(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー伝達エレメントであって、
エネルギー伝達エレメント・コアと、
エネルギー伝達エレメント・コアの周囲に巻かれ、第１ノードに結合した第１端部と第２ノードに結合した第２端部とを有する第１の巻線と、
エネルギー伝達エレメント・コアと前記第１の巻線の周囲に巻かれ、第３ノードに結合した第１端部と第４ノードに結合した第２端部を有する第２の巻線とを備え、前記第１の巻線と前記第２の巻線との間に寄生容量が存在し、
前記エネルギー伝達エレメントは、さらに、
前記第１の巻線または前記第２の巻線の一方に含まれ、且つ上記第１端部と第２端部との間に存在する平衡部分とを備え、前記平衡部分は、（ｉ）前記第２の巻線に最も近接して巻かれた最も外側の層を形成する第１の巻線内か、（ｉｉ）前記第１の巻線に最も近接して巻かれた最も内側の層を形成する第２の巻線内かのいずれかに配置されて、それにより、エネルギー伝達エレメントと電気接地の間を流れる容量性変位電流を小さくする、エネルギー伝達エレメント。
【請求項２】
前記平衡部分の構造が、エネルギー伝達エレメントと電気接地の間に生成される相対静電界を平衡させるようになされる請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項３】
第１の巻線が、エネルギー伝達エレメント入力巻線を備える請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項４】
第１の巻線が、エネルギー伝達エレメント出力巻線を備える請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項５】
平衡部分が、第１の巻線の複数の層のうちの１つである請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項６】
平衡部分が、第２の巻線の複数の層のうちの１つである請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項７】
前記平衡部分の巻き数が、エネルギー伝達エレメントと電気接地の間に生成される相対静電界を平衡させる請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項８】
前記平衡部分が、有効巻線領域のカバレージを提供するように巻かれる請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項９】
前記平衡部分が、エネルギー伝達エレメントの有効巻線領域に平行に
巻かれたワイヤを備え、それにより前記有効巻線領域をカバーするとともに、エネルギー伝達エレメントと電気接地の間に生成される相対静電界を平衡させる請求項８に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１０】
前記平衡部分が、前記有効巻線領域をカバーするとともに、エネルギー伝達エレメントと電気接地の間に生成される相対静電界を平衡させるゲージを有するワイヤを備えた請求項８に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１１】
エネルギー伝達エレメントがフライバックトランス内に含まれる請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１２】
エネルギー伝達エレメントがフォワード・コンバータ・トランス内に含まれる請求項１に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１３】
エネルギー伝達エレメントであって、
エネルギー伝達エレメント・コアと、
エネルギー伝達エレメント・コアの周囲に巻かれ、第１ノードに結合した第１端部と第２ノードに結合した第２端部とを有する第１の巻線と、
エネルギー伝達エレメント・コアと前記第１の巻線の周囲に巻かれ、第３ノードに結合した第１端部と第４ノードに結合した第２端部を有する第２の巻線とを備え、前記第１の巻線と前記第２の巻線との間に寄生容量が存在し、
前記エネルギー伝達エレメントは、さらに、
前記第１の巻線または前記第２の巻線の一方に含まれ、且つ上記第１端部と第２端部との間に存在する平衡部分とを備え、前記平衡部分は、（ｉ）前記第２の巻線に隣接する最も外側の層を形成する第１の巻線内か、（ｉｉ）前記第１の巻線に隣接する最も内側の層を形成する第２の巻線内かのいずれかに配置されて、それにより、第１の巻線と第２の巻線の間を流れる容量性変位電流を小さくする、エネルギー伝達エレメント。
【請求項１４】
前記平衡部分の構造が、第１の巻線と第２の巻線の間に生成される相対静電界を平衡させるようになされる請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１５】
