CN114301289B - 电气设备以及电力变换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个方式涉及电气设备以及电力变换装置。提供不妨碍小型化就能够抑制浪涌、阻尼振荡的电气设备以及电力变换装置。电气设备具备初级侧环形电路，具有以环形状使电流流过的主电路；以及次级侧环形电路，与所述初级侧环形电路对置地隔开预定的距离而配置，使基于在所述初级侧环形电路中产生的磁场的感应电流以环形状流过。
Description
技术领域
本发明的一个方式涉及电气设备以及电力变换装置。
背景技术
在电力变换装置中，周期性地切换高侧半导体元件和低侧半导体元件的动作来使在电力变换装置内流过的电流的朝向周期性地变化。在切换高侧半导体元件和低侧半导体元件的动作时，在电力变换装置内有可能会产生浪涌、阻尼振荡(ringing)。当在电力变换装置内产生浪涌、阻尼振荡时，电力变换装置的周围的设备会受到浪涌、阻尼振荡所致的电磁噪声的影响。
作为防止电磁噪声的迅速的对策，考虑在电力变换装置的周围设置屏蔽板。然而，如果配置屏蔽板的部位不适当，则无法有效地抑制电磁噪声。另外，还考虑用屏蔽板覆盖电力变换装置的整体，但花费成本，而且难以实现小型化。
发明内容
因而，在本发明的一个方式中，提供不妨碍小型化就能够抑制浪涌、阻尼振荡的电气设备以及电力变换装置。
为了解决上述课题，根据本发明的一个方式，提供一种电气设备，具备：
初级侧环形电路，具有以环形状使电流流过的主电路；以及
次级侧环形电路，与所述初级侧环形电路对置地隔开预定的距离而配置，使基于在所述初级侧环形电路中产生的磁场的感应电流以环形状流过。
附图说明
图1是一个实施方式的具备电力变换装置的电气设备的示意性的立体图和剖视图。
图2A是示出配置于第1层的初级侧环形电路的一个例子的电路图。
图2B是用箭头线示出在低侧半导体元件导通的情况和截止的情况下在电力变换装置内流过的电流的朝向的图。
图2C是将图2B的电路变更一部分后的电路图。
图2D是示出切换图2A的电力变换装置的半导体元件的动作时的电流路径的图。
图2E是低侧半导体元件切换导通和截止的期间的过渡状态期间的波形图。
图2F是示出与图2D的电路等效的电路的电路图。
图3是说明初级侧环形电路的特征的图。
图4是在初级侧环形电路的附近配置有次级侧环形电路的示意性的外观图和等效电路图。
图5是示出耦合系数与等效电感的对应关系的图。
图6A是用于仿真的电气设备的外观图。
图6B是示出使用图6A的电气设备进行仿真的结果的图。
图7是输入到电路仿真器的电力变换装置的电路图。
图8A是在二极管中不流过电流时的二极管的两端间的电压波形图。
图8B是导通时的低侧半导体元件的漏极电流波形图。
图9A是图7的低侧半导体元件截止时的漏极－源极间电压的电压波形图。
图9B是图7的低侧半导体元件截止时的晶体管的漏极电流波形图。
图10是用于验证的等效电路图。
图11是示出阻抗的频率特性的图。
图12A是示出作为高侧半导体元件的二极管的两端电压的电压波形的图。
图12B是示出低侧半导体元件的漏极电流的电流波形的图。
图13是示出晶体管的开关频率与从初级侧观察时的整体的阻抗的关系的波形图。
图14A是示出高侧半导体元件的两端电压的电压波形的图。
图14B是示出低侧半导体元件的漏极电流的电流波形的图。
图15是示出将外置电阻元件配置于形成初级侧环形电路的最表面层的例子的剖视图。
图16是对图15的结构追加有屏蔽层的剖视图。
符号说明
1：电力变换装置；2：电气设备；3：基底基板；4：初级侧环形电路；5：次级侧环形电路；6：第1层；7：第2层；8：第1绝缘层；11：分立部件；12：导电图案；13：芯片部件；14：表面安装部件；15、16：电压计；17：电流计；18：直流电压源；19：交流电压源。
具体实施方式
