KR20030059839A - 초크 코일 - Google Patents

Abstract

인쇄회로기판에 조밀하게 배열(고-밀도 실장)시킬 수 있고, 마이크로파 대역까지 광대역에 걸쳐 사용될 수 있으며, 초크 코일의 자기적 결합으로 인한 발진현상을 방지시킬 수 있는 초크 코일에 관한 것이다.

상기 초크 코일은 절연 피막 처리된 전도성 와이어(2)를 감아서 형성된 코일부(1)와, 상기 코일부(1)의 일측면과 대향되게 배열되고 상기 코일부(1)를 관통하는 코어(4)와 동일한 방향의 중심선을 이루며 소정의 폭(d)을 갖는 링(3), 상기 코일부(1)로 삽입되는 페라이트 또는 세라믹 재질의 로드와 같은 코어(4)의 조합으로 구성된다.

Description

초크 코일{Choke coil}

일반적으로, 고-주파수 인쇄회로기판과 동종의 전자장치에는 다수의 초크 코일이 장착된다. 상기 초크 코일은 다양한 목적으로 사용되고 있고, 그 사용처에 따라 다양한 구조로 제조되고 있다.

그러나, 초크 코일은 코일의 Q-값이 너무 높게 상승하는 이유로 낮은 주파수에서 마이크로파 대역까지의 범위를 포함하는 광대역 회로에 단독으로 사용될 수 없다. 따라서, 적절한 Q-값을 유지시키기 위하여 종래에는 저항 등과 같은 것이 상기 초크 코일과 연결된다.

최근의 전자장치는 급속하게 경박단소화 추세에 있고, 인쇄회로기판에 고밀도로 장착되는 전자부품을 필요로 하고 있다. 그에따라 전술한 바와 같이 인쇄회로기판에 종래의 다수의 초크 코일이 장착되는 경우, 서로 직렬로 인접되게 연결하는 것이 필요하다.

이러한 연결과 함께, 서로 인접하는 초크 코일은 초크 코일 사이의 누설 자속(초크 코일들의 끝단과 인접하는 자속(magmetic flux))으로 인하여 자화되며 연결될 수 있다. 이러한 자화 연결로 인하여 초크 코일이 제기능을 발휘할 수 있도록 공진주파수가 저주파수로 변동되어진다.

다단으로 접속된 연산증폭기의 전원 단자(power terminals)로부터 노이즈 등을 제거하고자 상기 초크 코일이 인쇄회로기판에 장착되는 경우, 일단에서 초크 코일은 상술한 누설 자속으로 인하여 다음 단의 초크 코일과 자화되며 연결된다. 상기 자화 연결은 발진현상을 일으킬 수 있다.

본 발명은 인쇄회로기판에 장착되는 초크 코일에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고-주파수 용도에 유효하게 적용할 수 있는 초크 코일에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 구현예로서, 여러가지 초크 코일의 구조를 보여주는 측면도,

도 2는 도 1의 초크 코일을 위한 등가회로를 나타내는 회로 다이어그램,

도 3은 주파수와 대비하여 초크 코일의 감쇠 특성을 나타내는 그래프,

도 4는 도 1에 나타낸 초크 코일 두 개가 부재상에 서로 이웃하여 직렬로 장착된 상태를 나타내는 측면도.

상술한 점을 감안하여, 본 발명은 인쇄회로기판에 조밀하게 장착될 수 있고, 서로 인접한 초크 코일간의 자화 연결로 인하여 발진현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 마이크로파 대역을 포함하는 광대역 사용이 가능한 초크 코일을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적은 절연된 전도성 코일이 코일 형상으로 감겨진 코일과; 이 코일의 축방향을 따라 연장된 동축의 중심선을 가지는 전도성 링에 의하여 달성된다.

이러한 구조로 이루어진 초크 코일에 있어서, 상기 전도성 링은 코일의 양단 또는 코일의 일끝단에만 배열 가능하다.

