JP2004335886A

JP2004335886A - トランス集合体、それを用いた電力変換装置及び太陽光発電装置

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Publication number: JP2004335886A
Application number: JP2003132158A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Toyomura; 文隆豊村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25
Also published as: US20040222873A1; AU2004201798A1; EP1475809A3; KR20040096783A; EP1475809A2; US7078997B2; CN1551256A

Abstract

【課題】複数のトランスを用いたトランス集合体、またそれを用いた電力変換装置の薄型化、簡単な高昇圧化、高効率化が望まれている。
【解決手段】巻芯に１次コイルと２次コイルを巻回したトランスを複数用いて構成されるトランス集合体であって、前記１次コイルの一の端子と他の端子とが前記巻芯を隔てて対向して配列され、前記２次コイルの一の端子と他の端子とが前記巻芯を隔てて対向して配列され、前記１次コイルの一の端子と他の端子とを結ぶ線と、前記２次コイルの一の端子と他の端子とを結ぶ線が交わるように前記各コイルと前記各端子とが配置されたトランスを、前記１次コイルの端子の導出方向にＮ個、前記２次コイルの端子の導出方向にＭ個並べて配列することにより構成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高昇圧、低背形のトランスを複数台接続したトランス集合体、それを用いた電力変換装置、並びに、発電装置に関し、例えば、太陽電池によって発電された電力の変換装置に用いるトランス集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題への取り組みなどから、太陽電池または燃料電池で発電した直流電力を電力変換装置により交流電力に変換して、家庭内の負荷（以下、本願明細書では単に「負荷」と呼ぶ）や商用電力系統（以下本願明細書では単に「系統」と呼ぶ）への供給する、あるいは、所定の直流電圧に変換して直流負荷の駆動に利用する、といった試みが実施されている。
【０００３】
上記の場合に利用される電力変換装置のほとんどは、太陽電池の出力電圧を所定電圧まで昇圧する機能を有し、昇圧後の電力は直流負荷に使用されるか、あるいは直流−交流変換装置に入力され、交流に変換された後、系統に接続される。
【０００４】
この場合、太陽電池自体を直列化して太陽電池の出力電圧を所定電圧まで高める方法もあるが、太陽電池の直列化には作業工程が多くコスト高となることに加え、太陽光発電装置の非発電領域が多くなる、さらには部分影の影響が大きいなどの欠点がある。
【０００５】
そこで太陽電池の直列数を極力少なくし、太陽電池の出力電圧を高昇圧することにより、高電圧小電流の出力電力を取り出す太陽光発電装置が開発された（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００６】
このような太陽光発電装置では、太陽電池は一枚あたり１Ｖ前後の低電圧しか出力できないため、直流−直流変換装置としてはかなりの高昇圧のものが必要であり、内部には高昇圧トランスが必要となる。
【０００７】
上述のような高昇圧の直流−直流変換装置の回路方式の一例として従来からプッシュプル回路が用いられる。
【０００８】
上記のように低電圧から高電圧を発生させる例として、複数のトランスを用い、各１次コイルを並列接続とし、各２次コイルを直列接続し高昇圧を実現するトランス集合体を用いたインバータ装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、これに似たトランス集合体を具現化する構成も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−３０８７７９号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平８−１０７０２８号公報
【００１１】
【非特許文献１】
マルクス・ヴェスト（ＭａｒｋｕｓＷｕｅｓｔ）、ピーター・トグヴァイラー（ＰｅｔｅｒＴｏｇｇｗｅｉｌｅｒ）、ジョン・リアッシュ（ＪｏｎＲｉａｔｓｃｈ）：単一セル変換システム（ＳＩＮＧＬＥＣＥＬＬＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮＳＹＳＴＥＭ）（ＳＣＣＳ），第１回ＷＣＰＥＣ（ＦｉｒｓｔＷＣＰＥＣ），ハワイ（Ｈａｗａｉｉ），Ｄｅｃ．５−９，ｐ．８１３−８１５，１９９４
