T R A N S F O R M E R S April 2014 LLC共振電源用トランス ピン端子タイプ SRX/SRVシリーズ SRX43EM(スルーホール) SRX25EM(スルーホール) SRX30ER-Ⅰ(スルーホール) SRX30ER-Ⅱ(スルーホール) SRX35ER(スルーホール) SRX48EM(スルーホール) SRX40ER(スルーホール) SRV3914EE(スルーホール) SRV4214EE(スルーホール) SRV4215ES(スルーホール) SRV4715ER(スルーホール) (2/23) T R A N S F O R M E R S ご使用上の注意事項 本製品を御使用の前に必ず本仕様書をお読み下さい。 安全上のご注意 本製品をご使用に当たっては、注意事項を充分留意され、安全設計を行なって下さい。 設計上のご注意 基板の設計に当たっては、弊社推奨の穴径又はパッドをご使用下さい。 漏洩磁束が発生致しますので、予め磁束の影響についてご確認下さい。 機器の誤動作の原因になる恐れがあります。 基板の設計に当たっては、適用される安全規格に準じて、トランスとの距離を確保して下さい。 耐震構造となっておりませんので、振動や衝撃が加わる所には使用しないでください。 機能を損なう恐れがあります。 取り扱い上のご注意 落下させた場合は、ご使用を避けて下さい。 機能を損なう恐れがあります。 端子の先端は、はんだ付けにより尖っておりますので、怪我にご注意下さい。 保管に関しては、ゴミ、埃、霧、水滴や直射日光を避けて下さい。 機器の誤動作の原因になる恐れがあります。 ガス腐食等を伴う環境(塩、酸、アルカリ等)では、ご使用及び保管しないで下さい。 機能を損なう恐れがあります。 実装に当たっては、金属工具等により製品に無理な力を加えないで下さい。 機能を損なう恐れがあります。 注 意 安全規格及び電源電圧や回路駆動条件(駆動周波数や最大 ON 期間)等を考慮し、構造や巻数(磁気実装)を決めておりますので、設計条件 以外でのご使用は避けて下さい。 回路部品の破壊や焼損の恐れがあります。 構成部品の特性及び自己温度上昇を考慮して使用温度と湿度の範囲を決めておりますのでこれを越える範囲でのご使用は避けてください。 焼損又は発火の恐れがあります。 ゴミや埃等が付着し易い環境でのご使用は避けてください。 火災の原因になる恐れがあります。 本仕様書に記載の製品は、一般電子機器(AV 機器、通信機器、家電機器、アミューズメント機器、コンピュータ機器、パーソナル機器、事 務機器、計測機器、産業用ロボット)に汎用標準的な用途で使用されまた、当該一般電子機器が、通常の操作、使用方法で用いられることを 意図しております。 高度な安全性や信頼性が必要とされ、または機器の故障、誤動作、不具合が人への生命、身体や財産等に損害を及ぼす恐れがあり、もしくは 社会的影響が甚大となる恐れのある以下の用途(以下特定用途)への適合性、性能発揮、品質を保証するものではありません。 本仕様書の範囲、条件を越え、または特定用途に使用されたことにより発生した損害等については、その責任を負いかねますのでご了承願い ます。 本仕様書の範囲、条件を超え、または特定用途での使用を予定されている場合、事前に弊社窓口までご相談ください。 お客さまの用途に合わせ、本仕様書掲載の仕様とは別の仕様について協議させていただきます。 ①航空、宇宙機器 ②輸送用機器(自動車、電車、船舶等) ③医療用機器 ④発電制御用機器 ⑤原子力関係機器 ⑥海底機器 ⑦交通機関制御機器 ⑧公共性の高い情報処理機器 ⑨軍事用機器 ⑩電熱用品、燃焼機器 ⑪防災、防犯機器 ⑫各種安全装置 ⑬その他特定用途と認められる用途 なお、本製品を使用する機器の設計にあたっては、当該機器の使用用途および態様に応じた保護回路・装置の確保やバックアップ回路を設ける 等してください。 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (3/23) T R A N S F O R M E R S LLC共振電源用トランス SRX/SRVシリーズ 目次 Page 開発コンセプト .............................................................................................. 4 概要 ................................................................................................................ 5 製品ラインナップ........................................................................................... 7 SRX43EM (基板上高さ:15mm品)............................................................8 SRX25EM (基板上高さ:20mm品)............................................................9 SRX30ER-Ⅰ、SRX30ER-Ⅱ (基板上高さ:25mm, 27mm品)...................10 SRX35ER (基板上高さ:25mm品)........................................................... 