(57)【要約】  埋め込み型ステップアップ・トロイダルトランス（100）は、複数のコイルセグメント（102、104、106、108）を含む。1次コイルセグメントの各々（102、104、106、108）は、トロイダル形状のコア（120）の周囲にらせん状に巻かれた細長い導体の複数の巻き（turn）を個別に含む。複数の1次コイルセグメント（102、104、106、108）は、トロイダル形状のコア（120）によって定義される円周の周りに集合的に配置されている。該複数の1次コイルセグメント（102、104、106、108）の各々は、第1主要入力端子（126）及び第２主要入力端子（130）を通って並列で電気接続されている。ステップアップ・トロイダルトランスはまた、トロイダル形状のコア（136）の周囲にらせん状に巻かれた第２の細長い導体の複数の巻きから形成される２次巻線（126）を含む。
2010525576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダル形状のコアの周囲にらせん状に巻かれた細長い導体の複数の巻きをそれぞれ個別に含み、前記トロイダル形状のコアによって定義される円周の周りに集合的に配置されている、複数の1次コイルセグメント；
第1主要入力端子及び第２主要入力端子であり、該複数の1次コイルセグメントの各々が、間に並列に電気接続されている、第1主要入力端子及び第２主要入力端子；及び
前記トロイダル形状のコアの周囲にらせん状に巻かれた第２の細長い導体の複数の巻きから形成され、前記円周の周りに広がっている２次巻線；
を含むステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項２】
前記複数の1次コイルセグメントが、前記円周の周りの全体の距離において集合的に広がり、前記２次巻線は、前記円周の周りの全体の距離において広がっている、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項３】
前記1次コイルセグメント及び前記２次巻線のうち少なくとも１つが、少なくとも部分的に回路基板に埋め込まれている、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項４】
前記1次コイルセグメント及び前記２次巻線が、前記回路基板の内部に配置された複数のビアを含む、請求項３に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項５】
前記ビアのうち選択されたビアが、前記回路基板の中又は上に配置された導体トレースに電気接続されている、請求項４に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項６】
前記1次コイルセグメントが、前記トロイダル形状のコアの周囲に前記２次巻線に比較しておよそ等しい数の巻きを有する、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項７】
前記1次コイルセグメントの各々の第１端部は、前記第１主要入力端子に電気接続され、該1次コイルセグメントの各々の第２端部は、前記第２主要入力端子に電気接続され、前記複数の1次コイルセグメントは、前記１次コイルセグメントの各々の第１端部が、隣り合わせる１次コイルセグメントの第２端部に隣り合わせて円周の周りに位置するように前記トロイダル形状のコアの上に配置されている、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項８】
前記複数の1次コイルセグメントの巻きが、前記２次巻線の巻きによって定義されるトロイダル体積の中に含まれている、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項９】
前記２次巻線の巻きが、前記１次コイルセグメントの巻きによって定義されるトロイダル体積の中に含まれている、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項１０】
前記１次コイルセグメントの巻きの合計数が、前記２次巻線の巻きの合計数に等しく、前記トロイダルトランスの修正された巻きの比が、並列に接続された前記１次コイルセグメントの数によって決定される、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の配置は、一般的にトランスに関し、さらに具体的には、埋め込み型トロイダルトランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
