JP2017118047A - Magnetic element integrating transformer reactor and power conversion circuit system - Google Patents

Magnetic element integrating transformer reactor and power conversion circuit system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic element integrating a transformer reactor in which the substrate area and core volume are reduced while improving the conversion efficiency, and to provide a power conversion circuit system.SOLUTION: At the opposite ends of an E type core 10 having legs in the center and at the opposite ends, primary transformer coils 12a, 12b are placed, and secondary transformer coils 14a, 14b are placed. A reactor coil 16a is placed in the center of the core 10, and connected with the middle point of the primary transformer coils 12a, 12b. The reactor coil is reduced by supplying the in-phase current to the primary transformer coils 12a, 12b thereby operating the magnetic element as a reactor, and supplying the negative-phase current to the primary transformer coils 12a, 12b thereby operating the magnetic element as a transformer. The negative-phase current does not flow through the reactor coil 16a, and thereby there is no AC resistance loss.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明はトランスリアクトル一体型磁気素子及び電力変換回路システムに関し、特に複数の入出力ポートを備える電力変換回路システムに関する。   The present invention relates to a transformer-integrated magnetic element and a power conversion circuit system, and more particularly to a power conversion circuit system including a plurality of input / output ports.

ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車等、電気リッチな自動車の開発・普及に伴い、車載の電源回路も複雑化・大型化の傾向にある。例えば、ハイブリッド自動車では、走行用バッテリ、システム用バッテリ、プラグイン用の外部電源回路、走行用バッテリの直流電力を走行用モータに供給するためのDC/DCコンバータ、走行用バッテリの直流電力を交流電力に変換するためのDC/ACコンバータ、走行用バッテリの直流電力を電動パワーステアリング(EPS)に供給するためのDC/DCコンバータ、走行用バッテリの直流電力を補機に供給するためのDC/DCコンバータ等があり、構成が複雑化している。   With the development and popularization of electric-rich vehicles such as hybrid vehicles, electric vehicles, and fuel cell vehicles, on-board power supply circuits are becoming more complex and larger. For example, in a hybrid vehicle, a traveling battery, a system battery, an external power supply circuit for plug-in, a DC / DC converter for supplying direct current power of the traveling battery to the traveling motor, and direct current power of the traveling battery to alternating current DC / AC converter for converting to electric power, DC / DC converter for supplying DC power of the traveling battery to the electric power steering (EPS), DC / DC for supplying DC power of the traveling battery to the auxiliary machine There are DC converters, etc., and the configuration is complicated.

そこで、一つの回路で複数の入出力を備えるマルチポート電源の開発が進められている。マルチポート電源により、配線や半導体素子等の共有化により電源回路を小型化することが提案されている。この際、トランスコイルとリアクトルコイルを互いに干渉しないようにコアに巻回することが有効である。   Therefore, development of a multi-port power supply having a plurality of inputs / outputs in one circuit is underway. It has been proposed to reduce the size of a power supply circuit by sharing wirings, semiconductor elements, and the like with a multiport power supply. At this time, it is effective to wind the transformer coil and the reactor coil around the core so as not to interfere with each other.

特許文献1には、3つの脚部を有するコアに、トランスコイルとリアクトルコイルを互いに干渉しないような巻き方で配置する構成が記載されており、磁気素子間のデッドスペースや、ヒートシンクサイズを縮小できる。   Patent Document 1 describes a configuration in which a transformer coil and a reactor coil are wound around a core having three legs so as not to interfere with each other, and the dead space between magnetic elements and the heat sink size are reduced. it can.

図11は、この文献に記載された磁気素子の横断面図を示す。3つの脚部を有するコア10の両端の脚部にトランスコイル12a,12b、14a,14bが配置され、中央の脚部に2つのリアクトルコイル16a,16bが配置される。トランスコイル12a,12bは1次側(低圧側)のトランスコイルであり、トランスコイル14a,14bは2次側(高圧側)のトランスコイルである。   FIG. 11 shows a cross-sectional view of the magnetic element described in this document. Transformer coils 12a, 12b, 14a, 14b are arranged on both leg portions of the core 10 having three legs, and two reactor coils 16a, 16b are arranged on the center leg portion. The transformer coils 12a and 12b are primary (low voltage side) transformer coils, and the transformer coils 14a and 14b are secondary (high voltage side) transformer coils.

図12A及び図12Bは、図11の磁気素子をトランス動作させる場合の磁束変化と回路構成を示す。トランスコイル12a,12bが互いに逆相となるように電流を流すと、トランスコイル12a,12bによる磁束発生方向が両端で逆になるため中央の脚部の磁束変化は互いに打ち消される。従って、中央の脚部に配置されたリアクトルコイル16a,16bには磁束が通らず、起電力は生じない。   12A and 12B show a magnetic flux change and a circuit configuration when the magnetic element of FIG. 11 is operated as a transformer. When current is passed so that the transformer coils 12a and 12b are in opposite phases, the magnetic flux generation directions by the transformer coils 12a and 12b are reversed at both ends, so that the magnetic flux changes at the center leg are canceled out. Therefore, magnetic flux does not pass through the reactor coils 16a and 16b arranged at the center leg, and no electromotive force is generated.

他方、図13A及び図13Bは、図11の磁気素子をリアクトル動作させる場合の磁束変化と回路構成を示す。トランスコイル12a,12bが互いに同相となるように電流を流すと、中央の脚部に配置されたリアクトルコイル16a,16bから発生した磁束はトランスコイル12a,12bに鎖交するが、発生する起電力がセンタータップを介した上下のトランスコイル12a,12bで互いに逆となるためコイル全体としては起電力がゼロとなり、トランスとして動作しない。以上の原理により、トランスコイルとリアクトルコイルが互いに干渉せずに動作する。   On the other hand, FIG. 13A and FIG. 13B show magnetic flux changes and circuit configurations when the magnetic element of FIG. 11 is operated as a reactor. When current flows so that the transformer coils 12a and 12b are in phase with each other, the magnetic flux generated from the reactor coils 16a and 16b arranged at the center leg is linked to the transformer coils 12a and 12b. However, since the upper and lower transformer coils 12a and 12b through the center tap are opposite to each other, the electromotive force of the entire coil becomes zero and the transformer does not operate. Based on the above principle, the transformer coil and the reactor coil operate without interfering with each other.

特開2012−134266号公報JP 2012-134266 A

従来技術においては、トランスコイルとリアクトルコイルを3つの脚部を有するコアに配置することで磁気素子間のデッドスペースやヒートシンクサイズの縮小が可能であるが、部品点数の削減や巻線長の短縮に加えて、変換効率のさらなる増大も要求されている。   In the conventional technology, the dead space between the magnetic elements and the heat sink size can be reduced by arranging the transformer coil and the reactor coil in the core having three legs, but the number of components and the winding length are reduced. In addition, further increase in conversion efficiency is also required.

