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KR102366027B1 - 변압기 장치, 회로 장치, 및 변압기 장치를 동작시키는 방법 - Google Patents

변압기 장치, 회로 장치, 및 변압기 장치를 동작시키는 방법 Download PDF

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KR102366027B1
KR102366027B1 KR1020207011770A KR20207011770A KR102366027B1 KR 102366027 B1 KR102366027 B1 KR 102366027B1 KR 1020207011770 A KR1020207011770 A KR 1020207011770A KR 20207011770 A KR20207011770 A KR 20207011770A KR 102366027 B1 KR102366027 B1 KR 102366027B1
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앤톤 토마
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주식회사 아도반테스토
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Abstract

변압기 장치는 자기적으로 결합되는 1차 권선 및 2차 권선을 포함한다. 변압기 장치는 또한 1차 권선의 단자와 2차 권선의 단자 사이에 링크를 제공하도록 회로화되는 보상 장치를 포함한다. 보상 장치는 1차 권선 및 2차 권선을 통한 자속의 변화가 보상 장치 내에 전압을 유도하도록 구성된다. 보상 장치는 DC 전류를 차단하고 유도된 전압에 의해 야기된 전류를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 결합 커패시터를 포함한다. 보상 장치는 유도된 전압에 의해 야기된 전류를 사용하여 1차 권선과 2차 권선 사이의 권선간 커패시턴스에 의해 야기되는 전류를 적어도 부분적으로 보상하도록 구성된다.

Description

변압기 장치, 회로 장치, 및 변압기 장치를 동작시키는 방법
본 발명에 따른 실시예는 변압기 장치, 회로 장치, 및 변압기 장치를 동작시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 실시예는 평면 변압기의 공통 모드 잡음 제거에 관한 것이다.
평면 변압기는, 레벨 변환, 에너지 전달 또는 전기 절연 목적을 제공하기 위해 DC/DC(DC는 직류를 의미함) 전력 변환에 사용된다. 평면 변압기에서 권선은 필요한 권선을 형성하는 구리 트레이스로 실현된다. 권선은 PCB(인쇄 회로 기판) 절연 재료에 의해 분리된다. 동작 시에, 권선은 전압 레벨을 번갈아 변경한다. 1차 권선이 2차 권선에 근접하면 변압기의 입력과 출력 간에 용량성 결합이 야기된다. 이는 변압기의 1차측과 2차측 사이에 공통 모드 잡음으로 간주되는 AC(AC는 교류를 의미함) 전류 흐름을 생성한다. 공통 모드 잡음은 2차측 공급 회로의 성능을 저하시킨다.
따라서 공통 모드 잡음의 감소, 효율성 및 비용 사이에서 더 나은 절충안을 만드는 개념을 얻는 것이 요구된다.
본 발명에 따른 실시예는 1차 권선 및 2차 권선을 포함하는 변압기 장치에 관한 것이다. 1차 권선과 2차 권선은 자기적으로 결합된다. 변압기 장치는 또한 보상 장치를 포함한다. 보상 장치는 1차 권선의 단자와 2차 권선의 단자 사이에 링크(이것은 예를 들어 AC 링크 또는 예를 들어 DC 차단 AC 링크일 수 있음)를 제공하기 위해 회로화(회로화는 또한 배치되거나 구성되는 것으로 이해될 수 있음)된다. 변압기 장치의 보상 장치는 1차 권선 및 2차 권선을 통한 자속의 변화가 보상 장치 내에 (예를 들어, 와이어를 따라) 전압을 유도하도록 구성된다. 보상 장치는 또한, DC 전류(예를 들어, 1차 권선의 단자와 2차 권선의 단자 사이 또는 링크를 따라 흐르는 전류)를 차단하고 유도된 전압에 의해 야기된 전류(예를 들어, 2차 권선의 단자를 향해 흐르는 전류)를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 결합 커패시터(예를 들어, 직렬 접속됨)를 포함한다. 보상 장치는, 유도된 전압에 의해 야기된 전류를 사용하여 1차 권선과 2차 권선 사이의 권선간 커패시턴스에 의해 야기되는 기생 전류(각각, 공통 모드 잡음)를 적어도 부분적으로 보상하도록 구성된다.
따라서, 구성요소의 수 또는 변압기의 크기를 크게 증가시키지 않고도 공통 모드 잡음이 크게 감소될 수 있다.
이 실시예는, 1차 권선의 단자와 2차 권선의 단자 사이에 AC 링크를 제공하고 1차 권선 및 2차 권선을 통한 공통 자속의 변화에 의해 영향을 받는 보상 장치를 사용하여, 1차 권선과 2차 권선 사이의 기생 용량성 결합에 의해 야기되는 공통 모드 잡음을 상쇄시키는 것이 효율적이라는 아이디어에 기초하는데, 이는 보상 장치 내에 유도된 전압에 의해 야기되고 결합 커패시터를 통해 흐르는 전류가, 1차 권선과 2차 권선 사이의 기생 결합에 의해 야기된 전류를 상쇄시키도록 조절될 수 있기 때문이다. 따라서, 보상 장치를 통해 흐르는 전류는 1차 권선과 2차 권선 사이의 기생 커패시턴스에 의해 야기된 전류를 적어도 부분적으로 보상하기 때문에 2차측에서의 공통 모드 왜곡을 효과적으로 감소시킨다. 1차 권선의 단자와 2차 권선의 단자 사이에서 연장되는 도선 및 직렬 결합 커패시터를 포함하는 이러한 보상 장치에서 야기된 전류의 위상은 공통 모드 왜곡을 감소시키는데 매우 적합하다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 보상 장치 내에 유도된 전압의 위상은 일반적으로 1차 권선에 인가된 입력 전압과 고정(또는 거의 고정) 위상 관계에 있으며, 직렬 결합 커패시터는 보상 장치에 의해 2차 권선의 단자에 주입된 전류가 1차 권선과 2차 권선 사이의 기생 커패시턴스에 의해 야기된 전류와 비교할 때 실질적으로 180도 위상차가 나는 효과를 갖는다. 보상 장치에 의해 2차 권선의 단자에 주입된(또는 제공된) 전류의 절대값은 예를 들어 결합 커패시터의 커패시턴스 값의 적절한 선택에 의해 양호한 정확성으로 조절될 수 있다(예를 들어, 결합 커패시터에 의해 주입된 전류의 절대값은 기생 커패시턴스에 의해 야기된 전류와 30% 이하 또는 20% 이하로 상이하게 설정될 수 있다). 따라서, 종종 공간 소모적이거나 손실 및 효율에 부정적인 영향을 미치는 공통 모드 왜곡의 감소를 위한 대안적인 개념은 더이상 필요하지 않다.
대응하는 변압기 장치는 변압기의 동작 시에 자속 변화가 보상 장치의 도선(예를 들어, PCB 상의 구리 트레이스를 사용하여 구현될 수 있는 와이어)을 따라 전압을 유도한다는 통찰에 기초한다. 자속 변화는 1차 권선(1차 권선 세트라고도 함)의 전압 변화와 관련된다. 따라서, 유도된 와이어 전압(예를 들어, 보상 장치 내에 유도된 전압)은 입력 전압 변화(또는 입력 전압)에 대해 정확한 위상 및 진폭 관계를 가지는데, 이는 반면에 권선간 결합에 의해 공통 모드 잡음을 생성한다. 유도된 와이어 전압(예를 들어, 보상 장치 내에 유도된 전압)은 추가 커패시터를 통해 2차 접지 측으로 AC 전류로서 공급된다. 즉, 유도된 와이어 전압에 의해 야기된 AC 전류는 추가 커패시터를 통해 2차 접지 측으로 AC 전류로서 공급될 수 있다. 유도된 와이어 전압의 극성(이는 와이어가 연장되는 경로에 의해 결정될 수 있고, 예를 들어 와이어가 변압기의 코어의 상부 절반 코어로 라우팅되는지 또는 하부 절반 코어로 라우팅되는지의 결정에 의존할 수 있거나, 또는 예를 들어 와이어가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 감기는 설계를 통해 결정될 수 있음) 및 제거 커패시터가 올바르게 선택되면, 총 공통 모드 잡음은 이들 수단에 의해 (적어도 부분적으로) 제거될 수 있다.
