(57)【要約】【課題】  トランス及びそれを用いた共振型スイッチング電源において、所望の漏れインダクタンスを取るために、トランス形状が大型になることがなく、また、エアギャップを大きく取る必要がなく、小サイズ化が図れる。【解決手段】  トランス１は、中脚２ａと、その中脚から分岐した側脚２ｂ，２ｃとからなるコア２と、コア２の中脚２ａに設けた１次側巻線３と、側脚２ｂ，２ｃの少なくとも一方に設けた２次側巻線５，６と、を備える。この構成により、２次側巻線５，６の側脚２ｂ，２ｃへ巻回する巻数を調整することで、エアギャップを入れることなく、簡単に必要な漏れインダクタンスを確保することが可能となる。【選択図】図１
2008166624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁路を形成する１つの中脚と、その中脚から少なくとも２つに分岐した側脚とからなるコアと、
前記コアの中脚に設けた１次側巻線と、
前記側脚の少なくとも一方に設けた２次側巻線と、を備えたことを特徴とするトランス。
【請求項２】
前記２次側巻線は前記側脚の一方と中脚に設けたことを特徴とする請求項１に記載のトランス。
【請求項３】
前記２次側巻線は前記側脚の両方と中脚に設けたことを特徴とする請求項１に記載のトランス。
【請求項４】
前記中脚にギャップを設けたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のトランス。
【請求項５】
前記巻線は、基板のプリント配線で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトランス。
【請求項６】
前記２次側巻線は主として前記側脚に設け、その巻数により漏れインダクタンスを制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトランス。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のトランスを用いた共振型スイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に用いるトランス、特に共振型スイッチング電源に用いられる漏れインダクタンスを有したトンラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、共振型スイッチング電源回路は、図６に示すような構成を有する。直流入力電源１０１は、例えば、商用電源を整流ダイオードとコンデンサにより整流平滑されたような電源である。この直流入力電源１０１から、インダクタンス素子１０２と絶縁コンバータトランス１０３の１次側巻線と共振用コンデンサ１０４よりなる直列共振回路に電流が供給される。この電流は、ハーフブリッジ構成されたスイッチングトランジスタ１０５，１０６を駆動回路７によりスイッチング制御されている。
【０００３】
絶縁コンバータトランス１０３の２次側巻線に得られる電圧は、センタータップ方式でダイオード１０８，１０９、コンデンサ１１０により整流平滑された直流電圧出力として負荷１１１へ供給される。駆動回路１０７は、例えば出力電圧を監視して制御されており、負荷の変動があっても一定の出力電圧を得る。
【０００４】
共振型スイッチング電源においては、２次側に出力が得られている期間には絶縁コンバータトランス１０３の１次側巻線は等価的に短絡状態となっており、この期間にはインダクタンス素子１０２と共振用コンデンサ１０４による直列共振動作となっている。この例では、インダクタンス素子１０２に外付けのコイルを使用しているが、絶縁コンバータトランス１０３に存在する漏れインダクタンスを利用しても同様の動作が可能である。
【０００５】
そこで、この漏れインダクタンスを確保するために、図７に示すように、分割ボビンを用いたトランスを使用し、外付けのインダクタンス素子を省いているものがある（例えば、特許文献１参照）。こうした分割巻トランスの等価回路を図８に示している。なお、図７において、１１３はコア、１１４は分割ボビン、１１４ａはボビン分割部分、１１５は１次側巻線、１１６は２次側巻線である。
【特許文献１】特開２００１−２３７１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、分割ボビンを利用したトランスの場合、漏れインダクタンス値は、１次側巻線、２次側巻線間の距離や、エアギャップにより確保しており、漏れインダクタンスを大きくするには、巻線間距離を離したり、エアギャップを大きくしたりする必要があった。このため、結果的に、トランス形状が大きくなってしまう。また、エアギャップを大きくすることによる漏れ磁束の増加による損失などの問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解消するものであり、所望の漏れインダクタンスを取るために、トランス形状が大型になることがなく、また、エアギャップを大きく取る必要がなく、小サイズ化が図れるトランス及びそれを用いた共振型スイッチング電源を提供することを目的とする。
