JP2003088118A - 共振型ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、低電圧の直流電源を用いた場合で
も、負荷側には大電流を供給することができる共振型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータを提供することにある。 【解決手段】 直流電源Ｅから供給される直流を直流−
交流変換回路１５によりこの直流より小電流・高電圧の
交流に変換し、直流−交流変換回路１５からの小電流・
高電圧の交流をコンデンサを介してリーケージトランス
Ｔ２の１次巻線に入力して２次巻線に交流を誘起させ、
リーケージトランスＴ２の２次巻線からの交流を出力回
路１３により整流平滑して直流電圧を出力し、制御回路
１１において出力回路１３からの直流電圧に応じて直流
−交流変換回路１５を制御するためのゲート駆動信号を
生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源が低電圧
でも負荷側には大電流を供給することができる共振型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、変換効率が良くノイズが少ないと
いった優れた特徴を有する共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ
が開発されている。図８は、共振型ＤＣ−ＤＣコンバー
タの一種として知られているハーフブリッジ型の電流共
振電圧擬似共振タイプのＤＣ−ＤＣコンバータ１０１で
ある。

【０００３】以下、図９に示すタイミングチャートを参
照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１の動作について説
明する。まず、直流電源ＥがＤＣ−ＤＣコンバータ１０
１に投入されると、制御回路１１に設けられたオペアン
プＯＰ１の−入力端子が０Ｖであるため、オペアンプＯ
Ｐ１から最大レベルの誤差電圧がＶＣＯに出力され、さ
らに、図８に示すようなゲート駆動信号１がＶＣＯから
スイッチング素子Ｑ１１のゲートに出力される。

【０００４】タイミングｔ１において、スイッチング素
子Ｑ１１のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ１がコンデン
サＣ１１と１次巻線Ｐ１１のインダクタンスによる電圧
擬似共振によって０Ｖになる。この時、スイッチング素
子Ｑ１１にゲート駆動信号１供給し、スイッチング素子
Ｑ１１がオンになる。

【０００５】これにより、直流電源Ｅからドレイン電流
Ｉｄ１がスイッチング素子Ｑ１１のドレイン−ソース、
トランスＴ１１へからハーフブリッジコンデンサＣ１３
を介してＧＮＤへと流れる。このとき、トランスＴ１１
の２次巻線Ｓ１１には磁気エネルギーが誘起されるの
で、ダイオードＤ１１とコンデンサＣ１４により整流平
滑されて２次側に出力電圧が出力される。

【０００６】また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１では、
トランスＴ１１が有するリーケージインダクタンスＬｏ
とハーフブリッジコンデンサＣ１３による直列共振によ
って、図９に示すような、正弦波状のドレイン電流Ｉｄ
１の波形が現われる。同時に１次巻線Ｐ１１のインダク
タンスによる励磁電流が重畳される。

【０００７】次に、オペアンプＯＰ１の−入力端子に２
次側の出力電圧が入力されるので、オペアンプＯＰ１か
ら誤差電圧がＶＣＯに出力される。次に、ゲート駆動信
号１に対してほぼ逆位相のゲート駆動信号２がＶＣＯか
らスイッチング素子Ｑ１２のゲートに出力される ここで、タイミングｔ３〜ｔ４においては、スイッチン
グ素子Ｑ１２は、このゲート駆動信号２に応じてオンし
てドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ２が０Ｖになる。トラ
ンスＴ１１からドレイン電流Ｉｄ２がスイッチング素子
Ｑ１２のドレイン−ソース、ＧＮＤを介してハーフブリ
ッジコンデンサＣ１３へと流れる。このとき、トランス
Ｔ１１の２次巻線Ｓ１２には磁気エネルギーが誘起され
るので、ダイオードＤ１２とコンデンサＣ１４により整
流平滑されて２次側に出力電圧が出力される。以上のよ
うな動作の繰り返しにより、２次側の出力電圧が上昇し
た後に安定化される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した共
振に用いるハーフブリッジコンデンサＣ１３には、一般
に、フィルム構造のコンデンサが用いられているが、フ
ィルムの厚さは構造上薄く形成されているので、許容電
流に制限がある。このため、共振に用いるハーフブリッ
ジコンデンサＣ１３は、高電圧・小電流で動作するのに
適している。

【０００９】従って、上述したようなハーフブリッジ型
のＤＣ−ＤＣコンバータ１０１の場合、直流電源Ｅ側を
高電圧に設定し、トランスＴ１１およびハーフブリッジ
コンデンサＣ１３には小電流を流すようにしておく。こ
のハーフブリッジ型のＤＣ−ＤＣコンバータ１０１は、
負荷電力が小さく１次側の電流が少ないような場合に限
り、直流電源Ｅ側を低電圧に設定することは可能であ
る。

【００１０】しかしながら、直流電源Ｅ側が低電圧の場
合や、負荷電力が大きく例えば１次電流が１０Ａ以上の
大電流を必要とする場合では、上述したような共振型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータを採用できないといった問題があっ
た。このため、直流電源Ｅ側が低電圧の場合でも動作可
能な共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの開発が望まれてい
た。

【００１１】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、低電圧の直流電源を用いた場合で
も、構成できる共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、直流電源から供給される直流
をこの直流より小電流・高電圧の交流に変換する直流−
交流変換回路と、直流−交流変換回路からの小電流・高
電圧の交流を共振用コンデンサを介して１次巻線に入力
して２次巻線に交流を誘起するリーケージトランスと、
リーケージトランスの２次巻線からの交流を整流平滑し
て直流電圧を出力する出力回路と、出力回路からの直流
電圧に応じて直流−交流変換回路を制御するための制御
信号を生成する制御回路とを備えたことを要旨とする。

【００１３】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記直流−交流変換回路は、前記制御回路から
の制御信号に応じて交互にオン・オフ動作する第１及び
第２のスイッチング素子と、第１のタップとセンタタッ
プおよび第２のタップを設けた１次巻線と、第１のタッ
プと第２のタップを設けた２次巻線とを有し、１次巻線
に入力した交流電圧を昇圧して２次巻線に誘起するトラ
ンスとを備え、前記第１のスイッチング素子に対して直
列に前記トランスの１次巻線の第１のタップを接続し、
前記第２のスイッチング素子に対して直列に前記トラン
スの１次巻線の第２のタップを接続し、前記直流電源に
前記トランスの１次巻線のセンタタップを接続し、前記
トランスの２次巻線の第１のタップと前記リーケージト
ランスの１次巻線の第１のタップとを共振用コンデンサ
を介して接続し、前記トランスの２次巻線の第２のタッ
プと前記リーケージトランスの１次巻線の第２のタップ
とを接続し、前記トランスの２次巻線から出力される交
流電圧を前記リーケージトランスのリーケージインダク
タンスと共振用コンデンサにより共振させて前記リーケ
ージトランスの１次巻線に入力することを要旨とする。

【００１４】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記直流−交流変換回路は、前記制御回路から
の制御信号に応じて交互にオン・オフ動作する第１及び
第２のスイッチング素子と、第１のタップとセンタタッ
プおよび第２のタップを設けた巻線を備え、前記第１の
スイッチング素子に対して直列に前記巻線の第１のタッ
プを接続し、前記第２のスイッチング素子に対して直列
に前記巻線の第２のタップを接続し、前記直流電源に前
記巻線のセンタタップを接続し、前記巻線の第１のタッ
プと前記リーケージトランスの１次巻線の第１のタップ
とを共振用コンデンサを介して接続し、前記巻線の第２
のタップと前記リーケージトランスの１次巻線の第２の
タップとを接続し、前記巻線から出力される交流電圧を
前記リーケージトランスのリーケージインダクタンスと
共振用コンデンサにより共振させて前記リーケージトラ
ンスの１次巻線に入力することを要旨とする。

