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WO2018012760A1 - 공통 권선 평면 트랜스포머 - Google Patents

공통 권선 평면 트랜스포머 Download PDF

Info

Publication number
WO2018012760A1
WO2018012760A1 PCT/KR2017/006773 KR2017006773W WO2018012760A1 WO 2018012760 A1 WO2018012760 A1 WO 2018012760A1 KR 2017006773 W KR2017006773 W KR 2017006773W WO 2018012760 A1 WO2018012760 A1 WO 2018012760A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding
auxiliary
planar transformer
common
secondary winding
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/006773
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이주열
Original Assignee
이주열
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이주열 filed Critical 이주열
Publication of WO2018012760A1 publication Critical patent/WO2018012760A1/ko

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
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    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01F27/2804—Printed windings
    • H01F2027/2819—Planar transformers with printed windings, e.g. surrounded by two cores and to be mounted on printed circuit

Definitions

  • the present invention relates to planar transformers and, more particularly, to common winding planar transformers.
  • the miniaturization of the transformer is made possible by increasing the switching frequency, but the heat dissipation area is reduced due to the miniaturization, and the loss increases. This loss proportionally increases with the increase of the switching frequency. Due to the increased skin effect of the skin at the frequency and the loss due to the proximity L and proximity effect, it is difficult to use the power supply with a high frequency switching frequency.
  • planar transformers having a large effective cross-sectional area can be used in power supply devices for high frequency bands by reducing high frequency loss, thereby achieving both miniaturization and high efficiency.
  • a conventional planar transformer implements a primary winding and a secondary winding on a laminated PCB to have characteristics similar to those of a winding transformer.
  • the planar type having a thinner and wider winding pattern increases the number of PCB stacks to arrange the winding number as the number of turns increases. This feature is the only drawback of the winding transformer.
  • Figure 1 shows a planar transformer according to the prior art
  • Figure 1 (a) is a perspective view of the entire planar transformer
  • (b) is a perspective view showing the removal of the core (1)
  • (c) is a core (1) and the board
  • (d) shows the primary winding and the secondary winding separately.
  • a substrate 2 is formed between a ferrite core 1 composed of an upper core and a lower core, and a metallic pattern layer 3 is wound around the substrate 2.
  • the winding is a planar winding of planar shape.
  • the primary winding consists of the primary winding (3-1) and the secondary winding (3-2), the primary winding (3-1) is connected to the primary winding terminal (L1) and the secondary winding (3-2) ) Is connected to the secondary winding terminal (L2).
  • the number of turns of the primary winding is 32 turns and the number of turns of the secondary winding is 4 turns.
  • the primary winding is composed of four metal layers composed of eight turns per layer
  • the secondary winding is composed of two metal layers composed of two turns of layers.
  • An object of the present invention is to provide a common winding planar transformer that can be miniaturized by reducing the number of substrates.
  • Common winding planar transformer comprises a core portion having a pair of cores electromagnetically coupled to each other; A substrate disposed between the pair of cores and having a first through hole and a second through hole formed therein; A first metal layer formed on a bottom surface of the substrate to form a primary winding; And a second metal layer formed on an upper surface of the substrate to form a secondary winding and an auxiliary winding.
  • the secondary winding and the auxiliary winding may be disposed to be proximately spaced apart at the same plane.
  • the secondary winding and the auxiliary winding may be alternately disposed.
  • the first metal layer is further formed with a primary winding terminal connected to the primary winding
  • the second metal layer is connected with the secondary winding 2
  • An auxiliary winding terminal connected to the secondary winding terminal and the auxiliary winding may be further formed.
  • the primary winding, the secondary winding, and the auxiliary winding may be formed in a double helix structure around the first through hole and the second through hole.
  • the core includes a lower core and an upper core, and the lower core penetrates the first protrusion and the second through hole penetrating the first through hole.
  • the primary winding is connected to the primary winding terminal through a first connecting line, and the secondary winding The secondary winding terminal may be connected through a second connection line, and the auxiliary winding may be connected to the auxiliary winding terminal through a third connection line.
  • the secondary winding and the auxiliary winding may have the same turns ratio.
