KR100385567B1 - 통신용 초크 코일 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인터넷과 같은 주파수가 높은 광대역 고속 디지털 통신회선에서 통신 신호의 손실을 최소화하면서 불평형의 노이즈 및 서지를 제거할 수 있는 통신용 초크 코일과 통신용 초크 코일의 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.

이를 달성하기 위하여 본 발명은 통신용 초크 코일에 있어서, 꼬인 상태로 된 한 쌍의 권선; 및 일정 부피를 형성하는 상기 한 쌍의 권선이 중앙부의 플랜지에 권회되어 있는 자성체 코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

통신용 초크 코일 및 그의 제조방법{Choke coil for telecommunication and its manufacturing method}

본 발명은 주로 전자기기 등에서 유출하는 노이즈 및 서지를 제거하기 위한 필터에 사용되는 통신용 초크 코일 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

순환하는 노이즈에는 두가지 모드가 있다. 첫번째는 선간으로 신호와 혼합되어 순환되는 정상모드이고, 두번째는 선과 대지간으로 순환되는 공통모드이다. 정상 모드의 노이즈 전류방향은 신호의 전류 방향과 동일한 방향이다. 공통 모드의 노이즈 전류 방향은 신호의 전류 방향과 다른 루프를 따른다.쵸크 코일(Choke Coil)은 상기한 형태의 노이즈를 감소시키거나 제거하도록설계된다. 통신용 쵸크 코일로 사용되는 필터용 리액터를 제조하기 위한 종래의 권선 방법은 라인별로 각각 2개의 코일을 다른 보빈에 권선하여 한개의 코어를 사용하거나 두가닥의 코일을 겹쳐서 동시에 권선하는 방법을 사용하였다. 그런데 이와같은 권선법에 의한 필터용 리액터는 코일의 선간, 층간에 형성되는 분포용량으로 인하여 고주파 영역에서 누화가 심하며, 특정 주파수에서 공진 현상이 발생하므로 광대역에서 양호한 특성을 갖기란 거의 불가능하며, 특성이 고른 고품질의 대량제조가 어려운 실정이다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 인터넷에서 사용되는 주파수와같은 고주파의 광대역 고속 디지털 통신회선에서 통신 신호의 손실을 최소화하면서 불평형의 노이즈 및 서지를 제거할 수 있는 통신용 초크 코일을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 인터넷에서 사용되는 주파수와 같은 고주파의 광대역 고속 디지털 통신회선에서 통신 신호의 손실을 최소화하면서 불평형의 노이즈 및 서지를 제거할 수 있는 통신용 초크 코일의 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 통신용 초크 코일의 전기적 등가회로도,

도 2는 본 발명에 따른 통신용 초크 코일의 사시도,도 3은 코일별 규격을 측정하기 위한 회로도,도 4는 코일별 단락시 인덕턴스를 측정하기 위한 회로도,도 5는 코일별 저항결합시 인덕턴스를 측정하기 위한 회로도,도 6은 코일별 주파수 대역 특성을 측정하기 위한 제1 회로도,도 7은 도 6의 제1 회로에서의 펑션 제너레이터 기준특성도,도 8은 도 6의 제1 회로에서의 본 발명에 따른 초크 코일의 대역특성도,도 9는 도 6의 제1 회로에서의 종래 겹쳐감기 코일의 대역특성도,도 10은 도 6의 제1 회로에서의 종래의 분할감기 코일의 대역특성도,도 11은 코일별 주파수 대역 특성을 측정하기 위한 제2 회로도,도 12는 도 11의 제2 회로에서의 펑션 제너레이터 기준특성도,도 13A ~ 13D는 도 11의 제2 회로에서의 본 발명에 따른 초크 코일의 대역 특성도,도 14A ~ 14D는 도 11의 제2 회로에서의 종래의 겹쳐감기 코일의 대역특성도,도 15A ~ 15D는 도 11의 제2 회로에서의 종래의 분할감기 코일의 대역특성도.

* 도면의 주요 부분에 대한설명 *

L1, L2 : 코일

T1, T2 : 입력단자

T3, T4 : 출력단자

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 통신용 초크 코일에 있어서, 꼬인 상태로 된 한 쌍의 권선; 및 일정 부피를 형성하는 상기 한 쌍의 권선이 중앙부의 플랜지에 권회되어 있는 자성체 코어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본원의 다른 발명은 통신용 초크 코일의 제조방법에 있어서, 한 쌍의 권선을 꼬는 단계; 꼬인 상태로 된 상기 한 쌍의 권선이 일정 부피를 형성하도록 보빈에 감는 단계; 및 상기 보빈에 감겨 일정 부피를 형성하는 상기 한 쌍의 권선을 탈취하여 자성체 코어의 중앙부 플랜지에 끼우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 통신용 초크 코일의 전기적 등가회로도이고, 도 2는본 발명에 따른 통신용 초크 코일의 사시도이다.

