(57)【要約】【課題】トランスを備えた電源装置の出力回路に生じるリーケージインダクタンスを抑制可能な電源装置の出力回路構造を提供する。【解決手段】トランス４の一次側回路は、一次巻線５、コンデンサ101，102、スイッチング素子103，104などで構成されている。トランス４の二次側回路としての出力回路１は、二次巻線６、チョークコイル15、整流ダイオード７，８、平滑コンデンサ16などで構成されている。出力回路１では、整流ダイオード７，８のカソードを互いに接続する回路パターンなどからなる線路とは別に、整流ダイオード７，８のカソード同士を接続する導電性機構バー２が設けられている。出力整流ループを等価的に並列回路として構成することにより、当該合成インピーダンスを小さくして、リーケージインダクタンスを抑制することができる。【選択図】図１
2008187780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と二次巻線とを磁気的に結合してなるトランスを備えた電源装置の二次側回路を構成し、前記二次巻線及び回路素子を線路で接続して形成された回路ループを有する電源装置の出力回路構造において、前記回路ループを構成する線路部分に対して短絡線路を並列に設けたことを特徴とする電源装置の出力回路構造。
【請求項２】
前記短絡線路が、複数の整流素子の出力端子同士を接続する線路部分に対して並列に設けられたことを特徴とする請求項１記載の電源装置の出力回路構造。
【請求項３】
前記短絡線路を少なくとも前記二次巻線に近接させて設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源装置の出力回路構造。
【請求項４】
前記短絡線路は導電性のバー部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電源装置の出力回路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスを備えた電源装置の出力回路に生じるリーケージインダクタンスを抑制可能な電源装置の出力回路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に従来のコンバータ回路例としてハーフブリッジコンバータ回路を示す。トランス４の一次側回路は、コンデンサ101，101や、例えばＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチン
グ素子103，104などで構成されており、これらがトランス４の一次巻線５に接続されている。一方、トランス４の二次側回路としての出力回路110は、チョークコイル15や、整流ダイオード７，８や、平滑コンデンサ16などで構成されており、これらがトランス４の二次巻線６（６ａ，６ｂ）に接続されている。そして、図示しない例えばＰＷＭ制御ＩＣがスイッチング素子103，104のゲートに接続され、これらを交互にスイッチング動作させることにより一次側の入力電源100から所望の電圧を取り出して二次側の出力端子10，11に接続された負荷（図示せず）に出力電力を供給する。
【０００３】
大電流出力スイッチング電源では、出力整流素子としての整流ダイオード７，８をそれぞれ複数並列接続して使用する。出力１．５ｋｗ、出力電圧５Ｖを例にすると、例えば特許文献１に示されるように、TO-3P形状で４０Ｖ６０Ａのショットキーダイオードを６並列程度の接続が必要となる。
【０００４】
図９の回路を装置した状態を示したものが図１１の機構図である。同図に示す構造は、本出願人が先に出願した特願２００６−２６０４１５と同一のものであり、トランス４を含む出力回路110の部品実装状態を示している。
【０００５】
トランス４の二次巻線側には整流回路部品として並列接続された複数の整流ダイオード７，８、平滑回路部品としてチョークコイル15と平滑コンデンサ16が接続され、大電流が流れる出力回路には出力端子10，11として出力バーが使用されている。プリント基板12には、６個の整流ダイオードを実装するための多数のスルーホールが設けられている。当該整流ダイオードは１素子当たり２本のアノード端子と１本のカソード端子を備えている。プリント基板に設けられたスルーホールのうち、アノード端子が挿入接合されるスルーホールは相互に銅箔で連続しており、カソード端子が挿入接合されるスルーホールも相互に銅箔で連続して形成されている。また、プリント基板12の両端近くには、プリント基板12と薄板18とバスバー13とを三層構造にして機械的に結合するためのビス孔24が２箇所に設けられている。
【０００６】
プリント基板12とバスバー13との間に薄板18を挟んで結合する。薄板18の両側に設けられた接合端子をプリント基板12のスルーホールに挿入する。また、整流ダイオード７（８）の端子を所定の姿勢でスルーホールに挿入する。ここで、整流ダイオード７（８）のアノード端子と薄板18の接合端子が挿入されるスルーホールは同一であり、半田付け作業により、薄板18は整流ダイオード７（８）のアノード端子と電気的に接続されることになる。
