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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetisch koppelnden Induktor mit einem Paar von Wicklungen, die magnetisch gekoppelt sind, und durch welche sowohl derselbe Phasenstrom als auch ein Umkehrphasenstrom fließen, und einen Multiport-Wandler, der den magnetisch koppelnden Induktor verwendet.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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In einem elektrischen Fahrzeug und einem Hybridfahrzeug sind verschiedene elektrische Vorrichtungen, wie ein Antriebsmotor, ein Klimaanlagenmotor, eine elektrische Servolenkung (EPS) und andere verschiedene Hilfsmechanismen angebracht, die unter Verwendung von Elektrizität betrieben werden. Es ist erforderlich, eine Mehrzahl von Leistungsversorgungen mit unterschiedlichen Betriebsspannungen oder Strömen, die für diese Vorrichtungen geeignet sind, entsprechend den Abgaben dieser Vorrichtungen bereitzustellen.
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Wenn eine Batterie mit etwa 300 V als eine Antriebsbatterie bereitgestellt wird, ist (i) ein Aufwärtswandler zum Ansteuern des Antriebsmotors, (ii) ein Gleichstromwandler bzw. DC/DC-Wandler zum Zuführen von Leistung zu den Hilfsmechanismen, (iii) ein Gleichstromwandler bzw. DC/DC-Wandler zum Ansteuern der EPS bzw. Servolenkung, und dergleichen erforderlich, um eine Gleichstromspannung bzw. DC-Spannung mit einer geeigneten Spannung zu erlangen. Ferner ist ebenso eine Schaltung zum Laden einer internen Leistungszufuhr mit einem Wechselstrom bzw. AC-Strom aus einer externen AC-Leistungszufuhr, ein Inverter zum Ansteuern einer AC angesteuerten Vorrichtung, die in einem Fahrzeug angebracht ist, und dergleichen erforderlich.
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In der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-125040 (
JP 2012-125040 ) ist beschrieben, dass diese zwei Funktionen des Aufwärtswandlers und des Isolationswandlers erreicht werden, indem verursacht wird, dass zwei Ströme in eine erste Wicklung eines Transformators fließen. Das heißt, durch Verbinden eines Paares von Mittelpunkten einer Vollbrückenschaltung über der ersten Wicklung wird ein gewünschter Wechselstrom bewirkt, der durch die erste Wicklung fließen soll, sodass diese als ein Isolationswandler dient. Ferner ist ein Paar von Wicklungen eines magnetisch koppelnden Induktors jeweils zwischen dem Paar von Mittelpunkten der Vollbrückenschaltung und den Enden der ersten Wicklung bereitgestellt. Ferner ist eine erste Leistungszufuhr mit beiden Busleitungen der Vollbrückenschaltung verbunden, und eine zweite Leistungszufuhr ist zwischen einem Mittelpunkt der ersten Wicklung und einer Busleitung auf der negativen Seite der Vollbrückenschaltung verbunden.
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Auf diese Weise wird durch ein Schalten der Vollbrückenschaltung ein vorbestimmter Wechselstrom bewirkt, der durch die erste Wicklung fließt, wodurch ein vorbestimmter Wechselstrom in einer zweiten Wicklung erzielt wird. Ferner wird es durch Ein-/Ausschalten eines Stroms, der von dem Mittelpunkt der ersten Wicklung herunterfließt, unter Verwendung des magnetisch koppelnden Induktors möglich, einen Strom zu erzeugen, der zu einer Busleitung auf einer positiven Seite der Vollbrückenschaltung fließt, sodass diese als der Aufwärtswandler dient.
