KR102221510B1 - 방열 효율이 개선된 트랜스포머 - Google Patents

Abstract

본 발명의 트랜스포머의 보빈은 코어의 측면 사이드에 방열부재로서 밴드 내지 갭을 설치하였다. 따라서 코어 측면 하부 주위의 열을 신속히 방출하여 전자 기기의 오작동과 열화를 방지할 수 있다. 코일은 플랫 와이어를 사용하여 장착 밀도를 높이고 방열 효과도 개선하였다.

Description

방열 효율이 개선된 트랜스포머{Transformer with improved and efficient heat discharge function}

본 발명은 방열 효율이 개선된 트랜스포머에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 방열 효율이 개선된 보빈과 플랫 와이어(flat wire)를 구비한 트랜스포머에 관한 것이다.

SMPS(Switched-mode power supply)는 고주파수에서 온/오프되는 스위칭 디바이스를 이용하여 파워를 전환하는 전자 회로 및 스위칭 디바이스가 비전도 상태에 있을 때 동력을 전달하는 인덕터나 커패시터와 같은 저장 요소를 말한다. SMPS는 고효율이며, 안정적이고 효율적인 전원 공급이 필요한 컴퓨터와 같은 전자 장비에 널리 이용된다. 예를 들어 UHD, FHD, HD LED TV와 모니터등에 적용되고 있다.

SMPS는 입출력 전압에 따라 AC-DC, DC-DC, DC-AC, AC-AC로 분류되는데, AC-DC SMPS는 전형적으로 입력 정류기와 필터, 스위칭 디바이스로 구성되는 인버터, 출력 정류기 및 필터, 제어 회로와 트랜스포머를 구비한다. 여기서의 트랜스포머는 소위 “스위칭 트랜스포머”로서 일반적인 트랜스포머에 비하여 코어 및 보빈의 크기를 대폭 축소시킬 수 있을 뿐만 아니라 저전압, 저전류의 전원을 안정 공급할 수 있는 장점이 있다.

그런데 종래의 트랜스포머는 방열 기능을 충분히 고려하지 않은 문제가 있다. 예를 들어 특허 공개 제10-2015-0045694호는 도 1에 도시한 것과 같이, 보빈(2')에 코일(5')이 감겨지고 코어(3', 4')가 보빈(5')에 삽입 장착된 트랜스포머(1')를 개시하고 있다. 그런데 이 장치에서는 코어(3', 4')나 코일(5')이 방열하는 경우 코어(3', 4')의 측면을 통해 x축 방향으로 열이 직접 방출되므로 트랜스포머 또는 주위의 미세 부품이 열 변형 되거나 성능이 저하할 우려가 있다. 특히 코어(4')의 하면에는 PCB 기판이 배치되므로 코어(4')의 하부 측면에서 방출되는 열을 효과적으로 관리할 필요가 있다.

“트랜스포머 및 이를 구비하는 평판 디스플레이 장치”에 관한 특허 공개 제10-2012-0076299호를 참조하면, 코어가 PCB 기판을 직접 관통하도록 설치되므로 상술한 문제점이 발생할 우려가 크다.

한편, 종래의 트랜스포머의 보빈에 권취되는 코일로는 주로 원형 단면의 라운드 와이어(round wire)를 사용하였다. 라운드 와이어는 가공성이 좋으나 공간 적층률이 낮고 세슘(Cs) 성분의 증가로 주파수가 낮으며 특히 적층 시 공기와 접촉 면적이 작아 방열 효과가 낮은 단점이 있다.

따라서 트랜스포머를 슬림하고 더욱 컴팩트하게 제작함과 동시에 방열 효과를 개선할 수 있는 와이어로 대체할 필요가 있다.

본 발명은 이상의 지견을 토대로 완성된 것이다.

