JP3647913B2 - High frequency switching transformer - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、スイッチング電源、特に低電圧大電流出力に使用される高周波スイッチングトランスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
大形コンピュータ、通信機、電磁コイル等の電源には、低電圧大電流の直流電源装置が必要となる。従来、これらの電源には商用周波トランスにより、商用電圧を降圧し、サイリスタやトランジスタにより定電圧制御を行うシリーズ電源が使用されてきたが、この商用周波トランスが大きなものとなり、電源装置の大部分を占めている。そこで、近年、小型軽量化の要求から商用周波トランスを使用しないスイッチング電源化が普及している。
【0003】
従来この種のスイッチング電源に使用されるスイッチングトランスは、例えば図7に示すように一般に三脚コア10が使用され、中脚10aに1次コイル9を巻き、図8の断面図に示すように、結合を良くするため絶縁テープ13を介してその上に2次コイル11が巻かれたものが使用されている。この三脚コア10は磁性材料からなる板厚状の直方体ブロックに左右対象に長角穴を設け、この2つの長角穴を窓部12とし、この窓部12に挟まれた部分を中脚10aとしたものである。
【0004】
コア材としては高周波での鉄損が少ないフェライト等が用いられ、出力電流が数百アンペアに及ぶ場合が多く、窓面積の大きい大形のコア10が必要となる。一方、コイルの線材には表皮効果による交流抵抗の増加を抑えるため、リッツ線または薄銅板、銅角材が使用されている。これら銅板等によりコイルを形成する場合、素材が太く硬いため電線巻き装置等を使用することができず、手作業に頼らざるを得ないが、作業が困難であり熟練技術を要している。
【0005】
また、出力が低電圧大電流のため、巻数比が大きくなり漏れインダクタンスが必然的に大きくなっているが、この漏れインダクタンスによりスイッチングデバイスやダイオードにサージ電圧が発生し、これらのデバイスを破損する恐れがある。そこで、サージ電圧を抑制するためスナバ回路が用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電源装置においては、出力容量が大きくなるほど大形のコア10を使用しているが、フェライトコアの価格は重量(体積)に対し、指数関数的に上昇することから高価となっている。さらに、コイル材にリッツ線を使用する場合のリッツ線、銅板等によりコイルを形成する場合の工賃等のコストが高く、安価な材料で簡単な製造方法が望まれていた。
【0007】
また、サージ電圧を抑制するスナバ回路で消費される電力損失は漏れインダクタンスに蓄えられるエネルギーに相当し、漏れインダクタンスをL、電流をIとして、次式で表せる。
(1/2)LI2
上式が示すように、漏れインダクタンスに蓄えられるエネルギーは、電流の2乗に比例して大きくなり、出力容量が大きくなるほど、サージ電圧対策が困難になるという問題があった。
【0008】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、コイルを製造する際の工賃が安く、安価な材料で簡単に製造でき、かつ、スナバロスを増加させることなく、サージ電圧対策が容易な高周波スイッチングトランスを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、少なくとも1つの窓部が開けられたN(Nは2以上)個のコア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nと、前記各コア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nの窓部を通すように1ターン以上巻回された1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nと、前記全てのコア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nの窓部4a,4b〜4n、8a,8b〜8nを貫通して形成された2次コイル3、7とを有し、前記各コアの窓部が互いに対向するように前記N個のコアを配置した構成としている。
【0010】
また、前記各コア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nの磁路がほぼ平行となるよう各コア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nを横向きにし、かつその各窓部4a,4b〜4n、8a,8b〜8nが連通して前記2次コイル3、7を挿通する空間を形成するよう配置した構成としている。
【0011】
さらに、請求項1または請求項2に記載の高周波スイッチングトランスの駆動方法であって、前記各1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nを各々一定のもしくは任意の位相差を持たせて励磁駆動する構成としている。
【0012】
【作用】
スイッチング回路により複数個の1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nを励磁すると、各コアを貫通している部分の2次コイル3、7に、1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nの巻数及び印加電圧に応じた誘起電圧が発生し、2次コイルの両端にはその総和の電圧が表れる。従って、高周波スイッチングトランスがN個のコア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nおよび1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nで構成されている場合、個々の1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nの電流は、コアおよび1次コイルが1個のときの1/Nとなり、量産品の安価な小型のコアを使用することが可能となる。
