JP3594944B2 - Switching circuit device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種インバータ装置等の電力変換装置おいて用いて好適なスイッチング回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電力変換装置において、交流や直流の量を制御する方法の中には、PWM(パルス幅変調)等を用いて半導体スイッチング素子のオン・オフ制御を行うスイッチング方式がある。スイッチング方式によって直流から交流への電力変換を行うインバータ装置では、直流電源の正負両極間に1対のスイッチング素子を直列接続して設け、これらの素子を交互にオン・オフするようにした構成が用いられることが多い。このような回路構成では、両極性のスイッチング素子が同時にオン(短絡)して素子に過大電流が流れ、素子を壊してしまう場合がある。これを避ける為に従来の構成では、デッドタイム(両方が同時にオフ(開放)する時間)が設けられたりしている。しかしながら、デッドタイムを設けること等のスイッチング素子の制御によって素子の保護を行う場合には、効率が悪くなるとか、ノイズ等によって素子が同時オンしてしまうという事象に対する対策が必要であるといった課題がある。
【0003】
これに対して、回路構成自体を変更することで過大電流に対する対策を図るスイッチング回路も提案されている。特開平11−346475号公報「電源装置」や特開2001−258270号公報「電力変換装置」にこのような回路の一例が記載されている。これらの公報に記載されている構成では、電源間に設ける1対のスイッチング素子間にリアクトルを介在させ、リアクトルのインダクタンスによって、上述した過大な短絡電流が各素子に流れることを防止するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにスイッチング方式の電力変換装置においてスイッチング素子間にリアクトルを追加して設ける場合、コストやスペースの増加が課題として考えられる。リアクトルに関しては、特に磁気回路の設計において、コアの小型化を図ると共に、過大電流を防止するのに十分な特性を確保する必要がある。
【0005】
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたものであって、スイッチング素子間に設けるリアクトルの磁気回路の最適化等の設計の最適化を図り、リアクトルを含むスイッチング回路を容易に小型化、低コスト化することができるスイッチング回路装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、電源の正極性端子に第1の開閉端子が接続された第1のスイッチング素子と、第1のコアに巻装された第1の巻線の第1の端子が前記第1のスイッチング素子の第2の開閉端子に接続された第1のリアクトルと、第2のコアに巻装された第2の巻線の第1の端子が前記第1の巻線の第2の端子に接続された第2のリアクトルと、前記第2の巻線の第2の端子に第1の開閉端子が接続されるとともに、前記電源の負極性端子に第2の開閉端子が接続された第2のスイッチング素子と、前記第1のコアと前記第2のコアとを含むように形成された磁気回路と、を備え、前記第1,第2の巻線は、前記第1のスイッチング素子が導通したときに前記第1のリアクトルに発生した前記第1のコア内を通過する第1の磁束と、前記第2のスイッチング素子が導通したときに前記第2のリアクトルに発生した前記第2のコア内を通過する第2の磁束と、が前記磁気回路内を相対峙するように巻装され、前記磁気回路には、前記第1の磁束および前記第2の磁束が略同時に発生したときにそれぞれを漏洩させて迂回させる漏洩磁束経路が具備されることを特徴とする。
【0007】
請求項2記載の発明は、前記第1の巻線の第2の端子と前記第2の巻線の第1の端子との接続点に接続されるキャパシタをさらに備えることを特徴とする。
【0008】
請求項3記載の発明は、前記漏洩磁束経路には、前記第1の磁束と前記第2の磁束とを漏洩させる第1の磁気空隙が具備されることを特徴とする。請求項4記載の発明は、前記磁気回路には、前記第1の磁束および前記第2の磁束のそれぞれの磁気飽和を防止するための第2の磁気空隙が具備され、前記第2の磁気空隙のギャップ長は、前記第1の磁気空隙のギャップ長よりも短いことを特徴とする。請求項5記載の発明は、前記漏洩磁束経路は、前記第1のリアクトルに発生した前記第1の磁束が該第1のリアクトルに戻る第1の経路長と、前記第2のリアクトルに発生した前記第2の磁束が該第2のリアクトルに戻る第2の経路長と、が略同一経路長となる位置に具備されることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明によるスイッチング回路装置の一実施の形態の回路構成を示す回路図である。本願において、スイッチング回路装置とは、半導体スイッチング素子を用いて構成されたスイッチング回路を含む装置の一部または全部を意味するものとする。
