JPH0679128U

JPH0679128U - トランス用巻線とその巻線を使用したスイッチング電源

Info

Publication number: JPH0679128U
Application number: JP4722392U
Authority: JP
Inventors: 均吉岡
Original assignee: 株式会社ユタカ電機製作所
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1994-11-04
Anticipated expiration: 2006-08-07
Also published as: JP2506190Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】リセット巻線を用いたスイッチング電源にお
いて、リセット巻線１６と１次巻線１１との結合率を高
め、かつ、トランス巻線の巻線作業を高めるようにした
トランス用巻線とその巻線を使用したスイッチング電源
を得ることである。【構成】リセット回路を有するスイッチング電源にお
いて、互いに絶縁された複数本の導線の撚り線のうち、
一方の着色導体を１次巻線１１とし、他方の着色導体を
リセット巻線１６として使用するか、または、互いに絶
縁された中央導体と外被導体との同軸状の導線のうち、
中央導体を１次巻線１１とし、外被導体をリセット巻線
１６として使用するようにしたスイッチング電源であ
る。リセット巻線１６の電流は、トランス１０の励磁電
流Ｉｅ分だけをスイッチング素子１３がオフのときに電
源入力へ回生する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、リセット巻線を用いたスイッチング電源において、リセット巻線と１次巻線との結合率を高め、かつ、トランス巻線の巻線作業の効率を高めるようにしたトランス用巻線とその巻線を使用したスイッチング電源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図４のように、スイッチング電源のトランス１０は、１次巻線１１と２次巻線１２の結合率によってリーケージインダクタンスＬｒを発生し、ＦＥＴからなるスイッチング素子１３がオフのとき、フライバック電圧におけるサージ電圧を略決定する。トランス結合率ｋ＝√（１−（Ｌｒ／Ｌｅ））ただし、Ｌｒ：リーケージインダクタンスＬｅ：励磁インダクタンスである。

【０００３】１次巻線１１と２次巻線１２のトランス結合率ｋが悪く、リーケージインダクタンスＬｒの値が大きなトランス１０では、図５（ａ）のように、交差しない磁束によりスイッチング素子１３のサージ電圧が高くなる。しかし、トランス結合率ｋは、１次巻線１１と２次巻線１２との巻線構成で決定されるため、トランス１０に対する基本的な対策は不可能である。このため、一般的な対策として、ＣＲアブソーバやスナッバーといわれるコンデンサ１４と抵抗１５の直列回路を、トランス１０の１次巻線１１の両端間やスイッチング素子１３の両端間に接続し、サージ電圧の抑制回路として利用する。しかし、このような回路では、抵抗１５による電力損失が、スイッチング周波数に正比例して増加する。また、スイッチング素子１３の耐圧を高くするなどの対策をしても、スイッチング素子１３がＦＥＴの場合、オン抵抗の増加による電力損失が発生し、電源回路全体の効率を悪化している。

【０００４】これらの電力損失を改良するため、図６に示すように、１次巻線１１と同相でリセット巻線１６を設け、このリセット巻線１６と直列にダイオード１７を接続したリセット回路１８を、平滑用コンデンサ２３と並列に接続し、スイッチング素子１３がオフしたときのフライバック電圧を入力電圧の２倍の電圧でクランプし、トランス１０のリーケージインダクタンスＬｒによる電流を電源入力側に回生するもので、いわゆるマクマレー回路といわれている。この回路１８を付加しても、１次巻線１１とリセット巻線１６は別の巻線であり、電磁結合してより以上の動作を行なうため、互いの結合率が低ければ、依然として図７のようなサージ電圧が生じる。

【０００５】このマクマレー回路１８の巻線の構成は、図８と図９に示すような２種類がある。ａ．図８のように、絶縁した２本の導体を一対とする巻線をボビン３２に巻きつけてなるもので、一方を１次巻線１１、他方をリセット巻線１６として使用するいわゆるバイファイラ巻きといわれるものである。ｂ．図９のように、まず、１次巻線１１の半数を第１層として巻きつけ、その上に、リセット巻線１６を第２層として巻きつけ、さらに、その上に、残りの１次巻線１１の半数を第３層として巻きつけたもので、いわゆるサンドイッチ巻きといわれるものである。このとき、リセット巻線１６は、１次巻線１１の約半分の直径のものを使用する。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

