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JP5288109B2 - Coil, transformer, switching power supply - Google Patents

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JP5288109B2 JP2008207334A JP2008207334A JP5288109B2 JP 5288109 B2 JP5288109 B2 JP 5288109B2 JP 2008207334 A JP2008207334 A JP 2008207334A JP 2008207334 A JP2008207334 A JP 2008207334A JP 5288109 B2 JP5288109 B2 JP 5288109B2
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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • H01F2027/2819Planar transformers with printed windings, e.g. surrounded by two cores and to be mounted on printed circuit

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  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

本発明は、平面に沿って巻回するコイル、ならびにそのようなコイルを備えた変圧素子およびスイッチング電源装置に関する。   The present invention relates to a coil wound along a plane, and a transformer element and a switching power supply device including such a coil.

従来より、スイッチング電源装置として種々のDC−DCコンバータが提案され、実用に供されている。その多くは、電力変換トランス(変圧素子)の1次側コイルに接続されたスイッチング回路のスイッチング動作により直流入力電圧をスイッチングし、スイッチング出力を電力変換トランスの2次側コイルに取り出す方式を採用したものである。スイッチング回路のスイッチング動作に伴い、2次側コイルに現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑回路によって直流に変換されて出力される。   Conventionally, various DC-DC converters have been proposed as switching power supply devices and put into practical use. Many of them adopted a method in which the DC input voltage was switched by the switching operation of the switching circuit connected to the primary coil of the power conversion transformer (transformer element) and the switching output was taken out to the secondary coil of the power conversion transformer. Is. With the switching operation of the switching circuit, the voltage appearing in the secondary coil is rectified by the rectifier circuit, then converted into direct current by the smoothing circuit and output.

最近、このようなスイッチング電源装置のコンパクト化が求められており、それに伴って変圧素子の小型化および薄型化が進んでいる。このため、1次側コイルや2次側コイルとして、樹脂製の基板上に設けられた薄膜状(あるいは薄板状)のコイルが採用されている(特許文献1参照)。   Recently, there has been a demand for downsizing of such a switching power supply apparatus, and accordingly, the transformer elements have been made smaller and thinner. For this reason, a thin-film (or thin-plate) coil provided on a resin substrate is employed as the primary coil and the secondary coil (see Patent Document 1).

なお、上記のようなコイルに関連するものとして、特許文献2,3には、絶縁基板上に導電パターンが設けられたインダクタが開示されている。
特開平9−326316号公報 特開2000−232019号公報 特開平8−107018号公報
As related to the coil as described above, Patent Documents 2 and 3 disclose an inductor in which a conductive pattern is provided on an insulating substrate.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-326316 JP 2000-232019 A JP-A-8-107018

ところで、より大きな変圧比が要求される場合には、1次側コイルの巻き数と2次側コイルの巻き数との比(巻数比)を大きくする必要があるので、いずれか一方のコイルの巻き数を増大させなければならない。しかしながら、限られた形成面積においてコイルの断面積を高めつつ、コイルの巻き数を増やすとなると、必然的にコイルの各ターンの幅が狭くなる。そうした場合、上記のような樹脂基板に設けられた薄膜状(あるいは薄板状)のコイルでは、製造時や使用時における温度変化に伴う応力に起因する反りや歪みが発生しやすくなる。   By the way, when a higher transformation ratio is required, it is necessary to increase the ratio (turn ratio) between the number of turns of the primary side coil and the number of turns of the secondary side coil. The number of turns must be increased. However, if the number of turns of the coil is increased while increasing the cross-sectional area of the coil in a limited formation area, the width of each turn of the coil is inevitably narrowed. In such a case, the thin film (or thin plate) coil provided on the resin substrate as described above is likely to be warped or distorted due to a stress accompanying a temperature change during manufacture or use.

具体的には、高温環境下に置かれると、金属からなるコイルは、主に巻回方向へ伸びることとなる。図10(A)は、図示しない樹脂基板上に設けられたコイル130を上面から眺めた概略図であり、図10(B)は、図10(A)のXIB−XIB線に沿った断面の概略図である。さらに、図10(C)は、図10(A)に示したコイル130を構成する巻線体131T1〜131T3における位置P101から位置P102までの区間を直線状に伸ばした様子を表し、特に、実線が駆動前の常温時に対応し、破線が駆動中(後)の高温時に対応している。図10(C)では、巻回方向Rに沿った紙面横方向が樹脂基板の表面における位置P101から位置P102までのコイル130に沿った距離に相当し、紙面上下方向が樹脂基板の表面と直交する方向(厚み方向)におけるコイル130の変位に相当する。このようなコイル130が自らの巻回方向に熱膨張しようとした場合、コイル130は樹脂基板と密着しているので単独では変位することができない。そのため、コイル130の熱膨張率と樹脂基板の熱膨張率との間に大きな差がある場合、基板とコイル130との接合界面近傍において応力が生じる。特に、コイル130の巻き数を増やすことで、コイル130の各巻線体131T1〜131T3の幅を狭くすると共に全長を長くすると、高温環境下での巻回方向Rに沿った応力は顕著に大きくなる。そのような応力を緩和するため、コイル130は、図10(B),10(C)に示したように実線で示した基板表面に平行な所定位置から、破線で示した位置へ樹脂基板と共に変位することとなる。この結果、樹脂基板およびコイルが一体となったコイル基板全体として、反りを発生させる。   Specifically, when placed in a high temperature environment, the coil made of metal mainly extends in the winding direction. FIG. 10A is a schematic view of a coil 130 provided on a resin substrate (not shown) as viewed from above, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line XIB-XIB in FIG. FIG. Further, FIG. 10C shows a state in which the section from the position P101 to the position P102 in the winding bodies 131T1 to 131T3 constituting the coil 130 shown in FIG. Corresponds to a normal temperature before driving, and a broken line corresponds to a high temperature during driving (after). In FIG. 10C, the horizontal direction of the paper surface along the winding direction R corresponds to the distance along the coil 130 from the position P101 to the position P102 on the surface of the resin substrate, and the vertical direction of the paper surface is orthogonal to the surface of the resin substrate. This corresponds to the displacement of the coil 130 in the direction (thickness direction). When such a coil 130 attempts to thermally expand in its winding direction, the coil 130 is in close contact with the resin substrate and cannot be displaced alone. Therefore, when there is a large difference between the coefficient of thermal expansion of the coil 130 and the coefficient of thermal expansion of the resin substrate, stress is generated in the vicinity of the bonding interface between the substrate and the coil 130. In particular, when the number of windings of the coil 130 is increased so that the widths of the winding bodies 131T1 to 131T3 of the coil 130 are reduced and the total length is increased, the stress along the winding direction R in a high temperature environment is significantly increased. . In order to relieve such stress, the coil 130 is moved together with the resin substrate from a predetermined position parallel to the substrate surface indicated by a solid line to a position indicated by a broken line as shown in FIGS. 10 (B) and 10 (C). It will be displaced. As a result, warpage is generated in the entire coil substrate in which the resin substrate and the coil are integrated.

このようなコイル基板の反りは、それを搭載する変圧素子などのコンパクト化を妨げる要因となる。また、この種のコイル基板では、コイルが設けられた樹脂基板の裏面に、アルミニウムなどの熱伝導率の高い冷却基板を接触させ、コイルの冷却を行うことがあるが、その場合、あらかじめ樹脂基板に反りが生じていると、樹脂基板と冷却基板との間に隙間が生じてしまい冷却効率が低下してしまう。   Such warpage of the coil substrate becomes a factor that hinders downsizing of a transformer element and the like on which the coil substrate is mounted. In this type of coil substrate, a cooling substrate with high thermal conductivity such as aluminum may be brought into contact with the back surface of the resin substrate on which the coil is provided to cool the coil. If warpage occurs, a gap is generated between the resin substrate and the cooling substrate, and cooling efficiency is lowered.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、より巻き数が大きく、かつ、薄型でありながら、反りや歪みが発生しにくいコイルを提供することにある。本発明の第2の目的は、コンパクトな構成でありながら、より大きな変圧比を得るのに適した変圧素子およびそれを備えたスイッチング電源装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and a first object of the invention is to provide a coil that has a larger number of turns and is thin, and is less likely to be warped or distorted. A second object of the present invention is to provide a transformer element suitable for obtaining a larger transformation ratio and a switching power supply device including the transformer element while having a compact configuration.

