JPH0811058Y2 - コントロール回路 - Google Patents

コントロール回路

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JPH0811058Y2
JPH0811058Y2 JP1990004413U JP441390U JPH0811058Y2 JP H0811058 Y2 JPH0811058 Y2 JP H0811058Y2 JP 1990004413 U JP1990004413 U JP 1990004413U JP 441390 U JP441390 U JP 441390U JP H0811058 Y2 JPH0811058 Y2 JP H0811058Y2
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thin film
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voltage
switch
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孝弘 高橋
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、スイッチングレギュレータを用いた直流安
定化電源装置のコントロール回路に関し、更に詳しく
は、コントロール回路中の回路素子をIC化及び薄膜化し
て小形軽量化することにより、装置全体の機能化及び省
スペース化を図ったものである。
〈従来の技術〉 第6図は、従来の直流安定化電源装置の一例を示す構
成ブロック図である。10はDC/DC変換部で、入力直流電
圧Viがトランジスタなどのスイッチ素子Qのオン/オフ
により、トランスT1の一次巻線n1に与えられる。二次巻
線n2に誘起した交番出力は、ダイオードD1,D2によって
整流され、さらにチョークコイルLとキャパシタCによ
って平滑化されて、負荷に供給する出力直流電圧V0を得
ている。
40はDC/DC変換部10の出力直流電圧V0を受け、この出
力直流電圧V0が一定に維持されるようにDC/DC変換部10
のスイッチ素子Qのオン/オフを制御するコントロール
回路で、出力直流電圧V0と基準電圧Vrefとの誤差を増幅
する誤差増幅器41と、誤差増幅器41の出力に応じたデュ
ーティレシオのパルス幅信号を出力するPWM回路42が、
伝送トランスT2を介してスイッチ素子Qをオン/オフ制
御する制御回路43と接続されて構成されている。
〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような構成の従来装置において
は、伝送トランスが大形のために、コントロール回路を
IC化することが困難であり、装置全体として大形なもの
になってしまい小形化及び機能化が図れなかった。
本考案は、このような点に鑑みてなされたもので、伝
送トランスを薄膜回路で構成することで小形化し、更に
集積回路化した誤差増幅器及びスイッチ駆動回路を共通
基板上で結線し、部品点数が少なく実装作業性のよい、
小型なコントロール回路を提供することを目的としてい
る。
〈課題を解決するための手段〉 このような目的を達成するために、本考案は、 入力直流電圧をスイッチ素子によりオン/オフしてト
ランスの一次巻線に与え、二次巻線に誘起する交番信号
を整流平滑化して負荷に供給するDC/DC変換部の出力直
流電圧を一定に維持するように前記スイッチ素子のオン
/オフを制御するコントロール回路において、 前記出力電圧を基準電圧と比較して得た誤差増幅信号
をパルス信号として取り出す誤差増幅用ICと、 前記パルス信号が一次側コイルに供給され、二次側コ
イルに出力信号が誘起されるトランスが薄膜でセラミッ
ク上に形成された薄膜伝送トランスと、 この薄膜伝送トランスの二次側から得られるパルス状
の信号を受け前記スイッチのオン/オフを制御するスイ
ッチ駆動用ICと、 前記薄膜伝送トランスの第1のコイルと前記誤差増幅
用ICの回路を薄膜回路を介して接続すると共に、前記薄
膜伝送トランスの第2のコイルと前記スイッチ駆動用IC
の回路を薄膜回路を介して接続するパッケージと、 を具備したことを特徴としている。
また、入力直流電圧をスイッチ素子によりオン/オフ
