JP6574636B2 - プレーナトランス及びdc−dcコンバータ - Google Patents
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Description
以下、実施形態のプレーナトランス及びプレーナトランスを用いたDC−DCコンバータを、図面を用いて説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜のために、トーテンポール回路構成のLLC方式のDC−DCコンバータに基づいてDC−DCコンバータの構成を説明する。ただし、本明細書に記載された実施形態によるDC−DCコンバータの構成をハーフブリッジ構成やフルブリッジ構成のLLC方式としてもよい。
トーテンポール回路10は、複数のスイッチ素子を備える。例えば、図1に示すように、トーテンポール回路10は、一対のスイッチ素子Q1及びスイッチ素子Q2を備える。ただし、本実施形態において、トーテンポール回路10は、複数個のスイッチ素子を備えていればよく、偶数個のスイッチ素子を備えていることが望ましい。なお、本実施形態では、1つのトーテンポール回路10を備える構成であるが、これに限定されず、複数のトーテンポール回路10を備えてもよい。
スイッチ素子Q1及びスイッチ素子Q2は、互いに直列接続されている。具体的には、スイッチ素子Q1のソースとスイッチ素子Q2のドレインとが接続されている。スイッチ素子Q1のドレインが電源5の正端子に接続されている。スイッチ素子Q2のソースが電源5の負端子に接続されている。スイッチ素子Q1のソースとスイッチ素子Q2のドレインとの接続点に共振コンデンサ41の一端が接続されている。スイッチ素子Q1及びスイッチ素子Q2のゲートは、それぞれ制御部30に接続されている。したがって、スイッチ素子Q1及びスイッチ素子Q2は、制御部30から出力される制御信号がそれぞれのゲート端子に入力されて、交互にオン・オフ駆動される。
交直変換回路60は、プレーナトランス50の二次側コイル52と一対の出力端子70a、70bとの間に配設されている。交直変換回路60は、二次側コイル52に誘起される交流電圧Vacを直流電圧としての出力電圧Voutに変換して一対の出力端子70a、70b間に出力する。なお、本実施形態では、整流素子としてのダイオードで構成されている。
一次側コイル51は、平板でコの字状に形成されている。一次側コイル51は、銅などの導体部材である。一次側コイル51は、二次側コイル52の一部と重なるように形成されている。また、一次側コイル51は、コア部53に覆われている。なお、本実施形態では、平板で形成されているが、これに限定されない。例えば、一次側コイル51は、巻線で形成されてもよい。また、本実施形態では、一次側コイル51がコの字状で形成されているが、これに限定されない。すなわち、一次側コイル51は、厳密なコの字状に形成されている必要はなく、例えば、一次側コイル51は、先端部が鈎状に形成されていてもよい。本実施形態において、コの字状と称する場合には、先端部が鈎状に形成されている形状も含む。
二次側コイル52は、二次側コイル部52a及び共振コイル部52bを備える。
二次側コイル部52aは、プレーナトランス50の二次側コイルの役割をする。すなわち、二次側コイル部は、一次側コイル51と磁気結合する。二次側コイル部52aと一次側コイル51とが重なるように形成されている。二次側コイル部52aと一次側コイル51とが、厚さ方向に重なるように形成されている。本実施形態では、一次側コイル51が二次側コイル部52a上に重なるように形成されているが、これに限定されない。例えば、二次側コイル部52aが一次側コイル51上に重なるように形成されていてもよい。上述したように、二次側コイル部52aと一次側コイル51とが重なった部分は、コア部53により覆われている。
共振コイル部52bは、二次側コイル部52aと一次側コイル51とが重なった部分を覆ったコア部とは別のコア部53で覆われている。