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、太陽電池に接続して利用する直流−直流変換装置は太陽電池発電電力の送電損失低減のために太陽電池の直近に配置することが好ましく、その形状は太陽電池の薄型形状にあわせて、極力薄型にすることが要求される。
【００１３】
特にその構成部品であるトランスは、直流−直流変換装置の厚みに大きく影響を与える部品であり、厚みを低減することが望まれるが、従来のトランスの構成では厚みを低減することは困難である。
【００１４】
また、図５に従来用いられるプリント基板に搭載するためのピン端子５０２を有するプッシュプルトランス５０１を示す。このトランスでは、１次コイル５０４、５０５を巻芯に巻回し終えた後、ピン端子５０３の方向へ引き出し、端部をピン端子５０３の各端子５０１ａ〜ｄと接続することによって出力端子を形成している。
【００１５】
ここで、低電圧大電流の太陽電池を電源として使用する場合は、トランスの１次コイルには大電流が流れるため１次コイルとしては平角銅線、厚銅箔などを使用することが好ましいが、これらを用いて上記の従来のトランスのように巻回し終えた後、ピン端子の方向へ引き出し出力端子を形成することは非常に困難である。
【００１６】
また、図６に上記従来のトランスをプリント基板上で並列接続（ａ）或いは直列接続（ｂ）する例を示す。
【００１７】
ここで、図６中６０１〜６０４はトランス、６０５〜６０８はプッシュプル回路の入力端子、６０９はスルーホールを示し、トランスのピン端子あるいは入力端子を繋げる実線で囲まれる部分はプリント基板表面のランド、破線で囲まれる部分はプリント基板裏面のランドを表している。
【００１８】
また、図１６、図１７にそれぞれのトランスと入力端子との接続回路の概略図を示す。
【００１９】
尚、ここでは簡単のために図６において図１６、１７に記載されている端子６０１ｃ、６０２ｄ、６０４ｃ、６０４ｄに接続されるスイッチング素子１６０１、１６０２、１７０１、１７０２は省略している。
【００２０】
上記のように図６に示すようにトランスをプリント基板上で直列接続あるいは並列接続する場合は入力端子６０５〜６０８を各端子に接続する場合には端子間を結ぶ導体が基板上で交差することになるため、導体間をスルーホール６０７などで基板裏面に引き回すことによって接続する必要があり配線抵抗が非常に大きくなり効率の低下を招く。また、トランスの端子間を接続する配線パターンによりプリント基板が大型化する。
【００２１】
ここで、個々のトランスの一次コイルとピン端子の接続位置を変更しても同様の問題が発生する。
【００２２】
そこで本発明は、上述の問題を個々にまたはまとめて解決するトランスを用いたトランス集合体を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するための本発明は、巻芯に１次コイルと２次コイルを巻回したトランスを複数用いて構成されるトランス集合体であって、前記１次コイルの一の端子と他の端子とが前記巻芯を隔てて対向して配列され、前記２次コイルの一の端子と他の端子とが前記巻芯を隔てて対向して配列され、前記１次コイルの一の端子と他の端子とを結ぶ線と、前記２次コイルの一の端子と他の端子とを結ぶ線が交わるように前記各コイルと前記各端子とが配置されたトランスを、前記１次コイルの端子の導出方向にＮ個、前記２次コイルの端子の導出方向にＭ個並べて配列することにより構成されることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るトランス集合体を図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
［構成］
図１は実施形態のトランス集合体１０１を示す図である。本集合体は同一構成であるトランス１０２と１０３を２次コイルの導出方向にランド１０８を介して接続することにより構成される。ここで、トランス１０２、１０３はプッシュプル回路用トランスであり、図２にその回路図を示す。
【００２６】
また、１０４〜１０７は１次コイル、１０２ａ〜１０２ｄ、１０３ａ〜１０３ｄは１次コイルのそれぞれの端子、１０２ｅ、１０２ｆ、１０３ｅ、１０３ｆは２次コイルのそれぞれの端子を示す。また、図３にトランス１０２の詳細図、図４にその分解図を示す。
【００２７】
ここで上記図１、図３、図４を参照して、本実施形態で用いられるトランスの構成を作成方法を交えて述べる。
【００２８】
２次コイルはまずボビン３０３と一体成型される端子１０２ｅに接続され所望の高電圧が出力されるよう所定回数ボビンに巻回されたあと、ボビンを隔てて対向する側に設けられている端子１０２ｆに接続される。
【００２９】
そして、１次コイル１０４はその両端の端子１０２ａと１０２ｃを結ぶ線が前記２次コイルの両側端子１０２ｅと１０２ｆとを結ぶ線と交わるように、２次コイルが巻回されたボビン上に数回巻回される。
