JP3372049B2 - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JP3372049B2
JP3372049B2 JP03657192A JP3657192A JP3372049B2 JP 3372049 B2 JP3372049 B2 JP 3372049B2 JP 03657192 A JP03657192 A JP 03657192A JP 3657192 A JP3657192 A JP 3657192A JP 3372049 B2 JP3372049 B2 JP 3372049B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチングレギュレ
タータやDC/DCコンバータ等のスイッチング回路を
用いたスイッチング電源に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a switching power supply using a switching circuit such as a switching regulator or a DC / DC converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子機器の安定化電源等として、近年ス
イッチング電源が多用されている。スイッチング電源
は、一般に入力直流電圧をスイッチング回路により高周
波に変換してからトランスを介して取出し、さらに整流
平滑を行って負荷へ伝達するものであり、非安定な電源
から安定化された出力電圧を発生するスイッチングレギ
ュレータや、直流電圧を昇圧または降圧するDC/DC
コンバータ等として実用化されている。
2. Description of the Related Art In recent years, switching power supplies have been widely used as stabilizing power supplies for electronic equipment. A switching power supply generally converts an input DC voltage to a high frequency by a switching circuit, then extracts it through a transformer, further rectifies and smoothes it, and transfers it to a load. Generated switching regulator, DC / DC for boosting or stepping down DC voltage
It has been put to practical use as a converter and the like.

【0003】このようなスイッチング電源におけるスイ
ッチング素子からの電圧波形および電流波形は、図5に
示すようになり、スイッチング素子のターンオフ時およ
びターンオン時に電圧と電流とが重なる部分(図中、斜
線部分で示す)が生ずる。このように、電圧と電流とが
重なることによって、損失いわゆるスイッチング損失が
生ずる。
The voltage waveform and the current waveform from the switching element in such a switching power supply are as shown in FIG. 5, and the portion where the voltage and the current overlap when the switching element is turned off and when it is turned on (in the shaded portion in the figure). (Shown) occurs. In this way, the so-called switching loss occurs due to the overlapping of the voltage and the current.

【0004】ところで、最近、電源に対する小形軽量化
の要求が強まるにつれて、スイッチング周波数はより一
層高周波化される傾向にある。このように、スイッチン
グ周波数が高周波化されることに伴って、上記したスイ
ッチング損失が増大して問題となっている。そこで、ス
イッチング損失の低減を図るために、トランスの2次巻
線と整流ダイオード等の整流平滑用素子との間に、可飽
和インダクタをレゾナンサとして挿入することが行われ
ている。すなわち、整流平滑回路に挿入した可飽和イン
ダクタにより電流の立ち上げを遅らせ、電圧と電流との
重なりを抑制することによって、損失の発生を防止しよ
うとするものである。上記可飽和インダクタのコア材料
には、直流角形磁化特性に優れた Fe-Ni系結晶質合金例
えばセンデルタ、あるいはCo基アモルファス合金等が使
用されている。
By the way, recently, with the increasing demand for smaller and lighter power sources, the switching frequency tends to be higher. As described above, as the switching frequency becomes higher, the above-mentioned switching loss increases, which is a problem. Therefore, in order to reduce switching loss, a saturable inductor is inserted as a resonator between the secondary winding of the transformer and a rectifying / smoothing element such as a rectifying diode. That is, the saturable inductor inserted in the rectifying / smoothing circuit delays the rise of the current and suppresses the overlap between the voltage and the current to prevent the loss from occurring. As the core material of the saturable inductor, a Fe-Ni-based crystalline alloy, such as Senda-delta or Co-based amorphous alloy, which is excellent in direct current square magnetization characteristics, is used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、スイ
ッチング電源回路内に可飽和インダクタを挿入すること
によって、スイッチング損失自体の低減は図られてい
る。しかしながら、従来の可飽和インダクタのコア材料
は、高周波域における損失が大きいことから、スイッチ
ング周波数が例えば500kHz以上というように高周波化さ
れると、可飽和インダクタ自体による損失が飛躍的に増
大するという問題が生じている。このように、可飽和イ
ンダクタ自身による損失が増大すると、スイッチング損
失自体は低減されても、スイッチング電源回路全体とし
て考えた場合には損失の低減に繋がらず、逆に損失の増
大を招いていた。
As described above, the switching loss itself is reduced by inserting the saturable inductor in the switching power supply circuit. However, since the core material of the conventional saturable inductor has a large loss in the high frequency range, the loss due to the saturable inductor itself is dramatically increased when the switching frequency is increased to a high frequency such as 500 kHz or more. Is occurring. As described above, when the loss due to the saturable inductor itself increases, even if the switching loss itself is reduced, it does not lead to a reduction in the loss when considering the switching power supply circuit as a whole, and conversely leads to an increase in the loss.

【0006】このようなことから、スイッチング損失の
低減効果を確保した上で、可飽和インダクタ自身による
高周波損失を抑制することにより、スイッチング電源回
路全体として、電源効率の向上を図ることが強く求めら
れている。
Therefore, it is strongly demanded to improve the power supply efficiency of the entire switching power supply circuit by suppressing the high frequency loss due to the saturable inductor itself while securing the effect of reducing the switching loss. ing.