(예를 들어, 보상 장치에 의해) 실제 코어 자속 변화를 포착하는 것에 관한 이점은, 이것이 변압기가 동작하는 부하 조건에 상관없이 1차 전압 변화의 정확한 카피(copy)라는 것이다. 예를 들어, 보상 장치에서 유도된 전압은 1차 전압의 정확한(어쩌면 스케일링된) 카피일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구성은 결합 커패시터를 통해 2차 권선에 결합된 전류를 사용하여 기생 커패시턴스에 의해 유도된 전류를 보상할 수 있게 한다. 따라서, 1차 권선과 2차 권선 사이의 기생 커패시턴스를 더이상 최소화할 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 따른 해결책은 종래의 해결책보다 우수하다.
예를 들어, 용량성 결합을 방지하기 위해, 레이아웃 설계 단계 동안 권선간 커패시턴스가 감소되는 것이 본 기술 분야에 명시되어 있다. 이는 1차 권선과 2차 권선 사이의 간격을 늘리거나 단면을 줄임으로써 달성할 수 있다. 일반적으로, 이는 사용 가능한 코어 볼륨 내에서 구리 사용량의 감소를 초래한다. 이는 구리 트레이스 저항을 증가시켜, 목표 전력 기능을 달성하기 위해 더 높은 전력 손실(DCR)을 야기하거나 더 큰 코어 크기를 필요로 한다. 제안된 발명은 PCB 변압기에서의 증가된 층 간격 또는 레이아웃 동안의 1차 대 2차 단면의 특수 처리를 요구하지 않는다. 이는 사용 가능한 변압기 코어 볼륨을 완전히 활용하는 것을 허용한다.
코일 설계에 의해 공통 모드 잡음이 감소될 수 없는 경우, 대응하는 커패시터를 사용하여 공통 모드 초크와 같은 공통 모드 필터링 요소를 추가하는 것이 최신 기술이다. 이런 접근법은 회로의 공간 및 비용을 유발하는 추가 구성요소를 필요로 한다. 제안된 발명을 사용하면, 외부 필터링 회로가 회피되거나 감소될 수 있다. 이는 첫 번째 프로토타입 제조 후 실제 공통 모드 잡음 동작을 조절하는 것을 가능하게 한다.
요약하면, 본 발명의 변압기 장치는 공통 모드 잡음을 상당히 감소시킬 수 있고, 1차 권선과 2차 권선 사이의 결합 해제(decoupling)에 대한 요건이 완화될 수 있고, 변압기 장치의 레이아웃은 동일한 효율을 갖는 기존 변압기보다 작기 때문에 비용이 절감될 수 있음에 유의해야 한다.
변압기 장치의 바람직한 실시예에서, 권선은 평면 변압기의 일부이다. 이것은 권선의 코일이 예를 들어 평면 층 또는 다중 평면 층에 있고, 변압기가 다층 변압기인 경우, 코일을 갖는 둘 이상의 평면 층을 포함한다는 것을 의미한다. 따라서, 변압기 장치는 매우 작을 수 있다. 더욱이, 평면 커패시터에서는 권선들 사이의 기생 용량성 결합이 일반적으로 비교적 크기 때문에, 보상 장치의 사용은 이러한 평면 커패시터에서 특히 유리하다. 또한, 보상 장치는, 예를 들어 평면 층 상의 트레이스를 보상 장치의 도선으로서 사용함으로써 이러한 평면 커패시터에서 적은 노력으로 구현될 수 있다.
변압기 장치의 바람직한 실시예에서, 1차 권선 및/또는 2차 권선은 중앙 탭을 갖는다. 중앙 탭은 예를 들어 변압기의 권선을 따라 중간 지점에서 이루어진 접촉부일 수 있다. 그러나 중앙 탭이 반드시 중간 지점에 있는 것은 아니고, 오히려 한쪽 끝에 더 가까울 수 있다. 변압기 장치는 예를 들어 다층 1차 권선 및/또는 다층 2차 권선을 가질 수 있다. 이 설계에서, 예를 들어, 상이한 층들에서 코일의 절반은 권선의 제 1 단자 및 중앙 탭에 접속되고 코일의 나머지 절반은 권선의 제 2 단자 및 중앙 탭에 접속된다. 이는, 변압기의 1차 권선을 구동하거나 변압기의 2차 권선으로부터 출력 전압을 도출하는 데 도움이 될 수 있는 적어도 3개의 단자만이 권선에 제공될 수 있다는 장점을 갖는다. 중앙 탭이 있으면 대칭 회로를 설계할 수 있다. 예를 들어, 보상 장치는 1차 권선의 중앙 탭과 2차 권선의 중앙 탭 사이에서 회로화될 수 있으므로 1차 권선 및 2차 권선의 중앙 탭의 전위들 사이에서의 동적 전위 시프트를 방지하는 것을 도울 수 있다.
변압기 장치의 바람직한 실시예에서, 중앙 탭은 기준 전위 노드이다. 따라서, 예를 들어, 입력 전압이 1차 권선의 제 1 단자 및 제 2 단자에 교대로 인가될 수 있으며, 이는 (예를 들어, 입력측 기준 전위 대해 상이한 극성의 입력 전압을 갖지 않으면서) 자속 방향의 변화를 초래한다. 또한, 1차측 기준 전위와 2차측 기준 전위는 서로 독립적이거나 플로팅될 수 있음에 유의해야 한다. 따라서, 보상 장치는 예를 들어 기생 용량성 결합에 의해 야기된 전류를 상쇄시키는 전류를 제공함으로써 1차측 기준 전위와 2차측 기준 전위 사이의 동적 시프트를 감소시키는 것을 도울 수 있다.
변압기 장치의 바람직한 실시예에서, 1차 권선 및 2차 권선은 적어도 하나의 턴을 갖는 적어도 하나의 코일을 갖는다. 1차 권선 또는 2차 권선의 권선은 예를 들어 둘 이상의 층을 가질 수 있다. 이러한 설계에서, 권선은 예를 들어, 각 층에 하나의 코일을 가지며, 각각의 코일은 적어도 하나의 턴을 가질 수 있다(이는 예를 들어, 360°의 하나의 곡선, 360°의 하나의 나선형 또는 하나의 직사각형 배선을 의미함).
변압기 장치의 바람직한 실시예에서, 1차 권선 및 2차 권선은 다층 구조의 상이한 층으로 배열된 복수의 코일을 포함하는데, 권선을 형성하는 상이한 코일들은 자속 도선 주위에서 연장된다. 다층 구조는 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있다. 이 경우, PCB는 예를 들어 절연 재료로서 또는 권선의 코일을 위한 기판으로서 작용한다. 이 실시예에 따르면, 권선(예를 들어, 1차 권선 및/또는 2차 권선)의 코일은 서로의 위쪽에 배치될 수 있으며, 이는 비용을 감소시킬 수 있는 더 작은 변압기 장치를 초래한다. 더욱이, 보상 장치의 도선은 예를 들어 PCB 구조 상에 배치될 수 있으며, 예를 들어 자속 도선 주위에서 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 따라서, 1차 권선 및 2차 권선과 보상 장치는 자속을 집중시키는 자속 도선(예를 들어, 자기 코어)을 가지면서 PCB 상에 비용 효율적인 방식으로 집적될 수 있다(보상 장치는 자속 도선에 집중된 자속이 보상 장치 내에 전압을 유도하도록 설계됨).