第１の巻線が、エネルギー伝達エレメント入力巻線を備える請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１６】
第１の巻線が、エネルギー伝達エレメント出力巻線を備える請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１７】
平衡部分が、第１の巻線の複数の層のうちの１つである請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１８】
平衡部分が、第２の巻線の複数の層のうちの１つである請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項１９】
前記平衡部分の巻き数が、第１の巻線と第２の巻線の間に生成される相対静電界を平衡させる請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項２０】
前記平衡部分が、有効巻線領域のカバレージを提供するように巻かれる請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項２１】
前記平衡部分が、エネルギー伝達エレメントの有効巻線領域に平行に巻かれたワイヤを備え、それにより前記有効巻線領域をカバーするとともに、第１の巻線と第２の巻線の間に生成される相対静電界を平衡させる請求項２０に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項２２】
前記平衡部分が、前記有効巻線領域をカバーするすとともに、第１の巻線と第２の巻線の間に生成される相対静電界を平衡させるゲージを有するワイヤを備えた請求項２０に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項２３】
エネルギー伝達エレメントがフライバックトランス内に含まれる請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項２４】
エネルギー伝達エレメントがフォワード・コンバータ・トランス内に含まれる請求項１３に記載のエネルギー伝達エレメント。
【請求項２５】
エネルギー伝達エレメント・コアの周囲に、複数の入力巻線層を巻き付けて、第１ノードに結合した第１端部と第２ノードに結合した第２端部とを有する第
１の巻線を形成するステップと、
エネルギー伝達エレメント・コアと前記第１の巻線の周囲に、出力巻線の複数の層を巻き付けて、第３ノードに結合した第１端部と第４ノードに結合した第２端部を有する第２の巻線を形成するステップとを含み、前記第１の巻線と前記第２の巻線との間に寄生容量が存在し、
さらに、
出力巻線に最も近接して巻かれた入力巻線の層に含まれている巻き数に実質的に等しい巻き数で、前記第１の巻線に最も近い出力巻線の最も内側の層を巻き付けて、平衡部分を形成するステップと、
容量性変位電流を小さくするために、エネルギー伝達エレメント・コアの周囲に、出力巻線の複数の層のうちの前記１つの層の巻き数とは異なる巻き数で、出力巻線の他の層を巻き付けるステップとを含む方法。
【請求項２６】
エネルギー伝達エレメント・コアの周囲に、入力巻線の複数の層を巻き付けて、第１ノードに結合した第１端部と第２ノードに結合した第２端部とを有する第１の巻線を形成するステップと、
巻線領域をカバーするために、平行に巻かれた複数のワイヤを使用して、前記第２の巻線に最も近くで巻かれている入力巻線の最も外側の層を巻き付けるステップであって、外側層が全入力巻線電流を導き、それにより平衡部分を形成するステップと、
エネルギー伝達エレメント・コアと前記第１の巻線の周囲に出力巻線を巻き付けるステップとを含み、入力巻線の複数の層のうちの前記１つの層が、入力巻線と出力巻線の間を流れる容量性変位電流を実質的に小さくするために、多数の巻き数およびゲージを有して、第３ノードに結合した第１端部と第４ノードに結合した第２端部を有する第２の巻線を形成し、前記第１の巻線と前記第２の巻線との間に寄生容量が存在し、
前記平衡部分は、容量性変位電流を小さくする、方法。
【請求項２７】
入力巻線の複数の層のうちの１つの層を選択して、前記容量性変位電流を小さくするために、入力巻線と出力巻線の間に生成される相対静電界を平衡させるステップをさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
請求項１−２４のいずれか１項のエネルギー伝達エレメントを含む電源であって、前記エネルギー伝達エレメントは、さらに、
前記エネルギー伝達エレメントの前記第１の巻線に結合する第１の入力電圧端子と、
第２の入力電圧端子と、
