブリッジ回路を形成する。
【００５８】
以上のスイッチング電源装置１Ｄによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００５９】
＜第６実施形態＞
図７は、本発明の第６実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｅの回路図である。スイッチング電源装置１Ｅは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、ダイオードＤ１、Ｄ２の代わりにスイッチ素子Ｑ３、Ｑ４を備える点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｅにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６０】
スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチ素子Ｑ３のゲートと、スイッチ素子Ｑ４のゲートとには、制御回路（図示省略）が接続される。スイッチ素子Ｑ３のドレインには、インダクタＬ１を介してトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の一端が接続され、スイッチ素子Ｑ４のドレインには、インダクタＬ２を介してトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の一端が接続される。スイッチ素子Ｑ３のソースと、スイッチ素子Ｑ４のソースとには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【００６１】
以上のスイッチング電源装置１Ｅによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
＜第７実施形態＞
図８は、本発明の第７実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｆの回路図である。スイッチング電源装置１Ｆは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２および第２の２次巻線Ｔ３の代わりにトランスＴの２次巻線Ｔ４を備える点と、ダイオードＤ１Ａ、Ｄ２Ａを備える点と、インダクタＬ２を備えない点と、が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｆにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
トランスＴの２次巻線Ｔ４の一端には、インダクタＬ１を介して、ダイオードＤ１のアノードと、ダイオードＤ２のカソードと、が接続され、トランスＴの２次巻線Ｔ４の他端には、ダイオードＤ１Ａのアノードと、ダイオードＤ２Ａのカソードと、が接続される。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ１Ａのカソードとには、出力端子ＯＵＴ１が接続され、ダイオードＤ２のアノードと、ダイオードＤ２Ａのアノードとには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【００６４】
以上のスイッチング電源装置１Ｆによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
＜第８実施形態＞
図９は、本発明の第８実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｇの回路図である。スイッチング電源装置１Ｇは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、インダクタＬ５を備える点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｇにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
インダクタＬ５の一端には、トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端が接続され、インダクタＬ５の他端には、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端が接続される。
【００６７】
以上のスイッチング電源装置１Ｇによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００６９】
例えば、上述の第２実施形態では、インダクタＬ１〜Ｌ４のそれぞれをＬ字状に形成したが、これに限らず、例えば平板状に設けてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ；スイッチング電源装置
１０、２０；基板
３０；ヒートシンク
Ｃ１、Ｃ１Ａ、Ｃ２、Ｃ３；キャパシタ
Ｔ；トランス
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５；インダクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電源装置の１つとして、スイッチング電源装置がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたスイッチング電源装置は、トランスの１次巻線と共振インダクタとキャパシタとを直列に接続した直列共振回路を備える、いわゆる直列共振コンバータである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３０８２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以下に、共振インダクタがトランスの１次側に設けられており、４００Ｖの入力を受けて１ｋＷの電力を出力するスイッチング電源装置について検討する。
【０００５】
上述のスイッチング電源装置では、共振インダクタのインダクタンスを略１０μＨにする必要がある。ここで、共振インダクタにおける磁気飽和を防ぐためには、共振インダクタの巻線に所定の巻数が必要となるが、共振インダクタの巻線を所定の巻数設けると、共振インダクタのインダクタンスが１０μＨより大きくなってしまう。そこで、磁気コアにエアギャップを設けることで、共振インダクタのインダクタンスを略１０μＨにまで低下させることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、磁気コアにエアギャップを設けると、エアギャップから磁束が漏れるため、共振インダクタの周囲に設けられた他の部品において誤作動が生じるおそれがある。そこで、共振インダクタを他の部品から十分に離して設けたり、共振インダクタの周りに磁気シールドを設けたりすることが考えられる。ところが、共振インダクタを他の部品から十分に離して設ける場合には、スイッチング電源装置が大型化するという課題があった。一方、共振インダクタの周りに磁気シールドを設ける場合には、磁気シールドを設けることによる製造コストの増加や、重量の増加を招くという課題があった。