【００３０】
また、もう一方の１次コイル１０５も同様に前記１０４と重ならないように１次コイル１０４に並んでボビンに巻回される。ここで１次コイル１０４と１０５はボビンに対する巻回方向が互いに異なるように巻きつけられる。さらに、コア３０１とコア３０２をボビンの中孔４０１に挿入し、突きあてテープ巻きで固定することによりトランス１０２を構成する。このとき１次コイルとコア間の絶縁のために絶縁フィルム、絶縁紙などを介在させてもよい。
【００３１】
以上のように作成したトランス１０２、１０３を図１のように２個並べてプリント基板上で各々の２次コイル１０２ｆと１０３ｅをプリント基板上に設けられたランド上で接続することによりトランス集合体を構成する。
【００３２】
本実施形態ではトランス同士の接続をプリント基板上で行った場合を説明したが、端子同士を直接接続しトランス集合体を作成することも可能である。また、上記トランスの端子同士を直接接続したトランス集合体をエポキシ樹脂などで封止してトランス集合体を一つの素子のように使用することも可能である。またこのとき、トランスの端子とスイッチング素子、ダイオードなどの半導体素子やベアチップなどを配線し、封止してもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、トランスを２次コイル端子の導出方向に２つ並べたトランス集合体について述べたが、トランスの配置はこれに限られることなく、トランスを１次コイル端子の導出方向に２つ並べたトランス集合体あるいはトランスを１次コイル端子の導出方向に２つと２次コイル端子の導出方向に２つ並べてトランス集合体を構成しても良いのは言うまでもない。
【００３４】
これらについては後述の各実施形態において詳しく述べる。ここで、２次コイルの導出方向を図１５のように同じ側に導出し、ランド１５０８により端子１５０２ｆと１５０３ｆを接続することによりトランス集合体１５０１を構成することも考えられるが、２次コイルの端子間の電圧差が大きくなれば相応の空間距離が必要となり、それに応じて個々のトランスを大きくする必要があることから、２次コイルの端子はコアを隔てて対向して設けることが好ましい。
【００３５】
上記のようなトランスを用いたトランス集合体を使用することにより、以下のような作用効果が期待できる。
【００３６】
１次コイルと２次コイルの端子導出方向を交差させ、コアを隔てて対向して端子を設けるようにしたため、平角銅線など巻回方向以外に加工することが困難な低抵抗導体を使用した、高効率、高昇圧の薄型のトランスを作成することができる。
【００３７】
かつ、上記トランスを複数個配列し、対応する端子同士を接続することにより簡単に高昇圧のトランス集合体を構成でき、各端子間は基板上のスルーホールなどを使用せず、最短距離で同一のランド上などで接続することができるため、トランス集合体を用いた電力変換装置の効率を向上することができる。
【００３８】
かつ、上記トランス集合体は全て同一構成のトランスを使用することができるため個々のトランスの管理の手間を省くことができる。
【００３９】
さらに、ここで用いられる１次コイル、２次コイルを構成する巻線、コア、巻芯として用いられるボビンについて詳細に説明を行う。
【００４０】
［巻線］
次に本発明で用いられる巻線について詳細に説明する。本発明で用いられる巻線について特に限定はなく、トランスの使用条件、作成条件にあった耐熱性、可撓性、耐油性、はんだ付け性、絶縁耐久性などを用いるものであれば使用することができる。
【００４１】
具体的にはＪＩＳＣ３２０２「エナメル線」に挙げられているような１種油性エナメル銅線、２種油性エナメル銅線、０種ホルマール銅線、１種ホルマール銅線、２種ホルマール銅線、０種ホルマールアルミニウム線、１種ホルマールアルミニウム線、ホルマール平角銅線、０種ポリエステル銅線、１種ポリエステル銅線、２種ポリエステル銅線、１種ポリウレタン銅線、２種ポリウレタン銅線、３種ポリウレタン銅線、０種融着性ポリウレタン銅線、１種融着性ポリウレタン銅線、２種融着性ポリウレタン銅線、０種ポリエステルイミド銅線、１種ポリエステルイミド銅線または２種ポリエステルイミド銅線が使用できる。
【００４２】
さらに、本発明の１次コイルとしては、大電流を流した時に低損失であり、スペース効率が高いことなどから平角銅線を使用することが好ましい。平角銅線としては、あらかじめ絶縁皮膜を有したものを使用してもよいが、加工製、寸法安定性などを考慮すると、裸銅線あるいはすずめっき銅線なども用いることができる。
【００４３】
また、１次コイルとしては上記「エナメル線」であげた線材を複数本より合わせた線（リッツ線）を用いて、表皮効果による損失を低減することも好ましい。また、他の１次コイルの例としては上記「エナメル線」を複数本平行して一体化した多本平行エナメル線なども使用することができる。
