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WO2019013131A1 - プレーナ型トランス及びdcdcコンバータ - Google Patents

プレーナ型トランス及びdcdcコンバータ Download PDF

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WO2019013131A1
WO2019013131A1 PCT/JP2018/025717 JP2018025717W WO2019013131A1 WO 2019013131 A1 WO2019013131 A1 WO 2019013131A1 JP 2018025717 W JP2018025717 W JP 2018025717W WO 2019013131 A1 WO2019013131 A1 WO 2019013131A1
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WO
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planar
air core
primary side
core coil
secondary side
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PCT/JP2018/025717
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English (en)
French (fr)
Inventor
文洋 岡▲崎▼
悟司 小笠原
寛人 船渡
Original Assignee
カルソニックカンセイ株式会社
国立大学法人北海道大学
国立大学法人宇都宮大学
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Publication date
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    • H02M3/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to a planar transformer.
  • the above-described transformer is mainly configured to actively generate a leakage inductance on the secondary side, there is a possibility that a sufficient leakage inductance can not be secured when viewed as a whole of the transformer.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to ensure sufficient leakage inductance.
  • the planar type transformer according to one aspect of the present invention is disposed at a distance from the planar air core coil on the primary side and the planar air core coil on the primary side in the winding center axis direction of the planar air core coil on the primary side.
  • a planar air core coil on the secondary side having a non-facing portion not facing the planar air core coil on the primary side in the winding central axis direction, a planar air core coil on the primary side in the winding central axis direction and a planar surface on the secondary side
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a DCDC converter using a planar transformer according to an embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B show the basic configuration of a planar type transformer constituting the transformer of FIG. 1, wherein FIG. 2A is an exploded perspective view, FIG. 2B is a side view, and FIG. 2C is a plan view.
  • FIG. 3 (a) is an explanatory view showing a leakage inductance and an excitation inductance generated in the planar air core coil of the primary side and the secondary side of the planar type transformer arranged in FIG. 2, and FIG. It is explanatory drawing which shows the leakage inductance and excitation inductance which arise in the planar air core coil of the primary side and secondary side which were made to match.
  • FIG. 3 (a) is an explanatory view showing a leakage inductance and an excitation inductance generated in the planar air core coil of the primary side and the secondary side of the planar type transformer arranged in FIG. 2, and FIG. It is ex
  • FIG. 4 is a graph showing the correlation between the magnitudes of leakage inductance and excitation inductance generated in the planar air core coil on the primary side and the secondary side of FIG. 2 and the deviation of the winding central axis of both planar air core coils.
  • FIG. 5 shows a specific configuration of a planar type transformer used as the transformer of FIG. 1, where (a) is a plan view, (b) is a cross-sectional view taken along the line II of (a), and (c) is a first order
  • FIG. 7D is a plan view showing the front surface side of the substrate on which the side planar core is formed, and FIG. 7D is a plan view showing the back surface side of the substrate on which the secondary side planar core is formed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a planar type transformer used as the transformer of FIG. 1 in which the size of the planar air core coil differs between the primary side and the secondary side.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a DCDC converter using a planar transformer according to an embodiment of the present invention.
  • the DCDC converter 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 is an isolated DCDC converter using an asymmetric half bridge LLC converter 3 on the primary side of a transformer T.
  • the DC-DC converter 1 converts the direct-current voltage Vin input to the primary side into alternating current by switching of the semiconductor elements Q1 and Q2 configured with the MOSFET of the LLC converter 3 and the like, and coils on the primary and secondary sides of the transformer T After boosting between Np and Ns, the voltage is returned to direct current by the rectifying diodes D1 and D2 and the smoothing capacitor Co, and is supplied to the load Ro on the secondary side.
  • switching loss in the LLC converter 3 is suppressed by alternately turning on and off the semiconductor elements Q1 and Q2 in the cycle of the resonance frequency of the series resonance circuit of the leakage inductance of the primary coil Np and the resonance capacitor Cr.
  • the DC voltage Vin can be boosted with high efficiency.
  • the DCDC converter 1 is constituted by a resonant circuit, and turns on and off the semiconductor elements Q1 and Q2 at a high frequency (at least 1 MHz as the high frequency referred to here). Also, in order to establish a resonant circuit at a high frequency, a very small excitation inductance (for example, 0.8 ⁇ H for driving at 2 MHz) and a large leakage inductance (for example, 1.1 ⁇ H for driving at 2 MHz) are required. .
