KR20040024724A - 트랜스포머 및 이를 구비하는 전기 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개 또는 그 이상의 권선을 가지고 전자유도 작용에 의하여 전압 또는 전류를 변성하여 출력 측에 동일한 주파수의 전력을 전달하는 트랜스포머 및 이를 이용하는 전기기기에 관한 것으로서, 본 발명의 소기의 목적은 자속을 집속시키는 코어 및 1차 코일과 2차 코일이 감기는 권취부와 상기 권취부를 상기 코어와 분리하고 상기 권취부 상부에 구비되는 상단부와 상기 권취부를 상기 코어와 분리하고 권취부에 감겨지는 코일에 입력 전류/전압을 입력하기 위한 복수 개 입력핀 및 출력되는 전류/전압을 출력하는 복수 개 출력핀을 구비하고 상기 권취부의 하단에 구비되는 하단부를 구비하는 보빈으로 구성되는 트랜스포머에 있어서, 권취부에 권취되는 1차 코일과 2차 코일 사이에 1차 코일과 2차 코일을 상호 절연하기 위한 절연 필름과 1차 코일로부터 발산되는 자계를 차폐하기 위한 차폐 필름이 구비되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머에 의해서 달성 가능하다.

Description

트랜스포머 및 이를 구비하는 전기 기기{TRANSFORMER AND ELECTRIC APPLIANCE USING IT}

본 발명은 2개 또는 그 이상의 권선을 가지고 전자유도 작용에 의하여 전압 또는 전류를 변성하여 출력 측에 동일한 주파수의 전력을 전달하는 트랜스포머 및 이를 이용하는 전기 기기에 관한 것이다.

전원용 변압기는 전자 응용기기의 직류 안정화 전원으로서 보급되어 있으며 그 회로 방식은 전원의 출력용량에 따라 플라이백(Flyback), 하프 브릿지(Half bridge), 풀 브릿지(Full Bridge), 푸시풀(push pull) 방식 등이 있으며, 스위치 소자로 파워 트랜지스터 혹은 파워 MOSFET 등이 주로 사용된다.

전원용 변압기의 효율을 결정하는 핵심 부품은 1차 권선과 2차 권선이 감기는 보빈과 1차 및 2차 권선간의 누설 인덕턴스를 감소시키기 위한 코어로 구성되는 트랜스포머라 할 수 있다. 종래 트랜스포머의 대표적인 두가지 형태가 도 1에 도시되었다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이 "E"자의 좌우 대칭 형상을 갖는 코어(10,15) 또는 도 1(b)에 도시된 바와 같은 EI 형태의 코어(10,11)와 도 1(c)에 도시한 바와 같이 코어 사이에 끼워지는 보빈(50)으로 구성된다. 보빈(50)은 1차 및 2차 권선이 감겨지는 영역인 권취부(55)와 1차 전압/전류의 입력핀(20)과 2차 전압/전류 출력핀(30)을 가지며 피씨비(PCB) 보더와 접속하는 하단부(52)와 하단부(52)와 대응되는 위치에 형성되는 상단부(51)로 구성된다.

도 1(d)는 "EI" 형상의 코어(12,13)에 보빈(50)이 결합되는 예를 도시한다. 종래 트랜스포머의 또 다른 예는 도 2에 도시된 바와 같이 원형 코어(10,11)와 원형 코어 사이에 삽입되는 보빈(50)으로 구성된다. 도 2의 원형 코어(12,13)는 보빈(50)을 감싸는 코어가 원형을 이루므로 도 1에 도시된 두가지 형태에 비해서 누설 자계를 방지할 수 있는 효과가 큰 것으로 알려져 있다.