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Wenn die Schaltung der
JP 2012-125040 tatsächlich verwendet wird, entsteht hierbei eine große Menge an Wärme in dem magnetisch koppelnden Induktor. Es fließt nicht nur der Strom für einen Isolationswandler, sondern ebenso der Strom für einen Aufwärtswandler durch den magnetisch koppelnden Induktor. Da der Strom, der durch einen Betrieb des Aufwärtswandlers verursacht wird, in dieselbe Richtung in Bezug auf die Wicklungsleiter fließt, kann der magnetische Fluss nicht durch den Strom, der durch die Wicklungen fließt, verbessert werden. Andererseits fließt der Strom, der durch einen Betrieb des Isolationswandlers bewirkt wird, in Bezug auf die Wicklungsleiter in eine umgekehrte Richtung. Somit tritt zwischen den Leitern eine gemeinsame Verbesserung des magnetischen Flusses auf. Durch die magnetischen Flüsse, die zwischen den Leitern durch Zwischenverbindung der Leiter gemeinsam verbessert werden, wird eine Joule-Wärme bzw. ohmsche Wärme erzeugt, und eine derart erzeugte Wärme beeinträchtigt nicht nur das Material sondern führt zu Ineffizienz.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen magnetisch koppelnden Induktor mit einem Paar von Wicklungen, die magnetisch gekoppelt sind, wobei jede Wicklung eine Mehrzahl von Windungen in einer Schicht aus einer Mehrzahl von Schichten aufweist, die in einer axialen Richtung der Wicklungen gestapelt sind, wobei die Wicklungen der Paare von Wicklungen in der axialen Richtung der Wicklungen gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
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Der magnetisch koppelnde Induktor mit dem Paar von Wicklungen, die magnetisch gekoppelt sind, kann ebenso bewirken, dass sowohl ein gleicher Phasenstrom als auch ein umgekehrter Phasenstrom durch das Paar von Wicklungen fließen, wobei jede Wicklung eine Mehrzahl von Windungen in einer Schicht aus einer Mehrzahl von Schichten aufweist, die in der axialen Richtung der Wicklung gestapelt sind, und die Wicklungen von der einen Schicht des Paares von Wicklungen, durch welche die Ströme der umgekehrten Phasen fließen, können in der axialen Richtung der Wicklungen gegenüberliegend zueinander angeordnet sein.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Multiport-Wandler mit einem Paar von Wicklungen, die magnetisch gekoppelt sind, und einem Transformator, wobei jede Wicklung eine Mehrzahl von Windungen in einer Schicht aus einer Mehrzahl von Schichten des Paares von Wicklungen, die in einer axialen Richtung der Wicklung gestapelt sind, aufweist, wobei die Wicklungen des Paares von Wicklungen in der axialen Richtung der Wicklungen gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, wobei wenigstens drei Verbindungsanschlüsse, die ein Paar von beiden Seitenanschlüssen und wenigstens einen mittleren Anschluss umfassen, an einer Seitenwicklung des Transformators bereitgestellt sind, eine erste Leistungszufuhr über jede Wicklung eines magnetisch koppelnden Induktors, der das Paar von Wicklungen aufweist, die magnetisch gekoppelt sind, mit beiden Seitenanschlüssen verbunden ist, und eine zweite Leistungszufuhr zwischen einem der beiden Seitenanschlüsse und dem mittleren Anschluss verbunden ist, und zwischen der einen Seitenwicklung des Transformators, und der anderen Seitenwicklung des Transformators, die mit der einen Seitenwicklung des Transformators magnetisch gekoppelt ist, eine Leistung ausgetauscht wird.
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Ferner kann der Multiport-Wandler ebenso wenigstens drei Verbindungsanschlüsse bereitstellen, die ein Paar von beiden Seitenanschlüssen und wenigstens einen mittleren Anschluss an einer Seitenwicklung des Transformators umfassen, eine erste Leistungszufuhr, die über jede Wicklung eines magnetisch koppelnden Induktors, der ein Paar von Wicklungen aufweist, die magnetisch gekoppelt sind, mit den beiden Seitenanschlüssen verbunden ist, eine zweite Leistungszufuhr, die zwischen einem der beiden Seitenanschlüsse und dem mittleren Anschluss verbunden ist, bereitstellen, und zwischen der einen Seitenwicklung und der anderen Seitenwicklung, die mit der einen Seitenwicklung magnetisch gekoppelt ist, wird eine Leistung ausgetauscht, wobei der magnetisch koppelnde Induktor bewirkt, dass ein gleicher Phasenstrom, der durch die eine Seitenwicklung fließt, und ein umgekehrter Phasenstrom, der durch den mittleren Anschluss der einen Seitenwicklung fließt, beide durch das Paar von Wicklungen fließen, wobei jede Wicklung eine Mehrzahl von Windungen in einer Schicht in der axialen Richtung der Wicklung aufweist, und die Wicklungen der einen Schicht des Paares von Wicklungen, durch welche die Ströme der umgekehrten Phasen fließen, in der axialen Richtung der Wicklung gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
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Ferner nimmt in einer Ausführungsform das Paar von Wicklungen des magnetisch koppelnden Induktors jeweils lediglich eine einzelne Schicht ein.