  • a planar transformer is used as the transformer T.
  • the configuration of the planar transformer will be described with reference to FIG. 2A and 2B show the basic configuration of the planar type transformer that constitutes the transformer T, wherein (a) is an exploded perspective view, (b) is a side view, and (c) is a plan view.
  • the planar type transformer Tp in the example shown in FIG. 2A is configured of a primary side planar core Cp made of a magnetic material, a metal primary side planar air core coil Nap laminated thereon, and a magnetic material. And the metallic secondary side planar air core coil Nas stacked on the secondary side planar core Cs.
  • planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side are formed in an annular shape having the same diameter, and are disposed non-coaxially.
  • planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side are formed in a rectangular shape of the same size.
  • the planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side have an outer diameter larger than the outer diameters of the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side.
  • the planar core Cp on the primary side is disposed to face the planar core Cs on the secondary side at an interval. Then, the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side are respectively stacked on mutually opposing surfaces of the planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side.
  • planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side are the spacing direction between the planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side, that is, the respective winding central axes Sp, There is a gap in the axial direction of Ss.
  • the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side wind the positions of the winding central axes Sp and Ss such that the air cores Ap and As partially overlap with each other. They are arranged to be shifted in the radial direction orthogonal to the line central axes Sp and Ss.
  • the primary side flat air core coil Nap overlaps the secondary side flat air core coil Nas in the radial direction of the winding central axis Sp.
  • a facing portion Fp and a non-facing portion NFp located on the outside of the planar air core coil Nas on the secondary side are provided.
  • an opposing portion Fs overlapping the planar air core coil Nap on the primary side in the radial direction of the winding central axis Ss and the outside of the planar air core coil Nap on the primary side A non-facing portion NFs located is provided.
  • the explanatory view of FIG. As shown in the diagram, between the two planar air core coils Nap and Nas, the excitation inductance Lm is generated in the facing portions Fp and Fs, and the leakage inductance Lr is generated in the non-facing portions NFp and NFs.
  • FIG. 3A a planar type in which the winding central axis Sp of the primary side flat air core coil Nap and the winding central axis Ss of the secondary side flat air core coil Nas are mutually offset.
  • the transformer Tp is a coaxial planar type transformer in which the winding central axis Sp of the primary side flat air core coil Nap and the winding central axis Ss of the secondary side flat air core coil Nas shown in FIG. 3B overlap.
  • the transformer T of FIG. 1 is more suitable than the transformer Tp as a transformer T for causing the leakage inductance of the primary side coil Np to be in series resonance with the resonance capacitor Cr.
  • a leakage inductance Lr having a size that resonates in series with the resonance capacitor Cr of FIG. 1 between the two planar air core coils Nap and Nas of the primary side and the secondary side of FIG.
  • a planar type transformer Tp having a displacement amount that produces an excitation inductance Lm of a size that satisfies the necessary coupling coefficient between the coils Np and Ns on the secondary side is used as the transformer T in FIG.
  • the amount of deviation between the primary and secondary planar air core coils Nap and Nas for obtaining a desired leakage inductance Lr can be set to a range in which at least the outer edges of the two overlap each other. .
  • 5 (a) is a plan view of the planar transformer Tp
  • (b) is a cross-sectional view taken along the line II of (a)
  • (c) is a plan view showing the surface side of the substrate on which the planar core of the primary side is formed.
  • (D) is a top view which shows the back surface side of the board
  • the planar type transformer Tp of this embodiment shown in FIG. 5 (a) is a plane empty on the primary side between the front surface 51 and the back surface 53, as shown in FIG. 5 (b) which is a sectional view taken along the line II of FIG. It has the board
  • the substrate 5 is rigidly formed of, for example, an insulating resin material such as glass epoxy.
  • the primary side flat air core coil Nap formed on the surface 51 of the substrate 5 has terminal portions Rp provided on both ends of the conductor looped in a square shape, the long sides of the surface 51 It is extended to the side.
  • the secondary side flat air core coil Nas formed on the back surface 53 of the substrate 5 is, as shown in FIG. 5 (d), a primary side looped in a square shape. Terminal portions Rs provided at both ends of a conductor having the same shape as the planar air core coil Nap are extended to the short side of the back surface 53.
