(57)【要約】【課題】  基板トランスにおいて、複数の基板の表裏層を用いて1次側及び２次側のコイルを形成して、低背かつ小型にでき、しかも絶縁要求への対応を容易とする。【解決手段】  基板トランスは、第１の基板１０の第１層に形成されたプリント巻線１１、第２層に形成されたプリント巻線１２、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線１４を有してなる１次側コイル１３と、第２の基板２０の第１層に形成されたプリント巻線２１、第２層に形成されたプリント巻線２２、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線２４を有してなる２次側コイル２３と、を備え、１次側コイル１３及び２次側コイル２３の各プリント巻線の中心部が基板１０，２０の鉛直方向に略重なるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板の第１層に形成されたプリント巻線、第２層に形成されたプリント巻線、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線を有してなる１次側コイルと、
第２の基板の第１層に形成されたプリント巻線、第２層に形成されたプリント巻線、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線を有してなる２次側コイルと、を備え、
前記１次側コイル及び２次側コイルの各プリント巻線の中心部が、基板の鉛直方向に略重なるように配置されていることを特徴とする基板トランス。
【請求項２】
第１基板又は第２基板の第１層と第２層との間に、さらに偶数個の層を設け、これらの層にプリント巻線を形成して１次側コイル又は２次側コイルを構成したことを特徴とする請求項１に記載の基板トランス。
【請求項３】
２つの主表層と、その中間に位置する２つの層とを有する４層の基板と、
前記基板のうちの第１層に形成されたプリント巻線、第２層に形成されたプリント巻線、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線を有してなる１次側コイルと、
第３層に形成されたプリント巻線、第４層に形成されたプリント巻線、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線を有してなる２次側コイルと、を備え、
前記１次側コイル及び２次側コイルの各プリント巻線の中心部が、基板の鉛直方向に略重なるように配置されていることを特徴とする基板トランス。
【請求項４】
多層基板と、
この多層基板の所定の仮想面を境として上側の偶数層の各々に形成されたプリント巻線、及び、それらを接続する貫通配線を有してなる１次側コイルと、
下側の偶数層の各々に形成されたプリント巻線、及び、それらを接続する貫通配線を有してなる２次側コイルと、を備え、
前記１次側コイル及び２次側コイルの各プリント巻線の中心部が、基板の鉛直方向に略重なるように配置されていることを特徴とする基板トランス。
【請求項５】
前記１次側コイル及び２次側コイルの各中心を貫通する開口が基板に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の基板トランス。
【請求項６】
１次側コイルと基板端面間距離、１次側コイルと２次側コイル間絶縁層厚み、及び２次側コイルと基板端面間距離の総和を、必要絶縁面距離とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の基板トランス。
【請求項７】
基板の表層の少なくとも一方と前記開口の側面を覆う絶縁構造を設けたことを特徴とする請求項５に記載の基板トランス。
【請求項８】
前記絶縁構造の上からＥ型コアを設けたことを特徴とする請求項７に記載の基板トランス。
【請求項９】