【００４４】
さらに、３層の絶縁被覆を有する線材を使用することにより、１次コイルと２次コイル間の絶縁用層間テープ巻などが省略でき、トランス作成の手間が省けるとともに、よりトランスが小型化できる。また、巻芯としてボビンを用いずに２次コイルを空芯コイルとして作成し、トランスを小型化することもできる。
【００４５】
［ボビン］
本発明で用いられるボビンに限定はないが、その貫通孔および全体の形状は四角、楕円、円など、挿入する磁気コアの断面形状に応じて決定される。そして、ボビンの材料としては、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、フェノールあるいはエポキシなどの樹脂が用いられ、必要に応じてガラス充填グレードが用いられる。
【００４６】
また、融着タイプの巻線を使用することにより、２次コイルにてコアを挿入する貫通孔を構成し、ボビンを省略したトランスを作成することができる。
【００４７】
［コア］
本発明で用いられるコアに限定はないが使用温度や、所望の形状を形成し易いなどから、Ｍｎ−Ｚｎ系やＮｉ−Ｚｎ系のフェライトコアが好ましく、なかでも透磁率、飽和磁束密度の大きいコアが好ましい。
【００４８】
そして、ボビンの貫通孔に差し込まれる主磁脚と２次コイル、１次コイルの周りに配置される側磁脚、並びに主磁脚と側磁脚とを結ぶ橋絡部を有する形状が好ましい。例えば、ＪＩＳＣ２５１４「Ｅ形フェライト磁心」に記載されているＥＥ形、ＥＩ形、ＥＥＲ形、ＥＩＲ形などの形状、あるいは、ＪＩＳＣ２５１６「ポット形フェライト磁心」に記載されているＲＭ形、ＥＰ形などの形状を用いることができる。また、ＴＤＫ株式会社製のフェライトコア、ＥＥＭ形、ＬＰ形、ＥＰＣ形などの形状も適宜用いることができる。
【００４９】
以上の構成に基づき、本発明の実施の一例としての実施形態を以下において説明する。
【００５０】
【第１の実施形態】
本実施形態においては本発明におけるトランス集合体とそれを用いた電力変換装置および太陽光発電装置について説明を行う。
【００５１】
図８は本実施形態の１次コイルの出力端子の導出方向に１個、２次コイルの出力端子の導出方向に２個、すなわちＮ＝１、Ｍ＝２のトランス集合体を説明する図で、各トランス１０２、１０３の１次コイルの巻数は３ターン、二次巻線は２２５ターンで高昇圧トランスを構成する。このように本実施形態においては、１次コイル同士は並列接続されている。
【００５２】
以下に、このトランスの具体的な作成法を順を追って説明する。
【００５３】
本実施形態では、コアとして日立フェライト電子株式会社のＥＥ１２−１７．７−３形コアを使用する。まず、図３に本実施形態で使用するトランスの詳細図を示す。
【００５４】
該コアに適応するボビン３０３に直径０．１ｍｍの１種ポリウレタン電線（１ＵＥＷ）の一端を片方の端子部１０２ｅに半田付けし、該電線をボビン３０３の巻胴部に多層で整列に２２５回巻きつけた後、該電線の他端をもう片方の端子１０２ｆに半田付けして、２次コイル３０４を構成する。
【００５５】
また、図４に示すように１次コイル１０４、１０５としては幅１ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの平角導線を用いて長方形状に前記２次コイル上にそれぞれ巻回方向を変えて巻線加工を行い、１次コイルを作成した。
【００５６】
それからコア３０１、３０２をボビン３０３の貫通孔の両側からそれぞれ挿入し、コアの側面を基材５５μｍ、粘着剤２５μｍの日東電工株式会社製のポリエステル粘着テープＮｏ．３１Ｃにより二重に貼り付け固定することによりトランス１０２と１０３を作成した。
【００５７】
ここで、１次コイルはコアの外形より３ｍｍ突出して先端を半田処理することにより、端子１０２ａ〜ｄ、１０３ａ〜ｄを構成する。続いて上記トランスは図８に示すような電力変換装置の回路基板８０１に配置される。
【００５８】
該基板には上記トランスを落とし込むための孔部８０２、８０３が予め設けられており、トランス１０２、１０３は該孔部に落とし込まれ配列される。
【００５９】
ここで、端子１０２ａ、１０２ｂと端子１０３ａ、１０３ｂはランド８０４上に配置され、端子１０２ｃ、１０２ｄ、１０３ｃ、１０３ｄはそれぞれ接続されるＭＯＳＦＥＴ８０５ａ〜８０５ｄが配置されるランド８０７〜８１０上に配置される。
【００６０】
また、端子１０２ｅ、１０３ｆはランド８１１および８１３上にそれぞれ配置され、端子１０２ｆと１０３ｅはランド８１２上に配置される。ここで上記ランド部分と端子をそれぞれ半田付けすることにより本実施形態のトランス集合体１０１を構成する。
【００６１】
それによってトランス１０２、１０３の端子１０２ｃ、１０２ｄ、１０３ｃ、１０３ｄはそれぞれ別個の日立製作所製ＭＯＳＦＥＴＨＡＴ２１６４Ｈ８０５ａ〜ｄに接続される。また、端子１０２ｅ、１０３ｆは不図示の配線パターンによりダイオードブリッジ８０６に接続される。