【０００７】
また、磁気コアにエアギャップを設けると、エアギャップから漏れた磁束により、巻線の交流抵抗の増加を招いてしまう。巻線の交流抵抗が増加すると、電力損失が大きくなって共振インダクタの温度が上昇し、その結果、信頼性が低下してしまう。そこで、エアギャップ近傍を除く領域に巻線を設けたり、巻線にリッツ線を用いたりすることが考えられる。ところが、エアギャップ近傍を除く領域に巻線を設ける場合には、巻線を設けることのできる領域が減少するので、巻線を細くする必要がある。ここで、巻線を細くすると、電気抵抗が増加するので、電力損失が大きくなるという課題があった。一方、巻線にリッツ線を用いる場合には、リッツ線の交流抵抗が低いので、巻線の交流抵抗の増加を抑制できるが、製造コストが増加するという課題があった。
【０００８】
そこで、巻線の巻数を減少させることで、エアギャップを極力小さくすることが考えられる。ところが、共振インダクタに印加する電圧を時間で積分した値を積算値とすると、共振インダクタにおける磁気飽和を防ぐためには、積算値に応じた磁気コアの有効断面積および巻線の巻数が必要である。このため、エアギャップを極力小さくするために巻線の巻数を減少させる場合には、磁気コアの有効断面積が拡大してしまい、スイッチング電源装置が大型化するという課題があった。
【０００９】
上述の課題を鑑み、本発明は、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、トランスと、前記トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、前記トランスの１次巻線および前記キャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたスイッチング電源装置であって、前記トランスは、２次巻線を少なくとも１つ有し、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続され、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を備え、前記少なくとも１つのインダクタのそれぞれは、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと一体に形成されることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１１】
この発明によれば、２次巻線を少なくとも１つ有するトランスと、トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、トランスの１次巻線およびキャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、を備えるスイッチング電源装置に、少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続されて流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を設け、少なくとも１つのインダクタのそれぞれを、少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと一体に形成した。
【００１２】
このため、インダクタは、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスの２次巻線と同数だけトランスの２次側に設けられる。そして、それぞれのインダクタは、トランスのそれぞれの２次巻線と一体に形成される。したがって、インダクタをトランスの２次巻線とは別個に設ける必要がないので、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００１３】
なお、上述のように、共振インダクタを１次側に設ける従来技術では、１０μＨのインダクタンスが必要と述べた。トランスには、巻数比の２乗でインピーダンスを変換する性質があるため、巻数比を例えば１８：１とすると、１次側で１０μＨのインダクタンスは、２次側で略３０ｎＨに変換される。この程度のインダクタンスは、２次巻線の両端を１０〜２０ｍｍ程度延長すれば得られるので、磁気コアを設ける必要がない。これによれば、磁気コアにエアギャップを設ける必要がなくなるので、エアギャップから磁束が漏れることがなくなる。このため、エアギャップからの磁束漏れの対策を施すことによる、上述のスイッチング電源装置の大型化、重量の増加、製造コストの増加、および電力損失の増加は、生じ得ない。したがって、インダクタがトランスの１次側に設けられた従来のスイッチング電源装置と比べて、スイッチング電源装置の更なる小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できるとともに、電力損失を低減できる。
【００１４】
なお、インダクタがトランスの２次側に設けられたスイッチング電源装置は、特開２００６−６７６５１号公報や、特許第２５０７２１６号公報に開示されている。
【００１５】
特開２００６−６７６５１号公報に開示されているスイッチング電源装置では、トランスの２次側に設けられるインダクタは、流れる電流に対して非線形インダクタンス特性を有する。ここで、トランスの２次巻線を延長することで得られるインダクタは、線形インダクタンス特性を有するため、非線形インダクタンス特性を有するインダクタは、トランスの２次巻線と一体に形成できない。このため、このスイッチング電源装置では、インダクタをトランスの２次巻線と一体に形成できない。これに対して、本発明のスイッチング電源装置では、トランスの２次側に設けられるインダクタは、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する。このため、本発明のスイッチング電源装置では、インダクタをトランスの２次巻線と一体に形成できる。したがって、特開２００６−６７６５１号公報に開示されているスイッチング電源装置に対して、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００１６】
一方、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置では、トランスの２次側に、インダクタだけでなく、キャパシタも設けられている。ところが、このスイッチング電源装置では、キャパシタを２次側に設けるためにタンク回路を設けなくてはならない。これに対して、本発明のスイッチング電源装置では、キャパシタがトランスの１次側に設けられるため、タンク回路を設ける必要がない。このため、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置に対して、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００１７】