【００１５】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記直流−交流変換回路は、前記制御回路から
の制御信号に応じて交互にオン・オフ動作する第１及び
第２のスイッチング素子と、第１のタップとセンタタッ
プおよび第２のタップを設けた第１の巻線と、第３のタ
ップと第４のタップを設け第１の巻線と連続して巻かれ
た第２の巻線を有するオートトランスとを備え、前記第
１のスイッチング素子に対して直列に前記オートトラン
スの第１の巻線の第１のタップと第２の巻線の第４のタ
ップとを接続し、前記第２のスイッチング素子に対して
直列に前記オートトランスの第１の巻線の第２のタップ
を接続し、前記直流電源に前記オートトランスの第１の
巻線のセンタタップを接続し、前記オートトランスの第
２の巻線の第３のタップと前記リーケージトランスの１
次巻線の第１のタップとを共振用コンデンサを介して接
続し、前記オートトランスの第１の巻線のセンタタップ
と前記リーケージトランスの１次巻線の第２のタップと
を接続し、前記オートトランスの第２の巻線から出力さ
れる交流電圧を前記リーケージトランスのリーケージイ
ンダクタンスと共振用コンデンサにより共振させて前記
リーケージトランスの１次巻線に入力することを要旨と
する。

【００１６】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記直流−交流変換回路は、前記制御回路から
の制御信号に応じて交互にオン・オフ動作する第１及び
第２のスイッチング素子と、第１のタップとセンタタッ
プおよび第２のタップを設けた第１の巻線と、第３のタ
ップとセンタタップおよび第４のタップを設け第１の巻
線と連続して巻かれた第２の巻線を有するオートトラン
スとを備え、前記第１のスイッチング素子に対して直列
に前記オートトランスの第１の巻線のセンタタップを接
続し、前記第２のスイッチング素子に対して直列に前記
オートトランスの第２の巻線のセンタタップを接続し、
前記直流電源に前記オートトランスの第１の巻線の第１
のタップと第２の巻線の第４のタップとを接続し、前記
オートトランスの第２の巻線の第３のタップと前記リー
ケージトランスの１次巻線の第１のタップとを共振用コ
ンデンサを介して接続し、前記オートトランスの第１の
巻線の第２のタップと前記リーケージトランスの１次巻
線の第２のタップとを接続し、前記オートトランスの第
１および第２の巻線から出力される交流電圧を前記リー
ケージトランスのリーケージインダクタンスと共振用コ
ンデンサにより共振させて前記リーケージトランスの１
次巻線に入力することを要旨とする。

【００１７】請求項６記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記第１及び第２のスイッチング素子は、電界
効果トランジスタからなり、ドレイン端子−ソース端子
間に接続された第２および第３のコンデンサをそれぞれ
有し、前記トランスのインダクタンスと第２および第３
のコンデンサにより交互に共振させることを要旨とす
る。

【００１８】請求項７記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記リーケージトランスに代わって、リーク分
のない非リーケージトランスを備え、前記トランスの２
次巻線の第２のタップと前記非リーケージトランスの１
次巻線の第２のタップとの間に、インダクタンスを接続
することを要旨とする。

【００１９】請求項８記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記リーケージトランスに代わって、リーク分
のない非リーケージトランスを備え、前記トランスの１
次巻線の第２のタップと前記非リーケージトランスの１
次巻線の第２のタップとの間に、インダクタンスを接続
することを要旨とする。

【００２０】請求項９記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記リーケージトランスに代わって、リーク分
のない非リーケージトランスを備え、前記オートトラン
スの１次巻線のセンタタップと前記非リーケージトラン
スの１次巻線の第２のタップとの間に、インダクタンス
を接続することを要旨とする。

【００２１】請求項１０記載の発明は、上記課題を解決
するため、前記リーケージトランスに代わって、リーク
分のない非リーケージトランスを備え、前記オートトラ
ンスの第１の巻線の第２のタップと前記非リーケージト
ランスの１次巻線の第２のタップとの間に、インダクタ
ンスを接続することを要旨とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の詳細な構成
を示す図である。以下、図１に示す回路図を参照して、
共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の構成を説明する。

【００２３】直流−交流変換回路１５は、直流電源Ｅか
ら供給される直流電圧を小電流・高電圧の交流に変換す
るため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、トランスＴ１が
設けられている。直流電源Ｅは、トランスＴ１の１次巻
線Ｐ１，Ｐ２のセンタタップＴｐｃに接続されており、
１次巻線Ｐ１のタップＴｐ１には、スイッチング素子Ｑ
１のドレインが接続され、この素子Ｑ１のソースは直流
電源ＥのＧＮＤ側に接続されている。また、１次巻線Ｐ
２のタップＴｐ２には、スイッチング素子Ｑ２のドレイ
ンが接続され、この素子Ｑ２のソースは直流電源ＥのＧ
ＮＤ側に接続されている。

【００２４】トランスＴ１の２次巻線Ｓ１のタップＴｐ
１は、共振用コンデンサＣ１を介してリーケージトラン
スＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１に接続されてお
り、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１のタップＴｐ２とリー
ケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２とが
直接に接続されている。

【００２５】リーケージトランスＴ２の２次巻線Ｓ５，
Ｓ６のタップＴｐ１，Ｔｐ２はそれぞれダイオードＤ
１，Ｄ２を介して平滑に用いるコンデンサＣ３や（＋）
出力端子に接続されており、リーケージトランスＴ２の
２次巻線Ｓ５，Ｓ６のセンタタップＴｐｃは、コンデン
サＣ３や（−）出力端子に接続されている。

【００２６】両出力端子に接続されている抵抗Ｒ１１の
端子間電圧が、制御回路１１の入力抵抗Ｒ１に入力され
ており、上述した（＋）出力端子の出力電圧Ｖｏがオペ
アンプＯＰ１の（−）入力端子に入力され、オペアンプ
ＯＰ１の（＋）入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆが入力され
ている。オペアンプＯＰ１では、出力電圧Ｖｏと基準電
圧Ｖｒｅｆとの差を誤差電圧として検出してＶＣＯに供
給しており、ＶＣＯでは、誤差電圧に応じてほぼ逆位相
の２種類のゲート駆動信号Ｖｇ１，Ｖｇ２を生成してそ
れぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに出力して
いる。

【００２７】なお、本実施の形態においては、直流電圧
Ｅを低電圧・大電流が取り出せる電源として扱い、トラ
ンスＴ１の２次巻線Ｓ１やリーケージトランスＴ２の１
次巻線Ｐ５には高電圧・小電流が現われ、リーケージト
ランスＴ２の２次巻線Ｓ５，Ｓ６から低電圧・大電流が
取り出せることとして扱うこととする。

【００２８】次に、図２に示すタイミングチャートを参
照して、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作につい
て説明する。まず、直流電源ＥがＤＣ−ＤＣコンバータ
１０に投入されると、制御回路１１に設けられたオペア
ンプＯＰ１の−入力端子が０Ｖであるため、オペアンプ
ＯＰ１から最大レベルの誤差電圧がＶＣＯに出力され、
さらに、図２に示すようなゲート駆動信号Ｖｇ１がＶＣ
Ｏからスイッチング素子Ｑ１のゲートに出力される。

【００２９】タイミングｔ１において、スイッチング素
子Ｑ１のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ１が０Ｖにな
る。この時、スイッチング素子Ｑ１にゲート駆動信号Ｖ
ｇ１を供給して、スイッチング素子Ｑ１がオンになる。
これにより、直流電源Ｅからドレイン電流Ｉｄ１が、ト
ランスＴ１の１次巻線のセンタタップＴｐｃ、１次巻線
Ｐ１のタップＴｐ１からスイッチング素子Ｑ１のドレイ
ン−ソースを介してＧＮＤへと流れる。

【００３０】このとき、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１に
は磁気エネルギーが誘起されるので、トランスＴ１の２
次巻線Ｓ１のタップＴｐ２からリーケージトランスＴ２
の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２、１次巻線Ｐ５のタップ
Ｔｐ１から共振用コンデンサＣ１を介してトランスＴ１
の２次巻線Ｓ１のタップＴｐ１に２次電流Ｉ２１が流れ
る。