  • both the terminal portions Rp and Rs are magnetic circuits.
  • the planar transformer Tp configured as described above is used as the transformer T of the LLC converter 3
  • the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core on the secondary side are used.
  • the deviation between the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side means the deviation of the center of both windings.
  • a leakage inductance Lr of a size large enough to cause series resonance with the large capacity resonance capacitor Cr matched to the semiconductor elements Q1 and Q2 switching at high frequency is generated in the planar transformer Tp.
  • the LLC converter 3 can be driven at high frequency.
  • planar core Cp on the primary side It is possible to eliminate the need to process the structure of the planar transformer Tp including the planar core Cs of the secondary side and the secondary side with high accuracy.
  • planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side have a center pole inserted into the air cores Ap and As of the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side. I did not. Therefore, the biplanar cores Cp and Cs sandwich the air cores Ap and As of the primary and secondary flat air core coils Nap and Nas, and the winding central axes Sp and Ss of the flat air core coils Nap and Nas. It is arranged to face each other at intervals in the axial direction of.
  • the magnetic flux passing through the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side is the planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side. There is no concentration.
  • the center pole inserted into the air cores Ap and As of the planar air core coils Nap and Nas on the primary side and the secondary side is a planar core on the primary side.
  • the planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side may be configured by an EE core or an EI core by providing the planar core Cs on the Cp or secondary side.
  • the planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side of the planar transformer Tp can be replaced by the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core on the secondary side.
  • the outer diameter of the coil Nas was larger than the outer diameter.
  • planar core Cp on the primary side and the planar core Cs on the secondary side may have an outer diameter smaller than the outer diameter of the planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side.
  • planar air core coil Nap on the primary side of the planar transformer Tp and the planar air core coil Nas on the secondary side have the same shape except for the terminal portions Rp and Rs.
