KR200456894Y1 - Ｓｍｐｓ용 낮은 프로파일의 트랜스포머 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 관한 것으로, 본 고안에 의하면, 중족(131a)이 원기둥 형상인 자기코어(130); 절연층(112)이 피복된 와이어(111)(insulated wire)로서 상기 자기코어(130)의 중족(131a)에 외삽되도록 중앙에 제1 코어삽입홀(110a)을 형성하면서 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취하여 인가되는 시변전류에 의해서 상기 자기코어(130)에 자속(magnetic flux)을 형성하는 1차권선(110); 상기 자기코어(130)의 중족(131a)에 외삽되고 상기 제1 코어삽입홀(110a)과 연통하도록 중앙에 제2 코어삽입홀(120a)이 형성되어 있는 박막의 시트 형상이고 상기 평판상의 1차권선(110)의 상면과 하면 중에 적어도 일면에 접촉 구비하여서 상기 자기코어(130)에 형성되는 시변자속에 의해서 유도기전력이 발생되는 2차권선(120)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 제품의 높이를 낮출 수 있고 2차권선과의 절연을 위한 별도의 절연수단이 필요가 없게 되는 이점이 있다.
SMPS, 트랜스포머, 낮은 프로파일, 절연, 동심

Description

ＳＭＰＳ용 낮은 프로파일의 트랜스포머{low profile transformer for SMPS}
본 고안은 낮은 프로파일의 SMPS(Switch Mode Power Supply)용 트랜스포머에 관한 것으로, 특히 절연층이 피복된 와이어로 된 1차권선을 동심원 형태로 평판상으로 구성함으로써 제품의 높이를 낮출 수 있고 2차권선과의 절연을 위한 별도의 절연수단이 필요가 없도록 하기에 적당하도록 한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 관한 것이다.
일반적으로 전원은 LPS(Linear Power Supply)와 SMPS(Switch Mode Power Supply)로 나눌 수 있다. LPS는 일정한 권선비를 갖는 변압기를 사용하여 상용전원으로부터 저전압의 교류를 얻고 이를 정류하고 필터링하여 직류를 얻고 전력 반도체 소자를 선형 영역에서 일층의 가변저항으로 사용하여 이 직류를 부하에 적절한 일정 전류로 전환한다.
한편, SMPS에서 상용 교류전원을 직접 정류하고 필터링하여 직류를 얻고, 전력용 반도체 소자를 스위치 모드에서 사용하여 이 직류전압을 고주파수의 구형파로 변환하고, 구형파의 전압을 일정 권선비를 갖는 절연 변압기에 인가한 후 2차측에 나타난 전압 파형을 정류하고 필터링하여 전압을 직류전원으로 변환한다.
이때 부하에 일정한 직류전원을 공급하기 위하여 스위치의 ON/OFF 시간을 조절한다.
이러한 SMPS에 실장되는 핵심 부품이 트랜스포머인데, 최근에는 높이를 낮게 하여 고주파용으로 사용하는 낮은 프로파일의 트랜스포머(또는 플랫 트랜스포머)가 알려져 있다.
도 1에는 종래 기술에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 분해 구성도가 도시되어 있고, 도 2에는 종래 기술에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 종래 기술에 있어서 켑톤테이프에 의해서 편조된 상태를 보이기 위한 1차권선의 상세 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 종래 기술에 있어서 켑톤테이프에 의해서 절연된 상태를 보이기 위한 2차권선의 상세 구성도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 종래기술에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머는, 1차권선(11)에 인가되는 시변전류에 의해서 유도되는 자속이 폐루프를 형성하도록 단면이 대략 E-I 형태로서 중족(13a)이 원기둥 형상인 자기코어(13)와, 박형의 동막시트(copper sheeet)(11a)를 자기코어(13)의 중족에 대하여 권취하여 인가되는 시변전류에 의해서 자기코어(13)에 자속(magnetic flux)을 형성하는 1차권선(11)과, 박막의 시트 형상으로서 상기 1차권선(11)의 상측과 하측에 접촉 구비하여서 상기 자기코어(13)에 형성되는 시변자속에 의해서 유도기전력이 발생되는 2차권선(12)으로 구성된다.
