KR101360532B1 - 일체형 ｐｆｃ 변압기 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 일체형 PFC 변압기는 마주보도록 형성되는 한쌍의 1차 코어; 상기 1차 코어의 중앙에 형성되는 2차 코어; 상기 2차 코어의 일측에 형성되는 변압부; 및, 상기 2차 코어의 타측에 형성되는 PFC;를 포함한다.

Description

일체형 ＰＦＣ 변압기{Transformer with PFC}
실시예는 일체형 PFC 변압기에 관한 것이다.
최근에, 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply; SMPS)를 채용한 전원 공급 장치가 주목받고 있으며, 이러한 스위칭 모드 파워 서플라이는 모스 트랜지스터(MOS FET; Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)나 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT; Bipolar Junction Transistor)와 같은 스위칭 소자와 변압기를 사용하여 안정적으로 전원을 제공하고 있다.
종래의 LED 구동 회로는 50Hz 내지 60Hz의 AC 상용 전원의 고조파 규제를 만족하기 위한 역률 개선 회로(Power Factor Correction:PFC), 안전규격을 만족하기 위한 트랜스포머 및 LED 부하의 구동을 위한 정전압 또는 정전류 제어하는 LED 드라이버로 구성된다.
한편, 가전 제품 등이 경박단소의 경향으로 개발됨에 따라, 스위칭 모드 파워 서플라이도 슬림화하게 구현되도록 요구받고 있으며, 스위칭 모드 파워 서플라이를 구성하는 회로 부품 중 큰 부피를 차지하는 역률 보상 회로(PFC:Power Factor Correction) 및 변압기의 부피를 줄이기 위한 연구가 지속적으로 행해지고 있다.
실시예에 따른 일체형 PFC 변압기 및 그 제조방법은 변압기를 슬림하게 제작할 수 있으므로, 변압기를 포함하여 제작되는 전원 공급 장치를 슬림하게 제작할 수 있다.
또한 PFC 및 트랜스포머를 하나의 부품으로 제작하므로 생산성이 향상될 수 있다.
실시예에 따른 일체형 PFC 변압기는 마주보도록 형성되는 한쌍의 1차 코어; 상기 1차 코어의 중앙에 형성되는 2차 코어; 상기 2차 코어의 일측에 형성되는 변압부; 및, 상기 2차 코어의 타측에 형성되는 PFC;를 포함한다.
실시예에 따른 일체형 PFC 변압기는 변압기를 슬림하게 제작할 수 있으므로, 변압기를 포함하여 제작되는 전원 공급 장치를 슬림하게 제작할 수 있다.
또한 PFC 인덕터 및 변압기를 하나의 부품으로 제작하므로 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 LED 구동 회로의 블럭도
도 2는 발명의 실시예에 따른 일체형 PFC 변압기의 사시도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 LED 구동 회로의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, LED 구동 회로는 AC 전원(80), 정류회로(90), 일체형 PFC 변압기(100), LED 드라이버(200) 및 LED 부하(300)로 구성되어 있다.
정류회로(90)는, AC 전원(80)으로부터의 AC 전압을 정류하여, DC 전압을 일체형 PFC 변압기(100)에 공급한다.
상기 일체형 PFC 변압기(100)의 PFC 인덕터는 정류된 DC 전압보다 높은 DC 전압으로 승압하여 변압부로 출력한다.
그리고, 일체형 PFC 변압기(100)의 변압부는 상기 PFC 인덕터에서 승압된 DC 전압을 변환하여 부하의 직류전력, 예를 들어 12V 또는 24V로 출력한다.
종래 일반적인 PFC(역률보상회로: Power Factor Correction)의 리액터와 LLC 변압기에 포함되는 1,2차측 코일은 각각 제작되므로, 제품의 소형화에 있어서 제한적이다.
발명의 실시예에 따른 일체형 PFC 변압기(100)는 PFC의 리액터와 변압기의 1,2차측 코일이 일체형으로 형성된 것으로, PFC의 리액터와 변압기의 1,2차측 코일에 적용되는 각각의 코어 및 보빈을 하나로 통합하여 적용할 수 있다.
이에 의해 변압기를 포함하여 제작되는 전원 공급 장치를 슬림하게 제작할 수 있다. 또한 PFC 및 트랜스포머를 하나의 부품으로 제작하므로 생산성이 향상될 수 있다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 일체형 PFC 변압기의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 발명의 실시예에 따른 일체형 PFC 변압기(100)는 마주보도록 형성되는 한 쌍의 제1 코어(120), 상기 제1 코어(120)의 사이에 형성되는 제2 코어(130), 보빈(110), 상기 제2 코어(130)의 일단에 형성된 PFC(150), 상기 제2 코어(130)의 타단에 형성되고 1차 권선부(111)와 2차 권선부(113)를 포함하는 변압부(140)가 형성될 수 있다.
