JP6367358B2 - 絶縁型降圧コンバータ - Google Patents

Description

本発明は絶縁型降圧コンバータに関し、特に、直流高電圧から直流定電圧を生成する絶縁型降圧コンバータに関するものである。

スイッチング電源の一種であるＤＣ−ＤＣ（直流−直流）コンバータ等に含まれる降圧トランスとして、たとえば特開２００４−３０３８５７号公報（特許文献１）には、渦巻き状に複数回巻回された１次側コイルと１ターン巻回された２次側コイルとが重ねられた構成が開示されている。またたとえば特開２０１１−７７３２８号公報（特許文献２）には、Ｓ字状に１ターンのコイルが直列に２つつながった２次側コイルが、１次側コイルをその上下側から挟むように配置された構成が開示されている。

特開２００４−３０３８５７号公報 特開２０１１−７７３２８号公報

ＤＣ−ＤＣコンバータの一種である絶縁型降圧コンバータでは、降圧トランスの高電圧の１次側コイルの電圧の、低電圧の２次側コイルの電圧に対する比である降圧比を大きくする要請がある。特開２００４−３０３８５７号公報および特開２０１１−７７３２８号公報に開示の降圧トランスにおいてその降圧比を大きく設定するには、１次側コイルの巻き数を増加させる必要がある。

しかしながら、もし１次側コイルの全体のサイズをあまり大きくすることなくその巻き数を増加させれば、１次側コイルの巻線の通電断面積が減り、１次側コイルの発熱が増加する。１次側コイルとして、プリント基板に形成される厚みの大きいパターンまたは樹脂封止された厚い銅板を用いることにより発熱を抑制できるが、コスト上昇を招く。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、降圧トランスの降圧比が大きくなっても、製造コストを上昇させることなく１次側コイルの発熱の増加を抑制できる絶縁型降圧コンバータを提供することである。

本発明の絶縁型降圧コンバータは、コアと、１次側コイルと、第１、第２、第３および第４の２次側コイルと、第１、第２、第３および第４の整流素子とを備えている。コアは、中足と、第１および第２の外足とを含んでいる。第１、第２、第３および第４の整流素子は、１次側コイルに流れる電流の方向が変化するごとに中足内を通る磁束を打ち消すように、第１および第２の２次側コイルのいずれかならびに第３および第４の２次側コイルのいずれか、のみに交互に電流が流れ、かつ、第１および第２の２次側コイルのいずれかならびに第３および第４の２次側コイルのいずれか、の２つに同時に流れる電流は互いに反対方向となるように整流可能である。

本発明によれば、１次側コイルの巻き数を減らすことができるため、製造コストを上昇させることなく１次側コイルの発熱の増加を抑制することができる。

実施の形態１の絶縁型降圧コンバータの第１例を示す回路ブロック図である。 実施の形態１の降圧トランスを構成するコアおよび多層プリント基板の配置を示す分解斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う部分の多層プリント基板の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第１層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ａ）と、実施の形態１の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第２層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｂ）と、実施の形態１の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第３層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｃ）と、実施の形態１の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第４層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｄ）とである。 実施の形態１の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第１層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ａ）と、実施の形態１の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第２層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｂ）と、実施の形態１の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第３層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｃ）と、実施の形態１の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第４層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｄ）とである。 １次側コイルに加わる電圧の時間変化を示すグラフ（Ａ）と、２次側コイル２２Ａ，２２Ｄに加わる電圧の時間変化を示すグラフ（Ｂ）と、２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃに加わる電圧の時間変化を示すグラフ（Ｃ）とである。 実施の形態１の絶縁型降圧コンバータの第２例を示す回路ブロック図である。 実施の形態１の第２例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第１層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ａ）と、実施の形態１の第２例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第２層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｂ）と、実施の形態１の第２例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第３層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｃ）と、実施の形態１の第２例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第４層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｄ）とである。 実施の形態１の第２例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第１層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ａ）と、実施の形態１の第２例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第２層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｂ）と、実施の形態１の第２例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第３層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｃ）と、実施の形態１の第２例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第４層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｄ）とである。 実施の形態１の第３例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第１層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ａ）と、実施の形態１の第３例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第２層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｂ）と、実施の形態１の第３例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第３層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｃ）と、実施の形態１の第３例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第４層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｄ）とである。 実施の形態１の第４例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第１層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ａ）と、実施の形態１の第４例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第２層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｂ）と、実施の形態１の第４例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第３層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｃ）と、実施の形態１の第４例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第４層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｄ）とである。 実施の形態１における図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分が組み立てられ、放熱器にセットされた態様を示す概略断面図である。 実施の形態２の降圧トランスを構成するコアおよび多層プリント基板の配置を示す分解斜視図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う部分の多層プリント基板の構成を示す概略断面図である。 実施の形態２の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第１層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ａ）と、実施の形態２の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第２層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｂ）と、実施の形態２の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第３層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｃ）と、実施の形態２の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第４層におけるコイルの態様および当該コイルの第１の状態を示す概略平面図（Ｄ）とである。 実施の形態２の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第１層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ａ）と、実施の形態２の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第２層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｂ）と、実施の形態２の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第３層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｃ）と、実施の形態２の第１例における、図３の多層プリント基板における金属薄膜のパターンの第４層におけるコイルの態様および当該コイルの第２の状態を示す概略平面図（Ｄ）とである。 実施の形態２における図１３のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う部分が組み立てられ、放熱器にセットされた態様を示す概略断面図である。 実施の形態３の絶縁型降圧コンバータの第１例を示す回路ブロック図である。 実施の形態３での結合バランス状態における平滑コイル４２Ａに流れる電流の時間変化を示すグラフと、実施の形態３での結合バランス状態における平滑コイル４２Ｂに流れる電流の時間変化を示すグラフと（Ａ）と、実施の形態３での結合アンバランス状態における平滑コイル４２Ａに流れる電流の時間変化を示すグラフと、実施の形態３での結合アンバランス状態における平滑コイル４２Ｂに流れる電流の時間変化を示すグラフと（Ｂ）とである。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず図１を用いて、本実施の形態の絶縁型降圧コンバータを構成する回路について説明する。

図１を参照して、本実施の形態の第１例の絶縁型降圧コンバータ１０１は、１次側駆動回路１と、降圧トランス２と、整流回路３と、平滑回路４と、制御回路５とを主に有している。

１次側駆動回路１は、４つのスイッチング素子１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ（これらをまとめてスイッチング素子１１とする）を有している。降圧トランス２は、１次側コイル２１と、４つの２次側コイル２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ（これらをまとめて２次側コイル２２とする）とを有している。整流回路３は、４つの整流素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ（これらをまとめて整流素子３１とする）を有している。平滑回路４は、平滑コンデンサ４１と平滑コイル４２とを有している。

１次側駆動回路１においては、スイッチング素子１１が図１のように接続されている。具体的には直列に接続されたスイッチング素子１１Ａ，１１Ｂと、直列に接続されたスイッチング素子１１Ｃ，１１Ｄとが、並列に接続されている。スイッチング素子１１Ａとスイッチング素子１１Ｂとの間には接続点１２が、スイッチング素子１１Ｃとスイッチング素子１１Ｄとの間には接続点１３が存在する。接続点１２と接続点１３との間に１次側コイル２１が接続されている。

スイッチング素子１１は制御回路５に接続されているため、制御回路５によりスイッチング素子１１Ａ〜１１Ｄが交互にオンオフするよう制御される。具体的には、スイッチング素子１１Ａおよびスイッチング素子１１Ｄがオンする第１の状態と、スイッチング素子１１Ｂおよびスイッチング素子１１Ｃがオンする第２の状態とが一定の時間間隔ごとに交互に出現する。これにより１次側駆動回路１においては、第１の状態と第２の状態との間で、直流電源６の電圧Ｖｉからの入力電圧が、互いに反対方向に（一方が正の電圧で、他方が負の電圧であるように）、１次側コイル２１に印加される。

以上のようにスイッチング素子１１は４つのスイッチング素子１１Ａ〜１１Ｄによりいわゆるフルブリッジ回路を構成している。しかし上記第１および第２の状態の間で交互に互いに反対方向の電圧を１次側コイル２１に印加可能であれば、スイッチング素子１１の態様は上記図１の態様に限らず、たとえば２つのスイッチング素子で構成するいわゆるハーフブリッジ回路などが採用されてもよい。

