KR20240062376A - Transformer - Google Patents

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반 투안 도안
임종원
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엘에스오토모티브테크놀로지스 주식회사
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Abstract

OBC(On-Board Charger)와 LDC(Low voltage DC-DC Converter)가 통합된 통합형 전력 변환 장치에 사용되는 변압기는, 사각형의 메인 철심 내 중앙에 설치된 중앙 철심; 상기 중앙 철심에 감긴 1차 권선; 상기 1차 권선의 외측에 감긴 2차 권선; 및 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선의 권취 방향의 수직한 방향에 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선과 이격되어 설치된 3차 버스바를 포함한다.The transformer used in an integrated power conversion device that integrates an On-Board Charger (OBC) and a Low voltage DC-DC Converter (LDC) includes a central iron core installed in the center of a square main iron core; a primary winding wound around the central iron core; a secondary winding wound outside the primary winding; and a tertiary bus bar installed to be spaced apart from the primary winding and the secondary winding in a direction perpendicular to the winding direction of the primary winding and the secondary winding.

Description

변압기{Transformer}Transformer

본 발명은 변압기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, OBC(On-Board Charger)와 LDC(Low voltage DC-DC Converter)가 통합된 통합형 전력 변환 장치에 사용되는 변압기에 관한 것이다.The present invention relates to a transformer, and more specifically, to a transformer used in an integrated power conversion device that integrates an On-Board Charger (OBC) and a Low voltage DC-DC Converter (LDC).

OBC(On-Board Charger)는, 전기 자동차(또는 플러그인 하이브리드 차량)에 포함되는 장치 중 하나로, 전기 자동차의 주행에 사용되는 고전압 배터리의 충전을 위해, 외부의 AC 전원을 DC 전원으로 변환시키는 장치이다. 일반적으로 OBC는 전원으로 사용되는 AC 그리드와 고전압 배터리 간의 절연을 위해 변압기(Transformer)를 사용한다.OBC (On-Board Charger) is one of the devices included in an electric vehicle (or plug-in hybrid vehicle). It is a device that converts external AC power to DC power to charge the high-voltage battery used to drive the electric vehicle. . Typically, OBC uses a transformer for insulation between the AC grid used as a power source and the high-voltage battery.

LDC(Low voltage DC-DC Converter)는, 전기 자동차의 주행에 사용되는 고전압 배터리의 전압을 저전압으로 변환하여 전기 자동차의 전장 부품에 전원을 공급하는 저전압 배터리를 충전하는 장치이다. LDC는 고전압 배터리의 출력에서 약 10배 가량의 스텝 다운과, 고전압 배터리 및 저전압 배터리 간의 절연을 위해 OBC와 마찬가지로 변압기를 사용한다.An LDC (Low Voltage DC-DC Converter) is a device that converts the voltage of a high-voltage battery used in driving an electric vehicle to a low voltage and charges the low-voltage battery that supplies power to the electric vehicle's electrical components. LDC, like OBC, uses a transformer to step down the output of the high-voltage battery by about 10 times and to isolate the high-voltage battery and low-voltage battery.

종래에는 이러한 OBC와 LDC를 각각 분리하여 사용한다. 장점이 있는 반면, 비용 및 시스템 부피가 증가하고 시스템이 최적화되기 어려운 문제점이 있다. 냉각, 하우징, 전기요소가 분리되어 있기 때문이다. 이에 OBC와 LDC를 통합한 통합형 전력 변환 장치가 개발되고 있으나, 여전히 OBC용 변압기와 LDC용 변압기를 분리하여 사용하고 있다. 이때 사용되는 변압기는 코어의 중심 기둥에 여러 개의 권선이 감겨 있는 전통적인 권선 방법이 사용되고 있다.Conventionally, OBC and LDC are used separately. While there are advantages, there are problems in that cost and system volume increase and the system is difficult to optimize. This is because the cooling, housing, and electrical elements are separated. Accordingly, an integrated power conversion device that integrates OBC and LDC is being developed, but transformers for OBC and LDC are still used separately. The transformer used at this time uses a traditional winding method in which several windings are wound around the central pillar of the core.

