JP2023141302A - Power supply device - Google Patents

Abstract

To provide a technology for weakening (reducing) the electric field strength in a secondary winding of an isolated DC-DC converter without disassembling or modifying an isolated DC-DC converter in a power supply device using an isolated DC-DC converter purchased as a component.SOLUTION: A power supply device includes an isolated DC-DC converter with an internal transformer, and a conductor that is external to the isolated DC-DC converter and electrically connected to the output terminal of the isolated DC-DC converter, and the conductor is arranged in a direction perpendicular to a direction from the primary side to the secondary side of the transformer when viewed from a secondary winding of the transformer.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device.

半導体ウェハや液晶基板を製造する工程で用いられるプラズマ処理装置では、例えば、パルス状の電圧（パルス電圧）を発生させるパルス電源装置のように、高電圧を発生させる電源装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
上記のような電源装置では、直流電源から供給される直流電圧をスイッチング回路によってパルス電圧化して出力しているが、近年、大出力化が要求されている。例えば、絶対値が１０ｋＶ以上の高電圧パルスが要求されている。高電圧パルスの電位は＋（プラス）の場合もあれば、－（マイナス）の場合もある。
このような電源装置において、スイッチング回路には、複数のスイッチング素子が備わっている。各スイッチング素子を駆動する駆動回路に、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータから直流電圧（例えば電位差が２４Ｖの電圧）が供給されている。絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータが用いられる理由は、スイッチング素子でスイッチングする電圧が高電圧なので、内蔵するトランスによって一次側（入力側）と二次側（出力側）とを絶縁させるためである。
なお、高電圧パルスの電圧値が大きい場合、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは複数段（例えば３段）の直列接続で構成する場合がある。 Plasma processing equipment used in the process of manufacturing semiconductor wafers and liquid crystal substrates is equipped with a power supply device that generates a high voltage, such as a pulse power supply device that generates a pulsed voltage (pulse voltage). For example, see Patent Document 1).
In the above-mentioned power supply devices, the DC voltage supplied from the DC power source is converted into a pulse voltage by a switching circuit and outputted, but in recent years, there has been a demand for higher output. For example, a high voltage pulse with an absolute value of 10 kV or more is required. The potential of the high voltage pulse may be + (plus) or - (minus).
In such a power supply device, the switching circuit includes a plurality of switching elements. A DC voltage (for example, a voltage with a potential difference of 24 V) is supplied from an isolated DC-DC converter to a drive circuit that drives each switching element. The reason why an isolated DC-DC converter is used is that since the voltage switched by the switching element is a high voltage, the primary side (input side) and the secondary side (output side) are isolated by the built-in transformer.
Note that when the voltage value of the high voltage pulse is large, the isolated DC-DC converter may be configured with a plurality of stages (for example, three stages) connected in series.

さて、周知のように、トランスの一次巻線と二次巻線との間には浮遊容量が存在する。浮遊容量の存在は、トランスの一次巻線と二次巻線が、それぞれキャパシタの電極として機能することを表している。
そのため、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに内蔵されているトランスに電圧が印加されると、その印可された電圧の大きさに比例してトランスの一次巻線と二次巻線との間の電荷量が増減することになる。また、電荷量の増減に応じて電界強度が増減するという関係がある。このため、トランスに印加される電圧が高くなると、一次巻線および二次巻線に作用する電界強度が強くなる（大きくなる）。電界強度が強くなると、巻線付近（例えば巻線を覆っているモールド部分等）における誘電損失が増加し、発熱量が多くなる。このため、トランスでは、一次巻線側よりも二次巻線側における誘電損失が多く、発熱量が多くなる。また、電界強度が強くなると、コロナ放電が発生し易くなる。 Now, as is well known, stray capacitance exists between the primary and secondary windings of a transformer. The presence of stray capacitance indicates that the primary and secondary windings of the transformer each function as the electrodes of a capacitor.
Therefore, when a voltage is applied to the transformer built in an isolated DC-DC converter, the amount of charge between the primary and secondary windings of the transformer is proportional to the magnitude of the applied voltage. will increase or decrease. Furthermore, there is a relationship in which the electric field strength increases or decreases as the amount of charge increases or decreases. Therefore, as the voltage applied to the transformer increases, the electric field strength acting on the primary winding and the secondary winding becomes stronger (increases). As the electric field strength increases, dielectric loss near the windings (for example, in the mold portion covering the windings) increases, and the amount of heat generated increases. Therefore, in the transformer, the dielectric loss is greater on the secondary winding side than on the primary winding side, and the amount of heat generated is greater. Furthermore, as the electric field strength increases, corona discharge becomes more likely to occur.

このような関係性がある中で、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次側電位（出力側電位）が高電位（絶対値１０ｋＶ以上）になると、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに内蔵されているトランスの二次巻線における電界強度も大きくなり、それに伴って誘電損失も大きくなる。また、コロナ放電が発生し易くなる。 Given this relationship, when the secondary side potential (output side potential) of the isolated DC-DC converter becomes a high potential (absolute value of 10 kV or more), the transformer built in the isolated DC-DC converter The electric field strength in the secondary winding also increases, and the dielectric loss also increases accordingly. Additionally, corona discharge is likely to occur.

この問題への対策として、電界強度を低下させることが考えられる。この観点では、特許文献２のように、トランスにコロナリングを設けることによって電界強度を低下させる技術が提案されているが、トランスに直接コロナリングを設ける必要がある。トランスにコロナリングを設ける技術は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを部品として購入し、他の部品と組み合わせて電源装置を製作する場合に適用できる技術ではない。 One possible solution to this problem is to reduce the electric field strength. From this point of view, as in Patent Document 2, a technique has been proposed in which the electric field strength is reduced by providing a corona ring on the transformer, but it is necessary to provide the corona ring directly on the transformer. The technique of providing a corona ring on a transformer is not a technique that can be applied when purchasing an isolated DC-DC converter as a component and combining it with other components to manufacture a power supply device.

特開２０１３－１２５７２９号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-125729 特開２００４－３３５６９６号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-335696

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、部品として購入した絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いた電源装置において、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造することなく、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次巻線における電界強度を弱くする（小さくする）技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and it is possible to convert an isolated DC-DC converter into a power supply device using an isolated DC-DC converter purchased as a component without disassembling or modifying the isolated DC-DC converter. It is an object of the present invention to provide a technique for weakening (reducing) the electric field strength in the secondary winding of a DC-DC converter.

本実施形態に係る電源装置は、内部にトランスを備えた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子に電気的に接続された導体と、を備え、前記導体は、前記トランスの二次巻線から見て、前記トランスの一次側から二次側に向かう方向と直交する方向に配置される。 The power supply device according to the present embodiment includes an isolated DC-DC converter including a transformer therein, and an output terminal of the isolated DC-DC converter that is electrically connected to an output terminal of the isolated DC-DC converter outside the isolated DC-DC converter. and a conductor arranged in a direction perpendicular to a direction from the primary side to the secondary side of the transformer, when viewed from the secondary winding of the transformer.

