DE112019006308T5 - Leistungsumwandlungsvorrichtung, darin enthaltene Mehrschichtplatine und Fahrzeug mit darin eingebauter Leistungsumwandlungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Leistungsumwandlungsvorrichtung mit einer Mehrschichtplatine (100), die leitende Schichten umfasst, die eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule eines Transformators (TR) bilden; und einer Leiterplatine (200), die elektrisch mit der Mehrschichtplatine (100) verbunden ist, wobei die Leiterplatine (200) eine erste Umwandlungsschaltung (210) aufweist, die darin oder darauf ausgebildet ist. Die Mehrschichtplatine (100) umfasst einen Transformatorbereich (110), in dem der Transformator (TR) ausgebildet ist; ein Kernelement (140), das in dem Transformatorbereich (110) angeordnet ist und um das die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule gewickelt sind; einen schaltungsausgebildeten Bereich (120), der an den Transformatorbereich (110) angrenzt und in dem eine zweite Wandlerschaltung (130) ausgebildet ist, wobei die zweite Wandlerschaltung (130) elektrisch mit der primärseitigen Spule oder der sekundärseitigen Spule verbunden ist; und einen Anschlussabschnitt (150, 152), der elektrisch mit der sekundärseitigen Spule oder der primärseitigen Spule verbunden ist. Die erste Wandlerschaltung (210) ist über den Anschlussabschnitt (150, 152) elektrisch mit dem Transformator (TR) verbunden. Eine der Spulen hat eine kleinere Windungszahl als die andere Spule.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, eine darin enthaltene Mehrschichtplatine und ein Fahrzeug, in dem die Leistungsumwandlungsvorrichtung montiert ist. Die vorliegende Offenbarung beansprucht Priorität basierend auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-239268 , die am 21. Dezember 2018 eingereicht wurde, und der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung wird hierin eingebunden.
  • Stand der Technik
  • Elektrofahrzeuge (EVs), Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) und Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs) haben einen darin eingebauten DC/DC-Abwärtswandler. Der Abwärts-DC/DC-Wandler ist eine isolierende Leistungsumwandlungsvorrichtung für die Stromversorgung von einer motorgetriebenen Hochspannungsbatterie (beispielsweise 300 V) zu einer Niederspannungsbatterie (beispielsweise 12 V) oder einer Niederspannungslast (Verbraucher).
  • Für eine solche isolierende Leistungsumwandlungsvorrichtung wird ein Transformator zur Isolierung einer Eingangsseite (Primärseite) und einer Ausgangsseite (Sekundärseite) voneinander verwendet. Bisher war eine Technik bekannt, bei der eine Mehrschichtplatine zur Bildung eines Transformators verwendet wurde.
  • Die unten angegebene PTL 1 offenbart eine solche Technik. PTL 1 beschreibt einen Mehrschichtplatinentransformator, bei dem ein Transformator in einer Mehrschichtplatine durch Strukturierung leitender Schichten in Spulenformen gebildet wird. Dieser Mehrschichtplatinentransformator wird durch Stapeln und Integrieren einer Vielzahl von Basiselementen gebildet, auf deren Oberflächen Spulenmuster ausgebildet sind, und dann durch selektives Verbinden der oben und unten angeordneten Spulenmuster. Die Spulenmuster können durch ein Druckverfahren, wie beispielsweise ein Fotolithografieverfahren, gebildet werden, wodurch die Anzahl der Drahtwickelschritte und die Variationen reduziert werden können.
  • Literaturliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2010-093174A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Mehrschichtplatine mit leitenden Schichten, die eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule eines Transformators bilden; und eine Leiterplatine, die elektrisch mit der mehrschichtigen Platine verbunden ist, wobei die Leiterplatine eine erste Umwandlungsschaltung aufweist, die darin oder darauf ausgebildet ist. Die Mehrschichtplatine umfasst einen Transformatorbereich, in dem der Transformator ausgebildet ist; ein Kernelement, das in dem Transformatorbereich angeordnet ist und um das die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule gewickelt sind; einen schaltungsausgebildeten Bereich, der an den Transformatorbereich angrenzt und in dem eine zweite Umwandlungsschaltung ausgebildet ist, wobei die zweite Umwandlungsschaltung mit einer Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule elektrisch verbunden ist; und einen Anschlussabschnitt, der mit der anderen Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule elektrisch verbunden ist. Die erste Wandlerschaltung ist über den Anschlussabschnitt elektrisch mit dem Transformator verbunden. Die eine Spule, die mit der zweiten Wandlerschaltung verbunden ist, hat eine kleinere Windungszahl als die andere Spule, die mit dem Anschlussabschnitt verbunden ist.
  • Eine Mehrschichtplatine gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Mehrschichtplatine mit leitenden Schichten, die gestapelt sind. Die Mehrschichtplatine umfasst einen Transformatorbereich, in dem die leitenden Schichten eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule eines Transformators bilden; einen schaltungsgebildeten Bereich, der an den Transformatorbereich angrenzt und in dem eine Schaltung ausgebildet ist, wobei die Schaltung elektrisch mit einer Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule verbunden ist; und einen Anschlussabschnitt, der elektrisch mit der anderen Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule verbunden ist. Die eine Spule hat eine kleinere Anzahl von Windungen als die andere Spule.
  • Ein Fahrzeug gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Energiespeichereinrichtung, die Energie liefert, die Energieumwandlungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt, die die von der Energiespeichereinrichtung gelieferte Energie umwandelt, und einen Verbraucher, der die von der Energieumwandlungseinrichtung umgewandelte Energie zugeführt wird.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine Draufsicht, die eine Gesamtkonfiguration eines DC/DC-Wandlers gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
    • [2] 2 ist eine perspektivische Ansicht einer im DC/DC-Wandler enthaltenen Transformatorplatine.
    • [3] 3 ist eine Draufsicht auf die in 2 dargestellte Transformatorplatine.
    • [4] 4 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Kernelement von der in 2 dargestellten Transformatorplatine entfernt wurde.
    • [5] 5 ist eine perspektivische Ansicht des für die Transformatorplatine verwendeten Kernteils.
    • [6] 6 ist eine Draufsicht auf eine im DC/DC-Wandler enthaltene Hauptplatine.
    • [7] 7 ist ein Schaltplan des DC/DC-Wandlers gemäß der ersten Ausführungsform.
    • [8A] 8A ist eine Draufsicht auf ein in der Transformatorplatine enthaltenes Grundelement.
    • [8B] 8B ist eine Draufsicht auf ein in der Transformatorplatine enthaltenes Basiselement.
    • [9A] 9A ist eine Draufsicht auf ein in der Transformatorplatine enthaltenes Grundelement.
    • [9B] 9B ist eine Draufsicht auf ein in der Transformatorplatine enthaltenes Basiselement.
    • [10] 10 ist eine Draufsicht auf die in der Transformatorplatine enthaltenen Grundelemente.
    • [11] 11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in 3.
    • [12] 12 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zeigt, die für eine Simulation verwendet wird.
    • [13] 13 ist ein Diagramm, das die Bedingungen der Simulation veranschaulicht.
    • [14] 14 ist eine Grafik, die ein Ergebnis der Simulation zeigt.
    • [15] 15 ist eine Draufsicht, die eine Gesamtkonfiguration eines DC/DC-Wandlers gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
    • [16] 16 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Fahrzeugs gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • [Probleme, die durch die vorliegende Offenbarung gelöst werden sollen]
  • Eine Mehrschichtplatine ist in der Regel sehr teuer. Die Kosten steigen weiter an, wenn die Größe der Platine zunimmt. Daher ist es bei der Verwendung einer Mehrschichtplatine vorzuziehen, dass diese nicht zu groß ist. Bei dem Mehrschichtplatinentransformator nach PTL 1 kann eine Vergrößerung der Platine unterdrückt werden, da es ausreicht, dass ein Bereich zur Bildung eines Transformators gesichert wird.
  • Der Mehrschichtplatinentransformator gemäß PTL 1 hat jedoch den Nachteil, dass bei Verwendung als Transformator einer Leistungsumwandlungsvorrichtung eine Verdrahtungsleitung, die den Transformator und einen Schaltungsabschnitt verbindet, länger ist als bei einem anderen Transformator als dem Mehrschichtplatinentransformator. Daher besteht das Problem, dass eine Verdrahtungsinduktivität des Verbindungsabschnitts, der den Transformator und den Schaltungsabschnitt verbindet, ansteigt, was einen nachteiligen Einfluss auf den Betrieb der Schaltung haben kann.
  • Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es daher, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen nachteiligen Einfluss einer Verdrahtungsinduktivität auf einen Schaltungsbetrieb zu unterdrücken und gleichzeitig eine Zunahme der Größe einer Mehrschichtplatine zu unterdrücken, wobei die Mehrschichtplatine für die Leistungsumwandlungsvorrichtung verwendet wird, und ein Fahrzeug, in dem die Leistungsumwandlungsvorrichtung montiert ist.
