(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＣ電源のサイズを縮小することによって、ＰＣＢの配置に関する問題を解決した改良されたＤＣ電源を提供する。【解決手段】ＤＣ電源（フライバックコンバータ）は、一次巻線１１および２つ以上の二次巻線１２を有するトランスを備える。一次巻線の一方の端部は、ＤＣ電源に接続される。各二次巻線は、それぞれ出力に接続される。各出力は、ゲートドライバ回路に高電圧および低電圧を供給する。ゲートドライバ回路は、ＩＧＢＴのゲート‐エミッタ電圧またはパワーＭＯＳＦＥＴのゲート‐ソース電圧を供給する。フライバックコンバータは、十分に電気的に絶縁されている。複数のゲートドライバ回路は１つのフライバックコンバータを共有することができる。したがって、ＤＣ電源を実装するスペースを縮小することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライバックコンバータであって、
一次巻線および２つ以上の二次巻線を有するトランスを備え、
前記一次巻線の一方の端部は、ＤＣ電源に接続され、
各二次巻線は、それぞれ出力に接続され、各出力は、ゲートドライバ回路に高電圧および低電圧を供給し、前記ゲートドライバ回路は、ＩＧＢＴのゲート‐エミッタ電圧またはＭＯＳＦＥＴのゲート‐ソース電圧を供給する、フライバックコンバータ。
【請求項２】
前記一次巻線の他方の端部は、フライバック電力変換のために、スイッチングデバイスに接続されることを特徴とする、請求項１に記載のフライバックコンバータ。
【請求項３】
前記スイッチングデバイスがＭＯＳＦＥＴであることを特徴する、請求項２に記載のフライバックコンバータ。
【請求項４】
前記フライバックコンバータは、さらに、フライバックコンバータコントローラ回路に接続されたフィードバック回路を備え、前記フィードバック回路の電圧を参照することによって、前記二次巻線の電圧を調整するために前記スイッチングデバイスをスイッチオンおよびスイッチオフすることを特徴とする、請求項２または３に記載のフライバックコンバータ。
【請求項５】
前記フィードバック回路は、前記トランスと磁気的に結合されたフィードバック巻線と、整流回路と、平滑回路と、を備えることを特徴とする、請求項４に記載のフライバックコンバータ。
【請求項６】
前記整流回路はダイオードを備え、前記ダイオードのアノードは、前記トランスと磁気的に結合された前記フィードバック巻線の、極性ドットの付いた端部以外の端部に接続され、前記ダイオードのカソードは、下流の前記平滑回路に接続されることを特徴とする、請求項５に記載のフライバックコンバータ。
【請求項７】
前記平滑回路は、前記整流回路の下流に配置されたキャパシタを備え、前記キャパシタの一方の端部は、前記ダイオードのカソードに接続され、また前記キャパシタの前記一方の端部は、第１抵抗によって前記フライバックコンバータコントローラ回路にも接続され、前記キャパシタの他方の端部は、接地され、また、前記トランスと磁気的に結合された前記フィードバック巻線の極性ドットの付いた端部にも接続され、前記キャパシタの前記他方の端部は、第２抵抗によって前記フライバックコンバータコントローラ回路にも接続されることを特徴とする、請求項５に記載のフライバックコンバータ。
【請求項８】
前記低電圧は、前記ＩＧＢＴのエミッタまたは前記ＭＯＳＦＥＴのソースの電位に対する負の電圧であることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載のフライバックコンバータ。
【請求項９】
前記高電圧および前記低電圧は、ツェナーダイオードを使用するシャントレギュレータによって調整されることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のフライバックコンバータ。
【請求項１０】
前記フライバックコンバータおよび全ての前記ゲートドライバ回路は、単一のプリント回路基板上に実装されることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のフライバックコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライバックコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴのようなスイッチングデバイスを使用して（通常＞６０Ｖの）ＤＣ高電圧が処理されるパワーエレクトロニクス機器では、各スイッチングデバイスのゲート‐ソースまたはゲート‐エミッタ電圧としてのスイッチング信号は、独立したゲートドライバ回路によって供給されることが多い。スイッチング信号として電流を供給するためのゲートドライバ回路の能力は、デバイスを強制的にスイッチオンまたはスイッチオフするためにゲートキャパシタを正または負にすばやく蓄積するのに、十分な大きさである。一方、人間の安全性を高度に優先する必要があるため、ＤＣ高電圧ラインが電気的に絶縁されて、グランドからフロートされる必要がある間、ゲートドライバ回路の入力信号回路は、ハウジングボックス（または車体等）に電気的に接地され、比較的な低電圧回路の基準電位を安定させることが望ましい。