본 발명에 따른 통신용 초크 코일은 한쌍의 코일(N1, N2)이 꼬인 상태에서 하나의 코어에 감겨 있다. 한쌍의 코일(N1, N2)에 흐르는 전류의 위상이 역위상이므로 누설자속이 없고 전규의 크기가 같은 경우 전체 인턱던스는 수학식 L= L1 + L2 - 2M(여기서, L1, L2는 자기 인덕턴스, M은 상호 인덕턴스)과 M=k(여기서, 누설자속이 없으면, k=1임)에 의해 "0"이 된다. 그러나, 쵸크 코일과 연결된 부하단 등에서 누설전류가 발생하는 경우 한 쌍의 코일에 흐르는 전류의 크기는 다르게 되며, 이 때 전류의 차에 해당되는 인덕턴스 값이 되어 제어하는데 불평형 노 이즈는 이에 속하여 제어된다.

본 발명에 따른 통신용 초크 코일의 입력단자(T1, T3)와 출력단자(T2, T4)는 동위상으로 구성되는 한쌍의 초크 코일을 병렬접속한 것과 유사하나 하나의 코어에꼬아서 감음으로써 선간 및 층간의 누화가 꼬여진 피치마다 상쇄되는 조건이므로 두개의 입력과 두개의 출력을 갖는 한 쌍의 초크 코일이 될 수 있다.이와 같은 본 발명의 통신용 초크 코일을 제조하기 위한 방법은 한 쌍의 권선을 꼬는 단계를 추가할 뿐인 바, 이후의 단계는 종래의 초크 코일 제조 방법과 동일하다. 즉, 한 쌍의 권선을 각 권선의 피복이 벗겨지지 않을 정도로 적절히 꼬고 나서, 꼬인 상태로 된 한 쌍의 권선을 일정 두께와 폭을 형성하도록 권선기를 이용하여 보빈에 감는다. 이후, 상기 보빈에 감겨 일정 부피를 형성하는 한 쌍의 권선을 탈취하고, 탈취된 일정 부피를 형성하는 한 쌍의 권선을 E자형 자성체 코어의 중앙부 플랜지에 끼운 후 I자형 코어를 덮어 완성한다. 이 때 E자형 코어와 I자형 코어를 결합하는 것은 통상의 방법인 본딩처리에 의할 수도 있고, 테이핑처리에의할 수도 있으며, 이러한 것들로 인하여 본 발명의 본질이 훼손되어서는 아니된다.이하에서는 본 발명에 따른 통신용 초크 코일과 일반적인 겹쳐감기 코일 및 분할감기 코일의 특성을 대비한 결과에 관하여 설명하기로 한다.시험 대상 코일로는 본 발명에 따른 통신용 초크 코일(이하, C1 이라 한다), 권선 N1, N2를 겹쳐서 동시에 감은 일반적인 겹쳐감기 코일(이하, C2 라 한다) 및 권선 N1, N2를 분할하여 별개로 감은 일반적인 분할감기 코일(이하, C3라 한다)을 선정하였다.o 우선, 측정장비 DU-6021의 LCR측정기를 사용하여 대역 특성을 분석한 결과이다.[표 1] 각 코일의 규격 비교표 1은 도 3의 측정 방법에 따라 측정된 각 코일의 규격으로서, 여기서의 측정 대상 코일들은 불평형 노이즈를 제거할 수 있는 비슷한 규격의 커먼 모드 코일이다.[표 2] 단락시 각 코일의 인덕턴스 비교표 2는 도4의 측정 방법에 따라 측정된 것으로서, 각 코일의 일측을 단락시킨 상태에서 인덕턴스값을 나타내며, 평형의 통신신호에 영향을 줄 수 있는 인덕턴스(L) 및 공진계수(Q)는 되도록이면 작아야 우수한 특성을 가지며, 인덕턴스(L)가 크면 결합도가 불량하여 신호의 손실이 발생하게 된다.[표 3] 저항결합시 각 코일의 인덕턴스 비교표 3은 도 5의 측정방법에 따라 측정된 것으로서, 각 코일의 일측에 100오옴의 저항을 삽입한 상태에서 인덕턴스값이며, 위에서와 마찬가지로 인덕턴스(L)와 공진계수(Q)가 작아야 신호의 손실이 작게 되며, 본 발명의 통신용 초크 코일이 "-"수치를 지시함은 인덕턴스 보다 표유 용량에 의한 커패시턴스가 오히려 크다는 것을 의미하며 인덕턴스가 거의 존재하지 않음을 알 수 있다.따라서, 100오옴의 선로 임피던스에서 사용시 인덕턴스(L)와 공진계수(Q)에의한 대역손실 등의 문제점이 거의 없음을 알 수 있다.위와 같은 결과에 의하면 권선 층간 또는 선간의 누화 경감이 중요하며, 일반적인 권선방법으로는 동일 코어(철심)에 감긴 코일의 자속이 모두 코어로만 흐르는 것이 아니며, 코일도 인덕턴스를 일부 갖고 있는 반면, 본 발명에 따라 권선된 통신용 초크 코일의 결합도가 우수함을 알 수 있다. 즉, 결합도 향상의 부작용인 표유 용량에 의한 주파수대역특성의 불균형은 코일의 꼬임으로 선간 또는 층간의 표유 용량을 상쇄시켜 주파수 대역 특성을 평탄하게 한다.o 다음으로는, 측정장비 Topwade 815 및 SDS-200의 Function Generator 및 오실로스코프에 의해 주파수 대역의 특성을 분석한 결과이다.