JPH09182433A

JPH09182433A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置

Info

Publication number: JPH09182433A
Application number: JP7338394A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kobayashi; 康夫小林; Koichi Ueki; 浩一植木
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズフィルタを設置すること無く高周波ノイ
ズを低減することが可能なＤＣ−ＤＣコンバータ装置を
提供する。【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ装置（電源装置）１
は、従来例に対して、鉄心３３に巻回される巻線とし
て、２個の巻線３１，３２を持つリアクトル３を有する
平滑回路部２を用いるようにしている。巻線３１は、従
来例の場合と同様に、整流回路部６の出力端６ｂとマイ
ナス側の出力端子９ｂとの間に接続され、巻線３２は、
整流回路部６の出力端６ａとプラス側の出力端子９ａと
の間に接続される。また両巻線３１，３２は、出力電流
Ｉによって巻線３１に生成される起磁力と、出力電流Ｉ
によって巻線３２に生成される起磁力とが、鉄心３３に
関して互いに加わり合うようになる関係で電気的に接続
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、出力端子の一方
が接地されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置に係わり、高周
波ノイズが低減されるように改良されたその構成の関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、直流によ
って動作する電気装置のための電源用装置として広く使
用されている装置である。この種のＤＣ−ＤＣコンバー
タ装置の従来例について、フォワード形のＤＣ−ＤＣコ
ンバータ装置に関して図３，図４を用いて説明する。こ
こで、図３は、従来例のフォワード形のＤＣ−ＤＣコン
バータ装置を示すその電気回路図であり、図４は、図３
に示したＤＣ−ＤＣコンバータ装置の主要部の構成例を
示すその縦断面図である。図３，図４において、９は、
絶縁変圧器７，整流回路部６，平滑回路部５および入力
回路部８と、１対の出力端子９ａ（プラス側端子），９
ｂ（マイナス側端子）とを備えたＤＣ−ＤＣコンバータ
装置である。

【０００３】絶縁変圧器７は、互いに電気的に絶縁され
た２次側の巻線７１と１次側の巻線７２とを有してい
る。整流回路部６は、巻線７１の一方の端部にアノード
が接続されたダイオード６１と、巻線７１の他方の端部
にアノードが接続されると共に，カソードがダイオード
６１のカソードと接続されたダイオード６２とを有して
いる。ダイオード６１のカソードとダイオード６２のカ
ソードの接続点は、整流回路部６の一方の出力端６ａに
接続されており、ダイオード６２のアノードは、整流回
路部６の他方の出力端６ｂに接続されている。

【０００４】平滑回路部５は、出力端６ｂとマイナス側
の出力端子９ｂとの間に接続されたリアクトル５１と、
両出力端子９ａ，９ｂ間に接続されたコンデンサ５２と
を有している。入力回路部８は、絶縁変圧器７が持つ巻
線７２とＤＣ−ＤＣコンバータ装置（以降、電源装置と
略称することがある。）の入力端子８ａ，８ｂとの間に
接続されており、少なくとも図示しないスイッチング素
子を有している。そうして、入力端子８ａ，８ｂから図
示しない直流電源から出力される直流電力を入力し、こ
の直流電力をスイッチング素子によって間欠的に巻線７
２に与えるように動作する。なお、入力回路部８が持つ
構成としては、２石フォワード形に対応するものと、１
石フォワード形に対応するものとが知られている。

【０００５】前記のようにして電気的に構成された電源
装置９は、公知のフォワード形のＤＣ−ＤＣコンバータ
装置と同様に動作して、入力端子８ａ，８ｂ間に入力さ
れる直流電力を用いて、出力端子９ａ，９ｂ間から安定
化された直流の出力電流Ｉを図示しない負荷装置に供給
するように用いられるのが一般である。ところで、入力
回路部８が持つスイッチング素子は、絶縁変圧器７，平
滑回路部５の小形化を図るなどのために、高周波スイッ
チングされることが一般であり、このために、電源装置
９からは高周波ノイズが発生する。この高周波ノイズに
より、出力端子９ａ，９ｂ間には公知の端子間雑音電圧
が現れるが、電源装置９では、一方の出力端子であるマ
イナス側の出力端子９ｂを、接地電位９９に接続して端
子間雑音電圧の内のコモンモードノイズ成分を低減する
ことで、出力端子９ａ，９ｂ間の端子間雑音電圧値を低
減するようにしている。