前記貫通配線は、スルーホールであって、スルーホールの内方が半田で充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８項の何れか一項に記載の基板トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置等に用いられるトランスの低背化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、スイッチング電源に使用するトランスは、図１０に示すように、ボビン１００に１次巻線１０１及び２次巻線１０２を巻回し、ＥＩ型・ＥＥ型等のフェライトコア１０３により磁気的結合をとっている。そして、図１１に示すように、１次巻線に接続されたスイッチング素子１０６をＯＮ／ＯＦＦさせ、２次側巻線１０２に電圧を誘起させて、２次側のダイオードＤとコンデンサＣにより、直流出力を得る。絶縁が必要な際には、１次巻線１０１と２次巻線１０２間に絶縁テープ１０４を巻いて対応している。
【０００３】
この種のトランスは、高周波駆動することで小型化ができるが、巻線を重ねて巻いていくため、低背化が困難である。
【０００４】
また、小型化を図ったトランスとして、例えば特許文献１に示されるようなものが知られている。このトランスは、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、コイル巻線２０１，２０２にプリントコイル基板２０３，２０４を利用し、コア２０５を組み込んだものであり、コイル巻線２０１，２０２を基板表面のみで構成できるため、低背化に有利である。
【特許文献１】特開２０００‐２６０６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に示されるような、プリントコイル基板を用いたトランスにおいては、コイル巻線は、基板平面上に配線するため、最外周から巻き始めると、巻き終わりは最内周となり、巻き終わりを基板端部へ戻すには、ジャンパー線等で端部へ戻すか、両面基板を使用し裏面を使用して端部に配線を戻すようにしていた。
【０００６】
このため、ジャンパー線を使用する場合は、別部品が必要となり、かつ、ジャンパー線の線径分の高さ方向のスペースが必要となる。また、両面基板の裏面を使用して戻す場合は、引き出し配線がコイル巻線部を横断する形となり、引き出し部の磁束の方向がコイル巻線部の磁束の垂直方向となってしまう。また、基板裏面の利用効率も悪い。
【０００７】
本発明は、上記課題を解消するもので、低背かつ小型で、絶縁要求への対応も容易な基板トランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するため、請求項１の発明は、第１の基板の第１層に形成されたプリント巻線、第２層に形成されたプリント巻線、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線を有してなる１次側コイルと、第２の基板の第１層に形成されたプリント巻線、第２層に形成されたプリント巻線、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線を有してなる２次側コイルと、を備え、前記１次側コイル及び２次側コイルの各プリント巻線の中心部が、基板の鉛直方向に略重なるように配置されている基板トランスである。
【０００９】
請求項２の発明は、上記において、第１基板又は第２基板の第１層と第２層との間に、さらに偶数個の層を設け、これらの層にプリント巻線を形成して１次側コイル又は２次側コイルを構成したものである。
【００１０】
請求項３の発明は、２つの主表層と、その中間に位置する２つの層とを有する４層の基板と、前記基板のうちの第１層に形成されたプリント巻線、第２層に形成されたプリント巻線、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線を有してなる１次側コイルと、第３層に形成されたプリント巻線、第４層に形成されたプリント巻線、及び該２つのプリント巻線を接続する貫通配線を有してなる２次側コイルと、を備え、前記１次側コイル及び２次側コイルの各プリント巻線の中心部が、基板の鉛直方向に略重なるように配置されている基板トランスである。
【００１１】
請求項４の発明は、多層基板と、この多層基板の所定の仮想面を境として上側の偶数層の各々に形成されたプリント巻線、及び、それらを接続する貫通配線を有してなる１次側コイルと、下側の偶数層の各々に形成されたプリント巻線、及び、それらを接続する貫通配線を有してなる２次側コイルと、を備え、前記１次側コイル及び２次側コイルの各プリント巻線の中心部が、基板の鉛直方向に略重なるように配置されている基板トランスである。
【００１２】