【0013】
また、各コア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nの磁路がほぼ平行となるよう各コア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nを横向きにし、かつその各窓部4a,4b〜4n、8a,8b〜8nが連通して2次コイル3、7を挿通する空間を形成するよう配置したので、2次コイル3、7を各コア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nの窓部4a,4b〜4n、8a,8b〜8nに貫通する作業が簡単で済む。
【0014】
さらに、このように構成した高周波スイッチングトランスの各1次コイルN1を各々一定のもしくは任意の位相差を持たせて励磁駆動することとしたので、入力実効電流は少なくなり、2次側に発生する電圧の瞬時値も低くなるため2次ダイオードD1,D2の耐圧も少なくて済み、2次周波数が増加するのでチョークコイルL1やコンデンサCを小型にすることが可能となる。
【0015】
【実施例】
次に図に沿って本発明の一実施例について説明する。図1はトロイダルコアを使用した実施例を示した図である。
図において、1a,1b〜1nは1次コイル、2a,2b〜2nはコアでここではトロイダルコアを使用している。また、3は2次コイル、4a,4b〜4nはコア2a,2b〜2nの中空部に相当する窓部である。
【0016】
しかして、複数個のコア2a,2b〜2nにはそれぞれ1次コイル1a,1b〜1nが巻回されている。このコア2a,2b〜2nはいわゆるトロイダルコアと言われるもので、中空円筒状のいわゆるドーナッツ形に形成されたものである。
【0017】
この1次コイル1a,1b〜1nが巻回された複数個のコア2a,2b〜2nの磁路がほぼ平行となるよう横向きで、コア2a,2b〜2nの円筒の中心軸が一致するように直列に、つまり各窓部4a,4b〜4nを連通して1つの円筒空間を形成するよう配置し、この各窓部4a,4b〜4nに2次コイル3を貫通させてある。
【0018】
このような構成の高周波スイッチングトランスにおいて、各コア2a,2b〜2nに巻回されている各1次コイル1a,1b〜1nに例えば後述するようなスイッチング回路より電流を供給し、1次コイル1a,1b〜1nを励磁すると、2次コイル3には1次コイル1a,1b〜1nの巻数および印加電圧に応じた誘起電圧が発生し、2次コイル3の両端の電圧はその総和の電圧が表れ、結果として各コア2a,2b〜2nのからの誘起電圧の総和の能力を有する大形のトランスと同等のトランスとして動作することになる。
【0019】
次に本発明の他の実施例について説明する。図2は本発明の他の実施例として3脚コアを使用した場合を示した図である。
図において、5a,5b〜5nは1次コイル、6a,6b〜6nはコアでここでは3脚コアを使用している。また、7は銅板にて形成された2次コイル、8a,8b〜8nは3脚コア6a,6b〜6nの中脚の両側に形成された窓部である。
【0020】
しかして、複数個のコア6a,6b〜6nの中脚には1次コイル5a,5b〜5nが巻回されている。このコア6a,6b〜6nはいわゆる3脚コアと呼ばれるもので、略長方形の磁性材料からなるブロックに左右対象に均等な略長方形の角穴を設け、この2つの角穴に挟まれた部分を脚部としたものである。
【0021】
この1次コイル5a,5b〜5nが巻回された複数個のコア6a,6b〜6nを上記実施例と同様に横向きで、コア6a,6b〜6nの外枠の各辺の面が一致するように直列に、つまり各窓部8a,8b〜8nを連通して1つの角穴状の空間を形成するよう配置し、この各窓部8a,8b〜8nに銅板にて形成された2次コイル7を貫通させてある。
【0022】
このような構成の高周波スイッチングトランスにおいても、上記実施例同様にスイッチング回路により各1次コイル5a,5b〜5nを励磁すると、2次コイル7には各1次コイル5a,5b〜5nの巻数および印加電圧に応じた誘起電圧が発生し、2次コイル7の両端の電圧はその総和の電圧が表れる。
【0023】
上記2つの実施例において、高周波スイッチングトランスがN個のコア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nおよび1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nで構成されている場合、個々の1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nの電流は、コアおよび1次コイルが1個のときの1/Nとなり、量産品の安価な小型のコアを使用することが可能となり、線材も巻きやすい丸線を使用でき、かつ、2次コイルは連通した各窓部8a,8b〜8nに銅板等の導体を貫通させるだけであり、工賃、材料費とも安くできる。
【0024】
また、2次コイル3、7は1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nと一部で接触しているのみで、1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nに密着し覆っていないため、2次コイル3、7は言うまでもなく、1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nの放熱も良くなり、発熱が抑えられ、信頼性が向上する。
【0025】
また、漏れインダクタンスに蓄えられるエネルギーは、コア1個で構成した場合と、本発明による高周波スイッチングトランスの個々のコイルの漏れインダクタンスは、ほぼ等しいと考えられ、本発明による高周波スイッチングトランスの場合、(1/2)L(I/N)2
