JP2020109843A - 磁気集積デバイス及びdc−dc変換回路 - Google Patents

磁気集積デバイス及びdc−dc変換回路 Download PDF

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Abstract

【課題】磁気集積デバイスとDC-DC変換回路を提供する。【解決手段】磁気集積デバイスは、磁気コア部材、一次巻線、及び二次巻線を含み、一次巻線及び二次巻線はそれぞれ磁気柱に巻かれて、閉磁路を形成し、一次巻線は、第1の磁気柱及び第2の磁気柱に巻かれた第1の一次巻線と、第3の磁気柱及び第4の磁気柱に巻かれた第2の一次巻線とを含み、且つ第1の一次巻線の巻き方向は第2の一次巻線の巻き方向と反対であり、一次巻線に電圧を印加する場合に、二次巻線の第1の磁気柱に巻かれた部分及び二次巻線の第2の磁気柱に巻かれた部分のうち一方は、誘導起電力により電流が流れ、二次巻線の第3の磁気柱に巻かれた部分及び二次巻線の第4の磁気柱に巻かれた部分のうち一方は誘導起電力により電流が流れる。本発明によって提供される解決策は、磁気集積デバイスのサイズをさらに小さく、磁束損失を減らし、精確な電圧変換を実現することができる。【選択図】図2

Description

本発明は、磁気集積技術分野に関し、具体的には、磁気集積デバイス及びDC-DC変換回路に関する。
電気自動車(Electric Vehicle、EVと略称される)及びハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle、HEVと略称される)市場について、高入力電圧(約200V〜420V)を低出力電圧(約10.8V〜14.2V)、高出力電流(約150A)に変換できるDC-DCコンバーター(Direct current-Direct current converter、DC-DC変換器とも呼ばれる)は非常に重要なデバイスである。
この段階で、降圧コンバーターが広く使用され、例えば、現在、一般的にLLCコンバーター、ハーフブリッジコンバーター又はフルブリッジコンバーターなどを使用して、降圧大容量コンバーターの效果を実現する。
高効率及び小型化の変換器(コンバーターとも呼ばれる)を得るために、従来技術では、変圧器と電流倍増整流器の出力インダクタを集積する集積磁気技術(integrated-magnetic-technology)の概念が提案されている。例えば、特許文献1には、出力インダクタが集積された変圧器の巻線をE字型の磁気コアに巻けて磁気集積を実現する構成が開示されている。
具体的に、図1を参照して、当該特許文献1は、磁気集積ハーフブリッジ倍電流整流回路システム100を開示した。当該システム100は、インバーターとしての位相シフトハーフブリッジ回路101(図ではハーフブリッジ変換器と呼ばれる)及び主電源電圧取得ユニット102を含む。その中、前記主電源電圧取得ユニット102は、3つの磁気柱を有するEE型の集積磁気部品103を含み、前記集積磁気部品103の一次巻線及び二次巻線は、前記集積磁気部品103の左右の外側脚に巻かれる。前記集積磁気部品103の中央脚(中央柱とも呼ばれる)は、反対方向の磁束を相殺するために使用され、それにより、磁束は、集積磁気部品103の左脚と右脚に閉磁路を形成することができる。
電力伝送に対する市場の要求が高まっていることにつれて、例えば、1500ワット(W)から1800Wまでの電力伝送を達成できることが望まれ、前述の電力要求を満たすために変換器のサイズは非常に大きくする必要がある。変換器のサイズが大きいほど、製造コストが高くなり、磁束損失による電力損失も考慮する必要がある要素である。
従って、従来技術は、小型化と高電力出力の両方を達成できる変換器を提供できない。
中国発明特許CN101860235A
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型でかつ磁束損失を低減する磁気集積デバイス及びDC-DC変換回路を提供することである。
上記の技術課題を解決するために、本発明の実施例は、磁気コア部材、一次巻線及び二次巻線を含む磁気集積デバイスを提供し、前記磁気コア部材は、底板、蓋板、及び前記底板と蓋板との間にある磁気柱を含み、前記一次巻線及び二次巻線はそれぞれ前記磁気柱に巻かれて閉磁路を形成し、前記磁気柱は第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱及び第4の磁気柱を含み、前記一次巻線は第1の一次巻線及び第2の一次巻線を含み、前記第1の一次巻線は前記第1の磁気柱及び第2の磁気柱に巻かれ、前記第2の一次巻線は前記第3の磁気柱及び第4の磁気柱に巻かれ、且つ、前記第1の一次巻線の巻き方向は前記第2の一次巻線の巻き方向と反対であり、前記第1の一次巻線は第2の一次巻線と直列又は並列に接続され、前記二次巻線は前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱及び第4の磁気柱に巻かれ、前記一次巻線に電圧を印加する場合に、前記二次巻線の前記第1の磁気柱に巻かれた部分と前記二次巻線の前記第2の磁気柱に巻かれた部分の一方は誘導起電力により電流が流れ、且つ、前記二次巻線の前記第3の磁気柱に巻かれた部分と前記二次巻線の前記第4の磁気柱に巻かれた部分の一方は誘導起電力により電流が流れ、前記誘導起電力は前記一次巻線に流れる電流によって生成され、前記一次巻線は一次巻線始端及び一次巻線終端を有し、前記一次巻線始端は前記磁気集積デバイスの一次側第1の端であり、前記一次巻線終端は前記磁気集積デバイスの一次側第2の端であり、前記二次巻線は二次巻線始端及び二次巻線終端を有し、前記二次巻線始端は前記磁気集積デバイスの二次側第1の端であり、前記二次巻線終端は前記磁気集積デバイスの二次側第2の端である。
本実施例の解決策により、磁気集積デバイスのサイズをさらに小さくし、磁束損失を減らし、精確的な電圧変換を実現することができる。具体的に、前記磁気コア部材は、4つの磁気柱を含み、これらの4つの磁気柱に巻線を巻くことによって、複数の一次巻線及び複数の二次巻線を得ることができ、等価的に2つの磁気集積デバイスが再集積される。さらに、集積によって得られた2つの変圧器が互いに相手の逆磁束を相殺できるように、前記磁気コア部材における一次巻線と二次巻線の巻き方法を設計することによって、既存の磁気コア構造の中央柱をキャンセルすることを可能にし、前記磁気集積デバイスの外形サイズが大幅に縮小される。さらに、中央柱のキャンセルによって、磁束損失を効果的に減らし、磁気集積デバイス全体の変換効率を向上させることができる。
上記の技術課題を解決するために、本発明の実施例は、磁気コア部材、一次巻線及び二次巻線を含む磁気集積デバイスをさらに提供し、前記磁気コア部材は、底板、蓋板、及び前記底板と蓋板との間にある磁気柱を含み、前記一次巻線及び二次巻線はそれぞれ前記磁気柱に巻かれて閉磁路を形成し、前記磁気柱は第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱を含み、前記一次巻線は、前記第1の磁気柱及び第2の磁気柱に巻かれ、前記第1の磁気柱及び第2の磁気柱における巻き方向は同じであり、前記二次巻線は前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱に巻かれ、前記一次巻線に電圧を印加する場合に、前記二次巻線の前記第1の磁気柱に巻かれた部分と前記二次巻線の前記第2の磁気柱に巻かれた部分の一方は誘導起電力により電流が流れ、且つ、前記二次巻線の前記第3の磁気柱に巻かれた部分と前記二次巻線の前記第4の磁気柱に巻かれた部分の一方は誘導起電力により電流が流れ、前記誘導起電力は、前記一次巻線に流れる電流によって生成され、前記一次巻線は一次巻線始端及び一次巻線終端を有し、前記一次巻線始端は前記磁気集積デバイスの一次側第1の端であり、前記一次巻線終端は前記磁気集積デバイスの一次側第2の端であり、前記二次巻線は二次巻線始端及び二次巻線終端を有し、前記二次巻線始端は前記磁気集積デバイスの二次側第1の端であり、前記二次巻線終端は前記磁気集積デバイスの二次側第2の端である。
本実施例の解決策により、磁気集積デバイスのサイズをさらに小さくし、磁束損失を減らし、精確的な電圧変換を実現することができる。具体的に、前記磁気コア部材は、4つの磁気柱を含み、これらの4つの磁気柱に巻線を巻くことによって、1つの一次巻線及び複数の二次巻線を得ることができ、等価的に2つの磁気集積デバイスが再集積される。その中、前記第3の磁気柱及び第4の磁気柱には一次巻線が巻かれていないが、第1の磁気柱及び第2の磁気柱に巻かれた一次巻線が発生する誘導起電力により電流も流れるため、一次巻線が第3の磁気柱及び第4の磁気柱にも巻かれた效果が等価的に生成される。さらに、集積によって得られた2つの変圧器が互いに相手の逆磁束を相殺できるように、前記磁気コア部材における一次巻線と二次巻線の巻き方法を設計することによって、既存の磁気コア構造の中央柱をキャンセルすることを可能にし、前記磁気集積デバイスの外形サイズが大幅に縮小される。さらに、中央柱のキャンセルによって、磁束損失を効果的に減らし、磁気集積デバイス全体の変換効率を向上させることができる。
上記の技術課題を解決するために、本発明の実施例は上記の磁気集積デバイスを含むDC-DC変換回路をさらに提供し、、前記DC-DC変換回路は、前記磁気集積デバイスの一次側第1の端及び一次側第2の端に結合される一次回路と、前記磁気集積デバイスの二次側第1の端及び二次側第2の端に結合される二次回路と、をさらに含む。
これにより、前記磁気集積デバイス自体の構造改善により、前記DC-DC変換回路のスペース容積を全体的に小さくし、省スペース化とコスト削減を図りつつ、高電力の変換回路を得ることができる。
