(57)【要約】【課題】　１次巻線と２次巻線との間の磁気結合が高く損失の少ないトランス、及びそのトランスを用いた変換効率が高いスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】　本発明のスイッチング電源装置は、少なくとも第１の１次コイル、第１の２次コイル、第２の２次コイル、第２の１次コイルを有し、第１の１次コイル、第１の２次コイル、第２の２次コイル、第２の１次コイルの順に積層され、第１の２次コイルの１端と第２の２次コイルの１端とを接続してセンタータップとして取りだした構成を有するトランスと、トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、トランスのセンタータップと、第１の２次コイルの他端又は第２の２次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、出力電圧が一定になるようにスイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有する。【選択図】図１　　　　　　　　　　　
2004112991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の１次コイル、第１の２次コイル、第２の２次コイル、第２の１次コイルを有し、前記第１の１次コイル、前記第１の２次コイル、前記第２の２次コイル、前記第２の１次コイルの順に積層され、前記第１の２次コイルの１端と前記第２の２次コイルの１端とを接続してセンタータップとして取りだした構成を有するトランスと、
　前記トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、
　前記トランスの前記センタータップと、前記第１の２次コイルの他端又は前記第２の２次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、
　前記整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、
　出力電圧が一定になるように前記スイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
少なくとも第１の１次コイル、第１の２次コイル、第２の２次コイル、第２の１次コイルを有し、前記第１の１次コイル、前記第１の２次コイル、前記第２の２次コイル、前記第２の１次コイルの順に積層された単位積層体と、少なくとも前記第１の１次コイル、前記第１の２次コイル、前記第２の２次コイル、前記第２の１次コイルを有し、前記第１の１次コイル、前記第２の２次コイル、前記第１の２次コイル、前記第２の１次コイルの順に積層された単位積層体と、の何れか一方を複数段に積層し、又は両方を組み合わせて複数段に積層し、複数の単位積層体をそれぞれ接続した前記第１の２次コイルの１端と前記第２の２次コイルの１端とを接続してセンタータップとして取りだした構成を有するトランスと、
　前記トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、
　前記トランスの前記センタータップと、複数の単位積層体をそれぞれ接続した前記第１の２次コイルの他端又は前記第２の２次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、
　前記整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、
　出力電圧が一定になるように前記スイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記トランスにおいて、１次コイル全てを直列接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記トランスにおいて、単位積層体に用いられる１次コイルを並列接続して並列接続体を構成し、前記並列接続体をおのおの直列接続することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記トランスにおいて、１次コイルおよび２次コイルは、絶縁基板上の導体パターンを施したプリント基板コイルで構成して多段に積層され、１次コイルおよび２次コイルはコイルパターン内端あるいは外端の接続部を介して接続されて巻線を構成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記トランスにおいて、各層または全体で１次コイルおよび／または２次コイルの巻数を１ターンとすることを特徴とする請求項５記載のスイッチング電源装置。
【請求項７】
前記トランスにおいて、各層または全体で、一次コイルの巻数はＮターン（Ｎは任意の正数）、前記第１の２次コイルおよび前記第２の２次コイルの巻数は１ターンとすることを特徴とする請求項２、請求項５または請求項６記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は産業用や民生用の電子機器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　近年、電子機器の小型化に伴い、スイッチング電源装置に用いられるトランス等の磁性部品の小型化・薄型化が強く求められている。このような要求に対応するため、スイッチング電源装置のトランス巻線としては導線をスパイラル状に巻いたコイル、薄い導体を打ち抜いたスパイラル状コイルを用いて、それぞれのコイルを同一の種類又は複合させて積層した積層トランスが用いられている。
【０００３】
　以下、従来例のスイッチング電源装置について図６を用いて説明する。
