CN1489269A - 开关电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明的开关电源装置包括至少具有第一初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组、第二初级绕组，并按照第一初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组、第二初级绕组的顺序层叠，而且具有将第一次级绕组的一端与第二次级绕组的一端连接作为中心抽头引出的结构的变压器；将电压正负反向交替加在变压器上的开关手段；将变压器的中心抽头与第一次级绕组的另一端或第二次级绕组的另一端之间感应的电压加以整流的整流手段；将整流手段的电压平滑化的平滑手段；以及对开关手段进行导通－关断控制以使得输出电压稳定的控制手段。

Description

开关电源装置

技术领域

本发明涉及对产业用及民用电子设备供给直流稳定电压的开关电源装置。

背景技术

近年来，随着电子设备的小型化，迫切要求开关电源装置所用的变压器等磁性元器件实现小型化和薄型化。为了适应这样的要求，采用了层叠变压器，它是采用将导线绕成螺旋形的线圈或将薄的导体冲成螺旋形的线圈，然后将这些线圈用同一种类线圈层叠或复合层叠，作为开关电源装置的变压器绕组。

下面用图6说明以往例子的开关电源装置。

图6为已有的开关电源装置的例子，图6(a)为全桥式变换器的电路构成图，图6(b)为其变压器绕组部分的剖面图，图6(c)为其绕组部分一个绕组即螺旋形线圈的外观图。

图6(a)的开关电源装置具有输入直流电源1、输入端2a-2b、变压器3、第一开元件4、第二开关元件5、第三开关元件6、第四开关元件7、第一整流二极管8a、第二整流二极管8b、电感元件9、平滑电容器10、输出端子11a-11b、负载12、以及控制电路20。另外，G1、G2、G3、G4是控制电路20发出的导通信号。

输入直流电源1与输入端2a-2b连接，供给电源电压Vin。

第一开关元件以及4与第二开关元件5串联连接，与输入端子2a-2b连接。第三开关元件6与第四开关元件7串联连接，与输入端子2a-2b连接。

初级绕组3a的一端与第一开关手段4和第二开关手段5之间的连接点连接，另一端与第三开关手段6和第四开关手段7之间的连接点连接。第一次级绕组3b与第二次级绕组3c串联连接。初级绕组3a、第一次级绕组3b与第二次级绕组3c的匝数比为N∶1∶1(N为任意正数)。

第一整流二极管8a的阳极与变压器3的第一次级绕组3b的一端连接，第二整流二极管8b的阳极与第二次级绕组3c的一端连接。两整流二极管的阴极互相连接。第一次级绕组3b的另一端与第二次级绕组3c的另一端互相连接，与输出端11b连接。

电感元件9与平滑电容器10串联连接，构成平滑电路。电感元件9的一端与第一整流二极管8a的阴极和第二整流二极管8b的阴极的连接点连接，其另一端与输出端子11a连接。平滑电容器10的一端与输出端11a连接，其另一端与第一次级绕组3b和第二次级绕组3c的连接点(即输出端11b)连接。

平滑电容器10的电容量足够大，将变压器3的次级绕组上产生的电压整流后的滤波。平滑电容器10的两端电压Vout(11a-11b之间的电压)成为输出电压。

12为负载，与输出端11a-11b连接，消耗电功率。

20为控制电路，输出要使输出直流电压Vout稳定的导通信号G1至G4，通过这样以规定的占空比驱动第一开关元件4、第二开关元件5、第三开关元件6及第四开关元件7。

关于变压器3，下面用图6(b)及图6(c)进行详细说明。图6(b)为变压器绕组部分的剖面图，图6(c)为螺旋形线圈的外观图。

如图6(b)所示，变压器3具有第一初级绕组3a1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第四初级绕组3a4、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第三次级绕组3b2及第四次级绕组3c2。

第一初级绕组3a1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第四初级绕组3a4串联连接，构成图6(a)的初级绕组3a。第一次级绕组3b1与第三次级绕组3b2串联连接，构成图6(a)的第一次级绕组3b，第二次级绕组3c1与第四次级绕组3c2串联连接，构成图6(a)的第二次级绕组3c。

关于各线圈的层叠顺序，是从上面起按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二初级绕组3a2、第三次级绕组3b2、第三初级绕组3a3、第二次级绕组3c1、第四初级绕组3a4及第四次级绕组3c2的顺序进行层叠。