従来技術の磁気集積ハーフブリッジ倍電流整流回路システムの概略構造図である。 本発明の実施例による磁気集積デバイスの原理概略図である。 図2に示す磁気集積デバイスの磁気コア部材の物理的概略図である。 図3に示す磁気コア部材の側面図である。 図2に示す磁気集積デバイスに対応する具体的な構造図である。 図2に示す磁気集積デバイスの変形例に対応する具体的な構造図である。 図2に示す磁気集積デバイスの変形例の一次巻線の別の具体的な構造図である。 図2に示す磁気集積デバイスの変形例の二次巻線の別の具体的な構造図である。 図2に示す磁気集積デバイスの変形例の二次巻線のさらに別の具体的な構造図である。 図2に示す磁気集積デバイスの変形例の一次巻線のさらに別の具体的な構造図である。 図2に示す磁気集積デバイスの変形例の二次巻線のさらに別の具体的な構造図である。 図2に示す磁気集積デバイスの変形例の二次巻線のさらに別の具体的な構造図である。 本発明の実施例による別の磁気集積デバイスの原理概略図である。 図13に示す磁気集積デバイスの二次巻線の具体的な構造図である。 本発明の実施例によるさらに別の磁気集積デバイスの原理概略図である。 図15に示す磁気集積デバイスの具体的な構造図である。 本発明の実施例によるさらに別の磁気集積デバイスの原理概略図である。 本発明の実施例によるDC-DC変換回路の概略図である。
本発明は、磁気集積デバイス及びDC-DC変換回路に関するものであり、以下の説明では、磁気集積デバイスが位相シフトフルブリッジ倍電流整流回路に適用することを例として説明しているが、理解すべきことは、本発明はこの特定の適用に限定されず、前記磁気集積デバイスを他のタイプの倍電流整流回路に適用することができる。
次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。各図では、同じ部品に同じ符号が付けられている。各実施例は単なる例であり、異なる実施例に示された構造を部分的に置換又は組み合わせてもよいことは当然である。変形例では、実施例1と共通する事項について説明を省略し、相違点のみを説明する。特に、同じ構造によってもたらす同じ効果について、各実施例において一つ一つ言及しない。
本発明の上記の目的、特徴及び有益な效果をより分かりやすくするために、本発明の具体的な実施例を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
(実施例1)
図2は、本発明の実施例1に係る磁気集積デバイス200の原理概略図である。図3は図2に示す磁気集積デバイス200の磁気コア部材210の物理的な概略図である。図4は、図3に示す磁気コア部材210の側面図である。図5は、図2に示す磁気集積デバイスに対応する具体的な構造図である。
具体的に、図2和図3を参照して、前記磁気集積デバイス200は、磁気コア部材210、一次巻線220及び二次巻線230を含むことができる。
図3及び図4を参照して、前記磁気コア部材210は、底板211、蓋板212、及び前記底板211と蓋板212との間にある磁気柱213を含むことができる。前記底板211は、前記蓋板212に平行してもよい。前記磁気集積デバイス200の動作中の磁気飽和の生成を防ぐという效果を達成するために、前記磁気柱213における任意の位置にギャップ(gap)を設置することができる。図2では、ギャップが磁気柱213の中央部に設置される場合を示す。
さらに、前記ギャップは、前記磁気柱213と底板211又は蓋板212との間に同等に設置されてもよい。例えば、図4を参照して、前記蓋板212と磁気柱213との間に少なくとも1つのスペーサービーズ214を設置して、前記蓋板212と磁気柱213との間に前記ギャップを形成してもよい。
さらに、前記ギャップをさらに増加させるように、隣接するスペーサービーズ214の間に空隙を有してもよい。
さらに、複数の前記スペーサービーズ214は、前記磁気柱213の上端面に配列され、前記蓋板212に接触してもよい。
さらに、前記磁気柱213の数は複数であってもよい。
例えば、図3及び図4を参照して、前記磁気柱213は、第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217を含むことができる。図3は、断面が正方形である磁気柱を例示しているが、これに限定されず、断面が長方形、円形、又は楕円形などである磁気柱を形成してもよい。
さらに、前記底板211、蓋板212、及び磁気柱213の全ては、前記磁気集積デバイス200の磁気誘導強度を高めるように、マンガン-亜鉛フェライト、ニッケル-亜鉛フェライトなどの磁気コア材料で制作されてもよい。
さらに、前記底板211と蓋板212の互いに平行な一側は、正方形や長方形などの同じ面積を有する矩形構造であってもよい。実際の応用では、当業者は、必要に応じて、前記底板211及び蓋板212の形状を調整して、需要を満たす磁気結合效果を得ることができる。
より良く、より均一な磁気結合効果を得るために、前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217は、前記矩形の4つの頂点に配置されてもよい。
なお、前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217は、デバイス構造及び物理的特性に関して同じ又は同等の4つの磁気柱213であることに留意されたい。図2は、図3及び図4の概略拡大図とみなすことができ、その中、図に示された角度から、上から下へ順次で、図3及び図4に示した第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217と等価であってもよい。
さらに、引き続き図2を参照して、前記一次巻線220及び二次巻線230はそれぞれ前記磁気柱213に巻かれて閉磁路を形成することができる。例えば、前記一次巻線220は、磁気柱213の底板211の近くの部分に巻かれ、前記二次巻線230は同じ磁気柱213の蓋板212の近くの部分に巻かれてもよく、逆もまた同様である。これにより、同じ磁気柱213に巻かれた一次巻線220及び二次巻線230は、磁気結合の效果を生成することができる。形成された閉磁路は、図に示す点線の矢印の方向に沿って磁気集積デバイス200全体を循環することができる。
これにより、これらの4つの磁気柱213に巻線が巻かれることによって、複数の一次巻線及び複数の二次巻線を得ることができ、等価的に1つの磁気集積デバイス200に2つの変圧器が集積され、それにより、磁気集積の二次集積が可能になる。
本実施例では、前記一次巻線の数は2つであってもよく、前記二次巻線の数も2つであってもよい。また、既存の変圧器の構造と比較して、2つの前記一次巻線はそれぞれ前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217に巻かれてもよく、2つの前記二次巻線もそれぞれ前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217に巻かれてもよく、言い換えれば、既存の変圧器で一般的に使用されるE字型の磁気コアの中央柱を設置する必要がなく、前記磁気コア部材210の4つの磁気柱213のそれぞれに、一次コイル及び二次コイルが巻かれる。
具体的に、前記一次巻線220は、第1の一次巻線221及び第2の一次巻線222を含むことができ、前記第1の一次巻線221と第2の一次巻線222は、それぞれ前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217のうちの任意の2つの磁気柱213に巻かれ、且つ、第1の一次巻線221及び第2の一次巻線222は他の2つの磁気柱213に巻かれる。
図2及び図5を参照して(図5に蓋板212が示されていない)、前記第1の一次巻線221は、前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第2の一次巻線222は、前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれてもよい。前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217は、物理的特性及びデバイス構造に関して同じ又は同等であるため、本実施例の図面は、一例として、第1の一次巻線221及び第2の一次巻線222が巻かれた磁気柱213のみをマーキングしている。実際の応用では、前記第1の一次巻線221は第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に巻かれ、前記第2の一次巻線222は第2の磁気柱215及び第4の磁気柱217に巻かれてもよく、或いは、前記第1の一次巻線221は第1の磁気柱214及び第4の磁気柱217に巻かれ、前記第2の一次巻線222は第2の磁気柱215及び第3の磁気柱216に巻かれてもよい。
さらに、前記第1の一次巻線221の巻き方向と前記第2の一次巻線222の巻き方向は逆である。例えば、図2及び図5を参照して、前記一次巻線220の一次巻線始端220aが前記第1の一次巻線221の始端221aであり、前記一次巻線220の一次巻線終端220bが前記第2の一次巻線222の終端222bであると仮定する。図2について、図に示された角度から、前記第1の一次巻線221は、その始端221aから終端221bまで前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に反時計回りに巻かれ、前記第2の一次巻線222は、その始端222aから終端222bまで前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に時計回りに巻かれる。図5について、前記第1の一次巻線221は、その始端221aから終端221bまで前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に時計回りに巻かれ、前記第2の一次巻線222は、その始端222aから終端222bまで前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に反時計回りに巻かれる。
