JP2004112991A - Switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は産業用や民生用の電子機器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置に関するものである。 The present invention relates to a switching power supply that supplies a stabilized DC voltage to industrial and consumer electronic devices.
近年、電子機器の小型化に伴い、スイッチング電源装置に用いられるトランス等の磁性部品の小型化・薄型化が強く求められている。このような要求に対応するため、スイッチング電源装置のトランス巻線としては導線をスパイラル状に巻いたコイル、薄い導体を打ち抜いたスパイラル状コイルを用いて、それぞれのコイルを同一の種類又は複合させて積層した積層トランスが用いられている。 In recent years, as electronic devices have become smaller, there has been a strong demand for smaller and thinner magnetic components such as transformers used in switching power supply devices. In order to respond to such demands, as the transformer winding of the switching power supply device, a coil in which a conductive wire is spirally wound and a spiral coil in which a thin conductor is punched out are used, and each coil is of the same type or combined. A laminated laminated transformer is used.
以下、従来例のスイッチング電源装置について図6を用いて説明する。
図6は従来例のスイッチング電源装置で、図6(a)はフルブリッジコンバータの回路構成図、図6(b)はそのトランスの巻線部の断面図、図6(c)はその巻線部の巻線の1つであるスパイラル状コイルの外形図である。
図6(a)のスイッチング電源装置は、入力直流電源1、入力端子2a−2b、トランス3、第1のスイッチング素子4、第2のスイッチング素子5、第3のスイッチング素子6、第4のスイッチング素子7、第1の整流ダイオード8a、第2の整流ダイオード8b、インダクタンス素子9、平滑コンデンサ10、出力端子11a−11b、負荷12、制御回路20を有する。尚、G1、G2、G3、G4は制御回路20が発するターンオン信号を示している。
入力直流電源1は入力端子2a−2bに接続され、電源電圧Vinを供給する。
第1のスイッチング素子4と第2のスイッチング素子5は直列接続され、入力端子2a−2bに接続される。第3のスイッチング素子6と第4のスイッチング素子7は直列接続され、入力端子2a−2bに接続される。
Hereinafter, a conventional switching power supply device will be described with reference to FIG.
6A and 6B show a conventional switching power supply device. FIG. 6A is a circuit configuration diagram of a full-bridge converter, FIG. 6B is a cross-sectional view of a winding portion of the transformer, and FIG. FIG. 4 is an external view of a spiral coil that is one of the windings of the section.
6A includes an input
The input
The first switching element 4 and the
1次巻線3aの一端は第1のスイッチング手段4と第2のスイッチング手段5との接続点に接続され、他端は第3のスイッチング手段6と第4のスイッチング手段7との接続点に接続される。第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cとは、直列に接続されている。1次巻線3aと第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cの巻数比はN:1:1となっている(Nは、任意の正数である。)。
第1の整流ダイオード8aのアノードは、トランス3の第1の2次巻線3bの一端と接続され、第2の整流ダイオード8bのアノードは、第2の2次巻線3cの一端に接続されている。両整流ダイオードのカソードは互いに接続されている。第1の2次巻線3bの他端及び第2の2次巻線3cの他端は互いに接続され、出力端子11bに接続されている。
One end of the primary winding 3a is connected to a connection point between the first switching means 4 and the second switching means 5, and the other end is connected to a connection point between the third switching means 6 and the fourth switching means 7. Connected. The first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c are connected in series. The turns ratio of the primary winding 3a, the first secondary winding 3b, and the second secondary winding 3c is N: 1: 1 (N is an arbitrary positive number).
The anode of the first rectifier diode 8a is connected to one end of the first secondary winding 3b of the
インダクタンス素子9と平滑コンデンサ10は直列に接続され、平滑回路を構成している。インダクタンス素子9の一端は、第1の整流ダイオード8aのカソードと第2の整流ダイオード8bのカソードとの接続点に接続され、その他端は、出力端子11aに接続されている。平滑コンデンサ10の一端は出力端子11aに接続され、その他端は第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cとの接続点(出力端子11b)に接続されている。
平滑コンデンサ10は、静電容量が十分大きく、トランス3の2次巻線に発生する電圧を整流平滑する。平滑コンデンサ10の両端の電圧Vout(11a−11b間の電圧)が出力電圧となる。
12は負荷であり、出力端子11a−11bに接続され、電力を消費する。
20は制御回路であり、出力直流電圧Voutを安定化すべくターンオン信号G1からG4を出力することにより、第1のスイッチング素子4と第2のスイッチング素子5と第3のスイッチング素子6と第4のスイッチング素子7とを所定のオンオフ比で駆動する。
The inductance element 9 and the
The
A load 12 is connected to the
トランス3について、図6(b)、図6(c)を用いて詳細に説明する。図6(b)はトランス巻線部の断面図、図6(c)はスパイラル状コイルの外形図である。
図6(b)に示すようにトランス3は、第1の1次コイル3a1、第2の1次コイル3a2、第3の1次コイル3a3、第4の1次コイル3a4と、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第3の2次コイル3b2、第4の2次コイル3c2を有する。
第1の1次コイル3a1と第2の1次コイル3a2と第3の1次コイル3a3と第4の1次コイル3a4は直列接続され、図6(a)の1次巻線3aを構成する。第1の2次コイル3b1と第3の2次コイル3b2は直列接続され、図6(a)の第1の2次巻線3bを構成し、第2の2次コイル3c1と第4の2次コイル3c2は直列接続され、図6(a)の第2の2次巻線3cを構成する。
各コイルの積層順序については上から、第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の1次コイル3a2、第3の2次コイル3b2、第3の1次コイル3a3、第2の2次コイル3c1、第4の1次コイル3a4、第4の2次コイル3c2の順に積層される。
このように積層することで、1次コイルと2次コイル間の磁気結合を高めることが可能になる。 図6(c)はトランス3の巻線部の巻線の1つの外形図である。
The
As shown in FIG. 6B, the
The first primary coil 3a1, the second primary coil 3a2, the third primary coil 3a3, and the fourth primary coil 3a4 are connected in series, and constitute the primary winding 3a of FIG. . The first secondary coil 3b1 and the third secondary coil 3b2 are connected in series to form the first secondary winding 3b of FIG. 6A, and the second secondary coil 3c1 and the fourth secondary coil 3c1 are connected to each other. The secondary coil 3c2 is connected in series and forms a second secondary winding 3c in FIG.
Regarding the stacking order of the coils, from the top, the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second primary coil 3a2, the third secondary coil 3b2, the third primary coil 3a3, The second secondary coil 3c1, the fourth primary coil 3a4, and the fourth secondary coil 3c2 are stacked in this order.
