JPH0254910A - 変圧器 - Google Patents

変圧器

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JPH0254910A
JPH0254910A JP1124568A JP12456889A JPH0254910A JP H0254910 A JPH0254910 A JP H0254910A JP 1124568 A JP1124568 A JP 1124568A JP 12456889 A JP12456889 A JP 12456889A JP H0254910 A JPH0254910 A JP H0254910A
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  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

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】 A、産業上の利用分野 本発明は変圧器に係り、より詳細に言えば、磁気的結合
が良く、熱放散が良好で、組立てが簡単で、平坦な巻線
を用いた変圧器構造に関する。
B、従来の技術 「印刷回路」技術と称される技術を用いて得られる利点
を利用することによって、シート状、即ちリボン状の巻
Allを用いた変圧器が、従来から知られている。その
ような印刷回路技術による変圧器は、シート状の素材か
ら作られるが、通常、従来の磁気コア構造に巻かれた複
数回巻きの二次巻線を含んで通常の巻線パターンを、印
刷回路基板の型式で複製するような努力が行われている
C0発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、二次巻線が平坦な導体の素材、または
ラミネートされたカード状素材から形成することの出来
る単純な1回巻きの平坦な形状を持ち、何れの場合でも
、十分な電流容量及び十分な熱放散性を持ち、しかも変
圧器構造に容易に組み込むことが出来る新規な「巻線」
構造を備えた変圧器を提供することにある。
本発明の他の目的は、上述の物理的特性と、レイアウト
、または構造を持つ変圧器を提供することにあり、この
変圧器において、変圧器の一次巻線もまた、平坦であり
、これにより、強い磁気的結合で、且つ必要に応じてカ
ード形式の一次巻線構造とするために、上述の二次巻線
構造と緊密にネストされる。
本発明の他の目的は、一次巻線−二次巻線−−一次巻線
のサンドイッチ形式の構造の結合と同じような磁気的結
合を有し、しかも、変圧器の高さを減少させ、より良好
な冷却が達成され、そして容易に製造することが出来る
ように、二次巻線構造の一方の側だけに一次巻線を持っ
ている変圧器を提供することにある。
本発明の他の目的は、物理的には分離しているが、電気
的には並列の整流器が、変圧器の巻線により与えられる
対称性のために、はぼ等しい電流を分担し、これにより
電流容量を増加し、同時に発熱の密度を減少させた新規
な変圧器構造及び整流装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、変圧器の磁気コアに近接するか、
または事実上、変圧器の磁気コアのウィンド内にあるダ
イオードのコミュテート回路ループ中のインダクタンス
を最小にするために設けられた埋込み型ダイオードを有
する上述の変圧器構造を提供することにある。
D9問題点を解決するための手段 本発明の実施例において、磁気コアを取巻き平坦な導体
を含む一次巻線及び二次巻線側構造で励磁される磁気コ
アと、出力を与えるために、平坦な導体に電気的接続を
行い、且つコアを通る二次巻線導体とを含む変圧器構造
が与えられる。
本発明の他の実施例において、上述の変圧器構造の一次
巻線は、−平面上で2つの平坦な巻線素子を含み、各巻
ItgI?lig子は、磁気コアの各脚部を取り巻いて
いる。
本発明の他の実施例において、上述の変圧器構造の二次
巻線導体は、整流用ダイオードを介して二次巻線側の平
坦な導体構造に接続される。
本発明の他の実施例において、ウィンドを有する磁気コ
アと、同一平面上で接続されている2個の一次巻線と、
各一次巻線はコアの各脚部を取巻いていることと、両方
