JP4157545B2 - Transformer element, voltage converter and coil - Google Patents
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Description
本発明は、1次側巻線および2次側巻線を有する変圧素子およびコイル、ならびにそのような変圧素子を用いて直流入力電圧から直流出力電圧を生成する電圧変換装置に関する。 The present invention relates to a transformer and a coil having a primary side winding and a secondary side winding, and a voltage converter that generates a DC output voltage from a DC input voltage using such a transformer.
従来より、電圧変換装置として種々のDC−DCコンバータが提案され、実用に供されている。その多くは、電力変換トランス(変圧素子)の1次側巻線に接続されたスイッチング回路のスイッチング動作により直流入力電圧をスイッチングし、スイッチング出力を電力変換トランスの2次側巻線に取り出す方式である。スイッチング回路のスイッチング動作に伴い、2次側巻線に現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑回路によって直流に変換されて出力される。 Conventionally, various DC-DC converters have been proposed and put into practical use as voltage converters. Most of them use a switching circuit connected to the primary winding of the power conversion transformer (transformer element) to switch the DC input voltage and extract the switching output to the secondary winding of the power conversion transformer. is there. With the switching operation of the switching circuit, the voltage appearing in the secondary winding is rectified by the rectifier circuit, then converted to direct current by the smoothing circuit and output.
この種の電圧変換装置においては、トランスの2次側は、一般的にいわゆるセンタタップ型の整流方法となっている。図16は、一般的なセンタタップ型の整流方式によるトランス103において、その2次側の外観構成を模式的に表したものである。磁芯130の突起部130Aには、一対の板金が対向して巻回されている。これらの板金の一端はそれぞれ、引出端133A,133Bとしてダイオード104A,104Bの一端(カソード)に接続され、他端同士は共通接続されて引出端133Cとしてセンタタップに接続されている。なお、ダイオード104A,104Bによって上記整流回路が構成され、コイル151およびコンデンサ152によって上記平滑回路が構成され、直流電圧Vout1が出力されるようになっている。
In this type of voltage converter, the secondary side of the transformer is generally a so-called center tap type rectification method. FIG. 16 schematically shows the external configuration of the secondary side of a general center tap
また、例えば特許文献1,2には、図17に示したような外観構成のトランス203が開示されている。なお、この場合も、ダイオード204A,204Bによって上記整流回路が構成され、コイル251およびコンデンサ252によって上記平滑回路が構成され、直流電圧Vout2が出力されるようになっている。
For example,
ここで、図18および図19はそれぞれ、図16,図17に示したトランス103,203内の板金の各端部に流れる電流状態を、III−III部分,IV−IV部分の矢視断面構成で模式的に表したものである。また、図18(A),図19(A)はそれぞれ、ダイオード104A,204Aが導通されている場合の電流状態を、図18(B),図19(B)はそれぞれ、ダイオード104B,204Bが導通されている場合の電流状態を表している。なお、いずれの電流状態においても、電流が流れている引出端の部分を斜線で示している。
Here, FIG. 18 and FIG. 19 show the state of current flowing through each end of the sheet metal in the
図16に示した構成のトランス103では、引出端133A,133Cまたは引出端133B,133Cによって、トランス103の引出部分が板金の延在面で2分割されていることから、図18(A),(B)のいずれの場合においても、電流が流れている引出端の断面積は、引出端全体の1/2となっている。一方、図17に示した構成のトランス203では、引出端233A,233Cまたは引出端233B,233Cによって、トランス203の引出部分が板金の延在面で3分割されていることから、図19(A),(B)のいずれの場合においても、電流が流れている引出端の断面積は、引出端全体の1/3となっている。
In the
このように、引出端の配線幅が狭くなり、電流が流れる部分の断面積も小さくなると、板金部分の配線抵抗が高くなってしまう。また、配線抵抗が高いと、その部分での電圧降下が大きくなり、大電流を流すことが困難になると共に、その部分での電力損失が大きくなってしまう。したがって、2次側の引出部分の配線幅が狭くなっている従来のトランスでは、配線抵抗を低減するのが困難であった。 Thus, if the wiring width of the lead-out end is narrowed and the cross-sectional area of the portion through which the current flows is small, the wiring resistance of the sheet metal portion is increased. Also, if the wiring resistance is high, the voltage drop at that portion becomes large, making it difficult to flow a large current and increasing the power loss at that portion. Therefore, it is difficult to reduce the wiring resistance in the conventional transformer in which the wiring width of the secondary lead-out portion is narrow.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、2次側の引出部分の配線抵抗を低減することが可能な変圧素子およびコイル、ならびにそのような変圧素子を備えた電圧変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a transformer element and a coil capable of reducing the wiring resistance of the lead-out portion on the secondary side, and a voltage conversion provided with such a transformer element. To provide an apparatus.
本発明の変圧素子は、磁芯と、この磁芯に巻回された1次側巻線と、この磁芯に巻回されると共に、第1および第2の引出端ならびにセンタタップ引出端が磁芯の一方側に設けられた2次側巻線とを備え、この2次側巻線が、磁芯に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第1の引出端を構成する第1の連結導電部と、磁芯に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第2の引出端を構成する第2の連結導電部と、一端が上記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ磁芯の他方側において第1および第2の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部とを有するようにしたものである。 The transformer element according to the present invention includes a magnetic core, a primary winding wound around the magnetic core, and the first and second lead ends and the center tap lead end wound around the magnetic core. A secondary winding provided on one side of the magnetic core, the secondary winding is wound in one polarity direction with respect to the magnetic core, and one end of the first lead end. A first connecting conductive portion that is wound in the other polarity direction with respect to the magnetic core, one end of the second connecting conductive portion forming the second lead end, and one end of the center. The tap lead-out end is configured, and the other two ends each have a center tap conductive portion connected to the other end of each of the first and second connecting conductive portions on the other side of the magnetic core. .
