JP2015056940A - 多相電力変換装置のフィルタ回路および多相電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型であって且つ放射ノイズを抑制する。
【解決手段】昇圧コンバータ14、15を並列に備え、制御回路17は逆相の駆動電圧Vg1、Vg2によりトランジスタQ1、Q2を駆動する。フィルタ回路16を構成するインダクタL1、L2の巻線は、同一のコアに巻回されて逆相に結合されている。インダクタL1、L2に流れる電流I1、I2のうち直流電流による磁束が相殺されるので、コアの磁束密度が大幅に低下する。飽和磁束密度が低く透磁率が高いフェライトなどの磁性材料を採用して、コアの体積を低減し或いは巻数を減らすことができる。閉磁構造のトロイダルコアを使用できるので、漏洩磁束が低減して放射ノイズを抑制できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、スイッチング素子を180°の位相差で駆動する多相電力変換装置のフィルタ回路および多相電力変換装置に関する。
マルチフェーズ方式のDC/DCコンバータは、複数のコンバータを並列に備え、各コンバータのスイッチング素子を互いにずれた位相(2相であれば180°の位相差)を持つ駆動信号で駆動する(特許文献1参照)。マルチフェーズDC/DCコンバータは、出力電圧のリプル分を低減させながら出力電力を増やすことができる。各コンバータの入力部には、入力直流電源側に漏洩するスイッチングノイズを低減するため、および入力直流電源からDC/DCコンバータ内に侵入するノイズを低減するため、インダクタとキャパシタとからなるLCフィルタが設けられている。
特開2008−141802号公報
フィルタには直流電流が流れるので、最大電流が流れるときでも磁気飽和が生じないようなインダクタを選定する必要がある。開磁構造のドラムコアは、磁気飽和が生じにくいが、漏洩磁束が大きいので放射ノイズが大きくなる問題がある。これに対し、閉磁構造のトロイダルコアを用いると漏洩磁束は小さくなる。しかし、磁気飽和が生じ易いフェライトなどの高透磁率材料は使用できず、低透磁率材料からなるダストコアなどを用いる必要がある。その結果、所望のローパス特性に必要なインダクタンスを確保するためには、コアサイズを大きくし、巻数を増やさなければならず、インダクタの実装面積が増大するという課題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型であって且つ放射ノイズを抑制可能な多相電力変換装置のフィルタ回路および多相電力変換装置を提供することにある。
請求項1に記載した手段は、多相電力変換装置のフィルタ回路である。多相電力変換装置は、共通の電源入力端子と共通の電源出力端子との間に、スイッチング素子のデューティ比に応じて入力ノードから出力ノードに伝送する直流電力を変化させる2つの電力変換回路を並列に備え、当該各電力変換回路のスイッチング素子に180°位相が異なる駆動信号を与える。これにより、出力電圧のリプル分を低減できる。
共通の電源入力端子と各電力変換回路の入力ノードとの間には、それぞれ、巻線が同一のコアに巻回され且つ逆相に結合された第1、第2インダクタが接続されている。第1、第2インダクタには、各電力変換回路の入力電流すなわち直流電流に交流電流が重畳した電流が流れる。交流電流は、主に逆相電流からなり、他に同相電流を含む場合もある。これら第1、第2インダクタは、例えばキャパシタとともにフィルタとして作用する。
各電力変換回路に入力される直流電流同士および交流同相電流同士は、それぞれコア内に互いに逆向きの磁束を発生させるので磁束の相殺が生じる。特に直流電流による磁束が相殺されることにより、コア内の磁束密度が低下し、磁気飽和が生じにくくなる。その結果、フェライトなどの高透磁率材料からなるコアを使用でき、巻数を減らしてインダクタを小型化することができる。また、閉磁構造のトロイダルコアを使用できるので、漏洩磁束が低減して放射ノイズを抑制することができる。
請求項2に記載した手段によれば、電源入力端子から第1、第2インダクタに至る共通の入力線に、巻線が第1、第2インダクタのコアに巻回された第3インダクタを備えている。第1、第2インダクタは逆相に結合されているので、第1、第2インダクタに交流同相電流が流れると磁束が相殺される。そのため、第1、第2インダクタは、交流同相電流に対してはインダクタとして作用しない。
これに対し、共通の入力線に設けられた第3インダクタは、交流同相電流に対してインダクタとして作用してフィルタ効果を奏する。しかも、第3インダクタの巻線は、第1、第2インダクタのコアに巻回されているので、第1から第3インダクタを1つの部品として構成でき、インダクタ全体としてのサイズを低減できる。