【０００７】
バスバー13のプリント基板12への結合は、薄板18をプリント基板12に半田付けにより接合した後、プリント基板12とバスバー13との間に薄板18を挟んでビス27とナットで機械的に結合される。このことにより薄板18の表面とバスバー13の裏面とは密着させられることから、薄板18とバスバー13とは低いインピーダンスをもって一体化される。また、バスバー13の一端には、他の部品や機器と接続するための入力端子または出力端子30が形成されているので、入力端子または出力端子30をトランス４の二次側巻線端子に接続することにより、トランス４の二次側巻線から直接バスバー13に電流を流すことができる。
【特許文献１】特開２００６−２１０５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９のハーフブリッジコンバータ回路におけるスイッチング素子103，104がターンオフした時の整流ダイオード７，８以降のリーケージインダクタンスを考慮した等価回路を図１０に示す。同図中、ｌ1を線路のインダクタンス成分、ｒ１を線路の抵抗成分とすると、同図に示す電流回路ループのリーケージインダクタンスＬr1は次式となる。
【０００９】
【数１】
2008187780.tif 000003
【００１０】
また、図９のハーフブリッジコンバータ回路の動作波形例を図１２に示す。同図中、ＶS2はスイッチング素子104のソース−ドレイン間電圧を表し、ＩTは一次巻線５へ流入する励磁電流を表し、Ｅは入力電源100から供給される入力電圧値を表し、Ｓ１はスイッチング素子103を表し、Ｓ２はスイッチング素子104を表し、ＴONは電圧振動又は電流振動が治まってから次のスイッチング素子がオンするまでの安定時間幅を表す。当該動作波形から、スイッチング素子103，104のターンオフ時に電圧振動、電流振動が発生し、効率の悪化、制御範囲の低下が分かる。
【００１１】
従来、主スイッチのターンオフ時に発生するＶｄｓ振動の抑制には、トランスの巻線構造で１次−２次間の結合を上げリーケージを低減し、出力整流ループ長を最小限に抑え、１次巻線間に抵抗とコンデンサを直列接続し、振動をロスさせて抑制している。
【００１２】
特に電源製品外形の制約で実装上、上記特許文献１のように電源の長手方向に直列実装を行う場合、整流回路の流れは、トランス→整流ダイオード→コンデンサになるため、ブリッジコンバータ回路を例にとると、整流部のダイオード実装は２列になる。トランスの２次出力ループはダイオードの後のループになる。このループ長が大きくなると、整流ループインダクタンスが増加し、ターンオフ時の電圧振動が大きくなり、トランス１次巻線電流の振動も増え、その結果、損失の増加、出力電圧範囲の悪化、ノイズ増加が起こる。
【００１３】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、トランスを備えた電源装置の出力回路に生じるリーケージインダクタンスを抑制可能な電源装置の出力回路構造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】
【００１４】
本発明における請求項１では、一次巻線と二次巻線とを磁気的に結合してなるトランスを備えた電源装置の二次側回路を構成し、前記二次巻線及び回路素子を線路で接続して形成された回路ループを有する電源装置の出力回路構造において、前記回路ループを構成する線路部分に対して短絡線路を並列に設けている。
【００１５】
本発明における請求項２の電源装置の出力回路構造では、前記短絡線路が、複数の整流素子の出力端子同士を接続する線路部分に対して並列に設けられている。
【００１６】
このようにすると、例えば回路実装上の制約などにより回路ループ長が長くなる場合においても、短絡線路の接続によって等価的にリーケージインダクタンスの並列回路を構成することにより、回路ループに生じるリーケージインダクタンスの合成値をトランス単体の持つリーケージインダクタンスに近い値に最小限に抑制でき、電源装置の主スイッチのターンオフ時に発生する電圧振動を抑制でき、その結果、電源損失の改善、電圧可変範囲の改善、ノイズが改善される。
【００１７】
本発明における請求項３の電源装置の出力回路構造では、前記短絡線路を少なくとも前記二次巻線に近接させて設けている。
【００１８】
このようにすると、二次巻線と短絡線路とを含む回路ループの面積を小さくしてインダクタンス成分を小さくすることができる。
【００１９】
本発明における請求項４の電源装置の出力回路構造では、前記短絡線路は導電性のバー部材であることを特徴とする。
【００２０】
