JP2019169690A - Transformer and LLC resonant circuit using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁型のトランス及びそのトランスを用いたLLC共振回路に関する。 The present invention relates to an insulating transformer and an LLC resonant circuit using the transformer.
太陽光発電等の自然エネルギーを用いた発電装置のように、環境要因等により、LLC共振回路に入力される入力電圧が、低電圧から高電圧に大きく触れる可能性がある。また、負荷の状態においても大きく変動する可能性がある。例えば、負荷が需要家内に設置されていると仮定した場合には、電力をほとんど消費しない軽負荷の状態から、電力を大量に消費する重負荷の状態まで幅広く変化する可能性がある。 Like a power generation device using natural energy such as solar power generation, the input voltage input to the LLC resonant circuit may greatly touch a high voltage from a low voltage due to environmental factors. Moreover, there is a possibility that the load state may vary greatly. For example, when it is assumed that the load is installed in a consumer, there is a possibility of a wide change from a light load state that hardly consumes power to a heavy load state that consumes a large amount of power.
特許文献1には、軽負荷時にスイッチング素子のスイッチング周波数を所定間隔に間欠させたバースト発振に移行させる技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1のような従来技術において、低入力電圧かつ規定の出力電力が取れるようにしつつ、高入力電圧かつ軽負荷時においても所望の出力電圧に制御することが困難な場合がある。
However, in the conventional technique such as
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、広範囲な入力電圧変動及び負荷変動に対して出力電圧の制御が可能な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 problems, and an object of the present invention is to provide a transformer capable of controlling an output voltage against a wide range of input voltage fluctuations and load fluctuations.
本発明の一態様に係るトランスは、1次巻線及び2次巻線を有し、前記1次巻線と前記2次巻線とが互いの極性を揃えて磁気的に結合される第1コイルと、前記1次巻線に接続された1次付属巻線及び前記2次巻線に接続された2次付属巻線を有し、前記1次付属巻線と前記2次付属巻線とが互いの極性を反転させた状態で磁気的に結合される第2コイルとを備える。 A transformer according to an aspect of the present invention includes a primary winding and a secondary winding, and the primary winding and the secondary winding are magnetically coupled with their polarities aligned with each other. A primary auxiliary winding connected to the primary winding and a secondary auxiliary winding connected to the secondary winding, the primary auxiliary winding and the secondary auxiliary winding; Comprises a second coil that is magnetically coupled in a state in which the polarities of each other are reversed.
発明者は、上記態様のような構成にすることで、第1コイルと第2コイルとを合成した場合における1次側の巻線と2次側の巻線との見かけ上の結合係数を小さくすることができることを見いだした。これは、トランスの見かけ上の漏れインダクタンスを増加させることができることを意味するので、同じ特性を得るために必要な漏れインダクタンスを小さくすることができる。したがって、低入力電圧時における規定の負荷が取れやすくなり、ひいては、高入力電圧かつ軽負荷時の制御性能が改善される。 The inventor reduces the apparent coupling coefficient between the primary winding and the secondary winding when the first coil and the second coil are combined by using the configuration as described above. I found what I could do. This means that the apparent leakage inductance of the transformer can be increased, so that the leakage inductance required to obtain the same characteristics can be reduced. Therefore, it becomes easy to take a specified load at a low input voltage, and as a result, control performance at a high input voltage and a light load is improved.
本発明によると、広範囲な入力電圧変動及び負荷変動に対して出力電圧の制御が可能なトランスを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a transformer capable of controlling an output voltage against a wide range of input voltage fluctuations and load fluctuations.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.
本実施形態に係るトランス及びそのトランスを用いたLLC共振回路は、例えば、太陽光発電装置の発電電力を変換し、商用電源系統に連系したり、負荷に供給したりするパワーコンディショナ等に使用される。 The transformer according to the present embodiment and the LLC resonant circuit using the transformer are, for example, a power conditioner that converts the generated power of the photovoltaic power generation apparatus and is connected to a commercial power supply system or supplied to a load. used.
本開示に係るトランスは、(1)励磁インダクタンスを形成するための第1コイルと、漏れインダクタンスを形成するための第2コイルとを物理的に分離していること、及び、(2)第1コイルは1次巻線と2次巻線との極性を揃えて磁気的に結合させる一方で、第2コイルは1次巻線と2次巻線との極性を互いに反転させた状態で磁気的に結合させること、に特徴がある。 In the transformer according to the present disclosure, (1) the first coil for forming the excitation inductance and the second coil for forming the leakage inductance are physically separated, and (2) the first The coil is magnetically coupled with the primary and secondary windings aligned in polarity, while the second coil is magnetic with the primary and secondary windings reversed in polarity. It is characterized by being connected to.
