特開 2024-123333 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】P2024123333

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 W

H02M3/155 C

H02M3/155 Y

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030644

(22)【出願日】2023-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】徐 炳億

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS04

5H730BB14

5H730BB57

5H730BB82

5H730BB89

5H730DD04

5H730FF09

5H730FG05

5H730ZZ11

5H730ZZ15

5H730ZZ17

(57)【要約】

【課題】変圧用のコイルを導電パターンで形成した場合に、電力を適正に供給することができる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１において、基板ユニットＢＵは、基材Ｂに形成される導電パターンであって第１磁気コアＭ１の周りに螺旋状に形成される第１コイル状パターンＬ１、及び、基材Ｂに形成される導電パターンであって第２磁気コアＭ２の周りに螺旋状に形成される第２コイル状パターンＬ２を含む。制御部は、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子をＰＷＭ制御する際に、第１コイル状パターンＬ１に供給される１周期当たりの電力量を当該第１コイル状パターンＬ１で許容可能な電力量とする周波数で第１スイッチング素子を制御し、かつ、第２コイル状パターンＬ２に供給される１周期当たりの電力量を当該第２コイル状パターンＬ２で許容可能な電力量とする周波数で第２スイッチング素子を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータとが互いに並列に接続して設けられ直流電力の電圧を変圧するマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータをＰＷＭ制御する制御部と、を備え、
前記マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータは、絶縁性を有する基材、磁性材料を含み前記基材に形成された第１貫通孔に設けられる第１磁気コア、前記基材に形成される導電パターンであって前記第１磁気コアの周りに螺旋状に形成される第１コイル状パターン、磁性材料を含み前記基材に形成された第２貫通孔に設けられる第２磁気コア、及び、前記基材に形成される導電パターンであって前記第２磁気コアの周りに螺旋状に形成される第２コイル状パターンを含み、前記第１コイル状パターン及び前記第２コイル状パターンが結合された結合コイル状パターンを構成する基板ユニットと、
前記第１コイル状パターンに流れる電流を通電又は遮断する第１スイッチング素子と、
前記第２コイル状パターンに流れる電流を通電又は遮断する第２スイッチング素子と、
前記第１コイル状パターン及び前記第２コイル状パターンから出力される直流電力を平滑化するコンデンサと、を含んで構成され、
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１磁気コア、前記第１コイル状パターン、及び、前記第１スイッチング素子を含み、
前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２磁気コア、前記第２コイル状パターン、及び、前記第２スイッチング素子を含み、
前記制御部は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を前記ＰＷＭ制御する際に、前記第１コイル状パターンに供給される１周期当たりの電力量を当該第１コイル状パターンで許容可能な電力量とする周波数で前記第１スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２コイル状パターンに供給される１周期当たりの電力量を当該第２コイル状パターンで許容可能な電力量とする周波数で前記第２スイッチング素子を制御することを特徴とする電源装置。

【請求項2】

前記第１コイル状パターンは、一端が電源に接続され、他端が負荷部及びグランドに接続され、
前記第１スイッチング素子は、コイル側第１スイッチング素子、及び、コンデンサ側第１スイッチング素子を含み、
前記コイル側第１スイッチング素子は、前記第１コイル状パターンの前記他端と前記グランドとの間に設けられ、前記第１コイル状パターンと前記グランドとの間に流れる電流を通電又は遮断し、
前記コンデンサ側第１スイッチング素子は、前記第１コイル状パターンの前記他端と前記負荷部との間に設けられ、前記第１コイル状パターンと前記負荷部との間に流れる電流を通電又は遮断し、
前記第２コイル状パターンは、一端が電源に接続され、他端が前記負荷部及び前記グランドに接続され、
前記第２スイッチング素子は、コイル側第２スイッチング素子、及び、コンデンサ側第２スイッチング素子を含み、
前記コイル側第２スイッチング素子は、前記第２コイル状パターンの前記他端と前記グランドとの間に設けられ、前記第２コイル状パターンと前記グランドとの間に流れる電流を通電又は遮断し、
前記コンデンサ側第２スイッチング素子は、前記第２コイル状パターンの前記他端と前記負荷部との間に設けられ、前記第２コイル状パターンと前記負荷部との間に流れる電流を通電又は遮断し、
前記コンデンサは、前記コンデンサ側第１スイッチング素子及び前記コンデンサ側第２スイッチング素子と前記負荷部との間に設けられ、前記負荷部に出力される直流電力を平滑化する請求項１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】