前記エネルギー伝達エレメントと前記第２の入力電圧端子との間に結合されるスイッチとを備え、前記スイッチは、前記スイッチを制御するように構成された制御回路に結合される制御端子を有する、電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にエネルギー伝達エレメントに関し、より詳細には、少なくとも２つの巻線を有するエネルギー伝達エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
関連出願
本出願は、２００１年１２月２１日出願の、「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅａｒｔｈ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｆｌｏｗ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｂｙ  Ｗｏｕｎｄ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  Ｗｉｔｈｏｕｔ  Ｒｅｑｕｉｒｉｎｇ  Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ  Ｗｉｎｄｉｎｇｓ」という名称の米国仮出願第６０／３４２，６７７号に対する優先権を主張するものである。
【０００３】
図１は、フライバック・コンバータ電源１０１の略図を示したものである。フライバック・コンバータ１０１電源の基本的な動作については豊富な文献があり、当分野の技術者に知られている通りである。一次スイッチ１０３は、必ずしもそうである必要はないが、典型的には、図に示すように、電源の二次側からの帰還制御信号１０５を介して制御されている。エネルギー伝達エレメントまたはトランス１０７の巻線は、巻線電圧の位相関係を示すために使用されているドット極性を有している。電圧が巻線の両端間で変化している間は、巻線のドット端は同相である。
【０００４】
図２は、図１の略図を拡張した電源２０１の略図を示したもので、トランス本体または構造（エネルギー伝達エレメント）と電気接地の間に存在する寄生キャパシタンス２０９、入力巻線および出力巻線とトランス本体（コア）の間に存在する寄生キャパシタンス２１１、およびトランスの入力巻線と出力巻線の間に存在する寄生キャパシタンス２１３が示されている。通常、トランスコアは、トランス構造に使用されているフェライト・コアであり、トランス２０７の入力巻線および出力巻線を磁束結合させるための低磁気抵抗経路を提供している。図２に注記されているように、トランスの出力部と電気接地の間の寄生キャパシタンス２１５は、アプリケーションに応じて、および／または電気雑音の測定方法に応じて短絡される場合もある。
【０００５】
電源２０１が正規に動作している間は、トランス２０７の入力巻線および出力巻線の両端間の電圧は、標準のフライバック・コンバータ電源の動作に従って変化し、これらの変化により、図に示す様々な寄生キャパシタンス２０９、２１１、２１３および２１５を介して、電気接地に変位電流が生成される。これらの変位電流は、コモン・モード雑音（またはエミッション）として検出され、ライン入力安定化回路網（ＬＩＳＮ）と呼ばれる試験装置によって測定される。この試験装置の構成および接続については豊富な文献があり、当分野の技術者に知られている通りである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
また、図２には、コモン・モード・エミッションを小さくするために電源を切り換えるのに広く使用されているＹコンデンサであるコンデンサＣｙ２１７が強調されている。この構成要素、コンデンサＣｙ２１７は、トランス２０７の入力巻線と出力巻線の間を流れる変位電流が、電気接地を通って流れずに、それらのソースに戻るための低インピーダンス経路を提供している。コンデンサＣｙ２１７を流れる電流は、ＬＩＳＮによっては検出されず、したがってコンデンサＣｙ２１７を使用することにより、コモン・モード・エミッションが低減される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
エネルギー伝達エレメント入力巻線とエネルギー伝達エレメント出力巻線とを有するエネルギー伝達エレメントを開示する。一態様では、エネルギー伝達エレメント入力巻線はエネルギー伝達エレメント出力巻線に容量結合されている。エネルギー伝達エレメントは電気接地に容量結合されている。エネルギー伝達エレメント入力巻線とエネルギー伝達エレメント出力巻線の間、およびエネルギー伝達エレメントと電気接地の間の容量性変位電流が、これらの巻線間および／またはエネルギー伝達エレメントと電気接地の間に生成される相対静電界を平衡させることによって実質的に低減されている。一実施形態では、上述の低減は、物理位置および既存の複数のエネルギー伝達エレメント巻線のうちの１つの一部の巻き数を選択することによって実現されており、したがって巻線を追加する必要はない。
