(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車などの車両には、動力駆動用の高電圧蓄電池と、インバータと、DC−DCコンバータ装置と、低電圧負荷の補助電源としての低電圧蓄電池とが搭載されている。
DC−DCコンバータ装置は、高電圧蓄電池の直流高電圧出力を直流低電圧出力に変換して車両のライトやラジオなどの低電圧負荷へ電力供給を行う。DC−DCコンバータ装置は、高電圧蓄電池の高電圧の直流電圧を交流高電圧に変換する高電圧回路部と、交流高電圧を交流低電圧に変換するトランスと、交流低電圧を直流低電圧に変換する低電圧回路部と、電圧変換された電圧を出力する出力端子とを備えている。
【0003】
交流高電圧を交流低電圧に変換するトランスは、一次巻線、二次巻線および磁性体コアを備えており、このトランスには、その構成上避けることができない損失、即ち巻線の導体損失(いわゆる銅損)および磁性体コアのコア損失(いわゆる鉄損)が存在する。変換電力の増大に伴って増加するトランスの損失は、殆どは熱となってトランスの自己温度を上昇させるとともに、トランスが実装される部位の周囲温度や、トランスに接続される回路部品の温度を上昇させる。このため、DC−DCコンバータ装置は、トランスの放熱を大きくする構造とされている。
【0004】
DC−DCコンバータ装置に用いられるトランスではないが、トランスの温度を検出可能なトランスの一例として、下記の構造を有するトランスが知られている。1次および2次コイルが捲回されるボビンに、E字型コアの中央脚部を挿通する第1の開口と、サーマルプロテクタが挿入される第2の開口とが設けられている。第2の開口内に電極端子を有するサーマルプロテクタを挿入し、該サーマルプロテクタの電極端子を、外部引出し線に接続された一対の接触子に接続する。サーマルプロテクタは、回路を開閉する接点を有する一対のバイメタルと、このバイメタルを収納するケースとを備えている(例えば、特許文献1参照)。
【発明を実施するための形態】
【0010】
−第1の実施形態―
[DC−DCコンバータ装置の回路構成]
以下、
図1〜
図7を参照して、本発明のDC−DCコンバータ装置の第1の実施形態を説明する。
図1は、本発明に係るDC−DCコンバータ装置の主回路を示す図である。
DC−DCコンバータ装置100は、高電圧の直流電圧を交流高電圧に変換する高電圧側スイッチング回路(高電圧側回路部)210、交流高電圧を交流低電圧に変換するトランス500、および低電圧の交流電圧を直流電圧に変換する低電圧側整流回路(低電圧側回路部)220を備えている。高電圧側スイッチング回路210および低電圧側整流回路220は、制御回路240によりスイッチング制御が行われる。
【0011】
高電圧側スイッチング回路210とトランス500との間には、共振コイル203(Lr)が接続されており、この共振コイル203のインダクタンスとトランス500の漏れインダクタンスの合成インダクタンスを用いて、高電圧側スイッチング回路210を構成するMOSFETのゼロ電圧スイッチングを可能としている。
【0012】
低電圧側整流回路220の出力側には、出力電圧に重畳するノイズを除去するために、フィルタコイル207(L1)とフィルタコンデンサ205(C1)からなる平滑回路が設けられている。
なお、共振コイル203、フィルタコイル207およびフィルタコンデンサ205は省略することができる。
【0013】
(高電圧側スイッチング回路の回路構成)
高電圧側スイッチング回路210は、Hブリッジ型として接続された4つのMOSFET H1〜H4と平滑用入力コンデンサ202(Cin)とから構成されている。各MOSFET H1〜H4には、スナバコンデンサが並列に設けられている。高電圧側スイッチング回路210の4つのMOSFET H1〜H4を位相シフトPWM制御することで、トランス500の一次側には交流高電圧が発生する。MOSFET H1とH2の接続部、およびMOSFET H3とH4の接続部は、それぞれ、トランス500の一次巻線520aの引出し端子523、524(
図2〜4参照)に接続されている。
【0014】
(低電圧側整流回路の回路構成)
低電圧側整流回路220は、MOSFET S1、S2で構成される二つの整流相と、チョークコイル206(Lout)および平滑用コンデンサ208(Cout)から構成される平滑回路とを有している。それぞれの整流相の高電位側配線、すなわちMOSFET S1、S2のドレイン側配線はトランス500の二次巻線520bのコイル端子521、522(