【００３１】この結果、リーケージトランスＴ２の２次
巻線Ｓ６には磁気エネルギーが誘起されるので、２次巻
線Ｓ６のタップＴｐ２からダイオードＤ２に電流が流れ
コンデンサＣ３により整流平滑されて２次側に出力電圧
が出力される。

【００３２】同時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０では、
リーケージトランスＴ２が有するリーケージインダクタ
ンスＬｏと共振用コンデンサＣ１による直列共振によっ
て、図２に示すような、正弦波状のドレイン電流Ｉｄ１
の波形がスイッチング素子Ｑ１に現われる。

【００３３】次に、オペアンプＯＰ１の−入力端子に２
次側の出力電圧が入力されるので、オペアンプＯＰ１か
ら誤差電圧がＶＣＯに出力され、さらに、ゲート駆動信
号Ｖｇ１に対してほぼ逆位相のゲート駆動信号Ｖｇ２が
ＶＣＯからスイッチング素子Ｑ２のゲートに出力され
る。

【００３４】ここで、タイミングｔ３においては、スイ
ッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ２が
０Ｖになる。この時、スイッチング素子Ｑ２にゲート駆
動信号Ｖｇ２を供給して、スイッチング素子Ｑ２がオン
になる。これにより、直流電源Ｅからドレイン電流Ｉｄ
２が、トランスＴ１の１次巻線のセンタタップＴｐｃ、
１次巻線Ｐ２のタップＴｐ２からスイッチング素子Ｑ２
のドレイン−ソースを介してＧＮＤへと流れる。

【００３５】このとき、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１に
は磁気エネルギーが誘起されるので、トランスＴ１の２
次巻線Ｓ１のタップＴｐ１から共振用コンデンサＣ１を
介してリーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップ
Ｔｐ１、１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２からトランスＴ１
の２次巻線Ｓ１のタップＴｐ２に２次電流Ｉ２２が流れ
る。

【００３６】この結果、リーケージトランスＴ２の２次
巻線Ｓ５には磁気エネルギーが誘起されるので、２次巻
線Ｓ５のタップＴｐ１からダイオードＤ１に電流が流れ
るとコンデンサＣ３により整流平滑されて２次側に出力
電圧が出力される。以上のような動作の繰り返しによ
り、２次側の出力電圧が上昇した後に安定化される。

【００３７】第１の実施の形態における効果は、直流電
源Ｅから供給される直流を直流−交流変換回路１５によ
りこの直流より小電流・高電圧の交流に変換し、直流−
交流変換回路１５からの小電流・高電圧の交流を共振用
コンデンサＣ１を介してリーケージトランスＴ２の１次
巻線に入力して２次巻線に交流を誘起させ、リーケージ
トランスＴ２の２次巻線からの交流を出力回路１３によ
り整流平滑して直流電圧を出力し、制御回路１１におい
て出力回路１３からの直流電圧に応じて直流−交流変換
回路１５を制御するためのゲート駆動信号を生成するの
で、低電圧の直流電源を用いた場合でも、共振用コンデ
ンサＣ１には小電流・高電圧の交流を流すようにでき、
直流電源が低電圧でも負荷側には大電力を供給すること
ができる共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することが
できる。

【００３８】また、直流−交流変換回路１５は、図１に
示すように、スイッチング素子Ｑ１に対して直列にトラ
ンスＴ１の１次巻線Ｐ１のタップＴｐ１を接続し、スイ
ッチング素子Ｑ２に対して直列にトランスＴ１の１次巻
線Ｐ２のタップＴｐ２を接続し、直流電源Ｅにトランス
Ｔ１の１次巻線のセンタタップＴｐｃを接続し、トラン
スＴ１の２次巻線Ｓ１のタップＴｐ１とリーケージトラ
ンスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１とを共振用コン
デンサＣ１を介して接続し、トランスＴ１の２次巻線Ｓ
１のタップＴｐ２とリーケージトランスＴ２の１次巻線
Ｐ５のタップＴｐ２とを接続するように構成しておく。

【００３９】このため、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１か
ら出力される交流電圧をリーケージトランスＴ２のリー
ケージインダクタンスと共振用コンデンサＣ１により共
振させてリーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５に入力
することで、リーケージトランスＴ２の２次巻線Ｓ５，
Ｓ６に交流電圧を誘起させ、リーケージトランスＴ２の
２次巻線からの交流電圧を出力回路１３により整流平滑
して直流電圧Ｖｏを出力することができる。

【００４０】この結果、低電圧の直流電源を用いた場合
でも、共振用コンデンサＣ１には小電流・高電圧の交流
を流すようにでき、直流電源が低電圧でも負荷側には大
電力を供給することができる共振型ＤＣ−ＤＣコンバー
タを提供することができる。

【００４１】また、リーケージを極力少なくしたトラン
スＴ１を用いることにより９９％以上のトランスの変換
効率を期待できるので、低電圧の直流電源を用いた場合
でも、ノイズが少なく効率の良い共振型ＤＣ−ＤＣコン
バータを提供することができる。

【００４２】（変形例１）図３は、本発明の第１の実施
の形態に係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の変形例
を示す図である。図３に示す共振型ＤＣ−ＤＣコンバー
タ２０の特徴は、電界効果トランジスタからなるスイッ
チング素子Ｑ１，Ｑ２のそれぞれのドレイン−ソース間
に並列に電圧擬似共振用のコンデンサＣ５，Ｃ６を追加
したものである。

【００４３】スイッチング素子Ｑ１がオフ時に、リーケ
ージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のインダクタンスをト
ランスＴ１の１次−２次の巻線比により１次側換算した
インダクタンスと、スイッチング素子Ｑ１のドレイン−
ソース間に並列に接続されたコンデンサＣ５とスイッチ
ング素子Ｑ２のドレイン−ソース間に並列に接続された
コンデンサＣ６により共振させる。

【００４４】また、スイッチング素子Ｑ２がオフ時に、
リーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のインダクタン
スをトランスＴ１の１次−２次の巻線比により１次側換
算したインダクタンスと、スイッチング素子Ｑ２のドレ
イン−ソース間に並列に接続されたコンデンサＣ５とス
イッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間に並列に接続
されたコンデンサＣ６により共振させる。このように、
トランスＴ１のリーケージインダクタンスとコンデンサ
Ｃ５，Ｃ６で共振させることで、電圧擬似共振を発生す
ることができる。

【００４５】（変形例２）図４は、本発明の第１の実施
の形態に係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の変形例
を示す図である。図４に示す共振型ＤＣ−ＤＣコンバー
タ３０の特徴は、図１に示すリーケージトランスＴ２に
代わって非リーケージトランスであるリーク分のないト
ランスＴ２０を用い、外付けにインダクタンスＬ１をト
ランスＴ１の２次巻線Ｓ１のタップＴｐ２とトランスＴ
２０の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２との間に挿入し、共
振用コンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との間で、共
振回路を構成したものである。

【００４６】図１に示す共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ１
０の回路構成では、リーケージトランスＴ２のリーケー
ジインダクタンスを用いて共振回路を構成しているが、
このリーク分のインダクタンスを予測するのに困難性が
伴っていた。

【００４７】そこで、本変形例では、トランスＴ２０を
用い、外付けにインダクタンスＬ１を挿入し、共振用コ
ンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との間で、共振回路
を構成することで、共振回路を容易に設計することがで
きる。

【００４８】（第２の実施の形態）図５は、本発明の第
２の実施の形態に係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ４０
の詳細な構成を示す図である。以下、図５に示す回路図
を参照して、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の特徴的
な構成のみを説明し、第１の実施の形態において説明し
た構成と同様のものは、その説明を省略する。

【００４９】直流−交流変換回路４５には、直流電源Ｅ
から供給される直流電圧を小電流・高電圧の交流に変換
するため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、トランスＴ１
が設けられており、図５に示すように、トランスＴ１の
１次巻線Ｐ１，Ｐ２のみをそのまま用いたものである。

