JP2008259387A

JP2008259387A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ

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Publication number: JP2008259387A
Application number: JP2007102145A
Authority: JP
Inventors: Wataru Nakahori; 渉中堀
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-04-09
Also published as: EP1981158A2; EP1981158B1; EP1981158A3; US7697306B2; JP4962105B2; US20080247195A1

Abstract

【課題】出力の均一性を向上したＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。
【解決手段】このＤＣ／ＤＣコンバータによれば、インバータ回路１の出力がばらつき、その電圧値に変動等があった場合においても、２つのトランスＧＡ、ＧＢが備える１次側のコイル４２，４３（２４２，２４３）が互いに直列に接続されているため、並列接続された２次側コイルで発生する電圧ばらつきを抑制することができ、２次側の並列出力の均一性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のトランスを接続してなるＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

従来のＤＣ／ＤＣコンバータは、例えば下記特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータは、２台の出力トランスを接続している。第１出力トランス内には、２つの１次側コイルが同一磁路上にて同一極性で配置されており、第１出力トランス内の一方の１次側コイルと、第２出力トランス内の一方の１次側コイルを、第１駆動回路でスイッチングし、第１出力トランス内の他方の１次側コイルと、第２出力トランス内の他方の１次側コイルを、第２駆動回路でスイッチングしており、ＤＣ／ＤＣコンバータの安定化を達成している。トランスの２次側コイルは、整流平滑回路に接続されており、整流平滑回路からは所望の直流電圧が出力されている。
特許２６２９９９９号公報

しかしながら、複数台のトランスを並列運転する場合において、各トランスに接続されたインバータ回路の出力にばらつきが生じる場合には、各トランスの出力がばらつくことになり、２次側の並列出力の均一性を向上させることができないという問題がある。本発明のＤＣ／ＤＣコンバータは、このような課題に鑑みてなされたものであり、出力の均一性を向上可能なＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、このＤＣ／ＤＣコンバータは、入力部と、出力部と、第１コイル群を有した第１トランスと、第２コイル群を有した第２トランスと、入力部と第１及び第２トランスの入力端子の間に接続されたインバータ回路と、出力部と第１及び第２トランスの出力端子の間に接続された整流平滑回路と、を備えたＤＣ／ＤＣコンバータを対象とする。

このＤＣ／ＤＣコンバータは、磁気的に結合した１次側コイル及び２次側コイルを有する第１コイル対と、磁気的に結合した１次側コイル及び２次側コイルを有する第２コイル対と、磁気的に結合した１次側コイル及び２次側コイルを有する第３コイル対と、磁気的に結合した１次側コイル及び２次側コイルを有する第４コイル対と、を備えている。

ここで、第１コイル群は、第１及び第３コイル対を有し、第２コイル群は、第２及び第４コイル対を有し、第１及び第２コイル対に含まれる１次側コイルは、第1トランスの入力端子と第2トランスの入力端子との間で互いに直列に接続されており、第３及び第４コイル対に含まれる１次側コイルは、第1トランスの入力端子と第2トランスの入力端子との間で互いに直列に接続されており、第１及び第３コイル対に含まれる２次側コイルは、出力部に対し互いに並列に接続されており、第２及び第４コイル対に含まれる２次側コイルは、出力部対し互いに並列に接続されている。

このＤＣ／ＤＣコンバータによれば、インバータ回路のばらつきによる電圧値の変動等があった場合においても、２つのトランスが備える１次側のコイルが互いに直列に接続されているため、均一な出力が期待できる。すなわち、１つのトランスに流れる１次側の電流は、もう１つのトランスに流れる１次側の電流と等しく変動する。

第１コイル群及び第２コイル群は、それぞれ一軸上に配列されていることが好ましい。それぞれの軸を第1軸、第２軸とすると、第１軸及び第２軸に振り分けてコイルを配置しているので、全てのコイルを一軸上に積み上げた場合によりも、低背化を図ることができる。また、一般に基板縦方向の接続は、複雑であって多くの部品を必要とするが、本発明のＤＣ／ＤＣコンバータでは、上記に規定の如く、異なる軸上において１次側コイルを直列に、同一軸上において２次側コイルを並列に接続させた状態で機能しており、これらの１次側コイルの接続配線は縦方向ではなく、横方向に延ばすことが可能となり、したがって、印刷配線などの簡易な接続構造を用いることができ、少ない部品点数で接続を行うことが可能となる。したがって、装置の小型化が可能である。

また、第１コイル対の１次側コイルと、第２コイル対の１次側コイルは、同一の基板上に形成され、第３コイル対の１次側コイルと、第４コイル対の１次側コイルは、第１コイル対及び第２コイル対の１次側コイルが形成された基板とは異なる、同一の基板上に形成されていることが好ましい。上記構造のＤＣ／ＤＣコンバータは、同一基板上に平面コイルを配置することで構成することが可能であるため、低背化が可能である。

また、第１及び第４コイル対に含まれる１次側コイルの交流抵抗と、第２及び第３コイル対に含まれる１次側コイルの交流抵抗とは、インバータ回路のスイッチングに同期して、一方が他方に対して交互に高くなるように設定されていることが好ましい。

上述の通り、第１及び第２コイル対の１次側コイルは直列接続されている。したがって、第１コイル対と第２コイル対の１次側コイルの交流抵抗は交互に高くなる。また、同様に、第３コイル対と第４コイル対の１次側コイルも直列接続されている。したがって、第３コイル対と第４コイル対の１次側コイルの交流抵抗は交互に高くなる。

一般に２次側コイルには、１次側コイルとは逆方向の電流が誘起するため、これらが隣接する場合、表皮効果及び近接効果の影響が低減され、交流抵抗は低くなるが、１次側コイルに隣接する２次側のコイルの出力電流を、ダイオードの逆方向耐圧などを利用して阻止すれば、１次側コイルの交流抵抗を高くすることができる。

上述のように、交流抵抗が高い１次側コイルを、交流抵抗が低い１次側コイルに直列接続すると、１次側コイル列及びこれに対応する２次側コイル列内での発振を、交流抵抗が吸収するため、リンギングを抑制することができる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を達成しつつ、安定性が更に向上するという効果がある。

本発明のＤＣ／ＤＣコンバータによれば、出力の均一性を向上させることが可能である。

以下、実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。

このＤＣ／ＤＣコンバータは、第１トランスＧＡと第２トランスＧＢの出力側を並列に接続してなり、各トランスの２倍の電流量を得ることができる構成になっている。第１トランスＧＡの上段側のコイル群領域をＧ１とし、下段側のコイル群領域をＧ３とする。第２トランスＧＢの上段側のコイル群領域をＧ２、下段側のコイル群領域をＧ４とする。各コイル群領域Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、Ｇ４は、それぞれ少なくとも一対のコイル対を含んでおり、このコイル対は磁気的に結合した１次側コイルと２次側コイルからなる。

第１トランスＧＡの上段側コイル群領域Ｇ１の１次側コイル４２と、第２トランスＧＢの上段側コイル群領域Ｇ２の１次側コイル４３は直列に接続されており、第１トランスＧＡの下段側コイル群領域Ｇ３の１次側コイル２４３と、第２トランスＧＢの下段側コイル群領域Ｇ４の１次側コイル２４２も直列に接続されている。

第１トランスＧＡの上段側コイル群領域Ｇ１の２次側コイル４５と、第２トランスＧＢの上段側コイル群領域Ｇ２の２次側コイル４６とは、コンバータの出力部Ｔ３０，Ｔ４０間の負荷Ｌに並列に接続され、コンバータの出力部Ｔ３０，Ｔ４０間には負荷Ｌが接続されている。第４トランスＧＢの下段側コイル群領域Ｇ４の２次側コイル２４５と、第３トランスＧＡの下段側コイル群領域Ｇ３の２次側コイル２４６とは、コンバータの出力部Ｔ３０，Ｔ４０間の負荷Ｌに並列に接続されている。

１次側コイル４２は、これを流れる電流によって発生する磁界の向きが同一になるように直列接続されたコイル４２Ａ，４２Ｂからなる。２次側コイル４５は、同一方向に流れる電流によって発生する磁界の向きが同一になるように並列接続されたコイル４５Ａ，４５Ｂからなる。