【０００８】
一実施態様では、本発明の教示によるエネルギー伝達エレメントは、エネルギー伝達エレメント入力巻線とエネルギー伝達エレメント出力巻線とを備えている。エネルギー伝達エレメント入力巻線は、エネルギー伝達エレメント出力巻線に容量結合されている。エネルギー伝達エレメントは電気接地に結合され、エネルギー伝達エレメント入力巻線および出力巻線は、エネルギー伝達エレメントと電気接地の間を流れる変位電流を何ら追加巻線を必要とすることなく実質的に小さくするように巻かれている。一実施態様では、エネルギー伝達エレメントはフライバックトランスである。一実施態様では、エネルギー伝達エレメントは、フォワード・コンバータ電源に使用されているフォワード・コンバータ・トランスである。
【０００９】
他の実施態様では、本発明の教示によるエネルギー伝達エレメントは、エネルギー伝達エレメント入力巻線とエネルギー伝達エレメント出力巻線とを備えている。エネルギー伝達エレメント入力巻線はエネルギー伝達エレメント出力巻線に容量結合されている。エネルギー伝達エレメント入力巻線および出力巻線は、何ら追加巻線を必要とすることなく、入力巻線と出力巻線の間の容量性変位電流を実質的に小さくするように巻かれている。一実施態様では、これらの巻線間に生成される相対静電界を平衡させることによって、容量結合変位電流が実質的に低減されている。一実施態様では、エネルギー伝達エレメントはフライバックトランスである。一実施態様では、エネルギー伝達エレメントは、フォワード・コンバータ電源に使用されているフォワード・コンバータ・トランスである。
【００１０】
さらに他の実施態様では、本発明の教示によるフライバック・コンバータ電源は２つの入力電圧端子と、エネルギー伝達エレメント入力巻線およびエネルギー伝達エレメント出力巻線を有するエネルギー伝達エレメントとを備えている。エネルギー伝達入力巻線は、一方の入力電圧端子およびスイッチの第１の端子に結合されている。スイッチの第２の端子は、もう一方の入力端子に結合されている。スイッチの第３の端子は、制御回路に結合されている。エネルギー伝達エレメント入力巻線は、エネルギー伝達エレメント出力巻線に容量結合されている。エネルギー伝達エレメント入力巻線および出力巻線は、何ら追加巻線を必要とすることなく、入力巻線と出力巻線の間の容量性変位電流を実質的に小さくするように巻かれている。
【００１１】
さらに他の実施態様では、本発明の教示による方法には、エネルギー伝達エレメント入力巻線およびエネルギー伝達エレメント出力巻線を有するエネルギー伝達エレメントを、エネルギー伝達エレメント入力巻線とエネルギー伝達エレメント出力巻線の間を流れる容量結合変位電流が、何ら追加巻線を必要とすることなく実質的に低減されるように巻き付けるステップが含まれている。
【００１２】
他の実施態様では、本発明の教示によるエネルギー伝達エレメントは、エネルギー伝達エレメント入力巻線とエネルギー伝達エレメント出力巻線とを備えている。エネルギー伝達エレメント入力巻線はエネルギー伝達エレメント出力巻線に容量結合されている。エネルギー伝達エレメント入力巻線および出力巻線は、エネルギー伝達エレメント入力巻線の一部または入力巻線部分として、あるいはエネルギー伝達エレメント出力巻線の一部または出力巻線部分として含まれている平衡巻線を使用することにより、入力巻線と出力巻線の間の容量性変位電流を実質的に小さくするように巻かれている。一実施態様では、平衡巻線部分は入力巻線の層の中に含まれている。一実施態様では、平衡巻線部分を備えた入力巻線の層は、出力巻線に最も近接した層になっている。他の実施態様では、平衡巻線部分は出力巻線の層の中に含まれている。一実施態様では、平衡巻線部分を備えた出力巻線の層は出力巻線に最も近接した層になっている。一実施態様では、エネルギー伝達エレメントの巻線間に生成される静電界を平衡させるために、入力巻線または出力巻線の平衡部分の巻き数が選択されている。一実施態様では、平衡部分は有効巻線領域のカバレージを提供するように巻かれている。一実施態様では、平衡部分は、１本または複数本のワイヤを平行に使用することによって、あるいは適切なワイヤ・ゲージを選択することによって、有効巻線領域のカバレージを提供するように巻かれている。一実施態様では、エネルギー伝達エレメントは、フライバックトランスである。一実施態様では、エネルギー伝達エレメントは、フォワード・コンバータ・トランスである。本発明のその他の特徴および利点については、以下に示す詳細説明および図から明らかになるであろう。
【００１３】
添付の図は、本発明を詳細に説明するための、制限されることのない実施例を示したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