이와 같이 OBC와 LDC를 통합한 통합형 전력 변환 장치가 개발되고 있으나, 여전히 OBC용 변압기와 LDC용 변압기를 분리하여 사용하고 있기 때문에, 통합형 전력 변환 장치의 제조에 많은 비용이 들고 크기가 커지는 단점이 있다. 아울러, 전통적인 권선 방법을 사용하기 때문에 권선 간의 누설 인덕턴스를 완벽하게 제어하기 어렵고, 외부 권선과 내부 권선 사이의 에너지가 전달되는 과정에서 AC 손실이 높은 단점이 있다.In this way, an integrated power conversion device that integrates OBC and LDC is being developed, but since the OBC transformer and the LDC transformer are still used separately, the manufacturing of the integrated power conversion device has the disadvantage of being expensive and large in size. . In addition, because the traditional winding method is used, it is difficult to perfectly control the leakage inductance between windings, and AC loss is high in the process of transferring energy between the external and internal windings.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, OBC와 LDC를 통합한 통합형 전력 변환 장치에 사용되는 변압기로서, OBC 모드 및 LDC 모드 모두에서 소프트 스위칭 동작을 실현할 수 있고 소형화하여 저비용을 달성할 수 있는 변압기를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was proposed to solve the above-mentioned problems, and is a transformer used in an integrated power conversion device integrating OBC and LDC, which can realize soft switching operation in both OBC mode and LDC mode and achieve low cost by miniaturization. The purpose is to provide a transformer that can

일 측면에 따른, OBC(On-Board Charger)와 LDC(Low voltage DC-DC Converter)가 통합된 통합형 전력 변환 장치에 사용되는 변압기는, 사각형의 메인 철심 내 중앙에 설치된 중앙 철심; 상기 중앙 철심에 감긴 1차 권선; 상기 1차 권선의 외측에 감긴 2차 권선; 및 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선의 권취 방향의 수직한 방향에 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선과 이격되어 설치된 3차 버스바를 포함한다.According to one aspect, a transformer used in an integrated power conversion device that integrates an On-Board Charger (OBC) and a Low voltage DC-DC Converter (LDC) includes a central iron core installed in the center of a square main iron core; a primary winding wound around the central iron core; a secondary winding wound outside the primary winding; and a tertiary bus bar installed to be spaced apart from the primary and secondary windings in a direction perpendicular to the winding direction of the primary and secondary windings.

상기 중앙 철심이 관통하는 보빈을 더 포함하고, 상기 1차 권선은 상기 보빈의 외주면에 감길 수 있다.It may further include a bobbin through which the central iron core passes, and the primary winding may be wound around the outer peripheral surface of the bobbin.

상기 보빈은, 격벽을 통해 구분된 상부 보빈, 중앙 보빈, 및 하부 보빈을 포함하고, 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선은, 상기 중앙 보빈의 외주면에 감기고, 상기 3차 버스바는, 상기 상부 보빈에 설치되는 상부 측 버스바와, 상기 하부 보빈에 설치되는 하부 측 버스바를 포함할 수 있다.The bobbin includes an upper bobbin, a central bobbin, and a lower bobbin separated by a partition, the primary winding and the secondary winding are wound on the outer peripheral surface of the central bobbin, and the tertiary bus bar is the upper bobbin. It may include an upper bus bar installed on the bobbin and a lower bus bar installed on the lower bobbin.

상기 상부 측 버스바 및 상기 하부 측 버스바 각각은, 베이스와, 상기 베이스로부터 연장되는 두 갈래의 연장부재를 포함하고, 상기 상부 측 버스바의 두 갈래의 연장부재 중 하나와 상기 하부 측 버스바의 두 갈래의 연장부재 중 하나는 서로 대향하여 연결될 수 있다.Each of the upper bus bar and the lower bus bar includes a base and a two-pronged extension member extending from the base, and one of the two extended members of the upper bus bar and the lower bus bar. One of the two extension members may be connected to face each other.

상기 1차 권선과 상기 2차 권선 간의 결합 계수에 의해 누설 인덕턴스가 결정되고, 상기 2차 권선과 상기 3차 버스바 간의 결합 계수에 의해 누설 인덕턴스가 결정될 수 있다.Leakage inductance may be determined by a coupling coefficient between the primary winding and the secondary winding, and leakage inductance may be determined by a coupling coefficient between the secondary winding and the tertiary busbar.

상기 1차 권선은, 외부 교류 전압을 공급하는 측에 연결되고, 상기 2차 권선은, 고전압 배터리를 충전하는 고전압 컨버터에 연결되며, 상기 3차 버스바는, 저전압 배터리를 충전하는 저전압 컨버터에 연결될 수 있다.The primary winding is connected to a side that supplies an external alternating current voltage, the secondary winding is connected to a high-voltage converter for charging a high-voltage battery, and the tertiary busbar is connected to a low-voltage converter for charging a low-voltage battery. You can.

상기 OBC의 동작 모드에서, 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선이 작동할 수 있다.In the operating mode of the OBC, the primary winding and the secondary winding can operate.

