CN207801761U - Dc－dc转换器、开关ic以及电感器装置 - Google Patents

Dc－dc转换器、开关ic以及电感器装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及DC－DC转换器、开关IC以及电感器装置，DC－DC转换器(1)具备：电感器装置(61)，在负载(90)为第一负载以及比上述第一负载重的第二负载的情况下，电感分别被切换为第一电感以及比上述第一电感大的第二电感；和开关电路(51)，与电感器装置(61)连接，电感器装置(61)具有第一线圈(611)、第二线圈(612)以及根据上述负载而电阻值被控制的开关元件(613)，电感器装置(61)通过由第二线圈(612)和开关元件(613)串联连接而成的电路和第一线圈(611)并联连接而构成。

Description

DC－DC转换器、开关IC以及电感器装置
技术领域
本实用新型涉及DC－DC转换器以及用于构成DC－DC转换器的开关IC和电感器装置，尤其涉及用于减少在DC－DC转换器的输出电压中所产生的纹波的技术。
背景技术
以往，已知有在多层基板内形成线圈并在上述多层基板的一个主面安装有与上述线圈连接的开关IC(Integrated Circuit：集成电路)的 DC－DC转换器(例如，参照专利文献1和专利文献2)。
专利文献1公开了如下的DC－DC转换器模块：由磁性体基板构成多层基板，并由与线圈在不同的上述磁性体基板的内部通过的内部导体构成连接上述磁性体基板的上表面电极和下表面电极的连接布线。上述上表面电极与开关IC、电容器等上述模块的构成要素连接，上述下表面电极与上述模块的外部电连接。
根据该结构，上述连接布线具有相对较大的电感成分，脉冲电流难以流过上述连接布线，其结果是，能够抑制上述模块向外部泄漏高频噪声。
专利文献2公开了在多层基板内具备电感值相互不同的多个电感器的电感器阵列芯片、以及使用了该电感器阵列芯片的多相DC－DC转换器。在该电感器阵列芯片中，上述多个电感器中的至少一个由并联连接的多个部分电感器构成。
根据该结构，针对若在磁性体的多层基板内配置线圈导体的层数不同的多个电感器则在烧制时容易产生裂缝这样的课题，能够通过多个部分电感器的并联连接构成具有较小的电感值的电感器。其结果是，能够从相等层数的线圈导体构成根据部分电感器的连接而不同的电感值的电感器，能够得到在烧制时难以产生裂缝的电感器阵列芯片。
专利文献1：日本专利第4325747号公报
专利文献2：日本特开2013－222841号公报
然而，在专利文献1的DC－DC转换器以及专利文献2的DC－DC 转换器中的多相的每一相中，均使用固定电感器来生成输出电压，关于在输出电压中所产生的纹波，可能存在改善的余地。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种减少了在输出电压中所产生的纹波的DC－DC转换器、以及用于构成该DC－DC转换器的开关IC 及电感器装置。
为了实现上述目的，本实用新型的一个方式的DC－DC转换器从输入电压生成调整后的输出电压并供给至负载，上述DC－DC转换器具备：电感器装置，在上述负载为第一负载以及比上述第一负载重的第二负载的情况下，电感分别被切换为第一电感以及比上述第一电感大的第二电感；以及开关电路，与上述电感器装置连接，上述电感器装置具有第一线圈、第二线圈以及根据上述负载来控制导通和非导通的开关元件，上述电感器装置通过由上述第二线圈和上述开关元件串联连接而成的电路和上述第一线圈并联连接而构成。
通过本发明者们的研究发现：对于DC－DC转换器中的输出电压的纹波而言，在轻负载下的PFM(Pulse Frequency Modulation：脉冲频率调制)动作中，在使用了电感值较小的电感器的DC－DC转换器中较小。另外，发现在重负载下的PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)动作中，在使用了电感值较大的电感器的DC－DC转换器中较小。
根据上述结构，由于使用在负载为第一负载以及比上述第一负载重的第二负载的情况下，电感值分别被切换为第一电感以及比上述第一电感大的第二电感的电感器装置，所以能够在轻负载下的PFM动作以及重负载下的PWM动作双方减少输出电压的纹波。
另外，也可以：上述开关电路由开关IC构成，上述开关元件被设置于上述开关IC内。
根据该结构，由于通过上述开关IC的内部的上述开关元件来切换上述电感器装置的电感值，所以能够将上述电感器装置的电感值的控制功能综合于上述开关IC。
另外，也可以：上述开关电路由开关IC构成，上述开关元件与上述开关IC分体设置。
根据该结构，由于通过与上述开关IC分体的上述开关元件来控制上述电感器装置的电感值，所以上述电感器装置的电感值的控制功能的安装的自由度提高。
