JPH06215964A - 高周波用電源トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力が数ワット以上のトランスを対象とし
た、薄形・低損失の高周波用電源トランスを提供する。 【構成】 中心部導体１に絶縁層２を介して外周部導体
箔帯３を巻き、この外周部導体箔帯３上に絶縁層４を介
して磁性箔帯５を巻いた構造とする。このような同軸構
造のトランスをＵ字形に形成し、中心部導体１をトラン
スの１次側あるいは２次側の巻線とし、外周部導体箔帯
３をトランスの２次側あるいは１次側の巻線とする。こ
のように１次側および２次側の導体と磁性箔帯を同軸状
に配置することにより、１次側・２次側導体間の結合を
高くしトランスの特性を向上させると共に、漏れ磁束を
大幅に減少させ、トランスの損失を低減させる。さら
に、トランスの厚さを導体厚さ、導体箔体厚さ、絶縁層
厚さ、磁性箔厚さの和として、薄膜技術を用いず薄型化
を図ることにより、高出力を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンバータやスイッチ
ング電源等に好適で小形・薄形に構成された高周波特性
に優れる高周波用電源トランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器構成部品の小形化・薄形
化の要請は厳しく、高品質な電力を供給するスイッチン
グ電源においても小形・薄形化は必須の課題であり、ス
イッチング周波数の高周波化により、トランス、コンデ
ンサ等の部品を小さくすることで小形化が進められてき
た。半導体部品やコンデンサ部品では、ＬＳＩや積層セ
ラミックコンデンサに代表されるように、早くから薄膜
技術が用いられ、構成部品小形化の要請に十分応えてき
た。一方、トランス等の磁性部品は、これまでのところ
小形化しにくく、とりわけ携帯機器においては、薄形化
を妨げる第一の要因であった。このため、低背丈化をね
らいとした偏平コアやシートコイル導体等に代表され
る、従来のコア成形技術、巻線技術の改良を主とした方
法で検討が進められていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の改良した技術によるコアの窓枠部分に巻線を施すポッ
トコア、Ｅコア等の従来のバルクコアトランスでも、構
造上の制約から薄形化には限界がある。また、薄膜形成
技術を用いた極薄の薄膜トランスが検討されているが
（例えば、Ｔ．ＹＡＣＨＩ，Ｍ．ＭＩＮＯ，Ａ．ＴＡＧ
Ｏ，ａｎｄ Ｋ．ＹＡＮＡＧＩＳＡＷＡ，ＰＥＳＣ’９
１ ＲＥＣＯＲＤＳ，ｐｐ．２０−２６，１９９１．
や、山口，大沼，今川，鳥生，電気学会研究会資料，Ｍ
ＡＧ−９１−６２，１９９１．）、薄膜導体の断面積に
よって電流量が制約されるため、扱える電力は約１Ｗ以
下と比較的小さい。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、出力が数Ｗ以上のトラ
ンスを対象とした、薄形・低損失のトランスを提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の高周波用電源トランスにおいては、導体に
絶縁層を介して導体箔帯を巻き、該導体箔帯上に絶縁層
を介して磁性箔帯を巻いた構造を有し、該導体および導
体箔帯の片方を１次側導体あるいは２次側導体とし、他
方を２次側導体あるいは１次側導体とすることを特徴と
している。

【０００６】

【作用】本発明の高周波用電源トランスでは、１次側導
体および２次側導体と磁性箔帯を同軸状に配置した構造
とすることにより、１次側・２次側導体間の結合を高く
しトランスの特性を向上させるとともに、従来技術によ
る偏平コアで問題となる漏れ磁束を大幅に減少させ、ト
ランスの損失の低減を図る。さらに、トランスの厚さを
導体厚さならびに導体箔体厚さ、絶縁層厚さ、磁性箔厚
さの和となるようにし、所望の出力に合わせて必要最低
限の厚さのトランスを簡便に作製できるようにし、薄型
化を図る。このように、薄膜技術を使用しないで薄型化
を図ることにより、高出力を実現する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【０００８】〔実施例１〕図１（ａ），（ｂ）は本発明
の第１の実施例を示す高周波用電源トランスの断面模式
図（ａ）と鳥瞰模式図（ｂ）である。各図において、１
は中心部導体、２は絶縁層、３は外周部導体箔帯、４は
絶縁層、５は磁性箔帯である。

