JPH02178905A - コンバータトランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、テレビジョン受像機、ビデオテープレコーダ
等の民生用電子機器およびパーソナルコンピュータ、プ
リンタ、ファクヌ、複写機等の事務・情報電子機器等、
各種電子機器に組み込捷れるスイッチング電源に使用す
るコンバータトランスに関するものである。

従来の技術 近年、小型・軽量・高効率を特長とするスイッチング電
源が従来のシリーズ電源に変わって各種電子機器に搭載
される率が非常な勢いで増している。またその特長を更
に生かすため、スイッチング電源の高周波化への課題解
決が産業界において重要となっている。その中でもスイ
ッチング電源に使用されるコンバータトランスの小型・
軽量・高効率化へ向けての技術開発は非常に重要である
。

コンバータトランスにおける技術開発は、磁性材料開発
１巻線技術間発等により、進められるが、磁性材料の開
発に比較して巻線技術開発は目新しいものがなく、従来
の技術の延長上で行われており、この巻線技術開発なく
しては、産業界の発展はあり得ないと言っても過言では
ない。

３７、 以下に従来のコンバータトランスについて説明する。

第１１図〜第１３図ａ、第１３図ａは従来のコンバーク
トランスの電気回路図を示すものであり、まだ第１１図
す、第１２図す、第１３図すはそれぞれの電気回路図に
おける巻線部の断面１’Ｍ造図を示すものである。第１
１図〜第１３図において、１．１ａ、１ｂは１次側電源
の入力巻線（以下、１次巻線と呼ぶ。）、２．２＆、２
ｂは２次側出力側において最大の出力容量を取り出す巻
線（以下、２次巻線と呼ぶ。）、３ば１次〜２次間絶縁
利刺、４は巻線外装相和、５はコイルボビンである。寸
たＰｌ　　１　”ＣＴ　Ｉ　Ｐ２ばそれぞれ１次側巻始
め、中間タップ、巻終りの端子記号を表わし、”Ｉ　Ｉ
　ＳＣＴ　、　ｓ２ばそれぞれ２次側巻始め、中間タッ
プ、巻終りの端子記号を表わしている。

第１１図すはコイルボビン５に１次巻線１と２次巻線２
を各−層巻回し、１次巻線１と２次巻線２の巻幅を同一
・幅としだものである。第１２図すは、コイルボビン５
に１次巻線１ａ、Ｉｂと２次巻ｉ２ａ、２ｂを交互に１
層づつ巻回し、この交互に巻回する１次巻線１ａ、１ｂ
と２次巻線２ａ。

２ｂの巻幅を同一幅とし、１次巻線および２次巻線は直
列分割とし、それぞれセンタータップＰｏＴ　’ＳＣＴ
を設けて各層の巻線を直列接続となるよう構成したもの
である。丑ノヒ第１３図すはコイルボビン５に１次巻線
１ａ、１ｂと２次巻線２２Ｌ、２ｂを交互に巻回し、こ
の交互に巻回する１次巻線１ａ、１ｂと２次巻線２ａ、
２ｂの巻幅を同一幅とし、１次巻線および２次巻線は並
列分割とし、分割巻された巻線の各層の巻線を並列ｊと
続となるように構成したものである。

次にこの種のコンバータ［・ランスの出力容量と損失の
関係について簡単に説明する。

高周波で使用されるコンバータ）・ランスにおいては１
次巻線と２次巻線の間に漏れ磁束が発生し、この漏れ磁
束が大きな銅損となって、コンバータｊ・ランスの発熱
の原因となる。この銅ｌ」−１は、周波数が高くなれば
なる程、無視できなくなる。

１　ｆｃ、コンバークトランスの体積を一定、かつ発熱
を一定にして、出力容量を大きくするためには、高周波
の銅損をいかに少なくするかが重要なポイントとなる。

一方、この銅損を少なくしてやるためには、コンバータ
トランスの１次巻線と２次巻線間の結合を高めでやシ、
漏れ磁束の蛍を減らしてやることが必要である。

つまり、コンバークトランスの出力容量を大きくするた
めには、巻線間の結合を高めてやればよいことがわかる
。丑だ逆に同一出力容量でコンパクトランスを小型化す
るためには、巻線間の結合を高めてやれば」：いという
ことにもなる。

