(57)【要約】この発明は回路構成及び少なくとも一つのインダクタンス素子を備えた装置に関する。可能な限り経済的に製造できる回路構成と一つ又はそれ以上のインダクタンス素子とを備えた装置を形成するために、インダクタンス機能を有する導電プレート（１３）を用いることが提案され、このインダクタンス機能が導電プレート内に形成された複数スリット（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の構造に対応する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路構成及びインダクタンス機能を有する導電プレートを備えた装置であって、前記インダクタンス機能は前記プレート内に形成された複数スリットの構造に対応することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記スリット構造は一つ又はそれ以上の螺旋状スリットから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記螺旋状スリットは該螺旋状スリットの中央領域の各々に接点を備え、且つ又は、前記螺旋状スリットの近傍且つ又は前記中央領域とある螺旋状スリットの周辺との間に少なくとも一つの接点が配されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記回路構成を支持し、前記複数接点により前記導電プレートに電気的に結合されるプリント回路基板が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記プリント回路基板が前記導電プレートを支持していることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記プリント回路基板は複数コイルの機能を有し、該コイルの数は前記螺旋状スリットの数に対応することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記導電プレートは金属シートとして形成されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記プリント回路基板と前記導電プレートとの間に絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記導電プレートの少なくとも一側に、特に、フェライト材料である、磁気材料の層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記導電プレートが間に配された磁気材料の二層を備えた構成が設けられ、該構成の一外側上にプリント回路基板が設けられ、該プリント回路基板が前記導電プレートに電気的に結合されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
適切に熱を伝える材料、特に、金属より成る冷却層が設けられ、冷却される前記装置の複数素子が前記冷却層と前記プリント回路基板との間に配されていることを特徴とする請求項４乃至１０いずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記導電プレート又は磁気材料の前記層のいずれかが冷却に用いられることを特徴とする請求項４乃至１０いずれかに記載の装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２いずれかに記載の装置を含むことを特徴とする電力供給装置。
【請求項１４】
前記導電プレートが多相コンバータの複数インダクタンスを形成することを特徴とする請求項１３に記載の装置を含む電力供給装置。
【請求項１５】
インダクタンス機能を有する導電プレートであって、前記インダクタンス機能が前記プレート内に形成された複数スリットの構造に対応することを特徴とする導電プレート。
【請求項１６】
前記複数スリットの構造が複数螺旋状スリットにより形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の導電プレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回路構成及び少なくとも一つのインダクタンス素子を備えた装置に関する。コイル等のインダクタンス素子は、例えば、巻型に設けられた巻き線のように様々な形状を成している。この発明は、特に、製造コストに多大な影響を与えるインダクタンス素子を屡々用いる電力供給装置に関する。
【０００２】
この発明の目的は可能な限り低コストで製造できる回路構成及び一つ又はそれ以上のインダクタンス素子を有する装置を提供することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この目的は、インダクタンス機能を有する導電プレートであって、前記インダクタンス機能が前記プレート内に形成される複数スリットの構造に対応する導電プレートを用いて達成される。
