JP7434713B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング素子を用いて電圧変換を行うスイッチング電源装置に関する。

スイッチング電源装置の一例として種々のＤＣ－ＤＣコンバータが提案され、実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。この種のＤＣ－ＤＣコンバータは一般に、スイッチング素子を含むインバータ回路と、電力変換トランス（変圧素子）と、整流平滑回路とを備えている。

特開２０１７－５９０８号公報

ところで、このようなＤＣ－ＤＣコンバータ等のスイッチング電源装置では一般に、電力変換効率を向上させることが求められている。電力変換効率を向上させることが可能なスイッチング電源装置を提供することが望ましい。

本発明の第１のスイッチング電源装置は、入力電圧が入力される入力端子対と、出力電圧が出力される出力端子対と、１次側巻線および２次側巻線をそれぞれ有する第１および第２のトランスと、入力端子対と第１および第２のトランスにおける１次側巻線との間に配置され、各々がスイッチング素子を含んで構成された第１および第２のインバータ回路と、出力端子対と第１および第２のトランスにおける２次側巻線との間に配置され、第１および第２の整流素子を有する整流回路と、第１および第２のチョークコイルと出力端子対間に配置された容量素子とを有する平滑回路と、を含んで構成された、カレントダブラ型の整流平滑回路と、第１および第２のインバータ回路同士が位相差を持って動作するように、スイッチング素子に対してスイッチング位相制御によるスイッチング駆動を行う駆動部と、を備えたものである。第１のインバータ回路は、スイッチング素子としての第１ないし第４のスイッチング素子を含む、フルブリッジ回路により構成されていると共に、第１のインバータ回路では、入力端子対間で互いに直列接続された第１および第２のスイッチング素子と、入力端子対間で互いに直列接続された第３および第４のスイッチング素子とが、互いに並列配置されている。第２のインバータ回路は、第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のコンデンサとを含む、ハーフブリッジ回路により構成されていると共に、第２のインバータ回路では、入力端子対間で互いに直列接続された第１および第２のスイッチング素子と、入力端子対の間で互いに直列接続された第１および第２のコンデンサとが、互いに並列配置されている。第１のトランスにおける１次側巻線である第１の１次側巻線が、第１および第２のスイッチング素子同士の接続点と、第３および第４のスイッチング素子同士の接続点と、の間に配置されていると共に、第２のトランスにおける１次側巻線である第２の１次側巻線が、第１および第２のスイッチング素子同士の接続点と、第１および第２のコンデンサ同士の接続点と、の間に配置されている。第２のトランスにおける２次側巻線が、第１および第２の直列２次側巻線により構成されている。整流平滑回路では、第１のトランスにおける２次側巻線の第１端と、出力端子対のうちの一方の出力端子に接続された出力ライン上の接続点との間に、第１のチョークコイルが配置されていると共に、第１のトランスにおける２次側巻線の第２端と、出力ライン上の接続点との間に、第２のチョークコイルが配置されている。整流平滑回路では、第１のトランスにおける２次側巻線の第１端と、第２のトランスにおける第１の直列２次側巻線の第１端とが、第１の電圧地点において互いに接続され、第１の直列２次側巻線の第２端と、第１の整流素子のカソードとが、互いに接続され、第１の整流素子のアノードが接地に接続されていると共に、第１のトランスにおける２次側巻線の第２端と、前記第２のトランスにおける第２の直列２次側巻線の第１端とが、第２の電圧地点において互いに接続され、第２の直列２次側巻線の第２端と、第２の整流素子のカソードとが、互いに接続され、第２の整流素子のアノードが接地に接続されている。整流平滑回路では、出力ライン上の接続点と接地との間に、容量素子が配置されている。第１および第２の電圧地点での電圧を複数のレベルに設定するために第１のトランスにおける２次側巻線に発生させる電圧の基となる所定のパルス電圧が、第１のインバータ回路におけるスイッチング位相制御によって生成されて、この第１のインバータ回路から第１の１次側巻線に対して印加されると共に、第１および第２の直列２次側巻線にそれぞれ発生する電圧の基となる所定の電圧値が、第２のインバータ回路から第２の１次側巻線に対して印加されるようになっている。所定の電圧値の印加に基づいて第１の直列２次側巻線に発生する電圧が、第１の電圧地点での電圧に対して重畳されると共に、所定の電圧値の印加に基づいて第２の直列２次側巻線に発生する電圧が、第２の電圧地点での電圧に対して重畳されるようになっている。
本発明の第２のスイッチング電源装置は、入力電圧が入力される入力端子対と、出力電圧が出力される出力端子対と、１次側巻線および２次側巻線をそれぞれ有する第１および第２のトランスと、入力端子対と第１および第２のトランスにおける１次側巻線との間に配置され、各々がスイッチング素子を含んで構成された第１および第２のインバータ回路と、出力端子対と第１および第２のトランスにおける２次側巻線との間に配置され、第１および第２の整流素子を有する整流回路と、第１および第２のチョークコイルと出力端子対間に配置された容量素子とを有する平滑回路と、を含んで構成された、カレントダブラ型の整流平滑回路と、第１および第２のインバータ回路同士が位相差を持って動作するように、スイッチング素子に対してスイッチング位相制御によるスイッチング駆動を行う駆動部と、を備えたものである。第１のインバータ回路は、スイッチング素子としての第１ないし第４のスイッチング素子を含む、フルブリッジ回路により構成されていると共に、第１のインバータ回路では、入力端子対間で互いに直列接続された第１および第２のスイッチング素子と、入力端子対間で互いに直列接続された第３および第４のスイッチング素子とが、互いに並列配置されている。第２のインバータ回路は、第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のコンデンサとを含む、ハーフブリッジ回路により構成されていると共に、第２のインバータ回路では、入力端子対間で互いに直列接続された第１および第２のスイッチング素子と、入力端子対の間で互いに直列接続された第１および第２のコンデンサとが、互いに並列配置されている。第１のトランスにおける１次側巻線である第１の１次側巻線が、第１および第２のスイッチング素子同士の接続点と、第３および第４のスイッチング素子同士の接続点と、の間に配置されていると共に、第２のトランスにおける１次側巻線である第２の１次側巻線が、第１および第２のスイッチング素子同士の接続点と、第１および第２のコンデンサ同士の接続点と、の間に配置されている。第２のトランスにおける２次側巻線が、第１および第２の直列２次側巻線により構成されている。整流平滑回路では、第１のトランスにおける２次側巻線の第１端と、出力端子対のうちの一方の出力端子に接続された出力ライン上の接続点との間に、第１のチョークコイルが配置されていると共に、第１のトランスにおける２次側巻線の第２端と、出力ライン上の接続点との間に、第２のチョークコイルが配置されている。整流平滑回路では、第１のトランスにおける２次側巻線の第１端と、第１の整流素子のカソードとが、第１の電圧地点において互いに接続され、第１の整流素子のアノードと、第２のトランスにおける第１の直列２次側巻線の第１端とが、互いに接続され、第１の直列２次側巻線の第２端が接地に接続されていると共に、第１のトランスにおける２次側巻線の第２端と、第２の整流素子のカソードとが、第２の電圧地点において互いに接続され、第２の整流素子のアノードと、第２のトランスにおける第２の直列２次側巻線の第１端とが、互いに接続され、第２の直列２次側巻線の第２端が接地に接続されている。整流平滑回路では、出力ライン上の接続点と接地との間に、容量素子が配置されている。第１および第２の電圧地点での電圧を複数のレベルに設定するために第１のトランスにおける２次側巻線に発生させる電圧の基となる所定のパルス電圧が、第１のインバータ回路におけるスイッチング位相制御によって生成されて、この第１のインバータ回路から第１の１次側巻線に対して印加されると共に、第１および第２の直列２次側巻線にそれぞれ発生する電圧の基となる所定の電圧値が、第２のインバータ回路から第２の１次側巻線に対して印加されるようになっている。所定の電圧値の印加に基づいて第１の直列２次側巻線に発生する電圧が、第１の電圧地点での電圧に対して重畳されると共に、所定の電圧値の印加に基づいて第２の直列２次側巻線に発生する電圧が、第２の電圧地点での電圧に対して重畳されるようになっている。

