JPH09182432A - スイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、小型のスイッチング電源装置の
提供を目的とする。 【解決手段】 スイッチング電源装置は、電子回路素
子を実装した部品実装用基板と、シ−トコイルによって
形成されたシ−トコイルトランスと、磁性粉を混在させ
た絶縁シ−トとを積層することによって形成される。積
層する場合は、すくなくとも部品実装用基板とシ−トコ
イルトランスの間に、絶縁シ−トが設けられる。なお、
シ−トコイルトランスは、スル−ホ−ルを介して部品実
装用基板の電子回路素子に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型のスイッチン
グ電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化をはかるため、
電子回路を構成する電子部品の高密度化が飛躍的に進ん
でいる。このため、電子機器に組み込まれる回路基板が
小さくなる一方、スイッチング電源装置の小型化が図ら
れていない。このため、回路基板におけるスイッチング
電源装置の占める割合が年々大きくなり、スイッチング
電源装置自体の小型化が望まれている。

【０００３】スイッチング電源装置に用いられる電子回
路としては、種々の方式が開発されている。このうち、
フォワ−ドコンバ−タ−方式の回路では、トランスの一
次コイルに電圧が印加された際に発生する電磁エネルギ
−が一次コイルに蓄えられることなく、そのままトラン
スの二次コイルに放出される。このため、トランスのコ
アではヒステリシス損や渦電流損の発生が少なく、極め
てエネルギ−効率が良いという特徴を有する。このた
め、スイッチング電源装置の電子回路として、フォワ−
ドコンバ−タ−方式の回路が多く用いられる。

【０００４】図３を用いて、フォワ−ドコンバ−タ−方
式の回路について説明する。

【０００５】フォワ−ドコンバ−タ−方式の回路は、ト
ランス１の一次側の第一のコイル２を入力回路側とし、
磁気結合される二次側の第二のコイル３を出力回路側と
して備えている。

【０００６】入力回路は、第一のコイル２と、例えばＦ
ＥＴ等を用いたスイッチング素子４および平滑コンデン
サ５とから構成される。第一のコイル２の一端はスイッ
チング素子４の一端に接続され、直列回路を形成する。
この直列回路の両端にはリップルノイズを除去するため
の平滑コンデンサ５が接続される。また、この直列回路
を構成する第一のコイル２の他端およびスイッチング素
子４の他端は、整流回路（図示せず）の出力端子Ｔ１に
接続される。

【０００７】出力回路は、第二のコイル３と、第一のダ
イオ−ド６と、第二のダイオ−ド７と、インダクタ８
と、コンデンサ９とから構成される。第二のコイル３の
一端には第一のダイオ−ド６のアノ−ドが接続され、第
一のダイオ−ド６のカソ−ドには第二のダイオ−ド７の
カソ−ドが接続され、第二のダイオ−ド７のアノ−ドに
は第二のコイル３の他端に接続される。また、第一のダ
イオ−ド６のカソ−ドにはインダクタ８が接続され、イ
ンダクタ８の出力端と第二のダイオ−ド７のアノ−ドと
の間には、コンデンサ９が接続される。コンデンサ９の
両端は、出力回路の出力端子Ｔ２に接続される。

【０００８】スイッチング素子４には、例えば発振周波
数に同期して任意のパルス幅を出力するパルス幅変調器
（ＰＷＭ）のような制御回路（図示せず）が接続され
る。パルス幅変調器によってスイッチング素子４をオン
・オフ制御すると第一のコイル２には断続的に電流が流
れ、第二のコイル３には交流電圧が発生する。この交流
電圧は、第一のダイオ−ド６によって半波整流された
後、さらに、インダクタ８とコンデンサ９によって平滑
され、出力端子Ｔ２から直流の出力電圧が取り出され
る。なお、スイッチング素子４がオフのときには、イン
ダクタ８に蓄えられたエネルギ−が第一のダイオ−ド７
を介して出力端子Ｔ２から取り出される。