このようにすると、短絡線路に大電流が流れても損失を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１及び請求項２によると、トランスを備えた電源装置の出力回路に生じるリーケージインダクタンスを抑制可能な電源装置の出力回路構造を提供することができる。
【００２２】
本発明の請求項３によると、ループ面積を最小にしてインダクタンス成分を小さくすることができ、効果的にリーケージインダクタンスを抑制することができる。
【００２３】
本発明の請求項４によると、損失を抑えてリーケージインダクタンスを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明における電源装置の出力回路構造の好ましい各実施例を説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。
【実施例１】
【００２５】
図１に本第１実施例における出力回路構造を適用したコンバータ回路例としてハーフブリッジコンバータ回路を示す。同図に示されたハーフブリッジコンバータ回路は、基本的な回路構成は図９の従来例と略同じであり、トランス４の二次側回路としての出力回路１の構成が図９で示した出力回路110とは若干相違する。
【００２６】
トランス４の一次側回路は、入力電源100の両端に、コンデンサ101，101の直列回路と、スイッチング素子103，104の直列回路とを並列接続し、コンデンサ101，101の接続点とスイッチング素子103，104の接続点との間にトランス４の一次巻線５を接続してなる。
【００２７】
出力回路１については、トランス４の二次巻線６には二次巻線６ａ，６ｂの接続点に相当するセンタータップが設けられており、このセンタータップはチョークコイル15を介して出力端子11に接続される。二次巻線６ａ側となる二次巻線６の一端は整流素子（回路素子）としての整流ダイオード７のアノードへ接続され、二次巻線６ｂ側となる二次巻線６の他端は整流素子（回路素子）としての整流ダイオード８のアノードへ接続され、これら整流ダイオード７，８のカソードは互いに接続される。当該整流ダイオード７，８の接続点（カソード）は出力端子10へ接続される。一対の出力端子10，11間には平滑コンデンサ16が接続される。以上は、出力回路110と同一の構成である。
【００２８】
本第１実施例の出力回路１では、整流ダイオード７，８のカソードを互いに接続する例えば回路パターンなどからなる線路とは別に、整流ダイオード７，８のカソード同士を接続する短絡線路としての導電性機構バー２が設けられている。すなわち、出力回路１では、整流ダイオード７，８のカソードを互いに接続する線路が並列に２本形成されている。
【００２９】
図１のハーフブリッジコンバータ回路におけるスイッチング素子103，104がターンオフした時の整流ダイオード７，８以降のリーケージインダクタンスを考慮した等価回路を図２に示す。同図中、ｌ1を例えば回路パターンなどにより構成される線路のインダクタンス成分、ｒ１を例えば回路パターンなどにより構成される線路の抵抗成分とし、ｌ2を導電性機構バー２により構成される線路のインダクタンス成分、ｒ２を導電性機構バー２により構成される線路の抵抗成分とすると、同図に示す電流回路ループのリーケージインダクタンスＬr2は次式の数式２となる。数式２において、ｌ2＜＜Ｌr1とすればリーケージインダクタンスＬr2をｌ2にできる。
【００３０】
【数２】
2008187780.tif 000004
【００３１】
なお、Ｌr1は例えば回路パターンなどにより構成される線路のみに関する電流回路ループのリーケージインダクタンスであり、上記数式１で表される。
【００３２】
図１の回路を装置した状態を示したものが図３の機構図である。同図に示す構造は、図１１で示す従来の出力回路110と略同様の組立体に導電性機構バー２を追加したものであり、トランス４を含む出力回路１の部品実装状態を示している。
【００３３】
導電性機構バー２は、例えば扁平板状の金属（銅等）からなる２本の導電性バー２ａ，２ａと、これら各導電性バー２ａを接続する例えば両端が階段状に折曲成形された板状の金属（銅等）からなる導電性バー２ｂとから構成される。導電性機構バー２は、整流ダイオード７，８のカソードを短絡接続するものであるため、その装着手法としては、例えば、カソード端子と電気的に接続された放熱板を備えた整流ダイオード７，８の裏面に導電性バー２ａをそれぞれ共締めし、これらの導電性機構バー２ａ，２ａ同士を別の導電性バー２ｂでネジ螺着等により接続すればよい。もちろん、導電性機構バー２は、整流ダイオード７，８のカソードを短絡接続できればどのような形態のものを用いてもよいが、本実施例のように、導電性機構バー２を整流ダイオード７，８とトランス４の二次巻線６とを電気的に接続する経路に沿った状態で構成すれば、ループ面積を最小にしてインダクタンス成分ｌ2を小さくすることができ、効果的にリーケージインダクタンスＬr2を抑制することができる。
