JP6548817B2 - 絶縁型昇圧コンバータ - Google Patents

Description

本発明は絶縁型昇圧コンバータに関し、特に、直流高電圧から直流低電圧を生成する絶縁型昇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昇圧トランスとして、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高電圧側の１次側コイルと１ターン巻回された低電圧側の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つつながった低電圧側の２次側コイルが、高電圧側の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昇圧コンバータでは、昇圧トランスの低電圧の１次側コイルの電圧の、高電圧の２次側コイルの電圧に対する比である昇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号公報に開示のトランスを用いて昇圧トランスを構成する場合、その昇圧比を大きく設定するためには、２次側コイルの巻き数を増加させる必要が生じる。

しかしながら、もし２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、２次側コイルの巻線の通電断面積が減り、２次側コイルの発熱が増加する。２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、昇圧トランスの昇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２次側コイルの発熱の増加を抑制できる絶縁型昇圧コンバータを提供することである。

本発明の絶縁型昇圧コンバータは、コアと、第１および第２の１次側コイルと、２次側コイルと、スイッチング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。スイッチング素子は、第１および第２の１次側コイルに同時に流れる電流が互いに反対方向となるようにオンオフ制御可能なように構成されている。第３および第４の１次側コイルをさらに備える。スイッチング素子は、第３および第４の１次側コイルに同時に互いに反対方向の電流を流すようにオンオフ制御可能なように構成されている。第１および第２の１次側コイルと、第３および第４の１次側コイルとに交互に電流が流れるようにオンオフ制御可能なように構成されている。

本発明によれば、２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２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の絶縁型昇圧コンバータの第１例を示す回路ブロック図である。 実施の形態１の昇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２１Ａ，２１Ｄに加わる電圧の時間変化を示すグラフ（Ａ）と、１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃ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の絶縁型昇圧コンバータの第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の昇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。

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昇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例の絶縁型昇圧コンバータ１０１は、１次側駆動回路１と、昇圧トランス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。昇圧トランス２は、４つの１次側コイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ（これらをまとめて１次側コイル２１とする）と、２次側コイル２２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、電圧Ｖｉの直流電源６と１次側コイル２１Ａとの間にスイッチング素子１１Ａが接続されており、直流電源６と１次側コイル２１Ｂとの間にスイッチング素子１１Ｂが接続されている。また直流電源６と１次側コイル２１Ｃとの間にスイッチング素子１１Ｃが接続されており、直流電源６と１次側コイル２１Ｄとの間にスイッチング素子１１Ｄが接続されている。スイッチング素子１１は、たとえばｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。

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の状態では直流電源６からの入力電圧Ｖｉが１次側コイル２１Ａと１次側コイル２１Ｄとに印加され、第２の状態では直流電源６からの入力電圧Ｖｉが１次側コイル２１Ｂと１次側コイル２１Ｃとに印加される。

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によりいわゆるプッシュプル回路を構成している。しかし上記第１および第２の状態の間でスイッチング素子１１Ａ〜１１Ｄのうちの一部ずつ交互に電圧印加が可能な構成であれば、スイッチング素子１１の態様は上記図１の態様に限らない。

１次側コイル２１Ａの１対の端部のうち一方の端部には上記のスイッチング素子１１Ａが接続されているが、他方の端部には絶縁型昇圧コンバータ１０１の１次側の基準電位７が接続されている。同様に、１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのそれぞれの１対の端部のうち一方の端部にはスイッチング素子１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄのそれぞれが接続され、他方の端部には絶縁型昇圧コンバータ１０１の１次側の基準電位７が接続されている。

２次側コイル２２の１対の端部のうち一方の端部である接続点１２には、整流素子３１Ａのアノードと整流素子３１Ｂのカソードとが接続されている。２次側コイル２２の１対の端部のうち他方の端部である接続点１３には、整流素子３１Ｃのアノードと整流素子３１Ｄのカソードとが接続されている。整流素子３１Ａのカソードおよび整流素子３１Ｂのアノードは平滑コイル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。また平滑コンデンサ４１の１対の端部のうち一方の端部は上記の平滑コイル４２に接続されるが、他方の端部は整流素子３１Ｃのカソードおよび整流素子３１Ｄのアノードに接続される。

次に、図２〜図５を用いて、本実施の形態における昇圧トランス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、本実施の形態の昇圧トランス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昇圧トランス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昇圧トランス２が組み立てられる。後述するように、組み立てられた昇圧トランス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つの磁路を有する昇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、１次側コイル２１Ａと１次側コイル２１Ｄとが配置されている。つまり上記の１次側コイル２１Ａ，２１Ｄ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。