另外，也可以：上述第一线圈以及上述第二线圈被形成在层叠多个基材层而成的多层基板内。
根据该结构，能够通过在形成有上述第一线圈以及上述第二线圈的上述多层基板上安装上述开关IC以及上述电容器，来构成超小型的DC －DC转换器模块。
另外，也可以：上述开关元件为在针对上述负载而规定的轻负载条件成立的情况下导通的开关元件。
另外，也可以：上述开关电路以脉冲宽度调制模式以及脉冲频率调制模式中的根据上述负载而被选择的动作模式进行动作，上述开关元件是在上述开关电路以脉冲频率调制模式进行动作的情况下导通的开关元件。
根据这些结构，在轻负载时，上述开关元件导通，从而上述电感器装置的电感值被切换为上述第一线圈与上述第二线圈的并联电感。另外，在重负载时，上述开关元件成为非导通，从而上述电感器装置的电感值被切换为比上述并联电感大的上述第一线圈的单独电感。即，能够使用上述开关元件，来切换上述电感器装置的电感值。
另外，也可以：上述开关元件是具有正的温度系数的热敏电阻。
根据该结构，在轻负载时，因由温度的降低引起的上述热敏电阻的电阻值的减少，从而上述电感器装置的电感值接近上述第一线圈与上述第二线圈的并联电感。另外，在重负载时，因由温度的上升引起的上述热敏电阻的电阻值的增大，从而上述电感器装置的电感值接近比上述并联电感大的上述第一线圈的单独电感。由此，能够自主控制上述电感器装置的电感值，所以无需上述开关IC中的电感值的控制。
另外，为了实现上述目的，本实用新型的一方式的开关IC是从输入电压生成调整后的输出电压并供给至负载的DC－DC转换器用的开关IC，具备：第一线圈端子，与第一线圈的第一端连接；第二线圈端子，与第二线圈的第一端连接，上述第二线圈的第二端与上述第一线圈的第二端连接；开关电路，与上述第一线圈端子连接；以及开关元件，在针对上述负载而规定的轻负载条件成立的情况下使上述第一线圈端子与上述第二线圈端子之间导通，在上述轻负载条件不成立的情况下使上述第一线圈端子与上述第二线圈端子之间非导通。
根据该结构，能够得到为了构成在轻负载下的PFM动作以及重负载下的PWM动作双方减少输出电压的纹波的DC－DC转换器，而综合有电感器装置的电感值的控制功能的开关IC。
另外，为了实现上述目的，本实用新型的一方式的开关IC是从输入电压生成调整后的输出电压并供给至负载的DC－DC转换器用的开关IC，具备：线圈端子，与电感器装置连接，上述电感器装置根据控制信号在第一电感和比上述第一电感大的第二电感之间切换电感；开关电路，与上述线圈端子连接；以及电感控制端子，将表示针对上述负载而规定的轻负载条件是否成立的信号作为上述控制信号输出。
根据该结构，能够得到为了构成在轻负载下的PFM动作以及重负载下的PWM动作双方减少输出电压的纹波的DC－DC转换器，而能够经由控制信号来切换电感器装置的电感值的开关IC。
另外，为了实现上述目的，本实用新型的一方式的电感器装置具备：第一线圈，形成在层叠多个基材层而成的多层基板内；第二线圈，形成在上述多层基板内；控制端子，接收控制信号；以及开关元件，根据所接收到的上述控制信号来切换导通和非导通，上述电感器装置通过由上述第二线圈和上述开关元件串联连接而成的电路和上述第一线圈并联连接而构成。
根据该结构，能够得到为了构成在轻负载下的PFM动作以及重负载下的PWM动作双方减少输出电压的纹波的DC－DC转换器，而根据上述控制信号来切换电感值的电感器装置。
另外，为了实现上述目的，本实用新型的一方式的电感器装置具备：第一线圈，形成在层叠多个基材层而成的多层基板内；第二线圈，形成在上述多层基板内；以及热敏电阻，被配置于上述多层基板内或者上述多层基板上，并且具有正的温度系数，上述电感器装置通过由上述第二线圈和上述热敏电阻串联连接而成的电路和上述第一线圈并联连接而构成。
根据该结构，能够得到为了构成在轻负载下的PFM动作以及重负载下的PWM动作双方减少输出电压的纹波的DC－DC转换器，而自主切换电感值的电感器装置。
根据本实用新型的DC－DC转换器模块、开关IC以及电感器装置，能够得到在轻负载下的PFM动作以及重负载下的PWM动作双方减少了在输出电压中所产生的纹波的DC－DC转换器。
附图说明
图1是表示实施方式1的DC－DC转换器的功能性结构的一个例子的电路框图。
图2A是表示基本的PWM动作的一个例子的波形图。
图2B是表示基本的PFM动作的一个例子的波形图。
图3是表示实施方式1的DC－DC转换器的结构的一个例子的剖视图。
图4是表示实施方式1的DC－DC转换器中的导体的配置的一个例子的立体图。
图5是表示实施方式1的变形例的DC－DC转换器的功能性结构的一个例子的电路框图。
图6是表示实施方式2的DC－DC转换器的功能性结构的一个例子的电路框图。
图7是表示实施方式2的DC－DC转换器中的导体的配置的一个例子的立体图。
图8是表示实施方式3的DC－DC转换器的功能性结构的一个例子的电路框图。
具体实施方式