図2〜4参照)に接続されている。トランス500の二次側センタタップ端子は、チョークコイル206(Lout)に接続され、チョークコイル206(Lout)の出力側に平滑用コンデンサ208(Cout)が接続されている。
【0015】
なお、
図1では、整流素子は2つのMOSFET S1、S2で例示されているが、整流素子を構成するMOSFETの個数は設計上、適宜、定めることができる。
【0016】
DC−DCコンバータ装置100は、低電圧側整流回路220のMOSFETS1、S2にかかるサージ電圧を抑制するためのアクティブクランプ回路230を備えている。アクティブクランプ回路230は、アクティブクランプ用MOSFET S3、S4、およびアクティブクランプ用コンデンサ209(Cc)を備えている。
【0017】
トランス500は、温度センサ400を備えている。
トランス500は、上述した通り、交流高電圧を交流低電圧に変換する。詳細は後述するが、トランス500は、一次巻線、二次巻線および磁性体コアを備えている。一次巻線に交流を流し、磁性体コア中に磁束を発生させ、この磁束による電磁誘導により二次巻線に電圧を誘起させる。一次巻線と二次巻線の巻数比を変えることにより二次巻線に誘起される電圧を変えることができる。トランスには、巻線の導体損失(いわゆる銅損)および磁性体コアのコア損失(いわゆる鉄損)が存在する。トランス500の損失は、殆どは熱となって、トランス500の自己温度を上昇させるとともに、トランス500が実装される部位の周囲温度や、トランス500に接続される回路部品の温度を上昇させる。このため、本発明による実施形態では、温度センサ400によりトランス500の温度を検出し、その温度情報を制御回路240に送出する。制御回路240では、温度センサ400から送出された温度情報に応じて予め設定された定格値以下で動作するように制御する、いわゆる、温度ディレーティングを行う。温度ディレーティングは、例えば、検出温度が70℃未満では負荷率100%、検出温度が85℃以上では、動作停止(負荷率0%)とする。また、検出温度が70℃以上〜85℃未満での負荷率は、負荷率100%〜85%の範囲内で検出温度に反比例して変化する値とする。つまり、検出温度が75℃から1℃上がると負荷率が1%下がるようにする。但し、これは温度ディレーティングを説明するための例示であって、温度ディレーティングは任意に設定可能である。温度ディレーティングは、予め、設定されて所定の記憶領域に記憶されている。
【0018】
[トランスの構造]
図2は、本発明に係るDC−DCコンバータ装置に適用されるトランスの第1の実施形態を示す外観斜視図であり、
図3(A)は、
図2に図示されたトランスの上面図であり、
図3(B)は、その側面図である。
図4は、
図2に図示されたトランスの分解斜視図である。
トランス500は、一次巻線520aと、二次巻線520bと、ボビン530と、一対のコア510a、510bとを備えている。トランス500は、温度センサ400が取付けられる温度センサ取付構造550を備えている。温度センサ取付構造550に温度センサ400を取り付けることにより、トランス500の温度が検出可能となる。温度センサ取付構造550については後述する。
【0019】
コア510a、510bは、フェライト等の磁性材料により形成されている。
図4に示されるように、コア510bは、PQタイプコアであり、中央部に円筒磁脚511が形成され、円筒磁脚511の外周側方に一対の側部磁脚512が形成されている。コア510bの円筒磁脚511と側部磁脚512のとの間には、リング状の空間部513が形成されている。コア510aは、円筒磁脚511および一対の側部磁脚512の上面に配置される。
【0020】
一次巻線520aは、エナメル撚り線を巻回して形成されている。一次巻線520aは、巻線の両端から引き出された一対の引出し端子523、524を有している。上述したように、一次巻線520aの引出し端子523、524には、MOSFET H1とH2の接続部、およびMOSFET H3とH4の接続部が接続される。
二次巻線520bは、平板状導体により形成されている。
図4では、二次巻線520bは、1ターン捲回された構造として例示されている。しかし、二次巻線520bは、複数ターン捲回されたものであってもよい。二次巻線520bの巻線部の両端には、一対のコイル端子521、522が形成されている。上述したように、二次巻線520bのコイル端子521、522には、MOSFET S1、S2のドレイン側配線が接続される。