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Übereinstimmend mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Joule-Verlust in dem magnetisch koppelnden Induktor zu unterdrücken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Relevanz der beispielgebenden Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen besser verständlich, indem sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, und wobei:
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1 ein Diagramm ist, das einen Gesamtaufbau eines Systems zeigt;
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2A ein Diagramm ist, das eine Funktion eines Isolationswandlers darstellt;
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2B ein Diagramm ist, das eine Funktion eines Aufwärtswandlers darstellt;
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3 ein Diagramm ist, das einen Aufbau eines magnetisch koppelnden Induktors darstellt;
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4A ein Diagramm ist, das ein Magnetfeld zeigt, das durch einen Strom erzeugt wird, der durch den magnetisch koppelnden Induktor fließt;
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4B ein Diagramm ist, das das Magnetfeld zeigt, das durch den Strom erzeugt wird, der durch den magnetisch koppelnden Induktor fließt;
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5A ein Diagramm ist, das einen Zustand einer magnetischen Flussdichteverteilung in dem magnetisch koppelnden Induktor zeigt;
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5B ein Diagramm ist, das einen Zustand eines Joule-Verlusts in dem magnetischen koppelnden Induktor zeigt;
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6 ein Diagramm ist, das einen Aufbau eines magnetisch koppelnden Induktors einer Ausführungsform zeigt;
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7 ein Diagramm ist, das den Aufbau des magnetisch koppelnden Induktors der Ausführungsform zeigt;
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8A ein Diagramm ist, das einen Zustand einer magnetischen Flussdichteverteilung in dem magnetisch koppelnden Induktor der Ausführungsform zeigt;
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8B ein Diagramm ist, das einen Zustand eines Joule-Verlusts in dem magnetisch koppelnden Induktor der Ausführungsform zeigt;
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9 ein Diagramm ist, das den Joule-Verlust in dem magnetisch koppelnden Induktor der Ausführungsform zeigt;
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10 ein Diagramm ist, das einen Aufbau einer Modifikation des magnetisch koppelnden Induktors der Ausführungsform zeigt;
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11 ein Diagramm ist, das einen Aufbau einer anderen Modifikation des magnetisch koppelnden Induktors der Ausführungsform zeigt; und
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12 ein Diagramm ist, das einen Aufbau einer wiederum anderen Modifikation des magnetisch koppelnden Induktors der Ausführungsform zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend basierend auf den Zeichnungen beschrieben. Ferner ist die Erfindung nicht so zu verstehen, dass sie auf die dargelegten Ausführungsformen beschränkt ist.
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In 1 ist ein Multiport-Wandlersystem gezeigt, das zwei Ports bzw. Kanäle auf einer Seite eines Transformators und einen Port bzw. Kanal auf der anderen Seite des Transformators aufweist, und das Multiport-Wandlersystem dient als ein Aufwärtswandler zwischen den zwei Kanälen auf der einen Seite und das Multiport-Wandlersystem dient als ein Isolationswandler, der einen Transformator zwischen einem Kanal auf der einen Seite und der anderen Seite betreibt. Die Anzahl der Kanäle kann weiter erhöht werden. Selbst in diesem Fall kann basierend auf demselben Prinzip wie bei dem gezeigten System eine gewünschte Leistung zwischen den Kanälen ausgetauscht werden.
