JPWO2017085785A1 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施例1における積層トランスを有するスイッチング電源装置1を示す概略の回路図である。
本実施例1におけるスイッチング電源装置1の全体の動作(I)、積層トランス30における1次側の回路構成例(II)、積層トランス30における最適な層構成の決定(III)、及び、疎結合SCSの形成例(IV)について、以下、説明する。
図1及び図2A−図2Eにおいて、図示しない制御回路から出力される4つのスイッチング信号S1−S4により、スイッチング回路10内の2つのFET11,12と整流回路50内の2つのFET51,52とが、オン/オフ動作する。スイッチング回路10内の2つのFET11及びFET12は、相補的にオン/オフ動作し、2つのFET11,12が同時にオン状態になって貫通電流が流れないように、2つのFET11,12のオン/オフ切り替え時に、2つのFET11,12が同時にオフ状態になる短時間のデッドタイムが設けられている。そのデッドタイムの期間内において、2つのFET11,12がソフトスイッチング(即ち、零電圧スイッチング(ZVS)又は零電流スイッチング(ZCS))を行い、スイッチング損失とノイズ発生を少なくして、高効率が図られている。
図1のスイッチング電源装置1において、積層トランス30を用いた1次側の回路構成を変更し、その積層トランス30の1次巻線31及び2次巻線32,33間に掛かる電圧を調査し、損失について検討を行った。
積層トランス30の損失は、大きく分けて、負荷に関係なく発生する無負荷損と、負荷電流によって変化する負荷損と、に分けられる。無負荷損は、主として、磁束の通路である鉄心34に発生する鉄損Liであるが、その他に、励磁電流による1次巻線31及び2次巻線32,33の抵抗損や絶縁物の誘電体損が含まれる。負荷損は、主として、負荷電流による1次巻線31及び2次巻線32,33の抵抗損である銅損Lrと、巻線間容量47,49を抜けて流れる電流により発生する容量損Lcと、であると考えられ、その他に、渦電流による漂遊負荷も含まれる。鉄損Li、銅損Lr、及び容量損Lc以外の損失は小さいため、積層トランス30におけるトランス全損失Ltは、鉄損Li、銅損Lr、及び容量損Lcで表すことが望ましい。
容量損Lcを減少させるための疎結合SCSは、絶縁層(例えば、印刷配線板31.1−31.8,32・33.1−32・33.8の絶縁板31c,32c,33c)の厚みを厚くしたり、又は、絶縁層(例えば、印刷配線板31.1−31.8,32・33.1−32・33.8の絶縁板31c,32c,33c)の比誘電率εrを低減すること等が考えられる。
本実施例1によれば、積層トランス30における1次巻線31と2次巻線32,33との間の電磁気的な疎結合SCSの層位置において、1次巻線31及び2次巻線33間の巻線間容量49が減少し、容量損Lcを減らすことができる。これにより、簡単且つ容易に、積層トランス30を有するスイッチング電源装置1を高効率化できる。
図7Aは、本発明の実施例2におけるスイッチング電源装置1Aを示す等価回路図である。図7Aにおいて、実施例1を示す図5A中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例2によれば、積層トランス30における1次巻線31と2次巻線32,33との間の電磁気的な疎結合SCSの層位置において、1次巻線31及び2次巻線32間の巻線間容量47が減少し、容量損Lcを減らすことができる。これにより、簡単且つ容易に、積層トランス30を有するスイッチング電源装置1Aを高効率化できる。
図8Aは、本発明の実施例3におけるスイッチング電源装置1Bを示す等価回路図である。図8Aにおいて、実施例1及び実施例2を示す図5A及び図7A中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例3によれば、積層トランス30における1次巻線31と2次巻線32,33との間の電磁気的な疎結合SCSの層位置において、1次巻線31及び2次巻線32,33間の巻線間容量47,49が減少し、容量損Lcを減らすことができる。これにより、簡単且つ容易に、積層トランス30を有するスイッチング電源装置1Bを高効率化できる。
本発明は、上記実施例1−3に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(a)〜(d)のようなものがある。
10,10A スイッチング回路
20 共振回路
30 積層トランス
31 1次巻線
32,33 2次巻線
34 鉄心
31.1−31.8 第1印刷配線板
31c 第1絶縁板
31e 第1導電コイル層
32.1−32.8,33.1−33.8,32・33.1−32・33.8 第2印刷配線板
32c,33c 第2絶縁板
32e,33e 第2導電コイル層
47,49 巻線間容量
50 整流回路
60 負荷回路
Claims (5)
- 直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の出力電圧により共振する共振回路と、
前記共振回路の出力電圧が与えられる積層トランスと、
前記積層トランスから出力される交流電圧を整流する整流回路と、
を備えるスイッチング電源装置であって、
前記積層トランスは、
複数の第1導電コイル層を有し、前記共振回路の出力電圧が与えられる1次巻線と、
複数の第2導電コイル層を有し、前記交流電圧を出力する2次巻線と、
を備え、
前記複数の第1導電コイル層と前記複数の第2導電コイル層とが絶縁層を介して積層され、前記1次巻線と前記2次巻線とが、鉄心を介して電磁気的に結合され、
前記1次巻線と前記2次巻線との間の電位変動の大きな層間が、電磁気的な疎結合になるような層構成になっていることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記積層トランスは、更に、
前記1次巻線と前記2次巻線との間の前記電位変動の小さい層間が、電磁気的な密結合になるような層構成になっていることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装置。 - 前記疎結合の層は、
前記絶縁層の厚みを厚くする、又は、前記絶縁層の比誘電率を低減することにより、形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。 - 前記1次巻線は、
前記絶縁層を有する第1絶縁板と、
前記第1絶縁板に形成された前記第1導電コイル層と、
をそれぞれ備える複数の第1印刷配線板により構成され、
前記複数の第1印刷配線板は、前記各第1絶縁板に形成されたスルーホールを介して直列に接続され、
前記2次巻線は、
前記絶縁層を有する第2絶縁板と、
前記第2絶縁板に形成された前記第2導電コイル層と、
をそれぞれ備える複数の第2印刷配線板により構成され、
前記複数の第2印刷配線板は、前記各第2絶縁板に形成されたスルーホールを介して直列に接続され、
前記疎結合の層は、
前記第1絶縁板及び前記第2絶縁板の厚みを厚くする、又は、前記第1絶縁板及び前記第2絶縁板の比誘電率を低減することにより、
形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。 - 前記1次巻線は、
前記絶縁層を有する第1絶縁板と、
前記第1絶縁板に形成された前記第1導電コイル層と、
をそれぞれ備える複数の第1印刷配線板により構成され、
前記2次巻線は、
並列に接続された第1の2次巻線と第2の2次巻線とを有し、
前記第1の2次巻線及び前記第2の2次巻線は、それぞれ、
前記絶縁層を有する第2絶縁板と、
前記第2絶縁板に形成された前記第2導電コイル層と、
をそれぞれ備える複数の第2印刷配線板により構成され、
前記複数の第2印刷配線板は、前記各第2絶縁板に形成されたスルーホールを介して直列に接続され、
前記疎結合の層は、
前記第1絶縁板及び前記第2絶縁板の厚みを厚くする、又は、前記第1絶縁板及び前記第2絶縁板の比誘電率を低減することにより、
形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のスイッチング電源装置。
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JPH01503264A (ja) * | 1987-05-15 | 1989-11-02 | ブル・エス・アー | 断続給電回路用の変成器及びかかる変成器を含む断続給電回路 |
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