JP2015073052A - Inductor array and power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つのコイルが2段積みされた積層型のインダクタアレイと、このインダクタアレイを用いた電源装置に関する。 The present invention relates to a multilayer inductor array in which two coils are stacked in two stages, and a power supply device using the inductor array.
一般に、複数のコイルが積み重ねて設けられた積層型のインダクタアレイが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。特許文献1には、2つのコイルの巻方向を逆にした構成が開示されている。この構成では、2つのコイルに同相の直流電流が流れたときに、これらのコイルによって発生する磁束を相殺し、同相電流に対する重畳電流特性を改善することができる。
In general, a multilayer inductor array in which a plurality of coils are stacked is known (see, for example,
一方、特許文献2,3には、各コイルを形成する複数の信号電極間に非磁性体を挿入した構成が開示されている。この場合、2つのコイルを跨いで閉磁路が形成されるため、結合係数が大きくなり、磁束の相殺効果が大きくなる。
On the other hand,
ところで、特許文献1のインダクタアレイでは、磁束は磁性抵抗が小さなパスを通過する傾向があるため、閉磁路がそれぞれのコイルで独立して形成されてしまい、結合係数を大きくすることができない。また、磁束は積層体内の場所に応じて強め合うところと弱め合うところが発生し、直流重畳特性はそれほど改善されないという問題がある。
By the way, in the inductor array of
一方、特許文献2,3のインダクタアレイでは、2つのコイルを跨いで閉磁路が形成されるため、結合係数はほぼ1になり、直流重畳特性は改善される。しかし、直流電力を出力する電源装置にインダクタアレイを適用する場合、低い結合係数の方が高効率になることがある。
On the other hand, in the inductor arrays of
具体的に説明すると、例えばマルチフェーズのDC−DCコンバータでは、互いに同相の直流成分と逆相の交流成分とからなる2つの出力電流を出力する。このDC−DCコンバータにインダクタアレイを適用すると、一方の出力電流が一方のコイルに供給され、他方の出力電流が他方のコイルに供給される。このとき、交流成分が電流の減少と増加が対称な波形(例えば正弦波)であれば、同相の電流に対するインダクタンスは不要になるため、結合係数が1に近付くに従って高効率になる。しかし、電流の減少と増加が非対称な波形(例えば鋸波)のときには、同相の電流に対するインダクタンスも必要になるため、結合係数は1よりも低いときに高効率になる。この場合に、特許文献2,3のインダクタアレイでは、結合係数を所望の値に設定することができないという問題がある。
More specifically, for example, a multi-phase DC-DC converter outputs two output currents composed of a DC component having the same phase and an AC component having the opposite phase. When an inductor array is applied to this DC-DC converter, one output current is supplied to one coil, and the other output current is supplied to the other coil. At this time, if the alternating current component is a waveform in which the current decrease and increase are symmetrical (for example, a sine wave), the inductance for the in-phase current is unnecessary, and the efficiency increases as the coupling coefficient approaches 1. However, when the current decreases and increases in an asymmetric waveform (for example, a sawtooth wave), an inductance for the current in the same phase is also required, so that the efficiency becomes high when the coupling coefficient is lower than 1. In this case, the inductor arrays of
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、直流重畳特性を改善しつつ、2つのコイルの結合係数を所望の値に設定することができるインダクタアレイおよび電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an inductor array and a power supply capable of setting a coupling coefficient of two coils to a desired value while improving DC superposition characteristics. To provide an apparatus.
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、複数の絶縁層と信号電極が積層された積層体によって構成され、前記積層体内には、複数の前記信号電極からなる第1コイルと第2コイルとが2段積みして設けられたインダクタアレイにおいて、複数の前記信号電極のうち、前記第1コイルと前記第2コイルとに挟まれた層に近い位置であって厚さ方向で対面する一部の信号電極の間には、非磁性体を設け、複数の前記信号電極のうち、前記第1コイルと前記第2コイルとに挟まれた層から離れた位置であって厚さ方向で対面する残余の信号電極の間には、磁性体を設けたことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
請求項2の発明では、前記第1コイルの複数の信号電極のうち、前記第2コイルの近くに位置して厚さ方向で対面する一部の信号電極の間には、非磁性体からなる第1非磁性体部を設け、前記第2コイルの複数の信号電極のうち、前記第1コイルの近くに位置して厚さ方向で対面する一部の信号電極の間には、非磁性体からなる第2非磁性体部を設け、前記第1コイルの信号電極と前記第2コイルの信号電極との間には、非磁性体からなる第3非磁性体部を設けている。 According to a second aspect of the present invention, among the plurality of signal electrodes of the first coil, a part of the signal electrodes located near the second coil and facing each other in the thickness direction is made of a nonmagnetic material. A first non-magnetic body portion is provided, and among the plurality of signal electrodes of the second coil, a non-magnetic body is disposed between some of the signal electrodes located near the first coil and facing in the thickness direction. And a third nonmagnetic body portion made of a nonmagnetic material is provided between the signal electrode of the first coil and the signal electrode of the second coil.
