特開 2023-141302 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023141302

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 Y

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022047541

(22)【出願日】2022-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】服部 文哉

(72)【発明者】

【氏名】板倉 康仁

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA02

5H730AA14

5H730AS04

5H730BB21

5H730BB86

5H730XX03

5H730XX12

5H730XX23

5H730XX32

5H730ZZ04

5H730ZZ11

5H730ZZ12

5H730ZZ15

(57)【要約】

【課題】部品として購入した絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いた電源装置において、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造することなく、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次巻線における電界強度を弱くする（小さくする）技術を提供すること。
【解決手段】電源装置は、内部にトランスを備えた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子に電気的に接続された導体と、を備え、前記導体は、前記トランスの二次巻線から見て、前記トランスの一次側から二次側に向かう方向と直交する方向に配置される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部にトランスを備えた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと、
前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子に電気的に接続された導体と、
を備え、
前記導体は、前記トランスの二次巻線から見て、前記トランスの一次側から二次側に向かう方向と直交する方向に配置される、
電源装置。

【請求項2】

前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータおよび前記導体は、回路基板上に設けられる、
請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記導体は、金属スペーサ、板状の導体、または前記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された導体である、
請求項１又は２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記導体は、前記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された第１の導体と、前記第１の導体と電気的に接続された第２の導体とにより構成される、
請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の電源装置。

【請求項5】

前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータが直列に接続されたうちの一部であり、二次側の電位の絶対値が所定の電位の絶対値以上となる絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである、
請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェハや液晶基板を製造する工程で用いられるプラズマ処理装置では、例えば、パルス状の電圧（パルス電圧）を発生させるパルス電源装置のように、高電圧を発生させる電源装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
上記のような電源装置では、直流電源から供給される直流電圧をスイッチング回路によってパルス電圧化して出力しているが、近年、大出力化が要求されている。例えば、絶対値が１０ｋＶ以上の高電圧パルスが要求されている。高電圧パルスの電位は＋（プラス）の場合もあれば、－（マイナス）の場合もある。
このような電源装置において、スイッチング回路には、複数のスイッチング素子が備わっている。各スイッチング素子を駆動する駆動回路に、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータから直流電圧（例えば電位差が２４Ｖの電圧）が供給されている。絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータが用いられる理由は、スイッチング素子でスイッチングする電圧が高電圧なので、内蔵するトランスによって一次側（入力側）と二次側（出力側）とを絶縁させるためである。
なお、高電圧パルスの電圧値が大きい場合、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは複数段（例えば３段）の直列接続で構成する場合がある。

【0003】

さて、周知のように、トランスの一次巻線と二次巻線との間には浮遊容量が存在する。浮遊容量の存在は、トランスの一次巻線と二次巻線が、それぞれキャパシタの電極として機能することを表している。
そのため、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに内蔵されているトランスに電圧が印加されると、その印可された電圧の大きさに比例してトランスの一次巻線と二次巻線との間の電荷量が増減することになる。また、電荷量の増減に応じて電界強度が増減するという関係がある。このため、トランスに印加される電圧が高くなると、一次巻線および二次巻線に作用する電界強度が強くなる（大きくなる）。電界強度が強くなると、巻線付近（例えば巻線を覆っているモールド部分等）における誘電損失が増加し、発熱量が多くなる。このため、トランスでは、一次巻線側よりも二次巻線側における誘電損失が多く、発熱量が多くなる。また、電界強度が強くなると、コロナ放電が発生し易くなる。

【0004】

このような関係性がある中で、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次側電位（出力側電位）が高電位（絶対値１０ｋＶ以上）になると、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに内蔵されているトランスの二次巻線における電界強度も大きくなり、それに伴って誘電損失も大きくなる。また、コロナ放電が発生し易くなる。

【0005】

この問題への対策として、電界強度を低下させることが考えられる。この観点では、特許文献２のように、トランスにコロナリングを設けることによって電界強度を低下させる技術が提案されているが、トランスに直接コロナリングを設ける必要がある。トランスにコロナリングを設ける技術は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを部品として購入し、他の部品と組み合わせて電源装置を製作する場合に適用できる技術ではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３－１２５７２９号公報