２次側コイル２２Ａの１対の端部のうち一方の端部は絶縁型降圧コンバータ１０１の２次側の基準電位７に、他方の端部は整流素子３１Ａのアノードに接続されている。同様に、２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄのそれぞれの１対の端部のうち一方の端部は絶縁型降圧コンバータ１０１の２次側の基準電位７に、他方の端部は整流素子３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのそれぞれのアノードに接続されている。

整流素子３１Ａ〜３１Ｄのそれぞれのカソードは平滑コイル４２に接続され、平滑コイル４２と平滑コンデンサ４１とが直列に接続されることにより平滑回路４が構成されている。

次に、図２〜図５を用いて、本実施の形態における降圧トランス２を構成する各部材の構造について説明する。

図２を参照して、本実施の形態の降圧トランス２は、Ｅ型コア２３（コア）と、Ｉ型コア２４と、多層プリント基板２６とを主に有している。Ｅ型コア２３は、図２の外足２３Ａ，２３Ｂと、中足２３Ｃと、コア連結部２３Ｄとを有している。なお図２は分解斜視図であるため、上記の各部材の配置を示しているにすぎず、これらの各部材が最終的に降圧トランス２の内部で組み立てられた態様を示すものではない。

外足２３Ａ（第１の外足）は、中足２３Ｃと同じ方向すなわち図２の下方向に延びており、中足２３Ｃと（図２の左右方向に関して）互いに間隔をあけて配置されている。外足２３Ｂ（第２の外足）は、中足２３Ｃに対して外足２３Ａと反対側（つまり図２の中足２３Ｃの右側）に、中足２３Ｃと（図２の左右方向に関して）互いに間隔をあけて配置されている。つまり２つの外足２３Ａ，２３Ｂは、図２の左右側から中足２３Ｃを挟むように配置されている。コア連結部２３Ｄは、図２の上下方向に延びる外足２３Ａ，２３Ｂおよび中足２３Ｃをこれらの上側の端部で互いに接続するように、外足２３Ａ，２３Ｂおよび中足２３Ｃの延びる方向に交差する方向（図２の左右方向）に延びる部分である。

図２においては、中足２３Ｃの延びる方向に交差する断面が、外足２３Ａ，２３Ｂの延びる方向に交差する断面よりも大きくなっている。より具体的には、図２においては外足２３Ａと外足２３Ｂとの当該断面の面積はほぼ等しく、かつ２つの外足２３Ａ，２３Ｂの当該断面の面積の和は中足２３Ｃの当該断面の面積にほぼ等しくなっている。しかしこのような態様に限られない。

以上によりＥ型コア２３は、図２の正面側から見ればあたかも「Ｅ」の文字のような形状を有している。

Ｉ型コア２４は、コア連結部２３Ｄのように図の左右方向に延びる直方体状を有している。図２の全体を上方から見れば（平面視すれば）、Ｅ型コア２３とＩ型コア２４とはいずれも、互いに合同の関係にある長方形状（長尺形状）であることが好ましい。

なおＥ型コア２３およびＩ型コア２４はともに一般公知のフェライトなどにより形成されることが好ましい。

多層プリント基板２６はたとえば平面視において矩形状を有する平板状の部材である。多層プリント基板２６には、一方（図の上側）の主表面から他方（図の下側）の主表面までこれを貫通するように、たとえば３つの貫通孔２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが互いに間隔をあけて一直線状に形成されている。

Ｅ型コア２３とＩ型コア２４とに挟まれるように配置された多層プリント基板２６は、外足２３Ａが貫通孔２６Ａを、外足２３Ｂが貫通孔２６Ｂを、中足２３Ｃが貫通孔２６Ｃを、それぞれ貫通するようにセットされ、その外足および中足２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの末端部（図２の最下部）がＩ型コア２４の長尺形状の表面上に載置されるように固定される。これによりＥ型コア２３の外足２３Ａ，２３Ｂおよび中足２３Ｃの一部が貫通孔２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃのそれぞれを貫通するように降圧トランス２が組み立てられる。後述するように、組み立てられた降圧トランス２は、外足２３Ａと中足２３Ｃと、および外足２３Ｂと中足２３Ｃとにより、２つの磁路が形成される。

なおここではＥ型コア２３とＩ型コア２４とが組み合わせられることにより２つの磁路が形成されるが、これに限らず、たとえば２つのＥ型コアが組み合わせられたり、２つのＥＥＲ型コアが組み合わせられたりすることにより、２つの磁路を有する降圧トランスが組み立てられてもよい。

図２および図３を参照して、多層プリント基板２６は、たとえば一般公知の樹脂などの絶縁材料の基板本体部２７を土台とし、その内部に複数の、たとえば銅などの金属薄膜のパターン２８が配線として形成された基板である。本実施の形態の多層プリント基板２６は、たとえばパターン２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの４層のパターンを有している。これらのうち最下層のパターン２８Ａは、基板本体部２７の最下面に接するように（つまり多層プリント基板２６全体の最下層となるように）形成されていてもよく、最上層のパターン２８Ｄは、基板本体部２７の最上面に接するように（つまり多層プリント基板２６全体の最上層となるように）形成されていてもよい。ただしこのような態様に限られず、たとえばパターン２８Ａ，２８Ｄが（パターン２８Ｂ，２８Ｃと同様に）多層プリント基板２６の内部に形成されていてもよい。パターン２８Ａ〜２８Ｄは、絶縁材料の基板本体部２７により図３の上下方向に関して互いに間隔をあけて配置されており、たとえば配線用のビアなどによって接続されない限り、互いに電気的に接続されない（短絡されない）態様になっている。

図３に示すように４層のパターン２８Ａ〜２８Ｄを有する多層プリント基板２６を４層プリント基板と呼んでもよい。

図４（Ａ）を参照して、多層プリント基板２６の４層のパターン２８Ａ〜２８Ｄのうち最下層である１層目を平面視すれば、この面には、図３のパターン２８Ａと同一の層として、２次側コイル２２Ａと２次側コイル２２Ｄとが配置されている。つまり上記の２次側コイル２２Ａ，２２Ｄは、パターン２８Ａと同一の層である（パターン２８Ａに対応する膜である）と考えてもよく、たとえば銅の薄膜のパターンとして形成されたコイルである。

２次側コイル２２Ａ（第１の２次側コイル）は、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域を含むように配置されており、少なくとも外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域においては平面視において直線状に延びている。つまり擬似的に２次側コイル２２Ａは外足２３Ａの周囲を１ターンの半分（０．５ターン）巻回しているのと等価であるとみることができる。２次側コイル２２Ａは、外足２３Ａと中足２３Ｃとに挟まれた直線状の領域の一方の端部側（図４（Ａ）の左側）において、上記直線状に延びる方向とほぼ直交するように屈曲しており、この屈曲部には基準電位７が接続されている。また２次側コイル２２Ａの、外足２３Ａと中足２３Ｃとに挟まれた直線状の領域の上記一方の端部側の反対側の端部側（図４（Ａ）の右側）において、整流素子３１Ａ（第１の整流素子）のアノードが接続されている。ただしこのような屈曲部を有する態様に限らず、たとえば基準電位７から整流素子３１Ａまで一直線状に延びていてもよい。

２次側コイル２２Ｄ（第３の２次側コイル）は、外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域を含むように配置されており、少なくとも外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域においては平面視において直線状に（擬似的に外足２３Ｂの周囲を０．５ターン）延びている。２次側コイル２２Ｄは、外足２３Ｂと中足２３Ｃとに挟まれた直線状の領域の一方の端部側（図４（Ａ）の右側）において、上記直線状に延びる方向とほぼ直交するように屈曲しており、この屈曲部には基準電位７が接続されている。また２次側コイル２２Ｄの、外足２３Ｂと中足２３Ｃとに挟まれた直線状の領域の上記一方の端部側の反対側の端部側（図４（Ａ）の左側）において、整流素子３１Ｄ（第３の整流素子）のアノードが接続されている。ただしこのような屈曲部を有する態様に限らず、たとえば基準電位７から整流素子３１Ｄまで一直線状に延びていてもよい。

