KR101932232B1 - 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연형 공진 트랜스포머에 적용하기 위한 분리형 보빈에 있어서: 보빈(20) 상의 1차권선(21)과 2차권선(22)을 절연체인 플랜지(26)와 절연수단(30)에 의한 전자기적 절연 상태로 지지하되, 상기 절연수단(30)의 1차격벽(31)은 상기 1차권선(21)의 양단에 배치되는 플랜지(26)를 연결하고, 상기 절연수단(30)의 2차격벽(32)은 상기 2차권선(22)의 양단에 배치되는 플랜지(26)를 연결하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, SMPS용 트랜스포머의 경박단소 설계를 반영하면서, 고압으로 규격거리가 요구되는 회로에 적용이 용이하고, 1차 및 2차의 완전한 분리로 반영구적인 내구성을 나타내는 효과가 있다.

Description

전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조 {Split bobbin construction for SMPS transformer}

본 발명은 트랜스포머에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 각종 전자기기에 탑재되는 SMPS(Switching Mode Power Supply)에서 주요 기능을 수행하기 위한 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조에 관한 것이다.

일반적으로 SMPS용 트랜스포머는 전자기 유도현상을 이용하여 고주파의 교류 전압/전류를 변환시키는 장치이다. 트랜스포머는 자성체인 메인코어(Main Core), 절연 및 권선을 위한 보빈, 구리선을 기본 구성으로 하고, 구리선을 보빈 위에 권선하여 회로에서 필요로 하는 인덕턴스를 갖는 인덕터(inductor)로 활용되거나, 구리선을 감아서 만든 두 쌍 이상의 코일로 1차측 대 2차측의 전압을 변환하는 트랜스포머로 활용된다.

이러한 트랜스포머는 각종 전자기기에서 전원공급장치(SMPS)의 필수 부품으로서 경박단소 구조에 부합하기 위하여 절연성은 중요한 설계요소로 인식된다.

이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로 한국 공개특허공보 제2015-0050025호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1387512호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 코일의 리드선이 결선되는 외부 접속 단자가 체결되는 단자 체결부를 구비하는 보빈; 및 보빈에 결합되어 코일과 전자기적으로 결합하는 코어;를 포함하며, 보빈은 외부 접속 단자들과 코어 사이에 돌출되어 형성되어 연면 거리를 연장하는 이격 블록을 포함한다. 이에, 코일 부품이 소형으로 제조되더라도 절연 거리와 연면 거리를 확보하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 1차 보빈과 2차 보빈이 사이에 소정의 이격 거리를 갖도록 형성된 절연 격벽; 절연 격벽을 1차 보빈 및 2차 보빈 중 적어도 하나와 고정시키기 위한 격벽 홀더; 격벽 홀더의 단부 위치하여, 격벽 홀더가 1차 및 2차 보빈 중 적어도 하나에 고정 장착되기 위한 고정 돌기;를 포함한다. 이에, 제조 공정의 단순화 및 제조 단가를 낮추고, 열을 발산하는 효과를 기대한다.

그러나, 선행문헌 1의 이격 블록과 선행문헌의 절연 격벽에 의하면 소형이면서 고압을 적용하는 제품에서 성능과 내구성을 만족하기에 한계성을 드러낸다.