図８に示したバイファイラ巻きでは、１次巻線１１側の電流で１次巻線１１の線の太さが決まるが、リセット電流は、通常１次巻線１１側の電流の５分の１から１０分の１程度であるにも拘らず、１次巻線１１と同一太さでは、不必要に太い線となって、不経済であり、高価になる。その対策として、リセット巻線１６だけを細くすることが考えられるが、バイファイラ巻きをするのに、太さの異なるものを巻くのは、巻線の作業性が悪くなり、結果としてコスト高になる。また、トランス結合率ｋも、同一太さを２本用いた場合に比較して悪くなって、サージ電圧の抑制ができなくなる。

【０００７】図９に示したサンドイッチ巻きでは、１次巻線１１を２つに分け、半分を第１層として巻き、第２層としてリセット巻線１６を巻き、最後の第３層として残りの１次巻線１１を巻く。この場合、リセット巻線１６を細くしても巻線作業上は特に問題ないが、基本的に層数が増えてしまうため、結果として工数アップで高価となる。また、トランス結合率ｋに関しても、１次巻線１１とリセット巻線１６との距離が離れるため、バイファイラ巻きより劣ってしまい、サージ電圧の増加は免れない。

【０００８】本考案の目的は、リセット巻線を用いたスイッチング電源において、リセット巻線１６と１次巻線１１との結合率を高め、かつ、トランス巻線の巻線作業を高めるようにしたトランス用巻線とその巻線を使用したスイッチング電源を得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、トランス１０の１次巻線１１に直列に接続したスイッチング素子１３のオン、オフの制御により、２次巻線１２側の出力電圧を制御するとともに、前記トランス１０にリセット巻線１６を設けてスイッチング素子１３のオフ時のトランス１０のリーケージインダクタンスＬｒによる電流を入力側に回生するようにしたスイッチング電源において、互いに絶縁された複数本の導線の撚り線のうち、一方の着色導体を１次巻線１１とし、他方の着色導体をリセット巻線１６として使用するか、または、互いに絶縁された中央導体と外被導体との同軸状の導線のうち、中央導体を１次巻線１１とし、外被導体をリセット巻線１６として使用するようにしたスイッチング電源である。

【００１０】

【作用】リセット巻線１６の電流は、トランス１０の励磁電流Ｉｅ分だけをスイッチング素子１３がオフのときに電源入力へ回生する。リセット回路１８を必要とするフォワード・コンバータでは、スイッチング素子１３がオンのときに２次出力へ電力供給するためエネルギーの蓄積は不要で、トランス１０のギャップが少なく、励磁インダクタンスＬｅは大きくなり、励磁電流Ｉｅは１次巻線１１電流の５分の１から１０分の１程度と少なく、リセット巻線１６を太くする必要がない。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づき説明する。図２において、７本の線は、それぞれ同一直径の導線がその外周を絶縁被覆３３で被覆され、中央の線の周りに他の６本の線を撚って撚り線としたもので、中央の１本の線だけを他の６本の線と異なる色にする。この７本の撚り線は、図１に示すように、ボビン３２に所定回数だけ巻かれ、この撚り線の中央の線が、図６におけるリセット巻線１６として使用され、残りの外周の６本の線が、１次巻線１１として使用される。このとき、１次巻線１１としての６本の線は、その両端において１本にまとめて接続される。

【００１２】前記撚り線が７本の場合において、１次巻線１１として６本の線を用い、リセット巻線１６として１本の線を用いた。これは、１次巻線１１を流れる電流値と、リセット巻線１６を流れる電流値の比が、５：１から１０：１であり、電流値と線の太さとを略比例させることができることと、１本の線の周りに６本の線が隙間なく配置した撚り線となり、１次巻線１１とリセット巻線１６のトランス結合率ｋにきわめてすぐれていることによる。しかし、同一径の７本の線の撚り線に限られるものではなく、線径もすべて同一である必要はない。また、撚り線がさらに多い線からなる場合には、単一本と複数本の組み合わせではなく、複数本ずつであってもよい。

【００１３】つぎに図３は、同軸線状の巻線を用いた場合の本考案の異なる実施例を示すもので、（ａ）は、リセット巻線１６としての導線を絶縁被覆３３で被覆し、その外周に１次巻線１１としてのパイプ状の導線を設け、これを絶縁被覆３３で被覆したものである。（ｂ）は、１次巻線１１としてパイプ状の導線の代わりに裸線を編み込んだ編み線を設け、これを絶縁被覆３３で被覆したものである。（ｃ）は、１次巻線１１としてパイプ状の導線の代わりに絶縁被覆した細い線を編み込んだ編み線を設けたもので、この場合には、絶縁被覆３３で被覆する必要がない。

