JP2005137178A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構造ながらも良好な放熱性を実現することができるスナバ回路を備えたスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】 コンデンサ６１とダイオード６２と回生用インダクタ６３とを含むスナバ回路６を整流回路５に接続する。スナバ回路６のコンデンサ６１と１次側に設けられた共振用インダクタ４とによりＬＣ直列共振回路を構成する。これにより、整流回路５のダイオード５１，５２に印加されるサージ電圧を抑制できる。また、スナバ回路６のダイオード６２のカソードを接地ラインＬＧに接続する。ダイオード６２のカソード側の放熱板とシャーシとの間の熱的伝導性を保ちつつ両者を電気的に絶縁させるという従来の特殊な構造が不要となり、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが容易である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力直流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係わり、特にスイッチング動作に伴うサージ電圧を抑止するスナバ回路を備え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タイプのものが提案され、実用に供されている。その多くは、電力変換トランスの入力巻線に接続されたスイッチ回路のスイッチング動作により入力直流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出力巻線に取り出す形式である。スイッチ回路のスイッチング動作に伴い、出力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。

この種のスイッチング電源装置においては、電力伝送ラインに直列に出力整流ダイオードが接続される。したがって、この出力整流ダイオードによる損失を低減させることは、スイッチング電源装置の効率を向上させる上で、極めて有効である。

出力整流ダイオードの損失を低減させるには、順方向電圧降下の小さいダイオードを使用すればよい。ところが、順方向電圧降下の低いダイオードは逆方向耐電圧も低い。このため、出力整流ダイオードとして、順方向電圧降下の低いダイオードを使用する場合には、特に、逆方向電圧を抑制する必要がある。

この種のスイッチング電源装置において、逆方向電圧として最も考慮しなければならないのは、スイッチ回路のオン・オフ動作に伴い、寄生要素に起因したサージ（スパイク）電圧である。サージ電圧は出力整流ダイオードに対して、逆方向電圧として印加される。このようなサージ電圧を抑制する手段として、従来より、いわゆるスナバ回路が知られている。

この種のスナバ回路としては、コンデンサと抵抗器とからなるＣＲスナバ回路と呼ばれる回路が従来より知られている。このＣＲスナバ回路を整流用ダイオードの両端に設け、容量Ｃと抵抗値Ｒとにより定まる時定数に応じて整流用ダイオードのオフ時間を遅くし、サージ電圧を抑制することが行われている。ところが、ＣＲスナバ回路では、抵抗器によって損失が発生し、発熱も大きい。そこで、本出願人は、例えば特許文献１において、ＬＣ共振を用いたスナバ回路を提案している。
特許第３４００４４３号公報

上記したＣＲによるスナバ回路を備えたスイッチング電源装置では、スナバ回路のダイオードに数アンペアという大きな電流が流れることから発熱が大きく、ダイオード等の回路素子を保護するために放熱させる必要がある。しかしながら、上記した特許文献１の回路では、例えば同文献の図１，図５，図１０および図１３等に示されているように、ダイオードのアノードのみならずカソードもまた接地（グラウンド）電位に対してある電位をもって接続されていた。すなわち、スナバ回路のダイオードの両極とも、接地電位であるシャーシから浮いた（隔絶された）状態になっていた。このため、ダイオードで発生した熱を接地に直接逃がすことが困難であり、空気中に放熱させるための高性能の放熱用部材（ヒートシンク）が必要であった。

また、上記の構成の場合には、ダイオードを接地から電気的に絶縁するための絶縁性部材が必要である。絶縁用部材としては、できる限りシャーシに熱を逃がすことができるようにするために、熱伝導性のよい（熱抵抗の小さい）ものが好ましく、例えばシリコンやボロン等からなるシート状のものが用いられる。しかしながら、このような高い電気絶縁性と良好な熱伝導性とを備えた素材は一般に高価であり、コストを低減するうえで障害になっていた。また、絶縁構造を確実なものにするためには、ダイオードのアノードのみならずカソードをも接地部位からある程度以上の距離だけ離す必要があるため、付加的な部材等も必要となり、部品点数が多く構造も複雑にならざるを得なかった。

このように、従来のスイッチング電源装置では、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが困難であり、改善の余地があった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構造ながらも良好な放熱性を実現することができるスナバ回路を備えたスイッチング電源装置を提供することにある。

本発明のスイッチング電源装置は、交流電圧を変圧するトランスと、トランスの１次側に設けられ、直流入力電圧を交流電圧に変換してトランスに供給するスイッチング回路と、トランスの２次側に設けられ、トランスの交流出力電圧を整流する整流回路と、コンデンサとダイオードと回生用インダクタとを含み、整流回路に接続されたサージ電圧抑止回路と、サージ電圧抑止回路のコンデンサと協働してＬＣ直列共振回路を構成する共振用インダクタとを備え、サージ電圧抑止回路のダイオードのカソードを接地側に接続するようにしたものである。

本発明のスイッチング電源装置では、サージ電圧抑止回路のコンデンサと共振用インダクタとが協働してＬＣ直列共振回路として機能することにより、サージ電圧抑止回路のダイオードに加わるサージ電圧が抑止される。また、サージ電圧抑止回路のダイオードのカソードを接地に直結しているため、このダイオードをシャーシから隔絶させるための構造が不要である。

本発明のスイッチング電源装置では、サージ電圧抑止回路のコンデンサとダイオードとをトランスの２次側における出力ラインと接地との間に直列に接続し、サージ電圧抑止回路の回生用インダクタをコンデンサとダイオードとの接続点と接地との間にダイオードと並列に接続するように構成することが可能である。この場合には、トランスが、各一端が接地に共通接続された第１および第２の２次側巻線を有し、整流回路が、アノードが第１の２次側巻線の他端に接続されカソードが出力ラインに接続された第１の整流用ダイオードと、アノードが第２の２次側巻線の他端に接続されカソードが第１の整流用ダイオードのカソードに共通接続された第２の整流用ダイオードとを含むように構成することが可能である。あるいは、トランスが、各一端が出力ラインに共通接続された第１および第２の２次側巻線を有し、整流回路が、カソードが第１の２次側巻線の他端に接続され、アノードが接地接続された第１の整流用ダイオードと、カソードが第２の２次側巻線の他端に接続され、アノードが第１の整流用ダイオードのアノードに共通接続された第２の整流用ダイオードとを含むように構成してもよい。あるいは、トランスが一の２次側巻線を有し、整流回路が、アノードが２次側巻線の一端に接続されカソードが出力ラインに接続された第１の整流用ダイオードと、アノードが２次側巻線の他端と接地とに接続されカソードが第１の整流用ダイオードのカソードに共通接続された第２の整流用ダイオードとを含むようにしてもよい。あるいは、トランスが一の２次側巻線を有し、整流回路が、カソードが２次側巻線の一端に接続されアノードが接地接続された第１の整流用ダイオードと、カソードが２次側巻線の他端と出力ラインとに接続されアノードが第１の整流用ダイオードのアノードに共通接続された第２の整流用ダイオードとを含むようにしてもよい。