【００５０】直流電源Ｅは、トランスＴ１の１次巻線Ｐ
１，Ｐ２のセンタタップＴｐｃに接続されており、１次
巻線Ｐ１のタップＴｐ１には、スイッチング素子Ｑ１の
ドレインと共振用コンデンサＣ１の一端が接続され、こ
の素子Ｑ１のソースは直流電源ＥのＧＮＤ側に接続され
ている。また、１次巻線Ｐ２のタップＴｐ２には、スイ
ッチング素子Ｑ２のドレインとリーケージトランスＴ２
のタップＴｐ２が接続され、この素子Ｑ２のソースは直
流電源ＥのＧＮＤ側に接続されている。

【００５１】トランスＴ１の１次巻線Ｐ１のタップＴｐ
１は、共振用コンデンサＣ１を介してリーケージトラン
スＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１に接続されてお
り、トランスＴ１の１次巻線Ｐ２のタップＴｐ２とリー
ケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２とが
直接に接続されている。

【００５２】なお、本実施の形態においても、直流電圧
Ｅを低電圧・大電流が取り出せる電源として扱い、トラ
ンスＴ１の１次巻線やリーケージトランスＴ２の１次巻
線Ｐ５には高電圧・小電流が現われ、リーケージトラン
スＴ２の２次巻線Ｓ５，Ｓ６から低電圧・大電流が取り
出せることとして扱うこととする。

【００５３】次に、図２に示すタイミングチャートを参
照して、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の動作につい
て説明する。まず、直流電源ＥがＤＣ−ＤＣコンバータ
４０に投入されると、制御回路１１に設けられたオペア
ンプＯＰ１の−入力端子が０Ｖであるため、オペアンプ
ＯＰ１から最大レベルの誤差電圧がＶＣＯに出力され、
さらに、図２に示すようなゲート駆動信号Ｖｇ１がＶＣ
Ｏからスイッチング素子Ｑ１のゲートに出力される。

【００５４】タイミングｔ１において、スイッチング素
子Ｑ１のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ１が０Ｖにな
る。この時、スイッチング素子Ｑ１にゲート駆動信号Ｖ
ｇ１を供給して、スイッチング素子Ｑ１がオンになる。
これにより、直流電源Ｅからドレイン電流Ｉｄ１が、ト
ランスＴ１の１次巻線のセンタタップＴｐｃ、１次巻線
Ｐ１のタップＴｐ１からスイッチング素子Ｑ１のドレイ
ン−ソースを介してＧＮＤへと流れる。

【００５５】このとき、直流電源ＥからトランスＴ１の
１次巻線のセンタタップＴｐｃからタップＴｐ２、リー
ケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２、１
次巻線Ｐ５のタップＴｐ１、１次巻線Ｐ５のタップＴｐ
１から共振用コンデンサＣ１、トランスＴ１の１次巻線
Ｐ１のタップＴｐ１に２次電流Ｉ２１が流れる。

【００５６】この結果、リーケージトランスＴ２の２次
巻線Ｓ６には磁気エネルギーが誘起されるので、２次巻
線Ｓ６のタップＴｐ２からダイオードＤ２に電流が流
れ、コンデンサＣ３により整流平滑されて２次側に出力
電圧が出力される。

【００５７】同時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０では、
リーケージトランスＴ２が有するリーケージインダクタ
ンスＬｏと共振用コンデンサＣ１による直列共振によっ
て、図２に示すような、正弦波状のドレイン電流Ｉｄ１
の波形がスイッチング素子Ｑ１に現われる。

【００５８】次に、オペアンプＯＰ１の−入力端子に２
次側の出力電圧が入力されるので、オペアンプＯＰ１か
ら誤差電圧がＶＣＯに出力され、さらに、ゲート駆動信
号Ｖｇ１に対してほぼ逆位相のゲート駆動信号Ｖｇ２が
ＶＣＯからスイッチング素子Ｑ２のゲートに出力され
る。

【００５９】ここで、タイミングｔ３においては、スイ
ッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ２が
０Ｖになる。この時、スイッチング素子Ｑ２にゲート駆
動信号Ｖｇ２を供給して、スイッチング素子Ｑ２がオン
になる。これにより、直流電源Ｅからドレイン電流Ｉｄ
２が、トランスＴ１の１次巻線のセンタタップＴｐｃ、
１次巻線Ｐ２のタップＴｐ２からスイッチング素子Ｑ２
のドレイン−ソースを介してＧＮＤへと流れる。

【００６０】このとき、直流電源ＥからトランスＴ１の
１次巻線のセンタタップＴｐｃからタップＴｐ１、共振
用コンデンサＣ１を介してリーケージトランスＴ２の１
次巻線Ｐ５のタップＴｐ１、１次巻線Ｐ５のタップＴｐ
２からトランスＴ１の１次巻線Ｐ１のタップＴｐ２に２
次電流Ｉ２２が流れる。

【００６１】この結果、リーケージトランスＴ２の２次
巻線Ｓ５には磁気エネルギーが誘起されるので、２次巻
線Ｓ６のタップＴｐ１からダイオードＤ１に電流が流れ
コンデンサＣ３により整流平滑されて２次側に出力電圧
が出力される。

【００６２】以上のような動作の繰り返しにより、２次
側の出力電圧が上昇した後に安定化される。第２の実施
の形態における効果は、直流電源Ｅから供給される直流
を直流−交流変換回路４５によりこの直流より１／２倍
の小電流・２倍の高電圧の交流に変換し、直流−交流変
換回路４５からの１／２倍の小電流・２倍の高電圧の交
流を共振用コンデンサＣ１を介してリーケージトランス
Ｔ２の１次巻線に入力して２次巻線に交流を誘起させ、
リーケージトランスＴ２の２次巻線からの交流を出力回
路１３により整流平滑して直流電圧を出力し、制御回路
１１において出力回路１３からの直流電圧に応じて直流
−交流変換回路４５を制御するためのゲート駆動信号を
生成するので、低電圧の直流電源を用いた場合でも、共
振用コンデンサＣ１には１／２倍の小電流・２倍の高電
圧の交流を流すようにでき、直流電源が低電圧でも負荷
側には大電力を供給することができる共振型ＤＣ−ＤＣ
コンバータを提供することができる。

【００６３】また、直流−交流変換回路４５は、図５に
示すように、スイッチング素子Ｑ１に対して直列にトラ
ンスＴ１の巻線のタップＴｐ１を接続し、スイッチング
素子Ｑ２に対して直列にトランスＴ１の巻線のタップＴ
ｐ２を接続し、直流電源ＥにトランスＴ１の巻線のセン
タタップＴｐｃを接続し、トランスＴ１の巻線のタップ
Ｔｐ１とリーケージトランスＴ２の１次巻線のタップＴ
ｐ１とを共振用コンデンサＣ１を介して接続し、トラン
スＴ１の巻線のタップＴｐ２とリーケージトランスＴ２
の１次巻線のタップＴｐ２とを接続するように構成して
おく。

【００６４】このため、トランスＴ１の巻線から出力さ
れる交流電圧をリーケージトランスＴ２のリーケージイ
ンダクタンスと共振用コンデンサＣ１により共振させて
リーケージトランスＴ２の１次巻線に入力することで、
リーケージトランスＴ２の２次巻線Ｓ５，Ｓ６に交流電
圧を誘起させ、リーケージトランスＴ２の２次巻線から
の交流電圧を出力回路１３により整流平滑して直流電圧
Ｖｏを出力することができる。

【００６５】この結果、低電圧の直流電源を用いた場合
でも、共振用コンデンサＣ１には１／２倍の小電流・２
倍の高電圧の交流を流すようにでき、直流電源が低電圧
でも負荷側には大電力を供給することができる共振型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータを提供することができる。

