KR0177022B1 - 초크 코일 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 공통 모드와 정상 모드 노이즈에 대한 충분한 제거 효과를 갖는 초크 코일을 제공한다.
초크 코일은 보빈, 보빈을 주회하는 한쌍의 권선, 및 보빈의 직선으로 둘러싸인 통상동부에 삽입되는 자성체 코어로 구성된다. 보빈은 본체와 캡으로 설치되고, 각각 자성체 코어에 내장되있다. 자성체 코어의 상측반분에 권선 중에 하나를 주회하는 폐쇄 자기회로를 구성하고, 하측반분에 권선 중에 다른 하나를 주회하는 폐쇄 자기회로를 구성한다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 초크 코일의 구현예에서 사용된 보빈의 사시도이다.
제2도는 본 발명에 따른 초크 코일의 구현예를 나타내는 단면도이다.
제3도는 제2도에 나타낸 초크 코일의 전기등가회로도이다.
제4도는 제2도에 나타낸 초크 코일을 사용하여 공통 모드 노이즈의 제거를 설명하는 전기회로도이다.
제5도는 제2도에 나타낸 초크 코일을 사용하여 공통 모드 노이즈의 제거를 설명하는 자기회로도이다.
제6도는 제2도에 나타낸 초크 코일을 사용하여 정상 모드 노이즈의 제거를 설명하는 전기회로도이다.
제7도는 제2도에 나타낸 초크 코일을 사용하여 정상 모드 노이즈의 제거를 설명하는 자기회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 보빈(bobbin) 4~5 : 권선(卷線 ; winding)
6~7 : 자성체 코어 11 : 보빈 본체
12 : 통상동부(body portion) 12a : 홀
13~ 15 : 플랜지부(flange portion) 16 : 자성체 코어
17 : 캡(cap) 18 : 자성체 코어
본 발명은 주로 전자기기등에서 유출(流出)하는 노이즈를 제거하기 위해서 사용되는 초크 코일(choke coil)에 관한 것이다.
순환하는 노이즈에는 두가지 모드가 있다. 첫번째는 전원선 사이에서 발생하는 전압차로 노이즈가 순환하는 정상 모드(normal mode, 미분 모드)이고, 두번째는 전원선 사이의 전압차는 없고, 전원선과 접지사이에서 발생하는 전압차로 노이즈가 순환하는 공통 모드(common mode)이다. 정상 모드의 노이즈 전류방향은 전원의 전류 방향과 동일한 방향이다. 공통 모드의 노이즈 전류 방향은 전원의 전류와 다른 루프를 따른다. 초크 코일은 전기한 형태의 노이즈를 감소시키거나 제거하도록 설계된다.
일반적으로, 공통 모드 초크 코일은, 낮지만 정상 모드의 누설 인덕턴스(leakage inductance) 성분을 갖는다. 따라서, 공통 모드 초크 코일은 정상 모드 노이즈용으로도 효과가 있다. 그러나, 정상 모드 노이즈가 강한 경우에는, 정상 모드 초크 코일을 분리해서 사용하여 노이즈를 제거하는 것이 필요하다.
정상 모드의 누설 인덕턴스 성분이 비교적 큰 공통 모드 초크 코일의 경우에, 누설 자속(leakage flux)은 때때로 주변회로에 악영향을 끼친다. 이때문에 공통 모드 초크 코일 주변에 자기차폐(magnetic shield)와 같은 수단(countermeasure)이 필요하다.
종래의 초크 코일은, 한개의 초크 코일로 공통 모드 노이즈와 정상 모드 노이즈를 모두 충분하게 제거하는 것이 불가능하기 때문에, 공통 모드 노이즈와 정상 모드 노이즈를 제거하기 위해서 두개의 초크 코일 즉, 공통 모드 초크 코일과 정상 모드 초크 코일을 인쇄 회로 기판등에 실장하는 것이 필요하다. 이것은 인쇄 회로 기판에 소비되는 면적이 큰 문제점을 초래한다.
또한, 초크 코일 주변에 자기 차폐를 제공함으로써, 초크 코일의 비용 증가를 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 공통 모드 노이즈와 정상 모드 노이즈에 대한 충분한 노이즈 제거 효과를 갖는 초크 코일을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 초크 코일은 첫째, 한쌍의 권선(卷線 : winding); 둘째, 전기한 한쌍의 권선이 권회(卷回)하는 통상동부(筒狀胴部 : body portion)와 이 통상동부에 설치된 플랜지부(flange portion)를 포함하는 본체를 가지며, 전기한 본체의 플랜지부의 외주(circumferential)단면에 접합된 캡(cap)을 가지고, 전기한 한쌍의 권선의 각각을 주회(周回)하는 제1자성체 코어(magnetic core)가 내장된 보빈(bobbin) ; 및 세째, 전기한 통상동부의 홀에 한변이 삽입되어 통과하는 폐쇄 자기회로(closed magnetic circuit)를 형성하는 제2자성체 코어를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 구성에서, 한쌍의 권선을 통해 공통 모드 노이즈 전류가 흐르는 경우에, 자속은 각각의 권선에 발생한다. 전기한 자속은 서로 합쳐지고, 합쳐진 자속은 폐쇄 자기회로에서 발생하는 와전류손실(eddy current loss)등의 형태로 열에너지로 변환하여 감쇠된다. 이것은 공통 모드 노이즈 전류를 제거하는 것이다. 한편, 한쌍의 권선을 통해 정상 모드 노이즈 전류가 흐르는 경우에, 자속은 각각의 권선에서 발생한다. 전기한 자속은 보빈내에 내장된 자성체 코어를 주회하고, 와전류 손실등의 형태로 열에너지로 변환하여 감쇠된다. 이것은 정상 모드 노이즈 전류를 제거하는 것이다.