本実施形態に係る電源装置にあっては、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータおよび前記導体は、回路基板上に設けられる。また、本実施形態に係る電源装置にあっては、前記導体は、金属スペーサ、板状の導体、または前記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された導体である。また、本実施形態に係る電源装置にあっては、前記導体は、前記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された第１の導体と、前記第１の導体と電気的に接続された第２の導体とにより構成される。また、本実施形態に係る電源装置にあっては、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータが直列に接続されたうちの一部であり、二次側の電位の絶対値が所定の電位の絶対値以上となる絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。 In the power supply device according to this embodiment, the isolated DC-DC converter and the conductor are provided on a circuit board. Further, in the power supply device according to the present embodiment, the conductor is a metal spacer, a plate-shaped conductor, or a conductor arranged to surround the secondary winding of the transformer. Further, in the power supply device according to the present embodiment, the conductor is electrically connected to a first conductor arranged to surround a secondary winding of the transformer and the first conductor. and a second conductor. Further, in the power supply device according to the present embodiment, the isolated DC-DC converter is a part of a plurality of DC-DC converters connected in series, and the absolute value of the potential on the secondary side is This is an isolated DC-DC converter in which the absolute value of the potential is greater than or equal to a predetermined absolute value.

本発明によれば、部品として購入した絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いた電源装置において、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造することなく、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次巻線における電界強度を弱くする（小さくする）ことができる。しかも、導体は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置するので、簡単に対策を行うことができる。 According to the present invention, in a power supply device using an isolated DC-DC converter purchased as a component, the electric field in the secondary winding of the isolated DC-DC converter can be improved without disassembling or modifying the isolated DC-DC converter. The strength can be weakened (reduced). Moreover, since the conductor is placed outside the isolated DC-DC converter, countermeasures can be easily taken.

図１は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの配置例（概略平面図）である。FIG. 1 is a layout example (schematic plan view) of an isolated DC-DC converter. 図２は、トランスの一次巻線と二次巻線をキャパシタの電極と見なしたときの等価回路を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit when the primary winding and the secondary winding of the transformer are considered as electrodes of a capacitor. 図３は、外部電極用導体の配置位置の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the arrangement position of the external electrode conductor. 図４は、外付け電極として機能する外部電極用導体の構成例（図３の矢印方向から見た断面図）である。FIG. 4 is a configuration example (a cross-sectional view seen from the arrow direction in FIG. 3) of an external electrode conductor that functions as an external electrode. 図５は、図４で示した各構成例の場合の電極の面積を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the area of the electrode in each of the configuration examples shown in FIG. 4. 図６は、シミュレーション結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing simulation results. 図７は、実験結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the experimental results.

以下、本発明に係る電源装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態により本願発明が限定されるものではない。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は、同様であるものとして、重複する説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of a power supply device according to the present invention will be described based on the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment. In the following embodiments, parts with the same reference numerals are assumed to be the same, and overlapping explanations will be omitted as appropriate.

図１は、電源装置における３つの絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ（１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１、２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３）の配置例（概略平面図）を示す図である。以下、説明を簡便にするために、水平面内おいて互いに直交する２方向をＸ軸、Ｙ軸とし、鉛直方向をＺ軸とする。図１は、電源装置における回路基板１５を、鉛直方向に沿って見下ろした様子を示している。本実施形態では、内部にトランス１１１を備えた３つの絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータが、例えば、図１に示すように、回路基板１５上の入力端子１７と出力端子１９との間に直列接続されている。 Figure 1 shows three isolated DC-DC converters (first-stage isolated DC-DC converter 11, second-stage isolated DC-DC converter 12, and third-stage isolated DC-DC converter) in a power supply device. 13) is a diagram showing an arrangement example (schematic plan view). Hereinafter, in order to simplify the explanation, two mutually perpendicular directions in the horizontal plane will be referred to as the X axis and the Y axis, and the vertical direction will be referred to as the Z axis. FIG. 1 shows a circuit board 15 in a power supply device viewed down along the vertical direction. In this embodiment, three isolated DC-DC converters each having a transformer 111 inside are connected in series between an input terminal 17 and an output terminal 19 on a circuit board 15, for example, as shown in FIG. ing.

出力端子１９の電位は、＋（プラス）の場合もあれば、－（マイナス）の場合もあるが、以下では、出力端子１９の電位が＋（プラス）の場合の一例で説明する。
入力端子１７の電位は、パルス電源装置のような電源装置のグランド（０Ｖ）に対して、所定の電位差（例えば＋２４Ｖ）の電位である。
出力端子１９の電位は、パルス電源装置のような電源装置の出力電位（＋１２ｋＶ）に対して、所定の電位差（例えば＋２４Ｖ）の電位である。
すなわち、入力端子１７のグランド（電位０Ｖ）から見た電位差は＋２４Ｖである。また、出力端子１９のグランドから見た電位は＋１２０２４Ｖである。 Although the potential of the output terminal 19 may be + (plus) or - (minus), an example in which the potential of the output terminal 19 is + (plus) will be described below.
The potential of the input terminal 17 is a predetermined potential difference (for example, +24 V) with respect to the ground (0 V) of a power supply device such as a pulse power supply device.
The potential of the output terminal 19 is a predetermined potential difference (for example, +24 V) with respect to the output potential (+12 kV) of a power supply device such as a pulse power supply device.
That is, the potential difference seen from the ground (potential 0V) of the input terminal 17 is +24V. Further, the potential of the output terminal 19 viewed from the ground is +12024V.

このため、１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１では、一次側の電位は最大２４Ｖ（絶対値）で、二次側の電位は最大４０２４Ｖ（絶対値）である。
また、２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２では、一次側の電位は最大４０２４Ｖ（絶対値）で、二次側の電位は最大８０２４Ｖ（絶対値）である。
また、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３では、一次側の電位は最大８０２４Ｖ（絶対値）で、二次側の電位は最大１２０２４Ｖ（絶対値）である。 Therefore, in the first-stage isolated DC-DC converter 11, the potential on the primary side is a maximum of 24 V (absolute value), and the potential on the secondary side is a maximum of 4024 V (absolute value).
Furthermore, in the second-stage isolated DC-DC converter 12, the primary side potential is a maximum of 4024 V (absolute value), and the secondary side potential is a maximum of 8024 V (absolute value).
Further, in the third-stage isolated DC-DC converter 13, the primary side potential is a maximum of 8024V (absolute value), and the secondary side potential is a maximum of 12024V (absolute value).

なお、トランス１１１は、図１において、３つの絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１、１２、１３各々の内部にあるので、点線で表されている。また、回路基板１５におけるパターン配線２１は、回路基板１５の裏面に形成されているので、点線で表されている。もちろん、回路基板１５の表面に、パターン配線２１は形成されてもよい。また、複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを電気的に接続する配線は、パターン配線２１に限定されない。 Note that in FIG. 1, the transformer 111 is located inside each of the three isolated DC-DC converters 11, 12, and 13, so it is represented by a dotted line. Further, the pattern wiring 21 on the circuit board 15 is formed on the back surface of the circuit board 15, and therefore is represented by a dotted line. Of course, the pattern wiring 21 may be formed on the surface of the circuit board 15. Furthermore, the wiring that electrically connects the plurality of insulated DC-DC converters is not limited to the pattern wiring 21.

また、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータには、トランス１１１以外にも、電圧変換するための構成や端子などを有するが、図１では図示を省略している。 In addition to the transformer 111, the isolated DC-DC converter has a structure and terminals for voltage conversion, but these are not shown in FIG.

また、図１はあくまでも一例であり、複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの配置は、これに限定されない。例えば、複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは、一直線上に配置されてもよい。 Further, FIG. 1 is just an example, and the arrangement of the plurality of isolated DC-DC converters is not limited to this. For example, a plurality of isolated DC-DC converters may be arranged in a straight line.

