(57)【要約】【課題】静電シールド性に優れ十分なＥＭＩ対策が可能な絶縁トランスが組み込まれた安価な絶縁型スイッチング電源を提供する。【解決手段】一次巻線Ｐまたは二次巻線Ｓのうち巻数が多い巻線が、一対の静電シールド部材１３ｂ，１４ｂを介して、巻数が少ない巻線で挟みこまれるように各巻線が巻回されたボビン１２と、ボビンが装着される鉄心１０とを備えて構成された絶縁トランスＴＲ１と、絶縁トランスの一次側巻線への印加電圧を断続するスイッチ素子ＳＷ１と、二次巻線に誘起される電圧を平滑する平滑回路Ｄ２１，Ｃ２１とを備えて構成され、一方の静電シールド部材１３ｂのリードが一次側電源の電源ラインに接続され、他方の静電シールド部材１４ｂのリードが一次側電源のグランドラインに接続されている絶縁型スイッチング電源。【選択図】図２
2016208560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線または二次巻線の何れか一方が、一対の静電シールド部材を介して、他方で挟みこまれるように各巻線が巻回されたボビンと、前記ボビンが装着される鉄心とを備えて構成され、
各静電シールド部材のリードが電源ラインまたはグランドラインに個別に接続可能に構成されている絶縁トランス。
【請求項２】
一次巻線または二次巻線のうち巻数が多い巻線が、一対の静電シールド部材を介して、巻数が少ない巻線で挟みこまれるように各巻線が巻回されたボビンと、前記ボビンが装着される鉄心とを備えて構成され、
各静電シールド部材のリードが電源ラインまたはグランドラインに個別に接続可能に構成されている絶縁トランス。
【請求項３】
絶縁トランスと、前記絶縁トランスの一次側巻線への印加電圧を断続するスイッチ素子と、二次巻線に誘起される電圧を平滑する平滑回路とを備えて構成されている絶縁型スイッチング電源であって、
前記絶縁トランスに請求項１または２記載の絶縁トランスが組み込まれ、一方の静電シールド部材のリードが一次側電源の電源ラインに接続され、他方の静電シールド部材のリードが一次側電源のグランドラインに接続されている絶縁型スイッチング電源。
【請求項４】
請求項３記載の絶縁型スイッチング電源が、ソーラパネルまたは燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に昇圧する直流昇圧回路として組み込まれ、さらに前記絶縁型スイッチング電源の出力電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を備えて構成されているパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁トランス、絶縁型スイッチング電源及びパワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スイッチング電源に用いられる絶縁トランスとして、コアと、このコアに挿入されたボビンと、このボビンに巻かれた二次巻線と、この二次巻線の外側にシールド部材として機能する銅箔を介して巻かれた補助巻線と、この補助巻線の外側に巻かれた一次巻線とを備えた構成が示されている。
【０００３】
さらに、銅箔の巻き付け工程を簡素化するために、コアと、このコアに挿入されたボビンと、このボビンに巻かれた一次巻線と二次巻線と補助巻線とを備え、一次巻線と二次巻線との間に補助巻線をボビンの巻枠全体にわたって巻回するとともに、この補助巻線の一端がグランドに接続されるスイッチング電源用トランスが開示されている。
【０００４】
補助巻線の一端をグランドに接続することで、補助巻線をシールド部材として機能され、銅箔の巻き付け工程を不要とする発明である。
【０００５】
特許文献２には、トランスの１次側と２次側の巻線間の浮遊容量に起因するスイッチングノイズを軽減できるスイッチング電源を実現するために、トランスの１次巻線と２次巻線間に静電シールドを設けたスイッチング電源において、静電シールドにスイッチングノイズを打ち消すための電界を発生させる電位を与える手段を設けたことを特徴とするスイッチング電源が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３６３１４号公報
