JP2003178923A - スイッチングトランス及びdc−dcコンバータ - Google Patents

スイッチングトランス及びdc−dcコンバータ

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JP2003178923A JP2001380356A JP2001380356A JP2003178923A JP 2003178923 A JP2003178923 A JP 2003178923A JP 2001380356 A JP2001380356 A JP 2001380356A JP 2001380356 A JP2001380356 A JP 2001380356A JP 2003178923 A JP2003178923 A JP 2003178923A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で安価なスイッチングトランス及びDC−
DCコンバータを提供する。 【解決手段】スイッチングトランスAは、磁性材料から
なり角孔状の貫通孔2が貫設されたコア1と、互いに電
気的に絶縁され、コア1の貫通孔2にそれぞれ挿通され
る一次巻線3及び二次巻線4とを備える。二次巻線4は
導電材料の帯板からなり、貫通孔2の一つの内側面の略
全面を覆うようにして貫通孔2の内部に挿通され、貫通
孔2の両端から外側へそれぞれ突出する端子片4b,4
cを一方向に折り曲げることによって断面コ字形に形成
され、中央片4aを貫通孔2内に挿通した状態でコア1
に取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチングトラ
ンス及びDC−DCコンバータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種のDC−DCコンバータとして
は、例えば電気自動車やハイブリッドカーなどの車載用
途に用いられる高圧バッテリーを電源とし、高圧バッテ
リーの高電圧を低電圧に変圧して低圧バッテリーに充電
したり、負荷に電力を供給する絶縁型のDC−DCコン
バータが提供されており、近年、出力容量が数百W〜数
kWの大容量のものも提供されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した絶縁型のDC
−DCコンバータにはスイッチングトランスが用いられ
るが、出力容量が数百W〜数kWと大容量の場合にはス
イッチングトランスの巻線に大電流が流れるので、一次
側及び二次側巻線に平角巻線を用いており、トランスが
大型化するという問題があった。また、平角巻線をコア
に巻回する作業の作業性が悪く、コストアップの要因に
なっていた。
【0004】したがって、スイッチングトランスが大型
で高価なものとなり、DC−DCコンバータ全体のコス
トアップを招き、形状や出力容量などの仕様変更にも容
易に対応することができなかった。
【0005】また、図17はスイッチングトランスを用
いた従来の一石式のフォワードコンバータの回路図であ
り、このフォワードコンバータは、直流電源Eと、直流
電源Eの出力端子間にスイッチング素子SWを介して一
次巻線が接続されたスイッチングトランスAと、スイッ
チングトランスAの二次側の出力を平滑する平滑回路2
0と、平滑回路20の出力が供給される負荷21と、ス
イッチング素子SWのオン/オフを制御する駆動回路2
2とで構成される。
【0006】平滑回路20は、スイッチングトランスA
の二次巻線の巻始め側の端部にアノードが接続されたダ
イオードD1と、ダイオードD1のカソードと二次巻線
の巻終わり側の端部との間に接続されたインダクタL1
及びコンデンサC1の直列回路と、ダイオードD1及び
インダクタL1の接続点にカソードが接続されると共
に、二次巻線の巻終わり側の端部にアノードが接続され
たダイオードD2とで構成される。尚、本回路は従来周
知の回路構成であるから、その動作については説明を省
略する。
【0007】一石式のフォワードコンバータでは、スイ
ッチング素子SWのオフ期間に、オン期間と逆方向の電
流をスイッチングトランスAの一次巻線に流さなけれ
ば、スイッチングトランスAが磁気飽和を起こして、フ
ォワードコンバータが動作しなくなるため、図17又は
図18に示すようなリセット回路23をスイッチングト
ランスAの一次側に設けている。なお、図17に示す回
路は、スイッチングトランスAの一次巻線の巻終わり側
の端部にアノードが接続されたダイオードD3と、一次
巻線の巻始め側の端部とダイオードD3のカソードとの
間に接続されたコンデンサC2及び抵抗R1の並列回路
とで構成されるスナバ回路を利用したリセット回路23
である。また、図18に示す回路は、スイッチングトラ
ンスAの一次巻線と直列に設けた補助巻線とダイオード
D3とで構成される一次巻線を利用したリセット回路2
3である。
【0008】上述のように一石式のフォワードコンバー
タでは、スイッチングトランスAの磁気飽和を防止する
ためにリセット回路23を設ける必要があり、その分だ
け回路構成が複雑になるという問題があった。
【0009】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