本発明の第１および第２のスイッチング電源装置によれば、電力変換効率を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。 比較例１に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。 図２に示したスイッチング電源装置の動作例を表すタイミング波形図である。 図１に示したスイッチング電源装置の動作例を表すタイミング波形図である。 図１に示したスイッチング電源装置の動作状態例を表す回路図である。 図５に続く動作状態例を表す回路図である。 図６に続く動作状態例を表す回路図である。 図７に続く動作状態例を表す回路図である。 変形例１に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。 第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。 図１０に示したスイッチング電源装置の動作例を表すタイミング波形図である。 変形例２に係るスイッチング電源装置の概略構成例を表す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（インバータ回路の構成・動作によりマルチレベル出力を行う例）
２．変形例１（第１の実施の形態において整流素子をハイサイドに配置した場合の例）
３．第２の実施の形態（変換回路を更に設けることによりマルチレベル出力を行う例）
４．変形例２（第２の実施の形態において整流素子をローサイドに配置した場合の例）
５．その他の変形例

＜１．第１の実施の形態＞
［構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１）の概略構成例を、回路図で表したものである。このスイッチング電源装置１は、バッテリ１０（第１のバッテリ）から供給される直流入力電圧Ｖinを直流出力電圧Ｖoutに電圧変換し、図示しない第２のバッテリに供給して負荷９を駆動する、ＤＣ－ＤＣコンバータとして機能するものである。ここで、スイッチング電源装置１における電圧変換の態様としては、アップコンバート（昇圧）およびダウンコンバート（降圧）のいずれであってもよい。なお、直流入力電圧Ｖinは、本発明における「入力電圧」の一具体例に対応し、直流出力電圧Ｖoutは、本発明における「出力電圧」の一具体例に対応している。

スイッチング電源装置１は、２つの入力端子Ｔ１，Ｔ２と、２つの出力端子Ｔ３，Ｔ４と、入力平滑コンデンサＣinと、後述する２つのインバータ回路２１，２２を含むインバータ回路２と、２つのトランス３１，３２と、整流平滑回路４と、駆動回路５とを備えている。入力端子Ｔ１，Ｔ２間には直流入力電圧Ｖinが入力され、出力端子Ｔ３，Ｔ４の間からは直流出力電圧Ｖoutが出力されるようになっている。なお、入力端子Ｔ１，Ｔ２は、本発明における「入力端子対」の一具体例に対応し、出力端子Ｔ３，Ｔ４は、本発明における「出力端子対」の一具体例に対応している。

入力平滑コンデンサＣinは、入力端子Ｔ１に接続された１次側高圧ラインＬ１Ｈと、入力端子Ｔ２に接続された１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に配置されている。具体的には、後述するインバータ回路２と入力端子Ｔ１，Ｔ２との間の位置において、入力平滑コンデンサＣinの第１端が１次側高圧ラインＬ１Ｈに接続されると共に、入力平滑コンデンサＣinの第２端が１次側低圧ラインＬ１Ｌに接続されている。この入力平滑コンデンサＣinは、入力端子Ｔ１，Ｔ２から入力された直流入力電圧Ｖinを平滑化するためのコンデンサである。なお、図１に示した回路構成例では、後述するインバータ回路２内の２つのコンデンサＣ５１，Ｃ５２もそれぞれ、入力平滑コンデンサとして機能することから、この入力平滑コンデンサＣinを設けないようにしてもよい。

（インバータ回路２）
インバータ回路２は、入力端子Ｔ１，Ｔ２と、後述するトランス３１，３２における１次側巻線３１１，３２１との間に、配置されている。このインバータ回路２は、４つのスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４と、２つのコンデンサＣ５１，Ｃ５２とを有している。また、インバータ回路２は、４つのスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４を含むインバータ回路２１と、２つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２および２つのコンデンサＣ５１，Ｃ５２を含むインバータ回路２２と、を有している。つまり、インバータ回路２１は、４個のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４を含むフルブリッジ回路により構成され、インバータ回路２２は、２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と２個のコンデンサＣ５１，Ｃ５２とを含む、ハーフブリッジ回路により構成されている。このような２つのインバータ回路２１，２２は、上記した入力端子Ｔ１，Ｔ２と１次側巻線３１１，３２１との間において、互いに並列配置されている。

インバータ回路２１では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の第１端同士が、接続点Ｐ１において互いに接続され、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の第１端同士が、接続点Ｐ２において互いに接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３の第２端同士が、１次側高圧ラインＬ１Ｈ上において互いに接続され、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の第２端同士が、１次側低圧ラインＬ１Ｌ上において互いに接続されている。このような構成によりインバータ回路２１では、後述する駆動回路５から供給される駆動信号ＳＧ１～ＳＧ４に従って各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４がオン・オフ動作を行うことで、以下のようになる。すなわち、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される直流入力電圧Ｖinを交流電圧（電圧Ｖａ）に変換して、トランス３１（１次側巻線３１１）へと出力するようになっている。

インバータ回路２２では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の第１端同士が、接続点Ｐ１において互いに接続され、コンデンサＣ５１，Ｃ５２の第１端同士が、接続点Ｐ３において互いに接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１およびコンデンサＣ５１の第２端同士が、１次側高圧ラインＬ１Ｈ上において互いに接続され、スイッチング素子Ｓ２およびコンデンサＣ５２の第２端同士が、１次側低圧ラインＬ１Ｌ上において互いに接続されている。なお、接続点Ｐ１，Ｐ３間には、後述するトランス３１の１次側巻線３１１が挿入配置されている。このような構成によりインバータ回路２２では、後述する駆動回路５から供給される駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２に従って各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオン・オフ動作を行うことで、以下のようになる。すなわち、直流入力電圧Ｖinを交流電圧（電圧Ｖｂ）に変換して、トランス３２（１次側巻線３２１）へ出力するようになっている。

なお、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４としては、例えば電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ－ＦＥＴ；Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolor Transistor）などのスイッチ素子が用いられる。スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４としてＭＯＳ―ＦＥＴを用いた場合には、各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４に並列接続されるコンデンサおよびダイオード（図示せず）をそれぞれ、このＭＯＳ―ＦＥＴの寄生容量または寄生ダイオードから構成することが可能である。また、このようなコンデンサをそれぞれ、ダイオードの接合容量で構成することも可能である。このように構成した場合、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４とは別個にコンデンサやダイオードを設ける必要がなくなり、インバータ回路２１，２２の回路構成を簡素化することが可能となる。

（トランス３１，３２）
トランス３１は、１次側巻線３１１および２次側巻線３１２を有している。１次側巻線３１１は、第１端が接続点Ｐ１に接続され、第２端が接続点Ｐ２に接続されている。２次側巻線３１２では、第１端が後述する整流平滑回路４内の接続点Ｐ４に接続され、第２端が整流平滑回路４内の接続点Ｐ５に接続されている。このトランス３１は、インバータ回路２１によって生成された交流電圧（トランス３１の１次側巻線３１１に入力される電圧Ｖａ）を電圧変換し、２次側巻線３１２の端部から交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の電圧変換の度合いは、１次側巻線３１１と２次側巻線３１２との巻数比によって定まる。