図４（Ｂ）を参照して、多層プリント基板２６の４層のパターン２８Ａ〜２８Ｄのうち最下層から２層目を平面視すれば、この面には、図３のパターン２８Ｂと同一の層として、１次側コイル２１が配置されている。つまり上記の１次側コイル２１は、パターン２８Ｂと同一の層である（パターン２８Ｂに対応する膜である）と考えてもよく、たとえば銅の薄膜のパターンとして形成されたコイルである。

１次側コイル２１は、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域、外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域、および上記２つの領域間を結ぶ領域を通るように配置されている。より詳細には、１次側コイル２１は、中足２３Ｃの周囲を、図のようにたとえば渦巻き状に２ターン巻回する態様となっている。渦巻き状の１次側コイル２１の１ターン目と２ターン目との間には隙間があり、両者が電気的に短絡しない構成となっている。１次側コイル２１は、上記の各領域のそれぞれにおいて直線状に延びており、各領域間を跨ぐところでほぼ直角に屈曲している。これにより１次側コイル２１は、平面視において矩形状を描くように中足２３Ｃの周囲を巻回している。

図４（Ｃ）を参照して、多層プリント基板２６の４層のパターン２８Ａ〜２８Ｄのうち最下層から３層目を平面視すれば、この面には、図３のパターン２８Ｃと同一の層として、１次側コイル２１が配置されている。つまり上記の１次側コイル２１は、パターン２８Ｃと同一の層である（パターン２８Ｃに対応する膜である）と考えてもよく、たとえば銅の薄膜のパターンとして形成されたコイルである。

図４（Ｃ）の１次側コイル２１は、図４（Ｂ）の１次側コイル２１とほぼ同様に、中足２３Ｃの周囲を渦巻き状にたとえば２ターン巻回する態様となっている。図４（Ｂ）の２ターンの１次側コイル２１と図４（Ｃ）の２ターンの１次側コイル２１とは、その端部同士が図３の上下方向（多層プリント基板２６の厚み方向）に延びる接続ビア２５により電気的に接続され、これらを合わせたものが１本の１次側コイル２１として機能する。また図４（Ｂ）の１次側コイル２１の接続ビア２５に接続される側の端部と反対側の端部は図１の接続点１２に、図４（Ｃ）の１次側コイル２１の接続ビア２５に接続される側の端部と反対側の端部は図１の接続点１３に、それぞれ対応する。以上により合計４ターンの１次側コイル２１が構成されている。

図４（Ｄ）を参照して、多層プリント基板２６の４層のパターン２８Ａ〜２８Ｄのうち最上層である４層目を平面視すれば、この面には、図３のパターン２８Ｄと同一の層として、２次側コイル２２Ｃと２次側コイル２２Ｂとが配置されている。つまり上記の２次側コイル２２Ｃ，２２Ｂは、パターン２８Ｄと同一の層である（パターン２８Ｄに対応する膜である）と考えてもよく、たとえば銅の薄膜のパターンとして形成されたコイルである。

２次側コイル２２Ｃ（第２の２次側コイル）は、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域を含むように配置されており、少なくとも外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域においては平面視において直線状に（擬似的に外足２３Ａの周囲を０．５ターン）延びている。２次側コイル２２Ｃは、外足２３Ａと中足２３Ｃとに挟まれた直線状の領域の一方の端部側（図４（Ｂ）の右側）において、上記直線状に延びる方向とほぼ直交するように屈曲しており、この屈曲部には基準電位７が接続されている。また２次側コイル２２Ｃの、外足２３Ａと中足２３Ｃとに挟まれた直線状の領域の上記一方の端部側の反対側の端部側（図４（Ｂ）の左側）において、整流素子３１Ｃ（第２の整流素子）のアノードが接続されている。ただしこのような屈曲部を有する態様に限らず、たとえば基準電位７から整流素子３１Ｃまで一直線状に延びていてもよい。

２次側コイル２２Ｂ（第４の２次側コイル）は、外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域を含むように配置されており、少なくとも外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域においては平面視において直線状に（擬似的に外足２３Ｂの周囲を０．５ターン）延びている。２次側コイル２２Ｂは、外足２３Ｂと中足２３Ｃとに挟まれた直線状の領域の一方の端部側（図４（Ｂ）の左側）において、上記直線状に延びる方向とほぼ直交するように屈曲しており、この屈曲部には基準電位７が接続されている。また２次側コイル２２Ｂの、外足２３Ｂと中足２３Ｃとに挟まれた直線状の領域の上記一方の端部側の反対側の端部側（図４（Ｂ）の右側）において、整流素子３１Ｂ（第４の整流素子）のアノードが接続されている。ただしこのような屈曲部を有する態様に限らず、たとえば基準電位７から整流素子３１Ｂまで一直線状に延びていてもよい。

以上のように多層プリント基板２６には１次側および２次側コイル２１，２２が互いに積層されるように形成されている。Ｅ型コア２３の中足２３Ｃは、これら１次側および２次側コイル２１，２２に囲まれるように、多層プリント基板２６を貫通している。

また上記の２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄの（外足と中足との間に挟まれた）平面視において直線状に延びる部分は、少なくとも部分的に互いに重なっている。このため、外足２３Ａ，２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域において渦巻き状に２ターンの巻回を可能とすべく幅が狭くなっている１次側コイル２１に比べて、１ターンの半分（０．５ターン）分のみ配置される２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄの幅は広くなっている。

上記のように１次側コイル２１には、第１の状態と第２の状態との間で互いに反対方向に電圧が印加されるため、この１次側コイル２１には、第１の状態と第２の状態との間で互いに反対方向に電流が流れる。次にこのことによる２次側コイル２２の電流の流れの変化について説明する。

ここでたとえば図４（Ｂ）および図４（Ｃ）中の矢印に示すように、スイッチング素子１１Ａおよびスイッチング素子１１Ｄ（図１参照）がオンし、１次側コイル２１には直流電源６からの正の入力電圧が加わり、スイッチング素子１１の接続点１２から接続点１３に向けて電流が流れる第１の状態を考える。このとき図４（Ｂ）においては１次側コイル２１の渦の外側から内側に向けて、図４（Ｃ）においては１次側コイル２１の渦の内側から外側に向けて、電流が流れる。

この電流により、１次側コイル２１に巻回される中足２３Ｃ内には紙面上向きの磁束Ｓ１が生じ、外足２３Ａ，２３Ｂには、それぞれが中足２３Ｃとの間で形成される２つの磁路に応じてループ状に磁束が形成される。このため外足２３Ａ，２３Ｂには、中足２３Ｃと反対方向である紙面下向きの磁束Ｓ２が生じる。

再度図４（Ａ），（Ｄ）を参照して、２次側コイル２２Ａ，２２Ｄには、上記図４（Ｂ），（Ｃ）の中足２３Ｃ内の磁束Ｓ１を打ち消すように、つまり磁束Ｓ２が生じるように誘導起電力が生じ、電流が流れようとする。なおこのとき外足２３Ａ，２３Ｂには磁束Ｓ１が生じようとする。２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃについても２次側コイル２２Ａ，２２Ｄと同様の理論に基づき電流が流れようとする。なお図４（Ａ），（Ｄ）中のコア２３Ａ〜２３Ｃには、図４（Ｂ），（Ｃ）に示す状況に起因して生じようとする磁束の向きが示されている。

そのためには２次側コイル２２Ａ，２２Ｃには図の右向きに、２次側コイル２２Ｂ，２２Ｄには図の左向きに電流が流れようとする。しかし整流素子３１Ｃ，３１Ｂの整流作用により、２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃに流れようとする電流は遮断されて流れず、実際には２次側コイル２２Ａ，２２Ｄのみに図４（Ａ）中に矢印で示す電流が整流素子３１Ａ，３１Ｄを通るように流れる。具体的には、２次側コイル２２Ａ，２２ＤはＥ型コア２３およびＩ型コア２４により磁気結合しているため、それぞれと平面的に重なる１次側コイル２１に流れる電流の方向と逆方向に電流が流れる。

次に、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）中の矢印に示すように、スイッチング素子１１Ｂおよびスイッチング素子１１Ｃ（図１参照）がオンし、１次側コイル２１には直流電源６からの負の入力電圧が加わり、スイッチング素子１１の接続点１３から接続点１２に向けて電流が流れる第２の状態を考える。このとき図５（Ｂ）においては１次側コイル２１の渦の内側から外側に向けて、図５（Ｃ）においては１次側コイル２１の渦の外側から内側に向けて、電流が流れる。

