JP2003500987A - 一体型直流コンバータ - Google Patents

一体型直流コンバータ

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Abstract

(57)【要約】 チョッパー型直流コンバータは、磁気コア(M)を備え、この磁気コアは、第１及び第２の側部脚(MS1,MS2)を含み、その端は、端片で互いに接続され、そしてエアギャップが設けられた中央脚(MK)を含み、この中央脚は、第１及び第２の側部脚間で端片に接続される。本発明によれば、中央脚の周りにフィルタコイルが配置される。一次及び二次巻線が側部脚の周りに配置されて、これら巻線により発生された磁束がフィルタコイルの磁束と同じ方向に流れるようする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は直流コンバータに係る。より詳細には、本発明は、チョッパー型直流
コンバータ、チョッパー型レギュレータ、及びそれらの形成方法に係る。
【０００２】
【背景技術】
今日、電源の構造は、最小サイズ及び最大電力密度に向けられ、換言すれば、
電源の電力対体積比を最大にすることが目的である。電源のサイズ減少に対する
障害は、部品の物理的サイズと、発熱の問題である。電子部品、特に、半導体の
物理的サイズが減少し続けている。電源における最も大きな部品は、変圧器やフ
ィルタコイルのような磁気部品である。磁気部品のサイズは、半導体のスイッチ
ング周波数を高めることにより、ある限度まで減少することができる。しかしな
がら、周波数増加に対する障害は、磁気部品のコア材料及び及び半導体に発生す
るロスと、電源における熱の発生である。消費電力を同じに保ちながら電源のサ
イズが減少された場合には、電源の温度上昇を引き起こして周囲に熱を放出する
表面積も通常は減少される。電源が他の電子装置の付近に配置されているときに
は、発生した熱が他の部品にも有害である。
【０００３】 スイッチング周波数を高めることにより、磁気部品のサイズを減少することは
できるが、高い周波数は、更なるロスを招く。数百ＫＨｚを越えて周波数を高め
ることは賢明ではない。従来の背の高い巻線型磁気部品を低背型の平面構造体に
置き換えることによりスペースの節約も達成されている。 スイッチング周波数を現在レベルから、磁気部品のサイズを減少できるに充分
なレベルへ増加することは、全体的な効果を考えると有効な解決策ではない。例
えば、コア材料のヒステリシスによるロスやスイッチングロスのような寄生的要
素によって巻線に発生する作用が増加される。磁気ヒステリシスが行う仕事量を
電気エネルギーに回復することはできず、むしろ、コア材料においてロスに変換
され、これも、コア材料の温度を上昇させる。
【０００４】 ヒステリシスロスは、磁束の周波数及び交流成分が高くなるにつれて、増加す
る。ヒステリシスロスは、変圧器やコイルのような磁気部品に生じる全電力消費
の実質的な部分を占める。コイル構造体は、ある負荷電流より上で飽和状態とな
る。磁気部品のサイズを減少することにより達成される効果は、電力ロスの増加
から生じる付加的なコストに比例しない。 磁気部品のサイズを減少する１つの方法は、多数の磁気部品を同じ磁気コアの
周りに一体化することである。米国特許第５，５５５，４９４号は、多数の磁気
部品が同じ磁気コアの周りに一体化された構造を開示している。この構造では、
Ｅ型の磁気コアが使用され、各側部脚はエアギャップを有し、一方、中央脚は、
連続構造である。磁気コアの周りに一体化されるのは、変圧器の巻線と、コンバ
ータの出力電圧をフィルタリングするのに使用されるフィルタコイルである。こ
の解決策では、フィルタコイルが磁気コアの側部脚の周りに配置される。
【０００５】
【発明の開示】
本発明の目的は、上述した問題を解消することである。本発明の特定の目的は
、変圧器巻線及び出力電圧フィルタリングコイルが同じ磁気コアに一体化された
新規な形式の直流コンバータ及びチョッパー型レギュレータを提供することであ
る。本発明の更に別の目的は、上記コンバータ及びレギュレータを形成する方法
を提供することである。 本発明は、チョッパー型直流コンバータを形成する方法に係る。この場合に、
直流コンバータは、変成器結合され、従って、コンバータへの電流供給が分離さ
れる。換言すれば、コンバータの一次側と二次側との間にはガルバニック接続が
存在しない。コンバータの磁気コアは、第１及び第２の側部脚を備え、それらの
端は、端片により互いに接続され、そしてエアギャップが設けられた中央脚も備
え、この中央脚は、第１及び第２の側部脚間で端片に接続される。磁気コアは、
Ｅ字型構造体であるのが好ましい。磁気コアの周りには、一次巻線、二次巻線、
及び二次側のフィルタコイルが配置される。本発明の方法では、中央脚の周りに
フィルタコイルが配置される。一次及び二次巻線は、それらによって発生される
磁束がフィルタコイルの磁束と同じ方向に流れるように側部脚の周りに配置され
る。
【０００６】 本発明の好ましい実施形態では、コンバータの一次側に４つの巻線が設けられ
、２つの巻線が第１及び第２の側部脚の周りに直列に接続される。これらの巻線
は、それにより発生される磁束が各側部脚において同じ方向に流れるように側部
脚の周りに配置される。更に、コンバータの二次側では、２つの巻線が第１及び
第２の側部脚の周りに配置されて、それら巻線により発生される磁束が、同じ側
部脚に配置された一次巻線に対して逆方向に流れるようにされる。磁束が磁気コ
アの周りを循環すると考えられ、磁束路が側部脚及び端片で構成されるときには
、磁束の方向が各側部脚において同じである。従って、第１側部脚における磁束
が第２側部脚における磁束を増強する。 １つの実施形態では、一次巻線は、第１及び第２のスイッチング素子により制
御される。更に、一次側には２つのキャパシタが設けられ、その第１キャパシタ
は、スイッチング素子間に接続され、そして第２キャパシタは、供給電圧と並列
に接続される。
【０００７】 別の実施形態では、コンバータの一次側に、２つのスイッチング素子及び２つ
のキャパシタが設けられ、第１のスイッチング素子は、２つの一次巻線間に接続
され、そして第２のスイッチング素子は、対応的に、他の２つの一次巻線間に直
列に接続される。更に、第１キャパシタは、第１スイッチング素子の第１側から
第２スイッチング素子の第２側へ接続され、そして第２キャパシタは、第１スイ
ッチング素子の第２側から第２スイッチング素子の第１側へ接続される。スイッ
チング素子の２つの側は、スイッチング素子に基づき種々理解することができ、
例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタでは、ドレインが第１の側であり、そしてソ
ースが第２の側であり、同様に、例えば、バイポーラトランジスタでは、エミッ
タが第１の側であり、そしてコレクタが第２の側である。この定義は、当業者に
知られたように、当該スイッチング素子に基づく。
【０００８】 １つの実施形態では、コンバータの一次側に４つの巻線が設けられ、第１及び
第２の側部脚の周りに２つの巻線が直列に接続され、それら巻線により発生され
る磁束が各側部脚において同じ方向に流れるようにし、そして他の２つの巻線は