  • the secondary winding and the auxiliary winding may have different winding widths.
  • the energy efficiency is superior to that of the conventional planar transformer.
  • the substrate can be made smaller than the conventional planar transformer, and the thickness of the transformer can be reduced.
  • the present invention is lighter than a conventional planar transformer.
  • the top surface of the ferrite core can be made into a thin flat shape, thereby reducing the cost.
  • the secondary winding and the auxiliary winding may be disposed on the same layer to reduce the number of layers of the substrate and the thickness of the metal layer.
  • the secondary winding and the auxiliary winding are arranged on the same layer, it is possible to facilitate magnetic coupling with respect to the primary winding.
  • the secondary winding and the auxiliary winding may be disposed on the same layer to use a double-sided substrate together with the primary winding.
  • on-board is possible in a system with less PCB substrate stacking than a conventional planar transformer.
  • the winding capacitance generated in the line pattern of the upper and lower layers due to the reduction of the stacked substrates may be reduced, thereby improving efficiency.
  • FIG. 1 shows a transformer according to the prior art.
  • FIG. 2 shows a common winding planar transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2B.
  • FIG 5 is an exploded perspective view of the common winding planar transformer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a comparison of a conventional planar transformer and a common winding planar transformer according to the present invention.
  • FIG. 7 shows a comparison of magnetic flux density between a conventional planar transformer and a common winding planar transformer according to the present invention.
  • each layer, region, pattern, or structure may be placed on or under the substrate, each layer, region, pad, or pattern. "Formed" includes all those formed directly or through another layer. The criteria for the up / down or down / down of each layer will be described with reference to the drawings.
  • a common winding plane transformer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • Figure 2 shows a common winding planar transformer according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 (a) is a perspective view of the entire planar transformer
  • (b) is a perspective view showing the removal of the upper core (11)
  • (C) is a perspective view showing a state in which the core portion 10 and the substrate 20 are removed
  • (d) shows the primary winding and the secondary winding separately.
  • FIG. 3 is an enlarged view of (b) of FIG. 2
  • FIG. 4 is an enlarged view of (c) of FIG. 2
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the common winding planar transformer.
  • a planar transformer according to an embodiment of the present invention includes a core portion 10, a substrate 20, and a metal layer 30.
  • the core portion 10 may be composed of a pair of ferrite cores 11 and 12 electromagnetically coupled to each other. That is, the upper core 11 and the lower core 12 are combined.
  • Each of the upper core 11 and the lower core 12 has protrusions 13 and 14 protruding from both ends thereof, and the protrusions 13 and 14 may have a rectangular shape.
  • the protrusions 13 and 14 pass through the through holes HI and H2 formed in the substrate 20, respectively, and a spiral winding is formed around the through holes HI and H2.
  • the protrusions 13 and 14 contact the upper core 11 to form a contact surface.
  • both ends of the lower core 12 may also protrude, contacting the upper core 11 to form a contact surface.
  • Four contact surfaces are formed, contributing to the formation of magnetic flux. The magnetic flux formation will be described later. _
  • the substrate 20 ′ is a double-sided substrate, and metal layers 30 may be formed on the bottom and top surfaces of the substrate, respectively.
  • the first through hole HI and the second through hole H2 may be formed in the substrate.
  • the metal layer 30 may include a first metal layer 31 formed on the bottom surface of the substrate 20 and a second metal layer 32 formed on the top surface of the substrate.
  • the first metal layer 31 may form a primary winding 310
  • the second metal layer 32 may form a secondary winding 320 and an auxiliary winding 330.
  • first metal layer 31 may further form a primary winding terminal L1 connected to the primary winding 310, and the second metal layer 32 may be electrically connected to the secondary winding 320.
  • the secondary winding terminal L2 connected to each other and the auxiliary winding terminal L3 electrically connected to the auxiliary winding 330 may be further formed.
  • the primary winding 310 and the primary winding terminal L1 are connected through the first connection line 41, and the secondary winding 320 and the secondary winding terminal L2 are the second connection line 42.
  • the auxiliary winding 330 and the auxiliary winding terminal L3 may be connected through a third connecting line 43.
