CN113169672A - 电力变换装置、构成电力变换装置的多层基板及搭载有电力变换装置的车辆 - Google Patents

电力变换装置、构成电力变换装置的多层基板及搭载有电力变换装置的车辆 Download PDF

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Abstract

电力变换装置包含：多层基板(100)，其通过导电层而形成有变压器(TR)的初级侧线圈及次级侧线圈；以及电路基板(200)，其与多层基板(100)电连接，形成有第1变换电路(210)。多层基板(100)包含：变压器区域(110)，其形成有变压器(TR)；铁芯部件(140)，其配置于变压器区域(110)，卷绕有初级侧线圈及次级侧线圈；电路形成区域(120)，其与变压器区域(110)相邻，形成有与初级侧线圈或次级侧线圈电连接的第2变换电路(130)；以及端子部(150、152)，其与次级侧线圈或初级侧线圈电连接。第1变换电路(210)经由端子部(150、152)与变压器(TR)电连接，一方的线圈的匝数少于另一方的线圈的匝数。

Description

电力变换装置、构成电力变换装置的多层基板及搭载有电力 变换装置的车辆
技术领域
本发明涉及一种电力变换装置、构成电力变换装置的多层基板及搭载有电力变换装置的车辆。本发明基于2018年12月21日申请的日本申请第2018－239268号而要求优先权，引用上述日本申请所记载的全部记载内容。
背景技术
在电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、及插电式混合动力电动汽车(PHEV)上搭载降压DC/DC转换器，该降压DC/DC转换器是用于从电动机驱动用的高压电池(例如300V)向低压电池(例如12V)或低压负载供给电力的绝缘型的电力变换装置。
对于这样的绝缘型的电力变换装置，使用用于将输入侧(初级侧)和输出侧(次级侧)绝缘的变压器(变压器)。另外，当前已知将多层基板用于变压器的形成的技术。
后述的专利文献1公开了这样的技术。在专利文献1中，记载了通过将导电层图案化为线圈形状，在多层基板形成了变压器的多层基板变压器。该多层基板变压器通过如下方式形成，即，将在表面形成有线圈图案的多张基材层叠一体化后，对位于上下的线圈图案之间进行选择连接。线圈图案的形成可以使用光刻技术等印刷技术而进行，因此不需要绕线工时而能够抑制波动。
专利文献1：日本特开2010－93174号公报
发明内容
本发明的第1方案涉及的电力变换装置包含：多层基板，其包含导电层，通过该导电层而形成有变压器的初级侧线圈及次级侧线圈；以及电路基板，其与多层基板电连接，形成有第1变换电路，多层基板包含：变压器区域，其形成有变压器；铁芯部件，其配置于变压器区域，卷绕有初级侧线圈及次级侧线圈；电路形成区域，其与变压器区域相邻，形成有与初级侧线圈及次级侧线圈中的一方的线圈电连接的第2变换电路；以及端子部，其与初级侧线圈及次级侧线圈中的另一方的线圈电连接，第1变换电路经由端子部与变压器电连接，与第2变换电路连接的一方的线圈的匝数少于与端子部连接的另一方的线圈的匝数。
本发明的第2方案涉及的多层基板是层叠有导电层的多层基板，包含：变压器区域，其通过导电层而形成有变压器的初级侧线圈及次级侧线圈；电路形成区域，其与变压器区域相邻，形成有与初级侧线圈及次级侧线圈中的一方的线圈电连接的电路；以及端子部，其与初级侧线圈及次级侧线圈中的另一方的线圈电连接，一方的线圈的匝数少于另一方的线圈的匝数。
本发明的第3方案涉及的车辆包含：蓄电装置，其供给电力；上述第1方案涉及的电力变换装置，其对从蓄电装置供给的电力进行变换；以及负载，其被供给由电力变换装置变换后的电力。
附图说明
图1是表示第1实施方式涉及的DC/DC转换器的整体结构的俯视图。
图2是构成DC/DC转换器的变压器基板的斜视图。
图3是图2所示的变压器基板的俯视图。
图4是表示从图2所示的变压器基板去掉铁芯部件后的状态的俯视图。
图5是在变压器基板所使用的铁芯部件的斜视图。
图6是构成DC/DC转换器的主基板的俯视图。
图7是第1实施方式涉及的DC/DC转换器的电路图。
图8A是构成变压器基板的基材的俯视图。
图8B是构成变压器基板的基材的俯视图。
图9A是构成变压器基板的基材的俯视图。
图9B是构成变压器基板的基材的俯视图。
图10是构成变压器基板的基材的俯视图。
图11是沿图3的XI－XI线的剖视图。
图12是表示在仿真中所使用的电路结构的图。
图13是表示仿真的条件的图。
图14是表示仿真的结果的曲线图。
图15是表示第3实施方式涉及的DC/DC转换器的整体结构俯视图。
图16是表示第4的实施方式涉及的车辆的概略结构的图。
具体实施方式
[本发明所要解决的课题]
多层基板通常成本较高，如果基板尺寸变大，则成本进一步增加。因此，在使用多层基板的情况下，优选使得基板尺寸不会变得过大。专利文献1的多层基板变压器只要能够确保形成变压器的区域即可，因此能够抑制基板尺寸的增加。