11 SRX48EM (基板上高さ:25mm品)..........................................................12 SRX40ER (基板上高さ:31.5mm品)........................................................ 13 SRV3914EE (基板上高さ:15mm品).......................................................14 SRV4214EE (基板上高さ:15mm品).......................................................15 SRV4215ES (基板上高さ:16mm品).......................................................16 SRV4715ER (基板上高さ:16mm品).......................................................17 LLC共振電源用トランスの設計資料[参考]...................................................18 仕様御伺書....................................................................................................23 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕 様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (4/23) T R A N S F O R M E R S LLC共振電源用トランス ピン端子タイプ SRX/SRVシリーズの開発コンセプト ワールドワイドの安全規格に準拠し、ローロスフェライト材の特長をいかした小型、薄型のトランスです。 材料 最適な材料、コア形状を開発。少ない巻き数で所用の電力伝送を行えます。 材料の最適化と同時に、TDKオリジナルのコア形状をさらに改良した新型コアを開発。 温度上昇を抑えながら大幅な小型化を実現しました。 工法 自動巻線に対応、高品質で安定生産を実現しました。 自動巻線対応設計により、手巻線に比べ、安定生産までの習熟ロスを大幅低減できます。また、巻線、テープの特性ばらつきを大幅 に軽減、トランス特性が安定します。 最適化設計 TDKのノウハウを網羅して開発した設計ツールを用いて、短時間で精度の高い設計を可能としました。 1) 最適化設計と高品質・安定生産のために仕様御伺書を用意しております。必要事項を記載していただくことにより、短時間での最 適設計が可能となります。 2) 標準コアギャップ(AL-value)とボビンによる設計を推奨します。最適化設計、試作・量産リードタイム短縮となります。事前に Gap、AL-value、Kを各形状でパラメータとしてもち、設計を容易に行うことができます。 環境 RoHS指令に対応した製品です。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (5/23) T R A N S F O R M E R S LLC共振電源用トランス RoHS指令対応製品 鉛フリーはんだ対応 ピン端子タイプ SRX/SRVシリーズの概要 PC47 ファミリーの特長であるLow Loss 性能をいかし、コアとボビンの構造を最適化、 さらに独自の自動巻線工法を採用することで、 2シリーズのLLC共振電源用トランスをご用意致しました。 特徴 低背(高さ 15∼31.5mm)を実現しております。 小型で大電力を実現しております。 自動巻線工法を採用しております。 RoHS指令対応製品です。 アプリケーション AV機器、デジタル家電 品番の呼称法 SRX 30ER シリーズ名 コア形状 - P □□□□□□ □□□□□ 入力電圧記号 出力電圧記号 内部製品管理記号 RoHS指令対応製品:RoHS指令対応製品の詳細はこちらです。http://www.tdk.co.jp/rohs/ 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (6/23) T R A N S F O R M E R S SRX/SRV シリーズの概要 電気的特性 横型 SRX43EM SRX25EM SRX30ER-Ⅰ SRX30ER-Ⅱ SRX35ER SRX48EM SRX40ER 縦型 SRV3914EE SRV4214EE SRV4215ES SRV4715ER 高さH (mm) 周波数 (kHz)min. 最大出力 (W)max. 