JP2006280148A - 電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のトランスとトランス駆動回路との間の配線を可能な限り短くすることにある。
【解決手段】 複数のトランス１２と、複数のトランス１２それぞれに対応し、対応のトランス１２に該トランス１２を駆動するための信号を出力する複数のトランス駆動回路２４と、複数のトランス１２それぞれに対応し、対応のトランス１２から供給される出力信号に基づいてゲートを駆動制御する複数のゲート駆動回路２６と、を設ける。また、各トランス１２にそれぞれ、その本体の相対する辺２２ａ，２２ｂに配置された、トランス駆動回路２４に接続する入力ピン１６と、ゲート駆動回路２６に接続する出力ピン２０と、を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電圧制御装置に係り、特に、複数のトランスを駆動して電力供給を行う電圧制御装置に関する。

従来から、複数のトランスと、それら複数のトランスそれぞれに対応した複数のＩＧＢＴ（Insulated
Gate Bipolar Transistor）を駆動制御する複数のゲート駆動回路と、を備える電圧制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電圧制御装置において、複数のトランスはそれぞれ対応のゲート駆動回路に出力電圧を供給し、各ゲート駆動回路は対応のトランスから供給される出力電圧に基づいてゲートの駆動制御を行うこととしている。
特開平１１−１７８３５６号公報

しかしながら、上記従来の電圧制御装置では、複数のトランスの入力が、一つのトランジスタからなる一つのトランス駆動回路に接続されており、一つのトランス駆動回路の出力が、複数のトランスに入力されている。このため、かかる構成では、トランス駆動回路から複数のトランスそれぞれに配線を引き回すことが必要であり、多くの配線を必要とする。また、トランス駆動回路の出力電流は、その波形が鋸波状であるため多分の高周波を含んでいるが、上記の如くトランス駆動回路とトランスとの間の配線を引き回すことが必要になると、周囲に対して高周波ノイズが発生し易くなってしまう。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、複数のトランスとトランス駆動回路との間の配線を可能な限り短くできる電圧制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、複数のトランスと、前記複数のトランスそれぞれに対応し、それぞれ、対応する一のトランスに該トランスを駆動するための信号を出力する複数のトランス駆動回路と、前記複数のトランスそれぞれに対応し、それぞれ、対応する一のトランスから供給される出力信号に基づいてゲートを駆動制御する複数のゲート駆動回路と、を備える電圧制御装置により達成される。

この態様の発明において、複数のトランスそれぞれに対応する複数のトランス駆動回路及び複数のゲート駆動回路が設けられている。複数のトランス駆動回路はそれぞれ、対応する一のトランスに該トランスを駆動するための信号を出力する。また、複数のゲート駆動回路はそれぞれ、対応する一のトランスから供給される出力信号に基づいてゲートを駆動制御する。かかる構成においては、系統ごとにトランスの入力とトランス駆動回路の出力とを互いに極力近接して配置させることが可能となるので、両者間の配線を長距離にわたって引き回すことは不要となる。

この場合、上記した電圧制御装置において、前記複数のトランスはそれぞれ、その本体の相対する辺近傍に配置された、前記トランス駆動回路に接続する入力ピンと前記ゲート駆動回路に接続する出力ピンとを有することとすればよい。

尚、この電圧制御装置において、前記入力ピンと前記出力ピンとは、少なくとも絶縁距離だけ離れていることが、トランスを適切に機能させるうえで必要である。

また、上記した電圧制御装置において、前記複数のトランス駆動回路は、共通の電源から電圧供給されることとすればよい。

更に、上記した電圧制御装置において、前記複数のゲート駆動回路は、互いに少なくとも絶縁距離だけ離れていることが、各ゲート駆動回路を適切に機能させるうえで必要である。

