KR101793457B1

KR101793457B1 - Integrated transformer for led driving

Info

Publication number: KR101793457B1
Application number: KR1020160101265A
Authority: KR
Inventors: 정세교
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2017-11-03

Abstract

According to an embodiment of the present invention, an integrated transformer for driving an LED is disclosed. The integrated transformer according to an embodiment of the present invention includes: a main transformer which transfers electric energy from a primary winding formed on a first leg of a magnetic core to a plurality of secondary windings formed on the first leg, wherein the magnetic core has the first leg, a second leg and a third leg; a balancing transformer which includes a plurality of balancing coils extended from the plurality of secondary windings and divided into the second leg and the third leg of the magnetic core, respectively, and balances the electric energy transferred to each of the plurality of secondary windings; and a resonance inductor which includes a magnetic sheet inserted between the primary winding and the secondary winding to control the magnitude of a leakage magnetic flux generated from the primary winding. It is possible to provide an integrated transformer using a single magnetic core.

Description

[0001] INTEGRATED TRANSFORMER FOR LED DRIVING [0002]

본 발명의 실시예들은 집적 변압기에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to an integrated transformer.

LED 조명 장치는 높은 광속/전력 효율을 가지며 수명이 길다는 장점이 있다. 이에 따라, 에너지 절약형 그린 조명기기와 같이 적용되는 범위가 확장되고 있다. LED lighting devices have high luminous flux / power efficiency and have a long life span. As a result, the range of applications such as energy-saving green illumination devices is expanding.

그러나, LED 조명 장치는 광량이 작아 복수의 LED를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용해야 한다. LED 조명 장치를 직렬로 연결하는 경우 전압 강하로 인해 그 수가 제한될 수밖에 없다. LED 조명 장치를 병렬로 연결하는 경우에는 LED 소자의 불균일성으로 인해 전류가 일정하게 공급되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 또한, LED 조명 장치는 기존의 다른 조명기기에 비해 고비용이라는 단점을 가지고 있다.However, since the LED lighting device has a small light amount, a plurality of LEDs must be connected in series or in parallel. When LED lighting devices are connected in series, the number of them is inevitably limited due to the voltage drop. When the LED lighting apparatuses are connected in parallel, there may arise a problem that the current is not constantly supplied due to the non-uniformity of the LED elements. In addition, the LED lighting apparatus has a disadvantage that it is more expensive than other lighting apparatuses.

이에 따라, 병렬 연결된 LED를 일정하게 구동시키며 LED 조명 장치의 단가를 낮출 수 있는 장치의 개발이 요구된다.Accordingly, it is required to develop a device capable of constantly driving the LEDs connected in parallel and lowering the unit cost of the LED lighting device.

한국등록특허공보 제10-1214337호(2012.12.13)Korean Patent Registration No. 10-1214337 (December 13, 2012)

본 발명의 실시예들은 단일의 자성 코어를 이용한 집적 변압기를 제공하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention are intended to provide an integrated transformer using a single magnetic core.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 제1 다리, 제2 다리 및 제3 다리를 갖는 자성 코어의 상기 제1 다리에 형성되는 1차 권선으로부터 상기 제1 다리에 형성되는 복수의 2차 권선으로 전기 에너지를 전달하는 주 변압기; 복수의 상기 2차 권선으로부터 각각 연장되어 상기 자성 코어의 상기 제2 다리 및 상기 제3 다리에 각각 나뉘어 감기는 복수의 밸런싱 코일을 포함하며 복수의 상기 2차 권선 각각으로 전달된 상기 전기 에너지를 밸런싱하는 밸런싱 변압기; 및 상기 1차 권선과 상기 2차 권선 사이에 삽입되어 상기 1차 권선으로부터 발생되는 누설 자속의 크기를 제어하는 자성 시트를 포함하는 공진 인덕터를 포함하는, 집적 변압기가 제공된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a plurality of secondary windings formed on the first leg from a primary winding formed on the first leg of a magnetic core having a first leg, a second leg and a third leg A main transformer for transferring electrical energy; And a plurality of balancing coils each extending from the plurality of secondary windings and divided into the second leg and the third leg of the magnetic core, respectively, and balancing the electric energy delivered to each of the plurality of secondary windings Balancing transformer; And a magnetic sheet inserted between the primary winding and the secondary winding to control a magnitude of a leakage magnetic flux generated from the primary winding, is provided.

상기 제1 다리의 중앙에는, 공극(air gap)이 형성될 수 있다.At the center of the first leg, an air gap may be formed.

복수의 상기 밸런싱 코일 각각은, 상기 제2 다리 및 상기 제3 다리에 동일한 권선 수로 나뉘어 감길 수 있다.Each of the plurality of balancing coils may be wound by the same number of turns on the second leg and the third leg.

