JP5996208B2 - 薄型トランス - Google Patents

Description

本発明は、薄型トランス、例えばＡＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換回路を内蔵した電源モジュールに使用される薄型トランスに関する。

従来、一次側巻線および二次側巻線とも、多層基板に内蔵したシートコイルで構成された薄型トランスが知られている。この薄型トランスのインダクタンス値を、高精度な二次電圧を出力する等の目的で微調整する場合がある。このような場合、コンデンサ等を含む外部回路を薄型トランスに付加することで、インダクタンス値を調整している。

なお、特許文献１には、図１に示すように、出力チャンネル数分の被膜導体を並行に並べてなるフラットケーブル帯の二次巻線を有し、各チャンネルの出力バランスが均一な多チャンネル出力型トランスが開示されている。

特開２００１−１３５５３２号公報

二次側巻線のターン数を増減させることで薄型トランスのインダクタンス値を調整する場合、１ターン増減させるだけでインダクタンス値が大きく変化してしまい、所望のインダクタンス値に合わせることができないという問題がある。

また、インダクタンス調整用の外部回路を薄型トランスに付加する方法については、薄型トランスの構成が複雑になりコスト増になるという問題がある。さらに、複数の二次電圧を出力する多出力型トランスの場合、ある二次電圧を調整することによって他の二次電圧も同じ比率で変化してしまい、全ての二次電圧を各々の所望の値に調整することができないという問題もある。

そこで、本発明は、簡易な構成で、インダクタンス値を微調整可能な薄型トランスを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る薄型トランスは、
一次側巻線と、
二次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターンが主面に形成された複数の基板を上下に積層してなる多層基板と、
前記一次側巻線と前記二次側巻線との間の磁路を形成するコア本体部と、前記コア本体部から前記多層基板の主面に沿って延在し且つ前記二次側巻線が形成された巻線形成領域の少なくとも一部を覆う拡張コア部とを有するコアと、
を備えることを特徴とする。

また、前記薄型トランスにおいて、
前記コアの前記拡張コア部は、前記巻線形成領域の全体を覆ってもよい。

また、前記薄型トランスにおいて、
前記二次側巻線は、１つ又は電気的に接続された複数の前記導体パターンから構成され、第１の二次電圧を発生させる第１の二次側巻線と、前記第１の二次側巻線を構成しない１つ又は電気的に接続された複数の前記導体パターンから構成され、第２の二次電圧を発生させる第２の二次側巻線と、を有してもよい。

また、前記薄型トランスにおいて、
前記第１の二次側巻線を構成する導体パターン及び前記第２の二次側巻線を構成する導体パターンのうち、前記拡張コア部により覆われる部分の長さが互いに異なるようにしてもよい。

また、前記薄型トランスにおいて、
前記一次側巻線は、ボビンの筒部に巻回された導線からなり、
前記コアは、前記多層基板の下面側に配置された第１の基部、前記第１の基部から立設され且つ前記ボビンの前記筒部内に挿通された第１の柱部、及び前記第１の基部から立設され且つ前記導体パターンにより囲われた領域における前記多層基板を貫通する貫通孔に挿通された第２の柱部を含む第１のコアと、前記多層基板の上面側に配置された第２の基部および前記第２の基部と一体的に設けられた前記拡張コア部を含む第２のコアとを有してもよい。

また、前記薄型トランスにおいて、
前記多層基板の一端には、前記ボビンの平面形状より大きな切り欠き部が設けられ、
前記ボビンは、前記多層基板と接触せず且つ前記多層基板と同一平面内に配置されるように、前記切り欠き部内に収納されていてもよい。

また、前記薄型トランスにおいて、
前記コアは、フェライトからなるようにしてもよい。

本発明による薄型トランスでは、一次側巻線と二次側巻線との間の磁路を形成するコア本体部から多層基板の主面に沿って延在し、かつ二次側巻線が形成された巻線形成領域の少なくとも一部を覆う拡張コア部を設けることにより、二次側巻線に鎖交する磁束の数を微調整することが可能になる。

その結果、本発明によれば、薄型トランスのインダクタンス値を、インダクタンス調整用回路などを付加することなく簡易な構成で、二次側巻線のターン数を増減させる場合よりも細かく調整することができる。

本発明の一実施形態による薄型トランスを有するモジュールの平面図である。 図１に示すモジュールの多層基板の平面図である。 本発明の一実施形態による薄型トランスの断面図である。 （ａ）及び（ｂ）ともに、導体パターンの一例を示す平面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。

まず、図１〜図３を用いて、本実施形態による薄型トランスについて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による薄型トランス１を有するモジュールの平面図を示している。図２は、当該モジュールの多層基板２０の平面図である。図３は、本発明の一実施形態による薄型トランス１の断面図である。

図１に示すモジュールは、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路等の電力変換回路を構成する薄型トランス１及び薄型コアコイル（チョークコイル）２を有する。

薄型トランス１は、図３に示すように、一次側巻線が巻回された筒部１１を有するボビン１０と、二次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターンが主面に形成された複数の基板を上下に積層してなる多層基板２０と、コア７０とを備えている。