By laminating in this manner, it is possible to increase the magnetic coupling between the primary coil and the secondary coil. FIG. 6C is an external view of one of the windings of the winding part of the
以上のように構成されたスイッチング電源装置の動作について説明する。
図7に従来例のスイッチング電源装置の各部動作波形図を示す。図7において(a)は第1のスイッチング素子4のオンオフを制御する信号G1の電圧波形であり、(b)は第2のスイッチング素子5のオンオフを制御する信号G2の電圧波形である。(c)は第3のスイッチング素子6のオンオフを制御する信号G3の電圧波形であり、(d)は第4のスイッチング素子7のオンオフを制御する信号G4の電圧波形である。(e)はトランス3の1次巻線3aに印加される電圧Vpの波形である。(f)は第1の整流ダイオード8aに流れる電流Id1の波形であり、(g)は第2の整流ダイオード8bに流れる電流Id2の波形である。
The operation of the switching power supply configured as described above will be described.
FIG. 7 shows an operation waveform diagram of each part of the conventional switching power supply device. 7A shows a voltage waveform of a signal G1 for controlling on / off of the first switching element 4, and FIG. 7B shows a voltage waveform of a signal G2 for controlling on / off of the
図7に示されているように、従来例の電源装置ではスイッチング素子4及びスイッチング素子7が一組となり同時にオンし、スイッチング素子5及びスイッチング素子6が一組となり同時にオンする。それらは交互にオンとオフとを繰り返すことにより、トランス3の1次巻線3aには、Vinと−Vinの電圧が交互に印加される。
まず、制御回路20からのターンオン信号G2、G3により、第2のスイッチング素子5と第3のスイッチング素子6とが同時にオンすると、トランス3の1次巻線3aに−Vinの電圧が印加される。このとき、トランス3の第1の2次巻線3bに電圧−Vin/Nが発生し、第1の整流ダイオード8aは逆バイアスとなってオフし、第2の整流ダイオード8bは順バイアスとなってオンする。
As shown in FIG. 7, in the conventional power supply device, the switching element 4 and the
First, when the
次に制御回路20からのターンオン信号によりG2、G3が共にオフになった後、制御回路20からのターンオン信号G1、G4により、第1のスイッチング素子4と第4のスイッチング素子7とが同時にオンすると、トランス3の1次巻線3aに入力電圧Vinが印加される。このとき、トランス3の第1の2次巻線3bに電圧Vin/Nが発生し、第1の整流ダイオード8aは順バイアスとなってオンし、第2の整流ダイオード8bは逆バイアスとなってオフする。インダクタンス素子9にトランス3の第1の2次巻線3bに誘起された電圧に基づく電流を流す。
インダクタンス素子9に流れる電流は、直線的に増加する。このとき、トランス3の第1の2次巻線3bにはインダクタンス素子9に流れる電流が流れ、トランス3の1次巻線3aにはトランス3の巻数比倍(1/N倍)の電流が流れる。
第2のスイッチング素子5と第3のスイッチング素子6が共にオフすると、トランス3の1次巻線3aは開放され、トランス3の第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cの誘起電圧はゼロになる。トランス3の磁束の連続性を保つように、電流がトランス3の第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cに分流して流れる。今後、トランス2次巻線に電流が分流して流れる期間を分流期間と記述する。
Next, after both G2 and G3 are turned off by the turn-on signal from the
The current flowing through the inductance element 9 increases linearly. At this time, a current flowing through the inductance element 9 flows through the first secondary winding 3b of the
When both the
分流期間において、第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cに流れる電流により、第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cとの間の空間に強い磁界が発生する。分流期間においては、1次巻線3aは開放状態にあるため、1次巻線3a端子間では電流はゼロである。そのため、第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cとの間に位置している第3の1次コイル3a3の導体全体としての電流和はゼロになるようにその表面に、第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cにより生じる強い磁界のためにループ電流が誘起され、その誘起された電流により損失が発生するという問題点があった。
例えば通常の線をEIカットコアに巻いて1次巻線と2次巻線とを完全に分離した構成のトランスにおいては、1次巻線と2次巻線との間の平均距離が長いために、1次巻線と2次巻線との間で十分な磁気結合が得られないという問題点もあった。そこで、上記構成のトランスを用いたスイッチング電源装置は高い変換効率が得られないという問題点があった。
本発明は上記問題点を解決するものであり、1次巻線と2次巻線との間の磁気結合が高く損失の少ないトランスを用いた変換効率が高いスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
During the shunt period, the current flowing through the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c strongly influences the space between the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c. A magnetic field is generated. During the shunt period, the primary winding 3a is in an open state, so that the current is zero between the terminals of the primary winding 3a. For this reason, the surface of the third primary coil 3a3 located between the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c has a surface so that the current sum of the conductor as a whole becomes zero. The strong magnetic field generated by the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c induces a loop current, and the induced current causes a problem of loss.
For example, in a transformer having a structure in which an ordinary wire is wound around an EI cut core and a primary winding and a secondary winding are completely separated from each other, the average distance between the primary winding and the secondary winding is long. Another problem is that sufficient magnetic coupling cannot be obtained between the primary winding and the secondary winding. Therefore, the switching power supply device using the transformer having the above configuration has a problem that high conversion efficiency cannot be obtained.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a switching power supply having high conversion efficiency using a transformer having high magnetic coupling between a primary winding and a secondary winding and low loss. And
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項1に記載の発明は、少なくとも第1の1次コイル、第1の2次コイル、第2の2次コイル、第2の1次コイルを有し、前記第1の1次コイル、前記第1の2次コイル、前記第2の2次コイル、前記第2の1次コイルの順に積層され、前記第1の2次コイルの1端と前記第2の2次コイルの1端とを接続してセンタータップとして取りだした構成を有するトランスと、前記トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、前記トランスの前記センタータップと、前記第1の2次コイルの他端又は前記第2の2次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、出力電圧が一定になるように前記スイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置である。
た め In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations. The invention according to
請求項2に記載の発明は、少なくとも第1の1次コイル、第1の2次コイル、第2の2次コイル、第2の1次コイルを有し、前記第1の1次コイル、前記第1の2次コイル、前記第2の2次コイル、前記第2の1次コイルの順に積層された単位積層体と、少なくとも前記第1の1次コイル、前記第1の2次コイル、前記第2の2次コイル、前記第2の1次コイルを有し、前記第1の1次コイル、前記第2の2次コイル、前記第1の2次コイル、前記第2の1次コイルの順に積層された単位積層体と、の何れか一方を複数段に積層し、又は両方を組み合わせて複数段に積層し、複数の単位積層体をそれぞれ接続した前記第1の2次コイルの1端と前記第2の2次コイルの1端とを接続してセンタータップとして取りだした構成を有するトランスと、前記トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、前記トランスの前記センタータップと、複数の単位積層体をそれぞれ接続した前記第1の2次コイルの他端又は前記第2の2次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、前記整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、出力電圧が一定になるように前記スイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置である。
上下を逆にした単位積層体(例えば第2の1次コイル、第2の2次コイル、第1の2次コイル、第1の1次コイルの順になった単位積層体、又は第2の1次コイル、第1の2次コイル、第2の2次コイル、第1の1次コイルの順に積層された単位積層体)を含めて積層しても良い。
The invention according to claim 2 includes at least a first primary coil, a first secondary coil, a second secondary coil, and a second primary coil, wherein the first primary coil, A unit laminated body laminated in the order of a first secondary coil, the second secondary coil, the second primary coil, and at least the first primary coil, the first secondary coil, A second secondary coil, the second primary coil, wherein the first primary coil, the second secondary coil, the first secondary coil, and the second primary coil One end of the first secondary coil, in which one of the unit laminates sequentially stacked is stacked in a plurality of stages, or a combination of both is stacked in a plurality of stages, and the plurality of unit stacks are respectively connected. And a transformer connected to one end of the second secondary coil and taken out as a center tap. Switching means for alternately applying a voltage to the transformer in the positive and negative directions, the center tap of the transformer, and the other end of the first secondary coil to which a plurality of unit laminates are respectively connected or the second A rectifier for rectifying a voltage induced between the other end of the secondary coil, a smoother for smoothing a voltage of the rectifier, and a control for performing on / off control of the switching unit so that an output voltage is constant. And a switching power supply device.