但是，专利文献1的多层基板变压器在用作电力变换装置的变压器的情况下，与多层基板变压器以外的变压器相同，存在将变压器和电路部分连接的配线会变长这样的不良情况。因此，存在如下问题，即，将变压器和电路部分连接的连接部的配线电感增加，有可能给电路动作带来不良影响。
因此，本发明的目的在于，提供能够抑制多层基板的尺寸增加、且抑制由于配线电感引起的向电路动作的不良影响的电力变换装置、电力变换装置所使用的多层基板、及搭载有该电力变换装置的车辆。
[本发明的效果]
根据本发明，能够得到能抑制多层基板的尺寸增加、且抑制因配线电感引起的向电路动作的不良影响的电力变换装置、电力变换装置所使用的多层基板、及搭载有该电力变换装置的车辆。
[本发明的实施方式的说明]
首先，列举出本发明的优选的实施方式而进行说明。此外，也可以将以下所记载的实施方式的至少一部分任意地组合。
为了实现上述目的，本申请发明人深度研究的结果是得出如下见解而得到本发明，即，在与变压器的初级侧线圈及次级侧线圈连接的电路中与匝数少的线圈连接的电路的连接部的配线电感给电路动作带来的不良影响的程度大。
(1)即，本发明的第1方案涉及的电力变换装置包含：多层基板，其包含导电层，通过该导电层而形成有变压器的初级侧线圈及次级侧线圈；以及电路基板，其与多层基板电连接，形成有第1变换电路。多层基板包含：变压器区域，其形成有变压器；铁芯部件，其配置于变压器区域，卷绕有初级侧线圈及次级侧线圈；电路形成区域，其与变压器区域相邻，形成有与初级侧线圈及次级侧线圈中的一方的线圈电连接的第2变换电路；以及端子部，其与初级侧线圈及次级侧线圈中的另一方的线圈电连接。第1变换电路经由端子部与变压器电连接，与第2变换电路连接的一方的线圈的匝数少于与端子部连接的另一方的线圈的匝数。
在多层基板，与变压器一起形成与匝数少的一方的线圈电连接的第2变换电路。如上述所示，在与变压器的初级侧线圈及次级侧线圈连接的电路中，将匝数少的线圈和电路连接的连接部(配线)的配线电感这一方给电路动作带来的不良影响的程度大。因此，通过将与匝数少的线圈连接的第2变换电路形成于电路形成区域，能够将第2变换电路配置于变压器的附近。由此，能够缩短对变压器和第2变换电路进行连接的配线长度，因此能够抑制配线电感增加。其结果，能够抑制因配线电感的增加引起的向电路动作的不良影响。
第1变换电路经由端子部与匝数多的另一方的线圈电连接。将匝数多的线圈和电路连接的连接部(配线)的配线电感给电路动作带来的不良影响的程度小。因此，即使将第1变换电路形成于与多层基板不同的配线基板(电路基板)，也能够抑制给电路动作带来不良影响。并且，通过将第1变换电路形成于电路基板，与将第1变换电路及第2变换电路这两者形成于多层基板的情况相比，能够减小多层基板的尺寸。由此，能够抑制因多层基板的尺寸增加引起的成本的增加。此外，相邻意味着紧邻着。因此，与变压器区域相邻的区域(电路形成区域)包含与变压器区域紧邻着的区域。
(2)优选地，电路基板的层数少于多层基板的层数。由此，能够以比多层基板少的制造工时制作电路基板。电路基板的制造变得容易，因此通过使用这样的电路基板，能够容易地降低电力变换装置的制造成本。
(3)更优选地，电路基板的主面的面积大于多层基板的主面的面积。由此，能够抑制多层基板的尺寸增加，并且容易地确保电路的安装区域。因此，例如在需要安装其他电路的情况下，能够将上述电路容易地安装于电路基板。
(4)更优选地，多层基板在变压器区域中，交替地层叠有构成初级侧线圈的导电层和构成次级侧线圈的导电层。由此，初级侧线圈和次级侧线圈之间的交叉磁通增加，因此能够良好地进行初级侧线圈和次级侧线圈的耦合。因此，能够抑制磁通的泄漏，因此能够实现传输效率的提高及内部损耗的降低。
(5)更优选地，第1变换电路包含将直流电压变换为交流电压的第1开关电路，第2变换电路包含对由第1开关电路变换后的交流电压进行整流的第2开关电路。由此，能够容易地得到降压DC/DC转换器，该降压DC/DC转换器能够抑制向电路动作的不良影响。
(6)更优选地，电路形成区域设置于相对于变压器区域与端子部相反侧的区域。由此，能够容易地将多层基板和电路基板电连接。
(7)更优选地，电路基板包含对第1变换电路及第2变换电路中的至少一者的驱动进行控制的控制部。由此，能够容易地对第1变换电路及第2变换电路中的至少一者的驱动进行控制。
(8)本发明的第2方案涉及的多层基板是层叠有导电层的多层基板。该多层基板包含变压器区域，其通过导电层而形成有变压器的初级侧线圈及次级侧线圈；电路形成区域，其与变压器区域相邻，形成有与初级侧线圈及次级侧线圈中的一方的线圈电连接的电路；以及端子部，其与初级侧线圈及次级侧线圈中的另一方的线圈电连接。构成为一方的线圈的匝数多于另一方的线圈的匝数。通过使用这样的多层基板，能够容易地得到电力变换装置，该电力变换装置能够抑制多层基板的尺寸增加，并且抑制因配线电感引起的向电路动作的不良影响。
(9)优选地，多层基板还包含：电子部件，其安装于电路形成区域，构成电路；以及铁芯部件，其配置于变压器区域，在该铁芯部件卷绕初级侧线圈及次级侧线圈。通过使用这样的多层基板，能够更容易地得到电力变换装置，该电力变换装置能够抑制多层基板的尺寸增加，并且抑制因配线电感引起的向电路动作的不良影响。
