JP5407197B2 - スイッチング電源 - Google Patents
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Description
まず、特許文献1,2においては、対象とする周波数を50kHz〜500 kHzとしており、伝導ノイズを対象としている。対策する部位も大電流の流れる主回路であり、対象周波数に適応した共振周波数を構成するため、大きなチョークコイルと並列するコンデンサで対応している。よって、スイッチング電源で対象とする放射ノイズを発生する要因に対しては効果が得られず、対象が異なることになる。
f=1/2π√LC〔Hz〕…(1) (L:インダクタンス〔H〕、C:キャパシタンス〔C〕)
Vs=L・dI/dt〔V〕…(2)
前記絶縁トランスの電源側巻線及び/又は負荷側巻線の漏れインダクタンスと、電源側巻線と負荷側巻線との間の結合容量とで決定される共振周波数が30MHz以下となるように前記結合容量を大きくして、放射ノイズの抑制を図ることを特徴とする。
これら請求項1または2の発明においては、前記電源側巻線は一括して全てを巻き終えず、一つの負荷側巻線に該電源側巻線を交互に配置することができ(請求項3の発明)、または、前記電源側巻線は一括して全てを巻き終えず、複数の負荷側巻線毎に電源側巻線を交互に配置することができる(請求項4の発明)。
また、この発明では絶縁トランスのみが対象であり、ここでの対策だけで済むため、大掛かりな回路構成の変更や、それに伴う基板更改および筐体によるシールド対策の強化等を施すことなく、放射ノイズを効果的に抑制することができる。
まず、図9を参照して、この発明の原理であるキャパシタンス増加による放射ノイズ低減の概念について説明する。
先の(1)式に示すように、共振周波数fはインダクタンスLとキャパシタCの関数である。特許文献3ではインダクタンスLを追加してノイズ低減を図るようにしたが、この発明ではインダクタンスLではなくキャパシタCを大きくすることで、30MHzよりも低い周波数に共振点が来るように定める。これが、この発明の原理である。なお、図9の符号12が対策前の放射ノイズ曲線、11が対策後の放射ノイズ曲線、13が周波数のシフト量、14がノイズ低減量をそれぞれ示している。
一つは、1次−2次巻線間の巻線間を絶縁するために用いるテープの誘電率をコントロールする方法である。以下の要領で、絶縁テープの誘電率を具体的に定めた。
C=εrε0S/d〔F〕…(3)
なお、ε0は真空の誘電率〔F/m〕を示す。
スイッチング電源における放射ノイズのピークについて、実験的にその共振鋭度を求めると、3〜5程度の値が得られる。従って、この共振鋭度3〜5のピークをシフトさせて、30MHzでの放射ノイズの値を−3dB以下にするには、ピークの1/√2の値をとる周波数までシフトさせれば良い。すなわち、共振鋭度が3の場合は25MHz、5の場合は27 MHz以下にピークを持ってくれば良いことになる。また、共振鋭度はその値が大きくない(値が小さい)場合の方が、周波数をシフトしてノイズを落とすには厳しいため、ここでは3の場合を中心に考える。図15の符号11は対策後の放射ノイズ、34,35は30,100MHz付近に共振ピークのある対策前のノイズをそれぞれ示す。
この範囲にあるピークを25MHz以下にシフトさせるのに必要な結合容量を先の(1)式から求めると、共振ピークが30MHzにある場合は、結合容量を約1.4(=(30/25)2)倍に増やせばよく、100MHzにある場合は、結合容量を約16(=(100/25)2)倍に増やせばよい。
上記のことを1次−2次巻線間の絶縁テープを用いて実現するには、どれくらいの比誘電率を保有していれば良いかについて検討する。
通常使用されている絶縁テープとしてはPETフィルム、カプトン(デュポン社の登録商標:ポリイミドフィルム)またはノーメックス(デュポン社の登録商標:耐熱ナイロンフィルム)等が主に用いられており、これらの比誘電率は2.5〜3.4である。そこで、これらの材料を比誘電率の高い材料で代替することで、1次−2次巻線間の結合容量を1.4倍〜16倍程度に増やせばよいことから、必要な比誘電率は3.5〜54.5(2.5×1.4〜3.4×16)の範囲にある材料を用いれば良いことになる。このような材料を用いた場合の、絶縁トランスの巻線構成例を図1に示す。先の図6と比較して、材料のみが異なっている(絶縁テープ5→絶縁テープ3)ことが分かる。
すなわち、キャパシタンスの容量を増加させるには、直列接続ではなく並列接続が有効なので、1次−2次巻線間においても並列に巻線を配置することで、結合容量を増加させるものである。その例を図2,図3に示す。図2は1次巻線1と2次巻線2を交互に積層配置した例であり、図3は2つ(一般には複数)の2次巻線毎に1次巻線1を積層配置した例である。なお、図3の2次巻線2は、等間隔で配置しても不等間隔で配置しても良い。
Claims (4)
- 電源が接続される電源側巻線及び負荷系統が線路を介して接続される少なくとも一つの負荷側巻線を有する絶縁トランスを備えたスイッチング電源において、
前記電源側巻線及び/又は負荷側巻線の漏れインダクタンスと、電源側巻線と負荷側巻線との間の結合容量とで決定される共振周波数が30MHz以下となるように前記結合容量を大きくして、放射ノイズの抑制を図ることを特徴とするスイッチング電源。 - 前記電源側巻線と前記負荷側巻線間を絶縁するために用いる材料の比誘電率を、3.5〜54.5の範囲の値を持つものとすることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源。
- 前記電源側巻線は一括して全てを巻き終えず、一つの負荷側巻線に該電源側巻線を交互に配置することを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源。
- 前記電源側巻線は一括して全てを巻き終えず、複数の負荷側巻線毎に該電源側巻線を交互に配置することを特徴とする請求項1または2に記載のスイッチング電源。
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