JPH11127579A - 磁気回路に組み込まれた電力コンバータ - Google Patents

磁気回路に組み込まれた電力コンバータ

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JPH11127579A
JPH11127579A JP22085098A JP22085098A JPH11127579A JP H11127579 A JPH11127579 A JP H11127579A JP 22085098 A JP22085098 A JP 22085098A JP 22085098 A JP22085098 A JP 22085098A JP H11127579 A JPH11127579 A JP H11127579A
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Japan
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power converter
circuit board
printed circuit
core
magnetic means
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JP22085098A
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English (en)
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Velasco Salvador Ollero
サルバドール・オリエロ・ベラスコ
La Cruz Moreno Enrique De
エンリケ・デ・ラ・クルス・モレノ
Martinez Miguel Rascon
ミゲル・ラスコン・マルテイネス
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Alcatel CIT SA
Nokia Inc
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Alcatel CIT SA
Nokia Inc
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    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/16Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistors, capacitors or inductors
    • H05K1/165Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistors, capacitors or inductors incorporating printed inductors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子回路に給電する小形の電力コンバータを
提供する。 【解決手段】 電力コンバータは、磁気材料から作られ
た2つのコア部分(21、22)によって形成されたコ
アを含む磁気手段から構成され、この磁気手段の巻き線
の少なくとも1つはプリント回路板(23)上にプリン
トされている。このプリント回路板(23)には、コン
バータを構成する残りのコンポーネントが組み立てら
れ、上記コアはプリント回路板(23)を完全に包囲し
ている。プリント回路板(23)はコア・ウィンドウの
内部に置かれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コア及びいくつか
の巻き線によって形成された磁気手段を備え、巻き線の
1つが、例えばプリント回路板に組み込まれた電力コン
バータに関する。
【0002】電力コンバータは、遠隔通信システムを構
成する電子回路へ電力を供給するために、特に(これに
限定されるものではないが)遠隔通信システムに応用す
ることができる。
【0003】
【従来の技術】近年、電子集積回路(例えばマイクロプ
ロセッサ)が発達し、一般的に、例えば低電圧及び高電
流をこれらに給電するための電力コンバータを必要とし
ている。従って電力コンバータの設計パラメータも変化
し、その結果、電力コンバータを形成するいくつかのコ
ンポーネント(例えば、磁気手段、変圧器、及びインダ
クタンス)の設計パラメータも同様に変化している。
【0004】電力コンバータは、低電圧を供給すると
き、できるだけ負荷の近くに配置する必要がある。それ
は電流を分配するときに生じる損失を避けるためであ
る。従って、給電される負荷と同じプリント回路板に電
力コンバータを組み込むことが必要である。
【0005】電力コンバータは通常の動作中に電磁干渉
を生じ、この電磁干渉は電気的負荷の正常な動作に影響
を与える。その結果、電力コンバータはこのような電磁
干渉の発生を避けるように設計されなければならない。
これは、干渉を少なくするための対策に起因する余分の
コストが電力コンバータに生じることを意味する。
【0006】コンバータは、回路板上で最小の表面を占
めるようにサイズが小さい必要がある。従って、電力コ
ンバータのサイズに大きな影響を有するコンポーネント
(例えば磁気手段)の大きさは、設計段階で極力小さく
しなければならない。また、磁気手段は寸法の「高さ」
という更なる問題を生じる。なぜなら、磁気手段は電力
コンバータの中で最も寸法の高いコンポーネントである
からである。
【0007】さらに、磁気手段は他の問題を有する。そ
れは、例えば電力コンバータの全コストに対する大きな
インパクトである。なぜなら、磁気手段の製造及び組立
工程を必ずしも自動化することはできず、磁気手段の製
造及び組立に使用される材料は高価であるからである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
高レベルの電力密度と集積度、電磁放射の減少、及びサ
イズの小型化を実現し得る電力コンバータを提供するこ
とである。
【0009】本発明の他の目的は、電力コンバータのコ
アによって規定されるウィンドウを最大限に利用するい
くつかの手段を電力コンバータに組み込むことであり、
これらの手段は製造及び組立を自動化し、従って複製を
容易にするような手段である。
【0010】さらに、本発明の他の目的は、磁束通路が
磁気コアに良好に規定され、プリント回路板のトラック
に沿って流れる電流によって生じる放射磁界が小さくな
り、その影響がコンバータの外側で避けられるようにす
ることである。
【0011】巻き線をプリント回路板に組み込むことに
より、拡散磁束及び関連の磁気手段中の寄生電流は制限
されると共に、電磁干渉はコンバータそれ自体及びコン
バータによって給電される負荷の双方で顕著に減少す
る。
【0012】さらに、本発明の他の目的は、磁気回路の