また、本発明のスイッチング電源装置では、トランスが、各一端が出力ラインに共通接続された第１および第２の２次側巻線を有し、整流回路が、カソードが第１の２次側巻線の他端に接続されアノードが接地接続された第１の整流用ダイオードと、カソードが第２の２次側巻線の他端に接続されアノードが第１の整流用ダイオードのアノードに共通接続された第２の整流用ダイオードとを含み、サージ電圧抑止回路のコンデンサが、第１の整流用ダイオードのカソードと第２の整流用ダイオードのカソードとの間に直列に接続された第１および第２のコンデンサとを含むように構成すると共に、サージ電圧抑止回路のダイオードおよび回生用インダクタを、第１および第２のコンデンサの接続点と接地との間に並列に接続するようにしてもよい。

なお、本発明において、「サージ電圧抑止回路」とは、サージ電圧を抑止する機能を有する回路を意味し、一般に、スナバ回路と呼ばれる。「回生用インダクタ」における「回生用」とは、スナバ回路のコンデンサに蓄えられた電気エネルギー（電荷）を放出して利用に供し得る状態にするための、という意味である。ＬＣ直列共振回路とは、インダクタとコンデンサとが直列に接続された共振回路をいう。「出力ライン」とは、接地電位に対してより高い（または低い）電圧を出力する電力伝送ラインという意味である。

共振用インダクタが「１次側に設けられ」とは、インダクタまたはそれと等価な構造がトランスの１次側に設けられていることを意味するが、この場合には、トランスを介して２次側に等価的なインダクタンスが存在することになり、この等価なインダクタンスとサージ電圧抑止回路のコンデンサとが協働してＬＣ直列共振回路を構成することになる。なお、共振用インダクタは、コイル部品を実際に配置して構成してもよいが、これに代えて（あるいはこれと共に）、トランスのリーケージインダクタンスや配線などを含めた直列インダクタンスを利用して構成してもよい。

本発明のスイッチング電源装置によれば、サージ電圧抑止回路のコンデンサと共振用インダクタとによりＬＣ直列共振を起こさせるようにしたので、サージ電圧抑止回路のダイオードに加わるサージ電圧を抑止することができ、その結果、順方向耐圧の低いダイオードを用いることができ、消費電力を低減することができる。また、サージ電圧抑止回路のダイオードのカソードを接地側に直結するようにしたので、このダイオードをシャーシから隔絶させるための構造が不要となり、構造が簡単になると共に、良好な放熱性能を実現することができる。

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。

［第１の実施の形態］
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の構成を表すものである

本実施の形態のスイッチング電源装置は、図示しない高圧バッテリから出力される入力直流電圧Ｖinを、より低い出力直流電圧Ｖout に変換して、図示しない低圧バッテリに供給するＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものであり、例えば車両に搭載されて好適なものである。なお、このスイッチング電源回路は、後述するようにセンタタップ型カソードコモン接続のスイッチング電源装置である。

このスイッチング電源装置は、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インバータ回路１および平滑コンデンサ２と、１次側巻線３１および２次側巻線３２，３３を有するトランス３と、インバータ回路１と１次側巻線３１との間に設けられた共振用インダクタ４とを備えている。１次側高圧ラインＬ１Ｈの入力端子３１と１次側低圧ラインＬ１Ｌの入力端子３２３との間には、図示しない高圧バッテリから出力される入力直流電圧Ｖinが印加されるようになっている。このスイッチング装置はまた、トランス３の２次側に設けられた整流回路５と、この整流回路５に接続されたスナバ回路６と、このスナバ回路６に接続された平滑回路７とを備えている。

インバータ回路１は、高圧バッテリから出力される入力直流電圧Ｖinをほぼ矩形波状の単相交流電圧に変換する単相インバータ回路であり、本発明における「スイッチング回路」の一具体例に対応する。このインバータ回路１は、図示しない制御回路から供給されるスイッチング信号（図示せず）によってそれぞれ駆動される４つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４をフルブリッジ接続してなるフルブリッジ型のスイッチング回路である。スイッチング素子としては、例えばＭＯＳ- ＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor) やＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolor Transistor) 等が用いられる。なお、上記制御回路は、図示しない低圧バッテリを電源として動作するようになっている。

スイッチング素子Ｓ１はトランス３の１次側巻線３１の一端と１次側高圧ラインＬ１Ｈとの間に設けられ、スイッチング素子Ｓ２は１次側巻線３１の他端と１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に設けられている。スイッチング素子Ｓ３は１次側巻線３１の他端と１次側高圧ラインＬ１Ｈとの間に設けられ、スイッチング素子Ｓ４は１次側巻線３１の一端と１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に設けられている。上記した共振用インダクタ４は、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４の接続点と１次側巻線３１の一端との間に設けられている。

インバータ回路１では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２がオンすることにより、１次側高圧ラインＬ１Ｈから順にスイッチング素子Ｓ１、１次側巻線３１およびスイッチング素子Ｓ２を通って１次側低圧ラインＬ１Ｌに至る第１の電流経路に電流が流れる一方、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４がオンすることにより１次側高圧ラインＬ１Ｈから順にスイッチング素子Ｓ３、１次側巻線３１、共振用インダクタ４およびスイッチング素子Ｓ４を通って１次側低圧ラインＬ１Ｌに至る第２の電流経路に電流が流れるようになっている。

トランス３の一対の２次側巻線３２，３３はセンタタップＣで互いに接続され、このセンタタップＣが接地ラインＬＧを介して出力端子Ｔ４に導かれている。つまり、このスイッチング電源装置は、センタタップ型のものである。このトランス３は、インバータ回路１によって変換された交流電圧を降圧し、一対の２次側巻線３２，３３の各端部Ａ，Ｂから、互いに１８０度位相が異なる交流電圧を出力するようになっている。この場合の降圧の度合いは、１次側巻線３１と２次側巻線３２，３３の巻数比によって定まる。

なお、共振用インダクタ４は、コイル部品を実際に配置して構成してもよいが、これに代えて（あるいはこれと共に）、トランス３のリーケージインダクタンスや配線などを含めた直列インダクタンスを利用して構成してもよい。この共振用インダクタ４は、後述するように（図３）、トランス３を介して２次側に等価なインダクタンス成分［Ｌ1 ／（ｎ／２）² ］を生じさせ、この等価なインダクタンス成分とスナバ回路６のコンデンサ６１とが協働してＬＣ直列共振回路を構成することになる。

整流回路６は、一対のダイオード５１、５２からなる単相全波整流回路である。ダイオード５１のアノードはトランス３の２次側巻線３２の一端Ａに接続され、ダイオード５２のアノードは２次側巻線３３の一端Ｂに接続されている。ダイオード５１、５２の各カソード同士は、接続点Ｄにおいて互いに接続されると共に、出力ラインＬＯに接続されている。つまり、この整流回路６はカソードコモン接続の構造を有しており、トランス３の交流出力電圧の各半波期間をそれぞれダイオード５１、５２によって個別に整流して整流電圧を得るようになっている。