복수의 상기 밸런싱 코일 중 어느 하나에 의해 상기 자성 코어 내에 형성되는 자기장(magnetic field)의 방향은, 상기 밸런싱 코일 중 다른 하나에 의해 형성되는 자기장의 방향과 반대일 수 있다.The direction of the magnetic field formed in the magnetic core by any one of the plurality of balancing coils may be opposite to the direction of the magnetic field formed by the other one of the balancing coils.

상기 주 변압기의 상기 1차 권선은, 상기 제1 다리를 감싸도록 형성되고, 상기 주 변압기의 복수의 상기 2차 권선은, 상기 1차 권선을 감싸도록 형성될 수 있다.The primary winding of the main transformer is formed to surround the first leg, and a plurality of the secondary windings of the main transformer may be formed to surround the primary winding.

상기 자성 시트는 상기 제1 다리의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있다.The magnetic sheet may be formed so as to surround the circumference of the first leg.

본 발명의 실시예들에 따르면, 주 변압기, 밸런싱 변압기 및 공진 인덕터를 단일의 자성 코어 상에서 구현함으로써 변압기의 소형화 및 비용 절감을 도모할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the main transformer, the balancing transformer, and the resonant inductor are realized on a single magnetic core, thereby miniaturizing the transformer and reducing the cost.

또한 본 발명의 실시예들에 따르면, 주 변압기에 의해 밸런싱 코일 각각에 유도된 기전력을 상쇄시킴으로써 주 변압기와 밸런싱 변압기가 독립적으로 동작할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the main transformer and the balancing transformer can operate independently by canceling the electromotive force induced in each balancing coil by the main transformer.

또한 본 발명의 실시예들에 따르면, 주 변압기의 1차 권선과 2차 권선 사이에 자성 시트를 삽입함으로써 1차 권선으로부터 누설되는 자속의 크기를 용이하게 조절할 수 있고, 상기 자성 시트를 이용하여 별도의 권선 없이도 주 변압기의 1차 권선과 직렬로 연결되는 공진 인덕터를 구현할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, it is possible to easily adjust the magnitude of the magnetic flux leaked from the primary winding by inserting the magnetic sheet between the primary winding and the secondary winding of the main transformer, A resonant inductor connected in series with the primary winding of the main transformer can be realized without winding of the main transformer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기의 상세한 구조를 나타낸 예시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기의 예시적인 회로도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 변압기의 상세 구성을 나타낸 회로도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기의 권선 방법을 설명하기 위한 예시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 인덕터에 의해 생성되는 누설 인덕턴스 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기의 동작을 나타낸 그래프
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기의 동작을 나타낸 그래프1 is an exemplary view showing a detailed structure of an integrated transformer according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is an exemplary circuit diagram of an integrated transformer according to one embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a balancing transformer according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view for explaining a winding method of an integrated transformer according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram for explaining a method of calculating a leakage inductance value generated by a resonance inductor according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating the operation of an integrated transformer according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating the operation of an integrated transformer according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following detailed description is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular form of a term includes plural forms of meaning. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기(100)의 상세한 구조를 나타낸 예시도이다. 구체적으로, 도 1(a)는 집적 변압기(100)의 상면도를 나타내고, 도 1(b)는 집적 변압기(100)의 측면도를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기(100)는 주 변압기(110), 밸런싱 변압기(130) 및 공진 인덕터(150)를 포함한다. 1 is an exemplary view showing a detailed structure of an integrated transformer 100 according to an embodiment of the present invention. 1 (a) shows a top view of an integrated transformer 100, and Fig. 1 (b) shows a side view of an integrated transformer 100. Fig. The integrated transformer 100 according to an embodiment of the present invention includes a main transformer 110, a balancing transformer 130, and a resonant inductor 150.

본 실시예들에서, 자성 코어(102: magnetic core)는 변압기, 전동기, 발전기 등의 장치에서 자로(자기력선의 통로)를 용이하게 형성하기 위해 사용되는 물질일 수 있다. 구체적으로, 자성 코어(102)와 인접한 전선에 전류가 흐르는 경우, 자성 코어 내부에 자속(magnetic flux)이 형성될 수 있다. 자성 코어는 예를 들어, 페라이트(ferrite), 철, 니켈, 아연 등으로 제조될 수 있으나, 자성 코어의 재료에는 특별한 제한이 없다. In these embodiments, the magnetic core 102 may be a material used to easily form a magnetic path (passage of magnetic force lines) in an apparatus such as a transformer, an electric motor, a generator, or the like. Specifically, when a current flows through the electric wire adjacent to the magnetic core 102, a magnetic flux can be formed inside the magnetic core. The magnetic core may be made of, for example, ferrite, iron, nickel, zinc or the like, but there is no particular limitation on the material of the magnetic core.