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Zunächst weist ein Kanal A ein Paar von Anschlüssen 10 und 12 auf, zwischen denen ein Kondensator 14 bereitgestellt ist. Eine Busleitung der positiven Seite 16 ist mit dem Anschluss 10 verbunden, und eine Busleitung der negativen Seite 18 ist mit dem Anschluss 12 verbunden. Darüber hinaus ist zwischen der Busleitung der positiven Seite 16 und der Busleitung der negativen Seite 18 eine Reihenschaltung der Schaltelemente 20 und 22 und eine Reihenschaltung der Schaltelemente 24 und 26 bereitgestellt. Der Verbindungspunkt der Schaltelemente 20 und 22 ist über einen magnetisch koppelnden Induktor 28 mit einem Ende einer ersten Wicklung 30 des Transformators verbunden, und der Verbindungspunkt der Schaltelemente 24 und 26 ist über einen magnetisch koppelnden Induktor 32 mit dem anderen Ende der ersten Wicklung 30 des Transformators verbunden.
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Die erste Wicklung 30 des Transformators wird aus einer Reihenschaltung der Wicklungen 30a und 30b gebildet, und der Verbindungspunkt der Wicklungen 30a und 30b ist mit einem Anschluss 34 eines Kanals C verbunden. Der Kanal C ist zwischen dem Anschluss 34 und dem Anschluss 12 des Kanals A ausgebildet, und ein Kondensator 36 ist zwischen dem Anschluss 34 und 12 bereitgestellt.
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Ein Kanal B ist mit einer zweiten Wicklung 38 des Transformators verbunden, und der Kanal B weist ein Paar von Anschlüssen 40 und 42 auf. Ein Kondensator 44 ist zwischen den Anschlüssen 40 und 42 bereitgestellt. Der Anschluss 40 ist mit einer Busleitung der positiven Seite 46 verbunden, und der Anschluss 42 ist mit der Busleitung der negativen Seite 48 verbunden. Darüber hinaus ist eine Reihenschaltung der Schaltelemente 50 und 52 und eine Reihenschaltung der Schaltelemente 54 und 56 zwischen der Busleitung der positiven Seite 46 und der Busleitung der negativen Seite 48 bereitgestellt. Der Verbindungspunkt der Schaltelemente 50 und 52 ist mit einem Ende der zweiten Wicklung 38 des Transformators verbunden, und der Verbindungspunkt der Schaltelemente 54 und 56 ist mit dem anderen Ende der zweiten Wicklung 38 des Transformators verbunden. Ferner weisen die Schaltelemente 20, 22, 24, 26, 50, 52, 54, 56 jeweils eine Diode auf, die bewirkt, dass ein Strom von der negativen Seite, die in Parallelschaltung mit einem Transistor verbunden ist, zu der positiven Seite fließt. Ferner sind die erste Wicklung 30 und die zweite Wicklung 38 beispielsweise durch ein gemeinsames Teilen eines Kerns magnetisch gekoppelt und dienen als ein Transformator.
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„Funktion als ein Isolationswandler”
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Zunächst wird kurz eine Funktion eines Isolationswandlers zwischen dem Kanal A und dem Kanal B beschrieben. Wenn durch Steuern eines Schaltens der Schaltelemente 20 bis 26 ein Wechselstrom bewirkt wird, der durch die erste Wicklung 30 fließt, fließt ein Wechselstrom, der diesem Wechselstrom entspricht, durch die zweite Wicklung 38. Da durch jeweilige Dioden der Schaltelemente 50 bis 56 über der zweiten Wicklung 38 ein Strom zugeführt wird, der lediglich von der Busleitung der negativen Seite 48 zu der Busleitung der positiven Seite 46 fließt, wird an dem Kanal B eine gleichgerichtete Gleichspannung erhalten.
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In dem Fall einer Leistungsübertragung von dem Kanal A zu dem Kanal B fließt ein entsprechender Wechselstrom durch die erste Wicklung 30, indem unter Verwendung der Schaltelemente 50 bis 56 ein vorbestimmter Wechselstrom verursacht wird, der durch die zweite Wicklung 38 fließt, und durch Gleichrichten mit den Dioden an den Schaltelementen 20 bis 26 wird an dem Kanal A eine gewünschte Gleichstromleistung erzielt.
