JP4775184B2 - 磁気部品の巻線構造 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板の導体パターンを巻線として用いる変圧器やコイルなどの磁気部品の巻線構造に関する。

図３に、従来の技術を用いた磁気部品の構造を示す。プリント基板上の導体パターンと磁性体によって形成させる磁気部品は、ＥＩコア、ＥＥコア、ＥＣコア、ＵＩコア、ＵＵコアなどの磁性体2をプリント基板1に貫通させ、プリント基板に図４又は図５に示すような渦巻状の導体パターンを形成させることで実現できる。図４と図５はプリント基板上の導体パターンを示した例であり、変圧器の巻線を形成している。ここで、1次巻線3は第1層巻線３ａと第3層巻線３ｂに分割して形成され、第1層と第3層の1次巻線同士を接続する点4を介して電気的に接続され、巻数5ターン（第1層の巻数と第2層の巻数の和）の巻線を形成している。第2層には変圧器の巻数1ターンの2次巻線５が形成される。
この結果、プリント基板の層数は3で、巻数比5：1の変圧器を実現している。ここで、1次巻線を第1層３ａと第3層３ｂに分割し、2次巻線５を第1層と第３層の間に形成することで、1次と2次間の磁気結合が密になり、漏れインダクタンスが低減され、漏れ磁束によって発生する渦電流損を低減することができることは特許文献１などで周知の技術である。

図４の例は、一次巻線を分割した第１層の巻線３ａと第３層の巻線３ｂの接続部４の位置を、第２層の巻線パターン５の一部を切り欠いて確保した例である。
図５の例は、一次巻線を分割した第１層の巻線３ａと第３層の巻線３ｂの接続部４の位置を、磁性体２の中央部近辺に設け、２次巻線の導体パターン５がこの接続部４の外側を通るように構成した例である。層間を接続する類似例は、特許文献２に示されている。
特開平５−６８２９号公報 特開平６−２１５９５１号公報

上述のように、第1層と第3層のプリント板に分割して形成されている1次巻線の導体パターン同士を接続する場合、プリント基板を貫通した接続点4が必要になる。2次巻線は1次巻線と絶縁する必要があるので、接続点4が存在する場所に第2層の2次巻線の導体パターンは形成できない。従って、図４(b)では接続点4付近で2次巻線のパターン幅を減少させている。また、図５(b)では2次巻線の導体パターンが接続点４の外側を通るように配置しているので、2次巻線の導体パターンのループ面積が大きくなり、導体パターン長が長くなる。導体パターン幅の減少や長さが増加することによって、導体パターンの抵抗成分が増加し、電流が流れたときに発生する損失も増加してしまう。
特に、近年ではDC-DCコンバータの出力電流が増加しているので（CPUやメモリの動作電圧が低下しつつあり、DC-DCコンバータの出力電圧も低下、出力電流が増加している）、変圧器の2次巻線の電流も増加してきている。変圧器の2次巻線における抵抗成分はDC-DCコンバータの発生損失の大きな割合を占めるようになってきている。さらに、図5(b)の場合、接続点4付近から漏れ磁束が発生し、漏れインダクタンスやノイズが増加し、渦電流損も増加してしまうという課題がある。

上述の課題を解決するために、第1の発明においては、磁性体と多層プリント基板の導体パターンによって形成される磁気部品において、プリント基板の磁性体貫通部近傍の磁性体の断面積を減少させ、前記減少させた断面積部分に、一つの層の導体パターンから他層の導体パターンへの接続点を形成する。
第２の発明においては、複数の円柱状の磁性体と多層プリント基板の導体パターンを用いて形成される磁気部品において、一つの磁性体と隣接する他の磁性体のプリント板貫通部付近に形成される窪み部分に、一つの層の導体パターンから他層の導体パターンへの接続点を形成する。

本発明では、層間の接続点を、磁性体の断面積を部分的に減少させ、この減少させた部分に設ける構成や、円柱状の磁性体を複数個用いて隣接部分にできる窪みに設ける構成としている。この結果、本発明により、プリント基板の導体パターンを巻線として用いる変圧器やコイルなどに関して、巻線の抵抗成分を減少させることができ、発生損失を低減できる。さらに、漏れ磁束を低減することができ、変圧器の漏れインダクタンスやノイズを低減することが可能となる。

本発明の要点は、磁性体と多層プリント基板の導体パターンによって形成される磁気部品において、層間の接続点を、磁性体の断面積を部分的に減少させ、この減少させた部分に設ける構成や、円柱状の磁性体を複数個用いて隣接部分にできる窪みに設ける構成としていることである。

図１に、本発明の第1の実施例を示す。図1は、プリント基板の導体パターン図である。ここで、２は磁性体、３ａ、３ｂは１次巻線導体パターン、５は２次巻線導体バターン、４は接続点である。磁性体２に窪みを設け、その部分に第1層と第3層に形成されている1次巻線の導体パターン同士３ａ、３ｂを接続するための接続点4を設けている。このように、接続点4を磁気部品の窪み部分に設置することで、第2層（図1(b)）における2次巻線の導体パターン幅を減少させることなく、最短の長さで導体パターンを形成することができる。従って、2次巻線の抵抗成分は減少し、損失やノイズを低減できる。

図２に、本発明の第２の実施例を示す。ここでは、(d)のように中央部が円柱状になっている磁性体を複数（ここでは2個、３ａ、３ｂ）並べて使用している。プリント基板の導体パターンは図１と同様に図２(a)の３ａと図２(c)の３ｂで1次巻線を形成し、図２(b)で2次巻線５を形成している。ここで、第1層の導体パターン３ａと第３層導体パターン３ｂの1次巻線同士を接続するための接続点4を磁性体の円柱近接付近の窪み部分に作成することによって、円柱状の磁性体を取り囲むように最短の距離で導体パターンを作成することができ、導体パターン幅を細くする必要もなくなる。従って、実施例１と同様に、2次巻線の抵抗成分は減少し、損失やノイズを低減できる。

本発明は、プリント板で巻線の導体パターンを構成する磁気部品の構造に関する提案であり、トランス、リアクトルなどの単体品に加え、プリント基板上で構成するスイッチング電源、ＤＣ−ＤＣコンバータ、高周波電源などへの適用が可能である。

本発明の第１の実施例を示す構成図 本発明の第２の実施例を示す構成図 磁気部品の構造例 従来の第１の実施例を示す構成図 従来の第２の実施例を示す構成図

符号の説明

１・・・プリント基板 ２・・・磁性体
３ａ、３ｂ・・・1次巻線導体パターン
４・・・第1層と第3層の1次巻線同士の接続点
５・・・2次巻線導体パターン

Claims (1)

1. 少なくとも一つ以上の柱が円柱形状の磁性体であるコアを複数用い、多層プリント基板の導体パターンを用いて形成される磁気部品において、前記多層プリント基板を貫通する前記一つの円柱状の磁性体と隣接する他の円柱状の磁性体で形成される前記多層プリント基板上の窪み部分に、一つの層の導体パターンから他層の導体パターンへの接続点を形成し、各層毎の導体パターン幅が各々略均一であることを特徴とする磁気部品の巻線構造。

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