以下において、具体的に説明する。 This will be specifically described below.
−電力変換装置の構成−
図1に示すように、電力変換装置Aは、LLC共振回路1と、LLC共振回路1の動作を制御する制御回路4とを備えている。本実施形態において、LLC共振回路とは、トランスの漏れインダクタンス及び励磁インダクタンス並びにコンデンサの共振を利用した共振回路を指すものとする。
-Configuration of power converter-
As shown in FIG. 1, the power conversion device A includes an
LLC共振回路1は、電源電圧Viを入力端子INに受け、交流に変換して出力する共振部10と、共振部10の出力を所定の出力電圧Voに変換して出力端子OUTから出力する変換部20とを備える。なお、以下の説明において、入力端子INのうち、正極側と負極側とを分けて説明する場合に、符号INP,INMを付して説明する場合がある。同様に、出力端子OUTのうち、正極側と負極側とを分けて説明する場合にそれぞれにOUTP,OUTMを付して説明する場合がある。
The LLC
共振部10は、スイッチング部11と、共振コンデンサC11,C12と、トランス3とを備える。
The
スイッチング部11は、正極側の入力端子INPと負極側の入力端子INMとの間に直列に設けられた第1及び第2スイッチング素子Q11,Q12を有する。図1では、第1及び第2スイッチング素子Q11,Q12として、N型のMOS−FETを用いた例を示している。さらに、図1では、MOS−FETと並列に形成される寄生ダイオードをあわせて図示している。寄生ダイオードには、後述する共振動作において、MOS−FETのソースからドレインに向かう電流が通過する。なお、スイッチング部11の構成は、図1の構成に限定されず、同様の機能を有する他のスイッチング回路を適用してもよい。例えば、MOS−FETに対して、寄生ダイオードと並列に接続されるように高速ダイオード素子を外付けしてもよい。
The
共振コンデンサC11,C12は、電流共振用のコンデンサ(以下、第1共振コンデンサC11という)及び電圧共振用のコンデンサ(以下、第2共振コンデンサC12という)を含む。第2共振コンデンサC12は、第1スイッチング素子Q11に並列に接続される。同様に、第1共振コンデンサC11とトランス3の1次巻線31との直列回路が、第1スイッチング素子Q11に並列に接続される。
The resonance capacitors C11 and C12 include a current resonance capacitor (hereinafter referred to as a first resonance capacitor C11) and a voltage resonance capacitor (hereinafter referred to as a second resonance capacitor C12). The second resonance capacitor C12 is connected in parallel to the first switching element Q11. Similarly, a series circuit of the first resonance capacitor C11 and the
詳細は後ほど説明するが、トランス3の1次巻線31は、1次本体巻線31mと1次付属巻線31rとを含み、両巻線は直列に接続されている。そして、正極側の入力端子INPが、第1共振コンデンサC11を介して、1次付属巻線31rの一端(例えば、巻始端)に接続される。そして、1次付属巻線31rの他端(例えば、巻終端)と1次本体巻線31mの一端(例えば、巻始端)が接続され、1次本体巻線31mの他端(例えば、巻終端)が第2スイッチング素子Q12を介して負極側の入力端子INMに接続される。これにより、第1スイッチング素子Q11と、第1共振コンデンサC11と、トランス3の1次巻線31(1次本体巻線31m及び1次付属巻線31r)とにより閉ループ回路が形成される。なお、図1では、トランス3の各巻線の巻始側に黒丸を付している。
Although details will be described later, the
なお、本開示において、「接続」との用語には、電気的に接続されるもの全般が含まれるものとする。すなわち、「接続」とは、直接接続されたものに限定されず、例えば、抵抗素子や半導体素子等を介して電気的に接続されるものを含む概念である。 In the present disclosure, the term “connection” includes all electrical connections. In other words, the “connection” is not limited to a direct connection, but includes a concept including an electrical connection via, for example, a resistance element or a semiconductor element.
