KR100662907B1

KR100662907B1 - 트로이덜 라인필터 및 그 권선방법

Info

Publication number: KR100662907B1
Application number: KR1020040072837A
Authority: KR
Inventors: 나태권; 오철우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-09-11
Filing date: 2004-09-11
Publication date: 2007-01-02
Also published as: US20060055496A1; KR20060023913A; CN1763871A; US7474193B2; CN100538928C

Abstract

코일의 권선방법을 다양하게 하여 전류가 흐르는 방향 및/또는 영역에 대한 변화를 통해 특정 주파수의 인덕턴스 특성을 개선함으로써 인덕터 및 커패시터 등과 같은 부품 추가없이 특정 주파수에서의 EMI 특성 불량에 대처 가능한 트로이덜 라인필터를 개시한다. 개시된 본 발명은 환형 코어 및 이 환형 코어에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 코일은 상기 환형 코어의 전체가 아닌 일부 특정 영역에 1차로 권선된 후 나머지 영역에 2차로 권선되는 것을 특징으로 한다.

라인, 필터, 권선, 노이즈, 전자파, 트로이덜, SMPS, LINE FILTER, EMI

Description

트로이덜 라인필터 및 그 권선방법{TROIDAL LINE FILTER AND METHOD FOR WINDING COIL OF TROIDAL LINE FILTER}

도 1a 및 1b는 일반적인 트로이덜 라인필터의 구조 및 권선방법을 설명하기 위하여 나타낸 정면도 및 측면도,

도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 트로이덜 라인필터의 구조 및 권선방법을 설명하기 위하여 나타낸 정면도 및 측면도, 그리고,

도 3a 및 3b는 종래 트로이덜 라인필터와 본 발명 트로이덜 라인필터의 방사성 노이즈를 비교하여 나타낸 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10;베이스 11,12;접점

20;환형 코어 30;코일

본 발명은 프린터 및 기타 전기, 전자기기의 전원 공급원으로 사용되는 SMPS(Switching Mode Power Supply)에서 EMI 개선을 위해 1차측 AC 전원단에 사용되는 트로이덜 라인필터 및 그 권선방법에 관한 것이다.

SMPS는 외부로부터 공급되는 전기를 컴퓨터, TV, VCR, 교환기, 무선 통신 기기 등 각종 전기, 전자기기에 맞도록 변환시켜 주는 모듈형의 전원공급장치이다. 이는 반도체 스위칭 특성을 이용해 상용 주파수 이상의 고주파에 단속 제어를 하고 충격을 완화시켜 주는 역할을 한다. 소형화에 유리하고 효율이 높아서 전기, 전자제품의 주력 전원공급장치로서 자리 잡아 가고 있다.

이와 같은 SMPS는 경량화 및 소형화는 유리하지만 스위칭 트랜지스터 등에서 노이즈 및 전자파 장해(EMI)가 발생되는 문제가 있다.

트로이덜 라인필터는 SMPS에서 발생되는 노이즈 및 전자파 장해 특성을 개선하기 위하여 1차측 AC 전원단에 사용되며, 그 전형적인 한 예가 도 1a 및 1b에 도시되어 있다.

도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 트로이덜 라인필터는 베이스 플레이트(10), 이 베이스 플레이트(10)에 지지된 환형 코어(20) 및 상기 환형 코어(20)에 권선된 코일(30)을 포함한다.

상기 코일(30)은 1차 코일이 코어(20)의 최하단(20a)에서 최상단(20b)으로 수회에 걸쳐 올려 감기고(도 1b의 실선 화살표 참조), 2차 코일이 코어(20)의 최상단(20b)에서 최하단(20a)으로 내려 감기며(도 1b의 일점쇄선 화살표 참조), 3차 코일이 다시 코어(20)의 최하단(20a)에서 최상단(20b)으로 올려 감긴다(도 1b의 이점쇄선 화살표 참조).

이러한 방법으로 코일(30)을 코어(20)에 위아래로 3회 또는 그 이상의 횟수로 감아 설치한다. 이와 같이 구성된 트로이덜 라인필터는 베이스 플레이트(10)의 하부로 돌출된 다수의 접점(11)(12)에 의해 기판(도시되지 않음)에 실장된다.

라인필터의 동작은 기본적으로 L 소자로 인덕터의 기능을 가진다. 즉 일정한 L값을 가지고 있어 각 노이즈원에서 발생하는 노이즈 주파수를 라인필터의 인덕턴스 주파수 성분으로 상쇄하여 제거한다. 이러한 라인필터의 성능은 코어(20)의 투자율과 코일(30)의 권선수로 결정된다. 일반적인 라인필터는 상술한 바와 같이, 코어(20)의 전체에 대하여 코일(30)이 상하방향으로 수회 감기며, 따라서, 전류의 방향은 전체 코어에서 일정하게 된다.