であり、請求項1乃至7の発明の目的とするところは、
小型で安価なスイッチングトランスを提供するにある。
また、請求項8の発明の目的とするところは、回路構成
を簡略化したDC−DCコンバータを提供するにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明では、磁性材料からなるコアと、一
次巻線と、コアの孔に嵌め込まれた板金製の導電体から
なる二次巻線と、を備えて成ることを特徴とし、二次巻
線を板金製の導電体で構成しているので、出力容量を大
きくでき、しかも導電体をコアの孔に嵌め込んでいるだ
けなので、平角巻線をコアに巻回する場合に比べて組立
の手間が簡単になり、コストダウンを図ることができ
る。
【0011】請求項2の発明では、請求項1記載の発明
において、コアの外側を覆ってコアから漏洩する電磁ノ
イズをシールドするシールド部材を設け、このシールド
部材を導電体と連続一体に形成したことを特徴とし、シ
ールド部材によりコアから漏出する電磁ノイズを抑制し
て、ノイズの低減を図ることができ、且つ、シールド部
材は導電体と一体的に形成されているので、部品数が増
えることは無く、組立の手間が増えるのを防止できる。
【0012】請求項3の発明では、請求項1記載の発明
において、コアを複数備え、各コアに対応して設けた複
数の導電体を電気的に接続する接続手段を設け、該接続
手段を可撓性を有する導電材料で形成したことを特徴と
し、可撓性を有する導電材料で接続手段を形成している
ので、二次巻線の形状を所望の形状に形成することがで
き、スイッチングトランスの取付場所の自由度が向上す
るという利点がある。
【0013】請求項4の発明では、請求項1記載の発明
において、コアを複数備え、各コアに対応して設けた複
数の導電体を電気的に直列に接続したことを特徴とし、
複数のコアにそれぞれ取り付けられた二次巻線を直列接
続することによって、新たにスイッチングトランスを作
製することなく、巻線や出力容量(コア容量)などの電
気的仕様の変更に容易に対応できる。
【0014】請求項5の発明では、請求項1記載の発明
において、コアを複数備え、各コアに対応して設けた複
数の導電体を電気的に並列に接続したことを特徴とし、
複数のコアにそれぞれ取り付けられた二次巻線を並列接
続することによって、新たにスイッチングトランスを作
製することなく、巻線や出力容量(コア容量)などの電
気的仕様の変更に容易に対応できる。
【0015】請求項6の発明では、請求項1記載の発明
において、一次巻線を、導電性を有する成形材料により
長尺の棒状に形成された導電部と、絶縁性を有する成形
材料により形成され導電部の外側を被覆する外被部とで
構成したことを特徴とし、一次巻線を樹脂成形により形
成しているので、所望の形状の一次巻線を形成すること
ができ、且つ、導電部の外側を外被部で覆っているの
で、外被部でコアと一次巻線との絶縁を図ることができ
る。
【0016】請求項7の発明では、請求項1記載の発明
において、コアを複数備え、複数のコアを隣接する別の
コアとの間に隙間を開けた状態で配列し、各コアに対応
して設けた一次巻線を電気的に直列に接続するととも
に、各コアに対応して設けた複数の導電体を電気的に直
列に接続したことを特徴とし、隣接するコアとの間に隙
間を開けることによって漏れインダクタンスが発生する
から、一次巻線とコアとの間に存在する浮遊キャパシタ
ンスと漏れインダクタンスとで共振回路を構成すること
ができる。また、このスイッチングトランスを用いて一
次側と二次側との巻線方向が同じ方向になるような一石
式のフォワードコンバータを構成する場合、一石式のフ
ォワードコンバータでは、スイッチング素子のオフ期間
において、スイッチングトランスの一次巻線にオン時と
逆方向の電流を流すことにより、スイッチングトランス
の磁気飽和を防止するリセット回路が必要になるが、複
数のコアを配列する際に隣接するコアとの間に隙間を開
けることによって漏れインダクタンスを発生させ、一次
巻線とコアとの間に存在する浮遊キャパシタンスと漏れ
インダクタンスとで共振回路を構成しているので、共振
現象によってスイッチング素子のオフ期間にオン期間と
逆向きの電流が一次巻線に流れるから、別途リセット回
路を設けることなくスイッチングトランスの磁気飽和を
防止することができ、DC−DCコンバータの回路構成
を簡略化できる。
【0017】請求項8の発明では、直流電源の両端間に
スイッチング素子を介して一次側が接続されたスイッチ
ングトランスと、スイッチングトランスの二次側に接続
された平滑回路とを備え、スイッチングトランスの一次
側と二次側との巻線方向を同じ方向とした1石式のフォ
ワードコンバータからなるDC−DCコンバータにおい
て、スイッチングトランスは、コアと、一次巻線と、コ
アの孔に嵌め込まれた板金製の導電体からなる二次巻線
とをそれぞれ具備した複数のトランスユニットからな
り、複数のコアを、隣接する別のコアとの間に隙間を開
けた状態で配列し、各コアに対応して設けた一次巻線を
電気的に直列に接続するとともに、各コアに対応して設
けた導電体を電気的に直列に接続したことを特徴として
いる。一次側と二次側との巻線方向が同じ方向になるよ
