JP5771725B2

JP5771725B2 - Ｄｃ−ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP5771725B2
Application number: JP2014106904A
Authority: JP
Inventors: 正太郎山崎; 正道石川; 裕二林
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: JP2014147295A

Description

本発明は、トランスと整流回路部とこれらを搭載するベースプレートとを有するＤＣ−ＤＣコンバータに関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、トランスの二次コイルには、出力電流を整流する整流回路部が接続されている。この整流回路部から放射される電磁ノイズが、ＤＣ−ＤＣコンバータにおける他の電子部品や、ＤＣ−ＤＣコンバータの周囲の部品に対して影響を与えることを防ぐために、整流回路部（ダイオードモジュール）を覆うように導体（接地用ブスバー）を配置したＤＣ−ＤＣコンバータが提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載の構成において、上記導体は銅製である。つまり、上記導体は、ブスバーであって、その主の役割は大電流を流すことであるため、導電率が高い銅が採用されている。

特開２０００−３２４８３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成において、整流回路部を覆う銅は非磁性体であるため、高周波の電磁ノイズを遮蔽する効果はあっても、比較的低周波の電磁ノイズを遮蔽する効果が小さいという問題がある。したがって、整流回路部を覆うようにブスバーを配置した構成では、整流回路部から放射される電磁ノイズのうち、比較的低周波の電磁ノイズを遮蔽することが困難となるおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、整流回路部から放射される電磁ノイズのうち、比較的低周波の電磁ノイズを抑制することができるＤＣ−ＤＣコンバータを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、一次コイル及び二次コイルを備えたトランスと、
上記二次コイルに接続された整流回路部と、
該整流回路部に接続されたチョークコイルと、
上記トランス、上記整流回路部及び上記チョークコイルを搭載するベースプレートとを有するＤＣ−ＤＣコンバータであって、
上記整流回路部と上記チョークコイルとは、上記ベースプレートの法線方向に並ぶように積層された積層体を構成しており、
上記トランスと上記整流回路部とを繋ぐ第１バスバーと、上記整流回路部と上記チョークコイルとを繋ぐ第２バスバーとは、上記積層体を挟んで互いに反対側に配置されており、
上記チョークコイルは、磁性体からなるコアを有することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータにある（請求項１）。

上記ＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、上記チョークコイルが、上記整流回路部に対して、上記ベースプレートの法線方向に並ぶように積層配置されている。これにより、上記整流回路部からベースプレートの法線方向へ放射される電磁ノイズを、上記チョークコイルによって遮蔽することができる。特に、チョークコイルのコアは、比較的低周波のノイズを遮蔽することができる。それゆえ、上記チョークコイルが整流回路部に積層配置されていることにより、比較的低周波の電磁ノイズが、ＤＣ−ＤＣコンバータにおける他の部品やＤＣ−ＤＣコンバータの周囲の部品に対して影響を与えることを抑制することができる。

以上のごとく、本発明によれば、整流回路部から放射される電磁ノイズのうち、比較的低周波の電磁ノイズを抑制することができるＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。

実施例１における、ＤＣ−ＤＣコンバータの一部の断面説明図。実施例１における、積層方向から見た整流回路部と台座の説明図。実施例１における、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図。実施例１における、トランスを含めたＤＣ−ＤＣコンバータの一部の断面説明図。

上記チョークコイルのコアは、上記整流回路部の全体を覆うように形成されていることが好ましいが、少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。また、上記チョークコイルのコアは、例えばフェライト、鉄等からなり、その形状は特に限定されるものではない。

また、上記ベースプレートは導体からなることが好ましい。この場合には、上記ベースプレート側から上記整流回路部の電磁ノイズが放射されることをも抑制することができる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータに対してベースプレート側に隣接する部品に、電磁ノイズが影響することをも防ぐことができる。

（実施例１）
上記ＤＣ−ＤＣコンバータの実施例につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１は、図１、図３、図４に示すごとく、一次コイル２１及び二次コイル２２を備えたトランス２と、二次コイル２２に接続された整流回路部３と、トランス２及び整流回路部３を搭載するベースプレート４とを有する。

また、図１に示すごとく、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、整流回路部３をベースプレート４と反対側から覆うように配置された磁性体５と、ベースプレート４に固定されると共に磁性体５を整流回路部３側から支承する台座６とを備えている。
台座６は、導体からなると共に、図２に示すごとく、ベースプレート４と整流回路部３と磁性体５との積層方向から見て環状となる形状を有する。

磁性体５は、コンバータ回路の一部を構成する磁気部品のコアであり、後述するチョークコイル１２のコアである。このチョークコイル１２のコアである磁性体５は、フェライトからなる。磁性体５は、ベースプレート４と反対側から整流回路部３の全体を覆うように配置されている。つまり、整流回路部３とチョークコイル１２とは、ベースプレート４の法線方向に並ぶように積層された積層体１３を構成している。

