JPH11307369A

JPH11307369A - 非線形チョークコイル

Info

Publication number: JPH11307369A
Application number: JP10123885A
Authority: JP
Inventors: Shoji Totsuka; 正二戸塚; Hisashi Tomiyama; 久詞冨山; Takashi Kobori; 隆小堀
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】２個以上の平滑回路を必要とする回路が１個
の非線形チョークコイルを使用するだけで構成できるよ
うにして、実装面積が小さい場合でも実装可能にすると
共に、無（軽）負荷時の電圧上昇を最小限に抑えること
ができるようにして、安定した動作を行う回路構成が可
能な非線形チョークコイルを実現する。【解決手段】一部の形状が変形されたフェライトコア
または誘電率が部分的に変化されたトロイダル形状のコ
アに、２本のコイルを巻き付けて結合させ、第３のコイ
ルを巻き付けて反転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スイッチング電
源装置やＤＣ／ＤＣコンバータ装置などの２次側平滑回
路で使用するチョークコイルに係り、特に、２個以上の
平滑回路を必要とする電子機器に全般的に使用可能な非
線形チョークコイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子機器では、３個以上の平滑回
路を必要とする場合、少なくとも２個の平滑用チョーク
コイルを使用している。

【０００３】図５は、２個の平滑用チョークコイルを使
用した従来の平滑回路について、その一例を示す回路図
である。図において、１は電源、２はトランス、２ｐは
１次コイル、２ａ〜２ｃは２次コイル、３はスイッチ素
子、４はＰＷＭ制御素子、５は電圧検出・フィードバッ
ク回路、６は結合チョークコイル、６ａと６ｂはチョー
クコイル、７はチョークコイル、８〜１０は負荷、Ｃ１
〜Ｃ４はコンデンサ、Ｄ１〜Ｄ６はダイオードを示す。

【０００４】この図５には、トランス２の２次側に、３
個の負荷８〜１０を駆動するための３個の回路が接続さ
れている場合の一例を示している。まず、第１の回路
は、負荷８を駆動する回路である。この第１の負荷回路
では、トランス２の２次コイル２ａの一端に接続された
ダイオードＤ１と他端に接続されたダイオードＤ２によ
って全波整流された直流電圧が、平滑チョークコイルと
して作用する結合チョークコイル６の一方のチョークコ
イル６ａと、負荷８と並列に接続されたコンデンサＣ２
により平滑されて、負荷８へ供給される。次の第２の負
荷回路も同様で、トランス２の２次コイル２ｂの電圧
が、ダイオードＤ３，Ｄ４で検波された後、結合チョー
クコイル６の他方のチョークコイル６ｂとコンデンサＣ
３とにより平滑されて、負荷９へ供給される。負荷１０
を駆動する第３の負荷回路も、基本的には同様である
が、平滑チョークコイルとして、非結合のチョークコイ
ル７が使用されている点が異なる。

【０００５】この図５に示した３個の負荷回路では、第
１と第２の回路については、平滑チョークコイルとし
て、１個の結合チョークコイル６を使用している。すな
わち、トランス２から出力されている２個の２次コイル
２ａ，２ｂに設けられている平滑チョークコイル６ａ，
６ｂを、１個の平滑チョークコイルに巻き込むことによ
って１個の結合チョークコイル６に構成している。しか
し、第３の回路では、平滑チョークコイルとして、別の
チョークコイル７を使用している。また、トランス２の
１次側の回路は、電源１と、平滑コンデンサとして作用
するコンデンサＣ１と、スイッチ素子３、ＰＷＭ制御素
子４、２次側（２次コイル２ａ〜２ｃ）から１次側への
電圧検出・フィードバック回路５、およびトランス２の
１次コイル２ｐによって構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】先の従来技術で述べた
ように、図５に示した回路では、３個の負荷８〜１０へ
供給するための平滑回路に、結合チョークコイル６とチ
ョークコイル７の計２個の平滑用チョークコイルが必要
である。その結果、コストが高くなると共に、広い実装
面積も必要となる。さらに、無負荷あるいは軽負荷時の
電圧も高くなる、という問題がある。ここで、従来の平
滑回路における無（軽）負荷時の電圧変動の状態を、次
の図２によって説明する。

【０００７】図２は、３組の平滑用チョークコイルを使
用した平滑回路について、その電流−出力電圧特性の一
例を示す図で、(1) は従来の平滑回路による特性、(2)
はこの発明の非線形チョークコイルを使用した平滑回路
による特性を示す。図の横軸は電流、縦軸は出力電圧を
示し、８Ｌは負荷８の特性、９Ｌは負荷９の特性、１０
Ｌは負荷１０の特性である。

