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タップインダクタ降圧形コンバータ コモンズ 実績あり

国内特許コード P110005790
掲載日 2011年9月21日
出願番号 特願2005-132931
公開番号 特開2006-311741
登録番号 特許第4543174号
出願日 平成17年4月28日(2005.4.28)
公開日 平成18年11月9日(2006.11.9)
登録日 平成22年7月9日(2010.7.9)
発明者
  • 西嶋 仁浩
出願人
  • 学校法人大分大学
発明の名称 タップインダクタ降圧形コンバータ コモンズ 実績あり
発明の概要

【課題】従来のタップインダクタ降圧形コンバータに比べて、降圧比が大きく取れ、部品を小型化や部品点数の削減が可能で、高効率、低ノイズのコンバータを提供する。
【解決手段】従来のタップインダクタ降圧形コンバータと異なり、本発明では、クランプコンデンサCcを1次巻線と直列に挿入し、クランプスイッチにより、タップインダクタの電流を転流させる。これにより、漏れインダクタンスによるスイッチングサージが抑制される。さらに、従来方式の動作が昇降圧形コンバータの動作に似ているのに対し、本発明のコンバータは、降圧形コンバータに近い動作と成るため、より低い出力電圧を生成でき、制御の安定度も高い。さらに、主スイッチとクランプスイッチに低い耐圧の素子を使用でき、インダクタの重畳電流が少なく、駆動回路に既存のICが利用できるため、回路を小型で部品点数の少ないものに出来る。
【選択図】図9

従来技術、競合技術の概要


低電圧出力を作る場合には、一般的に、図15に示す降圧形コンバータが用いられている。しかし、降圧形コンバータは、降圧比が大きくなるに連れて電力効率が悪くなるため、大幅に降圧する用途には不向きである。



そこで、降圧比を大きく取るために、図16に示す様なタップインダクタ降圧形コンバータが提案されている。このコンバータは、従来の降圧形コンバータの持つインダクタに中間タップを設けたもので、1次巻線と2次巻線の巻数比に比例して降圧比を大きくとることが出来る。



ただし、タップインダクタを用いた方式は、巻数比に比例して、巻線間の漏れインダクタンスも大きくなる傾向があり、漏れインダクタンスによって生じるスイッチングサージを取り除く対策が必要となる。しかし、RCスナバ回路など、熱損失としてサージエネルギーを捨てる方法は、電力効率を悪くするため問題がある。



そこで、損失を伴わない方法として、アクティブクランプ方式が広く知られている。図17にその一例を示す。この方式は、1次巻線n1と並列にクランプコンデンサCcとクランプスイッチScを接続し、主スイッチSmとクランプスイッチScを交互にオン・オフさせる。これにより、クランプスイッチScがオンの期間中に、サージエネルギーが一端クランプコンデンサCcで吸収され、その後、このエネルギーは入力電源Viもしくは負荷Rへ回生されるため、原理的には電力損失が発生しない。また、スイッチング転換時に両方のスイッチがオフとなる期間(デッドタイム)を設けることで、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)が実現できるため、スイッチング損失も低減できる。

産業上の利用分野


マイクロプロセッサにおいて、高クロック周波数、高集積、低消費電力を実現させるには、駆動電圧を下げる必要がある。パソコンのCPUでは、数年前に2.5Vで駆動していたのに対し、近年では、1.4Vで駆動している。一方、マイクロプロセッサの高集積化に伴って、消費電流は急増しており、CPUの最大消費電流は100Aに達している。本発明における電源装置は、低電圧大電流を高効率に出力する場合に適している。

特許請求の範囲 【請求項1】
入力電源Eiと負荷Rの間に、主スイッチSmと、第1巻線n1及び第2巻線n2からなるタップインダクタTrsと、整流素子Dと、負荷Rに並列に出力平滑コンデンサCoとを備えたタップインダクタ降圧形コンバータにおいて、
1)、前記1次巻線n1の入力側にクランプコンデンサCcを直列接続し、
2)、前記1次巻線n1と前記クランプコンデンサCcに並列に又は前記主スイッチSmの一端と前記入力電源Eiの一端との間に前記主スイッチSmと交互にオン・オフさせるクランプスイッチScを接続し、
3)、前記2次巻線n2に前記出力平滑コンデンサCoを直列接続すると共にこの両端に前記整流素子Dを並列接続し、
または前記2次巻線n2を前記整流素子Dと直列接続すると共にこの両端に前記出力平滑コンデンサCoを並列接続した
ことを特徴とするタップインダクタ降圧形コンバータ。
産業区分
  • 固体素子
  • 変電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005132931thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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