JP2021040144A - スイッチング電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】体積と損耗が低下した磁性素子を提供する。【解決手段】磁性素子において、磁気コア構造３０は、磁気コア３１及び少なくとも３つの巻線を備える。磁気コアは、少なくとも３つの巻線柱３１１〜３１３、少なくとも１つの縁柱３１４、３１５及び対向して設置される第１カバープレート３１６と第２カバープレート３１７を備える。少なくとも３つの巻線は、順に隣接して設置され、第１カバープレートと第２カバープレートは、少なくとも３つの巻線柱及び少なくとも１つの縁柱の上方と下方にそれぞれ設置されて閉磁路を形成し、少なくとも３つの巻線は、それぞれ少なくとも３つの巻線柱に巻回され、任意の３つの隣接する巻線柱のうち中央に位置する巻線柱の磁束と中央巻線柱の両側に位置する２つの巻線柱の磁束は逆向きである。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、磁性素子およびスイッチング電源装置に関する。
最低電圧大電流出力の応用においては、トランスをアレイ化して複数のサブトランスユニットに分けて組み合わせる必要がある。たとえば、入力が４３０Ｖ、出力が１２Ｖである３ｋＷサーバー電源においては、ＬＬＣ共振回路におけるトランスの一次・二次巻数比（Ｎｐ：Ｎｓ１：Ｎｓ２）が１８：１：１であり、３つの６：１：１のサブトランスに分けることができ、かつ一次巻線を直列接続し、二次巻線を並列接続する。このように、一次巻線に同じ電流が流れ、二次巻線が直列接続されて３倍の大電流を出力することができる。複数のサブトランスからなる構成を取ることで、パワーを並列伝送する効果が得られるが、複数のサブトランスを別々に設計する必要があるため構造が複雑になる。そこで、磁気コアの形状を最適化し、磁気コアの体積および損耗（損失）を低減することは磁性素子設計開発の重点と難点になっている。
本発明の一側面において、上記従来技術の不足を解消し、体積と損耗が低下した磁性素子を提供する。
本発明のもう１つの側面において、スイッチング電源装置を提供し、並びに該スイッチング電源装置の磁性素子を最適化することである。
上記目的を実現するために、本発明は、磁気コアを備える磁性素子を提供し、該磁気コアは第１巻線柱、第２巻線柱、第３巻線柱、第１縁柱、第２縁柱、および対向して設置される第１カバープレートと第２カバープレートを有する。前記第２巻線柱は、前記第１巻線柱と前記第３巻線柱との間に位置し、前記第１縁柱および前記第２縁柱は、それぞれ前記第１巻線柱および前記第３巻線柱の外側に位置し、前記第１カバープレートおよび第２カバープレートは、それぞれ前記第１巻線柱、前記第２巻線柱、前記第３巻線柱、前記第１縁柱および前記第２縁柱の上方および下方に設置されて閉磁路を形成する。前記第１巻線柱の磁束と前記第３巻線柱の磁束は第１方向を有し、前記第２巻線柱の磁束は第２方向を有し、前記第１方向と前記第２方向は逆向きであり、前記磁気コアが位置する平面内において、前記第１巻線柱、前記第２巻線柱および前記第３巻線柱に接しまたは貫通する一本の直線が存在する。
本発明に係る一実施形態において、前記磁性素子は、前記第１巻線柱に巻回されている第１巻線と、前記第２巻線柱に巻回されている第２巻線と、前記第３巻線柱に巻回されている第３巻線とをさらに備える。
本発明に係る一実施形態において、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線は、電気的に直列接続される。
本発明に係る一実施形態において、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線は、電気的に並列接続される。
本発明に係る一実施形態において、前記第１巻線を流れる電流と前記第３巻線を流れる電流は、同じ方向を有し、前記第２巻線を流れる電流と前記第１巻線を流れる電流および前記第３巻線を流れる電流は、逆向きである。
本発明に係る一実施形態において、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線を流れる電流は、位相が同じである。
本発明に係る一実施形態において、前記第１巻線柱、前記第２巻線柱および前記第３巻線柱は、１つの水平線に沿って順に配設される。
本発明に係る一実施形態において、前記第１縁柱および前記第２縁柱がそれぞれ前記水平線の両端に設置されている。
本発明に係る一実施形態において、前記第１縁柱および前記第２縁柱が前記水平線の同一側に設置されている。
本発明に係る一実施形態において、前記第１縁柱および前記第２縁柱が前記水平線の反対側に設置されている。
本発明に係る一実施形態において、前記磁気コアは、インダクタンス巻線が巻回されているインダクタンス巻線柱をさらに備える。
本発明に係る一実施形態において、前記インダクタンス巻線は、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線のうち少なくとも１つに直列接続されている。
本発明に係る一実施形態において、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線は、いずれもＰＣＢ巻線または３層絶縁巻線である。
本発明に係る一実施形態において、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線は、巻数が同じである。
本発明に係る一実施形態において、前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線は、いずれも一次巻線であり、前記第１巻線柱、前記第２巻線柱および前記第３巻線柱の上には、少なくとも１つの二次巻線が巻回されている。
本発明に係る一実施形態において、前記二次巻線は、巻数が１である。