出力数 縦D (mm) 横W (mm) リード間 スペースF (mm) ピン数(本) 取付方法 1次側 2次側 スルーホール スルーホール スルーホール スルーホール スルーホール スルーホール スルーホール 15 20 27 25 25 25 31.5 100 100 100 100 80 60 60 180 100 180 180 250 300 300 2 2 2 3 3 3 3 55 47.6 57 52 55 58 54 46 36.1 41.5 45.5 53 51 43 37.5 32 40 35 35 35 35 5 5 6 8 6 6 8 7 6 6 8 9 8 8 スルーホール スルーホール スルーホール スルーホール 15 15 16 16 100 100 100 100 160 200 200 250 2 2 2 2 64 64 64 64 43.5 43.5 49 52 64 64 44 44 4 4 6 6 8 8 9 9 縦型/防磁タイプ D W D H 横型/一般タイプ H タイプ W 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (7/23) T R A N S F O R M E R S 製品ラインナップ 35 SRX40ER 30 SRX30ER Height from substrate(mm) 25 SRX35ER 20 SRX48EM SRX25EM SRV3914EE 15 SRV4214EE/4215ES SRX43EM SRV4715ER 10 : 横型 / 一般タイプ : 縦型 / 防磁タイプ 50 横型 / 一般タイプ 100 150 200 Power(W) 250 300 350 400 縦型 / 防磁タイプ 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (8/23) T R A N S F O R M E R S SRX シリーズ SRX43EM タイプ 形状と寸法 6 12-ø1.0 19.5 37.5 55max. 3.5 12 1 5 46max. 1.8 15max. 4 Dimensions in mm 推奨基板穴寸法 6 6 6 12-ø1.6 6 8 7 4 5 6 21.3 37.5 PCB cut 12 11 10 9 6 5.5 6 1 2 6 3 6 33 6 6 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (9/23) T R A N S F O R M E R S SRX シリーズ SRX25EM タイプ 11-ø1.0 8 7 6 32 11 10 9 2 3 4 5 (7.8) 1 47.6max. (7.8) 形状と寸法 36.1max. 20max. 3.5 Dimensions in mm 推奨基板穴寸法 5 5 7 8 11-ø1.6 5 7 6 32 11 10 9 5 1 2 3 4 5 5.5 5.5 5.5 5.5 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (10/23) T R A N S F O R M E R S SRX シリーズ SRX30ER-Ⅰ、SRX30ER-Ⅱタイプ 形状と寸法 SRX30ER-Ⅰ 12-ø1.0 6 6 6 6 (9.25) 40 57max. 1 (7.75) 6 6 7 12 41.5max. 6 27max. 6 9 6 6 Dimensions in mm SRX30ER-Ⅱ 1 (9.84) 35 52max. 16-ø0.8 (7.16) 5 5 5 5 5 5 5 8 9 16 45.5max. 25max. 5 5 5 5 5 5 5 Dimensions in mm 推奨基板穴寸法 SRX30ER-Ⅰ 6 6 SRX30ER-Ⅱ 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 12-ø1.6 4 3 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 35 2 40 1 16-ø1.3 16 15 14 13 12 11 10 9 12 11 10 9 8 7 5 6 6 9 6 6 5 5 5 5 5 5 Dimensions in mm Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (11/23) T R A N S F O R M E R S SRX シリーズ SRX35ER タイプ 形状と寸法 15-ø1.0 7 37max. 53max. 6 1 15 55max. 25max. 4 (9) 35 (11) Dimensions in mm 14 6 13 2 6 12 3 11 6 4 10 6 9 5 8 5 6 5 5 2.5 5 2.5 5 5 1 5 15 5 推奨基板穴寸法 7 35.0 15-ø1.6 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (12/23) T R A N S F O R M E R S SRX シリーズ SRX48EM タイプ 形状と寸法 7 14-ø1.0 35.0 58max. 14 1 6 51max. 25max. 4 Dimensions in mm 推奨基板穴寸法 6 3 6 3 6 6 6 6 6 6 3 3 6 14-ø1.6 35.0 6 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (13/23) T R A N S F O R M E R S SRX シリーズ SRX40ER タイプ 形状と寸法 16-ø1.0 8 43max. 9 16 1 54max. 31.5max. 4 Dimensions in mm 5 5 5 2.5 5 2.5 5 5 5 2.5 5 5 2.5 5 5 5 推奨基板穴寸法 35.0 16-ø1.6 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (14/23) T R A N S F O R M E R S SRV シリーズ SRV3914EE タイプ 形状と寸法 12- 0.8 8 1 3 7 6 5 64 12 11 10 9 2 4 15max. 3.5 Dimensions in mm 43.5max. 