KR20190114080A - 노이즈 차단이 보강된 피시비형 영상변류기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB에 관한 것으로서, 일측부와 타측부로 구분되며 일측 중심부가 관통되어 루프를 형성시키는 베이스 기판에 상기 루프를 폐루프 주회하는 폐루프 금속막이 형성된 중심 코어 기판; 상기 베이스 기판과 동일 형상으로 형성되어 상기 중심 코어 기판의 양측에 대칭 부착되는 커버 기판; 상기 커버 기판의 루프 부분에 형성된 인쇄회로 패턴과 상기 커버 기판에 상호 연결되는 비어홀로 상기 커버 기판의 루프 부분에 코일을 형성시켜, 상기 루프 부분을 토로이달 코어로 형성시키는 ZCT 코어부; 상기 중심 코어기판의 베이스 기판 타측부에 형성되며 상기 ZCT 코어부의 전류변화를 감지하는 ZCT 회로부로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여 피시비 기판에 인쇄회로 패턴으로 ZCT를 형성시키면서 전자기적 노출을 차단하여 외부 노이즈에 강인하고, ZCT 회로부를 형성시키는 소자에 필수적인 인덕턴스 코일을 평판형으로 형성시키는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB가 제공되는 이점이 있다.

Description

노이즈 차단 보강형 영상변류기 내장식 피시비{Noize shield reinforceing type PCB with inter-loading ZCT}

본 발명은 ZCT에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 ZCT 및 회로부를 기판에 인쇄회로 패턴으로 형성시키며, 이에 의해 제기되는 노이즈 문제를 해결하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB에 관한 것이다.

ZCT(zero current transformer : 영상변류기)는 전기 사용시 누전사고에 의한 누전 전류를 검출하는 장치로서, 지락계전기와 조합하여 누전 차단 장치를 제작할 수 있다.

영상전류란 3상 교류 회로에서 각 상의 전류 중에 동상으로 포함하고 있는 크기가 같은 전류로서, 1차전류에 영상분이 포함되지 않을 때는 영상전류는 각 상의 벡터가 평형이 되어 "0" 이 된다.

ZCT는 내원에 1차 전류 선로가 관통되는 토로이달 코일로서, 1차 전류에 누전에 의한 영상전류가 포함되면 영상전류에 대응하는 자속이 생기고 이에 의해 토로이달 코일에는 유도 전류가 흐르게 된다.

일반적으로 ZCT는 토로이달 코일 자체를 의미하지만 광의적으로는 유도전류를 증폭하여 출력하는 회로부를 포함하여 구성된다.

종래기술방식의 ZCT는 환형 철심에 코일을 권선하여 변류기를 형성시키고, 상기 코일에 유도되는 전류를 검출하고 이를 전압신호로 변환하여 제어부로 전달하는 ZCT 회로부가 연결되어진다.

이와 같은 종래기술방식의 ZCT는 환형 철심에 코일을 감아 제작되므로 제조 공정이 복잡하고, 코일 권선 간격 오차에 따라 전기적 특성이 일정하지 않은 문제점을 가지고 있어 검출 정확성을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 특허등록 10-1708736에서는 '다층 피시비 코어 구조를 가지는 전류 검출소자'를 개시하여 검출 정확성이 일정하고 생산 자동화가 가능한 ZCT를 제공하고 있다.

그런데, 상기 대한민국 특허등록 10-1708736에 의한 ZCT의 경우 넓은 평판형 피시비에 인쇄회로 패턴으로 코일이 형성되므로 코어의 전자기적 노출로 인하여 노이즈 영향을 크게 받는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허 10-2017-0139917 '누전차단기 인쇄회로기판의 조립 방법'에서는 누전차단기의 기능인 누설전류를 검출하는 기능을 점검하기 위하여 필요한 테스트 회로부의 구성을 통합하여 누전차단기 인쇄회로기판을 종래 조립 방법보다 작업 공정이 적고 수작업이 없는 단계로 조립하는 발명을 소개하고 있다.

