JPH0723559A - 薄型ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 漏洩磁束の小さい薄型ＤＣ−ＤＣコンバータ
を提供する。 【構成】 放熱フィンの一方の面に回路基板を固定し、
他方の面にプリントコイルまたは融着コイルを閉磁路型
フェライトコアで挟んで成るインダクタまたはトランス
を固定して成ることを特徴とする。 【効果】 ＤＣ−ＤＣコンバータを薄型化および低漏洩
磁束化できる。例えば、厚さを出力電流１Ａで２６mmを
１５mmに、漏洩磁束を１／３以下にできた。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、また他の部品や回路をインダクタやトランスの近
くに配置できるため、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】電子機器の軽量小型化が進み、それに伴
い電源も小型化、特に薄型化が進められている。電子機
器の多くは商用電源の他、バッテリーでも動作するよう
に設計されており、電源部分にはＤＣ−ＤＣコンバータ
が組み込まれ、非安定なＤＣを安定な必要電圧のＤＣに
変換後、負荷部分に供給している。商用電源をＡＣアダ
プターによりＡＣ−ＤＣ変換して供給されるＤＣ、バッ
テリーから供給されるＤＣは電圧の安定度や精度が悪い
非安定なＤＣである。

【０００３】最近、ＤＣ−ＤＣコンバータは本体基板に
組み込まれるオンボード型になってきた。オンボード型
ＤＣ−ＤＣコンバータは一般に下面に複数のピンを有し
ており、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。

【０００４】オンボード型ＤＣ−ＤＣコンバータの１例
として、従来、放熱フィンの一方の面に回路基板を固定
し、他方の面にドラム型インダクタ（チョークコイル）
をかしめ支持した支持部材を固定して成る構造のものが
知られている（例えば、実開平２−８２００８、トラン
ジスタ技術２６（１９８９）６，ｐ４９７参照）。これ
は一般の三端子レギュレータのように、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。

【０００５】このＤＣ−ＤＣコンバータはドラム型イン
ダクタを使用しているため、小型化および低漏洩磁束化
するには不利であった。即ち、ドラム型インダクタはド
ラム型の焼結フェライトコアに巻線を施したものであ
り、小型化に限界があり、また支持部材を用いるため、
ＤＣ−ＤＣコンバータを更に小型化、薄型化するのは困
難であった。また、ドラム型インダクタは磁路が閉ルー
プでないため、磁束の漏れが大きかった。漏洩磁束は電
子機器中のＩＣ等部品や回路を誤動作させたり、ＤＣ−
ＤＣコンバータのインダクタ同士を向かい合わせて用い
た場合、うなりを生ずるため、電子機器を小型化するの
に不利であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は漏洩磁
束の小さい薄型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供しようとす
るものである。

【０００７】

【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、放熱フィン
の一方の面に回路基板を固定し、他方の面にプリントコ
イルまたは融着コイルを閉磁路型フェライトコアで挟ん
で成るインダクタまたはトランス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、固着したものである。

【０００８】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）は分解斜視図である。

【０００９】放熱フィン１の一方の面に回路基板２を固
定し、他方の面にプリントコイル３１を閉磁路型フェラ
イトコア３２で挟んで成るインダクタ３を固定して構成
されている。回路基板２の下面にはＦＥＴ、ダイオード
やＩＣ等の電子部品や抵抗および電気配線等により回路
が構成されている。プリントコイル３１のコイル端部に
はピン３１ａ，３１ｂが設けられ、回路基板２の穴部２
１を介して、回路基板下面に設けられた回路端子にはん
だ付け等により電気的に接続される。

【００１０】３１が融着コイルの場合、融着性絶縁導線
の終端は、例えば、はんだめっきが施され、回路基板２
の穴部２１を介して、回路基板下面に設けられた回路端
子にはんだ付けにより電気的に接続される。

【００１１】回路基板２には複数のピン２２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用いられ
る。ピン２２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、回路およ
び本体基板への固定し易さ等に応じ適正配置する。ピン
２２は図１では回路基板２の下方向に設けられている
が、横方向に回路基板２の一方の側面に設けることによ
り、容易に低床面積タイプの薄型ＤＣ−ＤＣコンバータ
が得られる。

【００１２】放熱フィン１はアルミニウム等の放熱性に
優れる材料を成型したものであり、両面は回路基板２、
およびプリントコイル３１を閉磁路型フェライトコア３
２で挟んで成るインダクタ３を固定するため、平面状に
形成されている。側板１１は回路基板２やインダクタ３
の厚さや発熱に応じて最適幅に設計する。側板１１の幅
を小さくし、ＤＣ−ＤＣコンバータを薄型化するために
は、インダクタまたはトランスの薄型化に相応するよ
う、回路の高効率化により発熱を抑える必要がある。回
路基板本体２３にはセラミック基板、樹脂配線基板やフ
レキシブルプリント配線基板やそれらの多層板を適用で
きる。