以下，参照附图，说明电气设备以及电力变换装置的实施方式。以下，以电气设备以及电力变换装置的主要的结构部分为中心而进行说明，但在电气设备以及电力变换装置中，可能存在未图示或者未说明的结构部分、功能。在以下的说明中，并不排除未图示或者未说明的结构部分、功能。
图1是一个实施方式的具备电力变换装置1的电气设备2的示意性的立体图和剖视图。电力变换装置1是将电力进行变换的装置(包括开关)。例如电气设备2具备电力变换装置1。图1的电气设备2是在基底基板3之上配置电力变换装置1而构成的。基底基板3例如是绝缘基板，印刷布线板等可以是基底基板3。图1的电气设备2具备初级侧环形(loop)电路4和次级侧环形电路5。
初级侧环形电路4具有以环形状使电流流过的主电路。主电路是构成电力变换装置1的电路。主电路具有以环形状使电流流过的电流路径。电流路径的具体的形状是任意的，也可以是弯曲的形状。主电路的具体的电路结构将在后面叙述。此外，初级侧环形电路4不一定是构成电力变换装置1的电路。关于初级侧环形电路4，具有以环形状使电流流过的电流路径的任意的电路可以成为对象。
次级侧环形电路5与初级侧环形电路4对置地隔开预定的距离而配置，以环形状使感应电流流过。次级侧环形电路5不具有晶体管、二极管等有源元件，而具有无源元件。次级侧环形电路5使因基于流经初级侧环形电路4的电流的磁场的影响而产生的感应电流流过。次级侧环形电路5优选具有与初级侧环形电路4的形状以及尺寸相应的形状以及尺寸。更优选的是，初级侧环形电路4具有与次级侧环形电路5大致相同的形状以及尺寸。次级侧环形电路5构成从初级侧环形电路4供电的环形天线。
预定的距离是指基于由主电路产生的磁场的感应电流在次级侧环形电路5中流过的范围内的距离。即，预定的距离是指次级侧环形电路5与初级侧环形电路4磁耦合的范围内的距离。
如图1所示，在基底基板3之上设置有配置初级侧环形电路4的第1层6和配置次级侧环形电路5的第2层7。第2层7在第1层6的上方或者下方隔开预定的距离而配置。第1层6和第2层7配置于基底基板3的表面、背面或者内层面。在对第1层6和第2层7从其法线方向进行俯视时，初级侧环形电路4和次级侧环形电路5中的至少一部分以上下重叠的方式配置。
在图1的例子中，配置初级侧环形电路4的第1层6配置于第1绝缘层8之上，配置次级侧环形电路5的第2层7配置于比第1绝缘层8靠下方的第2绝缘层9之上，第2绝缘层9配置于基底基板3之上。此外，图1的电气设备2的层叠构造是一个例子，考虑各种变形例。例如，也可以使第1层6与第2层7的层叠顺序相反。或者，也可以在基底基板3的第1主面上配置第1层6，在基底基板3的与第1主面相反一侧的第2主面上配置第2层7。
图2A是示出配置于第1层6的初级侧环形电路4的一个例子的电路图。图2A是电力变换装置1的电路图。图2A的电力变换装置1具有：高侧半导体元件D1以及低侧半导体元件Q1，串联连接于第1节点n1与第2节点n2之间；高侧半导体元件D2以及低侧半导体元件Q2，同样地串联连接于第1节点n1与第2节点n2之间；电容器Cd，连接于第1节点n1与第2节点n2之间；第1电感器L1；以及第2电感器L2。高侧半导体元件D1、D2和低侧半导体元件Q1、Q2分别是晶体管或者二极管。在图2A中，示出了高侧半导体元件D1、D2是二极管，低侧半导体元件Q1、Q2是晶体管的例子。
图2B是用箭头线示出在低侧半导体元件Q1导通的情况和截止的情况下在电力变换装置1内流过的电流的朝向的图。图2B的电路CT1示出了图2A的电力变换装置1内的低侧半导体元件Q1导通的情况下的电流路径。在该情况下，按照第1电感器L1、低侧半导体元件Q1、与低侧晶体管Q2并联连接的二极管D4、第2电感器L2的顺序流过电流。图2B的电路CT2示出了低侧半导体元件Q1截止的情况下的电流路径。在该情况下，按照第1电感器L1、高侧半导体元件D1、电容器Cd、与低侧半导体元件Q2并联连接的二极管D4、第2电感器L2的顺序流过电流。
图2B的电路CT1与图2C的电路CT3实质上等效。电路CT3是不变更电路动作而变更电路CT1的一部分而得到的电路图，变更了低侧半导体元件Q2与第2电感器L2的连接位置。
