JP2021093420A - 信号伝送回路 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな設計が可能な信号伝送回路を提供する。
【解決手段】信号伝送回路は、複数の層を含む多層基板と、多層基板に設けられるパターントランスと、を備え、絶縁信号を伝送するための信号伝送回路である。パターントランスは、多層基板における第１平面領域及び第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状のプリントパターン配線を含む一次側巻線と、一次側巻線とは異なる層方向位置に設けられ、多層基板における第１平面領域及び第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状のプリントパターン配線を含む二次側巻線と、を有する。一次側巻線と二次側巻線は、電磁的に結合するように構成され、第１平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線と、第２平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線との一方では時計回りに電流が流れ、他方では反時計回りに電流が流れるように構成される。
【選択図】 図２

Description

本開示は、絶縁信号を伝送するための信号伝送回路に関する。

絶縁信号を伝送するための信号伝送回路として、半導体スイッチング素子とトランスを備える構成が提案されている。例えば、特許文献１、２には、プリントパターン配線が設けられた複数の層を重ね合わせた積層構造を有するトランスが開示されている。

特開２０１８−１９８２４６号公報 特開２０１９−１４６３５９号公報

特許文献１、２に開示されているトランスには磁性体である鉄心（コア）が設けられている。鉄心を設けた構成は、全体として大型化する。しかし、これらのトランスにおいて鉄心を省略した場合、巻線からの漏れ磁束が巻線より外側の平面領域においても大きくなり、漏れ磁束による好ましくない問題が生じてしまう。そのため、これらのトランスでは、鉄心を省略してコンパクト化することが困難である。

上述の事情に鑑みて、本開示は、コンパクトな設計が可能な信号伝送回路を提供することを目的とする。

本開示に係る信号伝送回路は、
複数の層を含む多層基板と、
前記多層基板に設けられるパターントランスと、
を備え、絶縁信号を伝送するための信号伝送回路であって、
前記パターントランスは、
前記多層基板における第１平面領域及び第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状のプリントパターン配線を含む一次側巻線と、
前記一次側巻線とは異なる層方向位置に設けられ、前記多層基板における前記第１平面領域及び前記第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状の前記プリントパターン配線を含む二次側巻線と、
を有し、
前記一次側巻線と前記二次側巻線は、電磁的に結合するように構成され、
前記第１平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線と、前記第２平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線との一方では時計回りに電流が流れ、他方では反時計回りに電流が流れるように構成される。

本開示によれば、コンパクトな設計が可能な信号伝送回路を提供することができる。

本開示の一実施形態に係る信号伝送回路の構成を示す図である。 一実施形態に係るパターントランスの構成を概略的に示す図である。 一実施形態に係るパターントランスの第１パターン層におけるプリントパターン配線を概略的に示す平面図である。 一実施形態に係るパターントランスの第２パターン層におけるプリントパターン配線を概略に示す平面図である。 一実施形態に係るパターントランスの二次側巻線を概略的に示す平面図である。

以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（信号伝送回路の構成）
以下、図１を参照しながら、本開示の一実施形態に係る信号伝送回路１００の構成について説明する。信号伝送回路１００は、絶縁信号を伝送するための回路である。図１は、本開示の一実施形態に係る信号伝送回路１００の構成を示す図である。

図１に示すように、信号伝送回路１００は、パターントランス１０と、一以上の半導体スイッチング素子としてのＦＥＴ４０、５０を備えている。パターントランス１０は、通常のトランスと同じように機能する。パターントランス１０の詳細な構成については後述する。ＦＥＴ４０、５０は、２つのＮ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。ＦＥＴ４０のソース（Ｓ）端子は、ＦＥＴ５０のソース（Ｓ）端子に接続される。

なお、信号伝送回路１００が備える一以上の半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴではなく、ＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やトランジスタ等であってもよい。また、信号伝送回路１００が備える一以上の半導体スイッチング素子は、２つの半導体スイッチング素子に限られず、１つの半導体スイッチング素子であってもよいし、３つ以上の半導体スイッチング素子であってもよい。

信号伝送回路１００の入力側には、バッファ３０（バッファアンプ）が設けられる。バッファ３０の正極側の入力端子には、例えば、＋３．３Ｖと０Ｖを交互に繰り返すパルス信号が入力される。バッファ３０の負極側の入力端子には、例えば、０Ｖと−３．３Ｖを交互に繰り返すパルス信号が入力される。これにより、バッファ３０の正極側及び負極側の入力端子の間には、合計６．６Ｖのパルス波形の交流電圧が印加される。

なお、バッファ３０への入力電圧は、このような電圧に限られない。例えば、正弦波状の交流電圧であってもよい。また、バッファ３０に入力されるパルス信号は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）がＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって生成した信号であってもよい。

バッファ３０の正極側の出力端子には、抵抗Ｒ_１の一端が接続され、抵抗Ｒ_１の他端はコンデンサＣ_１の一端に接続される。バッファ３０の負極側の出力端子には、抵抗Ｒ_２の一端が接続され、抵抗Ｒ_２の他端はコンデンサＣ_２の一端に接続される。抵抗Ｒ_１と抵抗Ｒ_２は、過負荷を防止するための抵抗値を有するように設計される。