本発明のコイルは、複数の導体パターンをそれぞれ有すると共に絶縁層を挟んで対向する一組の導体形成層を含むものである。ここで、一方の導体形成層における複数の導体パターンと、他方の導体形成層における複数の導体パターンとが絶縁層を貫く複数の接続部によって交互に連結されて一体となり、全体として一組の導体形成層に沿って巻回している。また、一組の導体形成層の各々において、複数の導体パターンが互いに隣り合うように同方向に巻回しており、複数の導体パターンにおける巻回中心側の端部同士および巻回外周側の端部同士がそれぞれ連結されている。複数の導体パターンは、それぞれの巻回量が1周未満であり、かつ、一方の前記導体形成層における一の導体パターンと、これと連結された他方の前記導体形成層における一の導体パターンとで1周以上巻回しており、巻回中心側から巻回外周側へ向けて線幅が徐々に拡大する部分を含むものである。 The coil of the present invention includes a plurality of conductor patterns and includes a pair of conductor forming layers facing each other with an insulating layer interposed therebetween. Here, a plurality of conductor patterns in one conductor forming layer and a plurality of conductor patterns in the other conductor forming layer are alternately connected by a plurality of connecting portions penetrating the insulating layer to be integrated, and as a whole, a set of conductors It is wound along the forming layer. In each of the pair of conductor forming layers, the plurality of conductor patterns are wound in the same direction so as to be adjacent to each other, and the ends on the winding center side and the ends on the winding outer peripheral side in the plurality of conductor patterns The parts are connected to each other. Each of the plurality of conductor patterns has a winding amount of less than one turn, and one conductor pattern in one of the conductor formation layers, and one conductor pattern in the other conductor formation layer connected thereto 1 or more times , and includes a portion where the line width gradually increases from the winding center side toward the winding outer periphery side.

本発明の変圧素子は、磁芯と、その磁芯の周囲を巻回する1次側コイルおよび2次側コイルとを備え、1次側コイルおよび2次側コイルのうちの少なくとも一方として、上記本発明のコイルを用いるようにしたものである。さらに、本発明のスイッチング電源装置は、直流入力電圧をスイッチングして入力交流電圧を生成するスイッチング回路と、磁芯の周囲を巻回する1次側コイルおよび2次側コイルを有し入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を出力する変圧素子と、この変圧素子の2次側に並列接続され出力交流電圧の整流動作を行うことで直流出力電圧を生成する整流回路とを備え、変圧素子における1次側コイルおよび2次側コイルのうちの少なくとも一方として、上記本発明のコイルを用いるようにしたものである。   The transformer element of the present invention includes a magnetic core, and a primary side coil and a secondary side coil that are wound around the magnetic core, and as at least one of the primary side coil and the secondary side coil, The coil of the present invention is used. Furthermore, the switching power supply device of the present invention includes a switching circuit that switches a DC input voltage to generate an input AC voltage, a primary side coil that winds around the magnetic core, and a secondary side coil. And a rectifying circuit that generates a DC output voltage by performing a rectifying operation of the output AC voltage connected in parallel to the secondary side of the transformer element. The coil of the present invention is used as at least one of the primary side coil and the secondary side coil.

本発明のコイルでは、一方の導体形成層の各々に設けられた複数の導体パターンと、他方の導体形成層の各々に設けられた複数の導体パターンとが複数の接続部によって交互に連結され、一体化して巻回しているので、加熱された場合であっても、一の導体形成層のみにおいて巻回する一本の連続したコイルと比べ、全体における巻回方向に沿って膨張しようとする応力が軽減される。これは、複数に分割された導体パターンの各々の歪みが他の導体パターンへ伝達しにくいためである。   In the coil of the present invention, a plurality of conductor patterns provided in each of the one conductor formation layer and a plurality of conductor patterns provided in each of the other conductor formation layers are alternately connected by a plurality of connecting portions, Since it is wound in an integrated manner, even when heated, it is a stress that tends to expand along the entire winding direction compared to a single continuous coil wound only in one conductor forming layer. Is reduced. This is because the distortion of each of the conductor patterns divided into a plurality is difficult to be transmitted to other conductor patterns.

本発明のコイルでは、一組の導体形成層の各々において、複数の導体パターンが互いに隣り合うように同方向に巻回し、複数の導体パターンにおける巻回中心側の端部同士および巻回外周側の端部同士がそれぞれ連結されるようにするとよい。こうすることで、コイルが比較的短い区間で区切られ、巻回方向に沿って膨張しようとする応力成分が巻回方向へ蓄積しにくいうえ、所定の領域内において導体が占める面積の割合、すなわち線積率と、全体としての巻き数(あるいは巻回量)とを向上させるのに有利となる。さらに、複数の導体パターンは、それぞれの巻回量が1周未満であり、かつ、一方の導体形成層における一の導体パターンと、これと連結された他方の導体形成層における一の導体パターンとで一周以上巻回していると、全体としての反りや歪みを効果的に抑制しつつ、線積率および全体としての巻き数(あるいは巻回量)の向上を図るのにいっそう有利となる。   In the coil of the present invention, in each of the pair of conductor forming layers, the plurality of conductor patterns are wound in the same direction so as to be adjacent to each other, the ends on the winding center side in the plurality of conductor patterns and the winding outer peripheral side It is preferable that the ends of the two are connected to each other. By doing so, the coil is divided by a relatively short section, and the stress component that tends to expand along the winding direction is difficult to accumulate in the winding direction, and the ratio of the area occupied by the conductor in the predetermined region, that is, This is advantageous in improving the line area ratio and the total number of turns (or the amount of turns). Further, each of the plurality of conductor patterns has a winding amount of less than one turn, and one conductor pattern in one conductor formation layer and one conductor pattern in the other conductor formation layer connected thereto When it is wound more than once, it is more advantageous to improve the line area ratio and the total number of turns (or the amount of turns) while effectively suppressing the warpage and distortion as a whole.

また、本発明のコイルでは、一方の導体形成層における導体パターンの巻回量と、他方の導体形成層における導体パターンの巻回量とが互いに異なるようにしてもよい。また、複数の接続部が、一組の導体形成層に沿って均等配置されるようにするとよい。全体としての反りや歪みが、より均質に低減されるからである。   In the coil of the present invention, the winding amount of the conductor pattern in one conductor formation layer may be different from the winding amount of the conductor pattern in the other conductor formation layer. Moreover, it is preferable that the plurality of connection portions are evenly arranged along a set of conductor formation layers. This is because warpage and distortion as a whole are reduced more uniformly.

本発明のコイルによれば、一組の導体形成層にそれぞれ設けられた巻回中心側から巻回外周側へ向けて線幅が徐々に拡大する部分を含む複数の導体パターンが複数の接続部によって交互に連結されて一体となり、全体として一組の導体形成層に沿って巻回するようにしたので、加熱された際、全体として巻回方向に沿って膨張しようとする応力を軽減することができる。したがって、一の導体形成層のみにおいて巻回する場合と比べ、反りや歪みの発生を抑制しつつ、さらなる巻き数の増加や薄型化を図ることができる。さらに、各導体形成層において、複数の導体パターンを互いに隣り合うように同方向に巻回させ、各々の巻回中心側の端部同士および巻回外周側の端部同士をそれぞれ連結するようにしたので、熱膨張に伴う絶縁層と導体パターンとの間に発生する応力を短い区間で分断することができ、その応力が巻回方向へ蓄積するのをより効果的に防ぐことができる。さらに、線積率、および全体としての巻き数(あるいは巻回量)の双方を向上させることができる。さらに、複数の導体パターンは、それぞれの巻回量が1周未満であり、かつ、一方の導体形成層における一の導体パターンと、これと連結された他方の導体形成層における一の導体パターンとで1周以上巻回したものであるので、全体としての反りや歪みをより効果的に抑制しつつ、線積率および全体としてのターン数を向上させることができる。 According to the coil of the present invention, a plurality of conductor patterns including a portion in which the line width gradually increases from the winding center side to the winding outer periphery side provided in each of the set of conductor forming layers includes a plurality of connection portions. As a whole, they are wound together along a set of conductor forming layers, so that when heated, the stress that tends to expand along the winding direction as a whole is reduced. Can do. Therefore, as compared with the case of winding only with one conductor forming layer, it is possible to further increase the number of turns and reduce the thickness while suppressing the occurrence of warping and distortion. Further, in each conductor forming layer, a plurality of conductor patterns are wound in the same direction so as to be adjacent to each other, and the ends on the winding center side and the ends on the winding outer peripheral side are connected to each other. Therefore, the stress generated between the insulating layer and the conductor pattern due to thermal expansion can be divided in a short section, and the stress can be more effectively prevented from accumulating in the winding direction. Furthermore, both the line product ratio and the number of turns (or the amount of turns) as a whole can be improved. Further, each of the plurality of conductor patterns has a winding amount of less than one turn, and one conductor pattern in one conductor formation layer and one conductor pattern in the other conductor formation layer connected thereto Therefore, the linear product ratio and the overall number of turns can be improved while more effectively suppressing the warpage and distortion as a whole.