トランス3は、励磁インダクタンスを形成するための第1コイルとしてのコイル本体3Mと、漏れインダクタンスを形成するための第2コイルとしての付属コイル3Rとを備える。
The
コイル本体3Mは、1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとを有する。両巻線31m,32mは、互いの極性が一致し、かつ、互いの結合の度合いを示す結合係数kが高くなるように配置されている。具体的に、1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとの結合係数kmは、例えば、0.9以上、1以下であり、より好ましくは0.97以上、1以下である。
The
なお、結合係数km=1とは、漏れ磁束がない状態を示している。後述する1次付属巻線31rと2次付属巻線32rとの結合係数krについても同様である。
The coupling coefficient km = 1 indicates a state where there is no leakage magnetic flux. The same applies to a coupling coefficient kr between a primary
このように、1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとの結合係数kmを高くすることにより、1次本体巻線31m及び2次本体巻線32mに鎖交する磁束を小さくすることができるので、コイル本体3Mの発熱を抑えることができ、ひいては、トランス3の発熱を抑える効果が得られる。
Thus, by increasing the coupling coefficient km between the primary body winding 31m and the secondary body winding 32m, the magnetic flux linked to the primary body winding 31m and the secondary body winding 32m is reduced. Therefore, the heat generation of the coil
なお、コイル本体3Mの巻線構造は、結合係数kが高い構造であるのが好ましいが、具体的な構造は特に限定されない。一般的に、結合係数kを高めるためには、コイルの1次巻線と2次巻線との距離が近い方がよい。例えば、従来から知られている、いわゆるサンドイッチ巻き構造を本態様に適用することができる。サンドイッチ巻き構造とは、一方の巻線(例えば、1次本体巻線31m)で形成された巻線層と巻線層の間に、他方の巻線(例えば、2次本体巻線32m)で形成された巻線層を挟み込む構造である。そうすることで、上下方向及び径方向の両方において1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとの距離が近くなり、結果として、結合係数kが高くなる。
The winding structure of the
1次巻線31と2次巻線32との結合係数kを高めると、その分、1次巻線31と2次巻線32との相互関係から生じる漏れインダクタンスは小さくなる。そこで、本実施形態では、漏れインダクタンスを別体のコイル(付属コイル3R)で生成する分離構造を採用している。なお、コイル本体3Mと付属コイル3Rとが磁気的に分離されていれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、コイル本体3Mと付属コイル3Rとが同一のコアの互いに異なる脚部に装着されていてもよいし、お互いが物理的に分離された別々のコアに装着されていてもよい。
When the coupling coefficient k between the primary winding 31 and the secondary winding 32 is increased, the leakage inductance resulting from the mutual relationship between the primary winding 31 and the secondary winding 32 is reduced accordingly. Therefore, in this embodiment, a separation structure that generates leakage inductance with a separate coil (attached
付属コイル3Rは、1次付属巻線31rと2次付属巻線32rとを有する。両巻線31r,32rは、互いの極性が反対で、かつ、互いの結合の度合いを示す結合係数krが高くなるように配置されている。具体的に、1次付属巻線31rと2次付属巻線32rとの結合係数krは、例えば、0.9以上、1以下であり、より好ましくは0.97以上、1以下である。これにより、付属コイル3Rの発熱が抑えることができ、ひいては、トランス3の発熱を抑える効果が得られる。
The attached
変換部20は、共振部10から出力された電圧を、所定の出力電圧Voに変換して負荷RL等に出力する回路である。変換部20は、正極出力端子OUTPと負極出力端子OUTMとの間において、ダイオードD22、第2コンデンサC21及びトランス3の2次巻線32が直列に接続された構成を有する。前述のとおり、トランス3の2次巻線32は、2次本体巻線32mと2次付属巻線32rとを含み、両巻線32m,32rは直列に接続されている。
The
具体的に、変換部20では、正極側の出力端子OUTPが、ダイオードD22及び第2コンデンサC21を介して、2次付属巻線32rの一端(例えば、巻終端)に接続される。そして、2次付属巻線32rの他端(例えば、巻始端)と2次本体巻線32mの一端(例えば、巻始端)が接続され、2次本体巻線32mの他端(例えば、巻終端)が負極側の出力端子OUTMに接続される。ダイオードD22は、2次付属巻線32rの一端から正極側の出力端子OUTPに向かって順方向に接続される。
Specifically, in the
本実施形態では、前述のとおり、1次付属巻線31rと2次付属巻線32rとの極性が互いに反対になるように磁気的に結合されることに特徴がある。すなわち、正極側の入力端子に1次付属巻線31rの巻始端が接続される場合、正極側の出力端子OUTPには2次付属巻線32rの巻終端が接続される。一方で、1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとは、極性が互いに一致するように配置されるので、負極側の入力端子に1次本体巻線31mの巻終端が接続される場合、負極側の出力端子OUTMには2次本体巻線32mの巻終端が接続される。なお、トランス3の接続方法は、図1の構成例に限定されない。例えば、トランス3のすべての巻線について巻始端と巻終端とを反転させてもよく、同様の効果が得られる。