本発明の電圧変換装置は、直流入力電圧をスイッチングして入力交流電圧を生成するスイッチング回路と、上記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を出力する変圧素子と、2つの整流素子を有すると共にこれらの整流素子によって上記出力交流電圧を整流することで直流出力電圧を出力するセンタタップ型の整流回路と、上記スイッチング回路を駆動する駆動回路とを備え、上記変圧素子が、磁芯と、この磁芯に巻回され、上記入力交流電圧が供給される1次側巻線と、上記磁芯に巻回されると共に、2つの整流素子のうちの一の整流素子と接続するための第1の引出端、他の整流素子と接続するための第2の引出端、および上記整流回路のセンタタップと接続するためのセンタタップ引出端が磁芯の一方側に設けられ、第1の接続端とセンタタップ接続端との間または第2の接続端とセンタタップ接続端との間から上記出力交流電圧が出力される2次側巻線とを有し、この2次側巻線が、磁芯に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第1の引出端を構成する第1の連結導電部と、磁芯に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第2の引出端を構成する第2の連結導電部と、一端が上記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ磁芯の他方側において第1および第2の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部とを有するようにしたものである。 A voltage converter according to the present invention includes a switching circuit that switches a DC input voltage to generate an input AC voltage, a transformer element that transforms the input AC voltage and outputs an output AC voltage, and two rectifier elements. A center tap type rectifier circuit that outputs a DC output voltage by rectifying the output AC voltage by these rectifier elements, and a drive circuit that drives the switching circuit. The transformer element includes a magnetic core, A primary winding wound around the magnetic core and supplied with the input AC voltage, and a first winding wound around the magnetic core and connected to one of the two rectifying elements. A first tap end, a second lead end for connecting to another rectifier element, and a center tap lead end for connecting to the center tap of the rectifier circuit are provided on one side of the magnetic core. And A secondary winding from which the output AC voltage is output from between the tap connection end or between the second connection end and the center tap connection end. In contrast, one end is wound in one polarity direction, and one end is wound in the other polarity direction with respect to the first connecting conductive portion constituting the first lead end and the magnetic core, and one end is A second connecting conductive portion constituting the second lead-out end, one end constituting the center tap lead-out end, and the other two ends being the first and second connecting conductive portions on the other side of the magnetic core, respectively. And a center tap conductive portion connected to each other end.
本発明の変圧素子および電圧変換装置では、第1の連結導電部および第2の連結導電部の各他端が、各引出端の延在方向とは異なる磁芯の他方側でセンタタップ導電部の他の二端と連結されているので、センタタップ導電部のセンタタップ引出端をその延在面方向に分割する必要がなくなり、1つの引出端で構成することができる。よって、センタタップ引出端の配線幅が従来と比べて広くなり、その断面積も従来と比べて増加する。 In the transformer element and the voltage conversion device of the present invention, the other end of each of the first connection conductive portion and the second connection conductive portion is the center tap conductive portion on the other side of the magnetic core different from the extending direction of each lead-out end. Since it is connected to the other two ends, it is not necessary to divide the center tap lead-out end of the center tap conductive portion in the extending surface direction, and it can be constituted by one lead-out end. Therefore, the wiring width of the center tap lead-out end becomes wider than in the conventional case, and the cross-sectional area thereof also increases in comparison with the conventional case.
本発明の変圧素子では、上記磁芯の一方側と他方側とを、この磁芯を中心として180°をなす位置関係にするのが好ましい。また、上記第1および第2の連結導電部を、それぞれの延在面と直交する方向において互いに交差するように構成することが可能である。このように互いに交差するように構成した場合、導電部の設置スペースを最小限に抑えつつ、第1および第2の連結導電部を隔離することができる。 In the transformer element of the present invention, it is preferable that one side and the other side of the magnetic core have a positional relationship of 180 ° with the magnetic core as a center. Further, the first and second connecting conductive portions can be configured to intersect each other in a direction orthogonal to the respective extending surfaces. Thus, when comprised so that it may mutually cross | intersect, the 1st and 2nd connection electroconductive part can be isolated, suppressing the installation space of an electroconductive part to the minimum.
本発明の変圧素子では、上記第1および第2の連結導電部ならびにセンタタップ導電部を、互いに別部材で構成すると共に互いにねじで連結するように構成してもよく、また、単一の部材から構成するようにしてもよい。このように単一の部材から構成した場合、導電部の部品点数が軽減し、管理コストも低減する。なお、この場合において、これらの導電部を板状部材から構成することが可能である。 In the transformer element of the present invention, the first and second connecting conductive portions and the center tap conductive portion may be configured as separate members and connected to each other with a screw, or a single member. You may make it comprise from. Thus, when it comprises from a single member, the number of parts of an electroconductive part reduces and management cost also reduces. In this case, these conductive parts can be constituted by plate-like members.
