JP2020167271A - トランス、及び電力変換装置 - Google Patents
トランス、及び電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020167271A JP2020167271A JP2019066315A JP2019066315A JP2020167271A JP 2020167271 A JP2020167271 A JP 2020167271A JP 2019066315 A JP2019066315 A JP 2019066315A JP 2019066315 A JP2019066315 A JP 2019066315A JP 2020167271 A JP2020167271 A JP 2020167271A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- partial
- wiring
- layer
- transformer
- wirings
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Abstract
【課題】より小型なトランス、及び電力変換装置を提供する。【解決手段】トランス1は、多層基板2の第1の層に配置され、一次巻線4及び二次巻線5のうちの一方の配線を構成すると共に、それぞれが巻線である2つ以上の部分配線と、第1の層とは異なる第2の層に配置され、一方を構成すると共に、巻線である1つ以上の部分配線と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、多層基板を用いたトランス、及びそのトランスを備えた電力変換装置に関する。
通常、電力変換装置、更にはその電力変換装置を搭載させた装置にも、小型化が求められる。その小型化のために、電力変換装置には、多層基板に一次巻線、及び二次巻線の各配線が形成されたトランスが採用されるケースが多くなっている(例えば、特許文献1参照)。
多くの場合、一次巻線、及び二次巻線の各配線は、それぞれ多層基板の異なる層に形成される。そのように各配線を多層基板に形成することにより、トランスは小型化することができる。
一次巻線、及び二次巻線の各配線に必要な面積、言い換えれば多層基板の積層方向と直交する直交方向上の幅は、巻数が多くなるほど、また配線に流す電流量が大きくなるほど、広くなる。トランスをより小型化するには、配線に必要な面積もより小さくする必要がある。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、より小型なトランス、及び電力変換装置を提供することにある。
本発明に係るトランスは、多層基板の第1の層に配置され、一次巻線、及び二次巻線のうちの一方の配線を構成すると共に、それぞれが巻線である2つ以上の部分配線と、第1の層とは異なる第2の層に配置され、一方を構成すると共に、巻線である1つ以上の部分配線と、を備える。
本発明に係る電力変換装置は、上記トランスを備える。
本発明によれば、トランス、更にはそのトランスを備えた電力変換装置をより小型化することができる。
以下、本発明に係るトランス、及び電力変換装置の実施の形態を、図を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るトランスの例を示す図である。図2は、本発明の実施の形態1に係るトランスの外観例を示す斜視図である。
図1は、本発明の実施の形態1に係るトランスの例を示す図である。図2は、本発明の実施の形態1に係るトランスの外観例を示す斜視図である。
トランス1は、図1に示すように、多層基板2、及びコア3を備えている。多層基板2は、例えばガラスエポキシ基板を層6として複数、積層したものである。本実施の形態では、多層基板2は5層構造となっている。また、本実施の形態では、一次巻線4、及び二次巻線5の各配線は、それぞれ2つの層6に形成されている。
コア3は、例えばフェライトを材料として作製されたものであり、2つのコア部品3a、3bにより構成されている。2つのコア部品3a、3bは、図1に示すように、側面から見てE字型の形状であり、3つの突出した突出部31〜33を備える。2つのコア部品3a、3bは、これら突出部31〜33をそれぞれ対向させて配置されている。2つのコア部品3a、3bを対向配置した状態では、突出部32間に、磁気飽和を抑制するためのギャップ7が形成される。
2つのコア部品3a、3bに3つの突出部31〜33が設けられていることから、多層基板2は、突出部31〜33に接触しない形状に作製されている。一次巻線4、二次巻線5の各配線は、突出部32を囲むように形成されている。それにより、トランス1は、図2に示すように、多層基板2を挟むように2つのコア部品3a、3bを配置した外形となっている。
一次巻線4および二次巻線5の各配線は、上記のように、2つの層6に形成させている。言い換えれば、一次巻線4の配線は、それぞれが巻線を形成する複数の部分配線に分割し、一つの層6には2つ以上の部分配線、他の一層6には1つ以上の部分配線をそれぞれ形成させている。これは、二次巻線5でも同様である。
