KR102483815B1 - 하이브리드 인덕터 및 이를 이용한 emi 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투자율이 서로 다른 이종의 하이브리드 코어를 구비하는 인덕터 및 이를 포함하는 EMI 필터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인덕터는 투자율이 서로 다른 이종의 자성체를 가지는 하이브리드 자성코어; 및 상기 자성코어의 외주에 권선된 적어도 하나의 코일;을 포함하며, 상기 하이브리드 자성코어는, 고투자율 재료의 제1자성체; 상기 제1자성체보다 낮은 저투자율 재료의 제2자성체; 및 상기 제1자성체와 제2자성체 사이에 삽입되어 상기 제1자성체와 제2자성체를 분리시키기 위한 제1갭형성부재;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터는 투자율이 서로 다른 이종의 자성체를 가지는 하이브리드 자성코어; 및 상기 자성코어의 외주에 권선된 적어도 하나의 코일;을 포함하며, 상기 하이브리드 자성코어는, 고투자율 재료의 제1자성체; 상기 제1자성체보다 낮은 저투자율 재료의 제2자성체; 및 상기 제1자성체와 제2자성체 사이에 삽입되어 상기 제1자성체와 제2자성체를 분리시키기 위한 제1갭형성부재;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 하이브리드 인덕터에 관한 것으로, 특히 투자율이 서로 다른 이종의 하이브리드 코어를 구비하는 인덕터 및 이를 이용한 EMI 필터에 관한 것이다.
인덕터는 인쇄회로기판 상에 적용되는 전자부품 중 하나이며, 전자기적 특성으로 인하여 공진 회로, 필터 회로, 파워 회로 등에 적용될 수 있다.
최근, 통신 장치, 디스플레이 장치 등 각종 전자 장치의 소형화 및 박막화가 중요한 이슈가 되고 있으므로, 이러한 전자 장치에 적용되는 인덕터의 소형화, 박형화 및 고효율화가 필요하다.
한편, 파워보드 내에 적용되는 EMI(ElectroMagnetic Interference) 필터는 회로 동작에 필요한 신호는 통과시키고, 노이즈는 제거하는 역할을 한다.
도 1은 EMI 필터의 회로도이다. 도 1을 참조하면, EMI 필터(10)는 복수의 캐패시터(Cx,Cy) 및 복수의 인덕터(L)를 포함할 수 있다. 파워보드로부터 발생하는 노이즈의 종류는 크게 파워보드에서 방사되는 30Mhz 내지 1Ghz의 방사성 노이즈와 전원 라인을 통하여 전도되는 150Khz 내지 30Mhz의 전도성 노이즈로 구분할 수 있다.
전도성 노이즈의 전달 방식은 차동 모드(differential mode) 및 공통 모드(commom mode)로 구분될 수 있다. 이 중에서, 공통 모드 노이즈는 적은 양의 노이즈라도 큰 루프를 그리며 되돌아오기 때문에, 멀리 떨어져 있는 전자기기에도 영향을 미칠 수 있다. 이러한 공통 모드 노이즈는 배선계의 임피던스 불평행에 의하여 발생하기도 하며, 고주파 환경일수록 현저해진다.
공통 모드 노이즈를 제거하기 위하여, EMI 필터에 적용되는 인덕터는 일반적으로 Mn-Zn계 페라이트 소재를 포함하는 토로이달(toroidal) 형상의 자성코어를 사용한다. Mn-Zn계 페라이트는 100Khz 내지 1Mhz에서 투자율이 높으므로, 공통 모드 노이즈의 제거에 효과가 있다.
EMI 필터가 적용되는 파워보드의 노이즈가 클수록 임피던스가 높은 필터를 사용할 필요가 있다. 통상 페라이트의 투자율이 500~15,000이고 가격이 저렴하기 때문에 EMI 필터의 코어부품으로 많이 사용하지만, 페라이트 자성재료는 6 내지 30Mhz 대역에서의 노이즈 제거 효율이 낮은 문제가 있다. 반면 나노 결정립 합금을 사용한 코어부품은 이러한 문제를 개선할 수 는 있지만 동일 크기의 페라이트 코어에 비해 5~20배 가량 가격이 비싼 문제가 있다.