상기 발명은 회로소자의 통합 구성을 통해 누전차단기 인쇄회로기판에 조립하는 부품의 수가 줄어들게 하고, 누전차단기 인쇄회로기판에 조립하는 부품의 수가 줄어 부품을 장착하는 공정 수가 줄게 되어 조립공정을 간소화하며, 조립공정의 간소화로 인해 제조원가를 절감하고, 누전차단기 인쇄회로기판에 조립하는 부품의 수가 줄어 누전차단기 인쇄회로기판 내부에 공간을 확보하고, 부품 및 패턴 상호간의 절연 거리를 연장시켜 누전차단기 절연 성능을 개선 할 수 있게 한다.

그러나, 대한민국 공개특허 10-2017-0139917의 명세서에 도시된 도면과 같이 소자의 크기가 크고, 무엇보다도 회로 전체에서 인덕턴스 코일의 사용이 필수적이므로 회로를 평판형으로 구성할 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1198281 '누전 차단기의 노이즈에 의한 오류 방지용 누전 검출 장치'는 미세 노이즈로 인해 누전 차단기가 동작되는 오류는 방지하고, 실제 누설 전류가 발생된 경우에서는 누전 차단기가 정상적으로 동작되어 전원을 차단하는 장치이다.

영상 변류기는 이와 같은 누전 차단기 등에서 전류감지 센서로 사용되므로 노이즈에 강인한 특성을 가지는 것이 필수적이라 할 수 있으나, 현재까지 이에 대응하여 노이즈에 강인한 ZCT 장치가 개발된 바가 없는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록 10-1708736 '다층 피시비 코어 구조를 가지는 전류 검출소자' 대한민국 공개특허 10-2017-0139917 '누전차단기 인쇄회로기판의 조립 방법' 대한민국 등록특허 10-1198281 '누전 차단기의 노이즈에 의한 오류 방지용 누전 검출 장치'

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피시비 기판에 인쇄회로 패턴으로 ZCT를 형성시키면서 전자기적 노출을 차단하여 외부 노이즈에 강인하고, ZCT 회로부를 형성시키는 소자에 필수적인 인덕턴스 코일을 평판형으로 형성시키는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 ZCT에 있어서, 일측부와 타측부로 구분되며 일측 중심부가 관통되어 루프를 형성시키는 베이스 기판에 상기 루프를 폐루프 주회하는 폐루프 금속막이 형성된 중심 코어 기판; 상기 베이스 기판과 동일 형상으로 형성되어 상기 중심 코어 기판의 양측에 대칭 부착되는 커버 기판; 상기 커버 기판의 루프 부분에 형성된 인쇄회로 패턴과 상기 커버 기판에 상호 연결되는 비어홀로 상기 커버 기판의 루프 부분에 코일을 형성시켜, 상기 루프 부분을 토로이달 코어로 형성시키는 ZCT 코어부; 상기 중심 코어기판의 베이스 기판 타측부에 형성되며 상기 ZCT 코어부의 전류변화를 감지하는 ZCT 회로부로 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB를 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 중심 코어기판은 베이스 기판의 타측부 양측면에 비어홀로 관통 연결되어 인덕턴스 코일을 형성시키는 인쇄회로 패턴에 형성되어 상기 ZCT 회로부를 평면상에 구현시키는 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 커버 기판의 양측면에는 상기 베이스 기판과 동일 형상으로 형성되며, 표면에 금속 박막 코팅층이 형성된 노이즈 차단판이 적층 접합되는 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속 박막 코팅층은 상기 루프 형성부에서는 개루프 형성되어 ZCT 코어부의 전류 감지 감도에 전자기적으로 개입되지 않는 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속 박막 코팅층은 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB 전체의 측면에 상기 루프의 형성 방향을 주회하면서 개루프가 유지되는 측면에도 형성되어 노이즈 차단 효과를 상승시키는 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB로 되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하여 피시비 기판에 인쇄회로 패턴으로 ZCT를 형성시키면서 전자기적 노출을 차단하여 외부 노이즈에 강인하고, ZCT 회로부를 형성시키는 소자에 필수적인 인덕턴스 코일을 평판형으로 형성시키는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB가 제공되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 분해 사시도
도 2는 본 발명의 중심 코어 기판의 사시 구조도
도 3은 본 발명의 커버 기판의 사시 구조도
도 4는 본 발명의 ZCT 부분 조립 사시도
도 5는 본 발명의 조립 사시도
도 6은 본 발명의 노이즈 차단판에 형성된 금속 박막 코팅층의 일 실시예 사시도
도 7과 도 8은 본 발명의 금속 박막 코팅층의 또 다른 실시예의 사시도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 중심 코어 기판의 사시 구조도이며, 도 3은 본 발명의 커버 기판의 사시 구조도이며, 도 4는 본 발명의 ZCT 부분 조립 사시도이며, 도 5는 본 발명의 조립 사시도이며, 도 6은 본 발명의 노이즈 차단판에 형성된 금속 박막 코팅층의 일 실시예 사시도이며, 도 7과 도 8은 본 발명의 금속 박막 코팅층의 또 다른 실시예의 사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB에 관한 것으로서, 루프(1-1)를 형성시킨 베이스 기판(1)을 적층 형성시켜 구성되며, 크게 폐루프 금속막(101)이 형성된 중심 코어 기판(100); 커버 기판(110); 인쇄회로 패턴과 비어홀이 형성된 인쇄회로 패턴부(111), ZCT 코어부(120); ZCT 회로부(130), 금속 박막 코팅층(200)이 형성된 노이즈 차단판(20)으로 구성된다.