本発明の変圧素子およびスイッチング電源装置によれば、上記本発明のコイルを備えるようにしたので、変圧比の向上を図りつつ、さらなるコンパクト化を実現することができる。   According to the transformer element and the switching power supply device of the present invention, since the coil of the present invention is provided, further downsizing can be realized while improving the transformation ratio.

以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に実施の形態という。)について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as an embodiment) will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態としてのスイッチング電源装置の回路構成を表すものである。このスイッチング電源装置は、高圧バッテリ10から供給される高圧の直流入力電圧Vinをより低い直流出力電圧Voutに変換し、図示しない低圧バッテリに供給して負荷6を駆動するDC−DCコンバータとして機能するものである。なお、本実施の形態に係る変圧素子も、以下併せて説明する。   FIG. 1 shows a circuit configuration of a switching power supply device as an embodiment of the present invention. This switching power supply device functions as a DC-DC converter that converts a high-voltage DC input voltage Vin supplied from the high-voltage battery 10 into a lower DC output voltage Vout and supplies the voltage to a low-voltage battery (not shown) to drive the load 6. Is. The transformer element according to the present embodiment will also be described below.

このスイッチング電源装置は、1次側高圧ラインL1Hと1次側低圧ラインL1Lとの間に設けられたスイッチング回路1および入力平滑コンデンサ2と、1次側コイル31および2次側コイル32A,32Bを有する変圧素子としてのトランス3とを備えている。1次側高圧ラインL1Hの入力端子T1と1次側低圧ラインL1Lの入力端子T2との間には、高圧バッテリ10から出力される直流入力電圧Vinが印加されるようになっている。このスイッチング電源装置は、トランス3の2次側に設けられた整流回路4と、この整流回路4に接続された平滑回路5とをさらに備えている。   This switching power supply device includes a switching circuit 1 and an input smoothing capacitor 2 provided between a primary side high voltage line L1H and a primary side low voltage line L1L, a primary side coil 31, and secondary side coils 32A and 32B. And a transformer 3 as a transformer element. A DC input voltage Vin output from the high voltage battery 10 is applied between the input terminal T1 of the primary high voltage line L1H and the input terminal T2 of the primary low voltage line L1L. The switching power supply device further includes a rectifier circuit 4 provided on the secondary side of the transformer 3 and a smoothing circuit 5 connected to the rectifier circuit 4.

スイッチング回路1は、4つのスイッチング素子S1〜S4から構成されたフルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子S1,S2の一端同士が互いに接続されると共に、スイッチング素子S3,S4の一端同士が互いに接続されている。また、スイッチング素子S1,S3の他端同士が互いに接続されると共にスイッチング素子S2,S4の他端同士が互いに接続され、これらの他端同士は、それぞれ入力端子T1,T2に接続されている。スイッチング回路1はこのような構成により、図示しない駆動回路から供給される駆動信号に応じて、入力端子T1,T2間に印加される直流入力電圧Vinを入力交流電圧に変換するようになっている。なお、これらスイッチング素子としては、例えば電界効果型トランジスタ(MOS−FET;Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)などのスイッチ素子が用いられる。   The switching circuit 1 has a full-bridge circuit configuration including four switching elements S1 to S4. Specifically, one ends of the switching elements S1 and S2 are connected to each other, and one ends of the switching elements S3 and S4 are connected to each other. Further, the other ends of the switching elements S1 and S3 are connected to each other and the other ends of the switching elements S2 and S4 are connected to each other, and these other ends are connected to the input terminals T1 and T2, respectively. With such a configuration, the switching circuit 1 converts the DC input voltage Vin applied between the input terminals T1 and T2 into an input AC voltage in accordance with a drive signal supplied from a drive circuit (not shown). . In addition, as these switching elements, switch elements, such as a field effect transistor (MOS-FET; Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolor Transistor), are used, for example.

入力平滑コンデンサ2は、入力端子T1,T2から入力された直流入力電圧Vinを平滑化するためのものである   The input smoothing capacitor 2 is for smoothing the DC input voltage Vin input from the input terminals T1 and T2.

トランス3の一対の2次側コイル32A,32Bは接続部Cで互いに接続され、この接続部Cが出力ラインLOを介して出力端子T3に導かれている。つまり、このスイッチング電源装置はセンタタップ型のものである。このトランス3は、スイッチング回路1によって生成された入力交流電圧を変圧し、一対の2次側コイル32A,32Bの各端部A,Bから、互いに180度位相が異なる出力交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の変圧比は、1次側コイル31と2次側コイル32A,32Bとの巻数比によって定まる。   The pair of secondary coils 32A and 32B of the transformer 3 are connected to each other at the connection portion C, and the connection portion C is led to the output terminal T3 via the output line LO. That is, this switching power supply device is of a center tap type. The transformer 3 transforms the input AC voltage generated by the switching circuit 1 and outputs output AC voltages that are 180 degrees out of phase with each other from the end portions A and B of the pair of secondary coils 32A and 32B. It has become. In this case, the transformation ratio is determined by the turn ratio between the primary coil 31 and the secondary coils 32A and 32B.

整流回路4は、一対の整流ダイオード4A,4Bからなる単相全波整流型のものである。整流ダイオード4Aのカソードはトランス3の2次側コイル32Aの端部Aに接続され、整流ダイオード4Bのカソードはトランス3の2次側コイル32Bの端部Bに接続されている。また、これら整流ダイオード4A,4Bのアノード同士は互いに接続され、接地ラインLGに接続されている。つまり、この整流回路4はセンタタップ型のアノードコモン接続の構成となっており、トランス3からの出力交流電圧の各半波期間を、それぞれ整流ダイオード4A,4Bによって個別に整流して直流電圧を得るようになっている。   The rectifier circuit 4 is a single-phase full-wave rectifier type composed of a pair of rectifier diodes 4A and 4B. The cathode of the rectifier diode 4A is connected to the end A of the secondary coil 32A of the transformer 3, and the cathode of the rectifier diode 4B is connected to the end B of the secondary coil 32B of the transformer 3. The anodes of these rectifier diodes 4A and 4B are connected to each other and connected to the ground line LG. That is, the rectifier circuit 4 has a center tap type anode common connection configuration, and each half wave period of the output AC voltage from the transformer 3 is individually rectified by the rectifier diodes 4A and 4B to generate a DC voltage. To get.

平滑回路5は、チョークコイル51と出力平滑コンデンサ52とを含んで構成されている。チョークコイル51は出力ラインLOに挿入配置されており、その一端は接続部Cに接続され、その他端は出力ラインLOの出力端子T3に接続されている。チョークコイル51は、例えばフェライトなどの磁性材料からなる磁芯の周囲に、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などの高導電性材料からなる配線が巻回した構造を有している。出力平滑コンデンサ52は、出力ラインLO(具体的には、チョークコイル51の他端)と接地ラインLGとの間に接続されている。接地ラインLGの端部には、出力端子T4が設けられている。このような構成により平滑回路5では、整流回路4で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Voutを生成し、これを出力端子T3,T4から低圧バッテリ(図示せず)に給電するようになっている。   The smoothing circuit 5 includes a choke coil 51 and an output smoothing capacitor 52. The choke coil 51 is inserted and arranged in the output line LO, one end of which is connected to the connection portion C, and the other end is connected to the output terminal T3 of the output line LO. The choke coil 51 has a structure in which a wiring made of a highly conductive material such as copper (Cu) or aluminum (Al) is wound around a magnetic core made of a magnetic material such as ferrite. The output smoothing capacitor 52 is connected between the output line LO (specifically, the other end of the choke coil 51) and the ground line LG. An output terminal T4 is provided at the end of the ground line LG. With such a configuration, the smoothing circuit 5 generates the DC output voltage Vout by smoothing the DC voltage rectified by the rectifying circuit 4, and supplies this to the low voltage battery (not shown) from the output terminals T3 and T4. It has become.

次に、図2〜図5を参照し、トランス3について、より詳細に説明する。   Next, the transformer 3 will be described in more detail with reference to FIGS.