【００６６】また、リーケージを極力少なくしたトラン
スＴ１を用いることにより９９％以上のトランスの変換
効率を期待できるので、低電圧の直流電源を用いた場合
でも、ノイズが少なく効率の良い共振型ＤＣ−ＤＣコン
バータを提供することができる。

【００６７】（変形例３）本発明の第２の実施の形態に
係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の変形例について
説明する。この変形例２の特徴は、図３に示す変形例１
と同様に、電界効果トランジスタからなるスイッチング
素子Ｑ１，Ｑ２のそれぞれのドレイン−ソース間に並列
に電圧擬似共振用のコンデンサＣ５，Ｃ６を追加すれば
よい。

【００６８】スイッチング素子Ｑ１がオフ時に、リーケ
ージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のインダクタンスをト
ランスＴ１の１次−２次の巻線比により１次側換算した
インダクタンスと、スイッチング素子Ｑ１のドレイン−
ソース間に並列に接続されたコンデンサＣ５とスイッチ
ング素子Ｑ２のドレイン−ソース間に並列に接続された
コンデンサＣ６により共振させる。

【００６９】また、スイッチング素子Ｑ２がオフ時に、
リーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のインダクタン
スをトランスＴ１の１次−２次の巻線比により１次側換
算したインダクタンスと、スイッチング素子Ｑ２のドレ
イン−ソース間に並列に接続されたコンデンサＣ５とス
イッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間に並列に接続
されたコンデンサＣ６により共振させる。このように、
トランスＴ１のリーケージインダクタンスとコンデンサ
Ｃ５，Ｃ６で共振させることで、電圧擬似共振を発生す
ることができる。

【００７０】（変形例４）本発明の第２の実施の形態に
係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の変形例について
説明する。この変形例４の特徴は、図４に示す変形例２
と同様に、図５に示すリーケージトランスＴ２に代わっ
て非リーケージトランスであるリーク分のないトランス
Ｔ２０を用い、外付けにトランスＴ１の２次巻線Ｓ１の
タップＴｐ２とトランスＴ２０の１次巻線Ｐ５のタップ
Ｔｐ２との間にインダクタンスＬ１を挿入し、共振用コ
ンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との間で、共振回路
を構成したものである。

【００７１】図５に示す共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ４
０の回路構成では、リーケージトランスＴ２のリーケー
ジインダクタンスを用いて共振回路を構成しているが、
このリーク分のインダクタンスを予測するのに困難性が
伴っていた。

【００７２】そこで、本変形例では、トランスＴ２０を
用い、外付けにインダクタンスＬ１を挿入し、共振用コ
ンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との間で、共振回路
を構成することで、共振回路を容易に設計することがで
きる。

【００７３】（第３の実施の形態）図６は、本発明の第
３の実施の形態に係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ５０
の詳細な構成を示す図である。以下、図６に示す回路図
を参照して、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の特徴的
な構成のみを説明し、第１の実施の形態において説明し
た構成と同様のものは、その説明を省略する。

【００７４】直流−交流変換回路５５には、直流電源Ｅ
から供給される直流電圧を小電流・高電圧の交流に変換
するため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、オートトラン
スＴ３が設けられており、図６に示すように、オートト
ランスＴ３の１次巻線Ｐ１，Ｐ２に対して連続して巻か
れた非絶縁の巻線Ｐ３を用いて、さらに磁気結合を良く
したものである。

【００７５】直流電源Ｅは、オートトランスＴ３の１次
巻線Ｐ１，Ｐ２のセンタタップＴｐｃに接続と、リーケ
ージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２に接続
されている。また、１次巻線Ｐ１のタップＴｐ１には、
スイッチング素子Ｑ１のドレインと、巻線Ｐ３のタップ
Ｔｐ４が接続され、この素子Ｑ１のソースは直流電源Ｅ
のＧＮＤ側に接続されている。さらに、１次巻線Ｐ２の
タップＴｐ２には、スイッチング素子Ｑ２のドレインが
接続され、この素子Ｑ２のソースは直流電源ＥのＧＮＤ
側に接続されている。オートトランスＴ３の巻線Ｐ３の
タップＴｐ３は、共振用コンデンサＣ１を介してリーケ
ージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１に接続
されている。

【００７６】なお、本実施の形態においても、直流電圧
Ｅを低電圧・大電流が取り出せる電源として扱い、オー
トトランスＴ３の１次巻線やリーケージトランスＴ２の
１次巻線Ｐ５には高電圧・小電流が現われ、リーケージ
トランスＴ２の２次巻線Ｓ５，Ｓ６から低電圧・大電流
が取り出せることとして扱うこととする。

【００７７】次に、図２に示すタイミングチャートを参
照して、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の動作につい
て説明する。まず、直流電源ＥがＤＣ−ＤＣコンバータ
５０に投入されると、制御回路１１に設けられたオペア
ンプＯＰ１の−入力端子が０Ｖであるため、オペアンプ
ＯＰ１から最大レベルの誤差電圧がＶＣＯに出力され、
さらに、図２に示すようなゲート駆動信号Ｖｇ１がＶＣ
Ｏからスイッチング素子Ｑ１のゲートに出力される。タ
イミングｔ１において、スイッチング素子Ｑ１のドレイ
ン−ソース間電圧Ｖｄｓ１が０Ｖになる。この時、スイ
ッチング素子Ｑ１にゲート駆動信号Ｖｇ１を供給して、
スイッチング素子Ｑ１がオンになる。これにより、直流
電源Ｅからドレイン電流Ｉｄ１が、オートトランスＴ３
の１次巻線のセンタタップＴｐｃ、１次巻線Ｐ１のタッ
プＴｐ１からスイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース
を介してＧＮＤへと流れる。

【００７８】このとき、直流電源Ｅからオートトランス
Ｔ３の１次巻線のセンタタップＴｐｃからリーケージト
ランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２、１次巻線Ｐ
５のタップＴｐ１、１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１から共
振用コンデンサＣ１、オートトランスＴ３の巻線Ｐ３の
タップＴｐ３からタップＴｐ４に２次電流Ｉ２１が流れ
る。

【００７９】この結果、リーケージトランスＴ２の２次
巻線Ｓ６には磁気エネルギーが誘起されるので、２次巻
線Ｓ６のタップＴｐ２からダイオードＤ２に電流が流
れ、コンデンサＣ３により整流平滑されて２次側に出力
電圧が出力される。

【００８０】同時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０では、
リーケージトランスＴ２が有するリーケージインダクタ
ンスＬｏと共振用コンデンサＣ１による直列共振によっ
て、図２に示すような、正弦波状のドレイン電流Ｉｄ１
の波形がスイッチング素子Ｑ１に現われる。

【００８１】次に、オペアンプＯＰ１の−入力端子に２
次側の出力電圧が入力されるので、オペアンプＯＰ１か
ら誤差電圧がＶＣＯに出力され、さらに、ゲート駆動信
号Ｖｇ１に対してほぼ逆位相のゲート駆動信号Ｖｇ２が
ＶＣＯからスイッチング素子Ｑ２のゲートに出力され
る。

【００８２】ここで、タイミングｔ３においては、スイ
ッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ２が
０Ｖになる。この時、スイッチング素子Ｑ２にゲート駆
動信号Ｖｇ２を供給して、スイッチング素子Ｑ２がオン
になる。これにより、直流電源Ｅからドレイン電流Ｉｄ
２が、オートトランスＴ３の１次巻線のセンタタップＴ
ｐｃ、１次巻線Ｐ２のタップＴｐ２からスイッチング素
子Ｑ２のドレイン−ソースを介してＧＮＤへと流れる。

【００８３】このとき、直流電源Ｅからオートトランス
Ｔ３の１次巻線のセンタタップＴｐｃからタップＴｐ
１、オートトランスＴ３の巻線Ｐ３のタップＴｐ４から
Ｔｐ３、共振用コンデンサＣ１を介してリーケージトラ
ンスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１、１次巻線Ｐ５
のタップＴｐ２からオートトランスＴ３の１次巻線のセ
ンタタップＴｐｃに２次電流Ｉ２２が流れる。

