KR20040072228A - 방사 노이즈를 차단하는 트랜스포머 및 전원 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명의 트랜스 포머는, 복수의 접속 핀과; 상기 복수의 접속 핀중 일부의 접속 핀들에 접속되어 권장된(winded) 제 1 권선과; 상기 복수의 접속 핀의 또 다른 접속 핀들에 접속되어 권장된 제 2 권선을 포함하고, 상기 제 2 권선의 제 1 단에 연결된 접속 핀은 접지와 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 권선은 상기 제 1 권선을 차폐하도록 권장된다. 상기 제 1 권선과 제 2 권선은 각각 복수의 계층으로 권장되며, 상기 제 2 권선층의 상기 제 1 권선층의 하위 계층과 상위 계층에 위치하도록 권장되어 방사 노이즈를 완전히 차단하게 된다.

Description

방사 노이즈를 차단하는 트랜스포머 및 전원 회로{Transformer and power supply for blocking RF noise}

본 발명은 트랜스포머에서 발생하는 방사 노이즈를 차단하는 트랜스포머 및 전원회로와 그 설계 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 다른 회로에 악영향을 줄수 있는 저주파 방사 전자파 장애(EMI)를 차단하는 트랜스포머 및 전원회로와 그 설계방법에 관한 것이다.

대부분의 전기에너지 이용설비는 어느 정도의 전자파잡음을 발생시키며, 이러한 잡음은 공중을 통한 전자파 방사의 형태나 전원선 같은 도선을 통한 전도의형태로 전달된다. 이러한 전자파 잡음은 전자파 장애(Electromagnetic interference; EMI)로 불려진다. 도선을 통한 전도는 적절한 필터회로나 잡음 차단 회로로서 이러한 전자파 장애를 차단하고 있다.

종래 기술의 전원 회로에서는 교류 입력 라인의 잡음이 전원회로 내부로 흘러 들어가는 것을 막으며, 반대로 전원회로 내부의 스위칭 잡음이 교류 입력 라인으로 유입되는 것을 막기 위하여 EMI 필터 회로를 장착하게 된다. EMI 필터에 의하여 전원 회로의 스위칭시 발생하는 잡음이 라인을 타고 들어가 장비내 다른 기기나 기타 장치의 동작에 영향을 주는 것을 방지하고 있다.

도 4는 종래의 페라이트 비드(ferrite bead) 형태의 노이즈 필터를 도시하고 있다.

일반적으로 스위칭 모드 전원 공급기(SMPS)등에 사용되는 트랜스포머의 주변의 PCB에는 도 4에 도시된 것과 같은 노이즈 필터인 페라이트 비드(F)가 분산 배치되어 회로로 유기되거나 발생되는 각종 불요성 잡음을 제거, 흡수하도록 하고 있다.

이러한 페라이트 비드의 리드 와이어는 프린트 기판에 납땜 방식으로 부착되기 때문에 회로 설계 및 공정이 한층 복잡해지며 기판의 부피 증가가 수반되는 문제점이 존재한다.

또한, 다른 종래 기술에 있어서는 이러한 공간적 문제를 해결하기 위하여 노이즈 필터를 장착될 수 있는 요입부를 보빈(bobbin)에 형성하여 노이즈 필터를 장착하는 것을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 구조에 의한 노이즈 차폐 능력은 검증된 바 없으며, 기존의 보빈을 사용하지 못하므로 호환성과 범용성에 있어 문제점을 가지고 있다.

또한, 도선을 통해 전도되는 전자파 노이즈 보다 대기중으로 방사되는 전자파 노이즈는 그 발생을 정확히 예측하여 차단하거나 보상하는 것이 상대적으로 어렵다. 휴대전화나 PC, 텔레비전 등 가전제품에서 또는 자동차 자동 제어 회로등에서 정밀한 전자 기기에서 이러한 방사 노이즈는 기기의 오동작을 유발하거나, 높은 퀄리티를 요구하는 디스플레이나 오디오 신호의 잡음으로서 나타난다.

또한, 이러한 노이즈 필터는 저주파 영역의 노이즈의 차단 능력이 낮으며, 따라서, 저주파 신호를 사용하는 전자기기(예를들어, AM 라디오 기기등)에서 그다지 높은 차단 능력을 보여 주지 못한다.

이러한 방사 노이즈의 차단을 위해 회로 요소마다 차단/보상 수단을 설계하는 것은 기술적으로 대단히 어려우므로, 방사 노이즈의 생성원인이 되는 요소에서 원천적으로 방사 노이즈를 차단하는 것이 가장 바람직하다고 할 것이다.