  • winding terminals LI, L2, and L3 are all configured with + and-terminals, and the connecting lines 41, 42, and 43 are also configured with + terminal connecting lines and-terminal connecting lines respectively connected to +/- terminals. have.
  • the primary winding 310, the secondary winding 320, and the auxiliary winding 330 may have a double spiral winding formed around the through holes HI and H2.
  • the secondary winding 320 and the auxiliary winding 330 may be arranged at a predetermined interval on the same plane. That is, the secondary winding and the auxiliary winding are configured in a common winding method, and are arranged alternately with each other to form a double helix. Therefore, the secondary winding 320 and the auxiliary winding 330 has the same number of turns. However, the width of the windings may be different from each other, and in this embodiment, the width of the secondary winding 320 is formed to be wider than the width of the auxiliary winding 330,
  • the primary winding 310 has one spiral 311 formed around the first through hole HI, the other spiral 312 formed around the second through hole H2, and these spirals May be connected to each other through the connection portion 313 to form a single winding.
  • the secondary winding 320 also has one spiral 321 formed along the two first through holes HI and the other spiral 322 formed around the second through hole H2. These spirals may be connected to each other through a connecting portion 323 to form a lower winding.
  • the auxiliary winding 330 also has one spiral 331 formed around the first through hole HI, and the other spiral 332 formed around the second through hole H2.
  • the spirals may be connected to each other through the connecting portion 333 to form one winding.
  • the number of turns of the windings can be variously set according to the output voltage of the transformer.
  • the primary winding 310 may be 40 turns
  • the secondary winding 320 and the auxiliary winding 330 may be four turns.
  • the number of substrates can be reduced by half compared to a conventional planar transformer, and the thickness can be further reduced by forming secondary windings and auxiliary windings in a common winding in the same plane.
  • an eight-turn planar winding requires five layers of metal layers, thereby increasing the number of substrates, thereby increasing the overall thickness of the transformer.
  • the winding may be formed as a double helix, and the secondary winding and the auxiliary winding may be used as a common winding, and thus, only one substrate layer may have the same effect as in the prior art.
  • FIG. 6 is a comparison of a conventional planar transformer and a common winding planar transformer according to the present invention, and FIG. 6) represents a conventional planar transformer and (b) represents a common winding planar transformer according to the present invention.
  • the thickness (U) of the conventional planar transformer is thicker than the thickness (t2) of the planar transformer according to the present invention.
  • the operation of the common winding planar transformer according to the present invention will be described.
  • the magnetic field generated in the primary winding is centered on the left protrusion 13 of the lower core 12 and the right protrusion 14 of the lower core 12. Since the closed loop is formed, the magnetic flux (magnet ic f lux) flows.
  • This magnetic flux (magnet ic f lux) is induced in the secondary winding to generate a magnetic field. At this time, the current set by the turns ratio flows through the secondary winding terminal.
  • FIG. 7 shows a comparison of magnetic flux densities
  • FIG. 7 (a) shows the magnetic flux density of the planar transformer according to the prior art
  • a conventional planar transformer is provided with a single central protrusion of upper and lower ferrite cores.
  • ferrite core contact surfaces are provided on both sides of the center to form three contact surfaces.
  • the first magnetic flux (magnet ic f lux, 71) and the second magnetic flux (magnet ic f lux, 72) are formed to form the magnetic flux density of the planar transformer.
  • the dual core planar transformer two contact surfaces are provided on both edges of the ferrite core and both center projections, so that four contact surfaces are formed.
  • the first magnetic flux (magnet ic f lux, 73) and the second magnetic flux (magnet ic f lux, 74) are formed
  • the third magnetic flux which is the main magnetic flux in the closed loop in which the first central contact surface and the second central contact surface are formed. (magnet ic , f lux, 75) are formed, dual The magnetic flux density of the core planar transformer is configured.
