スイッチング電源装置
【課題】追加する電子部品の部品点数を低減でき、製造コストを低減できるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置１は、一対の電力ライン１０，１１と、直流負荷２と、コンデンサＣと、スナバ用トランスＴｓと、パルス電流発生回路５と、直列体１２とを備える。直列体１２は、スナバ用トランスＴｓの二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓとを直列接続してなる。直列体１２はコンデンサＣに並列接続されている。スナバ用ダイオードＤｓのアノード端子は二次コイル４２に接続している。また、スナバ用ダイオードＤｓのカソード端子はコンデンサＣの高電位側の電極端子に接続している。パルス電流発生回路５によって発生したパルス電流Ｉｐは一次コイル４１に流れる。一次コイル４１は、パルス電流Ｉｐを平滑化する平滑リアクトルである。一次コイル４１には、整流ダイオード５３が直列接続している。
【解決手段】スイッチング電源装置１は、一対の電力ライン１０，１１と、直流負荷２と、コンデンサＣと、スナバ用トランスＴｓと、パルス電流発生回路５と、直列体１２とを備える。直列体１２は、スナバ用トランスＴｓの二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓとを直列接続してなる。直列体１２はコンデンサＣに並列接続されている。スナバ用ダイオードＤｓのアノード端子は二次コイル４２に接続している。また、スナバ用ダイオードＤｓのカソード端子はコンデンサＣの高電位側の電極端子に接続している。パルス電流発生回路５によって発生したパルス電流Ｉｐは一次コイル４１に流れる。一次コイル４１は、パルス電流Ｉｐを平滑化する平滑リアクトルである。一次コイル４１には、整流ダイオード５３が直列接続している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スナバ用トランスを有するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子機器への入力電圧等を調節する装置として、スイッチング素子を用いたスイッチング電源装置が知られている（下記特許文献１、２参照）。スイッチング電源装置の一例を図１０に示す。
図１０に示すスイッチング電源装置９ａは、直流電源９３０に接続したブリッジ回路９１０と、電源トランスＴ１と、整流回路９２０と、平滑コンデンサＣ１と、平滑リアクトルＬ１とを備える。
【０００３】
ブリッジ回路９１０は、４個のスイッチング素子９４０からなる。ブリッジ回路９１０は、電源トランスＴ１の一次コイル９１に接続している。また、整流回路９２０は４個のダイオードＤ１〜Ｄ４からなる。整流回路９２０は、電源トランスＴ１の二次コイル９２に接続している。
【０００４】
ブリッジ回路９１０は、スイッチング素子９４０をオンオフ動作することにより、直流電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換している。この交流電圧は、電源トランスＴ１の一次コイル９１に一次電圧Ｖａとして加わる。整流回路９２０は、二次コイル９２から出力される二次電圧Ｖｂを整流する。また、平滑コンデンサＣ１は整流後の二次電圧を平滑化し、平滑リアクトルＬ１は、二次電流を平滑化する。
【０００５】
スイッチング素子９４０をオンオフすると、電源トランスＴ１の漏れインダクタンス等が原因となって、二次電圧Ｖｂにサージ電圧が発生することがある。サージ電圧は、ダイオードＤに逆バイアスとなって加わるため、サージ電圧が大きくなると、ダイオードＤが破損しやすくなる。この不具合を防止するため、従来のスイッチング電源装置９ａは、スナバ回路９５０を設け、サージ電圧からダイオードＤを保護している。
【０００６】
スナバ回路９５０は、スナバコンデンサＣｓと、第１スナバダイオードＤｓ１と、スナバリアクトルＬｓと、第２スナバダイオードＤｓ２とからなる。スナバコンデンサＣｓと第１スナバダイオードＤｓ１とは直列に接続され、第１スナバ直列体９６０を構成している。また、スナバリアクトルＬｓと第２スナバダイオードＤｓ２とは直列接続され、第２スナバ直列体９７０を構成している。第１スナバ直列体９６０は、平滑リアクトルＬ１に並列接続されている。また、スナバコンデンサＣｓおよび第１スナバダイオードＤｓ１の接続点９８０と、負側電力ライン９９０との間に、上記第２スナバ直列体９７０が設けられている。
【０００７】
サージ電圧が発生すると、スナバコンデンサＣｓがサージ電圧を吸収する。スナバコンデンサＣｓが蓄えた電荷は、負荷９９５、第２スナバ直列体９７０等を流れ、回生される。これにより、サージ電圧を低減し、ダイオードＤの破損を防止している。また、回生することで入力からのエネルギーを効率よく出力できる。
【０００８】
別のスイッチング電源装置９ｂの例を図１１に示す。同図に示すごとく、このスイッチング電源装置９ｂは、電源トランスＴ１と、スイッチング素子Ｑ１と、第１コンデンサＣ１と、第１ダイオードＤ１とを備える。
このスイッチング電源装置９ｂにも、スナバ回路９８が設けられている。スナバ回路９８は、スナバ用トランスＴ２と、第２コンデンサＣ２と、第２ダイオードＤ２とからなる。スナバ用トランスＴ２の一次コイル９３と第２コンデンサＣ２は直列接続され、第１直列体９７を構成している。第１直列体９７は、第１ダイオードＤ１に並列接続されている。また、スナバ用トランスＴ２の二次コイル９４と第２ダイオードＤ２は直列接続され、第２直列体９９を構成している。第２直列体９９は、第１コンデンサＣ１に並列接続されている。
【０００９】
スナバ回路９８を用いることにより、サージ電圧を第１コンデンサＣ１に吸収させ、第１ダイオードＤ１に大きなサージ電圧が加わることを防止している。
なお、スナバ回路９８の第２コンデンサＣ２は、第一ダイオードＤ1の両端が短絡することを防止するために設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１−２９５６７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６６６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１０に示す従来のスイッチング電源装置９ａは、電子部品の数が多く、スイッチング電源装置の製造コストが上昇したり、大型化しやすくなったりする問題がある。
【００１２】
また、図１１に示す従来のスイッチング電源装置９ｂは、スナバ回路９８に必要な電子部品（スナバ用トランスＴ２、第２コンデンサＣ２、第２ダイオードＤ２）の数が多いという問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、追加する電子部品の部品点数を低減でき、製造コストを低減できるスイッチング電源装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様は、一対の電力ラインと、
該一対の電力ラインの間に接続された直流負荷と、
該直流負荷に並列接続され、該直流負荷に加わる電圧を平滑化するコンデンサと、
一次コイルおよび二次コイルを有するスナバ用トランスと、
スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のオンオフ動作によってパルス電流を発生するパルス電流発生回路とを備え、
上記一次コイルは、上記一対の電力ラインのうち高電位側の電力ラインに、上記コンデンサに対して直列になるよう接続され、
上記二次コイルとスナバ用ダイオードとを直列接続してなる直列体が、上記コンデンサに並列接続され、上記スナバ用ダイオードのアノード端子は上記二次コイルに接続し、上記スナバ用ダイオードのカソード端子は上記コンデンサの高電位側の電極端子に接続しており、
上記パルス電流発生回路によって発生した上記パルス電流は上記一次コイルに流れ、
該一次コイルは、上記パルス電流を平滑化する平滑リアクトルであり、
上記一対の電力ラインに流れる電流を整流する整流ダイオードが上記一次コイルに直列接続されていることを特徴とするスイッチング電源装置にある（請求項１）。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、上記スイッチング電源装置を有することを特徴とする車両用電力変換装置にある（請求項６）。
【００１６】
上記スイッチング電源装置は、上記特許文献１に記載のスイッチング電源装置９ａ（図１０参照）と比較して、スイッチング電源装置全体に必要な部品点数を低減できる。そのため、スイッチング電源装置を小型化することができる。
【００１７】
また、上記スイッチング電源装置は、上記パルス電流を平滑化する平滑リアクトルを備えており、上記スナバ用トランスの上記一次コイルが、この平滑リアクトルを兼ねている。そのため、サージ電圧を低減するための回路（スナバ回路）を構成するために、１個のスナバ用トランス全てを追加する必要がなくなり、スナバ用トランスのうち一次コイルを除いた部分（コアと二次コイル）を追加するだけで良くなる。
【００１８】
また、上記スイッチング電源装置においては、上記整流ダイオードが、上記一次コイルに直列接続されている。このようにすると、従来のスイッチング電源装置９（図１１参照）のように、通電を防止するための部品（第２コンデンサＣ２）を設ける必要がなくなる。
