KR20220085529A - 전류 검출이 가능한 회로 구조체 - Google Patents

전류 검출이 가능한 회로 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회로 구조체에 대한 발명으로서, 보다 상세하게는 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 회로 구조체는, 제1 전류가 흐르는 제1 전기적 경로, 제1 전기적 경로에서 연결되어 제2 전류가 흐르는 제2 전기적 경로 및 제2 전류가 흐를 때, 제3 전류가 유도되는 제3 전기적 경로를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 인쇄회로기판에 인쇄된 전기적 경로 및 비아(VIA)를 통해 코일 권취 효과를 유도하여 제작이 간편하고 제품 크기에 영향이 없는 전류 검출이 가능한 회로 구조체를 제공할 수 있다.

Description

전류 검출이 가능한 회로 구조체{Circuit assembly for Current Detecting}
본 발명은 회로 구조체에 대한 발명으로서, 보다 상세하게는 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 것이다.
일부 전자 장치들의 동작 특성은 전력 공급원으로부터 공급되는 교류의 전기적 특성에 매우 민감하게 작동하기 때문에 전력의 전기적 특성들은 세밀하게 제어되어야 한다. 또한, 이러한 세밀한 제어를 위해서 공급되는 전력의 전기적 특성들을 정밀하게 측정할 수 있는 센서가 필요하다.
전류 센서는 전송선을 흐르는 전류를 측정하기 위해 인덕터(즉, 코일)를 구비할 수 있다. 전송선을 흐르는 전류는 인덕터에 유도 기전력을 발생시키기 때문에, 인덕터에 유도되는 유도 기전력을 측정함으로써 전송선에 흐르는 전류를 센싱할 수 있는 것이다.
종래의 전류 센서에 사용되는 인덕터는 사람의 손 또는 기계에 의해 도전선을 도넛형의 구조물에 감는 방법을 통해 제작되고 있다. 이러한 방법으로 전류 센서를 형성하는 경우, 전류 센서 제작이 번거롭고 센서의 부피로 인한 전자 제품의 크기가 커지는 등 다양한 문제점을 발생시킬 수 있다.
한국공개특허 제10-2011-0024791호
본 발명은 제작이 간편하고 제품 크기에 영향이 없으면서도 정밀한 전류 검출이 가능한 적층형 회로 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회로 구조체는, 제1 전류가 흐르는 제1 전기적 경로; 상기 제1 전기적 경로에서 연결되어 제2 전류가 흐르는 제2 전기적 경로; 및 상기 제2 전류가 흐를 때, 제3 전류가 유도되는 제3 전기적 경로;를 포함할 수 있다.
실시예예 따라, 상기 제3 전기적 경로는, 제3-1 전기적 경로가 형성된 제1 레이어; 및 제3-2 전기적 경로가 형성된 제2 레이어;를 포함하되, 상기 제3-1 전기적 경로의 일단에는 제1 비아가 형성되고, 상기 제3-2 전기적 경로의 일단에는 제2 비아가 형성되며, 상기 제3-1 전기적 경로, 상기 제1 비아, 상기 제3-2 전기적 경로 및 상기 제2 비아는 전기적 루프를 형성할 수 있다
실시예예 따라, 상기 제3 전기적 경로는, 제3-3 전기적 경로가 형성된 제3 레이어;를 더 포함하되, 상기 제3-2 전기적 경로의 타단에는 제3 비아가 형성되고, 상기 제3-3 전기적 경로의 일단에는 제4 비아가 형성되며, 상기 제3-2 전기적 경로, 상기 제3 비아, 상기 제3-3 전기적 경로 및 상기 제4 비아는 전기적 루프를 형성ㅏㄹ 수 있다.
실시예예 따라, 상기 제3 전기적 경로의 형상은 상기 제2 전기적 경로의 형상에 상응할 수 있다.
실시예예 따라, 상기 제2 전기적 경로 및 제3 전기적 경로는 사각형으로 형성될 수 있다.
