KR20010015090A

KR20010015090A - 인덕턴스 소자와 그 제조방법 및 그를 사용한 스너버 회로

Info

Publication number: KR20010015090A
Application number: KR1020000036320A
Authority: KR
Inventors: 사이토다다오; 모리야야스아키; 사카이가즈미; 구사카다카오
Original assignee: 니시무로 타이죠; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2001-02-26
Also published as: EP1065680A3; CN1292560A; JP2001076934A; CN1169169C; US6480084B1; EP1065680A2; KR100374102B1

Abstract

본 발명은 인덕턴스 소자와 그 제조방법 및 그를 사용한 스너버 회로에 관한 것으로서, 중공부(2)를 갖는 통형 보빈(1)의 외주부에는 길이 10㎜ 당 감은 수(N)가 20이상 500이하인 권선(3)이 설치되어 있고 이것은 코일(4)을 구성하고 있으며, 통형 보빈(1)의 중공부(2) 내에는 두께 4㎛이상 50㎛이하이고 폭 2㎜이상 40㎜이하의 단층 또는 복수층의 자성을 가진 얇은 띠(5)가 코어로서 삽입 배치되어 있고, 길이 10㎜당 코일의 감은 수(N)와 자성을 가진 얇은 띠(5)는 코일의 중공부내에 배치되어 개방 자로구조를 구비하고 있고, 또는 자성을 가진 얇은 띠(5)는 중공부를 관통하여 배치됨과 동시에 그 양단부가 자기적으로 접속됨으로써 폐쇄 자로 루프를 구비하며, 가포화 인덕터 등으로서 사용되는 인덕턴스 소자에 있어서 양호한 인덕턴스 특성을 유지하고 권선의 작업효율을 높임으로써 제조 비용을 대폭 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

인덕턴스 소자와 그 제조방법 및 그를 사용한 스너버 회로{INDUCTANCE ELEMENTS, METHOD FOR MANUFACTURING THE INDUCTANCE ELEMENTS, AND SNUBBER CIRCUIT UTILIZING THE INDUCTANCE ELEMENTS}

본 발명은 스위칭 전원의 스너버(snubber) 회로나 지연소자 등에 사용되는 인덕턴스 소자와 그 제조방법, 및 그것을 사용한 스너버 회로에 관한 것이다.

인덕턴스 소자는 각종 전기회로에 사용되고 있다. 예를 들어, RCC(Ringing Choke Converter)방식 등의 스위칭 전원에서는 스위칭 소자인 MOS-FET의 게이트 신호를 지연시키는 전류지연소자로서 인덕턴스 소자(가포화 인덕터)가 사용되고 있다. 이 전류지연소자는 스너버 콘덴서를 공진 콘덴서로서 기능하게 하고, MOS-FET를 제로볼트 스위칭시키는 것이다.

종래의 인덕턴스 소자로서는 예를 들어 연자성 합금의 얇은 띠를 감거나 또는 적층하여 형성한 토로이달(toroidal) 코어를 갖는 것이 주로 사용되고 있다. 이와 같은 인덕턴스 소자를 상기한 바와 같은 전류지연소자에 적용하는 경우에는 폐쇄 자로구조의 토로이달 코어에 피복된 와이어를 복수회 감음으로써 소정의 특성을 얻고 있다.

토로이달 코어를 갖는 인덕턴스 소자는 그 폐쇄 자로구조에 기초하여 인덕턴스를 얻는 데에는 유리하다. 그러나, 연자성 합금의 얇은 띠에 의해 구성된 토로이달 코어에서는 페라이트 소결체로 이루어진 소결 코어와 같이 미리 절연 보빈에 와이어를 감아 두고, 이것에 분할된 소결코어를 합쳐서 폐쇄 자로를 형성하는 구성을 용이하게 적용할 수 없다.

상기한 바와 같은 보빈 구조에 토로이달 코어를 적용하기 위해서는 U자형 컷 코어와 동일하게 코어에 수지함침을 실시한 후에 절단하고, 이것을 보빈에 넣는 공정을 필요로 한다. 이와 같은 가공공정은 소자의 제조효율을 저하시켜 제조 비용을 상승시킬 뿐만 아니라, 토로이달 코어를 절단함으로써 자기특성의 열화를 초래하게 된다.

이러한 이유로부터 종래의 연자성 합금의 얇은 띠에 의해 구성된 토로이달 코어를 사용하는 경우에는 토로이달 코어에 직접 권선을 설치하여 인덕턴스 소자를 구성하는 것이 일반적이다. 그러나, 이와 같은 구조에서는 토로이달 코어의 권선의 작업효율이 낮고 권선공정을 자동화하는 데에 어려움이 있다. 이에 의해, 인덕턴스 소자의 제조비용의 증대를 초래하고 있다.

종래의 인덕턴스 소자에서는 토로이달 코어로의 권선수를 감소시키기 위해 연자성 합금의 얇은 띠에 투자율이 높은 재질을 적용하고, 코어 유효단면적을 증대시킨 코어를 사용하고 있다. 이와 같은 구성을 적용한 경우에도 권선의 비효율성이라는 문제를 해소할 수 있는 것은 아니고, 기본적으로 생산성이 낮다는 문제는 남아있다.

또한, 종래의 토로이달 코어에 직접 권선을 설치하는 구조에서는 권선에 견딜 수 있는 강도를 갖는 코어가 필요하고, 이 때문에 토로이달 코어에 수지 코팅을 하거나 또는 토로이달 코어를 수지 케이스에 넣어 사용하고 있다. 이 공정도 인덕턴스 소자의 제조비용의 증대요인이 되고 있다.

상술한 바와 같이 종래의 인덕턴스 소자는 자성을 가진 얇은 띠의 권선체나 적층체로 이루어진 토로이달 코어에 권선을 설치한 구조가 일반적이다. 토로이달 코어로의 권선은 작업효율이 나쁘고 권선의 자동화에 어려움이 있어 인덕턴스 소자의 제조비용을 증대시키고 있다. 또한, 권선에 견딜 수 있는 강도를 부여하기 위해 수지 코딩이나 수지 케이스가 사용되고 있지만, 이것도 인덕턴스 소자의 제조비용의 증대요인이 되고 있다.

본 발명의 목적은 양호한 인덕턴스 특성을 유지하고 권선의 작업효율을 높임으로써 제조비용을 대폭 감소시키는 것을 가능하게 한 인덕턴스 소자와 그 제조방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 그와 같은 인덕턴스 소자를 사용함으로써 특성 및 생산성의 향상을 도모한 스너버 회로를 제공하는 데에 있다.

도 1a, 도 1b는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 인덕턴스 소자의 구조를 모식적으로 도시한 도면으로서,

도 1a는 사시도,

도 1b는 저면도,

도 2는 도 1a, 도 1b에 도시한 인덕턴스 소자의 단면도,

도 3은 도 1a, 도 1b에 도시한 인덕턴스 소자의 등가회로도,

도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 인덕턴스 소자의 구조를 모식적으로 도시한 사시도,

도 5는 도 4에 도시한 인덕턴스 소자의 단면도,

도 6은 도 4에 도시한 인덕턴스 소자의 등가회로도,

도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 인덕턴스 소자의 제 1 변형예를 도시한 단면도,

도 8은 도 7에 도시한 인덕턴스 소자의 주요부를 확대하여 도시한 단면도,

도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 인덕턴스 소자의 제 2 변형예를 도시한 사시도,

도 10은 도 9에 도시한 인덕턴스 소자의 단면도,

도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 인덕턴스 소자를 케이스에 수납한 상태를 도시한 사시도,

도 12는 본 발명의 스너버 회로를 적용한 스위칭 전원의 한 구성예를 도시한 회로도,

도 13은 본 발명의 실시예 1∼4 및 비교예 1∼4의 각 인덕턴스 소자를 사용한 스위칭 전원에서의 FET의 게이트 소스간의 전압과 드레인 전류의 파형을 도시한 도면,

도 14는 본 발명의 실시예 5∼9 및 비교예 5∼6의 각 인덕턴스 소자를 사용한 스위칭 전원에서의 FET의 게이트 소스간의 전압과 드레인 전류의 파형을 도시한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1,10: 보빈 2,11: 중공부

