JPH06163282A

JPH06163282A - 電源装置

Info

Publication number: JPH06163282A
Application number: JP31030692A
Authority: JP
Inventors: Shuya Hagiwara; 修哉萩原; Tomoyuki Uchiyama; 倫行内山; Tatsu Saito; 達斉藤; Kenichi Onda; 謙一恩田; Tadashi Takahashi; 正高橋; Tamahiko Kanouda; 玲彦叶田; Hideaki Horie; 秀明堀江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-11-19
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 1994-06-10

Abstract

(57)【要約】【目的】トランスを組込んだ電源装置等の高さを低減
し、スペース効率よくトランスを組込む手段を提供する
こと。また、複数のトランスの出力の不平衡を低減す
る。【構成】少なくとも１以上の回路部品を配置した回路基
板と、前記回路部品の全てを囲み、前記回路基板の外縁
に沿って巻回配置した、複数の導体よりなるワイヤトラ
ンスを有して構成した電源装置。【効果】トランスを組込んだ電源装置等の高さを低減
し、小型の電源装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電源装置に係り、特に、
空心ワイヤトランスを用い情報処理機器等に組み込んで
使用されるものに好適な電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子回路とトランスを組合わせた
電源装置を薄型化する方法の一例が、例えば特開昭６３
−５４７０６号公報に示されている。かかる手法は、回
路基板上にコイルパターンを形成し、該コイルパターン
を、回路基板の上および下からコアで挾み込むことによ
り、トランス部の厚さを低減するものである。また、平
面上に構成した２導体の相互誘導作用を利用し、電力を
伝達する手法が、例えば特開平４-４２９０７号公報に
記載されており、トランスを薄型化するための一手段と
なることが示されている。かかる手段は、コアを用いず
に、渦巻状に巻回した導体のみで電力を伝達せしめる方
法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記第一の従来
技術は、トランスの導体コイルを形成した基板の両面か
らフェライトコアを挾み込んでいることから、厚さの低
減には限界がある。一般に、トランスを回路基板に搭載
した電源装置等については、通常、装置の高さはトラン
スの高さで決定せしめられる。一方、上記第二の従来技
術は、２回路の導体のみでトランスとしての機能を得る
ことができ、薄型化が容易ではあるものの、一次および
二次コイル間の結合係数を大きくするためには、ある程
度のコイル長さが必要となり、このようなトランスを組
込む電源装置の回路基板上に、比較的広いスペースを占
めてしまい、他の回路部品等を配置するスペースが不足
し、回路部品搭載時の障害となるという問題が存在して
いた。また、複数のトランスを用いる多出力、大容量の
電源装置においては、トランスの配置に依存して、トラ
ンス間出力の不平衡が発生する等の問題もあった。そこ
で、本発明は、トランスを組込んだ電源装置等の高さを
低減し、回路基板や電源装置等において、回路部品等を
搭載時の障害を発生させることなくトランスを設けた電
源装置、さらに複数のトランスを用いる装置において
は、出力間の不平衡を低減可能なトランス配置構造を有
する電源装置を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、以下の手段が考えられる。少なくとも１
以上の回路部品を配置した回路基板と、前記回路部品の
全てを囲み、前記回路基板の外縁に沿って巻回配置し
た、複数の導体よりなるワイヤトランスを有して構成し
た電源装置である。また、少なくとも１以上の回路部品
を配置した回路基板と、該回路基板の外周を巻回配置し
た、複数の導体よりなるワイヤトランスを有して構成し
た電源装置も考えられる。また、少なくとも１以上の回
路部品を配置した回路基板と、前記回路部品の一部を囲
み前記回路基板上において巻回配置した、複数の導体よ
りなるワイヤトランスを有して構成した電源装置でも良
い。さらに、複数の導体を巻回構成したワイヤトランス
と、少なくとも１以上の回路部品を配置した回路基板を
有して構成される電源装置において、前記ワイヤトラン
スを接続線を介し前記回路基板と接続し、回路基板の外
部に設けた電源装置も考えられる。加えて、複数の導体
を巻回構成した複数個のワイヤトランスと、少なくとも
１以上の回路部品を配置した回路基板を有して構成され
る電源装置において、前記各ワイヤトランスを、実質的
に等距離の接続線を介し前記回路基板と接続し、回路基
板の外部に設けた電源装置も考えられる。