상기 보빈(110)의 재질은 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정폴리 에스테르(LCP), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 페놀계 수지 등을 사용할 수 있다.
상기 보빈(110)의 몸체는 길이 방향으로 관통하는 관통공(A)을 구비하며, 관통공(A)으로 제1 코어(120)가 삽입될 수 있다.
제1 코어(120)는 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 한 쌍의 제1 코어(120)는 보빈(110)의 양끝단부에 형성된 관통공(A)을 통해 각각 삽입되어 서로 마주할 수 있다.
제1 코어(120)는 'E'형, 제2 코어(130)는 'I'형 등의 형태로 제작될 수 있으며, 고투자율, 저손실, 높은 포화자속밀도, 안정성 및 낮은 생산 비용을 갖는 Mn-Zn계 페라이트로 형성될 수 있으나, 코어의 재질에 대해서 한정하는 것은 아니다.
상기 제1 코어(120)는 한 쌍으로 구비되며, 일측에 형성된 제1 코어는 PFC(150)로 기능할 수 있고, 타측에 형성된 제1 코어는 변압부(140)로 동작할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 한 쌍의 제1 코어(120)는 'E'형 구조로 형성되어 각각 센터부(122), 제1 및 제2사이드부(121,123)를 포함하며, 제1사이드부(121), 제2사이드부(123) 및 센터부(122)의 일단부는 서로 연결되며 타측은 분기된다.
상기 센터부(122)의 단면적은 상기 제1 및 제2 사이드부(121,123)의 단면적보다 넓게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 센터부(122)의 단면적은 상기 제1 및 제2 사이드부(121,123)의 단면적을 합한 면적 이상의 값을 갖도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 제2 코어(130)의 단면적은 상기 제1 및 제2 사이드부(121,123)의 단면적보다 넓게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 코어(120)의 센터부(122)의 단면적과 동일한 값을 갖도록 형성될 수 있다. 또한 상기 제2 코어(130)의 단면적은 마주보는 한 쌍의 상기 제1 코어(120)의 제1 사이드부(121)를 합한 면적 또는 마주보는 한 쌍의 상기 제1 코어(120)의 제2 사이드부(123)를 합한 면적과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 구성에 의해 제1 코어(120)에서 발생하는 자기적 간섭을 감소시킬 수 있다.
상기 제1 코어(120)의 센터부(122)가 상기 관통공(A)에 삽입되는 구조로 형성될 수 있다.
제2 코어(130)는 'I'형 구조로 형성되며 보빈(110)의 몸체를 관통한 한 쌍의 제1 코어(120)와 접하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 코어(130)의 일측에는 PFC(150)가 형성될 수 있고, 타측에는 변압부(140)가 형성될 수 있다.
상기 PFC(150)는 변압부(140)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 PFC(150)는 상기 정류회로(90)의 전원신호를 수신하는 1차핀(151)과 PFC 권선부(115)를 통과한 전원신호를 출력하는 2차핀(152)을 포함할 수 있고, 상기 2차핀(152)을 통해 상기 변압부(140)의 전원 신호 공급부(211)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 2차핀(152)과 상기 전원 신호 공급부(211) 사이에는 다이오드가 형성될 수 있다. 상기 다이오드에 의해 PFC 권선부(115)를 통과한 전원신호를 정류할 수 있다. 그리고 상기 다이오드의 캐소드 단에는 카패시터가 연결되어 전압을 평활화 할 수 있다.
상기 보빈(110)은 상기 PFC(150)로부터 입력되는 전압을 수신하는 1차 권선부(111)와 상기 1차 권선부(111)의 출력측에 배치된 2차 권선부(113)를 구비할 수 있다.
상기 PFC(150)와 인접한 영역, 즉 제2 코어(130)와 인접한 영역에 1차 권선부(111)가 배치되며, 1차 권선부(111)의 측면에 2차 권선부(113)가 배치될 수 있다.
1차 권선부(111)에는 1차 코일이 권선되어 있고, 2차 권선부(113)에는 2차 코일이 권선되어 있으며, 2차 코일은 1차 코일에 의해 전류가 유도될 수 있다.
