JP4300718B2

JP4300718B2 - 共振型ｄｃ−ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JP4300718B2
Application number: JP2001186921A
Authority: JP
Inventors: 達哉町; 剛山下
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: JP2003009522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車を含む電気自動車では走行用モータへは高圧の主バッテリから給電し、種々の補機へは低圧の補機バッテリから給電する二電源方式が種々の点で有益である。通常の内燃機関車においても種々の要因により高圧の主バッテリ及び低圧負荷給電用の補機バッテリの両方を搭載する二バッテリ電源系を搭載する機運が生じている。この二電源方式の車両用電源系では、補機バッテリを小容量とし、主バッテリからＤＣ−ＤＣコンバータ装置を通じて補機バッテリに送電するのが種々の点で合理的な選択である。
【０００３】
この車両用のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、入力直流電圧から単相交流電圧を形成するインバータ、この単相交流電圧の降圧を行うトランス、このトランスの出力電圧を整流する整流器、整流された電圧を平滑するチョークコイル及び平滑コンデンサからなる平滑回路により構成されている。この種の車両用ＤＣ−ＤＣコンバータは、車両の低圧負荷供給電力の大部分を賄う必要があるため、信号伝送線以外の配線はブスバーにより構成される。
【０００４】
また、インバータのスイッチング素子の損失を低減するために共振回路を用いた共振型ＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。この共振型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、トランスのコイルの漏れインダクタンスとその分布容量やコンデンサなどとの共振を用いてインバータのスイッチング周波数（断続周波数）又はその高調波周波数にて共振現象生じさせ、インバータのスイッチング素子の断続過渡期間における電流低減による損失、発熱の低減あるいは出力向上などを図っている。
【０００５】
上記した車両用ＤＣ−ＤＣコンバータでは、トランスの一次コイルのターン数が二次コイルのそれよりも多く、当然、分布容量も一次コイルの方が大きいので、トランスの一次コイル側で共振回路を構成するのが通常である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、共振回路の共振周波数をインバータのスイッチング周波数又はその高調波周波数と略合致させる必要があるが、その共振回路は、トランスの漏れインダクタンスを含むため、その高精度の管理が容易ではなかった。特に、車両用では、トランスのコイルがブスバーにより構成されるために、そのターン数の変更によるトランスの漏れインダクタンスの調整は容易ではなかった。
【０００７】
上記共振回路の共振周波数の調整のために、トランスの漏れインダクタンスの代わりにあるいはそれに加えて、トランスのコイルと直列接続されたインダクタ（共振コイルと呼ぶ）を追設し、必要に応じてこの共振コイルのターン数を変更することも考えられるが、予め準備された種々のターン数をもつ共振コイルから最適なターン数のものを選択することになるため、準備する部品点数が多くなり、作業も複雑となるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、共振周波数の調整及び製造が容易な大電流用（ブスバー使用）共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを及びその製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子の断続により入力直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータが出力する交流電力を電圧変換するトランスと、ブスバーをコイル状に巻回してなり、前記トランスのコイルと直列接続されて共振する共振コイルと、前記共振コイルの一部又は全部を埋設する樹脂部材と、前記共振コイルの軸芯方向に延設されて前記樹脂部材の底面に密着する放熱プレートとを備え、前記樹脂部材は、前記共振コイルに嵌挿される磁性コアが変位可能に嵌挿されるコア嵌挿孔を有することを特徴としている。
【００１０】