【００６２】
ここで、図７を用いて、上記説明したトランス集合体１０１を用いた電力変換装置７０２と、該装置に太陽電池７０３、負荷７０４を接続した太陽光発電装置７０１の概略回路図を示し、電力変換装置７０２の動作の概要を説明する。
【００６３】
まず、太陽電池７０３から電力変換装置７０２の入力端子へ入力される直流電力は、キャパシタ７０５によって平滑化され、トランス集合体１０１を介してＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子８０５へ供給される。そして、スイッチング素子８０５を交互にオン／オフすることで直流電力を交流電力に変換する。
【００６４】
トランス集合体１０１に入力される交流電力は、トランス集合体７０１の変圧比（本実施形態では３：４５０）に応じて昇圧され、ダイオードブリッジ４０６によって整流されて直流電力に変換される。
【００６５】
さらに、直流電力は、キャパシタ７０６によって平滑化された後、負荷７０４へ供給される。なお、負荷７０４へ供給される直流電力の脈流分やノイズ分の仕様によっては、ダイオードブリッジ８０６とキャパシタ７０６との間にフィルタ用のインダクタを設けたり、インダクタおよびキャパシタの双方を省略する場合もある。
【００６６】
次に、制御回路８１８の動作について説明する。図７に示す制御回路８１８は、制御用電源部７０７、基準波生成部７０８およびドライバ７０９から構成される。電力変換装置７０２の入力電圧が制御用電源部７０７が起動する電圧に達すると、制御用電源部７０７から基準波生成部７０８およびドライバ７０９に電力が供給される。
【００６７】
基準波生成部７０８は、予め設定された周波数の基準矩形波を生成し、基準矩形波をドライバ７０９へ供給する。ドライバ７０９は、基準矩形波に基づき、スイッチング素子８０５を交互にオン／オフするゲートドライブ信号Ｓ１およびＳ２を生成し、ゲートドライブ信号Ｓ１およびＳ２をスイッチング素子８０５のゲートへ供給し、スイッチング素子のオン／オフ動作を行う。
【００６８】
ここで使用する太陽電池７０３は、ソーラシミュレータを使用して、１ｓｕｎの照射強度において、最適動作電圧１Ｖ、最適動作電流１０Ａで動作するもので、適当に負荷を調整することにより電力変換装置からは１５０Ｖ、６１ｍＡの出力を得ることができた。このように、第１の実施形態のトランス集合体の構造によれば、１次コイルの両端子と２次コイルの両端子をコアを挟んで有するトランスを横方向に並べ、それらを接続することにより、高効率で薄型の高昇圧トランス集合体を構成でき、これを用いた高効率で薄型の高昇圧電力変換装置を提供できる。
【第２の実施形態】
以下、第２の実施形態で用いるトランス集合体を説明するが、上述の第１の実施形態と略同様の構成については、その詳細説明を省略する。
【００６９】
図９は実施形態２の１次コイルの出力端子の導出方向に２個、２次コイルの出力端子の導出方向に１個、すなわちＮ＝２、Ｍ＝１のトランス集合体９０１の概略図である。ここで、各トランス９０２、９０３の各１次コイルの巻数は２ターン、二次巻線は２２５ターンで高昇圧トランスを構成する。このように本実施形態においては、１次コイル同士は直列接続されている。
【００７０】
本実施形態で使用するトランス９０２、９０３は１次コイルの巻数以外は第１の実施形態で説明したものと同じであるため説明を省略する。
【００７１】
ここで各々のトランスは図１１に示すような電力変換装置の回路基板１１０１に配置される。該基板には上記トランスを落とし込むための孔部１１０２、１１０３が予め設けられており、トランス９０２、９０３は該孔部に落とし込まれ配列される。
【００７２】
ここで、トランス９０２および９０３は全く同じ構成であるが前記孔部に落とし込まれる際にトランス９０３をトランス９０２に対して１８０度反転して、端子９０２ｃ、９０２ｄと端子９０３ｄ、９０３ｃが向かい合うように落とし込まれる。
【００７３】
また、ここで、端子９０２ａ、９０２ｂはランド１１０４上に配置され、端子９０３ａ、９０３ｂはそれぞれ接続されるＭＯＳＦＥＴ１１０５ａ〜ｂが配置されるランド１１１３、１１１２上に配置される。
【００７４】
また、端子９０２ｃと９０３ｄ、端子９０２ｄと９０３ｃはそれぞれランド１１０７、１１０８上に配置され、端子９０３ｅ、９０２ｆはランド１１０９上に配置され、端子９０２ｅ、９０２ｆはそれぞれランド１１１１、１１１０上に配置される。ここで上記ランド部分と端子をそれぞれ半田付けすることにより巻回方向の異なる１次コイル同士を直列接続された本実施形態のトランス集合体を構成する。
【００７５】
そしてトランス９０３の端子９０３ａ、９０３ｂはそれぞれ別個の日立製作所製ＭＯＳＦＥＴＨＡＴ２１６４Ｈ１１０５ａ〜ｂに接続される。また、端子９０２ｅ、９０３ｆは不図示の配線パターンによりダイオードブリッジ１１０６に接続される。