となり、1/N にスナバロスが減少し、小形化、高効率化が可能となる。
【0026】
さらに、一般にスイッチングトランスは定格出力電圧、電流に応じその都度設計されているが、本発明によればコア2a,2b〜2n、6a,6b〜6n1個に対する1次コイル1a,1b〜1n、5a,5b〜5nの仕様を決めておけば、コア2a,2b〜2n、6a,6b〜6nの数により出力電圧を、2次コイル3,7の線材の断面積により出力電流を設定することが可能で、トランス設計が容易となる。なお、共通の材料を使用できるためコスト低減にもなる。
【0027】
次に図3ないし図6によって、上記高周波スイッチングトランスを駆動する方法について説明する。
図3は本発明にかかる高周波スイッチングトランスを駆動する回路の一例を示した図である。
【0028】
図において、20は本発明にかかる高周波スイッチングトランス、Eは電源、SWはスイッチ素子で図では機械接点で示してあるが、実際にはトランジスタ、MOSFET、IGBTなどの半導体による高速スイッチング素子が使用される。B1,B2〜Bnは各コアで上記実施例の2a,2b〜2n、6a,6b〜6nに相当する。また、N1は1次コイルで上記実施例の1a,1b〜1n、5a,5b〜5nに相当し、N2は2次コイルで上記実施例の3,7に相当する。D1,D2は2次側ダイオードで、D1は整流ダイオード、D2はフライホイールダイオードとして機能する。また、L1はチョークコイル、Cはコンデンサである。
【0029】
しかして、この回路では電源Eと各コアB1,B2〜Bnの1次コイルN1とは1つのスイッチ素子SWを介して並列に接続され、各コアB1,B2〜Bnの2次コイルN2はそれぞれ直列に接続され、その一端は2次側ダイオードD1のアノードに接続され、そのカソードは2次側ダイオードD2のカソードおよびチョークコイルL1の一端に接続され、その他端はコンデンサCおよび出力端子の一端に接続されている。また、2次コイルN2の他端は2次側ダイオードD2のアノード、コンデンサCの他端および出力端子の他端に接続されている。
【0030】
このような構成の回路において、スイッチ素子SWを一定の周期でオン・オフさせると、並列に接続された1次コイルN1は同時に励磁され、2次コイルN2は1次コイルN1の巻数および印加電圧に応じた誘起電圧が同時に発生し、2次コイルN2両端の電圧はその総和の電圧が表れ、結果として各コアB1,B2〜Bnのからの誘起電圧の総和の能力を有する大形のトランスと同等のトランスとして動作する。そして、2次側ダイオードD1,D2にて順方向成分のみ抽出された後、チョークコイルL1、コンデンサCにより平滑され、所定の電圧、電流値の直流電源として出力される。
【0031】
図4は本発明にかかる高周波スイッチングトランスを駆動する回路の他の例を示した図である。この回路では電源Eと各コアB1,B2〜Bnの1次コイルN1とはそれぞれのB1,B2〜Bnの1次コイルN1に対応したスイッチ素子SW1,SW2〜SWnを介して接続されており、その他の構成は図3の回路と同一であり、同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【0032】
このような構成の回路において、高周波スイッチングトランス20を駆動する方法を図5に示す。(a)は各スイッチ素子SW1,SW2〜SWnを同一パルスで駆動する場合を示したもので、その動作は結局図3の回路と同一となる。
【0033】
(b)は各スイッチ素子SW1,SW2〜SWnを位相差を持たせた複数のパルスで、つまりn個のスイッチ素子SW1,SW2〜SWnを360°/nの位相差を有するパルスにより駆動する場合を示したものである。
【0034】
なお、位相差を持たせたパルスは周知の手段、例えばクリスタルによる発振器とフリップフロップ等の組合せによる分周器、単安定マルチバイブレータ等、その他プログラマブルタイマ等を用いることにより容易に発生させることができる。
【0035】
この方法で高周波スイッチングトランス20を駆動した場合、各コアB1,B2〜Bnの1次コイルN1は360°/nの位相差をもって、順次励磁されることになり、電源Eから供給される電流は平均化されるため、高周波スイッチングトランス20の入力実効電流は上記(a)の方法に比べ低減し、電源Eのリップルが減るため電源Eのコンデンサを小型にすることができる。また、2次コイルN2には順次励起電圧が発生するため、2次側電圧の瞬時値が低下し、2次側ダイオードD1,D2の耐圧も低いもので済むようになる。さらに、結果として2次側に発生する電圧の周波数は1次側よりも増加しているためチョークコイルL1、コンデンサCも小型のもので済む。
【0036】
なお、実際の使用に際しては例えば図6に示すようなリセットコイルN3を設け、その一端を1次コイルN1に接続するとともに、他端を逆接続された逆流防止ダイオードD3を介して、1次コイルN1の他端側であって、スイツチ素子SWより電源E側に接続した回路を用いることにより、1次コイルN1の逆起電力が抑制されスイッチングノイズが減少等するため本発明の効果をより一層高めるのに有効である。また、図6に示した回路は図3の回路についての応用例を示したものであるが、図4の回路についても同様に適用できることは言うまでもない。
【0037】
さらに、このように位相差を持たせて駆動することにより、交流出力も可能となり、インバータにも応用することができる。
【0038】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、1次コイルが1ターン以上巻回された複数個のコアを配置し、2次コイルを全てのコアの窓部を貫通して形成することとしたので、
(1)個々の一次コイルの電流はコアおよび1次コイルが1個のときの1/Nとなり、量産品の安価な小型のコアを使用することが可能となり、線材も巻きやすい丸線を使用できるので工賃、材料費とも安くできる。