3: 권선 4: 코일

5: 자성을 가진 얇은 띠

8: 개방 자로형 인덕턴스 소자

9: 폐쇄 자로형 인덕턴스 소자

14: 접속부 27: 가포화 인덕터

30: 스너버 회로

본 발명의 인덕턴스 소자는 청구항 1에 기재한 바와 같이 길이 10㎜ 당 감은 수(N)가 20이상 500이하의 권선을 구비하고, 상기 권선은 양단이 개방된 중공부를 갖는 코일과, 두께 4㎛ 이상 50㎛ 이하이고 폭 2㎜ 이상 40㎜ 이하의 단층 또는 복수층의 자성을 가진 얇은 띠를 갖고, 상기 자성을 가진 얇은 띠 중 적어도 일부가 상기 중공부내에 배치되어 있는 코어를 구비하고, 상기 코일의 감은 수(N)와 상기 자성을 가진 얇은 띠의 층수(n)의 비(N/n)가 20이상 500이하인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 인덕턴스 소자는 또한 청구항 2에 기재된 바와 같이 상기 코일의 감은 수(N)와 상기 자성을 가진 얇은 띠의 두께(t(단위:㎛))의 비(N/t)가 1이상 100이하인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 인덕턴스 소자는 코일의 권선을 양단부가 개방된 통형으로 하는 한편, 그 감은 수를 충분히 많게 함으로써 코어를 구성하는 자성을 가진 얇은 띠의 단면적이 매우 작아도, 충분한 인덕턴스 특성이 얻어진다는, 새로운 견지에 기초하여 이루어진 것이다. 이와 같은 견지에 기초하여 본 발명에서는 코일의 감은 수(N)와 두께 4㎛이상 50㎛이하의 자성을 가진 얇은 띠의 층수(n)와의 비(N/n)를 20이상 500이하로 하고 있다. 이와 같은 인덕턴스 소자에 의하면 특히 가포화 인덕턴스로서의 양호한 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 인덕턴스 소자에 있어서는 종래의 토로이달 형상과는 달리 양단부가 개방된 권선을 적용하고 있다. 따라서 종래의 토로이달 형상의 인덕턴스 소자에 비해서 권선의 작업효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 구체적으로는 코일의 권선공정을 용이하게 자동화할 수 있다. 이에 의해 인덕턴스 소자의 제조 비용을 대폭 감소시키는 것이 가능해진다. 그리고, 상기한 N/n비에 기초하여 양호한 인덕턴스 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 인덕턴스 소자의 구체적인 형태로서는 청구항 3에 기재한 바와 같이 중공부를 갖는 통형상 보빈을 사용하고, 그 외주부에 권선을 설치함과 동시에 자성을 가진 얇은 띠를 통형 보빈의 중공부 내에 삽입한 구조를 들 수 있다. 이와 같은 보빈을 사용한 소자에 있어서, 청구항 5에 기재한 바와 같이 중공부의 일단을 폐쇄한 구조로 한 경우에는 자성을 가진 얇은 띠는 개방 자로구조를 갖는 것이 된다. 또한, 중공부의 양단을 개방 구조로 한 경우에는 청구항 8에 기재한 바와 같이 중공부를 관통하도록 자성을 가진 얇은 띠를 배치함과 동시에, 그 양단부를 자기적으로 접속함으로써 자성을 가진 얇은 띠는 폐쇄 자로구조(폐쇄 자로루프)를 갖는 것이 된다. 이와 같이 본 발명의 인덕턴스 소자는 여러가지 형태를 채용하여 얻는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 인덕턴스 소자는 청구항 13에 기재한 바와 같이 양단이 개방된 중공부를 갖는 권선을 구비하는 코일과, 두께 4㎛ 이상 50㎛ 이하의 단층 또는 복수층이 자성을 가진 얇은 띠를 구비하고, 상기 자성을 가진 얇은 띠는 폐쇄 자로구조를 갖도록, 상기 중공부를 관통하여 배치되고, 또한 그 양단부가 자기적으로 접속되어 있는 코어를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제 1 인덕턴스 소자의 제조방법은, 청구항 18에 기재한 바와 같이 중공부를 갖는 보빈의 외주에 권선을 설치하는 공정, 상기 보빈의 상기 중공부 내에 자성을 가진 얇은 띠를 배치하는 공정, 상기 보빈에 리드 단자를 설치함과 동시에 상기 리드 단자에 상기 권선의 단부를 전기적으로 접속하는 공정 및 상기 자성을 가진 얇은 띠가 배치된 상기 중공부를 밀봉하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제 2 인덕턴스 소자의 제조방법은 청구항 19에 기재한 바와 같이 양단이 개방된 중공부를 갖는 보빈에 권선을 설치하는 공정, 상기 보빈의 상기 중공부 내에 자성을 가진 얇은 띠를 관통시켜 배치함과 동시에 상기 자성을 가진 얇은 띠의 양단부를 자기적으로 접속하는 공정 및 상기 보빈에 리드 단자를 설치함과 동시에 상기 리드 단자에 상기 권선의 단부를 전기적으로 접속하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 인덕턴스 소자는 예를 들어 스위칭 전원의 스너버 회로의 전류지연소자로서 양호한 특성을 갖는 것이다. 본 발명의 스너버 회로는 청구항 20에 기재한 바와 같이 본 발명의 인덕턴스 소자를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 스너버 회로에 있어서, 본 발명의 인덕턴스 소자는 스위칭 소자의 드라이브 회로에 접속되어 사용된다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다.

도 1a, 도 1b은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 인덕턴스 소자의 구성을 도시한 도면이다. 도 1a는 인덕턴스 소자의 조립 구조를 도시하고 있고, 도 1b는 그 저면도이다. 도 2는 도 1a, 도 1b에 도시한 인덕턴스 소자의 단면도, 도 3은 도 1a, 도 1b에 도시한 인덕턴스 소자의 등가회로도이다.

이 도면에 있어서, "1"은 중공부(2)를 갖는 통형상의 보빈이고, 이 보빈(1)은 절연체로 구성된 것이다. 보빈(1)의 구성재료로는 절연성 및 열강도가 확보되는 것이면 여러가지의 절연재료를 사용할 수 있는데, 예를 들어 페놀 수지가 사용된다. 페놀 수지 이외에는 액정수지 등이 보빈(1)의 구성재료로서 바람직하게 사용된다.

도 1a, 도 1b에 도시한 보빈(1)은 단면이 장방형의 형상을 갖고 있고, 이 보빈(1)의 형상에 따른 중공부(2)를 갖고 있다. 또한, 보빈(1)의 형상은 타원형이나 원형이어도 좋다. 보빈(1)에 설치된 중공부(2)는 한쪽의 단부가 개방되어 있음과 동시에 다른쪽의 단부가 폐쇄되어 있다.

중공부(2)의 개방측단부(개구부)(2a)는 후술하는 자성을 가진 얇은 띠를 삽입하기 위한 스페이스가 있으면 좋고, 그 형상이나 크기는 특별히 한정되는 것은 아니다. 개구부(2a)의 형상으로서는 예를 들어 자성을 가진 얇은 띠를 중공부(2) 내에 수용하기 쉬운 장방형 슬릿이 바람직하게 사용된다. 제조시의 작업성이나 자성을 가진 얇은 띠의 낙하 등을 방지하는 측면에서, 개구부(2a)는 보빈(1)의 하부면 이외에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 보빈(1)에는 자성을 가진 얇은 띠나 코일 권선의 고정을 위해 홈 등을 설치해도 좋고 수지 등을 함침하여 고정해도 좋다.

보빈(1)의 외주면에는 권선(3)이 설치되어 있고 이에 의해 코일(4)이 구성되어 있다. 권선(3)에는 예를 들어 절연피복도선이 사용된다. 이와 같은 권선(3)은 코일(4)의 길이 10㎜ 당 감은 수(N)가 20이상 500이하가 되도록, 보빈(1)의 외주면에 감겨져 있다.

이와 같은 코일(4)에 있어서, 길이 10㎜ 당 감은 수(N)가 20미만이면, 코어를 구성하는 단면적이 매우 작은 자성을 가진 얇은 띠를 코어로서 사용한 경우에, 충분한 인덕턴스 특성을 얻을 수 없다. 한편, 길이 10㎜당 감은 수(N)가 500을 초과하면, 권선(3)의 밀도가 너무 커져 권선(3)간의 부유용량이 증대하여 인덕턴스 특성이 저하된다.

권선(3)은 중공부(2)를 갖는 통형상의 보빈(1)의 외주면에 감김으로써 실질적으로 양단이 개방된 중공구조를 갖고 있다. 즉, 솔레노이드 코일(4)을 구성하고 있다. 권선(3)의 양단부간의 길이는 Lw로 되어 있다. 이와 같은 권선(3)은 종래의 토로이달 형상과는 달리, 예를 들어 보빈(1)을 회전시켜 감음으로써 용이하게 자동화하여 실시하는 것이 가능하다. 이것은 권선작업의 효율을 대폭 향상시키는 것이다.

상기한 바와 같은 권선(3)이 실시된 보빈(1)의 중공부(2) 내에는 코일(4)의 코어를 구성하는 자성을 가진 얇은 띠(5)가 삽입 배치되어 있다. 이 중공부(2) 내에 배치된 자성을 가진 얇은 띠(5)는 폐쇄 자로구조를 갖는 것이다. 폐쇄 자로구조를 갖는 자성을 가진 얇은 띠(5)의 길이는 L로 되어 있다.

