JP2003009522A - 共振型dc−dcコンバータ - Google Patents

共振型dc−dcコンバータ

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JP2003009522A
JP2003009522A JP2001186921A JP2001186921A JP2003009522A JP 2003009522 A JP2003009522 A JP 2003009522A JP 2001186921 A JP2001186921 A JP 2001186921A JP 2001186921 A JP2001186921 A JP 2001186921A JP 2003009522 A JP2003009522 A JP 2003009522A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】共振周波数の調整及び製造が容易な大電流用
(ブスバー使用)共振型DCーDCコンバータを及びそ
の製造方法を提供すること。 【解決手段】大電流通電可能な共振型DCーDCコンバ
ータにおいて、トランスのコイルと直列接続されて共振
する共振コイルをブスバーで構成し、この共振コイル用
のブスバーをコア嵌挿孔110を有する樹脂プレート1
1で被覆する。コア嵌挿孔110に挿入されたコアを共
振コイル8の軸芯方向へ変位させることにより、共振コ
イル8のインダクタンス調節とそれによる共振周波数調
節とを簡単に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、共振型DC−DC
コンバータ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ハイブリッド車を含む電気自動車では走
行用モータへは高圧の主バッテリから給電し、種々の補
機へは低圧の補機バッテリから給電する二電源方式が種
々の点で有益である。通常の内燃機関車においても種々
の要因により高圧の主バッテリ及び低圧負荷給電用の補
機バッテリの両方を搭載する二バッテリ電源系を搭載す
る機運が生じている。この二電源方式の車両用電源系で
は、補機バッテリを小容量とし、主バッテリからDC−
DCコンバータ装置を通じて補機バッテリに送電するの
が種々の点で合理的な選択である。
【0003】この車両用のDC−DCコンバータ装置
は、入力直流電圧から単相交流電圧を形成するインバー
タ、この単相交流電圧の降圧を行うトランス、このトラ
ンスの出力電圧を整流する整流器、整流された電圧を平
滑するチョークコイル及び平滑コンデンサからなる平滑
回路により構成されている。この種の車両用DC−DC
コンバータは、車両の低圧負荷供給電力の大部分を賄う
必要があるため、信号伝送線以外の配線はブスバーによ
り構成される。
【0004】また、インバータのスイッチング素子の損
失を低減するために共振回路を用いた共振型DC−DC
コンバータが知られている。この共振型DC−DCコン
バータでは、トランスのコイルの漏れインダクタンスと
その分布容量やコンデンサなどとの共振を用いてインバ
ータのスイッチング周波数(断続周波数)又はその高調
波周波数にて共振現象生じさせ、インバータのスイッチ
ング素子の断続過渡期間における電流低減による損失、
発熱の低減あるいは出力向上などを図っている。
【0005】上記した車両用DC−DCコンバータで
は、トランスの一次コイルのターン数が二次コイルのそ
れよりも多く、当然、分布容量も一次コイルの方が大き
いので、トランスの一次コイル側で共振回路を構成する
のが通常である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
共振型DC−DCコンバータでは、共振回路の共振周波
数をインバータのスイッチング周波数又はその高調波周
波数と略合致させる必要があるが、その共振回路は、ト
ランスの漏れインダクタンスを含むため、その高精度の
管理が容易ではなかった。特に、車両用では、トランス
のコイルがブスバーにより構成されるために、そのター
ン数の変更によるトランスの漏れインダクタンスの調整
は容易ではなかった。
【0007】上記共振回路の共振周波数の調整のため
に、トランスの漏れインダクタンスの代わりにあるいは
それに加えて、トランスのコイルと直列接続されたイン