コンデンサＣ_１の他端は、パターントランス１０の一次側巻線１１の正極側端子に接続される。コンデンサＣ_２の他端は、パターントランス１０の一次側巻線１１の負極側端子に接続される。コンデンサＣ_１及びコンデンサＣ_２は、入力される信号の直流分を除去する。そのため、パターントランス１０の一次側巻線１１には、直流分が除去された交流電圧が印加される。

パターントランス１０の二次側巻線１２の正極側端子には、コイルＬ_１の一端が接続される。コイルＬ_１の他端は、コンデンサＣ_３の一端に接続される。コンデンサＣ_３の他端は、パターントランス１０の二次側巻線１２の負極側端子に接続される。

このように、パターントランス１０の二次側の一端にはコイルＬ_１の一端が接続され、コイルＬ_１の他端には、第１コンデンサ（コンデンサＣ_３）の一端が接続され、第１コンデンサ（コンデンサＣ_３）の他端は、パターントランス１０の二次側の他端に接続される。また、パターントランス１０の一次側の一端には第２コンデンサ（コンデンサＣ_１）が接続され、パターントランス１０の一次側の他端には第３コンデンサ（コンデンサＣ_２）が接続される。

ここで、コイルＬ_１及び第１コンデンサ（コンデンサＣ_３）は、パターントランス１０の二次側から出力される交流信号を共振する共振回路を形成するように設計される。すなわち、コイルＬ_１のインダクタンスとコンデンサＣ_３の静電容量は、パターントランス１０の二次側から出力される交流信号の周波数に近い周波数を共振周波数とする共振回路を構成するようにパラメータ設計される。かかる共振回路の共振により、パターントランス１０における損失による二次側の電圧低下分を補うことができる。

第２コンデンサ（コンデンサＣ_１）及び第３コンデンサ（コンデンサＣ_２）は、パターントランス１０の一次側巻線のインダクタンス分との組み合わせにより共振するように構成される。すなわち、パターントランス１０の一次側と二次側の両方においてＲＬＣ共振が生じるように構成される。

また、第２コンデンサ（コンデンサＣ_１）及び第３コンデンサ（コンデンサＣ_２）は、コイルＬ_１及び第１コンデンサ（コンデンサＣ_３）が形成する共振回路の半値幅を大きくするように作用する静電容量を有するようにパラメータ設計される。この場合、共振回路の半値幅が大きくなるため、素子のパラメータによって共振回路の共振周波数と交流信号の周波数の若干のずれが生じても、共振効果の低減を抑えることができる。

コンデンサＣ_３の一端は、ダイオードＤ_１のアノード端子に接続される。ダイオードＤ_１のカソード端子は、コンデンサＣ_４の一端に接続される。コンデンサＣ_４の他端は、コンデンサＣ_３の他端に接続される。これらは、パターントランス１０の二次側電圧である交流電圧の半波分を整流する第１整流回路を構成する。

コンデンサＣ_３の他端は、コンデンサＣ_５の一端に接続される。コンデンサＣ_５の他端は、ダイオードＤ_２のアノード端子に接続される。ダイオードＤ_２のカソード端子は、ダイオードＤ_１のアノード端子に接続される。これらは、パターントランス１０の二次側電圧である交流電圧の半波分を整流する第２整流回路を構成する。

コンデンサＣ_４の他端とコンデンサＣ_５の一端は、パターントランス１０の二次側巻線１２の負極端子に接続されている。そのため、コンデンサＣ_４及びコンデンサＣ_５の充電電圧は、第１整流回路と第２整流回路によって全波整流された直流電圧となる。

コンデンサＣ_４の一端には、抵抗Ｒ_３の一端が接続される。抵抗Ｒ_３の他端は、コンデンサＣ_５の他端に接続される。抵抗Ｒ_３は、コンデンサＣ_４及びコンデンサＣ_５の充電電圧を放電する場合に適した抵抗値を有するようパラメータ設計される。

抵抗Ｒ_３の一端は、抵抗Ｒ_４の一端及び抵抗Ｒ_６の一端に接続される。抵抗Ｒ_４の他端は、ＦＥＴ４０のゲート（Ｇ）端子に接続される。抵抗Ｒ_６の他端は、ＦＥＴ５０のゲート（Ｇ）端子に接続される。抵抗Ｒ_３の他端は、抵抗Ｒ_５の一端に接続される。抵抗Ｒ_５の他端は、ＦＥＴ４０のソース（Ｓ）端子及びＦＥＴ５０のソース（Ｓ）端子に接続される。

ＦＥＴ４０のドレイン（Ｄ）端子は、信号伝送回路１００の正極側の出力端子に接続される。ＦＥＴ５０のドレイン（Ｄ）端子は信号伝送回路１００の負極側の出力端子に接続される。ＦＥＴ４０、５０は、それぞれゲート（Ｇ）端子とソース（Ｓ）端子との間の電圧が、パターントランス１０の二次側電圧に応じて変化するため、スイッチング動作する。

