JP4218205B2

JP4218205B2 - 二バッテリ搭載型車両用降圧型ｄｃ−ｄｃコンバータ装置

Info

Publication number: JP4218205B2
Application number: JP2000359363A
Authority: JP
Inventors: 雅久樫本; 剛山下
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP2002165453A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車を含む電気自動車では走行用モータへは高圧の主バッテリから給電し、種々の補機へは低圧の補機バッテリから給電する二電源方式が種々の点で有益である。
【０００３】
また、通常の内燃機関車においても種々の要因により高圧の主バッテリ及び低圧負荷給電用の補機バッテリの両方を搭載する二バッテリ電源系を搭載する機運が生じている。
【０００４】
この二電源方式の車両用電源系では、補機バッテリを小容量とし、補機バッテリの電力が不足した場合には降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を通じて主バッテリからアシスト送電するのが種々の点で合理的な選択である。
【０００５】
この降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、入力直流電圧から単相交流電圧を形成するインバータ回路、この単相交流電圧の変圧を行うトランス、このトランスの出力電圧を整流する整流回路、整流された電圧を平滑する平滑回路から通常、構成されるが、トランス及び整流回路は単相全波整流方式で構成されるのが通常である。なお、この単相全波整流方式では、トランスは同一方向に巻装されて直列接続された一対の二次コイルをもち、整流回路は一対の整流素子で構成され、一対の二次コイルの互いに接続されてなる中点は接地されるか又は平滑回路への出力端子とされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した車両用二電源系では種々の理由から主電池の端子電圧は数百Vといった高圧とされる一方、補機バッテリは従来のバッテリ仕様に合わせて通常１２V使用とされることが好ましい。
【０００７】
このため、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の降圧トランスの二次電流がきわめて大きくなり、その結果、二次電流を整流する整流回路を構成する整流ダイオード素子の損失（抵抗損失＋順方向電圧降下損失）の増大、整流回路と二次コイルとの間の配線の抵抗損失の増大、二次コイルと整流回路との接続部の接触抵抗損失の増大により、整流ダイオード素子の高温化と、ＤＣーＤＣ変換効率の低下が重大な問題となっている。
【０００８】
より具体的に説明すれば、整流ダイオード素子としてシリコンダイオードを用いる場合、その順方向電圧降下は０．７５Ｖ程度であり、それに上記した整流回路周辺の種々の抵抗成分の電圧降下を考慮すると、整流回路自体で１Ｖ又はそれ以上程度の直流電圧降下が発生する。出力電圧が十数Ｖであり、低圧負荷へ１．３kＷ（１００Ａ）を送電する場合（たとえば補機バッテリによるエンジン始動時など）には、整流ダイオード素子又はその近傍に１００Ｗ程度の電力損失が発生することが理解される。
【０００９】
もちろん、整流ダイオード素子に大型の冷却フィンを付けたり、冷却ファンにより整流ダイオード素子を冷却したりすることも可能であるが、必要スペースの増大とそれに伴うトランスの二次コイルと整流ダイオード素子間の配線距離増大による配線抵抗の増加が生じてしまう。
【００１０】
また、上記説明したように、この整流回路としては、２つのダイオード素子を用いた単相全波整流回路が通常用いられるが、この単相全波整流回路では、降圧トランスは一対の二次コイルをもつ。降圧トランスのコアから出て整流ダイオード素子に達するまでの二次コイルの導体部分（以下、
コア外導体部ともいう）には、それぞれ単相交流電流の異なる半波電流が流れる。
【００１１】
その結果、この半波電流には多くの高調波電流が含まれることになり、電流量が大きいことと相まって、このコア外導体部が発生する電磁波ノイズが大きいという問題があった。なお、降圧トランスの二次コイルのうち、降圧トランスのコアに巻回された部分（コア内導体部ともいう）は、コアによりシールドされるために発生電磁波ノイズは小さい。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、整流回路の電力損失、温度上昇及び電磁波ノイズ放射の増大を抑止しつつ、大電流出力が可能な二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を提供することを、その目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、降圧トランスと、主バッテリから給電される直流電圧を断続制御して前記降圧トランスの一次コイルに単相交流電圧を印加するインバータ回路と、前記降圧トランスの二次コイルに直列接続されて前記トランスの二次電圧を整流する整流ダイオード素子を有する整流回路と、前記整流回路から出力される整流電圧を平滑して補機バッテリを充電する平滑回路とを備える二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置において、
前記整流ダイオード素子のアノード電極及びカソード電極は、前記整流ダイオード素子の一対の主面に個別に形成され、前記整流ダイオード素子の前記両主面の一方は、平角導体線からなる前記トランスの二次コイルの端部の主面に接合されて樹脂モールド被覆されて一体化されていることを特徴としている。
【００１４】