図2は、トランス3の要部構成を表す斜視図であり、図3は、その分解斜視図である。さらに、図4は、1次側コイル31および2次側コイル32A,32Bのみの構成を表す分解斜視図であり、図5(A),5(B)は、1次側コイル31を構成する導体パターン群34,35(後出)の、図4に示した矢印Vの方向から眺めた平面構成をそれぞれ表すものである。   FIG. 2 is a perspective view showing a main part configuration of the transformer 3, and FIG. 3 is an exploded perspective view thereof. Further, FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of only the primary side coil 31 and the secondary side coils 32A and 32B, and FIGS. 5 (A) and 5 (B) constitute the primary side coil 31. FIG. FIG. 5 shows the planar configurations of the conductor pattern groups 34 and 35 (described later) viewed from the direction of the arrow V shown in FIG.

図2および図3に示したように、トランス3は、1次側コイル31および2次側コイル32A,32Bのほか上部コア30Aおよび下部コア30Bを有している。上部コア30Aは、いわゆるE型コアと呼ばれ、例えばフェライトなどの磁性材料からなる平板状部材の両端および中心部に突起部301〜303が設けられたものである。一方、下部コア30Bは、同じくフェライトなどの磁性材料からなる平板状部材である。下部コア30Bは、突起部301〜303と接し、中心部の突起部301と両端の突起部302,303との間に空間を確保するように上部コア30Aと対向して配置されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the transformer 3 has an upper core 30A and a lower core 30B in addition to the primary coil 31 and the secondary coils 32A and 32B. The upper core 30A is called a so-called E-type core, and is provided with projections 301 to 303 at both ends and the center of a flat plate member made of a magnetic material such as ferrite. On the other hand, the lower core 30B is a flat plate member made of a magnetic material such as ferrite. The lower core 30 </ b> B is in contact with the protrusions 301 to 303 and is disposed to face the upper core 30 </ b> A so as to secure a space between the protrusion 301 at the center and the protrusions 302 and 303 at both ends.

1次側コイル31は、例えばエポキシなどの樹脂からなり開口33Kが設けられた絶縁性の基板33と、基板33を挟んで対向する一組の導体形成層34,35とを有している。導体形成層34,35は、それぞれ、複数の導体パターン341〜344,351〜354が所定の隙間を隔てて互いに隣り合うように開口33Kの周囲を同方向に巻回したものである。導体形成層34においては、導体パターン341〜344同士の隙間を充填すると共に、導体パターン341〜344を覆うように絶縁性のレジスト(図示せず)が設けられている。導体形成層35についても同様である。この1次側コイル31は、基板33の開口33Kが上部コア30Aの突起部301によって貫かれるように配置されている。このため、導体形成層34,35における導体パターン341〜344,351〜354が突起部301の周囲を巻回するようになっている。   The primary coil 31 includes an insulating substrate 33 made of a resin such as epoxy and provided with an opening 33K, and a pair of conductor forming layers 34 and 35 facing each other with the substrate 33 interposed therebetween. The conductor formation layers 34 and 35 are wound around the opening 33K in the same direction so that the plurality of conductor patterns 341 to 344 and 351 to 354 are adjacent to each other with a predetermined gap therebetween. In the conductor formation layer 34, an insulating resist (not shown) is provided so as to fill the gaps between the conductor patterns 341 to 344 and cover the conductor patterns 341 to 344. The same applies to the conductor forming layer 35. The primary coil 31 is disposed such that the opening 33K of the substrate 33 is penetrated by the protrusion 301 of the upper core 30A. For this reason, the conductor patterns 341 to 344 and 351 to 354 in the conductor forming layers 34 and 35 are wound around the protrusion 301.

なお、上方(図4に示した矢印Vの方向)から眺めた場合、導体形成層34における各導体パターン341〜344は、図5(A)に示したように、巻回外周側から巻回中心側へ向けて右回りに巻回している。一方、導体形成層35における各導体パターン351〜354は、図5(B)に示したように、巻回外周側から巻回中心側へ向けて左回りに巻回している。導体パターン341〜344および導体パターン351〜354は、基板33を貫く接続部361〜367によって、巻回中心側の端部同士および巻回外周側の端部同士が交互に連結されて一体となり、一本の導線として機能するように構成されている。具体的には、導体パターン341の巻回中心側の端部341Eが導体パターン351の巻回中心側の端部351Sと接続部361によって接続され、導体パターン351の巻回外周側の端部351Eが導体パターン342の巻回外周側の端部342Sと接続部362によって接続され、導体パターン342の巻回中心側の端部342Eが導体パターン352の巻回中心側の端部352Sと接続部363によって接続され、導体パターン352の巻回外周側の端部352Eが導体パターン343の巻回外周側の端部343Sと接続部364によって接続され、導体パターン343の巻回中心側の端部343Eが導体パターン353の巻回中心側の端部353Sと接続部365によって接続され、導体パターン353の巻回外周側の端部353Eが導体パターン344の巻回外周側の端部344Sと接続部366によって接続され、導体パターン344の巻回中心側の端部344Eが導体パターン354の巻回中心側の端部354Sと接続部367によって接続されている(図4)。また、導体パターン341の巻回外周側の端部341Sは引出線L1Pと接続され、導体パターン354の巻回外周側の端部354Eは引出線L2Pと接続されている。   When viewed from above (in the direction of the arrow V shown in FIG. 4), each of the conductor patterns 341 to 344 in the conductor forming layer 34 is wound from the winding outer peripheral side as shown in FIG. Winding clockwise toward the center. On the other hand, each of the conductor patterns 351 to 354 in the conductor forming layer 35 is wound counterclockwise from the winding outer periphery side toward the winding center side as shown in FIG. The conductor patterns 341 to 344 and the conductor patterns 351 to 354 are integrated by connecting the ends on the winding center side and the ends on the winding outer peripheral side alternately by connecting portions 361 to 367 penetrating the substrate 33, It is comprised so that it may function as one conducting wire. Specifically, the end 341E on the winding center side of the conductor pattern 341 is connected to the end 351S on the winding center side of the conductor pattern 351 by the connecting portion 361, and the end 351E on the winding outer periphery side of the conductor pattern 351. Is connected to the end portion 342S on the winding outer periphery side of the conductor pattern 342 by the connection portion 362, and the end portion 342E on the winding center side of the conductor pattern 342 is connected to the end portion 352S on the winding center side of the conductor pattern 352 and the connection portion 363. The end portion 352E on the winding outer periphery side of the conductor pattern 352 is connected to the end portion 343S on the winding outer periphery side of the conductor pattern 343 by the connection portion 364, and the end portion 343E on the winding center side of the conductor pattern 343 is The end portion 353S on the winding center side of the conductor pattern 353 is connected to the end portion 353E on the winding outer periphery side of the conductor pattern 353 by the connection portion 365. The end portion 344S on the winding outer periphery side of the conductor pattern 344 is connected to the connection portion 366, and the end portion 344E on the winding center side of the conductor pattern 344 is connected to the end portion 354S on the winding center side of the conductor pattern 354 and the connection portion 367. Are connected (FIG. 4). Further, the end 341S on the winding outer periphery side of the conductor pattern 341 is connected to the lead line L1P, and the end 354E on the winding outer periphery side of the conductor pattern 354 is connected to the lead line L2P.

導体パターン341〜344および導体パターン351〜354は、それぞれの巻回量が1周未満であるとよい(図3〜図5では0.75周である場合を例示している)。さらに、導体形成層34における一の導体パターンと、これと連結された導体形成層35における一の導体パターンとで1周以上巻回していることが望ましい。例えば、導体パターン341と導体パターン351とで1周以上(1.5周)している。なお、図3〜図5では、接続部361〜367を導体形成層34,35に沿って均等配置し、導体パターン341〜344および導体パターン351〜354の各々の巻回量を全て0.75周としたが、互いに異なった巻回量であってもよい。   Each of the conductor patterns 341 to 344 and the conductor patterns 351 to 354 may have a winding amount of less than one turn (a case where the number of turns is 0.75 is illustrated in FIGS. 3 to 5). Further, it is desirable that one or more turns are wound around one conductor pattern in the conductor formation layer 34 and one conductor pattern in the conductor formation layer 35 connected thereto. For example, the conductor pattern 341 and the conductor pattern 351 make one or more turns (1.5 turns). 3-5, the connection parts 361-367 are arrange | positioned equally along the conductor formation layers 34 and 35, and all the winding amount of each of the conductor patterns 341-344 and the conductor patterns 351-354 is 0.75. Although it was set as the circumference, the winding amount may be different from each other.

