(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと、
前記トランスの一次側のスイッチング回路と、
前記トランスの二次側の整流回路と、
を備えるアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路であって、
前記トランスにおいて、前記トランスの一次巻線と二次巻線との間に前記一次巻線から引き出した巻線及び前記二次巻線から引き出した巻線の少なくとも１つの巻線を、引き出された箇所以外に前記一次巻線及び前記二次巻線に接触しないように配置する
ことを特徴とするアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、
前記一次巻線は絶縁板の一面側に設けられ、
前記二次巻線は前記絶縁板の他面側に設けられる
ことを特徴とするアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスの一次側にスイッチング回路を有し、トランスの二次側に整流回路を有する、アクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が知られている。例えば、特許文献１に示されているアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７４３８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路では、トランスの二次側の寄生容量や漏洩インダクタンスなどにより整流回路にリンギングが発生し、その影響によりリンギング周波数帯域のラジオノイズが発生する。
【０００５】
本発明の一側面に係る目的は、トランスの二次側に設けられた整流回路に発生するリンギングを抑制するアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一つの形態であるアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、トランスと、トランスの一次側のスイッチング回路と、トランスの二次側の整流回路と、を備える。そして、トランスにおいて、トランスの一次巻線と二次巻線との間に一次巻線から引き出した巻線及び二次巻線から引き出した巻線の少なくとも１つの巻線を、引き出された箇所以外に一次巻線及び二次巻線に接触しないように配置する。
【０００７】
更に、一次巻線は絶縁板の一面側に設けられ、二次巻線は絶縁板の他面側に設けられ、導電体は一次巻線と二次巻線との間に設けられる。
【発明の効果】
【０００８】
トランスの二次側に設けられた整流回路に発生するリンギングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】アクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一実施例を示す図である。
【図２】トランスの構造の一実施例を示す図である。
【図３】リンギングの抑制を説明するための図である。
【図４】変形例１から３の回路の一実施例を示す図である。
【図５】変形例４の一実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
＜実施形態１＞
図１は、アクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一実施例を示す図である。図１のアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、トランスＴと、トランスＴの一次側に設けられたスイッチング回路１と、トランスＴの二次側に設けられた整流回路２と、を備える。
【００１１】
スイッチング回路１の接続について説明する。
トランスＴの一次巻線Ｎ１の一方の端子には、直流電源Ｐの一方の端子（正極端子）と、コンデンサＣ１（トランスリセットに用いるコンデンサ）の一方の端子と、が接続されている。トランスＴの一次巻線Ｎ１の他方の端子には、スイッチ素子Ｑ１（主スイッチ素子）の一方の端子（ドレイン）と、スイッチ素子Ｑ２（トランスリセットに用いる補助スイッチ素子）の一方の端子（ソース）と、が接続されている。スイッチ素子Ｑ２の他方の端子（ドレイン）にはコンデンサＣ１の他方の端子が接続されている。直流電源Ｐの他方の端子（負極端子）にはスイッチ素子Ｑ１の他方の端子（ソース）が接続されている。
【００１２】
図１では、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２としてＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いているが、ＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング半導体素子であってもよい。更に、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２は、図示されていない制御回路によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御などのスイッチング制御がされる。スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の制御端子（ゲート）には制御回路から駆動と休止を制御する制御信号（オン／オフ信号）が入力され、その制御信号に応じてアクティブクランプフォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路から所望の出力電圧が出力される。なお、スイッチ素子Ｑ１にはゼロボルトスイッチングに用いられるコンデンサが並列に接続されていてもよい。
