JP2009296756A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グランドラインに対して絶縁された一対の配線間に、一対のスイッチング素子の直列接続体と一対のコンデンサの直列接続体とが並列接続された電力変換回路を備えて且つ、前記一対のコンデンサの接続点が前記グランドラインに対して接続されてなる電力変換装置に関する。 The present invention includes a power conversion circuit in which a series connection body of a pair of switching elements and a series connection body of a pair of capacitors are connected in parallel between a pair of wires insulated from a ground line, The present invention relates to a power conversion device in which the connection point of the capacitor is connected to the ground line.
電力変換装置として、直流電源の正極及び負極を電動機の端子に選択的に接続するスイッチング素子を備えて且つグランドラインに対して絶縁された電力変換回路(インバータ)を備えるものが周知である。上記インバータ等にあっては、グランドラインに接続される低圧システムと絶縁される関係上、低圧システム及び高圧システム間を絶縁する絶縁手段を介して操作されることが要求される。この絶縁手段としては、パルストランスを用いることも周知である。 2. Description of the Related Art Known power conversion devices include a power conversion circuit (inverter) that includes a switching element that selectively connects a positive electrode and a negative electrode of a DC power supply to a terminal of an electric motor and is insulated from a ground line. The inverter or the like is required to be operated through an insulating means that insulates the low voltage system from the high voltage system because it is insulated from the low voltage system connected to the ground line. As this insulating means, it is also well known to use a pulse transformer.
ところで、インバータのスイッチング素子が高速に操作されると、電動機の端子に印加される電圧は、直流電源の正極電圧及び負極電圧間で変動するため、高周波のコモンモード電流が発生することが知られている。コモンモード電流は、本来絶縁されているグランドラインとインバータなどとの間の寄生容量が、上記高速のスイッチングによる電圧変動によって充放電されることで発生する。コモンモード電流がグランドラインに流れると、グランドラインに接続された電子機器に障害を与えたり、外部への電磁放射ノイズを生じさせたりする。 By the way, it is known that when the switching element of the inverter is operated at high speed, the voltage applied to the terminal of the motor fluctuates between the positive voltage and the negative voltage of the DC power supply, so that a high-frequency common mode current is generated. ing. The common mode current is generated by charging / discharging the parasitic capacitance between the originally insulated ground line and the inverter due to the voltage fluctuation due to the high-speed switching. When the common mode current flows through the ground line, the electronic device connected to the ground line may be damaged or electromagnetic radiation noise may be generated.
そこで従来は、例えば下記特許文献1に見られるように、モータに給電する一対の給電線間に、一対のYコンデンサを備えることも提案されている。Yコンデンサは、一対のコンデンサの直列接続体であって且つ、その接続点が、グランドラインに接続されているものである。これにより、コモンモード電流がグランドラインを介して他の電子機器へと流れることを回避することができる。
ところで、上記パルストランスの1次側コイル及び2次側コイル間は、寄生容量を有する。このため、上記パルストランスを用いてスイッチング素子を駆動するものにあっては、パルストランスの1次側及び2次側間の寄生容量がコモンモード電流の流動経路となるおそれがある。しかし、上記Yコンデンサは、Yコンデンサが接続される一対の配線部分に重畳されるコモンモード対策のためのものであるため、これによっては、パルストランスの上記寄生容量を介して流動するコモンモード電流を低減することは困難である。 By the way, the primary coil and the secondary coil of the pulse transformer have a parasitic capacitance. For this reason, in the case of driving the switching element using the pulse transformer, the parasitic capacitance between the primary side and the secondary side of the pulse transformer may become a flow path of the common mode current. However, since the Y capacitor is for a common mode countermeasure superimposed on a pair of wiring parts to which the Y capacitor is connected, the common mode current that flows through the parasitic capacitance of the pulse transformer depends on this. Is difficult to reduce.
