JPS6377373A - 整流器回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、出力側のパルス状に脈動する負荷電流を平滑
化するため負荷巻線で負荷電流回路に接続されており軟
磁性の、場合によっては１つまたはそれ以上の空隙を有
するコア、特に低透磁率の空隙なしのニッケル−鉄粉末
環状コア又はフェライトコアを有する蓄積リアクトルを
有する整流器回路に関する。

（従来の技術〕 たとえばスイッチングレギュレータ内で、整流器回路の
出力側のパルス状に脈動する負荷電流を平滑化するため
には、蓄積リアクトルが必要とされる。

第２ａ図および第２ｂ図には、ｆｖ＝４０ｋＨｚの断続
周波数で作動するスイッチングレギュレータの蓄積リア
クトルにおけるパルス状に脈動する電圧およびその出力
側の負荷電流の時間的経過が示されている。負荷電流は
電流リップルΔ■が重畳している直流分を含んでいる。

直流分は負荷およびＭ８１リアクトルのインダクタンス
により決定され、また電流リップルは蓄積リアクトルの
インダクタンス、平滑コンデンサのキャパシタンスおよ
びスイッチング周波数に関係する。定格負荷電流ＩＮは
直流分■−および電流リップルの平均値ΔＩから生ずる
。

Ｎ積すアクトルにより負荷電流の電流脈動率ができるか
ぎり小さく保たれ、また特に非常に小さい負荷において
は負荷電流の間隙が無（され、それによりスイッチング
レギュレータの出力電圧の簡単かつ正確な調節が可能で
ある。

従来通常のＭ積りアクドルは、空隙ををする軟磁性の高
透磁率のコアまたは低透磁率のニッケル−鉄粉末コアを
有し、このコアはそれぞれ絶縁されており、また負荷電
流を流される単一の巻線を施されている。コアとしては
、負荷電流による飽和を避けるため空隙を設けられてい
るＥ、ＲＭおよび環状コアが使用される。

第３図にはヒステリシスループ、すなわち一般にＭ積す
アクトルに使用されるような軟磁性の空隙を有する環状
コアの磁束密度Ｂと磁化の強さＨとの関係曲線（破線参
照）が示されている。電流がリアクトル巻線を通って流
れないかぎり、コアは正の残留磁気Ｂｒに位置する。こ
の点から磁束密度Ｂ−ｂ−までヒステリシスループはほ
ぼ直線である。すなわち磁束密度は良好な近似度をもっ
て磁化の強さＨに比例している。コアがｂ−を越えて磁
化されると、ヒステリシスループはますます平らになり
、最後に漸近的に飽和値ＢＳに到達する。従って、値す
−を越えての磁化は透磁率、従ってまた蓄積リアクトル
のインダクタンスの連続的な減少を意味する。こうして
直線的な単極性の直流磁化に対しては単極性の磁束密度
行程Δ１３ｕｐまたは磁化の強さの範囲ΔＨＵｐが得ら
れる。リアクトルがこの範囲内で磁化または減磁される
と、第３図中に実線で示されているヒステリシスループ
が得られる。ここでＡｐｙは、電流リップルにより固定
的に定められておらずに、サイクリックに１つの小さい
ヒステリシスループを描く会食でにおける動作点を意味
する。このヒステリシスループの始点および終点は、第
４′ＦｇＪ中に示されているように、電流リフプルの振
幅に関係する。その際に、ヒステリシスループにより囲
まれている面積がサイクルあたりのヒステリシス損失に
対する尺度とみなされ得る。

単極性の磁束密度行程ΔＢＢ、定格負荷電流Ｉ−１定格
インダクタンスＬ、ｉ！！リアクトルの負荷巻線のター
ン数Ｎおよび有効磁路断面積ＡＦ８の間には下記の関係
がある。