  • the magnetic flux density of the dual core planar transformer is higher than the magnetic flux density of the planar transformer, it transfers energy (power) more efficiently.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머는 서로 전자기 결합되는 한 쌍의 코어를 갖는 코어부; 상기 한 쌍의 코어 사이에 배치되고, 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀이 형성된 기판; 상기 기판의 하단면에 형성되어 1차 권선을 형성하는 제 1 금속층; 및 상기 기판의 상단면에 형성되어 2차 권선 및 보조권선을 형성하는 제 2 금속층을 포함할 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
공통 권선 평면 트랜스포머 ί기술분야】
본 발명은 평면 트랜스포머에 관한 것으로， 보다 상세하게는 공통 권선 평면 트랜스포머에 관한 것이다.
【배경기술】
트랜스포머의 소형화는 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 가능해지지만, 소형화에 따른 방열면적이 감소하여 손실이 증가하게 되며， 이 손실량은 스위칭 주파수의 증가에 따라 비례적으로 증가하게 되고, 권선형 트랜스포머는 100 kHz 이상의 스위칭 주파수에서 표피효과 (skin effect )와 근접 L과 (proximi ty effect )에 의한 손실 증가로 인해 고주파의 스위칭 주파수를 갖는 전원장치에는 웅용하기가 어렵다. 반면 넓은 유효 단면적을 갖는 평면 트랜스포머는 고주파 손실을 감소시켜 고주파 대역용 전원장치에 사용이 가능하여 소형화와 고효율화를 동시에 이를 수 있는 특징이 있다.
통상적으로 종래의 평면형 트랜스포머는 적층 PCB에 1차 권선과 2차 권선을 구현하여， 권선형 트랜스포머와 같은 특성을 갖게 하는 것이다. 그러나 권선형에 비해 얇고 넓은 권선 패턴을 갖는 평면형은 권선수가 늘어나면 이를 배치하기 위해 PCB 적층수가늘어나게 된다. 이런 특징은 권선형 트랜스포머의 유일한 단점이다. 도 1은 종래기술에 따른 평면형 트랜스포머를 도시한 것으로， 도 1의 (a)은 평면형 트랜스포머 전체를 나타낸 사시도이고， (b)는 코어 (1)를 제거한 모습은 나타낸 사시도이고， (c)는 코어 (1) 및 기판 (2)을 제거한 모습을 나타낸 사시도이고， (d)는 1차 권선과 2차 권선을 분리하여 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 상부 코어와 하부 코어로 구성된 페라이트 코어 (1)의 사이에 기판 (2)이 형성되어 있으며 기판 (2)에 금속성의 패턴층 (3)이 권선되어 있다. 상기 권선은 평면 형상의 평면 권선이다.
1차 권선은 1차 권선 (3—1)과 2차 권선 (3-2)로 구성되며 1차 권선 (3-1)은 1차 권선 단자 (L1)에 연결되고 2차 권선 (3-2)은 2차권선 단자 (L2)에 연결된다.
상기 1차 권선의 권선수는 32턴 (turn) 이며 2차 권선의 권선수는 4턴 (turn)이다. 이때 1차 권선은 층당 8턴으로 구성되는 4개 금속층으로 구성되고, 2차 권선은 층단 2턴으로 구성되는 2개 금속층으로 구성된다.
따라서 1차 권선 및 2차 권선을 모두 배치하기 위해서는 6개의 금속층과 5개의 PCB 유전체층이 필요하다. 보조권선이 추가될 경우 PCB 기판의 적층수가 더욱 많아지게 되므로 평면 트랜스포머의 제조비용이 상승하게 되고 PCB 기판층의 두께가두꺼워짐에 따라 전체 트랜스포머의 크기가 커지게 된다.
따라서 소형화를 위해서는 적층되는 기판의 수를 줄일 필요가 있다. 【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명이 해결하고자 하는 과제는， 기판의 수를 줄여 소형화가 가능한 공통 권선 평면 트랜스포머를 제공하는 것이다.
【기술적 해결방법】
본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머는 서로 전자기 결합되는 한 쌍의 코어를 갖는 코어부; 상기 한 쌍의 코어 사이에 배치되고， 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀이 형성된 기판; 상기 기판의 하단면에 형성되어 1차 권선을 형성하는 제 1 금속층; 및 상기 기판의 상단면에 형성되어 2차 권선 및 보조권선을 형성하는 제 2 금속층을 포함할 수 있다.