【００１３】回路基板２は放熱フィン１の一方の面に接
着して固定される。接着剤に適用できる材料には、ビニ
ル系樹脂、アクリル系樹脂、繊維素系、アスファルト等
の熱可塑性接着剤、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メ
ラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、アル
キド樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性
樹脂、ブタジエン・アクリロニトリルゴム、塩化ゴム等
のゴム系接着剤および珪酸ソーダ等の鉱物性接着剤が挙
げられる。

【００１４】尚、回路基板２と放熱フィン１とは一体的
に形成することも可能である。例えば、絶縁金属基板を
用い、絶縁層が施された面上に回路を形成すると共に、
適当な形状とすることにより、放熱フィンを兼ねること
ができる。絶縁金属基板とは金属基板のまわりや表面の
部分に各種の絶縁材料をコーティングしたものである。

【００１５】インダクタ３はプリントコイル３１を閉磁
路型フェライトコア３２で挟んで成り、その構造例の分
解斜視図を図２に示す。プリントコイル３１は例えば、
両面または片面の銅張フレキシブルプリント配線板をフ
ォトエッチングすることにより、スパイラル状平面コイ
ルを形成し、絶縁層を介して１層または多層に積層した
ものである。スパイラル状平面コイル間はスルーホール
を介して、Ｃｕめっき等により電気的に直列に、かつ各
スパイラル状平面コイルに同方向の電流が流れるように
接続する。また、積層体の両面は絶縁層で覆われてい
る。

【００１６】プリントコイル３１の外形は閉磁路型フェ
ライトコアの形状にマッチした形状とする。中心部に
は、閉磁路型フェライトコア３２の中脚部分３２ａを挿
入するための穴部３１ｃが設けられている。また、スパ
イラル状平面コイルは円形、正方形やそれらの中間等の
形状に設計できる。スパイラル状平面コイルを絶縁層を
介して１層または多層に積層したものを複数設けること
によりトランスが得られる。

【００１７】３１が融着コイルの場合、インダクタ３は
図２と同様に、このコイルを閉磁路型フェライトコア３
２で挟んで成る。融着コイルは融着性絶縁導線を巻線
し、固着して作製する。

【００１８】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
脂等の融着性皮膜を焼き付けた二層構造の被覆導線であ
る。溶剤、通電加熱、または熱風加熱により、導線間同
士を接着可能であり、融着コイルは一体成形でき、かな
りの曲げ強度が得られる。

【００１９】融着コイルは通常円形であり、中心部に
は、閉磁路型フェライトコア３２の中脚部分３２ａを挿
入するための穴部が設けられている。融着コイルを複数
設けることによりトランスが得られる。

【００２０】融着性絶縁導線に使用される導線には、断
面形状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がある。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、導線の両端部分を共に外周部より、導き出すことも
可能である。一巻の導線それぞれに流れる電流は共に同
方向である。

【００２１】閉磁路型フェライトコア３２は中脚部分３
２ａおよび外脚部分３２ｂを備えた偏平状のコアであ
る。閉磁路型フェライトコア３２は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２に示したもの
の他、図３に示すもの等が考えられる。図２は板状コア
とＥＲ型コア、図３（ａ）はＥＲ型コア同士、図３
（ｂ）は板状コアとポット型コア、図３（ｃ）はポット
型コア同士の組み合わせである。

【００２２】インダクタ３はプリントコイル３１または
融着コイルを閉磁路型フェライトコア３２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、接着剤および取り付け金具等を用いて固定す
る。インダクタ３は回路基板２を固定した放熱フィンの
面と反対の面に、回路基板２と同様に接着剤で固定され
る。融着コイルとフェライトコア間の耐電圧を向上させ
るためには、ボビンを用いたり、樹脂含浸するのが好ま
しい。

【００２３】

【作用】インダクタまたはトランスはプリントコイルま
たは融着コイルを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、磁束の漏れの小さい薄型のものが得
られる。インダクタまたはトランスの厚さに応じて、回
路基板および放熱フィンを最適設計することにより、高
効率で放熱性に優れる薄型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、また他の部品や回路をインダクタ
やトランスの近くに配置できるため、電子機器を小型化
できる。

【００２４】融着性絶縁導線として、リボン導線や多本
平行導線を用いると、丸導線に比べ、導線間のスペース
を小さく、密に配置できるため、例えば断面積の等しい
導線を同じターン数巻線した場合、融着コイルの小型、
薄型化および低抵抗化により有利である。即ち、閉磁路
型フェライトコアの窓面積を小さくでき、インダクタま
たはトランスを、さらに小型、薄型化でき、低抵抗化に
より銅損による発熱を低減できる。また、高周波（５０
０kHz 以上）では、電流の表皮効果や近接効果により、
同じ断面積では表面積が大きいリボン導線や多本平行導
線の方が実効抵抗の増加を減らすことができる。