さらに、前記第1の一次巻線221と第2の一次巻線222は直列に接続されてもよい。言い換えれば、前記第1の一次巻線221の終端221bは前記第2の一次巻線222の始端222aと直列に接続されてもよい。実際の応用では、図5について、1本のコイルを使用して、第1の磁気柱214から図5に示すような角度で前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻き付けた後、さらに、前記第4の磁気柱217及び第3の磁気柱216に巻き付けて、第1の一次巻線221及び第2の一次巻線222を形成し、第1の一次巻線221及び第2の一次巻線222のそれぞれの始端、終端の接続によって、前記第1の一次巻線221と第2の一次巻線222との直列接続という效果を実現する。
さらに、第1の一次巻線221を例として、図2に示す第1の一次巻線221のコイルを前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻き付けることによって得られた磁気結合效果は、図5に示すコイルを前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に同時に巻き付けることによって得られた磁気結合效果と同様である。また、第2の一次巻線222及び二次巻線230についても同様である。
さらに、前記二次巻線230は、前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれてもよい。前記一次巻線220(第1の一次巻線221及び第2の一次巻線222を含む)に電圧を印加する場合に、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第2の磁気柱215に巻かれた前記二次巻線230の部分で誘導される誘導起電力の極性は互いに反対であり、また、前記第3の磁気柱216に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線230の部分で誘導される誘導起電力の極性は互いに反対である。なお、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第2の磁気柱215に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は誘導起電力により電流が流れ、前記第3の磁気柱216に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は誘導起電力により電流が流れ、前記誘導起電力は、前記一次巻線に流れる電流によって生成される。
これにより、一次巻線220及び二次巻線230の前記磁気コア部材210に巻かれる巻き方法及び接続方法を設計することによって、集積によって得られた2つの電流倍増整流磁気集積デバイスの間で互いに元々E字型磁気コアの中央柱に流れるAC磁束を相殺できるようになり、既存のE字型の磁気コア構造の中央柱をキャンセルすることを可能にし、前記磁気集積デバイス200の外形サイズが大幅に縮小される。また、E字型の磁気コアの中央柱のキャンセルによって、磁束損失を効果的に減らし、磁気集積デバイス200全体の変換効率を向上させることができる。
図2及図5では、前記第1の一次巻線221が前記第2の一次巻線222と直列に接続され、前記第1の二次巻線231が前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第2の二次巻線232が前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれることを例として説明した。但し、前記第1の二次巻線231が前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217のうち任意の2つの磁気柱213に巻かれ、前記第2の二次巻線232が前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217のうち残りの2つの磁気柱213に巻かれ、前記第1の二次巻線231が第2の二次巻線232と並列に接続されてもよい。
即ち、実際の応用では、前記第1の一次巻線221が前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に同じ方向に巻かれ、前記第2の一次巻線222が第1の巻線の方向とは反対の方向に前記第2の磁気柱215及び第4の磁気柱217に巻かれると、前記一次巻線220に電圧を印加する場合に、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第3の磁気柱216に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は誘導起電力により電流が流れ、且つ、前記第2の磁気柱215に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は誘導起電力により電流が流れる。言い換えれば、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第3の磁気柱216に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は消磁電流を生成することができ、また、前記第2の磁気柱215に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は消磁電流を生成することができる。
同様に、前記第1の一次巻線221が前記第1の磁気柱214及び第4の磁気柱217に巻かれ、前記第2の一次巻線222が前記第2の磁気柱215及び第3の磁気柱216に巻かれると、前記一次巻線220に電圧を印加する場合に、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は誘導起電力により電流が流れ、且つ、前記第3の磁気柱215に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第2の磁気柱216に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は誘導起電力により電流が流れる。
さらに、前記二次巻線230は整流器240と直列に接続されてもよく、前記二次巻線230の巻き方法及び前記整流器240を設置することによって、前記二次巻線230に流れる電流を制限するという效果を達成することができ、それにより、一次巻線220が同じ方向に巻かれた2つの磁気柱について、当該2つの磁気柱に巻かれた二次巻線230に同時に電流が流れない。以下の説明では、ダイオードを例として整流器240を説明するが、前記整流器240は、これに限定されず、同期整流電界効果トランジスタ、又はその他の同等のデバイスであってもよい。
図2及び図5に示すように、前記第1の二次巻線231は前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第1の磁気柱214に巻かれた巻線が前記第1の二次巻線231の第1の部分231aであり、前記第2の磁気柱214に巻かれた巻線が前記第1の二次巻線231の第2の部分231bであると仮定する。前記第1の二次巻線231の第1の部分231aは前記第1の二次巻線231の第2の部分231bと並列に接続され、且つ、前記第1の二次巻線231の第1の部分231aは第1の整流器241と直列に接続され、前記第1の二次巻線231の第2の部分231bは第2の整流器242と直列に接続される。
言い換えれば、本実施例では、前記第1の二次巻線231は、2つのサブ巻線を含むことができ、その一方のサブ巻線は、前記第1の部分231aに対応し、他方のサブ巻線は、前記第2の部分231bに対応し、2つのサブ巻線はそれぞれ対応する磁気柱213に巻かれ、並列に接続される。類似するように、前記第2の二次巻線232は、2つのサブ巻線を含むことができ、その一方のサブ巻線は前記第1の部分232に対応し、他方のサブ巻線は前記第2の部分232bに対応し、2つのサブ巻線はそれぞれ対応する磁気柱213に巻かれ、並列に接続される。
同様に、前記第2の二次巻線232は前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれ、前記第3の磁気柱216に巻かれた巻線は前記第2の二次巻線232の第1の部分232aであり、前記第4の磁気柱217に巻かれた巻線は前記第2の二次巻線232の第2の部分232bであると仮定する。前記第2の二次巻線232の第1の部分232aは前記第2の二次巻線232の第2の部分232bと並列に接続され、且つ、前記第2の二次巻線232の第1の部分232aは第3の整流器243と直列に接続され、前記第2の二次巻線232の第2の部分232bは第4の整流器244と直列に接続される。
言い換えれば、本実施例では、前記整流器240は前記磁気柱213と1対1に対応し、各磁気柱213に巻かれた二次巻線230は互いに並列に接続され、それぞれ対応する前記整流器240と直列に接続される。