１次側コイル２１Ａ（第１の１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１次側コイル２１Ａ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。１次側コイル２１Ａ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１次側コイル２１Ａ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、スイッチング素子１１Ａのドレインが接続されている。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からスイッチング素子１１Ａまで一直線状に延びていてもよい。

１次側コイル２１Ｄ（第２の１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。１次側コイル２１Ｄ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１次側コイル２１Ｄ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、スイッチング素子１１Ｄのドレインが接続されている。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からスイッチング素子１１Ｄ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、２次側コイル２２が配置されている。つまり上記の２次側コイル２２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。

２次側コイル２２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、２次側コイル２２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２次側コイル２２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。２次側コイル２２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２次側コイル２２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、２次側コイル２２が配置されている。つまり上記の２次側コイル２２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２次側コイル２２は、図４（Ｂ）の２次側コイル２２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２次側コイル２２と図４（Ｃ）の２ターンの２次側コイル２２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２次側コイル２２として機能する。また図４（Ｂ）の２次側コイル２２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２次側コイル２２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２次側コイル２２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、１次側コイル２１Ｃと１次側コイル２１Ｂとが配置されている。つまり上記の１次側コイル２１Ｃ，２１Ｂ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。

１次側コイル２１Ｃ（第３の１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。１次側コイル２１Ｃ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１次側コイル２１Ｃ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、スイッチング素子１１Ｃのドレインが接続されている。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からスイッチング素子１１Ｃまで一直線状に延びていてもよい。

１次側コイル２１Ｂ（第４の１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。１次側コイル２１Ｂ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１次側コイル２１Ｂ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、スイッチング素子１１Ｂのドレインが接続されている。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からスイッチング素子１１Ｂ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１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄ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おり、かつ２次側コイル２２とも互いに重なっている。具体的には、第１の１次側コイル２１Ａおよび第２の１次側コイル２１Ｄは、その図４の左右方向に延びる部分の少なくとも一部が、２次側コイル２２の図４の左右方向に延びる部分と、互いに間隔をあけて重なっている。同様に、第３の１次側コイル２１Ｃおよび第４の１次側コイル２１Ｂは、その図４の左右方向に延びる部分の少なくとも一部が、２次側コイル２２の図４の左右方向に延びる部分と、互いに間隔をあけて重なっている。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２次側コイル２２に比べて、１ターンの半分（０．５ターン）分のみ配置される１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄの幅は広くなっている。

図１の説明で述べたように、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異なるコイルに電圧が印加される。また第１の状態と第２の状態との間で１次側コイル２１のうち電流の流れるコイルが変化することにより、第１の状態と第２の状態との間で２次側コイル２２に流れる電流の向きが変化する。次にこのことについて説明する。

ここでたとえば図４（Ａ）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がオンし、１次側コイル２１Ａ，２１Ｄ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１１Ａから基準電位７に向けて電流が流れ、かつスイッチング素子１１Ｄから基準電位７に向けて電流が流れる第１の状態を考える。

この電流により、１次側コイル２１Ａと１次側コイル２１Ｄとに挟まれる中足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。

図４（Ｂ），（Ｃ）においては、上記図４（Ａ）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、２次側コイル２２に誘導起電力が生じ、外足２３Ａ，２３Ｂには磁束Ｓ１が生じる。この誘導起電力により、図４（Ｂ）においては２次側コイル２２の渦の内側から外側に向けて、図４（Ｃ）においては２次側コイル２２の渦の外側から内側に向けて、電流が流れる。

図４（Ｄ）においては上記図４（Ａ）の中足２３Ｃ内の磁束Ｓ１を打ち消す磁束Ｓ２が中足２３Ｃ内に、図４（Ａ）の外足２３Ａ，２３Ｂ内の磁束Ｓ２を打ち消す磁束Ｓ１が外足２３Ａ，２３Ｂ内にそれぞれ生じるように、１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃに誘導起電力が生じる。しかしスイッチング素子１１Ｂ，１１Ｃがオフのため、１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃに電流は流れない。

次にたとえば図５（Ｄ）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がオンし、１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃ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１１Ｂから基準電位７に向けて電流が流れ、かつスイッチング素子１１Ｃから基準電位７に向けて電流が流れる第２の状態を考える。

