(57)【要約】【課題】漏れインダクタンスを十分に確保できるようにする。【解決手段】プレーナ型トランスＴｐの一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとを、それぞれの巻線中心軸Ｓｐ，Ｓｓの径方向にずらして対向させる。そして、各平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓにおける対向する相手の平面空芯コイルＮａｓ，Ｎａｐと対向しない非対向部分ＮＦｐ，ＮＦｓに、両平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓのずれ量に応じた漏れインダクタンスＬｒを生じさせる。【選択図】図３
2019021733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側の平面空芯コイル（Ｎａｐ）と、
前記一次側の平面空芯コイル（Ｎａｐ）から該一次側の平面空芯コイル（Ｎａｐ）の巻線中心軸（Ｓｐ，Ｓｓ）方向に間隔をおいて配置され、前記巻線中心軸（Ｓｐ，Ｓｓ）方向において前記一次側の平面空芯コイル（Ｎａｐ）と対向しない非対向部（ＮＦｓ）を有する二次側の平面空芯コイル（Ｎａｓ）と、
前記巻線中心軸（Ｓｐ，Ｓｓ）方向における前記一次側の平面空芯コイル（Ｎａｐ）及び前記二次側の平面空芯コイル（Ｎａｓ）の外側にそれぞれ積層された、一次側の平面コア（Ｃｐ）及び二次側の平面コア（Ｃｓ）と、
を備えるプレーナ型トランス（Ｔｐ）。
【請求項２】
前記一次側及び二次側の各平面空芯コイル（Ｎａｐ，Ｎａｓ）は、前記巻線中心軸（Ｓｐ，Ｓｓ）方向において互いに対向する対向部分（Ｆｐ，Ｆｓ）をそれぞれ有している請求項１記載のプレーナ型トランス（Ｔｐ）。
【請求項３】
前記一次側の平面コア（Ｃｐ）と前記二次側の平面コア（Ｃｓ）とは、非同軸で配置されている請求項１又は２記載のプレーナ型トランス（Ｔｐ）。
【請求項４】
前記一次側の平面コア（Ｃｐ）及び前記二次側の平面コア（Ｃｓ）は、前記巻線中心軸（Ｓｐ，Ｓｓ）方向における前記一次側及び二次側の各平面空芯コイル（Ｎａｐ，Ｎａｓ）の空芯部（Ａｐ，Ａｓ）どうしの対向部分（Ｆｐ，Ｆｓ）を挟んで前記巻線中心軸（Ｓｐ，Ｓｓ）方向に間隔をおいて配置されている請求項１、２又は３記載のプレーナ型トランス（Ｔｐ）。
【請求項５】
前記一次側及び二次側の各平面コア（Ｃｐ，Ｃｓ）は、前記巻線中心軸（Ｓｐ，Ｓｓ）方向と交差する平面における前記一次側及び二次側の各平面空芯コイル（Ｎａｐ，Ｎａｓ）の輪郭よりも大きい外形を有している請求項１、２、３又は４記載のプレーナ型トランス（Ｔｐ）。
【請求項６】
前記巻線中心軸（Ｓｐ，Ｓｓ）方向における前記一次側の平面空芯コイル（Ｎａｐ）及び前記二次側の平面空芯コイル（Ｎａｓ）の間に介設された絶縁基板（５）をさらに備えており、該絶縁基板（５）の第１面（５１）に前記一次側の平面空芯コイル（Ｎａｐ）が形成され、前記絶縁基板（５）の前記第１面（５１）とは反対側の第２面（５３）に前記二次側の平面空芯コイル（Ｎａｓ）が形成されている請求項１、２、３、４又は５記載のプレーナ型トランス（Ｔｐ）。
【請求項７】
ＬＬＣコンバータ（３）を用いた絶縁型のＤＣＤＣコンバータ（１）のトランス（Ｔ）として、請求項１、２、３、４、５又は６記載のプレーナ型トランス（Ｔｐ）を用いたＤＣＤＣコンバータ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレーナ型トランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、非対称ハーフブリッジ型のＬＬＣコンバータを用いた絶縁型ＤＣＤＣコンバータでは、高周波でトランスの漏れインダクタンスと共振用コンデンサとを直列共振させる必要がある。そのため、絶縁型ＤＣＤＣコンバータでは、高周波用の大容量の共振用コンデンサに合わせて、トランスの漏れインダクタンスを大きくする必要がある。
【０００３】
ところで、トランスの漏れインダクタンスを調整できる提案として、副コアを設け、変圧器の二次側コイルを巻回した副コアのギャップに対するコア片の挿入度合いを調整することで、漏れインダクタンスをコントロールしようとした変圧器が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１８８３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した変圧器は、主に二次側に対して漏れインダクタンスを積極的に発生させる構成であるため、トランス全体として見た場合に漏れインダクタンスを十分に確保できない恐れがある。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、漏れインダクタンスを十分に確保できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によるプレーナ型トランスは、