トランス３２は、１次側巻線３２１および２次側巻線３２２を有しており、２次側巻線３２２は、２つの２次側巻線３２２ａ，３２２ｂにより構成されている。１次側巻線３２１では、第１端が接続点Ｐ１に接続され、第２端が接続点Ｐ３に接続されている。２次側巻線３２２ａでは、第１端が後述する整流平滑回路４内の接続点Ｐ４に接続され、第２端が、整流平滑回路４内における後述する整流ダイオード４１のカソードに接続されている。また、２次側巻線３２２ｂでは、第１端が整流平滑回路４内の接続点Ｐ５に接続され、第２端が、整流平滑回路４内における後述する整流ダイオード４２のカソードに接続されている。このトランス３２は、インバータ回路２２によって生成された交流電圧（トランス３２の１次側巻線３２１に入力される電圧Ｖｂ）を電圧変換し、２次側巻線３２２（３２２ａ，３２２ｂ）の端部から交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の電圧変換の度合いも、１次側巻線３２１と２次側巻線３２２（３２２ａ，３２２ｂ）との巻数比によって定まる。

ここで、インバータ回路２１は、本発明における「第１のインバータ回路」の一具体例に対応し、インバータ回路２２は、本発明における「第２のインバータ回路」の一具体例に対応している。また、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４はそれぞれ、本発明における「第１ないし第４のスイッチング素子」の一具体例に対応し、コンデンサＣ５１，Ｃ５２はそれぞれ、本発明における「第１および第２のコンデンサ」の一具体例に対応している。トランス３１は、本発明における「第１のトランス」の一具体例に対応し、トランス３２は、本発明における「第２のトランス」の一具体例に対応している。また、１次側巻線３１１は、本発明における「第１の１次側巻線」の一具体例に対応し、１次側巻線３２１は、本発明における「第２の１次側巻線」の一具体例に対応している。また、２次側巻線３２２（３２２ａ，３２２ｂ）は、本発明における「直列２次側巻線」の一具体例に対応していると共に、２次側巻線３２２ａは、本発明における「第１の直列２次側巻線」の一具体例に対応し、２次側巻線３２２ｂは、本発明における「第２の直列２次側巻線」の一具体例に対応している。

（整流平滑回路４）
整流平滑回路４は、トランス３１，３２における１次側巻線３１１，３２１と、出力端子Ｔ３，Ｔ４との間に配置されている。この整流平滑回路４は、２個の整流ダイオード４１，４２と、２個のチョークコイルＬｃｈ１，Ｌｃｈ２と、１個の出力平滑コンデンサＣoutとを有しており、いわゆる「カレントダブラ型」の整流平滑回路となっている。なお、整流ダイオード４１，４２はそれぞれ、本発明における「第１および第２の整流素子」の一具体例に対応し、出力平滑コンデンサＣoutは、本発明における「容量素子」の一具体例に対応している。また、チョークコイルＬｃｈ１，Ｌｃｈ２はそれぞれ、本発明における「第１および第２のチョークコイル」の一具体例に対応している。

この整流平滑回路４では、前述した２次側巻線３１２，３２２ａの第１端同士の接続点（２次側ラインＬ２１上の接続点Ｐ４：本発明における「第１の電圧地点」の一具体例に対応）が、チョークコイルＬｃｈ１を介して、出力ラインＬＯ上の接続点Ｐ６に接続されている。一方、前述した２次側巻線３１２，３２２ｂの第１端同士の接続点（２次側ラインＬ２２上の接続点Ｐ５：本発明における「第２の電圧地点」の一具体例に対応）が、チョークコイルＬｃｈ２を介して、出力ラインＬＯ上の接続点Ｐ６に接続されている。また、この出力ラインＬＯは出力端子Ｔ３に接続されているとともに、出力端子Ｔ４は接地ラインＬＧに接続されている。そして、これらの出力ラインＬＯと接地ラインＬＧとの間（出力端子Ｔ３，Ｔ４の間）には、出力平滑コンデンサＣoutが接続されている。

整流平滑回路４ではまた、整流ダイオード４１，４２のアノード同士がそれぞれ、接地（グランド）に接続されている。そして、整流ダイオード４１のカソードは、２次側巻線３２２ａの第２端に接続され、整流ダイオード４２のカソードは、２次側巻線３２２ｂの第２端に接続されている。つまり、整流ダイオード４１，４２に対してそれぞれ、トランス３２の２次側巻線３２２ａ，３２２ｂが、個別に直列接続されている。また、整流ダイオード４１は、２次側巻線３２２ａと接地との間に配置されているとともに、整流ダイオード４２は、２次側巻線３２２ｂと接地との間に配置されている（ローサイド配置）。このような構成により、詳細は後述するが、これらの整流ダイオード４１，４２にはそれぞれ、２次側巻線３２２ａ，３２２ｂに発生する電圧（電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２：図１参照）が重畳されるようになっている。

このような構成の整流平滑回路４では、整流ダイオード４１，４２により構成される整流回路において、トランス３１，３２から出力される交流電圧を整流して出力するようになっている。また、チョークコイルＬｃｈ１，Ｌｃｈ２および出力平滑コンデンサＣoutにより構成される平滑回路において、上記整流回路によって整流された電圧を平滑化することで、直流出力電圧Ｖoutを生成するようになっている。なお、このようにして生成された直流出力電圧Ｖoutは、出力端子Ｔ３，Ｔ４から前述した第２のバッテリ（図示せず）に出力され、給電されるようになっている。

（駆動回路５）
駆動回路５は、インバータ回路２１，２２内のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４の動作をそれぞれ制御する、スイッチング駆動を行う回路である。具体的には、駆動回路５は、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４に対してそれぞれ駆動信号ＳＧ１～ＳＧ４を供給することで、各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４のオン・オフ動作を制御するようになっている。

ここで、このような駆動回路５は、例えば、２個のインバータ回路２１，２２同士が位相差を持って動作するように、スイッチング駆動を行う。換言すると、この駆動回路５は、例えば、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４に対してスイッチング位相制御を行い、上記位相差を適切に設定することで、直流出力電圧Ｖoutを安定化させるようになっている。あるいは、この駆動回路５は、２個のインバータ回路２１，２２（４個のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４）に対して、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御を行うようにしてもよい。

駆動回路５によって、このようなスイッチング駆動が行われることで、詳細は後述するが、スイッチング電源装置１における整流平滑回路４内の平滑回路への入力電圧（後述する電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２：本発明における「第１の電圧地点での電圧」，「第２の電圧地点での電圧」の一具体例に対応）が、複数レベル（複数段階）に設定されるようになっている（マルチレベル出力）。なお、このような駆動回路５は、本発明における「駆動部」の一具体例に対応している。

［動作および作用・効果］
（Ａ．基本動作）
このスイッチング電源装置１では、インバータ回路２（２１，２２）において、入力端子Ｔ１，Ｔ２から供給される直流入力電圧Ｖinがスイッチングされることで、交流電圧（電圧Ｖａ，Ｖｂ）が生成される。この交流電圧は、トランス３１，３２における１次側巻線３１１，３２１へ供給される。そして、トランス３１，３２では、この交流電圧が変圧されることで、２次側巻線３１２，３２２（３２２ａ，３２２ｂ）から変圧された交流電圧が出力される。

整流平滑回路４では、トランス３１，３２から出力された交流電圧（変圧された交流電圧）が、整流ダイオード４１，４２によって整流された後、チョークコイルＬｃｈ１，Ｌｃｈ２および出力平滑コンデンサＣoutによって平滑化される。これにより、出力端子Ｔ３，Ｔ４から直流出力電圧Ｖoutが出力される。そして、この直流出力電圧Ｖoutは、図示しない第２のバッテリに給電されて、その充電に供されるとともに、負荷９が駆動される。

（Ｂ．詳細動作）
続いて、図１に加えて図２～図８を参照して、スイッチング電源装置１の詳細動作について、比較例１（図２，図３）と比較しつつ説明する。

（Ｂ－１．比較例１の構成）
図２は、比較例１に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１０１）の概略構成例を、回路図で表したものである。この比較例１のスイッチング電源装置１０１は、図１に示した本実施の形態のスイッチング電源装置１において、整流平滑回路４の代わりに整流平滑回路１０４を設けるようにしたものに対応しており、他の構成は基本的に同様となっている。