【特許文献１】特開平０５−３００７４１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、上述したシールド部材を用いるだけではＥＭＩ対策として十分ではなく、他にラインフィルタ等のノイズ抑制デバイスを入出力端子間に実装する必要があり、回路部品の増加や組立て工数の増加等によってコスト上昇を招くという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、静電シールド性に優れ十分なＥＭＩ対策が可能な絶縁トランス、当該絶縁トランスを用いた安価な絶縁型スイッチング電源及びパワーコンディショナを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明による絶縁トランスの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、一次巻線または二次巻線の何れか一方が、一対の静電シールド部材を介して、他方で挟みこまれるように各巻線が巻回されたボビンと、前記ボビンが装着される鉄心とを備えて構成され、各静電シールド部材のリードが電源ラインまたはグランドラインに個別に接続可能に構成されている点にある。
【００１０】
一次巻線または二次巻線の何れか一方の巻線が、分割された他方の巻線で挟み込まれるようにボビンに巻回され、一方の巻線と他方の巻線との間に介装された一対の静電シールド部材によって一方の巻線が挟まれるので、一方の巻線に対する良好なシールド効果が得られ、効果的に放射ノイズが低減されるようになる。しかも静電シールド部材の一方のリードが例えばグランドラインに接続されることでコモンモードノイズが低減され、静電シールド部材の他方のリードが例えば電源ラインに接続されることでノーマルモードノイズも低減されるようになる。
【００１１】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、一次巻線または二次巻線のうち巻数が多い巻線が、一対の静電シールド部材を介して、巻数が少ない巻線で挟みこまれるように各巻線が巻回されたボビンと、前記ボビンが装着される鉄心とを備えて構成され、各静電シールド部材のリードが電源ラインまたはグランドラインに個別に接続可能に構成されている点にある。
【００１２】
電圧の高い巻線が一対の静電シールド部材に挟まれるので、第一の特徴構成よりもさらに効果的に放射ノイズが低減されるようになる。静電シールド部材の一方のリードが例えばグランドラインに接続されることでコモンモードノイズが低減され、静電シールド部材の他方のリードが例えば電源ラインに接続されることでノーマルモードノイズも低減されるようになる。
【００１３】
本発明による絶縁型スイッチング電源の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、絶縁トランスと、前記絶縁トランスの一次側巻線への印加電圧を断続するスイッチ素子と、二次巻線に誘起される電圧を平滑する平滑回路とを備えて構成されている絶縁型スイッチング電源であって、前記絶縁トランスに上述の第一または第二の特徴構成を備えた絶縁トランスが組み込まれ、一方の静電シールド部材のリードが一次側電源の電源ラインに接続され、他方の静電シールド部材のリードが一次側電源のグランドラインに接続されている点にある。
【００１４】
一対の静電シールド部材によって一方の巻線が挟まれるので、一方の巻線に対する良好なシールド効果が得られ、効果的に放射ノイズが低減されるようになる。しかも静電シールド部材の一方のリードが例えばグランドラインに接続されることでコモンモードノイズが低減され、静電シールド部材の他方のリードが例えば電源ラインに接続されることでノーマルモードノイズも低減されるようになるので、別途のラインフィルタ等の回路素子を設けなくても十分な耐ノイズ性を確保することができるようになる。
【００１５】
本発明によるパワーコンディショナの特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の特徴構成を備えた絶縁型スイッチング電源が、ソーラパネルまたは燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に昇圧する直流昇圧回路として組み込まれ、さらに前記絶縁型スイッチング電源の出力電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を備えて構成されている点にある。
【００１６】
例えばＡＣ１００Ｖの商用の系統電源と連系可能なパワーコンディショナであれば、絶縁型スイッチング電源の出力電圧はＤＣ１４０Ｖ以上と非常に大きな値に調整され、その絶縁型スイッチング電源から発生するノイズは、系統負荷に対して非常に大きな影響を与えることになる。しかし、上述の絶縁型スイッチング電源を用いる場合には、別途のラインフィルタ等の回路素子を設けなくても十分な耐ノイズ性を確保することができ、系統負荷に安定して給電することができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明した通り、本発明によれば、静電シールド性に優れ十分なＥＭＩ対策が可能な絶縁トランス、当該絶縁トランスを用いた安価な絶縁型スイッチング電源及びパワーコンディショナを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるパワーコンディショナのブロック構成図
【図２】（ａ）は本発明による絶縁型スイッチング電源の回路図、（ｂ）は本発明による絶縁トランスの要部断面図
【図３】絶縁トランスの要部の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による絶縁トランス、絶縁型スイッチング電源及びパワーコンディショナの一例を図面に基づいて説明する。
図１には、分散型電源の一例である太陽電池発電装置１が示されている。太陽電池発電装置１は、複数の太陽電池パネルＳＰと、太陽電池パネルＳＰが接続されたパワーコンディショナＰＣを備えて構成され、連系リレーＲｙ及び交流側フィルタ９０を介して系統電源１００に接続されている。尚、本発明によるパワーコンディショナＰＣは、燃料電池等の他の発電装置が接続される場合にも適用可能である。
【００２０】
パワーコンディショナＰＣは、互いに並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータ２と、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ３と、インバータ３をＰＷＭ制御するインバータ制御部４と、インバータ３の出力から高調波を除去するＬＣフィルタ５と、インバータ制御部４等の作動条件等を設定する操作部６等を備えている。インバータ制御部４及び各ＤＣ／ＤＣコンバータ２に組み込まれたコンバータ制御部（図示せず）は、それぞれマイクロコンピュータ及びメモリや入出力素子を含む周辺回路を備えて構成されている。
【００２１】
各ストリングを構成する太陽電池パネルＳＰはそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータ２に接続され、太陽電池パネルＳＰで発電された直流電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２で所定の直流リンク電圧Ｖｄｃに昇圧され、さらに系統電源１００と連系するようにインバータ３によって所定の周波数及び電圧値の交流電力に変換される。各ＤＣ／ＤＣコンバータ２が本発明の絶縁型スイッチング電源となる。
【００２２】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ２に備えたコンバータ制御部によって最大電力点追従制御（Maximum power point tracking；略して「ＭＰＰＴ制御」ともいう。）が行なわれ、太陽電池ＳＰから出力される電圧と電流の積である直流電力が最大になる出力電圧で電流が取り出される。尚、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２は逆流防止用のダイオードを介して互いに並列接続されている。
【００２３】
インバータ制御部４には、電流センサとしての電流トランスＣＴ等によって検出されたインバータ３の出力電流が入力されるとともに、連系リレーＲｙよりも系統ｅ側に配置された系統電圧センサとしてのトランスＶＴ等によって検出された系統電圧が入力されている。
【００２４】
図２（ａ）には、本発明による絶縁型スイッチング電源の一例となるＤＣ／ＤＣコンバータ２が示されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、絶縁トランスＴＲ１と、絶縁トランスＴＲ１の一次巻線Ｐ側に接続されたスイッチ素子ＳＷ１であるＭＯＳ−ＦＥＴと、絶縁トランスＴＲ１の二次巻線Ｓ側に直列接続されたダイオードＤ２１及びダイオードＤ２１を介して二次巻線Ｓ側に直列接続されたコンデンサＣ２１を備えて構成さてれている。
【００２５】
絶縁トランスＴＲ１はフライバック型で、一次巻線Ｐの巻数Ｎ１より二次巻線Ｓの巻数Ｎ２が大きくなるように設定されている。図には示されていないコンバータ制御部によってスイッチ素子ＳＷ１が開閉制御される。
【００２６】
スイッチ素子ＳＷ１が開成されたときに一次巻線Ｐから二次巻線Ｓに蓄積された励磁エネルギーが、スイッチ素子ＳＷ１が閉成されたときにダイオードＤ２１を介してコンデンサＣ２１に蓄積され、出力端子Ｔ‐ｏｕｔから出力される。このとき、絶縁トランスＴＲ１によって、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔ（＝（Ｎ２／Ｎ１）・Ｖｉｎ）に昇圧される。
【００２７】
尚、コンデンサＣ１１，Ｃ１２は、入力端子Ｔ‐ｉｎ間に接続されたフィルタコンデンサＣ１１及びバイパスコンデンサＣ１２である。
