JP5136732B1 - 多チャンネル型ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

輻射ノイズを最小限に抑えた多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
複数チャンネルを構成するコイル導体のうち、最も負荷電流の小さいチャンネルのコイル導体とスイッチングＩＣとの間の配線を最も長くすることで、最もノイズを輻射しやすい配線に、最も負荷電流が小さいチャンネルを用いることになり、輻射ノイズを最小限に抑えることができる。また、複数のコイル導体のうち、最も負荷電流が大きいコイル導体と接続される接続配線が最も短くなっていることが好ましい。この場合、最もノイズを輻射しにくい配線に、最も負荷電流が大きいチャンネルを用いることになり、より輻射ノイズを抑えることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、スイッチング素子を搭載したＤＣ−ＤＣコンバータに関し、特に多チャンネル型のＤＣ−ＤＣコンバータに関するものである。

従来、磁性体基板内部にコイルパターンを形成し、磁性体基板上部にスイッチングＩＣを搭載することで、ＤＣ−ＤＣコンバータを実現するものが知られている（例えば特許文献１を参照）。

また、１つの磁性体基板内部に複数のコイルを形成し、多チャンネル型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成することも知られている（例えば特許文献２を参照）。

国際公開第２００８／０８７７８１号 特開２００４−３４３９７６号公報

上述のようなＤＣ−ＤＣコンバータの場合、スイッチングＩＣのＶｏｕｔ端子とコイルとの間が最もノイズの影響を受けやすいため、磁性体基板上面において、Ｖｏｕｔ端子とコイルとの間の配線はできるだけ短いほうが好ましい。

しかし、スイッチングＩＣは、Ｖｏｕｔ端子が一カ所にまとめられていることが一般的である。そうすると、磁性体基板上面において、スイッチングＩＣのＶｏｕｔ端子から各コイルまで接続する配線のうち、相対的に長い配線が必要となるチャンネルが必ず発生してしまう。

そこで、この発明は、ノイズの影響を最小限に抑えた多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを目的とする。

本発明の多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータは、内部に複数のコイル導体が形成された積層体と、前記積層体の主面上に設けられ、前記複数のコイル導体と、接続配線を介して電気的に接続される複数のランド電極と、前記複数のランド電極と接続される、複数の入力端子または出力端子を有する制御ＩＣと、を備えている。そして、多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記複数のコイル導体のうち、最も電流が小さいコイル導体と接続される前記接続配線が最も長くなっていることを特徴とする。

このように、複数チャンネルを構成するコイル導体のうち、最も負荷電流の小さいチャンネルのコイル導体とスイッチングＩＣとの間の配線を最も長くすることで、最もノイズの影響を受けやすい配線に、最もノイズが小さいチャンネルを用いることになり、ノイズの影響を最小限に抑えることができる。

また、複数のコイル導体のうち、最も電流が大きいコイル導体と接続される前記接続配線が最も短くなっていることが好ましい。この場合、最もノイズの影響を受けにくい配線に、最もノイズが大きいチャンネルを用いることになり、よりノイズの影響を抑えることができる。

この発明によれば、端子が一カ所にまとめられているスイッチングＩＣを用いる場合であっても、ノイズの影響を最小限に抑えることができる。

多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータの上面図および横断面図を示す図である。 多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータを降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとする場合の回路図である。 多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータを昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとする場合の回路図である。

図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータの上面図（積層体の主面を示す図）であり、図１（Ｂ）は、積層体のうち、コイル導体が形成されている部分の横断面図である。

図２は、本実施形態の多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータを降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとする場合の回路図であり、図３は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとする場合の回路図である。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、本実施形態の多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、複数のセラミックグリーンシートが積層されてなる積層体２の最上面にスイッチングＩＣ３やコンデンサ等（図１においては不図示）の電子部品を搭載したものである。積層体２は、磁性体（フェライト）層を含み、例えば、積層されるシート間にコイル導体を設け、積層方向に接続したインダクタを構成することで、当該インダクタをチョークコイルとして用いたＤＣ−ＤＣコンバータを実現することができる。

図１（Ｂ）に示すように、本実施形態の積層体２には、複数のコイル導体が設けられている。これら複数のコイル導体に異なるデューティで駆動するスイッチング素子を接続することで、それぞれ異なる出力電圧を得ることができる。本実施形態の多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、コイル導体Ｌ１，コイル導体Ｌ２，コイル導体Ｌ３，およびコイル導体Ｌ４が設けられた４チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータとなっている。