本発明に係る一実施形態において、前記二次巻線は、ＰＣＢ巻線または銅板巻線である。
上述の目的を実現するため、本発明は磁気コアを備える磁性素子を提供し、該磁気コアは、少なくとも３つの巻線柱、少なくとも１つの縁柱、対向して設置される第１カバープレートと第２カバープレート、およびそれぞれ前記少なくとも３つの巻線柱に巻回されている少なくとも３つの巻線を備える。前記少なくとも３つの巻線柱は、順に隣接して設置され、前記第１カバープレートおよび前記第２カバープレートは、それぞれ前記少なくとも３つの巻線柱および前記少なくとも１つの縁柱の上方および下方に設置されて閉磁路を形成する。前記任意の３つの隣接する巻線柱において、中央に位置する巻線柱の磁束と前記中央巻線柱の両側に位置する２つの巻線柱の磁束は、逆向きである。
本発明のもう１つの実施形態において、前記磁気コアが位置する平面内に、前記少なくとも３つの巻線柱に接し、または貫通する一本の直線が存在する。
本発明のもう１つの実施形態において、前記少なくとも３つの巻線柱は、１つの水平線に沿って順に配設される。
本発明のもう１つの実施形態において、前記少なくとも１つの縁柱は、前記水平線の両端にそれぞれ設置される第１縁柱および第２縁柱を備える。
本発明のもう１つの実施形態において、前記少なくとも１つの縁柱は、前記水平線の同一側に設置する第１縁柱および第２縁柱を備える。前記第１縁柱は、前記少なくとも３つの巻線柱の一端に隣接する巻線柱に対応し、前記第２縁柱は、前記少なくとも３つの巻線柱の他端に隣接する巻線柱に対応する。
本発明のもう１つの実施形態において、前記少なくとも１つの縁柱は、前記水平線の反対側に設置される第１縁柱および第２縁柱を備える。前記第１縁柱は、前記少なくとも３つの巻線柱の一端に隣接する巻線柱に対応し、前記第２縁柱は、前記少なくとも３つの巻線柱の他端に隣接する巻線柱に対応する。
本発明のもう１つの実施形態において、前記少なくとも１つの縁柱は、単独の縁柱であり、前記縁柱は、前記水平線の片側に位置する。
本発明のもう１つの実施形態において、前記磁気コアは、インダクタンス巻線が巻回されているインダクタンス巻線柱をさらに備える。
本発明のもう１つの実施形態において、前記磁性素子は、トランスであり、前記少なくとも３つの巻線は、いずれも一次巻線であり、前記少なくとも３つの巻線柱の各巻線柱に、少なくとも１つの二次巻線がさらに巻回されている。
上述の目的を実現するため、本発明は、入力電圧を受信し、前記入力電圧を一次電圧に変換する一次回路と、前記一次電圧を二次電圧に変換する絶縁変換モジュールとを備えるスイッチング電源装置を提供する。前記絶縁変換モジュールは、第１一次巻線、第１二次巻線および第２二次巻線を有する第１トランスと、第２一次巻線、第３二次巻線および第４二次巻線を有する第２トランスと、第３一次巻線、第５二次巻線および第６二次巻線を有する第３トランスと、前記二次電圧を出力電圧に変換する二次回路とを備える。
前記第１二次巻線と前記第２二次巻線は直列接続され、前記第１二次巻線の第１端は、第１スイッチングチューブを介して第１出力端子に電気的に結合され、前記第２二次巻線の第２端は、第２スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に電気的に結合され、前記第１二次巻線の第２端は、前記第２二次巻線の第１端に接続され、第２出力端子に電気的に結合され、前記第３二次巻線と前記第４二次巻線は直列接続され、前記第３二次巻線の第１端は、第３スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に接続され、前記第４二次巻線の第２端は、前記第４スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に接続され、前記第３二次巻線の第２端は前記第４二次巻線の第１端に接続されかつ前記第２出力端子に電気的に結合され、前記第５二次巻線と前記第６二次巻線は直列接続され、前記第５二次巻線の第１端は、第５スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に電気的に結合され、前記第６二次巻線の第２端は、第６スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に電気的に結合され、前記第５二次巻線の第２端は、前記第６二次巻線の第１端に接続されかつ前記第２出力端子に電気的に接続され、前記第１一次巻線、前記第１二次巻線、前記第２二次巻線は、上記磁性素子の第１巻線柱に巻回され、前記第２一次巻線、前記第３二次巻線、前記第４二次巻線は、上記磁性素子の第２巻線柱に巻回され、前記第３一次巻線、前記第５二次巻線、前記第６二次巻線は、請求項１に記載の磁性素子の第３巻線柱に巻回されている。
本発明のもう１つの実施形態において、前記第１一次巻線の第１端は、前記一次回路の一端に電気的に結合され、前記第２一次巻線の第１端は、前記第１一次巻線の第２端に電気的に結合され、前記第３一次巻線の第１端は、前記第２一次巻線の第２端に電気的に結合され、前記第３一次巻線の第２端は、前記一次回路の他端に電気的に接続される。
本発明のもう１つの実施形態において、前記第１一次巻線、前記第２一次巻線および前記第３一次巻線は、いずれもＰＣＢ巻線または３層絶縁巻線である。
本発明のもう１つの実施形態において、前記第１二次巻線、前記第２二次巻線、前記第３二次巻線、前記第４二次巻線、前記第５二次巻線および前記第６二次巻線は、巻数が１である。
本発明のもう１つの実施形態において、前記第１二次巻線、前記第２二次巻線、前記第３二次巻線、前記第４二次巻線、前記第５二次巻線および前記第６二次巻線は、いずれもＰＣＢ巻線または銅板巻線である。
本発明のもう１つの実施形態において、前記入力電圧は、４１０Ｖ〜４５０Ｖの範囲である。
