重要チェックポイント：トランスの飽和

ここで説明するトランスT1の飽和は、フライバック動作を司る一次巻線と二次巻線に関するものです。T1には、電源ICの電源V_CCを生成する第三巻線（端子4、5）が付属していますが、これに関しては、別途V_CCの生成が設計通りに行われていることをチェックします。

最初に、トランスの飽和についておさらいしておきます。トランスに使用される磁性材料（鉄、フェライトなど）には、飽和磁束密度という特性があります。トランスの一次巻線に流れる電流を増やしていくと磁界強度が大きくなりますが、磁束密度は無限に大きくなるわけではなく、電流の増加に対して磁束密度がほとんど増加しなくなる限界があります。この状態を飽和磁化といい、このときの磁束密度が飽和磁束密度です。

この限界を超えて飽和磁化状態になることを、トランスの飽和といいます。これは、インダクタでも同じです。トランスの飽和は、磁束密度が増えないだけではなく、厄介なことにインダクタンスが急激に減少します。

インダクタンスが減少すると、直流に対する抵抗分はトランスの巻線の抵抗分だけになってしまいます。つまり、トランスが飽和すると大電流が流れてしまいます。これが、電源設計においてトランスの飽和が問題になる理由です。これは、インダクタについても同様です。

右の波形データは、トランスの一次側をスイッチする内蔵MOSFETのIdsで、緑のラインが正常、つまりトランスは飽和していない状態です。それに対し赤の破線は、トランスが飽和した場合の典型的な波形を示しています。

上述のように、トランスが飽和状態になると大電流が流れてしまうので、Idsに電流スパイクとも言える急激な電流増加が生じます。この電流が過大であれば、MOSFETが破壊に至ることがあります。