JPH0682836U - インバータ用トランスおよびインバータ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】出力電流の制御を、スイッチング用のＰＷＭ信
号のデューティ比制御で行うインバータで、デューティ
比の変化と出力電流の変化をリニアにする。 【構成】内鉄型鉄心３の一方の脚３ａに一次巻線の一部
１ａと二次巻線２とを同心円状に巻回し、鉄心３の他方
の脚３ｂに一次巻線の他の一部１ｂを巻回した。これに
より、一次巻線１ｂの磁束の一部は、二次巻線２（脚３
ａ）に対して漏れ磁束となるため、二次巻線２のインダ
クタンスが大きくなる。したがって、ＰＷＭ信号のデュ
ーティ比が大きくなっても脚３ａで磁束が飽和せずデュ
ーティ比と出力電流とがリニアな相関関係となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、出力制御をＰＷＭ信号のデューティ比で制御するインバータ用ト ランスおよびインバータ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

複写機やレーザプリンタの帯電器に電圧を印加する高圧電源（出力３〜１０ｋ ｖ）や中低圧電源（出力０〜３ｋｖ）にインバータ回路が多く用いられている。

【０００３】 これらの用途に用いられる電源は、負荷の状態変動に応じてその出力電流または 出力電圧をフィードバック制御する機能が求められる。

【０００４】 一般的な制御方式としては、直流入力をスイッチングするゲート信号（ＰＷＭ 信号）の（オン／オフ）デューティ比を変えることによって、出力電圧や出力電 流を制御するＰＷＭ方式がある。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、従来のインバータ回路では、ＰＷＭ信号のデューティ比と出力（出力 電流）が一次関数的（リニア）な関係になっておらず、図４の曲線Ａに示すよう な不規則な関係（蛇行した曲線）となる。このため、フィードバックされた信号 と目標値とのずれに応じて単純にデューティ比を増減するのみでは出力を精度よ く調整することができない欠点があった。

【０００６】 この考案は、ＰＷＭ信号のデューティ比と出力とがリニアに対応するインバー タ用トランスおよびインバータ回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案のインバータ用トランスは、内鉄型鉄心を用い、この鉄心の一方の脚 に一次巻線の一部または全部を巻回し、さらに、前記鉄心の他方の脚に二次巻線 および前記一次巻線の残部を同軸に巻回したことを特徴とする。

【０００８】 この考案のインバータ回路は、直流入力をＰＷＭ信号でスイッチングして高周 波に変換し、これをトランスの一次巻線に入力し、このトランスの二次巻線から 取り出された高圧を整流して出力するインバータ回路において、 前記直流入力と前記トランスの一次巻線との間にインダクタンス素子を直列に 接続したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】

請求項１に係るインバータ用トランス、すなわち、内鉄型鉄心の一方の脚に一 次巻線の一部または全部を巻回し、他方の脚に二次巻線および一次巻線の残部を 同軸に巻回したインバータ用トランスを用いてインバータ回路を製作し、ＰＷＭ 信号のデューティ比を変化させて出力電流を計測した結果、図４の曲線Ｂのよう な結果を得た。また、このインバータ回路の一次電流波形を観測した結果図５の 曲線Ｂのようであった。一方、従来のインバータ回路の一次電流は図５曲線Ａの ような形状であった。これらの一次電流波形はデューティ比５０％のものである が、デューティ比がこれより低い場合には、ＰＷＭ波形がオンしている間は同形 状で、ＰＷＭ波形のオフタイミングで切り落としたような波形となった。

【００１０】 このような測定結果から、従来のインバータ用トランスの場合、入力電圧を高 周波でスイッチングすると、巻線のインダクタンスと線間に存在するキャパシタ ンス成分とによって共振し、いわゆるリンギングが発生しているものと考えられ る（図５Ａ参照）。したがって、波形が落ち込んでいる部分では、デューティ比 を大きくしても出力電流は全く増加しないことになる（却って減少することもあ る。）。これに対して、本願のインバータ用トランスでは、大きな落ち込みは見 られない。これにより、デューティ比にほぼ比例した出力電流を得ることができ る。因みに、この計測は、スイッチング周波数３０ｋＨｚ，一次巻線の巻数１２ Ｔ（二次巻線側），４３Ｔ（反対側）とした場合の計測結果であるが、本考案は この条件に限定されるものではない。