なお、本実施形態の二次側コイル52は、平板で形成されているが、これに限定されない。例えば、一次側コイル51は、巻線で形成されてもよい。また、本実施形態では、コの字状で形成されているが、これに限定されない。すなわち、二次側コイル52は、厳密なコの字状に形成されている必要はなく、例えば、先端部が鈎状に形成されていてもよい。本実施形態において、コの字状と称する場合には、先端部が鈎状に形成されている形状も含む。
第1コア部53aは、平板部54、側壁磁脚部55及び第1中央磁脚部56を備える。第1コア部53aは、一次側コイル51と二次側コイル部52aとが重なった部分を覆う。すなわち、第1中央磁脚部56は、平板部54から突出した磁気コアであり、コの字状の一次側コイル51とコの字状の二次側コイル52とに取り囲まれるように設けられている。
側壁磁脚部55は、平板部54の両側に設けられており、一次側コイル51と二次側コイル部52aとが重なった部分を第1中央磁脚部56で挟むように設けられている。
側壁磁脚部58は、平板部57の両側に設けられており、共振コイル部52bを第2中央磁脚部59で挟むように設けられている。なお、本実施形態において、第1コア部53a及び第2コア部53bを一体形成されていてもよいし、分離されていてもよい。
図5は、従来のDC−DCコンバータにおける概略構成の第1の例を示す図である。図5に示す従来のDC−DCコンバータ100は、共振コンデンサCr及び共振インダクタLrを備える共振回路103がプレーナトランス104の一次側に接続されている。プレーナトランス104は、基板の同一平面上に巻線としての銅箔のパターンが形成されるため、1次側に大きな寄生容量Cpが形成される。したがって、一次側に配置された共振インダクタLrと寄生容量Cpとが共振してしまい、その共振周波数とDC−DCコンバータの駆動周波数とが近い値になる場合には、駆動周波数による出力の制御が困難となる。
(4×Io)2×Rr=16・Io2 ・Rr ・・・(1)
5 電源
10 トーテンポール回路
30 制御部
50 プレーナトランス
51 一次側コイル
52 二次側コイル
53 コア部
53a 第1コア部
53b 第2コア部
54、57 平板部
55、58 側壁磁脚部
56 第1中央磁脚部
59 第2中央磁脚部
60 交直変換回路
Q1、Q2 スイッチ素子
Claims (4)
- 平板でコの字状に形成された一次側コイルと、同じく平板でコの字状に形成された二次側コイルと、重ね合わせた前記一次側コイルと前記二次側コイルとを覆うコアと、を備えたプレーナトランスであって、
前記二次側コイルは、1ターンであって、二次側コイルの役割をする二次側コイル部と、前記二次側コイル部の両端に共振コイルの役割をする共振コイル部と、を有し、
前記一次側コイルと前記二次側コイル部とを重ね合わせ、前記一次側コイルと前記二次側コイル部とは、別個に前記共振コイル部を前記コアで覆い、
前記一次側コイルは、1ターンであって、前記二次側コイル部のみと重なっており、
前記コアは、第1中央磁脚部と第2中央磁脚部とを有し、
前記第1中央磁脚部は、前記一次側コイルと前記二次側コイル部とによって取り囲まれるように設けられ、
前記第2中央磁脚部は、前記共振コイル部のみによって取り囲まれるように設けられている、
ことを特徴とするプレーナトランス。 - 請求項1に記載のプレーナトランスと、
前記プレーナトランスの前記一次側コイルに一次側電圧を印加する複数のスイッチ素子と、
前記スイッチ素子のオン・オフを制御する制御部と、
を備えるDC−DCコンバータ。 - 前記一次側コイルに並列に形成された励磁インダクタンスと、
前記励磁インダクタンスと共振回路を形成するように前記一次側コイルに対して直列に接続されたコンデンサと、
をさらに備えた請求項2に記載のDC−DCコンバータ。 - 前記コンデンサを前記励磁インダクタンスと同数設け、各前記励磁インダクタンスに前記コンデンサが接続される請求項3に記載のDC−DCコンバータ。
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