請求項５の発明は、上記のいずれかにおいて、前記１次側コイル及び２次側コイルの各中心を貫通する開口が基板に設けたものである。
【００１３】
請求項６の発明は、上記のいずれかにおいて、１次側コイルと基板端面間距離、１次側コイルと２次側コイル間絶縁層厚み、及び２次側コイルと基板端面間距離の総和を、必要絶縁面距離とするものである。
【００１４】
請求項７の発明は、上記において、基板の表層の少なくとも一方と前記開口の側面を覆う絶縁構造を設けたものである。
【００１５】
請求項８の発明は、上記において、前記絶縁構造の上からＥ型コアを設けたものである。
【００１６】
請求項９の発明は、上記のいずれかにおいて、前記貫通配線は、スルーホールであって、スルーホールの内方が半田で充填されているものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１乃至請求項５の発明によれば、積層される複数のプリントコイル基板の表裏層を含む多くの層を用いてコイルを形成しているので、簡単に低背のトランスを構成することができ、また、絶縁要求への対応も容易となる。特に、２つの主表層と、その中間に位置する２つの層とを有する４層の基板を用いる場合や、多層基板と、この多層基板の所定の仮想面を境として上下側の偶数層を用いる場合、容易に必要に応じて多出力化を図ることができる。
請求項６，７の発明によれば、容易に１次−２次コイル間の沿面距離を確保することができ、絶縁型基板トランスを実現できる。
請求項８の発明によれば、簡単に絶縁型基板トランスを実現でき、また、基板組立体へのコアの取り付けが容易となる。
請求項９の発明によれば、スルーホール部の電流容量を確保でき、スルーホールの個数も少なくて済み、トランスを小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る基板トランスについて図１乃至図３を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、基板トランスの構成要素であるプリントコイル基板の第１層乃至第４層を、同図（ｅ）はコイルの等価回路を、図２及び図３はプリントコイル基板及び基板トランスの断面をそれぞれ示す。プリントコイル基板は、第１の基板１０と第２の基板２０とから成る。第１の基板１０は、その表裏２層、すなわち第１層及び第２層に形成されたプリント巻線１１，１２から成る1次側コイル１３を有し、第２の基板２０は、その表裏２層、すなわち第３層及び第４層に形成したプリント巻線２１，２２から成る２次側コイル２３を有する。このように、図示の基板トランスは、１次側コイル１３及び２次側コイル２３が共に２層で成る。
【００１９】
1次側コイル１３は、第１の基板１０に貫通形成されたスルーホール１４（貫通配線）により表裏２つのプリント巻線１１，１２が接続されることにより形成されている。２次側コイル２３は、第２の基板２０に貫通形成されたスルーホール２４（貫通配線）により表裏２つのプリント巻線２１，２２が接続されることにより形成されている。各々のプリント巻線の中心部が基板の鉛直方向に重なるように配置されている。この中心部は、基板１０，２０に設けられた円形の貫通孔１５，２５（開口）の中心と一致する。
【００２０】
詳細には、1次側コイル１３に関して、プリント巻線１１は、第１層で最外周から最内周に向けて螺旋状に配線され、プリント巻線１２は、第２層で最内周から最外周に向けて螺旋状に配線されている。プリント巻線１１，１２がこのように構成されていることで、巻き始めから巻き終わりまで磁束方向が一定となる。本例では、プリント巻線１１，１２はそれぞれ８ターンとし、合計１６ターンとしている。２次側コイル２３も同様に構成され、本例では、プリント巻線２１，２２はそれぞれ５ターンとし、合計１０ターンとしている。
【００２１】
また、基板１０，２０の中心部には、コア挿入用の平面視円形の貫通孔１５，２５（開口）が設けられ、基板１０，２０の左右両側部には、平面視長方形の貫通孔１６，１７及び２６，２７（開口）が設けられている。各基板１０，２０は、図２に示すように、絶縁板３０を挟んで積層されて接着され、基板組立体３５となる。絶縁板３０にも、基板の貫通孔と対応する位置に同等の開口が設けられている。そして、図３に示すように、フェライト等で成るコア４０を構成するＥ型コア４１とＩ型コア４２が基板組立体３５に組み付けられることで基板トランス５０が構成される。ここに、Ｅ型コア４１は、基板１０、絶縁板３０及び基板２０に設けられた各開口に挿入される。なお、図１において、Ａ乃至Ｈは、入出力端子である。