  • [Vorteilhafte Effekte der vorliegenden Offenbarung]
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zu erhalten, die in der Lage ist, einen nachteiligen Einfluss einer Verdrahtungsinduktivität auf einen Schaltungsbetrieb zu unterdrücken, während eine Zunahme der Größe einer Mehrschichtplatine unterdrückt wird, wobei die Mehrschichtplatine für die Leistungsumwandlungsvorrichtung verwendet wird, und ein Fahrzeug, in dem die Leistungsumwandlungsvorrichtung montiert ist.
  • [Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung]
  • Zunächst werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung der Reihe nach beschrieben. Zumindest Teile der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig kombiniert werden.
  • Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung ernsthaft studiert, die folgenden Erkenntnisse gewonnen und die vorliegende Offenbarung erreicht: Eine Verdrahtungsinduktivität eines Verbindungsabschnitts einer Schaltung, die mit einer Spule mit einer kleineren Anzahl von Windungen verbunden ist, unter Schaltungen, die mit einer primärseitigen Spule und einer sekundärseitigen Spule eines Transformators verbunden sind, hat einen größeren negativen Einfluss auf einen Schaltungsbetrieb.
    • (1) Das heißt, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Mehrschichtplatine mit leitenden Schichten, die eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule eines Transformators bilden; und eine Leiterplatine, die elektrisch mit der mehrschichtigen Platine verbunden ist, wobei die Leiterplatine eine erste Umwandlungsschaltung aufweist, die darin oder darauf ausgebildet ist. Die Mehrschichtplatine umfasst einen Transformatorbereich, in dem der Transformator ausgebildet ist; ein Kernelement, das in dem Transformatorbereich angeordnet ist und um das die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule gewickelt sind; einen schaltungsausgebildeten Bereich, der an den Transformatorbereich angrenzt und in dem eine zweite Umwandlungsschaltung ausgebildet ist, wobei die zweite Umwandlungsschaltung elektrisch mit einer Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule verbunden ist; und einen Anschlussabschnitt, der elektrisch mit der anderen Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule verbunden ist. Die erste Wandlerschaltung ist über den Anschlussabschnitt elektrisch mit dem Transformator verbunden. Die eine Spule, die mit der zweiten Wandlerschaltung verbunden ist, hat eine kleinere Windungszahl als die andere Spule, die mit dem Anschlussabschnitt verbunden ist.
  • In oder auf der Mehrschichtplatine sind der Transformator und die zweite Wandlerschaltung ausgebildet, die elektrisch mit der einen Spule mit einer kleineren Windungszahl verbunden ist. Wie oben beschrieben, hat die Verdrahtungsinduktivität des Verbindungsabschnitts (Verdrahtungsleitung), der die Spule mit einer kleineren Windungszahl und eine Schaltung verbindet, unter den Schaltungen, die mit der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule des Transformators verbunden sind, einen größeren negativen Einfluss auf einen Schaltungsbetrieb. Als Ergebnis der Bildung der zweiten Wandlerschaltung, die mit der Spule mit einer kleineren Windungszahl verbunden ist, im Bereich der Schaltungsbildung kann die zweite Wandlerschaltung daher in der Nähe des Transformators angeordnet werden. Dementsprechend kann die Länge der Verdrahtungsleitung, die den Transformator und die zweite Wandlerschaltung verbindet, reduziert werden, und somit kann ein Anstieg der Verdrahtungsinduktivität unterdrückt werden. Infolgedessen kann ein nachteiliger Einfluss eines Anstiegs der Verdrahtungsinduktivität auf den Schaltungsbetrieb unterdrückt werden.
  • Die erste Wandlerschaltung ist über den Anschlussabschnitt elektrisch mit der anderen Spule mit einer größeren Windungszahl verbunden. Die Verdrahtungsinduktivität des Verbindungsabschnitts (Verdrahtungsleitung), der die Spule mit einer größeren Anzahl von Windungen und eine Schaltung verbindet, hat einen geringeren negativen Einfluss auf den Betrieb der Schaltung. Somit kann ein negativer Einfluss auf den Schaltungsbetrieb unterdrückt werden, selbst wenn die erste Wandlerschaltung in oder auf einer Verdrahtungsplatine gebildet wird, die sich von der Mehrschichtplatine (der Schaltungsplatine) unterscheidet. Außerdem kann durch die Ausbildung der ersten Konvertierungsschaltung in oder auf der Leiterplatine die Größe der mehrlagigen Leiterplatine im Vergleich zu einem Fall, in dem sowohl die erste Konvertierungsschaltung als auch die zweite Konvertierungsschaltung in oder auf der mehrlagigen Leiterplatine ausgebildet sind, reduziert werden. Dementsprechend kann ein Kostenanstieg, der aus einer Vergrößerung der Mehrschichtplatine resultiert, unterdrückt werden. Beachten Sie, dass „angrenzend an“ „neben“ bedeutet. Der Bereich neben dem Transformatorbereich (der Bereich, in dem die Schaltung gebildet wird) umfasst also einen Bereich neben dem Transformatorbereich.
    • (2) Vorzugsweise hat die Leiterplatine eine geringere Anzahl von Lagen als die Mehrschichtplatine . Dementsprechend kann die Leiterplatine mit einer geringeren Anzahl von Fertigungsschritten hergestellt werden als die Mehrschichtplatine. Da die Herstellung der Leiterplatine vereinfacht wird, können durch die Verwendung der Leiterplatine die Herstellungskosten der Leistungsumwandlungsvorrichtung leicht reduziert werden.
    • (3) Vorzugsweise hat die Leiterplatine eine Hauptoberfläche, deren Fläche größer ist als die Fläche einer Hauptoberfläche der Mehrschichtplatine. Dementsprechend kann der Montagebereich von Schaltungen leicht gesichert werden, während eine Vergrößerung der Mehrschichtplatine unterdrückt wird. So kann beispielsweise in einem Fall, in dem es notwendig ist, eine andere Schaltung zu montieren, die Schaltung leicht in oder auf der Leiterplatine montiert werden.
    • (4) Vorzugsweise sind im Transformatorbereich der Mehrschichtplatine leitende Schichten, die die primärseitige Spule bilden, und leitende Schichten, die die sekundärseitige Spule bilden, abwechselnd gestapelt. Dementsprechend erhöht sich ein Querfluss zwischen der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule, und somit kann eine günstige Kopplung zwischen der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule erreicht werden. Als Ergebnis kann der Streufluss unterdrückt werden, wodurch der Übertragungswirkungsgrad erhöht und die internen Verluste reduziert werden können.
    • (5) Noch bevorzugter umfasst der erste Wandlerschaltkreis einen ersten Schaltkreis, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, und der zweite Wandlerschaltkreis umfasst einen zweiten Schaltkreis, der die durch die Umwandlung durch den ersten Schaltkreis erhaltene Wechselspannung gleichrichtet. Dementsprechend ist es möglich, auf einfache Weise einen Abwärts-DC/DC-Wandler zu erhalten, der in der Lage ist, einen nachteiligen Einfluss auf einen Schaltungsbetrieb zu unterdrücken.
    • (6) Noch bevorzugter ist der schaltungsgeformte Bereich in einem Bereich gegenüber dem Anschlussbereich vorgesehen, wobei der Transformatorbereich dazwischen angeordnet ist. Dementsprechend können die Mehrschichtplatine und die Leiterplatine leicht elektrisch verbunden werden.
    • (7) Vorzugsweise umfasst die Leiterplatine einen Controller (Steuereinheit), der die Ansteuerung von mindestens einer der ersten Wandlerschaltung und der zweiten Wandlerschaltung steuert. Dementsprechend kann die Ansteuerung von mindestens einer der ersten Wandlerschaltung und der zweiten Wandlerschaltung einfach gesteuert werden.
    • (8) Eine Mehrschichtplatine gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Mehrschichtplatine mit leitenden Schichten, die gestapelt sind. Die Mehrschichtplatine umfasst einen Transformatorbereich, in dem die leitenden Schichten eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule eines Transformators bilden; einen schaltungsausgebildeten Bereich, der an den Transformatorbereich angrenzt und in dem eine Schaltung ausgebildet ist, wobei die Schaltung mit einer Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule elektrisch verbunden ist; und einen Anschlussabschnitt, der mit der anderen Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule elektrisch verbunden ist. Die eine Spule hat eine größere Anzahl von Windungen als die andere Spule. Die Verwendung der Mehrschichtplatine ermöglicht es, auf einfache Weise eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zu erhalten, die in der Lage ist, einen nachteiligen Einfluss einer Verdrahtungsinduktivität auf einen Schaltungsbetrieb zu unterdrücken, während eine Zunahme der Größe der Mehrschichtplatine unterdrückt wird.
