JP2013215053A - Power supply device and power module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント基板に電源トランスを搭載した電源装置およびこれを用いたパワーモジュールに関する。 The present invention relates to a power supply device in which a power transformer is mounted on a printed circuit board and a power module using the same.
例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのパワー半導体素子を搭載したパワーモジュールの場合(特許文献1参照)、複数のパワー半導体素子を駆動制御するための複数の制御回路の電源回路において、複数のパワー半導体素子を独立制御するために複数の絶縁電源が必要である。そのため、単一のコ字状コアとプリント基板に配置された一次側および二次側コイルパターンからなる単一の電源トランスを複数採用して、各巻線回路から各制御回路への絶縁された電圧を分配している。 For example, in the case of a power module in which a power semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is mounted (see Patent Document 1), a plurality of power supply circuits for a plurality of control circuits for driving and controlling a plurality of power semiconductor elements In order to independently control the power semiconductor element, a plurality of insulated power supplies are required. For this reason, a single power transformer consisting of a single U-shaped core and primary and secondary coil patterns arranged on the printed circuit board is used to isolate the voltage from each winding circuit to each control circuit. Is distributed.
例えば、パワー半導体素子の高速駆動や、スレッショルド電圧の低いパワー半導体素子の安定駆動のために、ゲート電圧に逆バイアス電圧を印加することによって、スイッチング速度の高速化、ノイズ耐量の増加を図ることができる。そのため、電源トランスに正電圧を出力するコイルパターンとは別に、逆バイアス電圧を作るための二次側コイルパターンを追加する必要がある。 For example, by applying a reverse bias voltage to the gate voltage for high-speed driving of the power semiconductor element and stable driving of the power semiconductor element having a low threshold voltage, the switching speed can be increased and the noise tolerance can be increased. it can. Therefore, it is necessary to add a secondary coil pattern for creating a reverse bias voltage separately from the coil pattern for outputting a positive voltage to the power transformer.
しかし、二次側に逆バイアス電圧を作るためのコイルパターンを追加する場合、コイルパターンを多層プリント基板の別の配線層に配置するため、プリント基板の層数を増やしたり、別に電源トランスを追加配置しなければならず、基材と製造工程の増加により高コストになる。 However, when adding a coil pattern to create a reverse bias voltage on the secondary side, the coil pattern is placed on a separate wiring layer on the multilayer printed circuit board, so the number of printed circuit board layers is increased or a separate power transformer is added. It must be placed, and the cost is increased due to the increase in the base material and the manufacturing process.
さらに、一次側コイルパターンと二次側コイルパターンとの距離が長くなるため磁気結合が悪化し、リーケージインダクタンスの増加、レギュレーションの悪化などの問題が出てくる。 Furthermore, since the distance between the primary side coil pattern and the secondary side coil pattern becomes long, the magnetic coupling is deteriorated, and problems such as an increase in leakage inductance and a deterioration in regulation appear.
本発明の目的は、上記のような問題点を解決するため、薄型かつ小型軽量で、信頼性が高く、高性能で低コストの、両極性またはマルチ電圧の出力が可能な電源装置、およびこれを用いたパワーモジュールを提供することである。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is a thin, small, lightweight, reliable, high-performance, low-cost power supply device capable of bipolar or multi-voltage output, and this It is providing the power module using.
上記目的を達成するために、本発明は、導体層および電気絶縁層が交互に積層された多層プリント基板に、電源トランスを搭載した電源装置であって、
前記電源トランスは、多層プリント基板に配置された一次側コイルパターンおよび少なくとも1つ以上の二次側コイルパターンと、一次側および二次側コイルパターンと電磁結合するコア部材とで構成され、
前記コア部材は、前記多層プリント基板に設けられた貫通穴に取り付けられ、
前記一次側コイルパターンおよび前記二次側コイルパターンは、前記貫通穴の周りを巻回するように、前記多層プリント基板の異なる導体層にそれぞれ設けられ、
前記二次側コイルパターンには、途中から分岐したコモン端子が設けられ、該コモン端子および二次側コイルパターンの第1端によって第1出力回路が形成され、該コモン端子および二次側コイルパターンの第2端によって第2出力回路が形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is a power supply device in which a power transformer is mounted on a multilayer printed board in which conductor layers and electrical insulating layers are alternately laminated,
The power transformer is composed of a primary side coil pattern and at least one secondary side coil pattern disposed on a multilayer printed circuit board, and a core member electromagnetically coupled to the primary side and the secondary side coil pattern.
