CN109478457B - 复合平滑电感器以及平滑化电路 - Google Patents

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Abstract

能够响应小型化、驱动频率的高频率化等要求的提高的复合平滑电感器(10)在基板(50)上集成地具备耦合变压器(20)、第一平滑用电感器(30)、以及第二平滑用电感器(40)，两个输入端子(11A、11B)均与耦合变压器(20)连接，耦合变压器(20)的一个输出部与第一平滑用电感器(30)连接，耦合变压器(20)的另一个输出部与第二平滑用电感器(40)连接，第一平滑用电感器(30)以及第二平滑用电感器(40)均与输出端子(12)连接，耦合变压器(20)的互感比第一平滑用电感器(30)的自感以及第二平滑用电感器(40)的自感中的任一者都高。

Description

复合平滑电感器以及平滑化电路
技术领域
本发明涉及复合平滑电感器，特别是在多相式的DC-DC变换器中使用的复合平滑电感器以及具备该复合平滑电感器的平滑化电路。
背景技术
伴随着信息处理的增大，LSI等半导体装置等的电子设备所需电流量的增大化越来越加剧。对此，开始使用多相式的DC-DC变换器。
在专利文献1中，作为使用于这样的多相式的DC-DC变换器等的耦合电感器而记载了如下的耦合电感器，其具备第一线圈导体、第二线圈导体、以及夹着所述第一线圈导体和第二线圈导体的第一磁性体和第二磁性体，由金属磁性箔的层叠体构成所述第一磁性体以及第二磁性体，且使该金属磁性箔的层叠方向与由所述第一线圈导体和第二线圈导体产生的磁通量的方向正交。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-117676号公报
发明内容
发明要解决的课题
在供给大电流的DC-DC变换器中，若要通过单输出电路来供给大电流，则施加于功率半导体的负载会变大，不能进行高速动作，会在效率、尺寸方面产生负面的影响。因此，虽然可考虑通过将多输出电路进行并联 (移相)连接而降低每个单输出的电流值，从而实现功率半导体的高速动作并改善效率和尺寸，但是仍要求进一步的改善。
作为一个例子，若用低电压大电流输出的DC-DC变换器进行降压，则与DC-DC变换器相比在后级电流增加从而能量损耗增加。因此，DC-DC 变换器最好配置在LSI等半导体装置的附近。故此，DC-DC变换器的小型化的要求提高。专利文献1公开的那样的耦合电感器为了响应该要求，作为基本结构而具备使耦合变压器和平滑用电感器一体化的结构，但是，对于近期的DC-DC变换器的小型化的要求的进一步的提高、驱动频率的高频率化的要求，耦合电感器在本质上不再能够应对。
图11是与专利文献1公开的耦合电感器具有同样的构造的耦合电感器的剖视图。在图11所示的耦合电感器60中，通过第一线圈导体63A 和第二线圈导体63B进行磁耦合，从而作为耦合变压器而发挥功能，并且第一线圈导体63A以及第二线圈导体63B各自作为平滑用电感器的线圈而发挥功能。因为耦合电感器60具备这样的结构，所以由流过第一线圈导体63A以及第二线圈导体63B中的一方(例如，第一线圈导体63A) 的电流产生的磁场的一部分不可避免地用于具备第一线圈导体63A的作为平滑用电感器的第一磁路MC1。
因此，在耦合电感器60中，只有由流过第一线圈导体63A的电流产生的磁场的一部分能够用于使第二线圈导体63B产生感应电流用的第二磁路MC2。对于提高耦合变压器的电感而言，这将成为本质性的障碍。在耦合变压器的电感低的情况下，在第二线圈导体63B产生的感应电流下降，DC-DC变换器的输出信号中的纹波值(输出信号中的电流变动幅度)变大。将该纹波值抑制在某种程度的范围(例如，相对于输出信号的最大值在30％以内)是DC-DC变换器的基本指标，因此要求将耦合电感器整体增大来提高平滑用电感器的电感等对策，难以将耦合电感器60小型化。
此外，在第一线圈导体63A与第二线圈导体63B之间设置气隙AG，使得基于由来自电源的脉冲电流产生的磁场，适当地产生耦合变压器用的第二磁路MC2和平滑用电感器用的第一磁路MC1，使平滑用电感器用的第一磁路MC1的有效导磁率下降。来自该气隙AG的漏磁场成为耦合变压器的小型化的障碍。特别是，若驱动频率变高，则基于漏磁场的损耗变大，发热等问题显著化，将耦合变压器进一步小型化变得不可能。
鉴于这样的现状，本发明的目的在于，提供一种能够响应小型化、驱动频率的高频率化等要求的提高的复合平滑电感器以及具备这样的复合平滑电感器的平滑化电路。
用于解决课题的技术方案
在用于解决上述的课题的本发明的一个方式中，提供一种复合平滑电感器，在一个基板上集成地具备：一个耦合变压器，具备两个输入部和两个输出部；第一平滑用电感器，具备一个输入部和一个输出部；第二平滑用电感器，具备一个输入部和一个输出部；以及两个输入端子和一个输出端子，所述复合平滑电感器的特征在于，所述两个输入端子中的一个与所述耦合变压器的两个输入部中的一个连接，所述两个输入端子中的另一个与所述耦合变压器的两个输入部中的另一个连接，所述耦合变压器的两个输出部中的一个与所述第一平滑用电感器的输入部连接，所述耦合变压器的两个输出部中的另一个与所述第二平滑用电感器的输入部连接，所述第一平滑用电感器的输出部以及所述第二平滑用电感器的输出部均与所述一个输出端子连接，所述耦合变压器的互感比所述第一平滑用电感器的自感以及所述第二平滑用电感器的自感中的任一者都高。
像这样，通过将一个耦合变压器和两个平滑用电感器设为独立体，从而能够分别追求用于提高作为耦合变压器的功能的结构和用于提高作为平滑用电感器的功能的结构。作为其结果，虽然耦合变压器和平滑用电感器是独立体，但是能够构成比使它们一体化的耦合电感器更能够应对小型化、驱动频率的高频率化的要求的提高的复合平滑电感器。在此，通过将耦合变压器的互感设定为比第一平滑用电感器的自感以及第二平滑用电感器的自感中的任一者都高，从而容易减小具备复合平滑电感器的 DC-DC变换器的输出信号中的纹波值。
在所述耦合变压器中，所述耦合变压器的互感Lm相对于所述第一平滑用电感器的自感Lk以及所述第二平滑用电感器的自感Lk的比率 (Lm/Lk比)优选超过1且为12以下。通过Lm/Lk比为上述的比率，从而能够高效地抑制从耦合变压器的发热。
优选地，所述耦合变压器具备第一变压器线圈和第二变压器线圈以及内含这些线圈的至少一部分的变压器用磁性构件，所述第一平滑用电感器具备第一电感器线圈以及内含该第一电感器线圈的至少一部分的第一电感器用磁性构件，所述第二平滑用电感器具备第二电感器线圈以及内含该第二电感器线圈的至少一部分的第二电感器用磁性构件，所述变压器用磁性构件的有效导磁率比所述第一电感器用磁性构件的有效导磁率以及所述第二电感器用磁性构件的有效导磁率中的任一者都高，构成所述变压器用磁性构件的变压器用磁性材料的饱和磁通量密度比构成所述第一电感器用磁性构件的第一电感器用磁性材料的饱和磁通量密度以及构成所述第二电感器用磁性构件的第二电感器用磁性材料的饱和磁通量密度中的任一者都低。
通过将一个耦合变压器和两个平滑用电感器设为独立体，从而能够使用于耦合变压器的磁性构件的磁性材料和用于平滑用电感器的磁性构件的磁性材料不同，变得容易响应小型化等的要求。
具体地，通过使变压器用磁性构件的有效导磁率比第一电感器用磁性构件的有效导磁率以及第二电感器用磁性构件的有效导磁率中的任一者都高，从而容易使耦合变压器的互感比第一平滑用电感器的自感以及第二平滑用电感器的自感中的任一者都高。此外，通过使第一电感器用磁性材料的饱和磁通量密度以及第二电感器用磁性材料的饱和磁通量密度均比变压器用磁性材料的饱和磁通量密度高，从而向第一平滑用电感器以及第二平滑用电感器的能量蓄积变得容易，容易减小具备复合平滑电感器的 DC-DC变换器的输出信号中的纹波。