うな一石式のフォワードコンバータでは、スイッチング
素子のオフ期間において、スイッチングトランスの一次
巻線にオン時と逆方向の電流を流すことにより、スイッ
チングトランスの磁気飽和を防止するリセット回路が必
要になるが、複数のコアを配列する際に隣接するコアと
の間に隙間を開けることによって漏れインダクタンスを
発生させ、一次巻線とコアとの間に存在する浮遊キャパ
シタンスと漏れインダクタンスとで共振回路を構成し、
スイッチング素子のオフ時に共振現象によってオン期間
に流れる電流と逆方向の電流を流しているので、リセッ
ト回路を設けることなく、スイッチングトランスの磁気
飽和を防止することができ、回路構成を簡略化したDC
−DCコンバータを実現できる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。
【0019】(実施形態1)本発明に係るスイッチング
トランスの一実施形態を図1(a)(b)を参照して説
明する。
【0020】このスイッチングトランスAは、角孔状の
貫通孔2が貫設された筒状の磁性材料からなるコア1
と、互いに電気的に絶縁され、コア1の貫通孔2内にそ
れぞれ挿通される一次巻線3と二次巻線4とで構成され
る。
【0021】一次巻線3は1本の導線からなり、コア1
の貫通孔2を貫通させることによって、1ターンの一次
巻線が構成される。
【0022】また、二次巻線4は板金製の導電体からな
り、貫通孔2の一つの内側面の略全面を覆うようにして
貫通孔2の内部に挿通され、貫通孔2の両端から外側へ
それぞれ突出する端子片4b,4cを一方向に折り曲げ
ることによって断面コ字形に形成され、中央片4aを貫
通孔2内に挿通した状態でコア1に取り付けられてい
る。
【0023】図2は上述したスイッチングトランスAの
等価回路を模式的に示す図であり、コア1に対して一次
巻線3と二次巻線4とが1ターンずつ巻回されている。
このように、本実施形態のスイッチングトランスAで
は、板金製の導電体をコア1の貫通孔2に挿通し、その
両端部を折り曲げることによって、二次巻線4を形成し
ており、導電体をコア1の孔に嵌め込んでいるだけなの
で、平角巻線をコア1に巻回する場合に比べて組立が簡
単で、製造コストを安価にでき、且つ、コア1の形状も
簡単にできる。また、二次巻線4を板金製の導電体で構
成しているので、二次巻線4の電流容量を平角巻線の場
合と同等に大きくでき、大電流が流れる場合にも対応で
きる。
【0024】尚、このスイッチングトランスAを高周波
領域で使用するような場合には、コア1と二次巻線4と
を絶縁する必要があるが、このような場合はコア1又は
二次巻線4の何れかを予め絶縁コーティングしておけば
良い。
【0025】また、本実施形態では角筒状のコア1の貫
通孔2に二次巻線4を嵌め込んでいるが、コア1及び二
次巻線4の形状を上記の形状に限定する趣旨のものでは
なく、コア1の孔に板金製の導電体からなる二次巻線4
を嵌め込んでいるのであれば、コア1や二次巻線4の形
状はどのような形状でも良い。
【0026】(実施形態2)本発明に係るスイッチング
トランスの一実施形態を図3(a)〜(d)を参照して
説明する。
【0027】実施形態1では導電材料の帯板の両端部を
折り曲げることによって、中央片4aの両端部に、中央
片4aと略直交する方向へ突出する端子片4b,4cが
突設された断面コ字形の二次巻線4を形成しているが、
本実施形態では、図3(a)〜(d)に示すように、直
方体を展開したような形状の板金(導電体)を図3
(a)の破線B1に沿って略直角に折り曲げることによ
り形成される角筒部5aと、角筒部5aの一面の長手方
向における一端部から連続一体に延設された端子片5b
と、端子片5bが延設された面と対向する面における端
子片5bと反対側の端部から連続一体に延設された端子
片5cとで二次巻線5を構成している。ここで、角筒部
5aの縦、横の寸法はコア1の貫通孔2よりも若干小さ
い寸法に形成されており、角筒部5aを貫通孔2に挿通
すると、角筒部5aによって貫通孔2の内側面の略全面
が覆われる。また、角筒部5aの全長はコア1の全長と
略同じ寸法に形成されている。
【0028】そして、この二次巻線5は、板金に折曲加
工を施して角筒部5aを形成した状態で、コア1の貫通
孔2内に挿通され(図3(b)参照)、貫通孔2の両端
部から外側に突出する端子片5b,5cをそれぞれ外側
に折り曲げることによって、コア1に嵌め込まれる(図
3(c)参照)。そして、二次巻線5の角筒部5a内
に、導電線からなる一次巻線3を挿通することにより、
スイッチングトランスAが構成される(図3(d)参
照)。
【0029】本実施形態においても、板金を折り曲げて
形成した角筒部5aをコア1の貫通孔2に挿通し、角筒
部5aの2つの面からそれぞれ連続一体に延設された端
子片5b,5cを折り曲げることによって、二次巻線5
を形成しており、板金製の導電体からなる二次巻線5を
コア1に嵌め込んでいるだけなので、コア1に平角巻線
を巻回する場合に比べて組立が簡単で、製造コストを安
価にでき、且つ、コア1の形状も簡単にできる。また、
二次巻線5に板金製の導電体を用いているので、二次巻
線5の電流容量を平角巻線の場合と同等に大きくでき、
