DE3346284A1

DE3346284A1 - Drosselspule fuer halbleiterschaltungen

Info

Publication number: DE3346284A1
Application number: DE19833346284
Authority: DE
Inventors: Yorio Tokyo Hirose; Yasunobu Machida Tokyo Sakamizu
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-12-23
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1984-07-05
Also published as: NL8304358A; US4745536A; JPS59150414A

Description

a ·

N ·

Drosselspule für Halbleiterschaltungen

Die Erfindung betrifft eine Drosselspule für eine Halbleiterschaltung bzw. eine Schaltung mit einer Halbleitervorrichtung.

Wenn die Polarität einer an eine Halbleitervorrichtung, z.B. eine Diode, angelegten Spannung abrupt umgekehrt wird, verliert die Diode in der Regel zeitweilig ihre Ausgangsfunktion, so daß durch sie ein umgekehrter Strom fließt. Obwohl die Diode nach kurzer Zeit (Erholungsdauer) ihre Ausgangsfunktion wiedergewinnt, kann die Diode unbrauchbar werden, wenn der umgekehrte Strom, d.h. ein Spitzenstrom, hoch ist. Wenn ferner in einer Schaltung, in der ein Spitzenstrom auftritt, frequenzabhängige Elemente, z.B. eine Spule und ein Kondensator, vorgesehen sind, führt der Spitzenstrom für eine recht lange Zeitdauer zu einem Pfeifen. Der Spitzenstrom und das Pfeifen beeinträchtigen den normalen Betrieb der Schaltung. Diese unechten Komponenten werden zu in den Ausgang aus der Schaltung eingemischten Störsignalen. Daneben entstehen auch noch infolge einer abrupten Stromflußumkehr elektromagnetische Störsignale. In anderen Worten gesagt, werden Störsignale in Form von Radiowellen in den Raum abgestrahlt.

Stromspitzen, Pfeifen und elektromagnetisches Rauschen

bzw. elektromagnetische Störsignale sind maßgebliche un echte Komponenten bei der Vermeidung einer großen Strom steuerung in einem hochfrequenten Bereich. Dies erfolgt in typischer Weise in Halbleiterschaltungen, z.B. in einem Schaltstromspeisekreis.

Zur Vermeidung der Stromspitze, des Pfeifens und des elektromagnetischen Rauschens wird in der Schaltung mit einer Halbleitervorrichtung eine Drosselspule in Reihe geschaltet. Die Drosselspule enthält einen Kern mit durchgehender öffnung etwa in einem Zentrum und einen durch die durchgehende öffnung hindurch um den Kern gewickelten Leiter. Der Kern ist vom Leiter isoliert. Eine übliche Drosselspule enthält einen Ferrit- oder Permalloykern. Bei Verwendung eines Ferritkerns verschlechtert sich, da das Rechteckigkeitsverhältnis (squareness ratio) Br/B. und die gesättigte Magnetflußdichte gering sind, das Ansprechen des Kerns. Um ein wirksames Ansprechen des Kerns gewährleisten zu können, muß die Kerngröße erhöht werden. Bei Verwendung eines Permalloykerns erhält dieser eine hohe Koerzitivkraft (Hc), wodurch in höchst unbequemer Weise die Hochfrequenzeigenschaften verschlechtert werden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Drosselspule für Halbleiterschaltungen anzugeben, mit deren Hilfe sich Spitzenströme, ein Pfeifen und ein elektromagnetisches Rauschen bzw. elektromagnetische Störsignale wirksam verhindern lassen.

Der Kern der erfindungsgemäßen Drosselspule besteht aus einer amorphen, magnetischen Legierung mit einer Magnetflußdichte B₁ in einem Magnetfeld von 1 Oe von 6 Kilogauss oder mehr, einer Koerzitivkraft (Hc) von 0,5 Oe oder weniger und einem Rechteckigkeitsverhält-

nis Br (Restmagnetflußdichte)/B. von 0,8 oder mehr bei einer eingestellten Frequenz von 100 kHz.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Drosselspule für eine Halbleiterschaltung mit einem Kern mit durchgehender öffnung aus einer amorphen magnetischen Legierung mit B- von 6 Kilogauss oder mehr, einer Koerzitivkraft von 0,5 Oe oder weniger und einem Rechteckig- -keitsverhältnis von 0,8 oder mehr bei einer Frequenz von 100 kHz und einem durch die durchgehende öffnung hindurch um den Kern gewickelten Leiter, der vom Kern isoliert ist.

