JP2004153020A - Transformer - Google Patents

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JP2004153020A
JP2004153020A JP2002316734A JP2002316734A JP2004153020A JP 2004153020 A JP2004153020 A JP 2004153020A JP 2002316734 A JP2002316734 A JP 2002316734A JP 2002316734 A JP2002316734 A JP 2002316734A JP 2004153020 A JP2004153020 A JP 2004153020A
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magnetic
transformer
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core
terminal
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JP2002316734A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshinori Takatsuka
俊徳 高塚
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Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Original Assignee
Asahi Kasei Electronics Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the primary current value free from adverse effect of noise by suppressing voltages to be induced at the magnetic sensor output terminal side even when the primary current is high in frequency. <P>SOLUTION: A magnetosensitive section 2 is connected to a lead terminal 4 with four wires 3. An output current is supplied to the magnetosensitive section 2 from terminals 11 and 13 through lead lines 5 and the lead terminals 4 provided on the surface of a substrate 8. Output signals are outputted across terminals 12 and 14 after travelling along a channel consisting of the magnetosensitive section 2, a lead terminal 4, a lead line 5, and then the terminal 12, and along a channel consisting of the magnetosensitive section 2, a lead terminal 4, a through hole 6, a backside lead line 7, a through hole 6, and then the terminal 14. The lead lines and the lead terminals constituting the lead wire channels for extracting output from the magnetosensitive section 2 are arranged so that the opening area of the channels from the terminal 12 through the terminal 14 is zero relative to the magnetic flux. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば直流電源として用いるDC/DCコンバータ,AC/DCコンバータなどに使用される、トランスに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から周知の如く、大半の電子機器は、商用電源であるAC100Vのままでは、満足にその機能を果たすことができないので、DC5VまたはDC24Vのように入力AC電圧を変換する電源装置が必要である。
【0003】
一方、昨今では電力の高効率化が要求されており、各種装置用の電源の構成にも改善が要求されている。更なる電源の高効率化のため、電源回路の各所に電流センサなどの電流検知手段を設け、その出力値に基づいて制御回路にフィードバックをかけ効率化を進める方法が一般的である。
【0004】
電流検知を行うための1つの解決手法として、シャント抵抗を用いる方法が広く知られている。しかし、この方法ではシャント抵抗で電圧降下が生じることから、大電流を扱う電源回路において、その電力ロスは無視できない大きな値になってしまう。
【0005】
また、シャント抵抗は温度特性を有しているので、その温度特性に対応した補正回路が必要になることから、電源装置が高価になるという問題が生じてくる。
【0006】
さらに、電力の効率化を達成するためフィードバック制御を行うには、従来用いていなかった各種センサを新たに設置する必要があるので、電源装置全体のサイズが大きくなるほか、高価になってしまうという問題が生じてくる。
【0007】
