JP4241976B2

JP4241976B2 - Power transformer

Info

Publication number: JP4241976B2
Application number: JP33249598A
Authority: JP
Inventors: 敏夫石北
Original assignee: Bando Electronics Malaysia SdnBhd
Current assignee: Bando Electronics Malaysia SdnBhd
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2018-11-24
Also published as: JP2000164438A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源トランスに関し、特にオーディオ機器等に用いられ入力電流の高調波成分の低減をはかろうとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源トランスとして、トロイダル（toroidal) 状の鉄芯に一次巻線および二次巻線を捲装したものが知られている。
図６は上記従来の電源トランスをオーディオ機器の電源回路に用いる場合の回路例を示したものである。
このオーディオ機器の電源回路５０は、大別すると、電源トランス５１と、コンデンサ入力型の整流回路５２とを備えて構成される。
【０００３】
電源トランス５１は、商用交流電源５３に接続された一次巻線５４と、整流回路５２に接続された二次巻線５５と、電源トランス５１の磁路を構成する鉄芯５６ととを備えて構成される。
前記整流回路５２は、二次捲線５５が入力端子に接続され、交流電流の全波整流を行うダイオードブリッジ回路５７の出力端子に出力電圧を平滑にするためのコンデンサ５９を接続したいわゆるコンデンサ入力型の整流回路として構成され、同出力端子には負荷５８が接続される。
【０００４】
上記電源回路５０において、負荷５８に負荷電流を流す際には、ダイオードブリッジ回路５７を介してコンデンサ５９が充電される。
そして、コンデンサ５９の充電電流と同一の二次側電流が二次巻線５５を流れ、さらに鉄芯５６により構成された磁路を介して二次側電流と相似形の一次側電流が流れることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記電源回路５０においては、一次巻線５４と二次巻線５５の電磁的結合がよいため、ダイオードブリッジ回路５７を介してコンデンサ５９に流入する充電電流を制御するインピーダンス（インダクタンスを含む）が小さいため、ピーク値が高い電流が流れることになる。
【０００６】
このため、一次側電流としてもピーク値の高い高調波成分の多い電流が流れることになっていた。
より具体的には、図７において電源トランス５１の一次巻線５４に印加される電圧Ｖ₁′と一次巻線を流れる一次側電流Ｉ₁′の関係に示すように、一次巻線５４を流れる一次側電流Ｉ₁′はピーク値の高い高調波成分の多い電流であり、電源電圧波形を歪ませたり、送電線の損失を増大する等の問題点が生ずることになっていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、二次側にコンデンサ入力型の整流回路を接続する場合、コンデンサの充電電流を抑制し、一次巻線を流れる一次側電流および二次巻線を流れる二次側電流のピーク値を抑制して高調波成分の少ない電流として、電源電圧波形の歪みや送電線の損失を低減できる電源トランスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１は、一次巻線と二次巻線とをトロイダル状の第１の鉄芯に同芯に捲装した電源トランスにおいて、前記一次巻線あるいは前記二次巻線のうち何れか一方を下層巻線とし、該下層巻線の内側面に空隙を有する略円筒状の第２の鉄芯を配置し、前記一次巻線と前記二次巻線のうちの他方の巻線は、前記下層巻線と第２の前記鉄芯を包含するように捲装する上層捲線として形成されるという手段を採用した。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、空隙を有する略円筒状の鉄芯は、磁路を形成し、この磁路には上層巻線が捲装されているために、上層巻線に電流が流れることによって磁化力が生じ磁束が発生し、負荷に直列に挿入するインダクタンスが付与される。
このように負荷に直列に挿入するインダクタンスは、負荷電流に高調波成分が含まれる場合に、電流の基本成分に比し高調波成分を強く抑制するので、高調波成分によって成形されるピーク値の高い電流波形は抑制された波形になる。
【００１０】
また本発明の請求項２は請求項１において、略円筒状の第２の前記鉄芯には空隙を複数個設けるという手段を採用した。
請求項２に記載の発明によれば、インダクタンスを付与する円筒状の鉄芯に複数の空隙を設け、この空隙の個数を変化することによって磁路の実効導磁率を大幅に変化することが可能でありインダクタンスも大幅に変化し、容易に負荷電流に適合するインダクタンスの値にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の具体例を図面を参照して説明する。