Mit einer erfindungsgemäßen Drosselspule lassen sich ein Spitzenstrom, ein Pfeifen und ein elektromagnetisches Rauschen bzw. elektromagnetische Störsignale wirksam verhindern. Eine erfindungsgemäße Drosselspule läßt sich selbst in hochfrequentem Bereich wirksam betreiben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Drosselspule gemäß der Erfin

dung und

Fig. 2 ein Schaltbild einer zum Testen des Leistungsvermögens der Drosselspule gemäß Fig. 1 dienenden Schaltung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht eine Drosselspule gemäß der Erfindung aus einem Kern 12 mit durchgehender öffnung 14. Die Außenseite des Kerns 12 ist mit einem Isolator, z.B. einem Harz, beschichtet. Durch die durch-

gehende Öffnung 14 hindurch ist um den Kern 12 ein einzelner Leiter 16 gewickelt. Auch der Leiter 16 ist mit einem Harz u.dgl. beschichtet. In ihrem äußeren Aussehen entspricht eine erfindungsgemäße Drosselspule üblichen Drosselspulen, so daß auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.

Der Kern einer erfindungsgemäßen Drosselspule besteht, wie bereits erwähnt, aus einer amorphen magnetischen Legierung eines B₁-Wertes von 6 Kilogauss oder mehr, einer Koerzitivkraft von 0,5 Oe oder weniger und eines Rechteckigkeitsverhältnisses von 0,8 oder mehr bei einer Frequenz von 100 kHz.

Erfindungsgemäß bevorzugten amorphen magnetischen Legierungen kommt folgende allgemeine Formel:

^Coa^Mb^M'c^Yd ⁽¹⁾

zu.

In der Formel bedeuten:
M Eisen und/oder Mangan;

M¹ ein tlbergangsmetall mit Ausnahme von Eisen und Mangan;

Y Silizium, Bor, Phosphor, Kohlenstoff, Germanium, Zink und/oder Aluminium und

a, b, c und d die atomprozentualen Anteile der einzel-

nen Legierungselernente, wobei gilt, daß:

a+b+c+d= 100;

50 < a ί 80;

0 < b I 10 und
Oi c ^0.

	Bereiche	*	-JB*-	* *	. · ·. ·	3346284
	;	für a,
Bevorzugte	und		b,	c und d sind:
55 < a ί 75
2 ί b $ 8
1 < c S 8.

Bevorzugte Metalle M¹ sind Chrom, Nickel, Niob, Molybdän, Zirkonium, Wolfram, Ruthenium, Titan, Vanadium, Tantal, Hafnium, Rhenium, Kupfer und/oder Yttrium.

Das Element "M" in der angegebenen Formel dient dazu, die Magnetostriktion der amorphen Legierung zu vermindern, so daß die magnetischen Eigenschaften der Drosselspule gegen eine Beeinträchtigung im Falle, daß die Drosselspule - wie erfindungsgemäß - durch Ausformen des Harzes mit dem Harz überzogen wird, bewahrt werden kann.

Das Element ¹¹M¹" in der angegebenen Formel trägt zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften und der thermischen Stabilisierung der amorphen Legierung bei, so daß die Drosselspule über lange Zeit hinweg ohne Verlust ihres Leistungsvermögens benutzt werden kann.

Das Element "Y" in der angegebenen Formel dient dazu, die Legierung amorph zu machen.