スナバ回路６は、コンデンサ６１と、ダイオード６２と、回生用インダクタ６３とを含んで構成される。コンデンサ６１およびダイオード６２は、出力ラインＬＯと接地ラインＬＧとの間に直列に接続されている。具体的には、コンデンサ６１の一端が出力ラインＬＯに接続され、他端がダイオード６２のアノードに接続されている。ダイオード６２のカソードは接地ラインＬＧに接続されている。この点が本発明の特徴の１つとなっている。コンデンサ６１は、１次側に設けられた共振用インダクタ４と協働してＬＣ直列共振回路を構成するものである。回生用インダクタ６３は、コンデンサ６１およびダイオード６２の接続点Ｅと接地ラインＬＧとの間に、ダイオード６２と並列に接続されている。このような構成のスナバ回路６は、インバータ回路１におけるスイッチング動作に伴って生ずるサージ電圧を抑止するためのサージ電圧抑止回路として機能するようになっている。

平滑回路７は、チョークコイル７１と平滑コンデンサ７２とを含んで構成されている。チョークコイル７１は、出力ラインＬＯに挿入配置されており、その一端はスナバ回路６のコンデンサ６１の一端に接続され、他端は出力ラインＬＯの出力端子Ｔ３に接続されている。平滑コンデンサ７２は、出力ラインＬＯ（具体的にはチョークコイル７１の他端）と接地ラインＬＧとの間に接続されている。接地ラインＬＧの端部には出力端子Ｔ４が設けられている。このような構成の平滑回路７では、整流回路５で整流された直流電圧を平滑化して出力直流電圧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、以上のような構成のスイッチング電源装置の動作を説明する。まず、スイッチング電源装置の全体動作を説明する。

インバータ回路１は、入力端子Ｔ１，Ｔ２から供給される入力直流電圧Ｖinをスイッチングして交流電圧を作り出し、これをトランス３の１次側巻線３１に供給する。トランス３の２次側巻線３２，３３からは、変圧（ここでは、降圧）された交流電圧Ｖ01、Ｖ02が
取り出される。

整流回路５は、この交流電圧をダイオード５１，５２によって整流する。これにより、センタタップＣ（接地ラインＬＧ）とダイオード５１、５２の接続点Ｄとの間に整流出力が発生する。

平滑回路６は、センタタップＣ（接地ラインＬＧ）とダイオード５１、５２の接続点Ｄとの間に生じる整流出力を平滑化して、出力端子Ｔ３，Ｔ４から出力直流電圧Ｖout を出力する。この出力直流電圧Ｖout は図示しない低圧バッテリに給電され、その充電に供される。

次に、図２〜図６を参照して、スナバ回路６の動作について説明する。

図２に示したように、インバータ回路１のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がオンになると、トランス３の２次側巻線３２，３３に現れる電圧Ｖ01、Ｖ02は、ダイオード５２に対し
て逆方向（逆電圧Ｖd ）となり、ダイオード５１およびスナバ回路６のダイオード６２に対して順方向となる。このため、２次側巻線３２からダイオード５１を通って出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。

このとき、ダイオード５１、コンデンサ６１、ダイオード６２およびトランス３の２次側巻線３２を順に通る充電ループＩc1が形成され、コンデンサ６１への充電（エネルギー蓄積）が行われる。一方、ダイオード５２には逆電圧Ｖd （サージ電圧）が印加される。この充電ループＩc1において、１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とコンデンサ６１とによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、コンデンサ６１の端子電圧Ｖc は、ＬＣ共振電圧波形に従って上昇する。

図３は、上記したＬＣ直列共振回路の等価回路を表すものである。等価回路は、共振用インダクタ４によって２次側に生ずるインダクタンス成分［Ｌ1 ／（ｎ／２）² ］と、コンデンサ６１の容量［Ｃ］と、電源電圧［Ｖin／（ｎ／２）］とにより構成される。この等価回路によると、コンデンサ６１の端子間電圧Ｖc は、次の式（１）で表される。
Ｖc ＝２×Ｖin×（１−ｃｏｓωt ）／ｎ …（１）
但し、ω＝１／（Ｌ1 ×Ｃ／（ｎ／２）² ）^1/2
ここで、Ｌ1 は共振用インダクタ４のインダクンス値であり、Ｃはコンデンサ６１の容量である。ｎは、２次側巻線３２の巻数Ｎ２に対する１次側巻線３１の巻数Ｎ１の巻数比（Ｎ１／Ｎ２）である。なお、２次側巻線３３の巻数Ｎ３に対する１次側巻線３１の巻数Ｎ１の巻数比（Ｎ１／Ｎ３）も同様にｎであるとする。

充電ループＩc1において、ダイオード６２の電圧降下分を無視すれば、ダイオード５２に印加される逆電圧Ｖd は、コンデンサ６１の端子電圧Ｖc とほぼ等しくなる。コンデンサ６１の端子電圧Ｖc は、上記したように、共振用インダクタ４に起因するインダクタン
ス成分とコンデンサ６１とにより定まるＬＣ共振電圧波形にしたがって上昇する。このため、ダイオード５２に印加される逆電圧Ｖd は、ＬＣ共振電圧波形によって定まる電圧に抑制される。この場合、ダイオード５２に印加される逆電圧Ｖd の最大値（ピーク値）Ｖdmは、上記の式（１）から明らかなように、次の式（２）で示される値になる。
Ｖdm＝２×Ｖin×（１−ｃｏｓπ）／ｎ
＝４×Ｖin／ｎ …（２）

このように、ダイオード５２に印加される逆電圧Ｖd をＬＣ共振作用によって式（２）
の値以下に抑制できるので、ノイズの少ない（サージ電圧が低い）スナバ回路を実現することができる。また、ダイオード５２に印加される逆電圧Ｖd を抑制できるので、ダイオ
ード５２として、順方向電圧降下が比較的小さいものを使用することが可能になり、この結果、ダイオード５２による損失を低減し、エネルギー消費の少ない高効率のスイッチング電源装置を得ることができる。

次に、図４に示したように、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がオンからオフになると、トランス３の２次側巻線３３に現れる電圧［−Ｖ02］は、ダイオード５２に対して順方向と
なる。このため、２次側巻線３３からダイオード５２を通って出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。このとき、回生用インダクタ６３は、コンデンサ６１に対する一方向性放電路Ｉd として機能し、コンデンサ６１に蓄積されたエネルギーが一方向性放電路Ｉd を介し
て接地側（図示しない低圧バッテリ側）に回生され、利用に供される。この結果、エネルギー効率が向上する。

次に、図５に示したように、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオフからオンになると、トランス３の２次側巻線３２，３３に現れる電圧［−Ｖ01］、［−Ｖ02］は、ダイオード５
２に対して順方向となる一方、ダイオード５１に対して逆方向（逆電圧Ｖd ）となる。このため、２次側巻線３３からダイオード５２を通って出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。

このとき、ダイオード５２、コンデンサ６１、ダイオード６２、およびトランス３の２次側巻線３３を順に通る充電ループＩc2が形成され、コンデンサ６１への充電が行われる。一方、ダイオード５１には逆電圧Ｖd が印加されるが、充電ループＩc2において１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とコンデンサ６１とによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、ダイオード５１に印加される逆電圧Ｖd は上記の式（２）の値以下に抑制
される。