변압기 장치의 바람직한 실시예에서, 1차 권선 및 2차 권선은 자속을 안내하도록 구성되는 E-코어를 사용하여 결합된다. 이 레이아웃에 따르면, 예를 들어 1차 권선 및/또는 2차 권선은 E-코어의 중앙 레그 주위에 배치될 수 있다. 따라서, 1차 권선에 의해 유도된 자속은 2차 권선을 통해 흐르고 거기에서 전압을 유도할 수 있다. 이 유도 전압은 2차 권선을 통한 전류 흐름을 초래한다. E-코어는 예를 들어 페라이트 코어(ferrite core)일 수 있다. 또한, 보상 장치는 보상 장치 내에 적절한 위상 또는 극성의 전압이 유도되도록 배치될 수 있다. E-코어가 사용되는 경우, 보상 장치의 와이어는 예를 들어 E-코어의 갭들 중 적어도 하나를 통해 배치될 수 있는데, 와이어의 실제 위치는 유도된 전압의 극성 및 크기를 결정할 수 있다. 따라서, 변압기 장치의 크기는 효율적으로 사용될 수 있고, 1차 권선과 보상 장치 사이의 강한 자기 결합은 E-코어를 사용함으로써 달성될 수 있는데, 이는 유도된 전압의 적절한 위상을 획득하는 것을 돕는다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 보상 장치에 의해 제공된 링크는 변압기 장치의 1차 권선의 단자와 2차 권선의 단자 사이의 DC 차단 AC 링크(DC는 직류로 이해되고 AC는 교류로 이해됨)이다. 보상 장치가 자속 내에 위치함에 따라, 보상 장치에는 (유도된 전압에 응답하여) 1차 권선의 단자로부터 2차 권선의 단자로 DC 차단 AC 링크를 통해 흐를 수 있는 교류 전류가 유도될 수 있다. 1차 권선의 단자 및/또는 2차 권선의 단자는 중앙 탭일 수 있다. 따라서, 보상 장치 내에 유도된 이 교류 전류는 1차 권선과 2차 권선 사이의 용량성 결합에 의해 야기 된 기생 전류를 상쇄시킬 수 있고, 기생 커패시턴스에 의해 일반적으로 야기될 2차 권선의 전위의 시프트("공통 모드 왜곡")를 상쇄시킬 수 있다. 한편, DC 전류를 차단함으로써, 2차 권선은 1차 권선에 대해 "플로팅"될 수 있어서, 2차 권선에 접속된 회로는 변압기 장치의 1차측에 의해 결정된 고정 전위에 결합되지 않는다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 변압기 장치의 보상 장치는 커패시터와 직렬로 접속된 와이어를 포함한다. 보상 장치의 원시적인 예는 커패시터와 직렬로 접속된 와이어이다. 이 실시예에 따르면, 커패시터는 직류 전류를 차단하고 교류 전류를 전달하는데(통과시킴), 교류 전류는 변압기 장치의 1차 권선과 2차 권선 사이의 권선간 커패시턴스에 의해 야기되는 기생 전류를 적어도 부분적으로 보상할 수 있다. 와이어는 매우 저렴한 비용으로 구현될 수 있으며, 와이어에 유도된 전압을 조정하도록 유연하게 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서, 변압기 장치의 보상 장치의 와이어는 적어도 절반의 권선을 포함하는데, 이는 코일이 배치되는 평면에 수직인 1차 권선의 코일의 돌출부 내에 (1차 권선의 축 방향으로) 완전히 위치된다. 1차 권선의 축 방향은 또한 중앙 자속의 방향일 수 있다. 이러한 설계를 사용하면, 변압기 장치의 1차 권선 및 2차 권선의 모든 코일을 통해 동일한 자속이 흐를 수 있다. 이러한 구조를 사용하면, 필요한 층들 사이에 어떠한 이동도 존재하지 않는다. 따라서, 변압기 코일의 전체 표면이 사용되기 때문에 더 큰 효율이 달성된다. 또한, 이 구조는 공간 효율적이다.
예를 들어, 본 발명은 권선간 레이아웃 커패시턴스에 의해 생성되는 공통 모드 전류를 보상하고 있다. 이는 결합 커패시터와 함께 변압기 코어의 절반을 통한 전용 와이어 라우팅을 통해 달성된다. 결합 커패시터와 직렬로 접속되는 이 와이어는 1차 DC 단자와 2차 DC 단자 사이에 AC 링크를 생성한다.
본 발명에 따른 실시예에서, 변압기 장치의 보상 장치의 와이어는 1차 권선 및 2차 권선을 통한 자속의 변화가 와이어의 단부들 사이에 전압을 유도하도록 래핑(wrap)된다. 이 전압으로 인한 전류는 공통 모드 잡음을 적어도 부분적으로 보상할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 변압기 장치의 보상 장치의 와이어는 1차 권선 및 2차 권선이 배치되는 자기 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배치된다. 이 실시예에 따르면, 자기 코어 내의 자속은 자기 코어 주위에 배치되는 와이어를 따라 전압을 유도한다. 유도된 전압으로 인한 전류는 예를 들어 기생 전류를 보상할 수 있다. 또한, 변압기 장치는 매우 공간 효율적이고, 보상 회로의 자속과 와이어 사이에는 양호한 결합이 존재한다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 변압기 장치의 보상 장치의 와이어의 권선 방향은 보상 장치 내의 유도된 전압에 의해 야기된 전류의 극성이 1차 권선과 2차 권선 사이의 권선간 커패시턴스에 의해 야기되는 전류의 극성과 반대되도록 구성된다. 예를 들어, 보상 장치의 와이어의 권선은 시계 방향 또는 반 시계 방향일 수 있으며, 이에 의해 2개의 상이한 극성이 달성될 수 있다. 극성은 유도된 전압으로 인한 전류가 1차 권선으로부터 2차 권선으로 흐르는지 또는 2차 권선으로부터 1차 권선으로 흐르는지를 정의한다. 적절한 설계에 의해, 양호한 보상 효과가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 변압기 장치의 보상 장치의 커패시터는 커패시턴스를 가지는데, 이는 보상 장치 내에 유도되고 2차 권선으로 공급되는 전압에 의해 야기되는 전류가 권선간 커패시터에 의해 야기되는 전류의 크기의 적어도 50%인 크기를 포함하도록 선택된다. 보상 장치에 의해 2차 권선으로 공급되는 전류로 인해, 공통 모드 잡음은 적어도 부분적으로 억제될 수 있다. 보상 장치 장치 내에 유도된 전압에 의해 야기된 전류는 권선간 커패시터에 의해 야기된 전류와 반대이다. 따라서, 공통 모드 잡음로도 알려진 기생 전류는 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 변압기 장치의 보상 장치의 일 측은 1차 권선의 기준 노드에 접속되고 보상 장치의 타 측은 2차 권선의 기준 노드에 결합된다. 따라서, 보상 장치는 1차 권선과 2차 권선 사이에 링크를 형성한다. 기준 노드는 예를 들어 접지일 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 변압기 장치의 보상 장치의 커패시터는 예를 들어 커패시터와 2차 권선의 기준 노드 사이의 거리가 커패시터와 1차 권선의 기준 노드 사이의 거리보다 작도록 위치된다. 따라서, 2차측의 결합 해제가 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예는, 1차 회로의 일부인 1차 권선 및 2차 회로의 일부인 2차 권선을 포함하는 회로 장치이다. 1차 권선과 2차 권선은 자기적으로 결합된다. 회로 장치는 또한 보상 장치를 포함한다. 보상 장치는 1차 회로의 기준 전위 노드와 2차 회로의 기준 전위 노드 사이에 AC 링크(링크는 전기적으로 존재하며 1차 권선은 1차 DC 단자로도 이해될 수 있으며 2차 권선은 2차 DC 단자로도 이해될 수 있음)를 제공하기 위해 회로화(배치되거나 구성되는 것으로도 이해될 수 있음)된다. 보상 장치는 1차 권선 및 2차 권선을 통한 자속의 변화가 보상 장치 내에서 (예를 들어, 와이어를 따라) 전압을 유도하도록 구성된다. 보상 장치는 또한, (1차 권선과 2차 권선 사이에서) DC 전류를 차단하고 유도된 전압에 의해 야기된 전류(AC 전류)(예를 들어, 2차 회로의 기준 전위 노드를 향해 흐르는 전류)를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 결합 커패시터를 포함한다. 보상 장치는 (유도된 전압에 의해 야기된 전류를 사용하여) 1차 권선과 2차 권선 사이의 권선 간 커패시턴스에 의해 야기되는 (기생) 전류를 적어도 부분적으로 보상하도록 구성된다. 1차 권선은 1차 회로로 또한 이해될 수 있고 2차 권선은 2차 회로로 또한 이해될 수 있다. 보상 장치 내에 유도된 전압이 기생 커패시턴스에 의해 야기된 전류와 위상이 다른 보상 전류를 야기하기 때문에, 이 회로는 공통 모드 왜곡의 양호한 억제를 제공한다.