【００１９】
このように、上記スイッチング電源装置は、スナバ用トランスのうち一次コイルを除いた部分（コアと二次コイル）を追加するだけでスナバ回路を構成でき、第２コンデンサＣ２（図１１参照）を設ける必要もない。そのため、上記特許文献２に記載のスイッチング電源装置９ｂと比較して、スナバ回路に必要な電子部品の部品点数を低減でき、スナバ回路を低コスト化および少部品化することができる。
【００２０】
なお、上記スナバ用トランスと上記スナバ用ダイオードとによってスナバ回路を構成することにより、上記パルス電流が発生する際に生じるサージ電圧を低減でき、パルス電流発生回路に含まれる電子部品を保護することができる。サージ電圧を低減する原理については、後述する。
【００２１】
また、上記車両用電力変換装置は、上記スイッチング電源装置を備える。車両用電力変換装置は小型化や低コスト化が特に要求されているので、上記スイッチング電源装置を用いることによる効果が大きい。
【００２２】
以上のごとく、本発明によれば、追加する電子部品の部品点数を低減でき、製造コストを低減できるスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１における、スイッチング電源装置を用いた充電器の回路図。
【図２】比較例における、仮にサージ電圧が発生した場合の、パルス電流発生回路の出力電圧の波形。
【図３】比較例における、仮にサージ電圧が発生した場合の、スナバ用トランスの二次電圧の波形。
【図４】実施例１における、スナバ用トランスの二次電圧の波形。
【図５】実施例１における、コンデンサ電圧の波形。
【図６】実施例１における、スナバ用トランスの一次電圧の波形。
【図７】実施例１における、パルス電流発生回路の出力電圧の波形。
【図８】実施例２における、スイッチング電源装置の回路図。
【図９】実施例３における、スイッチング電源装置の回路図。
【図１０】従来例における、スイッチング電源装置の回路図。
【図１１】図１０とは異なる従来例における、スイッチング電源装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
上記スイッチング電源装置において、上記パルス電流発生回路は、上記スイッチング素子と、電源トランスと、上記整流ダイオードによって構成された整流回路とを備え、上記電源トランスは一次巻線と二次巻線とを有し、上記スイッチング素子のオンオフ動作によって発生した交流電流を上記一次巻線に流し、上記二次巻線に発生した二次電流を上記整流回路によって整流することにより、上記パルス電流を発生するよう構成されていてもよい（請求項２）。
この場合には、上記スナバ回路によってサージ電圧を低減し、上記整流ダイオードをサージ電圧から保護することができる。そのため、耐圧の高い整流ダイオードを使用する必要がなくなる。すなわち、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオードを用いて、整流回路を構成することができる。これにより、スイッチング電源装置を低コストで製造することが可能になる。
【００２５】
また、上記パルス電流発生回路は、上記スイッチング素子と、センタータップ付トランスと、整流回路とを備え、上記センタータップ付トランスは一次巻線と二次巻線とを有し、該二次巻線にセンタータップが設けられ、該センタータップは上記コンデンサの低電位側の電極端子に接続しており、上記整流回路は上記二次巻線の両端にそれぞれ設けられた上記整流ダイオードからなり、上記スイッチング素子のオンオフ動作によって発生した交流電流を上記一次巻線に流し、上記二次巻線に生じた二次電流を上記整流回路によって整流することにより、上記パルス電流を発生するよう構成されていてもよい（請求項３）。
この場合には、センタータップ付トランスを用いて全波整流するスイッチング電源装置に、スナバ回路を設けることができる。そのため、整流回路を構成する２個の上記整流ダイオードをサージ電圧から保護することができる。これにより、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオードを用いて整流回路を構成することができ、スイッチング電源装置の製造コストを下げることが可能になる。
【００２６】
また、上記一対の電力ラインは直流電源に接続しており、上記パルス電流発生回路は、上記一対の電力ラインのうち少なくとも一方の電力ラインに設けられた上記スイッチング素子からなり、上記一対の電力ラインの間に、上記一次コイルの還流電流が流れる上記整流ダイオードが設けられ、上記スイッチング素子をオンオフ動作させることにより上記パルス電流を発生し、該パルス電流を上記一次コイルに流すことにより上記直流電源の電圧を降圧する降圧回路を構成していてもよい（請求項４）
この場合には、上記スナバ用トランスの一次コイルを、上記降圧回路のチョークコイルとして使用することができる。また、仮にスナバ回路を設けなかったとすると、スイッチング素子をオンオフ動作させた場合に大きなサージ電圧が発生し、このサージ電圧が上記整流ダイオードに加わって、整流ダイオードが破損しやすくなるが、上記スナバ用トランスと上記スナバ用ダイオードとによって上記スナバ回路を構成することにより、サージ電圧を低減でき、整流ダイオードをサージ電圧から保護することが可能になる。そのため、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオードを用いることができ、スイッチング電源装置を低コストで製造することが可能となる。
【００２７】
また、上記一次コイルに加わる一次電圧ＶＬ１と、上記コンデンサの両端電圧ＶＯと、上記一次コイルの巻数ｎ１と、上記二次コイルの巻数ｎ２との間に、以下の式
ＶＬ１・ｎ２／ｎ１＞ＶＯ
が成立することが好ましい（請求項５）。
この場合には、後述するように、パルス電流の発生に伴って生じるサージ電圧を、確実に除去することができる。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるスイッチング電源装置につき、図１〜図７を用いて説明する。図１に示すごとく、本例のスイッチング電源装置１は、一対の電力ライン１０，１１と、直流負荷２（直流電源）と、コンデンサＣと、スナバ用トランスＴｓと、パルス電流発生回路５と、スナバ用ダイオードＤｓとを備える。直流負荷２は、一対の電力ライン１０，１１の間に接続されている。コンデンサＣは、直流負荷２に並列接続されており、直流負荷２に加わる電圧を平滑化する。
スナバ用トランスＴＳは、一次コイル４１および二次コイル４２を有する。パルス電流発生回路５はスイッチング素子５１を有し、該スイッチング素子５１のオンオフ動作によってパルス電流Ｉｐを発生する。
【００２９】
一次コイル４１は、高電位側の電力ライン１０に、コンデンサＣに対して直列になるよう接続されている。
二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓとは直列接続され、直列体１２を構成している。直列体１２はコンデンサＣに並列接続されている。スナバ用ダイオードＤｓのアノード端子は二次コイル４２に接続している。また、スナバ用ダイオードＤｓのカソード端子はコンデンサＣの高電位側の電極端子に接続している。
パルス電流発生回路５によって発生したパルス電流Ｉｐは一次コイル４１に流れる。
一次コイル４１は、パルス電流Ｉｐを平滑化する平滑リアクトルである。
また、電力ライン１０，１１に流れる電流を整流する整流ダイオード５３が一次コイル４１に直列接続されている。
【００３０】
また、パルス電流発生回路５は、スイッチング素子５１と、電源トランスＴｐと、整流回路５２とを備える。整流回路５２は、４個の整流ダイオード５３からなる。電源トランスＴｐは、一次巻線５４と二次巻線５５とを有する。一次巻線５４はスイッチング素子５１に接続しており、二次巻線５５は整流回路５２に接続している。スイッチング素子５１のオンオフ動作によって発生した交流電流Ｉａを一次巻線５４に流し、二次巻線５５に発生した二次電流を整流回路５２によって整流することにより、パルス電流Ｉｐを発生するよう構成されている。
【００３１】
本例のスイッチング電源装置１は、車両用電力変換装置において用いられる。より具体的には、家庭用の交流電源１４を使って、車両に搭載した直流電源２を充電するための車両用充電器１００に用いられる。車両用充電器１００は、スイッチング電源装置１の他に、入力用整流回路２０と、ＰＦＣ回路１３を備える。
【００３２】
入力用整流回路２０は４個のダイオードからなり、交流電源１４に接続されている。この入力用整流回路２０を使って、交流電源１４から入力される交流電圧を整流する。また、ＰＦＣ回路１３は、リアクトル１６と、スイッチング素子１７と、ＰＦＣ用ダイオード１８とからなる。スイッチング素子１７をオンオフ動作させることにより、リアクトル１６に流れる電流ＩＬの波形を正弦波に近づけ、歪みを矯正している。これにより、入力電流Ｉｓの波形を理想的な正弦波に近づけ、入力電力の力率を向上させている。
【００３３】
また、ＰＦＣ回路１３には平滑用コンデンサ１９が接続している。この平滑用コンデンサ１９を用いることにより、整流後の電圧を平滑化している。