    • (9) Vorzugsweise umfasst die Mehrschichtplatine ferner ein elektronisches Bauteil, das in dem schaltungsförmigen Bereich angebracht ist und die Schaltung bildet, und ein Kernelement, das in dem Transformatorbereich angeordnet ist und um das die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule gewickelt sind. Die Verwendung der Mehrschichtplatine ermöglicht es, auf einfache Weise eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zu erhalten, die in der Lage ist, einen nachteiligen Einfluss einer Verdrahtungsinduktivität auf einen Schaltungsbetrieb zu unterdrücken, während eine Zunahme der Größe der Mehrschichtplatine unterdrückt wird.
    • (10) Ein Fahrzeug gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Energiespeichervorrichtung, die Energie liefert, die Energieumwandlungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, die die von der Energiespeichervorrichtung gelieferte Energie umwandelt, und einen Verbraucher, der die von der Energieumwandlungsvorrichtung umgewandelte Energie zugeführt wird. Dementsprechend kann in dem Fahrzeug die von der Energiespeichervorrichtung zugeführte Leistung durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung effizient umgewandelt und dem Verbraucher zugeführt werden.
  • [Details zu Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung] Ein spezifisches Beispiel für eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, eine Mehrschichtplatine und ein Fahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen sind die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Diese Komponenten haben die gleichen Funktionen und Bezeichnungen. Daher wird eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten nicht wiederholt.
  • (Erste Ausführungsform)
  • [Gesamtkonfiguration]
  • Bezug nehmend auf 1 ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Abwärts-DC/DC-Wandler 50, der eine Art von isolierender Leistungsumwandlungsvorrichtung ist. Der DC/DC-Wandler 50 umfasst eine Mehrschichtplatine 100, in der ein Transformator TR ausgebildet ist (im Folgenden als „Transformatorplatine 100“ bezeichnet), und eine Leiterplatine 200, an der die Transformatorplatine 100 befestigt ist (im Folgenden als „Hauptplatine 200“ bezeichnet).
  • Der DC/DC-Wandler 50 hat eine Struktur, bei der Hauptelemente, die den DC/DC-Wandler 50 bilden, in oder auf der Transformatorplatine 100 und der Hauptplatine 200 verteilt angeordnet sind. Das heißt, die Elemente, die nicht in oder auf der Transformatorplatine 100 montiert sind, sind in oder auf der Hauptplatine 200 angeordnet. Dementsprechend wird eine Vergrößerung der Transformatorplatine 100 unterdrückt.
  • [Konfiguration der Transformatorplatine 100].
  • Bezug nehmend auf 2 und 3 umfasst die Transformatorplatine 100 einen Transformatorbereich 110, in dem der Transformator TR ausgebildet ist, und einen schaltungsförmigen Bereich 120, der ein an den Transformatorbereich 110 angrenzender Bereich ist und in dem eine Gleichrichterschaltung 130 ausgebildet ist. In dem Transformatorbereich 110 sind eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule des Transformators TR ausgebildet. Die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule werden gebildet, indem leitende Schichten, die in der Transformatorplatine 100 enthalten sind, zu Spulenformen strukturiert werden. Die primärseitige Spule hat eine größere Anzahl von Windungen als die sekundärseitige Spule. Mit anderen Worten, die Anzahl der Windungen der sekundärseitigen Spule ist kleiner als die Anzahl der Windungen der primärseitigen Spule. Außerdem sind die leitenden Schichten, die die primärseitige Spule bilden, und die leitenden Schichten, die die sekundärseitige Spule bilden, im Transformatorbereich 110 abwechselnd gestapelt. Die Details der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule werden im Folgenden beschrieben.
  • Die Transformatorplatine 100 hat eine Struktur, in der eine Vielzahl von leitenden Schichten (Verdrahtungsschichten) gestapelt und integriert sind. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl der in der Transformatorplatine 100 enthaltenen Schichten vier. Das heißt, die Transformatorplatine 100 umfasst eine gedruckte Leiterplatine 102 mit einer vierschichtigen Struktur.
  • Im Transformatorbereich 110 der Transformatorplatine 100 ist ein Kernelement 140 angeordnet, um das die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule gewickelt sind. Bezugnehmend auf 5 ist das Kernelement 140 ein EI-förmiger Transformatorkern und umfasst einen E-förmigen Kern 142 und einen I-förmigen Kern 144. Der E-förmige Kern 142 umfasst einen mittleren Magnetschenkel 142a und seitliche Magnetschenkel 142b und 142c.
  • Wie in 4 gezeigt, sind im Transformatorbereich 110 ein Durchgangsloch 102a und Kerbenabschnitte 102b und 102c ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 102a und die Kerbabschnitte 102b und 102c sind jeweils rechteckig geformt. Der Kerbenabschnitt 102b ist an einer Endseite der Transformatorplatine 100 in einer Querrichtung in Bezug auf das Durchgangsloch 102a ausgebildet, während der Kerbenabschnitt 102c an der anderen Endseite der Transformatorplatine 100 in der Querrichtung in Bezug auf das Durchgangsloch 102a ausgebildet ist.
  • Zurückgehend auf 2 erstreckt sich der mittlere Magnetschenkel 142a des E-förmigen Kerns 142 durch die Durchgangsbohrung 102a der Transformatorplatine 100. Die seitlichen Magnetschenkel 142b und 142c des E-förmigen Kerns 142 erstrecken sich jeweils durch die Aussparungsabschnitte 102b und 102c. Der I-förmige Kern 144 ist so angeordnet, dass er einem Ende des mittleren Magnetschenkels 142a und den Enden der seitlichen Magnetschenkel 142b und 142c des E-förmigen Kerns 142 gegenüberliegt.
  • Elektronische Komponenten, die eine Schaltung bilden, sind im schaltungsförmigen Bereich 120 der Transformatorplatine 100 montiert. Insbesondere sind die Schaltelemente S1 und S2, die die Gleichrichterschaltung 130 bilden, in dem schaltungsförmigen Bereich 120 montiert. Die Schaltelemente S1 und S2 sind jeweils beispielsweise aus einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) gebildet. Die Schaltelemente S1 und S2 können jeweils ein anderes Leistungshalbleiterbauelement als ein MOSFET sein, beispielsweise ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) oder dergleichen.
  • Die Gleichrichterschaltung 130 ist eine Push-Pull-Schaltung mit den Schaltelementen S1 und S2. Das Schaltelement S1 umfasst Schaltelemente S1a und S1b, die parallel zueinander geschaltet sind. Das heißt, das Schaltelement S1 hat eine Konfiguration, bei der das Ein- und Ausschalten unter Verwendung der beiden Schaltelemente S1a und S1b für einen Schaltvorgang durchgeführt wird, im Hinblick auf einen großen Strom, der durch die Gleichrichterschaltung 130 fließt. Ebenso umfasst das Schaltelement S2 parallel zueinander geschaltete Schaltelemente S2a und S2b. Die Schaltelemente S1 und S2 können jeweils eine Konfiguration mit einem Schaltelement oder eine Konfiguration mit drei oder mehr Schaltelementen aufweisen.
  • Bezug nehmend auf 2 und 3 umfasst die Transformatorplatine 100 ferner eingangsseitige Anschlussabschnitte 150 und 152 und ausgangsseitige Anschlussabschnitte 160 und 162. Die eingangsseitigen Anschlussabschnitte 150 und 152 sind an einer Endseite der Transformatorplatine 100 in einer Längsrichtung angeordnet, und die ausgangsseitigen Anschlussabschnitte 160 und 162 sind an der anderen Endseite der Transformatorplatine 100 in der Längsrichtung angeordnet. Die Anschlussabschnitte 150, 152, 160 und 162 sind jeweils aus einem Durchgangsloch gebildet.
  • Der schaltungsgeformte Bereich 120 ist in einem Bereich gegenüber den eingangsseitigen Anschlussabschnitten 150 und 152 vorgesehen, wobei der Transformatorbereich 110 dazwischen angeordnet ist, so dass er neben dem Transformatorbereich 110 liegt. Das heißt, der durch die Schaltung gebildete Bereich 120 ist so vorgesehen, dass er sich neben dem Transformatorbereich 110 befindet. Die ausgangsseitigen Anschlussabschnitte 160 und 162 sind gegenüber dem Transformatorbereich 110 vorgesehen, wobei der schaltungsförmige Bereich 120 dazwischen angeordnet ist. Eine Eingangsseite der Gleichrichterschaltung 130, die in dem schaltungsförmigen Bereich 120 ausgebildet ist, ist elektrisch mit der sekundärseitigen Spule des Transformators TR verbunden, und eine Ausgangsseite davon ist elektrisch mit den ausgangsseitigen Anschlussabschnitten 160 und 162 verbunden.