ダクタ(共振コイルと呼ぶ)を追設し、必要に応じてこ
の共振コイルのターン数を変更することも考えられる
が、予め準備された種々のターン数をもつ共振コイルか
ら最適なターン数のものを選択することになるため、準
備する部品点数が多くなり、作業も複雑となるという問
題があった。
【0008】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、共振周波数の調整及び製造が容易な大電流用(ブ
スバー使用)共振型DC−DCコンバータを及びその製
造方法を提供することを、その目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の共振型D
C−DCコンバータは、スイッチング素子の断続により
入力直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記
インバータが出力する交流電力を電圧変換するトランス
と、ブスバーをコイル状に巻回してなり、前記トランス
のコイルと直列接続されて共振する共振コイルと、前記
共振コイルの一部又は全部を埋設する樹脂部材とを備え
ることを特徴としている。
【0010】すなわち、本構成によれば、DC−DCコ
ンバータの電圧変換用のトランスのコイル(一次コイル
又は二次コイル)と直列に共振コイルを接続し、この共
振コイルにより、あるいは、それとトランスのコイルの
漏れインダクタンスとより共振回路のインダクタを構成
して、共振型DC−DCコンバータを構成する。本発明
では特に、所定回数巻回されて共振コイルをなすブスバ
ーを、樹脂部材で固定するので、機械振動などによるそ
の変形により共振コイルのインダクタンスや分布容量の
変化を防止することができる。また、共振コイルのブス
バーの樹脂皮膜被覆による電気絶縁を省略することがで
きるので、ブスバーの端末処理(絶縁皮膜剥離)も不要
となり、作業が簡単となる。すなわち、共振コイル用の
ブスバーの機械的固定と電気絶縁を同時に行うことがで
きる。
【0011】請求項2記載の構成は請求項1記載の共振
型DC−DCコンバータにおいて更に、前記樹脂部材
が、前記共振コイルに嵌挿される磁性コアが変位可能に
嵌挿されるコア嵌挿孔を有することを特徴としている。
本構成によれば、この樹脂部材は、共振コイル用のブス
バーに嵌挿されるコアを移動可能に収容するコア嵌挿孔
を部品点数を増大することなく確保することができ、簡
素な構造で共振コイルのインダクタンスを容易に調整す
ることが可能となる。
【0012】請求項3記載の構成は請求項1記載の共振
型DC−DCコンバータにおいて更に、前記樹脂部材
が、前記樹脂部材から露出する前記共振コイルの互いに
隣接する所定ターン分の前記ブスバーを短絡する短絡導
体を有することを特徴としている。本構成によれば、短
絡導体は、樹脂部材から露出する共振コイル用のブスバ
ーの互いに隣接する所定ターンを短絡するので、この短
絡導体の長さを変更することにより、共振コイルのイン
ダクタンスを容易に調整することが可能となる。
【0013】請求項4記載の構成は請求項1乃至3のい
ずれか記載の共振型DC−DCコンバータにおいて更
に、前記共振コイルが、前記トランスのコイルと同一の
ブスバーで形成されていることを特徴としているので、
製造工程が簡素となり、信頼性が向上する。
【0014】請求項5記載の構成は請求項1乃至4のい
ずれか記載の共振型DC−DCコンバータにおいて更
に、前記樹脂部材が、前記トランスのコイルと、前記ト
ランスのコイルを前記共振コイルに接続するブスバーと
を埋設するので、トランスのコイルと共振コイル用のブ
スバーとを一体に固定でき、かつ、トランスのコイルと
共振コイル用のブスバーとの間に作用する漏れインダク
タンスや分布容量の変動も低減することができ、共振回
路の共振周波数の変動を低減することができる。
【0015】請求項6記載の構成は請求項1乃至5のい
ずれか記載の共振型DC−DCコンバータにおいて更
に、前記共振コイルの軸芯方向に延設されて前記樹脂部
材の底面に密着する金属製で接地された放熱プレートを
有するので、樹脂部材及び共振コイルを通じてインバー
タやトランスのコイルの熱を良好に放熱することができ
るとともに、放熱プレートと共振コイルとの間の静電容
量の増加により共振コイルの分布容量を増大させて共振
回路に必要なインダクタンス値を低減することができ
