JP2009178020A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えつつ安定的な出力を供給することが可能なスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】平滑回路５において、第１環状磁路Ｂ１における磁束と、第２環状磁路Ｂ２における磁束と、チョークコイル５Ｌｃ１を流れる電流によって形成される磁束と、チョークコイル５Ｌｃ２を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部において互いに共有化されているようにする。チョークコイル５Ｌ１，５Ｌ３を流れる電流と、チョークコイル５Ｌ２，５Ｌ４を流れる電流とが均衡状態となり、安定化する。また、この平滑回路５では、自動的にこのような均衡状態が保持されるため、素子の特性値等の調整が不要となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流入力電圧をスイッチングして得られるスイッチング出力を電力変換トランスの出力巻線に取り出すように構成されたスイッチング電源装置に関する。

従来より、スイッチング電源装置として種々のＤＣ−ＤＣコンバータが提案され、実用に供されている。その多くは、電力変換トランス（変圧素子）の１次側巻線に接続されたスイッチング回路のスイッチング動作により直流入力電圧をスイッチングし、スイッチング出力を電力変換トランスの２次側巻線に取り出す方式である。スイッチング回路のスイッチング動作に伴い、２次側巻線に現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑回路によって直流に変換されて出力される。

ところで、このようなスイッチング電源装置において、大電流を取り扱うために整流回路や平滑回路での電圧降下を小さく抑えることなどを目的として複数の整流回路を使う場合などには、ＬＣ回路を用いた平滑回路を用いて各整流回路から流れる電流同士を均衡化させることにより、出力を安定化させる必要がある。そこで例えば特許文献１では、２つの磁芯を有するインダクタを用いることにより、各整流回路から流れる電流により生ずる磁束同士を均衡化させるようにしたものが提案されている。

米国特許６，３６２，９８６号明細書

しかしながら、上記特許文献１による手法ではある程度磁束同士が均衡化するものの、そのためには素子の特性値等の調整や選別を行うか、もしくは特性値等の余裕度が大きくなるような素子を使用せざるを得なかった。したがって、設計の自由度が低くなると共に、製造コストが高くなってしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、製造コストを抑えつつ安定的な出力を供給することが可能なスイッチング電源装置を提供することにある。

本発明の第１のスイッチング電源装置は、直流入力電圧をスイッチングして入力交流電圧を生成するインバータ回路と、前記インバータ回路側の１次側巻線と、２次側巻線とを有し、入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を出力するトランスと、このトランスの２次側に並列接続され、各々が出力交流電圧の整流動作を行う２つの整流回路と、これら２つの整流回路からの出力電圧を平滑化して直流出力電圧を生成する平滑回路とを備えたものである。ここで、この平滑回路は、容量素子と、第１および第２の磁芯と、これら第１および第２の磁芯の間に配置された共通磁芯と、一端が整流回路に接続されると共に第１の磁芯に巻回された第１および第２の巻線と、一端が整流回路に接続されると共に第２の磁芯に巻回された第３および第４の巻線と、第１および第３の巻線の他端同士と容量素子の一端とを接続すると共に共通磁芯に巻回された第１の共通巻線と、第２および第４の巻線の他端同士と容量素子の他端とを接続すると共に共通磁芯に巻回された第２の共通巻線とを有している。また、第１の巻線を流れる電流と第２の巻線を流れる電流とによって、第１の磁芯および共通磁芯の内部を通る第１の環状磁路が形成され、第１の巻線を流れる電流と第２の巻線を流れる電流とに同期して、第３および第４の巻線に電流が流れると共に、これら第３の巻線を流れる電流と第４の巻線を流れる電流とによって、第２の磁芯および共通磁芯の内部を通る第２の環状磁路が形成され、第１の環状磁路における磁束と、第２の環状磁路における磁束と、第１の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束と、第２の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯の内部において互いに共有化されている。なお、「同期して」とは、文字通り完全に同期している場合には限られず、実質的に同期しているものを意味する。

本発明の第１のスイッチング電源装置では、インバータ回路によって直流入力電圧がスイッチングされることにより入力交流電圧が生成され、この入力交流電圧がトランスにより変圧され、２次側に出力交流電圧が出力される。そして２つの整流回路によってそれぞれ出力交流電圧の整流動作がなされ、これら２つの整流回路からの出力電圧が平滑回路によって平滑化されることにより、直流出力電圧が生成される。ここで、上記平滑回路では、第１ないし第４の巻線と第１および第２の共通巻線とが、第１および第２の磁芯と共通磁芯とに適切に巻回されることにより、第１の巻線を流れる電流と第２の巻線を流れる電流とによって、第１の磁芯および共通磁芯の内部を通る第１の環状磁路が形成され、第１の巻線を流れる電流と第２の巻線を流れる電流とに同期して、第３および第４の巻線に電流が流れると共に、これら第３の巻線を流れる電流と第４の巻線を流れる電流とによって、第２の磁芯および共通磁芯の内部を通る第２の環状磁路が形成される。また、上記第１の環状磁路における磁束と、上記第２の環状磁路における磁束と、上記第１の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束と、上記第２の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯の内部において、互いに向きが等しくなると共に互いに共有化されるようになる。これにより、第１および第２の巻線を流れる電流と、第３および第４の巻線を流れる電流とが均衡状態となり、安定化する。また、自動的にこのような均衡状態が保持されるため、素子の特性値等の調整が不要となる。

本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記２つの整流回路を、各々が電流流入端および電流流出端を有する第１および第２の整流回路により構成すると共に、上記第１の巻線の一端を第１の整流回路の電流流出端に接続し、上記第２の巻線の一端を第１の整流回路の電流流入端に接続し、上記第３の巻線の一端を第２の整流回路の電流流出端に接続し、上記第４の巻線の一端を第２の整流回路の電流流入端に接続するようにしてもよい。

本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記２つの整流回路を、各々が電流流入端および電流流出端を有する第１および第２の整流回路により構成すると共に、上記第１の巻線の一端を第２の整流回路の電流流出端に接続し、上記第２の巻線の一端を第１の整流回路の電流流入端に接続し、上記第３の巻線の一端を第１の整流回路の電流流出端に接続し、上記第４の巻線の一端を第２の整流回路の電流流入端に接続するようにしてもよい。

本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記トランスを、一対の２次側巻線を有する第１のトランスと、一対の２次側巻線を有する第２のトランスとにより構成すると共に、上記２つの整流回路を、電流流入端および電流流出端を有すると共に第１のトランスの一方の２次側巻線と第２のトランスの他方の２次側巻線とに接続された第１の整流回路と、電流流入端および電流流出端を有すると共に第１のトランスの他方の２次側巻線と第２のトランスの一方の２次側巻線とに接続された第２の整流回路とにより構成し、上記第１の巻線の一端を第１の整流回路の電流流出端に接続し、上記第２の巻線の一端を第１の整流回路の電流流入端に接続し、上記第３の巻線の一端を第２の整流回路の電流流出端に接続し、上記第４の巻線の一端を第２の整流回路の電流流入端に接続するようにしてもよい。

本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記トランスが、互いに直列接続されると共にインバータ回路によるスイッチング動作時の交流抵抗が交互に高くなる一対の１次側巻線を有するようにするのが好ましい。このように構成した場合、トランスの１次側巻線と２次側巻線との間で互いに逆向きの電流が流れるときに、表皮効果および近接効果により、交流抵抗が低くなる。したがって、相対的に交流抵抗の高い１次側巻線によって発振成分が吸収されるため、出力のリンギングが抑制される。

本発明の第１のスイッチング電源装置では、上記インバータ回路を、単一のインバータ回路により構成するようにするのが好ましい。このように構成した場合、上記インバータ回路を複数のインバータ回路により構成した場合と比べ、回路構成が簡素化すると共に、製造コストがより抑えられる。