次に、図3〜図6を参照し、一次巻線4および二次巻線5の各配線について具体的に説明する。図3は、一層に形成された一次巻線の部分配線の例を示す図である。図4は、2層にそれぞれ形成された一次巻線の部分配線の例を示す図である。図5は、一層に形成された二次巻線の部分配線の例を示す図である。図6は、2層にそれぞれ形成された二次巻線の部分配線の例を示す図である。
一次巻線4の部分配線は、表層である第1層6aの表面、及びその第1層6aの下に位置する第2層6bの表面に形成されている。本実施の形態では、第1層6a、第2層6bにそれぞれ2つの部分配線を形成させている。第1層6aには、図3及び図4に示すように、部分配線4a、4bが形成されている。第2層6bには、図4に示すように、部分配線4c、4dが形成されている。ここでは、説明上、便宜的に、一意に特定できない部分配線には、符号を付さないこととする。本実施の形態において、第1層6aは第1の層に相当し、第2層6bは第2の層に相当する。
計4つの部分配線4a〜4dは、一次巻線4の一部であることから、全て同じ向きの渦巻き状に形成されている。部分配線4aの端部4a2は、部分配線4cの端部4c2とスルーホール、或いはビアにより接続されている。同様に、部分配線4bの端部4b2は、部分配線4dの端部4d2とスルーホール、或いはビアにより接続されている。図3及び図4では、スルーホール、及びビアは省略している。
2つの層6a、6bに部分配線4a〜4dを形成する場合、例え巻数、及び流す電流量が同じであっても、一つの層6に一次巻線4の配線を全て形成させる場合と比較して、一つの層6での配線に要する面積は、より小さくさせることができる。言い換えれば、多層基板2の積層方向と直交する直交方向上の配線に要する幅は、より小さくさせることができる。そのため、トランス1はより小型化させることができる。
一つの層6での配線に要する面積は、より小さくさせることができることから、多層基板2の積層方向と直交する直交方向上、隣接する配線間の距離である配線ピッチはより広くさせることが可能となる。配線ピッチをより広くさせた場合、トランス1をより小型化しつつ、一次巻線4での近接効果による損失をより抑えることもできる。
部分配線4a〜4dの他方の端部4a1〜4d1は、他の部分配線との接続、或いは外部との接続に用いられる。他の部分配線との接続は、部分配線4aの端部4a1と部分配線4dの端部4d1との接続、及び部分配線4bの端部4b1と部分配線4cの端部4c1との接続のうちの何れかにより行われる。この接続は、スルーホール、或いはビアを用いて行われる。
図3および図4に示すように、各部分配線4a〜4dの巻数は同じとなっている。そのため、外側に位置する端部4a1〜4d1のうちの接続させた2つの端部、及びその2つの端部を接続する接続経路は、センタータップとして用いることができる。センタータップを外側、言い換えればコア部品3a、3bの突出部32から離れた側に設けた場合、一次巻線4の配線を一つの層6に形成させたような場合とは異なり、センタータップ用の配線を別の層6に設けなくとも済む。このことから、配線設計が容易となる。また、一次巻線4の部分配線4a〜4dを2つの層6a、6bに形成しても、必要な層数の増大は回避させることができる。一つの層6に同じ偶数の部分配線を形成した場合、このような利点も得ることができる。
二次巻線5の部分配線は、図5及び図6に示すように、裏側の表層である第5層6eの裏面、及びその第5層6eの上に位置する第4層6dの裏面に形成されている。本実施の形態では、一次巻線4と同様に、第5層6e、第4層6dにそれぞれ2つの部分配線を形成させている。第5層6eには、図5及び図6に示すように、部分配線5a、5bが形成されている。第4層6dには、図6に示すように、部分配線5c、5dが形成されている。ここでも、説明上、便宜的に、一意に特定できない部分配線には、符号を付さないこととする。本実施の形態において、第5層6eは第1の層に相当し、第4層6dは第2の層に相当する。
計4つの部分配線5a〜5dは、二次巻線5の一部であることから、全て同じ向きに渦巻き状に形成されている。部分配線5aの端部5a2は、部分配線5cの端部5c2とスルーホール、或いはビアにより接続されている。同様に、部分配線5bの端部5b2は、部分配線5dの端部5d2とスルーホール、或いはビアにより接続されている。図5及び図6でも、スルーホール、及びビアは省略している。
図3及び図4は、上方からの視点で一次巻線4の部分配線4a〜4dを示している。これに対し、図5及び図6は、下方からの視点で二次巻線5の部分配線5a〜5dを示している。この視点の相違から、図5及び図6は、二次巻線5の渦巻き状に形成された部分配線5a〜5dの向きは、一次巻線4の部分配線4a〜4dとは逆になっていることを示している。
2つの層6d、6eに部分配線5a〜5dを形成する場合、例え巻数、及び流す電流量が同じであっても、一つの層6に二次巻線5の配線を全て形成させる場合と比較して、一つの層6での配線に要する面積は、より小さくさせることができる。多層基板2の積層方向と直交する直交方向上の配線に要する幅は、より小さくさせることができる。そのため、トランス1はより小型化させることができる。また、配線ピッチをより広くさせた場合、トランス1をより小型化しつつ、二次巻線5での近接効果による損失をより抑えることもできる。