埋め込み型トロイダルトランスは既知の技術である。例えば、Pleskachによる米国特許出願第2005/0212642号（特許文献１）は、セラミック基板における埋め込み型トロイダルトランスを開示している。そのトランスは、複数のセラミック・テープ層を有するセラミック基板を含む。セラミック・テープ層の少なくとも第1層は、複数の第２セラミック・テープ層間において層状に重ねられている。その第1セラミック・テープ層は、第２セラミック・テープ層に比較して、より大きい浸透性の値を有する。さらに、1つ又はそれ以上の導電性コイルが、複数のセラミック・テープ層内に配置されている。その導電性コイルは、トロイダル状の形をしており、セラミック・テープ層を交差する方向に置かれた中心軸を有する。さらに、その導電性コイルは、トロイダル・コアを定める領域の周囲に複数の巻き（turns）を有し、そのセラミック・トロイダル・コアは、第1セラミック・テープ層によって交差される。
【０００３】
今まで、「ステップダウン」及び「ワン・ツー・ワン（one-to-one）」トロイダルトランスだけが、基板にうまく埋め込まれてきている。しかし、「ステップアップ」電圧レスポンスを提供することが望ましい応用が、多数存在する。これに関し、機能的なステップアップ・トランスを生成することに対して様々な試みがされてきている。そのような埋め込み型トロイダル設計における問題の1つは、1次コイルによって誘導される磁束が２次コイルに効果的に結合し損ねることにおいて存在する。この問題は、大抵、２次巻線における誘導磁束が、金属のビア（via）／トレース（trace）によって束縛されにくいことが原因で起こる。従って、２次巻線において誘導される電圧を増加させることができる新しい埋め込み型トロイダルトランスが必要である。その新しい設計は、２次巻線において形成される磁束を含むことによって該目的を達成することができる。同時に、そのステップアップ・トランスの設計は、トロイダルの面積のx-y平面のサイズを増やすべきではなく、追加の機器又は後処理段階を必要とするべきではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第2005/0212642号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ステップアップ・トロイダルトランスを対象にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのステップアップ・トロイダルトランスは、複数の1次コイルセグメントを含む。各1次コイルセグメントは、個別に、トロイダル形状のコアの周囲にらせん状に巻かれた複数の細長い導体を含んでいる。その複数の1次コイルセグメントは、集合的に、トロイダル形状のコアの円周の周りに配置されている。そのトロイダルトランスは、また、第1主要入力端子及び第２主要入力端子を含む。その複数の1次コイルセグメントの各々は、第1主要入力端子及び第２主要入力端子を通り並列に電気接続されている。さらに具体的には、1次コイルセグメントの各々の第1端部は、第1主要入力端子に電気接続され、1次コイルセグメントの各々の第２端部は、第２主要入力端子に電気接続されている。その複数の1次コイルセグメントは、１次コイルセグメントの各々の第１端部が、それに隣り合う１次コイルセグメントの第２端部に隣り合って円周の周りに位置するように、トロイダル形状のコア上に配置されている。
【０００７】
その複数の1次コイルセグメントの巻きは、２次巻線の巻きによって定義されるトロイダル体積の中に含まれている。その代わりに、２次巻線の巻きは、複数の1次コイルセグメントの巻きによって定義されるトロイダル体積の中に含まれている。２次巻線は、トロイダル形状のコアの周囲にらせん状に巻かれた第２の細長い導体の複数の巻きから形成される。２次巻線は、トロイダル形状のコアによって定義される円周の周りに広がる。さらに具体的には、その２次巻線は、トロイダル形状のコアの全周囲の周りの距離に及ぶ。２次巻線は、１次コイルによって集合的に提供された巻き数に比較して、そのトロイダル形状のコアの周囲におよそ等しい巻き数を含むことができる。
【０００８】
本発明の実施形態に従って、少なくとも１つの1次コイルセグメント及び２次巻線が、回路基板に少なくとも部分的に埋め込まれている。その1次コイルセグメント及び２次巻線は、回路基板内に配置された複数のビア（via）を含む。さらに、選択されたビアは、回路基板の中又は上に配置された導電性トレース（trace）に電気接続される。
【０００９】
従来型のトロイダルトランスの巻きの比は、１次巻き対２次巻きの比、Np/Nsである。トロイダルトランスの巻きの比はまた、１次コイルセグメントの数によって決定される。そのトロイダルに対する修正された巻きの比の式(Np/Ns)*(1/s)が使用されることが可能であり、sは、並列に接続された１次コイルセグメントの数である。複数の1次コイルセグメントは、トロイダル形状のコアに、該複数の1次コイルセグメントによって生成される磁界が、実質的にそのトロイダル形状のコアの内部に束縛されるように、配置され位置づけられている。さらに、その1次コイルセグメント及び２次巻線は、トロイダル形状のコアを形成する物質に関わらず、磁界を抑制する。
【００１０】
