(57)【要約】【課題】入力線からのノイズ放射を抑制し、周辺機器への影響を防止する。【解決手段】入力部と、出力部と、平滑コンデンサＣ０と、複数のスイッチ素子を有する通電制御部１０とを備え、複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１００であって、第１のインダクタＬ１は、入力部の正極側端子に対して平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が入力部の正極側端子と接続され、他端が通電制御部１０の正極側端子と接続され、第２のインダクタＬ２は、入力部の負極側端子に対して平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が入力部の負極側端子と接続され、他端が通電制御部の負極側端子と接続されている。【選択図】図１
2011010519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極側端子と負極側端子とを有する入力部と、正極側端子と負極側端子とを有する出力部と、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記入力部の負極側端子と接続された平滑コンデンサと、前記入力部と前記出力部との間に設けられた複数のスイッチ素子を有する通電制御部とを備え、前記複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータであって、
第１のインダクタは、
前記入力部の正極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の正極側端子と接続され、
第２のインダクタは、
前記入力部の負極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の負極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の負極側端子と接続されている
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを備え、
前記第１のスイッチ素子は、
一端が前記第１のインダクタの他端に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第２のスイッチ素子は、
一端が前記第１のインダクタの他端と前記第１のスイッチ素子の一端とに接続され、他端が前記第２のインダクタの他端と前記出力部の負極側端子とに接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
磁気相殺型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
コアを介して１次巻線と２次巻線とが磁気的に結合し、１対１の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第１のインダクタの他端に前記１次巻線と前記２次巻線との共通端子を接続する磁気相殺型の変圧器をさらに備え、
前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子と第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子とを備え、
前記第１のスイッチ素子は、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前紀第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第２のスイッチ素子は、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第３のスイッチ素子は、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第４のスイッチ素子は、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
磁気相殺型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
コアを介して１次巻線と２次巻線とが磁気的に結合し、１対１の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第１のインダクタの他端に前記１次巻線と前記２次巻線との共通端子を接続する磁気相殺型の変圧器をさらに備え、                                                                    
前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第１のダイオードと第２のスイッチ素子と第２のダイオードとを備え、
前記第１のスイッチ素子は、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第１のダイオードは、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第２のスイッチ素子は、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第２のダイオードは、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
磁気相殺型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
コアを介して１次巻線と２次巻線とが磁気的に結合し、１対１の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第１のインダクタの他端に前記１次巻線と前記２次巻線との共通端子を接続ずる磁気相殺型の変圧器をさらに備え、
前記通電制御部は、第１のダイオードと、第１のスイッチ素子と、第２のダイオードと第２のスイッチ素子とを備え、
前記第１のダイオードは、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第１のスイッチ素子は、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第２のダイオードは、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、
前記第２のスイッチ素子は、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
スイッチトキャパシタンス型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、
前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子と第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子とを備え、
前記第１のスイッチ素子は、一端が前記第１のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第２のスイッチ素子は、他端が前記第１のインダクタの他端に接続され、一端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、
前記第３のスイッチ素子は、一端が前記第２のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、
前記第４のスイッチ素子は、他端が前記第２のインダクタの他端に接続され、一端が前記第２のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
スイッチトキャパシタンス型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、
前記通電制御部は、第１のダイオードと第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子と第２のダイオードとを備え、
前記第１のダイオードは、一端が前記第１のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第１のスイッチ素子は、他端が前記第１のインダクタの他端に接続され、一端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、
前記第２のスイッチ素子は、一端が前記第２のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、
前記第２のダイオードは、他端が前記第２のインダクタの他端に接続され、一端が前記第２のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項８】
スイッチトキャパシタンス型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、
前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第１のダイオードと第２のダイオードと第２のスイッチ素子とを備え、
前記第１のスイッチ素子は、一端が前記第１のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、
前記第１のダイオードは、他端が前記第１のインダクタの他端に接続され、一端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、
前記第２のダイオードは、一端が前記第２のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、
前記第２のスイッチ素子は、他端が前記第２のインダクタの他端に接続され、一端が前記第２のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線が第１のコアに巻き回しされ、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線が第２のコアに巻き回しされており、
前記第１のコアと前記第２のコアは独立して構成されていることを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記第１のコア及び前記第２のコアはそれぞれギャップ（隙間）を有していることを特徴とする請求項９記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１１】
前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、
前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように１つの閉磁路が形成される１つのコアを共用してそのコアの異なる対向部分に巻き回しされている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１２】
前記コアの対向部分には、ギャップ（隙間）が形成されている
ことを特徴とする請求項１１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１３】
前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、
前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされており、
前記コアは、
中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、
前記第１の巻線は、前記一方の側磁脚に巻き回しされ、
前記第２の巻線は、前記他方の側磁脚に巻回しされている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１４】
前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、
前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされており、
前記コアは、
中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、
前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、前記中央磁脚に積み重なるように巻き回しされ、
前記中央磁脚と前記側磁脚には、ギャップ（隙間）が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１５】
