JP4120134B2

JP4120134B2 - 降圧型電力用ｄｃ−ｄｃコンバータ及び電子回路装置

Info

Publication number: JP4120134B2
Application number: JP2000132410A
Authority: JP
Inventors: 健浜田; 達哉町; 博松前
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2020-05-01
Also published as: JP2001314080A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ及び電子回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車など、回転電機が走行動力の一部又は全部を発生する車両では、走行動力発生用回転電機に大電力を給電するために抵抗損失低減や配線重量低減やスイッチング素子の小型化のために２５０〜３００Ｖといった高圧バッテリを用いるのが通常である。
【０００３】
また、この種車両でも、制御電源や小電力機器にはたとえば１２Ｖといった低圧バッテリから給電するのが通常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、高圧バッテリと低圧バッテリとの間を降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータで接続して高圧バッテリから低圧バッテリへ送電することにより低圧バッテリを充電することが考えられる。
【０００５】
この降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータの最小回路構成は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、インバータの出力交流電圧を降圧する降圧トランス、及び、降圧トランスの出力電圧を整流する単相全波整流器であるが、電磁波ノイズによる車両搭載コンピュータや無線装置への悪影響や、リップルやスイッチングにより生じる電圧変動がバッテリ寿命に与える悪影響などを低減するために、上記最小回路構成のＤＣ−ＤＣコンバータの入力側及び出力側に、それぞれチョークコイルと平滑コンデンサとからなる平滑回路を設けるのが通常である。
【０００６】
ところが、これらの降圧トランスや両チョークコイルは磁気回路部品であって、磁路及びそれと鎖交差する多くのターンを有する巻線を有するため、互いに近接配置すると、それぞれの巻線間で容易に電磁誘導が生じ、その結果として好ましくない電磁ノイズが重畳してしまう。
【０００７】
といって、これら３つの磁気回路部品を互いに引き離して配置すると、配線の延長距離が増大するために抵抗電力損失が増大し、配線重量、スペースも増大し、その上、この配線のインダクタンスが新たな電磁ノイズ発生源となってしまう。この問題は特に、電流が大きい降圧トランスの下流側で顕著となる。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、配線距離の延長を抑止しつつ各磁気回路部品間の相互電磁干渉を低減可能な降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ及び電子回路装置を提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータによれば、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、高圧バッテリに接続される入力端子と前記インバータの直流入力端との間に直列接続される高圧側チョークコイル、前記インバータの一対の直流入力端間に並列接続される高圧側平滑コンデンサ、前記インバータの出力交流電圧を降圧する降圧トランス、前記降圧トランスの出力電圧を整流する単相全波整流器、低圧バッテリに接続される出力端子と前記整流器の直流出力端との間に直列接続される低圧側チョークコイル、前記低圧バッテリの両端間に並列接続される低圧側平滑コンデンサ、及び、前記降圧トランス及び前記低圧側チョークコイルを搭載する金属製回路部品載置板とを備えるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記高圧側チョークコイル、降圧トランス及び低圧側チョークコイルは、前記単相全波整流器を囲んで前記整流器の三方に個別に隣接配置され、前記出力端子は前記整流器の残る一方側に位置して前記整流器に近接配置されることを特徴としている。