【０００５】

【作用】本発明では、コアを使用しないため電源装置の
薄型化を図ることのできる空心ワイヤトランスを採用
し、かかるワイヤトランスを他の回路部品等を搭載した
回路基板の外縁に沿って巻回配置する。あるいは、回路
基板の外周に巻回配置する。さらに、回路基板とワイ
ヤトランスを分離配置する手段を採用した。また複数の
ワイヤトランスを回路基板の周囲にほぼ等距離で配置す
る構成とした。かかる構成のもと、コアを使用せずに、
２本の近接導体間の相互誘導作用により、電力を伝送す
る「ワイヤトランス」（以下、実施例にて説明する）を
採用することで、「コア・コイル・コア」の積層構造を
有する従来のトランスと比較すると大幅に薄型な構成が
実現可能となる。かかるワイヤトランスは、該ワイヤト
ランスを構成する導線の全長が長くなるものの、任意の
形状にて巻回形成できる特長があることから、回路基板
において他の回路部品等を搭載する、所望の領域の周囲
に巻回配置することで、他の部品等を搭載する際の障害
の発生を避けることが可能となる。また、回路基板とワ
イヤトランスを有して構成する電源装置を組み込む情報
処理機器等においては、トランス部分と回路基板を分離
し、それぞれを適所に配置する構成にすることにより、
情報処理機器等のスペースを有効に利用することが可能
になる。ワイヤトランスについては、トランス部分と回
路基板を接続する接続線である、リード線部分も、電力
伝達に寄与できるので、トランスと回路の距離が離れて
設けられても性能の低下は生じない。さらに、複数個の
ワイヤトランスと回路基板を接続する接続線の長さをほ
ぼ等距離に配置する構成により（一般に、複数個のトラ
ンスと、回路基板を接続する接続線の長さを揃えないと
トランスの出力特性が異なってしまうことが知られてい
る）、複数のワイヤトランス間の出力の平衡を図るとが
可能となる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例として、いわゆるＤＣ
−ＤＣコンバータ式電源装置２０を構成する回路基板１
と、空心ワイヤトランス２の配置構造を示す平面図であ
る。ここで「空心ワイヤトランス」とは、一次および二
次コイルを構成する導線を、所定の絶縁層を隔てて並べ
て配置することによって発生する相互誘導作用を利用し
て、コアを使用せずに、一次および二次コイル間の絶縁
と電力の伝送作用を有する手段である。回路基板１に
は、スイッチング素子をはじめとする入力側回路、整流
ダイオード等の出力側回路、全体を制御する制御回路等
を有して構成される各回路部品１０ａ、１０ｂ、１０
ｃ、１０ｎ等（説明の都合上、全ての回路部品について
符号を添付することは避ける）が搭載されている。そし
て、入出力間の絶縁と電圧変換機能を有する空心ワイヤ
トランス２は、回路部品１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０
ｎ等の全ての回路部品を囲み、回路基板１の外縁に沿っ
て巻回配置されている。この空心ワイヤトランス２は、
例えば一次、二次コイルとなる２本の導線を並行に並べ
て巻回して構成されるが、一次、二次間の結合を大きく
するためには、ある程度の長さが求められる一方、任意
形状に巻回することができる長所があることから、回路
基板１の外縁に沿って巻回することで、回路部品１０
ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｎ等を搭載する障害（レイア
ウト上の制約を受けることなく）となることなく配置す
ることができる。図２に、図１の実施例における断面図
Ａ−Ａ’を示すが、空心ワイヤトランス２は、通常高さ
が低いことから電源装置２０の高さは、搭載した回路部
品１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｎ等において最大の高
さを有する回路部品の高さに支配される。本実施例に用
いる空心ワイヤトランス２の構成例を以下に示す。図３
は図２中のワイヤトランスの周囲部分３の断面を拡大し
て示したものであるが、一次、二次コイルとなる２本の
導線１１と１２を一平面に並べ、所定の長さになるまで
回路基板１の外縁に沿って巻回した構成としている。こ
の構成例は、空心ワイヤトランス２の高さｈを低くする
のに有効な構成であり、高さ低減の効果がある。図４
に、一次、二次コイルとなる２本の導線１１と１２を鉛
直方向に重ねたまま、回路基板１の外縁に沿って巻回し
た構成例を示す。本構成によれば、空心ワイヤトランス
２の巻幅Ｗを小さくすることができる。