A unit stack in which the unit stack is turned upside down (for example, a unit stack in the order of a second primary coil, a second secondary coil, a first secondary coil, a first primary coil, or a second 1 The primary coil, the first secondary coil, the second secondary coil, and the first primary coil may be laminated in this order.
請求項3に記載の発明は、前記トランスにおいて、1次コイル全てを直列接続することを特徴とするスイッチング電源装置である。 According to a third aspect of the present invention, in the switching power supply device, all the primary coils are connected in series in the transformer.
請求項4に記載の発明は、前記トランスにおいて、単位積層体に用いられる1次コイルを並列接続して並列接続体を構成し、前記並列接続体をおのおの直列接続することを特徴とするスイッチング電源装置である。 5. The switching power supply according to claim 4, wherein in the transformer, a primary coil used for a unit laminate is connected in parallel to form a parallel connection, and the parallel connection is connected in series. Device.
請求項5に記載の発明は、前記トランスにおいて、1次コイルおよび2次コイルは、絶縁基板上の導体パターンを施したプリント基板コイルで構成して多段に積層され、1次コイルおよび2次コイルはコイルパターン内端あるいは外端の接続部を介して接続されて巻線を構成することを特徴とするスイッチング電源装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the transformer, the primary coil and the secondary coil are composed of printed circuit board coils having a conductor pattern on an insulating substrate, and are stacked in multiple stages, and the primary coil and the secondary coil are provided. Is a switching power supply device characterized by being connected via a connection portion at an inner end or an outer end of a coil pattern to form a winding.
請求項6に記載の発明は、前記トランスにおいて、各層または全体で1次コイルおよび/または2次コイルの巻数を1ターンとすることを特徴とするスイッチング電源装置である。1ターンのコイルパターンを有するプリント基板(層)を積層し、全体を直列接続又または並列接続し、1次巻線および/または2次巻線を形成する。
例えば1次巻線への印加電圧が所定以上の高圧である場合、安全規格により1次巻線と2次巻線及びコアとの間に一定以上の沿面距離を確保しなければならない。コイルパターンが1ターンを超えると、コイルパターン内端にスルーホールを設ける必要がある。しかし、スルーホールを設けて、スルーホールと他のパターン又はコアとの間に一定以上の沿面距離を確保すると、トランスが大型化するという問題があった。本発明においては、基板上のコイルパターンを1ターンとした巻線については、コイルパターン内端にスルーホールを設ける必要がない。本発明によれば、小型且つ薄型のトランスを実現できる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the switching power supply device, the number of turns of the primary coil and / or the secondary coil in each layer or the whole of the transformer is one turn. A printed circuit board (layer) having a one-turn coil pattern is laminated, and the whole is connected in series or in parallel to form a primary winding and / or a secondary winding.
For example, when the voltage applied to the primary winding is a predetermined high voltage or more, it is necessary to ensure a certain creepage distance between the primary winding, the secondary winding, and the core according to safety standards. If the coil pattern exceeds one turn, it is necessary to provide a through hole at the inner end of the coil pattern. However, when a through-hole is provided to ensure a certain or more creepage distance between the through-hole and another pattern or core, there is a problem that the transformer becomes large. In the present invention, it is not necessary to provide a through hole at the inner end of the coil pattern for a winding in which the coil pattern on the substrate has one turn. According to the present invention, a small and thin transformer can be realized.
請求項7に記載の発明は、前記トランスにおいて、各層または全体で、一次コイルの巻数はNターン(Nは任意の正数)、前記第1の2次コイルおよび前記第2の2次コイルの巻数は1ターンとすることを特徴とするスイッチング電源装置である。
本発明のスイッチング電源装置のトランスにおいて、1次コイルと第1の2次コイルと第2の2次コイルの巻数比はN:1:1となっている。
Nターンのコイルパターンを有するプリント基板を積層し、全体を直列接続または並列接続し、1次巻線を形成する。1ターンのコイルパターンを有するプリント基板を積層し、全体を直列接続又は並列接続し、2次巻線を形成する。2次巻線は、コイルパターン外端の接続部を介して接続される。本発明によれば、小型且つ薄型のトランスを実現できる。
本発明は、1次巻線と2次巻線との間の磁気結合が高く損失の少ないトランスを用いた変換効率が高いスイッチング電源装置を実現できるという作用を有する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the transformer, the number of turns of the primary coil is N turns (N is any positive number) in each layer or the whole, and the number of turns of the first secondary coil and the second secondary coil is N. The switching power supply device is characterized in that the number of turns is one turn.
In the transformer of the switching power supply of the present invention, the turns ratio of the primary coil, the first secondary coil, and the second secondary coil is N: 1: 1.
Printed boards having an N-turn coil pattern are stacked, and the whole is connected in series or in parallel to form a primary winding. A printed circuit board having a one-turn coil pattern is stacked, and the whole is connected in series or in parallel to form a secondary winding. The secondary winding is connected via a connection at the outer end of the coil pattern. According to the present invention, a small and thin transformer can be realized.
The present invention has an effect that a switching power supply device having high conversion efficiency using a transformer having high magnetic coupling between a primary winding and a secondary winding and low loss can be realized.
本発明によれば、1次巻線と2次巻線との間の磁気結合が高く損失が少ないトランスを用いた変換効率の高いスイッチング電源装置を実現出来るという有利な効果が得られる。
本発明のスイッチング電源装置は、分流期間において、第1の2次巻線と第2の2次巻線に流れる電流により、第1の2次巻線と第2の2次巻線との間の空間に強い磁界が発生しても、第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cの間に導体が存在しないため電流が誘起されることがなく損失が発生しないという有利な効果が得られる。又、隣接する第1の2次巻線3b及び第2の2次巻線3cには分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cの間に挟まれた1次巻線には電流が誘起されず、損失が発生しないという有利な効果が得られる。
また、第1の2次巻線と第2の2次巻線間の平均距離が短いために、第1の2次巻線と第2の2次巻線間の磁気結合が高くなる。そのため、高い変換効率のスイッチング電源装置を提供することができるという有利な効果が得られる。
According to the present invention, there is obtained an advantageous effect that a switching power supply device having high conversion efficiency using a transformer having high magnetic coupling between the primary winding and the secondary winding and low loss can be realized.