【0021】
図6(A)は、
図4に図示されたボビンの斜視図であり、
図6(B)は、
図6(A)の領域VIBの拡大図である。
ボビン530は絶縁材料で形成されている。
図6(a)に図示されるように、ボビン530は、軸方向に離間対向して配置された上板部531と下板部532を有する。一次巻線520aは上板部531と下板部532との間に配置される。上板部531は、一次巻線520aと二次巻線520bとを絶縁する。下板部532は、コア510bと一次巻線520aとを絶縁する。
【0022】
上板部531および下板部532は、それぞれ、コア510bの円筒磁脚511を挿通する円形の開口部533を有する。上板部531の開口部533の周縁部には、突出筒部534が形成されている。二次巻線520bは、その巻線部を突出筒部534の外周側に配置した状態で、上板部531上に載置される。ボビン530は、一次巻線520a、二次巻線520bが取付けられた状態で、上板部531と下板部532の開口部533を、コア510bの円筒磁脚511に挿通して、コア510bの空間部513内に配置される。ボビン530が収容されたコア510bの上面にコア510aが配置され、トランス500が作製される。
【0023】
図5(A)は、
図2に図示された温度センサの側面図であり、
図5(B)は、
図5(A)のVB−VB線拡大断面図である。
温度センサ400は、センサ部410と、信号線420と、コネクタ430とを備えている。センサ部410は、サーミスタ等のセンサ素子411をはんだ等の接続材412により信号線420に接続し、樹脂413をポッティングし、樹脂413を高熱伝導性の保護材414により保護した構造を有する。
【0024】
[温度センサ取付構造]
図7は、
図3(A)のVII−VII線断面図である。
ボビン530には、温度センサ取付構造550が絶縁樹脂により一体成型されている。
図6(A)、(B)に図示されるように、温度センサ取付構造550は、上板部531と下板部532の1つのコーナ部に設けられ、押付部560と、押付部保持部570とを有する。押付部保持部570は、押付部560の根元部である基部561を支持する支持部571を有する。押付部560は、コア510bの一側面515(
図7等参照)に沿って、コア510bの底面514(
図2、
図7参照)側に延在されている。押付部560は、可撓性を有する部材により形成されており、基部561を支持部として、延在方向と垂直方向に変形可能である。押付部560の先端部には、コア510bの一側面515側に突出するようにL字状に屈折したストッパ562が形成されている。ストッパ562は、押付部保持部570に温度センサ400のセンサ部410を挿入する際、センサ部410の先端に当接する。
【0025】
押付部保持部570は、押付部560の側方に、該押付部560から離間して設けられた一対の側壁572を有する。押付部保持部570の、コア510bの一側面515に対面する側は開口されている。押付部560の基部561とコア510bとの間には開口部573が形成されている。押付部保持部570の開口部573は、温度センサ400のセンサ部410を挿入可能に形成されている。押付部保持部570の一対の側壁572は、センサ部410を挿入する際、センサ部410のガイド部となる。
【0026】
温度センサ400のセンサ部410を温度センサ取付構造550に取付けるには下記の手順で行う。
温度センサ400のセンサ部410を押付部保持部570の支持部571側の開口部573に挿入する。温度センサ400のセンサ部410を、センサ部410の測定面側である一面側をコア510bの一側面515に接触した状態で、押付部保持部570の側壁572をガイドとしてコア510bの底面514側に押し込んでいく。温度センサ400は、センサ部410の他面側により、押付部560をコア510bの一側面515とは反対側に撓ませながら下降する。温度センサ400は、センサ部410の先端部が押付部560のストッパ562に当接して、挿入が規制される。この状態では、
図7に図示されるように、温度センサ400のセンサ部410は、押付部560の復元力により、その測定面側である一面側がコア510bの一側面515に密着するように押し付けられる。