본 발명은 ZCT를 평면 피시비에 구현시키는 장치이다.

이를 위하여 본 발명은 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 일측부와 타측부로 구분되며 일측 중심부가 관통되어 루프(1-1)를 형성시키는 베이스 기판(1) 복수 개에 각각 기능을 부여하여 적층 형성시킨다.

즉, 상기 베이스 기판(1)은 기본적으로 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 평면으로 구현되는 기판의 일측 중심부를 천공하여 폐루프를 형성시킨 피시비가 된다.

본 발명의 중심 코어 기판(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 베이스 기판(1)에 상기 루프(1-1)에 폐루프 주회하는 폐루프 금속막(101)을 형성시킨 것이다.

상기 중심 코어 기판(100)은 ZCT의 토로이달 코어를 형성시키는 부분으로서, 상기 폐루프 금속막(101)이 ZCT의 코어가 되는 부분이다.

상기 폐루프 금속막(101)은 일 실시예로서 인쇄회로 패턴으로 형성될 수도 있으며, 상기 루프(1-1) 부분에 단차를 형성시키는 방법 등으로 형성시킬 수 있다.

또한, 상기 폐루프 금속막(101)의 소재는 투자율이 높은 금속을 사용하여 토로이달 코어의 기능이 수행될 수 있게 한다.

본 발명의 커버 기판(110) 역시 도 3에 도시된 바와 같이 상기 베이스 기판(1)으로 형성되어 도 4에 도시된 바와 같이 상기 중심 코어 기판(100)의 양측에 대칭 부착된다.

상기 중심 코어 기판(100)을 중심으로 상기 커버 기판(110)은 양측에 대칭 결합되며, 그 갯수는 제한되지 않는다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 중심 코어 기판(100)을 중심으로 상기 커버 기판(110)은 양측에 대칭 결합되면, 상기 루프(1-1) 부분에서 상기 폐루프 금속막(101)이 기판 내부에 심어지는 형상이 된다.

이때, 상기 루프(1-1) 부분이 토로이달 코일이 형성되도록 상기 중심 코어 기판(100)과 커버 기판(110)의 루프(1-1) 부분을 복수 개의 비어홀들로 관통 연결시키고, 상기 커버 기판(110)들에는 상기 비어홀들을 연결시키는 선로를 인쇄회로 패턴으로 형성시킨다.

도 2의 인쇄회로 패턴부(111)에서 상기 비어홀과 인쇄회로 패턴이 형성되며, 그 구조는 대한민국 특허등록 10-1708736 등에서 개시된 바와 같이 공지 기술이므로 상세한 표현은 생략하기로 한다.