図１は実施形態の電源トランスの斜視図、図２は同じく電源トランスの水平断面図、図３は同じく垂直断面図を示す。
【００１２】
電源トランス１００は、トロイダル（toroidal) 状の第１の鉄芯１と、該鉄芯１に同芯状に捲装された下層巻線２と、該下層巻線２の内周側に空隙５を有する略円筒状の第２の鉄芯４を配置し、下層巻線２および第２の鉄芯４を包含して捲装する上層巻線３から形成される。
図示の実施形態は代表的に前記下層巻線２は一次巻線Ｃ₁として使用され、また上層巻線３は二次巻線Ｃ₂として使用される場合を示しているが、以下の説明はこの構成に従い説明する。
【００１３】
前記トロイダル状の鉄芯１は、方向性ケイ素鋼板により形成される。また前記鉄芯４は、方向性ケイ素鋼板や無方向性のケイ素鋼板、そのほかの電磁材料により形成される。
【００１４】
図４に実施形態の電源トランスの等価回路と、当該電源トランスをオーディオ機器の電源回路に用いる場合の回路を示す。
【００１５】
オーディオ機器の電源回路２００は、大別すると、電源トランス１００の等価回路５と、コンデンサ入力型の整流回路６とを備えて構成される。
電源トランス１００の前記等価回路Ｔは、商用交流電源７に接続された一次巻線Ｃ₁と、整流回路６に接続された二次巻線Ｃ₂と、電源トランス１００の磁路を構成するトロイダル状の鉄芯１と、二次巻線Ｃ₂に直列に接続された等価的なリアクトル８とにより形成される。
【００１６】
この際、リアクトル８は、空隙５を有する鉄芯４が二次巻線Ｃ₂を貫通するために二次巻線Ｃ₂に付与されたインダクタンスになる。また、この二次巻線Ｃ₂に付与されるインダクタンスの大きさは、鉄芯４の空隙５の個数または空隙５の大きさを変更することによって大きく変化させることが可能であり、電源トランス１００に接続される負荷の変化に容易に対応させることができるという利点を有する。
【００１７】
前記整流回路６は、二次巻線Ｃ₂が入力端子に接続され、交流電流の全波整流を行うダイオードブリッジ回路９と、ダイオードブリッジ回路９の出力端子に出力電圧の平滑を行うためのコンデンサ１１を接続して形成される。
【００１８】
前記電源回路２００において、負荷１０に負荷電流を流す際には、ダイオードブリッジ回路９を介してコンデンサ１１が充電される。
この時のコンデンサ１１の充電電流は、リアクトル８のインダクタンスによって抑制されることになる。従って、二次側電流Ｉ₂もコンデンサ１１の充電電流と同一の電流になるため、二次巻線Ｃ₂を流れる二次側電流Ｉ₂も抑制されることになる。
【００１９】
さらに、トロイダル状の前記鉄芯１により形成された磁路を介して二次側電流Ｉ₂と相似形の一次側電流が流れるので、一次側電流も抑制されることになる。
【００２０】
このため、一次側電流としてもピーク電流値の低い高調波成分の少ない電流が流れることとなる。
より具体的には、図５に示すように電源トランス１００の等価回路Ｔの一次巻線Ｃ₁を流れる一次側電流Ｉ₁は、図７の一次電流Ｉ₁′と比較してピーク値の低い高調波成分の少ない電流となる。
【００２１】
従って、二次側にコンデンサ入力型の整流回路６を接続する場合、コンデンサ１１の充電電流Ｉ₂を抑制し、二次巻線Ｃ₂を流れる二次側電流Ｉ₂および一次巻線Ｃ₁を流れる一次電流Ｉ₁のピーク電流を制御することにより高調波成分の少ない電流とし、電源電圧波形を歪ませたり、送電線の損失を増大させることが低減できる。
【００２２】
以上の説明においては、一次巻線Ｃ₁をトロイダル状の鉄芯１の下層側に捲回し、二次捲線Ｃ₂を一次巻線Ｃ₁の上層側に捲回していたが、二次巻線Ｃ₂をトロイダル状の鉄芯１の下層側に捲回し、一次巻線Ｃ₁を二次巻線Ｃ₂の上層側に捲回するように形成することも可能である。
【００２３】
この場合には、一次捲線Ｃ₁にインダクタンスが付与されることになり、一次巻線Ｃ₁にリアクトル８が接続された場合と等価になるが、ほかの動作については前記説明と同様である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、空隙を有する略円筒状の鉄芯は磁路を形成し、形成された磁路は外層側に配置した一方の巻線を貫通して当該一方の巻線にインダクタンスを付与するので、当該一方の巻線に直列にリアクトルを接続する場合と等価になり、出力側にコンデンサ入力型の整流回路を接続した場合でも、コンデンサの充電電流を抑制し、一次巻線あるいは二次巻線を流れる電流のピーク電流値を抑制して高調波成分の少ない電流とすることができる。
【００２５】
また本発明の請求項２によれば、インダクタンスを付与する略円筒状の鉄芯に空隙を設け、この空隙の個数を変化することによって磁路の実効導磁率を大幅に変化することが可能であるので、インダクタンスを大幅に変化し、容易に負荷電流に適合するインダクタンスの値にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電源トランスを示す斜視図である。
【図２】同じく電源トランスの水平断面図である。
【図３】同じく電源トランスの垂直断面図である。
【図４】実施形態の電源回路の等価回路図である。
【図５】実施形態の動作説明図である。
【図６】従来の電源回路を示す等価回路図である。
