JP4784859B2 - マルチフェーズコンバータ - Google Patents
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従って出力電圧を帰還し、PWM制御回路によりパルス幅に変換し、適切なTon、Toff時間でQ1、Q2をオン/オフさせることにより出力を所望の電圧に安定化することができる。
即ち、図12のDC−DCコンバ−タを複数チャネル並列に接続し、各チャネルのスイッチング周期が重ならないよう、位相をずらして動作させ、見かけ上スイッチング周波数のチャネル数倍で動作させるものである。
そこで本発明では、前記要求を満たす複数のインダクタを備えた積層体を用いたマルチフェ−ズコンバ−タを提供することを目的とする。
前記各スイッチング回路は、共通の入力電源から供給される入力電流をそれぞれにオン/オフ制御する。前記各コイルは各スイッチング回路にてオン/オフ制御された電流を合成し、平滑して負荷へ供給する平滑回路のインダクタとして用いられる。
そこで本発明においては、各層のコイル用導体間にフェライトである磁性体を介在させて、各層のコイル用導体に流れる電流が作る磁束を、主に前記コイル用導体によって構成されるコイルに鎖交し、他方のコイルに鎖交する磁束を僅かとして、インダクタ間の結合を小さくし、前記バイアス磁界が直流重畳特性に与える影響を低減するのも好ましい。
このような構成によって、優れたコンバータを得ることが出来る。
(参考例)
この積層体は、上主面及び下主面と、前記上下主面間を連結する側面を備えた略直方体状の積層体に、2つのコイルを備えるものである。本積層体は、インダクタとなるコイル用導体Le1〜Le6が印刷成形された複数の低温焼成フェライト(磁性体)のグリ−ンシ−トS3〜S8と、コイル用導体を有さない複数のグリ−ンシ−トS1,S2,S9,S10を順次積層して構成されている。
各層のコイル用導体はスル−ホ−ル(図中黒丸で表示)により接続されるとともに、グリ−ンシ−トS6のコイル用導体Le4に設けられたタップによって、巻回方向の異なる2つのコイルに分割されて、インダクタンス値が略等しい2つのインダクタを形成している。前記インダクタの両端は、それぞれ、積層体の両端面のそれぞれに形成された端面端子2,3と電気的・機械的に接続されている。そして、コイルの中間タップはフェライト積層部品の側面に形成された側面端子1と電気的・機械的に接続されている。
そのような磁性体材料としては、例えば、Fe2O3を40.0〜49.8モル%,NiOを20.0〜39.5モル%,CuOを10.0〜20.0モル%,ZnOを2.0〜20.0モル%,CoOを0.3〜6.5モル%含み、これらの酸化物100重量%に対して、Bi2O3を4.0重量%未満含有し、これらのうちNiO,CuO,ZnOの含有比がいずれもモル比で1.0≦NiO/CuO≦3.95,0.5≦CuO/ZnO≦10.0,1.0≦NiO/ZnO≦19.8であるフェライト磁性材料がある。
このフェライト磁性材料は、950℃以下で焼結可能であり、そのキュリ−温度Tcは120℃以上であって、初透磁率(周波数100kHz)が少なくとも10以上である。また、1MHz〜200MHzの周波数範囲における複素透磁率の実数項が10以上,虚数項が5未満である。このような低温焼成可能な磁性体材料を用いることで、コイル用導体に低抵抗な銀などの低融点金属を用いて同時に焼成が可能となり、コイルの直流抵抗を低減できる。
またコンバ−タのスイッチング周波数は高周波し現在2MHzで動作するものが一般に用いられ、更なる高周波化も進んでいる。このため少なくともスイッチング周波数での複素透磁率の実数項が10以上,虚数項を5未満とすることで、インダクタの損失を小さく出来るため、コンバ−タの変換効率を劣化させることが無い。
さらに、その外表面に銀を使用した導体ペ−ストを焼き付けて端面端子、側面端子を形成し、各端子をめっき処理して、直流重畳特性に優れた3225サイズの積層体を得た。