【００３４】
また、図１のハーフブリッジコンバータ回路の動作波形例を図４に示す。同図中、ＶS2はスイッチング素子104のソース−ドレイン間電圧を表し、ＩTは一次巻線５へ流入する励磁電流を表し、Ｅは入力電源100から供給される入力電圧値を表し、Ｓ１はスイッチング素子103を表し、Ｓ２はスイッチング素子104を表し、ＴONは電圧振動又は電流振動が治まってから次のスイッチング素子がオンするまでの安定時間幅を表す。当該動作波形から、スイッチング素子103，104のターンオフ時の電圧振動、電流振動が１／２になり、損失の改善、電圧制御範囲の拡大、ノイズの抑制の効果があることが分かる。
【００３５】
以上のように本第１実施例では、一次巻線５と二次巻線６とを磁気的に結合してなるトランス４を備えた電源装置の二次側回路としての出力回路１を構成し、二次巻線６及び回路素子としての整流ダイオード７，８を線路で接続して形成された回路ループを有する電源装置の出力回路構造において、前記回路ループを構成する線路部分に対して短絡線路としての導電性機構バー２を並列に設けている。
【００３６】
また本第２実施例の出力回路１では、導電性機構バー２が、複数の整流素子としての整流ダイオード７，８の出力端子同士を接続する線路部分に対して並列に設けられている。
【００３７】
このようにすると、例えば回路実装上の制約などにより回路ループ長が長くなる場合においても、導電性機構バー２の接続によって等価的にリーケージインダクタンスの並列回路を構成することにより、回路ループに生じるリーケージインダクタンスの合成値をトランス単体の持つリーケージインダクタンスに近い値に最小限に抑制でき、電源装置の主スイッチとしてのスイッチング素子103，104のターンオフ時に発生する電圧振動を抑制でき、その結果、電源損失の改善、電圧可変範囲の改善、ノイズが改善される。以上により、トランスを備えた電源装置の出力回路１に生じるリーケージインダクタンスを抑制可能な電源装置の出力回路構造を提供することができる。
【００３８】
さらに本第１実施例の出力回路１では、導電性機構バー２を少なくとも二次巻線６に近接させて設けている。
【００３９】
このようにすると、二次巻線６と導電性機構バー２とを含む回路ループの面積を小さくしてインダクタンス成分を小さくすることができる。従って、ループ面積を最小にしてインダクタンス成分を小さくすることができ、効果的にリーケージインダクタンスを抑制することができる。
【００４０】
また本第１実施例の出力回路１では、前記短絡線路は導電性のバー部材からなる導電性機構バー２であることを特徴とする。
【００４１】
このようにすると、短絡線路に大電流が流れても損失を少なくすることができる。従って、損失を抑えてリーケージインダクタンスを抑制することができる。
【実施例２】
【００４２】
図５に本第２実施例における出力回路構造を適用したコンバータ回路例としてフォワードコンバータ回路を示す。
【００４３】
トランス41の一次側回路は、入力電源40の両端に、トランス41の一次巻線42と、例えばＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子44とを直列接続してなる。
【００４４】
トランス41の二次側回路としての出力回路50については、トランス41の二次巻線43の一端は整流素子（回路素子）としての整流ダイオード51のアノードへ接続され、二次巻線43の他端は整流素子（回路素子）としての整流ダイオード52のアノードへ接続され、これら整流ダイオード51，52のカソードは互いに接続される。当該整流ダイオード51，52の接続点（カソード）は出力端子55へ接続される。二次巻線43の他端及び整流ダイオード52のアノードはチョークコイル15を介して出力端子11に接続される。一対の出力端子55，56間には平滑コンデンサ54が接続される。
【００４５】
本第２実施例の出力回路50では、整流ダイオード51，52のカソードを互いに接続する例えば回路パターンなどからなる線路とは別に、整流ダイオード51，52のカソード同士を接続する導電性機構バー57が設けられている。すなわち、出力回路50では、整流ダイオード51，52のカソードを互いに接続する線路が並列に２本形成されている。
【００４６】
図５の回路を装置した状態を模式的に概略図示したものが図６の回路図である。同図に示す構造は、従来の出力回路と略同様の組立体に導電性機構バー57を追加したものであり、トランス41を含む出力回路50の部品実装状態を示している。
【００４７】
導電性機構バー57自体は、第１実施例で説明した導電性機構バー２と同様の構成とすればよく、導電性機構バー57を整流ダイオード51，52とトランス41の二次巻線43とを電気的に接続する経路に沿った状態で構成して、ループ面積を最小にするのが好ましい。
【実施例３】
【００４８】