【００３４】
平滑コンデンサ１９には、４個のスイッチング素子５１からなるＨ型ブリッジ回路５９が接続している。また、Ｈ型ブリッジ回路５９には、電源トランスＴｐの一次巻線５４が接続している。スイッチング素子５１をオンオフ動作させることにより、平滑用コンデンサ１９に加わる直流電圧を交流電圧に変換し、一次巻線５４に印加している。
【００３５】
一次巻線５４に交流電圧が加わると、二次巻線５５に二次電流が発生する。この二次電流を、４個の整流用ダイオード５３からなる整流回路５２を使って整流する。そして、整流した電圧を、コンデンサＣによって平滑化する。このようにして、直流電源２に直流電圧を加えている。
【００３６】
なお、Ｈ型ブリッジ回路５９のデューティーを変更することにより、直流電源２に加わる電圧の値を調整できるようになっている。例えば、直流電源２の蓄電量が少ない場合は、低い電圧を加え、蓄電量が多い場合は高い電圧を加える。
【００３７】
上述したように、本例のスイッチング電源装置１は、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１を平滑リアクトルとして利用している。すなわち、一次コイル４１によって、直流電源２に流れる電流を平滑化している。
また、上述したように本例では、スナバ用トランスＴｓの二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓとが直列に接続され、直列体１２を構成している。直列体１２は、コンデンサＣに並列接続されている。スナバ用トランスＴｓとスナバ用ダイオードＤｓとによって、スナバ回路４３が形成されている。
【００３８】
ここで仮に、スナバ回路４３を設けなかったとすると、電源トランスＴｐの漏れインダクタンス等が原因となってサージ電圧Ｖｓが発生することがある（図２参照）。サージ電圧Ｖｓは整流回路５２の整流ダイオード５３に対して逆バイアスとなって加わるため、整流ダイオード５３が破損しやすくなるという問題が生じる。また、サージ電圧Ｖｓに耐えられるように高耐圧用の整流ダイオード５３を用いると、製造コストが上昇するという問題が生じる。このような問題を解決するため、スナバ回路４３が設けられている。
【００３９】
スナバ回路４３の動作について説明する。パルス電流発生回路５の出力電圧をＶＤとし、コンデンサＣの電圧をＶＯとし、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１の巻数をｎ１とし、二次コイル４２の巻数をｎ２とする。一次コイル４１にパルス電流Ｉｐが流れると、このパルス電流Ｉｐの変化を妨げるように一次電圧ＶＬ１（逆起電圧）が発生する。一次電圧ＶＬ１とコンデンサ電圧ＶＯとを足した値は、出力電圧ＶＤと等しいため、以下の式が成立する。
ＶＤ＝ＶＬ１＋ＶＯ ・・・（１）
【００４０】
コンデンサ電圧ＶＯは短時間内に大きく変動しないため、ほぼ定数とみなすことができる。ここで仮に、図２に示すごとく、パルス電流発生回路５の出力電圧ＶＤのパルスが立ち上がる際にサージ電圧Ｖｓが発生したとすると、上記数式（１）が成立するため、一次電圧ＶＬ１にもサージ電圧Ｖｓが発生する。これに伴って、図３に示すごとく、二次コイル４２の二次電圧ＶＬ２にもサージ電圧Ｖｓ’が発生する。
【００４１】
二次電圧ＶＬ２の波形は、図３に示すようになる。すなわち、パルスの立ち上がり時にサージ電圧Ｖｓ’が発生し、その後、電圧Ｖｆが大きく変動しない状態が続く。その後、パルスが立ち下がる。
【００４２】
サージ電圧Ｖｓ’が発生した後における二次電圧ＶＬ２の値（Ｖｆ）は、以下の式により表される。
Ｖｆ＝ＶＬ１・ｎ２／ｎ１
また、本例では、以下の式が成立するようにしてある。
Ｖｆ＝ＶＬ１・ｎ２／ｎ１＞ＶＯ ・・・（２）
このようにすると、二次電圧ＶＬ２がコンデンサ電圧ＶＯよりも高くなった場合に、その高くなった分が、スナバ用ダイオードＤｓを通ってコンデンサＣに吸収される。すなわち、二次電圧ＶＬ２からサージ電圧Ｖｓ’を除去することができる。そのため図４に示すごとく、二次電圧ＶＬ２は、サージ電圧Ｖｓ’を含まず最大値がＶＯの矩形波となる。
【００４３】
一次電圧ＶＬ１の波形と、二次電圧ＶＬ２の波形とは、電磁誘導によって相互に関連している。すなわち、一次電圧ＶＬ１の波形が変化すると、二次電圧ＶＬ２の波形も変化し、一次電圧ＶＬ１と同様の波形になる。また、二次電圧ＶＬ２が変化すると、一次電圧ＶＬ１も変化し、二次電圧ＶＬ２と同様の波形になる。
そのため、二次電圧ＶＬ２からサージ電圧Ｖｓ’が除去されると、一次電圧ＶＬ１からもサージ電圧Ｖｓが除去される。図６に、一次電圧ＶＬ１の波形を示す。このように一次電圧ＶＬ１は、サージ電圧Ｖｓを含まず、最大値がＶＤ−ＶＯで、最小値が−（ＶＯ−ＶＤ）の矩形波となる。
【００４４】
また、図５に示すごとく、コンデンサ電圧ＶＯは、時間によって大きく変動しない直流電圧である。そして、上記数式（１）が成立するため、パルス電流発生回路５の出力電圧ＶＤの波形は、コンデンサ電圧ＶＯと一次電圧ＶＬ１の波形をそれぞれ足し合わせたものとなる。そのため、図７に示すごとく、出力電圧ＶＤにもサージ電圧Ｖｓが発生しなくなる。
【００４５】
本例の作用効果について説明する。
本例のスイッチング電源装置１は、特許文献１に記載のスイッチング電源装置９ａ（図１０参照）と比較して、スイッチング電源装置１全体に必要な部品点数を低減できる。そのため、スイッチング電源装置１を小型化することができる。
【００４６】
また、図１に示すごとく、本例のスイッチング電源装置１は、パルス電流Ｉｐを平滑化する平滑リアクトルを備えており、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１が、この平滑リアクトルを兼ねている。そのため、サージ電圧Ｖｓを低減するための回路（スナバ回路４３）を構成するために、１個のスナバ用トランスＴｓ全てを追加する必要がなくなり、スナバ用トランスＴｓのうち一次コイル４１を除いた部分（コア４４と二次コイル４２）を追加するだけで良くなる。
【００４７】
また、本例のスイッチング電源装置１は、整流ダイオード５３が、一次コイル４１に直列接続されている。このようにすると、従来のスイッチング電源装置９（図１１参照）のように、通電を防止するための部品（第２コンデンサＣ２）を設ける必要がなくなる。
【００４８】
このように、本例のスイッチング電源装置１は、スナバ用トランスＴｓのうち一次コイル４１を除いた部分（コア４４と二次コイル４２）を追加するだけでスナバ回路４３を構成でき、第２コンデンサＣ２（図１１参照）を設ける必要もない。そのため、上記特許文献２に記載のスイッチング電源装置９ｂと比較して、スナバ回路４３に必要な電子部品の部品点数を低減でき、スナバ回路４３を低コスト化および少部品化することができる。
【００４９】
また、スナバ用トランスＴｓとスナバ用ダイオードＤｓとによってスナバ回路４３を構成することにより、パルス電流発生回路５の出力電圧ＶＤを、図７に示す波形にすることができる。そのためサージ電圧Ｖｓを低減でき、パルス電流発生回路５に含まれる電子部品をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。
【００５０】
また、本例のパルス電流発生回路５は、スイッチング素子５１と、電源トランスＴｐと、整流回路５２とを備える。電源トランスＴｐは一次巻線５４と二次巻線５５とを有する。そして、スイッチング素子５１のオンオフ動作によって発生した交流電流Ｉａを一次巻線５４に流し、二次巻線５５に発生した二次電流を整流回路５２によって整流することにより、パルス電流Ｉｐを発生するよう構成されている。
このようにすると、スナバ回路４３によってサージ電圧Ｖｓを低減し、整流回路５２を構成する整流ダイオード５３をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。そのため、耐圧の高い整流ダイオード５３を使用する必要がなくなる。すなわち、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオード５３を用いて、整流回路５２を構成することができる。これにより、スイッチング電源装置１を低コストで製造することが可能になる。
【００５１】
また、一次コイル４１に加わる一次電圧ＶＬ１と、コンデンサＣの両端電圧ＶＯと、一次コイル４１の巻数ｎ１と、二次コイル４２の巻数ｎ２との間に、以下の式
ＶＬ１・ｎ２／ｎ１＞ＶＯ ・・・（２）
が成立するよう構成されている。
この場合には、サージ電圧Ｖｓを確実に除去することができる。すなわち、数式（２）を満たすようにすると、図３、図４に示すごとく、二次コイル４２にコンデンサ電圧ＶＯよりも大きな電圧が発生しても、スナバ用ダイオードＤｓを通って電圧がコンデンサＣに吸収される。そのため、二次電圧ＶＬ２からサージ電圧Ｖｓ’を除去することが可能になる。これにより、図６に示すごとく、一次電圧ＶＬ１からもサージ電圧Ｖｓを除去でき、パルス電流発生回路５の出力電圧ＶＤ（一次電圧ＶＬ１とコンデンサ電圧ＶＯとを足し合わせた電圧）からも、サージ電圧Ｖｓを除去することが可能になる。これにより、整流回路５２を構成する整流ダイオード５３をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。
【００５２】