【0010】
図1において、端子1は図示していない直流電源の正極性端子に接続されている。一方、端子2は同電源の負極性端子に接続されている。端子3は出力端子であり、コンデンサ40の両端子間に接続された図示していない負荷に対して交流電力を供給する。そして、端子4は、例えば、端子1及び端子2に接続された直流電源の中間の電位に接続されている。
【0011】
正極性端子1には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)からなるスイッチング素子11のコレクタ端子と、ダイオード31のカソード端子が接続されている。負極性端子2には、IGBTからなるスイッチング素子12のエミッタ端子と、ダイオード32のアノード端子が接続されている。スイッチング素子11のエミッタ端子には、ダイオード32のカソード端子と、リアクトル21の巻線Aの一方の端子が接続されている(接続点▲1▼)。スイッチング素子12のコレクタ端子には、ダイオード31のアノード端子と、リアクトル22の巻線Bの一方の端子が接続されている(接続点▲2▼)。そして、リアクトル21の巻線Aの他方の端子とリアクトル22の巻線Bの他方の端子は、出力端子3とコンデンサ40の一方の端子に共通に接続されている(接続点▲3▼)。
【0012】
スイッチング素子11及びスイッチング素子12の各ゲート端子には、図示していない制御回路から、各素子が交互にオン・オフするようにPWM制御によるパルス信号列が供給される。なお、図1に示す例では、スイッチング素子11及び12をIGBTで構成しているが、IGBTに限らず、MOSFET、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子を用いてもよい。また、図1の構成では、コンデンサ40を、リアクトル21の巻線Aとリアクトル22の巻線Bの接点(接続点▲3▼)に直接接続しているが、間接的に接続すること、すなわち、リアクトル等の他の回路素子を介在させてから接続するようすることもできる。
【0013】
図2及び図3は、図1に示すリアクトル21及び22の構成例を示す側面図である。図2に示す例では、リアクトル21及び22のコアとして、1組のEI型コアを用いている。図2に示すEI型コアは、鉄、フェライト等の磁性体からなるI型コア201と、E型コア202から構成されている。この場合、I型コア201と、E型コア202とは、所定の空隙を有するように組み合わされて構成されている。E型コア202は、E型の両側の脚を構成するコア202a及びコア202bと、中心の脚(中間部の脚)を構成するコア202cと、各コア202a〜202cを結合するヨークをなすコア202dとから構成されている。ここで、コア202cは、他のコア202a及びコア202bよりも長さが短くなるように構成されているので、コア202a、コア202b及びコア202cと、コア201との間の空隙長は、コア202cとコア201との間が最も大きくなる。
【0014】
図2の構成において、リアクトル21の巻線Aはコア202aに巻装されていて、リアクトル22の巻線Bはコア202bに巻装されている。巻線Aと巻線Bは、順にコア202a、コア201、コア202b及びコア202dから形成される一つの磁気回路上で同相に巻装されている。そのため、巻線Aと巻線Bの巻始めの各端子(接続点▲1▼と接続点▲2▼;図中黒丸で示す端子)が互いに結線(短絡)されている場合にも、巻線Aと巻線Bは1つのリアクトルの1つの巻線として動作するようになっている。
【0015】
一方、図3に示す例では、図1のリアクトル21及び22のコアを、2つカットコア203及び204からそれぞれ構成している。カットコア203は1組のコア203a及び203bから構成され、カットコア204は1組のコア204a及び204bから構成されている。コア203aとコア204aは互いの側面が接するように面Cで接合されていて、コア203bとコア204bは互いの側面が接するように面Dで接合されている。そして、コア203aとコア204aは、コア203bとコア204bと所定の空隙を有して対面するように組み合わされている。
【0016】
図3の構成において、リアクトル21の巻線Aはコア203の面C及びDと異なる位置(図示の例では面Cまたは面Dをなす脚とは反対の脚)に巻装されていて、リアクトル22の巻線Bは同様にコア204の面C及びDと異なる位置に巻装されている。巻線Aと巻線Bは、順にコア203a、コア204a、コア204b、及びコア203bから形成される一つの磁気回路上で同相に巻装されている。そのため、巻線Aと巻線Bの巻始めの各端子(接続点▲1▼と接続点▲2▼;図中黒丸で示す端子)が互いに結線(短絡)されている場合にも、一つの巻線として動作するようになっている。
【0017】
次に、図1〜図3を参照して説明した実施の形態の動作について説明する。
【0018】
