CN103348577A - 绝缘型开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能降低电流损耗、制造成本廉价的绝缘型开关电源装置。本发明的绝缘型开关电源装置具备：变压器(T)；一次侧电路(11)，其至少具有开关元件，控制该开关元件的接通/断开来从输入端子(In)向一次绕组(12)提供输入电力；和二次侧电路(21)，其与该一次侧电路(11)绝缘，将由变压器(T)进行过电力变换的输出电力从二次绕组(22)向输出端子(Out)输出。具有：第1电路基板(10)，其与一次绕组(12)连接，并具备一次侧电路(11)以及输入端子(In)；和第2电路基板(20)，其与二次绕组(22)连接，并具备二次侧电路(21)以及输出端子(Out)，层叠配置第1电路基板(10)和第2电路基板(20)，在贯通第1电路基板(10)和第2电路基板(20)的铁芯(30)卷绕一次绕组(12)以及二次绕组(22)。

Description

绝缘型开关电源装置
技术领域
本发明涉及绝缘型开关电源装置，特别涉及具备变压器的绝缘型开关电源装置。
背景技术
专利文献1所公开的开关电源模块具有多个形成有电力变换电路部的电路基板，多个电路基板隔着间隔层叠配置。另外，在各电路基板上，在各个端缘部分相互以规定的间隔排列多个导体焊盘图案，排列于各电路基板的导体焊盘图案彼此以由导电体构成的公共端子连接。多个公共端子中的至少1个，具有沿电路基板的层叠方向而设的作为外部连接用部位而发挥功能的腿部。
专利文献2所公开的开关电源装置具备进行电力变换的变压器，变压器具有插通印刷基板的贯通孔的铁芯、和形成于印刷基板的贯通孔的周围的线圈图案。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2004-222486号公报
专利文献2：国际公开2007/069403号公报
发明的概要
发明要解决的课题
专利文献1所公开的开关电源模块是层叠配置多个电路基板的构成，但在各个基板上形成电力变换电路部。即，由于在1个模块重复设置相同的电路，因此存在制造成本高价这样的问题。另外，由于在分别形成于多个电路基板的电力变换电路部都流过电流，因此，需要在连接排列于各电路基板的导体焊盘图案彼此的公共端子流过大电流，由此存在开关电源模块的电流损耗增加的问题。
专利文献2所公开的开关电源装置由于在相同的印刷基板上形成变压器的一次侧绕组和二次侧绕组，因此，一次侧绕组和二次侧绕组的互电感的耦合较高，漏电感变小。为了增大漏电感而在电路动作中使用，需要对一次侧绕组或二次侧绕组实施特别设计，使一次侧绕组或二次侧绕组的线圈图案大型化、成为复杂的图案等。
发明内容
本发明鉴于相关问题而提出，目的在于提供能降低电流损耗、制造成本廉价的绝缘型开关电源装置。
用于解决课题的手段
用于达成上述目的的本发明所涉及的绝缘型开关电源装置具备：变压器，其具有一次绕组、二次绕组和铁芯；一次侧电路，其至少具有开关元件，控制该开关元件的接通/断开来从输入端子向所述一次绕组提供输入电力；二次侧电路，其与该一次侧电路绝缘，从所述二次绕组向输出端子输出由所述变压器进行过电力变换的输出电力；所述绝缘型开关电源装置的特征在于，具有：第1电路基板，其与所述一次绕组连接，并具备所述一次侧电路以及所述输入端子；和第2电路基板，其与所述二次绕组连接，并具备所述二次侧电路以及所述输出端子，层叠配置所述第1电路基板和所述第2电路基板，所述铁芯被所述一次绕组以及所述二次绕组两者卷绕地贯通所述第1电路基板以及所述第2电路基板。
在上述构成中，由于具有：与一次绕组连接、并具备一次侧电路以及输入端子的第1电路基板；和与二次侧绕组连接、并具备二次侧电路以及输出端子的第2电路基板，层叠配置第1电路基板和第2电路基板，铁芯被卷绕一次绕组以及二次绕组的两者贯通第1电路基板以及第2电路基板，因此，不用分别在第1电路基板以及第2电路基板重复设置相同的电路，能使制造成本廉价。另外，由于分别在第1电路基板设置输入端子，在第2电路基板设置输出端子，因此不需要连接形成于第1电路基板以及第2电路基板的图案彼此的公共端子，不会在公共端子流过大电流，因此，能降低绝缘型开关电源装置的电流损耗。