また、図１に示すごとく、本例のスイッチング電源装置１は、車両用充電器１００（車両用電力変換装置）に用いられている。車両用電力変換装置は小型化や低コスト化が特に要求されているので、本例のスイッチング電源装置１を用いることによる効果が大きい。
【００５３】
以上のごとく、本発明によれば、追加する電子部品の部品点数を低減でき、製造コストを低減できるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００５４】
（実施例２）
本例は、パルス電流発生回路５を変更した例である。図８に示すごとく、本例のパルス電流発生回路５は、スイッチング素子５１と、センタータップ付トランスＴｃと、整流回路５２とを備える。センタータップ付トランスＴｃは一次巻線５４と二次巻線５５とを有する。二次巻線５５には、センタータップ５８が設けられている。センタータップ５８はコンデンサＣの低電位側の電極端子に接続している。
【００５５】
整流回路５２は、二次巻線５５の両端にそれぞれ設けられた整流ダイオード５３からなる。そして、スイッチング素子５１のオンオフ動作によって発生した交流電流Ｉａを一次巻線５４に流し、二次巻線５５に生じた二次電流を整流回路５２によって整流することにより、パルス電流Ｉｐを発生するよう構成されている。
【００５６】
パルス電流Ｉｐは、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１に流れる。スナバ用トランスＴｓの二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓは直列接続され、直列体１２を構成している。この直列体１２は、コンデンサＣに並列接続している。また、本例では、スナバ用トランスＴｓとスナバ用ダイオードＤｓとによって、スナバ回路４３が構成されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００５７】
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、センタータップ付トランスＴｃを用いて全波整流するスイッチング電源装置１に、スナバ回路４３を設けることができる。スナバ回路４３を設けないと、パルス電流Ｉｐの発生に伴ってサージ電圧Ｖｓが発生し、整流ダイオード５３にサージ電圧Ｖｓが逆バイアスとなって加わる。そのため、整流ダイオード５３が破損しやすくなるが、上記スイッチング電源装置１は、スナバ回路４３によってサージ電圧Ｖｓを低減できるため、整流ダイオード５３をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。これにより、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオード５３を用いて整流回路５２を構成することができ、スイッチング電源装置１の製造コストを下げることが可能になる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５８】
（実施例３）
本例は、スイッチング電源装置１によって降圧回路６を構成した例である。図９に示すごとく、本例の電力ライン１０，１１は直流電源８０に接続している。パルス電流発生回路５は、正側の電力ライン１０に設けられたスイッチング素子５１からなる。また、一対の電力ライン１０，１１の間に整流ダイオード５３が接続されている。整流ダイオード５３には、一次コイル４１の還流電流Ｉｃが流れる。整流ダイオード５３は、スイッチング素子５１と一次コイル４１とを接続する接続点４００と、負側の電力ライン１１との間に接続されている。整流ダイオード５３のアノード端子は、負側の電力ライン１１に接続されている。また、整流ダイオード５３のカソード端子は、接続点４００に接続されている。
本例では、スイッチング素子５１をオンオフ動作させることによりパルス電流Ｉｐを発生している。このパルス電流Ｉｐを一次コイル４１に流すことにより、直流電源８０の電圧を降圧し、直流負荷２に加えるようになっている。直流負荷２には、他の電子機器や電子部品等、任意の負荷が用いられる。
【００５９】
スナバ用トランスＴｓの二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓは直列接続され、直列体１２を構成している。この直列体１２は、コンデンサＣに並列接続している。また、本例では、スナバ用トランスＴｓとスナバ用ダイオードＤｓとによって、スナバ回路４３が構成されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００６０】
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１を、降圧回路６のチョークコイルとして使用することができる。また、スナバ回路４３を設けない場合は、スイッチング素子５１をオンオフ動作させた場合に大きなサージ電圧Ｖｓが発生し、このサージ電圧Ｖｓが整流ダイオード５３に加わって破損しやすくなるが、本例はスナバ回路４３を備えるため、サージ電圧Ｖｓを低減でき、整流ダイオード５３をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。
【００６１】
すなわち、パルス電流発生回路５の出力電圧をＶｄとし、一次コイル４１の電圧をＶＬ１とし、コンデンサＣの電圧をＶＯとした場合、以下の式が成立する。
Ｖｄ＝ＶＬ１＋ＶＯ ・・・（３）
出力電圧Ｖｄにサージ電圧Ｖｓが発生すると、上記（３）式が成立するため、一次電圧ＶＬ１にもサージ電圧Ｖｓが発生する。また、サージ電圧Ｖｓは整流ダイオード５３に加わるため、整流ダイオード５３が破損しやすくなる。しかしながら本例では、スナバ回路４３によって、一次電圧ＶＬ１からサージ電圧Ｖｓを除去できるため、出力電圧Ｖｄからもサージ電圧Ｖｓを除去できる。そのため、整流ダイオード５３に大きなサージ電圧Ｖｓが加わることを防止できる。これにより、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオード５３を用いることができ、スイッチング電源装置１を低コストで製造することが可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００６２】
１ スイッチング電源装置
２ 直流負荷
１０，１１ 電力ライン
１２ 直列体
１３ スナバ用ダイオード
３ コンデンサ
４ スナバ用トランス
４１ 一次コイル
４２ 二次コイル（平滑リアクトル）
５ パルス電流発生回路
５１ スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スナバ用トランスを有するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子機器への入力電圧等を調節する装置として、スイッチング素子を用いたスイッチング電源装置が知られている（下記特許文献１、２参照）。スイッチング電源装置の一例を図１０に示す。
図１０に示すスイッチング電源装置９ａは、直流電源９３０に接続したブリッジ回路９１０と、電源トランスＴ１と、整流回路９２０と、平滑コンデンサＣ１と、平滑リアクトルＬ１とを備える。
【０００３】
ブリッジ回路９１０は、４個のスイッチング素子９４０からなる。ブリッジ回路９１０は、電源トランスＴ１の一次コイル９１に接続している。また、整流回路９２０は４個のダイオードＤ１〜Ｄ４からなる。整流回路９２０は、電源トランスＴ１の二次コイル９２に接続している。
【０００４】
ブリッジ回路９１０は、スイッチング素子９４０をオンオフ動作することにより、直流電圧Ｖｉｎを交流電圧に変換している。この交流電圧は、電源トランスＴ１の一次コイル９１に一次電圧Ｖａとして加わる。整流回路９２０は、二次コイル９２から出力される二次電圧Ｖｂを整流する。また、平滑コンデンサＣ１は整流後の二次電圧を平滑化し、平滑リアクトルＬ１は、二次電流を平滑化する。
【０００５】
スイッチング素子９４０をオンオフすると、電源トランスＴ１の漏れインダクタンス等が原因となって、二次電圧Ｖｂにサージ電圧が発生することがある。サージ電圧は、ダイオードＤに逆バイアスとなって加わるため、サージ電圧が大きくなると、ダイオードＤが破損しやすくなる。この不具合を防止するため、従来のスイッチング電源装置９ａは、スナバ回路９５０を設け、サージ電圧からダイオードＤを保護している。
【０００６】
スナバ回路９５０は、スナバコンデンサＣｓと、第１スナバダイオードＤｓ１と、スナバリアクトルＬｓと、第２スナバダイオードＤｓ２とからなる。スナバコンデンサＣｓと第１スナバダイオードＤｓ１とは直列に接続され、第１スナバ直列体９６０を構成している。また、スナバリアクトルＬｓと第２スナバダイオードＤｓ２とは直列接続され、第２スナバ直列体９７０を構成している。第１スナバ直列体９６０は、平滑リアクトルＬ１に並列接続されている。また、スナバコンデンサＣｓおよび第１スナバダイオードＤｓ１の接続点９８０と、負側電力ライン９９０との間に、上記第２スナバ直列体９７０が設けられている。
【０００７】
サージ電圧が発生すると、スナバコンデンサＣｓがサージ電圧を吸収する。スナバコンデンサＣｓが蓄えた電荷は、負荷９９５、第２スナバ直列体９７０等を流れ、回生される。これにより、サージ電圧を低減し、ダイオードＤの破損を防止している。また、回生することで入力からのエネルギーを効率よく出力できる。
