JP2011134744A - Switching transformer and switching power source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチングトランス及びこれを用いたスイッチング電源に関する。 The present invention relates to a switching transformer and a switching power supply using the same.
スイッチングトランスを用いた絶縁型AC(Alternating Current)/DC(Direct Current)コンバータやDC/DCコンバータなどのスイッチング電源が、各種用途に用いられている。このようなスイッチング電源には、内部損失により発生する熱を除去するための比較的大型のヒートシンクが設けられている。従って、スイッチング電源を小型化するには、この比較的大型のヒートシンクを小型化するのが効果的である。そのためには、高効率化により内部損失を低減し、発熱を抑制する必要がある。 Switching power supplies such as an insulating AC (Alternating Current) / DC (Direct Current) converter and a DC / DC converter using a switching transformer are used in various applications. Such a switching power supply is provided with a relatively large heat sink for removing heat generated by internal loss. Therefore, in order to reduce the size of the switching power supply, it is effective to reduce the size of the relatively large heat sink. For this purpose, it is necessary to reduce internal loss and suppress heat generation by increasing efficiency.
一般的に、トランスの2次(出力)側コイルの整流用には、ダイオード(出力整流ダイオード)が使用されている。上記内部損失の中では、出力整流ダイオードの損失が占める割合が最も大きいため、この出力整流ダイオードの損失低減が重要になる。 Generally, a diode (output rectifier diode) is used for rectification of the secondary (output) side coil of the transformer. Since the ratio of the loss of the output rectifier diode is the largest among the internal losses, it is important to reduce the loss of the output rectifier diode.
ここで、出力整流ダイオードにはショットキーダイオードとファーストリカバリーダイオードの2種類がある。ファーストリカバリーダイオードは、耐電圧は高いが、順方向電圧降下が大きい。一方、ショットキーダイオードは、耐電圧は低いが、順方向電圧降下が小さい。そのため、耐電圧の低いショットキーダイオードを使用することができれば、順方向電圧降下による損失を低減できる。 Here, there are two types of output rectifier diodes, a Schottky diode and a fast recovery diode. The fast recovery diode has a high withstand voltage but a large forward voltage drop. On the other hand, the Schottky diode has a low withstand voltage but a small forward voltage drop. Therefore, if a Schottky diode with a low withstand voltage can be used, loss due to a forward voltage drop can be reduced.
ところが、スイッチングトランスを用いたスイッチング電源では、サージ電圧が発生するため、通常は耐電圧の高いファーストリカバリーダイオードが出力整流ダイオードとして用いられていた。また、スナバ回路などによりサージ電圧を抑えた上で、出力整流ダイオードとして耐電圧の低いショットキーダイオードを用いることも考えられるが、スナバ回路による損失が増加するため、全体としては損失を低減することができない。 However, in a switching power supply using a switching transformer, a surge voltage is generated, so that a fast recovery diode having a high withstand voltage is usually used as an output rectifier diode. In addition, it is conceivable to use a Schottky diode with a low withstand voltage as the output rectifier diode after suppressing the surge voltage with a snubber circuit, etc., but since the loss due to the snubber circuit increases, the loss should be reduced as a whole. I can't.
他方、サージ電圧を低減するために、スイッチングトランスの1次コイル側に、1次コイルよりも巻数の少ない補助コイルを設ける方法が知られている。これにより、出力整流ダイオードのサージ電圧をクランプすることができる。 On the other hand, in order to reduce the surge voltage, a method is known in which an auxiliary coil having a smaller number of turns than the primary coil is provided on the primary coil side of the switching transformer. Thereby, the surge voltage of the output rectifier diode can be clamped.
なお、特許文献1には、プリント基板上にパターン形成された一次側コイルが開示されている。 Patent Document 1 discloses a primary coil patterned on a printed circuit board.