１次側コイル４３は、これを流れる電流によって発生する磁界の向きが同一になるように直列接続されたコイル４３Ａ，４３Ｂからなる。２次側コイル４６は、同一方向に流れる電流によって発生する磁界の向きが同一になるように並列接続されたコイル４６Ａ，４６Ｂからなる。

１次側コイル２４２は、これを流れる電流によって発生する磁界の向きが同一になるように直列接続されたコイル２４２Ａ，２４２Ｂからなる。２次側コイル２４５は、同一方向に流れる電流によって発生する磁界の向きが同一になるように並列接続されたコイル２４５Ａ，２４５Ｂからなる。

１次側コイル２４３は、これを流れる電流によって発生する磁界の向きが同一になるように直列接続されたコイル２４３Ａ，２４３Ｂからなる。２次側コイル２４６は、同一方向に流れる電流によって発生する磁界の向きが同一になるように並列接続されたコイル２４６Ａ，２４６Ｂからなる。

上段側コイル群領域Ｇ１，Ｇ２に接続されるインバータ回路１は、トランスの入力端子Ｔ１及びＴ４に接続されている。インバータ回路１から出力された一方向の電流は、一方の入力端子Ｔ１から、１次側コイル４３Ａ、４３Ｂを経て、内部端子Ｔ２に至り、内部配線を介して内部端子Ｔ３に到達し、続いて、１次側コイル４２Ａ、４２Ｂを流れ、他方の入力端子Ｔ４から流出する。このときの電流経路をＰ１とする。

なお、端子Ｔ２と端子Ｔ３との接続に代えて、端子Ｔ１と端子Ｔ４とを接続し、端子Ｔ３から端子Ｔ４に電流を流す場合、すなわち、直列に接続された１次側コイル４２から１次側コイル４３に電流を流す場合においても、これらの１次側コイル４２，４３に発生する磁界の向きは変わらないため、このような接続はトランスを構成する回路としては等価なものである。

まず、上段側の電流経路について説明する。

電流経路Ｐ１を電流が流れる場合、第１トランスＧＡの２次側コイル４５には、１次側コイル４２とは逆方向に流れる電流が発生し、電流経路Ｓ１を通って流れる。２次側コイル４５の巻き始めの一端は、第１トランスＧＡのダイオード５１のアノードに接続され、他端はコンデンサ６２に接続されている。したがって、電流経路Ｓ１を通る場合、２次側コイル４５を流れる電流は、巻き始めの一端から、第１トランスＧＡのダイオード５１、コイル６１、コンデンサ５１を介して、２次側コイル４５の他端に帰還する。

なお、トランスの出力電圧は２次側コイル４５の両端電圧であって交流であり、この電圧をコイル６１とコンデンサ６２で平滑したものが、コンデンサ６２の両端間に現れるコンバータの直流出力電圧となる。

このとき、１次側コイル４２と２次側コイル４５を流れる電流の向きは逆なので、表皮効果及び近接効果の影響が低減され、１次側コイル４２の交流抵抗は低減される。

一方、このとき１次側コイル４２に直列に接続された１次側コイル４３では、交流抵抗は高くなる。すなわち、２次側コイル４６には１次側コイル４３とは逆向きの電流が流れようとし、巻き始め位置から流出しようとするが、この電流は第２トランスＧＢのダイオード５１，５２によって阻止される。

このように一方の交流抵抗が他方に対して高くなるように接続され、１次側コイル４２と１次側４３は直列に接続されているため、コイル内で発生するリンギングを高い交流抵抗成分が吸収し、抑制することができる。

次に、下段側の電流経路について説明する。

下段側の構成は、上段側の第１トランスＧＡに関するコイル群と第２トランスＧＢに関するコイル群を入れ替えたものである。

下段側コイル群領域Ｇ４，Ｇ３に接続されるインバータ回路１は、トランスの入力端子Ｔ５及びＴ８に接続されている。インバータ回路１から出力された一方向の電流は、一方の入力端子Ｔ５から、１次側コイル２４２Ａ、２４２Ｂを経て、内部端子Ｔ６に至り、内部配線を介して内部端子Ｔ７に到達し、続いて、１次側コイル２４３Ａ、２４３Ｂを流れ、他方の入力端子Ｔ８から流出する。このときの電流経路をＰ１とする。

なお、端子Ｔ６と端子Ｔ７との接続に代えて、端子Ｔ５と端子Ｔ８とを接続し、端子Ｔ７から端子Ｔ８に電流を流す場合、すなわち、直列に接続された１次側コイル２４３から１次側コイル２４２に電流を流す場合においても、これらの１次側コイル２４３，２４２に発生する磁界の向きは変わらないため、このような接続はトランスを構成する回路としては等価なものである。

電流経路Ｐ１を電流が流れる場合、第２トランスＧＢの２次側コイル２４５には、１次側コイル２４２とは逆方向に流れる電流が発生し、電流経路Ｓ１を通って流れる。２次側コイル２４５の巻き始めの一端は、第２トランスＧＢのダイオード５１のアノードに接続され、他端はコンデンサ６２に接続されている。したがって、電流経路Ｓ１を通る場合、２次側コイル２４５を流れる電流は、巻き始めの一端から、第２トランスＧＢのダイオード５１、コイル６１、コンデンサ５１を介して、２次側コイル２４５の他端に帰還する。

なお、トランスの出力電圧は２次側コイル２４５の両端電圧であって交流であり、この電圧をコイル６１とコンデンサ６２で平滑したものが、コンデンサ６２の両端間に現れるコンバータの直流出力電圧となる。各トランスＧＡ、ＧＢのコンデンサ６２は並列に接続されているので、トランスが１つの場合よりも多くの電流が負荷Ｌに流れることになる。

このとき、１次側コイル２４２と２次側コイル２４５を流れる電流の向きは逆なので、表皮効果及び近接効果の影響が低減され、１次側コイル２４２の交流抵抗は低減される。

一方、このとき１次側コイル２４２に直列に接続された１次側コイル２４３では、交流抵抗は高くなる。すなわち、第１トランスＧＡの２次側コイル２４６には１次側コイル２４３とは逆向きの電流が流れようとし、巻き始め位置から流出しようとするが、この電流は第１トランスＧＡのダイオード５１，５２によって阻止される。

このように一方の交流抵抗が他方に対して高くなるように接続され、１次側コイル２４２と１次側２４３は直列に接続されているため、コイル内で発生するリンギングを高い交流抵抗成分が吸収し、抑制することができる。

換言すれば、上段側コイル群領域Ｇ１、Ｇ２の一方では２次側コイル電流が流れ、他方では２次側コイル電流が流れておらず、下段側コイル群領域Ｇ４，Ｇ３の一方では２次側コイル電流が流れ、他方では２次側コイル電流が流れていない。したがって、全体としては、均一にリンギングを抑制することが可能である。

図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。なお、図２では、インバータ回路１から逆方向に電流を流した場合を示している。

上段側コイル群領域Ｇ１，Ｇ２に接続されるインバータ回路１において、上述の電流とは逆に端子Ｔ４側から端子Ｔ１に電流を流した場合、すなわち、電流経路Ｐ２を電流が通る場合、上記の場合と逆の動作が生じる。

すなわち、第１トランスＧＡの１次側コイル４２、第２トランスＧＢの１次側コイル２４２に電流を流すと、これとは逆向きの電流がこれらにそれぞれ隣接する２次側コイル４５、２４５に流れようとし、巻き始め位置に流入しようとするが、この電流はそれぞれのトランスのダイオード５１によって阻止される。

第１トランスＧＡの１次側コイル２４３、第２トランスＧＢの１次側コイル４３に電流を流すと、これとは逆向きの電流がこれらにそれぞれ隣接する２次側コイル２４６、４６に流れようとし、巻き始め位置に流入する。この電流は、コイル２４６，４６の巻き終わり位置から流出し、それぞれのトランスのダイオード５２、コイル６１、コンデンサ６２を介して、巻き始め位置に帰還する。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスの１次側コイル群に接続されたインバータ回路１と、トランスの２次側コイル群に接続された整流回路５及び平滑回路６とを備えている。なお、整流回路５はダイオード５１，５２を図示の如く接続してなり、平滑回路６はコイル６１及びコンデンサ６２からなり、これらは全体として整流平滑回路を構成している。インバータ回路１は、入力部Ｔ１０，Ｔ２０を介して電源ＨＢが接続されている。そして、このインバータ回路１の入力部側には、コンデンサからなる平滑回路が設けられていてもよい。