　図６は従来例のスイッチング電源装置で、図６（ａ）はフルブリッジコンバータの回路構成図、図６（ｂ）はそのトランスの巻線部の断面図、図６（ｃ）はその巻線部の巻線の１つであるスパイラル状コイルの外形図である。
　図６（ａ）のスイッチング電源装置は、入力直流電源１、入力端子２ａ−２ｂ、トランス３、第１のスイッチング素子４、第２のスイッチング素子５、第３のスイッチング素子６、第４のスイッチング素子７、第１の整流ダイオード８ａ、第２の整流ダイオード８ｂ、インダクタンス素子９、平滑コンデンサ１０、出力端子１１ａ−１１ｂ、負荷１２、制御回路２０を有する。尚、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４は制御回路２０が発するターンオン信号を示している。
　入力直流電源１は入力端子２ａ−２ｂに接続され、電源電圧Ｖｉｎを供給する。
　第１のスイッチング素子４と第２のスイッチング素子５は直列接続され、入力端子２ａ−２ｂに接続される。第３のスイッチング素子６と第４のスイッチング素子７は直列接続され、入力端子２ａ−２ｂに接続される。
【０００４】
　１次巻線３ａの一端は第１のスイッチング手段４と第２のスイッチング手段５との接続点に接続され、他端は第３のスイッチング手段６と第４のスイッチング手段７との接続点に接続される。第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃとは、直列に接続されている。１次巻線３ａと第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃの巻数比はＮ：１：１となっている（Ｎは、任意の正数である。）。
　第１の整流ダイオード８ａのアノードは、トランス３の第１の２次巻線３ｂの一端と接続され、第２の整流ダイオード８ｂのアノードは、第２の２次巻線３ｃの一端に接続されている。両整流ダイオードのカソードは互いに接続されている。第１の２次巻線３ｂの他端及び第２の２次巻線３ｃの他端は互いに接続され、出力端子１１ｂに接続されている。
【０００５】
　インダクタンス素子９と平滑コンデンサ１０は直列に接続され、平滑回路を構成している。インダクタンス素子９の一端は、第１の整流ダイオード８ａのカソードと第２の整流ダイオード８ｂのカソードとの接続点に接続され、その他端は、出力端子１１ａに接続されている。平滑コンデンサ１０の一端は出力端子１１ａに接続され、その他端は第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃとの接続点（出力端子１１ｂ）に接続されている。
　平滑コンデンサ１０は、静電容量が十分大きく、トランス３の２次巻線に発生する電圧を整流平滑する。平滑コンデンサ１０の両端の電圧Ｖｏｕｔ（１１ａ−１１ｂ間の電圧）が出力電圧となる。
　１２は負荷であり、出力端子１１ａ−１１ｂに接続され、電力を消費する。
　２０は制御回路であり、出力直流電圧Ｖｏｕｔを安定化すべくターンオン信号Ｇ１からＧ４を出力することにより、第１のスイッチング素子４と第２のスイッチング素子５と第３のスイッチング素子６と第４のスイッチング素子７とを所定のオンオフ比で駆動する。
【０００６】
　トランス３について、図６（ｂ）、図６（ｃ）を用いて詳細に説明する。図６（ｂ）はトランス巻線部の断面図、図６（ｃ）はスパイラル状コイルの外形図である。
　図６（ｂ）に示すようにトランス３は、第１の１次コイル３ａ１、第２の１次コイル３ａ２、第３の１次コイル３ａ３、第４の１次コイル３ａ４と、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第３の２次コイル３ｂ２、第４の２次コイル３ｃ２を有する。
　第１の１次コイル３ａ１と第２の１次コイル３ａ２と第３の１次コイル３ａ３と第４の１次コイル３ａ４は直列接続され、図６（ａ）の１次巻線３ａを構成する。第１の２次コイル３ｂ１と第３の２次コイル３ｂ２は直列接続され、図６（ａ）の第１の２次巻線３ｂを構成し、第２の２次コイル３ｃ１と第４の２次コイル３ｃ２は直列接続され、図６（ａ）の第２の２次巻線３ｃを構成する。
　各コイルの積層順序については上から、第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の１次コイル３ａ２、第３の２次コイル３ｂ２、第３の１次コイル３ａ３、第２の２次コイル３ｃ１、第４の１次コイル３ａ４、第４の２次コイル３ｃ２の順に積層される。
　このように積層することで、１次コイルと２次コイル間の磁気結合を高めることが可能になる。 図６（ｃ）はトランス３の巻線部の巻線の１つの外形図である。
【０００７】
　以上のように構成されたスイッチング電源装置の動作について説明する。
　図７に従来例のスイッチング電源装置の各部動作波形図を示す。図７において（ａ）は第１のスイッチング素子４のオンオフを制御する信号Ｇ１の電圧波形であり、（ｂ）は第２のスイッチング素子５のオンオフを制御する信号Ｇ２の電圧波形である。（ｃ）は第３のスイッチング素子６のオンオフを制御する信号Ｇ３の電圧波形であり、（ｄ）は第４のスイッチング素子７のオンオフを制御する信号Ｇ４の電圧波形である。（ｅ）はトランス３の１次巻線３ａに印加される電圧Ｖｐの波形である。（ｆ）は第１の整流ダイオード８ａに流れる電流Ｉｄ１の波形であり、（ｇ）は第２の整流ダイオード８ｂに流れる電流Ｉｄ２の波形である。
【０００８】
　図７に示されているように、従来例の電源装置ではスイッチング素子４及びスイッチング素子７が一組となり同時にオンし、スイッチング素子５及びスイッチング素子６が一組となり同時にオンする。それらは交互にオンとオフとを繰り返すことにより、トランス３の１次巻線３ａには、Ｖｉｎと−Ｖｉｎの電圧が交互に印加される。