(2)2次コイルは1次コイルと一部で接触しているのみで、1次コイルに密着し覆っていないため、2次コイルおよび1次コイルとも放熱が良くなり、発熱が抑えられ、信頼性が向上する。
(3)本発明による高周波スイッチングトランスの漏れインダクタンスエネルギーは(1/2)L(I/N)2
となり、1/N にスナバロスが減少し、小形化、高効率化が可能となる。
(4)コア1個に対する1次コイルの仕様を決めておけば、コアの数により出力電圧を、2次コイルの線材の断面積により出力電流を設定することが可能で、
トランス設計が容易となり、共通の材料を使用できるためコスト低減にもなる。
【0039】
また、各コアの磁路がほぼ平行となるよう各コアを横向きにし、かつその各窓部が連通して2次コイルを挿通する空間を形成するよう配置したので、
2次コイルを各コアの窓部に貫通する作業が簡単で済むため、生産効率が向上する。
【0040】
さらに、このように構成した高周波スイッチングトランスの各1次コイルを各々一定のもしくは任意の位相差を持たせて励磁駆動することとしたので、入力実効電流は少なくなり、2次側に発生する電圧の瞬時値も低くなるため2次ダイオードの耐圧も少なくて済み、2次周波数が増加するのでチョークコイルやコンデンサを小型にすることが可能となる。
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】トロイダル形状のコアを使用した本発明の一実施例を示した構成図である。
【図2】3脚コアを使用した場合の本発明の他の実施例を示した構成図である。
【図3】本発明にかかる高周波スイッチングトランスを駆動する回路の一例を示した図である。
【図4】本発明にかかる高周波スイッチングトランスを駆動する回路の他の例を示した図である。
【図5】図4の回路を駆動する方法を示した図で、(a)は同一パルスで同時に駆動する場合、(b)は位相差を持たせたパルスで駆動する場合を示している。
【図6】図3の回路の応用例で、リセットコイルを設けた場合を示している。
【図7】従来のトランスの構成を示した図である。
【図8】図7のトランスの断面図である。
【符号の説明】
1a,1b〜1n 1次コイル
2a,2b〜2n コア
3 2次コイル
4a,4b〜4n 窓部
5a,5b〜5n 1次コイル
6a,6b〜6n コア
7 2次コイル
8a,8b〜8n 窓部
9 1次コイル
10 コア
10a 中脚
11 2次コイル
12 窓部
13 絶縁テープ
20,20a 高周波スイッチングトランス
SW スイッチ素子
SW1,SW2〜SWn スイッチ素子
B1,B2〜Bn コア
N1 1次コイル
N2 2次コイル
N3 リセットコイル
E 電源
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a switching power supply, and more particularly to a high-frequency switching transformer used for a low voltage and large current output.
[0002]
[Prior art]
For a power source for large computers, communication devices, electromagnetic coils, etc., a DC power supply device with a low voltage and a large current is required. Conventionally, series power supplies that use commercial frequency transformers to reduce the commercial voltage and perform constant voltage control using thyristors or transistors have been used for these power supplies. Accounted for. Therefore, in recent years, switching power supplies that do not use commercial frequency transformers have become widespread due to demands for miniaturization and weight reduction.
[0003]
Conventionally, a switching transformer used in this type of switching power supply generally uses a tripod core 10 as shown in FIG. 7, for example, and a primary coil 9 is wound around the middle leg 10a, and as shown in the sectional view of FIG. In order to improve the coupling, a secondary coil 11 wound around an insulating tape 13 is used. The tripod core 10 has a rectangular parallelepiped block made of a magnetic material provided with rectangular holes on the left and right sides, the two rectangular holes serving as window portions 12, and the portion sandwiched between the window portions 12 is a middle leg 10a. It is what.
