JP2012143058A - 高電圧インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力電圧Vinをスイッチング素子Qswによってスイッチングしてトランス10の励磁巻線NPに励磁電流を流し、出力巻線NSから高電圧Voutを出力する。そのトランス10が、励磁巻線NPと出力巻線NSを巻装するコアの磁路に磁気抵抗となるギャップを有する共振トランスであり、コアにおける磁束の向きと鎖交するように閉じられた帯状の導電材からなる磁気消去リング13を、その幅方向の中央がギャップの間隔の中央と磁束方向の位置が一致するように、コアと巻線部の外側に巻き付けて設け、その磁気消去リング13を、抵抗R2とコンデンサC2の並列回路を通してフレームグラウンドGNDに接続した。
【選択図】 図1
Description
その高電圧インバータ装置におけるフライバック方式の昇圧用トランスには、そのコアの磁路にギャップによる磁気抵抗を設けて磁束飽和を抑制し、ギャップにエネルギーを蓄積することができ、飽和することなく多くの電流を流せるようにし、電流が不連続にならないようにしている。
そこで、特許文献1にも見られるように、トランスの磁気抵抗を形成するギャップに対応する位置の外周に、導電材によるショートリングを巻き付け、それによって磁気抵抗から出る漏れ磁束を電界成分に替え、フレミングの左手の法則により電流に替えて対応することが行なわれていた。
上記ギャップの間隔である磁気抵抗の距離をLrとしたとき、上記磁気消去リングの幅方向の中央から端縁までの距離W/2(Wは磁気消去リングの幅)が、
Lr×8≦W/2≦Lr×16
の範囲であることが望ましい。
上記磁気消去リングの幅方向の中央から端縁までの距離W/2が、上記磁気抵抗の距離Lrの12倍(W/2=Lr×12)であると、出力電圧を最も高めることができる。
さらに、磁気消去リングの幅方向の中央から端縁までの距離W/2が、上記磁気抵抗の距離Lrに対して上記の範囲になるようにすれば、その効果を一層高めることができる。
図1は、この発明による高電圧インバータ装置の実施例を示す回路図である。
この高電圧インバータ装置は、入力端子1a,1bから供給される直流電圧若しくは直流成分に脈流が重畳された入力電圧Vinを、スイッチング素子Qswによってスイッチングしてトランス10の一次側の励磁巻線NPに励磁電流を流し、そのトランス10の二次側の出力巻線NSから高電圧を出力し、出力端子2a,2bから交流高電圧の出力電圧Vout を負荷に対して出力する。すなわち、図1においてINが入力、OUTが出力である。入力電圧Vinは安全特別低電圧(SELV)以内の電圧にするとよい。
そのスナバ回路としては、このダイオードDとコンデンサC1の直列回路以外にも、図示していないが、a点とb点の間にコンデンサとに並列に抵抗を接続したいわゆるRCスナバ回路もある。
このトランス10は図2の正面図に示すように、コア11と巻線部12とショートリング13とを備えている。コア11はフェライト等の磁性材からなり、この実施例では両側部11bとその間の空間を仕切る中足(中央磁脚)11aを有するE字状のコアを2個向かい合わせに重ねたような形状をなす、例えばFEER42L型のコアである。
この例では図示していないが、巻線するために予め中足11aを覆うように樹脂製のボビンを装着し、その上に巻線部12を巻装するのが一般的であるが、これにこだわる必要はない。
この実施例では図3に示すように、絶縁層Es1〜Es4は、それぞれフッ素樹脂フィルムからなるテープを3枚重ねて巻いて形成し、主絶縁層Epsは、同じテープを9枚重ねて巻いて形成して、主絶縁層Epsの厚さが絶縁層Es1〜Es4の各厚さの3倍になるようにしている。絶縁層Es1はボビンが兼ねるようにしてもよい。
しかし、この発明に使用するトランスの巻線部はこのような構成に限るものではない。
実験の結果、抵抗R2、Ryの抵抗値は2.2〜10kΩの範囲、コンデンサC2の容量値は22pF〜10μFの範囲が有効であった。
b)W/2=Lr×14 又は W/2=Lr×10
c)W/2=Lr×16 又は W/2=Lr×8
d)W/2=Lr×17 又は W/2=Lr×7
この実験例から、出力電圧を効率よく上昇させるためには、図5における直線c以上になる条件、すなわち下記の条件を満たすことが望ましい。
Lr×8≦W/2≦Lr×16 したがって、Lr×16≦W≦Lr×32