本発明の第２のスイッチング電源装置は、第１および第２の入出力端子対のうちの一方の入出力端子対から入力される直流入力電圧を電圧変換して、他方の入出力端子対から直流出力電圧を出力するものであって、第１の入出力端子対側に配置された第１のトランス巻線と、第２の入出力端子対側に配置された第２のトランス巻線とを有するトランスと、第１のトランス巻線側に配置され、複数の第１のスイッチング素子と、これら複数の第１のスイッチング素子にそれぞれ並列接続された第１の整流素子とを含む第１の回路と、第２のトランス巻線側に配置され、各々が、複数の第２のスイッチング素子と、これら複数の第２のスイッチング素子にそれぞれ並列接続された第２の整流素子とを含む２つの第２の回路と、これら２つの第２の回路と第２の入出力端子対との間に配置された平滑回路とを備えたものである。ここで、この平滑回路は、容量素子と、第１および第２の磁芯と、これら第１および第２の磁芯の間に配置された共通磁芯と、一端が第２の回路に接続されると共に第１の磁芯に巻回された第１および第２の巻線と、一端が第２の回路に接続されると共に第２の磁芯に巻回された第３および第４の巻線と、第１および第３の巻線の他端同士と容量素子の一端とを接続すると共に共通磁芯に巻回された第１の共通巻線と、第２および第４の巻線の他端同士と容量素子の他端とを接続すると共に共通磁芯に巻回された第２の共通巻線とを有している。また、第１の巻線を流れる電流と第２の巻線を流れる電流とによって、第１の磁芯および共通磁芯の内部を通る第１の環状磁路が形成され、第１の巻線を流れる電流と第２の巻線を流れる電流とに同期して、第３および第４の巻線に電流が流れると共に、これら第３の巻線を流れる電流と第４の巻線を流れる電流とによって、第２の磁芯および共通磁芯の内部を通る第２の環状磁路が形成され、第１の環状磁路における磁束と、第２の環状磁路における磁束と、第１の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束と、第２の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯の内部において互いに共有化されている。

本発明の第２のスイッチング電源装置では、順方向動作時には、第１の入出力端子対から直流入力電圧が入力され、インバータ回路として機能する第１の回路内の第１のスイッチング素子によって、入力交流電圧が生成される。また、この入力交流電圧がトランスの第１のトランス巻線側に入力すると変圧され、第２のトランス巻線側から出力交流電圧が出力される。そしてこの出力交流電圧が、整流回路として機能する２つの第２の回路内の第２の整流素子によってそれぞれ整流され、これら２つの第２の回路からの出力電圧が平滑回路によって平滑化されることにより、第２の入出力端子から直流出力電圧が出力される。一方、逆方向動作時には、第２の入出力端子対から直流入力電圧が入力され、平滑回路を介して、各々がインバータ回路として機能する２つの第２の回路内の第２のスイッチング素子によって、入力交流電圧が生成される。また、この入力交流電圧がトランスの第２のトランス巻線側に入力すると変圧され、第１のトランス巻線側から出力交流電圧が出力される。そしてこの出力交流電圧が、整流回路として機能する第１の回路内の第１の整流素子によって整流され、第１の入出力端子から直流出力電圧が出力される。ここで、上記平滑回路では、第１ないし第４の巻線と第１および第２の共通巻線とが、第１および第２の磁芯と共通磁芯とに適切に巻回されることにより、第１の巻線を流れる電流と第２の巻線を流れる電流とによって、第１の磁芯および共通磁芯の内部を通る第１の環状磁路が形成され、第１の巻線を流れる電流と第２の巻線を流れる電流とに同期して、第３および第４の巻線に電流が流れると共に、これら第３の巻線を流れる電流と第４の巻線を流れる電流とによって、第２の磁芯および共通磁芯の内部を通る第２の環状磁路が形成される。また、上記第１の環状磁路における磁束と、上記第２の環状磁路における磁束と、上記第１の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束と、上記第２の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯の内部において、互いに向きが等しくなると共に互いに共有化されるようになる。これにより、第１および第２の巻線を流れる電流と、第３および第４の巻線を流れる電流とが均衡状態となり、安定化する。また、自動的にこのような均衡状態が保持されるため、素子の特性値等の調整が不要となる。

本発明のスイッチング電源装置によれば、平滑回路において、第１の磁芯および共通磁芯の内部を通る第１の環状磁路を形成すると共に第２の磁芯および共通磁芯の内部を通る第２の環状磁路を形成し、第１の環状磁路における磁束と、第２の環状磁路における磁束と、第１の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束と、第２の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯の内部において、互いに向きが等しくなると共に互いに共有化されるようにしたので、第１および第２の巻線を流れる電流と第３および第４の巻線を流れる電流とを均衡状態とし、安定化することができる。また、自動的にこのような均衡状態が保持されるために素子の特性値等の調整が不要となり、素子の特性値等に大きな余裕度を必要としなくなる。よって、製造コストを抑えつつ安定的な出力を供給することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一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）の回路構成を表すものである。このスイッチング電源装置１は、高圧バッテリ１０から供給される高圧の直流入力電圧Ｖinをより低い直流出力電圧Ｖoutに変換し、図示しない低圧バッテリに供給して負荷６を駆動するＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものである。

このスイッチング電源装置１は、１次側高圧ラインＬ１Ｈと１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に設けられた入力平滑コンデンサ２と、１次側高圧ラインＬ１Ｈと１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間で互いに並列して設けられたインバータ回路１１，１２と、１次側巻線３１１および２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂを有するトランス３１と、１次側巻線３２１および２次側巻線３２２Ａ，３２２Ｂを有するトランス３２とを備えている。１次側高圧ラインＬ１Ｈの入力端子Ｔ１と１次側低圧ラインＬ１Ｌの入力端子Ｔ２との間には、高圧バッテリ１０から出力される直流入力電圧Ｖinが印加されるようになっている。このスイッチング電源装置１はまた、２つの整流回路、すなわち、トランス３１の２次側に設けられた整流回路４１およびトランス３２の２次側に設けられた整流回路４２と、これら整流回路４１，４２に接続された平滑回路５とを備えている。

入力平滑コンデンサ２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ものである。

インバータ回路１１は、４つのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４から構成されたフルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２の一端同士が互いに接続されると共にスイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４の一端同士が互いに接続され、これらの一端同士は、トランス３１の１次側巻線３１１を介して互いに接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１３の他端同士が互いに接続されると共にスイッチング素子Ｓ１２，Ｓ１４の他端同士が互いに接続され、これらの他端同士は、それぞれ入力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されている。インバータ回路１１はこのような構成により、図示しない駆動回路から供給される駆動信号に応じて、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される直流入力電圧Ｖinを入力交流電圧に変換するようになっている。

インバータ回路１２もまた、４つのスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４から構成されたフルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２の一端同士が互いに接続されると共にスイッチング素子Ｓ２３，Ｓ２４の一端同士が互いに接続され、これらの一端同士は、トランス３２の１次側巻線３２１を介して互いに接続されている。また、スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２３の他端同士が互いに接続されると共にスイッチング素子Ｓ２２，Ｓ２４の他端同士が互いに接続され、これらの他端同士は、それぞれ入力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されている。インバータ回路１２もこのような構成により、図示しない駆動回路から供給される駆動信号に応じて、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される直流入力電圧Ｖinを入力交流電圧に変換するようになっている。

なお、これらスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４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。

トランス３１の一対の２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂの一端同士はセンタタップＰ１で互いに接続され、このセンタタップＰ１からの配線が平滑回路５の端子ＴＬ１に導かれている。このトランス３１は、インバータ回路１１によって生成された入力交流電圧を変圧し、一対の２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂの各端部（センタタップＰ１とは反対側の端部）から、互いに１８０度位相が異なる出力交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の変圧の度合いは、１次側巻線３１１と２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂとの巻数比によって定まる。

