JPH03204913A - 高周波変圧器 - 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〕 本発明は高周波変圧器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のＤＣ−ＤＣコンバータ方式の電源装置に用いられ
る変圧器は例えば特開昭５５−７７８１７号公報に記載
のように、鉄心脚部に高圧巻線と低圧巻線とが同心状に
巻回される構造が用いられていた。また、一部の計器用
変圧器においては特開昭５５−６１０１５号公報や特開
昭５６−４３７１１号公報に記載のように、２個の鉄心
の一部に共通の巻線を施し、一部に別個の巻線を施した
例もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の変圧器を適用するＤＣ−ＤＣコンバータ方式の
電源では小形、軽量化と高効率化とが求められる。特に
変圧器は電源全体の体積のかなりの割合を占めることか
ら小形化が強く求められる。

一方、変圧器の漏れインダクタンスが大きいと、スイッ
チングに伴う損失が増して効率が低下する。

変圧器を小形化するためにスイッチング周波数を上げて
変圧器を高周波で運転する方法がとられるが、高周波化
するほど漏れインダクタンスの影響が大きくなり、損失
が増す問題がある。

電源装置用変圧器では電圧の入出力の仕様から変圧比が
決まるが、従来技術によるー、二次巻線を同心状に巻い
た変圧器ではある程度高周波化すると低圧巻数は１ター
ンとなり、変圧比に応じた高圧巻線数が決まる。それ以
上に高周波化すると。

鉄心断面寸法は損失増に伴う発熱が許容範囲に入る限り
縮小できるが、巻線については巻数を減らせないことか
ら大幅な小形化はできなくなる。また変圧器の漏れイン
ダクタンスも巻線寸法が小さくできないことから低減す
るのが難しくなる。

一方、上述の計器用変圧器では電圧比と巻数比とが異る
変圧器が示されているが、巻線の小形化や漏れインダク
タンス低減の配慮がされておらず、高周波スイッチング
電源用として求められる小形、低漏れインダクス変圧器
とはなっていない。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、高圧巻線
の巻数を低減して巻線を小形化し、かつ漏れインダクタ
ンスを低減することを可能とした高周波変圧器を提供す
ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、鉄心脚を複数個に分割し、この分割した各
鉄心脚にそれぞれ低圧巻線を巻回し、これら低圧巻線に
一括して高圧巻線を巻回することにより、達成される。

〔作用〕

上記手段を設けたので、高、低圧巻線の巻数比より大き
な電圧比を得ることができるようになって、所定の低電
圧を得るのに必要な高圧巻線の巻数を低減することがで
きる。

すなわち高圧巻線で発生させた磁束を磁路の分割数に応
じて分流し、低圧巻線には巻数比と磁束の分流比とに応
じた電圧を誘起することができる。

すなわち磁路を囲む巻線数の最小は１ターンであるが、
低圧巻線の１ターンには高圧巻線の１ターンの電圧を磁
路分割数で割った電圧を得ることができる。このことか
ら上述のように高、低圧巻線の巻数比より大きな電圧比
を得ることができ、高圧巻線の巻数を低減することがで
きるのである。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図には本発明の一実施例が示されている。鉄心脚１に
高圧、低圧巻！２．３を巻回した高周波変圧器で、本実
施例では鉄心脚１を複数個に分割し、この分割した各鉄
心脚１ａ、１ｂ、１ｃ、ｌｄにそれぞれ低圧巻線３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄを巻回し、これら低圧巻線３ａ、３ｂ
、３ｃ、３ｄに一括して高圧巻線２を巻回した。このよ
うにすることにより高、低圧巻線２．３の巻数比より大
きな電圧比を得ることができるようになって、所定の低
電圧を得るのに必要な高圧巻線２の巻数を低減すること
ができるようになり、高圧巻線２の巻数を低減して巻線
を小形化し、かつ漏れインダクタンスを低減することを
可能とした高周波変圧器を得ることができる。

すなわち同図はセンターコアタイプの変圧器に適用した
時の断面を示したもので、鉄心４は中央部に巻線を巻回
する鉄心脚１を有し、その鉄心脚１は断面積が等しい分
割した鉄心脚１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの４つの脚によっ
て構成されている。

