JPH06338424A - プリントコイル形トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールドコイルを有しながら積層数が増大し
ないプリントコイル形トランスを提供すること。 【構成】 トランスの一次巻線ｎ１に相当する導体パタ
ーンの形成された一次側コイル１０と、トランスの二次
巻線ｎ２に相当する導体パターンの形成された二次側コ
イル２０と、トランスの補助巻線ｎ３に相当する導体パ
ターンの形成された補助コイル３０を積層したプリント
コイル形トランスにおいて、前記補助コイルの導体パタ
ーンの一端は一次巻線側に接地されると共に、前記一次
側コイルの高い電圧の印加される面と、前記二次側コイ
ルとの対向面に前記補助コイルを挿入することを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器や電源装置に用
いられるトランスに係り、特にシールドを有するプリン
トコイル形トランスの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールドを有するトランスは、例えば本
出願人の提案に係る実開昭６２−２０１９１５号公報に
開示されている。図９はこのような従来装置を用いたス
イッチング電源の回路図である。図において、トランス
の一次巻線ｎ１には、商用の交流電源から送られた電力
をＡＣ−ＤＣ変換部で直流化された直流電圧がその一端
に印加され、他端にはスイッチング素子Ｑが接続されて
いる。すると、二次巻線ｎ２にはスイッチング信号が誘
起されるので、出力平滑化回路により直流化して負荷に
供給している。補助巻線ｎ３は制御回路の動作用電力を
供給する。制御回路は、スイッチング素子にオンオフ制
御信号を送るもので、通常は負荷電流によらず出力電圧
が所定値となるようにオンオフ比を制御している。シー
ルドコイルは、一次巻線ｎ１、二次巻線ｎ２及び補助巻
線ｎ３等の電力変換巻線とは独立して設けられるもの
で、電磁放射ノイズを低減する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シール
ドコイルを独立して設けると、一次二次巻線の間の漏れ
インダクタンスが大きくなると共に、電力変換巻線のト
ランスでの占有率を低下させ、トランスが大型になると
いう課題があった。本発明は上述の課題を解決したもの
で、一次コイルと二次コイルとの間のシールド効果が大
きなプリントコイル形トランスを提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、トランスの一次巻線ｎ１に相当する導体パ
ターンの形成された一次側コイル１０と、トランスの二
次巻線ｎ２に相当する導体パターンの形成された二次側
コイル２０と、トランスの補助巻線ｎ３に相当する導体
パターンの形成された補助コイル３０を積層したプリン
トコイル形トランスにおいて、前記補助コイルの導体パ
ターンの一端は一次巻線側に接地されると共に、前記一
次側コイルの高い電圧の印加される面と、前記二次側コ
イルとの対向面に前記補助コイルを挿入することを特徴
としている。

【０００５】

【作用】補助コイルは、一次側に接地されると共に、一
次側コイルの高い電圧の印加される面と二次側コイルと
の対向面に挿入されることで、シールドコイルとしての
働きを兼用している。このため独立にシールドコイルを
設ける必要がなく、トランスの積層数が少なくて済む。

【０００６】

【実施例】以下図面を用いて、本発明を説明する。図１
は本発明の一実施例を示す組立状態の構成斜視図であ
る。図において、コア４０は、いわゆるＥＥ形コアで、
ここでは両側コア４１は断面矩形になっており、中足コ
ア４２は断面円形になっている。連結部４３は両側コア
４１と中足コア４２を連結するコア材で、断面矩形にな
っている。プリントコイル積層体５０は、トランスの一
次巻線の機能を有する一次側コイル１０と、トランスの
二次巻線の機能を有する二次側コイル２０と、補助巻線
の機能を有する補助コイル３０よりなるもので、中央に
設けられたコア挿入孔５６に中足コア３２を挿入すると
共に、外側を両側コア３１で挟んで磁気回路を形成して
いる。端子６０は、トランスとする際に一次側と二次側
の信号線を接続するのに用いるもので、一次側端子６１
と二次側端子６２を有している。そして、プリントコイ
ル積層体５０の表面には、中央にコア４０の連結部４３
が位置し、この両側に一次側端子６１と二次側端子６２
が位置する。

