(57)【要約】【課題】コイル相互の結合係数を適切値に設定するとともに、小型化及び外部への磁束漏洩の低減を図る。【解決手段】中央脚１１と、側脚１２と、板状部１３とを有するＥ型フェライトコア１０と、中央脚と、側脚２２と、中央脚と側脚２２とを連結する板状部２３とを有するＥ型フェライトコア２０と、側脚１２と側脚２２との間に挟持されるロ字型フェライトコア３０と、側脚１２の内側において中央脚１１の周囲に設けられる１次コイル４０と、側脚２２の内側において中央脚の周囲に設けられる２次コイル５０とを備えている。中央脚間に第１の磁気ギャップが設けられ、中央脚の側面とロ字型フェライトコア３０の内面間に第２の磁気ギャップが設けられている。【選択図】図１
2008085004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の中央脚と、少なくともその両側を囲む第１の側脚と、前記第１の中央脚と前記第１の側脚とを連結する第１の板状部とを有する第１の磁気コアと、
第２の中央脚と、少なくとも第２の中央脚の両側を囲む第２の側脚と、前記第２の中央脚と前記第２の側脚とを連結する第２の板状部とを有する第２の磁気コアと、
前記第１の側脚と前記第２の側脚との間に挟持されるリング状磁気コアと、
前記第１の側脚の内側において前記第１の中央脚の周囲に設けられる第１のコイルと、
前記第２の側脚の内側において前記第２の中央脚の周囲に設けられる第２のコイルとを備え、
前記第１及び第２の中央脚間に第１の磁気ギャップが設けられ、前記第１及び第２の中央脚の側面と前記リング状磁気コアの内面間に第２の磁気ギャップがあることを特徴とする疎結合トランス。
【請求項２】
前記第１及び第２の磁気コアがＥ型コアであり、前記リング状磁気コアがロ字型コアである請求項１記載の疎結合トランス。
【請求項３】
前記第１の磁気ギャップが前記リング状磁気コアで囲まれている請求項１又は２記載の疎結合トランス。
【請求項４】
第１の中央脚と、少なくともその両側を囲む第１の側脚と、前記第１の中央脚と前記第１の側脚とを連結する第１の板状部とを有する第１の磁気コアと、
第２の板状部と前記第２の板状部の少なくとも両側に設けられる第２の側脚とを有する第２の磁気コアと、
前記第１の側脚と前記第２の側脚との間に挟持されるリング状磁気コアと、
前記第１の側脚の内側において前記第１の中央脚の周囲に設けられる第１のコイルと、
前記第２の側脚の内側において前記第１の中央脚の周囲に設けられる第２のコイルとを備え、
前記第１の中央脚と前記第２の板状部間に第１の磁気ギャップが設けられ、前記第１の中央脚の側面と前記リング状磁気コアの内面間に第２の磁気ギャップがあることを特徴とする疎結合トランス。
【請求項５】
前記第１の磁気コアがＥ型コアであり、前記第２の磁気コアがＵ型コアであり、前記リング状磁気コアがロ字型コアである請求項４記載の疎結合トランス。
【請求項６】
前記コイルが導体パターンを形成した多層基板よりなることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の疎結合トランス。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，５又は６記載の疎結合トランスを備えるスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に共振型ＤＣ−ＤＣコンバータのメイントランス等に使用される疎結合トランス及びこれを備えるスイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の疎結合トランスでは、横型ロ字磁気コアにリーケージ足を設けることによって１次コイル（１次巻線）と２次コイル（２次巻線）間の結合を下げたり、あるいは１次コイルと２次コイルの距離を大きくして、コイル間の結合度を低くする構造がとられている。例えば、下記特許文献１及び特許文献２がある。
【０００３】
【特許文献１】実開昭６１−１７９６９６号公報
【特許文献２】実開平５−７３９２６号公報
【０００４】