トランス３２の一対の２次側巻線３２２Ａ，３２２Ｂの一端同士はセンタタップＰ３で互いに接続され、このセンタタップＰ３からの配線が平滑回路５の端子ＴＬ３に導かれている。このトランス３２は、インバータ回路１２によって生成された入力交流電圧を変圧し、一対の２次側巻線３２２Ａ，３２２Ｂの各端部（センタタップＰ３とは反対側の端部）から、互いに１８０度位相が異なる出力交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の変圧の度合いは、１次側巻線３２１と２次側巻線３２２Ａ，３２２Ｂとの巻数比によって定まる。

整流回路４１は、一対の整流ダイオード４１Ａ，４１Ｂからなる単相全波整流型のものである。整流ダイオード４１Ａのカソードはトランス３１の２次側巻線３１２Ａの他端に接続され、整流ダイオード４１Ｂのカソードはトランス３１の２次側巻線３１２Ｂの他端に接続されている。また、これら整流ダイオード４１Ａ，４１Ｂのアノード同士は互いに接続点Ｐ２において接続され、平滑回路５の端子ＴＬ２に導かれている。つまり、この整流回路４１はセンタタップ型のアノードコモン接続の構成となっており、トランス３１からの出力交流電圧の各半波期間を、それぞれ整流ダイオード４１Ａ，４１Ｂによって個別に整流して直流電圧を得るようになっている。

整流回路４２もまた、一対の整流ダイオード４２Ａ，４２Ｂからなる単相全波整流型のものである。整流ダイオード４２Ａのカソードはトランス３２の２次側巻線３２２Ａの他端に接続され、整流ダイオード４２Ｂのカソードはトランス３２の２次側巻線３２２Ｂの他端に接続されている。また、これら整流ダイオード４２Ａ，４２Ｂのアノード同士は互いに接続点Ｐ４において接続され、平滑回路５の端子ＴＬ４に導かれている。つまり、この整流回路４２もセンタタップ型のアノードコモン接続の構成となっており、トランス３２からの出力交流電圧の各半波期間を、それぞれ整流ダイオード４２Ａ，４２Ｂによって個別に整流して直流電圧を得るようになっている。

平滑回路５は、後述するコア部材（図示せず）と、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２と、出力平滑コンデンサ５Ｃとにより構成されている。チョークコイル５Ｌ１は、出力ラインＬＯ（接続点Ｐ５１と出力端子Ｔ３との間を結ぶラインであり、負荷６に対して出力電流を供給するライン）上に挿入配置されており、一端が端子ＴＬ１に接続され、他端が接続点Ｐ５１に接続されている。チョークコイル５Ｌ２は、接地ラインＬＧ（接続点Ｐ５２と出力端子Ｔ４との間を結ぶ接地ライン）上に挿入配置されており、一端が端子ＴＬ２に接続され、他端が接続点Ｐ５２に接続されている。チョークコイル５Ｌ３は、出力ラインＬＯ上に挿入配置されており、一端が端子ＴＬ３に接続され、他端が接続点Ｐ５１に接続されている。チョークコイル５Ｌ４は、接地ラインＬＧ上に挿入配置されており、一端が端子ＴＬ４に接続され、他端が接続点Ｐ５２に接続されている。チョークコイル５Ｌｃ１は、出力ラインＬＯ上に挿入配置されており、一端が接続点Ｐ５１に接続され、他端が接続点Ｐ５３（出力平滑コンデンサ５Ｃの一端）に接続されている。チョークコイル５Ｌｃ２は、接地ラインＬＧ上に挿入配置されており、一端が接続点Ｐ５２に接続され、他端が接続点Ｐ５４（出力平滑コンデンサ５Ｃの他端）に接続されている。また、チョークコイル５Ｌ１とチョークコイル５Ｌ２との間は、コア部材のうちの第１磁芯ＵＣ１，ＤＣ１（詳細は後述）によって磁気的に結合され、チョークコイル５Ｌ３とチョークコイル５Ｌ４との間は、コア部材のうちの第２磁芯ＵＣ２，ＤＣ２（詳細は後述）によって磁気的に結合されている。また、チョークコイル５Ｌ１，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２，５Ｌ３の間はそれぞれ、コア部材のうちの共通磁芯（中央磁芯）ＵＣｃ，ＤＣｃ（詳細は後述）によって互いに磁気的に結合されている。また、平滑コンデンサ５Ｃは、出力ラインＬＯ（具体的には、接続点Ｐ５３）と接地ラインＬＧ（具体的には、接続点Ｐ５４）との間に接続されている。なお、出力ラインＬＯの端部には出力端子Ｔ３が設けられており、接地ラインＬＧの端部には出力端子Ｔ４が設けられている。このような構成により平滑回路５では、整流回路４１，４２で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Ｖoutを生成し、これを出力端子Ｔ３，Ｔ４から低圧バッテリ（図示せず）に給電するようになっている。

次に、図２を参照して、本発明の主な特徴的部分である平滑回路５の詳細構成について説明する。図２は、平滑回路５の外観構成を斜視図で表したものである。

この平滑回路５は、互いに対向する上部Ｅ型コアＵＣおよび下部Ｅ型コアＤＣからなるＥ−Ｅコアであるコア材Ｕの周囲に、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２が巻回された構造となっている。なお、上部Ｅ型コアＵＣおよび下部Ｅ型コアＤＣはそれぞれ、例えばフェライトなどの磁性材料により構成され、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２は、例えば銅やアルミニウムなどの導電性材料により構成される。

上部Ｅ型コアＵＣは、ベースコアＵＣｂと、このベースコアＵＣｂから延びた３本の脚部分である第１の磁芯ＵＣ１、第２磁芯ＵＣ２および共通磁芯（中央磁芯）ＵＣｃとから構成されている。下部Ｅ型コアＤＣは、ベースコアＤＣｂと、このベースコアＤＣｂから延びた３本の脚部分である第１の磁芯ＤＣ１、第２磁芯ＤＣ２および共通磁芯（中央磁芯）ＤＣｃとから構成されている。なお、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃ間や、第１の磁芯ＵＣ１，ＤＣ１間や、第２の磁芯ＵＣ２，ＤＣ２間には、所定のギャップを設けるようにしてもよい。具体的には、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃ間のみに所定のギャップを設けるようにしてもよく、あるいは第１の磁芯ＵＣ１，ＤＣ１間および第２の磁芯ＵＣ２，ＤＣ２間にのみ所定のギャップをもうけるようにしてもよく、あるいは共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃ間、第１の磁芯ＵＣ１，ＤＣ１間および第２の磁芯ＵＣ２，ＤＣ２間の全てに所定のギャップを設けるようにしてもよい。また、磁束が分流している両外脚（第１の磁芯ＵＣ１，ＤＣ１および第２の磁芯ＵＣ２，ＤＣ２）に完全に等価なギャップを入れることは困難であるが、中央磁心（共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃ）であれば共通で磁束が流れているため、両ループにとって完全に等価なギャップとなる。

チョークコイル５Ｌ１は、一端が端子ＴＬ１に接続されると共に、第１の磁芯ＵＣ１，ＤＣ１に図中の上からみて右回りに１ターン分巻回されることにより、他端が接続点Ｐ５１に接続されている。また、チョークコイル５Ｌ２は、一端が端子ＴＬ２に接続されると共に、第１の磁芯ＵＣ１，ＤＣ１に図中の上からみて左回りに１ターン分巻回されることにより、他端が接続点Ｐ５２に接続されている。また、チョークコイル５Ｌ３は、一端が端子ＴＬ３に接続されると共に、第２の磁芯ＵＣ２，ＤＣ２に図中の上からみて右回りに１ターン分巻回されることにより、他端が接続点Ｐ５１に接続されている。また、チョークコイル５Ｌ４は、一端が端子ＴＬ４に接続されると共に、第２の磁芯ＵＣ２，ＤＣ２に図中の上からみて左回りに１ターン分巻回されることにより、他端が接続点Ｐ５２に接続されている。

