JP2011024408A - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】整流平滑回路4では、整流ダイオード41が、2次側巻線321およびチョークコイルLch1の一端同士(接続点P41)と出力平滑コンデンサCoutの一端(接続点P44)との間に配置され、整流ダイオード42が、2次側巻線322およびチョークコイルLch2の一端同士(接続点P42)と出力平滑コンデンサCoutの一端(接続点P44)との間に配置されている。また、2次側巻線321,322の他端同士(センタタップCT)が互いにチョークコイルLch0の一端に接続され、3つのチョークコイルLch0〜Lch2の他端同士(接続点P43)が互いに出力平滑コンデンサCoutの他端(接続点P43))に接続されている。これにより、個々のチョークコイルで取り扱う電流量が小さくなる。
【選択図】図1
Description
(スイッチング電源装置の全体構成例)
図1は、本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の回路構成を表すものである。このスイッチング電源装置は、高圧バッテリ10から供給される高圧の直流入力電圧Vinをより低い直流出力電圧Voutに変換し、図示しない低圧バッテリに供給して負荷7
を駆動するDC−DCコンバータとして機能するものである。
このスイッチング電源装置では、インバータ回路2において、入力端子T1,T2から供給される直流入力電圧Vinがスイッチングされて交流電圧が生成され、この交流電圧がトランス3の1次側巻線31へ供給される。そしてトランス3では、この交流電圧が変圧され、2次側巻線321,322から変圧された交流電圧が出力される。
次に、図2〜図9を参照して、本実施の形態のスイッチング回路の詳細動作について説明する。
まず、図2〜図9を参照して、前半の半周期分の動作について説明する。
次に、図2で示したタイミングt0〜t6以降の半周期分(タイミングt0’(t6)〜t6’(t0))の動作について説明する。
次に、図1に加えて図10,図11を参照して、本実施の形態のスイッチング電源装置における作用と、従来のスイッチング電源装置(比較例1,2)における作用とについて、比較しつつ詳細に説明する。
図10,図11はそれぞれ、比較例1,2に係るスイッチング電源装置の回路構成を表すものである。具体的には、比較例1は、本実施の形態の整流平滑回路4の代わりに、センタタップ型の整流平滑回路104を設けたものに対応する。また、比較例2は、本実施の形態の整流平滑回路4の代わりに、カレントダブラ型の整流平滑回路204を設けたものに対応する。
これに対して本実施の形態では、図1に示したように、整流平滑回路4において、整流ダイオード41が、2次側巻線321およびチョークコイルLch1の一端同士(接続点P41)と出力平滑コンデンサCoutの一端(接続点P44)との間に配置されると共に、整流ダイオード42が、2次側巻線322およびチョークコイルLch2の一端同士(接続点P42)と出力平滑コンデンサCoutの一端(接続点P44)との間に配置されている。また、2次側巻線321,322の他端同士(センタタップCT)が互いにチョークコイルLch0の一端に接続されると共に、3つのチョークコイルLch0〜Lch2の他端同士(接続点P43)が互いに出力平滑コンデンサCoutの他端(接続点P43))に接続されている。これにより、図3〜図9に示したループ電流Ixa〜Ixcから分かるように、整流平滑回路4において、出力電流Iout(チョーク電流Ich=Ich0+Ich1+Ich2)が、常に3つのチョークコイルLch0〜Lch2に分流することになるため、個々のチョークコイルで取り扱う電流量が小さくなる。
(スイッチング電源装置の全体構成例)
図12は、本発明の変形例1に係るスイッチング電源装置の構成(等価回路構成)を表すものである。本変形例のスイッチング電源装置は、上記実施の形態のスイッチング電源装置において、トランス3の代わりに、以下説明するトランス3Aを設けるようにしたものである。
次に、図13および図14を参照して、本変形例のトランス3Aの詳細構成について説明する。図13は、トランス3Aにおける主要部の外観構成を分解斜視図で表したものであり、図14は、このトランス3Aにおいて形成される還流磁路の例を模式的に表したものである。
本変形例のトランス3Aでは、図13および図14に示したように、4つの脚部UC1〜UC4,DC1〜DC4内に形成される磁束の向きが、第1脚部UC1,DC1および第3脚部UC3,DC3からなる第1の脚部対内で互いに同一方向であると共に、第2脚部UC2,DC2および第4脚部UC4,DC4からなる第2の脚部対内で互いに同一方向となっている。また、これら第1の脚部対と第2の脚部対との間で、磁束の向きが互いに逆方向となっている。言い換えると、第1脚部UC1,DC1および第3脚部UC3,DC3の各内部に生ずる磁束がともに第1の方向を向くと共に、第2脚部UC2,DC2および第4脚部UC4,DC4の各内部に生ずる磁束がともに上記第1の方向とは逆の第2の方向を向いている。
図17は、本発明の変形例2に係るスイッチング電源装置の構成(等価回路構成)を表すものであり、図18は、この変形例2に係るトランス3Aの主要部の外観構成を分解斜視図で表すと共に、その周辺回路の回路図を併せて表したものである。本変形例のスイッチング電源装置は、上記変形例1のスイッチング電源装置において説明したトランス3Aを用いると共に、これまで説明した整流平滑回路4の代わりに、以下説明する整流平滑回路4Aを用いるようにしたものである。
上記の変形例2(図17,図18)では、トランスの2次側と出力端子との間に、互いに並列接続された2つの整流平滑回路(第1の整流平滑回路4A−1および第2の整流平滑回路4A−2)を設け、そのそれぞれを、1つの導電部材を利用して構成するようにしたが、例えば図20および図21に示したように、いずれか一方の整流平滑回路のみを設けると共に、この整流平滑回路を1つの導電部材を利用して構成するようにしてもよい。なお、この場合、回路構成上、図20の回路は図1に示した回路と等価である。
