KR100455931B1 - Transformer and structure and manufacture method thereof - Google Patents

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KR100455931B1
KR100455931B1 KR10-2003-0050530A KR20030050530A KR100455931B1 KR 100455931 B1 KR100455931 B1 KR 100455931B1 KR 20030050530 A KR20030050530 A KR 20030050530A KR 100455931 B1 KR100455931 B1 KR 100455931B1
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capacitor
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김현식
허정섭
김민호
이해연
김종령
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(주)매트론
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Abstract

본 발명은 초소형, 고효율화가 가능하게 인덕터와 캐패시터와 변압기 등의 임피던스 소자를 일체로 집적화한 임피던스 소자 일체형 트랜스포머와 그것의 구조 및 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머는, 평면 코어와 평면 코일을 사용하여 변압기를 구성하고, 상기 변압기에 캐패시터와 인덕터와 같은 임피던스 소자를 일체형으로 집적하여 구성하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해서 본 발명에서는 상기 평면 코어를 하우징으로 하여, 그 내부에 평면 코일, 평면 캐패시터, 평면 인덕터를 형성하여 구성한다. 또한, 각 소자들 사이의 절연특성 및 온도에 의해 변화되는 공진특성을 조절하기 위해서 유전체층을 더 포함시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해서 본 발명은 LCT 모듈을 적용하고 있는 전원장치의 소형 및 경량화를 도모하게 된다.The present invention relates to an impedance element integrated transformer in which an impedance element such as an inductor, a capacitor, and a transformer is integrally integrated, and a structure and a manufacturing method thereof. The impedance element integrated transformer according to the present invention is characterized by constituting a transformer using a planar core and a planar coil, and integrating an impedance element such as a capacitor and an inductor into the transformer. To this end, in the present invention, the planar core is used as a housing, and a planar coil, a planar capacitor, and a planar inductor are formed therein. In addition, the dielectric layer may be further included to adjust the insulation characteristics between the elements and the resonance characteristics changed by the temperature. By this structure, the present invention aims to reduce the size and weight of the power supply device to which the LCT module is applied.

Description

임피던스 소자 일체형 트랜스포머와 그것의 구조 및 제조방법{Transformer and structure and manufacture method thereof}Impedance integrated transformer and its structure and manufacturing method

본 발명은 트랜스포머에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초소형, 고효율화가 가능하게 인덕터와 캐패시터와 변압기 등의 임피던스 소자를 일체로 집적화한 임피던스 소자 일체형 트랜스포머와 그것의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transformer, and more particularly, to an impedance element integrated transformer in which an impedance element, such as an inductor, a capacitor, and a transformer, is integrally integrated to enable an extremely small size and high efficiency, and a structure and a manufacturing method thereof.

모든 전자, 통신기기에는 SMPS와 같은 전원장치가 이용되어진다. 상기 전원장치는, 제품 내에서 필요로 하는 각종 크기의 DC 전원을 발생시킨다. 이를 위해서 상기 전원장치는, 외부 교류전원을 입력하고, 트랜스와 같은 전기소자를 이용하여 제품에서 필요로 하는 각종 크기의 DC 전원을 발생시킨다.All electronic and communication equipment uses a power supply such as SMPS. The power supply generates DC power of various sizes required in the product. To this end, the power supply device inputs an external AC power, and generates DC power of various sizes required by the product by using an electric element such as a transformer.

그러나 종래 전원장치에서 인덕터, 캐패시터, 변압기와 같은 임피던스 소자들은 개별소자로 이용되고 있다. 따라서 완성된 전원장치는, 부피가 크고, 효율이 떨어지고 많은 솔더링(soldering)으로 인하여 작업시간이 길어져서 생산성이 낮은 문제점이 있었다. 또한, 종래 전원장치에 이용되는 인덕터, 캐패시터들은 각 소자의 온도특성이 상이하기 때문에, 완성된 전원장치가 동작하면, 공진특성이 변화하여 원하는 공진 특성을 구현하기가 어려운 문제점이 있었다.However, in the conventional power supply, impedance devices such as inductors, capacitors, and transformers are used as individual devices. Therefore, the finished power supply device has a problem that the productivity is low due to a large volume, low efficiency, and a long working time due to many solderings. In addition, since inductors and capacitors used in the conventional power supply device have different temperature characteristics of each device, when the completed power supply device operates, resonance characteristics change, and thus, it is difficult to implement desired resonance characteristics.