  • Die Anschlussstifte 154 und 156 sind mit den eingangsseitigen Anschlussabschnitten 150 und 152 verbunden. Der Anschlussabschnitt 150 und der Anschlussstift 154 sind elektrisch verbunden, und der Anschlussabschnitt 152 und der Anschlussstift 156 sind elektrisch verbunden. Ebenso sind die Anschlussstifte 164 und 166 mit den ausgangsseitigen Anschlussabschnitten 160 und 162 verbunden. Der Anschlussabschnitt 160 und der Anschlussstift 164 sind elektrisch verbunden, und der Anschlussabschnitt 162 und der Anschlussstift 166 sind elektrisch verbunden.
  • [Konfiguration der Hauptplatine 200].
  • Wie in 6 gezeigt, besteht die Hauptplatine 200 aus einer gedruckten Verdrahtungsplatine 202 mit einer geringeren Anzahl von Lagen als die Transformatorplatine 100. Als Leiterplatine 202 kann eine einseitige Platine mit einer Verdrahtungsschicht auf nur einer Oberfläche (Hauptfläche) oder eine doppelseitige Platine mit Verdrahtungsschichten auf beiden Oberflächen (Hauptflächen) verwendet werden. Als Leiterplatine 202 kann eine mehrlagige Platine mit drei Lagen verwendet werden. Die Hauptplatine 200 hat eine größere Platinengröße als die Transformatorplatine 100. Das heißt, der Bereich einer Hauptfläche der Hauptplatine 200 ist größer als der Bereich einer Hauptfläche der Transformatorplatine 100. Auf einer Seite der Hauptplatine 200 ist ein rechteckiger Aussparungsabschnitt 204 ausgebildet, in dem die Transformatorplatine 100 angeordnet werden soll.
  • Zurückgehend auf 1 ist eine Breite X1 des Aussparungsabschnitts 204 kleiner als eine Länge X2 der Transformatorplatine 100 in der Längsrichtung, und eine Länge Y1 in einer Tiefenrichtung ist größer als eine Länge Y2 der Transformatorplatine 100 in der Transversalrichtung. Die Transformatorplatine 100 ist in dem Aussparungsabschnitt 204 der Hauptplatine 200 so angeordnet, dass ihre beiden Endabschnitte in Längsrichtung die Hauptplatine 200 überlappen, und ist über die Anschlussstifte 154, 156, 164 und 166 an der Hauptplatine 200 befestigt. Dementsprechend liegen der Transformatorbereich 110 und der schaltungsförmige Bereich 120 der Transformatorplatine 100 auf einer vorderen Oberflächenseite der Hauptplatine 200 über den Kerbenabschnitt 204 der Hauptplatine 200 frei. Dadurch wird eine Beeinflussung des Kernelements 140 im Transformatorbereich 110 und der Schaltelemente im schaltungsförmigen Bereich 120 mit der Hauptplatine 200 unterdrückt.
  • Die Hauptplatine 200 umfasst außerdem eine Wechselrichterschaltung 210, eine Glättungsschaltung 220 und einen Controller 230. Die Wechselrichterschaltung 210 umfasst vier Schaltelemente Q1 bis Q4, die in Vollbrückenschaltung angeschlossen sind. Eine Ausgangsseite der Wechselrichterschaltung 210 ist über die eingangsseitigen Anschlussbereiche 150 und 152 (die Anschlussstifte 154 und 156) der Transformatorplatine 100 elektrisch mit der primärseitigen Spule des Transformators TR verbunden. Die Schaltelemente Q1 bis Q4 sind jeweils beispielsweise aus einem MOSFET gebildet. Alternativ können die Schaltelemente Q1 bis Q4 jeweils ein anderes Leistungshalbleiterbauelement als ein MOSFET sein, beispielsweise ein IGBT, ein HEMT oder dergleichen.
  • Die Glättungsschaltung 220 ist eine Schaltung, die den in einem gleichgerichteten Ausgang der Gleichrichterschaltung 130 enthaltenen pulsierenden Strom entfernt, um eine Glättung zu erreichen. Eine Eingangsseite der Glättungsschaltung 220 ist über die ausgangsseitigen Anschlussabschnitte 160 und 162 (die Anschlussstifte 164 und 166) der Transformatorplatine 100 elektrisch mit einer Ausgangsseite der Gleichrichterschaltung 130 verbunden. Der Controller 230 ist ein Mikrocomputer mit einer Zentraleinheit (CPU), einem Speicher und so weiter. (nicht dargestellt) und steuert die Ansteuerung der Wechselrichterschaltung 210 und der Gleichrichterschaltung 130. Der Controller 230 kann ein steuernder IC sein, wie beispielsweise ein analoger IC oder ein Field-Programmierbares-Gate-Array (FPGA). Die Darstellung einer Verdrahtungsleitung o. ä., die den Controller 230 und die Transformatorplatine 100 verbindet, entfällt.
  • [Schaltungskonfiguration]
  • Bezugnehmend auf 7 umfasst der DC/DC-Wandler 50 den Transformator TR, einen primärseitigen Teil 50A und einen sekundärseitigen Teil 50B, dessen Begrenzung dem Transformator TR entspricht, sowie den Controller 230. Der primärseitige Teil 50A umfasst einen Kondensator C0, der zwischen zwei Eingangsklemmen 240 und 242 angeschlossen ist, und die Wechselrichterschaltung 210. Der sekundärseitige Teil 50B umfasst die Gleichrichterschaltung 130 und die Glättungsschaltung 220. An die Eingangsklemmen 240 und 242 wird eine hohe Gleichspannung angelegt. Die über die Eingangsklemmen 240 und 242 eingespeiste hohe Gleichspannung wird durch den DC/DC-Wandler 50 in eine niedrige Gleichspannung umgewandelt und an den Ausgangsklemmen 244 und 246 ausgegeben.
  • Die Eingangsklemmen 240 und 242, der Kondensator C0, die Wechselrichterschaltung 210, die Glättungsschaltung 220, die Ausgangsklemmen 244 und 246 und der Regler 230 sind in oder auf der Hauptplatine 200 vorgesehen. Der Transformator TR und die Gleichrichterschaltung 130 sind in oder auf der Transformatorplatine 100 untergebracht.
  • Der Transformator TR ist ein Mittelanzapfungstransformator und umfasst eine primärseitige Spule 60, eine sekundärseitige Spule 62 und das Kernelement 140. Die sekundärseitige Spule 62 umfasst eine erste Spule 62a und eine zweite Spule 62b, die mit der ersten Spule 62a in Reihe geschaltet ist. Das Windungsverhältnis zwischen der primärseitigen Spule 60 und der sekundärseitigen Spule 62 (der ersten Spule 62a und der zweiten Spule 62b), d.h. die Anzahl der Windungen der primärseitigen Spule 60 : die Anzahl der Windungen der ersten Spule 62a : die Anzahl der Windungen der zweiten Spule 62b ist beispielsweise 10:1:1.
  • Die Wechselrichterschaltung 210 umfasst die Schaltelemente Q1 und Q3, die in Reihe zwischen den Eingangsklemmen 240 und 242 und parallel zum Kondensator C0 geschaltet sind, sowie die Schaltelemente Q2 und Q4, die parallel zum Kondensator C0 und den Schaltelementen Q1 und Q3 zwischen den Eingangsklemmen 240 und 242 geschaltet sind. Drains der Schaltelemente Q1 und Q2 sind mit der Eingangsklemme 240 verbunden. Die Sources der Schaltelemente Q3 und Q4 sind mit der Eingangsklemme 242 verbunden. Eine Source des Schaltelements Q1 und ein Drain des Schaltelements Q3 sind miteinander verbunden. Ebenso sind eine Source des Schaltelements Q2 und ein Drain des Schaltelements Q4 miteinander verbunden.
  • Ein Knoten zwischen den Schaltelementen Q1 und Q3 ist über den eingangsseitigen Anschlussabschnitt 150 mit einem Ende der primärseitigen Spule 60 des Transformators TR verbunden. Das andere Ende der primärseitigen Spule 60 des Transformators TR ist über den eingangsseitigen Anschlussbereich 152 mit einem Knoten zwischen den Schaltelementen Q2 und Q4 verbunden.
  • Die Gleichrichterschaltung 130 gleichrichtet einen über den Transformator TR übertragenen Ausgang der Wechselrichterschaltung 210. Die Gleichrichterschaltung 130 umfasst die Schaltelemente S1 und S2. In 7 sind die Schaltelemente S1a und S1b, die funktional gleich sind, gemeinsam als Schaltelement S1 dargestellt. Ebenso sind die Schaltelemente S2a und S2b, die funktional gleich sind, gemeinsam als Schaltelement S2 dargestellt.