优选地，在上述的结构中，基于被蓄积于所述耦合变压器的能量的磁通量密度为构成所述变压器用磁性构件的变压器用磁性材料的饱和磁通量密度的50％以下。通过使耦合变压器在这样的范围进行动作，从而可适当地抑制铁损增大从而耦合变压器发热的可能性。
优选地，在上述的结构中，所述变压器用磁性构件的有效导磁率为1000以上且3500以下，所述第一电感器用磁性构件的有效导磁率以及所述第二电感器用磁性构件的有效导磁率为15以上且120以下。通过各材料的有效导磁率为上述的范围，从而耦合变压器以及平滑用电感器各自能够高效地进行动作，容易形成良好的平滑化信号。
优选地，在上述的结构中，构成所述变压器用磁性构件的变压器用磁性材料的饱和磁通量密度为380mT以上且520mT以下，构成所述第一电感器用磁性构件的第一电感器用磁性材料的饱和磁通量密度以及构成所述第二电感器用磁性构件的第二电感器用磁性材料的饱和磁通量密度均为700mT以上。通过各材料的饱和磁通量密度为上述的范围，从而能够在确保材料选定的自由度的同时适当地抑制从复合平滑电感器的发热，特别是从耦合变压器的发热。
所述第一变压器线圈的导体部和所述第二变压器线圈的导体部可以具有被配置为经由由绝缘性材料构成的构件而相接的部分，所述第一变压器线圈以及所述第二变压器线圈可以均具有由导体部和覆盖所述导体部的表面的绝缘部构成且被配置为所述第一变压器线圈的所述绝缘部以及所述第二变压器线圈的绝缘部相接的部分。这些结构从耦合变压器的小型化以及效率提高的观点出发是优选的，但是难以形成每个线圈涉及的平滑用电感器用的磁路，因此是在将用于耦合变压器的线圈和用于平滑用电感器的线圈公共化的耦合电感器中难以采用的结构。
优选地，所述第一变压器线圈和所述第二变压器线圈具备在所述变压器用磁性构件内交叉奇数次的交叉部。通过具备这样的结构，从而在第一变压器线圈以及第二变压器线圈中的一方流过电流时，在第一变压器线圈以及第二变压器线圈中的另一方产生的感应电流的朝向是相反的，其结果是，容易并列设置耦合变压器的两个输入部，容易将复合平滑电感器小型化。
在上述的结构的情况下，对于耦合变压器的两个输出部，也容易并列设置，因此如果将所述第一平滑用电感器和所述第二平滑用电感器沿着作为所述基板的主面内方向之一的第一方向进行并列设置，则能够将由所述第一平滑用电感器以及所述第二平滑用电感器构成的一组平滑用电感器和所述耦合变压器沿着在所述基板的主面内与所述第一方向交叉(优选为正交)的第二方向进行并列设置。通过采用这样的配置，从而容易减小基板的主面的面积而将复合平滑电感器小型化。
从将复合平滑电感器小型化的观点出发，优选地，在上述的结构中，所述第一电感器用磁性构件和所述第二电感器用磁性构件为一体。
优选地，在上述的结构中，所述第一电感器线圈以及所述第二电感器线圈被配置为：基于流过所述第一电感器线圈的电流的磁场与基于流过所述第二电感器线圈的电流的磁场不进行磁耦合。作为具体的一个例子，可举出采用如下的配置，即，在第一电感器线圈与第二电感器线圈之间的区域中，基于流过第一电感器线圈的电流的磁场的朝向与基于流过第二电感器线圈的电流的磁场的朝向成为反平行。通过设为这样的配置，从而即使将复合平滑电感器小型化，基于流过第一电感器线圈的电流的磁场也不易对第二平滑用电感器造成影响，复合平滑电感器的动作容易稳定。
在上述的复合平滑电感器中，优选所述第一平滑用电感器不具有气隙，且优选所述第二平滑用电感器不具有气隙。在具有气隙的情况下，漏磁场的影响令人担忧，复合平滑电感器越小型化、驱动频率越高频率化，该影响变得越显著。
作为另一个方式，本发明是具备第一开关元件、第二开关元件、上述的本发明的一个方式涉及的复合平滑电感器、以及电容器的平滑化电路。这样的平滑化电路的特征在于，连接为能够向所述复合平滑电感器的两个输入端子中的一个输入从所述第一开关元件输出的脉冲信号，且连接为能够向所述复合平滑电感器的两个输入端子中的另一个输入从所述第二开关元件输出的脉冲信号，在所述复合平滑电感器的一个输出端子连接所述电容器，使得能够从设置在所述复合平滑电感器的一个输出端子与所述电容器之间的输出部输出平滑信号。通过使用上述的本发明的一个方式涉及的复合平滑电感器，从而能够容易地在适当地抑制DC-DC变换器的输出信号中的纹波的同时将平滑化电路小型化或将驱动频率高频率化。
发明效果
根据本发明，可提供能够响应小型化、驱动频率的高频率化等要求的复合平滑电感器。此外，还可提供具备这样的复合平滑电感器的平滑化电路。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式涉及的平滑化电路的电路图。
图2是示出本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器的结构的电路图。
图3是示出本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器的构造的、从耦合变压器侧观察的立体图。
图4是示出本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器的构造的、从平滑用电感器侧观察的立体图(平滑用电感器的部分是透视图。)。
图5是概念性地示出本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器具备的四个线圈的配置的图。
图6是概念性地示出配置本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器的电路基板的布线构造的图。
图7是示出现有技术涉及的耦合电感器的构造的立体图。
图8是图7所示的耦合电感器的俯视图。
图9是概念性地示出图7所示的耦合电感器具备的两个线圈的配置的图。
图10是概念性地示出配置图7所示的耦合电感器的电路基板的布线构造的图。
图11是图7所示的耦合电感器的基于A-A线的剖视图。
图12是将仿真的结果1的输出信号与输入信号一同示出的图。
图13是将仿真的结果2的输出信号与输入信号一同示出的图。
图14是将仿真的结果3的输出信号与输入信号一同示出的图。
图15是将仿真的结果4的输出信号与输入信号一同示出的图。
图16是将仿真的结果5的输出信号与输入信号一同示出的图。
图17的(a)是示出输入到第一变压器线圈侧的输入端子的脉冲信号 (实线)以及输入到第二变压器线圈侧的输入端子的脉冲信号(虚线)的图，图17的(b)是示出流过第一平滑用电感器的输出部的电流(实线) 以及流过第二平滑用电感器的输出部的电流(虚线)的图，以及图17的 (c)是示出图17的(b)所示的两个电流的差分(等效电流)的图。
图18是示出表2所示的结果的曲线图。
图19的(a)是概念性地示出等效电流交变时的正负的平衡均衡的情况下的耦合变压器的B-H曲线的曲线图，图19的(b)是概念性地示出等效电流交变时的正负的平衡不均衡的情况下的耦合变压器的B-H曲线的曲线图。
图20是示出等效电流交变时的正负平衡不均衡的情况下的具体例子的图，图20的(a)是示出流过第一平滑用电感器的输出部的电流(实线) 和流过第二平滑用电感器的输出部的电流(虚线)、以及以对比的目的示出的、图17的(b)所示的流过第二平滑用电感器的输出部的电流(点线) 的图，以及图20的(b)是示出由图19的(a)所示的两个电流的差分构成的等效电流(实线)的图，是以对比的目的示出的、图17的(c)所示的等效电流(点线)。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的一个实施方式涉及的平滑化电路的电路图。如图1 所示，平滑化电路1具备第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、复合平滑电感器10、以及电容器SC。在第一开关元件SW1以及第二开关元件SW2输入来自电源、晶体管等的信号(应被降压的信号)。而且，连接为在复合平滑电感器10的两个输入端子中的一个能够输入从第一开关元件SW1输出的脉冲信号，且连接为在复合平滑电感器10的两个输入端子中的另一个能够输入从第二开关元件SW2输出的脉冲信号。关于复合平滑电感器10的结构、功能等，将后述。
