特許ウォッチ

公開番号2025095358
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023211298
出願日2023-12-14
発明の名称電源装置
出願人NECプラットフォームズ株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250619BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング電源装置において、スイッチング素子に印加されるサージ電力の電圧を低く抑え、損失を少なくすることに寄与する。
【解決手段】絶縁型スイッチング電源装置3は、チョークコイルL1と、スイッチング素子Q5,Q8,Q9,Q12と、電流共振ハーフブリッジ回路20,22と、力率改善/インバータ制御回路46と、周波数制御回路44とを備える。周波数制御回路44は、電流共振ハーフブリッジ回路20,22の共振周波数と同じ周波数の基準周波数信号fswを生成する。力率改善/インバータ制御回路46は、電流共振ハーフブリッジ回路20,22に含まれるスイッチング素子を制御し、電源Viの電力を負荷Loに供給し、逆に、バッテリBATから電力を電源Viに回生する。
【選択図】図4A
特許請求の範囲【請求項１】
一端が第１の電源の第１の電圧極性の端子に接続された第１のコイルと、一端が前記第１のコイルの他端に接続された第１の能動素子および第２の能動素子と、前記第１の電源の第２の電圧極性の端子に他端が接続された第３の能動素子および第４の能動素子と、第１のトランスを含む第１のハーフブリッジ回路と、第２のトランスを含む第２のハーフブリッジ回路と、前記第１の電源から負荷に電力を供給させ、または、前記負荷の代わりの第２の電源から前記第１の電源に電力を回生させるように前記第１の前記第１のハーフブリッジ回路および前記第２のハーフブリッジ回路を制御する制御回路とを備え、
前記第１のハーフブリッジ回路は、
一端が前記第１の能動素子の他端に接続され、他端が前記第１のトランスの１次側巻き線の一端および前記第２のトランスの１次側巻き線の一端に接続された第５の能動素子と、
一端が前記第５の能動素子の他端に接続され、他端が前記第３の能動素子の一端に接続された第６の能動素子と、
一端が前記負荷の第１の電圧極性の端子に接続され、他端が前記第１のトランスの２次側巻き線の一端に接続された第９の能動素子と、
一端が前記第１のトランスの２次側巻き線の一端に接続され、他端が前記第２のハーフブリッジ回路に接続された第１０の能動素子と、
一端が前記第５の能動素子の一端に接続され、他端が前記第１のトランスの１次側巻き線の他端に接続された第１のコンデンサと、
一端が前記第１のトランスの１次側巻き線の他端に接続され、他端が前記第６の能動素子の他端に接続された第２のコンデンサと、
一端が前記第９の能動素子の一端に接続され、他端が前記第１のトランスの２次側巻き線の他端に接続された第３のコンデンサと、
一端が前記第１のトランスの２次側巻き線の他端に接続され、他端が前記第１０の能動素子の他端に接続された第４のコンデンサと
を備え、
前記第２のハーフブリッジ回路は、
一端が前記第２の能動素子の他端に接続され、他端が前記第１のトランスの１次側巻き線の一端および前記第２のトランスの１次側巻き線の一端に接続された第７の能動素子と、
一端が前記第７の能動素子の他端に接続され、他端が前記第４の能動素子の一端に接続された第８の能動素子と、
一端が前記第１０の能動素子のソースに接続され、他端が前記第２のトランスの２次側巻き線の他端に接続された第１１の能動素子と、
一端が前記第１１の能動素子の他端に接続され、他端が前記負荷の第２の電圧極性の端子に接続された第１２の能動素子と、
一端が前記第７の能動素子の一端に接続され、他端が前記第２のトランスの１次側巻き線の他端に接続された第５のコンデンサと、
一端が前記第２のトランスの１次側巻き線の他端に接続され、他端が前記第８の能動素子の他端に接続された第６のコンデンサと、
一端が前記第１１の能動素子の一端に接続され、他端が前記第２のトランスの２次側巻き線の他端に接続された第７のコンデンサと、
一端が前記第２のトランスの２次側巻き線の他端に接続され、他端が前記第１２の能動素子の他端に接続された第８のコンデンサと
を備える電源装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記制御回路は、
前記第１の能動素子および前記第４の能動素子を同時に一端と他端との間が導通状態となるＯＮ状態または一端と他端との間が非導通状態となるＯＦＦ状態とするように、