한편, EMC/EMI는 국제 기준에 따른 전자파의 강도가 정해져 있고 이를 초과 할 경우 필터 등을 사용하여 전자파의 강도(dB)를 낮춘다. 전자파의 강도를 낮추는 방법 중 하나로 임피던스(impedance)가 높은 필터를 사용하여 주파수의 강도를 낮 출 수 있고, 코일 턴 수를 적게 함에 의해 고 임피던스를 구현할 수 있다.
1DBm은 600Ω의 임피던스 특성기준에서 1mWatt를 소모하는 것으로 주파수의 세기 강도를 나타낸다. 임피던스가 증대될 수록 주파수의 세기는 감소하게 된다.
전기. 전자 회로의 특성을 결정하는 인덕턴스를 갖게 하기 위해서 자성코어에 코일을 권취하여 사용하는데 자성코어의 특성에 따라 임피던스가 발현되는 주파수의 대역대와 크기가 상이하다.
이 경우, 고 인덕턴스와 고 임피던스를 가지는 나노 결정립 코어를 구현하는 경우 단가가 높아지는 점을 고려하여, 나노 결정립 코어와 나노 결정립 코어보다 가격이 저렴하면서 저투자율의 다른 종류의 자성 코어를 조합한 하이브리드 자성코어가 제안되고 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드 자성코어(20)는 재질과 특성이 서로 다른 이종의 2개의 자성체를 접합하여 각각의 특성을 나타날 수 있도록 하기 위하여 고투자율 재료의 제1자성체(21)와 저투자율 재료의 제2자성체(23)를 서로 접합하여 특성을 구현한다.
이 경우, 서로 다른 특성의 2개의 제1 및 제2 자성체(21,23)가 면대면 접합되어 있으면 자속의 세기 차이로 인하여 각각의 자성체에서 발생한 자속이 원할하게 순환되지 못하고 상쇄되거나 간섭하여 낮은 특성을 나타내고 있다.
즉, 저투자율의 제2자성체(23)에서 발생된 자속이 접합된 고투자율의 제1자성체(21)로 유기될 때 자속이 느린 저투자율의 제2자성체(23)가 자속의 흐름을 방해하는 요소로 작용하여 각 자성체의 좋은 특성을 나타내지 못하고 오히려 낮은 특성을 나타내는 문제가 발생한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 투자율이 서로 다른 이종 코어 사이에 간섭을 차단하고 각 코어에서 발생된 자속이 각각 활성화될 수 있는 인덕터 및 이를 이용한 EMI 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 투자율이 서로 다른 이종 코어 사이에 간섭을 차단할 수 있는 갭형성부재를 최적화함에 의해 우수한 임피던스 특성을 구현하여 전자파 강도를 낮출 수 있는 인덕터 및 이를 이용한 EMI 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저주파 특성이 우수한 페라이트 코어와, 가격이 저렴하고 투자율이 높고 고주파 특성이 우수한 나노 결정립 리본 코어를 조합함에 의해 가격 경쟁력이 우수하며, 광범위 주파수 대역에서 우수한 노이즈 제거 성능을 가지는 인덕터 및 이를 이용한 EMI 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터는 투자율이 서로 다른 이종의 자성체를 가지는 하이브리드 자성코어; 및 상기 자성코어의 외주에 권선된 적어도 하나의 코일;을 포함하며, 상기 하이브리드 자성코어는, 고투자율 재료의 제1자성체; 상기 제1자성체보다 낮은 저투자율 재료의 제2자성체; 및 상기 제1자성체와 제2자성체 사이에 삽입되어 상기 제1자성체와 제2자성체를 분리시키기 위한 제1갭형성부재;를 포함할 수 있다.
상기 제1자성체, 제2자성체 및 제1갭형성부재는 동일한 내경과 외경을 갖는 토로이달 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 제1자성체는 비정질 합금 또는 나노결정립 합금의 금속리본으로 이루어지고, 상기 제2자성체는 페라이트계 자성 재료로 이루어질 수 있다.