在复合平滑电感器10的一个输出端子连接电容器SC，能够从设置在复合平滑电感器10的一个输出端子与电容器SC之间的输出部OUT输出平滑信号。在图1中，示出了在输出部OUT连接负载L(点线部)且电容器SC以及负载L一同被接地(接地GND)的状态。
如图1所示，复合平滑电感器10具备耦合变压器20以及两个平滑用电感器(第一平滑用电感器30、第二平滑用电感器40)。例如，若第一开关元件SW1进行动作，脉冲信号输入到复合平滑电感器10，则首先该信号被输入到耦合变压器20，在包含第二平滑用电感器40的电路流过感应电流。其结果是，从第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40双方流出电流，被平滑化了的信号从输出部OUT输出。
图2是示出本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器的结构的电路图。如图1以及2所示，复合平滑电感器10具备一个耦合变压器20 以及两个平滑用电感器(第一平滑用电感器30、第二平滑用电感器40)，还具备两个输入端子11A、11B以及一个输出端子12。
耦合变压器20具备两个输入部21A、21B和两个输出部22A、22B。复合平滑电感器10的输入端子11A与耦合变压器20的输入部21A连接，复合平滑电感器10的输入端子11B与耦合变压器20的输入部21B连接。耦合变压器20在输入部21A与输出部22A之间具备第一变压器线圈 23A，并在输入部21B与输出部22B之间具备第二变压器线圈23B。
第一变压器线圈23A和第二变压器线圈23B被配置为能够进行磁耦合，极性被设为彼此相反的朝向。因此，在使电流从输入部21A向输出部22A侧流过第一变压器线圈23A时，基于该电流而在第二变压器线圈 23B产生的感应电流也能够从输入部21B向输出部22B侧流过。此外，在使电流从输入部21B向输出部22B侧流过第二变压器线圈23B时，基于该电流而在第一变压器线圈23A产生的感应电流也能够从输入部21A 向输出部22A侧流过。即，无论第一开关元件SW1以及第二开关元件 SW2中的哪一个接通而使电流流入到耦合变压器20的输入部21A、21B 中的任一个，均可实现从输出部22A、22B双方流出电流。但是，在基于第一开关元件SW1或第二开关元件SW2的接通动作而流出电流的定时与基于该电流而产生的感应电流流出的定时之间，将产生时间偏差。
第一平滑用电感器30具备输入部31以及输出部32，在它们之间具备第一电感器线圈33。因为第一平滑用电感器30的输入部31与耦合变压器20的输出部22A连接，所以从耦合变压器20的输出部22A流出的电流从第一平滑用电感器30的输入部31流向第一电感器线圈33，进行能量蓄积。而且，若电流向第一平滑用电感器30的输入部31的流入减少，则蓄积的能量被释放，从第一电感器线圈33向输出部32的电流增加，电流从第一平滑用电感器30的输出部32流向复合平滑电感器10的输出端子12。
第二平滑用电感器40具备输入部41以及输出部42，在它们之间具备第二电感器线圈43。因为第二平滑用电感器40的输入部41与耦合变压器20的输出部22B连接，所以从耦合变压器20的输出部22B流出的电流从第二平滑用电感器40的输入部41流向第二电感器线圈43，进行能量蓄积。而且，若电流向第二平滑用电感器40的输入部41的流入减少，则蓄积的能量被释放，从第二电感器线圈43向输出部42的电流增加，电流从第二平滑用电感器40的输出部42流向复合平滑电感器10的输出端子12。
如上所述，在基于第一开关元件SW1或第二开关元件SW2的接通动作而流出电流的定时与基于该电流产生的感应电流流出的定时之间存在时间偏差，因此在流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流流出的定时与流过第二平滑用电感器40的输出部42的电流流出的定时之间也产生时间偏差。因此，能够使流向与第一平滑用电感器30的输出部32以及第二平滑用电感器40的输出部42连接的复合平滑电感器10的输出端子12 的电流的流出定时相互不同。故此，通过重复第一开关元件SW1中的开关动作和第二开关元件SW2中的开关动作，从而能够将输出信号的电流值平滑化。
在此，在耦合变压器20的互感高的情况下，容易流过感应电流，因此能够提高从复合平滑电感器10输出的信号的平滑性。具体地，能够使输出信号中的纹波降低。因此，在耦合变压器20的互感高且适当地产生感应电流的情况下，能够使两个平滑用电感器(第一平滑用电感器30、第二平滑用电感器40)的自感比较低。
如前所述，在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，耦合变压器20和两个平滑用电感器(第一平滑用电感器30、第二平滑用电感器40)是独立体，因此能够对耦合变压器20设定构造上、组成上的结构，使得互感变高，同时能够对两个平滑用电感器(第一平滑用电感器 30、第二平滑用电感器40)设定与耦合变压器20完全独立地调整自感那样的结构。因此，在耦合变压器20的互感足够高的情况下，能够在两个平滑用电感器(第一平滑用电感器30、第二平滑用电感器40)的自感允许的范围内将这些平滑用电感器小型化。
像这样，在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，因为耦合变压器20和两个平滑用电感器(第一平滑用电感器30、第二平滑用电感器40)是独立体，所以能够为了实现作为复合平滑电感器10的小型化而单独地设定它们的构造、材料等。
相对于此，在专利文献1等记载的耦合电感器的情况下，耦合变压器和平滑用电感器一体化，因此存在为了推进小型化而需要满足相反的要求的情况，进一步的小型化并不容易。
例如，虽然如前所述，优选耦合变压器的互感高，但是在耦合电感器的情况下，并不能将从外部电源流到一方的线圈的电流所产生的磁场全部用作用于使另一方的线圈产生感应电流的磁场。如图11所示，必须使得除了耦合变压器用的磁路MC2以外还构成有平滑用电感器用的磁路 MC1。因此，在耦合电感器的情况下，提高耦合变压器的互感是有限的。
图3是示出本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器的构造的、从耦合变压器侧观察的立体图，图4是示出本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器的构造的、从平滑用电感器侧观察的立体图。在图4中，平滑用电感器的部分成为透视图。图5是概念性地示出本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10具备的四个线圈(第一变压器线圈23A和第二变压器线圈23B以及第一电感器线圈33和第二电感器线圈43)的配置的图。
如图3至图5所示，在复合平滑电感器10中，耦合变压器20以及两个平滑用电感器(第一平滑用电感器30、第二平滑用电感器40)被集成配置在基板50的一个主面上。复合平滑电感器10的一方的输入端子11A 与耦合变压器20的一方的输入部21A共用，复合平滑电感器10的另一方的输入端子11B与耦合变压器20的另一方的输入部21B共用。
耦合变压器20具备第一变压器线圈23A以及第二变压器线圈23B，还具备内含这些线圈的至少一部分的变压器用磁性构件24。图3以及图4 所示的变压器用磁性构件24由盖部241和箱部242构成，在箱部242内配置有构成第一变压器线圈23A的构件的至少一部分以及构成第二变压器线圈23B的构件的至少一部分。
