新構造オープン形トランスを用いたスイッチング電源の開発

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本研究の目的はスイッチング電源の駆動周波数の高周波化による小型化と、数MHz 以上の周波数での銅損低減に適したトランスの開発による高効率化を両立させることである。本研究において提案していたオープン形トランスは平成29年度の報告のとおり、共振現象により伝送効率が減少する問題があった。また、オープン形トランスで用いるコイルは体積が大きく電力密度が低下する。そこで、本年度は「平面トランスの小型化による電力密度の改善」と、「小型平面トランスの銅損低減のためのコア構造の検討」を行った。「平面トランスの小型化による電力密度の改善」について、回路の電力密度の向上を目的としてトランスの小型化を検討した。本年度に試作したトランスのコアの体積は0.65 ccであり、前年度の1/4程度に小型化した。また、出力電力50 W時の電力密度は4.4 W/ccとなった。目標達成には至らなかったが、回路の小型化により目標値5 W/ccを達成できる。「小型平面トランスの銅損低減のためのコア構造の検討」について、小形平面トランスの銅損低減技術として巻線に近接するコアの一部に空隙を設けることで、銅線に鎖交する磁束を低減し、銅損を低減する磁束経路制御技術を検討した。解析にて銅損が低減する空隙の寸法を決定しトランスを試作したところ、抵抗は4.7%低減した。これは磁束経路制御による銅損の抑制に起因している。試作したトランスをコンバータに実装して効率の測定を行ったところ、1.7%低下した。磁束経路制御技術の適用により銅損は低減したが、励磁電流が増加したことが効率低下の要因と考えられる。本研究ではオープン形トランスによる銅損低減の目標を達成できなかったが、オープン形構造を実装する回路、磁束経路制御を適用するトランスの構造の課題を明確にした。これらの課題を解決することで、更なるトランスの銅損低減が可能であると考えられる。