이에 따라, 본 발명은 상기 루프(1-1) 부분에서 상기 폐루프 금속막(101)은 토로이달 코어가 되고, 상기 인쇄회로 패턴과 비어홀에 의해 토로이달 코일이 형성되어 ZCT 코어부(120)가 된다.

본 발명의 상기 중심 코어 기판(100)에서 베이스 기판(1) 타측부는 도 2에 도시된 바와 같이 평판부(1-2)로 남아 있게 되는데, 본 발명에서는 이 부분에 상기 ZCT 코어부(120)의 전류변화를 감지하는 ZCT 회로부(130)를 형성시킨다.

따라서, 상기 ZCT 코어부(120)에서 인쇄회로 패턴과 비어홀로 형성되는 토로이달 코어는 상기 ZCT 회로부에 인쇄회로 패턴 또는 비어홀로 연결되어야 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 베이스 기판(1) 형태로 적층되어 구성되는 피시비 기판에 ZCT 코어부(120)와 ZCT 회로부(130)가 전부 형성되어 평판형 ZCT 장치(10)가 제공되게 된다.

일반적으로 ZCT 회로부(130)는 인덕턴스 코일이 필수적으로 요구되고 있는데, 본 발명에서는 상기 중심 코어 기판(100)의 제작시에 상기 인덕턴스 코일(131) 부분에 다수 개의 비어홀을 평행 형성시키고, 중심 코어 기판(100)의 양측부에서 상기 비어홀 들을 연결시키는 선로를 인쇄회로 기판으로 형성시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 중심 코어 기판(100)에서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 ZCT 회로부(130)를 평면상으로 구현시킬 수 있게 된다.

그러나, 이는 ZCT 회로부(130)에서 상기 인덕턴스 코일(131) 소자가 가장 크게 돌설되는 구조이어서 이를 해결한 것으로서, 기타 저항 소자나 트랜지스터, 커패시턴스 등의 소자를 박막으로 형성시킨다 하더라도 상기 커버 기판(110)을 접합시킬 수 없게 돌설될 수 있으므로, 상기 커버 기판(110)에도 이를 수용하는 단차홈를 형성시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 이상과 같이 피시비에 마운트된 ZCT를 제공하게 된다.

상기한 바와 같이 상기 커버 기판(110)의 갯수는 하나 이상으로 복층으로 구성할 수 있으며, 이때, 상기 토로이달 코일을 형성시키는 비어홀과 인쇄회로 패턴은 마치 하나의 코어에 복층으로 형성시킨 코일처럼 구성할 수 있다.

그런데, 상기 인쇄회로 패턴으로 형성되는 코일은 실제의 코일 보다는 각 선로 공극이 크게 나타나므로 노이즈의 침투가 매운 쉬운 환경을 조성한다.

일반적으로 ZCT는 상기 루프 부분을 관통하는 선로의 누설전류를 유도 자기원리를 이용하여 센싱하는 장치이므로 미세한 노이즈에도 크게 반응할 수 있다.

따라서, ZCT에서 노이즈의 차단 문제는 장치의 실용화 문제와 크게 관련이 있다.

본 발명에서는 이를 해결하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 커버 기판(110)의 양측면에 상기 베이스 기판(1)과 동일 형상으로 형성되며, 표면에 금속 박막 코팅층(200)이 형성된 노이즈 차단판(20)을 적층 접합시킨다.

상기 노이즈 차단판(20)은 외부 노이즈가 상기 코어 부분으로 침투하는 것을 방지하기 위하여 설치된다.

상기 노이즈 차단판(20)은 본 발명의 ZCT 코어부(120)를 평행 금속판으로 차단시키는 것이 되므로 평행 금속판 내부의 전자기적 안정성으로 인하여 노이즈 침투를 방지시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 루프(1-1) 부분을 관통하는 선로에 흐르는 누설전류를 감지하는 것이므로 상기 루프(1-1) 부분에서 상기 금속 박막 코팅층(200)에도 누설전류에 의한 자속이 발생될 수 있다.

이와 같은 자속은 상기 ZCT 코어부(120)의 토로이달 코일 부분의 전류 방향과 반대 방향의 유도 전류를 발생시킬 수 있으므로, 실제 누설 전류가 발생될 때, ZCT의 감도를 저하시키거나, 노이즈로 변화될 염려가 있다.

