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公開番号2025040617
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-25
出願番号2023147533
出願日2023-09-12
発明の名称フォワード型DCDCコンバータ
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250317BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】フォワード型DCDCコンバータを小型化できるフォワード型DCDCコンバータを提供する。
【解決手段】コンバータ10は、トランス11の一次巻線21及び二次巻線22と平滑コイル43とが巻回されるコア50を備える。コア50は、第1基部51aと、第2基部52aと、第1基部51aと第2基部52aとの間に位置する第3コア構成体53と、第1基部51aと第3コア構成体53との間に位置するとともに一次巻線21及び二次巻線22が巻回される第1中脚部51bと、第2基部52aと第3コア構成体53との間に位置するとともに平滑コイル43が巻回される第2中脚部52bとを有する。第1端部21aから第2端部21bに向かう一次巻線21の巻回方向と、第3端部22aから第4端部22bに向かう二次巻線22の巻回方向と、第5端部43aから第6端部43bに向かう平滑コイル43の巻回方向は、同じ方向である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、
前記一次巻線に電気的に接続されたスイッチング素子と、
前記二次巻線に電気的に接続された整流回路と、
前記二次巻線に電気的に接続された平滑コイルを有する平滑リアクトルと、
前記一次巻線、前記二次巻線、及び前記平滑コイルが巻回されるコアと、
を備え、
前記コアは、
第１基部と、
第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部との間に位置する中間部と、
前記第１基部と前記中間部との間に位置するとともに前記一次巻線及び前記二次巻線が巻回される第１中脚部と、
前記第１基部と前記中間部との間において前記第１中脚部の両側に位置する一対の第１外脚部と、
前記第２基部と前記中間部との間に位置するとともに前記平滑コイルが巻回される第２中脚部と、
前記第２基部と前記中間部との間において前記第２中脚部の両側に位置する一対の第２外脚部と、
を有し、
前記一次巻線の一端部である第１端部は、直流電源の正極に電気的に接続され、前記一次巻線の他端部である第２端部は、前記直流電源の負極に電気的に接続され、
前記二次巻線の一端部である第３端部は、前記整流回路の正の入力端に電気的に接続され、前記二次巻線の他端部である第４端部は、前記整流回路の負の入力端に電気的に接続され、
前記平滑コイルの一端部である第５端部は、前記整流回路の正の出力端に電気的に接続され、前記平滑コイルの他端部である第６端部は、前記整流回路の負の出力端に電気的に接続され、
前記第１端部から前記第２端部に向かう前記一次巻線の巻回方向と、前記第３端部から前記第４端部に向かう前記二次巻線の巻回方向と、前記第５端部から前記第６端部に向かう前記平滑コイルの巻回方向は、同じ方向であることを特徴とするフォワード型ＤＣＤＣコンバータ。
続きを表示（約 390 文字）【請求項２】
前記一次巻線及び前記二次巻線を保持する第１回路基板と、
前記平滑コイルを保持する第２回路基板と、
を備える請求項１に記載のフォワード型ＤＣＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記コアは、
前記第１基部、前記第１中脚部、及び前記一対の第１外脚部を有する第１コア構成体と、
前記第２基部、前記第２中脚部、及び前記一対の第２外脚部を有する第２コア構成体と、
前記中間部を構成する第３コア構成体と、
によって構成されており、前記第３コア構成体は、前記第１コア構成体及び前記第２コア構成体の少なくとも一方とは別体である請求項１に記載のフォワード型ＤＣＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記一次巻線に並列接続されるアクティブクランプ回路を備える請求項１に記載のフォワード型ＤＣＤＣコンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォワード型ＤＣＤＣコンバータに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、フォワード型ＤＣＤＣコンバータが記載されている。フォワード型ＤＣＤＣコンバータは、トランスと、平滑リアクトルとを備えている。トランスは、トランス用コアと、一次巻線と、二次巻線とを有している。トランス用コアは、２つのコア構成体によって構成されている。一次巻線及び二次巻線はそれぞれ、トランス用コアに巻回されている。平滑リアクトルは、平滑リアクトル用コアと、平滑コイルとを有している。リアクトル用コアは、２つのコア構成体によって構成されている。