【０００６】次に電源装置９の構造を図４を用いて説明
する。図４において、図３により説明した部分について
は、図３と同じ符号を付しその説明を省略する。図４に
示した事例は、自動車などの移動体に搭載される場合の
電源装置９を例示するものであり、電源装置９を構成す
る諸電気部品は、金属製の構造体であるケース４に搭載
されている。ケース４は、アルミニウム等の金属材を用
いて形成されており、電源装置９を構成する電気部品の
内の、発熱する部品である絶縁変圧器７、ダイオード６
１，６２、リアクトル５１等を図中に例示するように直
接載置している。これにより、ケース４に放熱体の役目
を兼ねさせることで、専用の冷却体の使用を不要なもの
として、電源装置９の小形化が図られている。電源装置
９はこのケース４によって自動車等のフレームに装着さ
れるので、電源装置９は自動車等のフレームに装着され
ることで、ケース４によって接地電位９９に接続される
（すなわち接地される）ことになる。

【０００７】この事例の場合に、ダイオード６１，６２
には、ＴＯ３Ｐ形の半導体パッケージなどを持つダイオ
ードが採用されている。この形式の半導体素子は、半導
体チップが一方の主電極用の端子と放熱板とを兼ねる金
属製の基板上に直接に固着される構造を持っており、半
導体チップに対する冷却条件が良好となるために、比較
的大きな電流を通流させる素子の場合に採用されてい
る。そうしてダイオード６１，６２は、ＴＯ３Ｐ形など
の半導体パッケージを持つ市販のダイオードの多くもの
と同様に、その半導体チップはカソード側で基板に固着
されている。電源装置９では、この構造を持つダイオー
ド６１，６２を、極めて薄い厚さ寸法を持つ電気絶縁材
（例えば、シリコーン樹脂等である。）製の図示しない
熱伝導シートを介し、基板の反半導体チップ側の側面を
ケース４の側面に押し当てて載置するようにしている。
これにより、ダイオード６１，６２からの放熱が良好に
行われるようにすることで、ダイオード６１，６２に比
較的に小形の半導体チップを持つ素子を使用することが
できるようにしているのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
るＤＣ−ＤＣコンバータ装置、例えば電源装置９におい
ては、安定化された出力電流Ｉの負荷装置への供給を、
比較的に小形の半導体チップを持つダイオード６１，６
２によって行うことができている。しかしながら、近
年、高周波ノイズによる障害が問題視されるようになっ
てくるに連れて、電源装置９から発生される高周波ノイ
ズの低減が重要視されるようになってきている。すなわ
ち、前述の構成を持つ電源装置９では、ダイオード６
１，６２のカソードとケース４との間には微小な値では
あるがストレイキャパシタンスである静電容量（後述す
る図５に符号９１で示す）が形成され、電気部品間を電
気的に接続している配線には、微小な値ではあるがスト
レイインダクタンスであるインダクタンス（後述する図
５に符号９２で示す）が形成されるものである。この静
電容量９１が、ダイオード６１，６２に関連して形成さ
れるのは、前記の構造を持つ熱伝導シートを用いること
で、この部位には他の電気部品の場合よりも格段に大き
な値のストレイキャパシタンスが形成されるためであ
る。