(10)本发明的第3方案涉及的车辆包含：蓄电装置，其供给电力；上述第1方案涉及的电力变换装置，其对从蓄电装置供给的电力进行变换；以及负载，其被供给由电力变换装置变换后的电力。由此，在车辆中，能够将从蓄电装置供给来的电力通过电力变换装置而高效地进行变换，并供给至负载。
[本发明的实施方式的详细内容]
以下，参照附图对本发明的实施方式涉及的电力变换装置、多层基板及车辆的具体例进行说明。在以下的实施方式中，对相同的部件标注相同的参照标号。它们的功能及名称也相同。因此，不重复关于它们的详细说明。
(第1实施方式)
[整体结构]
参照图1，本实施方式涉及的电力变换装置是作为绝缘型的电力变换装置的一种的降压型的DC/DC转换器50。该DC/DC转换器50包含：多层基板100(以下，称为“变压器基板100”)，其形成有变压器TR；以及电路基板200(以下，称为“主基板200”)，在该电路基板200安装该变压器基板100。
本DC/DC转换器50具有构成该DC/DC转换器50的主要结构要素分散地配置于变压器基板100和主基板200的构造。即，将未搭载于变压器基板100的结构要素配置于主基板200。由此，变压器基板100的尺寸增加得到抑制。
[变压器基板100的结构]
参照图2及图3，变压器基板100包含：变压器区域110，其形成有变压器TR；以及电路形成区域120，其是与变压器区域110相邻的区域，且形成有整流电路130。在变压器区域110形成有变压器TR的初级侧线圈及次级侧线圈。初级侧线圈及次级侧线圈通过将变压器基板100所包含的导电层以螺旋状进行图案化而形成。初级侧线圈构成为其匝数多于次级侧线圈。换言之，次级侧线圈的匝数少于初级侧线圈的匝数。并且，构成初级侧线圈的导电层和构成次级侧线圈的导电层在变压器区域110中交替地层叠。对于初级侧线圈及次级侧线圈的详细内容，将后述。
变压器基板100具有将多个导电层(配线层)层叠一体化的构造。在本实施方式中，变压器基板100的层数为4层。即，变压器基板100包含4层构造的印刷配线基板102。
在变压器基板100的变压器区域110配置有铁芯部件140，在该铁芯部件140卷绕初级侧线圈及次级侧线圈。参照图5，该铁芯部件140是EI型的变压器铁芯，包含E型铁芯142和I型铁芯144。E型铁芯142包含中央磁脚142a和侧磁脚142b及142c。
参照图4，在变压器区域110形成有贯通孔102a和切口部102b及102c。这些贯通孔102a和切口部102b及102c都形成为矩形。切口部102b相对于贯通孔102a形成于变压器基板100的短边方向的一端侧，切口部102c相对于贯通孔102a形成于变压器基板100的短边方向的另一端侧。
再次参照图2，在变压器基板100的贯通孔102a插入E型铁芯142的中央磁脚142a。在切口部102b及102c分别插入E型铁芯142的侧磁脚142b及142c。I型铁芯144配置为与E型铁芯142的中央磁脚142a的前端和侧磁脚142b及142c的前端相对。
在变压器基板100的电路形成区域120安装有用于构成电路的电子部件。具体而言，在电路形成区域120安装有构成整流电路130的开关元件S1及S2。开关元件S1及S2例如由MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)构成。开关元件S1及S2也可以是MOSFET以外的例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)及HEMT(HighElectron Mobility Transistor)等功率半导体设备。
整流电路130是包含开关元件S1及S2的推挽电路。开关元件S1包含相互并联连接的开关元件S1a及开关元件S1b。即，考虑到在整流电路130流动的电流大，设为针对1个开关使用2个开关元件S1a及S1b而进行ON/OFF的结构。同样地，开关元件S2也包含相互并联连接的开关元件S2a和开关元件S2b。此外，开关元件S1及S2可以是分别使用1个开关元件的结构，也可以是使用大于或等于3个的开关元件的结构。
参照图2及图3，变压器基板100还包含输入侧的端子部150及152、和输出侧的端子部160及162。输入侧的端子部150及152配置于变压器基板100的长边方向的一端侧，输出侧的端子部160及162配置于变压器基板100的长边方向的另一端侧。端子部150、152、160及162都通过通孔而形成。
电路形成区域120设置为相对于变压器区域110在输入侧的端子部150及152的相反侧的区域与变压器区域110相邻。即，电路形成区域120设置为与变压器区域110紧邻着。在电路形成区域120的与变压器区域110相反侧，设置有输出侧的端子部160及162。在电路形成区域120形成的整流电路130的输入侧与变压器TR的次级侧线圈电连接，整流电路130的输出侧与输出侧的端子部160及162电连接。
在输入侧的端子部150及152分别安装有端子管脚154及端子管脚156。端子部150和端子管脚154电连接，端子部152和端子管脚156电连接。同样地，在输出侧的端子部160及162分别安装有端子管脚164及端子管脚166。端子部160和端子管脚164电连接，端子部162和端子管脚166电连接。
[主基板200的结构]
