JPH0831379B2 - 高周波昇圧トランス - Google Patents
高周波昇圧トランスInfo
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- JPH0831379B2 JPH0831379B2 JP35006391A JP35006391A JPH0831379B2 JP H0831379 B2 JPH0831379 B2 JP H0831379B2 JP 35006391 A JP35006391 A JP 35006391A JP 35006391 A JP35006391 A JP 35006391A JP H0831379 B2 JPH0831379 B2 JP H0831379B2
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- secondary winding
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Description
冷陰極管等を点灯するためのインバータに用いるのに好
適な小型で薄形の高周波昇圧トランスの構成に関するも
のである。
は図1のように構成されている。複数の鍔1を有する中
空のボビン2には、低圧側一次巻線L1 と高圧側二次巻
線L2 が鍔1で分離して巻回されている。高電圧が発生
する二次巻線L2 は、さらに鍔1で複数段に分割して巻
かれることにより、重なり合う線間の電位差を低くして
絶縁破壊を防止するようにしてある。ボビン2の中空部
3には二つのE形コア4、5のそれぞれの中央脚6、7
が挿入され、コア4とコア5が互いに突き合わせて固定
されている。
は、狭い隙間に取付けられるようにするために薄形に構
成する必要がある。このため、ボビン2の断面形状が偏
平な長方形となり、巻数が同じでも巻線長が長くなって
導体抵抗が増え効率が低下する欠点があった。従来の角
形トランスは薄形化の上で5mm程度が限界であり、こ
れ以上厚みを圧縮して幅を広げると銅損が著しく増加す
る問題があった。また、二次巻線L2 を分割巻きしなけ
ればならないので、巻線作業が複雑になり、全体の体積
が増加する欠点もあった。
の高周波昇圧トランスを提供することを目的とする。
円柱形の中央脚の周りに低圧側一次巻線と高圧側二次巻
線を巻回した高周波昇圧トランスにおいて、一次巻線と
二次巻線は、中央脚の中心軸方向に互いに隣合う位置に
それぞれ多層に巻回され、それぞれの巻幅がほぼ同一寸
法であるとともに、二次巻線の一層あたりの巻数が二次
巻線の全巻数の1/10以下であり、中央脚の半径をRm
とし、一次巻線と二次巻線の巻幅を共にWとしたとき、
Rm/Wが0.6〜1.7の範囲にある構成を特徴とす
る。
について説明する。断面がE形のコア10は、平板部11と
その両端に一体に形成された外脚12、及び平板部11の中
央に一体形成された円柱形の中央脚13を有している。20
は、図4に示すように3枚の鍔21と二つの巻溝24、25と
中空な巻軸22とを備えたプラスチック製のボビンであ
り、巻軸22の中空部23にはコア10の中央脚13が挿入され
ている。巻溝24には低圧側一次巻線L1 を、中央脚13の
中心軸C方向に隣合った巻溝25には高圧側二次巻線L2
を、それぞれ多層に巻き重ねてある。コア10の上には、
断面がI形の平板状コア30が突き合わせて固定されてい
る。図示は省略してあるが、コア30と中央脚13との間、
あるいはコア30と中央脚13及び外脚12の間に、プラスチ
ックフィルムを挿入したり隙間を設けたりすることによ
り、磁気飽和が起きにくい構造としてある。
層に巻き重ねていくと、どの層も巻き始めの部分と次層
目の巻き終わりの部分が隣合うことになる。しかし、二
次巻線L2 の両端にかかる電圧が2kVある場合でも、
二次巻線L2 を例えば20層に巻回すれば、両者間にかか
る電圧は2000÷10であり200Vとなるので、鍔
で複数段に分割して巻いた従来例と同様、重なり合う線
材間の電位差が低くなり絶縁破壊が防止される。インバ
ータ用の高周波昇圧トランスの中には二次巻線L2 の電
圧が小さいもので1000V以下のものもあるが、絶縁
破壊を確実に防止するためには、二次巻線L2 の1層当
たりの巻数を二次巻線L2 の全巻数の1/10以下とする
のが望ましい。
インダクタンスL0と飽和電流I0 が得られる条件を考
えてみる。今、コイルの巻数をN、磁気抵抗をRとする
と、インダクタンスはN2 /Rで与えられるから、 R≦N2 /L0 ─────────(1) また、均一な断面積を有する磁気回路の断面積をS、飽
和磁束密度をBmとすると、飽和電流はBmSR/Nで
与えられるから R≧I0 N/BmS─────────(2) すなわち、インダクタンスL0 の点からは磁気抵抗Rが
