JPH10256058A - プリントコイル形トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力数が多く、しかも各層間で絶縁が必要な
場合でも、小型化できるプリントコイル形トランスを提
供すること。 【解決手段】 接続されるスイッチング素子により流れ
る電流がオンオフされる一次側巻線Ｐｒｍと、前記スイ
ッチング素子をオンオフ制御する出力電圧安定化回路に
よって出力電圧の安定化される二次巻線Ｓecと、コモン
がフローティング状態にあり、モータ制御用の信号を生
成する第１〜第３の制御用巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと、コモンが
グランドに接地され、モータ制御用の信号を生成する第
４の制御用巻線ＸＹＺとを有するプリントコイル形トラ
ンスにおいて、前記第４の制御用巻線を、前記二次巻線
と前記第１〜第３の制御用巻線で挟み込んだことを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ制御用電源
のように多出力電源であって、一次側と二次側との絶縁
を確保する必要のある電源装置に用いられるトランスに
関し、特にプリントコイル形トランスを用いたトランス
の小型化に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、例えば特開平８−１７６５
８号公報等で、スイッチング電源装置用のプリントコイ
ル形トランスを提案している。図７は、従来のモータ制
御用の電源装置の回路図である。図において、一次側巻
線Ｐｒｍには、直流電源Ｖccが印加され、スイッチング
用ＦＥＴによってオンオフされている。直流電源Ｖcc
は、例えば商用の交流電流を直流化するＡＣ−ＤＣコン
バータやバッテリー等の直流電源であって、入力コンデ
ンサＣinが一次側コモンとの間に挿入されると共に、コ
ンデンサＣ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１よりなる電圧
リミッタ回路が一次側巻線Ｐｒｍと並列に接続されてい
る。

【０００３】ＰＷＭ制御回路は、スイッチング用ＦＥＴ
にオンオフ制御回路を送る素子で、ここではバイアス巻
線ＢiasよりダイオードＤ２とコンデンサＣ２の整流平
滑化回路を介して動作用の電力を得ている。主二次巻線
Ｓec1は、主出力電圧Ｖout1を負荷に供給する回路を有
しており、ダイオードＤ４とコンデンサＣ４の整流平滑
化回路と、負荷電流の検出回路Ｓenseを有している。負
荷電流の検出回路Ｓenseの信号はフォトカプラＰＣを介
してＰＷＭ制御回路に送られる。しかして、ＰＷＭ制御
回路は主出力電圧Ｖout1を安定化し、他の出力電圧も付
随的に安定化される。

【０００４】従二次巻線Ｓec2は、従出力電圧Ｖout2を
負荷に供給する回路を有しており、ダイオードＤ５とコ
ンデンサＣ５の整流平滑化回路で直流化し、３端子レギ
ュレータＲegと出力コンデンサＣ６によって出力電圧の
安定化をしている。従二次巻線Ｓec3は、従出力電圧Ｖo
ut3を負荷に供給する回路を有しており、ダイオードＤ
６とコンデンサＣ７の整流平滑化回路で直流化し、３端
子レギュレータＲegと出力コンデンサＣ８によって出力
電圧の安定化をしている。

【０００５】第１の制御用巻線Ｗは、第１の制御電圧Ｖ
_Wを負荷に供給する回路を有しており、ダイオードＤ７
とコンデンサＣ９の整流平滑化回路で直流化し、３端子
レギュレータＲegと出力コンデンサＣ₁₀によって出力電
圧の安定化をしている。第２の制御用巻線Ｖは、第２の
制御電圧Ｖ_Vを負荷に供給する回路を有しており、ダイ
オードＤ８とコンデンサＣ₁₁の整流平滑化回路で直流化
し、３端子レギュレータＲegと出力コンデンサＣ₁₂によ
って出力電圧の安定化をしている。第３の制御用巻線Ｕ
は、第３の制御電圧Ｖ_Uを負荷に供給する回路を有して
おり、ダイオードＤ９とコンデンサＣ₁₃の整流平滑化回
路で直流化し、３端子レギュレータＲegと出力コンデン
サＣ₁₄によって出力電圧の安定化をしている。第４の制
御用巻線ＸＹＺは、第４の制御電圧Ｖ_XYZを負荷に供給
する回路を有しており、ダイオードＤ₁₀とコンデンサＣ
₁₅の整流平滑化回路で直流化し、３端子レギュレータＲ
egと出力コンデンサＣ₁₆によって出力電圧の安定化をし
ている。

