(57)【要約】【課題】静電結合容量を低減させつつ、効率を向上させることができるトランス及び共振型コンバータ。【解決手段】トランスは、一次巻線Ｐと、一次巻線Ｐと対向させて配置され且つ一次巻線Ｐと電磁結合される二次巻線Ｓと、一次巻線Ｐと二次巻線Ｓとの間に配置され且つ薄板状の導電材料で構成される静電結合シールド部材５と、静電結合シールド部材５と一次巻線Ｐとの間及び静電結合シールド部材５と二次巻線Ｓとの間の少なくとも一方に配置され且つ薄板状の磁性体で構成される磁束シールド部材６とを備える。【選択図】図２
2015179708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と、
前記一次巻線と対向させて配置され且つ前記一次巻線と電磁結合される二次巻線と、
前記一次巻線と前記二次巻線との間に配置され且つ薄板状の導電材料で構成される静電結合シールド部材と、
前記静電結合シールド部材と前記一次巻線との間及び前記静電結合シールド部材と前記二次巻線との間の少なくとも一方に配置され且つ薄板状の磁性体で構成される磁束シールド部材と、
を備えることを特徴とするトランス。
【請求項２】
前記一次巻線は、絶縁材料で構成される基板に導体層よりなるスパイラル状の第１のコイルパターンが形成された平面１次コイルからなり、前記二次巻線は、前記平面１次コイル上に積層され、前記基板に導体層よりなるスパイラル状の第２のコイルパターンが形成された平面２次コイルからなることを特徴とする請求項１記載のトランス。
【請求項３】
磁気閉ループを形成する磁性体からなるトランスコアを備え、
前記トランスコアは、前記一次巻線と前記二次巻線と前記静電結合シールド部材と前記磁束シールド部材とを挿通する中央脚部と、
前記一次巻線と前記二次巻線と前記静電結合シールド部材と前記磁束シールド部材との外側に配置され且つ前記中央脚部の左右に配置された左右脚部と、
前記中央脚部の上下に配置された上下脚部と、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトランス。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のトランスと、
前記トランスの一次巻線に接続されたスイッチング素子と共振コンデンサとを有し、直流電圧を前記スイッチング素子をオンオフさせることにより前記一次巻線に印加するスイッチング回路と、
前記トランスの二次巻線に発生するパルス電圧を整流平滑して出力する整流平滑回路と、
を備えることを特徴とする共振型コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に損失を低減できるトランス及び共振型コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気部品の一種として、交流電力の電圧を電磁誘導を利用して変換するトランス（変圧器）が広く用いられている。
【０００３】
ところで、トランスを電子機器のスイッチング電源等に用いる場合に、ノイズが問題となる。
【０００４】
ノイズ源としては、スイッチング電源に搭載される整流回路やスイッチング回路および商用電源が挙げられ、これらのノイズ源から発生するノイズ電流は、トランスにおいて構造的に発生する静電結合容量を介して負荷側に流出してしまう。このようなノイズ電流は、高周波ノイズの原因となり、電子機器の誤動作等の弊害をもたらすという不都合がある。
【０００５】
ここで、トランスの静電結合容量が小さい程、ノイズ電流は負荷等に流れ難くなるという性質がある。
【０００６】
そこで、スイッチング電源用のトランスにおいて、静電結合容量を低減する技術が種々提案されている（特許文献１等）。
【０００７】
図５に示すように、特許文献１に係るトランスＴ１０では、コイル部１００における１次コイル１０１及び２次コイル１０２のコイル層を分離するとともに、両コイル１０１及び１０２の巻線がオーバラップしないようにずらして、１次コイル１０１と２次コイル１０２を配置することにより静電結合容量を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−６７５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１に開示される装置では、１次コイル１０１と２次コイル１０２をずらして配置しているため、コイルの収容スペースが大きくなり、トランス自体の体積が大きくなってしまう。
【００１０】
また、１次コイル１０１と２次コイル１０２をずらして配置することにより、１次コイル１０１と２次コイル１０２とがある程度の距離だけ離間されるため、コイル間の磁気結合が弱まり、効率が低下する。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、静電結合容量を低減させつつ、効率を向上させることができるトランス及び共振型コンバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係るトランスは、一次巻線と、前記一次巻線と対向させて配置され且つ前記一次巻線と電磁結合される二次巻線と、前記一次巻線と前記二次巻線との間に配置され且つ薄板状の導電材料で構成される静電結合シールド部材と、前記静電結合シールド部材と前記一次巻線との間及び前記静電結合シールド部材と前記二次巻線との間の少なくとも一方に配置され且つ薄板状の磁性体で構成される磁束シールド部材とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る共振型コンバータは、前記トランスと、前記トランスの一次巻線に接続されたスイッチング素子と共振コンデンサとを有し、直流電圧を前記スイッチング素子をオンオフさせることにより前記一次巻線に印加するスイッチング回路と、前記トランスの二次巻線に発生するパルス電圧を整流平滑して出力する整流平滑回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るトランスによれば、磁束シールド部材を設けたので、静電結合シールド部材に入って渦電流損を発生する漏れ磁束を、磁束シールド部材に誘導することで、静電結合シールド部材での渦電流損を低減することができる。