また、整流平滑回路１０４は、前述したカレントダブラ型の整流平滑回路４において、２次側巻線３２２の配置位置を変更したものとなっている。具体的には、図２に示したように、整流ダイオード４１，４２のカソードはそれぞれ、２次側ラインＬ２１，Ｌ２２上の接続点Ｐ４，Ｐ５に直接接続されているとともに、２次側巻線３１２と接続点Ｐ５との間に、２次側巻線３２２が直列接続されている。つまり、２つの２次側巻線３１２，３２２が、接続点Ｐ４，Ｐ５（２次側ラインＬ２１，Ｌ２２）の間で、互いに直列配置されている。このように、整流平滑回路１０４は、一般的なカレントダブラ型の整流平滑回路となっている。

ここで、図３，図４はそれぞれ、このような比較例１のスイッチング電源装置１０１および実施の形態のスイッチング電源装置１における各部の電圧波形を、タイミング波形図で表したものである。なお、これらの図３，図４に示した各電圧波形は、前述したスイッチング位相制御およびＰＭＷ制御のうち、スイッチング位相制御が各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４に対して行われた場合の例について、示している。

これらの図３，図４において、図３（Ａ），図４（Ａ）は、前述した駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２の各電圧波形を示し、図３（Ｂ），図４（Ｂ）は、前述した駆動信号ＳＧ３，ＳＧ４の各電圧波形を示している。なお、各駆動信号ＳＧ１～ＳＧ２がＨ（ハイ）状態を示す期間において、各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４がオン（ＯＮ）状態となり、Ｌ（ロー）状態を示す期間において、オフ（ＯＦＦ）状態となるものとし、以下同様である。また、図３（Ｃ），図４（Ｃ）は、前述した１次側巻線３１１に印加される交流電圧（電圧Ｖａ）の電圧波形を示し、図３（Ｄ），図４（Ｄ）は、前述した１次側巻線３２１に印加される交流電圧（電圧Ｖｂ）の電圧波形を示している。図３（Ｅ），図４（Ｅ）は、２次側ラインＬ２１上におけるチョークコイルＬｃｈ１の手前の地点での電圧Ｖｄ１（図１，図２参照）を示している。また、図３（Ｆ），図４（Ｆ）は、２次側ラインＬ２２上におけるチョークコイルＬｃｈ２の手前の地点での電圧Ｖｄ２（図１，図２参照）を示している。なお、図３，図４における横軸は、時間ｔを示しており、各電圧の方向は、図１，図２中において矢印で示した方向を正方向としている。

また、図５～図８はそれぞれ、図４中に示した各タイミング（タイミングｔ０～ｔ４）の間におけるスイッチング電源装置１の動作状態を、回路図で模式的に表したものである。具体的には、図５は、タイミングｔ０～ｔ１の期間における動作状態を示し、図６は、タイミングｔ１～ｔ２の期間における動作状態を示し、図７は、タイミングｔ２～ｔ３の期間における動作状態を示し、図８は、タイミングｔ３～ｔ４（＝ｔ０）の期間における動作状態を示している。

ここで、図４に示した本実施の形態での動作例は、タイミングｔ０～ｔ２（前半の半周期分）の動作例と、タイミングｔ２～ｔ４（後半の半周期分）の動作例とを合わせて、１周期分の動作例となっている。同様に、図３に示した比較例１での動作例も、タイミングｔ１００～ｔ１０２（前半の半周期分）の動作例と、タイミングｔ１０２～ｔ１０４（＝ｔ１００）（後半の半周期分）の動作例とを合わせて、１周期分の動作例となっている。なお、タイミングｔ１００～ｔ１０４はそれぞれ、タイミングｔ０～ｔ４に相当するタイミングとなっている（図３，図４参照）。

（Ｂ－２．本実施の形態の詳細動作）
スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４の駆動信号ＳＧ１～ＳＧ４（図４（Ａ），（Ｂ））についてみると、以下のようになっている。すなわち、これらスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４は、スイッチング動作のいかなる状態においても、直流入力電圧Ｖinが印加された入力端子Ｔ１，Ｔ２が電気的に短絡されない組み合わせおよびタイミングで駆動される。具体的には、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４同士は、同時にオンとなることはなく、また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２同士も、同時にオンとなることはない。これらが同時にオンとなるのを回避するためにとられる時間的間隔は、「デッドタイム」と称される。また、２個のインバータ回路２１，２２同士は（スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２とスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４とは）、例えば図４中に示したように、所定の位相差を持って動作する。つまり、駆動回路５は、これらのスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４に対し、前述したようにスイッチング位相制御を行うようになっている。

（タイミングｔ０～ｔ１の期間）
まず、図５に示したタイミングｔ０～ｔ１の期間では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオン状態になっていると共に、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフ状態となっている（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。

この際に、トランス３１，３２の１次側（インバータ回路２１，２２）では、以下のような電流Ｉ１が流れる。すなわち、スイッチング素子Ｓ１、１次側巻線３１１およびスイッチング素子Ｓ４をそれぞれ、この順に経由して流れるとともに、スイッチング素子Ｓ１、１次側巻線３２１およびコンデンサＣ５２をそれぞれ、この順に経由して流れる。

一方、トランス３１，３２の２次側（整流平滑回路４）では、以下のような電流Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃがそれぞれ流れる。すなわち、整流ダイオード４２、２次側巻線３２２ｂおよびチョークコイルＬｃｈ２をそれぞれ、この順に経由する電流Ｉ２ｂが流れる。また、整流ダイオード４２、２次側巻線３２２ｂ，３１２およびチョークコイルＬｃｈ１をそれぞれ、この順に経由する電流Ｉ２ｃが流れる。

（タイミングｔ１～ｔ２の期間）
次に、図６に示したタイミングｔ１～ｔ２の期間では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオン状態になっていると共に、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオフ状態となっている（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。

この際に、トランス３１，３２の１次側では、以下のような電流Ｉ１が流れる。すなわち、スイッチング素子Ｓ３、１次側巻線３１１，３２１およびコンデンサＣ５２をそれぞれ、この順に経由して流れる。また、スイッチング素子Ｓ１、１次側巻線３２１およびコンデンサＣ５２をそれぞれ、この順に経由して流れる。

一方、トランス３１，３２の２次側では、上記したタイミングｔ０～ｔ１の期間と同様に、電流Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃがそれぞれ流れる。

（タイミングｔ２～ｔ３の期間）
続いて、図７に示したタイミングｔ２～ｔ３の期間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオン状態になっていると共に、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフ状態となっている（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。

この際に、トランス３１，３２の１次側では、以下のような電流Ｉ１が流れる。すなわち、スイッチング素子Ｓ３、１次側巻線３１１およびスイッチング素子Ｓ２をそれぞれ、この順に経由して流れるとともに、このスイッチング素子Ｓ２から１次側巻線３２１をそれぞれ、この順に経由して流れる。

一方、トランス３１，３２の２次側では、以下のような電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｄがそれぞれ流れる。すなわち、整流ダイオード４１、２次側巻線３２２ａおよびチョークコイルＬｃｈ１をそれぞれ、この順に経由する電流Ｉ２ａが流れる。また、整流ダイオード４１、２次側巻線３２２ａ，３１２およびチョークコイルＬｃｈ２をそれぞれ、この順に経由する電流Ｉ２ｄが流れる。

（タイミングｔ３～ｔ４の期間）
次に、図８に示したタイミングｔ３～ｔ４の期間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオン状態になっていると共に、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオフ状態となっている（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。

この際に、トランス３１，３２の１次側では、以下のような電流Ｉ１が流れる。すなわち、コンデンサＣ５１、１次側巻線３２１およびスイッチング素子Ｓ２をそれぞれ、この順に経由して流れるとともに、この１次側巻線３２１から、１次側巻線３１１およびスイッチング素子Ｓ４をそれぞれ、この順に経由して流れる。

一方、トランス３１，３２の２次側では、上記したタイミングｔ２～ｔ３の期間と同様に、電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｄがそれぞれ流れる。