請求項3の発明では、前記非磁性体が設けられた一部の信号電極と前記磁性体が設けられた残余の信号電極との間には、非磁性体からなる非磁性体層を設けている。 According to a third aspect of the present invention, a nonmagnetic layer made of a nonmagnetic material is provided between a part of the signal electrodes provided with the nonmagnetic material and the remaining signal electrodes provided with the magnetic material. Yes.
請求項4の発明では、本発明のインダクタアレイを用いた電源装置であって、互いに同相の直流成分と逆相の交流成分とからなる2つの出力電流を出力するDC−DCコンバータを備え、前記第1コイルに前記DC−DCコンバータの一方の出力電流を供給し、前記第2コイルに前記DC−DCコンバータの他方の出力電流を供給している。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a power supply device using the inductor array of the present invention, comprising a DC-DC converter that outputs two output currents composed of a DC component having the same phase and an AC component having the opposite phase. One output current of the DC-DC converter is supplied to the first coil, and the other output current of the DC-DC converter is supplied to the second coil.
請求項1の発明によれば、第1コイルと第2コイルとに挟まれた層に近い位置では、厚さ方向で対面する一部の信号電極の間に非磁性体を設けた。これにより、第1コイルと第2コイルとに挟まれた層に近い位置で、これらのコイルが結合した結合部を形成して、この結合部に周囲に閉磁路を形成することができる。このため、2つのコイルの結合部によって直流電流による発生する磁束を相殺して直流重畳特性を改善することができる。また、第1コイルと第2コイルとに挟まれた層から離れた位置では、厚さ方向で対面する残余の信号電極の間に磁性体を設けた。これらの信号電極では、相手方のコイルに対する結合が弱くなった非結合部を形成することができ、この非結合部によって第1コイルと第2コイルとの結合係数を1よりも低下させることができる。このため、厚さ方向で対面する信号電極間の非磁性体および磁性体の層の数を調整することによって、第1コイルと第2コイルとの結合係数を所望の値に設定することができる。 According to the first aspect of the present invention, the nonmagnetic material is provided between the signal electrodes facing each other in the thickness direction at a position close to the layer sandwiched between the first coil and the second coil. As a result, a coupling portion where these coils are coupled can be formed at a position close to the layer sandwiched between the first coil and the second coil, and a closed magnetic circuit can be formed around the coupling portion. For this reason, the DC superposition characteristics can be improved by canceling out the magnetic flux generated by the DC current by the coupling portion of the two coils. In addition, a magnetic material is provided between the remaining signal electrodes facing each other in the thickness direction at a position away from the layer sandwiched between the first coil and the second coil. In these signal electrodes, it is possible to form a non-coupled portion in which the coupling to the counterpart coil is weakened, and the coupling coefficient between the first coil and the second coil can be reduced to less than 1 by this non-coupled portion. . Therefore, the coupling coefficient between the first coil and the second coil can be set to a desired value by adjusting the number of non-magnetic and magnetic layers between the signal electrodes facing in the thickness direction. .
請求項2の発明によれば、第1コイルの信号電極には第1非磁性体部を設け、第2コイルの信号電極には第2非磁性体部を設け、第1コイルの信号電極と第2コイルの信号電極との間には第3非磁性体部を設けた。これにより、第1コイルと第2コイルとに挟まれた層の近くの位置には、第1ないし第3非磁性体部を取り囲む閉磁路を形成することができる。このため、第1コイルと第2コイルを部分的に結合させることができ、直流重畳特性を改善しつつ、結合係数を調整することができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、非磁性体が設けられた一部の信号電極と磁性体が設けられた残余の信号電極との間には、非磁性体からなる非磁性体層を設けたから、非磁性体の周囲と磁性体の周囲で磁路が明確に分かれて、相互の磁束による影響がなくなる。このため、直流重畳電流が大きくなっても、第1コイルと第2コイルの結合部のインダクタンスが低下することがなくなる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、互いに同相の直流成分と逆相の交流成分とからなる2つの出力電流を出力するDC−DCコンバータを備え、第1コイルにDC−DCコンバータの一方の出力電流を供給し、第2コイルにDC−DCコンバータの他方の出力電流を供給した。このとき、交流成分が電流の減少と増加が非対称な波形になるときでも、第1コイルと第2コイルの結合係数を1よりも低い所望の値に設定して、効率を高めることができる。 According to the invention of claim 4, the DC-DC converter that outputs two output currents composed of a DC component having the same phase and an AC component having the opposite phase to each other is provided, and one output current of the DC-DC converter is provided in the first coil. And the other output current of the DC-DC converter was supplied to the second coil. At this time, even when the alternating current component has a waveform in which the decrease and increase in current are asymmetric, the coupling coefficient between the first coil and the second coil can be set to a desired value lower than 1 to increase the efficiency.