【００１５】
本発明に係る共振型コンバータによれば、トランス内に配置された磁束シールド部材により一次巻線漏洩インダクタンスが増加し、一次巻線漏洩インダクタンスを共振コンデンサとの共振に用いるので、従来から外部に挿入していた共振インダクタが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本出願人が既に出願した未公知のトランスの構成例を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るトランスの断面図である。
【図３】理想トランスの等価回路を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係るトランスを用いて構成される第２の実施形態に係る電流共振型コンバータの回路図である。
【図５】従来例に係るトランスの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態のトランス及び共振型コンバータを図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
実施の形態のトランスは、本出願人が既に出願した未公知のトランス（特願２０１４−００４９２３、平成２６年１月１５日に出願済み）に対する課題を解決したものである。
【００１９】
まず、本出願人が既に出願したトランスの構成を、図１に示すトランスの構成例の断面図を参照しながら説明する。
【００２０】
基板１は、ガラスエポキシ等で形成される絶縁基板からなり、この基板１には、穴部２ａ、２ｂ、２ｃが形成され、穴部２ａ〜２ｃには磁気閉ループを形成する磁性体からなるトランスコア３が挿通されている。トランスコア３は、中央脚部３ａと、中央脚部３ａの左右に配置された左右脚部３ｂ，３ｃと、中央脚部３ａの上下に配置された上下脚部３ｄ，３ｅとを有して構成される。
【００２１】
中央脚部３ａを取り囲むように、基板１には、一次巻線Ｐと、一次巻線Ｐと対向させて配置され且つ一次巻線Ｐと電磁結合される二次巻線Ｓと、一次巻線Ｐと二次巻線Ｓとの間に配置され且つ薄板状のアルミニウム等の導電材料で構成される静電結合シールド部材５とが積層されて配置されている。
【００２２】
一次巻線Ｐは、基板１に銅などの導体層よりなるスパイラル状の第１のコイルパターンが形成された平面１次コイルからなる。二次巻線Ｓは、基板１に銅などの導体層よりなるスパイラル状の第２のコイルパターン、例えば、方形状の１周回のパターンが形成された平面２次コイルからなる。
【００２３】
このようなトランスによれば、一次巻線Ｐと二次巻線Ｓとの間に、薄板状の導電材料で構成される静電結合シールド部材５が配置されているので、一次巻線Ｐと二次巻線Ｓとの間の静電容量結合を低減することができ、高周波ノイズの発生を有効に抑制することができる。
【００２４】
しかし、一次巻線Ｐに電流が流れると、磁束が発生し、発生した磁束の内、磁束φ１がトランスコア３を鎖交し、漏れ磁束φ２により静電結合シールド部材５を磁束φ３が鎖交する。静電結合シールド部材５は、導電パターンであるため、渦電流損が発生する。第１の実施形態のトランスは、この渦電流損を低減することにより、効率を向上するものである。
【００２５】
（第１の実施形態）
次に、図２を参照して、第１の実施の形態に係るトランスの構成について説明する。図２に示す第１の実施の形態に係るトランスは、図１に示すトランスの構成に対して、さらに、静電結合シールド部材５と一次巻線Ｐとの間に薄板状の磁性体で構成される磁束シールド部材６を配置したことを特徴とする。
【００２６】
ここで、磁束シールド部材６は、トランスの漏れインダクタとなる磁気ループを形成するため、静電結合シールド部材５と同じと成るようなサイズとするが、主となる励磁インダクタを確保するためにトランスコア３から十分なギャップを設けている。
【００２７】
なお、磁束シールド部材６は、静電結合シールド部材６と二次巻線Ｓとの間に配置してもよく、あるいは、静電結合シールド部材５と一次巻線Ｐとの間及び静電結合シールド部材６と二次巻線Ｓとの間の両方に配置してもよい。
【００２８】
このように静電結合シールド部材５と一次巻線Ｐとの間に薄板状の磁性体で構成される磁束シールド部材６を配置したので、静電結合シールド部材５に入って渦電流損を発生する漏れ磁束φ５を、磁束シールド部材６に誘導することで、静電結合シールド部材５での渦電流損を低減することができる。これにより、効率を向上することができる。
【００２９】
図３（ａ）にトランスの基本回路図、図３（ｂ）に理想トランスの等価回路図を示す。図３（ｂ）に示すように、理想トランスは、一次巻線浮遊容量Ｃｓ１に一次巻線抵抗ｒ１と一次巻線漏洩インダクタンスＬ１１と一次インダクタンスＬｐとの直列回路が接続されている。二次巻線浮遊容量Ｃｓ２には二次巻線抵抗ｒ２と二次巻線漏洩インダクタンスＬ１２と二次巻線との直列回路が接続されている。Ｒｉは鉄損である。