  • Ein Drain des Schaltelements S1 ist mit einem Ende der sekundärseitigen Spule 62 (einem Ende der ersten Spule 62a) verbunden, und ein Drain des Schaltelements S2 ist mit dem anderen Ende der sekundärseitigen Spule 62 (dem anderen Ende der zweiten Spule 62b) verbunden. Das andere Ende der ersten Spule 62a ist mit einem Ende der zweiten Spule 62b verbunden, und ein dazwischen liegender Knoten ist mit dem ausgangsseitigen Anschlussabschnitt 160 verbunden. Eine Quelle des Schaltelements S1 und eine Quelle des Schaltelements S2 sind mit dem ausgangsseitigen Anschlussabschnitt 162 verbunden.
  • Die Glättungsschaltung 220 umfasst eine Spule L, die über den ausgangsseitigen Anschlussabschnitt 160 (den Anschlussstift 164) mit dem Knoten der sekundärseitigen Spule 62 (dem Knoten zwischen der ersten Spule 62a und der zweiten Spule 62b) in Reihe geschaltet ist, und einen Kondensator C1, der zwischen den Ausgangsanschlüssen 244 und 246 angeschlossen ist.
  • Der Controller 230 steuert die Ansteuerung der Schaltelemente Q1 bis Q4, die den Wechselrichter 210 bilden, und der Schaltelemente S1 und S2, die die Gleichrichterschaltung 130 bilden.
  • [Spulenkonfiguration des Transformators TR]
  • Die Transformatorplatine 100 wird durch Stapeln einer Vielzahl von Basiselementen gebildet, die jeweils eine leitende Schicht auf ihrer Oberfläche aufweisen. Das Basiselement besteht beispielsweise aus einem isolierenden Material wie Glasepoxid, und die leitende Schicht besteht beispielsweise aus einem leitenden Material wie Kupfer. Die leitende Schicht wird mit Hilfe eines fotolithografischen Verfahrens oder ähnlichem in eine gewünschte Form gebracht. Insbesondere wird ein Resist auf der leitenden Schicht mit Hilfe eines fotolithografischen Verfahrens oder ähnlichem strukturiert und dann wird die leitende Schicht unter Verwendung des Resists als Maske geätzt. Dementsprechend wird die leitende Schicht in die gewünschte Form strukturiert.
  • Bezug nehmend auf 8A und 8B umfasst die primärseitige Spule 60 zwei Schichten, einen Abschnitt in der ersten Hälfte und einen Abschnitt in der zweiten Hälfte. Insbesondere besteht die primärseitige Spule 60 aus einer leitenden Schicht 112, die in einer Spulenform auf einer Oberfläche eines Basiselements 102A (siehe 8A) ausgebildet ist, und einer leitenden Schicht 114, die in einer Spulenform auf einer Oberfläche eines Basiselements 102B (siehe 8B) ausgebildet ist. Die spulenförmige leitende Schicht 112 ist so ausgebildet, dass sie mit fünf Windungen um das Durchgangsloch 102a gewickelt ist, durch das sich der mittlere Magnetschenkel 142a des Kernelements 140 (siehe 5) erstreckt. Ebenso ist die spulenförmige leitende Schicht 114 so ausgebildet, dass sie mit fünf Windungen um das Durchgangsloch 102a gewickelt ist, durch das sich der mittlere Magnetschenkel 142a des Kernelements 140 (siehe 5) erstreckt. Ein Ende der leitenden Schicht 112 ist elektrisch mit dem eingangsseitigen Anschlussabschnitt 150 verbunden, und das andere Ende der leitenden Schicht 114 ist elektrisch mit dem eingangsseitigen Anschlussabschnitt 152 verbunden. Das andere Ende der leitenden Schicht 112 und ein Ende der leitenden Schicht 114 sind über ein Via 170 elektrisch verbunden.
  • Bezug nehmend auf 9A und 9B wird die erste Spule 62a, die in der sekundärseitigen Spule 62 enthalten ist, aus einer leitenden Schicht 116 gebildet, die in einer Spulenform auf einer Oberfläche eines Basiselements 102C ausgebildet ist (siehe 9A). Die zweite Spule 62b, die in der sekundärseitigen Spule 62 enthalten ist, wird von einer leitenden Schicht 118 gebildet, die in einer Spulenform auf einer Oberfläche eines Basiselements 102D ausgebildet ist (siehe 9B). Die erste Spule 62a (die leitende Schicht 116) und die zweite Spule 62b (die leitende Schicht 118) sind jeweils so ausgebildet, dass sie um eine Windung um das Durchgangsloch 102a gewickelt sind. Auf der Oberfläche des Basiselements 102C, auf der die spulenförmige leitende Schicht 116 ausgebildet ist, sind eine leitende Schicht 180, die mit den Quellen der Schaltelemente S1 und S2 verbunden ist, und eine leitende Schicht 182, die mit dem Drain des Schaltelements S2 verbunden ist, ausgebildet. Die mit den Sources der Schaltelemente S1 und S2 verbundene leitende Schicht 180 ist über einen Verdrahtungsabschnitt 180a, der in die leitende Schicht 180 integriert ist, auch mit dem ausgangsseitigen Anschlussabschnitt 162 elektrisch verbunden. Der Drain des Schaltelements S1 ist mit einem Ende der spulenförmigen leitenden Schicht 116 verbunden.
  • Das andere Ende der spulenförmigen leitenden Schicht 116 (siehe 9A) ist über ein Via 172 elektrisch mit einem Ende der spulenförmigen leitenden Schicht 118 (siehe 9B) verbunden. Das eine Ende der leitfähigen Schicht 118 ist außerdem über einen Verdrahtungsabschnitt 118a, der in die leitfähige Schicht 118 integriert ist, elektrisch mit dem ausgangsseitigen Anschlussabschnitt 160 verbunden. Die mit dem Drain des Schaltelements S2 (siehe 9A) verbundene leitende Schicht 182 ist über ein Via 174 mit dem anderen Ende der spulenförmigen leitenden Schicht 118 (siehe 9B) elektrisch verbunden.
  • Bezugnehmend auf 10 umfasst die Transformatorplatine 100 das Basiselement 102C, das Basiselement 102A, das Basiselement 102D und das Basiselement 102B, die jeweils als erste bis vierte Schicht dienen, die gestapelt und mit einem isolierenden Klebstoff, wie beispielsweise Prepreg, dazwischen integriert sind. Bezugnehmend auf 11 sind in der auf diese Weise gebildeten Transformatorplatine 100 die leitenden Schichten 112 und 114, die die primärseitige Spule 60 bilden, und die leitenden Schichten 116 und 118, die die sekundärseitige Spule 62 bilden, im Transformatorbereich 110 abwechselnd gestapelt, wie oben beschrieben.
  • [Bestimmung durch Simulation]
  • Es werden die Details einer Simulation beschrieben, die durchgeführt wurde, um festzustellen, welche Verdrahtungsleitung einen Einfluss auf den Betrieb einer Schaltung hat, wenn ein Transformator verwendet wird, bei dem die sekundärseitige Spule eine geringere Windungszahl hat als die primärseitige Spule.
  • In 12 ist eine für die Simulation verwendete Schaltungskonfiguration dargestellt. Bezugnehmend auf 12 ist eine Schaltung 30 eine Schaltung, die durch Nachahmung der Schaltungskonfiguration des DC/DC-Wandlers 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform (siehe 7) hergestellt wurde. Die Schaltung 30 umfasst eine Wechselrichterschaltung 32 mit vier Schaltelementen, einen Transformator 34, eine Gleichrichterschaltung 36 und eine Glättungsschaltung 38. Für die Gleichrichterschaltung 36 werden Dioden anstelle von Schaltelementen verwendet. Der Transformator 34 ist ein Mittelanzapfungstransformator wie der Transformator TR und umfasst eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule. Die sekundärseitige Spule umfasst eine erste Spule und eine zweite Spule. In dieser Schaltungskonfiguration wurden die Verdrahtungsinduktivitäten L1 bis L4 auf einzelne Verdrahtungsleitungen auf der Primärseite und der Sekundärseite des Transformators 34 gelegt. Die Verdrahtungsinduktivität L1 ist die Verdrahtungsinduktivität einer Verdrahtungsleitung, die die primärseitige Spule und die Wechselrichterschaltung 32 verbindet, und die Verdrahtungsinduktivitäten L2 und L3 sind die Verdrahtungsinduktivitäten von Verdrahtungsleitungen, die die sekundärseitige Spule und die Gleichrichterschaltung 36 verbinden. Die Verdrahtungsinduktivität L4 ist die Verdrahtungsinduktivität einer Verdrahtungsleitung, die einen Knoten der sekundärseitigen Spule (einen Knoten zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule) und die Glättungsschaltung 38 verbindet.
  • Wenn die Leistungsübertragung durch eine Verdrahtungsinduktivität behindert wird, sinkt das Ansteuerungs-Tastverhältnis der Wechselrichterschaltung 32, und die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers nimmt ab. Daher wurden die Ausgangsspannungen bei Verdrahtungsinduktivitäten L1 bis L4 von 1 nH, 5 nH, 10 nH und 100 nH miteinander verglichen.