また、ベースプレート４は導体からなる。本例においては、ベースプレート４は、例えばアルミニウム等の金属からなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の構成部品を収容するケースの一部を構成している。すなわち、例えば、アルミニウム製のケースの底板部として、上記ベースプレート４が構成されている。そして、ベースプレート４に設けられた支承部４１に台座６が固定されている。

台座６は、ベースプレート４と接続されて接地されている。ベースプレート４は、主面方向から見たとき、図２に示すごとく、長方形の外周輪郭６２及び内周輪郭６１を有する環状形状となっている。例えば、台座６は、長方形の金属板の内側を長方形にくり抜くことにより形成されている。また、図１に示すごとく、台座６の外周部には、屈曲部６３を設けてある。これにより、台座６が支承する磁性体５（チョークコイル１２）に対する台座６の耐荷重強度を向上させている。なお、屈曲部６３は、台座６の外周輪郭６２の全周にわたって形成されていることが好ましい。

整流回路部３は、図３に示すごとく、複数のダイオード３１からなる。そして、整流回路部３は、複数のダイオード３１を樹脂封止してモジュール化したダイオードモジュールを構成している。このダイオードモジュールである整流回路部３は、略直方体形状を有し、図１、図４に示すごとく、その最も面積の広い面である一対の主面３２のうちの一方をベースプレート４に接触させた状態で、ベースプレート４に搭載されている。整流回路部３は、熱伝導性を有する接着剤を介在させて、ベースプレート４に搭載されていてもよい。

また、ダイオードモジュール（整流回路部３）中において、複数のダイオード３１は、主面３２と平行な方向に並んで配置されている。そして、ダイオードモジュールの２本の入力側端子（アノード側端子）が、トランス２の二次コイル２２と接続されることにより、ダイオードモジュールの中に、整流回路部３の主面３２に略平行な一つの電流ループが形成される。この電流ループから、主面３２と直交する方向、すなわち上記積層方向に、電磁ノイズが放射されることとなる。

また、図４に示すごとく、トランス２も、ベースプレート４に搭載されている。そして、トランス２におけるセンタータップ２２１は、ベースプレート４に設けたボス４２に接触すると共に締結されている。これにより、トランス２の放熱性を高めることもできる。

また、トランス２と上記整流回路部３とを繋ぐ第１バスバー１４１と、整流回路部３とチョークコイル１２とを繋ぐ第２バスバー１４２とは、積層体１３を挟んで互いに反対側に配置されている。また、チョークコイル１２の出力側に接続された第３バスバー１４３と、第２バスバー１４２とは、積層体１３における同じ側から引き出されている。そして、第１バスバー１４１と、第２バスバー１４２および第３バスバー１４３とは、積層体１３を挟んで互いに反対側に配置されている。

整流回路部３は、図２に示すごとく、積層方向から見たとき、台座６における環状形状の内周輪郭６１の内側に納まっている。台座６の内周輪郭６１は、整流回路部３（ダイオードモジュール）の外形よりも大きく形成され、積層方向から見た状態において、内周輪郭６１の内側に、整流回路部３が配置された状態となっている。
ただし、台座６の内周輪郭６１と整流回路部３の外形との大小関係や位置関係は、特にこれに限定されるものではない。また、台座６の形状は、環状であれば、特に限定されるものではなく、円環状、楕円環状、その他の形状とすることもできる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、入力側電源７としての駆動用バッテリーの電圧を降圧して、出力側電源としての補機用バッテリーを充電できるよう構成することができる。そして、図３に示すごとく、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、入力側電源７から入力される直流電力を交流に変換するスイッチング回路部１１を有し、スイッチング回路部１１がトランス２の一次コイル２１に接続されている。また、トランス２の二次コイル２２側に接続された整流回路部３は、一対のダイオード３１を備えている。本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１は、ハーフブリッジ型であり、二次コイル２２のセンタータップ２２１は、ベースプレート４に電気的に接続されて、接地されている。

また、整流回路部３の出力側にはチョークコイル１２が接続されている。これにより、出力電圧を平滑化して、出力線を介してノイズ電流が漏洩することを防いでいる。そして、本例においては、このチョークコイル１２のコアが、整流回路部３を覆うように配置された磁性体５である。

なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、特にハーフブリッジ型に限らず、フルブリッジ型、フォワード型等とすることもでき、これに応じて、整流回路部３におけるダイオード３１の配線等も種々の形を採り得る。また、本例においては、ダイオード整流型のＤＣ−ＤＣコンバータを示したが、同期整流型のＤＣ−ＤＣコンバータとすることもでき、この場合、整流回路部３は、ダイオード３１に代えて例えばＭＯＳＦＥＴによって構成することができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ＤＣ−ＤＣコンバータ１においては、磁性体５が、整流回路部３をベースプレート４と反対側から覆うように配置されている。これにより、整流回路部３からベースプレート４と反対側へ放射される電磁ノイズを、磁性体５によって遮蔽することができる。特に、磁性体５は、比較的低周波のノイズを遮蔽することができる。それゆえ、磁性体５が整流回路部３を覆うように配置されていることにより、比較的低周波の電磁ノイズが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１における他の部品やＤＣ−ＤＣコンバータ１の周囲の部品に対して影響を与えることを抑制することができる。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、磁性体５を整流回路部３側から支承する台座６を備えている。それゆえ、台座６は、整流回路部３に対して、ベースプレート４と反対側に配置されることとなる。そして、台座６は導体からなる。これにより、整流回路部３から放射される電磁ノイズを、台座６によって遮蔽することができる。つまり、整流回路部３から放射される磁束（放射磁束）が導体からなる台座６と鎖交することにより、台座６に、放射磁束を打ち消す方向に渦電流が流れる。これにより、整流回路部３から放射される電磁ノイズを抑制することができる。