In the switching power supply of the present invention, the current flowing between the first secondary winding and the second secondary winding during the shunt period causes the current between the first secondary winding and the second secondary winding to change. Even if a strong magnetic field is generated in the space, there is no conductor between the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c, so that no current is induced and no loss occurs. Effects can be obtained. Further, currents in opposite directions flow through the adjacent first secondary winding 3b and second secondary winding 3c during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Therefore, there is an advantageous effect that no current is induced in the primary winding sandwiched between the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c, and no loss occurs.
Further, since the average distance between the first secondary winding and the second secondary winding is short, the magnetic coupling between the first secondary winding and the second secondary winding is high. Therefore, an advantageous effect that a switching power supply device with high conversion efficiency can be provided is obtained.
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について図面とともに記載する。 Hereinafter, an embodiment that specifically shows the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施例1のスイッチング電源装置について図1を用いて説明する。
本実施例のスイッチング電源装置の全体の回路構成は、図6(a)で示した従来例の回路構成と同じである。本実施例のスイッチング電源装置は、トランス3の巻線部に特徴を有し、回路構成及び回路動作については、従来例のスイッチング電源装置と同一であるので、その説明は省略する。
以下、本実施例のスイッチング電源装置のトランス3の巻線部の構成について図1を用いて説明する。図1は本実施例のトランス3の断面図である。
図1に示すようにトランス3は、第1の1次コイル3a1、第2の1次コイル3a2、第3の1次コイル3a3、第4の1次コイル3a4と、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第3の2次コイル3b2、第4の2次コイル3c2を有する。
First Embodiment A switching power supply according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The overall circuit configuration of the switching power supply of this embodiment is the same as the circuit configuration of the conventional example shown in FIG. The switching power supply device of the present embodiment is characterized by the winding part of the
Hereinafter, the configuration of the winding part of the
As shown in FIG. 1, the
第1の1次コイル3a1と第2の1次コイル3a2と第3の1次コイル3a3と第4の1次コイル3a4は直列接続され、図6(a)の1次巻線3aを構成する。第1の2次コイル3b1と第3の2次コイル3b2は直列接続され、図6(a)の第1の2次巻線3bを構成し、第2の2次コイル3c1と第4の2次コイル3c2は直列接続され、図6(a)第2の2次巻線3cを構成する。第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cとは直列に接続されている。ここまでは、従来例と同一である。
各コイルの積層順序については上から、第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2、第3の1次コイル3a3、第3の2次コイル3b2、第4の2次コイル3c2、第4の1次コイル3a4の順に積層される。1次巻線3aと第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cの巻数比はN:1:1とする(Nは任意の正数である。)。
The first primary coil 3a1, the second primary coil 3a2, the third primary coil 3a3, and the fourth primary coil 3a4 are connected in series, and constitute the primary winding 3a of FIG. . The first secondary coil 3b1 and the third secondary coil 3b2 are connected in series to form the first secondary winding 3b of FIG. 6A, and the second secondary coil 3c1 and the fourth secondary coil 3c1 are connected to each other. The secondary coil 3c2 is connected in series, and forms the second secondary winding 3c in FIG. The first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c are connected in series. Up to this point, it is the same as the conventional example.
As for the order of stacking the coils, from the top, the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, the second primary coil 3a2, the third primary coil 3a3, The third secondary coil 3b2, the fourth secondary coil 3c2, and the fourth primary coil 3a4 are stacked in this order. The turn ratio between the primary winding 3a, the first secondary winding 3b, and the second secondary winding 3c is N: 1: 1 (N is any positive number).
本実施例においても従来例と同様、分流期間において、第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cに流れる電流により、第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3c間の空間に強い磁界が発生する。しかし、本実施例の巻線構成においては第1の2次巻線3b1と第2の2次巻線3c1の間に導体が存在しないため、その間に電流が誘起されることがなく損失が発生しない。隣接する第1の2次巻線3b2及び第2の2次巻線3c2には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。同様に、隣接する第1の2次巻線3b1及び第2の2次巻線3c1には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第1の2次巻線3b2と第2の2次巻線3c1の間に挟まれた2本の1次巻線(3a2及び3a3)には電流が誘起されず、損失が発生しない。
1次巻線3aと、第1の2次巻線3b及び第2の2次巻線3cとの磁気結合度は、従来例(図6)と同様に高い。例えば1次巻線と2次巻線とが完全に分離してEIカットコアに巻かれているトランスと比較して、本発明のトランスの1次巻線と2次巻線との磁気的結合度は高い。
Also in this embodiment, as in the conventional example, the current flowing through the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c during the shunt period causes the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3b to rotate. A strong magnetic field is generated in the space between the windings 3c. However, in the winding configuration of the present embodiment, since there is no conductor between the first secondary winding 3b1 and the second secondary winding 3c1, no current is induced between them and loss occurs. do not do. Currents in opposite directions flow through the adjacent first secondary winding 3b2 and second secondary winding 3c2 during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Similarly, currents in opposite directions flow through the adjacent first secondary winding 3b1 and second secondary winding 3c1 during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Therefore, no current is induced in the two primary windings (3a2 and 3a3) sandwiched between the first secondary winding 3b2 and the second secondary winding 3c1, and no loss occurs. .
The degree of magnetic coupling between the primary winding 3a, the first secondary winding 3b, and the second secondary winding 3c is as high as in the conventional example (FIG. 6). For example, compared to a transformer in which the primary winding and the secondary winding are completely separated and wound on the EI cut core, the magnetic coupling between the primary winding and the secondary winding of the transformer of the present invention is different. The degree is high.
なお、本実施例のスイッチング電源装置では、トランスの巻線としては上から第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体を2段積層したものを用いて説明したが、少なくとも上記単位積層体を1段以上に積層したものを適用すれば、同様な効果が得られる。ここで、単位積層体の1段モデルにおけるトランス巻線部の断面図を図2に示す。単位積層体の1段モデルにおいては、第1の2次巻線と第2の2次巻線の間に導体が存在しないため、その間に電流が誘起されることがなく損失が発生しない。
例えば、図1に示す3a1〜3a4、3b1、3b2、3c1及び3c2からなる単位積層体を2段に積層したトランスにおいては、隣接する第1の2次巻線3b2及び第2の2次巻線3c2には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。同様に、隣接する第1の2次巻線3b1及び第2の2次巻線3c1には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第1の2次巻線3b2と第2の2次巻線3c1の間に挟まれた2本の1次巻線(3a2及び3a3)には電流が誘起されず、損失が発生しない。
In the switching power supply of this embodiment, the windings of the transformer are the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, and the second primary coil 3a2 from above. Although the description has been made using a unit laminate in which two unit laminates are laminated in this order, the same effect can be obtained by applying at least a laminate of the unit laminate in one or more stages. Here, FIG. 2 shows a cross-sectional view of the transformer winding portion in the one-stage model of the unit laminate. In the one-stage model of the unit laminate, since no conductor exists between the first secondary winding and the second secondary winding, no current is induced between the first secondary winding and the second secondary winding, and no loss occurs.