측정용 회로로는 도 6의 제1 시험용 회로와 도 11의 제2 시험용 회로를 사용한다.먼저, 도 6의 제1 시험용 회로에서 0 ∼ 10MHz 대역, 부하저항 100오옴인 상태에서, 오실로스코프를 이용하여 주파수 대역 특성을 분석한 결과에 대해 설명하기로 한다.도 7은 코일이 없는 상태에서 펑션 제너레이터만의 기준특성을 나타내며, 도 8는 본 발명에 따른 초크 코일의 대역특성을 나타내고, 5MHz 이상에서 약간의 감쇄가 있으나 전체적인 대역에서 평탄한 특성을 갖는 것을 보인다. 도 9 및 도 10은 각각 종래의 일반적인 겹쳐감기 코일과 분할감기 코일의 대역특성을 나타내는 파형도로서, 인덕턴스에 의한 감쇄현상이 심하게 일어나는 것을 알 수 있다.다음으로, 도 11의 제2 시험용 회로에서 펑션 제너레이터와 오실로스코프를 접지시킨 상태에서 측정대상코일과 접지를 통해 흐르는 주파수 대역 특성을 분석한 결과에 대해 설명하기로 한다.도 12는 펑션 제너레이터에서 발생한 0 ~ 10 MHz대역의 출력 파형도로서, 전대역에서 평탄한 특성을 보인다.도 13A ~ 13D는 각각 본 발명에 따른 초크 코일의 정극성, 부극성, 역방향 정극성 및 역방향 부극성에서의 대역 특성 파형도로서, 5MHz 이상의 대역에서 약간의 감쇄가 발생하나, 이는 선간에 발생하는 커패시턴스의 영향에 의한 것이다.도 14A ~ 14D는 각각 일반적인 분할감기 코일의 정극성, 부극성, 역방향 정 극성 및 역방향 부극성에서의 대역 특성 파형도로서, 4가지 방식 모두 동일한 특성을 가짐을 알 수 있다.구체적으로는, 약 3MHz 대역에서 기준보다 4배 정도 커지고, 5MHz 대역에서 극도로 감쇄되며, 5MHz 대역 이후에도 감쇄되어 초고속 통신 선로의 필터로 사용하기에 부적합하다. 이는 코일의 층간에 발생하는 동일 위상의 커패시턴스에 의하여 발생되는 문제로서, 역위상의 커패시턴스에 의해 상쇄되어야 하나 권선이 분할되어 있으므로 발생되는 현상이다.도 15A ~ 15D는 각각 일반적인 겹쳐감기 코일의 정극성, 부극성, 역방향 정 극성 및 역방향 부극성에서의 대역 특성 파형도로서, 4가지 방식 모두가 다른 특성을 가져, 초고속통신 선로의 필터로 사용하기에 부적합함을 인지할 수 있다. 이는 코일 층간에 발생되는 커패시턴스와 권선(N1, N2)간에 발생되는 커패시턴스가 일정하지 않아 발생되는 현상이다.결과적으로, 코일의 층간에 발생되는 커패시턴스와 권선간에 발생되는 커패시턴스가 같으면서 골고루 교차 분포해야 전 대역에서 평탄한 특성을 갖는다는 데에 착안하여 본 발명의 두가닥의 권선을 꼬아서 감는 방식을 제시하고자 한다. 이에 따르면 코일간의 대향거리도 멀어지는 효과도 있다.이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상기의 구성에 따라 본 발명은 고속 데이터의 손실 감소는 물론 서지로부터 회로망의 보호 및 S/N비의 개선으로 전송품질의 향상을 기대할 수 있으며, 리액턴스 값에 반비례하여 접지저항이 작아지므로 통신장비와 접지는 등전위가 되어 고속데이터의 전송에 있어 손실이 적으며 전송 품질이 우수해지는 유리한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 통신용 초크 코일에 있어서,

   꼬인 상태로 된 한 쌍의 권선; 및

   일정 부피를 형성하는 상기 한 쌍의 권선이 중앙부의 플랜지에 권회되어 있는 자성체 코어

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신용 초크 코일.
2. 통신용 초크 코일의 제조방법에 있어서,

   한 쌍의 권선을 꼬는 단계;

   꼬인 상태로 된 상기 한 쌍의 권선이 일정 부피를 형성하도록 보빈에 감는 단계; 및

   상기 보빈에 감겨 일정 부피를 형성하는 상기 한 쌍의 권선을 탈취하여 자성체 코어의 중앙부 플랜지에 끼우는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신용 초크 코일의 제조방법.