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KR101251842B1 - 변압기 - Google Patents

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KR101251842B1
KR101251842B1 KR1020110137808A KR20110137808A KR101251842B1 KR 101251842 B1 KR101251842 B1 KR 101251842B1 KR 1020110137808 A KR1020110137808 A KR 1020110137808A KR 20110137808 A KR20110137808 A KR 20110137808A KR 101251842 B1 KR101251842 B1 KR 101251842B1
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KR
South Korea
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core
transformer
power signal
outside
exposed
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KR1020110137808A
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Inventor
조경래
김의종
김민호
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 변압기는 상부코어 및 하부코어를 포함하며, 상기 상부코어 및 하부코어 중 적어도 하나는 센터부 및 상기 센터부의 양측에 형성되는 사이드부를 포함하여 'E' 형상으로 형성되는 코어; 상기 코어의 내부에 제공된 절연시트; 상기 절연시트의 일측에 제공되고, 상기 사이드부에 권선되는 1차 권선부; 및, 상기 절연시트의 타측에 제공되고, 상기 사이드부에 권선되는 2차 권선부;를 포함한다.

Description

변압기{Transformer}
실시예는 변압기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 직류전압의 크기를 변화시켜 출력하는 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, SMPS(Switching Mode Power Supply) 등에 사용되는 직류/직류 소프트 스위칭 컨버터(DC/DC Soft Switching Converter)에 관한 것이다.
SMPS(Switching Mode Power Supply)는 전자 계산기, 전자 교환기 및 OA 기기 등과 같은 전자ㆍ통신 기기의 직류 안정화 전원으로서 폭넓게 이용되고 있다. SMPS는 반도체 소자의 스위칭 프로세스를 이용하여 전력의 흐름을 제어함으로써 종래의 안정화 전원에 비하여 고효율화, 소형화, 및 경량화에 있어서 큰 장점을 갖는 안정화 전원이다.
그런데, 이러한 전자ㆍ통신 기기에 있어서 시스템 부분은 반도체 집적회로의 발전에 따라 급속히 소형ㆍ경량화가 이루어지고 있는 반면, 전원 부분은 에너지 축적용 소자인 인덕터와 커패시터의 존재로 인하여 소형ㆍ경량화에 한계가 있게 된다. 따라서, 전자ㆍ통신 기기의 소형 경량화를 위해서는 SMPS의 소형ㆍ경량화가 상대적으로 큰 비중을 차지하고 있다.
SMPS는 크게 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 AC/DC형과 직류전압을 직류전압으로 변환시키는 DC/DC형으로 나눌 수 있으며, 이는 다시 절연형과 비절연형으로 나눌 수 있다. 비절연형에는 강압형 (Buck Type 또는 Step-Down Type)과 승압형 (Boost Type 또는 Step-Up Type) 및 승강압형 (Buck-Boost Type) 이 있고, 절연형은 주로 트랜스포머를 사용하며 승강압형 (Buck-Boost type) 인 플라이백 (Flyback), RCC, 그리고 강압형인 포워드 (Forward), 하프브리지(Hafl Bridge), 풀브리지 (Full Bridge), 푸시풀 (Push-Pull) 등이 있다. 이러한 것들은 대개 스위치의 온(ON) 타임을 제어하여 전력을 제어하므로, 스위칭 모드 파워 서플라이 (SMPS)라고 칭해진다.
전술한 바와 같이 SMPS의 크기와 무게를 줄이기 위해서는, SMPS의 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 부피와 무게에 있어서 큰 비중을 차지하는 트랜스포머, 인덕터, 커패시터 등의 크기와 무게를 줄일 수 있다. 이에 따라 동급의 다른 방식의파워 서플라이 (Linear Power Supply) 에 비하여 크기와 무게를 현저히 줄일 수 있게 된다. 또한, SMPS는 간편한 제어 특성으로 인해 파워 서플라이 부분에서 주류를 이루어 왔다.
그러나, DC/DC 스위칭 컨버터는 사이즈 및 무게에 대한 제한 사항이 많고, 컨버터에서 트랜스포머 및 인덕터로 인해 부피가 증가하여 소형화에 제한요소로 작용하는 문제점이 존재한다.