一方、他の技術文献(特許文献1参照)においては、チョークコイル内蔵回路の電流検出装置が開示されている。しかし、チョークコイルは入力電流の突入分を平滑化する部品であるので、平滑後の出力電流とは若干異なる平滑前の電流に起因する磁束密度がコア部に発生する。当然のことながら、磁気センサ部分にも同様の磁束密度が発生する。そこで、より一層の効率化を進めるために、電源回路などではチョーク部分で電流検知を行うのではなく、平滑後の電圧変換を行うトランス部分で電流検知を行うことが必要になってくる。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−181851号公報(第4頁,図1)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、このような従来の問題を考慮して、電源装置には必要不可欠な部品であるトランス自体に、電流センサ機能を併有させることにより、電源装置を既存の大きさのままとし、且つ電流センサでの電力ロスが生じないようにしたトランスを見出した。つまり、磁性体で形成されたコアと、該コアに巻装される複数組の巻線とを備えたトランスにおいて、前記コアの少なくとも一部に設けたギャップ部に発生する磁束密度を検出する、アナログ出力型の磁気センサを有することを特徴とするものである(特願2002−258186号)。
【0010】
しかしながら、このトランスは、一次電流の周波数が高い場合には、磁気センサの出力端子側に誘導電圧が発生し、磁気センサ出力のS/Nが低下するという問題が生じる。
この問題について、さらに以下に詳述する。
【0011】
そこで、従来から用いられている磁電変換素子、たとえば、ホール素子により磁界を検出する場合の動作原理を図8を参照して説明する。
【0012】
図8において、ホール素子1は紙面に垂直で磁束密度Bなる磁界中に置かれている。線9−10は磁界が変化する領域の境界線を示し、この境界線9−10の矢印側で磁界が加わっている。駆動電流を端子11および13に加えると、感磁部2に生起したホール電圧は端子12および14から取り出される。
【0013】
一方、磁界の移動あるいは増減に起因してホール素子1と交叉する磁束φが時間的に変化すると、端子12および14に接続されたリード線4により形成され、且つ図8中にハッチングを付して示される開口面積Sなるループ状の導線路に、電磁誘導作用により起電力Vφが生起する。
【0014】
起電力Vφは、一般に、誘導電圧と呼ばれ、
Vφ=−dφ/dt=−SdB/dt (1)
となる。
【0015】
本来、ホール素子の積感度をKH,駆動電流をICとおけば、端子12および14から、
VH=KH・IC・B (2)
なるホール電圧が出力されるべきであるが、誘導電圧Vφが混入すると出力電圧Voutは、
Vout=VH+Vφ (3)
となって、磁束密度に比例する出力VHを得る目的のためには誤差が生じてしまうことになる。
【0016】
この誤差成分、すなわち誘導電圧Vφは、磁束量または磁束密度の時間的変化率に比例するので、磁界が急激に変化する場合、たとえば、高周波の交番磁界などでは、ホール電圧と同等、または、それ以上の電圧となることがあり、大きな誤差となって問題である。
【0017】
よって本発明の目的は、このような問題に鑑み、電源装置には必要不可欠な部品であるトランス自体に、電流センサ機能を併有させることにより、電源装置を既存の大きさのままとし、且つ電流センサでの電力ロスが生じないようにしたトランスを提供することにある。
【0018】
特に、本発明の目的は、一次電流の周波数が高い場合でも、磁気センサの出力端子側に誘導電圧が発生するのを抑制し、磁気センサ出力のS/Nが低下するという問題が生じないトランスを提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に係る本発明は、磁性体で形成されたコアと、該コアに巻装される複数組の巻線とを備えたトランスにおいて、前記コアの少なくとも一部に設けたギャップ部に発生する磁束密度を検出するアナログ出力型の磁気センサと、前記磁気センサの出力側に誘導電圧が発生するのを抑制する抑制手段と、を備える。
【0020】
請求項2に係る本発明は、請求項1に記載のトランスにおいて、前記磁気センサは、基板上に形成された被検出磁界を検知する感磁部を備え、前記抑制手段は、前記基板の表裏両面に渡って形成され前記被検出磁界の強度に応じた電気的出力を前記感磁部から取り出す出力導線路を備え、前記出力導線路が前記被検出磁界と交差する開口面積を零とするために、前記表裏両面に渡って形成された出力導線路の少なくとも一方は、前記被検出磁界の方向から見て、前記感磁部の一方の面を完全に覆う大面積部を有し、さらに前記表裏両面に渡って形成された出力導線路のうち前記大面積部を除く部分は実質的に前記基板を介して重なっている構造を有する。
【0021】
請求項3に係る本発明は、請求項2に記載のトランスにおいて、前記出力導線路の大面積部にスリット状開口部を設けたものである。
【0022】
請求項4に係る本発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載のトランスにおいて、前記磁性体で形成されたコアは、第1のE型コアおよび第2のE型コア、または、E型コアおよびI型コアで構成される。
【0023】
請求項5に係る本発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載のトランスにおいて、前記アナログ出力型の磁気センサは、ホール素子またはホールICである。
【0024】
上記の構成をとることにより、既存の大きさのままで、電流センサの機能を有したトランスを構成でき、さらにセンサでの電力ロスを生じない安価な構成をとる、省電力化に貢献可能なトランスが得られる。
【0025】
特に、一次電流の周波数が高い場合でも、磁気センサの出力端子側に誘導電圧が発生するのを抑制し、磁気センサ出力のS/Nが低下することがない。
【0026】
なお、コア材料としては、一般的な磁性材料であるフェライトの他にも、ケイ素鋼板、電磁軟鉄を代表とするソフトマグネティック金属材料など様々な磁性体の適用が可能であり、周波数特性や温度特性などを考慮して最適な材料を選ぶ必要がある。
【0027】
コア形状については、特に種類の限定はないが、通常量産されているE型コアを2つ用いる場合や、E型コアとI型コアを用いる場合、その他にもトロイダル形状など様々な形状が適用可能であり、少なくとも1箇所以上のギャップ部を有する必要がある。なお、このギャップ部については、コア中で磁気飽和を防ぐために必要なものであり、磁気センサを配設するために、新規に設けたものではない。
