KR101318425B1 - 에너지 전달 소자 및 이를 포함하는 컨버터 - Google Patents

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Abstract

에너지 전달 소자는 코어, 전도성 실드, 1차측 권선, 실드 권선, 2차측 권선을포함한다. 여기서, 전도성 실드, 1차측 권선, 실드 권선, 2차측 권선 순으로 코어에 감겨져 있다. 이를 통해 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 형성되는 변위 전류를 줄여 EMI를 감소시킬 수 있다.
Figure R1020070048599
권선, 트랜스포머, 에너지 전달 소자, 컨버터

Description

에너지 전달 소자 및 이를 포함하는 컨버터{ENERGY TRANSFER ELEMENT AND CONVERTER INCLUDING THEREOF}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 컨버터의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(200)의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(200)의 단면을 나타내는 도면이다.
본 발명은 에너지 전달 소자 및 이를 포함하는 컨버터에 관한 것이다.
컨버터는 하나의 직류 또는 교류 신호를 하나 이상의 직류 또는 교류 신호로 변환하는 장치이다. 컨버터에서 하나의 직류 또는 교류 신호를 하나의 이상의 직류 또는 교류 신호로 변환하기 위해서 에너지 전달 소자가 사용되며, 에너지 전달 소자로서 가장 많이 사용되는 것 중의 하나가 트랜스포머이다.
한편 트랜스포머의 1차측과 2차측 사이 등에는 기생 커패시터(parasitic capacitor)가 존재하며, 이 기생 커패시터로 인해 컨버터의 동작시 변위 전 류(displacement current)가 발생한다. 이 변위 전류에 의해 전자파 방해(Electromagnetic Interference, 이하 'EMI'라 함)가 발생한다. 일반적으로 이러한 변위 전류 및 EMI를 제거하기 위해 컨버터의 입력단에 인덕터와 커패시터를 포함하는 필터를 추가하는 방법이 요구된다. 그러나 필터를 추가하거나 필터에 사용되는 소자가 많은 경우 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 간단한 구조를 통해 EMI를 저감시키는 에너지 전달 소자 및 이를 포함하는 컨버터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따르면 입력 회로의 에너지를 출력 회로로 전달하는 에너지 전달 소자가 제공된다. 이 에너지 전달 소자는, 상기 입력 회로에 전기적으로 연결되어 있는 제1 권선; 상기 출력 회로에 전기적으로 연결되어 있는 제2 권선; 상기 제1 권선과 상기 제2 권선 사이에 감겨져 있으며, 상기 제1 권선과 상기 제2 권선 사이에 형성되는 변위 전류를 감소시키는 제3 권선; 상기 제1 내지 제3 권선이 감기는 부분인 제1 부분을 포함하는 코어; 및 상기 제1 권선과 상기 제1 부분 사이에 위치하는 전도성 실드를 포함하며, 상기 제1 부분으로부터 상기 제1 권선이 감겨져 있는 위치가 상기 제1 부분로부터 상기 제2 권선이 감겨져 있는 위치보다 가깝다. 여기서, 상기 전도성 실드는 상기 변위 전류를 감소시킨다.
그리고, 상기 전도성 실드의 제1 단은 상기 입력 회로의 접지단에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 전도성 실드의 제2 단은 오픈되어 있을 수 있다. 한편, 상기 전도성 실드의 제1 단은 상기 입력 회로에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 전도성 실드의 제2 단은 오픈되어 있을 수 있다.
