フライバックトランス

フライバックトランス( FBT) は、ライン出力トランス(LOPT) とも呼ばれ、特殊なタイプの電気トランスです。当初は、比較的高い周波数で高電圧のこぎり波信号を生成するために設計されました。現代のアプリケーションでは、低電圧 (3 V) と高電圧 (10 kV 以上) の両方の電源の スイッチングモード電源で広く使用されています。

フライバックトランス回路は、ブラウン管(CRT)内の電子ビームの水平方向の動きを制御する手段として発明されました。従来のトランスとは異なり、フライバックトランスには、意図された出力電流と同じ波形の信号が供給されません。このようなトランスの便利な副作用は、磁気回路で利用できるエネルギーがかなりあることです。これを利用して、追加の巻線を使用して、機器の他の部分を動作させる電力を供給することができます。特に、比較的少ない巻線を使用して非常に高い電圧を簡単に得ることができ、整流後、CRT に非常に高い加速電圧を提供できます。このようなトランスの最近の多くのアプリケーションでは、高電圧を生成する必要がなくなり、従来の主電源トランスよりもはるかに小さいトランスを使用して、幅広い低電圧を生成する比較的効率的な手段としてデバイスが使用されています。^{[引用が必要]}

フライバックトランスの一次巻線は、DC電源（通常はトランジスタ）からのスイッチによって駆動されます。スイッチがオンになると、一次インダクタンスによって電流がランプ状に増加します。二次巻線と直列に接続された一体型ダイオードは、最終的に一次電流ランプに逆らう二次電流の形成を防ぎます。 ^[1]

スイッチがオフになると、一次側の電流はゼロになります。磁気コアに蓄えられたエネルギーは、コア内の磁場が崩壊するにつれて二次側に放出されます。出力巻線の電圧は、負荷条件によって制限されるまで、非常に急速に上昇します (通常は 1 マイクロ秒未満)。電圧が二次側電流を流せるレベルに達すると、電荷の流れは下降ランプのようになります。

このサイクルは繰り返すことができます。二次電流が完全にゼロに低下すると（コアにエネルギーが蓄積されない）、変圧器は不連続モードで動作すると言われます。^[2]二次電流が常にゼロでない場合（コアに常にいくらかのエネルギーが蓄積される）、これは連続モードです。^[3]この用語は特に電源トランスで使用されます。

低電圧出力巻線は一次電流の鋸歯状波を反映し、例えばテレビ用には一次側よりも巻数が少ないため、より高い電流を供給できる。これは、ディスプレイの水平（ライン）周波数で繰り返されるランプ状のパルス波形である。フライバック（鋸歯状波の垂直部分）は、エネルギーの行き場がない場合、フライバックトランスにとって潜在的な問題となる可能性がある。磁場の崩壊が速いほど誘導電圧が大きくなり、これを制御しないとトランスの端子に閃光が生じる可能性がある。使用される高周波数によって、はるかに小型のトランスを使用することができる。テレビでは、この高周波数は約 15キロヘルツ（PAL では 15.625 kHz、 NTSCでは 15.734 kHz ）であり、磁気ひずみによってトランスのコアから振動が生じ、高音のうなり音として聞こえることが多い。CRT ベースのコンピュータディスプレイでは、周波数は約 30 kHz から 150 kHz の広い範囲で変化する可能性がある。

トランスには、入力スイッチがオフになって磁場が崩壊したときに比較的大きな電圧パルスを誘導する唯一の目的を持つ追加の巻線を装備することができます。磁場にはかなりのエネルギーが蓄えられており、追加の巻線を介してそれを結合すると、磁場が急速に崩壊するのに役立ち、そうでなければ発生する可能性のある電圧フラッシュオーバーを回避できます。フライバックトランス巻線から来るパルス列は、単純な半波整流器によって直流に変換されます。対応する反対極性のパルスがないため、全波設計を使用する意味はありません。巻線を 1 回巻くと、数ボルトのパルスが発生することがよくあります。古いテレビの設計では、トランスは CRT 加速電圧に必要な高電圧を直接生成し、出力は単純な整流器で整流されていました。より現代的な設計では、整流器は電圧乗算器に置き換えられています。カラーテレビ セットでは、高電圧を制御するためにレギュレータも使用する必要があります。最も初期のセットではシャント真空管レギュレータが使用されていましたが、ソリッドステート セットの導入により、より単純な電圧依存抵抗器が採用されました。整流された電圧は、ブラウン管の 最終陽極に供給されます。

テレビ回路の他の部分を駆動するために、低電圧を生成する補助巻線がしばしば存在します。現代のチューナーのバラクタ ダイオードをバイアスするために使用される電圧は、多くの場合、フライバック トランス ("Line OutPut Transformer" LOPT) から得られます。真空管セットでは、1 巻きまたは 2 巻きのフィラメント巻線が、HV 二次側とコアの反対側に配置され、HV 整流管のヒーターを駆動するために使用されます。

最近のディスプレイでは、LOPT、電圧倍増器、整流器がメイン回路基板上の 1 つのパッケージに統合されていることがよくあります。通常、LOPT からブラウン管の側面にある陽極端子 (ゴム製のキャップで覆われている) まで、厚く絶縁されたワイヤが接続されています。

フライバック周波数でトランスを動作させる利点の 1 つは、主電源 (ライン) 周波数で動作する同等のトランスに比べて、はるかに小型で軽量であることです。もう 1 つの利点は、フェイルセーフメカニズムを備えていることです。水平偏向回路に障害が発生した場合、フライバック トランスは動作を停止し、ディスプレイの残りの部分をシャットダウンして、静止した電子ビームによって発生する画面の焼き付きを防止します。

一次巻線は最初にフェライト棒の周りに巻かれ、次に二次巻線が一次巻線の周りに巻かれる。この配置により一次巻線の漏れインダクタンスが最小限に抑えられる。最後に、フェライトフレームが一次巻線と二次巻線アセンブリの周りに巻かれ、磁力線が閉じられる。棒とフレームの間には空隙があり、磁気抵抗が増加する。^{[4]二次巻線は}エナメル線で層ごとに巻かれ、層間にはマイラーフィルムが挟まれている。このようにして、電圧の高い部分の電線にはより多くの誘電体が含まれる。

フライバック トランスは、テレビや CRT コンピュータ モニターなどの CRT ディスプレイ デバイスを操作します。電圧と周波数は、デバイスに応じてそれぞれ広範囲にわたります。たとえば、大型カラー テレビの CRT では、NTSCデバイスの場合は 15.734 kHz 、PALデバイスの場合は 15.625 kHz の水平走査速度で 20 ～ 50 kV が必要になる場合があります。50または 60ヘルツの交流電流を使用する電源 (または「主電源」) トランスとは異なり、フライバック トランスは通常、15 kHz ～ 50 kHz の範囲のはるかに高い周波数でスイッチング電流を使用して動作します。

• フライバックコンバータ
• フライバックダイオード

• 米国特許 3,665,288 - 「テレビスイープトランス」 - Theodore J. Godawski