従来、電源装置として、例えば、特許文献１には、マルチフェーズ方式のＤＣ／ＤＣコンバータが記載されている。このＤＣ／ＤＣコンバータは、導体パターンにより積層基板に形成された結合コイルと、積層基板に設けられたコアとを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１６／１３６６５３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述の特許文献１に記載のマルチフェーズ方式のＤＣ／ＤＣコンバータは、導体パターンにより結合コイルを形成しているため、例えば、導電線により結合コイルを形成した場合と同じように電力を供給すると、導体パターンで形成された結合コイルが供給電力を許容できないおそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結合コイルを導電パターンで形成した場合に、電力を適正に供給することができる電源装置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】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータとが互いに並列に接続して設けられ直流電力の電圧を変圧するマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータをＰＷＭ制御する制御部と、を備え、前記マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータは、絶縁性を有する基材、磁性材料を含み前記基材に形成された第１貫通孔に設けられる第１磁気コア、前記基材に形成される導電パターンであって前記第１磁気コアの周りに螺旋状に形成される第１コイル状パターン、磁性材料を含み前記基材に形成された第２貫通孔に設けられる第２磁気コア、及び、前記基材に形成される導電パターンであって前記第２磁気コアの周りに螺旋状に形成される第２コイル状パターンを含み、前記第１コイル状パターン及び前記第２コイル状パターンが結合された結合コイル状パターンを構成する基板ユニットと、前記第１コイル状パターンに流れる電流を通電又は遮断する第１スイッチング素子と、前記第２コイル状パターンに流れる電流を通電又は遮断する第２スイッチング素子と、前記第１コイル状パターン及び前記第２コイル状パターンから出力される直流電力を平滑化するコンデンサと、を含んで構成され、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１磁気コア、前記第１コイル状パターン、及び、前記第１スイッチング素子を含み、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２磁気コア、前記第２コイル状パターン、及び、前記第２スイッチング素子を含み、前記制御部は、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を前記ＰＷＭ制御する際に、前記第１コイル状パターンに供給される１周期当たりの電力量を当該第１コイル状パターンで許容可能な電力量とする周波数で前記第１スイッチング素子を制御し、かつ、前記第２コイル状パターンに供給される１周期当たりの電力量を当該第２コイル状パターンで許容可能な電力量とする周波数で前記第２スイッチング素子を制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る電源装置は、スイッチング素子を相対的に高い周波数で制御することで周期を短くすることができ、周期を短くすることで１周期当たりの電力量を小さくすることができる。これにより、電源装置は、受動素子（コンデンサ）の１周期当たりに扱う電力量を、コイル状パターンでも許容可能な電力量まで下げることができる。これにより、電源装置は、コイル状パターン及び磁気コアによって結合コイル状パターンを構成することができる。この結果、電源装置は、電力を適正に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係るマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施形態に係るマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示す断面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る電源装置の構成例を示す回路図である。

【図4】図４は、実施形態に係る電源装置の動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【0010】

図面を参照しながら実施形態に係る電源装置１について説明する。以下の説明では、互いに交差する第１方向、第２方向、及び、第３方向のうち、第１方向を「幅方向Ｘ」といい、第２方向を「奥行き方向Ｙ」といい、第３方向を「軸線方向Ｚ」という。ここでは、幅方向Ｘと奥行き方向Ｙと軸線方向Ｚとは、相互に交差し、典型的には直交する。幅方向Ｘは、基材Ｂの幅に沿う方向に相当する。奥行き方向Ｙは、基材Ｂの奥行きに沿う方向に相当する。軸線方向Ｚは、第１コイル状パターンＬ１の軸線Ｚ１及び第２コイル状パターンＬ２の軸線Ｚ２に沿う方向である。