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
Claims (12)
- 入力端子対から入力される直流入力電圧に対して電圧変換を行うことにより直流出力電圧を生成し、出力端子対から出力するスイッチング電源装置であって、
前記入力端子対側に配置された1次側巻線と、前記出力端子対側において互いに直列接続されて配置された第1および第2の2次側巻線とを有するトランスと、
前記入力端子対と前記1次側巻線との間に配置されると共に、スイッチング素子を含んで構成されたインバータ回路と、
前記出力端子対と前記第1および第2の2次側巻線との間に配置されると共に、第1および第2の整流素子と、第1ないし第3のチョークコイルと、前記出力端子対間に配置された容量素子とを含んで構成された整流平滑回路と
を備え、
前記第1の整流素子は、前記第1の2次側巻線の一端と前記第2のチョークコイルの一端との接続点である第1の接続点と前記容量素子の一端との間に配置され、
前記第2の整流素子は、前記第2の2次側巻線の一端と前記第3のチョークコイルの一端との接続点である第2の接続点と前記容量素子の前記一端との間に配置され、
前記第1の2次側巻線の他端と前記第2の2次側巻線の他端との接続点である第3の接続点は、前記第1のチョークコイルの一端に接続され、
前記第1ないし第3のチョークコイルの他端同士の接続点である第4の接続点は、前記容量素子の他端に接続されている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記第1ないし第3のチョークコイルのインダクタンスをそれぞれ、L1,L2,L3としたとき、L1<L2=L3を満たす
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記第1の整流素子は、カソードが前記第1の接続点に接続されると共に、アノードが前記容量素子の前記一端に接続され、
前記第2の整流素子は、カソードが前記第2の接続点に接続されると共に、アノードが前記容量素子の前記一端に接続されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記第1の整流素子は、アノードが前記第1の接続点に接続されると共に、カソードが前記容量素子の前記一端に接続され、
前記第2の整流素子は、アノードが前記第2の接続点に接続されると共に、カソードが前記容量素子の前記一端に接続されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスイッチング電源装置。 - 前記インバータ回路が、4つのスイッチング素子を含んで構成されたフルブリッジ型のスイッチング回路である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、
互いに対向する2つの基体部と、前記2つの基体部の対向面に沿った面内で互いに交差する第1および第2の対角線上にそれぞれ配置された第1および第2の脚部対を含み前記2つの基体部同士を連結する4つの脚部と、を有する磁芯と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記1次側巻線としての第1の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第1および第2の2次側巻線としての第2の導電部材と
を有し、
前記1次側巻線を流れる電流によって、前記4つの脚部から前記2つの基体部にかけての磁芯内部に閉磁路が形成され、
前記第1の脚部対の内部に生ずる磁束がともに第1の方向を向くと共に、前記第2の脚部対の内部に生ずる磁束の向きがともに前記第1の方向とは逆の第2の方向を向くように、前記1次側巻線が巻回されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、
互いに対向する2つの基体部と、前記2つの基体部の対向面に沿った面内で互いに交差する第1および第2の対角線上にそれぞれ配置された第1および第2の脚部対を含み前記2つの基体部同士を連結する4つの脚部と、を有する磁芯と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記1次側巻線としての第1の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第1および第2の2次側巻線としての第2の導電部材と
を有し、
前記1次側巻線を流れる電流によって、前記4つの脚部から前記2つの基体部にかけての磁芯内部に、前記4つの脚部のうち互いに隣り合った2つの脚部と前記2つの基体部とを通って還流する閉磁路が4つ形成されるように、前記1次側巻線が巻回されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、
互いに対向する2つの基体部と、前記2つの基体部の対向面に沿った面内で互いに交差する第1および第2の対角線上にそれぞれ配置された第1および第2の脚部対を含み前記2つの基体部同士を連結する4つの脚部と、を有する磁芯と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記1次側巻線としての第1の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第1の2次側巻線としての第2の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第2の2次側巻線としての第3の導電部材と
を有し、
前記1次側巻線を流れる電流によって、前記4つの脚部から前記2つの基体部にかけての磁芯内部に閉磁路が形成され、
前記第1の脚部対の内部に生ずる磁束がともに第1の方向を向くと共に、前記第2の脚部対の内部に生ずる磁束の向きがともに前記第1の方向とは逆の第2の方向を向くように、前記1次側巻線が巻回されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、
