Presentation Information
[C-12-31]Loss Reduction in Isolated DC-DC Converter by Improving Winding Design of Fe-based Metal Composite Core Isolation Transformer
◎Takatsugu Ichikawa1, Haruto Koshiyama1, Katsuyuki Yoda1, Makoto Sonehara1, Toshiro Sato1, Kousuke Miyaji1 (1. Shinshu Univ.)
Keywords:
Isolated DC-DC Converter,Isolation Transformer,Fe-based Metal Composite
近年、自動車の電動化、GaNパワーデバイスの発展により、高電圧かつ高周波の電源システムの需要が増加している。このような電源システムでは、安全や信頼性の確保のため、絶縁型コンバータが必要である。この中でコストや体積を削減する観点から、絶縁トランスを半導体パッケージに内蔵した絶縁型コンバータが注目されている。
半導体パッケージ内蔵可能な絶縁トランスを用いた絶縁型LLC共振コンバータが提案されている。絶縁型コンバータの損失を削減するにはトランスのインダクタンスを高くしたいが、パッケージ寸法の制約が厳しい。先行研究では、数10MHz 帯で損失が小さい鉄系メタルコンポジット磁性材料をトランスの磁心に使用して小型なコイルで空心では実現できない高インダクタンスを実現した。また、巻線は2層フレキシブル基板を2枚貼り合わせる構造により、低コスト、薄さ、高耐圧を実現した。しかし先行研究の巻線で使用されている対称スパイラル構造は、巻線によって磁束をトランス周辺に誘導することでノイズを低減できる反面、巻線中心の窓面積が小さいため磁路断面積が小さく鉄損が増加しやすい。
本研究は、小型絶縁コンバータ向けの絶縁トランスについて、同じ寸法制約下で巻線形状を変更することでトランス損失を削減することを目的とした。
半導体パッケージ内蔵可能な絶縁トランスを用いた絶縁型LLC共振コンバータが提案されている。絶縁型コンバータの損失を削減するにはトランスのインダクタンスを高くしたいが、パッケージ寸法の制約が厳しい。先行研究では、数10MHz 帯で損失が小さい鉄系メタルコンポジット磁性材料をトランスの磁心に使用して小型なコイルで空心では実現できない高インダクタンスを実現した。また、巻線は2層フレキシブル基板を2枚貼り合わせる構造により、低コスト、薄さ、高耐圧を実現した。しかし先行研究の巻線で使用されている対称スパイラル構造は、巻線によって磁束をトランス周辺に誘導することでノイズを低減できる反面、巻線中心の窓面積が小さいため磁路断面積が小さく鉄損が増加しやすい。
本研究は、小型絶縁コンバータ向けの絶縁トランスについて、同じ寸法制約下で巻線形状を変更することでトランス損失を削減することを目的とした。