この鉄心脚ｌの両側には側脚５が配置されると共に、こ
れらの脚の上、下端には閉磁路を作るように鉄心継鉄６
が配置され、鉄心４を構成している。

この鉄心４はＥ型鉄心のうち中央部の鉄心を分割したも
のを２ヶ組合せるＥＥ型鉄心、もしくはＥ型と１型とを
組合せたＥＩ型鉄心でもよい。また、センターコアタイ
プの鉄心以外でＵＵ型鉄心のような２脚鉄心のように、
複数の鉄心脚１を有する鉄心でもよい。

この鉄心４の分割した鉄心脚１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに
は各脚とも従来の変圧器と同じ巻回数の低圧巻線３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄが巻枠、もしくは絶縁物（共に図示せ
ず）を介して直巻の手段で巻回されると共に、これらは
すべて並列に接続されて低圧巻線３を構成する。また低
圧巻線３ａ、３ｂ、３Ｃ１３ｄの巻回された鉄心脚Ｉａ
、ｌｂ、１ｃ、１ｄを一体に包囲するように高圧巻線２
が巻回され、その巻回数は高、低圧巻線２，３の電圧比
を鉄心脚１の分割数で割った値とした。

以上のように構成した変圧器の電気的作用を電圧比が４
対１の変圧器を例に述べる。

第２図に示す従来の電圧比が４対１の高周波変圧器では
、鉄心４に巻回する低圧巻線３が最小巻回数である１タ
ーンで構成すると、高圧巻線２は４ターンとなり、電圧
比と変圧器の巻数比とは同じになっている。

これに対して第１図に示した本実施例では鉄心脚１は４
分割にされ１分割された各鉄心脚１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄにはｌターンからなる低圧巻線３ａ、３ｂ、３ｃ、３
ｄが巻回されると共に、高圧巻線２も１ターンで構成さ
れている。この高圧巻８２に従来と同様の電圧を印加す
ると、鉄心脚１には従来の鉄心脚中の磁束に対して４倍
の磁束が発生する。この磁束は鉄心継鉄６．側脚５を介
して鉄心脚１に戻る磁束の流れを構成する。ところで鉄
心脚１は鉄心脚１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに分割されると
共に、その断面積が等しくなっているので、各脚とも磁
気抵抗が同じであるため、磁束は等しく分流し、各鉄心
脚１ａ、ｌｂ、１ｃ、１ｄに１／４の磁束が流れる。こ
の１／４の磁束量は従来の変圧器鉄心に流れる磁束と同
量になっているので、従来と同じ１ターンで構成された
低圧巻１３３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄには各巻線とも同じ
電圧が誘起される。また各低圧巻Ｊｉ３ａ、３ｂ、３ｃ
、３ｄに流れる電流は１／４に減少するもののすべて並
列に接続するため、従来と同じ電流を流すことができる
。

このように本実施例では高圧巻線２と低圧巻線３とを１
ターンで構成したので、その電圧比は４対１になってい
るものの、巻数比は１対１となっている。これを高圧巻
線２を２ターンで構成すると電圧比は８対１１巻数比は
２対１となり１反対に低圧巻、ＩＩ３を２ターンにする
と電圧比は２対１、巻数比は１対２に反転するなど種々
の組合せがあり、その巻回数は実施例に限定するもので
はない。

また１分割した各鉄心脚１ａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄに巻回
された低圧巻線３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの接続はマルチ
出力の変圧器では直列接続と並列接続とを組合せるとか
、各巻線の巻回数を変えるなどの手段を用いてもよい。

また、マルチ出力変圧器の場合は分割した鉄心脚１ａ、
ｌｂ、１ｃ、１ｄの面積を変え１巻線を鎖交する磁束量
を変えてもよい。

本実施例の変圧器をＤＣ−ＤＣコンバータ方式低電圧大
電流電源装置に適用した場合の効果を以下に説明する。

まず変圧器の寸法についてであるが、−例として電圧比
が２０：１で低圧側電圧が数ボルトの場合をとり上げる
。変圧器の運転周波数を数百に＆とすると、低圧巻線は
１ターンで必要な電圧が得られる。この場合、従来の変
圧器では高圧側の巻数は２０回必要であるが、第１図に
示す鉄心脚を４分割した変圧器の例では５回でよいこと
になり、高圧巻線数を低減でき、小形化が図れる。

次に漏れインダクタンスについては次のように考えるこ
とができる。変圧器の漏れインダクタンスＬｔは次式で
表わされる。

Ｌ　ｔ　＝　ｋ、　ｎ”　Ｆｃｏｉｌ−（１）（１）式
でに□は定数、ｎは巻線の巻数であり、巻線数が少いほ
どＬｔが小さくなる。またＦ　ｃｏｉｌは巻線の形状に
よる係数で、巻線周長が小さいほど、また巻線高さが高
いほど、さらに巻線幅や高、低圧巻線間距離が小さいほ
ど小さな値をとる。