【０００９】これ等の静電容量９１とインダクタンス９
２を考慮した電源装置９の等価回路を図５に示す。ここ
で図５は、図３，図４に示したＤＣ−ＤＣコンバータ装
置の主要部の等価回路を示す電気回路図である。図５に
おいて、図３，図４により説明した部分については、図
３，図４と同じ符号を付しその説明を省略する。なお、
図５中には、図４中に示したケース４も合わせて示して
ある。図５において、静電容量９１は、それが形成され
る理由から、整流回路部６の出力端６ａとケース４との
間に形成され、インダクタンス９２は、図５中では、出
力端６ａとプラス側の出力端子９ａとの間に形成される
として示してある。

【００１０】電源装置９が備える整流回路部６の出力端
６ａ，６ｂ間の電圧は、公知のごとく、入力回路部８が
持つスイッチング素子のオン・オフ動作に対応してその
値は急激な変化をするものである。図５による等価回路
を持つ電源装置９では、この出力端６ａ，６ｂ間の電圧
値の急激な変化の際に、静電容量９１に対する充放電電
流ｉが、静電容量９１とリアクトル５１との直列回路に
ケース４を介して通流することとなる（充電時の場合に
ついて図５中に点線で示した。）。なお、この充放電電
流ｉは、インダクタンス９２が存在する経路には、イン
ダクタンス９２によるインピーダンスのためにほとんど
通流されない。前記の通流経路を持つ充放電電流ｉによ
り、静電容量９１とリアクトル５１とは直列共振回路を
形成するので、静電容量９１の両端，したがって，出力
端６ａと出力端子９ｂとの間には、その共振周波数であ
る極めて高い周波数を持つ振動電圧が発生することにな
る。この振動電圧が出力端子９ａ，９ｂから出力される
ので、電源装置９は大きな高周波ノイズを発生すること
となるのである。

【００１１】図６に、電源装置９の出力端子９ａ，９ｂ
間の瞬時電圧ｖの波形の測定例を示す。図６において、
実線は瞬時電圧ｖを、点線は電源装置９の直流出力電圧
Ｖ_Dを示し、横軸に表した経過時間ｔ中において、時刻
ｔ_Nはスイッチング素子のオン・タイミングを、時刻ｔ
_Fはスイッチング素子のオフ・タイミングを示してい
る。図６中に示されている瞬時電圧ｖは、緩やかに変化
する波形に加えて、時刻ｔ_N，ｔ_F毎に、急峻に変化す
る振動成分が重畳されているが、これが、静電容量９１
の両端に発生した前記の振動電圧に起因するものであ
る。

【００１２】図６中に例示した振動成分（以降、一般に
呼ばれている表現に合わせて、リップルノイズと呼ぶこ
とにする。）の存在により、電源装置９は大きな端子間
雑音電圧値の高周波ノイズを持つこととなっているので
ある。この大きな高周波ノイズは、出力端子９ａ，９ｂ
に接続される負荷装置を誤動作させたり、振動電圧が絶
縁変圧器７の巻線７１から巻線７２（図３を参照。）に
伝達されることで、電源装置９と共通の直流電源から直
流電力の供給を受けている装置類（電源装置９を自動車
で用いる場合には、例えばラジオである。）の動作に支
障を来すことにもなっているのである。

【００１３】この高周波ノイズを低減する方法として、
電源装置９にノイズフィルタを設置することが考えられ
るが、これは、電源装置９の大形化と製造原価の増大と
言う新たな問題を引き起こす。また、静電容量９１とリ
アクトル５１とが直列共振を起こさないようにすべく、
出力端子９ｂの接地電位９９への接続を止めてケース４
を介する充放電電流ｉの通流経路が形成されないように
することは、端子間雑音電圧値にコモンモードノイズが
加わることになるので、高周波ノイズの低減には結び付
かないのである。

【００１４】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、ノイズフィルタを
設置すること無く高周波ノイズを低減することが可能な
ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