【0007】本発明は、このような課題に対処してなさ
れたものであり、例えば500kHz以上というような高周波
スイッチングを行う際において、スイッチング損失およ
び可飽和インダクタ自身による高周波損失をいずれも抑
制し、電源効率の大幅な向上を図ったスイッチング電源
を提供することを目的としている。
The present invention has been made to address such a problem, and suppresses both switching loss and high frequency loss due to the saturable inductor itself when high frequency switching such as 500 kHz or higher is performed. It is an object of the present invention to provide a switching power supply with a large improvement in power supply efficiency.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明における第1のス
イッチング電源は、入力回路に接続されたスイッチング
素子を有するスイッチング回路と、このスイッチング回
路に1次巻線が接続されたトランスと、このトランスの
2次巻線に接続された整流平滑用素子を有し、該2次巻
線からの出力を整流平滑し負荷に供給する整流平滑回路
と、前記スイッチング回路における前記スイッチング素
子と直列の位置に挿入された可飽和インダクタとを具備
し、前記可飽和インダクタとして、板厚15μm以下のCo
基アモルファス合金薄帯またはFeを基とする超微細結晶
粒を有する軟磁性合金薄帯からなる磁心を有し、かつ直
流角形比が5%〜52%の範囲で、1MHzの角形比が76%〜9
0%の範囲の可飽和インダクタを用いることにより、前
記可飽和インダクタのスイッチング電源の動作時におけ
る温度上昇を45℃以下としたことを特徴としている。本
発明における第2のスイッチング電源は、入力回路に接
続されたスイッチング素子を有するスイッチング回路
と、このスイッチング回路に1次巻線が接続されたトラ
ンスと、このトランスの2次巻線に接続された整流平滑
用素子を有し、該2次巻線からの出力を整流平滑し負荷
に供給する整流平滑回路と、前記整流平滑回路における
前記トランスと前記整流平滑用素子との間の位置に挿入
された可飽和インダクタとを具備し、前記可飽和インダ
クタとして、板厚15μm以下のCo基アモルファス合金薄
帯またはFeを基とする超微細結晶粒を有する軟磁性合金
薄帯からなる磁心を有し、かつ直流角形比が5%〜52
の範囲で、1MHzの角形比が76%〜90%の範囲の可飽和イ
ンダクタを用いることにより、前記可飽和インダクタの
スイッチング電源の動作時における温度上昇を45℃以下
としたことを特徴としている。
A first switching power supply according to the present invention is a switching circuit having a switching element connected to an input circuit, a transformer having a primary winding connected to this switching circuit, and this transformer. A rectifying / smoothing element connected to the secondary winding of the rectifying / smoothing element, rectifying / smoothing the output from the secondary winding and supplying the rectifying / smoothing element to the load, and a position in series with the switching element in the switching circuit. The saturable inductor is inserted, and as the saturable inductor, a Co having a thickness of 15 μm or less is used.
It has a magnetic core consisting of a base amorphous alloy ribbon or a soft magnetic alloy ribbon with Fe-based ultrafine crystal grains, and a squareness ratio of 1 MHz is 76 % in the range of DC squareness ratio of 5 % to 52 %. ~ 9
By using the saturable inductor in the range of 0 %, the temperature rise of the saturable inductor during operation of the switching power supply is set to 45 ° C. or less. A second switching power supply according to the present invention is connected to a switching circuit having a switching element connected to an input circuit, a transformer having a primary winding connected to the switching circuit, and a secondary winding of the transformer. A rectifying / smoothing circuit having a rectifying / smoothing element and rectifying / smoothing the output from the secondary winding to supply to a load, and is inserted at a position between the transformer and the rectifying / smoothing element in the rectifying / smoothing circuit. And a saturable inductor, wherein the saturable inductor has a magnetic core comprising a Co-based amorphous alloy ribbon having a plate thickness of 15 μm or less or a soft magnetic alloy ribbon having ultrafine crystal grains based on Fe, And DC squareness ratio is 5 % to 52 %
In this range, by using a saturable inductor having a squareness ratio of 1 MHz in the range of 76 % to 90 %, the temperature rise of the saturable inductor during the operation of the switching power supply is 45 ° C. or less.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【作用】本発明のスイッチング電源においては、高周波
特性に優れた板厚15μm以下のCo基アモルファス合金薄
帯またはFeを基とする超微細結晶粒を有する軟磁性合金
薄帯からなる磁心を有する可飽和インダクタを、スイッ
チング素子と直列の位置やトランスの2次巻線と整流平
滑用素子との間の位置に挿入している。上記Co基アモル
ファス合金薄帯またはFeを基とする超微細結晶粒を有す
る軟磁性合金薄帯を用い、かつ直流角形比が5%〜52
の範囲で、1MHzの角形比が76%〜90%の範囲である可飽
和インダクタを用いれば、可飽和性と高周波特性に優れ
ることから、例えば500kHz以上の高周波でスイッチング
を行う際においても、電流の立上りを遅らすことによる
スイッチング損失の低減を十分に図ることができ、かつ
可飽和インダクタ自身による高周波損失は極めて小さ
い。具体的には、スイッチング電源の動作時における可
飽和インダクタの温度上昇を45℃以下とすることができ
る。よって、高周波でスイッチングを行う場合において
も、電源効率の向上が達成される。
The switching power supply of the present invention may have a magnetic core made of a Co-based amorphous alloy ribbon having a plate thickness of 15 μm or less excellent in high frequency characteristics or a soft magnetic alloy ribbon having ultrafine crystal grains based on Fe. The saturation inductor is inserted at a position in series with the switching element or at a position between the secondary winding of the transformer and the rectifying / smoothing element. The Co-based amorphous alloy ribbon or the Fe-based soft magnetic alloy ribbon having ultrafine crystal grains is used, and the DC squareness ratio is 5 % to 52 %.
If a saturable inductor whose squareness ratio of 1MHz is in the range of 76 % to 90 % is used, the saturable property and high frequency characteristics are excellent.For example, even when switching at a high frequency of 500kHz or more, the current It is possible to sufficiently reduce the switching loss by delaying the rising edge of, and the high frequency loss due to the saturable inductor itself is extremely small. Specifically, the temperature rise of the saturable inductor during the operation of the switching power supply can be 45 ° C. or less. Therefore, even when switching is performed at a high frequency, improvement in power supply efficiency is achieved.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0012】図1は、本発明の一実施例のスイッチング
電源の構成を示す回路図である。同図において、1は入
力直流電源であり、この入力直流電源1にはスイッチン
グ回路2が接続されている。このスイッチング回路2
は、スイッチング素子としてのトランジスタ3と、この
トランジスタ3のスイッチング制御を行う制御回路4と
から構成されるフォワードコンバータ回路であり、その
出力端はトランス5の1次巻線6に接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a switching power supply according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an input DC power supply, and a switching circuit 2 is connected to this input DC power supply 1. This switching circuit 2
Is a forward converter circuit composed of a transistor 3 as a switching element and a control circuit 4 for performing switching control of the transistor 3, and its output terminal is connected to a primary winding 6 of a transformer 5.

【0013】そして、上記スイッチング回路2には、ト
ランジスタ3と直列位置に、レゾナンサとして可飽和イ
ンダクタ7が挿入されている。この可飽和インダクタ7
は、板厚15μm 以下のCo基アモルファス合金薄帯または
Feを基とする超微細結晶粒を有する軟磁性合金薄帯から
なる磁心を有するものであり、本発明における特徴的な
部分である。
In the switching circuit 2, a saturable inductor 7 is inserted as a resonator in series with the transistor 3. This saturable inductor 7
Is a Co-based amorphous alloy ribbon with a plate thickness of 15 μm or less or
It has a magnetic core made of a soft magnetic alloy ribbon having Fe-based ultrafine crystal grains, and is a characteristic part of the present invention.

【0014】トランス5の2次巻線8には、整流平滑回
路9が接続されている。この整流平滑回路9は、整流用
ダイオード10a、10bと、チョークコイル11と、
平滑用コンデンサ12とから構成されており、この整流
平滑回路9にトランス5を介して送られた交流電圧は、
整流平滑回路9によって直流とされ、この直流出力が負
荷に供給される。
A rectifying / smoothing circuit 9 is connected to the secondary winding 8 of the transformer 5. The rectifying / smoothing circuit 9 includes rectifying diodes 10a and 10b, a choke coil 11, and
The smoothing capacitor 12 and the AC voltage sent to the rectifying and smoothing circuit 9 via the transformer 5 are:
The rectifying / smoothing circuit 9 converts the direct current into a direct current, and the direct current output is supplied to the load.

【0015】また、Co基アモルファス合金薄帯またはFe
を基とする超微細結晶粒を有する軟磁性合金薄帯からな
る磁心を有する可飽和インダクタ7は、図2に示すよう
に、上記した整流平滑回路8における整流平滑用素子
(ダイオード10a、10b等)とトランス5の2次巻
線8との間の位置に挿入しても、図1に示す回路構成と
同様な効果が得られる。図2における可飽和インダクタ
7においては、帰還制御回路は形成されていない。ま
た、図1および図2における矢示A、Bの部分に可飽和
インダクタ7を挿入しても同様な効果が得られる。さら
に、図1に示すトランジスタ3と直列位置と、図2に示
す整流平滑用素子とトランス5の2次巻線7間の位置の
双方に、可飽和インダクタ7を挿入することも可能であ
る。上記したような位置に挿入された可飽和インダクタ
7は、それ自身が磁気的に飽和するまでは高インピーダ
ンスとして働くため、電流の立上りを遅らすことがで
き、よってスイッチング損失の低減に寄与する。
Also, a Co-based amorphous alloy ribbon or Fe
As shown in FIG. 2, a saturable inductor 7 having a magnetic core made of a soft magnetic alloy ribbon having ultrafine crystal grains based on the rectifying / smoothing circuit 8 has a rectifying / smoothing element (diodes 10a, 10b, etc.) in the above rectifying / smoothing circuit 8. ) And the secondary winding 8 of the transformer 5 are inserted, the same effect as the circuit configuration shown in FIG. 1 can be obtained. In the saturable inductor 7 in FIG. 2, the feedback control circuit is not formed. Further, the same effect can be obtained by inserting the saturable inductor 7 in the portions indicated by arrows A and B in FIGS. 1 and 2. Further, the saturable inductor 7 can be inserted at both the serial position with the transistor 3 shown in FIG. 1 and the position between the rectifying / smoothing element and the secondary winding 7 of the transformer 5 shown in FIG. The saturable inductor 7 inserted in the above-mentioned position acts as a high impedance until it saturates magnetically, so that the rising of the current can be delayed, which contributes to the reduction of switching loss.

