JPH04242909A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばスイッチング電
源等に使用されるトランスに関し、特にノイズ発生を低
く抑えることができるトランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ状の線でなく、絶縁物のテープと
、金属箔（例えば銅箔）のテープを交互にコアに巻くこ
とでコイル部を形成するトランスがある。このようなコ
イルのことを一般に箔巻コイルと呼ぶが、高周波でかつ
比較的大きな電流を流すスイッチング電源には、この箔
巻コイルのトランス（以下、泊巻トランス）が、使用さ
れる。箔巻コイルは、渦電流損失を小さく抑えることが
できるからである。図６は従来の箔巻トランスの外観図
である。図７は図６の箔巻トランスのコイル部を図６に
示すＡ−Ａで水平方向に輪切りにした断面図である（コ
アは中心コア部１７のみ図示）。

【０００３】図６においてコア１１は、フェライトなど
で構成される鉄心であり、例えば２つのＥ型コア（図６
の例）を組み合わせて磁気回路を形成する。箔巻コイル
１２は、例えば図６のようにコア１１に巻装されるが、
図７に示す如くトランスを形成する１次巻線４と２次巻
線５とよりなる。なお図７では、各巻箔の間に設けられ
る絶縁テープの図示は省略してある。この様な箔巻トラ
ンスは、一般のトランスと同様、１次巻線４に流れる電
流によりコア１１内に磁束が発生し、この磁束は２次巻
線５に電圧を誘起させる。

【０００４】次に図５を参照して本明細書で論じるトラ
ンスが用いられるスイッチング電源を説明する。同図に
おいて、スイッチング電源１０は、１次側回路２と、ト
ランスＴと、２次側回路３により構成される。

【０００５】１次側回路２には、例えば、端子Ｐ１，Ｐ
２間に加えられる交流電圧を受けるノイズフィルタと、
このノイズフィルタを通過した交流電圧を整流平滑しこ
の平滑電圧をトランスＴの１次巻線４に加える回路と、
トランスの１次巻線４へ直列に接続されこれに流れる電
流をオン・オフするスイッチング素子とが内蔵される。

【０００６】２次側回路３には、トランスＴの２次巻線
５に誘起される電圧を整流平滑して端子Ｐ３，Ｐ４から
直流電圧を出力する手段と、この出力電圧を分圧した電
圧と設定電圧とを比較しこの差が０となるように１次側
回路２の前記スイッチング素子のオン・オフを制御する
コントローラなどが内蔵される。従って、スイッチング
電源１０の出力端子Ｐ３，Ｐ４から設定電圧に応じた直
流電圧が出力される。

【０００７】図５の交流電源１には、通常、商用電源が
用いられる。このような通常のスイッチング電源におい
ては、トランスＴで１次側（高電圧側：例えば１００　
Ｖ　）と２次側（低電圧側：例えば、５　Ｖ　）を絶縁
しているので、理想的には２次側回路３に高電圧が出現
することはない。しかし、実際のトランスＴの１次・２
次間には容量Ｃｃが存在し、高周波信号に関して見ると
、２次側回路３にも高電圧の出現する場合がある。一般
に、交流電源１の一方のラインは、図５の如く接地され
ているので、高電圧が発生している２次側回路３に使用
者が触れると、アースを通して使用者に電流が流れて感
電する。この感電を防ぐため、図５の如く例えば高周波
領域で低インピーダンスとなるＺ１，Ｚ２を接続し、こ
れを例えば接地する。このようにすることで、２次側回
路２を強制的に低電圧としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし図７に示す様な
巻き方の従来トランスは、１次巻線４と２次巻線５の間
に大きなノイズ源ＶＮ　（図５参照）が形成され、これ
による電流が、図５に示すようにコモンモードノイズ電
流ｉ１となって交流電源１側に流出し、交流電源１に接
続される他の電子機器（図示せず）に悪影響を与える課
題がある。

【０００９】図７の巻き方では、大きなノイズ源ＶＮ　
が形成される理由を図７を参照して説明する。従来のト
ランスは、図７に示す如く、例えば１次巻線４を中心コ
ア１７の周囲に巻装する。そしてこの１次巻線４の外側
に２次巻線５を巻く。ここで、従来の巻き方は、図７の
ように１次巻線４と、２次巻線５の巻いて行く方向が同
じであった。図７の例では１次巻線４も２次巻線５も反
時計回りである。