以下，使用附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。此外，以下说明的实施方式均表示概括性的或者具体的例子。以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置以及连接方式、制造工序及制造工序的顺序等是一个例子，并不是限定本实用新型的内容。对于以下的实施方式中的构成要素中的、未记载于独立权利要求的构成要素，设为任意的构成要素来说明。另外，附图中所示的构成要素的大小或者大小的比例未必很严格。
(实施方式1)
实施方式1的DC－DC转换器是从输入电压生成调整后的输出电压并供给至负载的开关电源装置。该DC－DC转换器使用电感器装置来构成，上述电感器装置在上述负载是第一负载和比上述第一负载重的第二负载的情况下，将电感值分别切换为第一电感和比上述第一电感大的第二电感。
首先，对该DC－DC转换器的功能性结构进行说明，之后，对该 DC－DC转换器的结构上的特征进行说明。
图1是表示实施方式1的DC－DC转换器1的功能性结构的一个例子的电路框图。作为一个例子，DC－DC转换器1是以PWM和PFM 中的根据负载而选择的动作模式进行动作的降压转换器。在图1中，与 DC－DC转换器1一起示出了负载90。
如图1所示，DC－DC转换器1具备输入侧的平滑用的电容器31、开关电路51、电感器装置61以及输出侧的平滑用的电容器32。开关电路51具有晶体管511、二极管512以及控制器513。电感器装置61具有第一线圈611、第二线圈612以及开关元件613。
DC－DC转换器1例如也可以是在形成有第一线圈611和第二线圈 612的多层基板上安装有包含开关电路51和开关元件613的开关IC41、电容器31、32的模块部件。也可以：开关IC41使用MOS(Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体)构成，晶体管511和开关元件613 是FET(FieldEffect Transistor：场效应晶体管)。
作为模块部件的DC－DC转换器1具有输入端子Pin、输出端子 Pout以及共用的接地端子PGND。开关IC41具有输入端子IN、第一线圈端子Lx1、第二线圈端子Lx2、反馈端子FB以及接地端子GND。
电容器31的一端与输入端子Pin和输入端子IN之间的输入电压用电源线连接，电容器31的另一端与接地端子PGND连接。电容器32 的一端与输出端子Pout和反馈端子FB之间的输出电压用电源线连接，电容器32的另一端与接地端子PGND连接。
开关电路51将对输入端子Pin供给的输入电压间歇地施加给电感器装置61，以使对反馈端子FB施加的输出电压Vout与内部生成的基准电压Vref的误差缩小。
控制器513判断规定的轻负载条件是否成立，并输出表示判断结果的信号Mode，并且，作为上述轻负载条件成立的情况下以及不成立的情况下的动作模式，分别选择PFM和PWM。而且，生成用于根据选择出的动作模式来控制晶体管511的导通和非导通的信号Gate。
这里，控制器513根据公知的基准来判断上述轻负载条件是否成立即可，并不对具体的判断基准进行限定。作为一个例子，控制器513也可以通过检测流过电感器装置61的电流在开关周期内为0的不连续模式来判断为是轻负载。另外，控制器513也可以在输出电压Vout比规定的阈值高的情况下判断为是轻负载，也可以在流过端子Pout的电流比规定的阈值小的情况下判断为是轻负载。
晶体管511根据信号Gate成为导通以及非导通，从而将被供给至输入端子Pin的输入电压间歇地施加给电感器装置61。
电感器装置61在晶体管511的导通期间从输入电压积蓄磁能。另外，在晶体管511的非导通期间，将因反电动势产生的电压经由二极管512 不与输入电压重叠地输出，从而生成比输入电压低的输出电压Vout。
电感器装置61通过由第二线圈612和开关元件613串联连接而成的电路和第一线圈611并联连接而构成。开关元件613是根据信号 Mode，在上述轻负载条件成立时导通，在不成立时成为非导通的开关元件。对于电感器装置61的电感值而言，根据信号Mode，在为轻负载时，切换为第一线圈611与第二线圈612的并联电感，在为重负载时，切换为第一线圈611的单独电感。与第一线圈611与第二线圈612的并联电感相比，第一线圈611的单独电感的电感值较大。
此外，在根据上述轻负载条件是否成立来选择PFM和PWM的情况下，电感器装置61的电感值的切换与PFM和PWM的切换连动。换句话说，开关元件613在开关电路51进行PFM动作的情况下导通，在进行PWM动作的情况下成为非导通。其结果是，电感器装置61的电感值在PFM动作中的第一线圈611与第二线圈612的并联电感以及 PWM动作中的比上述并联电感大的第一线圈611的单独电感之间进行切换。