  • 13 zeigt die Simulationsbedingungen. In 13 wurde die Schaltung als phasenverschobene Vollbrücke betrieben. Die Eingangsspannung betrug 400 V und der Ausgangsstrom 100 A. Die Ansteuerungsfrequenz jedes Schaltelements betrug 500 kHz und das Tastverhältnis war 0,23. Das Windungsverhältnis des Transformators (Anzahl der Windungen der primärseitigen Spule : Anzahl der Windungen der ersten Spule : Anzahl der Windungen der zweiten Spule) betrug wie in der vorliegenden Ausführungsform 10:1:1.
  • In 14 ist das Ergebnis der Simulation dargestellt. In 14 wurde keine Abnahme der Ausgangsspannung beobachtet, wenn die Verdrahtungsinduktivität L1 auf der Primärseite einen Wert von 1 nH, 5 nH, 10 nH oder 100 nH hatte. Im Gegensatz dazu wurde auf der Sekundärseite eine tendenzielle Abnahme der Ausgangsspannung beobachtet, wenn die Verdrahtungsinduktivität L2 einen Wert von 100 nH hatte und wenn die Verdrahtungsinduktivität L3 einen Wert von 100 nH hatte. Eine Tendenz zur Abnahme der Ausgangsspannung wurde auch beobachtet, wenn die Verdrahtungsinduktivität L4 einen Wert von 100 nH hatte, aber der Grad der Abnahme war gering.
  • Das heißt, das Ergebnis zeigt, dass die Verdrahtungsinduktivitäten L2 und L3 des Verbindungsabschnitts (Verdrahtungsleitungen), der den Transformator 34 und die Gleichrichterschaltung 36 verbindet, einen größeren negativen Einfluss auf den Schaltungsbetrieb haben als die Verdrahtungsinduktivität L1 auf der Primärseite.
  • Aus dem obigen Simulationsergebnis wurde festgestellt, dass eine Erhöhung der Verdrahtungsinduktivität L1 auf der Primärseite einen kleinen negativen Einfluss auf die Ausgangsspannung, d.h. den Schaltungsbetrieb hat, und dass eine Erhöhung der Verdrahtungsinduktivitäten L2 und L3 auf der Sekundärseite einen großen negativen Einfluss auf die Ausgangsspannung hat.
  • [Vorteilhafte Effekte der vorliegenden Ausführungsform]
  • Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, hat der DC/DC-Wandler 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorteilhafte Effekte, die im Folgenden beschrieben werden.
  • Auf der Transformatorplatine 100 sind der Transformator TR und die Gleichrichterschaltung 130 ausgebildet. Die Gleichrichterschaltung 130 ist elektrisch mit der sekundärseitigen Spule 62 mit einer kleineren Windungszahl verbunden. Wie oben beschrieben, hat die Verdrahtungsinduktivität des Verbindungsabschnitts (Verdrahtungsleitung), der die Spule mit einer kleineren Windungszahl und eine Schaltung verbindet, unter den Schaltungen, die mit der primärseitigen Spule 60 und der sekundärseitigen Spule 62 des Transformators TR verbunden sind, einen größeren nachteiligen Einfluss auf einen Schaltungsbetrieb. Durch die Ausbildung der Gleichrichterschaltung 130, die mit der sekundärseitigen Spule 62 mit einer geringeren Windungszahl verbunden ist, im schaltungsförmigen Bereich 120 kann die Gleichrichterschaltung 130 in der Nähe des Transformators TR angeordnet werden. Dementsprechend kann die Länge der Verdrahtungsleitung, die den Transformator TR und die Gleichrichterschaltung 130 verbindet, reduziert werden, und somit kann ein Anstieg der Verdrahtungsinduktivität unterdrückt werden. Infolgedessen kann ein nachteiliger Einfluss eines Anstiegs der Verdrahtungsinduktivität auf den Betrieb der Schaltung (ein Absinken der Ausgangsspannung) unterdrückt werden.
  • Die Wechselrichterschaltung 210 ist über die eingangsseitigen Anschlussabschnitte 150 und 152 elektrisch mit der primärseitigen Spule 60 mit einer größeren Windungszahl verbunden. Die Verdrahtungsinduktivität des Verbindungsabschnitts (Verdrahtungsleitung), der die Spule mit einer größeren Windungszahl und eine Schaltung verbindet, hat einen geringeren negativen Einfluss auf einen Schaltungsbetrieb. Daher kann ein negativer Einfluss auf den Schaltungsbetrieb unterdrückt werden, selbst wenn die Wechselrichterschaltung 210 in oder auf einer anderen Verdrahtungsplatine als der Transformatorplatine 100 (der Hauptplatine 200) ausgebildet ist. Außerdem kann durch die Ausbildung der Wechselrichterschaltung 210 in oder auf der Hauptplatine 200 die Größe der Transformatorplatine 100 im Vergleich zu einem Fall reduziert werden, in dem sowohl die Wechselrichterschaltung 210 als auch die Gleichrichterschaltung 130 in oder auf der Transformatorplatine 100 ausgebildet sind. Dementsprechend kann ein Kostenanstieg, der aus einer Vergrößerung der Transformatorplatine 100 resultiert, unterdrückt werden.
  • Darüber hinaus können durch die Ausgestaltung des DC/DC-Wandlers 50 mit der Transformatorplatine 100 und der Hauptplatine 200 die Transformatorplatine 100 und die Hauptplatine 200 individuell gestaltet werden, wodurch sich der Freiheitsgrad der Gestaltung erhöht. Darüber hinaus kann die Transformatorplatine 100 für ein anderes Gerät verwendet werden.
  • Da die Anzahl der Lagen der Hauptplatine 200 kleiner ist als die Anzahl der Lagen der Transformatorplatine 100, kann die Hauptplatine 200 mit einer geringeren Anzahl von Fertigungsschritten hergestellt werden als die der Transformatorplatine 100. Da die Herstellung der Hauptplatine 200 vereinfacht wird, führt die Verwendung der Hauptplatine 200 zu einer Verringerung der Anzahl der Herstellungsschritte, einer Verringerung der Herstellungszeit und so weiter. Dementsprechend können die Herstellungskosten der Leistungsumwandlungsvorrichtung leicht reduziert werden.
  • Dadurch, dass der Bereich einer Hauptoberfläche der Hauptplatine 200 größer ist als der Bereich einer Hauptoberfläche der Transformatorplatine 100, kann der Montagebereich von Schaltungen leicht gesichert werden, während eine Zunahme der Größe der Transformatorplatine 100 unterdrückt wird. So kann beispielsweise in einem Fall, in dem es erforderlich ist, eine andere Schaltung, wie beispielsweise eine Filterschaltung, zu montieren, die Schaltung leicht in oder auf der Hauptplatine 200 montiert werden.
  • Im Transformatorbereich 110 der Transformatorplatine 100 sind die leitenden Schichten 112 und 114, die die primärseitige Spule 60 bilden, und die leitenden Schichten 116 und 118, die die sekundärseitige Spule 62 bilden, abwechselnd gestapelt. Dementsprechend erhöht sich ein Querfluss zwischen der primärseitigen Spule 60 und der sekundärseitigen Spule 62, und somit kann eine günstige Kopplung zwischen der primärseitigen Spule 60 und der sekundärseitigen Spule 62 erreicht werden. Als Ergebnis kann der Streufluss unterdrückt werden, wodurch der Übertragungswirkungsgrad erhöht und die internen Verluste reduziert werden können.
  • Infolge der Bereitstellung des schaltungsförmigen Bereichs 120 in einem Bereich gegenüber den eingangsseitigen Anschlussabschnitten 150 und 152 mit dem dazwischen liegenden Transformatorbereich 110 können die Transformatorplatine 100 und die Hauptplatine 200 leicht elektrisch verbunden werden.
  • Außerdem kann durch die Montage des Controllers 230 in oder auf der Hauptplatine 200 die Ansteuerung der Wechselrichterschaltung 210 und der Gleichrichterschaltung 130 einfach gesteuert werden.
  • Außerdem kann der DC/DC-Wandler 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgrund der Verwendung der oben beschriebenen Transformatorplatine 100 einfach hergestellt werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Ein DC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine Mehrschichtplatine mit einer hohen Anzahl von Lagen als Transformatorplatine verwendet wird. Ansonsten ist der Aufbau ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Die Anzahl der in der Transformatorplatine enthaltenen Lagen beträgt beispielsweise zwölf. In dieser Transformatorplatine sind, wie in der ersten Ausführungsform, die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule des Transformators abwechselnd so gestapelt, dass sie integriert sind. In einem Fall, in dem die Anzahl der Lagen zwölf beträgt, werden für die Transformatorplatine jeweils drei Basiselemente, die in 8A dargestellt sind, jeweils drei Basiselemente, die in 8B dargestellt sind, jeweils drei Basiselemente, die in 9A dargestellt sind, und jeweils drei Basiselemente, die in 9B dargestellt sind, verwendet.
