(57)【要約】【課題】パルストランスにおいて、パルストランスの１次側（高周波電源側）と２次側（ゲート駆動回路側）との絶縁を確保すると共に、パルストランスの小型化を図る。【解決手段】２つのスイッチング素子を駆動制御するゲート駆動回路用のパルストランス４において、２つの１次巻線１２，１３と２つの２次巻線１４，１５を有するトランス本体を樹脂ケース１０内に収納し、１次巻線の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂと２次巻線の端部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとを樹脂ケース１０の対向する面からそれぞれ露出させ、絶縁樹脂を樹脂ケース１０内に充填して硬化する。また、前記２つの１次巻線１２，１３は、一方の巻線１２の一端部１２ｂと他方の巻線１３の一端部１３ｂとをコネクタ基板１１で短絡させ、一方の巻線１２の他端部１２ａと他方の巻線１３の他端部１３ｂとをコネクタ１１ａにより高周波電源と接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのスイッチング素子を駆動制御するゲート駆動回路用のパルストランスであって、
２つの１次巻線と２つの２次巻線を有するトランス本体を樹脂ケース内に収納し、１次巻線の端部と２次巻線の端部とを樹脂ケースの対向する面からそれぞれ露出させ、絶縁樹脂を樹脂ケース内に充填して硬化し、
前記２つの１次巻線は、一方の巻線の一端部と他方の巻線の一端部とをコネクタ基板で短絡させ、一方の巻線の他端部と他方の巻線の他端部とをコネクタにより高周波電源と接続したことを特徴とするパルストランス。
【請求項２】
前記樹脂ケースは、
樹脂ケースから露出した１次巻線の端部と２次巻線の端部との間に凹凸が形成されたことを特徴とする請求項１記載のパルストランス。
【請求項３】
２つのスイッチング素子を駆動制御するゲート駆動回路用のパルストランスであって、
２つの１次巻線と２つの２次巻線を有するトランス本体とコネクタ基板とを樹脂ケース内に収納し、２つの２次巻線の端部を樹脂ケースから露出させ、絶縁樹脂を樹脂ケース内に充填して硬化し、
前記２つの１次巻線は、一方の巻線の一端部と他方の巻線の一端部とをコネクタ基板内で短絡させ、一方の巻線の他端部と他方の巻線の他端部とをコネクタにより高周波電源と接続したことを特徴とするパルストランス。
【請求項４】
請求項１〜３のパルストランスを備え、
２つのスイッチング素子を駆動制御することを特徴とするゲート駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高絶縁パルストランスおよび高絶縁パルストランスを用いたゲート駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、インバータ１相分の回路構成を示すブロック図である。図７に示すように、直流電圧Ｅｄｃ間にスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）ｓ１，ｓ２が直列接続されている。このスイッチング素子ｓ１，ｓ２は、ゲート駆動回路１ａ，１ｂによりそれぞれＯＮ，ＯＦＦ制御される。このゲート駆動回路１ａ，１ｂには、それぞれパルストランス４ａ，４ｂが設けられ、パルストランス４ａ，４ｂの１次側巻線には高周波電源２が接続される。また、制御部３により、ゲート駆動回路１ａ，１ｂがそれぞれ制御される。
【０００３】
ゲート駆動回路１ａ，１ｂの電位は、スイッチング素子ｓ２のオン・オフによりゼロとＥｄｃを往復する。このため、ゲート駆動回路１ａ，１ｂと高周波電源２とを絶縁する必要があり、スイッチング素子ｓ１，ｓ２に印加される電圧に対し、十分な絶縁能力が要求される。ゲート駆動回路１ａ，１ｂ用の電源は図７に示すように、高周波電源２が使用されることが多く、パルストランス４ａ，４ｂが電源部に使用されるのが一般的である。ゲート駆動回路１ａ，１ｂはコネクタ基板（プリント基板）上で構成されることが一般的であるため、通常、パルストランス４ａ，４ｂもコネクタ基板上に配置される。
【０００４】
図８は、３レベルインバータの１相分の回路構成図である。図８に示すように、３レベルインバータの主回路は、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２が直列接続され、第１キャパシタＣ１の正極端と第２キャパシタＣ２の負極端との間にスイッチング素子ｓ１〜ｓ４が順次直列接続される。スイッチング素子ｓ１，ｓ２の共通接続点と、スイッチング素子ｓ３，ｓ４の共通接続点との間にダイオードＤ１，Ｄ２が直列接続される。第１，第２キャパシタＣ１，Ｃ２の共通接続点とダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続点が接続される。また、スイッチング素子ｓ２，ｓ３の共通接続点が出力端子となる。
【０００５】
このような主回路の場合、スイッチング素子ｓ１〜ｓ４が４つあるため、ゲート駆動回路１ａ〜１ｄもスイッチング素子と同数（４つ）必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平０４−５２７２０号公報
【特許文献２】実開平０５−３６８１５号公報
【特許文献３】特開２００２−３４３６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、パルストランス４ａ〜４ｄはコネクタ基板上に配置されているため、パルストランスの１次側（高周波電源２側）と２次側（ゲート駆動回路１ａ〜１ｄ側）との絶縁を確保する必要がある。そのため、１次側と２次側間の沿面距離を確保する必要があり、パルストランスが大型化してしまっていた。また、マルチレベルインバータのような複数のスイッチング素子を有する回路では、スイッチング素子と同数のゲート駆動回路が必要となるため、ゲート駆動回路および装置全体の小型化，低コスト化の障害となる。
【０００８】