（２）本発明は、トランスと、前記トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、前記トランスの１次巻線および前記キャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、を備えたスイッチング電源装置であって、前記トランスは、２次巻線を少なくとも１つ有し、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続され、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を備え、前記少なくとも１つのインダクタのそれぞれは、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線と前記整流平滑手段とを接続するそれぞれの配線により形成されることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００１８】
この発明によれば、２次巻線を少なくとも１つ有するトランスと、トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、トランスの１次巻線およびキャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、を備えるスイッチング電源装置に、少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続されて流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を設け、少なくとも１つのインダクタのそれぞれを、少なくとも１つのトランスの２次巻線と整流平滑手段とを接続するそれぞれの配線により形成した。
【００１９】
このため、インダクタは、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスの２次巻線と同数だけトランスの２次側に設けられる。そして、それぞれのインダクタは、トランスの２次巻線と整流平滑手段とを接続するそれぞれの配線により形成される。したがって、インダクタをトランスの２次巻線と整流平滑手段とを接続する配線とは別個に設ける必要がない。また、キャパシタがトランスの１次側に設けられるため、キャパシタをトランスの２次側に設けるためのタンク回路といった回路を設ける必要もない。よって、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００２０】
（３）本発明は、（１）または（２）のスイッチング電源装置について、風を送出する風送出手段を備え、前記少なくとも１つのインダクタは、前記風送出手段から送出された風を受けるように形成されることを特徴とするスイッチング電源装置を提案している。
【００２１】
この発明によれば、風を送出する風送出手段を設け、風送出手段から送出された風を受けるようにインダクタを形成した。ここで、インダクタは、トランスの２次巻線と一体に形成されるか、トランスの２次巻線と整流平滑手段とを接続する配線により形成される。このため、風送出手段から送出された風をインダクタで受けることにより、トランスの２次巻線の熱をインダクタを介して大気中に放出させることができ、トランスの２次巻線を冷却できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スイッチング電源装置の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図３】前記スイッチング電源装置の斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係るスイッチング電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１の回路図である。スイッチング電源装置１は、いわゆる直列共振コンバータであり、トランスＴと、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２と、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、インダクタＬ１、Ｌ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、を備える。
【００２６】
トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端には、キャパシタＣ１を介して入力端子ＩＮ１が接続されるとともに、キャパシタＣ２を介して入力端子ＩＮ２が接続される。入力端子ＩＮ１には、直流電源（図示省略）の正極が接続され、入力端子ＩＮ２には、直流電源（図示省略）の負極が接続される。
【００２７】
スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチ素子Ｑ１のゲートと、スイッチ素子Ｑ２のゲートとには、制御回路（図示省略）が接続される。スイッチ素子Ｑ１のドレインには、入力端子ＩＮ１が接続され、スイッチ素子Ｑ２のソースには、入力端子ＩＮ２が接続される。また、スイッチ素子Ｑ１のソースと、スイッチ素子Ｑ２のドレインとには、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端が接続されており、これらスイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とは、ハーフブリッジ回路を形成する。
【００２８】
トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の一端には、インダクタＬ１を介してダイオードＤ１のカソードが接続され、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の他端には、出力端子ＯＵＴ１が接続される。インダクタＬ１は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成される。ダイオードＤ１のアノードには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【００２９】
トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の一端には、インダクタＬ２を介してダイオードＤ２のカソードが接続され、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の他端には、出力端子ＯＵＴ１が接続される。インダクタＬ２は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成される。ダイオードＤ２のアノードには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【００３０】