このように、パターントランス１０の二次側に設けられている一以上の半導体スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ４０、５０）は、パターントランス１０の二次側電圧によってオンオフされ、接点出力信号を出力するように構成される。なお、上記構成において、ソース（Ｓ）端子を相互に接続したＦＥＴ４０、５０は、無極性の接点出力信号を出力できる点で有利である。すなわち、このような信号伝送回路１００によれば、ＩＯモジュールとして、正極側と負極側の制限がない接点信号を出力するため、交流電圧で動作する電磁弁等もオンオフできる。

（パターントランス１０の構成）
以下、図２〜図５を参照しながら、一実施形態に係るパターントランス１０の構成について説明する。図２は、一実施形態に係るパターントランス１０の構成を概略的に示す図である。図２に示すようにパターントランス１０は、複数の層を含む多層基板２０に設けられる

多層基板２０の複数の層は、第１パターン層２１、第２パターン層２２、第３パターン層２３、及び第４パターン層２４を含む。これらの層にはプリントパターン配線が形成される。第２パターン層２２は、第１パターン層２１の一面側に形成される。第３パターン層２３は、第２パターン層２２の一面側に形成される。第４パターン層２４は、第３パターン層２３の一面側に形成される。

図２に示す例では、一面側は、図における上下方向（層方向）の下側であり、他面側は、上下方向の上側である。第１パターン層２１の一面側と第２パターン層２２の他面側は対向している。第２パターン層２２の一面側と第３パターン層２３の他面側は対向している。第３パターン層２３の一面側と第４パターン層２４の他面側は対向している。このように、複数の層が層方向に配列されている。

また、多層基板２０の複数の層は、第１パターン層２１と第２パターン層２２との間に設けられた第１絶縁層２７（コア層）と、第２パターン層２２と第３パターン層２３との間に設けられた第２絶縁層２８（プリプレグ層）と、第３パターン層２３と第４パターン層２４との間に設けられた第３絶縁層２９（コア層）と、を含む。これらの層は、絶縁性を有する絶縁層である。

第１絶縁層２７及び第３絶縁層２９には、それぞれ層方向に隣接するプリントパターン配線同士を接続する接続部６０が設けられる。接続部６０は、第１平面領域に設けられる第１接続部６０（６０Ａ、６０Ｃ）と、第２平面領域に設けられる第２接続部６０（６０Ｂ、６０Ｄ）と、を含む。一方、第２絶縁層２８（プリプレグ層）には接続部６０が設けられていない。

接続部６０は、例えば、第１絶縁層２７と第３絶縁層２９とのそれぞれを貫通するように設けられた各々のスルーホールに導電性材料を注入することによって形成される。なお、接続部６０は、第１絶縁層２７と第３絶縁層２９とのそれぞれを貫通するように設けられた導体であってもよい。

第１パターン層２１、第２パターン層２２、第３パターン層２３、及び第４パターン層２４は、例えば、厚さ０．０１８ｍｍに設計される。プリプレグ層はコア層よりも厚いことが好ましい。例えば、第１絶縁層２７と第３絶縁層２９の厚さは、０．１ｍｍであるのに対し、第２絶縁層２８の厚さは、０．３ｍｍであってもよい。この場合、一次側巻線１１と二次側巻線１２の絶縁性を確保しつつ、接続部６０によるプリントパターン配線同士の接続を容易にすることができる。

なお、図２に示す一例のように、多層基板２０は、上記の４つのパターン層と３つの絶縁層に加えて、さらに第５パターン層２５と第６パターン層２６と第４絶縁層（プリプレグ層）と第５絶縁層（コア層）とを含んでいてもよい。例えば、第４絶縁層（プリプレグ層）の厚さは、０．６ｍｍであり、第５絶縁層（コア層）の厚さは、０．１ｍｍである。

図２に示すように、パターントランス１０は、多層基板２０における第１平面領域及び第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状のプリントパターン配線を含む一次側巻線１１と、一次側巻線１１とは異なる層方向位置に設けられ、多層基板２０における第１平面領域及び第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状のプリントパターン配線を含む二次側巻線１２と、を有する。一次側巻線１１と二次側巻線１２は、電磁的に結合するように構成される。

第１平面領域と第２平面領域は、それぞれ接続部６０を含む領域である。第１平面領域と第２平面領域は、異なる平面領域であり、互いに重複しない領域であることが好ましい。「第１平面領域に設けられる」とは、第１平面領域と少なくとも一部が重なるように設けられることを意味する。「第２平面領域に設けられる」も同様である。すなわち、一次側巻線１１の巻線状のプリントパターン配線と二次側巻線１２のプリントパターン配線とは、平面視でずれていても一部が重なっていればよい。

図２に示すように、一次側巻線１１のプリントパターン配線は、第３パターン層２３及び第４パターン層２４に形成される。一次側巻線１１のプリントパターン配線は、第１巻線部１１Ａ、第２巻線部１１Ｂ、第３巻線部１１Ｃ、及び第４巻線部１１Ｄを含む。