以下、本発明の実施の形態によるインダクタアレイについて添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an inductor array according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1ないし図5は、第1の実施の形態によるインダクタアレイ1を示している。以下、インダクタアレイ1の積層方向をZ軸方向とし、インダクタアレイ1の長辺に沿った方向をX軸方向とし、インダクタアレイ1の短辺に沿った方向をY軸方向とする。X軸、Y軸およびZ軸は互いに直交している。
1 to 5 show an
図1および図2に示すように、インダクタアレイ1は、積層体2および外部電極3A,3B,4A,4Bを備えている。積層体2は、例えば直方体状に形成され、第1コイルL1と第2コイルL2を内蔵している。外部電極3A,3Bはそれぞれ、第1コイルL1に電気的に接続されている。外部電極4A,4Bはそれぞれ、第2コイルL2に電気的に接続されている。これらの外部電極3A,3B,4A,4Bは、X軸方向の両端に位置する積層体2の側面を覆うように形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2および図3に示すように、積層体2は、絶縁層としての磁性体層5A〜5E,6A〜6E,7A〜7C,8A〜8C,9A〜9Cおよび信号電極10A〜10D,12A〜12DがZ軸方向に積層されて形成されている。以下では、個別の磁性体層5〜9や信号電極10,12を示す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これらを総称する場合には、参照符号の後ろのアルファベットを省略する。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
磁性体層5は、磁性体として例えば強磁性のフェライトによって形成されている。他の磁性体層6〜9も、磁性体層5とほぼ同様に構成される。磁性体層5〜9は、Z軸方向から平面視したときに、同じ形状および同じ大きさを有している。なお、磁性体層5〜9の層数や信号電極10,12の数は、図3に示したものに限らない。
The magnetic layer 5 is formed of, for example, ferromagnetic ferrite as a magnetic material. The other magnetic layers 6 to 9 are configured in substantially the same manner as the magnetic layer 5. The magnetic layers 5 to 9 have the same shape and the same size when viewed in plan from the Z-axis direction. The number of magnetic layers 5 to 9 and the number of
磁性体層5A〜5Dには、第1コイルL1の信号電極10A〜10Dが設けられている。また、磁性体層6A〜6Dには、第2コイルL2の信号電極12A〜12Dが設けられている。
The
磁性体層7は、磁性体層5と磁性体層6に挟まれている。磁性体層8は、磁性体層5を挟んで磁性体層7とは反対側(例えば磁性体層5の上側)に配置されている。磁性体層9は、磁性体層6を挟んで磁性体層7とは反対側(例えば磁性体層6の下側)に配置されている。このため、磁性体層8を上側に配置した場合には、磁性体層8A〜8C、磁性体層5A〜5E、磁性体層7A〜7C、磁性体層6A〜6E、磁性体層9A〜9Cの順番でZ軸方向の上から下へと並ぶように積層される。
The magnetic layer 7 is sandwiched between the magnetic layer 5 and the magnetic layer 6. The magnetic layer 8 is disposed on the opposite side of the magnetic layer 7 with respect to the magnetic layer 5 (for example, on the upper side of the magnetic layer 5). The magnetic layer 9 is disposed on the opposite side of the magnetic layer 7 (for example, below the magnetic layer 6) with the magnetic layer 6 interposed therebetween. Therefore, when the magnetic layer 8 is disposed on the upper side, the
第1コイルL1は、例えば四角形の枠状をなし、旋回しながらZ軸方向に進行する螺旋状に形成されている。即ち、第1コイルL1のコイル軸は、Z軸方向に平行である。第1コイルL1は、信号電極10A〜10D、引出し部11A,11Bおよびビアホール導体V11〜V13を含んでいる。
The first coil L1 has, for example, a rectangular frame shape and is formed in a spiral shape that advances in the Z-axis direction while turning. That is, the coil axis of the first coil L1 is parallel to the Z-axis direction. The first coil L1 includes
図2に示すように、信号電極10A〜10Dはそれぞれ、磁性体層5B〜5Eの主面上に形成され、磁性体層5と共に積層されている。各信号電極10は、例えばAg,Pd,Cu,Al等のような導電性に優れた金属、またはこれらの合金等によって略C字状に形成され、Z軸方向に互いに重なるように配置されている。なお、信号電極10は、C字状に限らず、L字状や他の形状に形成されてもよい。 As shown in FIG. 2, the signal electrodes 10 </ b> A to 10 </ b> D are respectively formed on the main surfaces of the magnetic layers 5 </ b> B to 5 </ b> E and laminated together with the magnetic layer 5. Each signal electrode 10 is formed in a substantially C shape by a metal having excellent conductivity such as Ag, Pd, Cu, Al or the like, or an alloy thereof, and is disposed so as to overlap each other in the Z-axis direction. Yes. The signal electrode 10 is not limited to the C shape, and may be formed in an L shape or other shapes.