出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２とは、キャパシタＣ３を介して接続される。
【００３１】
以上のスイッチング電源装置１は、以下のように動作する。
【００３２】
スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、制御回路（図示省略）から供給される制御信号に基づいて、スイッチングする。
【００３３】
スイッチ素子Ｑ１がオン状態であるとともにスイッチ素子Ｑ２がオフ状態である期間では、入力端子ＩＮ１に入力された電流が、オン状態のスイッチ素子Ｑ１を介してトランスＴの１次巻線Ｔ１の他端に供給され、キャパシタＣ２を介して入力端子ＩＮ２に流れる。このため、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端から一端に電流が流れ、この電流に応じた磁界がトランスＴの１次巻線Ｔ１の周りに発生する。すると、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３とには、電磁誘導により、トランスＴの１次巻線Ｔ１の周りに発生した磁界に応じた起電力が生じるが、これら起電力はダイオードＤ１、Ｄ２により整流される。その結果、ダイオードＤ１、インダクタＬ１、およびトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２を介して、出力端子ＯＵＴ１から出力端子ＯＵＴ２に向かって電流が流れるように、出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２との間に電位差が生じ、これら出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から電圧が出力されることとなる。なお、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される電圧は、キャパシタＣ３により平滑化される。
【００３４】
一方、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態であるとともにスイッチ素子Ｑ２がオン状態である期間では、入力端子ＩＮ１に入力された電流が、キャパシタＣ１を介してトランスＴの１次巻線Ｔ１の一端に供給され、オン状態のスイッチ素子Ｑ２を介して入力端子ＩＮ２に流れる。このため、トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端から他端に電流が流れ、この電流に応じた磁界がトランスＴの１次巻線Ｔ１の周りに発生する。すると、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３とには、電磁誘導により、トランスＴの１次巻線Ｔ１の周りに発生した磁界に応じた起電力が生じるが、これら起電力はダイオードＤ１、Ｄ２により整流される。その結果、ダイオードＤ２、インダクタＬ２、およびトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３を介して、出力端子ＯＵＴ１から出力端子ＯＵＴ２に向かって電流が流れるように、出力端子ＯＵＴ１と出力端子ＯＵＴ２との間に電位差が生じ、これら出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から電圧が出力されることとなる。なお、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から出力される電圧は、キャパシタＣ３により平滑化される。
【００３５】
以上のスイッチング電源装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００３６】
インダクタＬ１は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成される。また、インダクタＬ２は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成される。このため、インダクタＬ１をトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と別個に設けたり、インダクタＬ２をトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と別個に設けたりする必要がないので、スイッチング電源装置１の小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００３７】
また、インダクタＬ１、Ｌ２をトランスＴの２次側に設けたので、トランスの１次側にインダクタが設けられた従来のスイッチング電源装置と比べて、必要なインダクタンスが減少する。このため、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２および第２の２次巻線Ｔ３を延長して得られるインダクタンスで必要なインダクタンスをまかなうことができ、その結果、磁気コアを設ける必要がなくなる。これによれば、磁気コアにエアギャップを設ける必要がなくなるので、エアギャップから磁束が漏れることがなくなる。このため、エアギャップからの磁束漏れの対策を施すことによる、上述のスイッチング電源装置の大型化、重量の増加、製造コストの増加、および電力損失の増加は、生じ得ない。したがって、インダクタがトランスＴの１次側に設けられる場合と比べて、スイッチング電源装置１の更なる小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できるとともに、電力損失を低減できる。
【００３８】
また、特開２００６−６７６５１号公報に開示されているスイッチング電源装置では、トランスの２次側に、流れる電流に対して非線形インダクタンス特性を有するインダクタが設けられている。ここで、トランスの２次巻線を延長することで得られるインダクタは、線形インダクタンス特性を有するため、非線形インダクタンス特性を有するインダクタは、トランスの２次巻線と一体に形成できない。このため、このスイッチング電源装置では、インダクタをトランスの２次巻線と一体に形成できない。これに対して、上述のスイッチング電源装置１では、トランスＴの２次側に設けられるインダクタＬ１、Ｌ２は、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する。このため、インダクタＬ１をトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成し、インダクタＬ２をトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成することができる。したがって、スイッチング電源装置１は、特開２００６−６７６５１号公報に開示されているスイッチング電源装置と比べて、小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００３９】