図14は、図11に示す磁気素子を上から見た場合のリアクトル動作時の同相電流の流れを示し、図15は、図11に示す磁気素子を上から見た場合のトランス動作時の逆相電流の流れを示す。   FIG. 14 shows the flow of the common-mode current during the reactor operation when the magnetic element shown in FIG. 11 is viewed from above, and FIG. 15 shows the reverse of the transformer operation when the magnetic element shown in FIG. 11 is viewed from above. The flow of phase current is shown.

リアクトル動作時では、図14に示すように、電流は、Mu端子から中央の脚部のリアクトルコイル16aを時計回りに流れ、次いで左側の脚部のトランスコイル12aを反時計方向に流れ、C端子に至る。他方、電流は、Mv端子から中央の脚部のリアクトルコイル16aを時計回りに流れ、次いで右側の脚部のトランスコイル12bを反時計方向に流れ、C端子に至る。中央の脚部に配置されたリアクトルコイル16aから発生した磁束はトランスコイル12a,12bに鎖交するが、発生する起電力がセンタータップを介した上下のトランスコイル12a,12bで互いに逆となるためコイル全体としては起電力がゼロとなり、トランスとして動作しない。   At the time of the reactor operation, as shown in FIG. 14, the current flows clockwise through the reactor coil 16a at the center leg from the Mu terminal, and then flows counterclockwise through the transformer coil 12a at the left leg. To. On the other hand, the current flows clockwise through the reactor coil 16a at the center leg from the Mv terminal, then flows counterclockwise through the transformer coil 12b at the right leg, and reaches the C terminal. Magnetic flux generated from the reactor coil 16a arranged at the center leg is linked to the transformer coils 12a and 12b, but the generated electromotive force is reversed between the upper and lower transformer coils 12a and 12b via the center tap. The electromotive force of the entire coil is zero, and it does not operate as a transformer.

他方、トランス動作時では、図15に示すように、電流は、Mu端子から中央の脚部のリアクトルコイル16aを時計回りに流れ、次いで左側の脚部のトランスコイル12aを反時計方向に流れ、次いで右側の脚部のトランスコイル12bを時計方向に流れ、さらに中央の脚部のリアクトルコイル16aを反時計方向に流れてMv端子に至る。トランスコイル12a,12bによる磁束発生方向が両端で逆になるため中央の脚部の磁束変化は互いに打ち消される。従って、中央の脚部に配置されたリアクトルコイル16aには磁束が通らず、起電力は生じないのでリアクトル動作に影響しない。   On the other hand, at the time of the transformer operation, as shown in FIG. 15, the current flows clockwise through the reactor coil 16a at the center leg from the Mu terminal, and then flows counterclockwise through the transformer coil 12a at the left leg. Next, the right leg transformer coil 12b flows clockwise, and the center leg reactor coil 16a flows counterclockwise to the Mv terminal. Since the direction of magnetic flux generation by the transformer coils 12a and 12b is reversed at both ends, the magnetic flux change at the center leg is canceled out. Therefore, no magnetic flux passes through the reactor coil 16a arranged at the center leg, and no electromotive force is generated, so the reactor operation is not affected.

しかしながら、同相電流がリアクトルコイル16aを流れるだけでなく、図15に示すように逆相電流もリアクトルコイル16aを流れることになるから、逆相電流によってリアクトルコイル16aで交流抵抗損失が生じ、変換効率が低下してしまう問題がある。   However, since the common-mode current flows not only through the reactor coil 16a but also the reverse-phase current flows through the reactor coil 16a as shown in FIG. 15, the reverse-phase current causes an AC resistance loss in the reactor coil 16a, resulting in conversion efficiency. There is a problem that decreases.

本発明の目的は、基板面積やコア体積を縮小し、さらに電力変換効率を向上させることが可能なトランスリアクトル一体型磁気素子及び電力変換回路システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a transformer-integrated magnetic element and a power conversion circuit system capable of reducing the substrate area and the core volume and further improving the power conversion efficiency.

本発明のトランスリアクトル一体型磁気素子は、中央の脚部、及び両端の脚部を備えるコアと、両端の脚部のいずれかに巻回される第1の1次側トランスコイル及び第1の2次側トランスコイルと、両端の脚部のいずれか他方に巻回される第2の1次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルとを備え、第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルは直列接続されるとともに差動方向に巻回され、第1の2次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルは直列接続されるとともに差動方向に巻回され、コアの中央の脚部にはリアクトルコイルが巻回されるとともに、その端部が、第1の1次側トランスコイルと第2の1次側トランスコイルの中点に接続され、第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルに同相電流が供給されることでリアクトル動作し、第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルに逆相電流が供給されることでトランス動作することを特徴とする。   The transformer-reactor-integrated magnetic element of the present invention includes a core having a central leg portion and leg portions at both ends, a first primary transformer coil wound around one of the leg portions at both ends, and a first A secondary transformer coil, and a second primary transformer coil and a second secondary transformer coil wound around either one of the leg portions at both ends, the first primary transformer coil, The second primary transformer coil is connected in series and wound in the differential direction, and the first secondary transformer coil and the second secondary transformer coil are connected in series and wound in the differential direction. A reactor coil is wound around the center leg of the core, and its end is connected to the midpoint of the first primary transformer coil and the second primary transformer coil, 1 primary transformer coil and second primary transformer And reactor operation by common mode current is supplied to the Nsukoiru, reverse phase current to the first primary transformer coil and the second primary transformer coil is characterized in that the transformer operates by being supplied.