Ｎ　−Ａ　Ｆ　、　・１０−　’　　　　　　　＋１１
ここでＡＦＱの単位はｃｍ’である。

非常に小さい残留磁気Ｂｒ＜＜ｂ−では、すなわち非常
に平らなヒステリシスループでは、良好な近似度をもっ
て下式が成り立つ。

ΔＢｕｐｏｃｂ−（２） 量す−は専ら使用コアの磁性材料に関係する。

たいていＭ積すアクトルは、負荷電流のピーク値で定格
インダクタンスが２０％以上減少しないように設計され
ている。

この種のＭＭリアクトルの主な欠点は、ヒステリシスル
ープの可能な直線状の範囲の小さい一部分しか利用され
ない、すなわち、正の直線状の磁化の強さの間隔しか利
用されないことである。このことは、単極性の磁束密度
行程Δｓｕｐを受は入れ得るために、相応に大きい磁路
断面積ＡＦ。

を有するコアが使用されなければならないという結果を
招く。

しかし、ヒステリシスループの直線状の範囲の完全な利
用は、第３図と同じくコアのヒステリシスループが記入
されている第４図に示されているように、コアが正の残
留磁気Ｂｒからではなく負の直線状の逆磁化の点−す−
から負荷電流により磁化されるならば可能である。

負荷電流により生ずる磁束に対して逆向きのこのバイア
ス磁化は、たとえば軟磁性コアの空隙に永久磁石を挿入
することにより達成される。しかしながら、この方法は
大きな欠点を有する。すなわち、永久磁石を挿入し得る
ための空隙が常に必要であり、空隙範囲内で漏れ磁界が
増大する。永久磁石のコストが比較的高い。また、この
配置はフレキシビリティに乏しい、すなわち、永久磁石
の磁界が固定しているので、磁界の変更が必要な場合に
は、新しい磁石の使用およびたいていは空隙の変更を必
要とし、このことはその製造のための高い工具コストの
原因となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、同じく逆磁化の原理に基づく整流器回
路用蓄積リアクトルであって、永久磁石の使用に付随す
る欠点が回避されているものを′提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、冒頭に記載した種類のＮ
積りアクドルを有する整流器回路において、コア内に直
流電流により発生される磁束がコア内に負荷電流により
発生される磁束に逆作用するように直流源と接続されて
いる１つの付加巻線がコアに施されていることを特徴と
する整流器回路により達成される。

その際に負荷電流１−＝０においてコアを点−ｂ−に逆
磁化（第５図参照）するため、下記の大きさの磁化の強
さが必要である。

１　Ｆ６　　　　２　　　１　Ｆ！ ここで、 ｌ９−＝逆磁化電流 １−＝負荷電流 ＮＩ＝負荷巻線のターン数 Ｎ２＝コアに施される付加巻線または逆磁化巻線のター
ン数 ｔｈｅ−コアの平均磁路長さ 上式から最後に次式が得られる。

Ｉｇ−／ｌ−−０，５・Ｎｌ／Ｎ２　　　　（４）第５
図中に示されているように、点対称なヒステリシスルー
プにおける利用可能な直線状の磁化の強さの範囲は ΔＨ１−２ΔＨ９（５） であり、磁束密度行程としては ΔＢ１−２・ｌｂｌ　　　　　　　　　（６）が得られ
る。

こうして単極性の磁束密度行程ｓｕｐに比較して、同一
のコアに対して ΔＢ１≧２Ｂｕｐ　　　　　　　　　　　（７）の近似
的に直線状の磁束密度行程が生ずる。

〔実施例〕

以下では、１つの実施例および第１図、第６図、第７図
により残留磁気からの通常の単極性の磁化の際および点
−ｂ−からの逆磁化の際の磁化特性曲線Ｌ（Ｉ−）を比
較する。

本発明により使用される蓄積リアクトルは、コア材料お
よびリアクトルの設計に応じて空隙なしく第１図参照）
であってもよいし１つまたはそれ以上の空隙を含んでい
てもよい軟磁性コアを含んでいる。コア形態としてはＥ
、ＲＭ、ＰＭコアなどならびに環状コアのようなすべて
の公知の形態が使用され得る。特に、本発明によるリア
クトルに対しては、第１図に示されているように、低透
磁率の空隙なしのニッケル−鉄粉末環状コア又はフェラ
イトコアが通している。なぜならば、このようなコアは
漏れ磁界が小さく、またコアの大きさに比較して大きい
巻線空間を有するからである。