상기 LDC의 동작 모드에서, 상기 2차 권선 및 상기 3차 버스바가 작동할 수 있다.In the operating mode of the LDC, the secondary winding and the tertiary busbar can operate.

본 발명의 변압기는 2개의 변압기를 1개로 통합하여 제작되었기 때문에 OBC와 LDC를 통합한 통합형 전력 변환 장치의 소형화 및 최적화를 가능하게 한다.Since the transformer of the present invention is manufactured by integrating two transformers into one, it enables miniaturization and optimization of an integrated power conversion device that integrates OBC and LDC.

본 발명의 변압기는 AC 저항 감소 및 통합형 전력 변환 장치의 소프트 스위칭을 가능하게 하는 높은 누설 인덕턴스 값을 가지고 있어 통합형 전력 변환 장치의 고효율을 달성할 수 있다. The transformer of the present invention has a high leakage inductance value that reduces AC resistance and enables soft switching of the integrated power conversion device, thereby achieving high efficiency of the integrated power conversion device.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 변압기의 측단면도를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 변압기의 실제 구현 예를 나타낸 도면이다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with specific details for carrying out the invention. Therefore, the present invention is described in such drawings. It should not be interpreted as limited to the specific details.
Figure 1 is a diagram showing the configuration of an integrated power conversion device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side cross-sectional view of the transformer of FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram showing an actual implementation example of the transformer of FIG. 2.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above-described purpose, features and advantages will become clearer through the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art will be able to easily implement the technical idea of the present invention. There will be. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력 변환 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 통합형 전력 변환 장치는, 교류-직류 변환부(110), 풀 브릿지 컨버터(120), 변압기(130), 고전압 컨버터(140), 및 저전압 컨버터(150)를 포함한다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of an integrated power conversion device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the integrated power conversion device according to this embodiment includes an AC-DC converter 110, a full bridge converter 120, a transformer 130, a high voltage converter 140, and a low voltage converter 150. Includes.

교류-직류 변환부(110)는, AC 그리드(Grid)로부터 인가되는 교류 전압(AC)을 직류 전압(DC)으로 변환하고 저주파 리플을 보상한다. 교류-직류 변환부(110)는, 정류 회로, 역률 보정 회로, 및 커패시터를 포함할 수 있으나, 여기에 제한되는 것은 아니다. 정류 회로는, 4개의 다이오드(D1-D4)로 구성되어, 교류 전압을 정류하고, 역률 보정 회로는, 정류된 전압의 역률을 보정하여 출력한다. 커패시터는, 역률 보정 회로에 연결되어 충전되고 풀 브릿지 컨버터(120)에 전압을 방전하여 공급한다.The AC-DC converter 110 converts the alternating current voltage (AC) applied from the AC grid to direct current voltage (DC) and compensates for low-frequency ripple. The AC-DC converter 110 may include a rectifier circuit, a power factor correction circuit, and a capacitor, but is not limited thereto. The rectifier circuit is composed of four diodes (D1-D4) to rectify the alternating voltage, and the power factor correction circuit corrects the power factor of the rectified voltage and outputs it. The capacitor is connected to the power factor correction circuit, is charged, and discharges and supplies voltage to the full bridge converter 120.

풀 브릿지 컨버터(120)는, 교류-직류 변환부(110)로부터 출력되는 직류 전압을 풀 브릿지 구성을 갖는 스위치들을 제어하여 교류로 변환하여 변압기(130)의 1차 권선(NP)에 인가한다. 스위치들은 PWM 제어에 의해 상보적으로 스위칭하여 풀 브릿지 컨버터(120)에 위상 편이 변조를 적용할 수 있다. The full bridge converter 120 controls the switches having a full bridge configuration to convert the direct current voltage output from the AC-DC converter 110 into alternating current and applies it to the primary winding (N P ) of the transformer 130. . The switches can be switched complementary by PWM control to apply phase shift modulation to the full bridge converter 120.

변압기(130)는, 풀 브릿지 컨버터(120)와, 고전압 컨버터(140) 및 저전압 컨버터(150) 사이에 배치된다. 변압기(130)는, 1차 내지 2차 권선(NP, NS) 그리고 3차 버스바(NT)을 구비하고, 동작 모드에 따라, 1차 권선(NP)에 인가되는 전압에 의해 2차 권선(NS)에 전압이 유도되거나, 2차 권선(NS)에 인가되는 고전압 컨버터(140)의 전압에 의해 3차 버스바(NT)에 전압이 유도되고, 또는, 3차 버스바(NT)에 인가되는 저전압 컨버터(150)의 전압에 의해 2차 권선(NS)에 전압이 유도된다. The transformer 130 is disposed between the full bridge converter 120, the high voltage converter 140, and the low voltage converter 150. The transformer 130 has primary to secondary windings (N P , N S ) and a tertiary bus bar (N T ), and, depending on the operation mode, is operated by the voltage applied to the primary winding (N P ). A voltage is induced in the secondary winding ( NS ), or a voltage is induced in the tertiary busbar (N T ) by the voltage of the high voltage converter 140 applied to the secondary winding (NS), or the tertiary bus bar (N T ) A voltage is induced in the secondary winding ( NS ) by the voltage of the low-voltage converter 150 applied to the bus bar (N T ).