、それにより同じ側部脚に発生される磁束の方向が、最初の２つの巻線の磁束と
逆向きになるように接続される。更に、一次側には２つのスイッチング素子及び
キャパシタが設けられ、第１スイッチング素子は、その一端が２つの一次巻線に
直列に接続され、そしてその他端が供給電圧の第２極に接続される。第２スイッ
チング素子は、対応的に、他の２つの一次巻線に接続される。更に、キャパシタ
は、供給電圧に並列に接続される。 １つの実施形態では、一次側に２つのスイッチング素子と、２つのキャパシタ
と、２つの巻線が設けられ、スイッチング素子及びキャパシタは、半波ブリッジ
回路を形成する。これら巻線は、それら巻線により発生される磁束が各側部脚に
おいて同じ方向に流れるように接続され、そしてこれら巻線は、一端がスイッチ
ング素子間に接続され、そして他端がキャパシタ間に接続される。
【０００９】 １つの実施形態では、一次側に、４つのスイッチング素子と、キャパシタと、
２つの巻線が設けられ、スイッチング素子は、全波ブリッジを形成する。更に、
キャパシタは、供給電圧に並列に接続される。これら巻線は、それによって発生
される磁束が各側部脚において同じ方向に流れるように直列に接続され、そして
これら巻線は、一端が２つのスイッチング素子間に接続され、そして他端が他の
２つのスイッチング素子間に接続される。 上述した実施形態は、二次側の種々の実施形態と組合せることができる。１つ
の実施形態では、フィルタコイル巻線の第１端が第１及び第２の側部脚における
巻線間に接続され、そしてその第２端がコンバータの出力電圧の第１極に接続さ
れる。
【００１０】 １つの実施形態では、二次側に第３及び第４スイッチング素子が設けられて、
二次巻線と直列に接続され、そしてコンバータの出力電圧の第２極が第３及び第
４スイッチング素子間に配置される。又、スイッチング素子をダイオードに置き
換えることもできる。この場合に、二次側には第１及び第２のダイオードが設け
られて、二次巻線に直列に接続され、そしてコンバータの出力電圧の第２極が第
１及び第２のダイオード間に配置される。 １つの実施形態では、二次側に少なくとも２つの異なる電圧出力が与えられ、
これは、各電圧出力に対して、第１及び第２の側部脚の周りに２つの巻線を設け
ることにより行われる。電圧出力は、浮動でもよいし、共通の接地点を有しても
よい。
【００１１】 又、本発明は、上述した磁気コアを備え、その周りに２つの巻線及びフィルタ
コイルが配置されたチョッパー型レギュレータを形成する方法にも係る。このレ
ギュレータは、入力電圧と出力電圧との間にガルバニック接続が存在するという
点でコンバータと相違する。この方法においては、中央脚の周りにフィルタコイ
ルが配置され、そして側部脚の周りに巻線が配置されて、その巻線により発生さ
れる磁束がフィルタコイルの磁束と同じ方向に流れるようにされる。 更に、本発明は、上述したように、磁気コア、二次巻線及び二次側フィルタコ
イルを備えたチョッパー型直流コンバータにも係る。本発明のコンバータでは、
中央脚の周りにフィルタコイルが巻かれ、そして側部脚の周りに一次及び二次巻
線が巻かれて、これら巻線により発生された磁束がフィルタコイルの磁束と同じ
方向に流れるようにされる。
【００１２】 更に、本発明は、上述した磁気コア、２つの巻線及びフィルタコイルを備えた
チョッパー型レギュレータにも係る。本発明によれば、中央脚の周りにフィルタ
コイルが配置され、そして側部脚の周りに巻線が配置されて、これら巻線により
発生された磁束がフィルタコイルの磁束と同じ方向に流れるようにされる。 本発明の効果は、単一の標準型磁気コアの周りに電源を設計できることを含む
。これは、設計及び製造の両方において著しい効果を達成できるようにする。こ
こに示す解決策は、磁束密度の容量を効率的に利用できるようにする。個別のフ
ィルタコイルの数が減少することにより、電源のサイズが減少され、それ故、そ
の電力密度が改善される。同時に、磁気コアを比較的有効に利用することができ
る。大規模な生産量においては、コア材料の著しいコスト節約が達成される。
【００１３】 従来の変成器解決策に比べて、中央脚における磁束の変動が減少され、磁気コ
アにおけるヒステリシス及び渦電流ロスが小さくなる。 入力段の構造により、プッシュ−プルトポロジーの典型である大きな一次巻線
間のキャパシタンスから生じる欠点を解消することができ、ひいては、電力用半
導体のターンオン時の大電流ピークを排除することができる。この特徴は、電流
測定におけるフィルタリングの必要性を低減し、又、半導体の電流負荷を減少す
る。一次スイッチが非導通状態にある間に、一次スイッチ間のデカップリングキ
ャパシタが充電されるので、リップルが非常に小さい連続的な一次電流が発生さ
れる。個別の入力フィルタコイルは必要とされず、入力の電磁干渉（ＥＭＩ）は
非常に小さい。
【００１４】 連続的動作範囲において、中央脚のエアギャップに蓄積されたエネルギーは、
一次スイッチの位置に関わりなく出力に連続電流を発生する。このエネルギーは
、側部脚の巻線を経て部分的に放電し、そして中央脚の巻線を経て部分的に放電
する。それ故、出力に個別のフィルタコイルが必要とされない。更に、プッシュ
−プルモードで導通する側部脚の二次巻線は、全波整流を使用できるようにし、
電流負荷を２つの部品間に等しく分布させることができる。 バック及びフライバック型電源解決策に比して、コアの側部脚の磁化がスイッ
チングサイクルに基づいて異なる方向に生じるので、磁気材料を効率的に利用す
ることができる。同じ理由で、全波整流及び他の全波コンバータの原理を分析に
使用することができる。
【００１５】 部品の動作について考えるときには、１つの変成器の磁化インダクタンスが他
の変成器と直列であることが明らかである。それ故、部品は、その特性に関して
は、ある種の変流器である。この特性のために、部品の制御には電流モード制御
を非常に良好に適用できる。磁化インダクタンスの直列接続は、特に、出力の短
絡及び他の欠陥状態の場合に効果を発揮し、電流の非制御増加を防止する。 電子回路の動作電圧が低下するに伴い、種々の同期整流方法を開発することが
必要になってきている。本明細書に記載するトポロジーは、同期整流に関しても
適用できるものである。
【００１６】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 図１ａ及び１ｂは、本発明の直流コンバータの構造原理を示す。この直流コン
バータは、直流入力電圧を直流出力電圧に変換する。図中、次の表示及び省略形
が使用される。 Ｕｉは、コンバータに給電する電源である。 Ｃｉは、入力フィルタキャパシタである。 Ａ及びＢは、一次側のスイッチング素子である。 Ｃ１は、一次巻線間のキャパシタである。 Ｐ１−Ｐ４は、側部脚に分配された一次巻線である。 Ｓ１及びＳ２は、側部脚に分配された二次巻線である。 Ｓｃは、中央脚の二次巻線である。 Ａ’及びＢ’は、二次側のスイッチング素子又はダイオード整流器のダイオー
ドである。 Ｃｏは、出力フィルタキャパシタである。
【００１７】 図中、巻線上のドットマークは、巻線Ｐ１に対する巻線の極性を示す。ＣＴは
、電流モード制御に使用される部品の一次巻線に直列に接続される電流測定変成
器である。磁気コアＭは、好ましくは平面形態に形成されたＥ字型フェライトコ