上述の通り、出力整流ダイオードの順方向電圧降下が小さい程、即ち、耐電圧が低い程、高効率化による小型化を実現できる。そのためには、スイッチングトランスの2次コイルと補助コイルとの磁気的結合を大きくし、出力整流ダイオードのサージ電圧をより効果的に抑制する必要があった。 As described above, the smaller the forward voltage drop of the output rectifier diode, that is, the lower the withstand voltage, the smaller can be achieved by higher efficiency. For this purpose, it is necessary to increase the magnetic coupling between the secondary coil and the auxiliary coil of the switching transformer and more effectively suppress the surge voltage of the output rectifier diode.
本発明は上記のような技術的背景に鑑みなされたものであり、出力整流ダイオードに発生するサージ電圧をより効果的に抑制することができるスイッチングトランスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above technical background, and an object thereof is to provide a switching transformer that can more effectively suppress a surge voltage generated in an output rectifier diode.
本発明の第1の態様に係るスイッチングトランスは、
入力側に設けられた1次コイルと、
前記1次コイルと電気的に絶縁され、出力側に設けられた第1の2次コイルと、
前記第1の2次コイルと電気的に絶縁され、入力側に設けられた第1の補助コイルと、を備えたスイッチングトランスであって、
前記第1の2次コイルと、前記第1の補助コイルとが、いずれも平板状かつ環状に形成されており、
前記第1の2次コイルのコイル形成領域と、前記第1の補助コイルのコイル形成領域とが、重なるように配置されたものである。
これにより、補助コイルと2次コイルとの磁気的結合を大きくすることができ、サージ電圧を効果的に抑制することができる。
The switching transformer according to the first aspect of the present invention includes:
A primary coil provided on the input side;
A first secondary coil electrically insulated from the primary coil and provided on the output side;
A switching transformer comprising: a first auxiliary coil electrically insulated from the first secondary coil and provided on the input side;
Both the first secondary coil and the first auxiliary coil are formed in a flat plate shape and an annular shape,
The coil formation region of the first secondary coil and the coil formation region of the first auxiliary coil are arranged so as to overlap each other.
Thereby, the magnetic coupling between the auxiliary coil and the secondary coil can be increased, and the surge voltage can be effectively suppressed.
本発明の第2の態様に係るスイッチングトランスは、第1の態様において、
前記第1の補助コイルが、
プリント基板と、
前記プリント基板上に、らせん状にパターニングされた配線とを備えることを特徴とするものである。
これにより、生産性を向上させることができる。
A switching transformer according to a second aspect of the present invention is the first aspect,
The first auxiliary coil is
A printed circuit board;
A wiring patterned in a spiral shape is provided on the printed circuit board.
Thereby, productivity can be improved.
本発明の第3の態様に係るスイッチングトランスは、第2の態様において、
前記配線は、前記プリント基板の両面にパターニングされ、かつ、前記プリント基板を貫通するスルーホールにより一体化されていることを特徴とするものである。
これにより、スペースを増やすことなくコイルの巻き数を増やすことができると共に、配線の引き出しを容易にすることができる。
A switching transformer according to a third aspect of the present invention is the second aspect,
The wiring is patterned on both sides of the printed board and integrated by through holes penetrating the printed board.
As a result, the number of turns of the coil can be increased without increasing the space, and the drawing of the wiring can be facilitated.
本発明の第4の態様に係るスイッチングトランスは、第1〜3の態様において
前記第1の2次コイルは、板状のバスバーからなる1ターンコイルであることを特徴とするものである。
これにより、確実に補助コイルと2次コイルとの磁気的結合を大きくすることができる。
The switching transformer according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the first to third aspects, the first secondary coil is a one-turn coil made of a plate-like bus bar.
As a result, the magnetic coupling between the auxiliary coil and the secondary coil can be reliably increased.