また、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置では、トランスの２次側に、インダクタだけでなく、キャパシタも設けられている。ところが、このスイッチング電源装置では、キャパシタを２次側に設けるためにタンク回路を設けなくてはならない。これに対して、上述のスイッチング電源装置１では、キャパシタＣ１、Ｃ２がトランスＴの１次側に設けられるため、タンク回路を設ける必要がない。このため、スイッチング電源装置１は、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置と比べて、小型化、軽量化、および製造コストの低減を実現できる。
【００４０】
また、従来より、スイッチング電源装置に電力を供給する直流電源と並列に入力キャパシタを接続することで、直流電源から電力が供給されなくても、入力キャパシタに蓄えられた電力により、ある一定の期間だけ定格出力を確保しようとする場合があった。ここで、スイッチング電源装置１は、インダクタがトランスの１次側に設けられているスイッチング電源装置や、特許第２５０７２１６号公報に開示されているスイッチング電源装置と比べて、同一の設計条件ではより大きな電流を出力できる特性を有する。このため、上述の従来例に係るスイッチング電源装置と比べて、入力電圧が低くても定格出力を確保できるので、入力キャパシタの静電容量を減少させることができる。したがって、上述の従来例に係る直流共振コンバータと比べて、スイッチング電源装置１の更なる小型化および製造コストの低減を実現できる。
【００４１】
なお、スイッチング電源装置１では、４００Ｖの入力を受けて１２Ｖ、１ｋＷの電力を出力する場合、トランスＴの巻数比は、１８：１程度となる。ここで、インダクタンスは、巻数の２乗に比例するので、トランスの１次側に設けられていた１０μＨのインダクタをトランスの２次側に移動させると、このインダクタのインダクタンスは、３０ｎＨとなる。このため、インダクタＬ１をトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成するためには、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２を１０〜２０ｍｍ程度、従来と比べて延長させればよい。また、インダクタＬ２をトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成するためには、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３を１０〜２０ｍｍ程度、従来と比べて延長させればよい。
【００４２】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源装置１Ａの回路図である。スイッチング電源装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、インダクタＬ３、Ｌ４を備える点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ａにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
インダクタＬ３は、インダクタＬ１と同様に、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２と一体に形成される。また、インダクタＬ４は、インダクタＬ２と同様に、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有し、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３と一体に形成される。
【００４４】
インダクタＬ３の一端には、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の他端が接続され、インダクタＬ３の他端には、出力端子ＯＵＴ１と、インダクタＬ４の一端と、が接続される。インダクタＬ４の一端には、出力端子ＯＵＴ１と、インダクタＬ３の他端と、が接続され、インダクタＬ４の他端には、トランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の他端が接続される。
【００４５】
図３は、スイッチング電源装置１Ａの斜視図である。トランスＴの１次巻線Ｔ１、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２、およびトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３のそれぞれは、平面視略円環状の基台に巻かれており、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２とトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３とは、トランスＴの１次巻線Ｔ１を挟んで対向する位置に設けられる。
【００４６】
インダクタＬ１〜Ｌ４のそれぞれは、Ｌ字状に形成されている。インダクタＬ１、Ｌ３には、ダイオードＤ１およびキャパシタＣ３が実装された基板１０が接続され、インダクタＬ２、Ｌ４には、ダイオードＤ２およびキャパシタＣ３が実装された基板２０が接続される。
【００４７】
基板１０、２０は、略矩形状に形成されており、所定間隔を空けて対向して設けられる。これら基板１０と基板２０との間には、ヒートシンク３０が設けられる。このヒートシンク３０は、単位ヒートシンク３１、３２を備える。単位ヒートシンク３１は、基板１０に取り付けられており、基台３１１と、基台３１１に対して所定間隔ごとに立設された複数の放熱板３１２と、を備える。また、単位ヒートシンク３２は、基板２０に取り付けられており、基台３２１と、基台３２１に対して所定間隔ごとに立設された複数の放熱板３２２と、を備える。これら単位ヒートシンク３１、３２は、放熱板３１２、３２２が互いに向かい合う位置に設けられる。
【００４８】
ヒートシンク３０と対向する位置には、風を送出する風送出装置（図示省略）が設けられる。この風送出装置から送出される風は、ヒートシンク３０およびインダクタＬ１〜Ｌ４に当たる。
【００４９】
以上のスイッチング電源装置１Ａによれば、上述のスイッチング電源装置１が奏することのできる効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
【００５０】