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In dem Fall des Verursachens eines Wechselstroms, der durch die erste Wicklung 30 insgesamt fließt, fließen hierbei Ströme von umgekehrter Phase durch die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32. Somit sind die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 in umgekehrten Phasen gekoppelt, und die Funktion der magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 wird gesperrt bzw. ausgeschaltet.
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In der vorliegenden Ausführungsform kann hierzu der Strom, der durch die zweite Wicklung fließt, unter Verwendung der Schaltelemente 50 bis 56 gesteuert werden. Daher kann ebenso eine Leistung von dem Kanal B zu dem Kanal A übertragen werden. Darüber hinaus wird es durch Steuern einer Phasendifferenz der Wechselströme, die durch die erste Wicklung 30 und die zweite Wicklung 38 fließen, möglich, eine Leistungsphase bidirektional zu steuern. Beispielsweise ist es möglich zu bewirken, dass der Kanal A 46 V aufweist und zu bewirken, dass der Kanal B 288 V aufweist.
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„Funktion eines Aufwärtswandlers”
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Nachstehend wird eine Funktion als ein Aufwärtswandler zwischen dem Kanal C und dem Kanal A kurz beschrieben. Beispielsweise beträgt der Kanal C 12 V, und in Bezug auf den Anschluss 12 beträgt der Anschluss 34 ungefähr +12 V.
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Wenn das Schaltelement 26 eingeschaltet wird, fließt ein Strom von dem Anschluss 34 des Kanals C durch die Wicklung 30b, den magnetisch koppelnden Induktor 32 und das Schaltelement 26 zu dem Anschluss 12. Da die magnetisch koppelnden Induktoren 32 und 28 magnetisch gekoppelt sind, fließt derselbe Strom durch den magnetisch koppelnden Induktor 28, und in dem magnetisch koppelnden Induktor 28 fließt danach die Energie, die in dem magnetisch koppelnden Induktor 28 gespeichert ist, durch die Diode des Schaltelements 20 zu der Busleitung der positiven Seite 16, um den Kondensator 14 zu laden. Wenn das Schaltelement 22 eingeschaltet ist, lädt die Energie, die in dem magnetisch koppelnden Induktor 32 gespeichert ist, den Kondensator 14 durch die Diode des Schaltelements 24 nachdem das Schaltelement 22 ausgeschaltet ist.
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Falls eine Funktion als Aufwärtswandler bewirkt wird, fließen hierbei Ströme von umgekehrter Phase in den Wicklungen 30a und 30b der ersten Wicklung 30. Daher wird der magnetische Fluss, der durch die Wicklungen 30a und 30b der ersten Wicklung 30 induziert wird, aufgehoben, und die Funktion des Transformators wird gesperrt bzw. ausgeschaltet.
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Ferner nimmt die Aufwärtsschaltung unter Verwendung der Wicklungen 30a und 30b den Aufbau einer Vollbrückenschaltung mit den Schaltelementen 20 bis 26 ein, und es ist möglich, ein Aufwärtsverhältnis durch Steuern von Abtastverhältnissen während EIN-Dauern der Schaltelemente 20 und 24 an der oberen Seite und der Schaltelemente 22 bis 26 an der unteren Seite zu steuern. Dies ermöglicht es, eine Spannung von etwa 46 V zu erzielen, die an dem Kanal A in Bezug zu dem Kanal C von 12 V heraufgestuft worden ist.
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„Gesamtbetrieb”
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Das System erreicht die Funktion eines Isolationswandlers und die Funktion des Aufwärtswandlers, wie oben genannt, zur selben Zeit. Das heißt, die Funktion als Isolationswandler und die Funktion als Aufwärtswandler, der oben genannt ist, werden durch Steuern der Abtastverhältnisse und der Phasendifferenzen der Schaltelemente
20 bis
26 und
50 bis
56 erreicht. Da dies in der
JP 2012-125040 , Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-284647 (
JP 2009-284647 ) usw beschrieben ist, werden diese Details ausgelassen.