【0028】
アナログ出力型の磁気センサについては、ホール素子やホールIC、MR、フラックスゲートセンサ、MIセンサなどが適用可能であるが、小型かつ安価で磁束の極性に依存した出力を出すホール素子やリニア出力型のホールICが望ましい。
【0029】
磁気センサの誘導電圧抑制手段については、少なくとも出力端子側に設けることで誘導電圧の影響の大半を除去できるが、入力端子側にも誘導電圧抑制を行うことが望ましい。
また、導線路の大面積部にスリット状開口部を設けることが好ましい。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【0031】
図1(A)は、本発明の一実施の形態における断面構造を、簡略化した模式図として示したものである。図1(B)は、図1(A)を上面から見た平面図である。
【0032】
本実施の形態に係るトランスのコアは、3つの磁脚53,54,55を有するE型コア41と、このE型コア41の磁脚53,55を連結するI型コア42からなる。E型コア41に含まれている中央磁脚54の先端とI型コア42は、ギャップ部43を介して対向配置されている。なお、上記E型コア41とI型コア42との間にあるギャップ部43は、磁気飽和を避けるために必要なものであり、センサ配置のために新規に設けたものではない。
【0033】
本実施の形態に係るトランスを構成する一次巻線および二次巻線31は、共にE型コア41の中央磁脚54を巻装軸として巻回されている。通常、一次巻線および二次巻線31は、電流分割巻きか、あるいは電圧分割巻きで一体的に巻かれ、一次と二次の巻線の結合を良好にしている。なお、巻装軸とは、コイルを装着する軸状物のことでコイルを直巻するときの磁脚であり、あるいはコイルを巻回したボビンを取り付ける磁脚などがこれらに該当する。
【0034】
本実施の形態に係るトランスでは、E型コア41とI型コア42との間にあるギャップ部43に、アナログ出力型の磁気センサであるホール素子21を配設してある。このことにより、ギャップ部43に発生する磁束密度を検知することが可能になる。
【0035】
図2は、本実施の形態に係るトランスの一次電流と、ホール素子部の磁束密度との関係を示す特性図である。ギャップ部43の磁束密度は、当然トランスの一次巻線部分に流れる一次電流に比例した値になるので、特性としては、一次電流に対して直線的にホール素子21の出力が変化する。このホール素子21の出力より、電力ロスを生じることなく、一次電流値を測定することが可能になる。
【0036】
また、ホール素子21のような低消費電力型の磁気センサを用いているので、基本的に電力ロスは発生しない。したがって、シャント抵抗で一次電流を検知する従来例に比べて電力ロスが格段に少なくなり、一層の電力の高効率化を実現することが可能になる。
【0037】
なお、コア材料としては、一般的な磁性材料であるフェライトの他にも、ケイ素鋼板、電磁軟鉄を代表とするソフトマグネティック金属材料など様々な磁性体の適用が可能であり、周波数特性や温度特性などを考慮して最適な材料を選ぶ必要がある。
【0038】
コア形状については、特に種類の限定はないが、通常量産されているE型コアを2つ用いる場合や、E型コアとI型コアを用いる場合、その他にもトロイダル形状など様々な形状が適用可能であり、少なくとも1箇所以上のギャップ部を有する必要がある。
【0039】
アナログ出力型の磁気センサについては、ホール素子やホールIC,MR,フラックスゲートセンサ,MIセンサなどが適用可能であるが、小型かつ安価で磁束の極性に依存した出力を出すホール素子やリニア出力型のホールICが望ましい。
【0040】
図3は、本実施の形態で用いるホール素子部分を示す構成図である。
図3において、1はDIP(Dual Inline Package)型ホール素子であり、このホール素子1は基板8に取り付けられている。感磁部2は、4本のワイヤ3によってリード端子4に接続されている。さらにリード端子4は一点鎖線で囲まれた樹脂モールド部分の外側に引き出されて、基板8の表面に設けられたリード線5および基板8の裏面に設けられたリード線7を経て端子11,12,13および14に接続されている。すなわち、入力電流は端子11および13から基板8の表面に設けられたリード線5およびリード端子4を通って感磁部2に供給される。
【0041】
一方、出力信号は感磁部2→リード端子4→リード線5→端子12、および感磁部2→リード端子4→スルーホール6→裏面のリード線7→スルーホール6→端子14という経路によって端子12および14間に出力される。この図3に示すように、感磁部2からの出力を取り出す導線路を構成する各リード線およびリード端子は、端子12から端子14に至る経路が磁束に対して開口面積がゼロとなるように配設されている。
【0042】
基板8としては、厚さ0.2mm程度のフレキ基板を用いる。リード線5および7は、基板8の両面に密着した厚さ20μmの銅箔をエッチングして図1に示したような配線パターンに形成して得る。裏面側のリード線7は、スルーホール6により、表面側のリード端子4および端子14と接続されている。
【0043】
ワイヤ3としては金線を用い、このワイヤ線は、ワイヤボンディングにより感磁部2とリード端子4を接続している。リード端子4は、ハンダによりリード線5と接続されている。
【0044】
境界線9−10は、磁界が変化する領域の境界を示し、境界線9−10の矢印側で紙面に垂直な方向の磁束密度Bなる磁界が加わっていることを示す。
【0045】
このような構造により、端子12からリード線5,リード端子4,ワイヤ3,感磁部2を通りスルーホール6および裏面のリード線7を経て端子14に至るループ状の導線路は、磁束と交叉する開口面積が零であるため、誘導電圧Vφを発生しない。
【0046】
なお、本実施の形態ではリード線7はホール素子1の裏面部分において幅を広く形成してホール素子1を接続する際の位置ずれやワイヤ3の変形などがあってもループ状導線路に開口面積が生じないようにした。
【0047】
また、リード線7は磁束と交叉する面積が表面のリード線5に比較して大きいが、銅箔の厚さを20μm以下に薄くすることによって、渦電流による損失の影響を実質的に無くすことができる。
【0048】