[0004]
As the core material, ferrite or the like with low iron loss at high frequency is used, and the output current often reaches several hundred amperes, and the large core 10 having a large window area is required. On the other hand, in order to suppress an increase in AC resistance due to the skin effect, a litz wire, a thin copper plate, or a copper square is used for the coil wire. When forming a coil with these copper plates etc., since a raw material is thick and hard, an electric wire winding device etc. cannot be used and it has to rely on manual work, but work is difficult and requires skill.
[0005]
Also, because the output is low voltage and high current, the turns ratio is large and the leakage inductance is inevitably large. However, this leakage inductance may cause surge voltage in switching devices and diodes, which may damage these devices. There is. Therefore, a snubber circuit is used to suppress the surge voltage.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional power supply device, the larger core 10 is used as the output capacity increases. However, the price of the ferrite core increases exponentially with respect to the weight (volume), and thus is expensive. . Furthermore, a cost is high such as a labor cost when a coil is formed by using a litz wire, a copper plate or the like when a litz wire is used as the coil material, and a simple manufacturing method using an inexpensive material has been desired.
[0007]
The power loss consumed by the snubber circuit that suppresses the surge voltage corresponds to the energy stored in the leakage inductance, and can be expressed by the following equation, where L is the leakage inductance and I is the current.
(1/2) LI 2
As indicated by the above equation, the energy stored in the leakage inductance increases in proportion to the square of the current, and there is a problem that the surge voltage countermeasure becomes more difficult as the output capacity increases.
[0008]
The present invention has been made in view of such points, the purpose of which is that the cost of manufacturing a coil is low, can be easily manufactured with an inexpensive material, and without increasing the snubber loss, An object of the present invention is to provide a high-frequency switching transformer that can easily prevent surge voltage.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention achieves N (N is 2 or more) cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n having at least one window, and the cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b-6n primary coils 1a, 1b-1n, 5a, 5b-5n wound over one turn so as to pass through the windows, and all the cores 2a, 2b-2n, 6a, 6b Secondary coils 3, 7 penetrating through the 6n window portions 4a, 4b-4n, 8a, 8b-8n, and the N pieces so that the window portions of the cores face each other. The core is arranged.
[0010]
Further, each of the core 2a, 2B~2n, 6a, each core 2a such that the magnetic path of the 6B~6n is substantially parallel, 2B~2n, 6a, and sideways 6B~6n, and their respective window portions 4a, 4b to 4n, 8a, has a configuration in which 8b~8n is arranged to form a space for inserting the secondary coil 3 and 7 communicate with each other.
[0011]
Furthermore, the driving method of the high frequency switching transformer according to claim 1 or 2, wherein each of the primary coils 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n has a constant or arbitrary phase difference. The excitation drive is used.
[0012]
[Action]
When a plurality of primary coils 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n are excited by the switching circuit, the primary coils 1a, 1b to 1n, An induced voltage corresponding to the number of turns 5a and 5b to 5n and the applied voltage is generated, and the total voltage appears at both ends of the secondary coil. Therefore, when the high-frequency switching transformer is composed of N cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n and primary coils 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n, the individual primary coils 1a, The currents 1b to 1n, 5a, and 5b to 5n are 1 / N when the number of the cores and the primary coil is one, and it is possible to use an inexpensive small-sized core that is mass-produced.
[0013]
Also, the cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n are turned sideways so that the magnetic paths of the cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n are substantially parallel, and the windows 4a, 4b to 4n Since 4n, 8a, 8b to 8n communicate with each other to form a space through which the secondary coils 3 and 7 are inserted, the secondary coils 3 and 7 are connected to the cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n. The work of penetrating the windows 4a, 4b to 4n, 8a, 8b to 8n is simple.
[0014]
Further, since each primary coil N1 of the high-frequency switching transformer configured as described above is excited and driven with a constant or arbitrary phase difference, the effective input current is reduced and generated on the secondary side. Since the instantaneous value of the voltage is also reduced, the withstand voltage of the secondary diodes D1 and D2 is small, and the secondary frequency is increased, so that the choke coil L1 and the capacitor C can be reduced in size.
[0015]
【Example】
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an embodiment using a toroidal core.
In the figure, 1a, 1b-1n are primary coils, 2a, 2b-2n are cores, and here a toroidal core is used. Reference numeral 3 denotes a secondary coil, and 4a and 4b to 4n denote window portions corresponding to the hollow portions of the cores 2a and 2b to 2n.
[0016]
Thus, primary coils 1a and 1b to 1n are wound around the plurality of cores 2a and 2b to 2n, respectively. The cores 2a, 2b to 2n are so-called toroidal cores, and are formed in a so-called donut shape having a hollow cylindrical shape.