2次側コイル32A,32Bは、例えばエポキシなどの樹脂からなり開口32Kが設けられた基板32Cの、互いに異なる面にそれぞれ設けられている。なお、図3では、2次側コイル32Bを、基板32Cの下側の面(1次側コイル31と対向する側)に設けるようにしたが、2次側コイル32Aを基板32Cの下側の面に設けるようにしてもよい。ここで、基板32Cの開口32Kは、上部コア30Aの突起部301によって貫かれている。したがって、2次側コイル32A,32Bは、いずれも突起部301の周囲を巻回するようになっている。なお、本実施の形態では、2次側コイル32A,32Bの巻き数を1としている。さらに、2次側コイル32Aおよび2次側コイル32Bは、各々の一方の端部32A1,32B1が、基板32Cを貫通する接続部C(図4)によって互いに導通すると共に引出線LOとそれぞれ接続されるように構成されている。また、各々の他方の端部32A2,32B2は、それぞれ、引出線L1S,L2Sと接続されている。   The secondary side coils 32A and 32B are respectively provided on different surfaces of the substrate 32C made of a resin such as epoxy and provided with the opening 32K. In FIG. 3, the secondary coil 32B is provided on the lower surface of the substrate 32C (the side facing the primary coil 31), but the secondary coil 32A is disposed on the lower surface of the substrate 32C. It may be provided on the surface. Here, the opening 32K of the substrate 32C is penetrated by the protrusion 301 of the upper core 30A. Accordingly, the secondary coils 32A and 32B are both wound around the protrusion 301. In the present embodiment, the number of turns of the secondary coils 32A and 32B is one. Further, the secondary side coil 32A and the secondary side coil 32B have one end portions 32A1 and 32B1 electrically connected to each other by a connecting portion C (FIG. 4) penetrating the substrate 32C and connected to the lead line LO. It is comprised so that. The other end portions 32A2 and 32B2 are connected to the lead lines L1S and L2S, respectively.

上記した導体パターン341〜344,351〜354、および2次側コイル32A,32Bは、例えば銅やアルミニウムなどの高導電性材料によって構成されたプリントコイルである。   The above-described conductor patterns 341 to 344 and 351 to 354 and the secondary side coils 32A and 32B are printed coils made of a highly conductive material such as copper or aluminum.

このような構成の1次側コイル31を形成する場合には、例えば以下のようにすればよい。まず、エポキシなどからなる絶縁性の基板33の両面に銅箔を設けた基体を用意し、ドリル加工などによりその基体の所定位置に貫通孔を形成する。次いで、電解めっきや無電解めっきなどにより、その貫通孔の壁面に銅めっきを施し、導体パターン341〜344と導体パターン351〜354とを繋ぐ接続部361〜367を形成する。さらに、基体の両面を感光材料で覆い、選択的な露光および現像ののち、ウェットエッチングなどにより銅箔の選択的な除去を行うことで、基板33の両面に導体パターン341〜344,351〜354を形成する。最後に、必要部分をレジストで覆うなどして導体形成層34,35を形成することで1次側コイル31が完成する。   When the primary coil 31 having such a configuration is formed, for example, the following may be performed. First, a base provided with copper foil on both surfaces of an insulating substrate 33 made of epoxy or the like is prepared, and through holes are formed at predetermined positions of the base by drilling or the like. Next, copper plating is performed on the wall surface of the through hole by electrolytic plating, electroless plating, or the like to form connection portions 361 to 367 that connect the conductor patterns 341 to 344 and the conductor patterns 351 to 354. Furthermore, the conductive patterns 341 to 344 and 351 to 354 are formed on both sides of the substrate 33 by covering both surfaces of the substrate with a photosensitive material, selectively removing and coppering by wet etching after selective exposure and development. Form. Finally, the primary coil 31 is completed by forming the conductor formation layers 34 and 35 by covering necessary portions with a resist.

次に、以上のような構成のスイッチング電源装置の動作について説明する。   Next, the operation of the switching power supply device configured as described above will be described.

スイッチング回路1では、入力端子T1,T2から供給される直流入力電圧Vinをスイッチングして入力交流電圧が生成され、この入力交流電圧はトランス3の1次側コイル31へ供給される。そしてトランス3では入力交流電圧が変圧され、2次側コイル32A,32Bから、変圧された出力交流電圧が出力される。   In the switching circuit 1, the DC input voltage Vin supplied from the input terminals T 1 and T 2 is switched to generate an input AC voltage, and this input AC voltage is supplied to the primary coil 31 of the transformer 3. The transformer 3 transforms the input AC voltage, and the transformed output AC voltage is output from the secondary coils 32A and 32B.

整流回路4では、この出力交流電圧が整流ダイオード4A,4Bによって整流される。これにより、センタタップC(出力ラインLO)と整流ダイオード4A,4Bの接続点D1との間に、整流出力が発生する。   In the rectifier circuit 4, this output AC voltage is rectified by the rectifier diodes 4A and 4B. As a result, a rectified output is generated between the center tap C (output line LO) and the connection point D1 between the rectifier diodes 4A and 4B.

平滑回路5では、このセンタタップC(出力ラインLO)と整流ダイオード4A,4Bの接続点D1との間に生じる整流出力が平滑化され、出力端子T3,T4から直流出力電圧Voutとして出力される。そしてこの直流出力電圧Voutは、図示しない低圧バッテリに給電されてその充電に供されると共に、負荷6が駆動される。   In the smoothing circuit 5, the rectified output generated between the center tap C (output line LO) and the connection point D1 of the rectifying diodes 4A and 4B is smoothed and output as the DC output voltage Vout from the output terminals T3 and T4. . The DC output voltage Vout is fed to a low-voltage battery (not shown) to be charged, and the load 6 is driven.

ここで、このスイッチング電源装置では、スイッチング回路1において、スイッチング素子S1,S4がオン状態になる期間と、スイッチング素子S2,S3がオン状態になる期間とが、交互に繰り返されるようになっている。以下、このスイッチング電源装置の動作を、図6および図7を参照してより詳細に説明する。   Here, in this switching power supply device, in the switching circuit 1, the period in which the switching elements S1, S4 are turned on and the period in which the switching elements S2, S3 are turned on are alternately repeated. . Hereinafter, the operation of the switching power supply apparatus will be described in more detail with reference to FIGS. 6 and 7.

まず、図6に示したように、スイッチング回路1のスイッチング素子S1,S4がオン状態になると、スイッチング素子S1からスイッチング素子S4の方向に1次側ループ電流Ia1が流れる。すると、トランス3の2次側巻線32A,32Bにそれぞれ現れる電圧VOA,VOBは、整流ダイオード4Bに対して逆方向となる一方、整流ダイオード4Aに対して順方向となる。このため、整流ダイオード4Aから2次側コイル32A、そして出力ラインLOへ、出力電流Ixが流れる。これにより、直流出力電圧Voutが図示しない低圧バッテリに給電されると共に、負荷6が駆動される。   First, as shown in FIG. 6, when the switching elements S1 and S4 of the switching circuit 1 are turned on, the primary loop current Ia1 flows from the switching element S1 to the switching element S4. Then, the voltages VOA and VOB appearing on the secondary windings 32A and 32B of the transformer 3 are in the reverse direction with respect to the rectifier diode 4B, and are in the forward direction with respect to the rectifier diode 4A. For this reason, the output current Ix flows from the rectifier diode 4A to the secondary coil 32A and the output line LO. As a result, the DC output voltage Vout is supplied to a low voltage battery (not shown) and the load 6 is driven.

また、このとき、整流ダイオード4A、トランス3の2次側コイル32A、チョークコイル51および出力平滑コンデンサ52を順に通る2次側ループ電流Ia2も流れており、出力平滑コンデンサ52への充電(エネルギーの蓄積)が行われるようになっている。   At this time, the secondary loop current Ia2 that sequentially passes through the rectifier diode 4A, the secondary coil 32A of the transformer 3, the choke coil 51, and the output smoothing capacitor 52 also flows. Accumulation) is performed.