또한, 상기 링과 코일은 직선으로 순차 배열된다. 상기 코일과 링간의 거리는 사용하는 의도에 따라 설정될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 구현예에 따라, 여러가지 초크 코일의 구조를 보여주는 측면도이다. 이러한 초크 코일은 인쇄회로기판 또는 등가물상에 장착된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 초크 코일은 절연된 전도성 와이어(2)(여기서 상기 와이어는 절연 피막에 의하여 코팅된 것임)에 의하여 형성된 코일(1), 그리고 상기 코일(1)의 일끝단 또는 양끝단에 배열되며 폭(d)을 갖는 전도성 링(3)으로 제공된다.

또한, 상기 링(3)은 절연 피막이 피복된 전도성 와이어를 조밀하게 감아줌에 따라 일정한 폭(d)으로 형성될 수 있다.

이러한 형태의 링은 솔더 또는 기타 접착수단에 의하여 전극단자의 역할을하도록 인쇄회로기판에 장착된다. 바-형태의 코어(4)가 상기 코일의 내부로 삽입된다.

상기 코어(4)는 페라이트(ferrite)재료, 장착 공정중 솔더에 의하여 변형되지 않는 세라믹 재료, 높은 열 저항을 갖는 유리, 그 밖에 등가물로 형성된다. 길이방향 끝단부로부터 보았을 때, 상기 초크 코일은 원형, 사각형, 타원형 등의 형상을 띠게 된다.

따라서, 본 실시예에 따른 초크 코일은 감겨진 전도성 와이어(2)로 이루어진 코일(1)과, 상기 코어(4)의 축방향을 따라 동일한 중심선을 가지는 링(3)으로 구성된다.

이하, 상기 링(3)의 기능에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 도 1에 나타낸 링(3)을 갖는 초크 코일용 등가회로를 나타낸다.

도 2(a)는 상기 초크 코일에서 발생된 소용돌이 전류(eddy current)를 설명하는 등가회로를 개략적으로 보여주고 있다.

상기 초크 코일은 인덕턴스 소자(inductance element)(L1), 이 인덕턴스 소자(L1)와 대향되는 인덕턴스 소자(L2), 상기 인덕턴스 소자(L2)와 연결된 저항(resistor)(R1)과 인접된다. 상기 인덕턴스 소자(L1,L2)는 역방향으로 자속을 발생시킨다.

이에, 상기 저항(R1)과 인덕턴스 소자(L2)로 구성된 회로와 대응되는 상기 링(3)은 인덕턴스 소자(L1)과 대응하는 코일(1)에 의하여 형성된 자속을 감소시키는 기능을 하게 된다.

따라서, 상기 링(3)은 코일(1)로부터의 누설 자속, 다시말해서 상기 초크 코일의 링(3) 주위의 자속 양을 감소시킨다.

도 2(a)에 나타낸 회로는 도 2(b)와 같이 나타낼 수 있는 바, 도 2(b)에는 서로 직렬로 연결된 인덕턴스 소자(L3)와 인덕턴스 소자(L5)와, 서로 직렬로 연결된 인덕턴스 소자(L4)와 저항(R1)이 포함되어 있다. 상기 인덕턴스 소자(L4)와 저항(R1)은 상기 인덕턴스 소자(L5)와 병렬로 연결되어 있다. 여기서, L3 = L1 - L5, L4 = L2 - L5이다.

따라서, 상기 링(3)은 코일(1)과 병렬로 연결된 저항과 동일한 역할을 수행할 수 있다.

상기 인덕턴스(L1)과 인덕턴스(L2)의 상호간 인덕턴스 값(M)은 다음과 같은 수학식 1로 나타낼 수 있고, 이 식에서 M = L5 이다.

위의 수학식에서 결합계수 k는 상기 링(3)과 코일(1)간의 갭을 변동시켜 조정 가능한 바, 이는 코일의 Q-값을 감소시키기 위함이다. 이와 같이 결합계수 k를 조정해줌에 따라, 누설 자속의 조정이 가능하게 된다.

또한, 상기 코일(1)의 Q-값은 상기 링의 폭(d)를 가변시켜 조절 가능하다.

따라서, 상기 링(3)은 코일(1)의 누설 자속을 감소시키는 동시에 코일(1)의 적절한 Q-값을 설정하게 된다.

여기서, 도 1(a)-(f)에 나타낸 각 초크 코일의 특징을 설명하면 다음과 같다.