상기 제1자성체는 Fe-Si-B-Cu-Nb 합금으로 이루어지고, 상기 제2자성체는 Mn-Zn계, Mg-Zn계, Ni-Zn계 중 어느 하나의 페라이트로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터는 상기 제2자성체의 하부에 배치되며 고투자율 재료의 제3자성체; 및 상기 제2자성체와 제3자성체 사이에 삽입되어 상기 제2자성체와 제3자성체를 미리 설정된 간격만큼 분리시키기 위한 제2갭형성부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터는 상기 제1자성체의 상부에 배치되며 저투자율 재료의 제3자성체; 및 상기 제1자성체와 제3자성체 사이에 삽입되어 상기 제1자성체와 제3자성체를 미리 설정된 간격만큼 분리시키기 위한 제2갭형성부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1자성체는 금속리본을 토로이달 형상으로 권선한 권선체로 이루어질 수 있다.
상기 제1갭형성부재의 두께는 상기 제1 및 제2 자성체의 외경이 25mm일 때, 0.25 내지 3.0mm 범위로 설정되며, 상기 제1갭 패드는 종이, PE 테이프, FR4 및 열가소성 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터는 토로이달 형상의 케이싱; 상기 케이싱 내부에 수용되며 투자율이 서로 다른 이종의 자성체를 가지는 토로이달 형상의 하이브리드 자성코어; 및 상기 케이싱의 외주에 권선된 코일;을 포함하며, 상기 하이브리드 자성코어는, Fe-Si-B-Cu-Nb 합금으로 이루어진 금속리본을 권선하여 형성된 금속리본 자성코어; Mn-Zn계, Mg-Zn계, Ni-Zn계 중 어느 하나의 페라이트로 이루어지는 페라이트계 자성코어; 및 상기 금속리본 자성코어와 페라이트계 자성코어 사이에 삽입되어 상기 금속리본 자성코어와 페라이트계 자성코어를 분리시키기 위한 갭형성부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 EMI 필터는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덕터는 적어도 하나의 인덕터; 및 적어도 하나의 캐패시터;를 포함하고, 상기 인덕터는 투자율이 서로 다른 이종의 자성체를 가지는 하이브리드 자성코어; 및 상기 자성코어 상에 권선되는 코일;을 포함하며, 상기 자성코어는 고투자율 재료의 제1자성체; 상기 제1자성체보다 낮은 저투자율 재료의 제2자성체; 및 상기 제1자성체와 제2자성체 사이에 삽입되어 상기 제1자성체와 제2자성체를 분리시키기 위한 갭형성부재;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 투자율이 서로 다른 이종 코어 사이에 간섭을 차단하도록 이종 코어 사이에 갭형성부재를 삽입함에 의해 우수한 임피던스 특성을 구현하여 전자파 강도를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 인덕터는 저주파 특성이 우수한 페라이트 코어와, 가격이 저렴하고 투자율이 높고 고주파 특성이 우수한 나노 결정립 리본 코어를 조합하여 투자율이 서로 다른 이종의 하이브리드 자성코어를 구비함에 의해 가격 경쟁력이 우수하며, 광범위 주파수 대역에서 우수한 노이즈 제거 성능을 가지는 EMI 필터를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 인덕터가 적용되는 EMI 필터의 회로도이다.
도 2는 투자율이 서로 다른 자성체를 면대면 접합할 때 자속의 흐름을 나타내는 개략 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종의 자성체 사이에 갭을 구비한 하이브리드 자성코어에서 자속의 흐름을 나타내는 개략 설명도이다.
도 5(a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 이종의 자성체 사이에 갭형성부재가 삽입된 하이브리드 자성코어의 사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 이종의 자성체 사이에 갭형성부재가 삽입된 자성코어의 분해 사시도이다.
도 7(a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 하이브리드 자성코어를 나타내는 단면도이다.
도 8(a) 및 (b)는 각각 이종의 자성체 사이에 갭형성부재가 없는 종래기술과 갭형성부재가 삽입된 본 발명의 자성코어를 나타내는 사진이다.