실시예예 따라, 상기 회로 구조체는 상기 제1 전기적 경로에 형성된 제1 커플러 및 제2 커플러;를 더 포함하되, 상기 제2 전기적 경로의 일단은 상기 제1 커플러와 연결되고, 상기 제2 전기적 경로의 타단은 상기 제2 커플러와 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2 전류는 상기 제1 전류에서 분기(分岐) 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 회로 구조체는, 제1 전류가 흐르는 제1 전기적 경로; 상기 제1 전기적 경로에서 연결되어 제2 전류가 흐르는 제2 전기적 경로; 및 상기 제2 전기적 경로의 형상에 상응하도록 형성된 n개의 전기적 경로가 각각 형성된 n개의 레이어들;을 포함하되, 상기 n은 2 이상의 자연수이고, 상기 n개의 레이어들 각각에는 제3-1 전기적 경로 내지 제3-n 전기적 경로가 형성되고, 상기 제3-1 전기적 경로 내지 상기 제3-n 전기적 경로는 단부에 형성된 비아를 통해 전기적으로 연결되어, 상기 제2 전류가 흐를 때 전류가 유도될 수 있다.
실시예예 따라, 상기 적층형 회로 구조체는 상기 제1 전기적 경로에 형성된 제1 커플러 및 제2 커플러;를 더 포함하되, 상기 제2 전기적 경로의 일단은 상기 제1 커플러와 연결되고, 상기 제2 전기적 경로의 타단은 상기 제2 커플러와 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2 전류는 상기 제1 전류에서 분기(分岐) 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 인쇄회로기판에 인쇄된 전기적 경로 및 비아(VIA)를 통해 코일 권취 효과를 유도하여 제작이 간편하고 제품 크기에 영향이 없는 전류 검출이 가능한 회로 구조체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 검출 대상이 되는 전류에 의한 자기장과 인쇄회로기판에 인쇄된 코일과의 교차 영역이 넓어서 센싱 감도가 높은 회로 구조체를 제공할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 구성도이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명의 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 개념도이다.
도 1에 예시된 회로 구조체(100)는 검출 대상이 되는 전류가 흐르는 전기적 경로(120-1, 120-2, 120-3)를 포함될 수 있다. 또한, 회로 구조체(100)는 검출 대상이 되는 전류가 흐를 때 발생되는 자기장(130-1, 130-2, 130-3)의 통과에 의하여 유도 전류를 흐르게 하는 코일(140)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향으로 흐르는 전류(120-1)에 의해 제1 자기장(130-1)이 형성되고, 제1 자기장(130-1)이 코일(140)을 통과하면 코일(140)에 유도 전류가 흐를 수 있다. 또한, 제2 방향으로 흐르는 전류(120-2)에 의하여 제2 자기장(130-2)이 형성되고, 제2 자기장(130-2)이 코일(140)을 통과하면 코일(140)에 유도 전류가 흐를 수 있다. 또한, 제3 방향으로 전류가 흐르는 전류(120-3)에 의하여 제3 자기장(130-3)이 형성되고, 제3 자기장(130-3)이 코일(140)을 통과하면 코일(140)에 유도 전류가 흐를 수 있다.
이러한 코일(140)은 검출의 대상이 되는 전류가 흐르는 전기적 경로의 형상에 상응하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 당해 전기적 경로가 "ㄷ" 형상 또는 사각형으로 형성된 경우, 코일(140)은 사각형으로 형성될 수 있다. 다른 예를 들어, 당해 전기적 경로가 "원형"에 상응하는 경우, 코일(140)은 원형으로 형성될 수 있다. 즉, 코일(140)은 검출의 대상이 되는 전류에 의해 형성되는 자기장(130-1 내지 130-3)과의 교차 비율을 높이기 위하여 전류가 흐르는 전기적 경로와 동일 또는 유사한 형상으로 형성될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 회로 구조체(100)의 다양한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 구성도이다.