　まず、制御回路２０からのターンオン信号Ｇ２、Ｇ３により、第２のスイッチング素子５と第３のスイッチング素子６とが同時にオンすると、トランス３の１次巻線３ａに−Ｖｉｎの電圧が印加される。このとき、トランス３の第１の２次巻線３ｂに電圧−Ｖｉｎ／Ｎが発生し、第１の整流ダイオード８ａは逆バイアスとなってオフし、第２の整流ダイオード８ｂは順バイアスとなってオンする。
【０００９】
　次に制御回路２０からのターンオン信号によりＧ２、Ｇ３が共にオフになった後、制御回路２０からのターンオン信号Ｇ１、Ｇ４により、第１のスイッチング素子４と第４のスイッチング素子７とが同時にオンすると、トランス３の１次巻線３ａに入力電圧Ｖｉｎが印加される。このとき、トランス３の第１の２次巻線３ｂに電圧Ｖｉｎ／Ｎが発生し、第１の整流ダイオード８ａは順バイアスとなってオンし、第２の整流ダイオード８ｂは逆バイアスとなってオフする。インダクタンス素子９にトランス３の第１の２次巻線３ｂに誘起された電圧に基づく電流を流す。
　インダクタンス素子９に流れる電流は、直線的に増加する。このとき、トランス３の第１の２次巻線３ｂにはインダクタンス素子９に流れる電流が流れ、トランス３の１次巻線３ａにはトランス３の巻数比倍（１／Ｎ倍）の電流が流れる。
　第２のスイッチング素子５と第３のスイッチング素子６が共にオフすると、トランス３の１次巻線３ａは開放され、トランス３の第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃの誘起電圧はゼロになる。トランス３の磁束の連続性を保つように、電流がトランス３の第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃに分流して流れる。今後、トランス２次巻線に電流が分流して流れる期間を分流期間と記述する。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−３０２４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
　分流期間において、第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃに流れる電流により、第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃとの間の空間に強い磁界が発生する。分流期間においては、１次巻線３ａは開放状態にあるため、１次巻線３ａ端子間では電流はゼロである。そのため、第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃとの間に位置している第３の１次コイル３ａ３の導体全体としての電流和はゼロになるようにその表面に、第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃにより生じる強い磁界のためにループ電流が誘起され、その誘起された電流により損失が発生するという問題点があった。
　例えば通常の線をＥＩカットコアに巻いて１次巻線と２次巻線とを完全に分離した構成のトランスにおいては、１次巻線と２次巻線との間の平均距離が長いために、１次巻線と２次巻線との間で十分な磁気結合が得られないという問題点もあった。そこで、上記構成のトランスを用いたスイッチング電源装置は高い変換効率が得られないという問題点があった。
　本発明は上記問題点を解決するものであり、１次巻線と２次巻線との間の磁気結合が高く損失の少ないトランスを用いた変換効率が高いスイッチング電源装置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】
　上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、少なくとも第１の１次コイル、第１の２次コイル、第２の２次コイル、第２の１次コイルを有し、前記第１の１次コイル、前記第１の２次コイル、前記第２の２次コイル、前記第２の１次コイルの順に積層され、前記第１の２次コイルの１端と前記第２の２次コイルの１端とを接続してセンタータップとして取りだした構成を有するトランスと、前記トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、前記トランスの前記センタータップと、前記第１の２次コイルの他端又は前記第２の２次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、出力電圧が一定になるように前記スイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置である。
【００１３】
　請求項２に記載の発明は、少なくとも第１の１次コイル、第１の２次コイル、第２の２次コイル、第２の１次コイルを有し、前記第１の１次コイル、前記第１の２次コイル、前記第２の２次コイル、前記第２の１次コイルの順に積層された単位積層体と、少なくとも前記第１の１次コイル、前記第１の２次コイル、前記第２の２次コイル、前記第２の１次コイルを有し、前記第１の１次コイル、前記第２の２次コイル、前記第１の２次コイル、前記第２の１次コイルの順に積層された単位積層体と、の何れか一方を複数段に積層し、又は両方を組み合わせて複数段に積層し、複数の単位積層体をそれぞれ接続した前記第１の２次コイルの１端と前記第２の２次コイルの１端とを接続してセンタータップとして取りだした構成を有するトランスと、前記トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、前記トランスの前記センタータップと、複数の単位積層体をそれぞれ接続した前記第１の２次コイルの他端又は前記第２の２次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、出力電圧が一定になるように前記スイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置である。