大電流が流れる場合にも対応できる。
【0030】尚、このスイッチングトランスAを高周波
領域で使用するような場合には、コア1と二次巻線5と
を絶縁する必要があるが、このような場合はコア1又は
二次巻線5の何れかを予め絶縁コーティングしておけば
良い。
【0031】また、本実施形態では角筒状のコア1の貫
通孔2に二次巻線5を嵌め込んでいるが、コア1及び二
次巻線5の形状を上記の形状に限定する趣旨のものでは
なく、コア1の孔に板金製の導電体からなる二次巻線5
を嵌め込んでいるのであれば、コア1や二次巻線5の形
状はどのような形状でも良い。
【0032】(実施形態3)本発明に係るスイッチング
トランスの一実施形態を図4(a)(b)を参照して説
明する。
【0033】本実施形態では、実施形態2で説明したス
イッチングトランスAのコア1を4個、各コア1に設け
た貫通孔2が互いに連通し、且つ、各貫通孔2に挿通さ
れた二次巻線5の一方の端子片5bが図4(a)中の左
上側に位置すると共に、他方の端子片5cが同図中の右
下側に位置するように配列する。そして、左側の2個の
コア1,1にそれぞれ取り付けられた二次巻線5,5の
各一対の端子片5b,5cは、コア1の上下面で折り返
され、導電材料からなる接続板6,7を介して電気的に
接続されている。同様に、右側の2個のコア1,1にそ
れぞれ挿通された二次巻線5,5の各一対の端子片5
b,5cも、コア1の上下面で折り返され、導電材料か
らなる接続板6,7を介して電気的に接続されている。
そして、4個のコア1の上下両面に固定ベース8,9を
それぞれ取り付け、4個のコア1を1列に並べた状態で
固定する。尚、固定ベース8には各接続板6,6の表面
を露出させる窓孔8a,8aが開口している。また、固
定ベース9にも各接続板7,7に対応する部位に窓孔9
a,9aが開口しており、接続板7,7を窓孔9a,9
a内に挿通した状態で固定ベース9に取り付けられる。
【0034】このように、複数個のコア1にそれぞれ挿
通された複数個の二次巻線5の端子片5b,5cを接続
板6、7を介して互いに接続することにより、スイッチ
ングトランスAの二次側の出力容量(コア容量)を大き
くできる。また、コア1とコア1に対応して設けた一次
巻線3及び二次巻線5とを一つのトランスユニットとし
て、各トランスユニットの二次巻線5の端子片5b,5
cを互いに接続することによって、スイッチングトラン
スの出力容量を変化させることができ、所望の出力容量
が得られるように接続するユニットの数を変更すれば、
出力容量の変更などにも容易に対応できる。
【0035】尚、本実施形態では実施形態2で説明した
スイッチングトランスAを例に説明を行ったが、実施形
態1で説明したスイッチングトランスAを複数個並べ、
各コア1に設けた二次巻線4の端子片4b,4cを互い
に接続することによって、出力容量を変化させることが
でき、また接続するユニットの数を変更することによっ
て、形状や出力容量などの仕様の変更にも容易に対応で
きる。
【0036】(実施形態4)本発明に係るスイッチング
トランスの一実施形態を図5及び図6を参照して説明す
る。
【0037】本実施形態では、実施形態2で説明したス
イッチングトランスAにおいて、コア1の外側を覆って
コア1から漏洩するノイズをシールドするシールド部5
e(シールド部材)を、二次巻線5と連続一体に設けて
いる。
【0038】二次巻線5は、略平板状の板金を図6中の
破線B2に沿って略直角に折り曲げることにより形成さ
れ、コア1に設けた貫通孔2の内面に沿って取り付けら
れる角筒部5aと、角筒部5aの一面の長手方向におけ
る一端部に連結片5dを介して連結され、同図中の破線
B3に沿って略直角に折り曲げることにより筒状に形成
され、コア1の表面に沿って配置されるシールド部5e
と、角筒部5aの一面の長手方向における他端部から連
続一体に延設された端子片5bと、コア1に取り付けた
状態で端子片5bが延設された角筒部5aの面に対し貫
通孔2を挟んで反対側に位置するシールド部5eの面の
端子片5b側の端部から連続一体に延設された端子片5
cとで構成される。
【0039】この二次巻線5をコア1に取り付ける場合
は、板金を破線B2に沿って略直角に山折りすることに
より角筒部5aを形成した後、破線B4に沿って略直角
に谷折りし、さらに破線B3に沿って谷折りすることに
よりシールド部5eを形成する。そして、角筒部5aを
貫通孔2内に挿通するとともに、シールド部5eをコア
1の外側に被せるようにして、二次巻線5をコア1に取
り付けた後、角筒部5aの一面から連続一体に延設され
た端子片5bを破線B5に沿って谷折りするとともに、
シールド部5eの一面から連続一体に延設された端子片
5cを破線B6に沿って山折りし、角筒部5aの内部に
導電線からなる一次巻線3を挿通することによって、ス
イッチングトランスAの組立が完了する。
【0040】ところで、実施形態1〜3ではコア1を磁
性材料により角筒状に形成しているが、コア1の形状を
上記の形状に限定するものではなく、図7に示すように
断面コ字形のC形コア10と、C形コア10の両脚片1
0aの先端間に橋架される平板状のI形コア11とを貼
り合わせてコア1を形成しても良い。このように、C形