따라서 본 발명의 목적은, 임피던스 소자를 일체로 집적화한 임피던스 소자 일체형 트랜스포머와 그것의 구조 및 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an impedance element integrated transformer in which an impedance element is integrated and a structure and a manufacturing method thereof.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 구조도,1 is a structural diagram of an impedance element integrated transformer according to a first embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LCT 모듈을 스위칭전원장치에 적용한 예시도,2 is an exemplary diagram in which the LCT module according to the first embodiment of the present invention is applied to a switching power supply device;

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 구조도,3 is a structural diagram of an impedance element integrated transformer according to a second embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LCT 모듈을 인버터 전원장치에 적용한 예시도,4 is an exemplary diagram in which an LCT module according to a second embodiment of the present invention is applied to an inverter power supply device;

도 5는 도 4에 도시된 전기적소자들의 특성도.5 is a characteristic diagram of the electrical devices shown in FIG. 4;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1,60 : 상부 평면 코어 3,62 : 트랜스의 1차 권선1,60: upper flat core 3,62: primary winding of the transformer

5 : 평면 인덕터 7,11,74 : 트랜스의 2차 권선5: planar inductor 7,11,74: secondary winding of transformer

9,66,70 : 평면 캐패시터 13,76 : 하부 평면 코어9,66,70: flat capacitor 13,76: lower flat core

64,68,72 : 유전체층64,68,72: dielectric layer

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머는, 평면 코어와 평면 코일을 사용하여 변압기를 구성하고, 상기 변압기에 적어도 하나 이상의 임피던스소자를 집적화한 것을 특징으로 한다.The impedance element integrated transformer according to the present invention for achieving the above object is characterized by constituting a transformer using a planar core and a planar coil and integrating at least one impedance element in the transformer.

상기 임피던스 소자는, 캐패시터 또는(및) 인덕터인 것을 특징으로 한다.The impedance element is characterized in that it is a capacitor or (and) inductor.

상기 캐패시터는, 평면 캐패시터인 것을 특징으로 한다.The capacitor is characterized in that the planar capacitor.

상기 인덕터는, 평면 인덕터인 것을 특징으로 한다.The inductor is characterized in that the planar inductor.

상기 트랜스포머는, 스위칭전원장치 및 인버터와 같은 전기, 전자, 통신용 전원장치에 이용하는 것을 특징으로 한다.The transformer is used for electrical, electronic and communication power supply devices such as switching power supply devices and inverters.

또한, 본 발명에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 구조는, 상부 평면 코어와 하부 평면 코어 사이에, 트랜스포머의 1차 권선과 2차 권선을 구성하는 평면 코일과 적어도 하나 이상의 평면 임피던스 소자를 순차 적층하여 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the structure of the impedance element integrated transformer according to the present invention is formed by sequentially stacking at least one planar impedance element and a planar coil constituting the primary and secondary windings of the transformer between the upper planar core and the lower planar core. Characterized in that.

상기 평면 임피던스 소자는, 평면 인덕터 및(또는) 평면 캐패시터인 것을 특징으로 한다.The planar impedance element may be a planar inductor and / or a planar capacitor.

그리고 본 발명은 상기 각 소자들 사이에 유전체층을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that a dielectric layer is further formed between the elements.

그리고 본 발명에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 제조방법은, 박막과 후막공정을 이용하여, 상부 평면 코어와 하부 평면 코어 사이에, 트랜스포머의 1차 권선과 2차 권선을 구성하는 평면 코일과 적어도 하나 이상의 평면 임피던스 소자를 순차 적층하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing an impedance element integrated transformer according to the present invention may include at least one planar coil and at least one or more planar coils constituting a primary winding and a secondary winding of a transformer between an upper planar core and a lower planar core using a thin film and a thick film process. It is characterized by forming a planar impedance element by sequentially stacking.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머와 그것의 구조 및 제조방법에 대해서 상세하게 살펴보기로 한다.Hereinafter, an impedance element integrated transformer according to the present invention and its structure and manufacturing method will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인덕터와 캐패시터와 변압기의 집적화한 트랜스포머의 구조를 도시하고 있고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인덕터와 캐패시터와 변압기를 집적화한 모듈(이하 LCT 모듈이라고 함)을 적용하고 있는 전원회로도를 도시하고 있다.1 illustrates a structure of an integrated transformer of an inductor, a capacitor, and a transformer according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates a module integrating an inductor, capacitor, and transformer according to a first embodiment of the present invention. The power circuit diagram to which the LCT module is applied) is shown.

본 발명의 실시예에서, 인덕터, 캐패시터, 변압기의 집적화는, 평면 코어와 평면 코일을 사용하여 변압기를 구성하여 표피 효과와 근접효과에 의한 고주파 손실을 감소시키고 있다. 또한, 상기 변압기의 내부 구성에 인덕터와 캐패시터를 집적시키므로서 전원장치의 소형화와 고효율화를 가능하도록 하고 있다.In the embodiment of the present invention, integrating the inductor, the capacitor, and the transformer reduces the high frequency loss due to the skin effect and the proximity effect by constructing the transformer using a planar core and a planar coil. In addition, by integrating the inductor and the capacitor in the internal structure of the transformer, it is possible to miniaturize and increase the efficiency of the power supply device.