推奨基板穴寸法 5.1 5.1 5.1 6.5 5.1 5.1 5.1 12-ø1.6 8 1 3 7 6 5 64 12 11 10 9 2 9 6 4 9 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (15/23) T R A N S F O R M E R S SRV シリーズ SRV4214EE タイプ 形状と寸法 12- 0.8 8 1 3 7 6 5 64 12 11 10 9 2 4 15max. 3.5 Dimensions in mm 43.5max. 推奨基板穴寸法 5.1 5.1 5.1 6.5 5.1 5.1 5.1 12-ø1.6 8 1 3 7 6 5 64 12 11 10 9 2 9 6 4 9 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (16/23) T R A N S F O R M E R S SRV シリーズ SRV4215ES タイプ 形状と寸法 15- 0.8 44 (10.0) 64max. (10.0) 15 14 13 12 11 10 9 8 7 1 2 3 4 49max. 5 6 16max. 4.0 Dimensions in mm 推奨基板穴寸法 5 5 5 6 5 5 5 5 15-ø1.6 10 9 8 7 5 6 44 15 14 13 12 11 1 2 5 4 3 8 12.6 8 5 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (17/23) T R A N S F O R M E R S SRV シリーズ SRV4715ER タイプ 形状と寸法 15- 0.8 44 (10.0) 64max. (10.0) 15 14 13 12 11 10 9 8 7 1 2 5 6 3 4 52max. 16max. 4.0 Dimensions in mm 推奨基板穴寸法 5 5 5 6 5 5 5 5 15-ø1.6 10 9 8 7 5 6 44 15 14 13 12 11 1 2 5 4 3 8 12.6 8 5 Dimensions in mm 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (18/23) T R A N S F O R M E R S LLC 共振電源用トランスの設計資料 [ 参考 ] ●LLC共振コンバータ LLC 共振コンバータは、低ノイズ・高効率であり、比較的大電力 な用途に有効な回路方式で、直列共振コンバータ (SRC) の一種で す。制御には周波数変調制御(SFM)を用います。 主にハーフ・ブリッジで駆動され、コアの利用率が高いため、小 型化には低ロスのコア材質が推奨されます。 LLC共振コンバータは、PWM方式に比べ入力電圧範囲が狭いので、 通常は前段に PFC を設置して入力電圧を安定化することを推奨し ます。しかし近年AC平滑入力に対応した制御ICも提唱されており ます。この場合には、広い入力電圧範囲に対応したトランス設計 がキーになると思われます。 本電源用のトランス構成としては、共振インダクタ+密結合トラン スで構成する方法と、漏れ磁束トランスを用いる方法があります。 一般には外付けの共振インダクタが不要になる後者の方が良く使 われております。 図1 基本回路①(共振インダクタ分離型) Q1 Closely-coupled Lsr Vcc D1 ●LLC電源用漏れ磁束トランス 漏れインダクタンスを意図的に大きくし、かつ値を規格化した、ト ランスで、NpとNsを物理的に離すことでこの特性を実現していま す。まず2次側を全てショートした時の1次側インダクタンスを共 振インダクタンスLLK とします。 巻線構造としては、1次側と2次側間に壁を設けて分離しセクショ ン巻きとします。これにより結合を弱めています。共振インダク タンスを LLK、1 次インダクタンス Lp、結合係数 k とすると、下式 が成立します。 LLK = Lp u (1 – k 2 ) LP = AL u Np2 ALは1Tsあたりのインダクタンスです。 ●LLC共振回路の出力電圧 LC共振を利用して周波数変化により出力電圧を制御します。そし て出力電圧は基本波近似法(FHA)で近似計算することができま す。近似式の展開方法については、本稿では詳しく解説しません。 専門書等を参照してください。結果だけを示しますと、以下の式に なります。 1 M= ( ( 1–k 2 1 1– FR 2 k + Resonance Ls1 Q2 Co Ro Lp Cv Cr Z Z0 FR = Ls2 2 )) ( ( Z0 = + 1 1 FR– k•Q FR 1 Zs = LLK • Cr …(1) 2 )) 1 LP • Cr D2 LLK Cr ZO = 図2 基本回路②(共振インダクタ一体型) Q1 Leakage-flux Vcc D1 + Ls1 Q2 Co Ro Lp Cv Cr Ls2 D2 Q= Rac 8n 2 R0 = • Z0 S2 Z0 Z0 は漏れインダクタンスLLK と共振容量Crとの共振角周波数です。 