以上で、図４～図８に示した一連の動作（タイミングｔ０～ｔ４の各期間での動作）の説明が、終了となる。

（Ｃ．作用・効果）
このようにして本実施の形態のスイッチング電源装置１では、図１に示した回路構成となっていると共に、図４～図８に示した動作がなされることで、例えば前述した比較例１（図２，図３）の場合と比べ、以下の作用・効果が得られる。

すなわち、まず、インバータ回路２では、インバータ回路２１が前述した回路構成のフルブリッジ回路であり、インバータ回路２２が前述した回路構成のハーフブリッジ回路となっている。また、カレントダブラ型の整流平滑回路４では、整流ダイオード４１，４２に対してそれぞれ、トランス３２の２次側巻線３２２ａ，３２２ｂが、個別に直列接続されている。

そして、本実施の形態では駆動回路５は、各トランス３１，３２の１次側巻線３１１，３２１に対して、以下のような電圧が印加されるように、各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４に対するスイッチング駆動を行う。

具体的には、トランス３１の１次側巻線３１１に対しては、前述した電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２（平滑回路への入力電圧）を複数レベルに設定するための所定のパルス電圧（電圧Ｖａが示すパルス電圧：図４（Ｃ）参照）が、インバータ回路２から印加される。一方、トランス３２の１次側巻線３２１に対しては、このトランス３２の２次側巻線３２２に発生する電圧（電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２：図１参照）の基となる、所定の電圧値（電圧Ｖｂが示す電圧値：図４（Ｄ）参照）が、インバータ回路２から印加される。

このような回路構成および動作（スイッチング駆動）により、本実施の形態のスイッチング電源装置１（整流平滑回路４）では、以下のようになる。すなわち、前述した電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２が、複数レベルに設定される（マルチレベル出力）とともに、整流ダイオード４１，４２にはそれぞれ、２次側巻線３２２ａ，３２２ｂに発生する電圧（電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２）が重畳される。ちなみに、本実施の形態では、電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２が３段階のレベル（３レベル）に設定されることになる（図４（Ｅ），図４（Ｆ）中に示した、電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２の３レベルを参照）。

ここで、前述した比較例１のスイッチング電源装置１０１（図２，図３参照）では、整流平滑回路１０４が、一般的なカレントダブラ型の整流平滑回路となっていることから、以下のようになる。すなわち、チョークコイルＬｃｈ１，Ｌｃｈ２の前段位置の電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２＝０Ｖとなる期間（電圧が発生しない期間）が生じる（図３（Ｅ）中のタイミングｔ１０２～ｔ１０４の期間、図３（Ｆ）中のタイミングｔ１００～ｔ１０２の期間を参照）。すると、整流平滑回路１０４におけるリップル電流が増大してしまうおそれがある。このようにして、この比較例１のスイッチング電源装置１０１では、カレントダブラ型の整流平滑回路を用いた場合において、電力変換効率が低下してしまうことになる。

これに対して、本実施の形態のスイッチング電源装置１では、上記したように、カレントダブラ型の整流平滑回路４において、整流ダイオード４１，４２にそれぞれ、２次側巻線３２２ａ，３２２ｂに発生する電圧（電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２）が重畳される。具体的には、例えば図４（Ｅ），図４（Ｆ）中の破線の矢印で示したように、このような電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２が電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２にそれぞれ重畳されることで、これらの電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２＝０Ｖとなる期間が、（ほとんど）生じなくなる（破線の領域Ａ１１，Ａ１２参照）。その結果、本実施の形態では、上記比較例１の場合と比べ、整流平滑回路４における効率の低下およびリップル電流の発生が抑えられ、例えば一般的なＰＳＦＢ（位相シフトフルブリッジ）方式の場合と少なくとも同等のリップル電流となる。

以上のようにして本実施の形態では、スイッチング電源装置１が図１に示した回路構成となっていると共に、図４～図８に示した動作がなされるようにしたので、例えば比較例１の場合と比べ、整流平滑回路４における効率の低下およびリップル電流の発生を、抑えることができる。その結果、本実施の形態では比較例１等と比べ、スイッチング電源装置１の電力変換効率を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態では、整流ダイオード４１が２次側巻線３２２ａと接地との間に配置されているとともに、整流ダイオード４２が２次側巻線３２２ｂと接地との間に配置されている（ローサイド配置：図１参照）ようにしたので、例えば以下のような効果も得ることが可能となる。すなわち、整流平滑回路４内における全ての整流ダイオード４１，４２をローサイド配置としたことで、例えば、以下説明する変形例１（ハイサイド配置）の場合と比べ、いわゆる同期整流に好適な回路構成とすることができる。その結果、本実施の形態では、例えばそのような変形例１と比べ、スイッチング電源装置１における低電圧化や大電流化などを、容易に実現することが可能となる。

＜２．変形例１＞
続いて、上記した第１の実施の形態の変形例（変形例１）について説明する。なお、以下では、第１の実施の形態や前述した比較例１における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

［構成］
図９は、変形例１に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ａ）の概略構成例を、回路図で表したものである。

本変形例のスイッチング電源装置１Ａは、第１の実施の形態のスイッチング電源装置１（図１参照）において、整流平滑回路４の代わりに整流平滑回路４Ａを設けるようにしたものに対応しており、他の構成は同様となっている。

この整流平滑回路４Ａは、整流平滑回路４（図１参照）において、整流ダイオード４１および２次側巻線３２２ａ同士の配置位置を逆にするとともに、整流ダイオード４２および２次側巻線３２２ｂ同士の配置位置を逆にしたものに対応し、他の構成は同様となっている。

具体的には、この整流平滑回路４Ａでは、整流ダイオード４１が、２次側巻線３２２ａと接続点Ｐ４（２次側ラインＬ２１）との間に配置されているとともに、整流ダイオード４２が、２次側巻線３２２ｂと接続点Ｐ５（２次側ラインＬ２２）との間に配置されている（ハイサイド配置）。なお、整流ダイオード４１では、アノードが２次側巻線３２２ａに接続されるとともに、カソードが接続点Ｐ４に接続され、整流ダイオード４２では、アノードが２次側巻線３２２ｂに接続されるとともに、カソードが接続点Ｐ５に接続されている。ただし、このような整流平滑回路４Ａにおいても、整流平滑回路４と同様に、整流ダイオード４１，４２にはそれぞれ、２次側巻線３２２ａ，３２２ｂに発生する電圧（電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２：図９参照）が重畳されるようになっている。

［作用・効果］
このような構成の本変形例においても、基本的には第１の実施の形態と同様の作用により、同様の効果を得ることが可能である。すなわち、例えば比較例１の場合と比べ、整流平滑回路４Ａにおける効率の低下およびリップル電流の発生を、抑えることができる。その結果、本変形例においても比較例１等と比べ、スイッチング電源装置１Ａの電力変換効率を向上させることが可能となる。

＜３．第２の実施の形態＞
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下では、第１の実施の形態や比較例１、変形例１における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

［構成］
図１０は、第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｂ）の概略構成例を、回路図で表したものである。

本実施の形態のスイッチング電源装置１Ｂは、第１の実施の形態のスイッチング電源装置１（図１参照）において、以下のようにしたものとなっている。すなわち、このスイッチング電源装置１Ｂは、インバータ回路２の代わりにインバータ回路２Ｂを設けると共に、整流平滑回路４の代わりに整流平滑回路４Ｂを設けるようにしたものに対応しており、他の構成は同様となっている。

（インバータ回路２Ｂ）
インバータ回路２は、前述した２つのインバータ回路２１，２２を有しているのに対し、インバータ回路２Ｂは、２つのインバータ回路２１Ｂ，２２を有している。つまり、このインバータ回路２Ｂは、インバータ回路２に含まれるインバータ回路２１を、インバータ回路２１Ｂに変更したものとなっている。インバータ回路２１（図１参照）では、接続点Ｐ１，Ｐ２間に１次側巻線３１１が挿入配置された回路構成となっていたのに対し、インバータ回路２１Ｂ（図１０参照）では、接続点Ｐ２，Ｐ３間に１次側巻線３１１が挿入配置された回路構成となっている。これによりインバータ回路２１Ｂは、２個のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４と２個のコンデンサＣ５１，Ｃ５２とを含む、ハーフブリッジ回路となっている。

