JP4375975B2 - Magnetic coupling element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的高周波で動作する大電流出力のスイッチング電源に使用されるトランスやタップインダクタ等の磁気結合素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、FET等の半導体スイッチング素子の進歩や、ソフトスイッチング等の回路技術の進歩により、スイッチング電源の駆動周波数はますます高周波化されている。このように駆動周波数が高周波化すると、トランスやチョークコイル等に必要とされるインダクタンス値を小さくできる。このため、例えば特許文献1に記載のように、インダクタとして、線状導体を上下の磁性体により挟んだ構造のものも使用可能となる。また、スイッチング電源に含まれる後述のコンバータに用いる磁気結合素子として、前記線状導体を重ねて磁性体で囲んだ構造のものを採用することが考えられる。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−323336号公報。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、特許文献1に記載のインダクタを応用して磁気結合素子を構成した場合、インダクタンス値が小さくなると、漏れインダクタンスの影響が相対的に大きくなる。このため、下記の(1)式に示される結合係数Kが小さくなり、伝送効率が低下するという問題点がある。ただし(1)式において、Mは相互インダクタンス値、l、lはそれぞれ各導電体(コイル)の自己インダクタンス値である。
【0005】
K=M/(l・l1/2 ……(1)
また、近年、事務機器のスイッチング電源においては、省エネルギー化のため、スイッチング電源の出力電圧を例えば1V以下にする低電圧化と大電流化の要望がある。
【0006】
本発明は、上記問題点に鑑み、結合係数が高く、低電圧大電流化の要求に応えることができる磁気結合素子を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、スイッチング時のサージ電圧を低下させ、より耐圧の低いスイッチング素子でも使用を可能とする磁気結合素子を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明による磁気結合素子は、互いに電磁気的に結合されるべき第1の導電体と第2の導電体とを備えた磁気結合素子において、
前記第1の導電体および前記第2の導電体は四角形の板状をなし、
前記第1の導電体および前記第2の導電体は絶縁材を介して重ねられると共に、重ね合わされた導電体の上下に磁性体を配置し、
前記第1の導電体および前記第2の導電体の対向する1組の辺にそれぞれ端子を有すると共に、第1の導電体と第2の導電体の同じ側に有する端子の数を、少なくとも一方の導電体については複数とし、
前記第1の導電体と前記第2の導電体の同じ側に位置する端子どうしを、一方の導電体の端子の間に他方の導電体の端子を位置させて配置すると共に、前記第1の導電体と前記第2の導電体の端子の板面を前記磁性体の端面に沿わせ、かつ前記第1の導電体と前記第2の導電体のうちの少なくとも一方の導電体の端子の下端部の板面を前記磁性体の底面に当接させたことを特徴とする。
【0009】
(2)また、本発明の磁気結合素子は、前記第1の導電体と前記第2の導電体の両方の導電体の端子の下端部の板面を前記磁性体の底面に当接させたことを特徴とする
【0010】
)また、本発明の磁気結合素子は、前記第1の導電体および/または第2の導電体の同じ側の複数の端子を、端子の下端部に設けた連絡部により結線したことを特徴とする。
【0011】
)また、本発明の磁気結合素子は、前記第1の導電体および前記第2の導電体のうちの少なくとも一方を複数枚備えたことを特徴とする。
【0012】
)また、本発明の磁気結合素子は、前記第1の導電体と前記第2の導電体のうちのいずれか一方の導電体を、絶縁材で被ったことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の磁気結合素子を適用する回路の一例である。この回路は、スイッチング電源用のタップインダクタ方式と呼ばれる降圧形DC−DCコンバータを構成する回路である。このコンバータは、例えばDC12VからDC1V前後の出力電圧を得るものである。図1において、Eは直流電源、S1、S2はMOSFET等でなるスイッチング素子、1はタップインダクタであり、該タップインダクタ1は、互いに電磁結合されるコイルL1とコイルL2とからなる。Cはコンデンサ、Rは負荷である。
【0014】
図2は図1の回路の動作波形図であり、スイッチング素子S1、S2は交互にオンとされる。スイッチング素子S1がオンになると、タップインダクタ1を通してコンデンサCと負荷Rへの電流i1が流れる。スイッチング素子S1がオフとなり、スイッチング素子S2がオンになると、タップインダクタ1に蓄えられたエネルギーにより、コイルL2からコンデンサCと負荷Rへの電流i2が流れる。
【0015】