在这里，对PWM动作以及PFM动作的基本思路进行说明。此外，以下是原理性的说明，DC－DC转换器1中的PWM动作以及PFM动作可以在不脱离这样的基本思路的范围内适当地变形以及改进。
图2A是表示基本的PWM动作的一个例子的波形图。如图2A所示，在基本的PWM动作中，对固定周期Tcycle的锯齿状的信号Vramp和输出电压Vout进行比较，来生成信号Gate。信号Gate在输出电压Vout 等于或高于信号Vramp的期间Toff成为OFF电平，在输出电压Vout 低于信号Vramp的期间Ton成为ON电平。
在PWM动作中，开关的周期Tcycle是固定的，输出电压Vout相对于基准电压Vref的不足越大，接通占空比(OnDuty)、也就是说期间Ton 占据周期Tcycle的比例越大。根据信号Gate来开关输入电压，从而将输出电压Vout调整为基准电压Vref。
图2B是表示基本的PFM动作的一个例子的波形图。如图2B所示，在基本的PFM动作中，对基准电压Vref和输出电压Vout进行比较，来生成信号Gate。信号Gate在从输出电压Vout成为基准电压Vref以下起的固定期间Ton内成为ON电平，之后，在至输出电压Vout再次成为基准电压Vref以下为止的期间Toff成为OFF电平。
在PFM动作中，期间Ton是固定的，负载越轻，开关的周期Tcycle 越长。根据信号Gate来开关输入电压，从而将输出电压Vout调整为基准电压Vref。
在PWM动作中，由于开关周期是固定的，所以能够相对容易地管理开关噪声，另一方面，在轻负载时，开关所需要的电力相对增大，从而电力效率降低。与此相对，在PFM动作中，由于在轻负载时开关频率降低，所以可抑制电力效率的降低。由于这样的得失，一直以来，对于PWM动作和PFM动作，例如根据负载来分开使用。
本发明者们在详细研究分开使用PFM动作和PWM动作时，注意到用于进一步减小输出电压的纹波的电感值在PFM动作和PWM动作中不同。具体而言，设定使用了电感值相互不同的电感器的2个DC－ DC转换器，来分别模拟了PFM动作以及PWM动作中的输出电压的纹波。其结果是，对于输出电压的纹波而言，在PFM动作中，在使用了电感值较小的电感器的DC－DC转换器中较小，在PWM动作中，在使用了电感值较大的电感器的DC－DC转换器中较小。
该结果显示出在PFM动作以及PWM动作中，用于减少输出电压的纹波的优选条件分别不同。换句话说，暗示了若在使用了电感值固定的电感器的DC－DC转换器中执行PFM动作和PWM动作，则存在在 PFM动作和PWM动作的任意一方不能减少输出电压的纹波的可能性。例如，若为了在重负载下的PWM动作中补偿由直流重叠特性引起的电感值的降低而使用了较大的固定电感值的电感器，则存在在轻负载下的 PFM动作中输出电压的纹波增加的可能性。
因此，在DC－DC转换器1中，使用在负载为第一负载以及比上述第一负载重的第二负载的情况下，电感分别被切换为第一电感以及比上述第一电感大的第二电感的电感器装置61。其结果是，能够在PFM动作以及PWM动作双方减少输出电压的纹波。
接下来，对DC－DC转换器1的结构进行说明。
图3是表示DC－DC转换器1的结构的一个例子的剖视图。以下，为了简明，以相同的模式表示同种构成要素，并适当地省略附图标记，另外，存在将严格来说处于不同剖面的构成要素示于相同附图内来进行说明的情况。
如图3所示，DC－DC转换器1通过在多层基板10内形成第一线圈611以及第二线圈612，并在多层基板10的一个主面安装开关IC41 以及电容器31、32而构成。
多层基板10具有核心磁性体层12、分别形成于核心磁性体层12的一个主面以及另一个主面的第一非磁性体层11以及第二非磁性体层 13。第一非磁性体层11以及第二非磁性体层13分别作为多层基板10 的上述一个主面的表层以及上述另一个主面的表层来形成，并在多层基板10露出。
在图3的例子中，核心磁性体层12通过层叠磁性体层121～127而成。另外，第一非磁性体层11以及第二非磁性体层13用单层结构来表示，但也可以分别由多个非磁性体层的层叠体来构成。
在多层基板10，设置用于形成包含第一线圈611以及第二线圈612 的DC－DC转换器1的电路的各种导体。上述导体包含用于将DC－DC 转换器1安装于印刷布线基板等母基板的表面电极17、用于将开关 IC41、电容器31、32安装于多层基板10的表面电极18、沿着磁性体层及非磁性体层的主面形成的面内布线导体19、以及沿磁性体层及非磁性体层的厚度方向形成的层间连接导体20。
第一非磁性体层11以及第二非磁性体层13例如由低磁导率或者非磁性的陶瓷基材构成。核心磁性体层12的各层例如由磁导率比第一非磁性体层11以及第二非磁性体层13大的磁性陶瓷基材构成。将第一非磁性体层11、第二非磁性体层13以及核心磁性体层12的各层一般化统称为基材层。
例如能够对磁性陶瓷基材使用磁性铁氧体陶瓷。具体而言，能够使用以氧化铁为主要成分并包含锌、镍以及铜中的至少一个以上的铁氧体。另外，例如能够对非磁性的陶瓷基材使用非磁性铁氧体陶瓷、以氧化铝为主要成分的氧化铝陶瓷。