【００７６】
そして、図１０のような図１１に示した回路基板を用いて作成されるトランス集合体９０１を用いた電力変換装置１００２と、該装置に太陽電池１００３、負荷１００４を接続した太陽光発電装置１００１を作成した。
【００７７】
ここで回路の詳細な動作については第１の実施形態で用いた電力変換装置とほぼ同じであるため説明を省略する。
【００７８】
また、本実施形態において太陽電池１００３は、ｐｉｎ構造を３層積層した構造の太陽電池を使用した。この太陽電池は第１の実施形態で用いられた太陽電池に比べ１枚当たりの出力電圧が大きい、つまりは電力変換装置の入力電圧が大きくなる。
【００７９】
しかし、本実施形態のトランス集合体においてはトランスの１次コイル同士が直列接続されているため、ひとつのトランスの１次コイルにかかる電圧は入力電圧の約１／２となり、コアの使用磁束密度を減らすことができるため第１の実施形態に比べて巻数を２／３に減らすことができコア損失を減らすことができる。
【００８０】
上記の太陽電池はソーラシミュレータを使用して、１ｓｕｎの照射強度において、最適動作電圧１．４Ｖ、最適動作電流１０Ａで動作し、適当に負荷を調整することによりトランス集合体の昇圧比に応じて昇圧され、電力変換装置からは１５７Ｖ、８７ｍＡの出力を得ることができた。
【００８１】
このように、第２の実施形態のトランス集合体の構造によれば、コアを挟んで１次コイルの両端子と２次コイルの両端子を有するトランスを１次コイルの端子の導出方向に並べ、トランス間で向かいあう巻回方向の異なる１次コイル同士をランド１１０７、１１０８上で接続し、２次コイル同士をランド１１０９で接続することにより、高効率で薄型の高昇圧トランス集合体を構成でき、これを用いた高効率で薄型の高昇圧電力変換装置を提供できる。
【００８２】
【第３の実施形態】
以下、第３の実施形態で用いるトランス集合体を説明するが、第１の実施形態あるいは第２の実施形態と略同様の構成については、その詳細説明を省略する。
【００８３】
図１２は本実施形態の１次コイルの出力端子の導出方向に２個、２次コイルの出力端子の導出方向に２個、すなわちＮ＝２、Ｍ＝２のトランス集合体１２０１の概略図である。ここで、各トランス１２０２、１２０３、１２０４、１２０５の各１次コイルの巻数は２ターン、二次巻線は２２５ターンで高昇圧トランスを構成する。
【００８４】
本実施形態で使用するトランス１２０２〜１２０５は第１の実施形態で説明したものと同じであるため説明を省略する。
【００８５】
ここで各々のトランスは図１３に示すような電力変換装置の回路基板１３０１に配置される。該基板には上記トランスを落とし込むための孔部１３０２〜１３０５が予め設けられており、トランス１２０２〜１２０５は該孔部に落とし込まれ配列される。
【００８６】
ここで、トランス１２０２〜１２０５は全く同じ構成であるが前記孔部に落とし込まれる際にトランス１２０４をトランス１２０２に対して１８０度反転して、端子１２０２ｃ、１２０２ｄと端子１２０４ｄ、１２０４ｃが向かい合うように落とし込まれ、トランス１２０５をトランス１２０３に対して１８０度反転して、端子１２０３ｃ、１２０３ｄと端子１２０５ｄ、１２０５ｃが向かい合うように落とし込まれる。
【００８７】
ここで、端子１２０２ａ、１２０２ｂ、１２０３ａ、１２０３ｂはランド１３０６上に配置され、端子１２０４ｂ、１２０４ａ、１２０５ｂ、１２０５ａはそれぞれ接続されるＭＯＳＦＥＴ１３０７ａ〜ｄが配置されるランド１３０９〜１３１２上に配置される。
【００８８】
また、端子１２０２ｃと１２０４ｄ、端子１２０２ｄと１２０４ｃ、端子１２０３ｃと１２０５ｄ、端子１２０３ｄと１２０５ｃはそれぞれランド１３１３〜１３１６上に配置される。
【００８９】
さらに、端子１２０３ｆと１２０５ｅはランド１３１７上に配置され、端子１２０５ｆと１２０４ｅ、端子１２０３ｅと１２０２ｆはそれぞれランド１３１８、１３１９上に配置され、端子１２０２ｅはランド１３２５上に、端子１２０４ｆはランド１３２６上に配置される。
【００９０】
ここで上記ランド部分と端子をそれぞれ半田付けすることにより本実施形態のトランス集合体を構成する。そしてトランス１２０４、１２０５の端子１２０４ｂ、１２０４ａ、１２０５ｂ、１２０５ａはそれぞれ別個の日立製作所製ＭＯＳＦＥＴＨＡＴ２１６４Ｈ１３０７ａ〜ｄに接続される。
【００９１】
また、端子１２０２ｅ、１２０４ｆはダイオードブリッジ１３０８に接続される。そして、図１４のような図１３に示した回路基板を用いて作成されるトランス集合体１３０１を用いた電力変換装置１４０２と、該装置に太陽電池１４０３、負荷１４０４を接続した太陽光発電装置１４０１を作成した。
【００９２】