For example, in a transformer in which unit laminates including 3a1 to 3a4, 3b1, 3b2, 3c1 and 3c2 shown in FIG. 1 are stacked in two stages, the adjacent first secondary winding 3b2 and second secondary winding Currents in opposite directions flow through 3c2 during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Similarly, currents in opposite directions flow through the adjacent first secondary winding 3b1 and second secondary winding 3c1 during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Therefore, no current is induced in the two primary windings (3a2 and 3a3) sandwiched between the first secondary winding 3b2 and the second secondary winding 3c1, and no loss occurs. .
第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体と、第1の1次コイル3a1、第2の2次コイル3c1、第1の2次コイル3b1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体と、を組み合わせて積層してトランスを構成しても良い。更に、上下を逆にしたこれらの単位積層体を含めて積層してトランスを構成しても良い。このような構成によっても、実施例と同様の効果が得られる。 A unit laminated body in which the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, and the second primary coil 3a2 are laminated in this order, the first primary coil 3a1, the first Alternatively, a transformer may be formed by combining and stacking unit secondary bodies 3c1, the first secondary coil 3b1, and the second primary coil 3a2 in this order. Further, the transformer may be formed by stacking these unit stacks which are turned upside down. With such a configuration, the same effect as that of the embodiment can be obtained.
1次コイルを直列に接続することによって、各1次コイルに流れる電流の極端に不均一な電流分布を防止することができる。第1の2次巻線3b及び第2の2次巻線3cを構成している各コイルを直列接続した場合で説明したが、各コイルを並列接続して第1の2次巻線3b及び第2の2次巻線3cを構成しても同様な効果が得られるのは言うまでもない。シミュレーション及び実験において、2次巻線短絡時での1次コイル側からみた交流抵抗は、従来のトランス巻線の構成(図6(b))と比較し、20%〜30%の低減を図れることを確認した。また、フルブリッジコンバータ方式のスイッチング回路を有するもので説明したが、ハーフブリッジコンバータ、プッシュプルコンバータ、及びその回路をベースにした各種の回路方式を用いたスイッチング電源装置に適用しても、同様な効果が得られるのは言うまでもない。 (4) By connecting the primary coils in series, it is possible to prevent extremely uneven current distribution of the current flowing through each primary coil. Although the case has been described where the respective coils constituting the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c are connected in series, the respective coils are connected in parallel to form the first secondary winding 3b and It goes without saying that a similar effect can be obtained even if the second secondary winding 3c is configured. In the simulation and the experiment, the AC resistance viewed from the primary coil side when the secondary winding is short-circuited can be reduced by 20% to 30% compared with the configuration of the conventional transformer winding (FIG. 6B). It was confirmed. In addition, although the description has been given of a switching circuit having a full-bridge converter system, the same applies to a half-bridge converter, a push-pull converter, and a switching power supply using various circuit systems based on the circuit. Needless to say, the effect is obtained.
本発明の実施例2のスイッチング電源装置について図3、図4を用いて説明する。
本実施例のスイッチング電源装置の全体の回路構成は、図6(a)で示した従来例の回路構成と同じである。本実施例のスイッチング電源装置は、トランス3の巻線部に特徴を有し、回路構成及び回路動作については、従来例のスイッチング電源装置と同一であるので、その説明は省略する。
以下、本実施例のスイッチング電源装置のトランス3の巻線部の構成について図3を用いて説明する。図3は本実施例のトランス3の断面図である。
図3に示すようにトランス3は、第1の1次コイル3a1、第2の1次コイル3a2、第3の1次コイル3a3、第4の1次コイル3a4と、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第3の2次コイル3b2、第4の2次コイル3c2を有する。
Second Embodiment A switching power supply according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The overall circuit configuration of the switching power supply of this embodiment is the same as the circuit configuration of the conventional example shown in FIG. The switching power supply device of the present embodiment is characterized by the winding part of the
Hereinafter, the configuration of the winding part of the
As shown in FIG. 3, the
第1の1次コイル3a1と第2の1次コイル3a2は並列接続され、第1の並列接続体3d1を構成し、第3の1次コイル3a3と第4の1次コイル3a4は並列接続され、第2の並列接続体3d2を構成する。第1の並列接続体3d1と第2の並列接続体3d2は直列接続され、図6(a)の1次巻線3aを構成する。第1の2次コイル3b1と第3の2次コイル3b2は直列接続され、図6(a)の第1の2次巻線3bを構成し、第2の2次コイル3c1と第4の2次コイル3c2は直列接続され、図6(a)の第2の2次巻線3cを構成する。第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cとは直列に接続されている。
各コイルの積層順序については上から、第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2、第3の1次コイル3a3、第3の2次コイル3b2、第4の2次コイル3c2、第4の1次コイル3a4の順に積層される。1次巻線3aと第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cの巻数比はN:1:1とする。
The first primary coil 3a1 and the second primary coil 3a2 are connected in parallel to form a first parallel connection body 3d1, and the third primary coil 3a3 and the fourth primary coil 3a4 are connected in parallel. , And a second parallel connection body 3d2. The first parallel connection body 3d1 and the second parallel connection body 3d2 are connected in series to form the primary winding 3a in FIG. The first secondary coil 3b1 and the third secondary coil 3b2 are connected in series to form the first secondary winding 3b of FIG. 6A, and the second secondary coil 3c1 and the fourth secondary coil 3c1 are connected to each other. The secondary coil 3c2 is connected in series and forms a second secondary winding 3c in FIG. The first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c are connected in series.
As for the order of stacking the coils, from the top, the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, the second primary coil 3a2, the third primary coil 3a3, The third secondary coil 3b2, the fourth secondary coil 3c2, and the fourth primary coil 3a4 are stacked in this order. The turns ratio of the primary winding 3a, the first secondary winding 3b, and the second secondary winding 3c is N: 1: 1.
本実施例のように、トランス巻線を構成することにより、1次巻線3aの巻数比が少ない仕様の場合でも、第1の並列接続体3d1と第2の並列接続体3d2を直列接続することによって、1次巻線3aには大電流を流すことが可能である。
また実施例1と同様、第1の2次巻線3b1と第2の2次巻線3c1との間に導体が存在しないため、分流期間において、その間の空間に発生する強い磁界により、電流が誘起されることがなく損失が発生しない。隣接する第1の2次巻線3b2及び第2の2次巻線3c2には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。同様に、隣接する第1の2次巻線3b1及び第2の2次巻線3c1には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第1の2次巻線3b2と第2の2次巻線3c1の間に挟まれた2本の1次巻線(3a2及び3a3)には電流が誘起されず、損失が発生しない。
1次巻線3aと、第1の2次巻線3b及び第2の2次巻線3cとの磁気結合度は、従来例(図6)と同様に高い。例えば1次巻線と2次巻線とを完全に分離してEIカットコアに巻いたトランスと比較して、本発明のトランスの1次巻線と2次巻線との磁気的結合度は高い。
By configuring the transformer winding as in the present embodiment, the first parallel connection body 3d1 and the second parallel connection body 3d2 are connected in series even in a case where the turns ratio of the primary winding 3a is small. This allows a large current to flow through the primary winding 3a.