As described above, the present embodiment is characterized in that the primary auxiliary winding 31r and the secondary auxiliary winding 32r are magnetically coupled so that their polarities are opposite to each other. That is, when the winding start end of the primary auxiliary winding 31r is connected to the positive input terminal, the winding end of the secondary auxiliary winding 32r is connected to the positive output terminal OUTP. On the other hand, since the primary body winding 31m and the secondary body winding 32m are arranged so that the polarities thereof coincide with each other, the winding end of the primary body winding 31m is connected to the input terminal on the negative electrode side. In this case, the winding terminal of the secondary main body winding 32m is connected to the negative output terminal OUTM. The connection method of the
変換部20は、さらに、第2コンデンサC21とダイオードD22との間の中間ノードN21と負極側の出力端子OUTMとの間に、接続された整流ダイオードD21を備える。整流ダイオードD21は、上記中間ノードN21から負極側の出力端子OUTMに向かう方向に対して逆方向に接続される。また、両出力端子OUT間に、出力コンデンサC22が接続される。
The
制御回路4は、電力変換装置A全体の動作を制御するものであり、例えば、IC(Integrated Circuit)で実現することができる。制御回路4は、例えば、自機内にあらかじめ登録されたプログラムやシーケンス等にしたがって動作する。より具体的に、制御回路4は、例えば、スイッチング部11の第1及び第2スイッチング素子Q11,12を、それぞれオンオフ制御するための制御信号Vg11,Vg12を出力する。
The
発明者は、上記のような構成を採用することにより、特許文献1に示されるような従来構成のトランスと比較して、トランス3の結合係数kを減少することができる、すなわち、実質的な漏れインダクタンスを増加させることができることを見いだした。これは、同じ結合係数kを得るために必要な漏れインダクタンスの値を小さくすることができることを意味する。
By adopting the above configuration, the inventor can reduce the coupling coefficient k of the
これにより、低入力電圧時に規定の負荷が取れやすくなるように設計した場合における、高入力電圧かつ軽負荷時における制御性能を改善することができる。具体的に、例えば、高入力電圧かつ軽負荷時における出力電圧の上昇を抑制することができ、バースト発振時の出力電力を低く保つことができる。そうすると、低入力電圧かつ規定負荷から高入力電圧かつ軽負荷時までの広い範囲で、出力電圧の制御が可能となる。 As a result, it is possible to improve the control performance at the time of a high input voltage and a light load when designed so that a prescribed load can be easily taken at a low input voltage. Specifically, for example, an increase in output voltage at high input voltage and light load can be suppressed, and output power at the time of burst oscillation can be kept low. Then, the output voltage can be controlled in a wide range from a low input voltage and a specified load to a high input voltage and a light load.
以下において、上記の結合係数を減少することができる点、すなわち、見かけ上の漏れインダクタンスを増加させることができる点に関し、理論的に説明する。 In the following, a theoretical explanation will be given regarding the point that the above coupling coefficient can be reduced, that is, the apparent leakage inductance can be increased.
まず、図2(a)に示すように、1次付属巻線31rの自己インダクタンス(漏れインダクタンスに相当)をLr、2次付属巻線32rの自己インダクタンス(漏れインダクタンスに相当)をLrsとし、1次付属巻線31rと2次付属巻線32rとの相互インダクタンスをMrとする。この場合における、1次付属巻線31rの両端間の電圧Vr1及び2次付属巻線32rの両端間の電圧Vr2と、1次巻線31に流れる1次電流I1及び2次巻線32に流れる2次電流I2との関係は、以下の式(1)のようになる。 First, as shown in FIG. 2A, the self-inductance (corresponding to leakage inductance) of the primary auxiliary winding 31r is Lr, and the self-inductance (corresponding to leakage inductance) of the secondary auxiliary winding 32r is Lrs. Let Mr be the mutual inductance of the secondary attached winding 31r and the secondary attached winding 32r. In this case, the voltage Vr1 across the primary auxiliary winding 31r and the voltage Vr2 across the secondary auxiliary winding 32r, the primary current I1 flowing through the primary winding 31, and the secondary winding 32 flow. The relationship with the secondary current I2 is expressed by the following formula (1).