第１巻線部１１Ａは、第４パターン層２４の第１平面領域において、正極側の端部を起点として、第３絶縁層２９に設けられている第１接続部６０（６０Ａ）の周囲に時計回りで内側に向かって巻回され、第１接続部６０（６０Ａ）に接続されるように延在する。第２巻線部１１Ｂは、第３パターン層２３の第１平面領域において、第１接続部６０（６０Ａ）を介して第１巻線部１１Ａと接続され、第３パターン層２３において第１接続部６０（６０Ａ）を起点として該第１接続部６０（６０Ａ）の周囲に時計回りで外側に向かって巻回される。

第３巻線部１１Ｃは、第３パターン層２３の第２平面領域において、第２巻線部１１Ｂの負極側の端部に接続され、第２巻線部１１Ｂの負極側の端部を起点として、第２接続部６０（６０Ｂ）の周囲に反時計回りで内側に向かって巻回され、第２接続部６０（６０Ｂ）に接続されるように延在する。第４巻線部１１Ｄは、第４パターン層２４の第２平面領域において、第２接続部６０（６０Ｂ）を介して第３巻線部１１Ｃと接続され、第４パターン層２４において第２接続部６０（６０Ｂ）を起点として該第２接続部６０（６０Ｂ）の周囲に反時計回りで外側に向かって巻回されるとともに、負極側の端部に接続される。

図２に示すように、二次側巻線１２のプリントパターン配線は、第１パターン層２１及び第２パターン層２２に形成される。二次側巻線１２のプリントパターン配線は、第５巻線部１２Ａ、第６巻線部１２Ｂ、第７巻線部１２Ｃ、及び第８巻線部１２Ｄを含む。

第５巻線部１２Ａは、第１パターン層２１の第２平面領域において、正極側の端部を起点として、第１絶縁層２７に設けられている第２接続部６０（６０Ｄ）の周囲に時計回りで内側に向かって巻回され、第２接続部６０（６０Ｄ）に接続されるように延在する。第６巻線部１２Ｂは、第２パターン層２２の第２平面領域において、第２接続部６０（６０Ｄ）を介して第５巻線部１２Ａと接続され、第２パターン層２２において第２接続部６０（６０Ｄ）を起点として該第２接続部６０（６０Ｄ）の周囲に時計回りで外側に向かって巻回される。

第７巻線部１２Ｃは、第２パターン層２２の第１平面領域において、第６巻線部１２Ｂの負極側の端部に接続され、第６巻線部１２Ｂの負極側の端部を起点として、第１接続部６０（６０Ｃ）の周囲に反時計回りで内側に向かって巻回され、第１接続部６０（６０Ｃ）に接続されるように延在する。第８巻線部１２Ｄは、第１パターン層２１の第１平面領域において、第１接続部６０（６０Ｃ）を介して第７巻線部１２Ｃと接続され、第１パターン層２１において第１接続部６０（６０Ｃ）を起点として該第１接続部６０（６０Ｃ）の周囲に反時計回りで外側に向かって巻回されるとともに、負極側の端部に接続される。

以下、図２とは異なる視点でパターントランス１０のプリントパターン配線を説明する。図３は、一実施形態に係るパターントランス１０の第１パターン層２１におけるプリントパターン配線を概略的に示す平面図である。ここでは、二次側巻線１２を第１パターン層２１と第２パターン層２２に分けて説明する。図４は、一実施形態に係るパターントランス１０の第２パターン層２２におけるプリントパターン配線を概略に示す平面図である。図５は、一実施形態に係るパターントランス１０の二次側巻線１２を概略的に示す平面図である。なお、図５は多層基板２０を透過させて二次側巻線１２の複数の巻線部が重なった状態を示している。

図２〜図５に示すように、第１パターン層２１において第２平面領域の第５巻線部１２Ａと第１平面領域の第８巻線部１２Ｄが形成され、第２パターン層２２において第２平面領域の第６巻線部１２Ｂと第１平面領域の第７巻線部１２Ｃが形成される。そして、第５巻線部１２Ａと第８巻線部１２Ｄは、それぞれ接続部６０を介して、第６巻線部１２Ｂと第７巻線部１２Ｃに接続される。このような２つのパターン層に設けられた巻線部同士を連結して二次側巻線１２を形成することにより、１つのパターン層のみに二次側巻線１２を形成した構成に比べて、単位面積あたりの巻き数を多くすることができる。

一次側巻線１１も、図３〜図５に示す二次側巻線１２と同様に、第３パターン層２３及び第４パターン層２４に設けられた巻線部同士を連結して形成される。そして、一次側巻線１１と二次側巻線１２は、図２及び図５に示すように、重ね合わされる。

（パターントランス１０の動作原理）
上述したパターントランス１０に交流電圧を印加し、一次側巻線１１の正極側から電流が流れた場合のパターントランス１０の動作について説明する。まず、一次側巻線１１と二次側巻線１２において、第１平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線と、第２平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線との一方では時計回りに電流が流れ、他方では反時計回りに電流が流れる。

例えば、図２に示すように、一次側巻線１１の正極側から第１巻線部１１Ａに電流が流れ、第１巻線部１１Ａにおいて時計回りに電流が流れる。この電流は、接続部６０を介して第２巻線部１１Ｂに流入し、第２巻線部１１Ｂにおいて時計回りに電流が流れる。さらに、第２巻線部１１Ｂから第３巻線部１１Ｃに電流が流入し、第３巻線部１１Ｃにおいて反時計回りに電流が流れる。この電流は、接続部６０を介して第４巻線部１１Ｄに流入し、第４巻線部１１Ｄにおいて反時計回りに電流が流れる。