なお、上記パルストランスに限らず、トランスを備える電力変換装置にあっては、1次側及び2次側間の寄生容量がコモンモード電流の流動経路となることでグランドラインを介して高周波ノイズが様々な問題を引き起こすおそれのあるこうした実情も概ね共通したものとなっている。 In addition to the above-mentioned pulse transformer, in a power converter provided with a transformer, the parasitic capacitance between the primary side and the secondary side becomes a flow path of the common mode current, so that high frequency noise is generated via the ground line. These facts that can cause various problems are generally common.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、グランドラインに対して絶縁された一対の配線間に、一対のスイッチング素子の直列接続体と一対のコンデンサの直列接続体とが並列接続された電力変換回路を備えるものにあって、トランスを介した高周波ノイズの流動による悪影響を好適に抑制することのできる電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to connect a series connection body of a pair of switching elements and a pair of capacitors between a pair of wires insulated from a ground line. An object of the present invention is to provide a power conversion device that includes a power conversion circuit that is connected in parallel with a body and that can suitably suppress adverse effects due to the flow of high-frequency noise through a transformer.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
請求項1記載の発明は、グランドラインに対して絶縁された一対の配線間に、一対のスイッチング素子の直列接続体と一対のコンデンサの直列接続体とが並列接続された電力変換回路を備えて且つ、前記一対のコンデンサの接続点が前記グランドラインに対して接続されてなる電力変換装置において、前記一対の配線に前記スイッチング素子を介して1次側巻き線又は2次側巻き線が接続されるトランスを備え、該トランスの1次側巻き線及び2次側巻き線のいずれか一方と、前記一対のコンデンサの接続点とを接続したことを特徴とする。
The invention according to
トランスの1次側巻き線及び2次側巻き線は絶縁されているものの、実際には、1次側巻き線及び2次側巻き線間は、寄生容量によって電気的に結合されている。このため、高周波電流が、上記寄生容量を介して、1次側巻き線及び2次側巻き線間を流動するおそれがある。このため、トランスのうちの1次側巻き線と2次側巻き線とのいずれか一方がグランドラインと接続される場合には、上記1次側巻き線及び2次側巻き線間を流動する高周波電流がグランドラインへと流動するおそれがある。この点、上記発明では、トランスの1次側巻き線及び2次側巻き線のいずれか一方をコンデンサの接続点と接続することで、トランスの寄生容量及び上記一対のコンデンサのいずれか一方を備えるループ回路上を高周波電流が流れるようにすることができ、ひいては、グランドラインへの高周波電流の流動を回避することができる。このため、トランスを介した高周波ノイズの流動による悪影響を好適に抑制することができる。 Although the primary side winding and the secondary side winding of the transformer are insulated, actually, the primary side winding and the secondary side winding are electrically coupled by a parasitic capacitance. For this reason, there exists a possibility that a high frequency current may flow between a primary side winding and a secondary side winding via the said parasitic capacitance. For this reason, when one of the primary side winding and the secondary side winding of the transformer is connected to the ground line, it flows between the primary side winding and the secondary side winding. High frequency current may flow to the ground line. In this regard, in the above-described invention, either one of the primary side winding and the secondary side winding of the transformer is connected to the connection point of the capacitor, thereby providing either the parasitic capacitance of the transformer or the pair of capacitors. A high-frequency current can flow on the loop circuit, and thus the flow of the high-frequency current to the ground line can be avoided. For this reason, the bad influence by the flow of the high frequency noise via a transformer can be controlled suitably.
しかも、上記一対のコンデンサは、Yコンデンサとして、上記一対の配線を流れるコモンモード電流対策のために設けられるものであるため、上記トランスを介して流れる高周波電流の流動経路をショートループ化するために新たに加える電子部品数を極力抑制することもできる。 In addition, since the pair of capacitors is provided as a Y capacitor as a countermeasure against the common mode current flowing through the pair of wires, in order to make the flow path of the high-frequency current flowing through the transformer short-looped It is also possible to suppress the number of newly added electronic components as much as possible.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記トランスの前記いずれか一方の巻き線は、中点タップを備え、前記中点タップと前記一対のコンデンサの接続点とが接続されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the one of the windings of the transformer includes a midpoint tap, and the midpoint tap and a connection point of the pair of capacitors are connected. It is characterized by.
上記トランスを介して流動する高周波電流の流動経路のうちの一対のコンデンサの一方を備える経路と他方を備える経路とのインピーダンスが相違する場合には、モード変換が生じ、コモンモード電流はノーマルモード電流となり、ノーマルモード電流はコモンモード電流となる。こうしたモード変換を回避するうえでは、上記2つの経路のインピーダンスを一致させることが望ましい。一方、上記構成の電力変換回路にあっては、一対の配線のうちの高電位側の配線側と低電位側の配線側とで、互いに対称な回路構成となる傾向にある。こうした場合には、上記一対の経路のインピーダンスを等しくするためには、上記一対の電気経路のうちのトランス内部の部分同士のインピーダンスを互いに同一とすることで、モード変換を回避することができる。上記発明では、この点に鑑み、中点タップを一対のコンデンサの接続点に接続することで、モード変換を好適に回避することができる。 When the impedance of the path including one of the pair of capacitors and the path including the other of the flow paths of the high-frequency current flowing through the transformer are different, mode conversion occurs and the common mode current is the normal mode current. Thus, the normal mode current becomes a common mode current. In order to avoid such mode conversion, it is desirable to match the impedances of the two paths. On the other hand, the power conversion circuit having the above configuration tends to have a symmetrical circuit configuration on the high-potential side wiring side and the low-potential side wiring side of the pair of wirings. In such a case, in order to make the impedances of the pair of paths equal, it is possible to avoid mode conversion by making the impedances of the parts inside the transformer of the pair of electrical paths the same. In the above invention, in view of this point, mode conversion can be suitably avoided by connecting the midpoint tap to the connection point of the pair of capacitors.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記トランスの前記いずれか一方の巻き線と前記一対のコンデンサの接続点とがコンデンサを介して接続されてなることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the invention according to
前記グランドラインの電位は、実際には、電流の流動態様に応じて変動し得るものである。このため、前記一対のコンデンサの接続点の電位も、グランドラインの電流の流動態様に応じて変動する。このため、上記いずれか一方の巻き線を上記一対のコンデンサの接続点に直接接続する場合には、上記いずれか一方の巻き線の電位も、グランドラインの電流の流動態様に応じて変動するおそれがある。これに対し、上記発明では、上記いずれか一方の巻き線を上記一対のコンデンサの接続点にコンデンサを介して接続することで、上記いずれか一方の巻き線の電位の変動を好適に抑制又は回避することができる。 The potential of the ground line can actually vary depending on the current flow mode. For this reason, the potential at the connection point of the pair of capacitors also varies depending on the current flow state of the ground line. For this reason, when either one of the windings is directly connected to the connection point of the pair of capacitors, the potential of any one of the windings may also vary depending on the current flow state of the ground line. There is. On the other hand, in the above invention, any one of the windings is connected to a connection point of the pair of capacitors via a capacitor, thereby suitably suppressing or avoiding a change in potential of the one of the windings. can do.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記トランスは、前記スイッチング素子を駆動するパルストランスであって且つ、前記いずれか一方の巻き線は、1次側巻き線であることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of
上記発明の場合、パルストランスの2次側巻き線が一対の配線側に接続されることでグランドラインに対して絶縁されて且つ、1次側巻き線側はグランドラインに対して絶縁されない構成となる。ただし、パルストランスの1次側巻き線及び2次側巻き線間の寄生容量を介して、2次側から1次側に流動する高周波電流がグランドラインへと流動するおそれがある。この点、上記発明では、一対のコンデンサのいずれか一方及びパルストランスを備えるループ回路に高周波電流を流すことで、高周波電流の流動経路をショートループ化し、ひいては高周波電流がグランドラインへと流出することを回避することができる。 In the case of the above invention, the secondary winding of the pulse transformer is connected to the pair of wiring sides so that it is insulated from the ground line, and the primary winding side is not insulated from the ground line. Become. However, a high-frequency current flowing from the secondary side to the primary side may flow to the ground line via the parasitic capacitance between the primary winding and the secondary winding of the pulse transformer. In this regard, in the above-described invention, a high-frequency current flows through a loop circuit including one of a pair of capacitors and a pulse transformer, thereby making a flow path of the high-frequency current into a short loop, and thus the high-frequency current flows out to the ground line. Can be avoided.
