JP5708268B2 - 昇圧型コンバータ - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング素子、対となるリアクトル、及び電流の流れを１方向に制限する整流手段を備え、前記スイッチング素子のオン・オフ操作によって入力電圧を昇圧させて出力する昇圧型コンバータに関する。

従来、下記特許文献１に見られるように、スイッチング素子、一対のリアクトル及びダイオードを備えて構成される昇圧チョッパ方式のコンバータが知られている。詳しくは、スイッチング素子の両端のそれぞれには一対のリアクトルのそれぞれが接続され、これらリアクトルのうち一方とスイッチング素子との接続点にはダイオードのアノード側が接続されている。

ここで、コンバータと、このグランドライン（フレームグランド）との間には、寄生容量が存在し得る。詳しくは、例えば、スイッチング素子の両端のそれぞれとフレームグランドとの間に一対の寄生容量が存在し得る。この場合、スイッチング素子の高速スイッチングによってこの素子の両端の印加電圧が変動することに起因して、高周波のコモンモード電流が発生することがある。詳しくは、本来絶縁されているコンバータとフレームグランドとの間の寄生容量が、スイッチング素子の高速スイッチングによる電圧変動にて充放電されることでコモンモード電流が発生し得る。コモンモード電流が発生し、これがフレームグランドに流れると、フレームグランドに接続された電子機器に障害を与えたり、外部への電磁放射ノイズを生じさせたりするおそれがある。

こうした問題を解決すべく、下記特許文献１記載のコンバータでは、一対のリアクトルのインダクタンス、及びコンバータとフレームグランドとの間の上記一対の寄生容量を所定の関係にしている。具体的には、例えば、一対のリアクトルのインダクタンスを同一にするとともに、上記一対の寄生容量を同一にしている。これにより、コモンモード電流の抑制を図っている。

米国特許第７８０４２８１号明細書

ところで、リアクトルは通常、寄生容量を有する。ここで、一対のリアクトルのそれぞれの寄生容量が相違すると、これらリアクトルのインピーダンスがコモンモード電流を抑制するための適切な値からずれ得る。この場合、コモンモード電流を適切に抑制することができなくなるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コモンモード電流を好適に抑制することのできる昇圧型コンバータを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の発明は、スイッチング素子、対となるリアクトル、及び電流の流れを１方向に制限する整流手段を備え、前記スイッチング素子のオン・オフ操作によって入力電圧を昇圧させて出力する昇圧型コンバータにおいて、前記スイッチング素子の両端のそれぞれには前記対となるリアクトルのそれぞれが接続され、前記スイッチング素子の一端と前記対となるリアクトルのうちの一方との接続点には前記整流手段が接続されるとともに、前記スイッチング素子の他端と前記対となるリアクトルのうちの他方との接続点には、グランドラインとつながるコンデンサが接続され、前記整流手段は、当該コンバータの出力側に向かう方向に電流を流す機能を有し、前記対となるリアクトルのそれぞれのインダクタンスは同一であり、前記対となるリアクトルのコアの巻回部のそれぞれには、該対となるリアクトルのそれぞれの寄生容量が同一となるように前記巻回部の巻線間隔を予め定められた間隔に固定する固定手段が設けられることを特徴とする。

上記発明では、スイッチング素子、対となるリアクトル、整流手段及びコンデンサを備える上記構成により、スイッチング素子のオン・オフ操作がなされる状況下においてスイッチング素子の両端の電圧を相補的に変化させている。これにより、コモンモード電流の抑制を図っている。ここで、対となるリアクトルのそれぞれの寄生容量が相違すると、スイッチング素子の両端の電圧変化がコモンモード電流を抑制するための適切なものから大きくずれ、コモンモード電流の抑制効果が低下するおそれがある。

この点、上記発明では、リアクトルに上記固定手段を設けることで、対となるリアクトルのそれぞれの寄生容量を同一にする。このため、スイッチング素子の両端の電圧変化がコモンモード電流を抑制するための適切なものから大きくずれることを抑制することができる。したがって、コモンモード電流を好適に抑制することができる。

なお、上記巻回部は、コア自身であってもよく、また、コアに装着されるボビンであってもよい。

第２の発明は、第１の発明において、前記巻回部に巻回された巻線を複数の部分に区切り、該区切られた複数の部分のうち前記巻回部の中心軸線方向に隣接する部分同士を隣接部分とし、該隣接部分のそれぞれについて、前記中心軸線方向の対向面積を該中心軸線方向の距離で除算した値を寄生容量パラメータとし、前記固定手段は、前記巻回部に巻回された巻線全体に渡る前記寄生容量パラメータの合計値が前記対となるリアクトル同士で同一となるように、該対となるリアクトルの前記巻回部のそれぞれに設けられることを特徴とする。

本発明者は、上記寄生容量パラメータによればリアクトルの寄生容量を把握可能なことに着目した。こうした点に鑑み、上記発明では、巻回部に巻回された巻線全体に渡る上記寄生容量パラメータの合計値を、対となるリアクトル同士で同一となるように固定手段を設けている。

第３の発明は、第２の発明において、前記対となるリアクトルのそれぞれの巻線の線径は同一であり、前記固定手段は、前記対となるリアクトルのそれぞれの巻数及び巻線間隔が同一となるように、該対となるリアクトルの前記巻回部のそれぞれに設けられることを特徴とする。