（１）式で本実施例により巻数ｎを小さくでき。

またｎが減る結果巻線幅や周長も減り、Ｆｃｏｉｌを小
さくできるので、漏れインダクタンスＬｔも低減できる
。

漏れインダクタンスと電源回路の動作の関係は次のよう
になる。第３図（ａ）に本発明の対象である変圧器を用
いたＤＣ−ＤＣコンバータ方式電源装置の概略が示され
ている。変圧器Ｔｒには直流電源Ｅの電力をスイッチＳ
１、Ｓ２．で高周波の交流に変換した電力が加えられる
。この時の変圧器Ｔｒの電圧■と電流ｊとは第３図（ｂ
）のようになる。電圧ＶはスイッチＳ４とＳ２との動作
で矩形状に変化するが、電流ｉは変圧器Ｔｒの漏れイン
ダクタンスＬｔの効果で遅れを生じるので、短絡防止の
ためにスイッチＳ１と８２とのオン期間の間にはデッド
タイムｔｄが必要となる。変圧器Ｔｒの漏れインダクタ
ンスＬｔが大きいほどｔｄが大きくなる。ｔｄはエネル
ギーを送らない時間であり、−周期の時間ｔに対してｔ
ｃｉの割合が大きいほど電源としての効率が低下する。

スイッチング周波数ｆが大きくなり、ｔが短くなるほど
ｔｄを小さくすることが重要になり、漏れインダクタン
スＬｔを減らすことが必要になる。

このように変圧器の漏れインダクタンスを低減すること
は電源装置としての効率向上に大きく寄与するものであ
る。

本実施例の変圧器の他の効果として、低圧巻線も分割さ
れて並列に接続されているので、その低圧巻線のインダ
クタンスも小さくなり、低圧巻線間の相互インダクタン
スもホさくできる。更に高圧巻線では巻回数が少ないこ
と、低圧巻線は分割により素線の断面積が小さくなるこ
となどから巻線に発生する高周波損失も大幅に低減でき
る効果も有している。またマルチ出力の変圧器では低圧
巻線の接続を直、並列の組合せや各巻線の巻回数を変え
ることで簡単にマルチ出力変圧器の製作もできる。また
分割した鉄心脚の断面積を変え、低圧巻線に鎖交する磁
束量を変えることでマルチ出力を得ることができる。

以上のように本実施例によれば、変圧器の磁路を分割し
ているので、１つの巻線と別の巻線とが鎖交する磁束量
を変えることができ、電圧比を必要な値に設定したまま
巻数比を変えることができる。この結果、降圧変圧器に
おいては高圧巻線の巻数を減らして変圧器を小形化でき
る効果がある。

また巻線の小形化に対応して漏れインダクタンスを低減
できるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ方式の電源に組んだ
場合のスイッチング損失を減らして電源の効率を向上で
きる。特に低電圧大電流の電源で、スイッチング周波数
を高くして変圧器を小形化しようとする時には効果が大
きい。

第４図には本発明の他の実施例が示されている。

本実施例は低圧巻線３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを巻回した
鉄心４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを衝合し、まとめて高圧巻
線２で一体に巻回した。このようにすることにより、前
述の場合より低圧巻！Ｉ３の巻線作業が容易となる。

すなわち口字もしくはコ字型鉄心を組合せた分割した鉄
心４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに低圧巻線３ａ、３ｂ、３ｃ
、３ｄを巻回したものをスペーサ７を介して衝合し、低
圧巻１ｉ３ａ、３ｂ、３ｃ。

３ｄを巻回した鉄心４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを一体に包
囲するように高圧巻線２を巻回して変圧器を構成した。

第５図には本発明の更に他の実施例が示されている。本
実施例は鉄心脚１の分割数が多くなった場合に有効であ
る。鉄心４の形状を櫛形状に分割した場合で、櫛形状に
分割した鉄心脚１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに低圧巻線３ａ
、３ｂ、３ｃ、３ｄが巻回されている。

第６図には本発明の更に他の実施例が示されている。本
実施例も第５図と同様鉄心＃ｌの分割数が多くなった場
合に有効である。ハーモニカ状の開口部８を有する鉄心
４で、その開口部８に巻線を巻回している。