1차 권선(NP)과 2차 권선(NS) 사이, 그리고 2차 권선(NS)과 3차 버스바(NT) 사이에는 높은 누설 인덕턴스를 갖는다. 이 누설 인덕턴스는 영 전압 스위칭을 위한 특수 권선 구조로 독립적으로 조정이 가능하다. 그리고 3차 버스바(NT) 부분은 센터 탭 변압기로 구성된다. 센터 탭 변압기는 입력 전압을 차동 방식으로 절반의 출력으로 변환시켜 주는 기능을 한다.There is high leakage inductance between the primary winding (N P ) and the secondary winding (N S ), and between the secondary winding ( NS ) and the tertiary busbar (N T ). This leakage inductance is independently adjustable with a special winding structure for zero-voltage switching. And the 3rd busbar (N T ) part consists of a center tap transformer. The center tap transformer functions to convert the input voltage to half the output in a differential manner.

고전압 컨버터(140)는, 변압기(130)의 1차 권선(NP)의 전압에 의해 2차 권선(NS)에 유도되는 전압을 풀 브릿지 구성의 스위치들을 통해 직류로 변환하고, 출력 인덕터를 통해 고전압 배터리(160)를 충전한다. 바람직하게, 고전압 컨버터(140)는, 출력 인덕터에 병렬로 바이패스 스위치가 연결되고, 바이패스 스위치가 비활성화될 경우, 1차 권선(NP)과 2차 권선(NS) 사이의 높은 누설 인덕턴스로 인하여 소프트 스위칭 특성을 지니는 위상 편이 풀 브릿지 컨버터(PSFB, Phase Shift Full Bridge)로 동작할 수 있다. 고전압 컨버터(140)의 스위치들은 PWM 제어에 의해 동작한다.The high voltage converter 140 converts the voltage induced in the secondary winding ( NS ) by the voltage of the primary winding (N P ) of the transformer 130 into direct current through switches in a full bridge configuration, and uses an output inductor. The high voltage battery 160 is charged through. Preferably, the high voltage converter 140 has a bypass switch connected in parallel to the output inductor, and when the bypass switch is deactivated, high leakage inductance between the primary winding (N P ) and the secondary winding (N S ). Because of this, it can operate as a phase shift full bridge converter (PSFB, Phase Shift Full Bridge) with soft switching characteristics. The switches of the high voltage converter 140 operate by PWM control.

저전압 컨버터(150)는, 변압기(130)의 2차 권선(NS)에 인가되는 고전압 컨버터(140)의 전압에 의해 3차 버스바(NT)에 유도되는 전압을 풀 브릿지 구성의 스위치들을 통해 직류로 변환하고, 출력 인덕터를 통해 저전압 배터리(170)를 충전한다. 즉, 고전압 배터리(160)를 통해 저전압 배터리(170)를 충전한다. 바람직하게, 저전압 컨버터(150)는, 출력 인덕터에 병렬로 바이패스 스위치가 연결되고, 그 바이패스 스위치가 비활성화되고, 또한 고전압 컨버터(140)의 바이패스 스위치가 활성화될 경우, 2차 권선(NS)과 3차 버스바(NT) 사이의 높은 누설 인덕턴스로 인하여 소프트 스위칭 특성을 지니는 위상 편이 풀 브릿지 컨버터(PSFB, Phase Shift Full Bridge)로 동작한다. 저전압 컨버터(150)의 스위치들은 PWM 제어에 의해 동작한다.The low-voltage converter 150 uses switches in a full bridge configuration to transmit the voltage induced to the tertiary busbar (N T ) by the voltage of the high-voltage converter 140 applied to the secondary winding ( NS ) of the transformer 130. It is converted to direct current through the output inductor and the low-voltage battery 170 is charged. That is, the low-voltage battery 170 is charged through the high-voltage battery 160. Preferably, the low-voltage converter 150 has a bypass switch connected in parallel to the output inductor, and when the bypass switch is deactivated and the bypass switch of the high-voltage converter 140 is activated, the secondary winding (N Due to the high leakage inductance between S ) and the tertiary busbar (N T ), it operates as a phase shift full bridge converter (PSFB) with soft switching characteristics. The switches of the low voltage converter 150 operate by PWM control.