参照图6，主基板200由与变压器基板100相比层数少的印刷配线基板202构成。对于印刷配线基板202，可以使用仅在一个面(主面)形成有配线层的单面基板、或者在两个面(主面)形成有配线层的双面基板。对于印刷配线基板202，也可以使用3层的多层基板。该主基板200与变压器基板100相比基板尺寸大。即，主基板200的主面的面积大于变压器基板100的主面的面积。在主基板200的一个边，形成有配置变压器基板100的矩形的切口部204。
再次参照图1，切口部204的宽度X1小于变压器基板100的长边方向的长度X2，进深方向的长度Y1大于变压器基板100的短边方向的长度Y2。变压器基板100以长边方向的两端部分与主基板200重叠的方式配置于该主基板200的切口部204部分，经由端子管脚154、156、164、及166而安装于主基板200。由此，经由主基板200的切口部204，变压器基板100的变压器区域110及电路形成区域120在主基板200的表面侧露出。因此，抑制变压器区域110的铁芯部件140及电路形成区域120的开关元件与主基板200干涉。
主基板200还包含逆变器电路210、平滑电路220及控制部230。逆变器电路210包含全桥连接的4个开关元件Q1～Q4。逆变器电路210的输出侧经由变压器基板100的输入侧的端子部150及152(端子管脚154及156)而与变压器TR的初级侧线圈电连接。开关元件Q1～Q4例如由MOSFET构成。但是，开关元件Q1～Q4也可以是MOSFET以外的例如IGBT及HEMT等功率半导体设备。
平滑电路220是将来自整流电路130的整流输出所包含的脉流的量去除而进行平滑化的电路。平滑电路220的输入侧经由变压器基板100的输出侧的端子部160及162(端子管脚164及166)而与整流电路130的输出侧电连接。控制部230是包含CPU(CentralProcessing Unit)及存储器等(均未图示。)的微型计算机，对逆变器电路210及整流电路130的驱动进行控制。控制部230也可以是模拟IC、FPGA(Field－Programmable GateArray)等控制用IC。此外，对控制部230和变压器基板100进行连接的配线等省略图示。
[电路结构]
参照图7，DC/DC转换器50包含变压器TR、以该变压器TR为中心的初级侧部分50A及次级侧部分50B、和控制部230。初级侧部分50A包含：连接于2个输入端子240及242之间的电容器C0；以及逆变器电路210。次级侧部分50B包含整流电路130和平滑电路220。向输入端子240及242施加高电压的直流电压。从输入端子240及242输入的高电压的直流电压通过DC/DC转换器50而被变换为低电压的直流电压，从输出端子244及246取出。
输入端子240及242、电容器C0、逆变器电路210、平滑电路220、输出端子244及246和控制部230设置于主基板200。变压器TR和整流电路130设置于变压器基板100。
变压器TR为中心抽头式，包含初级侧线圈60、次级侧线圈62、及铁芯部件140。次级侧线圈62包含第1线圈62a、以及与第1线圈62a串联连接的第2线圈62b。初级侧线圈60和次级侧线圈62(第1线圈62a、第2线圈62b)的匝数比(初级侧线圈60的匝数：第1线圈62a的匝数：第2线圈62b的匝数)例如为10：1：1。
逆变器电路210包含：开关元件Q1及Q3，它们与电容器C0并联地在输入端子240和输入端子242之间串联连接；以及开关元件Q2及Q4，它们同样地在输入端子240和输入端子242之间与电容器C0和开关元件Q1及Q3并联连接。开关元件Q1及Q2的漏极与输入端子240连接。开关元件Q3及Q4的源极与输入端子242连接。开关元件Q1的源极和开关元件Q3的漏极相互连接。同样地，开关元件Q2的源极和开关元件Q4的漏极相互连接。
开关元件Q1及Q3的触点经由输入侧的端子部150与变压器TR的初级侧线圈60的一个端连接。变压器TR的初级侧线圈60的另一个端经由输入侧的端子部152与开关元件Q2及Q4的触点连接。
整流电路130对经由变压器TR而传输的来自逆变器电路210的输出进行整流。整流电路130包含开关元件S1及S2。在图7中，开关元件S1a及S1b功能上相同，因此将它们汇总记载为开关元件S1。同样地，开关元件S2a及S2b功能上相同，因此将它们汇总记载为开关元件S2。
开关元件S1的漏极与次级侧线圈62的一个端(第1线圈62a的一个端)连接，开关元件S2的漏极与次级侧线圈62的另一个端(第2线圈62b的另一个端)连接。第1线圈62a的另一个端与第2线圈62b的一个端连接，其触点与输出侧的端子部160连接。开关元件S1的源极及开关元件S2的源极与输出侧的端子部162连接。
平滑电路220包含：线圈L，其经由输出侧的端子部160(端子管脚164)与次级侧线圈62的触点(第1线圈62a和第2线圈62b的触点)串联连接；以及电容器C1，其连接于输出端子244及246之间。
控制部230对构成逆变器电路210的开关元件Q1～Q4、及构成整流电路130的开关元件S1～S2进行驱动控制。
[变压器TR的线圈结构]