[0017]
The plurality of cores 2a, 2b-2n around which the primary coils 1a, 1b-1n are wound are laterally oriented so that the magnetic paths thereof are substantially parallel so that the central axes of the cylinders of the cores 2a, 2b-2n coincide. In series, that is, the windows 4a, 4b to 4n are arranged to communicate with each other to form one cylindrical space, and the secondary coil 3 is passed through the windows 4a, 4b to 4n.
[0018]
In the high-frequency switching transformer having such a configuration, a current is supplied to each primary coil 1a, 1b to 1n wound around each core 2a, 2b to 2n from a switching circuit as described later, for example. , 1b to 1n are excited, an induced voltage is generated in the secondary coil 3 according to the number of turns of the primary coils 1a and 1b to 1n and the applied voltage, and the voltage across the secondary coil 3 is the sum of the voltages. As a result, it operates as a transformer equivalent to a large transformer having the ability of the sum of the induced voltages from the cores 2a, 2b to 2n.
[0019]
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a view showing a case where a tripod core is used as another embodiment of the present invention.
In the figure, 5a, 5b to 5n are primary coils, 6a, 6b to 6n are cores, and a three-legged core is used here. Reference numeral 7 denotes a secondary coil formed of a copper plate, and 8a and 8b to 8n denote window portions formed on both sides of the middle legs of the tripod cores 6a and 6b to 6n.
[0020]
Thus, primary coils 5a, 5b-5n are wound around the middle legs of the plurality of cores 6a, 6b-6n. The cores 6a, 6b to 6n are so-called tripod cores, and a substantially rectangular rectangular hole is provided in a block made of a substantially rectangular magnetic material on both sides, and a portion sandwiched between the two rectangular holes is formed. It is a leg.
[0021]
The plurality of cores 6a, 6b-6n around which the primary coils 5a, 5b-5n are wound are turned sideways in the same manner as in the above embodiment, and the surfaces of the outer frames of the cores 6a, 6b-6n are coincident. In this way, the windows 8a, 8b to 8n are arranged to communicate with each other to form one square hole-like space, and the windows 8a, 8b to 8n are made of a copper plate. The coil 7 is penetrated.
[0022]
Also in the high-frequency switching transformer having such a configuration, when the primary coils 5a and 5b to 5n are excited by the switching circuit as in the above embodiment, the number of turns of the primary coils 5a and 5b to 5n and An induced voltage corresponding to the applied voltage is generated, and the voltage across the secondary coil 7 is the sum of the voltages.
[0023]
In the above two embodiments, when the high-frequency switching transformer is composed of N cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n and primary coils 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n, The current of the primary coils 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n becomes 1 / N when the number of the core and the primary coil is one, and it becomes possible to use an inexpensive and small-sized core for mass production. As the wire, a round wire that can be easily wound can be used, and the secondary coil simply allows a conductor such as a copper plate to pass through each of the communicating windows 8a, 8b to 8n, thereby reducing the labor cost and material cost.
[0024]
The secondary coils 3 and 7 are only in contact with the primary coils 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n, and are in close contact with the primary coils 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n. However, since the secondary coils 3 and 7 are not covered, the primary coils 1a, 1b to 1n, 5a, and 5b to 5n also have better heat dissipation, heat generation is suppressed, and reliability is improved.
[0025]
In addition, the energy stored in the leakage inductance is considered to be substantially equal to the leakage inductance of each coil of the high-frequency switching transformer according to the present invention when configured with one core, and in the case of the high-frequency switching transformer according to the present invention, ( 1/2) L (I / N) 2 N
As a result, the snubber loss is reduced to 1 / N 2 and miniaturization and high efficiency are possible.
[0026]
Furthermore, the switching transformer is generally designed each time according to the rated output voltage and current. According to the present invention, the primary coils 1a, 1b to 1n, 5a for the cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n1 are provided. , 5b to 5n, the output voltage can be set according to the number of cores 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n, and the output current can be set according to the cross-sectional area of the wires of the secondary coils 3 and 7. This is possible and facilitates transformer design. Since a common material can be used, the cost can be reduced.
[0027]
Next, a method for driving the high-frequency switching transformer will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a circuit for driving the high-frequency switching transformer according to the present invention.
[0028]
In the figure, 20 is a high-frequency switching transformer according to the present invention, E is a power source, SW is a switch element, and is shown as a mechanical contact in the figure, but in reality, a high-speed switching element such as a transistor, MOSFET, IGBT or the like is used. The B1, B2 to Bn correspond to 2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n in the above-described embodiments in each core. N1 is a primary coil corresponding to 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n of the above embodiment, and N2 is a secondary coil corresponding to 3 and 7 of the above embodiment. D1 and D2 are secondary side diodes, D1 functions as a rectifier diode, and D2 functions as a flywheel diode. L1 is a choke coil and C is a capacitor.
