JPH04127409A - 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】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、自動発振型コンバータなどに用いられるト
ランスに関する。

（ｂ）従来の技術 例えば交流高圧電源回路として用いられる自動発振型コ
ンバータは、トランスと、このトランスの一次巻線電流
を断続するスイッチング回路がら構成されている。

この種の自動発振型コンバータの主要回路図を第４図お
よび第５図に示す。同図において１は一次巻′４１ＡＮ
１、二次巻線Ｎ２および正帰還巻線Ｎ３からなる高圧ト
ランスであり、その−次側にはトランジスタＱ１、抵抗
Ｒ３，Ｒ４およびコンデンサＣ３からなる自動発振を行
うスイッチング回路が接続されている。そしてトランス
の二次側から所定の交流高電圧が出力される。なお、抵
抗Ｒ５は負荷である。一般に高圧トランスは二次巻線の
巻数が多いために、等価的な巻線容量Ｃｓが存在する。

一般に自動発振型コンバータにおけるスイッチング回路
はトランスの一次巻線のインダクタンスとトランスの一
次側および二次側の静電容量とにより定まる周波数で共
振する。高圧トランスの場合には、この共振容量のほと
んどが二次巻線容量であり、よって−次巻線インダクタ
ンスと二次巻線容量の一次換算値によりＬＣ共振周波数
が決定される。

また、この共振周波数を所定値にするために、第５図に
示すようにトランスの二次側にコンデンサＣ３′を接続
して、このコンデンサＣ８′とトランスの二次巻線容量
Ｃｓの合成容量が共振容量として用いられることもある
。

（Ｃ）発明が解決しようとする課題 ところが、このようにＬＣ共振させた自動発振型コンバ
ータにおいては、殆どトランスの二次側に共振電流が流
れるため、トランスの二次巻線による発熱量が多いとい
う特性を備えている。トランスの二次巻線の銅損を小さ
くするためには巻線径を大きくすればよいが、特に高圧
トランスを用いる場合には二次巻線の巻数が多いため、
トランス全体が大型化するという問題があった。

トランスの二次巻線による発熱量が多いのはほとんど、
トランスの二次巻線に共振電流が流れるためであり、こ
の共振電流を一次巻線と二次巻線に分散させれば二次巻
線による発熱の問題を軽減することができる。そこで共
振電流を一次巻線と二次巻線に分散させるための条件を
求める。

トランスの一次巻線と二次巻線の巻数比を１：ｎ、トラ
ンスの一次巻線と二次巻線の抵抗比をＲ１：Ｒ２＝１　
：ｍ、共振周波数をｆ、−次巻線の電圧をＶ、−次側と
二次側の共振容量をそれぞれＣ１，Ｃ２とするとき、ト
ランスの銅損は以下のように考えられる。

一次換算した全体の共振電流Ｉは １＝Ｖ・２πｆ−Ｃ・・・（１１ ここでＣは一次換算の共振容量であり Ｃ−Ｃ１＋ｎ”　Ｃ２−（２） である。

共振電流■は一次巻線と二次巻線との容量比で流れてい
る。ここで−次換算したその容量比をＣ１：ｎ”　Ｃ２
＝１７ＣＸ とすると、−次巻線電流■１と二次巻線電流■２は次の
ようになる。

Ｉ　１＝１／　（１＋α）■　　　　　　　・・・（３
）１２　＝　（１／ｆｌ）（α／（１＋　（Ｍ））　Ｉ
　　　　・＋４）したがって銅損Ｐｃは Ｐｃ−１１２Ｒ１＋１２”　Ｒ２ ＝　（Ｖ　・２　ｒｃｆ　　−Ｃ）”Ｒ１（１／（１＋
　α）２）×（１＋α”ｍ／ｎ”）　　　　　　　　・
・・（５）として求められる。

次に共振周波数ｆ＝１／２π、／ＬＣを一定として、共
振容量Ｃ１と０２の比率を変えることによって銅損Ｐｃ
を最小にする。銅損Ｐｃをαの関数と考え、 Ｐ　ｃ（α）＝Ａ（１／（１＋α）”）（１＋ｃｘ”　
ｍ／ｎ”）・・・（６） ただしＡ＝　（Ｖ・２πｆ−Ｃ）”ＲＩＰｃ（α）でα
を微分すると、 ｄ　Ｐ　ｃ（α）／ｄ　α＝Ａ（２／（１＋α）３）×
（αｍ／ｎ”　−１） ・・・（７） したがって、 α＝ｎ”７ｍ のときＰｃは極小値をとる。

このときの共振容Ｉ比は Ｃ１：ｎ”　Ｃ２＝１　：ｎ” つまり Ｃ１二　０２＝ｍ：　　１ ７ｍ ・・・（８） となる。

このように−次側共振容量Ｃ１と二次側共振容量Ｃ２と
の比を定めることによって共振電流をトランスの一次側
と二次側とに分散させてトランスの銅損を最小にするこ
とができる。したがってトランスの一次巻線と二次巻線
の抵抗比および巻線容量に応じて、一般には一次側に接
続するコンデンサＣ１の容量を定めることによって、そ
のトランスを用いたときの銅損を最小化して効率の高い
自動発振型コンバータを構成することができる。