この電流により、１次側コイル２１Ｂと１次側コイル２１Ｃとに挟まれる中足２３Ｃ内には紙面下向きの磁束Ｓ２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上向きの磁束Ｓ１が生じる。

図５（Ｂ），（Ｃ）においては、上記図５（Ｄ）の中足２３Ｃ内の磁束Ｓ２を打ち消すように、つまり磁束Ｓ１が生じるように、２次側コイル２２に誘導起電力が生じ、外足２３Ａ，２３Ｂには磁束Ｓ２が生じる。この誘導起電力により、図５（Ｂ）においては２次側コイル２２の渦の外側から内側に向けて、図５（Ｃ）においては２次側コイル２２の渦の内側から外側に向けて、電流が流れる。

図５（Ａ）においては上記図５（Ｄ）の中足２３Ｃ内の磁束Ｓ２を打ち消す磁束Ｓ１が中足２３Ｃ内に、図５（Ｄ）の外足２３Ａ，２３Ｂ内の磁束Ｓ１を打ち消す磁束Ｓ２が外足２３Ａ，２３Ｂ内にそれぞれ生じるように、１次側コイル２１Ａ，２１Ｄに誘導起電力が生じる。しかしスイッチング素子１１Ａ，１１Ｄがオフのため、１次側コイル２１Ａ，２１Ｄに電流は流れない。

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２１Ａ，２１Ｄには電圧Ｖｉが印加される。このとき図６（Ｃ）に示すように、２次側コイル２２にも電圧が発生し電流が流れる。ただし昇圧トランス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の電圧よりも高くなり、ここでは８Ｖｉとなっている。また図６（Ｂ）を参照して、このとき１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃには１次側コイル２１Ａ，２１Ｄに印加される電圧Ｖｉを打ち消すための誘導起電力として、位相が反転した（１８０°ずれた）負の電圧−Ｖｉが加わる。１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃにはこのような電圧が加わるが、上記のようにスイッチング素子１１Ｂ，１１Ｃがオフのため電流が遮断される。

次に図５に示す第２の状態のとき、図６（Ｂ）に示すように１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃに電圧Ｖｉが印加される。このとき図６（Ｃ）に示すように、２次側コイル２２には第１の状態とは逆方向の電圧−８Ｖｉが発生し逆方向に電流が流れる。また図６（Ａ）を参照して、このとき１次側コイル２１Ａ，２１Ｄには１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃに印加される電圧Ｖｉを打ち消すための誘導起電力として、位相が反転した（１８０°ずれた）負の電圧−Ｖｉが加わる。１次側コイル２１Ａ，２１Ｄにはこのような電圧が加わるが、上記のようにスイッチング素子１１Ａ，１１Ｄがオフのため電流が遮断される。

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例の絶縁型昇圧コンバータ１０２は、基本的に第１例の絶縁型昇圧コンバータ１０１と同様の構成を有している。しかし絶縁型昇圧コンバータ１０２は、１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄと１次側駆動回路１との接続が、絶縁型昇圧コンバータ１０１と異なっている。

具体的には、スイッチング素子１１すなわち４つのスイッチング素子１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ，１１Ｈが、たとえばｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。１次側コイル２１Ａ、２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの一方の端部のそれぞれはスイッチング素子１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ，１１Ｈのそれぞれのドレインに接続されており、他方の端部は直流電源６の電圧Ｖｉ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１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄはスイッチング素子１１Ｅ〜１１Ｈ（基準電位７）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１１Ｅおよびスイッチング素子１１Ｈ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と２次側コイル２２との電流の向きは、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１１Ｆおよびスイッチング素子１１Ｇがオンする第２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例の絶縁型昇圧コンバータは、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１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃ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２次側コイル２２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１次側コイル２１、２次側コイル２２、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１次側コイル２１、２次側コイル２２、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例の絶縁型昇圧コンバータは、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１次側コイル２１、１次側コイル２１、２次側コイル２２、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。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１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃ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２次側コイル２２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２次側コイル２２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例の絶縁型昇圧コンバータは、図１に示す第１例の絶縁型昇圧コンバータ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。