즉, 도시되고 있는 바와 같이, 상기 LCT 모듈(20)의 각 소자들은, 평면 소자들로 이루어진다. 하부 평면 코어(13)의 상부에 트랜스(T)의 2차 권선(11)이 형성되고, 상기 트랜스(T)의 2차 권선(11) 상부에 평면 캐패시터(9)가 형성되며, 상기 평면 캐패시터(9)의 상부에 또 하나의 트랜스(T)의 2차 권선(7)이 형성되어진다. 그리고 상기 2차 권선(7)의 상부에 평면 인덕터(5)와 트랜스(T)의 1차 권선(3)이 순차 적층되고, 최상부에는 상부 평면 코어(1)가 위치하게 된다. 그리고 부호 15는, 상기 하부 평면 코어(13)와 상부 평면 코어(1)의 사이에 적층되어진 상기 인덕터, 캐패시터, 트랜스의 구성이 고정될 수 있도록 고정시키기 위한 핀이다.That is, as shown, each element of the LCT module 20 is made of planar elements. A secondary winding 11 of the transformer T is formed on the lower planar core 13, and a planar capacitor 9 is formed on the secondary winding 11 of the transformer T, and the planar capacitor is formed. On top of (9) another secondary winding 7 of another transformer T is formed. Then, the planar inductor 5 and the primary winding 3 of the transformer T are sequentially stacked on the secondary winding 7, and the upper planar core 1 is positioned at the top thereof. Reference numeral 15 is a pin for fixing the configuration of the inductor, capacitor, and transformer stacked between the lower planar core 13 and the upper planar core 1.

다음은 상기 구조로 이루어진 본 발명에 따른 LCT 모듈의 제조 공정에 대해서 살펴보기로 한다.Next, the manufacturing process of the LCT module according to the present invention having the above structure will be described.

본 발명에 따른 LCT 모듈(20)의 인덕터, 캐패시터, 변압기의 집적화 기술은,박막 및 후막공정으로 인덕터와 캐패시터, 변압기를 각각 또는 일괄공정으로 제조한다.The integrating technology of the inductor, capacitor, and transformer of the LCT module 20 according to the present invention manufactures the inductor, the capacitor, and the transformer in a thin film and a thick film process, respectively, or in a batch process.

도시되고 있는 실시예에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 자심재료로 이루어진 상기 평면 코어(1,13)는, 상기 LCT 모듈(20)에서 하우징 역할을 하고 있고, 고주파에서 저손실 특성을 갖는 평면 페라이트 코어(1,13)를 이용하는 것이 가능하다. 그리고 트랜스의 1차 권선(3)과 2차 권선(7,11)도 평면 코일을 사용하고 있다.As can be seen in the illustrated embodiment, the planar cores 1 and 13 made of a magnetic core material serve as a housing in the LCT module 20 and have a planar ferrite core 1 having low loss characteristics at high frequencies. (13) can be used. The primary windings 3 and secondary windings 7 and 11 of the transformer also use planar coils.

상기 평면 인덕터(5)는, 적용하고자 하는 회로에서 결정된 인덕턴스(L)와 전류 값을 이용하여 사용되는 주파수 대역에서 포화되지 않고 안정적인 인덕턴스 특성을 나타내는 코어를 선택하여 제조된다. 상기 선택된 코어의 인덕턴스를 고려하여 권선수를 계산하고, 허용 전류에 의한 발열과 표피 효과에 의한 손실을 최소화할 수 있는 도체 단면적을 산정한다. 즉, 권선에 전압, 전류가 인가되면 인덕터의 온도가 상승하게 되므로 전류-상승온도, 최소의 표피효과를 고려하여 평면 권선 패턴을 설계하므로서 산정된 도체 단면적을 구현할 수 있다.The planar inductor 5 is manufactured by selecting a core exhibiting stable inductance characteristics without saturation in a frequency band used using an inductance L and a current value determined in a circuit to be applied. The number of windings is calculated in consideration of the inductance of the selected core, and the conductor cross-sectional area for minimizing the loss due to heat generation and skin effect due to the allowable current is calculated. That is, since the temperature of the inductor increases when voltage and current are applied to the winding, the conductor cross-sectional area calculated by designing the planar winding pattern in consideration of the current-rising temperature and the minimum skin effect can be realized.

상기 평면 권선 패턴은, 허용 전류 용량과 선택된 코어의 권선 허용 창의 크기에 따라, PCB, 구리 박판(Copper plate), 그리고 일반적인 코일을 사용한 일축 권선 방법을 이용하여 패턴을 구현한다. 이때 권선과 권선 사이의 충분한 절연과 근접효과에 의한 손실을 최소화 할 수 있는 선폭과 선간격을 계산하고 직렬 혹은 병렬 연결하여 최적의 전류-상승온도, 표피효과, 근접효과, 절연특성을 나타내는 권선 패턴을 구현한 후, 적층하여 평면 인덕터를 완성한다.The planar winding pattern implements the pattern using a uniaxial winding method using a PCB, a copper plate, and a common coil, depending on the allowable current capacity and the size of the winding allowance window of the selected core. At this time, calculate the line width and line spacing to minimize the loss due to sufficient insulation and proximity effect between the winding and the winding and connect them in series or in parallel to obtain the optimum current-rise temperature, skin effect, proximity effect, and insulation pattern. After implementation, the lamination is completed to complete the planar inductor.