变压器基板100是通过将在表面形成有导电层的基材层叠多个而形成的。基材例如由环氧玻璃等绝缘材料构成，导电层例如由铜等导电材料构成。导电层使用光刻技术等而以希望的形状进行图案化。具体而言，在将设置于导电层上的抗蚀剂使用光刻技术等进行图案化之后，通过将该抗蚀剂作为掩模而对导电层进行蚀刻，由此该导电层被图案化为希望的形状。
参照图8A及图8B，初级侧线圈60由前半部分和后半部分分为2层而形成。具体而言，初级侧线圈60由在基材102A的表面形成为螺旋状的导电层112(参照图8A)、和在基材102B的表面形成为螺旋状的导电层114(参照图8B)构成。螺旋状的导电层112是以在供铁芯部件140的中央磁脚142a(参照图5)插入贯穿的贯通孔102a的周围绕5圈的方式形成的。同样地，螺旋状的导电层114也是以在供铁芯部件140的中央磁脚142a(参照图5)插入贯穿的贯通孔102a的周围绕5圈的方式形成的。导电层112的一个端与输入侧的端子部150电连接，导电层114的另一个端与输入侧的端子部152电连接。导电层112的另一个端和导电层114的一个端经由通路孔170而电连接。
参照图9A及图9B，构成次级侧线圈62的第1线圈62a由在基材102C的表面形成为螺旋状的导电层116(参照图9A)构成。构成次级侧线圈62的第2线圈62b由在基材102D的表面形成为螺旋状的导电层118(参照图9B)构成。第1线圈62a(导电层116)及第2线圈62b(导电层118)都是以在贯通孔102a的周围绕1圈的方式形成的。在形成螺旋状的导电层116的基材102C的表面还形成有与开关元件S1及S2的源极连接的导电层180和与开关元件S2的漏极连接的导电层182。与开关元件S1及S2的源极连接的导电层180经由与导电层180一体地形成的配线部180a还与输出侧的端子部162电连接。开关元件S1的漏极与螺旋状的导电层116的一个端连接。
螺旋状的导电层116(参照图9A)的另一个端经由通路孔172与螺旋状的导电层118(参照图9B)的一个端电连接。该导电层118的一个端经由与导电层118一体地形成的配线部118a还与输出侧的端子部160电连接。与开关元件S2的漏极连接的导电层182(参照图9A)经由通路孔174而与螺旋状的导电层118(参照图9B)的另一个端电连接。
参照图10，变压器基板100以按基材102C→基材102A→基材102D→基材102B的顺序成为第1层～第4层的方式配置基材，将半固化浸胶物(pre-preg)等绝缘性的粘结剂夹在其间而层叠一体化。参照图11，以该方式形成的变压器基板100如上述那样，构成初级侧线圈60的导电层112及114和构成次级侧线圈62的导电层116及118在变压器区域110交替地层叠配置。
[基于仿真的确认]
对为了确认在使用了与初级侧线圈相比次级侧线圈的匝数少的变压器的情况下哪个配线对电路动作带来影响而进行的仿真的内容进行说明。
图12中示出在仿真中所使用的电路结构。参照图12，该电路30模拟本实施方式涉及的DC/DC转换器50的电路结构(参照图7)。电路30包含逆变器电路32、变压器34、整流电路36及平滑电路38，该逆变器电路32包含4个开关元件。在整流电路36，取代开关元件而使用了二极管。变压器34与变压器TR同样为中心抽头方式，包含初级侧线圈和次级侧线圈。次级侧线圈包含第1线圈和第2线圈。在这样的电路结构中，在变压器34的初级侧及次级侧各自的配线设定了配线电感L1～L4。配线电感L1是将初级侧线圈和逆变器电路32连接的配线的配线电感，配线电感L2及L3是将次级侧线圈和整流电路36连接的配线的配线电感。配线电感L4是将次级侧线圈的触点(第1线圈和第2线圈的触点)和平滑电路38连接的配线的配线电感。
如果由于配线电感而妨碍电力传输，则逆变器电路32的驱动占空比降低，作为DC/DC转换器的输出电压降低。这里，比较了将各配线电感L1～L4设为1nH、5nH、10nH、100nH时的输出电压。
图13中示出仿真条件。参照图13，电路动作设为了相移全桥。输入电压为400V，输出电流为100A。各开关元件的驱动频率为500kHz，占空比为0.23。变压器匝数比(初级侧线圈的匝数：第1线圈的匝数：第2线圈的匝数)与本实施方式相同，设为了10：1：1。
图14中示出仿真的结果。参照图14，即使将初级侧的配线电感L1的值设为1nH～100nH的任意者，也没有发现输出电压的降低。与此相对，针对次级侧，在将配线电感L2的值设为100nH时、及将配线电感L3的值设为100nH时，发现了输出电压降低的倾向。虽然在将配线电感L4的值设为100nH时也发现了输出电压降低的倾向，但是其程度轻微。即，得到将变压器34和整流电路36连接的连接部(配线)的配线电感L2及L3与初级侧的配线电感L1相比给电路动作带来的不良影响大的结果。
根据以上仿真的结果，确认到初级侧的配线电感L1的增加给输出电压即电路动作带来的不良影响的程度小，次级侧的配线电感L2及L3的增加给输出电压带来的不良影响的程度大。
[本实施方式的效果]
根据以上说明可明确，本实施方式涉及的DC/DC转换器50实现以下所述的效果。