アである。磁気コアＭは、２つの側部脚ＭＳ１、ＭＳ２を備えている。これらの
側部脚ＭＳ１、ＭＳ２は、端片ＭＰ１、ＭＰ２を経て互いに接続される。側部脚
ＭＳ１、ＭＳ２と、端片ＭＰ１、ＭＰ２は、エアギャップをもたない実質的に連
続的な構造体を形成する。中央脚ＭＫは、これを端片ＭＰ１、ＭＰ２に接続する
ことにより側部脚ＭＳ１、ＭＳ２間に嵌合される。中央脚ＭＫには、エアギャッ
プＧが設けられている。 一次巻線Ｐ１−Ｐ４は、側部脚ＭＳ１、ＭＳ２の周りに巻かれ、対向する側部
脚の周りに２つの巻線が直列に接続されている。従って、例えば、一次巻線Ｐ１
は、側部脚ＭＳ１の周りに巻かれ、そして一次巻線Ｐ２は、側部脚ＭＳ２の周り
に巻かれる。巻線を巻く方向は、巻線により発生される磁束が、側部脚ＭＳ１、
ＭＳ２及び端片ＭＰ１、ＭＰ２より成る磁気コアＭの外側の「円」に沿って同じ
方向に循環すると考えられるものである。二次巻線Ｓ１、Ｓ２は、側部脚ＭＳ１
、ＭＳ２の周りに巻かれ、そしてフィルタコイルＳｃは、中央脚ＭＫの周りに巻
かれる。
【００１８】 図２は、磁気部品が互いに分離して配置された公知のプッシュ−プル電源を示
す。本発明のトポロジーは、図２に示されたプッシュ−プル電源の入力電流フィ
ルタリングコイルＬｉ、変成器Ｘ１及び出力電流フィルタリングコイルＬｏが同
じ部品に一体化されたという点で、ＤＣ−ＤＣスイッチモード電源（ＤＣ直流）
の磁気部品のサイズ及び量を最適化する。 本発明の解決策では、一次回路は、キャパシタＣ１でデカップルされた特殊な
入力段より成り、ここでは、巻線に現れる漂遊容量の悪影響が排除されている。
実際の一次巻線Ｐ１−Ｐ４は、２つの対称的な変成器の一次巻線Ｐ１−Ｐ２及び
Ｐ３−Ｐ４の直列接続より成る。変成器は、磁気コアＭの側部脚ＭＳ１、ＭＳ２
に対称的に配置される。この特殊な入力段に関わりなく、使用するレギュレータ
回路は、プッシュ−プル電源の電流モード原理で動作する通常のレギュレータ回
路でよい。
【００１９】 一次巻線Ｐ１−Ｐ４への入力電圧Ｕｉの供給は、時間的に２つの半サイクルに
分割することができ、通常のプッシュ−プルトポロジーのように別々の半サイク
ルに各一次巻線Ｐ１−Ｐ２、Ｐ３−Ｐ４に供給される。第１の半サイクル中に、
側部脚の二次巻線の１つと中央脚の巻線が、一次電流により二次巻線に誘起され
た電流と、スイッチングサイクルの手前の半分の間に磁気コアの各半分に蓄積さ
れたエネルギーとを二次巻線へ導通する。同時に、非導通の二次巻線の磁束にエ
ネルギーが蓄積される。スイッチングサイクルの次の半分の間に、巻線の役割が
逆転する。原理的に、この状態は、側部脚ＭＳ１、ＭＳ２の一方が変流器として
機能しそしてその他方がコイルとして機能するというものである。スイッチＡ、
Ｂのいずれも導通しないときには、入力電流が一次巻線を経てキャパシタＣ１へ
流れ、電流パルスを平滑化する。それ故、入力にフィルタコイルを設ける必要は
ない。出力では、磁気コアＭに記憶されたエネルギーが、２つの二次コイルＳ１
、Ｓ２及び中央脚の巻線Ｓｃを経て対応的に放電され、従って、個別の出力フィ
ルタコイルも必要とされない。
【００２０】 出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｕｏが一定である静的な動作状態において入力段の
動作を考える。この場合には、入力電流、及びスイッチＡ、Ｂの制御パルスの巾
も一定である。入力段の動作原理の分析において、磁気部品の二次側は、漂遊イ
ンダクタンス及び漂遊キャパシタンスに関して理想的であると考えられる。一次
側は、図３のように個別の組立体として示すことができ、ここで、Ｉｉは、構造
体に給電する電流源であり、Ｃｉは、入力フィルタキャパシタであり、そしてＣ
１は、巻線間のデカップリングキャパシタである。Ｐ１及びＰ２は、一次巻線で
あり、そしてＡ、Ｂは、一次スイッチである。この分析点において、キャパシタ
は非常に大きなものであると仮定する。巻線間の磁気結合は、ドットで示され、
巻線のドット端に正の電圧が印加されると、他の巻線のドット端に正の電圧が誘
起される。電流の正の方向が図中矢印で示されている。
【００２１】 図４を参照し、異なる部品における電流曲線波形について考える。電流源Ｉｉ
は、一定電流を常時供給する。時間ｔ０において、スイッチＢは、非導通に保た
れ、そしてスイッチＡは、ターンオンされ、そのときに、電流源Ｉｉから入力フ
ィルタキャパシタＣｉ、巻線Ｐ１を経て電流が流れる。同時に、巻線間のキャパ
シタが巻線Ｐ２及びスイッチＡを経て放電する。従って、スイッチＡは、巻線Ｐ
１及び巻線Ｐ２の両方の電流を導通する。巻線Ｐ１及びＰ２に供給される電流の
極性を考えると、電流は、各巻線のドット端に流れることが明らかである。それ
故、両巻線は、磁気コアＭを同じ方向に磁化し、そして導通する二次巻線に電力
が伝達される。磁気コアＭにより生じる磁化インダクタンスのために電流がゆっ
くりと増加する。スイッチングサイクルの間に、キャパシタＣｉ、Ｃ１は、電流
のリップルを平滑化し、従って、それらキャパシタが放電される。
【００２２】 時間ｔ１に、スイッチＡがターンオフされ、そしてスイッチＢは、非導通状態
に保たれ、従って、スイッチＡ、Ｂのいずれにも電流は流れない。キャパシタＣ
ｉ、Ｃ１は、手前のスイッチングサイクル中に放電し、従って、供給される電流
により充電される。供給される電流は、ここで、一次巻線Ｐ１、Ｐ２の両方に流
れる。電流の極性を観察すると、電流は、巻線Ｐ１のドット端を経て流れ込み、
そして巻線Ｐ２のドット端を経て流れ出すことが明らかである。巻線の逆の磁化
は、一次巻線がいかなるエネルギーも出力へ伝達せず、そして磁気コアＭの磁束
にエネルギーが全く蓄積されないことを意味する。このため、一次側に供給され
る電流は、時間ｔ１とｔ２との間に一定に保たれ、著しい電力ロスは生じない。
【００２３】 スイッチＢは、時間ｔ２にターンオンされ、一方、スイッチＡは、非導通状態
に保たれる。供給される電流は、スイッチＢ及び巻線Ｐ２に流れ始め、一方、キ
ャパシタＣ１は、スイッチＢ及び巻線Ｐ１を経て放電する。巻線の電流の極性を
観察すると、電流は、各巻線のドット端を経て流れ出し、従って、電力が二次側
に伝達され、一方、磁気コアＭの磁束にエネルギーが蓄積される。キャパシタＣ
ｉ、Ｃ１が放電し、電流のリップルを平滑化する。磁気コアＭの磁化及び二次側
への電力伝達に関しては、スイッチングサイクルｔ２−ｔ３が、時間間隔ｔ０−
ｔ１と比較して逆の位相であることが明らかである。 時間間隔ｔ３−ｔ４の間に、スイッチＡ、Ｂはいずれも導通せず、一次巻線Ｐ
１、Ｐ２の両方に電流が流れ、キャパシタＣｉ、Ｃ１を充電し、二次側にも磁気
コアＭにもエネルギーを伝達しない。この時間間隔は、時間間隔ｔ１−ｔ２と同
じである。時間ｔ４に、スイッチＡがターンオンされ、そしてこの時間は、時間
ｔ０に対応する。
【００２４】 従来のプッシュ−プル型一次構造に比して、本発明の構成は、次の効果を発揮
する。半導体のスイッチングサイクル中に、従来のプッシュ−プル型一次構成で
は、一次巻線の１つだけが全電流を導通する。一次巻線の１つしか導通しないの
で、巻線の電流密度が増加され、抵抗ロスを引き起こす。ここに述べた構造では
電流が両一次巻線に流れるので、一次側巻線全体が有効に使用され、巻線の電流