さらに、前記第1の二次巻線231の第1の部分231a及び第2の部分231bの巻き方法、前記第2の二次巻線232の第1の部分232a及び第2の部分232bの巻き方法、及び前記第1の整流器241から前記第4の整流器244を設置することによって、前記第1の整流器241と前記第2の整流器242の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになり、また、前記第3の整流器243と前記第4の整流器244の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになる。
具体的に、図2のように設置する場合に、電流が端子220aから一次巻線に流れ、端子220bから流出するように一次巻線に電圧を印加すると、二次巻線に誘導起電力が誘導される。前記第1の二次巻線231の第1の部分231aについて、その誘導起電力の極性は、左側が負であり、右側が正である。前記第1の二次巻線231の第2の部分231bについて、その誘導起電力の極性は、左側が正であり、右側が負であり、前記第2の二次巻線232の第1の部分232aについて、その誘導起電力の極性は、左側が正であり、右側が負であり、前記第2の二次巻線232の第2の部分232bについて、その誘導起電力の極性は、左側が負であり、右側が正である。上記の誘導起電力により、第1の整流器241及び第4の整流器244がオンになり、第2の整流器242及び第3の整流器243がオフになる。一方で、電流が端子220bから一次巻線に流れ端子220aから流出するように一次巻線に電圧を印加すると、二次巻線に誘導起電力が生じ、当該誘導起電力により、第1の整流器241と第4の整流器244がオフになり、第2の整流器242と第3の整流器243がオンになる。
即ち、一次巻線の一次巻線始端を磁気集積デバイスの一次側第1の端として使用し、一次巻線の一次巻線終端を磁気集積デバイスの一次側第2の端として使用し、例えば位相シフトフルブリッジ回路のような一次回路に接続する場合に、前記第1の二次巻線231の巻き方向及び整流器240の設置に応じて、以下の2つの可能性が存在し得る。
(1)一次回路に印加される電圧が正の半サイクルである場合に、前記第2の磁気柱215に巻かれた二次巻線(上記の第1の二次巻線の第2の部分231b)と直列に接続される第2の整流器242と、前記第3の磁気柱216に巻かれた二次巻線(上記の第2の二次巻線の第1の部分232a)と直列に接続される第3の整流器243とは、同時にオフになり、前記第1の磁気柱214に巻かれた二次巻線(上記の第1の二次巻線の第1の部分231a)と直列に接続される第1の整流器241と、前記第4の磁気柱217に巻かれた二次巻線(上記の第2の二次巻線の第2の部分232b)と直列に接続される第4の整流器244は、オン状態にある。
(2)一次回路に印加される電圧が負の半サイクルである場合に、第1の整流器241と第4の整流器244はオフになり、第2の整流器242と第3の整流器243はオンになる。
図5のように設置する場合に、電流が一次巻線始端220aから一次巻線220に流れ一次巻線終端220bから流出するように一次巻線220に電圧を印加すると、二次巻線230に誘導起電力が誘導され、当該誘導起電力により、第1の整流器241及び第4の整流器244はオフになり、第2の整流器242及び第3の整流器243はオンになる。
また、図2及び図5におけるダイオード(即ち、前記整流器240)の全てを逆に設置することができる。或いは、図2の第1の二次巻線231の第2の部分231bの巻き方向を完全に逆にし、それに応じて第2の整流器242の設置方向などを変更してもよい。一次巻線220が同じ方向に巻かれた2つの磁気柱213(例えば第2の磁気柱214と第3の磁気柱215)に対応する整流器(例えば第1の整流器241と第2の整流器242)が同時にオンしないように、4つの前記整流器240と前記二次巻線230の巻き方法を設置すればよい。
さらに、前記第1の二次巻線231と第2の二次巻線232はそれぞれコンデンサ250が接続され、前記第1の一次巻線221及び第2の一次巻線222と完全な2つの変圧器構造を形成することができる。
なお、上記の図2及び図5において、前記第1の一次巻線221が前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に同じ方向に巻かれ、前記第2の一次巻線222が前記第1の一次巻線221の巻き方向とは逆に前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれると、前記第1の二次巻線231が前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第2の二次巻線232が前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれた例を示した。しかし、前記第1の二次巻線231と第1の一次巻線221は、同じ2つの磁気柱213に巻かれなくてもよく、前記第2の二次巻線232と第2の一次巻線222も同じ2つの磁気柱213に巻かれなくてもよい。例えば、前記第1の二次巻線231が前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に同じ方向に巻かれ、前記第2の一次巻線222が前記第1の一次巻線221の巻き方向とは逆に前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれた場合に、前記第1の二次巻線231は前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に巻かれ、前記第2の二次巻線232は前記第2の磁気柱215及び第4の磁気柱217に巻かれてもよい。第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に同じ方向に巻かれた第1の一次巻線221、及び第1の一次巻線221の巻き方向とは逆に第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれた第2の一次巻線222について、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第2の磁気柱215に巻かれた二次巻線230の部分が同時にオンにならなく、前記第3の磁気柱216に巻かれた二次巻線230の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた二次巻線230の部分が同時にオンにならないように、4つの前記整流器240及び前記二次巻線230の巻き方法を設置すればよい。
実施例1の一変形例では、図6を参照して、前記第1の一次巻線221は第2の一次巻線222と並列に接続されてもよい。言い換えれば、前記第1の一次巻線221の始端221aは第2の一次巻線222の始端222aと同じ端であり、前記第1の一次巻線221の終端221bは第2の一次巻線222の終端222bと同じ端である。前記一次巻線始端220aを始端とし、一次巻線終端220bを終端とする場合、前記第1の一次巻線221は第1の磁気柱214、第2の磁気柱215に時計回りに巻かれ、前記第2の一次巻線222は第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に反時計回りに巻かれる。
実際の応用では、1本のコイルを使用して、前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に順次に巻き付け、前記第1の磁気柱214に近い前記コイルの位置からタップを抽出して前記一次巻線始端220aとし、前記第2の磁気柱215と第3の磁気柱216との中間に近い前記コイルの位置からタップを抽出して、前記第2の磁気柱215と第3の磁気柱216及び前記第1の磁気柱214と第4の磁気柱217を通過するコイルのセクションに結合し、このセクションのコイルの終端は前記一次巻線終端220bとして使用される。
これにより、前記第1の一次巻線221と第2の一次巻線222を形成することができ、また、前記第1の一次巻線221の始端221a、第2の一次巻線222の始端222aは、前記一次巻線始端220aと同じ端であり、前記第1の一次巻線221の終端221b、第2の一次巻線222の終端222bは前記一次巻線終端220bと同じ端である。
図6の場合には、第1の一次巻線221は第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に同じ方向に巻かれ、且つ、第2の一次巻線222は第1の一次巻線の巻き方向とは反対の方向に第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれる。前記一次巻線220に電圧が印加されて誘導起電力が生成される場合に、当該誘導起電力は、前記第1の磁気柱214に巻かれた二次巻線230に接続された第1の整流器241と、第2の磁気柱215に巻かれた二次巻線230に接続された第2の整流器242の一方のみをオンさせ、前記第3の磁気柱216に巻かれた二次巻線230に接続された第3の整流器243と、第4の磁気柱217に巻かれた二次巻線230に接続された第4の整流器244の一方のみをオンさせる。即ち、前記一次巻線220に電圧が印加されて誘導起電力が生成される場合に、2つの磁気柱213に対応する二次巻線230のみに同時に電流が流れ、また、電流が同時に流れる二次巻線230によって囲まれた(巻くとも言える)2つの磁気柱213は、必ずしも前記一次巻線220が同じ方向に巻かれた2つの磁気柱213でない。
実施例1の別の変形例では、実施例1に示した2つの一次巻線220をそれぞれ隣接の2つの磁気柱213に巻く方法の以外、前記第1の一次巻線221は、矩形の対角線にある2つの磁気柱213に巻かれてもよく、前記第2の一次巻線222は、矩形の別の対角線にある2つの磁気柱213に巻かれてもよい。
