KR100334633B1 - 다층박막을 이용한 디엔씨-디엔씨컨버터용 플레너트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DC-DC컨버터에 사용하는 고효율의 다층박막을 이용한 플레너트랜스포머에 관한 것이다.

각종 전자기기류의 작동에 있어 직류의 활용은 필연적이며, 이들 전자기기들은 점점 소형경량화하고 있어 일반적인 코일 변압기의 부피를 최소화하고자 여러 가지 수단들이 동원되고 있으나 고출력의 경박단소형의 변압기는 제공되지 못하고 있다.

본 발명은 절연재로 중앙에 윈도우가 형성된 와인딩보드의 상하면에 폭이 넓은 동박회로층을 에칭법이나 접착법에 의하여 형성하여 주면서 이들 간을 서로 직렬 혹은 병렬로 연결하여 권회수를 증가시키도록 하였고 이들을 서로 압착고정하므로서 종전의 직류의 변압기에 비교하여 출력용량은 증대하면서도 크기는 1/5이상 소형화하였다.

따라서 다양한 소형의 고정밀, 고성능 전자기기에 대한 직류의 안정된 공급과 제어가 가능하게되어 이들 전자기기의 소형화에 크게 기여하게 되었다.

본 발명의 또다른 특징으로는 상기한 동박회로층을 두께를 그대로 유지하면서도 고전류가 흐를 수 있도록 금 혹은 은, 백금, 구리, 주석과 같은 양호한 도전체를 이중으로 도금처리하여 주므로서 동일한 두께와 폭을 갖는 회로라 하여도 표면적의 증대로 수배내지는 수십배의 전류가 통전가능하여 고성능의 변압기능이 발휘되도록 하였다.

Description

다층박막을 이용한 디엔씨-디엔씨컨버터용 플레너트랜스포머{Planar transformer for DC-DC converter using thin multilayer}

본 발명은 DC-DC 컨버터에 사용하여 소형경량화와 고효율성을 가능하게 하는 다층박막을 이용한 플레너트랜스포머에 관한 것이다. 특히 변압용으로 코일을 사용하지 아니하고 다층의 박판구조의 트랜스포머를 직류 혹은 병렬로 상하적층연결하여 종래의 트랜스포머에 비하여 부피를 1/5이상 감축하면서도 출력용량은 수배내지수십배 증폭시킨 플래너트랜스포머에 관한 것이다.

일반적으로 변압기는 1차측권선과 2차측권선의 권선비에 의하여 원하는 변압을 유도하고 있다. 이 같은 변압기의 효율은 철심에 권선되는 코일의 양, 즉, 동의 점유율에 비례하여 출력용량이 결정되어 진다. 구체적으로 살펴보면 동의 점유율은 {코일의 단면적/코일의 절연피막 포함 단면적}× {코일의 종단면적}×{사용가능한 윈도우면적/철심의 윈도우면적}×{사용가능한 윈도우면적/(사용가능한 윈도우면적+절연면적)}으로 나타나게된다. 이들 식에서 나타나듯이 동의 점유율중 코일의 종단면적을 넓히게 되면 결과적으로 동의 점유율을 높이게 되어 결국 출력용량을 높일 수 있는 것이다. 변압기의 출력용량을 높이기 위하여 다양한 방법이 채용가능하며, 가장 흔한 방법으로 코일을 가능한 한 밀집하여 권취하는 방법이 제공되어 오고 있다.

그러나 원형의 코일을 권취시 원형코일과 코일사이에는 불가피하게 공간이 발생하여 단위면적당 동의 점유율은 낮아질 수 밖에 없는 것이다.