ここで回路の詳細な動作については第１の実施形態で用いた電力変換装置とほぼ同じであるため説明を省略する。また、本実施形態において太陽電池１４０３は実施形態２で用いたものと同様のものを用い、ソーラシミュレータを使用して、１ｓｕｎの照射強度において、最適動作電圧１．４Ｖ、最適動作電流１０Ａで動作し、適当に負荷を調整することによりトランス集合体の昇圧比に応じて昇圧され、電力変換装置からは３１５Ｖ、４３ｍＡの出力を得ることができた。
【００９３】
このように、第３の実施形態のトランス集合体の構造によれば、コアを挟んで１次コイルの両端子と２次コイルの両端子を有するトランスを１次コイルの端子の導出方向と２次コイルの端子の導出方向に二つずつ並べ、１次コイルの端子の導出方向に配列されたトランス１２０２と１２０４、１２０３と１２０５間で向かいあう巻回方向の異なる１次コイル同士をランド１３１３〜１３１６上で接続し、２次コイルの端子の導出方向に配列されたトランス１２０２と１２０３、１２０４と１２０５間で２次コイル同士をランド１３１８、１３１９上で接続することにより、高効率で薄型の高昇圧トランス集合体を構成でき、これを用いた高効率で薄型の高昇圧電力変換装置を提供できる。
【００９４】
［その他の実施形態］
以上に説明した本発明の実施形態においては、電力変換装置におけるプッシュプル回路に用いられるトランスについて述べたが、本発明のトランスおよびトランス集合体はもちろん他の回路方式にも適用しうるものである。
【００９５】
また、本実施形態では太陽光発電装置を一台で抵抗負荷につなげたものについて述べたが、同様の太陽光発電装置を複数台並列に接続し系統連系インバータを接続し、太陽電池から出力された直流電力を交流電力に変換して系統に連系するシステムも構成できる。
【００９６】
以上説明したように、上記かく実施形態に対応する本発明によれば、容易に高昇圧の低背トランスと、１次コイルと２次コイルの端子導出方向を交差させ、コアを隔てて対向して端子を設けるようにしたため、平角銅線など巻回方向以外に加工することが困難な低抵抗導体を使用した、高効率、高昇圧の薄型のトランスを作成することができる。
【００９７】
また、上記トランスを複数個配列し、対応する端子同士を接続することにより簡単に高昇圧のトランス集合体をでき、各端子間は基板上のスルーホールなどを使用せず、最短距離で同一のランドなどで接続することができるため、トランス集合体を用いた高昇圧な電力変換装置の効率を向上することができる。
【００９８】
さらに、上記トランス集合体は全て同一構成のトランスを使用することができるため個々のトランスの管理の手間を省くことができる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、トランスの厚みを低減すると同時に、トランスの端子間の接続における配線抵抗による効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に対応するトランス集合体の構成の一例を示す図である。
【図２】プッシュプルトランスの構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態に対応するトランスの構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に対応するトランスを分解した場合の一例を示す図である。
【図５】従来のプッシュプルトランスの概略図である。
【図６】従来のプッシュプルトランスの接続図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に対応する太陽光発電装置の一例を示す回路図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に対応する電力変換装置実装基板の一例を示す部品配置図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に対応するトランス集合体の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に対応する太陽光発電装置の一例を示す回路図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に対応する電力変換装置実装基板の一例を示す部品配置図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に対応するトランス集合体の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に対応する電力変換装置実装基板の一例を示す部品配置図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に対応する太陽光発電装置の一例を示す回路図である。
【図１５】複数トランスの接続の例を示す図である。
【図１６】トランスの並列接続の例を示す図である。
【図１７】トランスの直列接続の例を示す図である。
【符号の説明】