【００１０】このように１次巻線４と２次巻線５を同一
方向に巻装したトランスをスイッチング電源に用いる場
合、１次巻線４の巻き始め端部５１と巻き終わり端部５
２と、２次巻線５の巻き始め端部６１と巻き終わり端部
６２における電気回路上での極性は、図７に示した組み
合わせとなる。即ち、点５１は、１次巻線のコールド・
エンド（ＣＯＬＤ−ＥＮＤ）、点５２は１次巻線のホッ
ト・エンド（ＨＯＴ−ＥＮＤ）　、点６１は２次巻線の
コールド・エンド、点６２は２次巻線のホット・エンド
となる。

【００１１】コールド・エンドとは、交流的に電位の低
い終端のことを言う。本明細書では、スイッチング電源
のＧ端子（図５参照）を基準電位（０ｖ）に見て、この
基準電位からの電圧で判断する。ホット・エンドとは、
交流的に電位の高い終端のことを言う。

【００１２】図５で説明すれば、トランスＴの２次巻線
５の一端６１は、インピーダンスＺ２を介してＧ端子に
接続される。Ｚ２は、既述したように高周波領域では低
インピーダンスとなるので、ほぼＧ端子の電位と同じに
なる。 従ってこの終端６１は、コールド・エンドである。一方
、トランスＴの２次巻線５の他端６２は、Ｇ端子に対し
交流的にも高い電位にあるのでホット・エンドである。

【００１３】そして図７の如く、１次巻線４の巻終わり
の巻箔と、２次巻線５の巻初めの巻箔は、対向すること
になる。ここで点５２は、１次巻線４のホット・エンド
であり、隣接する点６１は２次巻線５のコールド・エン
ドである。従って、点５２と点６１の電位差は、このト
ランスＴで最大なものであるため、点５２と点６１の間
の容量を通して大きなノイズ電流が流れる。また、点５
２と点６１の間の電流だけでなく、対向する巻箔面上の
その他の点でも、図７の巻き方では、大きなノイズ電流
が流れる。例えば図７に示す２点において、一方の電位
はｅＡボルトであり、他方の電位はｅａボルトである。 ｅＡは、図７の１次巻線４の中程なので１次巻線の両端
に加えられた電圧の半分である。一方、ｅａは、まだコ
ールド・エンド６１からそれ程離れていないので、約０
　Ｖ　である。従って、まだかなりの電位差があるので
、大きなノイズ電流が、ｅＡからｅａに流れる。つまり
、１次巻線４と２次巻線５の間の容量と、対向する面の
電位差に比例してノイズ電流が流れる。このように流れ
るノイズ電流の総和を図５では電流ｉ１で表している。 また、図７の巻き方では、２次巻線５の巻き終りがホッ
ト・エンドとなるので、電位が高くなり、図６のように
静電的なノイズ１３を放射する課題もある。

【００１４】本発明の目的は、スイッチング電源などに
使用される箔巻トランスのコイルの巻き方を工夫するこ
とにより、上述したノイズ電流の少ない、即ち、コモン
モードノイズ電流ｉ１の少ないトランスを提供すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
第１の発明は、１次巻線と２次巻線をどちらか一方の上
に巻装し、この２つの巻線を箔巻コイルで構成したトラ
ンスにおいて、２つの巻線の構成をそれぞれコア（１７
）を中心軸として巻装された箔巻コイル（２１）と、前
記箔巻コイル（２１）の外側に巻装され、かつ前記箔巻
コイルと反対方向に巻かれた箔巻コイル（２３）を備え
、この２つの箔巻コイルが隣接対向する面のコイル端部
（２７，２９）　同士を接続し、かつこの接続点をホッ
ト・エンドとし、２つのコイルの他方のコイル端部（２
５，４５）　同士を接続し、かつこの接続点をコールド
・エンドとしたものである。

【００１６】第２の発明は、１次巻線と２次巻線を箔巻
コイルで構成したトランスにおいて、コア（１７）を中
心軸として１次巻線（４）　と２次巻線（５）　をどち
らか一方の上に巻装し、１次巻線と２次巻線が隣接対向
する面の箔巻コイルが互いに反対方向に巻かれ、この対
向する面のそれぞれのコイル端部（５１，６１）　を１
次巻線側のコールド・エンド及び２次巻線側のコールド
・エンドとしたものである。