상기 평면 캐패시터(9)는, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)용 출발 원료를 사용하여 분말과 용매의 혼합비를 조절하고, 평판 제조를 위한 최적의 점도를 갖는 슬러리를 제조한다. 이때, 분산제, 결합제 및 가소제 등의 바인더를 첨가하여 슬러리의 특성을 향상시킨다. 상기 제조된 슬러리를 닥터 블레이드(doctor blade) 방법으로 균일한 두께를 갖는 그린시트(green sheet)를 제조한다. 상기 그린시트의 두께는 재료의 유전상수 값과 적용회로에서 요구되는 캐패시턴스(C) 값을 고려하여 제조하고, 인덕터-변압기와 집적할 수 있는 형상으로 절단하여 고온에서 소결한다. 마지막으로 상기 소결체의 양면에 실크 스크린(silk screen)법으로 전극을 코팅하고, 전류 도입선을 부착한 후, 적용회로에 적합하게 적층한다.The planar capacitor 9 uses a starting material for low temperature co-fired ceramics (LTCC) to adjust the mixing ratio of powder and solvent, and to produce a slurry having an optimum viscosity for flat plate production. At this time, binders such as dispersants, binders and plasticizers are added to improve the properties of the slurry. The prepared slurry is prepared in a green sheet having a uniform thickness by a doctor blade method. The thickness of the green sheet is manufactured in consideration of the dielectric constant value of the material and the capacitance (C) value required in the application circuit, cut into a shape that can be integrated with the inductor-transformer, and sintered at high temperature. Finally, the electrodes are coated on both sides of the sintered body by a silk screen method, a current lead line is attached, and then laminated to suit an application circuit.

그리고 1차 권선(3), 2차 권선(7,13)는, 상기 평면 인덕터의 제조방법과 같은 방법을 이용하여 제조한다.The primary windings 3 and the secondary windings 7 and 13 are manufactured using the same method as that of the planar inductor.

한편, 상기 캐패시터와 인덕터는, 정확한 공진특성을 구현해야만 한다.Meanwhile, the capacitor and the inductor must implement accurate resonance characteristics.

일반적으로 공진 주파수는, 하기 식1에서와 같이 정의되며,In general, the resonance frequency is defined as in Equation 1 below,

.............식1 Equation 1

상기 식1에서 L값과 C 값을 제어하여 원하는 공진 주파수를 얻을 수 있다.In Equation 1, a desired resonance frequency may be obtained by controlling the L value and the C value.

그러나 실제 전원장치 등에 이용되기 위해서 인덕터와 캐패시터를 조합하여 사용하는 경우, 주파수 증가 및 소자의 손실에 의해 온도가 상승하여 상기 인덕터와 캐패시터의 L,C 값이 변화하게 되어, 정확한 공진주파수를 얻는 것이 어렵다.However, when a combination of an inductor and a capacitor is used in order to be used in a real power supply, the temperature rises due to the frequency increase and the loss of the element, and the L and C values of the inductor and the capacitor change, so that an accurate resonance frequency is obtained. it's difficult.

그러나 본 발명에서는 온도 상승에 따른 상기 인덕터와 캐패시터의 L,C값을 제어하여 정확한 공진 특성을 구현한다.However, in the present invention, accurate resonance characteristics are realized by controlling the L and C values of the inductor and the capacitor as the temperature rises.

즉, 우선 L값을 구현하는 인덕터 소자와, C 값을 구현하는 캐패시터 소자는 온도가 상승하면 특정 온도 영역까지는 L과 C 의 값이 상승하여 피크점에 도달한 후, 그 이상의 온도(큐리온도)에서는 감소한다. 따라서 본 발명에서는 상기 평면 인덕터와 평면 캐패시터를 제조할 때, 원료조합과 제조공정을 제어하여 인덕터와 캐패시터가 실제 사용 온도 영역에서 온도 변화에 따른 L,C 값의 변화를 최소화시켜서 정확한 공진 특성을 구현한다. 또한, 인덕터와 캐패시터 제조시 첨가제를 첨가하여 피크점의 온도를 같게 제어하고, 뾰족한 피크점을 둥글고 평탄하게 만들어 실제 사용온도 영역에서 일정한 특성을 나타내도록 하여 정확한 공진 주파수를 구현한다. 따라서 본 발명에서는 상기 평면 인덕터(5)와 평면 캐패시터(9)의 특성 자심재료와 유전재료의 조성, 제조방법 및 적층방법 등에 의해서 온도 특성을 조절하여 정확한 공진특성을 구현하고 있다.That is, inductor elements that implement the L value and capacitor elements that implement the C value first increase the values of L and C until a certain temperature range reaches a peak point when the temperature rises, and then reaches a higher temperature (Curie temperature). Decreases. Therefore, in the present invention, when manufacturing the planar inductor and the planar capacitor, by controlling the raw material combination and manufacturing process, the inductor and the capacitor minimize the change of the L, C value according to the temperature change in the actual use temperature range to implement accurate resonance characteristics do. In addition, in the inductor and capacitor manufacturing, additives are added to control the temperature of the peak point to be the same, and the sharp peak point is rounded and flattened so as to exhibit a certain characteristic in the actual operating temperature range, thereby realizing an accurate resonance frequency. Therefore, in the present invention, accurate resonance characteristics are realized by adjusting temperature characteristics by the composition of magnetic core materials and dielectric materials of the planar inductor 5 and the planar capacitor 9, the manufacturing method, and the lamination method.

