JPH08289537A

JPH08289537A - 薄型ｄｃ−ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JPH08289537A
Application number: JP8696595A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tanigawa; 健一谷川; Sueyuki Yahagi; 末行矢作; Nobuyoshi Tanaka; 信嘉田中
Original assignee: Yutaka Electric Mfg Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Yutaka Electric Mfg Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】従来と比べ厚さが薄いオンボ−ド型のＤＣ−
ＤＣコンバータを提供する。【構成】セラミック基板またはメタル基板の片面に回
路を構成し、他面に融着コイル２１を扁平な閉磁路型フ
ェライトコア２２で挟んで成るインダクタンス素子２を
固定する。【効果】ＤＣ−ＤＣコンバータを薄型化できる。使用
電力２．５Ｗで厚さ１４．０mmを５．３mmに低減でき、
電子機器中での電源部分の占有体積を減じることがで
き、電子機器を小型化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器の負荷部分に
安定なＤＣ電力を供給する薄型ＤＣ−ＤＣコンバータに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型・軽量化が時代の趨勢で
あり、その電子回路に安定な直流電圧を供給するＤＣ−
ＤＣコンバータ等のスイッチング電源の小型化、特に薄
型化が追及されている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、一般
に下面に複数のピンを有し、本体基板に予め設けたスル
ーホールを介して裏面ではんだ接続して用いられるオン
ボード型が普及している。

【０００３】オンボード型ＤＣ−ＤＣコンバータの従来
例として、樹脂基板の片面に回路を構成し、他面に放熱
板を介在して、ドラム型やＥＩ型のフェライトコアに巻
線を施したインダクタンス素子を固定した構造のものが
知られている（例えば、実用新案登録第１８９１１８１
号、実願平５−５９６７１号参照）。これらは三端子レ
ギュレータと同様に、入力、出力に電解コンデンサを付
加することにより動作可能である。

【０００４】従来のＤＣ−ＤＣコンバータは第一に、前
述したインダクタンス素子を使用しているため、小型
化、特に薄型化するには不利であった。即ち、ドラム型
のフェライトコアに巻線を施したインダクタンス素子
は、一般にコア材料にＮｉ−Ｚｎ系フェライトを用い、
また磁路が閉ループでないため、小型・薄型化に限界が
ある。一方、ＥＩ型のフェライトコアに巻線を施したイ
ンダクタンス素子は、一般にコア材料にＭｎ−Ｚｎ系フ
ェライトを用いるが、ボビンを用いるため、小型・薄型
化に限界がある。

【０００５】インダクタンス素子はトランジスタのスイ
ッチング動作による脈流電圧を平滑するチョークコイル
として働き、回路に応じたインダクタンスの直流重畳特
性を要求される。Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトはＭｎ−Ｚｎ
系フェライトと比べ、スイッチング周波数での振幅透磁
率および最大磁束密度が小さいため、同じサイズでは、
それぞれ高いインダクタンス、大きい直流重畳電流を得
るのに不利である。即ち、同じインダクタンスの直流重
畳特性を得るには、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを用いる
と、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトと比べ、フェライトコアの
サイズは大きくなる。また、磁路は開ループだと、漏れ
磁束による磁気エネルギーの損失が大きくなるため小型
化に不利である。

【０００６】Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは電気伝導度が小
さいため、導線と絶縁するためのボビンが必要である。
ボビンは予め導線を巻線後、フェライトコアに装着され
る。ボビンは一般に導線の端部を接続する端子を設け、
また基板に固定し易い構造とするため、かなり大きいも
のが必要である。

【０００７】これらのＤＣ−ＤＣコンバータは第二に、
熱伝導度の低い樹脂基板を用いているため、トランジス
タやダイオード等回路部品から発生する熱を放散しにく
く、そこで回路構成面の反対面に放熱板を設けるため、
その分小型化、特に薄型化するには不利であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
と比べ厚さが薄いオンボード型のＤＣ−ＤＣコンバータ
を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、ＤＣ−ＤＣコンバータをセラミック基
板またはメタル基板の片面に回路を構成し、他面に、融
着コイルを扁平な閉磁路型フェライトコアで挟んで成る
インダクタンス素子を固定して成る構造とする。ここ
で、融着コイルとは融着性絶縁導線を巻線し固着したも
のをいう。