The core member is attached to a through hole provided in the multilayer printed board,
The primary side coil pattern and the secondary side coil pattern are respectively provided on different conductor layers of the multilayer printed circuit board so as to be wound around the through hole,
The secondary coil pattern is provided with a common terminal branched from the middle, and a first output circuit is formed by the common terminal and the first end of the secondary coil pattern. The common terminal and the secondary coil pattern A second output circuit is formed by the second end.
本発明によれば、電源トランスの一次側および二次側コイルをプリント基板のコイルパターンで構成することにより、トランスの薄型化、小型軽量化が図られる。 According to the present invention, by configuring the primary side and secondary side coils of the power transformer with the coil pattern of the printed board, the transformer can be reduced in thickness and size and weight.
また、二次側コイルパターンの途中から分岐したコモン端子を設けることによって、2つの出力回路を構成できるため、両極性またはマルチ電圧の出力を容易に実現できる。 Further, by providing a common terminal branched from the middle of the secondary coil pattern, two output circuits can be configured, so that bipolar or multi-voltage output can be easily realized.
また、一次側コイルパターンおよび二次側コイルパターンを同じ貫通穴の周りに巻回することによって、両方のコイルパターンを接近して配置できるため、磁気結合が向上して、エネルギー効率が改善される。また、一次側コイルパターンと2つの出力回路との結合バランスも均等にできる。 Also, by winding the primary side coil pattern and the secondary side coil pattern around the same through hole, both coil patterns can be arranged close to each other, so that magnetic coupling is improved and energy efficiency is improved. . Further, the coupling balance between the primary coil pattern and the two output circuits can be made uniform.
実施の形態1.
図1は、本発明に係る電源装置の一例を示す概略斜視図である。電源装置は、導体層および電気絶縁層が交互に積層された多層プリント基板30と、多層プリント基板30上に搭載された電源トランス50とを備える。図1では2つの電源トランス50を例示しているが、1つまたは3つ以上の電源トランス50を搭載することも可能である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a power supply device according to the present invention. The power supply device includes a multilayer printed
多層プリント基板30には、電源トランス50の両側に一次側回路Pと二次側回路Sがそれぞれ設けられる。電源トランス50の一次巻線および二次巻線は、多層プリント基板の導体層にコイルパターンとして形成される。一次側回路Pには、電源トランス50の一次側コイルパターンと接続される駆動回路36が設けられ、例えば、発振回路37、MOSFET38、バイパスコンデンサ39などの各種回路素子が搭載される。二次側回路Sには、電源トランス50の二次側コイルパターンと接続される整流出力回路41が設けられ、例えば、整流ダイオード42、平滑コンデンサ43などの各種回路素子が搭載される。一次側回路Pと二次側回路Sは電源トランス50によって電気的に絶縁される。駆動回路36は外部電源(不図示)と接続されている。