通过这样进行层叠，能够增强初级绕组与次级绕组之间的磁耦合。图6(c)为变压器3的绕组部分一个绕组的外观图。

下面说明如上所述构成的开关电源装置的动作。

图7所示为已有的开关电源装置的例子的各部分动作波形图。在图7中，(a)为控制第一开关元件4的导通-关断的信号G1的电压波形，(b)为控制第二开关元件5的导通-关断的信号G2的电压波形，(c)为控制第三开关元件6的导通-关断的信号G3的电压波形，(d)为控制第四开关元件7的导通-关断的信号G4的电压波形。(e)为加在变压器3的初级绕组3a上的电压Vp的波形。(f)为流过第一整流二极管8a的电流Id1的波形，(g)为流过第二整流二极管8b的电流Id2的波形。

如图7所示，在已有的电源装置的例子中，开关元件4与开关元件7成为一组，同时导通，而开关元件5与开关元件6成为一组，同时导通。它们交替反复导通与关断，通过这样对变压器3的初级绕组3a交替加上Vin及-Vin的电压。

首先，若利用来自控制电路20的导通信号G2及G3使第二开关元件5及第三开关元件6同时导通，就对变压器3的初级绕组3a加上-Vin的电压。这时，在变压器3的第一次级绕组3b产生电压-Vin/N，第一整流二极管8a成为反向偏置而关断，第二整流二极管8b成为正向偏置而导通。

然后，若由于来自控制电路20的导通信号，G2及G3一起关断后，由于来自控制电路20的导通信号G1及G4，第一开关元件4及第四开关元件7同时导通，就对变压器3的初级绕组3a加上输入电压Vin。这时，在变压器3的第一次级绕组3b产生电压Vin/N，第一整流二极管8a成为正向偏置而导通，第二整流二极管8b成为反向偏置而关断。由于变压器3的第一次级绕组3b感应的电压，在电感元件9中流过电流。

流过电感元件9的电流直线性增加。这时，流过电感元件9的电流流过变压器3的第一次级绕组3b，而乘以变压器3的匝数比倍数即1/N倍的电流流入变压器3的初级绕组3a。

若第二开关元件5及第三开关元件6一起关断，则变压器3的初级绕组3a开路，变压器3的第一次级绕组3b及第二次级绕组3c的感应电压变为零。为了保持变压器3的磁通连续性，电流分流流入变压器3的第一次级绕组3b及第二次级绕组3c。今后将电流分流流入变压器次级绕组的期间称为分流期间。

在分流期间，由于流入第一次级绕组3b及第二次级绕组3c的电流作用，在第一次级绕组3b与第二次级绕组3c之间的空间产生强磁场。在分流期间，初级绕组3a处于开路状态，因此初级绕组3a的端子之间的电流为零。所以存在的问题是，在导体表面由于第一次级绕组3b及第二次级绕组3c产生的强磁场而感应产生环流，使位于第一次级绕组3b与第二次级绕组3c之间的第三初级绕组3a3的作为整个导体的电流和为零，因该感应的电流而将产生损耗。

在例如通常的将导线绕在EI型分割磁心上、将初级绕组与次级绕组完全分离而构成的变压器中，初级绕组与次级绕组之间的平均距离长，因此还有在初级绕组与次级绕组之间不能得到充分磁耦合的问题。因此，采用上述结构的变压器的开关电源装置，存在不能得到高变换效率的问题。

本发明正是为了解决上述问题，其目的在于提供采用初级绕组与次级绕组之间的磁耦合强而且损耗小的变压器的、变换效率高的开关电源装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明具有以下的构成。根据本发明的一个观点的开关电源装置，其特征在于，包括至少具有第一初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组、第二初级绕组，并按照所述第一初级绕组、所述第一次级绕组、所述第二次级绕组、所述第二初级绕组的顺序层叠，而且具有将所述第一次级绕组的一端与所述第二次级绕组的一端连接作为中心抽头引出的结构的变压器；将电压正负反向交替加在所述变压器上的开关手段；将所述变压器的所述中心抽头与所述第一次级绕组的另一端或所述第二次级绕组的另一端之间感应的电压加以整流的整流手段；将所述整流手段的电压平滑化的平滑手段；以及对所述开关手段进行导通-关断控制以使得输出电压稳定的控制手段。