【特許文献2】特開２００４－３３５６９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、部品として購入した絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いた電源装置において、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造することなく、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次巻線における電界強度を弱くする（小さくする）技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本実施形態に係る電源装置は、内部にトランスを備えた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子に電気的に接続された導体と、を備え、前記導体は、前記トランスの二次巻線から見て、前記トランスの一次側から二次側に向かう方向と直交する方向に配置される。

【0009】

本実施形態に係る電源装置にあっては、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータおよび前記導体は、回路基板上に設けられる。また、本実施形態に係る電源装置にあっては、前記導体は、金属スペーサ、板状の導体、または前記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された導体である。また、本実施形態に係る電源装置にあっては、前記導体は、前記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された第１の導体と、前記第１の導体と電気的に接続された第２の導体とにより構成される。また、本実施形態に係る電源装置にあっては、前記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータが直列に接続されたうちの一部であり、二次側の電位の絶対値が所定の電位の絶対値以上となる絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、部品として購入した絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いた電源装置において、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造することなく、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次巻線における電界強度を弱くする（小さくする）ことができる。しかも、導体は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置するので、簡単に対策を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの配置例（概略平面図）である。

【図2】図２は、トランスの一次巻線と二次巻線をキャパシタの電極と見なしたときの等価回路を示す図である。

【図3】図３は、外部電極用導体の配置位置の一例を示す図である。

【図4】図４は、外付け電極として機能する外部電極用導体の構成例（図３の矢印方向から見た断面図）である。

【図5】図５は、図４で示した各構成例の場合の電極の面積を示す図である。

【図6】図６は、シミュレーション結果を示す図である。

【図7】図７は、実験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る電源装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態により本願発明が限定されるものではない。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は、同様であるものとして、重複する説明は適宜省略する。

【0013】

図１は、電源装置における３つの絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ（１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１、２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３）の配置例（概略平面図）を示す図である。以下、説明を簡便にするために、水平面内おいて互いに直交する２方向をＸ軸、Ｙ軸とし、鉛直方向をＺ軸とする。図１は、電源装置における回路基板１５を、鉛直方向に沿って見下ろした様子を示している。本実施形態では、内部にトランス１１１を備えた３つの絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータが、例えば、図１に示すように、回路基板１５上の入力端子１７と出力端子１９との間に直列接続されている。

【0014】

出力端子１９の電位は、＋（プラス）の場合もあれば、－（マイナス）の場合もあるが、以下では、出力端子１９の電位が＋（プラス）の場合の一例で説明する。
入力端子１７の電位は、パルス電源装置のような電源装置のグランド（０Ｖ）に対して、所定の電位差（例えば＋２４Ｖ）の電位である。
出力端子１９の電位は、パルス電源装置のような電源装置の出力電位（＋１２ｋＶ）に対して、所定の電位差（例えば＋２４Ｖ）の電位である。
すなわち、入力端子１７のグランド（電位０Ｖ）から見た電位差は＋２４Ｖである。また、出力端子１９のグランドから見た電位は＋１２０２４Ｖである。

【0015】

このため、１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１では、一次側の電位は最大２４Ｖ（絶対値）で、二次側の電位は最大４０２４Ｖ（絶対値）である。
また、２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２では、一次側の電位は最大４０２４Ｖ（絶対値）で、二次側の電位は最大８０２４Ｖ（絶対値）である。
また、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３では、一次側の電位は最大８０２４Ｖ（絶対値）で、二次側の電位は最大１２０２４Ｖ（絶対値）である。

【0016】

なお、トランス１１１は、図１において、３つの絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１、１２、１３各々の内部にあるので、点線で表されている。また、回路基板１５におけるパターン配線２１は、回路基板１５の裏面に形成されているので、点線で表されている。もちろん、回路基板１５の表面に、パターン配線２１は形成されてもよい。また、複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを電気的に接続する配線は、パターン配線２１に限定されない。

【0017】

また、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータには、トランス１１１以外にも、電圧変換するための構成や端子などを有するが、図１では図示を省略している。

【0018】

また、図１はあくまでも一例であり、複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの配置は、これに限定されない。例えば、複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは、一直線上に配置されてもよい。