図２は、図１に関し、トランス１１１の一次巻線と二次巻線とをキャパシタの電極と見なしたときの等価回路の一例を示す図である。図２では、図１との関係を明瞭にするために、回路基板１５における各種構成要素も併せて図示している。
図２における１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１と、２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２と、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３との近傍に示す４ｋＶの矢印は、それぞれの絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの一次側と二次側との間に４ｋＶの電位差が生じている様子を示している。 FIG. 2 is a diagram showing an example of an equivalent circuit when the primary winding and the secondary winding of the transformer 111 are considered as electrodes of a capacitor with respect to FIG. 1. In FIG. 2, in order to clarify the relationship with FIG. 1, various constituent elements of the circuit board 15 are also illustrated.
The 4kV arrows shown near the first-stage isolated DC-DC converter 11, the second-stage isolated DC-DC converter 12, and the third-stage isolated DC-DC converter 13 in FIG. It shows that a potential difference of 4 kV is generated between the primary side and the secondary side of each isolated DC-DC converter.

周知のように、トランス１１１の一次巻線と二次巻線との間には浮遊容量が存在する。浮遊容量は、トランス１１１の一次巻線と二次巻線が、それぞれキャパシタの電極として機能することを表している。
そこで、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに内蔵されているトランス１１１の一次巻線と二次巻線をキャパシタの電極と見なすと、図１は、図２に示すような等価回路となる。 As is well known, stray capacitance exists between the primary and secondary windings of the transformer 111. The stray capacitance indicates that the primary winding and the secondary winding of the transformer 111 each function as an electrode of a capacitor.
Therefore, if the primary winding and secondary winding of the transformer 111 built into the isolated DC-DC converter are regarded as electrodes of a capacitor, then FIG. 1 becomes an equivalent circuit as shown in FIG. 2.

もちろん、この図２は、トランス１１１の一次巻線と二次巻線が、それぞれキャパシタの電極として機能することに着目し、その観点だけをイメージ化したものであるため、電圧変換するための構成等の図示を省略している。 Of course, this FIG. 2 focuses on the fact that the primary winding and secondary winding of the transformer 111 each function as the electrodes of the capacitor, and visualizes only that point of view, so it is a configuration for voltage conversion. etc. are omitted from illustration.

図３は、実施形態に係り、回路基板１５に配置される外部電極用の導体（以下、外部電極用導体と呼ぶ）３の配置位置の一例を示す図である。図２で示した３段目（最終段）の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３のトランス１１１の二次巻線から見て、回路基板１５上においてトランス１１１の一次側から二次側に向かう方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に、導体（以下、外部電極用導体３と呼ぶ）が配置される。この外部電極用導体３は、例えば、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、当該絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力端子２３に電気的に接続される。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the arrangement position of the external electrode conductor (hereinafter referred to as external electrode conductor) 3 arranged on the circuit board 15 according to the embodiment. When viewed from the secondary winding of the transformer 111 of the third stage (final stage) isolated DC-DC converter 13 shown in FIG. A conductor (hereinafter referred to as an external electrode conductor 3) is arranged in a direction (Y direction) perpendicular to the X direction. This external electrode conductor 3 is electrically connected to the output terminal 23 of the insulated DC-DC converter 13, for example, outside the insulated DC-DC converter.

すなわち、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子１９と外部電極用導体３とは電気的に接続されていればよい。たとえば、図１および図２に対して回路基板１５追加された外部電極用導体３は、図３に示すように、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３と出力端子１９との間のパターン配線２１を介して、電気的に接続されていても良い。これらにより、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子１９と導体（外部電極用導体）３とを接続するためのパターン配線２１を回路基板１５に作成することで、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと導体３とを回路基板１５上に設けることができ、容易に導体３を回路基板１５に取り付けることができる。 That is, it is sufficient that the output terminal 19 of the isolated DC-DC converter and the external electrode conductor 3 are electrically connected. For example, as shown in FIG. 3, the external electrode conductor 3 added to the circuit board 15 in FIGS. They may be electrically connected via wiring 21. By creating the pattern wiring 21 on the circuit board 15 for connecting the output terminal 19 of the insulated DC-DC converter and the conductor (external electrode conductor) 3, the insulated DC-DC converter and the conductor 3 can be connected. can be provided on the circuit board 15, and the conductor 3 can be easily attached to the circuit board 15.

以下、上記外部電極用導体３について説明する。 The external electrode conductor 3 will be explained below.

絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに内蔵されているトランス１１１に電圧が印加されると、印可された電圧の大きさに比例して、トランス１１１の一次側と二次側との間の電荷量が増減することになる。また、電荷量の増減に応じて電界強度が増減するという関係があるので、トランス１１１に印加される電圧が高くなると、一次巻線および二次巻線に作用する電界強度が強くなる（大きくなる）。電界強度が強くなると、巻線付近（例えば巻線を覆っているモールド部分等）における誘電損失が増加し、発熱量が多くなる。そのため、トランス１１１では、一次巻線側よりも二次巻線側における誘電損失が多く、発熱量が多くなる。また、電界強度が強くなると、コロナ放電が発生し易くなる。 When voltage is applied to the transformer 111 built into the isolated DC-DC converter, the amount of charge between the primary and secondary sides of the transformer 111 increases or decreases in proportion to the magnitude of the applied voltage. I will do it. Furthermore, since there is a relationship in which the electric field strength increases or decreases depending on the increase or decrease in the amount of charge, as the voltage applied to the transformer 111 increases, the electric field strength acting on the primary winding and the secondary winding becomes stronger (increasing ). As the electric field strength increases, dielectric loss near the windings (for example, in the mold portion covering the windings) increases, and the amount of heat generated increases. Therefore, in the transformer 111, the dielectric loss is greater on the secondary winding side than on the primary winding side, and the amount of heat generated is greater. Furthermore, as the electric field strength increases, corona discharge becomes more likely to occur.

そこで、上記のような外部電極用導体３を設けると、トランス１１１の一次巻線が、キャパシタの一方の電極（以下、一次側電極と呼ぶ）として機能し、外部電極用導体３がトランス１１１の二次巻線とともに、キャパシタの他方の電極（以下、拡大後二次側電極と呼ぶ）として機能する。これにより、二次巻線における誘電損失を低下させることができる。
なお、本実施形態の外部電極用導体３がない状態では、トランス１１１の二次巻線がキャパシタの他方の電極（以下、通常二次側電極と呼ぶ）として機能することになる。そのため、外部電極用導体３は、通常二次側電極に対する外付け電極とも言える。 Therefore, by providing the external electrode conductor 3 as described above, the primary winding of the transformer 111 functions as one electrode of the capacitor (hereinafter referred to as the primary electrode), and the external electrode conductor 3 functions as the primary winding of the transformer 111. Together with the secondary winding, it functions as the other electrode of the capacitor (hereinafter referred to as the secondary electrode after expansion). Thereby, dielectric loss in the secondary winding can be reduced.
Note that in the absence of the external electrode conductor 3 of this embodiment, the secondary winding of the transformer 111 functions as the other electrode of the capacitor (hereinafter generally referred to as a secondary electrode). Therefore, the external electrode conductor 3 can also be said to be an external electrode for the secondary electrode.

ここで、外部電極用導体３は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置されるため、拡大後二次側電極は、通常二次側電極よりも広い面積を有することになる。そのため、拡大後二次側電極では通常二次側電極よりも電荷が分散するので、拡大後二次側電極の場合の二次巻線における電界強度は、通常二次側電極の場合の二次巻線における電界強度よりも弱くなる（小さくなる）。
したがって、本実施形態の対策を行うことによって、二次巻線における電界強度を弱める（小さくさせる）ことができる。
しかも、外部電極用導体３は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置するので、部品として購入する絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造する必要がないので、簡単に対策を行うことができる。 Here, since the external electrode conductor 3 is arranged outside the insulated DC-DC converter, the secondary electrode after expansion has a larger area than the normal secondary electrode. Therefore, the electric charge is usually more dispersed in the secondary electrode after expansion than in the secondary electrode, so the electric field strength in the secondary winding in the case of the secondary electrode after expansion is the same as that in the secondary electrode in the case of the secondary electrode. It becomes weaker (smaller) than the electric field strength in the winding.
Therefore, by taking the measures of this embodiment, the electric field strength in the secondary winding can be weakened (reduced).
Moreover, since the external electrode conductor 3 is placed outside the insulated DC-DC converter, there is no need to disassemble or modify the insulated DC-DC converter purchased as a component, so countermeasures can be easily taken. .