この電流により、上記と逆に１次側コイル２１に巻回される中足２３Ｃ内には磁束Ｓ２が、外足２３Ａ，２３Ｂには磁束Ｓ１が生じる。

図５（Ａ），（Ｄ）を参照して、２次側コイル２２Ａ，２２Ｄには、中足２３Ｃ内に起こった磁束の変化を打ち消すように、つまり磁束Ｓ１が生じるように誘導起電力が生じ、電流が流れようとする。なおこのとき外足２３Ａ，２３Ｂには磁束Ｓ２が生じようとする。２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃについても同様である。図５（Ａ），（Ｄ）中のコア２３Ａ〜２３Ｃには、生じようとする磁束の向きが示されている。

そのためには２次側コイル２２Ａ，２２Ｃには図の左向きに、２次側コイル２２Ｂ，２２Ｄには図の右向きに電流が流れようとする。しかし整流素子３１Ａ，３１Ｄの整流作用により、２次側コイル２２Ａ，２２Ｄに流れようとする電流は遮断されて流れず、実際には２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃのみに図５（Ｄ）中に矢印で示す電流が整流素子３１Ｂ，３１Ｃを通るように流れる。上記と同様に、２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃにはそれぞれと平面的に重なる１次側コイル２１に流れる電流の方向と逆方向に電流が流れる。

次に図６を用いて、上記の各状態間における各コイルに加わる電圧の変化について説明する。

図６（Ａ）を参照して、まず図４に示す第１の状態のとき、１次側駆動回路１により、１次側コイル２１には正の電圧Ｖｉが印加される。このとき図６（Ｂ）に示すように、電流が流れる２次側コイル２２Ａ，２２Ｄには正の電圧が加わる。ただし降圧トランス２内における１次側コイル２１と２次側コイル２２とのターン数の比に応じて２次側コイル２２の電圧は１次側コイル２１の電圧よりも低くなり、ここではＶｉ／８となっている。また図６（Ｃ）を参照して、このとき２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃには２次側コイル２２Ａ，２２Ｄに対して位相が反転した（１８０°ずれた）負の電圧が加わり、ここでは−Ｖｉ／８となる。２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃにはこのような電圧が加わるが、上記のように整流素子３１Ｂ，３１Ｃにより電流が遮断される。

次に図５に示す第２の状態のとき、図６（Ａ）に示すように１次側コイル２１には第１の状態とは位相が反転した負の電圧−Ｖｉが印加される。このとき図６（Ｂ）に示すように、電流が流れない２次側コイル２２Ａ，２２Ｄには負の電圧−Ｖｉ／８が加わり、図６（Ｃ）に示すように、電流が流れる２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃには正の電圧Ｖｉ／８が加わる。

上記第１および第２の状態のいずれにおいても、２次側コイル２２に発生する（２次側コイル２２から出力される）電圧は、整流素子３１での電流の整流により一方向のみに印加される直流電圧と同様の態様となり、さらに平滑回路４（平滑コンデンサ４１および平滑コイル４２）で平滑化される。以上により、平滑化された直流の電圧Ｖｏが平滑コンデンサ４１の両端に印加される。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。
図７、図８および図９を参照して、本実施の形態の第２例の絶縁型降圧コンバータ１０２は、基本的に第１例の絶縁型降圧コンバータ１０１と同様の構成を有している。しかし絶縁型降圧コンバータ１０２は、２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄのそれぞれの１対の端部のうち、基準電位７に接続される側の端部と同じ側の端部に整流素子３１Ａ〜３１Ｄが接続されている点において、絶縁型降圧コンバータ１０１と異なっている。

具体的には、２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄの一方の端部は整流素子３１Ａ〜３１Ｄのカソードに接続されており、他方の端部は平滑コイル４２に接続されている。また整流素子３１Ａ〜３１Ｄのアノードは基準電位７に接続されている。なお図８（Ａ），（Ｄ）において、図４（Ａ），（Ｄ）と異なり２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄは整流素子３１Ａ〜３１Ｄと接続される側の端部において屈曲されていないが、これは実施の形態の本質的な部分ではなく、図８（Ａ），（Ｄ）においても図４（Ａ），（Ｄ）と同様に屈曲されていてもよい。

図８を参照して、スイッチング素子１１Ａおよびスイッチング素子１１Ｄ（図１参照）がオンする第１の状態における動作すなわちコア２３の磁束の向きおよび１次側コイル２１および２次側コイル２２の電流の向きは、図４と基本的に同様である。また図９を参照して、スイッチング素子１１Ｂおよびスイッチング素子１１Ｃ（図１参照）がオンする第１の状態における動作すなわちコア２３の磁束の向きおよび１次側コイル２１および２次側コイル２２の電流の向きは、図５と基本的に同様である。

なお、これ以外の本実施の形態の第２例の構成は、本実施の形態の第１例の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に図１０（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、本実施の形態の第３例の絶縁型降圧コンバータは、基本的に第１例と同様の構成を有している。しかしここでは、多層プリント基板２６の第１層のパターン２８Ａおよび第２層のパターン２８Ｂ（図３参照）は図４（Ａ），（Ｂ）と同じであるが、第３層のパターン２８Ｃと第４層のパターン２８Ｄの構成が図４（Ｃ），（Ｄ）とは逆になっている。すなわち図１０（Ｃ）に示す第３層のパターン２８Ｃに相当するのが図４（Ｄ）と同じ２次側コイル２２Ｃ，２２Ｂであり、図１０（Ｄ）に示す第４層のパターン２８Ｄに相当するのが図４（Ｃ）と同じ１次側コイル２１となっている。

つまり第１例ではパターン２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄがそれぞれ２次側コイル２２、１次側コイル２１、１次側コイル２１、２次側コイル２２に対応するようにこの順に積層されている。しかしこれに限らず、第３例のようにパターン２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄがそれぞれ２次側コイル２２、１次側コイル２１、２次側コイル２２、１次側コイル２１に対応するようにこの順に積層されていてもよい。

また図１１（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、本実施の形態の第４例の絶縁型降圧コンバータは、基本的に第１例と同様の構成を有している。しかしここでは、パターン２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄがそれぞれ２次側コイル２２、２次側コイル２２、１次側コイル２１、１次側コイル２１に対応するようにこの順に積層されている。すなわち図１１（Ｂ）に示す第２層のパターン２８Ｂに相当するのが図４（Ｄ）と同じ２次側コイル２２Ｃ，２２Ｂであり、図１１（Ｃ）に示す第３層のパターン２８Ｃに相当するのが図４（Ｂ）と同じ１次側コイル２１である。また図１１（Ｄ）に示す第４層のパターン２８Ｄに相当するのが図４（Ｃ）と同じ１次側コイル２１となっている。

図１０、図１１ともに、各層の積層順序のみが異なっており、各層の態様については図４（Ａ）〜（Ｄ）のいずれかと同じである。このため第３例、第４例ともに、上記の第１および第２の状態のそれぞれにおける動作は、第１例および第２例と同様である。

本実施の形態の第３例および第４例は以上の点においてのみ本実施の形態の第１例と異なっており、本実施の形態の第３例および第４例の絶縁型降圧コンバータは、図１に示す第１例の絶縁型降圧コンバータ１０１の回路ブロック図と同様の回路図を有している。よって同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

なお本実施の形態は、上記のいずれの例においても、第１の２次側コイルと第３の２次側コイルとが互いに同一の第１の層（同一の平面上）に配置され、かつ第２の２次側コイルと第４の２次側コイルとが上記第１の層とは異なる互いに同一の第２の層（同一の平面上）に配置される。ただしこれに限らず、たとえば第１の２次側コイルと第４の２次側コイルとが互いに同一の層である第１の層または第２の層に配置されてもよい。この場合はたとえば２次側コイル２２Ａが第１の２次側コイルに、２次側コイル２２Ｄが第４の２次側コイルになる。

ここで、以上に述べた本実施の形態の絶縁型降圧コンバータの作用効果について説明する。

まず１次側駆動回路１により、１次側コイル２１には、一定の時間間隔ごとに互いに反対方向の電圧を印加することができる。これにより直流の入力電圧を交流電圧に変換することができ、降圧トランス２における相互誘導による降圧を可能とする。