根据本发明的另一观点的开关电源装置，其特征在于，包括将至少具有第一初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组、第二初级绕组并按照所述第一初级绕组、所述第一次级绕组、所述第二次级绕组、所述第二初级绕组的顺序层叠的单位层叠体、与至少具有所述第一初级绕组、所述第一次级绕组、所述第二次级绕组、所述第二初级绕组并按照所述第一初级绕组、所述第二次级绕组、所述第一次级绕组、所述第二初级绕组的顺序层叠的单位层叠体中的任何一种单位层叠体多级层叠或将两种单位层叠体组合层叠多级，具有将多个单位层叠体分别连接的所述第一次级绕组的一端与所述第二次级绕组的一端连接作为中心抽头引出，这样构成的变压器；将电压正负反向交替加在所述变压器上的开关手段；将所述变压器的所述中心抽头与将多个单位层叠体分别连接的所述第一次级绕组的另一端或所述第二次级绕组的另一端之间感应的电压加以整流的整流手段；将所述整流手段的电压平滑化的平滑手段；以及对所述开关手段进行导通-关断控制以使得输出电压稳定的控制手段。

也可以包含上下颠倒的单位层叠体(例如按照第二初级绕组、第二次级绕组、第一次级绕组、第一初级绕组的顺序形成的单位层叠体，或者按照第二初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组、第一初级绕组的顺序层叠的单位层叠体)进行层叠。

根据本发明的另一观点的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，将全部初级绕组串联连接。

根据本发明的又一观点的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，将单体层叠体所用的初级绕组并联连接，构成并联连接体，再将所述并联连接体分别串联连接。

根据本发明的又一观点的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，初级绕组及次级绕组由绝缘基板上形成导体图形的印制电路板线圈构成，作多级层叠，初级绕组及次级绕组通过线圈图形内端或外端的连接部分连接而构成绕组。

根据本发明的又一观点的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，将各层或整个初级绕组及/或次级绕组的匝数取为1匝。将具有1匝的线圈图形的印制电路板(层)层叠，将其整个进行串联连接或并联连接，形成初级绕组及/或次级绕组。

例如，在对初级绕组的所加电压是规定值以上的高压时，根据安全标准，在初级绕组与次级绕组及磁心之间必须确定一定以上的沿表面放电最短距离。若线圈图形超过1匝，则在线圈图形内端必须设置通孔。但是存在的问题是，若设置通孔，在通孔与其它图形或磁心之间确保一定以上的沿表面放电最短距离，则变压器将大型化。在本发明中，对于将基板上的线圈图形取为1匝的绕组，在线圈图形的内端不需要设置通孔。采用本发明，能够实现小型而且薄型的变压器。

根据本发明的又一观点的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，将各层或整个初级绕组的匝数取为N匝(N为任意正数)，所述第一次级绕组及所述第二次级绕组的匝数取为1匝。

在本发明的开关电源装置的变压器中，初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组的匝数比为N∶1∶1。

将具有N匝的线圈图形的印制电路板层叠，将其整个进行串联连接或并联连接，形成初级绕组。将具有1匝的线圈图形的印制电路板层叠，将其整个进行串联连接或并联连接，形成次级绕组。次级绕组通过线圈图形外端的连接部分连接。采用本发明，能够实现小型而且薄型的变压器。

本发明具有能够实现采用初级绕组与次级绕组之间的磁耦合强而且损耗小的变压器，变换效率高的开关电源装置的作用。

发明的新特征不外乎在所附的权利要求中特别叙述的特征，但有关构成及内容的两个方面，本发明与其它的目的及特征一起，根据与附图共同加以理解的以下的详细说明，将更容易理解及评价。