すなわち、本発明の二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、整流ダイオード素子が降圧トランスの二次コイルを構成する平角導体線と一体に固定される。
【００１５】
整流ダイオード素子としては、一主面がアノード電極面、他主面面がカソード電極面をなす半導体チップにより構成されるが、半導体チップの汚染保護のために上記アノード電極面やカソード電極面以外の表面を樹脂などの絶縁被覆膜で被覆することもできる。また、半導体チップのアノード電極面やカソード電極面を薄い金属板又は金属層で被覆してもよい。この金属板又は金属層は、好適にはＣＶＤ法又はＰＶＤ法で形成することができる。上記絶縁被覆膜は金属板又は金属層の周縁部を覆うことが好ましい。整流ダイオード素子のアノード電極面又はカソード電極面と二次コイルをなす平角導体線の主面とは、好適にははんだ層を介してで接合することができるが導電性接着剤を用いることもできる。はんだ層は、溶融又は塑性変形により、上記絶縁被覆膜と金属板又は金属層との間の段差を吸収することができる。
【００１６】
本発明によれば、以下の効果を実現することができる
まず、従来のように二次コイルと別々に製造し、二次コイルの端部を整流ダイオード素子チップを内蔵するダイオードモジュールに設けた端子に締結するのに比較して、二次コイルのコア外の部分であるコア外導体部及びダイオードモジュール内の合計配線距離を短縮することができ、更に、二次コイルとダイオードモジュールとの間の接触抵抗を低減することができるので、この配線部分の抵抗損失及び漏れインダクタンスを低減することができ、整流ダイオード素子への熱的影響を低減することができ、電力変換効率を向上することができる。
【００１７】
次に、本発明によれば、従来のように二次コイルと別々に製造し、二次コイルの端部を整流ダイオード素子チップを内蔵するダイオードモジュールに設けた端子に締結するのに比較して、二次コイルのコア内部分であるコア内導体部との外の部分であるコア外導体部と整流ダイオード素子との間の伝熱抵抗を低減することができるので、整流ダイオード素子の大きな発熱（特にその順方向電圧降下に伴う発熱）を、二次コイルのコア内導体部に良好に伝達し、放熱することができる。
【００１８】
更に、本発明によれば、二次コイルのコア内導体部と整流ダイオード素子との間の配線を短縮できるため、この配線インダクタンスに流れる半波波形の大電流が発生する高調波電磁波ノイズを低減することができる。
【００１９】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置において更に、前記整流ダイオード素子の前記両主面の他方は、前記整流回路の出力端子又は接地端子をなすブスバーに接合されて樹脂モールド被覆されていることを特徴としている。
【００２０】
本発明によれば、整流ダイオード素子は、ブスバーの主面に直接接面されているので、整流ダイオード素子側においても上記と同様の効果を奏することができ、更に、整流回路と二次コイルとが一体化されているので、二次コイル及び整流回路の取り付け作業や接続作業を簡素化することができる。
【００２１】
【発明を実施するための態様】
本発明の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００２２】
【実施例１】
本発明の二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の一実施例を図１に示す回路図を参照して説明する。
（回路構成）
この降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、電気自動車の走行エネルギー蓄電用の主バッテリ１から、補機及び制御装置給電用の補機バッテリ２に電圧変換して給電するためのものであって、３は平滑コンデンサ、４は４個のＭＯＳトランジスタをブリッジ接続してなるインバータ回路、６は降圧トランス、８は全波整流用の２個の整流ダイオード素子８１、８２からなる整流回路、９はチョークコイル１０及び平滑コンデンサ１１からなる平滑回路、１２は集積化された制御回路である。制御回路１２は、補機バッテリ２の電圧に基づいてインバータ回路のＰＷＭ電圧のデューティ比をネガティブフィードバック制御する。
【００２３】
主バッテリ１は、インバータ回路４の正負直流入力端及び平滑コンデンサ３に高電圧（たとえば３００Ｖ）を印加し、インバータ回路はたとえば２０kＨzのキャリヤ周波数でＰＷＭ単相交流電圧をトランス６の一次コイル６０に印加する。トランス６は同方向に接続された一対の二次コイル６１，６２を有しており、二次コイル６１，６２の中点はチョークコイル１０を通じて補機バッテリ２に給電し、二次コイル６１，６２の残る他端は整流ダイオード素子８１，８２のカソード電極に個別に接続され、整流ダイオード素子８１，８２のアノード電極は接地されている。平滑コンデンサ１１は補機バッテリ２と並列接続されている。補機バッテリ２の定格電圧は１２Ｖである。
【００２４】
上記降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の動作は良く知られているので説明を省略する。
【００２５】
降圧トランス６及び整流回路８の水平断面図を図２に示す。
【００２６】
６３はフェライトコアであり、６３１は中央柱部、６３２は周壁部である。中央柱部６３１及び周壁部６３２は図示しない底板部及び天板部により連結されて閉磁気回路を構成している。フェライトコア６３は２部材を組み合わせて構成されている。周壁部６３２には３カ所の開口部が形成されており、図２中、上側の２つの開口は一次コイル６０の取り出しのために用いられ、下側の開口は二次コイル６１，６２の取り出しのために用いられている。
【００２７】