図7は、図2に示す磁気集積デバイス200の変形例の一次巻線の別の具体的な構造図である。図7を参照して、前記第1の一次巻線221は前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に巻かれ、前記第2の一次巻線222は前記第2の磁気柱215及び第4の磁気柱217に巻かれる。
具体的に、1本のコイルを使用して、第1の磁気柱214から、図7に示す角度で、前記第1の磁気柱214の左側から第2の磁気柱215の右側に巻き付けて、前記第2の磁気柱215の右側から左側に前記第2の磁気柱215に巻き付けた後、前記第3の磁気柱216の右上方向から左下の方向に前記第3の磁気柱216に巻き付けた後、前記第4の磁気柱217の左側から右側に前記第4の磁気柱217に巻き付ける。これにより、図に示す角度で反時計回り方向に巻かれた第1の一次巻線221、及び時計回り方向に巻かれた第2の一次巻線222を形成する。また、前記第1の一次巻線221と第2の一次巻線222は直列に接続される。
図8は、図2に示す磁気集積デバイス200の変形例の二次巻線の別の具体的な構造図である。一次側(即ち、前記一次巻線220)に図7に示す巻き方法を使用し、二次側(即ち、前記二次巻線230)に図8に示す設置方法を使用する場合に、図7に示した前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に巻かれた一次巻線220は全て反時計回りであるため、二次巻線230側では、前記第1の磁気柱214に対応する第1の整流器241と前記第3の磁気柱216に対応する第3の整流器243は同時にオンにならない。具体的に、電流が一次巻線始端220aから流入し一次巻線終端220bから流出するように一次巻線に電圧を印加する場合に、二次側は誘導起電力により電流を生成し、図8の構造について、第1の整流器241と第2の整流器242はオンになり、第3の整流器243と第4の整流器244はオフになる。電流が一次巻線終端220bから流入し、一次巻線始端220aから流出するように一次巻線220に電圧を印加する場合に、二次側は誘導起電力により電流を生成し、図8の構造について、第1の整流器241と第2の整流器242はオフになり、第3の整流器243と第4の整流器244はオンになる。
図9は、図2に示す磁気集積デバイス200の変形例の二次巻線の別の具体的な構造図である。一次側に図7に示す巻き方法を使用し、二次側に図9に示す設置方法を使用する場合に、図7に示した前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に巻かれた一次巻線220は全て反時計回りであるため、二次巻線230側では、前記第1の磁気柱214に対応する第1の整流器241と前記第3の磁気柱216に対応する第3の整流器243は同時にオンにならない。具体的に、電流が一次巻線始端220aから流入し、一次巻線終端220bから流出するように一次巻線220に電圧を印加する場合に、二次側は誘導起電力により電流を生成し、図10の構造について、第1の整流器241と第4の整流器244はオンになり、第2の整流器242と第3の整流器243はオフになる。電流が一次巻線終端220bから流入し、一次巻線始端220aから流出するように一次巻線220に電圧を印加する場合に、二次側は誘導起電力により電流を生成し、図9の構造について、第1の整流器241と第4の整流器244はオフになり、第2の整流器242と第3の整流器243はオンになる。
言い換えれば、図8及び図9に示す二次巻線230の巻き方向及び整流器240は、図7に示す一次巻線の巻き方法に対応して設計され、以下の2つの可能性が存在する。
(1)前記一次回路に印加される電圧が正の半サイクルである場合に、前記第1の整流器241と、前記第2の磁気柱215に対応する第2の整流器242とは同時にオンになり、第3の整流器243と、第4の磁気柱217に対応する第4の整流器244はオフになり、前記一次回路に印加される電圧が負の半サイクルである場合に、前記第3の整流器243と第4の整流器244は同時にオンになり、前記第1の整流器241と第2の整流器242はオフになる(図8に対応する)。
或いは(2)前記一次回路に印加される電圧が正の半サイクルである場合に、前記第1の整流器241と第4の整流器244は同時にオンになり、前記第2の整流器242と第3の整流器243はオフになり、前記一次回路に印加される電圧が負の半サイクルである場合に、前記第2の整流器242と第3の整流器243は同時にオンになり、前記第1の整流器241と第4の整流器244はオフになる(図9に対応する)。
即ち、一次巻線220が同じ方向に巻かれた2つの磁気柱(本変形例では第1の磁気柱214と第3の磁気柱216)に対応する整流器(第1の整流器241と第3の整流器243に対応する)は同時にオンにならない。
図10は、図2に示す磁気集積デバイス200の変形例の一次巻線220の別の具体的な構造図である。図10を参照して、前記第1の一次巻線221と第2の一次巻線222が並列に接続される場合に、第1の磁気柱214と第4の磁気柱217との間、及び第2の磁気柱215と第3の磁気柱216との間を通過するコイルから2つのタップを抽出し、2つのタップの一方は図に示す角度で上向きに前記第2の磁気柱215及び第1の磁気柱214に巻かれ、2つのタップの他方は図に示す角度で下向きに前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれた後に集まって、反対の巻き方向を有し且つ並列に接続される第1の一次巻線221及び第2の一次巻線222を形成する。
同様に、一次側に図10に示す構造を採用する場合に、二次側に、例えば図11又は図12に示す構造を採用することができる。図11及び図12に示す構造に従って、前記第1の二次巻線231の第1の部分231aに対応する第1の整流器241と、第1の二次巻線231の第2の部分231bに対応する第2の整流器242は同時にオンにならなく、また、前記第2の二次巻線232の第1の部分232aに対応する第3の整流器243と、第2の二次巻線232の第2の部分232bに対応する第4の整流器244は同時にオンにならない。
実施例1のさらに別の変形例では、図13及び図14を参照して、依然として、前記第1の一次巻線221が前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第2の一次巻線222が前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれることを例として詳述する。前記第1の一次巻線221と第2の一次巻線222とは直列に接続される。
具体的に、図13及び図14を参照して、前記二次巻線230は第1の二次巻線231と第2の二次巻線232を含むことができ、前記第1の二次巻線231は前記第1の磁気柱214及び第4の磁気柱217に巻かれ、前記第2の二次巻線232は前記第2の磁気柱215及び前記第3の磁気柱216に巻かれる。また、前記第1の二次巻線231と前記第2の二次巻線232とは並列に接続される。
さらに、前記第1の二次巻線231には第5の整流器245が直列に接続され、前記第2の二次巻線232には第6の整流器246が直列に接続される。
さらに、前記第1の二次巻線231及び第2の二次巻線232の巻き方法、第5の整流器245及び第6の整流器246を設置することによって、前記第5の整流器245と第6の整流器246の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになる。これにより、前記第1の磁気柱214と第4の磁気柱217は一次巻線220に発生する誘導起電力により電流が流れ、或いは、前記第2の磁気柱215と第3の磁気柱216は一次巻線220に発生する誘導起電力により電流が流れる。即ち、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第2の磁気柱215に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は消磁電流を生成することができ、また、前記第3の磁気柱216に巻かれた前記二次巻線230の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線230の部分の一方は消磁電流を生成することができる。
或いは、前記第1の二次巻線231は前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に巻かれ、前記第2の二次巻線232は前記第2の磁気柱215及び第4の磁気柱217に巻かれてもよい。この場合に、前記第5の整流器245は、前記第1の二次巻線231が前記第3の磁気柱216に巻かれるコイルの引き出し端に直列に接続され、前記第6の整流器246は、前記第2の二次巻線232が前記第2の磁気柱215に巻かれるコイルの引き出し端に直列に接続されてもよい。前記引き出し端は対応する二次巻線230の終端又は始端であってもよい。
(実施例2)
図15は、本発明の実施例2に係る磁気集積デバイス300の原理概略図である。図16は図15に示す磁気集積デバイス300の具体的な構造図である。また、ここで、磁気集積デバイス300と実施例1との相違点のみを主に説明する。
具体的に、図15を参照して、前記磁気集積デバイス300は、磁気コア部材210、一次巻線320及び二次巻線330を含むことができる。
その中、前記磁気コア部材210の具体的な構造について、上記実施例1の図3及び図4に示した磁気コア部材210に対する具体的な説明を参照することができ、ここで説明を繰り返さない。前記磁気コア部材210は、第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217を含むことができる。