자성을 가진 얇은 띠(5)는 두께 4㎛이상 50㎛이하이고 폭 2㎜ 이상 40㎜ 이하의 형상을 갖는다. 자성을 가진 얇은 띠(5)의 두께가 50㎛를 초과하면 과전류 손실 등이 증대하고, 특히 고주파 영역에서의 손실이 증대한다. 자성을 가진 얇은 띠(5)의 두께를 4㎛ 미만으로 하면 제조성이 저하되고, 표면의 평활성이 열화되거나 핀홀 등이 증가할 우려가 있다. 자성을 가진 얇은 띠(5)의 두께는 또한 10㎛이상 30㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 자성을 가진 얇은 띠(5)의 폭은 상기한 범위내로 함으로써, 예를 들어 보빈 삽입시의 꺾임 등의 불합리함이 적어지고, 취급성이 뛰어남과 동시에 제조효율이 향상되고, 또한 고주파 손실이 적은 인덕턴스 소자를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면 자성을 가진 얇은 띠(5)는 단층으로도 충분히 효과를 발휘하는 것이지만, 복수층의 자성을 가진 얇은 띠(5)를 적층하여 사용하는 것도 가능하다. 복수층의 자성을 가진 얇은 띠(5)를 사용하는 경우, 개개의 자성을 가진 얇은 띠(5)의 형상을 상기한 수치의 범위내로 한다. 또한, 중공부(2) 내에 배치하는 자성을 가진 얇은 띠(5)는 도 1a, 도 1b에 도시한 바와 같이 평판형상 그대로이어도 좋고, 또한 중공부(2)의 형상에 맞추는 등 변형시켜도 좋다.

그리고, 본 발명의 인덕턴스 소자에 있어서는 코일(4)의 길이 10㎜ 당 감은 수(N)와 자성을 가진 얇은 띠(5)의 적층수(n)의 비(N/n)를 20이상 500이하로 하고 있다. 코일(4)의 감은 수(N)와 자성을 가진 얇은 띠(5)의 적층수(n)의 관계를, 상기한 N/n비의 범위내로 설정함으로써 두께 4㎛이상 50㎛이하라는 자성을 가진 얇은 띠(5)를 예를 들어 단층으로 사용한 경우에도 충분한 인덕턴스 특성을 얻는 것이 가능해진다.

즉, N/n비가 20미만이면 단면적이 작은 자성을 가진 얇은 띠(5)를 코어로 하는 본 발명의 인덕턴스 소자에서는 충분한 인덕턴스 특성을 확보할 수는 없다. 한편, N/n비가 500을 초과하면 권선(3)의 밀도가 커져 겹쳐 감기가 필요해지고, 권선(3) 간의 부유용량이 증가하여 소자의 인덕턴스가 저하된다. N/n비는 20이상 250이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

자성을 가진 얇은 띠(5)의 적층수(n)는 상기한 N/n비의 범위를 만족하는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 인덕턴스 소자의 소형화 등을 도모하는 측면에서 3층 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 자성을 가진 얇은 띠(5)가 단층인 경우에는 적층수(n)는 당연히 1이다.

본 발명의 인덕턴스 소자에 있어서는 상기한 N/n비에 더하여, 코일(4)의 길이 10㎜ 당 감은 수(N)와 자성을 가진 얇은 띠(5)의 두께(t:㎛)의 비(N/t)를 1이상 100[/㎛] 이하로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 관계를 만족시킴으로써, 보다 양호한 인덕턴스 특성을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 복수층의 자성을 가진 얇은 띠(5)를 적층하여 사용하는 경우, 두께(t)는 복수층의 판두께의 합계로 한다.

즉, N/t비가 1미만이면 단면적이 작은 자성을 가진 얇은 띠(5)를 코어로 하는 본발명의 인덕턴스 소자에서는 충분한 인덕턴스 특성을 확보하는 것이 어렵다. 한편, N/t비가 100을 초과하면 권선(3)의 밀도가 커져 겹쳐 감기가 필요해지고 권선(3)간의 부유용량이 증가하므로 소자의 인덕턴스가 저하된다. N/t비는 3이상 20[/㎛] 이하로 설정하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 자성을 가진 얇은 띠(5)가 개방 자로구조를 갖는 경우에는, 자성을 가진 얇은 띠의 길이(L)와 코일(4)의 권선(3)의 길이(Lw)의 비(L/Lw)를 0.7이상 1.6이하로 하는 것이 바람직하다. L/Lw비가 0.7미만이면 충분한 인덕턴스 특성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 또한, L/Lw비를 1.6을 초과하여 크게 해도 그 이상의 효과가 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 누설자속 등에 의한 마이너스 효과가 발생할 우려가 있다. L/Lw비는 0.8이상 1.2이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

자성을 가진 얇은 띠(5)의 구성재료로는 결정질 연자성 합금, 비정질 연자성 합금, 미세 결정 구조를 갖는 자성합금(이하, 미세 결정 연자성 합금으로 기재한다) 등의 여러가지의 연자성 재료를 적용할 수 있다. 이 중, 본 발명에서는 특히 비정질 연자성 합금이나 미세 결정 연자성 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

결정질 연자성 합금으로서는 예를 들어 퍼멀로이(permalloy) 합금을 들 수 있다. 구체적으로는 Ni를 55∼85질량%, Mo를 7질량% 이하, Cu를 2∼27질량%를 포함하고, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어진 퍼멀로이 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 퍼멀로이 합금으로 이루어진 자성을 가진 얇은 띠(5)는 예를 들어 용해법에 의해 합금 박판을 형성하고 이에 열간압연 및 냉간압연을 실시하고, 소정의 두께(4∼50㎛)의 얇은 띠로 함으로써 얻어진다. 얻어진 얇은 띠는 자계중 열처리에 의해 자기특성이 조정된다.

자성을 가진 얇은 띠(5)를 비정질 연자성 합금으로 구성하는 경우에는 Co기 비정질 합금, Fe기 비정질 합금, Fe-Ni기 비정질 합금 등을 사용하는 것이 바람직하다. Co기 및 Fe기의 비정질 합금으로서는

(화학식 중, M은 Fe 및 Co로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, M'은 Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta, W 등으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 X는 B, Si, C, P 등으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, a 및 b는 각각 0≤a≤0.5, 10≤x≤35원자%를 만족하는 수이다)

로 조성이 실질적으로 표시되는 합금이 예시된다.

M원소로서의 Fe와 Co는 자속밀도, 철 손실, 미소전류에 대한 감도 등이 요구되는 자기특성에 따라서 조성비율을 조정하는 것으로 한다. M'원소는 열안정성, 내식성, 결정화 온도의 제어 등을 위해서 첨가되는 원소이고, 특히 Cr, Mn, Zr, Nb, Mo 등을 사용하는 것이 바람직하다. X원소는 비정질 합금을 얻는 데에 필수원소이다. B는 합금의 비정질화에 유효한 원소이고 Si는 비정질상의 형성을 조성하거나 또한 결정화온도의 상승에 유효한 원소이다.

또한, Fe-Ni기 비정질 합금으로서는

(화학식 중, M″은 V, Cr, Mn, Co, Nb, Mo, Ta, W, Zr 등으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, b,y,z 및 w는 각각 0.2≤b≤0.5, 0.05≤y≤10원자%, 4≤z≤12원자%, 5≤w≤20원자%, 15≤z+w≤30원자%를 만족하는 수이다)

로 조성이 실질적으로 표시되는 합금이 예시된다.

Fe-Ni기 비정질 합금은 Ni가 농후한 Fe-Ni를 베이스로 함으로써, 양호한 자기특성을 얻고, 상기한 Co기 비정질 합금보다 저렴하게 제조 가능하게 한 것이다. M″원소는 열안정성, 내식성, 결정화온도의 제어를 위해 첨가되는 원소이고, 특히 Cr, Mn, Co, Nb 등을 사용하는 것이 바람직하다.

비정질 연자성 합금으로 이루어진 자성을 가진 얇은 띠(5)는 예를 들어 액체급냉법에 의해 제작된다. 구체적으로는 소정의 조성비로 조정한 합금소재를 용융상태로부터 10⁵℃/초 이상의 냉각속도로 급냉함으로써 얻어진다. 이와 같은 액체급냉법에 의해 두께가 4∼50㎛ 범위의 비정질 합금의 얇은 띠를 얻는다. 비정질 합금 얇은띠의 두께는 25㎛이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 바람직한 것은 8∼20㎛의 범위이다. 얇은 띠의 두께를 제어함으로써 저손실의 코어를 얻을 수 있다.