本発明の第5の態様に係るスイッチングトランスは、第1〜4の態様において
前記1次コイルと電気的に絶縁され、出力側に前記1次コイルを介して前記第1の2次コイルと対向配置された第2の2次コイルと、
前記第2の2次コイルと電気的に絶縁され、入力側に設けられた第2の補助コイルと、を更に備え、
前記第2の2次コイルと、前記第2の補助コイルとが、いずれも平板状かつ環状に形成されており、
前記第2の2次コイルのコイル形成領域と、前記第2の補助コイルのコイル形成領域とが、重なるように配置されたことを特徴とするものである。
A switching transformer according to a fifth aspect of the present invention is the first to fourth aspects, wherein the switching transformer is electrically insulated from the primary coil and faces the first secondary coil via the primary coil on the output side. A second secondary coil disposed;
A second auxiliary coil electrically insulated from the second secondary coil and provided on the input side;
Both the second secondary coil and the second auxiliary coil are formed in a flat plate shape and an annular shape,
The coil forming region of the second secondary coil and the coil forming region of the second auxiliary coil are arranged so as to overlap each other.
本発明の第6の態様に係るスイッチング電源は、第1〜5のいずれか一態様のスイッチングトランスを備え、前記第1の2次コイルに接続された出力整流ダイオードを備えるものである。 A switching power supply according to a sixth aspect of the present invention includes the switching transformer according to any one of the first to fifth aspects, and includes an output rectifier diode connected to the first secondary coil.
本発明の第7の態様に係るスイッチング電源は、第6の態様において、
出力整流ダイオードがショットキーダイオードであることを特徴とするものである。
これにより、出力整流ダイオードによる損失を低減することができる。
A switching power supply according to a seventh aspect of the present invention is the sixth aspect,
The output rectifier diode is a Schottky diode.
Thereby, the loss by an output rectifier diode can be reduced.
本発明によれば、出力整流ダイオードのサージ電圧をより効果的に抑制することができるスイッチングトランスを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the switching transformer which can suppress the surge voltage of an output rectifier diode more effectively can be provided.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るスイッチングトランスの分解斜視図である。このスイッチングトランスは、1次コイル1、1対の2次コイル21、22、2対の絶縁シート31、32、51、52、1対の補助コイル41、42、1対のコア61、62を備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of the switching transformer according to the first embodiment of the present invention. The switching transformer includes a primary coil 1, a pair of
1次コイル1は、例えば直径2〜3mm程度の銅線が、当該1次コイル1の長手方向にらせん状に8回(8ターン)巻かれ、全体として円筒状に形成された巻き線コイルである。なお、図1において、1次コイル1は模式的に円筒状に描かれている。また、1次コイル1の材質は銅線に限られるものでなく、その他の金属線であってもよい。また、巻き数も適宜決定されるものである。 The primary coil 1 is, for example, a winding coil in which a copper wire having a diameter of about 2 to 3 mm is spirally wound in the longitudinal direction of the primary coil 1 eight times (8 turns), and formed into a cylindrical shape as a whole. is there. In FIG. 1, the primary coil 1 is schematically drawn in a cylindrical shape. The material of the primary coil 1 is not limited to a copper wire, and may be other metal wires. Further, the number of turns is also determined as appropriate.