【図７】同じく動作説明図である。
【符号の説明】
１トロイダル状の第１の鉄芯
２下層巻線
３上層巻線
４第２の鉄芯
５空隙
６整流回路
７商用交流電源
８リアクトル
９ダイオードブリッジ回路
１０負荷
１１コンデンサ
Ｃ₁ 一次巻線
Ｃ₂ 二次巻線
Ｔ電源トランスの等価回路
２００電源回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power transformer, and is used particularly for audio equipment and the like to reduce harmonic components of input current.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a power transformer is known in which a primary winding and a secondary winding are mounted on a toroidal iron core.
FIG. 6 shows a circuit example when the above-described conventional power transformer is used in a power circuit of an audio device.
The power supply circuit 50 of the audio device is roughly configured to include a power supply transformer 51 and a capacitor input type rectifier circuit 52.
[0003]
The power transformer 51 includes a primary winding 54 connected to the commercial AC power source 53, a secondary winding 55 connected to the rectifier circuit 52, and an iron core 56 that forms a magnetic path of the power transformer 51. Composed.
The rectifier circuit 52 is a so-called capacitor input type in which a secondary winding 55 is connected to an input terminal, and a capacitor 59 for smoothing the output voltage is connected to an output terminal of a diode bridge circuit 57 that performs full-wave rectification of alternating current. The load 58 is connected to the output terminal.
[0004]
In the power supply circuit 50, when a load current is passed through the load 58, the capacitor 59 is charged via the diode bridge circuit 57.
The secondary current that is the same as the charging current of the capacitor 59 flows through the secondary winding 55, and further, a primary current similar to the secondary current flows through the magnetic path formed by the iron core 56. become.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the power supply circuit 50, since the electromagnetic coupling between the primary winding 54 and the secondary winding 55 is good, the impedance (including inductance) for controlling the charging current flowing into the capacitor 59 through the diode bridge circuit 57. Is small, a current having a high peak value flows.
[0006]
For this reason, a current with a high peak value and a high harmonic component flows as the primary side current.