附图说明

图1为实施例1的开关电源装置的变压器绕组部分剖面图。

图2为实施例1的开关电源装置的单位层叠体结构的变压器绕组部分剖面图。

图3为实施例2的开关电源装置的变压器绕组部分剖面图。

图4为实施例2的开关电源装置的单位层叠体结构的变压器绕组部分剖面图。

图5(a)为实施例3的开关电源装置的变压器立体图，图5(b)为其正视图，图5(c)为其沿I-I面切断的剖面图，图5(d)为一块印制电路板线圈的简要外观图。

图6(a)为已有的开关电源装置的例子的电路图，图6(b)为该开关电源装置的变压器绕组部分剖面图，图6(c)为该开关电源装置的变压器绕组部分的一个绕组的外观图。

图7为已有的开关电源装置的例子的各部分动作波形图。

附图的一部分或全部是以图示为目的以简要的表现方法描绘的，不一定忠实地描绘出图中所示的要素的实际相对大小及位置，这一点请要考虑到。

具体实施方式

下面与附图一起说明具体表示实施本发明用的最佳形态的实施例。

《实施例1》

下面用图1说明本发明实施例1的开关电源装置。

本实施例的开关电源装置的整个电路构成与图6(a)所示的已有的电路构成例相同。本实施例的开关电源装置在变压器3的绕组部分有特点，而电路构成及电路动作与已有的开关电源装置的例子相同，因此其说明省略。

下面用图1说明本实施例的开关电源装置的变压器3的绕组部分的结构。图1为本实施例的变压器3的剖面图。

如图1所示，变压器3具有第一初级绕组3a1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第四初级绕组3a4、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第三次级绕组3b2及第四次级绕组3c2。

第一初级绕组3a1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3与第四初级绕组3a4串联连接，构成图6(a)的初级绕组3a。第一次级绕组3b1与第三次级绕组3b2串联连接，构成图6(a)的第一次级绕组3b，第二次级绕组3c1与第四次级绕组3c2串联连接，构成图6(a)的第二次级绕组3c。第一次级绕组3b与第二次级绕组3c串联连接。到此为止与已有技术的例子相同。

关于各线圈的层叠顺序，是从上面起按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第三次级绕组3b2、第四次级绕组3c2及第四初级绕组3a4的顺序进行层叠。取初级绕组3a、第一次级绕组3b、第二次级绕组3c的匝数比为N∶1∶1(N为任意正数)。

在本实施例中也与已有技术的例子相同，在分流期间，由于流过第一次级绕组3b及第二次级绕组3c的电流作用，在第一次级绕组3b与第二次级绕组3c之间的空间产生强磁场。但是，在本实施例的绕组结构中，由于在第一次级绕组3b1与第二次级绕组3c1之间不存在导体，因此在这之间没有感应电流，不产生损耗。在相邻的第一次级绕组3b2与第二次级绕组3c2中，在分流期间流过互相相反方向的电流，由2个电流产生的感应磁场互相抵消。同样，在相邻的第一次级绕组3b1与第二次级绕组3c1中，在分流期间流过互相反向的电流，由2个电流产生的感应磁场互相抵消。因此，夹在第一次级绕组3b2与第二次级绕组3c1之间的2组初级绕组(3a2及3a3)中没有感应电流，不产生损耗。

初级绕组3a、第一次级绕组3b及第二次级绕组3c的磁耦合度高，这与已有技术的例子(图6)相同。和例如初级绕组与次级绕组完全分离地卷绕在EI型分割磁心上的变压器相比，本发明的变压器的初级绕组与次级绕组的磁耦合度高。

另外，在本实施例的开关电源装置中，作为变压器的绕组是采用将从上面起按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1及第二初级绕组3a2的顺序层叠的单位层叠体层叠2级的绕组进行说明的，但若采用将上述单位层叠体至少层叠一级或一级以上的绕组，也能够得到同样的效果。这里，图2所示为单位层叠体的一级模型中变压器绕组部分的剖面图。在单位层叠体的一级模型中，在第一次级绕组与第二次级绕组之间不存在导体，因此在这之间没有感应电流，不产生损耗。

例如，在图1所示的由3a1～3a4、3b1、3b2、3c1及3c2构成的将单位层叠体层叠2级的变压器中，在相邻的第一次级绕组3b2与第二次级绕组3c2中，在分流期间流过互相反向的电流，由2个电流产生的感应磁场互相抵消。同样，在相邻的第一次级绕组3b1与第二次级绕组3c1中，在分流期间流过互相反向的电流，由2个电流产生的感应磁场互相抵消。因此，夹在第一次级绕组3b2与第二次级绕组3c1之间的2组初级绕组(3a2及3a3)中没有感应电流，不产生损耗。