前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、
前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされており、
前記コアは、
中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、
前記中央磁脚を介して前記２つの側磁脚をつなぐつなぎ部を有し、
前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、前記つなぎ部を挟んで前記中央磁脚に積み重なるように巻き回しされている
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の電動及び電動アシストシステム系における電力変換器、特に、ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車１０００の電動及び電動アシストシステム系の電力変換器の構成は、電力制御装置（ＰＣＵ：Power Control Unit）５００とバッテリ６００とが、配線５５０を介してある距離を隔てて配設される。そして、この電力制御装置（ＰＣＵ）５００には、バッテリ６００からの入力電気信号を受信するノイズフィルタ５２０と、その信号を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５１０とが備えられている（図１６及び図１７）。
【０００３】
そして、ノイズフィルタ５２０は、ノイズ放射低減機能を有するコア共用型のインダクタで構成される。このコア共用型のインダクタの巻線方向は、お互いに磁気を打ち消し合うように巻き回しされているため、このコア共用型のインダクタの相互インダクタンスＭは、ゼロとなっている。したがって、このノイズフィルタ５２０にメインの電流が入力されても、磁気蓄積効果は発生しないため、ノイズフィルタ５２０は、磁気蓄積機能を持っていない。
【０００４】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１０は、このノイズフィルタ５２０側の入力部側の平滑コンデンサＣ０、磁気蓄積機能を有するインダクタＬ、通電制御を行う２個のスイッチ素子（ここでは、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）Ｓ１、Ｓ２、及び、出力部端子間には、キャパシタＣ１を備えて構成されている（図１７）。したがって、ノイズ放射低減機能と磁気蓄積機能とが、ノイズフィルタ５２０とＤＣ／ＤＣコンバータ５１０とに機能分担された形態になっている。
【０００５】
また、磁気蓄積機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータとしては、例えば、２つの直列キャパシタを交互に充電することで、昇圧（降圧）率を可変とするＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている（例えば、特許文献１）。このＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ４をオン・オフ制御することにより、ＤＣ電源入力部からキャパシタＣ１及びＣ２を個々に充電し、また、入力端子とスイッチＳＷ１乃至ＳＷ４との間に接続されたインダクタＬ（昇降圧率可変用インダクタ）に磁気エネルギーを蓄積して、このインダクタＬからの電流によってキャパシタＣ１及びＣ２を充電して、出力部に昇圧された電圧を得るものである。
【０００６】
また、直列のキャパシタとそれに並列接続された電気スイッチとを備え、各キャパシタと電気スイッチ間に配設された突入電流防止用インダクタによって、一つの電圧レベルの降圧器の制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータも開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２２４０６０号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ００／４５１８５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記の従来技術によるＤＣ／ＤＣコンバータ５１０では、スイッチ素子Ｓ１、Ｓ２からのノイズ放射があり、このノイズは、例えば、車両後方にバッテリ６００を配置し、車両前方にＤＣ／ＤＣコンバータ５１０が配置される場合は、バッテリ６００からの配線５５０の長さは２ｍ以上にもなるので、周辺機器への影響を与える虞があった。そのために、ノイズフィルタ５２０や厳重なシールドケーブルが必要となっていた（図１６及び図１７参照）。
【０００９】
本発明は、前記問題点に鑑み創案されたもので、昇圧（降圧）を可変とするための磁気蓄積機能を有し、かつ、スイッチング時における入力線からの伝導ノイズを低減、及び、ノイズ放射を抑制し、周辺機器への影響を防止することが可能なＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、正極側端子と負極側端子とを有する入力部と、正極側端子と負極側端子とを有する出力部と、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記入力部の負極側端子と接続された平滑コンデンサと、前記入力部と前記出力部との間に設けられた複数のスイッチ素子を有する通電制御部とを備え、前記複数のスイッチ素子をスイッチングすることにより電力変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータであって、第１のインダクタは、前記入力部の正極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の正極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の正極側端子と接続され、第２のインダクタは、前記入力部の負極側端子に対して前記平滑コンデンサと並列接続の関係にあり、かつ、一端が前記入力部の負極側端子と接続され、他端が前記通電制御部の負極側端子と接続されていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成により、従来のＤＣ／ＤＣコンバータの構成要素の一つである磁気蓄積機能を有する１つのインダクタを、第１のインダクタと第２のインダクタとの２つの構成として、平滑コンデンサの両端に分割配設することで、磁気蓄積機能とノイズフィルタ機能とを有するＤＣ／ＤＣコンバータを構成することができる。
【００１２】
そして、本発明の請求項２に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを備え、前記第１のスイッチ素子は、一端が前記第１のインダクタの他端に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、前記第２のスイッチ素子は、一端が前記第１のインダクタの他端と前記第１のスイッチ素子の一端とに接続され、他端が前記第２のインダクタの他端と前記出力部の負極側端子とに接続されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成により、２つのスイッチ素子から構成される通電制御部を有する従来のＤＣ／ＤＣコンバータに、磁気蓄積機能とノイズフィルタ機能とを具備させることができる。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータが磁気相殺型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、コアを介して１次巻線と２次巻線とが磁気的に結合し、１対１の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第１のインダクタの他端に前記１次巻線と前記２次巻線との共通端子を接続する磁気相殺型の変圧器をさらに備え、前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子と第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子とを備え、前記第１のスイッチ素子は、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前紀第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、前記第２のスイッチ素子は、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、前記第３のスイッチ素子は、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、前記第４のスイッチ素子は、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成により、磁気相殺型の変圧器と４つのスイッチ素子から構成される通電制御部とを有する従来の磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータに、磁気蓄積機能とノイズフィルタ機能とを具備させることができる。
【００１６】
そして、本発明の請求項４に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータが磁気相殺型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、コアを介して１次巻線と２次巻線とが磁気的に結合し、１対１の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第１のインダクタの他端に前記１次巻線と前記２次巻線との共通端子を接続する磁気相殺型の変圧器をさらに備え、前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第１のダイオードと第２のスイッチ素子と第２のダイオードとを備え、前記第１のスイッチ素子は、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、前記第１のダイオードは、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、前記第２のスイッチ素子は、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、前記第２のダイオードは、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成により、磁気相殺型の変圧器と、２つのスイッチ素子と２つのダイオードとから構成される通電制御部とを有する従来の磁気相殺型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータに、磁気蓄積機能とノイズフィルタ機能とを具備させることができる。
【００１８】
そして、本発明の請求項５に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータが磁気相殺型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、コアを介して１次巻線と２次巻線とが磁気的に結合し、１対１の巻数比で逆巻結線に接続され、前記第１のインダクタの他端に前記１次巻線と前記２次巻線との共通端子を接続ずる磁気相殺型の変圧器をさらに備え、前記通電制御部は、第１のダイオードと、第１のスイッチ素子と、第２のダイオードと第２のスイッチ素子とを備え、前記第１のダイオードは、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、前記第１のスイッチ素子は、一端が前記１次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続され、前記第２のダイオードは、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記第２のインダクタの他端及び前記出力部の負極側端子に接続され、前記第２のスイッチ素子は、一端が前記２次巻線の前記共通端子とは反対側の端子に接続され、他端が前記出力部の正極側端子に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
このような構成により、磁気相殺型の変圧器と、２つのダイオードと２つのスイッチ素子ダイオードとから構成される通電制御部とを有する従来の磁気相殺型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータに、磁気蓄積機能とノイズフィルタ機能とを具備させることができる。