【０００９】また、このフォワ−ドコンバ−タ−方式の
回路は、一次コイル２を流れる電流と二次コイル３を流
れる電流の波形はほぼ相似形で、かつ位相が１８０度ず
れるため、結果的に一次コイル２と二次コイル３から発
生する輻射ノイズは相互に相殺されるという特徴を有す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スイッ
チング電源装置を小型化するためには、電子回路を構成
する電子回路素子のうち、比較的形状が大きいトランス
を小さくする必要がある。トランスの小型化に伴ってコ
イル自体の導体幅が狭くなるため、コイルの抵抗値が大
きくなる。このため、コイルの発熱によるエネルギ−損
失が生じる。また、トランスに装着されるコアの取り付
け部の断面形状が小さくなるため磁気抵抗が大きくな
り、コア損失が生じる。このため、スイッチング電源装
置のエネルギ−効率が悪くなるという問題があった。

【００１１】そこで、本発明は上記問題を解決して、小
型のスイッチング電源装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング電
源装置は、上記目的を達成するため次のように構成され
る。すなわち、電子回路素子を実装した部品実装用基板
と、該部品実装用基板の電子回路素子と接続されるシ−
トコイルトランスとを備え、すくなくとも前記部品実装
用基板と該シ−トコイルトランスの間に磁性粉を混在さ
せた絶縁シ−トを設けて積層したものである。

【００１３】スイッチング電源装置の電子回路を構成す
るトランスとして、シ−トコイルによって形成されたシ
−トコイルトランスが用いられる。このため、部品実装
用基板の表面からトランスを省くことができる。また、
すくなくとも部品実装用基板とシ−トコイルトランスの
間には、磁性粉を混在させた絶縁シ−トが設けられる。
このため、シ−トコイル近傍における磁束密度が高ま
り、シ−トコイルのインダクタンスが大きくなる。従っ
て、シ−トコイルのタ−ン数を少なくできるので、パタ
−ン幅の広いシ−トコイルを形成することができる。こ
の結果、シ−トコイルの抵抗値が小さくなる。さらに、
シ−トコイルトランスで発生する磁界は、絶縁シ−トに
よってシ−ルドされる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１および図２を用いて本発明に
かかるスイッチング電源装置の実施例を説明する。

【００１５】スイッチング電源装置は、電子回路を構成
するトランス以外の電子回路素子１０と、部品実装用基
板１１と、シ−トコイルトランス１２、絶縁層１３とか
ら形成される。なお、電子回路としては、上述したよう
な、例えばフォワ−ドコンバ−タ−方式の回路が用いら
れる。

【００１６】部品実装用基板１１は、絶縁基板１４と、
絶縁基板１４の表面に形成された電子回路素子１０を実
装するための配線パタ−ン（図示せず）とから構成され
る。なお、配線パタ−ンは、絶縁基板１４の表面に積層
された、例えば銅箔のような導電性薄膜をエッチング処
理することによって形成される。

【００１７】シ−トコイルトランス１２は、四角板状の
絶縁基板１４と、絶縁基板１４の表裏面にそれぞれ形成
された一次コイルのシ−トコイル１６Ａと二次コイルの
シ−トコイル１６Ｂとから構成される。シ−トコイル１
６Ａと１６Ｂは、外周側から中心側に向かって渦巻き状
に形成される。なお、シ−トコイル１６Ａと１６Ｂは、
絶縁基板１４の表裏面に積層形成された、例えば銅箔の
ような導電性薄膜をエッチング処理することによって形
成される。なお、一次コイルおよび二次コイルのタ−ン
数は、トランスの特性に応じて定められる。

【００１８】絶縁シ−ト１３は、例えばフェライト等の
磁性粉を均一に混ぜた、例えばエポキシ樹脂等の絶縁性
樹脂で形成した四角板である。従来トランスに装着され
ていたコアは、例えばフェライト等の磁性粉を焼き固
め、さらに研磨する等の工程を経て形成される。一方、
絶縁シ−ト１３は、磁性粉が均一に混ぜられた絶縁性樹
脂を、例えば射出成型することによって形成される。こ
のため、絶縁シ−ト１３は、極めて容易に作成される。
また、磁性粉の混合比を変えることにより、絶縁シ−ト
１３の比透磁率を任意に変えることができる。

【００１９】図面において、上から、部品実装用基板１
１、絶縁シ−ト１３、シ−トコイルトランス１２、絶縁
シ−ト１３の順番に一体に積層することにより基板１５
が形成される。なお、積層する場合は、部品実装用基板
１１の配線パタ−ンを表側とする。また、積層手段とし
て、真空加圧成形手段が用いられる。このとき、絶縁シ
−ト１３を構成する絶縁性樹脂が加熱されて溶け、接着
剤の働きをする。