例如能够对表面电极17、18、面内布线导体19以及层间连接导体 20使用以银为主要成分的金属或者合金。也可以对表面电极17、18实施例如利用镍、钯或者金的电镀。
构成多层基板10的各层的磁性铁氧体陶瓷和非磁性铁氧体陶瓷是所谓的LTCC陶瓷(Low Temperature Co－firedCeramics：低温共烧陶瓷)，多层基板10的烧制温度为银的熔点以下，能够对上述导体使用银。通过使用电阻率较低的银来构成面内布线导体19以及层间连接导体20，可形成损失较少且电力效率等电路特性优异的DC－DC转换器。特别是，通过对上述导体使用银，能够在例如大气等氧化性环境下烧制多层基板10。
图4是表示设置于多层基板10的导体的配置的一个例子的立体图。在图4中，为了便于观看，在厚度方向上对多层基板10进行了放大，并且使构成各层的基材透明而仅示出导体。图4所示的导体的配置与图 3的剖视图以及图1的电路框图对应。在以下的说明中，有将层的一个主面以及另一个主面中的图示中的下侧记作背面侧，将上侧记作表面侧的情况。
在第一非磁性体层11的背面侧，作为表面电极17，设置有接地端子PGND、输入端子Pin、输出端子Pout。这些各端子经由焊料等导电性接合材料与母基板的对应的端子连接。
在第二非磁性体层13的表面侧，作为表面电极18，设置有接地端子GND、输入端子IN、反馈端子FB、第一线圈端子Lx1、第二线圈端子Lx2以及电容器端子Ca、Cb、Cc、Cd。这些各端子经由焊料等导电性接合材料与开关IC41的对应的端子或者电容器31、32的对应的端子连接。
在第二非磁性体层13的背面侧，配置有走线用的面内布线导体a、 b、c。
在磁性体层122～127的背面侧分别配置有构成线圈的环状的面内布线导体w1～w6。
面内布线导体w1的一端w1a经由层间连接导体以及面内布线导体与第一线圈端子Lx1连接。面内布线导体w1的另一端经由层间连接导体与面内布线导体w2的一端连接，面内布线导体w2的另一端经由层间连接导体与面内布线导体w3的一端连接。面内布线导体w1～w3构成线圈611。
面内布线导体w4的一端w4a经由层间连接导体以及面内布线导体与第二线圈端子Lx2连接。面内布线导体w4的另一端经由层间连接导体与面内布线导体w5的一端连接，面内布线导体w5的另一端经由层间连接导体与面内布线导体w6一端连接。面内布线导体w4～w6构成线圈612。
面内布线导体w3的另一端w3a以及面内布线导体w6的另一端w6a 经由层间连接导体以及面内布线导体c与电容器端子Cc以及反馈端子 FB连接，并且经由层间连接导体与输出端子Pout连接。
接地端子GND经由层间连接导体以及面内布线导体b与接地端子 PGND以及电容器端子Cb、Cd连接。
输入端子IN经由层间连接导体以及面内布线导体a与输入端子Pin 以及电容器端子Ca连接。
通过在具有如以上那样配置的导体的多层基板10的第二非磁性体层13的表面侧安装开关IC41以及电容器31、32，来构成DC－DC转换器1。此外，多层基板10中的导体的配置并不限于图4的例子。只要构成与图1所示的电路等效的电路，能够进行适当的变更。
接下来，对DC－DC转换器1的制造方法进行说明。
首先，准备成为多层基板10的各层的陶瓷生片。具体而言，通过将包含有磁性体陶瓷粉末的浆料成型成片材来准备磁性体层用陶瓷生片，通过将包含有非磁性体陶瓷粉末的浆料成型成片材来准备非磁性体层用陶瓷生片。
接下来，在规定的陶瓷生片上，例如根据图4中所示的配置，在特定的位置形成贯通孔，并在上述贯通孔内填充导体膏来形成层间连接导体(通孔导体)，并且在主面上的特定的位置打印导体膏来形成面内布线导体图案、表面电极图案。上述贯通孔例如通过激光加工来形成，上述面内布线导体图案、表面电极图案例如能够通过包含有Ag粉末的导体膏的丝网印刷而图案化。
接下来，对配置有导体膏的上述多个陶瓷生片进行对位并进行层叠·压焊，并在一体化成未烧制的层叠体之后，一并烧制。通过该烧制，各生片中的磁性体陶瓷粉末、非磁性体陶瓷粉末烧结，并且导体膏中的 Ag粉末烧结。
接下来，对在烧制后的层叠体的第一非磁性体层11露出的表面电极 17以及在第二非磁性体层13露出的表面电极18实施电镀。具体而言，通过无电镀，形成镍/金的电镀膜。之后，在表面电极18通过回流焊接等安装开关IC41以及电容器31、32。
如以上那样，在第二非磁性体层13安装有开关IC41以及电容器31、 32的DC－DC转换器1完成。完成后的DC－DC转换器1经由下表面侧的表面电极17安装于印刷布线板等母基板。
此外，也可以在根据上述制造方法制成多个DC－DC转换器1的集合体之后，单片化为各个DC－DC转换器1。
接下来，对DC－DC转换器1的效果进行说明。