また、本発明の電力変換回路システムは、1次側変換回路であって、1次側正極母線と1次側負極母線の間に左アームと右アームを備え、左アーム及び右アームはそれぞれ直列接続された2つのスイッチングトランジスタからなり、左アームの2つのスイッチングトランジスタの接続点と右アームの2つのスイッチングトランジスタの接続点の間に第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルが直列接続される1次側変換回路と、2次側変換回路であって、2次側正極母線と2次側負極母線の間に左アームと右アームを備え、左アーム及び右アームはそれぞれ直列接続された2つのスイッチングトランジスタからなり、左アームの2つのスイッチングトランジスタの接続点と右アームの2つのスイッチングトランジスタの接続点の間に第1の2次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルが直列接続される2次側変換回路と、1次側変換回路及び2次側変換回路のスイッチングトランジスタのスイッチングを制御する制御回路とを備え、第1の1次側トランスコイル及び第1の2次側トランスコイルは、中央の脚部、及び両端の脚部を備えるコアの両端の脚部のいずれかに巻回され、第1の2次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルは、コアの両端の脚部のいずれか他方に巻回され、第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルは差動方向に巻回され、第1の2次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルは差動方向に巻回され、コアの中央の脚部にはリアクトルコイルが巻回されるとともに、その端部が、第1の1次側トランスコイルと第2の1次側トランスコイルの中点に接続され、第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルに同相電流が供給されることでリアクトル動作し、第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルに逆相電流が供給されることでトランス動作することを特徴とする。   The power conversion circuit system of the present invention is a primary side conversion circuit, and includes a left arm and a right arm between a primary side positive bus and a primary side negative bus, and the left arm and the right arm are each in series. A first primary transformer coil and a second primary transformer between a connection point of the two switching transistors of the left arm and a connection point of the two switching transistors of the right arm. A primary side conversion circuit and a secondary side conversion circuit in which coils are connected in series, and a left arm and a right arm are provided between a secondary side positive bus and a secondary side negative bus, and the left arm and the right arm are Each consists of two switching transistors connected in series. The connection point between the two switching transistors on the left arm and the connection between the two switching transistors on the right arm. The secondary side conversion circuit in which the first secondary side transformer coil and the second secondary side transformer coil are connected in series between the points, and the switching transistors of the primary side conversion circuit and the secondary side conversion circuit are switched. The first primary transformer coil and the first secondary transformer coil are wound around either the central leg or the leg at both ends of the core including the leg at both ends. The first secondary transformer coil and the second secondary transformer coil are wound around either one of the leg portions at both ends of the core, and the first primary transformer coil and the second 1 The secondary transformer coil is wound in the differential direction, the first secondary transformer coil and the second secondary transformer coil are wound in the differential direction, and a reactor coil is provided at the center leg of the core. And the end of which is wound It is connected to the middle point of the secondary transformer coil and the second primary transformer coil, and a reactor operation is performed by supplying an in-phase current to the first primary transformer coil and the second primary transformer coil. A transformer operation is performed by supplying a reverse phase current to the first primary transformer coil and the second primary transformer coil.

本発明によれば、基板面積やコア体積を縮小し、さらに電力変換効率を向上させることができる。すなわち、同相電流の変化に対してはリアクトルとして動作させ、逆相電流の変化に対してはトランスとして動作させることで、一体磁気素子として機能させ、基板面積とコア体積を縮小できる。また、トランスとして動作させる際にも、中央の脚部のリアクトルコイルに電流が流れないので、交流抵抗損失をゼロとできる。さらに、逆相電流が流れない経路にリアクトルコイルを配置すると、リアクトルコイルに流れる同相電流の大きさが倍になるため、巻数を半分にしても従来と同様のインダクタンス値を実現でき、コイルへの磁界鎖交による渦電流損失を半減できる。   According to the present invention, the substrate area and the core volume can be reduced, and the power conversion efficiency can be further improved. That is, by operating as a reactor with respect to changes in the common-mode current and operating as a transformer with respect to changes in the reverse-phase current, it is possible to function as an integrated magnetic element and reduce the substrate area and core volume. Also, when operating as a transformer, no current flows through the reactor coil at the center leg, so the AC resistance loss can be made zero. Furthermore, if the reactor coil is placed in a path where no reverse-phase current flows, the magnitude of the common-mode current flowing through the reactor coil is doubled, so that the inductance value similar to the conventional one can be realized even if the number of turns is halved. Eddy current loss due to magnetic field linkage can be halved.

実施形態の回路構成図である。It is a circuit block diagram of an embodiment. 実施形態の磁気素子の横断面図である。It is a cross-sectional view of the magnetic element of the embodiment. 実施形態の磁気素子のリアクトル動作時の電流の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the electric current at the time of the reactor operation | movement of the magnetic element of embodiment. 実施形態の磁気素子のトランス動作時の電流の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the electric current at the time of the trans | transformer operation | movement of the magnetic element of embodiment. 実施形態の磁気素子のトランス動作時の磁束を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetic flux at the time of the trans | transformer operation | movement of the magnetic element of embodiment. 実施形態の磁気素子のトランス動作時の回路図である。It is a circuit diagram at the time of the transformer operation | movement of the magnetic element of embodiment. 実施形態の磁気素子のリアクトル動作時の磁束を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetic flux at the time of the reactor operation | movement of the magnetic element of embodiment. 実施形態の磁気素子のリアクトル動作時の回路図である。It is a circuit diagram at the time of the reactor operation | movement of the magnetic element of embodiment. 実施形態の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of an embodiment. 実施形態の磁気素子の構成図である。It is a block diagram of the magnetic element of embodiment. 実施形態の各部の電圧・電流波形図である。It is a voltage / current waveform diagram of each part of the embodiment. 実施形態の変換効率を示すシミュレーション結果のグラフ図である。It is a graph of the simulation result which shows the conversion efficiency of embodiment. 従来技術の磁気素子の横断面図である。It is a cross-sectional view of a conventional magnetic element. 従来技術の磁気素子のトランス動作時の磁束を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetic flux at the time of the trans | transformer operation | movement of the magnetic element of a prior art. 従来技術の磁気素子のトランス動作時の回路図である。It is a circuit diagram at the time of the transformer operation | movement of the magnetic element of a prior art. 従来技術の磁気素子のリアクトル動作時の磁束を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetic flux at the time of the reactor operation | movement of the magnetic element of a prior art. 従来技術の磁気素子のリアクトル動作時の回路図である。It is a circuit diagram at the time of the reactor operation | movement of the magnetic element of a prior art. 従来技術の磁気素子のリアクトル動作時の電流の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the electric current at the time of the reactor operation | movement of the magnetic element of a prior art. 従来技術の磁気素子のトランス動作時の電流の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the electric current at the time of the trans | transformer operation | movement of the magnetic element of a prior art.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態における電力変換回路システムの基本的な回路構成図である。電力変換回路システムは、制御回路100と電力変換回路120からなる。電力変換回路120は、磁気結合リアクトルを利用し、3つの直流電源間において双方向の電力伝送が可能な3ポートのマルチポート回路である。   FIG. 1 is a basic circuit configuration diagram of a power conversion circuit system in the present embodiment. The power conversion circuit system includes a control circuit 100 and a power conversion circuit 120. The power conversion circuit 120 is a three-port multiport circuit capable of bidirectional power transmission between three DC power supplies using a magnetically coupled reactor.

マルチポート回路は、1次側変換回路にポートA及びポートCを備え、2次側変換回路にポートB及びポートDを備える。   The multi-port circuit includes a port A and a port C in the primary side conversion circuit, and a port B and a port D in the secondary side conversion circuit.