本発明のもう１つの実施形態において、前記入力電圧は、３６Ｖ〜７２Ｖの範囲である。
本発明によると、複数のインダクタンスまたはトランスを１つの磁性素子に集積し、磁気コアの任意の３つの隣接する巻線柱のうち中央に位置する巻線柱の磁束と中央巻線柱の両側に位置する２つの巻線柱の磁束が逆向きであるため、磁性素子の体積と磁気コアの損耗を効果的に低減することができる。
以下、本発明を深く理解できるように本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの内容によって制限されない。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る実施形態を詳しく説明する。
本発明の１つの実施形態のスイッチング電源装置の構造模式図であり、なお、該スイッチング電源装置の絶縁変換モジュールにおける複数のトランスの一次巻線は、直接的に直列接続する方式で接続されている。 本発明のもう１つの実施形態のスイッチング電源装置の構造模式図であり、なお、該スイッチング電源装置の絶縁変換モジュールにおける複数のトランスの一次巻線は、間接的に直列接続する方式で接続されている。 本発明のもう１つの実施形態のスイッチング電源装置の構造模式図であり、なお、該スイッチング電源装置の絶縁変換モジュールにおける複数のトランスの一次巻線は、直接的に並列接続する方式で接続されている。 本発明のもう１つの実施形態のスイッチング電源装置の構造模式図であり、なお、該スイッチング電源装置の絶縁変換モジュールにおける複数のトランスの一次巻線は、間接的に並列接続する方式で接続されている。 図１Ａの該スイッチング電源装置の絶縁変換モジュールにおける複数のトランスの巻線が接続されている模式図である。 本発明の磁性素子の１つ目の磁気コア構造の立体組立図であり、なお、該磁気コア構造は、第１巻線柱、第２巻線柱、第３巻線柱、第１縁柱、第２縁柱、第１カバープレートおよび第２カバープレートを有する。 図３Ａに示す磁気コア構造の立体分解図である。 図３Ａに示す磁気コア構造から第１カバープレートが除去された後の立体図である。 図３Ｃに示す磁気コア構造の俯瞰図である。 本発明の磁性素子の２つ目の磁気コア構造の俯瞰図であり、なお、該磁気コア構造の３つの巻線柱において、前記３つの巻線柱のそれぞれに接するまたは前記３つの巻線柱のそれぞれを貫通する一本の直線が存在する。 図３Ｄに示す磁気コア構造における３つの巻線柱が対応する電流方向を示している。 図３Ｄに示す磁気コア構造において一本の巻線が“∞”状に接続されている模式図である。 本発明の磁性素子の３つ目の磁気コア構造の立体図であり、なお、該磁気コア構造の２つの縁柱と３つの巻線柱が同一の水平線に位置せず、２つの縁柱が同一側に位置する。 図４Ａに示す磁気コア構造の俯瞰図である。 図４Ａに示す磁気コア構造の３つの巻線柱が対応する電流方向を示している。 本発明の磁性素子の４つ目の磁気コア構造の立体図であり、なお、該磁気コア構造の２つの縁柱と３つの巻線柱が同一の水平線に位置せず、２つの縁柱が反対側に位置する。 図５Ａに示す磁気コア構造の俯瞰図である。 図５Ａに示す磁気コア構造の３つの巻線柱が対応する電流方向を示している。 本発明のもう１つの実施例におけるトランスの構造およびその巻線による接続の模式図であり、なお、巻線柱の数が４つである。 図６Ａに示すトランスの磁気コア構造から第１カバープレートが除去された後の立体図である。 図６Ｂに示す磁気コア構造の俯瞰図である。 図６Ｂに示す磁気コア構造の４つの巻線柱が対応する電流方向を示している。 図２の構造から１つの磁気柱を増やす磁性素子の模式図である。 図７Ａに示す磁性素子の磁気コア構造から第１カバープレートが除去された後の立体図である。 図７Ｂに示す磁気コア構造の俯瞰図である。 図７Ｂに示す磁気コア構造の３つの巻線柱が対応する電流方向を示している。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳しく説明するが、これらの実施形態は本発明を例示したに過ぎず、本発明はこれらに制限されない点に留意されたい。これらの実施形態を提供することにより、本発明がより完全で分かりやすくなり、その思想を当業者により分かりやすく伝えることができる。以下において、同じまたは類似の構成については同じ符号を付与し、重複説明を省略する。
ここで記載および／または図示する要素／構成部分等を説明する際には、用語「１つ」、「一」、「該」、「前記」および「少なくとも１つ」は、１つまたは複数の要素／構成部分等が存在していることを意味する。用語「含む」、「備える」および「有する」は、開放式で、自分自身が含まれている意味を意味し、列挙した要素／構成部分等以外の要素／構成部分等も含んでいることを意味する。実施形態においては、「上」または「下」のような相対的な用語を用いて１つの部材ともう１つの部材の相対的な関係を説明する。また、符号で示された装置を逆さまにすれば、「上」側の部材が「下」側の部材になる。また、特許請求の範囲における用語「第一」、「第二」等は、記号のみとして用いられ、該対象に対する数の制限ではない。
本明細書に用いられている「電気的に接続する」とは、２つまたは複数の素子が直接的に実体とされるか、電気的に接触するか、または、互いに間接的に実体とされるか、電気的に接触するかを意味する。本明細書に用いられている「電気的に直列接続される」とは、２つまたは複数の素子が直接的に直列接続して実体とされるか、電気的に接触するか、または、互いに間接的に直列接続して実体とされるか、電気的に接触するかを意味する。「電気的に並列接続される」とは、２つまたは複数の素子が直接的に並列接続して実体とされるか、電気的に接触するか、または、互いに間接的に並列接続して実体とされるか、電気的に接触するかを意味する。
図１Ａに示すように、本発明は、一次回路１１、絶縁変換モジュール１２および二次回路１３を備えるスイッチング電源装置１０を提供する。