도 9는 페라이트 코어 및 Fe계 나노 결정립 리본 코어의 주파수 대역별 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 이종의 자성체 사이에 삽입되는 갭형성부재의 두께에 따른 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 투자율이 서로 다른 자성체를 면대면 접합할 때 자속의 흐름을 나타내는 개략 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종의 자성체 사이에 갭을 구비한 하이브리드 자성코어에서 자속의 흐름을 나타내는 개략 설명도이다.
도 5(a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 이종의 자성체 사이에 갭형성부재가 삽입된 하이브리드 자성코어의 사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 이종의 자성체 사이에 갭형성부재가 삽입된 자성코어의 분해 사시도이다.
도 7(a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 하이브리드 자성코어를 나타내는 단면도이다.
도 8(a) 및 (b)는 각각 이종의 자성체 사이에 갭형성부재가 없는 종래기술과 갭형성부재가 삽입된 본 발명의 자성코어를 나타내는 사진이다.
도 9는 페라이트 코어 및 Fe계 나노 결정립 리본 코어의 주파수 대역별 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 이종의 자성체 사이에 삽입되는 갭형성부재의 두께에 따른 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 인덕터(100)는 투자율이 서로 다른 이종의 자성체를 갖는 하이브리드 자성코어(50)와 상기 하이브리드 자성코어(50)에 권선된 코일(60)을 구비한다.
이때, 자성코어(50)는 토로이달(toroidal) 형상일 수 있으며, 코일(60)은 자성코어(50) 또는 자성코어(50)와 코일(60)을 절연하기 위한 보빈이나 케이싱 상에 권선될 수 있다.
코일(60)은 표면이 절연 소재로 피복된 도선으로 이루어질 수 있다. 도선은 표면이 절연 물질로 피복된 구리, 은, 알루미늄, 금, 니켈, 주석 등일 수 있고, 도선의 단면은 원형 또는 각형을 가질 수 있다.
상기 하이브리드 자성코어(50)는 도 4에 도시된 바와 같이, 고투자율 재료의 제1자성체(51)와 저투자율 재료의 제2자성체(53)를 미리 설정된 간격(L)만큼 분리시킨 이종의 자성체를 하이브리드 형태로 포함할 수 있다.
상기 제1자성체(51)는 투자율이 크고 고주파 특성이 우수한 금속리본으로 이루어질 수 있고, 제2자성체(53)는 제1자성체(51)보다 투자율은 낮고 금속리본 재료보다 가격이 저렴하며 저주파 특성이 우수한 페라이트계 자성 재료로 이루어질 수 있다.
상기 금속리본은 예를 들어, 비정질 합금 또는 나노결정립 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 비정질 합금은 Fe계 또는 Co계 비정질 합금을 사용할 수 있으며, 재료비용을 고려할 때 Fe계 비정질 합금을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 Fe계 비정질 합금으로서 Fe-Si-B 합금, 필요에 따라 Fe-Si-B-Co 합금을 사용할 수 있고, Co계 비정질 합금으로서 Co-Si-B-Fe, Co-Fe-Ni-Si-B 또는 Co-Fe-Cr-Si-B 합금을 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속리본에 사용되는 나노 결정립 합금은 예를 들어, Fe-Si-B-Cu-Nb 합금을 사용할 수 있으며, 이 경우, Fe가 73-80 at%, Si 및 B의 합이 15-26 at%, Cu와 Nb의 합이 1-5 at%인 것이 바람직하다. 이러한 조성 범위가 리본 형태로 제작된 비정질 합금이 열처리에 의해 나노상의 결정립으로 쉽게 석출될 수 있다.
상기 금속리본은 15 내지 35㎛ 두께를 가진 것을 사용하며, 금속리본의 투자율은 두께에 비례하여 증가한다.
금속리본이 비정질 합금인 경우, Fe계 금속리본, 예를 들어, Fe-Si-B 합금으로 이루어진 30㎛ 이하의 극박형 금속리본을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 제조하며, 원하는 투자율을 얻을 수 있도록 금속리본을 300℃ 내지 600℃의 온도범위에서 30분 내지 2시간 동안 열처리가 이루어질 수 있다.
이 경우, 열처리 분위기는 질소 분위기 또는 대기 중에서 열처리를 진행하여도 무방하다.