그리고 본 발명에 따른 LCT 모듈(20)의 집적화 공정은, 각각 평면 구조로 제조된 평면 인덕터와, 평면 캐패시터, 및 평면 코일 등을, 하부 평면 코어(13)와 상부 평면코어(1)의 사이에 순차적으로 적층시킨 후, 핀(15)을 통해서 고정시키고 있다.In the integration process of the LCT module 20 according to the present invention, a planar inductor, a planar capacitor, a planar coil, and the like, each manufactured in a planar structure, may be disposed between the lower planar core 13 and the upper planar core 1. After sequentially stacking, the pin 15 is fixed through the pin 15.

다음은 상기 구성의 LCT 모듈을 적용하고 있는 제 1 실시예에 따른 전원장치에 대해서 살펴본다.Next, a description will be given of a power supply apparatus according to a first embodiment to which an LCT module having the above configuration is applied.

도시되고 있는 바와 같이, LCT 모듈(20)은, 인덕터(L1)(5)와, 캐패시터(C1)(9)와, 변압기(T)(3,7,11)를 일체로 집적화하여 구성하고 있다. 상기와 같은 LCT 모듈(20)은, 여러개의 스위칭소자들로 구성된 스위칭회로(30)와 부하(50) 사이에 연결되어진다. 그리고 상기 부하(50)와 상기 LCT 모듈(20) 사이에는 또 다른 인덕터(L2)와 캐패시터(Cout)가 연결되어진다. 도시된 실시예에서는 부하(50)를 저항소자로 표시하고 있다.As shown in the drawing, the LCT module 20 is configured by integrally integrating an inductor L 1 , a capacitor C 1 , and a transformer T 3, 7, 11. Doing. The LCT module 20 as described above is connected between the switching circuit 30 and the load 50 composed of several switching elements. In addition, another inductor L 2 and a capacitor Cout are connected between the load 50 and the LCT module 20. In the illustrated embodiment, the load 50 is represented by a resistance element.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 LCT 모듈(20)은, 상기 스위칭회로(30)의 스위칭동작에 의해서 외부 교류전원을 공급받고, 부하(50)로 공급할 소정크기의 직류전원을 발생하게 된다. 이때, 상기 LCT 모듈(20)에서 발생되는 직류전원의 종류는, 트랜스(T)의 2차측(7,11)의 구성에 의해서 결정되어진다.The LCT module 20 having the above configuration receives external AC power by the switching operation of the switching circuit 30 and generates a DC power having a predetermined size to be supplied to the load 50. At this time, the type of DC power generated by the LCT module 20 is determined by the configuration of the secondary sides 7 and 11 of the transformer T.

상기와 같이 본 발명의 LCT 모듈(20)은, 스위칭 전원장치에 이용하는 것이 가능하다.As described above, the LCT module 20 of the present invention can be used for a switching power supply device.

스위칭전원장치(SMPS)는, 전자계산기, 전자교환기, 사무기기, 음향 영상기기, FA 산업기기 등의 안정한 전원으로 폭넓게 이용되고 있다. 또한 상기 스위칭전원장치는, 역률개선회로, 전동기 구동회로, 전자식 안정화 회로 등 다양하고 폭넓은 응용분야를 가지고 있다.The switching power supply (SMPS) is widely used as a stable power source for an electronic calculator, an electronic exchanger, an office equipment, an audio visual equipment, and an FA industrial equipment. In addition, the switching power supply has a wide variety of applications, such as power factor improvement circuit, motor drive circuit, electronic stabilization circuit.

그러나 상기 스위칭전원장치는, 전력용 반도체의 발달과 함께, 회로기술, 실장기술 등의 눈부신 발전으로 나날이 소형 경량, 고기능, 고신뢰성의 방향으로 발전되고 있지만, 에너지 축적용 소자인 변압기, 인덕터 및 캐패시터에 의해서 소형 경량화에 한계를 가지고 있다. 더불어 SMPS는 높은 전류밀도와 소형화의 요구에 따라서 부동성분의 소형화와 컨버터의 동작주파수 증가가 필수적이지만, 일반적인자성체를 이용한 코일 권선은 100kHz 이상의 주파수에서 도체 주위의 표면효과와 근접효과 때문에 손실이 증가된다. 또한, 기존의 자성체 형상 및 코일 권선 방법으로 구성된 인덕터와 변압기의 손실은 더욱 증가한다.However, the switching power supply device has been developed in the direction of small size, light weight, high function, and high reliability due to the remarkable development of power semiconductors, circuit technology, and mounting technology.However, transformers, inductors, and capacitors, which are elements for energy storage, are developed. There is a limit to small size and light weight. In addition, SMPS requires the miniaturization of floating components and increase the operating frequency of the converter according to the demand for high current density and miniaturization.However, coil windings using common magnetic materials have increased losses due to the surface effect and proximity effect around the conductor at frequencies above 100kHz. . In addition, the loss of the inductor and transformer composed of the conventional magnetic shape and the coil winding method is further increased.