【０００７】図２はプリントコイル積層体５０の上面図
である。コア挿入孔５６が中央に位置し、左右の両端に
は一次用接続孔５１と二次用接続孔５２が、それぞれ５
個一列に設けられている。組立後は、一次用接続孔５１
に一次側端子６１がはんだ付けされ、二次用接続孔５２
に二次側端子６２がはんだ付けされている。内部接続孔
５３は、プリントコイル積層体５０内部の一部の層間を
接続するもので、一次用接続孔５１と二次用接続孔５２
の近傍や、コア挿入孔５６の近傍に設けられている。導
体形成面５４は、プリントコイル積層体５０のコア挿入
孔５６と一次用接続孔５１並びに二次用接続孔５２に挟
まれた領域で、渦巻状の導体パターン５５が必要に応じ
て形成されている。

【０００８】図３はプリントコイル積層体５０の展開図
で、（Ａ）は表面パターンの番号、（Ｂ）は表面絶縁シ
ート層、（Ｃ）は表面パターン、（Ｄ）はベース、
（Ｅ）は裏面パターン、（Ｆ）は裏面絶縁シート層、
（Ｇ）は裏面パターンの番号、（Ｈ）はベースの折り畳
みの際の折り曲げ状態、（Ｉ）はベースの層番号並びに
トランスにおける導体パターンの巻線との対応関係を示
しているものである。

【０００９】まず、図３（Ｈ）を用いて各導体パターン
の配置について説明する。ベースを折り畳んでコアに収
容したときの最上層に第１層の裏面パターンＳ₀₁が位置
し、この裏に表面パターンＳ₀₂が位置する。第２層の表
面パターンＳ₁₀₁は第１層の表面パターンＳ₀₂と対向し
ており、裏側に第２層の裏面パターンＳ₁₀₂が位置して
いる。以下、裏面パターンＳ₁₀₂とＳ₁₀₃の組、表面パタ
ーンＳ₁₀₄とＳ₀₃の組、裏面パターンＳ₀₄とＳ₂₀₁の組、
表面パターンＳ₂₀₂とＳ₂₀₃の組、裏面パターンＳ₂₀₄と
Ｓ₂₀₅の組、表面パターンＳ₂₀₆とＳ₂₀₇の組、裏面パタ
ーンＳ₂₀₈とＳ_{2 09}の組、表面パターンＳ₂₁₀とＳ₂₁₁の
組、裏面パターンＳ₂₁₂とＳ₀₅の組、表面パターンＳ₀₆
とＳ₃₁の組、裏面パターンＳ₃₂とＳ₁₀₅の組、表面パタ
ーンＳ₁₀₆とＳ₁₀₇の組が対向する導体パターン面で、必
要に応じて絶縁シートで両面間の絶縁がとられている。
裏面パターンＳ₁₀₈は第１４層目のシートであって、最
下層に位置すると共に、表面パターンＳ₁₀₇の反対側に
位置している。

【００１０】次に、トランスの巻線を単位に説明する。
一次側コイル１０はシートの第２層と第３層を用いてお
り、第２層の表面パターンＳ₁₀₁が一次用接続孔５１の
一次巻線用端子５１１、５１２に接続されると共に、裏
面パターンＳ₁₀₂、Ｓ₁₀₃並びに表面パターンＳ₁₀₄が一
次巻線に割り当てられている。他の一次側コイル１０は
シートの第１３層と第１４層を用いており、第１３層の
表面パターンＳ₁₀₆が一次用接続孔５１の一次巻線用端
子５１３、５１２に接続されると共に、裏面パターンＳ
₁₀₅、Ｓ₁₀₈並びに表面パターンＳ₁₀₇が一次巻線に割り
当てられている。ここでは、一次巻線用端子５１２によ
り両一次側コイル１０は直列に接続される。

【００１１】二次側コイル２０はシートの第５層から第
１０層までが割り当てられており、ここでは各層の表面
パターンと裏面パターンを一組として６組の二次側コイ
ル２０が並列に接続されている。各組の組合せは、第１
組がパターンＳ₂₀₁とＳ₂₀₂、第２組がパターンＳ₂₀₄と
Ｓ₂₀₃、第３組がパターンＳ₂₀₅とＳ₂₀₆、第４組がパタ
ーンＳ₂₀₈とＳ₂₀₇、第５組がパターンＳ₂₀₉とＳ₂₁₀、第
６組がパターンＳ₂₁₂とＳ₂₁₁の組になっている。各組と
も裏面パターンが二次用接続孔５２の二次巻線用端子５
２１に接続され、表面が二次巻線用端子５２２に接続さ
れている。