また、図１に示したように、チョークコイル５Ｌ１の一端は、端子ＴＬ１を介して接続点Ｐ１（センタタップ）に接続され、チョークコイル５Ｌ２の一端は、端子ＴＬ２を介して接続点Ｐ２に接続され、チョークコイル５Ｌ３の一端は、端子ＴＬ３を介して接続点Ｐ３（センタタップ）に接続され、チョークコイル５Ｌ４の一端は、端子ＴＬ４を介して接続点Ｐ４に接続されている。

チョークコイル５Ｌ１，５Ｌ３の他端同士は接続点Ｐ５１において互いに接続され、チョークコイル５Ｌｃ１の一端に接続されている。このチョークコイル５Ｌｃ１は、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃに図中の上からみて左回りに０．５ターン分巻回される（図中の上からみて、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの右側面付近を通過する）ことにより、他端が出力平滑コンデンサ５Ｃの一端（接続点Ｐ５３）に接続されている。また、チョークコイル５Ｌ２，５Ｌ４の他端同士は接続点Ｐ５２において互いに接続され、チョークコイル５Ｌｃ２の一端に接続されている。このチョークコイル５Ｌｃ２は、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃに図中の上からみて右回りに０．５ターン分巻回される（図中の上からみて、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの左側面付近を通過する）ことにより、他端が出力平滑コンデンサ５Ｃの他端（接続点Ｐ５４）に接続されている。

なお、詳細は後述するが、これらチョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４およびチョークコイル５Ｌｃ１，５Ｌｃ２を流れる電流によって、所定の還流磁路等が形成されるようになっている。

ここで、出力平滑コンデンサ５Ｃが本発明における「容量素子」の一具体例に対応する。また、チョークコイル５Ｌ１が本発明における「第１の巻線」の一具体例に対応し、チョークコイル５Ｌ２が本発明における「第２の巻線」の一具体例に対応し、チョークコイル５Ｌ３が本発明における「第３の巻線」の一具体例に対応し、チョークコイル５Ｌ４が本発明における「第４の巻線」の一具体例に対応する。また、チョークコイル５Ｌｃ１が本発明における「第１の共通巻線」の一具体例に対応し、チョークコイル５Ｌｃ２が本発明における「第２の共通巻線」の一具体例に対応する。また、整流回路４１が本発明における「第１の整流回路」の一具体例に対応し、整流回路４２が本発明における「第２の整流回路」の一具体例に対応する。また、接続点Ｐ１（センタタップ）が本発明における「第１の整流回路における電流流出端」の一具体例に対応し、接続点Ｐ２が本発明における「第１の整流回路の電流流入端」の一具体例に対応し、接続点Ｐ３（センタタップ）が本発明における「第２の整流回路における電流流出端」の一具体例に対応し、接続点Ｐ４が本発明における「第２の整流回路の電流流入端」の一具体例に対応する。

次に、図３〜図５を参照して、本実施の形態のスイッチング電源装置１の作用について説明する。

最初に、図３および図４を参照して、スイッチング電源装置１の基本動作について説明する。

このスイッチング電源装置１では、インバータ回路１１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て入力交流電圧が生成され、この入力交流電圧がトランス３１の１次側巻線３１１へ供給される。そしてトランス３１では入力交流電圧が変圧され、２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂから、変圧された出力交流電圧が出力される。同様に、インバータ回路１２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て入力交流電圧が生成され、この入力交流電圧がトランス３２の１次側巻線３２１へ供給される。そしてトランス３２では入力交流電圧が変圧され、２次側巻線３２２Ａ，３２２Ｂから、変圧された出力交流電圧が出力される。

整流回路４１では、トランス３１から出力された出力交流電圧が、整流ダイオード４１Ａ，４１Ｂによって整流される。これにより、センタタップＰ１と整流ダイオード４１Ａ，４１Ｂの接続点Ｐ２との間に、整流出力が発生する。同様に、整流回路４２では、トランス３２から出力された出力交流電圧が、整流ダイオード４２Ａ，４２Ｂによって整流される。これにより、センタタップＰ３と整流ダイオード４２Ａ，４２Ｂの接続点Ｐ４との間に、整流出力が発生する。

平滑回路５では、これら整流回路４１，４２において発生する整流出力が、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２と出力平滑コンデンサ５Ｃとによって平滑化され、出力端子Ｔ３，Ｔ４から直流出力電圧Ｖoutとして出力される。そしてこの直流出力電圧Ｖoutは、図示しない低圧バッテリに給電されてその充電に供されると共に、負荷６が駆動される。

また、本実施の形態のスイッチング電源装置１では、インバータ回路１１，１２においてそれぞれ、スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４およびスイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２４がオン状態になる期間と、スイッチング素子Ｓ１２，Ｓ１３およびスイッチング素子Ｓ２２，Ｓ２３がオン状態になる期間とが、交互に繰り返される。したがって、スイッチング電源装置１の動作をより詳細に説明すると、以下のようになる。

まず、図３に示したように、インバータ回路１１のスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４およびインバータ回路１２のスイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２４がそれぞれオン状態になると、スイッチング素子Ｓ１１からスイッチング素子Ｓ１４の方向に１次側ループ電流Ｉａ１１が流れると共に、スイッチング素子Ｓ２１からスイッチング素子Ｓ２４の方向に１次側ループ電流Ｉａ１２が流れる。すると、トランス３１の２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂにそれぞれ現れる電圧は、整流ダイオード４１Ｂに対して逆方向となる一方、整流ダイオード４１Ａに対して順方向となる。このため、整流ダイオード４１Ａから２次側巻線３１２Ａ、チョークコイル５Ｌ１，５Ｌｃ１、出力平滑コンデンサ５Ｃ、チョークコイル５Ｌｃ２，５Ｌ２を順に通る２次側ループ電流Ｉａ２１が流れる。同様に、トランス３２の２次側巻線３２２Ａ，３２２Ｂにそれぞれ現れる電圧は、整流ダイオード４２Ｂに対して逆方向となる一方、整流ダイオード４２Ａに対して順方向となる。このため、整流ダイオード４２Ａから２次側巻線３２２Ａ、チョークコイル５Ｌ３，５Ｌｃ１、出力平滑コンデンサ５Ｃ、チョークコイル５Ｌｃ２，５Ｌ４を順に通る２次側ループ電流Ｉａ２２が流れる。そしてこれら２次側ループ電流Ｉａ２１，Ｉａ２２により、直流出力電圧Ｖoutが図示しない低圧バッテリに給電されると共に、負荷６が駆動される。

一方、図４に示したように、インバータ回路１１のスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４およびインバータ回路１２のスイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２４がそれぞれオフ状態になると共に、インバータ回路１１のスイッチング素子Ｓ１２，Ｓ１３およびインバータ回路１２のスイッチング素子Ｓ２３，Ｓ２３がそれぞれオン状態になると、スイッチング素子Ｓ１３からスイッチング素子Ｓ１２の方向に１次側ループ電流Ｉｂ１１が流れると共に、スイッチング素子Ｓ２３からスイッチング素子Ｓ２２の方向に１次側ループ電流Ｉｂ１２が流れる。すると、トランス３１の２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂにそれぞれ現れる電圧は、整流ダイオード４１Ａに対して逆方向となる一方、整流ダイオード４１Ｂに対して順方向となる。このため、整流ダイオード４１Ｂから２次側巻線３１２Ｂ、チョークコイル５Ｌ１，５Ｌｃ１、出力平滑コンデンサ５Ｃ、チョークコイル５Ｌｃ２，５Ｌ２を順に通る２次側ループ電流Ｉｂ２１が流れる。同様に、トランス３２の２次側巻線３２２Ａ，３２２Ｂにそれぞれ現れる電圧は、整流ダイオード４２Ａに対して逆方向となる一方、整流ダイオード４２Ｂに対して順方向となる。このため、整流ダイオード４２Ｂから２次側巻線３２２Ｂ、チョークコイル５Ｌ３，５Ｌｃ１、出力平滑コンデンサ５Ｃ、チョークコイル５Ｌｃ２，５Ｌ４を順に通る２次側ループ電流Ｉｂ２２が流れる。そしてこれら２次側ループ電流Ｉｂ２１，Ｉｂ２２により、直流出力電圧Ｖoutが図示しない低圧バッテリに給電されると共に、負荷６が駆動される。