コア10とI形コア11とでコア1を構成した場合、C
形コア10とI形コア11との接合部位にできるギャッ
プから電磁ノイズが漏洩するが、本実施形態ではシール
ド部5eでコア1の外側を覆っているので、C形コア1
0とI形コア11との間のギャップから漏洩する電磁ノ
イズをシールドすることができる。
【0041】なお、本実施形態のスイッチングトランス
Aにおいても、実施形態3と同様、図8に示すように、
複数個(例えば4個)のコア1を、各コア1に設けた貫
通孔2が互いに連通するように配置し、左側の2個のコ
ア1,1にそれぞれ取り付けられた二次巻線5,5の各
一対の端子片5b,5cを接続板6,7を介してそれぞ
れ電気的に接続するとともに、右側の2個のコア1,1
にそれぞれ取り付けられた二次巻線5,5の各一対の端
子片5b,5cを接続板6,7を介してそれぞれ電気的
に接続し、4個のコア1の上下両面に固定ベース8,9
を取り付けることによって、複数のトランスユニットを
電気的に接続しても良く、所望の出力容量が得られるよ
うに接続する二次巻線5の数を変更すれば、出力容量な
どの電気的仕様の変更にも容易に対応できる。
【0042】(実施形態5)本発明に係るスイッチング
トランスの一実施形態を図9を参照して説明する。
【0043】上述した実施形態4のスイッチングトラン
スAでは、二次巻線5が取り付けられた複数個のコア1
を剛体の固定ベース8,9に固定して接続しているのに
対して、本実施形態では接続手段としての固定ベース
8’,9’をエラストマー等の可撓性及び導電性を有す
る合成高分子材料で形成しており、この固定ベース
8’,9’に各二次巻線5の端子片5b,5cを電気的
且つ機械的に接続し、各二次巻線5の間を電気的に接続
している。
【0044】このように、固定ベース8’,9’をエラ
ストマー等の可撓性を有する高分子材料で形成している
ので、図9に示すように、固定ベース8’,9’に力を
加えて、固定ベース8’,9’を撓ませることができ、
所望の形状に変形させた状態で使用することができる。
したがって、スイッチングトランスAの取付場所の形状
に合わせて、固定ベース8’,9’を変形させることが
できるから、取付場所の自由度が高くなり、形状につい
ての多様な仕様に対応できるという利点がある。
【0045】尚、上述した実施形態3のスイッチングト
ランスAにおいて、本実施形態と同様に、固定ベース
8,9をエラストマーなどの可撓性を有する合成高分子
材料で形成しても良く、上述と同様の利点が得られる。
【0046】(実施形態6)本発明に係るスイッチング
トランスの一実施形態を図10(a)(b)を参照して
説明する。
【0047】上述した実施形態3のスイッチングトラン
スAでは、二次巻線5が取り付けられた2個のコア1
を、各二次巻線5の端子片5b,5cを互いに電気的に
接続することによってユニット化しているのであるが、
この場合、図10(a)に示すように二次巻線5,5の
上側の端子片5b,5bを接続板6を介して電気的に接
続するとともに、下側の端子片5c,5cを接続板7を
介して電気的に接続している。すなわち、2個の二次巻
線5を並列的に接続しているので、図10(b)の原理
図に示すように二次側の巻数をトランスユニットの連結
数に応じて増やすことができ、コア容量もトランスユニ
ットの連結数に応じて増やすことができる。したがっ
て、トランスユニットの連結数を変更することによって
二次側の巻線や出力容量(コア容量)などの仕様の変更
にも容易に対応することができる。
【0048】(実施形態7)本発明に係るスイッチング
トランスの一実施形態を図11(a)(b)を参照して
説明する。
【0049】上述した実施形態6のスイッチングトラン
スAでは、2個の二次巻線5を並列的に接続しているの
に対して、本実施形態では、図11(a)に示すよう
に、2個のコア1,1にそれぞれ取り付けられた二次巻
線5,5の下側の端子片5c,5cを接続板7を介して
電気的に接続しており、2個の二次巻線5,5を直列的
に接続している。したがって、図11(b)の原理図に
示すように、1ターン当たりのコア容量をトランスユニ
ットの連結数に応じて増やすことができ、トランスユニ
ットの連結数を変更することによって、コア容量などの
仕様の変更にも容易に対応することができる。
【0050】(実施形態8)本発明に係るスイッチング
トランスの一実施形態を図12及び図13を参照して説
明する。
【0051】上述した各実施形態のスイッチングトラン
スAでは導線からなる一次巻線3を用いているが、本実
施形態では、導電性を有する成形材料により長尺の棒状
に形成された導電部3aと、絶縁性を有する成形材料に
より形成され導電部3aの外周面を被覆する外被部3b
とで一次巻線3を構成しており、導電部3aと外被部3
bとを同時成形することによって一次巻線3を作製して
いる。尚、一次巻線3以外の構成は実施形態1〜7と同
様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し
て、図示及び説明は省略する。また、図13(a)
(b)では図示を簡単にするため、二次巻線5を省略し
て図示してある。
【0052】一次巻線3を樹脂成形により作製する場