또한， 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머에서, 상기 2차권선과 보조권선은 동일 평면에서 일정 간격으로 근접 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머에서, 상기 2차 권선과 보조권선은 서로 교대로 배치될 수 있다.
또한， 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머에서， 상기 제 1 금속층에는 상기 1차 권선과 연결되는 1차 권선단자가 더 형성되고， 상기 제 2 금속층에는 상기 2차 권선과 연결되어 2차 권선단자 및 보조권선에 연결되는 보조권선 단자가 더 형성될 수 있다.
또한， 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머에서， 상기 1차 권선， 2차 권선 및 보조권선은 상기 계 1 관통홀 및 제 2 관통홀 둘레를 따라 이중 나선 구조로 형성될 수 있다.
또한， 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머에서， 상기 코어는 하부코어와 상부코어로 구성되고， 상기 하부코어는 상기 제 1 관통홀을 관통하는 계 1 돌출부 및 상기 제 2 관통홀 관통하는 제 2 돌출부를 포함할수 있다ᅳ 또한， 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머에서， 상기 1차 권선은 제 1 연결선을 통해 상기 1차 권선단자와 연결되고, 상기 2차 권선은 제 2 연결선을 통해 상기 2차 권선단자와 연결되고, 상기 보조권선은 제 3 연결선을 통해 상기 보조권선단자와 연결될 수 있다.
또한， 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머에서, 상기 2차 권선과 보조권선은 권선비가 동일할 수 있다.
상기 2차 권선과 보조권선은 권선폭이 서로 상이할 수 있다.
【발명의 효과】
본 발명의 실시예에 의하면， 종래의 평면형 트랜스포머에 비해 에너지 효율이 우수하다.
본 발명의 실시예에 의하면， 종래의 평면형 트랜스포머에 비해 보다 적은 기판으로 구성할 수 있어 트랜스포머의 두께를 얇게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면， 종래의 평면형 트랜스포머에 비해 보다 가볍다. 본 발명의 실시예에 의하면, 페라이트 코어의 상단면을 얇은 평면형태로 만들 수 있어서 원가 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 이중 나선형 구조로 인한 효율 향상으로 2차 권선의 금속 두께를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면， 2차 권선과 보조권선을 동일층에 배치하여 기판의 층수 및 금속층의 두께를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면， 2차 권선과 보조권선을 동일층에 배치하여 1차 권선에 대해 자기 결합을 원활히 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면， 2차 권선과 보조권선을 동일층에 배치하여 1차 권선과 함께 양면 기판을 사용할수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면， 종래의 평면형 트랜스포머에 비해 보다 적은 PCB 기판 적층으로 시스템에 온 보드 (On-board)가 가능하다.
본 발명의 실시예에 의하면， 적층되는 기판의 감소로 인한 위 /아래층의 선로패턴에서 발생하는 권선 캐패시턴스 (winding capacitance)가 감소하여 효율을 개선할 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 종래기술에 따른 트랜스포머를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머를 나타낸 것이다.
도 3은 상기 도 2의 (b)를 확대하여 도시한 것이다.
도 4는 상기 도 2의 (c)를 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 공통 권선 평면 트랜스포머의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 6은 종래의 평면 트랜스포머와 본 발명에 의한 공통 권선 평면 트랜스포머를 비교한 것이다.
도 7은 종래의 평면 트랜스포머와 본 발명에 의한 공통 권선 평면 트랜스포머의 자속밀도를 비교 도시한 것이다.
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바， 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나， 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며， 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경， 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면들에 있어서， 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나. 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며， 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다, 본 명세서에서 '및 /또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 증 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는 /결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한， 명세서에서 사용되는 '포함한다'또는
'포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계， 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계， 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다 .
또한， '제 1 , 제 2 ' 등과 같은 표현은， 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써， 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다，
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막)， 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판， 각 층 (막)， 영역， 패드 또는 패턴들의 "상 /위 (on)"에 또는 "하 /아래 (under) "에 형성된다는 기재는， 직접 (direct ly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각층의 상 /위 또는 하 /아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다, 이하， 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 권선 평면 트랜스포머를 나타낸 것으로, 도 2의 (a)은 평면형 트랜스포머 전체를 나타낸 사시도이고， (b)는 상부 코어 (11)를 제거한 모습은 나타낸 사시도이고， (c)는 코어부 (10) 및 기판 (20)을 제거한 모습을 나타낸 사시도이고, (d)는 1차 권선과 2차 권선을 분리하여 도시한 것이다.