ステップアップ・トロイダルトランスの他の実施形態に従って、本発明は、互いに隣り合って円周の周りに配置され、共通のトロイダル形状のコアの周囲にらせん状に巻かれた複数の1次コイルセグメントを含む。その複数のコイルセグメントは、集合的に、トロイダル形状のコアによって定義される全周囲の周りに実質的に広がる。本発明は、第１主要入力端子及び第２主要入力端子を含む。複数のコイルセグメントは、それぞれ、第１主要入力端子及び第２主要入力端子を通って並列に電気接続されている。本発明はさらに、トロイダル形状のコアの周囲に形成された２次巻線を含む。その２次巻線は、トロイダル形状のコアの全周囲の周りに実質的に広がる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の配置に従って、ステップアップ・トランスを理解するために役立つ電気回路の概略図である。
【図２】図１に示されたステップアップ・トランスの様々なコイルがどのようにしてトロイダル・コアに配置されるか理解する上で役立つ概念的なスケッチである。
【図３】図１及び２に示されたステップアップ・トロイダルトランス主要及び２次巻線の配置を示す投射図である。
【図４】図１−３におけるステップアップ・トロイダルトランス主要及び２次巻線の配置を示す上面図である。
【図５】本発明を理解する上で役立つステップアップ・トロイダルトランスの時間上での電圧レスポンスを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１２】
図１を参照すると、ステップアップ・トロイダルトランス100の電気回路図での説明が表わされている。そのトランス100は、1次巻線及び２次巻線を含む。1次巻線は、複数の1次コイルセグメント102、104、106、108によって形成される。図１に示されるように、1次巻線は、４つの1次コイルセグメントに分割されている。しかし、本発明は、これに関しては限定されてなく、如何なる数の1次コイルセグメントが使用されてもよい。
【００１３】
各1次コイルセグメント102、104、106、108の第1端部110、114、118、122は、それぞれ、第1主要入力端子128に接続されている。各1次コイルセグメントの第２端部112、116、120、124は、それぞれ、第２主要入力端子130に接続されている。従って、複数の1次コイルセグメントはそれぞれ、第1主要入力端子128及び第２主要入力端子130を通って並列に電気接続されている。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態に従って、1次コイルセグメント102、104、106、108の各々が、コア136の周囲に巻かれている細長い導体と同じ巻数であるNpを有する。しかし、本発明はこれに関しては限定されてなく、ある特定のコイルセグメントには、さらに多く又はさらに少ない巻線数が使用されることが可能である。そのコア136は、如何なる物質で形成されていてもよい。例えば、コア136は、空気、セラミック又はフェライトなどの強磁性物質で形成されてもよい。ここで詳細に説明される本発明の１実施形態に従い、そのコアは、完全に、LTCCなどのセラミック基板によって形成されていてもよい。他の物質で形成された基板も使用されてもよい。例えば、そのような物質は、液晶ポリマー（LCP）、ポリマーフィルム、ポリイミド・フィルム、エポキシ・ラミネート、又はシリコン、ガリウムヒ素、ガリウム窒化物、ゲルマニウム又はリン化インジウムなどの半導体物質を含むが、これらに限定されない。
【００１５】
２次巻線126は、第２の細長い導体の複数の巻数Nsで形成されている。その第２の細長い導体は、好ましくは、第１の細長い導体のセラミックコアと同じセラミックコアの周囲に巻かれている。並列に接続された1次コイルセグメントとは異なって、２次巻線は、連続的なコイルで形成されている。その２次巻線はまた、出力端子132、134を含む。
【００１６】
時間的に変化する入力電圧Vpが1次巻線にかけられるとき、電流が主要巻線の中を通って流れ、磁力（MMF）を生成する。特に、上記の説明は、同じ入力電圧Vpが、４つの1次コイルセグメント、102、104、106、108の各々の第1主要入力端子128及び第２主要入力端子130にかけられるという事実に関する。結果として、１次コイルセグメント102、104、106、108と２次巻線126との間において、1次及び２次巻線の両方を通り抜ける、時間と供に変化する磁束によってエネルギーが結合される。時間と供に変化する電流Isが1次コイルセグメント102、104、106、108を流れるとき、出力電圧Vsが相互的に２次巻線126に誘起される。
【００１７】
時間的に変化する出力電圧Vsは1次コイルセグメント102、104、106、108の各々にかけられた電圧Vpよりも大きくなる。これは、２次巻線126の巻きの全ては直列に配置されている一方、1次コイルセグメントは並列に配置されていることが原因である。従って、各1次コイルセグメントからの電圧Vpは、２次巻線に誘起され、これらの電圧は、２次巻線において電圧Vsを発生させるために直列に増す。有意に、２次巻数Nsの合計数が、1次巻数Npの合計数に等しい場合、Vsは、1次コイルセグメントの数を乗じた値Vpに等しくなる。図1において、Vsが４Vpに等しいように、４つの1次コイルセグメント102、104、106、108がある。