以下、図４および図５を用いて、外部電極用導体３について詳細に説明する。図４は、外付け電極５５として機能する外部電極用導体３の複数の構成例を模式的に示す図である。具体的には、図４は、図３におけるＸ軸の方向（図３に示す矢印の方向）から見た外部電極用導体３の断面の一例を含む複数の外部電極用導体の断面を示している（Ａ－Ａ矢視断面図）。なお、図４においては、外部電極用導体３の断面との比較例として、外部電極用導体が未搭載の場合の断面（ａ）についても図示している。また、図４では、説明の便宜上、パターン配線２１の厚みを回路基板１５の厚みに比べて、厚くして図示している。すなわち、実際には、回路基板１５の厚みに対するパターン配線２１の厚みは、図４に示すよりもっと薄い。
図５は、図４に示す各構成例にこえる電極の面積の一例を示す図である。 The external electrode conductor 3 will be described in detail below with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a diagram schematically showing a plurality of configuration examples of the external electrode conductor 3 that functions as the external electrode 55. Specifically, FIG. 4 shows cross sections of a plurality of external electrode conductors including an example of the cross section of the external electrode conductor 3 viewed from the X-axis direction in FIG. 3 (the direction of the arrow shown in FIG. 3). (A-A cross-sectional view). Note that, in FIG. 4, as a comparative example with the cross section of the external electrode conductor 3, a cross section (a) in which no external electrode conductor is mounted is also illustrated. Further, in FIG. 4, for convenience of explanation, the thickness of the pattern wiring 21 is illustrated to be thicker than the thickness of the circuit board 15. That is, in reality, the thickness of the pattern wiring 21 relative to the thickness of the circuit board 15 is thinner than that shown in FIG. 4.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the area of the electrode exceeding each of the configuration examples shown in FIG. 4.

以下、図４および図５の示す６つの構成例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）について説明する。なお、図４および図５に示す外部電極用導体３の構成及び配置は一例であって、これらに限定されず、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Six configuration examples (a), (b), (c), (d), (e), and (f) shown in FIGS. 4 and 5 will be described below. In addition, the structure and arrangement|positioning of the external electrode conductor 3 shown in FIG. 4 and FIG. 5 are an example, Comprising: It is not limited to these, Various omissions, substitutions, and changes can be made.

図４および図５に示す（ａ）は、回路基板１５上に外部電極用導体３が設置されていない状態（以下、対策なしと呼ぶ）、すなわち、コロナ放電などへの対策が未実施の状態を示している。図４および図５における対策なし（ａ）に示すように、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３は、例えば、スルーホール１９１を介してパターン配線２１に電気的に接続される。 (a) shown in FIGS. 4 and 5 shows a state in which the external electrode conductor 3 is not installed on the circuit board 15 (hereinafter referred to as "no measures"), that is, a state in which measures against corona discharge etc. have not been implemented. It shows. As shown in (a) without countermeasure in FIGS. 4 and 5, the third stage insulated DC-DC converter 13 is electrically connected to the pattern wiring 21 via a through hole 191, for example.

図４および図５に示す（ｂ）は、回路基板１５上に矩形上の外部電極用導体３１が設置されている状態（以下、疑似コロナリング設置と呼ぶ）を示している。図４の疑似コロナリング３１は、トランス１１１の二次巻線の周囲を囲うように配置された外部電極用導体である。図４の疑似コロナリング（ｂ）における外部電極用導体３１は、コロナリングそのものではないので、以下、「疑似コロナリング」と呼ぶ。疑似コロナリング３１は、トランス１１１の二次巻線の周囲を囲うように配置された外部電極用導体であればよい。このため、疑似コロナリング３１は、単一の部材だけで構成されなくてもよい。例えば、疑似コロナリング３１は、細長い銅板を四角形状に折り曲げて構成されてもよいし、細長い銅板３２４と金属スペーサ３２とで構成されてもよい。また、回路基板１５のパターン配線２１は、疑似コロナリング３１の一部として活用されてもよい。 (b) shown in FIGS. 4 and 5 shows a state in which a rectangular external electrode conductor 31 is installed on the circuit board 15 (hereinafter referred to as pseudo-corona ring installation). The pseudo corona ring 31 in FIG. 4 is an external electrode conductor arranged to surround the secondary winding of the transformer 111. Since the external electrode conductor 31 in the pseudo-corona ring (b) of FIG. 4 is not a corona ring itself, it is hereinafter referred to as a "pseudo-corona ring." The pseudo corona ring 31 may be an external electrode conductor placed so as to surround the secondary winding of the transformer 111. Therefore, the pseudo-corona ring 31 does not need to be composed of only a single member. For example, the pseudo-corona ring 31 may be formed by bending an elongated copper plate into a rectangular shape, or may be formed from an elongated copper plate 324 and the metal spacer 32. Further, the pattern wiring 21 of the circuit board 15 may be utilized as a part of the pseudo corona ring 31.

図４および図５における疑似コロナリング設置（ｂ）に示すように、疑似コロナリング３１は、例えば、ネジ３１１を介して３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力端子１９側のパターン配線２１に電気的に接続される。なお、疑似コロナリング３１とパターン配線２１との接続は、ネジ３１１に限定されず、例えばスルーホール及び半田を介して電気的に接続されてもよい。これらのことから、疑似コロナリング３１の電位は、出力端子１９と同電位となる。 As shown in the pseudo-corona ring installation (b) in FIG. 4 and FIG. It is electrically connected to 21. Note that the connection between the pseudo corona ring 31 and the pattern wiring 21 is not limited to the screw 311, and may be electrically connected via a through hole or solder, for example. For these reasons, the potential of the pseudo corona ring 31 is the same as that of the output terminal 19.

図４および図５に示す（ｃ）は、棒状の外部電極用導体（以下、金属スペーサと呼ぶ）３２が回路基板１５上に設置されている状態（以下、金属スペーサ設置と呼ぶ）を示している。金属スペーサ３２の端部には、ネジ３２１が設けられている。このため、回路基板１５にネジ穴が設けられていれば、金属スペーサ３２は、容易に回路基板１５から取り外しできる。このとき、回路基板１５に設けられる金属スペーサ３２の数は、ネジ穴の数に応じて容易に調整することも可能である。多様な長さの金属スペーサ３２を用意することで、外付け電極５５としての面積の調整は容易となる。なお、金属スペーサ３２に類似した外部電極用導体（ネジがない等）を、外部電極用導体として用いることも可能である。金属スペーサ３２にネジ３２１が設けられていない場合、ネジ３２１が設けられていない金属スペーサ３２は、半田付け等で回路基板１５のスルーホール等を介してパターン配線２１に固定されてもよい。これらにより、金属スペーサ３２の電位は、出力端子１９と同電位となる。 (c) shown in FIGS. 4 and 5 shows a state in which a rod-shaped external electrode conductor (hereinafter referred to as a metal spacer) 32 is installed on the circuit board 15 (hereinafter referred to as metal spacer installation). There is. A screw 321 is provided at the end of the metal spacer 32. Therefore, if the circuit board 15 is provided with screw holes, the metal spacer 32 can be easily removed from the circuit board 15. At this time, the number of metal spacers 32 provided on the circuit board 15 can be easily adjusted according to the number of screw holes. By preparing metal spacers 32 of various lengths, the area of the external electrode 55 can be easily adjusted. Note that it is also possible to use an external electrode conductor similar to the metal spacer 32 (without screws, etc.) as the external electrode conductor. When the metal spacer 32 is not provided with the screw 321, the metal spacer 32 without the screw 321 may be fixed to the pattern wiring 21 via a through hole of the circuit board 15 by soldering or the like. Due to these, the potential of the metal spacer 32 becomes the same potential as the output terminal 19.