The multilayer printed
図2は、本発明に係る電源装置の一例を示す回路図である。外部電源の正極Vin+に接続される正ラインと外部電源の負極Vin−に接続される負ラインとの間には、バイパスコンデンサ39と、発振回路37と、MOSFET38および各電源トランス50の一次側コイルパターン51の多段並列回路とが接続される。なお、本実施形態では各電源トランス50を並列接続としているが、直列接続、または直列並列が混在した接続でもかまわない。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a power supply device according to the present invention. Between the positive line connected to the positive electrode Vin + of the external power source and the negative line connected to the negative electrode Vin− of the external power source, a bypass capacitor 39, an
各電源トランス50の二次側コイルパターン52,53には、個別の整流出力回路41が接続される。各整流出力回路41は、整流ダイオード42と平滑コンデンサ43を備える。
An individual rectification output circuit 41 is connected to the
発振回路37は、所定の周期および所定のデューティ比を持つパルスを発生する。MOSFET38は、発振回路37からのパルスに応じて、各電源トランス50の一次側コイルパターン51に流れる電流をパルス状にスイッチングする。各電源トランス50の一次側コイルパターン51には、外部電源電圧と同じ電圧が印加され、各電源トランス50は、一次側コイルパターン51と二次側コイルパターン52,53の巻線比に応じた電圧に変換し、各整流出力回路41に供給する。各整流出力回路41で得られた直流電圧は外部に供給される。なお、バイパスコンデンサ39は、パルス状の電流がノイズとなって外部へ漏出するのを防止している。
The
図3は、図1に示した電源トランス50の一次側コイルパターン51のレイアウトの一例を示す平面図である。図4は、二次側コイルパターン52,53のレイアウトの一例を示す平面図である。図5は、図1のA−A線に沿った電源トランス50の断面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an example of the layout of the
図5に示すように、多層プリント基板30は、上から下へ向かって電気絶縁層、導体層MA、電気絶縁層、導体層MB、電気絶縁層という順に積層されている。電源トランス50は、多層プリント基板30の導体層MAに配置された一次側コイルパターン51と、多層プリント基板30の導体層MBに配置された二次側コイルパターン52,53と、一次側コイルパターン51および二次側コイルパターン52、53と電磁結合するコア部材71とで構成される。
As shown in FIG. 5, the multilayer printed
コア部材71は、例えば、E字状の分割コアに予め二分されており、多層プリント基板30には、E字状の分割コアに対応して3つの貫通穴31が形成されており、多層プリント基板30の両面側から各分割コアを貫通穴31に装着すると、分割コアを一体化したコア部材71が完成する。
For example, the
一次側コイルパターン51は、図3に示すように、中央の貫通穴31を取り囲むように導体層MA内に形成される。一次側コイルパターン51の外端は、端子PAとして引き出される。一次側コイルパターン51の内端は、スルーホール32を介して別の導体層を通じて端子PBとして引き出される。
As shown in FIG. 3, the
二次側コイルパターン52は、図4に示すように、中央の貫通穴31を取り囲むように導体層MB内に形成される。二次側コイルパターン52の内端は、スルーホール32を介して別の導体層を通じて端子SAとして引き出される。二次側コイルパターン52の外端は、コモン端子SCとして引き出される。二次側コイルパターン53は、二次側コイルパターン52の外端にある接続点34から分岐して、二次側コイルパターン52と同じ貫通穴31を中心として二次側コイルパターン52の外周を取り囲むように巻回される。二次側コイルパターン53の外端は、端子SBとして引き出される。こうして二次側コイルパターン52の端子SAおよびコモン端子SCによって第1出力回路が形成される。また、二次側コイルパターン53の端子SBおよびコモン端子SCによって第2出力回路が形成される。