또한, 금속리본이 나노결정립 합금으로 이루어진 경우, Fe계 금속리본, 예를 들어, Fe-Si-B-Cu-Nb 합금으로 이루어진 30㎛ 이하의 극박형 금속리본을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 제조하며, 원하는 투자율을 얻을 수 있도록 금속리본을 300℃ 내지 700℃의 온도범위에서 30분 내지 2시간 동안 열처리를 행함으로써 나노 결정립이 형성된 나노 결정립 리본을 형성한다.
상기 제1자성체(51)는 상기 비정질 합금 또는 나노결정립 합금으로 이루어진 금속리본을 멜트 스피닝에 의한 급냉응고법(RSP)으로 제조한 후, 일정한 폭과 길이로 슬리팅 및 컷팅하여 토로이달 형태로 권선되어 제조된다. 토로이달 형태로 권선된 금속리본 권선체는 에폭시 등에 함침되거나 선단부가 스폿 용접으로 권선체에 고정될 수 있다.
상기 제2자성체(53)를 형성하는 페라이트계 자성 재료로서는, 망간 아연(Mn-Zn)계 페라이트, 마그네슘 아연(Mg-Zn)계 페라이트, 니켈 아연(Ni-Zn)계 페라이트, 구리 아연(Cu-Zn)계 페라이트, 자철광 등의 스피넬형 결정 구조를 가지는 스피넬 페라이트, 바륨계 페라이트, 스트론튬계 페라이트 등의 육방정 페라이트, 이트륨철 가닛 등의 가닛 페라이트를 들 수 있다. 이들 페라이트계 자성 재료 중에서도 투자율이 높고, 고주파수 영역에서의 와전류 손실이 작은 연자성 페라이트인 스피넬 페라이트가 바람직하다.
상기 제2자성체(53)를 형성하는 페라이트계 자성코어는 페라이트 분말을 세라믹 또는 고분자 바인더로 코팅한 후 절연시키고, 고압에서 성형하거나, 또는 페라이트 분말을 세라믹 또는 고분자 바인더로 코팅한 후 절연시키는 방법에 의하여 형성된 복수의 페라이트 시트를 적층하는 방법으로 제조될 수도 있다.
제1자성체로는 예를 들어, Fe-Si-B 합금 또는 Fe-Si-B-Cu-Nb의 나노 결정립 합금으로 이루어진 금속리본을 토로이달 형상으로 권선하여 얻어진 금속리본 자성코어를 사용할 수 있으며, 제2자성체로는 페라이트계 자성코어, 예를 들어, Mn-Zn계, Mg-Zn계, Ni-Zn계 등의 페라이트 코어를 사용할 수 있다. 이 경우, 금속리본 자성코어의 투자율(μ)은 20,000 내지 150,000이고, 페라이트 자성코어의 투자율(μ)은 2,000 내지 15,000일 수 있다.
본 발명의 인덕터(100)에 적용된 하이브리드 자성코어(50)는 고투자율 재료의 제1자성체(51)와 저투자율 재료의 제2자성체(53)가 서로 접촉되지 않고 미리 설정된 간격(L)만큼 간극(56)을 두고 분리되어 있다.
도 4와 같이 자성코어(50)가 고투자율 재료의 제1자성체(51)와 저투자율 재료의 제2자성체(53)가 하이브리드 형태로 조합되면서 미리 설정된 간격(L)만큼 분리된 경우, 제1자성체(51)와 제2자성체(53)가 직접 접합되어 있는 구조보다 각 자성체의 자기 플럭스가 다른 자성체에 방해를 주지 않기 때문에 우수한 임피던스 특성을 구현할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 자성코어(50)는 토로이달(toroidal) 형상의 케이싱(57), 케이싱(57) 내부의 하부에 수용되는 토로이달(toroidal) 형상의 제1자성체(51), 제2자성체(53), 상기 제1자성체(51)와 제2자성체(53) 사이에 삽입되어 제1자성체(51)와 제2자성체(53)를 분리시키기 위한 갭형성부재(55)를 포함한다.