また、信号電極10Dの端部には、外部電極3Aに接続された引出し部11Aが設けられている。信号電極10Aの端部には、外部電極3Bに接続された引出し部11Bが設けられている。これにより、第1コイルL1の両端は、外部電極3A,3Bに接続される。
Further, an
ビアホール導体V11〜V13はそれぞれ、磁性体層5B〜5DをZ軸方向に貫通するように形成されている。ビアホール導体V11〜V13は、磁性体層5が積層されたときに、隣り合う信号電極10同士を電気的に直列接続する接続部として機能する。
The via-hole conductors V11 to V13 are formed so as to penetrate the
具体的には、ビアホール導体V11は、信号電極10Aの端部のうち、引出し部11Bが設けられていない方の端部と、信号電極10Bの端部とを接続している。ビアホール導体V12は、信号電極10Bの端部のうち、ビアホール導体V11が接続されていない方の端部と、信号電極10Cの端部とを接続している。ビアホール導体V13は、信号電極10Cの端部のうち、ビアホール導体V12が接続されていない方の端部と、信号電極10Dの端部のうち、引出し部11Aが設けられていない方の端部とを接続している。
Specifically, the via-hole conductor V11 connects the end of the
第2コイルL2は、第1コイルL1とほぼ同様に構成される。このため、第2コイルL2は、例えば四角形の枠状をなし、旋回しながらZ軸方向に進行する螺旋状に形成されている。このとき、第2コイルL2のコイル軸は、Z軸方向に平行である。但し、第2コイルL2の巻方向は、第1コイルの巻方向とは逆方向になっている。即ち、図8の等価回路に示すように、第1コイルL1と第2コイルL2の極性は逆である。このため、例えば外部電極3A,4Aから外部電極3B,4Bに向けて同相の電流が流れるときには、第1コイルL1と第2コイルL2は互いに逆方向の磁界、即ち相殺する方向の磁界を発生する。
The second coil L2 is configured in substantially the same manner as the first coil L1. For this reason, the second coil L2 has, for example, a rectangular frame shape and is formed in a spiral shape that advances in the Z-axis direction while turning. At this time, the coil axis of the second coil L2 is parallel to the Z-axis direction. However, the winding direction of the second coil L2 is opposite to the winding direction of the first coil. That is, as shown in the equivalent circuit of FIG. 8, the polarities of the first coil L1 and the second coil L2 are opposite. For this reason, for example, when in-phase current flows from the
第2コイルL2は、信号電極12A〜12D、引出し部13A,13Bおよびビアホール導体V21〜V23を含んでいる。図3に示すように、信号電極12A〜12Dはそれぞれ、磁性体層6B〜6Eの主面上に形成され、磁性体層6と共に積層されている。各信号電極12は、信号電極10と同様に例えばAg等の導電性材料によって略C字状に形成され、Z軸方向に互いに重なるように配置されている。なお、信号電極12は、C字状に限らず、L字状や他の形状に形成されてもよい。
The second coil L2 includes
また、信号電極12Dの端部には、外部電極4Aに接続された引出し部13Aが設けられている。信号電極12Aの端部には、外部電極4Bに接続された引出し部13Bが設けられている。これにより、第2コイルL2の両端は、外部電極4A,4Bに接続される。
In addition, a
ビアホール導体V21〜V23はそれぞれ、磁性体層6B〜6DをZ軸方向に貫通するように形成されている。ビアホール導体V21〜V23は、磁性体層6が積層されたときに、隣り合う信号電極12同士を電気的に直列接続する接続部として機能する。
The via-hole conductors V21 to V23 are formed so as to penetrate the
具体的には、ビアホール導体V21は、信号電極12Aの端部のうち、引出し部13Bが設けられていない方の端部と、信号電極12Bの端部とを接続している。ビアホール導体V22は、信号電極12Bの端部のうち、ビアホール導体V21が接続されていない方の端部と、信号電極12Cの端部とを接続している。ビアホール導体V23は、信号電極12Cの端部のうち、ビアホール導体V22が接続されていない方の端部と、信号電極12Dの端部のうち、引出し部13Aが設けられていない方の端部とを接続している。
Specifically, the via-hole conductor V21 connects the end of the
図5に示すように、第1非磁性体部14は、第1コイルL1の信号電極10A〜10Dのうち、第2コイルL2の近くに位置して厚さ方向で対面する信号電極10Cと信号電極10Dとの間に設けられている。第1非磁性体部14は、非磁性体からなり、信号電極10C,10Dに沿って環状に形成されている。具体的には、信号電極10Cと信号電極10Dとの間に位置する磁性体層5Dに厚さ方向に貫通した環状の溝を設け、この溝に例えば印刷工法等によってペースト状の非磁性材料を挿入する。これによって、第1非磁性体部14は形成されている。
As shown in FIG. 5, the first
第1非磁性体部14の非磁性材料は、例えば樹脂材料、ガラス、ガラスセラミックス、誘電体材料等のいずれでもよい。熱膨張等を考慮すると、第1非磁性体部14には、磁性体層5〜9と熱膨張率が近い材料として、例えば非磁性のフェライト等を用いるのが好ましい。
The nonmagnetic material of the first
第2非磁性体部15は、第2コイルL2の信号電極12A〜12Dのうち、第1コイルL1の近くに位置して厚さ方向で対面する信号電極12Aと信号電極12Bとの間に設けられている。第2非磁性体部15は、非磁性体からなり、信号電極12A,12Bに沿って環状に形成されている。第2非磁性体部15も、第1非磁性体部14とほぼ同様に形成され、信号電極12Aと信号電極12Bとの間に位置する磁性体層6BにZ軸方向に貫通するように設けられている。
Of the