　上下を逆にした単位積層体（例えば第２の１次コイル、第２の２次コイル、第１の２次コイル、第１の１次コイルの順になった単位積層体、又は第２の１次コイル、第１の２次コイル、第２の２次コイル、第１の１次コイルの順に積層された単位積層体）を含めて積層しても良い。
【００１４】
　請求項３に記載の発明は、前記トランスにおいて、１次コイル全てを直列接続することを特徴とするスイッチング電源装置である。
【００１５】
　請求項４に記載の発明は、前記トランスにおいて、単位積層体に用いられる１次コイルを並列接続して並列接続体を構成し、前記並列接続体をおのおの直列接続することを特徴とするスイッチング電源装置である。
【００１６】
　請求項５に記載の発明は、前記トランスにおいて、１次コイルおよび２次コイルは、絶縁基板上の導体パターンを施したプリント基板コイルで構成して多段に積層され、１次コイルおよび２次コイルはコイルパターン内端あるいは外端の接続部を介して接続されて巻線を構成することを特徴とするスイッチング電源装置である。
【００１７】
　請求項６に記載の発明は、前記トランスにおいて、各層または全体で１次コイルおよび／または２次コイルの巻数を１ターンとすることを特徴とするスイッチング電源装置である。１ターンのコイルパターンを有するプリント基板（層）を積層し、全体を直列接続又または並列接続し、１次巻線および／または２次巻線を形成する。
　例えば１次巻線への印加電圧が所定以上の高圧である場合、安全規格により１次巻線と２次巻線及びコアとの間に一定以上の沿面距離を確保しなければならない。コイルパターンが１ターンを超えると、コイルパターン内端にスルーホールを設ける必要がある。しかし、スルーホールを設けて、スルーホールと他のパターン又はコアとの間に一定以上の沿面距離を確保すると、トランスが大型化するという問題があった。本発明においては、基板上のコイルパターンを１ターンとした巻線については、コイルパターン内端にスルーホールを設ける必要がない。本発明によれば、小型且つ薄型のトランスを実現できる。
【００１８】
　請求項７に記載の発明は、前記トランスにおいて、各層または全体で、一次コイルの巻数はＮターン（Ｎは任意の正数）、前記第１の２次コイルおよび前記第２の２次コイルの巻数は１ターンとすることを特徴とするスイッチング電源装置である。
　本発明のスイッチング電源装置のトランスにおいて、１次コイルと第１の２次コイルと第２の２次コイルの巻数比はＮ：１：１となっている。
　Ｎターンのコイルパターンを有するプリント基板を積層し、全体を直列接続または並列接続し、１次巻線を形成する。１ターンのコイルパターンを有するプリント基板を積層し、全体を直列接続又は並列接続し、２次巻線を形成する。２次巻線は、コイルパターン外端の接続部を介して接続される。本発明によれば、小型且つ薄型のトランスを実現できる。
　本発明は、１次巻線と２次巻線との間の磁気結合が高く損失の少ないトランスを用いた変換効率が高いスイッチング電源装置を実現できるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１９】
　本発明によれば、１次巻線と２次巻線との間の磁気結合が高く損失が少ないトランスを用いた変換効率の高いスイッチング電源装置を実現出来るという有利な効果が得られる。
　本発明のスイッチング電源装置は、分流期間において、第１の２次巻線と第２の２次巻線に流れる電流により、第１の２次巻線と第２の２次巻線との間の空間に強い磁界が発生しても、第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃの間に導体が存在しないため電流が誘起されることがなく損失が発生しないという有利な効果が得られる。又、隣接する第１の２次巻線３ｂ及び第２の２次巻線３ｃには分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃの間に挟まれた１次巻線には電流が誘起されず、損失が発生しないという有利な効果が得られる。
　また、第１の２次巻線と第２の２次巻線間の平均距離が短いために、第１の２次巻線と第２の２次巻線間の磁気結合が高くなる。そのため、高い変換効率のスイッチング電源装置を提供することができるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
　以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について図面とともに記載する。
【実施例１】
【００２１】
　本発明の実施例１のスイッチング電源装置について図１を用いて説明する。
　本実施例のスイッチング電源装置の全体の回路構成は、図６（ａ）で示した従来例の回路構成と同じである。本実施例のスイッチング電源装置は、トランス３の巻線部に特徴を有し、回路構成及び回路動作については、従来例のスイッチング電源装置と同一であるので、その説明は省略する。
　以下、本実施例のスイッチング電源装置のトランス３の巻線部の構成について図１を用いて説明する。図１は本実施例のトランス３の断面図である。