さらに、図4および図5に示すように、リード線7に細いスリット状開口部15を設けることによって、磁界の磁束密度あるいは周波数が増大しても、渦電流を打消すことができる。この場合、銅箔の厚さの5〜10倍程度の幅のスリットを形成することによって、導線路の開口面による誘導電圧Vφの発生を、ホール電圧VHに比べて、無視できる。また、かかるスリットは、図示例のように平行に設ける以外にも、たとえば網状,梯子状などに形成してもよく、かかるスリットの配置される方向も縦,横,斜めなど任意所望に定めることができる。
【0049】
一方、入力導線路の端子11から感磁部2を通り端子13に至るループは誘導電圧を発生するが、この場合、出力端子12および14の電圧は同じ位相で変化するため、差動型の回路あるいは増幅器に接続すれば見かけ上はその影響を受けない。
【0050】
【実施例】
以下に作成したトランスの概要を示す。
一次巻線:10ターン
二次巻線:20ターン
ギャップ部厚さ:0.6mm
使用したホール素子:旭化成電子製HW003C(商品名)
コア:フェライト製EIコア
一次電流の周波数:100kHz
入力電流:0.4A/div
ホール素子誘導起電圧:50mV/div
【0051】
誘導の抑制を行わない場合のトランスにおけるホール素子の誘導電圧波形を図6に示し、誘導補償を行ったトランスにおけるホール素子の誘導電圧波形を図7に示す。
【0052】
ホール素子の入力電圧を1Vとしたとき、今回のトランスの構成で±1Aの一次電流を流すと、ホール素子の出力電圧は±50mV程度であった。しかし図6から判る通り、誘導抑制を行わないと、±150mV程度の誘導電圧が発生し、ホール素子の出力電圧より大きなノイズが発生することになり、一次電流の計測が不可能になる。
【0053】
一方、誘導抑制を行うと、誘導電圧の発生を劇的に低減できるので、ノイズの影響を受けることなく、一次電流の値を計測することができる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を実施することにより、既存の大きさのままで、電流センサ機能を有したトランスを実現でき、さらにセンサでの電力ロスが生じない安価な構成をとる、省電力化に貢献可能なトランスを実現することができる。
【0055】
特に、一次電流の周波数が高い場合でも、磁気センサの出力端子側に誘導電圧が発生するの劇的に低減でき、ノイズの影響を受けることなく、一次電流の値を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるトランスの一部破断側面構造を示す簡略図、および、該トランスを上面から見た平面図である。
【図2】本実施の形態におけるトランスの一次電流と磁束密度の関係を示す特性図である。
【図3】本実施の形態で用いるホール素子部分を示す構成図である。
【図4】本実施の形態で用いるリード線7に設けたスリット状開口部を示す平面図である。
【図5】本実施の形態で用いるリード線7に設けたスリット状開口部を示す平面図である。
【図6】誘導の抑制を行わない場合のトランスにおけるホール素子の誘導電圧波形を示す図である。
【図7】本発明の一実施例として、誘導補償を行ったトランスにおけるホール素子の誘導電圧波形を示す図である。
【図8】従来から用いられている磁電変換素子により磁界を検出する場合の動作原理図である。
【符号の説明】
1 ホール素子
2 感磁部
4 リード端子
5 リード線(表面)
6 スルーホール
7 リード線(裏面)
8 基板
11,12,13,14 端子
15 開口部
21 アナログ出力型の磁気センサであるホール素子
31 一次巻線および二次巻線
41 E型コア
42 I型コア
43 ギャップ部
53,54,55 磁脚
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a transformer used for a DC / DC converter or an AC / DC converter used as a DC power supply, for example.
[0002]
[Prior art]
As is well known, most electronic devices cannot perform their functions satisfactorily with a commercial power supply of AC 100 V. Therefore, a power supply device for converting an input AC voltage such as DC 5 V or DC 24 V is required. .
[0003]
On the other hand, recently, there is a demand for higher power efficiency, and there is a demand for an improved power supply configuration for various devices. In order to further increase the efficiency of the power supply, it is common to provide current detection means such as a current sensor at various points in the power supply circuit, and to feed back to the control circuit based on the output value to improve the efficiency.
[0004]
As one solution for detecting the current, a method using a shunt resistor is widely known. However, in this method, since a voltage drop occurs in the shunt resistor, the power loss in a power supply circuit handling a large current becomes a large value that cannot be ignored.