一次側の平面空芯コイルと、
前記一次側の平面空芯コイルから該一次側の平面空芯コイルの巻線中心軸方向に間隔をおいて配置され、前記巻線中心軸方向において前記一次側の平面空芯コイルと対向しない非対向部を有する二次側の平面空芯コイルと、
前記巻線中心軸方向における前記一次側の平面空芯コイル及び前記二次側の平面空芯コイルの外側にそれぞれ積層された、一次側の平面コア及び二次側の平面コアと、
を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、漏れインダクタンスを十分に確保できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプレーナ型トランスを用いたＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【図２】図１のトランスを構成するプレーナ型トランスの原理的な構成を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図３】（ａ）は図２の配置としたプレーナ型トランスの一次側及び二次側の平面空芯コイルに生じる漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスを示す説明図、（ｂ）は正対させた一次側及び二次側の平面空芯コイルに生じる漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスを示す説明図である。
【図４】図２の一次側及び二次側の平面空芯コイルに生じる漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスの強さと両平面空芯コイルの巻線中心軸のずれ量との相関を示すグラフである。
【図５】図１のトランスとして用いるプレーナ型トランスの具体的な構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｃ）は一次側の平面コアを形成した基板の表面側を示す平面図、（ｄ）は二次側の平面コアを形成した基板の裏面側を示す平面図である。
【図６】一次側と二次側とで平面空芯コイルの大きさが異なり図１のトランスとして用いるプレーナ型トランスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るプレーナ型トランスを用いたＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【００１１】
図１に示す本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１は、非対称ハーフブリッジ型のＬＬＣコンバータ３をトランスＴの一次側に用いた絶縁型ＤＣＤＣコンバータである。
【００１２】
このＤＣＤＣコンバータ１は、一次側に入力された直流電圧Ｖｉｎを、ＬＬＣコンバータ３のＭＯＳＦＥＴ等で構成した半導体素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングにより交流に変換し、トランスＴの一次側及び二次側のコイルＮｐ，Ｎｓ間で昇圧した後、整流用ダイオードＤ１，Ｄ２及び平滑用コンデンサＣｏで直流に戻して、二次側の負荷Ｒｏに供給する。
【００１３】
このとき、半導体素子Ｑ１，Ｑ２を、一次側コイルＮｐの漏れインダクタンスと共振用コンデンサＣｒとの直列共振回路の共振周波数の周期で交互にオンオフさせることで、ＬＬＣコンバータ３におけるスイッチング損失を抑えて、直流電圧Ｖｉｎを高効率で昇圧することができる。
【００１４】
ところで、ＤＣＤＣコンバータ１は、共振回路で構成され、半導体素子Ｑ１，Ｑ２を高周波（ここで言う高周波とは少なくとも１ＭＨｚ以上）でオンオフさせる。また、共振回路を高周波で成立させるためには、極めて小さな励磁インダクタンス（例えば、２ＭＨｚで駆動させる場合、０．８μＨ）と大きな漏れインダクタンス（同じく、２ＭＨｚで駆動させる場合、１．１μＨ）が求められる。
【００１５】
そこで、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１では、トランスＴとしてプレーナ型トランスを用いている。以下、プレーナ型トランスの構成について、図２を参照して説明する。図２はトランスＴを構成するプレーナ型トランスの原理的な構成を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【００１６】
図２（ａ）に示す例のプレーナ型トランスＴｐは、磁性体で構成された一次側の平面コアＣｐ及びこれに積層された金属製の一次側の平面空芯コイルＮａｐと、磁性体で構成された二次側の平面コアＣｓ及びこれに積層された金属製の二次側の平面空芯コイルＮａｓとを有する。