しかし、スイッチング周波数の高周波化に伴ってトランスの小型化が要求されているが、従来の構造では、床面積及びコイル間距離を確保するなどの面で対応が困難になってきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来から、トランスの結合係数を下げる為の手段としては、１次、２次コイルのコイル間距離を大きくしたり、リーケージ足などを設ける手段がとられていた。しかし、コイル間距離を大きくすることは床面積の増大を招く。また、リーケージ足などで結合係数を下げると、結合係数を下げたことによりトランスから漏洩磁束が大きく発生し、プリント基板の配線パターンや周辺部品に渦電流損失やノイズの悪影響を与える可能性が大きかった（特に、高周波使用により問題になる。）。それにより、１次、２次コイル及びプリント基板の銅箔などに熱が発生することや、放射ノイズの発生源になることもあった。放射ノイズの発生防止のためには、トランス全体を金属ケースなどで覆う必要があるが、この金属ケース自身が発熱する問題もあり、コスト上昇にも繋がっている。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑み、コイル相互の結合係数を適切値に設定可能であるとともに、小型化及び外部への磁束漏洩の低減を図った疎結合トランスを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様の疎結合トランスは、第１の中央脚と、少なくともその両側を囲む第１の側脚と、前記第１の中央脚と前記第１の側脚とを連結する第１の板状部とを有する第１の磁気コアと、
第２の中央脚と、少なくとも第２の中央脚の両側を囲む第２の側脚と、前記第２の中央脚と前記第２の側脚とを連結する第２の板状部とを有する第２の磁気コアと、
前記第１の側脚と前記第２の側脚との間に挟持されるリング状磁気コアと、
前記第１の側脚の内側において前記第１の中央脚の周囲に設けられる第１のコイルと、
前記第２の側脚の内側において前記第２の中央脚の周囲に設けられる第２のコイルとを備え、
前記第１及び第２の中央脚間に第１の磁気ギャップが設けられ、前記第１及び第２の中央脚の側面と前記リング状磁気コアの内面間に第２の磁気ギャップがあることを特徴としている。
【０００９】
前記第１の態様の疎結合トランスにおいて、前記第１及び第２の磁気コアがＥ型コアであり、前記リング状磁気コアがロ字型コアであってもよい。
【００１０】
前記第１の態様の疎結合トランスにおいて、前記第１の磁気ギャップが前記リング状磁気コアで囲まれていてもよい。
【００１１】
本発明の第２の態様の疎結合トランスは、第１の中央脚と、少なくともその両側を囲む第１の側脚と、前記第１の中央脚と前記第１の側脚とを連結する第１の板状部とを有する第１の磁気コアと、
第２の板状部と前記第２の板状部の少なくとも両側に設けられる第２の側脚とを有する第２の磁気コアと、
前記第１の側脚と前記第２の側脚との間に挟持されるリング状磁気コアと、
前記第１の側脚の内側において前記第１の中央脚の周囲に設けられる第１のコイルと、
前記第２の側脚の内側において前記第１の中央脚の周囲に設けられる第２のコイルとを備え、
前記第１の中央脚と前記第２の板状部間に第１の磁気ギャップが設けられ、前記第１の中央脚の側面と前記リング状磁気コアの内面間に第２の磁気ギャップがあることを特徴としている。
【００１２】
前記第２の態様の疎結合トランスにおいて、前記第１の磁気コアがＥ型コアであり、前記第２の磁気コアがＵ型コアであり、前記リング状磁気コアがロ字型コアであることを特徴としている。
【００１３】
前記第１又は第２の態様の疎結合トランスにおいて、前記コイルが導体パターンを形成した多層基板よりなっていてもよい。
【００１４】
本発明の第３の態様のスイッチング電源は、前記第１又は第２の態様の疎結合トランスを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る疎結合トランスによれば、以下の効果を奏することができる。
【００１６】
(1)  第１の磁気コアの第１の中央脚と、第２の磁気コアの第２の中央脚との間、又は第１の磁気コアの第１の中央脚と、第２の磁気コアの第２の板状部との間に設けられた第１の磁気ギャップの大きさで第１及び第２のコイルのそれぞれの自己インダクタンスを主に調整できる。
【００１７】