本発明によれば、複数のトランスとトランス駆動回路との間の配線を可能な限り短くすることができる。

図１は、本発明の一実施例である電圧制御装置１０の構成図を示す。尚、図１は、各構成部品の半導体基板上での配置を模式的に表している。図２は、本実施例の電圧制御装置１０の回路例を示す。また、図３は、本実施例の電圧制御装置１０が備えるトランス１２の外観斜視図を示す。

本実施例において、電圧制御装置１０は、複数（図１及び図２においては３個）の絶縁トランス（以下、単にトランスと称す）１２を備えている。各トランス１２は、一次巻線１４に接続する入力ピン１６、及び、二次巻線１８に接続する出力ピン２０を有している。トランス１２の入力ピン１６と出力ピン２０とは、トランス外観本体の、回路基板と対向する面上の相対する辺２２ａ，２２ｂ近傍に配置されており、少なくとも絶縁距離だけ離れて設けられている。入力ピン１６及び出力ピン２０はそれぞれ、辺２２ａ，２２ｂ近傍から回路基板へ向けて僅かに突出して延びている。

電圧制御装置１０は、また、トランス１２ごとに、対応のトランス１２に該トランス１２を駆動するための信号を出力するトランス駆動回路２４と、対応のトランス１２から供給される出力信号に基づいて、モータ駆動用のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのゲートを駆動制御するゲート駆動回路２６と、を備えている。すなわち、複数のトランス１２に対応して、同数のトランス駆動回路２４と同数のゲート駆動回路２６とを備えている。

各トランス駆動回路２４は、対応する一のトランス１２の一次巻線１４に入力ピン１６を通じて接続されている。また、各ゲート駆動回路２６は、対応する一のトランス１２の二次巻線１８に出力ピン２０を通じて接続されている。各ゲート駆動回路２６は、互いに少なくとも絶縁距離だけ離れて配置されている。トランス１２は、フルブリッジ、ハーフブリッジ、又はフォワードコンバータ方式で駆動される。尚、以下では、トランス１２は、ハーフブリッジ方式で駆動されるものとする。

具体的には、各トランス駆動回路２４には、高精度の電圧源として、共通の電圧レギュレータ３０が接続されており、共通の電圧源から電圧（例えば５Ｖ）が供給されている。トランス駆動回路２４は、一対のスイッチングトランジスタからなるインバータ回路３２を有している。インバータ回路３２には、クロック信号が入力されるフリップフロップ回路３４が入力接続されている。インバータ回路３２の出力は、トランス１２の一次巻線１４に接続されている。一次巻線１４には、また、電圧レギュレータ３０の電圧を所定の電圧（例えば２．５Ｖ）に分圧する分圧回路３６、及び、その分圧回路３６に並列に設けられたコンデンサからなる充放電回路３８が接続されている。

ゲート駆動回路２６とトランス１２の二次側との間には、整流回路４０が設けられている。整流回路４０は、トランス１２のその中央で２つに分離された二次巻線１８にそれぞれ直列に接続される互いに逆向きのダイオード４２、及び、二次巻線１８に並列に接続されるフィルタ回路４４を有している。整流回路４０の出力側には、ゲート駆動回路２６を介してＩＧＢＴ４６が接続されている。従って、トランス１２の二次巻線１８からの出力電圧は、整流回路４０を通じてＩＧＢＴ４６に供給される。

上記の構造を有する電圧制御装置１０において、一の電圧源３０から各系統のトランス駆動回路２４に直流の電源が供給されると、系統ごとに、トランス１２の一次巻線１４の両端に矩形波状の波形を有する電圧が付与される。この際、電圧波形はフリップフロップ回路３４へのクロック信号の周期に従って正負が交互に現れる矩形波になると共に、一次巻線１４に流れる電流波形はクロック信号周期に従った鋸波状となる。