【００２０】
また、本発明の請求項６に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータがスイッチトキャパシタンス型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子と第３のスイッチ素子と第４のスイッチ素子とを備え、前記第１のスイッチ素子は、一端が前記第１のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、前記第２のスイッチ素子は、他端が前記第１のインダクタの他端に接続され、一端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、前記第３のスイッチ素子は、一端が前記第２のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、前記第４のスイッチ素子は、他端が前記第２のインダクタの他端に接続され、一端が前記第２のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成により、２つの直列キャパシタと、４つのスイッチ素子から構成される通電制御部とを有する従来のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータに、磁気蓄積機能とノイズフィルタ機能とを具備させることができる。
【００２２】
そして、本発明の請求項７に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータがスイッチトキャパシタンス型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、前記通電制御部は、第１のダイオードと第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子と第２のダイオードとを備え、前記第１のダイオードは、一端が前記第１のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、前記第１のスイッチ素子は、他端が前記第１のインダクタの他端に接続され、一端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、前記第２のスイッチ素子は、一端が前記第２のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、前記第２のダイオードは、他端が前記第２のインダクタの他端に接続され、一端が前記第２のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されていることを特徴とする。
【００２３】
このような構成により、２つの直列キャパシタと、２つのダイオードと２つのスイッチ素子とから構成される通電制御部とを有する従来のスイッチトキャパシタンス型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータに、磁気蓄積機能とノイズフィルタ機能とを具備させることができる。
【００２４】
そして、本発明の請求項８に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータがスイッチトキャパシタンス型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、直列に接続された第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを前記通電制御部と前記出力部との間にさらに備え、前記通電制御部は、第１のスイッチ素子と第１のダイオードと第２のダイオードと第２のスイッチ素子とを備え、前記第１のスイッチ素子は、一端が前記第１のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの正極側及び前記出力部の正極側端子に接続され、前記第１のダイオードは、他端が前記第１のインダクタの他端に接続され、一端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、前記第２のダイオードは、一端が前記第２のインダクタの他端に接続され、他端が前記第１のキャパシタの負極側及び前記第２のキャパシタの正極側に接続され、前記第２のスイッチ素子は、他端が前記第２のインダクタの他端に接続され、一端が前記第２のキャパシタの負極側及び前記出力部の負極側端子に接続されていることを特徴とする。
【００２５】
このような構成により、２つの直列キャパシタと、２つのスイッチ素子と２つのダイオードとから構成される通電制御部とを有する従来のスイッチトキャパシタンス型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータに、磁気蓄積機能とノイズフィルタ機能とを具備させることができる。
【００２６】
また、本発明の請求項９に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線が第１のコアに巻き回しされ、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線が第２のコアに巻き回しされており、前記第１のコアと前記第２のコアは独立して構成されていることを特徴とする。
【００２７】
このような構成により、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制するノイズ放射低減効果の高いＤＣ／ＤＣコンバータを具現することができる。
【００２８】
また、本発明の請求項１０に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項９のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記第１のコア及び前記第２のコアはそれぞれギャップ（隙間）を有していることを特徴とする。
【００２９】
このような構成により、磁気飽和を防止することができる。また、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制するノイズ放射低減効果の高いＤＣ／ＤＣコンバータを具現することができる。
【００３０】
また、本発明の請求項１１に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように１つの閉磁路が形成される１つのコアを共用してそのコアの異なる対向部分に巻き回しされていることを特徴とする。
【００３１】
このような構成により、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータを具現することができる。
【００３２】
そして、本発明の請求項１２に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１１のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記コアの対向部分には、ギャップ（隙間）が形成されていることを特徴とする。
【００３３】
このような構成により、磁気飽和を防止することができる。また、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータを具現することができる。
【００３４】
また、本発明の請求項１３に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされており、前記コアは、中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、前記第１の巻線は、前記一方の側磁脚に巻き回しされ、前記第２の巻線は、前記他方の側磁脚に巻回しされていることを特徴とする。
【００３５】
このような構成により、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータを具現することができる。
【００３６】
そして、本発明の請求項１４に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされており、前記コアは、中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、前記中央磁脚に積み重なるように巻き回しされ、前記中央磁脚と前記側磁脚には、ギャップ（隙間）が形成されていることを特徴とする。
【００３７】
このような構成により、磁気飽和を防止することができる。また、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータを具現することができる。
【００３８】
そして、本発明の請求項１５に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、請求項１のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記第１のインダクタは、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、前記第２のインダクタは、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされており、前記コアは、中央磁脚と、前記中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、前記中央磁脚を介して前記２つの側磁脚をつなぐつなぎ部を有し、前記第１の巻線及び前記第２の巻線は、前記つなぎ部を挟んで前記中央磁脚に積み重なるように巻き回しされていることを特徴とする。
【００３９】
このような構成により、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータを具現することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧（降圧）を可変とするための磁気蓄積機能を有し、かつ、スイッチング時における入力線からのノイズ放射を抑制し、周辺機器への影響を防止することを可能とし、従来のノイズフィルタを削除することができる。
したがって、自動車の電動及び電動アシストシステム系における電力変換器の構成部品点数を削減し、製造コスト低減化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態のコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータを説明するための回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータを説明するための回路図である。（ａ）は、磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、（ｂ）は、スイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。
【図３】本発明の第３の実施形態のコア分離型の磁気相殺型のＤＣ／ＤＣコンバータを説明するための回路図である。（ａ）は、磁気相殺型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、（ｂ）は、磁気相殺型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。
【図４】本発明の第４の実施形態のコア分離型のスイッチトキャパシタンス型のＤＣ／ＤＣコンバータを説明するための回路図である。（ａ）は、スイッチトキャパシタンス型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、（ｂ）は、スイッチトキャパシタンス型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。
【図５】本発明の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータにおける２つのインダクタをコア共用型のインダクタコアとした場合を説明するための図であり、（ａ）は、コア共用型のＤＣ／ＤＣコンバータに電流方向を示した回路図であり、（ｂ）は、コアへの巻線方向、磁束方向を示したインダクタコアの説明図であり、（ｃ）は、コアへの巻線方向、磁束方向及び漏れ磁束方向を示した中央磁脚、側磁脚を有するインダクタコアの説明図である。
【図６】比較例としての一般的なノイズフィルタのインダクタコアについて説明するための図であり、（ａ）は、一般的なノイズフィルタに電流方向を示した構成を説明するための回路図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、コアへの巻線方向、磁束方向を示したインダクタコアの説明図である。