【００１４】以上のような構成において、スイッチング電源のトランス１０に使用するリセット巻線１６の電流は、トランス１０の励磁電流Ｉｅ分だけをスイッチング素子１３がオフのときに電源入力へ回生する。Ｉｅ＝（Ｖｉ／Ｌｅ）・Ｔ（Ａ）ここで、Ｖｉ：入力電圧Ｌｅ：励磁インダクタンスＴ：スイッチング素子１３のオン時間である。

【００１５】一般的にリセット回路１８を必要とするフォワード・コンバータでは、スイッチング素子１３がオンのときに２次出力へ電力供給するためエネルギーの蓄積は不要で、トランス１０のギャップが少なく、Ｌｅは大きくなり、Ｉｅは１次巻線１１電流の５分の１から１０分の１程度と少なく、リセット巻線１６を太くする必要がない。

【００１６】

【考案の効果】

本考案は、以上のように構成した巻線を用いることにより、トランス巻線の作業性にすぐれ、かつ、スイッチング素子１３のサージ電圧の少ないスイッチング電源用トランス１０を提供できる。また、サージ電圧の減少によってＣＲアブソーバやスナッバー回路の省略およびスイッチング素子１３の耐圧が低減でき、オン抵抗の少ないスイッチング素子１３が使用できるなどの波及効果があり、結果的に総合効率の高いスイッチング電源が低価格で構成できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案によるトランス巻線の第１実施例を示す
斜視図である。

【図２】図１の巻線の端面図である。

【図３】本考案によるトランス巻線の第２、第３、第４
実施例を示す斜視図である。

【図４】一般的なスイッチング電源の電気回路図であ
る。

【図５】図４の場合のスイッチング素子１３の電圧と電
流の特性図である。

【図６】リセット回路を付加したスイッチング電源の電
気回路図である。

【図７】図６の場合のスイッチング素子１３の電圧と電
流の特性図である。

【図８】従来のトランス巻線の斜視図である。

【図９】従来のトランス巻線の他の例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…トランス、１１…１次巻線、１２…２次巻線、１
３…スイッチング素子、１４…コンデンサ、１５…抵
抗、１６…リセット巻線、１７…ダイオード、１８…リ
セット回路、２０…入力端子、２１…入力端子、２２…
全波整流回路、２３…コンデンサ、２４…制御回路、２
５…抵抗、２６…ダイオード、２７…ダイオード、２８
…リアクトル、２９…コンデンサ、３０…出力端子、３
１…出力端子、３２…ボビン、３３…絶縁被覆。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】トランス１０の巻線として、互いに絶縁
された複数本の導線の撚り線からなり、これらの複数本
の導線を、使用目的別に色分けしてなることを特徴とす
るトランス用巻線。
【請求項２】トランス１０の巻線として、互いに絶縁
された中央導体と外被導体との同軸状の導線からなるこ
とを特徴とするトランス用巻線。
【請求項３】トランス１０の１次巻線１１に直列に接
続したスイッチング素子１３のオン、オフの制御によ
り、２次巻線１２側の出力電圧を制御するとともに、前
記トランス１０にリセット巻線１６を設けてスイッチン
グ素子１３のオフ時のトランス１０のリーケージインダ
クタンスＬｒによる電流を入力側に回生するようにした
スイッチング電源において、互いに絶縁された複数本の
導線の撚り線のうち、一方の着色導体を１次巻線１１と
し、他方の着色導体をリセット巻線１６として使用する
ようにしたスイッチング電源。
【請求項４】トランス１０の１次巻線１１に直列に接
続したスイッチング素子１３のオン、オフの制御によ
り、２次巻線１２側の出力電圧を制御するとともに、前
記トランス１０にリセット巻線１６を設けてスイッチン
グ素子１３のオフ時のトランス１０のリーケージインダ
クタンスＬｒによる電流を入力側に回生するようにした
スイッチング電源において、互いに絶縁された中央導体
と外被導体との同軸状の導線のうち、中央導体を１次巻
線１１とし、外被導体をリセット巻線１６として使用す
るようにしたスイッチング電源。