【０００８】
別のスイッチング電源装置９ｂの例を図１１に示す。同図に示すごとく、このスイッチング電源装置９ｂは、電源トランスＴ１と、スイッチング素子Ｑ１と、第１コンデンサＣ１と、第１ダイオードＤ１とを備える。
このスイッチング電源装置９ｂにも、スナバ回路９８が設けられている。スナバ回路９８は、スナバ用トランスＴ２と、第２コンデンサＣ２と、第２ダイオードＤ２とからなる。スナバ用トランスＴ２の一次コイル９３と第２コンデンサＣ２は直列接続され、第１直列体９７を構成している。第１直列体９７は、第１ダイオードＤ１に並列接続されている。また、スナバ用トランスＴ２の二次コイル９４と第２ダイオードＤ２は直列接続され、第２直列体９９を構成している。第２直列体９９は、第１コンデンサＣ１に並列接続されている。
【０００９】
スナバ回路９８を用いることにより、サージ電圧を第１コンデンサＣ１に吸収させ、第１ダイオードＤ１に大きなサージ電圧が加わることを防止している。
なお、スナバ回路９８の第２コンデンサＣ２は、第一ダイオードＤ1の両端が短絡することを防止するために設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１−２９５６７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６６６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１０に示す従来のスイッチング電源装置９ａは、電子部品の数が多く、スイッチング電源装置の製造コストが上昇したり、大型化しやすくなったりする問題がある。
【００１２】
また、図１１に示す従来のスイッチング電源装置９ｂは、スナバ回路９８に必要な電子部品（スナバ用トランスＴ２、第２コンデンサＣ２、第２ダイオードＤ２）の数が多いという問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、追加する電子部品の部品点数を低減でき、製造コストを低減できるスイッチング電源装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様は、一対の電力ラインと、
該一対の電力ラインの間に接続された直流負荷と、
該直流負荷に並列接続され、該直流負荷に加わる電圧を平滑化するコンデンサと、
一次コイルおよび二次コイルを有するスナバ用トランスと、
スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のオンオフ動作によってパルス電流を発生するパルス電流発生回路とを備え、
上記一次コイルは、上記一対の電力ラインのうち高電位側の電力ラインに、上記コンデンサに対して直列になるよう接続され、
上記二次コイルとスナバ用ダイオードとを直列接続してなる直列体が、上記コンデンサに並列接続され、上記スナバ用ダイオードのアノード端子は上記二次コイルに接続し、上記スナバ用ダイオードのカソード端子は上記コンデンサの高電位側の電極端子に接続しており、
上記パルス電流発生回路によって発生した上記パルス電流は上記一次コイルに流れ、
該一次コイルは、上記パルス電流を平滑化する平滑リアクトルであり、
上記一対の電力ラインに流れる電流を整流する整流ダイオードが上記一次コイルに直列接続されていることを特徴とするスイッチング電源装置にある（請求項１）。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、上記スイッチング電源装置を有することを特徴とする車両用電力変換装置にある（請求項６）。
【００１６】
上記スイッチング電源装置は、上記特許文献１に記載のスイッチング電源装置９ａ（図１０参照）と比較して、スイッチング電源装置全体に必要な部品点数を低減できる。そのため、スイッチング電源装置を小型化することができる。
【００１７】
また、上記スイッチング電源装置は、上記パルス電流を平滑化する平滑リアクトルを備えており、上記スナバ用トランスの上記一次コイルが、この平滑リアクトルを兼ねている。そのため、サージ電圧を低減するための回路（スナバ回路）を構成するために、１個のスナバ用トランス全てを追加する必要がなくなり、スナバ用トランスのうち一次コイルを除いた部分（コアと二次コイル）を追加するだけで良くなる。
【００１８】
また、上記スイッチング電源装置においては、上記整流ダイオードが、上記一次コイルに直列接続されている。このようにすると、従来のスイッチング電源装置９（図１１参照）のように、通電を防止するための部品（第２コンデンサＣ２）を設ける必要がなくなる。
【００１９】
このように、上記スイッチング電源装置は、スナバ用トランスのうち一次コイルを除いた部分（コアと二次コイル）を追加するだけでスナバ回路を構成でき、第２コンデンサＣ２（図１１参照）を設ける必要もない。そのため、上記特許文献２に記載のスイッチング電源装置９ｂと比較して、スナバ回路に必要な電子部品の部品点数を低減でき、スナバ回路を低コスト化および少部品化することができる。
【００２０】
なお、上記スナバ用トランスと上記スナバ用ダイオードとによってスナバ回路を構成することにより、上記パルス電流が発生する際に生じるサージ電圧を低減でき、パルス電流発生回路に含まれる電子部品を保護することができる。サージ電圧を低減する原理については、後述する。
【００２１】
また、上記車両用電力変換装置は、上記スイッチング電源装置を備える。車両用電力変換装置は小型化や低コスト化が特に要求されているので、上記スイッチング電源装置を用いることによる効果が大きい。
【００２２】
以上のごとく、本発明によれば、追加する電子部品の部品点数を低減でき、製造コストを低減できるスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１における、スイッチング電源装置を用いた充電器の回路図。
【図２】比較例における、仮にサージ電圧が発生した場合の、パルス電流発生回路の出力電圧の波形。
【図３】比較例における、仮にサージ電圧が発生した場合の、スナバ用トランスの二次電圧の波形。
【図４】実施例１における、スナバ用トランスの二次電圧の波形。
【図５】実施例１における、コンデンサ電圧の波形。
【図６】実施例１における、スナバ用トランスの一次電圧の波形。
【図７】実施例１における、パルス電流発生回路の出力電圧の波形。
【図８】実施例２における、スイッチング電源装置の回路図。
【図９】実施例３における、スイッチング電源装置の回路図。
【図１０】従来例における、スイッチング電源装置の回路図。
【図１１】図１０とは異なる従来例における、スイッチング電源装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
上記スイッチング電源装置において、上記パルス電流発生回路は、上記スイッチング素子と、電源トランスと、上記整流ダイオードによって構成された整流回路とを備え、上記電源トランスは一次巻線と二次巻線とを有し、上記スイッチング素子のオンオフ動作によって発生した交流電流を上記一次巻線に流し、上記二次巻線に発生した二次電流を上記整流回路によって整流することにより、上記パルス電流を発生するよう構成されていてもよい（請求項２）。
この場合には、上記スナバ回路によってサージ電圧を低減し、上記整流ダイオードをサージ電圧から保護することができる。そのため、耐圧の高い整流ダイオードを使用する必要がなくなる。すなわち、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオードを用いて、整流回路を構成することができる。これにより、スイッチング電源装置を低コストで製造することが可能になる。
【００２５】
また、上記パルス電流発生回路は、上記スイッチング素子と、センタータップ付トランスと、整流回路とを備え、上記センタータップ付トランスは一次巻線と二次巻線とを有し、該二次巻線にセンタータップが設けられ、該センタータップは上記コンデンサの低電位側の電極端子に接続しており、上記整流回路は上記二次巻線の両端にそれぞれ設けられた上記整流ダイオードからなり、上記スイッチング素子のオンオフ動作によって発生した交流電流を上記一次巻線に流し、上記二次巻線に生じた二次電流を上記整流回路によって整流することにより、上記パルス電流を発生するよう構成されていてもよい（請求項３）。
この場合には、センタータップ付トランスを用いて全波整流するスイッチング電源装置に、スナバ回路を設けることができる。そのため、整流回路を構成する２個の上記整流ダイオードをサージ電圧から保護することができる。これにより、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオードを用いて整流回路を構成することができ、スイッチング電源装置の製造コストを下げることが可能になる。
【００２６】
また、上記一対の電力ラインは直流電源に接続しており、上記パルス電流発生回路は、上記一対の電力ラインのうち少なくとも一方の電力ラインに設けられた上記スイッチング素子からなり、上記一対の電力ラインの間に、上記一次コイルの還流電流が流れる上記整流ダイオードが設けられ、上記スイッチング素子をオンオフ動作させることにより上記パルス電流を発生し、該パルス電流を上記一次コイルに流すことにより上記直流電源の電圧を降圧する降圧回路を構成していてもよい（請求項４）