도 2에는 '단층'으로 형성된 코일(240)을 포함하는 회로 구조체(200)가 예시된다. 도 2를 참조하면, 제1 레이어(210)인 인쇄회로기판(PCB)에는 제1 전기적 경로(220), 제2 전기적 경로(120) 및 제3 전기적 경로(240)가 형성될 수 있다. 여기서 제3 전기적 경로(240)는 제1 전기적 경로(220) 및 제2 전기적 경로(120)와 동일한 인쇄회로기판(210)에 형성된 것으로 예시되어 있으나, 제3 전기적 경로(240)는 제1 전기적 경로(220) 및 제2 전기적 경로(120)와 다른 인쇄회로기판에 형성될 수도 있다.
먼저 제1 전기적 경로(220)에는 제1 전류가 흐를 수 있다. 제1 전류는 검출의 대상이 되는 전류일 수 있다. 즉, 당해 회로 구조체(200)는 제1 전기적 경로(220)에 제1 전류가 흐르는지 여부를 검출할 수 있는 회로 구조체(200)일 수 있다.
제2 전기적 경로(120)는 제1 전기적 경로(220)에서 연결된 전기적 경로일 수 있다. 예를 들어, 제2 전기적 경로(120)는 제1 전기적 경로(220)와 커넥터(connector)를 통해 연결될 수 있다. 다른 예를 들어, 제2 전기적 경로(120)는 제1 전기적 경로(220)와 비아(via)를 통해 연결될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 제2 전기적 경로(120)는 제1 전기적 경로(220)와 동일한 도체 라인(line)을 통해 연결되고, 전류가 흐르는 방향만 상이하도록 형성될 수도 있다.
또 다른 예를 들어, 제2 전기적 경로(120)에는 제1 전류에서 커플링된(즉, 분기((分岐)) 형성된) 제2 전류가 흐를 수 있다. 이때, 제1 전기적 경로(220)에는 제1 커플러(230-1) 및 제2 커플러(230-2)가 형성될 수 있다. 제1 커플러(230-1)는 입력된 제1 전류를 제2 전류와 제1-1 전류로 나눌 수 있고, 제2 전류를 제2 전기적 경로(120)로 출력시킬 수 있다. 또한, 제2 커플러(230-2)는 입력된 제2 전류와 제1-1 전류를 결합하여 제1 전류를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 전류와 제2 전류는 흐르는 방향만 상이할 뿐이거나, 제2 전류가 제1 전류에서 분기된 전류일 수 있다.
또한, 제2 전기적 경로(120)는 다각형 형상으로 형성되어 제2 전류가 다양한 방향으로 흐를 수 있도록 할 수 있다. 도 2의 예시에는 제2 전기적 경로(120)가 "ㄷ" 형상 또는 사각형 형상으로 형성된 경우가 예시된다. 따라서 제2 전류는 제1 방향(120-1), 제2 방향(120-2) 및 제3 방향(120-3)으로 흐를 수 있다.
제3 전기적 경로(240)는 제2 전기적 경로(120)와 동일 또는 유사한 형상으로 형성되어 제3 전류가 흐를 수 있는 전기적 경로일 수 있다. 제3 전기적 경로(240)의 일단(250) 및 타단(260)에는 단자가 형성될 수 있다. 당해 단자들(250, 260)에 전류계(미도시)가 연결되어 폐루프가 형성될 수 있다. 이후, 제2 전기적 경로(120)에 제2 전류가 흐르면 제2 전류에 의해 형성된 자기장(270)이 제3 전기적 경로(240)에 제3 전류를 유도시킬 수 있고, 이를 전류계(미도시)가 감지할 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 구성도이다.
도 3에는 '이층(2층)'으로 형성된(즉, '2단 코일'을 포함하는) 회로 구조체(300)가 예시된다. 도 3을 참조하면, 제1 레이어(210)인 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 구조는 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일 또는 유사할 수 있다. 다만, 도 2의 제1 레이어(210)에 형성된 제3 전기적 경로(240)의 타단(260)에는 단자가 아닌 제1 비아(via)가 형성될 수 있다.