실시예에 따른 변압기 및 그 제조방법은 변압기를 슬림하게 제작할 수 있으므로, 변압기를 포함하여 제작되는 전원 공급 장치를 슬림하게 제작할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 변압기 및 그 제조방법은 변압기의 제작 비용을 줄이면서 변압의 효율성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 변압기는 상부코어 및 하부코어를 포함하며, 상기 상부코어 및 하부코어 중 적어도 하나는 센터부 및 상기 센터부의 양측에 형성되는 사이드부를 포함하여 'E' 형상으로 형성되는 코어; 상기 코어의 내부에 제공된 절연시트; 상기 절연시트의 일측에 제공되고, 상기 사이드부에 권선되는 1차 권선부; 및, 상기 절연시트의 타측에 제공되고, 상기 사이드부에 권선되는 2차 권선부;를 포함한다.
실시예에 따른 변압기 및 그 제조방법은 변압기를 슬림하게 제작할 수 있으므로, 변압기를 포함하여 제작되는 전원 공급 장치를 슬림하게 제작할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 변압기 및 그 제조방법은 변압기의 제작 비용을 줄이면서 변압의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 컨버터의 회로도이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 컨버터의 변압기를 나타낸 회로도이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 변압기의 구성요소를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 변압기의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 종래 기술에 따른 컨버터의 회로도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컨버터의 변압기를 나타낸 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 출력전류의 리플 저감이 가능한 풀 브릿지 DC/DC 컨버터의 영전압/영전류 스위칭을 위한 회로의 일 실시예가 구현된 풀 브릿지 DC/DC 컨버터를 도시한 것으로서, 풀 브릿지의 스위치(S1,S2,S3,S4)의 개폐동작에 따라 1차의 전류와 전압을 2차에 유도하는 변압기(100, 200), 2차에서 전류를 일방향으로 흐르도록 하는 풀 브릿지 정류기(300), 2차에 인가된 출력평활용 필터(L1,L2,L3,L4 및 Co)를 포함하여 구성되어 있다.
출력평활용 필터(L1,L2,L3,L4 및 Co) 중 인덕터(L1,L2,L3,L4)는 전류 평활에 사용되는데, 이에 따라 상기 인덕터(L1,L2,L3,L4) 및 변압기(100, 200)에 각각 사용되는 코일에 의해 소자의 부피가 증가하는 문제점이 존재한다.
발명의 실시예에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 변압기와 2개의 인덕터를 한 쌍의 코어로 구현하는 통합 마그넷(Integrated Magnet)을 설계한다. 즉, 제1 변압기(100)에는 출력평활용 필터(L1,L2)가 연결되고, 제2 변압기(200)에는 출력평활용 필터(L3,L3)가 연결되는 구성으로 형성된다.
실시예에서는 이차 변압기가 하나의 일차에 일렬로 연결되었으나, 회로 구성에 따라 단일의 이차으로 구성될 수도 있고, 이에 따라 출력평활용 필터로 동작하는 인덕터의 개수도 변경될 수 있다.
상기 인덕터는 일단이 상기 변압기의 이차와 연결되고, 타단은 상기 출력평활용 필터의 커패시터(Co)와 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 구성요소를 나타낸 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 변압기는 상부 코어(105), 1차 권선부(150), 절연시트(160), 2차 권선부(170) 및 하부 코어(180)를 포함한다.
상부 코어(105)는 자계 형성을 유도하도록 제공되고, 절연시트(160)는 상부 코어(105)의 내부 일측에 제공되어 2차 권선부(170)를 절연시키도록 제공된다.
상기 상부 코어(105)는 "E"자 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상부 코어(105)를 구체적으로 설명하면, 센터부(120), 제1 및 제2사이드부(110,130)를 포함하며, 제1사이드부(110), 제2사이드부(130) 및, 센터부(120)의 일단부는 서로 연결되며 타측은 분기된다.
상기 제1 및 제2사이드부(110,130)는 하부 코어(120a)의 양단에 배치되며, 센터부(120)는 상기 제1 및 제2사이드부(110,130)로부터 이격되며 상기 제1 및 제2사이드부(110,130)의 중앙에 배치된다. 상기 센터부(120)의 두께는 상기 제1 및 제2사이드부(110,130)의 두께보다 얇은 두께로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 하부 코어(180)의 구조는, I자 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2사이드부(110,130)에는 코일이 권선될 수 있다. 자세하게, 1차 권선부(150)와 2차 권선부(170)가 절연시트(160)를 사이에 두고 권선될 수 있다. 이는 제2 변압기(200)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도면을 기준으로 2차 권선부(170)는 절연시트(160)의 하부에 제공되고, 상부 코어(105)의 제1 및 제2사이드부(110,130)를 감싸도록 형성될 수 있다.