As shown in FIG. 4, the
コア部材71は、2つの貫通穴31を通る閉じた磁気回路を構成している。そのため、一次側コイルパターン51に電流が流れると電磁誘導により磁界が発生し、発生した磁界はコア部材71を通過して、二次側コイルパターン52,53に電流を生じさせる。
The
これにより、二次側コイルパターン52,53は、同じ貫通穴31を中心として巻回し、共通の導体層MB内に配置できる。そのため、二次側コイルパターン52,53の二次側回路Sを、例えば、図6のような両極性の整流回路として構成することが可能になり、二次側コイルパターン52,53のコモン端子SCをグランド電位とした正負2つの出力が得られる。この場合、IGBTやMOSFETなどのゲート電源として使用すれば、ゲート電圧に逆バイアス電圧を印加することが可能になり、高速駆動やしきい値電圧の低いパワー半導体に対して有効な電源装置を実現できる。代替として、二次側コイルパターン52,53の二次側回路Sを、例えば、図7のようなマルチ電圧出力の整流回路として構成することも可能であり、二次側コイルパターン52の端子SAをグランド電位とした正の2出力電圧が得られる。
Thereby, the secondary
図3〜図5に示した構成では、一次側コイルパターン51と二次側コイルパターン52,53をより近い配置、同じ距離で結合することができるため、一次側コイルパターン51と二次側コイルパターン52,53の結合バランスを同等にすることができ、二次側コイルパターン52、53の出力バランスを同等にすることができる。また、電源トランスの数を増やすことなく、安定した複数の電圧出力が容易に得られる。さらに、巻線がプリント基板のパターンコイルによって構成されるため、製造ばらつきは小さくなる。さらに、1つのコアで複数の出力が得られるため、部品点数を低減でき、信頼性の高い電源トランスを安価に製作できる。また、複数の電源回路が必要な場合、実装面積を著しく縮小することができる。
3 to 5, the primary
一次側コイルパターン51は、多層プリント基板30の最外層に配置してもよいが、多層プリント基板30の内層に配置することが好ましい。これにより一次側コイルパターン51、二次側コイルパターン52,53間だけでなく、コア部材71との間にも電気絶縁層が介在するため、コイル間の絶縁耐圧だけでなく、コア−コイル間の絶縁耐圧も高く確保できる。2次コイルパターン52,53も同様に多層プリント基板30の最外層に配置してもよいが、多層プリント基板30の内層に配置することが好ましい。これによりコイル間の絶縁耐圧およびコア−コイル間の絶縁耐圧をより改善できる。
The
図8は、二次側コイルパターン52,53のレイアウトの他の例を示す平面図である。二次側コイルパターン52,53の接続点34には、スルーホール32を介して引き出し線33を設けている。こうした構成により、外側にある二次側コイルパターン53の巻線数を増やすこともできる。
FIG. 8 is a plan view showing another example of the layout of the
図9は、二次側コイルパターン52,53のレイアウトのさらに他の例を示す平面図である。ここでは、多層プリント基板30の二次側コイルパターン53は、二次側コイルパターン52の外端にある接続点34から分岐して、二次側コイルパターン52とは逆方向に、二次側コイルパターン52の外周を取り囲むように巻回している。
FIG. 9 is a plan view showing still another example of the layout of the
図10は、図9のレイアウトが適用可能な電源装置の一例を示す回路図である。外部電源の正極Vin+に接続される正ラインと外部電源の負極Vin−に接続される負ラインとの間には、バイパスコンデンサ39a,39bの直列回路と、発振回路37a,37bと、MOSFET38a,38bの直列回路と接続される。各電源トランス50の一次側コイルパターン51の多段並列回路の第1端子は、MOSFET38a,38bの接続点と接続され、多段並列回路の第2端子は、バイパスコンデンサ39a,39bの接続点と接続される。
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a power supply device to which the layout of FIG. 9 can be applied. Between a positive line connected to the positive electrode Vin + of the external power supply and a negative line connected to the negative electrode Vin− of the external power supply, a series circuit of
