KR20100053684A - Ｄｃ／ｄｃ 컨버터 - Google Patents

Ｄｃ／ｄｃ 컨버터 Download PDF

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KR20100053684A
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마모루 츠루야
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

120도의 위상차를 가지는 3대의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터를 병렬로 접속하고, 공진 주파수보다 높은 동작 주파수로 동작시키는 DC/DC 컨버터이며, 3대의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터는, 각각, 1차 권선과 2차 권선과 3차 권선을 가지는 트랜스와, 직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되는 직렬 회로와, 제1 스위칭 소자 또는 제2 스위칭 소자의 양단에 공진 리액터와 트랜스의 1차 권선과 공진 커패시터가 직렬로 접속되는 직렬 회로와 2차 권선에 발생하는 전압을 정류하여 평활 축전기에 출력하는 정류 회로를 포함하고, 3차 권선의 각각과 리액터를 링 형상으로 접속한다.

Description

ＤＣ／ＤＣ 컨버터{DC/DC CONVERTER}
본 발명은, 대용량의 DC/DC 컨버터에 관한 것으로, 특히 소형화 및 고효율화의 기술에 관한 것이다.
도 1은 관련하는 DC/DC 컨버터의 회로 구성도이다(예를 들어 일본 특허 공개 공보 특개 2003-319650호). 도 1에 도시된 DC/DC 컨버터는, 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터로 구성되고 있어, 직류 전원(Vdc1)의 양단에는, MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q1)와 MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q2)의 직렬 회로가 접속된다.
스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간에는, 다이오드(D2) 및 커패시터(C2)가 병렬로 접속되는 것과 동시에, 공진 리액터(LR)와 트랜스(T)의 1차 권선(3a)과 공진 커패시터(CR)의 직렬 회로가 접속된다. 공진 리액터(LR)는 트랜스(T)의 1차 2차간의 리키지 인덕턴스로 이루어지고, 1차 권선(3a)에는 여자 인덕턴스가 리액터(LP)로서 등가적으로 접속된다. 스위칭 소자(Q1)의 드레인-소스간에는, 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)가 병렬로 접속된다.
트랜스(T)의 2차 권선(3b)의 일단에는, 다이오드(D3)의 아노드가 접속되고, 트랜스(T)의 2차 권선(3b)의 타단과 트랜스(T)의 2차 권선(3c)의 일단은 평활용의 커패시터(CL)의 일단에 접속되고, 트랜스(T)의 2차 권선(3c)의 타단은 다이오드(D4)의 아노드에 접속된다. 다이오드(D3)의 캐소드와 다이오드(D4)의 캐소드는 커패시터(CL)의 타단에 접속된다. 커패시터(CL)의 양단에는 부하(RL)가 접속된다.
제어 회로(10a)는, 커패시터(CL)로부터의 출력 전압(Vo)에 기초하여 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)를 교대로 온/오프시켜 PFM 제어(주파수 제어)를 수행하여, 커패시터(CL)의 출력 전압(Vo)이 일정하게 되도록 제어한다.
다음에 이와 같이 구성된 관련하는 DC/DC 컨버터의 동작을 도 2에 도시된 타이밍 차트를 참조하면서 상세히 설명한다.
도 2에서, Q1v는 스위칭 소자(Q1)의 드레인-소스간 전압, Q1i는 스위칭 소자(Q1)의 드레인 전류, Q2i는 스위칭 소자(Q2)의 드레인 전류, Io는 다이오드(D3, D4)의 정류 후의 출력 전류이다.
우선, 시각 t10 ~ t11에서, 스위칭 소자(Q1)가 온하면, Vdc1, Q1, LR, 3a, CR, Vdc1에 따라 연장하는 경로를 시계 방향으로 전류(Q1i)가 흐른다. 또한, 3b, D3, CL, 3b에 따라 연장하는 경로를 시계 방향으로 전류(Io)가 흐른다.
다음으로, 시각 t11 ~ t12에서, 스위칭 소자(Q1)가 오프하고 스위칭 소자(Q2)가 온하면, CR, 3a, LR, Q2, CR에 따라 연장하는 경로를 반시계 방향으로 전류(Q2i)가 흐른다. 또한, 3c, D4, CL, 3c에 따라 연장하는 경로를 반시계 방향으로 전류(Io)가 흐른다.