【０００８】まず、図５に示した従来の平滑回路では、
第１と第２の負荷回路の平滑用チョークコイルとして、
１個の結合チョークコイル６（チョークコイル６ａ，６
ｂ）を使用している。この場合の出力電圧特性は、図２
(1) に、負荷８の特性を８Ｌで、負荷９の特性を９Ｌで
それぞれ示すように、電流（Ａ）が無（軽）負荷に近く
なると、出力電圧（Ｖ）が急激に上昇してしまう。ま
た、第３の負荷回路の平滑用チョークコイルには、別の
非結合のチョークコイル７を使用している。この場合の
出力電圧特性は、同じく図２(1) に、負荷１０の特性１
０Ｌとして示したように、電流（Ａ）が無（軽）負荷に
近くなると、その出力電圧（Ｖ）は急激に低下する。

【０００９】ところで、先の図５の３個の平滑回路の場
合、３個の負荷８〜１０を駆動するための３個の負荷回
路は、必ずしも常時動作状態にあるとは限らず、電子機
器の種類によって、同時に複数個の負荷回路が動作した
り、１個の負荷回路の動作中に、他の負荷回路が動作を
開始することもある。例えば、ある１つの電子機器にお
いて、この図２(1) の特性、すなわち、電流（Ａ）が無
（軽）負荷の近くにおいて、負荷８の特性８Ｌや負荷９
の特性９Ｌのように、出力電圧（Ｖ）が急激に上昇した
り、負荷１０の特性１０Ｌのように、逆に、急激に低下
すると、他の負荷回路の動作に影響を与えることにな
る。なお、図２(2) に示した特性、すなわち、この発明
の非線形チョークコイルを使用した平滑回路による特性
については、後で説明する。

【００１０】特に、現在は省エネルギー化により、動作
時の電圧を比較的小さく設定する傾向にあるので、先の
図２(1) のように、電流（Ａ）が無（軽）負荷の近く
で、出力電圧（Ｖ）が急激に上昇あるいは低下すること
は、誤動作の一因になる。この発明では、２個以上の平
滑回路を必要とする回路が１個の非線形チョークコイル
を使用するだけで構成できるようにして、実装面積が小
さい場合でも実装可能にすると共に、無（軽）負荷時の
電圧上昇を最小限に抑えることができるようにして、安
定した動作を行う回路構成が可能な非線形チョークコイ
ルを提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の非線形チョー
クコイルでは、一部の形状が変形されたフェライトコ
ア、あるいは誘電率が部分的に変化されたトロイダル形
状のコアに、２本のコイルを巻き付けて結合させ、第３
のコイルを巻き付けて反転させている。

【００１２】請求項２の非線形チョークコイルでは、請
求項１の非線形チョークコイルにおいて、第３のコイル
を、２本のコイルに対し逆向きに巻き付けることで反転
させている。

【００１３】請求項３の非線形チョークコイルは、スイ
ッチング電源装置やＤＣ／ＤＣコンバータ装置などの２
次側平滑回路に使用する非線形チョークコイルであり、
第１の回路の平滑チョークコイルを第１の非線形チョー
クコイルで平滑し、かつ、第２の回路の平滑チョークコ
イルも同一非線形チョークコイルに巻き付けて結合を図
り、かつ、第３の平滑チョークコイルも同一非線形チョ
ークコイルに巻き付けてトラッキングさせている。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の非線形チョークコイル
について、実施の形態を詳しく説明する。この発明で
は、非線形チョークコイルの場合、電流が小さいとき
は、インダクタンス値が大であるが、電流が所定値を超
えると、インダクタンス値が急激に減少して、電流の変
化に対する出力電圧の変動が小さい、という点に着目
し、平滑用チョークコイルを非線形（スウィンギング）
チョークコイルで構成する点に第１の特徴を有してい
る。また、その際、第１と第２の平滑用チョークコイル
を同一非線形チョークコイルに巻き付けて結合（ミュー
チャル）させる点に第２の特徴を有している。さらに、
第２の平滑用チョークコイルは、第１と第２の平滑用チ
ョークコイルに反転（トラッキング）させた構成とする
点に第３の特徴を有している。