図1に示すように、円筒状の1次コイル1の上側には2次コイル21が、下側には2次コイル22が配置されている。2次コイル21、22は、いずれも1次コイル1と図示しない絶縁物により電気的に絶縁されている。一方、2次コイル21、22は、いずれも1次コイル1と磁気的に結合されている。ここで、2次コイル21、22は、いずれも1ターンコイルであって、例えば厚さ1mm程度の銅板からなるバスバーである。本実施の形態では、2次コイル21、22は、1ターンコイルのバスバーからなるが、平板状かつ環状に形成されていればよく、例えば、プリント基板にパターン形成されたものであってもよい。ここで、2次コイル21、22を平板状かつ環状に形成する理由は、後述する補助コイル41、42との磁気的結合を向上させるためである。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、2次コイル21は、コイル部21aと、端子部21bとを備えている。コイル部21aは、環状(リング状、ドーナツ状)に形成され、そのリングの一部が分断されている。そして、その分断されたコイル部21aの両端から、1対の端子部21bが突出して形成されている。各端子部21bの先端には、電気的接続用の貫通孔が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
同様に、2次コイル22は、コイル部22aと、端子部22bとを備えている。コイル部22aは、環状(リング状、ドーナツ状)に形成され、そのリングの一部が分断されている。そして、その分断されたコイル部22aの両端から、1対の端子部22bが突出するように形成されている。各端子部22bの先端には、電気的接続用の貫通孔が形成されている。
Similarly, the
また、図1に示すように、端子部21b、22bは、配線の位置などに応じて、適宜曲げ加工が施されている。なお、1次コイル1と同様に、2次コイル21、22の材質も銅板に限られるものでなく、例えばアルミニウム板やその他の金属板であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、2次コイル21の上側には絶縁シート31が、2次コイル22の下側には絶縁シート32が配置されている。絶縁シート31、32は同一形状であって、いずれも環状(リング状、ドーナツ状)に形成され、例えば厚さ0.1mm程度のノーメックス紙からなる。しかしながら、これに限定されることはなく、その他の絶縁材料を用いることができる。
As shown in FIG. 1, an insulating
図1に示すように、絶縁シート31の上側には補助コイル41が、絶縁シート32の下側には補助コイル42が配置されている。補助コイル41、42は、スイッチングによるサージ電圧を低減するために、1次(入力)側に設けられたコイルであって、1次コイル1よりも巻数が少ない。また、補助コイル41、42は、それぞれ2次コイル21、22と絶縁シート31、32により電気的に絶縁されている。一方、補助コイル41、42は、いずれも2次コイル21、22と磁気的に結合されている。補助コイル41、42の構造の詳細については後述する。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、補助コイル41の上側には絶縁シート51が、補助コイル42の下側には絶縁シート52が配置されている。絶縁シート51、52は、絶縁シート31、32と同様であるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 1, an insulating
図1に示すように、絶縁シート51の上側にはコア61が、絶縁シート52の下側にはコア62が配置されている。コア61、62は同一形状であって、それぞれ凸部61a、62aと収納部61b、62bとを備えている。すなわち、コア61、62はいわゆるPQ型と呼ばれる形状を有し、また、例えばフェライトからなる。
As shown in FIG. 1, the
ここで、図2は、図1のスイッチングトランスの組立斜視図である。図1、図2に示すように、コア61、62の凸部61a、62aは対向配置される。そして、同一形状のコア61、62は、組立状態において、互いに当接し、かつ、当接面に対して鏡面対称になるように配置される。
Here, FIG. 2 is an assembly perspective view of the switching transformer of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
組立状態では、コア61、62の凸部61a、62aは、1次コイル1、1対の2次コイル21、22、2対の絶縁シート31、32、51、52、1対の補助コイル41、42に形成された中央部の孔に挿入されている。他方、1次コイル1、1対の2次コイル21、22のコイル部21a、22a、2対の絶縁シート31、32、51、52、1対の補助コイル41、42のコイル部は、コア61、62の収納部61b、62bに収納されている。また、収納部61b、62bの一方の開放部から2次コイル21、22の端子部21b、22bが、反対側の開放部から、補助コイル41、42のそれぞれの端子部が突出している。
In the assembled state, the
次に、図3、4を用いて、補助コイル41、42の構造の詳細について説明する。図3は、補助コイル41、42の上面図(a)及び下面図(b)である。補助コイル41、42は同一構造であるため、図3では補助コイル41について示している。図3(a)(b)に示すように、補助コイル41は、プリント基板4a、配線4b、スルーホール4c、端子孔4d、4eを備えている。