該一次回路１１は、１つの入力電圧Ｖｉｎを受信し、該入力電圧Ｖｉｎを一次電圧に変換する。該一次回路１１の回路トポロジは、セミブリッジであっても良く、フルブリッジまたは他のトポロジであっても良い。
該絶縁変換モジュール１２は、前記一次電圧を二次電圧に変換し、該絶縁変換モジュール１２は、第１トランスＴｘａ、第２トランスＴｘｂおよび第３トランスＴｘｃをさらに備える。なお、第１トランスＴｘａは、第１一次巻線Ｎｐａ、第１二次巻線Ｎｓ１ａおよび第２二次巻線Ｎｓ２ａを備え、前記第１一次巻線Ｎｐａの第１端は、前記一次回路１１の一端に電気的に結合され、第２トランスＴｘｂは、第２一次巻線Ｎｐｂ、第３二次巻線Ｎｓ１ｂおよび第４二次巻線Ｎｓ２ｂを備え、前記第２一次巻線Ｎｐｂの第１端は、前記第１一次巻線Ｎｐａの第２端に電気的に結合され、第３トランスＴｘｃは、第３一次巻線Ｎｐｃ、第５二次巻線Ｎｓ１ｃおよび第６二次巻線Ｎｓ２ｃを備え、前記第３一次巻線Ｎｐｃの第１端は、前記第２一次巻線Ｎｐｂの第２端に電気的に結合され、前記第３一次巻線Ｎｐｃの第２端は、前記一次回路１１の他端に電気的に接続される。
該二次回路１３は、前記二次電圧を出力電圧Ｖ０に変換する。
たとえば、図１Ａに示す実施例においては、前記第１二次巻線Ｎｓ１ａと前記第２二次巻線Ｎｓ２ａは直列接続され、前記第１二次巻線Ｎｓ１ａの第１端は、第１スイッチングチューブＳ１を介して第１出力端子Ｐ１に電気的に接続し、前記第２二次巻線Ｎｓ２ａの第２端は、第２スイッチングチューブＳ２を介して前記第１出力端子Ｐ１に電気的に接続し、前記第１二次巻線Ｎｓ１ａの第２端は、前記第２二次巻線Ｎｓ２ａの第１端に接続され、第２出力端子Ｐ２に電気的に接続する。
前記第３二次巻線Ｎｓ１ｂと前記第４二次巻線Ｎｓ２ｂは直列接続され、前記第３二次巻線Ｎｓ１ｂの第１端は、第３スイッチングチューブＳ３を介して前記第１出力端子Ｐ１に電気的に接続し、前記第４二次巻線Ｎｓ２ｂの第２端は、第４スイッチングチューブＳ４を介して前記第１出力端子Ｐ１に電気的に接続し、前記第３二次巻線Ｎｓ１ｂの第２端は、前記第４二次巻線Ｎｓ２ｂの第１端に接続され、前記第２出力端子Ｐ２に電気的に接続する。
前記第５二次巻線Ｎｓ１ｃと前記第６二次巻線Ｎｓ２ｃは直列接続され、前記第５二次巻線Ｎｓ１ｃの第１端は、第５スイッチングチューブＳ５を介して前記第１出力端子Ｐ１に電気的に接続し、前記第６二次巻線Ｎｓ２の第２端は、第６スイッチングチューブＳ６を介して前記第１出力端子Ｐ１に電気的に接続し、前記第５二次巻線Ｎｓ１ｃの第２端は、前記第６二次巻線Ｎｓ２ｃの第１端に接続され、前記第２出力端子Ｐ２に電気的に接続する。
しかしながら、本発明においては、図１Ａに示すように、前記第１一次巻線Ｎｐａ、前記第２一次巻線Ｎｐｂおよび前記第３一次巻線Ｎｐｃの接続方式は、直接的に直列接続しても良く、図１Ｂに示すように、間接的に直列接続しても良く、図１Ｃに示すように、直接的に並列接続しても良く、図１Ｄに示すように、間接的に並列接続しても良く、これらにより本発明が制限されないことを理解されたい。
以下、本発明の磁性素子を説明する。
図２は、本発明の実施例の磁性素子であり、たとえば、図１Ａに示すスイッチング電源装置の絶縁変換モジュール１２の複数のトランスからなるアレイ式のトランス２０の構造およびその巻線が接続されている模式図である。本実施例においては、該トランス２０は、第１巻線柱２１１と、第２巻線柱２１２と、第３巻線柱２１３と、第１縁柱２１４と、第２縁柱２１５と対向して設置する第１カバープレート２１６および第２カバープレート２１７を有する磁気コア２１を備える。前記第２巻線柱２１２は、前記第１巻線柱２１１と前記第３巻線柱２１３との間に位置し、前記第１縁柱２１４および前記第２縁柱２１５は、それぞれ前記第１巻線柱２１１および前記第３巻線柱２１３の外側に位置し、前記第１カバープレート２１６および前記第２カバープレート２１７は、それぞれ前記第１巻線柱２１１、前記第２巻線柱２１２、前記第３巻線柱２１３、前記第１縁柱２１４および前記第２縁柱２１５の上方および下方に位置することによって、閉磁路を形成する。なお、前記第１巻線柱２１１の磁束Φａと前記第３巻線柱２１３の磁束Φｃは、第１方向を有し、前記第２巻線柱２１２のΦｂは、第２方向を有し、前記第１方向および前記第２方向は逆向きである。たとえば、図２においては、巻線Ｎｐａ、巻線Ｎ ｐｂおよび巻線Ｎｐｃは直列接続され、電流ｉｐが巻線を流れる際、前記第１巻線柱２１１および前記第３巻線柱２１３の磁束方向が同じであり、対応する図面の磁束ΦａとΦｃの磁束方向が全て下に向かい、前記第２巻線柱２１２の磁束Φｂの磁束方向が逆であり、対応する図面の磁束Φｂの磁束方向が上に向かう。
図１Ａに示すように、第１一次巻線Ｎｐａ、第１二次巻線Ｎｓ１ａおよび第２二次巻線Ｎｓ２ａは、前記第１巻線柱２１１に巻回されていることによって、前記第１トランスＴｘａを構成する。第２一次巻線Ｎｐｂ、第３二次巻線Ｎｓ１ｂ、第４二次巻線Ｎｓ２ｂは、前記第２巻線柱２１２に巻回されていることによって、前記第２トランスＴｘｂを構成する。第３一次巻線Ｎｐｃ、第５二次巻線Ｎｓ１ｃ、第６二次巻線Ｎｓ２ｃは、前記第３巻線柱２１３に巻回されていることによって、前記第３トランスＴｘｃを構成する。また、前記第１一次巻線Ｎｐａ、前記第２一次巻線Ｎｐｂおよび前記第３一次巻線Ｎｐｃは、直列接続する。前記第１一次巻線Ｎｐａ、前記第２一次巻線Ｎｐｂおよび前記第３一次巻線Ｎｐｃを流れる電流の大きさおよび位相は、全て同じであることが好ましい。なお、図２においては、二次巻線が示されていない。他の実施形態においては、巻線柱には、二次巻線がなくても良く、インダクタンスとして用いられても良い。