【００１０】本発明の薄型ＤＣ−ＤＣコンバータの構造
例を図１に示す。同図（ａ）は斜視図であり、同図
（ｂ）は側面図である。セラミック基板またはメタル基
板１の片面には、ＦＥＴ、ダイオード、コントロールＩ
Ｃ、抵抗等の電子部品や配線パターンにより回路が構成
されている。ただし、配線パターンは図が複雑になるた
め省略した。セラミック基板またはメタル基板１の他面
には、融着コイル２１を扁平な閉磁路型フェライトコア
２２で挟んで成るインダクタンス素子２が固定されてい
る。インダクタンス素子２の辺長はセラミック基板また
はメタル基板１より小さくするのが好ましい。インダク
タンス素子２の融着コイル２１の導線両端は、回路基板
１の切り欠き部１１を介して、回路配線パターンにはん
だ付けにより電気的に接続されている。

【００１１】また、セラミック基板またはメタル基板１
には、複数のピン１２が設けられ、薄型ＤＣ−ＤＣコン
バータは本体基板に予め設けたスルーホールを介して裏
面ではんだ接続してオンボードで用いられる。ピン１２
は入力、出力、グランド、出力電圧可変等用のリード端
子および基板固定用ピンであり、配線パターンや本体基
板への固定し易さ等に応じて配置される。

【００１２】ピン１２は図１（ａ）、（ｂ）ではセラミ
ック基板またはメタル基板１の下方向に設けられている
が、横方向にセラミック基板またはメタル基板１の一方
の側面に設けることにより、容易に図２のような低床面
積タイプの薄型ＤＣ−ＤＣコンバータが得られる。同図
（ａ）はインダクタンス素子２を固定した面側の平面図
であり、同図（ｂ）はその側面図である。

【００１３】セラミック基板には熱伝導性に優れるアル
ミナ、ジルコニア、炭化珪素、ベリリア、ＡｌＮ等のプ
リント配線板が適用できる。メタル基板はメタル表面に
電気絶縁層が形成されたプリント配線板であり、端部を
曲げることにより、放熱板を兼ねることができる。

【００１４】インダクタンス素子２は、融着コイル２１
を扁平な閉磁路型フェライトコア２２で挟んで成り、そ
の構造例の分解斜視図を図３に示す。融着コイルは融着
性絶縁導線を巻枠に沿って巻き、溶剤、通電加熱、また
は熱風加熱により固着後、巻枠から外すことにより作製
する。融着性絶縁導線は、ポリウレタンやポリエステル
等の被覆導線の上に、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の
融着性被膜を焼き付けた二層構造の被覆導線である。上
記の処理により、導線同士を接着可能であり、融着コイ
ルは一体成形できかなりの強度が得られる。

【００１５】融着コイル２１は一般に円形であり、中心
部には扁平な閉磁路型フェライトコア２２の中脚部分２
２ａを挿入するための穴部２１ａが設けられている。融
着コイルを複数並列に配置することにより、トランスも
容易に得られる。

【００１６】融着性絶縁導線に使用される導線には、断
面が円状の丸導線のほか、平角状のリボン導線や円状の
導線を複数本並列した多本平行導線等がある。扁平な閉
磁路型フェライトコア２２の同じ窓部（融着コイル２１
が入る部分）面積に、断面積が同じ導線を巻く場合、リ
ボン導線や多本平行導線の方が丸導線より隙間を少な
く、密に巻けるため、巻数を増やすことができ、高いイ
ンダクタンスを得るのに有利である。即ち、同じインダ
クタンスの直流重畳特性を得るのに、リボン導線や多本
平行導線を用いた方がインダクタンス素子をより薄型化
できる。

【００１７】導線は一般に、巻枠に沿って、内側（中脚
部分側）より順次巻線する。この場合、導線の巻き始め
部は内側より外周部に導き出す必要があり、コイルは導
線の外径分厚くなる。これに対し、内側で一箇所巻方向
を変えることにより、導線の両端を共に外周部より導き
出すことも可能である。一巻のコイルそれぞれに流れる
電流は共に同方向である。

【００１８】インダクタンス素子２は感電に対する保
護、および正常動作のために、融着コイル２１と扁平な
閉磁路型フェライトコア２２間に絶縁を要求される。耐
電圧をより向上させるために、これらの間に薄い絶縁物
を挿入したり、樹脂含浸するのが好ましい。