の一次巻線は同じ磁路な取り囲むことと、この磁路はコ
アのウィンドを取り囲むことと、少なくとも3個の整流
器を含む平坦な二次巻線導体構造と、二次巻線導体構造
は、一次巻線の外形に一致した誘導電流路を形成するよ
うな導体として装着されていることと、整流器によって
電気的に接続される2つの部分を持つ全体として平坦な
二次側導体構造と、その一方の導体部分の少なくとも一
部は、コアの脚部を取巻く全体として平坦な導体を構成
しており、他方の導体部分の少なくとも一部は、コアの
ウィンド内の導体を構成していることとから成る変圧器
が与えられる。
E、実施例 第1図の分解図に示した変圧器構造は、参照数字10及
び12で示した線に沿って組立てられるので、一次巻線
16及び18は、上部フェライト・コア素子24の磁極
部分20.22に嵌め込まれる。下部フェライト・コア
26は、導電フレーム30及び底部フレーム収容プレー
ト32の開孔によって形成されたポケット28中に収容
される。
下部コア素子26は、上部コア素子24の磁極部分20
.22と組み合う磁極部分34.36を有し、そして、
絶縁スペーサ38と導電性ブランク(conducti
ve plank )、即ち導電性厚板40を挟み込ん
でいる。第1図に示した実施例において、磁極部分20
.22.24.26は、コア素子24−26に夫々C字
形を与える。
導電フレーム30は、絶縁スペーサ38と導電性厚板4
0の下部を受は入れる溝部42を持っている。導電性厚
板40は、これと直交する接続レール44.46が設け
られており、接続レール44.46は、コア素子24及
び26によって形成されるコア構造の反対側に突出し、
そして、ダイオード・チップD1、D2、D3及びD4
を支える可撓性の外側ボード接続タブ48.50及び5
2.54の端部分で終端している。ダイオード・チップ
D1、D2は、接続タブ48.50と、フレーム30の
上面を切削して形成した接続ランド56.58との間に
挟み込まれており、そしてダイオードD3、D4は、接
続タブ52.54と、フレーム30の上面に形成された
接続ランド60.62との間に挟み込まれている。第1
図に示された実施例において、導電性アーム64は、フ
レーム30の他の側から延びており、導電性厚板40は
、フレーム30の他の側から延びて、編組型綿66に接
続されている。
従って、第1図に示された変圧器は、第3図を参照して
後述されるように、パワー・サプライ用のフィルタへの
1つの出力用接続線を与える導電性アーム64と、フィ
ルタへの他の出力用接続線を与え編組電線66と、パワ
ー・サプライの整流用ダイオードとして並列に動作する
ダイオードD1、D2と、パワー・サプライのフリー・
ホイール・ダイオード(free wheeling 
diode )として並列に動作するダイオードD3、
D4とを有する単一終端式のパルス駆動順方向パワー・
サプライとして使用することが出来る。
第1図の分解図に示した変圧器が組立てられると、磁極
部分20.22及び34.36は、コアの磁束に対して
単一の連続したループを形成する。
2個の一次巻線16.18は、1つの平面内に設けられ
ており、コアの各脚部に1つの一次巻線がある。これら
の一次巻線は、第3図の電気的模式図に示されたように
直列に接続することも出来るし、または並列に接続する
ことも出来る。二次巻線構造は、下部フェライト・コア
素子26全体を取り巻く連続した導電体フレーム30を
含む。厚板の導体40は、コアを通過している。この厚
板導体40は、整流用ダイオード・チップD1乃至D4
を通ってフレームへの電気的な接続を行っている。
第2図は、第1図に示した構造の変形例を示す図であり
、この装置において、ダイオードD1′乃至D4’ は
、巻線の磁気的な影響を受ける範囲内にダイオードが埋
込まれている第1図の実施例とは異なって、巻線の磁気
的な影響を受ける範囲を外れた位置に設けられている。
この構造は、予めパックされたダイオード・モジュール
を使用した場合、磁気的な結合により、ダイオードの性
能が低下する問題を軽減することが出来る。第2図の実
施例の場合、ダイオードD1′乃至D4’ は、はんだ
付け、またはリード線80によって厚板導電体40′の
横方向の突出部82に接続され、これにより、ダイオー
ドの1つの側?:(この場合アノード側)に厚板導電体