在变压器基板100，与变压器TR一起形成整流电路130。整流电路130与匝数少的次级侧线圈62电连接。如上述所示，在与变压器TR的初级侧线圈60及次级侧线圈62连接的电路中，将匝数少的线圈和电路连接的连接部(配线)的配线电感这一方给电路动作带来的不良影响的程度大。通过将与匝数少的次级侧线圈62连接的整流电路130形成于电路形成区域120，能够将整流电路130配置于变压器TR的附近。由此，能够缩短对变压器TR和整流电路130进行连接的配线长度，因此能够抑制配线电感增加。其结果，能够抑制因配线电感的增加引起的向电路动作的不良影响(输出电压的降低)。
逆变器电路210经由输入侧的端子部150及152与匝数多的初级侧线圈60电连接。对匝数多的线圈和电路进行连接的连接部(配线)的配线电感给电路动作带来的不良影响的程度小。因此，即使将逆变器电路210形成于与变压器基板100不同的配线基板(主基板200)，也能够抑制对电路动作波及不良影响。并且，通过将逆变器电路210形成于主基板200，从而与将逆变器电路210及整流电路130这两者形成于变压器基板100的情况相比，能够减小变压器基板100的尺寸。由此，能够抑制因变压器基板100的尺寸增加引起的成本的增加。
并且，通过将DC/DC转换器50构成为包含变压器基板100及主基板200，从而能够分别设计变压器基板100和主基板200，因此设计自由度提高。而且，还能够将变压器基板100沿用于其他装置。
通过使主基板200的层数少于变压器基板100的层数，能够以比变压器基板100少的制造工时制作主基板200。主基板200的制造变得容易，因此，通过使用这样的主基板200，从而能够实现制造工时的削减、制造时间的缩短等，因此能够容易地降低电力变换装置的制造成本。
通过使主基板200的主面的面积大于变压器基板100的主面的面积，能够抑制变压器基板100的尺寸增加，并且容易地确保电路的安装区域。因此，在例如需要安装滤波电路等其他电路的情况下，能够容易地将上述电路安装于主基板200。
关于变压器基板100，在变压器区域110中交替地层叠有构成初级侧线圈60的导电层112及114和构成次级侧线圈62的导电层116及118。由此，初级侧线圈60和次级侧线圈62之间的交叉磁通增加，因此能够良好地进行初级侧线圈60和次级侧线圈62的耦合。因此，能够抑制磁通的泄漏，因此能够实现传输效率的提高及内部损耗的降低。
电路形成区域120设置于相对于变压器区域110与输入侧的端子部150及152相反侧的区域，从而能够容易地将变压器基板100和主基板200电连接。
并且，通过在主基板200安装控制部230，能够容易地控制逆变器电路210及整流电路130的驱动。
并且，通过使用上述的变压器基板100，能够容易地制造本实施方式涉及的DC/DC转换器50。
(第2实施方式)
本实施方式涉及的DC/DC转换器在变压器基板使用了层数多的高多层基板这一点上与第1实施方式不同。其他结构与第1实施方式相同。
变压器基板的层数例如为12层。该变压器基板与第1实施方式同样，将变压器的初级侧线圈和次级侧线圈交替地层叠并一体化。在层数为12层的情况下，在变压器基板分别使用3张图8A、图8B、图9A及图9B所示的各基材。
具体而言，初级侧线圈是分别使用3张在表面形成有螺旋状的导电层112的基材102A(参照图8A)、及在表面形成有螺旋状的导电层114的基材102B(参照图8B)而形成的。3张基材102A分别配置于第2层、第4层、第6层。螺旋状的各导电层112经由通路孔170及输入侧的端子部150而相互并联连接。由此，构成初级侧线圈的前半部分。同样地，3张基材102B分别配置于第7层、第9层、第11层。螺旋状的各导电层114经由通路孔170及输入侧的端子部152而相互并联连接。由此，形成初级侧线圈的后半部分。前半部分和后半部分经由通路孔170而串联连接。
次级侧线圈分为第1线圈和第2线圈。第1线圈是使用3张在表面形成有螺旋状的导电层116的基材102C(参照图9A)而形成的。3张基材102C分别配置于第1层、第3层、第5层。螺旋状的各导电层116经由通路孔176及172而相互并联连接。此外，针对配置于内装(第3层、第5层)的基材102C，也可以不形成导电层180。同样地，第2线圈是使用3张在表面形成有螺旋状的导电层118的基材102D(参照图8A)而形成的。3张基材102D分别配置于第8层、第10层、第12层。螺旋状的各导电层118经由通路孔172及174而相互并联连接。也可以是在3张基材102D中的至少一张基材102D设置配线部118a的结构。
在本实施方式中，将变压器基板高多层化，并且将构成变压器的初级侧线圈的多个导电层和构成次级侧线圈的多个导电层交替地层叠。初级侧线圈和次级侧线圈之间的交叉磁通进一步增加，因此能够使得初级侧线圈和次级侧线圈的耦合更良好。由此，能够有效地抑制磁通的泄漏，因此能够容易地实现传输效率的提高及内部损耗的降低。
其他效果与第1实施方式相同。
(第3实施方式)
参照图15，本实施方式涉及的DC/DC转换器350在包含滤波电路250及252这一点上与第1实施方式不同。其他结构与第1实施方式相同。