１０１・・・トランス集合体
１０２・・・トランス
１０３・・・トランス
１０４、１０５、１０６、１０７・・・１次コイル
１０８・・・ランド
３０１、３０２・・・コア
３０３・・・ボビン
３０４・・・２次巻線
４０１・・・貫通孔
５０１・・・プッシュプルトランス
５０２・・・ボビン
５０３・・・ピン端子
５０４・・・第一の１次コイル
５０５・・・第二の１次コイル
６０１〜６０４・・・プッシュプルトランス
６０５〜６０８・・・入力端子
６０９・・・スルーホール
７０１・・・太陽光発電装置
７０２・・・電力変換装置
７０３・・・太陽電池
７０４・・・負荷
７０５、７０６・・・コンデンサ
７０７・・・制御電源部
７０８・・・波形生成部
７０９・・・ドライバ
８０１・・・プリント基板
８０２、８０３・・・孔部
８０４、８０７〜８１３・・・ランド
８０５・・・ＭＯＳＦＥＴ
８０６・・・整流ダイオードブリッジ
８１４、８１５・・・入力端子
８１６、８１７・・・出力端子
８１８・・・制御回路
９０１・・・トランス集合体
９０２、９０３・・・トランス
９０４、９０５、９０６、９０７・・・１次コイル
１００１・・・太陽光発電装置
１００２・・・電力変換装置
１００３・・・太陽電池
１００４・・・負荷
１１０１・・・プリント基板
１１０２、１１０３・・・孔部
１１０４、１１０７〜１１１３・・・ランド
１１０５・・・ＭＯＳＦＥＴ
１１０６・・・整流ダイオードブリッジ
１１１４、１１１５・・・入力端子
１１１６、１１１７・・・出力端子
１１１８・・・制御回路
１２０１・・・トランス集合体
１２０２、１２０３、１２０４、１２０５・・・トランス
１２０６、１２０７、１２０８、１２０９、１２１０、１２１１、１２１２、１２１３・・・１次コイル
１３０１・・・プリント基板
１３０２〜１３０５・・・孔部
１３０６、１３０９〜１３１９、１３２５、１３２６・・・ランド
１３０７・・・ＭＯＳＦＥＴ
１３０８・・・整流ダイオードブリッジ
１３２０・・・制御回路
１３２１、１３２２・・・入力端子
１３２３、１３２４・・・出力端子
１４０１・・・太陽光発電装置
１４０２・・・電力変換装置
１４０３・・・太陽電池
１４０４・・・負荷
１５０１・・・トランス集合体
１５０２・・・トランス
１５０３・・・トランス
１５０４、１５０５、１５０６、１５０７・・・１次コイル
１５０８・・・ランド
１６０１、１６０２、１７０１、１７０２・・・スイッチング素子

Claims

巻芯に１次コイルと２次コイルを巻回したトランスを複数用いて構成されるトランス集合体であって、
前記１次コイルの一の端子と他の端子とが前記巻芯を隔てて対向して配列され、前記２次コイルの一の端子と他の端子とが前記巻芯を隔てて対向して配列され、前記１次コイルの一の端子と他の端子とを結ぶ線と、前記２次コイルの一の端子と他の端子とを結ぶ線が交わるように前記各コイルと前記各端子とが配置されたトランスを、前記１次コイルの端子の導出方向にＮ個、前記２次コイルの端子の導出方向にＭ個並べて配列することにより構成されることを特徴とするトランス集合体。
前記複数のトランスが、ほぼ同一の構成を有することを特徴とする請求項１に記載のトランス集合体。
前記１次コイルの巻心への巻回方向が前記１次コイルの端子の導出方向とほぼ同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランス集合体。
前記複数のトランスが前記１次コイルの端子の導出方向に配列される場合に、前記配列され隣り合う各トランス間では、前記１次コイルの巻回方向が反対の１次コイル同士が接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトランス集合体。
前記接続において各端子はプリント基板上のランドを介して接続されることを特徴とする請求項４に記載のトランス集合体。
前記トランスがプッシュプルトランスであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のトランス集合体。
前記トランスは少なくとも２つの１次コイルを有し、前記１次コイルの前記トランスの前記巻芯への巻回方向が互いに異なることを特徴とする請求項６記載のトランス集合体。
前記複数のトランスが前記１次コイルの端子の導出方向に配列される場合に、前記トランスが１個おきに１８０度反転して配列されることを特徴とする請求項６に記載のトランス集合体。
前記１次コイル及び２次コイルの各端子が同一面上に形成され、前記トランスがプリント基板上に形成された孔部に落とし込まれ、該端子がそれぞれプリント基板上のランドに接続されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のトランス集合体。
請求項１乃至９のいずれかに記載のトランス集合体を用いる電力変換装置。
請求項１０に記載の電力変換装置と太陽電池を用いる太陽光発電装置。