蓄積リアクトルは、軟磁性コア１に２つの巻線、すなわ
ちターン数Ｎ１を有する１つの負荷巻線およびターン数
Ｎ２を有する１つの逆磁化巻線３を巻くことにより得ら
れる。その際に巻線ＮｌおよびＮ２は空間的に離されて
または重ねられてコアに巻かれ得る。一般に、逆磁化電
流ｌ９−２従ってまた逆磁化巻線内の銅損をできるかぎ
り小さく保つため、Ｎ２〉〉ＮＩである０Ｍ積ソリアク
トルしての作動のため、本発明によるリアクトルは負荷
巻線により通常の一導体−Ｍ積りアクドルのように負荷
電流回路に接続される。逆磁化巻線は、逆磁化電流Ｉ９
−によりコア内に発生される磁束が負荷電流によりコア
内に発生される磁束と逆向きとなるように直流源と接続
される。ヒステリシスループ上の負の直線的逆磁化点−
ｂ−は電流Ｉ９−およびターン数Ｎ２を介して設定され
得る。

比較測定のために、ｆ＝１０ｋＨｚにおいて定格インダ
クタンスＬｏ−１００μＨ±２０％および下記の構成を
有する蓄積リアクトルが選定された。ＭＰＰ環状コア２
７．７Ｘ１４．ｌＸ１２ｍｍ、μ１＝６０、Ａ２　（１
０ｋＨｚ）　＝７５ｎＨ，負荷巻線：Ｎ＝３７、電線１
．４ｍｍＬＶａ無負荷インダクタンスの測定によりｆ−
１０ｋＨｚ（測定電流０．１ｍＡ）においてり、＝１０
３μＨが得られた。

第１の試作では磁化特性曲線ｄＬ／ＬＯ（、％）が残留
磁気からの単極性磁化の際の負荷電流に関係して測定さ
れた（第６図の特性曲線１を参照）。

予想どおりインダクタンスは電流の増大と共に１００％
に相当するＬｏで始まって連続的に減少する。　　■−
−８ＡではＬ＝８０μＨすなわちインダクタンスの定格
値の約８０％であり、蓄積リアクトルに対して全負荷に
対して許容可能な限界値に達する。それによれば、従来
通常の作動の仕方ではこの蓄積リアクトルは８Ａの最大
負荷電流まで使用され得る。全負荷での作動点における
磁束密度ｂ−は ３７・　０Ｉ６４・１０−４ と求められ、また単極性の磁化の強さの行程ΔＴ（ｕｐ
は ΔＨｕｐ＝８・３７／６．５３Ａ／ｃｍ＝４５．３３Ａ
／ｃｍ と計算される。

第２の試作では、第１図によるリアクトルにターン数Ｎ
２＝５７０、線径０．１６ｍｍの１つの追加的な離され
た巻線２が設けられた。その他の技術的なデータおよび
特にコアは不変にとどめられた。

第７図には点−ｂ−からの逆磁化が行われる際の磁化特
性曲線Ｌ（Ｉ−）の測定回路の構成が示されている。制
御可能な電流源として定電流源に２（０〜２０Ａの範囲
で可制御）を含んでいる負荷電流回路とならんで、定電
流源Ｋｌ　　（４００ｍＡに固定）から給電される第２
の電流回路が示されている。Ｌ１〜Ｌ４は減結合リアク
トル、Ｒｃ、Ａは逆磁化巻線の抵抗、Ｍは測定装置（４
極測定式）である。定電流源に１は固定的に設定された
電流■９−を供給し、この電流はターン数Ｎ２を有する
逆磁化巻線を流れ、ＭＰＰ環状コアのヒステリシスルー
プ上の点−ｂ−を定める。式（４）により、１６Ａの予
想される最大負荷電流において１９−の値は ＋９−＝０．５・　（Ｎｌ／Ｎ２）　　・Ｉ−一〇、５
２Ａ と計算される。