なお、請求項4記載の発明が上記請求項2の発明特定事項を有する場合、前記一対のコンデンサ及び前記中点タップの接続点に対して、前記一対のコンデンサのいずれか一方と前記一対のスイッチング素子のいずれか一方とを接続する電気経路と、前記一対のコンデンサのいずれか他方と前記一対のスイッチング素子のいずれか他方とを接続する電気経路とが対称性を有するようにして電気的に接続されてなることを特徴とすることが望ましい。
When the invention according to claim 4 has the invention specific matter of
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記電力変換回路は、前記一対のスイッチング素子の接続される側を1次側及び2次側のいずれか一方とするトランスを備えて構成され、前記1次側及び2次側のいずれか他方は、前記グランドラインに接続されてなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, the power conversion circuit according to the fourth aspect of the invention includes a transformer having a side to which the pair of switching elements are connected as one of a primary side and a secondary side. The other of the primary side and the secondary side is connected to the ground line.
上記電力変換回路の備えるトランスの1次側及び2次側間は、寄生容量によって電気的に結合される。このため、上記いずれか他方、グランドライン、パルストランスの1次側、パルストランスの2次側によって構成されるループ回路に高周波電流が流れるおそれがある。この点、上記発明では、このループ回路よりもショートループ化された回路を構成しておくことで、グランドラインを備えるループ回路を高周波電流が流れることを回避することができる。 The primary side and the secondary side of the transformer included in the power conversion circuit are electrically coupled by a parasitic capacitance. For this reason, a high-frequency current may flow through a loop circuit constituted by any one of the above, the ground line, the primary side of the pulse transformer, and the secondary side of the pulse transformer. In this regard, in the above-described invention, by configuring a circuit that is shorter than the loop circuit, it is possible to avoid a high-frequency current from flowing through the loop circuit including the ground line.
請求項6記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記トランスは、前記電力変換回路の備えるトランスであって且つ、前記いずれか一方の巻き線は、前記一対のスイッチング素子に接続される巻き線であり、いずれか他方の巻き線が、前記グランドラインに接続されてなることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the invention according to any one of
上記電力変換回路の備えるトランスの1次側及び2次側間は、寄生容量によって電気的に結合される。このため、上記いずれか他方、グランドライン、一対のコンデンサの接続点、及び一対のコンデンサのいずれか一方によって構成されるループ回路に高周波電流が流れるおそれがある。この点、上記発明では、このループ回路よりもショートループ化された回路を構成しておくことで、高周波電流が、上記グランドラインを備えるループ回路を流れることを回避することができる。 The primary side and the secondary side of the transformer included in the power conversion circuit are electrically coupled by a parasitic capacitance. For this reason, a high-frequency current may flow through a loop circuit constituted by any one of the other, the ground line, the connection point of the pair of capacitors, and the pair of capacitors. In this regard, in the above-described invention, by configuring a circuit that is shorter than the loop circuit, it is possible to avoid a high-frequency current from flowing through the loop circuit including the ground line.
なお、請求項6記載の発明が請求項2記載の発明特定事項を備える場合には、前記一対のコンデンサ及び前記中点タップの接続経路に対して、前記一対のコンデンサのいずれか一方及び前記中点タップ間の電気経路と前記一対のコンデンサのいずれか他方及び前記中点タップ間の電気経路とが対称性を有するようにして電気的に接続されてなることを特徴とすることが望ましい。
In the case where the invention according to claim 6 includes the invention specific matter according to
請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明において、前記一対の配線は、車載低圧システムから絶縁された車載高圧システムを構成することを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of
車載高圧システムは、車体と接続されるグランドラインに対して絶縁される。ただし、電力変換装置がトランスを備える場合には、トランスの1次側及び2次側間の寄生容量を介して高圧システム側から低圧システム側に高周波電流が流れるおそれがある。このため、請求項1〜6記載の発明の利用価値が特に高い。 The in-vehicle high voltage system is insulated from a ground line connected to the vehicle body. However, when the power conversion device includes a transformer, a high-frequency current may flow from the high-voltage system side to the low-voltage system side via a parasitic capacitance between the primary side and the secondary side of the transformer. For this reason, the utility value of invention of Claims 1-6 is especially high.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる電力変換装置をハイブリッド車に搭載される電力変換装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a power conversion device according to the present invention is applied to a power conversion device mounted on a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態にかかるシステムの全体構成を示す。 FIG. 1 shows an overall configuration of a system according to the present embodiment.