트랜스포머 설계에 있어서 중요하게 고려할 점은 변압기 자체에서 발생하는 노이즈 방지와 내전압(Dielectric Strength)에 관한 것이다. 노이즈는 주로 1차 권선에 인가되는 전원이 AC 형이고 일정한 주파수를 가지기 때문에 주로 발생되는 것이다. 노이즈를 감소시키기 위해서 종래에는 도 3에 도시된 바와 같이 변압기 주변을 자기장 차폐 기능을 하는 실드(Shield)재인 동판으로 둘러 씌운 방식을 많이 사용하였다. 하지만 종래의 노이즈를 제거하는 방식은 비용이 많이 들고 트랜스포머의 부피를 증가시키는 문제점이 있었다.

내전압이란 절연재료가 어느 정도의 전압에 견딜 수 있는가를 나타내는 것으로 일명 절연 내력이라고 한다. 이는 코어측에 자계에 의해 유도된 전계와 보빈의 권선에 인가되는 전계 차이에 의해서 주로 발생되는 문제이다. 내력을 향상시키기 위해 종래 제안된 방식은 보빈에 감겨지는 권선을 전기전도도가 낮은 재질로 피복하는 것이었다. 하지만 이 방식의 경우는 권선 비용이 증가하고, 동일한 턴(turn) 수를 감을 경우 두께가 두터워지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 내압 특성이 향상되며 노이즈가 감소되는 트랜스포머 및 이를 이용하는 전원용 변압기를 제안하는데 있다.

본 발명의 상기 목적은 자속을 집속시키는 코어 및 1차 코일과 2차 코일이 감기는 권취부와 상기 권취부를 상기 코어와 분리하고 상기 권취부 상부에 구비되는 상단부와 상기 권취부를 상기 코어와 분리하고 권취부에 감겨지는 코일에 입력 전류/전압을 입력하기 위한 복수 개 입력핀 및 출력되는 전류/전압을 출력하는 복수 개 출력핀을 구비하고 상기 권취부의 하단에 구비되는 하단부를 구비하는 보빈으로 구성되는 트랜스포머에 있어서, 상기 권취부에 권취되는 1차 코일과 2차 코일 사이에 1차 코일과 2차 코일을 상호 절연하기 위한 절연 필름과 1차 코일로부터 발산되는 자계를 차폐하기 위한 차폐 필름이 구비되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머에 의해서 달성 가능하다.

절연 필름으로는 절연 테이프를 두르는 것이 바람직하며, 자계 차폐 필름은 동박 또는 전원이 인가되지 않는 코일 또는 자계 차폐 효과가 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

이때 권취부에 감겨지는 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일이 상기 보빈의 상단부 및 하단부로부터 소정의 간격을 띄운 상태에서 권취되도록 함으로써 내압 특성을 향상시킬 수 있으며, 상기 코어는 "E"자 형상을 가지며, "E"자를 구성하는 코어부재 중 보빈을 관통하는 가운데 코어 부재가 다른 주변의 코어 부재보다 짧게 형성함으로써 트랜스포모의 특성을 보다 좌우 대칭으로 맞출 수 있게 되었다.

또한 본 발명의 상기 목적은 상기에 기술된 트랜스포머를 갖는 전원용 변압기 또는 이러한 변압기를 구비하는 전기기기에 의해서도 달성될 수 있음은 물론이다.

도 1은 종래 트랜스포머의 대표적인 두가지 형태인 "EI" 형 및 "EE"형을 도시한다.

도 2는 종래 트랜스포머로서 원형 코어를 갖는 트랜스포머를 도시한다.

도 3은 종래 트랜스포머에서 전자파 차폐를 하는 구성을 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 노이즈가 감소되는 트랜스포머의 권선을 감는 방법을 도시한다.

도 5는 본 발명에 따른 내전압 특성이 향상된 트랜스포머의 구조를 도시한다.

도 6은 본 발명에 따른 내전압 특성을 향상시키기 위한 트랜스포머의 핀 구조를 도시한다.

도 7은 본 발명에 따른 코어의 실시례를 도시한다.

