KR20190014727A - 듀얼 코어 평면 트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 듀얼 코어 평면 트랜스포머는, 평판형의 상부 코어 및 상기 상부 코어와 전자기 결합되는 평판형의 하부 코어, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 배치되는 복수 개의 평판형 기판, 및 상기 복수 개의 기판 상에 이중 나선형 구조로 형성되는 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어는 서로 마주보는 면이 돌출부 없이 평평한 것을 특징으로 한다.

Description

듀얼 코어 평면 트랜스포머{Dual Core Planar Transformer}

본 발명은 평면 트랜스포머에 대한 것으로, 보다 상세하게는 듀얼 코어 평면 트랜스포머에 관한 것이다.

트랜스포머의 소형화는 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 가능해지지만, 소형화에 따른 방열면적이 감소하여 손실이 증가하게 되며, 이 손실량은 스위칭 주파수의 증가에 따라 비례적으로 증가하게 되고, 권선형 트랜스포머는 100 kHz 이상의 스위칭 주파수에서 표피효과(skin effect)와 근접효과(proximity effect)에 의한 손실 증가로 인해 고주파의 스위칭 주파수를 갖는 전원장치에는 응용하기가 어렵다. 반면 넓은 유효 단면적을 갖는 평면 트랜스포머는 고주파 손실을 감소시켜 고주파 대역용 전원장치에 사용이 가능하여 소형화와 고효율화를 동시에 이룰 수 있는 특징이 있다.

통상적으로 종래의 평면형 트랜스포머는 적층 PCB에 1차권선과 2차권선을 구현하여, 권선형 트랜스포머와 같은 특성을 갖게 하는 것이다. 그러나 권선형에 비해 얇고 넓은 권선 패턴을 갖는 평면형은 권선수가 늘어나면 이를 배치하기 위해 PCB 적층수가 늘어나게 되는 단점이 있다.

한국 등록특허공보 제10-0366241호는 박막 평면형 트랜스포머에 관한 것으로 소형화를 위해 PCB 상에 동판을 상, 하로 권선을 배치하여, 복수 개의 층을 적층하고, 상부와 하부의 페라이트 E 코어로 형성하는 기술이 개시되어 있다.

하지만, 종래의 기술은 트랜스포머의 중앙에 페라이트 코어의 돌출부(또는 중족)로 인해 부피가 크고, 코일의 권선 수가 많을 경우 PCB의 적층 수가 늘어나야 했다. 또한, 상부와 하부의 페라이트 E 코어의 돌출부로 인해 PCB에 E 코어 돌출부가 들어갈 수 있는 PCB hole을 제작하는 PCB 제작 공정으로 추가된다.

따라서, PCB 평면 코일의 권선 수에 따라 늘어나는 PCB 기판의 적층 수를 늘리지 않는 동시에 경량화가 가능한 평면 트랜스포머 기술이 요구되고 있다.

한국등록특허공보 제10-0366241호

본 발명은 기판의 수를 줄여 소형화가 가능한 듀얼 코어 평면 트랜스포머를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명은 트랜스포머의 페라이트 E코어의 중심부가 돌출되는 형상이 없이 소형화가 가능한 듀얼 코어 평면 트랜스포머를 제공할 수 있도록 한다.

본 발명은 트랜스포머의 구조를 변화시켜 제조가 용이한 듀얼 코어 평면 트랜스포머를 제공하여 경제성을 높일 수 있도록 한다.

본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머는, 평판형의 상부 코어 및 상기 상부 코어와 전자기 결합되는 평판형의 하부 코어, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 배치되는 복수 개의 평판형 기판, 및 상기 복수 개의 기판에 평판형 이중 나선형 구조로 형성되는 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어는 서로 마주보는 면이 돌출부 없이 평평한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 복수 개의 평판형 기판은, 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어를 관통시키기 위한 관통홀이 없는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 상부 코어 및 상기 하부 코어와 상기 관통홀이 없는 복수 개의 평판형 기판이 결합되어 마그네틱 플럭스(Magnetic Flux)가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일의 내부 지름을 기준으로 상기 트랜스포머의 유효면적이 형성되는 것을 특징으로 한다