【0016】上記した可飽和インダクタ7は、板厚15μ
m 以下のCo基アモルファス合金薄帯またはFeを基とする
超微細結晶粒を有する軟磁性合金薄帯からなる磁心を有
するものである。Co基アモルファス合金およびFeを基と
する超微細結晶粒を有する軟磁性合金薄帯は、本質的に
高周波特性に優れるものであるが、板厚があまり厚いと
材料の損失が大きくなり過ぎ、特に1MHz以上の動作では
問題となるために、15μm 以下のCo基アモルファス合金
薄帯またはFeを基とする超微細結晶粒を有する軟磁性合
金薄帯を用いる。ただし、板厚が 2μm 未満であると、
磁束量が少なくなってしまい、言い換えると動作時の磁
束密度が大きくなり過ぎ、結果として発熱が大きくなる
ために好ましくない。よって、Co基アモルファス合金薄
帯およびFeを基とする超微細結晶粒を有する軟磁性合金
薄帯の板厚は、 2μm 〜15μm の範囲とすることが好ま
しく、さらに好ましくは 3μm 〜12μm の範囲であり、
より望ましくは 4μm 〜10μm の範囲である。なお、本
発明における板厚は、合金の密度、試料の重量、薄帯長
さおよび幅から求められる平均板厚である。
The saturable inductor 7 described above has a plate thickness of 15 μm.
The magnetic core comprises a Co-based amorphous alloy ribbon of m or less or a soft magnetic alloy ribbon having Fe-based ultrafine crystal grains. Co-based amorphous alloys and soft magnetic alloy ribbons having ultrafine crystal grains based on Fe are essentially excellent in high-frequency characteristics, but if the plate thickness is too large, the material loss will be too large, especially Since it becomes a problem in the operation of 1 MHz or more, a Co-based amorphous alloy ribbon of 15 μm or less or a soft magnetic alloy ribbon having Fe-based ultrafine crystal grains is used. However, if the plate thickness is less than 2 μm,
The amount of magnetic flux becomes small, in other words, the magnetic flux density during operation becomes too large, resulting in large heat generation, which is not preferable. Therefore, the plate thickness of the soft magnetic alloy ribbon having Co-based amorphous alloy ribbon and ultrafine crystal grains based on Fe is preferably in the range of 2 μm to 15 μm, and more preferably in the range of 3 μm to 12 μm. Yes,
More preferably, it is in the range of 4 μm to 10 μm. The plate thickness in the present invention is an average plate thickness obtained from the density of the alloy, the weight of the sample, the ribbon length and the width.

【0017】また、上記可飽和インダクタ7としては、
上述したようなCo基アモルファス合金薄帯またはFeを基
とする超微細結晶粒を有する軟磁性合金薄帯を用いると
共に、磁心の直流角形比が5%〜52%の範囲で、かつ1MH
zにおける角形比が76%〜90%の範囲であることが好ま
しい。直流の角形比が5%未満では、可飽和性が高周波
域に至るまで見られなくなるため、レゾナンサとして適
切な時間分だけ電流の立上りを抑制することが困難とな
る。一方、直流の角形比が52%を超えると、高周波域で
の損失が増大するため、電源効率の低下を招いてしま
。また、同様に1MHzの角形比が76%〜90%である場合
に、動作時の発熱が少なく、かつ適切な時間分だけ電流
の立上りを抑制することができる。このように、可飽和
インダクタ7の直流角形比と1MHzの角形比を上記範囲と
することにより、高周波域における低損失を満足させた
上で、レゾナンサとしての機能を良好に得ることが可能
となるため、スイッチング損失と可飽和インダクタ自身
による高周波損失をいずれも小さくすることができる。
よって、例えば500kHz以上というような高周波域でスイ
ッチングを行う場合においても、電源効率の大幅な向上
が達成される。
As the saturable inductor 7,
The Co-based amorphous alloy ribbon or the soft magnetic alloy ribbon having ultrafine crystal grains based on Fe as described above is used, and the direct current squareness ratio of the magnetic core is in the range of 5 % to 52 %, and 1 MHz.
The squareness ratio in z is preferably in the range of 76 % to 90 %. If the squareness ratio of the direct current is less than 5 %, the saturable property cannot be seen up to the high frequency region, and it becomes difficult to suppress the rise of the current for a proper time as a resonator. On the other hand, if the squareness ratio of direct current exceeds 52 %, the loss in the high frequency range increases, resulting in a decrease in power supply efficiency . Also, similarly to the case squareness ratio of 1MHz is 76% to 90% can be heat generation during operation is small, and to suppress the rise of the appropriate amount of time equivalent current. As this, by the squareness ratio of a DC squareness ratio and 1MHz saturable inductor 7 in the above range, after to satisfy the low loss in the high frequency range, it can be obtained satisfactorily function as Rezonansa Therefore, both the switching loss and the high frequency loss due to the saturable inductor itself can be reduced.
Therefore, even when switching is performed in a high frequency range of, for example, 500 kHz or more, the power efficiency is significantly improved.

【0018】なお、本発明における直流角形比はBr/
Bs(Brは残留磁束密度を、Bsは飽和磁束密度を表
す)を示し、また1MHzの角形比はBr/B1 (B1 は印
加磁場 1Oe のときの磁束密度を、Brは残留磁束密度
を表す)を示すものとする。上記したような特性を有す
る可飽和インダクタ7は、例えば 一般式: (Co1-a-b Fea Mb 100-x (Si1-c Bc x ………(1) (式中、 Mは V、Cr、Mn、Ni、Cu、Nb、Mo、Taおよび W
から選ばれた少なくとも1種の元素を、 a、 b、 cおよ
び xは 0≦ a≦0.10、 0.005≦ b≦0.10、0.15≦c≦0.9
0、15≦ x≦32(at%) をそれぞれ満足する数を示す)で
組成が実質的に表されるCo基アモルファス合金薄帯を用
いると共に、この合金薄帯の巻回体もしくは積層体に合
金組成に応じて適切な熱処理を施し、角形比を上記範囲
内とすることにより得られる。上記 (1)式における M元
素がCr、MnまたはNiの場合には、通常の歪取り熱処理の
みにより上記角形比が達成される。この際の熱処理条件
は、通常、 300℃以上でかつ結晶化温度以下の温度で、
1分〜10時間程度である。また、 M元素が上記元素群以
外の場合には、上記歪取り熱処理の有無にかかわらず、
その合金のキュリー温度以下で 1分〜10時間程度、薄帯
の幅方向に 1Oe 以上の磁場を印加しながら熱処理を行
うことによって、直流角形比および1MHzの角形比を上記
範囲とすることができる。なお、これら熱処理における
雰囲気は特に問わず、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気
中、真空中、水素等の還元性雰囲気中、大気中のいずれ
でもよい。
The DC squareness ratio in the present invention is Br /
Bs (Br represents the residual magnetic flux density, Bs represents the saturation magnetic flux density), and the squareness ratio of 1 MHz is Br / B 1 (B 1 is the magnetic flux density when the applied magnetic field is 1 Oe, and Br is the residual magnetic flux density. Represents). The saturable inductor 7 having the above-described characteristics is, for example, represented by the general formula: (Co 1-ab Fe a M b ) 100-x (Si 1-c B c ) x (1) (where M is Is V, Cr, Mn, Ni, Cu, Nb, Mo, Ta and W
At least one element selected from a, b, c and x is 0 ≦ a ≦ 0.10, 0.005 ≦ b ≦ 0.10, 0.15 ≦ c ≦ 0.9
0, 15 ≤ x ≤ 32 (at%) are shown.) Co-based amorphous alloy ribbon whose composition is substantially represented by It can be obtained by performing an appropriate heat treatment according to the alloy composition and setting the squareness ratio within the above range. When the M element in the above formula (1) is Cr, Mn or Ni, the above squareness ratio can be achieved only by ordinary strain relief heat treatment. The heat treatment condition at this time is usually 300 ° C. or higher and crystallization temperature or lower,
It takes about 1 minute to 10 hours. Further, when the M element is other than the above element group, regardless of the presence or absence of the strain relief heat treatment,
The DC squareness ratio and the squareness ratio of 1 MHz can be controlled within the above ranges by performing heat treatment at a temperature below the Curie temperature of the alloy for about 1 minute to 10 hours while applying a magnetic field of 1 Oe or more in the width direction of the ribbon. . The atmosphere in these heat treatments is not particularly limited, and may be an inert atmosphere such as nitrogen or argon, a vacuum, a reducing atmosphere such as hydrogen, or the atmosphere.