상기 1차 권선부(111) 및, 2차 권선부(113)는 권선비에 따라 길이를 변형하여 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 1차 권선부(111)가 상기 2차 권선부(113)보다 길게 또는 짧게 형성될 수 있다.
1차 또는 2차 코일은 1차 권선부(111) 또는 2차 권선부(113)의 외주면을 따라 권선될 수 있다. 1차 권선부(111) 및 2차 권선부(113)는 각각 등간격으로 배치된 다수의 슬릿을 구비할 수 있으며, 슬릿 사이에 1차 코일 또는 2차 코일이 권선되어 있다.
상기 PFC 권선부(115)도 등간격으로 배치된 다수의 슬릿을 구비할 수 있으며, 슬릿 사이에 코일이 권선되어 있다.
상기 다수의 슬릿은 보빈(110)의 사출 성형시 일체로 형성될 수 있으며, 1차 코일 및 2차 코일을 균일한 간격으로 분배하기 위해 형성될 수 있고, 각각의 코일간의 쇼트 현상을 방지할 수 있고, 제품에 대한 기능적 손상을 방지할 수 있다.
또한, 1차 권선부와 2차 권선부 사이에는 일정한 이격 공간(119a)이 형성되며, 이격 공간(119a)에는 격벽(119b)이 형성될 수 있다. 상기 격벽(119b)의 거리에 의해 1차 권선부(111)와 2차 권선부(113)에 각각 권선되는 1차 코일과 2차 코일 간의 누설인덕턴스 값을 결정할 수 있고, 절연거리를 확보할 수 있다.
전원 신호 공급부(211)는 보빈(110)과 접하도록 형성되며 도전율이 높은 금속 재질로 제공되어 전원 신호를 효율적으로 원활하게 1차측 권선부(111)로 공급하도록 제공될 수 있다.
전원 신호 공급부(211) 및 전원 신호 출력부(311)는 각각 인쇄회로기판과 전기적으로 연결될 수 있도록 절곡형태로 형성될 수 있고, 각각의 단자는 1차 또는 2차 코일의 일단부와 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 전원 신호 공급부(211)는 접촉핀을 통해 1차 코일의 일단부와 연결되며, 보빈(110)의 중심축에 인접하게 배치되고, 전원 신호 공급부(211)로부터 일정한 거리를 두고 전원 신호 출력부(311)가 배치될 수 있다.
전원 신호 출력부(311)는 2차측 권선부(113, 114)와 전기적으로 연결되어 2차측 권선부(113, 114)에 의해 변압된 전원 신호를 출력하도록 제공될 수 있다.
전원 신호 출력부(311)는 도전율이 높은 금속 재질로 제공되어 2차측 권선부(113, 114)를 통해 변압된 전원 신호를 효율적으로 원활하게 출력하도록 제공될 수 있다.
이와 같이 발명의 실시예에 따른 일체형 PFC 변압기(100)는 PFC의 리액터와 변압기의 1,2차측 코일이 일체형으로 형성된 것으로, PFC의 리액터와 변압기의 1,2차측 코일에 적용되는 각각의 코어 및 보빈을 하나로 통합하여 적용할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 마주보도록 형성되는 한쌍의 1차 코어;
    상기 1차 코어의 중앙에 형성되는 2차 코어;
    상기 2차 코어의 일측으로, 상기 한쌍의 1차 코어 중 하나에 형성되는 변압부; 및,
    상기 2차 코어의 타측으로, 상기 한쌍의 1차 코어 중 나머지 하나에 형성되는 역률보상회로(PFC: Power Factor Correction);를 포함하는 일체형 PFC 변압기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 코어는 'E' 형상으로 형성되고, 상기 2차 코어는 'I' 형상으로 형성되는 일체형 PFC 변압기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한쌍의 1차 코어 중 나머지 하나에 형성되는 역률보상회로는 인덕터인 일체형 PFC 변압기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 변압부는 1차 권선부 및 2차 권선부가 형성된 보빈;을 더 포함하는 일체형 PFC 변압기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보빈의 몸체는 길이 방향으로 관통하는 관통공;을 구비하며, 상기 관통공으로 제1 코어의 센터부가 삽입되는 일체형 PFC 변압기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 1차 및 2차 권선부에 각각 등간격으로 배치된 다수의 슬릿을 더 포함하는 일체형 PFC 변압기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 1차 권선부 및 2차 권선부 사이에는 격벽이 형성되는 일체형 PFC 변압기.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 PFC는 상기 1차 권선부와 전기적으로 연결되는 일체형 PFC 변압기.
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