図示される高圧バッテリ10は、車載動力発生装置としての電動機(図示略)の動力源であり、所定の高電圧(数百ボルト)の電圧を出力する。DCDCコンバータCVは、高圧バッテリ10の電圧を降圧して出力するものである。詳しくは、DCDCコンバータCVはトランス20を備える絶縁型コンバータである。そして、トランス20の1次側コイル20aの一方の端子は、高電位側スイッチング素子Sw1及び高電位側配線Lpを介して高圧バッテリ10の正極側に電気接続可能とされ、また、低電位側スイッチング素子Sw2及び低電位側配線Lnを介して、高圧バッテリ10の負極側に電気接続可能とされている。また、トランス20の1次側コイル20aの他方の端子は、高電位側スイッチング素子Sw3及び高電位側配線Lpを介して高圧バッテリ10の正極側に電気接続可能とされ、また、低電位側スイッチング素子Sw4及び低電位側配線Lnを介して、高圧バッテリ10の負極側に電気接続可能とされている。ここで本実施形態では、上記スイッチング素子Sw1〜Sw4として、NチャネルMOSトランジスタを例示している。これらスイッチング素子Sw1〜Sw4は、同一仕様(同一特性、同一寸法、同一定格電流等)である。また、スイッチング素子Sw1〜Sw4の入出力端子間には、フリーホイールダイオードD1〜D4がそれぞれ接続されている。
The illustrated
こうした構成によれば、高電位側スイッチング素子Sw1及び低電位側スイッチング素子Sw4がオン状態とされる場合と、低電位側スイッチング素子Sw2及び高電位側スイッチング素子Sw3がオン状態とされる場合とで、1次側コイル20aの電圧極性が反転し、ひいては2次側コイル20bの電圧極性も反転する。2次側コイル20bの電圧極性の反転にかかわらず、一定の電圧を印加すべく、2次側コイル20bの一対の端子は、それぞれダイオードRD1、RD2のアノード側に接続されている。そして、これらダイオードRD1、RD2のカソード側は短絡され、平滑回路22に出力される。本実施形態では、この平滑回路22として、コイル22a及びコンデンサ22bからなるLCフィルタを例示している。
According to such a configuration, the high potential side switching element Sw1 and the low potential side switching element Sw4 are turned on, and the low potential side switching element Sw2 and the high potential side switching element Sw3 are turned on. The voltage polarity of the
上記高圧バッテリ10やDCDCコンバータCVの1次側は、車載高圧システムを構成し、グランドラインGLから絶縁されている。これに対し、DCDCコンバータCVの2次側は、車体に接続されたグランドラインGLを基準として動作する車載低圧システムを構成する。こうした設定とすべく、本実施形態では、トランス20の2次側コイル20bの中点タップmtがグランドラインGLに接続されている。これにより、ダイオードRD1,RD2は、高電位側スイッチング素子Sw1及び低電位側スイッチング素子Sw4がオン状態とされるか、低電位側スイッチング素子Sw2及び高電位側スイッチング素子Sw3がオン状態とされるかに応じて、2次側コイル20bの両端の電圧の「1/2」の電圧を交互に出力することとなる。なお、中点タップmtとは、トランスのコイルの中央(両端子から等距離にある点である中点)に接続された端子のことである。
The primary side of the
DCDCコンバータCVの出力電圧は、低圧バッテリ12に印加される。低圧バッテリ12は、車載低圧システム内の電気負荷の給電手段である。図1には、こうした電気負荷として、負荷24、補助電源26、及び制御装置30を例示している。ここで、負荷24としては、例えばエアコンディショナや、ヘッドライト等がある。また、補助電源26は、低圧バッテリ12の電圧(例えば「12V」)を降圧して所定の安定電圧を生成するものである。
The output voltage of the DCDC converter CV is applied to the low voltage battery 12. The low voltage battery 12 is a power supply means for an electric load in the in-vehicle low voltage system. FIG. 1 illustrates a
一方、制御装置30は、低圧バッテリ12を制御対象とし、補助電源26を直接の電源とする制御手段である。詳しくは、低圧バッテリ12の充電状態(SOC)を所望に制御すべく、DCDCコンバータCVの高電位側スイッチング素子Sw1、Sw3や低電位側スイッチング素子Sw2,Sw4を操作する。具体的には、ドライブ回路DCを介して高電位側スイッチング素子Sw1、Sw3や低電位側スイッチング素子Sw2,Sw4を操作する。
On the other hand, the
図1では、高電位側スイッチング素子Sw1及び低電位側スイッチング素子Sw2のドライブ回路DCについて、その内部回路を図示している。図示されるように、ドライブ回路DCは、パルストランスPTを備えて構成されている。パルストランスPTの2次側コイルは、高電位側スイッチング素子Sw1のドレイン及びゲート間に接続されるコイルと、低電位側スイッチング素子Sw2のドレイン及びゲート間に接続されるコイルとの一対のコイルにて構成されている。一方、パルストランスの1次側コイルの一対の端子には、互いに論理反転した電圧が印加される。これにより、高電位側スイッチング素子Sw1のドレイン及びゲートと、低電位側スイッチング素子Sw2のドレイン及びゲート間とには、互いに論理反転した電圧が印加される。なお、高電位側スイッチング素子Sw3及び低電位側スイッチング素子Sw4のドライブ回路DCについてもその構成は同一である。 FIG. 1 illustrates the internal circuit of the drive circuit DC of the high potential side switching element Sw1 and the low potential side switching element Sw2. As shown in the figure, the drive circuit DC includes a pulse transformer PT. The secondary coil of the pulse transformer PT is a pair of coils including a coil connected between the drain and gate of the high potential side switching element Sw1 and a coil connected between the drain and gate of the low potential side switching element Sw2. Configured. On the other hand, mutually inverted voltages are applied to the pair of terminals of the primary coil of the pulse transformer. Thus, voltages that are logically inverted from each other are applied between the drain and gate of the high potential side switching element Sw1 and between the drain and gate of the low potential side switching element Sw2. The configuration of the drive circuit DC of the high potential side switching element Sw3 and the low potential side switching element Sw4 is the same.