小さいことが必要であり、飽和電流I0 の点では磁気抵
抗Rが大きいことが必要となる。
(1)式と(2)式の関係をプロットすると図6のよう
になる。図において、斜線を施した領域が(1)式と
(2)式の不等式を満たす範囲を示している。図6に示
すように、要求特性を満たす最小の巻数はN0 、最小の
磁気抵抗はR0 となる。平均の磁路長をl、コアの透磁
率をμとすると、磁気抵抗Rは一般にR=l/μSで与
えられるから、断面積Sを一定とすれば、磁気抵抗Rは
磁性体の体積に比例すると考えられる。したがって、N
0 、R0 は要求特性を満たし、しかもインダクタンス素
子の体積を最小とする解と考えられる。すなわち N0 =L0 I0 /BmS ─────(3) R0 =L0 I0 2 /(BmS)2 ───(4) が巻数と磁気抵抗の最適解である。
ような丸形トランスについて、両トランスの仕様を以下
のように定め、それぞれの特性の比較を行ってみる。 一次インダクタンス 200μH以上 一次巻線飽和電流 1A以上 一次、二次巻線比 1:50 一次巻線直径 0.25mmΦ 二次巻線直径 0.07mmΦ 巻線の絶縁耐圧 100VP-P 以下
束密度Bmを0.3T、磁気回路の最小断面積Sを15
mm2 として(3)、(4)式よりN0 、R0 を求める
と N0 =L0 I0 /BmS =200×10-6×1/(0.3×15×10-6) =45(ターン) R0 =L0 I0 2 /(BmS)2 =200×10-6×12 /(0.3×15×10-6)2 =9.88(AT/Wb) したがって、一次巻線は45ターンになり、巻線比が
1:50であるから、二次巻線は2250ターンとな
る。以上の条件で角形と丸形のトランスを設計したとこ
ろ、それぞれ次のような結果となった。
同一の性能を実現する場合、銅損及び体積の点で丸形ト
ランス形状が有利である。特に、インバータトランスと
して使用する場合は一次巻線に数10kHzの大振幅共
振電流が流れるため一次巻線の銅損低減はトランスの変
換効率の改善に大きく寄与できる要因となる。
1 、二次巻線L2 のみの側面断面を示す図である。図3
のようなトランスにおいて、中央脚13の中心軸Cに直交
する平面上における中央脚13と一次巻線L1 及び二次巻
線L2 の断面積の和が最小になる条件、すなわち図7に
示す中央脚13の半径Rmと一次巻線及び二次巻線の巻幅
Wの和が最小になる条件を、次に求めてみる。今、中央
脚13の半径をRm、一次巻線と二次巻線の巻数比を1:
n、コア10の平板部11とコア30の厚さをt、一次巻線L
1 の高さ寸法をh1、二次巻線L2 の高さ寸法をh2 と
し、一次巻線と二次巻線の線材の直径をそれぞれd1 、
d2 とすると、一次巻線L1 の1層当たりの巻数はh1
/d1 、二次巻線L2 の1層当たりの巻数はh2 /d2
となる。したがって、それぞれの巻き重ねられる層数は
一次側がN0 d1 /h1 、二次側がnN0 d2 /h2 と
なるが、二次巻線L2 と一次巻線L1 の高さh2 、h1
の比を h2 /h1 =nd2 2 /d1 2 ────(5) に設定することにより、一次巻線L1 及び二次巻線L2
の巻線幅は等しくなる。この巻線幅Wを一次巻線L1 の
諸元で表せば W=N0 d1 2 /h1 ───────(6) となる。
部11と交差した面、すなわち直径が中央脚13と同一で高
さが平板部11の厚みtと同じ円筒状の部分を、以下、繋
ぎ部と呼ぶことにする。小型で低背型のトランスは、磁
気回路の最小断面積Sがコアのこの繋ぎ部で制限される
のが一般的である。この場合コアの繋ぎ部の面積が中央
脚13の断面積以下となることから 2πRmt≦πRm2 ∴ Rm≧2t ─────────(7) となり、このときの繋ぎ部の面積Sは S=2πRmt ─────────(8) となる。
は、一次巻線と二次巻線の間隔を無視すれば ΣS=π(Rm+W)2 ───────(9) であるから、これを最小にするには、(9)式の括弧内
をPとおいて P=Rm+W ───────────(10) が最小となればよい。これに(6)式のWを代入すると P=Rm+d1 2 /h1 ×N0 したがって、(3)式より P=Rm+d1 2 /h1 ×(L0 I0 /BmS) (8)式のSを代入して P=Rm+(d1 2 L0 I0 /2πBmh1 t)×1/Rm ここでK=d1 2 L0 I0 /2πBmh1 tとおくと P=Rm+K/Rm ────────(11) Pを最小にする中央脚13の半径Rmの値Rm0 はdP/
dRm=0より dP/dRm=1−K/Rm2 ────(12) したがって Rm0 =K1/2 ──────────(13) となる。(11)式と(12)式からPの最小値は P=K1/2 +K/K1/2 =2K1/2 ──(14) すなわち、Rm=K1/2 、 W=K1/2 のとき、つま
りRm=WのときPが最小となる。
とすると Rm=X・K1/2 これを(11)式に代入して P=X・K1/2 +K/X・K1/2 =X・K1/2 +K1/2 /X ∴ P=K1/2 (X+1/X)─────(15) 図8は、このPとXの関係をプロットした図である。P
はX=1のとき最小となり、Xに対しX+1/Xのカー
ブで増加する。Pの値の実用的な範囲として、その最小
値からプラス15パーセントまでをとると、このときの
Xの値、すなわちRmとWの比は図に示すように0.6
〜1.7の範囲となる。
積の小さい高周波昇圧トランスを構成でき、巻線線材が
短縮されることにより銅損も減少する。また、二次巻線
を複数段に分割巻きしなくてもよいので、巻線工程が簡
略化され生産性が向上する効果もある。
図
図
Claims (1)
- 【請求項1】 断面がE形のコアの略円柱形の中央脚の
周りに低圧側一次巻線と高圧側二次巻線を巻回した高周
波昇圧トランスにおいて、一次巻線と二次巻線は、該中
央脚の中心軸方向に互いに隣合う位置にそれぞれ多層に
巻回され、中央脚の中心軸に直交する方向のそれぞれの
巻幅がほぼ同一寸法であるとともに、二次巻線の一層あ
たりの巻数が二次巻線の全巻数の1/10以下であり、中
央脚の半径をRmとし、一次巻線と二次巻線の該巻幅を
共にWとしたとき、Rm/Wが0.6〜1.7の範囲に
あることを特徴とする高周波昇圧トランス。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35006391A JPH0831379B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 高周波昇圧トランス |
| US07/983,682 US5359313A (en) | 1991-12-10 | 1992-12-01 | Step-up transformer |
| DE4241689A DE4241689C2 (de) | 1991-12-10 | 1992-12-10 | Aufwärts- (Hochspannungs-)Transformator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35006391A JPH0831379B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 高周波昇圧トランス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05159944A JPH05159944A (ja) | 1993-06-25 |
| JPH0831379B2 true JPH0831379B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=18407981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35006391A Expired - Fee Related JPH0831379B2 (ja) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | 高周波昇圧トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831379B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5847518A (en) * | 1996-07-08 | 1998-12-08 | Hitachi Ferrite Electronics, Ltd. | High voltage transformer with secondary coil windings on opposing bobbins |
| DE69915164T2 (de) * | 1998-05-08 | 2004-09-09 | Denso Corp., Kariya | Gerät für eine Entladungslampe |
| KR101388891B1 (ko) * | 2011-12-28 | 2014-04-24 | 삼성전기주식회사 | 트랜스포머와 이를 구비하는 파워 모듈 |
-
1991
- 1991-12-10 JP JP35006391A patent/JPH0831379B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05159944A (ja) | 1993-06-25 |
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