【００１７】

【作用】第１の発明では、１つの巻線の構成を、右巻の
コイルと左巻のコイルで構成し、対向する面のコイル端
部同士を接続して、この接続点をホット・エンドとして
いる。また他方のコイル端部同士を接続して、この接続
点をコールド・エンドとしている。従って、隣接対向す
る面の右巻のコイルと左巻のコイル間では、ほぼ同電位
となるから等価的に容量Ｃｃ＝０となり無結合とするこ
とができる（この間を流れるノイズ電流は無い）。また
、巻線の外側は、必ずコールド・エンドとなるので、静
電的なノイズを発生することもない。また、このような
巻線を１次巻線と２次巻線に用いているトランスは、当
然、隣接対向する面同士がコールド・エンドの面同士と
なるので、１次巻線と２次巻線間でも容量的に無結合と
なる。

【００１８】第２の発明では、１次巻線（４）　と２次
巻線（５）　の隣接対向する面の箔巻コイルが、互いに
反対方向に巻かれ、この対向する面のそれぞれのコイル
端部（５１　と６１）　を１次巻線側のコールド・エン
ド及び２次巻線側のコールド・エンドとしているので、
隣接対向する１次巻線の面と２次巻線の面間では、低い
電圧レベル同士であり、かつほぼ同電位であるから等価
的に容量Ｃｃ＝０となり無結合とすることができる（こ
の間を流れるノイズ電流は無い）。

【００１９】

【実施例】図１は本発明に係るトランスの１次巻線と２
次巻線の断面図（図７に相当する図）、図２は図１の一
方の巻線の巻き方を説明する断面図、図３は本発明に係
るトランスの１次巻線と２次巻線の断面図、図４は本発
明の係るトランスではノイズ電流が低減される理由を示
す図である。

【００２０】図１は、最もノイズ電流を低減でき、かつ
静電的なノイズの低減を行うことができる理想的なトラ
ンスＴの巻き方を示す図であり、図３は簡便な巻き方で
あるが、従来例と比較して格段にノイズ電流を低減でき
るトランスＴの巻き方を示す図である。

【００２１】まず、ノイズを低減させることに関し、最
も理想的な巻き方の図１トランスから説明する。トラン
スＴは、コア１７を中心軸として、１次巻線４と２次巻
線５が巻装されている必要がある。この図１の１次巻線
４の巻き方を図２を参照しながら説明する。図２は、図
１の１次巻線４の巻き方のみを示す図である（２次巻線
５も同じ巻き方であり、例えば１次巻線４の上から巻装
する）。

【００２２】図２に示すように本発明では、コア１７を
中心軸として、まず、箔巻コイル２１を例えば、反時計
回りに巻装する。ここで巻き始めのコイル端部を点２５
、巻き終わりのコイル端部を点２９とする。次に、この
コイル端部である点２９の位置とほぼ隣接した位置から
箔巻コイル２３を今度は時計回りに図２の如く巻装する
。この箔巻コイル２３の巻き始めのコイル端部を点２７
、巻き終わりのコイル端部を点４５とする。そして、箔
巻コイル２１と２３が、隣接対向する面のコイル端部点
２７と点２９同士を短絡する。この点２７と２９の接続
点を図５で説明した回路のホット・エンド（交流的に電
位の高い終端）とする。一方、前記点２５と点４５同士
を接続し、この接続点をコールド・エンド（交流的に電
位の低い終端）とする。即ち、図５のインピーダンスＺ
１（又はＺ２）と接続される。

【００２３】このような構成の１次巻線４は、箔巻コイ
ル２１と２３の隣接対向する面が、互いに反対方向に巻
かれ、かつこの対向する面のコイル端部である点２７と
点２９が短絡されているので、隣接対向面上の対応する
各点同士において、互いの電位は等しくなる。例えば、
点Ｐ６と点Ｐ７の電位は等しい。したがって、この１次
巻線４の各箔巻コイル２１と２３の間でのノイズ電流は
発生しない。また、図２のような巻線では、外側の箔巻
コイルの面がコールド・エンドであるため、静電的なノ
イズを撒き散らすことがない。

【００２４】図１のトランスＴは、図２のように巻かれ
た１次巻線４の上から、１次巻線４と同様な巻き方によ
り２次巻線５を巻装する（なお、図１の１次巻線４であ
るコイル２１，２３の巻き方向と、図２に示す１次巻線
であるコイル２１，２３の巻き方向を逆の関係に描いて
しまったが、コイル２１と２３の巻く方向を互いに逆に
する点で実質的には同様である）。