另外，本发明所涉及的绝缘型开关电源装置，优选通过变更层叠配置的所述第1电路基板和所述第2电路基板间的距离来变更所述一次绕组和所述二次绕组间的距离，从而使在所述变压器产生的漏电感的大小变化，将在所述变压器产生的所述漏电感用作与所述一次绕组或所述二次绕组串联连接的电感的电感器。
在上述构成中，通过变更层叠配置的第1电路基板和第2电路基板间的距离来变更一次绕组和二次绕组间的距离，从而使在变压器产生的漏电感的大小变化，将在变压器产生的漏电感用作与一次绕组或二次绕组串联连接的电感的电感器，因此，不需要在第1电路基板或第2电路基板安装另外的电感器，能减少构成的部件。另外，在用线圈图案形成一次绕组以及二次绕组的情况下，不需要为了在变压器产生漏电感而对一次绕组或二次绕组实施特别设计从而使的线圈图案大型化、成为复杂的图案等。
另外，本发明所涉及的绝缘型开关电源装置优选具备：间隔构件，其决定层叠配置的所述第1电路基板和所述第2电路基板间的距离。
在上述构成中，由于具备决定层叠配置的第1电路基板和第2电路基板间的距离的间隔构件，因此，能容易地变更层叠配置的第1电路基板和第2电路基板间的距离，来使变压器产生期望大小的漏电感。
另外，本发明所涉及的绝缘型开关电源装置优选所述一次绕组在所述第1电路基板形成为线圈图案，所述二次绕组在所述第2电路基板形成为线圈图案。
在上述构成中，由于一次绕组在第1电路基板形成为线圈图案，二次绕组在第2电路基板形成为线区图案，因此，不需要在第1电路基板或第2电路基板另外安装的绕组的线圈。
另外，本发明所涉及的绝缘型开关电源装置优选所述第1电路基板在与所述第2电路基板对置的面的背侧的面配置所述一次侧电路的部件，所述第2电路基板在与所述第1电路基板对置的面的背侧的面配置所述二次侧电路的部件。
在上述构成中，由于第1电路基板在与第2电路基板对置的面的背侧的面配置一次侧电路的部件，第2电路基板在与第1电路基板对置的面的背侧的面配置二次侧电路的部件，因此，能使第1电路基板和第2电路基板靠近到接触为止，能在更宽的范围内变更第1电路基板和第2电路基板间的距离，从而能在更宽的范围内使在变压器产生的漏电感的大小变化。
发明的效果
根据上述实施方式，由于具有：与一次绕组连接、并具备一次侧电路以及输入端子的第1电路基板；和与二次侧绕组连接、并具备二次侧电路以及输出端子的第2电路基板，层叠配置第1电路基板和第2电路基板，铁芯被卷绕一次绕组以及二次绕组的两者贯通第1电路基板以及第2电路基板，因此，不用分别在第1电路基板以及第2电路基板重复设置相同的电路，能使制造成本廉价。另外，由于分别在第1电路基板设置输入端子，在第2电路基板设置输出端子，因此不需要连接形成于第1电路基板以及第2电路基板的图案彼此的公共端子，不会在公共端子流过大电流，因此，能降低绝缘型开关电源装置的电流损耗。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的绝缘型开关电源装置的电路构成的电路图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的绝缘型开关电源装置的构成的概略图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的绝缘型开关电源装置的另外的电路构成的电路图。
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的绝缘型开关电源装置的构成的概略图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的绝缘型开关电源装置的电路构成的电路图。图1所示的绝缘型开关电源装置1具备：一次侧电路11、二次侧电路21、和变压器T。
变压器T具有：由绕组Lp构成的一次绕组12、由绕组Ls1、Ls2构成的二次绕组22、和铁芯30。
一次侧电路11具有开关元件Q1、Q2，是控制开关元件Q1、Q2的接通/断开来从输入端子In向一次绕组12提供输入电力的电路。具体地，一次侧电路11具备：与变压器T的绕组Ls1构成闭环地连接的开关元件Q1以及电容器Cr1；和与开关元件Q1串联连接、并与变压器T的绕组Ls1构成另外的闭环地连接的开关元件Q2以及电容器Cr2。进而，在开关元件Q1连接有用于控制接通/断开的第1开关控制电路CNT1，在开关元件Q2连接有用于控制接通/断开的第2开关控制电路CNT2。在一次侧电路11的输入端子In与电源Vi连接。