部分配線5a〜5dの他方の端部5a1〜5d1は、他の部分配線との接続、或いは外部との接続に用いられる。他の部分配線との接続は、部分配線5aの端部5a1と部分配線5dの端部5d1との接続、及び部分配線5bの端部5b1と部分配線5cの端部5c1との接続のうちの何れかにより行われる。この接続は、スルーホール、或いはビアを用いて行われる。
図5および図6に示すように、各部分配線5a〜5dの巻数も同じとなっている。そのため、外側に位置する端部5a1〜5d1のうちの接続させた2つの端部、及びその2つの端部を接続する接続経路は、二次巻線5のセンタータップとして用いることができる。センタータップを外側、言い換えればコア部品3a、3bの突出部32から離れた側に設けた場合、一次巻線4と同様の利点が得られる。つまり、トランス1における配線設計が容易となり、必要な層数の増大も回避させることができる。
なお、本実施の形態では、一次巻線4および二次巻線5の各配線を共に2つの層6に形成しているが、それらのうちの少なくとも一方を3つ以上の層6に形成させるようにしても良い。巻数によっては、一次巻線4および二次巻線5の各配線のうちの一方を一つの層6に形成させるようにしても良い。一つの層6に形成する部分配線の数は、3以上とさせても良い。各部分配線の巻数は、全て同じにしなくとも良い。
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2に係る電力変換装置の例を示す図である。この電力変換装置は、プッシュプル方式を採用した電力変換装置であり、上記実施の形態1によるトランス1を備えている。図7に示すように、一次側には、直流電源11、2つのスイッチング素子18、19が接続されている。2つのスイッチング素子18、19は、Nチャネル型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ゲートに接続された制御回路17によってオン/オフ駆動される。なお、2つのスイッチング素子18、19の種類は、特に限定されない。
図7は、本発明の実施の形態2に係る電力変換装置の例を示す図である。この電力変換装置は、プッシュプル方式を採用した電力変換装置であり、上記実施の形態1によるトランス1を備えている。図7に示すように、一次側には、直流電源11、2つのスイッチング素子18、19が接続されている。2つのスイッチング素子18、19は、Nチャネル型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ゲートに接続された制御回路17によってオン/オフ駆動される。なお、2つのスイッチング素子18、19の種類は、特に限定されない。
一方、二次側は、2つのダイオード13、14、コンデンサ12、及び負荷15が接続されている。検出回路16は、負荷15の両端に印加される電圧の検出用である。
トランス1の一次巻線4は、部分配線4bの端部4b1と部分配線4cの端部4c1とが接続されている。それにより、この2つの端部4b1、4c1、及びそれらを接続する接続経路は、センタータップ20aとなっている。この結果、一次巻線4は、センタータップ20aにより、部分配線4a、4cと、部分配線4b、4dとに分けて使用されている。
トランス1の二次巻線5は、部分配線5bの端部5b1と部分配線5cの端部5c1とが接続されている。それにより、この2つの端部5b1、5c1、及びそれらを接続する接続経路は、センタータップ20bとなっている。この結果、二次巻線5は、センタータップ20bにより、部分配線5a、5cと、部分配線5b、5dとに分けて使用されている。
制御回路17は、2つのスイッチング素子18、19を交互にオン駆動する。スイッチング素子18がオン駆動された場合、直流電源11からの電流は、破線で示す経路I1aに沿って流れる。つまり、直流電源11からの電流は、直流電源11→部分配線4a、4c→スイッチング素子18→直流電源11、の経路I1aで流れる。
二次側では、部分配線5b、5dに誘起された電流は、破線で示す経路I2aに沿って電流が流れる。つまり、電流は、部分配線5b、5d→ダイオード14→負荷15→部分配線5b、5d、の経路I2aで流れる。負荷15の両端間に接続されたコンデンサ12は、流れる電流の高周波成分を除去する。
スイッチング素子19がオン駆動された場合、一次側では、直流電源11からの電流は、実線で示す経路I1bに沿って流れる。つまり、直流電源11からの電流は、直流電源11→部分配線4b、4d→スイッチング素子19→直流電源11、の経路I1bで流れる。
二次側では、部分配線5a、5cに誘起された電流は、実線で示す経路I2bに沿って流れる。つまり、電流は、部分配線5a、5c→ダイオード13→負荷15→部分配線5a、5c、の経路I2bで流れる。
上記のように、トランス1のセンタータップは、一次巻線4側、及び二次巻線5側ともに、容易に設けることができる。トランス1は、より小型化することができる。これらのことから、電力変換装置は、製造コストを抑えつつ、より小型化させることができる。
なお、電力変換装置では、電力変換装置を構成するスイッチング素子18、19等の部品の実装に多層基板2を用いても良い。多層基板2に実装する部品は、電力変換装置を搭載した装置の部品であっても良い。
実施の形態3.