密度が著しく減少される。電流密度の減少に加えて、巻線電流の有効値及び高調
波周波数の内容は、スイッチングされる電流より低い。これらの環境の結果とし
て、巻線におけるロスは、従来のプッシュ−プル形態の場合より小さい。或いは
又、小さい断面のワイヤを使用して巻線を実施することもできる。
【００２５】 一次巻線Ｐ１、Ｐ２間のキャパシタンスにおいて著しい効果が達成される。通
常のプッシュ−プル変成器の一次巻線は、２本の巻線の巻回が互いに非常に接近
するように２本のワイヤを同時に巻くことにより作られる。このように巻くと、
巻線間にキャパシタンスが生じる。半導体をターンオンしたときに、このキャパ
シタンスが急激に放電し、大きな電流スパイクを発生する。この電流スパイクは
、半導体の電流負荷も増加させる。更に、漂遊キャパシタンスが寄生インダクタ
ンスとで発振を生じさせる。電流スパイクは、測定された電流値がフィードバッ
ク量として使用される電流ユモード制御では問題の原因となる。誤った動作を防
止するために、電流スパイクを測定信号からフィルタ除去しなければならない。
フィルタ動作は、フィードバックループに遅延も生じさせ、システムの安定性を
損なうことがある。
【００２６】 ここに示すトポロジーでは、一次巻線Ｐ１−Ｐ４を、従来のプッシュ−プルト
ポロジーの場合と同様にコアＭの周りに巻くことができる。上述した場合のよう
に、巻線間にキャパシタンスが現れる。今度は、巻線間にキャパシタが配置され
、そして図１ａのように、スイッチＡ、Ｂが再配置される。巻線Ｐ１−Ｐ４間の
キャパシタンスは、スイッチング動作に関する限りほとんど無視できることが明
らかである。巻線の端間のＡＣ結合即ち漂遊キャパシタンスを増加するために、
巻線間にキャパシタが接続される。この構造は、スイッチング電流スパイクを排
除し、そして電流測定におけるフィルタリングの必要性を減少する。 入力段の最も重要な特性は、漂遊インダクタンスから生じる問題に関する。こ
こに使用する構造では、漂遊インダクタンスのエネルギーを供給電圧に復帰させ
て、ロスを減少することができる。従来のプッシュ−プル構造では、一次スイッ
チのターンオフ過渡状態に大きな電圧スパイクが現れる。入力段の構造は、スパ
イクを、供給電圧の２倍の大きさに有効に制限する。
【００２７】 要素の動作を理解するために、図１ｂに示すように２つの個別の変成器より成
る要素について考える。第１変成器Ｔ１は、一次巻線Ｐ１、Ｐ３及び二次巻線Ｓ
２より成る。二次巻線Ｔ２は、対応的に、一次巻線Ｐ２、Ｐ４及び二次巻線Ｓ１
より成る。一次巻線Ｐ１−Ｐ４の各々は、同じ巻回数を有する。同様に、両二次
巻線Ｓ１、Ｓ２も、同じ巻回数を有する。希望の変成比は、一次巻線及び二次巻
線における巻回数の割合によって決定される。変成比の選択は、入力電圧の変化
の範囲及び出力電圧の所望レベルに依存する。出力に接続されるのは、電流リッ
プルを平滑化するためのフィルタコイルＳｃである。変成器の一次巻線は、直列
に接続され、変成器のドット記号は、電流の流れる方向を示している。一次巻線
の電流がドット端に流れ込む場合には、二次巻線の電流がドット端を経て流れ出
す。エアギャップが設けられた磁気コアは、１つの一次スイッチが導通している
間に出力に転送されるエネルギー量以上のエネルギー量をエアギャップが蓄積で
きるように選択される。
【００２８】 図１ａ又は１ｂに示したように、二次側のスイッチング素子Ａ’及びＢ’は、
Ａ’が巻線Ｓ２の電流を整流し、そしてＢ’が巻線Ｓ１の電流を整流するように
接続される。出力電流フィルタコイルＳｃは、出力の接地導体に接続される。出
力電流フィルタキャパシタＣｏは、理想的なもので非常に大きいと仮定し、従っ
て、出力電圧Ｕｏのリップルを完全に平滑化する。第１及び第２のスイッチング
素子Ａ、Ｂは、出力電圧Ｕｏを所与の値に保持する適当なレギュレータ回路によ
り制御される。１つの実施形態では、二次のスイッチング素子Ａ’及びＢ’は、
一次のスイッチング素子Ａ、Ｂに対し逆位相で機能する。スイッチング素子Ａ、
Ｂ、Ａ’、Ｂ’は、例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ又はそれに対応する電力
用半導体スイッチである。１つの実施形態では、スイッチング素子Ａ’、Ｂ’は
、整流用のダイオードを用いて実施される。
【００２９】 動作の説明において、負荷は、一定に保たれると仮定し、それ故、電力用半導
体の制御も、一定に保たれると仮定する。安定な動作条件においては、キャパシ
タＣ１は、一次巻線Ｐ１−Ｐ４を経て供給電圧Ｕｉに充電される。一次側のスイ
ッチＡ、Ｂは、入力段の説明で述べたようにプッシュ−プルモードで導通すると
仮定する。 スイッチＡが導通する間に、電流が供給電圧Ｕｉから巻線Ｐ１及びＰ２を経て
接地点へと流れ始める。同時に、キャパシタＣ１が巻線Ｐ３及びＰ４を経て放電
し始める。従って、供給電圧に等しい電位が各巻線対にまたがって存在する。巻
線対間の電流分布は、パルス比の直線的関数である。
【００３０】 巻線Ｐ２及びＰ４の電流がドット端を経て流れ出すときには、二次巻線Ｓ１の
電流がドット端に流れ込み、そしてスイッチング素子Ｂ’が電流を出力へ導通す
る。同様に、巻線Ｐ１及びＰ３では、電流がドット端を経て流れ出し、従って、
二次巻線Ｓ２では、電流がドット端に流れ込む傾向となる。しかしながら、スイ
ッチング素子Ａ’は、電流の流れを阻止し、それ故、巻線Ｐ１及びＰ３に流れる
電流が変成器Ｔ１のコアを磁化する。換言すれば、電流が変成器のコアにエネル
ギーを蓄積する。供給電圧は、直列接続された巻線間に分布され、巻線Ｐ２及び
Ｐ４にまたがる電圧は、出力電圧Ｕｏに変成比を乗算したものによって制限され
る。残りの電圧は、巻線Ｐ１及びＰ３間に保たれる。出力において接地接続され
たコイルに電流が流れるときに、コイルにエネルギーが蓄積される。
【００３１】 フィルタコイルＳｃは、それに蓄積された磁気エネルギーを、スイッチＡ、Ｂ
のいずれも導通しないときに、出力へ転送する。従って、フィルタコイルＳｃは
、電流を出力に維持する。同時に、変成器Ｔ１の磁化エネルギーが出力へ放電さ
れる。スイッチＢが導通するときには、スイッチＡが導通する状態と逆の状態に
なる。変成器Ｔ１は、電流を出力へ導通し、そして変成器Ｔ２は、コア材料Ｍの
磁界のエネルギーを蓄積する。これらの同じプッシュ−プルスイッチングサイク
ルのために、変成器は互いに対称的であり、出力に全波整流器を使用することが
できる。一次巻線Ｐ１−Ｐ４は直列接続されるので、エネルギー蓄積変成器間に
保たれる電圧は、少なくとも供給電圧の半分でなければならず、さもなければ、
動作を行うことができない。
【００３２】 スイッチＡが導通しているときに磁気特徴を考慮して動作を観察する場合には
、次の環境を認識することができる。変成器Ｔ２は、出力に電流を導通する巻線
Ｓ１に巻線Ｐ２、Ｐ４を接続する磁界用の磁路を形成する。同時に、変成器Ｔ１
は、変成器Ｔ２と直列に接続されたコイルとして機能する。Ｔ１は、エアギャッ
プＧにおける磁界のエネルギーを蓄積する。変成器Ｔ１に蓄積されたエネルギー
は、スイッチが非導通状態にあるとき、又は少なくともスイッチＢが導通してい
るときに、出力に転送される。変成器が交互のサイクルにそれらの機能を交換す
るようなバック及びフライバック(buck and flyback)型変成器の直列接続として