DCDCコンバータCVは、高電位側配線Lp及び低電位側配線Ln間に、入力電圧の変動を抑制するためのコンデンサ42を備えている。更に、DCDCコンバータCVは、高電位側配線Lp及び低電位側配線Lnへのコモンモード電流の重畳による対策として、次のものを備えている。まず、高電位側配線Lp及び低電位側配線Ln間に、YコンデンサCY1、CY2を備えている。これらYコンデンサCY1、CY2は、一対のコンデンサの直列接続体であって且つ、その接続点がグランドラインGLに接続されるものである。更に、高電位側のYコンデンサCY1(CY2)と低電位側のYコンデンサCY1(CY2)とは、同一仕様(同一容量、同一寸法等、特に同一インピーダンス)のものである。また、これらYコンデンサCY1,CY2間に、コモンモードチョークコイル40を備えている。
The DCDC converter CV includes a
こうした構成によれば、高電位側配線Lp及び低電位側配線Lnに重畳するコモンモード電流がグランドラインGLを介して制御装置30や、負荷24等に悪影響を与えることを回避することができる。
According to such a configuration, it is possible to avoid the common mode current superimposed on the high potential side wiring Lp and the low potential side wiring Ln from adversely affecting the
ところで、パルストランスPTの1次側コイル及び2次側コイル間には、通常、寄生キャパシタcp1、cp2が介在する。また、DCDCコンバータCVのトランス20の1次側コイル20a及び2次側コイル20b間にも、寄生キャパシタcp3が介在する。このため、これら寄生キャパシタcp1、cp3及びグランドラインGLを備える電気経路や、寄生キャパシタcp2、cp3及びグランドラインGLを備える電気経路にコモンモード電流が流れるおそれがある。そしてこの場合には、これらの間にあって且つグランドラインGLに接続される電気負荷に悪影響が及ぶおそれがある。
Incidentally, parasitic capacitors cp1 and cp2 are usually interposed between the primary side coil and the secondary side coil of the pulse transformer PT. A parasitic capacitor cp3 is also interposed between the
そこで本実施形態では、パルストランスPTの1次側トランスの中点タップmtと、YコンデンサCY2の接続点とを、コンデンサ50を介して接続する。これにより、例えばDCDCコンバータCVの1次側に生じた高周波ノイズが寄生キャパシタcp1を介して低圧システム側に重畳する場合、図2に点線にて示すように、そのノイズの流通経路を、中点タップmt、コンデンサ50、高電位側のYコンデンサCY2、高電位側配線Lp及び高電位側スイッチング素子Sw1のループ回路にショートループ化することができる。これに対し、パルストランスPTの1次側トランスの中点タップmtをYコンデンサCY2の接続点に接続しない場合には、図3に点線にて示されるように、寄生キャパシタcp1、制御装置30、グランドラインGL、寄生キャパシタcp3、及びパルストランスPTの2次側コイルを備えるループ回路にコモンモード電流が流れる。これにより、制御装置30に悪影響が及ぶおそれがある。なお、図では、負荷24が上記ループ回路内にない構成となっているが、実際の負荷24とグランドラインGLとの接続箇所は任意であるため、負荷24に悪影響が及ぶおそれもある。
Therefore, in the present embodiment, the midpoint tap mt of the primary transformer of the pulse transformer PT and the connection point of the Y capacitor CY2 are connected via the
上述したように、本実施形態では、YコンデンサCY2の接続点に、2次側コイルの中点タップmtを接続した。これは、中点タップmt、コンデンサ50、高電位側のYコンデンサCY2、高電位側配線Lp、及び高電位側スイッチング素子Sw1(Sw3)を備えるループ回路のインピーダンスと、中点タップmt、コンデンサ50、低電位側のYコンデンサCY2、低電位側配線Ln、及び低電位側スイッチング素子Sw2(Sw4)を備えるループ回路のインピーダンスとを等しくするための設定である。これは、高電位側のYコンデンサCY2、高電位側配線Lp、高電位側スイッチング素子Sw1(Sw3)、及びパルストランスPTの1次側コイルの電気経路と、低電位側のYコンデンサCY2、低電位側配線Ln、低電位側スイッチング素子Sw2(Sw4)、及びパルストランスPTの1次側コイルの電気経路とが、幾何学的な対称性を有することを前提としている。すなわち、この場合、上記一対の電気経路のインピーダンスが等しくなると考えられるため、YコンデンサCY2の接続点と中点タップmtとを接続することで、上記一対のループ回路のインピーダンスを等しくすることができる。このように、上記一対のループ回路のインピーダンスを等しくすることで、コモンモードノイズがノーマルモードノイズに変換されたり、ノーマルモードノイズがコモンモードノイズに変換されたりするモード変換を回避することができる。
As described above, in the present embodiment, the midpoint tap mt of the secondary coil is connected to the connection point of the Y capacitor CY2. This is because the impedance of the loop circuit including the midpoint tap mt, the
ちなみに、図3に示した電気経路に高周波電流が流れることを回避し、先の図2に示したループ回路に高周波電流が流れるのは、図3に示した電気経路と比較して図2に示したループ回路の方がインピーダンスが小さいためである。これは、ショートループ化されたために実現されるものである。すなわち、配線の電気抵抗は、配線長に比例するため、ショートループ化によって、グランドラインGLを通る経路よりもインピーダンスの低減を実現している。 Incidentally, the high-frequency current is prevented from flowing through the electrical path shown in FIG. 3, and the high-frequency current flows through the loop circuit shown in FIG. 2 in FIG. 2, compared to the electrical path shown in FIG. This is because the loop circuit shown has a smaller impedance. This is realized because of the short loop. That is, since the electrical resistance of the wiring is proportional to the wiring length, the impedance is reduced by a short loop compared to the path passing through the ground line GL.