前記第２の能動素子および前記第３の能動素子を同時にＯＮ状態またはＯＦＦ状態とするように、
前記第５の能動素子および前記第９の能動素子を同時にＯＮ状態またはＯＦＦ状態とするように、
前記第６の能動素子および前記第１０の能動素子を同時にＯＮ状態またはＯＦＦ状態とするように、
前記第７の能動素子および前記第１１の能動素子を同時にＯＮ状態またはＯＦＦ状態とするように、
前記第８の能動素子および前記第１２の能動素子を同時にＯＮ状態またはＯＦＦ状態とするように、
前記第６の能動素子および前記第１０の能動素子と、前記第１の能動素子および前記第４の能動素子とを交互にＯＮ状態またはＯＦＦ状態とするように
制御する請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第９の能動素子の一端と前記第１２の能動素子の他端との間に接続された前記負荷に前記第１の電源から電力を供給する場合、前記第１のコイルに電力を蓄積する間、前記制御回路は、
前記第１の能動素子、前記第４の能動素子、前記第５の能動素子、前記第８の能動素子、前記第９の能動素子および前記第１２の能動素子をＯＮ状態とし、
前記第２の能動素子、前記第３の能動素子、前記第６の能動素子、前記第７の能動素子、前記第１０の能動素子および前記第１１の能動素子をＯＦＦ状態とする
ように制御する請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第９の能動素子の一端と前記第１２の能動素子の他端との間に接続された前記負荷に前記第１の電源から電力を供給する場合、前記第１のコイルに電力を蓄積する間、前記制御回路は、
前記第２の能動素子、前記第３の能動素子、前記第６の能動素子、前記第７の能動素子、前記第１０の能動素子および前記第１１の能動素子をＯＮ状態とし、
前記第１の能動素子、前記第４の能動素子、前記第５の能動素子、前記第８の能動素子、前記第９の能動素子および前記第１２の能動素子をＯＦＦ状態とする
ように制御する請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第９の能動素子の一端と前記第１２の能動素子の他端との間に接続された前記負荷に前記第１の電源から電力を供給する場合、前記第１のコイルから電力を放出する間、前記制御回路は、
前記第１の能動素子、前記第２の能動素子、前記第３の能動素子、前記第４の能動素子、前記第６の能動素子、前記第８の能動素子、前記第１０の能動素子および前記第１２の能動素子を一端と他端との間が導通状態となるＯＮ状態とし、前記第５の能動素子、前記第７の能動素子、前記第９の能動素子および前記第１１の能動素子を一端と他端との間が非導通状態となるＯＦＦ状態とするように制御する
請求項２に記載の電源装置。
【請求項６】
第１の電圧極性の端子が前記第９の能動素子の一端に接続され、第２の電圧極性の端子が前記第１２の能動素子の他端に接続された前記第２の電源から前記第１の電源に電力を回生する場合、前記第１のコイルに電力を蓄積する間、前記制御回路は、
前記第１の能動素子、前記第２の能動素子、前記第３の能動素子、前記第４の能動素子、前記第６の能動素子、前記第８の能動素子、前記第１０の能動素子および前記第１２の能動素子を一端と他端との間が導通状態となるＯＮ状態とし、前記第５の能動素子、前記第７の能動素子、前記第９の能動素子および前記第１１の能動素子を一端と他端との間が非導通状態となるＯＦＦ状態とするように制御する
請求項２に記載の電源装置。
【請求項７】
第１の電圧極性の端子が前記第９の能動素子の一端に接続され、第２の電圧極性の端子が前記第１２の能動素子の他端に接続された前記第２の電源から前記第１の電源に電力を回生する場合、前記第１のコイルから電力を放出する間、前記制御回路は、
前記第２の能動素子、前記第３の能動素子、前記第６の能動素子、前記第７の能動素子、前記第１０の能動素子および前記第１１の能動素子をＯＮ状態とし、
前記第１の能動素子、前記第４の能動素子、前記第５の能動素子、前記第８の能動素子、前記第９の能動素子および前記第１２の能動素子をＯＦＦ状態とする
ように制御する請求項２に記載の電源装置。
【請求項８】
前記第１のハーフブリッジ回路は、
前記第５の能動素子の他端と前記第１のトランスの１次側巻き線の一端との間に両端が接続された第２のコイルと、
前記第９の能動素子の他端と前記第１のトランスの２次側巻き線の一端との間に両端が接続された第４のコイルと
をさらに備え、