【００１７】
なお、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとは同じ径の円環状に形成されており、非同軸に配置されている。また、一次側の平面コアＣｐと二次側の平面コアＣｓとは同じ大きさの矩形状に形成されている。そして、一次側の平面コアＣｐ及び二次側の平面コアＣｓは、一次側の平面空芯コイルＮａｐや二次側の平面空芯コイルＮａｓの外径よりも大きい外形を有している。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、一次側の平面コアＣｐは二次側の平面コアＣｓと間隔をおいて正対するように配置される。そして、一次側の平面空芯コイルＮａｐ及び二次側の平面空芯コイルＮａｓは、一次側の平面コアＣｐ及び二次側の平面コアＣｓの互いに対向する面にそれぞれ積層される。
【００１９】
一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとは、一次側の平面コアＣｐと二次側の平面コアＣｓとの間隔方向、つまり、それぞれの巻線中心軸Ｓｐ，Ｓｓの軸方向に隙間を空けて配置される。また、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとは、それぞれの空芯Ａｐ，Ａｓが一部重なるように、それぞれの巻線中心軸Ｓｐ，Ｓｓの位置を径方向にずらして配置される。
【００２０】
このような配置とすることで、図２（ｃ）に示すように、一次側の平面空芯コイルＮａｐには、巻線中心軸Ｓｐの径方向において二次側の平面空芯コイルＮａｓと重なる対向部分Ｆｐと、二次側の平面空芯コイルＮａｓの外側に位置する非対向部分ＮＦｐとが設けられる。
【００２１】
同様に、二次側の平面空芯コイルＮａｓにも、巻線中心軸Ｓｓの径方向において一次側の平面空芯コイルＮａｐと重なる対向部分Ｆｓと、一次側の平面空芯コイルＮａｐの外側に位置する非対向部分ＮＦｓとが設けられる。
【００２２】
なお、図２（ａ）〜（ｃ）の各図では、各平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓの端子部分の図示を省略している。
【００２３】
このように一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとを、巻線中心軸Ｓｐ，Ｓｓの径方向にずらして配置することで、図３（ａ）の説明図に示すように、両平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓ間には、対向部分Ｆｐ，Ｆｓにおいて励磁インダクタンスＬｍが生じ、非対向部分ＮＦｐ，ＮＦｓにおいて漏れインダクタンスＬｒが生じる。
【００２４】
仮に、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとを、巻線中心軸Ｓｐ，Ｓｓが径方向において重なるように配置すると、図３（ｂ）の説明図に示すように、両平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓ間に生じるのは、殆ど、対向部分Ｆｐ，Ｆｓにおける励磁インダクタンスＬｍのみとなる。
【００２５】
このため、図３（ａ）に示すように、一次側の平面空芯コイルＮａｐの巻線中心軸Ｓｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓの巻線中心軸Ｓｓとを互いにずらしたプレーナ型トランスＴｐは、図３（ｂ）に示す、一次側の平面空芯コイルＮａｐの巻線中心軸Ｓｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓの巻線中心軸Ｓｓとが重なる同軸のプレーナ型トランスＴｐよりも、図１のＬＬＣコンバータ３において一次側コイルＮｐの漏れインダクタンスを共振用コンデンサＣｒと直列共振させるトランスＴとして適している。
【００２６】
そして、図３（ａ）に示すプレーナ型トランスＴｐでは、図４のグラフに示すように、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとのずれ量が大きくなるほど、両者に生じる漏れインダクタンスＬｒは増加し、励磁インダクタンスＬｍは減少する。なお、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとのずれとは、双方の巻線中心のずれのことである。
【００２７】
そこで、図３（ａ）の一次側と二次側の両平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓ間に、図１の共振用コンデンサＣｒと直列共振する大きさの漏れインダクタンスＬｒと、図１の一次側及び二次側のコイルＮｐ，Ｎｓ間に必要な結合係数を満たす大きさの励磁インダクタンスＬｍとが生じるずれ量を持たせたプレーナ型トランスＴｐを、図１のトランスＴとして用いる。