【００１１】 すなわち、このような巻き方によって他の一部の一次巻線によって生じた磁束 のうち一部は二次巻線の脚を通過せず、もれ磁束となることにより、二次巻線の インダクタンスが増大して共振現象を防止しているものと考えられる。これによ り、一次側に印加される電圧（ＰＷＭ信号）のデューティ比が大きくなっても、 デューティ比と出力との相関をリニアに保つことができる。

【００１２】 また、トランスの一次側に直列にインダクタンス素子を接続したインバータ回 路では、ＰＷＭ信号オン時の電流増加が妨げられる。したがって、ＰＷＭ信号の デューティ比を大きくしていってもトランスに流れる電流が飽和しない。さらに 、インダクタンス分が大きくなるため、共振周波数が著しく低下し、上述のリン ギングも抑制される（図５Ｄ参照）。これによって、ＰＷＭ信号のデューティ比 とトランスの二次側の出力との関係をリニアにすることができる（図４Ｃ，Ｄ参 照）。なお、図４，図５はスイッチング周波数３０ｋＨｚで、図４Ｃはインダク タンス素子として１２０μＨのチョークコイルを挿入した場合のデューティ比− 出力電流曲線、図４Ｄ，図５Ｄは４２０μＨのチョークコイルを挿入した場合の デューティ比−出力電流曲線および一次電流波形であるが、本考案はこの条件に 限定されるものではない。

【００１３】

【実施例】

図１はこの考案の実施例であるインバータ用トランスの構造を示す図である。

【００１４】 このトランスはロ字形の内鉄型鉄心３を備えている。このロ字形の内鉄型鉄心３ の一方の脚３ａに一次巻線の主要部１ａと二次巻線２とが同心円に巻回されてお り、他方の脚３ｂに一次巻線の一部１ｂが巻回されている。一次巻線１ａおよび １ｂは磁路（鉄心３）内において直列に接続されている。

【００１５】 このように、一次巻線１を脚１ａと脚１ｂに分割して巻回したことにより、一 次巻線１ｂによって生じる磁束の一部は二次巻線２に対して漏れ磁束となり、鉄 心３の一次巻線１ａ側の脚３ａを通過する磁束が少なくなる。したがって、イン ピーダンスが高くなりリンギングが発生しにくくなる。これにより、一次巻線１ に流れる電流が多くなっても電流（磁界）と磁束密度の比例関係を保つことがで きる。これをインバータ回路に用いることにより、図４の曲線Ｂのような特性を 得ることができる。

【００１６】 図２はこのインバータ用トランスを用いたインバータ回路の回路図である。

【００１７】 前記インバータ用トランス（以下、単に「トランス」という。）Ｔの一次巻線 ｔ１の一方の端子にはＤＣ入力端子が接続されている。また、ｔ１の他方の端子 には、スイッチングトランジスタＳＷのドレイン端子が接続されている。このス イッチングトランジスタＳＷはＮチャンネルのＭＯＳ−ＦＥＴである。このスイ ッチングトランジスタＳＷのソース端子はＧＮＤに接続されており、ゲート端子 は抵抗Ｒ２を介してゲート回路Ｇに接続されている。ゲート回路ＧはＯＲ回路か らなるバッファであり、３０ｋＨｚのＰＷＭ信号が入力される。このＰＷＭ信号 は図示しない発振回路によって形成されるものであり、制御部（図示せず）の指 示に基づいてそのデューティ比が設定される。また、スイッチングトランジスタ ＳＷのゲート端子とＧＮＤとの間にはゲート電荷放電用の抵抗Ｒ１が接続されて いる。

【００１８】 一方、トランスＴの二次巻線ｔ２側には、ダイオードＤ１，Ｄ２およびコンデ ンサＣ１，Ｃ２により両波倍電圧整流回路が構成されている。この整流電圧は抵 抗Ｒ５を介して出力端子から出力される。また、この倍電圧整流回路の高電位側 と低電位側の間には放電用の抵抗Ｒ４が接続されている。