なお、YコンデンサCY2の接続点と中点タップmtとを、コンデンサ50を介して接続するのは、パルストランスPTの1次側トランスの電位が、グランドラインGLの電位変動によって変動することを回避するためのものである。すなわち、グランドラインGLに電流が流れることで、グランドラインGLの電位は、場所によって変動するものとなる。そして、コンデンサ50を介すことなく、グランドラインGLと中点タップmtとを接続する場合には、グランドラインGLのうちのYコンデンサCY2との接続箇所の電位の変動の影響が中点タップmtに直接生じることとなる。これに対し、コンデンサ50を介して接続する場合には、グランドラインGLを流れる電流の変動のような低周波の変動の影響が中点タップmtに生じることを回避することができる。
Note that the connection point of the Y capacitor CY2 and the midpoint tap mt are connected via the
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1)パルストランスPTの1次側巻き線と、YコンデンサCY2の接続点とを接続した。これにより、パルストランスPTの寄生キャパシタcp1、cp2、及びYコンデンサCY2のいずれか一方を備えるループ回路上を高周波電流が流れるようにすることができ、ひいては、グランドラインGLに高周波電流が流れることを回避することができる。しかも、YコンデンサCY2は、高電位側配線Lp及び低電位側配線Lnを流れるコモンモード電流対策のために設けられるものであるため、パルストランスPTを介して流れる高周波電流の流動経路をショートループ化するために新たに加える電子部品数を極力抑制することもできる。 (1) The primary winding of the pulse transformer PT was connected to the connection point of the Y capacitor CY2. As a result, the high-frequency current can flow on the loop circuit including any one of the parasitic capacitors cp1 and cp2 and the Y capacitor CY2 of the pulse transformer PT. As a result, the high-frequency current flows to the ground line GL. It can be avoided. In addition, since the Y capacitor CY2 is provided as a countermeasure against the common mode current flowing through the high potential side wiring Lp and the low potential side wiring Ln, the flow path of the high frequency current flowing through the pulse transformer PT is made into a short loop. Therefore, it is possible to suppress the number of newly added electronic components as much as possible.
(2)中点タップmtとYコンデンサCY2の接続点とを接続した。これにより、モード変換を好適に回避することができる。 (2) The midpoint tap mt and the connection point of the Y capacitor CY2 are connected. Thereby, mode conversion can be avoided suitably.
(3)中点タップmtとYコンデンサCY2の接続点とを、コンデンサ50を介して接続した。これにより、中点タップmtの電位の変動を好適に抑制又は回避することができる。
(3) The midpoint tap mt and the connection point of the Y capacitor CY2 are connected via the
(4)DCDCコンバータCVを、トランス20を備えて構成した。この場合、トランス20の1次側コイル20a及び2次側コイル20bは、寄生キャパシタcp3によって電気的に結合される。このため、パルストランスPTの1次側コイル及び2次側コイル間を電気的に結合する寄生キャパシタcp1、cp2とともに、グランドラインGLを備えるループ回路が形成される。このため、パルストランスPTの1次側及び2次側間を介して流れる高周波電流の対策が特に望まれる構成となっている。
(4) The DCDC converter CV is configured to include the
(5)DCDCコンバータCVの1次側によって、車載低圧システムから絶縁された車載高圧システムを構成した。これにより、パルストランスの1次側及び2次側間の寄生キャパシタcp1、cp2や、トランス20の1次側及び2次側間の寄生キャパシタcp3を介して高圧システム側から低圧システム側に高周波電流が流れるおそれがある。このため、パルストランスPTの1次側及び2次側を介して流れる高周波電流の対策が特に望まれる構成となっている。
(5) The in-vehicle high voltage system insulated from the in-vehicle low voltage system is configured by the primary side of the DCDC converter CV. As a result, high-frequency current flows from the high-voltage system side to the low-voltage system side via the parasitic capacitors cp1 and cp2 between the primary side and the secondary side of the pulse transformer and the parasitic capacitor cp3 between the primary side and the secondary side of the
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図4に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図4において、先の図1に示した部材に対応する部材については便宜上同一の符号を付している。 FIG. 4 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 4, members corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals for the sake of convenience.