【0019】また、上記 (1)式におけるFeは、磁歪定数
をCoとのバランスにより零にすることができる元素であ
り、その添加量が aの値として0.01から0.10の範囲で達
成される。より好ましい aの値は0.02〜0.09であり、さ
らに好ましくは0.03〜0.08である。 M元素は、熱処理に
よって直流角形比を上記した範囲内とするための元素で
あり、磁気特性の熱的安定性も改善される。その効果は
bの値が 0.005未満では顕著でなく、0.10を超えるとキ
ュリー温度が低くなりすぎる。より好ましい bの値は0.
01〜0.09であり、さらに好ましくは0.02〜0.08である。
Siおよび Bは、アモルファス化のために有効な元素であ
るが、 cの値が0.15未満ではアモルファス化が困難であ
り、 0.9を超えると十分な磁気特性が得られなくなる。
より好ましい cの値は 0.2〜 0.8であり、さらに好まし
くは 0.3〜 0.7である。また、これらアモルファス化元
素の合計量が15at %未満では、低損失が得られる条件が
極めて狭くなり、また 32at%を超えるとキュリー温度が
低くなりすぎる。より好ましい xの値は 17at%〜 30at%
の範囲であり、さらに好ましくは 20at%〜 28at%であ
る。
Further, Fe in the above formula (1) is an element capable of making the magnetostriction constant zero by balancing with Co, and its addition amount is achieved within the range of 0.01 to 0.10. The more preferable value of a is 0.02 to 0.09, and further preferably 0.03 to 0.08. The M element is an element for keeping the DC squareness ratio within the above range by heat treatment, and the thermal stability of magnetic characteristics is also improved. The effect is
If the value of b is less than 0.005, it is not remarkable, and if it exceeds 0.10, the Curie temperature becomes too low. The more preferred value of b is 0.
It is 01 to 0.09, and more preferably 0.02 to 0.08.
Si and B are effective elements for amorphization, but if the value of c is less than 0.15, it is difficult to amorphize, and if it exceeds 0.9, sufficient magnetic properties cannot be obtained.
The more preferable value of c is 0.2 to 0.8, and further preferably 0.3 to 0.7. If the total amount of these amorphizing elements is less than 15 at%, the condition for obtaining low loss becomes extremely narrow, and if it exceeds 32 at%, the Curie temperature becomes too low. More preferable value of x is 17at% to 30at%
The range is more preferably 20 at% to 28 at%.

【0020】一方、Feを基とする超微細結晶粒を有する
軟磁性合金薄帯は、その平均結晶粒径が50nm以下である
ことが高周波損失の観点から好ましい。なお、平均結晶
粒径はX線回折パターンの結果から、下記のScheererの
式により得る値である。
On the other hand, the soft magnetic alloy ribbon having ultrafine crystal grains based on Fe preferably has an average crystal grain size of 50 nm or less from the viewpoint of high frequency loss. The average crystal grain size is a value obtained by the following Scherer's equation from the result of the X-ray diffraction pattern.

【0021】D=K・λ/β cosθ 上記Fe基超微細結晶粒合金薄帯の好ましい合金組成とし
ては、 一般式:Fe100-e-f-g-h-i-j E e G f J g Sih B i Z j ………(2) (式中、E はCuおよびAuから選ばれた少なくとも 1種の
元素を、G は4A族元素、5A族元素、6A族元素および希土
類元素からなる群から選ばれた少なくとも 1種の元素
を、J はMn、Al、Ga、Ge、In、Snおよび白金族元素から
なる群から選ばれた少なくとも 1種の元素を、Z は C、
Nおよび Pからなる群から選ばれた少なくとも 1種の元
素を表し、e 、f 、g 、h 、i およびj は、 0.1≦e ≦
8、 0.1≦f≦10、 0≦g ≦10、12≦h ≦25、 3≦i ≦1
2、 0≦j ≦10、15≦h+i+j ≦30の各式を満足する数で
ある。ただし、上記式中の全ての数字は at%を示す)で
実質的に表されるものが挙げられる。
D = K · λ / β cos θ A preferable alloy composition of the Fe-based ultrafine grain alloy ribbon is represented by the general formula: Fe 100-efghij E e G f J g Si h B i Z j .... (2) (In the formula, E is at least one element selected from Cu and Au, and G is at least one element selected from the group consisting of 4A group elements, 5A group elements, 6A group elements, and rare earth elements. Element, J is at least one element selected from the group consisting of Mn, Al, Ga, Ge, In, Sn and platinum group elements, Z is C,
Represents at least one element selected from the group consisting of N and P, and e, f, g, h, i, and j are 0.1 ≦ e ≦
8, 0.1 ≤ f ≤ 10, 0 ≤ g ≤ 10, 12 ≤ h ≤ 25, 3 ≤ i ≤ 1
It is a number that satisfies the equations of 2, 0 ≤ j ≤ 10, and 15 ≤ h + i + j ≤ 30. However, all the numbers in the above formula indicate at%).

【0022】ここで、上記 (2)式の E元素は、耐食性を
高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄損や透磁率等の
軟磁気特性を改善するのに有効な元素である。特に bcc
相の低温での析出に有効である。この量があまり少ない
と上記したような効果が得られず、また、あまり多いと
逆に磁気特性の劣化を生じる。そのため、 Eの含有量は
0.1〜 8原子% の範囲が適している。好ましい範囲は
0.1〜 5原子% である。G元素は、結晶粒径の均一化に有
効であると共に、磁歪および磁気異方性を低減させ、軟
磁気特性の改善および温度変化に対する磁気特性の改善
に有効な元素であり、 E元素(例えばCu)との複合添加
により bcc相をより広い温度範囲で安定化させることが
できる。この量があまり少ないと上記効果が得られず、
またあまり多いと製造過程において非結晶質化がなされ
ず、さらに飽和磁束密度が低くなる。そのため、 G元素
の含有量は 0.1〜10原子% の範囲が適している。さらに
好ましい範囲は 1〜 8原子% である。
Here, the E element in the above formula (2) is an element effective for enhancing the corrosion resistance, preventing the coarsening of crystal grains, and improving the soft magnetic characteristics such as iron loss and magnetic permeability. Especially bcc
It is effective for the precipitation of phases at low temperatures. If this amount is too small, the above-mentioned effect cannot be obtained, and if it is too large, the magnetic characteristics are deteriorated. Therefore, the content of E is
A range of 0.1-8 atom% is suitable. The preferred range is
It is 0.1 to 5 atom%. The G element is an element that is effective in homogenizing the crystal grain size, reduces magnetostriction and magnetic anisotropy, and is effective in improving soft magnetic characteristics and magnetic characteristics with respect to temperature changes. The bcc phase can be stabilized in a wider temperature range by complex addition with Cu). If this amount is too small, the above effect cannot be obtained,
On the other hand, if the amount is too large, the material is not made amorphous in the manufacturing process and the saturation magnetic flux density is further lowered. Therefore, the content of the G element is suitably in the range of 0.1 to 10 atom%. A more preferred range is 1 to 8 atom%.