各電源トランス50の二次側コイルパターン52,53には、個別の整流出力回路41が接続される。各整流出力回路41は、整流ダイオード42と平滑コンデンサ43を備える。発振回路37a,37bは、所定の周期および所定のデューティ比を持ち、互いに逆位相のパルスを発生する。MOSFET38a,38bは、発振回路37a,37bからの逆位相パルスに応じて交互にスイッチングし、各電源トランス50の一次側コイルパターン51に流れる電流をパルス状にスイッチングする。各電源トランス50の一次側コイルパターン51には、バイパスコンデンサ39a,39bによって分圧された電圧が、MOSFET38a,38bの交互スイッチングにより正負電圧となって、一次側コイルパターン51に印加される。各電源トランス50は、一次側コイルパターン51と二次側コイルパターン52、53の巻線比に応じた電圧に変換し、各整流出力回路41に供給する。各整流出力回路41で得られた正負の直流電圧は外部に供給される。なお、バイパスコンデンサ39は、パルス状の電流がノイズとなって外部へ漏出するのを防止している。
An individual rectification output circuit 41 is connected to the
図11は、図9に示す電源トランスを図10の電源装置に適用したときの二次側回路である。二次側コイルパターン52,53は互いに逆方向に巻回されているため、電源トランスに両極性の正負パルス電圧が印加された場合でも、コア部材71の直流偏磁を防ぐことができる。図11では、二次側コイルパターン52,53の二次側回路Sを、図6と同様に、両極性の整流回路として構成した場合を示したが、図7と同様に、マルチ電圧出力の整流回路として構成することも可能である。また、図8と同様に、スルーホール32を介して引き出し線33を設けることによって、外側にある二次側コイルパターン53の巻線数を増やすことも可能である。
FIG. 11 is a secondary circuit when the power transformer shown in FIG. 9 is applied to the power supply device of FIG. Since the secondary
また、二次側コイルパターン52,53のパターン幅を広く設計することにより、多層プリント基板30のパターンの投影面積を拡大することができるため、例えば、パワーモジュールの電源としてパワーモジュールに多層プリント基板30を重ねて使用した場合、大電流を流すパワー半導体素子から放射される輻射ノイズを遮蔽するシールド板として機能させることができる。そのため、シールド板を省略、あるいは使用するシールド板の量を削減できる。
In addition, since the projected area of the pattern of the multilayer printed
実施の形態2.
図12は、二次側コイルパターン52,53のレイアウトのさらに他の例を示す平面図である。二次側コイルパターン52,53は、2本の平行パターンとして中央の貫通穴31の周りに巻回される。二次側コイルパターン52,53の始端は共通接続され、スルーホール32を介して引き出し線33が設けられ、コモン端子SCとして引き出される。平行パターンの一方は、二次側コイルパターン52として機能し、その外端は、端子SAとして引き出される。平行パターンの他方は、二次側コイルパターン53として機能し、その外端は、端子SBとして引き出される。こうして二次側コイルパターン52の端子SAおよびコモン端子SCによって第1出力回路が形成される。また、二次側コイルパターン53の端子SBおよびコモン端子SCによって第2出力回路が形成される。こうして得られた第1および第2出力回路は、図6と同様に両極性の整流回路として構成することが可能であり、あるいは、図7と同様にマルチ電圧出力の整流回路として構成することも可能である。
FIG. 12 is a plan view showing still another example of the layout of the
こうした構成により、実施の形態2と同様の効果が得られるとともに、二次側コイルパターン52,53の巻線数が同一になるため、高信頼性で、基板の部品実装密度の高い電源装置が実現できる。
With such a configuration, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the number of windings of the
また、図12では2本の平行パターンを使用した場合を示したが、3本以上の平行パターンを使用して、マルチ電圧出力の整流回路として構成することも可能である。 Further, FIG. 12 shows the case where two parallel patterns are used, but it is also possible to configure a rectifier circuit of a multi-voltage output using three or more parallel patterns.
実施の形態3.