1차권선(11)과 자기코어(13) 간에 절연을 위해서 중족(13a)의 외주면 절연테 이프가 권취됨은 물론이다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 1차권선(11)이 박형의 동막시트(11a)로 구성되는데, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 1차권선 사이의 절연을 위해서 동막시트(11a)에 켑톤테이프(11b)로 편조하여 절연하는데, 이러한 켑톤페이프(11b)로 편조하기 위해서는 별도의 장비인 편조기를 갖추어서 수행된다.
그런데, 이러한 편조기에 의한 켑톤테이프(11b)의 편조는 별도의 편조기를 구비하여야만 하고, 동막시트(11a) 전체를 편조하여야 하므로 제작 시간이 많이 소요되고, 따라서 전체적으로 제품의 코스트가 상승한다는 문제점이 있었다.
둘째, 동막시트(11a)를 말아서 1차권선(11)을 형성하므로 높이가 상대적으로 높다는 문제점이 있었다.
셋째, 2차권선(12)과 자기코어(13)와의 절연을 위해서 2차권선(12)의 옆면까지 켑톤테이프(12b)로 절연하여야 하므로 제조공수와 생산시간이 증가하고 그 결과 제품 코스트가 높아지는 문제점이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 고안에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 목적은,
첫째 절연층(112)이 피복된 와이어(insulated wire)를 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취하여 1차권선(110)을 구성함으로써, 별도의 편조기에 의한 편조테이프로 절연처리할 필요가 없으므로 작업공정(작업시간, 작업효율 등)을 획기적으로 향상시킬 수 있고 그 결과 제품코스트를 현저하게 낮출 수 있도록 하고,
둘째 1차권선(110)의 피복된 절연층(112)이 1차권선(110)과 2차권선(120) 간의 절연재 역할을 함으로써 1차권선(110)과 2차권선(120) 간에 별도의 절연수단을 구비하지 않아도 되고, 그 결과 부품수를 줄여서 작업공정을 개선하고 제품코스트를 낮출 수 있도록 하며,
셋째 절연층(112)이 피복된 와이어(insulated wire)를 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취함으로써 높이가 더욱더 낮아져서 제품의 박형소형화를 구현할 수 있도록 하며,
넷째 1차권선(110)과 2차권선(120)을 상호배치(interleave)하는 구성에 의해서 결합률(coupling coefficient)을 높일 수 있도록 하며,
다섯째 2차권선과 자기코어 간의 절연을 위해서 종래와 같이 별도의 편조테이프로 절연할 필요가 없이 간단한 스페이서(140)를 채용함으로써, 2차권선(120)과 자기코어(130) 간에 절연을 구현할 수 있으므로, 작업공정이 획기적으로 개선되어서 제품코스트를 현격하게 낮출 수 있도록 하기에 적당하도록 한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머를을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안인 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머는, 중족이 원기둥 형상인 자기코어; 절연층이 피복된 와이어(insulated wire)로서 상기 자기코어의 중족에 외삽되도록 중앙에 제1 코어삽입홀을 형성하면서 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취하여 인가되는 시변전류에 의해서 상기 자기코어에 자속을 형성하는 1차권선; 상기 자기코어의 중족에 외삽되고 상기 제1 코어삽입홀과 연통하도록 중앙에 제2 코어삽입홀이 형성되어 있는 박막의 시트 형상이고 상기 평판상의 1차권선의 상면과 하면 중에 적어도 일면에 접촉 구비하여서 상기 자기코어에 형성되는 시변자속에 의해서 유도기전력이 발생되는 2차권선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 고안인 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 절연층(112)이 피복된 와이어(insulated wire)를 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취하여 1차권선(110)을 구성함으로써, 별도의 편조기에 의한 편조테이프로 절연처리할 필요가 없으므로 작업공정(작업시간, 작업효율 등)을 획기적으로 향상시킬 수 있고 그 결과 제품코스트를 현저하게 낮출 수 있는 효과가 있다.