【００１９】扁平な閉磁路型フェライトコア２２は中脚
部分２２ａおよび外脚部分２２ｂを備えた板状のコアで
ある。２つのコア部分から構成され、その組み合わせ例
としては図３に示したもののほか、図４に示すものが考
えられる。図２はＩ型（板状）コアとＥＲ型コア、図４
（ａ）はＥＲ型コア同士、図４（ｂ）は板状コアとポッ
ト型コア、図４（ｃ）はポット型コア同士の組み合わせ
である。

【００２０】インダクタンス素子２は融着コイル２１を
扁平な閉磁路型フェライトコア２２の２つのコア部分で
挟むことにより作製される。コア同士は粘着剤付テー
プ、接着剤または取り付け金具等を用いて固定する。イ
ンダクタンス素子２は、例えばセラミック基板またはメ
タル基板１の回路構成面の反対面に接着剤で固定され
る。接着剤にはシリコーン樹脂等、熱伝導性および電気
絶縁性に優れるものが好ましい。

【００２１】ＤＣ−ＤＣコンバータを薄型化するために
は、インダクタンス素子の薄型設計に相応するように、
回路を高効率化し、発熱を抑えるのが好ましい。上述し
た構造の薄型ＤＣ−ＤＣコンバータはそのまま、または
ケースに入れたり、モールドすることにより、モジュー
ルとして使用される。

【００２２】

【作用】インダクタンス素子は融着コイルを扁平な閉磁
路型フェライトコアで挟んだ構造とすることにより、厚
さ６mm以下の薄型が容易に得られる。放熱性の良いセラ
ミック基板またはメタル基板の片面に回路を構成し、他
面にこの薄型インダクタンス素子を固定することによ
り、従来と比べ厚さが薄いオンボード型のＤＣ−ＤＣコ
ンバータが得られる。これにより、電子機器中での電源
部分の占有体積を減じることができ、電子機器を小型化
できる。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）薄型ＤＣ−ＤＣコンバータをチョッパ方式
レギュレータ回路で製作した。構造は図１に示したもの
と同様である。セラミック基板１として厚さ０．８mmの
アルミナ基板を用い、その片面にＦＥＴ、ダイオード、
コントロールＩＣ、抵抗等の電子部品や配線パターンに
より回路を形成し、ピン１２として入力、出力、グラン
ドおよび出力電圧可変用のリード端子を設けた。

【００２４】インダクタンス素子２は融着コイル２１を
扁平な閉磁路型フェライトコア２２の２つのコア部分で
挟み、コア同士は接着剤で固定することにより作製し
た。ただし、コイル、コア間には厚さ０．１３mmの絶縁
フィルムを設けた。

【００２５】融着コイル２１は、断面が幅０．３mm、厚
さ０．０９mmの銅線に絶縁被膜および融着被膜を施した
融着性絶縁リボン導線を３６ターン巻線し、熱風加熱に
より導線同士を接着することにより得た。得られた融着
コイル２１の外形は円形であり、中心穴部２１ａの直径
は５．６mm、外径は１４．０mm、厚さは０．４５mmであ
った。導線の巻き始め部は、内側より外周部に導き出す
必要があり、導出部も厚さに含めた。

【００２６】扁平な閉磁路型フェライトコア２２は図３
に示したように、板状コアとＥＲ型コアから成り、フェ
ライト材はＭｎ−Ｚｎ系を用いた。外形は幅１７mm、長
さ１３mm、厚さ２．３mmである。融着コイル２１の入る
部分（窓部）の厚さは０．８mmである。中脚部分２２ａ
は直径５．０mmとし、外脚部分２２ｂは幅０．７５mmと
した中脚部分のギャップは０．２mmである。

【００２７】得られたインダクタンス素子２に周波数１
００ｋＨｚ、振幅１ｍＡの正弦波交流を加え、インダク
タンスを測定した。インダクタンスは２０５μＨであっ
た。また、この正弦波交流に直流０．５Ａを重畳し、イ
ンダクタンスを測定した。インダクタンスは直流を重畳
しない時と比べ低下は僅少であり、２０３μＨであっ
た。

【００２８】インダクタンス素子２はアルミナ基板１の
回路構成面の反対面にシリコーン系接着剤で固定した。
融着コイル２１の導線両端はセラミック基板１の切り欠
き部１１を介して、回路配線パターンにはんだ付けによ
り接続した。

