JP4346253B2 - High current push-pull type booster circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流低電圧を直流高電圧に昇圧する昇圧回路で使用されるプッシュプルタイプ昇圧回路の板状電極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
プッシュプルタイプ昇圧回路は、二次側における高電圧出力を確保するため、低電圧一次側は大電流が流れることとなる。このため、本願出願人による特許出願2000−218151号等の従来構成においては、一次側電流回路の大きなインダクタンスに起因して、スイッチング素子のオフ時に生じる逆起電力に起因するスパイク電圧が大きくなり、スイッチング損失の増加、スナバ回路の必要容量の増大、一次入力及び二次出力間の変換効率の低下が発生し、全体としての昇圧電源回路のパフォーマンス低下が生じていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、プッシュプルタイプ昇圧回路において、大電流となる一次側電流経路を最小化し、一次側電流回路のインダクタンスを最小化し、スイッチング素子のオフ時に生じる逆起電力に起因するスパイク電圧を削減し、スイッチング損失を削減し、スナバ回路の必要容量を削減し、一次入力及び二次出力間の変換効率を向上し、全体としての昇圧電源回路のパフォーマンスを向上し、二次側出力の大容量化を課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1の発明では、中央にプッシュプルトランスを配置する領域及び両側部にコンデンサーを装着する端子部を備えほぼ矩形形状の第一の板状電極、一側部に電解効果トランジスタ、及びツェナーダイオードを接続する端子部を備えほぼ矩形形状であり第一の板状電極のほぼ半分の面積を備える一対の第二の板状電極、両側部に電解効果トランジスタ、コンデンサー、及びツェナーダイオードを接続する端子部を備えほぼ矩形形状であり第一の板状電極の板上部とほぼ等しい面積を備える第三の板状電極、及び電気絶縁シートを備え、第一の板状電極の下部に一対の第二の板状電極を配置し、第二の板状電極の下部に第三の板状電極を配置し、これら第一、第二、第三の各板状電極間は電気絶縁シートにより電気的に絶縁され、締結要素によりこれら第一、第二、第三の板状電極を一体に固定することを特徴とする大電流プッシュプルタイプ昇圧回路の板状電極構造とし、
【0005】
請求項2の発明では、前記第一、第二、第三の板状電極構造に配置される電子素子は、幾何学的対象位置に配置されることを特徴とし、
【0006】
請求項3の発明では、前記第一、第二、第三の板状電極を固定する締結要素は、電気絶縁性材から形成されることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に述べる実施の形態は一実施例であり、本技術分野で通常の技術を有する技術者によれば、本願発明の技術範囲を逸脱することなく他の実施の形態を実施することは容易である。
【0008】
図1は本発明によるプッシュプルタイプ昇圧電源回路を示す。図1において、点線で囲まれる一次側回路100は、プッシュプルトランス20の一次側巻線20−2、一次側巻線の中間引き出し部B+に接続する12Vバッテリー等の電源30、B+ラインに関して電源30の両端に各々並列にm個(合計2m個)接続される電解コンデンサー7を備える。更に、一次回路100は、一次巻線のC1ライン及びB+ライン間に、電解効果トランジスタ5及びツェナーダイオード6がn個並列に接続される。電界効果トランジスタ5のソースSはB+ラインに、ドレインDはC1ラインに、及びゲートGは図示しない制御回路に接続され、ツェナーダイオード6のカソードはC1ラインに、アノードはB+ラインに各々接続される。図示されるように、一次巻線のC2ライン及びB+ライン間も同様である。なお、プッシュプルトランス20のコアー20−1を介した二次側巻線20−3の出力は、整流素子及びコンデンサーからなる整流平滑回路40を経由して負荷50に供給される。
【0009】
合計2m個の電解コンデンサー7は、バッテリー電源30の内部インピーダンスを下げると共にノイズ吸収を行い、大電流に対応するため2m個に分割される。実施例では、m=9である。合計2n個のツェナーダイオード6は、スナバー回路を構成する。更に、合計2n個の電界効果トランジスタ5は、図示しない制御回路により制御されスイッチングを行う。ツェナーダイオード6及び電界効果トランジスタ5は、共に大電流に対応するため2n個に分割される。実施例では、n=8である。
【0010】
図2及び図3は、電源回路構造を示す。図2及び図3を合わせて参照し説明する。電源回路を構成する板状電極構造は、上部板状電極1、一対の中間板状電極2、3、及び下部板状電極4から構成される。各板状電極間は、エポキシ樹脂等の電気絶縁シート8により絶縁され、アクリル樹脂等で形成される複数の絶縁ボルト10により一体に固定される。一対の中間板状電極2、3は、一側部の端子部2−1、3−1が板状電極の左右に露出するように配置される。
【0011】
電源30は、上部板状電極1を+電位、下部板状電極4を−電位とするように各端子部1−1及び4−2に、各端子部の孔部によりネジ等を使用し電気的及び機械的に接続される。プッシュプルトランス20は、一対のE型フェライトコアを対向し組み合わせ、中央部に一次巻線を巻層し、一次巻線の外周部を絶縁シート等で絶縁し、絶縁シート等の上層部に二次巻線を巻層する構成である。一次巻線の巻き線端部C1、C2は、各々ネジ止めが可能な端子が電気的及び機械的に接続される。一次巻線の中間引き出し部B+は、ネジ止めが可能な端子が電気的及び機械的に接続される。二次巻線の引き出し部20−3は、図示しない二次側平滑回路に電気的及び機械的に接続される。