이러한 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터에 의하면, 스위칭 소자(Q1, Q2)의 내전압은 전원 전압(Vdc1)으로 되고, 다이오드(D3, D4)의 내전압은 출력 전압(Vo)의 2배가 되므로, 저전압의 소자를 사용할 수 있다. 또한, 제로 전압 스위칭 동작이 수행되어, 1차 권선(3a)에 흐르는 전류가 실질적으로 정현파로 되기 때문에, 고효율로 소형인 DC/DC 컨버터를 제공할 수 있다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 출력 전류(Io)는 리플 전류가 크고, 대용량화했을 경우에는, 커패시터(CL)가 대형화한다는 문제가 있었다.
여기에서, 상기 문제를 해결한 것으로서, 도 3에 도시된 DC/DC 컨버터가 고려된다. 도 3에 도시된 DC/DC 컨버터는, 3개의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터(1a ~ 1c)를 병렬로 접속하여 구성되고 있어, 각각의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터(1a ~ 1c)는, 도 1에 도시한 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터와 실질적으로 동일한 구성이고, 직류 전원(Vdc1)과 평활용의 커패시터(CL)와 부하(RL)를 공통으로 한다.
도 3에 도시된 DC/DC 컨버터에서는, 제어 회로(10b)가 3개의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터(1a ~ 1c)의 각각을 120도 위상차로 동작시키는 것으로, 대용량화 및 리플 전류의 저감을 도모하고 있다.
그렇지만, 공진 커패시터(CR1, CR2, CR3) 및 공진 리액터(LR1, LR2, LR3)에 의한 공진 회로의 공진 주파수 이상의 동작 주파수로, 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)를 동작시키는 방식의 전류 공진 DC/DC 컨버터에서는, 각 컨버터(1a ~ 1c)의 공진 커패시터(CR1, CR2, CR3) 및 공진 리액터(LR1, LR2, LR3)의 적어도 일방의 정수(定數)에 불균형이 있었을 경우, 즉, 부품의 불균일이 있었을 경우에는 이하의 문제가 있다.
예를 들면, 공진 리액터(LR1)의 값을, 공진 리액터(LR2, LR3)의 값의 1.1배로 했을 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 공진 리액터(LR1)에 의한 공진 주파수(fo1)는, 공진 리액터(LR2, LR3)에 의한 공진 주파수(fo2, fo3) 보다도 작아진다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 공진 주파수(fo1, fo2, fo3) 이상의 동작 주파수(f)로, 각 컨버터(1a ~ 1c)를 동작시키면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 공진 커패시터(CR1)에 흐르는 공진 전류(Icr1)보다도, 공진 커패시터(CR2)에 흐르는 공진 전류(Icr2) 및 공진 커패시터(CR3)에 흐르는 공진 전류(Icr3)가 커져, 공진 전류(Icr1)와 공진 전류(Icr2, Icr3)가 불균형이 된다.
그 결과, 커패시터(CL)에 흐르는 출력 전류(Io)는, 리플 전류가 증가하기 위해, 공진 주파수를 맞추기 위해서 밸런스 리액터를 삽입할 필요가 있었다. 즉, 복잡한 밸런스 리액터를 설치하지 않으면 안되어, 회로가 복잡하게 되어 버린다.
본 발명에 의하면, 소형화 및 고효율화를 도모할 수 있는 대용량의 DC/DC 컨버터를 제공할 수 있다. 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명의 제1 측면에 의하면, DC/DC 컨버터는, 120도의 위상차를 가지는 3대의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터를 병렬로 접속하고, 공진 주파수보다 높은 동작 주파수로 동작시키는 DC/DC 컨버터이며, 상기 3대의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터는, 각각에, 1차 권선과 2차 권선과 3차 권선을 가지는 트랜스와, 직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되는 제1 직렬 회로와, 상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 공진 리액터와 상기 트랜스의 1차 권선과 공진 커패시터가 직렬로 접속되는 제2 직렬 회로와, 상기 트랜스의 2차 권선에 발생하는 전압을 정류하여 평활 커패시터에 출력하는 정류 회로를 포함하고, 상기 3차 권선의 각각과 리액터를 링 형상으로 접속한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 상기 DC/DC 컨버터는 자로가 형성되는 3 다리 이상으로 이루어지는 코어를 가지는 자기 회로를 더 구비하고, 상기 3 다리 이상으로 이루어지는 코어 중의 3 다리의 각 다리에는, 각 다리에 대응하여 상기 1차 권선 및 2차 권선이 권취되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 측면에 의하면, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 1차 권선 및 2차 권선이 권취된 3 다리 이외의 다리에 설치되는 한편 거리를 조정함으로써 상기 리액터의 인덕턴스를 조정하는 갭을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 측면에 의하면, 상기 DC/DC 컨버터는 더하여 상기 리액터가 상기 각 다리에 대응하여 권취된 상기 1차 권선 사이의 리키지 인덕턴스로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 트랜스의 3차 권선의 각각 리액터를 링 형성으로 접속했으므로, 3차 권선의 전압을 보정할 수 있어 각 컨버터의 동작을 균형이 되게 할 수 있다. 따라서, 소형화 및 고효율화를 도모할 수 있는 대용량의 DC/DC 컨버터를 제공할 수 있다.