【００２８】
なお、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとの磁気結合は、少なくとも両者の一部が対向すれば、空芯Ａｐ，Ａｓどうしが対向しなくても得られる。このため、所望の漏れインダクタンスＬｒを得るための、一次側及び二次側の両平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓ間のずれ量は、両者の少なくとも外縁どうしが重なる大きさまでの範囲とすることができる。
【００２９】
次に、図１のトランスＴとして用いるプレーナ型トランスＴｐの具体的な構成について、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図５（ａ）はプレーナ型トランスＴｐの平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｃ）は一次側の平面コアを形成した基板の表面側を示す平面図、（ｄ）は二次側の平面コアを形成した基板の裏面側を示す平面図である。
【００３０】
図５（ａ）に示す本実施形態のプレーナ型トランスＴｐは、同図のＩ−Ｉ線断面図である図５（ｂ）に示すように、表面５１（請求項中の第１面に相当）と裏面５３（請求項中の第２面に相当）とに一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとをそれぞれ形成した基板５（請求項中の絶縁基板に相当）を有している。この基板５は、例えばガラスエポキシ等の絶縁性樹脂材料によってリジットに形成されている。
【００３１】
基板５の表面５１に形成した一次側の平面空芯コイルＮａｐは、図５（ｃ）に示すように、方形状にループさせた導体の両端に設けた端子部Ｒｐを、表面５１の長辺側に延出させている。一方、図５（ｂ）に示すように、基板５の裏面５３に形成した二次側の平面空芯コイルＮａｓは、図５（ｄ）に示すように、方形状にループさせた一次側の平面空芯コイルＮａｐと同一形状の導体の両端に設けた端子部Ｒｓを、裏面５３の短辺側に延出させている。
【００３２】
このように、一次側の平面空芯コイルＮａｐの端子部Ｒｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓの端子部Ｒｓとを重ならないように配置することで、両端子部Ｒｐ，Ｒｓが磁気回路の一部を構成するのを防いでいる。
【００３３】
そして、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１では、上述したように構成されたプレーナ型トランスＴｐをＬＬＣコンバータ３のトランスＴとして用いることから、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとのずれ量を増やして、両平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓに生じる漏れインダクタンスＬｒを増やすことができる。
【００３４】
なお、この例においても、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとのずれとは、双方の巻線中心のずれのことを言う。
【００３５】
そして、この例においても、高周波でスイッチングする半導体素子Ｑ１，Ｑ２に合わせた大容量の共振用コンデンサＣｒと直列共振させるのに十分な大きさの漏れインダクタンスＬｒをプレーナ型トランスＴｐに生じさせて、ＬＬＣコンバータ３を高周波で駆動することができる。
【００３６】
しかも、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとのずれ量によって、両平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓに生じる漏れインダクタンスＬｒを調整できるので、一次側の平面コアＣｐや二次側の平面コアＣｓを含むプレーナ型トランスＴｐの構造物を高精度に加工する必要をなくすことができる。
【００３７】
また、一次側の平面コアＣｐや二次側の平面コアＣｓは、一次側の平面空芯コイルＮａｐや二次側の平面空芯コイルＮａｓの空芯Ａｐ，Ａｓに挿入されるセンターポールを有していない。したがって、両平面コアＣｐ，Ｃｓは、一次側や二次側の平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓの空芯Ａｐ，Ａｓを挟んで、各平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓの巻線中心軸Ｓｐ，Ｓｓの軸方向に間隔をおいて正対するように配置される。
【００３８】
このため、本実施形態のプレーナ型トランスＴｐでは、一次側の平面空芯コイルＮａｐや二次側の平面空芯コイルＮａｓを通る磁束が一次側の平面コアＣｐや二次側の平面コアＣｓに集中することがない。