次に、巻線ｍＪの結合（以下、本説明では結合係数と呼
ぶ。）を決定する式に関して図を使用して説明する。

第１０図に一般的なコンバークトランスの巻線部の断面
図を示す。図において１ば１次巻線、２は２次巻線、５
はコイルボビンを示し、１次巻線１と２次巻線２の対向
面積をＳ、１次巻線１と２次を・線２の巻線中心間の距
離をａとする時、結合係数には次式で求まる。

Ｋ。。Ｓ （１）式から明らかなように、結合係数Ｋを大きくして
やるためには、１次巻線１と２次巻線２の７１向而積Ｓ
を太きくしでやシ、かつ、１次巻線１と２次巻線２の中
心間の距離ａを小さくしてやればよいことがわかる。

次に第１１図〜第１３図のように構成された従来のコン
バータトランスに関する説明を行う。

まず、第１１図すの構成においては、巻線が分割されて
いないため、１次巻線と２次巻線の対向面積Ｓが十分で
ないため、十分な結合９叫）られず、コンバークトラン
スの小型化に限界がある。

まだ、第１２図すの構成においては、巻線を直列分割し
ているため、巻線の巻始めから巻終り丑でか対向してい
ない。したがって結合を高めることができず、コンバー
タトランスの小型化に限界が生ずる。

第１３図すの構成においては、巻線を並列分割７、、−
７ しているため、対向面積は大きくなるが、巻線中心間の
距離を小さくするという思想がないため、第１３図すの
ように巻線が２層巻きとなったり、空間隙間ができてし
まい、結果として十分な結合が得られない。

まだ、図示していないが、第１１図すと第１３図すの組
み合わせで構成される場合も考えられる。

その場合、１次巻線と２次巻線の対向面積は犬きくなる
が、巻線中心間の距離を小さくするという技術的思想が
ないため、巻線の太さを電流密度によって決定する。し
たがって巻線の厚みがどうしても大きくなり、結果とし
て十分な結合が得られず、コンバータトランスの小型化
に限界が生ずる。

発明が解決しようとする課題 以上のような従来の構成では、１次巻線と２次巻線の対
向面積を太きくし、かつ、巻線中心間の距離を小さくす
るという技術的な思想が組み入れられていないだめ、十
分な巻線間の結合が得られず、コンバークトランスを小
型化していく上で限界が生ずるという問題点を有してい
た。

本発明は、１次と２次巻線間の結合を飛躍的に高めだコ
ンバータトランスを提供することを目的とするものであ
る。

課題を解決するだめの手段 この課題を解決するだめに本発明は、コイルボビンに１
次巻線と２次巻線を交互に１層づつ巻回し、巻線の厚み
をＱ、４１１１１１以下とし、しかも、この交互に巻回
する１次巻線と２次巻線の巻幅を同一幅とし、しかも、
１次巻線と２次巻線のどちらか、もしくは両方を並列分
割巻とし、この分割巻された巻線の各層の巻線を並列接
続となるように構成したものである。

作用 この構成によって、巻線の巻始めから巻終り壕で全ての
部分が確実に対向し、その対向面積を何倍にも増すこと
が可能となると共に、１次と２次巻線中心間の距離も小
さくなり、１次と２次巻線間の結合を飛躍的に高めるこ
とができる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照し９　ヘ一
／ ながら説明する。

第１図ａ、第１図すは本発明の第１の実施例の電気回路
図、コンバータトランスの巻線部の断面構造図を示すも
のである。第１図に示す実施例において、従来技術の説
明の項で使用した各部の名称には、同一番号を付して詳
細な説明を省略する。第１図はコイルボビン５に１次巻
線１ａ、１ｂと２次巻線２を絶縁材料３を介して交互に
１烏づつ、しかも１次巻線１ａ、１ｂおよび２次巻線２
の各層の厚みを０．４１１Ｍ以下で巻幅を同一幅とし、
かつ１次巻線ば１ａ、１ｂの二巻線に並列分割巻されて
いて、この分割巻された１次巻線１ａ、１ｂの両端ばｐ
ｌ、ｐ２部で並列接続となるように構成されている。な
お、上記巻線の最外周には巻線外装材料４が巻回されて
いる。

この実施例によれば、１次巻線１ａ、１ｂと２次巻線２
を交互に１層づつ巻回し、しかも巻線の厚みを０．４朋
以下でこの交互に巻回する１次巻線１　ａ、１ｂと２次
巻線２の巻幅を全て同一幅とし。