More specifically, as shown in the relationship between the voltage V ₁ ′ applied to the primary winding 54 of the power transformer 51 and the primary current I ₁ ′ flowing through the primary winding in FIG. 7, the current flows through the primary winding 54. The primary side current I ₁ ′ is a current having a high peak value and a large number of harmonic components, which causes problems such as distortion of the power supply voltage waveform and increase of transmission line loss.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to suppress a capacitor charging current when a capacitor input type rectifier circuit is connected to the secondary side, and a primary side current flowing through the primary winding and a secondary side current flowing through the secondary winding. It is an object of the present invention to provide a power transformer capable of reducing power supply voltage waveform distortion and transmission line loss as a current with less harmonic components by suppressing the peak value.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a first aspect of the present invention provides a power transformer in which a primary winding and a secondary winding are concentrically mounted on a first toroidal iron core. Either one of the secondary windings is a lower layer winding, a substantially cylindrical second iron core having a gap on the inner surface of the lower layer winding is disposed, and the primary winding and the secondary winding The other winding employed the means that it was formed as an upper layer winding that was installed so as to include the lower layer winding and the second iron core.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, the substantially cylindrical iron core having a gap forms a magnetic path, and the upper layer winding is mounted on the magnetic path. Flows, a magnetic force is generated to generate a magnetic flux, and an inductance to be inserted in series with the load is given.
The inductance inserted in series with the load in this way strongly suppresses the harmonic component as compared with the basic component of the current when the load current includes a harmonic component, so that the peak value formed by the harmonic component is reduced. A high current waveform is a suppressed waveform.
[0010]
A second aspect of the present invention employs a means according to the first aspect in which a plurality of gaps are provided in the substantially cylindrical second iron core.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to significantly change the effective magnetic permeability of the magnetic path by providing a plurality of gaps in a cylindrical iron core that provides inductance and changing the number of the gaps. Inductance also changes greatly, and the inductance value can be easily adjusted to the load current.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a perspective view of a power transformer of the embodiment, FIG. 2 is a horizontal sectional view of the power transformer, and FIG. 3 is a vertical sectional view of the same.
[0012]
The power transformer 100 includes a toroidal-shaped first iron core 1, a lower layer winding 2 concentrically mounted on the iron core 1, and a gap 5 on the inner peripheral side of the lower layer winding 2. The second iron core 4 having a substantially cylindrical shape is disposed, and is formed from the upper layer winding 3 that includes the lower layer winding 2 and the second iron core 4 and is installed.
The illustrated embodiment typically shows the case where the lower layer winding 2 is used as the primary winding C ₁ and the upper layer winding 3 is used as the secondary winding C _2. This will be described according to this configuration.
[0013]
The toroidal iron core 1 is formed of a directional silicon steel plate. The iron core 4 is formed of a directional silicon steel plate, a non-directional silicon steel plate, or other electromagnetic material.
[0014]
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the power transformer of the embodiment and a circuit when the power transformer is used for a power circuit of an audio device.
[0015]
The power supply circuit 200 of the audio equipment is roughly configured to include an equivalent circuit 5 of the power transformer 100 and a capacitor input type rectifier circuit 6.
The equivalent circuit T of the power transformer 100 includes a primary winding C ₁ connected to the commercial AC power source 7, a secondary winding C ₂ connected to the rectifier circuit 6, and a toroidal that constitutes the magnetic path of the power transformer 100. Jo the iron core 1 is formed by an equivalent inductor 8 connected in series to the secondary winding C _2.
[0016]
At this time, the reactor 8 will grant inductance in the secondary winding C ₂ to iron core 4 having a void 5 penetrates the secondary winding C _2. Further, the magnitude of the inductance applied to the secondary winding C ₂ can be changed greatly by changing the number of the gaps 5 in the iron core 4 or the size of the gaps 5. It has an advantage that it can easily cope with a change in the load connected to the.
[0017]
The rectifier circuit 6 has a secondary winding C ₂ connected to the input terminal, a diode bridge circuit 9 that performs full-wave rectification of alternating current, and a capacitor that smoothes the output voltage at the output terminal of the diode bridge circuit 9. 11 are connected.
[0018]
In the power supply circuit 200, the capacitor 11 is charged via the diode bridge circuit 9 when a load current is passed through the load 10.
The charging current of the capacitor 11 at this time is suppressed by the inductance of the reactor 8. Therefore, since the secondary side current I ₂ is also the same as the charging current of the capacitor 11, the secondary side current I ₂ flowing through the secondary winding C ₂ is also suppressed.