上記発明では、対となるリアクトルの巻線の線径が同一である場合、これらリアクトルのそれぞれの寄生容量を簡易に同一とすることができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記固定手段は、前記巻回部に形成された溝又は壁であることを特徴とする。

第５の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明において、前記整流手段を第１の整流手段とし、電流の流れを１方向に制限する第２の整流手段を更に備え、前記スイッチング素子の他端と前記コンデンサとの接続点には、前記第２の整流手段が接続され、前記第２の整流手段は、当該コンバータの入力側に向かう方向に電流を流す機能を有することを特徴とする。

コモンモード電流を効果的に抑制するためには、コンデンサの容量を適切な値に設定することが要求される。ここで、コンバータとグランドラインとの間の寄生容量は、コモンモード電流を効果的に抑制するためのコンデンサの容量に影響を及ぼす。ここで、上記発明では、第２の整流手段を設けることで、コンバータとグランドラインとの間の寄生容量のうち第２の整流手段よりもコンバータ出力側の寄生容量の影響を極力排除して、コンデンサの容量を設定することができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるＰＦＣ回路の駆動態様を示す図。 リアクトルの有する寄生容量の概要を示す図。 リアクトルのインピーダンスの周波数応答を示す図。 第１の実施形態にかかるリアクトルの構成を示す平面図。 同実施形態にかかる巻回部の断面拡大図。 第２の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるリアクトルの構成を示す平面図。 第３の実施形態にかかるリアクトルの構成を示す平面図。 第４の実施形態にかかるリアクトルの構成を示す平面図。 その他の実施形態にかかるリアクトルの構成を示す平面図。 その他の実施形態にかかるリアクトルの構成を示す斜視図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる昇圧型コンバータを、車載主機として内燃機関及び回転機を備えるプラグインハイブリッド車両（ＰＨＶ）に搭載される充電装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示されるように、充電装置は、第１のフィルタ１０、第１の整流回路１２、昇圧チョッパ方式のコンバータ（ＰＦＣ回路１４）、トランス１６（高周波トランス）、第２の整流回路１８及び制御回路２０等を備えて構成されている。

詳しくは、第１のフィルタ１０の入力側は、図示しない車載プラグ等を介して交流電圧を有する外部電源２２（商用電源）と接続可能とされている。第１のフィルタ１０は、外部電源２２からの交流入力に重畳するサージ等のノイズを除去する機能を有するとともに、充電装置側から外部電源２２側へと流出するノイズを減衰させる機能を有する。

第１のフィルタ１０の出力側には、第１の整流回路１２が接続されている。第１の整流回路１２は、交流電圧を直流電圧に変換（整流）する機能を有し、本実施形態では、ブリッジ整流回路を想定している。

第１の整流回路１２の出力側には、上記ＰＦＣ回路１４が接続されている。ＰＦＣ回路１４は、この回路に入力される直流電圧を所定電圧（例えば３００Ｖ）まで昇圧させる機能を有し、一対のリアクトル２４ａ，２４ｂ、スイッチング素子ＳＷ、一対のダイオード２６ａ，２６ｂ、及びコンデンサ２８を備えて構成されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子ＳＷとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を想定している。

詳しくは、リアクトル２４ａ、スイッチング素子ＳＷ及びリアクトル２４ｂの直列接続体は、第１の整流回路１２に並列接続されている。具体的には、スイッチング素子ＳＷのコレクタにはリアクトル２４ａが接続され、エミッタにはリアクトル２４ｂが接続されている。また、スイッチング素子ＳＷのコレクタ及びリアクトル２４ａとの接続点と、スイッチング素子ＳＷのエミッタ及びリアクトル２４ｂとの接続点とは、コンデンサ２８によって接続されている。

上記コンデンサ２８とスイッチング素子ＳＷのコレクタ側との間にはダイオード２６ａが接続され、コンデンサ２８とスイッチング素子ＳＷのエミッタ側との間にはダイオード２６ｂが接続されている。詳しくは、ダイオード２６ａのアノード側には、スイッチング素子ＳＷのコレクタ側が接続され、カソード側にはコンデンサ２８が接続されている。また、ダイオード２６ｂのカソード側には、スイッチング素子ＳＷのエミッタ側が接続され、アノード側にはコンデンサ２８が接続されている。

ＰＦＣ回路１４の出力側には、フルブリッジ回路が接続されている。フルブリッジ回路は、一対のスイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｎ１の直列接続体、及び一対のスイッチング素子Ｓｐ２，Ｓｎ２の直列接続体の並列接続体を備えるものである。詳しくは、上記並列接続体のうちスイッチング素子Ｓｐ１（Ｓｐ２）側には、ダイオード２６ａのカソード側が接続され、上記並列接続体のうちスイッチング素子Ｓｎ１（Ｓｎ２）側には、ダイオード２６ｂのアノード側が接続されている。なお、本実施形態では、上記スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２として、ＩＧＢＴを想定している。

一対のスイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｎ１の接続点、及び一対のスイッチング素子Ｓｐ２，Ｓｎ２の接続点のそれぞれには、トランス１６の１次側コイル１６ａの両端のそれぞれが接続されている。