  • the sizes of the planar air core coils Nap and Nas may be made different between the primary side and the secondary side, or the planar air core coils Nap and Nas may be different on the primary side
  • the number of turns of the core coils Nap and Nas may be made different.
  • planar air core coil Nap on the primary side and the planar air core coil Nas on the secondary side can be formed by etching or the like, and the respective positions can be processed with high accuracy. Then, when performing such processing, a reference portion (for example, a through hole) may be opened somewhere on the substrate 5.
  • planar air core coil Nas on the secondary side it is processed so as to shift the winding center of the planar air core coil Nas by a predetermined distance from the reference portion, and the primary side is formed.
  • the deviation accuracy between the planar air core coil Nap and the planar air core coil Nas on the secondary side can be increased.
  • the present invention is not limited to the transformer of the isolated DC-DC converter using the asymmetric half bridge LLC converter, and can be widely applied to various transformers used in the field utilizing leakage inductance.
  • One aspect of the present invention can be used in various transformers used in the field utilizing leakage inductance.

Landscapes

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Abstract

プレーナ型トランス(Tp)は、一次側の平面空芯コイル(Nap)と、二次側の平面空芯コイル(Nas)と、一次側の平面コア(Cp)及び二次側の平面コア(Cs)と、を備える。二次側の平面空芯コイル(Nas)は、一次側の平面空芯コイル(Nap)から該一次側の平面空芯コイル(Nap)の巻線中心軸(Sp)方向に間隔をおいて配置され、巻線中心軸(Ss)方向において一次側の平面空芯コイル(Nap)と対向しない非対向部(NFs)を有する。一次側の平面コア(Cp)及び二次側の平面コア(Cs)は、巻線中心軸(Sp,Ss)方向における、一次側の平面空芯コイル(Nap)及び前記二次側の平面空芯コイル(Nas)の外側にそれぞれ積層される。

Description

プレーナ型トランス及びDCDCコンバータ
 本発明は、プレーナ型トランスに関する。
 例えば、非対称ハーフブリッジ型のLLCコンバータを用いた絶縁型DCDCコンバータでは、高周波でトランスの漏れインダクタンスと共振用コンデンサとを直列共振させる必要がある。そのため、絶縁型DCDCコンバータでは、高周波用の大容量の共振用コンデンサに合わせて、トランスの漏れインダクタンスを大きくする必要がある。
 ところで、トランスの漏れインダクタンスを調整できる提案として、副コアを設け、変圧器の二次側コイルを巻回した副コアのギャップに対するコア片の挿入度合いを調整することで、漏れインダクタンスをコントロールしようとした変圧器が知られている(特許文献1)。
実開昭61-188338号公報
 しかし、上述した変圧器は、主に二次側に対して漏れインダクタンスを積極的に発生させる構成であるため、トランス全体として見た場合に漏れインダクタンスを十分に確保できない恐れがある。
 本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、漏れインダクタンスを十分に確保できるようにすることにある。
 本発明の一態様によるプレーナ型トランスは、一次側の平面空芯コイルと、一次側の平面空芯コイルから該一次側の平面空芯コイルの巻線中心軸方向に間隔をおいて配置され、巻線中心軸方向において一次側の平面空芯コイルと対向しない非対向部を有する二次側の平面空芯コイルと、巻線中心軸方向における一次側の平面空芯コイル及び二次側の平面空芯コイルの外側にそれぞれ積層された、一次側の平面コア及び二次側の平面コアと、を備える。