る。
【0016】請求項7記載の構成は請求項1乃至6のい
ずれか記載の共振型DC−DCコンバータの製造方法に
おいて、前記トランスのコイル及び前記共振コイルは、
インサート成形により前記樹脂部材に埋設されることを
特徴とするので、製造工程が簡素となる。
【0017】
【発明を実施するための態様】本発明のDC−DCコン
バータを用いた二バッテリ搭載型車両用の降圧型DC−
DCコンバータ装置の好適な態様を以下の実施例を参照
して説明する。
【0018】
【実施例1】この実施例の降圧DC−DCコンバータ装
置を図1に示すその回路図を参照して以下に説明する。 (回路構成)1はDC−DCコンバータ、V1は高圧バ
ッテリである。
【0019】DC−DCコンバータ1において、2はイ
ンバータ、3はトランス、41、42は整流部をなす一
対のダイオード(整流器)、5は平滑用のチョークコイ
ル、6は平滑コンデンサ、7はマイコン製のコントロー
ラ、8は共振コイルである。
【0020】トランス3は、フェライト製のコア30、
一次コイル31、第一の二次コイル32及び第二の二次
コイル33を有している。一次コイル31と共振コイル
8とは接続用のブスバー9により接続されているが、こ
の実施例では、ブスバー9と共振コイル8用のブスバー
とは同じ長板状導体片(ブスバー)で構成されている。
また、一次コイル31、接続用のブスバー9、共振コイ
ル8用のブスバーを同じ長板状導体片で構成してもよ
い。二次コイル32、33の一端は接地され、他端はダ
イオード41、42を通じてチョークコイル5に接続さ
れている。
【0021】インバータ2から出力された高圧交流電圧
は、トランス3の一次側からみた漏れインダクタンス、
分布容量と、共振コイル8の漏れインダクタンス、分布
容量とともにLC共振回路を構成し、このLC共振によ
りインバータ2のスイッチング素子の断続過渡期間にお
ける損失が低減される。
【0022】トランス3は入力電圧を降圧し、両二次コ
イル32、33は異なる半波期間ごとに交互に半波整流
電圧をダイオード41、42、チョークコイル5を通じ
て外部の低圧負荷に出力する。コントローラ7は、DC
−DCコンバータ1の出力電圧を所定の基準電圧と比較
し、その比較結果に基づいて、インバータ2の4つのス
イッチング素子(IGBT)のPWMデューテイ比を増
減し、送出する交流電力をフィードバック制御する。こ
の種のDC−DCコンバータは周知であるので、これ以
上の説明は省略し、この実施例の特徴部分を図2を参照
して以下に説明する。図2は、共振コイル8近傍を示す
縦断面図である。
【0023】共振コイル8は、裸の長板状銅片(ブスバ
ー)を螺旋巻回して構成され、その両端は、一次コイル
31に延設される接続用ブスバー9、インバータ2に延
設される接続用ブスバー10を構成している。
【0024】共振コイル8及びブスバー9、10、不図
示の一次コイル31は、樹脂インサート成形により形成
された板状の樹脂プレート(本発明で言う樹脂部材)1
1に埋設されており、接続用ブスバー10の不図示の端
部は露出してインバータ2の一対の出力端子の一方に接
続されている。
【0025】樹脂プレート11は、共振コイル8の軸芯
に沿って軸方向に形成された一端開口のコア嵌挿孔11
0を有し、棒状のフェライト製のコア80がコア嵌挿孔
11に軸方向変位可能に挿入されている。
【0026】12は冷却用のアルミ平板製の放熱プレー
トであり、接地されている。放熱プレート12は、薄い
樹脂プレート11を介して共振コイル8に対面してお
り、これにより共振コイル11から放熱プレート12に
良好な放熱が行われる。また、共振コイル8と放熱プレ
ート12との間に分布容量が形成される。
【0027】この実施例では、共振回路の共振周波数を
所定値とするためにコア80が軸方向に調整した後、接
着剤で固定するので、共振回路の共振周波数を容易に好
適値にすることができる。
【0028】(変形態様)共振コイル8の一部は樹脂プ
レート11から露出しても良い。
【0029】
【実施例2】実施例2を図3を参照して以下に説明す
る。図3は、共振コイル8近傍を示す縦断面図である。
【0030】この実施例の特徴は、実施例1で説明した
共振コイル8の一部のターンの上半分を樹脂プレート1
1から露出させ、更に共振コイル8の露出したターンの
必要部分を、銅板製の短絡導体13をはんだ付けするこ