[0029]
In this circuit, the power source E and the primary coil N1 of each of the cores B1, B2 to Bn are connected in parallel via one switch element SW, and the secondary coil N2 of each of the cores B1, B2 to Bn is respectively Connected in series, one end is connected to the anode of the secondary diode D1, its cathode is connected to the cathode of the secondary diode D2 and one end of the choke coil L1, and the other end is connected to one end of the capacitor C and the output terminal. It is connected. The other end of the secondary coil N2 is connected to the anode of the secondary diode D2, the other end of the capacitor C, and the other end of the output terminal.
[0030]
In the circuit having such a configuration, when the switch element SW is turned on / off at a constant cycle, the primary coil N1 connected in parallel is simultaneously excited, and the secondary coil N2 is applied with the number of turns of the primary coil N1 and the applied voltage. Inductive voltage is generated at the same time, and the voltage across the secondary coil N2 shows the sum of the voltages. As a result, a large transformer having the ability of the sum of the induced voltages from the cores B1, B2 to Bn Operates as an equivalent transformer. Then, only the forward component is extracted by the secondary diodes D1 and D2, and then smoothed by the choke coil L1 and the capacitor C, and output as a DC power source having a predetermined voltage and current value.
[0031]
FIG. 4 is a diagram showing another example of a circuit for driving the high-frequency switching transformer according to the present invention. In this circuit, the power source E and the primary coils N1 of the respective cores B1, B2 to Bn are connected via switching elements SW1, SW2 to SWn corresponding to the primary coils N1 of the respective B1, B2 to Bn, Other configurations are the same as those of the circuit of FIG. 3, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0032]
FIG. 5 shows a method for driving the high-frequency switching transformer 20 in the circuit having such a configuration. (A) shows the case where each switch element SW1, SW2 to SWn is driven with the same pulse, and the operation is the same as the circuit of FIG. 3 after all.
[0033]
(B) is a case where each switch element SW1, SW2-SWn is driven by a plurality of pulses having a phase difference, that is, n switch elements SW1, SW2-SWn are driven by a pulse having a phase difference of 360 ° / n. Is shown.
[0034]
The pulse having a phase difference can be easily generated by using known means such as a frequency divider using a combination of a crystal oscillator and a flip-flop, a monostable multivibrator, and other programmable timers. .
[0035]
When the high frequency switching transformer 20 is driven by this method, the primary coils N1 of the cores B1, B2 to Bn are sequentially excited with a phase difference of 360 ° / n, and the current supplied from the power source E is Since the averaged input current of the high-frequency switching transformer 20 is reduced compared to the method (a) and the ripple of the power supply E is reduced, the capacitor of the power supply E can be made smaller. Further, since the excitation voltage is sequentially generated in the secondary coil N2, the instantaneous value of the secondary side voltage is reduced, and the withstand voltage of the secondary side diodes D1 and D2 can be reduced. Further, as a result, the frequency of the voltage generated on the secondary side is higher than that on the primary side, so that the choke coil L1 and the capacitor C can be small.
[0036]
In actual use, for example, a reset coil N3 as shown in FIG. 6 is provided, one end of which is connected to the primary coil N1, and the other end is reversely connected to the primary coil via a backflow prevention diode D3. By using a circuit connected to the power supply E side from the switch element SW on the other end side of N1, the back electromotive force of the primary coil N1 is suppressed and the switching noise is reduced, so that the effect of the present invention is further enhanced. It is effective to enhance. The circuit shown in FIG. 6 shows an application example of the circuit of FIG. 3, but it goes without saying that the circuit of FIG. 4 can be similarly applied.
[0037]
Further, by driving with a phase difference in this way, AC output is possible, and it can be applied to an inverter.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of cores wound with one or more turns of the primary coil are disposed, and the secondary coils are formed so as to penetrate through the windows of all the cores.
(1) The current of each primary coil is 1 / N when there is only one core and one primary coil, making it possible to use a small, inexpensive mass-produced core and using a round wire that is easy to wind the wire. Because it can be done, both labor and material costs can be reduced.
(2) Since the secondary coil is only partly in contact with the primary coil and does not adhere to and cover the primary coil, both the secondary coil and the primary coil can dissipate heat and heat generation is suppressed. Reliability is improved.
(3) The leakage inductance energy of the high-frequency switching transformer according to the present invention is (1/2) L (I / N) 2 N
As a result, the snubber loss is reduced to 1 / N 2 and miniaturization and high efficiency are possible.