【００１０】
本構成によれば、磁気回路部品である高圧側チョークコイル、降圧トランス及び低圧側チョークコイルが単相全波整流器の三方を囲む回路部品配置を採用しているので、降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータの配線距離の延長を抑止しつつ各磁気回路部品間の相互電磁干渉を低減することができる。
【００１１】
以下、更に詳しく説明する。
【００１２】
磁気回路部品である両チョークコイル及び降圧トランスはどうしても外部に漏洩磁束を発生するが、本構成では、これら３つの磁気回路部品が互いに斜めに近接するので、一列に配置された互いに対面する場合に比べて各磁気回路部品が面的に近接する場合に比較して任意の一つの磁気回路部品の漏洩磁束が他の磁気回路部品のコイルに鎖交するのを減らすことができる。また、互いに対面することになる両チョークコイルは単相全波整流器を挟んで対面することになるため、両チョークコイル間の距離を確保することができ、両者間の単相全波整流器やそれに接続されるブスバーなどが両チョークコイルのコイル間の電磁誘導作用を低減する。
【００１３】
更に、降圧トランスの二次コイルと単相全波整流器の入力端との間の配線、単相全波整流器と低圧側チョークコイルとの間の配線は、それらが対面状態で隣接しているために最短とすることができ、配線抵抗低減による電力損失の低減、及び、配線インダクタンス低減による電磁波ノイズ低減を実現することができる。降圧トランスの一次コイルと高圧側チョークコイルとの間の配線は上記２つの配線よりは長くなるが、高圧側の電流は低圧側のそれに比較して格段に小さく、抵抗損失や電磁波ノイズの問題は格段に小さい。
【００１４】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて更に、前記降圧トランスの二次コイル及び前記低圧側チョークコイルと前記単相全波整流器の入力端との間の各配線は、前記降圧トランスの二次コイル及び前記低圧側チョークコイルのコイルを前記単相全波整流器の入出力ターミナルまで延設して形成されることを特徴としている。
【００１５】
本構成によれば、降圧トランスが単相全波整流器の一辺に、低圧側チョークコイルが単相全波整流器の他の一辺にそれぞれ対面しているので、降圧トランスの二次コイル及び低圧側チョークコイルを構成する導体を延長するだけでそれらを単相全波整流器の入出力ターミナルまで到達させることができ、大電流を流す必要がある降圧トランスの二次コイル及び低圧側チョークコイルと単相全波整流器の入力端との間を接続する配線部材を省略することができる。
【００１６】
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて更に、前記金属製回路部品載置板は、前記単相全波整流器及び低圧側チョークコイルを嵩上げして前記、降圧トランス及び低圧側チョークコイル間のターミナル高さの差を低減する台部を有することを特徴としている。
【００１７】
本構成によれば、単相全波整流器の入出力ターミナルと降圧トランスの二次コイルの端部及び低圧側チョークコイルのコイルの端部とを高さ方向に位置合わせすることができ、配線抵抗及び配線インダクタンスの一層の低減を図ることができる。また、金属製回路部品載置板及び台部は発熱部品である単相全波整流器、降圧トランス及び低圧側チョークコイルの放熱経路を構成してそれらの温度を低減する。
【００１８】
請求項４記載の構成によれば請求項３記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて更に、前記金属製回路部品載置板及び台部は、アルミダイキャスト一体成形品からなることを特徴としている。
【００１９】
本構成によれば、金属製回路部品載置板を簡単に作製することができるとともに、金属製回路部品載置板が外部への電磁波ノイズの漏洩を遮断し、かつ、ヒートシンクを兼ねることができる。
【００２０】
請求項５記載の構成によれば請求項４記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて更に、前記金属製回路部品載置板及び台部は、軟鋼板のプレス成形品からなることを特徴としている。
【００２１】
本構成によれば、台部を簡素な工程で作成できるとともに、金属製回路部品載置板が電磁シールド機能をもつため、外部への電磁波ノイズ放射を一層低減することができる。
【００２２】