【0011】

電源装置１は、例えば、車両に搭載され、車両の電源Ｐから供給される直流電力の電圧を変圧（例えば、昇圧）するものである。電源装置１は、図１、図２、図３に示すように、マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、制御部２０とを備える。

【0012】

マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とが互いに並列に接続して設けられ、制御部２０の制御によって直流電力の電圧を変圧（例えば、昇圧）するものである。マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、基板ユニットＢＵと、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２と、コンデンサＣとを含んで構成される。

【0013】

基板ユニットＢＵは、基材Ｂと、磁気コアＭと、第１コイル状パターンＬ１と、第２コイル状パターンＬ２とを含んで構成される。

【0014】

基材Ｂは、絶縁性を有し、矩形の板状に形成された部材である。基材Ｂは、例えば、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、紙エポキシ樹脂やセラミック等の絶縁性の材料から形成されている。基材Ｂは、第１貫通孔Ｂａ１と、第２貫通孔Ｂａ２と、第３貫通孔Ｂａ３とを含んでいる。第１貫通孔Ｂａ１、第２貫通孔Ｂａ２、及び、第３貫通孔Ｂａ３は、それぞれが軸線方向Ｚに沿って基材Ｂを貫通した円形状の貫通孔である。第１貫通孔Ｂａ１、第２貫通孔Ｂａ２、及び、第３貫通孔Ｂａ３は、それぞれが幅方向Ｘに沿って並んで設けられている。この例では、第１貫通孔Ｂａ１及び第２貫通孔Ｂａ２は、基材Ｂの幅方向Ｘの両側に設けられ、第３貫通孔Ｂａ３は、第１貫通孔Ｂａ１と第２貫通孔Ｂａ２との間に設けられている。

【0015】

磁気コアＭは、フェライト等の磁性材料を含む部材である。磁気コアＭは、例えば、第１磁気コアＭ１と、第２磁気コアＭ２と、第３磁気コアＭ３と、第１連結部Ｍａと、第２連結部Ｍｂとを含んで構成され、これらが一体形成されている。

【0016】

第１磁気コアＭ１は、軸線方向Ｚに沿って円柱状に形成されている。第１磁気コアＭ１は、軸線方向Ｚに沿って基材Ｂの第１貫通孔Ｂａ１に挿通して設けられている。

【0017】

第２磁気コアＭ２は、軸線方向Ｚに沿って円柱状に形成され、例えば、第１磁気コアＭ１と同じ形状に形成されている。第２磁気コアＭ２は、軸線方向Ｚに沿って基材Ｂの第２貫通孔Ｂａ２に挿通して設けられている。

【0018】

第３磁気コアＭ３は、軸線方向Ｚに沿って円柱状に形成され、例えば、第１磁気コアＭ１及び第２磁気コアＭ２よりも軸線方向Ｚの長さが短く形成されている。第３磁気コアＭ３は、軸線方向Ｚに沿って基材Ｂの第３貫通孔Ｂａ３に挿通して設けられている。

【0019】

第１連結部Ｍａは、第１磁気コアＭ１と第２磁気コアＭ２と第３磁気コアＭ３とを連結するものである。第１連結部Ｍａは、幅方向Ｘに沿って板状に形成され、軸線方向Ｚの一方側に設けられている。第１連結部Ｍａは、第１磁気コアＭ１の軸線方向Ｚの一端と第２磁気コアＭ２の軸線方向Ｚの一端と第３磁気コアＭ３の軸線方向Ｚの一端とを連結する。

【0020】

第２連結部Ｍｂは、第１磁気コアＭ１と第２磁気コアＭ２とを連結するものである。第２連結部Ｍｂは、幅方向Ｘに沿って板状に形成され、軸線方向Ｚの他方側に設けられている。第２連結部Ｍｂは、第１磁気コアＭ１の軸線方向Ｚの他端と第２磁気コアＭ２の軸線方向Ｚの他端とを連結する。なお、第２連結部Ｍｂは、第３磁気コアＭ３の軸線方向Ｚの他端とは連結されていない。