第一变压器线圈23A中的位于变压器用磁性构件24内的部分以及第二变压器线圈23B中的位于变压器用磁性构件24内的部分均由导体以及覆盖该导体的绝缘部构成，并被配置为第一变压器线圈23A的绝缘部以及第二变压器线圈23B的绝缘部相接。作为导体的组成，可例示铜、铜合金、铝、铝合金等。作为绝缘部的组成，可例示树脂。
像这样，通过将第一变压器线圈23A和第二变压器线圈23B靠近配置，从而在电流流过第一变压器线圈23A以及第二变压器线圈23B中的一方时，基于该电流的磁场在第一变压器线圈23A以及第二变压器线圈23B中的另一方容易产生感应电流。即，能够提高耦合变压器20的互感。这样的两个变压器线圈的靠近配置在耦合电感器中是不可能构成的。具体地，在耦合电感器中，构成变压器线圈的构件还必须作为平滑用电感器的线圈而发挥功能，因此若使构成变压器线圈的两个构件过度靠近，则平滑用电感器的自感下降，难以使用耦合电感器形成平滑信号。
耦合变压器20中的第一变压器线圈23A和第二变压器线圈23B优选在维持绝缘状态的前提下尽可能靠近配置，因此第一变压器线圈23A的导体部和第二变压器线圈23B的导体部也可以具有被配置为经由由绝缘性材料构成的构件而相接的部分。
耦合变压器20中的第一变压器线圈23A和第二变压器线圈23B在变压器用磁性构件24内具备交叉一次的交叉部。如图5所示，第一变压器线圈23A和第二变压器线圈23B在变压器用磁性构件24内交叉一次。
作为具备这样的交叉部的结果，可实现使耦合变压器20的两个输入部21A、21B均位于基板50的X1-X2方向X1侧端部附近，且将耦合变压器20的两个输出部22A、22B配置在比输入部21A、21B更靠X1-X2 方向X2侧。即，在耦合变压器20中，可实现将两个输入部21A、21B汇总在一方(X1-X2方向X1侧)，并将两个输出部22A、22B汇总在另一方(X1-X2方向X2侧)。另外，X1-X2方向是基板50的面内方向之一，与同为基板50的面内方向之一的Y1-Y2方向正交。
通过这样的配置，能够使复合平滑电感器10的两个输入端子11A、11B均位于X1-X2方向X1侧端部附近，复合平滑电感器10的小型化、连接复合平滑电感器10的电路基板的布线的结构的简化变得容易。使用图6对这一点进行说明。图6是概念性地示出配置本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器的电路基板的布线构造的图。如图6所示，在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，两个输入端子11A、11B均位于X1-X2方向X1侧，输出端子12位于X1-X2方向X2侧。因此，在形成了平滑化电路1的电路基板100中，只要与位于复合平滑电感器 10的上游的两个开关元件(第一开关元件SW1、第二开关元件SW2)各自的输出端子电连接的两个布线101、102均配置在比复合平滑电感器10 更靠X1-X2方向X1侧即可。此外，在形成了平滑化电路1的电路基板 100中，与位于复合平滑电感器10的下游的电容器SC、输出部OUT电连接的布线103只要位于比复合平滑电感器10更靠X1-X2方向X2侧即可。像这样，在使用了复合平滑电感器10的情况下，能够将与平滑化电路1具备的复合平滑电感器10连接的电气元件(第一开关元件SW1、第二开关元件SW2以及电容器SC)和复合平滑电感器10的电路基板100 上的布线设为极简单的结构。
此外，因为耦合变压器20的两个输出部22A、22B配置在比输入部 21A、21B更靠X1-X2方向X2侧，所以能够将第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40均配置在比耦合变压器20更靠X1-X2方向X2 侧。通过这样的配置，复合平滑电感器10的小型化变得容易。
在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，如图3至图 5所示，第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40一体化。即，第一平滑用电感器30中的内含第一电感器线圈33的至少一部分的第一电感器用磁性构件和第二平滑用电感器40中的内含第二电感器线圈43的至少一部分的第二电感器用磁性构件通过电感器用磁性构件34成为一体。电感器用磁性构件34由盖部341和箱部342构成，在箱部342内配置有构成第一电感器线圈33的构件的至少一部分以及构成第二电感器线圈43 的构件的至少一部分。
在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，因为将第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40与耦合变压器20构成为独立体，所以能够将用于电感器用磁性构件34的磁性材料设为仅响应了平滑用电感器要求的特性的软磁性材料。因为平滑用电感器是能量蓄积元件，所以优选饱和磁通量密度尽可能高。作为软磁性材料，一般的铁氧体类软磁性材料不仅容易入手，而且导磁率高，因此原理上能够提高平滑用电感器的自感，但是饱和磁通量密度低，因此并不能直接有效利用高的导磁率。因此，在作为用于电感器用磁性构件34的磁性材料而使用了铁氧体类软磁性材料的情况下，必须设为在磁路中设置气隙而使有效导磁率下降的构造。气隙会产生漏磁场，关于该漏磁场，若驱动频率高，则漏磁场会对线圈的布线造成影响，导致由涡流造成的损耗的增大。若损耗变大，则发热的问题等显著化，变得难以将平滑用电感器小型化。
相对于此，在耦合变压器20中，与能量蓄积相比，能量传递成为主体，因此用于变压器用磁性构件24的磁性材料不需要是饱和磁通量密度高的磁性材料。因此，通过作为用于变压器用磁性构件24的磁性材料而使用铁氧体类软磁性材料，从而能够直接获益于其高入手容易性以及高导磁率。
因此，在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，作为用于电感器用磁性构件34的磁性材料(电感器用磁性材料)，使用饱和磁通量密度高的软磁性材料。作为这样的材料，可例示非晶金属类软磁性材料、纳米晶体金属类软磁性材料。通过使用这样的材料，从而容易使构成电感器用磁性构件34的电感器用磁性材料的饱和磁通量密度为700mT以上。通过使构成电感器用磁性构件34的电感器用磁性材料的饱和磁通量密度为700mT以上，从而能够蓄积在第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40的能量的上限提高，能够形成更平滑的信号。
另一方面，用于耦合变压器20的磁性材料(变压器用磁性材料)使用饱和磁通量密度比用于电感器用磁性构件34的磁性材料(电感器用磁性材料)低的软磁性材料。这样的材料的典型例子是铁氧体类软磁性材料。铁氧体类软磁性材料的饱和磁通量密度一般为380mT以上且500mT以下，比上述的电感器用磁性材料的饱和磁通量密度低。然而，耦合变压器 20在原理上是不进行能量蓄积的磁性器件，因此并不特别要求饱和磁通量密度高。反而，有效导磁率高是重要的。若从该观点出发，铁氧体类软磁性材料能够容易地达到1000以上，作为变压器用磁性材料是合适的材料。
在此，对现有技术涉及的耦合电感器进行说明。图7是示出现有技术涉及的耦合电感器的构造的立体图。图8是图7所示的耦合电感器的俯视图。图9是概念性地示出图7所示的耦合电感器具备的两个线圈的配置的图。图10是概念性地示出配置图7所示的耦合电感器的电路基板的布线构造的图。图11是图7所示的耦合电感器的基于A-A线的剖视图。