Kern einer erfindungsgemäßen Drosselspule erhält man wie folgt:

Aus einer Düse wird erschmolzenes Metall in Form eines dünnen Films auf eine gekühlte Walze ausgestoßen. Auf diese Weise, d.h. durch das geschilderte Einzelwalzenverfahren, erhält man ein Band aus einer amorphen magne tischen Legierung einer Stärke von etwa 10-50 um. Auf das Band wird dann ein isolierendes Material, z.B. pul-

verförmiges Magnesiumoxid, appliziert, um das Band zu isolieren. Das isolierte Band wird anschließend um ein geeignetes Kernrohr herumgewickelt, worauf das Rohr herausgezogen wird. Auf diese Weise erhält man den Kern einer erfindungsgemäßen Drosselspule. Anderer seits kann der zentrale Teil des in der geschilderten Weise erhaltenen Bandes aus der amorphen magnetischen Legierung auch ausgestanzt werden, worauf auf das erhaltene Gebilde ein isolierendes Material, z.B. pulverförmiges Magnesiumoxid, appliziert wird. Die erhaltenen Bänder werden schließlich zur Herstellung eines Kerns aufeinandergestapelt.

Da dem Fachmann das Einzelwalzenverfahren zur Herstellung einer amorphen Legierung bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.

Der in beliebiger Weise hergestellte Kern wird dann mit einem Harz beschichtet, worauf durch die durchgehende öffnung im Kern hindurch um den Kern ein isolierter einzelner Leiter herumgewickelt wird. Hierbei erhält man eine Drosselspule gemäß der Erfindung.

Die Drosselspule ist in einer Schaltung in der Regel mit einer Halbleitervorrichtung in Reihe geschaltet. Auf diese Weise läßt sich durch die Drosselspule eine aus der Halbleitervorrichtung kommende Stromspitze vermindern.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher ver anschaulichen .

Beispiel 1
Nach dem Einzelwalzenverfahren wird ein Band aus einer

-τι amorphen magnetischen Legierung der Formel Co₆₈Fe₃Cr₃Si₁₃B₁₃ hergestellt, worauf auf das Band pulverförmiges Magnesiumoxid appliziert wird. Das isolierte Band wird dann 2CXjnal um ein Quarzrohr eines Durchmessers von 6 mm herumgewickelt. Nach Entfernen des Quarzrohres aus der Bandwicklung erhält man einen Kern. Der Kern wird mit einem Epoxyharz beschichtet und auf diese Weise isoliert. Um den isolierten Kern wird dann 4_mal ein isolierter Leiter herumgewickelt, wobei man eine Drosselspule gemäß der Erfindung erhält.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird die erhaltene Drosselspule in einem Schaltstromspeisekreis mit einer Diode 18 in Reihe geschaltet. Bei auf 100 kHz eingestellter Frequenz werden dann der Wirkungsgrad (prozentuales Verhältnis von Ausgang aus einem Schaltstromspeisekreis zum Eingang zu einem Transformator im Speisekreis), ein Spitzenstrom, ein Pfeifen und ein Hochfrequenzrauschen gemessen.

Weiterhin werden um den Kern zwei isolierte Leiter herumgewickelt. Unter Verwendung einer Wechselstrom-Magnetfeld-Meßvorrichtung erhält man bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes von 1 Oe eine Wechselstrom-Hysteresekurve bei einer Frequenz von 100 kHz. Entsprechend dieser Kurve werden B₁, die Koerzitivkraft und das Rechteckigkeits_nverhältnis ermittelt.

Zu Vergleichszwecken wird derselbe Test mit Drosselspulen, deren Kerne aus Ferrit bzw. Permalloy bestehen, wiederholt.

Schließlich wird der Test auch noch durchgeführt, um den Spitzenstrom, das Pfeifen und ein Hochfrequenzrausehen zu bestimmen, wenn die erfindungsgemäße Drossel-

spule nicht in der Halbleiterschaltung verwendet wird. Die erhaltenen Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle I.