図5の直線aはW/2=Lr×12の場合のLrに応じたプロット点による直線である。
直線c付近の黒点で示す各プロット点はW/2=Lr×16の場合、×で示す各プロット点はW/2=Lr×8の場合の各出力電圧であるが、Lrがいずれの値の場合も両プロット点は殆ど同じ電圧値になる。そのため、1本の直線cで示している。
なお、W/2>Lr×17 又は W/2<Lr×7になると、出力電圧が図5の直線dよりさらに低下する。
磁気抵抗の距離Lrは0.1mm〜2.0mm程度であり、Lr=0.5mmの場合、磁気消去リングの幅Wは、8mm〜16mmの範囲が望ましく、12mmが最もよい。
Lr=1.0mmの場合、磁気消去リングの幅Wは、16mm〜32mmの範囲が望ましく、24mmが最もよい。
一方、磁気消去リングの幅が狭くなりすぎると磁気消去リングの効果なくなり、EMIのレベルが上がっていく。
このトランス10′は、コア11の中足11aのギャップGr1の間隔を図2のトランス10の中足11aのギャップGりりも小さくして、その分の間隔を有するギャップGr2を両側部11bの長手方向の中央部に、ギャップGr1と高さ位置を一致させて磁路と直交する方向に設けている。
ギャップ中央と対応する磁気消去リング13の幅方向の中央から端縁までの距離をW/2(Wは磁気消去リング13の幅)とし、磁路内の磁気抵抗の距離Lrとの望ましい条件等は、前述の実施例の場合と同じである。
例えば、この発明による高電圧インバータ装置のトランスを、同一の特性を持つ個別の複数のトランスによって構成し、その複数のトランスの各励磁巻線を並列に接続して同時並列に励磁させるようにし、その複数のトランスの各出力巻線を互いに並列又は直列に接続し、かつ各出力巻線の出力電圧波形の時間軸が同期するようにして、一層高電圧又は大電流の出力が得られるようにすることもできる。
10,10′:トランス(共振トランス) 11:コア
11a:中足(中央磁脚) 11b:側部 12:巻線部
12a:絶縁被覆層 13:磁気消去リング(ショートリング)
20:制御回路 30:磁気消去回路
Gr,Gr1,Gr2:磁気抵抗となるギャップ
Qsw:スイッチング素子 D:ダイオード
C1,C2,Cs:コンデンサ R1,R2:抵抗
NP:トランスの励磁巻線 NS:トランスの出力巻線
NS1〜NS4:出力巻線を構成する分割された各層の巻線
Eps:主絶縁層 Es1,Es2,Es3,Es4:絶縁層
Claims (5)
- 入力電圧をスイッチングしてトランスの励磁巻線に励磁電流を流し、該トランスの出力巻線から高電圧を出力する高電圧インバータ装置において、
前記トランスが、前記励磁巻線と出力巻線を巻装するコアの磁路に磁気抵抗となるギャップを有する共振トランスであり、
前記コアにおける磁束の向きと鎖交するように閉じられた帯状の導電材からなる磁気消去リングを、その幅方向の中央が前記ギャップの間隔の中央と磁束方向の位置が一致するように、前記コアと巻線部の外側に巻き付けて設け、
該磁気消去リングを、抵抗とコンデンサの並列回路を通してフレームグラウンドに接続したことを特徴とする高電圧インバータ装置。 - 請求項1に記載の高電圧インバータ装置において、前記磁気消去リングを、前記抵抗とコンデンサの並列回路および該並列回路に直列に介挿された抵抗を通して前記フレームグラウンドに接続したことを特徴とする高電圧インバータ装置。
- 請求項1又は2に記載の高電圧インバータ装置において、
前記ギャップの間隔である磁気抵抗の距離をLrとしたとき、前記磁気消去リングの幅方向の中央から端縁までの距離W/2(Wは前記磁気消去リングの幅)が、
Lr×8≦W/2≦Lr×16
の範囲であることを特徴とする高電圧インバータ装置。 - 請求項1又は2に記載の高電圧インバータ装置において、
前記トランスが前記コアの磁路に前記磁気抵抗となるギャップを複数有し、該複数の各ギャップの間隔の和である磁気抵抗の距離をLrとしたとき、前記磁気消去リングの幅方向の中央から端縁までの距離W/2(Wは前記磁気消去リングの幅)が、
Lr×8≦W/2≦Lr×16
の範囲であることを特徴とする高電圧インバータ装置。 - 請求項3又は4に記載の高電圧インバータ装置において、
前記磁気消去リングの幅方向の中央から端縁までの距離W/2が、前記磁気抵抗の距離Lrの12倍(W/2=Lr×12)であることを特徴とする高電圧インバータ装置。
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