【００２０】基板１５にはスル−ホ−ル（図示せず）が
設けられる。このスル−ホ−ルを介してシ−トコイルト
ランス１２に形成されたシ−トコイル１６Ａと１６Ｂの
外周側の端部および中心側の端部は、部品実装用基板１
１に形成された回路パタ−ンの所定位置と電気的に接続
さる。また、電子回路素子１０は、部品実装用基板１０
に形成された回路パタ−ンの所定位置に実装される。

【００２１】このように、従来は部品実装用基板１１の
表面に配置されていたトランスを取り除き、シ−トコイ
ルトランス１２との積層構造に置き換えたので、従来ト
ランスが部品実装用基板１１を占めていた面積だけ基板
１５を小さくすることができる。

【００２２】また、シ−トコイルトランス１２を挟むよ
うに絶縁シ−ト１３が設けられるため、シ−トコイル１
６Ａと１６Ｂ近傍の磁束密度が高くなる。従って、シ−
トコイル１６Ａと１６Ｂのインダクタンスが大きくな
り、シ−トコイル１６Ａと１６Ｂのタ−ン数を少なくす
ることができる。このため、絶縁基板１４の表裏面に少
ないタ−ン数のシ−トコイルを形成することができるの
で、パタ−ン幅を広く形成することができる。この結
果、シ−トコイルの抵抗値が小さくなり、エネルギ−損
が低減される。

【００２３】さらに、スイッチング電源装置の電子回路
としてフォワ−ドコンバ−タ−方式の回路を用いた場合
には、スイッチング電源装置の一次コイル２と二次コイ
ル３から発生する輻射ノイズは相互に相殺されるため、
周辺の電子回路に及ぼす影響が低減される。

【００２４】なお、本発明は上述した構造には限られな
い。シ−トコイル１６Ａと１６Ｂのインダクタンスとし
て所定の値が得られるならば、シ−トコイルトランス１
２と部品実装用基板１１の間にのみ絶縁シ−ト１３を設
けても良い。

【００２５】また、シ−トコイルトランス１２は、絶縁
基板１４の表裏面にシ−トコイル１６Ａと１６Ｂを形成
した場合を例示したが、シ−トコイル１６Ａと１６Ｂの
タ−ン数を多くしたい場合には、シ−トコイル１６Ａと
１６Ｂを形成した絶縁基板１４を複数積層し、シ−トコ
イル１６Ａ同士をスル−ホ−ルを介して相互に直列接続
し、またシ−トコイル１６Ｂ同士をスル−ホ−ルを介し
て相互に直列接続しても良い。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、従来は部品実装用基板の表面
に配置されていたトランスの代わりに、シ−トコイルト
ランスを用いる。このため、従来トランスが部品実装用
基板を占めていた面積だけ小型化することができる。ま
た、シ−トコイルトランスの少なくとも一方の表面に、
磁性粉を混在させた絶縁層を設けたので、シ−トコイル
のインダクタンスを大きくすることができる。従って、
シ−トコイルのタ−ン数を少なくすることができるので
パタ−ン幅の広いシ−トコイルを形成することができ、
シ−トコイルのエネルギ−損が低減される。また、シ−
トコイルトランスで発生する磁界は、絶縁シ−トによっ
てシ−ルドされる。この結果、小型で、エネルギ−効率
のよいスイッチング電源装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の斜視図で
ある。

【図２】本発明に係るスイッチング電源装置の分解斜視
図である。

【図３】スイッチング電源装置に用いられるフォワ−ド
コンバ−タ−方式の回路図である。

【符号の説明】

１ トランス ８ インダクタ １０ 電子回路素子 １１ 部品実装用基板 １２ シ−トコイルトランス １３ 絶縁シ−ト １４ 絶縁基板 １５ 基板 １６Ａ、１６Ｂ シ−トコイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子回路素子を実装した部品実装用基板
   と、該部品実装用基板の電子回路素子と接続されるシ−
   トコイルトランスとを備え、すくなくとも前記部品実装
   用基板と該シ−トコイルトランスの間に磁性粉を混在さ
   せた絶縁シ−トを設けて積層したことを特徴とするスイ
   ッチング電源装置。