互いに対向する2つの基体部と、前記2つの基体部の対向面に沿った面内で互いに交差する第1および第2の対角線上にそれぞれ配置された第1および第2の脚部対を含み前記2つの基体部同士を連結する4つの脚部と、を有する磁芯と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記1次側巻線としての第1の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第1の2次側巻線としての第2の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第2の2次側巻線としての第3の導電部材と
を有し、
前記1次側巻線を流れる電流によって、前記4つの脚部から前記2つの基体部にかけての磁芯内部に、前記4つの脚部のうち互いに隣り合った2つの脚部と前記2つの基体部とを通って還流する閉磁路が4つ形成されるように、前記1次側巻線が巻回されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のスイッチング電源装置。 - 入力端子対から入力される直流入力電圧に対して電圧変換を行うことにより直流出力電圧を生成し、出力端子対から出力するスイッチング電源装置であって、
前記入力端子対側に配置された1次側巻線と、前記出力端子対側において互いに直列接続されて配置された第1ないし第4の2次側巻線とを有するトランスと、
前記入力端子対と前記1次側巻線との間に配置されると共に、スイッチング素子を含んで構成されたインバータ回路と、
前記出力端子対と前記第1および第2の2次側巻線との間に配置されると共に、第1および第2の整流素子と、第1ないし第3のチョークコイルと、前記出力端子対間に配置された第1の容量素子とを含んで構成された第1の整流平滑回路と、
前記出力端子対と前記第3および第4の2次側巻線との間に前記第1の整流平滑回路と並列に配置されると共に、第3および第4の整流素子と、第4ないし第6のチョークコイルと、前記出力端子対間に配置された第2の容量素子とを含んで構成された第2の整流平滑回路と
を備え、
前記第1の整流素子は、前記第1の2次側巻線の一端と前記第2のチョークコイルの一端との接続点である第1の接続点と前記容量素子の一端との間に配置され、
前記第2の整流素子は、前記第2の2次側巻線の一端と前記第3のチョークコイルの一端との接続点である第2の接続点と前記容量素子の前記一端との間に配置され、
前記第1の2次側巻線の他端と前記第2の2次側巻線の他端との接続点である第3の接続点は、前記第1のチョークコイルの一端に接続され、
前記第1ないし第3のチョークコイルの他端同士の接続点である第4の接続点は、前記第1の容量素子の他端に接続され、かつ、
前記第3の整流素子は、前記第3の2次側巻線の一端と前記第5のチョークコイルの一端との接続点である第5の接続点と前記第2の容量素子の一端との間に配置され、
前記第4の整流素子は、前記第4の2次側巻線の一端と前記第6のチョークコイルの一端との接続点である第6の接続点と前記第2の容量素子の前記一端との間に配置され、
前記第3の2次側巻線の他端と前記第4の2次側巻線の他端との接続点である第7の接続点は、前記第4のチョークコイルの一端に接続され、
前記第4ないし第6のチョークコイルの他端同士の接続点である第8の接続点は、前記第1の容量素子の他端に接続されている
ことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、
互いに対向する2つの基体部と、前記2つの基体部の対向面に沿った面内で互いに交差する第1および第2の対角線上にそれぞれ配置された第1および第2の脚部対を含み前記2つの基体部同士を連結する4つの脚部と、を有する磁芯と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記1次側巻線としての第1の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第1および第2の2次側巻線としての第2の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第3および第4の2次側巻線としての第3の導電部材と
を有し、
前記1次側巻線を流れる電流によって、前記4つの脚部から前記2つの基体部にかけての磁芯内部に閉磁路が形成され、
前記第1の脚部対の内部に生ずる磁束がともに第1の方向を向くと共に、前記第2の脚部対の内部に生ずる磁束の向きがともに前記第1の方向とは逆の第2の方向を向くように、前記1次側巻線が巻回されている
ことを特徴とする請求項10に記載のスイッチング電源装置。 - 前記トランスは、
互いに対向する2つの基体部と、前記2つの基体部の対向面に沿った面内で互いに交差する第1および第2の対角線上にそれぞれ配置された第1および第2の脚部対を含み前記2つの基体部同士を連結する4つの脚部と、を有する磁芯と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記1次側巻線としての第1の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第1および第2の2次側巻線としての第2の導電部材と、
前記4つの脚部が個別に貫通する貫通孔を有すると共に前記4つの脚部を巻回する、前記第3および第4の2次側巻線としての第3の導電部材と
を有し、
前記1次側巻線を流れる電流によって、前記4つの脚部から前記2つの基体部にかけての磁芯内部に、前記4つの脚部のうち互いに隣り合った2つの脚部と前記2つの基体部とを通って還流する閉磁路が4つ形成されるように、前記1次側巻線が巻回されている
ことを特徴とする請求項10に記載のスイッチング電源装置。
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