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KR20100092157A - 전도 ｅｍｉ 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 장치 - Google Patents

전도 ｅｍｉ 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 장치 Download PDF

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KR20100092157A
KR20100092157A KR1020090011387A KR20090011387A KR20100092157A KR 20100092157 A KR20100092157 A KR 20100092157A KR 1020090011387 A KR1020090011387 A KR 1020090011387A KR 20090011387 A KR20090011387 A KR 20090011387A KR 20100092157 A KR20100092157 A KR 20100092157A
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primary
primary winding
transformer
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김종해
오동성
장대민
김진욱
이일운
원재선
에를란
드미트리
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 전도 EMI 저감을 위한 파워 트랜스포머는, 1차측에 위치한 1차 권선; 2차측에 위치하며 상기 1차 권선과 커플링된 2차 권선; 상기 1차 권선의 일단과 2차 권선의 일단 사이에 연결된 기생 커패시터; 상기 1차 권선의 타단에 연결된 스위칭 수단; 상기 스위칭 수단과 접지 단자 사이에 연결된 Y-커패시터; 2차측에 위치하며 상기 2차 권선과 커플링된 보조 권선; 상기 1차 권선의 일단과 상기 보조 권선 사이에 연결된 보조 커패시터; 를 포함할 수 있다.
전도 EMI, 트랜스포머, 보조 권선, 기생 커패시터, Y-커패시터

Description

전도 ＥＭＩ 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 장치{Power converter transformer for suppressing conduction EMI and power supply having its transformer}
본 발명은 전도 EMI 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차측에서 전도 EMI 저감을 위해 보조 권선과 보조 커패시터를 갖는 파워 컨버터 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전원 장치는 인쇄회로기판(Printed circuit board; PCB) 상에 실장된 트랜스포머의 1차측과 2차측 사이에 기생 경로(parasitic path)를 갖는다.
이 기생 경로는 기생 노이즈 신호를 발생시킴으로써 전도 EMI(Conduction electromagnetic interference)를 증가시킨다.
전도 EMI가 증가될수록 전원 장치의 효율이 저하되는 문제점이 있어, 이 전도 EMI를 저감시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본원은 트랜스포머의 2차측에서 전도 EMI 저감을 위해 보조 권선과 보조 커패시터를 갖는 파워 컨버터 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전도 EMI 저감을 위한 파워 트랜스포머는, 1차측에 위치한 1차 권선; 2차측에 위치하며 상기 1차 권선과 커플링된 2차 권선; 상기 1차 권선의 일단과 2차 권선의 일단 사이에 연결된 기생 커패시터; 상기 1차 권선의 타단에 연결된 스위칭 수단; 상기 스위칭 수단과 접지 단자 사이에 연결된 Y-커패시터; 2차측에 위치하며 상기 2차 권선과 커플링된 보조 권선; 상기 1차 권선의 일단과 상기 보조 권선 사이에 연결된 보조 커패시터; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전원 장치는, 교류 입력 전원; 상기 교류 입력 전원에 연결된 입력 초크; 상기 입력 초크에 연결된 정류기; 상기 정류기에 연결된 PFC부; 상기 PFC부에 연결된 파워 컨버터 트랜스포머; 상기 파워 컨버터 트랜스포머에 연결된 정류부;를 포함하며, 상기 파워 컨버터 트랜스포머는, 1차측에 위치한 1차 권선; 2차측에 위치하며 상기 1차 권선과 커플링된 2차 권선; 상기 1차 권선의 일단과 2차 권선의 일단 사이에 연결된 기생 커패시터; 상기 1차 권선의 타단에 연결된 스위칭 수단; 상기 스위칭 수단과 접지 단자 사이에 연결된 Y-커패시터; 2차측에 위치하며 상기 2차 권선과 커플링된 보조 권선; 상기 1차 권선의 일단과 상기 보조 권선 사이에 연결된 보조 커패시터; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 1차 권선, 2차 권선 및 보조 권선은 각각 극성을 가지며, 상기 보조 권선은 상기 2차 권선과 반대의 극성을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭 수단은 트랜지스터일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 정류부는 다이오드 또는 동기 정류기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파워 컨버터 트랜스포머에 보조 권선과 보조 커패시터를 추가함으로써 전도 EMI를 저감시키는 효과가 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것 으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 전도 EMI 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머 및 이를 포함하는 전원 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전도 EMI 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머의 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 전도 EMI 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머(11)는 1차 권선(NP), 2차 권선(NS), 기생 커패시터(CP), 스위칭 수단(Q), Y-커패시터(CY), 보조 권선(NA), 보조 커패시터(CA)를 포함할 수 있다.
1차 권선(NP)은 트랜스포머의 1차측에 위치하고, 2차 권선(NS)은 트랜스포머의 2차측에 위치하여 1차 권선(NP)과 커플링 되어 있다. 또한, 1차 권선(NP)과 2차 권선(NS)은 각각 극성을 가질 수 있다. 바람직하게는 1차 권선(NP)과 2차 권선(NS)은 같은 극성을 가질 수 있다.
기생 커패시터(CP)는 인쇄회로기판 상에 실장된 트랜스포머의 1차측과 2차측 사이에 형성되는 기생 경로에 위치하는 것이다. 즉, 1차 권선(NP)의 일단과 2차 권선(NS)의 일단 사이에 연결될 수 있다.
이 기생 커패시터(CP)는 기생 노이즈를 발생시킴으로써 전도 EMI를 증가시키게 된다.
스위칭 수단(Q)은 1차 권선(NP)의 타단에 연결될 수 있다. 스위칭 수단(Q)은 트랜지스터일 수 있고, 출력 신호를 피드백 받아 PWM 제어를 수행할 수 있다.
Y-커패시터(CY)는 스위칭 수단(Q)과 접지 단자 사이에 연결되어 트랜스포머의 노이즈를 줄일 수 있다.
보조 권선(NA)은 트랜스포머의 2차측에 위치하며 2차 권선(NS)과 커플링 되어 있다. 또한, 보조 권선(NA)은 극성을 가지고 있는데 기생 커패시터(CP)에 의해 발생하는 기생 노이즈와 크기는 같고 위상이 반대인 보상 노이즈 발생을 위해 2차 권선(NS)의 극성과 반대의 극성을 가질 수 있다.
보조 커패시터(CA)는 1차 권선(NP)의 일단과 보조 권선(NA) 사이에 연결될 수 있다. 보조 권선(NA)에 의해 발생하는 보상 노이즈는 기생 노이즈와 크기는 같고 위상이 반대여야 하나 실제적으로는 보조 권선(NA)에 따른 기생 경로 등의 이유로 그 크기가 정확하게 일치하지 않는다. 이때, 보조 커패시터(CA)를 연결함으로써 보조 권선(NA)에 따른 보상 노이즈의 크기를 기생 노이즈의 크기와 더욱 일치시킬 수 있다.
다시 말하면, 본원은 인쇄회로기판 상에 실장된 트랜스포머의 1차 권선(NP)의 일단과 2차 권선(NS)의 일단 사이에 연결된 기생 커패시터(CP)에 의해 발생한 기생 노이즈와 크기가 같고 위상이 반대인 보상 노이즈를 보조 권선(NA)과 보조 커패시터(CA)를 통해 발생시킴으로써 본원의 목적인 전도 EMI를 저감을 달성할 수 있게 되는 것이다.
이를 도 2를 통하여 보다 상세하게 살펴보면 아래와 같다.
도 2는 도 1의 등가 회로도이다.
도 2를 참고하면, VN은 2차측에서 본 1차 권선(NP)과 커플링된 2차 권선(NS) 양단의 전압이고, VA는 보조 권선(NA) 양단의 전압이며, VY는 Y-커패시터(CY) 양단의 전압이다.
이때, 보조 권선(NA)과 보조 커패시터(CA)에 의한 보상 노이즈가 기생 노이 즈를 보상하려면 Y-커패시터(CY) 양단의 전압 VY가 0이어야 한다. 키르히호프의 전류 법칙을 이용하여 Y-커패시터(CY) 양단의 전압 VY를 구하면 아래의 [수학식 1]과 같다.
Figure 112009008694864-PAT00001
또한, 2차측에서 본 1차 권선(NP)과 커플링된 2차 권선(NS) 양단의 전압 VN과 보조 권선(NA) 양단의 전압 VA의 관계는 아래의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112009008694864-PAT00002
여기서, NA는 보조 권선의 권선 수이고, NN은 2차측에서 본 1차 권선과 커플링된 2차 권선의 권선 수이다.
따라서, 기생 노이즈의 보상은 보조 커패시터(CA)의 값과 보조 권선(NA)의 권선 수를 적절히 조절함으로써 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전원 장치의 회로도이고, 도 4는 도 3의 제 1 단자 및 제 2 단자에서 보조 권선 및 보조 커패시터 추가 전후의 전압 파형을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 전원 장치는 교류 입력 전원, 교류 입력 전원에 연결된 입력 초크(31), 입력 초크(31)에 연결된 정류기(32), 정류기에 연결된 PFC부(Power factor correction; 33), PFC부에 연결된 파워 컨버터 트랜스포머(11), 파워 컨버터 트랜스포머(11)에 연결된 정류부를 포함할 수 있다.
또한, 정류부는 다이오드(D) 또는 동기 정류기를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 파워 컨버터 트랜스포머(11)는 1차 권선(NP), 2차 권선(NS), 기생 커패시터(CP), 스위칭 수단(Q), Y-커패시터(CY3), 보조 권선(NA), 보조 커패시터(CA)를 포함할 수 있다.
1차 권선(NP)은 트랜스포머의 1차측에 위치하고, 2차 권선(NS)은 트랜스포머의 2차측에 위치하여 1차 권선(NP)과 커플링 되어 있다. 또한, 1차 권선(NP)과 2차 권선(NS)은 각각 극성을 가질 수 있다. 바람직하게는 1차 권선(NP)과 2차 권선(NS)은 같은 극성을 가질 수 있다.
기생 커패시터(CP)는 인쇄회로기판 상에 실장된 트랜스포머의 1차측과 2차측 사이에 형성되는 기생 경로에 위치하는 것이다. 즉, 1차 권선(NP)의 일단과 2차 권선(NS)의 일단 사이에 연결될 수 있다.
이 기생 커패시터(CP)는 기생 노이즈를 발생시킴으로써 전도 EMI를 증가시키게 된다.
스위칭 수단(Q)은 1차 권선(NP)의 타단에 연결될 수 있다. 스위칭 수단(Q)은 트랜지스터일 수 있고, 출력 신호를 피드백 받아 PWM 제어를 수행할 수 있다.
Y-커패시터(CY3)는 스위칭 수단(Q)과 접지 단자 사이에 연결되어 트랜스포머의 노이즈를 줄일 수 있다.
보조 권선(NA)은 트랜스포머의 2차측에 위치하며 2차 권선(NS)과 커플링 되어 있다. 또한, 보조 권선(NA)은 극성을 가지고 있는데 기생 커패시터(CP)에 의해 발생하는 기생 노이즈와 크기는 같고 위상이 반대인 보상 노이즈 발생을 위해 2차 권선(NS)의 극성과 반대의 극성을 가질 수 있다.
보조 커패시터(CA)는 1차 권선(NP)의 일단과 보조 권선(NA) 사이에 연결될 수 있다. 보조 권선(NA)에 의해 발생하는 보상 노이즈는 기생 노이즈와 크기는 같고 위상이 반대여야 하나 실제적으로는 보조 권선(NA)에 따른 기생 경로 등의 이유로 그 크기가 정확하게 일치하지 않는다. 이때, 보조 커패시터(CA)를 연결함으로써 보조 권선(NA)에 따른 보상 노이즈의 크기를 기생 노이즈의 크기와 더욱 일치시킬 수 있다.
도 4를 참고하면, (a)는 보조 권선(NA) 및 보조 커패시터(CA) 추가 전의 제 1 단자(1)에서의 단자 전압 파형이고, (b)는 보조 권선(NA) 및 보조 커패시터(CA) 추가 전의 제 2 단자(2)에서의 단자 전압 파형이고, (c)는 보조 권선(NA) 및 보조 커패시터(CA) 추가 후의 제 1 단자(1)에서의 단자 전압 파형이고, (d)는 보조 권선(NA) 및 보조 커패시터(CA) 추가 후의 제 2 단자(2)에서의 단자 전압 파형이다. 이때, 각 단자 전압은 접지 단자와 각 단자들(1, 2) 사이의 전압이다.
즉, 보조 권선(NA) 및 보조 커패시터(CA)를 추가한 경우 이들의 추가 전과 비교하여 각 단자 전압이 일정함을 알 수 있다. 이는 기생 노이즈가 보조 권선(NA) 및 보조 커패시터(CA)에 의한 보상 노이즈에 의해 보상되어 전도 EMI가 저감되었다는 것을 의미한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
도 1은 본 발명에 따른 전도 EMI 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머의 회로도이다.
도 2는 도 1의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전원 장치의 회로도이다.
도 4는 도 3의 제 1 단자 및 제 2 단자에서 보조 권선 및 보조 커패시터 추가 전후의 전압 파형을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 제 1 단자
2: 제 2 단자
11: 파워 컨버터 트랜스포머
31: 입력 초크
32: 정류기
33: PFC부

Claims (7)

1차측에 위치한 1차 권선;
2차측에 위치하며 상기 1차 권선과 커플링된 2차 권선;
상기 1차 권선의 일단과 2차 권선의 일단 사이에 연결된 기생 커패시터;
상기 1차 권선의 타단에 연결된 스위칭 수단;
상기 스위칭 수단과 접지 단자 사이에 연결된 Y-커패시터;
2차측에 위치하며 상기 2차 권선과 커플링된 보조 권선;
상기 1차 권선의 일단과 상기 보조 권선 사이에 연결된 보조 커패시터;
를 포함하는 전도 EMI 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 권선, 2차 권선 및 보조 권선은 각각 극성을 가지며, 상기 보조 권선은 상기 2차 권선과 반대의 극성을 갖는 전도 EMI 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스포머.
제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 수단은 트랜지스터인 전도 EMI 저감을 위한 파워 컨버터 트랜스 포머.
교류 입력 전원;
상기 교류 입력 전원에 연결된 입력 초크;
상기 입력 초크에 연결된 정류기;
상기 정류기에 연결된 PFC부;
상기 PFC부에 연결된 파워 컨버터 트랜스포머;
상기 파워 컨버터 트랜스포머에 연결된 정류부;를 포함하며,
상기 파워 컨버터 트랜스포머는,
1차측에 위치한 1차 권선;
2차측에 위치하며 상기 1차 권선과 커플링된 2차 권선;
상기 1차 권선의 일단과 2차 권선의 일단 사이에 연결된 기생 커패시터;
상기 1차 권선의 타단에 연결된 스위칭 수단;
상기 스위칭 수단과 접지 단자 사이에 연결된 Y-커패시터;
2차측에 위치하며 상기 2차 권선과 커플링된 보조 권선;
상기 1차 권선의 일단과 상기 보조 권선 사이에 연결된 보조 커패시터;
를 포함하는 전원 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 1차 권선, 2차 권선 및 보조 권선은 각각 극성을 가지며, 상기 보조 권선은 상기 2차 권선과 반대의 극성을 갖는 전원 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 스위칭 수단은 트랜지스터인 전원 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 정류부는 다이오드 또는 동기 정류기를 포함하는 전원 장치.
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