也可以将按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第二初级绕组3a2的顺序层叠的单位层叠体、与按照第一初级绕组3a1、第二次级绕组3c1、第一次级绕组3b1、第二初级绕组3a2的顺序层叠的单位层叠体组合层叠而构成变压器。再有，也可以包含上下颠倒的这些单位层叠体进行层叠而构成变压器。即使采用这样的结构，也能够得到与实施例同样的效果。

通过将初级绕组串联连接，能够防止流过各初级绕组的电流极端不均匀的电流分布。上面说明的是将构成第一次级绕组3b及第二次级绕组3c的各线圈串联连接的情况，当然，即使将各线圈并联连接而构成第一次级绕组3b及第二次级绕组3c，也能够得到同样的效果。在模拟及实验中，次级绕组短路时从初级绕组侧来看的交流阻抗与已有的变压器绕组结构(图6(b))相比，已确认可降低20％～30％。另外，上面说明的是具有全桥式变换器方式的开关电路的开关电源装置，但当然，即使用于采用半桥式变换器、推挽式变换器及以该电路为基础的各种电路方式的开关电源装置，也能够得到同样的效果。

《实施例2》

下面用图3及图4说明本发明实施例2的开关电源装置。

本实施例的开关电源装置的整个电路构成与图6(a)所示的已有的电路构成的例子相同。本实施例的开关电源装置在变压器3的绕组部分有特点，而关于电路构成及电路动作，则由于与已有的开关电源装置的例子相同，因此其说明省略。

下面用图3说明本实施例的开关电源装置的变压器3的绕组部分的结构。

图3为本实施例的变压器3的剖面图。

如图3所示，变压器3具有第一初级绕组3a1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第四初级绕组3a4、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第三次级绕组3b2及第四次级绕组3c2。

第一初级绕组3a1与第二初级绕组3a2并联连接，构成第一并联连接体3d1，第三初级绕组3a3与第四初级绕组3a4并联连接，构成第二并联连接体3d2。第一并联连接体3d1与第二并联连接体3d2串联连接，构成图6(a)的初级绕组3a。第一次级绕组3b1与第三次级绕组3b2串联连接，构成图6(a)的第一次级绕组3b，第二次级绕组3c1与第四次级绕组3c2串联连接，构成图6(a)的第二次级绕组3c。第一次级绕组3b与第二次级绕组3c串联连接。

各线圈的层叠顺序，是从上面起按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第三次级绕组3b2、第四次级绕组3c2、第四初级绕组3a4的顺序进行层叠。取初级绕组3a与第一次级绕组3b与第二次级绕组3c的匝数比为N∶1∶1。

如本实施例那样构成变压器绕组，这样，即使在初级绕组3a的匝数比比较小的标准的情况下，由于将第一并联连接体3d1与第二并联连接体3d2串联连接，初级绕组3a中也能够流过大电流。

另外，与实施例1相同，由于在第一次级绕组3b1与第二次级绕组3c1之间不存在导体，因此在分流期间，在这之间的空间产生的强磁场不产生感应电流，不产生损耗。在相邻的第一次级绕组3b2与第二次级绕组3c2中，在分流期间流过互相反向的电流，由二个电流产生的感应磁场互相抵消。同样，在相邻的第一次级绕组3b1与第二次级绕组3c1中，在分流期间流过互相反向的电流，由2个电流产生的感应磁场互相抵消。因此，夹在第一次级绕组3b2与第二次级绕组3c1之间的2组初级绕组(3a2及3a3)中没有感应电流，不产生损耗。

初级绕组3a与第一次级绕组3b及第二次级绕组3c的磁耦合度高，这与已有技术的例子(图6)相同。和例如初级绕组与次级绕组完全分离地卷绕在EI型分割磁心的变压器相比，本发明的变压器的初级绕组与次级绕组的磁耦合度高。

另外，在本实施例的开关电源装置中，作为变压器的绕组是采用将从上面起按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1及第二初级绕组3a2的顺序层叠的单位层叠体层叠2级的绕组进行说明的，但若采用将上述单位层叠体至少层叠1级或一级以上的绕组，也能够得到同样的效果。这里，图4所示为单位层叠体的1级模型的变压器绕组部分的剖面图。在单位层叠体的一级模型中，由于在第一次级绕组与第二次级绕组之间不存在导体，因此在这之间没有感应电流，不产生损耗。另外，所说明的是将单位层叠体中的初级绕组的并联连接体相互之间串联连接的情况，但即使在将并联连接体相互之间并联连接的情况下，也能够得到同样的效果。