또한, 상기 제3 권선의 제1 단은 상기 입력 회로의 접지단에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 제3 권선의 제2 단은 오픈되어 있을 수 있다. 한편, 상기 제3 권선의 제1 단은 상기 입력 회로에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 제3 권선의 제2 단은 오픈되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면 컨버터가 제공된다. 이 컨버터는 에너지를 공급하는 입력 회로; 상기 입력 회로에서 공급되는 에너지에 대응하여 소정의 에너지를 출력하는 출력 회로; 및 코어, 전도성 실드, 1차측 권선, 실드 권선 및 2차측 권선을 포함하는 에너지 전달 소자를 포함하며 상기 입력 회로와 상기 출력 회로 사이에 전기적으로 연결되어 상기 입력 회로의 에너지를 상기 출력 회로로 소정의 비율로 전달하는 에너지 전달 소자를 포함하며, 상기 실드 권선은 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선 사이에 발생하는 변위 전류를 감소시키며, 상기 전도성 실드, 상기 1차측 권선, 상기 실드 권선 및 상기 2차측 권선 순으로 상기 코어에 감겨져 있다. 여기서, 상기 전도성 실드는 상기 변위 전류를 감소시킨다.
그리고 상기 컨버터는 상기 입력 회로에 사용되는 IC의 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 전압 생성 회로를 더 포함할 수 있으며, 상기 에너지 전달 소자는 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선 사이에 감겨져 있으며 상기 바이어스 전압 생성 회로에 전기적으로 연결되어 상기 바이어스 전압을 공급하는데 사용되는 바이어스 권선을 더 포함할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
한편, 컨버터의 동작에 의해 발생하는 EMI는 에너지 전달 소자의 입력 권선과 출력 권선 사이에 흐르는 변위 전류의 의해 주로 발생하며, 이의 구체적인 양상과 추이는 당업자라면 쉽게 알 수 있으므로 아래 설명에서 생략한다.
그리고 아래에서 설명하는 본 발명의 실시예에 따른 기술은 플라이백(flyback) 컨버터 및 포워드(forward) 컨버터 등에 적용될 수 있으므로, 편의상 에너지 전달 소자로서 트랜스포머를 언급할 수 있다. 아래에서 설명하는 실시예에서는 플라이백 컨버터를 예를 들어 설명하며, 에너지 전달 소자로서 트랜스포머를 예를 들어 설명한다. 더욱이, 당업자에게 친숙한 용어를 사용하기 위해, 에너지 전달 소자의 입력 권선과 출력 권선은 각각 1차측 권선 및 2차측 권선으로 언급되며, 에너지 전달 소자의 입력 권선과 출력 권선에 커플링되어 있는 입력 회로 및 출력 회로도 각각 1차측 회로 및 2차측 회로로 언급된다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 " 포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 컨버터 및 이에 사용되는 트랜스포머에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 컨버터의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 컨버터는 1차측 회로(100), 트랜스포머(200), 2차측 회로(300) 및 바이어스 전압 공급 회로(400)를 포함한다.
1차측 회로(100)는 교류 입력(AC)를 정류하는 브리지 다이오드(BD), 정류된 전압을 평활화하기 위한 커패시터(Cin), 스위치(SW) 및 스위치(SW)의 턴온/턴오프를 제어하는 스위칭 제어부(110)를 포함한다. 스위칭 제어부(110)는 스위치(SW)를 통해 흐르는 전류에 대응하는 센싱 전압(Vsense) 및 2차측 회로(300)의 출력 전압(Vout)에 대응하는 피드백 전압(Vfb)를 입력 받아 스위치(SW)의 듀티(duty) 혹은 스위칭 회수 등을 제어한다. 센성 전압(Vsense)을 생성하는 방법 및 피드백 전압(Vfb)을 생성하는 방법은 당업자라면 쉽게 알 수 있으므로 이하 구체적인 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 스위칭 제어부(110)를 동작시키는데 사용되는 바이어스 전압(Vcc)는 바이어스 전압 공급 회로(400)를 통해 제공된다.
2차측 회로(300)는 트랜스포머(200)의 제3 단자(N3)에 애노드가 연결되는 다 이오드(D1), 다이오드(D1)의 캐소드와 2차측 접지(20) 사이에 연결되는 커패시터(C2)를 포함한다. 여기서 커패시터(C2)의 양단에 걸리는 전압이 컨버터의 출력 전압(Vout)이다.