또한, 저전압 컨버터(150)는, 출력 인덕터에 병렬로 연결된 바이패스 스위치가 활성화되고, 고전압 컨버터(140)의 바이패스 스위치가 비활성화되면, 저전압 배터리(170)의 전압을 변압기(130)의 3차 버스바(NT) 및 2차 권선(NS)을 통해 고전압 컨버터(140)로 공급하여, 고전압 배터리(160)의 전압이 0에서 소정의 전압으로 증가되도록 한다. 이때, 저전압 컨버터(150)는 벅 모드로 동작하지만, 변압기(130)의 3차 버스바(NT) 및 2차 권선(NS)의 간의 승압 비율을 통해, 저전압이 소정의 고전압으로 승압된다. 이후, 저전압 컨버터(150)의 바이패스 스위치가 비활성화되면, 저전압 컨버터(150)는 부스트 모드로 동작하고, 고전압 배터리(160)의 전압은 목표 전압에 도달할 때까지 승압된다.In addition, when the bypass switch connected in parallel to the output inductor is activated and the bypass switch of the high voltage converter 140 is deactivated, the low voltage converter 150 converts the voltage of the low voltage battery 170 to the tertiary voltage of the transformer 130. It is supplied to the high voltage converter 140 through the bus bar (N T ) and the secondary winding ( NS ), so that the voltage of the high voltage battery 160 increases from 0 to a predetermined voltage. At this time, the low-voltage converter 150 operates in buck mode, but the low voltage is boosted to a predetermined high voltage through the step-up ratio between the tertiary busbar (N T ) and the secondary winding ( NS ) of the transformer 130. . Thereafter, when the bypass switch of the low-voltage converter 150 is deactivated, the low-voltage converter 150 operates in a boost mode, and the voltage of the high-voltage battery 160 is boosted until it reaches the target voltage.

도 2는 도 1의 변압기의 측단면도를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 변압기(130)는, 쉘 타입의 변압기로서, 대략 사각형의 메인 철심(210), 중앙 철심(220), 보빈(230), 1차 권선(NP)(240), 2차 권선(NS)(250), 및 3차 버스바(260)를 포함한다. 이때, 중앙 철심(220)은 보빈(230)을 관통한다. FIG. 2 is a side cross-sectional view of the transformer of FIG. 1. Referring to FIG. 2, the transformer 130 according to this embodiment is a shell-type transformer, and includes a substantially square main core 210, a central core 220, a bobbin 230, and a primary winding (N P ). (240), secondary winding ( NS ) (250), and tertiary busbar (260). At this time, the central iron core 220 penetrates the bobbin 230.

보빈(230)은 원통형으로 격벽을 통해 3개의 부분으로 구분된다. 즉 보빈(230)은 중앙 보빈(230a), 하부 보빈(230b) 및 상부 보빈(230c)을 포함한다. The bobbin 230 is cylindrical and is divided into three parts through a partition. That is, the bobbin 230 includes a central bobbin 230a, a lower bobbin 230b, and an upper bobbin 230c.

1차 권선(NP)(240)은 중앙 보빈(230a)을 매개로 중앙 철심(220)에 감긴다. 즉, 1차 권선(NP)(240)은 중앙 보빈(230a)의 외주면에 감긴다. 그리고 2차 권선(NS)(250)이 1차 권선(NP)(240)의 외측에 감긴다. 즉, 1차 권선(NP)(240)이 내측 권선이 되고 2차 권선(NS)(250)이 외측 권선이 된다. The primary winding (N P ) (240) is wound around the central iron core (220) via the central bobbin (230a). That is, the primary winding (N P ) 240 is wound around the outer peripheral surface of the central bobbin 230a. And the secondary winding (N S ) (250) is wound on the outside of the primary winding (N P ) (240). That is, the primary winding (N P ) (240) becomes the inner winding and the secondary winding (N S ) (250) becomes the outer winding.