또한, 1개의 코어를 이용하여, 3개의 트랜스를 일체화함으로써, 소형화할 수 있다.
도 1은, 관련하는 DC/DC 컨버터의 회로 구성도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 관련하는 DC/DC 컨버터의 각부에서의 신호의 타이밍 차트이다.
도 3은, 관련하는 DC/DC 컨버터의 다른 회로 구성도이다.
도 4는, 도 3에 도시된 관련하는 DC/DC 컨버터의 동작 주파수와 공진 전류와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 3에 도시된 관련하는 DC/DC 컨버터의 각부에서의 신호의 타이밍 차트이다.
도 6은 실시예 1의 DC/DC 컨버터의 회로 구성도이다.
도 7은 실시예 1의 DC/DC 컨버터의 각부에서의 신호의 타이밍 차트이다.
도 8은 실시예 1의 DC/DC 컨버터의 트랜스와 리액터를 일체화한 자기 회로를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 DC/DC 컨버터의 실시 형태를 도면을 참조하면서 상세에 설명한다.
실시예 1
도 6은 실시예 1의 DC/DC 컨버터의 회로 구성도이다. 도 6에 도시된 DC/DC 컨버터는, 공진 주파수보다 높은 동작 주파수로 동작하는 3개의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터(1A ~ 1C)를 병렬로 접속하고, 제어 회로(10)에 의해 각각의 전류 공진 DC/DC 컨버터(1A ~ 1C)의 위상을 120도 변화시키면서 동작시키는 DC/DC 컨버터이다.
트랜스(T1)는, 1차 권선(5a)(권선수 np)과 2차 권선(5b(권선수 ns1), 5c(권선수 ns2))과 3차 권선(5d)(권선수 nf)을 가지고 있다. 트랜스(T2)는, 1차 권선(6a)(권선수 np)과 2차 권선(6b(권선수 ns1), 6c(권선수 ns2))과 3차 권선(6d)(권선수 nf)을 가지고 있다. 트랜스(T3)는, 1차 권선(7a)(권선수 np)과 2차 권선(7b(권선수 ns1), 7c(권선수 ns2))과 3차 권선(7d)(권선수 nf)을 가지고 있다.
전류 공진 DC/DC 컨버터(1A)에서, 직류 전원(Vdc1)의 양단에는, MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q1)와 MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q2)와의 직렬 회로가 접속된다.
스위칭 소자(Q2)의 드레인-소스간에는, 다이오드(D2) 및 커패시터(C2)가 병렬로 접속되는 것과 동시에, 공진 리액터(LR1)와 트랜스(T1)의 1차 권선(5a)과 공진 커패시터(CR1)의 직렬 회로가 접속된다. 공진 리액터(LR1)는 트랜스(T1)의 1차 2차간의 리키지 인덕턴스로 이루어지고, 1차 권선(5a)에는 여자 인덕턴스가 리액터(LP1)로서 등가적으로 접속된다. 스위칭 소자(Q1)의 드레인-소스간에는, 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)가 병렬로 접속된다.