(2)  第１及び第２の磁気コア間に設けられたリング状磁気コアの内面と前記中央脚間の第２の磁気ギャップの大きさで第１及び第２のコイル間の結合度を主に調整できる。
【００１８】
(3)  従って、例えば、共振型ＤＣ−ＤＣコンバータのメイントランスのように、各コイルの自己インダクタンスは比較的大きな値が必要で、なおかつ結合度は低い必要がある場合であっても、第２の磁気ギャップで前記結合度を適切に設定できるため、第１の磁気ギャップは大きくする必要がなく、自己インダクタンスを大きいまま維持できる。また、結合度を低くするためにコイル相互の間隔を大きくする必要がないため、小型化できる。
【００１９】
(4)  リング状磁気コアで漏洩磁束をシールドでき、外部への磁束漏洩を低減して他の部品への悪影響を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、疎結合トランス及びスイッチング電源の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２１】
図１乃至図４の疎結合トランスの実施の形態において、主に共振型ＤＣ−ＤＣコンバータのメイントランス等に使用される疎結合トランス１は、第１及び第２の縦型磁気コアとしてのＥ型フェライトコア１０，２０（その他の基本的なＥ型を変形した形状も包含するものとする）と、中間のリング状磁気コアとしてのロ字型フェライトコア（方形リング型フェライトコア）３０と、１次コイル４０及び２次コイル５０とを備えている。
【００２２】
図３の断面図及び図４のコア構造からわかるように、Ｅ型フェライトコア１０は中央脚１１と、その両側を囲む側脚１２と、中央脚１１と左右の側脚１２とを連結する板状部１３とを有し、同様に、Ｅ型フェライトコア２０は中央脚２１と、その両側を囲む側脚２２と、中央脚２１と左右の側脚２２とを連結する板状部２３とを有している。そして、Ｅ型フェライトコア１０の側脚１２とＥ型フェライトコア２０の側脚２２との間にロ字型フェライトコア３０が挟持されている（介在している）。換言すれば、ロ字型フェライトコア３０の上面に側脚１２が当接し、下面に側脚２２が当接している。
【００２３】
前記中央脚１１，２１は側脚１２，２２よりもそれぞれ長く、図３のように、中央脚１１，２１の先端面間に第１の磁気ギャップＧ１が設けられている。また、中央脚１１，２１の側面とロ字型フェライトコア３０の内面間に第２の磁気ギャップＧ２が設けられている。
【００２４】
１次コイル４０及び２次コイル５０は、絶縁被覆導線を巻回した巻線であってもよいが、所要回数周回した導体パターンを形成した多層基板で構成してもよい。１次コイル４０は、Ｅ型フェライトコア１０の左右の側脚１２の内側において中央脚１１の周囲に配設され、２次コイル５０は、Ｅ型フェライトコア２０の左右の側脚２２の内側において中央脚２１の周囲に配設されている。従って、１次コイル４０と２次コイル５０間にロ字型フェライトコア３０が位置している。
【００２５】
共振型ＤＣ−ＤＣコンバータのメイントランスの場合、自己インダクタンス、リーケージインダクタンス、及び１次、２次コイル間の結合係数等の条件を満足させる必要がある。従来のトランス構造であると、結合度、つまり結合係数を下げるために１次及び２次コイル間距離を大きくすると、小型化できず、中央脚間の磁気ギャップを大きくすると自己インダクタンスが低下してしまい、さらにリーケージ足を設けると外部への磁束漏洩が防止できない問題がある。
【００２６】
本発明の実施の形態では、１次コイル４０を設けたＥ型フェライトコア１０と２次コイル５０を設けたＥ型フェライトコア２０間にロ字型フェライトコア３０を介在させることで、上記の問題点を解決している。
【００２７】
図３の第１及び第２の磁気コア１０，２０及びロ字型フェライトコア３０からなる磁気回路の断面図において、１次コイル４０や２次コイル５０に通電したときに発生する磁束の磁路として、主磁路Φ１と副磁路Φ２，Φ３とがあると考えることができ、主磁路Φ１の第１の磁気ギャップＧ１を小さくすることで１次及び２次コイル４０，５０の自己インダクタンスを大きく設定可能である（Ｇ１減少→自己インダクタンス増加の関係がある）。
【００２８】