上述のＤＣ／ＤＣコンバータは、第１軸ＡＸ１に沿って配列した第１コイル群（４２，４５，２４３，２４６）を備えた第１トランスＧＡと、第１軸ＡＸから離隔した第２軸ＡＸ２に沿って配列した第２コイル群（４３，４６，２４２，２４５）を有し、第１トランスＧＡに対して並列に接続された第２トランスＧＢと、コンバータの入力部Ｔ１０，Ｔ２０と第１トランスＧＡ及び第２トランスＧＢの入力端子Ｔ１，Ｔ４（Ｔ５，Ｔ８）の間に接続されたインバータ回路１と、コンバータの出力部Ｔ３０，Ｔ４０と第１及トランスＧＡ及び第２トランスＧＢの出力端子間に接続された整流平滑回路５，６とを備えている。

第１軸ＡＸ１と第２軸ＡＸ２とは平行であって、それぞれＥ型コアの中脚部などの磁性体コアから構成されている。

各コイル群領域Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、Ｇ４において、１次側コイル及び２次側コイルは対をなして磁気的に結合している。

すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータは１次側コイル４２及び２次側コイル４５有する第１コイル対（Ｇ１）と、磁気的に結合した１次側コイル４３及び２次側コイル４６を有する第２コイル対（Ｇ２）と、磁気的に結合した１次側コイル２４３及び２次側コイル２４６を有する第３コイル対（Ｇ３）と、磁気的に結合した１次側コイル２４２及び２次側コイル２４５を有する第４コイル対（Ｇ４）とを備えている。

第１コイル群は、第１及び第３コイル対（Ｇ１，Ｇ３）を有し、第２コイル群は、第２及び第４コイル対（Ｇ２，Ｇ４）を有し、第１及び第２コイル対（Ｇ１，Ｇ２）に含まれる１次側コイル４２，４３は、第１トランスＧＡの入力端子Ｔ４と第２トランスＧＢの入力端子Ｔ１間に直列に接続されており、第３及び第４コイル対（Ｇ３，Ｇ４）に含まれる１次側コイル２４３，２４２は、第２トランスＧＢの入力端子Ｔ５と第１トランスＧＡの入力端子Ｔ８間に直列に接続されており、第１及び第３コイル対（Ｇ１，Ｇ３）に含まれる２次側コイル４５，２４６は、コンバータの出力部Ｔ３０，Ｔ４０間の負荷Ｌに並列に接続されており、第２及び第４コイル対（Ｇ２，Ｇ４）に含まれる２次側コイル４６，２４５は、コンバータの出力部Ｔ３０，Ｔ４０間の負荷Ｌに並列に接続されている。

このＤＣ／ＤＣコンバータによれば、インバータ回路のばらつきによる電圧値の変動等があった場合においても、２つのトランスＧＡ，ＧＢが備える１次側のコイルが互いに直列に接続されているため、２次側の並列出力の均一性を向上させることができる。すなわち、１次側コイル４２と４３が直列接続されているので、これらには等しい電流が流れ、さらに、１次側コイル２４２と２４３も直列接続されているので、これらには等しい電流が流れる。さらに、１次側コイル４２と１次側コイル２４３が磁気的に結合しているので、１次側コイル４２と２４３の電圧は比例し、１次側コイル４３と１次側コイル２４２も磁気的に結合しており１次側コイル４３と２４２の電圧も比例する。よって、１次側コイル４２と４３の電圧の和と１次側コイル２４２と２４３の電圧の和は等しくなり、１次側コイル４２と２４３の電圧の和と１次側コイル２４２と４３の電圧の和も等しくなる。つまり、インバータの入力電圧は等しく維持されるようになり、２次側コイルに発生する電圧もすべて等しくなり、第１トランスＧＡと第２トランスＧＢで空間的に対称な２次側の各コイル間の相互の影響が対称化され、全体としての２次側並列出力の均一性が向上している。

また、このＤＣ／ＤＣコンバータによれば、第１軸ＡＸ１及び第２軸ＡＸ２に振り分けてコイルを配置しているので、全てのコイルを一軸上に配置した場合よりも、低背化が図られている。また、一般に基板縦方向の接続は、複雑であって多くの部品を必要とするが、本形態のＤＣ／ＤＣコンバータでは、上記に規定の如く、異なる軸ＡＸ１，ＡＸ２上において１次側コイル４２，４３（２４２，２４３）を直列に、同一軸上において２次側コイル４５，２４６（４６，２４５）を並列に接続させた状態で機能しており、これらの１次側コイル４２，４３（２４２，２４３）の接続配線は縦方向ではなく、横方向に延ばすことが可能となり、したがって、印刷配線などの簡易な接続構造を用いることができ、少ない部品点数で接続を行うことが可能となる。したがって、装置の小型化が可能である。

第１コイル対（Ｇ１）に含まれる少なくとも１つの１次側コイル４２と、第２コイル対（Ｇ２）に含まれる少なくとも１つの１次側コイル４３は、共に平面コイルであって、同一基板上に形成されている。また、第３コイル対（Ｇ３）に含まれる少なくとも１つの１次側コイル２４３と、第４コイル対（Ｇ４）に含まれる少なくとも１つの１次側コイル２４２は、共に平面コイルであって、同一基板上に形成されている。この構造のＤＣ／ＤＣコンバータは、同一基板上に平面コイルを配置することで構成することが可能であるため、低背化が可能である。

また、第１及び第４コイル対（Ｇ１，Ｇ４）に含まれる１次側コイル４２，２４２の交流抵抗と、第２及び第３コイル対（Ｇ２，Ｇ３）に含まれる１次側コイル４３，２４３の交流抵抗とは、インバータ回路１のスイッチングに同期して、一方が他方に対して交互に高くなるように設定されている。

第１及び第２コイル対（Ｇ１，Ｇ２）の１次側コイル４２，４３は直列接続されているので、第１コイル対（Ｇ１）と第２コイル対（Ｇ２）の１次側コイル４２，４３の交流抵抗は交互に高くなる。また、同様に、第３コイル対（Ｇ３）と第４コイル対（Ｇ４）の１次側コイル２４３，２４２も直列接続されているので、第３コイル対（Ｇ３）と第４コイル対（Ｇ４）の１次側コイル２４３，２４２の交流抵抗も交互に高くなる。

また、１次側コイル４２、４３，２４２，２４３は、それぞれ２つの２次側コイル４５Ａと４５Ｂ、４６Ａと４６Ｂ、２４５Ａと２４５Ｂ、２４６Ａと２４６Ｂの間に挟まれているため、磁界が均一に作用し、安定性に優れるという効果がある。

図３は、変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。

このＤＣ／ＤＣコンバータでは、第１トランスＧＡの１次側コイル４２，２４３の極性を図１に記載のものとは逆にし、端子Ｔ２と端子Ｔ４を接続し、端子Ｔ６と端子Ｔ８を接続したものである。他の構成は図１に示したものと同一である。この結線の場合、１次側コイル４２，２４３に流れる電流の向きは図１のものと同一であるので、図１のものと同一の作用を奏する。

図４は、変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。

このＤＣ／ＤＣコンバータでは、図３に示した第１トランスＧＡ側のダイオード５２と、第２トランスＧＢ側のダイオード５２のアノード側の接続を入れ替えたものである。この場合、上述の例において、第１トランスＧＡ側のダイオード５２を流れていた電流が、代わりに第２トランスＧＢ側のダイオード５２を流れ、第２トランスＧＡ側のダイオード５２を流れていた電流が、代わりに第１トランスＧＢ側のダイオード５２を流れ、それぞれのダイオード５２に接続された整流平滑回路を流れることになるが、動作は上記と同一である。