請求項６記載の構成によれば請求項３記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて更に、前記金属製回路部品載置板は、略平板上の軟鋼板からなり、前記台部は、アルミ板からなることを特徴としている。
【００２３】
本構成によれば、台部及び金属製回路部品載置板の製造工程を簡素化することができ、更に、アルミ板からなる台部が、低圧側チョークコイルから軟鋼板からなる金属製回路部品載置板に漏洩するのを抑止し、かつ、良好なヒートシンクを兼ねることができる。
【００２４】
請求項７記載の電子回路装置は、回路基板を介することなく互いのターミナル同士が接続される複数の回路部品と、各前記回路部品が載置される金属製回路部品載置板とを備える電子回路装置において、前記金属製回路部品載置板は、前記各回路部品の前記ターミナル高さの差を低減する凹凸部を有するプレス成形金属板からなることを特徴としている。
【００２５】
本構成によれば、放熱板かつ支持基板を兼ねる金属製回路部品載置板を簡単なプレス加工により、各回路部品間の直接配線を短縮でき、この配線の抵抗及びインダクタンスを低減することができるとという優れた効果を奏することができる。
【００２６】
請求項８記載の構成によれば請求項６記載の電子回路装置において更に、前記回路部品載置基板は、軟鋼板のプレス成形品からなるので、外部への電磁波漏洩を良好に遮断することができる。
【００２７】
請求項９記載の構成によれば請求項８記載の電子回路装置において更に、前記回路部品載置基板は、電磁遮蔽密閉ケースの一部を兼ねるので、部品点数を削減し、一層の電磁波外部漏洩を低減することができる。
【００２８】
【発明を実施するための態様】
本発明の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた電気自動車用ＤＣ−ＤＣコンバータの好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００２９】
【実施例１】
この電気自動車用ＤＣ−ＤＣコンバータは、図１に示すように、高圧側チョークコイル１、高圧側の平滑コンデンサ２、インバータ回路３、降圧トランス４、単相全波整流器５、低圧側チョークコイル６、低圧側の平滑コンデンサ７、制御回路８、ドライブ回路９からなる。１０は走行駆動モータ給電用の高圧バッテリ（定格２７４Ｖ）、１１は低圧負荷１２に給電する低圧バッテリ（定格１２Ｖ）である。
【００３０】
高圧側チョークコイル１は、高圧バッテリ１０とインバータ回路３との間に配列され平滑コンデンサ２とともに、インバータ回路３の正負直流端間に発生する高周波スイッチングノイズ電圧が高圧バッテリ１０側へ波及して、高圧バッテリ１０に悪影響を与えるのを阻止する。
【００３１】
インバータ回路３は、一対のハイサイドスイッチング素子及び一対のローサイドスイッチング素子をなす４個のＭＯＳＴをブリッジ接続してなり、各ＭＯＳＴはドライブ回路９から印加されるゲート電圧によりスイッチング制御されて単相交流電圧を降圧トランス４の一次コイルに出力する。
【００３２】
降圧トランス４は、両一端が中性点（接地ライン）に接続されて互いに逆巻きされ、両他端が単相全波整流器５の一対のブリッジのアノード電極に接続される一対の二次コイルをもつ。
【００３３】
単相全波整流器５の出力電圧は、低圧側チョークコイル６及び低圧側の平滑コンデンサ７からなる平滑回路（ローパスフィルタ）を通じて低圧バッテリ８及び低圧負荷１２に印加される。
【００３４】
低圧側チョークコイル６は、単相全波整流器５と低圧バッテリ１１との間に配列され平滑コンデンサ７とともに、単相全波整流器５が発生するスィッチングノイズ電圧が低圧バッテリ１１側へ波及して、低圧バッテリ１１に悪影響を与えるのを阻止する。
【００３５】
電磁波ノイズ低減の点で考えると、最も重要なのは、降圧トランス４と単相全波整流器５を接続するライン２１、２２と、単相全波整流器５と低圧側チョークコイル６とを接続するライン２３である。これらのライン２１〜２３には大電流が流れ、単相全波整流器５のダイオードによる電流スイッチングがあるため、大きな配線インダクタンスから電磁波ノイズを発生する。これを低減するには、これらライン２１〜２３の長さを短縮することが有効であり、この配線長短縮により大電流通電に伴う無視できない抵抗電力損失も低減することができる。
【００３６】