【０００７】図５に示す構成例は、一次と二次の巻数が
異なる空心ワイヤトランス２を構成する実施例である。
一例として、巻数比１：４の実施例を示すが、大電流導
線１１の周囲に４本の小電流導線１２ａ、１２ｂ、１２
ｃ、１２ｄを螺旋状に巻き付けた構成としている。この
４本の小電流導線１２ａから１２ｄを、直列に接続する
ことで合計の長さは、大電流導線１１の約４倍となり、
電圧比は１：４、電流比は４：１となる。このような構
成にすることによって、所望の巻数比の空心ワイヤトラ
ンス２を構成できる。図６に、多重構造の一例として、
二重構造の空心ワイヤトランス２’の構成例を示す。そ
れぞれの空心ワイヤトランスが、図３から図５に示す、
いずれかの構造を有する空心ワイヤトランス２ａおよび
２ｂを重ね、一方の空心ワイヤトランス２ａの外周端部
２ａｏと、他方の空心ワイヤトランス２ｂの外周端部２
ｂｏとを接続した構成例である。本実施例によれば、巻
幅Ｗが小さくても、導線の全長を長くすることが可能と
なり、電源装置の表面積を低減できる効果がある。さら
に、多重の数が偶数の場合には、空心ワイヤトランス
２’の二つの外部接続端子２ａｉおよび２ｂｉを共に回
路部品１０ａ等の側に設けることができるので、回路部
品との接続構造が簡略となる効果もある。空心ワイヤト
ランスは、前述したように、導線のみで構成するため、
薄型構造を実現でき、多重構造としても全体高さは、搭
載した回路部品の最大の高さと同等以下にすることが可
能である。なお、重ね合わせる空心ワイヤトランス２ａ
および２ｂは、別個の導線で製造する必要はなく、一本
の導線から、一体に製作することも可能であり（一本の
導線を必要なだけ巻回し、これを１段目のワイヤトラン
スとし、所定の長さを２段目への接続長として、さらに
２段目のワイヤトランスを構成するため必要なだけ巻回
すれば良い）、この場合には、外周端部２ａｏおよび２
ｂｏの接続の必要はなくなる。図７に、空心ワイヤトラ
ンス２を回路基板１の外周に巻回して電源装置２０を構
成した実施例を示す。本構成によれば、空心ワイヤトラ
ンス２の高さｈは、回路部品１０ａ、１０ｂ、１０ｃの
最大の高さｈｍに、回路基板１の厚さｈａを加えた値
ｈ’まで、許容することができるので、導線径が太く、
高さの高いワイヤトランスや、長い導線を多段に巻き重
ねたワイヤトランスを用いた場合においても、トランス
の高さは、トランスを除く電源装置構成部品の高さより
小さくすることができることになる。図８に本発明の
他の実施例を示す。電源装置２０を構成する回路部品の
一部、例えば二次側の回路部品１０'ａ、１０ｂ'、１０
ｉ'等（全ての回路部品に符号付加せず）を、ワイヤト
ランス２に囲まれた領域に、その他の回路部品１０'
ｊ、１０'ｋ、１０'ｎ等（全ての回路部品に符号付加せ
ず）を、ワイヤトランス２の外部に配置している。本実
施例では、トランスを隔てて回路部品配置領域を分離し
ているので、回路部品間の電磁ノイズ伝搬、漏れ磁束の
シールド対策が容易になる効果がある。例えば、ノイズ
発生源となる部品と、ノイズに弱い部品を分離して配置
し、一部分だけを電磁シールドする構成等も、容易に実
現できることになる。本発明の他の実施例として、電源
装置を構成する回路部品を搭載する基板とワイヤトラン
スを分離して配置した実施例を以下に説明する。図９
は、電源装置２０を、一次側回路部品を搭載した一次側
回路基板１ａ、二次側回路部品を搭載した二次側回路基
板１ｂと、導線を平面スパイラル状に巻回構成したワイ
ヤトランス２に分割して配置構成した実施例を示す。ワ
イヤトランス２については、該ワイヤトランス２と回路
１ａ、１ｂとを接続する接続導体４が長くなったとして
も、その部分（符号４にて示した部分）の一次、二次導
体間の結合で、電力伝送が行えるため、たとえトランス
と回路との距離が離れても、損失増加や効率低下等の問
題は生じない。本実施例によれば、情報処理機器等にお
いて、電源装置部分を小領域に分割して組み込み配置で
きるので、電源以外の部品を最適位置に配置した残りの
領域に、各種部品を分散配置することが可能となり、電
源装置設置に際してスペースの有効利用を図れる効果が
ある。上記実施例の変形例として、ワイヤトランスと、
トランスの一次側回路、二次側回路を分離して、それぞ
れを異なる領域に配置した実施例を図１０に示す。