積層体２の最上面には、スイッチングＩＣ３が接続されるランド電極１１，ランド電極１２，ランド電極１３，およびランド電極１４が形成されている。また、積層体２の最上面には、コイル導体Ｌ１の主面側端部２１，コイル導体Ｌ２の主面側端部２２，コイル導体Ｌ３の主面側端部２３，およびコイル導体Ｌ４の主面側端部２４にそれぞれ接続される接続配線３１，接続配線３２，接続配線３３，および接続配線３４が形成されている。

スイッチングＩＣ３は、上面視して四角形状の外観を有し、四辺から各端子がつき出した形状になっている。スイッチングＩＣ３の内部には４つのスイッチング素子が集積されており、一辺からは、４つのスイッチングノード端子（Ｖｏｕｔ端子）がつき出している。これらの４つのＶｏｕｔ端子がそれぞれランド電極１１，ランド電極１２，ランド電極１３，およびランド電極１４に接続され、接続配線３１，接続配線３２，接続配線３３，および接続配線３４を介して、それぞれコイル導体Ｌ１，コイル導体Ｌ２，コイル導体Ｌ３，およびコイル導体Ｌ４に接続される。

図２に示すように、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの場合、各Ｖｏｕｔ端子（Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ３，およびＶｏｕｔ４）は、それぞれコイル導体Ｌ１，コイル導体Ｌ２，コイル導体Ｌ３，およびコイル導体Ｌ４の入力側に接続される。図３に示すように、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの場合、各Ｖｏｕｔ端子（Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ３，およびＶｏｕｔ４）は、それぞれコイル導体Ｌ１，コイル導体Ｌ２，コイル導体Ｌ３，およびコイル導体Ｌ４の出力側に接続されるため、各Ｖｏｕｔ端子は、実際には入力端子となる。

積層体２の最上面には、コンデンサ等も搭載されるため、スイッチングＩＣ３は、積層体２の最上面のうち、中央からずれた位置に搭載される。本実施形態では、図１（Ａ）の紙面左上側に偏った位置に搭載される。このようなスイッチング方式によるＤＣ−ＤＣコンバータでは、スイッチングＩＣ３のＶｏｕｔ端子とコイル導体との間が最もスイッチングノイズが重畳された信号が流れるため、輻射ノイズが大きくなりやすい。そのため、各接続配線は、できるだけ短いほうが好ましい。しかし、スイッチングＩＣ３は、主面上の中央からずれた位置に搭載され、Ｖｏｕｔ端子が一辺にまとめられているため、各Ｖｏｕｔ端子（Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ３，およびＶｏｕｔ４と、各コイル導体の主面側端部との距離はそれぞれ異なる長さとなり、接続配線３１，接続配線３２，接続配線３３，接続配線３４の長さは、それぞれ異なる長さとなってしまう。

そこで、本実施形態の多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータ１では、最も負荷電流が小さいチャンネルの接続配線を最も長くすることで、ノイズの輻射を最小限に抑える構成としている。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、各構成の配置関係について説明する。スイッチングＩＣ３は、紙面左上側に偏った位置に、積層体２の中央側の一辺にＶｏｕｔ端子を配置して搭載されている。各Ｖｏｕｔ端子は、紙面左側からＶｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２，Ｖｏｕｔ３，Ｖｏｕｔ４の順に並んでいる。コイル導体Ｌ１は、紙面左上側に配置され、主面側端部２１は、コイル導体Ｌ１のうち紙面左下側に配置されている。コイル導体Ｌ２は、紙面左下側に配置され、主面側端部２２は、コイル導体Ｌ２のうち紙面左上側に配置されている。コイル導体Ｌ３は、紙面右下側に配置され、主面側端部２３は、コイル導体Ｌ３のうち紙面左上側に配置されている。コイル導体Ｌ４は、紙面右上側に配置され、主面側端部２４は、コイル導体Ｌ４のうち紙面右上側に配置されている。

したがって、積層体２の最上面のうち、中央のやや上側かつ紙面左側にコイル導体Ｌ１の主面側端部２１が配置され、中央のやや下側かつ紙面左側にコイル導体Ｌ２の主面側端部２２が配置され、中央のやや右下側にコイル導体Ｌ３の主面側端部２３が配置され、紙面右上側にコイル導体Ｌ４の主面側端部２４が配置される。

そのため、主面側端部２１が最もＶｏｕｔ端子に近くなり、主面側端部２４が最もＶｏｕｔ端子に遠くなる。したがって、Ｖｏｕｔ端子のうち、最も左側に配置されているＶｏｕｔ１と主面側端部２１を接続する接続配線３１が最も短く、Ｖｏｕｔ４と主面側端部２４を接続する接続配線３４が最も長くなっている。