プッシュプルトランス20は、一次巻線の中間引き出し部B+をボルトにより上部板状電極1の所定位置に電気的及び機械的に接続され、一次巻線の一端部C1はネジにより中間板状電極2の所定位置に電気的及び機械的に接続され、一次巻線の他端部C2も同様に中間板状電極3の所定位置に電気的及び機械的に接続される。
【0012】
図4は上部板状電極1の単体状態を、図5は一対の中間板状電極2、3の単体状態を、図6は下部板状電極4の単体状態を各々示す。上部板状電極1は、一側部に端子部1−1を備えると共に、トランス20の各一次巻線の端子部B+を電気的及び機械的に固定するネジ孔及び端子部C1、C2を挿通する矩形形状の貫通孔、三個の板状電極1、2、3を一体化固定するためのネジ孔等の円形及び矩形の貫通孔或いはネジ孔(ネジ部)を備える。一対の中間板状電極2或いは3は、共に同一形状であり、一側部に端子部2−1或いは3−1を備え、同様の貫通孔或いはネジ孔(ネジ部)を備える。下部板状電極4は、一側部に端子部4−2、及び両側部に端子部4−1を備え、同様の貫通孔或いはネジ孔(ネジ部)を備える。
【0013】
さて、図2及び図3に戻り説明する。先ず第2図において、板状電極の左右に配置する各端子は、左右共に図面に向かい上方より、下部板状電極端子4−1、中間板状電極2或いは3の端子2−1或いは3−1が交互に配列する。第2図、第3図に示される回路構造において、各端子及び以後に説明する各電子素子の配置は、左右対象に配置される(電界効果トランジスタ5のソースS、ドレインD、ゲートGの各足配置に起因して、図面に向かい、電子素子の配置が左右で上下に端子1個分ずれているが、本質的な問題ではなく左右対象配置と見なしうる)。以下の電子素子の配置接続は、第2図に向かい右側についてのみ説明するが、左側についても同様である。
【0014】
電界効果トランジスタ5は、板状電極の端子2−1、4−1の外部に配置され、ドレインDが中間板状電極2の端子2−1に、ソースSが下部板状電極4の端子4−1にハンダ等により電気的に接続されると共に機械的にも接続される。ゲートGは、図示しない制御回路に接続される。ツェナーダイオード6は、端子2−1及び4−1上に配置され、カソードがドレインDと共に端子2−1にハンダ付け等により電気的及び機械的に接続され、アノードはソースSと共に端子4−1に同様に接続される。電解コンデンサー7は、上部板状電極4上に配置され、上部板状電極4及び下部板状電極端子4−1間に同様に接続される。なお、電界効果トランジスタ5は、冷却のため、シリコン等の電気絶縁性且つ熱導電性樹脂を介して、ヒートシンクに接触及び/或いは固定される。
【0015】
以上の説明より明らかなように(特に図2に示されるよう)、三個の板状電極は、左右対象に構成され、また装着される複数の各電子素子は、電極中央に配置されるトランス20に対して対象に配置される。従ってほぼ矩形形状の平板電極上に配置される複数の各電子素子及びトランスの一次巻線間の幾何学的距離(例えば、端子C1と右側の複数の各電子素子間の距離)を最小とする配置構成である。
【0016】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1の発明によれば、プッシュプルタイプ昇圧回路の一次側電流経路を上部板状電極1、一対の中間板状電極2或いは3、及び下部板状電極4からなる三個の板状電極(ブスバー)からなる積層構造とし、左右対象に各電子素子を配置することにより、一次電流経路が最小となり、一次電流回路に付随するインダクタンスが最小となり、スイッチング素子のオフ時スパイク電圧が削減され、スイッチング損失が削減され、効率が改善される。スナバー回路は、電界効果トランジスタ5のソースS、ドレインD間にツェナーダイード6を接続するのみで充分な効果を発揮し、従来構成の抵抗及びダイオードの並列接続にコンデンサーを直列接続する回路を電界効果トランジスタ5のソースS、ドレインD間に接続する構成は不要となる。この結果スナバー回路での電力消費は、著しく削減され、特に低負荷時での一次及び二次回路間の電力変換効率(全体としてのパフォーマンス)が改善される。
また請求項2の発明によれば、電子素子は幾何学対象性を持って配置され、インダクタンスを含む回路解析を容易に行うことが出来、回路設計の自由度が増加する。
更にまた、請求項3の発明によれば、電気絶縁性材から形成される締結要素により三個の板状電極を固定することにより、特別な固定要素及び板状電極間の電気的絶縁を考慮することなく、組み付け作業が容易に行え、連続製造ラインでの組み付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すプッシュプルタイプ昇圧電源回路の模式図である。
【図2】本発明の一実施例を示す、プッシュプルタイプ昇圧電源の構成図である。
【図3】図2で示される構成図の部分断面図である。
【図4】上部板状電極の正面図である。
【図5】中間板状電極の正面図である。
【図6】下部板状電極の正面図である。
【符号の説明】
100 プッシュプルタイプ昇圧電源回路の一次側回路
1 上部板状電極
2、3 中間板状電極
4 下部板状電極
5 電界効果トランジスタ
6 ツェダイオード
7 電解コンデンサー
8 電気絶縁シート
10 電気絶縁性締結要素[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plate-like electrode structure of a push-pull type booster circuit used in a booster circuit that boosts a DC low voltage to a DC high voltage.