자성체 코어를 보빈에 내장시키는 것은 초크 코일을 소형화되게 하는 것을 가능하게 한다. 또한, 보빈의 본체와 캡은 개별 소자로 제공되므로, 캡을 본체와 접합하지 않는 경우에 권선 공정등의 작업은 종래의 초크 코일과 동일한 방식으로 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 초크 코일의 구현예를 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명의 구현예의 초크 코일에 사용된 보빈 1의 사시도이다. 보빈 1은 직선으로 둘러싸인 통상동부(rectilinear body portion) 12와 직선으로 둘러싸인 통상동부 12의 양단부와 중앙부에 제공된 플랜지부 13∼15로 이루워진 본체 11과 플랜지부 13∼15로의 외주단면에 접합된 캡을 구비하고 있다. 직선의 통상동부 12는 횡단면이 원형인 홀 12a를 갖는다. 그러나, 홀의 횡단면의 형태는 임의로 직선으로 둘러싸인 형태라고 말할 수 없다. 캡 17은 판의 형태이고, 통상동부 12를 이후에 설명될 권선 4와 5로 권회한 후에, 접착제등을 사용하여 플랜지부 13∼15의 각각의 하측 외주단면에 접합되어 있다.
보빈 1의 재료로서는, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(terephthalate) 수지, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지등이 사용되었다.
또한, 보빈 1의 하부에 자성체 코어 16과 18로 이루워진 자성체 코어가 삽입 몰딩등의 수단으로 내장되어있다. 특히, E자형의 자성체 코어 16은 본체 11의 통상동부 12의 내부(홀 12a의 하측)와 플랜지부 13∼15의 내부에 배설되고, 플랜지 13∼15의 하측 외주단면에 일부가 노출되어 있다. 대체로 I자형의 자성에 코어 18은 캡 17의 내부에 배설되고, 캡 17의 상면의 플랜지부 13∼15와 접합한 부분에 일부가 노출되어 있다. 따라서, 본체 11과 캡 17이 서로 접합한 경우에, 자성체 코어 16과 18의 노출부분은 서로 접촉하여 B자형의 자기회로를 형성한다. 자성체 코어 16과 18의 자성체 재료로서는, 비투자율(relative permeability)이 1이상(즉, 2∼수 백)인 자성체 재료가 사용된다. 구체적으로는, 니켈-아연계나 망간-아연계의 페라이트(ferrite)와 압분 자심(dust core)을 포함하는 재료가 사용될 수 있다.
제2도는 이상의 구조를 갖는 보빈 1을 사용한 초크 코일을 나타낸다. 초크 코일은 보빈 1, 전기한 보빈 1을 권회하는 한쌍의 권선 4와 5, 및 두개의 U자형 자성체 코어 6과 7로 구성되며, 두개의 U자형 자성체 코어 6과 7은 혼 12a에 삽입되어 통과하는 폐쇄 자기회로를 형성하는 제2자성체 코어를 형성한다. 한쌍의 권선 4와 5 각각은, 보빈 1의 통상동부 12를 권회하여서 플랜지부 14의 양쪽에 위치한다.
각각의 권선의 시단부와 종단부는 보빈 1에 설치된 단자(도시하지 않음)에 고정된다.
제2도에서, 보빈 1은 자성체 코어 16과 18의 상측반분(上側半分)에 권선 4를 주회하는 폐쇄 자기회로를 구성하고, 자성체 16과 18의 하측반분에 권선 5를 주회하는 폐쇄 자기회로를 구성한다.
자성체 코어 6과 7은 보빈 1의 통상동부 12의 홀 12a에 삽입상태로 서로 접합하여, D자형 코어를 형성한다. 코어 6과 7의 재료로서는 수천의 비투자율을 갖는 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 페라이트와 비정형(非晶形 : amorphous) 재료등이 사용될 수 있다.
이상의 구성을 갖는 초크 코일은 자성체 16과 18이 보빈 1에 내장되어 있기 때문에, 소형이고 인쇄 회로 기판등을 차지하는 면적이 작다. 또한, 보빈 1의 본체 11과 캡 17은 개별적인 소자이므로, 캡 17을 종래의 초크 코일의 설비와 방법을 사용하여 본체 11에 접합시키기 전에 권선 작업이 실행될 수 있다.
제3도는 전기한 초크 코일의 전기등가회로도을 나타낸다.