（１）２次側の巻線と少なくとも１個の１次側の巻線と
を有し，２次側の巻線と他の巻線との間が電気的に絶縁
されてなる絶縁変圧器と、２次側の巻線に電気的に接続
されたダイオードによって構成された整流回路部と、１
対の出力端子と、整流回路部の出力端と出力端子との間
に電気的に接続されたリアクトルと，両出力端子の間に
電気的に接続されたコンデンサとを持つ平滑回路部と、
一方の出力端子と電気的に接続されると共に，少なくと
も前記のダイオードを装着する電気的に接地された金属
製の構造体とを備え、１対の出力端子の間から直流の出
力電流を出力してなるＤＣ−ＤＣコンバータ装置におい
て、リアクトルは、鉄心と、この鉄心に巻回され２個の
巻線とを持ち、これ等の巻線は、整流回路部の互いに異
なる出力端と，互いに異なる前記の出力端子との間に、
通流する出力電流により生成される起磁力が前記の鉄心
に関して互いに加わり合うようになる関係で電気的に接
続されてなる構成とすること、により達成される。

【００１６】そうして、リアクトルは、整流回路部の一
方の出力端から一方の出力端子（例えばプラス端子であ
る。）に向かう出力電流Ｉが通流される一方の巻線と、
他方の出力端子（例えばマイナス端子である。）から整
流回路部の他方の出力端に向かう出力電流Ｉ（一方の巻
線に通流される出力電流Ｉの方向とは、逆方向であると
言うことである。）が通流される他方の巻線とを備える
ことになる。この両巻線のそれぞれに同一方向の電流が
通流されたとすると、この電流により両巻線のそれぞれ
に形成される起磁力は、鉄心に関して互いに打ち消し合
うこととなる。

【００１７】さて前述のように、絶縁変圧器の１次側の
巻線に接続されたスイッチング素子がオン・オフされる
ことに対応して、整流回路部が持つダイオードと金属製
の構造体との間に形成されたストレイキャパシタンス
（静電容量）を含む回路には、充放電電流ｉが流れる。
今、静電容量への充電時の場合を考えると、この時の電
流ｉは、まず、整流回路部の一方の出力端→静電容量
→構造体→リアクトルの一方の巻線→整流回路部の他方
の出力端の経路で通流される電流ｉ₁がある。この電流
ｉ₁がリアクトルの一方の巻線に通流されると、前記の
構造を持つリアクトルの他方の巻線には、衆知のレンツ
の法則により、一方の巻線で電流ｉ₁によって生成され
る起磁力を打ち消す方向の起磁力を生成するような電流
が通流されることになる。この電流を電流ｉ₂とする
と、この電流ｉ₂は、リアクトルの他方の巻線→静電
容量→構造体→平滑回路部が持つコンデンサ→リアクト
ルの他方の巻線の経路で循環する。そうして、一方の巻
線が持つ巻数をｎ₁とし，他方の巻線が持つ巻数をｎ₂
とすると、電流ｉ₁と電流ｉ₂との間には「式１」に示
す関係が成立し、また、電流ｉは電流ｉ₁と電流ｉ₂の
和であることになる。

【００１８】

【数１】ｉ₁・ｎ₁＝ｉ₂・ｎ₂……………………………（１）なお、平滑回路部が持つコンデンサの静電容量値は平滑
用であるために一般に大きな値を有しているので、時間
に対して急激な変化をする電流（電流ｉ₂はこれに該当
する。）に関しては、ほとんど短絡状態となる。なおま
た、静電容量からの放電時の場合も、基本的には充電時
の場合と同様である。

【００１９】前記のように、この発明になるリアクトル
に関しては、静電容量への充放電電流ｉは２個の巻線に
同方向に通流されることとなり、したがって、２個の巻
線に充放電電流ｉによって生成される起磁力は互いに打
ち消し合うこととなる。このことは、この発明になるリ
アクトルは、充放電電流ｉに関しては、リアクトルとし
ての動作を行わないことを意味する。この結果、充放電
電流ｉがストレイキャパシタンスとリアクトルとに直列
に通流したとしても、共振回路は形成されないこととな
り、ストレイキャパシタンスの両端には、振動電圧が発
生することも無くなるのである。また、（２）前記１項
に記載の手段において、リアクトルが持つ２個の巻線
は、互いに同等の電気仕様を持つ巻線である構成とする
こと、により達成される。