Also, as in the first embodiment, since there is no conductor between the first secondary winding 3b1 and the second secondary winding 3c1, a current is generated by a strong magnetic field generated in the space therebetween during the shunt period. No induction occurs and no loss occurs. Currents in opposite directions flow through the adjacent first secondary winding 3b2 and second secondary winding 3c2 during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Similarly, currents in opposite directions flow through the adjacent first secondary winding 3b1 and second secondary winding 3c1 during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Therefore, no current is induced in the two primary windings (3a2 and 3a3) sandwiched between the first secondary winding 3b2 and the second secondary winding 3c1, and no loss occurs. .
The degree of magnetic coupling between the primary winding 3a, the first secondary winding 3b, and the second secondary winding 3c is as high as in the conventional example (FIG. 6). For example, the degree of magnetic coupling between the primary winding and the secondary winding of the transformer of the present invention is smaller than that of a transformer in which the primary winding and the secondary winding are completely separated and wound on an EI cut core. high.
なお本実施例のスイッチング電源装置では、トランスの巻線としては上から第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体を2段積層したものを用いて説明したが、少なくとも1段以上積層したものを適用すれば同様な効果が得られる。ここで、単位積層体の1段モデルにおけるトランス巻線部の断面図を図4に示す。単位積層体の1段モデルにおいては、第1の2次巻線と第2の2次巻線の間に導体が存在しないため、その間に電流が誘起されることがなく損失が発生しない。また、単位積層体における1次コイルの並列接続体どうしを直列接続した場合で説明を行ったが、並列接続体どうしを並列に接続した場合でも同様な効果が得られる。
第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体と、第1の1次コイル3a1、第2の2次コイル3c1、第1の2次コイル3b1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体と、を組み合わせて積層してトランスを構成しても良い。更に、上下を逆にしたこれらの単位積層体を含めて積層してトランスを構成しても良い。このような構成によっても、実施例と同様の効果が得られる。
In the switching power supply device of the present embodiment, the windings of the transformer include the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, and the second primary coil 3a2 from above. Although the description has been given using the case where the unit laminates which are sequentially laminated are laminated in two stages, a similar effect can be obtained by applying at least one unit laminated body. Here, FIG. 4 shows a cross-sectional view of the transformer winding portion in the one-stage model of the unit laminate. In the one-stage model of the unit laminate, since no conductor exists between the first secondary winding and the second secondary winding, no current is induced between the first secondary winding and the second secondary winding, and no loss occurs. Also, the case where the parallel connection of the primary coils in the unit laminate is connected in series has been described, but the same effect can be obtained when the parallel connection is connected in parallel.
A unit laminated body in which the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, and the second primary coil 3a2 are laminated in this order, the first primary coil 3a1, the first Alternatively, a transformer may be formed by combining and stacking unit secondary bodies 3c1, the first secondary coil 3b1, and the second primary coil 3a2 in this order. Further, the transformer may be formed by stacking these unit stacks which are turned upside down. With such a configuration, the same effect as that of the embodiment can be obtained.
第1の2次巻線3b及び第2の2次巻線3cを構成している各コイルを直列接続した場合で説明したが、各コイルを並列接続することで第1の2次巻線3b及び第2の2次巻線3cを構成しても同様な効果が得られるのは言うまでもない。シミュレーション及び実験において、2次巻線短絡時での1次コイル側からみた交流抵抗は、従来のトランス巻線の構成(図6(b))と比較し、20%〜30%の低減を図れることを確認した。また、フルブリッジコンバータ方式のスイッチング回路を有するもので説明したが、ハーフブリッジコンバータ、プッシュプルコンバータ、及びその回路をベースにした各種の回路方式を用いたスイッチング電源装置に適用しても、同様な効果が得られるのは言うまでもない。 Although the case where the respective coils constituting the first secondary winding 3b and the second secondary winding 3c are connected in series has been described, the first secondary winding 3b is connected by connecting the respective coils in parallel. Needless to say, the same effect can be obtained even if the second secondary winding 3c is configured. In the simulation and the experiment, the AC resistance viewed from the primary coil side when the secondary winding is short-circuited can be reduced by 20% to 30% compared with the configuration of the conventional transformer winding (FIG. 6B). It was confirmed. In addition, although the description has been given of a switching circuit having a full-bridge converter system, the same applies to a half-bridge converter, a push-pull converter, and a switching power supply using various circuit systems based on the circuit. Needless to say, the effect is obtained.