트랜스(T1)의 2차 권선(5b)의 일단에는, 다이오드(D7)의 아노드가 접속되고, 트랜스(T1)의 2차 권선(5b)의 타단과 트랜스(T1)의 2차 권선(5c)의 일단은 평활용의 커패시터(CL)의 일단에 접속되고, 트랜스(T1)의 2차 권선(5c)의 타단은 다이오드(D8)의 아노드에 접속된다. 다이오드(D7)의 캐소드와 다이오드(D8)의 캐소드는 커패시터(CL)의 타단에 접속된다. 커패시터(CL)의 양단에는 부하(RL)가 접속된다.
전류 공진 DC/DC 컨버터(1B)에서, 직류 전원(Vdc1)의 양단에는, MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q3)와 MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q4)의 직렬 회로가 접속된다.
스위칭 소자(Q4)의 드레인-소스간에는, 다이오드(D4) 및 커패시터(C4)가 병렬로 접속되는 것과 동시에, 공진 리액터(LR2)와 트랜스(T2)의 1차 권선(6a)과 공진 커패시터(CR2)의 직렬 회로가 접속된다. 공진 리액터(LR2)는 트랜스(T2)의 1차 2차간의 리키지 인덕턴스로 이루어지고, 1차 권선(6a)에는 여자 인덕턴스가 리액터(LP2)로서 등가적으로 접속된다. 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간에는, 다이오드(D3) 및 커패시터(C3)가 병렬로 접속된다.
트랜스(T2)의 2차 권선(6b)의 일단에는, 다이오드(D9)의 아노드가 접속되고, 트랜스(T2)의 2차 권선(6b)의 타단과 트랜스(T2)의 2차 권선(6c)의 일단은 커패시터(CL)의 일단에 접속되고, 트랜스(T2)의 2차 권선(6c)의 타단은 다이오드(D10)의 아노드에 접속된다. 다이오드(D9)의 캐소드와 다이오드(D10)의 캐소드는 커패시터(CL)의 타단에 접속된다.
전류 공진 DC/DC 컨버터(1C)에서, 직류 전원(Vdc1)의 양단에는, MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q5)와 MOSFET으로 이루어지는 스위칭 소자(Q6)의 직렬 회로가 접속된다.
스위칭 소자(Q6)의 드레인-소스간에는, 다이오드(D6) 및 커패시터(C6)가 병렬로 접속되는 것과 동시에, 공진 리액터(LR3)와 트랜스(T3)의 1차 권선(7a)과 공진 커패시터(CR3)의 직렬 회로가 접속된다. 공진 리액터(LR3)는 트랜스(T3)의 1차 2차간의 리키지 인덕턴스로 이루어지고, 1차 권선(7a)에는 여자 인덕턴스가 리액터(LP3)로서 등가적으로 접속된다. 스위칭 소자(Q5)의 드레인-소스간에는, 다이오드(D5) 및 커패시터(C5)가 병렬로 접속된다.
트랜스(T3)의 2차 권선(7b)의 일단에는, 다이오드(D11)의 아노드가 접속되고, 트랜스(T3)의 2차 권선(7b)의 타단과 트랜스(T3)의 2차 권선(7c)의 일단은 커패시터(CL)의 일단에 접속되고, 트랜스(T3)의 2차 권선(7c)의 타단은 다이오드(D12)의 아노드에 접속된다. 다이오드(D11)의 캐소드와 다이오드(D12)의 캐소드는 커패시터(CL)의 타단에 접속된다.
또한, 트랜스(T1)의 3차 권선(5d)과 트랜스(T2)의 3차 권선(6d)과 트랜스(T3)의 3차 권선(7d)과 리액터(Lf)는 링 형상(폐루프 형상)으로 접속된다.
제어 회로(10)는, 커패시터(CL)로부터의 출력 전압(Vo)에 기초하여, 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)를 교대로 온/오프시키고, 스위칭 소자(Q3)와 스위칭 소자(Q4)를 교대로 온/오프시키고, 스위칭 소자(Q5)와 스위칭 소자(Q6)를 교대로 온/오프시키고, 한편, 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)의 제1 페어와, 스위칭 소자(Q3)와 스위칭 소자(Q4)의 제2 페어와, 스위칭 소자(Q5)와 스위칭 소자(Q6)의 제3 페어의 각 페어간의 위상차를 120도 하여 동작시키고, PFM 제어(주파수 제어)를 실시하여, 커패시터(CL)의 출력 전압(Vo)이 일정하게 되도록 제어한다.