一方、図7に示したように、スイッチング回路1のスイッチング素子S1,S4がオフ状態になると共にスイッチング素子S2,S3がオン状態になると、スイッチング素子S3からスイッチング素子S2の方向に1次側ループ電流Ib1が流れる。すると、トランス3の2次側コイル32A,32Bにそれぞれ現れる電圧VOA,VOBは、整流ダイオード4Aに対して逆方向となる一方、整流ダイオード4Bに対して順方向となる。このため、整流ダイオード4Bから2次側コイル32B、そして出力ラインLOへ、出力電流Ixが流れる。これにより、直流出力電圧Voutが図示しない低圧バッテリに給電されると共に、負荷6が駆動される。   On the other hand, as shown in FIG. 7, when the switching elements S1 and S4 of the switching circuit 1 are turned off and the switching elements S2 and S3 are turned on, the primary loop in the direction from the switching element S3 to the switching element S2 is performed. Current Ib1 flows. Then, the voltages VOA and VOB appearing in the secondary side coils 32A and 32B of the transformer 3 are in the reverse direction with respect to the rectifier diode 4A, and are in the forward direction with respect to the rectifier diode 4B. For this reason, the output current Ix flows from the rectifier diode 4B to the secondary coil 32B and the output line LO. As a result, the DC output voltage Vout is supplied to a low voltage battery (not shown) and the load 6 is driven.

また、このとき、整流ダイオード4B、トランス3の2次側コイル32B、チョークコイル51および出力平滑コンデンサ52を順に通る2次側ループ電流Ib2も流れており、出力平滑コンデンサ52への充電(エネルギーの蓄積)が行われるようになっている。   At this time, the secondary loop current Ib2 that sequentially passes through the rectifier diode 4B, the secondary coil 32B of the transformer 3, the choke coil 51, and the output smoothing capacitor 52 also flows. Accumulation) is performed.

続いて、1次側コイル31の作用について説明する。このスイッチング電源装置では、その動作の際、上記のように1次側コイル31(導体形成層34,35)に1次側ループ電流Ia1,Ib1が流れるようになっている。そのため、導体形成層34,35そのものの温度が上昇する場合がある。その場合、基板33と導体形成層34,35との熱膨張率の相違により、基板33と導体形成層34,35との接合界面において応力が発生することとなる。ところが、このスイッチング電源装置では、導体形成層34における導体パターン341〜344と、導体形成層35における導体パターン351〜354とが接続部361〜367によって交互に連結され、一体化して巻回している。こうした構成により、導体形成層34,35の温度上昇が生じた際には、複数に分割された導体パターン341〜344,351〜354の個々の歪みが他の導体パターンへ伝達しにくいうえ、導体形成層34と導体形成層35との間で、各々において発生する応力の一部が相殺されるので、全体における巻回方向に沿って膨張しようとする応力が軽減される。したがって、1次側コイル31が基板33の一方の側において巻回する導体パターンのみからなる場合と比べ、反りや歪みの発生を抑制しつつ、さらなる巻き数の増加や薄型化を図ることができる。   Next, the operation of the primary side coil 31 will be described. In this switching power supply, during the operation, the primary loop currents Ia1 and Ib1 flow through the primary coil 31 (conductor forming layers 34 and 35) as described above. Therefore, the temperature of the conductor formation layers 34 and 35 themselves may increase. In that case, stress is generated at the bonding interface between the substrate 33 and the conductor forming layers 34 and 35 due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 33 and the conductor forming layers 34 and 35. However, in this switching power supply device, the conductor patterns 341 to 344 in the conductor formation layer 34 and the conductor patterns 351 to 354 in the conductor formation layer 35 are alternately connected by the connection portions 361 to 367 and are integrally wound. . With such a configuration, when the temperature of the conductor forming layers 34 and 35 is increased, the individual strains of the conductor patterns 341 to 344 and 351 to 354 divided into a plurality of parts are not easily transmitted to other conductor patterns, and the conductor Since a part of the stress generated in each of the forming layer 34 and the conductor forming layer 35 is canceled out, the stress that tends to expand along the entire winding direction is reduced. Therefore, compared with the case where the primary side coil 31 consists only of the conductor pattern wound on one side of the substrate 33, it is possible to further increase the number of turns and reduce the thickness while suppressing the occurrence of warping and distortion. .

特に、導体形成層34において導体パターン341〜344を互いに隣り合うように同方向に巻回させると共に、導体形成層35において導体パターン351〜354を互いに隣り合うように同方向に巻回させ、導体パターン341〜344と導体パターン351〜354とを交互に連結するようにしたので、熱膨張に伴う基板33と導体パターン341〜344,351〜354との間に発生する応力が、比較的短い区間で区切られて巻回方向に蓄積しにくくなる。そのうえ、線積率、および全体としての巻回数の双方を向上させることができる。したがって、1次側コイル31全体の反りや歪みの発生を抑制しつつ、さらなる巻き数の増加や薄型化を図ることができる。よって、この1次側コイル31を備えたトランス3においては、変圧比の向上を図りつつ、さらなるコンパクト化を実現することができる。   In particular, the conductor patterns 341 to 344 are wound in the same direction so as to be adjacent to each other in the conductor forming layer 34, and the conductor patterns 351 to 354 are wound in the same direction so as to be adjacent to each other in the conductor forming layer 35. Since the patterns 341 to 344 and the conductor patterns 351 to 354 are alternately connected to each other, the stress generated between the substrate 33 and the conductor patterns 341 to 344 and 351 to 354 due to thermal expansion is relatively short. It becomes difficult to accumulate in the winding direction. In addition, both the line product ratio and the overall number of turns can be improved. Therefore, it is possible to further increase the number of turns and reduce the thickness while suppressing the warpage and distortion of the primary coil 31 as a whole. Therefore, in the transformer 3 provided with the primary side coil 31, further downsizing can be realized while improving the transformation ratio.

また、本実施の形態では、導体パターン341〜344,351〜354の巻回量がいずれも1周未満(0.75周)であり、かつ、導体パターン341〜344のうちの1つと、これと連結された導体パターン351〜354のうちの1つとで(すなわち、連続する2つの導体パターンが合わせて)1周以上巻回しているので、全体としての反りや歪みをより効果的に抑制しつつ、線積率および全体としてのターン数を向上させることができる。ここで、導体パターン341〜344,351〜354のいずれか1つでも巻回量が1周以上となると、1次側コイル31全体としての反りや歪みが生じやすくなる。また、連続する2つの導体パターンが合わせて1周未満の巻回量であると、線積率が低下し、コンパクト化が困難となってしまう。   In the present embodiment, the winding amount of each of the conductor patterns 341 to 344 and 351 to 354 is less than one turn (0.75 turn), and one of the conductor patterns 341 to 344 and this Since one or more turns are wound with one of the conductor patterns 351 to 354 connected to each other (that is, two continuous conductor patterns are combined), the warpage and distortion as a whole can be more effectively suppressed. However, the line product ratio and the overall number of turns can be improved. Here, if any one of the conductor patterns 341 to 344 and 351 to 354 has a winding amount of one or more turns, warping and distortion of the primary coil 31 as a whole is likely to occur. In addition, when the two continuous conductor patterns are combined and the winding amount is less than one turn, the line area ratio is lowered, and it is difficult to make the system compact.

また、本実施の形態では、接続部361〜367を、導体形成層34,35に沿って均等に配置するようにしたので、1次側コイル31全体としての反りや歪みを、より均質に低減することができる。   Moreover, in this Embodiment, since the connection parts 361-367 were arrange | positioned equally along the conductor formation layers 34 and 35, the curvature and distortion as the primary side coil 31 whole are reduced more uniformly. can do.

<変形例1>
次に、図8を参照して、本実施の形態における第1の変形例(変形例1)について説明する。図8は、1次側コイル31の変形例としての1次側コイル70を表す分解斜視図である。
<Modification 1>
Next, a first modification example (modification example 1) in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an exploded perspective view showing a primary side coil 70 as a modification of the primary side coil 31.