次に、図６に示したように、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオンからオフになると、トランス３の２次側巻線３２に現れる電圧［−Ｖ01］は、ダイオード５１に対して順方向と
なる。このため、２次側巻線３２からダイオード５１を通って出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。このときも、回生用インダクタ６３は、コンデンサ６１に対する一方向性放電路Ｉd として機能し、コンデンサ６１に蓄積されたエネルギーが一方向性放電路Ｉd を介
して接地側（図示しない低圧バッテリ側）に回生され、利用に供される。

次に、図７〜図１０を参照して、スナバ回路６の特徴的な作用について説明する。ここで、図７は、本実施の形態のスイッチング電源装置における実装外観の要部を表し、図８および図９は、本実施の形態に対する第１のおよび第２の比較例に係るスイッチング電源装置の回路構成を表し、図１０は、図８に示した比較例のスイッチング電源装置における実装外観の要部を表すものである。なお、これらの図で、図１における構成要素と同じものには同一の符号を付すものとする。

［比較例１，２］
まず、図８〜図１０を参照して、比較例について説明する。図８に示した第１の比較例に係るスイッチング電源装置は、図１のスナバ回路６に代えて、スナバ回路１１６を備えたものである。このスナバ回路１１６は、一端が接地ラインＬＧに接続されたコンデンサ６１と、アノードが出力ラインＬＯに接続されカソードがコンデンサ６１の他端に接続されたダイオード６２と、コンデンサ６１およびダイオード６２の接続点Ｅと出力ラインＬＯとの間に、ダイオード６２と並列に接続された回生用インダクタ６３とを有するものである。その他の構成は図１のものと同様である。

また、図９に示した第２の比較例に係るスイッチング電源装置は、図１のスナバ回路６に代えて、スナバ回路１２６を備えたものである。このスナバ回路１２６は、ダイオード５１のアノードとダイオード５２のアノードとの間に直列に接続されたコンデンサ６１Ａ，６１Ｂと、アノードが出力ラインＬＯに接続されカソードがコンデンサ６１Ａ，６１Ｂの接続点Ｅに接続されたダイオード６２と、コンデンサ６１Ａ，６１Ｂの接続点Ｅと出力ラインＬＯとの間に、ダイオード６２と並列に接続された回生用インダクタ６３とを有するものである。その他の構成は図１と同様である。

図８および図９に示した比較例のスイッチング電源装置では、スナバ回路１１６，１２６の作用により、図１のスイッチング電源装置のスナバ回路６と同様の作用により、インバータ回路１のスイッチング動作に伴うサージ電圧を抑止することができる。ところが、これらのスイッチング電源装置では、スナバ回路１１６，１２６のダイオード６２が、アノードのみならずカソードまでもが接地ラインＬＧから浮いた状態となっており、このため、ダイオード６２で発生した熱を、電気的絶縁性を保ちつつ接地ラインＬＧに逃がすために、以下のような工夫が必要となる。

図１０（Ａ）は、図８に示した第１の比較例に係るスイッチング電源装置の要部外観を表すものである。このスイッチング電源装置では、配線基板Ｓ上に、トランス３や、スナバ回路６を構成するコンデンサ６１、ダイオード６２および回生用インダクタ６３等の電気部品が配置され、基板裏面または基板内層（図示せず）において、図８に示したような態様で互いに接続されている。配線基板Ｓは、接地されたシャーシ１００上に、これと電気的に絶縁された状態で載置されている。スナバ回路６のダイオード６２は、発生した熱を空中に放散させるための放熱板６２Ａ，６２Ｂを備えている。放熱板６２Ａはダイオード６２のアノード（すなわち、出力ラインＬＯ）に接続されると共に、その一部が配線基板Ｓに固定されている。一方、放熱板６２Ｂはダイオード６２のカソード（すなわち、コンデンサ６１と回生用インダクタ６３との接続点Ｅ）に接続されると共に、腕状に延びた部分の先端部がシャーシ１００に固定されている。

図１０（Ｂ）は、（Ａ）における放熱板６２Ｂとシャーシ１００との連結構造Ｊを分解した状態で表すものである。なお、上記の第２の比較例に係るスイッチング電源装置（図９）の場合も同様の連結構造を有する。この図に示したように、この連結構造Ｊは、シャーシ１００のねじ穴１０１上に、熱伝導性絶縁板１０２を介して放熱板６２Ｂを配置すると共に、放熱板６２Ｂ上に、絶縁座金１０４と平座金１０５と傘ばね座金１０６とを順に配置し、これらの各部材の各穴部を嵌挿するようにしてねじ１０７をシャーシ１００のねじ穴１０１に螺入することにより、放熱板６２Ｂをシャーシ１００に固定するようにしたものである。

熱伝導性絶縁板１０２は、ダイオード６２をシャーシ１００（接地ラインＬＧ）から電気的に絶縁するための絶縁性を有すると同時に、できる限りシャーシ１００に熱を逃がすことができるようにするための熱電導性を有するものであり、例えばシリコンやボロン等を含む非金属材料が用いられる。絶縁座金１０４には電気的絶縁性の高い非金属材料（例えば、合成樹脂材料等）が用いられ、平座金１０５および傘ばね座金１０６には、通常、金属が用いられる。傘ばね座金１０６は、傘状円板の中央に穴を設けてなる特殊形状の弾性部材であり、ねじ１０７の緩み止めのために設けられている。このような特殊形状の傘ばね座金１０６を用いるのは、次のような理由による。

すなわち、一般に、非金属材料からなる絶縁座金１０４は、金属に比べて柔らかい材質である場合が多い。このため、仮に、螺旋コイルの一部を切り取ったような形状を有する通常のばね座金（スプリングワッシャ）を用いた場合には（図７（Ｂ）のばね座金１０６を参照）、ねじ１０７を締めたときに、そのばね座金の切端部が絶縁座金１０４にほぼ一点で接するようになる結果、この接触点に締め付け圧力が集中し、ばね座金の切端が平座金１０５を介して柔らかい絶縁座金１０４に次第に食い込んでいく（すなわち、絶縁座金１０４が局部的に潰れる）。この結果、ばね座金の押圧力が低下して、ねじ１０７による締結力が弱まるおそれがある。このような不都合を回避するため、図１０に示した比較例では、ばね座金として特殊形状の傘ばね座金１０６を用いて、傘ばね座金１０６と平座金１０５とが円周方向においてほぼ均一な圧力で接するようにすることにより、絶縁座金１０４の潰れを少なくし、ねじ１０７の締付力の経時的低下を抑制しているのである。