Next, details of the structure of the
ここで、図3(a)に示すように、プリント基板4aの上面には、端子孔4dからスルーホール4cへ至る銅からなる配線4bが、らせん状にパターニングされている。他方、図3(b)に示すように、プリント基板4aの下面には、端子孔4eからスルーホール4cへ至る銅からなる配線4bが、らせん状にパターニングされている。例えば、銅配線のサイズは厚さ35μm、幅1mmである。
Here, as shown in FIG. 3A,
ここで、図4は、補助コイル41の上面透視図である。実線が上面に形成された配線4b、点線が下面に形成された配線4bを示している。図4に示すように、プリント基板4aの上下両面に形成された配線4bはスルーホール4cを介して一体に形成され、全体として補助コイル41を構成している。図3、図4には、巻き数7(7ターン)の補助コイル41の例が示されているが、巻き数はこれに限定されるものではない。
Here, FIG. 4 is a top perspective view of the
上述の通り、本実施の形態に係るスイッチングトランスでは、2次コイル21、22は、板状のバスバーから構成された1ターンコイルである。また、補助コイル41、42は、プリント基板4a上にパターニングされた配線4bから構成されている。すなわち、2次コイル21、22と補助コイル41、42とは、いずれも1次コイル1のような縦方向に巻かれた巻き線コイルでなく、いずれも平板状かつ環状に形成されている。そして、2次コイル21と補助コイル41のコイル形成領域が、また、2次コイル22と補助コイル41のコイル形成領域が、それぞれ重なるように配置されている。
As described above, in the switching transformer according to the present embodiment, the
このような構成により、当該補助コイル41と2次コイル21、補助コイル42と2次コイル22との磁気的結合を大きくすることができる。これにより、スイッチングによるサージ電圧を低減することができ、後述する出力整流ダイオードにおいて、内部損失が小さく耐電圧の低いものを用いることができる。具体的には、従来から使用されているファーストリカバリーダイオードの耐電圧を下げることができる。また、ファーストリカバリーダイオードをショットキーダイオードに代えることにより、さらに耐電圧を下げることができる。
With such a configuration, the magnetic coupling between the
また、補助コイル41、42では、1枚のプリント基板4aの上下両面に配線4bがらせん状に形成されているため、何らスペースを増やすことなくコイルの巻き数を増やすことができる。同時に、端子孔4d、4eへの配線4bの引き出しを容易にすることができる。さらに、上述の通り、上下両面に形成された配線4bの形状が同一形状であって、プリント基板4aの上下両面に区別がないため、取り扱いが容易となる。また、補助コイル41と補助コイル42とにも区別がないため、同一部品とすることができ、取り扱いが容易となるとともに生産性が向上する。
Further, in the
次に、図5を用いて、本実施の形態に係るスイッチングトランスを用いたスイッチング電源の一態様である絶縁型DC/DCコンバータについて説明する。図5は、実施の形態1に係る絶縁型DC/DCコンバータの回路図である。図5に示すように、この絶縁型DC/DCコンバータの回路は、フルブリッジ方式の2相全波整流回路であって、334Vの直流電圧を14Vの直流電圧に変換する。例えば、電気自動車やハイブリッドカーにおける補機用電圧を生成するために用いられる。また、本実施の形態に係る構成は、例えば100V〜V400V程度から8V〜15V程度への電圧変換に好適である。 Next, an insulated DC / DC converter that is an aspect of a switching power supply using the switching transformer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a circuit diagram of the isolated DC / DC converter according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, the circuit of this insulation type DC / DC converter is a full-bridge two-phase full-wave rectification circuit, and converts a DC voltage of 334V into a DC voltage of 14V. For example, it is used to generate an auxiliary machine voltage in an electric vehicle or a hybrid car. The configuration according to the present embodiment is suitable for voltage conversion from about 100V to V400V to about 8V to 15V, for example.