본 발명은 이를 방지하기 위하여, 상기 금속 박막 코팅층(200)이 상기 루프(1-1) 형성부에서는 개루프로 형성되도록 도 6에 도시된 바와 같이 비 코팅부(210)를 마련한다.

이에 따라, 상기 금속 박막 코팅층(200)은 자기 경로가 단절되므로, 상기 ZCT 코어부(120)의 전류 감지 감도에 전자기적으로 개입되지 않으면서 상기 ZCT 코어층 양측에서 평행 금속판을 형성시켜 전자기적으로 안정화시키는 효과가 있다.

한편, 상기 커버 기판(110)의 갯수가 많아져 적층 두계가 클 수록 측면부에서의 노이즈 침투 가능성도 커진다.

본 발명은 상기 측면부에서의 노이즈 침투를 차단하기 위하여 본 발명의 장치 전체의 측면에도 도 7에 도시된 바와 같이 상기 금속 박막 코팅층(200-1)을 형성시킨다.

이때에도 역시 상기 금속 박막 코팅층(200-1)은 개루프로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 상기 비 코팅부(210)에 접하는 측면부를 도 7에 도시된 바와 같이 비코팅면으로 남기거나 도 8에 도시된 바와 같이 상기 비 코팅부(210)에 연속하는 비 코팅부를 형성시키는 것으로 실행할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 피시비 기판에 형성되어 평면상으로 구현되고, 노이즈가 원천 차단되어 안정적인 ZCT가 제공되는 이점이 있다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1 : 베이스 기판 1-1 : 루프
1-2 : 평판부
10 : 평판형 ZCT 장치 20 : 노이즈 차단판
100 : 중심 코어 기판 101 : 폐루프 금속막
110 : 커버 기판 111 : 인쇄회로 패턴부
120 : ZCT 코어부 130 : ZCT 회로부
131 : 인덕턴스 코일 200, 200-1 : 금속 박막 코팅층
210 : 비 코팅부

Claims (5)

1. ZCT에 있어서
   일측부와 타측부로 구분되며 일측 중심부가 관통되어 루프를 형성시키는 베이스 기판에 상기 루프를 폐루프 주회하는 폐루프 금속막이 형성된 중심 코어 기판;
   상기 베이스 기판과 동일 형상으로 형성되어 상기 중심 코어 기판의 양측에 대칭 부착되는 커버 기판;
   상기 커버 기판의 루프 부분에 형성된 인쇄회로 패턴과 상기 커버 기판에 상호 연결되는 비어홀로 상기 커버 기판의 루프 부분에 코일을 형성시켜, 상기 루프 부분을 토로이달 코어로 형성시키는 ZCT 코어부;
   상기 중심 코어기판의 베이스 기판 타측부에 형성되며 상기 ZCT 코어부의 전류변화를 감지하는 ZCT 회로부로
   구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB.
2. 제1항에 있어서 상기 중심 코어기판은
   베이스 기판의 타측부 양측면에 비어홀로 관통 연결되어 인덕턴스 코일을 형성시키는 인쇄회로 패턴에 형성되어
   상기 ZCT 회로부를 평면상에 구현시키는 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB.
3. 제2항에 있어서 상기 커버 기판의 양측면에는
   상기 베이스 기판과 동일 형상으로 형성되며, 표면에 금속 박막 코팅층이 형성된 노이즈 차단판이 적층 접합되는 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB.
4. 제3항에 있어서 상기 금속 박막 코팅층은
   상기 루프 형성부에서는 개루프 형성되어
   ZCT 코어부의 전류 감지 감도에 전자기적으로 개입되지 않는 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB.
5. 제4항에 있어서 상기 금속 박막 코팅층은
   노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB 전체의 측면에 상기 루프의 형성 방향을 주회하면서 개루프가 유지되는 측면에도 형성되어 노이즈 차단 효과를 상승시키는 것을 특징으로 하는 노이즈 차단 보강형 ZCT 내장식 PCB.

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