【００１８】
ここで図２に参照すると、図１において示された電気回路の概念的実施が示されている。図２では、複数の1次コイルセグメント102、104、106、108の各々は、トロイダル形状のコア（明確化のため図２では省略されている）の円周に沿った所定の距離dに広がっている。図２では、明確化のため、1次コイルセグメント102、104、106、108の各々の間において、いくらかの空間が表わされている。しかし、その1次コイルセグメント102、104、106、108は、集合的に、トロイダル形状のコアの全周囲の周りの距離において、実質的に連続的な形式で広がる。
【００１９】
図２はまた、第１主要入力端子128及び第２主要入力端子130を表わす。複数の1次コイルセグメント102、104、106、108の各々は、示されているように、第1主要入力端子及び第２主要入力端子を通って並列に電気接続されている。さらに具体的には、1次コイルセグメント102、104、106、108の各々の第1端部110、114、118、122が、第1主要入力端子128に電気接続され、1次コイルセグメント102、104、106、108の各々の第２端部112、116、120、124は、第２主要入力端子130に電気接続されている。
【００２０】
図２において、複数の1次コイルセグメント102、104、106、108は、各1次コイルセグメントの第1端部110、114、118、122が、それらに隣り合う1次コイルセグメントの第２端部112、116、120、124に隣り合って円周の周りに位置するように、配置されていることも伺える。例えば、1次コイルセグメント104の第1端部114は、円周の周りにおいて、1次コイルセグメント102の第２端部112に隣り合っている。
【００２１】
図２を再び参照すると、２次巻線126が、トロイダル形状のコア136の円周に沿った距離の全体に実質的に伸びる連続的なコイルで形成されている。1次コイルセグメント102、104、106、108は、２次コイル126の巻きによって定義されるトロイダル体積の内部に含まれている。好ましい実施形態に従って、1次コイルセグメント102、104、106、108が、1次コイルセグメントによって発生する磁界が実質的にトロイダル形状のコアの内部に束縛されるように、そのトロイダル形状のコアにおいて配置され位置されている。その２次巻線は、好ましくは、トロイダル形状のコアの周囲の巻きの合計数が、1次コイルセグメント102、104、106、108によって集合的に提供される巻きの合計数に等しい（又はおよそ等しい）ように、設計される。
【００２２】
ここで図３を参照すると、図１及び図２において描写された回路設計に従う、ステップアップ・トロイダルトランス300の投射図が表わされている。そのステップアップ・トロイダルトランスは、複数の1次コイルセグメント102、104、106、108及び２次巻線126を含んだ1次巻線を含む。1次巻線は、２次コイル126の巻きによって定義されるトロイダル体積の中に含まれている。明確にする目的によって示されていないが、ステップアップ・トロイダルトランスは、セラミック基板の中に部分的に埋め込まれることができる。
【００２３】
基板において1次巻線及び２次巻線のコイルを少なくとも部分的に埋め込むためには、コイルは、該基板上（非表示）に置かれた導体のビア310及び導体のトレース320の組み合わせによって形成される。そのような埋め込み型トランスを形成する技術は、Plakachによる米国特許出願公開第2005/0212642号（特許文献１）において開示されており、それは全体的にここで参考として取り入れられる。
【００２４】
図４を参照すると、図３に示されたステップアップ・トロイダルトランスの上面図が表わされている。図４で見られるように、４つの1次コイルセグメント102、104、106、108の組み合わせによって形成された巻きの数は、集合的に、２次巻線102に比較しておよそ等しい数のトロイダル形状のコア（非表示）の周囲の巻きを形成する。
【００２５】
ここで図５を参照すると、図１−４において説明されたステップアップ・トロイダルトランスの時間に伴った電圧レスポンスを示す概略図が示されている。この例の目的として、ステップアップ・トロイダルトランスは、修正された巻きの比（２次巻線で割られた1次巻線を1次セグメントの数分の倍にした(Np/Ns)*(1/s)）である1：４を有する。ピーク・ツー・ピーク（peak-to-peak）が１Vの正弦波電圧Vpが４つの1次コイルセグメントの各々を通って印加されるとき、その結果生じる２次巻線の端子を通るステップアップ・トロイダル電圧Vsは、ピーク・ツー・ピークで約４Vである。埋め込み型ステップアップ・トロイダルトランスの時間的な電圧レスポンスは、その回路の設計による巻きの比のみに依存しないことに注目すべきである。電圧レスポンスに影響をもたらす他の要因は、信号の動作周波数及び基板の物質特性を含むが、それらに限定されない。
【図１】
2010525576.tif 000003
【図２】
2010525576.tif 000004
【図３】