트랜스포머(200)는 1차측 회로(100)와 2차측 회로(300) 사이에 연결되어 1차측에서 제공되는 에너지를 2차측으로 전달한다. 한편, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(200)는 입력 전압(Vin)이 입력되는 제1 단자(N1), 스위치(SW)에 연결되는 제2 단자(N2), 다이오드(D1)에 연결되는 제3 단자(N3), 2차측 접지(20)에 연결되는 제4 단자(N4), 바이어스 전압 공급 회로(400)에 연결되는 제5 단자(N5)를 포함한다.
바이어스 전압 공급 회로(400)는 트랜스포머(200)의 제5 단자(N5)에 애노드가 연결되는 다이오드(D2) 및 다이오드(D2)의 캐소드와 1차측 접지(10) 사이에 연결되는 커패시터(C2)를 포함한다. 스위칭 제어부(110)는 일반적으로 IC(Integrated Circuit)를 통해 구현가능하며, 바이어스 전압 공급 회로(400)는 IC를 동작시키기 위한 바이어스 전압(Vcc)을 공급한다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(200)는 변위 전류에 의해 발생되는 EMI를 저감시키는 구조를 가지는 바 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 이에 대해서 알아본다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(200)의 개략적인 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(200)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(200)는 1차측 권선(210), 2차측 권선(220), 실드 권선(230), 전도성 실드(240) 및 바이어스 권선(250)을 포함한다. 도 2에서 기호(260)는 코어를 나타내며 이 코어(260)에 의해 각 권선들은 상호간에 커플링 되어 있다.
그리고 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(200)는 코어(260) 및 각 권선 사이에 위치하는 절연 테이프(270)를 더 포함한다. 한편 도 3에서는 편의상 코어(260)의 일부분만을 나타내었으며 코어의 제1 부분(260A)는 전체 코어 중에서 각 권선이 감기는 부분을 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 1차측 권선(210)의 일단과 타단은 각각 트랜스포머의 제1 단자(N1)과 제2 단자(N2)에 연결되어 있다.
그리고 전도성 실드(240)의 일단은 트랜스포머의 제1 단(N1) 또는 1차측 접지(10)에 연결되어 있으며, 전도성 실드(240)의 타단은 오픈(즉, 어느 단자에도 연결되어 있지 않음)되어 있다. 전도성 실드(240)는 호일(Foil)과 같은 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 실드(240)는 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 흐르는 변위 전류를 감소시켜 EMI를 감소시키는 역할을 수행한다.
한편, 도 3을 참조하면, 전도성 실드(240)가 1차측 권선(210)보다 코어의 제1 부분(260A)에 가깝게 감겨져 있다. 전도성 실드(240)가 호일과 같은 전도성 물질로 구현되는 경우 코어의 제1 부분(260A)에 가깝게 감겨져 있어야 더욱더 EMI를 줄일 수 있으며 트랜스포머의 제작 시 더욱 용이하다. EMI를 줄이기 위해 전도성 실드(240)가 1차측 권선(210)과 2차측 권선(220) 사이에 위치할 수 있으나, 이때에 는 전도성 실드(240)가 1차측 권선(210)을 덮으면서 감겨짐으로 인해 찌그러지거나 파손될 수 있다. 이와 같이 전도성 실드(240)가 찌그러지거나 파손되는 경우에는 변위 전류를 감소시키는 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예와 같이 전도성 실드(240)가 코어의 제1 부분(260A)에 가깝게 감겨져 있는 경우에는 더욱더 용이하고 안전하게 전도성 실드(240)를 감을 수 있다.