本発明の電圧変換装置では、上記2つの整流素子を、第1および第2の整流素子から構成すると共に、これら第1および第2の整流素子の各一端をねじで接続するための第1および第2のねじ接続部をそれぞれ有する単一部品内に互いに独立して設け、上記第1および第2の引出端が、第1の連結導電部または第2の連結導電部をねじで接続するための一対のねじ接続部をそれぞれ有するようにし、第1の引出端または第2の引出端と第1の整流素子または第2の整流素子とが、それぞれ、上記第1および第2のねじ接続部と上記一対のねじ接続部とで、互いにねじで接続されるように構成し、上記単一部品内における第1のねじ接続部と第2のねじ接続部との間隔と、第1の引出端および第2の引出端において互いに隣接するねじ接続部同士の間隔とが、互いに等しくなるように構成するのが好ましい。このように構成した場合、異なる構成の部品に交換するのではなく、同一構成の部品を複数用いることで整流素子の数を変更でき、容易に仕様変更に対応することができる。 In the voltage conversion device of the present invention, the two rectifying elements are constituted by the first and second rectifying elements, and the first and second rectifying elements are connected to each one end by screws. Provided independently from each other in a single component having a second screw connection portion, and the first and second lead ends connect the first connection conductive portion or the second connection conductive portion with screws. And the first lead end or the second lead end and the first rectifying element or the second rectifying element are respectively the first and second screw connecting parts. And the pair of screw connection portions are connected to each other with a screw, the distance between the first screw connection portion and the second screw connection portion in the single component, and the first lead-out end And the screw connection portions adjacent to each other at the second extraction end. And intervals preferably configured to be equal to each other. When configured in this way, the number of rectifying elements can be changed by using a plurality of parts having the same configuration, instead of exchanging with parts having different configurations, and the specification can be easily changed.
本発明のコイルは、所定の空間領域に巻回された1次側巻線と、この空間領域に巻回されると共に、第1および第2の引出端ならびにセンタタップ引出端が空間領域の一方側に設けられた2次側巻線とを備え、この2次側巻線が、空間領域に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第1の引出端を構成する第1の連結導電部と、空間領域に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第2の引出端を構成する第2の連結導電部と、一端が上記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ空間領域の他方側において第1および第2の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部とを有するようにしたものである。 The coil of the present invention has a primary winding wound in a predetermined space region, and is wound around the space region, and the first and second lead ends and the center tap lead end are one of the space regions. A secondary winding provided on the side, the secondary winding is wound in one polarity direction with respect to the space region, and one end constitutes the first lead-out end. 1 connection conductive part, and a second connection conductive part, one end of which forms the second extraction end, and one end of the center tap extraction end. The other two ends have center tap conductive portions connected to the other ends of the first and second connection conductive portions on the other side of the space region, respectively.
本発明のコイルでは、第1の連結導電部および第2の連結導電部の各他端が、各引出端の延在方向とは異なる所定の空間領域の他方側でセンタタップ導電部の他の二端と連結されているので、センタタップ導電部のセンタタップ引出端をその延在面方向に分割する必要がなくなり、1つの引出端で構成することができる。よって、センタタップ引出端の配線幅が従来と比べて広くなり、その断面積も従来と比べて増加する。 In the coil of the present invention, each of the other ends of the first connecting conductive portion and the second connecting conductive portion is connected to the other end of the center tap conductive portion on the other side of a predetermined space region different from the extending direction of each extraction end. Since it is connected to the two ends, there is no need to divide the center tap lead-out end of the center tap conductive portion in the extending surface direction, and it can be constituted by one lead-out end. Therefore, the wiring width of the center tap lead-out end becomes wider than in the conventional case, and the cross-sectional area thereof also increases in comparison with the conventional case.