1次側変換回路の正極母線と1次側変換回路の負極母線の間に、互いに直列に接続されるスイッチングトランジスタS1及びS2からなる左アームと、互いに直列に接続されるスイッチングトランジスタS3及びS4からなる右アームが設けられ、これら左アームと右アームは互いに並列に接続されフルブリッジ回路を構成する。ポートAは、1次側変換回路の正極母線と負極母線の間に配置される。ポートAの入出力電圧をVAとする。ポートCは、1次側変換回路の負極母線とトランスの間に配置される。ポートCの入出力電圧をVCとする。   Between the positive bus of the primary side conversion circuit and the negative bus of the primary conversion circuit, the left arm consisting of switching transistors S1 and S2 connected in series with each other, and the switching transistors S3 and S4 connected in series with each other The left arm and the right arm are connected in parallel to each other to form a full bridge circuit. Port A is disposed between the positive and negative buses of the primary conversion circuit. The input / output voltage of port A is VA. Port C is arranged between the negative electrode bus of the primary side conversion circuit and the transformer. The input / output voltage of port C is set to VC.

左側アームを構成するスイッチングトランジスタS1及びS2の接続点と、右側アームを構成するスイッチングトランジスタS3及びS4の接続点の間に、互いに直列に接続される磁気結合リアクトル(リアクトルコイル)が接続されるとともに、トランス(トランスコイル)の1次側巻線(トランスコイル)12a,12bが接続される。すなわち、磁気結合リアクトルと1次側トランスコイル12a,12bは、2つの双方向チョッパ回路の中間点に接続される。   A magnetically coupled reactor (reactor coil) connected in series is connected between a connection point of the switching transistors S1 and S2 constituting the left arm and a connection point of the switching transistors S3 and S4 constituting the right arm. The primary windings (transformer coils) 12a and 12b of the transformer (transformer coil) are connected. That is, the magnetically coupled reactor and the primary side transformer coils 12a and 12b are connected to the midpoint between the two bidirectional chopper circuits.

他方、2次側変換回路の正極母線と負極母線の間に、互いに直列に接続されるスイッチングトランジスタS5及びS6からなる左アームと、互いに直列に接続されるスイッチングトランジスタS7及びS8からなる右アームが設けられ、これら左アームと右アームは互いに並列に接続されフルブリッジ回路を構成する。ポートBは、2次側変換回路の正極母線と負極母線の間に配置される。ポートBの入出力電圧をVBとする。   On the other hand, between the positive electrode bus and the negative electrode bus of the secondary side conversion circuit, there is a left arm composed of switching transistors S5 and S6 connected in series with each other and a right arm composed of switching transistors S7 and S8 connected in series with each other. The left arm and the right arm are connected in parallel to each other to form a full bridge circuit. Port B is disposed between the positive and negative buses of the secondary conversion circuit. The input / output voltage of port B is VB.

トランスの2次側巻線(トランスコイル)14a,14bは、左アームを構成するスイッチングトランジスタS5及びS6の接続点と、右アームを構成するスイッチングトランジスタS7及びS8の接続点の間に接続される。   The secondary windings (transformer coils) 14a and 14b of the transformer are connected between the connection point of the switching transistors S5 and S6 constituting the left arm and the connection point of the switching transistors S7 and S8 constituting the right arm. .

制御回路100は、電力変換回路120を制御する各種パラメータを設定し、1次側変換回路と2次側変換回路のスイッチングトランジスタS1〜S8のスイッチング制御を行う。制御回路100は、外部からのモード信号に基づき1次側変換回路の2つのポート間で電力変換を行うモードと、1次側と2次側間での絶縁型電力伝送を行うモードを切り替える。ポートでいえば、ポートAとポートB間では双方向絶縁型コンバータとして回路を動作させ、ポートAとポートC間では双方向非絶縁型コンバータとして回路を動作させる。このとき、磁気結合リアクトルは、双方向絶縁型コンバータ動作では磁束を弱め合うため漏れインダクタンス成分を用い、双方向非絶縁型コンバータ動作では磁束を強め合うため励磁インダクタンス成分と漏れインダクタンス成分の和の成分を用いて電力伝送を行う。   The control circuit 100 sets various parameters for controlling the power conversion circuit 120 and performs switching control of the switching transistors S1 to S8 of the primary side conversion circuit and the secondary side conversion circuit. The control circuit 100 switches between a mode for performing power conversion between the two ports of the primary side conversion circuit and a mode for performing isolated power transmission between the primary side and the secondary side based on a mode signal from the outside. In terms of ports, the circuit is operated as a bidirectional isolated converter between port A and port B, and the circuit is operated as a bidirectional non-isolated converter between port A and port C. At this time, the magnetically coupled reactor uses a leakage inductance component to weaken the magnetic flux in the bidirectional insulated converter operation, and a sum component of the excitation inductance component and the leakage inductance component to strengthen the magnetic flux in the bidirectional non-insulated converter operation. Power transmission is performed using

1次側変換回路と2次側変換回路の間の絶縁型電力伝送は、1次側変換回路と2次側変換回路のスイッチングトランジスタS1〜S8のスイッチング周期の位相差φで制御する。   The insulated power transmission between the primary side conversion circuit and the secondary side conversion circuit is controlled by the phase difference φ of the switching cycle of the switching transistors S1 to S8 of the primary side conversion circuit and the secondary side conversion circuit.

1次側変換回路から2次側変換回路に電力を伝送する場合、1次側が2次側に対して進み位相となるように位相差φを決定する。また、2次側変換回路から1次側変換回路に電力を伝送する場合、これとは逆に1次側が2次側に対して遅れ位相となるように位相差φを決定する。例えば、2次側変換回路から1次側変換回路に電力を伝送する場合、1次側変換回路ではスイッチングトランジスタS1及びS4をオンし、S2及びS3をオフする。また、2次側変換回路ではスイッチングトランジスタS5及びS8をオンし、S6及びS7をオフする。2次側変換回路では、
S5→トランス2次側巻線→S8
と電流が流れる。1次側変換回路では、
S4→トランス1次側巻線→S1
と電流が流れる。
When power is transmitted from the primary side conversion circuit to the secondary side conversion circuit, the phase difference φ is determined so that the primary side is in advance with respect to the secondary side. In contrast, when power is transmitted from the secondary side conversion circuit to the primary side conversion circuit, the phase difference φ is determined so that the primary side is delayed from the secondary side. For example, when power is transmitted from the secondary side conversion circuit to the primary side conversion circuit, the switching transistors S1 and S4 are turned on and S2 and S3 are turned off in the primary side conversion circuit. In the secondary conversion circuit, the switching transistors S5 and S8 are turned on, and S6 and S7 are turned off. In the secondary side conversion circuit,
S5 → Transformer secondary winding → S8
And current flows. In the primary side conversion circuit,
S4 → transformer primary winding → S1
And current flows.