に接続し、ダイオードの他の側(この場合カソード側)
をフレーム素子30′に接続する。第2図に示していな
い素子を含んで、第2図の実施例の他の素子は、第1図
に示された素子と実質的に同じであり、第3図を参照し
て説明される動作に関しても同じである。
第3図は、第1図に示した実施例の装置の動作を説明す
るための模式的な回路図であって、第2図の実施例にも
同様に当て嵌めることが出来る。
第3図の回路図において、上述した変圧器構造における
一次巻線は参照数字16.18で、二次「厚板」巻線は
40で、コア素子は24.26で(これらは勿論、それ
らの組合せ磁極部分を含んでいる)、そして、出力線6
4.66に電気的に関連するダイオードはDl、D2、
D3及びD4で表わされている。従って、第3図の参照
数字は、第1図の参照数字と対応している。第3図の装
置において、出力線(導電アーム)64は、フィルタ用
インダクタLを介してパワー・サプライの一方の出力端
子90に接続される。他方の出力端子92は、編組電線
66を経て二次導体、即ち厚板導体40の一端によって
構成された帰路側に接続される。
このようなパワー・サプライの代表的な装置における入
力は、フィードバック回路94の制御の下で切換えられ
るトランジスタ、または他の適当なスイッチ装置SWに
よって一次巻線に接続されている直流源子Bによって給
電される。フィードバック回路94の代表例は、出力端
子90.92を一定に維持するような態様のデユーティ
サイクル(通常、一定周波数において、パルス幅が変化
するパルスのサイクル)に従って、スイッチSWを開閉
するパルス幅変調(PWM)制御装置であり、これらの
装置はすべて公知である。
第1図の変圧器構造及び第2図に示したその変形例は、
第3図に示した回路以外に、多重回路にも用いることが
出来、第3図の回路は、本発明を説明するための単なる
1実施例に過ぎないことは注意を要する。
第4図は、逆位相スイッチにより二重パワー通路を用い
る高周波数、高電流スイッチ・モードのDC−DCパワ
ー・コンバータのような逆位相動作に特に有用な構成を
有する本発明の他の実施例を示す図である。このような
動作の全体的な概念は、1982年8月のIBMテクニ
カル・ディスクロージャ・ブレティンの1426頁乃至
1427頁に記載されており、この装置の1実施例の動
作は、第5図を参照して後で説明される。
第4図は、逆位相型導電性厚板及びフレーム式の変圧器
の構造を幾つかの構造のレベルに分解して示す分解図で
ある。基体のレベルは、2つのフェライト・コアを収容
する開口、即ちキャビティを有する導電フレーム30“
を含んでおり、この導電フレーム30′は、フェライト
・コアの夫々の下部26−1及び26−2を取り囲んで
いる。
二次「巻線」構造は、コアの夫々のウィンドを通る導電
部分40−1及び40−2を有する導電性厚板によって
与えられる。導電性厚板の中間部分100は、2つの導
電部分40−1及び40−2の夫々の内側で一体になっ
ている部分が、フリー・ホイール・ダイオードD3A及
び03Bの一方の電極へ接続され、次に、これらのダイ
オードD3A及びD3Bの他方の電極は導電フレーム3
0′へ接続される。第4図に示されているように、ダイ
オードD3A及びD3Bは、導電性厚板の中間部分10
0の裏側と接触するアノードと、中間部分100から離
れた位置にある下側の導電フレーム30′と接触するカ
ソードとを持っており、配分された電流路を与えるため
に、並列的に動作する。同じように、導電性厚板の外側
部分40−1及び40−2の外端部は、夫々、CIA、
DIB及びD2A%D2Bを介して下側の導電フレーム
30′に接続される。従って、電流路は、導電性厚板の
接続タブ66′から結合部分、即ち導電性厚板部分40
−1.40−2の間の中間部分100へ到達し、この中
間部分において、この電流路は、D3A及びD3Bを介
して導電フレーム30′に接続されるばかりでなく、コ
アのウィンドを通る2つの電流路に分岐し、中間部分1
00から分岐する一方の電流路は、導電性厚板部分40
−1を通ってダイオードDIA及びDIBに接続され、
中間部分100から分岐する他方の電流路は、導電性厚
板部分40−2を通ってダイオードD2A及びD2Bに
接続される。従って、ダイオード対DIA及びDIBは