【図７】本発明の第５の実施形態のコア共用型のＤＣ／ＤＣコンバータを説明するための回路図である。（ａ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、（ｂ）は、磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、（ｃ）は、スイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。
【図８】本発明の第６の実施形態のコア分離型及びコア共用型ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるインダクタコアの実施形態を説明するための図である。同図には、各インダクタコアの実施形態のノイズ放射低減効果及び体格についての大小比較も合わせて示した。
【図９】ＤＣ／ＤＣコンバータのノイズ放射低減効果を測定するための測定系及び測定装置の概要を示す図である。
【図１０】本発明のコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータのノイズ放射低減効果についての測定結果を説明するための図であり、（ａ）は、回路図、（ｂ）は、得られた測定波形である。
【図１１】図１０の測定によって得られたノイズ電流値を説明するための図であり、（ａ）は、回路図、（ｂ）は、ノイズ電流値（比較値）の波形である。
【図１２】従来のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ（比較例１）のノイズ放射についての測定結果を説明するための図であり、（ａ）は、回路図、（ｂ）は、得られた測定波形である。
【図１３】従来のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ（比較例２）のノイズ放射についての測定結果を説明するための図であり、（ａ）は、回路図、（ｂ）は、得られた測定波形である。
【図１４】図１２の測定によって得られたノイズ電流値を説明するための図であり、（ａ）は、回路図、（ｂ）は、ノイズ電流値（比較値）の波形である。
【図１５】図１３の測定によって得られたノイズ電流値を説明するための図であり、（ａ）は、回路図、（ｂ）は、ノイズ電流値（比較値）の波形である。
【図１６】従来の自動車の電動及び電動アシストシステム系の電力変換器の構成を説明するための図である。
【図１７】従来のノイズフィルタ及びＤＣ／ＤＣコンバータの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの実施形態について、図１乃至図８を参照して説明する。さらに、図９乃至図１５を参照して、実施形態による測定結果を説明する。  
【００４３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態であるコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータ１００について、図１を参照して説明する。
【００４４】
コア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、正極端子及び負極端子間にＤＣ入力が行われる入力部と、バッテリから入力部までの配線長による抵抗とバッテリの内部抵抗のインピーダンスを低減する平滑コンデンサＣ０と、磁気エネルギーを蓄積し、通電制御部１０を構成するスイッチ素子からのノイズを抑制するフィルタ効果を有するインダクタＬ１及びインダクタＬ２と、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ２をオン・オフする通電制御部１０とで構成される。ここで、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ２は、大電流及び高耐圧動作が可能なトランジスタ機能と並列接続されたダイオード機能とを有するＩＧＢＴを使用する。そして、さらに、このコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータ１００は、通電制御部１０の出力電圧を平滑化するコンデンサＣ１と、出力電圧が正極端子及び負極端子間に出力される出力部とを備えて構成される。なお、図示しないが、本実施形態のコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作を制御する制御回路部が別途備えられている。
【００４５】
本実施形態のコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータ１００において、入力部は、ＤＣ入力が行われる正極端子及び負極端子からなる。平滑コンデンサＣ０は、バッテリから入力部までの配線長による抵抗とバッテリの内部抵抗のインピーダンスを低減するコンデンサであり、インダクタとＬＣ回路を形成してノイズフィルタとしても機能する。したがって、内部抵抗の低い電解コンデンサあるいはフィルムコンデンサ等が好適である。そして、インダクタＬ１及びインダクタＬ２は、本発明の主構成要素であり、磁気エネルギーを蓄積し、通電制御部１０を構成するスイッチ素子からのノイズを抑制するフィルタ効果を有するインダクタである。インダクタを構成するコアは、小型化・軽量化・高周波対応及び共用型を考慮してフェライトコアやダストコア等を使用することが好ましい。通電制御部１０は、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ２から構成され、これらのスイッチ素子のオン・オフ動作を制御する。スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ２は、大電流、高耐圧動作が可能なＩＧＢＴであり、フライホイールダイオード付のものを使用することが好ましい。また、高速スイッチングが必要とされる場合はＭＯＳＦＥＴ等が好ましい。また、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ２は、高耐圧・耐環境特性を有するＳｉＣトランジスタやＧａＮトランジスタ等の使用も考えられる。そして、コンデンサＣ１は、通電制御部１０からの出力を平滑化するコンデンサである。出力部は、コンデンサＣ１からの出力電圧を正極端子及び負極端子から出力する。
【００４６】
つぎに、このコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータ１００の動作について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００では、入力部の正極端子及び負極端子間に直流電圧が印加される。そして、入力電圧が平滑コンデンサＣ０により平滑化される。つぎに、スイッチ素子Ｓ２がオンするときインダクタＬ１とインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄積され、スイッチ素子Ｓ２がオフするとき、蓄積された磁気エネルギーがスイッチ素子Ｓ１のダイオード機能を介して所定のデューティの磁気エネルギーが出力部に出力される。また、スイッチ素子Ｓ１がオンすると、インダクタＬ１とインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄積され、スイッチ素子Ｓ１がオフするとき、蓄積された磁気エネルギーがスイッチ素子Ｓ２のダイオードを介して入力部に出力される。これにより出力部から入力部に直流エネルギーが移動する。
【００４７】
このように構成することで、本実施形態のコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータ１００では、インダクタＬ１とインダクタＬ２は、磁気蓄積機能と共に、平滑コンデンサＣ０とでノイズフィルタとして機能するため、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ２のスイッチングに発生するノイズを低減して、入力線からのノイズ放射を抑制することができる。さらに、従来の電力制御装置（ＰＣＵ）５００の構成部品であるノイズフィルタ５２０（図１６及び図１７参照）を削除することができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
つぎに、第２の実施形態として、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、前記の本発明の主要件を適用したコア分離型の磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００及びコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００の実施形態を説明する。
【００４９】
図２（ａ）は、磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００の、昇圧動作における形態を示している。昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの形態の場合は、図２（ａ）に示すように、左側の２端子が低電圧側の入力端子となり、右側の２端子が高電圧側の出力端子となる。また、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータの形態の場合は、高電圧側の右側端子が入力端子となり、低電圧側の左側端子が出力端子となり、昇圧型の場合と反対になって動作する。
【００５０】
ここでは、図２（ａ）に示した昇圧型の形態の場合について、その構成及び動作を説明する。まず構成として、磁気相殺型の昇圧型の形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、正極端子と負極端子との間にＤＣ入力が行われる入力部と、バッテリから入力部までの配線長による抵抗とバッテリの内部抵抗のインピーダンスを低減する平滑コンデンサＣ０と、この平滑コンデンサＣ０の両端に直列にそれぞれ一端が接続されたインダクタＬ１及びインダクタＬ２と、そして、インダクタＬ１の他端に一端が接続される磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５と、この磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の他端とインダクタＬ２の他端に接続されるスイッチ素子Ｓ１、スイッチ素子Ｓ２、スイッチ素子Ｓ３、及び、スイッチ素子Ｓ４をオン・オフ制御する通電制御部２０と、この通電制御部２０の出力電圧を平滑化するコンデンサＣ１と、出力電圧が正極端子及び負極端子間に出力される出力部とを備えて構成されている。なお、図示しないが、本実施形態のコア分離型の磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００の全体動作を制御する制御回路部が別途備えられている。
【００５１】
すなわち、本実施形態の磁気相殺型の昇圧型の形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２００において、入力部は、ＤＣ入力が行われる正極端子と負極端子からなる。平滑コンデンサＣ０は、バッテリから入力部までの配線長による抵抗とバッテリの内部抵抗のインピーダンスを低減するコンデンサであり、インダクタとＬＣ回路を形成してノイズフィルタとしても機能する。そして、インダクタＬ１及びインダクタＬ２は、本発明の主構成要素であり、平滑コンデンサＣ０の両端に直列にそれぞれ一端が接続され、磁気エネルギーを蓄積し、通電制御部２０を構成するスイッチ素子からのノイズを抑制するフィルタ効果を有するインダクタである。磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５は、コアを介して１次巻線（下側）と２次巻線（上側）とが磁気的に結合し、１対１の巻数比で逆巻結線に接続されている変圧器である。通電制御部２０は、スイッチ素子Ｓ１乃至スイッチ素子Ｓ４から構成され、これらのスイッチ素子のオン・オフ動作を制御する。スイッチ素子Ｓ１乃至スイッチ素子Ｓ４は、大電流及び高耐圧動作が可能なトランジスタ機能と並列接続されたダイオード機能とを有するＩＧＢＴである。コンデンサＣ１は、通電制御部２０からの出力を平滑化するコンデンサである。出力部は、コンデンサＣ１からの出力電圧を正極端子及び負極端子から出力する。
【００５２】
磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５は、コアを介して１次巻線（下側）と２次巻線（上側）とが磁気的に結合し、１対１の巻数比で逆巻結線に接続されている。図示された１次巻線及び２次巻線に付されたドット記号は、電圧が誘起されたときの高電位側を示している。コアとして、例えば、フェライトコアを使用することで高周波に対応できかつ磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５を軽量化することができる。