【００３０】
第１の実施形態に係るトランスに磁束シールド部材６を設けることにより、一次巻線漏洩インダクタンスＬ１１を増大させることができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図４は、第１の実施の形態に係るトランスを用いて構成される第２の実施形態に係る電流共振型コンバータの回路図である。図４において、トランスＴｍは第１の実施の形態に係るトランスである。コンデンサＣｆ１の両端には、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２との直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２は、交互にオン／オフする。
【００３２】
スイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間には、リアクトルＬｒとトランスＴｍの一次巻線Ｐと共振コンデンサＣｒとの直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とリアクトルＬｒと共振コンデンサＣｒとは、スイッチング回路を構成する。
【００３３】
トランスＴｍの二次巻線は、第１の二次巻線Ｓ１と第２の二次巻線Ｓ２との直列回路で構成されている。第１の二次巻線Ｓ１の一端にはダイオードＤ１のアノードが接続され、第１の二次巻線Ｓ１の他端には第２の二次巻線Ｓ２の一端とコンデンサＣｆ２の一端とが接続されている。
【００３４】
第２の二次巻線Ｓ２の他端には、ダイオードＤ２のアノードが接続され、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のカソードとはリアクトルＬｆの一端に接続される。リアクトルＬｆの他端はコンデンサＣｆ２の他端に接続されている。ダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサＣｆ２とは整流平滑回路を構成する。
【００３５】
このように構成された第２の実施形態に係る電流共振型コンバータの簡単な動作を説明する。
【００３６】
まず、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、コンデンサＣｆ１→スイッチング素子Ｑ１→リアクトルＬｒ→一次巻線Ｐ→共振コンデンサＣｒ→コンデンサＣｆ１の経路で電流が流れる。このとき、リアクトルＬｒと共振コンデンサＣｒとで共振が行われる。
【００３７】
二次側では、第１の二次巻線Ｓ１→ダイオードＤ１→リアクトルＬｆ→コンデンサＣｆ２→第１の二次巻線Ｓ１の経路で電流が流れて、コンデンサＣｆ２の両端に出力電圧が得られる。
【００３８】
次に、スイッチング素子Ｑ１がオフし、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、一次巻線Ｐ→共振コンデンサＣｒ→スイッチング素子Ｑ２→リアクトルＬｒ→一次巻線Ｐの経路で電流が流れる。このとき、リアクトルＬｒと共振コンデンサＣｒとで共振が行われる。
【００３９】
二次側では、第２の二次巻線Ｓ２→ダイオードＤ２→リアクトルＬｆ→コンデンサＣｆ２→第２の二次巻線Ｓ２の経路で電流が流れて、コンデンサＣｆ２の両端に出力電圧が得られる。
【００４０】
このように第２の実施形態に係る共振型コンバータによれば、トランス内に配置された磁束シールド部材６により一次巻線漏洩インダクタンスＬ１１（図４ではＬｒ）が増加し、一次巻線漏洩インダクタンスＬ１１を共振コンデンサＣｒとの共振に用いるので、従来から外部に挿入していた共振インダクタが不要となる。
【００４１】
なお、本発明は、第１の実施形態に係るトランスに限定されるものではない。一次巻線Ｐを平面１次コイルとし、二次巻線Ｓを平面２次コイルとしたが、一次巻線Ｐ、二次巻線Ｓは、通常の巻線コイルであってもよい。
【００４２】
また、第２の実施形態に係る共振型コンバータでは、第１の二次巻線Ｓ１、第２の二次巻線Ｓ２、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２を設けたが、例えば、第１の二次巻線Ｓ１、ダイオードＤ１のみを設けるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  基板
２ａ，２ｂ，２ｃ  穴部
３ａ  中央脚部
３ｂ，３ｃ  左右脚部
３ｄ，３ｅ  上下脚部
５  静電結合シールド部材
６  磁束シールド部材
Ｐ  一次巻線
Ｓ  二次巻線
Ｓ１  第１の二次巻線
Ｓ２  第２の二次巻線
φ１  磁束
φ２〜φ５  漏れ磁束
ｒ１  一次巻線抵抗
ｒ２  二次巻線抵抗
Ｃｓ１  一次巻線浮遊容量
Ｃｓ２  二次巻線浮遊容量
Ｌ１１  一次巻線漏洩インダクタンス
Ｌ１２  二次巻線漏洩インダクタンス
ＬＰ  一次インダクタンス
Ｒｉ  鉄損
Ｃｆ１，Ｃｆ２  コンデンサ
Ｑ１，Ｑ２  スイッチング素子
Ｌｒ，Ｌｆ  リアクトル
Ｃｒ  共振コンデンサ
Ｔｍ  トランス
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
【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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