1차 권선(NP)(240)이 도 1을 참조하여 설명한 풀 브릿지 컨버터(120)에 연결되고, 2차 권선(NS)(250)이 고전압 컨버터(140)에 연결된다. 1차 권선(NP)(240)과 2차 권선(NS)(250) 간의 결합 계수를 M1이라고 할 때 그 결합 계수 M1을 제어하여 1차 권선(NP)(240)과 2차 권선(NS)(250) 간의 높은 누설 인덕턴스를 설계할 수 있다. 결합 계수 M1은 권선의 기하학적 구조와 권선 사이의 간격에 따라 조정할 수 있다.The primary winding (N P ) 240 is connected to the full bridge converter 120 described with reference to FIG. 1, and the secondary winding (N S ) 250 is connected to the high voltage converter 140. When the coupling coefficient between the primary winding (N P ) (240) and the secondary winding (N S ) (250) is called M 1 , the coupling coefficient M 1 is controlled to connect the primary winding (N P ) (240) and 2 High leakage inductance between the primary windings ( NS ) (250) can be designed. The coupling coefficient M 1 can be adjusted depending on the geometry of the windings and the spacing between the windings.

3차 버스바(260)는 한 쌍으로 구성되고, 한 쌍의 3차 버스바(260) 중 하나는 하부 보빈(230b)에 설치되고, 나머지 하나는 상부 보빈(230c)에 설치된다. 즉, 한 쌍의 3차 버스바(260)는 1차 권선(NP)(240) 및 2차 권선(NS)(250)의 권취 방향의 수직한 방향에 1차 권선(NP)(240) 및 2차 권선(NS)(250)과 이격되어 설치된다. 3차 버스바(260)는 1차 권선(NP)(240)과 2차 권선(NS)(250)에 비해 저전압, 고전류 출력에 적합하도록 설계될 수 있다.The tertiary bus bars 260 are composed of a pair, and one of the pair of tertiary bus bars 260 is installed on the lower bobbin 230b, and the other is installed on the upper bobbin 230c. In other words, the pair of tertiary bus bars 260 has a primary winding (N P ) (240) and a secondary winding (N S ) (250) in a direction perpendicular to the winding direction of the primary winding (N P ) (250). 240) and the secondary winding ( NS ) (250). The tertiary bus bar 260 may be designed to be suitable for low voltage and high current output compared to the primary winding (N P ) 240 and the secondary winding (N S ) 250.

도 1에 도시된 바와 같이, 3차 버스바(260)의 3개의 단자가 저전압 컨버터(150)의 3개의 단자에 연결된다. 3차 버스바(260)와 2차 권선(NS)(250) 간의 결합 계수를 M2라고 할 때 그 결합 계수 M2를 제어하여 3차 버스바(260)와 2차 권선(NS)(250) 간의 높은 누설 인덕턴스를 설계할 수 있다. 결합 계수 M2는 2차 권선(NS)(250) 및 3차 버스바(260)의 기하학적 구조와 이 둘 사이의 간격에 따라 조정할 수 있다.As shown in FIG. 1, three terminals of the tertiary bus bar 260 are connected to three terminals of the low voltage converter 150. When the coupling coefficient between the tertiary bus bar 260 and the secondary winding ( NS ) (250) is M 2 , the coupling coefficient M 2 is controlled to control the coupling coefficient between the tertiary bus bar 260 and the secondary winding (N S ). High leakage inductance between (250) can be designed. The coupling coefficient M 2 can be adjusted depending on the geometry of the secondary winding ( NS ) 250 and the tertiary busbar 260 and the spacing between them.

고전압 컨버터(140)를 통해 고전압 배터리(160)를 충전하는 OBC 동작 모드에서, 1차 권선(NP)(240) 및 2차 권선(NS)(250)이 작동한다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 1차 권선(NP)(240)과 2차 권선(NS)(250) 간의 결합 계수 M1은 소프트 스위칭 작동을 보장하기 위해 충분한 누설 인덕턴스를 갖도록 설계된다. In the OBC operating mode for charging the high-voltage battery 160 through the high-voltage converter 140, the primary winding (N P ) 240 and the secondary winding (N S ) 250 operate. At this time, as described above, the coupling coefficient M 1 between the primary winding (N P ) 240 and the secondary winding (N S ) 250 is designed to have sufficient leakage inductance to ensure soft switching operation.

고전압 배터리(160)를 이용하여 저전압 배터리(170)를 충전하는 LDC 동작 모드에서, 2차 권선(NS)(250) 및 3차 버스바(260)가 작동한다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 2차 권선(NS)(250) 및 3차 버스바(260) 간의 결합 계수 M2는 소프트 스위칭 작동을 보장하기 위해 충분한 누설 인덕턴스를 갖도록 설계된다. OBC 동작 모드와 LDC 동작 모드에서 작동 권선(240, 250) 및 3차 버스바(260)는 인접한 위치에 있으므로, AC 손실이 개선된다.In the LDC operation mode in which the low-voltage battery 170 is charged using the high-voltage battery 160, the secondary winding ( NS ) 250 and the tertiary busbar 260 operate. At this time, as described above, the coupling coefficient M 2 between the secondary winding ( NS ) 250 and the tertiary busbar 260 is designed to have sufficient leakage inductance to ensure soft switching operation. In the OBC operation mode and the LDC operation mode, the operating windings 240, 250 and the tertiary bus bar 260 are located adjacent to each other, thereby improving AC loss.