二次侧电路21是将由变压器T进行过电力变换的输出电力从二次绕组22向输出端子Out输出的电路。具体地，二次侧电路21具备：分别与变压器T的绕组Ls1、LS2连接的整流二极管Ds1、Ds2；和连接在整流二极管Ds1、Ds2和输出端子Out之间的平滑电容器Co。另外，由整流二极管Ds1、Ds2和平滑电容器Co构成整流平滑电路。
在第1开关控制电路CNT1输入施加在变压器T的绕组Lp的变压器电压Vt的上升沿的定时，作为触发信号。另外，检测输出端子Out的输出电压Vo，并对第1开关控制电路CNT1输入反馈信号，该反馈信号用于决定为了使检测出的输出电压Vo成为规定电压而使开关元件Q1成为接通的状态的期间。
对第2开关控制电路CNT2输入施加在变压器T的绕组Lp的变压器电压Vt的下降沿的定时，作为触发信号。另外，检测施加在变压器T的奥组Lp的变压器电压Vt，并对第2开关控制电路CNT2输入控制信号，该控制信号为了使检测出的变压器电压Vt成为0V而使开关元件Q2成为接通状态。另外，开关元件Q1、Q2也可以通过输出分别互补地进行接通、断开的信号的控制IC等的控制电路来控制。另外，由于绝缘型开关电源装置1的电路构成与一般的电路谐振型的半桥转换器的电路构成相同，绝缘型开关电源装置1的动作也与一般的电流谐振型的半桥转换器的动作相同，因此，省略动作的详细的说明。
接下来，图2是表示本发明的实施方式1所涉及的绝缘型开关电源装置1的构成的概略图。图2所示的绝缘型开关电源装置1具有：连接一次绕组12、并具备一次侧电路11以及输入端子In的第1电路基板10；和连接二次绕组22、并具备二次侧电路21以及输出端子Out的第2电路基板20。另外，绝缘型开关电源装置1层叠配置第1电路基板10和第2电路基板20，在贯通第1电路基板10以及第2电路基板20的铁芯30，卷绕一次绕组12以及二次绕组22。即，第1电路基板10和第2电路基板20介由铁芯30来传输电力，但它们处于电绝缘的状态。
对设于第1电路基板10的导电膜进行图案形成来形成线圈图案，由此形成一次绕组12。同样地，对设于第2电路基板20的导电膜进行图案形成来形成线圈图案，由此形成二次绕组22。在将一次绕组12以及二次绕组22形成为线圈图案的情况下，不需要在第1电路基板10或第2电路基板20另外安装的绕组的线圈。
层叠配置的第1电路基板10和第2电路基板20之间的距离通过间隔构件40来决定。间隔构件40具有间隔构件部41、和从间隔构件部41的两端延伸的轴部42，将轴部42插入设于第1电路基板10以及第2电路基板20的孔部43，由第1电路基板10和第2电路基板20夹持间隔构件40。能通过改变间隔构件部41的高度容易地变更层叠配置的第1电路基板10和第2电路基板20之间的距离。
通过变更层叠配置的第1电路基板10和第2电路基板20间的距离，使一次绕组12和二次绕组22间的距离变更，来改变在变压器T产生的漏电感的大小。通过将在变压器T产生的漏电感用作图1所示的与一次绕组12串联连接的电感器Lr的电感，不需要在第1电路基板10另外安装电感器，能减少构成的部件。另外，由于能使在变压器T产生的漏电感的大小变化，因此不需要为了在变压器T产生漏电感而对一次绕组12或二次绕组22实施使线圈图案大型化、成为复杂的图案等的设计。另外，并不限定于将在变压器T产生的漏电感用作与一次绕组12串联连接的电感器Lr的电感的情况，也可以用作与二次绕组22串联连接的电感器的电感。
不需要用间隔构件40电连接第1电路基板10和第2电路基板20。其中，在第1电路基板10上形成一次侧电路11之外的电路、在第2电路基板20形成二次侧电路21之外的电路、电连接形成于第1电路基板10以及第2电路基板20的另外的电路彼此的情况下，也可以使用导电材料的间隔构件40来电连接第1电路基板10和第2电路基板20。另外，间隔构件40可以与第1电路基板10的输入端子In连接而作为输入端子发挥功能，也可以与第2电路基板20的输出端子Out连接而作为输出端子发挥功能。在绝缘型开关电源装置1具有多个间隔构件40的情况下，也可以分别具有与输入端子In连接的间隔构件40、和与输出端子Out连接的间隔构件40。在间隔构件40作为输入端子发挥功能的情况下，使间隔构件40与第2电路基板20电绝缘。在间隔构件40作为输出端子发挥功能的情况下，使间隔构件40与第1电路基板10电绝缘。