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<Analyse der Wärmeerzeugung>
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Wie obenstehend erwähnt ist, sind in der vorliegenden Ausführungsform die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 für die Funktion des Isolationswandlers gesperrt, und werden zur Funktion des Aufwärtswandlers bereitgestellt. Allerdings fließt zusätzlich zu dem gleichen Phasenstrom, wie bei der Funktion als Aufwärtswandler, in diesen magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 ebenso der umgekehrte Phasenstrom für die Funktion des Isolationswandlers. Das heißt, in dem Fall der Funktion des Aufwärtswandlers weisen die Ströme, die durch die Wicklungen 30a und 30b fließen, umgekehrte Phasen auf, wie in 2B gezeigt ist, und die Ströme, die durch die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 fließen, weisen die gleiche Phase auf. Falls er andererseits als ein Isolationswandler dient, weisen die Ströme, die durch die Wicklungen 30a und 30b fließen, die gleiche Phase auf, wie in 2A gezeigt ist, und die Ströme, die durch die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 fließen, weisen umgekehrte Phasen auf.
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Die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 werden hierbei im Allgemeinen unter Verwendung eines magnetischen Kerns gebildet. Wie in 3 gezeigt ist, sind die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 normalerweise einteilig als ein Induktor 60 ausgebildet. Ein magnetischer Kern 62 auf der oberen Seite weist einen E-förmigen Querschnitt auf und weist einen hervorstehenden Abschnitt 62a in der Mitte auf. Darüber hinaus ist eine Wicklung 68 in einer Mehrzahl von Schichten auf den hervorstehenden Abschnitt 62a gewickelt, um beispielsweise den magnetisch koppelnden Induktor 28 zu bilden. Ein magnetischer Kern 64 an der unteren Seite weist den E-förmigen Querschnitt wie denjenigen des magnetischen Kerns 62 an der oberen Seite auf, und weist einen hervorstehenden Abschnitt 64a in der Mitte auf, der gegenüberliegend zu dem hervorstehenden Abschnitt 62a angeordnet ist. Des Weiteren ist eine Wicklung 70 in einer Mehrzahl von Schichten auf den hervorstehenden Abschnitt 64a gewickelt, um beispielsweise den magnetisch koppelnden Induktor 32 zu bilden. Mit diesem Aufbau sind die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 magnetisch gekoppelt. Es sollte beachtet werden, dass die Vertiefungen der magnetischen Kerne 62 und 64 zusammenkommen, sodass ein Wicklungsaufnahmeraum 66 gebildet wird, der die hervorstehenden Abschnitte 62a und 64a umgibt.
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Falls die Ströme, die durch die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 fließen, die gleiche Phase aufweisen, heben sich hierbei die magnetischen Flüsse, die durch benachbarte Wicklungen erzeugt werden, gegenseitig auf, wodurch diese nicht problematisch sind, wie in 4A gezeigt ist.
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Um in der vorliegenden Ausführungsform als Isolationswandler zu dienen, weisen jedoch die Ströme, die durch die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 fließen, umgekehrte Phasen auf. Wie in 4B gezeigt ist, werden daher in dem Abschnitt, indem die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 (die Wicklungen 68 und 70) gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, die magnetischen Flüsse gemeinsam verbessert. Daher wird in diesem Abschnitt die magnetische Flussdichte erhöht. Ferner weisen die Wicklungen 68 und 70 jeweils einen zweischichtigen Aufbau auf, und ein wechselnder Magnetfluss einer äußeren Wicklung 68a der Wicklung 68 und ein wechselnder Magnetfluss einer äußeren Wicklung 70a der Wicklung 70 sind mit einer inneren Wicklung 68b der Wicklung 68 und einer inneren Wicklung 70b der Wicklung 70 verbunden. Da die magnetischen Flüsse, die durch die äußeren Wicklungen 68a und 70a induziert werden, und sich nicht gemeinsam aufheben, werden die magnetischen Flüsse in dem gesamten Leiter der inneren Wicklungen 68b und 70b verbunden, sodass ein Joule-Verlust auftritt.