図示されるように、本実施形態では、トランス20の1次側コイル20aの中点タップmtを、コンデンサ60を介して、YコンデンサCY2の接続点に接続する。これにより、図5に点線にて示すように、トランス20の1次側コイル20a及び2次側コイル20b間の寄生キャパシタcp3を介してコモンモード電流が流れることを回避することができる。すなわち、グランドラインGLを備える電気経路の代わりに、1次側コイル20aの中点タップmt、コンデンサ60、高電位側のYコンデンサCY2、高電位側配線Lp及び高電位側スイッチング素子Sw3(Sw1)を備えるループ回路を高周波電流が流れるようになる。これは、1次側コイル20aの中点タップmt、コンデンサ60、高電位側のYコンデンサCY2、高電位側配線Lp及び高電位側スイッチング素子Sw3(Sw1)を備えるループ回路のインピーダンスの方が、先の図5に点線にて示した電気経路のインピーダンスよりも低いためである。こうした設定を実現すべく、本実施形態では、YコンデンサCY2の接続点及びグランドラインGL間の接続点と、2次側コイル20bの中点タップmt及びグランドラインGL間の接続点との距離を極力離間させるようにしている。
As illustrated, in this embodiment, the midpoint tap mt of the
また、本実施形態において、YコンデンサCY2の接続点と1次側コイル20aの中点タップmtとを接続する理由は、1次側コイル20aの中点タップmt、コンデンサ60、高電位側のYコンデンサCY2、高電位側配線Lp、及び高電位側スイッチング素子Sw1(Sw3)を備えるループ回路と、1次側コイル20aの中点タップmt、コンデンサ60、低電位側のYコンデンサCY2、低電位側配線Ln、及び低電位側スイッチング素子Sw2(Sw4)を備えるループ回路とのインピーダンスを等しくすることにある。これは、高電位側のYコンデンサCY2、高電位側配線Lp、及び高電位側スイッチング素子Sw1(Sw3)を備える電気経路と、低電位側のYコンデンサCY2、低電位側配線Ln、及び低電位側スイッチング素子Sw2(Sw4)を備える電気経路とが幾何学的な対称性を有するものであることを前提としている。
In this embodiment, the reason for connecting the connection point of the Y capacitor CY2 and the midpoint tap mt of the
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(2)〜(5)の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。 According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects according to the above-described effects (2) to (5) of the first embodiment.
(6)トランス20の1次側コイル20aの中点タップmtを、YコンデンサCY2の接続点に接続した。これにより、トランス20の1次側コイル20a及び2次側コイル20b間の寄生キャパシタcp3を介してグランドラインGLへとコモンモード電流が流れることを回避することができる。
(6) The midpoint tap mt of the
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記第1の実施形態に、第2の実施形態の特徴部分を更に加えてもよい。 -The characteristic part of 2nd Embodiment may be further added to the said 1st Embodiment.
・上記第1の実施形態においては、YコンデンサCY2側にパルストランスPTの1次側コイルの中点タップmtを接続したが、YコンデンサCY1側に接続してもよい。ただし、中点タップmt、YコンデンサCY1の接続点、配線Lp(又は配線Ln)、及び寄生キャパシタcp1(寄生キャパシタcp2)を備えるループ回路のインピーダンスの方が、寄生キャパシタcp1(寄生キャパシタcp2)及びグランドラインGLを備えるループ回路(図3)のインピーダンスよりも小さくなるようにする。 In the first embodiment, the midpoint tap mt of the primary coil of the pulse transformer PT is connected to the Y capacitor CY2 side, but may be connected to the Y capacitor CY1 side. However, the impedance of the loop circuit including the midpoint tap mt, the connection point of the Y capacitor CY1, the wiring Lp (or the wiring Ln), and the parasitic capacitor cp1 (parasitic capacitor cp2) is greater than the parasitic capacitor cp1 (parasitic capacitor cp2) and The impedance is made smaller than the impedance of the loop circuit (FIG. 3) including the ground line GL.