在绝缘型开关电源装置1设有用于释放来自变压器T的热的散热体50。另外，散热体50并不限定于图2所示的构成以及与变压器T的接触位置，例如，也可以在第2电路基板20侧(图中的下表面侧)与变压器T接触。
如以上那样，本发明的实施方式1所涉及的绝缘型开关电源装置1，由于具有与一次绕组12连接、具备一次侧电路11以及输入端子In的第1电路基板10；和与二次绕组22连接、具备二次侧电路21以及输出端子Out的第2电路基板20，层叠配置第1电路基板10和第2电路基板20，在贯通第1电路基板10以及第2电路基板20的铁芯30卷绕一次绕组12以及二次绕组22，因此不需要分别在第1电路基板10以及第2电路基板重复设置相同的电路，能使制造成本廉价。另外，由于分别在第1电路基板10设置输入端子In，在第2电路基板20设置输出端子Out，因此，不需要连接形成于第1电路基板10以及第2电路基板20的图案彼此的公共端子，不会发生在公共端子流过大电流的情况，因此，能降低绝缘型开关电源装置1的电流损耗。
另外，形成为线圈图案的第1绕组12和第2绕组22，既可以单层地分别形成于第1电路基板10和第2电路基板，也可以跨多个层多层地形成。另外，作为一次绕组12和二次绕组22，既可以是卷绕在线圈架上的绕组，也可以是扁立线圈等的线圈。另外，绝缘型开关电源装置1的电路构成并不限定于与电流谐振型的半桥转换器的电路构成相同的情况，也可以与零电压开关(ZVS)型转换器、移相全桥转换器等的电路构成相同。图3是表示本发明的实施方式1所涉及的绝缘型开关电源装置1的另外的电路构成的电路图。图3所示的绝缘型开关电源装置1a具备：一次侧电路11、二次侧电路21和变压器T。另外，绝缘型开关电源装置1a的电路构成与移相全桥转换器的电路构成相同。
变压器T具有：由绕组Lp构成的一次绕组12、由绕组Ls1构成的二次绕组22、和铁芯30。
一次侧电路11具有由开关元件Q1～Q4构成的全桥电路13，是控制全桥电路13的开关元件Q1～Q4的接通/断开来从输入端子In向一次绕组12提供输入电力的电路。具体地，一次侧电路11中，二极管以及电容器分别与开关元件Q1～Q4并联连接，且用于控制开关元件Q1～Q4的接通/断开的开关控制电路CNT分别与开关元件Q1～Q4连接。在一次侧电路11的输入端子In连接有电源Vi，在输入端子In和全桥电路13之间连接电容器C。进而，一次侧电路11具备：电流检测用电流互感器14、和基于电流检测用电流互感器14检测出的电流值来控制开关控制电路CNT的动作的控制电路15。控制电路15具备：检测电流值的二极管、滤波器电路、过电流保护电路。
二次侧电路21是将由变压器T电力变换后的输出电力从二次绕组22向输出端子Out输出的电路。具体地，二次侧电路21具备：与变压器T的绕组Ls1连接的整流二极管Ds1、Ds2；和连接在整流二极管Ds1、Ds2与输出端子Out之间的扼流线圈Lo以及平滑电容器Co。另外，由整流二极管Ds1、Ds2、扼流线圈Lo以及平滑电容器Co构成整流平滑电路。另外，由于绝缘型开关电源装置1a的动作与一般的移相全桥转换器的动作相同，因此省略动作的详细说明。
(实施方式2)
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的绝缘型开关电源装置的构成的概略图。由于图4所示的绝缘型开关电源装置2的电路构成与实施方式1所涉及的绝缘型开关电源装置1、1a的电路构成相同，因此省略详细的说明。
绝缘型开关电源装置2具有：与一次绕组12连接、并具备一次侧电路11以及输入端子In的第1电路基板10；和与二次绕组22连接、并具备二次侧电路21以及输出端子Out的第2电路基板20。另外，绝缘型开关电源装置2层叠配置第1电路基板10和第2电路基板20，在贯通第1电路基板10和第2电路基板20的铁芯30卷绕一次绕组12以及二次绕组22。即，第1电路基板10和第2电路基板20介由铁芯30传输电力，但它们处于电绝缘的状态。