また、磁気回路部品であるチョークコイル１、６及び降圧トランス５の漏れ磁束が漏れ磁気回路を通じて相互に与える電磁誘導効果は、結果的にバッテリ１０、１１への高周波ノイズ電圧の印加を伴うので、低減する必要がある。この電磁誘導効果の低減は、これら磁気回路部品間の距離を確保することが有効であるが、この磁気回路部品間の距離確保は、上述した配線インダクタンス及び配線抵抗の増加に伴う悪影響を増加するというジレンマが生じる。この実施例では、このジレンマを図２、図３に示す回路部品配置で改善している。なお、３１、３２は、この降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータの入力ターミナル、３３は高位出力ターミナル、３４は降圧トランス４の二次コイルの中性点に接続される接地ターミナル、２４は低圧側チョークコイル６の出力端、２６は低圧バッテリ１１の正極端子につながるケーブルである。
【００３７】
すなわち、この実施例では、図２、図３に示すように、磁気回路部品である高圧側チョークコイル１、降圧トランス４及び低圧側チョークコイル６は、２つのダイオードが樹脂封止されてなるモジュールである単相全波整流器５の４つの側面の三方に個別に面して配置されている。１００は、これら重量部品又はヒートシンク放熱冷却必要部品である降圧トランス４、単相全波整流器５、チョークコイル６が載置されるアルミダイキャスト製の金属基板（金属製回路部品載置板）であり、２００は、金属基板１００上に配置された穴あきのプリント基板である。
【００３８】
このようにすれば、電磁波ノイズ低減及び配線抵抗損失低減上最も重要な、ライン２１〜２３を最も短縮することができ、かつ、ライン２１、２２とライン２３とが直交しているので、両者間の相互インダクタンスを低減して、これらライン間の高周波ノイズ電圧の漏洩を良好に低減することができる。また、上記ライン２１〜２３の配線長短縮にもかかわらず、磁気回路部品である降圧トランス４、チョークコイル１、６をこれらライン２１〜２３の外側に配置しているので、これら磁気回路部品間の漏れ磁束の影響すなわち相互インダクタンスによる高周波ノイズ電圧の増大を抑止することができる。
【００３９】
また、この実施例では、上記ライン２１〜２３を、降圧トランス４及び低圧側チョークコイル６のコイルを延長して形成しているので、部品点数を低減することができる。
【００４０】
更に、この実施例では、金属基板１００は、低圧側チョークコイル６及び単相全波整流器５の直下において台部１０１を有し、この台部は、ライン２１〜２３が略水平に延在するように、低圧側チョークコイル６及び単相全波整流器５の高さ方向の配置位置を調節している。したがって、この実施例によれば、上記ライン２１〜２３を最短化し、かつ、降圧トランス４及び低圧側チョークコイル６のコイルの変形加工を簡素化し、ブスバー状の各ラインの空間的干渉を低減することができる。なお、金属基板１００はアルミダイキャストであり、特別の製造工程の追加なしに台部１０１を増設することができ、更にこの台部の熱容量の分だけ単相全波整流器５に対するヒートシンク機能を増大することができる。また、電気電導性に優れた金属基板１００はこの装置内で生じる電磁波ノイズや交流漏れ磁束の外部への漏洩を低減する。
【００４１】
（変形態様１）
この降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータの変形態様を図４に示す。
【００４２】
１０２は軟鋼板をプレス成形してなる金属基板であり、１０３はこの金属基板１０２上に固定されたヒートシンク兼高さ調整機能を果たす台部である。台部１０３はアルミ板を切断加工して作製され、その頂面に単相全波整流器５及び低圧側チョークコイル６が載置、固定されている。台部１０３は、プレス成形により形成された金属基板１００の溝１０４に圧入、固定されているが、他の種々の固定方法を採用することができる。
【００４３】
本構成によれば、アルミダイキャスト工程を必要としないので、製造コストの低減を図ることができ、更に金属基板１０２は軟鋼製であり、外部電磁波ノイズの装置内部への侵入及び内部スイッチングノイズの外部への漏洩を良好に抑止することができ、安価な軟鋼板の採用により不足するヒートシンク機能については、軟鋼板にアルミ板製の台部１０３を固定することにより解消している。なお、台部１０３は軟鋼製としてもよく、金属基板１０２をアルミ板としてもよい。
【００４４】
なお、この金属基板１０２は、図示しない密閉金属ケースの底板部を兼ねている。
【００４５】
（変形態様２）
この降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータの変形態様を図５に示す。
【００４６】