如图1所示，在DC－DC转换器1中，使用在负载90为第一负载以及比上述第一负载重的第二负载的情况下，电感分别被切换为第一电感以及比上述第一电感大的第二电感的电感器装置61。
电感器装置61的电感的这样的切换与本发明者们通过模拟发现的用于在PFM动作以及PWM动作两方减少输出电压的纹波的条件一致。如上所述，该条件为：对于输出电压的纹波而言，在轻负载下的PFM 动作中，在使用了电感值较小的电感器的情况下较小，在重负载下的 PWM动作中，在使用了电感值较大的电感器的情况下较小。
根据DC－DC转换器1，将电感器装置61的电感切换为上述第一电感来进行轻负载下的PFM动作，切换为比上述第一电感大的上述第二电感来进行重负载下的PWM动作。其结果是，能够在轻负载下的 PFM动作以及重负载下的PWM动作双方减少输出电压的纹波。
另外，如图4所示，在DC－DC转换器1中，由配置于磁性体层 122～127的环状的面内布线导体w1～w6中的面内布线导体w1～w3构成第一线圈611，由面内布线导体w4～w6构成第二线圈612。
由于在多层基板10的主面的大致相同区域内在厚度方向上重叠地形成第一线圈611以及第二线圈612，所以能够不增加上述多层基板10 中的占有面积地配置2个线圈，并且能够通过连接的切换来变更电感器装置61的电感值。
第一线圈611以及第二线圈612的各自的磁特性可以相同，也可以不同。例如，也可以将需要在PWM动作中流动大电流的第一线圈611 形成为直流电阻比第二线圈612小。另外，也可以将仅在PFM动作中使用的第二线圈612形成为比第一线圈611小的使用面积，并且电感值较小。
以上，对实施方式1的DC－DC转换器1进行了说明。在上述中，以降压转换器的例子，对通过电感值的切换来在PFM动作以及PWM 动作双方减少输出电压的纹波的情况进行了说明，同样的技术也能够应用于升压转换器。以下，对使用了同样的技术的升压转换器进行说明。
图5是表示实施方式1的变形例的DC－DC转换器2的功能性结构的一个例子的电路框图。作为一个例子，DC－DC转换器2是以PWM 以及PFM中的根据负载而选择的动作模式进行动作的升压转换器。
DC－DC转换器2与图1的DC－DC转换器1相比，将电感器装置61配置于输入侧的点以及开关IC42的结构不同。在开关IC42中，将开关电路52变更为升压动作用的部件。以下，对于与DC－DC转换器 1共用的事项适当地省略说明，主要对不同点进行说明。
开关电路52具有晶体管521、二极管522以及控制器523。
开关电路52将被供给至输入端子Pin的输入电压间歇地施加给电感器装置61，以使对反馈端子FB施加的输出电压Vout与内部生成的基准电压Vref的误差缩小。
电感器装置61在晶体管521的导通期间从输入电压积蓄磁能。另外，在晶体管521的非导通期间，将因反电动势产生的电压经由二极管 522与输入电压重叠地输出，从而生成比输入电压高的输出电压Vout。
这样，降压动作与升压动作的区别在于将电感器装置61的因反电动势产生的电压不与输入电压重叠地输出，还是与输入电压重叠地输出，在任一动作中，在输出电压Vout中都产生相同的纹波。
因此，在DC－DC转换器2中，也与DC－DC转换器1相同，使用在负载为第一负载以及比上述第一负载重的第二负载的情况下，电感分别被切换为第一电感以及比上述第一电感大的第二电感的电感器装置61。其结果是，能够在PFM动作以及PWM动作双方减少输出电压的纹波。
(实施方式2)
在实施方式2中，对用于切换电感的开关元件与开关IC分体设置的DC－DC转换器进行说明。
图6是表示实施方式2的DC－DC转换器3的功能性结构的一个例子的电路框图。作为一个例子，DC－DC转换器3是以PWM以及 PFM中的根据负载而选择的动作模式进行动作的降压转换器。DC－DC 转换器3与图1的DC－DC转换器1相比，如下变更了开关IC43以及电感器装置63。
在开关IC43中，代替开关IC41的第一线圈端子Lx1、第二线圈端子Lx2，设置有单个线圈端子Lx和电感控制端子Lctl。向电感控制端子Lctl输出控制器513所生成的信号Mode。
电感器装置63使用与开关IC43分体设置的开关元件633而构成。开关元件633可以由设置于开关IC43的外部的分立部件构成，例如，可以是与开关IC43以及电容器31、32一起安装于多层基板的晶体管。
DC－DC转换器3例如也可以是在形成有第一线圈611以及第二线圈612的多层基板上安装有包含开关电路51的开关IC43、开关元件 633以及电容器31、32的模块部件。
构成DC－DC转换器3的多层基板因开关IC43的端子的变更以及开关元件633的配置的变更，而从DC－DC转换器1的多层基板10 起如下那样进行变更。
图7是表示设置于构成DC－DC转换器3的多层基板10a的导体的配置的一个例子的立体图。在图7中，为了容易观看，在厚度方向上对多层基板10a进行放大，并且使构成各层的基材透明而仅示出导体。图7所示的导体的配置与图6的电路框图对应。