그러므로 본 발명은 방열 효과를 개선하고 컴팩트하며 고밀도의 트랜스포머를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, SMPS의 트랜스포머로서, 상기 트랜스포머는 보빈과, 보빈에 관통 삽입된 코어를 포함하며, 상기 보빈은 관통홀이 형성된 상부 플랜지와, 상부 플랜지의 하면과 연속하여 그 중앙에 형성되며 내부에는 관통홀을 구비한, 원형 칼럼 형상의 권취부와, 권취부의 하면에 일체로 형성되며 사각형의 형상을 가지는 베이스를 포함하며, 베이스의 전후 방향을 따른 전후면에는 소정 간격을 두고 복수의 단자체결부가 형성되고 각각의 단자체결부에는 접속단자가 외부로 돌출되며, 베이스의 코너 4개소에는 접속단자가 삽입되지 않은 사각 형상의 코너부가 형성되며, 전후 방향의 코너부는 코어의 측면 하부를 가로지르는 가느다란 띠 형상의 밴드로 일체로 연결되고, 상기 밴드는 코어의 측면에서 발생하는 열을 방열하는 방열부재인, 트랜스포머를 제공한다.

상기 코너부는 코어의 측면과 동일한 방향의 측면과, 측면에서 소정 깊이 코어를 향하여 들어간 지지면을 포함하며, 밴드는 지지면 가장 안쪽의 상부를 서로 연결하는 긴 띠 형상의 플레이트로 형성될 수 있다.

상기 밴드는 코어의 측면과 미세한 갭을 두고 이격되거나 코어의 측면과 접촉할 수 있다.

상기 밴드의 높이 폭은 0.8mm 이상일 수 있다.

상기 코너부의 측면은 전후 방향을 따라 연장되어 코어 측면 하부 모서리의 일부를 커버하며, 코어의 하면은 단자체결부의 하면과 같은 높이일 수 있다.,

상기 권취부에는 플랫 와이어로 이루어지는 코일이 장착될 수 있다.

상기 코어는 보빈을 통과하는 중앙의 중간레그의 하단과 좌측 및 우측레그의 하단 사이에 측면갭이 존재하며, 상기 측면갭을 통하여 상기 밴드로 열이 전달되어 방열될 수 있다.

상기 측면갭의 높이는 밴드의 높이에 맞추어 조정 가능하다.

본 발명에 의하면, 방열부재로서의 밴드를 코어의 측면에 형성하였으므로 코어에서 발생하는 열을 신속히 밴드로 집중시켜 방출함으로써 트랜스포머와 주변 전자 디바이스의 열 변형 및 성능 저하 우려를 방지한다는 효과를 발휘한다.

또한 본 발명은 플랫 와이어를 사용함으로써 공간 적층률을 높이고 자기 공진 효과를 개선하며 방열 효과가 우수한 트랜스포머를 제공한다는 효과를 발휘한다.

도 1은 선행기술의 트랜스포머의 사시도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 개선된 트랜스포머를 내려다 본 사시도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 개선된 트랜스포머를 우측에서 바라 본 측면도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 개선된 트랜스포머를 아래에서 올려 본 사시도;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 개선된 트랜스포머를 정면에서 바라 본 정면도; 그리고
도 6은 도 2의 일부 부분의 확대도; 그리고
도 7은 본 발명의 보빈의 밴드를 적용하기에 특히 적합한 코어의 형상을 밴드와 함께 y축 방향에서 바라 본 도면이다.

본 발명에 따른 각 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예에 불과하고, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 각 실시예에 포함되는 개별 구성 및 개별 기능 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 개선된 트랜스포머(1)를 내려다 본 사시도이다. 발명의 명료한 이해를 위하여 코일의 도시는 이를 생략하였다. 편의상 도면의 x축 방향을 측면, y축 방향을 전후, 그리고 z축 방향을 높이 방향으로 지칭하기로 한다.

트랜스포머(1)는 보빈(2)과, 보빈(2)에 관통 삽입된 코어(4)를 포함한다. 코어(4)는 도 7에 도시한 코어(4)가 가장 적합하지만, 방열 효과면 에서는 EE형, 센터 갭 타입, 사이드 갭 타입 등 특히 제한되지 않으며 단일형은 물론 상하 분리된 복합형의 코어일 수 있다.