도 3은 상기 도 2의 (b)를 확대하여 도시한 것이고， 도 4는 상기 도 2의 (c)를 확대하여 도시한 것이고， 도 5는 상기 공통 권선 평면 트랜스포머의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 5를 참조하면， 본 발명의 일 실시예에 따른 평면형 트랜스포머는 코어부 (10)， 기판 (20) 및 금속층 (30)을 포함한다.
상기 코어부 (10)는 서로 전자기 결합하는 한 쌍의 페라이트 코어 (11， 12)로 구성될 수 있다. 즉， 상부 코어 (11)와 하부코어 (12)가 결합된 형태이다. 상기 상부 코어 (11)와 하부 코어 (12)는 각각 양쪽 끝단이 돌출된 돌출부 (13, 14)가 형성되어 있으며， 돌출부 (13， 14) )는사각형 형상일 수 있다.
상기 돌출부 (13， 14)는 기판 (20)에 형성된 관통홀 (HI , H2)을 각각 관통하며， 상기 관통홀 (HI , H2) 주위로 나선형의 권선이 형성된다. 상기 돌출부 (13， 14)는 상부 코어 (11)와 접촉하여 접촉면을 형성한다. 그리고 하부 코어 ( 12)의 양쪽 끝단도 돌출될 수 있는데， 상부 코어 (11)와 접촉하여 접촉면을 형성한다. 즉, 4개의 접촉면이 형성되어 자속 형성에 기여하게 된다. 자속 형성과 관련해서는 후술하기로 한다. _
상기 기판 (20')은 양면 기판으로， 기판의 하단면과 상단면에 각각 금속층 (30)이 형성될 수 있다. 상기 기판에는 제 1 관통홀 (HI) 및 제 2 관통홀 (H2)이 형성될 수 있다.
상기 금속층 (30)은 기판 (20)의 하단면에 형성되는 제 1 금속층 (31) 및 상기 기판의 상단면에 형성되는 계 2 금속층 (32)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 금속층 (31)은 1차 권선 (310)을 형성하고， 상기 제 2 금속층 (32)은 2차 권선 (320)과 보조권선 (330)을 형성할수 있다.
또한， 상기 제 1 금속층 (31)은 1차 권선 (310)과 연결되는 1차 권선단자 (L1)를 더 형성할 수 있고, 상기 제 2 금속층 (32)은 상기 2차 권선 (320)과 전기적으로 연결되는 2차 권선단자 (L2) 및 상기 보조권선 (330)과 전기적으로 연결되는 보조권선단자 (L3)를 더 형성할 수 있다.
그리고 상기 1차 권선 (310)과 1차 권선단자 (L1)는 제 1 연결선 (41)을 통해 연결되고， 상기 2차 권선 (320)과 2차 권선단자 (L2)는 제 2 연결선 (42)을 통해 연결되고， 보조권선 (330)과 보조권선단자 (L3)는 제 3 연결선 (43)을 통해 연결될 수 있다.
상기 권선단자들 (LI , L2, L3)은 모두 +단자와 -단자를 구성되어 있으며, 연결선 (41 , 42, 43) 역시 +/-단자에 각각 연결되는 + 단자 연결선과 -단자 연결선으로 구성되어 있다.
상기 1차 권선 (310)， 2차 권선 (320) , 및 보조권선 (330)은 상기 관통홀 (HI , H2) 주변으로 이중 나선 구조의 권선이 형성될 수 있다.