図2及び図3に示すように、リアクトル21及び22を構成する巻線Aと巻線Bは一つの磁気回路上で同相に巻装してあるので、両方の巻線に発生する電圧極性は同じになる。この場合、例えば、接続点▲1▼に正極、接続点▲2▼に負極が印加されると(すなわちスイッチング素子11、12が同時オン=短絡状態になると)、巻線A及びBで発生する互いの磁束Φ13及びΦ32は突き合う形(磁束が打ち消し会う状態)になり、両巻線に過大電流が流れようとする。
【0019】
上記の状態の時、本実施の形態と異なり、磁気迂回路が無い場合では、磁束が増加(変化)することが出来ないので、巻線に電圧が誘起できなくなり過大電流が流れることになる。しかし、本実施の形態の構造であれば、中間の磁気間隙が迂回路(磁気漏れ構造)を作る為、互いの巻線から発生した磁束が磁束Φ13a及びΦ32aとして迂回路を通過し、増加(変化)することになって、巻線A及び巻線Bに電圧を印加(誘起)させることができる。
【0020】
即ち、巻線Aと巻線Bに逆相の電圧がかかった場合でも(スイッチング素子11とスイッチング素子12の開閉端子間が同時オンしたような場合でも)、磁気迂回路(磁気漏れ)動作によって過大電流が流れることを防止することができる。
【0021】
一方、通常動作の場合(スイッチング素子11とスイッチング素子12が交互にオンする状態等の場合)は、巻線Aから発生した磁束は、磁束Φのように巻線Aのコア(コア202aまたはコア203)から巻線Bのコア(コア202bまたはコア204)を経由して流れるものと、磁束Φ13aのように中間の磁気間隙を迂回するものがあるが、巻線Aから見た場合の磁気回路は一つである為、自己インダクタンスとしての動作は巻線Bを省略した場合の構造(リアクトル21とリアクトル22を1つのリアクトルに置き換えた場合の構造)と同じである。
【0022】
同様に巻線Bのコア(コア202bまたはコア204)を経由する磁束の方向も一つの磁気回路である為、巻線Bに誘起される電圧極性は巻線Aと同じ(同相)となり、スイッチング素子11とスイッチング素子12の電圧推移も、巻線Bを省略した場合の構造(リアクトル21とリアクトル22を1つのリアクトルに置き換えた場合の構造)と同じ(同相)となる。
【0023】
また、巻線Aのコア(コア202aまたはコア203)には一つの磁気回路(ループ)の中に磁束エネルギーが蓄積され、スイッチング素子11がオフする時の自己インダクタンスによるエネルギーを巻線Aに放出することができる。
【0024】
しかし、巻線Bのコア(コア202bまたはコア204)はその両方の磁気間隙(コア201とコア202b及び202cとの間の2カ所の空隙またはコア204aとコア204bとの間の2カ所の空隙)に同一方向の磁束が通過するので磁束エネルギーは蓄積されない。但し、巻線Bによる磁束が通過する磁気回路は、巻線Aを含む磁気回路の一部でもあるので、巻線Aのコア(コア202aまたはコア203)に対する磁気エネルギーとしては蓄積される。
【0025】
本発明の構成上の特徴をまとめると次のようになる。▲1▼一つの磁気回路に二つの巻線を備え、スイッチング素子の共通接続点を分離し、短絡電流が流れない様にする。▲2▼二つの巻線は二つのスイッチング素子が同一電圧極性に対して同一方向の磁束が発生する様にする。▲3▼二つの巻線のそれぞれの方端は共通に接続し、それを系統電源側に接続するが、互いに分離して巻回する様にする。▲4▼二つの巻線から発生する磁束エネルギーは同一磁気コアで生成する様にする。▲5▼二つの巻線に繋がるスイッチング素子が同時オンした場合の磁束の逃げ道を二つの巻線からのおおむね中間に設けて過大電流を防ぐことができる。▲6▼EI型コアの場合は、中間の磁極を短くし、そこを磁気の迂回路にする。▲7▼カットコアの場合は、二つの磁気回路の方端を密着させて、そこを磁気の迂回路にする。▲8▼自己インダクタンスによるエネルギー回収用のダイオードは互いの相手側の電源に接続する。
【0026】
すなわち、本発明においては、(1)PWMインバータ等の対となっている二つのスイッチング素子を、リアクトル(チョークトランス)の二つの巻線に分離接続し、(2)従来のリアクトル(チョークトランス)が1巻線である構造と比較した場合、リアクトルを2巻線にすると共に、巻回する位置を分離して互いの巻線に逆極性の電圧が印加された時に磁束が迂回(飽和しない)できる様にし、さらに、(3)二つの巻線に同相の電圧が印加(通常動作)された時も、おおむね中間の磁気間隙(迂回路)が影響しない(迂回しても)位置に巻線を配置したことを主要な特徴としている。すなわち、本発明においては、二つの巻線に同相の電圧が印加された時は互いの磁束が同一方向になり、逆極性の時は互いの磁束が迂回できる様にしたことが主要な1つの特徴である。
【0027】