【０００６】図８は、第１〜第４の制御電圧からモータ
制御用の制御信号を生成する回路の説明図である。ここ
では、モータ毎にＩＧＢＴゲート制御用の三相信号を生
成する必要がある。そこで、第１の制御電圧Ｖ_W、第２
の制御電圧Ｖ_V、並びに第３の制御電圧Ｖ_Uがそれぞれゲ
ートコントロール回路に送られ、同一のＰＷＭ信号から
Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の３相の制御信号が生成されて、第１
モータの駆動用に送られる。第４の制御電圧Ｖ_XYZも、
それぞれゲートコントロール回路に送られ、同一のＰＷ
Ｍ信号からＸ相、Ｙ相、Ｚ相の３相の制御信号が生成さ
れて、第２モータの駆動用に送られる。

【０００７】図９は、第１〜第３の制御電圧の波形図で
ある。第４の制御電圧Ｖ_XYZのコモン電圧に対して、第
１の制御電圧Ｖ_W、第２の制御電圧Ｖ_V、並びに第３の制
御電圧Ｖ_Uのコモン電圧はフローティグ状態にある。こ
のため、第１〜第４の制御電圧間で絶縁が必要になって
いる。

【０００８】図１０は、図７の電源装置用のトランスの
構成図で、（Ａ）はボビン型、（Ｂ）はプリントコイル
形、（Ｃ）はプリントコイル形での積層状態を説明する
断面図である。ここでは、一次側巻線Ｐｒｍ、主二次巻
線Ｓec1、従二次巻線Ｓec2,3、バイアス巻線Ｂias、第
４の制御用巻線ＸＹＺ、並びに第１〜第３の制御用巻線
Ｕ，Ｖ，Ｗの９層構造として積層してある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、出力数が多
く、しかも各層間で絶縁が必要なことから、トランスが
必然的に大型化するという課題があった。さらに、この
ようなトランスをモータ制御用電源装置に用いると、以
下の課題を生じている。 層数が多いため、近接効果による銅損が大きく、また
コアも大きいため鉄損も大きい。 層数が多いため、一次側巻線Ｐｒｍから遠い積層位置
ほど、電源出力のレギュレーションが悪い。そこで、主
二次巻線Ｓec1のように出力電圧の安定化の対象とされ
ている出力を除いて、ドロッパ型のレギュレータを装着
する必要がある。 第１〜第３の制御用巻線Ｕ，Ｖ，Ｗでのレギュレーシ
ョンは、モータ制御上揃っているほうがよい。しかし、
積層される層が異なっているため、厳格には揃えるのが
困難である。そこで、ドロッパ型のレギュレータを装着
したり、ゲートコントロール回路で調整している。

【００１０】本発明は、上記の課題を解決したもので、
第１の目的は、出力数が多く、しかも各層間で絶縁が必
要な場合でも、小型化できるプリントコイル形トランス
を提供することにある。第２の目的は、出力数が多く、
しかも各層間で絶縁が必要な場合でも、銅損や鉄損が小
さく効率的で、各出力電圧にドロッパ型のレギュレータ
を装着しなくても必要なレギュレーション特性が得ら
れ、第１〜第３の制御用巻線Ｕ，Ｖ，Ｗでのレギュレー
ション特性が揃っているモータ制御用電源装置の得られ
るプリントコイル形トランスを提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、接続されるスイッチング素子により流れる電流
がオンオフされる一次側巻線Ｐｒｍと、前記スイッチン
グ素子をオンオフ制御する出力電圧安定化回路によって
出力電圧の安定化される二次巻線Ｓecと、コモンがフロ
ーティング状態にあり、モータ制御用の信号を生成する
第１〜第３の制御用巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと、コモンがグラン
ドに接地され、モータ制御用の信号を生成する第４の制
御用巻線ＸＹＺとを有するプリントコイル形トランスに
おいて、前記第４の制御用巻線を、前記二次巻線と前記
第１〜第３の制御用巻線で挟み込んだことを特徴として
いる。

【００１２】本発明の構成によれば、第１〜第３の制御
用巻線はコモンがフローティング状態にあり、モータ制
御用の信号を生成するため、高電圧でのスイッチングを
伴うノイズ成分の多い層となる。第４の制御用巻線は、
コモンがグランドに接地されているので、モータ制御用
の信号を生成するもノイズ成分が第１〜第３の制御用巻
線に比較して小さい。そこで、第４の制御用巻線の層に
シールドの役割を兼用させて、第１〜第３の制御用巻線
で生ずるノイズに対して二次巻線を保護する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて、本発明を説明
する。図１は本発明の適用されるプリントコイル形トラ
ンスの構成図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図にな
っている。プリントコイル形トランスは、ここでは５層
構造になっており、第１層は一次側巻線Ｐｒｍ、第２層
は主二次巻線Ｓec1、第３層は従二次巻線Ｓec2,3、第４
層はバイアス巻線Ｂiasと第４の制御用巻線ＸＹＺ、並び
に第５層は第１〜第３の制御用巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが割当て
られている。