【００５３】
また、通電制御部２０の各スイッチ素子Ｓ１乃至Ｓ４と他の部位との接続関係を述べる。スイッチ素子Ｓ１は、その一端が磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線の共通端子とは反対側の端子に接続されており、その他端がインダクタＬ２の他端及び出力部の負極側端子に接続されている。そして、スイッチ素子Ｓ２は、その一端が磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線の共通端子とは反対側の端子に接続され、その他端が出力部の正極側端子に接続されている。スイッチ素子Ｓ３は、その一端が磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線の共通端子とは反対側の端子に接続され、その他端がインダクタＬ２の他端及び出力部の負極側端子に接続されている。そして、スイッチ素子Ｓ４は、その一端が磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線の共通端子とは反対側の端子に接続され、その他端が出力部の正極側端子に接続されている。
【００５４】
つぎに、図２（ａ）に示した昇圧型の形態の場合について、その動作を説明する。まず、別途設けられた制御回路部から通電制御部２０のスイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ３の各ゲートに信号が与えられ、スイッチ素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ３とを交互にオン・オフ動作をさせる。スイッチ素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ３のオン動作時間のデューティは、所望する昇圧（降圧）率に応じて位相をずらして変化させる。このとき、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ４の各ゲートにはオフ信号のみが与えられ、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ４は常にオフ状態に保持される。昇圧動作の場合には、入力部に入力された入力電圧である直流電圧ＤＣ＋が入力電圧となり、この直流電圧ＤＣ＋が変換され、出力部には、この入力電圧以上の約２倍の電圧値である、入力電圧ＤＣ＋とインダクタＬ１及びインダクタＬ２の誘起電圧と磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線の誘起電圧とが加算された直流電圧、が出力電圧として出力部に出力される。したがって、昇圧動作は、低電圧の入力部側から出力部の高電圧側に向かって順方向に行われる。
【００５５】
さらに、スイッチ素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ３とがそれぞれ交互にオン・オフ動作する場合について説明する。
スイッチ素子Ｓ１のみがオンすると、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線（下側）には、励磁電流が流れる。この励磁電流は入力部のＤＣ＋端子、インダクタＬ１、スイッチ素子Ｓ１、そして、インダクタＬ２のルートを流れる。スイッチ素子Ｓ１がオン状態である間は、この励磁電流は次第に増加し、スイッチ素子Ｓ１がオフされると、励磁電流は次第に減少しゼロになる。この間にインダクタＬ１及びインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチ素子Ｓ１がオフされると、この蓄積された磁気エネルギーがインダクタＬ１及びインダクタＬ２から放出される。これらインダクタＬ１とインダクタＬ２から放出される励磁電流は、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線、スイッチ素子Ｓ２のダイオード部分を通り出力部の＋端子へ流れる。
【００５６】
また、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線（下側）に励磁電流が流れると、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線（上側）には、相互誘導作用により励磁電流が発生する。この励磁電流は、スイッチ素子Ｓ４のダイオード部分を通り出力部の＋端子へ流れる。この２次巻線の励磁電流は、１次巻線の励磁電流と実質的に同形の変化特性で発生し、かつ巻線比から実質的に同じ値で生じる。この磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線の励磁電流により平滑コンデンサＣ１が充電され、その結果、出力部の前記出力電圧が出力される。
【００５７】
一方、スイッチ素子Ｓ３のみがオンすると、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線（上側）には励磁電流が流れる、この励磁電流は入力部のＤＣ＋端子、インダクタＬ１、スイッチ素子Ｓ３、そして、インダクタＬ２へ流れる。スイッチ素子Ｓ３がオン状態である間は、この励磁電流は次第に増加し、スイッチ素子Ｓ３がオフされると、励磁電流は次第に減少しゼロになる。この間にインダクタＬ１及びインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチ素子Ｓ３がオフされると、この蓄積された磁気エネルギーがインダクタＬ１及びインダクタＬ２から放出される。これらインダクタＬ１とインダクタＬ２から放出される励磁電流は、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線、スイッチ素子Ｓ４のダイオード部分を通り出力部の＋端子へ流れる。
【００５８】
また、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線（上側）に励磁電流が流れると、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線（下側）には、相互誘導作用により励磁電流が発生する。この励磁電流は、スイッチ素子Ｓ２のダイオード部分を通り出力部の＋端子へ流れる。この１次巻線の励磁電流は、２次巻線の励磁電流と実質的に同形の変化特性で発生し、かつ巻線比から実質的に同じ値で生じる。この磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線の励磁電流により平滑コンデンサＣ１が充電され、その結果、出力部の前記出力電圧が出力される。
【００５９】
したがって、磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００の昇圧動作では、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５を有するので、スイッチ素子Ｓ１がオンしかつスイッチ素子Ｓ３がオフすると、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線（下側）に励磁電流が流れ、同時に、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線（上側）にもこの変圧器Ｔ１２５磁化を相殺する方向に励磁電流が流れ、この２次巻線（上側）を通して磁気エネルギーが出力部の＋端子へ供給される。そして、スイッチ素子Ｓ３がオンしかつスイッチ素子Ｓ１がオフすると、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の２次巻線（上側）に励磁電流が流れ、同時に、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線（下側）にもこの変圧器Ｔ１２５磁化を相殺する方向に励磁電流が流れ、この１次巻線（下側）を通して磁気エネルギーが出力部の＋端子へ供給される。これによって、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線（下側）と２次巻線（上側）のそれぞれの励磁電流の向きが反対になり、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の直流磁化が相殺され、磁気飽和を抑制することができる。したがって、小さなコアであってもより大きな電力を扱うことができる。
【００６０】
また、出力部から出力される直流電圧は、インダクタＬ１とインダクタＬ２を設けたことで、入力電圧に対する出力電圧の昇圧機能は、これらインダクタＬ１とインダクタＬ２とに基づく誘導起電力と、磁気相殺型の変圧器Ｔ１２５の１次巻線（下側）と２次巻線（上側）とによる誘導起電力との和として実現される。その結果、スイッチ素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ３のオン動作時間のデューティを５０％以下に可変することにより、入力電圧を１〜２倍の範囲で所望の値に昇圧することが可能となり、デューティを５０％以上に可変にしてラップ期間を設けることにより２倍超の所望の値で昇圧することが可能となる。
【００６１】
さらに、本実施形態のコア分離型の磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００では、このように構成することで、インダクタＬ１とインダクタＬ２は、磁気蓄積機能と共に、平滑コンデンサＣ０とでノイズフィルタとして機能するため、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ３のスイッチングに発生するノイズを低減して、入力線からのノイズ放射を抑制することができる。さらに、従来の電力制御装置（ＰＣＵ）５００の構成部品であるノイズフィルタ５２０（図１６及び図１７参照）を削除することができる。
【００６２】
つぎに、コア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００の昇圧動作における形態の場合について、図２（ｂ）を参照して、その構成及び動作を説明する。
【００６３】
まず、コア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇圧型の形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３００の構成は、正極端子と負極端子との間にＤＣ入力が行われる入力部と、バッテリから入力部までの配線長によるインダクタとでＬＣ回路を形成し、ＤＣ入力のノイズを平滑化する平滑コンデンサＣ０と、この平滑コンデンサＣ０の両端に直列にそれぞれ一端が接続されたインダクタＬ１及びインダクタＬ２と、そして、インダクタＬ１の他端に並列に接続されたスイッチ素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ２と、インダクタＬ２の他端に並列に接続されたスイッチ素子Ｓ３とスイッチ素子Ｓ４とから構成される通電制御部３０と、スイッチ素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ２との他端に接続されたキャパシタＣ１と、スイッチ素子Ｓ３とスイッチ素子Ｓ４との他端に接続されたキャパシタＣ２とが直列接続された直列キャパシタ３５と、直列キャパシタ３５の両端を正極端子及び負極端子とする出力部とを備えて構成されている。なお、図示しないが、コア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇圧型の形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３００の全体動作を制御する制御回路部が別途備えられている。
【００６４】
ここで、スイッチ素子Ｓ１乃至スイッチ素子Ｓ４は、第１の実施形態と同様に、大電流及び高耐圧動作が可能なトランジスタ機能と並列接続されたダイオード機能とを有するＩＧＢＴを使用する。
【００６５】