トランス１６の２次側コイル１６ｂには、第２の整流回路１８としてのブリッジ整流回路が接続されている。第２の整流回路１８の出力側には、この回路の出力電圧を平滑化するためのリアクトル３０，３２及びコンデンサ３４からなる平滑化回路と、第２のフィルタ３６とを介して車載バッテリ３８が接続されている。ちなみに、第２のフィルタ３６は、充電装置内部におけるスイッチングによって発生して且つ充電装置側から車載バッテリ３８側へと流出するノイズを減衰させる機能を有するものである。また、車載バッテリ３８は、車載主機となる回転機の電力供給源となる蓄電池である。本実施形態では、車載バッテリ３８として、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を想定している。

制御回路２０は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、スイッチング素子ＳＷ，Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２のゲート電圧の調節によってこれら素子をオン・オフ操作することで、車載バッテリ３８の充電処理を行う。

上記充電処理は、例えば充電装置が外部電源２２と接続されたとの条件を含む所定の実行条件が成立すると判断された場合に実行される処理であり、主に、ＰＦＣ回路１４による昇圧処理と、トランス１６への給電処理とからなる。

ＰＦＣ回路１４による昇圧処理は、スイッチング素子ＳＷのオン・オフ１周期に対するオン時間の時比率を調節することで、ＰＦＣ回路１４に入力される直流電圧を所定の直流電圧に昇圧する処理である。詳しくは、スイッチング素子ＳＷがオンされることで、第１の整流回路１２から供給される電力によってリアクトル２４ａ，２４ｂに電気エネルギが蓄積される。そしてその後、スイッチング素子ＳＷがオフされると、リアクトル２４ａ，２４ｂに蓄積された電気エネルギが放出されることで、ＰＦＣ回路１４の入力電圧が昇圧されて出力される。

一方、上記トランス１６への給電処理は、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｎ２と、スイッチング素子Ｓｐ２，Ｓｎ１とを交互にオン・オフ操作する処理である。詳しくは、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｎ２をオンさせて且つ、スイッチング素子Ｓｐ２，Ｓｎ１をオフさせるか、スイッチング素子Ｓｐ２，Ｓｎ１をオンさせて且つ、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｎ２をオフさせることで、トランス１６の１次側コイル１６ａに交番電圧を印加し、これにより２次側コイル１６ｂから車載バッテリ３８へと充電電流を流す。

ところで、ＰＦＣ回路１４とグランドライン（フレームグランドＦＧ）との間には、寄生コンデンサ４０が存在する。より具体的には、例えばスイッチング素子ＳＷのコレクタ側及びフレームグランドＦＧ間に寄生コンデンサ４０が存在する。

ここで、寄生コンデンサ４０が存在すると、スイッチング素子ＳＷが高速でオン・オフ操作されることによってスイッチング素子ＳＷのコレクタ側及びエミッタ側のそれぞれの印加電圧が変動することに起因して、寄生コンデンサ４０が充放電され、高周波のコモンモード電流が発生することがある。コモンモード電流が発生し、これがフレームグランドＦＧに流れると、フレームグランドＦＧに接続された電子機器に障害を与えたり、外部への電磁放射ノイズを生じさせたりするおそれがある。

このため、本実施形態では、スイッチング素子ＳＷが高速でオン・オフ操作されることに起因するコモンモード電流の発生を抑制すべく、下記対策を講じている。

１つ目は、一対のリアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれを同一構造とし、これらリアクトルのインダクタンスを同一にする対策である。具体的には、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれの巻数及び巻線の材質等を同一としている。２つ目は、スイッチング素子ＳＷのエミッタ側と、フレームグランドＦＧとをコンデンサ４２よって接続する対策である。以下、これら対策を採用することによって、コモンモード電流を抑制可能な理由を説明する。

図２に、ＰＦＣ回路１４の駆動に伴うこの回路近傍の電圧変化の一例を示す。詳しくは、図２（ａ）に、スイッチング素子ＳＷの操作状態の推移を示し、図２（ｂ）に、スイッチング素子ＳＷのエミッタ側に対するコレクタ側の電位（端子間電圧Ｖｃｅ）の推移を示し、図２（ｃ）に、リアクトル２４ａのうちダイオード２６ａ側に対する第１の整流回路１２側の電位（リアクトル電圧Ｖｌｐ）、及びリアクトル２４ｂのうち第１の整流回路１２側に対するダイオード２６ｂ側の電位（リアクトル電圧Ｖｌｎ）の推移を示す。また、図２（ｄ）に、フレームグランドＦＧに対するスイッチング素子ＳＷのコレクタ側の電位（コレクタ側電圧Ｖｐｇ）、及びフレームグランドＦＧに対するスイッチング素子ＳＷのエミッタ側の電位（エミッタ側電圧Ｖｎｇ）の推移を示し、図２（ｅ）に、フレームグランドＦＧに対するスイッチング素子ＳＷのコレクタ側の電位及びエミッタ側の電位の平均であるコモンモード電圧Ｖｃｏｍの推移を示す。すなわち、コモンモード電圧Ｖｃｏｍは、「（Ｖｐｇ＋Ｖｎｇ）／２」で与えられる値である。