二次コイル６１，６２は、図３、図４に示すように、樹脂被覆された銅製の平角導体線からなり、コア６３の中央柱部６３１と周壁部６３２との間の円筒形状のコイル溝に収容されている。二次コイル６１，６２はそれぞれ略１ターン巻装され、二次コイル６１は二次コイル６２の上に重ねら、二次コイル６１の上に一次コイル６０が所定ターンだけ巻装されている。
【００２８】
６１１は二次コイル６１の往き導体（コア６３に入る部分）、６２１は二次コイル６１の還り導体（コア６３から出る部分）、６２１は二次コイル６２の往き導体（コア６３に入る部分）、６２２は二次コイル６１の還り導体（コア６３から出る部分）である。
【００２９】
この実施例では、図２に示すように、二次コイル６１の還り導体６１２と二次コイル６２の往き導体６２１とが上下に重ねて配置されており、その両側に二次コイル６１の往き導体６１１と二次コイル６１の還り導体６２２とが個別に配置されている。
【００３０】
次に、整流回路８について以下に説明する。
【００３１】
整流回路８をなす整流ダイオード素子８１，８２の上側の主面（カソード電極面）は、図３、図４に示すように、二次コイル６１の往き導体６１１の下側の主面６１１０、及び、二次コイル６２の還り導体６２２の下側の主面６２２０にはんだ付けされている。はんだ付け箇所は、図２に示すように、二次コイル６１，６２のコアから出た直後の部分である。もちろん、この部位において、二次コイル６１，６２の表面の絶縁被覆樹脂は除去されている。
【００３２】
整流ダイオード素子８１，８２の下側の主面（アノード電極面）は、図３、図４に示すように、接地ラインをなすブスバー
１４、１５の上主面にはんだ付けされており、ブスバー１４、１５は、回路ケースの底板部を兼ねるアルミ厚板製のベースプレート１３にねじ１７により締結されている。
【００３３】
整流ダイオード素子８１，８２は、樹脂モールドにより形成された樹脂被覆部８３により被覆されている。したがって、樹脂被覆部８３は、二次コイル６１、６２の往き導体６１１、６２１、還り導体６１２、６２２の各一部、及びブスバー１４、１５の各一部を被覆、一体化している。１４１は樹脂被覆部８３から突出したブスバー１４の締結孔、１５１は樹脂被覆部８３から突出したブスバー１５の締結孔、６１２１は樹脂被覆部８３から突出した二次コイル６１の還り導体６１２の締結孔であり、この締結孔はその下側に位置する二次コイル６２の往き導体６２１の締結孔に連通している。図３，図４において１７は、ブスバー１４、１５とベースプレート１３との間に介設される熱伝導シートである。
【００３４】
以上説明した、この実施例の整流回路８は、二次コイル６１，６２と実質的に一体部品となっているので、前述した各効果を奏することができる。
【００３５】
また、ブスバー１４、１５をベースプレート１３に締結するだけで、二次コイル６１，６２、整流ダイオード素子８１，８２及びを完全に固定することができ、取り付け、接続作業が容易となる。また整流ダイオード素子８１，８２はブスバー１４、１５を通じてベースプレート１３へも良好に放熱することができる。
【００３６】
【実施例２】
本発明の二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の他の実施例を図５に示し、その整流回路８’の図２のＡ−Ａ線の位置における垂直断面図を図６に示す。
【００３７】
図５は図１において整流ダイオード素子８１，８２の向きを逆としただけである。
【００３８】
この実施例では二次コイル６１２，６２１は接地され、二次コイル６２の往き導体６２２及び二次コイル６１の還り導体６１１は、チョークコイル１０に接続されている。
【００３９】
この実施例においても、制御回路基板８’は二次コイル６１，６２と一体に形成されているので、実施例１と同様の効果を奏することができることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１に示す整流回路及び降圧トランスの水平断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図５】本発明の二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の他実施例を示す回路図である。
【図６】図５の整流回路の垂直断面図である。
【符号の説明】
１主バッテリ
２補機バッテリ
４インバータ回路
６降圧トランス
８整流回路
９平滑回路
１０チョークコイル
６１二次コイル
６２二次コイル
８１整流ダイオード素子
８２整流ダイオード素子

Claims

降圧トランスと、
主バッテリから給電される直流電圧を断続制御して前記降圧トランスの一次コイルに単相交流電圧を印加するインバータ回路と、
前記降圧トランスの二次コイルに直列接続されて前記トランスの二次電圧を整流する整流ダイオード素子を有する整流回路と、
前記整流回路から出力される整流電圧を平滑して補機バッテリを充電する平滑回路と、
を備える二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置において、
前記整流ダイオード素子のアノード電極及びカソード電極は、前記整流ダイオード素子の一対の主面に個別に形成され、
前記整流ダイオード素子の前記両主面の一方は、平角導体線からなる前記トランスの二次コイルの端部の主面に接合されて樹脂モールド被覆されて一体化されていることを特徴とする二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
請求項１記載の二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置において、
前記整流ダイオード素子の前記両主面の他方は、前記整流回路の出力端子又は接地端子をなすブスバーに接合されて樹脂モールド被覆されていることを特徴とする二バッテリ搭載型車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置。