JP5302795B2 - Dc/dcコンバータ - Google Patents
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したがって、自動車の電動及び電動アシストシステム系における電力変換器の構成部品点数を削減し、製造コスト低減化を実現することができる。
本発明の第1の実施形態であるコア分離型のDC/DCコンバータ100について、図1を参照して説明する。
つぎに、第2の実施形態として、図2(a)及び図2(b)を参照して、前記の本発明の主要件を適用したコア分離型の磁気相殺型の昇降圧型のDC/DCコンバータ200及びコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のDC/DCコンバータ300の実施形態を説明する。
スイッチ素子S1のみがオンすると、磁気相殺型の変圧器T125の1次巻線(下側)には、励磁電流が流れる。この励磁電流は入力部のDC+端子、インダクタL1、スイッチ素子S1、そして、インダクタL2のルートを流れる。スイッチ素子S1がオン状態である間は、この励磁電流は次第に増加し、スイッチ素子S1がオフされると、励磁電流は次第に減少しゼロになる。この間にインダクタL1及びインダクタL2に磁気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチ素子S1がオフされると、この蓄積された磁気エネルギーがインダクタL1及びインダクタL2から放出される。これらインダクタL1とインダクタL2から放出される励磁電流は、磁気相殺型の変圧器T125の1次巻線、スイッチ素子S2のダイオード部分を通り出力部の+端子へ流れる。
つぎに、第3の実施形態として、図3(a)及び図3(b)を参照して、前記の本発明の主要件を適用したコア分離型の磁気相殺型の単方向昇圧型のDC/DCコンバータ211及び磁気相殺型の単方向降圧型のDC/DCコンバータ212の実施形態を説明する。
つぎに、第4の実施形態として、図4(a)及び図4(b)を参照して、前記の本発明の主要件を適用したコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の単方向昇圧型のDC/DCコンバータ311及びスイッチトキャパシタンス型の単方向降圧型のDC/DCコンバータ312の実施形態を説明する。
そして、第5の実施形態として、図7(a)乃至図7(c)を参照して、本発明の主要件であるインダクタL1とインダクタL2とが、コア共用型である形態とした、DC/DCコンバータ110、磁気相殺型の昇降圧型のDC/DCコンバータ210及びスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のDC/DCコンバータ310の実施形態を説明する。
つぎに、前記のインダクタコアに関する考察を踏まえて、本発明のDC/DCコンバータの実施形態として、図8(A)及び図8(B)を参照してインダクタコアの構成例を説明する。
入力線側での測定信号IDC(Common)が、第2のスイッチ素子S2及び第3のスイッチ素子S3のスイッチング時において、ほとんど影響されないということがわかる。すなわち、入力線からのノイズ放射低減効果が確認された。
入力線側での測定信号IDC(Common)が、スイッチ素子S3のスイッチング時において、変化していることが確認された。すなわち、入力線からのノイズの影響を受けていることが確認された。
入力線側での測定信号IDC(Common)が、スイッチ素子S2のスイッチング時において、変化していることが確認された。すなわち、比較例1と同様に、入力線からのノイズの影響を受けていることが確認された。
図11(a)、図14(a)、及び、図15(a)は、それぞれ、本実施形態、比較例1、及び、比較例2のDC/DCコンバータの回路図を示しており、基本的には、図10(a)、図12(a)、及び、図13(a)と同様である。
図11(b)、図14(b)、及び、図15(b)は、前記各DC/DCコンバータの入力線側での測定信号IDC(Common)の測定によって得られた代表的なノイズ電流値の変化部分の測定波形を示している。各測定波形の変化部分のノイズ電流値を比較すると、本実施形態では、比較値9であり、比較例1及び比較例2における比較値は、それぞれ、18及び20であった。測定波形の大きなゆれは電源の影響と考慮すると、本実施形態によるDC/DCコンバータでは、従来のDC/DCコンバータの50%以上の低減効果を得ることが実験的にも確かめられた。
したがって、本実施形態のDC/DCコンバータによれば、自動車の電動及び電動アシストシステム系における電力変換器の構成部品点数を削減し、製造コスト低減化を実現することができる。
25 磁気相殺型変圧器(T1)
35 直列キャパシタ
100、110 DC/DCコンバータ
200、210 磁気相殺型DC/DCコンバータ(昇降圧型)
211 磁気相殺型DC/DCコンバータ(単方向昇圧型)
212 磁気相殺型DC/DCコンバータ(単方向降圧型)
300、310、320 スイッチトキャパシタンス型DC/DCコンバータ(昇降圧型)
311 スイッチトキャパシタンス型DC/DCコンバータ(単方向昇圧型)
312 スイッチトキャパシタンス型DC/DCコンバータ(単方向降圧型)
400、410 従来のスイッチトキャパシタンス型DC/DCコンバータ(昇降圧型)
450 直流電源装置(高砂社製)
455 被測定試料(DC/DCコンバータ)
460 RF電流センサプローブ(シャフナー社製CSP9160)
470 オシロスコープ(横河DL7480)
480 電子負荷装置(高砂社製)
500 電力制御装置(PCU)
510 DC/DCコンバータ
520 ノイズフィルタ
550 配線
600 バッテリ
1000 自動車
L、L1、L2 インダクタ
M 相互インダクタンス
C0 平滑コンデンサ
C1、C2、Cout キャパシタ
S1、S2、S3、S4 スイッチ素子
D1、D2 ダイオード
Claims (14)
- 正極側端子と負極側端子とを有する入力部と、正極側端子と負極側端子とを有する出力部と、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記入力部の負極側端子と接続された平滑コンデンサと、前記入力部と前記出力部との間に設けられた複数のスイッチ素子を有する通電制御部とを備え、前記複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行うDC/DCコンバータであって、
第1のインダクタは、
前記入力部の正極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の正極側端子と接続され、
第2のインダクタは、
前記入力部の負極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の負極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の負極側端子と接続され、
前記通電制御部は、第1のスイッチ素子と第2のスイッチ素子とを備え、
前記第1のスイッチ素子は、
一端が前記第1のインダクタの他端に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第2のスイッチ素子は、
一端が前記第1のインダクタの他端と前記第1のスイッチ素子の一端とに接続され、他端が前記第2のインダクタの他端と前記出力部の負極側端子とに接続されている
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 磁気相殺型のDC/DCコンバータであって、
コアを介して1次巻線と2次巻線とが磁気的に結合し、1対1の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第1のインダクタの他端に前記1次巻線と前記2次巻線との共通端子を接続する磁気相殺型の変圧器をさらに備え、
前記通電制御部は、さらに、第3のスイッチ素子と第4のスイッチ素子とを備え、