またたとえば図４と図５とに示すように、１次側コイル２１と２次側コイル２２とが少なくとも一部において互いに重なるように配置される。このため、１次側コイル２１の電流による磁束の変化を打ち消すように、２次側コイル２２には１次側コイル２１の電流の方向と逆方向に電流が流れようとする相互誘導の効果を高く得ることができる。

本実施の形態において整流素子３１は、図４および図５の示す２つの状態の間で１次側コイル２１に流れる電流の方向が変化するごとに中足２３内を通る磁束Ｓ１，Ｓ２の変化を打ち消す磁束を発生するように流れようとする２次側コイル２２の電流を整流する。つまり、ここでは外足２３Ａと中足２３Ｃとの間に配置される２次側コイル２２Ａ，２２Ｃのいずれか、および外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間に配置される２次側コイル２２Ｂ，２２Ｄのいずれかのみに交互に電流が流れる。

整流素子３１が上記のように交互に電流が流れるように整流することにより、１次側コイル２１と２次側コイル２２との間で相互誘導により得られる交流の電圧を直流の電圧に変換し、直流の出力を得ることができる。さらに平滑回路により、直流の出力値をさらに安定させることができる。

またたとえば同時に流れる２次側コイル２２Ａと２次側コイル２２Ｄとの電流の方向、および同時に流れる２次側コイル２２Ｂと２次側コイル２２Ｃとの電流の方向は互いに反対方向になっている。これにより、同時に電流が流れる２つの直線状の（０．５ターンと等価の）２次側コイルを併せて擬似的に１ターンのコイルと等価とすることができる。したがって１ターンの２次側コイル２２を用いて降圧トランス２として降圧の機能をさせることができる。

ただし上記のように擬似的には１ターンの状態を作り出しているものの、回路全体としては０．５ターンの２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄが並んだ状態となっている。このため降圧トランス２の降圧比を考える際にはこれら複数の２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄを併せても２次側コイル２２全体で０．５ターンのコイルと等価であると考えることができる。

ここで比較例として通常の降圧トランスの構成について述べる。通常の降圧トランスは１次側および２次側コイルの双方において、トランスとしての機能を果たすために少なくとも１ターン以上の巻回がなされる。すなわち、たとえば２次側コイルに１次側コイルの１／８の電圧を発生させる場合には、最小でも１次側コイルが８ターン以上、２次側コイルが１ターン以上巻回する必要がある。降圧比が大きくなると１次側コイルの巻き数がさらに増える。この場合特に１次側コイル全体の断面積の増加を避けるためには、１次側コイルの巻線の断面積を小さくする必要がある。すると１次側コイルに流れる電流による発熱量が増加し、絶縁型降圧コンバータ全体の動作の不具合等を来す可能性がある。

そこで本実施の形態においては、外足２３Ａ，２３Ｂと中足２３Ｃとの間を０．５ターン分巻回する２次側コイル２２が採用されている。これにより、上記の比較例と同じ降圧比を実現するためには、図４（Ｂ），（Ｃ）に示すように１次側コイル２１の巻回数を合計４ターンに減少することができる。これにより１次側コイル２１の巻線の断面積を小さくすることなく、比較例と同じ降圧比を実現することができ、１次側コイル２１の発熱の増加を抑制することができる。また２次側コイルの巻回数が少ないことから、２次側コイルの通電距離を短くすることができる。

また２次側コイル２２が平面視において直線状に延びることから、２次側コイル２２での電流の流れが直線に近くなる。このためたとえば巻回した通常の屈曲の多いコイルのようにコイルの内周付近に電流が集中することなく均一に電流が流れる。この観点からも、本実施の形態においては発熱の低減および分散ができるといえる。

以上のように発熱の低減を可能とする本実施の形態に関して、最後に図１２を用いて、上記の降圧トランスの放熱経路について説明する。

図１２を参照して、図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分における組立後の降圧トランスは、図中に明示されないが多層プリント基板２６に上記の態様で形成される２次側コイル２２（２２Ａ〜２２Ｄ）のそれぞれの１対の端部のうち一方の端部が、配線３２を介在して整流素子３１（３１Ａ〜３１Ｄ）のそれぞれに（電気的に）接続されている。これに対して２次側コイル２２（２２Ａ〜２２Ｄ）のそれぞれの１対の端部のうち上記一方の端部と反対側の他方の端部が、放熱器７１に通じている。

具体的には、多層プリント基板２６は、絶縁シート７２を介在して放熱器７１に接触するように載置されている。言い換えれば、放熱器７１の上に絶縁シート７２が載置され、その絶縁シート７２の上に多層プリント基板２６の表面の一部が接するように載置されている。ここで２次側コイル２２が放熱器７１に通じているとは、２次側コイル２２が放熱器７１に直接接続される場合のみならず、両者の間に絶縁シート７２などの他の部材を介在して接続される場合を含んでいる。このため２次側コイル２２が放熱器７１に通じているとは、２次側コイル２２と放熱器７１とが電気的に接続される場合と接続されない場合との双方を含む。なお放熱器７１の断面形状はあくまで一例でありこれに限られない。

放熱器７１は、本実施の形態の絶縁型降圧コンバータ１０１，１０２における２次側の基準電位７（図１、図４参照）として機能する。多層プリント基板２６の２次側コイル２２は、ネジ７３により放熱器７１と固定されることが好ましい。このネジ７３により、多層プリント基板２６を放熱器７１に安定に固定できるとともに、２次側コイル２２から熱および電気を、ネジ７３を介在して放熱器７１に容易に伝えることができる。また多層プリント基板２６の最下層のパターン２８Ａ（図３参照）と放熱器７１との接触面を介在して２次側コイル２２の発する熱を伝えることもできる。また多層プリント基板２６の最下層のパターン２８Ａ（図３参照）と放熱器７１との接触面を介在して２次側コイル２２と放熱器７１とを電気的に接続することもできる。

以上をまとめると、多層プリント基板２６の２次側コイル２２（パターン２８Ａ）から放熱器７１への伝熱経路は（一部図示されないが）合計３つ存在する。具体的には、２次側コイル２２から放熱器７１へ直接伝熱する経路と、２次側コイル２２を固定するネジ７３を介在して（挟んで）２次側コイル２２から放熱器７１へ伝熱する経路と、２次側コイル２２から絶縁シート７２を介在して放熱器７１へ伝熱する経路とである。これらのうち上記１つ目と２つ目の経路は、２次側コイル２２から放熱器７１への電流の経路ともなり得る。

また放熱器７１の上には、Ｉ型コア２４、Ｅ型コア２３の表面の一部が接触しており、また整流素子３１は放熱器７１の上に（接触するように）設置されている。これにより、コア２４，２３および整流素子３１の発熱も放熱器７１に容易に伝えることができる。

なお放熱器７１は、空冷または水冷されることにより、自身が受けた熱を放熱することができる。

また多層プリント基板２６内においては図３に示す絶縁性の基板本体部２７により、１次側コイル２１と２次側コイル２２とが比較的厳しい規格を満たすように絶縁される必要がある。しかし多層プリント基板２６の最下層のパターン２８Ａに相当する２次側コイル２２と２次側の基準電位７である放熱器７１との間に挟まれる絶縁シート７２は、その絶縁性の規格をさほど厳しくする必要がない。このため絶縁シート７２の厚みを薄くできることから、１次側コイル２１および２次側コイル２２の発熱は、絶縁シート７２を介することによりいっそう放熱器７１に伝えやすくすることができる。

また多層プリント基板２６の内部の１次側コイル２１は、多層プリント基板２６の基板本体部２７を通って放熱器７１へ伝熱する経路と、接続ビア２５（図４（Ｂ），（Ｃ）参照）から絶縁シート７２を介して放熱器７１へ伝熱する経路との２つの経路が存在する。このため１次側コイル２１からの発熱を高効率に放熱することができる。

以上の放熱器７１は、本実施の形態の絶縁型降圧コンバータ１０１，１０２の各部品を内蔵する、図１２中に点線で示す筐体７４と一体としてもよい。この場合、２次側コイル２２（２２Ａ〜２２Ｄ）のそれぞれの１対の端部のうち上記一方の端部と反対側の他方の端部が、筐体７４に通じている。

（実施の形態２）
実施の形態２は実施の形態１と比較して、特に多層プリント基板２６の第１層および第４層のコイルの構成において異なっている。まず図１３〜図１６を用いて、本実施の形態における降圧トランス２を構成する各部材の構造について説明する。