자성을 가진 얇은 띠(5)에 적용하는 미세 결정 연자성 합금으로서는

(화학식 중 A는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Ni, Co 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내고, c, d, e 및 f는 각각 0.01≤c≤4원자%, 0.01≤d≤10원자%, 10≤e≤25원자%, 3≤f≤12원자%, 17≤e+f≤30원자%를 만족하는 수이다)로 조성이 실질적으로 나타나는 Fe기 합금으로 이루어지고, 또한 평균입자직경이 예를 들어 50㎚ 이하인 미세결정입자를 갖는 것을 들 수 있다.

여기에서, Cu는 내식성을 높이고 결정입자의 조대화를 방지함과 동시에 철 손실이나 투자율 등의 연자기 특성의 개선에 유효한 원소이다. A원소는 결정입자직경의 균일화, 자기 변형이나 자기이방성의 감소, 온도변화에 대한 자기특성의 개선 등에 유효한 원소이다. 미세 결정 구조는 특히 입자직경이 5∼30㎚의 결정입자를 합금중에 면적비로 50∼90%의 범위에 존재시킨 형태로 하는 것이 바람직하다.

Fe기 미세 결정 연자성 합금으로 이루어진 자성을 가진 얇은 띠(5)는 예를 들어 액체급냉법에 의해 비정질 합금의 얇은 띠를 제작한 후, 그 결정화 온도에 대해서 -50∼+120℃의 범위의 온도에서 1분∼5시간의 열처리를 실시하고, 미세 결정을 석출하는 방법, 또는 액체급냉법의 급냉속도를 제어하여, 미세결정을 직접 석출하는 방법 등에 의해 얻을 수 있다. 이와 같은 미세 결정 연자성 합금의 얇은 띠의 폭방향으로 자장을 가하면서 열처리함으로써 소정의 직류각형비가 얻어진다.

자성을 가진 얇은 띠(5)의 구성재료는 인덕턴스 소자의 사용용도에 따라서 적절하게 선택하여 사용되는 것이다. 예를 들어, 투자율이 높은 가포화 인덕터를 얻기 위해서는 Co기 비정질 연자성 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 소형의 평활쵸크코일이면 Fe기 미세 결정 연자성 합금이나 Fe기 비정질 연자성 합금 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 자성을 가진 얇은 띠(5)를 열처리하지 않고 사용하므로 자성을 가진 얇은 띠(5)의 약화를 방지하는 것도 가능하다. 자성을 가진 얇은 띠(5)의 약화를 방지함으로써 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같은 폐쇄 자로 루프구조를 적용한 경우의 자성을 가진 얇은 띠(5)의 파손을 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 자성을 가진 얇은 띠(5)는 보빈(1)의 중공부(2) 내에 배치된다. 중공부(2)는 일단이 폐쇄되어 있으므로, 자성을 가진 얇은 띠(5)는 중공부(2)에 의해 유지되어 있다. 중공부(2)의 개구부(2a)는 예를 들어 덮개(6)에 의해 밀봉된다. 덮개(6)는 열용착, 접착 등에 의해 보빈(1)에 고정 부착된다. 덮개(6)는 스냅식으로 고정해도 좋다. 또한, 덮개(6)를 사용하는 대신, 수지 등으로 밀봉해도 좋다. 이와 같이, 자성을 가진 얇은 띠(5)가 배치된 중공부(2)의 개구부(2a)를 밀봉함으로써 자성을 가진 얇은 띠(5)를 고정 보호할 수 있다. 이에 의해, 인덕턴스 소자의 특성을 안정시키는 것이 가능해진다.

보빈(1)의 개구부(2a)와는 반대측의 단면에는 리드단자(7)가 설치되어 있다. 리드단자(7)에는 예를 들어 납땜 도금한 도체가 2개 사용된다. 리드단자(7)의 피치는 통상의 전자기판에 삽입할 수 있도록, 예를 들어 7.62㎜가 된다. 리드단자(7)는 실장기판에 고정하는 것을 고려하여, 3개째의 리드를 갖고 있어도 좋다. 리드단자(7)의 형성위치는 중공부(2)의 개구부(2a)와 반대측 면에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라서 다른 부위에 설치해도 좋다.

상기한 2개의 리드단자(7)에는 권선(3)의 단부가 각각 전기적으로 접속되어 있다. 권선(3)의 단부는 그 피복을 벗긴 후에 예를 들어 납땜 접합에 의해 리드단자(7)에 접속된다. 그리고, 상술한 바와 같은 각 구성요소에 의해 본 발명의 인덕턴스 소자(8)가 구성되어 있다.

이 실시형태의 인덕턴스 소자(8)는 권선(3)을 통형 보빈(1)의 외주부에 감아 코일(4)을 구성하고 있으므로, 종래의 토로이달 형상의 인덕턴스 소자에 비해 권선(3)에 요하는 작업효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 코일(4)의 권선공정은 용이하게 자동화할 수 있다. 이에 의해, 인덕턴스 소자(8)이 제조비용을 대폭 감소시키는 것이 가능해진다.

그리고, 상기한 N/n비나 N/t비 등에 기초하여 단면적이 매우 작은 자성을 가진 얇은 띠(5)를 코어로서 사용하고 있음에도 불구하고, 인덕턴스 소자(8)는 충분한 인덕턴스 특성을 갖는 것이다. 특히, 인덕턴스 소자(8)에 의하면, 가포화 인덕턴스로서 양호한 특성을 얻을 수 있다. 이와 같은 인덕턴스 소자(8)는 예를 들어 스위칭 전원의 스너버 회로의 전류지연소자 등에 적절하게 사용된다. 또한, 보빈(1)에 기판의 접속단자에 맞춘 리드단자(7)를 설치하고 있으므로, 인덕턴스 소자(8)의 기판으로의 실장공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서는 보빈(1)에 권선(3)을 설치한 코일(4)을 갖는 구성에 대해서 설명했지만, 본 발명의 인덕턴스 소자(8)는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 자기 용착성의 절연피복도선을 권선하고, 단일체로 솔레노이드 코일을 제작한 후에, 상기 코일의 중공부에 자성을 가진 얇은 띠를 코어로서 배치해도 본 발명의 인덕턴스 소자를 구성하는 것이 가능하다.

상술한 인덕턴스 소자(8)는 예를 들어 이하와 같이 하여 제조된다.

우선, 중공부(2)를 갖는 보빈(1)의 외주부에 길이 10㎜당 감은 수(N)가 20이상 500이하가 되도록 권선(3)을 실시한다. 권선공정은 자동화가 가능하다. 권선(3)의 구체적인 감은 수(N)는 사용하는 자성을 가진 얇은 띠(5)의 두께(t)에 따라서, 감은 수(N)와 자성을 가진 얇은 띠(5)의 적층수(n)의 비(N/n)가 20이상 500이하가 되도록 설정한다.

다음에, 보빈(1)의 중공부(2) 내에 자성을 가진 얇은 띠(5)를 배치한다. 또한, 보빈(1)에 리드 단자(7)를 설치한다. 이 리드단자(7)에 권선(3)의 단부를 전기적으로 접속한다. 이 후, 자성을 가진 얇은 띠(5)를 배치한 중공부(2)의 개구부(2a)를, 예를 들어 덮개(6)에 의해 밀봉한다. 이와 같이 하여, 인덕턴스 소자(8)가 얻어진다.

이와 같은 인덕턴스 소자(8)의 제조공정에 의하면 예를 들어 자동화한 권선공정을 실시한 후에, 보빈(1)의 중공부(2)에 자성을 가진 얇은 띠(5)를 삽입하여 코어로 할 수 있으므로, 제조공정을 대폭 효율화할 수 있다. 즉, 인덕턴스 소자(8)의 제조비용을 감소시키는 것이 가능해진다. 종래의 토로이달 코어를 사용한 인덕턴스 소자에서는 토로이달 코어를 제작한 후에 그와 같은 코어의 토로이달 권선이 필수이었지만, 본 발명에서는 이와 같은 비효율적인 권선공정을 배제할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 인덕턴스 소자에 대해서 설명한다.

도 4는 제 2 실시형태의 인덕턴스 소자의 구조를 도시한 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시한 인덕턴스 소자의 단면도, 도 6은 도 4에 도시한 인덕턴스 소자의 등가회로도이다.

이 도면에 도시한 인덕턴스 소자(9)에 있어서, 보빈(10)은 양단이 개방된 중공부(11)를 갖고 있다. 보빈(10)의 외주부에는 상술한 제 1 실시형태와 동일하게 권선(3)이 설치되어 있다. 자성을 가진 얇은 띠(12)는 보빈(10)의 중공부(11)를 관통하여 배치되어 있고, 또한 자성을 가진 얇은 띠(12)의 양단부는 보빈(10)의 외측에서 자기적으로 접속되어 있다. 즉, 자성을 가진 얇은 띠(12)는 중공부(11)를 통하여 권선(3)의 일부를 내포하는 폐쇄 자로루프를 형성하고 있다.

