JP4346253B2 - 大電流プッシュプルタイプ昇圧回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流低電圧を直流高電圧に昇圧する昇圧回路で使用されるプッシュプルタイプ昇圧回路の板状電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プッシュプルタイプ昇圧回路は、二次側における高電圧出力を確保するため、低電圧一次側は大電流が流れることとなる。このため、本願出願人による特許出願２０００−２１８１５１号等の従来構成においては、一次側電流回路の大きなインダクタンスに起因して、スイッチング素子のオフ時に生じる逆起電力に起因するスパイク電圧が大きくなり、スイッチング損失の増加、スナバ回路の必要容量の増大、一次入力及び二次出力間の変換効率の低下が発生し、全体としての昇圧電源回路のパフォーマンス低下が生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、プッシュプルタイプ昇圧回路において、大電流となる一次側電流経路を最小化し、一次側電流回路のインダクタンスを最小化し、スイッチング素子のオフ時に生じる逆起電力に起因するスパイク電圧を削減し、スイッチング損失を削減し、スナバ回路の必要容量を削減し、一次入力及び二次出力間の変換効率を向上し、全体としての昇圧電源回路のパフォーマンスを向上し、二次側出力の大容量化を課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明では、中央にプッシュプルトランスを配置する領域及び両側部にコンデンサーを装着する端子部を備えほぼ矩形形状の第一の板状電極、一側部に電解効果トランジスタ、及びツェナーダイオードを接続する端子部を備えほぼ矩形形状であり第一の板状電極のほぼ半分の面積を備える一対の第二の板状電極、両側部に電解効果トランジスタ、コンデンサー、及びツェナーダイオードを接続する端子部を備えほぼ矩形形状であり第一の板状電極の板上部とほぼ等しい面積を備える第三の板状電極、及び電気絶縁シートを備え、第一の板状電極の下部に一対の第二の板状電極を配置し、第二の板状電極の下部に第三の板状電極を配置し、これら第一、第二、第三の各板状電極間は電気絶縁シートにより電気的に絶縁され、締結要素によりこれら第一、第二、第三の板状電極を一体に固定することを特徴とする大電流プッシュプルタイプ昇圧回路の板状電極構造とし、
【０００５】
請求項２の発明では、前記第一、第二、第三の板状電極構造に配置される電子素子は、幾何学的対象位置に配置されることを特徴とし、
【０００６】
請求項３の発明では、前記第一、第二、第三の板状電極を固定する締結要素は、電気絶縁性材から形成されることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に述べる実施の形態は一実施例であり、本技術分野で通常の技術を有する技術者によれば、本願発明の技術範囲を逸脱することなく他の実施の形態を実施することは容易である。
【０００８】
図１は本発明によるプッシュプルタイプ昇圧電源回路を示す。図１において、点線で囲まれる一次側回路１００は、プッシュプルトランス２０の一次側巻線２０−２、一次側巻線の中間引き出し部Ｂ＋に接続する１２Ｖバッテリー等の電源３０、Ｂ＋ラインに関して電源３０の両端に各々並列にｍ個（合計２ｍ個）接続される電解コンデンサー７を備える。更に、一次回路１００は、一次巻線のＣ１ライン及びＢ＋ライン間に、電解効果トランジスタ５及びツェナーダイオード６がｎ個並列に接続される。電界効果トランジスタ５のソースＳはＢ＋ラインに、ドレインＤはＣ１ラインに、及びゲートＧは図示しない制御回路に接続され、ツェナーダイオード６のカソードはＣ１ラインに、アノードはＢ＋ラインに各々接続される。図示されるように、一次巻線のＣ２ライン及びＢ＋ライン間も同様である。なお、プッシュプルトランス２０のコアー２０−１を介した二次側巻線２０−３の出力は、整流素子及びコンデンサーからなる整流平滑回路４０を経由して負荷５０に供給される。
【０００９】