실드 권선(230)은 1차측 권선(210)과 2차측 권선(220) 사이에 위치한다. 그리고 실드 권선(230)의 일단은 트랜스 포머의 제1 단자(N1) 또는 1차측 접지(10)에 연결되고 실드 권선(230)의 타단은 오픈되어 있다. 한편, 도 3에 나타낸 바와 같이 실드 권선(230)이 감겨져 있는 폭(L1)은 1차측 권선(210)이 감겨져 있는 폭(L2) 및 2차측 권선(220)이 감겨져 있는 폭(L3)보다 더욱 클 수 있으며, 이를 통해 변위 전류를 더욱 줄일 수 있다. 도 3에서는 실드 권선(230)이 하나의 층(Layer) 전체에 감겨져 있는 것으로 나타내었지만 실드 권선(230)은 1차측 권선과 2차측 권선 사이에 흐르는 변위 전류를 감소시키기 위한 것이므로, 실드 권선(230)이 감겨져 있는 폭은 1차측 권선(210)이 감겨져 있는 폭 및 2차측 권선(220)이 감겨져 있는 폭보다 크면 된다. 이와 같은 구조를 통해, 실드 권선(230)은 1차측 권선(210)과 2차측 권선(220) 사이에 흐르는 전류를 감소시켜 EMI를 줄일 수 있다.
바이어스 권선(250)은 1차측 권선(210)과 2차측 권선(220)의 사이에 위치하고, 바이어스 권선(250)의 일단과 타단은 각각 트랜스 포머의 제5 단자(N5)와 1차측 접지(10)에 연결되어 있다. 플라이백 컨버터의 동작 시에 1차측 권선(210)의 에너지가 바이어스 권선(250)에 전달되며, 바이어스 권선(250)에 연결된 바이어스 전압 공급 회로(400)에 바이어스 전압(Vcc)이 생성된다. 즉, 바이어스 권선(250)은 바이어스 전압(Vcc)을 공급하는데 사용된다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 플라이백 컨버터에서는 바이어스 권선(250)을 통해 바이어스 전압(Vcc)을 생성하는 것으로 나타내었지만 다른 방법을 통해 바이어스 전압(Vcc)을 생성하는 경우에는 바이어스 권선(250)은 생략될 수 있다.
한편, 도 3에서는 실드 권선(230)이 1차측 권선(210)과 바이어스 권선(250) 사이에 위치하는 것으로 나타내었지만, 실드 권선(230)은 1차측 권선(210)과 2차측 권선(220) 사이에 위치하기만 하면 변위 전류를 감소시키는 역할을 수행하므로 위치가 변동될 수 있다. 즉, 실드 권선(230)과 바이어스 권선(250)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
그리고 2차측 권선(220)의 일단과 타단은 각각 트랜스포머의 제3 단자(N3)와 제4 단자(N4)에 연결되어 있으며, 본 발명의 실시예와 같은 플라이백 컨버터에서는 도 2에 나타낸 바와 같이 2차측 권선(220)의 도트 극성(dot polarity)은 1차측 권선과 반대이다. 그러나 포워드 컨버터 등의 경우에는 이러한 도트 극성은 바뀔 수 있다. 그리고 2에 나타낸 나머지 권선(230, 250)의 도트 극성(dot polarity)도 포워드 컨버터의 경우 바뀔 수 있다.
한편 도 3을 참조하면 1차측 권선(210)은 전도성 실드(240)와 실드 권선(230)에 의해 둘러싸여 있으므로, 1차측 권선(210)과 2차측 권선(220) 사이에 발생되는 변위 전류를 더욱더 줄일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 트랜스 포머(200)를 통해 EMI를 더욱더 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 트랜스 포머에 전도성 실드와 실드 권선을 사용함으로써 EMI를 더욱더 줄일 수 있다. 이와 같이 EMI가 감소하는 경우 별도의 필터를 추가하지 않아도 되거나 필터의 구조를 간단하게 할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면 전도성 실드를 코어의 제1 부분에 가깝게 위치시킴으로써 전도성 실드의 파손을 방지함으로써 효과적으로 EMI를 줄일 수 있다.