巻線構成要素によって生成される電気接地変位電流を小さくするための方法および装置の実施形態を開示する。以下の説明においては、本発明を完全に理解するために多数の特定の詳細が示されているが、本発明を実現するために特定の詳細を使用する必要がないことは、当分野の技術者には明らかであろう。したがって本発明を明確にするために、良く知られている材料あるいは方法については、ここではその詳細は省略されている。
【００１５】
本明細書全体を通して参照されている「一実施形態」は、その実施形態に関連して記述されている特定の特徴、構造あるいは特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味している。したがって本明細書の様々な部分に出現する「一実施形態では」という語句は、必ずしも同じ実施形態をすべて指しているわけではない。また、特定の特徴、構造あるいは特性を、任意の適切な方法で１つまたは複数の実施形態の中に結合させることも可能である。
【００１６】
スイッチング電源回路によって生じる電気雑音の原因については豊富な文献があり、当分野の技術者に知られている通りである。本発明は、特に、電源を切り換える動作中における、一般に電源トランスと呼ばれているエネルギー伝達エレメントによって生じるコモン・モード雑音の低減を目的としている。
【００１７】
これらの技法は、フライバックおよびフォワード・コンバータ電源への適用が可能であるが、エネルギー伝達エレメンとしてトランスに言及することがより正確である。ここで考察する特定の実施形態では、フライバック回路例について考察され、また、エネルギー伝達エレメントはトランスとして参照されている。
【００１８】
本明細書において説明する本発明の様々な実施形態は、電源によって生成される電気接地電流を実質的に小さくするためのトランス構造に使用される技法を提供し、それによりＹコンデンサを使用する必要性を排除し、あるいは必要なＹコンデンサの値を小さくすることによって、システムのコストを削減することができる。また、Ｙコンデンサの値を小さくし、あるいはＹコンデンサを排除することにより、安全分離出力とＡＣ入力ラインの間の漏れ電流が小さくなる。これは、他にもあるが、例えばセルラ電話アプリケーションなど、出力がユーザと接触することがあるアプリケーションに有利である。
【００１９】
詳細には、本明細書において説明する技法の様々な実施形態は、一次巻線と二次巻線の間、または入力巻線と出力巻線の間およびトランスのコアと電気接地の間で電源を切り換える際に通常流れる容量性変位電流を実質的に小さくしている。一実施形態では、この低減は、トランスに巻線を追加することなく実現されている。あるいは、一実施形態では、トランス入力巻線とトランス出力巻線の間に生成される差動静電界を平衡させるために、入力巻線の最後の層が巻かれている。通常、これらの静電界によって変位電流が生成されるため、例えば、他の装置を妨害するこれらの変位電流を回避するための追加トランス巻線、あるいは外付け構成要素など、余計な対策を必要としていた。したがって本発明の様々な実施形態により、本開示による利益を持たない設計者に必要となる特定の電源構成要素あるいは追加トランス巻線が排除され、それによりシステム・コストが削減される。
【００２０】
一般的には、電源切換の動作によって生成され、かつ、電気接地に流れる変位電流は、他の装置に影響を及ぼす電磁妨害雑音（ＥＭＩ）の原因となる、コモン・モード・エミッションとしても知られている電気雑音として測定される。したがってこれらの変位電流は、規制機構によって包括的に設定されている公示リミット未満に維持しなければならない。電源切換のトランスは、以下に示す２つの経路で電気接地に流れる変位電流を生成している。
【００２１】
経路の１つは、トランスのコアと電気接地の間を流れる変位電流経路である。この変位電流は、トランスのコアと容量結合しているトランス巻線上の電圧変化によって生成される電流である。この変位電流は、次に、典型的にはトランスのコアと電気接地の間の自由空間を介して容量的に流れる。
【００２２】
もう１つの経路は、トランスの一次巻線と二次巻線の間を流れる、これらの巻線間の電圧差によってもたらされる変位電流経路である。これらの巻線間の電圧差によって、巻線間キャパシタンスを流れる電流が生成される。この変位電流は、一方が電気接地である並列経路を介して、そのソースに戻ることになる。
【００２３】
本発明の様々な実施形態は、電源を切り換える動作中に生成される、入力巻線と出力巻線の間の相対静電界を平衡させ、かつ、相殺させるために、トランス巻線の自然電圧変動を使用したトランス構造内の既存の巻線の使用を示している。一実施形態では、これらの既存巻線の設計は、使用されている巻線層の数および巻き数、およびそれらの物理位置の両方に対して、個々のトランスに固有である。これらの技法を使用することにより、電気接地に対するトランス巻線とトランス物理構造の間の変位電流が実質的に小さくなる。変位電流が小さくなることにより、コモン・モード・エミッションを小さくするために使用されているＹコンデンサなどの外付け構成要素のコストが排除され、あるいは削減される。