同样地，图2B的电路CT2与图2C的电路CT4实质上等效。电路CT4是不变更电路动作而变更电路CT2的一部分而得到的电路图，变更了低侧半导体元件Q2与第2电感器L2的连接位置。
当着眼于图2C的电路CT3和电路CT4的电流流经的路径时，图2A的电力变换装置1在低侧半导体元件Q1从导通切换到截止或者从截止切换到导通的过渡状态下形成图2D的网点部分所示的环形状的电流路径。在本实施方式中，有时将该电流路径称为第1电流路径。另外，在本说明书中，将具有环形状的电流路径的电路称为初级侧环形电路4。图2E是示出图2A的电力变换装置1内的低侧半导体元件Q1的截止期间、导通期间以及截止期间以及导通期间之间的过渡状态期间中的高侧半导体元件(二极管)D1的两端电压VD1、低侧半导体元件Q1的漏极－源极间电压VQ1以及低侧半导体元件Q1的漏极电流IQ1的各波形的图。在图2E的过渡状态期间，沿着图2D的环形状的电流路径流过电流，产生浪涌和阻尼振荡。
图2F是示出与图2D的电路CT5等效的电路CT6的电路图。图2F的电路CT6是改变图2D的电路CT5内的电容器Cd的连接位置而成的电路。图2F的电路CT6内的低侧半导体元件Q1、Q2交替地导通或者截止，形成与图2D的电流路径同样的电流路径。这样，即使低侧半导体元件Q1、Q2交替地导通或者截止，也形成与图2D同样的电流路径，所以在本实施方式中，设为电力变换装置1具备具有图2D的电流路径的初级侧环形电路4来进行基于仿真的解析。
图3是说明初级侧环形电路4的特征的图。具有图2D的电流路径的电路CT5与图3所示的电路CT7等效。电路CT7是将高侧半导体元件D1、电感器Ls1、电容器Cd、电感器Ls2、低侧半导体元件Q1、电感器Ls3、电感器Ls4串联地连接的电路。电感器Ls1～Ls4是由高侧半导体元件D1、低侧半导体元件Q1、电容器Cd等电路部件的端子等形成的寄生电感。
当利用分立(discrete)部件安装图2A的电力变换装置1时，例如成为如图3的安装例IM1那样。安装例IM1示出了作为高侧半导体元件D1、低侧半导体元件Q1以及电容器Cd而安装单独的分立部件11的例子。在该情况下，在所安装的分立部件11的端子部分产生寄生电感Ls1～Ls4。在安装例IM1中，用环形状的导电图案12简易地表示电流路径。环形状的导电图案12的一部分被截断，电容器Cd连接于所截断的部位的两个端部之间。以下，将环形状的导电图案12的两个端部称为第1节点n1和第2节点n2。
电流路径形成于在面方向上延伸的导电图案12上，相对于此，分立部件11从导电图案12的配置面在法线方向上配置。在环形状的导电图案12的法线方向上，产生与在导电图案12中流过的电流的方向相应的磁场。然而，当在导电图案12上配置有分立部件11的情况下，分立部件11在导电图案12的法线方向上配置，所以由初级侧环形电路4产生的磁场被分立部件11扰乱，磁场的方向变得复杂。
最近，如图3的安装例IM2所示，作为高侧半导体元件D1、低侧半导体元件Q1、电容器Cd而采用芯片部件13、表面安装部件14的情形变多。芯片部件13、表面安装部件14在安装面的法线方向上的高度低，所以由流经导电图案12的电流产生的磁场的方向被这些部件扰乱的程度变少。因而，从初级侧环形电路4产生的磁场的方向能够忽略安装部件的影响而视为是初级侧环形电路4的安装面的法线方向。
在本实施方式中，着眼于构成电力变换装置1的初级侧环形电路4在安装面的法线方向上产生磁场，在初级侧环形电路4的附近配置次级侧环形电路5，使初级侧环形电路4与次级侧环形电路5磁耦合，减小将初级侧环形电路4与次级侧环形电路5合起来的电感。由此，能够抑制由初级侧环形电路4产生的浪涌和阻尼振荡。