、一方のトランジスタT1のための整流用ダイオードを
形成し、ダイオード対D2A及びD2Bは、他方のトラ
ンジスタT2のための整流用ダイオードを形成し、そし
てダイオード対D3A及びD3Bは、共通に使用するフ
リー・ホイール・ダイオードを形成する。
第4図に示した変圧器の上部レベルの構造は、一次巻線
16−1.18−1.16−2.18−2と、磁気コア
の上側部分24−1.24−2を含んでいる。第4図に
示された構造が組立てられた時、上側コアは、夫々の磁
束路ループを有する2つの独立した変圧器T1及びT2
を形成するように、上側コアと下側コアとが組み合わさ
れる。
各コアのループは夫々の変圧器T1、T2の一次巻線に
よって取り巻かれている。各一次巻線は、一対の渦巻状
巻線の形式のものである。4個の一次巻線は、すべて同
一平面上にある。各変圧器T1、T2の一次巻線は、第
5a図に示されたような並列接続でもよいし、あるいは
、直列接続であってもよい、第5a図は電気回路の図で
あり、第5b図は、この回路のダイオードの導通の理想
的なタイミングを示す図である。これらの図において、
並列接続されたDIA、DIB等は、単一のダイオード
DIA、B等と等価であるとして示されている。2つの
独立した変圧器T1、T2の一次側は、独立した単一終
端コンバータ回路によって給電される。一次側のスイッ
チSWI及びSW2のオン時間のスタガ・タイミングは
、順方向の出力整流器DIA、B及びD2A、Bが、オ
ーバラップした導通時間を全く持たず、第5b図に示し
たような「逆位相」で導通することを保証する。
従って、フィルタ用素子LSCへの入力は、一次側のス
イッチSWI、SW2の基本周波数の2倍の周波数なの
で、必要なフィルタ機能を小さくする。
逆位相導電性厚板及びフレーム構造は、第4図に示した
ような単一の構造中に変圧器T1及びT2と、整流器D
IA、B乃至D3A、Bt!:組み込むことが出来るの
で、電気的な性能が向上する。
T1、またはT2の何れかがオフからオンに切換ねる過
渡期の間で、フリー・ホイール整流器D3A、B中に流
れる出力電流は、DIA、B、またはD2A、Bにコミ
ュテートされる。
適当に設計して分担された電気的接続及び誘導電流路を
持つ共通構造中でT1、T2、DIA。
B、D2A、B及びD3A、Bとを協働させることによ
って、電流をコミュテーション(転流)するために要す
る時間を減少することが出来る。減少したコミュテーシ
ョンの時間は、コンバータ回路の性能を向上させる。第
1図及び第2図の実施例の基本的な導電性厚板及びフレ
ームの変圧器構成における効果と同じように、第4図の
実施例は、構造面での利益及び冷却性能面での利益を与
え、加えて、単一終端回路及びその素子を必要とするけ
れども、フィルタ機能素子に対して「ブリッジ的な」2
倍周波数の入力を発生することが出来る。
第6図は、本発明の導電性厚板及びフレーム構造の他の
実施例を示し、この実施例の場合には、「フレーム」が
、「導電性厚板」の一端を取り巻いており、そして、そ
の上に重ねられるのではなく、それと同一平面上に置か
れている。
第6図に示されているように、二次導体のパターンは、
ただ2つの導体の領域、即ち二次「巻線」Sと、フレー
ム部分Fしか含んでいない、領域Sはコアのウィンドを
通過し、模式的に示されているように、出力フィルタL
、Cに対する一方の接続を与えている0、領域Fは一次
巻線P1及びP2の下の残りの面積をカバーし、そして
、出力フィルタに対する他方の接続を与えている。第6
図に示されているように、領域S及びFは、出力整流器
Dl’  D2’  D3’及びD4’を介して電気的
に接続されている。ダイオードD1及びD2は、順方向
コンバータの順方向整流器として機能し、他方、ダイオ
ードD3及びD4は、第1図の実施例で同じ参照数字を
持つダイオードと同じ態様でフリー・ホイール整流器と
して機能する。従って、第6図に示した電気的な模式図
は、第1図の模式図と同じなので、これ以上の説明は要
しない。
然しながら、第6図の実施例において、−大巻]&!P
I及びP2は、領域S及びFが存在するカード110の
裏面上に設けられているので、一次巻線と、整流器との
間の物理的な干渉を避けることが出来る。ダイオード・