따라서, 본 발명은 전원회로등에서 발생하는 전자파 노이즈를 간단한 구조와 저렴한 비용으로 효과적으로 차단하는 트랜스포머를 제공하는 것을 목적으로 한다. 더욱 구체적으로는 PCB 기판 설계변경이나, EMI 필터등을 부가하지 않고 특히 방사 노이즈와 저주파 성분의 노이즈를 효과적으로 차단하는 트랜스포머를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원회로의 등가회로도이다.

도 2 은 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머의 권선 구조를 계층별로 도시한 단면도이다.

도 3a 와 도 3b는 각각 종래 기술의 트랜스포머와 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머의 노이즈 측정을 나타낸 그래프도이다.

도 4는 종래의 노이즈 필터를 도시한 도면이다.

본 발명은, 전원 생성 회로 자체에서 발생하는 방사 노이즈가 외부에 노출되지 않도록 완전히 차폐하는 것이 가장 효과적이라는 사상에서 안출된 것이다.

본 발명의 특징에 따른 트랜스포머는, 복수의 접속 핀과; 상기 복수의 접속 핀중 일부의 접속 핀들에 접속되어 권장된(winded) 제 1 권선과; 상기 복수의 접속 핀의 또 다른 접속 핀들에 접속되어 권장된 제 2 권선을 포함하고, 상기 제 2 권선의 제 1 단에 연결된 접속 핀은 접지와 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 권선은 상기 제 1 권선을 차폐하도록 권장된다.

여기서, 상기 제 2 권선의 제 2 단에 연결된 접속핀은 전기적으로 개방된 상태이며, 상기 제 1 권선과 제 2 권선은 각각 복수의 계층으로 권장되며, 상기 제 2 권선층의 상기 제 1 권선층의 하위 계층과 상위 계층에 위치하도록 권장되어 방사 노이즈를 완전히 차단하게 된다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. (어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다.)

본 발명의 실시예에 따른 전원회로 및 트랜스 포머에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 전원회로의 등가회로도이다.

트랜스포머(100)는 외부 접속 핀(1 ~ 10)과, 다양한 권선수를 가지는 인덕터(L1, L2, L3)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머(100)는 방사 노이즈를 차단하는 쉴드 계층(shield layer)(110)을 더 포함한다. 또한, 필요에 따라, 입력 전류를 스위칭하는 트랜지스터(130)와, 출력 전압을 직류로 변환하기 위한 정류 회로(120)을 더 포함할 수 있으며, 도시되지는 않았지만 출력 전압을 일정하기 유지하는 통상의 정전압 회로를 더 포함할 수 있다.

여기서, 접속 핀(1, 2, 8, 9, 10)에 접속된 인덕터는 변압을 위해 사용되는 일반 권선이다. 일반 권선은 접속 핀(4, 5)를 통해 접지와 전기적으로 연결된다. 쉴드 계층(110)를 형성하는 권선의 일단은 여분의 접속핀(3, 6, 7)에 접속되며, 타단은 접지 접속핀(4)에 접속된다. 쉴드 계층은 인덕터를 형성하는 일반 권선들과 같은 재질일수 있으며, 방사 노이즈를 차폐하여 접지 전위로 방출할 수 있는 기타 도전 물질로 구성될 수 있다.

쉴드계층의 일단은 전기적으로 개방된 상태이며, 타단만이 접지 전위와 접속되어야 한다. 이는 전원 회로에서 트랜스포머의 특성상 폐루프를 형성하는 하나의 회로로 작용하기 때문에 인덕터(L1, L2, L3)의 권선들과 상호 인덕턴스를 유발시켜 이상 동작이 일어나는 것을 방지하기 위함이다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머의 권선 구조를 계층별로 도시한 것이다. 즉, 도 1에 도시된 인덕터의 권선과 쉴드 계층의 구조를 구체적으로 도시한 것이다. 계층도(200a)는 권선 구조(200b)를 계층에 따라 순차적으로 도시한 것이다.

트랜스포머의 제작시 일반 권선에서 발생되는 방사 노이즈를 효과적으로 차폐하기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 일반 권선(211, 212)사이에 쉴드 계층(221, 222, 223)이 형성된다.

쉴드 계층들은 일반 권선의 가장 아래부터 가장 외곽까지 배치되며, 일반 권선 사이마다 배치되어 방사 노이즈를 차폐한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이 쉴드 계층의 하나의 단부는 접지에 접속되어 차폐된 노이즈는 접지로 흡수되어 외부의 방사되는 것을 완전히 차폐한다.

여기서, 가장 외곽에 위치한 쉴드 계층(223)에 의한 차폐 효과가 가장 크기 때문에 다른 쉴드 계층 보다도 더 많은 권선수로 더 크게 형성하여 내부의 일반 권선이 바깥으로 드러나지 않도록 최대한 감싸준다.