【０００９】本実施例の高周波用電源トランスにおいて
は、中心部導体１に絶縁層２を介して外周部導体箔帯３
を巻き、この外周部導体箔帯３上に絶縁層４を介して磁
性箔帯５を巻いた構造とする。このような同軸構造のト
ランスを図１（ｂ）に示すように例えばＵ字形に形成
し、中心部導体１をトランスの１次側あるいは２次側の
巻線（導体）とし、外周部導体箔体３を２次側あるいは
１次側の巻線（導体）とし、外部に接続して使用する。
以下に本実施例の高周波用電源トランスの製作方法を具
体例で示す。

【００１０】初めに、中心部導体１として直径３００μ
ｍφの心線を持つ外皮付き導線（外皮が絶縁層２とな
る）に、外周部導体箔帯３として厚さ１００μｍの銅箔
を螺旋状に巻き付ける。次に、外周部導体箔帯３上に例
えば厚さ７．５μｍのポリイミドシートを絶縁層４とし
て巻き付け、その上に磁性箔帯５として、表面に絶縁層
を形成した例えば厚さ２０μｍのＣｏ基アモルファス箔
帯を螺旋状に複数回巻き付ける。この後、図１（ｂ）に
示すようにＵ字形状曲げる。もちろん、先に中心部導体
１をＵ字形状に曲げ、そこに絶縁層２、外周部導体箔体
３等を巻き付けて作製しても良い。

【００１１】こうして作製されたトランスは、厚さ約２
ｍｍ、長さ約１０ｃｍのＵ字形の形状を持った、１次側
１ターン、２次側１ターンの巻線比１対１の高周波用電
源トランスである。このトランスを例えば３Ｗの１石フ
ォワードコンバータに実装し特性を評価した結果、従来
の偏平コア（高さ約８ｍｍ）を用いたコンバータに比
べ、厚さで約半分に薄形化され、同等以上の効率を得る
ことができた。また、このとき、トランスの温度上昇
は、従来構造のトランスに比べ、２／３以下であった。
このように本実施例のトランスは薄形・高効率で、かつ
局所的な発熱をともなわず、放熱にも優れているため、
高密度実装が可能となる特徴を有している。

【００１２】〔実施例２〕次に、本発明の第２の実施例
を示す。図２（ａ），（ｂ）は、本第２の実施例により
製作した基本トランス部分を示す高周波用電源トランス
の断面模試図（ａ）と鳥瞰模式図（ｂ）である。各図に
おいて、１１は中心部導体群、１２は絶縁層、１３は外
周部導体箔体群、１４は絶縁層、１５は磁性箔帯であ
る。第１の実施例との差異は、中心部および外周部の各
導体を複数の導体群とすることにより多数巻線としてい
ることである。

【００１３】図２（ｂ）において、中心部導体群１１を
トランスの１次側あるいは２次側の巻線とし、外周部導
体箔体群１３をトランスの２次側あるいは１次側の巻線
として、外部に接続して使用する。以下に本実施例の基
本トランス部分の製作方法を具体例で示す。

【００１４】初めに、中心部導体群１１として直径１０
０μｍφの心線を持つ外皮付きより線２０本（リッツ
線）を製作する。続いて、図３（ａ）に示す様に例えば
厚さ２５μｍのポリイミドシート７で裏打ちされた銅箔
（厚さ１００μｍ）６のシートを、ケミカルエッチング
により図３（ｂ），（ｃ）に示す様にパターン加工し、
絶縁用の溝で分離された複数本の導体箔体群６′を形成
する。このようなポリイミドシート７を内側にして、導
体箔体群６′を前記２０本の外皮付きより線を束ねた中
心部導体群１１に巻き付ける。エッチングされた銅箔に
よる図３の導体箔体群６′が図２の外周部導体群１３と
なる。また、図３のポリイミドシート７が図２の絶縁層
１２に相当する。さらに上記に続いて、導体箔体群６′
の外側に例えば厚さ７．５μｍのポリイミドシートを絶
縁層１４として巻き付けたのち、磁性箔帯１５として、
表面に絶縁層を形成した例えば厚さ２０μｍのＣｏ基ア
モルファス箔帯を螺旋状に複数回巻き付ける。この後、
全体をＵ字形状に曲げる。もちろん、先に中心部導体群
１１をＵ字形状に曲げておいて、そこに外周部導体箔体
群１３や磁性箔体１５等を巻き付けてもよい。こうして
製作したトランスは中心部導体として２０端子、外周部
導体として１６端子を有している。