【００１３】
なお、図１ではトランスリセット回路を備えたスイッチング回路１を示したが、図１に示したスイッチング回路１に限定されるものではなく、スイッチング素子を用いたスイッチング回路（ＤＣ−ＡＣ変換回路）であればよい。
【００１４】
整流回路２の接続について説明する。
トランスＴの二次巻線Ｎ２の一方の端子にはダイオードＤ１の一方（アノード）が接続されている。ダイオードＤ１の他方（カソード）には、コイルＬ１の一方と、ダイオードＤ２の一方（カソード）と、が接続されている。コイルＬ１の他方には、コンデンサＣ２の一方と、負荷Ｒの一方と、が接続されている。トランスＴの二次巻線Ｎ２の他方には、ダイオードＤ２の他方（アノード）と、コンデンサＣ２の他方と、負荷Ｒの他方と、が接続されている。
【００１５】
なお、整流回路は図１に示した整流回路２に限定されるものではなく、ダイオードを用いた整流回路（ＡＣ−ＤＣ変換回路）であればよい。
トランスＴの構造について説明する。
【００１６】
トランスＴは、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２との間に、一次巻線Ｎ１の一部を用いて構成される巻線Ｎ３（導電体）を、二次巻線Ｎ２に接触しないように配置する。また、巻線Ｎ３は一次巻線Ｎ１とも、一次巻線Ｎ１から巻線Ｎ３を引き出した箇所以外に接触しないように配置する。このように配置することで、巻線Ｎ３にうず電流を発生させ、高周波インピーダンス（リンギング周波数帯域のインピーダンス）を上昇させ、高周波（リンギング周波数帯域）における電流の流れを抑制することができる。その結果、整流回路２で発生するリンギングを短時間で減衰させることができるので、リンギングの影響によるラジオノイズも低減できる。
【００１７】
図２は、トランスの構造の一実施例を示す図である。図２に示すトランスＴは、図１に示したトランスＴの構造を示す図である。
コア２０１は、Ｅ字形状コアとＩ字形状コアとを組み合わせた形状、又は、二つのＥ字形状コアを組み合わせた形状、などが考えられる。また、コア２０１には正方形あるいは長方形の二つの孔があり、巻線２０２がコア２０１の二つの孔の間に設けられている中央脚に巻きつけられている。ただし、コア２０１の形状は図２に示す形状に限定されるものではない。また、コア２０１の孔は正方形あるいは長方形でなくてもよい。コア２０１の材質は、例えば、フェライトなどの磁性体が考えられる。
【００１８】
巻線２０２は、実施形態１の場合には、一次巻線Ｎ１、巻線Ｎ３、二次巻線Ｎ２は、図２に示す順に配置される。また、巻線Ｎ３は、例えば、中央脚の周りに一回以上巻いてもよい。なお、巻線Ｎ３の巻き方及び配置は、リンギングを短時間で減衰させることができる高周波インピーダンスになるよう、例えば、実験やシミュレーションで決めることが考えられる。
【００１９】
図３は、リンギングの抑制を説明するための図である。図３のＡ、Ｂにおいて、縦軸にはダイオードＤ２の電圧が示されている。横軸には時間が示されている。図３のＡは従来のリンギングの電圧波形を示し、図３のＢは本発明のリンギングを抑制した電圧波形を示している。従来のトランスを用いた場合、図３のＡに示すように、リンギングが発生する時間はＴ１（時間ｔ０からｔ１）となり、リンギングのピーク電圧はＶ１［Ｖ］となる。しかし、図３のＢは、図１、２に示す構造のトランスＴを用いた場合の図であるので、うず電流が巻線Ｎ３に発生し、高周波における電流の流れが抑制されることで、リンギングの発生する時間をＴ２（時間ｔ０からｔ２）に短縮でき（Ｔ１＞Ｔ２）、リンギングのピーク電圧もＶ２に減衰させることができる（Ｖ１＞Ｖ２）。その結果、リンギングの影響によるラジオノイズも低減できる。
【００２０】
変形例１から４について説明する。
図４は、変形例１から３の回路の一実施例を示す図である。
＜変形例１＞
変形例１では、図４のＡに示すように、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２との間に、二次巻線Ｎ２の一部を用いて構成される巻線Ｎ４（導電体）を、一次巻線Ｎ１に非接触で配置する。また、二次巻線Ｎ２及び巻線Ｎ４も、二次巻線Ｎ２から巻線Ｎ４を引き出した箇所以外に接触させないように配置する。
【００２１】
変形例１における巻線２０２では、巻線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ４それぞれは一次巻線Ｎ１、巻線Ｎ４、二次巻線Ｎ２の順に配置される。すなわち、巻線Ｎ４は図２に示されている巻線Ｎ３の位置に配置する。巻線Ｎ４は、例えば、中央脚の周りに一回以上巻いてもよい。