図４および図５に示す（ｄ）は、外部電極用導体として、疑似コロナリングと金属スペーサ３２とが回路基板１５上に設置されている状態（以下、疑似コロナリング＋金属スペーサと呼ぶ）を示している。図４および図５に示す疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）では、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３に近い２つの金属スペーサ３２３と銅板３２４とを例えばネジ（３１１、３２１）等により電気的に接続することで、疑似コロナリングが形成されている。加えて、銅板３２４は、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３から最遠の金属スペーサ３２にも、例えばネジ等により電気的に接続されている。疑似コロナリング３１と金属スペーサ３２との組み合わせでは、疑似コロナリング３１だけよりも、電極の面積を拡大することができる。なお、上記のように、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）に示すように、疑似コロナリングの一部として金属スペーサ３２３を活用することができる。 (d) shown in FIGS. 4 and 5 shows a state in which a pseudo corona ring and a metal spacer 32 are installed on the circuit board 15 as external electrode conductors (hereinafter referred to as pseudo corona ring + metal spacer). It shows. In the pseudo corona ring + metal spacer (d) shown in FIGS. 4 and 5, the two metal spacers 323 and the copper plate 324 near the third-stage insulated DC-DC converter 13 are connected by screws (311, 321), etc. By electrically connecting them, a pseudo-corona ring is formed. In addition, the copper plate 324 is also electrically connected to the metal spacer 32 furthest from the third-stage insulated DC-DC converter 13 by, for example, a screw. By combining the pseudo-corona ring 31 and the metal spacer 32, the area of the electrode can be expanded compared to using only the pseudo-corona ring 31. Note that, as described above, the metal spacer 323 can be utilized as a part of the pseudo-corona ring, as shown in pseudo-corona ring+metal spacer (d).

図４および図５に示す（ｅ）は、外部電極用導体として、疑似コロナリング３１と板状の導体３３とが回路基板１５上に設置されている状態（以下、疑似コロナリング＋板状導体と呼ぶ）を示している。本構成例によれば、疑似コロナリング３１だけよりも、電極の面積を拡大することができる。本構成例では、疑似コロナリング３１と、追加された板状の導体３３とは接触していることが好ましい。なお、疑似コロナリング３１と、板状の導体３３とは非接触であってもよい。 (e) shown in FIGS. 4 and 5 shows a state in which a pseudo corona ring 31 and a plate-shaped conductor 33 are installed on the circuit board 15 as external electrode conductors (hereinafter, pseudo-corona ring + plate-shaped conductor). ). According to this configuration example, the area of the electrode can be expanded compared to the pseudo corona ring 31 alone. In this configuration example, it is preferable that the pseudo-corona ring 31 and the added plate-shaped conductor 33 are in contact with each other. Note that the pseudo corona ring 31 and the plate-shaped conductor 33 may not be in contact with each other.

図４および図５における疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）に示すように、板状の導体３３は、例えば、ネジ３３１を介して３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力端子１９側のパターン配線２１に電気的に接続される。このため、板状の導体３３の電位は、出力端子１９と同電位となる。
なお、板状の導体３３とパターン配線２１との接続は、ネジ３３１に限定されず、例えばスルーホール及び半田を介して電気的に接続されてもよい。これらのことから、板状の導体３３の電位は、出力端子１９と同電位となる。また、疑似コロナリングと板状の導体３３とを半田等によって接続してもよい。このようにすると、ネジ３３１等を用いないでも、板状の導体３３の電位は出力端子１９と同電位となる。 As shown in the pseudo corona ring + plate-shaped conductor (e) in FIGS. 4 and 5, the plate-shaped conductor 33 is connected to the output terminal 19 of the third-stage isolated DC-DC converter 13 via a screw 331, for example. It is electrically connected to the pattern wiring 21 on the side. Therefore, the potential of the plate-shaped conductor 33 is the same as that of the output terminal 19.
Note that the connection between the plate-shaped conductor 33 and the pattern wiring 21 is not limited to the screw 331, and may be electrically connected via a through hole or solder, for example. For these reasons, the potential of the plate-shaped conductor 33 is the same as that of the output terminal 19. Further, the pseudo corona ring and the plate-shaped conductor 33 may be connected by soldering or the like. In this way, the potential of the plate-shaped conductor 33 becomes the same as that of the output terminal 19 even without using the screw 331 or the like.

図４および図５に示す（ｆ）は、外部電極用導体として、板状の導体３３が回路基板１５上に設置されている状態（以下、板状導体設置と呼ぶ）を示している。本構成例に示すように、金属スペーサ３２の代わりに、板状の導体３３を用いることも可能である。 (f) shown in FIGS. 4 and 5 shows a state in which a plate-shaped conductor 33 is installed on the circuit board 15 as an external electrode conductor (hereinafter referred to as plate-shaped conductor installation). As shown in this configuration example, it is also possible to use a plate-shaped conductor 33 instead of the metal spacer 32.

上記のように、外部電極用導体３は、外付け電極５５として機能し、トランス１１１における通常二次電極５３とともに拡大後二次側電極５１として機能する。すなわち、外部電極用導体３によって、電極としての面積が拡大する。 As described above, the external electrode conductor 3 functions as the external electrode 55, and together with the normal secondary electrode 53 in the transformer 111, functions as the secondary electrode 51 after expansion. That is, the external electrode conductor 3 increases the area of the electrode.

図５は、電極の拡大の様子を表している。図５は、拡大後二次側電極５１として機能する通常二次側電極５３と外付け電極５５とを図３の矢印方向から図示したものである。すなわち、図５において図示されている部分は、図５の対策なし（ａ）を除いて、拡大後二次側電極５１の面積を表している。
なお、一次側電極と通常二次側電極５３とは対向した位置にあり、且つ、一次側電極の面積と通常二次側電極５３の面積は同じである。そのため、図５では、一次側電極は通常二次側電極５３に隠れて見えていない。また、図５では、出力端子１９や金属スペーサ３２のネジ３２１等は省略している。 FIG. 5 shows an enlarged view of the electrode. FIG. 5 illustrates the normal secondary electrode 53 and the external electrode 55, which function as the secondary electrode 51 after enlargement, from the direction of the arrow in FIG. That is, the illustrated portions in FIG. 5 represent the area of the secondary electrode 51 after enlargement, except for (a) without the countermeasure in FIG.
Note that the primary electrode and the normal secondary electrode 53 are located at opposite positions, and the area of the primary electrode and the area of the normal secondary electrode 53 are the same. Therefore, in FIG. 5, the primary electrode is usually hidden behind the secondary electrode 53 and is not visible. Further, in FIG. 5, the output terminal 19, the screws 321 of the metal spacer 32, and the like are omitted.