このタップインダクタ1を用いた回路は、スイッチング素子S1がオンとなる時にはコイルL1、L2を通して電流i1が流れるので、コイルL2のみからなる従来のコンバータに比較し、この電流i1の値は小さくなる。また、コイルL1、L2の巻数比を調整することにより、従来の降圧形コンバータに比較し、大きな時比率で低電圧出力を得ることができる。
【0016】
このように、この回路は、タップインダクタ1が1つの素子で出力フィルタと電圧変換の2つの役割を持つ。また、このタップインダクタを用いた降圧形コンバータは、大きな時比率で低電圧出力を得ることができるので、スイッチング素子S1オン時の抵抗による損失が小さくなり、効率が良くなるという利点がある。
【0017】
また、従来の降圧形コンバータでは、スイッチング素子S2には入力電圧がそのままかかるため、比較的耐圧の高いものを用いる必要がある。一方、図1の回路では、スイッチング素子S2には出力電圧に近い電圧がかかるため、低耐圧、低オン抵抗のMOSFETを用いることができるという利点がある。
【0018】
図1のコンバータは、伝送効率を上げるためには、コイルL1、L2間の結合係数Kを大きくし、かつ低電圧大電流の要求に対応するため、電流容量の大きな構成とする必要がある。
【0019】
図3はこのような要求に対応して実現された本発明による磁気結合素子の一実施例(実施例1)の斜視図、図4、図5はそれぞれ図3のX−X断面図、Y−Y断面図である。図3〜図5において、2は第1の導電体、3は第2の導電体である。これらの導電体2、3はいずれも四角形をなし、好ましくは銅、アルミニウム等の導電性の高い金属により構成される。
【0020】
これらの導電体2、3は絶縁材4を介して重ね合わされる。絶縁材4としては、図示のように樹脂製等の絶縁性シートを用いその絶縁材で一方の導電体を被うようにしてもよいが、予め導電体2、3の対向面の少なくとも何れか一方に絶縁材を層状に塗布する等の方法で被うようにしたものでもよい。
【0021】
5a、5bはこれらの第1の導電体2と第2の導電体3とを重ね合わせたものの周囲を覆うように設けた磁性体である。本例においては、下側の磁性体5aをU形コアにより構成し、上側の磁性体5bをI形コアにより構成し、これらを接着する等の方法により組み合わせる。そして両者間に導電体2、3を収容する窓6を形成している。この代わりに、U形−U形コアの組み合わせにしてもよい。また、I形−I形コアの組み合わせにより、コアの両側を接着する等の方法で組み合わせてもよい。
【0022】
前記磁性体5a、5bには、金属磁性体粉の圧粉成形体、表面を絶縁処理した金属磁性体、フェライト等を用いることができる。
【0023】
前記第1の導電体2の対向する1組の辺、すなわち磁性体5a、5bの両端より突出した部分には、それぞれ2つの端子2a、2bおよび2c、2dを有する。また、第2の導電体3の対向する1組の辺、すなわち磁性体5a、5bの両端より突出した部分にも、2本ずつの端子3a、3bおよび3c、3dを有する。これらの端子2a〜2d、3a〜3dは、第1の導電体2の端子2a、2b(2c、2d)と、第2の導電体3の端子3a、3b(3c、3d)とが交互に隣り合うように構成される。これらの端子2a〜2d、3a〜3dは、磁性体5aの端面に板面を沿わせて形成された部分aと、磁性体5aの下面に折り曲げられて当接し、不図示のプリント基板に半田付けされる部分bとからなる(図4参照)。
【0024】
第1の導電体2の同じ側の端子2aと2b、2cと2dは、それぞれ不図示のプリント基板のランドに半田付け等により共通に接続される。第2の導電体3の同じ側の端子3aと3b、3cと3dも、それぞれ不図示のプリント基板のランドに半田付け等により共通に接続される。第1の導電体2および第2の導電体3のいずれか一方が図1のコイルL1を構成し、他方がコイルL2を構成する。
【0025】
このように、この磁気結合素子は、第1の導電体2および第2の導電体3が板状をなして重ね合わされる上、端子2a、2bと3a、3bおよび2c、2dと3c、3dが磁性体5a、5bの端面において交互に隣なり合うので、大きな結合係数が得られ、かつ板状をなすことで大電流を流すことができる。また、結合係数が大きいため、図1のコンバータの磁気結合素子1として使用した場合、漏れ磁束が原因となるスイッチング時のサージ電圧が低くなり、より耐圧の低いスイッチング素子S1を使用することができる。
【0026】
図6は本発明による磁気結合素子の他の実施例(実施例2)を示す斜視図であり、前記磁性体5a、5bを省略して示す。本実施例においては、第1の導電体2の同じ側の端子2aと2b、2cと2dとをそれぞれこれらの端子と一体をなす連絡部2e、2fにより結線している。また、第2の導電体3の同じ側の端子3aと3b、3cと3dともそれぞれ連絡部3e、3fにより結線する。
【0027】
図6の実施例によれば、連絡部2e、2f、3e、3fを設けたため、プリント基板において端子間を接続するためのパターンを設ける必要がなくなり、プリント基板側の導体パターンの設計が容易となる。
【0028】
図7は本発明による磁気結合素子の他の実施例(実施例3)を示す斜視図であり、前記磁性体5a、5bを省略して示す。本実施例は、第2の導電体3の両端にそれぞれ2本ずつ端子3g、3hおよび3i、3jを形成し、第1の導電体2の両端には1本ずつ端子2g、2hを形成し、第1の導電体3の端子3gと3hとの間、および3iと3jとの間にそれぞれ第1の導電体2の端子2g、2hを配置したものである。