図8に示したように、1次側コイル70は、互いに異なる4つの導体形成層71〜74を有しており、導体形成層71〜74には、導体パターン711〜714,721〜724,731〜734,741〜744が設けられている。なお、導体パターン711〜714の各々は、導体形成層71においては互いに絶縁されている。導体パターン721〜724,731〜734,741〜744についても同様である。また、4つの導体形成層71〜74の相互間には、図示しない絶縁層がそれぞれ設けられている。ここで、導体形成層71および導体形成層72が対をなしており、導体形成層73および導体形成層74もまた対をなしている。すなわち、導体形成層71,72において、導体パターン711〜714および導体パターン721〜724は図示しない絶縁層を貫く接続部751〜757によって交互に連結されて一体となっている。同様に、導体形成層73,74において、導体パターン731〜734および導体パターン741〜744は図示しない絶縁層を貫く接続部771〜777によって交互に連結されて一体となっている。さらに、導体形成層72における導体パターン724の一端と、導体形成層73における導体パターン731の一端とが接続部76によって連結されることで、導体パターン711〜714,721〜724,731〜734,741〜744が一本の導線として機能するように構成されている。   As shown in FIG. 8, the primary coil 70 has four different conductor formation layers 71 to 74, and the conductor formation layers 71 to 74 include conductor patterns 711 to 714, 721 to 724, respectively. 731 to 734 and 741 to 744 are provided. Each of the conductor patterns 711 to 714 is insulated from each other in the conductor formation layer 71. The same applies to the conductor patterns 721 to 724, 731 to 734, 741 to 744. Insulating layers (not shown) are provided between the four conductor forming layers 71 to 74, respectively. Here, the conductor forming layer 71 and the conductor forming layer 72 make a pair, and the conductor forming layer 73 and the conductor forming layer 74 also make a pair. That is, in the conductor formation layers 71 and 72, the conductor patterns 711 to 714 and the conductor patterns 721 to 724 are alternately connected and integrated by connecting portions 751 to 757 that penetrate through an insulating layer (not shown). Similarly, in the conductor formation layers 73 and 74, the conductor patterns 731 to 734 and the conductor patterns 741 to 744 are alternately connected and integrated by connecting portions 771 to 777 that penetrate through an insulating layer (not shown). Furthermore, one end of the conductor pattern 724 in the conductor forming layer 72 and one end of the conductor pattern 731 in the conductor forming layer 73 are connected by the connecting portion 76, so that the conductor patterns 711 to 714, 721 to 724, 731 to 734 are connected. 741-744 are comprised so that it may function as one conducting wire.

この場合においても、上記実施の形態と同様、1次側コイル31全体の歪みや反りの発生を抑制することができる。   In this case as well, the occurrence of distortion and warpage of the entire primary coil 31 can be suppressed as in the above embodiment.

<変形例2>
次に、図9を参照して、本実施の形態における第2の変形例(変形例2)について説明する。図9は、1次側コイル31の変形例としての1次側コイル80を表す分解斜視図である。
<Modification 2>
Next, with reference to FIG. 9, the 2nd modification (modification 2) in this Embodiment is demonstrated. FIG. 9 is an exploded perspective view showing a primary side coil 80 as a modification of the primary side coil 31.

図9に示したように、1次側コイル80は、互いに異なる4つの導体形成層81〜84を有しており、導体形成層81〜84には、導体パターン811〜814,821〜824,831〜834,841〜844が設けられている。なお、導体パターン811〜814の各々は、導体形成層81においては互いに絶縁されている。導体パターン821〜824,831〜834,841〜844についても同様である。また、4つの導体形成層81〜84の相互間には、図示しない絶縁層がそれぞれ設けられている。ここで、導体形成層81および導体形成層82が対をなしており、それらに挟まれた導体形成層83および導体形成層84もまた対をなしている。すなわち、導体形成層81,82において、導体パターン811〜814および導体パターン821〜824は図示しない絶縁層を貫く接続部851〜857によって交互に連結されて一体となっている。同様に、導体形成層83,84において、導体パターン831〜834および導体パターン841〜844は図示しない絶縁層を貫く接続部871〜877によって交互に連結されて一体となっている。さらに、導体形成層82における導体パターン824の一端と、導体形成層83における導体パターン831の一端とが接続部86によって連結されることで、導体パターン811〜814,821〜824,831〜834,841〜844が一本の導線として機能するように構成されている。   As shown in FIG. 9, the primary coil 80 has four different conductor formation layers 81 to 84, and the conductor formation layers 81 to 84 include conductor patterns 811 to 814, 821 to 824, respectively. 831 to 834 and 841 to 844 are provided. Note that each of the conductor patterns 811 to 814 is insulated from each other in the conductor formation layer 81. The same applies to the conductor patterns 821 to 824, 831 to 834, 841 to 844. In addition, insulating layers (not shown) are provided between the four conductor formation layers 81 to 84, respectively. Here, the conductor forming layer 81 and the conductor forming layer 82 make a pair, and the conductor forming layer 83 and the conductor forming layer 84 sandwiched between them also form a pair. That is, in the conductor formation layers 81 and 82, the conductor patterns 811 to 814 and the conductor patterns 821 to 824 are alternately connected and integrated by connecting portions 851 to 857 that penetrate through an insulating layer (not shown). Similarly, in the conductor formation layers 83 and 84, the conductor patterns 831 to 834 and the conductor patterns 841 to 844 are alternately connected and integrated by connecting portions 871 to 877 that penetrate through an insulating layer (not shown). Furthermore, one end of the conductor pattern 824 in the conductor formation layer 82 and one end of the conductor pattern 831 in the conductor formation layer 83 are connected by the connecting portion 86, so that the conductor patterns 811 to 814, 821 to 824, 831 to 834 are connected. 841-844 are comprised so that it may function as one conducting wire.

この場合においても、上記実施の形態と同様、1次側コイル31全体の歪みや反りの発生を抑制することができる。   In this case as well, the occurrence of distortion and warpage of the entire primary coil 31 can be suppressed as in the above embodiment.

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。   Although the present invention has been described with reference to the embodiment and the modification examples, the present invention is not limited to the embodiment and the like, and various modifications can be made.

例えば、上記実施の形態等では、本発明のコイルを、トランス3の1次側コイル31に適用する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、トランス3の2次側コイル32A,32Bや、平滑回路5のチョークコイル51に適用することも可能である。また、本発明のコイルにおける導体および隙間の輪郭の形状は、上記実施の形態等で説明したものに限定されるものではない。上記実施の形態等では、それらの輪郭を、連続する曲線としたが、屈曲した不連続な線としてもよい。すなわち、それらの輪郭は、導体の巻回方向以外のベクトル成分を有するものであればよい。また、上記実施の形態等では、巻回する導体を基板の両面に設けるようにしたが、いずれか一方の面にのみに設けるようにしてもよい。   For example, in the above-described embodiment and the like, the case where the coil of the present invention is applied to the primary coil 31 of the transformer 3 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to the secondary side coils 32 </ b> A and 32 </ b> B of the transformer 3 and the choke coil 51 of the smoothing circuit 5. In addition, the shape of the conductor and the outline of the gap in the coil of the present invention is not limited to that described in the above embodiment. In the above embodiment and the like, the contours are continuous curves, but may be bent discontinuous lines. That is, those outlines only need to have vector components other than the winding direction of the conductor. Moreover, in the said embodiment etc., although the conductor to wind was provided on both surfaces of the board | substrate, you may make it provide only in any one surface.

本発明の一実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the structure of the switching power supply device which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示したトランスの外観構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the external appearance structure of the trans | transformer shown in FIG. 図1に示したトランスの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the transformer illustrated in FIG. 1. 図1に示したトランスのうち、1次側コイルおよび2次側コイルの詳細な構成を表す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a detailed configuration of a primary coil and a secondary coil in the transformer illustrated in FIG. 1. 図4に示した1次側コイルの平面構成を表す平面図である。FIG. 5 is a plan view illustrating a planar configuration of a primary side coil illustrated in FIG. 4. 図1に示したスイッチング電源装置の基本動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the basic operation | movement of the switching power supply device shown in FIG. 図1に示したスイッチング電源装置の基本動作を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the basic operation | movement of the switching power supply device shown in FIG. 図1に示したトランスにおける第1の変形例としての1次側コイルの平面構成を表す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating a planar configuration of a primary coil as a first modification of the transformer illustrated in FIG. 1. 図1に示したトランスにおける第2の変形例としての1次側コイルの平面構成を表す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating a planar configuration of a primary coil as a second modification of the transformer illustrated in FIG. 1. 従来のコイルにおける平面図、断面図、および温度変化による変位の様子を模式的に表した概念図である。It is the top view in a conventional coil, sectional drawing, and the conceptual diagram which represented typically the mode of the displacement by a temperature change.