이와 같이 구성된 실시예 1의 DC/DC 컨버터에서는, 트랜스(T1)의 3차 권선(5d)과 트랜스(T2)의 3차 권선(6d)과 트랜스(T3)의 3차 권선(7d)과 리액터(Lf)는 링 형상으로 접속되고 있으므로, 3차 권선(5d, 6d, 7d)에 유기하는 전압을, 각각 전압(V1, V2, V3)으로 하고, 리액터(Lf)에 유기하는 전압을 V4로 하면, V1+V2+V3+V4=0이다.
여기에서, 리액터(Lf)의 값이 매우 작은 값으로, 전압 V4≒0인 경우에는, V1+V2+V3≒0이다.
각 전압(V1, V2, V3)은, 교류 전압이기 때문에, 각각 주기적으로 제로로 된다. 예를 들면, 전압(V1)=0인 경우에는, 전압(V2)과 전압(V3)의 절대값은 동일하고, 반대 극성의 전압이다. 즉, 각 전압(V1, V2, V3)는, 위상이 다르지만 동일한 값의 전압일 필요가 있다. 따라서, 각 트랜스(T1, T2, T3)에는 동일한 값의 전압이 유기 되므로, 출력은 균형을 이룬다.
여기에서, 리액터(Lf)의 값이 제로인 경우에는, 3차 권선(5d, 6d, 7d)에 발생하는 전압(V1, V2, V3)은 고조파도 포함하지만, 항상 V1+V2+V3=0으로는 되지 않는다. 이 때, 3차 권선(5d, 6d, 7d)에 과대한 전류가 흐르지만, 이 과대한 전류 및 고조파를 리액터(Lf)의 임피던스에 의해 억제할 수 있다. 또한, 리액터(Lf)의 삽입에 의해, 트랜스(T1, T2, T3)의 전압에 다소의 불균형이 발생하지만, 순환 전류가 감소하고, 손실을 저감할 수 있다. 실제로는, 리액터(Lf)의 값을 조정함으로써, 손실과 균형의 최선점으로 리액터(Lf)의 값을 설정할 수 있다.
도 7은 실시예 1의 DC/DC 컨버터의 각부에서의 신호의 타이밍 차트이다. 도 7에서, Q1v는 스위칭 소자(Q1)의 드레인-소스간 전압, Q3v는 스위칭 소자(Q3)의 드레인-소스간 전압, Q5v는 스위칭 소자(Q5)의 드레인-소스간 전압, Icr1는 공진 커패시터(CR1)에 흐르는 공진 전류, Icr2는 공진 커패시터(CR2)에 흐르는 공진 전류, Icr3는 공진 커패시터(CR3)에 흐르는 공진 전류, Io는 다이오드(D7 ~ D12)의 정류 후의 출력 전류이다.
또한, 도 7에서는, 공진 리액터(LR1)의 값을, 공진 리액터(LR2, LR3)의 값의 1.1배로서 회로를 동작시켰을 경우의 각부의 동작 파형이다.
도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 공진 전류(Icr1, Icr2, Icr3)는 실질적으로 동일한 값이 되므로, 출력 전류(Io)는 균형이 되고, 리플이 적은 전류로 된다.
이와 같이 실시예 1의 DC/DC 컨버터에 의하면, 각 트랜스(T1, T2, T3)의 3차 권선(5d, 6d, 7d)과 리액터(Lf)를 링 형상으로 접속했으므로, 3차 권선(5d, 6d, 7d)의 전압을 보정할 수 있어, 각 컨버터(1A ~ 1C)의 동작을 균형이 되게 할 수 있다. 따라서, 출력 필터를 소형화할 수 있어 내전압이 낮은 다이오드를 사용할 수 있는 것으로부터, 소형화 및 고효율화를 도모할 수 있는 대용량의 DC/DC 컨버터를 제공할 수 있다.
실시예 2
도 8은 실시예 1의 DC/DC 컨버터의 트랜스와 리액터를 일체화한 자기 회로의 실시예를 나타내는 도면이다. 도 8(a)에 각 권선의 접속도를 도시한다.
본 실시예의 DC/DC 컨버터에서는, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 트랜스(T1)는 갭(공극)(26)이 형성되고 자성 재료로 이루어지는 코어(21)를 가지고, 갭(26)이 형성된 일방의 다리에 1차 권선(5a)과 2차 권선(5b, 5c)을 권취하고, 코어(21)의 타방의 다리에 3차 권선(5d)를 권취하여 트랜스(T1)가 구성된다. 코어(21)와 갭(26)이 1개의 자기 회로를 규정한다.