すなわち、本構成によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換用のトランスのコイル（一次コイル又は二次コイル）と直列に共振コイルを接続し、この共振コイルにより、あるいは、それとトランスのコイルの漏れインダクタンスとより共振回路のインダクタを構成して、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する。本発明では特に、所定回数巻回されて共振コイルをなすブスバーを、樹脂部材で固定するので、機械振動などによるその変形により共振コイルのインダクタンスや分布容量の変化を防止することができる。また、共振コイルのブスバーの樹脂皮膜被覆による電気絶縁を省略することができるので、ブスバーの端末処理（絶縁皮膜剥離）も不要となり、作業が簡単となる。すなわち、共振コイル用のブスバーの機械的固定と電気絶縁を同時に行うことができる。
【００１１】
更に、前記樹脂部材が、前記共振コイルに嵌挿される磁性コアが変位可能に嵌挿されるコア嵌挿孔を有することを特徴としている。本構成によれば、この樹脂部材は、共振コイル用のブスバーに嵌挿されるコアを移動可能に収容するコア嵌挿孔を部品点数を増大することなく確保することができ、簡素な構造で共振コイルのインダクタンスを容易に調整することが可能となる。
また、前記共振コイルの軸芯方向に延設されて前記樹脂部材の底面に密着する金属製で接地された放熱プレートを有するので、樹脂部材及び共振コイルを通じてインバータやトランスのコイルの熱を良好に放熱することができるとともに、放熱プレートと共振コイルとの間の静電容量の増加により共振コイルの分布容量を増大させて共振回路に必要なインダクタンス値を低減することができる。
【００１３】
請求項２記載の構成は請求項１記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて更に、前記共振コイルが、前記トランスのコイルと同一のブスバーで形成されていることを特徴としているので、製造工程が簡素となり、信頼性が向上する。
【００１４】
請求項３記載の構成は請求項１または２記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて更に、前記樹脂部材が、前記トランスのコイルと、前記トランスのコイルを前記共振コイルに接続するブスバーとを埋設するので、トランスのコイルと共振コイル用のブスバーとを一体に固定でき、かつ、トランスのコイルと共振コイル用のブスバーとの間に作用する漏れインダクタンスや分布容量の変動も低減することができ、共振回路の共振周波数の変動を低減することができる。
【００１６】
請求項４記載の構成は請求項１乃至３のいずれか記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの製造方法において、前記トランスのコイル及び前記共振コイルは、インサート成形により前記樹脂部材に埋設されることを特徴とするので、製造工程が簡素となる。
【００１７】
【発明を実施するための態様】
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータを用いた二バッテリ搭載型車両用の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１８】
【実施例１】
この実施例の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を図１に示すその回路図を参照して以下に説明する。
（回路構成）
１はＤＣ−ＤＣコンバータ、Ｖ１は高圧バッテリである。
【００１９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１において、２はインバータ、３はトランス、４１、４２は整流部をなす一対のダイオード（整流器）、５は平滑用のチョークコイル、６は平滑コンデンサ、７はマイコン製のコントローラ、８は共振コイルである。
【００２０】
トランス３は、フェライト製のコア３０、一次コイル３１、第一の二次コイル３２及び第二の二次コイル３３を有している。一次コイル３１と共振コイル８とは接続用のブスバー９により接続されているが、この実施例では、ブスバー９と共振コイル８用のブスバーとは同じ長板状導体片（ブスバー）で構成されている。また、一次コイル３１、接続用のブスバー９、共振コイル８用のブスバーを同じ長板状導体片で構成してもよい。二次コイル３２、３３の一端は接地され、他端はダイオード４１、４２を通じてチョークコイル５に接続されている。
【００２１】
インバータ２から出力された高圧交流電圧は、トランス３の一次側からみた漏れインダクタンス、分布容量と、共振コイル８の漏れインダクタンス、分布容量とともにＬＣ共振回路を構成し、このＬＣ共振によりインバータ２のスイッチング素子の断続過渡期間における損失が低減される。
【００２２】
トランス３は入力電圧を降圧し、両二次コイル３２、３３は異なる半波期間ごとに交互に半波整流電圧をダイオード４１、４２、チョークコイル５を通じて外部の低圧負荷に出力する。コントローラ７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力電圧を所定の基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて、インバータ２の４つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）のＰＷＭデューテイ比を増減し、送出する交流電力をフィードバック制御する。この種のＤＣ−ＤＣコンバータは周知であるので、これ以上の説明は省略し、この実施例の特徴部分を図２を参照して以下に説明する。図２は、共振コイル８近傍を示す縦断面図である。