リアクトル２４ａ，２４ｂのインダクタンスが同一のため、図示される例では、スイッチング素子ＳＷのオン期間及びオフ期間のそれぞれにおいて、リアクトル電圧Ｖｌｐ，Ｖｌｎはそれぞれ同一の値となる。すなわち、一対のリアクトル電圧Ｖｌｐ，Ｖｌｎの波形は同一となる。こうしたリアクトル電圧Ｖｌｐ，Ｖｌｎの推移から、エミッタ側電圧Ｖｎｇ及びコレクタ側電圧Ｖｐｇのそれぞれは、コモンモード電圧Ｖｃｏｍ（７５Ｖ）を基準として相補的に変化することとなる。これにより、スイッチング素子ＳＷのコレクタ側から寄生コンデンサ４０を介してフレームグランドＦＧに流れようとするコモンモード電流が、フレームグランドＦＧからコンデンサ４２を介してスイッチング素子ＳＷのエミッタ側に流れようとするコモンモード電流によって相殺される現象が生じる。したがって、フレームグランドＦＧを介して流れるコモンモード電流を抑制することが可能となる。

これに対し、リアクトル２４ｂ及びコンデンサ４２を設けない従来のＰＦＣ回路では、スイッチング素子ＳＷのオン・オフ操作によってコレクタ側電圧Ｖｐｇのみが変化することとなるため、コモンモード電流を適切に抑制することができない。

ちなみに、ダイオード２６ｂが設けられることから、コンデンサ４２の容量を定める際に、ＰＦＣ回路１４とフレームグランドＦＧとの間の寄生容量のうちダイオード２６ｂよりもコンデンサ２８側の寄生容量の影響を除去することが可能となる。これにより、コンデンサ４２の容量設定の工数の低減を図ることなどができる。

また、ダイオード２６ｂが設けられる構成において、コンデンサ４２の容量は、寄生コンデンサ４０の容量と同一とすることが望ましい。これにより、コモンモード電流の抑制効果が大きくなることが調べられている。なお、コンデンサ４２は、素子としてのコンデンサであってもよいし、配線パターン等によって形成されたコンデンサであってもよい。

ところで、リアクトルは、その巻線間の寄生容量（線間寄生容量）に起因して並列容量成分（以下、寄生容量）を有する（図３参照）。ここで、リアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量が相違すると、リアクトル２４ａ，２４ｂのインピーダンスが相違することに起因して、コモンモード電流の抑制効果が低下するおそれがある。以下、図４を用いて、この要因について説明する。

図４は、リアクトルのインピーダンスＺの周波数応答関数の一例である。

リアクトルの寄生容量は、高周波数側のインピーダンスに大きな影響を及ぼす。具体的には、リアクトルの寄生容量が大きいと、高周波数側においてインピーダンスが低くなる傾向にある。ここで、図中実線及び一点鎖線には、リアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量の相違によってリアクトル２４ａ，２４ｂのインピーダンスが相違する状況を示してある。リアクトル２４ａ，２４ｂのインピーダンスが相違する周波数領域（図中、ｆαよりも高い周波数領域）においては、上記インピーダンスの相違に起因して、先の図２に示した一対のリアクトル電圧Ｖｌｐ，Ｖｌｎの高調波成分（より具体的には、高調波成分の振幅，位相）が相違することとなる。この場合、一対のリアクトル電圧Ｖｌｐ，Ｖｌｎの波形に歪みが生じ、これらリアクトル電圧Ｖｌｐ，Ｖｌｎの波形が同一とならないことにより、コモンモード電圧Ｖｃｏｍの変動を抑制可能なようにエミッタ側電圧Ｖｎｇ及びコレクタ側電圧Ｖｐｇを相補的に変化させることができなくなることがある。この場合、コモンモード電流の抑制効果が低下するおそれがある。

こうした問題を解決すべく、本実施形態では、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれに、これらリアクトルのそれぞれの寄生容量が同一となるように、リアクトルのコアのうち巻線が巻回される部分（巻回部）の巻線間隔を予め定められた間隔に固定する溝を形成する。これにより、リアクトル２４ａ，２４ｂのインピーダンスをバランスさせ、コモンモード電流抑制効果の低下の回避を図る。以下、図５及び図６を用いて、本実施形態にかかるリアクトルの構造について説明する。

図５は、本実施形態にかかるリアクトルの構造を示す図である。詳しくは、図５（ａ）は、リアクトル２４ａ，２４ｂの平面図であり、図５（ｂ）及び図６は、同図（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図５（ｃ）は、同図（ａ）の巻線部分の拡大図である。なお、図５（ａ）では、巻線の線径に対する溝の幅を実際よりも大きく表記している。また、図５（ｂ）及び図６において、実際には、巻線４６の断面が図の左右方向を長辺とする楕円形状となるが、便宜上、円形状として表記している。

図５（ａ）に示すように、リアクトル２４ａ（２４ｂ）は、コア４４及び巻線４６を備えて構成されている。詳しくは、コア４４は、平面視において環状をなして且つ２対の直線部分を有している。そして、これら直線部分の１つが巻回部４８とされている。この巻回部４８の断面の形状は略円形状である。ここで、巻回部４８の断面とは、巻回部４８の中心軸線（図中一点鎖線）に直交する面で巻回部４８を切断したときの巻回部４８の断面である。また、上記中心軸線とは、巻回部４８の断面の中心を通って且つ巻回部４８の長手方向に直線状に延びる軸線のことである。