しかし、トランスの外部にトランスの一次側共振容量と
してコンデンサを取りつけるための特別な空間が必要と
なり大型化する。また部品点数が多くなりコスト高にな
るという新たな問題が生じる。

この発明の目的は、外部にコンデンサを取りつけること
なくトランスの一次側共振容量を形成したトランスを提
供することにある。

（ｄ）課題を解決するための手段 この発明は、−次巻線のインダクタンスと一次側および
二次側の共振容量とにより定まる周波数で共振して一次
巻線電流を断続するスイッチング回路とともに電源回路
を構成するトランスであって、 金属箔を巻回して一次巻線を形成するとともに、各巻線
間の静電容量により一次側共振容量を形成したことを特
徴とする。

ｆｅ）作用 この発明のトランスにおいては、−次巻線が巻回された
金属箔により構成されているため、各巻線間の対向面積
が従来の通常の巻線に比較して大幅に増大する。従って
巻線容量だけで所定の一次側共振容量を形成することが
でき、外付けのコンデンサが不要となる。

第１図はこの発明のトランスを用いた自動発振型コンバ
ータの回路図である。第１図において０１は一次巻線容
量であり、これが−次側共振容量として作用する。また
、Ｃｓは二次巻線容量であり、必要に応じて外部に接続
したコンデンサＣｓ′とともに二次側共振容量として作
用する。ＣｓとＣ８′の合成容量を０２とし、トランス
の一次巻線に対する二次巻線の抵抗比をｍとすれば、Ｃ
１：Ｃ２＝ｍ：１の関係となるように０１を定めればト
ランスの銅損を最小にすることができる。

（ｆｌ実施例 この発明の実施例であるトランスの主要部の構造を第２
図に示す。同図において４は金属箔を絶縁シートととも
に重ね合わせ円筒状に巻回した一次巻線であり、この−
次巻線にコア３を挿通している。なおコア３を接地電位
に接続している。−次巻線容量および巻線とコア間の容
量は金属箔の面積や絶縁シートの誘電率または絶縁シー
トの厚み寸法によって所定値に定める。

上記トランスを用いた自励発振型コンバータの回路図を
第３図に示す。

第３図において１は一次巻線Ｎ１、二次巻線Ｎ２および
正帰還巻線Ｎ３からなるトランスである。このトランス
の一次巻線Ｎ１には巻線容量Ｃ１が形成されている。ま
た−次巻線Ｎ１とトランスのコア間にも容量Ｃ４が形成
されている。さらに二次５ｉｌｔｉＮ２には巻線容量Ｃ
ｓが形成されているトランスの一次巻線Ｎ１と正帰遠巻
！Ｎ３にはスイッチングトランジスタＱ１、抵抗Ｒ３，
Ｒ４およびコンデンサＣ３からなるスイッチング回路を
接続している。また、トランスの二次巻線Ｎ２には二次
巻線の巻線容量Ｃｓとともに二次側共振容量として作用
するコンデンサＣｓｌを接続し、更に出力端子にダミー
抵抗Ｒ５を接続している。

このように構成したことにより、トランスの一次側に接
続したスイッチング回路はトランスの一次巻線Ｎ１のイ
ンダクタンスと一次側共振容量（Ｃ１と０４の合成容量
）と二次側共振容量（ＣｓとＣｓ’の合成容量）とによ
って定まる周波数で自動発振するとともに、トランスの
一次巻線Ｎ１に流れる電流を断続する。これによりトラ
ンスの二次巻線Ｎ２に生じる起電圧は巻線容量Ｃｓおよ
びコンデンサＣｓ’により波形整形されて負荷へ出力さ
れる。

ここで、トランスの一次巻線Ｎ１の直流抵抗に対する二
次巻線Ｎ２の直流抵抗の比をｍとしてＣ８とＣｓ’の合
成容量を０２とすれば、この合成容量Ｃ２に対する巻線
容量Ｃ１と０４の合成容量の比がｍとなるようにコンデ
ンサＣ１およびＣ４の値を定めている。したがって、前
述した通り共振電流はトランスの一次側と二次側に分散
されてトランスにおける銅損が最小となる。

なお、上記実施例ではトランスのコアを接地することに
より、−次巻線とコア間の容置Ｃ４も用いたが、トラン
スのコアを電源電位に接続してもよい。

（ｇ１発明の効果 この発明によれば、トランスの一次巻線が一次インダク
タンスだけでなく、−次インダクタンスに並列に接続さ
れた大容量のキャパシタンスを形成することができ、こ
のキャパシタンスを一次側共振容量として用いることが
可能となる。前述のように、共振電流がトランスの一次
側と二次側に分散されるように一次側共振容量を定める
ことによりトランスの銅損を最小にすることができる。

このため小型で発熱量の少ないトランスを構成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の詳細な説明する図である。 第２図はこの発明の実施例であるトランスの主要部の構
造を表す図である。第３図は同トランスを用いた自動発
振型コンバータの回路図である。第４図および第５図は
従来の自動発振型コンバータの回路例である。 １−トランス、 ＣＩ−一次側共振容量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一次巻線のインダクタンスと一次側および二次側
   の共振容量とにより定まる周波数で共振して一次巻線電
   流を断続するスイッチング回路とともに電源回路を構成
   するトランスであって、金属箔を巻回して一次巻線を形
   成するとともに、各巻線間の静電容量により一次側共振
   容量を形成したことを特徴とするトランス。