【００３９】
よって、図２（ｃ）に示す一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとの非対向部分ＮＦｐ，ＮＦｓに、両平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓのずれ量に応じた大きさの漏れインダクタンスＬｒを確実に生じさせることができる。
【００４０】
但し、必要な大きさの漏れインダクタンスＬｒを生じさせることができる限り、一次側や二次側の平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓの空芯Ａｐ，Ａｓに挿入されるセンターポールを一次側の平面コアＣｐや二次側の平面コアＣｓに設けて、一次側の平面コアＣｐや二次側の平面コアＣｓをＥＥコアやＥＩコアで構成してもよい。
【００４１】
さらに、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１によれば、プレーナ型トランスＴｐの一次側の平面コアＣｐや二次側の平面コアＣｓを、一次側の平面空芯コイルＮａｐや二次側の平面空芯コイルＮａｓの外径よりも大きい外形で形成した。
【００４２】
このため、一次側の平面空芯コイルＮａｐや二次側の平面空芯コイルＮａｓに生じる漏れ磁束をプレーナ型トランスＴｐに留めて、プレーナ型トランスＴｐの漏れインダクタンスＬｒを効率的に構成させることができる。
【００４３】
但し、一次側の平面空芯コイルＮａｐや二次側の平面空芯コイルＮａｓに生じる漏れ磁束の磁路を全て覆って、必要な大きさの漏れインダクタンスＬｒを生じさせることができるのであれば、一次側の平面コアＣｐや二次側の平面コアＣｓを、一次側の平面空芯コイルＮａｐや二次側の平面空芯コイルＮａｓの外径よりも小さい外形で形成してもよい。
【００４４】
また、本実施形態では、プレーナ型トランスＴｐの一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとを、それぞれの端子部Ｒｐ，Ｒｓを除いて同じ形状とした。しかし、例えば図６の断面図に示すように、一次側と二次側とで平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓの大きさを異ならせてもよく、あるいは、一次側と二次側とで平面空芯コイルＮａｐ，Ｎａｓの巻数を異ならせてもよい。
【００４５】
なお、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓとをエッチング等によって形成することができ、それぞれの位置を高精度に加工することができる。そして、このような加工をするにあたって、基板５のどこかに基準部（例えば貫通孔）を開けておくようにしてもよい。
【００４６】
そのようにすることで、二次側の平面空芯コイルＮａｓを形成する際に、当該基準部から所定距離分、平面空芯コイルＮａｓの巻線中心をずらすように加工して、一次側の平面空芯コイルＮａｐと二次側の平面空芯コイルＮａｓのずれ精度を高くすることができる。
【００４７】
そして、本発明は、非対称ハーフブリッジ型のＬＬＣコンバータを用いた絶縁型ＤＣＤＣコンバータのトランスに限らず、漏れインダクタンスを利用する分野で使用される各種のトランスに広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、漏れインダクタンスを利用する分野で使用される各種のトランスにおいて利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  ＤＣＤＣコンバータ
３  ＬＬＣコンバータ
５  基板（絶縁基板）
５１  基板表面（第１面）
５３  基板裏面（第２面）
Ａｐ  一次側の平面空芯コイルの空芯
Ａｓ  二次側の平面空芯コイルの空芯
Ｃｏ  平滑用コンデンサ
Ｃｐ  一次側の平面コア
Ｃｒ  共振用コンデンサ
Ｃｓ  二次側の平面コア
Ｄ１，Ｄ２  整流用ダイオード
Ｆｐ，Ｆｓ  対向部分
Ｌｍ  励磁インダクタンス
Ｌｒ  漏れインダクタンス
Ｎａｐ  一次側の平面空芯コイル
Ｎａｓ  二次側の平面空芯コイル
ＮＦｐ，ＮＦｓ  非対向部分
Ｎｐ  一次側コイル
Ｎｓ  二次側コイル
Ｑ１，Ｑ２  半導体素子
Ｒｏ  負荷
Ｒｐ  一次側の平面空芯コイルの端子部
Ｒｓ  二次側の平面空芯コイルの端子部
Ｓｐ  一次側の平面空芯コイルの巻線中心軸
Ｓｓ  二次側の平面空芯コイルの巻線中心軸
Ｔｐ  プレーナ型トランス
Ｖｉｎ  直流電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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