【００２０】そうして、リアクトルが持つ２個の巻線
は、いずれの巻線であっても、例えば、整流回路部の一
方の出力端から一方の出力端子に向かう出力電流Ｉが通
流される巻線として使用することができることとなる。
このことにより、（２）項による構成を持つＤＣ−ＤＣ
コンバータ装置であっては、前記のリアクトルの組み込
みに際し、接続先に対応させて巻線を選択する必要が無
くなるので、前記の（１）項による作用を得ながら、そ
の組み立て時間等を短縮することができることとなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。なお、この項の以下の説明
においては、図３〜図６に示した従来例のＤＣ−ＤＣコ
ンバータ装置（電源装置）と同一部分には同じ符号を付
し、その説明を省略する。図１は、この発明の一実施例
によるフォワード形のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の主要
部の等価回路を示すその電気回路図であり、図２は、図
１に示したＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力端子間の瞬
時電圧の波形の測定例を示す波形図である。図１におい
て、１は、図３〜図５に示した従来例による電源装置９
に対して、リアクトル５１に替えてリアクトル３を有す
る平滑回路部２を用いるようにしたＤＣ−ＤＣコンバー
タ装置（電源装置）である。

【００２２】リアクトル３は、鉄心３３に巻回される巻
線として、この発明の特徴として、巻数がｎ₁の巻線３
１と、巻数がｎ₂の巻線３２との２個の巻線を持ってい
る。そうして、一方の巻線３１は、従来例の場合のリア
クトル５１と同様に、出力端６ｂとマイナス側の出力端
子９ｂとの間に接続される。また、他方の巻線３２は、
出力端６ａとプラス側の出力端子９ａとの間に接続され
る。また両巻線３１，３２は、出力電流Ｉによって巻線
３１に生成される起磁力と、出力電流Ｉによって巻線３
２に生成される起磁力とは、鉄心３３に関して互いに加
わり合うようになる関係で電気的に接続されている。

【００２３】図１に示す実施例では前述の構成としたの
で、課題を解決するための手段の項で説明したように、
入力回路部８（図３を参照。）が持つスイッチング素子
のオン・オフに対応して、静電容量９１を含む回路に通
流される充放電電流ｉは、電源装置１の場合には、図１
中に示した経路で通流する電流ｉ₁（充電時の場合につ
いて図１中に実線で示す。）と電流ｉ₂（充電時の場合
について図１中に点線で示す。）との和となる。これ等
の電流ｉ₁，ｉ₂は、図１から明らかなごとく、出力電
流Ｉとは異なって、巻線３１，３２に生成される起磁力
が互いに打ち消し合う方向に通流されることとなる。す
なわち、この発明になるリアクトル３は、充放電電流ｉ
に関しては、リアクトルとしての動作を行わないことと
なる。これにより、充放電電流ｉが静電容量９１とリア
クトル３が持つ巻線３１，３２とに直列に通流したとし
ても、共振回路は形成されないこととなり、静電容量９
１の両端には、従来例の場合と異なり、振動電圧が発生
するようなことは起こらないのである。

【００２４】この結果、図２に示したように、時刻
ｔ_N，ｔ_F毎に瞬時電圧ｖに含まれるリップルノイズの
値は、図６に示した従来例の場合の約２５〔％〕に低減
されており、これに伴って、高周波ノイズの端子間雑音
電圧値も大幅に低減することができるのである。そうし
て、この作用・効果を得るに当たり、ノイズフィルタの
設置は不要であるし、ダイオード６１，６２に，半導体
チップがそのカソード側で基板に固着された一般の市販
品と同様の構造を持つダイオード素子を採用することが
でき、かつ、出力端子９ｂの接地電位９９への接続を従
来通りに継続することができているのである。