【０００４】
高価ではない導電プレート、例えば、金属シートより成るプレートが利用可能である。
【０００５】
単純なスタンピング処理により複数スリットの構造が設けられるので、単一のプレート素子を用いて一つ又はそれ以上のインダクタンス素子が製造できる。しかし、複数スリットの構造は、例えば、ミリング、レーザ処理又はエッチングによっても形成できる。さらに、複数インダクタンス素子のために単一のプレート素子を用いることにより、この発明における、平坦でコンパクトな（モジュール化された）構造の装置ができる。さらには、この種のプレートは扱いが簡単で、複数巻型による別々のコイルを用いる場合と比べて、外部接続数が低減される。このプレートは、例えば、ハウジングの壁等、装置の他の部分に離れて設けられてもよい。この種のプレートを用いることにより、例えば、複数のインダクタンスが同一でなければならない等の許容範囲に関する厳しい条件を満足するインダクタンスが形成できる。さらには、この種のプレートは冷却機能も果たす。複数スリットの構造を用いて形成された巻き線間の磁気結合は巻き線間の距離を変えることにより調整できる。
【０００６】
複数スリットの構造は、特に、一つ又はそれ以上の螺旋状スリットとして設けられる。スリット数に対応する数のコイル巻き線を形成できる。これらコイルを接触させるために各中央領域に接点を有する複数の螺旋形状のスリットを設けることが提案される。さらには、一つ又はそれ以上の接点を複数螺旋形状スリットの近傍に設けることができる。複数螺旋形状スリットの外側に位置する複数の接点が導電プレートにより短絡され、損失を低減し、各接点への過負荷を避けるために、複数の外部接点を選んで複数の接点間電流を分配することができる。中央領域に位置する接点とスリットの外側端部の間に複数接点をタッピング点として設けることもできる。単にスリットの各中央領域に設けられた接点を用いることにより、この発明における導電プレートにより複数インダクタンスを形成することができる。この発明の一実施形態では、導電プレートがプリント回路基板上に配され、プリント回路基板上の回路に電気的に接続される。プリント回路基板と導電プレートとの不要な短絡を避けるために、この発明の一実施形態では、プリント回路基板と導電プレートとの間に絶縁層が設けられる。この発明のさらなる実施形態では、導電プレートの少なくとも一側に、特に、フェライト材料である、磁気材料の層が設けられ、これにより、導電プレートにより設けられたインダクタンス素子のインダクタンスが高まり、しかし、それでも、コンパクトな構造は維持される。磁気材料層を用いてスリット構造を完全な構造にすることができ、さらには、同じスリット構造を複数提供できる。製造並びに経済的観点から一つ又はそれ以上の磁気材料層を用いることが好ましい。
【０００７】
この発明における装置の好ましい応用の一つが電力供給装置（コンバータ）である。この発明は、特に、多相ＤＣ／ＤＣコンバータに効果的に用いることができ、これは複数の回路ブランチを備え、毎回、少なくとも一つのインダクタンス、一つのインダクタンス、複数のインダクタンス、又は、すべてのインダクタンスが複数スリットの構造を備えた導電プレートにより形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図面を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
図１に示される装置１０には、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に配された回路を備えた回路構成と、さらに、別々にプリント回路基板１１上にハンダ付けされ且つプリント回路基板１１の上面に位置している複数素子１２とが設けられている。プリント回路基板１１の下側には導電プレート１３が配され、導電プレート１３とプリント回路基板１１との間に絶縁層１４が設けられており、この実施形態の回路構成のさらなる分離された複数素子１６が絶縁層１４により支持されている。この実施形態の導電プレート１３は、後で詳細に説明される複数スリットの構造が設けられた金属プレートとして形成されている。
【００１０】
この例ではプレート１３は銅のシートで形成されているが、それは、例えば、多層プリント回路基板の導電層として、又は、任意の基板上に設けられた導電層として形成されてもよい。
【００１１】
図１には一つしか示されていないが、複数の接続片１５によりプレート１３とプリント回路基板１１の回路とが電気的に接続されている。この実施形態の接続片１５はプレート１３の屈曲部分として形成されており、これは、絶縁層１４とプリント回路基板１１の切り抜きを通じて延在し、プリント回路基板１１の上側でプリント回路基板の回路にハンダ付けされている（図示されていないが、プリント回路基板の下側にハンダ付けされてもよい）。この例では、プレート１３は装置１０の電子素子より生じる損失熱を外部に消散させる役割も果たしている。