또한, 자성 코어(102)는 제1 다리(102-1), 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 자성 코어(102)는 EE형 형상일 수 있다. 여기서, EE형 형상은 알파벳 E 형상의 자성 코어 2개가 마주보는 형상일 수 있다. 구체적으로, 제1 다리(102-1)는 자성 코어(102)의 중심축일 수 있고, 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)는 자성 코어(102)의 가장자리에 배치되는 양 축일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 코어(102)의 제1 다리(102-1)에는 중앙에 공극(114: air gap)이 형성될 수 있다(도 1(a) 참조). 즉, 제1 다리(102-1)는 중앙부에 일정 간격만큼 공간을 형성하도록 구성될 수 있다. 자성 코어(102)의 제1 다리(102-1)에 공극(114)이 형성됨에 따라 자화 인덕턴스(Lm) 값을 조절할 수 있다. 자화 인덕턴스는 1차 권선(104)에 전류가 발생됨에 따라 형성되는 것으로서, 본 설명에서는 이에 대한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.In addition, the magnetic core 102 may have a first leg 102-1, a second leg 102-2, and a third leg 102-3. According to one embodiment, the magnetic core 102 may be in the EE shape. Here, the EE shape may be a shape in which two magnetic cores of an alphabet E shape face each other. Specifically, the first leg 102-1 may be the center axis of the magnetic core 102, and the second leg 102-2 and the third leg 102-3 may be disposed on the edge of the magnetic core 102 Can be used. According to an embodiment of the present invention, an air gap 114 may be formed at the center of the first leg 102-1 of the magnetic core 102 (see Fig. 1 (a)). That is, the first leg 102-1 may be configured to form a space at a predetermined interval in the central portion. The value of the magnetization inductance Lm can be adjusted as the cavity 114 is formed in the first leg 102-1 of the magnetic core 102. [ Magnetization inductance is formed as a current is generated in the primary winding 104, and a detailed description thereof will be omitted in this description.

주 변압기(110)는 전자기 유도현상을 이용하여 1차측으로부터 2차측으로 전기 에너지를 전달하기 위한 것이다. 일 실시예에 따르면, 1차측에는 1차 권선(104)이 형성될 수 있다. 또한, 2차측에는 복수의 2차 권선(106)이 형성될 수 있다. 주 변압기(110)의 1차 권선(104) 및 복수의 2차 권선(106)은 자성 코어(102)의 제1 다리(102-1)에 형성될 수 있고, 1차 권선(104)으로부터 복수의 2차 권선(106)으로 전기 에너지를 전달할 수 있다. 구체적으로, 주 변압기(110)는 1차 권선(104)에 흐르는 전류를 일정한 비율로 변환하여 2차 권선(106)으로 전달할 수 있다. 또한, 주 변압기(110)는 1차 권선(104)의 양단에 걸리는 전압을 일정한 비율로 변환하여 2차 권선(106)의 양단으로 전달할 수 있다. 즉, 1차 권선(104) 측이 주 변압기(110)의 입력 측이 될 수 있고, 2차 권선(106) 측이 주 변압기(110)의 출력 측이 될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 2차 권선(106)은 복수 개 존재할 수 있다. 또한, 1차 권선(104)과 2차 권선(106) 사이에 유도되는 전류 또는 전압의 관계는 일반적인 변압기의 원리와 같이 1차 권선(104) 및 2차 권선(106)을 구성하는 권선 수에 의해 결정되며, 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 한편, 본 실시예들에서 권선이 형성된다는 것은 전선 등이 자성 코어에 감기어 코일을 형성한다는 것을 의미한다.The main transformer 110 is for transmitting electrical energy from the primary side to the secondary side by using the electromagnetic induction phenomenon. According to one embodiment, a primary winding 104 may be formed on the primary side. Further, a plurality of secondary windings 106 may be formed on the secondary side. The primary winding 104 and the plurality of secondary windings 106 of the main transformer 110 may be formed in the first leg 102-1 of the magnetic core 102 and a plurality The secondary winding 106 of FIG. Specifically, the main transformer 110 can convert the current flowing through the primary winding 104 at a predetermined ratio and transfer the same to the secondary winding 106. [ In addition, the main transformer 110 can convert the voltage applied to both ends of the primary winding 104 at a constant ratio and transfer the voltages to both ends of the secondary winding 106. [ That is, the primary winding 104 side may be the input side of the main transformer 110, and the secondary winding 106 side may be the output side of the main transformer 110. [ According to one embodiment, a plurality of secondary windings 106 may be present. The relationship of the current or voltage induced between the primary winding 104 and the secondary winding 106 is determined by the number of windings constituting the primary winding 104 and the secondary winding 106, And a detailed description thereof will be omitted. On the other hand, in the present embodiments, formation of a winding means that a wire or the like is wound around the magnetic core to form a coil.