(4) If the specification of the primary coil for one core is determined, it is possible to set the output voltage according to the number of cores and the output current according to the cross-sectional area of the wire material of the secondary coil.
Transformer design becomes easy and cost can be reduced because common materials can be used.
[0039]
Also, because each core is placed sideways so that the magnetic paths of each core are substantially parallel, and the windows are connected to form a space through which the secondary coil is inserted,
Since the work of penetrating the secondary coil through the window portion of each core is simple, the production efficiency is improved.
[0040]
Further, since each primary coil of the high-frequency switching transformer configured as described above is excited and driven with a constant or arbitrary phase difference, the input effective current is reduced and the voltage generated on the secondary side is reduced. Since the instantaneous value of the secondary diode becomes low, the withstand voltage of the secondary diode can be reduced, and the secondary frequency increases, so that the choke coil and the capacitor can be downsized.
It has the effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention using a toroidal core.
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention when a tripod core is used.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a circuit for driving a high-frequency switching transformer according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing another example of a circuit for driving a high-frequency switching transformer according to the present invention.
5A and 5B are diagrams illustrating a method of driving the circuit of FIG. 4, in which FIG. 5A illustrates a case where the same pulse is driven simultaneously, and FIG. 5B illustrates a case where the circuit is driven using a pulse having a phase difference.
6 shows a case where a reset coil is provided as an application example of the circuit of FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional transformer.
8 is a cross-sectional view of the transformer of FIG.
[Explanation of symbols]
1a, 1b to 1n Primary coil 2a, 2b to 2n Core 3 Secondary coil 4a, 4b to 4n Window part 5a, 5b to 5n Primary coil 6a, 6b to 6n Core 7 Secondary coil 8a, 8b to 8n Window part 9 Primary coil 10 Core 10a Middle leg 11 Secondary coil 12 Window 13 Insulating tape 20, 20a High frequency switching transformer SW Switch elements SW1, SW2-SWn Switch elements B1, B2-Bn Core N1 Primary coil N2 Secondary coil N3 Reset coil E Power supply

Claims (3)

少なくとも1つの窓部が開けられたN(Nは2以上)個のコア(2a,2b〜2n、6a,6b〜6n)と、
前記各コア(2a,2b〜2n、6a,6b〜6n)の窓部を通すように1ターン以上巻回された1次コイル(1a,1b〜1n、5a,5b〜5n)と、
前記全てのコア(2a,2b〜2n、6a,6b〜6n)の窓部(4a,4b〜4n、8a,8b〜8n)を貫通して形成された2次コイル(3、7)とを有し、
前記各コアの窓部が互いに対向するように前記N個のコアを配置したことを特徴とする高周波スイッチングトランス。
N (N is 2 or more) cores (2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n) in which at least one window is opened,
A primary coil (1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n) wound more than one turn so as to pass through the window of each of the cores (2a, 2b to 2n, 6a, 6b to 6n);
Secondary coils (3, 7) formed through the windows (4a, 4b-4n, 8a, 8b-8n) of all the cores (2a, 2b-2n, 6a, 6b-6n) Have
The high frequency switching transformer , wherein the N cores are arranged so that the window portions of the cores face each other .
前記各コア(2a,2b〜2n、6a,6b〜6n)の磁路がほぼ平行となるよう各コア(2a,2b〜2n、6a,6b〜6n)を横向きにし、かつその各窓部(4a,4b〜4n、8a,8b〜8n)が連通して前記2次コイル(3、7)を挿通する空間を形成するよう配置したことを特徴とする請求項1記載の高周波スイッチングトランス。 Wherein each core (2a, 2b~2n, 6a, 6b~6n ) each core so that the magnetic path is substantially parallel to (2a, 2b~2n, 6a, 6b~6n ) was sideways, and each of its windows ( 4. The high frequency switching transformer according to claim 1, wherein 4 a, 4 b to 4 n, 8 a, 8 b to 8 n) communicate with each other to form a space for inserting the secondary coil (3, 7). 請求項1または請求項2に記載の高周波スイッチングトランスの駆動方法であって、
前記各1次コイル(1a,1b〜1n、5a,5b〜5n)を各々一定のもしくは任意の位相差を持たせて励磁駆動することを特徴とする高周波スイッチングトランスの駆動方法。
A method for driving a high-frequency switching transformer according to claim 1 or 2,
A driving method of a high-frequency switching transformer, wherein each of the primary coils ( 1a, 1b to 1n, 5a, 5b to 5n ) is excited and driven with a constant or arbitrary phase difference.
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