JP2016119754A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
トランスは、コアに直列あるいは並列に接続された複数の電力変換回路の一次巻線と、一次巻線それぞれに対応する二次巻線と、が設けられている。
出力部は、二次巻線の一方の端子にアノードが接続される第1の整流素子と、二次巻線の他方の端子にアノードが接続される第2の整流素子と、第1の整流素子のカソードと第2の整流素子のカソードに一方の端子が接続されるリアクトルと、を有する回路を、二次巻線ごとに備えられている。また、二次巻線それぞれの他方の端子がキャパシタの他方の端子に接続され、リアクトルそれぞれを第1の磁性部を用いて結合させたトランス部のリアクトルそれぞれの他方の端子が、第2の磁性部を用いたインダクタ部の一方の端子に接続され、インダクタ部の他方の端子がキャパシタの一方の端子に接続される。そして、二次巻線それぞれを介して得られるエネルギーを用いて、所定の電力を出力する。
図1は、電力変換装置の一実施例を示す図である。図1の電力変換装置1は、トランスT1(結合トランス)、スイッチ素子S1、S2、キャパシタC1、C2、出力部を有している。トランスT1は、一次巻線N11と、一次巻線N11に対応する二次巻線N12と、一次巻線N21と、一次巻線N21に対応する二次巻線N22と、がコア(磁性部)に巻かれている。一次巻線N11の一方の端子はキャパシタC1の一方の端子と接続され、一次巻線N11の他方の端子はスイッチ素子S1の一方の端子と接続されている。キャパシタC1の他方の端子は、キャパシタC2の一方の端子とスイッチ素子S1の他方の端子と一次巻線N21の一方の端子と接続されている。一次巻線N21の他方の端子はスイッチ素子S2の一方の端子と接続されている。また、スイッチ素子S1の他方の端子はスイッチ素子S2の他方の端子と接続されている。すなわち、一次巻線N11と一次巻線N21が直列に接続され、トランスT1に設けられている。
スイッチ素子S1、S2は、一次巻線N11、N21とそれぞれ直列に接続され、インターリーブ制御に用いられる。インターリーブ制御は、例えば、図1には示されていない制御部によりスイッチ素子S1、S2を交互にオン/オフ制御し、後述する出力部のキャパシタC3へ流れる電流リプルを高周波化することで、キャパシタC3を小型化するために有効な制御である。ここで、スイッチ素子S1、S2は、例えば、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)を用いることが考えられる。なお、制御部はオン/オフ制御をするためのオン/オフ制御信号を、スイッチ素子S1、S2に出力する。
二次巻線N12の一方の端子は整流素子D1(第1の整流素子)のアノードに接続されている。二次巻線N12の他方の端子は、整流素子D2(第2の整流素子)のアノードとキャパシタC3の他方の端子とに接続されている。整流素子D1のカソードは、整流素子D2のカソードとリアクトル結合回路2のトランス部のリアクトルNL1の一方の端子とに接続されている。リアクトルNL1の他方の端子はインダクタ部L(リアクトル結合回路2のインダクタ)の一方の端子に接続されている。インダクタ部Lの他方の端子はキャパシタC3の一方の端子に接続されている。
図1に示す電力変換装置1の場合、リアクトルNL1、NL2を第1の磁性部に巻いたトランス部(二相結合方式リアクトルの相互作用の部分)と、第2の磁性部に巻いたインダクタ部L(インダクタとして作用する部分)と、を切り離して使用する。例えば、第1の磁性部をフェライト材を用いたフェライトコアにし、第2の磁性部をダスト材を用いたダストコアにすることで、リアクトル結合回路2のトランス部とインダクタ部Lを一つのトランスにし、そのトランスのコアをフェライト材ですべて作製した場合より、リアクトル結合回路2を小型化できる。なお、トランス部は相互作用をすることで高周波駆動を可能としている。また、インダクタ部Lはインダクタとして機能させる。このように、平滑用のリアクトルを結合させたトランス部とインダクタ部Lとに分け、それぞれに適切な素材のコアを使用することで、電力変換装置の小型化を図ることができる。
図2に示すトランスT1の構造と、図3、図4に示す等価回路と、を用いて、スイッチ素子S1をオンした場合におけるトランスT1各部の磁束とインダクタンスの関係について説明をする。図2は、トランスのコア形状の一実施例を示す正面図である。図3、図4は、トランスの等価回路を示す図である。
φL :N11i1(Rmo+Rmc)/(Rmo2+2RmcRmo)
φm11:N11i1(Rmo/(Rmo2+2RmcRmo))
φm12:N11i1(Rmc/(Rmo2+2RmcRmo))
N11:一次巻線N11の巻数(ターン数)
i1 :一次巻線N11の巻線電流(インダクタ電流)
Rmo:外側脚部の磁気抵抗
Rmc:中央脚部の磁気抵抗
なお、図3からも明らかなように、磁束φm11は一次巻線N11から発生して一次巻線N21に影響を与えない磁束で、磁束φm12は一次巻線N11から発生して一次巻線N21に影響を与える磁束である。
L1=Lm11+Lm12 式2
Lm11:N11 2(Rmo/(Rmo2+2RmcRmo))
Lm12:N11 2(Rmc/(Rmo2+2RmcRmo))
なお、励磁インダクタンスLm11は一次巻線N11にのみ関係し、励磁インダクタンスLm12は一次巻線N11から発生して一次巻線N21に関係する。
図4に示す等価回路において一次巻線N11に関係する回路は、一次巻線N11に自己インダクタンス(=励磁インダクタンスLm11+励磁インダクタンスLm12)が並列に接続される。そして励磁インダクタンスLm12には、一次巻線N11の一次巻線N21に影響する一次巻線N11’が並列に接続される。
このような構成のトランスT1に従来と同じようにインターリーブ制御を適用すると、従来のように複数のトランスを用いた場合に比べて、コアの体積を小さくできる。例えば、スイッチ素子S1とスイッチ素子S2のオン/オフ制御信号のオン期間を180度シフトしてインターリーブ制御(デューティ50%)をすると、中央脚部204は外側脚部202、203よりも高い周波数で動作するため、外側脚部202、203それぞれの断面積よりも中央脚部204の断面積を小さくすることができる。また、デューティが50%でない場合にも中央脚部204の断面積を小さくすることができる。