본 발명의 상기 복수 개의 평판형 기판은, 상기 1차 코일이 형성되는 제1 기판 및 제2 기판, 및 상기 2차 코일이 형성되는 상기 제2 기판 및 제3 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제2 기판과 상기 제3 기판 사이에는, 제1의 2차 코일 및 제2의 2차 코일이 형성되고, 상기 제1의 2차 코일과 상기 제2의 2차 코일은, 권선 방향이 서로 반대인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제1 기판은, 상기 1차 코일이 안착될 수 있는 패턴 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제2 기판은, 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일이 안착될 수 있는 패턴 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제3 기판은, 상기 제1 및 제2의 2차 코일이 안착될 수 있는 패턴 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 1차 코일은, 비아홀을 통해 1차 권선 단자와 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 밞명의 상기 제1의 2차 코일 및 제2의 2차 코일은, 비아홀을 통해 2차 권선 단자와 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 소형화된 듀얼 코어 평면 트랜스포머를 고전력 초박형 장비에 설치할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기존의 평면형 트랜스포머에 비해 에너지 효율이 우수하다.

본 발명에 의하면, 기존의 평면형 트랜스포머에 비해 보다 적은 기판 수로 구성할 수 있어 트랜스포머의 두께를 얇게 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 기존의 평면형 트랜스포머에 비해 보다 가볍다.

본 발명에 의하면, 페라이트 코어의 상, 하단면을 얇은 평면형태로 만들 수 있어서 제조 원가 절감할 수 있다.

본 발명에 의하면, 이중 나선형 구조로 인한 효율 향상으로 2차권선의 금속 두께를 줄일 수 있다.

본 발명에 의하면, 기존의 평면형 트랜스포머에 비해 보다 적은 PCB 적층으로 시스템에 온 보드(On-board)가 가능하다.

본 발명에 의하면, 적층되는 기판의 감소로 인한 위/아래층의 선로패턴에서 발생하는 권선 캐패시턴스(winding capacitance)가 감소하여 효율을 개선할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 트랜스포머의 구성을 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 듀얼 코어 평면 트랜스포머를 A-A' 기준으로 자른 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머의 구성을 구체적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머의 코어부와 기판을 제거한 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머의 2차 코일의 형상을 도시한 도면이다.

이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다.

도 1은 종래 기술에 따른 트랜스포머의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 트랜스포머는 상, 하부 코어(300, 400)가 E자 형태로, 중앙에 돌출부(301, 401)를 형성하고, 항상 돌출부 사이의 에어갭(air gap)을 트랜스포머의 특성 맞게 형성해야 한다. 이와 같이 에어갭이 형성된 돌출부(301, 401)를 형성하면 내부의 코일을 고정하기에는 용이하지만, 트랜스포머의 두께를 줄일 수 없어 소형화에 한계가 있다.

도 2는 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 듀얼 코어 평면 트랜스포머를 A-A' 기준으로 자른 단면을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머의 구성을 구체적으로 도시한 분해 사시도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머는, 돌출부가 없는 평판 형상의 한 쌍의 상부 코어 및 하부 코어(11, 12), 페라이트 코어를 관통시키기 위한 관통홀이 없는 기판(21, 22, 23) 및 평면 코일(31, 32, 33)을 포함한다.

초박형 PCB로 인해 대면 되는 한 쌍의 페라이트 상, 하부 코어(11, 12)는 관통홀이 없이도 평면 코일의 인가 전류에 의해 형성되는 마그네틱 플럭스(Magnetic flux)가 유도되어 1, 2차 코일이 전자기 결합한다. 상부 코어(11)와 하부 코어(12)의 서로 마주보는 면에 어떠한 돌출부를 형성하지 않은 평평하고 얇은 판 형태일 수 있다. 이에 따라, 트랜스포머는 돌출부로 인해 높이를 증가시킬 필요가 없어, 소형화가 가능하다.

본 발명에 있어서, 한 쌍의 코어(11, 12)는 테이프 등에 감싸지거나, 추가적으로 고정부재를 구비하여 고정될 수 있다.

기판(21~23)은 순차적으로 적층되는 제1 기판(21) 내지 제3 기판(23)을 포함할 수 있다. 기존의 기판은, 한 쌍의 코어가 구비한 돌출부를 수용하기 위해 관통 홀을 형성하여야 했다. 이에 따라, 트랜스포머의 전체 높이를 줄이기 위해 E자형 코어를 구비한 트랜스포머의 돌출부의 유효면적(Ae)과, 빈 공간(air gap)을 늘려 높이를 낮추는 방식이 개시될 수 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 한 쌍의 코어(11, 12)에 돌출되는 형태를 제작하지 않는 방식을 이용하여, 유효면적을 최대한으로 늘리고, 전체 높이를 낮추게 된다.