【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、請求項１の発明は、磁路を形成する1つの中脚と、その中脚から少なくとも２つに分岐した側脚とからなるコアと、前記コアの中脚に設けた１次側巻線と、前記側脚の少なくとも一方に設けた２次側巻線と、を備えたトランスである。
請求項２の発明は、上記トランスにおいて、前記２次側巻線は前記側脚の一方と中脚に設けたものである。
請求項３の発明は、前記２次側巻線は前記側脚の両方と中脚に設けたものである。
請求項４の発明は、前記中脚にギャップを設けたものである。
請求項５の発明は、前記巻線は、基板のプリント配線で形成されているものである。
請求項６の発明は、前記２次側巻線は主として前記側脚に設け、その巻数により漏れインダクタンスを制御するものである。
請求項７の発明は、上記いずれかのトランスを用いた共振型スイッチング電源である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１乃至請求項４の発明によれば、２次側巻線の側脚へ巻回する巻数を調整することで、エアギャップを入れることなく、簡単に必要な漏れインダクタンスを確保することが可能となり、トランス形状を小型化できる。また、漏れインダクタンスを減少させずに、励磁インダクタンスの調整が可能となる。
請求項５の発明によれば、巻線をパターン配線により構成したので、ボビン等が必要でなく、容易に中脚、側脚へコイルを巻回することができる。
請求項６の発明によれば、漏れインダクタンスを低下させることなく所望の漏れインダクタンスを確保することができる。
請求項７の発明によれば、共振型スイッチング電源において、外付け部品を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るトランスについて図面を参照して説明する。図１、図２は本実施形態のトランスを示す。トランス１は、閉じた磁路を形成するコア２と、入力側となる１次側巻線３と、出力側となる２次側巻線４，５，６と、を備える。コア２は、1つの中脚２ａと、この中脚２ａから２つに分岐した側脚２ｂ，２ｃとからなり、例えば、Ｅ型コアとＩ型コア又はＥ型コア同士により構成される。
【００１１】
１次側巻線３は、コアの中脚２ａに設けられる。２次側巻４，５，６は、中脚２ａのみでなく、側脚２ｂ，２ｃにも設けられている。ここに、２次側巻線４は、中脚２ａに巻かれており、２次側巻線５，６は、側脚２ｂ，２ｃにそれぞれ巻かれている。２次側巻線４の一部と２次側巻線５とで連続した１つのコイルとなり、２次側巻線４の残部と２次側巻線６とで連続したもう１つのコイルとしている。
【００１２】
１次側巻線３には、スイッチング電源からスイッチング動作電流が供給され、これにより１次側巻線３で発生した磁束（矢印で示す）は、中脚２ａを通り、側脚２ｂ，２ｃで各々１／２となる。２次側巻線４，５，６のうち、中脚２ａに巻回した２次側巻線４には、１次側巻線３で発生した磁束と同じ量の磁束が鎖交するのに対し、側脚２ｂ，２ｃに巻回した２次側巻線５，６には１次側巻線３で発生した磁束の１／２の磁束が鎖交することとなる。従って、鎖交しない磁束（巻線を巻回していない側脚を通る磁束）は、１次側の漏れインダクタンスとなる。中脚２ａへの２次側巻線４の巻数を減らし、側脚２ｂ，２ｃへの２次側巻線５，６の巻数を増やすと、漏れインダクタンスは大きくなる。
【００１３】
従って、２次側巻線４，５，６の中脚２ａ、側脚２ｂ，２ｃに巻回する巻数を調整することで、エアギャップを入れることなく、簡単に必要な漏れインダクタンスを確保することが可能となる。２次側巻線４，５，６は主として側脚２ｂ，２ｃに設け、その巻数により漏れインダクタンスを制御するものとしてもよい。図３は、中脚２ａの２次側巻線４に対する側脚２ｂ，２ｃの２次側巻線５，６の巻数比と漏れインダクタンスの関係を示す。同図の横軸は、巻数比（＝側脚巻数／中脚巻数）である。中脚巻数に対する側脚巻数が大きくなると、漏れインダクタンスは小さくなる。
【００１４】
また、上記では、２次側巻線を中脚２ａと側脚２ｂ，２ｃの両方に設けたものを示したが、側脚２ｂ，２ｃの一方と中脚２ａに設けたものとしてもよい。その詳細は後述の第３実施形態で説明する。
【００１５】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る基板トランスについて図４、図５を参照して説明する。本実施形態は、プリント配線により巻線を形成したものである。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、基板トランスの構成要素であるプリントコイル基板の第１層乃至第４層を、同図（ｅ）はコイルの等価回路を、図５は基板トランスの断面をそれぞれ示す。
【００１６】