1. 한국 공개특허공보 제2015-0050025호 "코일 부품" (공개일자 : 2015.05.08.) 2. 한국 등록특허공보 제1387512호 "인버터용 트랜스포머" (공개일자 : 2009.04.20.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 각종 전자기기에 탑재되는 전원공급장치에서 경박단소 설계를 반영하면서 고압을 작용하더라도 장기간에 걸쳐 양호한 절연성이 유지될 수 있는 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 절연형 공진 트랜스포머에 적용하기 위한 분리형 보빈에 있어서: 보빈 상의 1차권선과 2차권선을 절연체인 플랜지와 절연수단에 의한 전자기적 절연 상태로 지지하되, 상기 절연수단의 1차격벽은 상기 1차권선의 양단에 배치되는 플랜지를 연결하고, 상기 절연수단의 2차격벽은 상기 2차권선의 양단에 배치되는 플랜지를 연결하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 보빈은 1차격벽과 2차격벽을 포함하는 "ㄹ"자 단면의 일체형 구조로 형성되거나, 상자형 캡 및 "ㄷ"자 단면의 판형 캡 중 적어도 하나의 구조로 형성되고, 상기 1차격벽과 2차격벽은 상호 반대측으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 1차격벽과 2차격벽은 1차권선, 2차권선, 인출선 간의 최소 이격거리 0.4㎜를 유지하는 치수 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 절연수단은 1차격벽과 2차격벽의 사이에 개재되는 플랜지 상에 중간격벽을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 절연수단은 적어도 부분적으로 방열돌기를 더 구비하고, 적어도 부분적으로 절연성 소재의 코팅층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, SMPS용 트랜스포머의 경박단소 설계를 반영하면서, 고압으로 규격거리가 요구되는 회로에 적용이 용이하고, 1차 및 2차의 완전한 분리로 반영구적인 내구성을 나타내는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조를 나타내는 모식도
도 2는 일반적인 분리형 보빈의 절연 특성을 설명하기 위한 참고도
도 3은 본 발명에 따른 보빈 구조를 개략적으로 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 보빈의 세부 구조의 일예를 나타내는 모식도
도 5는 본 발명에 따른 보빈 구조에 의한 절연 특성을 나타내는 모식도
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 보빈 구조를 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 절연형 공진 트랜스포머에 적용하기 위한 분리형 보빈에 관하여 제안한다. 전원공급장치 중에서 공진형 전원회로(LLC 공진)가 우수한 효율로 최근 TV 용으로 많이 사용되고 있는데, 공진형 전원회로에는 공진 트랜스포머가 사용되고 있으며 구리선을 권선할 수 있는 분리형 보빈을 갖추고 있다.

일반적인 트랜스포머는 누설 인덕턴스를 적게 유발하기 위해 전원회로의 1차측 권선과 2차측 권선이 결합구조로 형성될 수 있도록 하나의 보빈 공간에 같이 권선을 하는 방식을 택한다. 반면, 도 1(a)(b)의 전체 상태 및 일부 제거 상태를 참조하면 공진형 전원회로에서 큰 누설 인덕턴스를 요구하는 점에 기인하여 공진 트랜스포머는 1차권선(21)과 2차권선(22)을 서로 분리된 상태로 유지하도록 동심상의 분리형 플랜지(26)을 지닌 보빈(20)을 사용하고 있다.

한편, 도 1에서 중앙대(11)와 측면대(12)로 이루어진 E형 코어(10)의 중앙대(11)에 보빈(20)이 설치되는 공진 트랜스포머를 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 보빈(20) 상의 1차권선(21)과 2차권선(22)을 절연체인 플랜지(26)와 절연수단(30)에 의한 전자기적 절연 상태로 지지하는 구조를 특징으로 한다. 도 2(a)를 참조하면 분리형 보빈(20)은 안전규격에서 요구하는 1차권선(21)과 2차권선(22) 간의 규격거리(연면거리, 공간거리)를 만족시켜야 한다. 종래의 공진 트랜스포머는 도 2(b)에 나타내는 절연형 트랜스포머의 연면거리 계산법에 의해 1차-2차 권선을 서로 이격시키기 위해서 크게 제작해야 하는 문제점을 내포하고 있다. 도 2(c)는 소정의 안전규격에서 요구하는 1차-2차 권선 간의 규격거리(연면거리, 공간거리)를 나타낸다.

도 3에서, 본 발명은 보빈(20)의 플랜지(26)와 연계되는 절연수단(30)을 기반으로 하여 공진 트랜스포머의 크기를 줄이면서 규격거리를 만족할 수 있는 최적의 설계를 반영하는 분리형 보빈 구조를 예시한다.