そして、このコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇圧型の形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３００の動作を説明する。まず、別途設けられた制御回路部から通電制御部３０のスイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ３の各ゲートに信号が与えられ、スイッチ素子Ｓ２とスイッチ素子Ｓ３とを交互にオン・オフ動作をさせる。スイッチ素子Ｓ２とスイッチ素子Ｓ３のオン動作時間のデューティは、同時にオン状態にならないように５０％以下で位相をずらして変化させる。このとき、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ４の各ゲートにはオフ信号のみが与えられ、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ４は常にオフ状態に保持される。このようにすることで入力部の入力電圧を１倍から２倍に昇圧して出力部から出力する。また、５０％以上のデューティ比とすれば、Ｓ２とＳ３とが同時にオンする時間は、Ｌ１及びＬ２に磁気エネルギーが蓄積され、その蓄積エネルギーを用いることで２倍以上の昇圧を行うことも可能である。
【００６６】
そして、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２とを交互に充電すると同時に、インダクタＬ１とインダクタＬ２に磁気エネルギーを蓄積させて昇圧を行う。
【００６７】
まず、昇圧動作において、キャパシタＣ２が充電される場合の動作を説明する。スイッチ素子Ｓ２のゲート電圧が印加されてスイッチ素子Ｓ２がオンする。このとき、他のスイッチ素子Ｓ１、スイッチ素子Ｓ３、及び、スイッチ素子Ｓ４は、オフ状態である。そして、入力部のＤＣ＋端子、インダクタＬ１、スイッチ素子Ｓ２、キャパシタＣ２、スイッチ素子Ｓ４のダイオード部分、インダクタＬ２、そして、入力部のＤＣ−端子のルートで充電電流が流れる。このとき、キャパシタＣ２が充電されると共に、インダクタＬ１とインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄積される。
【００６８】
ついで、スイッチＳ２がオフする。このとき、他のスイッチＳ１、スイッチＳ３、及び、スイッチＳ４は、オフ状態である。そして、インダクタＬ１及びインダクタＬ２に蓄積されていた磁気エネルギーが放出されて、充電電流がインダクタＬ１、スイッチ素子Ｓ１のダイオード部分、キャパシタＣ１、キャパシタＣ２、スイッチ素子Ｓ４のダイオード部分、インダクタＬ２、そして、入力部のＤＣ−端子のルートで流れる。
【００６９】
一方、キャパシタＣ１が充電される場合の動作を説明する。スイッチ素子Ｓ３のゲート電圧が印加されてスイッチ素子Ｓ３がオンする。このとき、他のスイッチ素子Ｓ１、スイッチ素子Ｓ２、及び、スイッチ素子Ｓ４は、オフ状態である。そして、入力部のＤＣ＋端子、インダクタＬ１、スイッチ素子Ｓ１のダイオード部分、キャパシタＣ１、スイッチ素子Ｓ３、インダクタＬ２、そして、入力部のＤＣ−端子のルートで充電電流が流れる。このとき、キャパシタＣ１が充電されると共に、インダクタＬ１とインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄積される。
【００７０】
ついで、スイッチＳ３がオフする。このとき、他のスイッチＳ１、スイッチＳ２、及び、スイッチＳ４は、オフ状態である。そして、インダクタＬ１及びインダクタＬ２に蓄積されていた磁気エネルギーが放出されて、充電電流がインダクタＬ１、スイッチ素子Ｓ１のダイオード部分、キャパシタＣ１、キャパシタＣ２、スイッチ素子Ｓ４のダイオード部分、インダクタＬ２、そして、入力部のＤＣ−端子のルートで流れる。
【００７１】
このように、直列に接続されたキャパシタＣ１とキャパシタＣ２へ入力部から交互に充電電流を流すことと、この充電電流でインダクタＬ１とインダクタＬ２に磁気エネルギーを蓄積し、これらインダクタＬ１とインダクタＬ２からの磁気エネルギーの放出による充電電流で、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２とを充電することで昇圧動作が行われる。
【００７２】
さらに、本実施形態のコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００では、このように構成することで、インダクタＬ１とインダクタＬ２は、磁気蓄積機能と共に、平滑コンデンサＣ０とでノイズフィルタとして機能するため、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ３のスイッチングに発生するノイズを低減して、入力線からのノイズ放射を抑制することができる。さらに、従来の電力制御装置（ＰＣＵ）５００の構成部品であるノイズフィルタ５２０（図１６及び図１７参照）を削除することができる。
【００７３】
（第３の実施形態）
つぎに、第３の実施形態として、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、前記の本発明の主要件を適用したコア分離型の磁気相殺型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１１及び磁気相殺型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２の実施形態を説明する。
【００７４】
本実施形態の２つのコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータは、第２の実施形態で図２（ａ）を参照して説明した磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００の基本構成から成り、通信制御部２０の所定のスイッチ素子をダイオードに置き換えることによって、単方向昇圧型及び単方向降圧型の機能を限定した磁気相殺型のＤＣ／ＤＣコンバータとしたものであり、その他の主な構成及び機能は、第２の実施形態の磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００と同様である。ここでは、異なる点についてのみ説明する。
【００７５】
具体的には、図３（ａ）の磁気相殺型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１１は、通電制御部２１の構成を、スイッチ素子Ｓ１、スイッチ素子Ｓ２、ダイオードＤ１、及び、ダイオードＤ２としたもので、第２の実施形態で説明した昇圧型の形態に機能を限定したものである。したがって、第２の実施形態の動作で説明した、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ３とがＩＧＢＴによるスイッチ動作をする機能を持ち、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ４とが常にオフ状態で使用する場合に、すなわち、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ４のダイオード特性のみを使用することに相当する動作を行う。
【００７６】
したがって、各通電制御部のスイッチ素子とダイオードとの関係は、それぞれ、第２の実施形態の各スイッチ素子に対し、本実施形態のスイッチ素子及びダイオードは、スイッチ素子Ｓ１は、スイッチ素子Ｓ１に相当し、ダイオードＤ１は、スイッチ素子Ｓ２に相当し、スイッチ素子Ｓ２は、スイッチ素子Ｓ３に相当し、ダイオードＤ２は、スイッチ素子Ｓ４にそれぞれ相当するように配設したものである。このように構成した磁気相殺型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１１では、スイッチ素子をダイオードに置き換えることによりスイッチ数を削減している。
【００７７】
一方、図３（ｂ）の磁気相殺型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２は、通電制御部２２の構成を、ダイオードＤ１、スイッチ素子Ｓ１、ダイオードＤ２、及び、スイッチ素子Ｓ２としたもので、第２の実施形態で説明した降圧型の形態に機能を限定したものである。したがって、第２の実施形態の動作で説明した、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ４とがＩＧＢＴによるスイッチ動作をする機能を持ち、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ３とが常にオフ状態で使用する場合に、すなわち、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ３のダイオード特性のみを使用することに相当する動作を行う。
【００７８】
したがって、各通電制御部のスイッチ素子とダイオードとの関係は、それぞれ、第２の実施形態の各スイッチ素子に対し、本実施形態のスイッチ素子及びダイオードは、ダイオードＤ１は、スイッチ素子Ｓ１に相当し、スイッチ素子Ｓ１は、スイッチ素子Ｓ２に相当し、ダイオードＤ２は、スイッチ素子Ｓ３に相当し、スイッチ素子Ｓ２は、スイッチ素子Ｓ４にそれぞれ相当するように配設したものである。このように構成した磁気相殺型の単方向降圧型のＤＣＤＣコンバータ２１２では、スイッチ素子をダイオードに置き換えることによりスイッチ数を削減している。
【００７９】
このように構成することで、本実施形態のコア分離型の磁気相殺型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１１及び磁気相殺型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２では、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチングに発生するノイズを低減して、入力線からのノイズ放射を抑制することができる。そして、スイッチ素子をダイオードに置き換えることにより、スイッチ数を削減した磁気相殺型の単方向昇圧型及び単方向降圧型の機能に限定したＤＣ／ＤＣコンバータを実現することができる。
【００８０】
（第４の実施形態）
つぎに、第４の実施形態として、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、前記の本発明の主要件を適用したコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１１及びスイッチトキャパシタンス型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１２の実施形態を説明する。
【００８１】
本実施形態の２つのコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータは、第２の実施形態で図２（ｂ）を参照して説明したスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００の基本構成から成り、通信制御部３０の所定のスイッチ素子をダイオードに置き換えることによって、単方向昇圧型及び単方向降圧型の機能を有するスイッチトキャパシタンス型のＤＣ／ＤＣコンバータとしたものであり、その他の主な構成及び機能は、第２の実施形態のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００と同様である。ここでは、異なる点についてのみ説明する。
【００８２】
具体的には、図４（ａ）のスイッチトキャパシタンス型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１１は、通電制御部３１の構成を、ダイオードＤ１、スイッチ素子Ｓ２、スイッチ素子Ｓ３、及び、ダイオードＤ２としたもので、第２の実施形態で説明した昇圧型の形態に機能を限定したものである。したがって、第２の実施形態の動作で説明した、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ３とがＩＧＢＴによるスイッチ動作をする機能を持ち、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ４とが常にオフ状態で使用する場合に、すなわち、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ４のダイオード特性のみを使用することに相当する動作を行う。
【００８３】
したがって、各通電制御部のスイッチ素子とダイオードとの関係は、それぞれ、第２の実施形態の各スイッチ素子に対し、本実施形態のスイッチ素子及びダイオードは、ダイオードＤ１は、スイッチ素子Ｓ１に相当し、スイッチ素子Ｓ２は、スイッチ素子Ｓ２に相当し、スイッチ素子Ｓ３は、スイッチ素子Ｓ３に相当し、ダイオードＤ２は、スイッチ素子Ｓ４にそれぞれ相当するように配設したものである。このように構成したスイッチトキャパシタンス型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１１では、スイッチ素子をダイオードに置き換えることによりスイッチ数を削減している。
【００８４】