【0021】

第１コイル状パターンＬ１は、基材Ｂに形成される導電パターンである。第１コイル状パターンＬ１は、基材Ｂの絶縁層に、銅等の導電性の材料によって導電パターン（プリントパターン）が印刷されることで形成される。第１コイル状パターンＬ１は、第１磁気コアＭ１の軸線Ｚ１周りに螺旋状に形成されている。第１コイル状パターンＬ１は、例えば、第１磁気コアＭ１の軸線Ｚ１周りに１周半、螺旋状に形成されている。第１コイル状パターンＬ１は、一端Ｌ１ａが電源Ｐに接続され、他端Ｌ１ｂが負荷部Ｒ及びグランドに接続される。具体的には、第１コイル状パターンＬ１は、一端Ｌ１ａが電源Ｐの正極端子１１ａに接続され、他端Ｌ１ｂが負荷部Ｒの第１端子１２ａ及び電源Ｐの負極端子１１ｂに接続される。

【0022】

第２コイル状パターンＬ２は、基材Ｂに形成される導電パターンである。第２コイル状パターンＬ２は、基材Ｂの絶縁層に、銅等の導電性の材料によって導電パターン（プリントパターン）が印刷されることで形成される。第２コイル状パターンＬ２は、第２磁気コアＭ２の軸線Ｚ２周りに螺旋状に形成されている。第２コイル状パターンＬ２は、例えば、第２磁気コアＭ２の軸線Ｚ２周りに１周半、螺旋状に形成されている。第２コイル状パターンＬ２は、一端Ｌ２ａが電源Ｐに接続され、他端Ｌ２ｂが負荷部Ｒ及びグランドに接続される。具体的には、第２コイル状パターンＬ２は、一端Ｌ２ａが電源Ｐの正極端子１１ａに接続され、他端Ｌ２ｂが負荷部Ｒの第１端子１２ａ及び電源Ｐの負極端子１１ｂに接続される。上述の第１コイル状パターンＬ１及び第２コイル状パターンＬ２は、共通の磁気コアＭに設けられ、幅方向Ｘに沿って対向配置されることで、各コイル状パターンＬ１、Ｌ２が結合された結合コイル状パターンＧを構成する。第１コイル状パターンＬ１及び第２コイル状パターンＬ２は、結合コイル状パターンＧを構成することで、各コイル状パターンＬ１、Ｌ２及び磁気コアＭを小型化することができる。

【0023】

第１スイッチング素子Ｑ１は、第１コイル状パターンＬ１に流れる電流を通電又は遮断する高性能のパワー半導体である。第１スイッチング素子Ｑ１は、コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１と、コンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２とを含んで構成される。コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１及びコンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２は、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ-Ｏｘｉｄｅ-Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ-ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

【0024】

コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１は、第１コイル状パターンＬ１の他端Ｌ１ｂとグランドとの間に設けられ、ドレイン端子が第１コイル状パターンＬ１の他端Ｌ１ｂに接続され、ソース端子がグランドに接続され、ゲート端子が制御部２０に接続されている。コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１は、第１コイル状パターンＬ１とグランドとの間に流れる電流を通電又は遮断する。

【0025】

コンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２は、第１コイル状パターンＬ１の他端Ｌ１ｂと負荷部Ｒとの間に設けられ、ドレイン端子が第１コイル状パターンＬ１の他端Ｌ１ｂに接続され、ソース端子が負荷部Ｒの第１端子１２ａに接続され、ゲート端子が制御部２０に接続されている。コンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２は、第１コイル状パターンＬ１と負荷部Ｒとの間に流れる電流を通電又は遮断する。

【0026】

第２スイッチング素子Ｑ２は、第２コイル状パターンＬ２に流れる電流を通電又は遮断する高性能のパワー半導体である。第２スイッチング素子Ｑ２は、コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１と、コンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２とを含んで構成される。コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１及びコンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２は、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。