ボビン１０は、図３に示すように、薄型トランス１の一次側巻線が巻回された筒部１１と、この筒部１１の両端に設けられたフランジ部１２とを有する。このボビン１０は、好ましくは樹脂製である。

一次側巻線は、ボビン１０の筒部１１に巻回された導線１３からなる。導線１３の一端は、図１に示すように、ボビン１０から引き出され、多層基板２０の表面に設けられたランドにはんだ付けされている。なお、導線１３としては、一次側巻線における渦電流を可及的に抑制するため、表面に絶縁処理を施した細い銅線（例えば０．０８ｍｍ径）を撚り合わせたリッツ線を用いることが好ましい。

図２に示すように、多層基板２０の一端には、ボビン１０の平面形状より大きな切り欠き部２６が設けられている。ボビン１０は、図１に示すように、多層基板２０と接触せず、かつ多層基板２０と同一平面内に配置されるように、切り欠き部２６内に収納されている。

多層基板２０は、図３に示すように、渦巻き状の導体パターン２２が主面に形成された複数の基板２１を積層したものとして構成されている。導体パターン２２は基板２１の両面に形成されており、基板２１間にはプリプレグ２４が介装されている。導体パターン２２は基板２１の片面にのみ形成されていてもよい。導体パターン２２同士は、基板２１に設けられたビア２３またはスルーホール（図示せず）により電気的に接続され、二次側巻線を構成している。なお、一つの導体パターン２２により二次側巻線を構成してもよい。

多層基板２０の表面には、図１に示すように、チップ部品やＩＣ等の各種の電子部品２７がはんだ付けされている。

上記のように、薄型トランス１の一次側巻線はボビン１０に巻回された導線１３で構成され、一方、二次側巻線は、１つ導体パターン２２又は電気的に接続された複数の導体パターン２２で構成されている。即ち、二次側巻線は、多層基板２０に内蔵されたシートコイルで構成される。なお、一次側巻線は、ボビン１０の筒部１１に巻回された導線１３で構成される場合に限らず、二次側巻線と同様に、多層基板２０に内蔵されたシートコイルで構成されてもよい。

多層基板２０には、図２に示すように、貫通孔２５，３０〜３２が設けられている。貫通孔２５は、図２に示すように導体パターン２２により囲われた領域における多層基板２０を貫通するように形成され、図３に示すように薄型トランス１のコア７０の柱部７１ｃを挿通させる。貫通孔３０〜３２は、薄型コアコイル２のコア５０の柱部を挿通させるために設けられている。

次に、コア７０の構成について詳しく説明する。

コア７０は、図３に示すように、第１のコア７１と、第２のコア７２とを有する。このコア７０は、例えばフェライトからなる。図３に示すように、コア７０ギャップは、絶縁材料７３により埋められていてもよい。

第１のコア７１は、多層基板２０の下面側に配置された基部７１ａ、及び基部７１ａから立設された柱部７１ｂ，７１ｃを含む。基部７１ａの平面形状は、略長方形状である。図３に示すように、柱部７１ｂはボビン１０の筒部１１内に挿通され、柱部７１ｃは多層基板２０の貫通孔２５に挿通される。

第２のコア７２は、多層基板２０の上面側に配置された基部７２ａと、この基部７２ａと一体的に設けられた拡張コア部７２ｂとを含む。図１に示すように、基部７２の平面形状は、略ホームベース状である。基部７２ａの平面形状は、第１のコア７１の基部７１ａとほぼ同じ略長方形状である。

拡張コア部７２ｂは、図１〜図３からわかるように、巻線形成領域Ｃの全体を覆うように巻線形成領域Ｃの上方に配置されている。ここで、巻線形成領域Ｃは、図２に示すように、多層基板２０の、二次側巻線が形成された領域である。

コア７０は、機能的な観点からは、一次側巻線と二次側巻線との間の磁路を形成するコア本体部と、拡張コア部７２ｂとを有するものとして捉えることができる。コア本体部は、第１のコア７１と、第２のコア７２の基部７２ａとから構成される。拡張コア部７２ｂは、図３に示すように、コア本体部から多層基板２０の主面に沿って延在している。

なお、拡張コア部７２ｂは、必ずしも巻線形成領域Ｃの全体を覆う必要はない。覆う場所や面積は、所望のインダクタンス値に応じて決めてよい。即ち、所望のインダクタンス値に応じて、拡張コア部７２ｂは巻線形成領域Ｃの少なくとも一部を覆う。

上記のように、本実施形態による薄型トランス１では、拡張コア部７２ｂを設けて第２のコア７２を略ホームベース状とし、それにより、二次側巻線に鎖交する磁束の数を微調整する。その結果、インダクタンス調整用回路などを付加することなく簡易な構成で、薄型トランス１のインダクタンス値を、二次側巻線のターン数（即ち、導体パターン２２の数）を増減させる場合よりも細かく調整することができる。