图4是在初级侧环形电路4的附近配置有次级侧环形电路5的示意性的外观图和等效电路图。在图4的外观图中，将次级侧环形电路5配置于初级侧环形电路4的上方，但初级侧环形电路4和次级侧环形电路5的配置顺序是任意的。在图4的等效电路中，将初级侧环形电路4和次级侧环形电路5的自感(寄生电感)都设为Ls，将初级侧环形电路4与次级侧环形电路5的耦合系数设为k，设将初级侧环形电路4与次级侧环形电路5合起来的导体电阻为r。
如图4所示，初级侧环形电路4和次级侧环形电路5的等效电路用两个电感(1－k)Ls、1个电感kLs以及导体电阻r表示。将初级侧环形电路4的自感和次级侧环形电路5的自感进行合成后的等效电感Leq是Leq＝(1－k)(1+k)Ls。
耦合系数k是比0大且比1小的值。与初级侧环形电路4与次级侧环形电路5的距离相应地，耦合系数k发生变化，距离越近，则耦合系数k变得越大，等效电感更加接近0。等效电感越小，则越能够抑制在初级侧环形电路4内产生的浪涌和阻尼振荡。
图5是示出耦合系数k与等效电感Leq的对应关系的图。如图所示，耦合系数k越大，则等效电感Leq越小。在k＝0时，等效电感是自己自身的电感。通过将次级侧环形电路5配置于初级侧环形电路4的更附近，从而能够增大耦合系数k，所以等效电感变小。
本发明者进行了在使初级侧环形电路4与次级侧环形电路5的距离变化时等效电感如何变化的验证和将初级侧环形电路4以及次级侧环形电路5合起来的电阻值如何根据频率变化的验证。这些验证是通过仿真进行的。此外，将初级侧环形电路4以及次级侧环形电路5合起来的电阻值是指将初级侧环形电路4的导体电阻、次级侧环形电路5的导体电阻以及与次级侧环形电路5连接的外置电阻元件Rex的电阻值相加而得到的电阻值。
图6A是在仿真中利用的电气设备2的外观图。初级侧环形电路4与次级侧环形电路5的尺寸以及形状设为相同，隔开预定的距离而以上下完全重叠的方式配置。如图6A所示，在次级侧环形电路5之上配置有初级侧环形电路4。初级侧环形电路4和次级侧环形电路5的两个端部处的电极部分的尺寸是2.5mm×5mm，初级侧环形电路4和次级侧环形电路5的外形尺寸是20mm×20mm。在仿真中，使初级侧环形电路4与次级侧环形电路5之间的距离d在0.1～1mm的范围变化成多种。另外，在仿真中，使连接于次级侧环形电路5的两个端部间的外置电阻元件Rex的电阻值变化成多种。
图6B是示出使用图6A的电气设备2进行仿真的结果的图。在图6B中，示出了表示使初级侧环形电路4与次级侧环形电路5之间的距离变化成多种时的频率与等效电感L的关系的曲线w1～w4和表示频率与将初级侧环形电路4以及次级侧环形电路5合起来的电阻值R的关系的曲线w5～w8。在此，图6B的频率是指切换高侧半导体元件D1、D2和低侧半导体元件Q1、Q2的动作的频率。在图6B中，示出了初级侧环形电路4与次级侧环形电路5之间的距离是100μm、500μm、1000μm的情况和不设置次级侧环形电路5的情况(记载为wo coil)下的各曲线。
如图6B所示，越减小初级侧环形电路4与次级侧环形电路5之间的距离，则等效电感L越小。另外，由于表皮效应，频率越增加，则将初级侧环形电路4以及次级侧环形电路5合起来的电阻值R越大。从图6B的曲线w1～w4可知，使初级侧环形电路4与次级侧环形电路5的距离越接近，则能够使等效电感L越小，所以能够更加抑制浪涌和阻尼振荡。如图6B的曲线w5～w8所示，频率越大则电阻值R越大是因为由于表皮效应而电流只在导体表面流过。
接下来，本发明者利用电路仿真器(PSIM)验证了耦合系数k＝0.75且在次级侧环形电路5的两个端部间连接外置电阻元件Rex＝1欧姆或者9欧姆的情况下的浪涌和阻尼振荡。图7是输入到电路仿真器的电力变换装置1的电路图。
图7的电力变换装置1具备初级侧环形电路4和次级侧环形电路5。初级侧环形电路4具有作为高侧半导体元件的二极管D1、作为低侧半导体元件的晶体管Q1、电容器Cd(直流电压源)、电压计15、16、电流计17、交流电压源19、电阻元件R1、负载电感器L12以及多个电感器L11、L13。多个电感器L11和L13是在电路部件的端子等处出现的初级侧环形电路4的自感。更详细而言，L13是用于与次级侧环形电路5的磁耦合的电感，L11是不用于耦合的寄生电感。次级侧环形电路5具有多个电感器L14、L15和连接于两个端部间的外置电阻元件Rex。更详细而言，L14是用于与初级侧环形电路4的磁耦合的电感，L15是不用于耦合的寄生电感。