현재 라인필터의 설계에 있어서 대체적으로 코어(20)는 양산을 위해 1∼3개로 결정되며, 열문제로 인한 코일(30)의 굵기 유지로 코일(30)의 권선수에도 한계를 가지고 있는 실정이다. EMI 측면에서 특정 주파수 영역의 문제가 발생하여 해당 주파수 대역의 개선이 필요하게 될 경우 현재의 라인필터로 주파수 특성 변화를 얻기 위해서는 인덕터와 커패시터를 추가하는 방법밖에 없다. 그러나, 이와 같은 부품 추가는 제품의 소형화 및 경량화에 역행하며, 무엇보다도 부품 추가로 인한 원가 상승 및 에너지 손실의 문제가 수반된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 코일의 권선방법을 다양하게 하여 전류가 흐르는 방향 및/또는 영역에 대한 변화를 통해 특정 주파수의 인덕턴스 특성을 개선함으로써 인덕터 및 커패시터 등과 같은 부품 추가없이 특정 주파수에서의 EMI 특성 불량에 대처 가능한 트로이덜 라인필터 및 그 권선방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 트로이덜 라인필터는, 환형 코어 및 이 환형 코어에 권선되는 코일을 포함하며, 상기 코일은 상기 환형 코어의 전체가 아닌 일부 특정 영역에 1차로 권선되고, 환형 코어의 나머지 영역에 2차로 권선된 설치구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 트로이덜 라인필터는 1차 코일이 환형 코어의 최하단에서 대략 중앙부까지 올려 감기고, 2차 코일이 환형 코어의 중앙부에서 최하단까지 내려 감기며, 3차 코일이 환형 코어의 최하단에서 최상단까지 올려 감기고, 4차 코일이 환형 코어의 최상단에서 중앙부까지 내려 감기며, 5차 코일이 환형 코어의 중앙부에서 최상단까지 올려 감긴 것을 특징으로 한다.

또한, 트로이덜 라인필터는 상기 환형 코어를 지지하는 베이스 플레이트를 구비하며, 상기 코일은 그 양단부가 상기 베이스 플레이트를 관통하여 하부로 돌출되도록 베이스 플레이트에 각각 고정된다.

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 트로이덜 라인필터의 권선방법은, 환형 코어의 전체가 아닌 일부 특정 영역을 정해 이 부분에 1차 권선을 수행한 후 남은 다른 영역에 2차 권선을 수행하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 의하면, 트로이덜 라인필터의 권선방법은, 1차 코일을 환형 코어의 최하단에서 대략 중앙부까지 올려 감는 단계; 2차 코일을 환형 코어의 중앙부에서 최하단까지 내려 감는 단계; 3차 코일을 환형 코어의 최하단에서 최상단까지 올려 감는 단계; 4차 코일을 환형 코어의 최상단에서 중앙부까지 내려 감는 단계; 및 5차 코일을 환형 코어의 중앙부에서 최상단까지 올려 감는 단계;를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 트로이덜 라인필터의 구조 및 권선방법을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.

도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 트로이덜 라인필터의 기본적인 구조, 즉 베이스 플레이트(10), 이 베이스 플레이트(10)에 지지되는 환형 코어(20) 및 상기 환형 코어(20)에 권선되는 코일(30)을 포함하는 구조는 앞서 설명한 종래의 경우와 같다.

다만, 본 발명에 의한 트로이덜 라인필터는 상기 코일(30)의 권선방법이 종래와 다르다. 즉, 종래에는 코일(30)을 환형 코어(20)의 전체에 대하여 상하방향으로 권선함으로써 코어 전체의 전류 방향이 일정하여 특정 주파수 대역에 대한 인덕턴스의 주파수 특성 변화를 얻기 어려웠으나, 본 발명은 코일(30)을 환형 코어(20)에 감을 때 1차 권선이 환형 코어의 전체 영역을 감싸는 것이 아니라 특정 영역에 1차 코일을 감은 후 나머지 다른 영역에 2차 코일을 감는다.

이에 의하면, 1차 코일이 환형 코어의 전체 영역을 감는 종래와는 달리 환형 코어에 전달되는 전류의 방향이 달라지게 됨으로써 인덕턴스의 주파수 특성이 다소 다르게 나타난다. 이러한 특성을 이용하여 소정 영역의 설정 주파수 특성을 변화시키면 특성 주파수 영역에서 EMI 특성 불량이 발생할 경우 인덕턴스 및 커패시턴스의 추가 없이도 주파수 문제를 해결할 수 있다.