또한, 자성을 가진 얇은 띠(12)의 형상이나 구성재료, 코일(4)의 길이 10㎜당의 감은 수(N), 코일(4)의 감은 수(N)와 자성을 가진 얇은 띠(5)의 층수(n)의 비(N/n), 코일(4)의 감은 수(N)와 자성을 가진 얇은 띠(5)의 두께(t)의 비(N/t) 등의 상세 조건은 상술한 제 1 실시형태와 동일하게 되어 있다. 또한, 보빈(10)에는 제 1 실시형태와 동일하게 리드 단자(7)가 설치되어 있고, 권선(3)의 각 단부는 리드단자(7)와 전기적으로 접속되어 있다.

폐쇄 자로 루프를 형성하기 위한 자성을 가진 얇은 띠(12)의 단부 끼리의 접속은 예를 들어 자성을 가진 얇은 띠(12)의 한쪽 단부의 표면과 다른쪽 단부의 이면이 일부 겹쳐지도록 적층하고 이 적층부분을 예를 들어 테입(13)으로 고정함으로써 실시한다. 자성을 가진 얇은 띠(12)의 단부끼리의 접속에는 폐쇄 자로 루프를 구성할 수 있으면 여러가지의 고정법을 적용할 수 있다. 예를 들어, 접착제나 접착테입에 의한 고정, 용접 고정, 용착 등이 사용된다. 2층 이상의 자성을 가진 얇은 띠(12)를 사용하는 경우에는 적층한 자성을 가진 얇은 띠(12)를 중공부(11)에 삽입하고 그 단부끼리를 접속한다.

자성을 가진 얇은 띠(12)가 폐쇄 자로 루프를 형성하는 경우에는 단부끼리 접속된 루프형상의 자성을 가진 얇은 띠(12)의 일주 길이를 평균자로길이(Lc)로 했을 때, 이 평균자로길이(Lc)와 코일(4)의 권선(3)의 길이(Lw)의 비(Lc/Lw)가 6이하가 되도록, 자성을 가진 얇은 띠(12)의 길이를 설정하는 것이 바람직하다. Lc/Lw비를 6보다 크게 해도 인덕턴스 특성의 향상은 인정할 수 없고 자성을 가진 얇은 띠(2)에 낭비가 발생한다. 자성을 가진 얇은 띠(12)와 권선(3)의 간격은 최대한 작게 하도록 하는 편이 좋다.

폐쇄 자로 루프를 형성하기 위한 자성을 가진 얇은 띠(12)의 접속부(14)는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 보빈(10)의 외측에 배치해도 좋지만, 도 7에 도시한 바와 같이 접속부(14)는 보빈(10)의 중공부(11) 내에 배치하는 것이 바람직하다. 도 8에 도시한 바와 같이 접속부(14)는 자성을 가진 얇은 띠(12)의 한쪽 단부의 표면(12a)과 다른쪽 단부의 이면(12b)을 적층시켜 구성하고 있으므로, 접속부(14)에서는 자성을 가진 얇은 띠(12)의 단면적이 2배가 되고 있다. 이와 같은 부분을 중공부(11) 내에 배치함으로써 인덕턴스 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

즉, 솔레노이드형의 코일(4)에 전류를 흘린 경우, 발생하는 자계는 코일(4)의 내부에 강하게 영향을 받는다. 따라서, 코일(4)의 내부에 상당하는 중공부(11) 내에 자성을 가진 얇은 띠(12)의 단면적이 2배가 되어 있는 접속부(14)를 배치함으로써 인덕턴스 특성을 한층 더 향상시키는 것이 가능해진다.

접속부(14)에서의 자성을 가진 얇은 띠(12)의 적층 길이, 다시 말하면 접속부(14)의 길이(Lg)는 자성을 가진 얇은 띠(12)의 평균 자로길이(Lc)의 60% 이하로 하는 것이 바람직하다. 접속부(14)의 길이(Lg)를 너무 길게 설정하면, 코일(4)의 조립성이 저하되기 때문이다. 한편, 상기한 인덕턴스 특성의 향상효과를 얻는 측면에서 접속부(14)의 길이(Lg)는 자성을 가진 얇은 띠(12)의 평균자로길이(Lc)의 10% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

폐쇄 자로 루프를 형성하기 위한 자성을 가진 얇은 띠(12)의 접속구조는 도 4에 도시한 바와 같이 단부의 표리면을 적층하는 구조에 한정되는 것은 아니다. 도 9 및 도 10은 자성을 가진 얇은 띠(12)의 다른 접속구조를 도시하고 있다. 이 도면에 도시한 보빈(10)은 한쪽 단부측에 중공부(11)에 연결되는 슬릿(15)을 갖고 있다. 자성을 가진 얇은 띠(12)의 한쪽 단부는 슬릿(15)를 통하여 중공부(11)로 돌아가고 있고, 자성을 가진 얇은 띠(12)의 양단부는 표면끼리 자기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 하여 폐쇄 자로 루프를 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 자성을 가진 얇은 띠(12)가 갖는 응력에 의해 접촉이 유지되므로, 접착제 등에 의한 고정을 생략할 수 있다.

폐쇄 자로 구조의 자성을 가진 얇은 띠(12)를 갖는 인덕턴스 소자(9)에 있어서는 외부와의 절연성을 유지하기 위해 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이 상자형의 절연성 케이스(16)에 수납하거나, 또한 에폭시 수지 등에 의한 수지 밀봉을 적용하는 것이 바람직하다.

상술한 인덕턴스 소자(12)는 예를 들어 이하와 같이 하여 제조된다.

우선, 중공부(11)를 갖는 보빈(10)의 외주부에 길이 10㎜당 감은 수(N)가 20이상 500이하가 되도록 권선(3)을 실시한다. 권선공정은 자동화가 가능하다. 권선(3)의 구체적인 감은 수(N)는 사용하는 자성을 가진 얇은 띠(12)의 두께(t)에 따라서 감은 수(N)와 자성을 가진 얇은 띠(12)의 적층수(n)의 비(N/n)가 20이상 500이하가 되도록 설정한다.

다음에, 보빈(10)의 중공부(11)에 자성을 가진 얇은 띠(12)를 관통시키고, 또한 보빈(10)의 외측에서 자성을 가진 얇은 띠(12)의 단부끼리 접속하여 폐쇄 자로 루프를 형성한다. 자성을 가진 얇은 띠(12)의 접속부(14)는 보빈(10)의 중공부(11) 내에 위치하도록 이동시키는 것이 바람직하다. 또한, 보빈(10)에 리드단자(7)를 설치한다. 이 리드단자(7)에 권선(3)의 단부를 전기적으로 접속한다. 이 후, 절연성 케이스(16)나 수지 밀봉을 적용하여 인덕턴스 소자(9)의 절연성을 확보한다. 이와 같이 하여, 인덕턴스 소자(9)가 얻어진다. 또한, 미리 리드 단자(7)를 보빈(10)에 설치한 후 권선처리를 실시하는 등, 각 공정순서는 적절하게 변경할 수 있다.

상술한 제 2 실시형태의 인덕턴스 소자(9)에서도 권선(3)을 통형상의 보빈(10)의 외주부에 감아 코일(4)을 구성하고 있으므로, 권선(3)에 필요한 작업효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 따라서, 코일(4)의 권선공정은 용이하게 자동화할 수 있다. 이에 의해, 인덕턴스 소자(9)의 제조비용을 대폭 감소시키는 것이 가능해진다.

그리고, 상술한 N/n비나 N/t비 등에 기초하여 단면적이 매우 작은 자성을 가진 얇은 띠(5)를 코어로서 사용하고 있음에도 불구하고 충분한 인덕턴스 특성이 얻어진다. 특히, 인덕턴스 소자(9)에 의하면 가포화 인덕턴스로서 양호한 특성을 얻을 수 있다. 또한, 제 2 실시형태의 인덕턴스 소자(9)에서는 자성을 가진 얇은 띠(12)를 폐쇄 자로 루프형상으로 접속하고 있으므로, 다른 소자와의 간섭을 미연에 방지할 수 있다는 이점이 얻어진다.

또한, 상기한 인덕턴스 소자(9)의 제조공정에 의하면 예를 들어 자동화한 권선공정을 실시한 후, 보빈(10)의 중공부(11)에 자성을 가진 얇은 띠(12)를 삽입하여 코어로 할 수 있으므로, 제조공정을 대폭 효율화할 수 있다. 즉, 인덕턴스 소자(9)의 제조비용을 감소시키는 것이 가능해진다.

다음에, 본 발명의 스너버 회로의 실시형태에 대해서 설명한다.