【００１２】補助コイル３０はシートの第１２層を用い
ており、例えば一次側回路の補助電源用に使用される。
ここでは、第１２層の表面パターンＳ₃₁が一次用接続孔
５１の一次巻線用端子５１５に接続されると共に、裏面
パターンＳ₃₂が一次巻線用端子５１４に接続されてい
る。また、シートの第１層、第４層並びに第１１層に
は、導体パターンがいずれも設けられていない。これは
各巻線間の絶縁距離を十分に確保すると共に、シートを
折り畳んでいるため各シートの層間での整合を取りやす
くするためである。スイッチング電源では、一般に一次
側には商用の交流電源が接続されることから数百ボルト
の電圧が加わるので、シートの両面に絶縁シートを貼付
して対向する導体パターン間で高い絶縁電圧を確保して
いる。他方、二次側では通常１０ボルト程度の低電圧が
発生するのに過ぎないから、シートのいずれか片面のみ
に絶縁シートを貼付して層間の厚さを薄くしている。

【００１３】次に各シートでの、一次用接続孔５１と二
次用接続孔５２の形成状態を説明する。本来、全ての層
に一次用接続孔５１と二次用接続孔５２を形成してもよ
い。しかし、単位シート長さ当たりの導体形成面の数が
少なくなって、製造コストが増大すると共に、各層での
折り畳み位置が重なってプリントコイル積層体５０の厚
さが増す。そこで、シートの第１層、第１１層並びに第
１４層に一次用接続孔５１と二次用接続孔５２を形成し
て、挿入される端子６１，６２の両側を拘束するが、残
余の層については形成されるパターンの巻線と、折り畳
みに起因する幾何学的制限を考慮して必要とされる接続
孔のみ形成する。従って、第２層、第１２層並びに第１
３層には一次用接続孔５１のみを設ける。また第４層か
ら第１０層までは二次用接続孔５２のみを設ける。そし
て、第３層には、いずれの接続孔も設けない。尚、一次
側コイル１０では内部接続孔５３を用いているので、第
２層と第３層の間、並びに第１３層と第１４層の間に内
部接続孔５３を形成している。

【００１４】図４はスイッチング電源に適用する場合の
回路図である。一次側コイル１０には直流電圧Ｖinが印
加され、トランジスタ等のスイッチング素子Ｑによりオ
ンオフされている。ここでは、一次巻線用端子５１３に
直流電圧Ｖinが印加され、一次巻線用端子５１１にスイ
ッチング素子Ｑが接続されている。一次巻線用端子５１
２はセンタータップであるが、ここでは二つに区分され
た一次側コイル１０間を直列に接続するために用いられ
ている。ここでは、スイッチング素子のオンオフに起因
して発生する交流電圧は、一次巻線用端子５１３に比較
してよりスイッチング素子に近い一次巻線用端子５１１
で高い電位になっている。

【００１５】二次側コイル２０は６個並列に接続されて
いるので、これを図面で明示的に示している。二次巻線
に誘起されたスイッチング信号は、二次巻線用端子５２
１，５２２の間に発生するので、出力平滑回路により整
流平滑化して、負荷側に直流電圧を供給している。通常
は、出力電圧を安定化するためスイッチング素子Ｑにフ
ィードバック制御信号を帰還する制御回路が設けられて
いる。

【００１６】図５は図３のプリントコイル形トランスを
組立てたときの各層の配置説明図である。ここでは、図
３（Ｈ）に示すように、一次側コイル１０を導体形成面
Ｓ_{10 1}〜Ｓ₁₀₄よりなるＰａと、導体形成面Ｓ₁₀₅〜Ｓ₁₀₈
よりなるＰｂとで２分割し、両者の間に二次巻線Ｓを有
する導体形成面Ｓ₂₀₁〜Ｓ₂₁₂を挟んでいる。そして、一
次側コイルＰａと二次側コイルＳとの間に補助コイルＡ
ＵＸを挿入している。ここで、補助コイル３０（ＡＵ
Ｘ）は、スイッチング電源の一次側に設けられた制御回
路に電力を供給すると共に、シールドコイルとも兼用さ
れるものである。図３の積層順序によれば、一次側コイ
ル１０の導体パターンの電位は、次の順序で高くなって
いる。 Ｓ₁₀₇＜Ｓ₁₀₈＜Ｓ₁₀₅＜Ｓ₁₀₆＜Ｓ₁₀₄＜Ｓ₁₀₃＜Ｓ₁₀₂＜Ｓ₁₀₁ （１）