상기 케이싱(57)은 중앙에 관통구멍이 형성되고 상부가 개방된 토로이달(toroidal) 형상의 본체(57a)와 상기 본체(57a)의 상부를 실링하는 커버(57b)를 포함하며, 케이싱(57) 내부에 수용되는 자성코어(50)와 케이싱(57) 외주에 권선되는 코일(60)을 절연하기 위하여 예를 들어, 열가소성 수지로 제작될 수 있다.
제1자성체(51), 제2자성체(53) 및 갭형성부재(55)는 서로 동일한 외경과 내경을 가지도록 설정되며, 갭형성부재(55)는 제1자성체(51)와 제2자성체(53) 사이에 삽입되어 미리 설정된 간격(L)과 동일한 두께(L)를 가지며, 케이싱(57)과 동일한 재료로 제작될 수 있다. 또한, 갭형성부재(55)는 종이, PE 테이프, FR4 및 열가소성 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 갭형성부재(55)는 열가소성 수지로 제작된 갭 패드(gap pad)로 이루어지는 것이 두께와 특성의 균일화를 기할 수 있어 바람직하다.
한편, 도 3에 도시된 인덕터(100)는 하이브리드 자성코어(50)에 하나의 코일(60)이 권선된 것을 나타내고 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 2개의 코일이 자성코어(50)의 영역을 나누어서 대칭 형태로 권선되고, 2개의 코일 사이에 세퍼레이터가 배치될 수 있다. 이러한 2개의 코일이 권선된 구조는 커먼모드쵸크(CMC) 필터에 적용될 수 있다.
상기한 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 자성코어는 하나의 제1자성체(51)와 제2자성체(53) 사이에 갭형성부재(55)가 삽입된 구조를 가지는 것이나, 본 발명의 하이브리드 자성코어는 이에 한정되지 않고 하기와 같이 변형이 가능하다.
도 7(a)를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 자성코어(50a)는 2개의 제1자성체(51a,51b) 사이에 제2자성체(53)를 샌드위치 구조로 배치하여 구성될 수 있다.
이 경우, 제1자성체(51a)와 제2자성체(53) 사이, 제2자성체(53)와 제1자성체(51b) 사이에는 각각 제1 및 제2 갭형성부재(55a,55b)가 삽입되어 있다.
코어 재료의 비투자율이 높고, 높은 주파수가 높을수록 표피 효과(skin effect)에 의해 자속은 코어의 표면으로 모이는 현상이 나타난다.
따라서, 제2실시예에 따른 하이브리드 자성코어(50a)는 2개의 제1자성체(51a,51b)가 상부와 하부에 배치됨에 따라 고주파 노이즈 제거 효과가 크고, 내부 포화도가 낮아지므로 고전력 제품에 적용이 가능하다.
또한, 도 7(b)를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 자성코어(50b)는 2개의 제2자성체(53a,53b) 사이에 제1자성체(51)를 샌드위치 구조로 배치하여 구성될 수 있다.
이 경우, 제2자성체(53a)와 제1자성체(51a) 사이, 제1자성체(51)와 제2자성체(53b) 사이에는 각각 제1 및 제2 갭형성부재(55a,55b)가 삽입되어 있다.
(실시예)
이하에 제1자성체와 제2자성체 사이에 갭형성부재가 삽입된 제1실시예에 따른 하이브리드 자성코어의 임피던스 특성을 조사하였다.
먼저, 제1자성체로는 Fe-Si-B-Cu-Nb의 나노 결정립 합금으로 이루어진 금속리본을 토로이달 형상으로 권선하여 얻어진 금속리본 자성코어를 사용하며 (주)아모그린텍의 코어 제품인 NANOCRYSTAL AMFN-251610SA를 채택하고, 제2자성체로는 페라이트계 자성코어를 사용하며 삼화전자공업(주)의 Mn-Zn계 페라이트 코어 제품인 SM-100 OR25×12-15H를 채택하였다.
제1자성체인 금속리본 자성코어는 외경, 내경, 높이가 25×16×10mm이며, 10Khz에서 투자율 60,710, 인덕턴스 40.0μH이고, 100Khz에서 투자율 22,766, 인덕턴스 15.0μH이며, 제2자성체인 페라이트계 자성코어는 외경, 내경, 높이가 25×12×15mm, 초기 투자율이 10,000인 것을 사용하였다.