DC/DC转换器350取代主基板200(参照图1)而包含主基板300。滤波电路250及252分别安装于主基板300上。主基板300的主面的面积大于变压器基板100的主面的面积。因此，在DC/DC转换器包含滤波电路的情况下，能够容易地将这样的滤波电路250及252安装于主基板300上。主基板300的其他结构与主基板200相同。
其他效果与第1实施方式相同。
(第4的实施方式)
在本实施方式中，对将第1实施方式涉及的降压型的DC/DC转换器50搭载于车辆的例子进行说明。
参照图16，本实施方式涉及的车辆400是电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、或插电式混合动力电动汽车(PHEV)。车辆400包含主机电动机410、逆变器420、高压电池430、低压电池440、DC/DC转换器50及辅机450。
主机电动机410是行驶用的电动机，由从逆变器420输出的交流电力进行驱动。逆变器420将高压电池430的直流电力变换为交流电力而供给至主机电动机410。辅机450是通过低压电池440的直流电力进行动作的电子设备，例如包含ECU(Electronic ControlUnit)、车前灯、车内灯等低压负载。
高压电池430例如是将多个锂离子电池等连接而构成的高压(例如300V)的蓄电装置。低压电池440例如是铅电池等低压(例如12V)的蓄电装置。
在本实施方式中，车辆400通过搭载上述第1实施方式中示出的DC/DC转换器50，能够将从高压电池430供给的电力通过DC/DC转换器50高效地进行变换并供给至低压电池440或辅机450。
此外，也可以取代上述第1实施方式涉及的DC/DC转换器50而将第2实施方式或第3实施方式涉及的DC/DC转换器搭载于车辆400。
(变形例)
在上述实施方式中，示出了将本发明应用于降压型的DC/DC转换器的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。例如，也可以将本发明应用于升压型的DC/DC转换器。在该情况下，在变压器基板取代整流电路而安装逆变器电路即可。
在上述实施方式中，示出了将DC/DC转换器的逆变器电路通过全桥电路而构成的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。逆变器电路例如也可以是半桥电路等其他电路结构。
在上述实施方式中，示出了使用由在次级侧具有2个线圈的合计3个线圈构成的变压器的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。变压器的线圈的数量可以是2个，也可以多于3个。另外，也可以是设置辅助线圈的结构。
在上述实施方式中，示出了在变压器基板中交替地层叠初级侧线圈和次级侧线圈的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。变压器基板也可以是初级侧线圈和次级侧线圈没有交替地层叠的结构。在将初级侧线圈和次级侧线圈交替地层叠的情况下，如上述实施方式所示，可以以1层为单位交替地层叠，也可以以多层为单位(例如每2层)交替地层叠。
在上述实施方式中，示出了使用4层或12层的变压器基板的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。变压器基板的层数也可以是上述实施方式所示的层数以外的层数。
在上述实施方式中，示出了对于变压器基板的基材而使用在单面形成有导电层的基材的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。例如，也可以将在双面形成有导电层的基材用于变压器基板的基材。基材的材质也可以使用环氧玻璃以外的绝缘材料。在该情况下，优选使用散热特性优异的材料。
在上述实施方式中，示出了将整流电路设为推挽电路的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。整流电路也可以是推挽电路以外的电路结构。
在上述实施方式中，示出了在变压器基板形成整流电路的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。在变压器基板形成的电路也可以是整流电路以外的电路。例如，也可以在变压器基板设置其他AC/DC变换部。
在上述实施方式中，示出了在主基板安装控制部的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。例如，也可以在主基板以外的其他基板等安装控制部。在上述实施方式中，还示出了在主基板安装滤波电路的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。例如，也可以将滤波电路以外的电路或部件等，取代滤波电路、或者与滤波电路一起安装于主基板。
在上述实施方式中，示出了包含1个电路基板(主基板)的DC/DC转换器的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。DC/DC转换器也可以是包含多个电路基板的结构。
