KR101290522B1 - 플라이백 트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라이백 트랜스포머(flyback transformer)에 관한 것으로서, 본 발명은 1차(Primary) 측과 2차(Secondary) 측의 권선비를 상대적으로 높게 하여 고압을 출력시키기 위한 플라이백 트랜스포머(flyback transformer)에서, 상기 1차 측에 연결되어 있는 두 개 이상의 콘덴서를 포함하는 콘덴서부 및 상기 콘덴서들이 병렬로 연결되도록 상기 콘덴서들과 연결된 토글 스위치(toggle switch)를 포함하며, 사용자에 의한 상기 토글 스위치의 조작에 의해 상기 콘덴서들의 병렬 연결 개수를 변경시키는 방식으로 상기 1차 측의 전압을 제어한다. 본 발명에 의하면 플라이백 트랜스포머 PCB에서 토글 스위치를 이용하여 1차측 전압을 제어함으로써, 2차측 고주파 세기를 용이하게 제어할 수 있다는 효과가 있다.

Description

플라이백 트랜스포머{Flyback transformer}

본 발명은 플라이백 트랜스포머(flyback transformer)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접기의 고주파 출력을 위해 사용되는 플라이백 트랜스포머에 관한 것이다.

일반적인 전기 용접기는 아르곤(Ar) 가스나 이산화탄소(CO2) 가스 또는 아르곤가스와 이산화탄소 가스를 혼합한 혼합가스에 일정한 크기의 전압을 가하여 용접을 수행하는 장치이다.

아르곤 가스를 사용하는 아르곤 용접기에는 용접(welding)시 아크를 발생시키기 위하여 플라이백 트랜스포머(flyback transformer) PCB(printed circuit board)가 포함되어 구성된다.

플라이백 트랜스포머는 입출력의 권선비가 아주 높은 고압 출력용 트랜스를 의미한다.

보통 용접시에 토치선이 길어지면 저항이 생겨서 고주파가 약해지는 증상이 발생하여 결과적으로 아크발생이 불안해지는 경우가 있는데, 이러한 경우를 대비하여 아르곤 플라즈마 용접기에는 플라이백 트랜스포머가 포함되어 있다.

도 1은 종래 플라이백 트랜스포머의 PCB를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 플라이백 트랜스포머 PCB는 1차측에 구비된 콘덴서들의 집합인 콘덴서부(10)와 1차측에 인가되는 입력전압을 연결하기 위한 커넥터(20)를 포함한다.

종래 플라이백 트랜스포머 PCB에서는 원하는 2차측 출력 전압을 얻기 위하여 마일러 콘덴서를 하나하나 콘덴서부(10)에 납땜하여 연결하거나 제거하는 방식이었다.

따라서, 종래 플라이백 트랜스포머 PCB에서는 일일이 사람이 마일러 콘덴서를 PCB에 납땜하거나 제거하는 방식이기 때문에, 2차측 출력 전압의 고주파 세기를 조절하는 것이 매우 번거롭고 어려운 공정이 필요하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 플라이백 트랜스포머의 1차측 전압을 용이하게 조절하여 결과적으로 고주파 세기를 조절할 수 있는 플라이백 트랜스포머를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 1차(Primary) 측과 2차(Secondary) 측의 권선비를 상대적으로 높게 하여 고압을 출력시키기 위한 플라이백 트랜스포머(flyback transformer)에서, 상기 1차 측에 연결되어 있는 두 개 이상의 콘덴서를 포함하는 콘덴서부 및 상기 콘덴서들이 병렬로 연결되도록 상기 콘덴서들과 연결된 토글 스위치(toggle switch)를 포함하며, 사용자에 의한 상기 토글 스위치의 조작에 의해 상기 콘덴서들의 병렬 연결 개수를 변경시키는 방식으로 상기 1차 측의 전압을 제어한다.

상기 플라이백 트랜스포머는 PCB(printed circuit board) 형태로 구현될 수 있다. 이때, 상기 콘덴서들은 마일러(Mylar) 콘덴서일 수 있다.

상기 PCB 상에 상기 콘덴서들과 상기 토글 스위치를 연결시키기 위한 연결 커넥터와, 외부로부터 1차 측에 인가되는 전압이 입력되도록 하기 위한 입력 전압 커넥터가 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면 플라이백 트랜스포머 PCB에서 토글 스위치를 이용하여 1차측 전압을 제어함으로써, 2차측 고주파 세기를 용이하게 제어할 수 있다는 효과가 있다.