주 변압기(110)의 권선 구조와 관련하여, 1차 권선(104)은 제1 다리(110-1)를 감싸도록 형성되고, 복수의 2차 권선(106)은 1차 권선(104)을 감싸도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 1차 권선(104)은 제1 다리(102-1)를 감싸도록 1차 권선(104)의 층을 형성할 수 있고, 2차 권선(106)은 1차 권선(104)의 층 위에 2차 권선(106)의 층을 형성할 수 있다. 다시 말해, 2차 권선 중 일부(106-1)는 2차 권선의 나머지(106-2) 위에 형성되는 것이 아니라, 서로 동일한 층을 이루도록 형성될 수 있다.With respect to the winding configuration of the main transformer 110, the primary winding 104 is formed to enclose the first leg 110-1, and the plurality of secondary windings 106 surrounds the primary winding 104 . In other words, the primary winding 104 may form a layer of the primary winding 104 to surround the first leg 102-1, and the secondary winding 106 may form a layer of the primary winding 104 A layer of secondary winding 106 can be formed on top of that. In other words, some of the secondary windings 106-1 may not be formed on the remainder 106-2 of the secondary windings, but may be formed to form the same layer.

밸런싱 변압기(130)는 2차 권선(106)으로 전달된 전기 에너지 각각을 밸런싱하기 위한 것이다. 구체적으로, 밸런싱 변압기(130)는 복수의 2차 권선(106) 사이에 유도되는 전류 상호 간의 밸런싱을 제어할 수 있다. 일 예시에서, 밸런싱 변압기(130)는 통상의 변압기 구조를 가질 수 있다. 2차 권선과 각각 전기적으로 연결되는 전자 소자들(예를 들어, LED 어레이)을 병렬로 구동시키는 예시에서, 각 전자 소자들의 특성이 상이한 경우 각 전자 소자에 공급되는 전류의 불균형이 발생할 수 있다. 이 경우, 밸런싱 변압기(130)는 각 전자 소자별로 공급되는 전류를 동일하게 유지할 수 있으며, 이 경우, 밸런싱 변압기(130)의 권선비는 1:1일 수 있다.The balancing transformer 130 is for balancing each of the electrical energy delivered to the secondary winding 106. Specifically, the balancing transformer 130 can control balancing of the mutual currents induced between the plurality of secondary windings 106. In one example, the balancing transformer 130 may have a conventional transformer structure. In an example in which electronic elements (e.g., LED arrays) electrically connected to the secondary windings are driven in parallel, if the characteristics of the respective electronic elements are different, an imbalance in the current supplied to each electronic element may occur. In this case, the balancing transformer 130 may maintain the same current supplied to each electronic element, in which case the winding ratio of the balancing transformer 130 may be 1: 1.

밸런싱 변압기(130)는 복수의 밸런싱 코일(108)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 밸런싱 코일(108)은 복수의 2차 권선(106) 각각으로부터 연장되어 형성될 수 있다. 다시 말해, 밸런싱 코일(108)과 2차 권선(106)은 코일이 형성된 위치에 따라 구분될 수 있다. 또한, 복수의 밸런싱 코일(108) 각각은 자성 코어(102)의 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)에 나뉘어 감길 수 있다. 구체적으로, 복수의 밸런싱 코일 중 어느 하나(108-1 또는 108-2)는 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)에 동일한 권선 수로 나뉘어 감길 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 밸런싱 코일 중 어느 하나(108-1 또는 108-2)에 의해 자기 코어(102) 내에서 형성되는 자기장(magnetic field)의 방향은, 상기 밸런싱 코일 중 다른 하나(108-2 또는 108-1)에 의해 형성되는 자기장과 반대 방향일 수 있다. 또한 일 실시예에 따르면, 밸런싱 코일 중 어느 하나(108-1)는 자성 코어(102)의 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3) 위에 층을 형성하도록 감길 수 있고, 밸런싱 코일 중 다른 하나(108-2)는 형성된 상기 층 위에 감길 수 있다.The balancing transformer 130 may include a plurality of balancing coils 108. According to one embodiment, a plurality of balancing coils 108 may be formed extending from each of the plurality of secondary windings 106. In other words, the balancing coil 108 and the secondary winding 106 can be distinguished according to the position where the coil is formed. In addition, each of the plurality of balancing coils 108 may be wound around the second leg 102-2 and the third leg 102-3 of the magnetic core 102. [ Specifically, any one of the plurality of balancing coils 108-1 and 108-2 can be wound around the second leg 102-2 and the third leg 102-3 with the same number of turns. According to one embodiment, the direction of the magnetic field formed in the magnetic core 102 by either one of the plurality of balancing coils 108-1 or 108-2 is selected such that the other of the balancing coils 108 -2 or 108-1). &Lt; / RTI > Also according to one embodiment, one of the balancing coils 108-1 may be wound to form a layer on the second leg 102-2 and the third leg 102-3 of the magnetic core 102, The other of the balancing coils 108-2 may be wound onto the formed layer.

