CN104541442A - Dcdc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减少从电路辐射的噪声叠加，确保滤波器的噪声降低效果的装置。本发明的DCDC转换器装置，包括：变压器；高电压侧开关电路部；低电压侧开关电路部；电配置在上述低电压侧开关电路部与上述低电压侧电路部之间的噪声滤波电路；收纳上述变压器、上述高电压侧开关电路部、上述低电压侧开关电路部和上述噪声滤波电路部的金属制的壳体；具有驱动上述低电压侧开关电路部的驱动电路的驱动电路基板；和搭载上述驱动电路基板的金属制的底板，上述壳体具有与该壳体连接的金属制的分隔壁，上述分隔壁配置在上述低电压侧开关电路部与上述噪声滤波电路部之间，上述分隔壁与上述底板连接。

Description

DCDC转换器
技术领域
本发明涉及DCDC转换器装置，特别涉及适用于电动车和插电式混合动力车的DCDC转换器装置。
背景技术
电动车和插电式混合动力车搭载有高电压蓄电池和低电压蓄电池，高电压蓄电池用于通过逆变器装置进行电动机驱动的动力驱动用途，低电压蓄电池用于使车辆的灯或收音机(radio)等辅助设备工作。
这样的车辆中，搭载有进行从高电压蓄电池向低电压蓄电池的电力转换或者从低电压蓄电池向高电压蓄电池的电力转换的DCDC转换器装置。
在与电力转换装置连接的滤波电路中，叠加有从电力转换装置辐射并空间传播到滤波电路的噪声和因流过框体的涡电流而发生的电磁噪声，可能导致滤波性能降低。
作为用于改善该技术问题的一种手段，已知专利文献1中记载的技术。但是存在如下问题，该技术中，仅示出了壳体具有施加了接地电位的金属制的底部，没有考虑因底部中叠加的噪声电流引起的噪声的问题。
在这样的DCDC转换器装置中，期待减小装置内发生的电磁噪声辐射产生的影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-324839号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种降低从电路辐射来的噪声叠加，确保滤波器的噪声降低效果的装置。
用于解决问题的技术方案
本发明的DCDC转换器装置，特征在于，包括：变压器；高电压侧开关电路部，其电配置在所述变压器与高电压侧电路部之间；低电压侧开关电路部，其电配置在所述变压器与低电压侧电路部之间；噪声滤波电路部，其电配置在所述低电压侧开关电路部与所述低电压侧电路部之间；金属制的壳体，其收纳所述变压器、所述高电压侧开关电路部、所述低电压侧开关电路部、和所述噪声滤波电路部；驱动电路基板，其具有驱动所述低电压侧开关电路部的驱动电路；和金属制的底(base)板，其搭载所述驱动电路基板，所述壳体具有配置在所述低电压侧开关电路部与所述噪声滤波电路部之间并且与该壳体连接的金属制的分隔壁，所述底板配置在夹着所述低电压侧开关电路部与所述壳体的底面相对的位置，所述分隔壁与所述底板连接。
发明效果
根据本发明，能够降低噪声电流对滤波器电路部的影响。
附图说明
图1是用于说明电力转换装置的外观立体图。
图2是表示DCDC转换器装置100的电路结构的图。
图3(a)是用于说明DCDC转换器装置100中的部件配置的分解立体图。
图3(b)是高电压电路106的分解立体图。
图4(a)是用于说明DCDC转换器装置100的内部结构的分解立体图。
图4(b)是表示DCDC转换器装置100的内部的平面图。
图4(c)是从箭头方向看到图4(b)的A-A截面的截面图。
图5是表示DCDC转换器装置100内的低电压基板107的立体图。
图6(a)是表示DCDC转换器装置100内的滤波器基板120的立体图。
图6(b)是表示DCDC转换器装置100内的滤波器基板120的立体图，是从与图6(a)不同的方向观察的图。
图7是用于说明DCDC转换器装置101内的滤波器基板120周边的结构的截面概略图。
图8(a)是表示DCDC转换器装置100的内部的平面图(用于说明汇流条163、164与主变压器104的连接状态的图)。
图8(b)是从箭头方向看到图8(a)的B-B截面的截面图。
图9(a)是表示DCDC转换器装置100的内部的平面图(用于说明连接部109a、滤波电路120、接地的接地端子101c的配置的图)。
图9(b)是从箭头方向看到图9(a)的A-A截面的截面图。
图10是从箭头方向看到图4(b)的D-D截面的截面图。
具体实施方式
以下参考附图说明本发明的实施方式。