따라서 본 발명을 통해서 집적화된 LCT 모듈을 도 2에서와 같이 스위칭전원장치에 적용할 경우, 스위칭전원장치의 전체적인 소형화가 가능하고, 또한 고효율화를 이루는 것이 가능하다.Therefore, when the LCT module integrated through the present invention is applied to the switching power supply as shown in FIG. 2, the overall miniaturization of the switching power supply is possible and high efficiency can be achieved.

다음, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 구조를 도시하고 있고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 집적화한 모듈(이하 LCT 모듈이라고 함)을 적용하고 있는 전원회로도를 도시하고 있다.Next, FIG. 3 illustrates a structure of an impedance element integrated transformer according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 applies an integrated module (hereinafter referred to as an LCT module) according to a second embodiment of the present invention. A power supply circuit diagram is shown.

본 발명의 제 2 실시예에서는, 적어도 하나 이상의 캐패시터와, 변압기를 집적화하고 있고, 상기 구성의 집적화는, 평면 코어와 평면 코일을 사용하여 변압기를 구성하여 표피 효과와 근접효과에 의한 고주파 손실을 감소시키고 있다. 또한, 상기 변압기의 내부 구성에 적어도 하나 이상의 캐패시터를 집적시키므로서 전원장치의 소형화와 고효율화를 가능하도록 하고 있다.In the second embodiment of the present invention, at least one capacitor and a transformer are integrated, and the integration of the configuration comprises a plane core and a planar coil to form a transformer to reduce the high frequency loss due to the skin effect and the proximity effect. I'm making it. In addition, by integrating at least one capacitor in the internal configuration of the transformer, it is possible to miniaturize and high efficiency of the power supply.

즉, 도시되고 있는 바와 같이, 상기 LCT 모듈(100)의 각 소자들은, 평면 소자들로 이루어진다. 하부 평면 코어(76)의 상부에 트랜스(T)의 2차 권선(74)이 형성되고, 상기 트랜스(T)의 2차 권선(74) 상부에 절연층인 유전체층(72)이 형성되어진다. 그리고 상기 유전체층(72)의 상부에 평면 캐패시터(70)가 형성되며, 상기 평면 캐패시터(70)의 상부에 유전체층(68)과 또 하나의 평면 캐패시터(66)가 순차 형성되어진다. 상기 평면 캐패시터(66)의 상부에는 유전체층(64)이 형성되고, 상기 유전체층(64)의 상부에 트랜스(T)의 1차 권선(62)이 형성되어진다. 그리고 마지막으로 최상부에는 상부 평면 코어(60)가 위치하게 된다.That is, as shown, each element of the LCT module 100 is composed of planar elements. The secondary winding 74 of the transformer T is formed on the lower planar core 76, and the dielectric layer 72, which is an insulating layer, is formed on the secondary winding 74 of the transformer T. A planar capacitor 70 is formed on the dielectric layer 72, and a dielectric layer 68 and another planar capacitor 66 are sequentially formed on the planar capacitor 70. The dielectric layer 64 is formed on the planar capacitor 66, and the primary winding 62 of the transformer T is formed on the dielectric layer 64. And finally, the top planar core 60 is located at the top.

그리고 부호 80은, 상기 트랜스(T)의 1차측 권선(62)에 전기 공급을 위한 리드선이고, 부호 82는, 상기 평면 캐패시터들과 트랜스의 2차측을 서로 연결해주는 리드선이다. 그리고 부호 78은, 부하를 나타내며, 실시예에서는 램프 저항을 표시하고 있다.Reference numeral 80 denotes a lead wire for supplying electricity to the primary side winding 62 of the transformer T, and reference numeral 82 denotes a lead wire connecting the planar capacitors and the secondary side of the transformer to each other. Reference numeral 78 denotes a load, and in the embodiment, lamp resistance is indicated.

즉, 도시되고 있는 제 2 실시예에 의한 본 발명에서는, 상기 각 소자들 사이에는 절연을 위한 유전체층을 더 구비하고 있다. 상기 유전체층은, 각 소자와 소자사이에 절연이 이루어지도록 함과 동시에 소자들의 상이한 온도 특성을 조절하여 정확한 공진특성이 이루어지도록 구현하는 것도 도모한다.That is, in the present invention according to the second embodiment shown, a dielectric layer for insulation is further provided between the elements. The dielectric layer may also be insulated between the devices and the devices, and at the same time, different temperature characteristics of the devices may be adjusted to achieve accurate resonance characteristics.

다음은 상기 구성의 LCT 모듈을 적용하고 있는 제 2 실시예에 따른 전원장치에 대해서 살펴본다.Next, a power supply apparatus according to a second embodiment to which the LCT module having the above configuration is applied will be described.