如图7所示，现有技术涉及的耦合电感器60由磁性构件64和两个导电性构件构成，磁性构件64由第一构件641以及第二构件642构成。导电性构件中的一方由第一输入端子61A和第一输出端子62A以及在它们之间具有位于磁性构件64内的部分的第一线圈导体63A构成。导电性构件的另一方由第二输入端子61B和第二输出端子62B以及在它们之间具有位于磁性构件64内的部分的第二线圈导体63B构成。在磁性构件64 内，在第一线圈导体63A与第二线圈导体63B之间设置有气隙AG。
如图8所示，耦合电感器60的结构简单，一看就是认为小型化容易的构造。然而，如图9所示，因为配置在内部的两个线圈的极性相等，所以流过第一线圈导体63A的电流的朝向和基于由流过第一线圈导体63A 的电流产生的磁场而在第二线圈导体63B产生的感应电流的朝向成为相反朝向。因此，在耦合电感器60中，虽然第一输入端子61A位于X1-X2 方向X1侧，但是第二输入端子61B位于X1-X2方向X2侧。像这样，因为两个输入端子配置在彼此相反侧，所以第一输出端子62A以及第二输出端子62B也配置在彼此相反侧。具体地，第一输出端子62A配置在 X1-X2方向X2侧，第二输出端子62B配置在X1-X2方向X1侧。
像这样，因为两个导电性构件的配置成为彼此相反侧，所以配置耦合电感器60的电路基板的布线结构与本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10的情况相比复杂化。具体地，在形成了平滑化电路1的电路基板100中，如果代替复合平滑电感器10而配置耦合电感器60，则如图 10所示，与耦合电感器60的第一输入端子61A连接的布线101可以与使用了复合平滑电感器10的情况相同，但是与第二输入端子61B连接的布线102被配置为，从X1-X2方向X1侧起绕过第二输出端子62B并且暂且向X1-X2方向X2侧配置，然后向Y1-Y2方向Y2侧弯曲而向能够与第二输入端子61B连接的位置延伸。而且，在形成了平滑化电路1的电路基板100中，与位于复合平滑电感器10的下游的电容器SC、输出部OUT 电连接的布线103需要与位于X1-X2方向X1侧的第二输出端子62B以及位于X1-X2方向X2侧的第一输出端子62A电连接，因此如图10所示，具有曲柄状的部分。像这样，布线102会相对变长，布线103要求具有复杂的形状。因此，通过代替复合平滑电感器10而使用耦合电感器60，从而变得难以将平滑化电路1小型化。
此外，耦合电感器60是将耦合变压器和平滑用电感器的功能公共化的结构，这也成为阻碍小型化的主要原因。如图11所示，若在第一线圈导体63A流过电流，则在该电流的周围产生磁场。其一部分成为仅环绕第一线圈导体63A的周围的第一磁路MC1，另一部分成为环绕第一线圈导体63A以及第二线圈导体63B的周围的第二磁路MC2。若考虑距第一线圈导体63A的距离以及磁路的长度，则第一磁路MC1的磁阻变得比第二磁路MC2的磁阻低。因而，第一磁路MC1的磁通量密度变得比第二磁路MC2的磁通量密度高。如前所述，从使得容易减小平滑化电路1的输出信号的纹波值的观点出发，耦合变压器的互感最好高。为了响应该要求，需要提高第二磁路MC2的磁通量密度。在耦合电感器60中，通过在第一磁路MC1设置气隙AG而使第一磁路MC1的磁阻增大，从而适当地进行调整，使得相对地降低第二磁路MC2的磁阻，并提高第二磁路 MC2的磁通量密度。
通过在与平滑用电感器相关联的第一磁路MC1设置气隙AG，从而构成第一磁路MC1的磁性构件的有效导磁率下降。这对于作为能量蓄积元件的平滑用电感器而言是有利的。然而，如前所述，气隙AG会产生漏磁场，产生损耗的增大等问题，因此通过气隙AG使有效导磁率下降而提高平滑用电感器的功能是有限的。因此，虽然铁氧体类软磁性材料具有入手容易性优异且导磁率高这样的优点，但是在作为用于耦合电感器60的磁性构件64的磁性材料而使用了铁氧体类软磁性材料的情况下，为了充分发挥平滑用电感器的作为能量蓄积元件的功能，铁氧体类软磁性材料的饱和磁通量密度低会造成支配性的影响，变得需要增加构成第一磁路 MC1的磁性构件的容积。这意味着，即使作为用于磁性构件的磁性材料而使用入手容易性优异且导磁率高的铁氧体类软磁性材料，将耦合电感器 60小型化也是有限的。
如图4所示，在箱部342中，构成第一电感器线圈33的构件以及构成第二电感器线圈43的构件与构成第一平滑用电感器30的输出部32的构件以及构成第二平滑用电感器40的输出部42的构件一同被一体化。在这样的结构中，第一平滑用电感器30和第二平滑用电感器40在Y1-Y2 方向上并列地配置。具体地，第一平滑用电感器30相对地位于Y1-Y2方向Y1侧，第二平滑用电感器40相对地位于Y1-Y2方向Y2侧。像这样，通过将第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40沿着作为基板50 的主面内方向之一的第一方向(Y1-Y2方向)进行并列设置，并将由第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40构成的一组平滑用电感器和耦合变压器20沿着在基板50的主面内与第一方向交叉的第二方向进行并列设置，从而可实现复合平滑电感器10的小型化。通过使第一方向和第二方向正交(具体地，将第二方向设为X1-X2方向)，从而能够尤其减小复合平滑电感器10的基板50的主面的面积。
如图4所示，在电感器用磁性构件34的箱部342内，从X1-X2方向观察，第一电感器线圈33以及第二电感器线圈43均具有半圆型的形状。而且，两个输入部31、41各自位于并列配置的两个半圆的两端侧，一个输出部32、42位于两个半圆之间。通过设为这样的配置，从而虽然使第一电感器用磁性构件和第二电感器用磁性构件一体化，但是可适当地抑制在第一平滑用电感器30中产生的磁场和在第二平滑用电感器40中产生的磁场耦合。
在从X1-X2方向X2侧观察了复合平滑电感器10时，在第一平滑用电感器30的第一电感器线圈33中，从Y1-Y2方向Y1侧向Y1-Y2方向 Y2侧流过电流，在第二平滑用电感器40的第二电感器线圈43中，从 Y1-Y2方向Y2侧向Y1-Y2方向Y1侧流过电流。因此，通过在第一平滑用电感器30流过电流而产生的磁场在其输出部32附近成为朝向X1-X2 方向X2侧的回流磁场。相对于此，通过在第二平滑用电感器40流过电流而产生的磁场在其输出部42附近成为朝向X1-X2方向X1侧的回流磁场。
因此，这些磁场在输出端子12的附近(即，第一平滑用电感器30 的输出部32以及第二平滑用电感器40的输出部42的附近)成为相反朝向而相互抵消，可抑制在第一平滑用电感器30中产生的磁场与在第二平滑用电感器40中产生的磁场进行磁耦合。故此，本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10虽然具有将第一电感器用磁性构件和第二电感器用磁性构件一体化的构造，但是能够使第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40双方的动作稳定化。
在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，变压器用磁性构件24的有效导磁率设定得比电感器用磁性构件34的有效导磁率高。如果举出具体例子，则变压器用磁性构件24的有效导磁率优选设为1000 以上且3500以下。优选将电感器用磁性构件34的有效导磁率设为15以上且120以下。变压器用磁性构件24的有效导磁率相对于电感器用磁性构件34的有效导磁率的比率优选为10以上且200以下，更优选为20以上且100以下。通过像这样设定，从而能够在不增大作为能量蓄积元件的第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40的尺寸的情况下形成纹波少的平滑信号。即，通过关于有效导磁率而具备上述的结构，从而容易将复合平滑电感器10小型化。