트랜스(T2)는, 자로(磁路)를 규정하는 자성 재료로 이루어지는 코어(22)를 가지고, 갭(27)이 형성된 일방의 다리에 1차 권선(6a)과 2차 권선(6b, 6c)을 권취하고, 코어(22)의 타방의 다리에 3차 권선(6d)을 권취하여 구성된다. 트랜스(T3)는, 자로를 규정하는 자성 재료로 이루어지는 코어(23)를 가지고, 갭(28)이 형성된 일방의 다리에 1차 권선(7a)과 2차 권선(7b, 7c)을 권취하고, 코어(23)의 타방의 다리에 3차 권선(7d)을 권취하여 구성된다. 리액터(Lf)는, 자로를 규정하는 자성 재료로 이루어지는 코어(24)의 일방의 다리에 갭(29)이 형성되고, 타방의 다리에 권선(8)을 권취하여 구성된다.
트랜스(T1)와 트랜스(T2)와 트랜스(T3)와 리액터(Lf)는, 도 8(c)에 도시된 바와 같이 접속된다. 즉, 도 8(a)에 도시된 트랜스(T1)와 트랜스(T2)와 트랜스(T3)와 리액터(Lf)의 각 코어를 일체화하여 도 8(c)로서도 형성되는 자기 회로가 등가이므로 동작은 변화하지 않는다.
도 8(c)에 도시된 자기 회로는, 자로를 규정하는 코어(30)의 제1 다리(30a)에 트랜스(T1)의 1차 권선(5a)과 2차 권선(5b, 5c)을 권취하고, 제2 다리(30b)에 트랜스(T1)의 3차 권선(5d)을 권취하고, 제3 다리(30c)에 트랜스(T2)의 1차 권선(6a)과 2차 권선(6b, 6c)을 권취하고, 제4 다리(30d)에 트랜스(T2)의 3차 권선(6d)을 권취하고, 제5 다리(30e)에 트랜스(T3)의 1차 권선(7a)과 2차 권선(7b, 7c)을 권취하고, 제6 다리(30f)에 트랜스(T3)의 3차 권선(7d)을 권취하고, 제7 다리(30g)에 갭(29)을 형성하고, 제8 다리(30h)에 권선(8)을 권취하여 구성된다.
트랜스(T1)의 3차 권선(5d)을 관통하는 자속은 Φ1이며, 마찬가지로 트랜스(T2)의 3차 권선(6d)을 관통하는 자속은 Φ2이며, 트랜스(T3)의 3차 권선(7d)을 관통하는 자속은 Φ3이며, 리액터(Lf)의 권선(8)을 관통하는 자속은 Φ4이다.
여기에서, 트랜스(T1)의 3차 권선(5d)과 트랜스(T2)의 3차 권선(6d)과 트랜스(T3)의 3차 권선(7d)과 리액터(Lf)는, 링 형상(폐루프 형상)으로 접속되기 때문에, 각 권선(5d, 6d, 7d)과 리액터(Lf)에 발생하는 전압의 총합은, V1+V2+V3+V4=0이다.
각 권선(5d, 6d, 7d, 8)의 권선수가 서로 동일하고, 그 권선수를 N로 했을 경우에, 권선이 권취된 코어의 자속 Φ은 NdΦi/dt=Vi(i=1, 2, 3, 4)이기 때문에, 각 권선의 전압(Vi)의 총합이 영이므로, 코어의 자속 변화 dΦi/dt의 총합도 영이 된다. 따라서, 도 8(b)에 도시된 자기 회로에서 도 8(c)에 도시된 자기 회로로 치환하여도, 자속의 총합은,Φ1+Φ2+Φ3+Φ4=0이기 때문에, 각 1차 권선(5a, 6a, 7a) 및 2차 권선(5b, 5c, 6b, 6c, 7b, 7c)을 관통하는 자속의 분포(자로의 구조)는 변함없기 때문에 동작에 영향을 주지 않는다.