밸런싱 변압기(130)의 복수의 밸런싱 코일 중 어느 하나(108-1 또는 108-2)가 자성 코어(102)의 제2 다리(102-2)에서 일 방향(도 1(a)에서 시계 방향)으로 감기는 경우, 밸런싱 코일 중 다른 하나(108-2 또는 108-1)는 상기 제2 다리(102-2)에서 타 방향(도 1(a)에서 시계 반대 방향)으로 감길 수 있다. 한편, 밸런싱 코일이 감기는 방법 및 형성되는 자기장의 방향은 오른나사의 법칙(right-handed screw rule)에 따라 결정될 수 있다. 이에 따라, 밸런싱 변압기(130)는 주 변압기(110)에서 발생되는 자기장에 의해 복수의 2차 권선(106)에 유도되는 기전력 상호 간의 영향을 상쇄할 수 있다. 즉, 밸런싱 변압기(130)는 주 변압기(110)에 의해 유도되는 기전력을 2차 권선(106)에서 제거함으로써 단일의 자성 코어(102) 상에서 주 변압기(110)와 독립적으로 동작할 수 있다.One of the plurality of balancing coils 108-1 or 108-2 of the balancing transformer 130 is wound in one direction (clockwise in Fig. 1 (a)) at the second leg 102-2 of the magnetic core 102, The other one 108-2 or 108-1 of the balancing coils can be wound in the other direction (counterclockwise in Fig. 1 (a)) at the second leg 102-2. On the other hand, the way the balancing coil is wound and the direction of the magnetic field to be formed can be determined according to the right-handed screw rule. Thus, the balancing transformer 130 can counteract the mutual influence of the electromotive forces induced in the plurality of secondary windings 106 by the magnetic field generated in the main transformer 110. That is, the balancing transformer 130 can operate independently of the main transformer 110 on a single magnetic core 102 by removing the electromotive force induced by the main transformer 110 from the secondary winding 106. [

공진 인덕터(150)는 별도의 권선 없이 1차 권선(104) 또는 2차 권선(106)으로부터 형성되는 누설 인덕턴스를 이용하여 인덕터를 구현하기 위한 것이다. 구체적으로, 주 변압기(110)에서 1차 권선(104)과 쇄교하지만 2차 권선(106)과는 쇄교하지 않는 누설 자속이 발생하게 된다. 이러한 누설 자속은 1차 권선(104)과 직렬 연결되는 누설 인덕턴스를 생성할 수 있다. 또한, 공진 인덕터(150)는 형성되는 누설 인덕턴스의 값을 조절할 수 있는데, 상기 누설 인덕턴스의 값은 1차 권선(104) 및 2차 권선(106) 사이의 누설 자속의 크기에 의해 결정될 수 있다. 누설 인덕턴스의 값을 구하는 과정은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.The resonant inductor 150 is for realizing the inductor by using the leakage inductance formed from the primary winding 104 or the secondary winding 106 without a separate winding. Specifically, a leakage magnetic flux is generated in the main transformer 110 that is not linked to the primary winding 104 but to the secondary winding 106. This leakage flux can create a leakage inductance in series with the primary winding 104. The value of the leakage inductance can be determined by the magnitude of the leakage magnetic flux between the primary winding 104 and the secondary winding 106. The leakage inductance of the resonant inductor 150 can be adjusted by adjusting the value of the leakage inductance. The process of obtaining the value of the leakage inductance will be described later with reference to FIG.

공진 인덕터(150)는 주 변압기(110)의 1차 권선(104)과 2차 권선(106) 사이에 삽입되어 누설 자속을 흡수하는 자성 시트(112: magnetic sheet)를 포함할 수 있다. 자성 시트(112)는 1차 권선(104) 또는 2차 권선(106)에서 발생되는 누설 자속의 크기를 조절(예를 들어, 증가 또는 감소)할 수 있다. 여기서, 자성 시트(112)는 페라이트를 포함하는 다양한 자성체 물질로 이루어질 수 있으나, 자성 시트(112)의 재료에는 특별한 제한이 없다. 자성 시트(112)는 공기에 비해 큰 비투자율(relative permeability)을 가지므로, 사용되는 자성체 물질의 비투자율과 자성 시트의 두께의 변화에 따라 1차 권선(104)으로부터 발생되는 누설 자속의 크기를 용이하게 조절할 수 있다. The resonant inductor 150 may include a magnetic sheet 112 inserted between the primary winding 104 and the secondary winding 106 of the main transformer 110 to absorb the leakage magnetic flux. The magnetic sheet 112 can adjust (e.g., increase or decrease) the magnitude of the leakage flux generated in the primary winding 104 or the secondary winding 106. [ Here, the magnetic sheet 112 may be made of various magnetic materials including ferrite, but the material of the magnetic sheet 112 is not particularly limited. Since the magnetic sheet 112 has a large relative permeability as compared with the air, the magnitude of the leakage magnetic flux generated from the primary winding 104 in accordance with the variation of the specific permeability of the magnetic material used and the thickness of the magnetic sheet It can be easily adjusted.