  • Insbesondere wird die primärseitige Spule unter Verwendung von drei Basiselementen gebildet, wobei jedes das Basiselement 102A ist, auf dessen Oberfläche die spulenförmige leitende Schicht 112 ausgebildet ist (siehe 8A), und wobei jedes der drei Basiselemente das Basiselement 102B ist, auf dessen Oberfläche die spulenförmige leitende Schicht 114 ausgebildet ist (siehe 8B). Die drei Basiselemente 102A sind in einer zweiten Schicht, einer vierten Schicht und einer sechsten Schicht angeordnet. Die spulenförmigen leitenden Schichten 112 sind über das Via 170 und den eingangsseitigen Anschlussabschnitt 150 parallel zueinander geschaltet. Dementsprechend wird der erste halbe Abschnitt der primärseitigen Spule gebildet. Ebenso sind die drei Basiselemente 102B in einer siebten Schicht, einer neunten Schicht und einer elften Schicht angeordnet. Die spulenförmigen leitenden Schichten 114 sind über das Via 170 und den eingangsseitigen Anschlussabschnitt 152 parallel zueinander geschaltet. Dementsprechend wird der letzte Halbabschnitt der primärseitigen Spule gebildet. Der Abschnitt der ersten Hälfte und der Abschnitt der zweiten Hälfte sind über den Durchgang 170 in Reihe geschaltet.
  • Die sekundärseitige Spule umfasst eine erste Spule und eine zweite Spule. Die erste Spule wird durch die Verwendung von drei Basiselementen gebildet, wobei jedes Basiselement 102C die spulenförmige leitende Schicht 116 aufweist, die auf seiner Oberfläche ausgebildet ist (siehe 9A). Die drei Basiselemente 102C sind jeweils in einer ersten Schicht, einer dritten Schicht und einer fünften Schicht angeordnet. Die spulenförmigen leitfähigen Schichten 116 sind über Durchkontaktierungen 176 und 172 parallel zueinander verbunden. Die im Inneren (in der dritten Schicht und der fünften Schicht) angeordneten Basiselemente 102C müssen nicht unbedingt die leitende Schicht 180 aufweisen. In ähnlicher Weise wird die zweite Spule durch die Verwendung von drei Basiselementen gebildet, wobei jedes Basiselement 102D die spulenförmige leitfähige Schicht 118 aufweist, die auf seiner Oberfläche ausgebildet ist (siehe 8A). Die drei Basiselemente 102D sind jeweils in einer achten Schicht, einer zehnten Schicht und einer zwölften Schicht angeordnet. Die spulenförmigen leitenden Schichten 118 sind über die Durchkontaktierungen 172 und 174 parallel zueinander verbunden. Mindestens eines der drei Basiselemente 102D kann mit dem Verdrahtungsabschnitt 118a versehen sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Mehrschichtplatine mit hoher Schichtanzahl als Transformatorplatine verwendet, und mehrere leitende Schichten, die die primärseitige Spule des Transformators bilden, und mehrere leitende Schichten, die die sekundärseitige Spule bilden, werden abwechselnd gestapelt. Der Querfluss zwischen der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule wird weiter erhöht, wodurch eine günstigere Kopplung zwischen der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule erreicht werden kann. Dementsprechend kann der Streufluss effektiv unterdrückt werden, so dass der Übertragungswirkungsgrad leicht erhöht und die internen Verluste leicht reduziert werden können.
  • Die anderen vorteilhaften Effekte sind ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Bezug nehmend auf 15 unterscheidet sich ein DC/DC-Wandler 350 gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass er Filterschaltungen 250 und 252 umfasst. Ansonsten ist der Aufbau ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Der DC/DC-Wandler 350 umfasst anstelle der Hauptplatine 200 eine Hauptplatine 300 (siehe 1). Die Filterschaltungen 250 und 252 sind auf der Hauptplatine 300 montiert. Die Hauptplatine 300 hat eine Hauptfläche, deren Fläche größer ist als die Fläche der Hauptfläche der Wandlerplatine 100. Daher können in einem Fall, in dem ein DC/DC-Wandler Filterschaltungen umfasst, die Filterschaltungen 250 und 252 einfach auf der Hauptplatine 300 montiert werden. Ansonsten ist der Aufbau der Hauptplatine 300 ähnlich wie bei der Hauptplatine 200.
  • Die anderen vorteilhaften Effekte sind ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem der Abwärts-DC/DC-Wandler 50 gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fahrzeug montiert ist.
  • Bezugnehmend auf 16 ist ein Fahrzeug 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV). Das Fahrzeug 400 umfasst einen Hauptmaschinenmotor 410, einen Wechselrichter 420, eine Hochspannungsbatterie 430, eine Niederspannungsbatterie 440, den DC/DC-Wandler 50 und eine Hilfsmaschine 450.
  • Der Hauptmaschinenmotor 410 ist ein Fahrmotor und wird mit Wechselstrom aus dem Wechselrichter 420 angetrieben. Der Wechselrichter 420 wandelt Gleichstrom der Hochspannungsbatterie 430 in Wechselstrom um und versorgt den Hauptmaschinenmotor 410 mit Wechselstrom. Die Hilfsmaschine 450 ist ein elektronisches Gerät, das mit Gleichstrom der Niederspannungsbatterie 440 betrieben wird und beispielsweise eine Niederspannungslast wie ein elektronisches Steuergerät (ECU), einen Scheinwerfer und eine Innenleuchte umfasst.
  • Die Hochspannungsbatterie 430 ist beispielsweise ein Hochspannungsspeicher (beispielsweise 300 V), der durch den Anschluss mehrerer Lithium-Ionen-Batterien o. Ä. gebildet wird. Die Niederspannungsbatterie 440 ist beispielsweise ein Niederspannungs-Stromspeicher (beispielsweise 12 V), wie beispielsweise eine Bleibatterie.
  • In der vorliegenden Ausführungsform hat das Fahrzeug 400 den in der obigen ersten Ausführungsform dargestellten DC/DC-Wandler 50 eingebaut, und somit kann die von der Hochspannungsbatterie 430 gelieferte Energie durch den DC/DC-Wandler 50 effizient umgewandelt und der Niederspannungsbatterie 440 oder der Hilfsmaschine 450 zugeführt werden.
  • Alternativ kann der DC/DC-Wandler gemäß der zweiten Ausführungsform oder der dritten Ausführungsform anstelle des DC/DC-Wandlers 50 gemäß der ersten Ausführungsform in das Fahrzeug 400 eingebaut werden.
  • (Modifikationsbeispiele)
  • Die obigen Ausführungen veranschaulichen ein Beispiel, bei dem die vorliegende Offenbarung auf einen Abwärts-DC/DC-Wandler angewendet wird. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Offenbarung auf einen DC/DC-Aufwärtswandler angewendet werden. In diesem Fall kann eine Wechselrichterschaltung anstelle einer Gleichrichterschaltung in oder auf einer Transformatorplatine montiert werden.
  • Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen ein Beispiel, bei dem eine Wechselrichterschaltung eines DC/DC-Wandlers aus einer Vollbrückenschaltung gebildet wird. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Die Wechselrichterschaltung kann eine andere Schaltungskonfiguration aufweisen, beispielsweise eine Halbbrückenschaltung oder Ähnliches.
  • Die obigen Ausführungsformen zeigen ein Beispiel für die Verwendung eines Transformators, der aus insgesamt drei Spulen besteht, darunter zwei Spulen auf der Sekundärseite. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Die Anzahl der Spulen im Transformator kann zwei oder auch mehr als drei betragen. Alternativ kann auch eine Hilfsspule vorgesehen sein.
  • Die obigen Ausführungsformen zeigen ein Beispiel, bei dem eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule abwechselnd in einer Transformatorplatine gestapelt sind. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Die Transformatorplatine kann eine Konfiguration aufweisen, bei der eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule nicht abwechselnd gestapelt sind. Wenn eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule abwechselnd gestapelt werden, kann die abwechselnde Stapelung in Einheiten von einer Schicht erfolgen, wie in den obigen Ausführungsformen dargestellt, oder in Einheiten von mehreren Schichten (beispielsweise in Einheiten von zwei Schichten).
  • Die obigen Ausführungsformen zeigen ein Beispiel für die Verwendung einer Transformatorplatine mit vier oder zwölf Lagen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Die Anzahl der Schichten der Transformatorplatine kann eine andere als die in den obigen Ausführungsbeispielen dargestellte Anzahl sein.
  • Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen ein Beispiel für die Verwendung eines Basiselements als Grundelement einer Transformatorplatine, auf dessen einer Oberfläche eine leitende Schicht ausgebildet ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann ein Basiselement mit einer leitfähigen Schicht auf jeder seiner beiden Oberflächen als Basiselement der Transformatorplatine verwendet werden. Das Material des Basiselements kann ein anderes isolierendes Material als Glas-Epoxid sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, ein Material zu verwenden, das eine ausgezeichnete Wärmeableitungscharakteristik aufweist.
  • Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen ein Beispiel, in dem eine Gleichrichterschaltung eine Gegentaktschaltung ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Die Gleichrichterschaltung kann eine andere Schaltungskonfiguration als die einer Push-Pull-Schaltung aufweisen.
  • Die obigen Ausführungen veranschaulichen ein Beispiel, bei dem eine Gleichrichterschaltung in oder auf einer Transformatorplatine ausgebildet ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Die in oder auf der Transformatorplatine ausgebildete Schaltung kann eine andere Schaltung als eine Gleichrichterschaltung sein. Zum Beispiel kann eine andere AC/DC-Wandlereinheit in oder auf der Transformatorplatine vorgesehen sein.
  • Die obigen Ausführungsformen zeigen ein Beispiel, bei dem ein Controller in oder auf einer Hauptplatine ausgebildet ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann der Controller in oder auf einer anderen Platine oder Ähnlichem als der Hauptplatine ausgebildet sein. Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen ferner ein Beispiel, bei dem Filterschaltungen auf einer Hauptplatine montiert sind. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann eine Schaltung, eine Komponente oder ähnliches, die nicht zu den Filterschaltungen gehört, anstelle der Filterschaltungen oder zusätzlich zu diesen in oder auf der Hauptplatine montiert werden.
  • Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen ein Beispiel für einen DC/DC-Wandler mit einer Leiterplatine (Hauptplatine). Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Der DC/DC-Wandler kann eine Konfiguration mit einer Vielzahl von Leiterplatinen aufweisen.
  • Die obigen Ausführungen veranschaulichen ein Beispiel, bei dem eine Hauptplatine einen Aussparungsabschnitt aufweist, der an einem Abschnitt vorgesehen ist, an dem eine Transformatorplatine angeordnet ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Die Hauptplatine muss nicht notwendigerweise einen Aussparungsabschnitt aufweisen. Das Verfahren zur Befestigung der Transformatorplatine an der Hauptplatine kann ein anderes Verfahren als das in den obigen Ausführungsformen dargestellte Verfahren sein. Es reicht aus, dass die Transformatorplatine elektrisch mit der Hauptplatine verbunden ist. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Transformatorplatine auch an einem anderen Bauteil als der Hauptplatine befestigt werden.
  • Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen ein Beispiel, bei dem ein EI-förmiger Kern als Kernelement eines Transformators verwendet wird. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt. Das Kernelement kann eine andere Form haben, beispielsweise eine EE-Form, eine EF-Form, eine ER-Form, eine PQ-Form oder dergleichen.
  • Eine Ausführungsform, die durch geeignete Kombination der oben offenbarten Techniken erhalten wird, ist ebenfalls im technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten.
  • Die hier offengelegten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, und die vorliegende Offenbarung ist nicht nur auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die einzelnen Ansprüche im Hinblick auf die detaillierte Beschreibung der Erfindung angegeben und schließt alle Änderungen in der Bedeutung und im Umfang ein, die den in den Ansprüchen verwendeten Formulierungen entsprechen.
  • Bezugszeichenliste
    • 30
    Schaltung
    32, 210
    Wechselrichterschaltung
    34,
    TR Transformator
    36, 130
    Gleichrichterschaltung
    38, 220
    Glättungsschaltung
    50, 350
    DC/DC-Wandler
    50A
    primärseitiger Abschnitt
    50B
    sekundärseitiger Abschnitt
    60
    primärseitige Spule
    62
    sekundärseitige Spule
    62a
    erste Spule
    62b
    zweite Spule
    100
    Transformatorplatine, Mehrschichtplatine
    102, 202
    gedruckte Schaltplatine
    102A bis 102D
    Basisteil
    102a
    Durchgangsbohrung
    102b, 102c, 204
    Kerbenteil
    110
    Transformatorbereich
    112, 114, 116, 118, 180, 182
    leitfähige Schicht
    118a, 180a
    Verdrahtungsteil
    120
    Schaltung gebildeter Bereich
    140
    Kernmitglied
    142
    E-förmiger Kern
    142a
    mittlerer magnetischer Schenkel
    142b, 142c
    seitlicher magnetischer Schenkel
    144
    I-förmiger Kern
    150, 152, 160, 162
    Anschlussbereich
    154, 156, 164, 166
    Anschlussstift
    170, 172, 174, 176
    über
    200, 300
    Hauptplatine, Leiterplatine
    230
    Steuereinheit
    240, 242
    Eingangsklemme
    244, 246
    Ausgangsklemme
    250, 252
    Filterschaltung
    400
    Fahrzeug
    410
    Hauptmaschinenmotor
    420
    Wechselrichter
    430
    Hochvolt-Batterie
    440
    Niedervolt-Batterie
    450
    Hilfsmaschine
    Q1 bis Q4, S1 bis S2
    Schaltelement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2018239268 [0001]
    • JP 2010093174 A [0005]

Claims (10)

  1. Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, umfassend: eine Mehrschichtplatine mit leitenden Schichten, die eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule eines Transformators bilden; und eine Leiterplatine, die elektrisch mit der Mehrschichtplatine verbunden ist, wobei die Leiterplatine eine erste Umwandlungsschaltung aufweist, die in oder auf ihr ausgebildet ist, wobei die Mehrschichtplatine umfasst einen Transformatorbereich, in dem der Transformator ausgebildet ist, ein Kernelement, das im Transformatorbereich angeordnet ist und um das die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule gewickelt sind, einen schaltungsförmigen Bereich, der an den Transformatorbereich angrenzend ist und in dem eine zweite Wandlerschaltung ausgebildet ist, wobei die zweite Wandlerschaltung elektrisch mit einer Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule verbunden ist, und einen Anschlussabschnitt, der elektrisch mit der anderen Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule verbunden ist, wobei die erste Wandlerschaltung über den Anschlussabschnitt elektrisch mit dem Transformator verbunden ist, und wobei die eine Spule, die mit der zweiten Wandlerschaltung verbunden ist, eine kleinere Windungszahl aufweist als die andere Spule, die mit dem Anschlussabschnitt verbunden ist.
  2. Leistungswandlervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatine eine geringere Anzahl von Schichten aufweist als die Mehrschichtplatine .
  3. Leistungswandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leiterplatine eine Hauptoberfläche aufweist, deren Fläche größer ist als eine Fläche einer Hauptoberfläche der Mehrschichtplatine.
  4. Leistungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Transformatorbereich der Mehrschichtplatine leitende Schichten, die die primärseitige Spule bilden, und leitende Schichten, die die sekundärseitige Spule bilden, abwechselnd gestapelt sind.
  5. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Umwandlungsschaltung einen ersten Schaltkreis umfasst, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, und wobei der zweite Umwandlungsschaltkreis einen zweiten Schaltkreis umfasst, der die durch Umwandlung durch den ersten Schaltkreis erhaltene Wechselspannung gleichrichtet.
  6. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der schaltungsgeformte Bereich in einem Bereich gegenüber dem Anschlussabschnitt vorgesehen ist, wobei der Transformatorbereich dazwischen angeordnet ist.
  7. Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leiterplatine einen Controller umfasst, der die Ansteuerung von mindestens der ersten Umwandlungsschaltung und/oder der zweiten Umwandlungsschaltung steuert.
  8. Eine Mehrschichtplatine mit leitenden Schichten, die gestapelt sind, umfassend: einen Transformatorbereich, in dem die leitenden Schichten eine primärseitige Spule und eine sekundärseitige Spule eines Transformators bilden; einen schaltungsausgebildeten Bereich, der dem Transformatorbereich benachbart ist und in dem eine Schaltung ausgebildet ist, wobei die Schaltung elektrisch mit einer Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule verbunden ist; und einen Anschlussabschnitt, der elektrisch mit der anderen Spule der primärseitigen Spule und der sekundärseitigen Spule verbunden ist, wobei die eine Spule eine kleinere Windungszahl hat als die andere Spule.
  9. Mehrschichtplatine nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein elektronisches Bauteil, das in dem schaltungsförmigen Bereich angebracht ist und die Schaltung bildet; und ein im Transformatorbereich angeordnetes Kernelement, um das die primärseitige Spule und die sekundärseitige Spule gewickelt sind.
  10. Ein Fahrzeug, umfassend: einen Stromspeicher, der Strom liefert; die Energieumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die die von der Energiespeichereinrichtung gelieferte Energie umwandelt; und einen Verbraucher, an den die von der Leistungsumwandlungseinrichtung umgewandelte Leistung zugeführt wird.
DE112019006308.1T 2018-12-21 2019-10-11 Leistungsumwandlungsvorrichtung, darin enthaltene Mehrschichtplatine und Fahrzeug mit darin eingebauter Leistungsumwandlungsvorrichtung Pending DE112019006308T5 (de)

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