금속리본 자성코어와 페라이트계 자성코어 사이에 갭형성부재 없이 적층된 종래의 하이브리드 자성코어와, 금속리본 자성코어와 페라이트계 자성코어 사이에 갭형성부재가 삽입된 본 발명의 자성코어를 각각 도 8(a) 및 (b)에 나타내었다.
페라이트계 코어와 Fe계 나노 결정립 리본 코어 각각의 주파수 대역별 임피던스 변화를 측정하여 도 9에 나타내었다. 임피던스 측정은 코어의 외주에 에나멜 코팅된 동선(UEW 1.0)을 10회 권선한 상태에서 주파수(Frequency)를 변화하면서 임피던스(IMPEDANCE)를 측정하였다.
도 9를 참고하면, 제2자성체가 저투자율 재료인 페라이트계 코어로 이루어지는 경우(Ferrite)는 약 1Mhz 부근의 저주파일 때 임피던스 특성이 다른 대역보다 우수하고, 제1자성체가 고 투자율의 금속리본 자성코어로 이루어지는 경우(NANO)는 약 50Mhz 부근의 고주파일 때 임피던스 특성이 다른 대역보다 우수하며, 페라이트계 자성코어와 금속리본 자성코어가 직접 면대면으로 접합된 경우(NO GAP)는 500Khz부터 500Mhz까지 넓은 대역폭에 걸쳐서 높은 임피던스 특성을 갖는 것으로 나타났다.
갭형성부재의 최적 두께를 알아보기 위하여 금속리본 자성코어와 페라이트계 자성코어 사이에 갭형성부재가 삽입된 실시예 샘플을 제작하였고, 갭형성부재의 두께를 0.025mm(GAP 0.025), 1.2mm(GAP 1.2), 1.5mm(GAP 1.5), 3.0mm(GAP 3.0)로 변화시켰다. 얻어진 실시예 샘플의 주파수 변화에 따른 임피던스 변화를 측정하여 도 10에 나타내었다. 측정 방법은 도 9에 도시된 개별 코어의 임피던스 측정과 동일한 방법을 적용하였다.
도 10을 참고하면, 금속리본 자성코어와 페라이트계 자성코어 사이에 0.025mm 내지 3.0mm 두께의 갭형성부재가 삽입되어 있는 경우, 페라이트계 자성코어와 금속리본의 자성코어 사이에 갭형성부재가 삽입되지 않은 경우(NO GAP) 또는 금속리본의 자성코어만 사용한 경우(NANO) 보다 넓은 대역폭에 걸쳐서 더 높은 임피던스 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 상기한 페라이트계 자성코어를 2개 접합시킨 경우(FERRITE 2)와 페라이트계 자성코어 2개 사이에 갭형성부재를 삽입하여 접합시킨 경우(FERRITE 2 GAP)는 페라이트계 자성코어를 1개 사용한 경우와 유사한 특성을 나타내었다(도 9 참조).
또한, 금속리본 자성코어와 페라이트계 자성코어를 접합하는 경우, 금속리본 자성코어만을 사용하는 경우와 비교하여 임피던스 최고점이 낮아지는 경향을 보이나, 갭형성부재의 두께를 0.025 내지 3.0mm로 변화시키는 경우 임피던스 감소는 거의 없으며 500Khz부터 500Mhz까지 넓은 주파수 대역에서 높은 임피던스를 갖는 것으로 나타났다.
갭형성부재의 두께가 0.025mm(GAP 0.025), 1.2mm(GAP 1.2), 1.5mm(GAP 1.5), 3.0mm(GAP 3.0) 중에 갭형성부재의 두께가 1.2mm(GAP 1.2)인 경우가 가장 높고 넓은 주파수 대역에서 임피던스 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
본 발명은 투자율이 서로 다른 이종의 하이브리드 자성코어를 구비하는 인덕터, 커먼모드쵸크(CMC) 필터, EMI 필터 등에 적용될 수 있다.