【００２５】図１において、１次巻線４の外側の箔巻コ
イル２３の上側に巻く２次巻線５の箔巻コイル３３の巻
く方向は、箔巻コイル２３と反対方向に巻くことが、本
発明のポイントの一つである。即ち、箔巻コイル２３が
図１のように反時計回りであれば、箔巻コイル３３は時
計回りに巻装する。そして、巻き始めの端部４７は、箔
巻コイル２３の端部４５と隣接するように位置させるの
が、低ノイズ化には好ましい。次に、箔巻コイル３５を
箔巻コイル３３と反対方向に巻装する。この場合も図２
で説明したように、箔巻コイル３５の巻き始めの端部と
、箔巻コイル３３の巻き終わり端部の位置は、隣接する
ように配置すると低ノイズ化には好ましい。

【００２６】以上細かく説明したが、要するに図１の巻
き方は、４つの箔巻コイル２１，２３，３３，３５をそ
れぞれ隣接するコイルと反対方向に巻いている点が特徴
である。 そして、箔巻コイル２１と２３は１次巻線４を形成し、
箔巻コイル３３と３５は２次巻線を形成する。

【００２７】ここで、図１に示す端部同士の接続点を５
１，５２，６１，６２（図５の５１，５２，６１，６２
　に対応する）とすると、点５１は１次巻線４のコール
ド・エンドとなるべき電気位置に接続され（図５のＺ１
に接続）、点５２は１次巻線４のホット・エンドとなる
べき電気位置に接続され、点６１は２次巻線５のコール
ド・エンドとなるべき電気位置に接続され（図５のＺ２
に接続）、点６２は２次巻線５のホット・エンドとなる
べき電気位置に接続される。

【００２８】以上のように巻装された図１のトランスＴ
は、図５で示すコモンモードノイズ電流が極めて小さい
。その理由を図４を参照しながら説明する。図４は、図
１のトランスＴを図５に接続した場合の電気的構成を示
したものである。図４において、ＺＴは図５のインピー
ダンスＺ１，Ｚ２の合成値を表す。点線で囲った部分は
、図１で説明した１次巻線４と、２次巻線５である。１
次巻線４と２次巻線５の巻線間の容量Ｃｃは、図１にお
いて、直接対向する１ターン部｛つまり１次巻線４（箔
巻コイル２３）と２次巻線５（箔巻コイル３３）が直接
対向する１ターン部分｝のみで発生する。図４で一点鎖
線で囲った部分Ｋは、図１において、１次巻線４（箔巻
コイル２３）と２次巻線５（箔巻コイル３３）が直接対
向する１ターン部分を拡大して示したものである。即ち
、図４に示す４５，４７と、図１の４５，４７は同一で
ある。また図４に示す５１，５２，６１，６２　と図１
に示す５１，５２，６１，６２　は同一である。

【００２９】ここで直接対向する箔巻コイルの各点間に
電位差があれば、容量Ｃｃを通ってノイズ電流ｉ２が流
れる。しかし図１の構成では、ブロックＫで示した１次
巻線４と２次巻線５の１ターンは、コールド・エンド側
であり、１次，２次の巻数が異なっていてもそれぞれの
１ターンに鎖交する磁束は等しいから発生する電圧は等
しい。例えば、図１に示す箔巻コイル２３と３３で対向
する点の電位が、図４でｅＭとｅｍであれば、ｅＭ＝ｅ
ｍ　　である。従って、１次巻線４と２次巻線５の対向
する箔巻の面上の対応する各点間で、電位差が０である
から、容量Ｃｃを通して流れるノイズ電流ｉ２は、０と
なる。つまり、図１の巻き方をすることで、１次巻線４
と２次巻線５の間を容量的に無結合とすることができ、
コモンモードノイズ電流ｉ１を激減させることができる
。

【００３０】また、図１から分かるようにトランスＴの
巻線の外側をコールド・エンドとしているので、トラン
スＴの周辺に撒き散らす静電的なノイズ（図６のノイズ
１３）も低減できる。上述の図４では、ノイズ電流ｉ２
が０であることを説明したが、このノイズ電流ｉ２が０
であれば、当然、図５に示すコモンモードノイズ電流ｉ
１も０となる。以上は、最もノイズ電流を低減でき、か
つ静電的なノイズの低減を行うことができる理想的なト
ランスＴの巻き方を説明したが、本発明を図１の巻き方
に限定するものではない。