【0019】

図２は、図１に関し、トランス１１１の一次巻線と二次巻線とをキャパシタの電極と見なしたときの等価回路の一例を示す図である。図２では、図１との関係を明瞭にするために、回路基板１５における各種構成要素も併せて図示している。
図２における１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１と、２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２と、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３との近傍に示す４ｋＶの矢印は、それぞれの絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの一次側と二次側との間に４ｋＶの電位差が生じている様子を示している。

【0020】

周知のように、トランス１１１の一次巻線と二次巻線との間には浮遊容量が存在する。浮遊容量は、トランス１１１の一次巻線と二次巻線が、それぞれキャパシタの電極として機能することを表している。
そこで、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに内蔵されているトランス１１１の一次巻線と二次巻線をキャパシタの電極と見なすと、図１は、図２に示すような等価回路となる。

【0021】

もちろん、この図２は、トランス１１１の一次巻線と二次巻線が、それぞれキャパシタの電極として機能することに着目し、その観点だけをイメージ化したものであるため、電圧変換するための構成等の図示を省略している。

【0022】

図３は、実施形態に係り、回路基板１５に配置される外部電極用の導体（以下、外部電極用導体と呼ぶ）３の配置位置の一例を示す図である。図２で示した３段目（最終段）の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３のトランス１１１の二次巻線から見て、回路基板１５上においてトランス１１１の一次側から二次側に向かう方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に、導体（以下、外部電極用導体３と呼ぶ）が配置される。この外部電極用導体３は、例えば、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、当該絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力端子２３に電気的に接続される。

【0023】

すなわち、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子１９と外部電極用導体３とは電気的に接続されていればよい。たとえば、図１および図２に対して回路基板１５追加された外部電極用導体３は、図３に示すように、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３と出力端子１９との間のパターン配線２１を介して、電気的に接続されていても良い。これらにより、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子１９と導体（外部電極用導体）３とを接続するためのパターン配線２１を回路基板１５に作成することで、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと導体３とを回路基板１５上に設けることができ、容易に導体３を回路基板１５に取り付けることができる。

【0024】

以下、上記外部電極用導体３について説明する。

【0025】

絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに内蔵されているトランス１１１に電圧が印加されると、印可された電圧の大きさに比例して、トランス１１１の一次側と二次側との間の電荷量が増減することになる。また、電荷量の増減に応じて電界強度が増減するという関係があるので、トランス１１１に印加される電圧が高くなると、一次巻線および二次巻線に作用する電界強度が強くなる（大きくなる）。電界強度が強くなると、巻線付近（例えば巻線を覆っているモールド部分等）における誘電損失が増加し、発熱量が多くなる。そのため、トランス１１１では、一次巻線側よりも二次巻線側における誘電損失が多く、発熱量が多くなる。また、電界強度が強くなると、コロナ放電が発生し易くなる。

【0026】

そこで、上記のような外部電極用導体３を設けると、トランス１１１の一次巻線が、キャパシタの一方の電極（以下、一次側電極と呼ぶ）として機能し、外部電極用導体３がトランス１１１の二次巻線とともに、キャパシタの他方の電極（以下、拡大後二次側電極と呼ぶ）として機能する。これにより、二次巻線における誘電損失を低下させることができる。
なお、本実施形態の外部電極用導体３がない状態では、トランス１１１の二次巻線がキャパシタの他方の電極（以下、通常二次側電極と呼ぶ）として機能することになる。そのため、外部電極用導体３は、通常二次側電極に対する外付け電極とも言える。

【0027】

ここで、外部電極用導体３は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置されるため、拡大後二次側電極は、通常二次側電極よりも広い面積を有することになる。そのため、拡大後二次側電極では通常二次側電極よりも電荷が分散するので、拡大後二次側電極の場合の二次巻線における電界強度は、通常二次側電極の場合の二次巻線における電界強度よりも弱くなる（小さくなる）。
したがって、本実施形態の対策を行うことによって、二次巻線における電界強度を弱める（小さくさせる）ことができる。
しかも、外部電極用導体３は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置するので、部品として購入する絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造する必要がないので、簡単に対策を行うことができる。