본 발명에 따른 다른 실시예는 변압기 형성 장치를 동작시키기 위한 방법을 생성한다. 이 방법은 동작되는 변압기 장치의 1차 권선 및 2차 권선의 자기 결합을 포함한다. 이 방법은 또한 보상 장치가 1차 권선의 단자와 2차 권선의 단자 사이에 링크를 제공하는 단계를 포함한다. 다음 단계에서, 1차 권선 및 2차 권선을 통한 자속의 변화는 보상 장치 내에 전압을 유도한다. 보상 장치는, DC 전류를 차단하고 유도된 전압에 의해 야기된 전류를 통과시키는 적어도 하나의 결합 커패시터를 포함한다. 이 방법은 보상 장치가 1차 권선과 2차 권선 사이의 권선간 커패시턴스에 의해 야기되는 전류를 부분적으로 보상하는 다른 단계를 포함한다.
이 방법은 전술된 변압기 장치 및/또는 회로 장치와 동일한 고려 사항에 기초한다.
그런데, 본 방법은 변압기 장치 및/또는 회로 장치과 관련하여 또한 설명된 모든 특징 및 기능에 의해 완성될 수 있다.
도면은 반드시 축척에 맞는 것은 아니며, 대신, 본 발명의 원리를 설명하기 위해 강조가 일반적으로 사용된다. 이하의 설명에서는, 본 발명의 다양한 실시예가 다음 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기 장치의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기 장치의 보상 장치의 상세도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기 장치의 상세도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기 장치의 단면의 개략도를 도시한다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변압기 장치에 따른 신호를 갖는 도면을 도시한다.
도 7은 종래의 평면 변압기의 개략도를 도시한다.
도 8은 트레이스 이동에 의한 종래의 오버랩 감소의 개략도를 도시한다.
1) 도 1에 따른 변압기 장치
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 장치(100)의 개략도를 도시한다.
변압기 장치(100)는 바람직하게는(선택적임) 1차 권선(110) 및 2차 권선(120)을 포함한다. 1차 권선(110) 및 2차 권선(120)은 예를 들어 자기적으로 결합된다(예를 들어, 공통 자속(130)을 사용함). 변압기 장치(100)는 또한 1차 권선(110)의 단자(112)와 2차 권선(120)의 단자(122) 사이에 링크(예를 들어, AC 링크 또는 DC 차단 AC 링크)를 제공하도록 구성된 보상 장치(140)를 포함한다. 1차측 DC 단자(DC는 직류를 의미 함)라고도 지칭될 수 있는 1차 권선의 단자(112)와 2차측 DC 단자(DC는 직류를 의미 함)라고도 지칭될 수 있는 2차 권선의 단자(122) 사이에는 보상 장치(140)에 의해 제공되는 전기 링크(AC 링크)가 존재한다. 보상 장치(140)는 1차 권선(110) 및 2차 권선(120)을 통한 자속(130)의 변화가 보상 장치(140) 내에 (예를 들어, 와이어(142)를 따라) 전압을 유도하도록 구성된다. 변압기 장치(100)의 보상 장치(140)는 예를 들어 1차 권선(110)의 단자(112)와 2차 권선(120)의 단자(122) 사이에서 또는 링크를 따라 DC 전류를 차단하고 유도된 전압에 의해 야기된 전류(146)(예를 들어, 2차 권선의 단자(122)를 향해 흐르는 보상 전류(146))를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의, 예를 들어 직렬 접속된 결합 커패시터(144)를 포함한다. 보상 장치(140)는 유도된 전압에 의해 야기된 전류(146)를 사용하여 1차 권선(110)과 2차 권선(120) 사이의 권선간 커패시턴스(inter-winding capacitance)(152)에 의해 야기되는 기생 전류(150)를 적어도 부분적으로 보상하도록 구성된다.
따라서, 기생 전류(150)가 보상될 수 있을 때 (예를 들어, 공통 모드 왜곡을 감소시키는 다른 비효율적 수단이 불필요하기 때문에) 1차 권선(110)과 2차 권선(120) 사이의 에너지 전달 시에 보상 장치(140)를 갖는 변압기 장치(100)가 더 효율적일 수 있음을 알 수 있다. 이 실시예에 따르면, 보상 장치(140)는 기생 전류(150)를 역시 보상할 수 있는 종래에 사용된 외부 필터에 비해 매우 작을 수 있다. 변압기 장치(100)는 또한 유도된 전류(146)를 사용하여 기생 전류(150)를 억제시킬 때 종래 기술보다 더 정확할 수 있는데, 이는 기생 전류(146)를 보상할 수 있는 전류(146)가 적절한 설계에 의해 정확하게 조정될 수 있기 때문이다.
따라서 변압기 장치(100)는 1차 권선(110)과 2차 권선(120) 사이의 결합에 매우 효과적이다. 변압기 장치(100)는 또한 보상 장치(140)가 매우 작게 구성될 수 있기 때문에 비용을 절감할 수 있다. 선택적으로, 변압기 장치(100)는 본 명세서에 설명된 모든 특징 및 기능을 개별적으로 또는 조합하여 사용함으로써 보완될 수 있다.
2) 도 2에 따른 변압기 장치
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 장치(200)의 개략도를 도시한다.
변압기 장치(200)는 자기적으로 결합되는 1차 권선(210) 및 2차 권선(220)을 포함한다. 변압기 장치(200)는 또한 1차 권선의 단자(212)와 2차 권선의 단자(222) 사이에 링크(AC 링크 또는 DC 차단 AC 링크)를 제공하도록 구성되는 보상 장치(230)를 포함한다. 변압기 장치(200)에서, 1차 권선의 단자(212)는 예를 들어 중앙 탭이고, 2차 권선의 단자(222)도 예를 들어 중앙 탭이다. 이 실시예에 따르면, 중앙 탭(212 및 222)은 각각 1차측 및 2차측의 기준 전위 노드이다. 예를 들어, 1차측의 기준 전위 노드는 접지로 간주될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 변압기 장치(200)의 1차 권선(210)은 제 1 단자(214) 및 제 2 단자(216)를 포함하고, 2차 권선(220)은 제 1 단자(224) 및 제 2 단자(226)를 포함한다. 변압기 장치(200)는 예를 들어 DC-DC 변환기의 일부일 수 있다. 이 경우, 제 1 단자(214)는 푸시 단자일 수 있고, 제 2 단자(216)는 풀 단자일 수 있다. 이 실시예에 따르면, 변압기 장치(200)는 예를 들어 대칭형 푸시 풀 회로의 일부일 수 있는 1차 권선(210)을 갖는다. 1차 권선(210)의 제 1 단자(214) 및 제 2 단자(216)는 변압기의 1차 권선에서 전류를 주기적으로 역전시키면서 교대로 스위치 온/오프된다(전압을 공급하도록 결합됨). 변압기 장치(200)의 1차 권선(210) 및 2차 권선(220)은, 예를 들어, 적어도 하나의 턴을 갖는 적어도 하나의 코일(218 및 228)을 갖는다(턴은, 예를 들어, 이 경우, 360° 나선 또는 360° 곡선, 또는 직사각형 배선일 수 있음). 본 실시예에 따른 변압기 장치(200)는, 예를 들어, 다층 평면 변압기일 수 있다. 이 경우, 1차 권선(210) 및 2차 권선(220)은, 예를 들어, 다층 구조(PCB)의 상이한 층으로 구성되는 복수의 코일(218a 내지 218j 및 228a 내지 228h)을 각각 포함하는데, 상이한 코일(218a 내지 218j 및 228a 내지 228h)은 자속 도선 주위에서 연장되는 권선을 형성한다. 다시 말해서, 참조 부호 219a에서 상징적으로 도시된 1차 권선(210)의 제 1 부분은 예를 들어 실제로 코일(218a-218e)의 병렬 회로에 의해 구현되고, 참조 부호 219b에서 상징적으로 도시된 1차 권선(210)의 제 2 부분은 실제로 코일(218f 내지 218j)의 병렬 회로에 의해 구현되고, 참조 부호 229a에서 상징적으로 도시된 2차 권선(220)의 제 1 부분은 실제로 코일(228a-228d)의 병렬 회로에 의해 구현되고, 참조 번호 229b에 상징적으로 도시된 2차 권선(220)의 제 2 부분은 실제로 코일(228e 내지 228h)의 병렬 회로에 의해 구현된다. 예를 들어, 이 도면에 도시된 것보다 권선 당 더 적거나 더 많은 코일이 병렬 회로로 구현되는 것도 가능하다.