（整流平滑回路４Ｂ）
整流平滑回路４Ｂは、変形例１の整流平滑回路４Ａ（図９参照）において、複数（６個）の整流ダイオード４３１～４３６を含む変換回路４３を、更に設けるようにしたものに対応している。この変換回路４３は、前述した電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を複数レベルに設定するための回路であり、整流ダイオード４１，４２および２次側巻線３２２ａ，３２２ｂと、１次側巻線３１１，３２１との間に配置されている。

なお、上記した整流ダイオード４３１～４３６はそれぞれ、これまでに説明した整流ダイオード４１，４２とは異なる（別の）素子である。

上記した変換回路４３では、整流ダイオード４３１，４３２のアノードがともに、接続点Ｐ８０において、接地に接続されている。また、整流ダイオード４３１，４３３のカソードがともに、接続点Ｐ８１に接続され、整流ダイオード４３２，４３４のカソードがともに、接続点Ｐ８２に接続されている。整流ダイオード４３３，４３５のアノードはともに、接続点Ｐ８３に接続され、整流ダイオード４３４，４３６のアノードはともに、接続点Ｐ８４に接続されている。整流ダイオード４３５のカソードは、２次側ラインＬ２１に接続され、整流ダイオード４３６のカソードは、２次側ラインＬ２２に接続されている。

なお、２次側巻線３１２（３１２ａ，３１２ｂ）のうちの２次側巻線３１２ａは、上記した接続点Ｐ８１と２次側ラインＬ２１との間に配置され、２次側巻線３１２ｂは、上記した接続点Ｐ８２と２次側ラインＬ２２との間に配置されている。また、２次側巻線３２２（３２２ａ～３２２ｄ）のうち、２次側巻線３２２ｃは、上記した接続点Ｐ８０（接地）と接続点Ｐ８３との間に配置され、２次側巻線３２２ｄは、上記した接続点Ｐ８０と接続点Ｐ８４との間に配置されている。

［動作および作用・効果］
本実施の形態のスイッチング電源装置１Ｂにおいても、基本的には、第１の実施の形態および変形例１のスイッチング電源装置１，１Ａと同様にして、直流入力電圧Ｖinが電圧変換され、直流出力電圧Ｖoutが生成される。

（Ａ．動作例）
図１１は、スイッチング電源装置１Ｂにおける各部の電圧波形を、タイミング波形図で表したものである。なお、この図１１に示した各電圧波形も、第１の実施の形態（図４参照）と同様に、前述したスイッチング位相制御およびＰＭＷ制御のうち、スイッチング位相制御が各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４に対して行われた場合の例について、示している。

この図１１において、図１１（Ａ）は、駆動信号ＳＧ１，ＳＧ２の各電圧波形を示し、図１１（Ｂ）は、駆動信号ＳＧ３，ＳＧ４の各電圧波形を示している。また、図１１（Ｃ）は、１次側巻線３１１に印加される交流電圧（電圧Ｖａ）の電圧波形を示し、図１１（Ｄ）は、１次側巻線３２１に印加される交流電圧（電圧Ｖｂ）の電圧波形を示している。図１１（Ｅ）は、２次側ラインＬ２１上におけるチョークコイルＬｃｈ１の手前の地点での電圧Ｖｄ１（図１０参照）を示している。また、図１１（Ｆ）は、２次側ラインＬ２２上におけるチョークコイルＬｃｈ２の手前の地点での電圧Ｖｄ２（図１０参照）を示している。なお、図１１における横軸は、時間ｔを示しており、各電圧の方向は、図１０中において矢印で示した方向を正方向としている。

また、この図１１に示した本実施の形態での動作例は、タイミングｔ１０～ｔ１２（前半の半周期分）の動作例と、タイミングｔ１２～ｔ１４（＝ｔ１０）（後半の半周期分）の動作例とを合わせて、１周期分の動作例となっている。

ちなみに、本実施の形態においては、タイミングｔ１０～ｔ１１の期間では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオン状態となると共に、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオフ状態となる。また、タイミングｔ１１～ｔ１２の期間では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオン状態となると共に、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフ状態となる。タイミングｔ１２～ｔ１３の期間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオン状態となると共に、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３がオフ状態となる。タイミングｔ１３～ｔ１４の期間では、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオン状態となると共に、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフ状態となる。

（Ｂ．作用・効果）
ここで、第１の実施の形態および変形例１では、インバータ回路２（２１，２２）の構成と、前述した所定のパルス電圧（電圧Ｖａが示すパルス電圧）および所定の電圧値（電圧Ｖｂが示す電圧値）とを用いて、前述した電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２が複数レベルに設定されている。

これに対して、本実施の形態（および後述する変形例２）では、比較例１と同様のインバータ回路２Ｂ（２１Ｂ，２２）の構成と、前述した変換回路４３とを用いて、前述した電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２が複数レベルに設定される。ちなみに、本実施の形態においても、電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２が３段階のレベル（３レベル）に設定されている（図１１（Ｅ），図１１（Ｆ）中に示した、電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２の３レベルを参照）。

ただし、本実施の形態（および変形例２）においても、第１の実施の形態および変形例１と同様に、カレントダブラ型の整流平滑回路４Ｂにおいて、整流ダイオード４１，４２にそれぞれ、２次側巻線３２２ａ，３２２ｂに発生する電圧（電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２）が重畳される。具体的には、例えば図１１（Ｅ），図１１（Ｆ）中の破線の矢印で示したように、このような電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２が電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２にそれぞれ重畳されることで、これらの電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２＝０Ｖとなる期間が、（ほとんど）生じなくなる（破線の領域Ａ２１，Ａ２２参照）。

その結果、本実施の形態においても、例えば前述した比較例１の場合と比べ、整流平滑回路４Ｂにおける効率の低下およびリップル電流の発生が抑えられ、例えば一般的なＰＳＦＢ方式の場合と少なくとも同等のリップル電流となる。よって、本実施の形態においても比較例１等と比べ、スイッチング電源装置１Ｂの電力変換効率を向上させることが可能となる。

＜４．変形例２＞
続いて、上記した第２の実施の形態の変形例（変形例２）について説明する。なお、以下では、第１，第２の実施の形態や比較例１、変形例１における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

［構成］
図１２は、変形例２に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｃ）の概略構成例を、回路図で表したものである。

本変形例のスイッチング電源装置１Ｃは、第２の実施の形態のスイッチング電源装置１Ｂ（図１０参照）において、整流平滑回路４Ｂの代わりに整流平滑回路４Ｃを設けるようにしたものに対応しており、他の構成は同様となっている。

整流平滑回路４Ｃは、第２の実施の形態の整流平滑回路４Ｂ（図１０参照）において、前述した変換回路４３の代わりに変換回路４３Ｃを設けるとともに、各整流ダイオード４１，４２を前述したローサイド配置に変更したものに対応し、他の構成は同様となっている。つまり、この整流平滑回路４Ｃでは、第１の実施の形態の整流平滑回路４（図１参照）と同様に、整流ダイオード４１が、２次側巻線３２２ａと接地との間に配置されているとともに、整流ダイオード４２が、２次側巻線３２２ｂと接地との間に配置されている。

また、上記した変換回路４３Ｃは、変換回路４３と同様に、前述した電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を複数レベルに設定するための回路であり、整流ダイオード４１，４２および２次側巻線３２２ａ，３２２ｂと、１次側巻線３１１，３２１との間に配置されている。