同様に、1次本体巻線31mの自己インダクタンス(励磁インダクタンスに相当)をLm、2次本体巻線32mの自己インダクタンス(励磁インダクタンスに相当)をLmsとし、1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとの相互インダクタンスをMmする。この場合における、1次本体巻線31mの両端間の電圧Vm1及び2次本体巻線32mの両端間の電圧Vm2と、1次巻線31に流れる1次電流I1及び2次巻線32に流れる2次電流との関係は、以下の式(2)のようになる。 Similarly, the self-inductance (corresponding to excitation inductance) of the primary body winding 31m is Lm, and the self-inductance (corresponding to excitation inductance) of the secondary body winding 32m is Lms. Let Mm be the mutual inductance with the winding 32m. In this case, the voltage Vm1 across the primary body winding 31m and the voltage Vm2 across the secondary body winding 32m, the primary current I1 flowing through the primary winding 31, and the secondary winding 32 flow through. The relationship with the secondary current is as shown in the following equation (2).
図2(b)は、図2(a)の等価回路であり、図2(a)において、1次巻線31及び2次巻線32のそれぞれにおいて、付属コイル3Rの自己インダクタンスとコイル本体3Mの自己インダクタンスとを足し合わせている。すなわち、1次巻線31のインダクタンスLp、2次巻線32のインダクタンスLs及び1次巻線31と2次巻線32の相互インダクタンスMは、以下の式(3)のようになる。
2 (b) is an equivalent circuit of FIG. 2 (a). In FIG. 2 (a), the self-inductance of the attached
また、図2(b)において、1次巻線31の両端間の電圧Vp及び2次巻線32の両端間の電圧は、以下の式(4)のようになる。 In FIG. 2B, the voltage Vp between both ends of the primary winding 31 and the voltage between both ends of the secondary winding 32 are expressed by the following equation (4).
この式(4)に、式(1),(2)の結果を代入すると、以下の式(5)のようになる。 Substituting the results of equations (1) and (2) into equation (4) yields equation (5) below.
また、1次付属巻線31r及び2次付属巻線32rの自己インダクタンスと、相互インダクタンスMrとの間、及び、1次本体巻線31m及び2次本体巻線32mと、相互インダクタンスMmとの間には、以下の式(6)の関係がある。 Also, between the self-inductance of the primary auxiliary winding 31r and the secondary auxiliary winding 32r and the mutual inductance Mr, and between the primary body winding 31m and the secondary main body winding 32m and the mutual inductance Mm. Has the relationship of the following formula (6).
そこで、式(3)の相互インダクタンスMの式に、式(6)を代入すると、以下の式(7)になる。 Therefore, substituting equation (6) into the equation of mutual inductance M in equation (3) yields equation (7) below.
そうすると、図2(b)のトランス3における結合係数kは、以下の式(8)のように表すことができる。
Then, the coupling coefficient k in the
ここで、前述のとおり、1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとの結合係数km、及び、1次付属巻線31rと2次付属巻線32rとの結合係数krが高くなるように設計するのが好ましい。したがって、 Here, as described above, the coupling coefficient km between the primary main body winding 31m and the secondary main body winding 32m and the coupling coefficient kr between the primary auxiliary winding 31r and the secondary auxiliary winding 32r are increased. It is preferable to design to. Therefore,
と仮定すると、上式(8)の結合係数kは、以下の式(10)のように近似される。 Assuming that, the coupling coefficient k in the above equation (8) is approximated as in the following equation (10).