次の期間では、スイッチングトランジスタS1,S4,S8をオンし、それ以外はオフとする。前の期間と比べてスイッチングトランジスタS5がオンからオフに遷移するが、2次側変換回路のスイッチングトランジスタS5がオフすると、スイッチングトランジスタS6に並列に接続されたダイオードを介して電流が流れ続け、2次側の両端電圧はゼロに降下する。従って、2次側の両端電圧を決めるのは、スイッチングトランジスタS5のオンオフとなる。   In the next period, the switching transistors S1, S4, S8 are turned on, and the others are turned off. Compared to the previous period, the switching transistor S5 changes from on to off, but when the switching transistor S5 of the secondary conversion circuit is turned off, current continues to flow through the diode connected in parallel to the switching transistor S6. The voltage across the secondary side drops to zero. Therefore, it is the on / off state of the switching transistor S5 that determines the voltage across the secondary side.

さらに次の期間では、スイッチングトランジスタS1,S4,S6,S8をオンし、それ以外をオフとする。   In the next period, the switching transistors S1, S4, S6, and S8 are turned on, and the others are turned off.

さらに次の期間では、スイッチングトランジスタS4,S6,S8をオンし、それ以外をオフとする。1次側変換回路のスイッチングトランジスタS1がオンからオフに遷移すると、スイッチングトランジスタS1に並列に接続されたダイオードを介して電流が流れ続け、スイッチングトランジスタS2がオンしない限り1次側の両端電圧はゼロにならない。従って、1次側の両端電圧を決めるのは、スイッチングトランジスタS2のオンオフとなる。   In the next period, the switching transistors S4, S6, and S8 are turned on, and the others are turned off. When the switching transistor S1 of the primary side conversion circuit transitions from on to off, current continues to flow through a diode connected in parallel to the switching transistor S1, and the voltage across the primary side is zero unless the switching transistor S2 is turned on. do not become. Therefore, it is the on / off state of the switching transistor S2 that determines the voltage across the primary side.

上下のスイッチングトランジスタが短絡しないように、数百ナノ秒〜数マイクロ秒程度のデッドタイムを設けてもよい。すなわち、スイッチングトランジスタS1とS2、S3とS4、S5とS6、S7とS8がともにオフとなるような期間を設けてもよい。   A dead time of about several hundred nanoseconds to several microseconds may be provided so that the upper and lower switching transistors are not short-circuited. That is, a period in which both the switching transistors S1 and S2, S3 and S4, S5 and S6, and S7 and S8 are off may be provided.

図1のマルチポート回路を例えばハイブリッジ自動車等に搭載する場合、ポートAに48V補機を接続し、ポートCに14V補機を接続し、ポートBに主機バッテリ等を接続することができる。   When the multi-port circuit of FIG. 1 is mounted on, for example, a high-bridge automobile or the like, a 48V auxiliary machine can be connected to port A, a 14V auxiliary machine can be connected to port C, and a main battery can be connected to port B.

以上のようなマルチポート回路では、トランスコイルによるトランス動作とリアクトルコイルによるリアクトル動作が要求され、従来の磁気素子においては上述したように3つの脚部を備えるコアの両端の脚部にトランスコイルを配置し、中央の脚部にリアクトルコイルを配置し、中央の脚部のリアクトルコイルに同相電流を流すことでリアクトルとして動作させ、逆相電流を流すことでトランスとして動作させていた。   In the multi-port circuit as described above, a transformer operation by a transformer coil and a reactor operation by a reactor coil are required, and in a conventional magnetic element, as described above, a transformer coil is attached to the legs of both ends of a core having three legs. It arrange | positioned, arrange | positioned the reactor coil in the center leg part, it was made to operate | move as a reactor by sending an in-phase current to the reactor coil of a center leg part, and it was made to operate | move as a transformer by sending a reverse phase current.

ところが、既述したように、逆相電流もリアクトルコイルを流れることからリアクトルコイルで交流抵抗損失が生じ、変換効率(電力変換効率)が低下してしまう。   However, as described above, since the reverse-phase current also flows through the reactor coil, AC resistance loss occurs in the reactor coil, and conversion efficiency (power conversion efficiency) decreases.

そこで、本実施形態では、中央の脚部のリアクトルコイルを逆相電流が流れない経路に配置することで変換効率の低下を防止する。具体的には、3つの脚部を有するコアの両端の脚部にトランスコイルを差動方向に巻回するとともに、中央の脚部にリアクトルコイルを巻回し、リアクトルコイルの一端をトランスコイルの中点に接続する。言い換えれば、トランスコイルの中点からリアクトルコイルを出すようにして中央の脚部に巻回する。   Therefore, in the present embodiment, the conversion efficiency is prevented from being lowered by arranging the reactor coil at the center leg in a path through which no reverse-phase current flows. Specifically, the transformer coil is wound in the differential direction around the legs at both ends of the core having three legs, and the reactor coil is wound around the center leg, and one end of the reactor coil is placed inside the transformer coil. Connect to the point. In other words, the reactor coil is wound from the middle point of the transformer coil and wound around the center leg.

図2は、本実施形態の磁気素子の横断面図を示す。3つの脚部を有するコア10の両端の脚部にトランスコイル12a,12b、14a,14bが配置され、中央の脚部にリアクトルコイル16aが配置される。図では簡易化のため、1次側のリアクトルコイル16aのみを示すが、2次側のリアクトルコイル16bも同様に配置してもよい。トランスコイル12a,12bは互いに直列かつ差動方向に接続され、トランスコイル12a、12bの中点Muにリアクトルコイル16aが接続される。2次側についても同様である。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the magnetic element of this embodiment. Transformer coils 12a, 12b, 14a, 14b are arranged on both leg portions of the core 10 having three legs, and a reactor coil 16a is arranged on the center leg portion. In the figure, only the primary side reactor coil 16a is shown for simplification, but the secondary side reactor coil 16b may be similarly arranged. The transformer coils 12a and 12b are connected in series and in a differential direction, and the reactor coil 16a is connected to the midpoint Mu of the transformer coils 12a and 12b. The same applies to the secondary side.