일 실시예에 따르면, 자성 시트(112)는 자성 코어(102)의 제1 다리(102-1)의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 다리(102-1)에 형성된 1차 권선(104) 위에 자성 시트(112)가 배치되고, 그 위에 2차 권선(106)이 형성될 수 있다. According to one embodiment, the magnetic sheet 112 may be formed so as to surround the first leg 102-1 of the magnetic core 102. Specifically, the magnetic sheet 112 may be disposed on the primary winding 104 formed on the first leg 102-1, and the secondary winding 106 may be formed thereon.

본 실시예들에 따르면, 직접 변압기(100)는 주 변압기(110), 밸런싱 변압기(130) 및 공진 인덕터(150)를 단일의 자성 코어(102) 상에서 구현함으로써 변압기의 소형화 및 비용 절감을 도모할 수 있다. According to these embodiments, the direct transformer 100 implements the main transformer 110, the balancing transformer 130, and the resonant inductor 150 on a single magnetic core 102, thereby reducing the size and cost of the transformer .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기(100)의 예시적인 회로도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기(100)는 주 변압기(110), 밸런싱 변압기(130) 및 공진 인덕터(150)를 포함한다.2 is an exemplary circuit diagram of an integrated transformer 100 according to one embodiment of the present invention. 2, an integrated transformer 100 according to an embodiment of the present invention includes a main transformer 110, a balancing transformer 130, and a resonant inductor 150. The main transformer 110 includes a main transformer 110, a balancing transformer 130,

주 변압기(110)는 1차 권선(104)에 흐르는 전류(i_r) 또는 1차 권선(104)의 양단에 걸리는 전압(V_p)을 변환하여 2차 권선(106)에 흐르는 전류(i₀₁, i₀₂) 또는 2차 권선(106)의 양단에 걸리는 전압(V_b1, V_b2)을 유도할 수 있다. 이때, 자성 코어(102)의 중앙부에 형성되는 공극(114)에 의해 자화 인덕턴스(Lm)의 크기가 결정될 수 있다.The main transformer 110 converts the current i _r flowing in the primary winding 104 or the voltage V _p across both ends of the primary winding 104 to generate a current i ₀₁ flowing through the secondary winding 106 , i ₀₂ ) or the voltages (V _b1 , V _b2 ) applied to both ends of the secondary winding (106). At this time, the size of the magnetization inductance Lm can be determined by the gap 114 formed at the center of the magnetic core 102.

밸런싱 변압기(130)는 복수의 2차 권선(106)에 흐르는 전류(i₀₁, i₀₂) 각각을 밸런싱 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 2차 권선(106) 사이의 권선비는 1:1로서, 밸런싱 변압기(130)는 복수의 2차 권선(106)에 각각 동일한 전류가 공급되도록 제어할 수 있다.The balancing transformer 130 may balance each of the currents (i ₀₁ , i ₀₂ ) flowing through the plurality of secondary windings 106. According to one embodiment, the winding ratio between the secondary windings 106 is 1: 1, and the balancing transformer 130 can control to supply the same current to each of the plurality of secondary windings 106, respectively.