 本発明の一態様によれば、漏れインダクタンスを十分に確保できるプレーナ型トランスを提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係るプレーナ型トランスを用いたDCDCコンバータを示す回路図である。 図2は、図1のトランスを構成するプレーナ型トランスの原理的な構成を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は側面図、(c)は平面図である。 図3(a)は、図2の配置としたプレーナ型トランスの一次側及び二次側の平面空芯コイルに生じる漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスを示す説明図であり、図3(b)は、正対させた一次側及び二次側の平面空芯コイルに生じる漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスを示す説明図である。 図4は、図2の一次側及び二次側の平面空芯コイルに生じる漏れインダクタンス及び励磁インダクタンスの強さと両平面空芯コイルの巻線中心軸のずれ量との相関を示すグラフである。 図5は、図1のトランスとして用いるプレーナ型トランスの具体的な構成を示すもので、(a)は平面図、(b)は(a)のI-I線断面図、(c)は一次側の平面コアを形成した基板の表面側を示す平面図、(d)は二次側の平面コアを形成した基板の裏面側を示す平面図である。 図6は、一次側と二次側とで平面空芯コイルの大きさが異なり図1のトランスとして用いるプレーナ型トランスの断面図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態に係るプレーナ型トランスを用いたDCDCコンバータを示す回路図である。
 図1に示す本実施形態のDCDCコンバータ1は、非対称ハーフブリッジ型のLLCコンバータ3をトランスTの一次側に用いた絶縁型DCDCコンバータである。
 このDCDCコンバータ1は、一次側に入力された直流電圧Vinを、LLCコンバータ3のMOSFET等で構成した半導体素子Q1,Q2のスイッチングにより交流に変換し、トランスTの一次側及び二次側のコイルNp,Ns間で昇圧した後、整流用ダイオードD1,D2及び平滑用コンデンサCoで直流に戻して、二次側の負荷Roに供給する。
 このとき、半導体素子Q1,Q2を、一次側コイルNpの漏れインダクタンスと共振用コンデンサCrとの直列共振回路の共振周波数の周期で交互にオンオフさせることで、LLCコンバータ3におけるスイッチング損失を抑えて、直流電圧Vinを高効率で昇圧することができる。
 ところで、DCDCコンバータ1は、共振回路で構成され、半導体素子Q1,Q2を高周波(ここで言う高周波とは少なくとも1MHz以上)でオンオフさせる。また、共振回路を高周波で成立させるためには、極めて小さな励磁インダクタンス(例えば、2MHzで駆動させる場合、0.8μH)と大きな漏れインダクタンス(例えば、2MHzで駆動させる場合、1.1μH)が求められる。
 そこで、本実施形態のDCDCコンバータ1では、トランスTとしてプレーナ型トランスを用いている。以下、プレーナ型トランスの構成について、図2を参照して説明する。図2はトランスTを構成するプレーナ型トランスの原理的な構成を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は側面図、(c)は平面図である。
 図2(a)に示す例のプレーナ型トランスTpは、磁性体で構成された一次側の平面コアCp及びこれに積層された金属製の一次側の平面空芯コイルNapと、磁性体で構成された二次側の平面コアCs及びこれに積層された金属製の二次側の平面空芯コイルNasとを有する。
 なお、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとは、同じ径の円環状に形成されており、非同軸に配置されている。また、一次側の平面コアCpと二次側の平面コアCsとは、同じ大きさの矩形状に形成されている。そして、一次側の平面コアCp及び二次側の平面コアCsは、一次側の平面空芯コイルNapや二次側の平面空芯コイルNasの外径よりも大きい外形を有している。
 図2(b)に示すように、一次側の平面コアCpは二次側の平面コアCsと間隔をおいて正対するように配置される。そして、一次側の平面空芯コイルNap及び二次側の平面空芯コイルNasは、一次側の平面コアCp及び二次側の平面コアCsの互いに対向する面にそれぞれ積層される。
 一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとは、一次側の平面コアCpと二次側の平面コアCsとの間隔方向、つまり、それぞれの巻線中心軸Sp,Ssの軸方向に隙間を空けて配置される。また、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとは、それぞれの空芯Ap,Asが一部重なるように、それぞれの巻線中心軸Sp,Ssの位置を巻線中心軸Sp,Ssに直交する径方向にずらして配置される。
 このような配置とすることで、図2(c)に示すように、一次側の平面空芯コイルNapには、巻線中心軸Spの径方向において二次側の平面空芯コイルNasと重なる対向部分Fpと、二次側の平面空芯コイルNasの外側に位置する非対向部分NFpとが設けられる。
 同様に、二次側の平面空芯コイルNasにも、巻線中心軸Ssの径方向において一次側の平面空芯コイルNapと重なる対向部分Fsと、一次側の平面空芯コイルNapの外側に位置する非対向部分NFsとが設けられる。
 なお、図2(a)~(c)の各図では、各平面空芯コイルNap,Nasの端子部分の図示を省略している。
 このように一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとを、巻線中心軸Sp,Ssの径方向にずらして配置することで、図3(a)の説明図に示すように、両平面空芯コイルNap,Nas間には、対向部分Fp,Fsにおいて励磁インダクタンスLmが生じ、非対向部分NFp,NFsにおいて漏れインダクタンスLrが生じる。