相对于此，在耦合电感器60中，需要使用气隙AG来提高平滑用电感器涉及的磁路MC1的磁阻，因此在小型化、驱动频率的高频率化的要求提高的情况下，如前所述，气隙AG的存在所引起的不良情况会成为障碍，难以适当地响应上述要求。
在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，变压器用磁性构件24和电感器用磁性构件34是独立构件，因此通过使构成材料不同等，能够将变压器用磁性构件24的有效导磁率设定得比电感器用磁性构件34的有效导磁率高。因此，在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10中，对于第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40中的任一者，均优选设为不具有气隙的构造。通过设为这样的构造，从而即使复合平滑电感器10小型化且驱动频率高频率化，也不易产生起因于漏磁场的不良情况。
以下，示出仿真的结果。在图1所示的平滑化电路中，为了使输入电压5V降压为1V，以800kHz的频率使第一开关元件SW1以及第二开关元件SW2交替地进行动作，将占空比为0.21的脉冲信号输入到复合平滑电感器10。变更第一变压器线圈23A与第二变压器线圈23B的互感Lm、以及第一电感器线圈33的自感Lk和第二电感器线圈43的自感Lk，并测定了产生的输出信号。另外，第一电感器线圈33的自感Lk和第二电感器线圈43自感Lk设定为相等。
通过使互感Lm以及自感Lk变化，从而如表1所示，来自输出部OUT 的输出信号中的电流波形变动。在图12至图16，将结果1至结果5各自的输出信号(图中实线)与输入信号(图中虚线)一同示出。作为基本的倾向，通过增大互感Lm，从而电流波形中的纹波值(最大值与最小值之差，单位：A)变小。表1中的R/P意味着纹波值/峰电流值(单位：％)。
[表1]
Figure BDA0001941432340000191
如图12、图15以及图16所示，在结果1、结果4以及结果5中，得到了在脉冲信号的一个周期中具有两个峰的电流波形。这些峰由直接基于脉冲信号的电流的峰和基于感应电流的峰构成。而且，在互感Lm比自感 Lk大的情况下(结果1以及结果5)，R/P成为30％以下，表示进行了良好的平滑化。相对于此，如图13以及图14所示，在互感Lm为0nH的情况下(结果2以及结果3)，在输出信号的电流波形中，未确认到基于感应电流的峰。
像以上说明的那样，在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器 10中，耦合变压器20基于流过第一变压器线圈23A以及第二变压器线圈 23B中的一方的电流，在第一变压器线圈23A以及第二变压器线圈23B 中的另一方流过电流，使与耦合变压器20连接的第一平滑用电感器30 以及第二平滑用电感器40各自储存电能，并从第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40各自相位延迟地流过电流，由此进行被输入的脉冲信号的平滑化。因此，理想的是，在耦合变压器20中不进行能量蓄积。然而，现实中，像接下来用图17进行说明的那样，由于各种各样的理由，在耦合变压器20中也进行能量蓄积。
图17的(a)是示出输入到第一变压器线圈23A侧的输入端子11A 的脉冲信号(实线)以及输入到第二变压器线圈23B侧的输入端子11B的脉冲信号(虚线)的图。图17的(b)是示出流过第一平滑用电感器 30的输出部32的电流(实线)以及流过第二平滑用电感器40的输出部 42的电流(虚线)的图。图17的(c)是示出图17的(b)所示的两个电流的差分的图。
如图1等所示，在本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器10 中，具有在耦合变压器20各自的变压器线圈串联连接了平滑用电感器的结构，因此变压器线圈的互感Lm和平滑用电感器的自感Lk进行相互作用，从输入了脉冲信号的变压器线圈以及平滑用电感器流过的电流波形和在耦合变压器20内从产生感应电流的一侧的变压器线圈以及平滑用电感器流过的电流波形并不严格地一致。
使用图17对这一点进行说明如下，即，若在第一变压器线圈23A侧的输入端子11A如图17的(a)所示地输入脉冲信号P1，则经由第一变压器线圈23A以及第一平滑用电感器30而流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流成为图17的(b)所示的三角波OP11的信号。另一方面，流过第一变压器线圈23A的脉冲信号P1的感应电流流过第二平滑用电感器40，并成为图17的(b)所示的三角波OP12的信号而从第二平滑用电感器40的输出部42输出。三角波OP11的峰-峰电流值(纹波电流)PP1与三角波OP12的纹波电流PP2不一致，纹波电流PP1比纹波电流PP2大。
另一方面，若在第二变压器线圈23B侧的输入端子11B如图17的(a) 所示地输入脉冲信号P2，则从与直接输入脉冲信号P2的第二变压器线圈 23B连接的第二平滑用电感器40的输出部42输出具有与三角波OP11同样的纹波电流PP1的三角波OP21，并从第一平滑用电感器30的输出部 32输出具有与三角波OP12同样的纹波电流PP2的三角波OP22。
因此，如图17的(a)所示，若脉冲信号P1和脉冲信号P2以等间隔定期地输入到耦合变压器20，则如图17的(b)所示，关于第一平滑用电感器30的输出部32以及第二平滑用电感器40的输出部42中的任一者，均交替地输出纹波电流PP1的三角波和纹波电流PP2的三角波。关于来自第一平滑用电感器30的输出部32的信号和来自第二平滑用电感器 40的输出部42的信号，因为它们的三角波的重复的相位反转，因此其结果是，由纹波电流PP1的三角波和纹波电流PP2的三角波的合成构成的三角波以脉冲信号P1和脉冲信号P2的发送间隔Δt从输出端子12反复被输出。
像这样，因为从输入了脉冲信号的变压器线圈以及平滑用电感器流过的电流波形与在耦合变压器20内从产生感应电流的一侧的变压器线圈以及平滑用电感器流过的电流波形不同，所以与这些电流波形的差分电流相当的能量蓄积在耦合变压器20内。图17的(c)是示出从第一变压器线圈23A减去第二变压器线圈23B而得到的差分电流的图。通过单点划线示出图17的(a)至图17的(c)的时间上的关系。在本说明书中，也将上述的差分电流称为“等效电流Id”。
如图17的(a)以及图17的(b)所示，若在某个时间t0开始脉冲信号P1的输入，则在从此经过了给定的时间的时间t1，流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流(实线)和流过第二平滑用电感器40的输出部42的电流(虚线)变得相等，图17的(c)所示的等效电流Id成为 0A。从时间t1起直到脉冲信号P1停止的时间t2为止，流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流(实线)超过第二平滑用电感器40的输出部42(虚线)，等效电流Id以正的值增加。此后，直到开始对第二变压器线圈23B输入脉冲信号P2的时间t3为止，维持时间t2处的等效电流 Id。