次に、図５を参照して、本実施の形態のスイッチング電源装置１における特徴的部分の作用について詳細に説明する。

このスイッチング電源装置１では、図１，図２に示した構成の平滑回路５において、図３および図４に示したように各チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２および出力平滑コンデンサ５Ｃに電流（２次側ループ電流Ｉａ２１，Ｉａ２２，Ｉｂ２１，Ｉｂ２２）が流れると、コア材Ｕでは、図５に示したような磁路が形成される。すなわち、この平滑回路５では、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４とチョークコイル５Ｌｃ１，５Ｌｃ２とが、図２に示したように、第１磁芯ＵＣ１，ＤＣ１、第２磁芯ＵＣ２，ＤＣ２および共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃに適切に巻回されることにより、チョークコイル５Ｌ１を流れる電流とチョークコイル５Ｌ２を流れる電流とによって、第１磁芯ＵＣ１，ＤＣ１および共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部を通る第１環状磁路Ｂ１が形成され、これらチョークコイル５Ｌ１を流れる電流とチョークコイル５Ｌ２を流れる電流とに同期して、チョークコイル５Ｌ３，５Ｌ４にそれぞれ電流が流れると共に、これらチョークコイル５Ｌ３を流れる電流とチョークコイル５Ｌ４を流れる電流とによって、第２磁芯ＵＣ２，ＤＣ２および共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部を通る第２環状磁路Ｂ２が形成される。また、これら第１還流磁路Ｂ１および第２還流磁路Ｂ２における磁束は、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの部分において、互いに向きが等しくなっている。

このようにして、本実施の形態の平滑回路５では、第１環状磁路Ｂ１における磁束と、第２環状磁路Ｂ２における磁束と、チョークコイル５Ｌｃ１を流れる電流によって形成される磁束と、チョークコイル５Ｌｃ２を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部において、互いに向きが等しいと共に互いに共有化されている。これにより、チョークコイル５Ｌ１，５Ｌ３を流れる電流と、チョークコイル５Ｌ２，５Ｌ４を流れる電流とが均衡状態となり、安定化する。

また、この平滑回路５では自動的にこのような均衡状態が保持されるため、素子の特性値等の調整が不要となる。

以上のように本実施の形態では、平滑回路５において、第１環状磁路Ｂ１における磁束と、第２環状磁路Ｂ２における磁束と、チョークコイル５Ｌｃ１を流れる電流によって形成される磁束と、チョークコイル５Ｌｃ２を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部において、互いに向きが等しいと共に互いに共有化されているようにしたので、チョークコイル５Ｌ１，５Ｌ２を流れる電流とチョークコイル５Ｌ３，５Ｌ４を流れる電流とを均衡状態とし、安定化することができる。また、この平滑回路５では自動的にこのような均衡状態が保持されるために素子の特性値等の調整が不要となり、素子の特性値等に大きな余裕度を必要としなくなる。よって、製造コストを抑えつつ安定的な出力を供給することが可能となる。

また、チョークコイル５Ｌ１の一端を、端子ＴＬ１を介して接続点Ｐ１（センタタップ）に接続し、チョークコイル５Ｌ２の一端を、端子ＴＬ２を介して接続点Ｐ２に接続し、チョークコイル５Ｌ３の一端を、端子ＴＬ３を介して接続点Ｐ３（センタタップ）に接続し、チョークコイル５Ｌ４の一端を、端子ＴＬ４を介して接続点Ｐ４に接続するようにしたので、上記したような効果を得ることができる。

また、コア部材Ｕを、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃを介して２つの還流磁路Ｂ１，Ｂ２を有するＥ−Ｅコアにより構成すると共に、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの外側の第１の磁芯ＵＣ１，ＤＣ１および第２の磁芯ＵＣ２，ＤＣ２に巻線を巻回するようにしたので、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃのみに巻線を巻回するようにした場合と比べ、コアが巻線に重なる面積を減少させることができ、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２の放熱面積をより増大させることができる。よって、放熱特性が改善するため、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２の安定化した動作が可能となる。

以下、本発明の変形例をいくつか挙げて説明する。なお、上記実施の形態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。

［変形例１］
図６および図７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）の回路構成を表したものである。このスイッチング電源装置１Ａは、上記実施の形態で説明したスイッチング電源装置１において、整流回路４１、４２と平滑回路５との間の接続関係を変更したものである。具体的には、チョークコイル５Ｌ１の一端が、端子ＴＬ１を介して接続点Ｐ３（センタタップ）に接続され、チョークコイル５Ｌ２の一端が、端子ＴＬ２を介して接続点Ｐ２に接続され、チョークコイル５Ｌ３の一端が、端子ＴＬ３を介して接続点Ｐ１（センタタップ）に接続され、チョークコイル５Ｌ４の一端が、端子ＴＬ４を介して接続点Ｐ４に接続されている。すなわち、上記実施の形態で説明したスイッチング電源装置１において、端子ＴＬ１，ＴＬ３と接続点Ｐ１，Ｐ３との接続関係を入れ換えたものとなっている。

このような構成により本変形例のスイッチング電源装置１Ａでは、１次側ループ電流Ｉａ１１，Ｉａ１２に基づき、トランス３１，３２の２次側において、図６に示したような２次側ループ電流Ｉａ２３，Ｉａ２４が流れる一方、１次側ループ電流Ｉｂ１１，Ｉｂ１２に基づき、図７に示したような２次側ループ電流Ｉｂ２３，Ｉｂ２４が流れる。

このようにして本変形例においても、平滑回路５において、第１環状磁路Ｂ１における磁束と、第２環状磁路Ｂ２における磁束と、チョークコイル５Ｌｃ１を流れる電流によって形成される磁束と、チョークコイル５Ｌｃ２を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部において互いに共有化されているようにしたので、製造コストを抑えつつ安定的な出力を供給することが可能となる。

［変形例２］
図８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１Ｂ）の回路構成を表したものである。このスイッチング電源装置１Ａは、上記実施の形態で説明したスイッチング電源装置１において、トランス３１Ｂ，３２Ｂがそれぞれ、一対の２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂおよび一対の２次側巻線３２２Ａ，３２２Ｂを有するようにすると共に、トランス３１Ｂの一方の２次側巻線３１２Ａとトランス３２Ｂの他方の２次側巻線３２２Ｂとに接続された整流回路と、トランス３１Ｂの他方の２次側巻線３１２Ｂとトランスの３２Ｂ一方の２次側巻線３２２Ａとに接続された整流回路とにより構成されるようにしたものである。また、チョークコイル５Ｌ１の一端は、端子ＴＬ１を介して接続点Ｐ６に接続され、チョークコイル５Ｌ２の一端は、端子ＴＬ２を介して接続点Ｐ２に接続され、チョークコイル５Ｌ３の一端は、端子ＴＬ３を介して接続点Ｐ７に接続され、チョークコイル５Ｌ４の一端は、端子ＴＬ４を介して接続点Ｐ４に接続されている。

なお、トランス３１Ｂが本発明における「第１のトランス」の一具体例に対応し、トランス３２Ｂが本発明における「第２のトランス」の一具体例に対応する。また、接続点Ｐ６が本発明における「第１の整流回路の電流流出端」に対応し、接続点Ｐ７が本発明における「第２の整流回路の電流流出端」に対応する。