공진 인덕터(150)는 별도의 권선 없이 1차 권선(104)과 2차 권선(106) 사이에 삽입되는 자성 시트(112)를 이용하여 구현될 수 있다. 도 2를 참조하면, 자성 시트(112)에 의해 형성되는 누설 인덕턴스(L_r)는 1차 권선(104)과 직렬로 연결되는 것으로 볼 수 있다.The resonant inductor 150 may be implemented using a magnetic sheet 112 inserted between the primary winding 104 and the secondary winding 106 without additional winding. Referring to FIG. 2, the leakage inductance L _r formed by the magnetic sheet 112 can be seen to be connected in series with the primary winding 104.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 변압기(130)의 상세 구성을 나타낸 회로도이다. 3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a balancing transformer 130 according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 밸런싱 변압기(130)는 자성 코어(102)의 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)에 각각 나뉘어 감기는 복수의 밸런싱 코일(108)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 밸런싱 코일(108)은 2차 권선(106)으로부터 각각 연장되어 형성되며, 자성 코어(202)의 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)에 나뉘어 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 밸런싱 코일(108) 각각은 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)에 동일한 권선 수(N_b21 및 N_b22, 또는 N_b11 및 N_b12)로 감길 수 있다. 또한, 밸런싱 코일(108) 각각은 자성 코어(102) 내에서 다른 밸런싱 코일과 반대 방향으로 자기장을 형성하도록 감길 수 있다. 이에 따라, 밸런싱 변압기(130)는 주 변압기(110)에 의해 각각의 밸런싱 코일(108)에 유도된 기전력을 상쇄시킴으로써 단일의 자성 코어(102) 상에서 주 변압기(110)와 독립적으로 동작할 수 있다.3, the balancing transformer 130 includes a plurality of balancing coils 108 wound around the second leg 102-2 and the third leg 102-3 of the magnetic core 102, respectively, . Specifically, a plurality of balancing coils 108 are formed extending from the secondary winding 106, respectively, and are divided into a second leg 102-2 and a third leg 102-3 of the magnetic core 202 . According to one embodiment, each of the balancing coils 108 is wound on the second leg 102-2 and the third leg 102-3 with the same number of turns N _b21 and N _b22 , or N _b11 and N _b12 , . Each of the balancing coils 108 may also be wound in the magnetic core 102 to form a magnetic field in a direction opposite to the other balancing coil. The balancing transformer 130 can operate independently of the main transformer 110 on a single magnetic core 102 by canceling the electromotive force induced in each balancing coil 108 by the main transformer 110 .

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기(100)의 권선 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 4 is an exemplary view for explaining a winding method of the integrated transformer 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 밸런싱 코일(208: N_b11, N_b12, N_b21, N_b22)은 각각 복수의 2차 권선(106: N_s1, N_s2)으로부터 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 밸런싱 코일(108)은 자성 코어(102)의 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)에 나뉘어 감길 수 있고, 이때 특정 밸런싱 코일(108)이 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)에 나뉘어 감긴 권선 수는 동일할 수 있다. 구체적으로, 도 4에서는 권선 수 N_b11는 권선 수 N_b12와, 권선 수 N_b21는 권선 수N_b22와 상호 동일할 수 있다.As shown in Figure 4, the balancing coil (208: N _b11, _b12 N, N _b21, _b22 N) comprises a plurality of secondary windings, respectively: may be formed extending from the _{_{(106 N s1, N s2)}} . The balancing coil 108 may also be wrapped around the second leg 102-2 and the third leg 102-3 of the magnetic core 102 such that the particular balancing coil 108 is coupled to the second leg 102 -2 and the third leg 102-3 may be the same. Specifically, in FIG. 4, the number of windings N _b11 may be equal to the number of windings N _b12, and the number of windings N _b21 may be equal to the number of windings N _b22 .

다만, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기(100)의 권선 방법을 설명하기 위한 것이며, 실제 집적 변압기(100)의 권선 구조는 도 2와 같이 형성된다. 예를 들어, 도 4에서 2차 권선(106)은 1차 권선(104)과 동일한 층을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 이는 이해를 돕기 위한 것일 뿐이고, 실제 2차 권선(106)은 1차 권선(104)으로 이루어진 층 위에 형성될 수 있고, 그 사이에 자성 시트(112)가 삽입될 수 있다. 또한, 도 4에서 밸런싱 코일(108)이 자성 코어(102)의 제2 다리(102-2) 및 제3 다리(102-3)의 길이 방향으로 나란하게 배치된 것으로 도시되어 있으나, 실제 밸런싱 코일(208)은 어느 하나가 다른 하나 위에 겹치도록 배치될 수 있다.4 is a view for explaining a winding method of the integrated transformer 100 according to an embodiment of the present invention. The winding structure of the actual integrated transformer 100 is formed as shown in FIG. For example, in FIG. 4, the secondary winding 106 is illustrated as being in the same layer as the primary winding 104, but this is only for the sake of comprehension and the actual secondary winding 106 is a primary winding 104, and a magnetic sheet 112 can be inserted therebetween. Although the balancing coil 108 is shown in FIG. 4 as being disposed in parallel to the longitudinal direction of the second leg 102-2 and the third leg 102-3 of the magnetic core 102, (208) may be arranged such that either one overlaps the other.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 인덕터(150)에 의해 생성되는 누설 인덕턴스(L_r) 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.5 is a diagram illustrating a method of calculating a leakage inductance (L _r ) value generated by the resonance inductor 150 according to an embodiment of the present invention.