【0028】

以下、図４および図５を用いて、外部電極用導体３について詳細に説明する。図４は、外付け電極５５として機能する外部電極用導体３の複数の構成例を模式的に示す図である。具体的には、図４は、図３におけるＸ軸の方向（図３に示す矢印の方向）から見た外部電極用導体３の断面の一例を含む複数の外部電極用導体の断面を示している（Ａ－Ａ矢視断面図）。なお、図４においては、外部電極用導体３の断面との比較例として、外部電極用導体が未搭載の場合の断面（ａ）についても図示している。また、図４では、説明の便宜上、パターン配線２１の厚みを回路基板１５の厚みに比べて、厚くして図示している。すなわち、実際には、回路基板１５の厚みに対するパターン配線２１の厚みは、図４に示すよりもっと薄い。
図５は、図４に示す各構成例にこえる電極の面積の一例を示す図である。

【0029】

以下、図４および図５の示す６つの構成例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）について説明する。なお、図４および図５に示す外部電極用導体３の構成及び配置は一例であって、これらに限定されず、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

【0030】

図４および図５に示す（ａ）は、回路基板１５上に外部電極用導体３が設置されていない状態（以下、対策なしと呼ぶ）、すなわち、コロナ放電などへの対策が未実施の状態を示している。図４および図５における対策なし（ａ）に示すように、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３は、例えば、スルーホール１９１を介してパターン配線２１に電気的に接続される。

【0031】

図４および図５に示す（ｂ）は、回路基板１５上に矩形上の外部電極用導体３１が設置されている状態（以下、疑似コロナリング設置と呼ぶ）を示している。図４の疑似コロナリング３１は、トランス１１１の二次巻線の周囲を囲うように配置された外部電極用導体である。図４の疑似コロナリング（ｂ）における外部電極用導体３１は、コロナリングそのものではないので、以下、「疑似コロナリング」と呼ぶ。疑似コロナリング３１は、トランス１１１の二次巻線の周囲を囲うように配置された外部電極用導体であればよい。このため、疑似コロナリング３１は、単一の部材だけで構成されなくてもよい。例えば、疑似コロナリング３１は、細長い銅板を四角形状に折り曲げて構成されてもよいし、細長い銅板３２４と金属スペーサ３２とで構成されてもよい。また、回路基板１５のパターン配線２１は、疑似コロナリング３１の一部として活用されてもよい。

【0032】

図４および図５における疑似コロナリング設置（ｂ）に示すように、疑似コロナリング３１は、例えば、ネジ３１１を介して３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力端子１９側のパターン配線２１に電気的に接続される。なお、疑似コロナリング３１とパターン配線２１との接続は、ネジ３１１に限定されず、例えばスルーホール及び半田を介して電気的に接続されてもよい。これらのことから、疑似コロナリング３１の電位は、出力端子１９と同電位となる。

【0033】

図４および図５に示す（ｃ）は、棒状の外部電極用導体（以下、金属スペーサと呼ぶ）３２が回路基板１５上に設置されている状態（以下、金属スペーサ設置と呼ぶ）を示している。金属スペーサ３２の端部には、ネジ３２１が設けられている。このため、回路基板１５にネジ穴が設けられていれば、金属スペーサ３２は、容易に回路基板１５から取り外しできる。このとき、回路基板１５に設けられる金属スペーサ３２の数は、ネジ穴の数に応じて容易に調整することも可能である。多様な長さの金属スペーサ３２を用意することで、外付け電極５５としての面積の調整は容易となる。なお、金属スペーサ３２に類似した外部電極用導体（ネジがない等）を、外部電極用導体として用いることも可能である。金属スペーサ３２にネジ３２１が設けられていない場合、ネジ３２１が設けられていない金属スペーサ３２は、半田付け等で回路基板１５のスルーホール等を介してパターン配線２１に固定されてもよい。これらにより、金属スペーサ３２の電位は、出力端子１９と同電位となる。

【0034】

図４および図５に示す（ｄ）は、外部電極用導体として、疑似コロナリングと金属スペーサ３２とが回路基板１５上に設置されている状態（以下、疑似コロナリング＋金属スペーサと呼ぶ）を示している。図４および図５に示す疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）では、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３に近い２つの金属スペーサ３２３と銅板３２４とを例えばネジ（３１１、３２１）等により電気的に接続することで、疑似コロナリングが形成されている。加えて、銅板３２４は、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３から最遠の金属スペーサ３２にも、例えばネジ等により電気的に接続されている。疑似コロナリング３１と金属スペーサ３２との組み合わせでは、疑似コロナリング３１だけよりも、電極の面積を拡大することができる。なお、上記のように、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）に示すように、疑似コロナリングの一部として金属スペーサ３２３を活用することができる。