【００１２】
図２はプレート１３の平面図である。これには、三つの螺旋状スリット２０ａ、２０ｂ、２０ｃを有するスリット構造が設けられ、これら螺旋状スリットは、巻き方向が同じでコイル巻き線としてインダクタンス効果をもたらす螺旋状巻き線又はトラックを成すが、それは、異なる巻き方向でもよく、単一の螺旋状スリットのみを有するものでもよい。螺旋状スリット２０ａ、２０ｂ、２０ｃの中央領域には、各々、接点２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設けられている。さらに、スリット２０ａ、２０ｂ、２０ｃの外側（上側）に複数の接点２２が設けられ、これらは一列に配され且つプレート１３により短絡されている。接点２１ａ、２１ｂ、２１ｃと複数接点２２の一つを介して、プレート１３がプリント回路基板１１上の回路構成に図１の接続片１５を介して電気的に接続されている。この例では、プレート１３が三つのコイルの役割を果たしている。スリット２０ａ、２０ｂ、２０ｃ各々により形成される副構造が各コイルに対応し、これは、スリット２０ａに対応するインダクタンスが接点２１ａと複数接点２２との間に生じ、これは、他の二つの接点２１ｂ、２１ｃと他のスリット２０ｂ、２０ｃの各々においても同じである。内部接点２１ａ、２１ｂ、２１ｃを介してプレート１３内に流れる電流は螺旋状経路を流れ、そして、各内部接点から外部に、そして、用いた接点２２へインダクタンス効果を生じさせる。
【００１３】
図３に示すのは図１の装置と図２のプレート１３を用いて実現された回路構成の好ましい実施形態である。図３に示すのは多相ＤＣ／ＤＣコンバータ３０であり、これは、図１の装置１０がそのようなコンバータ回路を備えた電力供給装置を構成することを意味する。コンバータ３０に入力ＤＣ電圧Ｖｉが入力され、これがコンバータ３０により出力電圧Ｖｏに下げられる。コンバータ３０は入力ＤＣ電圧Ｖｉを多相で処理し、即ち、ｎ個のＤＣステップダウン・コンバータＰ１、Ｐ２、．．．、Ｐｎにより入力ＤＣ電圧Ｖｉが並列に処理され、ここで、ｎ＝３で、これらＤＣステップダウン・コンバータの出力が出力キャパシタＣ０に並列に、従って、コンバータ３０の出力に並列に接続され、これらＤＣステップダウン・コンバータのスイッチングトランジスタは位相がシフトされた状態で動作する。ＤＣステップダウン・コンバータは、従来通り、制御トランジスタ（トランジスタＴＣ１ｃ、．．．、ＴＣｎｃ）、スイッチ制御整流器（トランジスタＴ１、．．．、Ｔｎ）、そして、インダクタンス（Ｌ１、．．．、Ｌｎ）を備え、インダクタンスは従来コンバータのコイルにより設けられる。この発明におけるこの提案された実施形態では、図２に示される複数スリットの構造が設けられたプレート１３を用いて三つのインダクタンスＬ１、Ｌ２、そして、Ｌ３が形成され、螺旋状スリット２０ａがインダクタンスＬ１を、螺旋状スリット２０ｂがインダクタンスＬ２を、そして、螺旋状スリット２０ｃがインダクタンスＬ３を形成する。接点２１ａがトランジスタＴＣ１ｃ、Ｔ１に接続され、接点２１ｂがトランジスタＴＣ２ｃ、Ｔ２に接続され、そして、接点２１ｃはＴＣ３ｃ、Ｔ３に接続される。出力キャパシタＣ０、従って、コンバータ出力への接続が複数接点２２の一つを用いて達成される。
【００１４】
図３に示されている多相コンバータは、特に、高速で負荷を変えることができるコンパクトな構成であることに加え、特に、ＶＲＭ（電圧レギュレータ・モジュール）と称される電力供給装置に適し、さらに、高クロック周波数のパーソナルコンピュータの高速プロセサ向きである。必要となる比較的小さいインダクタンスＬ１、．．．、Ｌ２が図３に示される複数スリットの構造が設けられたプレートを用いて形成でき、プレート１３の厚みの適応化によりＤＣ成分を含む高容量が実現される。
【００１５】
図４及び図５は装置１０の変形例１０‘を示す。図１，図２に示されるような絶縁層１４の下側に、直接、複数スリットの構造を有するプレート１３を配する代わりに、図２に示されるような三つの螺旋状スリット２０ａ’、２０ｂ‘、２０ｃ’より成るスリット構造が設けられたプレート１３‘が磁気材料の二層４０と４１との間に配され（好ましくは、プレート１３‘とそれら磁気材料層との間に、近接損失を低減するための、さらなる絶縁層を設けて所定距離分離され）、これら三層が絶縁層１４の下側に設けられる。プレート１３‘により生じるインダクタンスを増加させるために、好ましくは、フェライトを磁気材料として用いる。磁気材料の複数層は、さらに、電磁気シールドとして、また、外部への干渉放射を低減するものとして機能する。