この場合には、上記スナバ用トランスの一次コイルを、上記降圧回路のチョークコイルとして使用することができる。また、仮にスナバ回路を設けなかったとすると、スイッチング素子をオンオフ動作させた場合に大きなサージ電圧が発生し、このサージ電圧が上記整流ダイオードに加わって、整流ダイオードが破損しやすくなるが、上記スナバ用トランスと上記スナバ用ダイオードとによって上記スナバ回路を構成することにより、サージ電圧を低減でき、整流ダイオードをサージ電圧から保護することが可能になる。そのため、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオードを用いることができ、スイッチング電源装置を低コストで製造することが可能となる。
【００２７】
また、上記一次コイルに加わる一次電圧ＶＬ１と、上記コンデンサの両端電圧ＶＯと、上記一次コイルの巻数ｎ１と、上記二次コイルの巻数ｎ２との間に、以下の式
ＶＬ１・ｎ２／ｎ１＞ＶＯ
が成立することが好ましい（請求項５）。
この場合には、後述するように、パルス電流の発生に伴って生じるサージ電圧を、確実に除去することができる。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるスイッチング電源装置につき、図１〜図７を用いて説明する。図１に示すごとく、本例のスイッチング電源装置１は、一対の電力ライン１０，１１と、直流負荷２（直流電源）と、コンデンサＣと、スナバ用トランスＴｓと、パルス電流発生回路５と、スナバ用ダイオードＤｓとを備える。直流負荷２は、一対の電力ライン１０，１１の間に接続されている。コンデンサＣは、直流負荷２に並列接続されており、直流負荷２に加わる電圧を平滑化する。
スナバ用トランスＴＳは、一次コイル４１および二次コイル４２を有する。パルス電流発生回路５はスイッチング素子５１を有し、該スイッチング素子５１のオンオフ動作によってパルス電流Ｉｐを発生する。
【００２９】
一次コイル４１は、高電位側の電力ライン１０に、コンデンサＣに対して直列になるよう接続されている。
二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓとは直列接続され、直列体１２を構成している。直列体１２はコンデンサＣに並列接続されている。スナバ用ダイオードＤｓのアノード端子は二次コイル４２に接続している。また、スナバ用ダイオードＤｓのカソード端子はコンデンサＣの高電位側の電極端子に接続している。
パルス電流発生回路５によって発生したパルス電流Ｉｐは一次コイル４１に流れる。
一次コイル４１は、パルス電流Ｉｐを平滑化する平滑リアクトルである。
また、電力ライン１０，１１に流れる電流を整流する整流ダイオード５３が一次コイル４１に直列接続されている。
【００３０】
また、パルス電流発生回路５は、スイッチング素子５１と、電源トランスＴｐと、整流回路５２とを備える。整流回路５２は、４個の整流ダイオード５３からなる。電源トランスＴｐは、一次巻線５４と二次巻線５５とを有する。一次巻線５４はスイッチング素子５１に接続しており、二次巻線５５は整流回路５２に接続している。スイッチング素子５１のオンオフ動作によって発生した交流電流Ｉａを一次巻線５４に流し、二次巻線５５に発生した二次電流を整流回路５２によって整流することにより、パルス電流Ｉｐを発生するよう構成されている。
【００３１】
本例のスイッチング電源装置１は、車両用電力変換装置において用いられる。より具体的には、家庭用の交流電源１４を使って、車両に搭載した直流電源２を充電するための車両用充電器１００に用いられる。車両用充電器１００は、スイッチング電源装置１の他に、入力用整流回路２０と、ＰＦＣ回路１３を備える。
【００３２】
入力用整流回路２０は４個のダイオードからなり、交流電源１４に接続されている。この入力用整流回路２０を使って、交流電源１４から入力される交流電圧を整流する。また、ＰＦＣ回路１３は、リアクトル１６と、スイッチング素子１７と、ＰＦＣ用ダイオード１８とからなる。スイッチング素子１７をオンオフ動作させることにより、リアクトル１６に流れる電流ＩＬの波形を正弦波に近づけ、歪みを矯正している。これにより、入力電流Ｉｓの波形を理想的な正弦波に近づけ、入力電力の力率を向上させている。
【００３３】
また、ＰＦＣ回路１３には平滑用コンデンサ１９が接続している。この平滑用コンデンサ１９を用いることにより、整流後の電圧を平滑化している。
【００３４】
平滑コンデンサ１９には、４個のスイッチング素子５１からなるＨ型ブリッジ回路５９が接続している。また、Ｈ型ブリッジ回路５９には、電源トランスＴｐの一次巻線５４が接続している。スイッチング素子５１をオンオフ動作させることにより、平滑用コンデンサ１９に加わる直流電圧を交流電圧に変換し、一次巻線５４に印加している。
【００３５】
一次巻線５４に交流電圧が加わると、二次巻線５５に二次電流が発生する。この二次電流を、４個の整流用ダイオード５３からなる整流回路５２を使って整流する。そして、整流した電圧を、コンデンサＣによって平滑化する。このようにして、直流電源２に直流電圧を加えている。
【００３６】
なお、Ｈ型ブリッジ回路５９のデューティーを変更することにより、直流電源２に加わる電圧の値を調整できるようになっている。例えば、直流電源２の蓄電量が少ない場合は、低い電圧を加え、蓄電量が多い場合は高い電圧を加える。
【００３７】
上述したように、本例のスイッチング電源装置１は、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１を平滑リアクトルとして利用している。すなわち、一次コイル４１によって、直流電源２に流れる電流を平滑化している。
また、上述したように本例では、スナバ用トランスＴｓの二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓとが直列に接続され、直列体１２を構成している。直列体１２は、コンデンサＣに並列接続されている。スナバ用トランスＴｓとスナバ用ダイオードＤｓとによって、スナバ回路４３が形成されている。
【００３８】
ここで仮に、スナバ回路４３を設けなかったとすると、電源トランスＴｐの漏れインダクタンス等が原因となってサージ電圧Ｖｓが発生することがある（図２参照）。サージ電圧Ｖｓは整流回路５２の整流ダイオード５３に対して逆バイアスとなって加わるため、整流ダイオード５３が破損しやすくなるという問題が生じる。また、サージ電圧Ｖｓに耐えられるように高耐圧用の整流ダイオード５３を用いると、製造コストが上昇するという問題が生じる。このような問題を解決するため、スナバ回路４３が設けられている。
【００３９】
スナバ回路４３の動作について説明する。パルス電流発生回路５の出力電圧をＶＤとし、コンデンサＣの電圧をＶＯとし、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１の巻数をｎ１とし、二次コイル４２の巻数をｎ２とする。一次コイル４１にパルス電流Ｉｐが流れると、このパルス電流Ｉｐの変化を妨げるように一次電圧ＶＬ１（逆起電圧）が発生する。一次電圧ＶＬ１とコンデンサ電圧ＶＯとを足した値は、出力電圧ＶＤと等しいため、以下の式が成立する。
ＶＤ＝ＶＬ１＋ＶＯ ・・・（１）
【００４０】
コンデンサ電圧ＶＯは短時間内に大きく変動しないため、ほぼ定数とみなすことができる。ここで仮に、図２に示すごとく、パルス電流発生回路５の出力電圧ＶＤのパルスが立ち上がる際にサージ電圧Ｖｓが発生したとすると、上記数式（１）が成立するため、一次電圧ＶＬ１にもサージ電圧Ｖｓが発生する。これに伴って、図３に示すごとく、二次コイル４２の二次電圧ＶＬ２にもサージ電圧Ｖｓ’が発生する。
【００４１】
二次電圧ＶＬ２の波形は、図３に示すようになる。すなわち、パルスの立ち上がり時にサージ電圧Ｖｓ’が発生し、その後、電圧Ｖｆが大きく変動しない状態が続く。その後、パルスが立ち下がる。
【００４２】
サージ電圧Ｖｓ’が発生した後における二次電圧ＶＬ２の値（Ｖｆ）は、以下の式により表される。
Ｖｆ＝ＶＬ１・ｎ２／ｎ１
また、本例では、以下の式が成立するようにしてある。
Ｖｆ＝ＶＬ１・ｎ２／ｎ１＞ＶＯ ・・・（２）
このようにすると、二次電圧ＶＬ２がコンデンサ電圧ＶＯよりも高くなった場合に、その高くなった分が、スナバ用ダイオードＤｓを通ってコンデンサＣに吸収される。すなわち、二次電圧ＶＬ２からサージ電圧Ｖｓ’を除去することができる。そのため図４に示すごとく、二次電圧ＶＬ２は、サージ電圧Ｖｓ’を含まず最大値がＶＯの矩形波となる。
【００４３】
一次電圧ＶＬ１の波形と、二次電圧ＶＬ２の波形とは、電磁誘導によって相互に関連している。すなわち、一次電圧ＶＬ１の波形が変化すると、二次電圧ＶＬ２の波形も変化し、一次電圧ＶＬ１と同様の波形になる。また、二次電圧ＶＬ２が変化すると、一次電圧ＶＬ１も変化し、二次電圧ＶＬ２と同様の波形になる。
そのため、二次電圧ＶＬ２からサージ電圧Ｖｓ’が除去されると、一次電圧ＶＬ１からもサージ電圧Ｖｓが除去される。図６に、一次電圧ＶＬ１の波形を示す。このように一次電圧ＶＬ１は、サージ電圧Ｖｓを含まず、最大値がＶＤ−ＶＯで、最小値が−（ＶＯ−ＶＤ）の矩形波となる。