以上示したようなことから、パルストランスにおいて、パルストランスの１次側（高周波電源側）と２次側（ゲート駆動回路側）との絶縁を確保すると共に、パルストランスの小型化を図ることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、２つのスイッチング素子を駆動制御するゲート駆動回路用のパルストランスであって、２つの１次巻線と２つの２次巻線を有するトランス本体を樹脂ケース内に収納し、１次巻線の端部と２次巻線の端部とを樹脂ケースの対向する面からそれぞれ露出させ、絶縁樹脂を樹脂ケース内に充填して硬化し、前記２つの１次巻線は、一方の巻線の一端部と他方の巻線の一端部とをコネクタ基板で短絡させ、一方の巻線の他端部と他方の巻線の他端部とをコネクタにより高周波電源と接続したことを特徴とする。
【００１０】
また、その一態様として、前記樹脂ケースは、樹脂ケースから露出した１次巻線の端部と２次巻線の端部との間に凹凸が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、他の態様として、２つのスイッチング素子を駆動制御するゲート駆動回路用のパルストランスであって、２つの１次巻線と２つの２次巻線を有するトランス本体とコネクタ基板とを樹脂ケース内に収納し、２つの２次巻線の端部を樹脂ケースから露出させ、絶縁樹脂を樹脂ケース内に充填して硬化し、前記２つの１次巻線は、一方の巻線の一端部と他方の巻線の一端部とをコネクタ基板内で短絡させ、一方の巻線の他端部と他方の巻線の他端部とをコネクタにより高周波電源と接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、パルストランスにおいて、パルストランスの１次側（高周波電源側）と２次側（ゲート駆動回路側）との絶縁を確保すると共に、パルストランスの小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１におけるパルストランスを示す斜視図。
【図２】実施形態１におけるパルストランスを用いたゲート駆動回路を示すブロック図。
【図３】パルストランスの巻線構造を示す概略図。
【図４】２つの１次巻線を短絡した状態のパルストランスの巻線構造を示す概略図。
【図５】実施形態２におけるパルストランスを示す斜視図。
【図６】実施形態３におけるパルストランスを示す側面図。
【図７】インバータ１相分の回路構成を示すブロック図。
【図８】３レベルインバータ１相分の回路構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本願発明におけるパルストランスの実施形態１〜３を図１〜図６に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
［実施形態１］ 
図１は、本実施形態１におけるパルストランス４を示す斜視図である。また、図２にパルストランス４を用いたゲート駆動回路を示す。本実施形態１では図７，図８に示すような２つのスイッチング素子ｓ１，ｓ２を駆動するゲート駆動回路およびゲート駆動回路に用いられるパルストランスを前提としている。
【００１６】
図２に示すように、高周波電源２から出力された電流は、パルストランス４の１次巻線に印加され、２次巻線に誘起する電圧が電源生成部５ａ，５ｂに出力される。この電源生成部５ａ，５ｂにより各ゲート駆動回路の電源が生成される。
【００１７】
ゲート信号生成部７ａ，７ｂから出力された信号は、光送受信部６ａ，６ｂを介してゲート信号指令部８ａ，８ｂに出力され、ゲート信号指令部８ａ，８ｂから主回路のスイッチング素子ｓ１，ｓ２にゲート信号が出力される。
【００１８】
ここで、高周波電源２とパルストランス４の２次側，ゲート信号生成部７ａと光送受信部６ａ，ゲート信号生成部７ａと光送受信部６ｂと、の間は、絶縁がとられている。また、図２に示すように、コネクタ基板１１内において、光送受信部６ａ，電源生成部５ａ，ゲート信号指令部８ａ側（すなわち、スイッチング素子ｓ１のゲート駆動回路側）と、光送受信部６ｂ，電源生成部５ｂ，ゲート信号指令部８ｂ側（すなわち、スイッチング素子ｓ２のゲート駆動回路側）と、の間も絶縁が取られている。
【００１９】
パルストランス４は、コア，ボビンに１次巻線１２，１３，２次巻線１４，１５を巻装し、トランス本体を構成する。このトランス本体を樹脂ケース１０内に収納し、絶縁樹脂を樹脂ケース１０内に充填し、硬化して固着させる。
【００２０】
このように、トランス本体を樹脂ケース１０内に収納し、絶縁樹脂を樹脂ケース１０内に充填し、硬化して固着させることにより、樹脂充填内には沿面距離が発生しない。そのため、高電圧印加時に発生する部分放電に対する絶縁性を高めることができる。
【００２１】
ここで、図３に示すように、本実施形態１では、２つのスイッチング素子ｓ１，ｓ２を駆動できるように、２次巻線として２つの巻線１４，１５を設けている。また、１次巻線も２つの巻線１２，１３を設けている。１次巻線の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂと２次巻線の端部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂはそれぞれ外部出力ピンと接続し、樹脂ケース１０から露出させている。ここで、１次巻線１２，１３の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂは樹脂ケース１０のコネクタ基板１１側、２次巻線の端部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは樹脂ケース１０のコネクタ基板１１と対向する面から露出している。
【００２２】
このように、１次巻線の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂと、２次巻線の端部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂと、を樹脂ケース１０の対向する面から露出させることにより、１次巻線１２，１３−２次巻線１４，１５間，２次巻線１４−２次巻線１５間（本実施形態１の場合、２次巻線１４−２次巻線１５間にもＥｄｃの電圧が印加される）の絶縁距離を確保し、高電圧印加時に発生する部分放電に対する絶縁性を高めている。
【００２３】