合計２ｍ個の電解コンデンサー７は、バッテリー電源３０の内部インピーダンスを下げると共にノイズ吸収を行い、大電流に対応するため２ｍ個に分割される。実施例では、ｍ＝９である。合計２ｎ個のツェナーダイオード６は、スナバー回路を構成する。更に、合計２ｎ個の電界効果トランジスタ５は、図示しない制御回路により制御されスイッチングを行う。ツェナーダイオード６及び電界効果トランジスタ５は、共に大電流に対応するため２ｎ個に分割される。実施例では、ｎ＝８である。
【００１０】
図２及び図３は、電源回路構造を示す。図２及び図３を合わせて参照し説明する。電源回路を構成する板状電極構造は、上部板状電極１、一対の中間板状電極２、３、及び下部板状電極４から構成される。各板状電極間は、エポキシ樹脂等の電気絶縁シート８により絶縁され、アクリル樹脂等で形成される複数の絶縁ボルト１０により一体に固定される。一対の中間板状電極２、３は、一側部の端子部２−１、３−１が板状電極の左右に露出するように配置される。
【００１１】
電源３０は、上部板状電極１を＋電位、下部板状電極４を−電位とするように各端子部１−１及び４−２に、各端子部の孔部によりネジ等を使用し電気的及び機械的に接続される。プッシュプルトランス２０は、一対のＥ型フェライトコアを対向し組み合わせ、中央部に一次巻線を巻層し、一次巻線の外周部を絶縁シート等で絶縁し、絶縁シート等の上層部に二次巻線を巻層する構成である。一次巻線の巻き線端部Ｃ１、Ｃ２は、各々ネジ止めが可能な端子が電気的及び機械的に接続される。一次巻線の中間引き出し部Ｂ＋は、ネジ止めが可能な端子が電気的及び機械的に接続される。二次巻線の引き出し部２０−３は、図示しない二次側平滑回路に電気的及び機械的に接続される。
プッシュプルトランス２０は、一次巻線の中間引き出し部Ｂ＋をボルトにより上部板状電極１の所定位置に電気的及び機械的に接続され、一次巻線の一端部Ｃ１はネジにより中間板状電極２の所定位置に電気的及び機械的に接続され、一次巻線の他端部Ｃ２も同様に中間板状電極３の所定位置に電気的及び機械的に接続される。
【００１２】
図４は上部板状電極１の単体状態を、図５は一対の中間板状電極２、３の単体状態を、図６は下部板状電極４の単体状態を各々示す。上部板状電極１は、一側部に端子部１−１を備えると共に、トランス２０の各一次巻線の端子部Ｂ＋を電気的及び機械的に固定するネジ孔及び端子部Ｃ１、Ｃ２を挿通する矩形形状の貫通孔、三個の板状電極１、２、３を一体化固定するためのネジ孔等の円形及び矩形の貫通孔或いはネジ孔（ネジ部）を備える。一対の中間板状電極２或いは３は、共に同一形状であり、一側部に端子部２−１或いは３−１を備え、同様の貫通孔或いはネジ孔（ネジ部）を備える。下部板状電極４は、一側部に端子部４−２、及び両側部に端子部４−１を備え、同様の貫通孔或いはネジ孔（ネジ部）を備える。
【００１３】
さて、図２及び図３に戻り説明する。先ず第２図において、板状電極の左右に配置する各端子は、左右共に図面に向かい上方より、下部板状電極端子４−１、中間板状電極２或いは３の端子２−１或いは３−１が交互に配列する。第２図、第３図に示される回路構造において、各端子及び以後に説明する各電子素子の配置は、左右対象に配置される（電界効果トランジスタ５のソースＳ、ドレインＤ、ゲートＧの各足配置に起因して、図面に向かい、電子素子の配置が左右で上下に端子１個分ずれているが、本質的な問題ではなく左右対象配置と見なしうる）。以下の電子素子の配置接続は、第２図に向かい右側についてのみ説明するが、左側についても同様である。
【００１４】
電界効果トランジスタ５は、板状電極の端子２−１、４−１の外部に配置され、ドレインＤが中間板状電極２の端子２−１に、ソースＳが下部板状電極４の端子４−１にハンダ等により電気的に接続されると共に機械的にも接続される。ゲートＧは、図示しない制御回路に接続される。ツェナーダイオード６は、端子２−１及び４−１上に配置され、カソードがドレインＤと共に端子２−１にハンダ付け等により電気的及び機械的に接続され、アノードはソースＳと共に端子４−１に同様に接続される。電解コンデンサー７は、上部板状電極４上に配置され、上部板状電極４及び下部板状電極端子４−１間に同様に接続される。なお、電界効果トランジスタ５は、冷却のため、シリコン等の電気絶縁性且つ熱導電性樹脂を介して、ヒートシンクに接触及び／或いは固定される。