前記第２のハーフブリッジ回路は、
前記第７の能動素子の他端と前記第２のトランスの１次側巻き線の一端との間に両端が接続された第３のコイルと、
前記第１１の能動素子の他端と前記第２のトランスの１次側巻き線の一端との間に両端が接続された第５のコイルと
をさらに備える請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
前記第１のハーフブリッジ回路および前記第２のハーフブリッジ回路は、電流共振ハーフブリッジ回路である
請求項８に記載の電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電源装置に関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
入力された交流電力または直流電力をスイッチングし、所望の電圧の直流電力を出力するスイッチング電源装置が知られている。このようなスイッチング電源装置のうち、入力側の電力と、出力側の電力との間がトランスにより絶縁されているものは、絶縁型スイッチング電源装置と呼ばれる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－２７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
なお、上記先行技術文献の開示は、本書に引用をもって組み込まれる。以下の分析は、本発明者らによってなされたものである。
【０００５】
特許文献１に開示された絶縁型スイッチング電源装置においては、トランスの入力側の回路にチョークコイルが用いられる。チョークコイルが電力を蓄積している状態から電力を放出する状態に切り替わるときに、チョークコイルに直列に接続されたトランスの漏れインダクタンスにより、チョークコイルから放出される電流が制限されてしまう。これにより、スイッチング素子の両端にサージ電圧が発生するので、スイッチング素子を保護するためにサージ電圧抑制回路が必要とされる。さらに、この絶縁型スイッチング電源装置において、ＯＮ状態のスイッチング素子に流れる電流の波形は矩形であり、電流の波形が正弦波状である場合に比べて、スイッチング素子に発生する電力損失は大きくなる。
【０００６】
本開示の目的は、スイッチング電源装置において、スイッチング素子に加わるサージ電圧を低く抑え、スイッチング素子に発生するスイッチング損失を少なくすることに寄与することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の視点によれば、一端が第１の電源の第１の電圧極性の端子に接続された第１のコイルと、一端が前記第１のコイルの他端に接続された第１の能動素子および第２の能動素子と、前記第１の電源の第２の電圧極性の端子に他端が接続された第３の能動素子および第４の能動素子と、第１のトランスを含む第１のハーフブリッジ回路と、第２のトランスを含む第２のハーフブリッジ回路と、前記第１の電源から負荷に電力を供給させ、または、前記負荷の代わりの第２の電源から前記第１の電源に電力を回生させるように前記第１の前記第１のハーフブリッジ回路および前記第２のハーフブリッジ回路を制御する制御回路とを備える電源装置が提供される。前記第１のハーフブリッジ回路は、一端が前記第１の能動素子の他端に接続され、他端が前記第１のトランスの１次側巻き線の一端および前記第２のトランスの１次側巻き線の一端に接続された第５の能動素子と、一端が前記第５の能動素子の他端に接続され、他端が前記第３の能動素子の一端に接続された第６の能動素子と、一端が前記負荷の第１の電圧極性の端子に接続され、他端が前記第１のトランスの２次側巻き線の一端に接続された第９の能動素子と、一端が前記第１のトランスの２次側巻き線の一端に接続され、他端が前記第２のハーフブリッジ回路に接続された第１０の能動素子と、一端が前記第５の能動素子の一端に接続され、他端が前記第１のトランスの１次側巻き線の他端に接続された第１のコンデンサと、一端が前記第１のトランスの１次側巻き線の他端に接続され、他端が前記第６の能動素子の他端に接続された第２のコンデンサと、一端が前記第９の能動素子の一端に接続され、他端が前記第１のトランスの２次側巻き線の他端に接続された第３のコンデンサと、一端が前記第１のトランスの２次側巻き線の他端に接続され、他端が前記第１０の能動素子の他端に接続された第４のコンデンサとを備える。