コネクタ１１ａを備えたコネクタ基板１１は、図４に示すように、１次巻線の端部１２ｂと１３ａとを短絡させる。高周波電源２に接続されたコネクタ１１ａは、１次巻線の端部１２ａと１３ｂに接続される。組立時には、コネクタ１１ａを挿入するだけで高周波電源２と接続できる。
【００２４】
以上示したように、本実施形態１におけるパルストランス４のように、１次巻線の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂと２次巻線の端部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂを樹脂ケース１０の対向する面から露出させて沿面距離を伸ばし、絶縁樹脂を樹脂ケース１０内に充填することにより、高電圧印加時に発生する部分放電に対する絶縁性を高めることが可能となる。
【００２５】
また、１次巻線１２、１３と高周波電源２との接続にコネクタ１１ａを用い、一次巻線１２，１３をコネクタ基板１１で短絡することにより、高絶縁の電源をコネクタ基板１１に搭載することができ、ゲート駆動回路の簡易化，ユニットの小型化を実現できる。また、コネクタ１１ａを挿入するだけで、１次巻線１２，１３と高周波電源２とを接続することが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態１のパルストランスをゲート駆動回路に適用することにより、信頼性が高く小型，高絶縁の高電圧，大容量の電力変換装置を提供することが可能となる。
【００２７】
また、本実施形態１によれば、図８に示すようなマルチレベル電力変換装置のように、電位がスイッチングで変動する場合でも、２ゲート分の回路構成を小型のパルストランスで提供することが可能となる。
【００２８】
［実施形態２］
図５は、本実施形態２におけるパルストランス４を示す斜視図である。本実施形態２は、１次巻線１２，１３の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂとコネクタ基板１１を樹脂ケース１０内に収納し、１次巻線１２，１３の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを樹脂ケース１０から露出させないようにしたものである。その他は実施形態１と同様である。
【００２９】
１次巻線の端部１２ｂと１３ａとは、コネクタ基板１１内で接続されているため、端部１２ｂ，１３ａを樹脂ケース１０内に収納しても１次巻線１２，１３を直列接続することが可能である。また、１次巻線の端部１２ａと１３ｂを樹脂ケース１０内に収納してもコネクタ１１ａにより高周波電源２との接続が可能である。
【００３０】
本実施形態２におけるパルストランス４によれば、１次巻線１２，１３の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを樹脂ケース１０内に収納することにより、樹脂ケース１０の沿面に沿って短絡電流が流れることが抑制される。そのため、沿面距離を伸ばすために樹脂ケース１０を大型化する必要がなく、パルストランス４を小型化することが可能となる。また、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００３１】
［実施形態３］
図６は、本実施形態３におけるパルストランス４を示す側面図である。本実施形態３では、実施形態１と同様に、１次巻線，２次巻線の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂが樹脂ケース１０の外部に露出しているため、樹脂ケース１０は沿面距離の絶縁規格を満足させる必要がある。
【００３２】
本実施形態３では、図６に示すように、樹脂ケース１０の側面（端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂが露出していない面）に凹凸１６を形成している。これにより、１次巻線の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ−２次巻線の端部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ間の沿面距離を確保しながら、実施形態１よりもさらに、樹脂ケース１０を小型化することが可能となる。
【００３３】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００３４】
例えば、実施形態３では、樹脂ケース１０の側面に凹凸１６を形成したが、１次巻線の端部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂと２次巻線の端部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ間の沿面距離を長くすることができれば、凹凸を形成する箇所は側面でなくとも良い。
【００３５】
また、ゲート駆動回路からゲート信号を出力する主回路として、図７，図８を例にして示したが、主回路はこれに限らずスイッチング素子を２つ以上有していれば良い。
【００３６】
さらに、ゲート駆動回路の一例として図２を示したが、ゲート駆動回路にパルストランスを有していればこれ以外でも良い。
【符号の説明】
【００３７】
４…パルストランス
１０…樹脂ケース
１１…コネクタ基板
１１ａ…コネクタ
１２，１３…１次巻線
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…１次巻線の端部
１４，１５…２次巻線
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ…２次巻線の端部
１６…凹凸
【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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【図７】
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【図８】
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