【００２９】以上により得られた薄型ＤＣ−ＤＣコンバ
ータのサイズは１８×１８×５．５（厚さ）mm³であっ
た。ただし、ピン２１はサイズから除いた。これに直流
安定化電源により入力電圧３５Ｖを加え、負荷試験を行
ったところ、出力電圧１２Ｖ、出力電流０．５Ａで正常
動作した。周囲温度２５℃における、熱飽和後のインダ
クタンス素子の温度上昇値は２０℃であった。同様に、
アルミナ基板の代わりに、メタル基板（厚さ０．８mm）
を用いて、薄型ＤＣ−ＤＣコンバータを試作したとこ
ろ、サイズは同じであり、温度上昇値も同等であった。

【００３０】（実施例２）薄型ＤＣ−ＤＣコンバータを
実施例１と同様にチョッパ方式レギュレータ回路で製作
した。ただし、ピン１２はアルミナ基板およびメタル基
板それぞれの一方の側面に設け、低床面積タイプを得
た。サイズは実施例１と同様であり、それぞれの温度上
昇値も同等であった。

【００３１】（比較例）ＤＣ−ＤＣコンバータを実施例
１と同様にチョッパ方式レギュレータ回路で製作した。
厚さ０．８mmのアルミナ基板またはメタル基板の代わり
に、同じ厚さのエポキシ樹脂基板を用い、その片面に同
様に回路を形成し、ピンを設けた。

【００３２】融着コイルを扁平な閉磁路型フェライトコ
アで挟んで成るインダクタンス素子をアルミナ基板また
はメタル基板の回路構成面の反対面にシリコーン系接着
剤で固定する代わりに、同等なインダクタンスの直流重
畳特性を持つドラム型およびＥＩ型のフェライトコアに
巻線を施したインダクタンス素子をそれぞれエポキシ樹
脂基板の回路構成面の反対面に、厚さ０．５mmの放熱板
を介してシリコーン系接着剤で固定した。

【００３３】ドラム型のＮｉ−Ｚｎ系フェライトコアに
直径０．４mmの絶縁被覆丸導線を７０ターン巻線したド
ラム型インダクタのサイズは直径１１mm、高さ１０mmで
あった。また、ＥＩ型のＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアに
直径０．４mmの絶縁被覆丸導線を５５ターン巻線したボ
ビンを装着したインダクタンス素子のサイズは１２×１
３×９（厚さ）mm³であった。

【００３４】以上により得られたＤＣ−ＤＣコンバータ
のサイズはそれぞれ１８×１８×１４．０（厚さ）m
m³、１８×１８×１３．０（厚さ）mm³であった。た
だし、ピンは大きさから除いた。実施例１と同じ条件で
負荷試験を行ったところ正常動作し、周囲温度２５℃に
おける、熱飽和後のインダクタンス素子の温度上昇値は
実施例１と同等であった。

【００３５】

【発明の効果】本発明はインダクタンス素子を融着コイ
ルを扁平な閉磁路型フェライトコで挟んだ構造とするこ
とにより、厚さ６mm以下の薄型のものとし、これを片面
に回路を構成した放熱性の良いセラミック基板またはメ
タル基板の反対面に固定することにより、従来と比べ厚
さが薄いオンボード型のＤＣ−ＤＣコンバータを提供す
る。これにより、電子機器中での電源部分の占有体積を
減じることができ、電子機器を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の薄型ＤＣ−ＤＣコン
バータの構造例を示す斜視図および側面図。

【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の薄型ＤＣ−ＤＣコン
バータの低床面積タイプの構造例を示す平面図および側
面図。

【図３】融着コイルを扁平な閉磁路型フェライトコアで
挟んで成るインダクタンス素子の構造例を示す分解斜視
図。

【図４】扁平な閉磁路型フェライトコアのコア部分の組
み合わせ例を示す説明図。

【符号の説明】

１回路基板１１切り欠き部１２ピン２インダクタンス素子２１融着コイル２１ａ中心穴部２２扁平な閉磁路型フェライトコア２２ａ中脚部分２２ｂ外脚部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中信嘉神奈川県川崎市中原区苅宿228番地株式会社ユタカ電機製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板またはメタル基板の片面
に回路を構成し、他面に、融着コイルを扁平な閉磁路型
フェライトコアで挟んで成るインダクタンス素子を固定
して成ることを特徴とする薄型ＤＣ−ＤＣコンバータ。