かつ、１次巻線１ａ、１ｂを並列分割巻とし、こ１０　
、 の分割巻された巻線の各層の巻線を並列接続となるよう
に構成しているため、１次巻線１ａ、１ｂの巻始め２１
部から巻終９２２部までの巻線部分と２次巻線２の巻始
め８１部から、巻終り８２部までの巻線部分が全面的に
対向し、また対向面積も２倍となり、しかも、１次巻線
１ａ、１ｂと２次巻線２の中心間の距離が非常に小さい
ため、１次巻線１ａ１ｂと２次巻線２間の結合を飛躍的
に高めることができる。その結果、磁心の大きさ、つ捷
り磁心の中足断面積Ａ。と窓面積Ａ、の積ＡＣ−Ａｗが
同じであれば、取り出し可能な出力容量が従来の技術の
延長上で行った場合に比較して２０％〜１００％増加す
る。また、逆に同一の出力容量を取シ出すだめの巻線ヌ
ベーヌ、つまり磁心の窓面積は結合が飛躍的に高くなる
ため、従来の技術の延長上で行った場合に比較して２０
％〜５０％少なくできるため、コンバークトランスが飛
躍的に小型化できるという大きな効果が得られる。まだ
、１次巻線１ａ、１ｂと２次巻線２の結合を飛躍的に高
めると、高周波損失が少なくなるため、高周１１　ｌ＼
−。

波損失対策用の撚シ線を使用しなくてよくなること、更
に、線材の標準化も可能となり、実際、生産供給してい
く上で、材料費削減、工数削減、材料調達性、工程の自
動化が容易となシ、従来の技術の場合と比較して２Ｑ〜
５０％の原価低減が可能となる。

なお、本実施例では、１次巻線１２Ｌ、１ｂと２次巻線
２は、はぼ同じ巻数を想定して図示説明しているが、各
巻線の巻数が大きく異なる場合は、第２図ａに示すよう
に等間隔の隙間を設けて巻回するヌペーヌ巻き、第２図
すに示すような２本の線ヲヌヘーヌ巻キスるパイファイ
ラヌベーヌｌ。

あるいは第２図Ｃに示すような３本の線をヌペヌ巻きす
るトリファイラヌペーヌ巻きという巻線方法を用いてや
れば、同様の効果が得られる。

また、第３図ａ、ｂおよび第４図ａ、ｂに示すように、
１次巻線１ａ〜１Ｃおよび２次巻線２ａ〜２Ｃを並列多
層分割してやれば、各巻線間の対向面積が更に増すため
、結合は更に高捷る。

本発明によって得られる効果の具体的な実験結果の例を
第５図、第６図に示す。第５図はコンパタトランヌの磁
心の中足断面積と窓の面積の積および温度上昇を一定と
した場合の取り出し可能な出力容量の実験結果を示すも
のである。捷だ、第６図は温度上昇と磁心の中足断面積
を一定として、同一出力容量を取９出すだめのコンバー
タトランス磁心の窓面積の比較を行ったものである。

以下、本発明の第２の実施例に関して図面を参照しなが
ら説明する。

第７図＆、第γ図すは、本発明の第２の実施例を示す電
気回路図、コンバータトランスの巻線部の断面構造図で
ある。まだ第８図は同トランスを用いたスイッチング電
源回路の一例を示す回路図である。第７図ａ、第７図す
において、第１の実施例で使用した各部の名称に同一番
号を付している部分は、第１図ａ、ｂと同様の構成であ
る。第１図ａ、ｂの構成と異なる点は、１次補助巻線６
と２次補助巻線７と制御巻線８を設けた点である。

ここで制御巻線８は、１次巻ｉ１ａ、１ｂおよび２次巻
線２ａ、２ｂの巻幅と同一幅になるよう構１３　・＼−
７ 成されている。

この実施例によれば、１次巻線１ａ、１ｂおよび２次巻
線２ａ　、２ｂと制御巻線８間の結合も極めてよくなる
ことから、スイッチング電源としての出力電圧制御性能
がよくなるという効果が得られる。

このスイッチング電源としては、第８図に示すように入
力電源９にコンバータトランスの１次巻線１ａ、１ｂを
接続し、制御巻線８にダイオード１４とコンデンサ１５
の平滑整流回路を介して制御回路１１を接続し、この制
御回路１１の出力を１次補助巻線６に接続されたドライ
ブ回路１０に印加して１次巻線ｖａ、１ｂの他端に接続
されたヌイッチングトランジヌタ１６をオン、オフさせ
るようにし、２次巻線２ａ、２ｂにはダイオード１７、
コンデンサ１８からなる整流平滑回路を介して負荷１２
が接続され、２次補助巻線７にもダイオード１９．コン
デンサ２０からなる整流平滑回路を介して負荷１３を接
続する構成となっておシ、上記コンバータトランスの構
成によって生じ１４　・、 る効果でスイッチング電源としての性能を向上させるこ
とができる。