しかしながら、これらの比較例のスイッチング電源装置では、放熱板６２Ｂ（ダイオード６２のカソード）とシャーシ１００との間の絶縁構造を確実なものにするために、熱伝導性絶縁板１０２や絶縁座金１０４が必要となり、部品点数が多く構造も複雑にならざるを得ない。また、熱伝導性絶縁板１０２のように、高い電気絶縁性と良好な熱伝導性とを備えた素材は一般に高価であり、コスト低減の障害となる。したがって、比較例のスイッチング電源装置では、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが困難である。さらに、放熱板６２Ｂの穴Ｈの径を、ねじ１０７と接触しないように十分大きくする必要がある。ねじ１０７が放熱板６２Ｂの穴に接触すると、通常は金属で作られているねじ１０７を介して放熱板６２Ｂとシャーシ１００とがショートしてしまうからである。ねじ１０７を絶縁材料で作れば、このようなショートは起きないが、そのようなねじは機械的強度を欠いたり、より高価であったりするので、好ましくない。

これに対して本実施の形態のスイッチング電源装置では、スナバ回路６のダイオード６２のカソードが接地ラインＬＧに接続されているので、以下に説明するように、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが容易である。

図７（Ａ）は、本実施の形態のスイッチング電源装置（図１）の要部外観を表すものである。本実施の形態のスイッチング電源装置では、配線基板Ｓ上の各電気部品の配置は、見かけ上、図１０（Ａ）の場合と同様である。但し、これらの各電気部品は、基板裏面または基板内層（図示せず）において、図１に示したような態様で互いに接続されている。その他の構造は、放熱板６２Ｂとシャーシ１００との連結構造Ｋ（図７（Ｂ）参照）を除き、図１０（Ａ）の場合と同様である。

図７（Ｂ）は、放熱板６２Ｂとシャーシ１００との連結構造Ｋを分解した状態で表すものである。この図に示したように、この連結構造Ｋは、シャーシ１００のねじ穴１０１上に放熱板６２Ｂを直接配置すると共に、放熱板６２Ｂ上に直接、平座金１０５とばね座金１０８とを順に配置し、これらの各部材の各穴部を嵌挿するようにしてねじ１０７をシャーシ１００のねじ穴１０１に螺入することにより、放熱板６２Ｂをシャーシ１００に固定するようにしたものである。

図７（Ｂ）に示したように、本実施の形態のスイッチング電源装置では、上記の比較例（図１０（Ｂ））で必要であった熱伝導性絶縁板１０２および絶縁座金１０４が不要である。すなわち、連結構造Ｋに必要な部品点数が少なく、構造が簡易である。しかも、非金属材料からなる柔らかい絶縁座金１０４が不要であることから、ばね座金１０８が放熱板６２Ｂとの間の部材（ここでは、平座金１０５のみ）を局所的に潰してしまうことは殆どなく、ねじの締結力の経時的低下を効果的に防止することができる。したがって、ばね座金１０８として通常のスプリングワッシャを使用することができ、比較例の場合のように特殊な構造のばね座（傘ばね座金１０６）を用いる場合と比べてコスト的にも有利である。また、放熱板６２Ｂの穴Ｈの縁にねじ１０７が接触してもよく、比較例の場合のようなショートの問題は起きない。さらに、上記の比較例の連結構造Ｊでは、熱伝導性絶縁板１０２を用いることで、ダイオード６２のカソード側の放熱板６２Ｂとシャーシ１００との間の熱電導性を保ってはいるものの、本実施の形態のように、熱伝導性絶縁板１０２を挟まずに直接両者を接触させたほうが熱伝導性がよいことはもちろんである。したがって、本実施の形態では、比較例に比べて放熱性が向上する。

このように、本実施の形態のスイッチング電源装置によれば、コンデンサ６１とダイオード６２と回生用インダクタ６３とを含むスナバ回路６を整流回路５に接続し、コンデンサ６１と、１次側に設けられた共振用インダクタ４とによりＬＣ直列共振回路を構成するようにしたので、整流回路５のダイオード５１，５２に印加されるサージ電圧を効果的に抑制することができる。このため、ダイオード５１，５２として、順方向電圧降下が比較的小さいものを使用することができ、これらのダイオードによる損失を低減できるので、エネルギー消費の少ない高効率のスイッチング電源装置を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、スナバ回路６のダイオード６２のカソードを接地ラインＬＧに接続するようにしたので、ダイオード６２のカソード側の放熱板６２Ｂをシャーシ１００に直接締結することができる。すなわち、ダイオード６２のカソード側の放熱板６２Ｂとシャーシ１００との間の熱的伝導性を保ちつつ両者を電気的に絶縁させる、という従来の特殊な構造が不要となる。したがって、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが容易である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

上記第１の実施の形態では、センタタップ型カソードコモン接続のスイッチング電源装置について説明したが、本実施の形態では、センタタップ型アノードコモン接続のスイッチング電源装置について説明する。

図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を表すものである。この図において、図１に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。このスイッチング電源装置では、整流回路５のダイオード５１のカソードがトランス３の２次側巻線３２の一端Ａに接続され、ダイオード５２のカソードが２次側巻線３３の一端Ｂに接続されている。ダイオード５１、５２の各アノード同士は、接続点Ｄにおいて互いに共通接続されると共に、接地ラインＬＧに接続されている。トランス３の２次側巻線３２と２次側巻線３３との接続点（センタタップＣ）は、出力ラインＬＯに接続されている。つまり、このスイッチング電源装置は、センタタップ型のアノードコモン接続構造を有しており、トランス３の交流出力電圧の各半波期間をそれぞれダイオード５１、５２によって個別に整流して整流電圧を得るようになっている。

接地ラインＬＧと出力ラインＬＯとの間には、スナバ回路６のコンデンサ６１、ダイオード６２および回生用インダクタ６３が、図１の場合と同様の態様で接続されている。その他の部分の構成は図１の場合と同様である。

次に、図１２（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、以上のような構成のスイッチング電源装置の動作を説明する。なお、図１２（Ａ）〜（Ｄ）では、一次側の回路部分の図示を省略している。また、このスイッチング電源装置のＤＣ−ＤＣコンバータとしての基本動作は図１の場合と同様であるので、その説明を省略し、スナバ回路６の動作のみを説明する。

インバータ回路１（図１１）のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がオンになると、図１２（Ａ）に示したように、トランス３の２次側巻線３２，３３に現れる電圧Ｖ01、Ｖ02は、ダ
イオード５１に対して逆方向となり、ダイオード５２およびスナバ回路６のダイオード６２に対して順方向となる。このため、２次側巻線３３から出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。

このとき、コンデンサ６１、ダイオード６２、ダイオード５２、およびトランス３の２次側巻線３３を順に通る充電ループＩc1が形成され、コンデンサ６１への充電が行われる。一方、ダイオード５１には逆電圧Ｖd （サージ電圧）が印加されるが、充電ループＩc1において、１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とコンデンサ６１とによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、ダイオード５１に印加される逆電圧Ｖd は上記の式（２
）の値以下に抑制される。

次に、インバータ回路１（図１１）のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がオンからオフになると、図１２（Ｂ）に示したように、トランス３の２次側巻線３２に現れる電圧がダイオード５１に対して順方向となるため、２次側巻線３２から出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。このとき、回生用インダクタ６３は、コンデンサ６１に対する一方向性放電路Ｉdとして機能し、コンデンサ６１に蓄積されたエネルギーが一方向性放電路Ｉd を介して接
地側（図示しない低圧バッテリ側）に回生され、利用に供される。