도 1(a)의 초크 코일은 조밀하게 감겨진 전도성 와이어(2)로 형성된 코일(1)로 이루어져 있는 바, 이 초크 코일은 저주파수 용도로 사용된다.

도 1(b)의 초크 코일은 전도성 와이어(2)를 큰 피치로 감아서 형성된 코일(1)로 이루어져 있는 바, 이 초크 코일은 고주파수 용도로 사용된다.

도 1(c)의 초크 코일에서는 전도성 와이어(2)가 작은 피치로 감겨져 있다.

여기서, 갭이 상기 링(3)과 코일(1) 사이에 형성된다. 상기 코일(1)의 Q-값은 상기 갭의 크기를 가변시켜 조정될 수 있다.

도 1(d)의 초크 코일은 조밀하게 감겨진 전도성 와이어(2)로 형성된 두 개의 코일(1)로 이루어져 있는 바, 이 코일(1)들 사이에 링(3)이 추가로 배열되어 있다.

또한, 상기 링(3)과 코일(1) 사이에 갭이 형성되어 있다. 상기 두 개의 코일(1)은 상기 링(3)에 의하여 직렬로 연결되어 있다.

상기 코일(1)들 사이에 추가의 링(3)을 배열함에 따라, 상술한 바와 같이 코일(1)들과 링(3)들 사이에 갭이 형성되어, 각 코일(1)간의 자기적인 결합도를 감소시킬 수 있게 된다.

도 1(d)의 초크 코일과 같이, 도 1(e)의 초크 코일에도 두 개의 코일(1) 사이에 추가의 링(3)이 제공되어 있다. 그러나, 이 초크 코일에서 코일(1)과 링(3)들 사이에 갭이 형성되지 않는다. 초크 코일의 주파수 적용 용도에 맞게 상기 코일(1)과 링(3)의 수를 달리하며 서로 직렬로 선택 연결할 수 있다.

도 1(f)에 나타낸 초크 코일은 조밀하게 감겨진 전도성 와이어로 이루어진코일(1)과 코일의 좌측단에만 배열된 링(3)을 포함한다. 상기 링(3)은 적용 용도에 따라 상기 코일(1)의 일끝단에 배열시킬 수 있다.

상기 코일(1)의 좌측단에 하나의 링(3)을 배열함에 따라, 그 끝단 주변의 자속을 감소시킬 수 있게 된다.

도 1(a)-(e)에 나타낸 여러 형태의 초크 코일을 직렬로 연결함으로써, 코일(1)의 양단 주변의 자속을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 도 1(f)의 초크 코일은 인쇄회로기판상에 상기 초크 코일을 장착하는데 사용되는 전극단자(5)를 포함하고 있다. 상기 전극단자(5)는 전도성 와이어(2)의 끝단으로부터 절연 피막을 제거하여 형성된다.

도 1(a)-(f)에 나타낸 각 초크 코일의 코일(1)에 사용된 전도성 와이어(2)는 초크 코일의 적용 주파수에 맞게 감겨지게 된다.

도 3은 주파수 대비 초크 코일의 감쇠치 특정을 보여주는 그래프이다.

도 3(a)는 도 1에 나타낸 초크 코일을 채용한 경우의 특성을 나타내고, 도 3(b)는 일반적인 인덕터 코일(inductor coil)을 채용한 경우의 특성을 나타낸다.

도 3(a)에서 보는 바와 같이, (A)는 본 실시예에 따라 초크 코일을 단독으로 채용한 경우의 주파수 특성을 나타내고, 주파수 특성(A)와 인접되어 있는 (B)는 두 개의 초크 코일을 연결한 경우 주파수 특성을 나타낸다.

이에, 상기 코일(1)의 Q-값이 상기 링(3)에 의하여 적절한 값으로 조정되어지고, 도 3(b)에 나타낸 일반적인 인덕터 코일을 사용한 경우의 주파수 특성(A)보다 도 3(a)의 주파수 특성(A)이 광대역에 걸쳐서 보다 높은아이소레이션(isolation:높은 감쇠치)을 갖는 것을 알 수 있다.