図５から分かるように、外部電極用導体３を設けることにより、トランス１１１の二次巻線だけ（通常二次側電極５３だけ）の場合に比べて、本実施形態の電極面積は拡大している。すなわち、通常二次側電極５３だけの場合よりも電荷の分散が行えるので、本実施形態によれば、電界強度を弱める（小さくする）ことができる。 As can be seen from FIG. 5, by providing the external electrode conductor 3, the electrode area of this embodiment is expanded compared to the case where only the secondary winding of the transformer 111 (normally only the secondary side electrode 53) is provided. There is. That is, since charge can be dispersed more than in the case where only the secondary electrode 53 is used, according to this embodiment, the electric field strength can be weakened (reduced).

例えば、図５のうち対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）においては、対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）の順に、疑似的な電極の面積が増えている。 For example, in Figure 5, no countermeasures are taken (a), pseudo-corona ring installed (b), metal spacer installed (c), pseudo-corona ring + metal spacer (d), and pseudo-corona ring + plate-shaped conductor (e). The area of the pseudo electrode increases in the following order: none (a), pseudo corona ring installed (b) metal spacer installed (c), pseudo corona ring + metal spacer (d), pseudo corona ring + plate conductor (e) ing.

以下、本実施形態に関する電界強度のシミュレーション結果について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に関するシミュレーション結果の一例を示す図である。 Hereinafter, the simulation results of electric field strength related to this embodiment will be explained using FIG. 6. FIG. 6 is a diagram showing an example of simulation results regarding this embodiment.

図６は、図２に示した等価回路を想定し、４つの導体を一定の間隔を空けてＸ方向に沿って一列に配置したときの電界強度のシミュレーション結果である。なお、シミュレーションには、２次元シミュレーターが用いられている。シミュレーション結果は、実際のトランス１１１の構造とは異なるが、対向するキャパシタの電極における電界強度の強弱の度合いを知ることができる。図６に示すシミュレーションでは、入力端子１７から出力端子１９までの間に３つ（３段）の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータが電気的に直列接続されたことを想定している。 FIG. 6 is a simulation result of electric field intensity when four conductors are arranged in a line along the X direction with a constant interval, assuming the equivalent circuit shown in FIG. 2. Note that a two-dimensional simulator is used for the simulation. Although the simulation result differs from the actual structure of the transformer 111, it is possible to know the degree of strength of the electric field at the opposing electrodes of the capacitor. In the simulation shown in FIG. 6, it is assumed that three (three stages) isolated DC-DC converters are electrically connected in series between the input terminal 17 and the output terminal 19.

図６に示す（Ａ）は、４つの導体の大きさが同一である場合のシミュレーション結果（以下、同一大きさシミュレーション結果と呼ぶ）を示している。
また、図６に示す（Ｂ）は、４つの導体のうち一番後段（すなわち出力端子１９に最も近い）の導体１４の大きさが他の導体の大きさに比べて横長（約２倍）である場合のシミュレーション結果（以下、横長シミュレーション結果と呼ぶ後段）を示している。 (A) shown in FIG. 6 shows a simulation result when the four conductors have the same size (hereinafter referred to as the same size simulation result).
In addition, in (B) shown in FIG. 6, the size of the conductor 14 at the rearmost stage (that is, closest to the output terminal 19) among the four conductors is horizontally longer (approximately twice as long) than the other conductors. The simulation results (hereinafter referred to as landscape simulation results) are shown.

図６の同一大きさシミュレーション結果（Ａ）および横長シミュレーション結果（Ｂ）に示すように、４つの導体には、それぞれ、０ｋＶ、４ｋＶ、８ｋＶ、１２ｋＶの電位が印加されている。
また、図６に示す、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、Ｘ方向に沿った直線状の距離を表しており、それぞれ絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに関して以下に示す位置に相当する。 As shown in the same size simulation result (A) and the horizontally long simulation result (B) in FIG. 6, potentials of 0 kV, 4 kV, 8 kV, and 12 kV are applied to the four conductors, respectively.
Further, D1, D2, D3, D4, D5, and D6 shown in FIG. 6 represent linear distances along the X direction, and each correspond to the position shown below regarding the isolated DC-DC converter.

Ｄ１：１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１における一次側電極に相当する位置
Ｄ２：１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１における二次側電極に相当する位置
Ｄ３：２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２における一次側電極に相当する位置
Ｄ４：２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２における二次側電極に相当する位置
Ｄ５：３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３における一次側電極に相当する位置
Ｄ６：３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３における二次側電極に相当する位置 D1: Position corresponding to the primary side electrode in the first stage insulated DC-DC converter 11 D2: Position corresponding to the secondary side electrode in the first stage insulated DC-DC converter 11 D3: Second stage insulation Position corresponding to the primary side electrode in the type DC-DC converter 12 D4: Position corresponding to the secondary side electrode in the second stage insulated DC-DC converter 12 D5: Position corresponding to the secondary side electrode in the third stage insulated DC-DC converter 13 Position corresponding to the primary side electrode D6: Position corresponding to the secondary side electrode in the third stage insulated DC-DC converter 13

図６に示すシミュレーション結果を示すグラフ（Ｃ）は、図６に示すＸ方向に沿った軸ＳＰにおける位置に対する、同一大きさシミュレーション結果（Ａ）および横長シミュレーション結果（Ｂ）をグラフ化したものである。グラフ（Ｃ）における原点は、軸ＳＰにおける基準位置であって、例えば、位置Ｄ１から所定の距離だけ－Ｘ方向に沿って離れた位置に対応する。
なお、位置に対する電界強度の変化を示すシミュレーション結果のグラフ（Ｃ）における電界強度は、図６に示すように、導体の左右方向（図６におけるＹ方向）の中央から少しずれた位置での電界強度である。 The graph (C) showing the simulation results shown in FIG. 6 is a graph of the same size simulation results (A) and the horizontally long simulation results (B) with respect to the position on the axis SP along the X direction shown in FIG. be. The origin in the graph (C) is a reference position on the axis SP, and corresponds to, for example, a position separated from the position D1 by a predetermined distance along the -X direction.
As shown in Figure 6, the electric field strength in graph (C) of the simulation results showing changes in electric field strength with respect to position is the electric field at a position slightly shifted from the center of the conductor in the left-right direction (Y direction in Figure 6). It is strength.

図６におけるシミュレーション結果を示すグラフ（Ｃ）において、同一大きさシミュレーション結果（Ａ）の場合は、導体に印加される電位が大きくなる程（すなわち、位置が原点から離れるにつれて）、電界強度が強く（大きく）なる。例えば、グラフ（Ｃ）において、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の二次側電極に相当する位置Ｄ６における電界強度は、１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１の一次側電極に相当する位置Ｄ１における電界強度に比べてかなり大きくなる。
一方、図６におけるシミュレーション結果を示すグラフ（Ｃ）において、横長シミュレーション結果（Ｂ）の場合は、４つ目の導体１４が左右に横長なので電荷が分散される。このため、同一大きさシミュレーション結果（Ａ）に比べて、横長シミュレーション結果（Ｂ）の電界強度は、特に、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３における二次側電極に相当する位置Ｄ６において、弱く（小さく）なっていることが分かる。 In the graph (C) showing the simulation results in FIG. 6, in the case of the same size simulation result (A), the electric field strength increases as the potential applied to the conductor increases (that is, as the position moves away from the origin). (growing. For example, in graph (C), the electric field strength at position D6, which corresponds to the secondary electrode of the third-stage insulated DC-DC converter 13, is the same as that of the primary-side electrode of the first-stage insulated DC-DC converter 11. The electric field strength is considerably larger than the electric field strength at the corresponding position D1.
On the other hand, in the graph (C) showing the simulation results in FIG. 6, in the case of the horizontally long simulation result (B), the fourth conductor 14 is horizontally long, so the charges are dispersed. Therefore, compared to the same size simulation result (A), the electric field strength in the horizontally long simulation result (B) is particularly high at the position D6 corresponding to the secondary electrode in the third stage insulated DC-DC converter 13. , it can be seen that it has become weaker (smaller).