実施の形態1に係る絶縁型DC/DCコンバータは、スイッチングトランスT、スイッチングトランジスタTR1〜TR4、サージクランプ用ダイオードD1〜D4、共振用コイルL1、出力整流ダイオードOD1、OD2、スナバ回路SC1、SC2、平滑コイルL2、平滑コンデンサC1を備えている。ここで、スイッチングトランスTは、図1に示したスイッチングトランスであって、1次コイル1、2次コイル21、22、補助コイル41、42を備えている。
The isolated DC / DC converter according to the first embodiment includes a switching transformer T, switching transistors TR1 to TR4, surge clamping diodes D1 to D4, a resonance coil L1, output rectifier diodes OD1 and OD2, and snubber circuits SC1 and SC2. A smoothing coil L2 and a smoothing capacitor C1 are provided. Here, the switching transformer T is the switching transformer shown in FIG. 1 and includes a primary coil,
スイッチングトランジスタTR1〜TR4は、いずれもn型の電界効果トランジスタであり、スイッチングトランジスタTR1〜TR4の各ゲートに入力される制御信号に基づいて、例えば数十kHz〜数百kHzの周波数でオンオフを繰り返している。ここで、スイッチングトランジスタTR1とTR4とが同じタイミングでオン又はオフとなり、スイッチングトランジスタTR2とTR3とが同じタイミングでオン又はオフとなる。他方、スイッチングトランジスタTR1、TR4と、スイッチングトランジスタTR2、TR3とは、相補的にオン又はオフとなる。 The switching transistors TR1 to TR4 are all n-type field effect transistors, and are repeatedly turned on and off at a frequency of, for example, several tens of kHz to several hundreds of kHz based on a control signal input to each gate of the switching transistors TR1 to TR4. ing. Here, the switching transistors TR1 and TR4 are turned on or off at the same timing, and the switching transistors TR2 and TR3 are turned on or off at the same timing. On the other hand, the switching transistors TR1 and TR4 and the switching transistors TR2 and TR3 are turned on or off in a complementary manner.
ここで、スイッチングトランジスタTR1、TR3のドレインは、ともに入力側高電位端子Pに接続され、ソースはそれぞれスイッチングトランジスタTR2、TR4のドレインに接続されている。スイッチングトランジスタTR2、TR4のソースは、ともに入力側低電位端子Nに接続されている。 Here, the drains of the switching transistors TR1 and TR3 are both connected to the input side high potential terminal P, and the sources are connected to the drains of the switching transistors TR2 and TR4, respectively. The sources of the switching transistors TR2 and TR4 are both connected to the input-side low potential terminal N.
共振用コイルL1の一端は、スイッチングトランジスタTR1のソースとスイッチングトランジスタTR2のドレインとの間のノードに接続されている。共振用コイルL1の他端は、1次コイル1の一端に接続されている。そして、1次コイル1の他端は、スイッチングトランジスタTR3のソースとスイッチングトランジスタTR4のドレインとの間のノードに接続されている。 One end of the resonance coil L1 is connected to a node between the source of the switching transistor TR1 and the drain of the switching transistor TR2. The other end of the resonance coil L1 is connected to one end of the primary coil 1. The other end of the primary coil 1 is connected to a node between the source of the switching transistor TR3 and the drain of the switching transistor TR4.
また、サージクランプ用ダイオードD1のカソードは入力側高電位端子Pに接続され、アノードはサージクランプ用ダイオードD2のカソードに接続されている。サージクランプ用ダイオードD2のアノードは、入力側低電位端子Nに接続されている。すなわち、サージクランプ用ダイオードD1とD2とは直列に接続されている。同様に、サージクランプ用ダイオードD3のカソードは入力側高電位端子Pに接続され、アノードはサージクランプ用ダイオードD4のカソードに接続されている。サージクランプ用ダイオードD4のアノードは、入力側低電位端子Nに接続されている。すなわち、サージクランプ用ダイオードD3とD4とは直列に接続されている。そして、直列接続されたサージクランプ用ダイオードD1、D2と、直列接続されたサージクランプ用ダイオードD3、D4とが、並列に接続されている。 The cathode of the surge clamping diode D1 is connected to the input side high potential terminal P, and the anode is connected to the cathode of the surge clamping diode D2. The anode of the surge clamp diode D2 is connected to the input side low potential terminal N. That is, the surge clamping diodes D1 and D2 are connected in series. Similarly, the cathode of the surge clamp diode D3 is connected to the input side high potential terminal P, and the anode is connected to the cathode of the surge clamp diode D4. The anode of the surge clamp diode D4 is connected to the input side low potential terminal N. That is, the surge clamping diodes D3 and D4 are connected in series. The surge clamp diodes D1 and D2 connected in series and the surge clamp diodes D3 and D4 connected in series are connected in parallel.
