JP2005150330A - トランス - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れ、大型化することなく絶縁距離が確保でき、コスト的にも安価とする。
【解決手段】ボビン端子３ａ，３ｂを一体に備えたボビン２にコイル５を巻くと共にコア４を装着したスイッチング電源用のトランス１であり、絶縁被覆で覆われた電線の巻き始め端６ａをボビン端子３ｂに電気的に接続してコイル５およびコア４の外周に1ないし数回巻きつけた後に、同じボビン端子３ｂに巻き終わり端６ｂを再度電気的に接続してショートリング６を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ショートリングを備えたスイッチング電源用のトランスに関する。

従来、この種のスイッチング電源装置では、一般に構成部品であるトランスの漏洩磁束を抑制するため、トランス外周に銅、鉄、アルミニウム等の導電性金属板をショートリングとして巻き付けている。

図５はショートリングを備えた従来のトランスを示す。トランス１００は、複数の端子１０１を一体に備えたボビン１０２にコイル１０４を巻いてコア１０３を装着しており、コイル１０４及びコア１０３の外周に銅板等の導電性金属板を使用したショートリング１０５を巻き付け、ショートリング１０５には回路基板に接続するためのリード線１０６を半田付けしている。ここでショートリング１０５は、漏洩磁束が多いコイル１０３の中央部及びコア嵌合部１０４ａに巻き付ける。

図６はボビンに対しコイルとコアを横置きとしたトランスにショートリングを設けた場合である。トランス２００は、複数の端子２０１ａ，２０１ｂを一体に備えたボビン２０２にコイル２０３を巻いてコア２０４を装着しており、コイル２０３及びコア２０４の外周に銅板等の導電性金属板を使用したショートリング２０５を巻き付けている。この場合もショートリング２０５は、漏洩磁束が多いコイル２０３の中央部及びコア嵌合部２０４ａに巻き付ける。
特開昭６０−２１６７６６号公報

ところで、スイッチング電源に使用されるトランスは、危険電位である１次側と安全電位である２次側を絶縁分離する機能を有しており、各国の安全規格でその絶縁距離が規定されている。例えばＩＥＣ規格では、空間距離として６ミリメートル以上、沿面距離として８ミリメートル以上が要求される。

このため、例えば図６（Ａ）に示すように、ボビン２０２に対しコイル２０３とコア２０４を横置きしたトランス２００に導電性金属板をショートリング２０５として巻き付けた場合には、ショートリング２０５の幅分だけ絶縁距離の追加が必要となり、トランスの大型化とコストアップ要因になってしまう。

即ち、トランス２００にあっては、図６（Ｂ）に示すように、１次側のボビン端子２０１ａと２次側のボビン端子２０１ｂとの間に絶縁距離Ｌが確保されていたものが、ショートリング２０５を巻き付けることによって、絶縁距離Ｌ１，Ｌ２しか確保できなくなり、ショートリング２０５の幅分だけボビン端子２０１ａ，２０１ｂをそれぞれ外側に移動するようにボビン２０２を大型化しなければならない。

またボビン２０２を大型化せずに、図７に示すように、ショートリング２０５に使用する銅板を絶縁テープ２０６で覆う方法もあるが、ショートリング２０５を構成するためには両端２０５ａで半田付けすることから、この部分に絶縁テープを巻くことができず、部分的に特別な絶縁処理が必要である。

更に、トランスは発熱部品であり、ショートリングにより通風が妨げられて放熱性が悪化するため、別途放熱の手段を設ける等の対策が必要である。

本発明は、放熱性に優れ、大型化することなく絶縁距離が確保でき、コスト的にも安価なショートリングを備えたスイッチング電源用のトランスを提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。本発明は、ボビン端子を一体に備えたボビンにコイルを巻くと共にコアを装着したスイッチング電源用のトランスに於いて、絶縁被覆で覆われた電線の巻き始め端をボビン端子に電気的に接続してコイルおよびコア外周に1ないし数回巻きつけた後に、ボビン端子に巻き終わり端を再度電気的に接続してショートリングを形成したことを特徴とする。

ここで電線の巻き始め端と巻き終わり端が電気的に接続されるボビン端子は、プリント基板の安定電位側パターンに接続されるボビン端子としても良い。

本発明のトランスにあっては、ショートリングとして、絶縁被覆で覆われた電線の巻き始め端をボビン端子に電気的に接続してコイルおよびコア外周に1ないし数回巻きつけた後に、ボビン端子に巻き終わり端を再度電気的に接続することで、磁気シールド効果を得ることができる。このためショートリングを構成する電線に例えば三層絶縁電線を用いれば、比較的容易にＩＥＣ規格を満足できる。