【０００３】
図１を参照すると、ほとんどの場合、ゲートドライバ回路２は、入力信号と、ＤＣ高電圧ラインに接続されたスイッチングデバイスにゲート電圧としてスイッチング信号を供給する出力と、の間に、電気的絶縁機能を有するよう設計されている。ゲートドライバ回路２は、通常、出力信号としてゲート電圧を供給するために補助的なＤＣ電源１を必要とする。補助的なＤＣ電源１は、高スピードスイッチングへの最近の要求に応じて、ゲートドライバ回路２のより近くに配置されることが望ましい。パワーＭＯＳＦＥＴ３のゲート‐ソース電圧を供給する、絶縁ゲートドライバ回路は、周囲から電気的に絶縁される必要がある。この補助的なＤＣ電源１も絶縁される必要がある（ＤＣ高電圧は、周囲から破線内側で電気的に絶縁されている）。また、それは安定したＤＣ電源である必要もある。
【０００４】
パワーエレクトロニクスの分野では、多くの場合、図２に示すように、パワーＭＯＳＦＥＴ３のようなスイッチングデバイスの一対が、１つのデバイスモジュール５にパッケージされている。時には、３対のスイッチングデバイスが、１つにパッケージされることさえある。極端な場合、６対または７対のスイッチングデバイスが、１つにパッケージされる。パワーＭＯＳＦＥＴ３は、ＩＧＢＴおよびダイオードの対に置き換えられてもよい。そのような場合、各スイッチングデバイスに必要な絶縁ゲートドライバ回路２は、好適には、単一のＰＣＢ（Printed Circuit Board／プリント回路基板）４上に実装される。スイッチングデバイスおよびゲートドライバ回路の物理的構成は、各スイッチングデバイス用のゲート駆動信号の伝搬遅延を最小限とし、また各ゲートドライバ回路間で信号の伝搬が不均一となるのを回避することを考慮したうえで、可及的に適切な構成とすべきである。上述のように、ＤＣ電源１は、ゲート‐ソース電圧またはゲート‐エミッタ電圧用の低電圧および高電圧を、絶縁ゲートドライバ回路２に供給する。したがってＤＣ電源１も、好適には同一のＰＣＢ４上に実装される。図２の場合、これは、各々がＤＣ電源１を備える２つの絶縁ゲートドライバ回路２が、単一のＰＣＢ４上に実装されることを意味する。したがって、複数のパワーＭＯＳＦＥＴまたはＩＢＧＴを駆動させる必要がある場合、ＰＣＢの配置にはいくつかの制限がある。３対のスイッチングデバイスが１つのパッケージに組み立てられている場合、単一のＰＣＢ上に実装されたゲートドライバ回路の数は６である。ゲートドライバ回路の数は、それぞれ、６対の場合には１２、７対の場合には１４である。スイッチングデバイスの数が増える場合、ＰＣＢの配置状態は、ますます制限される。さらに、市場ではパッケージ自体のサイズをコンパクト化することさえ要求される。そのため、対応してＰＣＢをより小さくすることが求められる。この要求によっても、ＰＣＢの配置状態がより厳しく制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの理由から、パワーエレクトロニクス機器の技術分野では、上述の問題を解決する新しい補助的なＤＣ電源を提供する必要がある。具体的には、ＤＣ電源のサイズを縮小することによって、ＰＣＢの配置に関する問題を解決する、新しく、かつ改良されたＤＣ電源が必要なのである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、一次巻線および２つ以上の二次巻線を有するトランスを備えるフライバックコンバータを提供することである。一次巻線の一方の端部は、ＤＣ電源に接続される。各二次巻線は、それぞれ出力に接続される。各出力は、ゲートドライバ回路に高電圧および低電圧を供給する。ゲートドライバ回路は、ＩＧＢＴのゲート‐エミッタ電圧またはパワーＭＯＳＦＥＴのゲート‐ソース電圧を供給する。
【０００７】
フライバックコンバータを用いて、ゲートドライバ回路をトランスの二次巻線と接続することによって、ゲートドライバ回路を周囲から容易に絶縁することができる。トランスは、フライバックコンバータの必要不可欠な部分である。したがって、フライバックコンバータは、上述の絶縁ゲートドライバ回路に適したＤＣ電源である。さらに、複数の二次巻線が複数の出力として使用されるため、複数のゲートドライバ回路が、１つのフライバックコンバータを補助的なＤＣ電源として共有することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】パワーＭＯＳＦＥＴとしてのスイッチングデバイス用の、従来の駆動システムの概略図である。