[0019]
Furthermore, since a primary current similar to the secondary current I ₂ flows through the magnetic path formed by the toroidal iron core 1, the primary current is also suppressed.
[0020]
For this reason, a current having a low peak current value and a low harmonic component flows as the primary side current.
More specifically, as shown in FIG. 5, the primary current I ₁ flowing through the primary winding C ₁ of the equivalent circuit T of the power transformer 100 has a lower peak value than the primary current I ₁ ′ of FIG. The current has less harmonic components.
[0021]
Therefore, when connecting the rectifier circuit 6 of the capacitor input type on the secondary side, the charging current I ₂ was suppressed, secondary current I ₂ and the primary winding C ₁ flows through the secondary winding C ₂ of the capacitor 11 By controlling the peak current of the flowing primary current I _1, a current with less harmonic components can be obtained, and distortion of the power supply voltage waveform or increase in transmission line loss can be reduced.
[0022]
In the above description, the primary winding C ₁ is wound on the lower layer side of the toroidal iron core 1 and the secondary winding C ₂ is wound on the upper layer side of the primary winding C ₁ . wound and C ₂ on the lower layer side of the toroidal-shaped iron core 1, may be formed so as to be wound on the primary winding C ₁ on the upper side of the secondary winding C _2.
[0023]
In this case, inductance is given to the primary winding C ₁ , which is equivalent to the case where the reactor 8 is connected to the primary winding C ₁ , but the other operations are the same as described above.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, the substantially cylindrical iron core having a gap forms a magnetic path, and the formed magnetic path passes through one of the windings arranged on the outer layer side and gives inductance to the one winding. Therefore, it is equivalent to connecting a reactor in series with the one winding, and even when a capacitor input type rectifier circuit is connected to the output side, the charging current of the capacitor is suppressed and the primary winding or secondary winding is suppressed. It is possible to suppress the peak current value of the current flowing through the windings to obtain a current with less harmonic components.
[0025]
According to claim 2 of the present invention, it is possible to significantly change the effective magnetic permeability of the magnetic path by providing a gap in a substantially cylindrical iron core that provides inductance, and changing the number of the gaps. As a result, the inductance can be changed greatly, and the inductance value suitable for the load current can be easily obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a power transformer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a horizontal sectional view of the power transformer.
FIG. 3 is a vertical sectional view of the power transformer.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the power supply circuit according to the embodiment.
FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the embodiment.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing a conventional power supply circuit.
FIG. 7 is also an operation explanatory diagram.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Toroidal first iron core 2 Lower layer winding 3 Upper layer winding 4 Second iron core 5 Air gap 6 Rectifier circuit 7 Commercial AC power source 8 Reactor 9 Diode bridge circuit 10 Load 11 Capacitor C ₁ Primary winding C ₂ 2 Next winding T Power transformer equivalent circuit 200 Power circuit

Claims

一次巻線と二次巻線とをトロイダル状の第１の鉄芯に同芯に捲装した電源トランスにおいて、前記一次巻線あるいは前記二次巻線のうち何れか一方を下層巻線とし、該下層巻線の内側面に空隙を有する略円筒状の第２の鉄芯を配置し、前記一次巻線と前記二次巻線のうちの他方の巻線は、前記下層巻線と第２の前記鉄芯を包含するように捲装する上層巻線として形成されることを特徴とする電源トランス。In a power transformer in which a primary winding and a secondary winding are concentrically mounted on a first toroidal iron core, either the primary winding or the secondary winding is a lower layer winding, A substantially cylindrical second iron core having a gap is disposed on the inner surface of the lower layer winding, and the other of the primary winding and the secondary winding is the second layer winding and the second winding. The power transformer is formed as an upper layer winding so as to include the iron core.

略円筒状の第２の前記鉄芯には空隙を複数個設けたことを特徴とする請求項１に記載の電源トランス。The power transformer according to claim 1, wherein a plurality of gaps are provided in the substantially cylindrical second iron core.