[0002]
[Prior art]
Since the push-pull type booster circuit ensures a high voltage output on the secondary side, a large current flows on the low voltage primary side. For this reason, in the conventional configuration such as the patent application 2000-218151 by the applicant of the present application, the spike voltage due to the back electromotive force generated when the switching element is turned off increases due to the large inductance of the primary side current circuit, The switching loss increased, the required capacity of the snubber circuit increased, the conversion efficiency between the primary input and the secondary output decreased, and the performance of the boosting power supply circuit as a whole decreased.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the push-pull type booster circuit, the present invention minimizes the primary current path that becomes a large current, minimizes the inductance of the primary current circuit, and reduces the spike voltage caused by the counter electromotive force generated when the switching element is turned off. Reduce the switching loss, reduce the required capacity of the snubber circuit, improve the conversion efficiency between the primary input and secondary output, improve the performance of the boost power supply circuit as a whole, and increase the capacity of the secondary side output Is an issue.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the invention of
[0005]
The invention according to
[0006]
The invention according to claim 3 is characterized in that the fastening element for fixing the first, second and third plate-like electrodes is made of an electrically insulating material.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment described below is only an example, and it is easy for an engineer who has ordinary skills in this technical field to implement other embodiments without departing from the technical scope of the present invention. is there.
[0008]
FIG. 1 shows a push-pull type step-up power supply circuit according to the present invention. In FIG. 1, a
[0009]
A total of 2 m electrolytic capacitors 7 are divided into 2 m pieces to reduce the internal impedance of the
[0010]
2 and 3 show the power supply circuit structure. A description will be given with reference to FIGS. The plate electrode structure constituting the power supply circuit includes an
[0011]
The
In the push-
[0012]
4 shows the single plate state of the
[0013]
Returning to FIG. 2 and FIG. First, in FIG. 2, the terminals arranged on the left and right sides of the plate-like electrode are arranged on the left and right sides of the drawing and from above, the lower plate-like electrode terminal 4-1, the intermediate plate-
[0014]
The
[0015]
As is clear from the above description (particularly as shown in FIG. 2), the three plate-like electrodes are configured for left and right objects, and a plurality of mounted electronic elements are arranged in the center of the electrodes. 20 is placed on the subject. Accordingly, the geometric distance between the plurality of electronic elements arranged on the substantially rectangular plate electrode and the primary winding of the transformer (for example, the distance between the terminal C1 and the plurality of electronic elements on the right side) is minimized. Arrangement configuration.
[0016]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the invention of
According to the second aspect of the present invention, the electronic elements are arranged with a geometric object, circuit analysis including inductance can be easily performed, and the degree of freedom in circuit design is increased.
Furthermore, according to the invention of claim 3, the electrical insulation between the special fixing element and the plate electrode is taken into consideration by fixing the three plate electrodes by the fastening element formed of the electrically insulating material. Therefore, the assembly work can be easily performed and the assembly on the continuous production line becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a push-pull type booster power supply circuit showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a push-pull type booster power supply according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the configuration diagram shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a front view of an upper plate electrode.
FIG. 5 is a front view of an intermediate plate electrode.
FIG. 6 is a front view of a lower plate electrode.
[Explanation of symbols]
100
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JPH05268767A (en) * | 1992-03-17 | 1993-10-15 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Push-pull dc-dc converter |
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- 2001-03-29 JP JP2001096620A patent/JP4346253B2/en not_active Expired - Fee Related
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