【００８４】この結果、リーケージトランスＴ２の２次
巻線Ｓ５には磁気エネルギーが誘起されるので、２次巻
線Ｓ６のタップＴｐ１からダイオードＤ１に電流が流れ
コンデンサＣ３により整流平滑されて２次側に出力電圧
が出力される。以上のような動作の繰り返しにより、２
次側の出力電圧が上昇した後に安定化される。

【００８５】第３の実施の形態における効果は、直流電
源Ｅから供給される直流を直流−交流変換回路５５によ
りこの直流より任意のＰ１＝Ｐ２：Ｐ３の巻数比で決ま
る小電流・高電圧の交流に変換し、直流−交流変換回路
５５からの小電流・高電圧の交流を共振用コンデンサＣ
１を介してリーケージトランスＴ２の１次巻線に入力し
て２次巻線に交流を誘起させ、リーケージトランスＴ２
の２次巻線からの交流を出力回路１３により整流平滑し
て直流電圧を出力し、制御回路１１において出力回路１
３からの直流電圧に応じて直流−交流変換回路５５を制
御するためのゲート駆動信号を生成するので、低電圧の
直流電源Ｅを用いた場合でも、共振用コンデンサＣ１に
は小電流・高電圧の交流を流すようにでき、直流電源Ｅ
が低電圧でも負荷側には大電力を供給することができる
共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。

【００８６】また、直流−交流変換回路５５は、図６に
示すように、スイッチング素子Ｑ１に対して直列にオー
トトランスＴ３の１次巻線Ｐ１のタップＴｐ１と巻線Ｐ
３のタップＴｐ４とを接続し、スイッチング素子Ｑ２に
対して直列にオートトランスＴ３の１次巻線Ｐ２のタッ
プＴｐ２を接続し、直流電源ＥにオートトランスＴ３の
１次巻線のセンタタップＴｐｃを接続し、オートトラン
スＴ３の巻線Ｐ３のタップＴｐ３とリーケージトランス
Ｔ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１とを共振用コンデン
サＣ１を介して接続し、オートトランスＴ３の１次巻線
のセンタタップＴｐｃとリーケージトランスＴ２の１次
巻線のタップＴｐ２とを接続するように構成しておく。

【００８７】このため、オートトランスＴ３の巻線から
出力される交流電圧をリーケージトランスＴ２のリーケ
ージインダクタンスと共振用コンデンサＣ１により共振
させてリーケージトランスＴ２の１次巻線に入力するこ
とで、リーケージトランスＴ２の２次巻線Ｓ５，Ｓ６に
交流電圧を誘起させ、リーケージトランスＴ２の２次巻
線からの交流電圧を出力回路１３により整流平滑して直
流電圧Ｖｏを出力することができる。

【００８８】この結果、低電圧の直流電源を用いた場合
でも、共振用コンデンサＣ１には小電流・高電圧の交流
を流すようにでき、直流電源が低電圧でも負荷側には大
電力を供給することができる共振型ＤＣ−ＤＣコンバー
タを提供することができる。

【００８９】（変形例５）本発明の第３の実施の形態に
係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の変形例も、上述
した変形例２と同様であるので、その説明を省略する。

【００９０】（変形例６）本発明の第３の実施の形態に
係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の変形例について
説明する。この変形例６の特徴は、図４に示す変形例２
と同様に、図６に示すリーケージトランスＴ２に代わっ
て非リーケージトランスであるリーク分のないトランス
Ｔ２０を用い、外付けにオートトランスＴ３の１次巻線
Ｐ２のセンタタップＴｐｃとトランスＴ２０の１次巻線
Ｐ５のタップＴｐ２との間にインダクタンスＬ１を挿入
し、共振用コンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との間
で、共振回路を構成したものである。

【００９１】図６に示す共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ５
０の回路構成では、リーケージトランスＴ２のリーケー
ジインダクタンスを用いて共振回路を構成しているが、
このリーク分のインダクタンスを予測するのに困難性が
伴っていた。

【００９２】そこで、本変形例では、トランスＴ２０を
用い、外付けにインダクタンスＬ１を挿入し、共振用コ
ンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との間で、共振回路
を構成することで、共振回路を容易に設計することがで
きる。

【００９３】（第４の実施の形態）図７は、本発明の第
４の実施の形態に係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ６０
の詳細な構成を示す図である。以下、図７に示す回路図
を参照して、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ６０の特徴的
な構成のみを説明し、第１の実施の形態において説明し
た構成と同様のものは、その説明を省略する。

【００９４】直流−交流変換回路６５には、直流電源Ｅ
から供給される直流電圧を小電流・高電圧の交流に変換
するため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、オートトラン
スＴ５が設けられており、図７に示すように、オートト
ランスＴ５の１次巻線Ｐ１，Ｐ２に対して連続して巻か
れた非絶縁の１次巻線Ｐ３，Ｐ４を用いて、さらに磁気
結合を良くしたものである。

【００９５】直流電源Ｅは、オートトランスＴ５の１次
巻線Ｐ１のタップＴｐ１と、１次巻線Ｐ４のタップＴｐ
４に接続に接続されている。また、１次巻線Ｐ３，Ｐ４
のセンタタップＴｐｃには、スイッチング素子Ｑ１のド
レインが接続され、この素子Ｑ１のソースは直流電源Ｅ
のＧＮＤ側に接続されている。さらに、１次巻線Ｐ１，
Ｐ２のセンタタップＴｐｃには、スイッチング素子Ｑ２
のドレインが接続され、この素子Ｑ２のソースは直流電
源ＥのＧＮＤ側に接続されている。

【００９６】オートトランスＴ５の１次巻線Ｐ３のタッ
プＴｐ３は、共振用コンデンサＣ１を介してリーケージ
トランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１に接続され
ている。また、オートトランスＴ５の１次巻線Ｐ２のタ
ップＴｐ２は、リーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５
のタップＴｐ２に接続されている。

【００９７】なお、本実施の形態においても、直流電圧
Ｅを低電圧・大電流が取り出せる電源として扱い、オー
トトランスＴ５の１次巻線やリーケージトランスＴ２の
１次巻線Ｐ５には高電圧・小電流が現われ、リーケージ
トランスＴ２の２次巻線Ｓ５，Ｓ６から低電圧・大電流
が取り出せることとして扱うこととする。

【００９８】次に、図２に示すタイミングチャートを参
照して、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ６０の動作につい
て説明する。まず、直流電源ＥがＤＣ−ＤＣコンバータ
５０に投入されると、制御回路１１に設けられたオペア
ンプＯＰ１の−入力端子が０Ｖであるため、オペアンプ
ＯＰ１から最大レベルの誤差電圧がＶＣＯに出力され、
さらに、図２に示すようなゲート駆動信号Ｖｇ１がＶＣ
Ｏからスイッチング素子Ｑ１のゲートに出力される。

【００９９】タイミングｔ１において、スイッチング素
子Ｑ１のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ１が０Ｖにな
る。この時、スイッチング素子Ｑ１にゲート駆動信号Ｖ
ｇ１を供給して、スイッチング素子Ｑ１がオンになる。
これにより、直流電源Ｅからドレイン電流Ｉｄ１が、オ
ートトランスＴ５の１次巻線Ｐ４のタップＴｐ４、１次
巻線Ｐ４のセンタタップＴｐｃからスイッチング素子Ｑ
１のドレイン−ソースを介してＧＮＤへと流れる。

【０１００】このとき、直流電源Ｅからオートトランス
Ｔ５の１次巻線Ｐ１のタップＴｐ１から１次巻線Ｔｐ
２、リーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴ
ｐ２、１次巻線Ｐ５のタップＴｐ１、１次巻線Ｐ５のタ
ップＴｐ１から共振用コンデンサＣ１、オートトランス
Ｔ５の巻線Ｐ３のタップＴｐ３からセンタタップＴｐｃ
に２次電流Ｉ２１が流れる。