【００１５】次に、このような基本トランスを用いて巻
線比４ターン対２ターンの高周波用電源トランスを作製
する例を示す。図４（ａ），（ｂ）は、本実施例の高周
波用電源トランス両端の断面模式図であり、図５はその
鳥瞰模式図である。これらの図では、基本構成が図２と
同じなので、各導体のみに符号を付して示している。図
４（ａ），（ｂ）の断面模式図を用いて本実施例の巻線
の接続方法を示す。ただし記号の付け方として、例えば
導体の一方端をａｌやＡ１とした場合、同導体の他方端
はａ’ｌやＡ’１としている。中心部導体群１１を１次
側巻線、外周部導体箔体群１３を２次側巻線とした場
合、中心部導体群１１の巻線のうちａｌ〜ａ５をそれぞ
れ接続して一本の導体ａとし、各導体の他端ａ’１〜
ａ’５を同様に接続して一本の導体ａ’とする。同様に
ｂ１〜ｂ５を接続して導体ｂとし、ｂ’１〜ｂ’５を接
続して導体ｂ’とする。また、ｃ１〜ｃ５を接続して導
体ｃとし、ｃ’１〜ｃ’５を接続して導体ｃ’とし、ｄ
１〜ｄ５を接続して導体ｄとし、ｄ１〜ｄ’５を接続し
て導体ｄ’とする。こうして作製された導体ａ〜ｄおよ
びａ’〜ｄ’は、図５に示すようにａ’とｂ、ｂ’と
ｃ、ｃ’とｄをそれぞれ接続することにより、４ターン
の巻線（ａ〜ｄ’）となる。同様に、外周部導体箔体群
１３の巻線は、導体Ａ１〜Ａ８とＢ１〜Ｂ８とＡ’１〜
Ａ’８とＢ’１〜Ｂ’８の各々にまとめて接続して、導
体Ａ，Ｂ，Ａ’，Ｂ’を作製する。そして、導体Ａ’と
Ｂとを接続することにより、２ターンの巻線（Ａ〜
Ｂ’）となる。この様な接続により１次側巻線が４巻
線、２次側巻線が２巻線となり、巻線比が４対２のトラ
ンスとなる。本実施例による作製例では、巻線比が４対
２であるが、他の巻線比をとることも可能である。

【００１６】こうして作成されたトランスは、厚さ約４
ｍｍ、長さ約１０ｃｍのＵ字形の形状を持つ。このトラ
ンスを例えば出力６Ｗの一石フォワードコンバータで動
作させた場合、本発明のトランスでは薄形・高効率で、
かつ局所的な発熱をともなわず、放熱にも優れているた
め、従来と同等以上のコンバータ性能を得ることができ
る。

【００１７】〔実施例３〕次に、本発明による第３の実
施例を示す。この実施例は、多出力の高周波用電源トラ
ンスの例であり、具体例として、上記第２の実施例の基
本トランスを用い、１次側４ターンならびに２次側５タ
ーン、５ターン、６ターンからなる３出力トランスを作
製する例について示す。

【００１８】図６（ａ），（ｂ）は本実施例の高周波用
電源トランス両端の断面模式図である。この図でも、基
本構成が図２と同じであるので、各導体のみに符号を付
して示してある。中心部導体１１を１次側巻線、外周部
導体箔体群１３を２次側巻線とし、上記ターン数を得る
ために、１次側は第２の実施例と同様の結線を行い４タ
ーンとし、２次側については３出力のための結線を以下
のように行う。まず、図６（ａ），（ｂ）中のＡ１〜Ａ
５、Ａ’１〜Ａ’５をＡグループとして、Ａ’１とＡ
２、Ａ’２とＡ３、Ａ’３とＡ４、Ａ’４とＡ５とそれ
ぞれ結線して５ターン（Ａ１〜Ａ’５）の巻線とする。
同様に図中のＢ１〜Ｂ５、Ｂ’１〜Ｂ’５をＢグループ
として、Ｂ’１とＢ２，Ｂ’２とＢ３，Ｂ’３とＢ４，
Ｂ’４とＢ５とをそれぞれ結線して５ターン（Ｂ１〜
Ｂ’５）の巻線とする。さらに、Ｃ１〜Ｃ５、Ｃ’１〜
Ｃ’５をＣグループとしてＣ’１とＣ２、Ｃ’２とＣ
３、Ｃ’３とＣ４、Ｃ’４とＣ５、Ｃ’５とＣ６とをそ
れぞれ結線して６ターン（Ｃ１〜Ｃ’６）の巻線とす
る。