【００１５】
以上の説明より明らかなように（特に図２に示されるよう）、三個の板状電極は、左右対象に構成され、また装着される複数の各電子素子は、電極中央に配置されるトランス２０に対して対象に配置される。従ってほぼ矩形形状の平板電極上に配置される複数の各電子素子及びトランスの一次巻線間の幾何学的距離（例えば、端子Ｃ１と右側の複数の各電子素子間の距離）を最小とする配置構成である。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、プッシュプルタイプ昇圧回路の一次側電流経路を上部板状電極１、一対の中間板状電極２或いは３、及び下部板状電極４からなる三個の板状電極（ブスバー）からなる積層構造とし、左右対象に各電子素子を配置することにより、一次電流経路が最小となり、一次電流回路に付随するインダクタンスが最小となり、スイッチング素子のオフ時スパイク電圧が削減され、スイッチング損失が削減され、効率が改善される。スナバー回路は、電界効果トランジスタ５のソースＳ、ドレインＤ間にツェナーダイード６を接続するのみで充分な効果を発揮し、従来構成の抵抗及びダイオードの並列接続にコンデンサーを直列接続する回路を電界効果トランジスタ５のソースＳ、ドレインＤ間に接続する構成は不要となる。この結果スナバー回路での電力消費は、著しく削減され、特に低負荷時での一次及び二次回路間の電力変換効率（全体としてのパフォーマンス）が改善される。
また請求項２の発明によれば、電子素子は幾何学対象性を持って配置され、インダクタンスを含む回路解析を容易に行うことが出来、回路設計の自由度が増加する。
更にまた、請求項３の発明によれば、電気絶縁性材から形成される締結要素により三個の板状電極を固定することにより、特別な固定要素及び板状電極間の電気的絶縁を考慮することなく、組み付け作業が容易に行え、連続製造ラインでの組み付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すプッシュプルタイプ昇圧電源回路の模式図である。
【図２】本発明の一実施例を示す、プッシュプルタイプ昇圧電源の構成図である。
【図３】図２で示される構成図の部分断面図である。
【図４】上部板状電極の正面図である。
【図５】中間板状電極の正面図である。
【図６】下部板状電極の正面図である。
【符号の説明】
１００ プッシュプルタイプ昇圧電源回路の一次側回路
１ 上部板状電極
２、３ 中間板状電極
４ 下部板状電極
５ 電界効果トランジスタ
６ ツェダイオード
７ 電解コンデンサー
８ 電気絶縁シート
１０ 電気絶縁性締結要素

Claims (3)

1. 中央にプッシュプルトランス（２０）を配置する領域及び両側部にコンデンサーを装着する端子部を備えほぼ矩形形状の第一の板状電極（１）、一側部に電解効果トランジスタ、及びツェナーダイオードを接続する端子部を備えほぼ矩形形状であり第一の板状電極のほぼ半分の面積を備える一対の第二の板状電極（２）、（３）、両側部に電解効果トランジスタ、コンデンサー、及びツェナーダイオードを接続する端子部を備えほぼ矩形形状であり第一の板状電極の板上部とほぼ等しい面積を備える第三の板状電極（４）、及び電気絶縁シート（８）を備え、第一の板状電極（１）の下部に一対の第二の板状電極（２）、（３）を配置し、第二の板状電極の下部に第三の板状電極（４）を配置し、これら第一、第二、第三の各板状電極間は電気絶縁シート（８）により電気的に絶縁され、締結要素によりこれら第一、第二、第三の板状電極を一体に固定することを特徴とする大電流プッシュプルタイプ昇圧回路の板状電極構造。
2. 請求項１において、前記第一、第二、第三の板状電極構造に配置される電子素子は、幾何学的対象位置に配置されることを特徴とする。
3. 請求項１において、前記第一、第二、第三の板状電極を固定する締結要素は、電気絶縁性材から形成されることを特徴とする。

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