本発明の実施例3のスイッチング電源装置について図5を用いて説明する。
本実施例のスイッチング電源装置の全体の回路構成は、図6(a)で示した従来例の回路構成と同じである。本実施例のスイッチング電源装置は、トランス3の巻線部に特徴を有し、回路構成及び回路動作については、従来例のスイッチング電源装置と同一であるので、その説明は省略する。
Third Embodiment A switching power supply according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The overall circuit configuration of the switching power supply of this embodiment is the same as the circuit configuration of the conventional example shown in FIG. The switching power supply device of the present embodiment is characterized by the winding part of the
図5(a)は本実施例のプリント基板コイルを積層した構造を有するトランスの外形を示す斜視図、図5(b)はその正面図、図5(c)はI−Iの面で切断したその断面図、図5(d)は1枚のプリント基板コイルの概略的な外観を示す図である。図5において、30は複数のプリント基板コイルを積層した積層体、34は端子、35はコア、37は1枚のプリント基板コイルである。各プリント基板コイル37は、コイルパターン31、内端のスルーホール32、外端のスルーホール33を有し、中心に貫通穴36が設けられている。図5(c)に示すように、コア35はその中足部を貫通穴36を貫通させ、磁気的な閉回路を構成している。
FIG. 5A is a perspective view showing the outer shape of a transformer having a structure in which the printed circuit board coils of the present embodiment are stacked, FIG. 5B is a front view thereof, and FIG. FIG. 5D is a schematic view showing the appearance of one printed circuit board coil. In FIG. 5,
本実施例のトランスは、絶縁基板上に導体パターンを施したプリント基板コイル37を多層に積層した積層体30をトランスの巻線としている。プリント基板コイル37は、4層以上の層を有するプリント基板であって、1つのプリント基板が複数層のコイルを有していても良い。多層プリント基板コイル37は、各コイルパターン間に必要な厚みの絶縁層を挟んで積層され、各コイルパターンの端末(内端32及び外端33)を上下の他のプリント基板コイル37に接続されてコイルを構成する。例えば両面プリント基板であるプリント基板コイル37の裏面に設けられた導体パターンにより、内端32と、プリント基板コイル37の周辺に設けられたスルーホール38〜44のいずれか1つとを接続し、そのスルーホール及び外端33に端子34を接続して上下のプリント基板コイル37を相互に接続する。例えば第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2、第3の1次コイル3a3、第3の2次コイル3b2、第4の2次コイル3c2、第4の1次コイル3a4毎に異なる導体パターンを設け、異なるスルーホールを接続端子として使用することにより、トランスの各巻線を形成する。
In the transformer of this embodiment, a
以下、本実施例のスイッチング電源装置のトランス3の巻線部の構成について図1を用いて説明する。本実施例のトランス3の各コイルの接続、積層は図1で示した実施例1のものと同様である。図1は本実施例のトランス3の断面図である。
図1において、第1の1次コイル3a1と第2の1次コイル3a2と第3の1次コイル3a3と第4の1次コイル3a4はコイルパターン31内端のスルーホール32及びコイルパターン31外端のスルーホール33を介して直列接続され、図6の1次巻線3aを構成する。
Hereinafter, the configuration of the winding part of the
In FIG. 1, the first primary coil 3a1, the second primary coil 3a2, the third primary coil 3a3, and the fourth primary coil 3a4 are formed through a through
第1の2次コイル3b1と第3の2次コイル3b2は、コイルパターン31内端のスルーホール32及び外端のスルーホール33を介して直列接続され、図6の第1の2次巻線3bを構成し、第2の2次コイル3c1と第4の2次コイル3c2は、コイルパターン31内端のスルーホール32及び外端のスルーホール33を介して直列接続され、図6の第2の2次巻線3cを構成する。第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cとは直列に接続されている。
各コイルの積層順序については上から、第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2、第3の1次コイル3a3、第3の2次コイル3b2、第4の2次コイル3c2、第4の1次コイル3a4の順に積層される。1次巻線3aと第1の2次巻線3bと第2の2次巻線3cの巻数比はN:1:1とする。
The first secondary coil 3b1 and the third secondary coil 3b2 are connected in series via a through
As for the order of stacking the coils, from the top, the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, the second primary coil 3a2, the third primary coil 3a3, The third secondary coil 3b2, the fourth secondary coil 3c2, and the fourth primary coil 3a4 are stacked in this order. The turns ratio of the primary winding 3a, the first secondary winding 3b, and the second secondary winding 3c is N: 1: 1.
このような構成にすることにより、各コイル間の層間距離が高い精度で一定であるトランスを製造することが可能になる。
また実施例1と同様、第1の2次巻線3b1と第2の2次巻線3c1との間に導体が存在しないため、分流期間において、その間の空間に発生する強い磁界により、電流が誘起されることがなく損失が発生しない。隣接する第1の2次巻線3b2及び第2の2次巻線3c2には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。同様に、隣接する第1の2次巻線3b1及び第2の2次巻線3c1には分流期間に互いに逆方向の電流が流れ、2つの電流により誘起される磁界は互いに打ち消し合う。それ故に、第1の2次巻線3b2と第2の2次巻線3c1の間に挟まれた2本の1次巻線(3a2及び3a3)には電流が誘起されず、損失が発生しない。1次巻線3aと、第1の2次巻線3b及び第2の2次巻線3cとの磁気結合度は、従来例(図6)と同様に高い。例えば1次巻線と2次巻線とを完全に分離してEIカットコアに巻いたトランスと比較して、本発明のトランスの1次巻線と2次巻線との磁気的結合度は高い。
With such a configuration, it is possible to manufacture a transformer in which the interlayer distance between the coils is constant with high accuracy.
Also, as in the first embodiment, since there is no conductor between the first secondary winding 3b1 and the second secondary winding 3c1, a current is generated by a strong magnetic field generated in the space therebetween during the shunt period. No induction occurs and no loss occurs. Currents in opposite directions flow through the adjacent first secondary winding 3b2 and second secondary winding 3c2 during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Similarly, currents in opposite directions flow through the adjacent first secondary winding 3b1 and second secondary winding 3c1 during the shunt period, and the magnetic fields induced by the two currents cancel each other. Therefore, no current is induced in the two primary windings (3a2 and 3a3) sandwiched between the first secondary winding 3b2 and the second secondary winding 3c1, and no loss occurs. . The degree of magnetic coupling between the primary winding 3a, the first secondary winding 3b, and the second secondary winding 3c is as high as in the conventional example (FIG. 6). For example, the degree of magnetic coupling between the primary winding and the secondary winding of the transformer of the present invention is smaller than that of a transformer in which the primary winding and the secondary winding are completely separated and wound on an EI cut core. high.
なお、本実施例のスイッチング電源装置では、トランスの巻線としては上から第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体を2段積層した多層プリント基板コイルを用いて説明したが、少なくとも1段以上積層したものを適用すれば同様な効果が得られる。単位積層体の1段モデルにおいては、第1の2次巻線と第2の2次巻線の間に導体が存在しないため、その間に電流が誘起されることがなく損失が発生しない。
また、第1の2次巻線及び第2の2次巻線を構成している各コイルを直列接続した場合で説明したが、各コイルを並列接続することで第1の2次巻線及び第2の2次巻線を構成しても同様な効果が得られるのは言うまでもない。
In the switching power supply of this embodiment, the windings of the transformer are the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, and the second primary coil 3a2 from above. Although the description has been made using the multilayer printed circuit board coil in which the unit laminated bodies laminated in this order are laminated in two stages, the same effect can be obtained by applying at least one layer laminated. In the one-stage model of the unit laminate, since no conductor exists between the first secondary winding and the second secondary winding, no current is induced between the first secondary winding and the second secondary winding, and no loss occurs.
Also, the case has been described where the respective coils constituting the first secondary winding and the second secondary winding are connected in series. However, by connecting the respective coils in parallel, the first secondary winding and the second secondary winding are connected. It goes without saying that the same effect can be obtained even if the second secondary winding is formed.
第1の1次コイル3a1、第1の2次コイル3b1、第2の2次コイル3c1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体と、第1の1次コイル3a1、第2の2次コイル3c1、第1の2次コイル3b1、第2の1次コイル3a2の順に積層された単位積層体と、を組み合わせて積層してトランスを構成しても良い。上下を逆にしたこれらの単位積層体を含めて積層してトランスを構成しても良い。このような構成によっても、実施例と同様の効果が得られる。シミュレーション及び実験において、2次巻線短絡時での1次コイル側からみた交流抵抗は、従来のトランス巻線の構成(図6(b))と比較し、20%〜30%の低減を図れることを確認した。 A unit laminated body in which the first primary coil 3a1, the first secondary coil 3b1, the second secondary coil 3c1, and the second primary coil 3a2 are laminated in this order, the first primary coil 3a1, the first Alternatively, a transformer may be formed by combining and stacking unit secondary bodies 3c1, the first secondary coil 3b1, and the second primary coil 3a2 in this order. The transformer may be formed by laminating these unit laminated bodies upside down. With such a configuration, the same effect as that of the embodiment can be obtained. In the simulation and the experiment, the AC resistance viewed from the primary coil side when the secondary winding is short-circuited can be reduced by 20% to 30% compared with the configuration of the conventional transformer winding (FIG. 6B). It was confirmed.