따라서, 본 발명의 플라이백 트랜스포머를 이용하면 용접시 토치선이 길거나 짧아도 원활하게 아크를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 플라이백 트랜스포머의 PCB를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 트랜스포머의 PCB를 보여주는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 트랜스포머 PCB에서 토글 스위치의 위치에 따른 연결구조를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접기 장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 트랜스포머의 회로를 간략화하여 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 트랜스포머의 등가회로도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명은 1차(Primary) 측과 2차(Secondary) 측의 권선비를 상대적으로 높게 하여 고압을 출력시키기 위한 플라이백 트랜스포머(flyback transformer)에 관한 것이다.

본 발명에서 플라이백 트랜스포머는 1차 측에 연결되어 있는 두 개 이상의 콘덴서를 포함하는 콘덴서부 및 콘덴서들이 병렬로 연결되도록 콘덴서들과 연결된 토글 스위치(toggle switch)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서는 사용자에 의한 토글 스위치의 조작에 의해 콘덴서들의 병렬 연결 개수를 변경시키는 방식으로 1차 측의 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이제 본 발명에서 플라이백 트랜스포머가 PCB(printed circuit board)로 구현된 경우를 예시하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 트랜스포머의 PCB를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 플라이백 트랜스포머 PCB(100)는 콘덴서부(110), 토글 스위치(120), 연결 커넥터(130), 입력 전압 커넥터(140)를 포함한다.

콘덴서부(110)는 1차 측에 연결되어 있는 두 개 이상의 콘덴서를 포함한다. 본 발명에서 콘덴서부(110)는 마일러(Mylar) 콘덴서로 구현될 수 있다. 마일러(Mylar) 콘덴서는 얇은 폴리에스테르(polyester) 필름을 양측에서 금속으로 삽입하여, 원통형으로 감은 것으로서, 용량대비 체적이 소형이고, 내열성이 우수하며 비교적 저가격이므로, 각종 음향기기와 전자기기와 전기기기 등에 널리 사용되고 있다.

도 2에서 콘덴서부(110)는 5개의 마일러 콘덴서(a,b,c,d,e)를 포함하고 있는 실시예이다.

토글 스위치(120)는 콘덴서들이 병렬로 연결되도록 콘덴서들과 연결되어 있는 스위치이다. 본 발명에서 사용자에 의한 토글 스위치(120)의 조작에 의해 콘덴서들의 병렬 연결 개수를 변경시키는 방식으로 1차 측의 전압을 제어할 수 있다.

연결 커넥터(130)는 PCB(100) 상에 형성되어 콘덴서들과 토글 스위치(120)를 연결시키기 위한 역할을 한다.

입력 전압 커넥터(140)는 PCB(100) 상에 형성되어 외부로부터 1차 측에 인가되는 전압이 입력되도록 하기 위한 역할을 한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 트랜스포머 PCB에서 토글 스위치의 위치에 따른 연결구조를 예시한 도면이다.

도 3 내지 도 5에서 d, e 마일러 콘덴서는 기준이 되며, 토글 스위치의 위치 상태에 따른 모든 경우에 연결되어 있다.

도 3은 토글 스위치(120)가 도면 기준으로 위에 위치하는 경우의 연결 방식이 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 토글 스위치(120)가 위에 위치한 상태가 되면, 토글 스위치(120)의 5번 및 2번 단자가 연결되고, 6번 및 3번 단자가 연결된다. 이에 따라, c, d, e의 3개의 마일러 콘덴서가 병렬로 연결되는 구조가 된다.

도 4는 토글 스위치(120)가 도면 기준으로 중앙에 위치하는 경우의 연결 방식이 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 토글 스위치(120)가 중앙에 위치한 상태가 되면, 토글 스위치(120)의 5번 및 2번 단자가 연결된다. 이에 따라, c, d의 2개의 마일러 콘덴서가 병렬로 연결되는 구조가 된다.

도 5는 토글 스위치(120)가 아래에 위치하는 경우의 연결 방식이 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 토글 스위치(120)가 아래에 위치한 상태가 되면, 토글 스위치의 5번 및 2번 단자가 연결되고, 4번 및 1번 단자가 연결된다. 이에 따라, a, b, d, e의 4개의 마일러 콘덴서가 병렬로 연결되는 구조가 된다.

도 3 내지 도 5의 토글 스위치(120)의 구조는 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 실시예에 따라 다양한 방식으로 변경될 수 있음은 당연하다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접기 장치의 회로도이다.

도 6은 본 발명의 플라이백 트랜스포머를 용접기 장치에 결합시킨 실시예이다.

용접기의 스위칭(switching) 방식은 하프 브릿지(half bridge) 방식과 풀 브릿지(full bridge) 방식이 있다.

도 6의 실시예에서는 하프 브릿지 방식이 적용된 용접기 장치의 회로도이다.