マウントの実際の構造は、第7図に示した導体ブリッジ
112によって従来のように形成することが出来るし、
あるいは、必要に応じて、軸方向のリード端子を持つダ
イオード・パッケージを同じ位置に表面装着することも
出来る。
第8図は、必要なすべての導体を1枚の両面型の印刷回
路板120に設けることによって、高周波数スイッチ・
モードのDC−DCパワー・コンバータ用の高性能で、
低価格で、組立て簡単な変圧器を与える単一カードの実
施例を示す図である。
第8図において、カード120の二次側が示されている
。フェライト・コア122及び124は、二点破線で示
したように、開口126.128を通ってカード上に組
立てられて、磁束路用の単一で連続したループを形成し
ている。一次巻線は、2つの平坦な渦巻状コイルP1及
びP2として製造される。カード120から一次巻線が
分離された分解図として示されているが、これらの素子
は、一体的に形成されるか、またはカードの下側の部分
として装着される。これらのコイルは−、組立てられた
コアの脚部130.132を取り巻いている。P1′の
最内側の巻線は、カードを通るバイア134と、カード
の他方の面の接続路136と、カードの一次巻線側に戻
る第2のバイア138とを介してP2’ の最内側の巻
線に接続されている。
従って、一次コイルPI’   P2’ は、一次巻線
を形成するため直列に接続されている。インバータの一
次回路と、一次巻線との間に必要な2つの一次側の接続
点140,142は、夫々、各コイルの最外側に作られ
る。
第8図の実施例は、二次巻線が磁気コアのウィンド中の
カードの導電性表面の2つの部分から構成されていると
いう点で、上述の実施例とは異なつた他の実施例である
。導電性表面の中間を通る空隙150は、「二次」表面
領域に整流用ダイオードD1及びD2によって橋絡され
ており、・他方、フリー・ホイール・ダイオードD3及
びD4は、コアのウィンドの外側の空隙を橋絡している
。更に、ダイオードD1、D2の構造との干渉を回避し
ながら、装置の高さを低くするために、一方の磁気コア
素子122は、枠形の構造に形成して、ダイオード素子
D2、D3を収容するための中央開口としている。
第8図に示した実施例において、一次側回路の接続線、
一次巻線、二次巻線導体、整流器接続線及び出力フィル
タ素子の接続線等すべての接続線は、1枚の両面型の印
刷回路基板120上に設けられている。整流器の取付け
は、表面実装式の取付けに完全に適している。磁気コア
素子部分122.124は、カードの孔126.128
を通る磁路を形成する場所に埋込まれる。磁気コア及び
整流器は、電気的性能を低下させることなく、図示の如
く機械的な干渉を回避するよう位置付けることが出来る
から、コンパクトなパワー・サプライが必要な装置に特
に適している。この実施例の装置の高さは、磁気コア部
分の合計の高さか、カードの厚さと他のコア部分の厚さ
の合計か、またはカードの厚さと整流器の高さの合計の
寸法のうちの最も大きな寸法を持つことになる。
第1図、第4図、第6図及び第8図に示した各実施例に
おいて、ダイオードは、最小限のインダクタンス値で、
巻線構造の中に位置付けられている。第5a図の第3図
に模式的に示されたような順方向コンバータの動作の間
で、フリー・ホイール・ダイオード(第3図のD3、D
4、または第5a図のD3)からのインダクタLの電流
を、二次巻uA(第3図の40、または第5a図の40
−1.4O−2)及び整流用ダイオードD1、D2に迅
速にコミュテート(転流)させることが必要である。こ
の転流は、第3図のスイッチSWか、または第5a図の
スイッチ5W−1,5W−2がオンに転じた時に発生す
る。スイッチがオフに転じた時にも、整流用ダイオード
からフリー・ホイール・ダイオードに戻る同様のコミュ
テーションが発生する。二次巻線及びダイオード対の回
路ループ内のインダクタンスは、これらのコミュテーシ
ョンの時間を増加する。このようなインダクタンスは、
実際のリード線のインダクタンスか、または、関連する
パワートランスの漏洩インダクタンス(完全な磁気結合
が行われていない)によるものである、コミュテート電
流ループの外形を一次巻線の外形に一致させるように、
平坦な巻線の内側にダイオードを位置付けることによっ
て、ループのインダクタンスを最小にすることが出来る