【0035】

図４および図５に示す（ｅ）は、外部電極用導体として、疑似コロナリング３１と板状の導体３３とが回路基板１５上に設置されている状態（以下、疑似コロナリング＋板状導体と呼ぶ）を示している。本構成例によれば、疑似コロナリング３１だけよりも、電極の面積を拡大することができる。本構成例では、疑似コロナリング３１と、追加された板状の導体３３とは接触していることが好ましい。なお、疑似コロナリング３１と、板状の導体３３とは非接触であってもよい。

【0036】

図４および図５における疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）に示すように、板状の導体３３は、例えば、ネジ３３１を介して３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の出力端子１９側のパターン配線２１に電気的に接続される。このため、板状の導体３３の電位は、出力端子１９と同電位となる。
なお、板状の導体３３とパターン配線２１との接続は、ネジ３３１に限定されず、例えばスルーホール及び半田を介して電気的に接続されてもよい。これらのことから、板状の導体３３の電位は、出力端子１９と同電位となる。また、疑似コロナリングと板状の導体３３とを半田等によって接続してもよい。このようにすると、ネジ３３１等を用いないでも、板状の導体３３の電位は出力端子１９と同電位となる。

【0037】

図４および図５に示す（ｆ）は、外部電極用導体として、板状の導体３３が回路基板１５上に設置されている状態（以下、板状導体設置と呼ぶ）を示している。本構成例に示すように、金属スペーサ３２の代わりに、板状の導体３３を用いることも可能である。

【0038】

上記のように、外部電極用導体３は、外付け電極５５として機能し、トランス１１１における通常二次電極５３とともに拡大後二次側電極５１として機能する。すなわち、外部電極用導体３によって、電極としての面積が拡大する。

【0039】

図５は、電極の拡大の様子を表している。図５は、拡大後二次側電極５１として機能する通常二次側電極５３と外付け電極５５とを図３の矢印方向から図示したものである。すなわち、図５において図示されている部分は、図５の対策なし（ａ）を除いて、拡大後二次側電極５１の面積を表している。
なお、一次側電極と通常二次側電極５３とは対向した位置にあり、且つ、一次側電極の面積と通常二次側電極５３の面積は同じである。そのため、図５では、一次側電極は通常二次側電極５３に隠れて見えていない。また、図５では、出力端子１９や金属スペーサ３２のネジ３２１等は省略している。

【0040】

図５から分かるように、外部電極用導体３を設けることにより、トランス１１１の二次巻線だけ（通常二次側電極５３だけ）の場合に比べて、本実施形態の電極面積は拡大している。すなわち、通常二次側電極５３だけの場合よりも電荷の分散が行えるので、本実施形態によれば、電界強度を弱める（小さくする）ことができる。

【0041】

例えば、図５のうち対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）においては、対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）の順に、疑似的な電極の面積が増えている。

【0042】

以下、本実施形態に関する電界強度のシミュレーション結果について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に関するシミュレーション結果の一例を示す図である。

【0043】

図６は、図２に示した等価回路を想定し、４つの導体を一定の間隔を空けてＸ方向に沿って一列に配置したときの電界強度のシミュレーション結果である。なお、シミュレーションには、２次元シミュレーターが用いられている。シミュレーション結果は、実際のトランス１１１の構造とは異なるが、対向するキャパシタの電極における電界強度の強弱の度合いを知ることができる。図６に示すシミュレーションでは、入力端子１７から出力端子１９までの間に３つ（３段）の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータが電気的に直列接続されたことを想定している。

【0044】

図６に示す（Ａ）は、４つの導体の大きさが同一である場合のシミュレーション結果（以下、同一大きさシミュレーション結果と呼ぶ）を示している。
また、図６に示す（Ｂ）は、４つの導体のうち一番後段（すなわち出力端子１９に最も近い）の導体１４の大きさが他の導体の大きさに比べて横長（約２倍）である場合のシミュレーション結果（以下、横長シミュレーション結果と呼ぶ後段）を示している。

【0045】

図６の同一大きさシミュレーション結果（Ａ）および横長シミュレーション結果（Ｂ）に示すように、４つの導体には、それぞれ、０ｋＶ、４ｋＶ、８ｋＶ、１２ｋＶの電位が印加されている。
また、図６に示す、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、Ｘ方向に沿った直線状の距離を表しており、それぞれ絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに関して以下に示す位置に相当する。