【００２５】実施例における今までの説明では、リアク
トル３が持つ２個の巻線３１，３２はその巻数が互いに
異なるとしてきたが、これに限定されるものではなく、
例えば、巻線３１，３２は、その巻数が同一であるなど
互いに同一の電気仕様を持つものであってもよいもので
ある。この場合には、課題を解決するための手段の項の
第（２）項で説明したような、作用・効果を得ることが
できることになる。

【００２６】また、実施例における今までの説明では、
ＤＣ−ＤＣコンバータ装置はフォワード形のＤＣ−ＤＣ
コンバータ装置であるとしてきたが、これに限定される
ものではなく、リアクトル３と出力端子９ａ，９ｂとの
間に平滑用のコンデンサ５２が接続されており、かつ、
リアクトル３と絶縁変圧器の２次側の巻線７１との間に
整流回路部が配置されているコンバータ装置であれば、
例えば、プッシュプル形，フルブリッジ形であってもよ
いものである。しかしながら、フライバック形のＤＣ−
ＤＣコンバータ装置はこの発明の対象外である。

【００２７】

【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成とすることにより、次
記する効果を奏する。すなわち、課題を解決するための手段の項の第（１）項による構
成とすることにより、リアクトルが持つ２個の巻線にス
トレイキャパシタンスへの充放電電流によって生成され
る起磁力は互いに打ち消し合うことになるので、充放電
電流に関する共振回路は形成されないこととなる。この
結果、ノイズフィルタを設置すること無しに、出力端子
間の電圧に含まれるリップルノイズの値を、従来比で約
２５〔％〕に低減することができ、高周波ノイズの大幅
な低減が可能となる。また、課題を解決するための手段の項の第（２）項による構
成とすることにより、リアクトルの組み込みに際し、接
続先に対応させて巻線を選択する必要が無くなるのでそ
の組み立て時間等の短縮が可能となり、前記の項によ
る効果を得ながら、その製造原価を低減することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるフォワード形のＤＣ
−ＤＣコンバータ装置の主要部の等価回路を示すその電
気回路図

【図２】図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力
端子間の瞬時電圧の波形の測定例を示す波形図

【図３】従来例のフォワード形のＤＣ−ＤＣコンバータ
装置を示すその電気回路図

【図４】図３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ装置の主要
部の構成例を示すその縦断面図

【図５】図３，図４に示したＤＣ−ＤＣコンバータ装置
の主要部の等価回路を示す電気回路図

【図６】図３に示したＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力
端子間の瞬時電圧の波形の測定例を示す波形図

【符号の説明】

１ＤＣ−ＤＣコンバータ装置（電源装置）２平滑回路部３リアクトル３１巻線３２巻線３３鉄心６整流回路部６６ａ出力端６ｂ出力端９ａ出力端子９ｂ出力端子Ｉ出力電流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次側の巻線と少なくとも１個の１次側の
巻線とを有し，２次側の巻線と他の巻線との間が電気的
に絶縁されてなる絶縁変圧器と、２次側の巻線に電気的
に接続されたダイオードによって構成された整流回路部
と、１対の出力端子と、整流回路部の出力端と出力端子
との間に電気的に接続されたリアクトルと，両出力端子
の間に電気的に接続されたコンデンサとを持つ平滑回路
部と、一方の出力端子と電気的に接続されると共に，少
なくとも前記のダイオードを装着する電気的に接地され
た金属製の構造体とを備え、１対の出力端子の間から直
流の出力電流を出力してなるＤＣ−ＤＣコンバータ装置
において、リアクトルは、鉄心と、この鉄心に巻回され２個の巻線
とを持ち、これ等の巻線は、整流回路部の互いに異なる
出力端と，互いに異なる前記の出力端子との間に、通流
する出力電流により生成される起磁力が前記の鉄心に関
して互いに加わり合うようになる関係で電気的に接続さ
れてなることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項２】請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装
置において、リアクトルが持つ２個の巻線は、互いに同等の電気仕様
を持つ巻線であることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバー
タ装置。