これに対し、副磁路Φ２は１次コイル４０の周囲のみ、副磁路Φ３は２次コイル５０の周囲のみをそれぞれ周回するものであり、副磁路Φ２，Φ３を通る磁束の割合を増減することで１次、２次コイル４０，５０間の結合度（結合係数）を大きく変化させることができる。
【００２９】
すなわち、副磁路Φ２，Φ３中の第２の磁気ギャップＧ２が大きければ、副磁路Φ２，Φ３の磁気抵抗は大きく、主磁路Φ１を流れる磁束の割合が大きく、副磁路Φ２，Φ３を流れる磁束の割合は小さい。主磁路Φ１は１次、２次コイル４０，５０間の結合に寄与する磁路であるから、結合度は高い。
【００３０】
逆に、副磁路Φ２，Φ３中の第２の磁気ギャップＧ２を小さくすると、副磁路Φ２，Φ３の磁気抵抗は小さくなり、主磁路Φ１を流れる磁束の割合は減じ、副磁路Φ２，Φ３を流れる磁束の割合が増加する。副磁路Φ２，Φ３は１次、２次コイル４０，５０間の結合に寄与しない磁路であるから、結合度は低くなる。
【００３１】
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００３２】
(1)  共振型ＤＣ−ＤＣコンバータのメイントランスの場合、自己インダクタンス、リーケージインダクタンス、及び１次、２次コイル間の結合係数（例えば、結合係数ｋ≒０．７）等の条件を満足させる必要があるが、本実施の形態では、１次、２次コイル４０，５０の自己インダクタンスはあまり変化させずに第２の磁気ギャップＧ２で結合係数を大きく変化させることができ、また第１の磁気ギャップＧ１で１次、２次コイル４０，５０の自己インダクタンス及びリーゲージインダクタンスを適切値に設定できる。つまり、２つの磁気ギャップＧ１，Ｇ２の調整により、自己インダクタンス及び結合係数を独立的に設計することを可能にしている。また、結合度を低くするためにコイル相互の間隔を大きくする必要がないため、小型化できる。
【００３３】
(2)  第１の磁気ギャップＧ１及び第２の磁気ギャップＧ２は共に方形リング状をなすロ字型フェライトコア３０で囲まれる位置関係であり、ロ字型フェライトコア３０でギャップＧ１，Ｇ２からの漏洩磁束をシールドでき、他の部品への悪影響を防止できる。換言すれば、プリント基板の配線パターンや周囲に配置される電子部品に対する漏洩磁束の影響を低減可能である。
【００３４】
(3)  １次コイル４０及び２次コイル５０は第１の磁気ギャップＧ１から離れた位置となり、第１の磁気ギャップＧ１からの漏洩磁束に起因する１次コイル４０及び２次コイル５０の渦電流損失及びこれに伴う発熱を防止できる。なお、第２の磁気ギャップＧ２からの漏洩磁束は１次コイル４０及び２次コイル５０の巻線周回面に略平行に発生し、かつ磁束量も少ないことから影響は小さい。従って、例えば各コイル４０，５０を多層基板を用いて小型化、薄型化してプレーナ型トランスを構成したとき、各コイルの発熱を低減可能である。
【００３５】
図５は本発明に係る疎結合トランスの他の実施の形態であって、磁気コア形状を一部変更した例である。図５において、疎結合トランス１Ａは、第１及び第２の縦型磁気コアとしてのＥ型フェライトコア６０（その他の基本的なＥ型を変形した形状も包含するものとする）と、Ｕ型フェライトコア７０と、中間のリング状磁気コアとしてのロ字型フェライトコア（方形リング型フェライトコア）３０と、１次コイル４０及び２次コイル５０とを備えている。
【００３６】
Ｅ型フェライトコア６０は中央脚６１と、その両側を囲む側脚６２と、中央脚６１と左右の側脚６２とを連結する板状部６３とを有し、Ｕ型フェライトコア７０は左右の側脚７２と、それらを連結する板状部７３とを有している。そして、Ｅ型フェライトコア６０の側脚６２とＵ型フェライトコア７０の側脚７２との間にロ字型フェライトコア３０が挟持されている（介在している）。換言すれば、ロ字型フェライトコア３０の上面に側脚６２が当接し、下面に側脚７２が当接している。
【００３７】
前記中央脚６１は側脚６２よりも長く、中央脚６１の先端面と板状部７３間に第１の磁気ギャップＧ１が設けられている。また、中央脚６１の側面とロ字型フェライトコア３０の内面間に第２の磁気ギャップＧ２が設けられている。
【００３８】
１次コイル４０は、Ｅ型フェライトコア６０の左右の側脚６２の内側において中央脚６１の周囲に配設され、２次コイル５０は、Ｕ型フェライトコア７０の左右の側脚２２の内側において中央脚６１の周囲に配設されている。従って、１次コイル４０と２次コイル５０間にロ字型フェライトコア３０が位置している。