【0029】
図8は本発明による磁気結合素子の他の実施例(実施例4)を示す斜視図である。本実施例は、図7の実施例における前記端子3gと3h、3iと3jとをそれぞれ連絡部3k、3mにより結線したものである。本実施例によれば、図6について述べたプリント基板の配線パターンの設計を容易化できるという効果が得られる。
【0030】
図9は本発明の磁気結合素子の他の実施例(実施例5)を示す斜視図であり、前記磁性体5a、5bを省略して示す。本実施例は、第1の導電体2の上下に、第2の導電体30、31を絶縁材4を介して重ね合わせ、導電体30の両端に端子3n、3pを設け、導電体31の両端に端子3q、3rを設ける。また、同じ側の第2の導電体30、31の端子3nと3q、3pと3rとの間に第1の導電体2の端子2g、2hを配置したものである。図9の実施例によれば、より大きな電流に対応することができる。
【0031】
図10は比較例1であり、前記磁性体5a、5bを省略して示す。この比較例1は、第1の導電体2と第2の導電体3とを絶縁材4を介して重ね合わせ、第1の導電体2および第2の導電体3の同じ側にそれぞれ1本ずつの端子2xと3x、2yと3yを設けて隣なり合わせたものである。
【0032】
図11は比較例2であり、前記磁性体5a、5bを省略して示す。この比較例2は、第1の導電体20と第2の導電体32とを絶縁材40を介して横並びに接合し、第1の導電体20および第2の導電体32の同じ側にそれぞれ1本ずつの端子2xと3x、2yと3yを設けて隣り合わせたものである。
【0033】
本発明による結合係数増大の効果を確認するため、1MHzにおけるシミュレーション演算(有限要素法による磁場解析)により前記各実施の形態および比較例の結合係数と、第1の導電体2のインダクタンス値を求めた。この演算においては、磁性体5a、5bにより構成されるコアの長さ(図4における左右の長さ)を11mm、幅(図5における左右の長さ)を12mmとし、厚み(図4、図5の上下方向の寸法)を5mmとし、窓6の上下幅を1mm、磁性体5aの厚みおよび磁性体5bの底板部の厚みを2mmとした。また、磁性体5a、5bの透磁率を30とした。また、図3〜図8および図10の比較例1における第1の導電体2および第2の導電体3の幅を7.6mm、厚みを0.3mmとし、図9の第1の導電体2および第2の導電体30、31の厚みを0.2mmとし、図11の比較例2の第1の導電体20、32の厚みを0.7mmとした。
【0034】
【表1】

Figure 0004375975
【0035】
表1から分かるように、本発明によれば、比較例1、2とほぼ同等のインダクタンス値が得られる。また、本発明の実施例によれば、比較例1、2に比較し、大きな結合係数が得られ、端子部における結合が結合係数の増大に寄与していることが分かる。本発明の磁気結合素子は、0.5MHz以上の駆動周波数で好適に用いられる。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、結合係数の高い磁気結合素子が得られ、伝送効率を上げることができる。また、第1の導電体、第2の導電体が板状をなすので、抵抗値が小さく、大電流に対応が可能である。さらに、漏れインダクタンスが小さいので、スイッチング電源に用いた場合、漏れ磁束のエネルギーが原因となるスイッチング時のサージ電圧が小さくなり、より耐圧の低いスイッチング素子を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による磁気結合素子を適用するスイッチング電源の一例を示す回路図である。
【図2】図1の回路の動作を説明する波形図である。
【図3】本発明による磁気結合素子の一実施例を示す斜視図である。
【図4】図3のX−X断面図である。
【図5】図3のY−Y断面図である。
【図6】本発明による磁気結合素子の他の実施例を磁性体を省略して示す斜視図である。
【図7】本発明による磁気結合素子の他の実施例を磁性体を省略して示す斜視図である。
【図8】本発明による磁気結合素子の他の実施例を示す斜視図である。
【図9】本発明による磁気結合素子の他の実施例を磁性体を省略して示す斜視図である。
【図10】磁気結合素子の比較例を磁性体を省略して示す斜視図である。
【図11】磁気結合素子の比較例を磁性体を省略して示す斜視図である。
【符号の説明】
1:磁気結合素子、2:第1の導電体、2a〜2d、2g、2h:端子、2e、2f:連絡部、3、30、31:第2の導電体、3a〜3d、3g〜3j、3n、3p、3q、3r:端子、3e、3f、3k、3m:連絡部、4:絶縁材、5a、5b:磁性体、6:窓[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic coupling element such as a transformer or a tap inductor used in a switching power supply with a large current output that operates at a relatively high frequency.