[0005]
In addition, since the shunt resistor has a temperature characteristic, a correction circuit corresponding to the temperature characteristic is required, which causes a problem that the power supply device becomes expensive.
[0006]
Furthermore, in order to perform feedback control in order to achieve power efficiency, it is necessary to newly install various sensors that have not been used in the past, so that the size of the entire power supply device becomes large and it becomes expensive. Problems arise.
[0007]
On the other hand, another technical document (see Patent Document 1) discloses a current detecting device of a circuit with a built-in choke coil. However, since the choke coil is a component for smoothing the inrush of the input current, a magnetic flux density due to the current before smoothing slightly different from the output current after smoothing is generated in the core portion. As a matter of course, a similar magnetic flux density also occurs in the magnetic sensor portion. Therefore, in order to further improve the efficiency, it is necessary in a power supply circuit or the like to perform current detection not in a choke portion but in a transformer portion that performs voltage conversion after smoothing.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-181851 (page 4, FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In view of such a conventional problem, the present inventor has made the power supply device of an existing size by adding a current sensor function to the transformer itself, which is an indispensable part of the power supply device. We have found a transformer that is left as it is and prevents power loss in the current sensor. That is, in a transformer including a core formed of a magnetic material and a plurality of sets of windings wound around the core, a magnetic flux density generated in a gap provided in at least a part of the core is detected. It is characterized by having an analog output type magnetic sensor (Japanese Patent Application No. 2002-258186).
[0010]
However, this transformer has a problem that when the frequency of the primary current is high, an induced voltage is generated at the output terminal side of the magnetic sensor, and the S / N of the output of the magnetic sensor is reduced.
This problem is described in further detail below.
[0011]
The principle of operation when a magnetic field is detected by a conventionally used magnetoelectric conversion element, for example, a Hall element will be described with reference to FIG.
[0012]
In FIG. 8, the Hall element 1 is placed in a magnetic field having a magnetic flux density B perpendicular to the plane of the drawing. A line 9-10 indicates a boundary line of a region where the magnetic field changes, and a magnetic field is applied on the arrow side of the boundary line 9-10. When a drive current is applied to the terminals 11 and 13, the Hall voltage generated in the magnetic sensing unit 2 is extracted from the terminals 12 and 14.
[0013]
On the other hand, when the magnetic flux φ intersecting the Hall element 1 changes with time due to the movement or increase or decrease of the magnetic field, it is formed by the lead wire 4 connected to the terminals 12 and 14 and is hatched in FIG. An electromotive force Vφ is generated in a loop-shaped conductive line having an opening area S indicated by an electromagnetic induction effect.
[0014]
The electromotive force Vφ is generally called an induced voltage,
Vφ = −dφ / dt = −SdB / dt (1)
It becomes.
[0015]
Originally, if the product sensitivity of the Hall element is KH and the drive current is IC, the terminals 12 and 14
VH = KH ・ IC ・ B (2)
Should be output, but if the induced voltage Vφ is mixed, the output voltage Vout becomes
Vout = VH + Vφ (3)
Therefore, an error occurs for the purpose of obtaining the output VH proportional to the magnetic flux density.
[0016]
This error component, that is, the induced voltage Vφ is proportional to the temporal change rate of the magnetic flux amount or the magnetic flux density. Therefore, when the magnetic field changes abruptly, for example, in a high-frequency alternating magnetic field or the like, it is equal to or larger than the Hall voltage. The voltage may be higher than that described above, causing a large error, which is a problem.
[0017]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a current sensor function in the transformer itself, which is an indispensable part of the power supply device, in view of such a problem, thereby keeping the power supply device of the existing size, and An object of the present invention is to provide a transformer in which power loss in a current sensor does not occur.
[0018]
In particular, an object of the present invention is to suppress the generation of an induced voltage on the output terminal side of the magnetic sensor even when the frequency of the primary current is high, and to eliminate the problem of reducing the S / N of the magnetic sensor output. Is to provide.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is a transformer including a core formed of a magnetic material and a plurality of sets of windings wound on the core, wherein at least one of the cores is provided. An analog output type magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated in a gap portion provided in a part thereof, and a suppression unit for suppressing generation of an induced voltage on an output side of the magnetic sensor are provided.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, in the transformer according to the first aspect, the magnetic sensor includes a magnetic sensing unit that detects a magnetic field to be detected formed on the substrate, and the suppression unit includes a magnetic sensor. An output conducting line formed on both surfaces to take out an electrical output according to the strength of the detected magnetic field from the magnetic sensing unit, and an opening area at which the output conducting line intersects the detected magnetic field is set to zero. In addition, at least one of the output conducting lines formed over both the front and back surfaces has a large area portion that completely covers one surface of the magneto-sensitive portion when viewed from the direction of the detected magnetic field, and further includes: A portion of the output conductive line formed on both front and back surfaces except for the large area portion has a structure substantially overlapping with the substrate interposed therebetween.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in the transformer according to the second aspect, a slit-shaped opening is provided in a large area of the output conducting line.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in the transformer according to any one of the first to third aspects, the core formed of the magnetic material includes a first E-type core and a second E-type core, or an E-type core. It is composed of a mold core and an I-type core.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in the transformer according to any one of the first to fourth aspects, the analog output type magnetic sensor is a Hall element or a Hall IC.