【0027】

コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１は、第２コイル状パターンＬ２の他端Ｌ２ｂとグランドとの間に設けられ、ドレイン端子が第２コイル状パターンＬ２の他端Ｌ２ｂに接続され、ソース端子がグランドに接続され、ゲート端子が制御部２０に接続されている。コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１は、第２コイル状パターンＬ２とグランドとの間に流れる電流を通電又は遮断する。

【0028】

コンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２は、第２コイル状パターンＬ２の他端Ｌ２ｂと負荷部Ｒとの間に設けられ、ドレイン端子が第２コイル状パターンＬ２の他端Ｌ２ｂに接続され、ソース端子が負荷部Ｒの第１端子１２ａに接続され、ゲート端子が制御部２０に接続されている。コンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２は、第２コイル状パターンＬ２と負荷部Ｒとの間に流れる電流を通電又は遮断する。

【0029】

コンデンサＣは、負荷部Ｒに供給される直流電力を平滑化するものである。コンデンサＣは、コンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２及びコンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２と負荷部Ｒとの間に設けられている。コンデンサＣは、負荷部Ｒの第１端子１２ａ及び負荷部Ｒの第２端子１２ｂに並列に接続され、第１コイル状パターンＬ１及び第２コイル状パターンＬ２から負荷部Ｒに出力される直流電力を平滑化する。

【0030】

上述のように構成されたマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とが互いに並列に接続して設けられている。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、第１磁気コアＭ１、第１コイル状パターンＬ１、及び、第１スイッチング素子Ｑ１を含み、昇圧チョッパ回路を構成する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、第２磁気コアＭ２、第２コイル状パターンＬ２、及び、第２スイッチング素子Ｑ２を含み、昇圧チョッパ回路を構成する。マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、制御部２０からの制御信号に基づき、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２によって、電源Ｐから供給される直流電力を昇圧し、昇圧後の直流電力を負荷部Ｒに供給する。

【0031】

制御部２０は、マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御するものである。制御部２０は、ＣＰＵ、記憶部を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。制御部２０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から出力されるそれぞれの変換後の出力電圧の位相を互いにずらすように、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、１２をＰＷＭ制御する。制御部２０は、例えば、負荷部Ｒの第１端子１２ａと第２端子１２ｂとの間の電圧に基づいて、第１スイッチング素子Ｑ１（コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１、コンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２）及び第２スイッチング素子Ｑ２（コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１、コンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２）をＰＷＭ制御し、電源Ｐから負荷部Ｒに供給される直流電力の電圧を制御する。そして、制御部２０は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する際に、第１コイル状パターンＬ１に供給される１周期当たりの電力量（エネルギー量）を当該第１コイル状パターンＬ１で許容可能な電力量とする周波数で第１スイッチング素子Ｑ１を制御し、かつ、第２コイル状パターンＬ２に供給される１周期当たりの電力量（エネルギー量）を当該第２コイル状パターンＬ２で許容可能な電力量とする周波数で第２スイッチング素子Ｑ２を制御する。すなわち、制御部２０は、予め定められた相対的に高い周波数（例えば、数ＭＨｚ）で第１スイッチング素子Ｑ１を制御することにより、第１コイル状パターンＬ１に供給される１周期当たりの電力量を、当該第１コイル状パターンＬ１で許容可能な電力量とし、かつ、予め定められた相対的に高い周波数（例えば、数ＭＨｚ）で第２スイッチング素子Ｑ２を制御することにより、第２コイル状パターンＬ２に供給される１周期当たりの電力量を、当該第２コイル状パターンＬ２で許容可能な電力量とする。ここで、第１スイッチング素子Ｑ１を制御する周波数は、例えば、実際に、第１コイル状パターンＬ１に電力を供給した際の実験結果として得られる。また、第１スイッチング素子Ｑ１を制御する周波数は、第１コイル状パターンＬ１の断面積等に基づいて求めてもよい。同様に、第２スイッチング素子Ｑ２を制御する周波数は、例えば、実際に、第２コイル状パターンＬ２に電力を供給した際の実験結果として得られる。また、第２スイッチング素子Ｑ２を制御する周波数は、第２コイル状パターンＬ２の断面積等に基づいて求めてもよい。