第3非磁性体部16A〜16Eは、厚さ方向で対面する第1コイルL1の信号電極10Dと第2コイルL2の信号電極12Aとの間に設けられている。第3非磁性体部16A〜16Eは、非磁性体からなり、信号電極10D,12Aに沿って環状に形成されている。第3非磁性体部16A〜16Eはそれぞれ、第1非磁性体部14や第2非磁性体部15とほぼ同様に形成され、信号電極10Dと信号電極12Aとの間に位置する磁性体層5E,7A〜7C,6Aに設けられている。
The third
これにより、信号電極10A〜10D,12A〜12Dのうち、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた磁性体層5E,7A〜7C,6Aに近い位置であって厚さ方向で対面する一部の信号電極10C,10D,12A,12Bの間には、非磁性体からなる第1非磁性体部14、第3非磁性体部16A〜16E、第2非磁性体部15が設けられている。このため、第1コイルL1の信号電極10C,10Dと第2コイルL2の信号電極12A,12Bは、相互に結合した結合部PC0を構成する。
As a result, among the
第1磁性体部17A,17Bは、第1コイルL1の信号電極10A〜10Dのうち、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた磁性体層5E,7A〜7C,6Aから離れた位置であって厚さ方向で対面する信号電極10A〜10Cの間に設けられている。第1磁性体部17Aは、信号電極10Aと信号電極10Bとの間に位置する磁性体層5Bによって形成されている。第1磁性体部17Bは、信号電極10Bと信号電極10Cとの間に位置する磁性体層5Cによって形成されている。
The first
第2磁性体部18A,18Bは、第2コイルL2の信号電極12A〜12Dのうち、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた磁性体層5E,7A〜7C,6Aから離れた位置であって厚さ方向で対面する信号電極12B〜12Dの間に設けられている。第2磁性体部18Aは、信号電極12Bと信号電極12Cとの間に位置する磁性体層6Cによって形成されている。第2磁性体部18Bは、信号電極12Cと信号電極12Dとの間に位置する磁性体層6Dによって形成されている。
The second magnetic body portions 18A and 18B are separated from the
これにより、信号電極10A〜10D,12A〜12Dのうち、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた磁性体層5E,7A〜7C,6Aから離れた位置であって厚さ方向で対面する信号電極10A〜10Cの間と信号電極12B〜12Dの間には、磁性体からなる第1磁性体部17A,17B、第2磁性体部18A,18Bが設けられている。この結果、第1コイルL1の信号電極10A,10Bは、第2コイルL2との結合が抑制された第1非結合部NC1を構成する。また、第2コイルL2の信号電極12C,12Dは、第1コイルL1との結合が抑制された第2非結合部NC2を構成する。
As a result, among the
本実施の形態によるインダクタアレイ1は上述の如き構成を有するもので、次にインダクタアレイ1を用いた電源装置21について説明する。
The
図6に示すように、電源装置21は、インダクタアレイ1、DC−DCコンバータ22、コンデンサ25によって構成される。
As shown in FIG. 6, the power supply device 21 includes an
DC−DCコンバータ22は、第1の降圧回路23と、第2の降圧回路24とを備えている。これらの降圧回路23,24の入力側は、共通の直流電源Eに接続される。降圧回路23,24の出力側は、インダクタアレイ1の外部電極3A,4Aに接続される。
The DC-
第1の降圧回路23は、例えば電界効果トランジスタ(FET)、バイポーラトランジスタ等からなる2つのスイッチング素子23A,23Bを備える。一方のスイッチング素子23Aは、直流電源Eとインダクタアレイ1の外部電極3Aとの間に接続される。他方のスイッチング素子23Bは、インダクタアレイ1の外部電極3Aとグランドとの間に接続される。なお、スイッチング素子23Bには、ダイオードを用いてもよい。
The first step-
スイッチング素子23A,23Bは、第1のドライバ23CによってONとOFFが制御される。第1のドライバ23Cは、電源装置21からの出力電圧に応じてスイッチング素子23A,23BをPWM制御する。このとき、第1のドライバ23Cは、スイッチング素子23Aのゲートに図7に示す第1のPWM信号S1を入力し、スイッチング素子23Bのゲートに第1のPWM信号S1とHighとLowが反転した信号を入力する。
The
これにより、スイッチング素子23A,23Bは、ONとOFFが互いに逆の状態になる。このため、スイッチング素子23AがONのときは、スイッチング素子23BはOFFになり、スイッチング素子23AがOFFのときは、スイッチング素子23BはONになる。そして、スイッチング素子23A,23Bは、ONとOFFの時間の比率であるデューティ比が第1のドライバ23Cによって制御される。第1の降圧回路23は、このデューティ比に応じて直流電源Eの電圧Vinを降圧する。
As a result, the
第2の降圧回路24は、第1の降圧回路23とほぼ同様に構成される。このため、第2の降圧回路24も、例えばFET等からなる2つのスイッチング素子24A,24Bを備える。一方のスイッチング素子24Aは、直流電源Eとインダクタアレイ1の外部電極4Aとの間に接続される。他方のスイッチング素子24Bは、インダクタアレイ1の外部電極4Aとグランドとの間に接続される。なお、スイッチング素子24Bには、ダイオードを用いてもよい。
The second step-
スイッチング素子24A,24Bは、第2のドライバ24CによってONとOFFが制御される。第2のドライバ24Cは、電源装置21からの出力電圧に応じてスイッチング素子24A,24BをPWM制御する。このとき、第2のドライバ24Cは、スイッチング素子24Aのゲートに図7に示す第2のPWM信号S2を入力し、スイッチング素子24Bのゲートに第2のPWM信号S2とHighとLowが反転した信号を入力する。
The
これにより、スイッチング素子24A,24Bは、ONとOFFが互いに逆の状態になる。そして、スイッチング素子24A,24Bは、ONとOFFの時間の比率であるデューティ比が第2のドライバ24Cによって制御される。第2の降圧回路24は、このデューティ比に応じて直流電源Eの電圧Vinを降圧する。
As a result, the
ここで、第1の降圧回路23と第2の降圧回路24は、180°位相がずれた状態でスイッチング素子23A,23Bとスイッチング素子24A,24Bが動作する。このため、第1の降圧回路23と第2の降圧回路24は、互いに同相の直流成分と逆相の交流成分とからなる2つの出力電流I1,I2を出力する。出力電流I1はインダクタアレイ1の第1コイルL1に供給され、出力電流I2はインダクタアレイ1の第2コイルL2に供給される。