이상의 구성을 갖는 초크 코일의 공통 모드 노이즈 제거 작용은 제4도와 제5도를 참조하여 상세히 설명한다.
제4도에 나타낸 것과 같이, 초크 코일은 전원 20과 전자기기등의 부하(load) 21의 사이에 배설된 2개의 신호선에 접속되어 있다. 부유(浮遊 : stray)용량 C1은 전원 20과 접지 사이에서 발생하고, 부유용량 C2는 부하 21과 접지 사이에서 발생한다.
2개의 신호선을 통해 제4도에서 나타낸 화살표 방향으로 공통 모드 노이즈 전류 i1과 i2가 흐르는 경우에, 제5도에 나타낸 것과 같이, 권선 4와 5는 각각 자속 θ1과 θ2를 발생시킨다. 자속 θ1과 θ2의 결합은 코어 6과 7로 설치된 폐쇄 자기회로를 통해 주회하는 동안 누설되는 것 없이 점차 감쇠된다. 이것은 와전류손실 등의 형태로 자속 θ1과 θ2가 열에너지로 변환되는 결과이다. 따라서, 공통 모드 노이즈 전류 i1과 i2가 감소된다.
초크 코일의 정상 모드 노이즈 제거 작용은 제6도와 제7도를 참조하여 상세히 설명한다.
제6도에 나타낸 것과 같이, 2개의 신호선 각각을 통해 제6도에서 나타낸 화살표 방향으로 정상 모드 노이즈 전류 i3가 흐르는 경우에, 제7도에 나타낸 것과 같이, 권선 4와 5는 각각 자속 θ3과 θ4를 발생시킨다. 자속 θ3과 θ4의 결합은 보빈 1에 내장된 자성체 코어 16과 18로 형성된 폐쇄 자기회로를 통해 다른 누설되는 것 없이 주회하는 동안, 와전류손실 등의 형태로 열에너지로 변환하는 결과 점차 감쇠한다. 따라서, 정상 모드 노이즈 전류 i3가 감소된다.
본 발명의 초크 코일은 전기한 구체예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 한 다양한 변화가 만들어 질 수 있다.
하나의 공통 보빈이 복수의 권선을 위해 사용되는 것은 필수적인 것이 아니다. 대신에, 복수의 독립 보빈이 각각의 권선에 대응해서 제공될 수 있다. 통상동선의 형태는 실린더형이거나 각기둥형으로 즉, 원형이나 직선으로 둘러싸인 횡단면을 가질 수 있다.
또한, 두개의 U자형 코어와 E자형 코어의 결합에 더하여, 자성체 코어는 U자형과 E자형 코어에 I자형 코어를 결합하여 얻을 수 있다. 코어는 분할형 코어로 한정되는 것은 아니고, B자형 코어와 D자형 코어와 같은 일체형 코어를 사용할 수 있다.
이상의 설명에서 명백해진 것과 같이, 본 발명에 따르면, 한쌍의 권선을 각각 주회하는 자성체 코어를 내장하는 보빈과 전기한 보빈에 한변이 삽입되어 통과하는 폐쇄 자기회로를 형성하는 자성체 코어를 구비하고, 한쌍의 권선을 통해 흐르는 공통 모드 노이즈 전류와 정상 모드 노이즈 전류로 발생하는 자속은 자성체 코어가 보빈내에 내장되고, 각각의 자성체 코어내에서 발생하는 와전류손실등의 형태로 열에너지로 변환되어 감쇠한다. 그 결과, 공통 모드 노이즈와 정상 모드 노이즈가 제거된다.
또한, 자기 유속이 초크 코일의 밖으로 누설되지 않기 때문에, 초크 코일 주변의 자기 차폐의 필요성이 제거된다.
또한, 한쌍의 자성체 코어가 보빈에 내장되어 있기 때문에, 인쇄 회로 기판을 차지하는 면적이 적은 소형의 초크 코일을 제공할 수 있다. 보빈의 본체와 캡은 개별적인 소자이므로, 종래의 초크 코일을 위한 동일한 설비 및 작업 방법을 이용하여 권선등의 작업을 실행할 수 있어서, 제조비용이 절감된다.
앞서 상술한 것들은, 단지 본 발명의 바람직한 구현예에 관한 것이며, 본 발명의 구현예의 모든 변화와 수정까지도 첨부한 특허청구의 범위에 의해 규정된 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 한 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야만 한다.
Claims (1)
- 한쌍의 권선(卷線 : winding); 전기한 한쌍의 권선이 권회(卷回)하는 통상동부(筒狀胴部 ; body portion)와 전기한 통상동부에 설치된 플랜지부(flange portion)를 포함하는 본체를 가지며, 전기한 본체의 전기한 플랜지부의 외주(circumferential)단면에 접합된 캡(cap)을 가지고, 전기한 한쌍의 권선 각각의 적어도 일부를 주회(周回)하는 제1자성체 코어(magnetic core)가 내장된 보빈(bobbin); 및 전기한 통상동부의 홀에 한변이 삽입되어 통과하는 폐쇄 자기회로(closed magnetic circuit)를 형성하는 제2자성체 코어를 포함함을 특징으로 하는 초크 코일.
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