本実施の形態は、上記のいずれの例においても、スイッチング素子１１が、第１の１次側コイル２１Ａと第２の１次側コイル２１Ｄとに同時に互いに反対方向の電流を流すようにオンオフ制御可能なように構成されている。そのスイッチング素子１１はまた、第３の１次側コイル２１Ｃと第４の１次側コイル２１Ｂとに同時に互いに反対方向の電流を流すようにオンオフ制御可能なように構成されている。スイッチング素子１１は、第１および第２の１次側コイル２１Ａ，２１Ｄと、第３および第４の１次側コイル２１Ｃ，２１Ｂとに交互に電流が流れるようにオンオフ制御可能なように構成されている。すなわち第１および第２の１次側コイル２１Ａ，２１Ｄに同時に電流が流れる時刻と、第３および第４の１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃに同時に電流が流れる時刻とは、互いに異なる時刻となっている。１次側コイル２１Ａ，２１Ｄに同時に電流が流れる時（第１の状態）においては１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃには電流が流れず、１次側コイル２１Ｂ，２１Ｃに同時に電流が流れる時（第２の状態）には１次側コイル２１Ａ，２１Ｄには電流が流れない。

本実施の形態は、上記のいずれの例においても、第１の１次側コイル２１Ａと第２の１次側コイル２１Ｄ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３の１次側コイル２１Ｃと第４の１次側コイル２１Ｂ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。

しかし本実施の形態においては、図示されないが、たとえば第１の状態において１次側コイル２１Ａと１次側コイル２１Ｂとに同時に互いに反対方向の電流を流すようにオンオフ制御可能な構成とされてもよい。この場合は第２の状態において１次側コイル２１Ｃと１次側コイル２１Ｄとに同時に互いに反対方向の電流を流すようにオンオフ制御可能な構成とされる。なおこの場合においては、１次側コイル２１Ａが第１の１次側コイル、１次側コイル２１Ｂが第２の１次側コイル、１次側コイル２１Ｃが第３の１次側コイル、１次側コイル２１Ｄが第４の１次側コイルとなる点において上記の各例と異なる。また本実施の形態にこの場合を適用すれば、第１および第２の１次側コイルは互いに異なる層に配置され、第３および第４の１次側コイルも互いに異なる層に配置されることとなる。

ここで、以上に述べた本実施の形態の絶縁型昇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、昇圧トランス２における相互誘導による昇圧を可能とする。

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スイッチング素子１１は、図４および図５の示す２つの状態の間で、外足２３Ａと中足２３Ｃとの間に配置される１次側コイル２１Ａ，２１Ｃのいずれか、および外足２３Ｂと中足２３Ｃとの間に配置される１次側コイル２１Ｂ，２１Ｄのいずれかのみに交互に電流を流す。２次側コイル２２には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電流が流れる。

整流素子３１は、２次側コイル２２から出力される正負すなわち交流の電圧と電流とを直流の電圧と電流とに整流すなわち変換し、直流の出力を得るために設けられている。さらに平滑回路により、整流素子により整流された直流の電圧および電流の出力値を平滑化すなわち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１次側コイル２１Ａと１次側コイル２１Ｄとの電流の方向、および同時に流れる１次側コイル２１Ｂと１次側コイル２１Ｃ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）１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１次側コイル２１を用いて昇圧トランス２として昇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１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄが並んだ状態となっている。このため昇圧トランス２の昇圧比を考える際にはこれら複数の１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄを併せても１次側コイル２１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昇圧トランスの構成について述べる。通常の昇圧トランスは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８倍の電圧を発生させる場合には、最小でも２次側コイルが８ターン以上、１次側コイルが１ターン以上巻回する必要がある。昇圧比が大きくなると２次側コイルの巻き数がさらに増える。この場合特に２次側コイル全体の断面積の増加を避けるためには、２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２次側コイルに流れる電流による発熱量が増加し、絶縁型昇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１次側コイル２１が採用されている。これにより、上記の比較例と同じ昇圧比を実現するためには、図４（Ｂ），（Ｃ）に示すように２次側コイル２２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２次側コイル２２の巻線の断面積を小さくすることなく、比較例と同じ昇圧比を実現することができ、２次側コイル２２の発熱の増加を抑制することができる。また１次側コイルの巻回数が少ないことから、１次側コイルの通電距離を短くすることができる。

また１次側コイルが平面視において直線状に延びることから、１次側コイル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。さらに、絶縁型昇圧コンバータに流れる電流を４つの１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄのそれぞれに分散できるため、４つの１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄのそれぞれの発熱量を低減できる。