【００２２】
変形例１によれば、うず電流を巻線Ｎ４に発生させて、高周波インピーダンスを上昇させ、高周波における電流の流れを抑制させることで、リンギングを短時間で減衰させる。その結果、リンギングの影響によるラジオノイズも低減できる。
＜変形例２＞
変形例２では、図４のＢに示すように、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２との間に、一次巻線Ｎ１の一部を用いて構成される巻線Ｎ３（導電体）及びトランスの二次巻線Ｎ２の一部を用いて構成される巻線Ｎ４（導電体）を、一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２に非接触で配置する。また、一次巻線Ｎ１及び巻線Ｎ３も、一次巻線Ｎ１から巻線Ｎ３を引き出した箇所以外に接触させないように配置する。二次巻線Ｎ２及び巻線Ｎ４も、二次巻線Ｎ２から巻線Ｎ４を引き出した箇所以外に接触させないように配置する。更に、巻線Ｎ３及び巻線Ｎ４も非接触で配置する。
【００２３】
変形例２における巻線２０２では、巻線Ｎ１からＮ４それぞれは一次巻線Ｎ１、巻線Ｎ３、巻線Ｎ４、二次巻線Ｎ２の順に配置される。巻線Ｎ４は図２に示されている巻線Ｎ３と二次巻線Ｎ２との間に配置する。
【００２４】
変形例２によれば、うず電流を巻線Ｎ３、Ｎ４に発生させて、高周波インピーダンスを上昇させ、高周波における電流の流れを抑制させることで、リンギングを短時間で減衰させる。その結果、リンギングの影響によるラジオノイズも低減できる。
＜変形例３＞
変形例３では、図４のＣに示すように、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２との間に、導電体Ｎ５を、一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２に非接触で配置する。
【００２５】
変形例３における巻線２０２では、巻線Ｎ１、Ｎ２及び電導体Ｎ５は一次巻線Ｎ１、導電体Ｎ５、二次巻線Ｎ２の順に配置される。すなわち、導電体Ｎ５は図２に示されている巻線Ｎ３の位置に配置する。ただし、導電体Ｎ５は環状にせず、中央脚の周りに一周させないようにする。
【００２６】
変形例３によれば、うず電流を導電体Ｎ５に発生させて、高周波インピーダンスを上昇させ、高周波における電流の流れを抑制させることで、リンギングを短時間で減衰させる。その結果、リンギングの影響によるラジオノイズも低減できる。
＜変形例４＞
変形例４では、図５に示すように、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２との間に、巻線Ｎ３（導電体）あるいは巻線４（導電体）、絶縁体５０１を配置する。図５は、変形例４の一実施例を示すトランスＴの断面図である。図５では、一次巻線Ｎ１は、トランスＴに設けられている絶縁板５０１の一面側に設けられ、二次巻線Ｎ２は絶縁板５０１の他面側に設けられている。
【００２７】
変形例４における巻線２０２では、巻線Ｎ１からＮ３及び絶縁板５０１それぞれは一次巻線Ｎ１、巻線Ｎ３、絶縁体５０１、二次巻線Ｎ２の順に配置される。なお、巻線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ４及び絶縁板５０１それぞれを、一次巻線Ｎ１、絶縁体５０１、巻線Ｎ４、二次巻線Ｎ２の順に配置してもよい。
【００２８】
変形例４によれば、うず電流を巻線Ｎ３あるいは巻線Ｎ４に発生させて、高周波インピーダンスを上昇させ、高周波における電流の流れを抑制させることで、リンギングを短時間で減衰させる。その結果、リンギングの影響によるラジオノイズも低減できる。
【００２９】
なお、変形例４において、巻線Ｎ３を絶縁体５０１に内蔵させてもよい。
更に、変形例４において、一次巻線Ｎ１、二次巻線Ｎ２は基板に内蔵させたものを用いてもよい。なお、一次巻線Ｎ１は配線パターンとして基板の内層に形成されていてもよいし、一次巻線Ｎ１が基板内に取り込まれていてもよい。また、二次巻線Ｎ２についても、配線パターンとして基板の内層に形成されていてもよいし、二次巻線Ｎ２が基板内に取り込まれていてもよい。また、一次巻線Ｎ１を内蔵した基板と、二次巻線Ｎ２を内蔵した基板と、は別基板としてもよい。
【００３０】
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  スイッチング回路
２  整流回路
２０１  コア
２０２  巻線
５０１  絶縁板
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２  ダイオード
Ｐ  直流電源
Ｌ１  コイル
Ｎ１  一次巻線
Ｎ２  二次巻線
Ｎ３、Ｎ４  巻線
Ｎ５  導電体
Ｑ１、Ｑ２  スイッチ素子
Ｒ  負荷
Ｔ  トランス
【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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