請求項3に記載した手段によれば、第3インダクタと第1インダクタとの結合係数および第3インダクタと第2インダクタとの結合係数は、それぞれ第1インダクタと第2インダクタとの結合係数よりも小さい。これにより、第3インダクタは、第1、第2インダクタから受ける磁束の影響が小さくなり、交流逆相電流および交流同相電流について良好なフィルタ作用を奏する。
請求項4に記載した手段によれば、第1、第2、第3インダクタを構成する共通のコアにおいて、第3インダクタを構成する磁気経路にギャップが形成されている。ギャップにより磁気抵抗が高くなるので、第3インダクタと第1インダクタとの結合係数および第3インダクタと第2インダクタとの結合係数を小さくできる。一方、磁気経路にギャップが存在しない第1インダクタと第2インダクタの結合係数は高く維持される。
請求項5に記載した手段によれば、各電力変換回路の入力ノードの間にキャパシタが接続されている。これにより、第1インダクタを含むフィルタと第2インダクタを含むフィルタとの間で電流の授受が行われるので、グランドに流れる高調波電流を減らすことができる。その結果、グランドの電位変動を低減でき、高周波ノイズがグランドを介して他の回路に侵入することを防止できる。
請求項6に記載した多相電力変換装置は、共通の電源入力端子と共通の電源出力端子との間に、スイッチング素子のデューティ比に応じて入力ノードから出力ノードに伝送する直流電力を変化させる2つの電力変換回路を並列に備え、各電力変換回路のスイッチング素子に180°位相が異なる駆動信号を与える。この多相電力変換装置は、上述した何れかのフィルタ回路と、各電力変換回路に入力される電流を検出する電流検出手段と、検出された各電力変換回路の入力電流の交流同相成分を低減するように各電力変換回路のスイッチング素子を制御する制御手段とを備えている。これにより、第1、第2インダクタがインダクタとしての作用を奏しない交流同相電流成分が低減するので、さらにフィルタ特性を高めることができる。
第1の実施形態を示すDC/DCコンバータの構成図 インダクタL1、L2の巻線構造を示す図 インダクタL1、L2の電流I1、I2と磁束の時間変化を示す図 磁束の形成に寄与する電流と磁束との関係を示す図 第2の実施形態を示すインダクタL1、L2、L3の巻線構造を示す図 第3の実施形態を示す図1相当図 第4の実施形態を示す図1相当図 第5の実施形態を示す図1相当図
各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
(第1の実施形態)
第1の実施形態について図1から図4を参照しながら説明する。図1に示すDC/DCコンバータ11は、図示しない入力直流電源に接続される共通の電源入力端子12と図示しない負荷に接続される共通の電源出力端子13との間に、2つの昇圧コンバータ14、15を並列に備えた多相電力変換装置である。
電源入力端子12と昇圧コンバータ14、15の入力ノードN1、N2との間には、インダクタL1〜L3とキャパシタC1〜C4とからなるフィルタ回路16が設けられている。フィルタ回路16は、昇圧コンバータ14、15から入力直流電源側に漏洩するスイッチングノイズを低減する作用、および入力直流電源側からDC/DCコンバータ11内に侵入するノイズを低減する作用を奏する。
昇圧コンバータ14、15は、同一仕様の部品を用いた同一構成を有する電力変換回路である。昇圧コンバータ14、15の出力ノードは、互いに接続されて共通の出力ノードN3とされている。昇圧コンバータ14は、入力ノードN1と出力ノードN3との間に直列に接続されたインダクタL4とダイオードD1、およびインダクタL4とダイオードD1の接続ノードとグランドとの間に接続されたNチャネル型のMOSトランジスタQ1から構成されている。
昇圧コンバータ15は、入力ノードN2と出力ノードN3との間に直列に接続されたインダクタL5とダイオードD2、およびインダクタL5とダイオードD2の接続ノードとグランドとの間に接続されたNチャネル型のMOSトランジスタQ2から構成されている。トランジスタQ1、Q2はスイッチング素子であり、並列に寄生ダイオードが形成されている。
ノードN3は電源出力端子13に接続されており、電源出力端子13とグランドとの間にはキャパシタC5と分圧抵抗R1(R1a、R1b)が並列に設けられている。制御回路17は、分圧抵抗R1から出力される検出電圧が指令電圧に一致するように、MOSトランジスタQ1、Q2のゲートに印加する駆動電圧Vg1、Vg2(駆動信号に相当)のデューティ比を制御する。駆動電圧Vg1とVg2は、逆相すなわち互いに180°の位相差を有している。駆動電圧Vg1、Vg2のデューティ比が大きくなるほど、昇圧コンバータ14、15が入力ノードN1、N2から出力ノードN3に伝送する直流電力が増える。