上記構成によれば、第１平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線と、第２平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線とにおいて、互いに反対回りの向きに電流が流れる。そのため、２つの巻線状のプリント配線の間に磁気回路Ｈ１、Ｈ２が形成される。なお、磁気回路Ｈ１は、一次側巻線１１における磁束の磁気回路であり、磁気回路Ｈ２は、一次側巻線１１と二次側巻線１２の磁気的な結合による磁束の磁気回路である。二次側巻線１２の誘導電流によって生じる磁束も磁気回路Ｈ１と同様に形成される。

磁気回路Ｈ１、Ｈ２は巻線からの漏れ磁束が巻線の外側の平面領域において小さくなるように磁束を導く。そのため、鉄心を設けない構成を採用してコンパクトな設計が可能となる。

なお、一次側巻線１１と二次側巻線１２は同一平面領域に巻線状のプリントパターン配線を有するため、これらの間における電磁的な結合は可能である。例えば、図２に示すように、一次側巻線１１に電流が流れると、磁気回路Ｈ２が形成され、一次側巻線１１において生じた磁束が二次側巻線１２に鎖交する。そのため、一次側巻線１１に流れる交流電流の電磁誘導によって二次側巻線１２に電流が流れる。そのため、パターントランス１０はトランスとして機能する。

例えば、図２に示すように、一次側巻線１１において発生する磁束の変化に伴う電磁誘導によって、二次側巻線１２の正極側から第５巻線部１２Ａに電流が流れ、第５巻線部１２Ａにおいて時計回りに電流が流れる。この電流は、接続部６０を介して第６巻線部１２Ｂに流入し、第６巻線部１２Ｂにおいて時計回りに電流が流れる。さらに、第６巻線部１２Ｂから第７巻線部１２Ｃに電流が流入し、第７巻線部１２Ｃにおいて反時計回りに電流が流れる。この電流は、接続部６０を介して第８巻線部１２Ｄに流入し、第８巻線部１２Ｄにおいて反時計回りに電流が流れる。

このように、一次側巻線１１は、第１平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線において時計回りに電流が流れ、第２平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において反時計回りに電流が流れるように構成される。また、二次側巻線１２は、第１平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線において反時計回りに電流が流れ、第２平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線において時計回りに電流が流れるように構成される。なお、交流電圧の極性が反転すると、上記説明とは反対向きに電流が流れる。

（変形例）
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

上記実施形態では、パターントランス１０の一次側巻線１１と二次側巻線１２は、それぞれ接続部６０を介して２つのパターン層にわたって設けられている。しかし、パターントランス１０は、このような構成に限られない。一次側巻線１１と二次側巻線１２は、接続部６０を介して３つ以上のパターン層にわたって設けられてもよいし、１つのパターン層に設けられてもよい。

上記実施形態では、パターントランス１０の一次側巻線１１と二次側巻線１２は、第１平面領域と第２平面領域のそれぞれに巻線部を有している。しかし、パターントランス１０は、このような構成に限られない。一次側巻線１１と二次側巻線１２は、３つ以上の平面領域のそれぞれに巻線部を有していてもよい。すなわち、磁気回路は、より複雑化してもよい。ただし、一次側巻線１１と二次側巻線１２の電流によって生じる磁束がそれらの平面領域の外側において小さくなるように設計されることが好ましい。

図２では、一次側巻線１１が二次側巻線１２の下側に位置し、一次側巻線１１が第３パターン層２３及び第４パターン層２４に設けられている。しかし、一次側巻線１１が二次側巻線１２の上側に位置し、一次側巻線１１が第１パターン層２１及び第２パターン層２２に設けられてもよい。すなわち、両者が層方向に重なっていれば位置関係が逆であってもよい。

一次側巻線１１と二次側巻線１２の巻回数は、図示した例に限れず、任意に設計可能である。巻数比も任意に設計可能である。

（まとめ）
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示の一実施形態に係る信号伝送回路（１００）は、
複数の層を含む多層基板（２０）と、
前記多層基板（２０）に設けられるパターントランス（１０）と、
を備え、絶縁信号を伝送するための信号伝送回路（１００）であって、
前記パターントランス（１０）は、
前記多層基板（２０）における第１平面領域及び第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状のプリントパターン配線を含む一次側巻線（１１）と、
前記一次側巻線（１１）とは異なる層方向位置に設けられ、前記多層基板（２０）における前記第１平面領域及び前記第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状の前記プリントパターン配線を含む二次側巻線（１２）と、
を有し、
前記一次側巻線（１１）と前記二次側巻線（１２）は、電磁的に結合するように構成され、
前記第１平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線と、前記第２平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線との一方では時計回りに電流が流れ、他方では反時計回りに電流が流れるように構成される。