コアの中の損失を少なくすることである。コアは従来よ
りも大きな磁束通過領域を提供し、その結果、その中の
損失、さらには電力コンバータ内の損失は少なくなる。
従って、本発明の電力コンバータは高能率及び低コスト
を実現する。
【0013】
【課題を解決するための手段】磁気回路中に組み込まれ
た電力コンバータは、少なくとも磁気材料から作られた
2つのコア部分によって形成されたコアを含む多数の磁
気手段を有し、該磁気手段の巻き線の少なくとも1つは
プリント回路板に組み込まれている。
【0014】コンバータを構成する残りのコンポーネン
トが、同じプリント回路板に形成されたコアがプリント
回路板を完全に包囲するように組み立てられる。プリン
ト回路板はコア・ウィンドウ内に配置される。
【0015】電力コンバータをこのように構成すること
によって、磁気手段の巻き線及びコア・ウィンドウ内に
組み立てられたコンバータの他のコンポーネントの双方
に対して遮蔽効果が提供され、それによって電磁干渉が
避けられる。
【0016】この電力コンバータは高い電力密度を提供
するが、その高さ方向の寸法は小さく、プリント回路板
上でモジュールとして使用することが可能であり、給電
される電気負荷に非常に近接して配置することができ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は電力コンバータのブロック
図であり、その接続態様を示している。電力コンバータ
は端子11、12を介して電圧源に接続される。1つの
端子11は変圧器13の一次巻き線の一端へ接続され、
一次巻き線の他端はスイッチ素子14に接続されてい
る。スイッチ素子14は他の端子12に接続される。制
御手段15はスイッチ素子14のオン時間を制御する。
以上の説明は変圧器13の一次側に対応する。
【0018】変圧器13の二次側は整流器モジュール1
6に接続され、整流器モジュール16は出力フィルタ1
7に接続され、出力フィルタ17は出力端子である端子
18、19を介して電気負荷(図1には示されない)に
接続される。
【0019】電力コンバータは、出力される電力及び電
圧に従って異なった構成(例えば、順方向コンバータ又
はフライバック・コンバータ)として実現することが可
能であり、本発明の目的ではないので詳説しない。構成
の選択基準は、特定の応用による。
【0020】しかし、コンバータの構成と動作モード
が、磁気手段の数を決定することを指摘しておく。例え
ば、順方向コンバータは少なくとも変圧器13と出力フ
ィルタ17内のインダクタンス(図1に示されない)を
含む。
【0021】前述の通り、電力コンバータは順方向構成
で実施することができる。本発明をより良く説明するた
めに、順方向構成を例として説明するが、本発明の電力
コンバータはこのような構成に限定されるものではな
い。
【0022】図2は、磁気手段のコアの内部に置かれた
電力コンバータの分解斜視図である。本発明をより良く
説明するために、このコアは変圧器13及び出力フィル
タ17のインダクタンスに共通のものであるが、本発明
の電力コンバータはこの構成に限定されない。
【0023】コアは少なくとも2つのコア部分21、2
2によって形成されている。2つの部分は、例えば
「E」型であっても、1つの部分が「E」型で他の部分
が「I」型であっても、あるいは2つの部分が共に非標
準型であってもよいが、すべて磁気材料から作られてい
る。
【0024】磁気手段のコアの寸法は、磁束レベルの循
環の有効領域の見地からだけでなく、プリント回路板2
3に組み込まれた巻き線、及び同じプリント回路板23
上に組み立てられた電力コンバータのコンポーネントの
双方を取り囲む大きさになるように決定される。これに
より磁束密度は小さくなるのでコア内の損失も小さくな
る。
【0025】電力コンバータは、コアによって遮蔽さ
れ、その電磁放射が低減され、従ってその負荷の動作中
の干渉及び他の電気機器内の干渉は小さくなる。
【0026】上記構成から得られる他の利点は、電力コ
ンバータが、他の機器から発生する電磁放射の有害な効
果から保護されることである。
【0027】磁気手段の巻き線は、プリント回路板23
の中に組み込まれているので、これらの磁気手段、変圧
器13、及びインダクタンスを自動的に製造し組み立て
ることができるという利点を有し、さらに大量生産の
際、極めて類似した特性が得られる。
【0028】プリント回路板23の層の数は、巻き線の
数及びターンの比に依存する。
【0029】これまでの説明から明らかなように、磁気
回路中に組み込まれた電力コンバータは、物理的なレイ
アウトの見地からの効果的な巻き線の分配と、良好なコ
ア・ウィンドウの利用及び電磁遮蔽とを提供する。
【0030】磁気手段が複数の巻き線を含む場合、これ
らはプリント回路板23の中間層に置かれ、電力コンバ
ータのコンポーネント(例えばスイッチ素子14、整流
器モジュール16、制御手段15、及び出力フィルタ1
7)は、プリント回路板23の1つの外側面、あるいは
プリント回路板23の他の面に取り付けられ、これによ
り電力コンバータのパッケージ化の度合いを大きくする
ことができる。
【0031】図3に示されるように、プリント回路板2
3はコア・ウィンドウ内に置かれ、コンポーネントはウ
ィンドウ領域内でボード上に組み立てられるので、電力
コンバータのパッケージ化の度合いは増加し、従ってそ
のサイズも小さくなる。
【0032】図2及び図3に示される実施形態では、非
標準的な2つのコア部分21、22が使用されている。
この場合、プリント回路板23がコア・ウィンドウの中
で安定するようにプリント回路板23は所定の開口24
を有する。
【0033】電力コンバータが、負荷の電力要件によっ
て、非常に大きな素子(例えばコンデンサ)を含む場
合、このような素子はプリント回路板23の外側に組み
立てられ、コアの外側に(例えば、コンバータの端子1
1、12、18、19の1つの近くに)置かれる。
【0034】コア・ウィンドウの外側に、コンバータの
他の素子を組み込むことができる。サイズ、コンバータ
の電気的要件、及びそのコストをバランスさせるべきで
あり、それぞれの場合に最適の構成を採用すべきであ
る。
【0035】場合によっては、複数のコアを含む磁気手
段が必要とされる。そのような場合には、プリント回路
板23がすべてのコアによって取り囲まれるようにこれ
らのコアを相互に並べて配置する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う電力コンバータのブロック図であ
る。
【図2】磁気回路に組み込まれた本発明に従う電力コン
バータの分解斜視図である。
【図3】磁気回路に組み込まれた本発明に従う電力コン
バータを図2の平面d−d’から見た断面図である。
【符号の説明】
11、12 端子 13 変圧器 14 スイッチ素子 15 制御手段 16 整流器モジュール 17 出力フィルタ 18、19 端子 21、22 コア部分 23 プリント回路板 24 開口