図13(a)は、一次側コイルパターン51のレイアウトの他の例を示す平面図であり、図13(b)は、二次側コイルパターン52,53のレイアウトのさらに他の例を示す平面図である。図14は、図13(a)(b)のB−B線に沿った電源トランス50の断面図である。
13A is a plan view showing another example of the layout of the primary
図14に示すように、多層プリント基板30は、上から下へ向かって電気絶縁層、導体層MA、電気絶縁層、導体層MB、電気絶縁層という順に積層されている。電源トランス50は、多層プリント基板30の導体層MAに配置された一次側コイルパターン51と、多層プリント基板30の導体層MBに配置された二次側コイルパターン52,53と、一次側コイルパターン51および二次側コイルパターン52、53と電磁結合するコア部材71とで構成される。
As shown in FIG. 14, the multilayer printed
本実施形態では、コア部材71は、例えば、コ字状の分割コアに予め二分されており、多層プリント基板30には、コ字状の分割コアに対応して2つの貫通穴31が形成されており、多層プリント基板30の両面側から各分割コアを貫通穴31に装着すると、分割コアを一体化した環状のコア部材71が完成する。
In the present embodiment, the
一次側コイルパターン51は、図13(a)に示すように、その大部分が導体層MA内に形成されており、左方の貫通穴31を取り囲むように第1回転方向(例えば、時計回り)に巻回されたコイルパターン51aと、右方の貫通穴31を取り囲むように、第1回転方向とは反対の第2回転方向(例えば、反時計回り)に巻回されたコイルパターン51bとが直列接続されて構成される。コイルパターン51aの外端は、端子PAとして引き出される。コイルパターン51aの内端は、スルーホール32およびジャンパ線を介してコイルパターン51bの外端と接続される。コイルパターン51bの内端は、スルーホールおよびジャンパ線を介して端子PBとして引き出される。
As shown in FIG. 13A, most of the
左方の二次側コイルパターン52は、図13(b)に示すように、その大部分が導体層MB内に形成されており、図9と同様に、左方の貫通穴31を取り囲むように第1回転方向(例えば、時計回り)に巻回している。二次側コイルパターン52の内端は、スルーホール32を介して別の導体層を通じて端子SAとして引き出される。二次側コイルパターン52の外端は、コモン端子SCとして引き出される。二次側コイルパターン53は、二次側コイルパターン52の外端にある接続点34から分岐して、第1回転方向とは反対の第2回転方向(例えば、反時計回り)に二次側コイルパターン52の外周を取り囲むように巻回される。二次側コイルパターン53の外端は、端子SBとして引き出される。こうして左方の二次側コイルパターン52の端子SAおよびコモン端子SCによって第1出力回路が形成される。また、左方の二次側コイルパターン53の端子SBおよびコモン端子SCによって第2出力回路が形成される。
As shown in FIG. 13B, most of the left
右方の二次側コイルパターン52は、左方と同じパターン形状を有しており、図13(b)に示すように、その大部分が導体層MB内に形成されており、図9と同様に、左方の貫通穴31を取り囲むように第1回転方向(例えば、時計回り)に巻回している。二次側コイルパターン52の内端は、スルーホール32を介して別の導体層を通じて端子SAとして引き出される。二次側コイルパターン52の外端は、コモン端子SCとして引き出される。二次側コイルパターン53は、二次側コイルパターン52の外端にある接続点34から分岐して、第1回転方向とは反対の第2回転方向(例えば、反時計回り)に二次側コイルパターン52の外周を取り囲むように巻回される。二次側コイルパターン53の外端は、端子SBとして引き出される。こうして右方の二次側コイルパターン52の端子SAおよびコモン端子SCによって第3出力回路が形成される。また、右方の二次側コイルパターン53の端子SBおよびコモン端子SCによって第4出力回路が形成される。
The
こうした構成では、一次側コイルパターン51は、2つの貫通穴31の周りにそれぞれ2分割されたコイルパターン51a,51aが互いに逆巻きで直列接続されて構成されるため、パワー半導体などからの放射ノイズが互いに逆向きの一次側コイルパターンを通ると、コイルパターンのノイズ電流が打ち消しあう方向に流れるため、ノイズ耐量を増加させることができる。また、二次側回路では、多層プリント基板30の同じ導体層MBにおいて4つの出力回路を形成することができる。
In such a configuration, the primary
実施の形態4.