上記（１）に記載の構成によれば、第１平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線と、第２平面領域に設けられる巻線状のプリントパターン配線とにおいて、互いに反対回りの向きに電流が流れる。そのため、２つの巻線状のプリント配線の間に磁気回路（Ｈ１、Ｈ２）が形成される。この磁気回路（Ｈ１、Ｈ２）は巻線からの漏れ磁束が巻線の外側の平面領域において小さくなるように磁束を導く。そのため、鉄心を設けない構成を採用してコンパクトな設計が可能となる。なお、一次側巻線（１１）と二次側巻線（１２）は同一平面領域に巻線状のプリントパターン配線を有するため、これらの間における電磁的な結合は可能である。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記一次側巻線（１１）は、
前記第１平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において時計回りに電流が流れ、前記第２平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において反時計回りに電流が流れるように構成され、
前記二次側巻線（１２）は、
前記第１平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において反時計回りに電流が流れ、前記第２平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において時計回りに電流が流れるように構成される。

一次側巻線（１１）に流れる電流の電磁誘導によって二次側巻線（１２）に電流が流れる。そのため、パターントランス（１０）はトランスとして機能する。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の構成において、
前記パターントランス（１０）の二次側には、一以上の半導体スイッチング素子（例えば、図１に示すＦＥＴ４０、５０）が設けられ、
一以上の前記半導体スイッチング素子（例えば、図１に示すＦＥＴ４０、５０）は、前記パターントランス（１０）の二次側電圧によってオンオフされ、接点出力信号を出力するように構成される。

上記（３）に記載の構成によれば、パターントランス（１０）の一次側の電流又は電圧を制御することにより、パターントランス（１０）の二次側に設けられた半導体スイッチング素子（例えば、図１に示すＦＥＴ４０、５０）をオンオフし、接点出力信号を出力することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか一つに記載の構成において、
前記パターントランス（１０）の二次側の一端にはコイル（コイルＬ_１）の一端が接続され、
前記コイル（コイルＬ_１）の他端には、第１コンデンサ（コンデンサＣ_３）の一端が接続され、
前記第１コンデンサ（コンデンサＣ_３）の他端は前記パターントランス（１０）の二次側の他端に接続され、
前記コイル（コイルＬ_１）及び前記第１コンデンサ（コンデンサＣ_３）は、前記パターントランス（１０）の二次側から出力される交流信号を共振する共振回路を形成する。

上記（４）に記載の構成によれば、共振回路の共振により、パターントランス（１０）における損失による二次側の電圧低下分を補うことができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の構成において、
前記パターントランス（１０）の一次側の一端には第２コンデンサ（例えば、図１に示すコンデンサＣ_１）が接続され、
前記パターントランス（１０）の一次側の他端には第３コンデンサ（例えば、図１に示すコンデンサＣ_２）が接続され、
前記第２コンデンサ（例えば、図１に示すコンデンサＣ_１）及び前記第３コンデンサ（例えば、図１に示すコンデンサＣ_２）は、前記共振回路の半値幅を大きくするように作用する静電容量を有する。

上記（５）に記載の構成によれば、共振回路の半値幅が大きくなるため、素子のパラメータによって共振回路の共振周波数と交流信号の周波数の若干のずれが生じても、共振効果の低減を抑えることができる。
を備える。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか一つに記載の構成において、
前記複数の層は、
前記プリントパターン配線が形成される第１パターン層（２１）と、
前記プリントパターン配線が形成される第２パターン層（２２）であって、前記第１パターン層（２１）の一面側に形成される第２パターン層（２２）と、
前記プリントパターン配線が形成される第３パターン層（２３）であって、前記第２パターン層（２２）の一面側に形成される第３パターン層（２３）と、
前記プリントパターン配線が形成される第４パターン層（２４）であって、前記第３パターン層（２３）の一面側に形成される第４パターン層（２４）と、
前記第１パターン層（２１）と前記第２パターン層（２２）との間に設けられた、絶縁性を有する第１絶縁層（２７）と、
前記第２パターン層（２２）と前記第３パターン層（２３）との間に設けられた、絶縁性を有する第２絶縁層（２８）と、
前記第３パターン層（２３）と前記第４パターン層（２４）との間に設けられた、絶縁性を有する第３絶縁層（２９）と、
を含み、
前記第１絶縁層（２７）及び前記第３絶縁層（２９）には、層方向に隣接する前記プリントパターン配線同士を接続する接続部（６０）であって、前記第１平面領域に設けられる第１接続部（６０Ａ、６０Ｃ）と、前記第２平面領域に設けられる第２接続部（６０Ｂ、６０Ｄ）と、を含む接続部（６０）が設けられている。