 仮に、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとを、巻線中心軸Sp,Ssが径方向において重なるように配置すると、図3(b)の説明図に示すように、両平面空芯コイルNap,Nas間に生じるのは、殆ど、対向部分Fp,Fsにおける励磁インダクタンスLmのみとなる。
 このため、図3(a)に示すように、一次側の平面空芯コイルNapの巻線中心軸Spと二次側の平面空芯コイルNasの巻線中心軸Ssとを互いにずらしたプレーナ型トランスTpは、図3(b)に示す、一次側の平面空芯コイルNapの巻線中心軸Spと二次側の平面空芯コイルNasの巻線中心軸Ssとが重なる同軸のプレーナ型トランスTpよりも、図1のLLCコンバータ3において一次側コイルNpの漏れインダクタンスを共振用コンデンサCrと直列共振させるトランスTとして適している。
 そして、図3(a)に示すプレーナ型トランスTpでは、図4のグラフに示すように、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとのずれ量が大きくなるほど、両者に生じる漏れインダクタンスLrは増加し、励磁インダクタンスLmは減少する。なお、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとのずれとは、双方の巻線中心のずれのことである。
 そこで、図3(a)の一次側と二次側の両平面空芯コイルNap,Nas間に、図1の共振用コンデンサCrと直列共振する大きさの漏れインダクタンスLrと、図1の一次側及び二次側のコイルNp,Ns間に必要な結合係数を満たす大きさの励磁インダクタンスLmとが生じるずれ量を持たせたプレーナ型トランスTpを、図1のトランスTとして用いる。
 なお、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとの磁気結合は、少なくとも両者の一部が対向すれば、空芯Ap,Asどうしが対向しなくても得られる。このため、所望の漏れインダクタンスLrを得るための、一次側及び二次側の両平面空芯コイルNap,Nas間のずれ量は、両者の少なくとも外縁どうしが重なる大きさまでの範囲とすることができる。
 次に、図1のトランスTとして用いるプレーナ型トランスTpの具体的な構成について、図5(a)~(d)を参照して説明する。図5(a)はプレーナ型トランスTpの平面図、(b)は(a)のI-I線断面図、(c)は一次側の平面コアを形成した基板の表面側を示す平面図、(d)は二次側の平面コアを形成した基板の裏面側を示す平面図である。
 図5(a)に示す本実施形態のプレーナ型トランスTpは、同図のI-I線断面図である図5(b)に示すように、表面51と裏面53とに一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとをそれぞれ形成した基板5を有している。この基板5は、例えばガラスエポキシ等の絶縁性樹脂材料によってリジットに形成されている。
 基板5の表面51に形成した一次側の平面空芯コイルNapは、図5(c)に示すように、方形状にループさせた導体の両端に設けた端子部Rpを、表面51の長辺側に延出させている。一方、図5(b)に示すように、基板5の裏面53に形成した二次側の平面空芯コイルNasは、図5(d)に示すように、方形状にループさせた一次側の平面空芯コイルNapと同一形状の導体の両端に設けた端子部Rsを、裏面53の短辺側に延出させている。
 このように、一次側の平面空芯コイルNapの端子部Rpと二次側の平面空芯コイルNasの端子部Rsとを重ならないように配置することで、両端子部Rp,Rsが磁気回路の一部を構成するのを防いでいる。
 そして、本実施形態のDCDCコンバータ1では、上述したように構成されたプレーナ型トランスTpをLLCコンバータ3のトランスTとして用いることから、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとのずれ量を増やして、両平面空芯コイルNap,Nasに生じる漏れインダクタンスLrを増やすことができる。
 なお、この例においても、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとのずれとは、双方の巻線中心のずれのことを言う。
 そして、この例においても、高周波でスイッチングする半導体素子Q1,Q2に合わせた大容量の共振用コンデンサCrと直列共振させるのに十分な大きさの漏れインダクタンスLrをプレーナ型トランスTpに生じさせて、LLCコンバータ3を高周波で駆動することができる。
 しかも、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとのずれ量によって、両平面空芯コイルNap,Nasに生じる漏れインダクタンスLrを調整できるので、一次側の平面コアCpや二次側の平面コアCsを含むプレーナ型トランスTpの構造物を高精度に加工する必要をなくすことができる。
 また、一次側の平面コアCpや二次側の平面コアCsは、一次側の平面空芯コイルNapや二次側の平面空芯コイルNasの空芯Ap,Asに挿入されるセンターポールを有していない。したがって、両平面コアCp,Csは、一次側や二次側の平面空芯コイルNap,Nasの空芯Ap,Asを挟んで、各平面空芯コイルNap,Nasの巻線中心軸Sp,Ssの軸方向に間隔をおいて正対するように配置される。
 このため、本実施形態のプレーナ型トランスTpでは、一次側の平面空芯コイルNapや二次側の平面空芯コイルNasを通る磁束が一次側の平面コアCpや二次側の平面コアCsに集中することがない。
 よって、図2(c)に示す一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとの非対向部分NFp,NFsに、両平面空芯コイルNap,Nasのずれ量に応じた大きさの漏れインダクタンスLrを確実に生じさせることができる。