図５は、１次側コイルと２次側コイルの配列変形を示す図である。

１次側コイルと２次側コイルの配列は、図５（ａ）に示すように、入れ替えても良い。すなわち、１軸に沿って、１次側コイルＰＬＡ、２次側コイルＳＬＡ、２次側コイルＳＬＢ、１次側コイルＰＬＢの順番に並べても良い。この配列変形は、例えば、図１の上段側コイル群領域Ｇ１のコイル配列の並べ替えに対応する。

１次側コイルと２次側コイルの配列は、図５（ｂ）に示すように、入れ替えても良い。すなわち、１軸に沿って、１次側コイルＰＬＡ、２次側コイルＳＬＡ、２次側コイルＳＬＢ、１次側コイルＰＬＢの順番に並べても良いが、この配列変形は、例えば、図３の上段側コイル群領域Ｇ１のコイル配列の並べ替えに対応する。

図６は、並列接続したトランスの斜視図であり、図７は図６に示したトランスの縦断面図である。

Ｅ型の磁性体コア４１は、基部４１Ｄの中央から立設した中脚部４１Ｃを有しており、中脚部４１Ｃは基部４１Ｄの両端から立設した脚部４１Ａ，４１Ｂ間に位置する。それぞれの中脚部４１Ｃの軸は、第１軸ＡＸ１、第２軸ＡＸ２に一致している。

トランス積層基板の側面からは上述の各種端子が突出している。このトランス積層基板は、配線基板ＰＢの上下面に１次側コイルを設け、絶縁層ＩＦを介して、一平面上に平面コイルである２次側コイル４５Ａ，４６Ａを配置したものである。なお、図１に示した２次側コイル４５Ｂ，４６Ｂも同一平面上に設けられ、また、２次側コイル２４５Ａ，２４６Ａも同一平面上に設けられ、２次側コイル２４５Ｂ，２４６Ｂも同一平面上に設けられ、これらも一巻きの平面コイルからなる。２次側コイルは、板金によって形成されている。

各中脚部４１Ｃは、トランス積層基板の第１軸ＡＸに沿って設けられた貫通孔ＯＰＣを通っており、両端の脚部４１Ａ，４１Ｂは、それぞれ貫通孔ＯＰＣを挟む位置に設けられた貫通孔ＯＰＡ，ＯＰＢ内を通っている。

１次側コイル４２，４３，２４３，２４２に電流が流れると、中脚部４１Ｃ内を磁束が通り、磁束は両端の脚部４１Ａ，４１Ｂ通って磁気回路を構成する。隣接するコイルの磁気結合は、離れているコイル間の磁気結合よりも相対的に強くなっている。

トランス積層基板は下側から、２次側コイル２４６Ｂ、２４５Ｂ、絶縁層ＩＦ，１次側コイル２４３Ｂ，２４２Ｂ、配線基板（絶縁基板）ＰＢ、１次側コイル２４３Ａ，２４２Ａ、絶縁層ＩＦ、２次側コイル２４６Ａ，２４５Ａ、絶縁層ＩＦ、絶縁層ＩＦ、２次側コイル４５Ｂ、４６Ｂ、絶縁層ＩＦ、１次側コイル４２Ｂ、４３Ｂ、配線基板（絶縁基板）ＰＢ、１次側コイル４２Ａ，４３Ａ、絶縁層ＩＦ、２次側コイル４５Ａ，４６Ａの順番に積み重なっている。なお、配線基板ＰＢと絶縁層ＩＦとの間には、必要に応じて接着剤が介在している。

図８は、図１に示した回路の１次側コイルの結線を示す図であり、図７の構造に適用される。

端子Ｔ１は、１次側コイル４３Ａの外側の端部に接続され、この外側の端部はコイルの最も内側の端部から基板内のビアコンタクトＶＡ２を介して、１次側コイル４３Ｂの最も内側の端部に接続され、端子Ｔ２及び印刷された接続配線ＰＷ、ビアコンタクトＶＡ３、端子Ｔ３を介して、１次側コイル４２Ａの最も外側の端部に接続され、この外側の端部は１次側コイル４２Ａの最も内側の端部から、基板内のビアコンタクトＶＡ１を介して、１次側コイル４２Ｂの最も内側の端部に接続され、１次側コイル４２Ｂの外側の端部を介して端子Ｔ４に至っている。

端子Ｔ５は、１次側コイル２４２Ａの外側の端部に接続され、この外側の端部はコイルの最も内側の端部から基板内のビアコンタクトＶＢ１を介して、１次側コイル２４２Ｂの最も内側の端部に接続され、端子Ｔ６及び印刷された接続配線ＰＷ、ビアコンタクトＶＢ３、端子Ｔ７を介して、１次側コイル２４３Ａの最も外側の端部に接続され、この外側の端部は１次側コイル２４３Ａの最も内側の端部から、基板内のビアコンタクトＶＢ２を介して、１次側コイル２４３Ｂの最も内側の端部に接続され、１次側コイル２４３Ｂの外側の端部を介して端子Ｔ８に至っている。

図９は、図３に示した回路の１次側コイルの結線を示す図であり、この結線も図７に示した構造に適用することができる。

この結線は、図８に示したものと図面右側列のコイル４２Ａ，４２Ｂ，２４３Ａ，２４３Ｂの巻回方向が異なり、且つ、端子Ｔ２と端子Ｔ４を接続し、端子Ｔ６と端子Ｔ８を接続した点が上記のものと異なるが、他の構成は図８のものと同一である。

図１０（ａ）は、インバータ回路１の回路図である。スイッチング素子１１，１２は直列に接続されており、電源ライン間を接続している。スイッチング素子１３，１４も直列に接続されており、電源ライン間を接続している。スイッチング素子１１，１４がオンすると、電流経路Ｐ１を通る電流が、高圧側電源ラインから、スイッチング素子１１、共振用インダクタ３を介して、１次側コイルに流出し、スイッチング素子１４を介して、低圧側電源ラインに流れる。スイッチング素子１３，１２がオンすると、電流経路Ｐ２を通る電流が、高圧側電源ラインから、スイッチング素子１３を介して１次側コイルに流出し、共振用インダクタ３、スイッチング素子１２を介して、低圧側電源ラインに流れる。なお、共振用インダクタ３の出力側には電源電圧に対して逆方向のダイオード及びコンデンサを図示の如く挿入してもよい。

インバータ回路１の電源ＨＢと接続される入力部Ｔ１０，Ｔ２０側には、入力平滑用のコンデンサ２及び電流検出用のカレントトランス２Ａが設けられている。

なお、各スイッチング素子１１，１２，１３，１４は、図１０（ｂ）に示す電界効果トランジスタＳＷから構成することができる。なお、電界効果トランジスタには、寄生容量と寄生ダイオードが付随している。

上述のＤＣ／ＤＣコンバータでは、同一基板に複数のコイルが形成されているので、端子数も少なくて済むという利点がある。

図１１は、図７のような積層構造を用いて構成できるＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示すブロック図である。

図１１（ａ）は、図１の回路を模式的に示す図であり、１次側コイル４３，２４２、４２，２４３に対して磁気的に結合する２次側コイルは総称してＭで示している。

図１１（ｂ）は、変形接続の回路を模式的に示す図であり、１つ目のトランスに１次側コイル４３，２４２、Ｌ１が設けられ、２つ目のトランスに１次側コイル４２，２４３、Ｌ２が設けられ、３つ目のトランスに１次側コイルＬ３、Ｌ４，Ｌ５が設けられた例を示している。第１インバータ回路１は、１次側コイル４３，４２、Ｌ３に接続され、第２インバータ回路１は、１次側コイル２４２，２４３、Ｌ４に接続され、第３インバータ回路１は、１次側コイルＬ１，Ｌ２、Ｌ５に接続されている。

図１１（ｃ）は、変形接続の回路を模式的に示す図であり、１つ目のトランスに１次側コイル４３，２４２が設けられ、２つ目のトランスに１次側コイル４２，Ｌ６が設けられ、３つ目のトランスに１次側コイルＬ７，２４３が設けられた例を示している。第１インバータ回路１は、１次側コイル４３，４２に接続され、第２インバータ回路１は、１次側コイルＬ６，Ｌ７に接続され、第３インバータ回路１は、１次側コイル２４２，２４３に接続されている。