TABELLE I

10

15

Ohne Drossel- Beispiel Ferritkern Permalloykern spule

Wirkungsgrad in %	77	78	75	74
Spitzenstrom (A)	5,4	0,15	4,4	2,8
Pfeifen	deutlich	fehlt	deutlich	gering
Hochfrequenz rauschen (dB)	O	-22	-3	-5

Bemerkungen

Drosselspule erzeugt Wärme

20

25

B₁ (KG)

Koerzitivkraft (Oe)

Rechteckigkeitsverhält nis

6,4

0,42

0,85

3,8

0,62

0,75

8,0

1,2

0,90

Beispiel 2

Nach dem Einzelwalzenverfahren werden Bänder aus verschiedenen amorphen magnetischen Legierungen der in Tabelle II angegebenen Zusammensetzung hergestellt. Jedes Band wird derart gewickelt, daß Kerne der Abmessungen 7mmx6mmx4mm erhalten werden. Die Kerne werden

30 min lang auf eine Temperatur von 400°C erhitzt. Eine Bestimmung von B₁, der Koerzitivkraft und des Rechteckigkeitsverhältnisses bei einer Frequenz von 100 kHz ergibt die in Tabelle II aufgeführten Ergebnisse.

Unter Verwendung der erhaltenen Kerne werden entsprechend Beispiel 1 Drosselspulen hergestellt. Diese werden dann in dem in Beispiel 1 erläuterten Schaltstromspeisekreis auf ihren Wirkungsgrad hin getestet. Die Prozentwerte für den Wirkungsgrad der Drosselspulen liegen im Bereich von 78 - 80 %. Bei dieser Diodenschaltung treten keine Stromspitze und kein Pfeifen auf, vielmehr ist ein normaler Schaltungsbetrieb gewährleistet.

	TABELLE II	B₁ (KG)	Hc (Oe)	BrZB₁ (%)
Legie rung Nr.	Zusammensetzung	7,0	0,31	97,2
1	CO₆₇Fe₅Ni₃Si₁₀B₁₅	7,2	0,34	96,8
2	CO₆₈Fe₄Nb₂Si₁₃B₁₃	7,5	0,35	98,0
3	Co₇₁Fe₂Mn₄Si₁₄B₉	7,2	0,32	97,0
.4	Co₇₀Fe₃Mo₂Ti₁Ge₉B₁₅	7,4	0,34	97,5
ß	^Co68^Fe5^Zr3^Nb2^Si10^B10^C2	6,8	0,30	96,8
6	Co₆₆Fe₅W₅Si₁₁B₁₁Sn₂	6,3	0,27	96,8
7	^Co66^Fe4^Ru2^Si10^B18

λ%

- Leerseite -

Claims

PATENTANSPRÜCHE

!Drosselspule für eine Halbleiterschaltung mit einem Kern mit durchgehender Öffnung und einem durch die durchgehende Öffnung hindurch um den Kern gewickelten und vom Kern isolierten Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einer amorphen magnetischen Legierung einer Magnetflußdichte von mindestens - _r 6 Kilogauss bei einem externen Magnetfeld von 1 Oersted,.

einer Koerzitivkraft von höchstens 0,5Oersted und einem Rechteckigkeitsverhältnis (squareness ratio) von mindestens 0,8 bei einer festgelegten Frequenz von 100 kHz besteht.
2. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der amorphen magnetischen Legierung die allgemeine Formel:

^Coa^Mb^Mic^Yd
25

worin bedeuten:
a M Eisen und/oder Mangan;

M¹ ein Übergangsmetall mit Ausnahme von Eisen und Mangan;

Y Silizium, Bor, Phosphor, Kohlenstoff, Germanium, Zink und/oder Aluminium und

a, b, c und d die atomprozentualen Anteile der betreffenden (Metall-)Atome in der Legierung,

-2-

wobei gilt, daß a+b+c+d= 100; 50 = a = 80; O <■ b ^ 10 und O = c = 10,

zukommt.
3. Drosselspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der amorphen magnetischen Legierung die angegebene allgemeine Formel mit M¹ gleich Chrom, Nickel, Niob, Molybdän, Zirkonium, Wolfram, Ruthenium, Titan, Vanadium, Tantal, Hafnium, Rhenium, Kupfer oder Yttrium zukommt.
4. Drosselspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der angegebenen Formel für a, b, c und d gilt: 55 = a = 75; 2 = b = 8; 1 = c = 15