도시되고 있는 바와 같이, LCT 모듈(100)은, 두개의 캐패시터(Cs,Cp)(70,66)와, 변압기(T)(62,74)를 일체로 집적화하여 구성하고 있다. 상기와 같은 LCT 모듈(100)은, 인버터형 전원회로에서 인버터회로(90)와 부하(78) 사이에 연결되어진다. 따라서 상기 구성으로 이루어지는 LCT 모듈(100)은, 상기 인버터회로(90)의 인버팅동작에 의해서 외부 전원을 공급받고, 부하(78)로 공급할 소정크기의 직류전원을 발생하게 된다.As shown in the drawing, the LCT module 100 is configured by integrally integrating two capacitors Cs and Cp 70 and 66 and a transformer T 62 and 74. The LCT module 100 as described above is connected between the inverter circuit 90 and the load 78 in the inverter type power circuit. Therefore, the LCT module 100 having the above configuration receives external power by the inverting operation of the inverter circuit 90 and generates a DC power having a predetermined size to be supplied to the load 78.

상기와 같은 인버터형 전원장치에 이용되어지는 LCT 모듈(100)은, LCD 백라이트 CCFL용 변압기에 대체하여 적용하는 것이 가능하다.The LCT module 100 used in the inverter-type power supply device as described above can be applied in place of the transformer for the LCD backlight CCFL.

일반적으로 사무자동화기기, 오디오/비디오 기기 등에 이용되고 있는 액정표시장치(LCD)는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 제어용 스위치들에 인가되는 영상신호에 따라 광빔의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하고, 경량, 박형, 저소비 전력 구동 등의 특징때문에 응용범위가 점차 넓어지고 있다. 이러한 LCD는 자발광 표시장치가 아니기 때문에 백라이트와 같은 광원이 필요하다. 상기 백라이트에 사용되는 광원으로는 냉음극 방출(Cold emission ; 음극표면에 강한 전계가 가해지기 때문에 일어나는 전자방출) 현상을 이용하여 저발열, 고휘도, 긴 수명, 풀컬러화 등이 용이한 냉음극관(CCFL)이 사용된다.LCD, which is generally used in office automation equipment, audio / video equipment, and the like, displays a desired image on a screen by adjusting the amount of light beam transmitted according to image signals applied to a plurality of control switches arranged in a matrix. In addition, the application range is gradually getting wider due to features such as light weight, thinness, and low power consumption. Since such LCDs are not self-luminous displays, a light source such as a backlight is required. As a light source used for the backlight, a cold cathode tube (CCFL) that is easy to generate low heat, high brightness, long life, and full color by using a cold emission (electron emission caused by a strong electric field applied to the cathode surface) is used. ) Is used.

그러나 상기 LCD의 향상된 화상의 질과 비교해서, 인버터 내의 트랜스에서 발생하는 손실때문에 효율에 대해서는 큰 향상을 하지 못하고 있다. 또한, 트랜스의 높이에 의해 LCD의 두께는 일정량으로 한계가 있다. 따라서 상기 LCD의 경박단소화를 위해서는 현재 인버터 내에서 트랜스가 차지하는 부피를 감소해야만 하고, 전자기적 손실을 감소시켜서 상승온도를 제어해야만 한다.However, compared to the improved image quality of the LCD, there is no significant improvement in efficiency due to losses in the transformer in the inverter. In addition, the thickness of the LCD is limited to a certain amount by the height of the transformer. Therefore, in order to reduce the thickness of the LCD, it is necessary to reduce the volume occupied by the transformer in the current inverter and to control the rising temperature by reducing the electromagnetic loss.

따라서 본 발명을 통해서 집적화된 LCT 모듈을 백라이트 CCFL용 변압기에 대체 적용하면, 도 3에 도시되고 있는 바와 같이 트랜스 및 캐패시터가 집적화되기 때문에, 인버터 전체적인 소형화가 가능하면서도 고효율화를 이루는 것이 가능하다. 도 5는, 도 3에 도시되고 있는 각각의 소자에 대한 특성도이다.Therefore, when the LCT module integrated through the present invention is applied to the transformer for the backlight CCFL, the transformer and the capacitor are integrated as shown in FIG. 3, so that the entire inverter can be miniaturized and high efficiency can be achieved. FIG. 5 is a characteristic diagram of each element shown in FIG. 3.

이상에서 설명하고 있는 바와 같이 본 발명에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머는, 평면 코어와 평면 코일을 사용하여 변압기를 구성하고, 상기 변압기에 캐패시터와 인덕터와 같은 임피던스 소자를 일체형으로 집적하여 구성하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해서 본 발명에서는 상기 평면 코어를 하우징으로 하여, 그 내부에 평면 코일, 평면 캐패시터, 평면 인덕터를 형성하여 구성한다. 또한, 각 소자들 사이의 절연특성 및 온도에 의해 변화되는 공진특성을 조절하기 위해서 유전체층을 더 포함시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해서 본 발명은 LCT 모듈을 적용하고 있는 전원장치의 소형 및 경량화를 도모하게 된다. 그리고 도시되고 있는 실시예의 임피던스 소자 외에도 초크 코일과 같은 다른 임피던스 소자도 일체형으로 구성하는 것도 물론 가능할 것이다.As described above, the impedance element integrated transformer according to the present invention comprises a transformer using a planar core and a planar coil and integrally integrates an impedance element such as a capacitor and an inductor in the transformer. do. To this end, in the present invention, the planar core is used as a housing, and a planar coil, a planar capacitor, and a planar inductor are formed therein. In addition, the dielectric layer may be further included to adjust the insulation characteristics between the elements and the resonance characteristics changed by the temperature. By this structure, the present invention aims to reduce the size and weight of the power supply device to which the LCT module is applied. In addition to the impedance element of the illustrated embodiment, other impedance elements such as choke coils may also be integrally formed.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