【0023】なお、 G元素中の各元素の効果は、上記効
果と共にそれぞれ、4A族元素は最適磁気特性を得るため
の熱処理条件の拡大、5A族元素は耐脆化性の向上および
切断等の加工性の向上、6A族元素は耐食性の向上および
表面性の向上に有効である。この中で特に、Ta、Nb、W
、Moは軟磁気特性の改善、V は耐脆化性と共に表面性
の向上の効果が顕著であり、好ましいものである。
In addition to the above effects, the effect of each element in the G element is that the heat treatment conditions for obtaining optimum magnetic properties are expanded for the group 4A element, and the embrittlement resistance and cutting of the group 5A element are improved. Workability is improved, and Group 6A elements are effective in improving corrosion resistance and surface property. Among them, Ta, Nb, W
, Mo is preferable since V has a remarkable effect of improving soft magnetic properties, and V has a remarkable effect of improving surface properties together with embrittlement resistance.

【0024】J元素は、軟磁気特性の改善あるいは耐食
性の改善に有効な元素である。しかし、その量が余り多
いと飽和磁束密度が低下するため、10原子% 以下とす
る。この中で、特にAlは結晶粒の微細化、磁気特性の改
善および bcc相の安定、Geは bcc相の安定、白金族元素
は耐食性の改善に有効な元素である。
The element J is an element effective for improving soft magnetic properties or corrosion resistance. However, if the amount is too large, the saturation magnetic flux density will decrease, so the content is made 10 atomic% or less. Among them, Al is an element effective for refining crystal grains, improving magnetic properties and stabilizing bcc phase, Ge for stabilizing bcc phase, and platinum group element for improving corrosion resistance.

【0025】SiおよびB は、製造時における合金の非結
晶化を助成する元素であり、結晶化温度の改善ができ、
磁気特性向上のための熱処理に対して有効な元素であ
る。特にSiは微細結晶粒の主成分であるFeに固溶し、磁
歪、磁気異方性の低減に寄与する。その量が12原子% 未
満では軟磁気特性の改善が顕著でなく、25原子% を超え
ると超急冷効果が小さく、μm レベルの比較的粗大な結
晶粒が析出し、良好な軟磁気特性は得られない。さら
に、Siは規則格子を構成する必須元素であり、この規則
格子の出現のために12〜22原子% が特に好ましい。また
B は 3原子% 未満では比較的粗大な結晶粒が析出して良
好な特性が得られず、12原子% を超えると熱処理により
B化合物が析出しやすくなり、軟磁気特性を劣化させる
ため好ましくない。また、他の非晶質化元素として Z元
素(C 、N 、P)を10原子% 以下の範囲で含んでいても良
い。
Si and B are elements that assist the non-crystallization of the alloy at the time of production, and can improve the crystallization temperature,
It is an effective element for heat treatment to improve magnetic properties. In particular, Si dissolves in Fe, which is the main component of fine crystal grains, and contributes to the reduction of magnetostriction and magnetic anisotropy. If the amount is less than 12 at%, the soft magnetic properties are not significantly improved, and if it exceeds 25 at%, the effect of ultra-quenching is small, and relatively coarse crystal grains of μm level are precipitated, resulting in good soft magnetic properties. I can't. Further, Si is an essential element constituting the ordered lattice, and 12 to 22 atomic% is particularly preferable for the appearance of this ordered lattice. Also
If B is less than 3 atomic%, relatively coarse crystal grains precipitate and good characteristics cannot be obtained.
It is not preferable because the B compound is likely to precipitate and the soft magnetic properties are deteriorated. Further, as another amorphizing element, Z element (C 3, N 2, P) may be contained in the range of 10 atomic% or less.

【0026】なお、SiとB 、および他の非晶質化元素と
の合計量は15〜30原子% の範囲が好ましく、またSi/B≧
1が優れた軟磁気特性を得るのに好ましい。特に、Si量
を13〜21原子% にすることにより、磁歪λs 約零が得ら
れ、樹脂モールドによる磁気特性の劣化がなくなり、所
期の優れた軟磁気特性を有効に発揮させることが可能と
なる。また、上記Fe基軟磁性合金において、O 、S 等の
通常のFe系合金にも含まれているような不可避的な不純
物を微量含んでいても、本発明の効果を損うものではな
い。
The total amount of Si and B and other amorphizing elements is preferably in the range of 15 to 30 atomic%, and Si / B ≧
1 is preferable for obtaining excellent soft magnetic properties. In particular, by setting the Si content to 13 to 21 atomic%, a magnetostriction λs of about zero can be obtained, the deterioration of the magnetic characteristics due to resin molding can be eliminated, and the desired excellent soft magnetic characteristics can be effectively exhibited. Become. Further, even if the Fe-based soft magnetic alloy contains a small amount of unavoidable impurities such as those contained in ordinary Fe-based alloys such as O 2 and S 3, the effect of the present invention is not impaired.

【0027】上記したような組成を有するFe基超微細結
晶粒合金薄帯は、液体急冷法により一旦アモルファス状
態の薄帯とした後、得られたアモルファス状の薄帯に対
して、このアモルファス合金の結晶化温度以上の適当な
温度例えば 500℃〜 600℃の範囲の温度で30分〜15時間
熱処理することにより、粒径50nm以下の超微細結晶粒を
析出させることにより得られる。またさらに熱処理とし
て、磁場中熱処理(薄帯幅方向、板厚方向、回転磁場熱
処理)を追加してもよい。これらの熱処理における雰囲
気は特に問わず、 N2 、Ar等の不活性ガス、真空中、 H
2 等の還元雰囲気中、大気中等のいずれでもよい。
The Fe-based ultrafine crystal grain alloy ribbon having the composition as described above is once made into an amorphous ribbon by the liquid quenching method, and then the obtained amorphous ribbon is used as the amorphous alloy. It can be obtained by precipitating ultrafine crystal grains with a grain size of 50 nm or less by heat-treating for 30 minutes to 15 hours at an appropriate temperature higher than the crystallization temperature of, for example, a temperature in the range of 500 to 600 ° C. Further, as the heat treatment, heat treatment in a magnetic field (thin band width direction, plate thickness direction, rotating magnetic field heat treatment) may be added. The atmosphere in these heat treatments is not particularly limited, and an inert gas such as N 2 or Ar, in vacuum, or H 2
It may be in a reducing atmosphere such as 2 or in the atmosphere.

【0028】このようにして得られるFe基超微細結晶粒
合金薄帯中の粒径50nm以下の微細結晶粒は、面積比で 2
5%〜 95%の範囲で存在させることが好ましい。微細結晶
粒の面積比があまり少ないと、すなわち非晶質相があま
り多いと、鉄損が大きく、透磁率が低く、磁歪が大きく
なる。また、逆にその量があまり多いと、磁気特性を劣
化させる。合金中の微細結晶粒のより好ましい存在比と
しては、面積比で 40%〜 90%の範囲であり、この範囲に
おいて特に安定して軟磁気特性を得ることができる。
The fine crystal grains having a grain size of 50 nm or less in the Fe-based ultrafine crystal grain alloy ribbon thus obtained have an area ratio of 2
It is preferably present in the range of 5% to 95%. If the area ratio of the fine crystal grains is too small, that is, if the amorphous phase is too much, the iron loss is large, the magnetic permeability is low, and the magnetostriction is large. On the contrary, if the amount is too large, the magnetic characteristics are deteriorated. The more preferable abundance ratio of the fine crystal grains in the alloy is in the range of 40% to 90% in area ratio, and in this range, soft magnetic characteristics can be obtained particularly stably.