본 실시예에 따르면 트로이덜 라인필터의 권선방법은, 1차 코일을 환형 코어(20)의 최하단(20a)으로부터 대략 중앙지점(20c)까지 올려 감는단계(도 2b의 아래쪽 실선 화살표 참조), 2차 코일을 상기 중앙지점(20c)으로부터 최하단(20a)으로 내려 감는단계(도 2b의 아래쪽 일점쇄선 화살표 참조), 3차 코일을 환형 코어(20)의 최하단(20a)에서부터 최상단(20b)까지 올려 감는단계(도 2b의 이점쇄선 화살표 참조), 4차 코일을 환형 코어(20)의 최상단(20b)에서부터 중앙지점(20c)까지 내려 감는단계(도 2b의 위쪽 실선 화살표 참조) 및 마지막으로 5차 코일을 상기 중앙지점(20c)에서부터 최상단(20b)까지 올려 감는단계(도 2b의 위쪽 일점쇄선 화살표 참조)를 포함한다.

한편, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 환형 코어(20)의 대략 중앙부를 중심으로 특정영역을 상하로 나누어 코일을 권선하는 것에 대하여 도시하고 설명하였으나, 이를 꼭 한정하는 것은 아니며, 1차 코일이 환형 코어의 하단에서 상단으로 전체에 걸쳐 감기지 않고 일정한 영역에 감기는 구조 및 방법이면 특정 영역의 크기는 어떠하여도 무방하다.

상기와 같은 본 발명에 의한 트로이덜 라인필터는 종래의 경우와 같이, 베이스 플레이트(10)의 하부로 돌출된 다수의 접점(11)(12)에 의해 기판(도시되지 않음)에 실장되어 각 노이즈원에서 발생하는 노이즈 주파수를 라인필터의 인덕턴스 주파수 성분으로 상쇄하여 제거한다.

상기와 같은 작용을 하는 트로이덜 라인필터의 효과를 알아보기 위해, 종래의 권선방법에 의해 감긴 코일을 가지는 라인필터와 본 발명의 권선방법에 의해 감 긴 코일을 가지는 라인필터의 인덕턴스 특성을 실험을 통해 비교해 보았다. 그 결과, 종래의 경우는 인덕턴스 특성이 2.64mH였으나, 본 발명의 경우는 3.01mH로 본 발명의 경우가 약 0.5mH 높게 나타났다. 실험은 GP-9 코어, 0.6Pi의 권선을 사용하였으며, 100khz에서의 인덕턴스 측정을 하였다.

또한, EMI 특성 개선 효과를 실험을 통하여 확인해 본 결과, 전도성 노이즈는 300∼400khz에서 5dB 정도 개선되었고, 방사성 노이즈는 30MHz 대역에서 10dB 정도 개선된다는 것을 알 수 있었다. 실험은 GP-9 코어, 1Pi 권선을 사용한 라인필터를 샘플로 제작하여 하였으며, 도 3a 및 3b는 방사성 노이즈 실험 결과를 종래의 경우와 본 발명을 대비하여 나타낸 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 원하는 대역의 특정 인덕턴스를 갖는 라인필터를 설계할 수 있기 때문에, 인덕터나 커패시턴스 같은 부품의 추가 없이 하나의 라인필터로 노이즈 및 EMI 특성을 만족하는, 예컨대 SMPS를 구현할 수 있다. 즉, 저렴하면서도 소형의 SMPS 제작이 가능하므로 전기, 전자제품의 소형화 경량화를 도모할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들 도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

삭제
환형 코어 및 이 환형 코어에 권선되는 코일을 포함하는 트로이덜 라인필터에 있어서,

1차 코일이 상기 환형 코어의 최하단에서 임의의 위치까지 올려 감기고, 2차 코일이 상기 임의의 위치에서 환형 코어의 최하단까지 내려 감기며, 3차 코일이 환형 코어의 최하단에서 최상단까지 올려 감기고, 4차 코일이 환형 코어의 최상단에서 상기 임의의 위치까지 내려 감기며, 5차 코일이 상기 임의의 위치에서 환형 코어의 최상단까지 올려 감긴 것을 특징으로 하는 트로이덜 라인필터.
제 2 항에 있어서,

상기 환형 코어를 지지하는 베이스 플레이트를 구비하며, 상기 코일은 그 양단부가 상기 베이스 플레이트를 관통하여 하부로 돌출되도록 베이스 플레이트에 각각 고정된 것을 특징으로 하는 트로이덜 라인필터.
삭제
환형 코어에 코일을 감아 구성하는 트로이덜 라인필터의 코일 권선방법에 있어서,

1차 코일을 상기 환형 코어의 최하단에서 임의의 위치까지 올려 감는 단계;

2차 코일을 상기 임의의 위치에서 환형 코어의 최하단까지 내려 감는 단계;

3차 코일을 상기 환형 코어의 최하단에서 최상단까지 올려 감는 단계;

4차 코일을 상기 환형 코어의 최상단에서 상기 임의의 위치까지 내려 감는 단계; 및

5차 코일을 상기 임의의 위치에서 환형 코어의 최상단까지 올려 감는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트로이덜 라인필터의 권선방법.