【００１５】図１は、この発明の非線形チョークコイル
を使用した平滑回路について、その一例を示す回路図で
ある。図における符号は図５と同様であり、１１はＳＴ
Ｍチョークコイル、１１ａ〜１１ｃは非線形チョークコ
イルを示す。

【００１６】この図１でも、先の図５と同様に、トラン
ス２の２次側に、３個の負荷８〜１０を駆動するための
３個の回路が接続される場合を示している。図１の回路
には、チョークコイルとして、ＳＴＭ（スウィンギング
・トラッキング・ミューチャル）チョークコイル１１が
１個だけ使用されている。ＳＴＭチョークコイル１１
は、３個の非線形チョークコイル１１ａ〜１１ｃから構
成されており、トランス２の２次コイルの出力側の３個
の負荷回路の内の２個の負荷回路、例えば２次コイル
（２ａ，２ｂ）の出力側の２個の負荷回路の非線形チョ
ークコイル１１ａ，１１ｂの巻線を巻き込んで結合（ミ
ューチャル）を図り、また、残りの１個の負荷回路、例
えば非線形チョークコイル１１ｃの１個の負荷回路の巻
線を巻き込んで反転（トラッキング）させる機能を有す
る非線形チョークコイルである。そして、これらの各非
線形チョークコイル１１ａ〜１１ｃは、平滑チョークコ
イルとしても機能している。

【００１７】図３は、非線形チョークコイルについて、
その直流重畳電流の一例を示す特性図である。図の横軸
は電流、縦軸はインダクタンス値を示す。

【００１８】この図３に示すように、非線形チョークコ
イルは、無（軽）負荷の付近では、インダクタンス値が
大きいため、直流重畳電流が大であるが、その範囲は極
めて狭く、その範囲を超えると、インダクタンス値がほ
ぼ一定となるので、直流重畳電流も一定になる。したが
って、先の図２(2) に示したように、平滑用チョークコ
イルを同一非線形チョークコイルに巻き付けて結合（ミ
ューチャル）されている非線形チョークコイル１１ａ，
１１ｂの出力側の特性、すなわち、２個の負荷８と負荷
９の特性８Ｌ，９Ｌは、電流の変化に対して出力電圧
（Ｖ）がほぼなだらかに変化し、無（軽）負荷の近くで
やや上昇する。また、残りの１個の２次コイル、例えば
先の非線形チョークコイル１１ａ，１１ｂに巻き付けて
反転（トラッキング）された非線形チョークコイル１１
ｃの出力側の特性、すなわち、負荷１０の特性１０Ｌ
は、無（軽）負荷の近くで急激に低下するが、その範囲
は従来例を示した図２(1) の特性１０Ｌに比べて、極め
て狭くなり、その他の範囲では、ほぼ一定あるいはなだ
らかに変化する。非線形チョークコイルは、巻線数を多
くすることにより、インダクタンス値が大きくされてい
る。このように、この発明の非線形チョークコイルを使
用した平滑回路によれば、無負荷時や軽負荷時における
電圧の上昇や低下を最小限に抑えることができるので、
ダミー抵抗によるロスも最小限になる。

【００１９】次に、この発明の非線形チョークコイルに
ついて、その構成を説明する。すでに述べたように、こ
の発明では、平滑用チョークコイルとして使用するチョ
ークコイルを、非線形（スウィンギング）チョークコイ
ルで構成している（第１の特徴）。非線形チョークコイ
ルは、次のようなコアを使用してコイルを巻き付けする
ことによって得られる。

【００２０】図４は、非線形チョークコイルに使用され
るコアの形状を示す図で、(1) はＥＩタイプ、(2) はＥ
Ｅタイプ、(3) はトロイダルタイプの各一例である。図
において、２１〜２５はコア部材を示す。

【００２１】ＥＩタイプは、図４(1) に示すように、側
面形状がＥ形のコア部材２１と、側面形状がＩ形のコア
部材２２から構成される。そして、Ｅ形のコア部材２１
の内、その一部、例えば中央の部分の形状は、他の部分
の形状に比べて先端が細くされている。このように、コ
ア部材の一部の形状を変形し、このコアにコイルを巻き
込むことによって、非線形チョークコイルが得られる。