次に、インバータ回路１（図１１）のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオフからオンになると、図１２（Ｃ）に示したように、トランス３の２次側巻線３２，３３に現れる電圧は、ダイオード５１に対して順方向となる一方、ダイオード５２に対して逆方向（逆電圧Ｖd ）となる。このため、２次側巻線３２から出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。

このとき、コンデンサ６１、ダイオード６２、ダイオード５１、およびトランス３の２次側巻線３２を順に通る充電ループＩc2が形成され、コンデンサ６１への充電が行われる。一方、ダイオード５２には逆電圧Ｖd が印加されるが、充電ループＩc2において１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とコンデンサ６１とによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、ダイオード５２に印加される逆電圧Ｖd は式（２）の値以下に抑制される
。

次に、インバータ回路１（図１１）のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオンからオフになると、図１２（Ｄ）に示したように、トランス３の２次側巻線３３に現れる電圧は、ダイオード５２に対して順方向となるため、２次側巻線３３から出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。このときも、回生用インダクタ６３は、コンデンサ６１に対する一方向性放電路Ｉd として機能し、コンデンサ６１に蓄積されたエネルギーが一方向性放電路Ｉd を介し
て接地側（図示しない低圧バッテリ側）に回生され、利用に供される。

このように、本実施の形態のスイッチング電源装置においても、上記第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、コンデンサ６１の充電ループＩc1，Ｉc2において１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とスナバ回路６のコンデンサ６１とによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、整流回路５のダイオード５１，５２に印加されるサージ電圧を効果的に抑制することができる。また、スナバ回路６のダイオード６２のカソードが接地ラインＬＧに接続されているので、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが容易である。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態では、センタタップ型アノードコモン接続のスイッチング電源装置の他の例について説明する。

図１３は、本発明の第３の実施の形態に係るスイッチング電源装置の回路構成を表すものである。この図において、図１１に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。このスイッチング電源装置は、図１１のスナバ回路６に代えて、スナバ回路１６を備えたものである。このスナバ回路１６は、ダイオード５１のカソードとダイオード５２のカソードとの間に直列に接続されたコンデンサ６１Ａ，６１Ｂと、アノードがコンデンサ６１Ａ，６１Ｂの接続点Ｅに接続され、カソードが接地ラインＬＧに接続されたダイオード６２と、コンデンサ６１Ａ，６１Ｂの接続点Ｅと接地ラインＬＧとの間に、ダイオード６２と並列に接続された回生用インダクタ６３とを有するものである。その他の構成は図１１と同様である。

次に、図１４（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、以上のような構成のスイッチング電源装置の動作を説明する。なお、図１4 （Ａ）〜（Ｄ）では、一次側の回路部分の図示を省略している。また、このスイッチング電源装置のＤＣ−ＤＣコンバータとしての基本動作は図１の場合と同様であるので、その説明を省略し、スナバ回路１６の動作のみを説明する。

インバータ回路１（図１３）のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がオンになると、図１4 （Ａ）に示したように、トランス３の２次側巻線３２，３３に現れる電圧は、ダイオード５１に対して逆方向となり、ダイオード５２およびスナバ回路１６のダイオード６２に対して順方向となる。このため、２次側巻線３３から出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。

このとき、コンデンサ６１Ａ、ダイオード６２、ダイオード５２、およびトランス３の２次側巻線３３，３２を順に通る充電ループＩc1が形成され、コンデンサ６１Ａへの充電が行われる。一方、ダイオード５１には逆電圧Ｖd （サージ電圧）が印加されるが、充電ループＩc1において、１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とコンデンサ６１ＡとによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、ダイオード５１に印加される逆電圧Ｖd は
上記の式（２）の値以下に抑制される。

次に、インバータ回路１（図１３）のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がオンからオフになると、図１４（Ｂ）に示したように、トランス３の２次側巻線３２に現れる電圧がダイオード５１に対して順方向となるため、２次側巻線３２から出力ラインＬＯに電流Ｉｘが流れる。このとき、回生用インダクタ６３は、コンデンサ６１Ａに対する一方向性放電路Ｉ
d として機能し、コンデンサ６１Ａに蓄積されたエネルギーが一方向性放電路Ｉd を介し
て接地側に回生され、利用に供される。

次に、インバータ回路１（図１３）のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオフからオンになると、図１４（Ｃ）に示したように、トランス３の２次側巻線３２，３３に現れる電圧は、ダイオード５１に対して順方向となるため、２次側巻線３２から出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。

このとき、コンデンサ６１Ｂ、ダイオード６２、ダイオード５１、およびトランス３の２次側巻線３２，３３を順に通る充電ループＩc2が形成され、コンデンサ６１への充電が行われる。一方、ダイオード５２には逆電圧Ｖd が印加されるが、充電ループＩc2において１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とコンデンサ６１ＢとによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、ダイオード５２に印加される逆電圧Ｖd は式（２）の値以下に
抑制される。

次に、インバータ回路１（図１３）のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４がオンからオフになると、図１４（Ｄ）に示したように、トランス３の２次側巻線３３に現れる電圧がダイオード５２に対して順方向となるため、２次側巻線３２から出力ラインＬＯに電流Ｉｘが流れる。このときも、回生用インダクタ６３は、コンデンサ６１Ｂに対する一方向性放電路Ｉd として機能し、コンデンサ６１Ｂに蓄積されたエネルギーが一方向性放電路Ｉｄを介
して接地側に回生され、利用に供される。

このように、本実施の形態のスイッチング電源装置においても、上記第１および第２の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、コンデンサ６１Ａ（６１Ｂ）の充電ループＩc1（Ｉc2）において１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とスナバ回路１６のコンデンサ６１Ａ（６１Ｂ）とによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、整流回路５のダイオード５１，５２に印加されるサージ電圧を効果的に抑制することができる。また、スナバ回路１６のダイオード６２のカソードが接地ラインＬＧに接続されているので、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが容易である。

［比較例３〜５］
次に、図１５〜図１７を参照して、上記第２および第３の実施の形態に対する比較例について説明する。

図１５は、第３の比較例に係るスイッチング電源装置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は、上記第２の実施の形態（図１１）におけるスナバ回路６に代えて、スナバ回路１１６を備えたものである。このスナバ回路１１６は、第１の比較例（図８）で示したものと同じものであり、一端が接地ラインＬＧに接続されたコンデンサ６１と、アノードが出力ラインＬＯに接続されカソードがコンデンサ６１の他端に接続されたダイオード６２と、コンデンサ６１およびダイオード６２の接続点Ｅと出力ラインＬＯとの間に、ダイオード６２と並列に接続された回生用インダクタ６３とを有する。その他の構成は図１１と同様である。

