KR20220057911A - 방열판을 가지는 평면 변압기 - Google Patents

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Abstract

평면 변압기는, 제1 코어(core) 및 제2 코어가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 1차 인쇄 회로 기판과, 상기 제1 코어 및 상기 제2 코어가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 2차 인쇄 회로 기판과, 상기 1차 인쇄 회로 기판 및 상기 2차 인쇄 회로 기판 사이에 배치되고, 상기 제1 코어 및 상기 제2 코어가 삽입되는 적어도 하나의 홀(hole)을 포함하는 방열판을 포함한다.

Description

방열판을 가지는 평면 변압기{PLANAR TRANSFORMER HAVING HEAT SINK}
본 발명은 변압기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 방열판을 가지는 평면 변압기에 관한 것이다.
친환경 차량은 차량 구동을 위한 고전압 배터리와 전장품의 구동을 위한 저전압 배터리를 포함한다. 고전압 배터리에 충전된 전기 에너지는 차량의 동력원으로 사용되며, 저전압 배터리에 충전된 전기 에너지는 차량의 전장품의 전원으로 사용된다.
친환경 차량에는 전력변환을 위한 회로 및 배터리 충전을 위한 회로를 포함할 수 있으며 이와 같은 회로에 변압기가 구비되는 경우가 많은데, 최근 원가 절감 및 제작의 용이성을 향상시키기 위해 변압기를 평면 변압기로 대체하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
평면 변압기는, 2차 인쇄회로 기판(2차 권선을 이루는 코일 패턴이 형성된 회로 기판), 1차 인쇄 회로 기판(1차 권선을 이루는 코일 패턴이 형성된 회로기판), 1차 인쇄회로 기판, 2차 인쇄회로 기판으로 순서로 적층되어 구성될 수 있다. 1차 인쇄회로 기판과 2차 인쇄회로 기판에 형성된 코일 패턴은 동일 수직선 상에 위치할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는, 변압기의 방열 성능 개선을 위한 방열판을 가지고 방열판의 두께 조절을 통해 누설 인덕턴스를 조절할 수 있는 평면 변압기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 평면 변압기는, 제1 코어(core) 및 제2 코어가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 1차 인쇄 회로 기판과, 상기 제1 코어 및 상기 제2 코어가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 2차 인쇄 회로 기판과, 상기 1차 인쇄 회로 기판 및 상기 2차 인쇄 회로 기판 사이에 배치되고, 상기 제1 코어 및 상기 제2 코어가 삽입되는 적어도 하나의 홀(hole)을 포함하는 방열판을 포함할 수 있다.
상기 평면 변압기는, 상기 2차 인쇄 회로 기판 하부에 배치되는 히트 싱크를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 코어는 상기 1차 인쇄 회로 기판의 홀(hole), 상기 방열판의 홀(hole), 및 상기 2차 인쇄 회로 기판의 홀(hole)에 삽입되는 제1 상부 코어와 상기 제1 상부 코어에 결합되는 제1 하부 코어를 포함하고, 상기 제2 코어는 상기 1차 인쇄 회로 기판의 홀(hole), 상기 방열판의 홀(hole), 및 상기 2차 인쇄 회로 기판의 홀(hole)에 삽입되는 제2 상부 코어와 상기 제2 상부 코어에 결합되는 제2 하부 코어를 포함할 수 있다.
상기 방열판의 두께는 조절되어 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스는 조절될 수 있다.
상기 방열판의 두께가 감소될 때 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스가 감소될 수 있다.
상기 방열판은 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면 변압기는, 코어(core)가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 1차 인쇄 회로 기판과, 상기 코어가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 2차 인쇄 회로 기판과, 상기 1차 인쇄 회로 기판 및 상기 2차 인쇄 회로 기판 사이에 배치되고, 상기 코어가 삽입되는 홀(hole)을 포함하는 방열판을 포함할 수 있다.
상기 평면 변압기는, 상기 코어 하부에 배치되는 히트 싱크와, 상기 방열판 및 상기 히트 싱크 사이에 배치되는 제1 지지 부재와, 상기 2차 인쇄 회로 기판 및 상기 히트 싱크 사이에 배치되는 제2 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 방열판의 두께는 조절되어 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스는 조절될 수 있다.
상기 방열판의 두께가 감소될 때 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스가 감소될 수 있다.
상기 방열판은 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 평면 변압기는 방열 몰딩액 및 케이스를 포함하지 않고 방열판을 포함하므로 변압기의 중량 및 원가를 절감시킬 수 있다.
본 발명의 실시예는 방열판의 두께를 조절하여 변압기의 누설 인덕턴스를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 코일(권선) 패턴이 형성된 인쇄회로기판(printed circuit board)인 변압기의 권선(코일)을 가지므로 변압기의 부피를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평면 변압기를 설명하는 도면(사시도)이다.
도 2는 도 1에 도시된 평면 변압기의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 평면 변압기의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면 변압기를 설명하는 도면(종단면도)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적 또는 기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
관련 기술에 따른 변압기는 1차 와이어(wire)(또는 코일(coil)), 2차 와이어, 코어(core), 방열 몰딩액(molding fluid), 및 케이스(case)를 포함한다.
방열 몰딩액 및 케이스는 변압기 내부에서 발생하는 열을 방출시킬 수 있다. 그러나 변압기는 방열 몰딩액와 케이스를 포함하므로, 변압기의 중량 및 원가를 상승시킬 수 있다. 상기 1차 와이어와 2차 와이어는 구리 와이어이므로, 변압기의 부피가 증가될 수 있다.