さらに、引き続き図15を参照して、前記一次巻線320と二次巻線330はそれぞれ前記磁気柱213の任意の位置に巻かれて閉磁路を形成することができる。これにより、磁気柱に同じ方向に巻かれた一次巻線320と二次巻線330は磁気結合の效果を生じることができる。形成された閉磁路は図に示す点線の矢印の方向に磁気集積デバイス200全体を循環することができる。
本実施例では、上記実施例1との相違点は主に、前記一次巻線が前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217のうち任意の2つの磁気柱213のみに巻かれ、2つの磁気柱213における前記一次巻線330の巻かれた巻き方向が同じであることである。
例えば、図15では、前記一次巻線320が前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215における巻き方向が同じであることを例示している。しかし、前記一次巻線320は前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に同じ方向に巻かれてもよく、又は、前記第1の磁気柱214及び第4の磁気柱217に同じ方向に巻かれてもよい。
さらに、前記二次巻線330は前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれてもよい。図15を例として、前記一次巻線320に電圧を印加する場合に、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線330の部分、又は、前記第2の磁気柱215に巻かれた前記二次巻線330の部分は前記誘導起電力により電流が流れ、2つのうちのもう一方に電流が流れない。同時に、前記第3の磁気柱216に巻かれた前記二次巻線330の部分、又は、前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線330の部分は前記誘導起電力により電流が流れ、2つのうちのもう一方に電流が流れない。即ち、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線330の部分と前記第2の磁気柱215に巻かれた前記二次巻線330の部分の一方は消磁電流を生成することができ、また、前記第3の磁気柱216に巻かれた前記二次巻線330の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線330の部分の一方は消磁電流を生成することができる。
これにより、これらの4つの磁気柱213に巻線が巻かれることによって、1つの一次巻線320及び複数の二次巻線330を得ることができ、等価的に1つの磁気集積デバイス300に2つの磁気集積デバイス(各磁気集積デバイスは既存の1つの変圧器と電流倍増整流器の出力インダクタに対応する)が再集積される。その中、前記第3の磁気柱と第4の磁気柱には一次巻線が巻かれていないが、第1の磁気柱と第2の磁気柱に巻かれた一次巻線が発生する誘導起電力により電流が流れるため、一次巻線が第3の磁気柱と第4の磁気柱にも巻かれた效果が等価的に生じる。
さらに、集積によって得られた2つの磁気集積デバイスが互いに相手の逆磁束を相殺できるように、前記磁気コア部材210における一次巻線320と二次巻線330の巻き方法を設計することによって、既存のE字型の磁気コア構造の中央柱をキャンセルすることを可能にし、前記磁気集積デバイス300の外形サイズが大幅に縮小される。また、E字型の磁気コアの中央柱がキャンセルされるため、磁束損失を効果的に減らし、磁気集積デバイス300全体の変換効率を向上させることができる。
実際の応用では、前記一次巻線220が前記第1の磁気柱214と第3の磁気柱216に巻かれると、前記一次巻線220に電圧を印加する場合に、前記第1の磁気柱214に巻かれた二次巻線330の部分と前記第3の磁気柱216に巻かれた二次巻線330の部分の一方は前記誘導起電力により電流が流れ、2つのうちの他方に電流が流れない。
同様に、前記一次巻線220が前記第1の磁気柱214及び第4の磁気柱217に巻かれると、前記一次巻線220に電圧を印加する場合に、前記第1の磁気柱214に巻かれた二次巻線330の部分と前記第4の磁気柱217に巻かれた前記二次巻線330の部分の一方は前記誘導起電力により電流が流れ、2つのうちの他方には電流が流れない。
さらに、同時にオンになる前記二次巻線330の2つの部分は直列に接続されてもよく並列に接続されてもよい。
さらに、前記二次巻線330には整流器340が直列に接続されてもよく、前記二次巻線330の巻き方法、及び前記整流器340を設置することによって、前記二次巻線330に流れる電流を制限するという效果を達成することができ、それにより、一次巻線320が同じ方向に巻かれた2つの磁気柱213に巻かれた二次巻線330が同時にオンにならないことを確保する。
さらに、前記二次巻線330は第1の二次巻線331及び第2の二次巻線332を含むことができ、前記第1の二次巻線331は前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217のうち任意の2つの磁気柱に巻かれ、前記第2の二次巻線332は前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217のうちの残りの2つの磁気柱に巻かれてもよい。
さらに、前記第1の二次巻線331と第2の二次巻線332は並列に接続されてもよい。
さらに、図15及び図16を参照し、前記第1の二次巻線331は前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第1の磁気柱214に巻かれた巻線は前記第1の二次巻線331の第1の部分331aであり、前記第2の磁気柱214に巻かれた巻線は前記第1の二次巻線331の第2の部分331bであると仮定する。具体的に、前記第1の二次巻線331の第1の部分331aは前記第1の二次巻線331的第2の部分331bと並列に接続され、且つ、前記第1の二次巻線331の第1の部分331aは第1の整流器341と直列に接続され、前記第1の二次巻線331の第2の部分331bは第2の整流器342と直列に接続される。
言い換えれば、本実施例では、前記第1の二次巻線331は2つのサブ巻線を含むことができ、一方のサブ巻線は前記第1の部分331aに対応し、他方のサブ巻線は前記第2の部分331bに対応し、2つのサブ巻線はそれぞれ対応する磁気柱213に巻かれ、並列に接続される。同様に、前記第2の二次巻線332は2つのサブ巻線を含んでもよく、一方のサブ巻線は前記第1の部分332に対応し、他方のサブ巻線は前記第2の部分332bに対応し、2つのサブ巻線はそれぞれ対応する磁気柱213に巻かれ、並列に接続される。
同様に、前記第2の二次巻線332は前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれ、前記第2の二次巻線332の第1の部分332aは前記第3の磁気柱216に巻かれ、前記第2の二次巻線332の第2の部分332bは前記第4の磁気柱217に巻かれると仮定する。具体的に、前記第2の二次巻線332の第1の部分332aは前記第2の二次巻線332の第2の部分332bと並列に接続され、且つ、前記第2の二次巻線332の第1の部分332aは第3の整流器343と直列に接続され、前記第2の二次巻線332の第2の部分332bは第4の整流器344と直列に接続される。
言い換えれば、本実施例では、前記整流器340は前記磁気柱213と1対1に対応し、各磁気柱213に巻かれた二次巻線330は互いに並列に接続され、それぞれ対応する前記整流器340に直列に接続される。
さらに、前記第1の二次巻線331の第1の部分331a及び第2の部分331bの巻き方法、前記第2の二次巻線332の第1の部分332a及び第2の部分332bの巻き方法、及び前記第1の整流器341から前記第4の整流器344を設置することによって、前記第1の整流器341と前記第2の整流器342の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになり、且つ、前記第3の整流器343と前記第4の整流器344のうち一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになる。
図15、図16に示す場合に、電流が一次巻線始端320aから一次巻線220に流入し、一次巻線終端320bから流出するように一次巻線220に電圧を印加する場合、二次側では、第2の整流器342と第3の整流器343はオンになり、第1の整流器341と第4の整流器344はオフになる。
さらに、前記整流器340はダイオードであってもよいし、同期整流電界効果トランジスタ、又はその他の同等のデバイスであってもよい。
さらに、前記第1の二次巻線331と第2の二次巻線332にはそれぞれコンデンサ350が接続されて、前記一次巻線320と2つの変圧器の完全な構造を形成することができる。
なお、図15には、前記一次巻線320と第1の二次巻線331が同じ2つの磁気柱に巻かれた場合を例示し、即ち、前記一次巻線320は前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第1の二次巻線331は同じ方向に前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれ、前記第2の二次巻線332は前記第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に巻かれる。しかし、前記一次巻線320と第1の二次巻線331又は第2の二次巻線332は同じ2つの磁気柱213に巻かれなくてもよい。例えば、前記第1の二次巻線331が前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれた場合に、前記第1の二次巻線331は前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に巻かれ、前記第2の二次巻線332は前記第2の磁気柱215及び第4の磁気柱217に巻かれてもよい。前記第1の二次巻線331が同じ方向に前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれた場合に、前記第1の磁気柱214に巻かれた前記二次巻線330の部分と前記第2の磁気柱215に巻かれた二次巻線330の部分が同時にオンにならないように4つの前記整流器340及び前記二次巻線330の巻き方法を設置すればよい。