【0029】前述したような板厚15μm 以下のCo基アモ
ルファス合金薄帯、あるいはFe基超微細結晶粒合金薄帯
の基となるアモルファス合金薄帯は、大気中での単ロー
ル法または減圧下や不活性ガス雰囲気下での単ロール法
により得ることができる。前者の製造方法は、特に10μ
m 〜15μm の薄帯を得る場合に有効であるが、同一板厚
の場合、後者の方法で作製した薄帯が特性上好ましい。
後者の方法は、減圧下あるいは不活性ガス雰囲気で下記
の条件を満足させつつ冷却ロールに溶融金属を射出し、
溶融金属を超急冷させる。上記した製造条件とは、合金
溶湯を射出するノズル形状、ノズルと冷却ロールとの距
離、射出圧、冷却ロールの材質および周速等であり、そ
れぞれ好ましい範囲は次の通りである。ノズル形状は矩
形状とし、短辺を 0.2mm以下とする。ノズルと冷却ロー
ルとの距離は 0.2mm以下が好ましく、射出時の圧力は
0.03kg/cm2 以下が好ましい。冷却ロールの材質はCu基
合金やFe基合金が、また周速は20 m/sec以上が好まし
い。また、合金溶湯を射出する際の雰囲気は10-2Torr以
下の減圧下や60Torr以下の不活性雰囲気下が好ましい。
次に、上記した構成を有するスイッチング電源の具体例
およびその評価結果について述べる。 実施例1 まず、 (Co0.90Fe0.06Cr0.0475(Si0.55 B0.4525
組成を有するCo基アモルファス薄帯を以下に示す方法で
作製した。すなわち、溶融金属の射出時のノズルの形状
は、 6mm×0.12mmのスリット形状とし、ノズルと冷却ロ
ールとの間隔は0.1mmとした。また、冷却ロールの材質
はFeを用いた。このような単ロール装置を真空チャンバ
内に配置し、真空チャンバ内を 5×10-5Torrまで真空排
気した後、周速 40m/secに制御された冷却ロールの周面
上に、圧力 0.02kg/cm2 で上記組成の溶融金属を射出
し、超急冷して幅 5.5mmの長尺なCo基アモルファス合金
薄帯を得た。なお、得られた薄帯は、表面性に優れかつ
ピンホール等の少ない良好なものであった。
The amorphous alloy ribbon as a base of the Co-based amorphous alloy ribbon or the Fe-based ultrafine grain alloy ribbon having a plate thickness of 15 μm or less as described above is formed by a single roll method in air or under reduced pressure. It can be obtained by a single roll method under an inert gas atmosphere. The former manufacturing method, especially 10μ
It is effective for obtaining a ribbon of m to 15 μm, but when the thickness is the same, the ribbon produced by the latter method is preferable in terms of characteristics.
The latter method is to inject molten metal into a cooling roll while satisfying the following conditions under reduced pressure or in an inert gas atmosphere,
Ultra-quenching the molten metal. The above-mentioned manufacturing conditions are the nozzle shape for injecting the molten alloy, the distance between the nozzle and the cooling roll, the injection pressure, the material of the cooling roll, the peripheral speed, etc., and the preferable ranges are as follows. The nozzle shape is rectangular and the short side is 0.2 mm or less. The distance between the nozzle and the cooling roll is preferably 0.2 mm or less, and the pressure during injection is
It is preferably 0.03 kg / cm 2 or less. The material of the chill roll is Cu-based alloy or Fe-based alloy, and the peripheral speed is preferably 20 m / sec or more. The atmosphere for injecting the molten alloy is preferably under a reduced pressure of 10 -2 Torr or less or an inert atmosphere of 60 Torr or less.
Next, a specific example of the switching power supply having the above configuration and the evaluation result thereof will be described. Example 1 First, a Co-based amorphous ribbon having a composition of (Co 0.90 Fe 0.06 Cr 0.04 ) 75 (Si 0.55 B 0.45 ) 25 was prepared by the method described below. That is, the shape of the nozzle at the time of injecting the molten metal was a slit shape of 6 mm × 0.12 mm, and the distance between the nozzle and the cooling roll was 0.1 mm. Further, Fe was used as the material of the cooling roll. After placing such a single roll device in the vacuum chamber and evacuating the vacuum chamber to 5 × 10 -5 Torr, a pressure of 0.02 kg was applied on the peripheral surface of the cooling roll controlled at a peripheral speed of 40 m / sec. The molten metal having the above composition was injected at a rate of / cm 2 and was rapidly cooled to obtain a long Co-based amorphous alloy ribbon having a width of 5.5 mm. The obtained ribbon was excellent in surface property and had few pinholes.

【0030】次に、上記薄帯を外径10mm、内径 7mmの磁
心形状に成形した後、窒素雰囲気中にて 420℃×60分の
条件で熱処理を施した。
Next, the above ribbon was formed into a magnetic core having an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 7 mm, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere at 420 ° C. for 60 minutes.

【0031】このようにして得た磁心の直流角形比およ
び1MHzの角形比を自動自記磁束計(横河電機製)および
磁気特性計測システム(岩崎通信機製、SY-8617)を用い
てそれぞれ測定した。その結果、直流角形比は 22%、1M
Hzの角形比は 81%であった。上記磁心を用いたインダク
タを、図2に示した回路の可飽和インダクタ7として挿
入し、スイッチング周波数1MHzでスイッチング電源を動
作させた。その際の電流および電圧波形を図3に示す。
図3から明らかなように、安定した動作特性が得られて
おり、電源効率は 84.4%で、また動作時の磁心の温度上
昇は21℃であった。また、上記インダクタを、図1に示
した回路の可飽和インダクタ7として挿入した場合にお
いても、同様に良好な結果が得られた。
The DC squareness ratio and the 1 MHz squareness ratio of the magnetic core thus obtained were measured using an automatic recording magnetic flux meter (made by Yokogawa Electric Co., Ltd.) and a magnetic characteristic measuring system (made by Iwasaki Tsushinki, SY-8617), respectively. . As a result, the DC squareness ratio is 22%, 1M
The squareness of Hz was 81%. The inductor using the above magnetic core was inserted as the saturable inductor 7 in the circuit shown in FIG. 2, and the switching power supply was operated at a switching frequency of 1 MHz. The current and voltage waveforms at that time are shown in FIG.
As is clear from FIG. 3, stable operation characteristics were obtained, the power supply efficiency was 84.4%, and the temperature rise of the magnetic core during operation was 21 ° C. Further, also when the above inductor is inserted as the saturable inductor 7 of the circuit shown in FIG. 1, similarly good results are obtained.

【0032】また、本発明との比較として、上記実施例
と同一組成で、板厚を20μm としたCo基アモルファス合
金薄帯を用いる以外は、実施例1と同様にして磁心(比
較例1)を作製し、同様に動作特性を評価したところ、
67℃の温度上昇が見られ、電源効率は 81.4%であった。
Further, as a comparison with the present invention, a magnetic core (Comparative Example 1) was prepared in the same manner as in Example 1 except that a Co-based amorphous alloy ribbon having the same composition as that of the above Example and a plate thickness of 20 μm was used. Was manufactured and the operating characteristics were evaluated in the same manner,
A temperature rise of 67 ° C was observed, and the power supply efficiency was 81.4%.

【0033】さらに、 (Co0.95Fe0.0580(Si0.5 B
0.5 20の組成を有するCo基アモルファス合金を用い
て、実施例1と同様な方法で板厚 6μm の薄帯を作製
し、同一形状の磁心とした。この磁心に、薄帯長手方向
に磁場を印加しながら、 300℃で1時間磁場熱処理を施
した後、実施例と同様にして磁気特性を測定した。その
結果、直流角形比は 88%、1MHzの角形比は 97%であっ
た。この磁心を用いたインダクタを、図2に示した回路
の可飽和インダクタ7として挿入し、実施例と同様にし
て動作させたところ、電流および電圧波形は実施例と類
似していたが、動作時の磁心の温度上昇が62℃と大き
く、また電源効率は 81.8%と、効率低下をもたらす結果
となった。
Further, (Co 0.95 Fe 0.05 ) 80 (Si 0.5 B
Using a Co-based amorphous alloy having a composition of 0.5 ) 20 , a thin strip having a plate thickness of 6 μm was produced in the same manner as in Example 1 to obtain a magnetic core having the same shape. Magnetic field heat treatment was applied to this magnetic core at 300 ° C. for 1 hour while applying a magnetic field in the longitudinal direction of the ribbon, and then magnetic characteristics were measured in the same manner as in the example. As a result, the DC squareness ratio was 88% and the 1MHz squareness ratio was 97%. When an inductor using this magnetic core was inserted as the saturable inductor 7 of the circuit shown in FIG. 2 and operated in the same manner as the embodiment, the current and voltage waveforms were similar to those of the embodiment, but during operation. The temperature rise of the magnetic core of 62 ° C was large at 62 ° C, and the power supply efficiency was 81.8%, resulting in a decrease in efficiency.