【００４４】
また、図５に示すごとく、コンデンサ電圧ＶＯは、時間によって大きく変動しない直流電圧である。そして、上記数式（１）が成立するため、パルス電流発生回路５の出力電圧ＶＤの波形は、コンデンサ電圧ＶＯと一次電圧ＶＬ１の波形をそれぞれ足し合わせたものとなる。そのため、図７に示すごとく、出力電圧ＶＤにもサージ電圧Ｖｓが発生しなくなる。
【００４５】
本例の作用効果について説明する。
本例のスイッチング電源装置１は、特許文献１に記載のスイッチング電源装置９ａ（図１０参照）と比較して、スイッチング電源装置１全体に必要な部品点数を低減できる。そのため、スイッチング電源装置１を小型化することができる。
【００４６】
また、図１に示すごとく、本例のスイッチング電源装置１は、パルス電流Ｉｐを平滑化する平滑リアクトルを備えており、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１が、この平滑リアクトルを兼ねている。そのため、サージ電圧Ｖｓを低減するための回路（スナバ回路４３）を構成するために、１個のスナバ用トランスＴｓ全てを追加する必要がなくなり、スナバ用トランスＴｓのうち一次コイル４１を除いた部分（コア４４と二次コイル４２）を追加するだけで良くなる。
【００４７】
また、本例のスイッチング電源装置１は、整流ダイオード５３が、一次コイル４１に直列接続されている。このようにすると、従来のスイッチング電源装置９（図１１参照）のように、通電を防止するための部品（第２コンデンサＣ２）を設ける必要がなくなる。
【００４８】
このように、本例のスイッチング電源装置１は、スナバ用トランスＴｓのうち一次コイル４１を除いた部分（コア４４と二次コイル４２）を追加するだけでスナバ回路４３を構成でき、第２コンデンサＣ２（図１１参照）を設ける必要もない。そのため、上記特許文献２に記載のスイッチング電源装置９ｂと比較して、スナバ回路４３に必要な電子部品の部品点数を低減でき、スナバ回路４３を低コスト化および少部品化することができる。
【００４９】
また、スナバ用トランスＴｓとスナバ用ダイオードＤｓとによってスナバ回路４３を構成することにより、パルス電流発生回路５の出力電圧ＶＤを、図７に示す波形にすることができる。そのためサージ電圧Ｖｓを低減でき、パルス電流発生回路５に含まれる電子部品をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。
【００５０】
また、本例のパルス電流発生回路５は、スイッチング素子５１と、電源トランスＴｐと、整流回路５２とを備える。電源トランスＴｐは一次巻線５４と二次巻線５５とを有する。そして、スイッチング素子５１のオンオフ動作によって発生した交流電流Ｉａを一次巻線５４に流し、二次巻線５５に発生した二次電流を整流回路５２によって整流することにより、パルス電流Ｉｐを発生するよう構成されている。
このようにすると、スナバ回路４３によってサージ電圧Ｖｓを低減し、整流回路５２を構成する整流ダイオード５３をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。そのため、耐圧の高い整流ダイオード５３を使用する必要がなくなる。すなわち、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオード５３を用いて、整流回路５２を構成することができる。これにより、スイッチング電源装置１を低コストで製造することが可能になる。
【００５１】
また、一次コイル４１に加わる一次電圧ＶＬ１と、コンデンサＣの両端電圧ＶＯと、一次コイル４１の巻数ｎ１と、二次コイル４２の巻数ｎ２との間に、以下の式
ＶＬ１・ｎ２／ｎ１＞ＶＯ ・・・（２）
が成立するよう構成されている。
この場合には、サージ電圧Ｖｓを確実に除去することができる。すなわち、数式（２）を満たすようにすると、図３、図４に示すごとく、二次コイル４２にコンデンサ電圧ＶＯよりも大きな電圧が発生しても、スナバ用ダイオードＤｓを通って電圧がコンデンサＣに吸収される。そのため、二次電圧ＶＬ２からサージ電圧Ｖｓ’を除去することが可能になる。これにより、図６に示すごとく、一次電圧ＶＬ１からもサージ電圧Ｖｓを除去でき、パルス電流発生回路５の出力電圧ＶＤ（一次電圧ＶＬ１とコンデンサ電圧ＶＯとを足し合わせた電圧）からも、サージ電圧Ｖｓを除去することが可能になる。これにより、整流回路５２を構成する整流ダイオード５３をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。
【００５２】
また、図１に示すごとく、本例のスイッチング電源装置１は、車両用充電器１００（車両用電力変換装置）に用いられている。車両用電力変換装置は小型化や低コスト化が特に要求されているので、本例のスイッチング電源装置１を用いることによる効果が大きい。
【００５３】
以上のごとく、本発明によれば、追加する電子部品の部品点数を低減でき、製造コストを低減できるスイッチング電源装置を提供することができる。
【００５４】
（実施例２）
本例は、パルス電流発生回路５を変更した例である。図８に示すごとく、本例のパルス電流発生回路５は、スイッチング素子５１と、センタータップ付トランスＴｃと、整流回路５２とを備える。センタータップ付トランスＴｃは一次巻線５４と二次巻線５５とを有する。二次巻線５５には、センタータップ５８が設けられている。センタータップ５８はコンデンサＣの低電位側の電極端子に接続している。
【００５５】
整流回路５２は、二次巻線５５の両端にそれぞれ設けられた整流ダイオード５３からなる。そして、スイッチング素子５１のオンオフ動作によって発生した交流電流Ｉａを一次巻線５４に流し、二次巻線５５に生じた二次電流を整流回路５２によって整流することにより、パルス電流Ｉｐを発生するよう構成されている。
【００５６】
パルス電流Ｉｐは、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１に流れる。スナバ用トランスＴｓの二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓは直列接続され、直列体１２を構成している。この直列体１２は、コンデンサＣに並列接続している。また、本例では、スナバ用トランスＴｓとスナバ用ダイオードＤｓとによって、スナバ回路４３が構成されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００５７】
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、センタータップ付トランスＴｃを用いて全波整流するスイッチング電源装置１に、スナバ回路４３を設けることができる。スナバ回路４３を設けないと、パルス電流Ｉｐの発生に伴ってサージ電圧Ｖｓが発生し、整流ダイオード５３にサージ電圧Ｖｓが逆バイアスとなって加わる。そのため、整流ダイオード５３が破損しやすくなるが、上記スイッチング電源装置１は、スナバ回路４３によってサージ電圧Ｖｓを低減できるため、整流ダイオード５３をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。これにより、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオード５３を用いて整流回路５２を構成することができ、スイッチング電源装置１の製造コストを下げることが可能になる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５８】
（実施例３）
本例は、スイッチング電源装置１によって降圧回路６を構成した例である。図９に示すごとく、本例の電力ライン１０，１１は直流電源８０に接続している。パルス電流発生回路５は、正側の電力ライン１０に設けられたスイッチング素子５１からなる。また、一対の電力ライン１０，１１の間に整流ダイオード５３が接続されている。整流ダイオード５３には、一次コイル４１の還流電流Ｉｃが流れる。整流ダイオード５３は、スイッチング素子５１と一次コイル４１とを接続する接続点４００と、負側の電力ライン１１との間に接続されている。整流ダイオード５３のアノード端子は、負側の電力ライン１１に接続されている。また、整流ダイオード５３のカソード端子は、接続点４００に接続されている。
本例では、スイッチング素子５１をオンオフ動作させることによりパルス電流Ｉｐを発生している。このパルス電流Ｉｐを一次コイル４１に流すことにより、直流電源８０の電圧を降圧し、直流負荷２に加えるようになっている。直流負荷２には、他の電子機器や電子部品等、任意の負荷が用いられる。
【００５９】
スナバ用トランスＴｓの二次コイル４２とスナバ用ダイオードＤｓは直列接続され、直列体１２を構成している。この直列体１２は、コンデンサＣに並列接続している。また、本例では、スナバ用トランスＴｓとスナバ用ダイオードＤｓとによって、スナバ回路４３が構成されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００６０】