이러한 쉴드 계층의 구조는 권선 자체의 구조로써 용이하게 구성할 수 있고, 기존의 보빈과 프린트 기판을 그대로 사용해도 무방하다. 쉴드 계층을 구성하는 권선의 일단은 접지와 접속되며, 타단은 전술한 바와 같이 트랜스포머의 여분의 접속 핀에 접속된다. 전형적으로 10 핀 이상의 접속 핀을 가진 트랜스포머에서는 다수의 핀들이 방치되고 있으므로 이러한 쉴드 계층을 구성하는 것은 매우 용이하다.

도 3a 와 도 3b는 각각 종래 기술의 트랜스포머와 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머의 노이즈 측정을 나타낸 그래프도이다.

더욱 구체적으로는, 도 3a 와 도 3b는 자동차 부품 연구원에서 자동차용 전장제품 노이즈 평가 규격 CISPR25 테스트 환경에서 주파수대별로 노이즈 감쇠 상태를 도시한 것이다. 그래프에서 알수 있듯이, 본 발명의 실시예는 저주파수대에서 특히 노이즈 감쇠의 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.

이하, 그래프도에 나타난 노이즈 감쇠 특성을 상세히 분석한다.

165 KHz의 주파수에서의 노이즈를 표본으로 검사한 결과, 종래 기술의 전원 회로에 비하여, 본 발명에 따른 전원회로는 4 dB 정도의 노이즈 감쇠율을 나타낸다. 노이즈 레벨 30 dB를 기준으로 하였을 때, 본 발명의 실시예에 따른 전원회로는 400KHz이상의 주파수 영역에서 이미 30 dB 이하로 노이즈가 감쇠하는 하고 있으나, 종래 기술의 전원회로는 900 KHz의 주파수 대역에 까지 걸쳐 30 dB의 노이즈가 나타나고 있음을 알수 있다.

따라서, 본원 발명은 저주파수 대역(예를 들어, 150 KHz ~ 1 Mhz)에 있어 특정 레벨의 이하로 노이즈가 감쇠하는 현저한 효과를 확인할 수 있다. 이렇듯, 저주파수대에서 최대 노이즈 레벨이 감소하고, 특정 노이즈 레벨이하로 신속하게 감쇠하는 효과에 의하여, 본원 발명의 전원 회로는 다른 전기 설비에 미치는 방사노이즈를 차단할 수 있다.

이러한, 이유로 본 발명의 트랜스포머가 구비한 전원회로는 심각한 오동작이 허용되지 않는 제어기기 뿐 아니라, 오동작이 발생되지 않더라도, 높은 퀄리티를 요구하는 디스플레이 장비와 오디오 장비등에 유용하다. 특히, 전자를 방출하여 형광물질을 발광시키는 전자 방출 디스플레이(FED) 소자는 사이즈가 작으며, 전자파노이즈의 영향을 받기 쉬우므로 본 발명은 FED 소자의 구동을 위한 전원회로등에 서도 유용하다.

본 발명의 트랜스포머는 전형적인 스위치형 전원 공급회로(SMPS)에서의 트랜스포머로 사용이 가능하며, 별도의 기판 변경이나, EMI 필터등이 필요 없으므로 높은 범용성으로 다양한 전원회로에 용이하게 활용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

전술한 구성과 같이 본 발명의 트랜스포머는 전원에서 발생하는 저주파 노이즈 제거를 위한 별도의 필터나 차폐 테이프 없이, 기존의 미사용 접속 핀을 활용하여 방사 노이즈를 차폐함으로써, 회로 공정의 수율이 향상되며, 재료비 절감, 공간의 경제성을 가진다.

뿐만 아니라, 방사 노이즈의 근원을 원천적으로 차폐함으로써 탁월한 노이즈 차단 효과를 가지며, 특히 저주파대에서 전자파 노이즈 감쇠에서 탁월한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 트랜스포머에 있어서:

   복수의 접속 핀과;

   상기 복수의 접속 핀중 일부의 접속 핀들에 접속되어 권장된(winded) 제 1 권선과,

   상기 복수의 접속 핀중 또 다른 접속 핀들에 접속되어 권장된 제 2 권선을 포함하고,

   상기 제 2 권선의 제 1 단에 연결된 접속 핀은 접지와 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 권선은 상기 제 1 권선을 차폐하도록 권장된 트랜스포머.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 권선의 제 2 단에 연결된 접속핀은 전기적으로 개방된 상태인 트랜스포머.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 권선과 제 2 권선은 각각 복수의 계층으로 권장되며, 상기 제 2 권선층의 상기 제 1 권선층의 하위 계층과 상위 계층에 위치하도록 권장되는 트랜스포머.