☆．このページは追加論『スイッチングトランスの巻線』です。
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☆．追加論ではこの回路の高効率達成のもう一つのポイントであるスイッチングトランスの巻線についてお話ししようと思います。
コアについても論ずべきところはあろうかと思いますが、一般的にはコアサイズの選択が主であろうと思います。
今回はＴＤＫのＰＣ４０ＥＥＲ４２－ＺというコアとＢＥＥＲ４２－１１１４ＣＰＦＲというボビンを使いましたが、その選択についてはさらに調べれば別の選択があったかも知れません。
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購入を希望する場合は当ＨＰのリンク集にもありますが、『株式会社 晴恒』の秋葉原の事務所で１個から購入出来ます。
また、巻線方法はトランス技術者に委ねたいとの考えもあるかも知れませんが、筆者はそこに立ち入ったつもりなので、筆者の手法をここに記する次第です。
☆．さて、巻線の方法についてですが、先ずエネルギーは１次巻線から発してコアを経由して２次巻線が受け取るものだと思います。
電磁結合と言えば良いでしょう。
しかし、その道の先輩の意見もあり、考えてみました。
その意見とは『巻線と巻線の空間結合も加算して効率を上げよ』と言うものです。
これを具体的に考えると次のように考えられます。
１．巻線を積み重ねる順序は内側から①２次主巻線の１、②１次巻線、③２次主巻線の２、④２次副巻線とする。
２．２つの２次主巻線は同一巻数とし、並列接続または直列接続して用いる。
☆．以上をトランスの擬似断面図にすると通常は第１図、ただし、必要がなければ『２次－２』はない、とするところを第２図、ただし、必要がなくても２次を２等分して巻くということになります。
なお、２次副巻線は省略します。
２次巻線の１と２を並列接続するのは比較的低圧を作る場合、直列接続するのは比較的高圧を作る場合及びプラマイ電源を作る場合かと思います。
こうする理由は、１次巻線の内側と外側の両方に２次巻線を配置することにより、１次巻線と２次巻線の空間結合が最大になる筈ということです。
３．さらに巻線の幅は上記①～③の幅をなるべく等しくし、なるべくボビンの幅いっぱいに巻く。
☆．次に巻線検討の為の表を作成します。
これは実際に巻く前に紙の上で事前検討をする為のものです。
この表の作り方は絶対的なものではなく、筆者の手法というだけです。
今回は３種類の巻き方について検討しました。
上の表について説明をすると次のようになます。
１．巻線方法というところの１次線形の『0.4φ×4本並列×14回折返(計28回)×2段並列』ですが、０．４φのＵＥＷ通称エナメル線を４本並列にして、ある巻き始めの端子からボビンの端に入り１４回巻きます。
そうすると反対側の端まで来ますので、折り返してさらに１４回巻き、巻き始めの近くまで戻り、巻終り用の端子に誘導します。
これをもう１回今の巻線の上に巻いて２段を並列接続にします。
エナメル線を巻き重ねる時は間に絶縁紙を入れましたが、それは表の下の方に書いてあります。
２．その他の巻き方として、２段目は単に前記の巻数を１／２にしただけですが、３段目の『0.1t×22幅×14回巻』は２２ｍｍ巾で厚みが０．１ｍｍの銅板を１４回巻くというものです。
銅板にはエナメル線のような絶縁膜がないので、表の下の方の巻厚のところに銅板と絶縁紙の厚みを増やして記入しています。
３．同表の右の方には上から順に断面積、巻幅、周囲長、１次インダクタンスを算出して記入しています。
断面積は電流値から考えるべきものと思います。
巻幅算出時には線径にウレタン被膜の厚みを加算する必要があります。
今回使用したボビンの巻線用の幅は２７．５ｍｍです。
周囲長はスイッチング電源ですので、表皮効果から考慮すべきものです。
１次インダクタンスは駆動周波数から考慮すべきものです。
また、１次インダクタンスはコアのＡＬ値を約０．７７倍して算出しています。これは過去の実績値から推測したものです。
４．２次側の巻線方法についても同様の書き方をしますが、この中の『内外並列』とは、今回は低圧出力としたので内側の２次巻線と外側の２次巻線を並列にしたという意味です。
５．その下の紙と銅線が繰り返し書かれている部分は巻厚を出すためのものです。
今回使用したコアとボビンのによる巻厚用の高さは５．５ｍｍです。
巻線ごとに絶縁用の紙を入れたのはスイッチング電源の場合１ターン当たりの電圧が約５Ｖ程度になり、結果として例えば１次側の巻初めと巻終りが上下で隣接するからです。
６．今回採用した巻き方は１次も２時も最上段（最左列）のもので、巻厚が４．３２ｍｍのものです。
７．巻き順は前記の第２図のとおり、２次側の１、１次側、２次側の２、２次側の副巻線の順です。
今回の２次副巻線は３回巻きが３つなので、１段に並べています。
２次巻線は通常負荷電流は小さいのですが、０．４φを使いました。
☆．上記の線径から見ると、このトランスの許容電力は５００Ｗ程度であったと思います。
１ｋＷを通過電力とするためには、コアの選択とともに再考するべきものであったと思います。
次に巻き終わったトランスの写真を掲載します。
ここからはおまけの写真で、先ず１次整流を普通のブリッジで整流している本体回路の斜め写真です。
スイッチング電源は駆動側のＭＯＳＦＥＴ、２次側同期整流のＭＯＳＦＥＴはいずれも２本並列なので、アルミ板に２段に並べています。
次は１次側の電力測定器の写真で、６００Ｗ以上を測定するときの分流線が見えます。
アナログ電力計の隣は１次の電圧と電流を測るワットチェッカーで、その右上は突入電流緩和器です。
次は測定用の負荷抵抗群と右奥は負荷電流検出器です。
最後は、左は本回路、右が２次側の直流電圧と電流を測るちょっと高級なテスターです。
なお、２次側の電流は電流検出器の出力電圧をテスターで測り、換算しています。
以上
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