在多层基板10a中，在第二非磁性体层13的表面侧设置有接地端子GND、输入端子IN、反馈端子FB、线圈端子Lx、电感控制端子Lctl、开关控制端子Ma、开关端子Mb、Mc、以及电容器端子Ca、Cb、Cc、 Cd。这些各端子经由焊料等导电性接合材料与开关IC43的对应的端子、开关元件633的对应的端子或者电容器31、32的对应的端子连接。
在第二非磁性体层13的背面侧，除了走线用的面内布线导体a、 b、c以外，还配置有走线用的面内布线导体d、e、f。
电感控制端子Lctl经由层间连接导体以及面内布线导体d与开关控制端子Ma连接。
线圈端子Lx经由层间连接导体与面内布线导体w1的一端w1a 连接，并且经由层间连接导体以及面内布线导体e与开关端子Mb连接。
开关端子Mc经由层间连接导体以及面内布线导体f与面内布线导体w4的一端w4a连接。
开关元件633在与开关控制端子Ma、开关端子Mb、Mc连接的状态下，根据从开关控制端子Ma给予的信号Mode，来切换开关端子 Mb、Mc间的导通以及非导通。
多层基板10a中的上述以外的导体的配置与多层基板10相同。
通过在具有如以上那样配置的导体的多层基板10a的第二非磁性体层13的表面侧安装开关IC43、开关元件633以及电容器31、32，来构成DC－DC转换器3。此外，多层基板10a中的导体的配置并不限于图7的例子。只要构成与图6所示的电路等效的电路，能够适当地变更。
根据DC－DC转换器3，与DC－DC转换器1相同地，将电感器装置63的电感切换为上述第一电感来进行轻负载下的PFM动作，切换为比上述第一电感大的上述第二电感来进行重负载下的PWM动作。其结果是，能够在轻负载下的PFM动作以及重负载下的PWM动作双方减少输出电压的纹波。
另外，由于将第一线圈611以及第二线圈612在多层基板10a的主面的大致相同区域内在厚度方向上重叠地形成，所以能够不增加上述多层基板10a中的占有面积地配置2个线圈，并且能够通过连接的切换来变更电感器装置63的电感值。
第一线圈611以及第二线圈612的各自的磁特性可以相同，也可以不同。例如，也可以将需要在PWM动作中流过大电流的第一线圈611 形成为直流电阻比第二线圈612小。另外，也可以将仅在PFM动作中使用的第二线圈612形成为比第一线圈611小的使用面积，并且电感值较小。
(实施方式3)
在实施方式3中，对使用了根据负载来自主切换电感的电感器装置的DC－DC转换器进行说明。
图8是表示实施方式3的DC－DC转换器4的功能性结构的一个例子的电路框图。作为一个例子，DC－DC转换器4是以PWM以及 PFM中的根据负载而选择的动作模式进行动作的降压转换器。DC－DC 转换器4与图6的DC－DC转换器3相比，控制器543、开关IC44以及电感器装置64如下那样变更。
控制器543为了选择PWM以及PFM而在内部对信号Mode进行处理，不输出到外部。因此，在开关IC44中，删除用于输出信号Mode 的电感控制端子Lctl。
在电感器装置64中，将电感器装置63的开关元件633置换为具有正的温度系数(换句话说，温度越高，电阻值越高)的热敏电阻643。
DC－DC转换器4例如也可以通过在图7的多层基板10a的开关端子Mb、Mc间连接热敏电阻643来代替开关元件633而构成。
根据DC－DC转换器4，在负载较轻时可抑制由发热引起的热敏电阻643的温度上升。其结果是，热敏电阻643的电阻值减少，电感器装置64的电感值接近第一线圈611与第二线圈612的并联电感。
若负载加重，则因发热，热敏电阻643的温度上升。其结果是，热敏电阻643的电阻值增大，电感器装置64的电感值接近比上述并联电感大的第一线圈611的单独电感。
这样，在DC－DC转换器4中，可自主控制电感器装置64的电感值。因此，无需通过开关IC44来控制电感值，能够在轻负载下的PFM 动作以及重负载下的PWM动作双方减少输出电压的纹波。
(变形例)
以上，对本实用新型的实施方式的DC－DC转换器模块进行了说明，但本实用新型并不限定于各个实施方式。只要不脱离本实用新型的主旨，对本实施方式实施了本领域技术人员所想到的各种变形的方式、对不同的实施方式中的构成要素进行组合所构建的方式也可以包含在本实用新型的一个或者多个方式的范围内。
例如，也可以将图6所示的开关元件633配置于开关IC43的外部的结构和图5所示的升压转换器的结构进行组合。即，将开关元件配置于开关IC的外部的升压转换器也包含于本实用新型。
另外，在本实用新型的实施方式中，作为DC－DC转换器示出了降压转换器和升压转换器的例子，但并不限定于这些。例如，也能够将本实用新型应用于升降压转换器。
另外，也可以通过将设置于开关电路的二极管变更为开关元件，来将本实用新型应用于进行同步整流的DC－DC转换器。