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気回路に組み込まれた電力コンバータ
    であって、少なくとも2つのコア部分(21、22)に
    よって形成された少なくとも1つのコアを有する磁気手
    段と、該磁気手段の少なくとも1つの巻き線がプリント
    されているプリント回路板(23)とを備え、前記コア
    部分(21、22)が、前記電力コンバータを形成して
    いるコンポーネントが組み立てられている前記プリント
    回路板(23)を取り囲むことを特徴とする電力コンバ
    ータ。
  2. 【請求項2】 前記電力コンバータのコンポーネントが
    プリント回路板(23)の2つの外側面上に組み立てら
    れていることを特徴とする、請求項1に記載の電力コン
    バータ。
  3. 【請求項3】 前記プリント回路板(23)上に組み立
    てられているコンポーネントのいくつかが前記磁気手段
    のコア・ウィンドウの外側に置かれていることを特徴と
    する、請求項2に記載の電力コンバータ。
  4. 【請求項4】 プリント回路板(23)が多層プリント
    回路板であることを特徴とする、請求項3に記載の電力
    コンバータ。
  5. 【請求項5】 前記磁気手段が、前記プリント回路板
    (23)を取り囲むいくつかのコアから成ることを特徴
    とする、請求項1に記載の電力コンバータ。
JP22085098A 1997-08-04 1998-08-04 磁気回路に組み込まれた電力コンバータ Pending JPH11127579A (ja)

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ES9701736 1997-08-04

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JP (1) JPH11127579A (ja)

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EP0896419A2 (en) 1999-02-10
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