이 같은 단점을 해소하고자 한국 특허공개99-26950호에서는 코일을 박판형태로 제공하여 권취하므로서 상기한 동의 점유율을 극대화한 변압기를 제공하고 있다. 그러나 이들 장치는 기본적으로 원형의 코일을 압연기에 통과시켜 억지로 박판형태로 만든 다음 박판형태의 코일을 사용하고 있다. 그러나 원형의 코일을 박판으로 성형하는 것에는 한계가 있으며, 성형이 된다고 하여도 박판의 형태가 균일성을 확보하지 못하여 경우에 따라서는 요철이나 불균일한 박판으로 품질에 여러 가지 문제를 발생할 수 있고 이것을 부착하는 경우에도 안정된 부착이 어려운 문제가 있는 것이다. 또다른 문제로는 박판화에 한계가 있어 0.1mm이하로 균일하게 연신압착한다는 것은 대단히 고도의 장비와 숙련도가 요구되어져 원가의 상승을 초래하는 것이다. 또한 권취수단이 그대로 사용되므로 정밀한 권취에 한계가 있는 것이다.

본 발명은 상기한 문제를 해소하고자 기준이 되는 절연재질로 구성된 박판층의 표면에 동박층과 같은 도전층을 에칭 혹은 직접 부착하되 상하면에 동시에 동박층을 형성토록 하였으며, 이들 동박층의 단자간을 직렬 혹은 병렬로 전기연결하여 주고 이들 박판층들이 서로 절연상태를 유지하면서 긴밀하게 적층토록하여 단위면적당 최대의 권취효율을 주면서도 박판으로 서로 긴밀하게 접하여 있으므로 동박층간의 불필요한 공간을 없애주어 출력효율을 높이도록 하였다. 또한 박판층의 두께와 넓이를 절연층의 전부를 차지할 정도로 표면적을 넓히므로서 전류의 통과량을 높이도록 하였다. 또한 동박층의 일면에 금 혹은 백금, 주석, 구리, 은과 같은 저항이 낮은 전도체를 도금처리하여 주므로서 지극히 제한된 트랜스포머의 구조만으로 고도의 컨버팅기능을 발휘하도록 하였다.

도 1 은 본 발명의 플레너트랜스포머의 분해사시도,

도 2 는 본 발명의 플레너트랜스포머의 일실시예를 보여주는 분해사시도,

도 3 은 본 발명의 플레너트랜스포머의 전기연결관계를 보여주는 사시도임.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 단자베이스부 2 : 윈도우 5, 5a : 상, 하 동박층

10 : 와인딩보드 8 : 천공단자 15 : 절연층

55 : 제2와인딩보드 60 : 하측코어부 70 : 상측코어부

62 : 윙코어부 63 : 수직돌출부

본 발명에서 도 1 은 본 발명의 DC-DC컨버터 모듈에 사용되는 플레너트랜스포머의 조립상태를 보여주는 분해사시도이며, 도 2 는 본 발명의 와인딩보드들이 적층되기 위한 조립상태를 보여주는 분해사시도이며, 도 3 은 본 발명의 플레너 트랜스에 내장되는 와인딩보드간의 전기연결관계의 한가지 실시예를 보여주는 분해사시도이다.

본 발명은 교류전원입력을 받아 일정한 직류분으로 변환하여 공급하는 필터회로부, 상기한 필터회로부를 거쳐 공급된 직류전압을 일정한 전압으로 안정화시켜주는 정전압회로부, 과입력된 전압이 있는지의 여부를 판단하여 일정기준치 이상의 전압이 공급되는 경우 전류공급을 차단하는 과입력전압제어부, 상기한 과입력전압제어부와 전기연결되어있어 과열상태를 판단하여 과열시 과입력전압제어부로 하여금 차단신호를 발생토록하는 과열제어부, 그리고 출력되어 나오는 전류를 검출하여 출력트랜스로 공급하기 전에 전류의 양이 일정한 수준이상이면 출력을 제어하도록 하는 과전류검출부와, 이들 필터회로부, 과입력전압제어부, 과전류검출부들이 전기연결되어 있으면서 입력된 전기신호의 펄스폭을 변조처리하여 그 폭을 일정한 수준으로 변환시켜주는 펄스폭변조부, 그리고 펄스폭변조부로부터 공급된 교류를 일정한 수준의 고전압 및 고주파수의 교류로 변화시켜 주는출력트랜스포머와, 출력트랜스포머를 거쳐나온 교류를 정류회로를 통하여 일정한 직류로 변조하여 출력토록하는 DC-DC컨버터에 사용하는 트랜스포머에 있어서,