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、上記の昇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昇圧トランスは、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１次側コイル２１（２１Ａ〜２１Ｄ）のそれぞれの１対の端部のうち一方の端部が、配線３２を介在してスイッチング素子１１（１１Ａ〜１１Ｄ）のそれぞれに（電気的に）接続されている。これに対して１次側コイル２１（２１Ａ〜２１Ｄ）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１次側コイル２１が放熱器７１に通じているとは、１次側コイル２１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１次側コイル２１が放熱器７１に通じているとは、１次側コイル２１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昇圧コンバータ１０１，１０２における１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１次側コイル２１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、１次側コイル２１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１次側コイル２１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１次側コイル２１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１次側コイル２１（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、１次側コイル２１から放熱器７１へ直接伝熱する経路と、１次側コイル２１を固定するネジ７３を介在して（挟んで）１次側コイル２１から放熱器７１へ伝熱する経路と、１次側コイル２１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、１次側コイル２１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、またスイッチング素子１１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およびスイッチング素子１１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１次側コイル２１と１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２次側コイル２２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２次側コイル２２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昇圧コンバータ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、１次側コイル２１（２１Ａ〜２１Ｄ）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。筐体７４は放熱器７１と同様に、基準電位として機能し得る。

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昇圧トランス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、本実施の形態の昇圧トランス２は、基本的に実施の形態１の昇圧トランス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２次側コイル２２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２９Ａと同一の層として、１次側コイル２１Ａと１次側コイル２１Ｂとが配置されている。

１次側コイル２１Ａ（第１の１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１次側コイル２１Ｂ（第４の１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１次側コイル２１Ａ，２１Ｂの図１５（Ａ）の左側の端部には、１次側コイル２１Ａ，２１Ｂにほぼ直交するように、接続部２１Ｅが形成されている。つまり金属板２９Ａとして、１次側コイル２１Ａ，２１Ｂと接続部２１Ｅとが一体として接続される態様となっている。接続部２１Ｅ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１次側コイル２１Ａの、接続部２１Ｅ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、スイッチング素子１１Ａのドレインが接続されている。同様に１次側コイル２１Ｂの、接続部２１Ｅ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、スイッチング素子１１Ｂのドレインが接続されている。

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、１次側コイル２１Ｃと１次側コイル２１Ｄとが配置されている。

１次側コイル２１Ｃ（第３の１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１次側コイル２１Ｄ（第２の１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１次側コイル２１Ｃ，２１Ｄの図１５（Ｄ）の右側の端部には、１次側コイル２１Ｃ，２１Ｄにほぼ直交するように、接続部２１Ｆが形成されている。つまり金属板２９Ｂとして、１次側コイル２１Ｃ，２１Ｄと接続部２１Ｆとが一体として接続される態様となっている。接続部２１Ｆには接続部２１Ｅ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１次側コイル２１Ｃの図１５（Ｄ）の左側の端部には整流素子３１Ｃのスイッチング素子１１Ｃのドレインが、１次側コイル２１Ｄの図１５（Ｄ）の左側の端部にはスイッチング素子１１Ｄのドレインが、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昇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（Ａ）および図１５（Ｄ）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１次側コイル２１Ａと１次側コイル２１Ｄとに流れる電流により外足２３Ａ，２３Ｂおよび中足２３Ｃに磁束Ｓ１，Ｓ２が発生し、２次側コイル２２に電流が流れる。このとき２次側コイル２２には、図１５（Ａ），（Ｄ）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。図１６（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、（実施の形態１と同様の）第２の状態において１次側コイル２１Ｂと１次側コイル２１Ｃとに流れる電流により外足２３Ａ，２３Ｂおよび中足２３Ｃに磁束Ｓ１，Ｓ２が発生し、２次側コイル２２に電流が流れる。このとき２次側コイル２２には、図１６（Ａ），（Ｄ）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。

このように本実施の形態においては、１次側コイル２１において同時に流れる電流を、互いに異なる層（すなわち異なる平面上）に配置される１次側コイル２１Ａおよび１次側コイル２１Ｄ、ならびに１次側コイル２１Ｂおよび１次側コイル２１Ｃ、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）に配置される１次側コイル２１Ａおよび１次側コイル２１Ｄ、ならびに１次側コイル２１Ｂおよび１次側コイル２１Ｃ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２１Ｅにより、互いに同一の層としての１次側コイル２１Ａおよび１次側コイル２１Ｂが接続されて一体となる。同様に接続部２１Ｆにより、互いに同一の層としての１次側コイル２１Ｃおよび１次側コイル２１Ｄが接続されて一体となる。