【0034】実施例2 (Co0.93Fe0.04Mn0.0374(Si0.6 B0.4 26の組成を
有するCo基アモルファス合金を用いて、幅 5mmの試料を
各種板厚で作製した。この際に、板厚12μm 以上の試料
は大気中にて通常のロール法で、またそれ以下の板厚の
試料は実施例1と同様に真空中における単ロール法によ
り作製し、板厚はロール周速の変化により制御した。得
られた薄帯をそれぞれ外径15mm、内径 8mmの磁心形状に
巻回した後、 430℃、30分の条件で真空中にて熱処理し
た。
Example 2 A Co-based amorphous alloy having a composition of (Co 0.93 Fe 0.04 Mn 0.03 ) 74 (Si 0.6 B 0.4 ) 26 was used to prepare samples with a width of 5 mm at various plate thicknesses. At this time, a sample having a plate thickness of 12 μm or more was prepared by a normal roll method in the atmosphere, and a sample having a plate thickness of 12 μm or less was prepared by a single roll method in a vacuum as in Example 1, and the plate thickness was a roll. It was controlled by changing the peripheral speed. Each of the obtained ribbons was wound into a magnetic core having an outer diameter of 15 mm and an inner diameter of 8 mm, and then heat-treated in vacuum at 430 ° C. for 30 minutes.

【0035】これらの磁心を実施例1と同じ仕様のスイ
ッチング電源回路の可飽和インダクタ(図2における符
号7)として用い、動作時の磁心の温度上昇および電源
効率を評価した。それらの結果を図4に示す。図4から
明らかなように、本発明のスイッチング電源において、
効率は高く、また磁心の温度上昇も低く押さえられてい
る。
These magnetic cores were used as a saturable inductor (reference numeral 7 in FIG. 2) of a switching power supply circuit having the same specifications as in Example 1, and the temperature rise of the magnetic core during operation and the power supply efficiency were evaluated. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 4, in the switching power supply of the present invention,
The efficiency is high and the temperature rise of the magnetic core is kept low.

【0036】実施例3 下記の表1に組成を示すCo基アモルファス合金薄帯を、
実施例1と同一条件でそれぞれ作製し、実施例1と同一
の磁心形状に成形した後、それぞれ表1に示す条件で熱
処理を施し、インダクタ用磁心とした。これら各磁心の
磁気特性を実施例1と同様にして測定した。また、これ
ら各磁心を用いたインダクタを、図1に示した回路の可
飽和インダクタ7、あるいは図2に示した回路の可飽和
インダクタ7として挿入し、実施例1と同様にして動作
させ、その際の磁心の温度上昇を測定した。それらの結
果を表1に併せて示す。
Example 3 A Co-based amorphous alloy ribbon having the composition shown in Table 1 below was prepared.
Each was manufactured under the same conditions as in Example 1, formed into the same magnetic core shape as in Example 1, and then heat-treated under the conditions shown in Table 1 to obtain an inductor magnetic core. The magnetic characteristics of each of these magnetic cores were measured in the same manner as in Example 1. In addition, an inductor using each of these magnetic cores is inserted as the saturable inductor 7 of the circuit shown in FIG. 1 or the saturable inductor 7 of the circuit shown in FIG. 2 and operated in the same manner as in Example 1. The temperature rise of the magnetic core at that time was measured. The results are also shown in Table 1.

【0037】[0037]

【表1】 表1から明らかなように、磁心の直流角形比が5%〜42
%の範囲で、かつ1MHzにおける角形比が76%〜89%の範
囲のCo基アモルファス合金薄帯を用いた可飽和インダク
タ7をレゾナンサとしてスイッチング電源回路に挿入す
ることにより、スイッチング損失が低減できると共に、
可飽和インダクタ7自身による高周波損失も抑制できる
ため、電源効率の向上を図ることができる。
[Table 1] As is clear from Table 1, the DC squareness ratio of the magnetic core is 5 % to 42 %.
%, And by inserting a saturable inductor 7 using a Co-based amorphous alloy ribbon having a squareness ratio of 1% to a range of 76 % to 89 % into a switching power supply circuit as a resonator, switching loss can be reduced. ,
Since the high frequency loss due to the saturable inductor 7 itself can be suppressed, the power supply efficiency can be improved.

【0038】実施例4 まず、表2に組成を示す各Fe基アモルファス合金薄帯を
作製した。薄帯の作製条件は、実施例2と同様に、板厚
12μm 以上については大気中で、それ以下は真空中で作
製した。得られた各薄帯を外径12mm、内径 9mmの磁心形
状に巻回した後、窒素雰囲気中にて 540℃〜 580℃の温
度で 1時間熱処理した。
Example 4 First, each Fe-based amorphous alloy ribbon having the composition shown in Table 2 was prepared. The conditions for producing the ribbon are the same as in Example 2
It was fabricated in the atmosphere for 12 μm and above, and in vacuum for those below 12 μm. Each of the obtained ribbons was wound into a magnetic core having an outer diameter of 12 mm and an inner diameter of 9 mm, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 540 ° C to 580 ° C for 1 hour.

【0039】これらの磁心の磁気特性を実施例1と同様
な方法で評価した。また、これらの磁心を実施例1と同
じ仕様のスイッチング電源回路の可飽和インダクタ(図
2における符号7)として用い、動作時の磁心の温度上
昇を評価した。それらの結果を併せて表2に示す。本発
明のスイッチング電源において、効率は高く、また磁心
の温度上昇も低く押さえられている。
The magnetic characteristics of these magnetic cores were evaluated in the same manner as in Example 1. Further, these magnetic cores were used as a saturable inductor (reference numeral 7 in FIG. 2) of a switching power supply circuit having the same specifications as in Example 1, and the temperature rise of the magnetic core during operation was evaluated. The results are also shown in Table 2. In the switching power supply of the present invention, the efficiency is high and the temperature rise of the magnetic core is suppressed low.

【0040】[0040]

【表2】 なお、上記各実施例においては、本発明のスイッチング
電源をフォワードコンバータ回路型に適用した例につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、種々のスイッチング電源回路に適用することが可能
である。
[Table 2] In each of the above embodiments, an example in which the switching power supply of the present invention is applied to the forward converter circuit type has been described, but the present invention is not limited to this, and can be applied to various switching power supply circuits. It is possible.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスイッチ
ング電源によれば、例えば500kHz以上というような周波
数でスイッチングを行う場合においても、可飽和インダ
クタ自身による高周波損失が小さく、かつスイッチング
損失を有効に低減できるため、電源効率の大幅な向上を
図ることが可能となる。
As described above, according to the switching power supply of the present invention, even when switching is performed at a frequency of, for example, 500 kHz or more, the high frequency loss due to the saturable inductor itself is small and the switching loss is effective. Therefore, it is possible to significantly improve the power supply efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例によるスイッチング電源の構
成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例によるスイッチング電源の
構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a switching power supply according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例のスイッチング電源における
電流および電圧波形を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing current and voltage waveforms in the switching power supply according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例のスイッチング電源に挿入した
可飽和インダクタの板厚と電源動作時の磁心の温度上昇
および電源効率との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the plate thickness of the saturable inductor inserted in the switching power supply of the embodiment of the present invention, the temperature rise of the magnetic core during power supply operation, and the power supply efficiency.