본 발명에 따르면 상기 절연수단(30)의 1차격벽(31)은 상기 1차권선(21)의 양단에 배치되는 플랜지(26)를 연결하고, 상기 절연수단(30)의 2차격벽(32)은 상기 2차권선(22)의 양단에 배치되는 플랜지(26)를 연결한다. 본 발명의 절연수단(30)은 1차권선(21)과 2차권선(22)의 결선을 위해 단자대(24)로 인출되는 인출선(28)과 인접하는 부분의 플랜지(26) 사이에 1차격벽(31)과 2차격벽(32)을 구비하여 1차권선(21), 2차권선(22) 등의 안전규격 거리를 확보한다. 보빈(20)과 절연수단(30)은 전자기적 절연 소재로 형성되지만 반드시 동종으로 한정되지 않는다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 보빈(20)은 1차격벽(31)과 2차격벽(32)을 포함하는 "ㄹ"자 단면의 일체형 구조 또는 독립된 "ㄷ"자 단면의 중첩된 구조로 형성되고, 상기 1차격벽(31)과 2차격벽(32)은 상호 반대측으로 배치되는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 1차격벽(31)은 2차권선(22)의 인출선(28)이 통과되는 경로에 인접한 2개의 플랜지(26)를 연결하고, 2차격벽(32)은 1차권선(21)의 인출선(28)이 통과되는 경로의 상측에 인접한 2개의 플랜지(26)를 연결한다. 이와 같이 권선(21)(22)의 인출선(28)과 반대편으로 격벽(31)(32)을 배치하여 "ㄹ"자 단면의 보빈(20)을 구성하면 안전규격을 확보하는 물리적인 거리를 유지하면서 보빈(20)의 크기 증가 및 이로 인한 트랜스포머의 크기 증가를 방지한다.

이때, 도시에서 "ㄹ"자 단면으로 나타내는 보빈(20)은 하나의 일체형 구조로 형성될 수도 있고, 상자형 캡 및 "ㄷ"자 단면의 판형 캡 중 적어도 하나의 구조로 형성될 수도 있다.

도 4는 절연수단(30)의 구체적인 세부 구조를 예시한다. 도 4(a)처럼 절개홈(30a)을 지닌 상자형, 도 4(b)처럼 끼움홈(30b)을 지닌 "ㄷ"자 단면의 판형, 또는 그 조합형으로 적용 가능하다. 도 4(c)는 도 4(a)의 구조를 2차격벽(32)에 적용한 상태를 나타내고, 도 4(d)는 도 4(c)에 더하여 도 4(b)의 구조를 1차격벽(31)에 적용한 상태를 나타낸다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 1차격벽(31)과 2차격벽(32)은 1차권선(21), 2차권선(22), 인출선(28) 간의 최소 이격거리 0.4㎜를 유지하는 치수 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다. 도 5(a)에서 종래의 보빈(20)을 채용하는 경우 1차권선(21)과 2차권선(22) 사이의 플랜지(26)로 최소 연면거리 4㎜로 유지되면서 1차권선(21)과 상측 인출선(28) 사이에 최소 공간거리 4㎜로 유지되어야 한다. 반면, 도 5(b)를 참조하면 본 발명의 보빈(20)은 공간(연면)거리 4mm 이격이 아닌 플랜지(26) 및 격벽(31)(32)의 최소 두께에 해당하는 0.4mm 만 이격(화살표 표시)되어도 안전규격 측면에서 권선 및 보빈의 최적화 설계가 가능하게 된다.

이와 같이 4mm 이상 필요하였던 코어(10), 1차권선(21), 1차권선(21), 인출선(28) 간의 규격거리를 0.4mm 이상만 필요하게 되므로 줄어든 거리만큼 보빈 및 트랜스포머의 크기를 줄일 수 있다. 또한 규격거리를 유지하기 위해 권선 시 공간확보용 테이프(도시 생략)의 사용이 불필요하여 트랜스포머의 제조에 따른 생산성 향상이 가능해 진다.