前記第2のスイッチ素子は、一端が前記1次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続されて前記1次巻線を介して前記第1のインダクタの他端に接続され、他端が前紀第2のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第1のスイッチ素子は、一端が前記1次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続されて前記1次巻線を介して前記第1のインダクタの他端に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第3のスイッチ素子は、一端が前記2次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第2のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第4のスイッチ素子は、一端が前記2次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されている
ことを特徴とする請求項1記載のDC/DCコンバータ。 - 正極側端子と負極側端子とを有する入力部と、正極側端子と負極側端子とを有する出力部と、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記入力部の負極側端子と接続された平滑コンデンサと、前記入力部と前記出力部との間に設けられた複数のスイッチ素子を有する通電制御部とを備え、前記複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行う磁気相殺型のDC/DCコンバータであって、
第1のインダクタは、
前記入力部の正極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の正極側端子と接続され、
第2のインダクタは、
前記入力部の負極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の負極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の負極側端子と接続され、
コアを介して1次巻線と2次巻線とが磁気的に結合し、1対1の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第1のインダクタの他端に前記1次巻線と前記2次巻線との共通端子を接続する磁気相殺型の変圧器をさらに備え、
前記通電制御部は、第1のスイッチ素子と第1のダイオードと第2のスイッチ素子と第2のダイオードとを備え、
前記第1のスイッチ素子は、一端が前記1次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第2のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第1のダイオードは、一端が前記1次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第2のスイッチ素子は、一端が前記2次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第2のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第2のダイオードは、一端が前記2次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されている
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 正極側端子と負極側端子とを有する入力部と、正極側端子と負極側端子とを有する出力部と、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記入力部の負極側端子と接続された平滑コンデンサと、前記入力部と前記出力部との間に設けられた複数のスイッチ素子を有する通電制御部とを備え、前記複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行う磁気相殺型のDC/DCコンバータであって、
第1のインダクタは、
前記入力部の正極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の正極側端子と接続され、
第2のインダクタは、
前記入力部の負極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の負極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の負極側端子と接続され、
コアを介して1次巻線と2次巻線とが磁気的に結合し、1対1の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第1のインダクタの他端に前記1次巻線と前記2次巻線との共通端子を接続する磁気相殺型の変圧器をさらに備え、
前記通電制御部は、第1のダイオードと、第1のスイッチ素子と、第2のダイオードと第2のスイッチ素子とを備え、
前記第1のダイオードは、一端が前記1次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第2のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第1のスイッチ素子は、一端が前記1次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第2のダイオードは、一端が前記2次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第2のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第2のスイッチ素子は、一端が前記2次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されている
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 正極側端子と負極側端子とを有する入力部と、正極側端子と負極側端子とを有する出力部と、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記入力部の負極側端子と接続された平滑コンデンサと、前記入力部と前記出力部との間に設けられた複数のスイッチ素子を有する通電制御部とを備え、前記複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行うスイッチトキャパシタンス型のDC/DCコンバータであって、
第1のインダクタは、
前記入力部の正極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の正極側端子と接続され、
第2のインダクタは、
前記入力部の負極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の負極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の負極側端子と接続され、
直列に接続された第1のキャパシタ及び第2のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、
前記通電制御部は、第1のスイッチ素子と第2のスイッチ素子と第3のスイッチ素子と第4のスイッチ素子とを備え、
前記第1のスイッチ素子は、一端が前記第1のインダクタの他端に接続され、他端が前記第1のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第2のスイッチ素子は、他端が前記第1のインダクタの他端に接続され、一端が前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続され、
前記第3のスイッチ素子は、一端が前記第2のインダクタの他端に接続され、他端が前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続され、
前記第4のスイッチ素子は、他端が前記第2のインダクタの他端に接続され、一端が前記第2のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されている