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In 5A ist ein Simulationsergebnis der magnetischen Flussdichteverteilung gezeigt. In dieser Figur ist an einem hellen Ort die magnetische Flussdichte groß, und es ist erkennbar, dass die magnetische Flussdichte in dem Kernbereich, der gegenüberliegend zu den zwei magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 angeordnet ist, groß ist. In 5B ist der Joule-Verlust gezeigt. An dem Ort, an dem sich die Farbe von dem Hintergrund unterscheidet, tritt der Joule-Verlust auf, und in Bezug auf die äußeren Wicklungen 68a und 70a tritt der Joule-Verlust lediglich in dem rechten und linken Endabschnitt auf. In Bezug auf die inneren Wicklungen 68b und 70b tritt der Joule-Verlust in dem gesamten Leiter auf, und der Verlust ist in dem rechten und linken Endabschnitt größer.
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Zudem zeigen 4 und 5 nur eine Seite (die linke Seite) der Wicklungen 68 und 70 in Ansicht der Querschnitte der magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32.
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Es sollte beachtet werden, dass die Simulation unter den Bedingungen durchgeführt wurde, dass die Batteriespannung **V ist, der Induktorstrom **A ist und der Wicklungsradius **cm ist.
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<Aufbau der Ausführungsform>
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Wie in den 6 und 7 schematisch gezeigt ist, dienen in der vorliegenden Ausführungsform die Wicklungen 68 und 70 als eine Schicht, und es wird ein doppelter Spiralaufbau aus den äußeren Wicklungen 68c und 70c und den inneren Wicklungen 68d und 70d in der einen Schicht erreicht. Das heißt die Wicklungen 68 und 70, die sich in der einen Schicht befinden, sind spiralförmig als Moskitospulen gewickelt, sodass Wicklungen mit einer Mehrzahl von (zwei oder mehr) Wicklungen (Windungen) in der einen Schicht erreicht werden. Ferner sind die Querschnittsfläche und eine Länge der Wicklungen dieselben wie diejenigen des Aufbaus aus 3. Das kann dazu führen, dass die Wicklungen 68 und 70 gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, und die magnetische Flussdichte in einem Abschnitt, bei dem die Wicklung 68 und 70 sich gegenseitig entsprechen, erhöht wird, sodass der wechselnde magnetische Fluss der äußeren Wicklungen 68c und 70c, die an der Außenseite angeordnet sind (in der axialen Richtung der Wicklung), aus Sicht von der gegenüberliegend angeordneten Oberfläche daran gehindert wird, sich in den inneren Wicklungen 68d und 70d zu verbinden.
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Falls eine Mehrzahl von Windungen einer Wicklung in einer Schicht bereitgestellt werden kann, kann ferner der Einfluss des magnetischen Flusses auf die äußeren Wicklungen 68c und 70c verringert werden, und somit sind die Wicklungen 68 und 70 nicht notwendigerweise auf eine Schicht begrenzt. Allerdings wird eine Schicht bevorzugt, da der Einfluss auf die äußeren Wicklungen beseitigt werden kann. Ferner sind die Wicklungen in den Figuren als quadratförmig beschrieben worden, aber sie können ebenso eine kreisrunde Form aufweisen.
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Falls ein mehrfacher Spiralenaufbau von zwei oder mehr Spiralen bereitgestellt wird, weisen die Wicklungen, die in der rechten und linken Richtung benachbart sind, die gleiche Phase auf, und daher wird die magnetische Flussdichte nicht erhöht, sodass der Einfluss der äußeren Wicklungen in der axialen Richtung der Wicklungen verringert oder beseitigt werden kann.