Here, in the first step-
インダクタアレイ1の外部電極3B,4Bは、コンデンサ25の一端側に接続されると共に、負荷LOに接続される。このとき、コンデンサ25の他端側はグランドに接続される。このため、インダクタアレイ1の2つのコイルL1,L2とコンデンサ25は、DC−DCコンバータ22の出力電流I1,I2を平滑化する平滑回路として機能する。
The
インダクタアレイ1を用いた電源装置21は上述の如き構成を有するもので、次にその動作について説明する。
The power supply device 21 using the
電源装置21には、入力側に直流電源Eが接続され、出力側に負荷LOが接続される。この状態で、電源装置21が駆動すると、ドライバ23C,24Cによってスイッチング素子23A,23B,24A,24BのONとOFFが制御され、第1の降圧回路23と第2の降圧回路24は、互いに同相の直流成分と逆相の交流成分とからなる2つの出力電流I1,I2を出力する。これらの出力電流I1,I2は、インダクタアレイ1の2つのコイルL1,L2とコンデンサ25とによって平滑化され、負荷LOに一緒に供給される。これにより、負荷LOには、2つの降圧回路23,24からの出力電流I1,I2が加算させて供給される。
A DC power source E is connected to the power supply device 21 on the input side, and a load LO is connected to the output side. When the power supply device 21 is driven in this state, the
ここで、降圧回路23,24のデューティ比は、直流電源Eからの電圧Vinと負荷LOに供給する電圧Voutとの比率に応じて設定される。スイッチング素子23A,23B,24A,24BのON時間とOFF時間が同じ場合には、インダクタアレイ1は同相の電流に対するインダクタンスが不要になる。むしろ、直流による磁束を相互に相殺して直流重畳電流による磁気飽和を抑制するために、2つのコイルL1,L2の結合係数が高い方、即ち結合係数が1に近付いた方が、電源装置21は高効率で動作する。
Here, the duty ratio of the step-down
しかし、実際には、スイッチング素子23A,23B,24A,24BのON時間とOFF時間は異なる場合の方が多い。この場合、インダクタアレイ1のコイルL1,L2の電流は一緒に増加または減少する時間が生じるから、結合係数は1よりも低いときに高効率になる。
In practice, however, the ON time and OFF time of the
これに対し、本実施の形態によるインダクタアレイ1は、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた磁性体層5E,7A〜7C,6Aに近い位置では、厚さ方向で対面する信号電極10C,10D,12A,12Bの間に非磁性体を設けた。具体的には、第1コイルL1の信号電極10C,10Dの間に非磁性体からなる第1非磁性体部14を設け、第2コイルL2の信号電極12A,12Bの間に非磁性体からなる第2非磁性体部15を設け、第1コイルL1の信号電極10Dと第2コイルL2の信号電極12Aとの間に非磁性体からなる第3非磁性体部16A〜16Eを設けた。
On the other hand, the
このため、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた磁性体層5E,7A〜7C,6Aに近い位置で、これらのコイルL1,L2を部分的に結合させて閉磁路を形成することができる。この結果、コイルL1,L2の結合部PC0を用いて直流電流による発生する磁束を相殺して直流重畳特性を改善することができる。
Therefore, these coils L1, L2 are partially coupled to form a closed magnetic circuit at a position close to the
この点について、直流重畳電流と自己インダクタンスとの関係に基づいて説明する。図10に示すように、インダクタアレイ1から第1〜第3非磁性体部14,15,16A〜16Eを省いた比較例では、直流重畳電流が増加すると、磁束の飽和が生じて自己インダクタンスが低下する。
This point will be described based on the relationship between the DC superimposed current and the self-inductance. As shown in FIG. 10, in the comparative example in which the first to third
これに対し、第1の実施の形態では、信号電極10C,10D,12A,12Bの間に第1〜第3非磁性体部14,15,16A〜16Eを設けたから、コイルL1,L2の結合部PC0は直流重畳電流による磁束が相互に相殺される。このため、第1の実施の形態では、比較例に比べて、直流重畳電流が増加したときの自己インダクタンスが大きくなり、直流重畳特性が改善される。
On the other hand, in the first embodiment, since the first to third
一方、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた磁性体層5E,7A〜7C,6Aから離れた位置では、厚さ方向で対面する信号電極10A〜10Cの間、信号電極12B〜12Dの間に磁性体を設けた。具体的には、第1コイルL1の信号電極10A〜10Cの間には、磁性体からなる第1磁性体部17A,17Bを設け、第2コイルL2の信号電極12B〜12Dの間には、磁性体からなる第2磁性体部18A,18Bを設けた。
On the other hand, at positions apart from the
このため、第1コイルL1の信号電極10A,10Bは第2コイルL2に対する結合が弱くなると共に、第2コイルL2の信号電極12C,12Dは第1コイルL1に対する結合が弱くなるから、第1コイルL1と第2コイルL2との結合係数は1よりも低下する。この結果、厚さ方向で対面する信号電極10A〜10D,12A〜12D間の第1〜第3非磁性体部14,15,16A〜16Eの層の数や第1,第2磁性体部17A,17B,18A,18Bの層の数を調整することによって、第1コイルL1と第2コイルL2との結合係数を所望の値に設定することができる。
For this reason, since the