この変換回路４３Ｃでは、整流ダイオード４３１～４３６のアノードがともに、接続点Ｐ８０において、接地に接続されている。また、整流ダイオード４３１のカソードが接続点Ｐ８１に接続され、整流ダイオード４３２のカソードが接続点Ｐ８２に接続されている。整流ダイオード４３３のカソードが接続点Ｐ８５に接続され、整流ダイオード４３４のカソードが接続点Ｐ８６に接続されている。整流ダイオード４３５のカソードは、後述する２次側巻線３１２ｃを介して接続点Ｐ８５に接続され、整流ダイオード４３６のカソードは、後述する２次側巻線３１２ｄを介して接続点Ｐ８６に接続されている。

なお、２次側巻線３１２（３１２ａ～３１２ｄ）のうちの２次側巻線３１２ａは、上記した接続点Ｐ８１と２次側ラインＬ２１との間に配置され、２次側巻線３１２ｂは、上記した接続点Ｐ８２と２次側ラインＬ２２との間に配置されている。また、２次側巻線３１２ｃは、上記した接続点Ｐ８５と、整流ダイオード４３５のカソードとの間に配置され、２次側巻線３１２ｄは、上記した接続点Ｐ８６と、整流ダイオード４３６のカソードとの間に配置されている。

一方、２次側巻線３２２（３２２ａ～３２２ｄ）のうち、２次側巻線３２２ｃは、上記した接続点Ｐ８５と２次側ラインＬ２１との間に配置されている。また、２次側巻線３２２ｄは、上記した接続点Ｐ８６と２次側ラインＬ２２との間に配置されている。

ここで、このような変換回路４３Ｃ内の整流ダイオード４３１～４３６はそれぞれ、上記した２次側巻線３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ，３２２ｃ，３２２ｄと、接地との間に配置されている（ローサイド配置：図１２参照）。

［作用・効果］
このような構成の本変形例においても、基本的には、第２の実施の形態と同様の作用により、同様の効果を得ることが可能である。すなわち、例えば前述した比較例１の場合と比べ、整流平滑回路４Ｃにおける効率の低下およびリップル電流の発生を、抑えることができる。その結果、本変形例においても比較例１等と比べ、スイッチング電源装置１Ｃの電力変換効率を向上させることが可能となる。

また、特に本変形例では、第１の実施の形態と同様に、整流平滑回路４Ｃ内における全ての整流ダイオード（整流ダイオード４１，４２および整流ダイオード４３１～４３６）をローサイド配置としたことで、以下のようになる。すなわち、例えば、前述した変形例１や、上記した第２の実施の形態の場合（ハイサイド配置の場合）と比べ、同期整流に好適な回路構成とすることができる。その結果、本変形例では、例えばそのような変形例１や第２の実施の形態と比べ、スイッチング電源装置１Ｃにおける低電圧化や大電流化などを、容易に実現することが可能となる。

＜５．その他の変形例＞
以上、実施の形態および変形例をいくつか挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、インバータ回路の構成を具体的に挙げて説明したが、上記実施の形態等の例には限られず、インバータ回路として他の構成のものを用いるようにしてもよい。具体的には、上記実施の形態等では、インバータ回路が、２個のスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路の場合、または、４個のスイッチング素子を含むフルブリッジ回路の場合について説明した。しかしながら、これらの場合には限られず、他の構成のインバータ回路を用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、カレントダブラ型の整流平滑回路の構成を、具体的に挙げて説明したが、上記実施の形態等の例には限られず、整流平滑回路として他の構成のものを用いるようにしてもよい。具体的には、例えば、整流平滑回路内の各整流素子を、ＭＯＳ－ＦＥＴの寄生ダイオードにより構成するようにしてもよい。また、その場合には、このＭＯＳ－ＦＥＴの寄生ダイオードが導通する期間と同期して、ＭＯＳ－ＦＥＴ自身もオン状態となる（同期整流を行う）ようにするのが好ましい。より少ない電圧降下で整流することができるからである。なお、この場合、ＭＯＳ－ＦＥＴにおけるソース側に、寄生ダイオードのアノード側が配置されると共に、ＭＯＳ－ＦＥＴにおけるドレイン側に、寄生ダイオードのカソード側が配置されることになる。

更に、上記実施の形態等では、インバータ回路およびトランスの個数がそれぞれ、２個の場合（整流平滑回路内の整流素子の個数が、２個，８個（＝２個＋６個）の場合）を例に挙げて説明したが、それらの個数は、この場合の例には限られない。具体的には、本発明は、インバータ回路およびトランスの個数がそれぞれ、Ｎ個（Ｎ：２以上の整数）の場合に適用することが可能である。つまり、上記実施の形態等で説明したＮ＝２の場合だけでなく、Ｎ＝３以上の任意の数の場合（Ｎが偶数，奇数のいずれの場合）についても同様にして、本発明を適用することが可能である。なお、上記実施の形態等で説明した、インバータ回路やトランス、整流素子の個数としては、物理的な個数には限られず、等価回路に存在する個数を意味している。

加えて、上記実施の形態等では、駆動回路による各スイッチング素子の動作制御（スイッチング駆動）の手法を、具体的に挙げて説明したが、上記実施の形態等の例には限られず、スイッチング駆動の手法として、他の手法を用いるようにしてもよい。具体的には、例えば、前述したスイッチング位相制御およびＰＭＷ制御の手法や、前述した所定のパルス電圧や電圧値の印加手法、前述した電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２の複数レベル（マルチレベル）の設定手法等については、上記実施の形態等の手法には限られず、他の手法を用いるようにしてもよい。また、電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２を複数レベルに設定する際のレベル数（段階数）についても、上記実施の形態等で説明したレベル数（３レベル）の例には限られず、４レベル以上の任意の数で設定するようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、本発明に係るスイッチング電源装置の一例として、ＤＣ－ＤＣコンバータを挙げて説明したが、本発明は、例えばＡＣ－ＤＣコンバータなどの、他の種類のスイッチング電源装置にも適用することが可能である。

更に、これまでに説明した各構成例等を、任意の組み合わせで適用してもよい。

１，１Ａ～１Ｃ…スイッチング電源装置、１０…バッテリ、２（２１，２２），２Ｂ（２１Ｂ，２２）…インバータ回路、３１，３２…トランス、３１１，３２１…１次側巻線、３１２（３１２ａ，３１２ｂ），３２２（３２２ａ～３２２ｄ）…２次側巻線、４，４Ａ～４Ｃ…整流平滑回路、４１，４２，４３１～４３６…整流ダイオード、４３，４３Ｃ…変換回路、５…駆動回路、９…負荷、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、Ｌ１Ｈ…１次側高圧ライン、Ｌ１Ｌ…１次側低圧ライン、Ｌ２１，Ｌ２２…２次側ライン、ＬＯ…出力ライン、ＬＧ…接地ライン、Ｖin…直流入力電圧、Ｖout…直流出力電圧、Ｉ１，Ｉ２ａ～Ｉ２ｄ…電流、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２…電圧、Ｃin…入力平滑コンデンサ、Ｃout…出力平滑コンデンサ、Ｓ１～Ｓ４…スイッチング素子、ＳＧ１～ＳＧ４…駆動信号、Ｃ５１，Ｃ５２…コンデンサ、Ｌｃｈ１，Ｌｃｈ２…チョークコイル、Ｐ１～Ｐ７，Ｐ８０～Ｐ８６…接続点、ｔ０～ｔ４，ｔ１０～ｔ１４…タイミング。

Claims (2)