一方、図４（ｂ）のスイッチトキャパシタンス型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１２は、通電制御部３２の構成を、スイッチ素子Ｓ１、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、及び、スイッチ素子Ｓ２としたもので、第２の実施形態で説明した降圧型の形態に機能を限定したものである。したがって、第２の実施形態の動作で説明した、スイッチ素子Ｓ１及びスイッチ素子Ｓ４とがＩＧＢＴによるスイッチ動作をする機能を持ち、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ３とが常にオフ状態で使用する場合に、すなわち、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ３のダイオード特性のみを使用することに相当する動作を行う。
【００８５】
したがって、各通電制御部のスイッチ素子とダイオードとの関係は、それぞれ、第２の実施形態の各スイッチ素子に対し、本実施形態のスイッチ素子及びダイオードは、スイッチ素子Ｓ１は、スイッチ素子Ｓ１に相当し、ダイオードＤ１は、スイッチ素子Ｓ２に相当し、スイッチ素子Ｓ３は、ダイオードＤ２は、スイッチ素子Ｓ３に相当し、スイッチ素子２は、スイッチ素子Ｓ４にそれぞれ相当するように配設したものである。このように構成したスイッチトキャパシタンス型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１２では、スイッチ素子をダイオードに置き換えることによりスイッチ数を削減している。
【００８６】
このように構成することで、本実施形態のコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の単方向昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１２及びスイッチトキャパシタンス型の単方向降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１２では、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチングに発生するノイズを低減して、入力線からのノイズ放射を抑制することができる。そして、スイッチ素子をダイオードに置き換えることにより、スイッチ数を削減したスイッチトキャパシタンス型の単方向昇圧型及び単方向降圧型の機能に限定したＤＣ／ＤＣコンバータを実現することができる。
【００８７】
つぎに、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータにおけるインダクタＬ１及びインダクタＬ２のコアを共用型にした場合を想定し、その共用型インダクタコアについて、従来の一般的なノイズフィルタ５２０と比較しながら、図５及び図６を参照して説明する。
【００８８】
図５（ａ）は、例えば、コア共用型のインダクタコアを本発明の第１の実施形態で説明したＤＣ／ＤＣコンバータ１００に適用したＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を示す。図５（ａ）では、印加する電流方向と発生する誘導磁場方向とを示した回路図である。インダクタＬ１は、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、インダクタＬ２は、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有しており、これら第１の巻線及び第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように相互インダクタンスＭを有して配設されていることが要件である。
【００８９】
また、図５（ｂ）は、本実施形態におけるインダクタＬ１とのインダクタＬ２の巻線方向と発生する磁束方向をと示した図である。各巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように閉磁路が形成される一つのコアを共用して巻き回しされている。
【００９０】
そして、図５（ｃ）は、中央磁脚とこの中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有する一つのコアに、本実施形態におけるインダクタＬ１とインダクタＬ２の巻線方向と発生する磁束方向とを示した図である。一方及び他方の側磁脚にそれぞれインダクタＬ１とインダクタＬ２の巻線が巻き回しされている。
【００９１】
したがって、本実施形態においては、２つのコイルを直列に巻いた場合と同様なインダクタンスの値を有する。そして、磁気蓄積機能を持ち昇圧に必要なインダクタンスを持つものである。
【００９２】
また、図６（ａ）は、従来の一般的なノイズフィルタ５２０において、電流方向を示した回路図である。ノイズフィルタ５２０においては、通電時に発生する磁束が打ち消し合うように、すなわち、相互インダクタンスＭが１になるように配設されている。そして、コモンモードノイズに対しては強めあうようにインダクタンスが発生してノイズを低減するが、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、通電電流に対してはインダクタンスを持たない。したがって、このノイズフィルタ５２０は、磁気蓄積機能がない。
【００９３】
（第５の実施形態）
そして、第５の実施形態として、図７（ａ）乃至図７（ｃ）を参照して、本発明の主要件であるインダクタＬ１とインダクタＬ２とが、コア共用型である形態とした、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０、磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１０及びスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０の実施形態を説明する。
【００９４】
この実施形態のコア共用型においては、インダクタＬ１は、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、インダクタＬ２は、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有しており、これら第１の巻線及び第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように相互インダクタンスＭを有して形成されている。
【００９５】
その他の構成及び機能は、第１の実施形態及び第２の実施形態で説明したＤＣ／ＤＣコンバータ１００、磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００及びスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３００とそれぞれ同様である。
【００９６】
このように構成することで、本実施形態のコア共用型のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０、磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１０及びスイッチトキャパシタタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０では、第１の実施形態及び第２の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータにおけるコア分離型のインダクタＬ１及びインダクタＬ２の構成よりも体格の小さいインダクタコアを有し、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチングに発生するノイズを低減して、入力線からのノイズ放射を抑制することができるＤＣ／ＤＣコンバータ１１０、磁気相殺型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２１０及びスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０となっている。
【００９７】
（第６の実施形態）
つぎに、前記のインダクタコアに関する考察を踏まえて、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータの実施形態として、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照してインダクタコアの構成例を説明する。
【００９８】
図８（Ａ）（ａ）及び図８（Ａ）（ｂ）は、第１の実施形態のコア分離型のＤＣ／ＤＣコンバータ１００におけるインダクタコアの実施形態を説明するための図であり、図８（Ｂ）（ｃ）乃至図８（Ｂ）（ｇ）は、図５（ａ）のコア共用型のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０におけるインダクタコアの実施形態を説明するための図である。
【００９９】
さらに、図８における各実施形態は、各インダクタコアの実施形態のノイズ放射低減効果及び体格についての大小比較を横軸にして配置した。図８において、紙面左側に配置されるほどノイズ放射低減効果が大きく、体格は大きくなる。一方、紙面右側に配置されるほどノイズ放射低減効果は小さく、体格は小さくなることを示している。
【０１００】
図８Ａ（ａ）において、イングクタＬ１は、通電時に磁束を生じる巻線がコア１に巻き回しされ、インダクタＬ２は、通電時に磁束を生じる巻線がコア２に巻き回しされており、コア１とコア２は独立して構成されている。このように構成することで、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制するノイズ放射低減効果の高いＤＣ／ＤＣコンバータとなっている。
【０１０１】
図８Ａ（ｂ）は、図８Ａ（ａ）に示すコアの形態において、コア１及びコア２がそれぞれギャップ（隙間）を有している形態を示している。このようにギャップ（隙間）を設けた構成にすることで、磁気飽和を防止することができる。また、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制するノイズ放射低減効果の高いＤＣ／ＤＣコンバータとなっている。
【０１０２】
図８Ｂ（ｃ）において、インダクタＬ１は、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、インダクタＬ２は、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、これら第１の巻線及び第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように１つの閉磁路が形成される１つのコアを共用してそのコアの異なる対向部分に巻き回しされている。このように構成することで、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータとなっている。
【０１０３】
図８Ｂ（ｄ）では、インダクタＬ１は、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、インダクタＬ２は、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、これら第１の巻線及び第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように１つの閉磁路が形成される１つのコアを共用してそのコアの異なる対向部分にそれぞれ巻き回しされている。そして、このコアの対向部分には、ギャップ（隙間）が形成されている。このように構成することで、磁気飽和を防止することができる。また、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータとなっている。
【０１０４】
そして、図８Ｂ（ｅ）において、インダクタＬ１は、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、インダクタＬ２は、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、これら第１の巻線及び第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされている。そして、このコアは、中央磁脚とその中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、第１の巻線は、一方の側磁脚に巻き回しされ、第２の巻線は、他方の側磁脚に巻回しされている。したがって、このように構成することで、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタを有するＤＣ／ＤＣコンバータとなっている。