このような構成により本変形例においても、平滑回路５において、第１環状磁路Ｂ１における磁束と、第２環状磁路Ｂ２における磁束と、チョークコイル５Ｌｃ１を流れる電流によって形成される磁束と、チョークコイル５Ｌｃ２を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部において互いに共有化されているようにしたので、製造コストを抑えつつ安定的な出力を供給することが可能となる。

［変形例３］
図９は、変形例３に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｃ）の回路構成を表したものである。このスイッチング電源装置１Ｃでは、トランス３１Ｃ，３２Ｃが、互いに直列接続されると共にインバータ回路１１，１２によるスイッチング動作時の交流抵抗が交互に高くなる一対の１次側巻線３１１Ａ，３１１Ｂおよび１次側巻線３２１Ａ，３２１Ｂを有するようになっている。

このような構成により本変形例のスイッチング電源装置１Ｃでは、図中に示したように、トランス３１Ｃ，３２Ｃの１次側巻線３１１Ａ，３１１Ｂ，３２１Ａ，３２１Ｂと２次側巻線３１２Ａ，３１２Ｂ，３２２Ａ，３２２Ｂとの間で互いに逆向きの電流が流れるときに、表皮効果および近接効果により、交流抵抗が低くなる。具体的には、１次側ループ電流Ｉａ１１，Ｉａ１２が１次側巻線３１１Ａ，３１１Ｂおよび１次側巻線３２１Ａ，３２１Ｂを流れているときには、２次側ループ電流Ｉａ２１，Ｉａ２２が流れる２次側巻線３１２Ａ，３２２Ａの近くに配置されている１次側巻線３１１Ａ，３２１Ａでは、１次側ループ電流Ｉａ１１，Ｉａ１２と２次側ループ電流Ｉａ２１，Ｉａ２２との電流の向きが互いに逆向きとなるため、これら１次側巻線３１１Ａ，３２１Ａでは、電流の向きが互いに同一である巻線同士を近接させた場合と比べ、表皮効果および近接効果により、交流抵抗が低くなる。また、１次側ループ電流Ｉｂ１１，Ｉｂ１２が１次側巻線３１１Ａ，３１１Ｂおよび１次側巻線３２１Ａ，３２１Ｂを流れているときには、２次側ループ電流Ｉｂ２１，Ｉｂ２２が流れる２次側巻線３１２Ｂ，３２２Ｂの近くに配置されている１次側巻線３１１Ｂ，３２１Ｂでは、１次側ループ電流Ｉｂ１１，Ｉｂ１２と２次側ループ電流Ｉｂ２１，Ｉｂ２２との電流の向きが互いに逆向きとなるため、これら１次側巻線３１１Ｂ，３２１Ｂでは、電流の向きが互いに同一である巻線同士を近接させた場合と比べ、表皮効果および近接効果により、交流抵抗が低くなる。これらにより、相対的に交流抵抗の高い１次側巻線によって発振成分が吸収されるため、出力のリンギングを抑制することができる。

以上のように本変形例では、上記実施の形態における効果に加え、出力のリンギングを抑制することができ、出力をより安定化することが可能となる。

［変形例４］
図１０は、変形例４に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｄ）の回路構成を表したものである。このスイッチング電源装置１Ｄは、上記変形例３で説明したスイッチング電源装置１Ｃにおいて、インバータ回路１１，１２とトランス３１Ｄ，３２Ｄ内の一対の１次側巻線３１１Ａ，３１１Ｂおよび１次側巻線３２１Ａ，３２１Ｂとの接続関係を互いに入れ換えたものとなっている。

このような構成により本変形例においても、平滑回路５において、第１環状磁路Ｂ１における磁束と、第２環状磁路Ｂ２における磁束と、チョークコイル５Ｌｃ１を流れる電流によって形成される磁束と、チョークコイル５Ｌｃ２を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部において互いに共有化されているようにしたので、製造コストを抑えつつ安定的な出力を供給することが可能となる。

［変形例５］
図１１は、変形例５に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｅ）の回路構成を表したものである。このスイッチング電源装置１Ｅは、上記実施の形態で説明したスイッチング電源装置１において、トランス３１，３２の１次側に配置されたインバータ回路を、単一のインバータ回路１０Ｅにより構成するようにしたものである。

このような構成により本変形例においても、平滑回路５において、第１環状磁路Ｂ１における磁束と、第２環状磁路Ｂ２における磁束と、チョークコイル５Ｌｃ１を流れる電流によって形成される磁束と、チョークコイル５Ｌｃ２を流れる電流によって形成される磁束とが、共通磁芯ＵＣｃ，ＤＣｃの内部において互いに共有化されているようにしたので、製造コストを抑えつつ安定的な出力を供給することが可能となる。

また、上記実施の形態のようにインバータ回路を複数のインバータ回路１１，１２により構成した場合と比べ、回路構成が簡素化すると共に、製造コストをより抑えることが可能となる。

［変形例６］
図１２は、変形例６に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｆ）の回路構成を表したものである。このスイッチング電源装置１Ｆは、上記実施の形態で説明したスイッチング電源装置１において、整流回路４１，４２の代わりに、整流回路（スイッチング回路）４１Ｆ，４２Ｆを設けるようにしたものである。

整流回路４１Ｆ，４２Ｆでは、整流素子として、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）が用いられている。すなわち、これまでは、整流素子の一例として整流ダイオードを挙げて説明したが、本変形例では、整流素子としてＦＥＴを用いている。これにより、上記実施の形態における整流ダイオード素子４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂを、スイッチング素子Ｓ４１Ａ，Ｓ４１Ｂ，Ｓ４２Ａ，Ｓ４２Ｂと、それらに並列接続された整流ダイオードＤ４１Ａ，Ｄ４１Ｂ，Ｄ４２Ａ，Ｄ４２Ｂ（スイッチング素子Ｓ４１Ａ，Ｓ４１Ｂ，Ｓ４２Ａ，Ｓ４２Ｂの寄生ダイオード）とから構成することができる。

このような構成により本変形例では、整流回路４１Ｆ，４２Ｆにおいて同期整流動作を行うことにより、上記実施の形態等と比べて回路の効率を向上させることが可能となる。

［変形例７］
図１３は、変形例７に係るスイッチング電源装置（スイッチング電源装置１Ｇ）の回路構成を表したものである。このスイッチング電源装置１Ｇは、上記実施の形態で説明したスイッチング電源装置１において、整流回路４１，４２の代わりに、上記変形例７で説明したスイッチング回路４１Ｆ，４２Ｆを設けると共に、インバータ回路１１，１２の代わりに、スイッチング回路１１Ｇ，１２Ｇを設けるようにしたものである。

スイッチング回路１１Ｇ，１２Ｇでは、上記実施の形態におけるスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４が、ＭＯＳ−ＦＥＴ等により構成されている。これにより、スイッチング回路１１Ｇ，１２Ｇでは、上記実施の形態におけるスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４が、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４と、それらに並列接続された整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１４（スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４の寄生ダイオード）とからなるとみなすことができる。

このような構成により本変形例では、上記実施の形態で説明したような、入力端子Ｔ１，Ｔ２から入力される直流入力電圧Ｖinを降圧して、直流出力電圧Ｖoutを出力端子Ｔ３，Ｔ４から出力する降圧動作に加え、以下説明するような、出力端子Ｔ３，Ｔ４から入力される直流入力電圧Ｖinを昇圧して、直流出力電圧Ｖoutを入力端子Ｔ１，Ｔ２から出力する昇圧動作も行うことが可能となる（双方向動作が可能となる）。その場合、降圧動作時（順方向動作時）には、スイッチング回路１１Ｇ，１２Ｇがインバータ回路として機能すると共にスイッチング回路４１Ｆ，４２Ｆが整流回路として機能し、昇圧動作時（逆方向動作時）には、スイッチング回路４１Ｆ，４２Ｆがインバータ回路として機能すると共にスイッチング回路１１Ｇ，１２Ｇが整流回路として機能することになる。