図１３を参照して、本実施の形態の降圧トランス２は、基本的に実施の形態１の降圧トランス２と同様に、Ｅ型コア２３（コア）と、Ｉ型コア２４と、多層プリント基板２６とを主に有している。

図１３および図１４を参照して、本実施の形態においては、４層の多層プリント基板２６に形成されるコイルのうち第２層のパターン２８Ｂと第３層のパターン２８Ｃとについては、実施の形態１と同様の金属（銅）の薄膜パターンが形成されている。つまり図１５（Ｂ），（Ｃ）および図１６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、図４（Ｂ），（Ｃ）および図５（Ｂ），（Ｃ）と同様にたとえば銅の薄膜のパターンとして合計４ターンの１次側コイル２１が形成されている。

しかし本実施の形態においては、４層の多層プリント基板２６に形成されるコイルのうち最下層の第１層および最上層の第４層としては、金属の薄膜パターンが形成される代わりに、それぞれたとえば銅からなる金属板２９Ａおよび金属板２９Ｂ（これらをまとめて金属板２９）が配置されている。図１４において金属板２９Ａ，２９Ｂは、図３のパターン２８Ａ，２８Ｄと同様に、それぞれ基板本体部２７の最下面および最上面に接するように形成されている。なお銅の代わりにアルミニウムなどが用いられてもよい。

図１４を参照して、金属板２９Ａ，２９Ｂは、パターン２８Ｂ，２８Ｃに比べて厚く形成される。また金属板２９Ａ，２９Ｂは、多層プリント基板２６の図１３の奥行き方向に関する幅よりも長い幅を有するように、つまり多層プリント基板２６の図１３の奥行き方向に関する両端部からはみ出るように形成されてもよい。なお図１４に示すように、実施の形態１と同様に、金属板２９Ａ，２９Ｂおよびパターン２８Ｂ，２８Ｃは、絶縁材料の基板本体部２７により（互いに短絡されないように）互いに間隔をあけて配置されている。

図１５（Ａ）を参照して、多層プリント基板２６の４層（金属板２９Ａ，２９Ｂおよびパターン２８Ｂ，２８Ｃ）のうち最下層である１層目を平面視すれば、この面には、図１４の金属板２９と同一の層として、２次側コイル２２Ａと２次側コイル２２Ｂとが配置されている。

２次側コイル２２Ａ（第１の２次側コイル）は、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域を含むように配置されており、少なくとも外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域においては平面視において直線状に（０．５ターン分）延びている。また２次側コイル２２Ｂ（第３の２次側コイル）は、外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域を含むように配置されており、少なくとも外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域においては平面視において直線状に（０．５ターン分）延びている。

これらの２次側コイル２２Ａ，２２Ｂの図１５（Ａ）の左側の端部には、２次側コイル２２Ａ，２２Ｂにほぼ直交するように、接続部２２Ｅが形成されている。つまり金属板２９Ａとして、２次側コイル２２Ａ，２２Ｂと接続部２２Ｅとが一体として接続される態様となっている。接続部２２Ｅの中央部には金属板２９Ａの一方の主表面から他方の主表面までこれを厚み方向に貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔を経由して金属板２９Ａは基準電位７に通じている。また２次側コイル２２Ａの、接続部２２Ｅにつながる端部側の反対側の端部側（図１５（Ａ）の右側）において、整流素子３１Ａのアノードが接続されている。同様に２次側コイル２２Ｂの、接続部２２Ｅにつながる端部側の反対側の端部側（図１５（Ａ）の右側）において、整流素子３１Ｂのアノードが接続されている。

以下同様に、図１５（Ｄ）を参照して、多層プリント基板２６の４層のうち最上層である４層目を平面視すれば、この面には、図１４の金属板２９Ｂと同一の層として、２次側コイル２２Ｃと２次側コイル２２Ｄとが配置されている。

２次側コイル２２Ｃ（第２の２次側コイル）は、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域を含むように配置されており、少なくとも外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の領域においては平面視において直線状に（０．５ターン分）延びている。また２次側コイル２２Ｄ（第４の２次側コイル）は、外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域を含むように配置されており、少なくとも外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の領域においては平面視において直線状に（０．５ターン分）延びている。

これらの２次側コイル２２Ｃ，２２Ｄの図１５（Ｄ）の右側の端部には、２次側コイル２２Ｃ，２２Ｄにほぼ直交するように、接続部２２Ｆが形成されている。つまり金属板２９Ｂとして、２次側コイル２２Ｃ，２２Ｄと接続部２２Ｆとが一体として接続される態様となっている。接続部２２Ｆには接続部２２Ｅと同様の貫通孔が形成され、この貫通孔を経由して金属板２９Ｂは基準電位７に通じている。また２次側コイル２２Ｃの図１５（Ｄ）の左側の端部には整流素子３１Ｃのアノードが、２次側コイル２２Ｄの図１５（Ｄ）の左側の端部には整流素子３１Ｄのアノードが、それぞれ接続されている。

以上の構成を有する本実施の形態の絶縁型降圧コンバータにおける、１次側コイル２１および２次側コイル２２の電流の流れは、基本的には実施の形態１と同様の原理に基づき実施の形態１と同様に変化する。

すなわち、図１５（Ｂ）および図１５（Ｃ）に示すように（実施の形態１と同様の）第１の状態において図４（Ｂ）および図４（Ｃ）と同様に外足２３Ａ，２３Ｂおよび中足２３Ｃに磁束Ｓ１，Ｓ２が発生し、１次側コイル２１に電流が流れる。このとき２次側コイル２２には、図４（Ｂ），（Ｃ）内の磁束Ｓ１，Ｓ２を打ち消す（逆方向の磁束Ｓ２，Ｓ１が生じる）ように電流が流れようとする。これと整流素子３１Ａ〜３１Ｄの整流作用とにより、第１の状態においては２次側コイル２２Ａ，２２Ｄに図のように互いに逆向きの電流が流れる。図１６（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、また（実施の形態１と同様の）第２の状態においては、図５（Ａ）〜（Ｄ）と同様にコア２３に磁束が生じるため、これを打ち消す観点と整流素子３１Ａ〜３１Ｄの整流作用とにより、２次側コイル２２Ｂ，２２Ｃに図のように互いに逆向きの電流が流れる。

このように本実施の形態においては、２次側コイル２２において同時に流れる電流を、互いに同一の層にない（異なる層すなわち異なる平面上にある）２次側コイル２２Ａおよび２次側コイル２２Ｄ、ならびに２次側コイル２２Ｂおよび２次側コイル２２Ｃ、とすることができる。この点において本実施の形態は、互いに同一の層（同一の平面上）にある２次側コイル２２Ａおよび２次側コイル２２Ｄ、ならびに２次側コイル２２Ｂおよび２次側コイル２２Ｃに同時に電流が流れる実施の形態１と異なっている。

これは以下の理由に基づく。本実施の形態においては、接続部２２Ｅにより、互いに同一の層としての２次側コイル２２Ａおよび２次側コイル２２Ｂが接続されて一体となる。同様に接続部２２Ｆにより、互いに同一の層としての２次側コイル２２Ｃおよび２次側コイル２２Ｄが接続されて一体となる。

これにより、接続部２２Ｅから同一の層の２次側コイル２２Ａおよび２次側コイル２２Ｂに対する整流の向きを同じ（図１５（Ａ）の右方向）にすることができる。同様に接続部２２Ｆから同一の層の２次側コイル２２Ａおよび２次側コイル２２Ｂに対する整流の向きを同じ（図１５（Ａ）の左方向）にすることができる。このことと実施の形態１で述べた磁気結合による１次側コイル２１と逆方向に電流が流れる効果とにより、互いに同一の層にない２つの２次側コイルに同時に電流が流れることになる。

このように２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄのうち同時に互いに並列に流れる複数（２つ）の電流は、互いに反対方向となっていればよく、互いに同一の層に配置されるコイルである必要はない。少なくとも２次側コイルの複数の電流が互いに反対方向になっており、それらが疑似的に１ターンの電流を形成してトランスとして降圧する機能を有していれば十分である。