양측면의 중앙부가 일부 돌출토록하여 천공단자(8)가 형성된 단자베이스부(1)를 구성토록하면서 중앙은 윈도우(2)를 천공형성한 박판구조로서 일면에 동박층(5)을 일체로 하되 윈도우(2)의 전체를 감싸면서 그 양단은 상기한 단자베이스부(1)까지 연장설치토록하였으며, 타층면에도 동일한 형태의 동박층(5a)을 상하대칭이 되도록 설치하여 준 제1와인딩보드(10)와,

상기한 제1와인딩보드(10)와 대칭되는 면적과 윈도우를 갖고 있는 절연재로 구성된 박판구조의 절연층(15)을 서로 연속적층하여 주어 일체화하였으며,

상기한 연속적층된 다층구조물의 최상면과 최하면에 와인딩보드 및 절연층과 대칭되는 면적과 윈도우를 갖고 있되 동박층이 없고 천공단자부(8)만이 형성된 절연보드부(40)를 적층하였으며,

상기한 연속적층된 구조의 다층박막구조체의 중앙에 형성된 윈도우(2)에 끼워질 수 있는 구조의 수직돌출된 코어를 중심으로 좌우로 연장된 윙코어부를 그 양단에서 일체로 결합하면서 와인딩보드를 고정하도록 하는 서로 대칭되는 구조의 하측코어부(60)와 상측코어부(70)으로 구성되어 진 플레너트랜스포머에 관한 것이다.

본 발명에서 와인딩보드(10)는 전체적으로ㅁ자형태 또는 타원형으로서 중앙부에 윈도우(2)가 형성되어 별도의 페라이트재 혹은 기타 여러 가지 자성을 갖는 코어가 내장가능토록 하였으며, 동박층(5)을 적층하기 위하여 약간의 폭이 넓은 종베이스(10a)와 횡베이스(10b)를 구성하고, 그 양측에 돌출형성된 단자베이스부(1)에는 천공단자부(1a)가 적어도 2이상 형성되어있되 연속하여 적층되는 절연층 그리고 제2 또는 제3와인딩보드들에도 동일한 천공단자부를 형성하여 연결철심의 삽입으로 서로 전기적연결이 가능하도록 하였다. 와인딩보드에 적층되는 동박층(5)은 원하는 컨버터의 용량에 맞추어 권취수를 1회권취에서부터 수회 내지는 수십회권취까지 필요에 따라 다양하게 형성가능하다. 본 발명에서 도시한 것은 중앙의 제1와인딩보드의 경우 초기에 4회권회하도록 하고 최종단은 1회 권취하도록 구성하였으나, 필요에 따라서 4회이상 권취할 수 있으며, 권회된 동박층(5)(5a)간을 직렬 혹은 병렬로 단자끼리 연결하여 주면서 1, 2차 권선의 변화를 다양화 할 수 있는 것이다.

본 발명에서 코어부는 상측과 하측코어부로 구성되어 서로 일체로 되는 구조이다. 하측코어부(60)는 중앙에 윈도우(2)의 단면구조에 알맞게 체결될 수 있도록 성형한 수직 돌출된 수직코어부(61)를 구성하였다. 그리고 이 수직코어부(61)의 하단 양측으로 윙코어부(62)를 양변을 향할수록 넓어지도록 구성하면서 그 양단에서 수직돌출부(63)를 구성하였다. 이와 동일한 형태로서 상측코어부(70)는 수직코어부만 제외하고 그대로 하측코어부와 동일한 형태로 구성하여 주며, 이들 상.하측 코어부가 그 양단의 수직돌출부에서 접하여 일체로 되면 도시하듯이 상하측코어부의 윙코어부가 폭이 좁게 형성되어 있어 수직으로 교차토록 체결된 와인딩보드의 양측에 있는 단자베이스부(1)가 외부로 노출토록 구성되어 있다.

이상과 같이 상하측코어부는 단순한 변압기의 코어의 기능외에도 수직돌출부(63)가 서로 맞물리면서 와인딩보드를 고정하여 주는 기능을 발휘한다.