実施例2の変形例では、前記第1の二次巻線331が同じ方向に前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれた場合に、前記第1の二次巻線331と第2の二次巻線332は、図11に示す巻き方法で前記第1の磁気柱214、第2の磁気柱215、第3の磁気柱216、及び第4の磁気柱217に互いに並列に巻かれてもよい。
実施例2の別の変形例では、図17を参照して、前記一次巻線320が前記第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に巻かれたことを例として詳述する。
具体的に、図17を参照して、前記二次巻線330は、第1の二次巻線331と第2の二次巻線332を含むことができ、前記第1の二次巻線331は前記第1の磁気柱214及び第4の磁気柱217に巻かれ、前記第2の二次巻線332は前記第2の磁気柱215及び前記第3の磁気柱216に巻かれてもよい。また、前記第1の二次巻線331と前記第2の二次巻線332は並列に接続される。
さらに、前記第1の二次巻線331には第5の整流器345が直列に接続され、前記第2の二次巻線332には第6の整流器346が直列に接続される。
さらに、前記第1の二次巻線331及び第2の二次巻線332の巻き方法、第5の整流器345及び第6の整流器346を設置することによって、前記第5の整流器345及び第6の整流器346の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになる。これにより、前記第1の磁気柱214及び第4の磁気柱217は一次巻線320に発生する誘導起電力により電流が流れるか、又は、前記第2の磁気柱215及び第3の磁気柱216は一次巻線320に発生する誘導起電力により電流が流れ、それにより、第1の磁気柱214及び第2の磁気柱215に同時に電流が流れないか、第3の磁気柱216及び第4の磁気柱217に同時に電流が流れないことを確保する。
或いは、前記第1の二次巻線331は前記第1の磁気柱214及び第3の磁気柱216に巻かれ、前記第2の二次巻線332は前記第2の磁気柱215及び第4の磁気柱217に巻かれてもよい。この場合に、前記第5の整流器345は前記第1の二次巻線331が前記第3の磁気柱216に巻かれるコイルの引き出し端に直列に接続され、前記第6の整流器346は前記第2の二次巻線332が前記第2の磁気柱215に巻かれるコイルの引き出し端に直列に接続されてもよい。前記引き出し端は対応する二次巻線330の終端又は始端であってもよい。
(実施例3)
図18は、本発明の実施例3に係るDC-DC変換回路400の概略図である。
具体的に、前記DC-DC変換回路400は、上記の実施例1に係る磁気集積デバイス200又は実施例2に係る磁気集積デバイス300を含んでもよい。
前記磁気集積デバイス200を例として、前記磁気集積デバイス200の一次巻線始端220aは前記磁気集積デバイス200の一次側第1の端401aであり、前記一次巻線終端220bは前記磁気集積デバイス200の一次側第2の端401bである。
さらに、前記DC-DC変換回路400は、前記磁気集積デバイス200の一次側第1の端401a及び一次側第2の端402bに結合される一次回路401をさらに含んでもよい。
さらに、前記一次回路401は、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、及びLLC変換器から選択されてもよい。例えば、図18に、フルブリッジ変換器を例として使用する回路原理を示す。
さらに、前記二次巻線始端230aは前記磁気集積デバイス200の二次側第1の端402aであり、前記二次巻線終端230bは前記磁気集積デバイス200の二次側第2の端402bである。
さらに、前記DC-DC変換回路400は、前記磁気集積デバイス200の二次側第1の端402a及び二次側第2の端402bに結合される二次回路402をさらに含んでもよい。
さらに、前記二次回路402は倍電流整流回路であってもよい。
本実施例では、前記磁気集積デバイス200又は磁気集積デバイス300にコイルを巻くことにより、インダクタを前記磁気集積デバイス200又は磁気集積デバイス300に集積する効果を実現することができる。
これにより、前記磁気集積デバイス200又は磁気集積デバイス300自体の構造改善により、前記DC-DC変換回路400のスペース容積を全体的に小さくし、省スペース化とコスト削減を図りつつ、高電力の変換回路を得ることができる。
以上、本発明を開示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を行うことができるため、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって限定される範囲に従うものとする。
100 磁気集積ハーフブリッジ倍電流整流回路システム
101 位相シフトハーフブリッジ回路
102 主電源電圧取得ユニット
103 集積磁気部品
200、300磁気集積デバイス
210、310磁気コア部材
211 底板
212 蓋板
213 磁気柱
214 第1の磁気柱
215 第2の磁気柱
216 第3の磁気柱
217 第4の磁気柱
214 スペーサービーズ
220、320 一次巻線
220a、320a 一次巻線始端
220b、320b 一次巻線終端
221 第1の一次巻線
221a 第1の一次巻線の始端
221b 第1の一次巻線の終端
222 第2の一次巻線
222a 第2の一次巻線の始端
222b 第2の一次巻線の終端
230、330 二次巻線
230a 二次巻線始端
230b 二次巻線終端
231、331 第1の二次巻線
231a、331a 第1の二次巻線の第1の部分
231b、331b 第1の二次巻線の第2の部分
232、332 第2の二次巻線
232a、332a 第2の二次巻線の第1の部分
232b、332b 第2の二次巻線の第2の部分
240、340 整流器
241、341 第1の整流器
242、342 第2の整流器
243、343 第3の整流器
244、344 第4の整流器
245、345 第5の整流器
246、346 第6の同期整流器
250、350 コンデンサ
400DC-DC 変換回路
401 一次回路
401a 一次側第1の端
401b 一次側第2の端
402 二次回路
402a 二次側第1の端
402b 二次側第2の端

Claims (17)

  1. 磁気コア部材、一次巻線、及び二次巻線を含む磁気集積デバイスであって、
    前記磁気コア部材は、底板と、蓋板と、前記底板と蓋板との間にある磁気柱とを含み、
    前記一次巻線及び二次巻線はそれぞれ前記磁気柱に巻かれて閉磁路を形成し、
    前記磁気柱は、第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱を含み、
    前記一次巻線は、第1の一次巻線と第2の一次巻線を含み、前記第1の一次巻線は、前記第1の磁気柱及び第2の磁気柱に巻かれ、前記第2の一次巻線は、前記第3の磁気柱及び第4の磁気柱に巻かれ、且つ、前記第1の一次巻線の巻き方向は前記第2の一次巻線の巻き方向と反対であり、前記第1の一次巻線は第2の一次巻線と直列又は並列に接続され、
    前記二次巻線は、前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱に巻かれ、
    前記一次巻線に電圧を印加する場合に、前記二次巻線の前記第1の磁気柱に巻かれた部分及び前記二次巻線の前記第2の磁気柱に巻かれた部分のうち一方は誘導起電力により電流が流れ、且つ、前記二次巻線の前記第3の磁気柱に巻かれた部分及び前記二次巻線の前記第4の磁気柱に巻かれた部分のうち一方は誘導起電力により電流が流れ、前記誘導起電力は、前記一次巻線に流れる電流によって生成され、
    前記一次巻線は、一次巻線始端及び一次巻線終端を有し、前記一次巻線始端は、前記磁気集積デバイスの一次側第1の端であり、前記一次巻線終端は、前記磁気集積デバイスの一次側第2の端であり、
    前記二次巻線は、二次巻線始端及び二次巻線終端を有し、前記二次巻線始端は、前記磁気集積デバイスの二次側第1の端であり、前記二次巻線終端は、前記磁気集積デバイスの二次側第2の端である、
    ことを特徴とする磁気集積デバイス。
  2. 前記二次巻線には、整流器が直列に接続され、前記二次巻線の巻き方法及び前記整流器を設置することによって電流の流れが制限される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気集積デバイス。
  3. 前記二次巻線は、第1の二次巻線及び第2の二次巻線を含み、前記第1の二次巻線は前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱のうち任意の2つの磁気柱に巻かれ、前記第2の二次巻線は前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱のうち残りの2つの磁気柱に巻かれ、