図７に本第３実施例における出力回路構造を適用したコンバータ回路例としてフルブリッジコンバータ回路を示す。
【００４９】
トランス65の一次側回路は、入力電源60の両端に、例えばＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子61，62の直列回路と、例えばＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子63，64の直列回路とを並列接続し、スイッチング素子61，62の接続点とスイッチング素子63，64の接続点との間にトランス65の一次巻線66を接続してなる。
【００５０】
トランス65の二次側回路としての出力回路70については、トランス65の二次巻線67には二次巻線67ａ，67ｂの接続点に相当するセンタータップが設けられており、このセンタータップはチョークコイル73を介して出力端子76に接続される。二次巻線67ａ側となる二次巻線67の一端は整流素子（回路素子）としての整流ダイオード71のアノードへ接続され、二次巻線67ｂ側となる二次巻線67の他端は整流素子（回路素子）としての整流ダイオード72のアノードへ接続され、これら整流ダイオード71，72のカソードは互いに接続される。当該整流ダイオード71，72の接続点（カソード）は出力端子75へ接続される。一対の出力端子75，76間には平滑コンデンサ74が接続される。
【００５１】
本第３実施例の出力回路70では、整流ダイオード71，72のカソードを互いに接続する例えば回路パターンなどからなる線路とは別に、整流ダイオード71，72のカソード同士を接続する導電性機構バー77が設けられている。すなわち、出力回路70では、整流ダイオード71，72のカソードを互いに接続する線路が並列に２本形成されている。
【００５２】
図７の回路を装置した状態を模式的に概略図示したものが図８の回路図である。同図に示す構造は、従来の出力回路と略同様の組立体に導電性機構バー77を追加したものであり、トランス65を含む出力回路70の部品実装状態を示している。
【００５３】
導電性機構バー77自体は、第１実施例で説明した導電性機構バー２と同様の構成とすればよく、導電性機構バー77を整流ダイオード71，72とトランス65の二次巻線67とを電気的に接続する経路に沿った状態で構成して、ループ面積を最小にするのが好ましい。
【００５４】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。出力回路の回路形式は特に限定されるものではなく、当該出力回路を構成する回路素子も、整流ダイオード等の整流素子に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施例における出力回路構造を適用したハーフブリッジコンバータ回路を示す回路図である。
【図２】同上、図１のリーケージインダクタンスを考慮した等価回路を示す回路図である。
【図３】同上、図１の出力回路部分を装置した状態の機構を示す斜視図である。
【図４】同上、図１に示す回路各部の動作波形図である。
【図５】本発明の第２実施例における出力回路構造を適用したハーフブリッジコンバータ回路を示す回路図である。
【図６】同上、図５の出力回路部分を装置した状態を模式的に示す回路図である。
【図７】本発明の第３実施例における出力回路構造を適用したハーフブリッジコンバータ回路を示す回路図である。
【図８】同上、図７の出力回路部分を装置した状態を模式的に示す回路図である。
【図９】従来例におけるハーフブリッジコンバータ回路を示す回路図である。
【図１０】同上、図９のリーケージインダクタンスを考慮した等価回路を示す回路図である。
【図１１】同上、図９の出力回路部分を装置した状態の機構を示す斜視図である。
【図１２】同上、図９に示す回路各部の動作波形図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  出力回路
２  導電性機構バー（短絡線路）
４  トランス
５  一次巻線
６  二次巻線
７，８  整流ダイオード（整流素子、回路素子）
【図１】
2008187780.tif 000005
【図２】
2008187780.tif 000006
【図３】
2008187780.tif 000007
【図４】
2008187780.tif 000008
【図５】
2008187780.tif 000009
【図６】
2008187780.tif 000010
【図７】
2008187780.tif 000011
【図８】
2008187780.tif 000012
【図９】
2008187780.tif 000013
【図１０】
2008187780.tif 000014
【図１１】
2008187780.tif 000015
【図１２】
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