【００３９】
この場合、第１の磁気ギャップＧ１の位置が図１〜図４の実施の形態とは異なるが、２つの磁気ギャップＧ１，Ｇ２の調整により、図１〜図４の実施の形態と同様に自己インダクタンス及び結合係数を独立的に設計し、適切値に設定可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、本発明において、第１及び第２の磁気コアとして中央脚の全周を実質的に囲む側脚を持つポット型コアを採用することも可能であり、第１及び第２の磁気コア間に介在するリング状磁気コアの形状も第１及び第２の磁気コアの形状にあわせてロ字型以外の円形リング等としてもよい。
【００４１】
図６は上記の疎結合トランス１，１Ａを備えるスイッチング電源の回路構成の１例であり、ハーフブリッジ方式のものを示す。図６において、直流電源８０に対して２個の等容量のコンデンサＣ１，Ｃ２が直列に接続されるとともに、２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２が接続されている。疎結合トランス１，１Ａの１次コイル４０の一端はコンデンサＣ１，Ｃ２の接続点に、他端はスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の接続点に接続されている。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２が交互にオン、オフすることで、周期的に向きが反転する電流を１次コイル４０に流すことができる。スイッチング周波数は例えば１ＭＨｚ以上とすることができる。
【００４２】
疎結合トランス１，１Ａの２次コイル５０には、その誘起電圧を整流平滑するためにダイオードＤ１，Ｄ２及びコンデンサＣ３からなる整流平滑回路が接続されており、その整流平滑回路の出力が負荷ＲＬに供給されるようになっている。
【００４３】
このような疎結合トランス１，１Ａを具備したスイッチング電源は、疎結合トランス部分を小型化でき、かつ磁気ギャップからの漏洩磁束をシールドする効果により構成部品を疎結合トランス近傍に配置できるため、全体構成も小型化可能である。
【００４４】
なお、本発明のスイッチング電源の回路構成としては、ハーフブリッジ方式以外の回路構成も可能であり、必要に応じて本発明の疎結合トランスは１次コイルや２次コイルに追加して別のコイルを第１又は第２の磁気コア内に設けることが可能である。また、１次コイルや２次コイルに中点タップを設けることもできる。
【００４５】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る疎結合トランスの実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同分解斜視図である。
【図３】同縦断面図である。
【図４】実施の形態における磁気コア構成を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る疎結合トランスの他の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る疎結合トランスを備えるスイッチング電源の回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ａ  疎結合トランス  
１０，２０，６０  Ｅ型フェライトコア
１１，２１，６１  中央脚
１２，２２，６２，７２  側脚
１３，２３，６３，７３  板状部
３０  ロ字型フェライトコア
４０  １次コイル
５０  ２次コイル
７０  Ｕ型フェライトコア  
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｇ１，Ｇ２  磁気ギャップ
Ｓ１，Ｓ２  スイッチング素子
【図１】
2008085004.tif 000003
【図２】
2008085004.tif 000004
【図３】
2008085004.tif 000005
【図４】
2008085004.tif 000006
【図５】
2008085004.tif 000007
【図６】
2008085004.tif 000008