ここで、入力端子Ｔ１，Ｔ２が本発明における「第１の入出力端子」の一具体例に対応し、出力端子Ｔ３，Ｔ４が本発明における「第２の入出力端子」の一具体例に対応する。また、スイッチング回路１１Ｇ，１２Ｇが本発明における「第１の回路」の一具体例に対応し、スイッチング回路４１Ｆ，４２Ｆが本発明における「２つの第２の回路」の一具体例に対応する。また、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４が本発明における「第１のスイッチング素子」の一具体例に対応し、整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２４が本発明における「第１の整流素子」の一具体例に対応する。また、スイッチング素子Ｓ４１Ａ，Ｓ４１Ｂ，Ｓ４２Ａ，Ｓ４２Ｂが本発明における「第２のスイッチング素子」の一具体例に対応し、整流ダイオードＤ４１Ａ，Ｄ４１Ｂ，Ｄ４２Ａ，Ｄ４２Ｂが本発明における「第２の整流素子」の一具体例に対応する。

なお、上記した昇圧動作時（逆方向動作時）には、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４の駆動信号は常に０Ｖとなっており、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４が常にオフ状態となる。ただし、前述した同期整流を行う場合には、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４もオン・オフ動作することになり、整流ダイオードの場合よりも損失が小さくなる。なお、以下の図１４〜図１６では、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４がこのような同期整流を行う場合について説明する。

まず、図１４に示したように、スイッチング素子Ｓ４１Ａ，Ｓ４２Ａおよびスイッチング素子Ｓ４１Ｂ，Ｓ４２Ｂとも、オン状態となる。したがって、スイッチング回路４１Ｆ，４２Ｆを含む低圧側には、図中に示したようなループ電流Ｉｃ１１，Ｉｃ１２，Ｉｄ１１，Ｉｄ１２が低圧バッテリ７０から流れ、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２が励磁される。また、トランス３１における巻線３１２Ａ，３１２Ｂおよびトランス３２における巻線３２２Ａ，３２２Ｂはそれぞれ、互いに巻回し方向が逆であると共に巻数が等しいため、巻線３１２Ａ，３１２Ｂおよび巻線３２２Ａ，３２２Ｂに流れる電流によって発生する磁束がそれぞれ、互いに打ち消し合うこととなり、巻線３１２Ａ，３１２Ｂの両端間および巻線３２２Ａ，３２２Ｂの両端間の電圧は、いずれも０Ｖとなっている。よって、この期間では、低圧側から高圧側への電力伝送はなされない。ただし、高圧側では、図中に示したような出力電流Ｉoutが、入力平滑コンデンサ２から負荷Ｌへと流れている。

次に、図１５に示したように、スイッチング素子Ｓ４１Ａ，Ｓ４２Ａのみがオフ状態となる。よって、低圧側には、図中に示したようなループ電流Ｉｃ１１，Ｉｃ１２のみが流れ、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２に蓄積されたエネルギーに基づいて、低圧側から高圧側への電力伝送がなされる。このとき、スイッチング回路１１Ｇでは、スイッチング素子Ｓ１２，Ｓ１３がオン状態となると共にスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４がオフ状態となっており、同期整流動作がなされている。また、同様にスイッチング回路１２Ｇでは、スイッチング素子Ｓ２２，Ｓ２３がオン状態となると共にスイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２４がオフ状態となっており、同期整流動作がなされている。なお、この図１５に示した動作状態の期間の後は、再び、図１４に示した動作状態となる。

次に、そのような再度の図１４に示した状態の後は、図１６に示したように、スイッチング素子Ｓ４１Ｂ，Ｓ４２Ｂのみがオフ状態となる。よって、低圧側には、図中に示したようなループ電流Ｉｄ１１，Ｉｄ１２のみが流れ、チョークコイル５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２に蓄積されたエネルギーに基づいて、低圧側から高圧側への電力伝送がなされる。このとき、スイッチング回路１１Ｇでは、スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４がオン状態となると共にスイッチング素子Ｓ１２，Ｓ１３がオフ状態となっており、同期整流動作がなされている。また、同様にスイッチング回路１２Ｇでは、スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２４がオン状態となると共にスイッチング素子Ｓ２２，Ｓ２３がオフ状態となっており、同期整流動作がなされている。

以上、実施の形態および変形例を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るものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、チョークコイル５Ｌ１を流れる電流およびチョークコイル５Ｌ２を流れる電流と、チョークコイル５Ｌ３を流れる電流およびチョークコイル５Ｌ４を流れる電流とは、上記実施の形態等で説明したように文字通り完全に同期している場合には限られず、実質的に同期していればよい。また、チョークコイル５Ｌ１を流れる電流およびチョークコイル５Ｌ２を流れる電流同士や、チョークコイル５Ｌ３を流れる電流およびチョークコイル５Ｌ４を流れる電流同士は、完全に同時に流れている必要はなく、実質的に同時であればよい。

また、上記実施の形態等では、コア材ＵがＥ−Ｅコアにより構成されている場合について説明したが、例えばＥ−Ｉコアなどにより構成してもよい。

また、インバータ回路の構成は、フルブリッジ型以外（例えば、ハーフブリッジ型など）の構成でもよい。

また、整流回路の構成は、アノードコモン接続ではなく、カソードコモン接続でもよく、またセンタタップ型以外（例えば、ブリッジ型やフォワード型など）の構成でもよい。また、全波整流型の整流回路ではなく、半波整流型の整流回路でもよい。

さらに、上記実施の形態等において説明した変形例等を組み合わせてもよい。

本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を表す回路図である。 図１に示した平滑回路の外観構成を表す斜視図である。 図１に示したスイッチング電源装置の基本動作を説明するための回路図である。 図１に示したスイッチング電源装置の基本動作を説明するための回路図である。 図２に示したコア材における電流および磁束の方向を説明するための断面図である。 本発明の変形例１に係るスイッチング電源装置の構成および基本動作を表す回路図である。 本発明の変形例１に係るスイッチング電源装置の構成および基本動作を表す回路図である。 本発明の変形例２に係るスイッチング電源装置の構成および基本動作を表す回路図である。 本発明の変形例３に係るスイッチング電源装置の構成および基本動作を表す回路図である。 本発明の変形例４に係るスイッチング電源装置の構成および基本動作を表す回路図である。 本発明の変形例５に係るスイッチング電源装置の構成および基本動作を表す回路図である。 本発明の変形例６に係るスイッチング電源装置の構成を表す回路図である。 本発明の変形例７に係るスイッチング電源装置の構成を表す回路図である。 図１３に示したスイッチング電源装置の動作を説明するための回路図である。 図１３に示したスイッチング電源装置の動作を説明するための回路図である。 図１３に示したスイッチング電源装置の動作を説明するための回路図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｇ…スイッチング電源装置、１０…高圧バッテリ、１１，１２，１０Ｅ…インバータ回路、１１Ｇ，１２Ｇ…スイッチング回路、２…入力平滑コンデンサ、３１，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３２，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３０Ｅ…トランス、３１０，３２０，３０…磁芯、３１１，３１１Ａ，３１１Ｂ，３２１，３２１Ａ，３２１Ｂ，３１Ｅ…１次側巻線、３１２Ａ，３１２Ｂ，３２２Ａ，３２２Ｂ…２次側巻線、４１，４１Ｂ，４１Ｆ，４２，４２Ｂ，４２Ｆ…整流回路、４１Ｆ，４２Ｆ…整流回路（スイッチング回路）、４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ４１Ａ，Ｄ４１Ｂ，Ｄ４２Ａ，Ｄ４２Ｂ…整流ダイオード、５…平滑回路、５Ｌ１〜５Ｌ４，５Ｌｃ１，５Ｌｃ２…チョークコイル、５Ｃ…出力平滑コンデンサ、６…負荷、７０…低圧バッテリ、Ｌ１Ｈ…１次側高圧ライン、Ｌ１Ｌ…１次側低圧ライン、ＬＯ…出力ライン、ＬＧ…接地ライン、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、ＴＬ１〜ＴＬ４…平滑回路の端子、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ４１Ａ，Ｓ４１Ｂ，Ｓ４２Ａ，Ｓ４２Ｂ…スイッチング素子、Ｕ…コア材、ＵＣ…上部Ｅ型コア、ＤＣ…下部Ｅ型コア、ＵＣｂ，ＤＣｂ…ベースコア、ＵＣ１，ＤＣ１…第１磁芯、ＵＣ２，ＤＣ２…第２磁芯、ＵＣｃ，ＤＣｃ…共通磁芯（中央磁芯）、Ｐ１，Ｐ３…接続点（センタタップ）、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５１〜Ｐ５４，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８１，Ｐ８２，Ｐ９１，Ｐ９２…接続点、Ｖin…直流入力電圧、Ｖout…直流出力電圧、Ｉａ１，Ｉａ１１，Ｉａ１２，Ｉｂ１，Ｉｂ１１，Ｉｂ１２，Ｉｃ１１，Ｉｃ１２，Ｉｄ１１，Ｉｄ１２…電流（１次側ループ電流）、Ｉａ２１，Ｉａ２２，Ｉａ２３，Ｉａ２４，Ｉｂ２１，Ｉｂ２２，Ｉｂ２３，Ｉｂ２４，Ｉｃ２１，Ｉｃ２２，Ｉｄ２１，Ｉｄ２２…電流（２次側ループ電流）、Ｉout…出力電流、Ｂ１…第１環状磁路、Ｂ２…第２環状磁路。