一方で、詳細な計算過程は省略するが、特許文献1のような従来のLLC共振回路用のトランスにおける結合係数は、以下の式(11)のように表すことができる。
On the other hand, although a detailed calculation process is omitted, the coupling coefficient in a conventional transformer for an LLC resonant circuit such as
ここで、式(10)と式(11)とを比較すると、本実施形態の構成にすることで、等価回路における1次巻線31と2次巻線32との見かけ上の結合係数kを小さくすることができる。すなわち、見かけ上のトランス3の漏れインダクタンスを、増加させることができる。換言すると、同等の特性を得るための回路を構成する場合に、漏れインダクタンスを小さく設計することができる。
Here, when the formula (10) is compared with the formula (11), the apparent coupling coefficient k between the primary winding 31 and the secondary winding 32 in the equivalent circuit is obtained by using the configuration of the present embodiment. Can be small. That is, the apparent leakage inductance of the
図3は、(1)本実施形態のLLC共振回路、及び、(2)一般的なLLC共振回路について、スイッチング周波数と出力電圧との関係を示したグラフである。また、図4は、図3のうち、「低入力電圧かつ重負荷」の特性(丸印)を抽出してプロットしたものである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the switching frequency and the output voltage for (1) the LLC resonant circuit of the present embodiment and (2) a general LLC resonant circuit. FIG. 4 is a graph obtained by extracting and plotting the characteristics (circles) of “low input voltage and heavy load” in FIG.
図3では、「(1)本実施形態のLLC共振回路」の特性を実線で、「(2)一般的なLLC共振回路」の特性を破線で示している。また、図3において、丸印でプロットしたものが「低入力電圧かつ規定負荷」の場合の特性であり、三角印でプロットしたものが「高入力電圧かつ軽負荷」の場合の特性である。なお、図3からわかるように、入力電圧が高くなり、負荷が軽くなると、特性曲線は上側に移動する。 In FIG. 3, the characteristic of “(1) LLC resonant circuit of this embodiment” is indicated by a solid line, and the characteristic of “(2) a general LLC resonant circuit” is indicated by a broken line. In FIG. 3, the characteristics plotted in a circle are “low input voltage and specified load”, and the characteristics plotted in a triangle are “high input voltage and light load”. As can be seen from FIG. 3, when the input voltage increases and the load decreases, the characteristic curve moves upward.
本実施形態の構成にすることにより、図4に示すように、「低入力電圧かつ規定負荷」において、同一のスイッチング周波数で見た場合に、低域で出力電圧が大きくなり、高域で出力電圧が小さくなっている。すなわち、低入力電圧時における規定負荷(出力電圧)を取りやすくすることができる。また、図3に示すように、「高入力電圧かつ軽負荷」においても、「低入力電圧かつ規定負荷」と比較して全体としての特性曲線は上側に移動する、すなわち、出力電圧が上昇するが、本実施形態の構成にすることで、動作領域(特に高域側)における出力電圧の上昇分を抑制することができる。これにより、「高入力電圧かつ軽負荷」における制御性能が改善される。具体的に、本実施形態によると、例えば、バースト発振時における出力を抑制することができるので、ノイズの発生を抑制することができ、EMIの悪化や制御系の誤動作を回避することができる。また、スイッチング素子の破壊等による故障を回避することができる。 By adopting the configuration of the present embodiment, as shown in FIG. 4, when viewed at the same switching frequency at “low input voltage and specified load”, the output voltage increases in the low range and is output in the high range. The voltage is low. That is, it is possible to easily take a specified load (output voltage) at a low input voltage. Further, as shown in FIG. 3, even in the case of “high input voltage and light load”, the overall characteristic curve moves upward as compared with “low input voltage and specified load”, that is, the output voltage increases. However, with the configuration of the present embodiment, an increase in the output voltage in the operation region (particularly on the high frequency side) can be suppressed. Thereby, the control performance at “high input voltage and light load” is improved. Specifically, according to the present embodiment, for example, output during burst oscillation can be suppressed, so that generation of noise can be suppressed, and deterioration of EMI and malfunction of the control system can be avoided. Further, failure due to destruction of the switching element can be avoided.
さらに、特許文献1のような従来型のトランスでは、漏れインダクタンスは、巻線の実装位置で決定されるので、漏れインダクタンスの設計自由度が極めて低いが、本実施形態では、漏れインダクタンスの設計自由度が大幅に改善される。
Further, in the conventional transformer as in
また、本実施形態では、1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとの結合係数km及び1次付属巻線31rと2次付属巻線32rとの結合係数krを高く設定している。これにより、コイル本体3M及び付属コイル3Rの発熱が抑えることができ、ひいては、トランス3の発熱を抑えることができる。
In this embodiment, the coupling coefficient km between the primary main body winding 31m and the secondary main body winding 32m and the coupling coefficient kr between the primary auxiliary winding 31r and the secondary auxiliary winding 32r are set high. . Thereby, the heat generation of the coil
以上、本発明の好ましい実施形態及びその変形例について説明したが、本開示に係る技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え等を行った実施形態にも適用が可能である。また、上記実施形態説明した構成要素や以下において説明する構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。 The preferred embodiments of the present invention and the modifications thereof have been described above, but the technology according to the present disclosure is not limited thereto, and can be applied to embodiments that have been appropriately changed, replaced, and the like. Moreover, it is also possible to combine the components described in the above embodiment and the components described below to form a new embodiment.