【００２８】
図２（ｂ）には、絶縁トランスＴＲ１の中心線ＣＬを断面構造が示されている。断面Ｅ形のフェライトコア１０の中脚部１０ａに巻線用のボビン１２が挿入され、さらに断面Ｉ形のフェライトコア１１が接合されている。ボビン１２には、内側から順に一次巻線Ｐ、第１静電シールド１３、二次巻線Ｓ、第２静電シールド１４、一次巻線Ｐの順に巻回されている。一次巻線Ｐは内周側と二次巻線Ｓを挟んだ外周側でそれぞれ巻数が１／２に分割されている。
【００２９】
第１静電シールド１３は一枚の銅箔１３ｂが絶縁シート１３ａで挟まれ、第２静電シールド１４は一枚の銅箔１４ｂが絶縁シート１４ａで挟まれ、各銅箔１３ｂ，１４ｂからそれぞれリード１３Ｌ，１４Ｌが取り出されている。
【００３０】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、第１静電シールド１３のリード１３Ｌが絶縁型スイッチング電源のグランド側端子Ｔ−に接続され、第２静電シールド１４のリード１４Ｌが絶縁型スイッチング電源の電源側端子Ｔ＋に接続されている。
【００３１】
つまり、絶縁トランスＴＲ１は、一次巻線Ｐまたは二次巻線Ｓのうち巻数が多い巻線が、一対の静電シールド部材１３ｂ，１４ｂを介して、巻数が少ない巻線で挟みこまれるように各巻線Ｐ，Ｓが巻回されたボビン１２と、ボビン１２が装着される鉄心１０とを備えて構成され、各静電シールド部材１３ｂ，１４ｂのリード１３Ｌ，１４Ｌが電源ラインまたはグランドラインに個別に接続可能に構成されている。
【００３２】
図３には、各巻線Ｐ，Ｓと静電シールド部材１３ｂ，１４ｂの間に形成される容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５が示されている。静電シールド部材１３ｂ，１４ｂのリードがグランド端子Ｔ−及び電源端子Ｔ＋に接続されることで、コモンモードのみならずノーマルモードの伝導ノイズや、放射ノイズが効果的に抑制されるようになり、別途のラインフィルタ等の回路素子を設けなくても十分な耐ノイズ性を確保することができるようになる。
【００３３】
上述の構成によれば、電圧の高い巻線が一対の静電シールド部材に挟まれるので、より効果的に放射ノイズが低減されるようになる。静電シールド部材の一方のリードが例えばグランドラインに接続されることでコモンモードノイズが低減され、静電シールド部材の他方のリードが例えば電源ラインに接続されることでノーマルモードノイズも低減されるようになる。
【００３４】
さらに、このような絶縁型スイッチング電源が組み込まれたパワーコンディショナによれば、別途のラインフィルタ等の回路素子を設けなくても十分な耐ノイズ性を確保することができ、系統負荷に安定して給電することができるようになる。
【００３５】
以下、別実施形態を説明する。上述の実施形態では、昇圧型の絶縁型スイッチング電源に組み込まれる絶縁トランスＴＲ１を説明したが、降圧型の絶縁型スイッチング電源に組み込まれる絶縁トランスにも本発明と適用することができる。
【００３６】
この場合、絶縁トランスは一次巻線Ｐの巻数Ｎ１より二次巻線Ｓの巻数Ｎ２が小となるので、一次巻線Ｐを二分割した二次巻線Ｓで挟み込むように構成すればよい。
【００３７】
本発明による絶縁トランスは、上述した例に限定されるものではなく、一方の巻線が他方の巻線で挟み込まれ、各巻線間に静電シールド部材が介装されていてもよい。
【００３８】
つまり、一次巻線または二次巻線の何れか一方が、一対の静電シールド部材を介して、他方で挟みこまれるように各巻線が巻回されたボビンと、ボビンが装着される鉄心とを備えて構成され、各静電シールド部材のリードが電源ラインまたはグランドラインに個別に接続可能に構成されていればよい。
【００３９】
各静電シールド部材のリードの何れを電源ラインに接続し、何れをグランドラインに接続しても電源ラインのノイズ抑制効果が表れる。
【００４０】
上述した実施形態は、何れも本発明による絶縁トランス、絶縁型スイッチング電源及びパワーコンディショナの具体例の説明であり、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４１】
１：パワーコンディショナ
３：ＤＣ／ＤＣコンバータ（絶縁型スイッチング電源）
４：インバータ
５：ＬＣフィルタ
１０，１１：磁気コア（フェライトコア）
１２：ボビン
１３ｂ，１４ｂ：静電シールド部材（銅箔）
Ｃ２１：コンデンサ
Ｄ２１：ダイオード
Ｐ：一次巻線
Ｓ：二次巻線
ＴＲ１：絶縁トランス
【図１】
2016208560.tif 000003
【図２】
2016208560.tif 000004
【図３】
2016208560.tif 000005