したがって、電源装置において、外部電極用導体３による外部電極の追加によって、電界強度を下げることができることがシミュレーション結果でも確認できた。 Therefore, the simulation results also confirmed that the electric field strength can be lowered by adding an external electrode using the external electrode conductor 3 in the power supply device.

以下、本実施形態に関する実験結果について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に関する実験結果の一例を示す図である。 Hereinafter, experimental results regarding this embodiment will be explained using FIG. 7. FIG. 7 is a diagram showing an example of experimental results regarding this embodiment.

図７は、図４および図５における対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）においては、対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）に関する外部電極用導体のパターンにおいて、実物を用いた温度測定の結果を示す図である。 Figure 7 shows no countermeasures in Figures 4 and 5 (a), pseudo-corona ring installed (b), metal spacer installed (c), pseudo-corona ring + metal spacer (d), and pseudo-corona ring + plate-shaped conductor (e) In , there are no countermeasures (a), pseudo-corona ring installed (b) metal spacer installed (c), pseudo-corona ring + metal spacer (d), pseudo-corona ring + plate-shaped conductor (e) patterns of external electrode conductor FIG. 2 is a diagram showing the results of temperature measurement using an actual object.

図７に示すように、対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）、金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）においては、対策なし（ａ）：約１０９度、疑似コロナリング設置（ｂ）：約８７度、金属スペーサ設置（ｃ）：約７７度、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）：約７４度、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）：約７２度の順に、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の温度は、下がっていることが確認できた。すなわち、外付け電極５５の面積が増える程、温度の抑制がされていることが確認できた。また、外付け電極５５の面積が増える程、電界強度が弱くなっている（小さくなっている）ことが確認できた。
なお、各実験結果における温度は、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の最も温度の高い箇所の温度の実測である。 As shown in Figure 7, for no countermeasure (a), pseudo-corona ring installed (b), metal spacer installed (c), pseudo-corona ring + metal spacer (d), and pseudo-corona ring + plate-shaped conductor (e) , No countermeasure (a): Approximately 109 degrees, Pseudo corona ring installed (b): Approximately 87 degrees, Metal spacer installed (c): Approximately 77 degrees, Pseudo corona ring + metal spacer (d): Approximately 74 degrees, Pseudo corona It was confirmed that the temperature of the third-stage insulated DC-DC converter 13 decreased in the order of ring + plate-shaped conductor (e): approximately 72 degrees. In other words, it was confirmed that as the area of the external electrode 55 increased, the temperature was more suppressed. Furthermore, it was confirmed that as the area of the external electrode 55 increased, the electric field strength became weaker (smaller).
Note that the temperature in each experimental result is an actual measurement of the temperature at the hottest point of the third stage insulated DC-DC converter 13.

図６、図７に示すように、後段側になる程、二次側（出力側）の電位が高くなるため、電界強度を低下させる必要のある絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに的を絞って、電界強度の低減の対策を行うことで、より効率的に、すなわち不要な対策を行うことなく、コロナ放電を低減させることができる。 As shown in Figures 6 and 7, the potential on the secondary side (output side) becomes higher as the latter stage approaches, so we focused on isolated DC-DC converters that require a reduction in electric field strength. By taking measures to reduce the electric field strength, corona discharge can be reduced more efficiently, that is, without taking unnecessary measures.

なお、上記説明では、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の電界強度の低下および温度の低下を説明したが、実施形態は、これに限定されない。すなわち、回路基板１５に搭載される絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１が１つ（１段目のみ）であっても、本実施形態に係る技術的特徴は適用可能であって、上記説明と同様な効果を実現することができる。 Note that although the above description describes the reduction in electric field strength and temperature of the third-stage isolated DC-DC converter 13, the embodiment is not limited to this. In other words, even if the number of isolated DC-DC converters 11 mounted on the circuit board 15 is one (first stage only), the technical features according to this embodiment can be applied, and the same as the above explanation can be applied. effect can be achieved.

以上のことから本実施形態に係る電源装置は、内部にトランスを備えた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子に電気的に接続された導体と、を備え、当該導体は、当該トランスの二次巻線から見て、当該トランスの一次側から二次側に向かう方向と直交する方向に配置される。電源装置を上記のように構成すると、トランスの一次巻線が、キャパシタの一方の電極（一次側電極）として機能し、導体がトランスの二次巻線とともに、キャパシタの他方の電極（拡大後二次側電極）として機能する。なお、本実施形態の導体がない状態では、トランスの二次巻線がキャパシタの他方の電極（通常二次側電極）として機能することになる。そのため、導体は、通常二次側電極に対する外付け電極とも言える。ここで、導体は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置されるため、拡大後二次側電極は、通常二次側電極よりも広い面積を有することになる。そのため、通常二次側電極よりも電荷が分散するので、拡大後二次側電極の場合の二次巻線における電界強度は、通常二次側電極の場合の二次巻線における電界強度よりも弱い（小さい）。したがって、本実施形態の対策を行うことによって、二次巻線における電界強度を弱める（小さくさせる）ことができる。しかも、導体は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置するので、部品として購入する絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造する必要がないので、簡単に対策を行うことができる。 From the above, the power supply device according to the present embodiment includes an isolated DC-DC converter that includes a transformer inside, and an electrical connection to the output terminal of the isolated DC-DC converter externally to the isolated DC-DC converter. and a connected conductor, the conductor being arranged in a direction perpendicular to the direction from the primary side to the secondary side of the transformer, when viewed from the secondary winding of the transformer. When the power supply device is configured as described above, the primary winding of the transformer functions as one electrode (primary side electrode) of the capacitor, and the conductor functions as the other electrode of the capacitor (secondary side electrode after expansion) together with the secondary winding of the transformer. function as the next electrode). Note that in the absence of the conductor of this embodiment, the secondary winding of the transformer functions as the other electrode (usually the secondary electrode) of the capacitor. Therefore, the conductor can also be said to be an external electrode for the secondary electrode. Here, since the conductor is placed outside the insulated DC-DC converter, the expanded secondary electrode usually has a larger area than the secondary electrode. Therefore, the electric charge is generally more dispersed than in the secondary electrode, so the electric field strength in the secondary winding in the case of the secondary electrode after expansion is higher than the electric field strength in the secondary winding in the case of the secondary electrode after expansion. weak (small). Therefore, by taking the measures of this embodiment, the electric field strength in the secondary winding can be weakened (reduced). Moreover, since the conductor is placed outside the insulated DC-DC converter, there is no need to disassemble or modify the insulated DC-DC converter purchased as a component, so countermeasures can be easily taken.

また、実施形態に係る電源装置は、上記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータおよび上記導体は、回路基板上に設けられる。両者とも回路基板上に設けるようにすれば、容易に取り付けることができる。例えば、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子と導体とを接続するためのパターン配線を回路基板に作成しておけば、容易に導体を取り付けることができる。 Further, in the power supply device according to the embodiment, the insulated DC-DC converter and the conductor are provided on a circuit board. If both are provided on the circuit board, they can be easily attached. For example, if a pattern wiring for connecting an output terminal of an insulated DC-DC converter and a conductor is created on a circuit board, the conductor can be easily attached.