본 발명의 스너버 회로는 상술한 본 발명의 인덕턴스 소자(8,9)를 구비하는 것이고, 이 인덕턴스 소자(8,9)는 스위칭 소자의 드라이브 회로에 접속하여 사용된다. 도 12는 본 발명의 스너버 회로를 사용한 자려 플라이백(fly back) 방식의 스위칭 전원의 한 구성예를 도시한 회로도이다.

도 12에서 입력단자(21,22)사이에는 변압기(23)의 1차 권선(24)과 스위칭 소자로서의 FET(25)가 직렬로 접속되어 있다. 변압기(23)에는 FET(25)의 드라이브 회로로서, FET(25)의 게이트 회로 드라이브용 권선(26)이 설치되어 있다. 즉, 권선(26)은 FET(25)를 자려발진시키기 위해 감긴 변압기(23)의 정귀환 권선이다. FET(25)의 게이트 회로와 FET 드라이브용 권선(26) 사이에는 가포화 인덕턴스(27), 저항(28), 콘덴서(29)가 직렬로 접속되어 있고, 이는 스너버 회로(30)를 구성하고 있다.

저항(28)은 FET(25)에 적절한 드라이브 전류를 부여하는 것이고, 또한 콘덴서(29)는 FET(25)의 드라이브 특성의 향상을 도모하기 위해 임의로 접속되는 것이다. 이것은 각각 가포화 인덕터(27)와 직렬로 접속하여 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 스너버 회로(30)에서의 가포화 인덕터(27)로서 본 발명의 인덕턴스 소자(8,9)가 사용되고 있다.

변압기(21)의 1차 권선(24)과 입력단자(22) 사이에는 변압기(23)의 1차 권선(24)에 발생하는 서지(surge) 전압을 흡수하는 스너버 콘덴서(31)가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 스너버 콘덴서(31)와 직렬로 스너버 저항(32)이 접속되어 있고, 충전전류(i)의 변화 속도(di/dt)를 늦추고 있다. 또한, 변압기(23)의 2차 권선(33)측은 종래의 스위칭 전원과 동일하고, 정류소자(34) 및 콘덴서(35)가 출력평활회로로서 접속되어 있다.

상술한 바와 같은 스위칭 전원에서는 본 발명의 인덕턴스 소자(8,9)를 적용한 가포화 인덕터(27)가 FET(25)의 게이트 신호를 지연시키는 전류지연소자로서 유효하게 기능한다. 따라서, FET(25)를 양호하게 제로볼트 스위칭시킬 수 있다. 이에 의해, 스위칭 소자로서의 FET(25)의 서지 전류의 감소와 전원으로서의 효율향상을 간편하고 효과적으로 실현할 수 있다.

(실시예)

다음에, 본 발명의 구체적인 실시예 및 그 평가결과에 대해서 설명한다.

실시예 1∼4, 비교예 1∼4

우선, 도 1a, 도 1b에 도시한 보빈(1)으로서, 높이 15㎜, 폭 6㎜, 안길이 1.5㎜의 각형형상을 갖고 액정수지(액정 폴리머)로 이루어진 것을 준비했다. 이 보빈(1)은 개구부(2a)의 형상이 5×0.3㎜이고, 높이가 14㎜인 중공부(2)를 갖는다. 또한,개구부(2a)와는 반대측의 보빈(1)의 단면에, 납땜 도금한 0.6㎜각의 도체를 2개 압입하여 리드단자(7)로 했다. 리드단자(7)의 피치는 통상의 전자기판에 삽입할 수 있도록 7.62㎜로 했다.

상기한 보빈(1)에 직경 0.1㎜의 우레탄선을, 각각 50회(실시예 1), 100회(실시예 2), 200회(실시예 3), 100회(실시예 4) 감아 권선(3)으로 했다. 코일(4)의 권선길이(Lw)는 12㎜로 일정하게 했다. 200회전의 권선(3)은 되접음에 의한 것이다. 이 권선(3)은 보빈(1)을 회전시켜 감음으로써 용이하게 자동화하여 실시하는 것이 가능했다. 권선(3)의 양단은 피복을 벗겨 2개의 리드단자(7)에 각각 납땜 접합했다. 구체적으로는 리드단자(7)에 권선단부를 맨 후, 납땜조에 담금으로써 피복을 용융하여 납땜 접합을 실시했다.

다음에, 자성을 가진 얇은 띠(5)로서 두께 18㎛, 폭 4.5㎛의 Co기 비정질 합금의 얇은 띠를 준비하여 이것을 단층으로 사용했다. 자성을 가진 얇은 띠(5)의 길이(L)는, 실시예 1에서는 권선길이(Lw)와 동일한 12㎜로 하고, 이것을 보빈(1)의 개구부(2a)로부터 중공부(2) 내에 삽입했다. 실시예 2에서는 자성을 가진 얇은 띠(5)의 길이(L)를 권선길이(Lw)의 0.3배, 실시예 3에서는 자성을 가진 얇은 띠(5)의 길이(L)를 권선길이(Lw)의 0.6배, 실시예 4에서는 자성을 가진 얇은 띠(5)의 길이(L)를 권선길이(Lw)의 2배로 하고, 각각 보빈(1)의 개구부(2a)로부터 중공부(2)내에 삽입했다. 실시예 1∼3에 대해서는 개구부(2a)를 절연체로 이루어진 덮개(6)로 덮고 열용착했다. 실시예 4에서는 자성을 가진 얇은 띠의 길이가 길므로, 개구부에 덮개를 하지 않고 사용했다.

상술한 실시예 1∼4의 각 인덕턴스 소자를, 도 12에 도시한 스위칭 전원의 가포화 인덕터(27)로서 사용하고 지연소자로서의 특성을 측정평가했다. 구체적으로는 입력은 140VDC, 부하조건은 24V, 1.5A로 하고, 각각의 지연효과와 전원효율을 관측했다.

또한, 본 발명과의 비교예 1로서, 인덕턴스 소자를 삽입하고 있지 않은 스위칭 전원의 특성을 실시예와 동일하게 측정평가했다. 또한, 토로이달형 페라이트 비드(4×1.5×6㎜)에 권선을 8회전 실시한 인덕터를 사용한 경우를 비교예 2, 둥근봉형상의 페라이트에 권선을 50회전 실시한 직선형 인덕터를 사용한 경우를 비교예 3, Co기 비정질 합금의 얇은 띠를 외형 4㎜, 내부직경 2㎜, 높이 6㎜로 감고, 이것을 절연수지 케이스에 수납하여 토로이달 코어로 하고, 이것에 권선을 6회전 실시한 가포화 인덕터를 사용한 경우를 비교예 4로 했다. 이에 대해서도 실시예와 동일하게 하여 특성을 측정평가했다.

측정결과를 도 13 및 표 1에 나타낸다. 서지전류의 억제의 모습은 FET의 게이트 소스간의 전압과 드레인 전류의 파형을 관측하여, 각각 도 13에 도시한다. 도 13에서, 상단은 게이트 소스간 전압(100V/div), 하단은 드레인 전류(1A/div)이다. 전원효율은 서지전류의 측정값과 함께 표 1에 나타냈다.

	10㎜ 당 감은 수(N)	자로	N/n비	N/t비	L/Lw비	소자체적(㎣)	서지전류Ip·p(A)	효율(%)
실시예1	42	개방	42	2.3	1.0	161	0.28	87.5
실시예2	83	개방	83	4.6	0.3	161	0.68	85.7
실시예3	167	개방	167	9.3	0.6	161	0.44	86.8
실시예4	83	개방	83	4.6	2.0	162	0.28	87.2
비교예1	(무대책)	-	-	-	-	-	1.38	85.5
비교예2	(페라이트 비드)	폐쇄	-	-	-	86	0.82	84.8
비교예3	(페라이트 둥근봉)	개방	-	-	-	166	0.70	84.4
비교예4	(토로이달 코어)	폐쇄	-	-	-	160	0.36	87.9

도 13 및 표 1로부터 밝혀진 바와 같이 본 발명의 실시예의 인덕턴스 소자를 사용한 경우에는 서지전류가 무대책시의 비교예 1에 비해 현저하게 감소되고 있고, 전원효율이 향상되는 것이 확인되었다. 또한, 실시예의 인덕턴스 소자는 종래의 폐쇄 자로 코어인 비교예 4에 비해 생산성을 대폭 향상시킬 수 있는 구조임에도 불구하고, 비교예 4와 비교하여 소자체적이 거의 동등하면서, 동등한 소음억제효과가 있는 것을 알 수 있다. 그 중에서도 실시예 1에서는 서지 억제효과와 효율면에서 비교예 4를 상회하는 것이 확인되었다.