상술한 바와 같이, 공진 인덕터(150)는 자성 시트(112)를 이용하여 1차 권선(104) 또는 2차 권선(106)으로부터 발생되는 누설 인덕턴스(L_r)에 의해 구현될 수 있다. 이때, 공진 인덕터(150)는 자성 시트(112)의 두께, 자성 코어의 투자율 등에 따라 형성되는 누설 인덕턴스(L_r)의 크기가 조절될 수 있다. 형성되는 누설 인덕턴스(L_r) 값은 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.The resonance inductor 150 can be realized by the leakage inductance L _r generated from the primary winding 104 or the secondary winding 106 by using the magnetic sheet 112. As described above, At this time, the size of the leakage inductance L _r formed in accordance with the thickness of the magnetic sheet 112, the magnetic permeability of the magnetic core, and the like can be adjusted in the resonance inductor 150. The value of the formed leakage inductance (L _r ) can be calculated as shown in Equation (1).

(Lr: 누설 인덕턴스,

: 진공 투자율,

: 자성 코어의 투자율, Np: 1차 권선의 권선 수, lm: 자성 시트의 높이, d: 자성 시트의 두께, h0: 제1 기둥의 중심축으로부터 제1 권선까지의 거리, h1: 제1 권선의 두께)(Lr: leakage inductance,

: Vacuum permeability,

: Magnetic permeability of the magnetic core Np: number of windings of the primary winding lm: height of the magnetic sheet d: thickness of the magnetic sheet h0: distance from the central axis of the first column to the first winding h1: Thickness)

도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기(100)의 동작을 나타낸 그래프이다. 도 2 및 6을 참조하면, 단일의 자성 코어(102) 상에서 구현된 집적 변압기(100)를 이용하여 LED 어레이를 동작시킨 결과를 확인할 수 있다. 구체적으로, LED 어레이 각각에서 측정되는 전류(I_d1)는 일정한 파형을 그리며, LED 어레이를 동작시킬 수 있다. 6 and 7 are graphs illustrating the operation of an integrated transformer 100 according to one embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 2 and 6, the results of operating the LED array using the integrated transformer 100 implemented on a single magnetic core 102 can be seen. Specifically, the current I _d1 measured in each of the LED arrays draws a constant waveform and can operate the LED array.

도 7을 참조하면, 복수의 2차 권선(106)이 밸런싱 변압기(130)를 거쳐 밸런싱된 각각의 전류값(i₀₁, i₀₂)이 도시되어 있다. Referring to Fig. 7, a current value (i ₀₁ , i ₀₂ ) of each of the plurality of secondary windings 106 is shown balanced through the balancing transformer 130.

밸런싱 변압기(130)에 의해 밸런싱된 전류는 도 7에 도시된 바와 같이, 상호 동일한 값을 가진다. 즉, 도 7을 참조하면, 2차 권선(106)에 흐르는 전류 사이의 밸런싱이 적절하게 이루어진 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 변압기(100)에 따르면, 단일의 자성 코어(102)에서 주 변압기(110) 및 밸런싱 변압기(130)의 기능을 독립적으로 수행할 수 있다.The balancing currents by the balancing transformer 130 have the same value, as shown in Fig. That is, referring to FIG. 7, it can be confirmed that balancing between the currents flowing in the secondary winding 106 is appropriately performed. According to the integrated transformer 100 according to the embodiment of the present invention, the functions of the main transformer 110 and the balancing transformer 130 in the single magnetic core 102 can be independently performed.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

100: 집적 변압기
102: 자성 코어
104: 1차 권선
106: 2차 권선
108: 밸런싱 코일
110: 주 변압기
112: 자성시트
114: 공극(air gap)
130: 밸런싱 변압기
150: 공진 인덕터100: Integrated transformer
102: Magnetic core
104: primary winding
106: Secondary winding
108: Balancing coil
110: main transformer
112: magnetic sheet
114: air gap
130: Balancing transformer
150: Resonant inductor

Claims

A main transformer for transferring electrical energy from a primary winding formed on the first leg of the magnetic core having a first leg, a second leg and a third leg to a plurality of secondary windings formed on the first leg;
And a plurality of balancing coils each extending from the plurality of secondary windings and divided into the second leg and the third leg of the magnetic core, respectively, and balancing the electric energy delivered to each of the plurality of secondary windings Balancing transformer; And
And a magnetic sheet inserted between the primary winding and the secondary winding to control a magnitude of a leakage magnetic flux generated from the primary winding.

The method according to claim 1,
And an air gap is formed at the center of the first leg.

The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of balancing coils is divided by the same number of turns on the second leg and the third leg.

The method according to claim 1,
Wherein a direction of a magnetic field formed in the magnetic core by one of the plurality of balancing coils is opposite to a direction of a magnetic field formed by the other one of the balancing coils.

The method according to claim 1,
Wherein the primary winding of the main transformer is formed so as to surround the first leg,
Wherein a plurality of said secondary windings of said main transformer are formed to enclose said primary windings.

The method according to claim 1,
Wherein the magnetic sheet is formed to surround the periphery of the first leg.