リアクトルの過熱を避けるため、電流Ｉ９−は０．４Ａ
に減ぜられ、また実験開始前にこの値に設定された。続
いてインダクタンスが定格インダクタンスＬ／Ｌｏ（％
）に対して相対的に負荷電流に関係して測定された（第
６図参照）。

第６図に示されている磁化特性曲線２を考察すると、イ
ンダクタンスは１００％に相当するり。

から始まって徐々に上昇し、約６．５Ａにおいて最大値
（定格値の１．２倍）に達することがわかる。

この挙動の理由は、点−ｂ−から原点の付近までの磁化
の際のヒステリシスループの上昇率が少し増大すること
にある。この範囲内では単極性の磁化にくらべて逆の経
過が得られる。６．５Ａを越える負荷電流ではほぼ同一
のＬ　／　Ｌ　ｏを有するインダクタンスは単極性の作
動の場合のように減少する。主な相違点は、インダクタ
ンスの許容可能な限界値が１９．５　Ａの負荷電流にお
いて初めて到達されること、すなわちほぼ同一のりアク
ドルの大きさにおいて２倍以上の電流負荷が可能である
ことにある。逆に、たとえば同一の最大負荷電流におい
て、より小さいコアが使用され得る。または、一般に特
定の磁束密度行程ΔＢ１−１−ｂｌ＋１ｂ−１に対して
式（１）で生ずる量が、ΔＢυｐをΔＢ＋により置換す
るかぎり、この式に相応して変化し得る。最大利用可能
な磁界の強さの範囲ΔＨ１は式（３）および（５）によ
り今の例ではΔＨ１禦２ΔＨｇ ＝　１９．５　・３７／　６．５３　Ａ／　ｃｍ＝１１
０．４９Ａ／ｃｍ となる。

第６図中の磁化特性曲線２が示すように、本発明により
構成かつ接続されたりアクドルによれば、特定の磁界の
強さの間隔に対して電流の増大と共に同じく増大するイ
ンダクタンスを発生することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により使用される蓄積リアクトルの平面
図、第２ａ図および第２ｂ図は蓄積リアクトルにおける
パルス状に脈動する電圧およびその出力側の負荷電流の
時間的経過を示す図、第３図は蓄積リアクトルに使用さ
れるコアのヒステリシスループを示す図、第４図は作動
点が小さいヒステリシスループを描くことを示す図、第
５図は逆磁化が行われる場合のコアのヒステリシスルー
プを示す図、第６図は逆磁化が行われる場合（曲線２）
および行われない場合（曲ｉ＊　１　）について蓄積リ
アクトルを使用する際のインダクタンス変化Ｌ／Ｌｏ（
％）と負荷電流Ｉ−との関係を示す図、第７図はりアク
ドルの逆磁化が行われる際のインダクタンス変化Ｌ／Ｌ
ｏ（％）を測定するなめの回路の回路図である。 １・・・コア、２・・・負荷巻線、３・・・付加巻線。 ＩＧ２ａ ０　１０　２０３０４０５０６０７０　ｔ／ｐｓＣＩ） 詐 躯 一１事 トや −く

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）出力側のパルス状に脈動する負荷電流を平滑化する
   ため負荷巻線で負荷電流回路に接続されており軟磁性の
   、場合によっては１つまたはそれ以上の空隙を有するコ
   ア、特に低透磁率の空隙なしのニッケル−鉄粉末環状コ
   ア（ＭＰＰ）又はフェライトコアを有する蓄積リアクト
   ルを有する整流器回路において、 コア（１）内に直流電流により発生される磁束がコア（
   １）内に負荷電流により発生される磁束に逆作用するよ
   うに直流源と接続されている１つの付加的巻線（３）が
   コア（１）に施されていることを特徴とする整流器回路
   。 ２）Ｎ＿２＞＞Ｎ＿１ ここで、Ｎ＿１＝負荷巻線（２）のターン数Ｎ＿２＝付
   加的巻線（逆磁化巻線）の ターン数 であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の整
   流器回路。