これにより、トランス500のコア510bの温度が温度センサ400のセンサ部410により検出されるようになり、信号線420およびコネクタ430を介して制御回路240に送信することが可能となる。制御回路240は、温度センサ400により検出された温度情報に基づいて、予め設定された温度ディレーティング、例えば、定格値以下の動作を行う。
【0027】
上述した第1の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)DC−DCコンバータ装置100における交流高電圧を交流低電圧に変換するトランス500のボビン530に、温度センサ400のセンサ部410を、トランス500のコア510aに押し付ける押付部560を一体成型した。このため、トランス500の構造を簡素とすることができ、かつ、温度センサ400によりトランス500の温度を制御回路240に送信することができる。
【0028】
(2)押付部560を可撓性部材により形成し、可撓性部材の復元力により、温度センサ400をトランス500のコア510aに押し付けるようにした。このため、温度センサ400のセンサ部410をトランス500のコア510aに確実に密着させることができる。
【0029】
(3)ボビン530に、押付部560の基部561を支持する支持部571および該支持部571とコア510bとの間に開口部573を有する押付部保持部570を設けた。押付部保持部570は、ガイドとなる一対の側壁572を有している。このため、温度センサ400のセンサ部410を、押付部保持部570をガイド部として押付部保持部570内に挿入することができる。これにより、トランス500への温度センサ400の取付けを効率的に行うことができる。
【0030】
(4)押付部560の先端に温度センサ400のセンサ部410の先端に当接して、センサ部410の挿入を規制するストッパ562を設けた。このため、センサ部410の取付位置を確実かつ容易に設定することができる。
【0031】
(5)温度センサ400により検出した温度情報を制御回路240に送信し、制御回路240により、温度センサ400が検出した温度情報に基づいて予め設定された温度ディレーティングを行うことができる。
【0032】
−第2の実施形態−
図8〜
図10を参照して、本発明の第2の実施形態を説明する。
図8は、本発明に係るDC−DCコンバータ装置に適用されるトランスの第2の実施形態を示す外観斜視図である。
図9(A)は、
図8に図示されたトランスの上面図、
図9(B)は側面図である。
図10(A)は、
図8の領域XAの拡大図であり、
図10(B)は、
図9(B)のXB−XB線拡大断面図である。
第2の実施形態は、温度センサ400により、トランス500の一次巻線520aの温度を検出する。第2の実施形態のトランス500は、温度センサ取付構造650が第1の実施形態の温度センサ取付構造550と相違するのみであり、他は第1の実施形態のトランス500と同じである。従って、以下は、主として第1の実施形態と相違する構成について説明する。
【0033】
温度センサ取付構造650は、絶縁樹脂によりボビン530に一体成型されている。
温度センサ取付構造650は、コア510bの底面514からの高さ位置が、一次巻線520aの外周側面に対応する位置に形成されている。温度センサ取付構造650は、押付部660と押付部保持部670とを有する。押付部660および押付部保持部670は、コア510bの一側面518に沿って形成されている。押付部保持部670は、押付部660の根元部である基部661(
図10参照)を支持している。押付部660は、コア510bの一側面518に沿って、コア510bの一方の側部磁脚の外面517からコア510bの他方の側部磁脚の外面516側に向けて延在されている。押付部660は、可撓性を有する部材により形成されており、基部661を支持部として、一次巻線520aの外周と接離する方向に変形可能である。押付部660は、基部661から、一次巻線520aの外周に接近する側に傾斜し、さらに先端部662側が一次巻線520aの外周から遠ざかる側に傾斜状に屈折されている。
【0034】
押付部保持部670は、押付部660の側方に、該押付部660から離間して設けられた一対の側壁672と、該一対の側壁672を連結する底部とを有する。押付部保持部670の、一次巻線520aに対面する側は開口されている。また、押付部保持部670の、押付部660の先端部662側には、開口部673が形成されている。押付部保持部670の開口部673は、温度センサ400のセンサ部410を挿入可能に形成されている。押付部保持部670の一対の側壁672は、センサ部410を挿入する際、センサ部410のガイド部となる。