上記（６）に記載の構成によれば、接続部（６０）を利用して、第３パターン層（２３）と第４パターン層（２４）にプリントパターン配線を延在させて１次側巻線（１１）を形成し、第１パターン層（２１）と第２パターン層（２２）にプリントパターン配線を延在させて２次側巻線（１２）を形成することができる。また、１次側巻線（１１）と２次側巻線（１２）を第２絶縁層（２８）によって絶縁することができる。そのため、パターントランス（１０）の形成に適している。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の構成において、
前記一次側巻線（１１）の前記プリントパターン配線は、前記第３パターン層（２３）及び前記第４パターン層（２４）に形成され、
前記第４パターン層（２４）の前記第１平面領域において、正極側の端部を起点として、前記第３絶縁層（２３）に設けられている前記第１接続部（６０Ａ）の周囲に時計回りで内側に向かって巻回され、前記第１接続部（６０Ａ）に接続されるように延在する第１巻線部（１１Ａ）と、
前記第３パターン層（２３）の前記第１平面領域において、前記第１接続部（６０Ａ）を介して前記第１巻線部（１１Ａ）と接続され、前記第３パターン層（２３）において前記第１接続部（６０Ａ）を起点として該第１接続部（６０Ａ）の周囲に時計回りで外側に向かって巻回される第２巻線部（１１Ｂ）と、
前記第３パターン層（２３）の前記第２平面領域において、前記第２巻線部（１１Ｂ）の負極側の端部に接続され、前記第２巻線部（１１Ｂ）の負極側の端部を起点として、前記第２接続部（６０Ｂ）の周囲に反時計回りで内側に向かって巻回され、前記第２接続部（６０Ｂ）に接続されるように延在する第３巻線部（１１Ｃ）と、
前記第４パターン層（２４）の前記第２平面領域において、前記第２接続部（６０Ｂ）を介して前記第３巻線部（１１Ｃ）と接続され、前記第４パターン層（２４）において前記第２接続部（６０Ｂ）を起点として該第２接続部（６０Ｂ）の周囲に反時計回りで外側に向かって巻回されるとともに、負極側の端部に接続される第４巻線部（１１Ｄ）と、
を含む。

上記（７）に記載の構成によれば、４つの巻線部が連続的なプリント配線パターンによって形成できるため、一次側巻線（１１）を容易に形成することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）に記載の構成において、
前記二次側巻線（１２）の前記プリントパターン配線は、前記第１パターン層（２１）及び前記第２パターン層（２２）に形成され、
前記第１パターン層（２１）の前記第２平面領域において、正極側の端部を起点として、前記第１絶縁層（２７）に設けられている前記第２接続部（６０Ｄ）の周囲に時計回りで内側に向かって巻回され、前記第２接続部（６０Ｄ）に接続されるように延在する第５巻線部（１２Ａ）と、
前記第２パターン層（２２）の前記第２平面領域において、前記第２接続部（６０Ｄ）を介して前記第５巻線部（１２Ａ）と接続され、前記第２パターン層（２２）において前記第２接続部（６０Ｄ）を起点として該第２接続部（６０Ｄ）の周囲に時計回りで外側に向かって巻回される第６巻線部（１２Ｂ）と、
前記第２パターン層（２２）の前記第１平面領域において、前記第６巻線部（１２Ｂ）の負極側の端部に接続され、前記第６巻線部（１２Ｂ）の負極側の端部を起点として、前記第１接続部（６０Ｃ）の周囲に反時計回りで内側に向かって巻回され、前記第１接続部（６０Ｃ）に接続されるように延在する第７巻線部（１２Ｃ）と、
前記第１パターン層（２１）の前記第１平面領域において、前記第１接続部（６０Ｃ）を介して前記第７巻線部（１２Ｃ）と接続され、前記第１パターン層（２１）において前記第１接続部（６０Ｃ）を起点として該第１接続部（６０Ｃ）の周囲に反時計回りで外側に向かって巻回されるとともに、負極側の端部に接続される第８巻線部（１２Ｄ）と、
を含む。

上記（８）に記載の構成によれば、４つの巻線部が連続的なプリント配線パターンによって形成できるため、二次側巻線（１２）を容易に形成することができる。

１０ パターントランス
１１ 一次側巻線
１１Ａ 第１巻線部
１１Ｂ 第２巻線部
１１Ｃ 第３巻線部
１１Ｄ 第４巻線部
１２ 二次側巻線
１２Ａ 第５巻線部
１２Ｂ 第６巻線部
１２Ｃ 第７巻線部
１２Ｄ 第８巻線部
２０ 多層基板
２１ 第１パターン層
２２ 第２パターン層
２３ 第３パターン層
２４ 第４パターン層
２５ 第５パターン層
２６ 第６パターン層
２７ 第１絶縁層
２８ 第２絶縁層
２９ 第３絶縁層
３０ バッファ
６０ 接続部
６０Ａ，６０Ｃ 第１接続部
６０Ｂ，６０Ｄ 第２接続部
１００ 信号伝送回路
Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４，Ｃ_５ コンデンサ
Ｄ_１，Ｄ_２ ダイオード
Ｈ１，Ｈ２ 磁気回路
Ｌ_１ コイル
Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５，Ｒ_６ 抵抗

Claims (8)