【００２５】

【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の電気回路で作製した。構造
は図１に示したものと同様である。放熱フィン１はアル
ミニウムを成型したものであり、両面間の厚み３mm、側
板１１の幅は１５mmである。回路基板２は基板本体２３
にアルミナ基板を用い、その片面に、ＦＥＴ、ダイオー
ドやＩＣ等の電子部品や抵抗および電気配線等により回
路を形成し、ピン２２として入力、出力、グランド、出
力電圧可変用のリード端子および基板固定用ピンを設け
た。インダクタ３はプリントコイル３１を閉磁路型フェ
ライトコア３２で挟んで作製した。

【００２６】プリントコイル３１は両面のフレキシブル
プリント配線板をフォトエッチングすることにより、３
巻のスパイラル状平面コイルを各面に形成し、絶縁層を
介して６層に積層した。スパイラル状平面コイル間はス
ルーホールを介して、Ｃｕめっきにより電気的に直列
に、かつ各スパイラル状平面コイルに同方向の電流が流
れるように接続した。また積層体の両面をレジストで覆
った。スパイラル状平面コイルのコイル断面は幅１００
０μｍ、厚さ７０μｍであり、形状は円形状である。

【００２７】得られたプリントコイル３１の外形は図２
に示したものと同様であり、幅１７mm、長さ２１mm、厚
さ１mmである。穴部３１ｃの直径は７．２mmである。閉
磁路型フェライトコア３２は図２に示したように、板状
コアとＥＲ型コアから成り、プリントコイル３１を挟
み、粘着剤付テープで巻き、コア部分同士を固定するこ
とにより、インダクタ３を作製した。フェライト材は、
Ｍｎ−Ｚｎ系を用いた。

【００２８】閉磁路型フェライトコア３２の外形は幅２
０mm、長さ１３mm、厚さ４mmである。プリントコイル３
１の入る部分（窓枠部）の厚さは１mmである。中脚部分
３２ａは直径７．２mmとし、外脚部分３２ｂは幅１．５
mmとした。中脚部分のギャップは１５０μｍである。得
られたインダクタ３に周波数１００kHz 、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１２５μＨであった。

【００２９】また、定電流電源を用いて、正弦波交流に
１０００mAの直流を重畳し、インダクタンスおよび温度
上昇を測定した。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、１２０μＨであった。ま
た、温度上昇は１２℃であった（周囲温度２５℃）。

【００３０】次に、１０００mAの直流を流し、中脚部分
３２ａ上部の漏洩磁束をコア表面からの距離との関係で
測定した。測定結果を後述する比較例で作製したインダ
クタについての測定値と比較して図４に示した。実施例
のインダクタ３の漏洩磁束は比較例のインダクタ６のそ
れに比べ、１／３以下であり、これにより他の部品や回
路をインダクタの近くに配置できるのが判る。回路基板
２およびインダクタ３は放熱フィン１の各面にシリコー
ン系接着剤を用いて、接着して固定した。

【００３１】プリントコイル３１のコイル端部に設けた
ピン３１ａ，３１ｂは回路基板２の穴部２１を介して、
回路基板下面に設けた回路端子にはんだ付けにより接続
した。以上により得られたＤＣ−ＤＣコンバータの大き
さは２２mm×２８mm×１５mm（厚さ）であった。ただ
し、ピン２２は大きさから除いた。

【００３２】（実施例２）薄型ＤＣ−ＤＣコンバータ
を、実施例１と同様に作製した。ただし、プリントコイ
ル３１の代わりに融着コイルを用いた。融着コイルは、
融着性絶縁導線として、丸導線、リボン導線および多本
平行導線を用い、有機溶剤により導線間を接着、成形す
ることにより、表１に示す６種類を作製した。多本平行
導線は直径０．０５mmの導線を平行に束ねたものであ
る。導線の巻数は、実施例１と同様に全て１８ターンと
した。得られた融着コイルは円形であり、中心穴部の直
径は７．６mm、外径および厚さは表１に示した。導線の
巻き始め部を内側より、外周部に導き出す場合、その外
径分をコイルの厚さに含めた。Ｎｏ．２，４および６は
内側で、巻取時巻方向を変えることにより、導線の両端
部分を共に外周部より導き出した。導線の巻数は（周方
向の１段のターン数）×（厚さ方向の段数）として表し
た。融着コイルの外径および厚さは、実施例１のプリン
トコイルより小さく、それに応じて、偏平フェライトコ
アのより小型、薄型化、または導線の断面積を増やすこ
とにより、より低抵抗化が可能である。