위에서 설명하고 있는 본 발명에 따른 임피던스 소자 일체형 트랜스포머는, 다음과 같은 효과를 갖는다.The impedance element integrated transformer according to the present invention described above has the following effects.

첫째, 본 발명은 인덕터와 캐패시터와 변압기를 평면소자를 이용하여 집적화하고 일체형으로 구성하고 있기 때문에, 적용되는 전원장치의 부피를 작게 하는 것이 가능하다. 따라서 제품의 소형, 경량화를 도모하게 된다.First, in the present invention, since the inductor, the capacitor, and the transformer are integrated by using a planar element and are integrally formed, it is possible to reduce the volume of the power supply device to be applied. Therefore, the size and weight of the product can be reduced.

둘째, 본 발명은, 평면코어와 평면코일을 사용하여 변압기를 구성하기 때문에, 표피효과와 근접효과에 의한 고주파손실을 감소시키는 것이 가능하다. 또한 상기 변압기에 인덕터와 캐패시터를 집적시키므로, 전원장치의 고효율화가 가능하다.Secondly, since the transformer is constructed using a planar core and a planar coil, it is possible to reduce the high frequency loss due to the skin effect and the proximity effect. In addition, since the inductor and the capacitor are integrated in the transformer, a high efficiency of the power supply device is possible.

셋째, 본 발명은, 인덕터와 캐패시터와 변압기를 집적화하고 일체형으로 구성하고 있기 때문에, 제조공정의 단순화 및 생산성 향상을 도모하는 것이 가능하다.Third, the present invention integrates the inductor, the capacitor, and the transformer and is integrally formed, so that the manufacturing process can be simplified and the productivity can be improved.

넷째, 본 발명은 자성체와 유전체의 온도 특성을 제어하여 정확한 공진특성을 구현하는 것이 가능하여, 각종 전원장치의 신뢰도를 향상시키는 것이 가능하다.Fourth, the present invention can implement the accurate resonance characteristics by controlling the temperature characteristics of the magnetic material and the dielectric, it is possible to improve the reliability of various power supply devices.

Claims (9)

평면 코어와 평면 코일을 사용하여 변압기를 구성하고, 상기 변압기에 적어도 하나 이상의 독립된 임피던스소자를 집적화한 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머.A transformer using a planar core and a planar coil, wherein at least one independent impedance element is integrated in the transformer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 임피던스 소자는, 캐패시터 또는(및) 인덕터인 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머.The impedance element is an impedance element integrated transformer, characterized in that the capacitor or (and) inductor. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 캐패시터는, 평면 캐패시터인 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머.The capacitor is an impedance element integrated transformer, characterized in that the plane capacitor. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 인덕터는, 평면 인덕터인 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머.The inductor is an impedance element integrated transformer, characterized in that the planar inductor. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 트랜스포머는, 스위칭전원장치 및 인버터와 같은 전기, 전자, 통신용전원장치에 이용하는 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머.The transformer is an impedance element integrated transformer, characterized in that it is used in electrical, electronic, communication power supply devices such as switching power supply and inverter. 상부 평면 코어와 하부 평면 코어 사이에, 트랜스포머의 1차 권선과 2차 권선을 구성하는 평면 코일과 적어도 하나 이상의 독립된 평면 임피던스 소자를 순차 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 구조.A structure of an impedance element-integrated transformer, characterized in that it is formed by sequentially stacking a planar coil and at least one independent planar impedance element constituting a primary winding and a secondary winding of a transformer between an upper planar core and a lower planar core. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 평면 임피던스 소자는, 평면 인덕터 및(또는) 평면 캐패시터인 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 구조.The planar impedance element is a structure of an impedance element integrated transformer, characterized in that the planar inductor and / or planar capacitor. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 각 소자들 사이에 유전체층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 구조.The structure of the impedance element integrated transformer, characterized in that further forming a dielectric layer between each element. 박막과 후막공정을 이용하여, 상부 평면 코어와 하부 평면 코어 사이에, 트랜스포머의 1차 권선과 2차 권선을 구성하는 평면 코일과 적어도 하나 이상의 독립된 평면 임피던스 소자를 순차 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 임피던스 소자 일체형 트랜스포머의 제조방법.By using a thin film and a thick film process, a planar coil and at least one independent planar impedance element constituting a primary winding and a secondary winding of a transformer are sequentially stacked between an upper planar core and a lower planar core. Method of manufacturing an impedance element integrated transformer.
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