【0046】

Ｄ１：１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１における一次側電極に相当する位置
Ｄ２：１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１における二次側電極に相当する位置
Ｄ３：２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２における一次側電極に相当する位置
Ｄ４：２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１２における二次側電極に相当する位置
Ｄ５：３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３における一次側電極に相当する位置
Ｄ６：３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３における二次側電極に相当する位置

【0047】

図６に示すシミュレーション結果を示すグラフ（Ｃ）は、図６に示すＸ方向に沿った軸ＳＰにおける位置に対する、同一大きさシミュレーション結果（Ａ）および横長シミュレーション結果（Ｂ）をグラフ化したものである。グラフ（Ｃ）における原点は、軸ＳＰにおける基準位置であって、例えば、位置Ｄ１から所定の距離だけ－Ｘ方向に沿って離れた位置に対応する。
なお、位置に対する電界強度の変化を示すシミュレーション結果のグラフ（Ｃ）における電界強度は、図６に示すように、導体の左右方向（図６におけるＹ方向）の中央から少しずれた位置での電界強度である。

【0048】

図６におけるシミュレーション結果を示すグラフ（Ｃ）において、同一大きさシミュレーション結果（Ａ）の場合は、導体に印加される電位が大きくなる程（すなわち、位置が原点から離れるにつれて）、電界強度が強く（大きく）なる。例えば、グラフ（Ｃ）において、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の二次側電極に相当する位置Ｄ６における電界強度は、１段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１の一次側電極に相当する位置Ｄ１における電界強度に比べてかなり大きくなる。
一方、図６におけるシミュレーション結果を示すグラフ（Ｃ）において、横長シミュレーション結果（Ｂ）の場合は、４つ目の導体１４が左右に横長なので電荷が分散される。このため、同一大きさシミュレーション結果（Ａ）に比べて、横長シミュレーション結果（Ｂ）の電界強度は、特に、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３における二次側電極に相当する位置Ｄ６において、弱く（小さく）なっていることが分かる。

【0049】

したがって、電源装置において、外部電極用導体３による外部電極の追加によって、電界強度を下げることができることがシミュレーション結果でも確認できた。

【0050】

以下、本実施形態に関する実験結果について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に関する実験結果の一例を示す図である。

【0051】

図７は、図４および図５における対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）においては、対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）に関する外部電極用導体のパターンにおいて、実物を用いた温度測定の結果を示す図である。

【0052】

図７に示すように、対策なし（ａ）、疑似コロナリング設置（ｂ）、金属スペーサ設置（ｃ）、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）においては、対策なし（ａ）：約１０９度、疑似コロナリング設置（ｂ）：約８７度、金属スペーサ設置（ｃ）：約７７度、疑似コロナリング＋金属スペーサ（ｄ）：約７４度、疑似コロナリング＋板状導体（ｅ）：約７２度の順に、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の温度は、下がっていることが確認できた。すなわち、外付け電極５５の面積が増える程、温度の抑制がされていることが確認できた。また、外付け電極５５の面積が増える程、電界強度が弱くなっている（小さくなっている）ことが確認できた。
なお、各実験結果における温度は、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の最も温度の高い箇所の温度の実測である。

【0053】

図６、図７に示すように、後段側になる程、二次側（出力側）の電位が高くなるため、電界強度を低下させる必要のある絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに的を絞って、電界強度の低減の対策を行うことで、より効率的に、すなわち不要な対策を行うことなく、コロナ放電を低減させることができる。

【0054】

なお、上記説明では、３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３の電界強度の低下および温度の低下を説明したが、実施形態は、これに限定されない。すなわち、回路基板１５に搭載される絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１１が１つ（１段目のみ）であっても、本実施形態に係る技術的特徴は適用可能であって、上記説明と同様な効果を実現することができる。