    前記第1の二次巻線は前記第2の二次巻線と並列に接続され、
    前記第1の二次巻線が巻かれた2つの磁気柱について、一方の磁気柱に巻かれた第1の二次巻線の第1の部分は他方の磁気柱に巻かれた第1の二次巻線の第2の部分と並列に接続され、且つ、前記第1の二次巻線の第1の部分及び第2の部分はぞれぞれ対応する前記整流器と直列に接続され、
    前記第2の二次巻線が巻かれた2つの磁気柱について、一方の磁気柱に巻かれた第2の二次巻線の第1の部分は他方の磁気柱に巻かれた第2の二次巻線の第2の部分と並列に接続され、且つ、前記第2の二次巻線の第1の部分及び第2の部分はそれぞれ対応する前記整流器と直列に接続され、
    前記整流器について、前記第1の磁気柱に対応する整流器を第1の整流器とし、前記第2の磁気柱に対応する整流器を第2の整流器とし、前記第3の磁気柱に対応する整流器を第3の整流器とし、前記第4の磁気柱に対応する整流器を第4の整流器とする場合に、
    前記第1の二次巻線の第1の部分及び第2の部分の巻き方法、前記第2の二次巻線の第1の部分及び第2の部分の巻き方法、及び前記第1の整流器から前記第4の整流器を設置することによって、前記第1の整流器及び前記第2の整流器の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになり、且つ、前記第3の整流器及び前記第4の整流器の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになる、
    ことを特徴とする請求項2に記載の磁気集積デバイス。
  4. 前記二次巻線は、第1の二次巻線と第2の二次巻線を含み、前記第1の二次巻線は前記第1の磁気柱及び第4の磁気柱に巻かれ、前記第2の二次巻線は前記第2の磁気柱及び前記第3の磁気柱に巻かれるか、或いは、前記第1の二次巻線は前記第1の磁気柱及び第3の磁気柱に巻かれ、前記第2の二次巻線は前記第2の磁気柱及び第4の磁気柱に巻かれ、
    前記第1の二次巻線は前記第2の二次巻線と並列に接続され、
    前記第1の二次巻線は第5の整流器と直列に接続され、
    前記第2の二次巻線は第6の整流器と直列に接続され、
    前記第1の二次巻線及び第2の二次巻線の巻き方法、第5の整流器及び第6の整流器を設置することによって、前記第5の整流器及び第6の整流器の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになる、
    ことを特徴とする請求項2に記載の磁気集積デバイス。
  5. 前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱は、矩形の4つの頂点に配置される、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の磁気集積デバイス。
  6. 前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱及び第4の磁気柱はそれぞれギャップを有する、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の磁気集積デバイス。
  7. 前記第1の一次巻線の終端は前記第2の一次巻線の始端と直列に接続される、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の磁気集積デバイス。
  8. 前記第1の一次巻線の始端は前記第2の一次巻線の始端と並列に接続され、且つ、前記第1の一次巻線の終端は前記第2の一次巻線の終端と並列に接続される、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の磁気集積デバイス。
  9. 磁気コア部材、一次巻線及び二次巻線を含む磁気集積デバイスであって、
    前記磁気コア部材は、底板、蓋板、及び前記底板と蓋板との間にある磁気柱を含み、
    前記一次巻線と二次巻線はそれぞれ前記磁気柱に巻かれて閉磁路を形成し、
    前記磁気柱は、第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱を含み、
    前記一次巻線は、前記第1の磁気柱及び第2の磁気柱に巻かれ、且つ前記第1の磁気柱及び第2の磁気柱における巻き方向は同じであり、
    前記一次巻線に電圧を印加する場合に、前記二次巻線の前記第1の磁気柱に巻かれた部分及び前記二次巻線の前記第2の磁気柱に巻かれた部分のうち一方は誘導起電力により電流が流れ、且つ、前記二次巻線の前記第3の磁気柱に巻かれた部分及び前記二次巻線の前記第4の磁気柱に巻かれた部分のうち一方は誘導起電力により電流が流れ、前記誘導起電力は前記一次巻線に流れる電流によって生成され、
    前記一次巻線は、一次巻線始端及び一次巻線終端を有し、前記一次巻線始端は前記磁気集積デバイスの一次側第1の端であり、前記一次巻線終端は前記磁気集積デバイスの一次側第2の端であり、
    前記二次巻線は、二次巻線始端及び二次巻線終端を有し、前記二次巻線始端は前記磁気集積デバイスの二次側第1の端であり、前記二次巻線終端は前記磁気集積デバイスの二次側第2の端である、
    ことを特徴とする磁気集積デバイス。
  10. 前記二次巻線には、整流器が直列に接続され、前記二次巻線の巻き方法及び前記整流器を設置することによって電流の流れが制限される、
    ことを特徴とする請求項9に記載の磁気集積デバイス。
  11. 前記二次巻線は、第1の二次巻線及び第2の二次巻線を含み、前記第1の二次巻線は、前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱のうち任意の2つの磁気柱に巻かれ、前記第2の二次巻線は、前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱のうち残りの2つの磁気柱に巻かれ、
    前記第1の二次巻線は前記第2の二次巻線と並列に接続され、
    前記第1の二次巻線が巻かれた2つの磁気柱について、一方の磁気柱に巻かれた第1の二次巻線の第1の部分は、他方の磁気柱に巻かれた第1の二次巻線の第2の部分と並列に接続され、且つ、前記第1の二次巻線の第1の部分及び第2の部分はそれぞれ対応する前記整流器と直列に接続され、
    前記第2の二次巻線が巻かれた2つの磁気柱について、一方の磁気柱に巻かれた第2の二次巻線の第1の部分は他方の磁気柱に巻かれた第2の二次巻線の第2の部分と並列に接続され、且つ、前記第2の二次巻線の第1の部分及び第2の部分はそれぞれ対応する前記整流器と直列に接続され、
    前記整流器について、前記第1の磁気柱に対応する整流器を第1の整流器とし、前記第2の磁気柱に対応する整流器を第2の整流器とし、前記第3の磁気柱に対応する整流器を第3の整流器とし、前記第4の磁気柱に対応する整流器を第4の整流器とする場合に、
    前記第1の二次巻線の第1の部分及び第2の部分の巻き方法、前記第2の二次巻線の第1の部分及び第2の部分の巻き方法、及び前記第1の整流器から前記第4の整流器を設置することによって、前記第1の整流器及び前記第2の整流器の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになり、且つ、前記第3の整流器及び前記第4の整流器の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになる、
    ことを特徴とする請求項10に記載の磁気集積デバイス。
  12. 前記二次巻線は、第1の二次巻線及び第2の二次巻線を含み、前記第1の二次巻線は、前記第1の磁気柱及び第4の磁気柱に巻かれ、前記第2の二次巻線は、前記第2の磁気柱及び第3の磁気柱に巻かれるか、或いは、前記第1の二次巻線は、前記第1の磁気柱及び前記第3の磁気柱に巻かれ、前記第2の二次巻線は、前記第2の磁気柱及び第4の磁気柱に巻かれ、
    前記第1の二次巻線は前記第2の二次巻線と並列に接続され、
    前記第1の二次巻線は第5の整流器と直列に接続され、
    前記第2の二次巻線は第6の整流器と直列に接続され、
    前記第1の二次巻線及び第2の二次巻線の巻き方法、第5の整流器及び第6の整流器を設置することによって、前記第5の整流器及び第6の整流器の一方は前記誘導起電力によりオンになり、他方はオフになる、
    ことを特徴とする請求項10に記載の磁気集積デバイス。
  13. 前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱は、矩形の4つの頂点に配置される、
    ことを特徴とする請求項9から12のいずれか1項に記載の磁気集積デバイス。
  14. 前記第1の磁気柱、第2の磁気柱、第3の磁気柱、及び第4の磁気柱はそれぞれギャップを有する、
    ことを特徴とする請求項9から12のいずれか1項に記載の磁気集積デバイス。
  15. 前記請求項1から14のいずれか1項に記載の磁気集積デバイスを含み、
    前記磁気集積デバイスの一次側第1の端及び一次側第2の端に結合される一次回路と、
    前記磁気集積デバイスの二次側第1の端及び二次側第2の端に結合される二次回路と、
    をさらに含むことを特徴とするDC-DC変換回路。
  16. 前記一次回路は、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、及びLLC変換器から選択される、
    ことを特徴とする請求項15に記載のDC-DC変換回路。
  17. 前記二次回路は、倍電流整流回路である、
    ことを特徴とする請求項15に記載のDC-DC変換回路。
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