以上の構成上の特徴によって本発明によれば次のような効果を得ることができる。▲1▼二つのスイッチング素子が同時オンしても、短絡電流が流れないのでデッドタイムの様な複雑且つ、高精度な制御が不要な為、装置が簡単で、信頼性が高く(壊れにくい)、安価になる。▲2▼1つのリアクトルのみを用いる従来方式の磁気コアと同じ一つの部品材料で、▲1▼の効果が得られる。▲3▼磁気コアの形状がEI型、カットコア型の何れの場合でも1つのリアクトルのみを用いる従来方式からコア形状を変更することなく部品の流用が可能なので従来装置があるときには開発期間を短期間とすることができる。▲4▼スイッチング動作におけるデッドタイムを極小にできる為、インバータ効率が高くなる。▲5▼一方のスイッチング素子がオンした時に他方のスイッチング素子に印加される電圧の立ち上がり勾配が緩和されるのでスイッチング素子の負担や損失が殆ど無くなる為、スイッチング素子の定格容量に余裕ができる。▲6▼交流インバータ以外に同期整流型のスイッチング電源にも応用できる。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、スイッチング素子間に設けた第1のリアクトルと第2のリアクトルとを、第1のリアクトルを構成する第1のコアと第2のリアクトルを構成する第2のコアとが第1の磁気回路を形成し、第1の巻線と第2の巻線とが第1の磁気回路上で同相に巻装され、かつ、電源の正極性端子から負極性端子へと流れる電流が第1の巻線と第2の巻線からなる直列回路を流れたときに各巻線で生じる各磁束が同一方向に通過する第2の磁気回路を形成するようにしたので、リアクトルのコア形状をより効率よく設計でき、また、スイッチング素子に流れる短絡電流を容易に防止できるようになるので、リアクトルを含むスイッチング回路の小型化、低コスト化を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実の形態の電気回路構成を示す回路図。
【図2】図1のリアクトル21、22の構成例を示す側面図。
【図3】図1のリアクトル21、22の他の構成例を示す側面図。
【符号の説明】
11、12:スイッチング素子
21、22:リアクトル
31、32:ダイオード
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching circuit device suitable for use in a power conversion device such as various inverter devices.
[0002]
[Prior art]
In a conventional power conversion device, as a method of controlling the amount of AC or DC, there is a switching method of performing on / off control of a semiconductor switching element using PWM (pulse width modulation) or the like. In an inverter device that performs DC-to-AC power conversion by a switching method, a pair of switching elements are connected in series between the positive and negative poles of a DC power supply, and these elements are alternately turned on and off. Often used. In such a circuit configuration, the switching elements of both polarities may be turned on (short-circuited) at the same time, causing an excessive current to flow through the elements, thereby damaging the elements. In order to avoid this, in the conventional configuration, a dead time (a time when both are simultaneously turned off (open)) is provided. However, in the case of protecting the element by controlling the switching element such as providing a dead time, there is a problem that it is necessary to take measures against an inefficiency or a phenomenon that the element is simultaneously turned on due to noise or the like. is there.