본 발명의 이 실시예에 따르면, 변압기 장치(200)는 또한, 1차 권선(210) 및 2차 권선(220)을 통한 자속의 변화가 보상 장치(230) 내에 (예를 들어, 와이어(232)를 따라) 전압을 유도하도록 구성되는 보상 장치(230)를 포함한다. 보상 장치는, 예를 들어, 1차 권선의 단자(212)와 2차 권선의 단자(222) 사이에서 또는 링크(230)를 따라 DC 전류(DC 전류는 직류 전류를 의미함)를 차단하고 유도된 전압에 의해 야기된 전류(236)(예를 들어, 2차 권선의 단자(222)를 향하는 보상 전류(236))를 통과시도록 구성된 적어도 하나의 (직렬 접속된) 결합 커패시터(234)를 포함한다. 변압기 장치(200)의 보상 장치(230)는 예를 들어 유도된 전압에 의해 야기된 전류(236)를 사용하여 1차 권선(210)과 2차 권선(220) 사이의 권선간 커패시턴스(242)에 의해 야기되는 기생 전류(240)를 적어도 부분적으로 보상하도록 구성된다. 전류(236)(Icomp)는 보상 전류라고도 한다. 보상 장치(230)는 예를 들어 커패시터(234)와 직렬로 접속된 와이어(232)이다(또는 이를 포함함). 1차 권선(210) 및 2차 권선(220)은 예를 들어 자기 코어(250)에 의해 결합될 수 있다. 이런 코어(250)는 예를 들어 1차 권선(210) 및 2차 권선(220)이 중앙 레그 주위에 감겨지는 e-코어일 수 있다.
이하에서는, 변압기 장치(200)의 동작이 설명될 것이다. 1차 권선(210)과 2차 권선(220) 사이에는, 예를 들어 기생 권선간 커패시턴스(242)가 발생할 수 있다. 이 권선간 커패시턴스(242)는, 예를 들어 1차 권선(210)의 단일 코일들(218a 내지 218j)과 2차 권선(220)의 단일 코일들(228a 내지 228h) 사이의 모든 가능한 기생 권선간 커패시턴스를 결합한다. 권선간 커패시턴스(242)로 인해, 기생 (AC) 전류(240)가 1차 권선(210)과 2차 권선(220) 사이에 흐른다. 기생 전류(240)는 또한, 예를 들어, 공통 모드 잡음으로 이해되고, 2차 권선의 전위의 원치 않는 시프트(shift)를 초래할 수 있다. 이 원치 않는 전위 시프트는 예를 들어 보상 장치(230)에 의해 적어도 부분적으로 억제될 수 있다. 예를 들어, 결합 커패시터(234)는, 보상-장치 장치에서 발생하는 보상 전류(236)(이는 보상 장치(230)의 권선에서 유도된 전압에 의해 야기됨)가 기생 전류(240)의 적어도 50%의 값과 기생 전류(240)의 극성과 반대되는 극성을 갖도록 선택될 수 있다. 이 보상 전류(236)는 예를 들어, 기생 전류(240)를 억제하고 따라서 변압기 장치의 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 결합 커패시터(234)에 의해 DC 전류를 차단함으로써, 2차 권선은 1차 권선에 대해 "플로팅(float)"될 수 있어서, 2차 권선에 접속된 회로는 변압기 장치의 1차측에 의해 결정된 고정 전위에 결합되지 않는다.
선택적으로, 변압기 장치(200)는 본 명세서에 설명된 모든 특징 및 기능을 개별적으로 또는 조합하여 사용함으로써 보완될 수 있다.
3) 도 3에 따른 변압기 장치
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 변압기 장치(300)의 개략도를 도시한다. 변압기 장치(300)는 예를 들어 1차 권선 및 2차 권선을 포함한다. 1차 권선 및 2차 권선의 코일은 PCB 인쇄 회로 기판 상에 배치된다. 도 3에서는, 본 발명의 일 예이며 절연 층의 표면을 나타내는 다층 평면 변압기의 상부 표면(310)만을 볼 수 있다. 1차 권선의 코일은 층간 접속부(비아)(320a 내지 320c)를 갖고, 2차 권선의 코일은 층간 접속부(비아)(320d 내지 320f)를 갖는다. 층간 접속부(320a 내지 320f)는 예를 들어 도금된 관통 홀이다. 상부 표면(310)에는, 예를 들어 보상 장치(330)가 배치된다. 보상 장치(330)는 1차 권선의 단자(340)와 2차 권선의 단자(350) 사이에 링크(AC 링크, 또는 DC 차단 AC 링크)를 제공하도록 회로화된다(circuited). 보상 장치는, 예를 들어 변압기 장치(300)의 1차 권선 및 2차 권선을 통한 자속의 변화가 보상 장치(330) 내에 (예를 들어, 와이어(332)를 따라) 전압을 유도하도록 구성된다. 보상 장치(330)의 와이어(332)는 예를 들어 권선의 적어도 절반을 포함하며, 이는 변압기 장치(300)의 1차 권선의 연장 방향(x1, y1)에 수직인 돌출부 내에 완전히(또는 적어도 부분적으로) 위치된다. 다시 말해서, 보상 장치(330)의 와이어(332)는 예를 들어, 1차 권선에(코일이 배치되는 평면에) 수직으로(축방향으로) 1차 권선의 코일의 돌출부 내에 완전히(또는 적어도 부분적으로) 위치되는 권선의 적어도 절반을 포함한다. 와이어(332)는 예를 들어 변압기 장치(300)의 1차 권선 및 2차 권선을 통한 자속의 변화가 와이어(332)의 단부들 사이에 전압을 유도하도록 래핑(wrap)된다. 와이어(332)는 또한, 예를 들어, 1차 권선과 2차 권선이 주위에 배치되는 자기 코어(360)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배치될 수 있다. 보상 장치(330)의 와이어(332)의 권선의 방향은, 예를 들어, 보상 장치(330) 내에서 유도된 전압에 의해 야기된 전류(334)의 극성이 1차 권선과 2차 권선 사이의 권선간 커패시턴스에 의해 야기되는 전류의 극성과 반대되도록 구성된다. 극성은 예를 들어 와이어의 절반 권선의 방향에 따라 변경될 수 있다. 도 3에서, 와이어(332)는 예를 들어 반시계 방향으로 배치된다(와이어(332)는 변압기 코어의 하부 절반에 놓여 있음). 예를 들어, 와이어의 절반 권선이 시계 방향으로 배치될 때(와이어(332)가 변압기 코어의 상부 절반에 놓여 있을 때) 다른 극성이 달성될 수 있다. 보상 장치(330)는 예를 들어 커패시터(336)와 직렬로 접속된 와이어(332)이다. 보상 장치(330)의 커패시터(336)는, 예를 들어, 보상 장치(330)에서 유도된 전압에 의해 야기되어 2차 권선에 공급되는 전류(334)가 권선간 커패시터에 의해 야기되는 전류의 크기의 적어도 50%인 크기를 포함하도록 선택되는 커패시턴스를 갖는다. 보상 장치(330)의 일 측은 예를 들어 1차 권선의 기준 노드(340)에 결합되고, 보상 장치(330)의 타 측은 2차 권선의 기준 노드(350)에 결합된다. 보상 장치(330)의 커패시터(336)는, 예를 들어, 커패시터(336)와 2차 권선의 기준 노드(350) 사이의 거리가 커패시터(336)와 1차 권선의 기준 노드(340) 사이의 거리보다 작도록 위치된다.