フィルタ回路16において、インダクタL3は、電源入力端子12とノードN4との間、すなわち電源入力端子12からインダクタL1、L2に至る共通の入力線18に設けられている。第1、第2インダクタL1、L2は、それぞれノードN4と昇圧コンバータ14、15の入力ノードN1、N2との間に設けられている。キャパシタC1、C2、C3、C4は、それぞれノードN1とグランドとの間、ノードN2とグランドとの間、電源入力端子12とグランドとの間、ノードN4とグランドとの間に設けられている。
図2に示すように、インダクタL1、L2の巻線W1、W2は、同一の(共通の)トロイダルコア19にバイファイラ巻きにより同じ巻数だけ巻回され、逆相に結合されている。バイファイラ巻きを採用することにより、巻装工程のコストを低減できる。後述するように、巻線W1、W2に流れる直流電流による磁束が相殺されるので、コア19の磁束密度が低下する。そのため、コア19は、フェライトなどの高透磁率材料により構成することができる。一方、インダクタL3は、インダクタL1、L2とは独立した部品として構成されている。インダクタL3には上述した磁束の相殺作用が生じない。そのため、磁気飽和を防止するため、ドラムコアまたは低透磁率材料からなるダストコアなどが用いられている。
次に、図3および図4を参照しながら本実施形態の作用を説明する。制御回路17が互いに逆相の駆動電圧Vg1、Vg2によりトランジスタQ1、Q2を駆動すると、インダクタL1、L2に流れる電流I1、I2は、図3に示すように直流電流に交流逆相電流が重畳した電流波形となる。ただし、トランジスタQ1、Q2の特性のばらつき、インダクタL4、L5のインダクタンス値のばらつきなどに起因して、交流同相電流成分が生じる場合もある。
一般に、電流I1の直流電流成分をIDC1、交流同相電流成分をIACcom1、交流逆相電流成分をIACneg1、電流I2の直流電流成分をIDC2、交流同相電流成分をIACcom2、交流逆相電流成分をIACneg2とすれば、電流I1、I2によりコア19に生じる磁束φ1、φ2は(1)式、(2)式で表せる。
φ1=φ(IDC1)+φ(IACcom1)+φ(IACneg1) …(1)
φ2=φ(IDC2)+φ(IACcom2)+φ(IACneg2) …(2)
φ1の磁束の向きを基準にすると、コア19の磁束φ(図3参照)は(3)式で表せる。
φ=φ1−φ2={φ(IDC1)−φ(IDC2)}+{φ(IACcom1)−φ(IACcom2)}+{φ(IACneg1)−φ(IACneg2)} …(3)
昇圧コンバータ14、15間のばらつきが十分に小さければ、IDC1=IDC2、IACcom1=IACcom2となり、φ(IDC1)=φ(IDC2)、φ(IACcom1)=φ(IACcom2)となる。その結果、コア19の磁束φは(4)式となる。
φ=φ(IACneg1)−φ(IACneg2) …(4)
φ(IACneg1)とφ(IACneg2)は、大きさが等しく逆極性である。そこで、これらの絶対値をφ(IACneg)とすれば、コア19の磁束φは(5)式で表すことができる。
φ=2・φ(IACneg) …(5)
このように、昇圧コンバータ14、15への入力電流I1、I2によりコア19に生じる磁束φ1、φ2のうち、直流電流により生じる磁束同士および交流同相電流により生じる磁束同士は、それぞれコア19内に互いに逆向きの磁束を発生させるので磁束の相殺が生じる。特に大きい直流電流による磁束が相殺されることにより、コア19内の磁束密度が大幅に低下し、磁気飽和が生じにくくなる。
図4(a)は、本実施形態において磁束の形成に寄与する電流と磁束との関係を示している。これに対し、図4(b)は、インダクタL1、L2の巻線W1、W2を別々のコアに巻回した場合の電流と磁束との関係を示している。本実施形態の場合には、DC/DCコンバータ11の負荷が増えて入力直流電流が増加しても、磁束が打ち消されてインダクタL1、L2に磁気飽和が生じにくいことが分かる。
制御回路17がトランジスタQ1、Q2を逆相で駆動するときに流れる入力交流電流の殆どは交流逆相電流である。この交流逆相電流による磁束は、(5)式に示すようにコア19内に残る。従って、インダクタL1、L2とキャパシタC1、C2からなる回路は、入力リプル電流に対して、従来通りLCフィルタの効果を奏する。なお、昇圧コンバータ14、15の出力側にそれぞれ流れる交流電流の位相も逆相になる。そのため、出力電圧Voutのリプル分を低減する効果も得られる。
以上説明した本実施形態によれば、インダクタL1、L2の巻線W1、W2を同一のコア19に巻回して逆相に結合したので、それぞれに流れる電流I1、I2のうち直流電流による磁束が打ち消し合い、コア19内に直流磁束が殆ど生じない。その結果、従来構成に比べて磁気飽和が生じにくくなるので、飽和磁束密度が低い材料を採用できる。例えば、飽和磁束密度が低く透磁率が高いフェライトなどの磁性材料からなるコア19を使用して、コア19の体積を低減し或いは巻数を減らすことにより、インダクタL1、L2を小型化することができる。また、閉磁構造のトロイダルコアを使用できるので、漏洩磁束が低減して放射ノイズを抑制することができる。