【０１０１】この結果、リーケージトランスＴ２の２次
巻線Ｓ６には磁気エネルギーが誘起されるので、２次巻
線Ｓ６のタップＴｐ２からダイオードＤ２に電流が流
れ、コンデンサＣ３により整流平滑されて２次側に出力
電圧が出力される。

【０１０２】同時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ６０では、
リーケージトランスＴ２が有するリーケージインダクタ
ンスＬｏと共振用コンデンサＣ１による直列共振によっ
て、図２に示すような、正弦波状のドレイン電流Ｉｄ１
の波形がスイッチング素子Ｑ１に現われる。

【０１０３】次に、オペアンプＯＰ１の−入力端子に２
次側の出力電圧が入力されるので、オペアンプＯＰ１か
ら誤差電圧がＶＣＯに出力され、さらに、ゲート駆動信
号Ｖｇ１に対してほぼ逆位相のゲート駆動信号Ｖｇ２が
ＶＣＯからスイッチング素子Ｑ２のゲートに出力され
る。

【０１０４】ここで、タイミングｔ３においては、スイ
ッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ２が
０Ｖになる。この時、スイッチング素子Ｑ２にゲート駆
動信号Ｖｇ２を供給して、スイッチング素子Ｑ２がオン
になる。これにより、直流電源Ｅからドレイン電流Ｉｄ
２が、オートトランスＴ５の１次巻線Ｐ１，Ｐ２のセン
タタップＴｐｃからスイッチング素子Ｑ２のドレイン−
ソースを介してＧＮＤへと流れる。

【０１０５】このとき、直流電源Ｅからオートトランス
Ｔ５の１次巻線Ｐ４のタップＴｐ４、オートトランスＴ
５の１次巻線Ｐ３のタップＴｐ３、共振用コンデンサＣ
１を介してリーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタ
ップＴｐ１、１次巻線Ｐ５のタップＴｐ２からオートト
ランスＴ５の１次巻線Ｐ２のタップＴｐ２に２次電流Ｉ
２２が流れる。

【０１０６】この結果、リーケージトランスＴ２の２次
巻線Ｓ５には磁気エネルギーが誘起されるので、２次巻
線Ｓ６のタップＴｐ１からダイオードＤ１に電流が流れ
コンデンサＣ３により整流平滑されて２次側に出力電圧
が出力される。

【０１０７】以上のような動作の繰り返しにより、２次
側の出力電圧が上昇した後に安定化される。

【０１０８】第４の実施の形態における効果は、直流電
源Ｅから供給される直流を直流−交流変換回路６５によ
りこの直流より小電流・高電圧の交流に変換し、直流−
交流変換回路６５からの小電流・高電圧の交流を共振用
コンデンサＣ１を介してリーケージトランスＴ２の１次
巻線に入力して２次巻線に交流を誘起させ、リーケージ
トランスＴ２の２次巻線からの交流を出力回路１３によ
り整流平滑して直流電圧を出力し、制御回路１１におい
て出力回路１３からの直流電圧に応じて直流−交流変換
回路６５を制御するためのゲート駆動信号を生成するの
で、低電圧の直流電源Ｅを用いた場合でも、共振用コン
デンサＣ１には小電流・高電圧の交流を流すようにで
き、直流電源Ｅが低電圧でも負荷側には大電力を供給す
ることができる共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する
ことができる。

【０１０９】また、直流−交流変換回路６５は、図７に
示すように、スイッチング素子Ｑ１に対して直列にオー
トトランスＴ５の１次巻線Ｐ３，Ｐ４のセンタタップＴ
ｐｃを接続し、スイッチング素子Ｑ２に対して直列にオ
ートトランスＴ５の１次巻線Ｐ１，Ｐ２のセンタタップ
Ｔｐｃを接続し、直流電源ＥにオートトランスＴ５の１
次巻線Ｐ１のタップＴｐ１と１次巻線Ｐ４のタップＴｐ
４とを接続し、オートトランスＴ５の１次巻線Ｐ３のタ
ップＴｐ３とリーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５の
タップＴｐ１とを共振用コンデンサＣ１を介して接続
し、オートトランスＴ５の１次巻線Ｐ２のタップＴｐ２
とリーケージトランスＴ２の１次巻線Ｐ５のタップＴｐ
２とを接続するように構成しておく。

【０１１０】このため、オートトランスＴ５の１次巻線
から出力される交流電圧をリーケージトランスＴ２のリ
ーケージインダクタンスと共振用コンデンサＣ１により
共振させてリーケージトランスＴ２の１次巻線に入力す
ることで、リーケージトランスＴ２の２次巻線Ｓ５，Ｓ
６に交流電圧を誘起させ、リーケージトランスＴ２の２
次巻線からの交流電圧を出力回路１３により整流平滑し
て直流電圧Ｖｏを出力することができる。

【０１１１】この結果、低電圧の直流電源を用いた場合
でも、共振用コンデンサＣ１には小電流・高電圧の交流
を流すようにでき、直流電源が低電圧でも負荷側には大
電力を供給することができる共振型ＤＣ−ＤＣコンバー
タを提供することができる。

【０１１２】（変形例７）本発明の第４の実施の形態に
係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ６０の変形例も、上述
した変形例２と同様であるので、その説明を省略する。

【０１１３】（変形例８）本発明の第４の実施の形態に
係る共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ６０の変形例について
説明する。この変形例８の特徴は、図４に示す変形例２
と同様に、図７に示すリーケージトランスＴ２に代わっ
て非リーケージトランスであるリーク分のないトランス
Ｔ２０を用い、外付けにオートトランスＴ３の１次巻線
Ｐ２のセンタタップＴｐｃとトランスＴ２０の１次巻線
Ｐ５のタップＴｐ２との間にインダクタンスＬ１を挿入
し、共振用コンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との間
で、共振回路を構成したものである。

【０１１４】図６に示す共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ６
０の回路構成では、リーケージトランスＴ２のリーケー
ジインダクタンスを用いて共振回路を構成しているが、
このリーク分のインダクタンスを予測するのに困難性が
伴っていた。

【０１１５】そこで、本変形例では、トランスＴ２０を
用い、外付けにインダクタンスＬ１を挿入し、共振用コ
ンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との間で、共振回路
を構成することで、共振回路を容易に設計することがで
きる。

【０１１６】第１乃至第４の実施の形態によれば、低電
圧の電源回路においても優れた効率を持つ共振型ＤＣ−
ＤＣコンバータを採用することが可能となる。このた
め、効率が向上して放熱が簡単となり、ノイズが低減す
るのでノイズ対策部品を大幅に減少することができ、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータのコストを低く押さえることができ
る。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直流電源から供給される直流を直流−交流変換回路によ
りこの直流より小電流・高電圧の交流に変換し、直流−
交流変換回路からの小電流・高電圧の交流を共振用コン
デンサを介してリーケージトランスの１次巻線に入力し
て２次巻線に交流を誘起させ、リーケージトランスの２
次巻線からの交流を出力回路により整流平滑して直流電
圧を出力し、制御回路において出力回路からの直流電圧
に応じて直流−交流変換回路を制御するためのゲート駆
動信号を生成するので、低電圧の直流電源を用いた場合
でも、共振用コンデンサには小電流・高電圧の交流を流
すようにでき、直流電源が低電圧でも負荷側には大電力
を供給することができる共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを
提供することができる。

【０１１８】この結果、低電圧の電源回路においても優
れた効率を持つ共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを採用する
ことが可能となる。このため、効率が向上して放熱が簡
単となり、ノイズが低減するのでノイズ対策部品を大幅
に減少することができ、ＤＣ−ＤＣコンバータのコスト
を低く押さえることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る共振型ＤＣ−
ＤＣコンバータ１０の詳細な構成を示す図である。