【００１４】モータ制御用電源において、主二次巻線Ｓ
ec1は出力電力が大きく出力精度が必要となる出力で、
例えばＣＰＵ等の電源として用いられるため、１層１出
力としている。従二次巻線Ｓec2,3は、例えば動作状況
信号アンプ電源として用いられるもので、通常の正負の
直流電源に相当しているため、１層２出力としている。
第４の制御用巻線ＸＹＺは、コモンがグランドに接地さ
れているので、このコモンの形成された面を従二次巻線
Ｓec2,3側に対向させる。第１〜第３の制御用巻線Ｕ，
Ｖ，Ｗは、コモンがフローティング状態にあり、モータ
制御用の信号を生成するため、高電圧でのスイッチング
を伴うノイズ成分の多い層となる。ここでは、第４層に
は２出力、第５層には３出力を割り当てている。

【００１５】図２は、第３層の従二次巻線Ｓec2,3の配
線パターン図で、（Ａ）は表面、（Ｂ）は裏面を表して
いる。プリントコイル形トランスでは、配線パターンが
渦巻き状に形成される関係で、表面と裏面の２面で１層
が構成される。ここでは、従二次巻線Ｓec2,3はコア穴
１２を中心に、表面と裏面の合計で７ターンの巻線を有
しており、二次側端子配置領域３０に設けられた二組の
端子Ｓ２Ａ，Ｂ、Ｓ３Ａ，Ｂに両端が接続されている。
接続穴Ｔｈは、コア穴１２の近傍に２個設けられたもの
で、従二次巻線Ｓec2,3を表面と裏面とで接続する導通
機能を有する。表面では、従二次巻線Ｓec2が外側で従
二次巻線Ｓec3が内側の状態になりながら巻廻され、裏
面では従二次巻線Ｓec2が内側で従二次巻線Ｓec3が外側
の状態になりながら巻廻される。このように構成する
と、従二次巻線Ｓec2,3の抵抗は同じになると共に、一
次側巻線Ｐｒｍとの結合度がほぼ同じとなって、正負の
電圧の均衡がとりやすくなるという効果がある。

【００１６】図３は、第４層のバイアス巻線Ｂiasと第
４の制御用巻線ＸＹＺの配線パターン図で、（Ａ）は表
面、（Ｂ）は裏面を表している。ここでは、従二次巻線
Ｓec2,3はコア穴１２を中心に、表面と裏面の合計で６
ターンの巻線を有している。モータ制御信号用端子配置
領域４０に設けられた一組の端子ＸＹＺＡ，Ｂに第４の
制御用巻線ＸＹＺの両端が接続され、一組の端子Ｂias
Ａ，Ｂにバイアス巻線Ｂiasの両端が接続されいる。接
続穴Ｔｈは、コア穴１２の近傍に２個設けられたもの
で、バイアス巻線Ｂiasと第４の制御用巻線ＸＹＺのそ
れぞれを表面と裏面とで接続する導通機能を有する。

【００１７】図４は、第５層の第１〜第３の制御用巻線
Ｕ，Ｖ，Ｗの配線パターン図で、（Ａ）は表面、（Ｂ）
は裏面を表している。ここでは、第１〜第３の制御用巻
線Ｕ，Ｖ，Ｗはコア穴１２を中心に、表面と裏面の合計
で６ターンの巻線を有している。モータ制御信号用端子
配置領域４０に設けられた三組の端子ＵＡ，ＵＢ，Ｖ
Ａ，ＶＢ，ＷＡ，ＷＢに各制御巻線の両端が接続されい
る。接続穴Ｔｈは、コア穴１２の近傍に３個設けられた
もので、各制御巻線のそれぞれを表面と裏面とで接続す
る導通機能を有する。表面では制御用巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの
順に外側から巻廻され、裏面では逆に制御用巻線Ｗ，
Ｖ，Ｕの順に巻廻される。このように構成すると、制御
用巻線Ｗ，Ｖ，Ｕは揃うと共に、同じ第５層に制御用巻
線Ｕ，Ｖ，Ｗが形成されていることから、一次側巻線Ｐ
ｒｍとの結合度がほぼ同じになる。更に、制御用巻線
Ｗ，Ｖ，Ｕは高いに高い電位差を伴いながらのフローテ
ィング状態にあるが、積層モールドコイル構造を用いて
充分な絶縁を得ることができる。

【００１８】図５は、図１のプリントコイル形トランス
の端子配置を説明する平面図である。コア１０に沿う一
方の縁に、モータ制御信号用端子配置領域４０が設けら
れている。コア１０に沿う他方の縁に、一次側端子配置
領域２０と二次側端子配置領域３０が設けられている。
モータ制御信号用端子配置領域４０には、Ｕ相端子、Ｖ
相端子、Ｗ相端子、ＸＹＺ端子が設けられており、ＩＧ
ＢＴモジュールの端子位置と同じくすることで、結線作
業を容易にする。二次側端子配置領域３０には、主二次
巻線Ｓec1と従二次巻線Ｓec2,3と接続された端子が設け
られている。一次側端子配置領域２０には、一次巻線Ｐ
rmと接続される端子を有している。バイアス巻線Ｂias
用端子の配置領域は、コア１０を挟んで一次側端子配置
領域２０と対向する位置であって、モータ制御信号用端
子配置領域４０と隣接する位置に設けられている。