上式をグラフ化すると、その Z0 を基準にして動作することがわか ります。Q は負荷インピーダンスとLC 共振回路の特性インピーダ ンスZ0との比です。両者のマッチング度を表しているとも言えま す。 負荷が軽くなると、Qが高くなり利得のピークが低域に動いていき ますが、最終的には 1 次巻線の自己インダクタンス Lp と Crとの共 振周波数fsになります。 図3 LLC共振回路の正規化周波数特性 Q1 Equivalent Lr Lr Q=10 + N2 Q2 Lm Cv Cr Co N1 N2 D2 ここで Lp = Lr + Lm Lr = (1 – k) uLp Lm = k u Lp Lp: 1次インダクタンス Lm: 励磁インダクタンス Lr: 漏れインダクタンス k: 結合係数 Ro Voltage conversion rate M Vcc k=0.85 4 D1 3 FR= ω ω0 Q=5 Q=2.5 2 Q=1 Q=0.8 1 0 1–k2 = 0.527 0 0.5 Q=0.6 1 1.5 FR FR(Standard normalized frequency) 2.0 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (19/23) T R A N S F O R M E R S ●動作点と波形 トランスの巻数比nを考慮すると、入出力電圧はMを使って下式で あらわされます。 MVIN 2n V0 = FR = 2πf LLK • Cr = f f0 これより、図 3 は実動作の周波数 - 出力電圧のグラフに変換できま す。図4に計算例を示します。グラフの「動作点」で動作します。 図4 周波数-出力電圧特性 45 VO u n 4 u k u Lp u f0 軽負荷時 35 Lp u IPMAX Np u Ae Vo: 出力電圧 k: 結合係数 Np: 1次巻数 f0: 共振周波数 40 動作点 ......(2) n: 巻数比 Lp: 1次インダクタンス Ae: 実効断面積 30 Vo 25 15 fs = 10 C 5 0 図6は、一般的なパワーフェライトとPC47に代表されるTDKの低 ロス材におけるコアロス温度特性です。 コアの温度が80°C以上の環境下では、一般材に比べてて低ロス材 は 20% 以上低損失を実現していますので、セットの温度低減、お よび小型化に貢献できます。 fM 20 0 1 2 π LpCr f0 = B 50 1 2 π LLKCr A 100 Frequency(kHz) 150 200 図6 コアロスの温度特性例 図4に示すように、LLC共振コンバータは周波数により3つの動作 領域に分類できます。このうちC領域は使えません。よってAまた はB領域に動作点が来るように設計します。なおA領域は電圧が変 化しにくいので、この領域に動作点を設定する場合には注意が必 要です。 図5に各領域での代表的な波形を示します、 図5 各モードでの動作波形 a) A領域 動作点 f0 以上 Sample: EER30 type 4.0 Common material 3.0 Low-loss material 2.0 1.0 100kHz, Bm=200mT (ΔB=400mT) b) B領域 動作点fs∼f0 の間 2 1 Np 電流 0 励磁電流 –1 –2 2 1 0 –1 –2 15 15 10 10 5 5 0 0 Ns 電流 5.0 Core loss Pc(W) Output voltage(V) IPMAX = 'B = 2 u Bm Bm = Lp=500μH Lr=94.8μH k=0.9 36Ts: 4Ts Cr=22nF (EER32) Vin=390V, Vo=24V Io=8A Q=3.0 f0=110kHz fs=48.0kHz fM=103kHz (FR=0.94) 50 ●トランスのコア磁束密度とコアロスについて LLC共振コンバータはブリッジ系の回路ですので、2象限に渡りコ アが励磁されます。このため、コアロスを抑えた低ロス材の使用 が小型化には有利となります。以下に、LLC 共振コンバータにお ける Bm の概略計算式を示します。尚、B の変化幅はこの2 倍にな ります。コアロスはこの'Bで評価する必要があります。 1 1 0.8 0.8 0.6 0.6 ゲート 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0 0.01497 0.014975 0.014978 0.014985 0.01499 0.014995 0.015 0.01497 0.014975 0.014978 0.014985 0.01499 0.014995 0.0 20 40 60 80 100 Ambient temperature Ta(˚C) 120 ●トランスの設計例 以下に共振トランスの設計例を示します。まず電源としての仕様 は Vin=350V ∼405V 390Vtyp Vo=24V Io=8A で SW 周波数 100kHz 付近でFR=1(臨界モード)になる。 