图8A是图7的作为高侧半导体元件的二极管D1的动作被切换而在二极管D1中不流过电流时的二极管D1的两端间的电压波形图。该电压波形是由图7的电压计15测量出的。图8A的细线波形w9示出了外置电阻元件Rex＝1欧姆时的电压波形图，粗线波形w10示出了Rex＝9欧姆时的电压波形图。如图8A所示可知，电阻元件Rex的电阻值越大，则越能够抑制浪涌电压，并且还越能够抑制阻尼振荡。
图8B是当在作为高侧半导体元件的二极管D1中不流过电流时，即作为低侧半导体元件的晶体管Q1导通时的晶体管Q1的漏极电流波形图。该电流波形是由图7的电流计17测量出的。图8B的细线波形w11示出了外置电阻元件Rex＝1欧姆的电流波形图，粗线波形w12示出了Rex＝9欧姆的电流波形图。电阻元件Rex的电阻值越大，则漏极电流的浪涌和阻尼振荡越小。
图9A是图7的作为低侧半导体元件的晶体管Q1截止时的漏极－源极间电压的电压波形图。图9A的细线波形w13示出了Rex＝1欧姆的电压波形图，粗线波形w14示出了Rex＝9欧姆的电压波形图。即使改变电阻元件Rex，浪涌电压也几乎不改变，但电阻元件Rex的电阻值越大，则阻尼振荡越小。
图9B是图7的作为低侧半导体元件的晶体管Q1截止时的晶体管Q1的漏极电流波形图。图9B的细线波形是Rex＝1欧姆的电流波形图，粗线波形是Rex＝9欧姆的电流波形图。即使改变电阻元件Rex，浪涌电流也几乎不改变，但电阻元件Rex的电阻值越大，则阻尼振荡越小。
从图8A、图8B、图9A以及图9B的各波形可知，通过调整外置电阻元件Rex的电阻值，能够抑制作为高侧半导体元件的二极管D1的两端电压和作为低侧半导体元件的晶体管Q1的漏极电流的浪涌和阻尼振荡。
接下来，本发明者通过仿真验证了在使将初级侧环形电路4以及次级侧环形电路5合起来的电阻值变化成多种时，从初级侧环形电路4观察时的整个阻抗如何变化。电阻值是将初级侧环形电路4的导体电阻、次级侧环形电路5的导体电阻以及与次级侧环形电路5连接的外置电阻元件Rex的电阻值相加而得到的值。
图10是用于验证的等效电路图，与图(图7或者图4)所示的等效电路同样地，具有两个电感(1－k)Ls、1个电感kLs、电阻值R、电容器Cd(直流电压源)、作为高侧半导体元件的二极管D1、与二极管D1并联地连接的电容器C1以及作为低侧半导体元件的晶体管Q1。调查了使晶体管Q1导通或者截止的开关频率变化成多种，阻抗成为极小点的频率。Ls是自感。
通过求解图10的等效电路，能够预测从初级侧环形电路4观察时的整体的阻抗Z的频率特性。从初级侧环形电路4观察时的整体的阻抗Z能够通过以下的式(1)表示。
【式1】
在式(1)中，Lx＝(1－k)Ls，LM＝kLs。
图11、图12A以及图12B是示出在图10的电路中设为自感Ls＝100nH、耦合系数k＝0.75、电容器C1＝200pF而进行仿真的结果的波形图。
图11是示出根据式(1)计算出的阻抗的频率特性的图。更详细而言，图11是示出使将初级侧环形电路4和次级侧环形电路5合起来的电阻值变化成多种的情况下的晶体管Q1的开关频率与从初级侧环形电路4观察时的整体的阻抗的关系的波形图。在阻抗变得极小的频率下产生浪涌电压和阻尼振荡。得到如下结果：电阻值越小，则阻抗的极小值处于越小的趋势，但相比于电阻值R＝50欧姆，在电阻值R＝20欧姆时阻抗的极小值小等，根据电阻值，阻抗的极小值的大小关系相反。
图12A是示出电阻值R＝1欧姆、20欧姆、50欧姆时的作为高侧半导体元件的二极管D1的两端电压的电压波形w21～w23的图。图12B是示出电阻值R＝1欧姆、20欧姆、50欧姆时的作为低侧半导体元件的晶体管Q1的漏极电流的电流波形w24～w26的图。