またショートリングを接続するボビン端子として回路基板の安定電位側パターンに接続するボビン端子を使用することで、容易に電界シールド効果(静電結合対策)も得ることができる。

更にショートリングとして電線の電気的接続をトランス端子で行うだけでよいことから、生産性が良好であり、半田付け後の絶縁確保の問題が解決される。また、ショートリングを形成する電線は絶縁被覆で覆われているため、絶縁距離の問題も無く、放熱性への影響も最小限である。

図１は本発明によるトランスの実施形態を示した説明図であり、図１（Ａ）に斜視図を、図１（Ｂ）に正面図を示している。

図１において、トランス１は絶縁性の合成樹脂で作られたボビン２を有し、ボビン２の下部には１次側ボビン端子３ａと２次側ボビン端子３ｂがそれぞれ一体に形成されている。ボビン２にはコイル５を巻着した状態で２組のＥ型コアを両側からボビン２に入れることでコア４が組み付けられている。コイル５は１次巻線と２次巻線を備えており、１次巻線側は１次ボビン端子３ａにコイル端が接続され、２次巻線側は２次側ボビン端子３ｂにコイル端が接続されている。

このようなトランス１につき本発明にあっては、例えば２次側ボビン端子３ｂの特定の１本に絶縁被覆で覆われた電線の巻き始め端６ａを電気的に接続した状態で、コア４及びコイル５の外周に例えばこの実施形態では３回巻き付けた後に、同じ２次側ボビン端子３ｂに巻き終わり端６ｂを再度、電気的に接続して、ショートリング６を形成している。

この実施形態では、ショートリング６を形成する電線の巻数は３回としているが、１ないし数回程度の巻き付けであれば適宜の巻き数であればよい。またショートリング６を形成する電線のコア４及びコイル５の外周に対する巻き付け後に、絶縁性の接着剤を使用して巻き付け位置をスポット的に接着固定するようにしてもよい。

このような本発明のトランス１におけるショートリング６にあっては、ショートリング６を形成する電線に例えば３層絶縁電線を用いれば、空間距離として６ミリメートル以上、沿面距離として８ミリメートル以上が要求されるＩＥＣ規格を比較的容易に満足することができる。

また、ショートリング６を形成する電線の電気的接続を、トランス１に設けているボビン端子で行うため、生産性が良好であり、ボビン端子に半田付けした後の絶縁処理は不要となる。また、ショートリング６を形成する電線は絶縁被覆で覆われているため、コア４及びコイル５の外周に巻き付けていてもボビン端子３ａ，３ｂとの間の絶縁距離の問題は発生しない。更に電線の巻き付けであることから、従来の導電性金属板の巻き付けに比べるとトランス１の放熱性が損なわれることはなく、放熱性への影響を最小限に抑えることができる。

ここで、ショートリング６を形成する電線の巻き始め端６ａ及び巻き終わり端６ｂを接続している２次側ボビン端子３ｂとしては、回路基板側に特定の導電パターンがない場合にはショートリング６を形成するための電気的接続部となり、この場合にはショートリング６はトランス１を実装する回路基板から電気的には分離された状態にあり、これによって磁気シールド効果を有することになる。

一方、ショートリング６を形成する電線の巻き始め端６ａと巻き終わり端６ｂを接続した２次側ボビン端子３ｂが回路基板における安定側電位パターンに接続されている場合には、これによってショートリング６の電位を回路基板の安定側電位にすることができ、この結果、磁気シールド効果に加え電界シールド効果（静電結合対策）を同時に得ることができる。

図２は本発明のトランスが使用されるスイッチング電源の回路図であり、フライバックコンバータとして動作する回路を例にとっている。

図２において、トランス１は１次巻線５ａと２次巻線５ｂを有する。トランス１の１次側にはＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いたスイッチング素子８が設けられ、１次巻線５ａの巻き始め側をプラス側の入力端子７ａに接続し、巻き終わり側をスイッチング素子８のドレイン端子Ｄに接続し、ソース端子はマイナス側の入力端子７ｂに接続しており、入力端子７ａ，７ｂ間にはコンデンサＣ１が接続されている。

トランス１の２次側には整流用のダイオードＤ１、平滑用のコンデンサＣ２，Ｃ３及びチョークコイルＣＨが設けられ、出力端子９ａ，９ｂより負荷側に一定の直流電圧を供給している。出力端子９ａ，９ｂの出力電圧は制御ＩＣ１０に入力され、出力電圧を所定の基準電圧となるように制御ＩＣ１０はスイッチング素子８をオン・オフ制御する。