본 발명에 있어서, 한 쌍의 코어(11, 12)가 돌출부를 구비하지 않으므로, 한 쌍의 코어(11, 12) 내에 존재하는 기판(21~23) 또한, 돌출부를 수용하는 관통홀이 없는 평판형 기판 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 트랜스포머를 제작하는 과정에서 제조 공정이 줄어들어, 제작의 효율성이 증대될 수 있다.

본 발명에 있어서, 각각의 기판(21~23)에는 권선단자를 연결하기 위한 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(21~23)의 가장자리 길이 방향 중심부에는 1차 권선단자(L1)가 연결될 수 있으며, 반대 방향에는 2차 권선단자(L2)가 연결될 수 있다.

코일(31~33)은 1차 코일(31)과 2차 코일(32, 33)을 포함한다. 1, 2차 코일(31~33)은 두 개의 평면 권선이 8자 형태로 결합된, 이중 나선형 형태로 이루어지며, 2차 코일(32, 33) 사이에는 기판이 존재하지 않고, 결합된 형태로 존재할 수 있다. 본 발명에 있어서, 1, 2차 코일(31~32)은 권선 수는 증가하지만 이를 배치하기 위한 PCB층 수를 줄이기 위해 두 개의 나선이 연결된 8자 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 1, 2차 코일(31~33)의 권선 방향은 서로 반대일 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판(21~23)에는 비아홀(V)이 형성될 수 있으며, 비아홀을 통해 이중 나선형 코일은 권선된 각각이 권선단자(L1, L2)와 전기적으로 연결된다. 즉, 1차 권선(L1)은 비아홀을 통해 1차 코일(31)과 연결되고, 2차 코일(32)은 비아홀을 통해 2차 권선단자(L2)와 연결될 수 있다. 비아홀은 복수 개 형성될 수 있으며, 1, 2차 코일(31 ~33)은 각각의 비아홀을 통해 연결될 수 있다.

본 발명에 있어서, 기판(21~23)은 1, 2차 코일(31~33)이 구비될 수 있는 관통 홀을 형성할 수 있다. 제1 기판(21)의 하면과 제2 기판(22)의 상면은, 1차 코일(31)이 안착될 수 있는 1차 코일(31)의 권선과 동일한 패턴 홀이 형성될 수 있다. 제2 기판(22)의 하면에는 2차 코일(32, 33)이 안착될 수 있는, 2차 코일(32, 33)의 권선과 동일한 패턴의 홀이 형성될 수 있다. 또한, 제3 기판(23)은 2차 코일(32, 33)의 하면이 안착될 수 있는 패턴 홀이 형성될 수 있다. 이에 따라, 기판 상에 코일이 형성되는 것이 아닌 소정 간격 기판 내로 삽입되는 형태를 이룸으로써, 1, 2차 코일(31~33) 전체를 기판(21~23)으로 완전히 감싸고, 트랜스포머의 전체 높이를 줄일 수 있다.본 발명에 있어서, 기판(21~23)은 1, 2차 코일(31~33)을 감싸기 위한 패턴 홀을 형성하였지만, 1, 2차 코일(31~33)을 감쌀 수 있는 다른 소재의 기판일 경우, 패턴 홀을 형성하지 않고도 본 발명을 구현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 트랜스포머는 금속 부분이 없는 1, 2차 코일(31~33)의 내부 지름을 기준으로 트랜스포머의 유효면적(Ae)으로 형성되므로, 종래의 돌출부를 트랜스포머의 유효면적으로 간주했던 것에 비해, 더 넓은 유효 단면적을 가지게 된다. 따라서, 넓어진 유효면적으로, 트랜스포머의 고주파 손실을 감소시켜 고주파 대역용 전원장치에 사용이 가능하여 소형화와 고효율화를 동시에 이룰 수 있다.

도 5는 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머의 코어부와 기판을 제거한 형상을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 듀얼 코어 평면 트랜스포머의 2차 코일의 형상을 확대 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 1차 코일(31)은 좌측 평면 권선(311)과 우측 평면 권선(312)이 연결부(313)를 통해 이중 나선형 형태로 연결된다. 또한, 2차 코일(32, 33)은 제1의 2차 코일(32)과 제2의 2차 코일(33)을 포함한다.