図1に示す基本的な回路構成では、1次側のリアクトルコイルはスイッチングトランジスタS1,S2の中点Muとトランスコイル12aとの間、及びスイッチングトランジスタS3,S4の中点Mvとトランスコイル12bとの間に接続されているが、本実施形態では、1次側のリアクトルコイル16aは、トランスコイル12a,12bの中点とポートCとの間に接続される。2次側についても同様である。なお、本実施形態の等価回路構成についてはさらに後述する。   In the basic circuit configuration shown in FIG. 1, the reactor coil on the primary side is between the middle point Mu of the switching transistors S1 and S2 and the transformer coil 12a, and the middle point Mv of the switching transistors S3 and S4 and the transformer coil 12b. In this embodiment, the primary side reactor coil 16a is connected between the midpoint of the transformer coils 12a and 12b and the port C. The same applies to the secondary side. The equivalent circuit configuration of this embodiment will be further described later.

図3は、図2に示す磁気素子を上から見た場合の、リアクトル動作時の電流の流れを示す。トランスコイル12a,12bは、3つの脚部を有するコア10の両端の脚部にそれぞれ差動方向に配置されており、リアクトル動作では互いに同相となるように電流が流れる。すなわち、Muからの電流は左側の脚部のトランスコイル12aを反時計方向に流れ、次いで、中央の脚部のリアクトルコイル16aを時計方向に流れてポートCに至る。また、Mvからの電流は右側の脚部のトランスコイル12bを反時計方向に流れ、次いで、中央の脚部のリアクトルコイル16aを時計方向に流れてポートCに至る。左右の脚部のトランスコイル12a,12bで生じる磁束は紙面に垂直に奥から手前の向きであり、中央の脚部のリアクトルコイル16aで生じる磁束は紙面に垂直に手前から奥の向きである。   FIG. 3 shows the flow of current during the reactor operation when the magnetic element shown in FIG. 2 is viewed from above. Transformer coils 12a and 12b are respectively arranged in the differential direction on the legs at both ends of core 10 having three legs, and current flows so as to be in phase with each other in the reactor operation. That is, the current from Mu flows through the left leg transformer coil 12a counterclockwise, and then flows through the center leg reactor coil 16a clockwise to port C. The current from Mv flows through the right leg transformer coil 12b counterclockwise, and then flows through the center leg reactor coil 16a clockwise to the port C. The magnetic flux generated by the transformer coils 12a and 12b on the left and right legs is in the direction from the back perpendicular to the paper surface, and the magnetic flux generated in the reactor coil 16a in the center leg is the direction from the front to the back perpendicular to the paper surface.

他方、図4は、図2に示す磁気素子を上から見た場合の、トランス動作時の電流の流れを示す。トランスコイル12a,12bは、3つの脚部を有するコア10の両端の脚部にそれぞれ差動方向に配置されており、トランス動作では互いに逆相となるように電流が流れる。すなわち、Muからの電流は左側の脚部のトランスコイル12aを反時計方向に流れ、次いで、右側の脚部のトランスコイル12bを時計方向に流れる。トランスコイル12a,12bの中点とポートCとの間に接続されたリアクトルコイル16aには電流は流れない。   On the other hand, FIG. 4 shows a current flow during the operation of the transformer when the magnetic element shown in FIG. 2 is viewed from above. The transformer coils 12a and 12b are respectively arranged in the differential direction on the legs at both ends of the core 10 having three legs, and current flows so as to be in opposite phases to each other in the transformer operation. That is, the current from Mu flows through the left leg transformer coil 12a counterclockwise, and then flows through the right leg transformer coil 12b clockwise. No current flows through the reactor coil 16a connected between the midpoint of the transformer coils 12a and 12b and the port C.

図5A及び図5Bは、図4に対応するトランス動作における磁束及び回路図を示す。左右の脚部にそれぞれ配置されたトランスコイル12a,12bによる磁束の向きは互いに反対であるため中央の脚部では互いに打ち消し合い、リアクトルとして動作することはない。このため、図5Aでは、リアクトルコイル16aを省略している。つまり、中央の脚部がないO型コアのトランスと同じ磁束変化である。また、電流は、
Mu→トランスコイル12a→トランスコイル12b→Mv
と流れ、リアクトルコイル16aには流れないので交流抵抗損失がない。
5A and 5B show magnetic flux and circuit diagrams in the transformer operation corresponding to FIG. Since the directions of the magnetic fluxes by the transformer coils 12a and 12b respectively disposed on the left and right legs are opposite to each other, the center legs cancel each other and do not operate as a reactor. For this reason, the reactor coil 16a is omitted in FIG. 5A. That is, the magnetic flux change is the same as that of an O-type core transformer without a central leg. The current is
Mu → transformer coil 12a → transformer coil 12b → Mv
There is no AC resistance loss because it does not flow through the reactor coil 16a.

なお、図6A及び図6Bは、図3に対応するリアクトル動作における磁束及び回路図を示す。左右の脚部にそれぞれ配置されたトランスコイル12a,12bによる磁束の向きは同じであるため中央の脚部では磁束が打ち消し合うことはないが、発生する起電力はセンタータップを介したトランスコイル12a,12bで互いに逆となるためコイル全体としては起電力がゼロとなり、トランスとして動作しない。このため、図6Aでは、トランスコイル12a、12b(及びトランスコイル14a、14b)を省略している。また、リアクトルとしてはギャップを介した磁気抵抗の大きな経路で磁束変化が生じるので、飽和し難い特性を有する。電流は、
Mu→トランスコイル12a→リアクトルコイル16a→C
及び
Mv→トランスコイル12b→リアクトルコイル16a→C
と流れるため、リアクトルコイル16aにはMuからの電流とMvからの電流の合成電流が流れる。
6A and 6B show a magnetic flux and a circuit diagram in the reactor operation corresponding to FIG. Since the direction of the magnetic flux by the transformer coils 12a and 12b arranged on the left and right legs is the same, the magnetic flux does not cancel each other at the center leg, but the generated electromotive force is generated by the transformer coil 12a via the center tap. , 12b, the electromotive force of the entire coil becomes zero, and the coil does not operate as a transformer. For this reason, in FIG. 6A, the transformer coils 12a and 12b (and the transformer coils 14a and 14b) are omitted. In addition, the reactor has a characteristic that it is difficult to saturate because the magnetic flux changes in a path with a large magnetic resistance through the gap. The current is
Mu → transformer coil 12a → reactor coil 16a → C
And Mv → transformer coil 12b → reactor coil 16a → C
Therefore, a combined current of the current from Mu and the current from Mv flows through the reactor coil 16a.