也可以将按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第二初级绕组3a2的顺序层叠的单位层叠体、与按照第一初级绕组3a1、第二次级绕组3c1、第一次级绕组3b1、第二初级绕组3a2的顺序层叠的单位层叠体组合层叠而构成变压器。再有，也可以包含上下颠倒的这些单位层叠体进行层叠而构成变压器。即使采用这样的结构，也能够得到与实施例同样的效果。

上述说明的是将构成第一次级绕组3b及第二次级绕组3c的各线圈串联连接的情况，当然，即使将各线圈并联连接而构成第一次级绕组3b及第二次级绕组3c，也能够得到同样的效果。在模拟及实验中，次级绕组短路时从初级绕组侧来看的交流阻抗与已有的变压器绕组结构(图6(b))相比，已确认可降低20％～30％。另外，上述说明的是具有全桥式变换器方式的开关电路的开关电源装置，但当然，即使用于采用半桥式变换器、推挽式变换器及以该电路为基础的各种电路方式的开关电源装置，也能够得到同样的效果。

《实施例3》

下面用图5说明本发明实施例3的开关电源装置。

本实施例的开关电源装置的整个电路构成与图6(a)所示的已有技术例的电路构成相同。本实施例的开关电源装置在变压器3的绕组部分有特点，而电路构成及电路动作由于与以往例子的开关电源装置相同，因此其说明省略。图5(a)为本实施例的具有层叠印制电路板线圈的结构的变压器外观立体图，图5(b)为其正视图，图5(c)为其沿I-I面切断的剖面图，图5(d)为一块印制电路板线圈的简要外观图。在图5中，30是将多个印制电路板线圈层叠而成的层叠体，34为端子，35为磁心，37为一块印制电路板线圈。各印制电路板线圈37具有线圈图形31、内端通孔32及外端通孔33，在中心设置通孔36。如图5(c)所示，磁心35使其中间心柱穿过通孔36，构成闭合磁路。

本实施例的变压器是将绝缘基板上形成导体图形的印制电路板线圈37多层层叠而得的层叠体30作为变压器的绕组。印制电路板线圈37是具有4层或4层以上的印制电路板，1块印制电路板也可以具有多层线圈。多层印制电路板线圈37是在各线圈图形之间夹着所需要厚度的绝缘层进行层叠，将各线圈图形的终端(内端32及外端33)与上下的其它印制电路板线圈37连接，构成线圈。例如，利用作为双面印制电路板的印制电路板线圈37的背面设置的导体图形，将内端32与印制电路板线圈37的周围设置的通孔38～44的某一个连接，将端子34与该通孔及外端33连接，将上下的印制电路板线圈37相互连接。例如对于每个第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第三次级绕组3b2、第四次级绕组3c2及第四初级绕组3a4设置不同的导体图形，使用不同的通孔作为连接端，通过这样形成变压器的各绕组。

下面用图1说明本实施例的开关电源装置的变压器3的绕组部分结构。本实施例的变压器3的各线圈的连接及层叠与图1所示实施例1的变压器相同。

图1为本实施例的变压器3的剖面图。

在图1中，第一初级绕组3a1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第四初级绕组3a4通过线圈图形31的内端通孔32及线圈图形31的外端通孔33串联连接，构成图6的初级绕组。

第一次级绕组3b1与第三次级绕组3b2通过线圈图形31的内端通孔32及外端通过33串联连接，构成图6的第一次级绕组3b，第二次级绕组3c1与第四次级绕组3c2通过线圈图形31的内端通孔32及外端通孔33串联连接，构成图6的第二次级绕组3c。第一次级绕组3b与第二次级绕组3c串联连接。

各线圈的层叠，是按从上面起按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第二初级绕组3a2、第三初级绕组3a3、第三次级绕组3b2、第四次级绕组3c2及第四初级绕组3a4的顺序进行的。取初级绕组3a、第一次级绕组3b与第二次级绕组3c的匝数比为N∶1∶1。