してトランスの一次巻線に与え、二次巻線に誘起する交
番信号を整流平滑化して負荷に供給するDC/DC変換部の
出力直流電圧を一定に維持するように前記スイッチ素子
のオン/オフを制御するコントロール回路において、 一方の面に、前記出力電圧を基準電圧と比較して得た
誤差増幅信号をパルス信号として取り出す誤差増幅用IC
と前記パルス信号が一次側コイルに供給される薄膜伝送
トランスとを具備すると共に、他方の面に、前記薄膜伝
送トランスの二次側コイルとこの二次側コイルから得ら
れるパルス状の信号を受け前記スイッチのオン/オフを
制御するスイッチ駆動用ICを具備するセラミック基板
と、 前記誤差増幅用ICの回路を薄膜回路を介して外部回路
と接続すると共に、前記スイッチ駆動用ICの回路を薄膜
回路を介して外部回路と接続するパッケージと、 を具備したことを特徴としている。
〈作用〉 薄膜伝送トランスの一次コイルが誤差増幅用のICから
励磁エネルギを受け、磁性膜中に磁束が発生し、二次コ
イルに入力電圧を対応した出力電圧が得られる。薄膜伝
送トランスから出力された信号は、スイッチ駆動用のIC
に伝達されて、DC/DC変換部のスイッチ素子のオン/オ
フを制御する。
〈実施例〉 以下図面を用いて、本考案の一実施例を詳細に説明す
る。
第1図は、本考案の直流安定化電源装置で、伝送トラ
ンスを薄膜で構成した点に特徴がある全体の構成概念図
である。尚第1図において、前記第6図と同一作用をす
るものは同一符号をつけ説明を省略する。図中、11は薄
膜で構成されたコントロール回路で、DC/DC変換部10の
出力直流電圧V0を受け、この出力直流信号V0が一定に維
持されるようにDC/DC変換部10のスイッチ素子Qのオン
/オフを制御する。
12は出力直流電圧V0と基準電圧Vrefとを比較して得た
誤差増幅信号をパルス状の信号として薄膜伝送トランス
20の一次側に与える集積化した誤差増幅回路で、誤差増
幅器13、変調器14及び発信器15で構成されている。誤差
増幅器13は、DC/DC変換部10の出力直流電圧V0と基準電
圧Vrefとを比較して、その誤差を増幅した信号を、変調
器14に伝達する。変調器14は、発信器15からの周波数fo
scの交番信号で誤差増幅信号を振幅変調し、高周波信号
化した誤差信号を薄膜伝送トランス20の一次側コイル21
に供給する。
16は薄膜伝送トランス20の二次側コイル21′から得ら
れるパルス状の信号を受けスイッチ素子Qのオン/オフ
を制御する集積化したスイッチ駆動回路で、復調器17と
PWM回路18で構成されている。二次側コイル21′に誘起
した出力は、整流器及びロー・パス・フィルタ(ともに
図は省略)からなる復調器17で高周波信号からもとの誤
差信号に変換され、PWM回路18に伝達される。PWM回路18
は、この誤差増幅信号に応じたデューティレシオのパル
ス信号をスイッチ素子Qに与えてオン/オフし、DC/DC
変換部10の出力直流電圧V0を制御をする。
第2図は、コントロール回路に用いられる薄膜伝送ト
ランス20の構成図で、(A)は平面図、(B)はA−
A′断面図である。図中、20はコントロール回路をハイ
ブリッドIC化するために、薄膜で形成した薄膜伝送トラ
ンスで、集積回路化された誤差増幅回路及びスイッチ駆
動回路と共通基板上(図省略)で結線されてコントロー
ル回路を形成する。22はサファイヤやAIN等の高絶縁性
のセラミック基板で、シリコンウエハーと同等の表面平
滑性を有していて、厚みg、一片の長さLのほぼ正方形
の形状からなっている。21及び21′はセラミック基板22
のそれぞれの面にスパイラル状に形成れた薄膜コイル
で、アルミニューウムや銅などの電気導電性の良い金属
で形成されている。薄膜コイル21、21′は、セラミック
基板22の両面に真空中でコーティングされたアルミニュ
ーム等の金属を、両面露光でパターニングして形成され
るので、任意の巻数nのコイルを微細パターンで形成で
き、更に両面にコイルパターンを正確に重ね合わせて設
けることができる。以下図面においてセラミック基板22
の裏面の構成は符号に′を付けて示し、基板の表面に設
けられた符号の構成と同一作用をするものとする。
21a、21a′は外部回路と接続されるために薄膜コイル
21、21′の両端部に設けられた電極部で、一方はワイヤ
ボンディングで接続されるパッドがアルミニュウームで