別々に設置する３つのトランスに比べ、３つのトランスを同一の磁性素子に集積することによって、磁気コアの体積を有効的に減らすことができる。また、磁気コアの任意の３つの隣接する巻線柱について、中央に位置する巻線柱の磁束と中央巻線柱の両側に位置する２つの巻線柱の磁束は、逆向きであるように設置することによって、磁気コアの損耗を有効的に減らすことができる。
開示する実施例により、前記第１一次巻線Ｎｐａ、前記第２一次巻線Ｎｐｂおよび前記第３一次巻線Ｎｐｃは、たとえば、いずれもＰＣＢ巻線または３層絶縁巻線である。一次巻線は、巻数が同じであることが好ましい。
開示する実施例により、前記第１二次巻線Ｎｓ１ａ、前記第２二次巻線Ｎｓ２ａ、
前記第３二次巻線Ｎｓ１ｂ、前記第４二次巻線Ｎｓ２ｂ、前記第５二次巻線Ｎｓ１ｃおよび前記第６二次巻線Ｎｓ２ｃは、たとえば、いずれもＰＣＢ巻線または銅板巻線である。それぞれの二次巻線は、たとえば、巻数が全て１であることが好ましい。
図３Ａ〜図３Ｇに示すように、図３Ａは、本発明の１つ目の磁気コア構造の立体構造模式図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す磁気コア構造の分解模式図である。図３Ａ〜図３Ｂに示すように、本発明の磁気コア構造３０は、磁気コア３１を備え、該磁気コア３１は、第１巻線柱３１１、第２巻線柱３１２、第３巻線柱３１３、第１縁柱３１４、第２縁柱３１５を備える他、対向して設置される第１カバープレート３１６および第２カバープレート３１７をさらに備える。前記第１カバープレート３１６および前記第２カバープレート３１７は、それぞれ前記第１巻線柱３１１、前記第２巻線柱３１２、前記第３巻線柱３１３、前記第１縁柱３１４および前記第２縁柱３１５の上方および下方に設置されて閉磁路を形成する。
３つの巻線柱および２つの縁柱を比較的に分かりやすく示すために、図３Ｃは、図３Ａに示す磁気コア構造において第１カバープレートが隠された後の立体構造模式図である。図３Ｄは、図３Ｃに示す磁気コア構造の俯瞰図である。該磁気コア構造の３つの巻線柱については、たとえば、前記第１巻線柱３１１、前記第２巻線柱３１２、前記第３巻線柱３１３が１つの水平線に沿って順に配列され、前記第１縁柱３１４および前記第２縁柱３１５がそれぞれ前記水平線の両端に設置されることが好ましい。開示する他の実施例により、磁気コア構造３０は、前記水平線の片側に位置する１つの縁柱のみを含んでも良い。
図３Ｅは、本発明の２つ目の磁気コア構造の俯瞰図であり、図３Ｄに示す磁気コア構造との違いが次の通りである。前記第１巻線柱３１１、前記第２巻線柱３１２および前記第３巻線柱３１３に関する相対的な位置は、ある程度の位置ずれがあり、該３つの巻線柱のそれぞれに接するまたは該３つの巻線柱のそれぞれを貫通する一本の直線が存在し、たとえば、図面における破線Ｌで表されている。つまり、前記第１巻線柱３１１、前記第２巻線柱３１２および前記第３巻線柱３１３は、水平線の長手方向に向けてオーバーラップするように配置されている。
図３Ｆは、図３Ｄに示す磁気コア構造の巻線の電流方向を示している。なお、該３つの巻線柱が対応する巻線の電流方向については、第１巻線柱３１１および第３巻線柱３１３が対応する巻線の電流方向Ｉ１およびＩ３がいずれも時計回り方向であり、第２巻線柱３１２が対応する巻線の電流方向Ｉ２が反時計回り方向である。
図３Ｇは、図３Ｄに示す磁気コア構造の一次巻線が１つの巻線のみから構成されていることを示し、示されている一次巻線が「∞字形状」に巻回されている。また、巻線の電流方向Ｉは、巻線が第１巻線柱３１１および第３巻線柱３１３を囲むときに時計回り方向であり、巻線が第２巻線柱３１２を囲むときに反時計回り方向である。
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、図４Ａは、本発明の３つ目の磁気コア構造４０の立体構造模式図である。前記磁気コア構造４０は、第１巻線柱４１１、第２巻線柱４１２、第３巻線柱４１３、第１縁柱４１４、第２縁柱４１５を備える他、対向して設置される第１カバープレート（図示せず）および第２カバープレート４１７をさらに備える。前記第１カバープレートおよび前記第２カバープレート４１７は、それぞれ前記第１巻線柱４１１、前記第２巻線柱４１２、前記第３巻線柱４１３、前記第１縁柱４１４および前記第２縁柱４１５の上方および下方に位置することによって、閉磁路を形成する。図４Ａは、磁気コア構造４０において第１カバープレートが隠された後の立体構造模式図である。図４Ｂは、図４Ａに示す磁気コア構造の俯瞰図である。なお、前記磁気コア構造の３つの巻線柱については、たとえば、前記第１巻線柱４１１、前記第２巻線柱４１２、前記第３巻線柱４１３が１つの水平線に沿って順に配列され、前記第１縁柱４１４および前記第２縁柱４１５がそれぞれ前記水平線の同一側に設置されている。図４Ｃは、図４Ａに示す磁気コア構造の巻線の電流方向を示している。該３つの巻線柱が対応する巻線の電流方向については、前記第１巻線柱４１１および前記第３巻線柱４１３が対応する巻線の電流方向Ｉ１およびＩ３は、いずれも時計回り方向であり、前記第２巻線柱４１２が対応する巻線の電流方向Ｉ２は、反時計回り方向である。
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示すように、図５Ａは、本発明の４つ目の磁気コア構造４０の立体構造模式図である。前記磁気コア構造５０は、第１巻線柱５１１、第２巻線柱５１２、第３巻線柱５１３、第１縁柱５１４、第２縁柱５１５を備える他、対向して設置される第１カバープレート（図示せず）および第２カバープレート５１７をさらに備える。前記第１カバープレートおよび前記第２カバープレート５１７は、それぞれ前記第１巻線柱５１１、前記第２巻線柱５１２、前記第３巻線柱５１３、前記第１縁柱５１４および前記第２縁柱５１５の上方および下方に位置することによって、閉磁路を形成する。図５Ａは、磁気コア構造において第１カバープレートが隠された後の立体構造模式図である。図５Ｂは、図５Ａに示す磁気コア構造の俯瞰図である。なお、前記磁気コア構造の３つの巻線柱については、たとえば、前記第１巻線柱５１１、前記第２巻線柱５１２、前記第３巻線柱５１３が１つの水平線に沿って順に配列され、前記第１縁柱５１４および前記第２縁柱５１５がそれぞれ前記水平線の反対側に設置されている。図５Ｃは、図５Ａに示す磁気コア構造の巻線の電流方向を示している。該３つの巻線柱が対応する巻線の電流方向については、第１巻線柱５１１および第３巻線柱５１３が対応する巻線の電流方向Ｉ１およびＩ３は、いずれも時計回り方向であり、第２巻線柱５１２が対応する巻線の電流方向Ｉ２は、反時計回り方向である。
