JP2013198387A - 絶縁型ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】トランス，平滑コイルの発熱を抑制すると同時に，部品コストを抑制し，組み立て工程を簡素化する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
【解決手段】スイッチング素子1a〜1dと，一次巻線21a,21bと二次巻線22a,22bが巻回されたコア23a,23bを有し，スイッチング素子のスイッチング動作により一次巻線に供給された電力を前記二次巻線に伝達するトランス2a,2bと，二次巻線に伝達された電力を整流する整流素子3a〜3dと，コア41a,41bに巻回された巻線42a,42bを有し，整流素子によって整流された電力を平滑化する平滑コイル4a,4bを備えた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて，トランス2a,2bは少なくとも２つで構成され，各トランスのコアまたは二次巻線は少なくとも一方が同一形状であり，かつ，少なくとも２つのトランスのコアは，第１の共通固定部材5で互いに固定されている
【選択図】図２

Description

本発明は，トランスを有する絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。

絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータに搭載されるトランスの発熱を抑制し，かつ巻き数比を抑制し，漏れインダクタンスを抑制するための絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成がいくつか提案されている。
例えば特許文献１では，トランスを複数個で構成し，複数あるトランスの一次巻線を直列接続することで，トランスの発熱を分散させ，トランス１個あたりの発熱を抑制し，かつ巻き数比を抑制する構成を開示している。

特開2008-178205号公報

しかしながら，特許文献１に開示されている絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータには下記のような課題が存在する。
(1)トランスを複数個で構成すると，コア，巻線等の部品点数が増え，部品コストが増大する。
(2)トランスを複数個で構成すると，トランスを固定する固定部材も複数個となり，ネジ締め等の組み立て工程が煩雑となり，加工費の増大をまねく。

本発明は，かかる課題を解決し，トランスの発熱を抑制すると同時に，部品コストを抑制し，組み立て工程を簡素化することで加工費を抑制した絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを実現することを目的とする。

本発明にかかる絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータは，スイッチング素子と，一次巻線と二次巻線が巻回されたコアを有し，前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記一次巻線に供給された電力を前記二次巻線に伝達するトランスと，前記二次巻線に伝達された電力を整流する整流素子と，コアに巻回された巻線を有し，前記整流素子によって整流された電力を平滑化する平滑コイルを備えた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて，前記トランスは少なくとも２つで構成され，各トランスのコアまたは二次巻線は少なくとも一方が同一形状であり，かつ，前記少なくとも２つのトランスのコアは，第１の共通固定部材で互いに固定されている。

以上のような構成とすることで，トランスのコアと二次巻線を製作する部品コストを抑制でき，コアと二次巻線が一種類しかないため，絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを組み立てる際の煩雑さを抑制することができる。
また，少なくとも２つで構成されるトランスのコアを固定する工程を簡略化でき，かつ，コアの横ずれを抑制することができる。

本発明の実施の形態1の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの主回路構成を示す回路図である。 実施の形態１における２つのトランスのコアとトランスのコアを固定する固定部材を示す斜視図である。 実施の形態１における２つのトランスの一次巻線，二次巻線を示す説明図である。 実施の形態１におけるトランスのコアと一次巻線，二次巻線の配置関係の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態２における２つの平滑コイルとその固定部材を示す説明図である。

実施の形態１．
以下，図１〜４を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本実施の形態１における絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの主回路構成を示している。1ａ〜1dは入力された直流電力をスイッチングし，後述するトランスの一次巻線に電力を供給するスイッチング素子，2a，2bはスイッチング素子1a〜1dがスイッチング動作して供給した電力を，一次巻線21ａ，21b，二次巻線22ａ,22bの巻き数比に応じて電圧を変化させるトランスで，一次巻線21a,21bはスイッチング素子1a,1bの接続点とスイッチング素子1c,1dの接続点との間に直列接続されている。3ａ〜3dはトランス2a，2bの二次巻線22a,22bに伝達された交流電力を整流する整流素子，4a,4bは整流素子3ａ〜3dで整流された交流電力を平滑化する平滑コイルである。
なお本実施の形態では，スイッチング素子1ａ〜1dをパワーMOSFET，整流素子3ａ〜3dをダイオードとしているが，この限りではなく，整流素子3ａ〜3dをパワーMOSFETとしてもよい。

図２は図１で示した２つのトランス2a,2bの形状と，そのトランス2a，2bのコア23a,23bを互いに固定する第１の共通固定部材5を示している。共通固定部材5は，トランス2a，2bのコア23a,23bの横ずれを防止する複数（図では８個）の爪部51を有している。
図３は，トランス2a，2bの二次巻線22a,22bを示しており，打ち抜き加工で製作された銅板状の巻線となっている。なお，ここでは，二種類の巻線を重ね合わせることで，１つのトランスに対する２ターンの二次巻線を構成しているが，ひとつながりの銅板を折り曲げることで構成してもよい。
ここでは，２つのトランス2a，2bのコア23a,23bと二次巻線22a,22bを同一形状としている。このようにすることで，トランスを複数個で構成した際のコストアップを最小限に抑えることができる。
図４はトランスのコアと一次巻線，二次巻線の配置関係の一例を示す説明図で、プレート状の一次巻線21ａ，21bをプリント基板71の上に固定し、絶縁シート72を介して二次巻線22a,22bで挟み込む構成となっている。
なお，図ではトランス2a，2bのコア23a,23bとしてＥＩＲコアと呼ばれるコア形状を示しており，Ｉコアを上側に配置しているが，この限りではなく，コア形状をＰＱコアと呼ばれる他のコア形状としてもよいし，Ｉコアを下側に配置してもよい。