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the driving frequency of switching power supplies has been increased more and more due to advances in semiconductor switching elements such as FETs and advances in circuit technology such as soft switching. When the drive frequency is increased in this way, the inductance value required for the transformer, choke coil, etc. can be reduced. For this reason, as described in Patent Document 1, for example, an inductor having a structure in which a linear conductor is sandwiched between upper and lower magnetic bodies can be used. Further, as a magnetic coupling element used in a converter described later included in the switching power supply, it is conceivable to adopt a structure in which the linear conductors are overlapped and surrounded by a magnetic material.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-323336 A.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the magnetic coupling element is configured by applying the inductor described in Patent Document 1, the effect of the leakage inductance is relatively increased when the inductance value is decreased. For this reason, there is a problem that the coupling coefficient K shown in the following equation (1) becomes small and the transmission efficiency is lowered. In Equation (1), M is a mutual inductance value, and l 1 and l 2 are self-inductance values of the respective conductors (coils).
[0005]
K = M / (l 1 · l 2 ) 1/2 (1)
In recent years, switching power supplies for office equipment have been requested to reduce the voltage and increase the current so that the output voltage of the switching power supply is, for example, 1 V or less in order to save energy.
[0006]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a magnetic coupling element that has a high coupling coefficient and can meet the demand for low voltage and large current.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a magnetic coupling element that reduces a surge voltage during switching and can be used even with a switching element having a lower withstand voltage.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
(1) A magnetic coupling element according to the present invention is a magnetic coupling element including a first conductor and a second conductor to be electromagnetically coupled to each other.