도 3은 도 2의 변압기의 실제 구현 예를 나타낸 도면이다. 도 3에는, 변압기(130)의 1차 권선(NP)(240)에 연결된 입출력 단자(310)와, 2차 권선(NS)(250)에 연결된 입출력 단자(320), 그리고 한 쌍의 3차 버스바(260)가 도시된다. 한 쌍의 3차 버스바(260)는, 상부 보빈(230c)에 설치되는 상부 측 버스바(330a)와, 하부 보빈(230b)에 설치되는 하부 측 버스바(330b)를 포함한다. 상부 측 버스바(330a)와 하부 측 버스바(330b)는 동일한 형상으로, 설치시 변압기(130)의 측면 중심을 기준으로 점 대칭 구조로 설치된다. FIG. 3 is a diagram showing an actual implementation example of the transformer of FIG. 2. In Figure 3, the input and output terminal 310 connected to the primary winding (N P ) 240 of the transformer 130, the input and output terminal 320 connected to the secondary winding (N S ) 250, and a pair of A tertiary bus bar 260 is shown. The pair of tertiary bus bars 260 includes an upper bus bar 330a installed on the upper bobbin 230c and a lower bus bar 330b installed on the lower bobbin 230b. The upper bus bar 330a and the lower bus bar 330b have the same shape, and are installed in a point-symmetrical structure with respect to the center of the side of the transformer 130 when installed.

상부 측 버스바(330a)는 상부 보빈(230c)에 설치되는 제1베이스와 그 제1베이스로부터 변압기(130)의 외부로 연장되면서 절곡된 두 갈래의 제1연장부재로 구성된다. 제1베이스는 상부 보빈(230c)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있고, 제1베이스의 중심은 홀이 형성되어 상부 보빈(230c)이 관통한다. The upper bus bar 330a is composed of a first base installed on the upper bobbin 230c and a two-branched first extension member that extends from the first base to the outside of the transformer 130 and is bent. The first base may have a shape corresponding to the shape of the upper bobbin 230c, and a hole is formed in the center of the first base through which the upper bobbin 230c passes.

하부 측 버스바(330b)는 하부 보빈(230b)에 설치되는 제2베이스와 그 제2베이스로부터 변압기(130)의 외부로 연장되면서 절곡된 두 갈래의 제2연장부재로 구성된다. 제2베이스는 하부 보빈(230b)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있고, 제2베이스의 중심은 홀이 형성되어 하부 보빈(230b)이 관통한다. The lower bus bar 330b is composed of a second base installed on the lower bobbin 230b and a two-branched second extension member that extends from the second base to the outside of the transformer 130 and is bent. The second base may have a shape corresponding to the shape of the lower bobbin 230b, and a hole is formed in the center of the second base so that the lower bobbin 230b penetrates.

상부 측 버스바(330a)의 두 갈래의 제1연장부재 중 하나와, 하부 측 버스바(330b)의 두 갈래의 제2연장부재 중 하나는 수직 방향으로 서로 대향하여 서로 연결된다. 따라서, 총 3개의 단자 구조가 형성된다. One of the two first extension members of the upper bus bar 330a and one of the two second extension members of the lower bus bar 330b face each other in the vertical direction and are connected to each other. Accordingly, a total of three terminal structures are formed.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications and changes without departing from the technical spirit of the present invention to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

110 : 교류-직류 변환부
120 : 풀 브릿지 컨버터
130 : 변압기
140 : 고전압 컨버터
150 : 저전압 컨버터
160 : 고전압 배터리
170 : 저전압 배터리
210 : 메인 철심
220 : 중앙 철심
230 : 보빈
230a : 중앙 보빈
230b : 하부 보빈
230c : 상부 보빈
240 : 1차 권선(NP)
250 : 2차 권선(NS)
260 : 3차 버스바110: AC-DC conversion unit
120: full bridge converter
130: transformer
140: high voltage converter
150: low voltage converter
160: high voltage battery
170: low voltage battery
210: main iron core
220: central iron core
230: bobbin
230a: central bobbin
230b: lower bobbin
230c: upper bobbin
240: Primary winding (N P )
250: Secondary winding (N S )
260: 3rd bus bar