とにより短絡したものである。コア80は、樹脂プレー
ト11に完全に埋設されている。
【0031】この実施例では、共振回路の共振周波数を
所定値とするために短絡導体13と共振コイル8の露出
ターンとの接続箇所を変更するだけで、共振コイル8の
有効ターン数を容易に調節でき、共振回路の共振周波数
を容易に好適値にすることができる。 (変形態様)最後に短絡導体13を含む露出ブスバーを
樹脂モールド被覆してもよい。 (変形態様)上記閣実施例において、共振回路に単体の
コンデンサを追設して共振回路の必要インダクタンスを
削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1の共振型DC−DCコンバータ装置
を示す回路図である。
【図2】 図1の共振コイル近傍を示す縦断面図であ
る。
【図3】 実施例2の共振型DC−DCコンバータの共
振コイル近傍を示す縦断面図である。
【符号の説明】
2 インバータ 3 トランス 41、42 ダイオード(整流器) 5 チョークコイル 8 共振コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H730 AA13 AS00 BB27 BB67 DD03 DD04 DD16 EE03 EE08 EE59 FD03 FF09 FG05 ZZ17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スイッチング素子の断続により入力直流電
    力を交流電力に変換するインバータと、 前記インバータが出力する交流電力を電圧変換するトラ
    ンスと、 ブスバーをコイル状に巻回してなり、前記トランスのコ
    イルと直列接続されて共振する共振コイルと、 前記共振コイルの一部又は全部を埋設する樹脂部材と、 を備えることを特徴とする共振型DC−DCコンバー
    タ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の共振型DC−DCコンバー
    タにおいて、 前記樹脂部材は、前記共振コイルに嵌挿される磁性コア
    が変位可能に嵌挿されるコア嵌挿孔を有することを特徴
    とする共振型DC−DCコンバータ。
  3. 【請求項3】請求項1記載の共振型DC−DCコンバー
    タにおいて、 前記樹脂部材は、前記樹脂部材から露出する前記共振コ
    イルの互いに隣接する所定ターン分の前記ブスバーを短
    絡する短絡導体を有することを特徴とする共振型DC−
    DCコンバータ。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか記載の共振型D
    C−DCコンバータにおいて、 前記共振コイルは、前記トランスのコイルと同一のブス
    バーで形成されていることを特徴とする共振型DC−D
    Cコンバータ。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか記載の共振型D
    C−DCコンバータにおいて、 前記樹脂部材が、前記トランスのコイルと、前記トラン
    スのコイルを前記共振コイルに接続するブスバーとを埋
    設することを特徴としている共振型DC−DCコンバー
    タ。
  6. 【請求項6】請求項1乃至4のいずれか記載の共振型D
    C−DCコンバータにおいて、 前記共振コイルの軸芯方向に延設されて前記樹脂部材の
    底面に密着する放熱プレートを有することを特徴として
    いる共振型DC−DCコンバータ。
  7. 【請求項7】請求項1乃至6のいずれか記載の共振型D
    C−DCコンバータの製造方法において、 前記トランスのコイル及び前記共振コイルは、インサー
    ト成形により前記樹脂部材に埋設されることを特徴とす
    る共振型DC−DCコンバータの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011077328A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Tdk Corp トランス及びスイッチング電源装置

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