在上述实施方式中，示出了在主基板中，在配置变压器基板的部分设置了切口部的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。也可以在主基板没有设置切口部的结构。将变压器基板安装于主基板的方法也可以是上述实施方式中示出的方法以外的方法。此外，变压器基板与主基板电连接即可，根据这样的观点，变压器基板也可以安装于主基板以外的部件。
在上述实施方式中，示出了对于变压器的铁芯部件而使用EI型的铁芯的例子，但本发明并不限定于这样的实施方式。铁芯部件也可以是例如EE型、EF型、ER型、PQ型等其他形状。
此外，对于将上述所公开的技术适当进行组合所得的实施方式，也包含于本发明的技术范围。
本次公开的实施方式仅是例示，本发明并不仅限定于上述实施方式。本发明的范围是在参考发明的详细说明的记载的基础上，由权利要求书的各权利要求示出的，包含与权利要求记载的文字等同的含义及范围内的全部变更。
标号的说明
30 电路
32、210 逆变器电路
34、TR 变压器
36、130 整流电路
38、220 平滑电路
50、350 DC/DC转换器
50A 初级侧部分
50B 次级侧部分
60 初级侧线圈
62 次级侧线圈
62a 第1线圈
62b 第2线圈
100 变压器基板、多层基板
102、202 印刷配线基板
102A～102D 基材
102a 贯通孔
102b、102c、204 切口部
110 变压器区域
112、114、116、118、180、182 导电层
118a、180a 配线部
120 电路形成区域
140 铁芯部件
142 E型铁芯
142a 中央磁脚
142b、142c 侧磁脚
144 I型铁芯
150、152、160、162 端子部
154、156、164、166 端子管脚
170、172、174、176 通路孔
200、300 主基板、电路基板
230 控制部
240、242 输入端子
244、246 输出端子
250、252 滤波电路
400 车辆
410 主机电动机
420 逆变器
430 高压电池
440 低压电池
450 辅机
Q1～Q4、S1～S2 开关元件

Claims (10)

1.一种电力变换装置，其包含：
多层基板，其包含导电层，通过所述导电层而形成有变压器的初级侧线圈及次级侧线圈；以及
电路基板，其与所述多层基板电连接，形成有第1变换电路，
所述多层基板包含：
变压器区域，其形成有所述变压器；
铁芯部件，其配置于所述变压器区域，卷绕有所述初级侧线圈及所述次级侧线圈；
电路形成区域，其与所述变压器区域相邻，形成有与所述初级侧线圈及所述次级侧线圈中的一方的线圈电连接的第2变换电路；以及
端子部，其与所述初级侧线圈及所述次级侧线圈中的另一方的线圈电连接，
所述第1变换电路经由所述端子部与所述变压器电连接，
与所述第2变换电路连接的所述一方的线圈的匝数少于与所述端子部连接的所述另一方的线圈的匝数。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
所述电路基板的层数少于所述多层基板的层数。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其中，
所述电路基板的主面的面积大于所述多层基板的主面的面积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换装置，其中，
所述多层基板在所述变压器区域中，交替地层叠有构成所述初级侧线圈的导电层和构成所述次级侧线圈的导电层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力变换装置，其中，
所述第1变换电路包含将直流电压变换为交流电压的第1开关电路，
所述第2变换电路包含对由所述第1开关电路变换后的交流电压进行整流的第2开关电路。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电力变换装置，其中，
所述电路形成区域设置于相对于所述变压器区域与所述端子部相反侧的区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电力变换装置，其中，
所述电路基板包含对所述第1变换电路及所述第2变换电路中的至少一者的驱动进行控制的控制部。
8.一种多层基板，其是层叠有导电层的多层基板，
该多层基板包含：
变压器区域，其通过所述导电层而形成有变压器的初级侧线圈及次级侧线圈；
电路形成区域，其与所述变压器区域相邻，形成有与所述初级侧线圈及所述次级侧线圈中的一方的线圈电连接的电路；以及
端子部，其与所述初级侧线圈及所述次级侧线圈中的另一方的线圈电连接，
所述一方的线圈的匝数少于所述另一方的线圈的匝数。
9.根据权利要求8所述的多层基板，其中，
还包含：
电子部件，其安装于所述电路形成区域，构成所述电路；以及
铁芯部件，其配置于所述变压器区域，在该铁芯部件卷绕所述初级侧线圈及所述次级侧线圈。
10.一种车辆，其包含：
蓄电装置，其供给电力；
权利要求1至7中任一项所述的电力变换装置，其对从所述蓄电装置供给的电力进行变换；以及
负载，其被供给由所述电力变换装置变换后的电力。
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