インダクタL1、L2は、交流同相電流による磁束も打ち消し合うので、交流同相電流成分に対してはフィルタ作用を持たない。そこで、フィルタ回路16は、共通の入力線18にインダクタL3を備えている。これにより、インダクタL3とキャパシタC3、C4からなる回路が、交流同相電流成分を持つリプル電流に対してフィルタ作用を奏する。なお、交流同相電流成分が十分に小さい等の理由により、インダクタL1、L2により十分なフィルタ作用が得られる場合には、インダクタL3は省略可能である。
(第2の実施形態)
第2の実施形態について図5を参照しながら説明する。第3インダクタL3の巻線W3は、第1、第2インダクタL1、L2の巻線W1、W2とともに、フェライトなどの高透磁率材料からなるコア20に巻回されている。コア20は、EI型等のコアから構成されている。3つの脚20a〜20cのうち外脚20a、20bにはそれぞれ巻線W1、W2が巻回されており、中脚20cには巻線W3が巻回されている。
中脚20cにはギャップ21が形成されている。中脚20cは、インダクタL3を構成する磁気経路M1、M2の一部である。そのため、インダクタL3のインダクタンスは、インダクタL1、L2のインダクタンスよりも小さくなり、直流電流による磁束の相殺作用がなくても磁気飽和が生じにくくなる。
インダクタL3とL1の結合係数およびインダクタL3とL2の結合係数は、それぞれインダクタL1とL2の結合係数よりも小さくなる。従って、インダクタL3は、インダクタL1、L2による磁束の影響を受けにくくなり、フィルタ作用の減殺を低減することができる。さらに、インダクタL1〜L3を1つの部品として構成できるので、より小型化することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態について図6を参照しながら説明する。DC/DCコンバータ22のフィルタ回路23は、昇圧コンバータ14、15の入力ノードN1、N2間にキャパシタC6を備えている。インダクタL1とキャパシタC1を含むフィルタ回路と、インダクタL2とキャパシタC2を含むフィルタ回路との間で電流のやり取りをすることで、グランドに流れる高調波電流が低減する。これにより、グランドの電位変動を低減でき、高周波ノイズがグランドを介して他の回路に侵入することを防止できる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態について図7を参照しながら説明する。DC/DCコンバータ24は、インダクタL1、L2を通して昇圧コンバータ14、15に入力される電流I1、I2を検出する電流センサ25、26(電流検出手段)を備えている。加算器27は、電流I1、I2を加算して制御回路17に出力する。
制御回路17は、昇圧コンバータ14、15を180°の位相差で駆動する。しかし、トランジスタQ1、Q2の特性のばらつき、インダクタL4、L5のインダクタンス値のばらつきなどに起因して、インダクタL1、L2に交流同相電流IACcom1、IACcom2が流れる。加算した電流I1+I2は、交流逆相電流IACneg1+IACneg2が打ち消されて(6)式のようになる。IDC1、IDC2は直流電流成分である。
I1+I2=(IDC1+IDC2)+(IACcom1+IACcom2) …(6)
インダクタL1、L2にフィルタ作用が生じない交流同相電流IACcom1、IACcom2を最小化するため、制御回路17は、その時々の負荷の下でI1+I2を低減するように制御する。制御回路17は、基本的に昇圧コンバータ14、15を同じデューティ比を持つ駆動電圧Vg1、Vg2で駆動するが、デューティ比に差を設けることで交流同相電流成分を低減する。また、制御回路17は、駆動電圧Vg1、Vg2の位相差を180°からずらすことで交流同相電流成分を低減する。
本実施形態によれば、インダクタL1、L2に流れる交流同相電流IACcom1、IACcom2が低減(より好ましくは最小化)されるので、交流電流成分に対するフィルタ作用をより高めることができる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態について図8を参照しながら説明する。DC/DCコンバータ28は、図1に示した2相の昇圧コンバータ14、15を2対備えた4相の電力変換装置である。区別するために、昇圧コンバータ14A、15Aおよび昇圧コンバータ14B、15Bと称す。これら昇圧コンバータ14A、15A、14B、15Bは、それぞれ駆動電圧Vg1、Vg2、Vg3、Vg4により駆動される。駆動電圧Vg1、Vg2、Vg3、Vg4は、0°、180°、90°、270°の位相を有している。