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In 8 ist ein Simulationsergebnis der magnetischen Flussdichteverteilung und des Joule-Verlusts in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt. Somit wird in dem Bereich, indem die Wicklungen 68 und 70 gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, die magnetische Flussdichte größer. Andererseits ist der Joule-Verlust auf dünne Schichten der gegenüberliegend angeordneten Seiten der jeweiligen Wicklungen 68 und 70 begrenzt. Der Joule-Verlust wird in den Abschnitten der rechten und linken Seite der jeweiligen Wicklungen 68 und 70 groß, allerdings ist dieser Bereich begrenzt, und der Joule-Verlust tritt nicht in dem gesamten Leiter auf.
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In 9 ist ein Verhältnis zwischen dem Verlust und der übertragenen Leistung gezeigt. Daraus ist erkennbar, dass es im Vergleich zur verwandten Technik möglich ist, den Verlust zu verringern.
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<Modifikation>
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In 10 ist eine Modifikation der vorliegenden Ausführungsform gezeigt. In diesem Beispiel ist die Querschnittsform der Wicklungen 68 und die Querschnittsform der Wicklung 70 eine in der axialen Richtung verlängerte Form. Durch Verwendung dieser Formen wird die Oberfläche der gegenüberliegend zueinander angeordneten Oberflächen der Leiter, durch welche die Ströme in den umgekehrten Richtungen fließen, im Vergleich zu den Oberflächen der Leiter, durch welche die Ströme in der gleichen Richtung (Querrichtung) fließen, klein, sodass der wechselnde magnetische Fluss, der mit den Wicklungen verbunden ist, effektiv verringert werden kann.
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In 11 ist eine andere Modifikation der vorliegenden Ausführungsform gezeigt. In diesem Beispiel ist zwischen der Wicklung 68 und der Wicklung 70 ein Abstandshalter 80 bereitgestellt. Durch Bereitstellen des Abstandshalters 80, ist es auf diese Weise möglich, den Abstand zwischen der Wicklung 68 und der Wicklung 70 zu erhöhen, wodurch der wechselnde magnetische Fluss, der mit den Wicklungen 68c und 68d, 70c, 70d verbunden ist, verringert wird. Allerdings ist es erforderlich zu berücksichtigen, dass nicht die Koppelungsverhältnisse zwischen den magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 beeinträchtigt werden. Ferner ist der Abstandshalter 80 vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Material wie Plastik ausgebildet.
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In 12 ist eine wiederum andere Ausführungsform gezeigt. In diesem Beispiel wird ein U-förmiger Kern als die magnetischen Kerne 62 und 64 verwendet. Daher sind die Wicklungen 68c, 68d, 70c und 70d um die Kanten von einem der magnetischen Kerne 62 und 64 gewickelt. Selbst falls ein solcher U-Kern verwendet wird, ist es immer noch möglich, den Joule-Verlust unter Verwendung der Spiralwicklungen zu verhindern.
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Auf diese Weise fließen in den magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 der vorliegenden Ausführungsform die Ströme von umgekehrten Phasen durch beide magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32, allerdings sind durch ein Aufweisen einer Mehrzahl von Windungen in den Wicklungen der einen Schicht, die äußeren Wicklungen aus Sicht der axialen Richtung der Wicklung nicht vorhanden, oder die äußeren Wicklungen werden aus Sicht der axialen Richtung der Wicklung verringert, sodass der wechselnde magnetische Fluss, der durch die äußeren Wicklungen induziert wird, in den Leitern der inneren Wicklungen verbunden wird, wodurch der Joule-Verlust, der in den Leitern der inneren Wicklungen erzeugt wird, verringert werden kann. Durch ein Verringern des Joule-Verlusts kann die Leistungsumwandlungseffizienz des Isolationswandlers verbessert werden, wodurch es vereinfacht wird, die Betriebsfrequenz desselben zu erhöhen, und durch ein Herabsetzen der Elemente, kann eine Miniaturisierung der Schaltung erwartet werden.
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Da es möglich ist, den Joule-Verlust zu unterdrücken, ist es ferner nicht erforderlich, Litzendrähte, die einen kleinen Widerstand aufweisen, in den magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 zu verwenden, sodass die magnetisch koppelnden Induktoren 28 und 32 zu niedrigen Kosten erlangt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2012-125040 [0004, 0006, 0043]
- JP 2009-284647 [0043]