또한, Φ1+Φ2+Φ3+Φ4=0이기 때문에, 자속 Φ1이 통과하는 다리(30b), 자속 Φ2가 통과하는 다리(30d), 자속 Φ3이 통과하는 다리(30f), 자속 Φ4가 통과하는 다리(30h)의 4개의 다리를 모두 제거하고, 도 8(d)에 도시된 것과 같은 자기 회로로서도 자로의 구조가 등가이므로 동작에 영향을 주지 않는다. 도 8(d)에 도시된 자기 회로는, 자로를 규정하는 코어(40)의 다리(40b)에 트랜스(T1)의 1차 권선(5a)과 2차 권선(5b, 5c)을 권취하고, 다리(40c)에 트랜스(T2)의 1차 권선(6a)과 2차 권선(6b, 6c)을 권취하고, 다리(40d)에 트랜스(T3)의 1차 권선(7a)과 2차 권선(7b, 7c)을 권취하고, 다리(40a, 40e)에 갭(41)이 형성되고, 다리(40b, 40c, 40d)에 갭(42)이 형성된다. 그 결과, 자기 회로를 등가인 물건에서 소형화할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 3 다리 이상의 다수의 다리로 이루어지는 코어를 이용하는 것으로 3개의 트랜스(T1, T2, T3)와 리액터(Lf)를 간단하게 하고, 회로 구성을 간단하게 할 수 있다.
또한, 권선이 권취된 다리의 갭의 폭을 조정함으로써, 리액터(LP1, LP2, LP3)를 조정할 수 있다. 또한, 공진 리액터(LR1, LR2, LR3)는, 1차 권선(5a, 6a, 7a)과 2차 권선(5b, 5c, 6b, 6c, 7b, 7c)의 사이의 위치(거리)에 의해 조정할 수 있다.
또한, 권선이 권취되지 않은 다리의 갭의 폭을 조정함으로써, 리액터(Lf)를 조정할 수 있다. 또한, 리액터(Lf)는, 각 다리에 권취되는 1차 권선(5a, 6a, 7a) 간의 리키지 인덕턴스를 이용하여도 된다. 이에 의하면 3 다리 코어로 간략화할 수 있다.
(미국 지정)
본 국제 특허 출원은 미국 지정에 관하여, 2007년 12월 18일에 출원된 일본 특허 출원 제2007-325817호(2007년 12월 18일 출원)에 대해 미국 특허법 제119조(a)에 근거하는 우선권의 이익을 원용하고, 해당 개시 내용을 인용한다.

Claims (4)

120도의 위상차를 가지는 3대의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터를 병렬로 접속하고, 공진 주파수보다 높은 동작 주파수로 동작시키는 DC/DC 컨버터에 있어서,
상기 3대의 하프 브리지형의 전류 공진 DC/DC 컨버터는, 각각에, 1차 권선과 2차 권선과 3차 권선을 가지는 트랜스;
직류 전원의 양단에 제1 스위칭 소자와 제2 스위칭 소자가 직렬로 접속되는 제1 직렬 회로;
상기 제1 스위칭 소자 또는 상기 제2 스위칭 소자의 양단에 공진 리액터와 상기 트랜스의 1차 권선과 공진 커패시터가 직렬로 접속되는 제2 직렬 회로;
상기 트랜스의 2차 권선에 발생하는 전압을 정류하여 평활 커패시터에 출력하는 정류 회로;
를 포함하고,
상기 3차 권선의 각각과 리액터를 링 형상으로 접속한 것을 특징으로 하는,
DC/DC 컨버터.
제1항에 있어서,
자로를 규정하는 3 다리 이상으로 이루어지는 코어를 가지는 자기 회로를 구비하고,
상기 3 다리 이상으로 이루어지는 코어 중의 3 다리의 각 다리에는, 각 다리에 대응하여 상기 1차 권선 및 2차 권선이 권취되는 것을 특징으로 하는,
DC/DC 컨버터.
제2항에 있어서,
상기 1차 권선 및 2차 권선이 권취된 3 다리 이외의 다리에 설치되는 한편 거리를 조정함으로써 상기 리액터의 인덕턴스를 조정하는 갭을 구비한 것을 특징으로 하는,
DC/DC 컨버터.
제3항에 있어서,
상기 리액터는, 상기 각 다리에 대응하여 권취된 상기 1차 권선 사이의 리키지 인덕턴스로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
DC/DC 컨버터.
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