이때 상기 2차 권선 (320)과 보조권선 (330)은 동일 평면상에서 일정 간격으로 배치될 수 있다. 즉, 2차 권선과 보조권선은 공통권선 방식으로 구성되며， 서로 나나레 교대로 배치되어 이중 나선을 형성한다. 를의의 따라서 상기 2차 권선 (320)과 보조권선 (330)은 권선수가 동일하다. 하지만 권선의 너비는 서로 다를 수 있고， 본 실시예에서는 2차 권선 (320)의 너비가 보조권선 (330)의 너비보다 너 넓게 형성되어 있다,
상기 1차 권선 (310)은 제 1 관통홀 (HI) 둘레를 따라 하나의 나선 (311)이 형성되고, 제 2 관통홀 (H2) 둘레를 따라 다른 하나의 나선 (312)이 형성되고 이들 나선은 서로 연결부 (313)를 통해 연결되어 하나의 권선을 형성할수 있다.
상기 2차 권선 (320) 역시 1차 권선과 마찬가지로 게 1 관통홀 (HI) 둘 따라 하나의 나선 (321)이 형성되고 제 2 관통홀 (H2) 둘레를 따라 다른 하 나선 (322)이 형성되고, 이들 나선은 서로 연결부 (323)를 통해 연결되어 하 권선을 형성할 수 있다.
상기 보조권선 (330) 역시 마찬가지로 게 1 관통홀 (HI) 둘레를 따라 하나의 나선 (331)이 형성되고， 제 2 관통홀 (H2) 둘레를 따라 다른 하나의 나선 (332)이 형성되고， 이들 나선은 서로 연결부 (333)를 통해 연결되어 하나의 권선을 형성할 수 있다. 상기 권선들의 권선수는 트랜스포머의 출력 전압에 따라 다양하게 설정 가능하다. 일 실시예로， 1차 권선 (310)은 40턴 (turn)일 수 있고， 2차 권선 (320)과 보조권선 (330)은 4턴일 수 있다.
상기와 같이 권선을 이중 나선 구조로 형성함으로써 종래의 평면 트랜스포머에 비해 기판의 수를 반으로 줄일 수 있고， 2차 권선과 보조권선을 동일 평면에 공통 권으로 형성함으로써 두께를 더욱 더 줄일 수 있다.
종래에는 1차 권선에 40턴올 형성하기 위해서는 8턴 (turn)의 평면 권선이 5개 층의 금속층이 필요하고 그에 따라 기판의 수도 증가하게 되어 트랜스포머의 전체 두께가두꺼울 수밖에 없었다.
하지만， 본 발명에서는 권선을 이중 나선으로 형성하고， 2차 권선과 보조권선을 공통 권선으로 사용하여 한 개층의 기판층만으로 종래와 동일한 효과를 낼 수 있다.
도 6은 종래의 평면 트랜스포머와 본 발명에 의한 공통 권선 평면 트랜스포머를 비교한 것으로， 도 6의 )는 종래의 평면 트랜스포머를 나타낸 것이고 (b)는 본 발명에 의한 공통 권선 평면 트랜스포머는 나타낸 것이다,
도 6을 참조하면， 종래 평면 트랜스포머의 두께 (U)이 본 발명에 의한 평면 트랜스포머의 두께 (t2)보다 두꺼운 것을 확인할 수 있다. 이하에서는 본 발명에 의한 공통 권선 평면 트랜스포머의 동작을 설명한다. 기판 (20)에 형성되어 있는 이중 나선형 권선은 코어부 (10)의 상부 코어 (11)와 하부 코어 (12)의 돌출부 (13， 14)가 밀접하게 접촉이 된다. 이 때 1차 권선단자 (L1)를 통해 설정된 전류가 인가되면 1차 권선에서 발생된 자기장은 하부 코어 (12)의 좌측 돌출부 (13)과 하부 코어 (12)의 우측 돌출부 (14)를 중심으로 폐루프가 형성이 되기 때문에 자속 (magnet ic f lux)이 흐르게 된다.
이 자속 (magnet ic f lux)은 2차 권선에 유기되어 자기장이 발생되며， 이 때 2차권선단자를 통해 권선비에 의해서 설정된 전류가흐르게 된다.