본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시례는 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 노이즈가 감소되는 트랜스포머의 권선을 감는 방법을 도시한다. 본 발명에 따른 트랜스포머의 권선을 감는 방법은 트랜스포머의 보빈의 권취부에 1차 권선(31)을 한 후, 그 상부에 1차 권선과 2차 권선 사이를 절연하기 위한 절연 필름(32)를 두른 후, 그 상부에 1차 권선으로부터 발산되는 자기장을 차폐하기 위한 자기장 차폐 필름(33)을 구비하도록 하였다. 절연 필름(32) 및 자기장 차폐 필름(33)의 대표적인 예로는 각각 절연 테이프와 동(銅)판을 들 수 있다. 도면에 미도시된 2차 권선은 자기장 차폐 필름(33) 상부에 감도록 하였다. 도 4의 도시가 마치 보빈의 권취부 중 하단부에 가까운 영역에 1차 권선을 하고 상단부로 가면서 절연 테이프(32)와 차폐 필름(33)을 구비하는 것으로 오해를 불러 일으킬 수 있다. 이러한 방식이 아니라 도 4에서 설명하는 권선 방법은 권선, 절연 테이프 및 자기장 차폐 필름을 각각 적층하면서 권취부 거의 대부분 영역에 감는 방식을 나타내는 것이다. 1차 권선을 감는 방법을 예를 들어 설명하면, 도 4에서는 1차 권선을 감는 방법을 상하로 적층된 2개의 타원으로 표시하였는데 이는 1차 권선을 보빈의 권취부에 감을 때 하단부로부터 시작하여 상단부까지 전체적으로 한번 권취한 후 다시 상단부에서 하단부로 내려오면서 보빈의 권취부에 2층으로 정렬 권취한다는 것을 나타내는 것이다. 절연 테이프(32)는 1차 권선 후에 보빈의 권취부 거의 전체 영역에 감는 것을 도시한 것이고, 자기장 차폐 필름(33)의 경우도 절연 테이프(32) 상부에 보빈의 권취부 거의 대부분 영역에 감는 방식을 나타낸다. 도 4에 구비된 자기장 차폐 필름(33)은 1차 권선으로부터 생성되는 자기장을 차폐하는 기능을 함으로써 트랜스포머 외부로 나가는 자기장에 의한 노이즈가 감소되는 역할을 하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 내전압 특성이 향상된 트랜스포머의 구조를 도시한다. 전술한 바와 같이 내전압은 자계에 의해 유도되어 생성된 코어측의 전계와 보빈에 감긴 권선으로부터 생성된 전계와의 차이에 의해서 주로 발생되는 문제이며, 주파수가 높아질수록 코어 측의 표피 효과로 인하여 주요한 특성으로 작용한다. 내전압 특성을 향상시키기 위해서 본 발명에서는 보빈에 감겨지는 권선이 보빈의 상단부(51) 및 하단부(52)로부터 소정의 간격을 두고 형성되는 권취부(55)에 감겨지도록 하였다. 전계는 거리의 좌승에 반비례하여 감소되는 특징을 이용하여 이러한 간격을 둠으로써 자계에 의해 유도되어 생성된 코어측의 전계와 보빈에 감긴 권선으로부터 생성된 전계와의 간격을 두도록 함으로써 내전압을 향상시킬 수 있게 되었다. 이때 상단부와 간격 gap1과 하단부와의 간격 gap2는 서로 동일할 필요가 없음은 물론이다. 또한 몇 가지 트랜스포머에 대해서 실험한 결과 상단부 및 하단부의 간격(gap1, gap2)는 약 2mm를 뜨우는 것이 바람직하였다.