【図２】パワーＭＯＳＦＥＴとしてのスイッチングデバイス用の、別の従来の駆動システムの概略図であり、１対のスイッチングデバイスがパワーＭＯＳＦＥＴとして、１つのモジュールにパッケージされている。
【図３】本発明の実施形態によるフライバックコンバータの概略図である。
【図４】図３に示すフライバックコンバータを使用する、パワーＭＯＳＦＥＴとしてのスイッチングデバイス用の駆動システムの概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による、特に二次巻線の数が２を超える場合のフライバックコンバータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図３および図４を参照すると、本発明の実施形態によるフライバックコンバータが概略的に示される。フライバックコンバータは、一次巻線１１および２つの二次巻線１２を有するトランスを備える。一次巻線１１の、極性ドットの付いた端部は、Ｖｄｃと記された外部ＤＣ電源に接続されている。各二次巻線１２は、それぞれ（出力１および出力２と記された）出力に接続されている。各出力は、ゲートドライバ回路２に高電圧および低電圧を供給する。ゲートドライバ回路２は、ＩＧＢＴ（図示せず）のゲート‐エミッタ電圧またはパワーＭＯＳＦＥＴ３（図４参照）のゲート‐ソース電圧を供給する。一次巻線１１の（極性ドットの付いた端部以外の）他方の端部は、スイッチングデバイス、すなわち、このフライバック電力変換を代表するＭＯＳＦＥＴに接続されている。一次巻線の両方の端部は、スナバ回路にも接続されている。この場合スナバ回路は、ＭＯＳＦＥＴがスイッチされる間に一次巻線の両方の端部の間で常に発生する異常電圧を抑制するために実装されている。したがって、こうした異常電圧に起因するＭＯＳＦＥＴの故障を回避することができる。
【００１０】
フライバックコンバータは、さらに、フライバックコンバータコントローラ回路に接続されたフィードバック回路を備える。フィードバック回路は、フィードバック制御によって、二次巻線の電圧を調整するために使用される。フィードバック回路は、フィードバック巻線１３、ダイオードＤ１、およびキャパシタＣ１を備える。ダイオードＤ１のアノードは、フィードバック巻線１３の極性ドットの付いていない端部に接続されている。キャパシタＣ１の一方の端部は、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。またキャパシタＣ１のこの一方の端部は、第１抵抗Ｒ１によってフライバックコンバータコントローラ回路にも接続されている。キャパシタＣ１の他方の端部は、接地され、また、トランスと磁気的に結合されたフィードバック巻線１３の極性ドットの付いた端部にも接続されている。またキャパシタＣ１のこの他方の端部は、第２抵抗Ｒ２によってフライバックコンバータコントローラ回路にも接続されている。
【００１１】
この実施形態においてはＭＯＳＦＥＴ３が使用されている。しかしながら当業者は、ＩＧＢＴが使用される場合にもフライバックコンバータの回路配置が基本的に同一である、と理解するであろう。
【００１２】
低電圧は、ＩＧＢＴのエミッタまたはパワーＭＯＳＦＥＴのソースの電位に対する負の電圧である。それは、ゲートを強制的にスイッチオフするために使用される。高電圧および低電圧は、ツェナーダイオードを使用するシャントレギュレータによって調整される。
【００１３】
フライバックコンバータおよび全てのゲートドライバ回路は、単一のプリント回路基板４上に実装されている。パワーＭＯＳＦＥＴの対は、デバイスモジュール５にパックされている。
【００１４】
ここで図５を参照すると、本発明の別の実施形態によるフライバックコンバータが示される。このフライバックコンバータでは、二次巻線の数が２を超える。３以上の二次巻線が、トランスと磁気的に結合されている。
【００１５】
特定の実施形態を参照して、上記で本発明を説明した。しかしながら、この記載は、本発明の例示であり、したがって本発明を限定するものと解釈されるべきではない。添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、当業者には、多様な変更および応用が念頭に浮かぶであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020115739.tif 000005
【図４】
2020115739.tif 000006
【図５】
2020115739.tif 000007
【外国語明細書】
2020115739000001.pdf