合、一次巻線3の形状を任意の形状に形成することがで
き、例えば一次巻線3の形状を図13(a)に示すよう
に直線形状としたり、図13(b)に示すようにS字状
に蛇行するような形状に形成することができる。したが
って、複数個のコア1を貫通孔2の貫通方向が略平行と
なるように配列して、各コア1の貫通孔2内に一次巻線
3を挿通させるような場合にも、一次巻線3の形状自体
をS字状に蛇行するような形状とすることによって、各
コア1の貫通孔2に一次巻線3を通すだけで良く、組立
作業の作業性が向上する。また、導電部3aと外被部3
bとを同時成形することによって一次巻線3を作製して
いるので、一次巻線3を作製するのと同時に導電部3a
の絶縁処理を行えるという利点がある。
【0053】(実施形態9)上述した実施形態1〜8の
スイッチングトランスを用いるDC−DCコンバータの
一実施形態を図14〜図16を参照して説明する。
【0054】図14は一石式のフォワードコンバータの
基本的な回路構成を示す回路図であり、このフォワード
コンバータは、直流電源Eと、直流電源Eの出力端子間
にスイッチング素子SWを介して一次巻線が接続された
スイッチングトランスAと、スイッチングトランスAの
二次側の出力を平滑する平滑回路20と、平滑回路20
の出力が供給される負荷21と、スイッチング素子SW
のオン/オフを制御する駆動回路22とで構成される。
【0055】また平滑回路20は、スイッチングトラン
スAの二次巻線の巻始め側の端部にアノードが接続され
たダイオードD1と、ダイオードD1のカソードと二次
巻線の巻終わり側の端部との間に接続されたインダクタ
L1及びコンデンサC1の直列回路と、ダイオードD1
及びインダクタL1の接続点にカソードが接続されると
共に、二次巻線の巻終わり側の端部にアノードが接続さ
れたダイオードD2とで構成され、コンデンサC1の両
端間に負荷21が接続されている。尚、本回路は従来周
知の回路構成であるから、その動作については説明を省
略する。
【0056】ところで、従来の一石式のフォワードコン
バータでは、スイッチングトランスの磁気飽和を防止す
るために別途リセット回路を設けており、そのために回
路構成が複雑になるという問題があった。
【0057】そこで、本実施形態ではスイッチングトラ
ンスAを、図15(a)に示すように、コア1と一次巻
線3と二次巻線(図示せず)とをそれぞれ具備した複数
のトランスユニットで構成しており、二次巻線が嵌め込
まれた複数個(本実施形態では例えば4個)のコア1
を、隣接するコア1との間に隙間Gを開けた状態で、貫
通孔2が連通するように一列に並べ、各コア1の貫通孔
2に導線からなる一次巻線3を挿通している。そして、
各コア1に嵌め込まれた二次巻線(図示せず)を直列的
に接続するとともに、各コア1に設けられた一次巻線3
を直列接続している。尚、図15(a)では図示を簡単
にするため、二次巻線を省略して図示してある。
【0058】ここで、複数個のコア1は隣接するコア1
との間に隙間Gを開けた状態で一列に配列されているの
で、隣接するコア1の間に漏れインダクタンスが生じ、
一次巻線3とコア1との間に存在する浮遊キャパシタン
スと上述の漏れインダクタンスとで共振回路が構成され
る。したがって、図16に示すように、スイッチング素
子SWのターンオフ時に共振電流が流れ、オン期間に流
れる電流と逆方向の電流がスイッチングトランスAの一
次側に一瞬流れるため、別途リセット回路23を設ける
ことなく、スイッチングトランスAの磁気飽和を防止す
ることができ、回路構成を簡略化できる。
【0059】尚、直列的に接続された複数個のコア1の
間に隙間Gを設ければ、隣接するコア1の間に漏れイン
ダクタンスが生じるので、図15(b)に示すように、
二次巻線の嵌め込まれた複数個(本実施形態では例えば
4個)のコア1を、隣接するコア1との間に隙間Gを開
けた状態で、貫通孔2の貫通方向が略平行になるように
して一列に並べ、各コア1の貫通孔2内に導線からなる
一次巻線3を挿通し、各コア1に取り付けられた二次巻
線(図示せず)を直列的に接続しても良い。この場合
も、上述と同様に、コア1の漏れインダクタンスと、コ
ア1と一次巻線3との間の浮遊キャパシタンスとで共振
回路が構成され、スイッチング素子SWのターンオフ時
に、共振現象によってオン期間に流れる電流と逆方向の
電流がスイッチングトランスAの一次側に一瞬流れるた
め、リセット回路23なしでもスイッチングトランスA
の磁気飽和を防止できる。尚、図15(b)でも図示を
簡単にするため、二次巻線を省略して図示してある。
【0060】
【発明の効果】上述のように、請求項1の発明は、磁性
材料からなるコアと、一次巻線と、コアの孔に嵌め込ま
れた板金製の導電体からなる二次巻線と、を備えて成る
ことを特徴とし、二次巻線を板金製の導電体で構成して
いるので、出力容量を大きくでき、しかも導電体をコア
の孔に嵌め込んでいるだけなので、平角巻線をコアに巻
回する場合に比べて組立の手間が簡単になり、コストダ
ウンが図れるという効果がある。
【0061】請求項2の発明は、請求項1記載の発明に
おいて、コアの外側を覆ってコアから漏洩する電磁ノイ
ズをシールドするシールド部材を設け、このシールド部