なお、トランス3においてプリント基板コイル37を構成する各層又は全体で、1次コイルの巻数を1ターンとしてもよい。トランス3においてプリント基板コイル37を構成する各層又は全体で2次コイルの巻数を1ターンとしてもよい。トランス3においてプリント基板コイル37を構成する各層又は全体で、1次コイルの巻数をNターン、第1の2次コイル及び第2の2次コイルの巻数は1ターンとしてもよい。プリント基板コイル37を構成する各層のコイルパターンを1ターンとし、更に全ての層のコイルパターンを並列接続することで、全体でコイルの巻数を1ターンとすることができる。
好ましくは、プリント基板コイル37を構成する各層の1次コイルのコイルパターンの巻数を1ターンとし、全てを直列接続又は並列接続する。更に、プリント基板コイル37を構成する各層の2次コイルのコイルパターンの巻数を1ターンとし、全てを直列接続又は並列接続する。
In the
Preferably, the number of turns of the coil pattern of the primary coil of each layer constituting the printed
各層でコイルの巻数を1ターンより大きくすると、コイルパターン31が渦状になるため、コイルパターン内端にスルーホール32を設け、スルーホール32によって各層のコイルパターンどうしを接続する必要がある。1次側の入力電圧が所定以上の高圧である場合、1次コイルと2次コイル及びコア35との間の沿面距離を安全規格に準じた距離(例えば10mm)以上にしなければならない。しかし所定の沿面距離を確保してコイルパターン内端にスルーホール32を設けることは、トランス3の大型化及び電力損失の増大の原因となる。更に、コイルパターン内端のスルーホール32による接続部分は電流容量が小さく、コイルに大電流を流せない。
1層1ターン構成にすることで、コイルパターン内端のスルーホール32による接続が全く不要になる。スルーホールを有さず、所定の材料で形成された回路基板は、それ自体絶縁シートとしての役割を果たす。この場合、1次コイルと2次コイル及びコア35との間の空間的な距離を狭くし、且つ安全規格に準じた実効的な沿面距離を確保することが出来る。これにより、トランスの小型化・薄型化及び入出力電流容量を大きくすることが可能であり、電力損失が低減できる。
If the number of turns of the coil is greater than one turn in each layer, the
With the one-layer one-turn configuration, connection through the through
フルブリッジコンバータ方式のスイッチング回路を有するもので説明したが、ハーフブリッジコンバータ、プッシュプルコンバータ、及びその回路をベースにした各種の回路方式を用いたスイッチング電源装置に適用しても、同様な効果が得られるのは言うまでもない。
実施例3と同様に、プリント基板コイルを積層した構成により実施例2のトランス及びそれを用いたスイッチング電源装置を実現出来ることはいうまでもない。
Although the description has been given of the one having the switching circuit of the full-bridge converter system, the same effect can be obtained even when applied to a half-bridge converter, a push-pull converter, and a switching power supply device using various circuit systems based on the circuit. It goes without saying that you can get it.
As in the third embodiment, it goes without saying that the transformer of the second embodiment and the switching power supply device using the same can be realized by the configuration in which the printed circuit board coils are stacked.
本発明にかかるスイッチング電源装置は、産業用や民生用の電子機器に直流安定化電圧を供給するスイッチング電源装置として有用である。 The switching power supply according to the present invention is useful as a switching power supply for supplying a stabilized DC voltage to industrial and consumer electronic devices.
1 入力直流電源
2a−2b 入力端子
3 トランス
3a 1次巻線
3a1 第1の1次コイル
3a2 第2の1次コイル
3a3 第3の1次コイル
3a4 第4の1次コイル
3b 第1の2次巻線
3b1 第1の2次コイル
3b2 第3の2次コイル
3c 第2の2次巻線
3c1 第2の2次コイル
3c2 第4の2次コイル
4 第1のスイッチング素子
5 第2のスイッチング素子
6 第3のスイッチング素子
7 第4のスイッチング素子
8a 第1の整流ダイオード
8b 第2の整流ダイオード
9 インダクタンス素子
10 平滑コンデンサ
11a−11b 出力端子
12 負荷
20 制御回路
30 積層体
31 コイルパターン
32 内端のスルーホール
33 外端のスルーホール
34 端子
35 コア
36 貫通穴
37 プリント基板コイル
38〜44 スルーホール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12
Claims (7)
前記トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、
前記トランスの前記センタータップと、前記第1の2次コイルの他端又は前記第2の2次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、
前記整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、
出力電圧が一定になるように前記スイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。 At least a first primary coil, a first secondary coil, a second secondary coil, a second primary coil, the first primary coil, the first secondary coil, the first 2 secondary coil and the second primary coil are stacked in this order, and one end of the first secondary coil and one end of the second secondary coil are connected and taken out as a center tap. And a transformer having
Switching means for alternately applying a voltage to the transformer in the opposite direction,
Rectifying means for rectifying a voltage induced between the center tap of the transformer and the other end of the first secondary coil or the other end of the second secondary coil;
Smoothing means for smoothing the voltage of the rectifier means,
And a control means for performing on / off control of the switching means so that the output voltage becomes constant.
前記トランスに電圧を正負逆向きに交互に印加するスイッチング手段と、
前記トランスの前記センタータップと、複数の単位積層体をそれぞれ接続した前記第1の2次コイルの他端又は前記第2の2次コイルの他端との間に誘起された電圧を整流する整流手段と、
前記整流手段の電圧を平滑する平滑手段と、
出力電圧が一定になるように前記スイッチング手段のオンオフ制御を行う制御手段とを有することを特徴とするスイッチング電源装置。 At least a first primary coil, a first secondary coil, a second secondary coil, a second primary coil, the first primary coil, the first secondary coil, the first 2 secondary coils, the unit laminated body laminated in the order of the second primary coil, and at least the first primary coil, the first secondary coil, the second secondary coil, A unit laminated body having two primary coils, the first primary coil, the second secondary coil, the first secondary coil, and the second primary coil being laminated in this order; Is stacked in a plurality of stages, or a combination of both is stacked in a plurality of stages, and one end of the first secondary coil and a second end of the second secondary coil respectively connected to a plurality of unit laminates. A transformer having a configuration connected to one end and taken out as a center tap;
Switching means for alternately applying a voltage to the transformer in the opposite direction,
Rectification for rectifying a voltage induced between the center tap of the transformer and the other end of the first secondary coil or the other end of the second secondary coil respectively connected to a plurality of unit laminates. Means,
Smoothing means for smoothing the voltage of the rectifier means,
And a control means for performing on / off control of the switching means so that the output voltage becomes constant.
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