平滑コイルは、二次巻線に電気的に接続されている。平滑コイルは、平滑リアクトル用コアに巻回されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１３１４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなフォワード型ＤＣＤＣコンバータでは、小型化が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するためのフォワード型ＤＣＤＣコンバータは、一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、前記一次巻線に電気的に接続されたスイッチング素子と、前記二次巻線に電気的に接続された整流回路と、前記二次巻線に電気的に接続された平滑コイルを有する平滑リアクトルと、前記一次巻線、前記二次巻線、及び前記平滑コイルが巻回されるコアと、を備え、前記コアは、第１基部と、第２基部と、前記第１基部と前記第２基部との間に位置する中間部と、前記第１基部と前記中間部との間に位置するとともに前記一次巻線及び前記二次巻線が巻回される第１中脚部と、前記第１基部と前記中間部との間において前記第１中脚部の両側に位置する一対の第１外脚部と、前記第２基部と前記中間部との間に位置するとともに前記平滑コイルが巻回される第２中脚部と、前記第２基部と前記中間部との間において前記第２中脚部の両側に位置する一対の第２外脚部と、を有し、前記一次巻線の一端部である第１端部は、直流電源の正極に電気的に接続され、前記一次巻線の他端部である第２端部は、前記直流電源の負極に電気的に接続され、前記二次巻線の一端部である第３端部は、前記整流回路の正の入力端に電気的に接続され、前記二次巻線の他端部である第４端部は、前記整流回路の負の入力端に電気的に接続され、前記平滑コイルの一端部である第５端部は、前記整流回路の正の出力端に電気的に接続され、前記平滑コイルの他端部である第６端部は、前記整流回路の負の出力端に電気的に接続され、前記第１端部から前記第２端部に向かう前記一次巻線の巻回方向と、前記第３端部から前記第４端部に向かう前記二次巻線の巻回方向と、前記第５端部から前記第６端部に向かう前記平滑コイルの巻回方向は、同じ方向であることを要旨とする。
【０００６】
上記構成によれば、一次巻線を流れる電流により発生する磁束は、第１基部、中間部、第１中脚部、及び一対の第１外脚部を通る。つまり、第１基部、中間部、第１中脚部、及び一対の第１外脚部は、トランス用コアを構成している。また、平滑コイルを流れる電流により発生する磁束は、第２基部、中間部、第２中脚部、及び一対の第２外脚部を通る。つまり、第２基部、中間部、第２中脚部、及び一対の第２外脚部は、平滑リアクトル用コアを構成している。このように中間部がトランス用コアの一部及び平滑リアクトル用コアの一部を兼ねていることによって、トランス用コアと平滑リアクトル用コアとを個別に用意する場合と比較して、コアを構成するコア構成体の数を減らすことができる。したがって、フォワード型ＤＣＤＣコンバータを小型化できる。
【０００７】
また、中間部では、一次巻線を流れる電流により発生する磁束の方向と平滑コイルを流れる電流により発生する磁束の方向は反対方向になる。したがって、中間部では、一次巻線を流れる電流により発生する磁束と平滑コイルを流れる電流により発生する磁束とが互いに打ち消し合うため、中間部の磁束密度を低減できる。その結果、中間部の磁束密度がコアの材料毎に定められた磁束密度の上限値を上回りにくくなる分、中間部を小型化することができる。これによっても、フォワード型ＤＣＤＣコンバータを小型化できる。
【０００８】
さらに、中間部の最大磁束密度が低減されることにより、トランスと平滑リアクトルとが個別に設けられている場合におけるトランスの鉄損と平滑リアクトルの鉄損との合計と比較して、鉄損を低減できる。
【０００９】
上記フォワード型ＤＣＤＣコンバータにおいて、前記一次巻線及び前記二次巻線を保持する第１回路基板と、前記平滑コイルを保持する第２回路基板と、を備えていてもよい。
上記構成によれば、第１回路基板によって、一次巻線及び二次巻線を安定的に保持することができる。また、第２回路基板によって、平滑コイルを安定的に保持することができる。この場合、例えば、一次巻線、二次巻線、及び平滑コイルをそれぞれボビンに巻回する場合と比較して、一次巻線、二次巻線、及び平滑コイルを安価に保持することができる。
【００１０】
上記フォワード型ＤＣＤＣコンバータにおいて、前記コアは、前記第１基部、前記第１中脚部、及び前記一対の第１外脚部を有する第１コア構成体と、前記第２基部、前記第２中脚部、及び前記一対の第２外脚部を有する第２コア構成体と、前記中間部を構成する第３コア構成体と、によって構成されており、前記第３コア構成体は、前記第１コア構成体及び前記第２コア構成体の少なくとも一方とは別体であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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