これら第５図および第６図のようにすると、鉄心脚１の
分割数が電圧比と同じ数になる多脚のときは鉄心材を作
る時に製作できるので１巻線作業は各鉄心脚に１ターン
となる導体を通すことで簡単にできる。しかも分割数が
多いことから高圧巻線と低圧巻線との線材は断面積が小
さい細い線を使用できるので、巻線作業や巻線のリード
線の引き出しが簡単となる。また、巻線の巻回数も少な
くなるので、巻線をプリント板等で作成する時は１つの
平面上に高圧巻線、低圧巻線を構成できるので鉄心高さ
が低くなり、小形になる効果も有する。

また、薄膜技術で本実施例による構成で変圧器を製作す
ると、高圧巻線と低圧巻線とが同一平面上に同時に作成
できるので、電圧比の大きい変圧器でもその製作工程を
大幅に低減することができる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明は高圧巻線の巻数を低減して巻線を
小形化し、かつ漏れインダクタンスを低減できるように
なって、高圧巻線の巻数を低減して巻線を小形化し、か
つ漏れインダクタンスを低減することを可能とした高周
波変圧器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の高周波変圧器の一実施
例を示すもので（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ線に沿う断面図、第２図（ａ）、（ｂ）は従来の変
圧器の構成を示すもので（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、第３図（ａ）、（ｂ）
は本発明の高周波変圧器の一実施例による電源回路とそ
の動作を示すもので（ａ）は電源回路図、（ｂ）は動作
図。 第４図（ａ）、（ｂ）は本発明の高周波変圧器の他の実
施例を示すもので（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）の
Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、第５図は本発明の高周波変圧器
の更に他の実施例の平断面図、第６図は本発明の高周波
変圧器の更に他の実施例の正断面図である。 ２１ 第１図 １、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、ｌｄ−鉄心脚、２・・・高圧巻
線、３．３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ−低圧巻線、４．４ａ
、４ｂ、４ｃ、４ｄ−鉄心 （ｂ） ２・・・高圧巻線 ３、３ａ、　３ｂ、　３ｃ、　３ｄ−−−低圧巻線４・
・・鉄心 第 ２ 図 （ａ） （ｂ） 第 図 （ａ＋ Ｃ ４ａ、　４ｂ、　４ｃ ４ｄ・・鉄心 第 図 （ａ） 第 図 第 図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．鉄心脚に高圧、低圧巻線を巻回した高周波変圧器に
   おいて、前記鉄心脚を複数個に分割し、この分割した各
   鉄心脚にそれぞれ低圧巻線を巻回し、これら低圧巻線に
   一括して高圧巻線が巻回されていることを特徴とする高
   周波変圧器
2. ２．前記低圧巻線が、その巻回数が１ターンである特許
   請求の範囲第１項記載の高周波変圧器
3. ３．前記高周波変圧器が、前記複数個の低圧巻線の一部
   または全部が並列に接続されたものである特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の高周波変圧器
4. ４．前記高周波変圧器が、前記低圧巻線を巻回した鉄心
   を複数個衝合し、まとめて高圧巻線で一体に巻回された
   ものである特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   か１項に記載の高周波変圧器
5. ５．前記高周波変圧器が、前記鉄心脚の分割数を前記高
   、低圧巻線の電圧比と同数にされたものである特許請求
   の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の高周
   波変圧器
6. ６．前記高周波変圧器が、前記高、低圧巻線が同一平面
   上に構成されている特許請求の範囲第１項ないし第５項
   のいずれか１項に記載の高周波変圧器
7. ７．内側、外側巻線を有する高周波変圧器において、前
   記高周波変圧器が、空間を１ターンで囲み、直列または
   並列に接続して使用する複数個の内側巻線と、これら内
   側巻線を包含するように配置された１ターンまたは複数
   ターンの外側巻線とから構成されていることを特徴とす
   る高周波変圧器
8. ８．前記高周波変圧器が、前記内側巻線が形成する空間
   に磁性体が配置されている特許請求の範囲第７項記載の
   高周波変圧器
9. ９．前記高周波変圧器が、前記複数の内側巻線内に配置
   された磁性体の一部または全部が内側巻線外に配置され
   た磁性体により接続されて閉磁路が構成されている特許
   請求の範囲第８項記載の高周波変圧器
10. １０．高周波変圧器が組込まれている電源装置において
    、前記高周波変圧器が特許請求の範囲第１項から第９項
    に記載されたものであることを特徴とする電源装置