図１６は、第４の比較例に係るスイッチング電源装置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は、上記第２の実施の形態（図１１）におけるスナバ回路６に代えて、スナバ回路１３６を備えたものである。このスナバ回路１３６は、一端がダイオード５１のカソードに接続されたコンデンサ６１Ａと、アノードがコンデンサ６１Ａの他端ＥＡに接続されカソードがダイオード５１，５２のアノードコモン接続点Ｄに接続されたダイオード６２Ａ１と、カソードがＥＡに接続されたダイオード６２Ａ２と、このダイオード６２Ａ２のアノードと出力ラインＬＯとの間に接続された回生用インダクタ６３Ａとを有する。スナバ回路１３６はまた、一端がダイオード５２のカソードに接続されたコンデンサ６１Ｂと、アノードがコンデンサ６１Ｂの他端ＥＢに接続されカソードがダイオード５１，５２のアノードコモン接続点Ｄに接続されたダイオード６２Ｂ１と、カソードがＥＢに接続されたダイオード６２Ｂ２と、このダイオード６２Ｂ２のアノードと出力ラインＬＯとの間に接続された回生用インダクタ６３Ｂとを有する。その他の構成は図１と同様である。

図１７は、第５の比較例に係るスイッチング電源装置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は、上記第４の比較例（図１６）におけるスナバ回路１３６に代えて、スナバ回路１４６を備えたものである。このスナバ回路１４６は、一端がダイオード５１のカソードに接続されたコンデンサ６１Ａと、アノードがコンデンサ６１Ａの他端ＥＡに接続されカソードがダイオード５１，５２のアノードコモン接続点Ｄに接続されたダイオード６２Ａ１と、カソードがコンデンサ６１Ａの他端ＥＡに接続されたダイオード６２Ａ２とを有する。スナバ回路１３６はまた、一端がダイオード５２のカソードに接続されたコンデンサ６１Ｂと、アノードがコンデンサ６１Ｂの他端ＥＢに接続されカソードがダイオード５１，５２のアノードコモン接続点Ｄに接続されたダイオード６２Ｂ１と、カソードがコンデンサ６１Ｂの他端ＥＢに接続されたダイオード６２Ｂ２とを有する。ダイオード６２Ａ２，６２Ｂ２は、互いのアノード同士が接続されている。スナバ回路１３６はさらに、ダイオード６２Ａ２，６２Ｂ２のアノードコモン接続点ＥＣと出力ラインＬＯとの間に接続された回生用インダクタ６３を有する。その他の構成は図１６と同様である。

以上の第３〜第５の比較例のいずれにおいても、スナバ回路１１６，１３６，１４６のダイオード６２，６２Ａ１，６２Ｂ１のカソードは、接地ラインＬＧではなく、出力ラインＬＯに接続されている。このため、上記した第１，２の比較例の場合と同様に、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することは困難である。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態では、フォワード型カソードコモン接続のスイッチング電源装置について説明する。

図１８は、本発明の第４の実施の形態に係るスイッチング電源装置の回路構成を表すものである。この図において、図１１に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態のスイッチング電源装置は、１次側巻線３１と２次側巻線３２とを有するトランス１３を用いて構成されたフォワード型（一方向型）のスイッチング電源装置であり、トランス１３の１次側に、図１のインバータ回路１に代えて、１つのスイッチング素子Ｓ０からなるインバータ回路１１を備えている。このスイッチング電源装置はまた、トランス１３の２次側に設けられた整流回路１５と、この整流回路１５に接続されたスナバ回路６と、このスナバ回路６に接続された平滑回路７とを備えている。整流回路１５は、アノードがトランス１３の２次側巻線３２の一端Ａに接続されたダイオード５１と、アノードがトランス１３の２次側巻線３２の他端Ｃに接続されカソードがダイオード５１のカソードに共通接続されたダイオード５２とにより構成されたカソードコモン接続の構造を有する。スナバ回路６および平滑回路７を始めとするその他の部分の構成は図１の場合と同様である。例えば、スナバ回路６のダイオード６２は、カソードが接地ラインＬＧに接続されている。

次に、図１９〜図２１を参照して、以上のようなスイッチング電源装置の動作を説明する。ここで、図１９および図２０は、それぞれ、インバータ回路１１のスイッチング素子Ｓのオンオフ動作に対応した２次側の動作を説明するためのものであり、図２１は各部の波形を表すものである。図２１において、（Ａ）はトランス１３の１次側巻線３１に印加される電圧Ｖt1を示し、（Ｂ）はトランス１３の２次側巻線３２に生ずる電圧Ｖo1を示す。（Ｃ）は整流回路１５のカソードコモン接続点Ｄの電位ＶＤを示し、（Ｄ）はコンデンサ６１の端子間電圧Ｖｃを示す。（Ｅ）はコンデンサ６１を流れる電流Ｉc を示し、（Ｆ）は回生用インダクタ６３を流れる電流Ｉb を示す。（Ｇ）は回生用インダクタ６３の両端間電圧Ｖs を示す。

本実施の形態では、図１９に示したように、タイミングｔ１において、インバータ１１のスイッチング素子Ｓ０がオンになると、トランス１３の２次側巻線３２に現れる電圧Ｖ
01は、ダイオード５２に対して逆方向（逆電圧Ｖd ）となり、ダイオード５１およびスナバ回路６のダイオード６２に対して順方向となる。このため、２次側巻線３２からダイオード５１を通って出力ラインＬＯに電流Ｉx が流れる。このとき、ダイオード５１、コンデンサ６１、ダイオード６２、およびトランス１３の２次側巻線３２を順に通る充電ループＩc が形成され、コンデンサ６１への充電が行われる。一方、ダイオード５２には逆電圧Ｖd （サージ電圧）が印加されるが、充電ループＩc において、１次側のインダクタ４によるインダクンス成分とコンデンサ６１とによりＬＣ直列共振回路が構成されるため、ダイオード５２に印加される逆電圧Ｖd は上記の式（２）の値以下に抑制される。

図２０に示したように、タイミングｔ４において、インバータ１１のスイッチング素子Ｓ０がオフになると、トランス１３の２次側巻線３２に現れる電圧［−Ｖ01］は、ダイオ
ード５１に対して逆方向（逆電圧Ｖd ）となる。この時、チョークコイル７１の回生電流がダイオード５２を通って出力ラインＬＯに流れる。このとき、回生用インダクタ６３は、コンデンサ６１に対する一方向性放電路Ｉd として機能し、コンデンサ６１に蓄積され
たエネルギーが一方向性放電路Ｉd を介して接地側（図示しない低圧バッテリ側）に回生
され、利用に供される。

このように、本実施の形態のスイッチング電源装置においても、上記第１〜第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、コンデンサ６１の充電ループＩc がＬＣ直列共振回路を構成するようにしたことにより、整流回路１５のダイオード５１，５２に印加されるサージ電圧を効果的に抑制することができると共に、スナバ回路６のダイオード６２のカソードを接地ラインＬＧに接続するようにしたことにより、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが容易になる。