　図１に示すようにトランス３は、第１の１次コイル３ａ１、第２の１次コイル３ａ２、第３の１次コイル３ａ３、第４の１次コイル３ａ４と、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第３の２次コイル３ｂ２、第４の２次コイル３ｃ２を有する。
【００２２】
　第１の１次コイル３ａ１と第２の１次コイル３ａ２と第３の１次コイル３ａ３と第４の１次コイル３ａ４は直列接続され、図６（ａ）の１次巻線３ａを構成する。第１の２次コイル３ｂ１と第３の２次コイル３ｂ２は直列接続され、図６（ａ）の第１の２次巻線３ｂを構成し、第２の２次コイル３ｃ１と第４の２次コイル３ｃ２は直列接続され、図６（ａ）第２の２次巻線３ｃを構成する。第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃとは直列に接続されている。ここまでは、従来例と同一である。
　各コイルの積層順序については上から、第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２、第３の１次コイル３ａ３、第３の２次コイル３ｂ２、第４の２次コイル３ｃ２、第４の１次コイル３ａ４の順に積層される。１次巻線３ａと第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃの巻数比はＮ：１：１とする（Ｎは任意の正数である。）。
【００２３】
　本実施例においても従来例と同様、分流期間において、第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃに流れる電流により、第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃ間の空間に強い磁界が発生する。しかし、本実施例の巻線構成においては第１の２次巻線３ｂ１と第２の２次巻線３ｃ１の間に導体が存在しないため、その間に電流が誘起されることがなく損失が発生しない。隣接する第１の２次巻線３ｂ２及び第２の２次巻線３ｃ２には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。同様に、隣接する第１の２次巻線３ｂ１及び第２の２次巻線３ｃ１には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第１の２次巻線３ｂ２と第２の２次巻線３ｃ１の間に挟まれた２本の１次巻線（３ａ２及び３ａ３）には電流が誘起されず、損失が発生しない。
　１次巻線３ａと、第１の２次巻線３ｂ及び第２の２次巻線３ｃとの磁気結合度は、従来例（図６）と同様に高い。例えば１次巻線と２次巻線とが完全に分離してＥＩカットコアに巻かれているトランスと比較して、本発明のトランスの１次巻線と２次巻線との磁気的結合度は高い。
【００２４】
　なお、本実施例のスイッチング電源装置では、トランスの巻線としては上から第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体を２段積層したものを用いて説明したが、少なくとも上記単位積層体を１段以上に積層したものを適用すれば、同様な効果が得られる。ここで、単位積層体の１段モデルにおけるトランス巻線部の断面図を図２に示す。単位積層体の１段モデルにおいては、第１の２次巻線と第２の２次巻線の間に導体が存在しないため、その間に電流が誘起されることがなく損失が発生しない。
　例えば、図１に示す３ａ１〜３ａ４、３ｂ１、３ｂ２、３ｃ１及び３ｃ２からなる単位積層体を２段に積層したトランスにおいては、隣接する第１の２次巻線３ｂ２及び第２の２次巻線３ｃ２には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。同様に、隣接する第１の２次巻線３ｂ１及び第２の２次巻線３ｃ１には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第１の２次巻線３ｂ２と第２の２次巻線３ｃ１の間に挟まれた２本の１次巻線（３ａ２及び３ａ３）には電流が誘起されず、損失が発生しない。
【００２５】
　第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体と、第１の１次コイル３ａ１、第２の２次コイル３ｃ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体と、を組み合わせて積層してトランスを構成しても良い。更に、上下を逆にしたこれらの単位積層体を含めて積層してトランスを構成しても良い。このような構成によっても、実施例と同様の効果が得られる。
【００２６】
　１次コイルを直列に接続することによって、各１次コイルに流れる電流の極端に不均一な電流分布を防止することができる。第１の２次巻線３ｂ及び第２の２次巻線３ｃを構成している各コイルを直列接続した場合で説明したが、各コイルを並列接続して第１の２次巻線３ｂ及び第２の２次巻線３ｃを構成しても同様な効果が得られるのは言うまでもない。シミュレーション及び実験において、２次巻線短絡時での１次コイル側からみた交流抵抗は、従来のトランス巻線の構成（図６（ｂ））と比較し、２０％〜３０％の低減を図れることを確認した。また、フルブリッジコンバータ方式のスイッチング回路を有するもので説明したが、ハーフブリッジコンバータ、プッシュプルコンバータ、及びその回路をベースにした各種の回路方式を用いたスイッチング電源装置に適用しても、同様な効果が得られるのは言うまでもない。
【実施例２】
【００２７】
　本発明の実施例２のスイッチング電源装置について図３、図４を用いて説明する。
　本実施例のスイッチング電源装置の全体の回路構成は、図６（ａ）で示した従来例の回路構成と同じである。本実施例のスイッチング電源装置は、トランス３の巻線部に特徴を有し、回路構成及び回路動作については、従来例のスイッチング電源装置と同一であるので、その説明は省略する。