The first conductor and the second conductor have a rectangular plate shape,
The first conductor and the second conductor are stacked via an insulating material, and a magnetic body is disposed above and below the stacked conductor,
The first conductor and the second conductor each have a terminal on a pair of sides facing each other, and at least one terminal has the same number of terminals on the same side of the first conductor and the second conductor. There are multiple conductors,
The terminals located on the same side of the first conductor and the second conductor are arranged with the terminals of the other conductor positioned between the terminals of one conductor, and the first conductor The plate surface of the conductor and the terminal of the second conductor is aligned with the end face of the magnetic body, and the lower end of the terminal of at least one of the first conductor and the second conductor The plate surface of the portion is in contact with the bottom surface of the magnetic body.
[0009]
(2) In the magnetic coupling element of the present invention, the plate surface of the lower end portion of the conductors of both the first conductor and the second conductor is brought into contact with the bottom surface of the magnetic body. It is characterized by that .
[0010]
( 3 ) Further, in the magnetic coupling element of the present invention, a plurality of terminals on the same side of the first conductor and / or the second conductor are connected by a connecting portion provided at a lower end portion of the terminal. Features.
[0011]
( 4 ) The magnetic coupling element of the present invention is characterized in that a plurality of at least one of the first conductor and the second conductor is provided.
[0012]
( 5 ) The magnetic coupling element of the present invention is characterized in that either one of the first conductor and the second conductor is covered with an insulating material.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of a circuit to which the magnetic coupling element of the present invention is applied. This circuit is a circuit constituting a step-down DC-DC converter called a tap inductor type for a switching power supply. This converter obtains an output voltage of about DC1V to about DC1V, for example. In FIG. 1, E is a DC power source, S1 and S2 are switching elements such as MOSFETs, and 1 is a tap inductor. The tap inductor 1 includes a coil L1 and a coil L2 that are electromagnetically coupled to each other. C is a capacitor and R is a load.
[0014]
FIG. 2 is an operation waveform diagram of the circuit of FIG. 1, and the switching elements S1 and S2 are alternately turned on. When the switching element S1 is turned on, a current i1 flows to the capacitor C and the load R through the tap inductor 1. When the switching element S1 is turned off and the switching element S2 is turned on, the current i2 from the coil L2 to the capacitor C and the load R flows due to the energy stored in the tap inductor 1.
[0015]
In the circuit using the tap inductor 1, since the current i1 flows through the coils L1 and L2 when the switching element S1 is turned on, the value of the current i1 is smaller than that of the conventional converter including only the coil L2. Further, by adjusting the turns ratio of the coils L1 and L2, it is possible to obtain a low voltage output with a larger time ratio as compared with the conventional step-down converter.
[0016]
Thus, in this circuit, the tap inductor 1 is one element and has two roles of output filter and voltage conversion. Further, the step-down converter using the tap inductor can obtain a low voltage output with a large duty ratio, and therefore has an advantage that the loss due to the resistance when the switching element S1 is turned on is reduced and the efficiency is improved.
[0017]
In the conventional step-down converter, since the input voltage is directly applied to the switching element S2, it is necessary to use one having a relatively high breakdown voltage. On the other hand, in the circuit of FIG. 1, since a voltage close to the output voltage is applied to the switching element S2, there is an advantage that a low breakdown voltage and low on-resistance MOSFET can be used.
[0018]
In order to increase the transmission efficiency, the converter of FIG. 1 needs to have a large current capacity in order to increase the coupling coefficient K between the coils L1 and L2 and to meet the demand for low voltage and large current.
[0019]
FIG. 3 is a perspective view of an embodiment (Example 1) of a magnetic coupling element according to the present invention realized in response to such a demand, FIGS. 4 and 5 are sectional views taken along line XX of FIG. It is -Y sectional drawing. 3 to 5, reference numeral 2 denotes a first conductor, and 3 denotes a second conductor. These conductors 2 and 3 are all rectangular and are preferably made of a highly conductive metal such as copper or aluminum.