プリントコイル基板は、第１の基板１０と第２の基板２０とから成る。第１の基板１０は、その表裏２層、すなわち第１層及び第２層に形成されたプリント巻線３１，３２から成る１次側巻線３を有し、第２の基板２０は、その表裏２層、すなわち第３層及び第４層に形成した中脚側のプリント巻線４１，４２から成る２次側巻線４、及び一方の側脚側のプリント巻線から成る２次側巻線５、及び他方の側脚側のプリント巻線から成る２次側巻線６を有する。このように、図示の基板トランスは、１次側巻線３及び２次側巻線４，５，６が共に２層で成る。
【００１７】
１次側巻線３は、第１の基板１０に貫通形成されたスルーホール１４により表裏２つのプリント巻線３１，３２が接続されることにより形成されている。２次側巻線４は、第２の基板２０に貫通形成された複数のスルーホール２４により、表裏にそれぞれ設けられたプリント巻線４１同士、プリント巻線４２同士が接続されてそれぞれが連続したコイルに形成されている。また、各々のプリント巻線の中心部が基板の鉛直方向に重なるように配置されている。この中心部は、基板１０，２０に設けられた円形の貫通孔１５，２５（開口）の中心と一致する。
【００１８】
詳細には、１次側巻線３に関して、プリント巻線３１は、第１層で最外周から最内周に向けて螺旋状に配線され、プリント巻線３２は、第２層で最内周から最外周に向けて螺旋状に配線されている。プリント巻線３１，３２がこのように構成されていることで、巻き始めから巻き終わりまで磁束方向が一定となる。図４（ａ）（ｂ）のＡ−Ｂが１次側の入力端子となり、本例では、プリント巻線３１，３２はそれぞれ８ターンとし、合計１６ターンとしている。
【００１９】
２次側巻線４に関して、プリント巻線４１とプリント巻線４２とは、同心で渦巻き状に交互に形成されている。プリント巻線４１は、プリント巻線から成る２次側巻線５と、スルーホール及び裏面（第４層）側の繋ぎ線４１ａを通して連続接続され、プリント巻線４２は、プリント巻線から成る２次側巻線６と、スルーホール及び表面（第３層）側の繋ぎ線４２ａを通して連続接続されている。図４（ｃ）（ｄ）のＥ−Ｆ，Ｇ−Ｈが、２次側の２巻線の端子となる。本例では、中脚のプリント巻線４１，４２はそれぞれ３ターン、側脚の２次側巻線５，６を成すプリント巻線はそれぞれ１ターンとしている。
【００２０】
また、基板１０，２０の中心部には、コア挿入用の平面視円形の貫通孔１５，２５（開口）が設けられ、基板１０，２０の左右両側部には、平面視長方形の貫通孔１６，１７及び２６，２７（開口）が設けられている。各基板１０，２０は、図５に示すように、絶縁板３０を挟んで積層されて接着され、基板組立体３５となる。絶縁板３０にも、基板の貫通孔と対応する位置に同等の開口が設けられている。そして、フェライト等で成るコア２（Ｅ型コアとＩ型コアから成る）が各開口に挿入され、基板組立体３５に組み付けられることにより基板トランス５０が構成される。
【００２１】
本実施形態の基板トランス５０においては、プリント配線基板の表裏層を用いたパターン配線により各巻線３，４，５，６を形成している。すなわち、基板の第１及び第２層を使用して１次側巻線を形成し、第３及び第４層を使用して２次側巻線を形成しているので、従来に比べて、同一パターン幅の場合、２倍の巻き数を実現でき、また、同じ巻き数であれば、２倍のパターン幅を確保できる。また、巻き数を増やしたい場合は、２層ではなく、それ以上の偶数層（例えば、４層）を使用して巻線を配線して行けば、必要なパターン幅で巻き数を増やすことができる。これにより、簡単に、低背のトランスを構成することができる。
【００２２】
また、前述の第１実施形態においては、中脚用ボビン以外に側脚巻線巻回用のボビンが必要となるが、本実施形態においては、巻線をパターン配線により構成しているので、ボビン等が必要でなくなり、極めて容易に中脚、側脚へのコイル巻回が可能となる。
【００２３】
さらに、巻数も１ターン、２ターンといった整数ターンとするだけでなく、巻線の引き出し位置により、０．５ターンや、０．８ターンといった調整が可能となり、必要な漏れインダクタンスを精度良く実現することが可能となる。
【００２４】
＜第３実施形態＞
フェライトコアを用いたトランスでは流す電流が大きいと、磁束密度がフェライトの持つ飽和磁束密度を超え、インダクタンス値が急激に低下する現象が発生する。一般的にこの特性を直流重畳特性と言う。この対策として組み合わせる２つのコア間にギャップを設けることで、飽和に至る許容電流値を大きくする。このような、ギャップと電流飽和との関係を図９に示している。
【００２５】
また、コアの鉄損を考慮した場合、使用磁束密度から１次側巻数が決定され、回路上必要なインダクタンス値に対して、大きなインダクタンス値が得られてしまう場合がある。こういった場合にも、ギャップを設けてインダクタンス値を調整する。
【００２６】
ところが、前述のコアの側脚に２次側巻線を巻回し漏れインダクタンスを確保した場合、図１０に示すような、Ｅ型コア６１とＩ型コア６２を用いたトランス１において一般的な中脚・側脚に、共にギャップ６３を設けると、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、ギャップが大きくなるに連れて、励磁インダクタンスが低下するが、漏れインダクタンス値も同様に低下する。
【００２７】