【図２】共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作について説
明するためのタイミングチャートである。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る共振型ＤＣ−
ＤＣコンバータ２０の変形例を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る共振型ＤＣ−
ＤＣコンバータ３０の変形例を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る共振型ＤＣ−
ＤＣコンバータ４０の詳細な構成を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る共振型ＤＣ−
ＤＣコンバータ５０の詳細な構成を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態に係る共振型ＤＣ−
ＤＣコンバータ６０の詳細な構成を示す図である。

【図８】従来のハーフブリッジ型の共振型ＤＣ−ＤＣコ
ンバータの詳細な構成を示す図である。

【図９】従来のハーフブリッジ型の共振型ＤＣ−ＤＣコ
ンバータの動作について説明するためのタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

Ｃ１ 共振用コンデンサ Ｅ 直流電源 Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子 Ｔ２ リーケージトランス １１ 制御回路 １３ 出力回路 １５，４５，５５，６５ 直流−交流変換回路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源から供給される直流をこの直流
   より小電流・高電圧の交流に変換する直流−交流変換回
   路と、 直流−交流変換回路からの小電流・高電圧の交流を共振
   用コンデンサを介して１次巻線に入力して２次巻線に交
   流を誘起するリーケージトランスと、 リーケージトランスの２次巻線からの交流を整流平滑し
   て直流電圧を出力する出力回路と、 出力回路からの直流電圧に応じて直流−交流変換回路を
   制御するための制御信号を生成する制御回路とを備えた
   ことを特徴とする共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 【請求項２】 前記直流−交流変換回路は、 前記制御回路からの制御信号に応じて交互にオン・オフ
   動作する第１及び第２のスイッチング素子と、 第１のタップとセンタタップおよび第２のタップを設け
   た１次巻線と、第１のタップと第２のタップを設けた２
   次巻線とを有し、１次巻線に入力した交流電圧を昇圧し
   て２次巻線に誘起するトランスとを備え、 前記第１のスイッチング素子に対して直列に前記トラン
   スの１次巻線の第１のタップを接続し、前記第２のスイ
   ッチング素子に対して直列に前記トランスの１次巻線の
   第２のタップを接続し、前記直流電源に前記トランスの
   １次巻線のセンタタップを接続し、前記トランスの２次
   巻線の第１のタップと前記リーケージトランスの１次巻
   線の第１のタップとを共振用コンデンサを介して接続
   し、前記トランスの２次巻線の第２のタップと前記リー
   ケージトランスの１次巻線の第２のタップとを接続し、 前記トランスの２次巻線から出力される交流電圧を前記
   リーケージトランスのリーケージインダクタンスと共振
   用コンデンサにより共振させて前記リーケージトランス
   の１次巻線に入力することを特徴とする共振型ＤＣ−Ｄ
   Ｃコンバータ。
3. 【請求項３】 前記直流−交流変換回路は、 前記制御回路からの制御信号に応じて交互にオン・オフ
   動作する第１及び第２のスイッチング素子と、 第１のタップとセンタタップおよび第２のタップを設け
   た巻線を備え、 前記第１のスイッチング素子に対して直列に前記巻線の
   第１のタップを接続し、前記第２のスイッチング素子に
   対して直列に前記巻線の第２のタップを接続し、前記直
   流電源に前記巻線のセンタタップを接続し、前記巻線の
   第１のタップと前記リーケージトランスの１次巻線の第
   １のタップとを共振用コンデンサを介して接続し、前記
   巻線の第２のタップと前記リーケージトランスの１次巻
   線の第２のタップとを接続し、 前記巻線から出力される交流電圧を前記リーケージトラ
   ンスのリーケージインダクタンスと共振用コンデンサに
   より共振させて前記リーケージトランスの１次巻線に入
   力することを特徴とする請求項１記載の共振型ＤＣ−Ｄ
   Ｃコンバータ。
4. 【請求項４】 前記直流−交流変換回路は、 前記制御回路からの制御信号に応じて交互にオン・オフ
   動作する第１及び第２のスイッチング素子と、 第１のタップとセンタタップおよび第２のタップを設け
   た第１の巻線と、第３のタップと第４のタップを設け第
   １の巻線と連続して巻かれた第２の巻線を有するオート
   トランスとを備え、 前記第１のスイッチング素子に対して直列に前記オート
   トランスの第１の巻線の第１のタップと第２の巻線の第
   ４のタップとを接続し、前記第２のスイッチング素子に
   対して直列に前記オートトランスの第１の巻線の第２の
   タップを接続し、前記直流電源に前記オートトランスの
   第１の巻線のセンタタップを接続し、前記オートトラン
   スの第２の巻線の第３のタップと前記リーケージトラン
   スの１次巻線の第１のタップとを共振用コンデンサを介
   して接続し、前記オートトランスの第１の巻線のセンタ
   タップと前記リーケージトランスの１次巻線の第２のタ
   ップとを接続し、 前記オートトランスの第２の巻線から出力される交流電
   圧を前記リーケージトランスのリーケージインダクタン
   スと共振用コンデンサにより共振させて前記リーケージ
   トランスの１次巻線に入力することを特徴とする請求項
   １記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
5. 【請求項５】 前記直流−交流変換回路は、 前記制御回路からの制御信号に応じて交互にオン・オフ
   動作する第１及び第２のスイッチング素子と、 第１のタップとセンタタップおよび第２のタップを設け
   た第１の巻線と、第３のタップとセンタタップおよび第
   ４のタップを設け第１の巻線と連続して巻かれた第２の
   巻線を有するオートトランスとを備え、 前記第１のスイッチング素子に対して直列に前記オート
   トランスの第１の巻線のセンタタップを接続し、前記第
   ２のスイッチング素子に対して直列に前記オートトラン
   スの第２の巻線のセンタタップを接続し、前記直流電源
   に前記オートトランスの第１の巻線の第１のタップと第
   ２の巻線の第４のタップとを接続し、前記オートトラン
   スの第２の巻線の第３のタップと前記リーケージトラン
   スの１次巻線の第１のタップとを共振用コンデンサを介
   して接続し、前記オートトランスの第１の巻線の第２の
   タップと前記リーケージトランスの１次巻線の第２のタ
   ップとを接続し、 前記オートトランスの第１および第２の巻線から出力さ
   れる交流電圧を前記リーケージトランスのリーケージイ
   ンダクタンスと共振用コンデンサにより共振させて前記
   リーケージトランスの１次巻線に入力することを特徴と
   する請求項１記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２のスイッチング素子
   は、 電界効果トランジスタからなり、ドレイン端子−ソース
   端子間に接続された第２および第３のコンデンサをそれ
   ぞれ有し、 前記トランスのインダクタンスと第２および第３のコン
   デンサにより交互に共振させることを特徴とする請求項
   ２乃至５項の何れか１項に記載の共振型ＤＣ−ＤＣコン
   バータ。
7. 【請求項７】 前記リーケージトランスに代わって、リ
   ーク分のない非リーケージトランスを備え、 前記トランスの２次巻線の第２のタップと前記非リーケ
   ージトランスの１次巻線の第２のタップとの間に、イン
   ダクタンスを接続することを特徴とする請求項２記載の
   共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
8. 【請求項８】 前記リーケージトランスに代わって、リ
   ーク分のない非リーケージトランスを備え、 前記トランスの１次巻線の第２のタップと前記非リーケ
   ージトランスの１次巻線の第２のタップとの間に、イン
   ダクタンスを接続することを特徴とする請求項３記載の
   共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
9. 【請求項９】 前記リーケージトランスに代わって、リ
   ーク分のない非リーケージトランスを備え、 前記オートトランスの１次巻線のセンタタップと前記非
   リーケージトランスの１次巻線の第２のタップとの間
   に、インダクタンスを接続することを特徴とする請求項
   ４記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
10. 【請求項１０】 前記リーケージトランスに代わって、
    リーク分のない非リーケージトランスを備え、 前記オートトランスの第１の巻線の第２のタップと前記
    非リーケージトランスの１次巻線の第２のタップとの間
    に、インダクタンスを接続することを特徴とする請求項
    ５記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。