スイッチング電源装置１Ａは、風を送出する風送出装置を備え、この風送出装置から送出される風は、ヒートシンク３０およびインダクタＬ１〜Ｌ４に当たる。このため、風送出装置から送出された風をヒートシンク３０で受けることにより、単位ヒートシンク３１が取り付けられた基板１０の熱と、単位ヒートシンク３２が取り付けられた基板２０の熱と、を大気中に放出させることができ、これら基板１０、２０を冷却できる。また、風送出装置から送出された風をインダクタＬ１〜Ｌ４で受けることにより、インダクタＬ１、Ｌ３が一体に形成されるトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の熱と、インダクタＬ２、Ｌ４が一体に形成されるトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の熱と、を大気中に放出させることができ、これらトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２および第２の２次巻線Ｔ３を冷却できる。
【００５１】
＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｂの回路図である。スイッチング電源装置１Ｂは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、キャパシタＣ２を備えない点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｂにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
以上のスイッチング電源装置１Ｂによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００５３】
＜第４実施形態＞
図５は、本発明の第４実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｃの回路図である。スイッチング電源装置１Ｃは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、キャパシタＣ１を備えない点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｃにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
以上のスイッチング電源装置１Ｃによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
＜第５実施形態＞
図６は、本発明の第５実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｄの回路図である。スイッチング電源装置１Ｄは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、スイッチ素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａを備える点と、キャパシタＣ１、Ｃ２の代わりにキャパシタＣ１Ａを備える点と、が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｄにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端には、キャパシタＣ１Ａを介して、スイッチ素子Ｑ１のソースと、スイッチ素子Ｑ２のドレインと、が接続される。
【００５７】
スイッチ素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチ素子Ｑ１Ａのゲートと、スイッチ素子Ｑ２Ａのゲートとには、制御回路（図示省略）が接続される。スイッチ素子Ｑ１Ａのドレインには、入力端子ＩＮ１が接続され、スイッチ素子Ｑ２Ａのソースには、入力端子ＩＮ２が接続される。また、スイッチ素子Ｑ１Ａのソースと、スイッチ素子Ｑ２Ａのドレインとには、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端が接続される。これらスイッチ素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａと、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２とは、フルブリッジ回路を形成する。
【００５８】
以上のスイッチング電源装置１Ｄによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００５９】
＜第６実施形態＞
図７は、本発明の第６実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｅの回路図である。スイッチング電源装置１Ｅは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、ダイオードＤ１、Ｄ２の代わりにスイッチ素子Ｑ３、Ｑ４を備える点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｅにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６０】
スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチ素子Ｑ３のゲートと、スイッチ素子Ｑ４のゲートとには、制御回路（図示省略）が接続される。スイッチ素子Ｑ３のドレインには、インダクタＬ１を介してトランスＴの第１の２次巻線Ｔ２の一端が接続され、スイッチ素子Ｑ４のドレインには、インダクタＬ２を介してトランスＴの第２の２次巻線Ｔ３の一端が接続される。スイッチ素子Ｑ３のソースと、スイッチ素子Ｑ４のソースとには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【００６１】
以上のスイッチング電源装置１Ｅによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
＜第７実施形態＞
図８は、本発明の第７実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｆの回路図である。スイッチング電源装置１Ｆは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、トランスＴの第１の２次巻線Ｔ２および第２の２次巻線Ｔ３の代わりにトランスＴの２次巻線Ｔ４を備える点と、ダイオードＤ１Ａ、Ｄ２Ａを備える点と、インダクタＬ２を備えない点と、が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｆにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
トランスＴの２次巻線Ｔ４の一端には、インダクタＬ１を介して、ダイオードＤ１のアノードと、ダイオードＤ２のカソードと、が接続され、トランスＴの２次巻線Ｔ４の他端には、ダイオードＤ１Ａのアノードと、ダイオードＤ２Ａのカソードと、が接続される。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ１Ａのカソードとには、出力端子ＯＵＴ１が接続され、ダイオードＤ２のアノードと、ダイオードＤ２Ａのアノードとには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【００６４】