図15は、本発明に係るパワーモジュールの一例を示す分解斜視図である。パワーモジュールは、ベース基板4と、多層プリント基板30と、ケース部材20などを備える。
FIG. 15 is an exploded perspective view showing an example of a power module according to the present invention. The power module includes a
ベース基板4は、放熱性能の優れた電気絶縁層の上に配線パターンが形成され、例えば、アルミニウム基板、セラミック基板などで構成される。ベース基板4には、複数のパワー半導体素子、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)5と、複数のダイオード6と、複数の接続端子13などが搭載される。ベース基板4は、通常、外部のヒートシンク(不図示)に搭載される。
The
ケース部材20は、ベース基板4および多層プリント基板30を所定の間隔で保持するために、ベース基板4の周囲を取り囲むように設けられる。
The
多層プリント基板30には、IGBT5を個別に駆動するための複数のIGBT駆動回路と、各駆動回路に対して個別に電力を供給するための複数の駆動用電源回路などが搭載され、図15に示すように、例えば、発振回路37、MOSFET38、バイパスコンデンサ39、整流出力回路41、駆動回路36、トランジスタ45、電源トランス50などの各種回路素子が搭載される。
The multilayer printed
ベース基板4には、多数の接続端子13が立設しており、多層プリント基板30をケース部材20に収納した状態でベース基板4の配線パターンと多層プリント基板30の配線パターンとを電気接続するために用いられる。
A large number of connection terminals 13 are erected on the
ケース部材20には、多数のモジュール端子21が配置され、外部回路と電気接続するために用いられる。
A number of module terminals 21 are arranged on the
なお、図15では、内部構造を説明するために多層プリント基板30を上方に取り外した様子を示しているが、実際の多層プリント基板30は、ケース部材20の内部に収納されるとともに、ベース基板4と多層プリント基板30との間の内部空間および多層プリント基板30の上面側には樹脂封止材25が注入されて、モジュール全体がモールド封止される。
FIG. 15 shows a state in which the multilayer printed
このパワーモジュールの電源トランス50として、実施の形態1〜3で説明した本発明に係る電源装置を採用することによって、パワーモジュールの小型化、薄型化が可能になる。
By adopting the power supply device according to the present invention described in the first to third embodiments as the
また、多層プリント基板30に高耐熱仕様のものを採用し、電源トランス50を使用することで、はんだ付け箇所を必要としない構成であるため、はんだクラックによる不良が発生せず、高温モジュール内でも使用可能となる。
In addition, since the multi-layer printed
4 ベース基板、 5 IGBT、 6 ダイオード、 13 接続端子、
20 ケース部材、 21 モジュール端子、 25 樹脂封止材
30 多層プリント基板、 31 貫通穴、 32 スルーホール、
33 引き出し線、 34 接続点、 36 駆動回路、
37 発振回路、 38 MOSFET、 39 バイパスコンデンサ、
41 整流出力回路、 42 整流ダイオード、 43 平滑コンデンサ
45 トランジスタ、 50 電源トランス、 51 一次側コイルパターン、
52,53 二次側コイルパターン、 71 コア部材、
MA,MB 導体層、 P 一次側回路、 PA,PB 端子、
S 二次側回路、 SA,SB 端子、 SC コモン端子。
4 base substrate, 5 IGBT, 6 diode, 13 connection terminal,
20 case member, 21 module terminal, 25 resin sealing material, 30 multilayer printed circuit board, 31 through hole, 32 through hole,
33 leader line, 34 connection point, 36 drive circuit,
37 Oscillator, 38 MOSFET, 39 Bypass capacitor,
41 rectifier output circuit, 42 rectifier diode, 43 smoothing capacitor 45 transistor, 50 power transformer, 51 primary coil pattern,
52, 53 Secondary coil pattern, 71 Core member,
MA, MB conductor layer, P primary side circuit, PA, PB terminal,
S Secondary circuit, SA, SB terminal, SC common terminal.
Claims (4)
前記電源トランスは、多層プリント基板に配置された一次側コイルパターンおよび少なくとも1つ以上の二次側コイルパターンと、一次側および二次側コイルパターンと電磁結合するコア部材とで構成され、
前記コア部材は、前記多層プリント基板に設けられた貫通穴に取り付けられ、
前記一次側コイルパターンおよび前記二次側コイルパターンは、前記貫通穴の周りを巻回するように、前記多層プリント基板の異なる導体層にそれぞれ設けられ、
前記二次側コイルパターンには、途中から分岐したコモン端子が設けられ、該コモン端子および二次側コイルパターンの第1端によって第1出力回路が形成され、該コモン端子および二次側コイルパターンの第2端によって第2出力回路が形成されていることを特徴とする電源装置。 A power supply device in which a power transformer is mounted on a multilayer printed board in which conductor layers and electrical insulating layers are alternately laminated,
The power transformer is composed of a primary side coil pattern and at least one secondary side coil pattern disposed on a multilayer printed circuit board, and a core member electromagnetically coupled to the primary side and the secondary side coil pattern.