【００２２】
本実施形態の基板トランス５０においては、基板の表裏層を用いてコイル１３，２３を形成しており、従来に比べて、同一パターン幅の場合、２倍の巻き数を実現でき、また、同じ巻き数であれば、２倍のパターン幅を確保できる。また、巻き数を増やしたい場合は、２層ではなく、それ以上の偶数層（例えば、４層）を使用してコイルを配線して行けば、必要なパターン幅で巻き数を増やすことができる。これにより、簡単に、低背のトランスを構成することができる。
【００２３】
本実施形態では、コイルを２つ使用したトランスの例を示したが、層を偶数個増やすことで、必要に応じて、コイル数を増やし、多出力化のための巻線や、制御回路用の補助電源巻線に対応することもできる。
【００２４】
例えば、２つの主表層と、その中間に位置する２つの層とを有する４層の基板を用い、第１層及び第２層に形成したプリント巻線と貫通配線により１次側コイルを構成し、第３層及び第４層に形成したプリント巻線と貫通配線により２次側コイルを構成してもよい。この構成においては、低背型のトランスにおいて、容易かつ任意にコイル数を増減することができる。
【００２５】
また、多層基板を用いて、この多層基板の所定の仮想面を境として上側の偶数層の各々に形成したプリント巻線と貫通配線により１次側コイルを構成し、下側の偶数層の各々に形成したプリント巻線と貫通配線を用いて２次側コイルを構成してもよい。この構成においては、コイルは仮想面を境として上側と下側とで非対称として、任意の入出力に対応したトランスを実現することもできる。
【００２６】
図４（ａ）（ｂ）は第１実施形態の変形例による２次側コイルを示す。この例では、同一層に２つのプリント巻線を形成している。第１層にはプリント巻線２１ａ，２１ｂが各２ターン、第２層にはプリント巻線２２ａ，２２ｂが各２ターン形成されている。プリント巻線２１ａ，２２ａは、スルーホール２４ａにより、プリント巻線２１ｂ，２２ｂは、スルーホール２４ｂにより接続され、それぞれが２次側コイルを構成している。この２次側コイルと前述の図１に示した１次側コイルとを組み合わせることで、基板トランスを構成すればよい。これにより、図４（ｃ）に示すように、２次側コイルをセンタータップ方式とすることができる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
図５は、本実施形態に係る基板トランスの基板組立体３５を示す。本実施形態は、上記第１の実施形態と同等の基板トランスにおいて必要絶縁面距離を確保するための構成に関する。１次側コイル１３を形成した第１基板１０の２層（第１層と第２層）と、２次側コイル２３を形成した第２基板２０の２層（第３層と第４層）との間の絶縁板３０の層厚を、所定厚み（ｔ）以上確保している。
【００２８】
この所定厚み（ｔ）は、ＩＥＣ等の安全規格で要求される１次−２次間絶縁距離要求で空間距離・沿面距離を問われない規定の固体絶縁物の厚み以上を確保している。こうすることで、１次−２次間のコイル配線間の空間距離・沿面距離を確保する必要がなく、簡単に絶縁型の基板トランスを実現することができ、絶縁要求への対応が容易となる。
【００２９】
＜第３実施形態＞
図６は、本実施形態に係る基板トランスの基板組立体３５を示す。本実施形態は、１次側コイル１３の最外周配線と基板側部の貫通孔１６（基板端面に相当）との間の距離（ａ）、１次側コイル１３と２次側コイル２３との間にある絶縁板３０の絶縁層厚み（ｃ）、及び、２次側コイル２３の最外周配線と基板側部の貫通孔２６（基板端面に相当）との間の距離（ｂ）の総和を、必要絶縁面距離以上とする。
【００３０】
また、１次側コイル１３の最内周配線と貫通孔１５（基板端面に相当）との間の距離（ａ）、１次側コイル１３と２次側コイル２３との間にある絶縁板３０の絶縁層厚み（ｃ）、及び、２次側コイル２３の最内周配線と貫通孔２５（基板端面に相当）との間の距離（ｂ）の総和を、必要絶縁面距離以上とする。
ここに、必要沿面距離  ＜  ａ＋ｂ＋ｃ  である。
【００３１】
この必要絶縁面距離は、ＩＥＣ等の安全規格で要求される１次−２次コイル間絶縁距離の沿面距離要求を満たす寸法としている。こうすることで、安全規格で要求される１次−２次コイル間の沿面距離を確保することができ、簡単に絶縁型基板トランスを実現できる。