【００３１】本発明は、図３に示すような簡便な巻き方
であってもよい。図３のように巻いても従来例と比較し
て格段にコモンモードノイズ電流ｉ１を低減できる。

【００３２】図３では、図１で説明した本発明のポイン
ト（１次巻線４と隣接する２次巻線５の箔巻コイルの巻
く方向が、１次巻線４の箔巻コイルの巻く方向と反対方
向に巻かれていること）を備えている。そして、１次巻
線４と２次巻線５が隣接対向する面のそれぞれのコイル
端部５１，６１をコールド・エンドにしている。

【００３３】つまり、図３の５１は、図５の５１に対応
し、図３の６１は、図５の６１に対応している。このよ
うに構成すると、図３のトランスＴを図５のトランスＴ
として用いた場合の、等価回路は、図４と同じになり、
上述と同様に、ノイズ電流ｉ２を０とすることができる
。しかし、図３の場合、トランスＴの外側がホット・エ
ンドとなるのでトランスＴから放射する静電的ノイズを
低減することができない（この点が図１と異なる）のは
やむを得ない。しかし、静電的ノイズは、静電シールド
により比較的容易に低減できるので、大きなマイナス要
素ではない。

【００３４】なお、スイッチング電源１０は、インピー
ダンスＺ１，Ｚ２を介して基準電位点Ｇに接続するとし
て説明したが、インピーダンスＺ１，Ｚ２＝０とし、直
接、基準電位点ＧにトランスＴの１次と２次の巻線の１
端部を接続するようにしてもよい。また、図１，図２，
図３では具体的なターン数を例示したが、本発明をこの
ターン数に限定するものではない。また、１次，２次の
ターン数が同じとは限らない。また、図１，図３では１
次巻線を内側、２次巻線を外側に巻装した例を図示した
が、この関係を逆にしてもよい。また、１次巻線，２次
巻線がそれぞれ２以上あっても、それらの関係が上記実
施例のようになっていればよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、従来と比較して格段に
コモンモードノイズ電流ｉ１の少ないトランスを提供す
るができる。また、トランス外部に放射する静電的なノ
イズも低減できる。なお、通常のインダクター（例えば
チョークコイル）においても、図２に示す巻線方法を用
いれば静電的なノイズ（コイルの外側はもちろん、内側
からのノイズも）を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトランスの１次巻線と２次巻線の
断面図

【図２】図１の一方の巻線の巻き方を説明する断面図

【
図３】本発明に係るトランスの１次巻線と２次巻線の断
面図

【図４】本発明の係るトランスではノイズ電流が低減さ
れる理由を示す図

【図５】スイッチング電源におけるコモンモードノイズ
電流を説明する図

【図６】従来の箔巻トランスの外観図

【図７】図６の箔巻トランスのコイル部を図６に示すＡ
−Ａで水平方向に輪切りにした断面図

【符号の説明】

１　　交流電源 ４　　１次巻線 ５　　２次巻線 １７　　中心コア ２１，２３，３３，３５　　　箔巻コイル５１　　１次
巻線コールド・エンド ５２　　１次巻線ホット・エンド ６１　　２次巻線コールド・エンド ６２　　２次巻線ホット・エンド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１次巻線と２次巻線をどちらか一方の上に
   巻装し、この２つの巻線を箔巻コイルで構成したトラン
   スにおいて、２つの巻線の構成をそれぞれコア（１７）
   を中心軸として巻装された箔巻コイル（２１）と、前記
   箔巻コイル（２１）の外側に巻装され、かつ前記箔巻コ
   イルと反対方向に巻かれた箔巻コイル（２３）を備え、
   この２つの箔巻コイルが隣接対向する面のコイル端部（
   ２７，２９）　同士を接続し、かつこの接続点をホット
   ・エンドとし、２つのコイルの他方のコイル端部（２５
   ，４５）　同士を接続し、かつこの接続点をコールド・
   エンドとしたことを特徴とするトランス。
2. 【請求項２】１次巻線と２次巻線を箔巻コイルで構成し
   たトランスにおいて、コア（１７）を中心軸として１次
   巻線（４）　と２次巻線（５）　をどちらか一方の上に
   巻装し、１次巻線と２次巻線が隣接対向する面の箔巻コ
   イルが互いに反対方向に巻かれ、この対向する面のそれ
   ぞれのコイル端部（５１，６１）　を１次巻線側のコー
   ルド・エンド及び２次巻線側のコールド・エンドとした
   ことを特徴とするトランス。