또한, 권선길이(Lw)의 2개의 길이에 자성을 가진 얇은 띠의 길이(L)를 설정한 실시예 4에서는 실시예 1과 동일한 서지억제효과를 나타내고 효율에서는 동등하고 약간 하회하고 있다. 이것으로부터 자성을 가진 얇은 띠의 길이(L)는 필요 이상으로 길게 해도 서지 효과는 거의 동등한 수준에 머무르고, 효율도 동등하거나 약간 저하된다. 따라서, 자성을 가진 얇은 띠의 사용량이 증가하는 것 이외에, 누설자속의 영향이 증가할 가능성 등의 마이너스 효과를 고려하면 자성을 가진 얇은 띠의 길이(L)는 권선길이의 0.7∼1.5배로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 인덕턴스 소자는 종래와 같이 토로이달 구조가 아니고, 개방 자로이어도 전류지연소자로서 충분히 기능한다. 본 발명에 의하면 권선을 자동화할 수 있으므로, 인덕턴스 소자의 생산성의 대폭적인 향상이 가능해진다. 또한, 리드단자를 가지므로, 테입 캐리어 패키징에 의해 기판 조립의 자동화가 가능해진다.

여기에서, 동등한 특성(효율)을 나타내는 실시예 1과 비교예 4의 인덕턴스 소자의 중량을 측정했다. 실시예 1의 소자는 0.343g, 비교예 4의 소자는 0.550g으로, 약 38% 경량화되어 있다. 이와 같이, 본 발명의 인덕턴스 소자는 종래의 소자와 비교하여 거의 동등한 특성을 나타내고 충분한 경량화가 달성되어 있는 것을 알 수 있다. 본 발명은 경량화라는 점에 대해서도 우수한 효과를 갖는다.

실시예 5∼9, 비교예 5∼6

우선, 도 4에 도시한 보빈(10)으로서, 높이 13㎜, 폭 6㎜, 안길이 1.5㎜의 각형형상을 갖고, 액정수지(액정 폴리머)로 이루어진 것을 준비했다. 이 보빈(10)은 양단이 개방된 5×0.3㎜의 단면 직사각형 중공부(11)를 갖는다. 또한, 보빈(10)의 하부면에 납땜 도금한 0.6㎜각의 도체를 2개 압입하여 리드단자(7)로 했다. 리드단자(7)의 피치는 통상의 전자기판에 삽입할 수 있도록 7.62㎜로 했다.

상기한 보빈(10)에 직경 0.1㎜의 우레탄선을 각각 50회(실시예 5), 100회(실시예 6), 200회(실시예 7), 100회(실시예 8), 100회(실시예 9) 감아서 권선(3)으로 했다. 실시예 5의 코일(4)의 권선 길이(Lw)는 8㎜로 했다. 실시예 6∼9의 코일(4)의 권선길이(Lw)는 각각 12㎜로 했다. 200회전의 권선(3)은 도중 되접음에 의한 것이다. 이 권선(3)은 보빈(10)을 회전시켜 감음으로써 용이하게 자동화하여 실시하는 것이 가능했다. 권선(3)의 양단은 피복을 벗겨 2개의 리드단자(7)에 각각 납땜 접합했다.

다음에, 자성을 가진 얇은 띠(12)로서 두께 18㎛, 폭 4.5㎜의 Co기 비정질 합금 얇은 띠를 준비하고 이것을 단층으로 사용했다. 이 Co기 비정질 합금의 얇은 띠를 중공부에 관통시켜 삽입하고, 루프형상으로 하여 합금의 얇은 띠의 양단부를 적층하고, 이 적층부를 테입(13)으로 고정했다. 실시예 5, 실시예 6 및 실시예 7의 자성을 가진 얇은 띠(12)의 평균자로길이(Lc)는 각각 27㎜, 실시예 8은 64㎜, 실시예 9는 101㎜로 했다. 자성을 가진 얇은 띠의 적층부분의 길이는 각각 9㎜로 했다.

상술한 실시예 5∼9의 각 인덕턴스 소자를, 도 12에 도시한 스위칭 전원의 가포화 인덕터(27)로서 사용하고, 지연소자로서의 특성을 측정평가했다. 측정조건은 실시예 1과 동일하게 했다.

또한, 본 발명과의 비교예 5로서, 인덕턴스 소자를 삽입하고 있지 않은 스위칭 전원의 특성을 실시예와 동일하게 측정평가했다. 또한, Co기 비정질 합금의 얇은 띠를 외형 4㎜, 내부직경 2㎜, 높이 6㎜로 감아, 이것을 절연수지케이스에 수납하여 토로이달 코어로 하고, 이에 권선을 8회전 실시한 가포화 인덕터를 사용한 경우를 비교에 6으로 했다. 이에 대해서도, 실시예와 동일하게 하여 특성을 측정평가했다.

측정결과를 도 14 및 표 2에 나타낸다. 서지전류의 억제의 모습은 FET의 게이트 소스간의 전압과 드레인 전류의 파형을 관측하고 각각 도 14에 도시한다. 도 14에서 상단은 게이트 소스간 전압(100v/div), 하단은 드레인 전류(1A/div)이다. 전원효율은 서지전류의 측정값과 함께 표 2에 나타냈다.

	10㎜당 감은 수(N)	자로	N/n비	N/t비	Lc/Lw비	소자체적(㎣)	서지전류Ip·p(A)	효율(%)
실시예5	42	폐쇄	42	2.3	3.38	143	0.66	88.2
실시예6	83	폐쇄	83	4.6	2.25	149	0.40	89.5
실시예7	167	폐쇄	167	9.3	2.25	161	0.28	89.8
실시예8	83	폐쇄	83	4.6	5.33	152	0.42	89.5
실시예9	83	폐쇄	83	4.6	8.42	155	0.44	89.4
비교예5	(무대책)	-	-	-	-	-	1.38	87.2
비교예6	(토로이달 코어)	폐쇄	-	-	-	160	0.36	89.6

도 14 및 표 2로부터 밝혀진 바와 같이 실시예 5∼9의 서지 전류는 무대책시의 비교예 5에 비해 감소하고 있고 전원효율도 향상되고 있다. 종래의 인덕턴스 소자인 비교예 6에 대해서도, 소자체적이 작음에도 불구하고 거의 동등한 소음억제효과를 갖고 있다. 실시예 7에서는 서지억제효과와 효율면에서 상회하고 있다.

코일의 권선길이(Lw)에 대해서 평균자로길이(Lc)를 길게 한 실시예 8,9는 실시예 6에 비해 소음억제효과나 효율이 약간 낮다. 특성면이나 조립작업면 등을 고려하면 평균자로길이는 짧아도 좋다. 즉, Lc/Lw비는 6이하로 하는 것이 바람직하다.

실시예 5∼9의 인덕턴스 소자는 예를 들어 비교예 7에 도시한 인덕턴스 소자와 같이 토로이달 권선을 실시할 필요가 없고, 권선을 자동화할 수 있음과 동시에 코어의 배치에 대해서도 용이하다. 따라서, 양산 공정에서 저렴한 인덕턴스 소자를 제공할 수 있다. 또한, 리드단자를 구비하여 테입핑 포장함으로써 기판으로의 실장을 용이하게 자동화할 수 있다.

또한, 동등한 특성(효율)을 나타내는 실시예 6과 비교예 6의 인덕턴스 소자의 양산을 측정했다. 실시예 6의 소자는 0.404g, 비교예 6은 0.572g이고, 약 29% 경량화되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 인덕턴스 소자는 종래의 소자와 비교하여 거의 동등한 특성을 나타내고, 또한 충분한 경량화를 달성하고 있다.

실시예 10

실시예 5와 동일한 보빈(10)에, 직경 0.1㎜의 우레탄선을 150회 감아 권선으로 했다. 코일(4)의 권선길이(Lw)는 12㎜로 했다. 권선의 양단은 피복을 벗겨 2개의 리드단자에 각각 납땜 접합했다. 다음에, 자성을 가진 얇은 띠로서 두께 18㎛, 폭 4.5㎜, 길이 26㎜의 Co기 비정질 합금의 얇은 띠를 준비하여, 이것을 단층으로 사용했다. 이 Co기 비정질 합금의 얇은 띠를 중공부에 관통시켜 삽입하고 루프형으로 하여 합금의 얇은 띠의 양단부를 적층하고, 이 적층부를 접착 테입으로 고정했다. 이 후, 접속부를 보빈의 중공부 내에 이동시켰다.

시료 1은 접속부의 길이(겹친 부분의 길이)(Lg)를 4㎜, 평균자로길이(Lc)를 27㎜로 했다. 이 접속부의 길이(Lg)는 평균자로길이(Lc)의 15%에 상당한다. 또한, 시료 2로서 접속부의 비율을 50%로 한 것,시료 3으로서 접속부의 비율을 80%로 한 것을 제작했다. 이것은 모두 접속부가 보빈의 중공부 내에 배치되어 있다. 시료 4는 2층의 자성을 가진 얇은 띠를 겹쳐 사용한 것이다. 또한, 접속부의 비율은 시료 1과 동일하게 하고 접속부를 보빈의 외측에 배치한 소자(시료 5)를 제작했다.

