JPS5893469A - スイツチング・レギユレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スイッチング・レギュレータの定電圧方式の
一つとしての磁気増幅器方式の特性改良に関する。

この種のスイッチング・レギュレータの一例を・第１図
に示す。

図においてｌはスイッチング素子、２は主トランス、３
．１は主トランス８の１次巻線および２次巻線である。

６は可飽和リアクトル、６は整流回路７は定電圧制御回
路、８＆、８ｔ１は直流出力端子であるＧ 次にこの回路の動作を説明す、る・ 直流電圧が印加された一次巻ｌ１Ｉ３に接続されたスイ
ッチング素子ｌの０Ｎ−ＯＦＪＦにより主トランス８の
二次巻線番にパルス状の電圧が誘起される。この電圧は
可飽和リアクトル６を通って、整流回路費介し、出力端
子８ａ、８ｂに直流電圧となって現われる。この時、正
パルス電流ｉ１により可飽和リアクトル６は第４図（＆
）の飽和点ムまで達し、１１が零になった時に１ｒ点に
戻る。負パルス電流１■は、制−回路７によって出力直
流電圧の設定値にほば反比例して変化する。すなわち、
負パルス電流１言は制御電流であり、この値が大きくな
れば、リセットされる動作点はＢ点→Ｏ点へと次第に移
ってゆ。

く。１廊が大きくなり０点→ム点の間での動作を繰り返
した時が可飽和リアクトルのインビダンスは最大であり
、１圧降下も最大となる。このように制御亀＠　Ｌ　ｍ
により可飽和リアクトルによる電圧降下を変化させ、出
力直流電圧を一定にする方式が磁気増幅器方式である。

本方式の設計上の重要な問題は、可飽和リアクトルの材
料の選択である。材料性能としては、中部４　（ａ）に
おける残留磁束Ｂｒが大きく角型比Ｂｒ／Ｂｍが大きい
こと（ＩＩ）保磁力Ｈａが小さいこと（ＩｉＤできるだ
。

け薄い板であること等が要求される。これまでは前記性
能を満足するものとして、主に５０％Ｍ１糸のパーマ賞
イが主流であった。この種の磁芯は第２図に示すように
約２５μ程度の薄板を渦巻状に巻き込ミド田イダル状の
形状である。これは、渦巻状のまま約１ｏｏｏＣの高温
で熱部！されるため、渦巻状にする前に電気泳動法等に
より表面に鞭が塗布されている。これは最終的には、渦
巻状したパーマ１イ板の上下層間の絶縁体となり、高周
波動作時の渦電流損を減少させる役目がある゛。磁芯は
、第３図に示すようにｌＯのようなトｐイダルポビンの
中に収納され、巻線１１による巻線時の応力が直接磁芯
に伝わらないように工夫されている。この框の材料のＢ
−１曲線は、第４図（＆）に示すようにｇＯ＝αｇｏ・
であるが、数ｍ程度までは充分に実用可能な材料である
。しかし、スイッチング・レギュレータの周波数が数１
０１ｃ１に〜数１００］ｃＩｍと高くなるにつれて鉄損
の増加がひどく、激しい温度上昇を防ぐことができなく
なった。また渦流損も無視することが困難となり、１５
μ以下の極薄材の要求が強くなった。そのため、熱処理
等７の際の取扱い上の困難さが目立ってきたのみならず
素材の大巾なコストアップを引き越すに到った。

本発明の目的は、上記従来技術の限界に排戦し温度上昇
の少ない組立て容易な高効率、磁気増幅器方式を用いた
スイッチング・レギュレータを提供することである。′
□　　　　− 上記目的を達成するために、本発明のスイッチング・レ
ギュレータは、）ランスの一体巻線に直列に接続されｔ
周期的に断続するスイッチング素子、前記トランスの出
力の二次巻線に直列に接続される可飽和リアクトル、さ
らに前記可飽和リアクトルを直列に接続される整流回路
、前記整流回路の出力端の直流電圧を一定にするための
制御回路により前記可飽和リアクトルの制御電流を制御
する磁気増幅器方式を用いたスイッチング・レギュレー
タにおいて、前記可飽和リアクトル用の磁芯として、そ
の主たる直流磁気特性が角里比９５〜９８％の範囲内に
あり、かつ１１ＣＨｚにおける初透磁率声・ｍ以上にあ
るアモルファス金属磁性材料を用いたことを特徴として
いる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

第４図（ｂ）は、本発明のスイッチング・レギュレータ
に用いられた２Ｂｐ厚のアモルファス金属磁性：材料の
Ｂ−１曲線である。この図から明らかなように角型比９
７％、１１ｃ１ｉｗにおける初透磁率μ・−１０５０の
本材料を可飽和リアクトルとして用いた場合には、ａＯ
％Ｍｉ系のパーマ菅イに比して著しく鉄損が減少するこ
とが予想される。

ここでいうアモルファス金属磁性材料とは、１・、２０
１１１、　Ｏｏ等の金属と１１，８１．Ｏ等を混合した
溶融液を高速に回転する片ロールあるいは両ｐ−ルの表
面に射出名せ、急速冷却することにより一時に薄板状に
作成し、その構造が結晶学的にアモルファス状であるも
のを言う。