【００１９】次に、各巻線の絶縁区分を説明する。絶縁
区分から定められる一次と二次の区分は、一次が一次側
巻線Ｐｒｍ、バイアス巻線Ｂias、第４の制御用巻線Ｘ
ＹＺ、並びに第５層は第１〜第３の制御用巻線Ｕ，Ｖ，
Ｗに相当し、二次が主二次巻線Ｓec1と従二次巻線Ｓec
2,3に相当している。一次と二次の間では、強化絶縁と
呼ばれる安全規格の取得に必要な絶縁を確保すると共
に、一次に相当する各巻線間では基礎絶縁と呼ばれる短
絡防止や絶縁破壊の防止に必要な絶縁を確保する。

【００２０】図６は、本発明のプリントコイル形トラン
スを用いたモータ制御用の電源装置の回路図である。図
７の回路図と比較すると、トランスの層数が少ないた
め、各出力のレギュレーション特性が良好になるから，
従来必要とされた３端子レギュレータＲegと出力コンデ
ンサＣの組合せによる出力電圧の安定化が不要になる。
また、第１〜第３の制御用巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが第５層とい
う同じ層にあると共に、導線抵抗が揃っているので、ゲ
ートコントロール回路の調整が不要になるという効果も
ある。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
４の制御巻線を二次巻線と第１〜第３の制御巻線で挟ん
でいるので、プリントコイル形トランスの層数を出力用
の巻線の総数より少なくしても、高電圧のスイッチング
に起因するノイズの影響が低減されてレギュレーション
特性がよくなるという効果がある。また、請求項２記載
の発明のように、１層多出力の構成とすることで、プリ
ントコイル形トランスの層数が少なくでき、トランスの
外形が小型化されると共に、電源装置に適用すると銅損
や鉄損が低減されて効率が良くなり、更に各出力のレギ
ュレーション特性がよいため、外付け部品を簡素にする
ことができるという効果がある。また、請求項３記載の
発明のように、プリントコイル形トランスの端子配置に
工夫をすると、電源その他回路のレイアウトが容易にで
きるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用されるプリントコイル形トランス
の構成図である。

【図２】第３層の従二次巻線Ｓec2,3の配線パターン図
である。

【図３】第４層のバイアス巻線Ｂiasと第４の制御用巻
線ＸＹＺの配線パターン図である。

【図４】第５層の第１〜第３の制御用巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの
配線パターン図である。

【図５】図１のプリントコイル形トランスの端子配置を
説明する平面図である。

【図６】本発明のプリントコイル形トランスを用いたモ
ータ制御用の電源装置の回路図である。

【図７】従来のモータ制御用の電源装置の回路図であ
る。

【図８】第１〜第４の制御電圧からモータ制御用の制御
信号を生成する回路の説明図である。

【図９】第１〜第３の制御電圧の波形図である。

【図１０】図７の電源装置用のトランスの構成図であ
る。

【符号の説明】

１０ コア ２０ 一次側端子配置領域 ３０ 二次側端子配置領域 ４０ モータ制御信号用端子配置領域 Ｂias バイアス巻線 Ｐrm 一次側巻線 Ｓec 二次巻線 Ｕ，Ｖ，Ｗ モータ制御信号 ＸＹＺ モータ制御信号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接続されるスイッチング素子により流れる
   電流がオンオフされる一次側巻線（Ｐｒｍ）と、 前記スイッチング素子をオンオフ制御する出力電圧安定
   化回路によって出力電圧の安定化される二次巻線（Ｓe
   c）と、 コモンがフローティング状態にあり、モータ制御用の信
   号を生成する第１〜第３の制御用巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）
   と、 コモンがグランドに接地され、モータ制御用の信号を生
   成する第４の制御用巻線（ＸＹＺ）と、 を有するプリントコイル形トランスにおいて、 前記第４の制御用巻線を、前記二次巻線と前記第１〜第
   ３の制御用巻線で挟み込んだ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】前記第１〜第３の制御用巻線は、プリント
   コイル形トランスの同一積層面に巴型の渦巻き状に形成
   されることを特徴とする請求項１記載のプリントコイル
   形トランス。
3. 【請求項３】請求項１記載のプリントコイル形トランス
   は、コアに沿う一方の縁に前記第１〜第４の制御用巻線
   用端子を設け、他方の縁に前記一次側巻線と二次巻線に
   接続される端子を設けたことを特徴とするプリントコイ
   ル形トランス。