[0024]
By adopting the above configuration, it is possible to configure a transformer having the function of a current sensor while maintaining the existing size, and to contribute to power saving by adopting an inexpensive configuration that does not cause power loss in the sensor. Transformer is obtained.
[0025]
In particular, even when the frequency of the primary current is high, generation of an induced voltage on the output terminal side of the magnetic sensor is suppressed, and the S / N of the magnetic sensor output does not decrease.
[0026]
As the core material, in addition to ferrite, which is a general magnetic material, various magnetic materials such as a silicon steel sheet and a soft magnetic metal material typified by electromagnetic soft iron can be used, and frequency characteristics and temperature characteristics can be used. It is necessary to select the most suitable material in consideration of such factors.
[0027]
There is no particular limitation on the core shape, but various shapes such as a case where two mass-produced E-shaped cores are used, a case where an E-shaped core and an I-shaped core are used, and a toroidal shape are also used. It is possible, and it is necessary to have at least one gap portion. The gap is necessary to prevent magnetic saturation in the core, and is not newly provided for disposing a magnetic sensor.
[0028]
For the analog output type magnetic sensor, a Hall element, Hall IC, MR, flux gate sensor, MI sensor, etc. can be applied, but a small and inexpensive Hall element or linear output type that outputs an output depending on the polarity of magnetic flux. Is desirable.
[0029]
The induced voltage suppressing means of the magnetic sensor can be provided at least on the output terminal side to remove most of the influence of the induced voltage, but it is desirable to suppress the induced voltage also on the input terminal side.
Further, it is preferable to provide a slit-shaped opening in a large area of the conductive line.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1A is a simplified schematic diagram illustrating a cross-sectional structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a plan view of FIG. 1A viewed from above.
[0032]
The core of the transformer according to the present embodiment includes an E-type core 41 having three magnetic legs 53, 54, and 55, and an I-type core 42 connecting the magnetic legs 53 and 55 of the E-type core 41. The distal end of the center magnetic leg 54 included in the E-type core 41 and the I-type core 42 are arranged to face each other with a gap 43 therebetween. The gap 43 between the E-shaped core 41 and the I-shaped core 42 is necessary for avoiding magnetic saturation, and is not newly provided for disposing the sensor.
[0033]
Both the primary winding and the secondary winding 31 constituting the transformer according to the present embodiment are wound around the center magnetic leg 54 of the E-shaped core 41 as a winding axis. Usually, the primary winding and the secondary winding 31 are integrally wound by a current division winding or a voltage division winding to improve the coupling between the primary and secondary windings. The wound shaft is a shaft-shaped object on which a coil is mounted, and is a magnetic leg for directly winding a coil, or a magnetic leg for mounting a bobbin around which a coil is wound.
[0034]
In the transformer according to the present embodiment, the Hall element 21 which is a magnetic sensor of an analog output type is disposed in the gap 43 between the E-shaped core 41 and the I-shaped core 42. This makes it possible to detect the density of the magnetic flux generated in the gap 43.
[0035]
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating a relationship between the primary current of the transformer according to the present embodiment and the magnetic flux density of the Hall element unit. Since the magnetic flux density of the gap portion 43 naturally becomes a value proportional to the primary current flowing through the primary winding of the transformer, the characteristic is that the output of the Hall element 21 changes linearly with respect to the primary current. From the output of the Hall element 21, the primary current value can be measured without causing power loss.
[0036]
In addition, since a low power consumption type magnetic sensor such as the Hall element 21 is used, basically no power loss occurs. Therefore, the power loss is remarkably reduced as compared with the conventional example in which the primary current is detected by the shunt resistor, and it is possible to realize higher power efficiency.
[0037]
As the core material, in addition to ferrite, which is a general magnetic material, various magnetic materials such as a silicon steel sheet and a soft magnetic metal material typified by electromagnetic soft iron can be used, and frequency characteristics and temperature characteristics can be used. It is necessary to select the most suitable material in consideration of such factors.
[0038]
There is no particular limitation on the core shape, but various shapes such as a case where two mass-produced E-shaped cores are used, a case where an E-shaped core and an I-shaped core are used, and a toroidal shape are also used. It is possible, and it is necessary to have at least one gap portion.
[0039]
As the analog output type magnetic sensor, a Hall element, a Hall IC, an MR, a flux gate sensor, an MI sensor, etc. are applicable. Is desirable.