図7は、本実施形態の等価回路図を示す。図1と異なり、1次側のリアクトルコイル16aは、トランスコイル12a,12bの中点とポートCとの間に接続される。すなわち、トランスコイル12aの一端はスイッチングトランジスタS1,S2の中点Muに接続され、他端はトランスコイル12bに接続される。トランスコイル12bの一端はトランスコイル12aに接続され、他端はスイッチングトランジスタS3,S4の中点Mvに接続される。リアクトルコイル(磁気結合リアクトルコイル)16aの一端はトランスコイル12a,12bの中点に接続され、他端はポートCに接続される。   FIG. 7 shows an equivalent circuit diagram of the present embodiment. Unlike FIG. 1, the primary side reactor coil 16 a is connected between the midpoint of the transformer coils 12 a and 12 b and the port C. That is, one end of the transformer coil 12a is connected to the midpoint Mu of the switching transistors S1 and S2, and the other end is connected to the transformer coil 12b. One end of the transformer coil 12b is connected to the transformer coil 12a, and the other end is connected to the midpoint Mv of the switching transistors S3 and S4. One end of the reactor coil (magnetic coupling reactor coil) 16a is connected to the midpoint of the transformer coils 12a and 12b, and the other end is connected to the port C.

図8は、本実施形態の磁気素子の配線図を示す。3つの脚部を有するコア10の両端の脚部の一方にトランスコイル12aが巻回され、他方の脚部にトランスコイル12bが巻回される。トランスコイル12aとトランスコイル12bは直列に接続され、かつ差動方向に接続される。また、中央の脚部にリアクトルコイル16aが巻回され、その端部はトランスコイル12a,12bの中点に接続される。   FIG. 8 shows a wiring diagram of the magnetic element of this embodiment. The transformer coil 12a is wound around one of the leg portions at both ends of the core 10 having three legs, and the transformer coil 12b is wound around the other leg portion. The transformer coil 12a and the transformer coil 12b are connected in series and are connected in the differential direction. Moreover, the reactor coil 16a is wound around the center leg, and its end is connected to the midpoint of the transformer coils 12a and 12b.

2次側についても同様であり、3つの脚部を有するコア10の両端の脚部の一方にトランスコイル14aが巻回され、他方の脚部にトランスコイル14bが巻回される。トランスコイル14aとトランスコイル14bは直列に接続され、かつ差動方向に接続される。また、図示していないが、必要に応じて中央の脚部にリアクトルコイル16bが巻回され、その端部はトランスコイル14a,14bの中点に接続される。   The same applies to the secondary side. The transformer coil 14a is wound around one of the leg portions at both ends of the core 10 having the three leg portions, and the transformer coil 14b is wound around the other leg portion. The transformer coil 14a and the transformer coil 14b are connected in series and are connected in the differential direction. Although not shown, reactor coil 16b is wound around the center leg portion as necessary, and its end portion is connected to the midpoint of transformer coils 14a and 14b.

このように、本実施形態では、3つの脚部を有するコア(あるいはE型コア)の両端の脚部にそれぞれトランスコイルを差動方向に巻回し、これらのトランスコイルの中点にリアクトルコイルを接続して中央の脚部に巻回し、同相電流の変化に対してはリアクトルとして動作させ、逆相電流の変化に対してはトランスとして動作させることで、一体磁気素子として機能させ、基板面積とコア体積を縮小できる。すなわち、トランスとリアクトルを一体化することで、磁気素子間を繋ぐ配線スペースがなくなるので、磁気素子の基板専有面積を減らすことができる。また、トランスとリアクトルを一体化することで、トランスコイルとリアクトルコイルの間に磁気結合が生じてインダクタンスが増大し、結果として別体として磁気素子を用いる場合に比べてコア体積が低減する。本願発明者等は、一体磁気素子を試作した結果、別体の場合と比べて基板面積が40%、コア体積が20%縮小し得ることを確認している。さらに、トランスとして動作させる際にも、中央の脚部のリアクトルコイルに電流が流れないので、交流抵抗損失をゼロとできる。また、逆相電流が流れない経路にリアクトルコイルを配置すると、リアクトルコイルに流れる同相電流の大きさが倍になるため、巻数を半分にしても従来と同様のインダクタンス値を実現でき、コイルへの磁界鎖交による渦電流損失を半減できる。このような交流抵抗損失の抑制と渦電流損失の抑制により、結果として変換効率を向上することができる。   As described above, in this embodiment, the transformer coils are wound in the differential direction on the legs at both ends of the core having three legs (or the E-type core), and the reactor coil is provided at the midpoint of these transformer coils. It is connected and wound around the center leg, and it operates as a reactor for changes in the common-mode current and operates as a transformer for changes in the reverse-phase current. The core volume can be reduced. That is, by integrating the transformer and the reactor, the wiring space for connecting the magnetic elements is eliminated, so that the area occupied by the substrate of the magnetic elements can be reduced. Further, by integrating the transformer and the reactor, magnetic coupling is generated between the transformer coil and the reactor coil, and the inductance is increased. As a result, the core volume is reduced as compared with the case of using a magnetic element as a separate body. As a result of trial manufacture of the integrated magnetic element, the inventors of the present application have confirmed that the substrate area can be reduced by 40% and the core volume can be reduced by 20% compared to a separate case. Further, when operating as a transformer, no current flows through the reactor coil at the center leg, so that the AC resistance loss can be made zero. Also, if the reactor coil is placed in a path where no reverse-phase current flows, the magnitude of the common-mode current flowing through the reactor coil is doubled, so that the inductance value similar to the conventional one can be realized even if the number of turns is halved. Eddy current loss due to magnetic field linkage can be halved. As a result, the conversion efficiency can be improved by suppressing the AC resistance loss and the eddy current loss.

図9は、ポートAの電圧を48V、ポートBの電圧を192V、ポートCの電圧を14Vに設定し、スイッチング周波数を125kHzに設定して、ポートBからポートAに250Wの電力を伝送したときの実測波形を示す。図9(a)は低圧側電圧波形V1、図9(b)は高圧側電圧波形V2、図9(c)はリアクトル電流波形iC、図9(d)はトランス電流波形iUである。   In FIG. 9, when the voltage of port A is set to 48 V, the voltage of port B is set to 192 V, the voltage of port C is set to 14 V, the switching frequency is set to 125 kHz, and 250 W of power is transmitted from port B to port A The measured waveform of is shown. 9A shows a low voltage side voltage waveform V1, FIG. 9B shows a high voltage side voltage waveform V2, FIG. 9C shows a reactor current waveform iC, and FIG. 9D shows a transformer current waveform iU.