图1是表示电力转换装置的外观的图的立体图。电力转换装置是将DCDC转换器装置100和逆变器装置200一体化而成的装置，图1中以分离的状态示出了DCDC转换器装置100和逆变器装置200。DCDC转换器装置100通过多个螺栓(未图示)固定在逆变器装置200的壳体底面侧。
该电力转换装置适用于电动车等，逆变器装置200利用来自车载的高电压蓄电池的电力驱动行驶用电动机。车辆中搭载有用于使灯和收音机等辅助设备工作的低电压蓄电池，DCDC转换器装置100进行从高电压蓄电池向低电压蓄电池的电力转换或者从低电压蓄电池向高电压蓄电池的电力转换。
在逆变器装置200的壳体201的侧壁内形成有制冷剂流动的制冷剂流路。制冷剂从入口配管13流入流路内，从出口配管14流出。另一方面，DCDC转换器装置100的壳体101与逆变器装置200的底面部相对地无间隙地固定。在固定的状态下，成为DCDC转换装置100也共用制冷剂流路的形式。本实施方式中，作为制冷剂一般适合用水，但也能够使用除水以外的制冷剂。
接着，说明DCDC转换器装置100。图2是表示DCDC转换器装置100的电路结构的图。如图2所示，本实施方式的DCDC转换器装置100中，进行使低电压蓄电池与高电压蓄电池之间的电压相互转换的双向DCDC转换。高电压电路由H电桥电路构成，低电压电路由同步整流电路和主动钳位(active clamp)电路构成。此外，为了在双向DCDC转换中实现高输出，而考虑开关元件采用大电流部件、平滑线圈的大型化。
具体而言，在高电压侧，采用使用了具有回流二极管的MOSFET的H电桥型开关电路结构(H1～H4)。开关控制时，使用LC电路(Cr、Lr)以高开关频率(100kHz)进行零电压开关，降低开关损失，提高转换效率。此外，与双向动作(降压模式动作和升压模式动作)对应地，设置IGBT开关(H0)作为在降压模式动作时接通、在升压模式动作时断开的切换开关。
进而，为了确保低电压侧的高输出，采用使用了MOSFET的同步整流电路和全波整流型的倍流(current doubler)方式。此外，在高输出化时，通过使多个开关元件并联同时工作而确保高输出。图2的例子中，如SWA1～SWA4、SWB1～SWB4那样使4个元件并联。此外，通过使开关电路和平滑电抗器的小型电抗器(reactor)(L1、L2)成为具有对称性的2电路并联配置而实现高输出化。这样，通过使小型电抗器成为2电路配置，与配置1台大型电抗器的情况相比，能够使DCDC转换器装置整体小型化。另外，设置主动钳位电路，抑制开关时的浪涌电压的产生，降低开关元件的耐压，从而实现电路部件的低耐压化，从而使装置小型化。此外，在输出端，为了降低DCDC转换器装置100的输出噪声而构成有LC滤波电路。LC滤波电路由电抗器L3与电容器Cf的串联电路构成。
图3(a)是DCDC转换器装置100的分解立体图。图3(b)是高电压电路106中的分解立体图。图4(a)是表示DCDC转换器装置100的内部结构的分解立体图。图4(b)是表示DCDC转换器装置100的内部的平面图。图4(c)是从箭头方向看到图4(b)的A-A截面的截面图。图5是表示DCDC转换器装置100内的低电压基板的立体图。
在控制电路基板108，安装有控制设置于低电压电路和高电压电路的开关元件的控制电路。控制电路基板108通过螺栓等固定在金属制的底板109的上表面形成的凸部。底板109被螺栓固定在从壳体101的底面部向上方突出的多个支承部。由此，控制电路基板108隔着底板109配置在配置于壳体底面部的发热部件(主变压器104、电感器(inductor)元件105等)的上方。
如图3(a)所示，DCDC转换器装置100的电路部件被收纳在金属制(例如铝铸件(aluminium die cast)制)的壳体101内。在壳体101的开口部，螺栓固定有壳体盖102。如上所述，在壳体101的底面侧，固定逆变器装置200的壳体201。在壳体内的底面部分，载置有主变压器104、电感器元件105、搭载了开关元件H1～H4的高电压电路106、搭载了开关元件SWA1～SWA4、SAWB1～SWB4的低电压电路107等。高电压电路106的分解立体图如图3(b)所示。
此外，就与图2的电路图的对应而言，主变压器104与变压器Tr对应，电感器元件105与倍流器的电抗器L1、L2对应。在低电压电路基板107，还搭载有图2的主动钳位电路的开关元件S1、S2等。
如图5所示，低电压电路107在形成有图案(pattern)的金属基板上安装有开关元件170～177。由金属材料构成的汇流条160、161、162、163、164、190、191安装在金属基板上。