第1図及び第4図の実施例のダイオードは、第9図及び
第10図に示したような単一チップのデバイスを、可撓
性のタブ48.50.52.54によって押え付けるよ
うな装置とすることが出来る。
このような単一チップのデバイスの例は、1986年8
月のIBMテクニカル・ディスクロージャ・ブレティン
第29巻第3号の1071頁及び1072頁を参照され
たい。
上述した本発明の各実施例において、二次「巻線」手段
及びダイオード接続の出力接続フレームと、磁気的な強
結合を効果的に与えるために、二次巻線に近接した、平
坦で、同一平面上に並置された一次巻線とを含み、且つ
良好な熱放散特性を有する実質的に平坦な二次巻線構造
を持つ変圧器が与えられている。
F9発明の効果 本発明は、二次巻線が平坦な導体の素材、またはラミネ
ートされたカード試素材から形成することの出来る単純
で平坦な形状を持ち、磁気的結合が良好で、十分な電流
容量及び十分な熱放散性を持ち、しかも全体を薄型にす
ることの可能な変圧器を提供する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用した導電性厚板及びフレーム式の
変圧器の実施例の分解斜視図、第2図は第1図の実施例
の整流器の代りに一体的にパックされた整流器を組み込
むために、第1図の変圧器の二次巻線側の部分を示す平
面図、第3図は第1図及び第2図に示された変圧器に対
応する電気回路を示す図、第4図は逆位相動作に用いら
れる第1図の変圧器の他の実施例を示す図、第5a図は
第4図の変圧器に対応する電気回路を示す図、第5b図
は第5a図の回路のダイオードで発生する理想的なパル
スのタイミング図、第6図は二次巻線導体をカード形式
の回路パターンを示した第1図の変圧器の他の実施例を
示す図、第7図は第6図の線7−7に沿って切断した断
面図、第8図は両面型の単一回路カードにダイオード素
子を組み込むために、磁気コア構造を変更した本発明の
他の実施例を示す図、第9図は第1図及び第4図の構造
に使用可能な表面実装用のダイオード装置の平面図、第
10図は第9図の線10−10で切断した断面図である
。 16.18・・・・一次巻線、20.22.24.26
・・・・磁極部分、24・・・・上部コア素子、26・
・・・下部コア素子、30・・・・導電フレーム、38
・・・・絶縁スペーサ、40・・・・導電性厚板、44
.46・・・・接続レール、64・・・・導電性アーム
、66・・・・編組電線、90.92・・・・出力端子
。 F工G、’l− FIG。7 FIG。10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ウインドを有する磁気コアと、 前記磁気コアの各脚部に1つ宛設け相互に接続して同一
    平面上に置かれた2個の一次巻線と、少くとも3個の整
    流器によつて電気的に接続された2つの部分を持ち、一
    次巻線の外形に合つた誘導電流導体路を形成するように
    配置され、全体として平坦な二次構造体とを備え、 前記の2個の一次巻線は何れも磁気コアのウインドを取
    り囲む同じ磁路を取り囲むことと、上記2つの部分のう
    ちの一方は、磁気コアの脚部を取り巻く全体として平坦
    な導体構造をなし、上記2つの部分のうちの他方は少く
    とも部分的に前記ウインド内の導体を構成していること
    とを特徴とする変圧器。
  2. (2)磁気コアのウインドを取り囲む連続的な磁路を形
    成するように対になる脚部を有する2つのC字形のコア
    素子を含む磁気コアと、 前記ウインドを通つて延びる導電性材料の棒体と、 実質的に前記棒体の平面に於て前記磁気コアを取り囲む
    導電性材料の連続的なフレームと、前記棒体は前記フレ
    ーム上に装着されているがそれから絶縁されていること
    と、 前記ウインドの反対側に於て、前記棒体を前記フレーム
    に接続するダイオード手段と、 を備えた変圧器。
JP1124568A 1988-07-29 1989-05-19 変圧器 Expired - Lifetime JPH0624170B2 (ja)

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