動作を説明することもできる。変成器の１つがコイルとして働く状態で、電流供
給電源の特性が達成される。一次スイッチの電流は、たとえ二次巻線が瞬間的に
短絡されたとしても、制御不能に増加することはない。一次電流の増加は、コイ
ルとして機能する変成器の磁化電流が増加するレベルに制限される。
【００３３】 本発明の解決策は、上記電源の磁気部品の磁路を、２つの変成器Ｔ１、Ｔ２及
び出力フィルタコイルＳｃと組み合わせるものである。磁路を組み合わせること
により、従来の解決策のように３つのコアを必要とするではなく１つの磁気コア
Ｍしか必要としない一体的構造が得られる。図５に示す表示法に基づいて分析が
実行される。この分析では、電圧をベースとする磁束モデルが使用される。 ４つの時間間隔に分割することにより動作を考える。時間間隔ｔ０−ｔ１は、
スイッチＡが導通する状態を表わし、時間間隔ｔ１−ｔ２では、いずれのスイッ
チも導通せず、ｔ２−ｔ３中にはスイッチＢが導通し、そしてｔ３−ｔ４中には
いずれのスイッチも導通しない。
【００３４】 時間ｔ０において、スイッチＡがターンオンされ、そして矢印ＩＡ１及びＩＡ
２で示されたルートに沿って一次巻線に電流が流れ始める。巻線間の電圧は、巻
線の磁路において磁束変化を生じさせる。誘起される磁束の方向は、右手の法則
で決定することができる。図５において、磁束の方向が部品の各脚に別々に示さ
れている。一次電流により誘起される磁束は、二次巻線Ｓ１、Ｓ２及び中央脚の
巻線Ｓｃに電圧を誘起する。二次巻線では、電圧の極性が次の通りである。巻線
Ｓ２では、スイッチング素子Ａ’に接続された端が負の極性を得、そして中央脚
に向かう端が正の極性を得、換言すれば、スイッチング素子Ｂ’は、巻線Ｓ２の
電流を阻止する。スイッチング素子Ｂ’に接続された巻線Ｓ１の端は、正の極性
を得、そして中央脚に向かう端は負の極性を得、従って、スイッチング素子Ｂ’
は、順方向バイアスされ、そして導通を開始する。同時に、中央脚の磁束が変化
すると、中央脚の巻線の接地端が正になり、そして二次巻線に接続された端が負
になる。中央脚の巻線の端間に発生する電位差は、二次巻線Ｓ１の端間の電位差
より小さく、従って、スイッチング素子Ｂ’を経て出力Ｕｏへと電流が流れ始め
る。
【００３５】 一次及び二次巻線は、同じ法則を受け、従って、一次巻線によりコアの脚ＭＳ
１に発生される磁束変化が、出力及び中央脚の電圧により決定された限界値を越
えることはない。二次巻線により課せられる限界のために、入力電圧は一次巻線
に対して分散され、従って、脚ＭＳ２の巻線間に保たれる電圧は、脚ＭＳ１の巻
線間の電圧より高い。これは、磁束については、脚ＭＳ１の磁束変化が脚ＭＳ２
より小さいことを意味する。 図５において、磁束変化の大きさ及び方向が矢印で示され、脚ＭＳ１では矢印
ΦＡ１でそして脚ＭＳ２では矢印ΦＡ２で示されている。磁束は連続的であるか
ら、中央脚の磁束は、側部脚の磁束の和ΦＡ１−ΦＡ２に等しくなければならな
い。この加算された磁束は、中央脚ＭＫを下方に磁化することが明らかである。
実際に、中央脚ＭＫの磁束は、巻線Ｓｃの作用も受ける。
【００３６】 時間間隔ｔ１−ｔ２をスキップし、時間間隔ｔ２−ｔ３について考える。時間
ｔ２において、スイッチＢがターンオンされ、矢印ＩＢ１及びＩＢ２で示された
ルートに沿って一次巻線に電流が流れ始める。巻線間の電圧は、時間間隔ｔ０−
ｔ１と同様に、巻線の磁路に磁束変化を生じさせる。誘起される磁束の方向は、
右手の法則により決定することができる。図５において、磁束の方向が部品の各
脚に別々に示されている。一次電流により誘起された磁束は、二次巻線Ｓ１、Ｓ
２及び中央脚ＭＫの巻線Ｓｃに電圧を誘起する。 二次巻線Ｓ１、Ｓ２では、電圧の極性が次の通りである。巻線Ｓ１では、スイ
ッチング素子Ｂ’に接続された端が負の極性を得、そして中央脚ＭＫに向かう端
が正の極性を得、換言すれば、スイッチング素子Ｂ’は、巻線Ｓ１の電流を阻止
する。スイッチング素子Ａ’に接続された巻線Ｓ２の端は正の極性を得、そして
中央脚に向かう端は負の極性を得、スイッチング素子Ａ’は順方向バイアスされ
そして導通し始める。
【００３７】 同時に、中央脚の磁束が変化すると、中央脚の巻線の接地端が正になり、そし
て二次巻線に接続された端が負になる。中央脚の巻線の端間に発生する電位差は
、二次巻線Ｓ２の端間の電位差より小さく、それ故、スイッチング素子Ａ’を経
て出力Ｕｏへ電流が流れ始める。 対称的な動作の結果として、コアＭの磁束変化は、時間間隔ｔ０−ｔ１に比し
て対称的に発生する。換言すれば、コアＭの脚ＭＳ２の一次巻線により発生され
る磁束の変化は、出力及び中央脚ＭＫの電圧により制限される値より大きくなら
ない。二次巻線により課せられた制限のために、送り込まれた電圧は一次巻線に
対して分散され、従って、脚ＭＳ１の巻線間に保たれる電圧は、脚ＭＳ２の巻線
間に保たれる電圧より高い。磁束については、これは、脚ＭＳ２の磁束変化が脚
ＭＳ１より小さいことを意味する。
【００３８】 図５において、磁束変化の大きさ及び方向が矢印で示され、脚ＭＳ１ではΦＢ
１でそして脚ＭＳ２ではΦＢ２で示されている。磁束は連続的であるから、中央
脚の磁束は、側部脚の磁束の和ΦＢ１−ΦＢ２に等しくなければならない。この
加算された磁束は、中央脚ＭＫを下方に磁化することが観察される。この点にお
いて、スイッチングサイクルｔ０−ｔ１との著しい相違が観察される。動作は対
称的であるが、中央脚ＭＫに現れる加算された磁束の極性は逆転されない。その
結果、直流磁束成分が中央脚ＭＫに発生される。中央脚ＭＫに直流成分が存在す
ることは、側部脚ＭＳ１、ＭＳ２にも直流成分が存在しなければならないことを
意味する。
【００３９】 スイッチングサイクルにおいて、時間間隔ｔ１−ｔ２及びｔ２−ｔ３は同一で
あり、従って、それらは分析において一緒に説明することができる。時間ｔ１に
は、スイッチＡがターンオフされる。入力段の説明で指示したように一次巻線に
電流が流れ、従って、一次電流は、部品の磁束に全く作用しない。中央脚ＭＫの
エアギャップＧに蓄積されたエネルギーが放電され、従って、中央脚ＭＫにおけ
る磁束の変化は、スイッチが導通していたときと同じ方向である。従って、巻線
Ｓ１の電流は、スイッチが導通していたときと同じ方向に流れ続ける。脚ＭＳ２
では、磁束の極性が逆転される。変化の方向が逆転すると、巻線Ｓ２にスイッチ
ング素子Ａ’を順方向バイアスする電圧が誘起され、出力へ電流が流れ始める。
出力電流Ｉｏは、巻線Ｓ１とＳ２との間にほぼ等しく分割される。中央脚ＭＫで
も、磁束変化の極性逆転が生じる。中央脚ＭＫの巻線Ｓｃに誘起される電圧の正
の端は二次巻線にあり、そして負の端は接地点にある。側部脚ＭＳ１、ＭＳ２の
二次巻線及び中央脚ＭＫの巻線の電圧が加算されることが確立され得る。
【００４０】 図６ａ−６ｄは、本発明に使用される一次側回路の別の実施形態を示す。図６
ａは、対称的なプッシュ−プル回路の実施形態を示す。この実施形態において、
一次側と二次側との間の漂遊容量を経てスイッチングされる共通モードのノイズ
電流は、両側部脚ＭＳ１、ＭＳ２において減少し且つ対称的なものとすることが
できる。対応的に、一次側スイッチング素子の浮動制御と、一次巻線の外部端の
数が４から８に増加することが欠点である。コンバータは、一次側に配置された