상기 초크 코일간의 자기적인 결합도는 상술한 바와 같이 코일(1) 사이에 제공된 링에 의하여 감소될 수 있다. 따라서, 도 3(b)에 나타낸 주파수 특성(B)에서와 같은 공진주파수의 동작이 발생하지 않고, 도 3(a)에 나타낸 주파수 특성(B)은 도 3(a)에 나타낸 주파수 특성(A)보다 광대역에 걸쳐서 보다 높은 아이소레이션을 갖는다.

도 4는 인쇄회로기판에 상기 두 개의 초크 코일이 직렬로 연결된 상태를 나타내는 측면도이다. 각 초크 코일은 상기 코일(1)의 양측면에 링(3)과 함께 제공되어 있다.

도 4에서 보는 바와 같이, 배선을 위한 전도성 패턴(9)이 절연성의 부재(10)상에 형성되어 있다. 도 1의 초크 코일(6,7)이 솔더(8)에 의하여 상기 전도성 패턴(9)에 부착된다. 상기 코일(1)의 양단 또는 일끝단에 제공된 링(3)은 상기 코일(1)간의 누설 자속, 즉 링(3) 주변의 자속을 감소시킬 수 있고, 그에따라 상기 코일(1)의 Q-값은 낮아지게 된다.

이러한 배열에 있어서, 도 1의 초크 코일이 서로 직렬로 연결되어 인접하고 있는 경우, 초크 코일간의 간섭이 제거되어진다. 그 결과, 인쇄회로기판상에 초크 코일을 보다 고밀도로 실장시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 초크 코일간의 자속 결합에 의하여 발생된 발진 현상을 방지할 수 있고, 상기 초크 코일을 마이크로파 대역에까지 사용 가능하게 된다.

상기 초크 코일이 직렬로 조합될 수 있으므로, 이 초크 코일들은 불충분한아이소레이션의 문제점을 제거하고자 인쇄회로기판에 직렬로 사용될 수 있다. 서로 다른 공진 주파수를 가지는 상술한 초크 코일을 조합시킴에 따라, 이들 초크 코일이 사용될 수 있는 주파수 대역을 조절시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 초크 코일은 광대역 초크 코일로서 마이크로파 대역보다 높은 주파수 범위에서 유효하게 사용될 수 있다

상기 초크 코일은 다양한 조합으로 사용될 수 있으므로, 여러가지 형태의 초크 코일의 제조 필요성이 배제되어, 본 발명의 초크 코일은 생산성을 크게 개선시킬 수 있다.

상술한 실시예에서, 상기 코일(1)의 일끝단 또는 양단에 링(3)을 가지는 초크 코일에 대하여 기술하였다. 하지만, 본 발명은 상술한 배열에 국한되지 않는다.

상기 링(3)은 상기 코일(1)에 대하여 어떠한 위치에도 배열이 가능하고, 상기 링은 코일(1)을 관통하는 코어(4)와 동일한 방향으로 연장되면서 동축을 이루며 제공된다.

또한, 상술한 실시예에서, 상기 초크 코일은 코어(4)와 함께 제공된다. 그러나 본 발명의 효과는 중공의 코어를 갖는 초크 코일에서도 동일하게 달성된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 초크 코일은 인쇄회로기판에 조밀하게 실장시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 서로 이웃하는 초크 코일이 자화 결합되어발생되는 발진현상을 방지시킬 수 있다. 본 발명의 초크 코일은 마이크로파 대역을 포함하는 광대역에 걸쳐서 사용 가능하다.

Claims (5)

1. 절연된 전도성 와이어를 코일 형상으로 감아서 이루어진 코일;

   상기 코일의 축방향으로 동축을 이루며 연장되는 전도성 링으로 구성된 것을 특징으로 하는 초크 코일.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 링은 상기 코일의 양단 각각에 배열되는 것을 특징으로 하는 초크 코일.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 링은 상기 코일의 일단에만 배열되는 것을 특징으로 하는 초크 코일.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 링과 코일은 직선상에 순차적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 초크 코일.
5. 청구항 2 내지 4중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일과 링 사이의 거리는 사용목적에 따라 설정 가능한 것을 특징으로 하는 초크 코일.