또한, 제2 레이어(310)인 인쇄회로기판(PCB)에는 제2 비아(340)가 형성될 수 있고, 제2 비아(340)는 제1 비아(260)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3에는 제1 비아(260)와 제2 비아(340)가 연결되는 가상의 전기적 경로가 점선으로 표시되어 있다.
또한, 제2 레이어(310)에는 일단에 제2 비아(340)가 형성되어 제3 전기적 경로(240)를 형성하는 전기적 경로(320)가 형성될 수 있다. 이하 제1 레이어(210)에 형성된 제3 전기적 경로와 제2 레이어(310)에 형성된 제3 전기적 경로를 구분하기 위해 전자를 제3-1 전기적 경로(240)로 호칭하고, 후자를 제3-2 전기적 경로(320)로 호칭한다.
제3-2 전기적 경로(320)의 타단(330)에는 단자가 형성될 수 있다. 따라서, 전류계(미도시)는 제3-1 전기적 경로(240)의 일단(250)과 제3-2 전기적 경로(320)의 타단(330)에 연결될 수 있다. 이후 제2 전류가 흐르면, 제2 전류에 의해 형성된 자기장(350)이 제3 전기적 경로(240, 320)에 제3 전류를 유도시킬 수 있고, 이를 전류계(미도시)가 감지할 수 있을 것이다.
한편, 제3-2 전기적 경로(320)는 제3-1 전기적 경로(240)의 형상과 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다. 또한, 제3-2 전기적 경로(320)가 제3-1 전기적 경로(240)에 겹쳐지도록 제2 레이어(310)가 적층될 수 있다. 이에 의해 2단 코일에 상응하는 제3 전기적 경로가 형성될 수 있다. 도 3에 예시된 회로 구조체(300)가 도 2에 예시된 회로 구조체(200) 보다 정밀하게 제2 전류를 감지할 수 있을 것임은 자명하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출이 가능한 회로 구조체에 대한 구성도이다.
도 4에는 '삼층(3층)'으로 형성된(즉, '3단 코일'을 포함하는) 회로 구조체(400)가 예시된다. 도 4를 참조하면, 제1 레이어(210)인 인쇄회로기판(PCB) 및 제2 레이어(310)인 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 구조는 도 3을 참조하여 설명한 바와 동일 또는 유사할 수 있다. 다만, 도 3의 제2 레이어(210)에 형성된 제3-2 전기적 경로(320)의 타단(330)에는 단자가 아닌 제3 비아(via)가 형성될 수 있다.
또한, 제3 레이어(410)인 인쇄회로기판(PCB)에는 제4 비아(430)가 형성될 수 있고, 제4 비아(430)는 제3 비아(330)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 4에는 제3 비아(330)와 제4 비아(430)가 연결되는 가상의 전기적 경로가 점선으로 표시되어 있다.
또한, 제3 레이어(410)에는 일단에 제4 비아(430)가 형성되어 제3 전기적 경로를 형성하는 전기적 경로(420)가 형성될 수 있다. 이하 제1 레이어(210) 및 제2 레이어(310)에 형성된 제3 전기적 경로와 제3 레이어(410)에 형성된 제3 전기적 경로를 구분하기 위해 후자를 제3-3 전기적 경로(420)로 호칭한다.
제3-3 전기적 경로(420)의 타단(450)에는 단자가 형성될 수 있다. 따라서, 전류계(미도시)는 제3-1 전기적 경로(240)의 일단(250)과 제3-3 전기적 경로(420)의 타단(450)에 연결될 수 있다. 이후 제2 전류가 흐르면, 제2 전류에 의해 형성된 자기장(440)이 제3 전기적 경로(240, 320, 420)에 제3 전류를 유도시킬 수 있고, 이를 전류계(미도시)가 감지할 수 있을 것이다.