이 각 인덕턴스 소자의 50㎑, 0.01V에서의 인덕턴스를 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

	시료 No	자성을 가진 얇은 띠의층수	접속부의 위치	Lg/Lc(%)	인덕턴스L(μH)	조립성
실시예10	1	1층	코일내	13	278	○
	2	1층	코일내	50	287	○
	3	1층	코일내	80	291	△
	4	2층	코일내	15	440	○
	5	1층	코일외	13	249	◎

표 3으로부터 밝혀진 바와 같이, 자성을 가진 얇은 띠의 접속부를 보빈의 중공부내에 배치함으로써 인덕턴스의 향상을 도모하는 것을 알 수 있다. 시료 2와 시료 5를 비교하면, 시료 2는 인덕턴스가 15% 향상되고 있다. 이것은 감은 수를 약 7% 감소시킨 상태에서 동등한 인덕턴스가 얻어지는 것을 의미한다. 따라서, 인덕턴스 소자의 소형화, 저비용화가 실현 가능해진다. 단, 접속부의 비율을 80%로 한 시료 4는 조립성이 나빠지므로, 접속부의 평균자로길이에 대한 비율은 60% 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

실시예 11,12

실시예 1의 개방 자로형 인덕턴스 소자에 있어서 Co기 비정질 합금 얇은 띠를 2장 적층하여 사용하는 이외에는 동일한 구조의 인덕턴스 소자(실시예 11)를 제작했다. 동일하게 실시예 6의 폐쇄 자로형 인덕턴스 소자에 있어서, Co기 비정질 합금 얇은 띠를 2장 적층하여 사용하는 이외에는 동일한 구조의 인덕턴스 소자(실시예 12)를 제작했다. 이 인덕턴스 소자의 특성을 실시예 6과 동일하게 하여 측정, 평가했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

	10㎜당 감은 수(N)	자로	N/n비	L/t비	L/Lw비	소자체적(㎟)	서지전류Ip·p(A)	효율(%)
실시예 11	42	개방	21	2.3	1.0	162	0.26	87.6
실시예 12	83	폐쇄	41.5	2.3	2.25	150	0.28	89.8

표 4로부터 밝혀진 바와 같이, 실시예 11 및 실시예 12에 의한 인덕턴스 소자는 자성을 가진 얇은 띠를 단층으로 사용한 실시예 1 및 실시예 6과 비교하여 자성체의 단면적이 증가하고 있으므로, 서지전류의 감소효과와 전원효율이 향상되고 있는 것을 알 수 있다. 단, 2장의 자성을 가진 얇은 띠를 적층하여 보빈 내에 삽입할 때에, 자성을 가진 얇은 띠가 파손될 가능성이 높고 그만큼 조립 가공성은 약간 떨어지는 것이었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 인덕턴스 소자는 권선작업의 효율이 우수하고 용이하게 권선을 자동화할 수 있으며 코어의 배치도 용이하게 실시할 수 있다. 그리고, 본 발명의 인덕턴스 소자는 충분한 인덕턴스 특성을 갖는 것이다. 따라서, 본 발명에 의하면 특성이 우수하고 저렴한 인덕턴스 소자를 제공할 수 있다.

Claims

길이 10㎜ 당 감은 수(N)가 20이상 500이하인 권선을 구비하고 상기 권선은 양단이 개방된 중공부를 갖는 코일과,

두께 4㎛이상 50㎛이하이고 폭 2㎜이상 40㎜이하의 단층 또는 복수층의 자성을 가진 얇은 띠를 갖고, 상기 자성을 가진 얇은 띠 중 적어도 일부가 상기 중공부 내에 배치되어 있는 코어를 구비하고,

상기 코일의 감은 수(N)와 상기 자성을 가진 얇은 띠의 층수(n)의 비(N/n)가 20이상 500이하인 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 코일의 감은 수(N)와 상기 자성을 가진 얇은 띠의 두께(t(단위:㎛))의 비(N/t)가 1이상 100이하인 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 코일은 중공부를 갖는 통형상 보빈을 구비하고 상기 권선은 상기 통형상 보빈의 외주부에 감겨 있으며, 상기 자성을 가진 얇은 띠는 상기 통형상 보빈의 상기 중공부내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 3 항에 있어서,

상기 통형상 보빈은 리드 단자를 갖고, 상기 권선은 상기 리드 단자에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 3 항에 있어서,

상기 통형상 보빈의 상기 중공부는 개방된 한쪽 단부와 폐쇄된 다른쪽 단부를 갖고, 상기 통형상 보빈의 상기 중공부 내에 삽입 배치된 상기 자성을 가진 얇은 띠는 개방 자로 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 5 항에 있어서,

상기 자성을 가진 얇은 띠는 상기 통형 보빈의 상기 중공부내에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 5 항에 있어서,

상기 개방 자로 구조를 갖는 자성을 가진 얇은 띠의 길이(L)와 상기 권선의 길이(Lw)의 비(L/Lw)가 0.7이상 1.6이하인 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 3 항에 있어서,

상기 통형상 보빈의 상기 중공부는 양단부가 개방되어 있고, 상기 통형상 보빈의 상기 중공부를 관통하여 배치된 상기 자성을 가진 얇은 띠는 폐쇄 자로 구조를 갖도록 그 양단부가 자기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 8 항에 있어서,

상기 폐쇄 자로 구조를 갖는 자성을 가진 얇은 띠의 평균자로길이(Lc)와 상기 코일의 권선의 길이(Lw)의 비(Lc/Lw)가 6 이하인 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 8 항에 있어서,

상기 폐쇄 자로 구조를 갖는 자성을 가진 얇은 띠는 한쪽 단부의 표면과 다른쪽 단부 이면을 적층시킨 접속부를 갖고, 상기 접속부는 상기 통형상 보빈의 상기 중공부내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 10 항에 있어서,

상기 접속부의 길이는 상기 폐쇄 자로 구조를 갖는 자성을 가진 얇은 띠의 평균자로길이(Lc)의 60% 이하인 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 자성을 가진 얇은 띠는 결정질 연자성 합금, 비정질 연자성 합금, 또는 미세 결정 구조를 갖는 연자성 합금에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
양단이 개방된 중공부를 갖는 권선을 구비하는 코일과, 두께 4㎛이상 50㎛ 이하의 단층 또는 복수층의 자성을 가진 얇은 띠를 갖고, 상기 자성을 가진 얇은 띠는 폐쇄 자로 구조를 갖도록, 상기 중공부를 관통하여 배치되고 그 양단부가 자기적으로 접속되어 있는 코어를 구비한 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 13 항에 있어서,

상기 코일은 또한 양단이 개방된 중공부를 갖는 통형상 보빈을 구비하고 상기 권선은 상기 통형상 보빈의 외주부에 감겨 있고, 상기 자성을 가진 얇은 띠는 상기 통형상 보빈의 상기 중공부내에 삽입 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 14 항에 있어서,

상기 통형상 보빈은 리드단자를 구비하고, 상기 권선은 상기 리드단자에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 14 항에 있어서,

상기 폐쇄 자로 구조를 갖는 자성을 가진 얇은 띠는 한쪽 단부의 표면과 다른쪽 단부의 이면을 적층시킨 접속부를 구비하고, 상기 접속부는 상기 통형상 보빈의 상기 중공부내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자성을 가진 얇은 띠는 결정질 연자성 합금, 비정질 연자성 합금, 또는 미세 결정 구조를 갖는 연자성 합금에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자.
일단이 개방된 중공부를 갖는 보빈이 외주에 권선을 실시하는 공정,

상기 보빈의 상기 중공부내에 자성을 가진 얇은 띠를 배치하는 공정,

상기 보빈에 리드단자를 설치함과 동시에, 상기 리드 단자에 상기 권선의 단부를 전기적으로 접속하는 공정 및

상기 자성을 가진 얇은 띠가 배치된 상기 중공부를 밀봉하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자의 제조방법.
양단이 개방된 중공부를 갖는 보빈의 외주에 권선을 실시하는 공정,

상기 보빈의 상기 중공부내에 자성을 가진 얇은 띠를 관통시켜 배치함과 동시에, 상기 자성을 가진 얇은 띠의 양단부를 자기적으로 접속하는 공정,

상기 보빈에 리드단자를 설치함과 동시에, 상기 리드단자에 상기 권선의 단부를 전기적으로 접속하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 인덕턴스 소자의 제조방법.
스위칭 소자의 드라이브 회로에 접속된 제 1 항에 기재된 인덕턴스 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 스너버 회로.