[0003]
On the other hand, a switching circuit has been proposed in which a countermeasure against an excessive current is taken by changing a circuit configuration itself. One example of such a circuit is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-346475, "Power Supply Device" and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-258270, "Power Converter". In the configurations described in these publications, a reactor is interposed between a pair of switching elements provided between power supplies, and the above-mentioned excessive short-circuit current is prevented from flowing through each element by the inductance of the reactor. I have.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when an additional reactor is provided between switching elements in a switching-type power converter, an increase in cost and space is considered as a problem. Regarding the reactor, especially in the design of a magnetic circuit, it is necessary to reduce the size of the core and to secure sufficient characteristics to prevent an excessive current.
[0005]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and aims at optimizing a design such as optimizing a magnetic circuit of a reactor provided between switching elements to easily reduce a size of a switching circuit including a reactor. It is an object of the present invention to provide a switching circuit device that can reduce the cost and cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 includes a first switching element in which a first switching terminal is connected to a positive terminal of a power supply, and a first winding wound around a first core . A first reactor having a first terminal connected to a second switching terminal of the first switching element, and a first terminal having a second winding wound around a second core having the first terminal connected to the first switching element. A second reactor connected to a second terminal of the first winding, a first switching terminal connected to a second terminal of the second winding, and a negative terminal of the power supply connected to a negative terminal of the power supply. includes a second switching element second switching terminal connected, and a magnetic circuit is formed to include a first core and said second core, said first, second winding A line passes through the first core generated in the first reactor when the first switching element is turned on. The first magnetic flux passing through the second core and the second magnetic flux generated in the second reactor and passing through the second core when the second switching element is turned on are relatively opposed in the magnetic circuit. And the magnetic circuit is provided with a leakage magnetic flux path that leaks and bypasses each of the first magnetic flux and the second magnetic flux when they are generated substantially simultaneously. .
[0007]
The invention according to claim 2 is characterized by further comprising a capacitor connected to a connection point between a second terminal of the first winding and a first terminal of the second winding .
[0008]
The invention according to claim 3 is characterized in that the leakage magnetic flux path includes a first magnetic gap for leaking the first magnetic flux and the second magnetic flux . According to a fourth aspect of the present invention, the magnetic circuit includes a second magnetic gap for preventing magnetic saturation of each of the first magnetic flux and the second magnetic flux. Is shorter than the gap length of the first magnetic air gap . According to a fifth aspect of the present invention, in the leakage magnetic flux path, a first path length in which the first magnetic flux generated in the first reactor returns to the first reactor and a leakage flux path generated in the second reactor are provided. A second path length where the second magnetic flux returns to the second reactor is provided at a position where the path length is substantially the same .
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a switching circuit device according to an embodiment of the present invention. In the present application, a switching circuit device means a part or all of a device including a switching circuit configured using semiconductor switching elements.
[0010]
In FIG. 1, a terminal 1 is connected to a positive terminal of a DC power supply (not shown). On the other hand, the terminal 2 is connected to the negative terminal of the power supply. The terminal 3 is an output terminal, and supplies AC power to a load (not shown) connected between both terminals of the capacitor 40. The terminal 4 is connected to, for example, an intermediate potential of the DC power supply connected to the terminals 1 and 2.
[0011]
The positive terminal 1 is connected to a collector terminal of a switching element 11 composed of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a cathode terminal of a diode 31. The negative terminal 2 is connected to the emitter terminal of the switching element 12 made of IGBT and the anode terminal of the diode 32. The cathode terminal of the diode 32 and one terminal of the winding A of the reactor 21 are connected to the emitter terminal of the switching element 11 (connection point {circle around (1)}). The anode terminal of the diode 31 and one terminal of the winding B of the reactor 22 are connected to the collector terminal of the switching element 12 (connection point {circle around (2)}). The other terminal of the winding A of the reactor 21 and the other terminal of the winding B of the reactor 22 are commonly connected to the output terminal 3 and one terminal of the capacitor 40 (connection point {circle around (3)}).
[0012]
A pulse signal train by PWM control is supplied to each gate terminal of the switching element 11 and the switching element 12 from a control circuit (not shown) so that each element is turned on and off alternately. In the example shown in FIG. 1, the switching elements 11 and 12 are composed of IGBTs. However, the switching elements are not limited to IGBTs, and other switching elements such as MOSFETs and bipolar transistors may be used. Further, in the configuration of FIG. 1, the capacitor 40 is directly connected to the contact point (connection point (3)) between the winding A of the reactor 21 and the winding B of the reactor 22; , A reactor or other circuit element may be interposed before connection.