以上のような構成とすることで，トランスのコアと二次巻線を制作する部品コストを抑制でき，かつコアと二次巻線が一種類しかないため，絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを組み立てる際の煩雑さを抑制することができる。
また，少なくとも２つで構成されるトランスのコアを固定する工程を簡略化でき，かつ，コアの横ずれを抑制することができる。
なお、この実施の形態１では、２つのトランス2a，2bのコア23a,23bと二次巻線22a,22bを同一形状とした場合を示したが、各トランスのコアまたは二次巻線のいずれかが同一形状であっても良い。

実施の形態２．
実施の形態１では，トランスを複数個で構成する場合の，トランスのコア，二次巻線の形状と，そのトランスのコアを固定する固定部材について説明したが，本実施の形態２では，図５を用いて，トランスが複数個になったことに伴い，平滑コイルが複数個で構成される場合のコア，巻線の形状と平滑コイルのコアの固定部材について説明する。
なお，本実施の形態２における絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの主回路構成は，実施の形態１で示した図１と同様であるので，説明は割愛する。

図５において，41a,41bは平滑コイル4a,4bのコアで，同一形状を有している。42a,42bはコア41a,42bに巻回された平滑コイル4a,4bの巻線を示しており，この巻線42a,42bも同一形状で，２つずつ存在する端子43a,43bを向かい合う形で配置している。6は２つの平滑コイル4a,4bのコア41a, 41bを互いに固定する第２の共通固定部材であり，平滑コイル4a,4bのコア41a,41bの横ずれを防止する複数(図では１２個)の爪部61を有している。7は第２の共通固定部材6を固定するシャーシ(図示せず)に設けられた足部を示しており，平滑コイル4a,4bの巻線42a,42bの端子43a,43bの間に位置するように配置されている。
なお，本実施の形態２では，平滑コイル4a,4bの巻線42a,42bをエッジワイズ巻きとしているが，この限りではなく，巻き数が少ない場合はプレス加工で製作した銅板で巻線を構成してもよい。
また、この実施の形態２では、２つの平滑コイル4a,4bのコア41a,41bと巻線42a,42bを同一形状とした場合を示したが、各平滑コイルのコアまたは巻線のいずれかが同一形状であっても良い。

このような構成とすることで，平滑コイルのコアと巻線を制作する部品コストを抑制でき，かつコアと巻線が一種類しかないため，絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの組み立てる際の煩雑さを抑制することができる。
また，少なくとも２つで構成される平滑コイルのコアを固定する工程を簡略化でき，かつ，コアの横ずれを抑制することができる。
また，平滑コイルの巻線の出力側の端子を容易に接続することが可能で，配線長も最短となり，寄生インダクタンスを小さくすることが可能となる。
また，平滑コイルのコアを固定する固定部材を設置する足部を一か所とすることができ，足部が設けられているシャーシの材料費，加工費を抑制することができる。
なお，この発明は，その発明の範囲内において，各実施の形態を自由に組み合わせたり，各実施の形態を適宜，変形，省略することが可能である。

1ａ〜1d：スイッチング素子
2a,2b：トランス
21a,21b：一次巻線
22a,22b：二次巻線
23a,23b：コア
3ａ〜3d：整流素子
4a,4b：平滑コイル
41a,41b：コア
42a,42b：巻線
43a,43b：端子
5：第１の共通固定部材
51：爪部
6：第２の共通固定部材
61：爪部
71：プリント基板
72：絶縁シート

Claims (6)

1. スイッチング素子と，一次巻線と二次巻線とコアを有し，前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記一次巻線に供給された電力を前記二次巻線に伝達するトランスと，前記二次巻線に伝達された電力を整流する整流素子と，コアに巻回された巻線を有し，前記整流素子によって整流された電力を平滑化する平滑コイルを備えた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて，
   前記トランスは少なくとも２つで構成され，各トランスのコアまたは二次巻線は少なくとも一方が同一形状であり，かつ，前記少なくとも２つのトランスのコアは，第１の共通固定部材で互いに固定されていることを特徴とする絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 前記第１の共通固定部材は，前記トランスのコアの横ずれを防止する爪部を有することを特徴とする請求項１記載の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 前記平滑コイルは少なくとも２つで構成され，各平滑コイルのコアまたは巻線は少なくとも一方が同一形状であり，かつ，前記少なくとも２つの平滑コイルのコアは，第２の共通固定部材互いに固定されていることを特徴とする請求項１または２記載の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 前記第２の共通固定部材は，前記平滑コイルのコアの横ずれを防止する爪部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
5. 前記第２の共通固定部材は，前記少なくとも２つの平滑コイルをそれらの巻線の２つの端子が互いに向かいあうように固定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
6. 前記第２の共通固定部材は，向かい合うように配置された前記平滑コイルの中央に設けられた足部に固定されることを特徴とする請求項５記載の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ。

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