本発明の変圧素子、電圧変換装置またはコイルによれば、第1の連結導電部および第2の連結導電部の各他端を、各引出端の延在方向とは異なる磁芯または所定の空間領域の他方側で、センタタップ導電部の他の二端と連結するようにしたので、センタタップ引出端の断面積が増加し、2次側の引出部分の配線抵抗を低減することが可能となる。 According to the transformer element, the voltage conversion device, or the coil of the present invention, the other end of each of the first connection conductive portion and the second connection conductive portion is a magnetic core or a predetermined space different from the extending direction of each extraction end. Since the other end of the region is connected to the other two ends of the center tap conductive portion, the cross-sectional area of the center tap lead-out end increases, and the wiring resistance of the lead-out portion on the secondary side can be reduced. Become.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に実施の形態という。)について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as an embodiment) will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る電圧変換装置の回路構成を表すものである。この電圧変換装置は、高圧バッテリ10から供給される高圧の直流入力電圧Vinをより低い直流出力電圧Voutに変換し、図示しない低圧バッテリに供給して負荷6を駆動するDC−DCコンバータとして機能するものである。なお、本実施の形態に係る変圧素子も、以下併せて説明する。
FIG. 1 shows a circuit configuration of a voltage conversion device according to an embodiment of the present invention. This voltage converter functions as a DC-DC converter that converts the high-voltage DC input voltage Vin supplied from the high-
この電圧変換装置は、1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとの間に設けられたスイッチング回路1および入力平滑コンデンサ2と、1次側巻線31および2次側巻線32A,32Bを有するトランス3とを備えている。1次側高圧ラインL1Hの入力端子T1と1次側低圧ラインL1Lの入力端子T2との間には、高圧バッテリ10から出力される直流入力電圧Vinが印加されるようになっている。この電圧変換装置はまた、トランス3の2次側に設けられた整流回路4と、この整流回路4に接続された平滑回路5とを備えている。
This voltage converter includes a
スイッチング回路1は、4つのスイッチング素子S1〜S4から構成されたフルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子S1,S2の一端同士が互いに接続されると共に、スイッチング素子S3,S4の一端同士が互いに接続されている。また、スイッチング素子S1,S3の他端同士が互いに接続されると共にスイッチング素子S2,S4の他端同士が互いに接続され、これらの他端同士は、それぞれ入力端子T1,T2に接続されている。スイッチング回路1はこのような構成により、図示しない駆動回路から供給される駆動信号に応じて、入力端子T1,T2間に印加される直流入力電圧Vinを入力交流電圧に変換するようになっている。なお、これらスイッチング素子としては、例えば電界効果型トランジスタ(MOS−FET;Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)などのスイッチ素子が用いられる。
The
入力平滑コンデンサ2は、入力端子T1,T2から入力された直流入力電圧Vinを平滑化するためのものである
The
トランス3の一対の2次側巻線32A,32BはセンタタップCで互いに接続され、このセンタタップCが出力ラインLOを介して出力端子T3に導かれている。つまり、この電圧変換装置はセンタタップ型のものである。このトランス3は、スイッチング回路1によって生成された入力交流電圧を変圧し、一対の2次側巻線32A,32Bの各端部A,Bから、互いに180度位相が異なる出力交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の変圧の度合いは、1次側巻線31と2次側巻線32A,32Bとの巻数比によって定まる。また、このトランス3は、本発明における「変圧素子」の一具体例に対応する。
A pair of
整流回路4は、一対の整流ダイオード4A,4Bからなる単相全波整流型のものである。整流ダイオード4Aのカソードはトランス31の2次側巻線32Aの他端Aに接続され、整流ダイオード4Bのカソードはトランス31の2次側巻線32Bの他端Bに接続されている。また、これら整流ダイオード4A,4Bのアノード同士は互いに接続され、接地ラインLGに接続されている。つまり、この整流回路4はセンタタップ型のアノードコモン接続の構成となっており、トランス3からの出力交流電圧の各半波期間を、それぞれ整流ダイオード4A,4Bによって個別に整流して直流電圧を得るようになっている。
The
平滑回路5は、チョークコイル51と出力平滑コンデンサ52とを含んで構成されている。チョークコイル51は出力ラインLOに挿入配置されており、その一端はセンタタップCに接続され、その他端は出力ラインLOの出力端子T3に接続されている。平滑コンデンサ52は、出力ラインLO(具体的には、チョークコイル51の他端)と接地ラインLGとの間に接続されている。接地ラインLGの端部には、出力端子T4が設けられている。このような構成により平滑回路5では、整流回路4で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Voutを生成し、これを出力端子T3,T4から低圧バッテリ(図示せず)に給電するようになっている。
The smoothing
次に、図2〜図5を参照して、本実施の形態の主な特徴的部分であるトランス3および整流回路4の構成の詳細について説明する。
Next, with reference to FIG. 2 to FIG. 5, details of the configuration of the
図2は、図1に示した電圧変換装置の要部外観(トランス3および整流回路4の外観構成)を表したものであり、図3および図4は、これらの外観構成を分解した状態で表したものである。なお、図3,図4はそれぞれ、図2における矢印X3,X4で示した方向からのものを表している。
FIG. 2 shows the external appearance of the main part of the voltage converter shown in FIG. 1 (the external configuration of the