[0013]
FIGS. 2 and 3 are side views showing a configuration example of the reactors 21 and 22 shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, a set of EI-type cores is used as the cores of the reactors 21 and 22. The EI type core shown in FIG. 2 includes an I type core 201 made of a magnetic material such as iron and ferrite, and an E type core 202. In this case, the I-shaped core 201 and the E-shaped core 202 are configured to be combined so as to have a predetermined gap. The E-type core 202 includes a core 202a and a core 202b that form the legs on both sides of the E-type, a core 202c that forms the center leg (intermediate leg), and a yoke that connects the cores 202a to 202c. 202d. Here, since the core 202c is configured to be shorter than the other cores 202a and 202b, the gap length between the cores 201a, 202b, and 202c and the core 201 is equal to the core length. The distance between the core 202c and the core 201 is the largest.
[0014]
2, the winding A of the reactor 21 is wound around the core 202a, and the winding B of the reactor 22 is wound around the core 202b. The winding A and the winding B are wound in the same phase on one magnetic circuit formed of the core 202a, the core 201, the core 202b, and the core 202d in order. Therefore, even when the terminals at the beginning of winding of the winding A and the winding B (connection points (1) and (2); terminals indicated by black circles in the drawing) are connected to each other (short-circuited), A and the winding B operate as one winding of one reactor.
[0015]
On the other hand, in the example illustrated in FIG. 3, the cores of the reactors 21 and 22 in FIG. 1 are configured by two cut cores 203 and 204, respectively. The cut core 203 is composed of a pair of cores 203a and 203b, and the cut core 204 is composed of a pair of cores 204a and 204b. The core 203a and the core 204a are joined together at a plane C such that their side surfaces are in contact, and the core 203b and the core 204b are joined together at a plane D such that their respective side surfaces are in contact. The core 203a and the core 204a are combined so as to face the core 203b and the core 204b with a predetermined gap.
[0016]
In the configuration of FIG. 3, the winding A of the reactor 21 is wound around a position different from the surfaces C and D of the core 203 (the leg opposite to the leg forming the surface C or D in the illustrated example). Similarly, the winding B of 22 is wound at a position different from the planes C and D of the core 204. The winding A and the winding B are wound in the same phase on one magnetic circuit formed of the core 203a, the core 204a, the core 204b, and the core 203b in order. Therefore, even when the terminals at the beginning of winding of the winding A and the winding B (connection points (1) and (2); terminals indicated by black circles in the figure) are connected (short-circuited) to each other, one terminal is also connected. It operates as a winding.
[0017]
Next, the operation of the embodiment described with reference to FIGS.
[0018]
As shown in FIGS. 2 and 3, the windings A and B constituting the reactors 21 and 22 are wound in the same phase on one magnetic circuit. Will be the same. In this case, for example, when a positive electrode is applied to the connection point {circle around (1)} and a negative electrode is applied to the connection point {circle around (2)} (that is, when the switching elements 11 and 12 are simultaneously turned on = short-circuit state), the windings A and B are generated. The magnetic fluxes Φ 13 and Φ 32 of each other are brought into abutting form (a state in which the magnetic fluxes cancel each other), and an excessive current tends to flow through both windings.
[0019]
In the above state, unlike the present embodiment, if there is no magnetic detour, the magnetic flux cannot increase (change), so that no voltage can be induced in the winding and an excessive current flows. However, if the structure of this embodiment, since the intermediate magnetic gap to make the detour (magnetic leak structure), passes through the detour magnetic flux generated from each of the winding as the magnetic flux [Phi 13a and [Phi 32a, By increasing (changing), a voltage can be applied (induced) to the winding A and the winding B.
[0020]
That is, even when a reverse-phase voltage is applied to the winding A and the winding B (even when the switching terminals of the switching element 11 and the switching element 12 are simultaneously turned on), the magnetic detour (magnetic leakage) operation is performed. Excessive current can be prevented from flowing.
[0021]
On the other hand, for normal operation (when the switching element 11 and switching element 12 is in a state such that alternately turned on), the magnetic flux generated from the coil A is the winding A as magnetic flux [Phi 4 cores (core 202a or and those flowing from the core 203) via the core (core 202b or core 204) of the winding B, and is intended to bypass the intermediate magnetic gap as flux [Phi 13a, when viewed from the winding a Since there is one magnetic circuit, the operation as the self-inductance is the same as the structure when the winding B is omitted (the structure when the reactor 21 and the reactor 22 are replaced with one reactor).