形成されていて、もう一方はフェイスダウンして接続さ
れるバンプが半田で形成されている。23は薄膜コイル上
に形成されたSiO2やAl2O3等からなる絶縁層で、成膜後
にフォトリソ工程で薄膜コイルのパターンに沿ってパタ
ーンニングされる。24は絶縁層23の上に更に積層されて
設けられた強磁性体の磁性薄膜で、パーマロイやフェラ
イト等の金属が真空コーティングや無電界メッキで成膜
されている。
このように構成された薄膜伝送トランス20は、一方の
電極部21aから薄膜コイル21(一次コイル21と称する)
に電圧v1のパルス状の信号が印加されると、薄膜コイル
21′(二次コイル21′と称する)には、一次コイル21に
印加されたパルス状の電圧v1に対応した電圧v2が誘起さ
れる。
第3図は、第1図で示した薄膜伝送トランスの断面図
で、1次コイル21で発生した磁束を、損失なく二次コイ
ル21′に交差させるための構成を説明したものである。
図中、第2図と同一作用をするものは同一符号を付けて
説明する。一次コイル21にパルス状の電圧v1が印加さ
れ、一次コイル21に電流が流れると、磁性薄膜24中で磁
束Φが発生する。その一部の磁束Φは、セラミック基板
22を透過する磁束Φ1と磁性薄膜24の中の磁束Φ2とな
ってXの範囲に広がる。すなわち磁束ΦにはΦ=Φ1+
Φ2の関係が成り立つ。
また、磁束Φ2については次式に示す関係があり、 (d2Φ2/dx2)−(2/μs・g・t)・Φ2=0 これより次の関係が導かれる。
ここでxは一次コイル21の最外殻のコイル端からの距
離、μsは磁性薄膜24の比透磁率、gはセラミック基板
22の厚み、tは磁性薄膜24の厚みを示している(λは構
成する薄膜材料及びセラミック基板で、薄膜伝送トラン
ス20にほぼ一定した値と考えることができる)。
このことから、例えば一次コイル21で得られた磁束Φ
の99%以上を二次コイル21′に供給するためには、xの
距離をx≧5λにすればよいことがわかる。すなわち磁
性薄膜が設けられる距離xを大きくすることで、一次コ
イル21で発生した磁束Φをロス無く二次コイル21′に伝
達することができる。
第4図は、本考案の直流安定化電源のコントロール回
路の分解斜視図である。20は薄膜伝送トランス、12は誤
差増幅器及び変調器からなる誤差増幅用のIC、16は復調
器及びPWM回路からなるスイッチ駆動用のICである。誤
差増幅用のIC12とスイッチ駆動用のIC16が、パッケージ
30の所定の位置に、フェイスアップしてダイボンディン
グされ、薄膜伝送トランス20のバンプ21′aが導体パタ
ーンのパッド30aに半田バンプ技術で接続される。この
ように各チップがパッケージ30に固定された後に、各チ
ップに設けられた一次側のパッドが、パッケージ30上の
配線回路中に設けられている二次側のパッドとワイヤー
ボンディングされて電気的な接続がされる。
12aは誤差増幅用のIC12に設けられている一次側のパ
ッドで、パッケージ30の配線回路上に設けられた二次側
のパッド30bとワイヤーボンディングされて接続されて
いる。16aはスイッチ駆動用のIC16の一次側のパッド
で、誤差増幅用のIC12と同様に、パッケージ30の二次側
のパッド30cとワイヤーボンディングされる。薄膜伝送
トランス20は、既にバンプ21′aがパッケジ30上のパッ
ド30aを介して誤差増幅回路用のIC12側と接続されてい
るので、パッド21aだけがスイッチ駆動用のIC16側と二
次側のパッド30dを介してワイヤーボンディングされ
る。
このように完全に電気的に接続されたコントロール回
路は、最後にキャップ31が被されてシーリングされる。
第5図は、本考案の直流安定化電源装置の他の実施例
であるコントロール回路の分解斜視図である。32は第1
図で薄膜伝送トランスに用いられたものと同じ材質のセ
ラミック基板で、幅W、長さKの略長方形の形状をして
いる。セラミック基板32の、領域A及びBの両面には、
SOS(シリコン・オン・サファイヤ)成長によりシリコ
ン単結晶が形成され、A領域の裏面には誤差増幅用のIC
12′が設けられ、B領域の表面にはスイッチ駆動用のIC
16が設けられる。C領域はシリコン単結晶が形成されて
いない部分で、この領域のそれぞれの面には、薄膜伝送
トランス20の一次コイル21′及び二次コイル21が形成さ