50-50b: 하이브리드 자성코어 51-51b: 제1자성체
53-53b: 제2자성체 55-55b: 갭형성부재
57: 케이싱 57a: 본체
57b: 커버 56: 간극
100: 인덕터
53-53b: 제2자성체 55-55b: 갭형성부재
57: 케이싱 57a: 본체
57b: 커버 56: 간극
100: 인덕터
Claims (11)
- 투자율이 서로 다른 이종의 자성체를 가지는 하이브리드 자성코어; 및
상기 자성코어의 외주에 권선된 적어도 하나의 코일;을 포함하며,
상기 하이브리드 자성코어는,
고투자율 재료의 제1자성체;
상기 제1자성체보다 낮은 저투자율 재료로 이루어지고 상기 제1자성체의 상부 또는 하부에 배치되는 제2자성체; 및
상기 제1자성체와 제2자성체 사이에 삽입되어 상기 제1자성체와 제2자성체를 분리시키기 위한 제1갭형성부재;를 포함하며,
상기 제1자성체는 비정질 합금 또는 나노결정립 합금의 금속리본을 토로이달 형상으로 권선한 후 접착제를 함침하여 고정시킨 금속리본 권선체이고,
상기 제2자성체는 토로이달 형상의 페라이트계 자성 재료로 이루어지며,
상기 제1자성체, 제2자성체 및 제1갭형성부재는 동일한 내경과 외경을 갖는 토로이달 형상으로 이루어지고,
상기 제1갭형성부재의 두께는 상기 제1 및 제2 자성체의 외경이 25mm일 때, 0.025 내지 3.0mm 범위로 설정되는 인덕터. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1자성체는 Fe-Si-B-Cu-Nb 합금으로 이루어지고,
상기 제2자성체는 Mn-Zn계, Mg-Zn계, Ni-Zn계 중 어느 하나의 페라이트로 이루어지는 인덕터. - 제1항에 있어서,
상기 제2자성체의 하부에 배치되며 고투자율 재료의 제3자성체; 및
상기 제2자성체와 제3자성체 사이에 삽입되어 상기 제2자성체와 제3자성체를 미리 설정된 간격만큼 분리시키기 위한 제2갭형성부재;를 더 포함하는 인덕터. - 제1항에 있어서,
상기 제1자성체의 상부에 배치되며 저투자율 재료의 제3자성체; 및
상기 제1자성체와 제3자성체 사이에 삽입되어 상기 제1자성체와 제3자성체를 미리 설정된 간격만큼 분리시키기 위한 제2갭형성부재;를 더 포함하는 인덕터. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1갭형성부재는 종이, PE 테이프, FR4 및 열가소성 수지 중 어느 하나로 이루어지는 인덕터. - 토로이달 형상의 케이싱;
상기 케이싱 내부에 적층되어 수용되며 투자율이 서로 다른 이종의 자성체를 가지는 토로이달 형상의 하이브리드 자성코어; 및
상기 케이싱의 외주에 권선된 코일;을 포함하며,
상기 하이브리드 자성코어는,
Fe-Si-B-Cu-Nb 합금으로 이루어진 금속리본을 토로이달 형상으로 권선한 후 접착제를 함침하여 고정시킨 금속리본 자성코어로 이루어진 제1 자성체;
Mn-Zn계, Mg-Zn계, Ni-Zn계 중 어느 하나의 페라이트로 이루어지며 상기 금속리본 자성코어의 상부 또는 하부에 배치되는 토로이달 형상의 페라이트계 자성코어로 이루어진 제2 자성체; 및
상기 제1 자성체와 제2 자성체 사이에 삽입되어 상기 제1 자성체와 제2 자성체를 분리시키기 위한 토로이달 형상의 갭형성부재;를 포함하며,
상기 갭형성부재의 두께는 상기 제1 자성체 및 제2 자성체의 외경이 25mm일 때, 0.025 내지 3.0mm 범위로 설정되는 인덕터. - 적어도 하나의 인덕터; 및
적어도 하나의 캐패시터;를 포함하고,
상기 인덕터는 제1항 또는 제10항에 따른 인덕터인 EMI 필터.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |