KR101397836B1 - 전류 오차를 보상하기 위한 ｙ형 밸런싱 변압기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 Y형 밸런싱 변압기는 제1 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제1 몸체, 제2 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제2 몸체 및 제3 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제3 몸체를 포함하되, 상기 제1 몸체, 제2 몸체 및 제3 몸체는 각 일측이 중앙에서 서로 맞붙어있도록 형성되고, 각 몸체가 서로 이격되어 있어서, 전체적으로 Y자 형태로 구현된다. 본 발명에 의하면 Y형 밸런싱 변압기를 이용하여 3열의 병렬로 연결된 부하에 전류를 일정하게 흐르도록 할 수 있는 효과가 있다.

Description

전류 오차를 보상하기 위한 Ｙ형 밸런싱 변압기 {Y type balancing transformer for compensating current difference}

본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각 열의 전류 오차를 보상하기 위한 밸런싱 트랜스포머에 관한 것이다.

일상 생활에서 상용 교류 전원을 이용한 형광등 및 백열전구는 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 특히, 전력 효율이 우수하고 그 조도가 더 많이 확보되는 형광등이 더 많이 사용되고 있다.

조명기구의 경우, 전원이 공급되고 조명 설치가 용이한 장소에 필요한 경우 어떠한 곳에라도 설치가 가능하다. 시간이 지날수록 조명에 대한 수요가 많아지고 그 적용분야가 많아짐에 따라, 전체적인 소비전력에 따른 부하는 나날이 늘어가고 있는 실정에 있으므로 전력소비를 감소시키기 위한 노력이 다각적으로 행해지고 있다.

LED(Light Emitting Diode)는 일정 조건의 전류를 흘려 주면 즉시 발광하는 성질을 지니고 있는 반도체이다. 진공관이 트랜지스터, 고집적회로(LSI)로 진화된 것처럼, 조명등도 2세대 광원인 백열등, 3세대 광원인 형광등에서 4세대 광원으로 일컬어지는 반도체 광원인 LED로 급속히 진화될 것으로 예상되고 있다.

일반적으로 램프 타입의 LED는 전기 에너지를 광 방사(optical radiation)로 변환하는 반도체 소자로서, 사용 목적 또는 형태에 따라, 칩 발광다이오드를 선택적으로 박막 패턴이 형성된 인쇄 회로 기판 또는 리드 단자의 상부 면에 실장한 후, 칩과 기판 또는 리드 단자를 전기적으로 연결하고, 그 상부에 에폭시 등을 사용하여 몰드 성형부를 형성함으로써 구현된다. 이 때, 발광다이오드에서 발광되는 색에 따라 칩의 구조, 성장 방법 및 재료가 달라진다는 것은 잘 알려져 있다. 이와 같은 램프 타입의 발광 다이오드를 사용하여 전구를 제조할 수 있다.

또한, LED 광원은 기존 광원에 비해 수명이 길고, 고효율이며 소형 및 경량이고 수은을 사용하지 않아 환경친화적인 점 등 많은 장점이 있어 기존 광원을 급속히 대체해 나가고 있다.

LED 구동회로의 목적은 다수의 열로 이루어지는 LED 모듈에서 모든 LED 열에 일정한 전류를 흐르도록 제어하는 것이다. DSP(digital signal processor)를 이용하는 LED 구동회로의 경우, 여러 열의 LED에 대한 제어를 하게 되는데, 일반적으로 LED 1열당 하나의 구동회로가 구현되며, 이때 DSP는 다수의 구동회로를 제어하게 된다. 하지만 구동회로를 구성하는 소자의 오차 값에 의해 각각의 LED 모듈 간 완전하게 동일한 전류가 흐르도록 제어하는 것은 매우 어렵다.

종래 병렬로 연결된 부하에 전류를 일정하게 하기 위하여 각각에 스위칭 레귤레이터나 리니어 레귤레이터를 쓰는 방식을 사용한다. 그런데 스위칭 레귤레이터는 회로의 구성이 복잡하고, 리니어 레귤레이터는 손실이 크다는 단점이 있다. 이러한 점을 해결하기 위해 높은 주파수의 AC로 전력을 변환하여 병렬연결된 부하 단에 밸런싱 변압기(balancing transformer)를 사용하는 방법이 있다.

도 1은 종래 LED 조명 구동 회로의 회로도이다.

도 1을 참조하면, LED 열 간 전류오차를 보상하기 위하여 밸런싱 변압기(50)를 사용한 회로도이다.

이렇게 밸런싱 변압기를 사용하는 방법은 2열만 가능하며, 열이 증가될 경우 트랜스포머의 개 수가 증가한다는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1026392호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 3열의 전류를 균일하게 맞출 수 있도록 하여 변압기의 개 수를 줄일 수 있는 Y형 밸런싱 변압기를 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 발명의 Y형 밸런싱 변압기는 제1 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제1 몸체, 제2 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제2 몸체 및 제3 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제3 몸체를 포함하되, 상기 제1 몸체, 제2 몸체 및 제3 몸체는 각 일측이 중앙에서 서로 맞붙어있도록 형성되고, 각 몸체가 서로 이격되어 있어서, 전체적으로 Y자 형태로 구현된다.

상기 제1 코일의 일측은 제1 부하가 연결되어 있는 제1 열에 연결되고, 타측은 접지에 연결되고, 상기 제2 코일의 일측은 제2 부하가 연결되어 있는 제2 열에 연결되고, 타측은 접지에 연결되고, 상기 제3 코일의 일측은 제3 부하가 연결되어 있는 제3 열에 연결되고, 타측은 접지에 연결되어 있다.

상기 제1 열, 상기 제2 열, 상기 제3 열에 흐르는 초기 전류가 각각 다른 경우, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일의 리액턴스(reactance) 성분에 의해 상기 제1 열, 상기 제2 열 및 상기 제3 열에 흐르는 전류가 모두 균일하게 된다.

상기 제1 부하, 제2 부하 및 제3 부하는 LED(Light Emitting Diode)일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 Y형 밸런싱 변압기는 상기 제1 코일의 타측, 상기 제2 코일의 타측 및 상기 제3 코일의 타측과 접지 사이에 연결되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 Y형 밸런싱 변압기를 이용하여 3열의 병렬로 연결된 부하에 전류를 일정하게 흐르도록 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 3열 부하에 사용할 수 있기 때문에, 밸런싱 변압기의 개수를 줄일 수 있고, 이에 따라 그 적용 대상과 응용 분야를 넓힐 수 있고, 생산 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 Y형 밸런싱 변압기의 리액턴스 성분에 의하여 전류가 보상되는 원리이기 때문에 전류 보상을 위한 전력소모가 거의 발생하지 않아서 효율이 높다는 장점이 있다.

도 1은 종래 LED 조명 구동 회로의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Y형 밸런싱 변압기의 외형을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Y형 밸런싱 변압기의 회로도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Y형 밸런싱 변압기의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Y형 밸런싱 변압기의 외형을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 Y형 밸런싱 변압기(100)는 제1 몸체(110), 제2 몸체(120), 제3 몸체(130)를 포함한다.

제1 몸체(110)는 제1 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있다.

제2 몸체(120)는 제2 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있다.

제3 몸체(130)는 제3 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있다.

본 발명에서 Y형 밸런싱 변압기(100)는 제1 몸체(110), 제2 몸체(120) 및 제3 몸체(130)의 각 일측이 중앙에서 서로 맞붙어있도록 형성되고, 각 몸체가 서로 이격되어 있어서, 전체적으로 Y자 형태로 구현된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Y형 밸런싱 변압기의 회로도이다.

도 3에서 제1 부하(R_eq1), 제2 부하(R_eq2) 및 제3 부하(R_eq3)는 LED(Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다.

도 3을 참조하면, Y형 밸런싱 변압기(100)에서 제1 코일의 일측은 제1 부하(R_eq1)가 연결되어 있는 제1 열에 연결되고, 타측은 커패시터(capacitor)(C1)에 연결된다.

제2 코일의 일측은 제2 부하(R_eq2)가 연결되어 있는 제2 열에 연결되고, 타측은 커패시터(capacitor)(C1)에 연결된다.

제3 코일의 일측은 제3 부하(R_eq3)가 연결되어 있는 제3 열에 연결되고, 타측은 커패시터(capacitor)(C1)에 연결된다.

커패시터(C1)는 접지에 연결된다.

본 발명에서 Y형 밸런싱 변압기의 구조 및 형태 상 3개의 차측이 결합된 상호 인덕턴스보다 누설 인덕턴스 값이 크게 나타난다. 커패시터(C1)는 이러한 누설 인덕턴스 값을 상쇄시키는 역할을 한다.

본 발명에서 제1 열, 제2 열, 제3 열에 흐르는 초기 전류가 각각 다른 경우, 제1 코일, 제2 코일 및 제3 코일의 리액턴스(reactance) 성분에 의해 제1 열, 제2 열 및 제3 열에 흐르는 전류(i₁, i₂, i₃)가 모두 균일하게 된다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Y형 밸런싱 변압기의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 i₁=i₂=i₃인 경우이고, 도 5는 i₁>i₂=i₃인 경우이고, 도 6은 i₁>i₂>i₃인 경우이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 각 상의 자속을 Φ₁, Φ₂, Φ₃라고 하면, 본 발명의 Y형 밸런싱 변압기는 i₁, i₂, i₃ 에 의해 각각 Φ₁, Φ₂, Φ₃의 자속이 발생하며, 이는 Y형 트랜스포머 중심부에서 상쇄된다.

만일 Φ₁, Φ₂, Φ₃이 모두 같다면 코어 중심부에서 ½Φ₁-½Φ₂, ½Φ1-½Φ₃, ½Φ₂-½Φ₃의 자속상쇄가 발생하게 되며, 이 값은 모두 0이 된다. 따라서 Φ₁, Φ₂, Φ₃이 0이므로 상호 인덕턴스 M=NΦ/i가 0이 되어 트랜스포머 각 부에 보이는 등가 인덕턴스값이 0이 된다.

도 5에서, Φ₁, Φ₂, Φ₃이 i₁>i₂=i₃ 에 의해 Φ₁>Φ₂=Φ₃의 관계를 갖는다면, 중심부에서 ½Φ₁-½Φ₂, ½Φ₁-½Φ₃, ½Φ₂-½Φ₃의 자속 상쇄가 발생하게 되며, 이 값은 ½Φ₁-½Φ₂=x, ½Φ₁-½Φ₃=x, ½Φ₂-½Φ₃=0의 값을 갖는다. 따라서 Φ₁이 임의값 2x가 되므로 상호 인덕턴스 M=N2x/i가 제1 코일에 나타나게 되고, 나머지 부분은 0 된다. 초기에 i₁이 큰 값을 갖게 되지만, 상호 인덕턴스가 임피던스의 형태로 전류에 흐름을 방해하므로 점차 i₁=i₂=i₃가 되도록 동작하게 된다.

도 6에서 Φ₁>Φ₂>Φ₃이라고 하면, 1차측에서 2차측을 바라본 자속을 ½Φ₁-½Φ₂=x, 1차측에서 3차측을 바라본 자속을 ½Φ₁-½Φ₃=y, 2차측에서 3차측을 바라본 자속을 ½Φ₂-½Φ₃=z라고 하면, x≤z≤y의 부등식이 성립한다.

N은 턴수비로서 1:1:1로 가정하면 N=1이다.

이때, 1차측의 상호 인덕턴스는 M₁=N(x+y)/i₁이고, 2차측의 상호 인덕턴스는 M₂=N(z-x)/i₂이고, 3차측의 상호 인덕턴스는 M₃=N(-y-z)/i₃이다. 그러므로, 각각의 차측에는 M₁≥M₂≥M₃으로 상호 인덕턴스가 발생한다.

1차측과 2차측에는 M₁, M₂의 인덕턴스 성분에 의해 전류가 감소하도록 동작할 것이며, 3차측은 음의 값, 즉 부성저항의 형태이므로 전류가 유도되어 전류가 증가한다. 따라서, 최종적으로 i₁=i₂=i₃가 되도록 동작하는 형태가 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 Y형 밸런싱 변압기 110 제1 몸체
120 제2 몸체 130 제3 몸체

Claims (5)

1. 제1 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제1 몸체;
   제2 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제2 몸체; 및
   제3 코일이 권선되어 있으며, 자로 형성을 위한 자성체로 되어 있는 제3 몸체를 포함하되,
   상기 제1 몸체, 제2 몸체 및 제3 몸체는 각 일측이 중앙에서 서로 맞붙어있도록 형성되고, 각 몸체가 서로 이격되어 있어서, 전체적으로 Y자 형태로 구현되는 있는 Y형 밸런싱 변압기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 코일의 일측은 제1 부하가 연결되어 있는 제1 열에 연결되고, 타측은 접지에 연결되고,
   상기 제2 코일의 일측은 제2 부하가 연결되어 있는 제2 열에 연결되고, 타측은 접지에 연결되고,
   상기 제3 코일의 일측은 제3 부하가 연결되어 있는 제3 열에 연결되고, 타측은 접지에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 Y형 밸런싱 변압기.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 열, 상기 제2 열, 상기 제3 열에 흐르는 초기 전류가 각각 다른 경우, 상기 제1 코일, 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일의 리액턴스(reactance) 성분에 의해 상기 제1 열, 상기 제2 열 및 상기 제3 열에 흐르는 전류가 모두 균일하게 되는 것을 특징으로 하는 Y형 밸런싱 변압기.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 부하, 제2 부하 및 제3 부하는 LED(Light Emitting Diode)인 것임을 특징으로 하는 Y형 밸런싱 변압기.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 코일의 타측, 상기 제2 코일의 타측 및 상기 제3 코일의 타측과 접지 사이에 연결되는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Y형 밸런싱 변압기.
   

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