도 7은 자속밀도를 비교 도시한 것으로， 도 7의 (a)는 종래 기술에 의한 평면 트랜스포머의 자속 밀도를 나타낸 것이고， (b)는 본 발명에 의한 공통 권선 평면 트랜스포머의 자속 밀도를 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면， 종래의 평면형 트랜스포머는 상 /하단의 페라이트 코어의 단일 중심부 돌출부가 구비된다. 또한 중심부 양쪽에 페라이트 코어 접촉면이 구비되어 모두 3개의 접촉면이 형성된다. 이 때 제 1 자속 (magnet ic f lux, 71)과 제 2 자속 (magnet ic f lux, 72)이 형성되어 평면형 트랜스포머의 자속밀도를 구성하게 된다.
그러나 듀얼 코어 평면형 트랜스포머는 페라이트 코어 양쪽 가장 자리의 접촉부， 및 중심부 돌출부 양쪽에 구비되어 있는 2개의 접촉면이 형성되어 모두 4개의 접촉면이 형성이 된다. 이 때 제 1 자속 (magnet ic f lux, 73)과 제 2 자속 (magnet ic f lux, 74)이 형성되고, 제 1 중심부 접촉면과 제 2 중심부 접촉면이 형성되는 폐루프에 주된 자속인 제 3 자속 (magnet ic , f lux, 75)이 형성되어, 듀얼 코어 평면형 트랜스포머의 자속 밀도를 구성하게 된다.
듀얼 코어 평면형 트랜스포머의 자속밀도가 평면형 트랜스포머의 자속밀도보다 높기 때문에 보다 효율적으로 에너지 (전력 )을 이동시킨다.
이는 듀얼 코어 평면형 트랜스포머가 통상적인 평면형 트랜스포머보다 에너지 효율이 우수하다는 점을 알수 있다. 이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나， 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서， 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

【청구범위】
【청구항 1】
서로 전자기 결합되는 한쌍의 코어를 갖는 코어부;
상기 한 쌍의 코어 사이에 배치되고， 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀이 형성된 기판;
상기 기판의 하단면에 형성되어 1차 권선을 형성하는 제 1 금속층; 및 상기 기판의 상단면에 형성되어 2차 권선 및 보조권선을 형성하는 제 2 금속층을 포함하는 공통 권선 평면 트랜스포머.
【청구항 2]
제 1항에 있어서,
상기 2차 권선과 보조권선은 동일 평면에서 일정 간격으로 근접 배치되는 공통 권선 평면 트랜스포머.
【청구항 3】
제 1항에 있어서，
상기 2차 권선과 보조권선은 동일 평면에서 서로 교대로 배치되어 있는 공통권선 평면 트랜스포머.
【청구항 4]
제 1항에 있어서，
상기 제 1 금속층에는 상기 1차 권선과 연결되는 1차 권선단자가 더 형성되고， 상기 제 2 금속층에는 상기 2차 권선과 연결되어 2차 권선단자 및 보조권선에 연결되는 보조권선단자가 더 형성되는 공통 권선 평면 트랜스포머.
【청구항 5]
제 1항에 있어서,
상기 1차 권선， 2차 권선 및 보조권선은 상기 제 1 관통홀 및 계 2 관통홀 둘레를 따라 이중 나선 구조로 형성되는 공통 권선 평면 트랜스포머.
【청구항 6】
제 1항에 있어서，
상기 코어는 하부코어와상부코어로 구성되고,
상기 하부코어는 상기 제 1 관통홀을 관통하는 제 1 돌출부 및 상기 제 2 관통홀 관통하는 제 2 돌출부를 포함하는 공통 권선 평면 트랜스포머.
【청구항 7】
제 4항에 있어서，
상기 1차 권선은 제 1 연결선을 통해 상기 1차 권선단자와 연결되고， 상기 2차 권선은 제 2 연결선올 통해 상기 2차 권선단자와 연결되고， 상기 보조권선은 게 3 연결선을 통해 상기 보조권선단자와 연결되는 공통 권선 평면 트랜스포머.
【청구항 8】
제 1항에 있어서，
상기 2차 권선과 보조권선은 권선비가동일한 공통 권선 평면 트랜스포머.
【청구항 9]
제 1항에 있어서,
상기 2차 권선과 보조권선은 권선폭이 서로 상이한 공통 권선 평면 트랜스포머.
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