以上のスイッチング電源装置１Ｆによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
＜第８実施形態＞
図９は、本発明の第８実施形態に係るスイッチング電源装置１Ｇの回路図である。スイッチング電源装置１Ｇは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置１とは、インダクタＬ５を備える点が異なる。なお、スイッチング電源装置１Ｇにおいて、スイッチング電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
インダクタＬ５の一端には、トランスＴの１次巻線Ｔ１の一端が接続され、インダクタＬ５の他端には、トランスＴの１次巻線Ｔ１の他端が接続される。
【００６７】
以上のスイッチング電源装置１Ｇによれば、上述のスイッチング電源装置１と同様の効果を奏することができる。
【００６８】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００６９】
例えば、上述の第２実施形態では、インダクタＬ１〜Ｌ４のそれぞれをＬ字状に形成したが、これに限らず、例えば平板状に設けてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ；スイッチング電源装置
１０、２０；基板
３０；ヒートシンク
Ｃ１、Ｃ１Ａ、Ｃ２、Ｃ３；キャパシタ
Ｔ；トランス
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５；インダクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと、
前記トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、
前記トランスの１次巻線および前記キャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えたスイッチング電源装置であって、
前記トランスは、２次巻線を少なくとも１つ有し、
前記少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、
前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続され、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を備え、
前記少なくとも１つのインダクタのそれぞれは、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと一体に形成されることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
トランスと、
前記トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、
前記トランスの１次巻線および前記キャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えたスイッチング電源装置であって、
前記トランスは、２次巻線を少なくとも１つ有し、風送出
前記少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、
前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続され、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を備え、
前記少なくとも１つのインダクタのそれぞれは、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線と前記整流平滑手段とを接続するそれぞれの配線により形成されることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
風を送出する風送出手段を備え、
前記少なくとも１つのインダクタは、前記風送出手段から送出された風を受けるように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１】
トランスと、
前記トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、
前記トランスの１次巻線および前記キャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えたスイッチング電源装置であって、
前記トランスは、２次巻線を少なくとも１つ有し、
前記少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、
前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続され、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を備え、
前記少なくとも１つのインダクタのそれぞれは、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと一体に形成されることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
トランスと、
前記トランスの１次巻線と直列接続されたキャパシタと、
前記トランスの１次巻線および前記キャパシタに第１電圧または第２電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えたスイッチング電源装置であって、
前記トランスは、２次巻線を少なくとも１つ有し、風送出
前記少なくとも１つのトランスの２次巻線の電圧を整流および平滑する整流平滑手段と、
前記少なくとも１つのトランスの２次巻線のそれぞれと直列接続され、流れる電流に対して線形インダクタンス特性を有する少なくとも１つのインダクタと、を備え、
前記少なくとも１つのインダクタのそれぞれは、前記少なくとも１つのトランスの２次巻線と前記整流平滑手段とを接続するそれぞれの配線により形成されることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
風を送出する風送出手段を備え、
前記少なくとも１つのインダクタは、前記風送出手段から送出された風を受けるように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２０６９８６（Ｐ２０１０−２０６９８６Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１０４９（Ｐ２００９−５１０４９）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
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