　以下、本実施例のスイッチング電源装置のトランス３の巻線部の構成について図３を用いて説明する。図３は本実施例のトランス３の断面図である。
　図３に示すようにトランス３は、第１の１次コイル３ａ１、第２の１次コイル３ａ２、第３の１次コイル３ａ３、第４の１次コイル３ａ４と、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第３の２次コイル３ｂ２、第４の２次コイル３ｃ２を有する。
【００２８】
　第１の１次コイル３ａ１と第２の１次コイル３ａ２は並列接続され、第１の並列接続体３ｄ１を構成し、第３の１次コイル３ａ３と第４の１次コイル３ａ４は並列接続され、第２の並列接続体３ｄ２を構成する。第１の並列接続体３ｄ１と第２の並列接続体３ｄ２は直列接続され、図６（ａ）の１次巻線３ａを構成する。第１の２次コイル３ｂ１と第３の２次コイル３ｂ２は直列接続され、図６（ａ）の第１の２次巻線３ｂを構成し、第２の２次コイル３ｃ１と第４の２次コイル３ｃ２は直列接続され、図６（ａ）の第２の２次巻線３ｃを構成する。第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃとは直列に接続されている。
　各コイルの積層順序については上から、第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２、第３の１次コイル３ａ３、第３の２次コイル３ｂ２、第４の２次コイル３ｃ２、第４の１次コイル３ａ４の順に積層される。１次巻線３ａと第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃの巻数比はＮ：１：１とする。
【００２９】
　本実施例のように、トランス巻線を構成することにより、１次巻線３ａの巻数比が少ない仕様の場合でも、第１の並列接続体３ｄ１と第２の並列接続体３ｄ２を直列接続することによって、１次巻線３ａには大電流を流すことが可能である。
　また実施例１と同様、第１の２次巻線３ｂ１と第２の２次巻線３ｃ１との間に導体が存在しないため、分流期間において、その間の空間に発生する強い磁界により、電流が誘起されることがなく損失が発生しない。隣接する第１の２次巻線３ｂ２及び第２の２次巻線３ｃ２には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。同様に、隣接する第１の２次巻線３ｂ１及び第２の２次巻線３ｃ１には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第１の２次巻線３ｂ２と第２の２次巻線３ｃ１の間に挟まれた２本の１次巻線（３ａ２及び３ａ３）には電流が誘起されず、損失が発生しない。
　１次巻線３ａと、第１の２次巻線３ｂ及び第２の２次巻線３ｃとの磁気結合度は、従来例（図６）と同様に高い。例えば１次巻線と２次巻線とを完全に分離してＥＩカットコアに巻いたトランスと比較して、本発明のトランスの１次巻線と２次巻線との磁気的結合度は高い。
【００３０】
　なお本実施例のスイッチング電源装置では、トランスの巻線としては上から第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体を２段積層したものを用いて説明したが、少なくとも１段以上積層したものを適用すれば同様な効果が得られる。ここで、単位積層体の１段モデルにおけるトランス巻線部の断面図を図４に示す。単位積層体の１段モデルにおいては、第１の２次巻線と第２の２次巻線の間に導体が存在しないため、その間に電流が誘起されることがなく損失が発生しない。また、単位積層体における１次コイルの並列接続体どうしを直列接続した場合で説明を行ったが、並列接続体どうしを並列に接続した場合でも同様な効果が得られる。
　第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体と、第１の１次コイル３ａ１、第２の２次コイル３ｃ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体と、を組み合わせて積層してトランスを構成しても良い。更に、上下を逆にしたこれらの単位積層体を含めて積層してトランスを構成しても良い。このような構成によっても、実施例と同様の効果が得られる。
【００３１】
　第１の２次巻線３ｂ及び第２の２次巻線３ｃを構成している各コイルを直列接続した場合で説明したが、各コイルを並列接続することで第１の２次巻線３ｂ及び第２の２次巻線３ｃを構成しても同様な効果が得られるのは言うまでもない。シミュレーション及び実験において、２次巻線短絡時での１次コイル側からみた交流抵抗は、従来のトランス巻線の構成（図６（ｂ））と比較し、２０％〜３０％の低減を図れることを確認した。また、フルブリッジコンバータ方式のスイッチング回路を有するもので説明したが、ハーフブリッジコンバータ、プッシュプルコンバータ、及びその回路をベースにした各種の回路方式を用いたスイッチング電源装置に適用しても、同様な効果が得られるのは言うまでもない。
【実施例３】
【００３２】
　本発明の実施例３のスイッチング電源装置について図５を用いて説明する。
　本実施例のスイッチング電源装置の全体の回路構成は、図６（ａ）で示した従来例の回路構成と同じである。本実施例のスイッチング電源装置は、トランス３の巻線部に特徴を有し、回路構成及び回路動作については、従来例のスイッチング電源装置と同一であるので、その説明は省略する。
【００３３】