本発明に係る一実施形態において、たとえば、図３Ａ〜３Ｇ、図４Ａ〜４Ｃ、図５Ａ〜５Ｃに示す磁気コア構造により図２に示す磁性素子を形成することができ、すなわち、トランス集積磁性素子（たとえば、アレイ式トランス）であり、その中の一次巻線がＰＣＢ、三層絶縁線または他の種類の巻線であっても良く、二次巻線がＰＣＢ、銅板または他の種類の巻線であっても良い。また、図２に示す磁性素子のそれぞれの巻線柱の上には、２つの二次巻線が巻回されているが、本発明は、これに限らず、他の実施例においては、それぞれの巻線柱の上には、１つの二次巻線のみが含まれても良い。
本発明の他の実施例においては、図２に示すトランス２０は、二次巻線がなくても良く、この場合、インダクタンスとして用いられることができ、すなわち、インダクタンス集積磁性素子を形成する。
図２は、３つのサブトランスが１つの鉄芯に集積されてなるトランス集積磁性素子のみを示しているが、本発明は、他のものであっても良く、たとえば、より多いサブトランスが集積されてなるトランス集積磁性素子であっても良く、複数の一次巻線（すなわち、二次巻線がない）のみが集積されてなるインダクタンス集積磁性素子であっても良く、本発明がこれらに制限されないと理解されたい。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄは、図２の構造から、複数のサブトランスが１つの鉄芯に集積されてなる構造になることを示している。たとえば、図６Ａは、４つのサブトランスからなるトランス集積磁性素子６０を示し、該トランス集積磁性素子６０は、順に隣接して設置する第１縁柱６１５、第１巻線柱６１１、第２巻線柱６１２、第３巻線柱６１３、第４巻線柱６１４および第２縁柱６１６を備え、対向して設置される第１カバープレート６１７および第２カバープレート６１８をさらに備える磁気コア６１を備える。前記第１カバープレート６１７および前記第２カバープレート６１８は、それぞれ前記第１巻線柱６１１、前記第２巻線柱６１２、前記第３巻線柱６１３、前記第４巻線柱６１４、前記第１縁柱６１５および前記第２縁柱６１６の上方および下方に設置されて閉磁路を形成する。なお、任意の３つの隣接する巻線柱については、中央に位置する巻線柱の磁束と前記中央巻線柱の両側に位置する２つの巻線柱の磁束は、逆向きである。たとえば、隣接する第１巻線柱６１１、第２巻線柱６１２、第３巻線柱６１３については、中央に位置する巻線柱（すなわち、第２巻線柱６１２）の磁束Φｂの磁束方向は、両側に位置する前記第１巻線柱６１１および前記第３巻線柱６１３の磁束Φａと磁束Φｃの磁束方向と逆であるが、隣接する第２巻線柱６１２、第３巻線柱６１３、第４巻線柱６１４については、中央に位置する巻線柱（すなわち、第３巻線柱６１３）の磁束Φｃの磁束方向は、両側に位置する第２巻線柱６１２および第４巻線柱６１４の磁束ΦｂとΦｄの磁束方向と逆である。
図６Ｂは、磁気コア構造において第１カバープレートが隠された後の立体構造模式図である。図６Ｃは、図６Ｂに示す磁気コア構造の俯瞰図である。該磁気コア６１の４つの巻線柱については、たとえば、前記第１巻線柱６１１、前記第２巻線柱６１２、前記第３巻線柱６１３および前記第４巻線柱６１４は、１つの水平線に沿って順に配列し、前記第１縁柱６１５および前記第２縁柱６１６は、それぞれ前記水平線の両端に設置されている。図６Ｄは、図６Ｂに示す磁気コア構造の巻線の電流方向を示している。なお、該４つの巻線柱が対応する巻線の電流方向については、第１巻線柱６１１および第３巻線柱６１３が対応する巻線の電流方向Ｉ１およびＩ３は、いずれも反時計回り方向であり、第２巻線柱６１２および第４巻線柱６１４が対応する巻線の電流方向Ｉ２およびＩ４は、いずれも時計回り方向である。同じく、図６Ａ〜図６Ｄに示す実施例においては、一次巻線は、ＰＣＢまたは三層絶縁線または他のタイプの巻線であっても良く、二次巻線は、ＰＣＢまたは銅板または他のタイプの巻線であっても良い。二次巻線がなくても良く、この場合、インダクタンスとして用いられても良い。
図７Ａ、図７Ｂは、本発明のもう１つの実施例における他の種類の磁性素子７０の構造を示している。該構造は、図２の構造から、第１縁柱の左側に対して１つのインダクタンス巻線柱を増やしてなる実施例であり、また、該インダクタンス巻線柱には、インダクタンスＮｒを巻くことによって、図１ＡにおけるＬＬＣ回路の共振インダクタンスＬｒを構成し、該実施例では、共振インダクタンスとトランスが縁柱を共用する磁気集積方法が用いられている。本実施例においては、該磁性素子７０は、順に隣接して設置するインダクタンス巻線柱７１８、第１縁柱７１４、第１巻線柱７１１、第２巻線柱７１２、第３巻線柱７１３および第２縁柱７１５を備え、対向して設置される第１カバープレート７１６および第２カバープレート７１７をさらに備える磁気コア７１を備える。前記第１カバープレート７１６および前記第２カバープレート７１７は、それぞれ前記第１巻線柱７１１、前記第２巻線柱７１２、前記第３巻線柱７１３、前記インダクタンス巻線柱７１８、前記第１縁柱７１４および前記第２縁柱７１５の上方および下方に設置されて閉磁路を形成する。