なお本実施の形態は、第１の２次側コイルと第３の２次側コイルとが互いに同一の層（同一の平面上）に配置され、かつ第２の２次側コイルと第４の２次側コイルとが互いに同一の層（同一の平面上）に配置される。ただしこれに限らず、たとえば第１の２次側コイルと第４の２次側コイルとが互いに同一の層に配置されてもよい。この場合にはたとえば２次側コイル２２Ａが第１の２次側コイルに、２次側コイル２２Ｂが第４の２次側コイルになる。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態は、実施の形態１の作用効果に加えて以下の作用効果を奏することができる。

本実施の形態においては２次側コイル２２が金属板２９Ａ，２９Ｂにより形成されるため、２次側コイル２２が薄膜パターンとして形成される場合に比べてその厚みが大きくなる。このため本実施の形態の２次側コイル２２はその通電断面積を大きくすることができる。したがって、仮に絶縁型降圧コンバータの出力電流が増えて２次側コイル２２の電流が大きくなっても、本実施の形態においては２次側コイル２２の発熱量を低減することができる。

また２次側コイル２２Ａ，２２Ｂが接続部２２Ｅにより一体となることにより、これらが別体である場合に比べて製造コストを低減することができる。接続部２２Ｆと一体となる２次側コイル２２Ｃ，２２Ｄについても同様である。

以上のように発熱の低減を可能とする本実施の形態に関して、最後に図１７を用いて、上記の降圧トランスの放熱経路について説明する。

図１７を参照して、図１３のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う部分における組立後の降圧トランスは、基本的に図１２の実施の形態１における構成と同様であるが、以下の点において異なっている。

１次側コイル２１を含む多層プリント基板２６に上記の態様で、２次側コイル２２としての金属板２９Ａ，２９Ｂが形成される。２次側コイル２２としての金属板２９Ａ，２９Ｂのそれぞれの１対の端部のうち一方の端部（特に図１５（Ａ），（Ｄ）に示す基準電位７に通じる貫通孔）が、ネジ７３により２次側の基準電位７（図１５（Ａ）参照）としての放熱器７１と固定されることが好ましい。このネジ７３により、金属板２９Ａ，２９Ｂ（を含む多層プリント基板２６）を放熱器７１に安定に固定できるとともに、２次側コイル２２の発する熱を、ネジ７３を介在して放熱器７１に容易に伝えることができる。また多層プリント基板２６の最下層の金属板２９Ａ（図１４参照）と放熱器７１との接触面を介在して２次側コイル２２の発する熱を放熱器７１に伝えることもできる。またこのネジ７３を介在して２次側コイル２２と放熱器７１とを互いに電気的に接続することもでき、かつ多層プリント基板２６の最下層の金属板２９Ａ（図１４参照）と放熱器７１との接触面を介在して２次側コイル２２と放熱器７１とを電気的に接続することもできる。

また金属板２９Ａの表面の一部は、絶縁シート７２を介在して放熱器７１に通じている。この経路によっても２次側コイル２２（金属板２９Ａ）の発する熱を放熱器７１に容易に伝えることができる。

以上をまとめると、多層プリント基板２６の２次側コイル２２（金属板２９Ａ）から放熱器７１への伝熱経路は（一部図示されないが）合計３つ存在する。具体的には、２次側コイル２２から放熱器７１へ直接伝熱する経路と、２次側コイル２２を固定するネジ７３を介在して（挟んで）２次側コイル２２から放熱器７１へ伝熱する経路と、２次側コイル２２から絶縁シート７２を介在して放熱器７１へ伝熱する経路とである。これらのうち上記１つ目と２つ目の経路は、２次側コイル２２から放熱器７１への電流の経路ともなり得る。

なお１次側コイル２１から放熱器７１への伝熱経路は、基本的に実施の形態１の図１２と同様であるためここではその説明を繰り返さない。またその他の図１７の構成は基本的に図１２の実施の形態１の放熱経路と同様であるため、その説明を繰り返さない。

（実施の形態３）
実施の形態３は実施の形態１と比較して、特に平滑コイルの構成において異なっている。まず図１８を用いて、本実施の形態の絶縁型降圧コンバータを構成する回路について説明する。

図１８を参照して、本実施の形態の絶縁型降圧コンバータ３０１は、基本的に実施の形態１（図１）の絶縁型降圧コンバータ１０１と同様の構成を有している。しかし絶縁型降圧コンバータ３０１は、平滑回路４を構成する平滑コイル４２が、平滑コイル４２Ａ（第１の平滑素子）と平滑コイル４２Ｂ（第２の平滑素子）との２つに分かれている点において、絶縁型降圧コンバータ１０１と異なっている。

平滑コイル４２Ａは、２次側コイル２２Ａ（第１または第２の２次側コイルのいずれか一方）と２次側コイル２２Ｂ（第３または第４の２次側コイルのいずれか一方）とに接続されこれらのいずれかのコイルに流れて整流回路３を通った電流を流すことができる。また平滑コイル４２Ｂは、２次側コイル２２Ｃ（第１または第２の２次側コイルのいずれか他方）と２次側コイル２２Ｄ（第３または第４の２次側コイルのいずれか他方）とに直接接続されこれらのいずれかのコイルに流れて整流回路３を通った電流を流すことができる。

具体例として、上記実施の形態１においては、２次側コイル２２Ａが第１の２次側コイル、２次側コイル２２Ｃが第２の２次側コイル、２次側コイル２２Ｄが第３の２次側コイル、２次側コイル２２Ｂが第４の２次側コイルである。また上記実施の形態２においては、２次側コイル２２Ａが第１の２次側コイル、２次側コイル２２Ｃが第２の２次側コイル、２次側コイル２２Ｂが第３の２次側コイル、２次側コイル２２Ｄが第４の２次側コイルである。

平滑コイル４２Ａは、整流素子３１Ａ，３１Ｂのカソードに接続され、２次側コイル２２Ａ，２２Ｂに流れる電流が流れる。また平滑コイル４２Ｂは、整流素子３１Ｃ，３１Ｄのカソードに接続され、２次側コイル２２Ｃ，２２Ｄに流れる電流が流れる。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
仮に絶縁型降圧コンバータの出力電流が増え、平滑コイル４２に流れる電流量が増えれば、平滑コイル４２を大きくする必要があり、それにより絶縁性降圧コンバータの生産性の低下、および耐振動性の低下を引き起こす可能性がある。

そこで本実施の形態においては、平滑コイル４２が２つの平滑コイル４２Ａ，４２Ｂに分割されている。これにより、平滑コイル４２が１つである場合に比べて、２次側コイル２２Ａ〜２２Ｄのそれぞれから平滑コイルに流入する電流の量を分散することができるため、平滑コイル４２Ａ，４２Ｂからの発熱を分散することができ、平滑コイル４２Ａ，４２Ｂからの放熱が容易になる。このため平滑コイル４２Ａ，４２Ｂをより小型にすることができる。

ただし平滑コイル４２を単純に２つの平滑コイル４２Ａ，４２Ｂに分割するだけでは、精密設計が困難になる可能性がある。次に、各平滑コイル４２Ａ，４２Ｂに流れる電流の変化を説明しながら、本実施の形態のさらなる作用効果について説明する。

図１９（Ａ）を参照して、各グラフの横軸は経過時間を、縦軸は平滑コイル４２Ａに流れる電流Ｉ_A（上段）または平滑コイル４２Ｂに流れる電流Ｉ_B（下段）を示している。なお横軸の経過時間１〜９は、電流値Ｉ_AまたはＩ_Bが極大値または極小値を示す時刻を無名数の相対値として示している。

図１９（Ａ）は、電流Ｉ_Aおよび電流Ｉ_Bの値が各時刻において等しくなる状態、すなわち結合バランスの状態を示している。このときにはたとえば同じ時刻において２次側コイル２２Ａに流れる電流値Ｉ_Aと２次側コイル２２Ｄに流れる電流値Ｉ_Bとは等しく、また同じ時刻において２次側コイル２２Ｂに流れる電流値Ｉ_Aと２次側コイル２２Ｃに流れる電流値Ｉ_Bとは等しい。これに対して図１９（Ｂ）は、電流Ｉ_Aおよび電流Ｉ_Bの値が各時刻において等しくならずに両者の間に無秩序に大小関係が発生する状態、すなわち結合アンバランスの状態を示している。