なお、第２のコア７２の平面形状としては、略ホームベース状に限らず、例えばＴ字型など、巻線形成領域Ｃを覆うように形成されていれば任意の形状でよい。

また、拡張コア部は、第２のコア７２に設ける場合に限らず、第１のコア７１に設けてもよく、さらには、第１のコア７１と第２のコア７２の両方に設けてもよい。

また、本実施形態では、コア７０は、コの字型の第１のコア７１と平板状の第２のコア７２とを組み合わせて構成されているが、これに限らず、任意の形状のコア部材を組み合わせて、コア本体部と拡張コア部とを有するコアを構成してもよい。

次に、本実施形態による薄型トランスの変形例について説明する。変形例による薄型トランスは、複数の二次電圧を出力可能な多出力型トランスである。

本変形例による薄型トランスの二次側巻線は、複数のグループにより構成されている。即ち、二次側巻線は、第１の二次電圧（Ｖ１）を発生させる第１の二次側巻線と、第２の二次電圧（Ｖ２）を発生させる第２の二次側巻線とを有する。第１の二次側巻線は、１つ又は電気的に接続された複数の導体パターンから構成される。第２の二次側巻線は、第１の二次側巻線を構成しない、１つ又は電気的に接続された複数の導体パターンから構成される。

図４（ａ）は、第１の二次側巻線を構成する導体パターン２２Ａの一例を示す平面図であり、図４（ｂ）は、第２の二次側巻線を構成する導体パターン２２Ｂの一例を示す平面図である。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、導体パターン２２Ａ及び導体パターン２２Ｂのうち、拡張コア部７２ｂにより覆われる部分の長さが互いに異なる。これにより、導体パターンに鎖交する磁束数を、第１の二次側巻線と第２の二次側巻線とで個別に変化させることが可能となる。したがって、本変形例によれば、二次電圧Ｖ１，Ｖ２を個別に調整することができる。なお、拡張コア部７２ｂにより覆われる部分の長さのほか、導体パターンの太さや形状を変えてもよい。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１ 薄型トランス
２ 薄型コアコイル
１０ ボビン
１１ 筒部
１２ フランジ部
１３ 導線
２０ 多層基板
２１ 基板
２２，２２Ａ，２２Ｂ 導体パターン
２３ ビア
２４ プリプレグ
２５ 貫通孔
２６ 切り欠き部
２７ 電子部品
３０，３１，３２ 貫通孔
７０ （トランスの）コア
７１ 第１のコア（コの字形コア）
７１ａ 基部
７１ｂ，７１ｃ 柱部
７２ 第２のコア
７２ａ 基部
７２ｂ 拡張コア部
７３ （ギャップを埋める）絶縁材料
Ａ 巻線形成領域

Claims (7)

1. 一次側巻線と、
   二次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターンが主面に形成された複数の基板を上下に積層してなる多層基板と、
   前記一次側巻線と前記二次側巻線との間の磁路を形成するコアと、
   を備え、
   前記コアは、
   前記多層基板の下面側に配置された第１の基部を含む第１のコアと、
   前記多層基板の上面側に配置された第２の基部、および前記第２の基部と一体的に設けられた拡張コア部を含む第２のコアと、を有し、
   前記拡張コア部は、前記第２の基部から前記多層基板の主面に沿って延在し、前記二次側巻線が形成された巻線形成領域の少なくとも一部を覆い、前記第２のコアは、前記巻線形成領域を覆う面積が前記拡張コア部の分だけ前記第１のコアよりも大きいことを特徴とする薄型トランス。
2. 前記コアの前記拡張コア部は、前記巻線形成領域の全体を覆うことを特徴とする請求項１に記載の薄型トランス。
3. 前記二次側巻線は、１つ又は電気的に接続された複数の前記導体パターンから構成され、第１の二次電圧を発生させる第１の二次側巻線と、前記第１の二次側巻線を構成しない１つ又は電気的に接続された複数の前記導体パターンから構成され、第２の二次電圧を発生させる第２の二次側巻線と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の薄型トランス。
4. 前記第１の二次側巻線を構成する導体パターン及び前記第２の二次側巻線を構成する導体パターンのうち、前記拡張コア部により覆われる部分の長さが互いに異なることを特徴とする請求項３に記載の薄型トランス。
5. 前記一次側巻線は、ボビンの筒部に巻回された導線からなり、
   前記第１のコアは、前記第１の基部から立設され且つ前記ボビンの前記筒部内に挿通された第１の柱部、及び前記第１の基部から立設され且つ前記導体パターンにより囲われた領域における前記多層基板を貫通する貫通孔に挿通された第２の柱部をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の薄型トランス。
6. 前記多層基板の一端には、前記ボビンの平面形状より大きな切り欠き部が設けられ、
   前記ボビンは、前記多層基板と接触せず且つ前記多層基板と同一平面内に配置されるように、前記切り欠き部内に収納されていることを特徴とする請求項５に記載の薄型トランス。
7. 前記コアは、フェライトからなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の薄型トランス。

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