第９図は上記実施例における効果の具体的な実験結果例
を示す。第９図は出力気圧の総合変動幅の比較を行った
もので、従来の技術で達成できる出力電圧の総合変動幅
を１００とした時、本発明によれば５０〜８０の総合変
動幅となった。このように出力電圧の制御性能がよくな
るだめ、コンバータトランスの巻線位置のずれ公差が緩
和でき、工程能力が大きくなり、生産向上、性能検討時
間の短縮等の効果もある。更に、１次と２次巻線間の結
合および１次、２次巻線と制御巻線の結合も非常に高い
ため、制御巻線の巻位置を調整すれば出力電圧の微調整
が可能となり、コンバータトランスの設計が容易になる
。

なお、第２の実施例を示す第７図ａ、ｂおよび第８図は
、制御巻線８は１次側回路に組み込まれているが、これ
は２次側回路に組み込まれても同様の効果が得られる。

また、第２の実施例を示す第７図すにおいて、１５　・
＼ １次補助巻線６と２次補助巻線γは、コイルボビン６の
最上層と最下層に巻回しているが、この補助巻線に関し
ては巻位置１巻幅等を限定する必裂はない。

発明の効果 以上のように本発明によれば、従来の巻線構成に加えて
巻線の厚みを０．４ｍｍ以下としたため、１次と２次巻
線間の結合を飛躍的に高めることが可能となシ、コンバ
ータトランスを小型化できるという大きな効果が得られ
る。

まだ巻線の巻幅と同一巻幅の制御巻線を追加巻回するこ
とにより、巻線と制御巻線間の結合も極めてよくなるだ
め、出力電圧の制御性能がよくなるという効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは本発明の第１の実施例を示すコンバータ
トランスの電気回路図と巻線部の断面図、第２図ａ、ｂ
、ｃは巻線方法の説明図、第３図ａ。 ｂおよび第４図ａ、ｂは第１の実施例の応用例を示すコ
ンバータトランスの電気回路図と巻線部の断面図、第５
図、第６図は第１の実施例における効果を従来の技術と
比較した図、第７図ａ、ｂは本発明の第２の実施例を示
すコンバータトランスの’ｌＪｆ気回路図と巻線部の断
面図、第８図は第２の実施例を用いたスイッチング電源
の回路図、第９図は第２の実施例による効果を従来の技
術の出力電圧の総合変動幅を比較した説明図、第１０図
は一般的なコンバータトランスの巻線部の断面図、第１
１図ａ、ｂ、第１２図ａ、ｂ、第１３図ａ。 ｂは従来のコンバータトランスの電気回路図と巻線部の
断面図を示すものである。 １．１ａ、１ｂ、Ｉｃ−・・・・１次巻線、２，２Ｌ。 ２ｂ　、２０　　・・　２次巻線、５・・・・・コイル
ボビン６　・・・・１次補助巻線、７・・・・・・２次
補助巻線、８・・制御巻線。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名工ヨ
二 肥 Ｎ 嫉 、Ω 呼 （ｏｌｏ） 毒″１−１１ｒ−Ｑ［＋　← 埴 （％） 古’：１．７軒＠邂■コ（Ｔｆｌ− Ｏつ 塚 憾 た ６一 第 ２図 ＜ａ＞ 第 ３図 ｂ ｌα ２α ？ｂ ２α １α ｌα

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コイルボビンに１次巻線と２次巻線を交互に１層
   づつ巻回し、この各巻線の厚みを０．４ｍｍ以下とする
   とともにこの交互に巻回する１次巻線と２次巻線の巻幅
   を全て同一幅とし、しかも、１次巻線と２次巻線の少な
   くともいずれか一方を並列分割巻とし、この分割巻され
   た巻線の各層の巻線を並列接続となるように構成し、こ
   のコイルボビンに閉磁路を構成する磁心を組み込んでな
   るコンバータトランス。
2. （２）　コイルボビンに１次，２次巻線の巻幅と同一巻
   幅の制御巻線と、１次補助巻線と２次補助巻線を追加巻
   回した請求項１記載のコンバータトランス。