【０００８】本実施例によれば、電源装置２０を情報機
器等に組込む際にワイヤトランス２、一次側回路基板１
ａ、二次側回路基板１ｂと、さらに小さなパーツに分け
て、それぞれを、互いに別の領域に配置することが可能
であるので、機器内のスペース利用率を一層向上できる
効果がある。本実施例において、各パーツを接続するリ
ード線のうち、トランスの一次、二次導体が並行配置と
なる部分のリード線４においては、この部分（リード線
４）でも電力を伝達できる点は、図９の実施例の場合と
同様である。

【０００９】図１１に本発明の他の実施例として、複
数、ここでは３個のワイヤトランス２ａ、２ｂ、２ｃ
と、回路基板１を有して構成した電源装置２０の構成例
を示す。各ワイヤトランス２ａ、２ｂ、２ｃは、例えば
導線を平面スパイラル状に巻回構成したものである。３
個のワイヤトランスを使用するのは、複数出力電圧、大
容量化等に対応するためであり、本実施例では、第一
に、３個のワイヤトランスを独立に使用する３電圧出力
とするもの、第二に、３個のワイヤトランスを２個と１
個に分けて、該２個の方を、並列に接続し、大容量出力
とするもの、第三に、３個のトランスを、３個とも並列
に接続し、１出力電圧かつ大容量出力とするものの、３
種類の電源装置の構成を実現できる。本実施例において
は、ワイヤトランス２ａ、２ｂ、２ｃの平面形状が、任
意に構成できることを利用し、回路基板１と組合せた電
源装置２０の全体平面形状を略矩形状に形成すること
で、全体的に無駄なスペースのないコンパクトな構成を
実現し、かつ回路基板１と、３個のワイヤトランス２
ａ、２ｂ、２ｃを接続する接続線の距離をほぼ等しくし
（通常、回路基板と複数のトランスの各々の接続線長が
異なると、出力の不平衡が発生する）、トランスの位置
の相違に伴う出力の不平衡を軽減することが可能になっ
たところに特徴がある。図１２に他の実施例として、４
個のワイヤトランス２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを、回路基
板１から、ほぼ等距離の接続線を介して接続配置した電
源装置２０の構成例を示す。本実施例もまた、多出力ま
たは大容量出力に対応した構成例であり、電源装置２０
全体の平面形状が略矩形になっており、スペースの利用
効率が良く、さらに、４個のワイヤトランス２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄの出力の不平衡を低減できる効果があ
る。図１１および図１２に示した実施例においては、ワ
イヤトランスを回路基板と別に設置する実施例を記載し
ているが、両者を同一の基板上搭載することも、もちろ
ん可能であり、この場合には電源装置全体を、一体にし
て構成し、取り扱うことができる効果がある。

【００１０】また、図９から図１２に記載した実施例に
おいて、ワイヤトランスや回路部品を、論理回路やメモ
リー等の部品とともに同一基板に搭載することが可能で
あることはいうまでもなく、この場合にも回路基板の有
効利用が図られる。本発明は、上述の説明のように、コ
アを使用しない空心ワイヤトランスを採用し、該ワイヤ
トランスを他の回路部品を搭載した基板の外縁に沿って
巻回配置する、または、基板の外周に巻回配置する、さ
らに、回路基板とワイヤトランスを分離配置する構成と
したので、トランスを組込んだ電源装置等の高さ低減等
を図ることが可能になる。