【０１０５】
そして、図８Ｂ（ｆ）においては、インダクタＬ１は、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、インダクタＬ２は、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、これら第１の巻線及び第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされている。そして、このコアは、中央磁脚とその中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、第１の巻線及び第２の巻線は、中央磁脚に積み重なるように巻き回しされ、中央磁脚と側磁脚には、ギャップ（隙間）が形成されている。このように構成することで、磁気飽和を防止することができる。また、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータとなっている。
【０１０６】
図８Ｂ（ｇ）において、インダクタＬ１は、通電時に磁束を生じる第１の巻線を有し、インダクタＬ２は、通電時に磁束を生じる第２の巻線を有し、これら第１の巻線及び第２の巻線は、通電時に互いの発生する磁束が強め合うように２つの閉磁路が形成される１つのコアにそれぞれ巻き回しされている。そして、このコアは、中央磁脚とその中央磁脚の両側に設けられた２つの側磁脚とを有し、この中央磁脚を介して２つの側磁脚とをつなぐつなぎ部を有した構成になっている。そして、第１の巻線及び第２の巻線は、このつなぎ部を挟んで中央磁脚に積み重なるように巻き回しされている。このように構成することで、磁気蓄積機能と共にスイッチ素子のスイッチング時に発生するノイズが入力線から放射されることを抑制する体格の小さいインダクタコアを有するＤＣ／ＤＣコンバータとなっている。
【０１０７】
図８のそれぞれにおける実施形態のインダクタコアの構成について、ノイズ放射低減効果及び体格についての大小比較を行った結果、ノイズ放射低減効果が大きい実施形態は、コア分離型の構成であるが、コア分離型では当然体格は大きくなる（図８（Ａ）（ａ）及び（ｂ））。一方、ノイズ放射低減効果が小さい実施形態は、コア共用型の構成であるが、コア共用型では体格は小さくなる（図８（Ｂ）（ｃ）及び（ｄ））という実験結果が得られた。
【０１０８】
また、ギャップの有無については、ノイズ低減の明確な効果の差異はないが、磁気飽和を防止できるという点で差異がある。
【０１０９】
したがって、ノイズ放射低減効果とインダクタコアの体格には、トレードオフの関係があると思われる。
【０１１０】
つぎに、本発明の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータにおける入力線からのノイズ放射低減効果の確認実験を行った結果を、従来のＤＣ／ＤＣコンバータと比較して、図９乃至図１５を参照して説明する。
【０１１１】
まず、図９を参照して確認実験のための測定系の構成及び装置について説明する。確認実験のための測定系は、被測定試料４５５であるＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子ＤＣ＋及びＤＣ−に直流電圧を印加する直流電源装置（高砂社製）４５０、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力線側のノイズを測定する電流センサであるＲＦ電流センサプローブ（シャフナー社製ＣＳＰ９１６０）４６０、前記ＲＦ電流センサプローブ（シャフナー社製ＣＳＰ９１６０）４６０の検出電流波形を表示するオシロスコープ（横河ＤＬ７４８０）４７０、被測定試料であるＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、出力側端子にはキャパシタＣｏｕｔを介して電子負荷装置（高砂社製）４８０を備えて構成される。本実験では、被測定試料４５５であるＤＣ／ＤＣコンバータの入力線側のノイズを測定するＲＦ電流センサプローブ４６０の検出電流波形を示すオシロスコープ４７０のデータを、電流センサのノイズ波形の信号ＩＤＣ（Ｃｏｍｍｏｎ）として、被測定試料４５５を以下の３種類の場合について測定を行い、それぞれの測定結果を比較した。
【０１１２】
図１０及び図１１は、被測定試料４５５として、本発明の第２の実施形態であるのコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３２０についてその入力線側のノイズを、電流センサを用いて測定した結果を示している。
【０１１３】
図１０（ａ）は、本実験で用いたコア分離型のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ３２０の回路図であり、インダクタＬ１及びインダクタＬ２のインダクタンス値は、それぞれＬ／２とし、比較する従来のＤＣ／ＤＣコンバータのインダクタＬのインダクタンス値の１／２とした。
【０１１４】
図１０（ｂ）は、入力線側で電流センサを用いてノイズ波形を信号ＩＤＣ（Ｃｏｍｍｏｎ）として測定した結果である。そして、第２のスイッチ素子Ｓ２及び第３のスイッチ素子Ｓ３のスイッチング電圧波形であるＶｃｅ（ＳＷ２）及びＶｃｅ（ＳＷ３）をレファレンスとして測定した結果である。
入力線側での測定信号ＩＤＣ（Ｃｏｍｍｏｎ）が、第２のスイッチ素子Ｓ２及び第３のスイッチ素子Ｓ３のスイッチング時において、ほとんど影響されないということがわかる。すなわち、入力線からのノイズ放射低減効果が確認された。
【０１１５】
一方、図１２乃至図１５は、被測定試料４５５として、従来のスイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ４００及び４１０についてその入力線側のノイズを、電流センサを用いて測定した結果を示している（比較例１及び比較例２）。
【０１１６】
図１２（ａ）は、スイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ４００（比較例１）の回路図であり、インダクタＬがインダクタンス値Ｌとして、入力部の正極側端子に対して平滑コンデンサＣ０と並列接続の関係にあり、かつ、一端が入力部の正極側端子と接続され、他端がスイッチ素子Ｓ１とスイッチ素子Ｓ２の間に接続されている。
【０１１７】
図１２（ｂ）は、入力線側で電流センサを用いてノイズ波形を信号ＩＤＣ（Ｃｏｍｍｏｎ）として測定した結果である。そして、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ３のスイッチング電圧波形であるＶｃｅ（ＳＷ２）及びＶｃｅ（ＳＷ３）をレファレンスとして測定した結果である。
入力線側での測定信号ＩＤＣ（Ｃｏｍｍｏｎ）が、スイッチ素子Ｓ３のスイッチング時において、変化していることが確認された。すなわち、入力線からのノイズの影響を受けていることが確認された。
【０１１８】
また、図１３（ａ）は、スイッチトキャパシタンス型の昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ４１０（比較例２）の回路図であり、インダクタＬがインダクタンス値Ｌとして、入力部の負極側端子に対して平滑コンデンサＣ０と並列接続の関係にあり、かつ、一端が入力部の負極側端子と接続され、他端がスイッチ素子Ｓ３とスイッチ素子Ｓ４の間に接続されている。
【０１１９】
図１３（ｂ）は、入力線側で電流センサを用いてノイズ波形を信号ＩＤＣ（Ｃｏｍｍｏｎ）として測定した結果である。そして、スイッチ素子Ｓ２及びスイッチ素子Ｓ３のスイッチング電圧波形であるＶｃｅ（ＳＷ２）及びＶｃｅ（ＳＷ３）をレファレンスとして測定した結果である。
入力線側での測定信号ＩＤＣ（Ｃｏｍｍｏｎ）が、スイッチ素子Ｓ２のスイッチング時において、変化していることが確認された。すなわち、比較例１と同様に、入力線からのノイズの影響を受けていることが確認された。
【０１２０】
本確認実験の測定結果を、図１１、図１４、及び、図１５を参照して説明する。
図１１（ａ）、図１４（ａ）、及び、図１５（ａ）は、それぞれ、本実施形態、比較例１、及び、比較例２のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図を示しており、基本的には、図１０（ａ）、図１２（ａ）、及び、図１３（ａ）と同様である。
図１１（ｂ）、図１４（ｂ）、及び、図１５（ｂ）は、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータの入力線側での測定信号ＩＤＣ（Ｃｏｍｍｏｎ）の測定によって得られた代表的なノイズ電流値の変化部分の測定波形を示している。各測定波形の変化部分のノイズ電流値を比較すると、本実施形態では、比較値９であり、比較例１及び比較例２における比較値は、それぞれ、１８及び２０であった。測定波形の大きなゆれは電源の影響と考慮すると、本実施形態によるＤＣ／ＤＣコンバータでは、従来のＤＣ／ＤＣコンバータの５０％以上の低減効果を得ることが実験的にも確かめられた。
【０１２１】
以上説明したように、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、昇圧（降圧）を可変とするための磁気蓄積機能を有し、かつ、スイッチング時における入力線からのノイズ放射を抑制し、周辺機器への影響を防止することを可能とし、従来のノイズフィルタを削除することができる。
したがって、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、自動車の電動及び電動アシストシステム系における電力変換器の構成部品点数を削減し、製造コスト低減化を実現することができる。
【０１２２】
以上、各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、例えば、燃料電池自動車（ＦＣＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、及び、太陽光発電システム等の電動及び電動アシストシステム系の電力変換器に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０、２０、２１、２２、３０、３１、３２    通電制御部
２５    磁気相殺型変圧器（Ｔ１）
３５    直列キャパシタ
１００、１１０    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２００、２１０    磁気相殺型ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇降圧型）
２１１    磁気相殺型ＤＣ／ＤＣコンバータ（単方向昇圧型）
２１２    磁気相殺型ＤＣ／ＤＣコンバータ（単方向降圧型）
３００、３１０、３２０    スイッチトキャパシタンス型ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇降圧型）
３１１    スイッチトキャパシタンス型ＤＣ／ＤＣコンバータ（単方向昇圧型）
３１２    スイッチトキャパシタンス型ＤＣ／ＤＣコンバータ（単方向降圧型）
４００、４１０    従来のスイッチトキャパシタンス型ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇降圧型）
４５０    直流電源装置（高砂社製）
４５５    被測定試料（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
４６０    ＲＦ電流センサプローブ（シャフナー社製ＣＳＰ９１６０）
４７０    オシロスコープ（横河ＤＬ７４８０）
４８０    電子負荷装置（高砂社製）
５００    電力制御装置（ＰＣＵ）
５１０    ＤＣ／ＤＣコンバータ
５２０    ノイズフィルタ
５５０    配線
６００    バッテリ
１０００    自動車
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２    インダクタ
Ｍ    相互インダクタンス
Ｃ０    平滑コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃｏｕｔ    キャパシタ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４    スイッチ素子
Ｄ１、Ｄ２    ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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