図２２は、上記第４の実施の形態に対する比較例（第６の比較例）に係るスイッチング電源装置の構成を表すものである。このスイッチング電源装置は、上記第４の実施の形態に係るスイッチング電源装置（図１８）において、スナバ回路６に代えてスナバ回路１１６を備えたものである。その他の構成は図１８と同様である。このスイッチング電源装置では、整流回路１５のダイオード５１，５２に印加されるサージ電圧の抑制は可能であるが、スナバ回路６のダイオード６２のカソードを接地ラインＬＧから浮かせた状態にしなければならないので、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが困難である。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態では、フォワード型アノードコモン接続のスイッチング電源装置について説明する。

図２３は、本実施の形態のスイッチング電源装置の構成を表すものである。このスイッチング電源装置は、上記第４の実施の形態に係るスイッチング電源装置（図１８）において、整流回路１５に代えて整流回路２５を備えたものである。この整流回路２５は、カソードがトランス１３の２次側巻線３２の一端Ｃに接続されたダイオード５１と、カソードがトランス１３の２次側巻線３２の他端Ａに接続されアノードがダイオード５１のアノードに共通接続されたダイオード５２とにより構成されたアノードコモン接続の構造を有する。スナバ回路６および平滑回路７を始めとするその他の部分の構成は図１８の場合と同様である。例えば、スナバ回路６のダイオード６２は、カソードが接地ラインＬＧに接続されている。

本実施の形態のスイッチング電源装置においても、上記第４の実施の形態（図１８）と同様の効果を得ることができる。すなわち、整流回路１５のダイオード５１，５２に印加されるサージ電圧を効果的に抑制することができると共に、構造を簡易にしつつ良好な放熱性を確保することが容易になる。

以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記第１〜３の実施の形態では、４つのスイッチング素子を用いたフルブリッジ型のインバータ回路を設ける場合について説明し、第４〜５の実施の形態では、単一のスイッチング素子を用いたフォワード型のインバータ回路を設ける場合について説明したが、２つのスイッチング素子を用いてハーフブリッジ型のインバータ回路を構成するようにしてもよい。

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構成を表す回路図である。 図１の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２に示した状態におけるＬＣ直列共振回路の等価回路を表す図である。 図１のスイッチング電源装置の動作を説明するための他の回路図である。 図１のスイッチング電源装置の動作を説明するための他の回路図である。 図１のスイッチング電源装置の動作を説明するための他の回路図である。 図１のスイッチング電源装置の要部外観構成を表す斜視図である。 第１の比較例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。 第２の比較例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９のスイッチング電源装置の要部外観構成を表す斜視図である。 本発明の第２の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１１の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。 本発明の第３の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１３の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。 第３の比較例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。 第４の比較例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。 第５の比較例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。 本発明の第４の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１８の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１８のスイッチング電源装置の動作を説明するための他の回路図である。 図１８のスイッチング電源装置の動作を説明するためのタイミング図である。 第６の比較例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。 本発明の第５の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。

符号の説明

１…インバータ回路、２…平滑コンデンサ、３，１３…トランス、４…共振用インダクタ、５, １５，２５…整流回路、６，１６…スナバ回路、７…平滑回路、３１…１次側巻線、３２，３３…２次側巻線、５１，５２…ダイオード、６１，６１Ａ，６１Ｂ…コンデンサ、６２…ダイオード、６３…回生用インダクタ、７１…チョークコイル、７２…平滑コンデンサ、Ｓ０，Ｓ１〜Ｓ４…スイッチング素子、Ｌ１Ｌ…１次側低圧ライン、Ｌ１Ｈ…１次側高圧ライン、ＬＯ…出力ライン、ＬＧ…接地ライン、Ｔ１，Ｔ２…出力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、Ｉc1，Ｉc2，Ｉc …充電ループ、Ｉd …放電路、Ｖd …逆電圧（サージ電圧）、Ｖin…入力直流電圧、Ｖout …出力直流電圧。

Claims (7)

1. 交流電圧を変圧するトランスと、
   前記トランスの１次側に設けられ、直流入力電圧を交流電圧に変換して前記トランスに供給するスイッチング回路と、
   前記トランスの２次側に設けられ、前記トランスの交流出力電圧を整流する整流回路と、
   コンデンサとダイオードと回生用インダクタとを含み、前記整流回路に接続されたサージ電圧抑止回路と、
   前記サージ電圧抑止回路の前記コンデンサと協働してＬＣ直列共振回路を構成する共振用インダクタと
   を備え、
   前記サージ電圧抑止回路の前記ダイオードのカソードが接地側に接続されている
   ことを特徴とするスイッチング電源装置。
2. 前記サージ電圧抑止回路の前記コンデンサと前記ダイオードとは、前記トランスの２次側における出力ラインと接地との間に直列に接続され、
   前記サージ電圧抑止回路の前記回生用インダクタは、前記コンデンサと前記ダイオードとの接続点と接地との間に、前記ダイオードと並列に接続されている
   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. 前記トランスは、各一端が接地に共通接続された第１および第２の２次側巻線を有し、
   前記整流回路は、
   アノードが前記第１の２次側巻線の他端に接続され、カソードが前記出力ラインに接続された第１の整流用ダイオードと、
   アノードが前記第２の２次側巻線の他端に接続され、カソードが前記第１の整流用ダイオードのカソードに共通接続された第２の整流用ダイオードと
   を含むことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
4. 前記トランスは、各一端が前記出力ラインに共通接続された第１および第２の２次側巻線を有し、
   前記整流回路は、
   カソードが前記第１の２次側巻線の他端に接続され、アノードが接地接続された第１の整流用ダイオードと、
   カソードが前記第２の２次側巻線の他端に接続され、アノードが前記第１の整流用ダイオードのアノードに共通接続された第２の整流用ダイオードと
   を含むことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
5. 前記トランスは、各一端が前記出力ラインに共通接続された第１および第２の２次側巻線を有し、
   前記整流回路は、
   カソードが前記第１の２次側巻線の他端に接続され、アノードが接地接続された第１の整流用ダイオードと、
   カソードが前記第２の２次側巻線の他端に接続され、アノードが前記第１の整流用ダイオードのアノードに共通接続された第２の整流用ダイオードと
   を含み、
   前記サージ電圧抑止回路の前記コンデンサは、前記第１の整流用ダイオードのカソードと前記第２の整流用ダイオードのカソードとの間に直列に接続された第１および第２のコンデンサとを含み、
   前記サージ電圧抑止回路の前記ダイオードおよび前記回生用インダクタが、前記第１および第２のコンデンサの接続点と接地との間に並列に接続されている
   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。
6. 前記トランスは、一の２次側巻線を有し、
   前記整流回路は、
   アノードが前記２次側巻線の一端に接続され、カソードが前記出力ラインに接続された第１の整流用ダイオードと、
   アノードが前記２次側巻線の他端と接地とに接続され、カソードが第１の整流用ダイオードのカソードに共通接続された第２の整流用ダイオードと
   を含むことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
7. 前記トランスは、一の２次側巻線を有し、
   前記整流回路は、
   カソードが前記２次側巻線の一端に接続され、アノードが接地接続された第１の整流用ダイオードと、
   カソードが前記２次側巻線の他端と前記出力ラインとに接続され、アノードが第１の整流用ダイオードのアノードに共通接続された第２の整流用ダイオードと
   を含むことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。

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