此外，在本实用新型中，并未对多层基板的各层的厚度、形状、导体的位置、大小等各种尺寸值进行特别限定。另外，对于构成多层基板的各层的陶瓷材料的成分以及成分的配合比、磁导率等物理特性、多层基板内的导体所使用的材料的成分以及成分的配合比、导电率等物理特性，也未特别限定。这些数值可根据DC－DC转换器的额定输出、开关频率等各种电特性的需要来适当地决定。
另外，本实用新型的DC－DC转换器模块并不限定于仅具有作为 DC－DC转换器的功能的模块。例如，也可以具有DSP(数字信号处理器)功能等其他功能。
产业上的可利用性
本实用新型能够作为超小型的DC－DC转换器模块来广泛地利用于移动信息终端、数字照相机等电子设备。
附图标记说明：1、2、3、4…DC－DC转换器；10、10a…多层基板；11…非磁性体层；12…核心磁性体层；13…非磁性体层；17、18…表面电极；19…面内布线导体；20…层间连接导体；31、32…电容器； 41、42、43、44…开关IC；51、52…开关电路；61、63、64…电感器装置；90…负载；121～127…磁性体层；511、521…晶体管；512、522…二极管；513、523、543…控制器；611、612…线圈；613、633…开关元件；643…热敏电阻。

Claims (11)

1.一种DC－DC转换器，从输入电压生成调整后的输出电压并供给至负载，所述DC－DC转换器的特征在于，具备：
电感器装置，在所述负载为第一负载以及比所述第一负载重的第二负载的情况下，电感分别被切换为第一电感以及比所述第一电感大的第二电感；以及
开关电路，与所述电感器装置连接，
所述电感器装置具有：
第一线圈；
第二线圈；以及
开关元件，根据所述负载来控制导通和非导通，
所述电感器装置通过由所述第二线圈和所述开关元件串联连接而成的电路和所述第一线圈并联连接而构成。
2.根据权利要求1所述的DC－DC转换器，其特征在于，
所述开关电路由开关IC构成，
所述开关元件被设置于所述开关IC内。
3.根据权利要求1所述的DC－DC转换器，其特征在于，
所述开关电路由开关IC构成，
所述开关元件与所述开关IC分体设置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的DC－DC转换器，其特征在于，
所述第一线圈以及所述第二线圈被形成在层叠多个基材层而成的多层基板内。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的DC－DC转换器，其特征在于，
所述开关元件是在针对所述负载而规定的轻负载条件成立的情况下导通的开关元件。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的DC－DC转换器，其特征在于，
所述开关电路以脉冲宽度调制模式以及脉冲频率调制模式中的根据所述负载而被选择的动作模式进行动作，
所述开关元件是在所述开关电路以脉冲频率调制模式进行动作的情况下导通的开关元件。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的DC－DC转换器，其特征在于，
所述开关元件是具有正的温度系数的热敏电阻。
8.一种开关IC，是从输入电压生成调整后的输出电压并供给至负载的DC－DC转换器用的开关IC，其特征在于，具备：
第一线圈端子，与第一线圈的第一端连接；
第二线圈端子，与第二线圈的第一端连接，所述第二线圈的第二端与所述第一线圈的第二端连接；
开关电路，与所述第一线圈端子连接；以及
开关元件，在针对所述负载而规定的轻负载条件成立的情况下使所述第一线圈端子与所述第二线圈端子之间导通，在所述轻负载条件不成立的情况下使所述第一线圈端子与所述第二线圈端子之间非导通。
9.一种开关IC，是从输入电压生成调整后的输出电压并供给至负载的DC－DC转换器用的开关IC，其特征在于，具备：
线圈端子，与电感器装置连接，所述电感器装置根据控制信号在第一电感和比所述第一电感大的第二电感之间切换电感；
开关电路，与所述线圈端子连接；以及
电感控制端子，将表示针对所述负载而规定的轻负载条件是否成立的信号作为所述控制信号输出。
10.一种电感器装置，其特征在于，具备：
第一线圈，形成在层叠多个基材层而成的多层基板内；
第二线圈，形成在所述多层基板内；
控制端子，接收控制信号；以及
开关元件，根据所接收到的所述控制信号来切换导通和非导通，
所述电感器装置通过由所述第二线圈和所述开关元件串联连接而成的电路和所述第一线圈并联连接而构成。
11.一种电感器装置，其特征在于，具备：
第一线圈，形成在层叠多个基材层而成的多层基板内；
第二线圈，形成在所述多层基板内；以及
热敏电阻，被配置于所述多层基板内或者所述多层基板上，并且具有正的温度系数，
所述电感器装置通过由所述第二线圈和所述热敏电阻串联连接而成的电路和所述第一线圈并联连接而构成。
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