另外，第1电路基板10在与第2电路基板20对置的面的背侧的面配置一次侧电路11的部件，第2电路基板20在与第1电路基板10对置的面的背侧的面配置二次侧电路21的部件。由此，能使第1电路基板10和第2电路基板靠近到接触为止，能在更宽的范围内变更层叠配置的第1电路基板10和第2电路基板20间的距离，因此能在更宽的范围内使在变压器T产生的漏电感的大小变化。另外，在使第1电路基板10和第2电路基板20接触的情况下，基于一次绕组12和二次绕组22的互电感的耦合成为最高，在变压器T产生的漏电感的大小成为最小。
一次侧电路11形成于第1电路基板10的图中的左侧，二次侧电路21形成于第2电路基板20的图中的右侧，但并不限定于这样的情况，也可以一次侧电路11形成于第1电路基板10的图中的左侧或右侧的任一侧，二次侧电路21形成于第2电路基板20的图中的左侧或右侧的任一侧。另外，第1电路基板10以及第2电路基板20的形状并不限定于在变压器T的两侧延伸的矩形状，也可以是在变压器T的单侧延伸的矩形状等。
如以上那样，本发明的实施方式2所涉及的绝缘型开关电源装置2中，第1电路基板10在与第2电路基板20对置的面的背侧的面配置一次侧电路11的部件，第2电路基板20在与第1电路基板10对置的面的背侧的面配置二次侧电路21的部件，因此，能使第1电路基板和第2电路基板20靠近到接触为止，由于能在更宽的范围内变更层叠配置的第1电路基板10和第2电路基板20间的距离，因此，能在更宽的范围内使在变压器T产生的漏电感的大小变化。
符号的说明
1、1a、2  绝缘型开关电源装置
10  第1电路基板
11  一次侧电路
12  一次绕组
13  全桥电路
14  电流检测用电流互感器
15  控制电路
20  第2电路基板
21  二次侧电路
22  二次绕组
30  铁芯
40  间隔构件
41  间隔构件部
42  轴部
43  孔部
50  散热体
T  变压器

Claims (5)

1.一种绝缘型开关电源装置，具备：
变压器，其具有一次绕组、二次绕组和铁芯；
一次侧电路，其至少具有开关元件，控制该开关元件的接通/断开来从输入端子向所述一次绕组提供输入电力；和
二次侧电路，其与该一次侧电路绝缘，从所述二次绕组向输出端子输出由所述变压器进行过电力变换的输出电力，
所述绝缘型开关电源装置的特征在于，具有：
第1电路基板，其与所述一次绕组连接，并具备所述一次侧电路以及所述输入端子；和
第2电路基板，其与所述二次绕组连接，并具备所述二次侧电路以及所述输出端子，
层叠配置所述第1电路基板和所述第2电路基板，所述铁芯被所述一次绕组以及所述二次绕组两者卷绕地贯通所述第1电路基板以及所述第2电路基板。
2.根据权利要求1所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，
通过变更层叠配置的所述第1电路基板和所述第2电路基板间的距离来变更所述一次绕组和所述二次绕组间的距离，从而使在所述变压器产生的漏电感的大小变化，
将在所述变压器产生的所述漏电感用作与所述一次绕组或所述二次绕组串联连接的电感的电感器。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，
所述绝缘型开关电源装置具备：
间隔构件，其决定层叠配置的所述第1电路基板和所述第2电路基板间的距离。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的绝缘型开关电源装置，其特征在于，
所述一次绕组在所述第1电路基板形成为线圈图案，所述二次绕组在所述第2电路基板形成为线圈图案。
5.根据权利要求1～4中任一项所述绝缘型开关电源装置，其特征在于，
所述第1电路基板在与所述第2电路基板对置的面的背侧的面配置所述一次侧电路的部件，所述第2电路基板在与所述第1电路基板对置的面的背侧的面配置所述二次侧电路的部件。
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