そこで、本実施形態においては、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、ギャップ６３を中脚６１ａにのみ設けたトランス１とする。これにより、励磁インダクタンスのみ低下し、漏れインダクタンスは低下することなく所望の漏れインダクタンス値を確保することができる。
【００２８】
以下に、本実施形態の詳細について、図１３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図１３（ａ）は一般のトランス１００を、（ｂ）は本実施形態のトランス１を示す。トランス１００は、中脚・側脚にギャップ６３があり、本実施形態のトランス１は、中脚のみにギャップ６３がある。
【００２９】
これらトランスにおいて、中脚６１ａに巻回した１次側コイル３で発生した主磁束Ｍ１によって、同じ中脚６１ａに巻回した２次巻線４に電流が流れて、主磁束を相殺する磁束Ｍ２が発生する。１次側主磁束Ｍ１が相殺された状態で側脚６１ｃに巻回した２次巻線５には、中脚６１ａに巻回している２次巻線４で発生した電流が流れる。なお、２次巻線４，５は前述実施形態と同様に連続接続されている。この電流に応じた磁束Ｍ３が側脚６１ｃに発生する。この結果、中脚６１ａでは、１次巻線３及び２次巻線４により磁束が相殺されているので、磁束は弱くなり、結果的に、側脚６１ｂ，６１ｃだけを通る磁束のループが漏れインダクタンスとなる。
【００３０】
ここに、図１３（ａ）に示した中脚・側脚ともにギャップ６３を設けたトランス１００の場合には、側脚６１ｂ，６１ｃを通る磁束ループにギャップがあることで（Ａ部分）、漏れインダクタンスが減少してしまう。
一方、図１３（ｂ）に示した中脚６１ａにのみギャップ６３を設けたトランス１の場合には、側脚６１ｂ，６１ｃを通る磁束ループにはギャップがない状態となるので（Ａ部分）、漏れインダクタンスは、減少することがない。この様子を図１４（ａ）（ｂ）に示している。
【００３１】
本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変形しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記いずれかのトランスを用いた共振型スイッチング電源においては、外付け部品を削減できる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトランスの断面図。
【図２】同トランスの横断面図。
【図３】同トランスの中脚の２次側巻線に対する側脚の２次側巻線の巻数比と漏れインダクタンスとの関係図。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明の第２実施形態に係る基板トランスの構成要素であるプリントコイル基板の第１層乃至第４層を示す図、（ｅ）はコイルの等価回路図。
【図５】同基板トランスの断面図。
【図６】一般の共振型スイッチング電源回路図。
【図７】一般の分割巻トランスの断面図。
【図８】一般の分割巻トランスの等価回路図。
【図９】一般のトランスのギャップと電流飽和との関係図。
【図１０】本発明の第３実施形態の前提となる、コアの側脚に２次側巻線を巻回し、中脚・側脚にギャップを設けて成るトランスの断面図。
【図１１】（ａ）は上記トランスにおけるギャップと励磁インダクタンスの関係図、（ｂ）はギャップと漏れインダクタンスの関係図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は本発明の第３実施形態に係るトランスの断面図。
【図１３】（ａ）は一般のトランスの動作説明図、（ｂ）は第３実施形態のトランスの動作説明図。
【図１４】（ａ）は第３実施形態に係るトランスのギャップと励磁インダクタンスの関係図、（ｂ）はギャップと漏れインダクタンスの関係図。
【符号の説明】
【００３３】
１  トランス
２  コア
２ａ  中脚
２ｂ，２ｃ  側脚
３  １次側巻線
３１，３２  プリント巻線
４  ２次側巻線
４１，４２  プリント巻線
５，６  ２次側巻線
１０  第１の基板
２０  第２の基板
３５  基板組立体
５０  基板トランス
６１  Ｅ型コア
６１ａ  中脚
６１ｂ，６１ｃ  側脚
６２  Ｉ型コア
６３  ギャップ
【図１】
2008166624.tif 000003
【図２】
2008166624.tif 000004
【図３】
2008166624.tif 000005
【図４】
2008166624.tif 000006
【図５】
2008166624.tif 000007
【図６】
2008166624.tif 000008
【図７】
2008166624.tif 000009
【図８】
2008166624.tif 000010
【図９】
2008166624.tif 000011
【図１０】
2008166624.tif 000012
【図１１】
2008166624.tif 000013
【図１２】
2008166624.tif 000014
【図１３】
2008166624.tif 000015
【図１４】
2008166624.tif 000016