２つのスイッチング素子Ａ、Ｂ及び２つのキャパシタＣ１、Ｃ２を有し、第１ス
イッチング素子Ａは、２つの一次巻線Ｐ１、Ｐ２間に直列に接続され、そして第
２スイッチング素子Ｂは、対応的に、他の２つの一次巻線Ｐ３、Ｐ４間に直列に
接続される。第１キャパシタＣ１は、第１スイッチング素子Ａの第１側及び第２
スイッチング素子Ｂの第２側に接続され、一方、第１キャパシタＣ２は、第１ス
イッチング素子Ａの第２側及び第２スイッチング素子Ｂの第１側に接続される。
【００４１】 図６ｂは、従来のプッシュ−プル回路を示し、この場合に、一体化された磁気
部品は、上記説明に対応するやり方で機能する。コンバータの一次側に配置され
ているのは、４つの巻線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４であり、その２つの巻線Ｐ１、
Ｐ２は、第１及び第２の側部脚ＭＳ１、ＭＳ２の周りに直列に接続される。巻線
Ｐ１、Ｐ２により発生された磁束は、両側部脚ＭＳ１、ＭＳ２において同じ方向
に流れる。他の２つの巻線Ｐ３、Ｐ４は、同じ側部脚の前者の巻線に対して逆の
方向に磁束を発生するように対応的に接続される。一次側に配置されるのは、２
つのスイッチング素子Ａ、Ｂと、キャパシタＣｉであり、第１及び第２のスイッ
チング素子Ａ、Ｂは、その一端が２つの一次巻線Ｐ１、Ｐ２に直列に接続され、
そしてその他端が供給電圧Ｕｉの第２極に接続される。キャパシタＣｉは、供給
電圧Ｕｉに並列に接続される。 図６ｃ及び６ｄは、回路の半波ブリッジ及び全波ブリッジ形態を示す。これら
のケースでは、一次巻線対の一方が省略されている。
【００４２】 図６において、一次側には、２つのスイッチング素子Ａ、Ｂと、２つのキャパ
シタＣ１、Ｃ２と、２つの巻線Ｐ１、Ｐ２とが設けられ、スイッチング素子Ａ、
Ｂ及びキャパシタＣ１、Ｃ２は、半波ブリッジ回路を形成する。巻線Ｐ１、Ｐ２
は、それらによって発生される磁束が両側部脚ＭＳ１、ＭＳ２において同じ方向
に流れるように直列に接続され、そしてこれらの巻線は、その一端がスイッチン
グ素子ＡとＢとの間に接続され、そしてその他端がキャパシタＣ１とＣ２との間
に接続される。 図６ｄにおいて、一次側には、４つのスイッチング素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと、キ
ャパシタＣｉと、２つの巻線Ｐ１、Ｐ２とが設けられ、これらスイッチング素子
は全波ブリッジ回路を形成する。キャパシタＣｉは、供給電圧Ｕｉに並列に接続
される。巻線Ｐ１、Ｐ２は、それらによって発生された磁束が両側部脚ＭＳ１、
ＭＳ２において同じ方向に流れるように直列に接続され、そしてこれら巻線は、
その一端が２つのスイッチング素子Ａ、Ｂ間に接続され、そしてその他端が他の
２つのスイッチング素子Ｃ、Ｄ間に接続される。
【００４３】 図７ａ−７ｄは、本発明に使用される二次側回路の別の実施形態を示す。図７
ａは、同期整流器の別の実施形態を示す。この解決策では、冷却に使用されるド
レインの電位が安定に保たれるが、その欠点は、スイッチング素子Ａ’、Ｂ’の
浮動制御である。フィルタコイルＳｃ巻線の第１端は、第１及び第２側部脚ＭＳ
１、ＭＳ２の巻線間に接続され、そしてその他端は、コンバータの出力電圧Ｕｏ
の第１極に接続される。二次側には、二次巻線に直列に接続された第３及び第４
のスイッチング素子Ａ’、Ｂ’が設けられ、そしてコンバータの出力電圧Ｕｏの
第２極は、第３と第４のスイッチング素子Ａ’とＢ’との間に配置される。 図７ｂは、スイッチング素子がダイオードに置き換えられた以外は前記回路に
対応する回路を示す。二次側に設けられているのは、二次巻線Ｓ１、Ｓ２に直列
に接続された第１及び第２のダイオードＤ１、Ｄ２であり、コンバータの出力電
圧Ｕｏの第２極は、第１と第２のダイオードＤ１、Ｄ２間に配置される。
【００４４】 図７ｄは、共通の接地電位と共に２つの出力電圧を発生する解決策を示し、そ
して図７ｃは、浮動出力電圧と共に２つの出力電圧を発生する解決策を示す。こ
の場合に、少なくとも２つの異なる電圧出力Ｕｏ１、Ｕｏ２が二次側に発生され
、各出力電圧に対し第１及び第２の側部脚の周りに２つの巻線が接続される。多
数の二次巻線が二次側に設けられた対応する実施形態を使用して、多数の異なる
出力電圧を発生することができる。 図８ａ及び８ｂは、本発明によるチョッパーレギュレータの２つの実施形態を
示す。図８ａは、プッシュ−プル同期バック型レギュレータを示し、そして図８
ｂは、プッシュ−プル同期ブースト型レギュレータを示す。 本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に規
定された本発明の考え方の範囲内で多数の種々の変更がなされ得ることが明らか
であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 本発明の直流コンバータの実施形態を示す図である。
【図１ｂ】 本発明の直流コンバータの実施形態を示す図である。
【図２】 公知のスイッチモード電源を示す図である。
【図３】 本発明の実施形態による入力段を示す図である。
【図４】 図３に示す入力段における電流曲線波形を示す図である。
【図５】 異なるスイッチング状態における磁束の方向を示す図である。
【図６ａ】 一次側回路として使用する実施形態を示す図である。
【図６ｂ】 一次側回路として使用する実施形態を示す図である。
【図６ｃ】 一次側回路として使用する実施形態を示す図である。
【図６ｄ】 一次側回路として使用する実施形態を示す図である。
【図７ａ】 二次側回路として使用する実施形態を示す図である。
【図７ｂ】 二次側回路として使用する実施形態を示す図である。
【図７ｃ】 二次側回路として使用する実施形態を示す図である。
【図７ｄ】 二次側回路として使用する実施形態を示す図である。
【図８ａ】 チョッパー型レギュレータとして使用する別の実施形態を示す図である。
【図８ｂ】 チョッパー型レギュレータとして使用する別の実施形態を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チョッパー型直流コンバータを形成する方法において、この
    コンバータは磁気コア(M)を備え、この磁気コアは、第１及び第２の側部脚(MS1,
    MS2)を含み、その端は、端片(MP1,MP2)に互いに接続され、そしてエアギャップ(
    G)が設けられた中央脚(MK)を含み、この中央脚は、第１及び第２の側部脚(MS1,M
    S2)間で端片(MP1,MP2)に接続され、その周りに磁気コア(M)が配置され、そして
    上記コンバータは、更に、一次巻線(P;P1,P2,P3,P4)と、二次巻線(S;S1,S2)と、
    二次側のフィルタコイル(Sc)とを備えており、上記方法は、 上記フィルタコイル(Sc)を中央脚(MK)の周りに配置し、そして 上記一次及び二次巻線(P,S)を側部脚(MS1,MS2)の周りに配置して、これら巻線
    により発生された磁束がフィルタコイル(Sc)の磁束と同じ方向に流れるようする
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 上記コンバータの一次側には４つの巻線(P1,P2,P3,P4)が設