れる。一次コイル21′は誤差増幅用のIC12′と薄膜導体
パターン(図省略)で接続され、二次コイル21はスイッ
チ駆動用のIC16と、薄膜導体パターン(図省略)で接続
されている。
12′aは誤差増幅用のIC12′を外部回路と接続するた
めのバンプで、パッケージ33上に設けられた回路中のパ
ッド33aとボンディングされる。16aはスイッチ駆動用の
IC16を外部回路と接続するための一次側のパッドで、パ
ッケージ33上の二次側のパッド33bとワイヤーボンディ
ングされて接続される。
このように、外部回路と電気的接続されたコントロー
ル回路は、この後キャップ31が被されてシーリングされ
る。
〈考案の効果〉 以上詳細に説明したように、本考案のコントロール回
路は、コントロール回路中の伝送トランスを薄膜化する
と共に、誤差増幅回路及びスイッチ駆動回路等もIC化
し、ハイブリッド化したもので、小形化及び機能化が図
れる。
また、一枚のセラミック基板上のそれぞれの面に、IC
と薄膜伝送トランスを一体に設けることができるので、
部品点数が少なく実装作業性が良い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の直流安定化電源装置の全体の構成概念
図、第2図は本考案の直流安定化電源装置のコントロー
ル回路に用いられている薄膜伝送トランスの構成図で、
(A)は平面図、(B)はA−A′断面図、第3図は磁
束の損失を説明するための断面図、第4図は本考案の直
流安定化電源装置のコントロール回路の分解斜視図、第
5図は他の実施例であるコントロール回路の分解斜視
図、第6図は従来の直流安定化電源装置の構成ブロック
図である。 12…誤差増幅用のIC、16…スイッチ駆動用のIC、20…薄
膜伝送トランス、21、21′…薄膜コイル(一次及び二次
コイル)、23、23′…絶縁層、24、24′…磁性薄膜、3
0、33…パッケージ。

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力直流電圧をスイッチ素子によりオン/
    オフしてトランスの一次巻線に与え、二次巻線に誘起す
    る交番信号を整流平滑化して負荷に供給するDC/DC変換
    部の出力直流電圧を一定に維持するように前記スイッチ
    素子のオン/オフを制御するコントロール回路におい
    て、 前記出力電圧を基準電圧と比較して得た誤差増幅信号を
    パルス信号として取り出す誤差増幅用ICと、 前記パルス信号が一次側コイルに供給され、二次側コイ
    ルに出力信号が誘起されるトランスが薄膜でセラミック
    上に形成された薄膜伝送トランスと、 この薄膜伝送トランスの二次側から得られるパルス状の
    信号を受け前記スイッチのオン/オフを制御するスイッ
    チ駆動用ICと、 前記薄膜伝送トランスの第1のコイルと前記誤差増幅用
    ICの回路を薄膜回路を介して接続すると共に、前記薄膜
    伝送トランスの第2のコイルと前記スイッチ駆動用ICの
    回路を薄膜回路を介して接続するパッケージと、 を具備したことを特徴としたコントロール回路。
  2. 【請求項2】入力直流電圧をスイッチ素子によりオン/
    オフしてトランスの一次巻線に与え、二次巻線に誘起す
    る交番信号を整流平滑化して負荷に供給するDC/DC変換
    部の出力直流電圧を一定に維持するように前記スイッチ
    素子のオン/オフを制御するコントロール回路におい
    て、 一方の面に、前記出力電圧を基準電圧と比較して得た誤
    差増幅信号をパルス信号として取り出す誤差増幅用ICと
    前記パルス信号が一次側コイルに供給される薄膜伝送ト
    ランスとを具備すると共に、他方の面に、前記薄膜伝送
    トランスの二次側コイルとこの二次側コイルから得られ
    るパルス状の信号を受け前記スイッチのオン/オフを制
    御するスイッチ駆動用ICを具備するセラミック基板と、 前記誤差増幅用ICの回路を薄膜回路を介して外部回路と
    接続すると共に、前記スイッチ駆動用ICの回路を薄膜回
    路を介して外部回路と接続するパッケージと、 を具備したことを特徴としたコントロール回路。
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