【0055】

以上のことから本実施形態に係る電源装置は、内部にトランスを備えた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータと、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部で、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子に電気的に接続された導体と、を備え、当該導体は、当該トランスの二次巻線から見て、当該トランスの一次側から二次側に向かう方向と直交する方向に配置される。電源装置を上記のように構成すると、トランスの一次巻線が、キャパシタの一方の電極（一次側電極）として機能し、導体がトランスの二次巻線とともに、キャパシタの他方の電極（拡大後二次側電極）として機能する。なお、本実施形態の導体がない状態では、トランスの二次巻線がキャパシタの他方の電極（通常二次側電極）として機能することになる。そのため、導体は、通常二次側電極に対する外付け電極とも言える。ここで、導体は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置されるため、拡大後二次側電極は、通常二次側電極よりも広い面積を有することになる。そのため、通常二次側電極よりも電荷が分散するので、拡大後二次側電極の場合の二次巻線における電界強度は、通常二次側電極の場合の二次巻線における電界強度よりも弱い（小さい）。したがって、本実施形態の対策を行うことによって、二次巻線における電界強度を弱める（小さくさせる）ことができる。しかも、導体は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの外部に配置するので、部品として購入する絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造する必要がないので、簡単に対策を行うことができる。

【0056】

また、実施形態に係る電源装置は、上記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータおよび上記導体は、回路基板上に設けられる。両者とも回路基板上に設けるようにすれば、容易に取り付けることができる。例えば、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端子と導体とを接続するためのパターン配線を回路基板に作成しておけば、容易に導体を取り付けることができる。

【0057】

また、実施形態に係る電源装置は、上記前記導体は、金属スペーサ、板状の導体、または上記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された導体である。導体が金属スペーサであれば、容易に入手でき、且つ、取り付けも容易である。特に、回路基板上に金属スペーサを設けるようにすれば、取り外しが容易になる。また、金属スペーサの数を容易に調整することができる。すなわち、拡大後二次側電極の面積の調整が容易である。なお、回路基板には、金属スペーサを取り付ける、ネジ穴を予め作成しておく必要がある。導体が板状の導体であれば、外付け電極としての面積を確保し易い。そのため、電荷を分散させ易く、ひいては、電界強度を弱めやすい。トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された導体であれば、一方向だけでなく、トランスの二次巻線の周方向にも電荷を分散させることができる。そのため、電界強度の低下度合いを均一化させることができる。

【0058】

また、実施形態に係る電源装置は、上記導体は、上記トランスの二次巻線の周囲を囲うように配置された第１の導体と、当該第１の導体と電気的に接続された第２の導体とにより構成される。第１の導体による効果だけでなく、第２の導体による効果も合わさるので、より効果的に二次巻線における誘電損失を低下させることができる。

【0059】

また、実施形態に係る電源装置において、上記絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータは、複数のＤＣ－ＤＣコンバータが直列に接続されたうちの一部であり、二次側の電位の絶対値が所定の電位の絶対値以上となる絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。複数の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを直列に接続する場合、問題となるのは後段側の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。何故ならば、後段側になる程、二次側（出力側）の電位が高くなるからである。そのため、電界強度を低下させる必要のある絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに的を絞って対策を行えばよい。具体的には、二次側の電位（絶対値）が所定の電位（絶対値）以上となる絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータに的を絞ればよい。これによって、不要な対策を行わなくてすむ。なお、通常は、最後段の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを対象に対策を行うことになる。

【0060】

以上のことから、本実施形態などに係る電源装置によれば、部品として購入した絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを用いた電源装置において、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータを分解・改造することなく、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータの二次巻線における電界強度を弱くする（小さくする）ことができる。

【0061】

なお、上述の実施形態は、適宜組み合わせ可能であり、また例示であって発明の範囲を限定するものではない。また、上述の実施形態および変形例は、発明の範囲、要旨に含まれ、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0062】

３ 外部電極用導体、１１ １段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ、 １２ ２段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ、 １３ ３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ、 １４ 一番後段の外部電極用導体、 １５ 回路基板、 １７ 入力端子、 １９ 出力端子、 ２１ パターン配線、 ３１ 疑似コロナリング、 ３２ 金属スペーサ、 ３３ 板状の導体、 ５１ 拡大後二次側電極、 ５３ 通常二次側電極、 ５５ 外付け電極、 １１１ トランス、 １９１ スルーホール、 ３１１ ネジ、 ３２１ ネジ、 ３２３ ３段目の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータ１３に近い２つの金属スペーサ、 ３２４ 銅板、 ３３１ ネジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】