도 6을 참조하면, 메인 트랜스포머(610)에서 하프 브릿지 스위칭 방식에 의해 1차 기전력(AC 전압)이 발생하고, 유도 기전력은 2차 코일을 쇄교하기 때문에 2차 기전력이 발생한다. 여기서 A와 C 지점 간에는 AC 176 [V]가 발생하고, 양파이므로, A와 B 지점 간에는 AC 80~88 [V]가 발생하게 된다.

H(B) 지점과 A에서 나오는 AC 전압이 플라이백 트랜스포머 PCB(100)의 1차측 입력전압으로 인가된다.

본 발명은 입력 전압 커넥터(140)를 통해 인가되는 전압을 AC 80~88 [V]가 되고, 저항과 마일러 콘덴서의 합성 저항 값에 따라 플라이백 트랜스포머의 1차 전압이 결정되는 방식이다.

메인 트랜스포머(610)는 전자유도작용을 이용하여 교류전압이나 전류의 값을 바꾸는 변압기로서, 용접기에서는 1차와 2차간의 변압비를 조정하여 원하는 용접전압과 전류를 얻을 수 있다. 변압기는 자속을 효율적으로 통해주기 위한 철심코어와 1차 권선 및 2차 권선으로 구성된다.

D1 및 D2는 2차측 정류 다이오도로서, 1차측 정류 다이오드와는 달리 고속 다이오드이어야 한다. 통상적으로 Ultra Fast Recovery 또는 Schottky Barrier Diode와 같은 것을 사용하는데 현재 시장에 유통되는 제품으로 Fast Recovery Diode는 높은 내압을 구비하는 것이 존재하지만, Schottky Barrier Diode는 아직 낮은 내압용 밖에 없어서 인버터 용접기에는 주로 Fast Recovery Diode를 사용한다. 1차측의 정류 다이오드는 통상 60Hz의 주파수이지만 2차측의 정류 다이오드는 40000~50000Hz이므로 다이오드가 순방향으로 턴 온(turn on)시에는 문제가 없지만, 턴 오프(turn off)시 단락 전류가 크게 발생하여 잡음의 원인 및 효율 저하의 원인이 된다. 다이오드의 역회복 시간을 다이오드 리커버리 특성이라고 하는데 이것은 짧을수록 단락 전류의 발생량을 적게 하여 손실을 줄일수 있다.

리액터(620)는 평활회로로서, 주로 대전류용으로 사용된다. 대전류용으로 리액터(620)를 사용하는 이유는 평활의 목적외에 부하 변동에 따른 인버터부의 충격을 완화시켜주고, 변압기와 정류기의 실효전류를 내려주기 위함이다. 또한 리액터(620)는 용접조건의 부하특성을 결정짓는 주요한 요인이 되기도 한다. 리액터(620)의 기본특성은 직류(DC)는 통과시키고 교류(AC)는 흐름을 방해하는 것이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 트랜스포머의 회로를 간략화하여 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 플라이백 트랜스포머의 1차측에 인가되는 입력전압은 80~88 [V]로 항상 일정하고, 저항과 콘덴서부(110)의 마일러 콘덴서의 합성값에 따라 플라이백 트랜스포머의 1차측 전압이 결정된다.

도 3 내지 도 5의 실시예에서 전술한 바와 같이, 토글 스위치(120)가 가운데 있는 경우, 2개의 콘덴서가 병렬로 연결되고, 2개의 콘덴서 및 저항과의 합성 저항값에 의해 1차측 전압이 결정된다.

토글 스위치(120)가 위에 있는 경우는 토글 스위치(120)가 가운데 있는 경우보다 승압되는 경우로서, 3개의 콘덴서가 병렬로 연결되고, 3개의 콘덴서 및 저항과의 합성 저항값에 의해 1차측 전압이 결정된다.

토글 스위치(120)가 아래에 있는 경우는 토글 스위치(120)가 위에 있는 경우보다 승압되는 경우로서, 4개의 콘덴서가 병렬로 연결되고, 4개의 콘덴서 및 저항과의 합성 저항값에 의해 1차측 전압이 결정된다.

이처럼, 본 발명에서는 토글 스위치(120) 및 마일러 콘덴서를 이용하여 플라이백 트랜스포머의 1차측 전압을 조절함으로써, 결과적으로 2차측에 발생되는 기전력을 결정하는 방식이다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 트랜스포머의 등가회로도이다.

도 8 내지 도 10에서 편의상 마일러 콘덴서를 저항으로 가정하며, 저항값을 10k로 가정한 실시예이다.

도 8은 4개의 마일러 콘덴서가 병렬로 연결된 회로의 등가회로도이고, 도 9는 합성저항이 10K인 경우의 등가회로도이고, 도 10은 1개의 마일러 콘덴서가 병렬로 연결된 경우의 등가회로도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 플라이백 트랜스포머 1차측에 걸리는 전압 V를 계산하는 방법은 다음과 같다.