[0022]
Similarly, since the direction of the magnetic flux passing through the core (core 202b or core 204) of the winding B is also a single magnetic circuit, the voltage polarity induced in the winding B is the same as that of the winding A (in-phase), and the switching is performed. The voltage transitions of the element 11 and the switching element 12 are also the same (in-phase) with the structure in which the winding B is omitted (the structure in which the reactor 21 and the reactor 22 are replaced with one reactor).
[0023]
Further, magnetic flux energy is accumulated in one magnetic circuit (loop) in the core (core 202a or core 203) of the winding A, and energy due to self-inductance when the switching element 11 is turned off is released to the winding A. can do.
[0024]
However, the core of winding B (core 202b or core 204) has two magnetic gaps (two gaps between core 201 and cores 202b and 202c or two gaps between cores 204a and 204b). ), The magnetic flux in the same direction passes therethrough, so that no magnetic flux energy is accumulated. However, since the magnetic circuit through which the magnetic flux from the winding B passes is also a part of the magnetic circuit including the winding A, it is stored as magnetic energy for the core (core 202a or core 203) of the winding A.
[0025]
The constitutional features of the present invention are summarized as follows. {Circle around (1)} One magnetic circuit is provided with two windings, and the common connection point of the switching elements is separated so that short-circuit current does not flow. {Circle around (2)} Two windings allow two switching elements to generate magnetic flux in the same direction for the same voltage polarity. {Circle around (3)} The respective ends of the two windings are connected in common and connected to the system power supply side, but are wound separately from each other. (4) The magnetic flux energy generated from the two windings is generated by the same magnetic core. (5) An escape path for the magnetic flux when the switching elements connected to the two windings are turned on at the same time is provided almost in the middle from the two windings to prevent an excessive current. {Circle around (6)} In the case of the EI type core, the intermediate magnetic pole is shortened, and this is used as a magnetic detour. {Circle around (7)} In the case of a cut core, two magnetic circuits are brought into close contact with each other to form a magnetic detour. {Circle around (8)} Diodes for energy recovery due to self-inductance are connected to power sources on the other side.
[0026]
That is, in the present invention, (1) two switching elements forming a pair such as a PWM inverter are separately connected to two windings of a reactor (choke transformer), and (2) a conventional reactor (choke transformer) is used. Compared to the structure in which the single winding is used, the reactor has two windings, the winding positions are separated, and when voltages of opposite polarities are applied to the respective windings, the magnetic flux detours (does not saturate). (3) When the in-phase voltage is applied to the two windings (normal operation), the winding is located at a position where the middle magnetic gap (detour) does not affect (even when the winding is detoured). The main feature is that it is located. That is, in the present invention, one of the main features of the present invention is that when in-phase voltages are applied to the two windings, the magnetic fluxes are in the same direction, and when the polarities are opposite, the magnetic fluxes can be bypassed. It is a feature.
[0027]
According to the present invention, the following effects can be obtained by the above structural features. (1) Even if two switching elements are turned on at the same time, short-circuit current does not flow, so complicated and high-precision control such as dead time is not required, so that the device is simple and highly reliable (hard to break). , Will be cheaper. (2) The effect of (1) can be obtained with the same one component material as the conventional magnetic core using only one reactor. (3) Regardless of the shape of the magnetic core, either the EI type or the cut core type, parts can be reused without changing the core shape from the conventional method using only one reactor, so the development period is short if there is a conventional device Can be between. (4) Since the dead time in the switching operation can be minimized, the inverter efficiency is increased. (5) Since the rising gradient of the voltage applied to the other switching element when one of the switching elements is turned on is reduced, the load and loss of the switching element are almost eliminated, and the rated capacity of the switching element can be margined. (6) It can be applied to synchronous rectification type switching power supplies other than AC inverters.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first reactor and the second reactor provided between the switching elements are replaced by the first core constituting the first reactor and the second core constituting the second reactor. A first magnetic circuit is formed, a first winding and a second winding are wound in the same phase on the first magnetic circuit, and a current flowing from a positive terminal to a negative terminal of a power supply is formed. When the magnetic flux generated in each winding when flowing through the series circuit consisting of the first winding and the second winding forms a second magnetic circuit through which the magnetic flux passes in the same direction, the core shape of the reactor is changed. Since the design can be performed more efficiently and the short circuit current flowing through the switching element can be easily prevented, the size and cost of the switching circuit including the reactor can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an electric circuit configuration according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a configuration example of reactors 21 and 22 in FIG.