なお、コア４４の材質としては、磁性体（例えばフェライト）又は非磁性体（例えばセラミック）を採用することができる。また、本実施形態では、以降、巻回部４８を、コア４４自身、又はコア４４に装着されるボビンのいずれかとする。すなわち、巻線４６を固定する溝は、コア４４自身に形成されていてもよいし、ボビンに形成されていてもよい。

巻線４６は、その断面が略円形であって且つ外表面に絶縁被膜が施された導線（例えば銅線）からなるものである。本実施形態では、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれの巻線の線径を同一としている。

リアクトル２４ａ，２４ｂの巻回部４８の外表面にはそれぞれ、これらリアクトル２４ａ，２４ｂの巻回部４８の巻数が同一となって且つ巻線間隔が同一距離ｄとなるように溝５０が形成されている。

換言すれば、巻線４６を１周（１ターン）ずつの巻線部分（図中、巻き始め箇所Ｐ〜ｐ１〜ｐ２の巻線部分と、ｐ２〜ｐ３〜ｐ４の巻線部分等を例示）に区切り、各巻線部分の形状が同一となるように巻回部４８に溝５０が形成されている。さらに換言すれば、巻回部４８の中心軸線方向に沿って等ピッチで螺旋状に巻回部４８に溝５０が形成されている。

上記溝５０は、巻線４６の巻き始め箇所Ｐから巻き終わり箇所Ｑまで連続して、すなわち途切れることなく巻回部４８の外表面に一体に形成されている。本実施形態では、溝５０の断面形状を、図５（ｂ）に示すように、半円形状としている。より具体的には、例えば、溝５０の断面形状を、巻線４６の半径よりもやや大きい値を半径とする半円形状とすればよい。

ちなみに、リアクトル２４ａ，２４ｂの巻回部４８の巻線間隔をそれぞれ同一距離ｄにするとは、同図に示すように、巻回部４８の中心軸線方向において互いに隣接する巻線４６の中心間隔を同一距離「ｄ＋α」とすることでもある。なお、上記αは、巻線４６の直径「Ｄ」とほぼ同一の値となる。

次に、上記溝５０を形成させて且つ溝５０に沿って巻線４６を巻回させることで、リアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量を同一とすることが可能な理由について、図５（ｃ）を用いて説明する。

図示されるように、巻回部４８に巻回された巻線４６を、巻線４６が巻回される方向に沿って複数の部分（図中、複数の部分の一部として、巻線４６のうち巻き始め箇所Ｐからｐ１までの間、及び巻線４６のうちｐ２からｐ３までの間において、巻線４６の巻回方向に沿ってｎ（ｎ：２以上の整数）分割したそれぞれの部分を例示）に区切る。より詳しくは、例えば、上記中心軸線に沿って（上記中心軸線と平行であって）且つ上記中心軸線を通る平面を上記中心軸線まわりに規定角度（３６０°を３以上の整数で除算した値）ずつ回転させた場合のそれぞれの上記平面によって巻線４６を複数の部分に区切る。そして、区切られた複数の部分のうち巻回部４８の中心軸線方向に隣接する部分同士を隣接部分とする。そして、複数の隣接部分のそれぞれについて、巻回部４８の中心軸線方向の対向面積Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ）を上記中心軸線方向の対向距離ｄｉで除算した値「Ｓｉ／ｄｉ」を寄生容量パラメータＣｐと定義する。本実施形態では、全ての隣接部分について、対向面積Ｓｉが同一となり、対向距離ｄｉも「ｄ」で同一となる。

上記寄生容量パラメータＣｐの値は、隣接部分の寄生容量に応じたものとなる。具体的には、寄生容量パラメータＣｐの値が大きいほど、隣接部分の寄生容量が大きくなる傾向にある。これは、誘電率の一様な空間に一対の導体極板を配置して且つ極板間に電圧を印加する場合、極板の面積を極板間の距離で除算した値が大きいほど、これら極板間の静電容量が大きくなる傾向にあることに基づくものである。

そして、巻き始め箇所Ｐから巻き終わり箇所Ｑまでの巻線４６全体に渡る寄生容量パラメータＣｐの合計値は、リアクトルの寄生容量に応じたものとなる。詳しくは、上記寄生容量パラメータＣｐの合計値が大きいほど、リアクトルの寄生容量が大きくなる。ここで、上述した溝５０によれば、リアクトル２４ａ，２４ｂ同士で寄生容量パラメータＣｐの合計値を同一とすることができるため、これらリアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量を同一にすることができる。

なお、寄生容量パラメータＣｐの算出に用いる上記対向面積Ｓｉは、例えば、図６（ａ）に示すように、隣接部分の外表面のうち巻回部４８の中心軸線方向において互いに向き合っている隣接部分の面積ＳＡとすることができる。また、同図（ｂ）に示すように、巻回部４８の中心軸線に直交する面に対して上記中心軸線方向から隣接部分を投影した面積ＳＢとすることもできる。