次に、図１に示した回路と等価な回路を用いて、上段側コイル群領域Ｇ１，Ｇ２におけるコイルの動作を説明する。なお、同一の動作が下段側コイル群領域Ｇ３，Ｇ４でも行われる。

図１２は、このようなＤＣ／ＤＣコンバータの回路図であり、図１３は、図１２のＤＣ／ＤＣコンバータのうちトランスの構造を展開して表すものである。なお、以下のトランス４は、上段側コイル群領域Ｇ１，Ｇ２の接続されたものを意味することとする。このＤＣ／ＤＣコンバータは、高圧バッテリからなる電源ＨＢから供給される高圧の直流入力電圧Ｖｉｎを、より低い直流出力電圧Ｖｏｕｔに変換して、負荷Ｌに供給するＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものであり、２次側がセンタタップ型のＤＣ／ＤＣコンバータである。

このＤＣ／ＤＣコンバータは、一次側高圧電源ラインＬ１Ｈと、１次側低圧電源ラインＬ１Ｌとの間に設けられたインバータ回路１（スイッチング回路）及び平滑コンデンサ２と、互いに直列に接続された１次側コイル４２及び１次側コイル４３からなる１次側コイル４４並びに互いに直列に接続された２次側コイル４５及び２次側コイル４６からなる２次側コイル４７を含んで構成されたトランス４と、インバータ回路１とトランス４との間に設けられた共振用コイル（インダクタ）３とを備えている。なお、コイルは巻線からなることとしてもよい。１次側高圧電源ラインＬ１Ｈに入力端子Ｔ１０が、１次側低圧電源ラインＬ１Ｌに入力端子Ｔ２０がそれぞれ設けられており、これら入力部Ｔ１０，Ｔ２０が電源ＨＢの出力端子と接続されるようになっている。

平滑回路６の高圧側のラインである出力ラインＬ０に出力部Ｔ３０が、平滑回路６の低圧側のラインである接地ラインＬＧに出力部Ｔ４０がそれぞれ設けられており、これら出力部Ｔ３０，Ｔ４０が負荷Ｌの入出力端子と接続されている。

インバータ回路１は、電源ＨＢから出力される直流入力電圧Ｖｉｎをほぼ矩形波状の単相交流電圧に変換する単相インバータ回路である。このインバータ回路１は、制御回路（図示せず）から供給されるスイッチング信号によってそれぞれ駆動される４つのスイッチング素子１１，１２，１３，１４をフルブリッジ接続してなるフルブリッジ型のスイッチング回路である。スイッチング素子としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor ）やＩＧＢＴ（Insulated GateBipolor Transistor ）などの素子が用いられる。

スイッチング素子１１は、共振用インダクタ３の一端と１次側高圧電源ラインＬ１Ｈとの間に設けられ、スイッチング素子１２は共振用インダクタ３の一端と１次側低圧電源ラインＬ１Ｌとの間に設けられている。スイッチング素子１３はトランス４の１次側コイル４３の一端と１次側高圧電源ラインＬ１Ｈとの間に設けられ、スイッチング素子１４は１次側コイル４３の一端と１次側低圧電源ラインＬ１Ｌとの間に設けられている。

これより、インバータ回路１は、スイッチング素子１１，１４のオン動作により、１次側高圧電源ラインＬ１Ｈから順にスイッチング素子１１、共振用インダクタ３、１次側コイル４２、１次側コイル４３及びスイッチング素子１４を通って１次側低圧電源ラインＬ１Ｌに至る第１電流経路Ｐ１に電流が流れる一方、スイッチング素子１２，１３のオン動作により、１次側高圧電源ラインＬ１Ｈから順にスイッチング素子１３、１次側コイル４３、１次側コイル４２、共振用インダクタ３及びスイッチング素子１２を通って１次側低圧電源ラインＬ１Ｌに至る第２の電流経路に電流が流れるようになっている。

共振用インダクタ３は、スイッチング素子１１，１２，１３，１４の寄生容量の少なくとも１つと共に共振回路を構成するようになっており、その共振特性を利用して、スイッチング素子のオン・オフによって生じる電力損失を低減するようになっている。なお、共振用インダクタ３は、コイル部品を実際に配置して構成されていてもよいが、これに代えて（これと共に）、トランス４の漏洩インダクタンスや配線などを含めた直列インダクタンスを利用して構成されていてもよい。

トランス４は、互いに直列に接続された１次側コイル４２（１次側第１コイル群）及び１次側コイル４３（１次側第２コイル群）からなる１次側コイル４４（１次側コイル群）と、互いに直列に接続された２次側コイル４５（２次側第１コイル群）及び２次側コイル４６（２次側第２コイル群）からなる２次側コイル４７（２次側コイル群）とが互いに同じ向きの極性を有するように磁芯４１に巻回されることにより磁気結合された磁気素子である。このトランス４は、降圧型のトランスであり、２次側コイル４５及び２次側コイル４６のそれぞれの巻き数が、１次側コイル４４のそれよりも少なくなっている。なお、降圧の度合いは、１次側コイル４４の巻き数と、２次側コイル４５及び２次側コイル４６のそれぞれの巻き数との比によって定まる。

２次側コイル４５は互いに並列に接続された２次側コイル４５Ａ（２次側第１サブコイル群）及び２次側コイル４５Ｂ（２次側第２サブコイル群）を有する。２次側コイル４６は、互いに並列に接続された２次側コイル４６Ａ（２次側第３サブコイル群）及び２次側コイル４６Ｂ（２次側第４サブコイル群）を有する。２次側コイル４５Ａ、２次側コイル４５Ｂ、２次側コイル４６Ａ及び２次側コイル４６Ｂは、磁芯４１の周囲に巻かれている。

２次側コイル４５の一端はダイオード５１のアノードに、２次側コイル４５の他端はセンタタップ（端子）Ｃにそれぞれ接続されている。一方、２次側コイル４６の一端は後述のダイオード５２のアノードに、２次側コイル４６の他端はセンタタップＣにそれぞれ接続されている。センタタップＣは接地ラインＬＧを介して出力部Ｔ４０に接続されている。つまり、トランス４の２次側はセンタタップ型の接続となっている。２次側コイル４５及び２次側コイル４６は、整流回路５によって時分割で互いに逆位相に駆動されるようになっている。

１次側コイル４２は、互いに直列に接続された１次側コイル４２Ａ（１次側第１サブコイル群）及び１次側コイル４２Ｂ（１次側第２サブコイル群）を有する。これら１次側コイル４２Ａ及び１次側コイル４２Ｂは、磁芯４１にそれぞれ３巻きされている。さらに、１次側コイル４２は、２次側コイル４５Ａ及び２次側コイル４５Ｂにサンドイッチされており、１次側コイル４２Ａが２次側コイル４５Ａに近接配置されると共に、１次側コイル４２Ｂが２次側コイル４５Ｂに近接配置されている。１次側コイル４２は、２次側コイル４６よりも２次側コイル４５により近くに配置されている。

１次側コイル４３は、互いに直列に接続された１次側コイル４３Ａ（１次側第３サブコイル群）及び１次側コイル４３Ｂ（１次側第４サブコイル群）を有する。これら１次側コイル４３Ａ及び１次側コイル４３Ｂは、磁芯４１にそれぞれ３巻きされている。さらに、１次側コイル４３は、２次側コイル４６Ａ及び２次側コイル４６Ｂにサンドイッチされており、１次側コイル４３Ａが２次側コイル４６Ａに隣接配置されると共に１次側コイル４３Ｂが２次側コイル４６Ｂに隣接配置されている。１次側コイル４３は、２次側コイル４５よりも２次側コイル４６により近く配置されている。