また急速冷却後に磁場中もしくは普通の熱処理が必要で
あるが、その温度は高々３００ｐＮ５００Ｃの範囲であ
り、従来材に比較すると著しく低い。−゛そのため、従
来の５０％Ｎｉ系パー！ロイのように溶着を防ぐための
層間絶縁物は必要ないが、渦流損を減少させるためには
絶縁物を層間に入れてもよい。一般に、アモルファス金
属磁性材料は急速冷却凝固の際に、表面が僅かに酸化さ
れるので層間絶縁物が必要でない場合が多い。最終的に
は、従来技揄と同じように、第３図のト胃イダル状のボ
ビンｌＯの中に収納し、巻線して可飽和リアクトルとす
るが、応力に対して従来品はど敏感ではないので、これ
も含めて全体として組立作業が極めて簡便となる。第５
図は、Ｂ（ＸＲｇのスイッチング周波数にて動作させ可
飽和リアクトルの表ｒｊ７７Ｉ温度を測定した結果であ
る。１４は従来の５０％Ｍ１糸パーマロイを、１５は本
発明に使用したチー１＋ルフアス金属材料をそれぞれ用
いた場合のボビン部の表面の温度上昇を示す＠この図か
られかるように、従来の２５μ厚の５０％Ｉｉ系パーｑ
ｒｔｔイは約１０分間で８０Ｃの温度上昇を越すのに対
して、本発明に使用した２５μ厚のアモルファス金属磁
性材料の場合には、前者の約騒〜シの温度上昇に抑えら
れることがわかる。これは第４図伽）にアモルファス金
属磁性材料のＢ−１曲線に示されるように、ＨＯｚα０
４０・で従来品の約０２倍であるだけでなく、１ｘＨｊ
ｉにおける初透磁率μ・が従来品の約６〜フであること
が主な原因である。

しかし１直流磁化特性における良好な角型比と高透磁率
の両方を満足する材料を実現することは。

難しい。ｊＩ６図は、種々異なる角型比を有するアモル
ファス材を用いて、磁気増幅器として動作させた場合の
スイッチング電源の全体の効率を測定した結果である。

角型比が１００％近傍の従来品に近いものは急速にコア
の損失が増え、効率が低下することがわかる。また、角
型比が小さくなるにつｔで効率は向上するが角型比が余
り小さくなると磁気増幅器の制御範囲が狭くなり、これ
を広げるためには主トランスの設計に無理が生じ１逆に
効率の低下を促し好ましくない。したがって償頼性を加
味して高効率を維持するためには角型比は９５〜９８％
の範囲内におさえることが望ましい。

また、ＩＫＢｍにおける初透磁率μ・は角型比と密接な
関係を持つだけでなく、全体の効率とも強い関係がある
。第７図はこの関係を見たものである。

１１［１１ｍにおける初透磁率声・の増加とともに効率
は徐々に増加するがμ・く卿では効率が低下しすぎて好
ましくない。

この他にアモルファス金属磁性材料の固有電気抵抗が１
３０（／ＪΩ−傷〕と５０％Ｈ１系バーｖｏイの６１）
　（／ｌΩ−傷〕に比較して数倍大きいこと、またアモ
ルファス金属の表面には薄い酸化物被服が作成されてい
るために、巻鉄芯とした場合の層間絶縁が保たれ渦流損
がかなり減少することがもう一つの大きな理由である。

以上、本発明の実施例を用いて説明した通り、前記性能
を有したアモルファス金属磁性材料を用いた本発明の方
式を用いれは、高信頼性、高効率な磁気増幅器方式のス
イッチング・レギュレータを実現することができる。

図面の簡単なＷ４Ｆ！４ 第１ｗＪは公知の回路図、第２図は公知の磁芯形状、第
３ｍは公知の可飽和リアクトル形状、第４ｖｔＪに）は
公知の磁芯の特性、第４図伽）は本発明の方式に用いら
れたアモルファへ材料の特性、第５図は本発明と公知例
との温度特性比較図、第６図、第７図は本発明の根拠と
なる特性図である。

際４図 効 享 率 （％） ・角型比（％） 初達扁率ノｅ ６□ 特許庁長官殿 １１件の表示 昭和！５６年特許願第１８９７６８　　号発明の名称　
スイッチング・レギュレータ補正をする者 名　称　１５０Ｕ　　日立金属株式会社代！・者河野　
典夫 代　　　　理　　　　人 居　　所　　　東京都千代「」置火の内覧下目１番２河
８立金属株式会社内電鮎東京２Ｂ４−４６４２“補正の
内容 ！　明細書の「特許請求の範囲」の欄の記載を次の通り
訂正する。

「　トランスの一次巻線に直列に接続され、周期的に断
続するスイッチング素子、前記トランスの出力の二次巻
線に直列に接続される可飽和リアクトル、さらに前記可
飽和リアクトルに直列に接続される整流回路、前記整流
回路の出力端の直流電圧を一定にするための制御回路に
より前記可飽和リアクトルの制御電流を制御する磁１１
１１幅器方式を用いたスイッチング・レギュレータにお
いて、前記可飽和リアクトル用の磁芯として、その主た
る直流磁気特性が角型比９５〜９８％の範囲内にあり、
かつ１１ｃＨｚにおける初透磁率μ・が８００以上にあ
るアモルファス金属磁性材料を用いたことを特徴とする
スイッチング・レギュレータ。」 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トランスの一次審線に直列に接続され、周期的に断続す
   るスイッチング素子、前記トランスの出力の二次巻線に
   直列に接続される可飽和リアクトル、名らに前記可飽和
   リアクシルを直列に接続される整流回路、前記整流回路
   の出力端の直−梳電圧を一走にするための制御回路によ
   り前記可飽和リアクトルの制御電流を制御する磁気増幅
   器方式を用いたスイッチング・レギュレータにおいて、
   前記可飽和リアクトル用の磁芯として、その主たる直流
   磁気特性が角型比ｅａ〜９８％の範囲内にあり、かつ１
   ＩｃＩ！ＩＩにおける初透磁率μ・がａＯＯ以上にある
   アモルファス金属磁性材料を用いたことを特徴とするス
   イッチング・レギュレータ。