이하에서는, 예시적인 지오메트리가 설명될 것이다. 여기서, (변압기 장치(300)의) 평면 변압기는 예를 들어 E-코어를 사용하는 것으로 가정된다. 따라서, 인쇄 회로 기판은 예를 들어, E-코어의 레그를 위한 3개의 직사각형 컷아웃(312a, 312b 및 312c)을 포함하며, 이들은 서로 나란히 배치되며, 인쇄 회로 기판의 부분(314a 및 314b)은 이들 사이에 배치된다. E-코어의 제 1 레그(제 1 컷아웃(312a))와 E-코어의 제 2 레그(중앙 레그, 제 2 컷아웃(312b)) 사이에 있는 인쇄 회로 기판의 제 1 부분(314a)은, (변압기의 관점에서 볼 때) 인쇄 회로 기판의 1차측(또는, 일반적으로 제 1 측)으로부터 (변압기의 관점에서 볼 때) 인쇄 회로 기판의 2차측(또는, 일반적으로 제 2 측)으로 연장된다. 유사하게, E-코어의 제 2 레그(중앙 레그, 제 2 컷아웃(312b))와 E-코어의 제 3 레그(제 3 컷아웃(312c)) 사이에 있는 인쇄 회로 기판의 제 2 부분(314b)은, 인쇄 회로 보드의 1차측으로부터 인쇄 회로 보드의 2차측으로 연장된다.
1차 권선의 단자(예를 들어, 단자(340))는 인쇄 회로 기판의 1차측에 배치된다. 2차 권선의 단자(예를 들어, 단자(350))는 인쇄 회로 기판의 2차측에 배치된다.
와이어(332)는, 제 1 레그 옆에서(또는, 제 1 레그에 대한 컷아웃(312a) 옆에서) 인쇄 회로 기판의 1차측에 배치되는 1차 권선의 단자(340)로부터 제 3 레그 옆에서(또는, 제 3 레그에 대한 컷아웃(312c) 옆에서) 인쇄 회로 기판의 2차 측에 배치되는 2차 권선의 단자(350)를 향해 연장된다. 와이어(332)는 인쇄 회로 기판의 1차측 상에서 1차 권선의 단자(340)로부터 PCB의 제 2 부분(314b) 옆의 PCB의 1차측 상에 있는 굽힘 점을 향하여 연장된다. 굽힘 점 이후에, 와이어(332)는 PCB의 제 2 부분(314b)을 통해 인쇄 회로 기판의 2차측을 향해 연장된다. PCB의 2차측에서, 와이어(332)는 칩 커패시터(336)를 통해 2차 권선의 단자(350)에 결합된다. 따라서, 와이어(332)는 적어도 대략적으로 L자형을 포함하며, 따라서 적어도 대략적으로 직사각형 권선의 절반에 대응한다.
와이어(332)는 전용(바람직하게는 절연됨) 와이어를 사용하거나 또는 대안적으로 PCB 상에 구축된 와이어 트레이스를 사용하여 구현될 수 있다.
권선 또는 코일은, 예를 들어, 중앙 컷아웃(312b) (E-코어의 중앙 레그용임) 주위에, 바람직하게는 다층 PCB의 내부 층 상에 배치된다.
선택적으로, 변압기 장치(300)는 본 명세서에 설명된 모든 특징 및 기능을 개별적으로 또는 조합하여 사용함으로써 보완될 수 있다.
선택적으로, 결합 커패시터(336)는 PCB의 1차측 또는 심지어 PCB의 제 1 부분(314a) 또는 PCB의 제 2 부분(314b) 상에 배치될 수 있다.
또한, 선택적으로, 와이어(332)는 중앙 컷아웃(312b)(컷오프) 주위에 한번 또는 여러 번 감길 수 있는데, 이는 와이어(332)에 유도된 전압을 증가시킬 것이다.
또한, 와이어(332)는 제 1 부분(314a)을 따라 라우팅될 수도 있는데, 이는 와이어(332)에 유도된 전압의 부호를 변경시킬 것이다.
당연히 다른 유형의 코어도 사용될 수 있다.
4) 도 4에 따른 변압기 장치
도 4는 자기 플럭스를 안내하도록 구성되는 E-코어(410)를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 장치(400)의 개략도를 도시한다.
변압기 장치(400)는 도 3에 설명된 컷오프 내에 E-코어가 구현된 도 3의 변압기 장치(300)를 나타낸다.
E-코어(410)는 패스너(fastener)(412)를 사용하여 평면형 다층 변압기에 부착된다. E-코어(410)는 변압기 장치(400)의 1차 권선과 2차 권선 사이의 결합을 증가시킨다. 변압기 장치의 1차 권선 및 2차 권선 400은 E-코어(410)의 중앙 레그 주위에 배치되고, 예를 들어 PCB(printed circuit board) 상에 배치된 코일에 의해 형성된다. 변압기 장치(400)는 또한 예를 들어, 적어도 E-코어(410)의 중앙 레그와 다른 레그들 중 하나 사이의 간격(또는 갭)을 통해 연장되는 와이어(422)를 포함하는 보상 장치(420)를 포함한다. 보상 장치(420)는 1차 권선에 대한 접속부(430) 및 2차 권선에 대한 접속부(440)를 만든다. 이들 접속부(430 및 440)는 예를 들어 E-코어(410)의 대향 측 옆에(예를 들어, PCB의 1차측 또는 제 1 측 및 PCB의 2차측 또는 제 2 측 상에) 배치된다. 변압기 장치(400)의 보상 장치(420)는, 예를 들어, PCB 상의 단일 와이어 트레이스(422)(감기지 않음) 및 적어도 하나의 커패시터(424)를 포함한다.
선택적으로, 변압기 장치(400)는 본 명세서에 설명된 모든 특징 및 기능을 개별적으로 또는 조합하여 사용함으로써 보완될 수 있다.
5) 도 5에 따른 변압기 장치
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변압기 장치(500)의 개략도(투시도)를 도시한다. 변압기 장치(500)는 예를 들어 자기적으로 결합되는(530) 1차 권선(510a 및 510b) 및 2차 권선(520a 및 520b)을 포함한다. 변압기 장치(500)는 예를 들어, PCB의 전도성 층들(510a, 510b, 520a 및 520b) 사이에 배치되는 절연 층(560a 내지 560e)을 갖는 평면 다층 변압기이다(전도성 PCB 층들(510a, 510b, 520a 및 520b)은 (각각) 적어도 하나의 턴을 갖는 코일을 포함함). 1차 권선(510a 및 510b)은 중앙 탭(512)을 갖고 2차 권선(520a 및 520b)은 예를 들어 중앙 탭(522)을 갖는다. 중앙 탭(512 및 522)은 예를 들어 1차측 및 2차측 기준 전위 노드일 수 있다. 1차 권선(510a 및 510b)은 또한 1차 권선의 제 1 단자(514) 및 1차 권선의 제 2 단자(516)를 갖는다. 2차 권선(520a 및 520b)은 또한 예를 들어 2차 권선의 제 1 단자(524) 및 2차 권선의 제 2 단자(526)를 갖는다. 본 실시예에 따른 변압기 장치(500)는 또한 1차 권선의 단자(512)와 2차 권선의 단자(522) 사이에 링크를 제공하도록 배치되는 보상 장치(540)를 포함한다. 보상 장치(540)는, 예를 들어, 1차 권선 및 2차 권선을 통한 자속(530)의 변화가 보상 장치(540) 내에 (예를 들어, 와이어(542)를 따라) 전압을 유도하도록 구성된다. 보상 장치(540)는 또한, 예를 들어, 1차 권선의 단자(512)와 2차 권선의 단자(522) 사이의 DC 전류를 차단하고 유도된 전압에 의해 야기된 전류(546)(예를 들어, 2차 권선의 단자(522)를 향해 흐르는 보상 전류(546))를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 (직렬 접속된) 결합 커패시터(544)를 포함한다. 보상 장치는 또한, 예를 들어, 유도된 전압에 의해 야기된 전류(546)를 사용하여 1차 권선(510a 및 510b)과 2차 권선(520a 및 520b) 사이의 권선간 커패시턴스(552)에 의해 야기되는 기생 전류(550)를 적어도 부분적으로 보상하도록 구성될 수 있다. 1차 권선(510a 및 510b) 및 2차 권선(520a 및 520b)은 예를 들어 자기 E-코어(570)에 의해 결합되고 E-코어의 중앙 레그 주위에 감긴다. E-코어는 예를 들어 페라이트 코어일 수 있다.
선택적으로, 변압기 장치(500)는 본 명세서에 설명된 모든 특징 및 기능을 개별적으로 또는 조합하여 사용함으로써 보완할 수 있다.
6) 도 6(a) 및 도 6(b)에 따른 공통 모드 잡음
도 6(a) 및 도 6(b)는 유사한 변압기 장치들의 공통 모드 잡음 신호를 도시한다. 도 6(a) 및 도 6(b)는 둘 다 가로축에 시간과 세로축에 mV의 전압을 도시한다(세로축은 예를 들어, 50 옴 저항에 대한 1차측의 기준 전위와 2차측의 기준 전위 사이의 전위차임). 도 6(a)에서는, 보상 장치가 없는 경우의 공통 모드 잡음 신호가 기록되고, 도 6(b)에서는 보상 장치가 있는 경우의 공통 모드 잡음이 기록된다. 보상 장치는 제거 회로라고도 지칭될 수 있다. 도 6(a)에서는, 50Ω(Ohm)의 저항에서 122 mVpkpk(mV peak to peak)의 평균 전압(610)이 측정될 수 있다. 이 데이터로부터, 2.44 mApkpk(mA peak to peak)의 기생 전류가 계산될 수 있다. 이 기생 전류는 공통 모드 잡음으로도 이해된다. 도 6(b)에서는, 50Ω의 저항에서 15 mVpkpk의 평균 전압(620)이 기록된다. 이 데이터를 사용하여, 0.30 mApkpk의 기생 전류가 계산될 수 있다. 이 계산된 데이터는 보상 장치를 사용할 경우 (유효한) 공통 모드 잡음이 감소함을 보여준다. 이는 보상 장치로 인한 8배의 향상을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 변압기 장치는 종래의 해결책을 명백히 능가한다는 것을 알 수 있다.
7) 도 7에 따른 평면 변압기
도 7은 위키피디아(Wikipedia)에서 보여주는 종래의 평면 변압기의 개략도를 도시한다. 평면 변압기는 PCB(printable circuit board)(710)로 구성된다. PCB 상에는 제 1 단자(714) 및 제 2 단자(716)를 갖는 권선(712)이 있다. 또한 E-코어(720) 및 I-코어(730)와 2개의 클램프(740a 및 740b)가 도시되어 있다.
이러한 장치는 본 명세서에 설명된 바와 같은 보상 장치에 의해 보충된 본 발명에 따른 실시예에 사용될 수 있다.
8) 도 8에 따른 평면 트레이스에 의한 오버랩
도 8은 트레이스를 이동하여 오버랩을 감소시키는 개념을 도시하며, 이는 http://eprints.qut.edu.au/43466/1/Neda_Shahabi_Ghahfarokhi_Thesis.pdf 에서 가져온 것이다. 도 8a에는, 2개의 이동되지 않은 평면 트랙 사이의 유효 공통 표면적이 보여질 수 있다. 도 8b에서는, 2개의 이동된 평면 트랙 사이의 유효 공통 표면적이 보여질 수 있다.
이러한 개념은 기생 커패시턴스를 감소시키기 위해 종래의 접근법에서 사용될 수 있지만, 이 개념은 또한 면적(비용) 및/또는 손실을 증가시킨다. 인접한 평면 트랙들을 이동시키는 개념은 본 발명에 따른 실시예에서 사용될 수 있지만, 보상 장치가 기생 커패시턴스의 유해한 효과를 보상하는 것을 돕기 때문에 이는 필요하지 않다.
9) 결론
이하에서는 본 발명에 따른 몇몇 개념들이 설명될 것이다. 여기에서는, 이 섹션에서 설명된 개념들은 개별적으로 사용되거나 다른 실시예들과 관련하여 설명된 특징 및 기능과 청구범위에서 설명된 특징 및 기능과 조합하여 사용될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
또한, 선택적으로, 이 섹션에서 설명된 특징들, 기능들 및 세부 사항들은 개별적으로 또는 조합하여 다른 섹션 또는 청구범위에서 설명된 실시예에 추가될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의해 해결된 문제점이 설명될 것이다.
예를 들어, 본 발명의 실시예는 PCB 변압기 내의 증가된 층 간격 또는 레이아웃 동안 1차 대 2차 단면의 특별한 취급을 요구하지 않는다. 실시예는 이용가능한 변압기 코어 볼륨을 완전히 이용할 수 있게 한다. 외부 필터링 회로를 피하거나 줄일수 있다. 실시예는 제 1 프로토타입(prototype) 제조 후 실제 공통 모드 잡음 거동을 조절할 수 있게 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예의 구성 및 동작에 대한 설명이 제공될 것이다.
실시예는 권선간 레이아웃 커패시턴스에 의해 생성되는 공통 모드 전류를 보상한다. 이는, 예를 들어 FVI LP1 공통 모드 제거 개략도를 나타내는 도 2에 도시된 바와 같이, 결합 커패시터와 함께 변압기 코어의 절반을 통한 전용 와이어 라우팅에 의해 달성된다.
결합 커패시터와 직렬 접속된 이 와이어는 1차 DC 단자와 2차 DC 단자 사이에 AC 링크를 생성한다
예를 들어, 도 3은 공통 모드 제거 와이어의 물리적 라우팅을 도시하고, 도 4는 페라이트 코어에 의해 둘러싸인 제거 와이어를 도시한다.
예를 들어, 변압기의 AC 동작 중에, 자속 변화는 절반 권선을 따라 전압을 유도한다. 자속 변화는 1차 권선 세트의 전압 변화와 관련된다. 따라서, 유도된 와이어 전압은, 예를 들어, 입력 전압 변화와 정확한 위상 및 진폭 관계를 가지는데, 이는 반면에 권선간 결합에 의해 공통 모드 잡음을 생성한다. 유도된 와이어 전압은 추가 커패시터를 통해 2차 접지측으로 AC 전류로 공급된다. 극성(상단 또는 하단 코어 절반의 와이어) 및 제거 커패시터를 올바르게 선택하면 이 수단에 의해 전체 공통 모드 잡음은 제거된다.
실제 코어 플럭스 변화를 포착하는 것에 관한 이점은, 이것이 변압기가 동작하고 있는 부하 조건에 관계없이 1차 전압 변화의 정확한 카피(copy)라는 것이다.
예를 들어, 다음과 같은 FVI-16 구현 및 결과를 참조한다.
· 초기 공통 모드 잡음은 122mVpkpk/50Ohm = 2.44mApkpk 였음
· 와이어 및 1.6nF를 사용하면 약 15 mVpkpk/50Ohm = 0.30mApkpk
이것은 8배 향상을 의미한다.
예를 들어, 도 6(a)는 제거 회로가 없는 경우의 FVI-16 예의 공통 모드 잡음을 도시하고, 도 6(b)는 제거 회로가 있는 경우의 FVI-16 예의 공통 모드 잡음을 도시한다.
결론적으로, 본 발명에 따른 변압기 장치는 종래의 해결책을 명백히 능가한다는 것을 알 수 있다.

Claims (19)

  1. 변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500)로서,
    1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b) ― 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)과 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)은 자기적으로 결합됨(130; 360; 530)― 과,
    보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)를 포함하되,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)의 단자(112; 212; 340; 430; 512)와 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)의 단자(122; 222; 350; 440; 522) 사이에 링크를 제공하도록 회로화되고(circuited),
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)을 통한 자속(130; 360; 530)의 변화가 상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540) 내에 전압을 유도하도록 구성되고,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 직류 전류를 차단하고 상기 유도된 전압에 의해 야기된 전류(146; 236; 334; 546)를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 결합 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)를 포함하며,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)과 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b) 사이의 권선간 커패시턴스(152; 242; 552)에 의해 야기되는 전류(150; 240; 550)를 적어도 부분적으로 보상하도록 구성되고,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 적어도 하나의 결합 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)와 직렬로 접속된 와이어(142; 232; 332; 422; 542)를 포함하며,
    상기 와이어(142; 232; 332; 422; 542)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)을 통한 상기 자속(130; 360; 530)의 변화가 상기 와이어(142; 232; 332; 422; 542)의 단부(end)들 사이에 전압을 유도하도록 래핑되는(wrapped)
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 권선 및 상기 2차 권선은 평면 변압기의 일부인
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)과 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b) 중 적어도 하나는 중앙 탭(212; 222; 340; 350; 430; 440; 512; 522)을 갖는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중앙 탭(212; 222; 340; 350; 430; 440; 512; 522)은 기준 전위 노드 인
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)은 적어도 하나의 턴을 갖는 적어도 하나의 코일(218, 218a-218j; 228, 228a-228h)을 갖는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)은 다층 구조의 상이한 층에 배치되는 복수의 코일(218, 218a-218j; 228, 228a-228h)을 포함하고, 상이한 상기 복수의 코일(218, 218a-218j; 228, 228a-228h)은 자속 도선(130; 250; 360; 410; 530, 570) 주위에 권선 연장부를 형성하는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)과 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)은 자속(130; 360; 530)을 안내(guide)하도록 구성되는 E-코어(250; 410; 570)를 사용하여 결합되는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)에 의해 제공된 상기 링크는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)의 단자(112; 212; 340; 430; 512)와 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)의 단자(122; 222; 350; 440; 522) 사이의 DC 차단 AC 링크인
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)의 와이어(142; 232; 332; 422; 542)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)의 코일(218, 218a-218j)이 배치되는 평면에 수직인 상기 코일(218, 218a-218j)의 돌출부 내에 완전히 위치되는 권선의 적어도 절반을 포함하는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어(142; 232; 332; 422; 542)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)이 주위에 배치되는 자기 코어(130; 250; 360; 410; 530, 570)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배치되는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)의 와이어(142; 232; 332; 422; 542)의 권선의 방향은, 상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540) 내의 상기 유도된 전압에 의해 야기된 전류(146; 236; 334; 546)의 극성이 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)과 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b) 사이의 권선간 커패시턴스(152; 242; 552)에 의해 야기되는 전류(150; 240; 550)의 극성과 반대되도록 구성되는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)의 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)는, 상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540) 내의 상기 유도된 전압에 의해 야기되어 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)에 공급되는 전류(146; 236; 334; 546)가 상기 권선간 커패시터(152; 242; 552))에 의해 야기되는 전류(150; 240; 550)의 크기의 적어도 50%인 크기를 포함하도록 선택되는 커패시턴스를 갖는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)의 일 측은 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)의 단자(112; 212; 340; 430; 512)에 결합되고, 상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)의 타 측은 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)의 단자(122; 222; 350; 440; 522)에 결합되는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)의 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)는, 상기 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)와 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)의 단자(122; 222; 350; 440; 522) 사이의 거리가 상기 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)와 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)의 단자(112; 212; 340; 430; 512) 사이의 거리보다 작도록 위치되는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)은, E-코어(250; 410; 570)의 중앙 레그(312b) 주위에 배치되고, 인쇄 회로 기판 상에 배치된 코일(218, 218a-218j; 228, 228a-228h)에 의해 형성되며,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는 적어도 상기 중앙 레그(312b)와 다른 레그들(312a, 312c) 중 한 레그 사이의 간격을 통해 연장되는 와이어(142; 232; 332; 422; 542)를 포함하고,
    상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)에 대한 상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)의 접속부와 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)에 대한 상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540))의 접속부는 상기 E-코어(250; 410; 570)의 대향 측들(opposing sides) 옆에 배치되고,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는 적어도 하나의 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)를 갖는 인쇄 회로 기판 상의 단일 와이어(142; 232; 332; 422; 542) 트레이스를 포함하는
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  18. 회로 장치(100; 200; 300; 400; 500)로서,
    1차 회로의 일부인 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 2차 회로의 일부인 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b) ― 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)과 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)은 자기적으로 결합됨(130; 360; 530) ― 과,
    보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)를 포함하되,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는 상기 1차 회로의 기준 전위 노드(112; 212; 340; 430; 512)와 상기 2차 회로의 기준 전위 노드(122; 222; 350; 440; 522) 사이의 링크를 제공하도록 회로화되고,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)을 통한 자속(130; 360; 530)의 변화가 상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540) 내에 전압을 유도하도록 구성되고,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, DC 전류를 차단하고 상기 유도된 전압에 의해 야기된 전류(146; 236; 334; 546)를 통과시키도록 구성된 적어도 하나의 결합 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)를 포함하며,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)과 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b) 사이의 권선간 커패시턴스(152; 242; 552)에 의해 야기되는 전류(150; 240; 550)를 적어도 부분적으로 보상하도록 구성되고,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 적어도 하나의 결합 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)와 직렬로 접속된 와이어(142; 232; 332; 422; 542)를 포함하며,
    상기 와이어(142; 232; 332; 422; 542)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)을 통한 상기 자속(130; 360; 530)의 변화가 상기 와이어(142; 232; 332; 422; 542)의 단부(end)들 사이에 전압을 유도하도록 래핑되는(wrapped)
    회로 장치(100; 200; 300; 400; 500).
  19. 변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500)를 동작시키는 방법으로서,
    1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)이 자기적으로 결합되고(130; 360; 530),
    보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)가, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)의 단자(112; 212; 340; 430; 512)와 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)의 단자(122; 222; 350; 440; 522) 사이에 링크를 제공하고,
    상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)을 통한 자속(130; 360; 530)의 변화가 상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540) 내에 전압을 유도하고,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, DC 전류를 차단하고 상기 유도된 전압에 의해 야기된 전류(146; 236; 334; 546)를 통과시키는 적어도 하나의 결합 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)를 포함하며,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b)과 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b) 사이의 권선간 커패시턴스(152; 242; 552)에 의해 야기되는 전류(150; 240; 550)를 부분적으로 보상하고,
    상기 보상 장치(140; 230; 330; 420; 540)는, 상기 적어도 하나의 결합 커패시터(144; 234; 336; 424; 544)와 직렬로 접속된 와이어(142; 232; 332; 422; 542)를 포함하며,
    상기 와이어(142; 232; 332; 422; 542)는, 상기 1차 권선(110; 210, 219a, 219b; 510a, 510b) 및 상기 2차 권선(120; 220, 229a, 229b; 520a, 520b)을 통한 상기 자속(130; 360; 530)의 변화가 상기 와이어(142; 232; 332; 422; 542)의 단부(end)들 사이에 전압을 유도하도록 래핑되는(wrapped)
    변압기 장치(100; 200; 300; 400; 500)를 동작시키는 방법.
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