また、実施形態に係る電源装置は、上記前記導体は、金属スペーサ、板状の導体、または上記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された導体である。導体が金属スペーサであれば、容易に入手でき、且つ、取り付けも容易である。特に、回路基板上に金属スペーサを設けるようにすれば、取り外しが容易になる。また、金属スペーサの数を容易に調整することができる。すなわち、拡大後二次側電極の面積の調整が容易である。なお、回路基板には、金属スペーサを取り付ける、ネジ穴を予め作成しておく必要がある。導体が板状の導体であれば、外付け電極としての面積を確保し易い。そのため、電荷を分散させ易く、ひいては、電界強度を弱めやすい。トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された導体であれば、一方向だけでなく、トランスの二次巻線の周方向にも電荷を分散させることができる。そのため、電界強度の低下度合いを均一化させることができる。 Further, in the power supply device according to the embodiment, the conductor is a metal spacer, a plate-shaped conductor, or a conductor arranged to surround a secondary winding of the transformer. If the conductor is a metal spacer, it is easily available and easy to install. In particular, if a metal spacer is provided on the circuit board, removal becomes easier. Furthermore, the number of metal spacers can be easily adjusted. That is, it is easy to adjust the area of the secondary electrode after expansion. Note that it is necessary to create screw holes in advance on the circuit board to attach the metal spacers. If the conductor is a plate-shaped conductor, it is easy to secure an area for the external electrode. Therefore, it is easy to disperse the charge and, in turn, it is easy to weaken the electric field strength. If the conductor is arranged so as to surround the secondary winding of the transformer, the charge can be dispersed not only in one direction but also in the circumferential direction of the secondary winding of the transformer. Therefore, the degree of decrease in electric field strength can be made uniform.

また、実施形態に係る電源装置は、上記導体は、上記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された第１の導体と、当該第１の導体と電気的に接続された第２の導体とにより構成される。第１の導体による効果だけでなく、第２の導体による効果も合わさるので、より効果的に二次巻線における誘電損失を低下させることができる。 Further, in the power supply device according to the embodiment, the conductor includes a first conductor arranged to surround a secondary winding of the transformer, and a second conductor electrically connected to the first conductor. It consists of a conductor. Since not only the effect of the first conductor but also the effect of the second conductor is combined, dielectric loss in the secondary winding can be reduced more effectively.

また、実施形態に係る電源装置において、上記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータが直列に接続されたうちの一部であり、二次側の電位の絶対値が所定の電位の絶対値以上となる絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを直列に接続する場合、問題となるのは後段側の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。何故ならば、後段側になる程、二次側（出力側）の電位が高くなるからである。そのため、電界強度を低下させる必要のある絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに的を絞って対策を行えばよい。具体的には、二次側の電位（絶対値）が所定の電位（絶対値）以上となる絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに的を絞ればよい。これによって、不要な対策を行わなくてすむ。なお、通常は、最後段の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを対象に対策を行うことになる。 Further, in the power supply device according to the embodiment, the isolated DC-DC converter is a part of a plurality of DC-DC converters connected in series, and the absolute value of the potential on the secondary side is a predetermined potential. This is an isolated DC-DC converter whose absolute value is greater than or equal to the absolute value of . When a plurality of isolated DC-DC converters are connected in series, a problem arises with the isolated DC-DC converter at the subsequent stage. This is because the potential on the secondary side (output side) becomes higher the later the stage is. Therefore, countermeasures can be taken by focusing on isolated DC-DC converters that require a reduction in electric field strength. Specifically, it is sufficient to focus on isolated DC-DC converters whose secondary side potential (absolute value) is equal to or higher than a predetermined potential (absolute value). This eliminates the need to take unnecessary measures. Note that countermeasures are usually taken for the last-stage isolated DC-DC converter.

以上のことから、本実施形態などに係る電源装置によれば、部品として購入した絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いた電源装置において、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造することなく、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次巻線における電界強度を弱くする（小さくする）ことができる。 From the above, according to the power supply device according to this embodiment etc., in a power supply device using an insulated DC-DC converter purchased as a component, the insulated DC-DC converter can be used without disassembling or modifying the insulated DC-DC converter The electric field strength in the secondary winding of the DC-DC converter can be weakened (reduced).

なお、上述の実施形態は、適宜組み合わせ可能であり、また例示であって発明の範囲を限定するものではない。また、上述の実施形態および変形例は、発明の範囲、要旨に含まれ、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Note that the above-described embodiments can be combined as appropriate, and are merely illustrative and do not limit the scope of the invention. Further, the above-described embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

３ 外部電極用導体、１１ １段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ、 １２ ２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ、 １３ ３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ、 １４ 一番後段の外部電極用導体、 １５ 回路基板、 １７ 入力端子、 １９ 出力端子、 ２１ パターン配線、 ３１ 疑似コロナリング、 ３２ 金属スペーサ、 ３３ 板状の導体、 ５１ 拡大後二次側電極、 ５３ 通常二次側電極、 ５５ 外付け電極、 １１１ トランス、 １９１ スルーホール、 ３１１ ネジ、 ３２１ ネジ、 ３２３ ３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３に近い２つの金属スペーサ、 ３２４ 銅板、 ３３１ ネジ 3 Conductor for external electrode, 11 1st stage insulated DC-DC converter, 12 2nd stage insulated DC-DC converter, 13 3rd stage insulated DC-DC converter, 14 For the last stage external electrode conductor, 15 circuit board, 17 input terminal, 19 output terminal, 21 pattern wiring, 31 pseudo-corona ring, 32 metal spacer, 33 plate-shaped conductor, 51 secondary electrode after expansion, 53 normal secondary electrode, 55 outside attached electrode, 111 transformer, 191 through hole, 311 screw, 321 screw, 323 two metal spacers near the third stage insulated DC-DC converter 13, 324 copper plate, 331 screw

Claims (5)

内部にトランスを備えた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと、
前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子に電気的に接続された導体と、
を備え、
前記導体は、前記トランスの二次巻線から見て、前記トランスの一次側から二次側に向かう方向と直交する方向に配置される、
電源装置。 An isolated DC-DC converter with an internal transformer,
A conductor electrically connected to an output terminal of the isolated DC-DC converter outside the isolated DC-DC converter;
Equipped with
The conductor is arranged in a direction perpendicular to a direction from the primary side to the secondary side of the transformer, when viewed from a secondary winding of the transformer.
power supply. 前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータおよび前記導体は、回路基板上に設けられる、
請求項１に記載の電源装置。 The isolated DC-DC converter and the conductor are provided on a circuit board,
The power supply device according to claim 1. 前記導体は、金属スペーサ、板状の導体、または前記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された導体である、
請求項１又は２に記載の電源装置。 The conductor is a metal spacer, a plate-shaped conductor, or a conductor arranged to surround the secondary winding of the transformer.
The power supply device according to claim 1 or 2. 前記導体は、前記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された第１の導体と、前記第１の導体と電気的に接続された第２の導体とにより構成される、
請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の電源装置。 The conductor includes a first conductor arranged to surround a secondary winding of the transformer, and a second conductor electrically connected to the first conductor.
The power supply device according to any one of claims 1 to 3. 前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータが直列に接続されたうちの一部であり、二次側の電位の絶対値が所定の電位の絶対値以上となる絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである、
請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の電源装置。 The isolated DC-DC converter is a part of a plurality of DC-DC converters connected in series, and is an isolated DC-DC converter in which the absolute value of the potential on the secondary side is greater than or equal to the absolute value of a predetermined potential. It is a DC converter,
The power supply device according to any one of claims 1 to 4.

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