2010525576.tif 000005
【図４】
2010525576.tif 000006
【図５】
2010525576.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月16日(2009.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気、セラミック又は強磁性物質で形成されたトロイダル形状のコアの周りに、らせん状に巻かれた細長い導体の複数の巻きをそれぞれ個別に含み、前記トロイダル形状のコアによって定義される円周の周りに集合的に配置されている、複数の１次コイルセグメント；
第１主要入力端子及び第２主要入力端子であり、該複数の１次コイルセグメントの各々が、間に並列に電気接続されている、第１主要入力端子及び第２主要入力端子；及び
前記トロイダル形状のコアの周りにらせん状に巻かれた第２の細長い導体の複数の巻きから形成され、前記円周の周りに広がっている２次巻線であり、前記複数の１次コイルセグメントが、集合的に、前記２次巻線に比較しておよそ等しい数の前記トロイダル形状のコアの周りの巻きを有する、２次巻線；
を含むステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項２】
空気、セラミック又は強磁性物質で形成されたトロイダル形状のコアの周りにらせん状に巻かれた細長い導体の複数の巻きをそれぞれ個別に含む複数の１次コイルセグメントであり、前記トロイダル形状のコアによって定義される円周の周りに集合的に置かれている、複数の１次コイルセグメント；
前記複数の１次コイルセグメントの各々が通って並列に電気接続されている、第１主要入力端子及び第２主要入力端子；及び
前記トロイダル形状のコアの周りにらせん状に巻かれた第２の細長い導体の複数の巻きから形成され、前記円周の周りに広がる２次巻線であり、前記複数の１次コイルセグメントの巻きが、該２次巻線の巻きによって定義されるトロイダル体積の中に含まれることを特徴とする２次巻線；
を含むステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項３】
前記複数の１次コイルセグメントが、前記円周の周りの全体の距離において集合的に広がり、前記２次巻線が、前記円周の周りの全体の距離に広がる、請求項１又は２に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項４】
前記１次コイルセグメント及び前記２次巻線のうち少なくとも１つが、少なくとも部分的に回路基板に埋め込まれている、請求項１又は２に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項５】
前記１次コイルセグメント及び前記２次巻線が、前記回路基板の中又は上に配置された導体とレースに電気接続されている、請求項４に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項６】
前記ビアのうち選択されたビアが、前記回路基板の中又は上に配置された導体トレースに電気接続されている、請求項５に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項７】
前記１次コイルセグメントが、前記トロイダル形状のコアの周りに、前記２次巻線に比較しておよそ等しい数の巻きを含む、請求項２に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項８】
前記１次コイルセグメントの各々の第１端部は、前記第１主要入力端子に電気接続され、該１次コイルセグメントの各々の第２端部は、前記第２主要入力端子に電気接続され、前記複数の１次コイルセグメントは、各々の前記１次コイルセグメントの第１端部が、隣り合わせる前記１次コイルセグメントの第２端部に隣り合わせて円周の周りに位置するように前記トロイダル形状のコアの上に配置されている、請求項１又は２に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項９】
前記複数の１次コイルセグメントの巻きが、前記２次巻線の巻きによって定義されるトロイダル体積の中に含まれている、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項１０】
前記２次巻線の巻きが、前記１次コイルセグメントの巻きによって定義されるトロイダル体積の中に含まれている、請求項１に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【請求項１１】
前記１次コイルセグメントの巻きの合計数が、前記２次巻線の巻きの合計数に等しく、前記トロイダルトランスの修正された巻きの比が、並列に接続された前記１次コイルセグメントの数によって決定される、請求項２に記載されたステップアップ・トロイダルトランス。
【国際調査報告】
2010525576.tif 000008
2010525576.tif 000009
2010525576.tif 000010