【図5】従来のスイッチング電源における電流および電
圧波形を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing current and voltage waveforms in a conventional switching power supply.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……入力直流電源 2……スイッチング回路 3……スイッチング素子としてのトランジスタ 4……スイッチング制御回路 5……トランス 6……1次巻線 7……可飽和インダクタ 8……2次巻線 9……整流平滑回路 10a、10b…整流用ダイオード 11…チョークコイル 12…平滑用コンデンサ 1 ... Input DC power supply 2 ... Switching circuit 3 ... Transistor as switching element 4 ... Switching control circuit 5 ... Transformer 6 ... Primary winding 7: Saturable inductor 8 ... Secondary winding 9 ... Rectifying and smoothing circuit 10a, 10b ... Diode for rectification 11 ... Choke coil 12 ... Smoothing capacitor

フロントページの続き (72)発明者 山田 大樹 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 日下 隆夫 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 中島 和美 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内Continued front page    (72) Inventor Daiki Yamada               8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Toshiba Corporation Yokohama Office (72) Inventor Takao Kusaka               8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Toshiba Corporation Yokohama Office (72) Inventor Kazumi Nakajima               8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Toshiba Corporation Yokohama Office

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力回路に接続されたスイッチング素子
を有するスイッチング回路と、 このスイッチング回路に1次巻線が接続されたトランス
と、 このトランスの2次巻線に接続された整流平滑用素子を
有し、該2次巻線からの出力を整流平滑し負荷に供給す
る整流平滑回路と、 前記スイッチング回路における前記スイッチング素子と
直列の位置に挿入された可飽和インダクタとを具備し、 前記可飽和インダクタとして、板厚15μm以下のCo基ア
モルファス合金薄帯またはFeを基とする超微細結晶粒を
有する軟磁性合金薄帯からなる磁心を有し、かつ直流角
形比が5%〜52%の範囲で、1MHzの角形比が76%〜90
の範囲の可飽和インダクタを用いることにより、前記可
飽和インダクタのスイッチング電源の動作時における温
度上昇を45℃以下としたことを特徴とするスイッチング
電源。
1. A switching circuit having a switching element connected to an input circuit, a transformer having a primary winding connected to the switching circuit, and a rectifying / smoothing element connected to a secondary winding of the transformer. A saturable inductor inserted in a position in series with the switching element in the switching circuit, the saturable inductor having a rectifying and smoothing circuit for rectifying and smoothing an output from the secondary winding to a load; The inductor has a magnetic core consisting of a Co-based amorphous alloy ribbon with a plate thickness of 15 μm or less or a soft magnetic alloy ribbon with ultrafine Fe-based crystal grains, and a DC squareness ratio of 5 % to 52 %. At a 1MHz squareness ratio of 76 % to 90 %
A switching power supply characterized in that the temperature rise during the operation of the switching power supply of the saturable inductor is set to 45 ° C. or less by using the saturable inductor in the range.
【請求項2】 入力回路に接続されたスイッチング素子
を有するスイッチング回路と、 このスイッチング回路に1次巻線が接続されたトランス
と、 このトランスの2次巻線に接続された整流平滑用素子を
有し、該2次巻線からの出力を整流平滑し負荷に供給す
る整流平滑回路と、 前記整流平滑回路における前記トランスと前記整流平滑
用素子との間の位置に挿入された可飽和インダクタとを
具備し、 前記可飽和インダクタとして、板厚15μm以下のCo基ア
モルファス合金薄帯またはFeを基とする超微細結晶粒を
有する軟磁性合金薄帯からなる磁心を有し、かつ直流角
形比が5%〜52%の範囲で、1MHzの角形比が76%〜90
の範囲の可飽和インダクタを用いることにより、前記可
飽和インダクタのスイッチング電源の動作時における温
度上昇を45℃以下としたことを特徴とするスイッチング
電源。
2. A switching circuit having a switching element connected to an input circuit, a transformer having a primary winding connected to the switching circuit, and a rectifying / smoothing element connected to a secondary winding of the transformer. A rectifying / smoothing circuit having a rectifying / smoothing output from the secondary winding and supplying the rectifying / smoothing to a load; and a saturable inductor inserted between the transformer and the rectifying / smoothing element in the rectifying / smoothing circuit. The saturable inductor has a core made of a soft magnetic alloy ribbon having a Co-based amorphous alloy ribbon having a plate thickness of 15 μm or less or ultrafine crystal grains based on Fe, and has a DC squareness ratio. Squareness ratio of 1MHz is 76 % to 90 % in the range of 5 % to 52 %
A switching power supply characterized in that the temperature rise during the operation of the switching power supply of the saturable inductor is set to 45 ° C. or less by using the saturable inductor in the range.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載のスイッチ
ング電源において、 前記磁心は、 一般式:(Co1-a-bFeaMb100-x(Si1-cBcx (式中、MはV、Cr、Mn、Ni、Cu、Nb、Mo、TaおよびWか
ら選ばれた少なくとも1種の元素を表し、a、b、cおよび
xは0≦a≦0.10、0.005≦b≦0.10、0.15≦c≦0.90、15≦
x≦32(at%)をそれぞれ満足する数を示す) で組成が実質的に表される前記Co基アモルファス合金薄
帯からなることを特徴とするスイッチング電源。
3. The switching power supply according to claim 1, wherein the magnetic core has a general formula: (Co 1-ab Fe a M b ) 100-x (Si 1-c B c ) x (wherein , M represents at least one element selected from V, Cr, Mn, Ni, Cu, Nb, Mo, Ta and W, and a, b, c and
x is 0 ≦ a ≦ 0.10, 0.005 ≦ b ≦ 0.10, 0.15 ≦ c ≦ 0.90, 15 ≦
A switching power supply characterized by comprising the above Co-based amorphous alloy ribbon, the composition of which is substantially represented by x ≦ 32 (at%).
【請求項4】 請求項1または請求項2記載のスイッチ
ング電源において、前記磁心は、 一般式:Fe100-e-f-g-h-i-jEeGfJgSihBiZj (式中、EはCuおよびAuから選ばれた少なくとも1種の元
素を、Gは4A族元素、5A族元素、6A族元素および希土類
元素からなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を、J
はMn、Al、Ga、Ge、In、Snおよび白金族元素からなる群
から選ばれた少なくとも1種の元素を、ZはC、NおよびP
からなる群から選ばれた少なくとも1種の元素を表し、
e、f、g、h、iおよびjは0.1≦e≦8、0.1≦f≦10、0≦g
≦10、12≦h≦25、3≦i≦12、0≦j≦10、15≦h+i+j≦30
の各式を満足する数である。ただし、上記式中の全ての
数字はat%を示す) で組成が実質的に表され、かつ粒径50nm以下の微細結晶
粒が面積比で25%〜95%の範囲で存在する前記Feを基と
する超微細結晶粒を有する軟磁性合金薄帯からなること
を特徴とするスイッチング電源。
4. The switching power supply according to claim 1, wherein the magnetic core has a general formula: Fe 100-efghij E e G f J g Si h B i Z j (wherein E is Cu and Au). G is at least one element selected from the group consisting of 4A group elements, 5A group elements, 6A group elements and rare earth elements, J
Is at least one element selected from the group consisting of Mn, Al, Ga, Ge, In, Sn and platinum group elements, and Z is C, N and P.
Represents at least one element selected from the group consisting of
e, f, g, h, i and j are 0.1 ≦ e ≦ 8, 0.1 ≦ f ≦ 10, 0 ≦ g
≤10, 12 ≤h≤25, 3≤i≤12, 0≤j≤10, 15≤h + i + j≤30
Is a number that satisfies each expression of. However, all the numbers in the above formula indicate at%) and the composition is substantially represented by the above-mentioned Fe in which the fine crystal grains having a grain size of 50 nm or less are present in an area ratio of 25% to 95%. A switching power supply comprising a soft magnetic alloy ribbon having ultrafine crystal grains as a base.
【請求項5】 請求項1または請求項2記載のスイッチ
ング電源において、 動作周波数が500kHz以上であることを特徴とするスイッ
チング電源。
5. The switching power supply according to claim 1 or 2, wherein the operating frequency is 500 kHz or higher.
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