FIG. 3 is a side view showing another configuration example of the reactors 21 and 22 of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
11, 12: switching elements 21, 22: reactors 31, 32: diodes

Claims (5)

電源の正極性端子に第1の開閉端子が接続された第1のスイッチング素子と、
第1のコアに巻装された第1の巻線の第1の端子が前記第1のスイッチング素子の第2の開閉端子に接続された第1のリアクトルと、
第2のコアに巻装された第2の巻線の第1の端子が前記第1の巻線の第2の端子に接続された第2のリアクトルと、
前記第2の巻線の第2の端子に第1の開閉端子が接続されるとともに、前記電源の負極性端子に第2の開閉端子が接続された第2のスイッチング素子と、
前記第1のコアと前記第2のコアとを含むように形成された磁気回路と、
を備え、
前記第1,第2の巻線は、前記第1のスイッチング素子が導通したときに前記第1のリアクトルに発生した前記第1のコア内を通過する第1の磁束と、前記第2のスイッチング素子が導通したときに前記第2のリアクトルに発生した前記第2のコア内を通過する第2の磁束と、が前記磁気回路内を相対峙するように巻装され、
前記磁気回路には、前記第1の磁束および前記第2の磁束が略同時に発生したときにそれぞれを漏洩させて迂回させる漏洩磁束経路が具備されることを特徴とするスイッチング回路装置。
A first switching element having a first switching terminal connected to a positive terminal of the power supply;
A first reactor having a first terminal of a first winding wound on a first core connected to a second switching terminal of the first switching element;
A second reactor having a first terminal of a second winding wound on a second core connected to a second terminal of the first winding;
A second switching element having a first switching terminal connected to a second terminal of the second winding and a second switching terminal connected to a negative terminal of the power supply;
A magnetic circuit formed to include the first core and the second core;
With
The first and second windings include a first magnetic flux, which is generated in the first reactor and passes through the first core when the first switching element is turned on, and a second switching element. A second magnetic flux generated in the second reactor and passing through the second core when the element is turned on is wound so as to face the inside of the magnetic circuit,
The switching circuit device, wherein the magnetic circuit is provided with a leakage magnetic flux path that leaks and bypasses the first magnetic flux and the second magnetic flux when they are generated substantially simultaneously .
前記第1の巻線の第2の端子と前記第2の巻線の第1の端子との接続点に接続されるキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング回路装置。 The switching circuit device according to claim 1, further comprising a capacitor connected to a connection point between a second terminal of the first winding and a first terminal of the second winding . 前記漏洩磁束経路には、前記第1の磁束と前記第2の磁束とを漏洩させる第1の磁気空隙が具備されることを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング回路装置。3. The switching circuit device according to claim 1 , wherein the leakage magnetic flux path includes a first magnetic gap that leaks the first magnetic flux and the second magnetic flux . 4. 前記磁気回路には、前記第1の磁束および前記第2の磁束のそれぞれの磁気飽和を防止するための第2の磁気空隙が具備され、
前記第2の磁気空隙のギャップ長は、前記第1の磁気空隙のギャップ長よりも短いことを特徴とする請求項3に記載のスイッチング回路装置。
The magnetic circuit includes a second magnetic gap for preventing magnetic saturation of each of the first magnetic flux and the second magnetic flux,
4. The switching circuit device according to claim 3 , wherein the gap length of the second magnetic gap is shorter than the gap length of the first magnetic gap .
前記漏洩磁束経路は、前記第1のリアクトルに発生した前記第1の磁束が該第1のリアクトルに戻る第1の経路長と、前記第2のリアクトルに発生した前記第2の磁束が該第2のリアクトルに戻る第2の経路長と、が略同一経路長となる位置に具備されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のスイッチング回路装置。 The leakage flux path includes a first path length in which the first magnetic flux generated in the first reactor returns to the first reactor, and a second path generated in the second reactor. The switching circuit device according to any one of claims 1 to 4, wherein the second path length returning to the second reactor and the second path length are provided at positions where the path lengths are substantially the same .
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