【００３３】インダクタは融着コイルそれぞれを実施例
１と同じ閉磁路型フェライトコアで挟んで作製した。こ
れらに周波数１００kHz 、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１２
５〜１３０μＨであった。

【００３４】また、さらに１０００mAの直流を重畳し、
インダクタンスおよび温度上昇を測定した。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、
１２０〜１２５μＨであった。周囲温度２５℃における
温度上昇はＮｏ．１の融着コイルの場合１３℃、Ｎｏ．
２〜６の融着コイルの場合、１１〜１２℃であった。次
に、１０００mAの直流を流した場合、フェライトコア中
脚部分３２ａ上部の漏洩磁束は実施例１の場合と同等で
あった。得られたＤＣ−ＤＣコンバータの大きさは実施
例１と同じであった。

【００３５】

【表１】

【００３６】（比較例）ＤＣ−ＤＣコンバータを、チョ
ッパ方式レギュレータの電気回路で作製した。インダク
タは実施例のように、プリントコイルを閉磁路型フェラ
イトコアで挟んだものを用いる代わりに、ドラム型のＮ
ｉ−Ｚｎ系フェライトコアに５００μｍφの絶縁被覆導
線を４３巻施したドラム型インダクタを用いた。インダ
クタの外径は１８mmφ×１４mm（高さ）であり、穴部の
直径は４．５mmφである。ドラム形インダクタのインダ
クタンス、直流重畳特性および発熱特性は実施例のプリ
ントコイルを閉磁路型フェライトコアで挟んで成るイン
ダクタとほぼ同等であった。次に、１０００mAの直流を
流し、穴部上部の漏洩磁束をコア表面からの距離との関
係で測定した。測定結果を図４に示した。

【００３７】放熱フィンおよび回路基板は実施例と同様
のものを用いた。ただし、放熱フィンの側板の幅は２６
mmとした。回路基板は放熱フィンの一方の面にシリコー
ン系接着剤を用いて、接着して固定し、他方の面にドラ
ム型インダクタをかしめ支持した支持部材を挿着して固
定した。巻線の端部は、回路基板に設けた回路端子には
んだ付けにより接続した。以上により得られたＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータの大きさは２６mm×２８mm×２６mm（厚
さ）であった。ただし、ピンは大きさから除いた。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータを、放
熱フィンの一方の面に回路基板を固定し、他方の面にプ
リントコイルまたは融着コイルを閉磁路型フェライトコ
アで挟んで成るインダクタまたはトランスを固定して成
る構造とすることにより、薄型化および低漏洩磁束化で
きる。これにより、電子機器中での電源の占有体積を減
じることができ、また他の部品や回路をインダクタやト
ランスの近くに配置できるため、電子機器を小型化でき
る。

【００３９】また、融着性絶縁導線として、リボン導線
や多本平行導線を用いると、丸導線に比べ、導線間のス
ペースを小さく、密に配置できるため、融着コイルをよ
り小型、薄型化および低抵抗化できる。即ち、閉磁路型
フェライトコアの窓面積を小さくでき、インダクタまた
はトランスを、さらに小型、薄型化でき、低抵抗化によ
り銅損による発熱を低減できる。

【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分解斜視図。

【図２】プリントコイルを閉磁路型フェライトコアで挟
んで成るインダクタまたはトランスの構造例を示す分解
斜視図。

【図３】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。

【図４】本発明の実施例および比較例のＤＣ−ＤＣコン
バータについて、それぞれフェライトコアの中脚上部お
よび穴部上部の漏洩磁束とコア表面からの距離との関係
を示す特性図。

【符号の説明】

１ 放熱フィン ２ 回路基板 ３ インダクタまたはトランス ３１ プリントコイル ３２ 閉磁路型フェライトコア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 真吾 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内 (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 (72)発明者 矢作 末行 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放熱フィンの一方の面に回路基板を固定
   し、他方の面にプリントコイルを閉磁路型フェライトコ
   アで挟んで成るインダクタまたはトランスを固定して成
   ることを特徴とする薄型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 【請求項２】 放熱フィンの一方の面に回路基板を固定
   し、他方の面に融着コイルを閉磁路型フェライトコアで
   挟んで成るインダクタまたはトランスを固定して成るこ
   とを特徴とする薄型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 【請求項３】 融着コイルが融着性絶縁リボン導線を巻
   線し、固着して成ることを特徴とする請求項２記載の薄
   型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 【請求項４】 融着コイルが融着性絶縁多本平行導線を
   巻線し、固着して成ることを特徴とする請求項２記載の
   薄型ＤＣ−ＤＣコンバータ。