본 발명에서 상하측코어부가 와인딩보드와 체결시 와인딩보드의 양측에 형성된 단자베이스부(1)는 윙코어부(62)의 양측에 노출토록 하여 수직 전기단자(80)가 천공단자(8)에 삽입가능하도록 하였다. 이 노출된 전기단자(80)와 천공단자(8)의 사이는 사용자가 원하는 방법에 의하여 서로간에 직병렬적인 전기적연결이 되어 목적한 수준의 출력성능을 발휘토록 한다.

본 발명의 또다른 실시예로서 상기한 와인딩보드에 적층되는 동박층(5)(5a)의 상하면에 별도로 금 혹은 백금, 주석, 구리, 은과 같은 우수한 전기 전도물질로 도금처리하여 주는 것이다. 이와같은 도금처리로 얻어지는 특징은 단순한 동박코팅이나 에칭처리로는 적층가능한 두께가 제한되어져 원하는 수준의 동단면을 얻을 수없던 점을 개선하였다. 또한 우수한 전기전도성에 기인하여 단위면적당 통전가능한 전류의 양을 획기적으로 증대시켜 동일한 구조와 크기를 갖는 변압기라 하여도 처리가능한 전류의 양이 크게 증대될 수 있는 것이다.

본 발명에서 도3에 도시한 것은 가장 최소화한 구조로서 내부에 적층되는 와인딩보드에 4회의 권회수를 도시하고 있으며, 그 바깥층의 제2와인딩보드(55)는 하나의 폭이 넓은 동박층(55a)만을 사용하고 있다. 그러나 이같은 구성은 요구되는 출력에 따라 얼마든지 변형이 가능하며 수십내지 수백의 동박층을 연속적층하여 목적한 변압기능을 발휘할 수 있는 것이다.

이상 본 발명의 와인딩보드와 상하측코어부를 이용한 플레너트랜스포머의 단위 면적당 적층될 동박층을 윈도우의 전체를 감싸면서 폭이 넓게 확대된 상태로 권취되므로 동의 점유율이 높아짐은 물론 코일의 연속적인 권취로 발생될 수 있는 비효율적인 표면효과(skin effect)를 최소화하였다. 또한 에칭처리와 같은 비교적 정밀하면서도 간단한 화학적 처리로 동박층을 형성하므로 형성된 동박의 두께와 폭이 정밀하게 되어 변압의 정밀도를 확보할 수 있게 하였다. 또한 동박층이 화학적 혹은 전기화학적인 도금법을 사용시 금, 백금, 주석, 구리, 은과 같은 고전도성 물질을 도금처리할 수 있어 원하는 사양에 맞추어 변압효율의 변화를 무한하게 할 수 있는 것이다.

Claims (8)

1. 전원입력을 받아 일정한 직류분으로 변환하여 공급하는 필터회로부, 상기한 필터회로부를 거쳐 공급된 직류전압을 일정한 전압으로 안정화시켜주는 정전압회로부, 과입력된 전압이 있는지의 여부를 판단하여 일정기준치 이상의 전압이 공급되는 경우 전류공급을 차단하는 과입력전압제어부, 상기한 과입력전압제어부와 전기연결되어있어 과열상태를 판단하여 과열시 과입력전압제어부로 하여금 차단신호를 발생토록하는 과열제어부, 그리고 출력되어 나오는 전류를 검출하여 출력트랜스로 공급하기 전에 전류의 양이 일정한 수준이상이면 출력을 제어하도록 하는 과전류검출부와, 이들 필터회로부, 과입력전압제어부, 과전류검출부들이 전기연결되어 있으면서 입력된 전기신호의 펄스폭을 변조처리하여 그 폭을 일정한 수준으로 변환시켜주는 펄스폭변조부, 그리고 펄스폭변조부로부터 공급된 교류를 일정한 수준의 고전압 및 고주파수의 교류로 변화시켜 주는출력트랜스포머와, 출력트랜스포머를 거쳐나온 교류를 정류회로를 통하여 일정한 직류로 변조하여 출력토록하는 DC-DC컨버터에 사용되는 플래너트랜스포머에 있어서,