トランス１２は、一次巻線１４側に入力された電圧及び電流並びに一次巻線１４と二次巻線１８との巻線比に応じた電圧及び電流を二次巻線１８側に出力する。二次巻線１８側に現れた電圧は、整流されてゲート駆動回路２６に供給され、そして、ＩＧＢＴ４６に供給される。この際、図２に示す回路においては、一クロック信号周期中にトランス１２が磁束密度の正負振幅で駆動されるので、その周期中に分離された一対の二次巻線１８に交互に電圧が印加されて電流が流れ、ＩＧＢＴ４６が駆動されることとなる。このように、本実施例の電圧制御装置１０においては、電圧源３０の直流電圧を系統ごとに変圧してそれぞれのＩＧＢＴ４６へ供給することが可能となっている。

ところで、仮に一つのトランス駆動回路２４の出力が複数のトランス１２に入力されているものとすると、そのトランス駆動回路２４から複数のトランス１２それぞれに配線を引き回すことが必要となるため、多くの配線を必要とする。また、トランス駆動回路２４の出力電流はその波形が鋸波状であるため多分の高周波を含んでいるので、上記の如くトランス駆動回路２４とトランス１２との間の配線を引き回すことが必要になると、周囲に対して高周波ノイズが発生し易くなる。

これに対して、本実施例の電圧制御装置１０においては、複数のトランス１２それぞれに対応して複数のトランス駆動回路２４が設けられている。そして、各トランス駆動回路２４が、対応する一のトランス１２に該トランス１２を駆動するための信号を出力する。かかる構成においては、各ＩＧＢＴ４６の系統ごとに、トランス１２の入力とトランス駆動回路２４とを互いに極力近接して配置させることが可能となるので、複数のトランス１２に対して一つのトランス駆動回路２４しか設けられていない構成に比較して、トランス１２とトランス駆動回路２４との間の配線を長距離にわたって引き回すことは不要となっている。

このため、本実施例によれば、トランス１２とトランス駆動回路２４との間の配線をできるだけ短くすることができると共に、また、その結果として、トランス駆動回路２４の電流波形が鋸波状となることに起因する高周波ノイズの発生を低減することが可能となっている。更に、トランス１２とトランス駆動回路２４との間の配線が短くなるため、その配線上での浮遊インダクタンス自体を極小とすることができ、その結果として、その浮遊インダクタンスに起因したサージによってトランス駆動回路２４の有するトランジスタが破損するのを抑えるための回路を小さくし或いは省略することが可能であると共に、また、浮遊インダクタンスによる電圧降下や共振の発生を抑えることができ、その結果として、トランス駆動回路２４からトランス１２を介してゲート駆動回路２６へ電圧を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングの更なる高周波化を実現することができ、トランス１２の小型化を図ることが可能である。

また、本実施例の構成においては、トランス１２ごとにトランス駆動回路２４及びゲート駆動回路２６が設けられるため、トランス１２を、入出力で多くの配線を引き回すことなく、図３に示す如く基板上のトランス駆動回路２４及びゲート駆動回路２６の双方にダイレクトに配置することが可能である。尚、トランス１２の入力ピン１６と出力ピン２０とは、トランス本体の相対する辺２２ａ，２２ｂ近傍に配置され、少なくとも絶縁距離だけ離れている。従って、上記の如くトランス１２を配置しても、トランス１２の機能（トランス駆動回路２４及びゲート駆動回路２６の機能を含む）を確保することは可能である。更に、このように本実施例の構成において、トランス１２の入出力で多くの配線を設けることは不要であるので、配線に対して絶縁距離を設ける必要はなく、回路の小型化を図ることが可能となっている。尚、トランス１２ごとの入力側回路同士は互いにほぼ同電位となるので、その入力側回路に対しても絶縁距離を設ける必要はなく、回路の小型化を図ることが可能である。

また、本実施例の構成においては、上記の如く、複数設けられたトランス１２ごとに一対一でトランス駆動回路２４及びゲート駆動回路２６が設けられるため、トランス巻線が相互に接続し合うものではなく、そのため、ある一のトランス出力が変動しても他のトランス出力が変動することは回避され、巻線間の電気的干渉が生ずることは防止される。更に、トランス１２の出力電圧は入力電圧と巻線比とに基づいて定まるが、その入力電圧は電圧レギュレータ３０からのものであって高精度に維持されるので、トランス１２からの出力電圧精度を高く確保することが可能となっている。