 但し、必要な大きさの漏れインダクタンスLrを生じさせることができる限り、一次側や二次側の平面空芯コイルNap,Nasの空芯Ap,Asに挿入されるセンターポールを一次側の平面コアCpや二次側の平面コアCsに設けて、一次側の平面コアCpや二次側の平面コアCsをEEコアやEIコアで構成してもよい。
 さらに、本実施形態のDCDCコンバータ1によれば、プレーナ型トランスTpの一次側の平面コアCpや二次側の平面コアCsを、一次側の平面空芯コイルNapや二次側の平面空芯コイルNasの外径よりも大きい外形で形成した。
 このため、一次側の平面空芯コイルNapや二次側の平面空芯コイルNasに生じる漏れ磁束をプレーナ型トランスTpに留めて、プレーナ型トランスTpの漏れインダクタンスLrを効率的に構成させることができる。
 但し、一次側の平面空芯コイルNapや二次側の平面空芯コイルNasに生じる漏れ磁束の磁路を全て覆って、必要な大きさの漏れインダクタンスLrを生じさせることができるのであれば、一次側の平面コアCpや二次側の平面コアCsを、一次側の平面空芯コイルNapや二次側の平面空芯コイルNasの外径よりも小さい外形で形成してもよい。
 また、本実施形態では、プレーナ型トランスTpの一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとを、それぞれの端子部Rp,Rsを除いて同じ形状とした。しかし、例えば図6の断面図に示すように、一次側と二次側とで平面空芯コイルNap,Nasの大きさを異ならせてもよく、あるいは、一次側と二次側とで平面空芯コイルNap,Nasの巻数を異ならせてもよい。
 なお、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasとをエッチング等によって形成することができ、それぞれの位置を高精度に加工することができる。そして、このような加工をするにあたって、基板5のどこかに基準部(例えば貫通孔)を開けておくようにしてもよい。
 そのようにすることで、二次側の平面空芯コイルNasを形成する際に、当該基準部から所定距離分、平面空芯コイルNasの巻線中心をずらすように加工して、一次側の平面空芯コイルNapと二次側の平面空芯コイルNasのずれ精度を高くすることができる。
 そして、本発明は、非対称ハーフブリッジ型のLLCコンバータを用いた絶縁型DCDCコンバータのトランスに限らず、漏れインダクタンスを利用する分野で使用される各種のトランスに広く適用可能である。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。
 本出願は、2017年7月14日に出願された日本国特許出願第2017-137997号に基づく優先権を主張しており、この出願の全内容が参照により本願明細書に組み込まれる。
 本発明の一態様は、漏れインダクタンスを利用する分野で使用される各種のトランスにおいて利用することができる。
 1 DCDCコンバータ
 3 LLCコンバータ
 5 基板(絶縁基板)
 51 基板表面(第1面)
 53 基板裏面(第2面)
 Ap 一次側の平面空芯コイルの空芯
 As 二次側の平面空芯コイルの空芯
 Co 平滑用コンデンサ
 Cp 一次側の平面コア
 Cr 共振用コンデンサ
 Cs 二次側の平面コア
 D1,D2 整流用ダイオード
 Fp,Fs 対向部分
 Lm 励磁インダクタンス
 Lr 漏れインダクタンス
 Nap 一次側の平面空芯コイル
 Nas 二次側の平面空芯コイル
 NFp,NFs 非対向部分
 Np 一次側コイル
 Ns 二次側コイル
 Q1,Q2 半導体素子
 Ro 負荷
 Rp 一次側の平面空芯コイルの端子部
 Rs 二次側の平面空芯コイルの端子部
 Sp 一次側の平面空芯コイルの巻線中心軸
 Ss 二次側の平面空芯コイルの巻線中心軸
 Tp プレーナ型トランス
 Vin 直流電圧

Claims (7)

  1.  一次側の平面空芯コイルと、
     前記一次側の平面空芯コイルから該一次側の平面空芯コイルの巻線中心軸方向に間隔をおいて配置され、前記巻線中心軸方向において前記一次側の平面空芯コイルと対向しない非対向部を有する二次側の平面空芯コイルと、
     前記巻線中心軸方向における、前記一次側の平面空芯コイル及び前記二次側の平面空芯コイルの外側にそれぞれ積層された、一次側の平面コア及び二次側の平面コアと、
     を備えるプレーナ型トランス。
  2.  前記一次側及び二次側の各平面空芯コイルは、前記巻線中心軸方向において互いに対向する対向部分をそれぞれ有している請求項1に記載のプレーナ型トランス。
  3.  前記一次側の平面コアと前記二次側の平面コアとは、非同軸で配置されている請求項1又は2に記載のプレーナ型トランス。
  4.  前記一次側の平面コア及び前記二次側の平面コアは、前記巻線中心軸方向における前記一次側及び二次側の各平面空芯コイルの空芯部どうしの対向部分を挟んで前記巻線中心軸方向に間隔をおいて配置されている請求項1~3の何れか1項に記載のプレーナ型トランス。
  5.  前記一次側及び二次側の各平面コアは、前記巻線中心軸方向と交差する平面における前記一次側及び二次側の各平面空芯コイルの輪郭よりも大きい外形を有している請求項1~4の何れか1項に記載のプレーナ型トランス。
  6.  前記巻線中心軸方向における前記一次側の平面空芯コイル及び前記二次側の平面空芯コイルの間に介設された絶縁基板をさらに備えており、該絶縁基板の第1面に前記一次側の平面空芯コイルが形成され、前記絶縁基板の前記第1面とは反対側の第2面に前記二次側の平面空芯コイルが形成されている請求項1~5の何れか1項に記載のプレーナ型トランス。
  7.  LLCコンバータを用いた絶縁型のDCDCコンバータのトランスとして、請求項1~6の何れか1項に記載のプレーナ型トランスを用いたDCDCコンバータ。
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