【００１９】この様な方法で製作したトランスは１次側
に４ターン、２次側には５ターンが２出力と６ターンが
１出力の全部で３出力を取り出すことができる。この様
に巻線の接続方法を変えることにより、本実施例の高周
波用電源トランスでは、複数の出力を得ることが可能で
ある。

【００２０】こうして作製されたトランスは厚さ約４ｍ
ｍ、長さ約１０ｃｍのＵ字形の形状を持つ。このトラン
スを例えば出力６Ｗの一石フォワードコンバータで動作
させた場合、本発明の高周波用電源トランスでは薄形・
高効率で、かつ局所的な発熱をともなわず、放熱にも優
れているため、従来と同等以上のコンバータ性能を得る
ことができる。

【００２１】なお、第１の実施例では中心部導体断面を
円形とする図例を示したが、楕円形や偏平状としたり、
第２および第３の実施例では中心部導体群を円形に束ね
た図例を示したが、楕円形や偏平状に束ねたりすること
により、一層薄形に形成することもできる。さらに、外
周部導体箔体群を構成するエッチングされた銅箔間には
絶縁材を充填することもできる。さらに、上記各実施例
では、トランス形状をＵ字形状とする例を示したが、任
意に曲げた形状のトランスを作製することが可能であ
る。このため、実装基板上の空隙を利用して、実装密度
を向上させることが可能となる。このように本発明は、
その主旨に沿って種々に応用され、種々の実施態様を取
り得るものである。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
高周波用電源トランスによれば、これまでのバルクコア
を用いた場合に比べ、大幅な薄形化と同時に、トランス
特性の向上と低損失化が実現できる。また、薄膜トラン
スに比べ、導体断面積が大きくとれるため、出力が大き
くとれる。また、任意の形状にすることが可能となるた
め、基板上の空隙部を有効に利用することができ、実装
密度を向上させることができる。さらに、同軸線状に作
製される本発明のトランスは、従来のトランスで生じる
局所的な発熱が無く、放熱性にも優れているため、高密
度実装に最適なトランスである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例を示す断面模式
図、（ｂ）はその鳥瞰模式図

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施例に使用する基本
トランスの断面模式図、（ｂ）はその鳥瞰模式図

【図３】（ａ）は上記第２の実施例に用いる銅箔シート
側面図、（ｂ）は上記第２の実施例に用いるケミカルエ
ッチングにより作製した外周部導体箔体群の鳥瞰模式
図、（ｃ）は上記第２の実施例に用いるケミカルエッチ
ングにより作製した外周部導体箔体群の断面模式図

【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例を示す
高周波用電源トランス両端の断面模式図

【図５】上記第２の実施例の鳥瞰模式図

【図６】（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施例を示す
高周波用電源トランス両端の断面模式図

【符号の説明】

１…中心部導体 ２…絶縁層 ３…外周部導体箔帯 ４…絶縁層 ５…磁性箔帯 ６…銅箔 ６′…導体箔体群 ７…ポリイミドシート １１…中心部導体群 １２…絶縁層 １３…外周部導体箔帯群 １４…絶縁層 １５…磁性箔帯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷内 利明 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体に絶縁層を介して導体箔帯を巻き、
   該導体箔帯上に絶縁層を介して磁性箔帯を巻いた構造を
   有し、該導体および導体箔帯の片方を１次側導体あるい
   は２次側導体とし、他方を２次側導体あるいは１次側導
   体とすることを特徴とする高周波用電源トランス。