図３は本発明のトランスが使用される他のスイッチング電源の回路図であり、フォワードコンバータとして動作する回路を例に取っている。図３において、トランス１は１次巻線５ａと２次巻線５ｂを持ち、それぞれ巻き始めと巻き終わりが同じであり、１次電圧と２次電圧の極性が同じである。

トランス１の１次側にはスイッチング素子８とコンデンサＣ１が設けられ、入力端子７ａ，７ｂからの直流入力電圧のスイッチングを行う。トランス１の２次側には整流用のダイオードＤ１，Ｄ２、チョークコイルＣＨ及びコンデンサＣ３が設けられ、出力端子９ａ，９ｂより負荷に対し所定の直流電源電圧を供給する。制御ＩＣ１０は、出力電圧と所定の基準電圧との誤差をなくすように、スイッチング素子８のオン・オフ制御を行う。

図４は本発明によるトランスの他の実施形態を示した説明図であり、この実施形態にあっては、ボビンに対しコア及びコイルを縦置きにしたことを特徴とする。図４において、トランス１１はボビン１２を有し、ボビン１２に対しては下方に向けて１次側ボビン端子１３ａと２次側ボビン端子１３ｂが、それぞれ複数設けられている。ボビン１２の上には、コイル１５を巻いた状態でコア１４が装着され、コイル１５の１次巻線及び２次巻線のコイル端はそれぞれ、ボビン１２内において１次側ボビン端子１３ａ及び２次側ボビン端子１３ｂに電気的に接続されている。

このようなコア１４及びコイル１５をボビン１２に対し縦置きとしたトランス１１において、例えば１次側ボビン端子１３ａに絶縁被覆を覆った電線の巻き始め端１６ａを電気的に接続し、コア１４及びコイル１５の外周を例えば３回巻き付けた後に、同じ１次側ボビン端子１３ａにコイル巻き終わり端１６ｂを電気的に接続することで、ショートリング１６を形成している。

ショートリング１６の巻き始め端１６ａ及び巻き終わり端１６ｂが電気的に接続された１次側ボビン端子１３ａは、回路基板に対し特定のパターンを接続していないか、あるいは安定側電位のパターンに接続される。またショートリング１６を形成する電線のコア１４及びコイル１５の外周に対する巻き付け回数は、１ないし数回の範囲で適宜に行うことができる。

この図４のトランス１１におけるショートリング１６にあっても、巻き始め端１６ａと巻き終わり端１６ｂを電気的に接続することで形成されたショートリング１６により磁気シールド効果を得ることができ、また巻き始め端１６ａと巻き終わり端１６ｂを電気的に接続した１次側ボビン端子１３ａを回路基板の安定側電位のパターンに接続することで、磁気シールド効果と同時に電界シールド効果を得ることができる。

また、ショートリング１６を形成する電線の巻き始め端１６ａと巻き終わり端１６ｂの電気的な接続をボビン端子で行うため、生産性が良好であり、半田付け後の絶縁のためにも特別な処理を必要としない。また、ショートリング１６を形成する電線は絶縁被覆で覆われているため、ショートリング１６を設けても、ボビン端子における絶縁距離の問題は発生せず、トランス１１自体の放熱性への影響も最小限に抑えることができる。

なお本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含む。また本発明は上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

更に、上記の実施形態はトランスを例に取るものであったが、同様にコアにコイルを巻き付けているチョークコイルについても、そのまま適用することができる。

本発明の実施形態を示した説明図 本発明のトランスが使用されるスイッチング電源の回路図 本発明のトランスが使用される他のスイッチング電源の回路図 本発明の他の実施形態を示した説明図 従来のショートリングを備えたトランスの説明図 コアとコイルを横置きとした従来のショートリングを備えたトランスの説明図 絶縁テープを巻いたショートリングに使用される銅板の説明図

符号の説明

１，１１：トランス
２，１２：ボビン
３ａ，１３ａ：１次側ボビン端子
３ｂ，１３ｂ：２次側ボビン端子
４，１４：コア
５，１５：コイル
６，１６：ショートリング
７ａ，７ｂ：入力端子
８：スイッチング素子
９ａ，９ｂ：出力端子
１０：制御ＩＣ

Claims (2)

1. ボビン端子を一体に備えたボビンにコイルを巻くと共にコアを装着したスイッチング電源用のトランスに於いて、
   絶縁被覆で覆われた電線の巻き始め端をボビン端子に電気的に接続して前記コイルおよびコア外周に1ないし数回巻きつけた後に、前記ボビン端子に巻き終わり端を再度電気的に接続してショートリングを形成したことを特徴とするトランス。
   
2. 請求項１記載のトランスに於いて、前記電線の巻き始め端と巻き終わり端が電気的に接続されるボビン端子は、回路基板の安定電位側パターンに接続されるボビン端子であることを特徴とするトランス。

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