例えば、上記実施形態では、1次本体巻線31mと2次本体巻線32mとの結合係数kmとして0.9以上、1以下を例示したが、これに限定されず、結合係数kmが0.9未満であってもよい。ただし、前述のコイル本体3Mの発熱を抑制する効果や、見かけ上のトランス3の漏れインダクタンスを増加させる効果は、結合係数kmがより高い方がより顕著な効果を得ることができる。1次付属巻線31rと2次付属巻線32rとの結合係数krについても同様であり、結合係数krが0.9未満であってもよい。また、結合係数kmと結合係数krとの値が互いに異なっていてもよい。
For example, in the above embodiment, the coupling coefficient km between the primary body winding 31m and the secondary body winding 32m is 0.9 or more and 1 or less. However, the present invention is not limited to this, and the coupling coefficient km is 0. It may be less than 9. However, the effect of suppressing the heat generation of the
本発明に係るトランスは、トランスの発熱を大幅に低減することができるので、例えば、家庭やオフィス等で使用される電気機器、電源機器、電力変換装置等に用いるトランスとして極めて有用である。 Since the transformer according to the present invention can greatly reduce the heat generation of the transformer, it is extremely useful as a transformer for use in, for example, electrical equipment, power equipment, power converters, and the like used in homes and offices.
1 LLC共振回路
3 トランス
3M コイル本体(第1コイル)
31m 1次本体巻線(1次巻線)
32m 2次本体巻線(2次巻線)
3R 付属コイル(第2コイル)
31r 1次付属巻線
32r 2次付属巻線
11 スイッチング部
20 変換部
C11,C12 共振コンデンサ
1 LLC
31m Primary body winding (primary winding)
32m Secondary body winding (secondary winding)
3R Attached coil (second coil)
31r Primary accessory winding 32r Secondary accessory winding 11
Claims (5)
前記1次巻線に接続された1次付属巻線及び前記2次巻線に接続された2次付属巻線を有し、前記1次付属巻線と前記2次付属巻線とが互いの極性を反転させた状態で磁気的に結合される第2コイルとを備える
ことを特徴とするトランス。 A first coil having a primary winding and a secondary winding, wherein the primary winding and the secondary winding are magnetically coupled with their polarities aligned with each other;
A primary auxiliary winding connected to the primary winding and a secondary auxiliary winding connected to the secondary winding, wherein the primary auxiliary winding and the secondary auxiliary winding are mutually A transformer comprising: a second coil that is magnetically coupled with the polarity reversed.
前記1次巻線と前記2次巻線との結合係数は、0.9以上、かつ、1.0以下である
ことを特徴とするトランス。 The transformer according to claim 1,
A coupling coefficient between the primary winding and the secondary winding is 0.9 or more and 1.0 or less.
前記1次付属巻線と前記2次付属巻線との結合係数は、0.9以上、かつ、1.0以下である
ことを特徴とするトランス。 The transformer according to claim 2,
A coupling coefficient between the primary auxiliary winding and the secondary auxiliary winding is 0.9 or more and 1.0 or less.
前記第1コイルと前記第2コイルとは、互いに異なるコアに装着される
ことを特徴とするトランス。 The transformer according to claim 1,
The transformer, wherein the first coil and the second coil are mounted on different cores.
前記トランスの2次巻線及び2次付属巻線から得られる出力電圧を所定の直流出力電圧に変換して出力する変換部とを備えている
ことを特徴とするLLC共振回路。 5. The transformer according to claim 1, a switching unit, and a resonant capacitor, wherein the switching unit receives a DC input voltage, and an output of the switching unit is passed through the resonant capacitor. A resonating unit that is applied to the primary winding and the primary auxiliary winding of the transformer to resonate;
An LLC resonance circuit comprising: a conversion unit that converts an output voltage obtained from a secondary winding and a secondary auxiliary winding of the transformer into a predetermined DC output voltage and outputs the voltage.
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2018
- 2018-03-26 JP JP2018058642A patent/JP2019169690A/en active Pending
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