상기 변압기에서 1차 와이어와 2차 와이어 사이의 갭(gap)(이격거리)가 조절되는 것이 어려울 수 있다. 따라서 변압기의 누설 인덕턴스의 설계가 어려울 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 평면 변압기를 설명하는 도면(사시도)이다. 도 2는 도 1에 도시된 평면 변압기의 분해 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 평면 변압기의 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 평면 변압기는 제1 상부 코어(core)(100) 및 제1 하부 코어(102)를 포함하는 제1 코어, 제2 상부 코어(120) 및 제2 하부 코어(122)를 포함하는 제2 코어, 1차 인쇄 회로 기판(140), 방열판(heat radiation plate)(160), 및 2차 인쇄 회로 기판(180)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 평면 변압기는 2차 인쇄 회로 기판(140) 하부에 배치되고 평면 변압기의 열을 흡수하여 외부로 방출하는 히트 싱크(heat sink)(190)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 평면 변압기는 하이브리드 차량을 포함하는 친환경 차량의 충전기(on-board charger))에 포함된 메인 보드(main board)에 설치될 수 있다.
1차 인쇄 회로 기판(140)는 평면 변압기의 1차 회로에 대응하고, 제1 코어(core) 및 제2 코어가 삽입되는 홀(hole)(142)을 가지고, 코일 패턴(coil pattern)을 포함할 수 있다.
2차 인쇄 회로 기판(180)는 평면 변압기의 2차 회로에 대응하고, 제1 코어(core) 및 제2 코어가 삽입되는 홀(hole)(182)을 가지고, 코일 패턴을 포함할 수 있다.
방열판(160)은 제1 코어, 제2 코어, 1차 인쇄 회로 기판(140), 및 2차 인쇄 회로 기판(180)에서 발생하는 열을 방출하고, 1차 인쇄 회로 기판(140) 및 2차 인쇄 회로 기판(180) 사이에 배치되고, 상기 제1 코어 및 상기 제2 코어가 삽입되는 적어도 하나의 홀(hole)(162 또는 164)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 방열판(160)은 세라믹(ceramic) 물질 또는 실리콘(silicon)과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 코어는 1차 인쇄 회로 기판(140)의 홀(hole), 방열판(160)의 홀(hole), 및 2차 인쇄 회로 기판(180)의 홀(hole)에 삽입되는 제1 상부 코어(100)와, 제1 상부 코어에 결합 부재(coupling member)(예, 접착제)를 통해 결합되는 제1 하부 코어(102)를 포함할 수 있다. 제1 코어는 자성체를 포함할 수 있다.
상기 제2 코어는 1차 인쇄 회로 기판(140)의 홀(hole), 방열판(160)의 홀(hole), 및 2차 인쇄 회로 기판(180)의 홀(hole)에 삽입되는 제2 상부 코어(120)와, 제2 상부 코어에 결합 부재(coupling member)(예, 접착제)에 의해 결합되는 제2 하부 코어(122)를 포함할 수 있다. 제2 코어는 자성체를 포함할 수 있다.
방열판(160)의 두께는 조절되어 평면 변압기의 누설 인덕턴스(예, 1차 인쇄 회로 기판(140) 및 2차 인쇄 회로 기판(180) 사이의 누설 인덕턴스)는 조절될 수 있다. 방열판(160)의 두께가 감소될 때 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스가 감소되고 방열판(160)의 두께가 증가될 때 평면 변압기의 누설 인덕턴스가 증가될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면 변압기를 설명하는 도면(종단면도)이다.
도 4를 참조하면, 상기 평면 변압기는 코어(200), 1차 인쇄 회로 기판(220), 방열판(240), 및 2차 인쇄 회로 기판(260)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 평면 변압기는 코어(200) 하부에 배치되고 평면 변압기의 열을 흡수하여 외부로 방출하는 히트 싱크(280), 방열판(240) 및 히트 싱크(280) 사이에 배치되는 제1 지지 부재(support member)(270), 및 2차 인쇄 회로 기판(260) 및 히트 싱크(280) 사이에 배치되는 제2 지지 부재(275)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 평면 변압기는 하이브리드 차량을 포함하는 친환경 차량의 충전기(on board charger))에 포함된 메인 보드(main board)에 설치될 수 있다.
1차 인쇄 회로 기판(220)는 평면 변압기의 1차 회로에 대응하고, 코어(200)가 삽입되는 홀(hole)(226)을 가지고, 코일 패턴(coil pattern)을 포함할 수 있다.
2차 인쇄 회로 기판(260)는 평면 변압기의 2차 회로에 대응하고, 코어(200)가 삽입되는 홀(hole)(266)을 가지고, 코일 패턴을 포함할 수 있다.
방열판(240)은 참조번호들(202, 222, 224, 262, 264)에 도시된 바와 같이, 코어(200), 1차 인쇄 회로 기판(220), 및 2차 인쇄 회로 기판(260)에서 발생하는 열을 방출하고, 1차 인쇄 회로 기판(220) 및 2차 인쇄 회로 기판(260) 사이에 배치되고, 코어(200)가 삽입되는 홀(hole)(246)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 방열판(240)은 세라믹(ceramic) 물질 또는 실리콘(silicon)과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 코어(200)는 원기둥 형상을 가지고 자성체를 포함할 수 있다.
방열판(240)의 두께는 조절되어 평면 변압기의 누설 인덕턴스(예, 1차 인쇄 회로 기판(220) 및 2차 인쇄 회로 기판(260) 사이의 누설 인덕턴스)는 조절될 수 있다. 방열판(240)의 두께가 감소될 때 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스가 감소되고 방열판(240)의 두께가 증가될 때 평면 변압기의 누설 인덕턴스가 증가될 수 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 제1 상부 코어
102: 제1 하부 코어
120: 제2 상부 코어
122: 제2 하부 코어
140: 1차 인쇄 회로 기판
160: 방열판
180: 2차 인쇄 회로 기판
200: 코어
220: 1차 인쇄 회로 기판
240: 방열판
260: 2차 인쇄 회로 기판