이때, 분리형 보빈(20)은 안전규격 IEC60650, IEC60950에서 인정하는 220Vac 상용전원 사용 시 절연물 인정 두께 0.4mm 이상의 두께를 가지며 1차-2차 연결부위는 연면거리가 충분히 확보되도록 1차격벽(31)과 1차격벽(31)에 의한 틈새 없이 일체형으로 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 방열성, 생산성 등을 고려하여 도 3의 예시와 같이 틈새를 두는 경우 결속체, 접착제 등을 부가한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 절연수단(30)은 1차격벽(31)과 2차격벽(32)의 사이에 개재되는 플랜지(26) 상에 중간격벽(35)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 6에서 1차격벽(31)과 1차권선(21)의 중간에 위치하는 플랜지(26) 상에 4개의 중간격벽(35)이 대칭적으로 형성된 상태를 예시한다. 중간격벽(35)은 1차권선(21)과 2차권선(22)에 에지와이즈형 코일이 적용된 경우에 적용하기 유리하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 중간격벽(35)의 돌출되는 길이(폭)은 4mm 이상으로 유지하는 것이 좋다. 이와 같은 중간격벽(35)이 더 넓은 범위로 연장되면 결국 도 4(a)와 같은 상자형으로 형성 가능하다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 절연수단(30)은 적어도 부분적으로 방열돌기(40)를 더 구비하고, 적어도 부분적으로 절연성 소재의 코팅층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 방열돌기(40)는 방열핀과 같은 기능을 수행하도록 일정한 크기로 돌출된다. 절연성 소재는 1차격벽(31), 2차격벽(32), 중간격벽(35)에 부분적으로 코팅된다. 방열돌기(40)와 절연 코팅층은 트랜스포머의 용도에 따라서 부분적으로 형성될 수 있다. 절연 코팅층은 도포하는 방식에 한정되지 않고 절연 수지를 틈새에 충진하는 방식도 포함한다. 성형의 용이성을 위해 방열돌기(40)가 통공을 지닌 경우 절연 수지의 충진이 필수적이다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 코어 11: 중앙대
12: 측면대 20: 보빈
21: 1차권선 22: 2차권선
24: 단자대 26: 플랜지
28: 인출선 30: 절연수단
31: 1차격벽 32: 2차격벽
35: 중간격판 40: 방열돌기

Claims (5)

1. 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조에 있어서:
   보빈(20) 상의 1차권선(21)과 2차권선(22)을 절연체인 플랜지(26)와 절연수단(30)에 의한 전자기적 절연 상태로 지지하되,
   상기 절연수단(30)의 1차격벽(31)은 상기 1차권선(21)의 양단에 배치되는 플랜지(26)를 연결하고,
   상기 절연수단(30)의 2차격벽(32)은 상기 2차권선(22)의 양단에 배치되는 플랜지(26)를 연결하되,
   상기 보빈(20)은 1차격벽(31)과 2차격벽(32)을 포함하는 "ㄹ"자 단면의 일체형 구조로 형성되거나, 상자형 캡 및 "ㄷ"자 단면의 판형 캡 중 적어도 하나의 구조로 형성되고, 상기 1차격벽(31)과 2차격벽(32)은 상호 반대측으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 1차격벽(31)과 2차격벽(32)은 1차권선(21), 2차권선(22), 인출선(28) 간의 최소 이격거리 0.4㎜를 유지하는 치수 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연수단(30)은 1차격벽(31)과 2차격벽(32)의 사이에 개재되는 플랜지(26) 상에 중간격벽(35)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연수단(30)은 적어도 부분적으로 방열돌기(40)를 더 구비하고, 적어도 부분적으로 절연성 소재의 코팅층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 트랜스포머용 분리형 보빈 구조.

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