【００２２】また、ＥＥタイプは、図４(2) に示すよう
に、側面形状がＥ形のコア部材２３と、同じく側面形状
がＥ形のコア部材２４から構成される。このＥＥタイプ
でも、一方のＥ形のコア部材２４の内、その一部、例え
ば中央の部分の形状は、他の部分の形状に比べて先端が
細くされており、このコアにコイルを巻き込むことによ
って、非線形チョークコイルが得られる。なお、一部の
形状を変形する代りに、構成素材（誘電率等）を部分的
に変化させてもよい。これに対して、トロイダルタイプ
の場合には、図４(3) に示すように、１個の環状のコア
部材２５から構成されている。このトロイダルタイプで
は、その形状を変化させる代りに、コア部材２５の構成
素材（誘電率等）を部分的に変化させ、そのコアにコイ
ルを巻き込むことによって、同様に非線形チョークコイ
ルが得られる。

【００２３】これらの図４(1) 〜(3) に示した各コア２
１〜２５に対して、例えば２本のコイルを巻き付けるこ
とにより、結合（ミューチャル）させることができる
（第２の特徴）。次に、第３の非線形チョークコイル
は、先の２本のコイルに対して反転（トラッキング）さ
せる（第３の特徴）。この場合には、コイルの巻き付け
方向を逆向きにするか、コイルは同一方向に巻き付けて
おき、回路上で逆向きとなるように接続すればよい。こ
れらの形状のコアを適宜選択することにより、コストや
部品配置に最適なコアを使用することが可能になる。さ
らに、無負荷時や軽負荷時における電圧の上昇を最小限
に抑えることができるので、ダミー抵抗によるロスも最
小限になる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１の非線形チョークコイルでは、
一部の形状が変形されたフェライトコア、あるいは誘電
率が部分的に変化されたトロイダル形状のコアに、２本
のコイルを巻き付けて結合させ、第３のコイルを巻き付
けて反転させている。したがって、１個の非線形チョー
クコイルを使用するだけで構成することができ、実装面
積が小さい場合でも実装可能になる。さらに、無（軽）
負荷時の電圧上昇を最小限に抑えることができる。

【００２５】請求項２の非線形チョークコイルでは、請
求項１の非線形チョークコイルにおいて、第３のコイル
を、２本のコイルに対して逆向きに巻き付けることによ
り、反転させている。したがって、請求項１の非線形チ
ョークコイルと同様の効果が得られる。

【００２６】請求項３の非線形チョークコイルでは、ス
イッチング電源装置やＤＣ／ＤＣコンバータ装置などの
２次側平滑回路に使用している。したがって、請求項１
の非線形チョークコイルによる効果に加えて、ダミー抵
抗によるロスも最小限になり、安定した動作が可能な平
滑回路が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の非線形チョークコイルを使用した平
滑回路について、その一例を示す回路図である。

【図２】チョークコイルを使用した平滑回路について、
その電流−出力電圧特性の一例を示す図である。

【図３】非線形チョークコイルにおける直流重畳電流の
一例を示す特性図である。

【図４】非線形チョークコイルに使用されるコアの形状
を示す図である。

【図５】従来の平滑回路の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

１……電源、２……トランス、２ｐ……１次コイル、２
ａ〜２ｃ……２次コイル、３……スイッチ素子、４……
ＰＷＭ制御素子、５……電圧検出・フィードバック回
路、６……結合チョークコイル、６ａと６ｂ……チョー
クコイル、７……チョークコイル、８〜１０……負荷、
Ｃ１〜Ｃ４……コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ６……ダイオー
ド、１１……ＳＴＭチョークコイル、１１ａ〜１１ｃ…
…非線形チョークコイル

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｆ 38/02 Ｈ０２Ｍ 3/28 ＹＨ０２Ｍ 3/28 Ｈ０１Ｆ 27/24 Ｂ 37/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一部の形状が変形されたフェライトコ
ア、あるいは誘電率が部分的に変化されたトロイダル形
状のコアに、２本のコイルを巻き付けて結合させ、第３
のコイルを巻き付けて反転させたことを特徴とする非線
形チョークコイル。
【請求項２】第３のコイルは、２本のコイルに対し逆
向きに巻き付けられて反転されていることを特徴とする
請求項１記載の非線形チョークコイル。
【請求項３】スイッチング電源装置やＤＣ／ＤＣコン
バータ装置などの２次側平滑回路に使用する非線形チョ
ークコイルであり、第１の回路の平滑チョークコイルを第１の非線形チョー
クコイルで平滑し、かつ、第２の回路の平滑チョークコ
イルも同一非線形チョークコイルに巻き付けて結合を図
り、かつ、第３の平滑チョークコイルも同一非線形チョ
ークコイルに巻き付けてトラッキングさせることを特徴
とする非線形チョークコイル。