[0040]
FIG. 3 is a configuration diagram showing a Hall element portion used in the present embodiment.
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a DIP (Dual Inline Package) type Hall element, and the Hall element 1 is mounted on a substrate 8. The magnetic sensing part 2 is connected to the lead terminal 4 by four wires 3. Further, the lead terminal 4 is drawn out of the resin mold portion surrounded by the dashed line, and is passed through the lead wire 5 provided on the surface of the substrate 8 and the lead wire 7 provided on the back surface of the substrate 8 to the terminals 11 and 12. , 13 and 14. That is, the input current is supplied from the terminals 11 and 13 to the magnetic sensing unit 2 through the lead wire 5 and the lead terminal 4 provided on the surface of the substrate 8.
[0041]
On the other hand, the output signal is transmitted through the magnetic sensing part 2 → lead terminal 4 → lead wire 5 → terminal 12 and the sensing part 2 → lead terminal 4 → through hole 6 → back side lead wire 7 → through hole 6 → terminal 14. It is output between terminals 12 and 14. As shown in FIG. 3, each lead wire and lead terminal constituting a conductive line for taking out the output from the magnetic sensing unit 2 is such that the path from the terminal 12 to the terminal 14 has an opening area for magnetic flux of zero. It is arranged in.
[0042]
As the substrate 8, a flexible substrate having a thickness of about 0.2 mm is used. The lead wires 5 and 7 are obtained by etching a copper foil having a thickness of 20 μm adhered to both surfaces of the substrate 8 to form a wiring pattern as shown in FIG. The lead wire 7 on the back side is connected to the lead terminal 4 and the terminal 14 on the front side by a through hole 6.
[0043]
A gold wire is used as the wire 3, and this wire wire connects the magnetic sensing part 2 and the lead terminal 4 by wire bonding. The lead terminal 4 is connected to the lead wire 5 by solder.
[0044]
A boundary line 9-10 indicates a boundary of a region where the magnetic field changes, and indicates that a magnetic field having a magnetic flux density B in a direction perpendicular to the paper on the arrow side of the boundary line 9-10 is applied.
[0045]
With such a structure, a loop-shaped conductive line extending from the terminal 12 to the terminal 14 through the lead wire 5, the lead terminal 4, the wire 3, the magnetic sensing part 2, and the through hole 6 and the lead wire 7 on the back surface is formed by a magnetic flux. Since the intersecting opening area is zero, no induced voltage Vφ is generated.
[0046]
In the present embodiment, the lead wire 7 is formed to have a large width on the back surface of the Hall element 1 so that the lead wire 7 has an opening in the loop-shaped conductive line even if the Hall element 1 is displaced or the wire 3 is deformed. No area was created.
[0047]
Although the area of the lead wire 7 crossing the magnetic flux is larger than that of the lead wire 5 on the surface, the influence of the loss due to the eddy current can be substantially eliminated by reducing the thickness of the copper foil to 20 μm or less. Can be.
[0048]
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, by providing the thin slit-shaped opening 15 in the lead wire 7, even if the magnetic flux density or the frequency of the magnetic field increases, the eddy current can be canceled. In this case, by forming a slit having a width of about 5 to 10 times the thickness of the copper foil, the generation of the induced voltage Vφ due to the opening surface of the conductive line can be ignored compared to the Hall voltage VH. The slits may be formed in a net shape, a ladder shape, or the like, instead of being provided in parallel as in the illustrated example, and the direction in which the slits are arranged may be arbitrarily determined such as vertical, horizontal, or oblique. Can be.
[0049]
On the other hand, a loop extending from the terminal 11 of the input line to the terminal 13 through the magnetic sensing part 2 generates an induced voltage. In this case, the voltages at the output terminals 12 and 14 change in the same phase. If it is connected to a circuit or an amplifier, it is apparently unaffected.
[0050]
【Example】
The outline of the created transformer is shown below.
Primary winding: 10 turns Secondary winding: 20 turns Gap part thickness: 0.6 mm
Hall element used: HW003C (trade name) manufactured by Asahi Kasei Electronics
Core: Ferrite EI core Primary current frequency: 100 kHz
Input current: 0.4 A / div
Hall element induced electromotive voltage: 50 mV / div
[0051]
FIG. 6 shows an induced voltage waveform of the Hall element in the transformer when the induction is not suppressed, and FIG. 7 shows an induced voltage waveform of the Hall element in the transformer after the induction compensation.
[0052]
Assuming that the input voltage of the Hall element is 1 V and the primary current of ± 1 A flows in the current configuration of the transformer, the output voltage of the Hall element is about ± 50 mV. However, as can be seen from FIG. 6, if the induction suppression is not performed, an induced voltage of about ± 150 mV is generated, and noise larger than the output voltage of the Hall element is generated, making it impossible to measure the primary current.