Claims (15)

  1. 입력 회로의 에너지를 출력 회로로 전달하는 에너지 전달 소자에 있어서,
    상기 입력 회로에 전기적으로 연결되어 있는 1차측 권선;
    상기 출력 회로에 전기적으로 연결되어 있는 2차측 권선;
    상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선 사이에 감겨져 있으며, 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선 사이에 형성되는 변위 전류를 감소시키는 실드 권선;
    상기 1차측 권선, 상기 2차측 권선, 및 상기 실드 권선이 감기는 부분인 제1 부분을 포함하는 코어; 및
    상기 1차측 권선과 상기 제1 부분 사이에 위치하는 전도성 실드를 포함하며,
    상기 제1 부분으로부터 상기 1차측 권선이 감겨져 있는 위치가 상기 제1 부분으로부터 상기 2차측 권선이 감겨져 있는 위치보다 가까운 에너지 전달 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 실드의 제1 단은 상기 입력 회로의 접지단에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 전도성 실드의 제2 단은 오픈되어 있는 에너지 전달 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 실드의 제1 단은 상기 입력 회로에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 전도성 실드의 제2 단은 오픈되어 있는 에너지 전달 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 실드는 상기 변위 전류를 감소시키는 에너지 전달 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실드 권선의 제1 단은 상기 입력 회로의 접지단에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 실드 권선의 제2 단은 오픈되어 있는 에너지 전달 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실드 권선의 제1 단은 상기 입력 회로에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 실드 권선의 제2 단은 오픈되어 있는 에너지 전달 소자.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 실드 권선이 감겨져 있는 폭은 상기 1차측 권선이 감겨져 있는 폭 및 상기 2차측 권선이 감겨져 있는 폭보다 더 큰 에너지 전달 소자.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선 사이에 위치하며, 상기 입력 회로에 사용되는 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 전압 공급 회로에 전기적으로 연결되어 있는 실드 권선을 더 포함하는 에너지 전달 소자.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차측 권선은 상기 에너지 전달 소자의 입력 권선이며 상기 2차측 권선은 상기 에너지 전달 소자의 출력 권선인 에너지 전달 소자.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 전달 소자는 플라이백 컨버터에 사용되는 트랜스포머인 에너지 전달 소자.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 전달 소자는 포워드 컨버터에 사용되는 트랜스 포머인 에너지 전달 소자.
  12. 에너지를 공급하는 입력 회로;
    상기 입력 회로에서 공급되는 에너지에 대응하여 소정의 에너지를 출력하는 출력 회로; 및
    코어, 전도성 실드, 1차측 권선, 실드 권선 및 2차측 권선을 포함하는 에너지 전달 소자를 포함하며 상기 입력 회로와 상기 출력 회로 사이에 전기적으로 연결되어 상기 입력 회로의 에너지를 상기 출력 회로로 소정의 비율로 전달하는 에너지 전달 소자를 포함하며,
    상기 실드 권선은 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선 사이에 발생하는 변위 전류를 감소시키며,
    상기 에너지 전달 소자에서 상기 전도성 실드, 상기 1차측 권선, 상기 실드 권선 및 상기 2차측 권선 순으로 상기 코어에 감겨져 있는 컨버터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 입력 회로에 사용되는 IC의 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 전압 생성 회로를 더 포함하며,
    상기 에너지 전달 소자는 상기 1차측 권선과 상기 2차측 권선 사이에 감겨져 있으며 상기 바이어스 전압 생성 회로에 전기적으로 연결되어 상기 바이어스 전압을 공급하는데 사용되는 바이어스 권선을 더 포함하는 컨버터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전도성 실드는 상기 변위 전류를 감소시키는 컨버터.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 실드 권선이 감겨져 있는 폭은 상기 1차측 권선이 감겨져 있는 폭 및 상기 2차측 권선이 감겨져 있는 폭보다 더 큰 컨버터.
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