この点について、図9を用いて具体的に説明する。例えば第1コイルL1と第2コイルL2のインダクタンスをいずれもLとしたときに、インダクタンスLは、結合部PC0のインダクタンスLc0と非結合部NC1,NC2のインダクタンスLnc1,Lnc2との和によって表される。このとき、インダクタンスLc0とインダクタンスLnc1,Lnc2とを、いずれもL/2に設定すれば、コイルL1,L2の結合係数を0.5に設定することができる。このように、本実施の形態では、結合係数が1になる結合部PC0と結合係数が0になる非結合部NC1,NC2とを分離したことに相当する。 This point will be specifically described with reference to FIG. For example, when the inductances of the first coil L1 and the second coil L2 are both L, the inductance L is represented by the sum of the inductance Lc0 of the coupling portion PC0 and the inductances Lnc1 and Lnc2 of the non-coupling portions NC1 and NC2. . At this time, if the inductance Lc0 and the inductances Lnc1 and Lnc2 are both set to L / 2, the coupling coefficient of the coils L1 and L2 can be set to 0.5. Thus, in this embodiment, this corresponds to the separation of the coupling portion PC0 where the coupling coefficient is 1 and the non-coupling portions NC1 and NC2 where the coupling coefficient is 0.
このため、信号電極10A〜10D,12A〜12D間の第1〜第3非磁性体部14,15,16A〜16Eの層の数や第1,第2磁性体部17A,17B,18A,18Bの層の数に応じて、結合部PC0のインダクタンスLc0や非結合部NC1,NC2のインダクタンスLnc1,Lnc2を増加または減少させることができる。この結果、第1コイルL1と第2コイルL2との結合係数を所望の値に設定して、電源装置21の効率を高めることができる。
For this reason, the number of layers of the first to third
次に、図11および図12に基づいて、本発明の第2の実施の形態によるインダクタアレイ31について説明する。第2の実施の形態の特徴は、非磁性体が設けられた一部の信号電極と磁性体が設けられた残余の信号電極との間には、非磁性体からなる非磁性体層を設けたことにある。なお、第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
Next, based on FIG. 11 and FIG. 12, an
第2の実施の形態によるインダクタアレイ31は、第1の実施の形態によるインダクタアレイ1とほぼ同様に、積層体32および外部電極3A,3B,4A,4Bを備えている。また、積層体32は、外部電極3A,3Bに接続された第1コイルL1と外部電極4A,4Bに接続された第2コイルL2とを内蔵している。
The
積層体32は、絶縁層としての磁性体層33A〜33F,34A〜34F,7A〜7C,8A〜8C,9A〜9Cおよび信号電極10A〜10D,12A〜12DがZ軸方向に積層されて構成されている。以下では、個別の磁性体層33,34を示す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これらを総称する場合には、参照符号の後ろのアルファベットを省略する。
The
磁性体層33A〜33F,34A〜34Fも、磁性体層5,6とほぼ同様に構成される。図11に示すように、信号電極10A〜10Dはそれぞれ、磁性体層33B,33C,33E,33Fの主面上に形成され、磁性体層33と共に積層されている。同様に、信号電極12A〜12Dはそれぞれ、磁性体層34B,34D,34E,34Fの主面上に形成され、磁性体層34と共に積層されている。
The
但し、磁性体層33Cと磁性体層33Dとの間には、非磁性体からなる非磁性体層35が挿入されている。このため、磁性体層33Cと磁性体層33Dは、相互に対面する部位が全面に亘って非磁性体層35に覆われている。同様に、磁性体層34Bと磁性体層34Cとの間には、非磁性体からなる非磁性体層36が挿入されている。第2の実施の形態では、積層体32が非磁性体層35,36を備える点で、非磁性体層35,36が省かれた第1の実施の形態とは異なる。
However, a
信号電極10A〜10Dは、磁性体層33B〜33Eおよび非磁性体層35に設けられたビアホール導体V11〜V13によって直列接続されている。信号電極12A〜12Dは、磁性体層34B〜34Eおよび非磁性体層36に設けられたビアホール導体V21〜V23によって直列接続されている。
The
かくして、第2の実施の形態でも、第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第2の実施の形態では、非磁性体が設けられた信号電極10C,10D,12A,12Bと磁性体が設けられた信号電極10A,10Bや信号電極12C,12Dとの間には、非磁性体層35,36を設けた。このため、信号電極10C,10D,12A,12Bの周囲と信号電極10A,10B,12C,12Dの周囲で磁路が明確に分かれて、相互の磁束による影響がなくなる。この結果、直流重畳電流が大きくなっても、第1コイルL1と第2コイルL2の結合部PC0のインダクタンスが低下することがなくなる。
Thus, also in the second embodiment, it is possible to obtain the same effects as those in the first embodiment. In the second embodiment, between the
なお、第1の実施の形態では、第1の実施の形態によるインダクタアレイ1を用いて電源装置21を構成した場合を例に挙げて説明したが、第2の実施の形態によるインダクタアレイ31を用いて電源装置を構成してもよい。
In the first embodiment, the case where the power supply device 21 is configured using the
また、前記各実施の形態では、信号電極10A〜10D,12A〜12Dは、略四角形の枠状をなすコイルL1,L2を形成するものとしたが、円形、楕円形、多角形等のような他の形状のコイルを形成してもよい。
In each of the above embodiments, the