これより、トランス４は、１次側のコイル（１次側コイル４２，４３）と、２次側のコイル（２次側コイル４５，４６）とを交互に（サンドイッチ状に）積層する構造を有しており、電流が同一方向に流れる１次側コイル４２及び１次側コイル４３が、同一軸上では、互いに近接しないようになっている。また、トランス４の各コイルは、２次側コイル４５Ａ（２次側第１サブコイル群）、１次側コイル４２Ａ（１次側第１サブコイル群）、１次側コイル４２Ｂ（１次側第２サブコイル群）、２次側コイル４５Ｂ（２次側第２サブコイル群）、２次側コイル４６Ａ（２次側第３サブコイル群）、１次側コイル４３Ａ（１次側第３サブコイル群）、１次側コイル４３Ｂ（１次側第４サブコイル群）及び２次側コイル４６Ｂ（２次側第４サブコイル群）を、磁気回路の一方向のループに沿って、この順に積層して配置されている。トランス４の積層構造はループに沿って対称となっている。

１次側コイル４２及び１次側コイル４３は、インバータ回路１の動作に応じて自身に流れる電流の方向が変化するようにインバータ回路１に接続されている。具体的には、１次側コイル４２の一端が共振用インダクタ３を介してスイッチング素子１１とスイッチング素子１２との接続点ＸＡに接続され、１次側コイル４２の他端が１次側コイル４３の一端に接続され、１次側コイル４３の他端がスイッチング素子１３とスイッチング素子１４との接続点ＸＢに接続されている。

なお、１次側コイル４２Ａ、１次側コイル４２Ｂ、１次側コイル４３Ａ、１次側コイル４３Ｂ、２次側コイル４５、２次側コイル４５Ｂ、２次側コイル４６Ａ及び２次側コイル４６Ｂは、空気で互いに絶縁されていてもよいし、図示しない絶縁シートを挟むことにより互いに絶縁されていてもよい。

１次側コイル４２及び１次側コイル４３からなる１次側コイル４４は、図１４に示したような等価回路で表すことができる。すなわち、この等価回路は、回路ａ１と、回路ａ２と、インダクタンスＬｅ１とを互いに直列に接続した回路である。回路ａ１は、互いに直列に接続されたインダクタンスＬ１及び抵抗Ｒ１と、互いに直列に接続されたインダクタンスＬ２及び抵抗Ｒ２と、互いに直列に接続された線間容量Ｃ１及び抵抗Ｒ３とを互いに並列に接続して構成されている。回路ａ２は、互いに直列に接続されたインダクタンスＬ３及び抵抗Ｒ４と、互いに直列に接続されたインダクタンスＬ４及び抵抗Ｒ５と、互いに直列に接続された線間容量Ｃ２及び抵抗Ｒ６をと互いに並列に接続して構成されている。

インダクタンスＬ１はトランス４を理想トランスとしたときの１次側コイル４２のインダクタンスであり、抵抗Ｒ１はトランス４を理想トランスとしたときの１次側コイル４２の抵抗である。インダクタンスＬ２は１次側コイル４２の励磁インダクタンスであり、抵抗Ｒ２は１次側コイル４２の交流抵抗成分である。線間容量Ｃ１は１次側コイル４２内の線間容量と、１次側コイル４２及び２次側コイル４５，４６の線間容量との合計容量であり、抵抗Ｒ３は１次側コイル４２の交流抵抗成分である。インダクタンスＬ３はトランス４を理想トランスとしたときの１次側コイル４３のインダクタンスであり、抵抗Ｒ４はトランス４を理想トランスとしたときの１次側コイル４３の抵抗である。インダクタンスＬ４は１次側コイル４３の励磁インダクタンスであり、抵抗Ｒ５は１次側コイル４３の交流抵抗成分である。線間容量Ｃ２は１次側コイル４３内の線間容量と、１次側コイル４３及び２次側コイル４５，４６の線間容量との合計容量であり、抵抗Ｒ６は１次側コイル４３の交流抵抗成分である。インダクタンスＬｅ１はトランス４の漏洩インダクタンスである。

整流回路５は、一対のダイオード５１（第１整流素子）及びダイオード５２（第２整流素子）からなる単相全波整流型のものである。ダイオード５１のアノードは２次側コイル４５の一端に、ダイオード５１のカソードは接続点Ｄにそれぞれ接続されている。ダイオード５２のアノードは２次側コイル４６の一端に、ダイオード５２のカソードは接続点Ｄにそれぞれ接続されている。接続点Ｄは平滑回路６を介して出力部Ｔ３０に接続されている。これにより、この整流回路５は、２次側コイル４５と２次側コイル４６とが時分割で互いに逆位相に駆動されるようになっている。

平滑回路６は、チョークコイル６１と、平滑コンデンサ６２とを含んで構成されており、整流回路５で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Ｖｏｕｔを生成し、これを出力部Ｔ３０，Ｔ４０から負荷Ｌに供給するようになっている。

次に、以上のような構成のＤＣ／ＤＣコンバータの作用を説明する。なお、以下では、一般的なスイッチング動作でインバータ回路１を駆動する場合について説明するが、例えば、ゼロボルトスイッチング制御でインバータ回路１を駆動することも可能である。

インバータ回路１のスイッチング素子１１，１４がオンすると、スイッチング素子１１からスイッチング素子１４の方向に電流が流れ、トランス４の１次側コイル４４に電圧Ｖｉｎ１が現れると共に、１次側コイル４４を構成する１次側コイル４２及び１次側コイル４３に電流Ｉｉｎ１が流れる。一方、トランス４の２次側コイル４５，４６に、ダイオード５２に対して逆方向となり、ダイオード５１に対して順方向となる電圧が現れる。このため、２次側コイル４５、ダイオード５１、チョークコイル６１及び平滑コンデンサ６２を通って出力ラインＬＯ及び接地ラインＬＧに電流Ｉｏｕｔ１が流れる。このとき、平滑コンデンサ６２に並列に接続された出力部Ｔ３０及びＴ４０には平滑回路６によって平滑化された電圧Ｖｏｕｔが出力される。

次に、スイッチング素子１１，１４がオンからオフになると、トランス４の２次側コイル４５，４６に、ダイオード５２に対して順方向となる電圧が現れる。このため、２次側コイル４６、ダイオード５２、チョークコイル６１及び平滑コンデンサ６２を通って出力ラインＬＯ及び接地ラインＬＧに電流が流れる。このとき、平滑コンデンサ６２に並列に接続された出力部Ｔ３０及びＴ４０には平滑回路６によって平滑化された電圧Ｖｏｕｔが出力される。

次に、スイッチング素子１２，１３がオンすると、スイッチング素子１３からスイッチング素子１２の方向に電流が流れ、トランス４の１次側コイル４４に電圧Ｖｉｎ２が現れると共に、１次側コイル４４を構成する１次側コイル４２及び１次側コイル４３に電流Ｉｉｎ２が流れる。一方、トランス４の２次側コイル４５，４６に、ダイオード５２に対して順方向となり、ダイオード５１に対して逆方向となる電圧が現れる。このため、２次側コイル４６、ダイオード５２、チョークコイル６１及び平滑コンデンサ６２を通って出力ラインＬＯ及び接地ラインＬＧに電流Ｉｏｕｔ２が流れる。このとき、平滑コンデンサ６２に並列に接続された出力部Ｔ３０及びＴ４０には平滑回路６によって平滑化された電圧Ｖｏｕｔが出力される。

最後に、スイッチング素子１２，１３がオンからオフになると、トランス４の２次側コイル４５，４６に、ダイオード５１に対して順方向となる電圧が現れる。このため、２次側コイル４５、ダイオード５１、チョークコイル６１及び平滑コンデンサ６２を通って出力ラインＬＯ及び接地ラインＬＧに電流が流れる。このとき、平滑コンデンサ６２に並列に接続された出力部Ｔ３０及びＴ４０には平滑回路６によって平滑化された電圧Ｖｏｕｔが出力される。

このようにして、ＤＣ／ＤＣコンバータは、高圧バッテリから供給された直流入力電圧Ｖｉｎを直流出力電圧Ｖｏｕｔに変圧（降圧）し、その変圧した直流出力電圧Ｖｏｕｔを低圧バッテリに給電する。

次に、本実施の形態のＤＣ／ＤＣコンバータの効果を比較例と対比して説明する。

比較例では、図１５に示したように、トランス１０４の１次側コイル１４４は１次側コイル１４２と１次側コイル１４５とを互いに並列に接続して構成されており、この点で本実施の形態の１次側コイル４４と相違する。