在开始对第二变压器线圈23B输入脉冲信号P2的时间t3以后，第二变压器线圈23B侧成为有源电路，第一变压器线圈23A侧成为无源电路，因此与第二变压器线圈23B电连接的第二平滑用电感器40的输出部42 中的电流的增加变得相对显著，在时间t4，流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流(实线)和流过第二平滑用电感器40的输出部42的电流(实线)变得相等。以后，直到脉冲信号P2停止的时间t5为止，流过第二平滑用电感器40的输出部42的电流(虚线)超过流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流(实线)，因此等效电流Id以负的值增加。此后，直到对第一变压器线圈23A输入脉冲信号P1的时间t6为止，维持时间t5处的等效电流Id。在对第一变压器线圈23A输入脉冲信号P1的时间t6以后，第一变压器线圈23A侧成为有源电路，第二变压器线圈23B 侧成为无源电路，因此与第一变压器线圈23A电连接的第一平滑用电感器30的输出部32中的电流的增加变得相对显著，在时间t7，流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流(实线)与流过第二平滑用电感器 40的输出部42的电流(实线)变得相等。该状态与时间t1的状态相等，因此以后重复产生从时间t1至时间t7的现象。
其结果是，如图17的(c)所示，等效电流Id具有梯形正负交变的波形，即，是交变电流，根据交变地流过该耦合变压器20的等效电流Id 而产生感应磁场，其能量成为铁损而成为耦合变压器20的发热原因。
以研究降低耦合变压器20的发热的方法为目的，使耦合变压器20 的互感Lm和第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40的自感Lk (它们设为相等的值。)变化并进行了仿真。将其结果示于表2。另外，仿真中的设定条件如下。
输入电压：12V
输出电压：3.0V
脉冲信号的占空比：25％
各相的最大电流：35A
耦合变压器的耦合系数：0.996
[表2]
Figure BDA0001941432340000231
如表2以及将该结果曲线图化的图18所示，若耦合变压器20的互感 Lm相对于第一平滑用电感器30以及第二平滑用电感器40的自感Lk之比(Lm/Lk比)变大，则耦合变压器20的蓄积能量Em(单位：μJ)具有下降的倾向。若详细确认，则直至Lm/Lk比为10左右，随着Lm/Lk 比的增加，耦合变压器20的蓄积能量Em大幅减少。因此，Lm/Lk比优选为超过1，更优选为2以上，进一步优选为5以上，特别优选为8以上。
另一方面，在Lm/Lk比为10左右以后，耦合变压器20的蓄积能量 Em的减少的程度变小，在Lm/Lk比为15左右以上的情况下，使Lm/Lk 比增加对使耦合变压器20的蓄积能量Em降低造成的影响的程度变小。此外，若Lm/Lk比增加，则耦合变压器20的泄漏分量(漏感)基本以单调增加方式增大。耦合变压器20的泄漏分量(漏感)的增大导致向耦合变压器20的无源电路侧的能量传递率的下降，其结果是，导致铁损的增大。因此，从抑制耦合变压器20的发热的观点出发，使Lm/Lk比过度地增加并不优选。因此，Lm/Lk比优选设为15以下，更优选设为12以下。
在上述的说明中，对等效电流Id中的交变时的正负的平衡均衡的情况进行了说明。在该情况下，如图19的(a)所示，由等效电流Id产生的磁场以零磁场为中心向正负变动。图19的(a)是概念性地示出等效电流Id交变时的正负的平衡均衡的情况下的耦合变压器20的B-H曲线的曲线图。基于等效电流Id的交变，在B-H曲线的用粗线双向箭头示出的范围内产生磁场。如前所述，用于变压器用磁性构件24的磁性材料要求的主要的特性是导磁率高，从该观点出发，优选铁氧体。如图19的(a) 所示，在由交变的等效电流Id产生的磁场以零磁场为中心向正负变动的情况下，即使是像铁氧体类材料那样的饱和磁通量密度比较低的材料，也不易产生问题。
然而，现实中，交变的等效电流Id交变的中心并不成为0A，多数情况下向正方向或负方向移动。虽然其理由是各种各样的，但是作为具体例子，可举出：耦合变压器20内的第一变压器线圈23A和第二变压器线圈 23B的直流电阻分量不同；第一平滑用电感器30和第二平滑用电感器40 的直流电阻分量不同；以及连接于复合平滑电感器10的输入端子11A的电路和连接于输入端子11B的电路在制造公差的范围内等电阻分量等存在偏差等。
图20是示出等效电流Id交变时的正负平衡不均衡的情况下的具体例子的图。图20的(a)是示出流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流(实线)和流过第二平滑用电感器40的输出部42的电流(虚线)、以及以对比的目的示出的、图17的(b)所示的流过第二平滑用电感器40 的输出部42的电流(点线)的图。图20的(b)是示出由图20的(a) 所示的两个电流的差分构成的等效电流Id(实线)的图，并以对比的目的用点线示出了图17的(c)所示的等效电流Id。
如图20的(a)所示，在流过第二平滑用电感器40的输出部42的电流(虚线)由于某种理由(可举出串联地连接了原本无用的电阻分量等理由。)而变得比流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流(实线)低 1A的情况下，流过第一平滑用电感器30的输出部32的电流(实线)的电流值与流过第二平滑用电感器40的输出部42的电流(虚线)的电流值变得相等而等效电流Id的值成为0A的时间tal会变得比图17的(c)所示的等效电流Id的值成为0A的时间t1更早(接近脉冲信号P1的开始时间t0。)。因此，如图20的(b)所示，等效电流Id的波形整体上向正侧移动。其结果是，相对于在图17的(c)所示的等效电流Id中电流值的绝对值的最大值为0.6A左右，等效电流的绝对值的最大值增大至0.9A左右。
这样的等效电流Id的范围的变化作为由等效电流Id产生的磁场的范围的变化而显著化。即，如上所述，若等效电流Id整体上向正侧移动，则在耦合变压器20产生的磁场的范围向B-H曲线中的第一象限侧移动。图18的(b)是概念性地示出等效电流Id中的交变时的正负的平衡不均衡的情况(具体地，向正侧移动的情况)下的耦合变压器20的B-H曲线的曲线图。如图18的(b)的粗线双向箭头所示，由等效电流Id产生的磁场将到达接近构成变压器用磁性构件24的变压器用磁性材料(作为具体例子，可举出铁氧体类材料。)的饱和磁通量密度Bm的区域，其中变压器用磁性构件24构成耦合变压器20。若达到这样的状态，则耦合变压器20的铁损增大，来自耦合变压器20的发热变得显著。因此，交变的等效电流Id的中心值优选尽可能接近0A。
此外，从使在耦合变压器20产生的磁场降低的观点出发，当然优选交变的等效电流Id的变动幅度小。具体地，基于蓄积于耦合变压器20的能量的磁通量密度的最大值，即，在耦合变压器20产生的等效电流Id的感应磁场的绝对值的最大值优选为构成耦合变压器20的变压器用磁性构件24的饱和磁通量密度的50％以下，更优选为40％以下，特别优选为30％以下。若以饱和磁通量密度为380mT左右至500mT左右的铁氧体为具体例子，则在耦合变压器20产生的等效电流的感应磁场的绝对值的最大值优选为250mT以下，更优选为200mT以下，特别优选为140mT以下。
以上说明的实施方式是为了使本发明容易理解而记载的，而不是为了限定本发明而记载的。因此，其主旨在于，上述实施方式公开的各要素还包含属于本发明的技术范围的全部的设计变更、等同物。
例如，虽然在上述的本发明的一个实施方式涉及的复合平滑电感器 10中，第一变压器线圈23A与第二变压器线圈23B的重叠方向(交叉轴的方向)沿着基板50的厚度方向，但是也可以沿着基板50的主面的面内方向。
此外，虽然第一平滑用电感器30的第一电感器用磁性构件和第二平滑用电感器40的第二电感器用磁性构件一体化而成为电感器用磁性构件34，但是这些磁性构件也可以是独立体。在该情况下，构成第一电感器用磁性构件的第一电感器用磁性材料和构成第二电感器用磁性构件的第二电感器用磁性材料可以是共同的材料，也可以是不同的材料。从抑制来自耦合变压器20的发热的观点出发，存在优选它们的材料为共同的材料且第一电感器用磁性构件的磁特性与第二电感器用磁性构件的磁特性大致相等的情况。