昇圧コンバータ14A、15Aに対するフィルタ回路16Aおよび昇圧コンバータ14B、15Bに対するフィルタ回路16Bも、図1に示したフィルタ回路16と同じ構成を備えている。インダクタL3とキャパシタC3、C4は、共通に設けられている。フィルタ回路16AのインダクタL1、L2の巻線は、同一のコアに巻回されて逆相に結合されている。フィルタ回路16BのインダクタL1、L2の巻線も、他の同一のコアに巻回されて逆相に結合されている。
本実施形態によれば、フィルタ回路16A、16Bそれぞれについて、第1の実施形態で説明したフィルタ回路16と同様の作用および効果が得られる。また、相数が増えたことにより、出力電圧Voutのリプル分を一層低減することができる。さらに、従来の4相DC/DCコンバータと比べ、フィルタ回路16A、16B全体について一層の小型化が図られる。
(その他の実施形態)
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
多相電力変換装置は、2つの電力変換回路を並列に備え、当該各電力変換回路のスイッチング素子に180°位相が異なる駆動信号が与えられるものであればよい。昇圧型DC/DCコンバータに限られず、例えば降圧型DC/DCコンバータ、昇降圧型DC/DCコンバータ、4相全波型などのインバータであってもよい。
第3から第5の実施形態においても、インダクタL1、L2により十分なフィルタ作用が得られる場合には、インダクタL3は省略可能である。
第2の実施形態において、インダクタL3がインダクタL1、L2による磁束の影響を受けにくい構造であれば、インダクタL3とL1の結合係数およびインダクタL3とL2の結合係数がそれぞれインダクタL1とL2の結合係数よりも小さくなるとの条件は不要である。ギャップも必要に応じて設ければよい。
第2、第4、第5の実施形態においても、入力ノードN1、N2間にキャパシタC6を備えてもよい。
第5の実施形態と同様にして、6相、8相、…など偶数相のDC/DCコンバータを構成することができる。
各実施形態において、電流I1とI2の直流電流成分IDC1、IDC2が等しいことが好ましいが、直流電流成分IDC1、IDC2が等しくなくても、何れか小さい方の直流電流分については磁束の相殺効果が得られる。
上述した各実施形態では入力側のフィルタ回路について述べたが、出力側のフィルタ回路についても適用が可能である。
図面中、11、22、24、28はDC/DCコンバータ(多相電力変換装置)、12は電源入力端子、13は電源出力端子、14、14A、14B、15、15A、15Bは昇圧コンバータ(電力変換回路)、16、16A、16B、23はフィルタ回路、17は制御回路(制御手段)、18は入力線、19、20はコア、21はギャップ、25、26は電流センサ(電流検出手段)、Q1、Q2はMOSトランジスタ(スイッチング素子)、L1、L2、L3は第1、第2、第3インダクタ、C6はキャパシタ、N1、N2は入力ノード、N3は出力ノード、M1、M2は磁気経路である。

Claims (6)

  1. 共通の電源入力端子(12)と共通の電源出力端子(13)との間に、スイッチング素子(Q1,Q2)のデューティ比に応じて入力ノード(N1,N2)から出力ノード(N3)に伝送する直流電力を変化させる2つの電力変換回路(14,15/14A,15A/14B,15B)を並列に備え、当該各電力変換回路のスイッチング素子に180°位相が異なる駆動信号が与えられる多相電力変換装置(11,22,24,28)のフィルタ回路(16,16A,16B,23)であって、
    前記電源入力端子と前記各電力変換回路の入力ノードとの間にそれぞれ接続され、各巻線が同一のコア(19,20)に巻回され且つ逆相に結合された第1、第2インダクタ(L1、L2)を備えて構成されていることを特徴とする多相電力変換装置のフィルタ回路。
  2. 前記電源入力端子から前記第1、第2インダクタに至る共通の入力線(18)に設けられ、巻線が前記第1、第2インダクタのコア(20)に巻回された第3インダクタ(L3)を備えていることを特徴とする請求項1記載の多相電力変換装置のフィルタ回路。
  3. 前記第3インダクタと前記第1インダクタとの結合係数および前記第3インダクタと前記第2インダクタとの結合係数は、それぞれ前記第1インダクタと前記第2インダクタとの結合係数よりも小さいことを特徴とする請求項2記載の多相電力変換装置のフィルタ回路。
  4. 前記第1、第2、第3インダクタを構成する共通のコア(20)において、前記第3インダクタを構成する磁気経路(M1,M2)にギャップ(21)が形成されていることを特徴とする請求項3記載の多相電力変換装置のフィルタ回路。
  5. 前記各電力変換回路の入力ノードの間に接続されたキャパシタ(C6)を備えていることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の多相電力変換装置のフィルタ回路。