本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、スナバ用トランスＴｓの一次コイル４１を、降圧回路６のチョークコイルとして使用することができる。また、スナバ回路４３を設けない場合は、スイッチング素子５１をオンオフ動作させた場合に大きなサージ電圧Ｖｓが発生し、このサージ電圧Ｖｓが整流ダイオード５３に加わって破損しやすくなるが、本例はスナバ回路４３を備えるため、サージ電圧Ｖｓを低減でき、整流ダイオード５３をサージ電圧Ｖｓから保護することができる。
【００６１】
すなわち、パルス電流発生回路５の出力電圧をＶｄとし、一次コイル４１の電圧をＶＬ１とし、コンデンサＣの電圧をＶＯとした場合、以下の式が成立する。
Ｖｄ＝ＶＬ１＋ＶＯ ・・・（３）
出力電圧Ｖｄにサージ電圧Ｖｓが発生すると、上記（３）式が成立するため、一次電圧ＶＬ１にもサージ電圧Ｖｓが発生する。また、サージ電圧Ｖｓは整流ダイオード５３に加わるため、整流ダイオード５３が破損しやすくなる。しかしながら本例では、スナバ回路４３によって、一次電圧ＶＬ１からサージ電圧Ｖｓを除去できるため、出力電圧Ｖｄからもサージ電圧Ｖｓを除去できる。そのため、整流ダイオード５３に大きなサージ電圧Ｖｓが加わることを防止できる。これにより、耐圧が低く製造コストが低い整流ダイオード５３を用いることができ、スイッチング電源装置１を低コストで製造することが可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００６２】
１ スイッチング電源装置
２ 直流負荷
１０，１１ 電力ライン
１２ 直列体
１３ スナバ用ダイオード
３ コンデンサ
４ スナバ用トランス
４１ 一次コイル
４２ 二次コイル（平滑リアクトル）
５ パルス電流発生回路
５１ スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電力ラインと、
該一対の電力ラインの間に接続された直流負荷と、
該直流負荷に並列接続され、該直流負荷に加わる電圧を平滑化するコンデンサと、
一次コイルおよび二次コイルを有するスナバ用トランスと、
スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のオンオフ動作によってパルス電流を発生するパルス電流発生回路とを備え、
上記一次コイルは、上記一対の電力ラインのうち高電位側の電力ラインに、上記コンデンサに対して直列になるよう接続され、
上記二次コイルとスナバ用ダイオードとを直列接続してなる直列体が、上記コンデンサに並列接続され、上記スナバ用ダイオードのアノード端子は上記二次コイルに接続し、上記スナバ用ダイオードのカソード端子は上記コンデンサの高電位側の電極端子に接続しており、
上記パルス電流発生回路によって発生した上記パルス電流は上記一次コイルに流れ、
該一次コイルは、上記パルス電流を平滑化する平滑リアクトルであり、
上記一対の電力ラインに流れる電流を整流する整流ダイオードが上記一次コイルに直列接続されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、上記パルス電流発生回路は、上記スイッチング素子と、電源トランスと、上記整流ダイオードによって構成された整流回路とを備え、上記電源トランスは一次巻線と二次巻線とを有し、上記スイッチング素子のオンオフ動作によって発生した交流電流を上記一次巻線に流し、上記二次巻線に発生した二次電流を上記整流回路によって整流することにより、上記パルス電流を発生するよう構成されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、上記パルス電流発生回路は、上記スイッチング素子と、センタータップ付トランスと、整流回路とを備え、上記センタータップ付トランスは一次巻線と二次巻線とを有し、該二次巻線にセンタータップが設けられ、該センタータップは上記コンデンサの低電位側の電極端子に接続しており、上記整流回路は上記二次巻線の両端にそれぞれ設けられた上記整流ダイオードからなり、上記スイッチング素子のオンオフ動作によって発生した交流電流を上記一次巻線に流し、上記二次巻線に生じた二次電流を上記整流回路によって整流することにより、上記パルス電流を発生するよう構成されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、上記一対の電力ラインは直流電源に接続しており、上記パルス電流発生回路は、上記一対の電力ラインのうち少なくとも一方の電力ラインに設けられた上記スイッチング素子からなり、上記一対の電力ラインの間に、上記一次コイルの還流電流が流れる上記整流ダイオードが設けられ、上記スイッチング素子をオンオフ動作させることにより上記パルス電流を発生し、該パルス電流を上記一次コイルに流すことにより上記直流電源の電圧を降圧する降圧回路を構成していることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載のスイッチング電源装置において、上記一次コイルに加わる一次電圧ＶＬ１と、上記コンデンサの電圧ＶＯと、上記一次コイルの巻数ｎ１と、上記二次コイルの巻数ｎ２との間に、以下の式
ＶＬ１・ｎ２／ｎ１＞ＶＯ
が成立することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置を有することを特徴とする車両用電力変換装置。
【請求項１】
一対の電力ラインと、
該一対の電力ラインの間に接続された直流負荷と、
該直流負荷に並列接続され、該直流負荷に加わる電圧を平滑化するコンデンサと、
一次コイルおよび二次コイルを有するスナバ用トランスと、
スイッチング素子を有し、該スイッチング素子のオンオフ動作によってパルス電流を発生するパルス電流発生回路とを備え、
上記一次コイルは、上記一対の電力ラインのうち高電位側の電力ラインに、上記コンデンサに対して直列になるよう接続され、
上記二次コイルとスナバ用ダイオードとを直列接続してなる直列体が、上記コンデンサに並列接続され、上記スナバ用ダイオードのアノード端子は上記二次コイルに接続し、上記スナバ用ダイオードのカソード端子は上記コンデンサの高電位側の電極端子に接続しており、
上記パルス電流発生回路によって発生した上記パルス電流は上記一次コイルに流れ、
該一次コイルは、上記パルス電流を平滑化する平滑リアクトルであり、
上記一対の電力ラインに流れる電流を整流する整流ダイオードが上記一次コイルに直列接続されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、上記パルス電流発生回路は、上記スイッチング素子と、電源トランスと、上記整流ダイオードによって構成された整流回路とを備え、上記電源トランスは一次巻線と二次巻線とを有し、上記スイッチング素子のオンオフ動作によって発生した交流電流を上記一次巻線に流し、上記二次巻線に発生した二次電流を上記整流回路によって整流することにより、上記パルス電流を発生するよう構成されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、上記パルス電流発生回路は、上記スイッチング素子と、センタータップ付トランスと、整流回路とを備え、上記センタータップ付トランスは一次巻線と二次巻線とを有し、該二次巻線にセンタータップが設けられ、該センタータップは上記コンデンサの低電位側の電極端子に接続しており、上記整流回路は上記二次巻線の両端にそれぞれ設けられた上記整流ダイオードからなり、上記スイッチング素子のオンオフ動作によって発生した交流電流を上記一次巻線に流し、上記二次巻線に生じた二次電流を上記整流回路によって整流することにより、上記パルス電流を発生するよう構成されていることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】
請求項１に記載のスイッチング電源装置において、上記一対の電力ラインは直流電源に接続しており、上記パルス電流発生回路は、上記一対の電力ラインのうち少なくとも一方の電力ラインに設けられた上記スイッチング素子からなり、上記一対の電力ラインの間に、上記一次コイルの還流電流が流れる上記整流ダイオードが設けられ、上記スイッチング素子をオンオフ動作させることにより上記パルス電流を発生し、該パルス電流を上記一次コイルに流すことにより上記直流電源の電圧を降圧する降圧回路を構成していることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載のスイッチング電源装置において、上記一次コイルに加わる一次電圧ＶＬ１と、上記コンデンサの電圧ＶＯと、上記一次コイルの巻数ｎ１と、上記二次コイルの巻数ｎ２との間に、以下の式
ＶＬ１・ｎ２／ｎ１＞ＶＯ
が成立することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置を有することを特徴とする車両用電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−５９１９９（Ｐ２０１３−５９１９９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５８９４（Ｐ２０１１−１９５８９４）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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