そこで、Ｖｏｕｔ１のチャンネルについて最も負荷電流が大きいコイル導体Ｌ１を接続し、Ｖｏｕｔ４のチャンネルについて最も負荷電流の小さいコイル導体Ｌ４を接続する。本実施形態では、コイル導体Ｌ１の負荷電流は４００ｍＡ、コイル導体Ｌ２の負荷電流は２００ｍＡ、コイル導体Ｌ３の負荷電流は１５０ｍＡ、コイル導体Ｌ４の負荷電流は１００ｍＡとなっている。

このように、複数チャンネルを構成するコイル導体のうち、最も負荷電流の小さいチャンネルのコイル導体Ｌ４とスイッチングＩＣ３のＶｏｕｔ端子（Ｖｏｕｔ４）との間の接続配線３４を最も長くすることで、最もノイズを輻射しやすい配線に、最も負荷電流が小さいチャンネルを用いることになり、輻射ノイズを最小限に抑えることができる。

また、複数チャンネルを構成するコイル導体のうち、最も負荷電流の大きいコイル導体Ｌ１とスイッチングＩＣ３のＶｏｕｔ端子（Ｖｏｕｔ１）との間の接続配線３１を最も短くすることで、ノイズを輻射しにくい配線に、最も負荷電流が大きいチャンネルを用いることになり、より輻射ノイズを抑えることができる。

なお、本実施形態の多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータは、４チャンネル存在するため、負荷電流２００ｍＡのコイル導体Ｌ２および負荷電流１５０ｍＡのコイル導体Ｌ３も存在する。本実施形態では、コイル導体Ｌ２とスイッチングＩＣ３のＶｏｕｔ端子（Ｖｏｕｔ２）との間の接続配線３２と、コイル導体Ｌ３とスイッチングＩＣ３のＶｏｕｔ端子（Ｖｏｕｔ３）との間の接続配線３３との長さはほぼ同一であるが、より負荷電流の大きいコイル導体Ｌ２の接続配線３２の長さを接続配線３３の長さよりも短くすることが望ましい。ただし、本発明においては、最もノイズを輻射しやすい接続配線３４に、最も負荷電流の小さいチャンネルを用いることが重要であり、他のチャンネルについては負荷電流の小さい順に長い配線を用いることが必須ではない。

なお、ＤＣ−ＤＣコンバータがさらに多チャンネルの場合においても、本実施形態に示した配置関係のように、最も負荷電流の小さいチャンネルのコイル導体とスイッチングＩＣのＶｏｕｔ端子との間の接続配線を最も長くすることで、輻射ノイズを最小限に抑えることができる。また、最も負荷電流の大きいコイル導体とスイッチングＩＣのＶｏｕｔ端子との間の接続配線を最も短くすることで、より輻射ノイズを抑えることができる。

また、本実施形態の多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータは、主面側端部２１が最もＶｏｕｔ端子に近くなり、主面側端部２４が最もＶｏｕｔ端子に遠くなっているが、例えば、仮に主面側端部２４を積層体２の中央付近に配置した場合には、この主面側端部２４が最もＶｏｕｔ端子に近くなる。この場合、最も長い接続配線（例えば接続配線３３）に、最も負荷電流の大きいチャンネルを接続すればよい。また、この場合、接続配線３４が最も短くなるため、最も負荷電流の大きいチャンネルを接続配線３４で接続すればよい。

１…ＤＣ−ＤＣコンバータ
２…積層体
３…スイッチングＩＣ
１１，１２，１３，１４…ランド電極
２１，２２，２３，２４…主面側端部
３１，３２，３３，３４…接続配線

Claims (2)

1. 内部に複数のコイル導体が形成された積層体と、
   前記積層体の主面上に設けられ、前記複数のコイル導体と接続配線を介して電気的に接続される複数のランド電極と、
   前記複数のランド電極と接続される、複数の入力端子または出力端子を有する制御ＩＣと、
   を備えた多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、
   前記複数のコイル導体のうち、最も負荷電流が小さいコイル導体と接続される前記接続配線が最も長くなっていることを特徴とする多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 前記複数のコイル導体のうち、最も負荷電流が大きいコイル導体と接続される前記接続配線が最も短くなっていることを特徴とする請求項１に記載の多チャンネル型ＤＣ−ＤＣコンバータ。

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