【００１９】 また、この両波倍電圧整流回路の低電位側は、電流検出用の抵抗Ｒ３を介して ＧＮＤに接続されている。この抵抗Ｒ３には、出力端子−ＧＮＤ間に接続される 負荷に流れる二次側電流が流れる。これによって、抵抗Ｒ３には二次側電流に比 例した電圧が生じることになる。この電圧が前記制御部に出力電流検出値として 入力されている。制御部はこの出力電流検出値に応じて発振回路が形成するＰＷ Ｍ信号のデューティ比を決定する。

【００２０】 この場合において、ＰＷＭ信号のデューティ比−出力電流の関係は図４の曲線 Ｂのような直線的なものであるため、制御部は、出力電流検出値と目標値との差 に基づいてリニアにデューティ比変化量を算出すればよい。

【００２１】 図３は請求項２に係る電圧制御回路の回路図である。この回路において、図２ の回路と同一構成の部分は同一番号を付して説明を省略する。

【００２２】 このインバータ回路では、トランスＴ′は、図１のように一次巻線が２つに分 割されたものではなく、二次巻線と同心円状に巻回されたものである。また、こ のトランスＴ′の一次巻線とＤＣ入力端子との間にチョークコイルＬが挿入され ている。このインバータ回路は、図２の回路と同様に発振回路からＰＷＭ信号が 入力されることによって動作するが、チョークコイルＬのインダクタンスにより 一次側の共振周波数が低下し、リンギングを生じない。また、チョークコイルＬ のインダクタンスにより、スイッチオン時の電流の増加が阻止される。したがっ て、ＰＷＭ信号のデューティ比が高くなってもトランスＴ′の一次電流が飽和せ ず、デューティ比と出力電流とをリニアな関係に保つことができる。

【００２３】 たとえば、図４の曲線ＣはチョークコイルＬを１２０μＨにした場合のデュー ティ比−出力電流曲線である。また、同図の曲線ＤはチョークコイルＬを４２０ μＨにした場合のデューティ比−出力電流曲線である。このように直線に近い相 関関係を得ることができる。

【００２４】 なお、図１に示したインバータ用トランスでは、一次巻線の一部を脚３ａに巻 回し、他の一部を脚３ｂに巻回しているが、一次巻線の全てを脚３ｂに巻回する ようにしてもよい。

【００２５】 また、図１に示したインバータ用トランスを図３に示すインバータ回路に用い ることも可能である。この場合には、インバータ用トランスの一次巻線１ｂの巻 数を少なくする。

【００２６】

【考案の効果】

以上のようにこの考案によれば、スイッチング用のＰＷＭ信号のデューティ比 が大きくなっても、デューティ比とインバータ出力とを一次関数的な関係にする ことができるため、簡略な演算処理で精度のよい出力制御が可能になる。また、 この考案のインバータ用トランスでは、通常は未使用の脚を用いたことにより他 の部品を使用する必要がなくなり、省スペース，コストダウンにつながる利点が ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例であるインバータ用トランス
の構成を示す図

【図２】同インバータ用トランスを用いたインバータ回
路を示す図

【図３】この考案の他の実施例であるインバータ回路を
示す図

【図４】各種のインバータ回路のＰＷＭデューティ比−
出力電流の関係を示す図

【図５】各種のインバータ回路の一次側電流波形を示す
図

【符号の説明】

１−一次巻線 １ａ−一次巻線の主要部 １ｂ−一次巻線の一部（他の脚に巻回している） ２−二次巻線 Ｌ−チョークコイル

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内鉄型鉄心を用い、この鉄心の一方の脚
   に一次巻線の一部または全部を巻回し、さらに、前記鉄
   心の他方の脚に二次巻線および前記一次巻線の残部を同
   軸に巻回したことを特徴とするインバータ用トランス。
2. 【請求項２】 直流入力をＰＷＭ信号でスイッチングし
   て高周波に変換し、これをトランスの一次巻線に入力
   し、このトランスの二次巻線から取り出された高圧を整
   流して出力するインバータ回路において、前記直流入力
   と前記トランスの一次巻線との間にインダクタンス素子
   を直列に接続したことを特徴とするインバータ回路。