한편, 제3-3 전기적 경로(420)는 제3-1 전기적 경로(240) 및 제3-2 전기적 경로(320)의 형상과 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다. 또한, 제3-3 전기적 경로(420)가 제3-1 전기적 경로(240) 및 제3-2 전기적 경로(320)에 겹쳐지도록 제3 레이어(410)가 적층될 수 있다. 이에 의해 3단 코일에 상응하는 제3 전기적 경로가 형성될 수 있다. 도 4에 예시된 회로 구조체(400)가 도 2에 예시된 회로 구조체(200) 및/또는 도 3에 예시된 회로 구조체(300) 보다 정밀하게 제2 전류를 감지할 수 있을 것임은 자명하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
210 : 제1 레이어
310 : 제2 레이어
410 : 제3 레이어

Claims (10)

  1. 제1 전류가 흐르는 제1 전기적 경로;
    상기 제1 전기적 경로에서 연결되어 제2 전류가 흐르는 제2 전기적 경로; 및
    상기 제2 전류가 흐를 때, 제3 전류가 유도되는 제3 전기적 경로;
    를 포함하는, 회로 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 전기적 경로는,
    제3-1 전기적 경로가 형성된 제1 레이어; 및
    제3-2 전기적 경로가 형성된 제2 레이어;
    를 포함하되,
    상기 제3-1 전기적 경로의 일단에는 제1 비아가 형성되고,
    상기 제3-2 전기적 경로의 일단에는 제2 비아가 형성되며,
    상기 제3-1 전기적 경로, 상기 제1 비아, 상기 제3-2 전기적 경로 및 상기 제2 비아는 전기적 루프를 형성하는, 회로 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 전기적 경로는,
    제3-3 전기적 경로가 형성된 제3 레이어;
    를 더 포함하되,
    상기 제3-2 전기적 경로의 타단에는 제3 비아가 형성되고,
    상기 제3-3 전기적 경로의 일단에는 제4 비아가 형성되며,
    상기 제3-2 전기적 경로, 상기 제3 비아, 상기 제3-3 전기적 경로 및 상기 제4 비아는 전기적 루프를 형성하는, 회로 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 전기적 경로의 형상은 상기 제2 전기적 경로의 형상에 상응하는, 회로 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전기적 경로 및 제3 전기적 경로는 사각형으로 형성되는, 회로 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기적 경로에 형성된 제1 커플러 및 제2 커플러;
    를 더 포함하되,
    상기 제2 전기적 경로의 일단은 상기 제1 커플러와 연결되고, 상기 제2 전기적 경로의 타단은 상기 제2 커플러와 연결되는, 회로 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전류는 상기 제1 전류에서 분기(分岐) 형성되는, 적층형 회로 구조체.
  8. 제1 전류가 흐르는 제1 전기적 경로;
    상기 제1 전기적 경로에서 연결되어 제2 전류가 흐르는 제2 전기적 경로; 및
    상기 제2 전기적 경로의 형상에 상응하도록 형성된 n개의 전기적 경로가 각각 형성된 n개의 레이어들;
    을 포함하되,
    상기 n은 2 이상의 자연수이고,
    상기 n개의 레이어들 각각에는 제3-1 전기적 경로 내지 제3-n 전기적 경로가 형성되고,
    상기 제3-1 전기적 경로 내지 상기 제3-n 전기적 경로는 단부에 형성된 비아를 통해 전기적으로 연결되어, 상기 제2 전류가 흐를 때 전류가 유도되는, 적층형 회로 구조체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전기적 경로에 형성된 제1 커플러 및 제2 커플러;
    를 더 포함하되,
    상기 제2 전기적 경로의 일단은 상기 제1 커플러와 연결되고, 상기 제2 전기적 경로의 타단은 상기 제2 커플러와 연결되는, 적층형 회로 구조체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전류는 상기 제1 전류에서 분기(分岐) 형성되는, 적층형 회로 구조체.
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