【００２４】
図３Ａおよび３Ｂは、説明用としてトランス３０１の簡易略図および横断面図を示したものである。入力巻線３０３の２つの端部には、ノードＡおよびノードＢのラベルが振られている。出力巻線３０５の２つの端部には、ノードＣおよびノードＤのラベルが振られている。説明用として、トランスの物理コア３０７には、さらにノードＥのラベルが振られている。巻線３０３および３０５のドット極性は、ノードＢがノードＡに対してより正の性質を帯びるように入力巻線３０３上の電圧が変化すると、ノードＤの電圧がノードＣに対して増加するようになっている。
【００２５】
上で説明したように、これらの電圧変化によって寄生キャパシタンスに変位電流が生成され、電気接地に電流が流れる。以下で考察するように、これらの既存巻線の設計は、本発明の一実施形態で利用されており、これらの電気接地電流を実質的に小さくしている。
【００２６】
図４Ａは、本発明に従って巻かれたトランス４０１の一実施形態の略図を示したものである。トランス４０１は、フライバックトランス、フォワード・コンバータ・トランスまたは類似のトランスである。図４Ａに示すトランスの略図は、図３Ａに示すトランスの略図と同じであり、例えば入力巻線４０３の２つの端部には、ノードＡおよびノードＢのラベルが振られ、出力巻線４０５の２つの端部には、ノードＣおよびノードＤのラベルが振られている。また、説明用として、トランスの物理コア４０７には、さらにノードＥのラベルが振られている。巻線４０３および４０５のドット極性は、ノードＢがノードＡに対してより正の性質を帯びるように入力巻線４０３上の電圧が変化すると、ノードＤの電圧がノードＣに対して増加するようになっている。
【００２７】
図４Ｂは、トランス４０１の一実施形態の横断面図を示したものである。図４Ｂから、図に示す実施形態では、層の数は、図３Ｂに示すトランス３０１の入力巻線３０３の横断面図と同じであるが、トランス４０１の入力巻線４０３の外側層４０４の巻き数が、入力巻線４０３の先行する内側層または非外側層の巻き数より少なくなっていることが分かる。図４Ｂから分かるように、入力巻線４０３の外側層４０４は、入力巻線４０３の出力巻線４０５に最も近接して巻かれた層である。
【００２８】
出力巻線４０５の巻き数が入力巻線４０３の外側層４０４の巻き数と同じである場合、出力巻線４０５および入力巻線４０３の各々によって生成される静電界が平衡し、一実施形態における変位電流が排除されるか、あるいは実質的に小さくなる。この分析は、入力巻線の内側層によって生成される静電界、およびトランスコアから出力巻線に容量結合している入力巻線によって生成される変位電流などの他の要因に強く影響されている。実際の一次巻線の外側層は、通常、トランスの出力巻線よりはるかに多い巻き数を有している。変位電流を小さくするための従来の解決法が、入力巻線と出力巻線の間に、個別の平衡巻線または遮蔽巻線を使用して変位電流を小さくしているのは、この理由によるものである。
【００２９】
本発明の様々な実施形態では、平衡巻線または遮蔽巻線は、トランスの主入力巻線または主出力巻線の一部または巻線部分である。上記出力巻線の実施形態では、入力巻線の巻き数は、入力巻線および出力巻線の各々によって生成される静電界が平衡し、あらゆる変位電流が排除されるように、出力巻線の内側層の巻き数に実質的に等しくなっている。一実施形態では、入力および出力の両巻線によって生成される静電界の最適平衡を決定するために、経験による方法を使用して、正確な巻き数が選択されている。その実施形態では、出力巻線の平衡層は入力巻線に最も近接して巻かれた層である。多くの実用的なエネルギー伝達エレメント設計には、特定のアプリケーションの要求に応じて、異なる出力電圧をサポートするための複数の出力巻線が存在している。これらの多重出力設計では、入力巻線に最も近接して巻かれた出力巻線の層は、この場合においても、本発明の教示による入力巻線および出力巻線によって生成される静電界を平衡させるために使用される層になっている。これらの様々な実施形態は、通常、この位置に個別平衡巻線または遮蔽巻線が導入されると減少することになる、入力巻線と出力巻線の間の閉磁気結合（低漏れインダクタンス）が維持される、という利点を有している。
【００３０】