둘째, 1차권선(110)의 피복된 절연층(112)이 1차권선(110)과 2차권선(120) 간의 절연재 역할을 함으로써 1차권선(110)과 2차권선(120) 간에 별도의 절연수단을 구비하지 않아도 되고, 그 결과 부품수를 줄여서 작업공정을 개선하고 제품코스트를 낮출 수 있는 효과가 있다.
셋째, 절연층(112)이 피복된 와이어(insulated wire)를 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취함으로써 높이가 더욱더 낮아져서 제품의 박형소형화를 구현할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 1차권선(110)과 2차권선(120)을 상호배치(interleave)하는 구성에 의해서 결합률(coupling coefficient)을 높일 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 2차권선과 자기코어 간의 절연을 위해서 종래와 같이 별도의 편조테이프로 절연할 필요가 없이 간단한 스페이서(140)를 채용함으로써, 2차권선(120)과 자기코어(130) 간에 절연을 구현할 수 있으므로, 작업공정이 획기적으로 개선되어서 제품코스트를 현격하게 낮출 수 있는 효과가 있다.
다음은 본 고안인 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.
도 5에는 본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 정면도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 5에 있어서 1차권선과 2차권선의 간의 상세 연결 구성도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 있어서 1 차권선의 단면도가 도시되어 있고, 도 11에는 본 고안에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 있어서 자기코어의 변형된 실시예의 사시도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머(100)는, 1차권선(110)에 인가되는 시변전류에 의해서 유도되는 자속이 폐루프를 형성하고 중족(131a)이 원기둥 형상인 자기코어(130)와, 절연층(112)이 피복된 와이어(111)(insulated wire)로서 상기 자기코어(130)의 중족(131a)에 외삽되도록 중앙에 제1 코어삽입홀(110a)을 형성하면서 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취하여 인가되는 시변전류에 의해서 상기 자기코어(130)에 자속(magnetic flux)을 형성하는 1차권선(110)과, 상기 자기코어(130)의 중족(131a)에 외삽되고 상기 제1 코어삽입홀(110a)과 연통하도록 중앙에 제2 코어삽입홀(120a)이 형성되어 있는 박막의 시트 형상이고 상기 평판상의 1차권선(110)의 상면과 하면 중에 적어도 일면에 접촉 구비하여서 상기 자기코어(130)에 형성되는 시변자속에 의해서 유도기전력이 발생되는 2차권선(120)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하면, 절연층(112)이 피복된 와이어(insulated wire)를 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취하므로 1차권선(110)에 별도의 편조기로 편조테이프로 절연처리할 필요가 없어서 생산공정(생산시간, 생산효율 등)을 획기적으로 개선시킬 수 있고 그 결과 제품코스트를 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한 1차권선(110)의 피복된 절연층(112)이 1차권선(110)과 2차권선(120) 간의 절연재 역할을 하므로, 1차권선(110)과 2차권선(120) 간에 별도의 절연수단을 구비하지 않아도 되는 이점이 있다.
그리고, 절연층(112)이 피복된 와이어(insulated wire)를 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취하므로, 높이를 더욱더 낮출 수 있어서 제품의 박형소형화를 구현할 수 있는 이점이 있다.
본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머(100)에 있어서, 상기 1차권선(110)은 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이 2중절연(double insulated) 또는 삼중절연(triple insulated)으로 피복되어서 절연층(111)이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머(100)에 있어서, 상기 1차권선(110)은 서로 밀착되어서 동심원의 평판형태로 권취되는 것이 바람직하다.
본 고안의 일 실시예의 경우에는, 상기 자기코어(130)는 중앙부에는 원기둥 형상의 중족(131a)이 형성되고 상기 중족(131a)에서 권선삽입공간(S1)을 사이에 두고 이격되어서 한 쌍의 외족(131b)이 형성되어 있는 길이방향(중족에서 외족으로의 방향)의 단면이 대략 E 형태인 코어바디(131)와, 상기 코어바디(131)를 덮어서 폐루프를 형성하도록 중족(131a) 및 외족(131b)과 접하는 길이방향의 단면이 대략 I 형태인 코어덮개(132)로 구성될 수 있을 것이다.
