電磁気学入門（9）フォワードコンバーターのトランス設計：DC-DCコンバーター活用講座（52）（3/4 ページ）

電磁気学入門講座。今回は、降圧コンバーターの設計事例や、損失計算について解説します。フォワードコンバーターのトランス設計について解説します。

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一次、リセット、二次の適正な巻き数を算出

　前ページでコアを選択し、仕様を示しました。次のステップとして、式に戻って一次、リセット、二次の適正な巻き数を算出します。

式3：一次側巻き数の計算

　この巻き数は最小数なので、一次側巻き数は12ターンとします。リセット巻き線の巻き数は同じ（12ターン）ですが、リセット巻き線はスイッチング電流を流す必要がないので、ワイヤは3～4ゲージ細いものを使います。

　二次巻き線の巻き数は以下の関係式から計算します。（V_Lは出力インダクターの電圧降下で通常0.5V）

式4：二次巻き線巻き数の算出

　これも、最小巻き数なので、安全を見込んで20ターンとします。

　一次と二次巻き線には、AWG26のワイヤを使います（120kHzでの表皮効果を回避するため）。AWG26のワイヤ径は0.202mmなので、1つの層に12ターン巻けます。

　一次巻き線とリセット巻き線は2つの層で構成されるので、2本巻きで6ターン巻きます（一次巻き線はAWG26、リセット巻き線はAWG30）。4層のビルドの高さは約0.8mmなので、必要があれば、一次巻き線と二次巻き線の間に絶縁テープを使っていくつかの層を追加できる十分なスペースがあります。

　平均一次巻き線電流は以下になります。

　効率を90％と仮定すると、入力電力は、5.5V×1A / 0.9＝6.1Wになります。平均一次側オン電流はVin,min時に最大になります。

　外周は18.9mmなので、1ターンの第一次近似抵抗は、式5で算出できます。

式5：ワイヤ抵抗の算出ρは銅の抵抗率（1.678×10-8Ωm）、lはワイヤ長（m）、Aはワイヤの断面積（πr²、単位：m²）

　この設計例では、AWG26のDC抵抗は134mΩm^-1で、2.5mΩ/ターンになります。一次巻き線のI²R銅損は67.5mWで、二次巻き線ではわずか5mWです（出力電流仕様は1A）

　銅損の合計は72.5mWで、これはトランスを通る全電力の約1.5％です。非常に満足のいく数値です。