図2〜図4に示したように、この電圧変換装置では、配線基板70上に、トランス3を構成する一対の磁芯30A,30B、1次側巻線31、連結板金33A,33Bおよびセンタタップ板金33C、整流回路4を構成する一対の整流ダイオード4A,4B、ならびに平滑回路5を構成するチョークコイル51などの電気部品が配置され、基板の裏面や内層(図示せず)において、図1で示したような態様で互いに接続されている。なお、これら板金はバスバーとも称されるが、以下、板金として説明する。
As shown in FIGS. 2 to 4, in this voltage conversion device, a pair of
整流ダイオード4A,4Bにはそれぞれ4つの端子が設けられており、図5に示したように、それぞれ互いに独立して配置された2つの整流ダイオード4A1,4A2または2つの整流ダイオード4B1,4B2から構成されている。このように、互いに独立した2つの整流ダイオードを1つの電気部品内に設け、これらを並列接続して用いているので、1つの整流ダイオードのみを接続した場合と比べて、大電流を流しても許容できるようになっている。
The
チョークコイル51は、磁芯510と、この磁芯510に巻回された配線51A,51Bとから構成されている。なお、磁芯510としては、例えば銅やアルミニウムなどの磁性材料が用いられ、配線51A,51Bとしては、例えば銅やアルミニウムなどの導電性材料が用いられる。
The
トランス3を構成する磁芯30A,30Bは、それぞれ中心に突起部30C,30Dが設けられた同一形状のものであり、互いにこれら突起部30C,30Dが対向するように配設されている。これら磁芯30A,30Bとしては、例えば銅やアルミニウムなどの磁性材料が用いられる。また、これら磁芯30A,30Bの間には、磁芯30A側から順に、センタタップ板金33C、1次側巻線31および連結板金33A,33Bが積層されており、これらの中心にはいずれも、突起部30C,30Dに対する貫通孔Hが設けられている。
The
1次側巻線31は磁芯30C,30Dに巻回されており、例えばプリントコイルなどから構成される。また、連結板金33A,33Bおよびセンタタップ板金33Cも磁芯30C,30Dに巻回され、2次側巻線32を構成している。ただし、連結板金33Aと連結板金33Bとは、磁芯30C,30Dに対して互いに反対の極性方向に巻回されている。これらの板金としては、例えば銅やアルミニウムなどの導電性材料が用いられる。なお、連結板金33A,33Bを巻回す極性方向は、互いに逆方向であってもよい。
The primary winding 31 is wound around the
連結板金33A,33Bおよびセンタタップ板金33Cはまた、各一端が引出端を構成しており、整流ダイオード4A,4Bやチョークコイル51と接続されるようになっている。具体的には、連結板金33Aの一端は引出端Aを構成し、この引出端Aにおいて、連結板金33Aの一端と整流ダイオード4Aの一端(カソード側)とが接続されている。また、連結板金33Bの一端は引出端Bを構成し、この引出端Bにおいて、連結板金33Bの一端と整流ダイオード4Bの一端(カソード側)とが接続されている。また、センタタップ板金33Cの一端は引出端Cを構成し、この引出端Cにおいて、センタタップ板金33Cの一端とチョークコイル51の一端(配線51A)とが接続されている。なお、これら引出端A〜Cはそれぞれ、図1に示したトランス3における2次側巻線32A,32Bの端部A,BおよびセンタタップCに対応する。
Each of the connecting
また、これらの間はねじで接続され、ねじ71とねじ穴72との組み合わせによってなされている。具体的には、整流ダイオード4Aの一端(カソード側)に設けられた一対のねじ穴72A1,72A2と、連結板金33A側の一対のねじ71A1,71A2とによって、それぞれの接続がなされている。また、整流ダイオード4Bの一端(カソード側)に設けられた一対のねじ穴72B1,72B2と、連結板金33B側の一対のねじ71B1,71B2とによって、それぞれの接続がなされている。また、図示しないねじ穴と、ねじ71Eとによって、センタタップ板金33Cとチョークコイル51の配線51Aとの接続がなされている。
Further, these are connected by screws, and are formed by a combination of screws 71 and screw holes 72. Specifically, the connection is made by a pair of screw holes 72A1 and 72A2 provided at one end (cathode side) of the
なお、この電圧変換装置では、連結板金33A側のねじ71A2と連結板金33B側のねじ71B1との間隔(一対のねじ接続部において、互いに隣接するのねじ接続部間の間隔)は、整流ダイオード4A,4Bにおけるねじ穴72A1とねじ穴72A2との間隔、またはねじ穴72B1とねじ穴72B2との間隔(第1の接続部と第2の接続部との間隔)と、互いに等しくなるように構成されている。このように構成することで、後述するように回路電流の大きさに応じて、整流回路4の構成を随時変更することができるようになっている。
In this voltage converter, the distance between the screw 71A2 on the
ここで、図3および図4に示したように、このトランス3では、連結板金33A,33Bの各他端が、いずれも磁芯30A,30Bを中心として引出端A〜Cと180°をなす位置関係の方向において、センタタップ板金33Cの他の二端と連結されるようになっている。具体的には、連結板金33Aの他端とセンタタップ板金33Cの他の一端とが、それぞれねじ71Cおよびねじ穴72Cによって連結される一方、連結板金33Bの他端とセンタタップ板金33Cの他のもう一端とが、それぞれねじ71Dおよびねじ穴72Dによって連結されている。よって、センタタップ板金33Cの引出端Cを、連結板金33A,33Bの引出端A,Bや図16,図17に示した従来例のように、その延在面方向に分割する必要がなくなり、1つの引出端で構成されるようになっている。
Here, as shown in FIGS. 3 and 4, in this
また、これら連結板金33A,33Bは、図3,図4中の矢印P1で示したように、それぞれの延在面と直交する方向において互いに交差するようにして、センタタップ板金33Cと連結されている。このように互いに交差するように構成したので、トランス3の設置スペースを最小限に抑えつつ、第1および第2の連結導電部を隔離することができる。
Further, as shown by the arrow P1 in FIGS. 3 and 4, these connecting
なお、連結板金33A,33Bはそれぞれ、本発明における「第1の連結導電部」および「第2の連結導電部」の一具体例に対応し、センタタップ板金33は、本発明における「センタタップ導電部」の一具体例に対応する。また、これら連結板金33A,33Bおよびセンタタップ板金33Cは、本発明における2次側巻線の一具体例に対応する。また、引出端A〜Cはそれぞれ、本発明における「第1の引出端」、「第2の引出端」および「センタタップ引出端」の一具体例に対応する。
Each of the connecting
次に、図6および図7を参照して、以上のような構成の電圧変換装置の作用について説明する。まず、その基本動作について説明する。 Next, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, an operation of the voltage conversion device having the above configuration will be described. First, the basic operation will be described.
スイッチング回路1では、入力端子T1,T2から供給される直流入力電圧Vinをスイッチングして入力交流電圧が生成され、この入力交流電圧はトランス3の1次側巻線31へ供給される。そしてトランス3では入力交流電圧が変圧され、2次側巻線32A,32Bから、変圧された出力交流電圧が出力される。
In the