そ のほ か の パ ラ メー タ は、 VF=0.65V k=0.9 Q=3 EER32 形 状 (Ae=86.5mm2)で設計するとします。 0.015 VF: 2次側整流ダイオードの降下電圧 A 領域では、負荷電流はゼロクロスを除き連続的に流れます。一 方、B 領域は負荷電流が流れない期間があります。その境界点は、 f=f0 でここで入力電流はほぼ正弦波になります。 一般的にはB領域かA-B境界付近で設計します。ただあまりfs寄り に設定すると、負荷電流が流れない期間が増え、力率が悪くなっ てピーク電流が増えます。実効電流が増えますので、定常条件に おいてなるべくf0 側で設定したほうが良いと思われます。 入力電流を正弦波に近づけたい場合は動作点が f0 近傍になるよう にします。最終的には入力電圧の最大最小時でも動作するように グラフを確認しながら動作点を調整します。 1、動作点の設定 動作点での電圧変換率Mを求める。 今回はFR=1なので下式になる。動作点を変えるときは、 (1)式か ら値を求める。 M(FR=1) = 1 k 2、入力電圧Vinと出力電圧Voから巻数比nを決める。 n= Vin • M 2 • (VO +VF) = 390 2 u0.9u24.65 = 8.79 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (20/23) T R A N S F O R M E R S 3、最大負荷条件から交流等価抵抗Racの計算をする。 S2 • RL = 8 24 u = 187.9 [: ] 3.14142 8 4、Racは特性インピーダンスZoのQ倍になるとしてZoの値を決定 する。 (Q 値の目安は図 7 を参考に設定する。これは結合係数k に依存す る。) 2 以上はあったほうがいいと思われる。今回は3 とする。Q は巻数 に影響します。 4 2 0 0.5 1 FR 4 5、Cr(共振容量)とLLK(共振インダクタンス)の計算 上記Zoと共振周波数からLLK とCrの値が決定される。 fO = 1 2π LLK • Cr より 0 2 1 2 Su62.63u100kHz = 25.41 [nF] 2 0 0 0.5 1 FR Ns = Lp = AL 524.7 0.386 = 524.7 [μH] = 36.87 Np 37 = = 4.21 n 8.79 これで1回目の計算の完了です。この後調整を行います。まず小数 点以下は巻けないので、切れの良い値になるようにします。巻数 が少ないNsが整数に近くなるようにすると良いと思います。 特性確認のため図4のグラフ(周波数-出力電圧特性)を作成し、さ らに(2)式でコア磁束密度を概算します。ポイントは以下の点。 ○最大最小入力電圧、最大最小負荷条件にて出力が出るか。 ○磁束密度が200mTを超えてないか。低ロス材で上限250mTまで。 ○動作点の確認 グラフの計算には、電圧変換率 M の式を用いて直接解くか、また は回路シミュレータのAC解析を使って計算します。いずれかの方 法でAC解析のグラフは確認することを推奨します。 グラフをみて問題があれば、設計条件修正して計算しなおします。 具体的には Q と k(=Gap)を調整します。特に電圧範囲や負荷条 件が広い場合は、この手順を何度か繰り返して、最適条件に追い 込んでいく必要があると思われます。 1.5 2 k=0.80 2 0 2 0 0.5 1 FR 1.5 2 NP = NS • n = 4u8.79 = 35.2 # 35 LP=AL • NP2 =0.386u352 = 473 [μH] LLK = (1– k 2 )Lp = (1 – 0.92 ) u473 = 89.9 [μH] 1 1 = = 28.2 # 27 [nF] (2 Su100kHz)2 89.9μH (2 Sf)2 LLK Cr = LLK Cr Z0 = 89.9 μ 27n = = 57.7 [:] Rac 187.9 = = 3.26 57.7 Z0 Q= 1 f0 = 2π LLK • Cr = 102 [kHz] 上記修正したパラメータで、AC解析を行います。入力電圧や負荷 条件も振って確認します。 図8 AC解析結果 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Vin=390V Output voltage(V) Np = LLK 99.7 = (1 – 0.92 ) (1 – k 2 ) 1.5 最終トランス定数の決定 初回計算で出てきた結果では、巻数に端数が出ていたのでこれを 修正します。具体的には、切り上げか切り捨てにしますが、今回 はNs側4.21Tsですので4Tsにします。 この変更を基に計算を逆にたどっていきます。 Output voltage(V) Lp = 1 FR 1 Z0 62.63 = = 99.7 [μH] LLK = 2 S u100kHz 2 Sf 6、1次インダクタンスLpとトランス巻数の計算 EER32では、k=0.9のときAL=386nH/n2 である。