1. 複数の層を含む多層基板と、
   前記多層基板に設けられるパターントランスと、
   を備え、絶縁信号を伝送するための信号伝送回路であって、
   前記パターントランスは、
   前記多層基板における第１平面領域及び第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状のプリントパターン配線を含む一次側巻線と、
   前記一次側巻線とは異なる層方向位置に設けられ、前記多層基板における前記第１平面領域及び前記第２平面領域のそれぞれに設けられる巻線状の前記プリントパターン配線を含む二次側巻線と、
   を有し、
   前記一次側巻線と前記二次側巻線は、電磁的に結合するように構成され、
   前記第１平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線と、前記第２平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線との一方では時計回りに電流が流れ、他方では反時計回りに電流が流れるように構成される、
   信号伝送回路。
2. 前記一次側巻線は、
   前記第１平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において時計回りに電流が流れ、前記第２平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において反時計回りに電流が流れるように構成され、
   前記二次側巻線は、
   前記第１平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において反時計回りに電流が流れ、前記第２平面領域に設けられる巻線状の前記プリントパターン配線において時計回りに電流が流れるように構成される、
   請求項１に記載の信号伝送回路。
3. 前記パターントランスの二次側には、一以上の半導体スイッチング素子が設けられ、
   一以上の前記半導体スイッチング素子は、前記パターントランスの二次側電圧によってオンオフされ、接点出力信号を出力するように構成される
   請求項１又は２に記載の信号伝送回路。
4. 前記パターントランスの二次側の一端にはコイルの一端が接続され、
   前記コイルの他端には、第１コンデンサの一端が接続され、
   前記第１コンデンサの他端は前記パターントランスの二次側の他端に接続され、
   前記コイル及び前記第１コンデンサは、前記パターントランスの二次側から出力される交流信号を共振する共振回路を形成する
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の信号伝送回路。
5. 前記パターントランスの一次側の一端には第２コンデンサが接続され、
   前記パターントランスの一次側の他端には第３コンデンサが接続され、
   前記第２コンデンサ及び前記第３コンデンサは、前記共振回路の半値幅を大きくするように作用する静電容量を有する
   請求項４に記載の信号伝送回路。
6. 前記複数の層は、
   前記プリントパターン配線が形成される第１パターン層と、
   前記プリントパターン配線が形成される第２パターン層であって、前記第１パターン層の一面側に形成される第２パターン層と、
   前記プリントパターン配線が形成される第３パターン層であって、前記第２パターン層の一面側に形成される第３パターン層と、
   前記プリントパターン配線が形成される第４パターン層であって、前記第３パターン層の一面側に形成される第４パターン層と、
   前記第１パターン層と前記第２パターン層との間に設けられた、絶縁性を有する第１絶縁層（コア）と、
   前記第２パターン層と前記第３パターン層との間に設けられた、絶縁性を有する第２絶縁層（プリプレグ）と、
   前記第３パターン層と前記第４パターン層との間に設けられた、絶縁性を有する第３絶縁層（コア）と、
   を含み、
   前記第１絶縁層及び前記第３絶縁層には、層方向に隣接する前記プリントパターン配線同士を接続する接続部であって、前記第１平面領域に設けられる第１接続部と、前記第２平面領域に設けられる第２接続部と、を含む接続部が設けられている
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の信号伝送回路。
7. 前記一次側巻線の前記プリントパターン配線は、前記第３パターン層及び前記第４パターン層に形成され、
   前記第４パターン層の前記第１平面領域において、正極側の端部を起点として、前記第３絶縁層に設けられている前記第１接続部の周囲に時計回りで内側に向かって巻回され、前記第１接続部に接続されるように延在する第１巻線部と、
   前記第３パターン層の前記第１平面領域において、前記第１接続部を介して前記第１巻線部と接続され、前記第３パターン層において前記第１接続部を起点として該第１接続部の周囲に時計回りで外側に向かって巻回される第２巻線部と、
   前記第３パターン層の前記第２平面領域において、前記第２巻線部の負極側の端部に接続され、前記第２巻線部の負極側の端部を起点として、前記第２接続部の周囲に反時計回りで内側に向かって巻回され、前記第２接続部に接続されるように延在する第３巻線部と、
   前記第４パターン層の前記第２平面領域において、前記第２接続部を介して前記第３巻線部と接続され、前記第４パターン層において前記第２接続部を起点として該第２接続部の周囲に反時計回りで外側に向かって巻回されるとともに、負極側の端部に接続される第４巻線部と、
   を含む
   請求項６に記載の信号伝送回路。
8. 前記二次側巻線の前記プリントパターン配線は、前記第１パターン層及び前記第２パターン層に形成され、
   前記第１パターン層の前記第２平面領域において、正極側の端部を起点として、前記第１絶縁層に設けられている前記第２接続部の周囲に時計回りで内側に向かって巻回され、前記第２接続部に接続されるように延在する第５巻線部と、
   前記第２パターン層の前記第２平面領域において、前記第２接続部を介して前記第５巻線部と接続され、前記第２パターン層において前記第２接続部を起点として該第２接続部の周囲に時計回りで外側に向かって巻回される第６巻線部と、
   前記第２パターン層の前記第１平面領域において、前記第６巻線部の負極側の端部に接続され、前記第６巻線部の負極側の端部を起点として、前記第１接続部の周囲に反時計回りで内側に向かって巻回され、前記第１接続部に接続されるように延在する第７巻線部と、
   前記第１パターン層の前記第１平面領域において、前記第１接続部を介して前記第７巻線部と接続され、前記第１パターン層において前記第１接続部を起点として該第１接続部の周囲に反時計回りで外側に向かって巻回されるとともに、負極側の端部に接続される第８巻線部と、
   を含む
   請求項６又は７に記載の信号伝送回路。

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