【００３２】
＜第４実施形態＞
図７は、本実施形態に係る基板トランス５０を示す。本実施形態では、基板組立体３５とコア４０（４１，４２）の間に所定厚み以上の固体絶縁物６０（絶縁構造）を設けている。この固体絶縁物６０は、基板組立体３５とコア４０の固定を兼ねている。固体絶縁物６０は、少なくとも基板の表層の一方と基板の貫通孔（開口）の側面とを覆う構造とすればよい。図示の例では、固体絶縁物６０の上からＥ型コア４１を設けており、固体絶縁物６０はＥ型コア４１の内周面で基板組立体３５に対向する面に介在する。
【００３３】
固体絶縁物６０の所定厚みは、ＩＥＣ等の安全規格で要求される１次−２次間絶縁距離要求で空間距離・沿面距離を問われない固体絶縁物の厚み以上を確保している。こうすることで、コア４０を介した１次−２次コイル間の空間距離・沿面距離を確保する必要がなく、簡単に絶縁型基板トランスを実現できる。また、基板組立体３５へのコア４０の取り付けも容易となる。
【００３４】
＜第５実施形態＞
図８及び図９は、本実施形態に係る基板トランスのスルーホール部分を示す。上述したように、基板１０の表裏に形成したプリント巻線１１，１２は、スルーホール１４で成る貫通配線を介して接続される。この貫通配線は、スルーホール１４の内方に半田７０が充填されることで形成される。この貫通配線の形成に際しては、基板上のプリント巻線部（１１，１２）はソルダーレジストで覆うが、スルーホール部（１４）はソルダーレジストで覆わないようにする。これにより、スルーホール部（１４）に半田７０を確実に充填することができる。
【００３５】
こうすることで、プリント巻線から成る配線部に比べて電流容量の劣っていたスルーホール部の電流容量を確保でき、スルーホールの個数も少なくて済み、トランスの小型化に寄与する。
【００３６】
本発明は、上記実施形態の構成に限られることなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、１次側及び２次側コイルの層数に関して、１次側及び２次側コイルを共に４層としたり、１次側コイルを４層、２次側コイルを２層とすることもできる。また、コア４０は、Ｅ型コア４１とＩ型コア４２との組み合わせに限られず、２つのＥ型コアを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態による基板トランスの１次側コイルの第１層を示す平面図、（ｂ）は同１次側コイルの第２層を示す透視図、（ｃ）は同２次側コイルの第３層を示す平面図、（ｄ）は同２次側コイルの第４層を示す透視図、（ｅ）は同トランスの回路図。
【図２】第１実施形態による基板トランスの基板組立体の断面図。
【図３】第１実施形態による基板トランスのコアを含む断面図。
【図４】（ａ）は第１実施形態の変形例として同一層に２コイルの場合の第１層を示す平面図、（ｂ）は第２層を示す透視図、（ｃ）はトランスの回路図。
【図５】第２実施形態による基板トランスの基板組立体の断面図。
【図６】第３実施形態による基板トランスの基板組立体の断面図。
【図７】第４実施形態による基板トランスの断面図。
【図８】第５実施形態に係る基板トランスのスルーホール部分の拡大平面図。
【図９】同部分の断面図。
【図１０】従来のトランスの断面図。
【図１１】従来のスイッチング電源の回路図。
【図１２】（ａ）は従来のプリントコイル基板を用いたトランスを示し、（ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図、（ｂ）は同トランスの平面図。
【符号の説明】
【００３８】
１０  第１の基板
１１，１２  プリント巻線
１３  １次側コイル
１４  スルーホール（貫通配線）
１５  貫通孔（開口）
１６，１７    貫通孔
２０  第２の基板
２１，２２  プリント巻線
２３  ２次側コイル
２４  スルーホール（貫通配線）
２５  貫通孔（開口）
２６，２７  貫通孔（開口）
３５  基板組立体
４０  コア
４１  Ｅ型コア
４２  Ｉ型コア
５０  基板トランス
６０  固体絶縁物（絶縁構造）
７０  半田
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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