高圧側電圧波形V2が低圧側電圧波形V1よりも位相が進んでおり、高圧側から低圧側へ電力が伝送されるときの波形となっている。このとき、リアクトル電流波形iCは昇圧電流波形と一致し、電流ひずみがないため正しく昇圧コンバータのリアクトルとして機能していることがわかる。また、トランス電流波形iUは絶縁コンバータ動作による交流電流波形に昇圧コンバータ動作によるリプル電流波形が重ね合った波形となっており、電流ひずみがないため、トランスとしても磁気飽和なく正しく動作していることがわかる。   The high-voltage side voltage waveform V2 is ahead of the phase of the low-voltage side voltage waveform V1, and is a waveform when electric power is transmitted from the high-voltage side to the low-voltage side. At this time, it can be seen that the reactor current waveform iC coincides with the boost current waveform and has no current distortion, so that it correctly functions as a reactor of the boost converter. In addition, the transformer current waveform iU is a waveform in which the alternating current waveform generated by the isolation converter operation is superimposed on the ripple current waveform generated by the boost converter operation, and since there is no current distortion, the transformer is operating correctly without magnetic saturation. I understand.

図10は、出力(W)毎の変換効率(%)のシミュレーションによる試算結果を示す。図において、実線で示すグラフ150は本実施形態の一体磁気素子の変換効率であり、破線で示すグラフ200は従来の一体磁気素子の変換効率である。本実施形態では、逆相電流による交流抵抗損失がゼロであるため、従来よりも変換効率が増大している。また、出力が増大する程、変換効率の向上効果が顕著となる。   FIG. 10 shows a trial calculation result by simulation of conversion efficiency (%) for each output (W). In the figure, a graph 150 indicated by a solid line is the conversion efficiency of the integrated magnetic element of the present embodiment, and a graph 200 indicated by a broken line is the conversion efficiency of the conventional integrated magnetic element. In this embodiment, since the AC resistance loss due to the reverse phase current is zero, the conversion efficiency is increased as compared with the conventional case. Further, the effect of improving the conversion efficiency becomes more remarkable as the output increases.

10 コア、12a、12b 1次側トランスコイル、14a、14b 2次側トランスコイル、16a、16b リアクトルコイル、100 制御回路、120 電力変換回路。
10 core, 12a, 12b primary transformer coil, 14a, 14b secondary transformer coil, 16a, 16b reactor coil, 100 control circuit, 120 power conversion circuit.

Claims (2)

中央の脚部、及び両端の脚部を備えるコアと、
両端の脚部のいずれかに巻回される第1の1次側トランスコイル及び第1の2次側トランスコイルと、
両端の脚部のいずれか他方に巻回される第2の1次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルと、
を備え、
第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルは直列接続されるとともに差動方向に巻回され、
第1の2次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルは直列接続されるとともに差動方向に巻回され、
コアの中央の脚部には1次側リアクトルコイルが巻回されるとともに、その端部が、第1の1次側トランスコイルと第2の1次側トランスコイルの中点に接続され、
第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルに同相電流が供給されることでリアクトル動作し、第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルに逆相電流が供給されることでトランス動作する
ことを特徴とするトランスリアクトル一体型磁気素子。
A core with a central leg and legs on both ends;
A first primary transformer coil and a first secondary transformer coil wound around either of the leg portions at both ends;
A second primary transformer coil and a second secondary transformer coil wound around one of the leg portions at both ends;
With
The first primary transformer coil and the second primary transformer coil are connected in series and wound in a differential direction,
The first secondary transformer coil and the second secondary transformer coil are connected in series and wound in a differential direction,
A primary reactor coil is wound around the center leg of the core, and its end is connected to the midpoint of the first primary transformer coil and the second primary transformer coil,
A reactor operation is performed by supplying an in-phase current to the first primary transformer coil and the second primary transformer coil, and the first primary transformer coil and the second primary transformer coil are in reverse phase. A transformer-integrated magnetic element characterized in that a transformer operates when supplied with current.
1次側変換回路であって、1次側正極母線と1次側負極母線の間に左アームと右アームを備え、左アーム及び右アームはそれぞれ直列接続された2つのスイッチングトランジスタからなり、左アームの2つのスイッチングトランジスタの接続点と右アームの2つのスイッチングトランジスタの接続点の間に第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルが直列接続される1次側変換回路と、
2次側変換回路であって、2次側正極母線と2次側負極母線の間に左アームと右アームを備え、左アーム及び右アームはそれぞれ直列接続された2つのスイッチングトランジスタからなり、左アームの2つのスイッチングトランジスタの接続点と右アームの2つのスイッチングトランジスタの接続点の間に第1の2次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルが直列接続される2次側変換回路と、
1次側変換回路及び2次側変換回路のスイッチングトランジスタのスイッチングを制御する制御回路と、
を備え、
第1の1次側トランスコイル及び第1の2次側トランスコイルは、中央の脚部、及び両端の脚部を備えるコアの両端の脚部のいずれかに巻回され、
第1の2次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルは、コアの両端の脚部のいずれか他方に巻回され、
第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルは差動方向に巻回され、
第1の2次側トランスコイル及び第2の2次側トランスコイルは差動方向に巻回され、
コアの中央の脚部には1次側リアクトルコイルが巻回されるとともに、その端部が、第1の1次側トランスコイルと第2の1次側トランスコイルの中点に接続され、
第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルに同相電流が供給されることでリアクトル動作し、第1の1次側トランスコイル及び第2の1次側トランスコイルに逆相電流が供給されることでトランス動作する
ことを特徴とする電力変換回路システム。
A primary side conversion circuit comprising a left arm and a right arm between a primary positive bus and a primary negative bus, each of the left and right arms comprising two switching transistors connected in series, A primary conversion circuit in which a first primary transformer coil and a second primary transformer coil are connected in series between a connection point of two switching transistors of an arm and a connection point of two switching transistors of a right arm. When,
A secondary side conversion circuit comprising a left arm and a right arm between a secondary positive bus and a secondary negative bus, the left arm and the right arm each comprising two switching transistors connected in series, A secondary conversion circuit in which a first secondary transformer coil and a second secondary transformer coil are connected in series between a connection point of two switching transistors of an arm and a connection point of two switching transistors of a right arm When,
A control circuit for controlling switching of the switching transistors of the primary side conversion circuit and the secondary side conversion circuit;
With
The first primary-side transformer coil and the first secondary-side transformer coil are wound around either the center leg part or the leg parts at both ends of the core including the leg parts at both ends,
The first secondary transformer coil and the second secondary transformer coil are wound around either one of the leg portions at both ends of the core,
The first primary transformer coil and the second primary transformer coil are wound in a differential direction,
The first secondary transformer coil and the second secondary transformer coil are wound in a differential direction,
A primary reactor coil is wound around the center leg of the core, and its end is connected to the midpoint of the first primary transformer coil and the second primary transformer coil,
A reactor operation is performed by supplying an in-phase current to the first primary transformer coil and the second primary transformer coil, and the first primary transformer coil and the second primary transformer coil are in reverse phase. A power conversion circuit system, which operates as a transformer when supplied with current.
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