一方、寄生容量パラメータＣｐの算出に用いる上記対向距離ｄｉは、例えば、上記巻線間隔ｄとしたり、上記中心間隔「ｄ＋α」としたりすることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）ＰＦＣ回路１４のリアクトル２４ａ，２４ｂの巻回部４８の外表面のそれぞれに、これらリアクトル２４ａ，２４ｂの巻回部４８の巻数が同一となって且つ巻線間隔が同一距離ｄとなるように溝５０を形成した。これにより、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれの寄生容量を同一にすることができるため、コモンモード電流を好適に抑制することができる。

（２）ＰＦＣ回路１４において、スイッチング素子ＳＷのエミッタ側とコンデンサ２８とをダイオードに２６ｂよって接続した。このため、コンデンサ４２の容量を定める際に、ＰＦＣ回路１４とフレームグランドＦＧとの間の寄生容量のうちダイオード２６ｂよりもコンデンサ２８側の寄生容量の影響を除去することができ、ひいてはコンデンサ４２の容量の適合工数の低減を図ることなどができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図７に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示されるように、本実施形態では、リアクトル２４ａ，２４ｂのコアを共通化している。すなわち、これらリアクトル２４ａ，２４ｂに対応する一対の巻線がそれぞれ単一のコアに独立して巻回されている。

また、本実施形態では、溝に代えて、リアクトル２４ａ，２４ｂの巻回部４８の外表面にそれぞれ、これらリアクトル２４ａ，２４ｂの巻回部の巻数が同一となって且つ巻線間隔が同一距離ｄとなるように側壁を一体形成する。

図８に、本実施形態にかかるリアクトルの構造を示す図である。詳しくは、図８（ａ）は、リアクトル２４ａ，２４ｂの平面図であり、図８（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図８（ｂ）において、実際には、巻線の断面が図の左右方向を長辺とする楕円形状となるが、便宜上、円形状として表記している。

図８（ａ）に示すように、リアクトル２４ａ，２４ｂはそれぞれ、巻線５２ａ，５２ｂをそれぞれ備えて構成されており、これらリアクトル２４ａ，２４ｂは、コア５４を共通としている。

コア５４は、上記第１の実施形態のコア４４と同一形状をなしている。コア５４の直線部分のうち互いに対向する一対の部分がそれぞれ、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれに対応した巻回部５６ａ，５６ｂとされている。

巻回部５６ａ，５６ｂの外表面にはそれぞれ、巻回部５６ａ，５６ｂの巻数が同一となって且つ巻線間隔が同一距離ｄとなるように側壁５８ａ，５８ｂが形成されている。

上記側壁５８ａ，５８ｂは、巻回部５６ａ，５６ｂの外表面において、巻線５２ａ，５２ｂの巻き始め箇所から巻き終わり箇所まで連続して形成されている。なお、本実施形態において、側壁５８ａ，５８ｂは、巻線５２ａ，５２ｂの両側に沿うように形成されている（図８（ｂ）参照）。

なお、リアクトル２４ａがコア５４内に生成する磁束の向きと、リアクトル２４ｂがコア５４内に生成する磁束の向きとが同じになるように、巻線５２ａ，５２ｂが巻回されたリアクトルがＰＦＣ回路１４に組み込まれる。これは、リアクトルのインダクタンスを高め、ＰＦＣ回路１４による昇圧の際にリアクトルへの電気エネルギの蓄積量を増大させることを目的とするものである。

このように、本実施形態では、リアクトル２４ａ，２４ｂのコア５４を共通化する場合において、巻回部５６ａ，５６ｂに上記態様の側壁５８ａ，５８ｂを形成することで、リアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量を同一にすることができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかるリアクトルの構造を示す。

図示されるように、本実施形態では、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれの巻線間隔を相違させつつ、これらリアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量が同一となるようにリアクトル２４ａ，２４ｂの巻回部に溝を形成する。以下、図９を用いて、本実施形態にかかるリアクトルの構造について説明する。

図９は、本実施形態にかかるリアクトルの構成を示す図である。詳しくは、図９（ａ）は、リアクトル２４ａ（２４ｂ）の平面図であり、図９（ｂ）は、同図（ａ）の巻線部分の拡大図である。

図９（ａ）に示すように、巻回部４８の中心軸線方向において巻き始め箇所Ｐから巻き終わり箇所Ｑへと向かう方向の順に、各巻線部分の形状がリアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれにおいて同一となるように、巻回部４８に溝５０を形成させる。より具体的には、巻き始め箇所Ｐ〜ｐ１〜ｐ２の巻線部分の形状、ｐ２〜ｐ３〜ｐ４の巻線部分の形状、及びｐ４〜ｐ５〜巻き終わり箇所Ｑの巻線部分の形状が、巻き始め箇所Ｐから巻き終わり箇所Ｑへと向かう方向の順にリアクトル２４ａ，２４ｂ同士で同一となるようにする。

こうした手法によってリアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量を同一にできる理由は、上記第１の実施形態で述べたように、巻き始め箇所Ｐから巻き終わり箇所Ｑまでの巻線４６全体に渡る寄生容量パラメータＣｐの合計値を、リアクトル２４ａ，２４ｂ同士で同一とすることができるためである。