通过采用这样的结构，能够制造各线圈之间的层间距离的精度高而且一定的变压器。

另外，和实施例一样，由于在第一次级绕组3b1与第二次级绕组3c1之间不存在导体，因此在分流期间，在这之间的空间产生的强磁场不产生感应电流，不产生损耗。在相邻的第一次级绕组3b2与第二次级绕组3c2中，在分流期间流过互相反向的电流，由二个电流产生的磁场互相抵消。同样，在相邻的第一次级绕组3b1与第二次级绕组3c1中，在分流期间流过互相反向的电流，由两个电流产生的磁场互相抵消。因此，夹在第一次级绕组3b2与第二次级绕组3c1之间的二组初级绕组(3a2及3a3)中没有感应电流，不产生损耗。初级绕组3a与第一次级绕组3b及第二次级绕组3c的磁场耦合度高，这与已有技术的例子(图6)相同。和例如初级绕组与次级绕组完全分离地卷绕在EI型分割磁心上的变压器相比，本发明的变压器的初级绕组与次级绕组的磁耦合度高。

另外，在本实施例的开关电源装置中，作为变压器的绕组是采用将从上面起按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1及第二初级绕组3a2的顺序层叠的单位层叠体2级层叠的多层印制电路板线圈进行说明的，但采用将上述单位层叠体至少层叠一级或一级以上的绕组，也能够得到同样的效果。在单位层叠体的一级模型中，由于在第一次级绕组与第二次级绕组之间不存在导体，因此在这之间没有感应电流，不产生损耗。

另外，上面说明的是将构成第一次级绕组及第二次级绕组的各线圈串联连接的情况，但当然即使将各线圈并联连接构成第一次级绕组及第二次级绕组，也能够得到同样的效果。

也可以将按照第一初级绕组3a1、第一次级绕组3b1、第二次级绕组3c1、第二初级绕组3a2的顺序层叠的单位层叠体、与按照第一初级绕组3a1、第二次级绕组3c1、第一次级绕组3b1、第二初级绕组3a2的顺讯层叠的单位层叠体组合层叠而构成变压器。还可以包含上下颠倒的这些单位层叠体进行层叠而构成变压器。即使采用这样的结构，也能够得到与实施例同样的效果。在模拟及试验中，已确认次级绕组短路时从初级绕组来看的交流阻抗与已有的变压器绕组结构(图6(b))相比，可降低20％～30％。

另外，在变压器3中也可以将构成印制电路板线圈37的各层或整个初级绕组的匝数取为1匝。在变压器3中，也可以将构成印制电路板线圈37的各层或整个次级绕组的匝数取为1匝。在变压器3中，也可以将构成印制电路板线圈37的各层或整个初级绕组的匝数取为N匝，第一次级绕组及第二次级绕组的匝数取为1匝。将构成印制电路板线圈37的各层线圈图形取为1匝，再将所有各层的线圈图形并联连接，通过这样可以将整个线圈的匝数取为1匝。

最好是将构成印制电路板线圈37的各层的初级绕组的线圈图形的匝数取为1匝，再将所有各层串连连接或并联连接。还可以将构成印制电路板线圈37的各层的次级绕组的线圈图形的匝数取为1匝，将所有各层串连连接或并联连接。

若在各层的线圈匝数大于1匝，则线圈图形31成为螺旋状，因此必须在线圈图形内端设置通孔32，再利用32将各层的线圈图形相互连接。在初级侧的输入电压是规定值以上的高压时，必须使初级绕组及次级绕组与磁心35之间的沿表面放电最短距离为符合安全标准的距离(例如10mm)以上。但是，要确保规定的沿表面放电最短距离而在线圈图形内端设置通孔32，将导致变压器3大型化及功耗增大。再有，线圈图形内端的利用通孔32的连接部分的电流容量小，线圈中不能流过大电流。

采用1层1匝的结构，完全不需要利用线圈图形内端的通过32进行连接。没有了通孔。用规定材料形成的电路基板其本身起到作为绝缘片的作用。在这种情况下，能够减小初级绕组及次级绕组与磁心35之间的空间距离，而且能够确保符合安全标准的有效的沿表面放电最短距离。通过这样，能够实现变压器的小型化及薄型化，而且能够增大输出电流容量，降低功耗。