[0020]
These conductors 2 and 3 are superposed via an insulating material 4. As the insulating material 4, an insulating sheet made of resin or the like may be used as shown in the figure, and one of the conductors may be covered with the insulating material. However, at least one of the opposing surfaces of the conductors 2 and 3 may be used in advance. On the other hand, an insulating material may be covered in a layered manner.
[0021]
Reference numerals 5a and 5b denote magnetic bodies provided so as to cover the periphery of a superposition of the first conductor 2 and the second conductor 3. In this example, the lower magnetic body 5a is constituted by a U-shaped core, the upper magnetic body 5b is constituted by an I-shaped core, and these are combined by a method such as bonding them. And the window 6 which accommodates the conductors 2 and 3 is formed between both. Instead of this, a combination of U-shaped and U-shaped cores may be used. Moreover, you may combine by the method of adhere | attaching the both sides of a core by the combination of I-type-I-type core .
[0022]
As the magnetic bodies 5a and 5b, a compacted body of metal magnetic powder, a metal magnetic body whose surface is insulated, ferrite, or the like can be used.
[0023]
A pair of opposing sides of the first conductor 2, that is, portions protruding from both ends of the magnetic bodies 5a and 5b, have two terminals 2a, 2b and 2c, 2d, respectively. In addition, a pair of opposing sides of the second conductor 3, that is, portions protruding from both ends of the magnetic bodies 5a and 5b, have two terminals 3a, 3b and 3c, 3d . These terminals 2a to 2d and 3a to 3d are such that the terminals 2a and 2b (2c and 2d) of the first conductor 2 and the terminals 3a and 3b (3c and 3d) of the second conductor 3 are alternately arranged. Configured to be adjacent. These terminals 2a to 2d and 3a to 3d are in contact with a portion a formed along the plate surface along the end surface of the magnetic body 5a and the lower surface of the magnetic body 5a. A portion b to be attached (see FIG. 4).
[0024]
The terminals 2a and 2b, 2c and 2d on the same side of the first conductor 2 are commonly connected to a land of a printed circuit board (not shown) by soldering or the like. The terminals 3a and 3b, 3c and 3d on the same side of the second conductor 3 are also commonly connected to a land of a printed circuit board (not shown) by soldering or the like. One of the first conductor 2 and the second conductor 3 constitutes the coil L1 of FIG. 1, and the other constitutes the coil L2.
[0025]
As described above, the magnetic coupling element includes the first conductor 2 and the second conductor 3 which are stacked in a plate shape, and the terminals 2a, 2b and 3a, 3b and 2c, 2d and 3c, 3d. Are alternately adjacent to each other at the end faces of the magnetic bodies 5a and 5b, so that a large coupling coefficient can be obtained and a large current can be passed by forming a plate shape. Further, since the coupling coefficient is large, when used as the magnetic coupling element 1 of the converter of FIG. 1, the switching surge voltage caused by the leakage magnetic flux is reduced, and the switching element S1 having a lower withstand voltage can be used. .
[0026]
FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment (Example 2) of the magnetic coupling element according to the present invention, in which the magnetic bodies 5a and 5b are omitted. In the present embodiment, the terminals 2a and 2b, 2c and 2d on the same side of the first conductor 2 are connected by connecting portions 2e and 2f which are integrated with these terminals, respectively. The terminals 3a and 3b, 3c and 3d on the same side of the second conductor 3 are also connected by connecting portions 3e and 3f, respectively.
[0027]
According to the embodiment of FIG. 6, since the connecting portions 2e, 2f, 3e, and 3f are provided, it is not necessary to provide a pattern for connecting terminals on the printed circuit board, and it is easy to design a conductive pattern on the printed circuit board side. Become.
[0028]
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment (Example 3) of the magnetic coupling element according to the present invention, in which the magnetic bodies 5a and 5b are omitted. In this embodiment, two terminals 3g, 3h and 3i, 3j are formed at both ends of the second conductor 3, and one terminal 2g, 2h is formed at both ends of the first conductor 2. The terminals 2g and 2h of the first conductor 2 are respectively arranged between the terminals 3g and 3h of the first conductor 3 and between 3i and 3j.
