JPS62107676A - Dc−dcコンバ−タ - Google Patents

Dc−dcコンバ−タ

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JPS62107676A
JPS62107676A JP61209792A JP20979286A JPS62107676A JP S62107676 A JPS62107676 A JP S62107676A JP 61209792 A JP61209792 A JP 61209792A JP 20979286 A JP20979286 A JP 20979286A JP S62107676 A JPS62107676 A JP S62107676A
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JP
Japan
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transformer
winding
converter
primary
inductor
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JP61209792A
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JPH0423514B2 (ja
Inventor
ジヨン・ブライアン・ジレツト
ジエームズ・ハロルド・スプリーン
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はDC−DCコンバータに関し、さらに詳細には
所定の値より小さいリプル成分を有するDC信号を発生
するため新規な変圧器誘心子構造を用いたDC−DCコ
ンバータに関するものである。
[従来技術] DC−DCコンバータでは、電力は非対称(シングルエ
ンド)または対称(シンメトリカル)駆動回路に付加さ
れ、そこでパルス信号に変換され、パルス信号は次に変
圧器の一次巻線に印加される。
変圧器はパルス信号を所期のレベルに変換し、次にそれ
らを整流器を介して一般にLC(インダクタンス・キャ
パシタンス)フィルタから成るが波回路に印加する。
[発明が解決しようとする問題点コ この従来のコンバータには、出力変圧器における緊密な
結合の必要性、変圧器出方信号におりるリプル、リプル
を除去または十分に低減するため大きな諺波回路を必要
とする点に問題がある。大容量変圧器に流れる大電流は
変圧器構造内で大きい電力損失を生しる一因となる。
[問題点を解決するための手段] 本発明の、改良されたDC−DCコンバータは通常の変
圧器機能と整流された電流のりプルを低減するための誘
導子フィルタ機能との幾つかまたは全てを兼ね備えた新
規な変圧器−誘導子構成を用いる。中間タップ付単一巻
線の2次巻線を用いた平巻線構造により緊密に結合され
た変圧器と誘導子の組合せを与える。本発明の実施例は
シングルエンドの非対称駆動機構に関して述べられるが
、本発明はまた対称駆動器構を有する電源にも適合可能
である。
したがって、本発明の目的は改良されたDC−DCコン
バータを提供することである。
本発明の別の目的は整流出力におけるリプル成分を低減
する単一巻回の2次巻線を有する平巻線の緊密に結合さ
れた変圧器と誘導子の組合せを用いたDC−DCコンバ
ータを提供することである。
[実施例コ 説明の順序として先づ本発明を利用したDC−DCコン
バータの全体的ブロック図を示す第2図を参照する。例
えば200ボルトの直流電圧が導体11および13を介
して以下にさらに詳細に説明する図示のシングルエンド
二重スイッチまたは対称ブリッジ・フロント・エンド回
路15に印加される。直流電圧は例えば100乃至20
0キロヘルツの範囲の周波数を有するパルス列に変換さ
れ、それは次に出力導体17および19を介して以下に
さらに詳述する子巻線変圧器誘導子装置21に印加され
る。変圧器から結果として生じた電圧5−10ボルト程
度、電流200アンペアの範囲にある出力信号が整流器
77および79(第1図)を介して出力端子23および
25、負荷ろ波コンデンサ27および抵抗29として示
す負荷へ印加される。子巻線変圧器誘導子21は変圧器
の2次側の信号をろ波するため用いられるインダクタン
スを含むが、必要ならば、誘導子31および(または)
33として示す追加のインダクタンスを用いることがで
きる。
本発明はスイッチング電源(SMPS)モードで動作す
るように設計されており、直流電圧から脈動電圧への最
初の変換は第3図に示すシングルエンド二重スイッチ非
対称半ブリッジか、または第4図に示す対称完全ブリッ
ジ整流器のいずれかで行なわれる。それ以外の非対称ま
たは対称駆動システムを用いることは当業者には容易で
ある。
次に第3図を参照すると、直流電圧が導体11′および
13′を介して点線30で示すように同時に動作するよ
う結合されたスイッチ35および37に印加される。ス