제1의 2차 코일(32)은 연결부(323)를 통해 좌측 평면 권선(321)과 우측 평면 권선(322)이 연결된다. 또한, 제2의 2차 코일(33)도 연결부(미도시)를 통해 좌측 평면 권선과 우측 평면 권선이 연결된다. 이 때, 각각의 연결부는 제1의 2차 코일과 제2의 2차 코일의 권선 방향이 다르기 때문에 서로 교차될 수 있다.

1차 코일(31)은 2턴의 평면 권선이 하나의 이중 나선을 구성하는데 반해 2차 코일(32, 33)은 8턴의 평면 권선이 이중 나선을 구성하므로, 1차 코일(31)은 2차 코일(32, 33)에 비해 권선의 폭이 더 넓을 수 있다.

종래에는 8턴의 평면 권선이 4개의 층으로 형성되어 32턴을 구성하는 1차 코일의 기술이 개시되었지만, 본 발명에 있어서, 8턴의 평면 권선이 하나의 층에 이중 나선형태로 형성되어, 하나의 층에 총 16턴의 평면 권선이 형성될 수 있다. 따라서 2개의 층만으로 32턴을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 2차 코일(32, 33)의 턴수는 32턴으로 종래와 동일하지만, 2개의 층만으로 구현할 수 있으므로 기판의 수를 줄일 수 있다.

또한, 1차 코일(31)도 종래의 2턴의 평면 권선이 2개의 층으로 형성되었으나, 이중 나선형태로 인해 1개의 층에 형성 가능하다.

본 발명에 따르면, 1, 2차 코일(31~33)을 이중 나선 구조로 형성함으로써, 종래에 같은 효과를 내기 위해 5층의 PCB 기판을 사용하였으나, 3층의 PCB 기판으로 줄여 소형화가 가능하고 효율성이 높아질 수 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

11, 12: 상, 하부 코어
21, 22, 23: 제1, 2, 3 기판
31: 1차 코일
32, 33: 제1의 2차 코일, 제2의 2차 코일
311, 312, 321, 322: 좌, 우 평면 권선
313, 323: 연결부
L1, L2: 제1, 2 권선단자
V: 관통홀

Claims (11)

1. 평판형의 상부 코어 및 상기 상부 코어와 전자기 결합되는 평판형의 하부 코어;
   상기 상부 코어 및 상기 하부 코어 사이에 배치되는 복수 개의 평판형 기판; 및
   상기 복수 개의 기판에 평판형 이중 나선형 구조로 형성되는 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며,
   상기 상부 코어 및 상기 하부 코어는 서로 마주보는 면이 돌출부 없이 평평한, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 평판형 기판은,
   상기 상부 코어 및 상기 하부 코어를 관통시키기 위한 관통홀이 없는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.
3. 제2항에 있어서,
   상기 상부 코어 및 상기 하부 코어와 상기 관통홀이 없는 복수 개의 평판형 기판이 결합되어 마그네틱 플럭스(Magnetic Flux)가 형성되도록 하는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머
4. 제1항에 있어서,
   상기 1차 코일 및 상기 2차 코일의 내부 지름을 기준으로 상기 트랜스포머의 유효면적이 형성되는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머
5. 제2항에 있어서,
   상기 복수 개의 평판형 기판은,
   상기 1차 코일이 형성되는 제1 기판 및 제2 기판; 및
   상기 2차 코일이 형성되는 상기 제2 기판 및 제3 기판을 포함하는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 기판과 상기 제3 기판 사이에는,
   제1의 2차 코일 및 제2의 2차 코일이 형성되고,
   상기 제1의 2차 코일과 제2의 2차 코일은, 권선 방향이 서로 반대인, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 기판은,
   상기 1차 코일이 안착될 수 있는 패턴 홀이 형성되는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제2 기판은,
   상기 1차 코일 및 상기 2차 코일이 안착될 수 있는 패턴 홀이 형성되는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.
9. 제5항에 있어서,
   상기 제3 기판은,
   상기 제1 및 제2의 2차 코일이 안착될 수 있는 패턴 홀이 형성되는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.
10. 제5항에 있어서,
    상기 1차 코일은,
    비아홀을 통해 1차 권선 단자와 연결되는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.
11. 제6항에 있어서,
    상기 제1의 2차 코일 및 제2의 2차 코일은,
    비아홀을 통해 2차 권선 단자와 연결되는, 듀얼 코어 평면 트랜스포머.

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