Claims (8)

OBC(On-Board Charger)와 LDC(Low voltage DC-DC Converter)가 통합된 통합형 전력 변환 장치에 사용되는 변압기에 있어서,
사각형의 메인 철심 내 중앙에 설치된 중앙 철심;
상기 중앙 철심에 감긴 1차 권선;
상기 1차 권선의 외측에 감긴 2차 권선; 및
상기 1차 권선 및 상기 2차 권선의 권취 방향의 수직한 방향에 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선과 이격되어 설치된 3차 버스바를 포함하는 변압기.In the transformer used in an integrated power conversion device that integrates an On-Board Charger (OBC) and a Low voltage DC-DC Converter (LDC),
A central iron core installed in the center within the square main iron core;
a primary winding wound around the central iron core;
a secondary winding wound outside the primary winding; and
A transformer including a tertiary bus bar installed to be spaced apart from the primary winding and the secondary winding in a direction perpendicular to the winding direction of the primary winding and the secondary winding. 제1항에 있어서,
상기 중앙 철심이 관통하는 보빈을 더 포함하고,
상기 1차 권선은 상기 보빈의 외주면에 감기는 것을 특징으로 하는 변압기. According to paragraph 1,
Further comprising a bobbin through which the central iron core passes,
A transformer, characterized in that the primary winding is wound around the outer peripheral surface of the bobbin. 제2항에 있어서,
상기 보빈은, 격벽을 통해 구분된 상부 보빈, 중앙 보빈, 및 하부 보빈을 포함하고,
상기 1차 권선 및 상기 2차 권선은, 상기 중앙 보빈의 외주면에 감기고,
상기 3차 버스바는, 상기 상부 보빈에 설치되는 상부 측 버스바와, 상기 하부 보빈에 설치되는 하부 측 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 변압기.According to paragraph 2,
The bobbin includes an upper bobbin, a central bobbin, and a lower bobbin separated by a partition,
The primary winding and the secondary winding are wound around the outer peripheral surface of the central bobbin,
The tertiary bus bar is a transformer characterized in that it includes an upper bus bar installed on the upper bobbin and a lower bus bar installed on the lower bobbin. 제3항에 있어서,
상기 상부 측 버스바 및 상기 하부 측 버스바 각각은,
베이스와, 상기 베이스로부터 연장되는 두 갈래의 연장부재를 포함하고,
상기 상부 측 버스바의 두 갈래의 연장부재 중 하나와 상기 하부 측 버스바의 두 갈래의 연장부재 중 하나는 서로 대향하여 연결되는 것을 특징으로 하는 변압기.According to paragraph 3,
Each of the upper bus bar and the lower bus bar,
It includes a base and a two-pronged extension member extending from the base,
A transformer, wherein one of the two extension members of the upper bus bar and one of the two extension members of the lower bus bar are connected to face each other. 제1항에 있어서,
상기 1차 권선과 상기 2차 권선 간의 결합 계수에 의해 누설 인덕턴스가 결정되고,
상기 2차 권선과 상기 3차 버스바 간의 결합 계수에 의해 누설 인덕턴스가 결정되는 것을 특징으로 하는 변압기.According to paragraph 1,
Leakage inductance is determined by the coupling coefficient between the primary winding and the secondary winding,
A transformer wherein leakage inductance is determined by a coupling coefficient between the secondary winding and the tertiary bus bar. 제1항에 있어서,
상기 1차 권선은, 외부 교류 전압을 공급하는 측에 연결되고,
상기 2차 권선은, 고전압 배터리를 충전하는 고전압 컨버터에 연결되며,
상기 3차 버스바는, 저전압 배터리를 충전하는 저전압 컨버터에 연결되는 것을 특징으로 하는 변압기.According to paragraph 1,
The primary winding is connected to a side that supplies an external alternating voltage,
The secondary winding is connected to a high-voltage converter that charges a high-voltage battery,
The tertiary bus bar is a transformer characterized in that it is connected to a low-voltage converter that charges a low-voltage battery. 제6항에 있어서,
상기 OBC의 동작 모드에서,
상기 1차 권선 및 상기 2차 권선이 작동하는 것을 특징으로 하는 변압기.According to clause 6,
In the operating mode of the OBC,
A transformer, characterized in that the primary winding and the secondary winding are operated. 제6항에 있어서,
상기 LDC의 동작 모드에서,
상기 2차 권선 및 상기 3차 버스바가 작동하는 것을 특징으로 하는 변압기.According to clause 6,
In the operating mode of the LDC,
A transformer, characterized in that the secondary winding and the tertiary busbar operate.
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