  6. 共通の電源入力端子(12)と共通の電源出力端子(13)との間に、スイッチング素子(Q1,Q2)のデューティ比に応じて入力ノード(N1,N2)から出力ノード(N3)に伝送する直流電力を変化させる2つの電力変換回路(14,15/14A,15A/14B,15B)を並列に備え、当該各電力変換回路のスイッチング素子に180°位相が異なる駆動信号を与える多相電力変換装置(11,22,24,28)であって、
    請求項1から5の何れか一項に記載のフィルタ回路(16,16A,16B,23)と、
    前記各電力変換回路に入力される電流を検出する電流検出手段(25,26)と、
    前記検出された各電力変換回路の入力電流の交流同相成分を低減するように、前記各電力変換回路のスイッチング素子を制御する制御手段(17)とを備えていることを特徴とする多相電力変換装置。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016162964A1 (ja) * 2015-04-08 2016-10-13 日産自動車株式会社 地上側コイルユニット
JP2017147271A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 トヨタ自動車株式会社 コイルユニット
WO2017145305A1 (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 本田技研工業株式会社 電源装置、機器及び制御方法
JP2018074888A (ja) * 2016-11-04 2018-05-10 本田技研工業株式会社 電源システム
JP2020005498A (ja) * 2019-08-19 2020-01-09 株式会社村田製作所 コイル部品
JP2020014328A (ja) * 2018-07-19 2020-01-23 トヨタ自動車株式会社 電力変換器及びモータシステム
JP2020080620A (ja) * 2018-11-13 2020-05-28 トヨタ自動車株式会社 双方向電力変換器、電気自動車、及び、双方向電力変換器の制御方法
US10978238B2 (en) 2016-05-30 2021-04-13 Murata Manuufacturing Co., Ltd. Coil component and switching regulator
US11245333B2 (en) * 2016-03-04 2022-02-08 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10574143B2 (en) 2016-02-24 2020-02-25 Honda Motor Co., Ltd. Power supply device, machine, and control method for performing power conversion using a multiphase converter
JP6149977B1 (ja) * 2016-06-10 2017-06-21 住友電気工業株式会社 電圧変換装置及び漏れインダクタンス決定方法
CN109478457B (zh) 2016-07-14 2020-11-13 阿尔卑斯阿尔派株式会社 复合平滑电感器以及平滑化电路
EP3562017B1 (en) * 2016-12-22 2023-11-01 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
US10917013B2 (en) * 2018-12-21 2021-02-09 Cirrus Logic, Inc. Augmented multi-stage boost converter
US11476759B2 (en) 2018-12-21 2022-10-18 Cirrus Logic, Inc. Current control for a boost converter with dual anti-wound inductor
US11695337B2 (en) 2018-12-21 2023-07-04 Cirrus Logic, Inc. Current control for a boost converter with dual anti-wound inductor
JP7086016B2 (ja) * 2019-03-11 2022-06-17 三菱電機株式会社 電力変換装置、モータ駆動装置、冷凍サイクル装置、送風機、空調機器、冷凍機器
US20220407423A1 (en) * 2019-11-27 2022-12-22 Wayne State University Boost converter with automatic current balancing