    けられ、これら巻線の２つ(P1,P2;P3,P4)は、第１及び第２の側部脚(MS1,MS2)の
    周りに直列に接続され、これら巻線により発生される磁束が各側部脚において同
    じ方向に流れるようにされた請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記コンバータの二次側には２つの巻線(S1,S2)が設けられ
    て、第１及び第２の側部脚(MS1,MS2)の周りに接続され、これら巻線により発生
    される磁束の方向が、同じ側部脚に配置された一次巻線の磁束と逆向きにされる
    請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記一次巻線(P)は、第１及び第２のスイッチング素子(A,B)
    により制御され、そして 一次側には２つのキャパシタが設けられ、第１キャパシタ(C1)は、スイッチン
    グ素子(A,B)間に直列に接続され、そして第２キャパシタ(Ci)は、供給電圧(Ui)
    に並列に接続される請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記コンバータの一次側には２つのスイッチング素子(A,B)
    及び２つのキャパシタ(C1,C2)が設けられ、 第１スイッチング素子(A)は、２つの一次巻線(P1,P2)間に直列に接続され、そ
    して第２のスイッチング素子(B)は、対応的に、他の２つの一次巻線(P3,P4)間に
    直列に接続され、そして 第１キャパシタ(C1)は、第１スイッチング素子(A)の第１側から第２スイッチ
    ング素子(B)の第２側へ接続され、そして第２キャパシタ(C2)は、第１スイッチ
    ング素子(A)の第２側から第２スイッチング素子(B)の第１側へ接続される請求項
    ２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 上記コンバータの一次側には４つの巻線(P1,P2,P3,P4)を設
    け、第１及び第２の側部脚(MS1,MS2)の周りに２つの巻線(P1,P2)を直列に接続し
    て、それら巻線により発生される磁束が両側部脚において同じ方向に流れるよう
    にし、そして他の２つの巻線(P3,P4)を接続して、それらにより発生される磁束
    の方向が同じ側部脚における前記巻線の磁束と逆向きになるようにする請求項１
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】 一次側には２つのスイッチング素子(A,B)及びキャパシタ(Ci
    )が設けられ、 第１スイッチング素子(A)は、その一端が２つの一次巻線(P1,P2)に直列に接続
    され、そしてその他端が入力電圧(Ui)の第２極に接続され、 第２スイッチング素子(B)は、対応的に、他の２つの一次巻線(P3,P4)に接続さ
    れ、そして キャパシタ(Ci)は、入力電圧(Ui)に並列に接続される請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 一次側には２つのスイッチング素子(A,B)、２つのキャパシ
    タ(C1,C2)及び２つの巻線(P1,P2)が設けられ、 スイッチング素子(A,B)及びキャパシタ(C1,C2)より成る半波ブリッジ回路が形
    成され、そして 巻線(P1,P2)は、それら巻線により発生される磁束が各側部脚(MS1,MS2)におい
    て同じ方向に流れるように直列に接続され、そしてこれら巻線は、一端がスイッ
    チング素子(A,B)間に接続され、そして他端がキャパシタ(C1,C2)間に接続される
    請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 一次側には、４つのスイッチング素子(A,B,C,D)、キャパシ
    タ(Ci)及び２つの巻線(P1,P2)が設けられ、 スイッチング素子(A,B,C,D)から全波ブリッジが形成され、 キャパシタ(Ci)は、入力電圧(Ui)に並列に接続され、そして 巻線(P1,P2)は、それら巻線によって発生される磁束が両側部脚において同じ
    方向に流れるように直列に接続され、そしてこれら巻線は、一端が２つのスイッ
    チング素子(A,B)間に接続され、そして他端が他の２つのスイッチング素子(C,D)
    間に接続される請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 フィルタコイル(Sc)巻線の第１端は、第１及び第２の側部
    脚(MS1,MS2)において二次巻線(MS1,MS2)間に接続され、そしてその他端は、コン
    バータの出力電圧(Uo)の第１極に接続される請求項１ないし９のいずれかに記載
    の方法。
  11. 【請求項１１】 二次側には第３及び第４スイッチング素子(A',B')が設け
    られて、二次巻線と直列に接続され、そしてコンバータの出力電圧(Uo)の第２極
    が第３及び第４スイッチング素子(A',B')間に配置される請求項１ないし１０の
    いずれかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 二次側には第１及び第２のダイオード(D1,D2)が設けられ
    て、二次巻線(S1,S2)に直列に接続され、そしてコンバータの出力電圧(Uo)の第
    ２極が第１及び第２のダイオード(D1,D2)間に配置される請求項１０に記載の方
    法。
  13. 【請求項１３】 二次側には少なくとも２つの異なる電圧出力(Uo1,Uo2)が
    形成され、各電圧出力に対して、第１及び第２の側部脚の周りに２つの巻線が設
    けられる請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 チョッパー型レギュレータを形成する方法において、この
    レギュレータは磁気コア(M)を備え、この磁気コアは、第１及び第２の側部脚(MS
    1,MS2)を含み、その端は、端片(MP1,MP2)に互いに接続され、そしてエアギャッ
    プ(G)が設けられた中央脚(MK)を含み、この中央脚は、第１及び第２の側部脚(MS
    1,MS2)間で端片(MP1,MP2)に接続され、その周りに磁気コア(M)が配置され、そし
    て上記レギュレータは、更に、２つの巻線(S1,S2)と、フィルタコイル(Sc)とを
    備えており、上記方法は、 上記フィルタコイル(Sc)を中央脚(MK)の周りに配置し、そして 上記巻線(S1,S2)を側部脚(MS1,MS2)の周りに配置して、これら巻線により発生
    された磁束がフィルタコイル(Sc)の磁束と同じ方向に流れるようすることを特徴
    とする方法。
  15. 【請求項１５】 磁気コア(M)を備え、この磁気コアは、第１及び第２の側
    部脚(MS1,MS2)を含み、その端は、端片(MP1,MP2)に互いに接続され、そしてエア
    ギャップ(G)が設けられた中央脚(MK)を含み、この中央脚は、第１及び第２の側
