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TRANSFORMER AND RESONANT CONVERTER UPDATE_EN commons

Patent code P160013479
File No. N16031
Posted date Nov 4, 2016
Application number P2016-170893
Publication number P2018-037573A
Date of filing Sep 1, 2016
Date of publication of application Mar 8, 2018
Inventor
  • (In Japanese)水野 勉
  • (In Japanese)卜 穎剛
  • (In Japanese)山本 達也
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title TRANSFORMER AND RESONANT CONVERTER UPDATE_EN commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transformer which allows for high drive frequency, and compaction of a converter by reducing the number of components, and to provide a resonant converter using the same.
SOLUTION: In a transformer consisting of a primary coil 10, a secondary coil 20, and a core 5, the primary coil 10 and secondary coil 20 are formed as an open type coil consisting of a pair of coils (10a, 10b, and 20a, 20b) each having an open end, and the pair of coils 10a, 10b on the primary and the pair of coils 20a, 20b on the secondary are wound around the core 5a while matching the center line of the core 5a with the center lines of respective coils.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

スイッチング電源は,安定した直流電力を供給するためにサーバー用電源などに用いられる。また,スイッチング電源に用いられるコンバータには,小形化,高効率化が強く要請されている。コンバータの小形化は,駆動周波数を高周波化することにより可能である。しかしながら,駆動周波数の増加に伴い,インバータでのスイッチング損失,トランスの巻線で生じる銅損,コアで生じる鉄損が増加し,コンバータの効率が低下する。

スイッチング損失を低減させる方法として,ソフトスイッチングがある。コンバータの駆動回路に用いられるLLC共振駆動方式は、複数の電流,電圧共振によるソフトスイッチングが可能である(非特許文献1、2)この方式は,トランスの漏れインダクタンスを共振用インダクタとして用いるため,回路素子数の低減,小形化につながる。
スイッチング損失を低減させる方法としては、この他に,SiCやGaNなど新材料パワー半導体を用いた高効率パワーデバイスの研究,開発が盛んに行われている(非特許文献3、4)。この高効率パワーデバイスは、従来のSiパワー半導体を用いたデバイスと比較して電力損失が極めて低いため,スイッチング損失の低減が可能である。

トランスの銅損の要因は,電流密度の偏りによって生ずる表皮効果と近接効果に起因する交流抵抗である。交流抵抗の低減のためにはトランスの巻線に細い素線を撚り合わせたリッツ線が用いられる。しかし,リッツ線は,各素線間での静電容量に起因して自己共振周波数が低下し,交流抵抗が増加する。また,トランスの降圧比が大きいほどコイルの巻数が増加するため,近接効果に起因する交流抵抗が増加する。
また、トランスの鉄損の低減については、コアに用いる磁性材料が検討されている。トランスのコアに多く用いられているMnZnフェライトは,MHz帯では損失が増加するため,MHz帯駆動に適さない。MHz帯で使用するためのコアとして,鉄系メタルコンポジット鉄心がある。鉄系メタルコンポジット鉄心は金属磁性紛と樹脂前駆体を混合・攪拌した混合スラリを鋳型で焼成して製作する。数μmの磁性紛を用いることで,渦電流損を低減し,金属磁性紛間に樹脂前駆体によるギャップが生じるため,磁気飽和しにくいコアとなる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明はトランス及びこれを用いた共振形コンバータに関し、より詳細には電磁界結合型トランスを用いたトランス及びこれを用いた共振形コンバータに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
一次側のコイルと、二次側のコイルと、コアとからなるトランスであって、
前記一次側のコイルと前記二次側のコイルは、ともにコイルの終端が開放した一対のコイルからなるオープン形のコイルとして形成され、
前記一次側のコイルと前記二次側のコイルは、前記コアの中心線と、それぞれのコイルの中心線を一致させて前記コアに巻回されていることを特徴とするトランス。

【請求項2】
 
前記一次側のコイルが複数対のオープン形のコイルからなるとともに、前記二次側のコイルが前記一次側のコイルと同数の複数対のオープン形のコイルからなり、
前記一次側の複数対のコイルと前記二次側の複数対のコイルが、それぞれ並列に接続されていることを特徴とする請求項1記載のトランス。

【請求項3】
 
前記一次側のコイルと前記二次側のコイルが、前記コアの中心線の方向に、交互に配置されていることを特徴とする請求項2記載のトランス。

【請求項4】
 
前記一次側のコイルと前記二次側のコイルが、オープン型のコイルの一方側の複数のコイルからなるコイル群と、他方側の複数のコイルからなるコイル群に形成され、
前記一方側のコイル群と他方側のコイル群が、前記コアの中心線の方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項3記載のトランス。

【請求項5】
 
前記一次側のコイルと前記二次側のコイルが、螺旋形、平面コイル形、積層巻形のいずれかの形態に巻回されてなることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項記載のトランス。

【請求項6】
 
請求項1~5のいずれか一項記載のトランスを実装したことを特徴とする共振形コンバータ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016170893thum.jpg
State of application right Published
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