[0053]
On the other hand, when the induction is suppressed, the generation of the induced voltage can be dramatically reduced, so that the value of the primary current can be measured without being affected by noise.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, by implementing the present invention, it is possible to realize a transformer having a current sensor function while maintaining the existing size, and to adopt a low-cost configuration that does not cause power loss in the sensor. It is possible to realize a transformer that can contribute to realization.
[0055]
In particular, even when the frequency of the primary current is high, the generation of an induced voltage on the output terminal side of the magnetic sensor can be dramatically reduced, and the value of the primary current can be measured without being affected by noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified diagram showing a partially broken side structure of a transformer according to an embodiment of the present invention, and a plan view of the transformer as viewed from above.
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a primary current and a magnetic flux density of a transformer according to the present embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a Hall element portion used in the present embodiment.
FIG. 4 is a plan view showing a slit-shaped opening provided in a lead wire 7 used in the present embodiment.
FIG. 5 is a plan view showing a slit-shaped opening provided in a lead wire 7 used in the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing an induced voltage waveform of a Hall element in a transformer when induction is not suppressed.
FIG. 7 is a diagram showing an induced voltage waveform of a Hall element in a transformer that has performed inductive compensation as one example of the present invention.
FIG. 8 is an operation principle diagram when a magnetic field is detected by a conventionally used magnetoelectric conversion element.
[Explanation of symbols]
1 Hall element 2 Magnetic sensing part 4 Lead terminal 5 Lead wire (surface)
6 Through hole 7 Lead wire (back side)
8 Board 11, 12, 13, 14 Terminal 15 Opening 21 Hall element 31 which is an analog output type magnetic sensor Primary winding and secondary winding 41 E type core 42 I type core 43 Gap parts 53, 54, 55 leg

Claims (5)

磁性体で形成されたコアと、該コアに巻装される複数組の巻線とを備えたトランスにおいて、
前記コアの少なくとも一部に設けたギャップ部に発生する磁束密度を検出するアナログ出力型の磁気センサと、
前記磁気センサの出力側に誘導電圧が発生するのを抑制する抑制手段と、
を備えたことを特徴とするトランス。
In a transformer including a core formed of a magnetic material and a plurality of sets of windings wound around the core,
An analog output type magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated in a gap provided in at least a part of the core,
Suppression means for suppressing generation of an induced voltage on the output side of the magnetic sensor,
A transformer comprising:
請求項1に記載のトランスにおいて、
前記磁気センサは、基板上に形成された被検出磁界を検知する感磁部を備え、
前記抑制手段は、前記基板の表裏両面に渡って形成され、前記被検出磁界の強度に応じた電気的出力を前記感磁部から取り出す出力導線路を備え、
前記出力導線路が前記被検出磁界と交差する開口面積を零とするために、前記表裏両面に渡って形成された出力導線路の少なくとも一方は、前記被検出磁界の方向から見て、前記感磁部の一方の面を完全に覆う大面積部を有し、さらに前記表裏両面に渡って形成された出力導線路のうち前記大面積部を除く部分は実質的に前記基板を介して重なっている構造を有する、
ことを特徴とするトランス。
The transformer according to claim 1,
The magnetic sensor includes a magnetic sensing unit that detects a magnetic field to be detected formed on the substrate,
The suppression means includes an output conducting line formed over both the front and back surfaces of the substrate, and for taking out an electrical output according to the intensity of the detected magnetic field from the magnetic sensing unit,
In order to make the opening area where the output conducting line intersects with the detected magnetic field zero, at least one of the output conducting lines formed on both the front and back surfaces has the above-mentioned sensitivity as viewed from the direction of the detected magnetic field. It has a large area that completely covers one surface of the magnetic part, and the portion of the output conducting line formed over the front and back surfaces except for the large area substantially overlaps via the substrate. Having a structure,
A transformer characterized by that.
請求項2に記載のトランスにおいて、
前記出力導線路の大面積部にスリット状開口部を設けたことを特徴とするトランス。
The transformer according to claim 2,
A transformer, wherein a slit-shaped opening is provided in a large area of the output conducting line.
請求項1ないし3のいずれかに記載のトランスにおいて、
前記磁性体で形成されたコアは、第1のE型コアおよび第2のE型コア、または、E型コアおよびI型コアで構成されることを特徴とするトランス。
The transformer according to any one of claims 1 to 3,
A transformer characterized in that the core formed of the magnetic material comprises a first E-type core and a second E-type core, or an E-type core and an I-type core.
請求項1ないし4のいずれかに記載のトランスにおいて、
前記アナログ出力型の磁気センサは、ホール素子またはホールICであることを特徴とするトランス。
The transformer according to any one of claims 1 to 4,
The transformer, wherein the analog output type magnetic sensor is a Hall element or a Hall IC.
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