【００１１】

【発明の効果】トランスを組込んだ電源装置等の高さ等
を低減でき、また、回路基板や装置において、回路部品
等を搭載する際の障害となることなくトランスを組込む
ことができる。さらに、複数のワイヤトランスと、回路
基板とをほぼ等距離の接続線で接続する構成にしたた
め、トランス出力の不平衡を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回路部品を搭載した基板の外縁に沿ってワイヤ
トランスを巻回して構成した電源装置の実施例の平面図
である。

【図２】図１に示す実施例の断面図である。

【図３】図２に示す実施例で用いるワイヤトランスの一
構成例を示す断面図である。

【図４】図２に示す実施例で用いるワイヤトランスの他
の構成例を示す断面図である。

【図５】図２に示す実施例で用いるワイヤトランスの他
の構成例を示す断面図である。

【図６】図２に示す実施例の、他の構成例として多重積
層構造のワイヤトランスを示す断面図である。

【図７】回路基板の外周にワイヤトランスを巻回配置し
た電源装置の実施例の断面図である。

【図８】回路部品の一部を囲んでワイヤトランスを巻回
配置した電源装置の実施例の平面図である。

【図９】本発明の他の実施例である、回路基板とワイヤ
トランスを分離配置した電源装置の平面図である。

【図１０】一次、二次の回路基板とワイヤトランスを分
離配置した電源装置の実施例の平面図である。

【図１１】３個のワイヤトランスを用いた電源装置の実
施例の平面図である。

【図１２】４個のワイヤトランスを用いた電源装置の実
施例の平面図である。

【符号の説明】

１…回路基板、１ａ…回路基板、１ｂ…回路基板、２…
ワイヤトランス、２’…ワイヤトランス、２ａ…ワイヤ
トランス、２ｂ…ワイヤトランス、２ｃ…ワイヤトラン
ス、２ｄ…ワイヤトランス、２ａｏ…空心ワイヤトラン
ス２ａの外周端部、２ｂｏ…空心ワイヤトランス２ｂの
外周端部、２ａｉ…空心ワイヤトランス２’の外部接続
端子、２ｂｉ…空心ワイヤトランス２’の外部接続端
子、３…ワイヤトランスの周囲部分、４…リード線、１
０ａ…回路部品、１０ｂ…回路部品、１０ｃ…回路部
品、１０ｎ…回路部品、１０ａ’…回路部品、１０ｂ’
…回路部品、１０ｉ’…回路部品、１０ｊ’…回路部
品、１０ｋ’…回路部品、１０ｎ’…回路部品、１１…
導線、１２…導線、１２ａ…導線、１２ｂ…導線、１２
ｃ…導線、１２ｄ…導線、２０…電源装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者恩田謙一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者高橋正茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者叶田玲彦茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者堀江秀明茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１以上の回路部品を配置した回
路基板と、前記回路部品の全てを囲み、前記回路基板の
外縁に沿って巻回配置した、複数の導体よりなるワイヤ
トランスを有して構成した電源装置。
【請求項２】少なくとも１以上の回路部品を配置した回
路基板と、該回路基板の外周を巻回配置した、複数の導
体よりなるワイヤトランスを有して構成した電源装置。
【請求項３】少なくとも１以上の回路部品を配置した回
路基板と、前記回路部品の一部を囲み前記回路基板上に
おいて巻回配置した、複数の導体よりなるワイヤトラン
スを有して構成した電源装置。
【請求項４】複数の導体を巻回構成したワイヤトランス
と、少なくとも１以上の回路部品を配置した回路基板を
有して構成される電源装置において、前記ワイヤトラン
スを接続線を介し前記回路基板と接続し、回路基板の外
部に設けたことを特徴とする電源装置。
【請求項５】複数の導体を巻回構成した複数個のワイヤ
トランスと、少なくとも１以上の回路部品を配置した回
路基板を有して構成される電源装置において、前記各ワ
イヤトランスを、実質的に等距離の接続線を介し前記回
路基板と接続し、回路基板の外部に設けたことを特徴と
する電源装置。