【0035】
温度センサ400のセンサ部410を温度センサ取付構造650に取付けるには、下記の手順で行う。
温度センサ400のセンサ部410を、コア510bの他方の側部磁脚の外面516側から押付部660の先端部662側に設けられた開口部673に挿入し、コア510bの一方の側部磁脚の外面517側に押し込んでいく。このとき、押付部660の先端部662は、一次巻線520aから遠ざかる側に傾斜状に屈折しているので、温度センサ400のセンサ部410は、押付部660を一次巻線520aから遠ざかる方向に変形させる。そして、温度センサ400のセンサ部410は押付部保持部670の側壁672をガイドとして押し込まれていく。温度センサ400は、センサ部410の測定面側である一面側を一次巻線520aの外周側面に接触した状態で、他面側で押付部560をコア510bの一側面518とは反対側に撓ませながら押し込まれる。このため、温度センサ400のセンサ部410の先端が押付部保持部670の底部に達した状態では、
図10(B)に図示されるように、温度センサ400のセンサ部410は、押付部660の復元力により、その測定面側である一面側が一次巻線520aの外周側面に密着するように押し付けられる。
【0036】
これにより、一次巻線520aの温度が温度センサ400のセンサ部410により検出され、信号線420、コネクタ430を介して制御回路240に送信される。このため、制御回路240により、温度センサ400により検出された温度情報に基づいて、予め設定された温度ディレーティング、例えば、定格値以下の動作を行う。
【0037】
第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)〜(5)と同様な効果を奏する。但し、第1の実施形態におけるコア510bを一次巻線520aに置き換えて読むこととする。
【0038】
−第3の実施形態−
図11〜
図13を参照して、本発明の第3の実施形態を説明する。
図11は、本発明に係るDC−DCコンバータ装置に適用されるトランスの第3の実施形態を示す外観斜視図である。
図12(A)は、
図11に図示されたトランスの上面図であり、
図12(B)は側面図である。
図13(A)は、
図11の領域XIIIAの拡大図であり、
図13(B)は、
図12(B)のXIIIB−XIIIB線拡大断面図である。
第3の実施形態は、温度センサ400により、トランス500の二次巻線520bの温度を検出する。
【0039】
第3の実施形態において、温度センサ取付構造650は、コア510bの底面514からの高さ位置が、二次巻線520bの側面に対応する位置とされている以外は、第2の実施形態と同様である。
つまり、
図13(a)、(b)に図示されるように、温度センサ400のセンサ部410は、二次巻線520bの外周側面に密着している。この状態で、温度センサ400のセンサ部410は、温度センサ取付構造650の押付部660の復元力により二次巻線520bの外周側面に押し付けられている。
第3の実施形態における他の構成は、第2の実施形態と同一である。従って、第3の実施形態における第2の実施形態と同一の部材に、同一の符号を付して説明を省略する。
【0040】
第3の実施形態においても、第1の実施形態の効果(1)〜(5)と同様な効果を奏する。但し、第1の実施形態におけるコア510bを二次巻線520bに置き換えて読むこととする。
【0041】
なお、上記各実施形態では、押付部560、660は、樹脂により形成されている部材として例示した。しかし、押付部560、660は、ばね鋼等の弾性金属部材により形成してもよい。この構造は、弾性金属部材をボビン530にインサート成型すると効率的に作製することができる。
【0042】
上記各実施形態では、トランス500はPQコアを用いたものとして例示した。しかし、例えば、EEコアやEI等のPQコア以外のコアを用いるようにしてもよい。
【0043】
上記実施形態におけるDC−DCコンバータ回路は一例であって、本発明は、他の回路構成を用いることを何ら制限するものではない。例えば、平滑回路部やフィルタ部は、他の回路構成としたり、適宜、省略したりすることができる。
【0044】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。