比較例の１次側コイル１４２は、本実施の形態の１次側コイル４２と同様、互いに直列に接続された１次側コイル１４２Ａ及び１次側コイル１４２Ｂを有する。これら１次側コイル１４２Ａ及び１次側コイル１４２Ｂは、磁芯４１にそれぞれ６巻きされたものであり、上からこの順に積層配置されている。なお、本実施の形態と比較例との間でトランスの降圧の度合いを揃える観点から、１次側コイル１４２の巻数を、１次側コイル４２の巻数の２倍、すなわち１２巻きとしている。さらに、１次側コイル１４２は、２次側コイル４５Ａ及び２次側コイル４５Ｂにサンドイッチされており、１次側コイル１４２Ａが２次側コイル４５Ａに近接配置されると共に１次側コイル１４２Ｂが２次側コイル４５Ｂに近接配置されている。これより、１次側コイル１４２は、２次側コイル４６よりも２次側コイル４５により近く配置されている。

比較例の１次側コイル１４３は、互いに直列に接続された１次側コイル１４３Ａ及び１次側コイル１４３Ｂを有する。これら１次側コイル１４３Ａ及び１次側コイル１４３Ｂは、磁芯４１にそれぞれ３巻きされたものであり、上からこの順に積層配置されている。なお、本実施の形態と比較例との間でトランスの降圧の度合いを揃える観点から、１次側コイル１４３の巻数を、１次側コイル４３の巻数の２倍、すなわち１２巻きとしている。さらに、１次側コイル１４３は、２次側コイル４６Ａ及び２次側コイル４６Ｂにサンドイッチされており、１次側コイル１４３Ａが２次側コイル４６Ａに隣接配置されると共に１次側コイル１４３Ｂが２次側コイル４６Ｂに隣接配置されている。これより、１次側コイル１４３は、２次側コイル４５よりも２次側コイル４６により近く配置されている。

ここで、比較例のトランス１０４の１次側のコイル、すなわち、１次側コイル１４２及び１次側コイル１４３からなる１次側コイル１４４は、図１６に示したような等価回路で表すことができる。すなわち、この等価回路は、回路ａ１０１及び回路ａ１０２を互いに並列に接続してなる回路と、インダクタンスＬｅ１０１とを互いに直列に接続した回路である。回路ａ１０１は、互いに直列に接続されたインダクタンスＬ１０１及び抵抗Ｒ１０１と、互いに直列に接続されたインダクタンスＬ１０２及び抵抗Ｒ１０２と、互いに直列に接続された線間容量Ｃ１０１及び抵抗Ｒ１０３とを互いに並列に接続して構成されている。回路ａ１０２は、互いに直列に接続されたインダクタンスＬ１０３及び抵抗Ｒ１０４と、互いに直列に接続されたインダクタンスＬ１０４及び抵抗Ｒ１０５と、互いに直列に接続された線間容量Ｃ１０２及び抵抗Ｒ１０６をと互いに並列に接続して構成されている。

上記において、インダクタンスＬ１０１はトランス１０４を理想トランスとしたときの１次側コイル１４２のインダクタンスであり、抵抗Ｒ１０１はトランス１０４を理想トランスとしたときの１次側コイル１４２の抵抗である。インダクタンスＬ１０２は１次側コイル１４２の励磁インダクタンスであり、抵抗Ｒ１０２は１次側コイル１４２の交流抵抗成分である。線間容量Ｃ１０１は１次側コイル１４２内の線間容量と、１次側コイル１４２及び２次側コイル４５，４６の線間容量との合計容量であり、抵抗Ｒ１０３は１次側コイル１４２の交流抵抗成分である。インダクタンスＬ１０３はトランス１０４を理想トランスとしたときの１次側コイル１４３のインダクタンスであり、抵抗Ｒ１０４はトランス１０４を理想トランスとしたときの１次側コイル１４３の抵抗である。インダクタンスＬ１０４は１次側コイル１４３の励磁インダクタンスであり、抵抗Ｒ１０５は１次側コイル１４３の交流抵抗成分である。線間容量Ｃ１０２は１次側コイル１４３内の線間容量と、１次側コイル１４３及び２次側コイル４５，４６の線間容量との合計容量であり、抵抗Ｒ１０６は１次側コイル１４３の交流抵抗成分である。インダクタンスＬｅ１０１はトランス１０４の漏洩インダクタンスである。

比較例では、図１７に示したように、１次側コイル１４４に電圧Ｖｉｎ１が入力されると、１次側コイル１４２に電流Ｉｉｎ１１が、１次側コイル１４３に電流Ｉｉｎ１２がそれぞれ流れる。ここで、１次側コイル１４２は電流の流れている２次側コイル４５により近く配置されているので、２次側コイル４５と密に磁気結合する。このとき、１次側コイル１４２と２次側コイル４５とはトランスの原理上、電流の流れる向きが互いに逆向きになるので、１次側コイル１４２では、電流の流れる向きが同一であるコイル群同士を近接させた場合と比べて、近接効果による影響が低下するので交流抵抗が低くなる。これより、１次側コイル１４２には相対的に大きな電流が流れる。一方、１次側コイル１４３は電流の流れている２次側コイル４５により遠く配置されているので、２次側コイル４５と疎に磁気結合する。このとき、電流が流れていない２次側コイル４６に相対的に近く配置されているので、１次側コイル１４３では、１次側コイル１４２と比べて、近接効果により交流抵抗が高くなる。これより、１次側コイル１４３には相対的に小さな電流しか流れない。

また、図１８に示したように、１次側コイル１４４に電圧Ｖｉｎ２が入力されると、１次側コイル１４２に電流Ｉｉｎ２２が、１次側コイル１４３に電流Ｉｉｎ２１がそれぞれ流れる。ここで、１次側コイル１４３は電流の流れている２次側コイル４６により近く配置されているので、２次側コイル４６と相対的に密に磁気結合する。このとき、１次側コイル１４３と２次側コイル４６とはトランスの原理上、電流の流れる向きが互いに逆向きになるので、１次側コイル１４３では、電流の流れる向きが同一であるコイル群同士を近接させた場合と比べて、近接効果による影響が低下するので交流抵抗が低くなる。これより、１次側コイル１４３には相対的に大きな電流が流れる。一方、１次側コイル１４２は電流の流れている２次側コイル４６により遠く配置されているので、２次側コイル４６と相対的に疎に磁気結合する。このとき、電流が流れていない２次側コイル４５に相対的に近く配置されているので、１次側コイル１４２では、１次側コイル１４３と比べて、近接効果により交流抵抗が高くなる。これより、１次側コイル１４２には相対的に小さな電流しか流れない。

このように、比較例では、１次側コイル１４２及び１次側コイル１４３が互いに並列に接続されているので、交流抵抗の低い側のコイルに電流のより多くが流れることとなる。そのため、トランス１０４の線間容量Ｃ１及びＣ２と、トランス１０４の励磁インダクタンスＬ２及びＬ４と、トランス１０４の漏洩インダクタンスＬｅ１とによるＬＣ共振によって生じる、トランス１０４の出力交流電圧（図１５の端部Ａ，Ｂ間の電圧）に発生するリンギングを、低い交流抵抗によって減衰させることはほとんどできない（図１９の点線で示された波形参照）。その結果、トランス１０４におけるコアロスやトランス１０４の交流抵抗による発熱量が増加し、効率が低下してしまう。

一方、本実施の形態では、図２０に示したように、１次側コイル４４に電圧Ｖｉｎ１が入力されると、１次側コイル４４を構成する１次側コイル４２及び１次側コイル４３に電流Ｉｉｎ１が流れる。ここで、１次側コイル４２は電流の流れている２次側コイル４５により近く配置されているので、２次側コイル４５と相対的に密に磁気結合する。このとき、１次側コイル４２と２次側コイル４５とはトランスの原理上、電流の流れる向きが互いに逆向きになるので、１次側コイル４２では、電流の流れる向きが同一であるコイル群同士を近接させた場合と比べて、近接効果による影響が低下するので交流抵抗が低くなる。一方、１次側コイル４３は電流の流れている２次側コイル４５により遠く配置されているので、２次側コイル４５と相対的に疎に磁気結合する。このとき、電流が流れていない２次側コイル４６により近く配置されているので、１次側コイル４３では、１次側コイル４２と比べて、近接効果により交流抵抗が高くなるが、本実施の形態では、１次側コイル４２及び１次側コイル４３は互いに直列に接続されているので、１次側コイル４２及び１次側コイル４３には互いに等しい電流が流れる。