(これはトランス の形状で決まるパラメータ) 0.5 3 1 1 Cr = = 2 S Z0f 0 4 k=0.85 M LLK Cr 1.5 3 M ZO = 2 1 1 0 k=0.80 3 3 Rac 187.9 ZO = = = 62.63 [: ] Q 3 Q=10, 5, 2.5, 1, 0.8, 0.6 図3も参考にしてください 4 k=0.95 M 8• 図7 各k値での正規化周波数特性 u8.792 M Rac = n2 0 50 100 150 Frequency(kHz) 200 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Vin=350V,405V 0 50 100 150 Frequency(kHz) 200 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (21/23) T R A N S F O R M E R S 最大・最少入力でも出力カーブは問題ないようですので、これで OKとします。さらに変更したい場合はこの手順を繰り返します。 磁束密度の概算を行います。 IPMAX = Bm = VO • n 4 • k • Lp • f0 = 24 u 8.75 = 1.21 [A] 4 u 0.9 u 473u u 102k Lp • IPMAX 473 u 1.21 = = 0.189 [T] 35 u 86.5 Np • Ae 以上が大まかなトランス設計の参考手順となります。 弊社ではこれらの設計手順をオリジナル設計ツールにまとめ、設 計しております。 巻末の LLC 共振電源用トランス仕様御伺書へ記入頂いた内容を基 に、最適と思われるトランス仕様をご提案させていただくことも 可能です。 ●共振トランスの性質 共振トランスは、一般にセクションボビンを用いて一次巻線と二 次巻線が分離した構造となっています。(図 9)これにより、意図 的に結合を悪くして漏れインダクタンスを多くしています。自己 インダクタンスはコア GAP によって大きく値が変化します。しか し漏れインダクタンスはコアの GAP の変化に対してあまり変化し ません。 (図10参照)よってGAPでインダクタンスを調整する場合 は、自己インダクタンスは調整できても漏れインダクタンスは僅 かに変化するだけとなります。これは、結合係数でみると GAP に 対しkはほぼ反比例に変化します。 図10にSRX35タイプにおける特性例を示します。 なお設計上の都合でどうしても変えたい場合は、セクション巻き を使わない巻線方法を取る方法があります。ただ製造やコスト面 で不利なためあまりお勧めはできません。 ●巻線について AC成分が多い上漏れ磁束の中に巻線しますので、表皮効果による 損失や渦電流損を下げるため撚線が使われます。ø0.1mm以下の素 線が一般的です。普通に撚っただけの線材のほか、撚線を糸で巻 きつけたUSTC線も多く使われます。これを使うと巻ほぐれが無い ので、巻線時の巻き崩れによる弊害を防ぐことができます。 ●回路シミュレータによる過渡解析 パラメータが決定したら回路シミュレータで過渡解析を行うと、 トランス電圧電流が正確に計算できるうえ、設計に間違いがない かも確認できます。 出力電圧制御を入れると便利です。 以下今回の設計例の計算結果です。 図11シミュレーション結果 3 I(Cr) I(Lm) 2 1 1 次電流 励磁電流 0 –1 –2 –3 0.01497 0.014975 0.014978 0.014985 0.01499 0.014995 図9セクション巻き構造 PIN1-6 PIN7-12 20 I(R10) 0.015 I(R11) 15 NS24-2 NP 2 次電流 10 NS24-1 5 0 0.01497 0.014975 0.014978 0.014985 0.01499 0.014995 図10セクション巻線のコアGAP-AL/k 特性例 (計算値) a) GAP vs. 1Ts当りのLLK b) GAP vs. AL/k 0.10 1.60 0.09 1.40 0.08 0.04 SRX35 励磁電流:1.27Ap '(199mT) SW周波数:100.5kHz 1次電流:1.45A 2次電流:6.48A 1.00 0.95 0.03 0.02 1.00 0.80 0.60 0.90 0.85 K 0.05 AL(μH/N2) AL(μH/N2) 0.06 Vin=390V Vo=24V Io=8A 1.20 0.07 0.015 0.80 0.40 図12シミュレーションモデル 0.75 0.01 0.20 0.00 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 GAP(mm) 0.00 0.70 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 GAP(mm) 10m File 1 200p R9 80m Lr1 Lr Lr2 Lr 25m 210 D1 V R3 Vo Vin ± 390 V n 5m 1 20m Vinv 1000 RC1 Lm 1 Cr 27n n 1 R11 25m R2 Vo*Vo/Po D2 G2 200p G1 磁束密度や出力電圧比等の制限により巻数はある程度決まってし まいます。巻数が決まると漏れインダクタンスはほぼ一定になる ので、大きく変えることはできません。 (たとえばSRX35であれば 約75nH/n2) この点が、共振インダクタを外付けにする場合との大きな差にな ります。 F max.=120k F min.