图4(a)所示的铁氧体铁芯(ferrite core)140和滤波器基板120，构成为了降低DCDC转换器装置100的输出噪声而设置的LC滤波电路，与低电压电路107的基板上搭载的平滑化电容器130一同构成π型的LC滤波电路。此外，电路结构以降低输出的噪声为目的，所以不限于π型的LC滤波电路。图4(c)所示的输出端子122在从HV侧向LV侧进行电力转换的情况下起到输出端子的作用，但在从LV侧向HV侧进行电力转换的情况下，起到输入端子的作用。本实施例的转换器中，能够进行HV侧与LV侧的双向的电力转换，但也有仅进行单向的电力转换的转换器。
在LC滤波电路与低电压电路部107之间形成与壳体101形成为一体的屏蔽壁101a。图5所示的输出汇流条162绕过该屏蔽壁102，使低电压电路107与铁氧体铁芯140、滤波器基板120和输出端子122之间电连接。
因为该屏蔽壁101a，即使LC滤波器电路与高电压电路106和低电压电路107位于壳体101的同一框体内，也能够防止高电压电路106和低电压电路107的开关元件引起的开关辐射噪声叠加在LC滤波电路中而不能得到滤波器的噪声降低效果，不需要为了LC滤波电路而准备另外的框体。
图6(a)和图6(b)是表示滤波器基板120的外观的立体图。
在基板120d上安装有陶瓷电容器120a，具有对噪声进行滤波的功能。保持部件120e是用于使电容器120a与输出端子122电连接的滤波器输出汇流条120b、和用于使电容器120a与壳体101电连接的GND汇流条120c模塑(mold)一体成型的部件。在滤波器输出汇流条120b与GND汇流条120c之间，夹持绝缘体的状态下成型而确保绝缘。安装具120e用螺钉(screw)保持固定在滤波器基板120d。
图7是表示滤波器基板120与输出端子122的连接的截面图。此外，图中的箭头表示滤波电路中流过的噪声电流的流向。
如图7所示，滤波器输出汇流条120b和GND汇流条120c彼此接近且相对地配置。由此，能够减小由滤波器输出汇流条120b、滤波器基板120d、和GND汇流条120c形成的回路(loop)面积，所以能够降低来自高电压电路106和低电压电路107的开关噪声的叠加。
输出端子122由金属部122a和模塑部122b构成。模塑部用螺钉(未图示)固定在壳体101。另一方面，滤波器输出汇流条120b用螺钉150固定在输出端子122的金属部122a。
GND汇流条120c用螺钉(未图示)固定在壳体101b。
此处，壳体101与底板109通过屏蔽壁101a在连接部109a用螺钉结合固定，成为壳体101与底板109电连接的结构。
通过这样，底板109起到屏蔽来自开关元件的开关辐射噪声的屏蔽件的作用，并且能够使叠加在底板109中的噪声电流在流到滤波器电路部120之前旁通到壳体101。
即，对于因高电压电路106和低电压电路107的开关而叠加在底板109中的噪声，通过对传播开关噪声的汇流条与滤波电路部120进行电屏蔽，能够防止噪声电流流向滤波器电路部120，由此，可以得到滤波电路部120的充分的滤波效果，所以能够降低噪声而不降低滤波效果。
此外，通过与底板直接连接，不需要用另外的部件连接，具有削减部件个数的效果，生产效率也能够提高，并且能够在同一框体内安装高电压电路106、低电压电路107和滤波器电路120，所以能够期待小型化和部件个数减少。
图8(a)是表示DCDC转换器装置100的内部结构的平面图。图8(b)是图8(a)的B-B截面的从箭头方向看到的截面图。
在低电压电路107，如上所述，在金属基板上安装有由金属材料构成的汇流条160、161、163、164。变压器104具有与汇流条163或汇流条164连接的汇流条180。变压器104配置在壳体101的底面的、低电压电路107的侧部。
汇流条163和汇流条164从低电压电路107立起并且向变压器104的配置方向弯曲。低电压电路107与变压器104通过汇流条163或汇流条164与汇流条180的接合电连接。汇流条163或汇流条164与汇流条180的接合部181，在汇流条163或汇流条164的端侧面183和汇流条180的端侧面182以与底板109相对的方式层叠的状态下形成。
如上所述那样连接的情况下，能够减小汇流条163、汇流条164和汇流条180与底板109的相对面积。通过这样，能够减小与变压器104连接的在汇流条163、164与底板109之间存在的寄生电容，由此，能够降低高电压电路106和低电压电路107的开关引起的开关噪声叠加在底板109中。