また、図２１に示したように、１次側コイル４４に電圧Ｖｉｎ２が入力されると、１次側コイル４４を構成する１次側コイル４２及び１次側コイル４３に電流Ｉｉｎ２が流れる。ここで、１次側コイル４３は電流の流れている２次側コイル４６により近く配置されているので、２次側コイル４６と相対的に密に磁気結合する。このとき、１次側コイル４３と２次側コイル４６とはトランスの原理上、電流の流れる向きが互いに逆向きになるので、１次側コイル４３では、電流の流れる向きが同一であるコイル群同士を近接させた場合と比べて、近接効果による影響が低下するので交流抵抗が低くなる。一方、１次側コイル４２は電流の流れている２次側コイル４６により遠く配置されているので、２次側コイル４６と相対的に疎に磁気結合する。このとき、電流が流れていない２次側コイル４５により近く配置されているので、１次側コイル４２では、１次側コイル４３と比べて、近接効果により交流抵抗が高くなるが、本実施の形態では、１次側コイル４２及び１次側コイル４３は互いに直列に接続されているので、１次側コイル４２及び１次側コイル４３には互いに等しい電流が流れる。

このように、本実施の形態では、１次側コイル４２及び１次側コイル４３が互いに直列に接続されているので、交流抵抗の大きなコイルにも大きな電流が流れることとなる。そのため、トランス４の線間容量Ｃ１及びＣ２と、トランス４の励磁インダクタンスＬ２及びＬ４と、トランス４の漏洩インダクタンスＬｅ１とによるＬＣ共振によって生じる、トランス４の出力交流電圧（図１２の端部Ａ，Ｂ間の電圧）に発生するリンギングを、高い交流抵抗によって減衰させることができる（図１９の実線で示された波形参照）。その結果、トランス４におけるコアロスやトランス４の交流抵抗による発熱量が低下し、効率が向上する。

また、本実施の形態では、トランス４の各コイル（１次側コイル４２Ａ、１次側コイル４２Ｂ、１次側コイル４３Ａ、１次側コイル４３Ｂ、２次側コイル４５Ａ、２次側コイル４５Ｂ、２次側コイル４６Ａ及び２次側コイル４６Ｂ）の積層構造が上下対称となっているので、２次側コイル４５が駆動されているときと、２次側コイル４６が駆動されているときとで、トランス４の交流抵抗の大きさに実質的な差異はない。これより、２次側コイル４５が駆動されているときの出力交流電圧と、２次側コイル４６が駆動されているときの出力交流電圧とで、リンギングの減衰量に実質的な差異はないので、発熱量が周期的に増大することもなく、高効率を維持することができる。

上記実施の形態では、トランス４の各コイルは、２次側コイル４５Ａ、１次側コイル４２Ａ、１次側コイル４２Ｂ、２次側コイル４５Ｂ、２次側コイル４６Ａ、１次側コイル４３Ａ、１次側コイル４３Ｂ及び２次側コイル４６Ｂを上からこの順に積層して配置されていたが、図２２に示したように、上下対称を維持した状態で、２次側コイル４５Ｂ及び２次側コイル４６Ａの間に、１次側第３コイル４７Ａ及び１次側第３コイル４７Ｂを上からこの順に積層してなる１次側第３コイル４７を挿入配置してもよい。また、上下対称を維持した状態で、図２３に示したように、２次側コイル４５Ｂ及び２次側コイル４６Ａを削除したり、図２４に示したように、２次側コイル４５Ａ及び２次側コイル４６Ｂを削除してもよい。なお、上下対称ではないが、図２５に示したように、２次側コイル４５Ｂ及び２次側コイル４６Ｂを削除してもよい。いずれにおいても、大きな交流抵抗が１次側コイル４４中に直列に配置されるようになっていればよい。

また、上記実施の形態では、トランス４の各コイルは、磁芯の脚部に沿って配列したが、これは、図２６〜図２９に示すように、磁芯の脚部に垂直な方向に同心円状に配置することもできる。

図２６に示すように、内側からコイル２４６Ｂ，２４３，２４６Ａ，４５Ｂ，４２，４５Ａの順番で中脚部４１Ｃにコイルを巻きつけてもよい。

図２７に示すように、内側からコイル２４６Ｂ，２４３，２４６Ａ，４７、４５Ｂ，４２，４５Ａの順番で中脚部４１Ｃにコイルを巻きつけてもよい。

図２８に示すように、内側からコイル２４６Ｂ，２４３，４２，４５Ａの順番で中脚部４１Ｃにコイルを巻きつけてもよい。

図２９に示すように、内側からコイル２４３，２４６Ａ，４２，４５Ａの順番で中脚部４１Ｃにコイルを巻きつけてもよい。

また、上記実施の形態では、インバータ回路１，１０はフルブリッジ型またはプッシュプル型であったが、図３０に例示したような２次側コイル１４７を用いたフォーワード型や、図３１に例示したようなハーフブリッジ型などであってもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。１次側コイルと２次側コイルの配列変形を示す図である。並列接続したトランスの斜視図である。図６に示したトランスの縦断面図である。図１に示した回路の１次側コイルの結線を示す図である。図３に示した回路の１次側コイルの結線を示す図である。インバータ回路１の回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示すブロック図である。実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの構造図である。トランスの１次側コイルの等価回路図である。比較例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。トランスの１次側コイルの等価回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するための回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するための他の回路図である。トランスの出力交流電圧の波形図の回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するための回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するための他の回路図である。一変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。他の変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。他の変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。他の変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。トランスの断面図である。トランスの断面図である。トランスの断面図である。トランスの断面図である。他の変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。他の変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。

符号の説明

１・・・インバータ回路、５，６・・・整流平滑回路、４２，４３，２４２，２４３・・・１次側コイル、４５，２４６、４６，２４５・・・２次側コイル。

Claims

入力部と、出力部と、
第１コイル群を有した第１トランスと、
第２コイル群を有した第２トランスと、
前記入力部と前記第１及び第２トランスの入力端子の間に接続されたインバータ回路と、
前記出力部と前記第１及び第２トランスの出力端子の間に接続された整流平滑回路と、
を備えたＤＣ／ＤＣコンバータであって、
磁気的に結合した１次側コイル及び２次側コイルを有する第１コイル対と、
磁気的に結合した１次側コイル及び２次側コイルを有する第２コイル対と、
磁気的に結合した１次側コイル及び２次側コイルを有する第３コイル対と、
磁気的に結合した１次側コイル及び２次側コイルを有する第４コイル対と、
を備え、
前記第１コイル群は、前記第１及び第３コイル対を有し、
前記第２コイル群は、前記第２及び第４コイル対を有し、
前記第１及び第２コイル対に含まれる１次側コイルは、前記第1トランスの入力端子と前記第2トランスの入力端子との間で互いに直列に接続されており、
前記第３及び第４コイル対に含まれる１次側コイルは、前記第1トランスの入力端子と前記第2トランスの入力端子との間で互いに直列に接続されており、
前記第１及び第３コイル対に含まれる２次側コイルは、前記出力部に対し互いに並列に接続されており、
前記第２及び第４コイル対に含まれる２次側コイルは、前記出力部対し互いに並列に接続されている、
ことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
前記第１コイル群及び前記第２コイル群は、それぞれ一軸上に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
前記第１コイル対の１次側コイルと、前記第２コイル対の１次側コイルは、同一の基板上に形成され、
前記第３コイル対の１次側コイルと、前記第４コイル対の１次側コイルは、前記第１コイル対及び前記第２コイル対の１次側コイルが形成された基板とは異なる、同一の基板上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
前記第１及び第４コイル対に含まれる１次側コイルの交流抵抗と、前記第２及び第３コイル対に含まれる１次側コイルの交流抵抗とは、前記インバータ回路のスイッチングに同期して、一方が他方に対して交互に高くなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。