从图12A和图12B可知，在电阻值R＝1欧姆时，二极管的两端电压的浪涌以及阻尼振荡和晶体管Q1的漏极电流的浪涌以及阻尼振荡变得最大。另外，相比于电阻值R＝50欧姆，在R＝20欧姆时，二极管的两端电压的浪涌以及阻尼振荡和晶体管Q1的漏极电流的浪涌以及阻尼振荡小。这样可知，未必电阻值越大则浪涌和阻尼振荡越小。
图13、图14A以及图14B是示出在图10的电路中设为Ls＝100nH、耦合系数k＝0.99、电容器C1＝200pF而进行仿真的结果的波形图。
图13是示出使将初级侧环形电路4和次级侧环形电路5合起来的电阻值变化成多种的情况下的晶体管Q1的开关频率与从初级侧观察时的整体的阻抗的关系的波形图。与图11同样地，即使是任意的电阻值，都存在阻抗的极小值。电阻值R越小，则阻抗的极小值处于越小的趋势，但在一部分的电阻值R下，阻抗的极小值的大小关系逆转。
图14A是示出电阻值R＝1欧姆、20欧姆、50欧姆时的作为高侧半导体元件的二极管D1的两端电压的电压波形w27～w29的图。图14B是示出电阻值R＝1欧姆、20欧姆、50欧姆时的作为低侧半导体元件的晶体管Q1的漏极电流的电流波形w30～w32的图。
在图14A以及图14B中，与图12A以及图12B同样地，在R＝1欧姆时，二极管的两端电压的浪涌和晶体管Q1的漏极电流的浪涌变得最大。但是，在R＝1欧姆时，阻抗极小的频率fr1比fr2、fr3高，所以阻尼振荡是最短的时间。在R＝20欧姆时，浪涌以及阻尼振荡比R＝50欧姆时小。
如上述图11、图12A、图12B、图13、图14A以及图14B所示，通过调整将初级侧环形电路4和次级侧环形电路5合起来的电阻值，从而能够控制从初级侧环形电路4观察时的整体的阻抗、高侧半导体元件以及低侧半导体元件的两端电压、漏极电流的浪涌和阻尼振荡的大小。将初级侧环形电路4和次级侧环形电路5合起来的电阻值是初级侧环形电路4的导体电阻、次级侧环形电路5的导体电阻以及与次级侧环形电路5连接的外置电阻元件Rex的电阻值的合成电阻。这些电阻中的能够容易地调整的电阻值是外置电阻元件Rex。因此，外置电阻元件Rex优选配置于易于调整电阻值的部位。
图15是示出将外置电阻元件Rex配置于形成初级侧环形电路4的最表面层(第1层6)的例子的剖视图。在图15中，在配置于基底基板3之上的第2绝缘层9上形成有具有次级侧环形电路5的第2层7，在配置于其之上的第1绝缘层8上形成有具有初级侧环形电路4的第1层6。配置从次级侧环形电路5的两个端部向上方延伸的接头(第1接头)21，接头21与配置于第1绝缘层8上的外置电阻元件Rex连接。更具体而言，次级侧环形电路5被配置成电流路径的一部分被截断且电流路径的从第1端部至第2端部为止包围第2层7上的一部分区域，对于第1端部和第2端部经由各自的接头21连接电阻元件的两个端部。
在图15的情况下，外置电阻元件Rex配置于最表面的第1层6上，所以更换变得容易。因而，能够使外置电阻元件Rex的电阻值变化成多种，通过试行错误进行调查从初级侧环形电路4观察时的整体的阻抗变得极小时的浪涌电压、浪涌电流以及阻尼振荡最小的最佳的电阻值的作业。
本实施方式的次级侧环形电路5作为环形天线发挥功能。环形天线容易受到初级侧环形电路4以外的周围的磁场的影响。因而，也可以在次级侧环形电路5的与向初级侧环形电路4的对置面相反的面侧配置屏蔽层。
图16是对图15的结构追加有屏蔽层(第3层)22的剖视图。在图16中，在基底基板3的与和第1绝缘层8的接触面相反的面侧配置有屏蔽层22。屏蔽层22是面状的导电图案。从屏蔽层22向上方延伸有接头(第2接头、第3接头)23，该接头23连接于次级侧环形电路5和初级侧环形电路4。在更具体的一个例子中，从屏蔽层22向上方延伸的接头23连接于次级侧环形电路5的接地部和初级侧环形电路4的接地部。由此，能够抑制初级侧环形电路4和次级侧环形电路5的接地电平的电位变动。