スリット２０ａ’、２０ｂ‘、２０ｃ’より形成されるインダクタンスに対して磁気回路を閉じるために、プレート１３‘に切り抜き５０乃至５６を設け、これらから磁気材料片を突出させて、磁気材料層４０，４１間に磁場を形成し、問題となる磁気回路を閉じる。切り抜き５０、５１そして５２がスリット２０ａ’、２０ｂ‘、２０ｃ’の各々の中央領域に設けられる。さらなる二つの切り抜き５３と５４がスリット２０ａ’と２０ｂ‘との間、そして、スリット２０ｂ‘と２０ｃ’との間に配されている。切り抜き５５がスリット２０ａ’の反対側で切り抜き５３と対向するように配されている。切り抜き５６がスリット２０ｃ’の反対側で切り抜き５４と対向するように配されている。この例では、フェライト層４０，４１とプレート１３‘とが、さらに、装置１０’の電子素子からの損失熱を外部に消散させる役割をも果たしている。
【００１６】
関連出願と合わせるために、図４に示されている実施形態は磁気材料の一層のみを用いるように変更することができる。同様に、磁気材料が内部に延在するプリント回路基板１３‘内の切り抜き５０乃至５６は任意であり、すべての実現可能な応用に必要と言うわけではない。
【００１７】
図６はさらなる実施形態を示している。装置６０は上側と下側に回路素子を有するプリント回路基板６１を備えており、例えば、複数素子６２が下側に、そして、複数素子６３が上側に示され、複数素子６３（特に、図３に示されるスイッチ制御コンバータの場合に用いられるスイッチングトランジスタ）は外気へ熱を消散する冷却によっては不十分なほど大きな損失熱を生み出し、従ってさらなる冷却が必要となる。このさらなる冷却は冷却手段６４により行われ、これは、適切に熱を伝える材料の一つ又はそれ以上の層より成り、この例では、プリペグ（ｐｒｅｐｅｇ）ボンドによりプリント回路基板６１に結合される。参照番号６５が用いられるプリペグ層を示している。参照番号６６は冷却手段６４と、プリペグ層６５と素子６３を有するプリント回路基板６１との間の隙間を埋める接着剤である。図６に示される実施形態の冷却手段６４はフェライトの二層６７，６８より成り、これらの間に適切な導電プレート６９が配され、これには、インダクタンス機能を有し、図５のプレート１３‘と同様に構成される複数スリットの構造が設けられている。
【００１８】
図６の実施形態のさらなる変形例（図示されない）においては、冷却すべき素子を有するプリント回路基板構造が、冷却手段６４の下側のみならず、冷却手段６４の反対側（上側）にも配される。
【００１９】
図７に示されるこの発明のさらなる変形例であり、特に、金属プレートで形成された導電プレート７０では、二つの螺旋状スリット７１，７２が設けられ、これらは二つの螺旋状コイル巻き線を成し、それらは、この例では、同じ巻き方向であるが、相反する巻き方向でもよい。スリット７１により形成されるコイル巻き線の中央領域には接点７３が設けられ、この中央領域とスリット７１の外側部分との間にさらなる接点７４が設けられ、このさらなる接点は付加的タッピング用に設けられている。スリット７２により形成されるコイル巻き線の中央領域には接点７５が設けられ、この中央領域とスリット７２の外側部分との間にさらなる接点７６が設けられ、このさらなる接点も付加的タッピング用に設けられている。以前の例と同様に、スリット７１，７２により形成されたそれらコイル巻き線の近傍に複数接点７７が設けられている。タッピング用のさらなる接点を設けることによりインダクタンスをさらに形成することもできる。
【００２０】
図８に示すこの発明のさらなる変形例である導電プレート８０は、この例では巻き方向が相反するコイル巻き線を形成する二つの螺旋状スリット８１，８２を備えるが、巻き方向は同方向でも構わない。スリット８１，８２の二つの中央領域内のみに接点が設けられ、即ち、スリット８１が接点８３を備え、スリット８２が接点８４を備えている。従って、接点数が減少する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明における装置を示す図である。
【図２】この発明における複数スリットの構造が設けられたプレートを示す図である。
【図３】この発明における装置のための電力供給回路を示す図である。
【図４】この発明における、磁気材料の複数層が設けられた装置を示す図である。
【図５】図４に示された装置のための複数スリットの構造が設けられたプレートの構造を示す図である。
【図６】この発明における装置のさらなる実施形態を示す図である。
【図７】この発明における複数スリットの構造が設けられたプレートの変形例を示す図である。
【図８】この発明における複数スリットの構造が設けられたプレートの変形例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2005534191.tif 000012
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