【００１７】即ち、一次側コイル１０が二つに分割され
ており、二次側コイル２０と実質的に対向しているもの
はパターンＳ₁₀₄とパターンＳ₁₀₅である。ここで、一次
巻線の巻数は１導体パターンでの巻数が５であるから、
８面の導体形成面の割り当てられていることを考慮する
と４０ターンになっている。また、二次巻線の巻数は１
導体パターンでの巻数が３であるから、一つの並列巻線
には２面の導体形成面の割り当てられていることを考慮
すると６ターンになっている。更に、補助巻線について
は全部で１０ターンになっている。このように構成する
と、一次二次間の磁気結合が高まると共に、巻線間に存
在する浮遊容量が低下して、トランスとしての基本特性
が良好になる。

【００１８】図６はシールドを用いない場合の静電エネ
ルギの説明図で、（Ａ）は半径ｒ方向の積層図、（Ｂ）
は電位の半径方向での分布図で、角度方向の影響は無視
してある。そして、一次側コイルの低電位側Ｐｂと二次
側コイルＳとの間の静電エネルギＥ_L1、並びに一次側コ
イルの高電位側Ｐａと二次側コイルＳとの間の静電エネ
ルギＥ_H1は次式で表される。

【数１】 ここで、Ｖpは一次側コイルの両端に印加されるＡＣ電
圧で、例えば商用交流電源を用いる場合には１００Ｖ程
度になる。従って全静電エネルギは次式のように表せ
る。 Ｅ_L1＋Ｅ_H1＝1/3・ＣＶp² （２）

【００１９】他方、図５の実施例での静電エネルギは次
のような関係になっている。

【数２】 ここで、Ｅ_L2は一次側コイルの低電位側Ｐｂと二次側コ
イルＳとの間の静電エネルギ、Ｅ_H2は一次側コイルの高
電位側Ｐａと二次側コイルＳとの間の静電エネルギ、Ｖ
_AUXは補助コイルの両端に発生するＡＣ電圧で、一般に
入力ＡＣ電圧Ｖpに比較して小さな値になっている。従
って全静電エネルギは次式のように表せ、図６の従来例
に比較して1/8程度に削減されている。 Ｅ_L2＋Ｅ_H2＝1/24・Ｃ(Ｖ_AUX ²＋Ｖp²） ＝1/24・ＣＶp²{(Ｖ_AUX/Ｖp)²＋1} （３）

【００２０】図７は本発明の第２の実施例を示す積層図
である。図５の実施例では、補助巻線コイルにシールド
コイルとしての働きを兼用させて、トランスのコイル積
層数の低減させて、トランスを小型化する方式を提案し
ている。しかし、一次コイルの高ＡＣ電位側と二次コイ
ルとの間はシールドされていたが、一次コイルの低ＡＣ
電位側と二次コイルとの間はシールドされておらず、従
来例に比較するとシールド効果が増大したものの、用途
によっては尚充分でないという課題があった。

【００２１】このような課題を解決するのが第２実施例
である。図において、一次側コイルを二つのコイル面Ｐ
ａ，Ｐｂに分割して、二次側コイルＳを挟み込むと共
に、補助コイルを二つに分割してＡＵＸａ，ＡＵＸｂと
なしている。そして、一次側コイルの高電位側Ｐａと二
次側コイルＳとの対向面に補助コイルＡＵＸａが挿入さ
れ、一次側コイルの低電位側Ｐｂと二次側コイルＳとの
対向面に補助コイルＡＵＸｂが挿入されている。また、
補助コイルの一端を一次巻線側に接地することで、静電
エネルギを実質的に小さくしている。そして静電エネル
ギは次のような関係になっている。

【数３】 ここで、Ｅ_L3は一次側コイルの低電位側Ｐｂと二次側コ
イルＳとの間の静電エネルギ、Ｅ_H3は一次側コイルの高
電位側Ｐａと二次側コイルＳとの間の静電エネルギであ
る。従って全静電エネルギは次式のように表せ、Ｖ_AUX
＝0.2Ｖpとすると、図５の実施例に比較して更に1/3程
度削減されている。 Ｅ_L3＋Ｅ_H3＝1/3・ＣＶ_AUX ²＝1/3・ＣＶp²(Ｖ_AUX/Ｖp)² （４）