【0032】

次に、電源装置１の動作例について説明する。電源装置１は、図４に示すように、車両の電源Ｐから直流電力を入力する（ステップＳ１）。次に、電源装置１は、制御部２０により、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する（ステップＳ２）。制御部２０は、例えば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から出力されるそれぞれの変換後の出力電圧の位相を互いにずらすように、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する。制御部２０は、例えば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の第１スイッチング素子Ｑ１において、コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１をオンし且つコンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２をオフすることで第１コイル状パターンＬ１にエネルギーを蓄え、コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１をオフし且つコンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２をオンすることで第１コイル状パターンＬ１に蓄えられたエネルギーを負荷部Ｒに放出する。また、制御部２０は、例えば、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の第２スイッチング素子Ｑ２において、コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１をオンし且つコンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２をオフすることで第２コイル状パターンＬ２にエネルギーを蓄え、コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１をオフし且つコンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２をオンすることで第２コイル状パターンＬ２に蓄えられたエネルギーを負荷部Ｒに放出する。そして、制御部２０は、第１コイル状パターンＬ１に供給される１周期当たりの電力量（エネルギー量）を当該第１コイル状パターンＬ１で許容可能な電力量とする周波数（例えば、数ＭＨｚ）で第１スイッチング素子Ｑ１を制御し、かつ、第２コイル状パターンＬ２に供給される１周期当たりの電力量（エネルギー量）を当該第２コイル状パターンＬ２で許容可能な電力量とする周波数（例えば、数ＭＨｚ）で第２スイッチング素子Ｑ２を制御する。そして、電源装置１は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２により、電源Ｐから直流電力の電圧を昇圧し、昇圧後の直流電力を負荷部Ｒに供給する。

【0033】

以上のように、実施形態に係る電源装置１は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とが互いに並列に接続して設けられ直流電力の電圧を変圧するマルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０をＰＷＭ制御する制御部２０とを備える。マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、基板ユニットＢＵと、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２と、コンデンサＣとを含んで構成される。基板ユニットＢＵは、絶縁性を有する基材Ｂ、磁性材料を含み基材Ｂに形成された第１貫通孔Ｂａ１に設けられる第１磁気コアＭ１、基材Ｂに形成される導電パターンであって第１磁気コアＭ１の周りに螺旋状に形成される第１コイル状パターンＬ１、磁性材料を含み基材Ｂに形成された第２貫通孔Ｂａ２に設けられる第２磁気コアＭ２、及び、基材Ｂに形成される導電パターンであって第２磁気コアＭ２の周りに螺旋状に形成される第２コイル状パターンＬ２を含み、第１コイル状パターンＬ１及び第２コイル状パターンＬ２が結合された結合コイル状パターンＧを構成する。第１スイッチング素子Ｑ１は、第１コイル状パターンＬ１に流れる電流を通電又は遮断する。第２スイッチング素子Ｑ２は、第２コイル状パターンＬ２に流れる電流を通電又は遮断する。コンデンサＣは、第１コイル状パターンＬ１及び第２コイル状パターンＬ２から出力される直流電力を平滑化する。上記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、第１磁気コアＭ１、第１コイル状パターンＬ１、及び、第１スイッチング素子Ｑ１を含む。上記第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、第２磁気コアＭ２、第２コイル状パターンＬ２、及び、第２スイッチング素子Ｑ２を含む。制御部２０は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する際に、第１コイル状パターンＬ１に供給される１周期当たりの電力量を当該第１コイル状パターンＬ１で許容可能な電力量とする周波数で第１スイッチング素子Ｑ１を制御し、かつ、第２コイル状パターンＬ２に供給される１周期当たりの電力量を当該第２コイル状パターンＬ２で許容可能な電力量とする周波数で第２スイッチング素子Ｑ２を制御する。