イッチ35および37は説明を容易にするため機械的ス
イッチとして示すが、それらは実際には通常の電子スイ
ッチであってもよく、一実施例ではFET (電界効果
トランジスタ)スイッチである。スイッチ35および3
7が閉じているときは、直流入力電圧に対応する大きさ
とスイッチが閉じている時間に対応する持続時間を有す
る正のパルスがそれぞれ出力導体17′および19′に
印加される。スイッチの対が同時に作動されるときは、
速い過渡的な2次電流信号が変圧器21によって発生さ
れるが、どのような1次電圧スパイクも1次信号を直流
入力電圧に対応する電圧レベルにクランプするクランプ
・ダイオード41および43により制御される。結果と
して生じるパルス信号は次に導体17′および19′を
介して変圧器誘導子21に印加される。上述したブリッ
ジ回路に通常のものであり、当該技術では既知であると
考えられる。
第4図を参照すると1点線により示すように結合され、
それぞれ関連のクランプ・ダイオード53.55および
57.59を有するスイッチ45.47および49.5
1から成る通常の対称型ブリッジ全波整流器を示す。ク
ロックまたはタイミング・パルスのような外部供給源で
制御される電子スイッチの順序動作の間に、二重スイッ
チ・フロント・エンドにおける信号の2倍の周波数の出
力信号が発生される。シングルエンドまたは対称ブリッ
ジ・フロント・エンドは機能的には入力を変圧器に与え
る等化物と見なすことができるが1本発明は第3図に示
す実施例の二重スイッチ1次回路に関して説明される。
本発明は5乃至10ボルトの低電圧で100乃至200
アンペアの大電流を供給する大容量電源回路に関して説
明されるが、本発明は低電力動作にも適用できる。大電
流変圧器を用いるときは、少ない巻回数に対する銅損さ
え重要な場合があるので、変圧器の巻回数を最少に低減
することが望ましい。しかし、降圧変圧器では、巻線の
巻回数はまた入力電圧を所期の出力レベルに対応するよ
うに低減するため必要とする変圧器の巻数比の関数でも
ある。電力変圧器のもう1つの要件はそれらが緊密に結
合されていること、すなわち、1次および2次巻線が漏
洩インダクタンスを低減するためできるだけ物理的に近
接して置かれることである。従来の変圧器作用に関連す
るその他の問題には、出力電圧を電力信号に対する指定
された制御限界を越えて変動させる可能性があるリプル
電圧をろ波するため変圧器の出力側で用いられるLCフ
ィルタがある。
DC−DCコンバータに用いられる従来の変圧器はコン
バータの体積の大部分を占める。電流リプルを低減する
ためには一般に大きな誘導子とコンデンサを必要とし、
フィルタを構成するコンデンサと誘導子の寸法は両者の
かね合いで決まる。
一般的にaえば、一方のが波器の寸法を小さくしようと
すると他方のコンデンサの寸法は逆に大きくなる傾向が
ある。これらの問題は本発明において新規な平型変圧器
により解決され、この変圧器は緊密に結合された変圧器
と誘導子の組合せをもたらす一方、出力フィルタで必要
とされるインダクタンスの条件を殆んど満たすことがで
きる。
次に第1図を参照すると、平型変圧器21をわかる易く
するため分解状態で示す。入力導体17および19は図
示のように通常のEコア構造で相互接続される外部脚6
1および63と内部脚65を備えた変圧器の1次巻線で
ある。2次巻線は例えば外部脚69および71の間に中
央脚73を取巻いて置かれた銅の導電シート67の形の
単一巻線を備える。以下にさらに十分1.こ説明する理
由のため、変圧器2次巻線の位置75から中間タップを
引出して出力線23に接続し、一方、2次巻線の残りの
部分は2次整流器77および79を介して出力導体25
に接続する。出力信号は次に第2図に示すようにコンデ
ンサ27を介してろ波され、負荷29に印加される。
第一磁気部品21はr順方向」はコンバータにおける変
圧器機能と出力フィルタ誘導子機能の両方を果す。概念
的には単一1次巻線67はシングルエンド(二重スイッ
チ回路によるように)または対称的(ブリッジ回路によ
るように)かのいずれか一方により駆動することができ
、実際には。
コアのそれぞれの「脚」はこれらの2つの一般的な種類
の1次駆動機構から生じる2つの異なる磁束分布を収容
するため寸法を異にする必要がある。
磁気コアと2次巻線67はコア体積の相当な部分が2次
整流器77および79における電流の和に比例する磁界
を含むように配置される。動作においては、コアのこの
部分に蓄えられた磁気エネルギーは出力フィルタ誘導子
に蓄えられたエネルギーに対応する。従って、この配置
によって誘導子フィルタ機能を実行させる。
1次側のアンペア回数がスイッチの切換え時に出力電流
の迅速な整流または転送を行なう速い過渡的(高di/
dt)2次電流のアンペア回数パターンとほぼ同じにな
るように、1次および2次巻線を配置する。この巻線配
置は部品が緊密に結合された変圧器として働くのを許容
する。
単一巻回2時巻線を用いることにより、1次巻線の巻回