이러한 자기코어(130)는 도 5에 도시된 형태에 한정되지 않고 예컨대 도 11에 도시된 예와 같이 다양하게 변형된 형태로 구성될 수 있음은 물론이다.
본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머(100)에 있 어서, 상기 1차권선(110)은 직렬로 다층(multilayer)으로 구성되고, 상기 2차권선(120)은 상기 다층의 1차권선(110) 사이에 직렬로 삽입 구비됨으로써, 상기 1차권선(110)과 2차권선(120)은 상호배치(interleave)되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하면, 결합률(coupling coefficient)을 높일 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 1차권선(110)과 2차권선(120)을 상호배치하더라도 1차권선(110)의 피복된 절연층(112)이 1차권선(110)과 2차권선(120) 간의 절연재 역할을 수행하므로 별도의 절연수단을 구비하지 않아도 되는 이점이 있고, 그 결과 제조공정을 획기적으로 개선하여 제품 코스트를 현격하게 낮출 수 있는 이점이 있다.
본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머(100)에 있어서, 상기 자기코어(130)의 중족(131a)에 외삽되고 중앙에 중앙홀(140a)이 형성되어 있는 박막의 시트 형상으로서, 상기 2차권선(120)이 자기코어(130)의 외족(131b)과 간극(d1)을 유지하도록 상기 2차권선(120)의 반경보다 큰 반경을 형성하고 있는 스페이서(140)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 스페이서(140)구성에 의하면, 2차권선(120)에 별도의 절연테이프를 붙일 필요가 없이도 2차권선(120)과 자기코어(130) 간에 절연을 구현할 수 있으므로, 공정이 획기적으로 감소하여 제품코스트를 현격하게 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 9에는 본 고안의 다른 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 있어서 1차권선(110)과 2차권선(120) 간의 상세 연결 구성도가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 실시예의 경우에는 1차권선(110)을 단일층(single layer)으로 형성하고 이 단일층의 1차권선(110)의 상면과 하면에 2차권선(120)을 구비(이때 스페이서(140)를 2차권선(120)의 아래에 구비할 수 있음)하고 있는 것을 특징으로 하는데, 이러한 실시예의 경우에도 본원고안의 기술적 범위에 속함은 물론이다.
도 10에는 본 고안의 또 다른 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 있어서 도 5 내지 도 7의 1차권선과 2차권선의 결합 모듈이 복수로 구비된 경우의 상세 결합 구성도가 도시되어 있다.
도 10에 도시된 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머(100)의 경우는, 상기 상호배치된 1차권선(110)과 2차권선(120)의 모듈을 복수로 구비하고 이와 같이 상호배치된 1차권선(110)과 2차권선(120)의 모듈을 병렬 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다(도 10의 도면 자체에서는 단자 간의 병렬 접속이 되도록 도시되지 않았으나 병렬 접속은 단순히 단자들을 연결하면 구성되는 것임은 물론임).
상기와 같이 상호배치된 1차권선(110)과 2차권선(120)의 모듈을 복수로 병렬 구성하더라도 그 높이가 높지 않아서 낮은 프로파일의 트랜스포머의 기본 조건인 낮은 높이를 충족할 수 있게 된다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 고안인 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 동작과정에 대하여 기술한다.
제작하는 과정을 살펴보면, 종래와 같이 1차권선(110)과 2차권선(120) 간의 절연을 위해서 별도의 편조기에 의해서 켑톤테이프로 절연처리할 필요가 없이 1차권선(110) 사이에 2차권선(120)을 끼워넣기만 하면 조립 작업이 완성되므로 매우 신속하고도 간편하게 제품을 완성할 수 있다.