[0029]
FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment (Example 4) of the magnetic coupling element according to the present invention. In this embodiment, the terminals 3g and 3h, 3i and 3j in the embodiment of FIG. 7 are connected by connecting portions 3k and 3m, respectively. According to the present embodiment, an effect that the design of the wiring pattern of the printed board described with reference to FIG. 6 can be facilitated is obtained.
[0030]
FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment (embodiment 5) of the magnetic coupling element of the present invention, in which the magnetic bodies 5a and 5b are omitted. In the present embodiment, the second conductors 30 and 31 are stacked on the upper and lower sides of the first conductor 2 with the insulating material 4 interposed therebetween, and terminals 3n and 3p are provided at both ends of the conductor 30, Terminals 3q and 3r are provided at both ends. Further, the terminals 2g and 2h of the first conductor 2 are arranged between the terminals 3n and 3q and 3p and 3r of the second conductors 30 and 31 on the same side. According to the embodiment of FIG. 9, a larger current can be handled.
[0031]
FIG. 10 shows a comparative example 1 in which the magnetic bodies 5a and 5b are omitted. In this comparative example 1, the first conductor 2 and the second conductor 3 are overlapped with an insulating material 4 interposed between the first conductor 2 and the second conductor 3 on the same side. Each terminal 2x and 3x, 2y and 3y are provided and adjacent to each other.
[0032]
FIG. 11 shows a comparative example 2, in which the magnetic bodies 5a and 5b are omitted. In the second comparative example, the first conductor 20 and the second conductor 32 are joined side by side via an insulating material 40, and the first conductor 20 and the second conductor 32 are respectively connected to the same side. The terminals 2x and 3x, 2y and 3y are provided one by one and are adjacent to each other.
[0033]
In order to confirm the effect of increasing the coupling coefficient according to the present invention, the coupling coefficient of each of the embodiments and the comparative example and the inductance value of the first conductor 2 are obtained by simulation calculation at 1 MHz (magnetic field analysis by the finite element method). It was. In this calculation, the length (left and right length in FIG. 4) of the core composed of the magnetic bodies 5a and 5b is 11 mm, the width (left and right length in FIG. 5) is 12 mm, and the thickness (FIG. 4, FIG. 5), the vertical width of the window 6 was 1 mm, the thickness of the magnetic body 5a and the thickness of the bottom plate portion of the magnetic body 5b were 2 mm. Further, the magnetic permeability of the magnetic bodies 5a and 5b was set to 30. Further, the first conductor 2 and the second conductor 3 in the comparative example 1 of FIGS. 3 to 8 and 10 have a width of 7.6 mm and a thickness of 0.3 mm, and the first conductor of FIG. The thickness of 2 and the 2nd conductors 30 and 31 was 0.2 mm, and the thickness of the 1st conductors 20 and 32 of the comparative example 2 of FIG. 11 was 0.7 mm.
[0034]
[Table 1]
Figure 0004375975
[0035]
As can be seen from Table 1, according to the present invention, an inductance value substantially equivalent to that of Comparative Examples 1 and 2 can be obtained. Moreover, according to the Example of this invention, compared with the comparative examples 1 and 2, a big coupling coefficient is obtained and it turns out that the coupling | bonding in a terminal part has contributed to the increase in a coupling coefficient. The magnetic coupling element of the present invention is suitably used at a driving frequency of 0.5 MHz or higher.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, a magnetic coupling element having a high coupling coefficient can be obtained, and transmission efficiency can be increased. In addition, since the first conductor and the second conductor have a plate shape, the resistance value is small and a large current can be dealt with. Furthermore, since the leakage inductance is small, when used in a switching power supply, the surge voltage at the time of switching caused by the energy of the leakage magnetic flux is reduced, and a switching element with a lower withstand voltage can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a switching power supply to which a magnetic coupling element according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the circuit of FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a magnetic coupling element according to the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
5 is a cross-sectional view taken along the line YY in FIG. 3;
FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the magnetic coupling element according to the present invention, omitting the magnetic body.
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of the magnetic coupling element according to the present invention, omitting the magnetic body.
FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the magnetic coupling element according to the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment of the magnetic coupling element according to the present invention, omitting the magnetic body.
FIG. 10 is a perspective view showing a comparative example of the magnetic coupling element with a magnetic body omitted.
FIG. 11 is a perspective view showing a comparative example of the magnetic coupling element with a magnetic body omitted.
[Explanation of symbols]
1: magnetic coupling element, 2: first conductor, 2a to 2d, 2g, 2h: terminal, 2e, 2f: connecting part, 3, 30, 31: second conductor, 3a to 3d, 3g to 3j 3n, 3p, 3q, 3r: terminal, 3e, 3f, 3k, 3m: connecting portion, 4: insulating material, 5a, 5b: magnetic material, 6: window

Claims (5)

互いに電磁気的に結合されるべき第1の導電体と第2の導電体とを備えた磁気結合素子において、
前記第1の導電体および前記第2の導電体は四角形の板状をなし、
前記第1の導電体および前記第2の導電体は絶縁材を介して重ねられると共に、重ね合わされた導電体の上下に磁性体を配置し、
前記第1の導電体および前記第2の導電体の対向する1組の辺にそれぞれ端子を有すると共に、第1の導電体と第2の導電体の同じ側に有する端子の数を、少なくとも一方の導電体については複数とし、
前記第1の導電体と前記第2の導電体の同じ側に位置する端子どうしを、一方の導電体の端子の間に他方の導電体の端子を位置させて配置すると共に、前記第1の導電体と前記第2の導電体の端子の板面を前記磁性体の端面に沿わせ、かつ前記第1の導電体と前記第2の導電体のうちの少なくとも一方の導電体の端子の下端部の板面を前記磁性体の底面に当接させたことを特徴とする磁気結合素子。
In a magnetic coupling element comprising a first conductor and a second conductor to be electromagnetically coupled to each other,
The first conductor and the second conductor have a rectangular plate shape,
The first conductor and the second conductor are stacked via an insulating material, and a magnetic body is disposed above and below the stacked conductor,
The first conductor and the second conductor each have a terminal on a pair of opposite sides, and at least one of the terminals on the same side of the first conductor and the second conductor. There are multiple conductors,
The terminals located on the same side of the first conductor and the second conductor are arranged with the terminal of the other conductor positioned between the terminals of one conductor, and the first conductor The plate surface of the conductor and the terminal of the second conductor is aligned with the end surface of the magnetic body, and the lower end of the terminal of at least one of the first conductor and the second conductor A magnetic coupling element, wherein the plate surface of the portion is brought into contact with the bottom surface of the magnetic body.
請求項1に記載の磁気結合素子において、
前記第1の導電体と前記第2の導電体の両方の導電体の端子の下端部の板面を前記磁性体の底面に当接させたことを特徴とする磁気結合素子。
The magnetic coupling element according to claim 1,
A magnetic coupling element , wherein the plate surfaces of the lower ends of the terminals of both the first conductor and the second conductor are brought into contact with the bottom surface of the magnetic body .
請求項1または2に記載の磁気結合素子において、
前記第1の導電体および/または第2の導電体の同じ側の複数の端子を、端子の下端部に設けた連絡部により結線したことを特徴とする磁気結合素子。
The magnetic coupling element according to claim 1 or 2 ,
A magnetic coupling element, wherein a plurality of terminals on the same side of the first conductor and / or the second conductor are connected by a connecting portion provided at a lower end portion of the terminal.
請求項1から3までのいずれか1項に記載の磁気結合素子において、
前記第1の導電体および前記第2の導電体のうちの少なくとも一方を複数枚備えたことを特徴とする磁気結合素子。
The magnetic coupling element according to any one of claims 1 to 3 ,
A magnetic coupling element comprising a plurality of at least one of the first conductor and the second conductor.
請求項の磁気結合素子において、
前記第1の導電体と前記第2の導電体のうちのいずれか一方の導電体を絶縁材で被ったことを特徴とする磁気結合素子。
The magnetic coupling element according to claim 4 .
A magnetic coupling element, wherein one of the first conductor and the second conductor is covered with an insulating material.
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