=80k Td=150n Vo=24 Po=192 Lm=425.4u Lr=47.17u n=8.75 Rset=5∗((Vo-2.5)/2.5) 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (22/23) T R A N S F O R M E R S 周波数はほぼ設計通りになっています。 また動作波形も正弦波に近く、動作点もFR=1の設計通りです。 電流値から、必要なワイヤー断面積を見積ることができます。 ●注意事項 ○多出力トランスについて 設計上、2次側の巻数が数ターンにな ることがあります。この場合でも多出力化は可能ですが、2次 側の巻数比に合致しない電圧を出すのは困難です。例えば、 Vo=24Vでこの巻線が4Tsで最適設計されている場合、2番目の 出力は24/4=6V ステップの電圧しか得ることが出来ませんので ご注意下さい。 ○多トランス構成について 形状制限等で1つのトランスでは必要 な電力が得られない場合、複数の同一形状のトランスを組み合 わせて目標の電力を得ることが可能です。各結線方法に対応し たトランス設計が可能ですので、ご相談ください。 ○漏れ磁束の影響について 特に薄型共振トランスに関して問題と なることが多いのですが、動作時上下に鉄板等が近接配置され る構造ですと、トランスから生じた漏れ磁束が金属に錯交し、渦 電流損が生じ金属板やトランスが発熱することがあります。こ の場合、構造の見直しや磁気シールド等の処置が必要な場合が あります 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm (23/23) T R A N S F O R M E R S LLC共振電源用トランス 仕様御伺書 発行年月日 年 月 日 1. 貴社名 ご住所 2. 部署、ご依頼者名 お名前: TDK営業推進部担当: 記載 年 月 日 TEL/FAX: 営業担当: 記載 年 月 日 E-mail: 試作番号: 記載 年 月 日 3. 入力仕様 AC入力電圧:定格 (V) ∼ (V) 動作範囲: (V) ∼ (V) DC入力電圧:定格 (V) ∼ (V) 動作範囲: (V) ∼ (V) (Hz) 周波数 (Hz) 最低動作入力電圧: 4. 設計条件 最低周波数∼最大周波数: ①動作周波数 ②2次側出力電圧 (kHz) ∼ Min. Typ. Max. (V) ± (V) (A) ∼ (A) ∼ (A) (V) ± (V) (A) ∼ (A) ∼ (A) (V) ± (V) (A) ∼ ③定格出力電力 / 最大ピーク電力 (A) ∼ (A) (W) / (W) (%) ④過電流点の条件(例:上記③定格出力電力の130%) ⑤使用温度範囲 (℃)∼ (℃) ⑥最大温度上昇 ΔT (℃) 温度評価時の条件(例:最低入力、定格負荷) ⑦補助巻き線(例:適用箇所を□→■ ) □有り □無し 巻き線数 (巻線) (mA) (V) 要望の電圧値・電流 □機能絶縁 □強化絶縁 絶縁の必要性(例:適用箇所を□→■ ) ⑧回路図(要望のピン番号ありましたら回路図を添付ください。) □有り □無し 5. ご参考のインダクタンス値 μ(H) 1次側自己インダクタンス μ(H) リーケージインダクタンス 6. ご要望のコアサイズと外形サイズ コアサイズ: 7. 外形サイズ 縦: □ UL 単品取得申請有無 □ 有り※ □ セット申請 □ 無し(※申請費用は御負担頂く場合がございます。予めご了承ください。 ) 絶縁種類 □ 基礎絶縁 □強化絶縁 □ 二重絶縁 □他( ) 汚染度 □ 1 □ 2 □ その他 □ CSA □3 (ご指定のない場合は汚染度2にて設計を行います。) 安全距離(社内規定距離を御記入ください) 1次 - 2次間: 9. mm max. 高さ (基板上) : □ 電気用品安全法 □ IEC 8. 横: 安全規格対応 mm以上 1次 - 1次間: mm以上 1次 - コア間: 2次 - 2次間: mm以上 2次 - コア間: mm以上 mm以上 絶縁耐電圧(社内規定電圧を御記入ください) 1次 - 2次間: AC (V) (分) (mA) 1次 - コア間: AC (V) (分) (mA) 1次 - 1次間: AC (V) (分) (mA) 2次 - コア間: AC (V) (分) (mA) 2次 - 2次間: AC (V) (分) (mA) 10. 御使用予定のIC メーカー: 型名: 11. 量産情報 希望価格/通貨: セット名: 上記価格の引き取り条件(F.O.B、C.I.F、D.D.U、D.D.P等): 生産数量: 試作時期: (ES1) k/M 生産開始時期: (ES2) 生産場所: (PP1) (PP2) (MP1) 12. サンプル情報 必要数量: 個 希望納期: 13. その他 ご要望事項(御社での優先条件・サイズ・価格また、変更自由度のある項目等ございましたら、ご記入願います。) TDK-EPC株式会社 マグネティクスB.Grp. 営業推進部 〒108-0023 東京都港区芝浦3-9-1 TEL:(03)6852-7229, FAX:(03)6852-7159 製品をより正しく、安全にご使用いただくために、さらに詳細な特性・仕様をご確認いただける納入仕様書をぜひご請求ください。 記載内容は、改良その他により予告なく変更する場合がありますので、あらかじめご了承ください。 001-01 / 20140424 / trans_switching-power_srx_srv_ja.fm
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