【００２３】
共振コイル８は、裸の長板状銅片（ブスバー）を螺旋巻回して構成され、その両端は、一次コイル３１に延設される接続用ブスバー９、インバータ２に延設される接続用ブスバー１０を構成している。
【００２４】
共振コイル８及びブスバー９、１０、不図示の一次コイル３１は、樹脂インサート成形により形成された板状の樹脂プレート（本発明で言う樹脂部材）１１に埋設されており、接続用ブスバー１０の不図示の端部は露出してインバータ２の一対の出力端子の一方に接続されている。
【００２５】
樹脂プレート１１は、共振コイル８の軸芯に沿って軸方向に形成された一端開口のコア嵌挿孔１１０を有し、棒状のフェライト製のコア８０がコア嵌挿孔１１に軸方向変位可能に挿入されている。
【００２６】
１２は冷却用のアルミ平板製の放熱プレートであり、接地されている。放熱プレート１２は、薄い樹脂プレート１１を介して共振コイル８に対面しており、これにより共振コイル１１から放熱プレート１２に良好な放熱が行われる。また、共振コイル８と放熱プレート１２との間に分布容量が形成される。
【００２７】
この実施例では、共振回路の共振周波数を所定値とするためにコア８０が軸方向に調整した後、接着剤で固定するので、共振回路の共振周波数を容易に好適値にすることができる。
【００２８】
（変形態様）
共振コイル８の一部は樹脂プレート１１から露出しても良い。
【００２９】
本発明の関連発明を図３を参照して以下に説明する。図３は、共振コイル８近傍を示す縦断面図である。
【００３０】
この関連発明の特徴は、実施例１で説明した共振コイル８の一部のターンの上半分を樹脂プレート１１から露出させ、更に共振コイル８の露出したターンの必要部分を、銅板製の短絡導体１３をはんだ付けすることにより短絡したものである。コア８０は、樹脂プレート１１に完全に埋設されている。
【００３１】
この関連発明では、共振回路の共振周波数を所定値とするために短絡導体１３と共振コイル８の露出ターンとの接続箇所を変更するだけで、共振コイル８の有効ターン数を容易に調節でき、共振回路の共振周波数を容易に好適値にすることができる。
（変形態様）
最後に短絡導体１３を含む露出ブスバーを樹脂モールド被覆してもよい。
（変形態様）
上記実施例１および関連発明において、共振回路に単体のコンデンサを追設して共振回路の必要インダクタンスを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を示す回路図である。
【図２】図１の共振コイル近傍を示す縦断面図である。
【図３】関連発明の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの共振コイル近傍を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２インバータ
３トランス
４１、４２ダイオード（整流器）
５チョークコイル
８共振コイル

Claims

スイッチング素子の断続により入力直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータが出力する交流電力を電圧変換するトランスと、
ブスバーをコイル状に巻回してなり、前記トランスのコイルと直列接続されて共振する共振コイルと、
前記共振コイルの一部又は全部を埋設する樹脂部材と、
前記共振コイルの軸芯方向に延設されて前記樹脂部材の底面に密着する放熱プレートと、
を備え、
前記樹脂部材は、前記共振コイルに嵌挿される磁性コアが変位可能に嵌挿されるコア嵌挿孔を有することを特徴とする共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記共振コイルは、前記トランスのコイルと同一のブスバーで形成されていることを特徴とする共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１または２記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
前記樹脂部材が、前記トランスのコイルと、前記トランスのコイルを前記共振コイルに接続するブスバーとを埋設することを特徴としている共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
請求項１乃至３のいずれか記載の共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの製造方法において、
前記トランスのコイル及び前記共振コイルは、インサート成形により前記樹脂部材に埋設されることを特徴とする共振型ＤＣ−ＤＣコンバータの製造方法。