材を導電体と連続一体に形成したことを特徴とし、シー
ルド部材によりコアから漏出する電磁ノイズを抑制し
て、ノイズの低減を図ることができ、且つ、シールド部
材は導電体と一体的に形成されているので、部品数が増
えることは無く、組立の手間が増えるのを防止できると
いう効果がある。
【0062】請求項3の発明は、請求項1記載の発明に
おいて、コアを複数備え、各コアに対応して設けた複数
の導電体を電気的に接続する接続手段を設け、該接続手
段を可撓性を有する導電材料で形成したことを特徴と
し、可撓性を有する導電材料で接続手段を形成している
ので、二次巻線の形状を所望の形状に形成することがで
き、スイッチングトランスの取付場所の自由度が向上す
るという利点がある。
【0063】請求項4の発明は、請求項1記載の発明に
おいて、コアを複数備え、各コアに対応して設けた複数
の導電体を電気的に直列に接続したことを特徴とし、複
数のコアにそれぞれ取り付けられた二次巻線を直列接続
することによって、新たにスイッチングトランスを作製
することなく、巻線や出力容量(コア容量)などの電気
的仕様の変更に容易に対応できるという効果がある。
【0064】請求項5の発明は、請求項1記載の発明に
おいて、コアを複数備え、各コアに対応して設けた複数
の導電体を電気的に並列に接続したことを特徴とし、複
数のコアにそれぞれ取り付けられた二次巻線を並列接続
することによって、新たにスイッチングトランスを作製
することなく、巻線や出力容量(コア容量)などの電気
的仕様の変更に容易に対応できるという効果がある。
【0065】請求項6の発明は、請求項1記載の発明に
おいて、一次巻線を、導電性を有する成形材料により長
尺の棒状に形成された導電部と、絶縁性を有する成形材
料により形成され導電部の外側を被覆する外被部とで構
成したことを特徴とし、一次巻線を樹脂成形により形成
しているので、所望の形状の一次巻線を形成することが
でき、且つ、導電部の外側を外被部で覆っているので、
外被部でコアと一次巻線との絶縁を図ることができると
いう効果がある。
【0066】請求項7の発明は、請求項1記載の発明に
おいて、コアを複数備え、複数のコアを隣接する別のコ
アとの間に隙間を開けた状態で配列し、各コアに対応し
て設けた一次巻線を電気的に直列に接続するとともに、
各コアに対応して設けた複数の導電体を電気的に直列に
接続したことを特徴とし、隣接するコアとの間に隙間を
開けることによって漏れインダクタンスが発生するか
ら、一次巻線とコアとの間に存在する浮遊キャパシタン
スと漏れインダクタンスとで共振回路を構成することが
できるという効果がある。また、このスイッチングトラ
ンスを用いて一次側と二次側との巻線方向が同じ方向に
なるような一石式のフォワードコンバータを構成する場
合、一石式のフォワードコンバータでは、スイッチング
素子のオフ期間において、スイッチングトランスの一次
巻線にオン時と逆方向の電流を流すことにより、スイッ
チングトランスの磁気飽和を防止するリセット回路が必
要になるが、複数のコアを配列する際に隣接するコアと
の間に隙間を開けることによって漏れインダクタンスを
発生させ、一次巻線とコアとの間に存在する浮遊キャパ
シタンスと漏れインダクタンスとで共振回路を構成して
いるので、共振現象によってスイッチング素子のオフ期
間にオン期間と逆向きの電流が一次巻線に流れるから、
別途リセット回路を設けることなくスイッチングトラン
スの磁気飽和を防止することができ、DC−DCコンバ
ータの回路構成を簡略化できるという効果がある。
【0067】請求項8の発明は、直流電源の両端間にス
イッチング素子を介して一次側が接続されたスイッチン
グトランスと、スイッチングトランスの二次側に接続さ
れた平滑回路とを備え、スイッチングトランスの一次側
と二次側との巻線方向を同じ方向とした1石式のフォワ
ードコンバータからなるDC−DCコンバータにおい
て、スイッチングトランスは、コアと、一次巻線と、コ
アの孔に嵌め込まれた板金製の導電体からなる二次巻線
とをそれぞれ具備した複数のトランスユニットからな
り、複数のコアを、隣接する別のコアとの間に隙間を開
けた状態で配列し、各コアに対応して設けた一次巻線を
電気的に直列に接続するとともに、各コアに対応して設
けた導電体を電気的に直列に接続したことを特徴として
いる。一次側と二次側との巻線方向が同じ方向になるよ
うな一石式のフォワードコンバータでは、スイッチング
素子のオフ期間において、スイッチングトランスの一次
巻線にオン時と逆方向の電流を流すことにより、スイッ
チングトランスの磁気飽和を防止するリセット回路が必
要になるが、複数のコアを配列する際に隣接するコアと
の間に隙間を開けることによって漏れインダクタンスを
発生させ、一次巻線とコアとの間に存在する浮遊キャパ
シタンスと漏れインダクタンスとで共振回路を構成し、
スイッチング素子のオフ時に共振現象によってオン期間
に流れる電流と逆方向の電流を流しているので、リセッ
ト回路を設けることなく、スイッチングトランスの磁気
飽和を防止することができ、回路構成を簡略化したDC
−DCコンバータを実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1のスイッチングトランスを示し、