在图16中，将屏蔽层22配置于基底基板3的与和第1绝缘层8的接触面相反的面侧，但屏蔽层22也可以配置于基底基板3与第1绝缘层8之间。例如，在基底基板3是具有多个内层的多层基板的情况下，也可以将任意的内层作为屏蔽层22。
此外，屏蔽层22也可以与未图示的散热器等接触。由此，能够进行电气设备2的散热和接地电位的变动的抑制。
这样，在本实施方式中，与初级侧环形电路4接近地配置次级侧环形电路5，所以能够使初级侧环形电路4与次级侧环形电路5磁耦合，减小将初级侧环形电路4和次级侧环形电路5合起来的等效电感，能够抑制在初级侧环形电路4内产生的浪涌和阻尼振荡。
另外，通过调整将初级侧环形电路4和次级侧环形电路5合起来的电阻值，能够选择使在初级侧环形电路4内产生的浪涌和阻尼振荡最小化的最佳的电阻值。
此外，能够将上述实施方式总结成以下的技术方案。
技术方案1
一种电气设备，具备：
初级侧环形电路，具有以环形状使电流流过的主电路；以及
次级侧环形电路，与所述初级侧环形电路对置地隔开预定的距离而配置，使基于在所述初级侧环形电路中产生的磁场的感应电流以环形状流过。
技术方案2
根据技术方案1所记载的电气设备，其中，
所述次级侧环形电路不具有有源元件，而具有无源元件。
技术方案3
根据技术方案1或者2所记载的电气设备，其中，
所述次级侧环形电路具有与所述初级侧环形电路的形状以及尺寸相应的形状以及尺寸。
技术方案4
根据技术方案1至3中的任意一项所记载的电气设备，其中，
所述预定的距离是所述初级侧环形电路与所述次级侧环形电路磁耦合的范围内的距离。
技术方案5
根据技术方案1至4中的任意一项所记载的电气设备，其中，
第1层，配置有所述初级侧环形电路；以及
第2层，在所述第1层的上方或者下方隔开所述预定的距离而层叠，配置有所述次级侧环形电路。
技术方案6
根据技术方案5所记载的电气设备，其中，
所述第1层以及所述第2层分别配置于基底基板的表面、背面或者内层面。
技术方案7
根据技术方案5或者6所记载的电气设备，其中，
在俯视所述第1层以及所述第2层时，所述初级侧环形电路以及所述次级侧环形电路中的至少一部分以上下重叠的方式配置。
技术方案8
根据技术方案5至7中的任意一项所记载的电气设备，其中，具备：
第1接头，使所述第1层中的至少一部分与所述第2层中的至少一部分电导通；以及
电阻元件，配置于所述第1层，经由所述第1接头电连接于所述次级侧环形电路。
技术方案9
根据技术方案8所记载的电气设备，其中，
所述次级侧环形电路被配置成所述第2层上的从第1端部至第2端部为止包围所述第2层上的一部分区域，
所述第1端部以及所述第2端部分别经由不同的所述第1接头连接于所述电阻元件的两个端部。
技术方案10
根据技术方案5至9中的任意一项所记载的电气设备，其中，
所述电气设备具备面状图案的第3层，该面状图案的第3层与所述第2层的一部分电导通。
技术方案11
根据技术方案10所记载的电气设备，其中，
所述电气设备具备第2接头，该第2接头使所述第2层的一部分与所述第3层电导通。
技术方案12
根据技术方案10或者11所记载的电气设备，其中，
所述电气设备具备第3接头，该第3接头使所述第1层的一部分与所述第3层电导通。
技术方案13
根据技术方案10至12中的任意一项所记载的电气设备，其中，
所述第3层配置于基底基板的表面、背面或者内层面。
技术方案14
根据技术方案1至13中的任意一项所记载的电气设备，其中，
所述主电路具有周期性地切换在所述主电路中流过的电流的朝向的高侧半导体元件以及低侧半导体元件。
技术方案15
根据技术方案14所记载的电气设备，其中，
所述初级侧环形电路具有：
第1电流路径，通过周期性地切换所述高侧半导体元件以及所述低侧半导体元件的动作来使电流的朝向周期性地变化；以及
电容器，连接于所述第1电流路径上，
所述次级侧环形电路具有第2电流路径，在该第2电流路径中流过与由在所述第1电流路径中流过的电流产生的磁场相应的感应电流。
技术方案16
根据技术方案1至15中的任意一项所记载的电气设备，其中，