前記第２のハーフブリッジ回路は、一端が前記第２の能動素子の他端に接続され、他端が前記第１のトランスの１次側巻き線の一端および前記第２のトランスの１次側巻き線の一端に接続された第７の能動素子と、一端が前記第７の能動素子の他端に接続され、他端が前記第４の能動素子の一端に接続された第８の能動素子と、一端が前記第１０の能動素子のソースに接続され、他端が前記第２のトランスの２次側巻き線の他端に接続された第１１の能動素子と、一端が前記第１１の能動素子の他端に接続され、他端が前記負荷の第２の電圧極性の端子に接続された第１２の能動素子と、一端が前記第７の能動素子の一端に接続され、他端が前記第２のトランスの１次側巻き線の他端に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のトランスの１次側巻き線の他端に接続され、他端が前記第８の能動素子の他端に接続された第６のコンデンサと、一端が前記第１１の能動素子の一端に接続され、他端が前記第２のトランスの２次側巻き線の他端に接続された第７のコンデンサと、一端が前記第２のトランスの２次側巻き線の他端に接続され、他端が前記第１２の能動素子の他端に接続された第８のコンデンサとを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の視点によれば、スイッチング電源装置において、スイッチング素子に加わるサージ電圧を低く抑え、スイッチング素子に発生するスイッチング損失を少なくすることに寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、絶縁型スイッチング電源装置の構成の一例を例示する図である。
図２は、本開示の実施形態にかかる絶縁型スイッチング電源装置の構成を例示する図である。
図３は、図２に例示した絶縁型スイッチング電源装置の動作を例示するタイミングチャートである。
図４Ａは、本開示にかかる絶縁型スイッチング電源装置の一実施例を示す図であって、図３に示した期間Ａにおける各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を例示する図である。
図４Ｂは、本開示にかかる絶縁型スイッチング電源装置の一実施例を示す図であって、図３に示した期間Ｂにおける各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を例示する図である。
図４Ｃは、本開示にかかる絶縁型スイッチング電源装置の一実施例を示す図であって、図３に示した期間Ｃにおける各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を例示する図である。
図４Ｄは、本開示にかかる絶縁型スイッチング電源装置の一実施例を示す図であって、図３に示した期間Ｄにおける各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を例示する図である。
図５は、図４Ａ～図４Ｄに例示した絶縁型スイッチング電源装置の動作を例示するタイミングチャートである。
図６は、図２および図４Ａ～図４Ｄに示した本開示の一実施例にかかる絶縁型スイッチング電源装置の変形例を例示する図である。
図７は、図２および図４Ａ～図４Ｄに示した本開示の一実施例にかかる絶縁型スイッチング電源装置の変形例を例示する図である。
図８は、図２および図４Ａ～図４Ｄに示した本開示の一実施例にかかる絶縁型スイッチング電源装置の変形例を例示する図である。
図９は、本開示にかかる絶縁型スイッチング電源装置の一実施例の構成要素の全部または一部の機能を実施しうる情報処理装置の構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面の参照により、本開示の実施形態が説明されるであろう。ただし、以下に説明する実施形態により本開示は限定されない。なお、図２～図９およびこれらの説明において、同一または対応する要素には適宜、同一の符号および記号が付されている。一方、図１およびその説明と、図２～図９およびこれらの説明との間では、符号および記号は統一されていない。さらに、図面は模式的であり、各要素の寸法の関係、各要素の比率および各処理の詳細などは、実施された場合の本開示においてとは異なりうることが留意されるべきである。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係および処理の詳細などが異なる部分が含まれていることがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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