また、前記各実施の形態では、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた層に近い位置には、第1非磁性体部14、第2非磁性体部15および第3非磁性体部16A〜16Eを設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第1非磁性体部14および第2非磁性体部15はいずれか一方を省いてもよく、これらの両方を省いてもよい。即ち、第1コイルL1と第2コイルL2とに挟まれた層に近い位置には、第1コイルL1の信号電極10Dと第2コイルL2の信号電極12Aとの間に第3非磁性体部16A〜16Eを設ける構成とすればよく、第1非磁性体部14および第2非磁性体部15は省いてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the first
1,31 インダクタアレイ
2,32 積層体
5A〜5E,6A〜6E,7A〜7C,8A〜8C,9A〜9C,33A〜33F,34A〜34F 磁性体層(絶縁層)
10A〜10D,12A〜12D 信号電極
14 第1非磁性体部
15 第2非磁性体部
16A〜16E 第3非磁性体部
17A,17B 第1磁性体部
18A,18B 第2磁性体部
21 電源装置
22 DC−DCコンバータ
25 コンデンサ
35,36 非磁性体層
L1 第1コイル
L2 第2コイル
1,31
10A to 10D, 12A to
Claims (4)
複数の前記信号電極のうち、前記第1コイルと前記第2コイルとに挟まれた層に近い位置であって厚さ方向で対面する一部の信号電極の間には、非磁性体を設け、
複数の前記信号電極のうち、前記第1コイルと前記第2コイルとに挟まれた層から離れた位置であって厚さ方向で対面する残余の信号電極の間には、磁性体を設けたことを特徴とするインダクタアレイ。 In the inductor array, which is configured by a stacked body in which a plurality of insulating layers and signal electrodes are stacked, and in which the first coil and the second coil including the plurality of signal electrodes are stacked in two layers. ,
Among the plurality of signal electrodes, a non-magnetic material is provided between a part of the signal electrodes facing in the thickness direction at a position close to a layer sandwiched between the first coil and the second coil. ,
Among the plurality of signal electrodes, a magnetic material is provided between the remaining signal electrodes facing away from each other in the thickness direction at a position away from the layer sandwiched between the first coil and the second coil. An inductor array characterized by that.
前記第2コイルの複数の信号電極のうち、前記第1コイルの近くに位置して厚さ方向で対面する一部の信号電極の間には、非磁性体からなる第2非磁性体部を設け、
前記第1コイルの信号電極と前記第2コイルの信号電極との間には、非磁性体からなる第3非磁性体部を設けてなる請求項1に記載のインダクタアレイ。 Among the plurality of signal electrodes of the first coil, a first non-magnetic body portion made of a non-magnetic body is disposed between some of the signal electrodes located near the second coil and facing in the thickness direction. Provided,
Among the plurality of signal electrodes of the second coil, a second non-magnetic body portion made of a non-magnetic body is disposed between some of the signal electrodes located near the first coil and facing in the thickness direction. Provided,
2. The inductor array according to claim 1, wherein a third nonmagnetic material portion made of a nonmagnetic material is provided between the signal electrode of the first coil and the signal electrode of the second coil.
互いに同相の直流成分と逆相の交流成分とからなる2つの出力電流を出力するDC−DCコンバータを備え、
前記第1コイルに前記DC−DCコンバータの一方の出力電流を供給し、前記第2コイルに前記DC−DCコンバータの他方の出力電流を供給してなる電源装置。 A power supply device using the inductor array according to any one of claims 1 to 3,
A DC-DC converter that outputs two output currents consisting of a DC component in phase with each other and an AC component with opposite phase
A power supply apparatus configured to supply one output current of the DC-DC converter to the first coil and supply the other output current of the DC-DC converter to the second coil.
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