・上記第1の実施形態において、コンデンサ50に対して、高電位側のYコンデンサCY2及び高電位側スイッチング素子Sw1(高電位側スイッチング素子Sw3)を備えるループ回路と、低電位側のYコンデンサCY2及び低電位側スイッチング素子Sw2(低電位側スイッチング素子Sw4)を備えるループ回路とのインピーダンスを略等しくする構成としては、これらループ回路を幾何学的に略対称な構造とする構成に限らない。例えば、幾何学的に非対称な構成であっても、いずれか一方に調整用の抵抗体を接続することで、双方のループ回路のインピーダンスを略等しくすることができる。また、例えば、上記一対のループ回路のうちのパルストランスPT以外の部分のインピーダンスが互いに相違する場合、パルストランスPTの1次側コイルを、中点タップmtにてコンデンサ50に接続する代わりに、1次側コイルの中央からずらした位置(タップ)にてコンデンサ50に接続することで、上記一対のループ回路のインピーダンスのずれを補償するようにしてもよい。
In the first embodiment, with respect to the
・上記第1の実施形態において、電力変換回路としては、上記DCDCコンバータCVに限らない。例えば特開2005−51994号公報に見られるDCDCコンバータであってもよい。またDCDCコンバータとしては、降圧コンバータに限らず、昇圧コンバータであってもよい。更に、DCDCコンバータに限らず、3相電動機の各相を直流電源の正極及び負極のいずれかに選択的に電気接続する3相インバータであってもよい。こうした場合であっても、これらの備えるスイッチング素子を駆動するパルストランスを介した高周波電流対策として本発明の適用は有効である。 In the first embodiment, the power conversion circuit is not limited to the DCDC converter CV. For example, it may be a DCDC converter found in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-51994. Further, the DCDC converter is not limited to a step-down converter, and may be a step-up converter. Furthermore, not only a DCDC converter, but also a three-phase inverter that selectively electrically connects each phase of the three-phase motor to either the positive electrode or the negative electrode of the DC power supply. Even in such a case, the application of the present invention is effective as a countermeasure against high-frequency current through a pulse transformer that drives the switching elements provided therein.
・上記第2の実施形態においては、YコンデンサCY2側にトランス20の1次側コイル20aの中点タップmtを接続したが、YコンデンサCY1側に接続してもよい。ただし、トランス20の1次側コイル20aの中点タップ及びコンデンサ60、YコンデンサCY1、高電位側配線Lp(又は低電位側配線Ln)を備えるループ回路のインピーダンスの方が、グランドラインGL及びトランス20を備えるループ回路(図5)のインピーダンスよりも低くなるようにする。
In the second embodiment, the midpoint tap mt of the
・上記第2の実施形態において、コンデンサ60に対して、高電位側のYコンデンサCY2を備えるループ回路と、低電位側のYコンデンサCY2を備えるループ回路とのインピーダンスを略等しくする構成としては、これらループ回路を幾何学的に略対称な構造とする構成に限らない。例えば、幾何学的に非対称な構成であっても、いずれか一方に調整用の抵抗体を接続することで、双方のループ回路のインピーダンスを略等しくすることができる。また、例えば、上記一対のループ回路のうちのトランス20以外の部分のインピーダンスが互いに相違する場合、トランス20の1次側コイルを、中点タップmtにてコンデンサ60に接続する代わりに、1次側コイルの中央からずらした位置(タップ)にてコンデンサ60に接続することで、上記一対のループ回路のインピーダンスのずれを補償するようにしてもよい。
In the second embodiment, with respect to the
・トランス20の1次側コイル20aの中点タップ及びコンデンサ60、YコンデンサCY2、高電位側配線Lp(又は低電位側配線Ln)を備えるループ回路のインピーダンスの方が、グランドラインGL及びトランス20を備えるループ回路のインピーダンスよりも低くなるようにする手法としては、上記第2の実施形態にて例示したものに限らない。例えば、トランス20の1次側コイル20aの中点タップmt及びグランドラインGL間や、2次側コイル20bの中点タップmt及びグランドラインGL間に、抵抗体を接続することで、上記設定を実現してもよい。
The impedance of the loop circuit including the midpoint tap of the
・高電位側配線Lp及び低電位側配線Lnと、グランドラインGLとのそれぞれは、ハイブリッド車の高圧システムと低圧システムとのそれぞれを構成するものに限らない。例えば電気自動車の高圧システムと低圧システムとのそれぞれを構成するものであってもよい。 The high-potential side wiring Lp and the low-potential side wiring Ln and the ground line GL are not limited to those constituting the high-voltage system and the low-pressure system of the hybrid vehicle. For example, you may comprise each of the high voltage | pressure system and low voltage | pressure system of an electric vehicle.
10…高圧バッテリ、12…低圧バッテリ、20…トランス、24…負荷、30…制御装置、CV…DCDCコンバータ(電力変換回路の一実施形態)、CY1,CY2…Yコンデンサ、mt…中点タップ、Lp…高電位側配線、Ln…低電位側配線、GL…グランドライン。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記一対の配線に前記スイッチング素子を介して1次側巻き線又は2次側巻き線が接続されるトランスを備え、
該トランスの1次側巻き線及び2次側巻き線のいずれか一方と、前記一対のコンデンサの接続点とを接続したことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion circuit is provided in which a series connection body of a pair of switching elements and a series connection body of a pair of capacitors are connected in parallel between a pair of wires insulated from a ground line, and the connection of the pair of capacitors In a power conversion device in which a point is connected to the ground line,
A transformer in which a primary winding or a secondary winding is connected to the pair of wirings via the switching element;
One of the primary side winding and the secondary side winding of this transformer, and the connection point of said pair of capacitor | condenser were connected, The power converter device characterized by the above-mentioned.
前記中点タップと前記一対のコンデンサの接続点とが接続されてなることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 One of the windings of the transformer includes a midpoint tap,
The power converter according to claim 1, wherein the midpoint tap and a connection point of the pair of capacitors are connected.
前記1次側及び2次側のいずれか他方は、前記グランドラインに接続されてなることを特徴とする請求項4記載の電力変換装置。 The power conversion circuit includes a transformer having a side to which the pair of switching elements are connected as one of a primary side and a secondary side,
The power converter according to claim 4, wherein one of the primary side and the secondary side is connected to the ground line.
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