도 6은 본 발명에 따른 내전압 특성을 향상시키기 위한 트랜스포머의 핀 구조를 도시한다. 내전압은 전압차가 큰 경우에 발생할 가능성이 있으므로 1차 권선에 전압/전류를 인가하는 입력핀(20) 사이 또는 2차 권선으로부터 출력되는 전압/전류를 외부로 전달하는 출력핀(30) 사이에서도 발생할 가능성이 있다. 입력핀과 출력핀 사이 간격이 가까울 경우에는 스파크로 인한 화재의 위험성 있다. 따라서 가능하면 입력핀(20) 사이 또는 출력핀(30) 사이의 간격을 크게 할 필요가 있다. 도 6은 이러한 특성을 나타내기 위하여 핀 사이의 간격을 최대한 크게 하기 위하여 원형 코어를 갖는 트랜스포머에서 하단부가 "ㄱ"자 형상을 갖는 핀 구조를 나타낸다. 도 6에 제시된 핀 구조는 도 2에 제시된 종래 원형 트랜스포머의 핀구조에 비하여 권선이 권취되어 있는 권취부로부터 핀을 멀리 이격되도록 하는 효과가 있음을 알 수 있다.

트랜스포머는 특성상 좌우가 대칭 구조로 형성하게 된다. 하지만 실제 제작하여 특성을 검사하면 좌우 대칭이 되지 않는 경우가 대부분 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 종래에는 코어 사이에 종이를 끼워 넣어 보정하는 방법을 이용하였다. 하지만 종이를 삽입하여 보정할 경우에는 종이가 제 위치에서 벗어나거나 빠져 버리는 문제가 발생하게 되었다. 이러한 문제는 보빈 사이에 삽입되는 코어를 짧게 함으로써 대부분 해결할 수 있게 된다. 따라서 보빈 사이에 삽입되는 코어를 짧게 하면 도 7에 도시된 바와 같이 코어를 결합하였을 때 가운데 코어가 짧게 형성되게 된다. 즉 L2의 길이가 L1의 길이보다 짧게 형성되는 것이다.

본 발명의 트랜스포머에 의해서 내압 특성이 향상되고 노이즈를 저렴한 비용으로 효율적으로 감소시킬 수 있는 전원용 변압기를 사용할 수 있게 되었다.

또한 본 발명의 트랜스포머는 노이즈를 감소시키기 위하여 트랜스포머 주위를 감싸는 별도의 동판이 필요없게 되므로 PCB 상의 면적을 줄이고 비용을 감소시킬 수 있게 되었다.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.

예를 들어, 본 발명은 트랜스포머에 대해서 주로 기술하였지만 본 발명의 트랜스포모는 전원/전류의 변환이 필요한 어떠한 전기 기기에도 응용될 수 있음은 물론이다.

Claims (6)

1. 자속을 집속시키는 코어 및 1차 코일과 2차 코일이 감기는 권취부와 상기 권취부를 상기 코어와 분리하고 상기 권취부 상부에 구비되는 상단부와 상기 권취부를 상기 코어와 분리하고 권취부에 감겨지는 코일에 입력 전류/전압을 입력하기 위한 복수 개 입력핀 및 출력되는 전류/전압을 출력하는 복수 개 출력핀을 구비하고 상기 권취부의 하단에 구비되는 하단부를 구비하는 보빈으로 구성되는 트랜스포머에 있어서,

   상기 권취부에 권취되는 1차 코일과 2차 코일 사이에 1차 코일과 2차 코일을 상호 절연하기 위한 절연 수단과 1차 코일로부터 발산되는 자계를 차폐하기 위한 자계 차폐 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 차폐 필름이 동박으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 권취부에 감겨지는 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일이 상기 보빈의 상단부 및 하단부로부터 소정의 간격을 띄운 상태에서 권취되는 것을 특징으로 하는트랜스포머.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 코어는 "E"자 형상을 가지며, "E"자를 구성하는 코어부재 중 보빈을 관통하는 가운데 코어 부재가 다른 주변의 코어 부재보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 코어가 원형 형상으로 구비되고, 입력 핀 및/또는 출력 핀이 구비되는 보빈의 하단부의 일부가 대칭되는 "ㄱ"자 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 트랜스포머를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 기기.