JPH0878253A - フィルム型トランス - Google Patents

フィルム型トランス

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Publication number
JPH0878253A
JPH0878253A JP6214784A JP21478494A JPH0878253A JP H0878253 A JPH0878253 A JP H0878253A JP 6214784 A JP6214784 A JP 6214784A JP 21478494 A JP21478494 A JP 21478494A JP H0878253 A JPH0878253 A JP H0878253A
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JP
Japan
Prior art keywords
winding
primary
type transformer
pattern
film type
Prior art date
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Pending
Application number
JP6214784A
Other languages
English (en)
Inventor
Chiyouko Saitou
斎藤兆古
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otsuka Science Co Ltd
Shashin Kagaku Co Ltd
Original Assignee
Otsuka Science Co Ltd
Shashin Kagaku Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Otsuka Science Co Ltd, Shashin Kagaku Co Ltd filed Critical Otsuka Science Co Ltd
Priority to JP6214784A priority Critical patent/JPH0878253A/ja
Publication of JPH0878253A publication Critical patent/JPH0878253A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 空心フィルム型トランスのエッジ効果による
影響を低減化し、1次・2次コイル間の結合を良好にす
る。 【構成】 薄膜基板上に近接して形成された1次巻線パ
ターン及び2次巻線パターンを備え、各巻線の中心から
端部に行くにつれて巻線の幅又は太さを大きくするか、
巻線間のギャップを狭くするか、或いは巻線の幅又は太
さを大きくすることと、巻線間のギャップを狭くするこ
ととを併用したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は1枚のフィルム状薄膜基
板に1次コイル、2次コイルパターンを形成したフィル
ム型トランスの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、各種電源機器の中で、モータ駆
動用などの中容量(数kW)以上のものはそれ自体を独
立に単体品として製造する場合が多いが、数百あるいは
数十W以下のものはパーソナルコンピュータ等のよう
に、その製品システム中に組み込まれるケースが多い。
特に計算機用電源においては、信号用半導体、すなわち
メモリデバイスの小型・高密度化が飛躍的に進んでお
り、電源のプリント基板上に占める割合が近年大きくな
ってきている。このような背景から小容量電源の一層の
小型・軽量化が要求されている。
【0003】一方、最近の電力用半導体素子の高周波化
に伴い、トランス、インダクタ、およびコンデンサの小
型化が実現されている。しかし、これらの回路部品の高
周波における低損失化が重要な課題であり、インダクタ
およびトランスはフェライトまたはアモルファス磁性材
料を磁心に用いることで高周波時の低損失化に対応して
いる。しかしながら、これらの磁性材料においてもいわ
ゆる鉄損が励磁周波数と共に増加するため、電源機器の
効率を下げる要因となっている。また、磁性材料は、本
質的に磁束の飽和状態をもっており、インダクタおよび
トランスとして使用できる磁束値、すなわち電圧・時間
積に制限があり、機器設計の制約条件となっいる。この
ような問題を解決するために、本発明者は、既にフィル
ム型の空心トランスについての提案を行っている。
【0004】この既提案について簡単に説明する。例え
ば、図1に示すようなごく接近した長さ3m、断面円の
半径が0.2mmの2つの銅導体の交流抵抗RA (RA1
=RA2)、自己インダクタンスL(L1 =L2 )および
結合係数kについての周波数特性理論値は図2に示すよ
うなものである。図2から分かるように、励磁周波数が
増加すると、表皮効果によって交流抵抗は増加するが、
内部自己インダクタンスが減少するため、高周波領域に
おいて高い結合係数が得られる。
【0005】そこで、図3に示すように、1次及び2次
巻線パターンをリソグラフィ技術、エッチング技術、印
刷技術等によりフィルム状薄膜絶縁基板1に2本のパタ
ーンを、近接させて円形同心軸状に形成する。図3
(a)に示すように2本のパターンを1次巻線、2次巻
線とすると、これによってフィルム型薄膜トランスが形
成され、この一枚のフィルムでも変圧器動作は可能であ
るが、2枚以上のフィルムトランスを積層した方が低周
波特性の改善、変圧比の変更等都合がよい。
【0006】いま、パターンの中心を始点として円形同
心軸状に形成したとすると、図3(a)のパターンは時
計方向に、図3(b)のパターンは反時計方向に巻回さ
れていることになる。そして、ピッチ、巻回数が等しい
とすると、図3(a)、図3(b)において各ターン毎
に常に外側に位置する巻線の方が、内側に位置する巻線
よりも長くなる。そこで、図3(a)の各ターン毎に常
に外側に位置する巻線を1次巻線2、内側に位置する巻
線を2次巻線3としたとき、図3(b)では、逆に各タ
ーン毎に常に外側に位置する巻線を2次巻線3´、内側
に位置する巻線を1次巻線2´とし、図3(a)と図3
(b)の基板を積層し、端子2bを端子2b´に、端子
3bを端子3b´に接続し、2a、2a´を1次端子、
3a、3a´を2次端子とすれば、図3(a)と図3
(b)の巻線パターンによる磁束が加わり、かつ1次巻
線と2次巻線の長さを等しくすることができる。このよ
うに2枚を積層したものを単位として複数積層し、互い
に直列或いは並列接続してフィルム型トランスを形成す
る。直列接続すると抵抗値が大きくなり、並列接続する
と抵抗値が小さくなるので、接続する負荷とのインピー
ダンス整合がとれるように接続を選択する。
【0007】このフィルム型トランスでは比較的高抵抗
負荷で高周波領域で良好な効率が得られ、周波数が高い
ほど巻線電流の表皮効果が顕著となり高効率が達成でき
る。なお、巻線パターンは円形状に限らず、角形の同心
軸形、L形の同心軸形等でもよく、また、C形、E形等
基板の一部にコイルが形成されない領域があるように任
意形状にパターン形成してもよい。また、巻数比も1:
1に限らず、1次巻線パターンと2次巻線パターンの本
数を適宜異ならせて磁束の向きが同じになるように接続
すれば任意の変圧比のものを得ることが可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図3に示し
た構成の空心フィルム型トランスにおいて、周波数を上
げていくと、トランスの端部巻線部に磁界が集中するエ
ッジ効果のため内部インダクタンスが増加する。導体の
インダクタンスLは、導体の内部に分布する電流と磁束
の鎖交に起因する内部インダクタンスLinと、導体外部
の磁束に起因する外部インダクタンスLout の和Lin
out からなる。いま、トランスの1次コイルの自己イ
ンダクタンスをL1 、2次コイルの自己インダクタンス
をL2 とすれば、1次コイルと2次コイル間の結合計数
kは、 k=M/(L1 2 1/2 で表され、Linが増加して自己インダクタンスが増え
ると、1次コイルと2次コイルの結合が低下して効率が
低下する。
【0009】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、巻線導体の表皮効果を利用した空心フィルム型
トランスのエッジ効果による影響を低減化し、高周波領
域における1次・2次コイル間の結合の低下を防止して
高効率を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】そのために本発明のフィ
ルム型トランスは、薄膜基板上に近接して形成された1
次巻線パターン及び2次巻線パターンを備え、各巻線の
中心から端部に行くにつれて巻線の幅又は太さを大きく
したことを特徴とする。また、本発明は、薄膜基板上に
近接して形成された1次巻線パターン及び2次巻線パタ
ーンを備え、各巻線の中心から端部に行くにつれて巻線
間のギャップを狭くしたことを特徴とする。また、本発
明は、薄膜基板上に近接して形成された1次巻線パター
ン及び2次巻線パターンを備え、各巻線の中心から端部
にいくにつれて巻線の幅又は太さを大きくすると共に、
巻線間のギャップを狭くしたことを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明のフィルム型トランスは、フィルム状薄
膜基板に変圧器の1次、2次コイルパターンを形成して
薄膜状変圧器を形成し、基板中心(コイルの中心)から
基板端部(コイル端部)にいくに従ってコイルパターン
の幅又は太さを順次大きくするか、コイルパターン間の
ギャップを順次狭くするか、或いはコイルパターンの幅
又は太さを順次大きくすることと、コイルパターン間の
ギャップを順次狭くすることとを併用する。その結果、
中心と端部とで境界条件が異なり、端部における磁界の
集中が緩和され、エッジ効果による影響を低減化して周
波数を上げたときの内部インダクタンスの増加を防ぎ、
高効率を得ることができる。
【0012】
【実施例】図4は本発明のフィルム型トランスを説明す
る図である。図4は、例えば、円形基板1の右半分を示
しており左端が基板の中心(コイル中心)、右端が基板
の右側端部(コイル端部)であり、基板の上面に巻線パ
ターン2、3が、基板の下面に巻線パターン2′、3′
がエッチング等により形成されている。図4(a)は、
巻線の幅w、及び巻線間のギャップgが一定な既提案の
ものを示し、図4(b)は巻線間のギャップgを一定と
し、巻線の幅を端部にいくにつれてw1 <w2 <……<
n と広くした本発明の一実施例を示している。図では
パターンが偏平としているが、完全な偏平ではない場
合、ここで言う幅は太さとも言ってもよい。
【0013】図5は、図4(a)、図4(b)について
の周波数−内部インダクタンスの関係を示したもので、
Laは図4(a)のトランスに対応し、Lbは図4
(b)のトランスに対応している。ただし、図4(a)
においては、巻線パターンの厚み=0.035mm、基
板厚み=0.05mm、ギャップg=0.7mm、巻線
パターンの幅w=1.7mm 図4(b)においては、巻線パターンの厚み=0.03
5mm、基板厚み=0.05mm、ギャップg=0.7
mm、巻線パターンの幅を、中心から、順次 1.7mm,1.7mm,1.9mm,1.9mm,
2.1mm,2.1mm,2.3mm,2.3mm,
2.5mm,2.5mm,2.7mm,2.7mm,
2.9mm,2.9mm,3.1mm,3.1mm,
3.3mmとしている。図から分かるように、巻線の幅
と巻線間のギャップが一定な場合、100kHzあたり
から内部インダクタンスLaは減少し、1MHz近傍で
増加しており、1次コイルと2次コイル間の結合が悪く
なっている。一方、巻線間のギャップを一定とし、巻線
の幅を端部にいくにつれて広くした場合、内部インダク
タンスLbは単調に減少しており、1次コイルと2次コ
イル間の結合が良くなっていることが分かる。
【0014】図6は、中心から端部にいくにつれて巻線
間のギャップをg1 <g2 <……<gn と広くし、巻線
の幅wを一定とした実施例を示している。本実施例の場
合も、図4(b)の場合と同様に内部インダクタンスL
bは周波数に対して単調に減少し1次コイルと2次コイ
ル間の結合を良くすることができる。
【0015】図7は、図4のトランスにおいて、1MH
z、2次側開放としたときの磁界分布を示し、図7
(a)は図4(a)、図7(b)は図4(b)に各々対
応している。なお、上部の濃度マップは右へ行く程磁界
が強いことを示している。基板端部付近を比較するとい
ずれも磁界が集中しているが、図7(a)においては集
中した磁界の円が大きく、集中磁界が強いことが分か
る。この強い集中磁界で1MHz近傍で内部インダクタ
ンスが増加したと考えられる。これに対して、図7
(b)においては、中心部と基板端部の境界条件が異な
るため、集中磁界が弱まったと考えられ、このため内部
インダクタンスが増加していない。
【0016】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、周波数を
高くし、表皮効果により1次・2次コイル間の結合を良
くした空心のフィルム型トランスにおいて、磁界集中に
よるエッジ効果の影響を低減化し、内部インダクタンス
の増加を防いで1次・2次コイル間の結合を良くするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 円形断面の表皮効果について説明する図であ
る。
【図2】 結合係数kの周波数特性理論値を説明する図
である。
【図3】 円形のフィルム型トランスを説明する図であ
る。
【図4】 本発明のフィルム型トランスを説明する図で
ある。
【図5】 周波数−内部インダクタンスの関係を示す図
である。
【図6】 本発明のフィルム型トランスの他の実施例を
示す図である。
【図7】 エッジ効果を説明する図である。
【符号の説明】
1,1´…基板、2,2´…1次巻線パターン、3,3
´…2次巻線パターン、2a、2a´…1次端子、3
a、3a´…2次端子。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜基板上に近接して形成された1次巻
    線パターン及び2次巻線パターンを備え、各巻線の中心
    から端部に行くにつれて巻線の幅又は太さを大きくした
    ことを特徴とするフィルム型トランス。
  2. 【請求項2】 薄膜基板上に近接して形成された1次巻
    線パターン及び2次巻線パターンを備え、各巻線の中心
    から端部に行くにつれて巻線間のギャップを狭くしたこ
    とを特徴とするフィルム型トランス。
  3. 【請求項3】 薄膜基板上に近接して形成された1次巻
    線パターン及び2次巻線パターンを備え、各巻線の中心
    から端部にいくにつれて巻線の幅又は太さを大きくする
    と共に、巻線間のギャップを狭くしたことを特徴とする
    フィルム型トランス。
JP6214784A 1994-09-08 1994-09-08 フィルム型トランス Pending JPH0878253A (ja)

Priority Applications (1)

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JP6214784A JPH0878253A (ja) 1994-09-08 1994-09-08 フィルム型トランス

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JP6214784A JPH0878253A (ja) 1994-09-08 1994-09-08 フィルム型トランス

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JP (1) JPH0878253A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150279548A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-01 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Compact inductor employing redistrubuted magnetic flux
US10622136B2 (en) * 2017-10-26 2020-04-14 Arm Ltd Balanced-to-unbalanced (balun) transformer

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