整流回路4では、この出力交流電圧が整流ダイオード4A,4Bによって整流される。これにより、センタタップC(出力ラインLO)と整流ダイオード4A,4Bの接続点D1との間に、整流出力が発生する。
In the
平滑回路5では、このセンタタップC(出力ラインLO)と整流ダイオード4A,4Bの接続点D1との間に生じる整流出力が平滑化され、出力端子T3,T4から直流出力電圧Voutとして出力される。そしてこの直流出力電圧Voutは、図示しない低圧バッテリに給電されてその充電に供されると共に、負荷6が駆動される。
In the smoothing
ここで、この電圧変換装置では、スイッチング回路1において、スイッチング素子素子S1,S4がオン状態になる期間と、スイッチング素子S2,S3がオン状態になる期間とが、交互に繰り返されるようになっている。よって、この電圧変換装置の動作をより詳細に説明すると、以下のようになる。
Here, in this voltage converter, in the
まず、図6に示したように、スイッチング回路1のスイッチング素子S1,S4がオン状態になると、スイッチング素子S1からスイッチング素子S4の方向に1次側ループ電流Ia1が流れる。すると、トランス3の2次側巻線32A,32Bにそれぞれ現れる電圧VOA,VOBは、整流ダイオード4Bに対して逆方向となる一方、整流ダイオード4Aに対して順方向となる。このため、整流ダイオード4Aから2次側巻線32A、そして出力ラインLOへ、出力電流Ixが流れる。これにより、直流出力電圧Voutが図示しない低圧バッテリに給電されると共に、負荷6が駆動される。
First, as shown in FIG. 6, when the switching elements S1 and S4 of the
また、このとき、整流ダイオード4A、トランス3の2次側巻線32A、チョークコイル51およびコンデンサ52を順に通る2次側ループ電流Ia2も流れており、コンデンサ51への充電(エネルギーの蓄積)が行われるようになっている。
At this time, the secondary loop current Ia2 that passes through the
一方、図7に示したように、スイッチング回路1のスイッチング素子S1,S4がオフ状態になると共にスイッチング素子S2,S3がオン状態になると、スイッチング素子S3からスイッチング素子S2の方向に1次側ループ電流Ib1が流れる。すると、トランス3の2次側巻線32A,32Bにそれぞれ現れる電圧VOA,VOBは、整流ダイオード4Aに対して逆方向となる一方、整流ダイオード4Bに対して順方向となる。このため、整流ダイオード4Bから2次側巻線32B、そして出力ラインLOへ、出力電流Ixが流れる。これにより、直流出力電圧Voutが図示しない低圧バッテリに給電されると共に、負荷6が駆動される。
On the other hand, as shown in FIG. 7, when the switching elements S1 and S4 of the
また、このとき、整流ダイオード4B、トランス3の2次側巻線32B、チョークコイル51およびコンデンサ52を順に通る2次側ループ電流Ib2も流れており、コンデンサ51への充電(エネルギーの蓄積)が行われるようになっている。
At this time, the secondary loop current Ib2 that passes through the
ここで、本実施の形態のトランス3では、前述のように、連結板金33A,33Bの各他端が、いずれも磁芯30Bを中心として引出端A〜Cと180°をなす位置関係の方向において、センタタップ板金33Cの他の二端と連結され、これによりセンタタップ板金33Cの引出端Cが1つの引出端から構成されるようになっている。よって、センタタップを構成する引出端Cの配線幅が従来と比べて広くなり、その断面積も従来と比べて増加する。
Here, in the
図8および図9は、トランス3内の各板金の端部(引出端A〜C)に流れる電流状態を、図2中のI−I部分,II−II部分の矢視断面構成で模式的に表したものであり、図8(A),図9(A)がI−I部分のものに、図8(B),図9(B)がII−II部分のものに対応している。また、図8は整流ダイオード4Aが導通されている場合、すなわち図6に示した2次側ループ電流Ia2が流れている場合の電流状態を、図9は整流ダイオード4Bが導通されている場合、すなわち図7に示した2次側ループ電流Ib2が流れている場合の電流状態を表している。なお、いずれの電流状態においても、電流が流れている引出端の部分を斜線で示している。
8 and 9 schematically show the state of current flowing through the end portions (leading ends A to C) of each sheet metal in the
図8(A),(B)に示したように、2次側ループ電流Ia2が流れている場合には、図6からも分かるように、トランス3において、引出端Aを構成する連結板金33Aおよび引出端Cを構成するセンタタップ板金33Cに、電流Ia2が流れている。ここで、連結板金33A,33Bとセンタタップ板金33Cとが連結される側の断面(図8(B))では、図18,図19に示した従来のトランスの場合と同様に、電流Ia2が流れている引出端の断面積が引出端全体の1/2となっている。これに対して、引出端A〜C側、すなわち整流回路4および平滑回路5との接続側の断面(図8(A))では、上記のようにセンタタップ板金33Cの引出端Cが1つの引出端から構成され、その配線幅が従来と比べて広くなっていることから、電流Ia2が流れている引出端の断面積が引出端全体の3/4となっている。よって、図18および図19に示した従来のものと比べて、引出端全体に占める電流が流れている引出端の割合が、1/4増加している。
As shown in FIGS. 8A and 8B, when the secondary loop current Ia2 is flowing, as can be seen from FIG. 6, in the
また、図9(A),(B)に示した2次側ループ電流Ib2が流れている場合には、図7からも分かるように、トランス3において、引出端Bを構成する連結板金33Bおよび引出端Cを構成するセンタタップ板金33Cに、電流Ib2が流れている。そして図8(B)の場合と同様に、連結板金33A,33Bとセンタタップ板金33Cとが連結される側の断面(図9(B))では、電流Ib2が流れている引出端の断面積が引出端全体の1/2となる。また、引出端A〜C側の断面(図9(A))においても、図8(A)の場合と同様に、電流Ib2が流れている引出端の断面積は、引出端全体の3/4となる。よってこの場合も、従来のものと比べて、引出端全体に占める電流が流れている引出端の割合が、1/4増加している。
Also, when the secondary loop current Ib2 shown in FIGS. 9A and 9B flows, as can be seen from FIG. 7, in the
このように、本実施の形態のトランス3では、センタタップを構成する引出端Cの配線幅が従来と比べて広いので、その断面積も従来と比べて増加し、引出端全体に占める電流が流れている引出端の割合が増加していることが分かる。
As described above, in the
以上のように、本実施の形態では、トランス3内の連結板金33A,33Bの各他端を、磁芯30A,30Bを中心として引出端A〜Cと180°をなす位置関係の方向において、センタタップ板金33Cの他の二端と連結するようにしたので、センタタップ板金33Cの引出端Cを1つの引出端で構成することができ、引出端Cの配線幅を従来よりも広くすることができる。よって、センタタップを構成するこの引出端Cの断面積が増加し、トランス3の2次側の引出部分の配線抵抗を低減することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the other ends of the connecting
また、引出端Cの配線抵抗が低減するので、この部分での電圧降下も低減することができる。よって、トランス3に大電流を流した場合においても、従来と比べて電圧降下を抑制することができ、大電流に対応可能なトランス3および電圧変換回路を実現することが可能となる。