補助コイル41の一端は直列接続されたサージクランプ用ダイオードD1、D2の間のノードに接続され、他端は直列接続されたサージクランプ用ダイオードD3、D4の間のノードに接続されている。このような構成により、2次コイル21から伝達されるサージをクランプすることができる。
One end of the
同様に、補助コイル42の一端は直列接続されたサージクランプ用ダイオードD1、D2の間のノードに接続され、他端は直列接続されたサージクランプ用ダイオードD3、D4の間のノードに接続されている。このような構成により、2次コイル22から伝達されるサージをクランプすることができる。
Similarly, one end of the
2次コイル21、22は、上述の通り、1次コイル1及び補助コイル41、42とは電気的に絶縁され、かつ、磁気的に結合されている。2次コイル21、22の一端は、ともに接地されている。すなわち、グランドGNDに接続されている。また、2次コイル21、22の他端は、それぞれ出力整流ダイオードOD1、OD2のアノードに接続されている。出力整流ダイオードOD1、OD2のカソードは、ともに平滑コイルL2の一端に接続されている。平滑コイルL2の他端は出力側高電位端子Bに接続されている。平滑コンデンサC1の一端は出力側高電位端子Bに接続され、他端は接地されている。このような構成により、平滑コイルL2及び平滑コンデンサC1が出力電圧を平滑化する。
As described above, the
スナバ回路SC1、SC2は、いずれも直列接続されたコンデンサと抵抗とからなる。スナバ回路SC1は出力整流ダイオードOD1と並列に接続され、出力整流ダイオードOD1をサージから保護している。また、スナバ回路SC2は出力整流ダイオードOD2と並列に接続され、出力整流ダイオードOD2をサージから保護している。 Each of the snubber circuits SC1 and SC2 includes a capacitor and a resistor connected in series. The snubber circuit SC1 is connected in parallel with the output rectifier diode OD1, and protects the output rectifier diode OD1 from a surge. The snubber circuit SC2 is connected in parallel with the output rectifier diode OD2, and protects the output rectifier diode OD2 from a surge.
次に、図5を用いて、本実施の形態に係るスイッチングトランスを用いた絶縁型DC/DCコンバータの動作について説明する。スイッチングトランジスタTR1とTR4とがオフからオン、スイッチングトランジスタTR2、TR3がオンからオフへ切り換わると、1次コイル1には図5において下向きの電流が流れる。この場合、2次コイル21には図5において上向きの電流が流れ、出力整流ダイオードOD1を介して出力電圧が生成される。また、このスイッチングに伴い出力整流ダイオードOD2側に発生したサージ電圧が2次コイル22を介して補助コイル42によりクランプされる。
Next, the operation of the insulated DC / DC converter using the switching transformer according to the present embodiment will be described with reference to FIG. When the switching transistors TR1 and TR4 are switched from OFF to ON and the switching transistors TR2 and TR3 are switched from ON to OFF, a downward current flows in the primary coil 1 in FIG. In this case, an upward current in FIG. 5 flows through the
一方、スイッチングトランジスタTR2とTR3とがオフからオン、スイッチングトランジスタTR1、TR4がオンからオフへ切り換わると、1次コイル1には図5において上向きの電流が流れる。この場合、2次コイル22には図5において下向きの電流が流れ、出力整流ダイオードOD2を介して出力電圧が生成される。また、このスイッチングに伴い出力整流ダイオードOD1側に発生したサージ電圧が2次コイル21を介して補助コイル41によりクランプされる。
On the other hand, when the switching transistors TR2 and TR3 are switched from OFF to ON and the switching transistors TR1 and TR4 are switched from ON to OFF, an upward current flows in the primary coil 1 in FIG. In this case, a downward current in FIG. 5 flows through the
以上説明した通り、本発明の実施の形態に係るスイッチングトランスでは、2次コイル21、22と補助コイル41、42とは、いずれも1次コイル1のような縦方向に巻かれた巻き線コイルでなく、いずれも平板状かつ環状に形成されている。そして、2次コイル21と補助コイル41のコイル形成領域が、また、2次コイル22と補助コイル41のコイル形成領域が、絶縁物(本実施の形態では絶縁シート31、32)を介してそれぞれ重なるように配置されている。
As described above, in the switching transformer according to the embodiment of the present invention, the
