JP7026596B2 - 結合インダクタdc-dc電力変換器 - Google Patents
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Description
Vin×duty=Vcap×(1-デューティ)
Vcap=(Vin×デューティ)/(1-デューティ)
本発明は、米国エネルギー省によって授与された契約番号B621073の下で政府の支援によってなされた。当該政府は、本発明に対するある特定の権利を有する。
202 リラクタンス
204 リラクタンス
210 一次巻線MMF
212 二次巻線MMF
206 リラクタンス
208 インダクタ巻線MMF
110A レッグ
110B レッグ
110C レッグ
Claims (13)
- DC-DC電力変換器素子のための磁気回路であって、
共通磁気コア構造であって、前記共通磁気コア構造は、前記磁気コアの第1のレッグ構造に組み込まれた一次巻線構造および二次巻線構造を有する変圧器素子、ならびに前記磁気コアの第2のレッグ構造に組み込まれた出力インダクタ巻線構造を有する出力インダクタ素子を提供し、前記インダクタ巻線構造は、周期的に切り替えられる入力電圧が前記一次巻線構造の両端に印加されると出力電流を負荷に伝達する、共通磁気コア構造と、
前記二次巻線構造に動作可能に接続され、前記二次巻線構造を通じて電流が逆転するのを防止するようにタイミングが合わされた二次主スイッチ素子であって、前記二次巻線構造は、第1の巻線極性のものであり、前記出力インダクタ巻線構造は、第2の巻線極性のものであり、前記第1の巻線極性および前記第2の巻線極性は、起電力(EMF:electromotive force)の反対向きに配向された極性を提供して、前記変圧器、前記出力インダクタを通して電力を出力負荷に伝達するときに前記出力負荷に入る出力電流リップルを低減する、二次主スイッチ素子と、を備え、
前記共通磁気コアは、第3のレッグ構造であって、前記第1のレッグ構造を通って作り出された磁気フラックスが前記第2のレッグ構造を部分的に通過し、前記第3のレッグ構造を部分的に通過することを可能にし、それによって前記第1のレッグ構造と前記第2のレッグ構造との間に部分的に結合された磁気フラックス経路を提供し、前記部分的な磁気結合の大きさは、前記出力電流リップルが最小限に抑えられる出力電圧を決定する、第3のレッグ構造をさらに含む、磁気回路。 - 前記出力インダクタのコア・レッグ構造のフェライト体積が、低減された前記出力インダクタの値により低減され、低減された変圧器磁気コア構造体積をもたらす、請求項1に記載の磁気回路。
- 前記低減された出力インダクタの値が、出力負荷の変化に対する出力ステップ応答時間の大幅な減少を許容する、請求項1に記載の磁気回路。
- 前記変圧器一次巻線、前記二次変圧器巻線、および前記出力インダクタ巻線構造が、平面プリント回路基板の導電層として形成されている、請求項1に記載の磁気回路。
- 前記変圧器二次巻線構造と前記出力インダクタ巻線構造とが、二次サーキュレータ・スイッチ素子に接続するように組み合わせられ、プリント回路基板トレースの共通部分として組み入れられた前記組み合わせられた接続部が、前記共通磁気コア構造の前記変圧器レッグとインダクタ・レッグとの間を通る、請求項4に記載の磁気回路。
- 前記出力インダクタ巻線構造から前記回路基板の外部の負荷ポイントまでの物理的な低抵抗導体接続部をさらに備える、請求項4に記載の磁気回路。
- 前記入力電圧が、わずかなスイッチ・タイミング・サイクルの間に、第1の一次主スイッチ素子を通って前記一次巻線構造の両端に印加され、第2の二次主スイッチ素子が、前記変圧器二次巻線構造と直列に接続され、前記一次主スイッチ素子および前記二次主スイッチ素子のタイミングが、一次主スイッチ素子および二次主スイッチ素子の両方を同時にオンに切り替えられるように設計されたデューティ・サイクルのものであり、前記出力インダクタは、前記一次主スイッチおよび前記二次主スイッチの両方がオンのときに前記わずかなタイミング・サイクルの間に、前記変圧器から前記直列接続された出力インダクタを通って電力が出力負荷に伝達されるように、前記変圧器二次巻線構造に直列でさらに接続され、それによってフェライト磁気コアの前記変圧器レッグにおけるいかなる共振エネルギー貯蔵も排除する、請求項1に記載の磁気回路。
- 前記フェライト磁気コアの前記変圧器の第1のレッグにおいて前記いかなる共振エネルギー貯蔵も排除することにより、前記共通磁気コア体積を減少させる、請求項7に記載の磁気回路。
- 前記出力インダクタのコア・レッグ構造のフェライト体積が、低減された前記出力インダクタの値により低減され、低減された変圧器磁気コア構造体積をもたらす、請求項7に記載の磁気回路。
- 前記低減された出力インダクタの値が、出力負荷の変化に対する出力ステップ応答時間の大幅な減少を許容する、請求項7に記載の磁気回路。
- 前記変圧器一次巻線、前記二次変圧器巻線、および前記出力インダクタ巻線構造が、平面プリント回路基板の導電層として形成されている、請求項7に記載の磁気回路。
- 前記変圧器二次巻線構造と前記出力インダクタ巻線構造とが、二次サーキュレータ・スイッチ素子に接続するように組み合わせられ、プリント回路基板トレースの共通部分として組み入れられた前記組み合わせられた接続部が、前記共通磁気コア構造の前記変圧器レッグとインダクタ・レッグとの間を通る、請求項11に記載の磁気回路。
- 前記出力インダクタ巻線構造から前記回路基板の外部の負荷ポイントまでの物理的な低抵抗導体接続部をさらに備える、請求項11に記載の磁気回路。
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