図１９（Ｂ）のような結合アンバランスの状態は、降圧トランス２におけるＥ型コア２３の２つの外足２３Ａ，２３Ｂのそれぞれと中足２３Ｃとの結合の強さの差により生じる場合がある。具体的には、たとえばＥ型コア２３の外足２３Ａ側の結合が外足２３Ｂ側の結合よりも強いため、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間の第１および第２の２次側コイル２２Ａ，２２Ｃの電圧および電流が、外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間の第３および第４の２次側コイル２２Ｂ，２２Ｄの電圧および電流より大きくなる場合がある。この場合、たとえば第１および第２の２次側コイル２２Ａ，２２Ｃが平滑コイル４２Ａに、第３および第４の２次側コイル２２Ｂ，２２Ｄが平滑コイル４２Ｂに接続されれば、平滑コイル４２Ａに流れる電流値が平滑コイル４２Ｂに流れる電流値よりも大きくなり、平滑コイル４２Ａと平滑コイル４２Ｂとに流れる電流値の間にアンバランスが生じる。

そこで本実施の形態においては、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間にある第１および第２の２次側コイル２２Ａ，２２Ｃのいずれか一方（たとえば２次側コイル２２Ａ）と、外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間にある第３および第４の２次側コイル２２Ｂ，２２Ｄのいずれか一方（たとえば２次側コイル２２Ｂ）とが平滑コイル４２Ａに接続される。また本実施の形態においては、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間にある第１および第２の２次側コイル２２Ａ，２２Ｃのいずれか他方（たとえば２次側コイル２２Ｃ）と、外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間にある第３および第４の２次側コイル２２Ｂ，２２Ｄのいずれか他方（たとえば２次側コイル２２Ｄ）とが平滑コイル４２Ｂに接続される。

たとえば上記のＥ型コア２３の結合の強さの差により、２次側コイル２２Ａ，２２Ｃの電圧および電流が２次側コイル２２Ｂ，２２Ｄの電圧および電流よりも大きくなるアンバランスが生じるとする。このとき、平滑コイル４２Ａには２次側コイル２２Ａの比較的大きい電流と２次側コイル２２Ｂの比較的小さい電流とが流れる。またこのとき、平滑コイル４２Ｂには２次側コイル２２Ｃの比較的大きい電流と２次側コイル２２Ｄの比較的小さい電流とが流れる。

たとえば図１９（Ｂ）に示すように、時刻ｔ＝１からｔ＝３の間（ｔ＝５からｔ＝７の間）では平滑コイル４２Ａには２次側コイル２２Ａの大きい電流が、平滑コイル４２Ｂには２次側コイル２２Ｄの（２次側コイル２２Ａよりも）小さい電流が流れる。また時刻ｔ＝３からｔ＝５の間（ｔ＝７からｔ＝９の間）では平滑コイル４２Ａには２次側コイル２２Ｂの小さい電流が、平滑コイル４２Ｂには２次側コイル２２Ｃの（２次側コイル２２Ｂよりも）大きい電流が流れる。また時刻ｔ＝１，３，５，７，９においては（位相１８０°に相当する時間が経つごとに）、平滑コイル４２Ａと平滑コイル４２Ｂとに流れる電流が等しくなる。このように結合アンバランス状態においては、各２次側コイルに流れる電流の大小関係が時間変化する場合もある。

本実施の形態においては、上記の結合アンバランス状態が生じたとしても、時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝９までの全時間を平均すれば、平滑コイル４２Ａと平滑コイル４２Ｂとに流れる電流値の総和の差を小さくする（ほぼ等しくする）ことができる。このため平滑コイル４２Ａ，４２Ｂに関して、電流のアンバランスを考慮したマージン設計をする必要がなくなり、いわゆる限界設計することが可能となる。

なお以上に述べた各実施の形態（各実施例）に示す構成上の特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ １次側駆動回路、２ 降圧トランス、３ 整流回路、４ 平滑回路、５ 制御回路、６ 直流電源、７ 基準電位、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ スイッチング素子、１２，１３ 接続点、２１ １次側コイル、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ ２次側コイル、２２Ｅ，２２Ｆ 接続部、２３ Ｅ型コア、２３Ａ，２３Ｂ 外足、２３Ｃ 中足、２３Ｄ コア連結部、２４ Ｉ型コア、２５ 接続ビア、２６ 多層プリント基板、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ 貫通孔、２７ 基板本体部、２８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ パターン、２９Ａ，２９Ｂ 金属板、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ 整流素子、４１ 平滑コンデンサ、４２ 平滑コイル、７１ 放熱器、７２ 絶縁シート、７３ ネジ、７４ 筐体、１０１，１０２，３０１ 絶縁型降圧コンバータ、Ｓ１，Ｓ２ 磁束。

Claims (8)

1. 中足と、前記中足と同方向に延びるように前記中足と間隔をあけて配置される第１の外足と、前記中足に対して前記第１の外足と反対側に、前記中足と間隔をあけて配置される第２の外足とを含むコアと、
   前記中足の周囲に巻回される１次側コイルと、
   前記第１の外足と前記中足との間に、前記１次側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ互いに間隔をあけて配置される第１および第２の２次側コイルと、
   前記第２の外足と前記中足との間に、前記１次側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ互いに間隔をあけて配置される第３および第４の２次側コイルと、
   前記第１、第２、第３および第４の２次側コイルのそれぞれに接続された第１、第２、第３および第４の整流素子とを備え、
   前記第１、第２、第３および第４の整流素子は、前記１次側コイルに流れる電流の方向が変化するごとに前記中足内を通る磁束を打ち消すように、第１および第２の２次側コイルのいずれかならびに第３および第４の２次側コイルのいずれか、のみに交互に電流が流れ、かつ、第１および第２の２次側コイルのいずれかならびに第３および第４の２次側コイルのいずれか、の２つに同時に流れる電流は互いに反対方向となるように整流可能である、絶縁型降圧コンバータ。
2. 前記第１および第２の２次側コイルのいずれか一方ならびに前記第３および第４の２次側コイルのいずれか一方は同時に電流が流れかつ互いに異なる層に配置され、前記第１および第２の２次側コイルのいずれか他方ならびに前記第３および第４の２次側コイルのいずれか他方は同時に電流が流れかつ互いに異なる層に配置される、請求項１に記載の絶縁型降圧コンバータ。
3. 前記第１、第２、第３、第４の２次側コイルは金属板により形成され、
   前記第１および第３の２次側コイル、ならびに前記第２および第４の２次側コイルはそれぞれ同一の層に配置され、
   前記第１および第３の２次側コイル、ならびに前記第２および第４の２次側コイルはそれぞれ前記金属板からなる接続部により互いに接続されている、請求項１または２に記載の絶縁型降圧コンバータ。
4. 前記第１および第２の２次側コイルのいずれか一方ならびに前記第３および第４の２次側コイルのいずれか一方は同時に電流が流れかつ互いに同一の第１の層に配置され、前記第１および第２の２次側コイルのいずれか他方ならびに前記第３および第４の２次側コイルのいずれか他方は同時に電流が流れかつ前記第１の層とは異なる互いに同一の第２の層に配置される、請求項１に記載の絶縁型降圧コンバータ。
5. 前記第１、第２、第３および第４の２次側コイルのそれぞれは、平面視において直線状に延びている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁型降圧コンバータ。
6. 前記１次側コイルに、一定の時間間隔ごとに交互に互いに反対方向の電圧を印加する１次側駆動回路と、
   前記第１、第２、第３および第４の２次側コイルから出力される電圧を平滑化する平滑回路とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の絶縁型降圧コンバータ。
7. 前記平滑回路は、
   前記第１または第２の２次側コイルのいずれか一方に流れる電流と、前記第３または第４の２次側コイルのいずれか一方に流れる電流とを流す第１の平滑素子と、
   前記第１または第２の２次側コイルのいずれか一方とは異なる他方に流れる電流と、前記第３または第４の２次側コイルのいずれか一方とは異なる他方に流れる電流とを流す第２の平滑回路とを含む、請求項６に記載の絶縁型降圧コンバータ。
8. 前記第１、第２、第３および第４の２次側コイルのそれぞれの１対の端部のうち一方の端部は前記第１、第２、第３および第４の整流素子のそれぞれに接続され、
   前記第１、第２、第３および第４の２次側コイルのそれぞれの１対の端部のうち前記一方の端部と反対側の他方の端部は基準電位としての放熱器または筐体に通じている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の絶縁型降圧コンバータ。

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