符号の説明Explanation of symbols

10…高圧バッテリ、1…スイッチング回路、2…入力平滑コンデンサ、3…トランス、30A…上部コア、30B…下部コア、301〜303…突起部、31,70,80…1次側コイル、33…基板、34,35,81〜84…導体形成層、341〜344,351〜354…導体パターン、32A,32B…2次側コイル、32C…基板、4…整流回路、4A,4B…整流ダイオード、5…平滑回路、51…チョークコイル、52…出力平滑コンデンサ、6…負荷、L1P,L2P,L1S,L2S…引出線、OL1〜OL6…輪郭、S1〜S4,S5,S6…スイッチング素子、C1,C2…コンデンサ、L1H…1次側高圧ライン、L1L…1次側低圧ライン、LO…出力ライン、LG…接地ライン、T1,T2…入力端子、T3,T4…出力端子、A,B…端部(引出端)、C,361〜367,751〜757,76,771〜777,851〜857,871〜877…接続部(引出端)、Vin…直流入力電圧、Vout…直流出力電圧、Ia1,Ib1…1次側ループ電流、Ia2,Ib2…2次側ループ電流、Ix…出力電流。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... High voltage battery, 1 ... Switching circuit, 2 ... Input smoothing capacitor, 3 ... Transformer, 30A ... Upper core, 30B ... Lower core, 301-303 ... Projection part, 31, 70, 80 ... Primary coil, 33 ... Substrate, 34, 35, 81-84 ... conductor forming layer, 341-344, 351-354 ... conductor pattern, 32A, 32B ... secondary coil, 32C ... substrate, 4 ... rectifier circuit, 4A, 4B ... rectifier diode, DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Smoothing circuit, 51 ... Choke coil, 52 ... Output smoothing capacitor, 6 ... Load, L1P, L2P, L1S, L2S ... Leader, OL1-OL6 ... Contour, S1-S4, S5, S6 ... Switching element, C1, C2 ... Capacitor, L1H ... Primary side high voltage line, L1L ... Primary side low voltage line, LO ... Output line, LG ... Ground line, T1, T2 ... Input terminal, T3 T4: Output terminal, A, B: End (extraction end), C, 361-367, 751-757, 76, 771-777, 851-857, 871-877 ... Connection (extraction end), Vin: DC Input voltage, Vout ... DC output voltage, Ia1, Ib1, ... primary loop current, Ia2, Ib2, ... secondary loop current, Ix ... output current.

Claims (5)

複数の導体パターンをそれぞれ有すると共に絶縁層を挟んで対向する一組の導体形成層を含み、
一方の前記導体形成層における前記複数の導体パターンと、他方の前記導体形成層における前記複数の導体パターンとが前記絶縁層を貫く複数の接続部によって交互に連結されて一体となり、全体として前記一組の導体形成層に沿って巻回し、
前記一組の導体形成層の各々において、前記複数の導体パターンが互いに隣り合うように同方向に巻回しており、
前記複数の導体パターンにおける巻回中心側の端部同士および巻回外周側の端部同士がそれぞれ連結されており、
前記複数の導体パターンは、それぞれの巻回量が1周未満であり、かつ、一方の前記導体形成層における一の導体パターンと、これと連結された他方の前記導体形成層における一の導体パターンとで1周以上巻回しており、巻回内周側から巻回外周側へ向けて線幅が徐々に拡大する部分を含む
ことを特徴とするコイル。
Each of which has a plurality of conductor patterns and includes a pair of conductor forming layers facing each other with an insulating layer interposed therebetween,
The plurality of conductor patterns in one of the conductor formation layers and the plurality of conductor patterns in the other conductor formation layer are alternately connected by a plurality of connection portions penetrating the insulating layer, and integrated as a whole. Winding along a set of conductor forming layers,
In each of the set of conductor formation layers, the plurality of conductor patterns are wound in the same direction so as to be adjacent to each other,
The ends on the winding center side and the ends on the winding outer periphery side of the plurality of conductor patterns are connected to each other,
Each of the plurality of conductor patterns has a winding amount of less than one turn, and one conductor pattern in one of the conductor formation layers and one conductor pattern in the other conductor formation layer connected thereto. And a portion of which the wire width gradually increases from the inner winding side to the outer winding side.
前記複数の導体パターンは、互いに形状および大きさが揃ったものである
ことを特徴とする請求項1に記載のコイル。
The coil according to claim 1, wherein the plurality of conductor patterns have the same shape and size.
前記複数の接続部は、前記一組の導体形成層に沿って均等配置されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のコイル。
The coil according to claim 1 or 2 , wherein the plurality of connection portions are evenly arranged along the set of conductor formation layers.
磁芯と、
前記磁芯の周囲を巻回する1次側コイルおよび2次側コイルと
を備え、
前記1次側コイルおよび2次側コイルのうちの少なくとも一方は、
複数の導体パターンをそれぞれ有すると共に絶縁層を挟んで対向する一組の導体形成層を含み、
一方の前記導体形成層における前記複数の導体パターンと、他方の前記導体形成層における前記複数の導体パターンとが前記絶縁層を貫く複数の接続部によって交互に連結されて一体となり、全体として前記一組の導体形成層に沿って巻回し、
前記一組の導体形成層の各々において、前記複数の導体パターンが互いに隣り合うように同方向に巻回しており、
前記複数の導体パターンにおける巻回中心側の端部同士および巻回外周側の端部同士がそれぞれ連結されており、
前記複数の導体パターンは、それぞれの巻回量が1周未満であり、かつ、一方の前記導体形成層における一の導体パターンと、これと連結された他方の前記導体形成層における一の導体パターンとで1周以上巻回しており、巻回内周側から巻回外周側へ向けて線幅が徐々に拡大する部分を含む
ことを特徴とする変圧素子。
A magnetic core,
A primary coil and a secondary coil wound around the magnetic core;
At least one of the primary side coil and the secondary side coil is:
Each of which has a plurality of conductor patterns and includes a pair of conductor forming layers facing each other with an insulating layer interposed therebetween,
The plurality of conductor patterns in one of the conductor formation layers and the plurality of conductor patterns in the other conductor formation layer are alternately connected by a plurality of connection portions penetrating the insulating layer, and integrated as a whole. Winding along a set of conductor forming layers,
In each of the set of conductor formation layers, the plurality of conductor patterns are wound in the same direction so as to be adjacent to each other,
The ends on the winding center side and the ends on the winding outer periphery side of the plurality of conductor patterns are connected to each other,
Each of the plurality of conductor patterns has a winding amount of less than one turn, and one conductor pattern in one of the conductor formation layers and one conductor pattern in the other conductor formation layer connected thereto. 1 or more times, and includes a portion in which the line width gradually increases from the winding inner circumference side toward the winding outer circumference side.
直流入力電圧をスイッチングして入力交流電圧を生成するスイッチング回路と、
磁芯の周囲を巻回する1次側コイルおよび2次側コイルを有し、前記入力交流電圧を変
圧して出力交流電圧を出力する変圧素子と、
前記変圧素子の2次側に並列接続され、前記出力交流電圧の整流動作を行うことで直流出力電圧を生成する整流回路と
を備え、
前記変圧素子における1次側コイルおよび2次側コイルのうちの少なくとも一方は、
複数の導体パターンをそれぞれ有すると共に絶縁層を挟んで対向する一組の導体形成層を含み、
一方の前記導体形成層における前記複数の導体パターンと、他方の前記導体形成層における前記複数の導体パターンとが前記絶縁層を貫く複数の接続部によって交互に連結されて一体となり、全体として前記一組の導体形成層に沿って巻回し、
前記一組の導体形成層の各々において、前記複数の導体パターンが互いに隣り合うように同方向に巻回しており、
前記複数の導体パターンにおける巻回中心側の端部同士および巻回外周側の端部同士がそれぞれ連結されており、
前記複数の導体パターンは、それぞれの巻回量が1周未満であり、かつ、一方の前記導体形成層における一の導体パターンと、これと連結された他方の前記導体形成層における一の導体パターンとで1周以上巻回しており、巻回内周側から巻回外周側へ向けて線幅が徐々に拡大する部分を含む
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
A switching circuit that switches a DC input voltage to generate an input AC voltage;
A transformer element having a primary coil and a secondary coil wound around a magnetic core, transforming the input AC voltage and outputting an output AC voltage;
A rectifier circuit connected in parallel to the secondary side of the transformer element and generating a DC output voltage by performing a rectification operation of the output AC voltage;
At least one of the primary side coil and the secondary side coil in the transformer element is:
Each of which has a plurality of conductor patterns and includes a pair of conductor forming layers facing each other with an insulating layer interposed therebetween,
The plurality of conductor patterns in one of the conductor formation layers and the plurality of conductor patterns in the other conductor formation layer are alternately connected by a plurality of connection portions penetrating the insulating layer, and integrated as a whole. Winding along a set of conductor forming layers,
In each of the set of conductor formation layers, the plurality of conductor patterns are wound in the same direction so as to be adjacent to each other,
The ends on the winding center side and the ends on the winding outer periphery side of the plurality of conductor patterns are connected to each other,
Each of the plurality of conductor patterns has a winding amount of less than one turn, and one conductor pattern in one of the conductor formation layers and one conductor pattern in the other conductor formation layer connected thereto. And a portion where the line width gradually increases from the winding inner periphery side toward the winding outer periphery side.
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