図8は、本発明の実施の形態3に係る電力変換装置の例を示す図である。この電力変換装置は、フルブリッジ方式を採用した電力変換装置である。この電力変換装置には、上記実施の形態1によるトランス1、或いはその変形例のトランス1を備えている。変形例のトランス1は、例えば部分配線が部分配線4a、4bのみとし、端部4a2と端部4b2とを接続させたものである。その変形例のトランス1は、一次巻線4の配線を部分配線に分けることなく一つの層6に形成させたものであっても良い。図8では、変形例のトランス1は、前者と想定している。本実施の形態でも、上記実施の形態2と同様に、製造コストを抑えつつ、より小型化させた電力変換装置を実現させることができる。
図8は、本発明の実施の形態3に係る電力変換装置の例を示す図である。この電力変換装置は、フルブリッジ方式を採用した電力変換装置である。この電力変換装置には、上記実施の形態1によるトランス1、或いはその変形例のトランス1を備えている。変形例のトランス1は、例えば部分配線が部分配線4a、4bのみとし、端部4a2と端部4b2とを接続させたものである。その変形例のトランス1は、一次巻線4の配線を部分配線に分けることなく一つの層6に形成させたものであっても良い。図8では、変形例のトランス1は、前者と想定している。本実施の形態でも、上記実施の形態2と同様に、製造コストを抑えつつ、より小型化させた電力変換装置を実現させることができる。
本実施の形態では、一次側には、直流電源11の両端間に、スイッチング素子18、22を直列に接続させたハーフブリッジ回路、およびスイッチング素子21、19を直列に接続させたハーフブリッジ回路が並列に接続されている。スイッチング素子18、21は、上アームであり、スイッチング素子19、22は、下アームである。それにより、一次側は、フルブリッジ回路により、一次巻線4に電流を供給するようになっている。二次側は、上記実施の形態2と同じ回路構成である。
制御回路17は、ゲートに供給する信号により、スイッチング素子18、19、21、22をオン/オフ駆動する。制御回路17は、一方のハーフブリッジ回路の上アーム、および他方のハーフブリッジ回路の下アームを共にオン駆動させる。それにより、スイッチング素子21、22がオン駆動された場合、直流電源11からの電流は、破線で示す経路I3aに沿って流れる。つまり、直流電源11からの電流は、直流電源11→スイッチング素子21→部分配線4a、4b→スイッチング素子22→直流電源11、の経路I3aで流れる。
二次側では、部分配線5a、5cに誘起された電流は、破線で示す経路I4aに沿って流れる。つまり、電流は、部分配線5a、5c→ダイオード13→負荷15→部分配線5a、5c、の経路I4aで流れる。
スイッチング素子18、19がオン駆動された場合、直流電源11からの電流は、実線で示す経路I3bに沿って流れる。つまり、直流電源11からの電流は、直流電源11→スイッチング素子18→部分配線4a、4b→スイッチング素子19→直流電源11、の経路I3bで流れる。
二次側では、部分配線5b、5dに誘起された電流は、実線で示す経路I4bに沿って流れる。つまり、電流は、部分配線5b、5d→ダイオード14→負荷15→部分配線5b、5d、の経路I4bで流れる。
なお、本実施の形態2、3では、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式をそれぞれ採用しているが、方式はそれらに限定されない。電力変換装置は、スイッチング素子を用いない種類であっても良い。電力変換装置は、トランス1のセンタータップを用いない種類であっても良い。
1 トランス、2 多層基板、3 コア、3a、3b コア部品、4 一次巻線、4a〜4d 部分配線、4a1〜4d2 端部、5 二次巻線、5a〜5d 部分配線、5a1〜5d2 端部、6 層、20a、20b センタータップ。
Claims (5)
- 多層基板の第1の層に配置され、一次巻線、及び二次巻線のうちの一方の配線を構成すると共に、それぞれが巻線である2つ以上の部分配線と、
前記第1の層とは異なる第2の層に配置され、前記一方を構成すると共に、前記巻線である1つ以上の部分配線と、
を備えるトランス。 - 前記一方は、前記一次巻線であり、前記2つ以上の部分配線が2つ以上の層に形成されている、
請求項1に記載のトランス。 - 前記一方は、前記二次巻線であり、前記2つ以上の部分配線が2つ以上の層に形成されている、
請求項1または2に記載のトランス。 - 前記2つ以上の部分配線は、2以上の偶数の部分配線である、
請求項1〜3の何れか1項に記載のトランス。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載のトランス、
を備える電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019066315A JP2020167271A (ja) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | トランス、及び電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019066315A JP2020167271A (ja) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | トランス、及び電力変換装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020167271A true JP2020167271A (ja) | 2020-10-08 |
Family