1. 入力電圧が入力される入力端子対と、
   出力電圧が出力される出力端子対と、
   １次側巻線および２次側巻線をそれぞれ有する第１および第２のトランスと、
   前記入力端子対と前記第１および第２のトランスにおける前記１次側巻線との間に配置され、各々がスイッチング素子を含んで構成された第１および第２のインバータ回路と、
   前記出力端子対と前記第１および第２のトランスにおける前記２次側巻線との間に配置され、第１および第２の整流素子を有する整流回路と、第１および第２のチョークコイルと前記出力端子対間に配置された容量素子とを有する平滑回路と、を含んで構成された、カレントダブラ型の整流平滑回路と、
   前記第１および第２のインバータ回路同士が位相差を持って動作するように、前記スイッチング素子に対してスイッチング位相制御によるスイッチング駆動を行う駆動部と
   を備え、
   前記第１のインバータ回路は、前記スイッチング素子としての第１ないし第４のスイッチング素子を含む、フルブリッジ回路により構成されていると共に、前記第１のインバータ回路では、前記入力端子対間で互いに直列接続された前記第１および第２のスイッチング素子と、前記入力端子対間で互いに直列接続された前記第３および第４のスイッチング素子とが、互いに並列配置されており、
   前記第２のインバータ回路は、前記第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のコンデンサとを含む、ハーフブリッジ回路により構成されていると共に、前記第２のインバータ回路では、前記入力端子対間で互いに直列接続された前記第１および第２のスイッチング素子と、前記入力端子対の間で互いに直列接続された前記第１および第２のコンデンサとが、互いに並列配置されており、
   前記第１のトランスにおける前記１次側巻線である第１の１次側巻線が、前記第１および第２のスイッチング素子同士の接続点と、前記第３および第４のスイッチング素子同士の接続点と、の間に配置されていると共に、前記第２のトランスにおける前記１次側巻線である第２の１次側巻線が、前記第１および第２のスイッチング素子同士の接続点と、前記第１および第２のコンデンサ同士の接続点と、の間に配置されており、
   前記第２のトランスにおける前記２次側巻線が、第１および第２の直列２次側巻線により構成されており、
   前記整流平滑回路では、
   前記第１のトランスにおける前記２次側巻線の第１端と、前記出力端子対のうちの一方の出力端子に接続された出力ライン上の接続点との間に、前記第１のチョークコイルが配置されていると共に、
   前記第１のトランスにおける前記２次側巻線の第２端と、前記出力ライン上の接続点との間に、前記第２のチョークコイルが配置されており、
   前記整流平滑回路では、
   前記第１のトランスにおける前記２次側巻線の第１端と、前記第２のトランスにおける前記第１の直列２次側巻線の第１端とが、第１の電圧地点において互いに接続され、前記第１の直列２次側巻線の第２端と、前記第１の整流素子のカソードとが、互いに接続され、前記第１の整流素子のアノードが接地に接続されていると共に、
   前記第１のトランスにおける前記２次側巻線の第２端と、前記第２のトランスにおける前記第２の直列２次側巻線の第１端とが、第２の電圧地点において互いに接続され、前記第２の直列２次側巻線の第２端と、前記第２の整流素子のカソードとが、互いに接続され、前記第２の整流素子のアノードが接地に接続されており、
   前記整流平滑回路では、前記出力ライン上の接続点と接地との間に、前記容量素子が配置されており、
   前記第１および第２の電圧地点での電圧を複数のレベルに設定するために前記第１のトランスにおける前記２次側巻線に発生させる電圧の基となる所定のパルス電圧が、前記第１のインバータ回路における前記スイッチング位相制御によって生成されて、前記第１のインバータ回路から前記第１の１次側巻線に対して印加されると共に、
   前記第１および第２の直列２次側巻線にそれぞれ発生する電圧の基となる所定の電圧値が、前記第２のインバータ回路から前記第２の１次側巻線に対して印加されるようになっており、
   前記所定の電圧値の印加に基づいて前記第１の直列２次側巻線に発生する電圧が、前記第１の電圧地点での電圧に対して重畳されると共に、前記所定の電圧値の印加に基づいて前記第２の直列２次側巻線に発生する電圧が、前記第２の電圧地点での電圧に対して重畳されるようになっている
   スイッチング電源装置。
2. 入力電圧が入力される入力端子対と、
   出力電圧が出力される出力端子対と、
   １次側巻線および２次側巻線をそれぞれ有する第１および第２のトランスと、
   前記入力端子対と前記第１および第２のトランスにおける前記１次側巻線との間に配置され、各々がスイッチング素子を含んで構成された第１および第２のインバータ回路と、
   前記出力端子対と前記第１および第２のトランスにおける前記２次側巻線との間に配置され、第１および第２の整流素子を有する整流回路と、第１および第２のチョークコイルと前記出力端子対間に配置された容量素子とを有する平滑回路と、を含んで構成された、カレントダブラ型の整流平滑回路と、
   前記第１および第２のインバータ回路同士が位相差を持って動作するように、前記スイッチング素子に対してスイッチング位相制御によるスイッチング駆動を行う駆動部と
   を備え、
   前記第１のインバータ回路は、前記スイッチング素子としての第１ないし第４のスイッチング素子を含む、フルブリッジ回路により構成されていると共に、前記第１のインバータ回路では、前記入力端子対間で互いに直列接続された前記第１および第２のスイッチング素子と、前記入力端子対間で互いに直列接続された前記第３および第４のスイッチング素子とが、互いに並列配置されており、
   前記第２のインバータ回路は、前記第１および第２のスイッチング素子と、第１および第２のコンデンサとを含む、ハーフブリッジ回路により構成されていると共に、前記第２のインバータ回路では、前記入力端子対間で互いに直列接続された前記第１および第２のスイッチング素子と、前記入力端子対の間で互いに直列接続された前記第１および第２のコンデンサとが、互いに並列配置されており、
   前記第１のトランスにおける前記１次側巻線である第１の１次側巻線が、前記第１および第２のスイッチング素子同士の接続点と、前記第３および第４のスイッチング素子同士の接続点と、の間に配置されていると共に、前記第２のトランスにおける前記１次側巻線である第２の１次側巻線が、前記第１および第２のスイッチング素子同士の接続点と、前記第１および第２のコンデンサ同士の接続点と、の間に配置されており、
   前記第２のトランスにおける前記２次側巻線が、第１および第２の直列２次側巻線により構成されており、
   前記整流平滑回路では、
   前記第１のトランスにおける前記２次側巻線の第１端と、前記出力端子対のうちの一方の出力端子に接続された出力ライン上の接続点との間に、前記第１のチョークコイルが配置されていると共に、
   前記第１のトランスにおける前記２次側巻線の第２端と、前記出力ライン上の接続点との間に、前記第２のチョークコイルが配置されており、
   前記整流平滑回路では、
   前記第１のトランスにおける前記２次側巻線の第１端と、前記第１の整流素子のカソードとが、第１の電圧地点において互いに接続され、前記第１の整流素子のアノードと、前記第２のトランスにおける前記第１の直列２次側巻線の第１端とが、互いに接続され、前記第１の直列２次側巻線の第２端が接地に接続されていると共に、
   前記第１のトランスにおける前記２次側巻線の第２端と、前記第２の整流素子のカソードとが、第２の電圧地点において互いに接続され、前記第２の整流素子のアノードと、前記第２のトランスにおける前記第２の直列２次側巻線の第１端とが、互いに接続され、前記第２の直列２次側巻線の第２端が接地に接続されており、
   前記整流平滑回路では、前記出力ライン上の接続点と接地との間に、前記容量素子が配置されており、
   前記第１および第２の電圧地点での電圧を複数のレベルに設定するために前記第１のトランスにおける前記２次側巻線に発生させる電圧の基となる所定のパルス電圧が、前記第１のインバータ回路における前記スイッチング位相制御によって生成されて、前記第１のインバータ回路から前記第１の１次側巻線に対して印加されると共に、
   前記第１および第２の直列２次側巻線にそれぞれ発生する電圧の基となる所定の電圧値が、前記第２のインバータ回路から前記第２の１次側巻線に対して印加されるようになっており、
   前記所定の電圧値の印加に基づいて前記第１の直列２次側巻線に発生する電圧が、前記第１の電圧地点での電圧に対して重畳されると共に、前記所定の電圧値の印加に基づいて前記第２の直列２次側巻線に発生する電圧が、前記第２の電圧地点での電圧に対して重畳されるようになっている
   スイッチング電源装置。

Images