実施の態様によれば、トランスT1を用いてコアを小型化することにより、電力変換装置1を小型化することができる。
トランスT1の複数の一次巻線を並列に接続してもよい。図5は、電力変換装置の一実施例を示す図である。図5の電力変換装置501は、トランスT1(結合トランス)、スイッチ素子S1、S2、出力部を有している。トランスT1は、一次巻線N11と、一次巻線N11に対応する二次巻線N12と、一次巻線N21と、一次巻線N21に対応する二次巻線N22と、がコア(磁性部)に巻かれている。一次巻線N11の一方の端子と一次巻線N21の一方の端子とが接続され、一次巻線N11の他方の端子とスイッチ素子S1の一方の端子とが接続され、一次巻線N21の他方の端子とスイッチ素子S2の一方の端子とが接続されている。また、スイッチ素子S1の他方の端子とスイッチ素子S2の他方の端子とが接続されている。すなわち、一次巻線N11と一次巻線N21とが並列に接続され、トランスT1に設けられている。
式2に示した励磁インダクタンスLm11、Lm12の関係を用いて、図5のトランスT1(結合トランス)の結合を表すと図6の等価回路となる。
このような構成のトランスT1に従来と同じようにインターリーブ制御を適用すると、従来のように複数のトランスを用いた場合に比べて、コアの体積を小さくできる。例えば、スイッチ素子S1とスイッチ素子S2のオン/オフ制御信号のオン期間を180度シフトしてインターリーブ制御(デューティ50%)をすると、中央脚部204は外側脚部202、203よりも高い周波数で動作するため、外側脚部202、203それぞれの断面積よりも中央脚部204の断面積を小さくすることができる。また、デューティが50%でない場合にも中央脚部204の断面積を小さくすることができる。
変形例によれば、トランスT1を用いてコアを小型化することにより、電力変換装置501を小型化することができる。
2 リアクトル結合回路、
201 コア(磁性部)、
202、203 外側脚部、
204 中央脚部、
C1、C2、C3 キャパシタ、
D1、D2、D3、D4 整流素子、
NL1、NL2 リアクトル、
L インダクタ部、
Lm11、Lm12、Lm21 励磁インダクタンス、
N11、N21 一次巻線、
N12、N22 二次巻線、
NL1、NL2 リアクトル、
S1、S2 スイッチ素子、
T1 トランス、
Claims (3)
- 複数の電力変換回路の一次巻線と、前記一次巻線に対応する二次巻線と、を磁性部に設け、前記一次巻線それぞれが直列あるいは並列に接続されるトランスと、
前記一次巻線それぞれに直列接続され、インターリーブ制御に用いられるスイッチ素子と、
前記二次巻線の一方の端子にアノードが接続される第1の整流素子と、前記二次巻線の他方の端子にアノードが接続される第2の整流素子と、前記第1の整流素子のカソードと前記第2の整流素子のカソードに一方の端子が接続されるリアクトルと、を有する回路を、前記二次巻線ごとに備え、前記二次巻線それぞれの他方の端子が前記キャパシタの他方の端子に接続され、前記リアクトルそれぞれを第1の磁性部を用いて結合させたトランス部の前記リアクトルそれぞれの他方の端子が、第2の磁性部を用いたインダクタ部の一方の端子に接続され、前記インダクタ部の他方の端子が前記キャパシタの一方の端子に接続される、前記二次巻線それぞれを介して得られるエネルギーを用いて、所定の電力を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記第1の磁性部はフェライト材であるとともに、前記第2の磁性部はダスト材であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電力変換装置であって、
出力する電力が所定電力値以上の場合、単相駆動から複相駆動に切り替える、ことを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014257132A JP2016119754A (ja) | 2014-12-19 | 2014-12-19 | 電力変換装置 |
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ID=56244553
Family Applications (1)
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JP2014257132A Pending JP2016119754A (ja) | 2014-12-19 | 2014-12-19 | 電力変換装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2016119754A (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06335246A (ja) * | 1993-05-17 | 1994-12-02 | Masashi Mukogawa | 電圧変換装置 |
JP2001215573A (ja) * | 2000-01-28 | 2001-08-10 | Olympus Optical Co Ltd | ストロボ充電回路 |
JP2007043765A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-15 | Tdk Corp | スイッチング電源装置 |
WO2013077311A1 (ja) * | 2011-11-21 | 2013-05-30 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Dc-dcコンバータ |
-
2014
- 2014-12-19 JP JP2014257132A patent/JP2016119754A/ja active Pending
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