ID=72714543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019066315A Pending JP2020167271A (ja) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | トランス、及び電力変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020167271A (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62157108U (ja) * | 1986-03-26 | 1987-10-06 | ||
JP2003197438A (ja) * | 2001-12-26 | 2003-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁性素子およびそれを用いた電源 |
JP2016004928A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | 富士通株式会社 | プレーナ型変圧装置 |
JP2018198246A (ja) * | 2017-05-23 | 2018-12-13 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | トランス一体型プリント基板 |
JP2019003993A (ja) * | 2017-06-13 | 2019-01-10 | Tdk株式会社 | コイル部品 |
-
2019
- 2019-03-29 JP JP2019066315A patent/JP2020167271A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62157108U (ja) * | 1986-03-26 | 1987-10-06 | ||
JP2003197438A (ja) * | 2001-12-26 | 2003-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁性素子およびそれを用いた電源 |
JP2016004928A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | 富士通株式会社 | プレーナ型変圧装置 |
JP2018198246A (ja) * | 2017-05-23 | 2018-12-13 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | トランス一体型プリント基板 |
JP2019003993A (ja) * | 2017-06-13 | 2019-01-10 | Tdk株式会社 | コイル部品 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7796006B2 (en) | Suspension inductor devices | |
JP5062439B2 (ja) | インターリーブ用pfcチョークコイル | |
US9812244B2 (en) | Multilayer inductor device | |
WO2016143527A1 (ja) | 絶縁型スイッチング電源 | |
JPWO2011154993A1 (ja) | 絶縁トランスおよび電源装置 | |
JP2008177486A (ja) | トランス | |
US10276298B2 (en) | Transformer, and switching power supply and isolator including transformer | |
JP3753928B2 (ja) | プリント回路基板及びそれを用いた電源 | |
JP2014063856A (ja) | 複合磁性部品及びスイッチング電源装置 | |
JP3196187B2 (ja) | 電磁気回路の実装構造 | |
JP6365696B2 (ja) | モジュール | |
JP2008166625A (ja) | 基板トランス | |
JP2017011876A (ja) | スイッチング電源およびアイソレータ | |
JP2017147321A (ja) | コイル部品、コイル部品を内蔵した回路基板、並びに、コイル部品を備える電源回路 | |
JP2002299130A (ja) | 電源用複合素子 | |
JP2020167271A (ja) | トランス、及び電力変換装置 | |
JP5311462B2 (ja) | 多層基板トランス | |
JP6326803B2 (ja) | コイル基板、巻線部品及び電源装置 | |
CN111213215B (zh) | 变压器装置、电路装置和用于操作变压器装置的方法 | |
KR102444844B1 (ko) | 자기 결합 장치 및 이를 포함하는 평판 디스플레이 장치 | |
JP4735098B2 (ja) | トランス | |
JP4227985B2 (ja) | プリント回路基板を用いた電源 | |
US10404178B2 (en) | Insulation type step-up converter | |
WO2021117432A1 (ja) | 信号伝送回路 | |
JP2003079150A (ja) | コンバータ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220105 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221109 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221115 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230509 |