また、第１巻線柱７１１および第３巻線柱７１３の磁束ΦａとΦｃの磁束方向は、全て下に向かい、第２巻線柱７１２の磁束Φｂの磁束方向は、上に向かうが、インダクタンス巻線柱７１８の磁束方向は、上に向かっても良く、下に向かっても良い。図７Ｂは、磁気コア構造において第１カバープレートが隠された後の立体構造模式図であり、図７Ｃは、図７Ｂに示す磁気コア構造の俯瞰図である。該磁気コア７１の３つの巻線柱については、たとえば、前記第１巻線柱７１１、前記第２巻線柱７１２、前記第３巻線柱７１３が１つの水平線に沿って順に配列され、前記第１縁柱７１４および前記第２縁柱７１５がそれぞれ前記水平線の両端に設置され、前記インダクタンス巻線柱７１８が前記第１縁柱７１４の一端の外側に位置する。もう１つの実施例においては、前記インダクタンス巻線柱７１８は、前記第２縁柱７１５の一端の外側に位置しても良い。図７Ｄは、図７Ｂに示す磁気コア構造の巻線の電流方向を示している。なお、該３つの巻線柱が対応する巻線の電流方向については、第１巻線柱７１１および第３巻線柱７１３が対応する巻線の電流方向Ｉ１およびＩ３は、いずれも時計回り方向であり、第２巻線柱７１２が対応する巻線の電流方向Ｉ２が反時計回り方向であり、インダクタンス巻線柱が対応する巻線の電流方向が時計回り方向であっても良く、反時計回り方向であっても良い。同じく、図７Ａ〜図７Ｄに示す実施例においては、一次巻線は、ＰＣＢまたは三層絶縁線または他のタイプの巻線であっても良く、二次巻線は、ＰＣＢまたは銅板または他のタイプの巻線であっても良い。二次巻線がなくても良く、この場合、インダクタンスとして用いられても良い。
本発明においては、複数のインダクタンスまたはトランスを同一の磁性素子に集積することによって、磁性素子の体積を有効的に減らすことができる。また、磁気コアの任意の３つの隣接する巻線柱については、中央に位置する巻線柱の磁束と中央巻線柱の両側に位置する２つの巻線柱の磁束は、逆向きであるように設置することによって、磁気コアの損耗を有効的に減らすことができる。
本発明においては、図示した以上の全ての巻線柱の形状は、図示している円柱形状に限らず、たとえば、多角形、トラック形状、楕円形等の様々な形状であっても良い。また、本発明においては、これらの巻線柱の断面積がほぼ同じであるということは、その違いが５％以内であり、特に、３％以内であることを意味するが、磁束が同じであるということは、その磁束の違いが５％より小さく、特に、３％より小さいことを意味する。
また、本発明においては、前記第１縁柱と前記第２縁柱の内側面には、対応する巻線柱のアウトラインに対応するためのアウトライン対応部（図示せず）がさらに設けられても良く、たとえば、円柱状の巻線柱のアウトラインに対応する孤形状の凹み部である。前記第１縁柱または前記第２縁柱の外側面には、対応するインダクタンス巻線柱のアウトラインに対応するためのインダクタンスアウトライン対応部（たとえば、図７Ｂ、図７Ｃ参照）がさらに設けられても良い。
以上において本発明に係る実施形態を詳しく説明したが、これらは本発明を例示したに過ぎず、本発明の主旨や特許請求の範囲から逸脱しない前提で本発明について変化や変更、変種を施すことができ、これらの変化や変更、変種も本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、スイッチング電源装置に関する。

Claims (24)

  1. 第１巻線柱、第２巻線柱、第３巻線柱、第１縁柱、第２縁柱、および対向して設置される第１カバープレートと第２カバープレートを有する磁気コアを備え、
    前記第２巻線柱が前記第１巻線柱と前記第３巻線柱との間に位置し、前記第１縁柱および前記第２縁柱がそれぞれ前記第１巻線柱および前記第３巻線柱の外側に位置し、前記第１カバープレートおよび第２カバープレートが、それぞれ前記第１巻線柱、前記第２巻線柱、前記第３巻線柱、前記第１縁柱および前記第２縁柱の上方および下方に設置されて閉磁路を形成し、
    前記第１巻線柱の磁束と前記第３巻線柱の磁束が第１方向を有し、前記第２巻線柱の磁束が第２方向を有し、前記第１方向と前記第２方向が逆向きであり、
    前記磁気コアが位置する平面において、前記第１巻線柱、前記第２巻線柱および前記第３巻線柱を同時に接しまたは貫通する一本の直線が存在することを特徴とする、磁性素子。
  2. 前記第１巻線柱に巻回されている第１巻線、前記第２巻線柱に巻回されている第２巻線、および前記第３巻線柱に巻回されている第３巻線をさらに備える、請求項１に記載の磁性素子。
  3. 前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線は、電気的に直列に結合されている、請求項２に記載の磁性素子。
  4. 前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線は、電気的に並列に結合されている、請求項２に記載の磁性素子。
  5. 前記第１巻線を流れる電流と前記第３巻線を流れる電流は、同じ方向を有し、前記第２巻線を流れる電流と前記第１巻線を流れる電流および前記第３巻線を流れる電流は、逆向きである、請求項２に記載の磁性素子。
  6. 前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線を流れる電流は、位相が同じである、請求項５に記載の磁性素子。
  7. 前記第１巻線柱、前記第２巻線柱および前記第３巻線柱は、１つの水平線に沿って順に配設される、請求項１に記載の磁性素子。
  8. 前記第１縁柱と前記第２縁柱は、それぞれ前記水平線の両端に設置されている、請求項７に記載の磁性素子。
  9. 前記第１縁柱と前記第２縁柱は、前記水平線の同一側に設置されている、請求項７に記載の磁性素子。
  10. 前記第１縁柱と前記第２縁柱は、それぞれ前記水平線の反対側に設置されている、請求項７に記載の磁性素子。