   양측면의 중앙부가 일부 돌출토록하여 천공단자(8)가 형성된 단자베이스부(1)를 구성토록 하고 그 중앙은 윈도우(2)를 천공형성한 박판구조로서, 일면에 동박층(5)을 일체로 하되 이 동박층이 윈도우(2)의 전체를 감싸면서 그 양단은 상기한 단자베이스부(1)까지 연장설치토록 하면서 타층면에도 동일한 형태의 동박층(5a)를 상하대칭이 되도록 설치하여 준 제1와인딩보드(10)와,

   상기한 제1와인딩보드(10)와 대칭되는 면적과 윈도우를 갖고 있는 절연재로 구성된 박판구조의 절연층(15)을 서로 연속적층하여 주어 일체화하였으며,

   상기한 연속적층된 다층구조물의 최상면과 최하면에 와인딩보드 및 절연층과 대칭되는 면적과 윈도우를 갖고 있되 동박층이 없고 천공단자부(8)만이 형성된 절연보드부(40)를 적층하였으며,

   상기한 연속적층된 구조의 다층박막구조체의 중앙에 형성된 윈도우(2)에 끼워질 수 있는 구조의 수직돌출된 코어를 중심으로 좌우로 연장된 윙코어부를 그 양단에서 일체로 결합하면서 와인딩보드를 고정하도록 하는 서로 대칭되는 구조의 하측코어부(60)와 상측코어부(70)으로구성되어 진 다층박막을 이용한 DC-DC컨버터용 플래너트랜스포머.
2. 제 1 항에 있어서,

   와인딩보드(10)는 전체적으로ㅁ자형태 또는 타원형으로서 중앙부에 윈도우(2)가 형성되어 별도의 코어가 내장가능토록 하였으며, 동박층(5)을 적층하기 위하여 약간의 폭이 넓은 종베이스(10a)와 횡베이스(10b)를 구성하였으며, 양측에 돌출형성된 단자베이스부(1)에는 천공단자부(1a)가 적어도 2이상 형성되어있되 연속하여 적층되는 절연층 그리고 제2 또는 제3와인딩보드들에도 동일한 천공단자부를 형성하여 연결철심의 삽입으로 서로 전기적연결이 가능하도록하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 DC-DC컨버터용 플래너트랜스포머.
3. 제 1 항에 있어서,

   와인딩보드에 적층되는 동박층(5)은 원하는 트랜스의 용량에 맞추어 권취수를 임의로 권취하여 윈도우를 중심으로 동심원을 구성토록 하는 것을 특징으로하는 다층박막을 이용한 DC-DC컨버터용 플래너트랜스포머.
4. 제 3 항에 있어서,

   다수회 권취한 상하의 동박층(5)(5a)간을 단자베이스부(1)의 천공단자부(1a)를 통하여 직렬연결토록 하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 DC-DC컨버터용 플래너트랜스포머.
5. 제 3항에 있어서,

   다수회 권취한 상하의 동박층(5)(5a)간을 단자베이스부(1)의 천공단자부(1a)를 통하여 병렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 DC-DC컨버터용 플래너트랜스포머.
6. 제 1 항에 있어서,

   코어부는 하측코어부(60)는 와인딩보드의 윈도우(2)의 단면구조대응하도록 단면구조를 갖고 있으면서 수직 돌출토록 수직코어부(61)를 구성하였으며, 이 수직코어부(61)의 하단 양측으로 윙코어부(62)를 변으로 향할수록 넓어지도록 구성하면서 그 양단에서 수직돌출부(63)를 구성하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한DC-DC컨버터용 플래너트랜스포머.
7. 제 1 항에 있어서,

   상측코어부(70)는 수직코어부만 제외하고 하측코어부와 동일한 형태로 구성하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 DC-DC컨버터용 플래너트랜스포머.
8. 제 1 항에 있어서,

   와인딩보드에 적층되는 동박층(5)(5a)의 상하면에 금, 은, 백금, 주석, 동으로 도금처리하여 주는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 DC-DC컨버터용 플래너트랜스포머.