The core member is attached to a through hole provided in the multilayer printed board,
The primary side coil pattern and the secondary side coil pattern are respectively provided on different conductor layers of the multilayer printed circuit board so as to be wound around the through hole,
The secondary coil pattern is provided with a common terminal branched from the middle, and a first output circuit is formed by the common terminal and the first end of the secondary coil pattern. The common terminal and the secondary coil pattern A second output circuit is formed by the second end of the power supply device.
平行パターンの始端が共通接続されてコモン端子が設けられ、該コモン端子と平行パターンの一方とで第1出力回路が形成され、該コモン端子と平行パターンの他方とで第2出力回路が形成されていることを特徴とする請求項1記載の電源装置。 Two parallel patterns are wound around the through hole,
A common terminal is provided by commonly connecting the start ends of the parallel pattern, a first output circuit is formed by the common terminal and one of the parallel patterns, and a second output circuit is formed by the common terminal and the other of the parallel patterns. The power supply device according to claim 1, wherein:
第1の一次側コイルパターンおよび第1の二次側コイルパターンが、第1貫通穴の周りを巻回するように、前記多層プリント基板の異なる導体層にそれぞれ設けられ、
第1の二次側コイルパターンには、途中から分岐した第1コモン端子が設けられ、第1コモン端子および第1の二次側コイルパターンの第1端によって第1出力回路が形成され、第1コモン端子および第1の二次側コイルパターンの第2端によって第2出力回路が形成され、
第2の一次側コイルパターンおよび第2の二次側コイルパターンが、第2貫通穴の周りを巻回するように、前記多層プリント基板の異なる導体層にそれぞれ設けられ、
第2の二次側コイルパターンには、途中から分岐した第2コモン端子が設けられ、第2コモン端子および第2の二次側コイルパターンの第1端によって第3出力回路が形成され、第2コモン端子および第2の二次側コイルパターンの第2端によって第4出力回路が形成され、
第1の一次側コイルパターンは、第1貫通穴の周りを第1回転方向に巻回され、
第2の一次側コイルパターンは、第2貫通穴の周りを第1回転方向とは反対の第2回転方向に巻回され、
第1の一次側コイルパターンおよび第2の一次側コイルパターンは、互いに直列接続されていることを特徴とする請求項1記載の電源装置。 The core member is an annular core member attached to first and second through holes provided in the multilayer printed board,
A first primary coil pattern and a first secondary coil pattern are respectively provided on different conductor layers of the multilayer printed circuit board so as to be wound around the first through hole;
The first secondary coil pattern is provided with a first common terminal branched from the middle, and a first output circuit is formed by the first common terminal and the first end of the first secondary coil pattern, A second output circuit is formed by one common terminal and the second end of the first secondary coil pattern;
A second primary coil pattern and a second secondary coil pattern are respectively provided on different conductor layers of the multilayer printed circuit board so as to be wound around the second through hole;
The second secondary coil pattern is provided with a second common terminal branched from the middle, and a third output circuit is formed by the second common terminal and the first end of the second secondary coil pattern, A fourth output circuit is formed by the second common terminal and the second end of the second secondary coil pattern;
The first primary coil pattern is wound around the first through hole in the first rotation direction,
The second primary coil pattern is wound around the second through hole in a second rotation direction opposite to the first rotation direction,
The power supply device according to claim 1, wherein the first primary coil pattern and the second primary coil pattern are connected in series with each other.
各パワー半導体素子を駆動するための複数の素子駆動回路と、
各素子駆動回路に電力を供給するための請求項1〜3のいずれかに記載の電源装置とを備えることを特徴とするパワーモジュール。 A plurality of power semiconductor elements;
A plurality of element driving circuits for driving each power semiconductor element;
A power module comprising: the power supply device according to claim 1 for supplying power to each element driving circuit.
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