所述初级侧环形电路内的电路部件是芯片部件以及表面安装部件中的至少一方。
技术方案17
根据技术方案1至16中的任意一项所记载的电气设备，其中，
所述主电路是电力变换电路。
技术方案18
一种电力变换装置，具备：
初级侧环形电路，具有以环形状使电流流过而进行电力变换的主电路；以及
次级侧环形电路，与所述初级侧环形电路对置地隔开预定的距离而配置，使基于在所述初级侧环形电路中产生的磁场的感应电流以环形状流过，
所述主电路具有周期性地切换在所述主电路中流过的电流的朝向的高侧半导体元件以及低侧半导体元件。
本发明的方式并不限定于上述各个实施方式，还包括本领域技术人员能够想到的各种变形，本发明的效果也不限定于上述内容。即，能够在不脱离从权利要求书所规定的内容及其均等物导出的本发明的概念性的思想和要旨的范围进行各种追加、变更以及部分性删除。
Claims (10)
1.一种电气设备，具备：
初级侧环形电路，具有以环形状使电流流过的主电路；
次级侧环形电路，与所述初级侧环形电路对置地隔开预定的距离而配置，使基于在所述初级侧环形电路中产生的磁场的感应电流以环形状流过；
第1层，配置所述初级侧环形电路；
第2层，在所述第1层的上方或者下方隔开所述预定的距离而层叠，配置所述次级侧环形电路；
第1接头，使所述第1层中的至少一部分与所述第2层中的至少一部分电导通；以及
电阻元件，配置于所述第1层，经由所述第1接头电连接于所述次级侧环形电路。
2.根据权利要求1所述的电气设备，其中，
所述次级侧环形电路不具有有源元件，而具有无源元件。
3.根据权利要求1或者2所述的电气设备，其中，
所述次级侧环形电路具有与所述初级侧环形电路的形状以及尺寸相应的形状以及尺寸。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电气设备，其中，
所述预定的距离是所述初级侧环形电路与所述次级侧环形电路磁耦合的范围内的距离。
5.根据权利要求1所述的电气设备，其中，
所述第1层以及所述第2层分别配置于基底基板的表面、背面或者内层面。
6.根据权利要求1所述的电气设备，其中，
在俯视所述第1层以及所述第2层时，所述初级侧环形电路以及所述次级侧环形电路中的至少一部分以上下重叠的方式配置。
7.根据权利要求1所述的电气设备，其中，
所述次级侧环形电路被配置成所述第2层上的从第1端部至第2端部为止包围所述第2层上的一部分区域，
所述第1端部以及所述第2端部分别经由不同的所述第1接头连接于所述电阻元件的两个端部。
8.根据权利要求1所述的电气设备，其中，
所述主电路具有周期性地切换在所述主电路中流过的电流的朝向的高侧半导体元件以及低侧半导体元件，
所述初级侧环形电路具有：
第1电流路径，通过周期性地切换所述高侧半导体元件以及所述低侧半导体元件的动作来使电流的朝向周期性地变化；以及
电容器，连接于所述第1电流路径上，
所述次级侧环形电路具有第2电流路径，在该第2电流路径中流过与由在所述第1电流路径中流过的电流产生的磁场相应的感应电流。
9.根据权利要求1所述的电气设备，其中，
所述初级侧环形电路内的电路部件是芯片部件以及表面安装部件中的至少一方。
10.一种电力变换装置，具备：
初级侧环形电路，具有以环形状使电流流过而进行电力变换的主电路；
次级侧环形电路，与所述初级侧环形电路对置地隔开预定的距离而配置，使基于在所述初级侧环形电路中产生的磁场的感应电流以环形状流过；
第1层，配置所述初级侧环形电路；
第2层，在所述第1层的上方或者下方隔开所述预定的距离而层叠，配置所述次级侧环形电路；
第1接头，使所述第1层中的至少一部分与所述第2层中的至少一部分电导通；以及
电阻元件，配置于所述第1层，经由所述第1接头电连接于所述次级侧环形电路，
所述主电路具有周期性地切换在所述主电路中流过的电流的朝向的高侧半导体元件以及低侧半导体元件。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant |