KR20150096125A

KR20150096125A - 초크 코일

Info

Publication number: KR20150096125A
Application number: KR1020140017164A
Authority: KR
Inventors: 유승완; 김희승; 원재선; 이영민; 한승호; 진화훈
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: CN104851552A; KR101588705B1; US20150255204A1; US9514873B2

Abstract

본 발명은 초크 코일에 관한 것으로, 제1레그와 제2레그, 상기 제1레그의 상단부와 제2레그의 상단부를 연결하는 제1평판, 그리고 상기 제1레그의 하단부와 제2레그의 하단부를 연결하는 제2평판으로 구성된 코어; 상기 제1레그에 권선된 일차코일; 및 상기 제2레그에 권선된 이차코일;을 포함하고, 상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나의 너비는 상기 제1레그 및 제2레그의 너비보다 큰, 초크 코일을 포함할 수 있다.

Description

초크 코일{CHOKE COIL}

본 발명은 초크 코일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, EMI 필터의 공통 모드 필터(Common Mode Filter) 등으로 사용될 수 있는 초크 코일에 관련된다.

최근들어, 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 발광다이오드(LED) 등과 같은 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display; FPD) 시장에서는 제품 외관의 전체 크기를 소형화 및 슬림화하는 동시에 제품의 처리속도를 고속화하려는 노력이 계속되고 있으며, 이에 따라, 전자기파 노이즈로 인한 다양한 문제가 발생하고 있다.

한편, 디스플레이 장치나 기타 전기·전자기기에는 전원공급을 위하여 전원 공급 장치가 필수적으로 채용되고 있으며, 이중에서 SMPS(Switching Mode Power Supply)는 상용 전원을 반도체 소자의 스위칭 및 트랜스의 전력변환 기능을 이용하여, 각종 전자제품에서 요구하는 고효율/고품질의 전력으로 변환하여 공급한다.

그러나 SMPS는 스위칭 동작시 발생되는 전자기 간섭(ElectroMagnetic Interference; EMI) 현상에 의하여 다량의 노이즈가 발생하게 된다.

전자기 간섭은 크게 전도성 전파(Conducted Emission)와 전파성 전파(Radiated Emission)로 나뉠 수 있으며, 각각은 다시 차동모드(Differential Mode) 노이즈와 공통모드(Common Mode) 노이즈로 분류될 수 있다.

상술한 전자기 간섭을 제거하기 위하여, 하기의 선행기술문헌에 기재된 바와 같이, 상용 교류 전원이 입력되는 전원 입력단에 EMI 필터를 채용할 수 있다.

구체적으로, 차동모드 노이즈 저감을 위한 EMI 필터는 주로 노멀 모드 초크 코일(Normal Mode Choke Coil)　및 X-커패시터(X-capacitor)를 사용하며, 공통모드 노이즈 저감을 위해서는 공통모드 초크 코일(Common Mode Choke Coil) 및 Y-커패시터(Y-capacitor)를 사용한다.

이러한 EMI 필터에 사용되는 초크 코일은, 저주파 대역의 초크 코일과 고주파 대역의 초크 코일을 채용하여 전자기 간섭을 제거하기 위한 주파수 대역을 넓게 확보하는데, 이로 인해 제품 외관의 전체 크기가 증가하게 되어 경박 단소화를 지향하는 소비자의 요구에 부합되지 못하는 문제점이 있다.

한편, EMI 필터용으로 사용되는 초크 코일은 자화 인덕턴스(Lm) 특성으로 공통모드 노이즈를 감소시키고, 누설 인덕턴스(Lk) 특성으로 차동모드 노이즈를 감소시킬 수 있는데, 최근 제품의 슬림화, 소형화 등에 따라 제품의 크기가 점점 작아지고 있는 실정에서 자화 인덕턴스(Lm)와 누설 인덕턴스(Lk)를 모두 증가시키는데 한계가 있다.

한국 공개특허공보 제 10-2012-0070228호

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 제품 외관의 크기를 소형화 및 슬림화하면서도 자화 인덕턴스(Lm)와 누설 인덕턴스(Lk)가 개선된 초크 코일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 코어에 권선되는 일차코일과 이차코일을 안정적으로 지지함으로써 공정의 편이성을 도모하고, 이에 따라, 제조원가 절감을 통한 경쟁력 확보가 가능한 초크 코일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은, 제1레그와 제2레그, 상기 제1레그의 상단부와 제2레그의 상단부를 연결하는 제1평판, 그리고 상기 제1레그의 하단부와 제2레그의 하단부를 연결하는 제2평판으로 구성된 코어; 상기 제1레그에 권선된 일차코일; 및 상기 제2레그에 권선된 이차코일;을 포함하고, 상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나의 너비는 상기 제1레그 및 제2레그의 너비보다 큰, 초크 코일을 제공한다.

여기서, 상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나의 너비는 상기 일차코일 및 이차코일의 너비와 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나의 길이는 상기 제1레그의 외측벽과 제2레그의 외측벽 사이의 거리보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나는, 평행 배치된 장축방향의 두 직선과, 상기 두 직선의 양단을 연결하는 두 곡선으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1평판 또는 제2평판의 너비는 상기 일차코일 및 이차코일의 너비와 동일하고, 상기 제1평판 또는 제2평판의 곡선 영역은 상기 일차코일 및 이차코일의 외주면과 수직선상 일치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일차코일과 이차코일은 평각동선을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일차코일과 이차코일의 표면은 절연체로 피복된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1레그와 제2레그는 원기둥, 사각기둥의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 코어를 구성하는 제1레그, 제2레그, 제1평판, 그리고 제2평판이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 제품 외관의 크기를 증가시키지 않는 범위내에서 자화 인덕턴스(Lm)와 누설 인덕턴스(Lk)의 크기를 극대화할 수 있다.

또한, 공정 과정에서 일차코일 및 이차코일을 흔들림없이 안정적으로 권선할 수 있어 특성 편차를 줄일 수 있으며, 공정의 용이성으로 생산의 효율성 및 제조 원가의 절감을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초크 코일의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 초크 코일에 포함된 코어만을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 초크 코일이 적용된 EMI필터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 초크 코일의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 초크 코일이 기판에 실장된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초크 코일의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초크 코일에 포함된 코어만을 도시한 사시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 초크 코일의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 초크 코일이 기판에 실장된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

부가적으로, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니고, 예컨대, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 한편, 각 도면에 걸쳐 표시된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도시의 간략화 및 명료화를 위해, 도면은 일반적 구성 방식을 도시하고, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 초크 코일의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 초크 코일(100)은, 코어(110)와, 상기 코어(110)에 권선된 일차코일(120)과 이차코일(130)로 구성될 수 있다.

도 2는 도 1에서 일차코일(120)과 이차코일(130)이 권선되기 전의 코어(110)만을 나타낸 사시도로서, 상기 코어(110)는 자성체로 이루어진 제1레그(111)와 제2레그(112), 그리고 제1평판(113)과 제2평판(114)이 일체로 결합되어 폐자로를 형성한다.

구체적으로, 상기 제1레그(111)와 제2레그(112)는 소정의 거리를 두고 서로 마주보며 이격되며, 상기 제1평판(113)은 제1레그(111)의 상단부와 제2레그(112)의 상단부를 연결하도록 결합되고, 상기 제2평판(114)은 제1레그(111)의 하단부와 제2레그(112)의 하단부를 연결하도록 결합될 수 있다.

도면상에서 상기 제1레그(111)와 제2레그(112)는 원기둥 형태로 예시되어 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니고, 사각기둥과 같은 구조의 형태로도 구현 가능하다.

상기 일차코일(120)과 이차코일(130)은 각각 제1레그(111)와 제2레그(112)에 권선되어 전자기적 결합을 형성한다.

도 3은 본 발명의 초크 코일(100)이 적용된 EMI필터를 개략적으로 나타낸 도면으로, 상기 일차코일(120)과 이차코일(130)은 서로 반대 방향으로 권선되어 일차코일(120)은 전원 라인의 라이브(Live)단에 연결되고, 이차코일(130)은 뉴트럴(Neutral)단에 연결될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 초크 코일(100)은, 라이브단과 뉴트럴단 사이에 서로 직렬 연결된 제1 및 제2 Y커패시터(C_Y1,C_Y2)를 통해 전원 라인에 흐르는 공통 모드의 전자기 간섭을 제거하고, 라이브단과 뉴트럴단 사이에 상기 제1 및 제2 Y커패시터(C_Y1,C_Y2)와 병렬 연결된 X커패시터(C_X1)를 통해 전원 라인에 흐르는 차동 모드의 전자기 간섭을 제거할 수 있다.

도 4는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면도로서, 상기 일차코일(120) 및 이차코일(130)은 동선의 단면이 원형이 아닌 사각형의 평각동선을 가질 수 있다.

이 경우, 단면이 원형인 코일과 대비하여 보다 밀집되게 권선될 수 있어, 도 4와 같이 1turn의 단층 구조로도 요구되는 인덕턴스를 얻을 수 있다. 이처럼, 코일을 단층 구조로 권선 시 기생 커패시턴스가 저감될 수 있으며, 기생 커패시턴스의 저감은 공진 주파수의 상승으로 연결되어 본 발명의 초크 코일(100)은 차단 주파수 대역의 상승을 기대할 수 있다.

한편, 상기 코어(110)와 일차코일(120), 코어(110)와 이차코일(130)간에는 전기적으로 절연되어야 하므로, 상기 일차코일(120)과 이차코일(130)의 표면은 절연체로 피복될 수 있다. 또는, 일차코일(120)과 이차코일(130)이 권선되는 상기 제1레그(111) 및 제2레그(112) 표면이 절연 코딩되도록 할 수도 있다.

도 5는 도 1의 평면도로서, 도 5를 참조하면, 본 발명의 초크 코일(100)은, 상기 제1평판(113)과 제2평판(114) 중 적어도 어느 하나의 너비(L1)가 상기 제1레그(111) 및 제2레그(112)의 너비(L2)보다 더 크게 형성될 수 있다(이하에서는 제1평판(113)을 기준으로 설명하고, 제1평판(113)에 대한 설명은 제2평판(114)에도 동일하게 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.).

이에 따라, 코어(110)를 따라 형성되는 자속에 수직한 제1평판(113)의 단면적(도 2의 A)은 종래에 비해 보다 넓어지게 되고, 그 결과, 자화 인덕턴스(Magnetizing Inductance, 이하 Lm)가 증가하게 된다.

그리고, 단면적(A) 뿐만 아니라 제1평판(113)의 전체적인 표면적도 증가하게 되므로, Lk=(1-k²)*Lm (여기서, Lk는 누설 인덕턴스(Leakage Inductance), k는 일차코일(120)과 이차코일(130) 사이의 결합계수)의 관계에 의해서 누설 인덕턴스가 증가하게 된다.

자화 인덕턴스(Lm)와 누설 인덕터스(Lk)를 개선하기 위해서는 제1평판(113)의 너비(L1)를 크게 할수록 좋으나, 이 경우, 기판에서의 초크 코일 실장 높이가 증가하게 되어 제품의 경박단소를 요구하는 소비자 요구에 부합하지 못하게 된다.

즉, 도 6은 본 발명의 초크 코일(100)이 기판에 실장된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도로서, 일차코일(120) 및 이차코일(130)이 기판(10)에 수평되게 실장되는 수평 타입인 경우, 제1평판의 너비(L1)가 너무 커지게 되면 실장 높이가 증가하게 된다.

따라서, 본 발명의 초크 코일(100)은 상기 제1평판(113)의 너비(L1)를 일차코일(120) 및 이차코일(130)의 너비(외경)와 동일하게 구성하여 실장 높이가 일차코일(120) 및 이차코일(130)의 너비를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초크 코일의 사시도이고, 도 8은 도 7에서 일차코일과 이차코일이 권선되기 전의 코어만을 나타낸 사시도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 초크 코일(200)은, 도 1 및 도 2에 예시된 구성과 마찬가지로, 제1레그(211)와 제2레그(212), 그리고 제1평판(213)과 제2평판(214)이 일체로 결합된 구조의 코어(210)와, 상기 제1레그(211)에 권선된 일차코일(220), 상기 제2레그(212)에 권선된 이차코일(230)을 포함할 수 있다.

도 9는 도 7의 평면도로서, 여기서, 상기 제1평판(213)은 평행 배치된 장축방향의 두 직선(213a)과, 두 직선(213a)의 양단을 연결하는 두 곡선(213b)으로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2평판(214) 역시 평행 배치된 장축방향의 두 직선과, 두 직선의 양단을 연결하는 두 곡선으로 구성될 수 있다(이하에서는 제1평판(213)을 기준으로 설명하고, 제1평판(213)에 대한 설명은 제2평판(214)에도 동일하게 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.).

여기서, 상기 제1평판(213)을 구성하는 두 직선(213a) 사이의 거리, 즉, 너비(L1)는 상기 제1레그(211)와 제2레그(212)의 너비(L2)보다 크고, 두 곡선(213b) 사이의 거리, 즉, 길이(L3)는 상기 제1레그(211)의 외측벽과 제2레그(212)의 외측벽 사이의 거리(L4)보다 크게 형성될 수 있다.

즉, 본 실시예에서 상기 제1평판(213)의 전(全) 측벽은 제1레그(211) 및 제2레그(212)의 측벽보다 돌출되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 코어(210)를 따라 형성되는 자속에 수직한 제1평판(213)의 단면적(도 8의 B)과, 제1평판(213)의 전체적인 표면적이 보다 넓어지게 되고, 그 결과, 자화 인덕턴스(Lm) 및 누설 인덕턴스(Lk)가 크게 증가하게 된다.

이때, 기판에서의 초크 코일 실장 높이가 증가되지 않도록 하기 위하여, 상기 제1평판(213)의 너비(L1)는 상기 일차코일(220) 및 이차코일(230)과 동일한 너비(외경)로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 제1평판(213)을 구성하는 직선(213a)의 길이는 상기 제1레그(211)의 중심점과 제2레그(212)의 중심점 사이의 거리와 동일하고, 제1평판(213)을 구성하는 곡선(213b)의 곡률반경은 상기 일차코일(220) 및 이차코일(230)의 곡률반경과 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.

이러한 경우, 제1평판(213)의 곡선(213b) 영역은 일차코일(220) 및 이차코일(230)의 외주면과 수직선상 일치하게 되고, 이에 따라, 상기 일차코일(220)과 이차코일(230)은 제1평판(213) 및 제2평판(214)의 외곽 돌출 부위에 안정하게 지지될 수 있다. 그 결과, 일차코일(220) 및 이차코일(230)은 권선 과정에서 흔들림없이 안정적으로 권선될 수 있어 특성 편차를 줄일 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 초크 코일(200)은, 제1평판(213)의 두께를 조절하여 종래 초크 코일이 갖는 자화 인덕턴스(Lm)와 동일한 값을 가지도록 할 수 있다.

즉, 상기 제1평판(213)의 너비(L1) 증가에 의한 면적 증가분만큼 두께를 감소시켜 종래 초크 코일에서 자속에 수직한 코어의 단면적과 본 발명의 초크 코일에서 자속에 수직한 코어(210)의 단면적(B)이 서로 같아지게 하는 것이다.

이 경우, 자화 인덕턴스(Lm)의 개선은 없으나, 제1평판(213)의 전체적인 표면적은 증가하므로 누설 인덕턴스(Lk)가 개선되고, 또한, 기판에서의 초크 코일 실장 면적을 감소시킬 수 있다.

즉, 도 10은 본 발명의 초크 코일(200)이 기판에 실장된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도로서, 일차코일(220) 및 이차코일(230)이 기판(10)에 수평되게 실장되는 수평 타입인 경우, 제1평판(213)의 두께(D)가 작아지면 그만큼 초크 코일(200)의 전체 실장 면적(M)도 감소하게 되므로 제품 소형화에 이점을 갖게 된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 기판
100,200: 본 발명에 따른 초크 코일
110,210: 코어
111,211: 제1레그
112,212: 제2레그
113,213: 제1평판
114,214: 제2평판
120,220: 일차코일
130,230: 이차코일

Claims

제1레그와 제2레그, 상기 제1레그의 상단부와 제2레그의 상단부를 연결하는 제1평판, 그리고 상기 제1레그의 하단부와 제2레그의 하단부를 연결하는 제2평판으로 구성된 코어; 상기 제1레그에 권선된 일차코일; 및 상기 제2레그에 권선된 이차코일;을 포함하고, 상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나의 너비는 상기 제1레그 및 제2레그의 너비보다 큰 초크 코일.
제1항에 있어서,
상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나의 너비는 상기 일차코일 및 이차코일의 너비와 동일한 초크 코일.
제1항에 있어서,
상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나의 길이는 상기 제1레그의 외측벽과 제2레그의 외측벽 사이의 거리보다 큰 초크 코일.
제1항에 있어서,
상기 제1평판과 제2평판 중 적어도 어느 하나는, 평행 배치된 장축방향의 두 직선과, 상기 두 직선의 양단을 연결하는 두 곡선으로 구성된 초크 코일.
제4항에 있어서,
상기 제1평판 또는 제2평판의 너비는 상기 일차코일 및 이차코일의 너비와 동일하고, 상기 제1평판 또는 제2평판의 곡선 영역은 상기 일차코일 및 이차코일의 외주면과 수직선상 일치하는 초크 코일.
제1항에 있어서,
상기 일차코일과 이차코일은 평각동선을 갖는 초크 코일.
제1항에 있어서,
상기 일차코일과 이차코일의 표면은 절연체로 피복된 초크 코일.
제1항에 있어서,
상기 제1레그와 제2레그는 원기둥, 사각기둥의 형상을 갖는 초크 코일.
제1항에 있어서,
상기 코어를 구성하는 제1레그, 제2레그, 제1평판, 그리고 제2평판이 일체로 형성된 초크 코일.