【0034】

この構成により、電源装置１は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を相対的に高い周波数で制御することで周期を短くすることができ、周期を短くすることで１周期当たりの電力量を小さくすることができる。これにより、電源装置１は、受動素子（例えば、コンデンサＣ）の１周期当たりに扱う電力量を、各コイル状パターンＬ１、Ｌ２でも許容可能な電力量まで下げることができる。これにより、電源装置１は、各コイル状パターンＬ１、Ｌ２及び各磁気コアＭ１、Ｍ２によって結合コイル状パターンＧを構成することができる。電源装置１は、導電パターンで形成された各コイル状パターンＬ１、Ｌ２により結合コイル状パターンＧを構成するので、インダクタを小型化できる。さらに、電源装置１は、１周期当たりの電力量を小さくすることができるので、受動素子（例えば、コンデンサＣ）も小型化できる。また、電源装置１は、結合コイル状パターンＧにより磁気を打ち消しあうことができるので、各磁気コアＭ１、Ｍ２の小型化や、磁気損失の減少による発熱の抑制、電圧変換の高効率化を実現することができる。この結果、電源装置１は、電力を適正に供給することができる。

【0035】

上記電源装置１において、第１コイル状パターンＬ１は、一端Ｌ１ａが電源Ｐに接続され、他端Ｌ１ｂが負荷部Ｒ及びグランドに接続される。第１スイッチング素子Ｑ１は、コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１、及び、コンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２を含む。コイル側第１スイッチング素子Ｑ１１は、第１コイル状パターンＬ１の他端Ｌ１ｂとグランドとの間に設けられ、第１コイル状パターンＬ１とグランドとの間に流れる電流を通電又は遮断する。コンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２は、第１コイル状パターンＬ１の他端Ｌ１ｂと負荷部Ｒとの間に設けられ、第１コイル状パターンＬ１と負荷部Ｒとの間に流れる電流を通電又は遮断する。第２コイル状パターンＬ２は、一端Ｌ２ａが電源Ｐに接続され、他端Ｌ２ｂが負荷部Ｒ及びグランドに接続される。第２スイッチング素子Ｑ２は、コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１、及び、コンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２を含む。コイル側第２スイッチング素子Ｑ２１は、第２コイル状パターンＬ２の他端Ｌ２ｂとグランドとの間に設けられ、第２コイル状パターンＬ２とグランドとの間に流れる電流を通電又は遮断する。コンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２は、第２コイル状パターンＬ２の他端Ｌ２ｂと負荷部Ｒとの間に設けられ、第２コイル状パターンＬ２と負荷部Ｒとの間に流れる電流を通電又は遮断する。コンデンサＣは、コンデンサ側第１スイッチング素子Ｑ１２及びコンデンサ側第２スイッチング素子Ｑ２２と負荷部Ｒとの間に設けられ、負荷部Ｒに出力される直流電力を平滑化する。この構成により、電源装置１は、各コイル状パターンＬ１、Ｌ２及び各磁気コアＭ１、Ｍ２によって、インダクタを導電パターンで形成した結合コイル状パターンＧを有する昇圧回路を構成することができる。

【0036】

なお、上記説明では、マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、昇圧回路を構成する例について説明したが、これに限定されず、例えば、電源Ｐから供給される直流電力の電圧を降圧する降圧回路を構成してもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ 電源装置
１０ マルチフェーズ型ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ 制御部
Ｂ 基材
ＢＵ 基板ユニット
Ｂａ１ 第１貫通孔
Ｂａ２ 第２貫通孔
Ｃ コンデンサ
Ｌ１ 第１コイル状パターン
Ｌ１ａ 一端
Ｌ１ｂ 他端
Ｌ２ 第２コイル状パターン
Ｌ２ａ 一端
Ｌ２ｂ 他端
Ｍ１ 第１磁気コア
Ｍ２ 第２磁気コア
Ｑ１ 第１スイッチング素子
Ｑ１１ コイル側第１スイッチング素子
Ｑ１２ コンデンサ側第１スイッチング素子
Ｑ２ 第２スイッチング素子
Ｑ２１ コイル側第２スイッチング素子
Ｑ２２ コンデンサ側第２スイッチング素子
Ｇ 結合コイル状パターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】