WO2023182052A1 (ja) * 2022-03-24 2023-09-28 株式会社村田製作所 規模拡張型スケーラブル電源システム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6239584B1 (en) * 2000-06-20 2001-05-29 Delta Electronics, Inc. Two-inductor boost converter
JP2007068392A (ja) * 2005-07-26 2007-03-15 Internatl Rectifier Corp 複数の結合インダクタを有する多相バックコンバータ
JP2009273280A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Hitachi Ltd Dc−dcコンバータ
JP2012029549A (ja) * 2010-06-23 2012-02-09 Toyota Central R&D Labs Inc 多相コンバータおよび多相コンバータの設計方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6239584B1 (en) * 2000-06-20 2001-05-29 Delta Electronics, Inc. Two-inductor boost converter
JP2007068392A (ja) * 2005-07-26 2007-03-15 Internatl Rectifier Corp 複数の結合インダクタを有する多相バックコンバータ
JP2009273280A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Hitachi Ltd Dc−dcコンバータ
JP2012029549A (ja) * 2010-06-23 2012-02-09 Toyota Central R&D Labs Inc 多相コンバータおよび多相コンバータの設計方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016162964A1 (ja) * 2015-04-08 2016-10-13 日産自動車株式会社 地上側コイルユニット
US10199163B2 (en) 2015-04-08 2019-02-05 Nissan Motor Co., Ltd. Ground-side coil unit
CN107430933A (zh) * 2015-04-08 2017-12-01 日产自动车株式会社 地面侧线圈单元
JPWO2016162964A1 (ja) * 2015-04-08 2018-03-08 日産自動車株式会社 地上側コイルユニット
JP2017147271A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 トヨタ自動車株式会社 コイルユニット
JPWO2017145305A1 (ja) * 2016-02-24 2018-08-02 本田技研工業株式会社 電源装置、機器及び制御方法
WO2017145305A1 (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 本田技研工業株式会社 電源装置、機器及び制御方法
US10749442B2 (en) 2016-02-24 2020-08-18 Honda Motor Co., Ltd. Power supply device, apparatus, and control method for performing a change in a number of conversion units performing voltage conversion
US11245333B2 (en) * 2016-03-04 2022-02-08 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
US10978238B2 (en) 2016-05-30 2021-04-13 Murata Manuufacturing Co., Ltd. Coil component and switching regulator
JP2018074888A (ja) * 2016-11-04 2018-05-10 本田技研工業株式会社 電源システム
JP2020014328A (ja) * 2018-07-19 2020-01-23 トヨタ自動車株式会社 電力変換器及びモータシステム
JP2020080620A (ja) * 2018-11-13 2020-05-28 トヨタ自動車株式会社 双方向電力変換器、電気自動車、及び、双方向電力変換器の制御方法
JP2020005498A (ja) * 2019-08-19 2020-01-09 株式会社村田製作所 コイル部品

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