ここで、同図（ｂ）を用いて、巻き始め箇所Ｐ〜ｐ１の巻線部分及びｐ２〜ｐ３の巻線部分の寄生容量パラメータの合計値の算出手法について説明する。図中、先の図５（ｃ）と同様に、上記巻線部分をｎ分割したものを例示している。上記巻線部分間の寄生容量パラメータＣｐの合計値Σ１は、下式（ｅ１）で表される。
Σ１＝Ｓ１１／ｄ１１＋Ｓ１２／ｄ１２
＋…Ｓ１ｉ／ｄ１ｉ＋…＋Ｓ１ｎ／ｄ１ｎ …（ｅ１）
上記巻線部分間の寄生容量パラメータＣｐの合計値Σ１に加え、ｐ１〜ｐ２の巻線部分及びｐ３〜ｐ４の巻線部分の寄生容量パラメータの合計値、ｐ２〜ｐ３の巻線部分及びｐ４〜ｐ５の巻線部分の寄生容量パラメータの合計値、ｐ３〜ｐ４の巻線部分及びｐ５〜巻き終わり箇所Ｑの巻線部分の寄生容量パラメータの合計値を算出し、これら合計値の総和として、巻き始め箇所Ｐから巻き終わり箇所Ｑまでの巻線４６全体に渡る寄生容量パラメータＣｐの合計値が算出される。

ちなみに、各隣接部分において、一対の対向面積Ｓｉが相違することとなる。このため、各隣接部分の寄生容量パラメータＣｐの算出に際しては、対向面積Ｓｉとして、一対の対向面積のいずれかを採用したり、一対の対向面積の平均値を採用したりすればよい。

また、実際には、リアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量パラメータの合計値が同一となるような溝形状が計算等によって定まることとなる。ここでは、各巻線部分における分割数ｎが大きいほど、寄生容量の算出精度が向上する。なお、上記分割数ｎを大きくすることは、上記第１の実施形態において、巻回部の中心軸線と平行であって且つ上記中心軸線を通る平面を上記中心軸線まわりに規定角度ずつ回転させた場合のそれぞれの上記平面によって巻線を複数の部分に区切るに際し、上記規定角度を小さくすることと同じである。

このように、本実施形態では、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれについて、上記態様の溝５０を形成することで、これらリアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量を同一にすることができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、リアクトル２４ａ，２４ｂのコアを共通化しており、このコアとしてトロイダルコアを用いる。

図１０に、本実施形態にかかるトロイダルコアの構造を示す。詳しくは、図１０は、トロイダルコアの平面図である。なお、図１０では、巻線の線径に対する溝の幅を実際よりも大きく表記している。

図示されるように、リアクトル２４ａ，２４ｂはそれぞれ、巻線６０ａ，６０ｂをそれぞれ備えて構成されており、これらリアクトル２４ａ，２４ｂは、トロイダルコア６２を共有している。

リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれに対応する巻回部６４ａ，６４ｂは、トロイダルコア６２の円周方向に延びる半円形状のものとなる。なお、巻回部６４ａ，６４ｂの断面形状は、略円形状である。また、本実施形態における巻回部の中心軸線（図中一点鎖線）とは、トロイダルコア５６の断面の中心を通って且つ、巻回部の円周方向に延びる（トロイダルコア６２の平面視において円を描く）軸線のことである。

ここで、本実施形態において、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれの寄生容量を同一にするための溝５０の形成手法としては、上述したように、巻き始め箇所Ｐから巻き終わり箇所Ｑまでの巻線全体に渡る寄生容量パラメータＣｐの合計値を、リアクトル２４ａ，２４ｂ同士で同一にする手法を採用する。ここでは、巻回部６４ａ（６４ｂ）に巻回された巻線６０ａ（６０ｂ）を、巻線４６が巻回される方向に沿って複数の部分に区切り、区切られた複数の部分のうち巻回部６４ａ（６４ｂ）の円周方向に延びる中心軸線方向に隣接する部分同士を隣接部分とする。そして、これら隣接部分のそれぞれについて、対向面積及び対向距離を定める。

ちなみに、対向面積は、例えば、隣接部分の外表面のうち巻回部６４ａ（６４ｂ）の円周方向に延びる中心軸線方向において互いに向き合っている隣接部分の面積Ｓｔとすることができる。また、対向距離は、例えば、上記中心軸線のうち１つの隣接部分で挟まれる部分の長さや、隣接部分のうち上記中心軸線と交わる点同士を結ぶ直線の距離ｄｔとすることができる。

なお、上記第２の実施形態と同様に、リアクトル２４ａがトロイダルコア６２内に生成する磁束の向きと、リアクトル２４ｂがトロイダルコア６２内に生成する磁束の向きとが同じになるように、巻線６０ａ，６０ｂが巻回されたリアクトルがＰＦＣ回路１４に組み込まれる。

このように、本実施形態では、トロイダルコア６２を用いる場合においてリアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量を同一にすることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・リアクトルに用いられるコアとしては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、図１１に示すように、Ｅ型コア及びＩ型コアからなるＥＩ型コア６６であってもよい。この場合、巻線６８が巻回される巻回部７０は、Ｅ型コアの中央部分に設けられることとなる。

・上記各実施形態では、固定手段としての溝（又は側壁）を巻回部の巻き始め箇所から巻き終わり箇所まで途切れることなく形成したがこれに限らない。例えば、巻回部のうち巻線が巻回される部分（巻線が接触する部分）の一部に溝（又は側壁）を形成してもよい。以下、これについて図１２を用いて詳述する。