これにより、接続部２１Ｅから同一の層の１次側コイル２１Ａおよび１次側コイル２１Ｂに対する電流の向きを同じ（図１５（Ａ）の中足２３Ｃから見て反時計回り方向）にすることができる。同様に接続部２１Ｆから同一の層の１次側コイル２１Ｃおよび１次側コイル２１Ｄに対する電流の向きを同じ（図１５（Ｄ）の中足２３Ｃから見て反時計回り方向）にすることができる。このことと実施の形態１で述べたように第１の状態においてはスイッチング素子１１Ａ，１１Ｄのみがオンとされることとにより、互いに同一の層にない２つの１次側コイルに同時に互いに反対方向の電流が流れることになる。

このように１次側コイル２１Ａ〜２１Ｄ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１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昇圧する機能を有していれば十分である。

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１次側コイル２１が金属板２９Ａ，２９Ｂにより形成されるため、１次側コイル２１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１次側コイル２１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、仮に絶縁型昇圧コンバータの出力電流が増えて１次側コイル２１の電流が大きくなっても、本実施の形態においては１次側コイル２１の発熱量を低減することができる。

また１次側コイル２１Ａ，２１Ｂが接続部２１Ｅ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２１Ｆと一体となる１次側コイル２１Ｃ，２１Ｄ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、上記の昇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昇圧トランスは、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。

２次側コイル２２を含む多層プリント基板２６に上記の態様で、１次側コイル２１としての金属板２９Ａ，２９Ｂが形成される。１次側コイル２１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１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、１次側コイル２１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１次側コイル２１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１次側コイル２１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１次側コイル２１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１次側コイル２１（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１次側コイル２１（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、１次側コイル２１から放熱器７１へ直接伝熱する経路と、１次側コイル２１を固定するネジ７３を介在して（挟んで）１次側コイル２１から放熱器７１へ伝熱する経路と、１次側コイル２１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、１次側コイル２１から放熱器７１への電流の経路ともなり得る。

なお２次側コイル２２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。

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 昇圧トランス、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，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ，１１Ｈ スイッチング素子、１２，１３ 接続点、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ １次側コイル、２１Ｅ，２１Ｆ 接続部、２２ ２次側コイル、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 絶縁型昇圧コンバータ、Ｓ１，Ｓ２ 磁束。

Claims (7)

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、
   前記第１の外足と前記中足との間に配置される第１の１次側コイルと、
   前記第２の外足と前記中足との間に配置される第２の１次側コイルと、
   前記中足の周囲に巻回され、前記第１および第２の１次側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ前記第１および第２の１次側コイルの少なくとも一部と互いに間隔をあけて配置される２次側コイルと、
   スイッチング素子とを備え、
   前記スイッチング素子は、前記第１および第２の１次側コイルに同時に互いに反対方向の電流を流すようにオンオフ制御可能なように構成されており、
   前記第１の外足と前記中足との間に、前記２次側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ前記第１の１次側コイルおよび前記２次側コイルのそれぞれと互いに間隔をあけて配置される第３の１次側コイルと、
   前記第２の外足と前記中足との間に、前記２次側コイルの少なくとも一部と重なり、かつ前記第２の１次側コイルおよび前記２次側コイルのそれぞれと互いに間隔をあけて配置される第４の１次側コイルとをさらに備え、
   前記スイッチング素子は、前記第３および第４の１次側コイルに同時に互いに反対方向の電流を流すようにオンオフ制御可能なように構成されており、かつ前記第１および第２の１次側コイルと、前記第３および第４の１次側コイルとに交互に電流が流れるようにオンオフ制御可能なように構成されている、絶縁型昇圧コンバータ。
2. 前記第１および第２の１次側コイルは互いに異なる層に配置され、かつ前記第３および第４の１次側コイルは互いに異なる層に配置される、請求項１に記載の絶縁型昇圧コンバータ。
3. 前記第１、第２、第３、第４の１次側コイルは金属板により形成され、
   前記第１および第４の１次側コイル、ならびに前記第２および第３の１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４の１次側コイル、ならびに前記第２および第３の１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に記載の絶縁型昇圧コンバータ。
4. 前記第１および第２の１次側コイルは互いに同一の層に配置され、かつ前記第３および第４の１次側コイルは互いに同一の層に配置される、請求項１に記載の絶縁型昇圧コンバータ。
5. 前記第１、第２、第３および第４の１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項に記載の絶縁型昇圧コンバータ。
6. 前記第１、第２、第３および第４の１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１〜５のいずれか１項に記載の絶縁型昇圧コンバータ。
7. 前記２次側コイルから出力される正負の電圧を整流する整流素子と、
   前記整流素子により整流された電圧を平滑化する平滑回路とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の絶縁型昇圧コンバータ。

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