In addition, since the wiring resistance at the lead-out end C is reduced, the voltage drop at this portion can also be reduced. Therefore, even when a large current is passed through the
さらに、連結板金33A側のねじ71A2と連結板金33B側のねじ71B1との間隔を、整流ダイオード4A,4Bにおけるねじ穴72A1,72A2,72B1,72B2の隣接間隔と互いに等しくなるように構成したので、電圧変換装置における回路電流(1次側ループ電流Ia1,Ib1や、2次側ループ電流Ia2,Ib2)の大きさに応じて、例えば図10に示したように、整流回路4の構成を随時変更することができる。具体的には、回路電流が大きい場合には、図2〜図5に示したように2つの整流ダイオード4A,4Bを用いて整流回路4を構成すると共に、回路電流が小さい場合には、図10に示したように1つの整流ダイオードを用いて、図11に示した整流回路4を構成するようにすることがきる。よって、異なる構成の部品に交換するのではなく、同一構成の部品を複数用いることで整流ダイオードの数を変更できるため、容易に仕様変更に対応でき、また、部品の種類を減らすことができるので、部品コストを低減することも可能となる。
Furthermore, since the interval between the screw 71A2 on the
なお、本実施の形態のトランス3では、上記のように連結板金33A,33Bの各他端を、磁芯30A,30Bを中心として引出端A〜Cと180°をなす位置関係の方向において、センタタップ板金33Cの他の二端と連結する場合で説明してきたが、これらを連結する位置についてはこの場合に限られず、より一般的に、引出端A〜Cの延在方向とは異なる磁芯30A,30Bの他方側で連結するようにすればよい。また、本実施の形態のトランス3では、これらを図3,図4中の矢印P1で示したように、それぞれの延在面において互いに交差するようにして連結する場合で説明してきたが、連結板金33A,33Bを隔離しつつ連結することができるのであれば、このような構成には限られない。
In the
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態では、2次側巻線32を構成する板金を、3つの別部材から構成(連結板金33A,33Bおよびセンタタップ板金33C)から構成し、これらをねじ71およびねじ穴72によって連結するようにした場合について説明してきたが、例えば図12に示したように、2次側巻線32を単一の部材(単一板金34)から構成するようにしてもよい。具体的には、この単一板金34は、引出部A,Bをそれぞれ有する第1および第2の連結部34A,34Bと、引出部Cを有するセンタタップ部34とから構成され、磁芯30A,30Bの突起部30C,30Dに対する貫通孔Hも設けられている。このような形状の単一板金34を、図12に示した折り目F1〜F5で谷折りすると共に、折り目F10で山折りすることで、図13(A),(B)にそれぞれ上方または下方からの斜視図で示したような板金が形成される。よって、連結板金33A,33Bおよびセンタタップ板金33Cの代わりにこの単一板金34を用いてトランス3を構成した場合、板金の部品点数が軽減し、上記実施の形態における効果に加え、管理コストを低減することが可能となる。なお、この単一板金34は、本発明における「単一の導電部材」の一具体例に対応する。
For example, in the above embodiment, the sheet metal constituting the secondary side winding 32 is composed of three separate members (
また、上記実施の形態では、電圧変換装置およびトランス3の構成を具体的に挙げて説明したが、これらの構成はこれに限定されるものではなく、他の構成としてもよい。例えば、フルブリッジ型のスイッチング回路1の代わりに、図14に示したように、2つのスイッチング素子S1〜S2および2つのコンデンサC1,C2からなるハーフブリッジ型のスイッチング回路11(図14(A))や、2つのスイッチング素子S1〜S2からなるプッシュプル型のスイッチング回路12(図14(B))としてもよい。また、例えばセンタタップ型アノードコモン接続の整流回路4の代わりに、図15に示したように、2つの整流素子4A,4Bのカソード同士が接続点D2で接続されたセンタタップ型カソードコモン接続の整流回路41としてもよい。
In the above-described embodiment, the configurations of the voltage conversion device and the
さらに、上記実施の形態では、トランス3が磁芯30,30A,30Bを有する場合で説明してきたが、これら磁芯30,30A,30Bを省き、空芯の構成からなるコイルとしてもよい。このように構成した場合でも、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、この空芯部分、すなわち磁芯30,30A,30Bが配置されていた領域は、本発明における「所定の空間領域」の一具体例に対応する。
Further, in the above embodiment, the case where the
10…高圧バッテリ、1,11,12…スイッチング回路、2…入力平滑コンデンサ、3…トランス、30,30A,30B…磁芯、30C,30D…突起部、31,31A,31B…1次側巻線、32A,32B…2次側巻線、33A,33B…連結板金、33C…センタタップ板金、34…単一板金、34A…第1連結部、34B…第2連結部、34C…センタタップ部、4,41…整流回路、4A,4B,4C…整流ダイオード、5…平滑回路、51…チョークコイル、52…出力平滑コンデンサ、6…負荷、70…配線基板、71,71A1,71A2,71B1,71B2,71C,71D,71E…ねじ、72,72A1,72A2,72B1,72B2…ねじ穴、S1〜S4,S5,S6…スイッチング素子、C1,C2…コンデンサ、L1H…1次側高圧ライン、L1L…1次側低圧ライン、LO…出力ライン、LG…接地ライン、T1,T2…入力端子、T3,T4…出力端子、A,B…端部(引出端)、C…センタタップ(引出端)、H…貫通孔、F1〜F5,F10…折り目、Vin…直流入力電圧、Vout…直流出力電圧、Ia1,Ib1…1次側ループ電流、Ia2,Ib2…2次側ループ電流、Ix…出力電流。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記磁芯に巻回された1次側巻線と、
前記磁芯に巻回されると共に、第1および第2の引出端ならびにセンタタップ引出端が前記磁芯の一方側に設けられた2次側巻線と
を備え、
前記2次側巻線は、
前記磁芯に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第1の引出端を構成する第1の連結導電部と、
前記磁芯に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第2の引出端を構成する第2の連結導電部と、
一端が前記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ前記磁芯の他方側において前記第1および第2の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部と
を有することを特徴とする変圧素子。 A magnetic core,
A primary winding wound around the magnetic core;
And a secondary winding in which the first and second lead ends and the center tap lead end are provided on one side of the magnetic core, and wound around the magnetic core.