上述说明中，关于汇流条163、164与主变压器104的连接，说明了形状的特征和由此带来的效果，而汇流条160、161与电感器元件105的连接也是同样的结构，所以能够期待同样的效果。
图9(a)是表示DCDC转换器装置100的内部结构的平面图。图9(b)是图9(a)的A-A截面的从箭头方向看到的截面图。
连接部109a位于滤波电路120与接地的接地端子101c之间的空间，并且配置在接近壳体101的外壁的位置。通过采用该配置，叠加在底板109中的噪声电流如图9(b)的箭头所示的通路所示，通过屏蔽壁101a和其连接部109a，向用于接地的接地端子101c旁通。
结果，能够防止叠加在底板109中的噪声电流在滤波电路120中传播，能够减少高压电路侧开关电路部106和低压侧开关电路部107的开关引起的噪声从外部输出端子向外部输出。
图10是图4(b)的D-D截面的从箭头方向看到的截面图。用金属板110将变压器104压向壳体101的底面方向，用螺钉与壳体101固定，从而能够使从变压器104产生的磁场的影响不会传递至底板109，而是用金属板110屏蔽。此外，对于金属板110的连接，通过使主变压器104与上述壳体101通过金属板110固定，能够抑制主变压器104的安装松动，并且除了屏蔽性能之外还兼具耐振性能。
此外，以上说明只是一例，在解释发明时，不受上述实施方式的记载事项与权利要求书的记载事项的对应关系限定或约束。例如，上述实施方式中，以PHEV或EV等车辆中搭载的电力转换装置为例进行了说明，但本发明不限于此，也能够适用于建筑机械等车辆中使用的电力转换装置。
此外，本实施例中，以逆变器和转换器成一体的电力转换装置为例进行了说明，但也能够是转换器侧单体的结构。
附图标记说明
100：转换器装置
101：壳体
101a：屏蔽壁部，101b：保持部件的安装部，101c：接地端子
13：入口配管，14：出口配管
200：逆变器装置，201：逆变器壳体
102：壳体盖，
104：主变压器，104a、b：主变压器的端子
105：电感器元件
106：高电压电路，107：低电压电路，108：控制电路基板
109：底板，109a：连接部
120：滤波器基板，120a：电容器，120b：滤波器输出汇流条，
120c：GND汇流条，120d：基板，120e：保持部件
160、161、162、163、164、190、191：低电压基板上的汇流条
140：铁氧体铁芯
122：输出端子，122a：输出端子的金属部，122b：输出端子的模塑部
110：金属板
H1～H4：开关元件

Claims (5)

1.一种DCDC转换器，其特征在于，包括：
变压器；
高电压侧开关电路部，其电配置在所述变压器与高电压侧电路部之间；
低电压侧开关电路部，其电配置在所述变压器与低电压侧电路部之间；
噪声滤波电路部，其电配置在所述低电压侧开关电路部与所述低电压侧开关电路部之间；
金属制的壳体，其收纳所述变压器、所述高电压侧开关电路部、所述低电压侧开关电路部、和所述噪声滤波电路部；
驱动电路基板，其具有驱动所述低电压侧开关电路部的驱动电路；和
金属制的底板，其搭载所述驱动电路基板，
所述壳体具有与该壳体连接的金属制的分隔壁，
所述分隔壁配置在所述低电压侧开关电路部与所述噪声滤波电路部之间，
所述分隔壁与所述底板连接。
2.如权利要求1所述的DCDC转换器，其特征在于：
所述底板配置在隔着所述低电压侧开关电路部与所述壳体的底面相对的位置。
3.如权利要求1或2所述的DCDC转换器，其特征在于：
所述低电压侧开关电路部具有第一汇流条，
所述变压器具有第二汇流条，所述低电压侧开关电路部配置在所述壳体的底面，
所述变压器配置在所述壳体的底面的、所述低电压侧开关电路部的侧部，
所述第一汇流条从所述低电压侧开关电路部立起并且向所述变压器的配置方向弯曲，
所述低电压侧开关电路部与所述变压器通过所述第一汇流条与所述第二汇流条的接合而被电连接，
所述第一汇流条与所述第二汇流条的接合部，在所述第一汇流条的端侧面和所述第二汇流条的端侧面以与所述底板相对的方式层叠的状态下形成。
4.如权利要求1～3中任一项所述的DCDC转换器，其特征在于：
所述壳体具有用于接地的接地端子，
所述分隔壁与所述底板的连接部，配置在所述噪声滤波电路部与所述接地端子之间的空间。
5.如权利要求1～4中任一项所述的DCDC转换器，其特征在于：
包括金属制的压板，其将所述变压器压向所述壳体的底面的方向，
所述压板配置在所述底板与所述变压器之间的空间。
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