  11. 前記磁気コアは、インダクタンス巻線が巻回されているインダクタンス巻線柱をさらに備える、請求項１に記載の磁性素子。
  12. 前記インダクタンス巻線は、第１巻線、第２巻線および第３巻線のうち少なくとも１つに直列接続されている、請求項１１に記載の磁性素子。
  13. 前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線は、いずれも一次巻線であり、かつ前記第１巻線柱、前記第２巻線柱および前記第３巻線柱は、それぞれ少なくとも１つの二次巻線によって巻回されている、請求項２に記載の磁性素子。
  14. 少なくとも３つの巻線柱、少なくとも１つの縁柱、および対向して設置される第１カバープレートと第２カバープレートを有する磁気コアと、
    それぞれ前記少なくとも３つの巻線柱に巻回されている少なくとも３つの巻線とを備え、
    前記少なくとも３つの巻線柱が順に隣接して設置され、前記第１カバープレートおよび前記第２カバープレートがそれぞれ前記少なくとも３つの巻線柱および前記少なくとも１つの縁柱の上方および下方に位置されて閉磁路を形成し、
    任意の３つの隣接する巻線柱のうち、中間に位置する巻線柱の磁束と中央巻線柱の両側に位置する２つの巻線柱の磁束は、逆向きであることを特徴とする、磁性素子。
  15. 前記磁気コアが位置する平面内において、前記少なくとも３つの巻線柱を同時に接しまたは貫通する一本の直線が存在する、請求項１４に記載の磁性素子。
  16. 前記少なくとも３つの巻線柱は、１つの水平線に沿って順に配設される、請求項１４に記載の磁性素子。
  17. 前記少なくとも１つの縁柱は、前記水平線の両端にそれぞれ設置される第１縁柱および第２縁柱を備える、請求項１６に記載の磁性素子。
  18. 前記少なくとも１つの縁柱は、前記水平線の同一側に設置されている第１縁柱および第２縁柱を備え、かつ前記第１縁柱は、前記少なくとも３つの巻線柱の一端に隣接する巻線柱に対応し、前記第２縁柱は、前記少なくとも３つの巻線柱の他端に隣接する巻線柱に対応する、請求項１６に記載の磁性素子。
  19. 前記少なくとも１つの縁柱は、それぞれ前記水平線の反対側に設置する第１縁柱および第２縁柱を備え、前記第１縁柱は、前記少なくとも３つの巻線柱の一端に隣接する巻線柱に対応し、前記第２縁柱は、前記少なくとも３つの巻線柱の他端に隣接する巻線柱に対応する、請求項１６に記載の磁性素子。
  20. 前記少なくとも１つの縁柱は、単独の縁柱であり、前記縁柱は、前記水平線の片側に位置する、請求項１６に記載の磁性素子。
  21. 前記磁気コアは、インダクタンス巻線が巻回されているインダクタンス巻線柱をさらに備える、請求項１４に記載の磁性素子。
  22. 磁性素子は、トランスであり、前記少なくとも３つの巻線は、いずれも一次巻線であり、前記少なくとも３つの巻線柱の各巻線柱には、さらに少なくとも１つの二次巻線が巻回されている、請求項１４に記載の磁性素子。
  23. 入力電圧を受信し、前記入力電圧を一次電圧に変換する一次回路と、
    前記一次電圧を二次電圧に変換する絶縁変換モジュールと、を備え、
    前記絶縁変換モジュールは、第１一次巻線、第１二次巻線および第２二次巻線を有する第１トランスと、第２一次巻線、第３二次巻線および第４二次巻線を有する第２トランスと、第３一次巻線、第５二次巻線および第６二次巻線を有する第３トランスと、前記二次電圧を出力電圧に変換する二次回路とを備え、
    前記第１二次巻線と前記第２二次巻線は直列接続され、前記第１二次巻線の第１端は、第１スイッチングチューブを介して第１出力端子に電気的に結合され、前記第２二次巻線の第２端は、第２スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に電気的に結合され、前記第１二次巻線の第２端は、前記第２二次巻線の第１端に接続されかつ第２出力端子に電気的に結合され、前記第３二次巻線と前記第４二次巻線は直列接続され、前記第３二次巻線の第１端は、第３スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に電気的に結合され、前記第４二次巻線の第２端は、第４スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に電気的に結合され、前記第３二次巻線の第２端は、前記第４二次巻線の第１端に接続されかつ前記第２出力端子に電気的に結合され、前記第５二次巻線と前記第６二次巻線は直列接続され、前記第５二次巻線の第１端は、第５スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に電気的に結合され、前記第６二次巻線の第２端は、第６スイッチングチューブを介して前記第１出力端子に電気的に結合され、前記第５二次巻線の第２端は、前記第６二次巻線の第１端に接続されかつ前記第２出力端子に電気的に結合され、
    前記第１一次巻線、前記第１二次巻線および前記第２二次巻線は、請求項１に記載の磁性素子の前記第１巻線柱に巻回され、前記第２一次巻線、前記第３二次巻線および前記第４二次巻線は、請求項１に記載の磁性素子の前記第２巻線柱に巻回され、前記第３一次巻線、前記第５二次巻線および前記第６二次巻線は、請求項１に記載の磁性素子の前記第３巻線柱に巻回されていることを特徴とする、スイッチング電源装置。
  24. 前記第１一次巻線の第１端は、前記一次回路の一端に電気的に結合され、
    前記第２一次巻線の第１端は、前記第１一次巻線の第２端に電気的に結合され、
    前記第３一次巻線の第１端は、前記第２一次巻線の第２端に電気的に結合され、前記第３一次巻線の第２端は、一次巻線の他端に電気的に結合されている、請求項２３に記載のスイッチング電源装置。
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