Claims (7)

1. 直流入力電圧をスイッチングして入力交流電圧を生成するインバータ回路と、
   前記インバータ回路側の１次側巻線と、２次側巻線とを有し、前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を出力するトランスと、
   前記トランスの２次側に並列接続され、各々が前記出力交流電圧の整流動作を行う２つの整流回路と、
   前記２つの整流回路からの出力電圧を平滑化して直流出力電圧を生成する平滑回路と
   を備え、
   前記平滑回路は、
   容量素子と、
   第１および第２の磁芯と、
   前記第１および第２の磁芯の間に配置された共通磁芯と、
   一端が前記整流回路に接続されると共に、前記第１の磁芯に巻回された第１および第２の巻線と、
   一端が前記整流回路に接続されると共に、前記第２の磁芯に巻回された第３および第４の巻線と、
   前記第１および第３の巻線の他端同士と前記容量素子の一端とを接続すると共に、前記共通磁芯に巻回された第１の共通巻線と、
   前記第２および第４の巻線の他端同士と前記容量素子の他端とを接続すると共に、前記共通磁芯に巻回された第２の共通巻線と
   を有し、
   前記第１の巻線を流れる電流と前記第２の巻線を流れる電流とによって、前記第１の磁芯および前記共通磁芯の内部を通る第１の環状磁路が形成され、
   前記第１の巻線を流れる電流と前記第２の巻線を流れる電流とに同期して、前記第３および第４の巻線に電流が流れると共に、これら第３の巻線を流れる電流と第４の巻線を流れる電流とによって、前記第２の磁芯および前記共通磁芯の内部を通る第２の環状磁路が形成され、
   前記第１の環状磁路における磁束と、前記第２の環状磁路における磁束と、前記第１の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束と、前記第２の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束とが、前記共通磁芯の内部において互いに共有化されている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記２つの整流回路が、各々が電流流入端および電流流出端を有する第１および第２の整流回路により構成され、
   前記第１の巻線の一端が、前記第１の整流回路の電流流出端に接続され、
   前記第２の巻線の一端が、前記第１の整流回路の電流流入端に接続され、
   前記第３の巻線の一端が、前記第２の整流回路の電流流出端に接続され、
   前記第４の巻線の一端が、前記第２の整流回路の電流流入端に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
3. 前記２つの整流回路が、各々が電流流入端および電流流出端を有する第１および第２の整流回路により構成され、
   前記第１の巻線の一端が、前記第２の整流回路の電流流出端に接続され、
   前記第２の巻線の一端が、前記第１の整流回路の電流流入端に接続され、
   前記第３の巻線の一端が、前記第１の整流回路の電流流出端に接続され、
   前記第４の巻線の一端が、前記第２の整流回路の電流流入端に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
4. 前記トランスが、一対の前記２次側巻線を有する第１のトランスと、一対の前記２次側巻線を有する第２のトランスとにより構成され、
   前記２つの整流回路が、電流流入端および電流流出端を有すると共に前記第１のトランスの一方の２次側巻線と前記第２のトランスの他方の２次側巻線とに接続された第１の整流回路と、電流流入端および電流流出端を有すると共に前記第１のトランスの他方の２次側巻線と前記第２のトランスの一方の２次側巻線とに接続された第２の整流回路とにより構成され、
   前記第１の巻線の一端が、前記第１の整流回路の電流流出端に接続され、
   前記第２の巻線の一端が、前記第１の整流回路の電流流入端に接続され、
   前記第３の巻線の一端が、前記第２の整流回路の電流流出端に接続され、
   前記第４の巻線の一端が、前記第２の整流回路の電流流入端に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
5. 前記トランスは、互いに直列接続されると共に前記インバータ回路によるスイッチング動作時の交流抵抗が交互に高くなる一対の前記１次側巻線を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
6. 前記インバータ回路が、単一のインバータ回路により構成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。
7. 第１および第２の入出力端子対のうちの一方の入出力端子対から入力される直流入力電圧を電圧変換して、他方の入出力端子対から直流出力電圧を出力するスイッチング電源装置であって、
   前記第１の入出力端子対側に配置された第１のトランス巻線と、前記第２の入出力端子対側に配置された第２のトランス巻線とを有するトランスと、
   前記第１のトランス巻線側に配置され、複数の第１のスイッチング素子と、これら複数の第１のスイッチング素子にそれぞれ並列接続された第１の整流素子とを含む第１の回路と、
   前記第２のトランス巻線側に配置され、各々が、複数の第２のスイッチング素子と、これら複数の第２のスイッチング素子にそれぞれ並列接続された第２の整流素子とを含む２つの第２の回路と、
   前記２つの第２の回路と前記第２の入出力端子対との間に配置された平滑回路と
   を備え、
   前記平滑回路は、
   容量素子と、
   第１および第２の磁芯と、
   前記第１および第２の磁芯の間に配置された共通磁芯と、
   一端が前記第２の回路に接続されると共に、前記第１の磁芯に巻回された第１および第２の巻線と、
   一端が前記第２の回路に接続されると共に、前記第２の磁芯に巻回された第３および第４の巻線と、
   前記第１および第３の巻線の他端同士と前記容量素子の一端とを接続すると共に、前記共通磁芯に巻回された第１の共通巻線と、
   前記第２および第４の巻線の他端同士と前記容量素子の他端とを接続すると共に、前記共通磁芯に巻回された第２の共通巻線と
   を有し、
   前記第１の巻線を流れる電流と前記第２の巻線を流れる電流とによって、前記第１の磁芯および前記共通磁芯の内部を通る第１の環状磁路が形成され、
   前記第１の巻線を流れる電流と前記第２の巻線を流れる電流とに同期して、前記第３および第４の巻線に電流が流れると共に、これら第３の巻線を流れる電流と第４の巻線を流れる電流とによって、前記第２の磁芯および前記共通磁芯の内部を通る第２の環状磁路が形成され、
   前記第１の環状磁路における磁束と、前記第２の環状磁路における磁束と、前記第１の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束と、前記第２の共通巻線を流れる電流によって形成される磁束とが、前記共通磁芯の内部において互いに共有化されている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。

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