このような構成により、当該補助コイル41と2次コイル21、補助コイル42と2次コイル22との磁気的結合を大きくすることができる。これにより、スイッチングによるサージ電圧を低減することができ、出力整流ダイオードOD1、OD2において、内部損失が小さく耐電圧の低いものを用いることができる。具体的には、従来から使用されているファーストリカバリーダイオードの耐電圧を下げることができる。また、ファーストリカバリーダイオードをショットキーダイオードに代えることにより、さらに耐電圧を下げることができる。この高効率化により発熱が抑制され、ヒートシンクの小型化ひいてはAC/DCコンバータやDC/DCコンバータ装置全体の小型化に寄与することができる。
With such a configuration, the magnetic coupling between the
1 1次コイル
21、22 2次コイル
21a、22a コイル部
21b、22b 端子部
31、32、51、52 絶縁シート
41、42 補助コイル
4a プリント基板
4b 配線
4c スルーホール
4d、4e 端子孔
61、62 コア
61a、62a 凸部
61b、62b 収納部
B 出力側高電位端子
C1 平滑コンデンサ
D1〜D4 サージクランプ用ダイオード
L1 共振用コイル
L2 平滑コイル
N 入力側低電位端子
OD1、OD2 出力整流ダイオード
P 入力側高電位端子
SC1、SC2 スナバ回路
T スイッチングトランス
TR1〜TR4 スイッチングトランジスタ
1
TR1-TR4 switching transistor
Claims (7)
前記1次コイルと電気的に絶縁され、出力側に設けられた第1の2次コイルと、
前記第1の2次コイルと電気的に絶縁され、入力側に設けられた第1の補助コイルと、を備えたスイッチングトランスであって、
前記第1の2次コイルと、前記第1の補助コイルとが、いずれも平板状かつ環状に形成されており、
前記第1の2次コイルのコイル形成領域と、前記第1の補助コイルのコイル形成領域とが、重なるように配置されたスイッチングトランス。 A primary coil provided on the input side;
A first secondary coil electrically insulated from the primary coil and provided on the output side;
A switching transformer comprising: a first auxiliary coil electrically insulated from the first secondary coil and provided on the input side;
Both the first secondary coil and the first auxiliary coil are formed in a flat plate shape and an annular shape,
A switching transformer in which a coil formation region of the first secondary coil and a coil formation region of the first auxiliary coil overlap each other.
プリント基板と、
前記プリント基板上に、らせん状にパターニングされた配線とを備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチングトランス。 The first auxiliary coil is
A printed circuit board;
The switching transformer according to claim 1, further comprising: a wiring patterned in a spiral shape on the printed circuit board.
前記第2の2次コイルと電気的に絶縁され、入力側に設けられた第2の補助コイルと、を更に備え、
前記第2の2次コイルと、前記第2の補助コイルとが、いずれも平板状かつ環状に形成されており、
前記第2の2次コイルのコイル形成領域と、前記第2の補助コイルのコイル形成領域とが、重なるように配置されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のスイッチングトランス。 A second secondary coil that is electrically insulated from the primary coil and disposed opposite to the first secondary coil via the primary coil on the output side;
A second auxiliary coil electrically insulated from the second secondary coil and provided on the input side;
The second secondary coil and the second auxiliary coil are both formed in a flat plate shape and an annular shape,
5. The coil forming region of the second secondary coil and the coil forming region of the second auxiliary coil are arranged so as to overlap each other. 6. Switching transformer.
前記第1の2次コイルに接続された出力整流ダイオードを備えるスイッチング電源。 The switching transformer according to any one of claims 1 to 5 is provided,
A switching power supply comprising an output rectifier diode connected to the first secondary coil.
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