尚、本実施例において、各トランス１２はトランス駆動回路２４を介して共通の一つの電圧レギュレータ３０に接続されており、各トランス１２への入力電圧は共通の一つの電圧源から供給されるものである。このため、各トランス１２への電圧源について簡素な構成を実現することができ、コストアップを抑えることが可能である。また、トランス駆動回路２４はトランス１２ごとに設けられるため、そのトランス駆動回路２４の数は増えることとなるが、一トランス駆動回路２４当たりに許容される定格を小さくすることができるので、トランス駆動回路２４について簡素な構成を実現することができ、コストアップを抑えることが可能である。

また、トランス駆動回路２４はトランス１２ごとに設けられ、各トランス１２は対応のトランス駆動回路２４により別々に駆動されるため、系統すべてについてトランス１２への入力電圧を高精度に維持でき、その出力電圧精度を高く確保することが可能である。尚、ゲート駆動回路２６もトランス１２ごとに設けられるが、それらゲート駆動回路２６同士は互いに少なくとも絶縁距離だけ離れて配置されているので、トランス出力の制御を系統ごと（トランス１２ごと或いはゲート駆動回路２６ごと）に確保することが可能である。

更に、本実施例において、トランス１２は上記の如く、ハーフブリッジ方式で駆動され、一クロック信号周期中に磁束密度の正負振幅で駆動される。このため、一クロック信号周期中に磁束密度の片側だけで駆動が施される構成に比べて、トランスコアの飽和磁束密度を小さく抑制することが可能であり、その結果、トランス１２の小型化を図ることが可能であって、トランス１２を入力ピン１６と出力ピン２０との絶縁距離を確保するだけで必要以上に大きくすることが不要となっている。

この点、本実施例によれば、絶縁距離を確保する必要のある箇所を少なくし、かつ、トランス１２を小型化したことで、半導体基板上で部品を実装できない領域を少なくすることができ、これにより、ＩＧＢＴなどを駆動する半導体装置である電圧制御装置１０を小型化することが可能となっている。

本発明の一実施例である電圧制御装置の構成図である。 本実施例の電圧制御装置の回路例を示す図である。 本実施例の電圧制御装置が備えるトランスの外観斜視図である。

符号の説明

１０ 電圧制御装置
１２ トランス
１４ 一次巻線
１６ 入力ピン
１８ 二次巻線
２０ 出力ピン
２２ａ，２２ｂ 辺
２４ トランス駆動回路
２６ ゲート駆動回路
３０ 電圧レギュレータ
４６ ＩＧＢＴ

Claims (5)

1. 複数のトランスと、
   前記複数のトランスそれぞれに対応し、それぞれ、対応する一のトランスに該トランスを駆動するための信号を出力する複数のトランス駆動回路と、
   前記複数のトランスそれぞれに対応し、それぞれ、対応する一のトランスから供給される出力信号に基づいてゲートを駆動制御する複数のゲート駆動回路と、
   を備えることを特徴とする電圧制御装置。
2. 前記複数のトランスはそれぞれ、その本体の相対する辺近傍に配置された、前記トランス駆動回路に接続する入力ピンと前記ゲート駆動回路に接続する出力ピンとを有することを特徴とする請求項１記載の電圧制御装置。
3. 前記入力ピンと前記出力ピンとは、少なくとも絶縁距離だけ離れていることを特徴とする請求項２記載の電圧制御装置。
4. 前記複数のトランス駆動回路は、共通の電源から電圧供給されることを特徴とする請求項１記載の電圧制御装置。
5. 前記複数のゲート駆動回路は、互いに少なくとも絶縁距離だけ離れていることを特徴とする請求項１記載の電圧制御装置。

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