옴의 법칙에 의하면, 전류=전압/저항(I=R/V), 즉 전압=전류*저항(V=I*R)이다. 이러한 옴의 법칙을 이용하여 플라이백 트랜스포머 1차측에 걸리는 전압 V를 구할 수 있다.

먼저, 회로에 흐르는 전류 I=V/R=88/(10K+30K)=0.0022 [A]이다.

그러면, 플라이백 트랜스포머 1차측에 걸리는 전압 V=I*R=0.0022*30K=66 [V]이다.

다음, 마일러 콘덴서 1개가 병렬로 연결된 도 10의 실시예에서 플라이백 트랜스포머 1차측에 걸리는 전압 V를 구하는 과정은 다음과 같다.

도 10을 참조하면, 먼저 병렬 연결된 합성 저항값을 구하면, 합성 저항값=(R1*R2)/(R1+R2)이므로, 합성 저항값은 (10K*10K)/(10K+10K)=5K가 된다.

회로에 흐르는 전류 I=V/R=88/(5K+30K)=0.0025 [A]이다.

그러면, 플라이백 트랜스포머 1차측에 걸리는 전압 V=I*R=0.0025*30K=75 [V]이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 플라이백 트랜스포머의 1차측 전압을 조절한다. 본 발명에서는 플라이백 트랜스포머의 1차측 전압이 변경되면 2차측 전압도 변동되기 때문에, 이러한 원리를 이용하여 고주파 세기를 조절하는 방식이다.

한편, 플라이백 트랜스포머는 1차측 코일의 턴수:2차측 코일의 턴수=1차측 전압:2차측 전압의 비례식이 성립된다.

예를 들어, 1차측 코일의 턴수가 2턴이고, 2차측 코일의 턴수가 10턴이고, 1차측 전압이 10V라고 가정하면, 상기 비례식에 의해 2:10=10:V 이므로, 2차측 전압은 50 [V]가 된다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

100 플라이백 트랜스포머 PCB 110 콘덴서부
120 토글 스위치 130 연결 커넥터
140 입력 전압 커넥터

Claims (6)

1차(Primary) 측과 2차(Secondary) 측의 권선비를 상대적으로 높게 하여 고압을 출력시키기 위한 PCB(printed circuit board) 형태로 되어 있는 플라이백 트랜스포머(flyback transformer)에서,
상기 1차 측에 연결되어 있는 두 개 이상의 마일러(Myler) 콘덴서를 포함하는 콘덴서부;
상기 마일러 콘덴서들이 병렬로 연결되도록 상기 마일러 콘덴서들과 연결된 토글 스위치(toggle switch);
상기 PCB 상에 상기 마일러 콘덴서들과 상기 토글 스위치를 연결시키기 위한 연결 커넥터; 및
상기 PCB 상에 외부로부터 1차 측에 인가되는 전압이 입력되도록 하기 위한 입력 전압 커넥터를 포함하며,
사용자에 의한 상기 토글 스위치의 조작에 의해 상기 마일러 콘덴서들의 병렬 연결 개수를 변경시키는 방식으로 상기 1차 측의 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라이백 트랜스포머.

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제 1항에 있어서,
상기 토글 스위치는 1번 단자 내지 6번 단자를 포함하고,
상기 콘덴서부는 제1 콘덴서, 제2 콘덴서, 제3 콘덴서, 제4 콘덴서 및 제5 콘덴서를 포함하고,
상기 제1 콘덴서의 일측은 상기 토글 스위치의 4번 단자와 연결되고 타측은 상기 토글 스위치의 1번 단자와 연결되며, 상기 제2 콘덴서의 일측은 상기 토글 스위치의 4번 단자와 연결되고 타측은 상기 토글 스위치의 1번 단자와 연결되며, 상기 제3 콘덴서의 일측은 상기 토글 스위치의 3번 단자와 연결되고 타측은 상기 토글 스위치의 6번 단자와 연결되며, 상기 제4 콘덴서의 일측은 상기 토글 스위치의 5번 단자와 연결되고 타측은 상기 토글 스위치의 2번 단자와 연결되며, 상기 제5 콘덴서의 일측은 상기 토글 스위치의 5번 단자와 연결되고 타측은 상기 토글 스위치의 2번 단자와 연결되며,
상기 토글 스위치가 위에 위치한 상태가 되면, 상기 토글 스위치의 5번 및 2번 단자가 연결되고 6번 및 3번 단자가 연결되고, 상기 토글 스위치가 중앙에 위치한 상태가 되면, 상기 토글 스위치의 5번 및 2번 단자가 연결되고, 상기 토글 스위치가 아래에 위치한 상태가 되면, 상기 토글 스위치의 5번 및 2번 단자가 연결되고, 4번 및 1번 단자가 연결되는 것을 특징으로 하는 플라이백 트랜스포머.

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