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 正極側端子と負極側端子とを有する入力部と、正極側端子と負極側端子とを有する出力部と、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記入力部の負極側端子と接続された平滑コンデンサと、前記入力部と前記出力部との間に設けられた複数のスイッチ素子を有する通電制御部とを備え、前記複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行うスイッチトキャパシタンス型のDC/DCコンバータであって、
第1のインダクタは、
前記入力部の正極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の正極側端子と接続され、
第2のインダクタは、
前記入力部の負極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の負極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の負極側端子と接続され、
直列に接続された第1のキャパシタ及び第2のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、
前記通電制御部は、第1のダイオードと第1のスイッチ素子と第2のスイッチ素子と第2のダイオードとを備え、
前記第1のダイオードは、一端が前記第1のインダクタの他端に接続され、他端が前記第1のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第1のスイッチ素子は、他端が前記第1のインダクタの他端に接続され、一端が前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続され、
前記第2のスイッチ素子は、一端が前記第2のインダクタの他端に接続され、他端が前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続され、
前記第2のダイオードは、他端が前記第2のインダクタの他端に接続され、一端が前記第2のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されている
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 正極側端子と負極側端子とを有する入力部と、正極側端子と負極側端子とを有する出力部と、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記入力部の負極側端子と接続された平滑コンデンサと、前記入力部と前記出力部との間に設けられた複数のスイッチ素子を有する通電制御部とを備え、前記複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行うスイッチトキャパシタンス型のDC/DCコンバータであって、
第1のインダクタは、
前記入力部の正極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の正極側端子と接続され、
第2のインダクタは、
前記入力部の負極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の負極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の負極側端子と接続され、
直列に接続された第1のキャパシタ及び第2のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、
前記通電制御部は、第1のスイッチ素子と第1のダイオードと第2のダイオードと第2のスイッチ素子とを備え、
前記第1のスイッチ素子は、一端が前記第1のインダクタの他端に接続され、他端が前記第1のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第1のダイオードは、他端が前記第1のインダクタの他端に接続され、一端が前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続され、
前記第2のダイオードは、一端が前記第2のインダクタの他端に接続され、他端が前記第1のキャパシタの負極側及び前記第2のキャパシタの正極側に接続され、
前記第2のスイッチ素子は、他端が前記第2のインダクタの他端に接続され、一端が前記第2のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されている
ことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記第1のインダクタは、通電時に磁束を生じる第1の巻線が第1のコアに巻き回しされ、前記第2のインダクタは、通電時に磁束を生じる第2の巻線が第2のコアに巻き回しされており、
前記第1のコアと前記第2のコアは独立して構成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記第1のコア及び前記第2のコアはそれぞれギャップ(隙間)を有していることを特徴とする請求項8記載のDC/DCコンバータ。
- 前記第1のインダクタは、通電時に磁束を生じる第1の巻線を有し、前記第2のインダクタは、通電時に磁束を生じる第2の巻線を有し、
前記第1の巻線及び前記第2の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように1つの閉磁路が形成される1つのコアを共用してそのコアの異なる対向部分に巻き回しされている
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記コアの対向部分には、ギャップ(隙間)が形成されている
ことを特徴とする請求項10記載のDC/DCコンバータ。 - 前記第1のインダクタは、通電時に磁束を生じる第1の巻線を有し、前記第2のインダクタは、通電時に磁束を生じる第2の巻線を有し、
前記第1の巻線及び前記第2の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように2つの閉磁路が形成される1つのコアにそれぞれ巻き回しされており、
前記コアは、
中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた2つの側磁脚とを有し、
前記第1の巻線は、前記一方の側磁脚に巻き回しされ、
前記第2の巻線は、前記他方の側磁脚に巻回しされている
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記第1のインダクタは、通電時に磁束を生じる第1の巻線を有し、前記第2のインダクタは、通電時に磁束を生じる第2の巻線を有し、
前記第1の巻線及び前記第2の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように2つの閉磁路が形成される1つのコアにそれぞれ巻き回しされており、
前記コアは、
中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた2つの側磁脚とを有し、
前記第1の巻線及び前記第2の巻線は、前記中央磁脚に積み重なるように巻き回しされ、
前記中央磁脚と前記側磁脚には、ギャップ(隙間)が形成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記第1のインダクタは、通電時に磁束を生じる第1の巻線を有し、前記第2のインダクタは、通電時に磁束を生じる第2の巻線を有し、
前記第1の巻線及び前記第2の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように2つの閉磁路が形成される1つのコアにそれぞれ巻き回しされており、
前記コアは、
中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた2つの側磁脚とを有し、
前記中央磁脚を介して前記2つの側磁脚をつなぐつなぎ部を有し、
前記第1の巻線及び前記第2の巻線は、前記つなぎ部を挟んで前記中央磁脚に積み重なるように巻き回しされている
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のDC/DCコンバータ。
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