Claims (11)

  1. 평면 변압기에 있어서,
    제1 코어(core) 및 제2 코어가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 1차 인쇄 회로 기판;
    상기 제1 코어 및 상기 제2 코어가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 2차 인쇄 회로 기판; 및
    상기 1차 인쇄 회로 기판 및 상기 2차 인쇄 회로 기판 사이에 배치되고, 상기 제1 코어 및 상기 제2 코어가 삽입되는 적어도 하나의 홀(hole)을 포함하는 방열판
    을 포함하는 평면 변압기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 평면 변압기는,
    상기 2차 인쇄 회로 기판 하부에 배치되는 히트 싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 코어는 상기 1차 인쇄 회로 기판의 홀(hole), 상기 방열판의 홀(hole), 및 상기 2차 인쇄 회로 기판의 홀(hole)에 삽입되는 제1 상부 코어와 상기 제1 상부 코어에 결합되는 제1 하부 코어를 포함하고,
    상기 제2 코어는 상기 1차 인쇄 회로 기판의 홀(hole), 상기 방열판의 홀(hole), 및 상기 2차 인쇄 회로 기판의 홀(hole)에 삽입되는 제2 상부 코어와 상기 제2 상부 코어에 결합되는 제2 하부 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열판의 두께는 조절되어 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스는 조절되는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열판의 두께가 감소될 때 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스가 감소되는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열판은 세라믹 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
  7. 평면 변압기에 있어서,
    코어(core)가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 1차 인쇄 회로 기판;
    상기 코어가 삽입되는 홀(hole)을 가지고, 코일 패턴을 포함하는 2차 인쇄 회로 기판; 및
    상기 1차 인쇄 회로 기판 및 상기 2차 인쇄 회로 기판 사이에 배치되고, 상기 코어가 삽입되는 홀(hole)을 포함하는 방열판
    을 포함하는 평면 변압기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 평면 변압기는,
    상기 코어 하부에 배치되는 히트 싱크;
    상기 방열판 및 상기 히트 싱크 사이에 배치되는 제1 지지 부재; 및
    상기 2차 인쇄 회로 기판 및 상기 히트 싱크 사이에 배치되는 제2 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 방열판의 두께는 조절되어 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스는 조절되는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방열판의 두께가 감소될 때 상기 평면 변압기의 누설 인덕턴스가 감소되는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 방열판은 세라믹 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 변압기.
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