【００２２】尚、一次側コイルと補助コイルの対向のさ
せ方は２通りあるが、電位差のある方がシールド効果が
高いという性質がある。そこで、一次側コイルの高電位
側Ｐａに補助コイルの低電位側ＡＵＸａを対向させ、一
次側コイルの低電位側Ｐｂに補助コイルの高電位側ＡＵ
Ｘｂを対向させるのが、二次側への結合を低減できて好
ましい。また、図７の実施例によれば、積層コイルの構
成が中心に対して上下対称になり、磁気結合特性が良好
になるためコイル損失が低減されるという効果もある。
更に、熱的特性も従来例に比較して向上するという効果
がある。

【００２３】図８は本発明の第３の実施例を示す積層図
である。ここでは、一次側コイル１０を中心におき、二
次側コイル２０を二つに分割して挟んでいる。そして、
補助コイル３０は、一次側コイルの高い電圧の印加され
る側の面と、二次側コイル２０の対向面に挿入される。
ここで、一次側コイルの低い電圧の印加される側の面
と、二次側コイル２０の対向面に挿入しないのは、電位
が低ければシールドを必要としないためである。尚、二
次側コイルを二つのコイル面Ｓａ，Ｓｂに分割して、一
次側コイルＰを挟み込むと共に、補助コイルを二つに分
割してＡＵＸａ，ＡＵＸｂとなし、これを二次側コイル
と一次側コイルの対向面に挿入してもよい。このように
すると、図８の実施例と比較すると、図７の実施例と類
似の効果が加わるのでシールド効果が高くなる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一次側コイル１０の高い電圧の印加される側と二次側コ
イル２０の間に補助コイル３０を挿入すると共に、補助
コイルを一次側に接地しているので、補助コイルがシー
ルドコイルとしての働きも兼用する。そこで、プリント
コイル形トランスでは専用のシールドコイルを設けるこ
となくシールド効果が得られるから、積層数が増加せ
ず、トランスが薄型になるという効果がある。また、請
求項２記載の発明に対応する第２実施例によれば、一次
側コイル又は二次側コイルの一方を二つのコイル面に分
割して他方のコイルを挟み込むと共に、補助コイルを二
つに分割して一次側コイルと二次側コイルの対向面に挿
入し、且つ前記補助コイルの一端を一次巻線側に接地し
ているので、シールド効果が更に高くなるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す組立状態の構成斜視図
である。

【図２】プリントコイル積層体５０の上面図である。

【図３】プリントコイル積層体５０の展開図である。

【図４】スイッチング電源に適用する場合の回路図であ
る。

【図５】図３のプリントコイル形トランスを組立てたと
きの各層の配置説明図である。

【図６】シールドを用いない場合の静電エネルギの説明
図である。

【図７】本発明の第２の実施例を示す積層図である。

【図８】本発明の第３の実施例を示す積層図である。

【図９】従来装置を用いたスイッチング電源の回路図で
ある。

【符号の説明】

１０ 一次側コイル ２０ 二次側コイル ３０ 補助コイル ４０ コア ５０ プリントコイル積層体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トランスの一次巻線（ｎ１）に相当する導
   体パターンの形成された一次側コイル（１０）と、トラ
   ンスの二次巻線（ｎ２）に相当する導体パターンの形成
   された二次側コイル（２０）と、トランスの補助巻線
   （ｎ３）に相当する導体パターンの形成された補助コイ
   ル（３０）を積層したプリントコイル形トランスにおい
   て、 前記補助コイルの導体パターンの一端は一次巻線側に接
   地されると共に、 前記一次側コイルの高い電圧の印加される面と、前記二
   次側コイルとの対向面に前記補助コイルを挿入すること
   を特徴とするプリントコイル形トランス。
2. 【請求項２】トランスの一次巻線（ｎ１）に相当する導
   体パターンの形成された一次側コイル（１０）と、トラ
   ンスの二次巻線（ｎ２）に相当する導体パターンの形成
   された二次側コイル（２０）と、トランスの補助巻線
   （ｎ３）に相当する導体パターンの形成された補助コイ
   ル（３０）を積層したプリントコイル形トランスにおい
   て、 前記一次側コイル又は二次側コイルの一方を二つのコイ
   ル面に分割して他方のコイルを挟み込むと共に、前記補
   助コイルを二つに分割して前記一次側コイルと二次側コ
   イルの対向面に挿入し、且つ前記補助コイルの一端を一
   次巻線側に接地することを特徴とするプリントコイル形
   トランス。