この実施例は、図４において、軟鋼板（アルミ板でもよい）製をプレス成形してなる金属基板１０５自体を上記プレス成形により台部１０５ａを設けたものである。
【００４７】
１０６は、この台部１０５ａの裏側の溝に圧入されたヒートシンクマスとしてのアルミ部品であるが必要な部位にのみ用いればよく、低発熱部品直下では不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた実施例装置の回路図である。
【図２】図１に示す装置の要部平面図である。
【図３】図１に示す装置の分解斜視図である。
【図４】変形態様１を示す部分縦断面図である。
【図５】変形態様２を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
１は高圧側チョークコイル、２は平滑コンデンサ、３はインバータ回路、４は降圧トランス、５は単相全波整流器、６は低圧側チョークコイル、７は平滑コンデンサ、１０は高圧バッテリ、１１は低圧バッテリ

Claims

直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、
高圧バッテリに接続される入力端子と前記インバータの直流入力端との間に直列接続される高圧側チョークコイル、
前記インバータの一対の直流入力端間に並列接続される高圧側平滑コンデンサ、
前記インバータの出力交流電圧を降圧する降圧トランス、
前記降圧トランスの出力電圧を整流する単相全波整流器、
低圧バッテリに接続される出力端子と前記整流器の直流出力端との間に直列接続される低圧側チョークコイル、
前記低圧バッテリの両端間に並列接続される低圧側平滑コンデンサ、及び、
前記降圧トランス及び前記低圧側チョークコイルを搭載する金属製回路部品載置板と、
を備えるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記高圧側チョークコイル、降圧トランス及び低圧側チョークコイルは、前記単相全波整流器を囲んで前記単相全波整流器の三方に個別に隣接配置され、
前記出力端子は、前記単相全波整流器の残る一方側に位置して前記単相全波整流器に近接配置されることを特徴とする降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記降圧トランスの二次コイル及び前記低圧側チョークコイルと前記単相全波整流器の入力端との間の各配線は、前記降圧トランスの二次コイル及び前記低圧側チョークコイルのコイルを前記単相全波整流器の入出力ターミナルまで延設して形成されることを特徴とする降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記金属製回路部品載置板は、前記単相全波整流器及び低圧側チョークコイルを嵩上げして前記、降圧トランス及び低圧側チョークコイル間のターミナル高さの差を低減する台部を有することを特徴とする降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項３記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記金属製回路部品載置板及び台部は、一体成形品からなることを特徴とする降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項４記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記金属製回路部品載置板及び台部は、軟鋼板のプレス成形品からなることを特徴とする降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項３記載の降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記金属製回路部品載置板は、略平板上の軟鋼板からなり、
前記台部は、アルミ板からなることを特徴とする降圧型電力用ＤＣ−ＤＣコンバータ。
回路基板を介することなく互いのターミナル同士が接続される複数の回路部品と、
各前記回路部品が載置される金属製回路部品載置板と、
を備える電子回路装置において、
前記金属製回路部品載置板は、前記各回路部品の前記ターミナル高さの差を低減する凹凸部を有するプレス成形金属板からなることを特徴とする電子回路装置。
請求項６記載の電子回路装置において、
前記金属製回路部品載置板は、軟鋼板のプレス成形品からなることを特徴とする電子回路装置。
請求項８記載の電子回路装置において、
前記金属製回路部品載置板は、電磁遮蔽密閉ケースの一部を兼ねることを特徴とする電子回路装置。