なお説明の簡略化のため、一つの積層体に着目して説明したが、通常は複数の積層体が形成された基板を分割して一つの積層体を得る方法が採られる。
インダクタを構成するコイル用導体L1,L2は、積層方向に周回するビアホ−ル(図中黒丸で表示)を介して接続される。ここで2つのコイルは巻回方向が異なるとともに、平面的に異なって位置するように形成されている。このような構成によって、相互の結合を低減している。
コイル用導体L1によって形成されたインダクタの一端は、ビアホ−ルL1a、L2aを介して半導体集積回路ICの接続電極50aと接続し、コイル用導体L2によって形成されたインダクタの一端は、ビアホ−ルL1b、L2bを介してICの接続電極50cと接続する。他端は、ビアホ−ルV5、V6を介して下主面に延出して端子電極Voと接続し、2つのインダクタの共通端子としている。更に、ビアホ−ルV1〜V4を介して半導体集積回路ICの接続電極50bに接続し、配線パタ−ン60b、ビアホ−ルV1bを介してコンデンサCo搭載用の導体パタ−ン55aと接続される。
また図11の断面図に示すように、途中の層に誘電体層や低透磁率の磁性体層を磁気ギャップ20として設けるのが好ましい。前記磁気ギャップによりコイルに大きな電流が流れる場合であっても、磁性体が磁気飽和するのを防ぎ、もって優れた直流重畳特性を得ることが出来る。また、誘電体層や低透磁率の磁性体層の形成は、誘電体や磁性体を溶剤やビヒクル等を加えてペ−スト状にして印刷形成して、コイル用導体などとともに一体焼成すれば良い。
このため、電源として電池を用いる携帯型の各種電子機器(携帯電話、携帯情報端末PDAやノ−ト型コンピュ−タ、DVD、CD、MDプレイヤ−、デジタルカメラ、ビデオカメラ等々)電力変換装置として有用である。
2、3 端面端子
4 磁性体
20 磁気ギャップ
55a,55b,55c,55d,50a,50b、50c、50d,50e,50f,50g,50h 実装用接続電極
60a,60b,60c,60e,60f,60g 配線パタ−ン
70a,70b 金属ケ−ス搭載用接地電極パタ−ン
90 外部回路と接続のための端子電極
100 積層体
Claims (4)
- 上主面及び下主面と、前記上下主面間を連結する側面を備え、コイル用導体と磁性体層とを積層して一体焼成した積層体の内部に、前記コイル用導体によって構成された2つのコイルを有し、上主面には半導体集積回路が実装されたマルチフェーズコンバータであって、
積層体の上主面には上主面端子を有し、下主面には下主面端子を有し、
前記下主面端子は入力側の第1端子電極と出力側の第2端子電極を含み、
前記上主面端子は前記半導体集積回路を実装するための接続電極を有し、
前記第1端子電極は積層体に形成されたビアホールを介して第1接続電極と接続し、第1のコイルの一端はビアホールを介して第2接続電極と接続し、第2のコイルの一端はビアホールを介して第3接続電極と接続し、前記第1および第2のコイルの他端はビアホールを介して第2端子電極と接続することを特徴とするマルチフェーズコンバータ。 - 前記第1のコイルの一端は前記半導体集積回路の第1のスイッチング回路と接続し、前記第2のコイルの一端は前記半導体集積回路の第2のスイッチング回路と接続することを特長とする請求項1に記載のマルチフェーズコンバータ。
- 前記第1および第2のコイルは、積層方向に重ならずに分かれて位置することを特徴とする請求項1又は2に記載のマルチフェーズコンバータ。
- 前記磁性体層の一部を誘電体層又は低透磁率の磁性体層として磁気ギャップを形成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のマルチフェーズコンバータ。
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