    部脚(MS1,MS2)間で端片(MP1,MP2)に接続され、その周りに磁気コア(M)が配置さ
    れ、そして更に、一次巻線(P;P1,P2,P3,P4)と、二次巻線(S;S1,S2)と、二次側の
    フィルタコイル(Sc)とを備えたチョッパー型直流コンバータにおいて、 上記フィルタコイル(Sc)が中央脚(MK)の周りに巻かれ、そして 上記一次及び二次巻線(P,S)が側部脚(MS1,MS2)の周りに巻かれて、これら巻線
    により発生された磁束がフィルタコイル(Sc)の磁束と同じ方向に流れるようされ
    たことを特徴とするコンバータ。
  16. 【請求項１６】 上記コンバータの一次側には４つの巻線(P1,P2,P3,P4)が
    設けられ、その２つの巻線(P1,P2;P3,P4)は、第１及び第２の側部脚(MS1,MS2)の
    周りに直列に接続され、これら巻線により発生される磁束が両側部脚において同
    じ方向に流れるようにされた請求項１５に記載のコンバータ。
  17. 【請求項１７】 上記コンバータの二次側には２つの巻線(S1,S2)が設けら
    れて、第１及び第２の側部脚(MS1,MS2)の周りに直列に接続され、これら巻線に
    より発生される磁束が、同じ側部脚に配置された一次巻線により発生される磁束
    の方向と逆向きに流れるようにされる請求項１５又は１６に記載のコンバータ。
  18. 【請求項１８】 一次側には、直列接続された第１及び第２のスイッチング
    素子(A,B)が設けられ、これらは、入力電圧(Ui)に並列に接続され、そして一次
    巻線(P)を制御するように働き、そして 一次側には、２つのキャパシタ(C1,Ci)が設けられ、第１キャパシタ(C1)は、
    上記スイッチング素子(A,B)間に接続され、そして第２キャパシタ(Ci)は、入力
    電圧(Ui)に並列に接続される請求項１５ないし１７のいずれかに記載のコンバー
    タ。
  19. 【請求項１９】 コンバータの一次側には、２つのスイッチング素子(A,B)
    及び２つのキャパシタ(C1,C2)が設けられ、 第１スイッチング素子(A)は、２つの一次巻線(P1,P2)間に直列に接続され、そ
    して第２のスイッチング素子(B)は、対応的に、他の２つの一次巻線(P3,P4)間に
    直列に接続され、そして 第１キャパシタ(C1)は、第１スイッチング素子(A)の第１側と、第２スイッチ
    ング素子(B)の第２側とに接続され、そして第２キャパシタ(C2)は、第１スイッ
    チング素子(A)の第２側と、第２スイッチング素子(B)の第１側とに接続される請
    求項１６に記載のコンバータ。
  20. 【請求項２０】 コンバータの一次側には４つの巻線(P1,P2,P3,P4)が設け
    られ、 第１及び第２の側部脚(MS1,MS2)の周りには２つの巻線(P1,P2)が直列に接続され
    、 それら巻線(P1,P2)により発生される磁束は、両側部脚(MS1,MS2)において同じ方
    向に流れ、そして 他の２つの巻線(P3,P4)は対応的に接続され、それら巻線が同じ側部脚における
    前記巻線とは逆方向に磁束を発生するようにする請求項１５に記載のコンバータ
    。
  21. 【請求項２１】 一次側には、２つのスイッチング素子(A,B)及びキャパシ
    タ(Ci)が設けられ、 第１及び第２スイッチング素子(A,B)は、その一端が２つの一次巻線(P1,P2)に
    直列に接続され、そしてその他端が入力電圧(Ui)の１つの極に接続され、そして キャパシタ(Ci)は、入力電圧(Ui)に並列に接続される請求項２０に記載のコン
    バータ。
  22. 【請求項２２】 一次側には、２つのスイッチング素子(A,B)、２つのキャ
    パシタ(C1,C2)及び２つの巻線(P1,P2)が設けられ、 スイッチング素子(A,B)及びキャパシタ(C1,C2)は、半波ブリッジ回路に構成さ
    れ、そして 巻線(P1,P2)は、それら巻線により発生される磁束が両側部脚(MS1,MS2)におい
    て同じ方向に流れるように直列に接続され、そしてこれら巻線は、一端がスイッ
    チング素子(A,B)間に接続され、そして他端がキャパシタ(C1,C2)間に接続される
    請求項１５に記載のコンバータ。
  23. 【請求項２３】 一次側には、４つのスイッチング素子(A,B,C,D)、キャパ
    シタ(Ci)及び２つの巻線(P1,P2)が設けられ、 スイッチング素子(A,B,C,D)は、全波ブリッジ回路に構成され、 キャパシタ(Ci)は、入力電圧(Ui)に並列に接続され、そして 巻線(P1,P2)は、それら巻線によって発生される磁束が両側部脚(MS1,MS2)にお
    いて同じ方向に流れるように直列に接続され、そしてこれら巻線は、一端が２つ
    のスイッチング素子(A,B)間に接続され、そして他端が他の２つのスイッチング
    素子(C,D)間に接続される請求項１５に記載のコンバータ。
  24. 【請求項２４】 フィルタコイル(Sc)の第１端は、第１及び第２の側部脚(M
    S1,MS2)において二次巻線間に接続され、そしてその他端は、コンバータの出力
    電圧(Uo)の第１極に接続される請求項１５ないし２３のいずれかに記載のコンバ
    ータ。
  25. 【請求項２５】 二次側には第３及び第４スイッチング素子(A',B')が設け
    られて、二次巻線と直列に接続され、そしてコンバータの出力電圧(Uo)の第２極
    が第３及び第４スイッチング素子(A',B')間に配置される請求項１５ないし２４
    のいずれかに記載のコンバータ。
  26. 【請求項２６】 二次側には第１及び第２のダイオード(D1,D2)が設けられ
    て、二次巻線(S1,S2)に直列に接続され、そしてコンバータの出力電圧(Uo)の第
    ２極が第１及び第２のダイオード(D1,D2)間に配置される請求項２４に記載のコ
    ンバータ。
  27. 【請求項２７】 二次側には少なくとも２つの異なる電圧出力(Uo1,Uo2)が
    形成され、各電圧出力に対して第１及び第２の側部脚の周りに２つの巻線が接続
    される請求項１５ないし２６のいずれかに記載のコンバータ。
  28. 【請求項２８】 磁気コア(M)を備え、この磁気コアは、第１及び第２の側
    部脚(MS1,MS2)を含み、その端は、端片(MP1,MP2)に互いに接続され、そしてエア
    ギャップ(G)が設けられた中央脚(MK)を含み、この中央脚は、第１及び第２の側
    部脚(MS1,MS2)間で端片(MP1,MP2)に接続され、その周りに磁気コア(M)が配置さ
    れ、そして更に、２つの巻線(S1,S2)と、フィルタコイル(Sc)とを備えたチョッ
    パー型レギュレータにおいて、 上記フィルタコイル(Sc)が中央脚(MK)の周りに配置され、そして 上記巻線(S1,S2)が側部脚(MS1,MS2)の周りに配置されて、これら巻線によって
    発生される磁束がフィルタコイル(Sc)の磁束と同じ方向に流れるようされたこと
    を特徴とするレギュレータ。
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