図１２は、断面形状が矩形状（長方形状）である巻回部７２の直線部分を拡大した斜視図である。なお、図中、巻線７４を二点鎖線にて示している。

例えば、図１２（ａ）に示すように、巻回部７２の対抗する面Ａ，Ｂ上のみに溝７６を形成してもよい。なお、図中、一部の溝のみに符号を付している。

また、例えば、同図１２（ｂ）に示すように、巻回部７２のうち互いに隣接する面の接続部に溝７８（切り欠き）を形成してもよい。なお、図中、一部の溝のみに符号を付している。

なお、固定手段としては、溝又は側壁に限らず、例えば突起であってもよい。この場合、例えば、先の図１２（ｂ）の巻回部７２の長手方向における溝形成位置の両側に突起を形成することで、巻回部に巻線を巻回することができる。

・上記第１の実施形態では、ＰＦＣ回路１４の正極側及び負極側にリアクトルをそれぞれ１つ設ける構成としたがこれに限らない。例えば、ＰＦＣ回路１４の正極側及び負極側のそれぞれにリアクトルの直列接続体を設ける構成としてもよい。この場合、正極側及び負極側のそれぞれの上記直列接続体のインダクタンス及び寄生容量を同一にすればよい。

・巻回部４８に形成される溝５０の形状としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らず、例えば矩形状や楔形状としてもよい。

・巻回部４８に形成される側壁５８ａ，５８ｂとしては、上記第２の実施形態に例示したものに限らず、例えば巻線の片側のみに形成されるものであってもよい。

・上記第３の実施形態において、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれの巻線の線径が相違したり、リアクトル２４ａ，２４ｂのそれぞれの巻回部の断面積が相違したりしてもよい。この場合であっても、巻き始め箇所から巻き終わり箇所までの巻線全体に渡る寄生容量パラメータの合計値をリアクトル２４ａ，２４ｂ同士で同一とするなら、これらリアクトル２４ａ，２４ｂの寄生容量を同一とすることができる。

・スイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばパワーＭＯＳ電界効果トランジスタであってもよい。

・整流手段としては、ダイオードに限らず、例えばサイリスタ等であってもよい。

・本願発明が適用される車両としては、ＰＨＶに限らず、例えば車載主機として回転機のみを備える電動車両（ＥＶ）であってもよい。

１４…ＰＦＣ回路、１６…トランス、２０…制御回路、２２…外部電源、２４ａ，２４ｂ…リアクトル、２６ａ，２６ｂ…ダイオード、３８…車載バッテリ、４４…コア、４６…巻線、４８…巻回部、５０…溝、ＳＷ…スイッチング素子。

Claims (4)

1. スイッチング素子、対となるリアクトル、及び電流の流れを１方向に制限する整流手段を備え、前記スイッチング素子のオン・オフ操作によって入力電圧を昇圧させて出力する昇圧型コンバータにおいて、
   前記スイッチング素子の両端のそれぞれには前記対となるリアクトルのそれぞれが接続され、
   前記スイッチング素子の一端と前記対となるリアクトルのうちの一方との接続点には前記整流手段が接続されるとともに、前記スイッチング素子の他端と前記対となるリアクトルのうちの他方との接続点には、グランドラインとつながるコンデンサが接続され、
   前記整流手段は、当該コンバータの出力側に向かう方向に電流を流す機能を有し、
   前記対となるリアクトルのそれぞれのインダクタンスは同一であり、
   前記対となるリアクトルのコアの巻回部のそれぞれには、該対となるリアクトルのそれぞれの寄生容量が同一となるように前記巻回部の巻線間隔を予め定められた間隔に固定する固定手段が設けられ、
   前記巻回部に巻回された巻線を複数の部分に区切り、該区切られた複数の部分のうち前記巻回部の中心軸線方向に隣接する部分同士を隣接部分とし、該隣接部分のそれぞれについて、前記中心軸線方向の対向面積を該中心軸線方向の距離で除算した値を寄生容量パラメータとし、
   前記固定手段は、前記巻回部に巻回された巻線全体に渡る前記寄生容量パラメータの合計値が前記対となるリアクトル同士で同一となるように、該対となるリアクトルの前記巻回部のそれぞれに設けられることを特徴とする昇圧型コンバータ。
2. 前記対となるリアクトルのそれぞれの巻線の線径は同一であり、
   前記固定手段は、前記対となるリアクトルのそれぞれの巻数及び巻線間隔が同一となるように、該対となるリアクトルの前記巻回部のそれぞれに設けられることを特徴とする請求項１記載の昇圧型コンバータ。
3. 前記固定手段は、前記巻回部に形成された溝又は壁であることを特徴とする請求項１又は２記載の昇圧型コンバータ。
4. 前記整流手段を第１の整流手段とし、
   電流の流れを１方向に制限する第２の整流手段を更に備え、
   前記スイッチング素子の他端と前記コンデンサとの接続点には、前記第２の整流手段が接続され、
   前記第２の整流手段は、当該コンバータの入力側に向かう方向に電流を流す機能を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の昇圧型コンバータ。

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