上面说明的是具有全桥式变换器方式的开关电路的开关电源装置，但当然，即使用于采用半桥式变换器、推挽式变换器及以该电路为基础的各种电路方式的开关电源装置，也能够得到同样的效果。

与实施例3相同，利用将印制电路板线圈层叠的结构，当然能够实现实施例2的变压器及用该变压器的开关电源装置。

采用本发明得到的有利效果是，能够实现采用初级绕组与次级绕组之间的磁耦合强而且损耗小的变压器的、变换效率高的开关电源装置。

本发明的开关电源装置得到的有利效果是，在分流期间，即使由于第一次级绕组及第二次级绕组中流过的电流在第一次级绕组与第二次级绕组之间的空间产生强磁场，但由于在第一次级绕组3b与第二次级绕组3c之间不存在导体，因此也没有感应电流，不产生损耗。又，得到的有利效果是，在相邻的第一次级绕组3b及第二次级绕组3c中在分流期间流过互相反向的电流，由二个电流产生的磁场互相抵消。因此夹在第一次级绕组3b与第二次级绕组3c之间的初级绕组没有感应电流，不产生损耗。

又，得到的有利效果是，由于第一次级绕组与第二次级绕组之间的平均距离短，因此第一次级绕组与第二次级绕组之间的磁耦合增强。所以，能够提供高变换效率的开关电源装置。

上面对发明以一定的详细程度对理想的形态进行了说明，但该理想形态的现在所揭示的内容在其构成的细节部分理所当然是可以变化的，在不超出权利要求的发明范围及思想的前提下，能够实现各要素的组合及顺序的变化。

Claims (7)

1.一种开关电源装置，其特征在于，包括

至少具有第一初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组、第二初级绕组，并按照所述第一初级绕组、所述第一次级绕组、所述第二次级绕组、所述第二初级绕组的顺序层叠，而且具有将所述第一次级绕组的一端与所述第二次级绕组的一端连接作为中心抽头引出的结构的变压器；

将电压正负反向交替加在所述变压器上的开关手段；

将所述变压器的所述中心抽头与所述第一次级绕组的另一端或所述第二次级绕组的另一端之间感应的电压加以整流的整流手段；

将所述整流手段的电压平滑化的平滑手段；以及

对所述开关手段进行导通-关断控制，以使输出电压稳定的控制手段。

2.一种开关电源装置，其特征在于，包括

将至少具有第一初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组、第二初级绕组并按照所述第一初级绕组、所述第一次级绕组、所述第二次级绕组、所述第二初级绕组的顺序层叠的单位层叠体、与至少具有所述第一初级绕组、所述第一次级绕组、所述第二次级绕组、所述第二初级绕组并按照所述第一初级绕组、所述第二次级绕组、所述第一次级绕组、所述第二初级绕组的顺序层叠的单位层叠体中的任何一种单位层叠体多级层叠或将两种单位层叠体组合层叠多级，具有将多个单位层叠体分别连接的所述第一次级绕组的一端与所述第二次级绕组的一端连接作为中心抽头引出，这样构成的变压器；

将电压正负反向交替加在所述变压器上的开关手段；

将所述变压器的所述中心抽头与将多个单位层叠体分别连接的所述第一次级绕组的另一端或所述第二次级绕组的另一端之间感应的电压加以整流的整流手段；

将所述整流手段的电压平滑化的平滑手段；以及

对所述开关手段进行导通-关断控制以使得输出电压稳定的控制手段。

3.如权利要求1或权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，将全部初级绕组串连连接。

4.如权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，将单位层叠体所用的初级绕组并联连接，构成并联连接体，再将所述并联连接体分别串连连接。

5.如权利要求1～4中的任一项所述的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，初级绕组及次级绕组由绝缘基板上形成导体图形的印制电路板线圈构成，层叠为多级，初级绕组及次级绕组通过线圈图形内端或外端的连接部分连接而构成绕组。

6.如权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，将各层或整个初级绕组及/或次级绕组的匝数取为1匝。

7.如权利要求2、5或6所述的开关电源装置，其特征在于，在所述变压器中，将各层或整个初级绕组的匝数取为N匝，将所述第一次级绕组及所述第二次级绕组的匝数取为1匝，其中N为任意正数。

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