그리고, 2차권선(120)과 자기코어(130) 간의 절연을 위해서 종래와 같이 2차권선(120)의 옆면을 켑톤테이프로 절연 처리할 필요가 없이 스페이서(140)를 중족(131a)에 삽입만 하면 되므로 2차권선(120)의 절연 처리가 종래에 비해서 획기적으로 향상된다.
1차권선(110)에 시변전류가 인가되면 자기코어(130)에는 시변자속이 폐루프를 이루면서 형성되고, 자기코어(130)에 형성된 시변자속이 2차권선(120)에 유도기전력을 형성한다.
이때 1차권선(110)과 2차권선(120)은 상호배치 방식으로 구성되어 있으므로 결합률이 높아져서 트랜스포머의 효율이 높아지게 된다.
상기의 본 고안의 실시예는 본 고안의 기술적 사상의 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 고안의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
도 1은, 종래 기술에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 분해 구성도이다.
도 2는, 종래 기술에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 단면도이다.
도 3은, 종래 기술에 있어서 켑톤테이프에 의해서 편조된 상태를 보이기 위한 1차권선의 상세 구성도이다.
도 4는, 종래 기술에 있어서 켑톤테이프에 의해서 절연된 상태를 보이기 위한 2차권선의 상세 구성도이다.
도 5는, 본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머의 분해 사시도이다.
도 6은, 도 5의 정면도이다.
도 7은, 도 5에 있어서 1차권선과 2차권선의 간의 상세 연결 구성도이다.
도 8은, 본 고안의 일 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 있어서 1차권선의 단면도이다.
도 9는, 본 고안의 다른 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 있어서 1차권선과 2차권선 간의 상세 연결 구성도이다.
도 10은, 본 고안의 또 다른 실시예에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 있어서 도 5 내지 도 7의 1차권선과 2차권선의 결합 모듈이 복수로 구비된 경우의 상세 결합 구성도이다.
도 11은, 본 고안에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머에 있어서 자기코어의 변형된 실시예의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 ; 본 고안에 의한 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머
110 ; 1차권선 110a; 제1 코어삽입홀
111 ; 절연층 112 ; 와이어
120 ; 2차권선 120a; 제2 코어삽입홀
130 ; 자기코어 131 ; 코어바디
131a; 중족 131b; 외족
S1 ; 권선삽입공간 132 ; 코어덮개
140 ; 스페이서 140a; 중앙홀
d1 ; 간극

Claims (3)

  1. 중족(131a)이 원기둥 형상인 자기코어(130);
    절연층(112)이 피복된 와이어(111)(insulated wire)로서, 상기 자기코어(130)의 중족(131a)에 외삽되도록 중앙에 제1 코어삽입홀(110a)을 형성하면서 동심원 형태의 평판상(disk shaped)으로 권취하여 인가되는 시변전류에 의해서 상기 자기코어(130)에 자속(magnetic flux)을 형성하는 1차권선(110);
    상기 자기코어(130)의 중족(131a)에 외삽되고 상기 제1 코어삽입홀(110a)과 연통하도록 중앙에 제2 코어삽입홀(120a)이 형성되어 있는 박막의 시트 형상이고, 상기 평판상의 1차권선(110)의 상면과 하면 중에 적어도 일면에 접촉 구비하여서, 상기 자기코어(130)에 형성되는 시변자속에 의해서 유도기전력이 발생되는 2차권선(120)을 포함하여 구성되고,
    상기 1차권선(110)은 직렬로 다층(multilayer)으로 구성되고, 상기 2차권선(120)은 상기 다층의 1차권선(110) 사이에 직렬로 삽입 구비됨으로써, 상기 1차권선(110)과 2차권선(120)은 상호배치(interleave)되며,
    상기 자기코어(130)의 중족(131a)에 외삽되고 중앙에 중앙홀(140a)이 형성되어 있는 박막의 시트 형상으로서, 상기 2차권선(120)이 자기코어(130)의 외족(131b)과 간극(d1)을 유지하도록 상기 2차권선(120)의 반경보다 큰 반경을 형성하고 있는 스페이서(140)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 SMPS용 낮은 프로파일의 트랜스포머.
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  3. 삭제
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