　図５（ａ）は本実施例のプリント基板コイルを積層した構造を有するトランスの外形を示す斜視図、図５（ｂ）はその正面図、図５（ｃ）はＩ−Ｉの面で切断したその断面図、図５（ｄ）は１枚のプリント基板コイルの概略的な外観を示す図である。図５において、３０は複数のプリント基板コイルを積層した積層体、３４は端子、３５はコア、３７は１枚のプリント基板コイルである。各プリント基板コイル３７は、コイルパターン３１、内端のスルーホール３２、外端のスルーホール３３を有し、中心に貫通穴３６が設けられている。図５（ｃ）に示すように、コア３５はその中足部を貫通穴３６を貫通させ、磁気的な閉回路を構成している。
【００３４】
　本実施例のトランスは、絶縁基板上に導体パターンを施したプリント基板コイル３７を多層に積層した積層体３０をトランスの巻線としている。プリント基板コイル３７は、４層以上の層を有するプリント基板であって、１つのプリント基板が複数層のコイルを有していても良い。多層プリント基板コイル３７は、各コイルパターン間に必要な厚みの絶縁層を挟んで積層され、各コイルパターンの端末（内端３２及び外端３３）を上下の他のプリント基板コイル３７に接続されてコイルを構成する。例えば両面プリント基板であるプリント基板コイル３７の裏面に設けられた導体パターンにより、内端３２と、プリント基板コイル３７の周辺に設けられたスルーホール３８〜４４のいずれか１つとを接続し、そのスルーホール及び外端３３に端子３４を接続して上下のプリント基板コイル３７を相互に接続する。例えば第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２、第３の１次コイル３ａ３、第３の２次コイル３ｂ２、第４の２次コイル３ｃ２、第４の１次コイル３ａ４毎に異なる導体パターンを設け、異なるスルーホールを接続端子として使用することにより、トランスの各巻線を形成する。
【００３５】
　以下、本実施例のスイッチング電源装置のトランス３の巻線部の構成について図１を用いて説明する。本実施例のトランス３の各コイルの接続、積層は図１で示した実施例１のものと同様である。図１は本実施例のトランス３の断面図である。
　図１において、第１の１次コイル３ａ１と第２の１次コイル３ａ２と第３の１次コイル３ａ３と第４の１次コイル３ａ４はコイルパターン３１内端のスルーホール３２及びコイルパターン３１外端のスルーホール３３を介して直列接続され、図６の１次巻線３ａを構成する。
【００３６】
　第１の２次コイル３ｂ１と第３の２次コイル３ｂ２は、コイルパターン３１内端のスルーホール３２及び外端のスルーホール３３を介して直列接続され、図６の第１の２次巻線３ｂを構成し、第２の２次コイル３ｃ１と第４の２次コイル３ｃ２は、コイルパターン３１内端のスルーホール３２及び外端のスルーホール３３を介して直列接続され、図６の第２の２次巻線３ｃを構成する。第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃとは直列に接続されている。
　各コイルの積層順序については上から、第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２、第３の１次コイル３ａ３、第３の２次コイル３ｂ２、第４の２次コイル３ｃ２、第４の１次コイル３ａ４の順に積層される。１次巻線３ａと第１の２次巻線３ｂと第２の２次巻線３ｃの巻数比はＮ：１：１とする。
【００３７】
　このような構成にすることにより、各コイル間の層間距離が高い精度で一定であるトランスを製造することが可能になる。
　また実施例１と同様、第１の２次巻線３ｂ１と第２の２次巻線３ｃ１との間に導体が存在しないため、分流期間において、その間の空間に発生する強い磁界により、電流が誘起されることがなく損失が発生しない。隣接する第１の２次巻線３ｂ２及び第２の２次巻線３ｃ２には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。同様に、隣接する第１の２次巻線３ｂ１及び第２の２次巻線３ｃ１には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、２つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第１の２次巻線３ｂ２と第２の２次巻線３ｃ１の間に挟まれた２本の１次巻線（３ａ２及び３ａ３）には電流が誘起されず、損失が発生しない。１次巻線３ａと、第１の２次巻線３ｂ及び第２の２次巻線３ｃとの磁気結合度は、従来例（図６）と同様に高い。例えば１次巻線と２次巻線とを完全に分離してＥＩカットコアに巻いたトランスと比較して、本発明のトランスの１次巻線と２次巻線との磁気的結合度は高い。
【００３８】
　なお、本実施例のスイッチング電源装置では、トランスの巻線としては上から第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体を２段積層した多層プリント基板コイルを用いて説明したが、少なくとも１段以上積層したものを適用すれば同様な効果が得られる。単位積層体の１段モデルにおいては、第１の２次巻線と第２の２次巻線の間に導体が存在しないため、その間に電流が誘起されることがなく損失が発生しない。
　また、第１の２次巻線及び第２の２次巻線を構成している各コイルを直列接続した場合で説明したが、各コイルを並列接続することで第１の２次巻線及び第２の２次巻線を構成しても同様な効果が得られるのは言うまでもない。
【００３９】
　第１の１次コイル３ａ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の２次コイル３ｃ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体と、第１の１次コイル３ａ１、第２の２次コイル３ｃ１、第１の２次コイル３ｂ１、第２の１次コイル３ａ２の順に積層された単位積層体と、を組み合わせて積層してトランスを構成しても良い。上下を逆にしたこれらの単位積層体を含めて積層してトランスを構成しても良い。このような構成によっても、実施例と同様の効果が得られる。シミュレーション及び実験において、２次巻線短絡時での１次コイル側からみた交流抵抗は、従来のトランス巻線の構成（図６（ｂ））と比較し、２０％〜３０％の低減を図れることを確認した。
【００４０】
　なお、トランス３においてプリント基板コイル３７を構成する各層又は全体で、１次コイルの巻数を１ターンとしてもよい。トランス３においてプリント基板コイル３７を構成する各層又は全体で２次コイルの巻数を１ターンとしてもよい。トランス３においてプリント基板コイル３７を構成する各層又は全体で、１次コイルの巻数をＮターン、第１の２次コイル及び第２の２次コイルの巻数は１ターンとしてもよい。プリント基板コイル３７を構成する各層のコイルパターンを１ターンとし、更に全ての層のコイルパターンを並列接続することで、全体でコイルの巻数を１ターンとすることができる。
　好ましくは、プリント基板コイル３７を構成する各層の１次コイルのコイルパターンの巻数を１ターンとし、全てを直列接続又は並列接続する。更に、プリント基板コイル３７を構成する各層の２次コイルのコイルパターンの巻数を１ターンとし、全てを直列接続又は並列接続する。
【００４１】
　各層でコイルの巻数を１ターンより大きくすると、コイルパターン３１が渦状になるため、コイルパターン内端にスルーホール３２を設け、スルーホール３２によって各層のコイルパターンどうしを接続する必要がある。１次側の入力電圧が所定以上の高圧である場合、１次コイルと２次コイル及びコア３５との間の沿面距離を安全規格に準じた距離（例えば１０ｍｍ）以上にしなければならない。しかし所定の沿面距離を確保してコイルパターン内端にスルーホール３２を設けることは、トランス３の大型化及び電力損失の増大の原因となる。更に、コイルパターン内端のスルーホール３２による接続部分は電流容量が小さく、コイルに大電流を流せない。
　１層１ターン構成にすることで、コイルパターン内端のスルーホール３２による接続が全く不要になる。スルーホールを有さず、所定の材料で形成された回路基板は、それ自体絶縁シートとしての役割を果たす。この場合、１次コイルと２次コイル及びコア３５との間の空間的な距離を狭くし、且つ安全規格に準じた実効的な沿面距離を確保することが出来る。これにより、トランスの小型化・薄型化及び入出力電流容量を大きくすることが可能であり、電力損失が低減できる。
【００４２】
　フルブリッジコンバータ方式のスイッチング回路を有するもので説明したが、ハーフブリッジコンバータ、プッシュプルコンバータ、及びその回路をベースにした各種の回路方式を用いたスイッチング電源装置に適用しても、同様な効果が得られるのは言うまでもない。
　実施例３と同様に、プリント基板コイルを積層した構成により実施例２のトランス及びそれを用いたスイッチング電源装置を実現出来ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
　本発明にかかるスイッチング電源装置は、産業用や民生用の電子機器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１のスイッチング電源装置のトランス巻線部の断面図
【図２】実施例１のスイッチング電源装置の単位積層体構成のトランス巻線部の断面図
【図３】実施例２のスイッチング電源装置のトランス巻線部の断面図
【図４】実施例２のスイッチング電源装置の単位積層体構成のトランス巻線部の断面図
【図５】図５（ａ）は実施例３のスイッチング電源装置のトランスの斜視図、図５（ｂ）はその正面図、図５（ｃ）はＩ−Ｉの面で切断したその断面図、図５（ｄ）は１枚のプリント基板コイルの概略的な外観を示す図
【図６】図６（ａ）は従来例のスイッチング電源装置の回路図、図６（ｂ）はそのスイッチング電源装置のトランス巻線部の断面図、図６（ｃ）はそのスイッチング電源装置のトランス巻線部の巻線の１つの外形図
【図７】従来例のスイッチング電源装置の各部動作波形図
【符号の説明】
【００４５】
　　　１　入力直流電源
　　　２ａ−２ｂ　入力端子
　　　３　トランス
　　　３ａ　１次巻線
　　　３ａ１　第１の１次コイル
　　　３ａ２　第２の１次コイル
　　　３ａ３　第３の１次コイル
　　　３ａ４　第４の１次コイル
　　　３ｂ　第１の２次巻線
　　　３ｂ１　第１の２次コイル
　　　３ｂ２　第３の２次コイル
　　　３ｃ　第２の２次巻線
　　　３ｃ１　第２の２次コイル
　　　３ｃ２　第４の２次コイル
　　　４　第１のスイッチング素子
　　　５　第２のスイッチング素子
　　　６　第３のスイッチング素子
　　　７　第４のスイッチング素子
　　　８ａ　第１の整流ダイオード
　　　８ｂ　第２の整流ダイオード
　　　９　インダクタンス素子
　　　１０　平滑コンデンサ
　　　１１ａ−１１ｂ　出力端子　
　　　１２　負荷
　　　２０　制御回路
　　　３０　積層体
　　　３１　コイルパターン
　　　３２　内端のスルーホール
　　　３３　外端のスルーホール
　　　３４　端子
　　　３５　コア
　　　３６　貫通穴
　　　３７　プリント基板コイル
　　　３８〜４４　スルーホール
【図１】
2004112991.tif 000003
【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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