主入力巻線または主出力巻線が平衡巻線または遮蔽巻線部分を備える、本発明の教示によるこれらの様々な実施形態の実際的な実装は、部分的にトランスの巻線巻き数に依存している。また、変位電流をコアに結合している入力巻線に端を発している出力巻線に結合しているトランスコアからの容量結合変位電流、および出力巻線に直接結合している入力巻線の内側層からの容量結合変位電流などの他の影響のため、入力巻線の外側層の巻き数は、トランスの入力巻線と出力巻線の間の静電界の正味平衡をもたらすように理論的に提案される巻き数より少なくすることが望ましい。したがって、トランス内で利用することができる巻線領域の良好なカバレージを保証するために選択された２本以上の平行ゲージ・ワイヤを使用して、入力巻線の外側層を構成しなければならないことがしばしばである。それにより、これらの内側層と全巻線領域に渡る出力巻線の間の物理分離が維持され、入力巻線の内側層の影響が緩和される。
【００３１】
図５Ａは、説明用として本発明の教示によるトランス５０１の一実施形態の略図を示したもので、入力巻線５０３は、平衡巻線または遮蔽巻線部分５０６を備えている。したがって、図に示す実施形態が示しているように、入力巻線５０３の最終層５０４は、平衡巻線または遮蔽巻線部分５０６を備えた２本の平行ワイヤを使用して巻かれている。ノードＥは、入力巻線５０３の第１の層の物理終端であり、トランス５０１を実際に構成する際に有用である。詳細には、ノードＥにより、入力巻線５０３の先行する層に使用されている単線ワイヤに代わって、平衡巻線または遮蔽巻線部分５０６を含む２本の平行ワイヤを使用して、入力巻線５０３の最終層５０４を容易に開始することができる。しかしながらノードＥは、終端ポイントおよび開始ポイントに過ぎず、ノードＥをトランス外部の何らかの回路に電気接続する必要はない。実際に、入力巻線５０３のノードＡおよびノードＢは、外部電源回路への接続用であり、平衡巻線または遮蔽巻線部分５０６を含む、入力巻線５０３のすべての層が直列に接続されることを意味している。したがってすべてが主入力巻線５０３電流を導くため、同じ入力巻線５０３部分を形成している。入力巻線５０３の最終層５０４は、入力巻線５０３の平衡または遮蔽部分５０６を備えている。
【００３２】
図５Ｂは、このトランス５０１の一実施形態の横断面図を示したもので、この場合も、入力巻線５０３の最終層５０４は、入力巻線５０３の平衡巻線または遮蔽巻線部分５０６を含む２本の平行ワイヤを使用して巻かれ、有効巻線領域を効果的にカバーしている。図５Ａおよび５Ｂでは、この平行な平衡巻線または遮蔽巻線部分５０６は、この外側層５０４のドット極性を、２つの隣接する導体中に示すことによって表されている。分かり易くするために、図５Ｂに示す実施形態の入力巻線５０３の最終層５０４は、隣接する平行一巻と一巻きの間に隙間を設けて示されているが、実際には、巻線領域を完全にカバーするために、平行ワイヤを緊密に巻くことによって、この層の最適平衡性能が得られるであろうことについては理解されよう。他の実施形態では、個々のトランス設計に応じて、さらに多くの平行ワイヤが使用されている。上で説明したように、この外側層または最終層５０４は、依然として全入力巻線５０３電流を導いており、したがってトランス５０１の主入力巻線５０３の統合部分であり、追加または個別巻線がトランス５０１に導入されていない、という事実を維持している。一実施形態では、入力巻線５０３のこの外側層に使用される巻き数およびワイヤ・ゲージの正確な選択は、経験による最適化技法に基づいて決定されている。図に示す実施形態では、出力巻線５０５は、物理コア５０７の周囲に巻かれた入力巻線５０３の外側に巻かれている。
【００３３】
これらの選択に影響を及ぼす要因には、トランスコアに対する入力および出力の両巻線の物理位置の他に、層と層の間の物理間隔、および入力巻線と出力巻線の間の物理間隔が含まれている。静電界が完全に平衡されると、一次回路と二次回路の間の差電界がゼロになり、変位電流もゼロになる。実際には、この効果は、電気接地に流れる正味変位電流を実質的に小さくすることである。
【００３４】
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の教示によるトランス６０１の一実施形態の特定の略図および横断面図を示したものである。図に示すように、トランス６０１は、物理コア６０７の周囲に巻かれた入力巻線６０３および出力巻線６０５を備えている。一実施形態では、巻線は、安全上の理由から、巻線をエネルギー伝達エレメントの磁心から分離するボビン上に巻かれている。分かり易くするためにボビンは特に示されていないが、実際の設計に必要な物理コア６０７部分と仮定することができる。以下の表１は、トランス６０１の電気仕様をまとめたものである。図５Ａおよび５Ｂに示す実施形態と同様、図６Ａおよび６Ｂに示す実施形態も、入力巻線６０３が同じく平衡巻線または遮蔽巻線部分６０６を備えていることを示している。図に示す実施形態では、入力巻線６０３の最終層６０４は、入力巻線６０３の平衡巻線または遮蔽巻線部分６０６を含む２本の平行ワイヤを備えている。図に示す実施形態では、この外側層または最終層６０４には、入力巻線６０３の３つの内側層が先行している。他の実施形態では、本発明の教示による入力巻線６０３および出力巻線６０５に、異なる数の層が利用されていることは当然理解されよう。