产业上的可利用性
具备本发明的一个实施方式涉及的平滑用电感器的平滑化电路能够适当地作为DC-DC变换器的部分电路而使用。此外，不仅能够使用于降压变换器，还能够适当地使用于升压变换器、以多相进行动作的绝缘型变换器的输出平滑电路、倍流方式的整流电路等。
附图标记说明
1：平滑化电路；
10：复合平滑电感器；
SW1：第一开关元件；
SW2：第二开关元件；
SC：电容器；
OUT：输出部；
L：负载；
GND：接地；
20：耦合变压器；
30：第一平滑用电感器；
40：第二平滑用电感器；
11A、11B：输入端子；
12：输出端子；
21A、21B：耦合变压器20的输入部；
22A、22B：耦合变压器20的输出部；
23A：第一变压器线圈；
23B：第二变压器线圈；
31：第一平滑用电感器30的输入部；
32：第一平滑用电感器30的输出部；
33：第一电感器线圈；
41：第二平滑用电感器40的输入部；
42：第二平滑用电感器40的输出部；
43：第二电感器线圈；
50：基板；
24：变压器用磁性构件；
241：变压器用磁性构件24的盖部；
242：变压器用磁性构件24的箱部；
34：电感器用磁性构件；
341：电感器用磁性构件34的盖部；
342：电感器用磁性构件34的箱部；
100：电路基板；
101、102、103：布线；
60：耦合电感器；
61A：第一输入端子；
61B：第二输入端子；
62A：第一输出端子；
62B：第二输出端子；
63A：第一线圈导体；
63B：第二线圈导体；
64：耦合电感器的磁性构件；
641：第一构件；
642：第二构件；
AG：气隙；
MC1：第一磁路；
MC2：第二磁路；
P1、P2：脉冲信号；
OPI1、OP12、OP21、OP22：三角波；
PPI、PP2：纹波电流；
Δt：发送间隔；
Id：等效电流；
t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、ta1：时间。

Claims (15)

1.一种复合平滑电感器，在一个基板上集成地具备：一个耦合变压器，具备两个输入部和两个输出部；第一平滑用电感器，具备一个输入部和一个输出部；第二平滑用电感器，具备一个输入部和一个输出部；以及两个输入端子和一个输出端子，所述复合平滑电感器的特征在于，
所述两个输入端子中的一个与所述耦合变压器的两个输入部中的一个连接，所述两个输入端子中的另一个与所述耦合变压器的两个输入部中的另一个连接，
所述耦合变压器的两个输出部中的一个与所述第一平滑用电感器的输入部连接，所述耦合变压器的两个输出部中的另一个与所述第二平滑用电感器的输入部连接，
所述第一平滑用电感器的输出部以及所述第二平滑用电感器的输出部均与所述一个输出端子连接，
所述耦合变压器的互感比所述第一平滑用电感器的自感以及所述第二平滑用电感器的自感中的任一者都高。
2.根据权利要求1所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述耦合变压器的互感相对于所述第一平滑用电感器的自感以及所述第二平滑用电感器的自感的比率超过1且为12以下。
3.根据权利要求1所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述耦合变压器具备第一变压器线圈和第二变压器线圈以及内含这些线圈的至少一部分的变压器用磁性构件，
所述第一平滑用电感器具备第一电感器线圈以及内含该第一电感器线圈的至少一部分的第一电感器用磁性构件，
所述第二平滑用电感器具备第二电感器线圈以及内含该第二电感器线圈的至少一部分的第二电感器用磁性构件，
所述变压器用磁性构件的有效导磁率比所述第一电感器用磁性构件的有效导磁率以及所述第二电感器用磁性构件的有效导磁率中的任一者都高，
构成所述变压器用磁性构件的变压器用磁性材料的饱和磁通量密度比构成所述第一电感器用磁性构件的第一电感器用磁性材料的饱和磁通量密度以及构成所述第二电感器用磁性构件的第二电感器用磁性材料的饱和磁通量密度中的任一者都低。
4.根据权利要求3所述的复合平滑电感器，其特征在于，
基于被蓄积于所述耦合变压器的能量的磁通量密度为构成所述变压器用磁性构件的变压器用磁性材料的饱和磁通量密度的50％以下。
5.根据权利要求3所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述变压器用磁性构件的有效导磁率为1000以上且3500以下，所述第一电感器用磁性构件的有效导磁率以及所述第二电感器用磁性构件的有效导磁率为15以上且120以下。
6.根据权利要求3所述的复合平滑电感器，其特征在于，
构成所述变压器用磁性构件的变压器用磁性材料的饱和磁通量密度为380mT以上且520mT以下，所述第一电感器用磁性材料的饱和磁通量密度以及所述第二电感器用磁性材料的饱和磁通量密度均为700mT以上。
7.根据权利要求3所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述第一变压器线圈的导体部和所述第二变压器线圈的导体部具有被配置为经由由绝缘性材料构成的构件而相接的部分。
8.根据权利要求3所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述第一变压器线圈以及所述第二变压器线圈均具有由导体部和覆盖所述导体部的表面的绝缘部构成且被配置为所述第一变压器线圈的所述绝缘部以及所述第二变压器线圈的绝缘部相接的部分。
9.根据权利要求3所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述第一变压器线圈和所述第二变压器线圈具备在所述变压器用磁性构件内交叉奇数次的交叉部。
10.根据权利要求9所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述第一平滑用电感器和所述第二平滑用电感器沿着作为所述基板的主面内方向之一的第一方向并列设置，
由所述第一平滑用电感器以及所述第二平滑用电感器构成的一组平滑用电感器和所述耦合变压器沿着在所述基板的主面内与所述第一方向交叉的第二方向并列设置。
11.根据权利要求10所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述第一电感器用磁性构件和所述第二电感器用磁性构件为一体。
12.根据权利要求11所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述第一电感器线圈以及所述第二电感器线圈被配置为：基于流过所述第一电感器线圈的电流的磁场与基于流过所述第二电感器线圈的电流的磁场不进行磁耦合。
13.根据权利要求1所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述第一平滑用电感器不具有气隙。
14.根据权利要求1所述的复合平滑电感器，其特征在于，
所述第二平滑用电感器不具有气隙。
15.一种平滑化电路，具备第一开关元件、第二开关元件、权利要求1至10中的任一项所述的复合平滑电感器、以及电容器，所述平滑化电路的特征在于，
连接为能够向所述复合平滑电感器的两个输入端子中的一个输入从所述第一开关元件输出的脉冲信号，且连接为能够向所述复合平滑电感器的两个输入端子中的另一个输入从所述第二开关元件输出的脉冲信号，
在所述复合平滑电感器的一个输出端子连接所述电容器，使得能够从设置在所述复合平滑电感器的一个输出端子与所述电容器之间的输出部输出平滑信号。
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