しかも、台座６には磁性体５が搭載されているため、台座６に流れる渦電流による磁束の発生が促進される。それゆえ、より効果的に放射磁束を打ち消すことができる。
また、台座６は、積層方向から見て環状に形成されている。そのため、放射磁束が鎖交したときに生じる渦電流は、この環状の台座６に沿って環状に流れる。それゆえ、環状形状の内側部分がくり抜かれた形状となっている分、台座６の面積が小さくなっても、電磁ノイズの遮蔽効果は特に低下しない。その一方で、環状とすることにより、台座６を軽量化することができると共に、低コスト化を図ることができる。

また、上記のような渦電流による電磁ノイズの低減を行うことができるため、台座６による遮蔽効果は、比較的高周波のノイズに対して特に有効となる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１においては、整流回路部３から放射される電磁ノイズのうち、比較的高周波の成分を台座６によって抑制し、比較的低周波の成分を磁性体５によって抑制することができる。それゆえ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１においては、整流回路部３からベースプレート４と反対側へ向かって放射される電磁ノイズを広い周波数域にわたって抑制することができる。

また、磁性体５は、コンバータ回路の一部を構成する磁気部品であるチョークコイル１２のコアである。それゆえ、電磁ノイズを遮蔽するために新たに磁性体５を追加する必要がない。それゆえ、部品点数を低減して、低コストのＤＣ−ＤＣコンバータ１を得ることができる。

また、ベースプレート４は導体からなるため、ベースプレート４側から整流回路部３の電磁ノイズが放射されることをも抑制することができる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１に対してベースプレート４側に隣接する部品に、電磁ノイズが影響することをも防ぐことができる。

また、台座６は、ベースプレート４と接続されて接地されている。そのため、台座６及びベースプレート４の電位が安定し、これらによる電磁ノイズ遮蔽効果を高くすることができる。

また、積層方向から見たとき、整流回路部３は、台座６における環状形状の内周輪郭６１の内側に納まっている。そのため、台座６による電磁ノイズの遮蔽効果の低減を抑制しつつ、台座６の軽量化、低コスト化を実現することができる。つまり、この場合には、整流回路部３から生じる磁束の大部分を、台座６における内周輪郭６１の内側に通すことができる。これにより、この磁束による渦電流を効率的に台座６に生じさせることができ、電磁ノイズの遮蔽効果を効率的に得ることができる。その一方で、台座６の体積を小さくして、その軽量化、低コスト化を図ることができる。

以上のごとく、本例によれば、整流回路部から放射される電磁ノイズを広い周波数域にわたって抑制することができるＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。

（参考例）
本例は、整流回路部３をベースプレート４と反対側から覆うように配置される磁性体５として、トランス２のコアを用いた例である。
ベースプレート４と整流回路部３と台座６とトランス２との位置関係等は、実施例１の図１に示したベースプレート４と整流回路部３と台座６とチョークコイル１２との位置関係等と略同様である。つまり、図１において、チョークコイル１２をトランス２に置き換えた構成が、本例の構成となる。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

１ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２チョークコイル
２トランス
３整流回路部
４ベースプレート
５磁性体
６台座
１３積層体
１４１第１バスバー
１４２第２バスバー

Claims

一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）を備えたトランス（２）と、
上記二次コイル（２２）に接続された整流回路部（３）と、
該整流回路部（３）に接続されたチョークコイル（１２）と、
上記トランス（２）、上記整流回路部（３）及び上記チョークコイル（１２）を搭載するベースプレート（４）とを有するＤＣ−ＤＣコンバータ（１）であって、
上記整流回路部（３）と上記チョークコイル（１２）とは、上記ベースプレート（４）の法線方向に並ぶように積層された積層体（１３）を構成しており、
上記トランス（２）と上記整流回路部（３）とを繋ぐ第１バスバー（１４１）と、上記整流回路部（３）と上記チョークコイル（１２）とを繋ぐ第２バスバー（１４２）とは、上記積層体（１３）を挟んで互いに反対側に配置されており、
上記チョークコイル（１２）は、磁性体からなるコアを有することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ（１）。
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ（１）において、上記チョークコイル（１２）の出力側に接続された第３バスバー（１４３）と、上記第２バスバー（１４２）とは、上記積層体（１３）における同じ側から引き出されており、上記第１バスバー（１４１）と、上記第２バスバー（１４２）および上記第３バスバー（１４３）とは、上記積層体（１３）を挟んで互いに反対側に配置されていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ（１）。