【００３５】
一実施形態では、入力巻線６０３から外部回路への接続には、ノード１およびノード４が使用され、ノード２は接続されていない。一実施形態では、ノード２は、入力巻線６０３の平衡巻線または遮蔽巻線部分６０６を含む２本の平行ワイヤを使用して、入力巻線６０３の最終層６０４を開始するための、入力巻線６０３の最初の３つの層の終端を単純に表している。一実施形態では、入力巻線６０３のこの外側層６０４に２本の平行ワイヤが使用されている以外に、入力巻線６０３の先行する３つの層以外の外側層６０４に、異なるワイヤ・ゲージが使用されていることに言及しておく。一実施形態では、この選択は、最適平衡効果を提供するために、外側層６０４に必要な巻き数が経験的に決定された後に実行されている。一実施形態では、巻き数が選択されると、必要な巻き数が有効巻線領域（またはボビン幅）を完全に満たすように、ワイヤ・ゲージが選択されている。
【００３６】
図７Ａおよび７Ｂは、本発明の教示によるトランス７０１の一実施形態の他の特定の略図および横断面図を示したものである。図に示すように、トランス７０１は、物理コア７０４の周囲に巻かれた入力巻線７０３および出力巻線７０５を備えている。図５Ａおよび５Ｂに示す実施形態と同様、図７Ａおよび７Ｂに示す実施形態も、入力巻線７０３が同じく平衡巻線または遮蔽巻線部分７０６を備えていることを示している。図に示す実施形態では、入力巻線７０３の第１の層は、入力巻線７０３の平衡巻線または遮蔽巻線部分７０６を含む２本の平行ワイヤを備えている。図に示す実施形態では、この内側層または第１の層７０６は、出力巻線７０５の後、かつ、入力巻線７０３の残りの層の前に巻かれている。他の実施形態では、本発明の教示による入力巻線７０３および出力巻線７０５に、異なる数の層が利用されていることは当然理解されよう。また、他の実施形態では、入力巻線７０３の平衡巻線または遮蔽巻線７０６部分に、異なる本数の平行ワイヤが使用されていることについても理解されよう。
【００３７】
一実施形態では、入力巻線７０３から外部回路への接続には、ノード１およびノード３が使用され、ノード４は接続されていない。一実施形態では、ノード４は、単線ワイヤを使用して、入力巻線７０３の残りの層を開始するための、入力巻線７０３の平衡層または遮蔽層７０６の終端を単純に表している。一実施形態では、入力巻線７０３のこの平衡または遮蔽部分７０６に２本の平行ワイヤが使用されている以外に、入力巻線７０３の残りの層以外のこの遮蔽層または平衡層７０６に、異なるワイヤ・ゲージが使用されていることに言及しておく。一実施形態では、この選択は、最適平衡効果を提供するために、平衡層または遮蔽層７０６に必要な巻き数が経験的に決定された後に実行されている。一実施形態では、巻き数が選択されると、必要な巻き数が有効巻線領域（またはボビン幅）を完全に満たすように、ワイヤ・ゲージが選択されている。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】フライバック・コンバータ電源の略図である。
【図２】寄生キャパシタンスを示すフライバック・コンバータ電源の略図である。
【図３】トランスの略図（Ａ）とフライバックトランスに巻かれた層の横断面図（Ｂ）である。
【図４】本発明の教示に従って巻かれたトランスの一実施形態の略図（Ａ）とその横断面図（Ｂ）である。
【図５】本発明の教示に従って巻かれたトランスの他の実施形態の略図（Ａ）とその横断面図（Ｂ）である。
【図６】本発明の教示に従って巻かれたトランスのさらに他の実施形態の略図（Ａ）とその横断面図（Ｂ）である。
【図７】本発明の教示に従って巻かれたトランスのさらに他の実施形態の略図（Ａ）とその横断面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１０１  フライバック・コンバータ電源
１０３  一次スイッチ
１０５  帰還制御信号
１０７、２０７、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１  トランス
２０１  電源
２０９、２１１、２１３、２１５  寄生キャパシタンス
２１７  コンデンサＣｙ
３０３、４０３、５０３、６０３、７０３  入力巻線
３０５、４０５、５０５、６０５、７０５  出力巻線
３０７、４０７、５０７、６０７、７０４  トランスの物理コア
４０４、５０４、６０４  外側層（最終層）
５０６、６０６、７０６  平衡巻線または遮蔽巻線部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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