여기서, 2차 권선부(170)는 인덕턴스 성분을 갖는 금속 패턴층으로 제공될 수 있다. 또한, 인덕턴스 성분을 갖는 금속 패턴층은 도전율이 높은 금속 재질로 제공되어 변압된 전원 신호를 효율적으로 원활하게 출력하도록 제공될 수 있다.
전원 신호 공급부(155)는 코어(105)의 외부로 노출된 1차 권선부(150)와 전기적으로 연결되어 전원 신호를 공급하도록 제공된다. 이때, 전원 신호 공급부(155)는 코어(105)의 외부로 노출된 1차 권선부(150)의 끝단과 전기적으로 연결되도록 제공될 수 있다.
또한, 전원 신호 공급부(155)는 도전율이 높은 금속 재질로 제공되어 전원 신호를 1차 권선부(150)로 효율적으로 공급하도록 제공될 수 있다.
전원 신호 출력부(175)는 하부 코어(180)의 외부로 노출된 2차 권선부(170)와 전기적으로 연결되어 2차 권선부(170)에 의해 변압된 전원 신호를 출력하도록 제공될 수 있다.
이때, 전원 신호 출력부(175)는 하부 코어(180)의 외부로 노출된 2차 권선부(170)의 끝단과 전기적으로 연결되도록 제공될 수 있다.
또한, 전원 신호 출력부(175)는 도전율이 높은 금속 재질로 제공되어 2차 권선부(170)를 통해 변압된 전원 신호를 효율적으로 원활하게 출력하도록 제공될 수 있다.
상기에서 검토한 바와 같이, 코어의 사이드부에 권선됨으로써, 변압기와 전류 평활용 인덕터가 하나의 코어에 구현되어 통합 마그넷(Integrated Magnet)을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 변압기가 순차적으로 제조되는 방법을 살펴보면 하기과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변압기의 제조방법은 상부 코어 준비단계(S601), 1차 권선부 형성단계(S605), 절연시트 형성단계(S607), 2차 권선부 형성단계(S609), 하부 코어 형성단계(S611), 전원 신호 공급부 형성단계(S613), 전원 신호 출력부 형성단계(S615)의 단계로 수행될 수 있다.
상부 코어 준비단계(S601)는 자계 형성을 유도하도록 상부 코어(105)를 준비하는 단계를 수행하고, 다음으로 1차 권선부 형성단계(S605)는 상부 코어(105)의 하부에 형성시키고, 일부가 상부 코어(105)의 외부로 노출되도록 1차 권선부(150)를 형성시키는 단계를 수행한다.
여기서, 1차 권선부 형성단계(S605)는 1차 권선부(150)를 인덕턴스 성분을 갖는 코일로 권선하는 단계일 수 있다.
이후, 절연시트 형성단계(S607)는 1차 권선부(150)의 하부에 절연시트를 배치하여 1차 및 2차 권선부를 전기적으로 절연시키는 단계를 수행한다.
이후, 2차 권선부 형성단계(S609)는 절연시트(160)의 하부에, 일부가 하부 코어(180)의 외부방향으로 노출되도록 2차 권선부(170)를 형성시키는 단계를 수행한다.
여기서, 2차 권선부 형성단계(S609)는 2차 권선부(170)를 인덕턴스 성분을 갖는 코일로 권선하는 단계일 수 있다.
이때, 2차 권선부 형성단계(S609)는 상부 코어(105)의 외부로 노출된 1차 권선부(150)와 하부 코어(180)의 외부로 노출된 2차 권선부(170)를 서로 다른 방향으로 형성시키는 단계일 수 있다.
상기 1차 및 2차 권선부는 상기 상부 코어(105)의 제1사이드부(110), 제2사이드부(130)에 권선될 수 있다.
이후, 상부 코어(105)와 하부 코어(180)를 결합시키는 단계를 수행한다. 다음으로, 전원 신호 공급부 형성단계(S613)는 상부 코어(105)의 외부로 노출된 1차 권선부(150)와 전기적으로 연결하여 전원 신호를 공급하도록 전원 신호 공급부(155)를 형성시키는 단계를 수행한다. 이때, 전원 신호 공급부 형성단계(S613)는 전원 신호 공급부(155)를 상부 코어(105)의 외부로 노출된 1차 권선부(150)의 끝단과 전기적으로 연결하여 형성시키는 단계일 수 있다.
또한, 전원 신호 공급부 형성단계(S613)는 전원 신호 공급부(155)를 도전율이 높은 금속 재질로 형성시켜, 전원 신호를 효율적으로 1차 권선부(150)로 공급시키는 단계일 수 있다.
이때, 전원 신호 공급부 형성단계(S613)는 전원 신호 공급부(155)를 인쇄 회로 기판에 형성된 비아 홀과 체결되도록 터미널 단자로 형성시키는 단계일 수 있다.
마지막으로, 전원 신호 출력부 형성단계(S615)는 하부 코어(180)의 외부로 노출된 2차 권선부(170)와 전기적으로 연결하여 2차 권선부(170)에 의해 변압된 전원 신호를 출력하도록 전원 신호 출력부(175)를 형성시키는 단계를 수행한다.
이때, 전원 신호 출력부 형성단계(S615)는 전원 신호 출력부(175)를 하부 코어(180)의 외부로 노출된 2차 권선부(170)의 끝단과 전기적으로 연결하여 형성시키는 단계일 수 있다.
또한, 전원 신호 출력부 형성단계(S615)는 전원 신호 출력부(175)를 도전율이 높은 금속 재질로 형성시켜, 2차 권선부(106)를 통해 변압된 전원 신호를 효율적으로 원활하게 출력시키는 단계일 수 있다.
이때, 전원 신호 출력부 형성단계(S615)는 전원 신호 출력부(175)를 인쇄 회로 기판에 형성된 비아 홀과 체결되도록 터미널 단자로 형성시키는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 변압기는 변압기를 슬림하게 제작할 수 있으므로, 변압기를 포함하여 제작되는 전원 공급 장치를 슬림하게 제작할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 변압기 및 그 제조방법은 변압기의 제작 비용을 줄이면서 변압의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 상부코어 및 하부코어를 포함하며, 상기 상부코어는 센터부 및 상기 센터부의 양측에 형성되는 사이드부를 포함하여 'E' 형상으로 형성되고, 상기 하부코어는 사이드부를 포함하는 'I' 형상으로 형성되는 코어; 상기 코어의 내부에 제공된 절연시트; 상기 절연시트의 일측에 제공되고, 상기 사이드부에 권선되는 1차 권선부; 및, 상기 절연시트의 타측에 제공되고, 상기 사이드부에 권선되는 2차 권선부;를 포함하는 제1 변압기; 및,
    상기 제1 변압기와 동일한 구성으로 형성되는 제2 변압기;를 포함하는 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 권선부는 코어의 외부로 일부가 노출되고, 상기 코어의 외부로 노출된 상기 1차 권선부와 상기 코어의 외부로 노출된 상기 2차 권선부는 서로 다른 방향인 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 권선부는 인덕턴스 성분을 갖는 코일로 권선되는 컨버터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부코어 및 하부코어 중 적어도 하나는 I 형상으로 형성되는 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 외부로 노출된 상기 1차 권선부와 전기적으로 연결되어 전원 신호를 공급하는 전원 신호 공급부; 및
    상기 코어의 외부로 노출된 상기 2차 권선부와 전기적으로 연결되어 상기 2차 권선부에 의해 변압된 전원 신호를 출력하는 전원 신호 출력부;를 포함하는 컨버터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전원 신호 공급부는 상기 코어의 외부로 노출된 상기 1차 권선부의 끝단과 전기적으로 연결된 컨버터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전원 신호 출력부는 상기 코어의 외부로 노출된 상기 2차 권선부의 끝단과 전기적으로 연결된 컨버터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전원 신호 공급부와 상기 전원 신호 출력부 중 적어도 하나는 도전율이 높은 금속 재질을 포함하는 컨버터.

  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변압기 및 제2 변압기의 2차측에 연결되는 다이오드;를 포함하는 컨버터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다이오드는 캐소드가 상기 제1 변압기 및 제2 변압기의 2차측에 연결되는 컨버터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변압기 및 제2 변압기와 병렬로 연결되는 출력평활 카패시터;를 포함하는 컨버터.
KR1020110137808A 2011-12-19 2011-12-19 변압기 Active KR101251842B1 (ko)

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KR101830788B1 (ko) 2016-05-04 2018-02-21 엠투파워 주식회사 포워드-플라이백 버스 컨버터의 2차측 권선을 위한 코어부, 이에 삽입 가능한 동박 및 포워드-플라이백 버스 컨버터

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