数を磁気巻数比に、典型的な実施例では20回に、制限
することができる。次に1次巻線は単一平面上で螺旋構
造に巻くことができ、例えば、それは単一2次巻線に非
常に緊密な磁気結合をもたらす。誘導子コアの上半分の
脚を下を分の対応する部分の上方に直接置くことにより
、これらの構造は組立てられる。この構造を用いること
により、変圧器巻線全体は1次および2次巻線の各々に
1つずつ、すなわち2つの平面に限定される。さらに、
第1図に示す構造は一般に変圧器2次巻線出力のが波に
用いられる追加のインダクタンスを備える。
電力変圧器の出力におけるリプル電流のhkを決定する
考慮すべき点の1つはオフタイム、すなわちパルス間の
間隔の効果である。シングルエンドの駆動機構を有する
本発明の実施例では、20:1変圧器により与えられる
変圧器2次側の通常の出力は1oボルトである。しかし
、図示のように2次巻線の中間タップを引出すことによ
り、この上oボルト・レベルは所望の5ボルト・レベル
に低減されるが、パルスの持続時間は2倍になり、それ
によりパルス間の間隔、従ってフィルタのりプル電流を
大幅に低減する。従って、有効オフタイムは大幅に減少
され、変圧器の巻回数は最少限度まで低減され、第1図
に示す構成により緊密な結合が保証される。変圧器1次
入力として第4図に示す対称ブリッジ・フロント・エン
ドを用いることにより、オフタイムの低減が生じない点
を除いて、動作において同様の効果が達成される。
[発明の効果] 変圧器、ろ波器の体積が小さくなってコンバータ全体の
体積を減少し、しかもリップルも減少する効果を有する
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の平型変圧器兼誘導子の分解斜視図であ
る。第2図は本発明を用いたコンバータの概略的ブロッ
ク図、第3図は変圧器1次巻線に関連する従来の非対称
二重スイッチ・システムの概略図、第4図は変圧器1次
巻線に関連した従来の対称ブリッジ全波整流器の概略図
である。 15・・・・シングルエンド二重スイッチ、21・・・
・プレーナ変圧器誘導子装置、27・・・・ろ波コンデ
ンサ、29・・・・負荷、31.33・・・・誘導子、
61.63・・・・外部脚、65・・・・内部脚、67
・・・・8電性シート。 出願人  インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 復代理人  弁理士  篠  1) 文  雑本f13
月の平置、紅も6蛾耳子 オ1 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 リプル成分の少ない出力電圧を供給するためのDC−D
    Cコンバータであつて、少くとも1つの1次巻線、少く
    とも1つの2次巻線および磁性材料のコアを備えた磁気
    部品から成り、 前記2次巻線に中間タップを設け、前記1次および2次
    巻線は電圧変換機能とフィルタ・インダクタンスとして
    の機能との2機能を達成するように前記1次および2次
    巻線の間に緊密な結合を達成する平型巻線形状とし、変
    圧器内に蓄えられたエネルギーが増大する間にエネルギ
    ーが前記磁気部品から前記負荷に伝えられるようにした
    ことを特徴とするDC−DCコンバータ。
JP61209792A 1985-10-31 1986-09-08 Dc−dcコンバ−タ Granted JPS62107676A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US79352085A 1985-10-31 1985-10-31
US793520 1985-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62107676A true JPS62107676A (ja) 1987-05-19
JPH0423514B2 JPH0423514B2 (ja) 1992-04-22

Family

ID=25160103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61209792A Granted JPS62107676A (ja) 1985-10-31 1986-09-08 Dc−dcコンバ−タ

Country Status (4)

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EP (1) EP0220494B1 (ja)
JP (1) JPS62107676A (ja)
CA (1) CA1266505A (ja)
DE (1) DE3682653D1 (ja)

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EP0220494B1 (en) 1991-11-27
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