The secondary winding is
A first connecting conductive portion that is wound in one polarity direction with respect to the magnetic core, and has one end constituting the first lead-out end;
A second connecting conductive portion wound around the magnetic core in another polarity direction, one end of which constitutes the second lead end;
One end constitutes the center tap lead-out end, and the other two ends each have a center tap conductive portion connected to each other end of the first and second connection conductive portions on the other side of the magnetic core. A transformer element characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の変圧素子。 The transformer element according to claim 1, wherein one side and the other side of the magnetic core are in a positional relationship of 180 ° with the magnetic core as a center.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の変圧素子。 The said 1st and 2nd connection electroconductive part is comprised so that it may mutually cross | intersect in the direction orthogonal to each extension surface. The transformer element of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の変圧素子。 The first and second connecting conductive portions and the center tap conductive portion are formed of separate members and connected to each other by screws. Transformer element given in the paragraph.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の変圧素子。 4. The transformer element according to claim 1, wherein the first and second connection conductive portions and the center tap conductive portion are formed of a single member. 5.
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の変圧素子。 6. The transformer element according to claim 4, wherein the first and second connecting conductive portions and the center tap conductive portion are configured by plate-like members.
前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を出力する変圧素子と、
2つの整流素子を有すると共にこれらの整流素子によって前記出力交流電圧を整流することで直流出力電圧を出力するセンタタップ型の整流回路と、
前記スイッチング回路を駆動する駆動回路と
を備え、
前記変圧素子は、
磁芯と、
前記磁芯に巻回され、前記入力交流電圧が供給される1次側巻線と、
前記磁芯に巻回されると共に、前記2つの整流素子のうちの一の整流素子と接続するための第1の引出端、他の整流素子と接続するための第2の引出端、および前記整流回路のセンタタップと接続するためのセンタタップ引出端が前記磁芯の一方側に設けられ、前記第1の接続端と前記センタタップ接続端との間または前記第2の接続端と前記センタタップ接続端との間から前記出力交流電圧が出力される2次側巻線と
を有し、
前記2次側巻線は、
前記磁芯に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第1の引出端を構成する第1の連結導電部と、
前記磁芯に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第2の引出端を構成する第2の連結導電部と、
一端が前記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ前記磁芯の他方側において前記第1および第2の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部と
を有することを特徴とする電圧変換装置。 A switching circuit that switches a DC input voltage to generate an input AC voltage;
A transformer element that transforms the input AC voltage and outputs an output AC voltage;
A center tap type rectifier circuit which has two rectifier elements and outputs a DC output voltage by rectifying the output AC voltage by these rectifier elements;
A drive circuit for driving the switching circuit,
The transformer element is
A magnetic core,
A primary winding wound around the magnetic core and supplied with the input AC voltage;
A first lead-out end wound around the magnetic core and connected to one of the two rectifying elements; a second lead-out end connected to the other rectifying element; and A center tap lead-out end for connecting to the center tap of the rectifier circuit is provided on one side of the magnetic core, and between the first connection end and the center tap connection end or between the second connection end and the center. A secondary winding from which the output AC voltage is output between the tap connection ends,
The secondary winding is
A first connecting conductive portion that is wound in one polarity direction with respect to the magnetic core, and has one end constituting the first lead-out end;
A second connecting conductive portion wound around the magnetic core in another polarity direction, one end of which constitutes the second lead end;
One end constitutes the center tap lead-out end, and the other two ends each have a center tap conductive portion connected to each other end of the first and second connection conductive portions on the other side of the magnetic core. A voltage converter characterized by that.
前記第1および第2の引出端は、前記第1の連結導電部または前記第2の連結導電部をねじで接続するための一対のねじ接続部をそれぞれ有し、
前記第1の引出端または前記第2の引出端と前記第1の整流素子または前記第2の整流素子とが、それぞれ、前記第1および第2のねじ接続部と前記一対のねじ接続部とで、互いにねじで接続されるように構成され、
前記単一部品内における前記第1のねじ接続部と前記第2のねじ接続部との間隔と、前記第1の引出端および前記第2の引出端において互いに隣接するねじ接続部同士の間隔とが、互いに等しくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項7に記載の電圧変換装置。 The two rectifying elements are composed of first and second rectifying elements, and first and second screw connection portions for connecting one ends of the first and second rectifying elements with screws. Each provided independently in a single part,
The first and second lead ends each have a pair of screw connection parts for connecting the first connection conductive part or the second connection conductive part with screws,
The first lead end or the second lead end and the first rectifier element or the second rectifier element are respectively the first and second screw connection portions and the pair of screw connection portions. And are configured to be connected to each other with screws,
The interval between the first screw connection portion and the second screw connection portion in the single component, and the interval between the screw connection portions adjacent to each other at the first extraction end and the second extraction end. Are configured to be equal to each other. The voltage converter according to claim 7.
前記空間領域に巻回されると共に、第1および第2の引出端ならびにセンタタップ引出端が前記空間領域の一方側に設けられた2次側巻線と
を備え、
前記2次側巻線は、
前記空間領域に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第1の引出端を構成する第1の連結導電部と、
前記空間領域に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第2の引出端を構成する第2の連結導電部と、
一端が前記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ前記空間領域の他方側において前記第1および第2の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部と
を有することを特徴とするコイル。
A primary winding wound in a predetermined space region;
A secondary winding wound around the space region, the first and second lead ends and the center tap lead end provided on one side of the space region, and
The secondary winding is
A first connecting conductive portion wound in one polarity direction with respect to the space region, and having one end constituting the first lead-out end;
A second connecting conductive portion which is wound in the other polarity direction with respect to the space region, and has one end constituting the second lead-out end;
One end constitutes the center tap lead-out end, and the other two ends each have a center tap conductive portion connected to each other end of the first and second connection conductive portions on the other side of the space region. A coil characterized by that.
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