(a)は外観斜視図、(b)は側面である。
【図2】同上のスイッチングトランスの原理図である。
【図3】実施形態2のスイッチングトランスを示し、
(a)は二次巻線部の展開図、(b)は二次巻線部をコ
アへ組み込む前の状態の説明図、(c)は二次巻線部を
コアに組み込んだ状態の側面図、(d)は完成状態の外
観斜視図である。
【図4】実施形態3のスイッチングトランスを示し、
(a)は分解斜視図、(b)は外観斜視図である。
【図5】実施形態4のスイッチングトランスに用いる二
次巻線部をコアに組み込んだ状態の斜視図である。
【図6】同上に用いる二次巻き線部の展開図である。
【図7】同上に用いるコアの斜視図である。
【図8】同上を複数個連結してブロック化した状態の外
観斜視図である。
【図9】実施形態5のスイッチングトランスの外観斜視
図である。
【図10】実施形態6のスイッチングトランスを示し、
(a)は外観斜視図、(b)はその原理図である。
【図11】実施形態7のスイッチングトランスを示し、
(a)は外観斜視図、(b)はその原理図である。
【図12】実施形態8のスイッチングトランスに用いる
一次巻線の断面図である。
【図13】(a)(b)は同上に用いる一次巻線をコア
に挿通した状態の説明図である。
【図14】一石式のフォワードコンバータの基本構成を
示す回路図である。
【図15】(a)(b)は同上に用いるスイッチングト
ランスのコアに一次巻線を挿通した状態の説明図であ
る。
【図16】同上に用いるスイッチングトランスの一次電
流の波形図である。
【図17】従来の一石式のフォワードコンバータの回路
図である。
【図18】従来の別の一石式のフォワードコンバータの
回路ブロック図である。
【符号の説明】
A スイッチングトランス 1 コア 2 貫通孔 3 一次巻線 4 二次巻線 4a 中央片 4b,4c 端子片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 31/00 M Fターム(参考) 5E043 AB02 BA01 5E044 CA01 DA07 5H730 AA02 AA15 BB23 ZZ16

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁性材料からなるコアと、一次巻線と、前
    記コアの孔に嵌め込まれた板金製の導電体からなる二次
    巻線と、を備えて成ることを特徴とするスイッチングト
    ランス。
  2. 【請求項2】前記コアの外側を覆って前記コアから漏洩
    する電磁ノイズをシールドするシールド部材を設け、こ
    のシールド部材を前記導電体と連続一体に形成したこと
    を特徴とする請求項1記載のスイッチングトランス。
  3. 【請求項3】前記コアを複数備え、前記各コアに対応し
    て設けた複数の前記導電体を電気的に接続する接続手段
    を設け、該接続手段を可撓性を有する導電材料で形成し
    たことを特徴とする請求項1記載のスイッチングトラン
    ス。
  4. 【請求項4】前記コアを複数備え、前記各コアに対応し
    て設けた複数の前記導電体を電気的に直列に接続したこ
    とを特徴とする請求項1記載のスイッチングトランス。
  5. 【請求項5】前記コアを複数備え、前記各コアに対応し
    て設けた複数の前記導電体を電気的に並列に接続したこ
    とを特徴とする請求項1記載のスイッチングトランス。
  6. 【請求項6】前記一次巻線を、導電性を有する成形材料
    により長尺の棒状に形成された導電部と、絶縁性を有す
    る成形材料により形成され前記導電部の外側を被覆する
    外被部とで構成したことを特徴とする請求項1記載のス
    イッチングトランス。
  7. 【請求項7】前記コアを複数備え、複数の前記コアを隣
    接する別のコアとの間に隙間を開けた状態で配列し、前
    記各コアに対応して設けた一次巻線を電気的に直列に接
    続するとともに、前記各コアに対応して設けた複数の前
    記導電体を電気的に直列に接続したことを特徴とする請
    求項1記載のスイッチングトランス。
  8. 【請求項8】直流電源の両端間にスイッチング素子を介
    して一次側が接続されたスイッチングトランスと、前記
    スイッチングトランスの二次側に接続された平滑回路と
    を備え、前記スイッチングトランスの一次側と二次側と
    の巻線方向を同じ方向とした1石式のフォワードコンバ
    ータからなるDC−DCコンバータにおいて、前記スイ
    ッチングトランスは、コアと、一次巻線と、前記コアの
    孔に嵌め込まれた板金製の導電体からなる二次巻線とを
    それぞれ具備した複数のトランスユニットからなり、複
    数の前記コアを、隣接する別のコアとの間に隙間を開け
    た状態で配列し、前記各コアに対応して設けた前記一次
    巻線を電気的に直列に接続するとともに、前記各コアに
    対応して設けた前記導電体を電気的に直列に接続したこ
    とを特徴とするDC−DCコンバータ。
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