보빈(2)은 코일 부품의 전체적인 몸체를 형성하며, 사출 성형에 의해 제조되며, 내열성과 내전압성이 우수한 절연 수지 재질인 것이 바람직하다. 당업자에게 주지된 것과 같이 보빈(2)은 코어(4)가 삽입되는, 도시하지 않은 관통홀이 형성된 원형의 상부 플랜지(20)와, 상부 플랜지(20)의 하면과 연속하여 그 중앙에 형성되며 내부에는 관통홀을 구비한, 원형 칼럼 형상의 권취부(22)를 포함한다.

본 발명의 특징을 이루는 보빈(2)의 베이스(24)는 권취부(22)의 하면에 일체로 형성되며 대체적으로 사각형의 형상이다. 베이스(24)의 Y축 방향을 따른 전후면에는 소정 간격을 두고 복수의 단자체결부(30)가 형성되고 각각의 단자체결부(30)에는 접속단자(34)가 “ㄱ”자형 또는 “ㅣ”자형으로 외부로 돌출되어 있다. 베이스(24)의 코너 4개소의 코너부(26)는 사각 형상이며, 도 2에 도시한 것과 같이 전후 방향의 코너부(26)는 코어(4)의 하부를 가로지르는 가느다란 띠 형상의 밴드(28)로 연결되어 있다. 코너부(26)는 단자체결부(30)와 유사한 형상이나 방열 효과를 위하여 접속단자(34)가 삽입되어 있지 않다. 밴드(28)는 코어(4)에서 발생하는 열을 방열하는 기능을 한다.

상기 구조를 도 6의 확대도를 참조로 구체적으로 설명하면, 각각의 코너부(26)는 x축 방향을 향하는 측면(26a)과, 측면(26a)에서 소정 깊이 안쪽으로(코어를 향하여) 들어간 지지면(26b)을 포함한다. 밴드(28)는 지지면(26b) 가장 안쪽의 상부를 서로 연결하는 긴 띠 형상의 플레이트로 형성된다. 코어(4)의 측면 전체 형상을 고려할 때 방열부재는 되도록 코어(4) 높이의 중간 부분에 걸치는 것이 바람직하나, 보빈(2)의 설 계 와 크기 제약으로 정확하게 이 구조의 실현이 어려우므로, 밴드(28)가 지지면(26b)의 상부를 서로 연결하는 것이 방열 효과면에서 효율적이다. 이 경우, 밴드(28)는 전체적으로 코어(4)의 하부, 즉 PCB 기판등 전자 소자와 되도록 인접한 곳에 형성되므로 오히려 방열 효과 면에서 장점이 크다고 할 수 있다.

밴드(28)는 코어(4)의 측면과 미세한 갭을 두고 이격될 수 있으나, 코어(4)의 측면과 직접 접촉하여도 좋다.

한편, 지지면(26b)은 이것이 형성되지 않은 경우에 비하여 밴드(28)를 더욱 코어(4) 쪽으로 인접하여 안쪽으로 위치 시키므로 방열 효과 면에서 유리하다. 밴드(28)의 높이 폭은 방열 효과는 물론 트랜스포머(1)의 전체 크기와 중량을 고려하여 결정되는데 최소 0.8mm 이상인 것이 바람직하다. 밴드(28)의 길이는 코어(4)의 측면 전체를 가로 지르는 길이임은 당연하다.

본 발명에서는 이와 같이 방열부재로서의 밴드(28)를 코어(4)의 측면에 강제적으로 형성하였으므로 코어(4)에서 발생하는 열을 신속히 밴드(28)로 집중시켜 방출함으로써 트랜스포머(1)와 주변 전자 디바이스의 열 변형 및 성능 저하 우려를 방지한다는 효과를 발휘한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 개선된 트랜스포머(1)를 우측에서 바라 본 측면도이다. 코어(4)의 측면에서 발생하는 열은 띠 형상의 밴드(28)를 통하여 방출된다. 발명자들의 실험에 의하면, 밴드(28)가 없는 경우와 비교하여 약 5℃ 내지 10℃의 개선 효과를 가져 옴이 확인되었다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 개선된 트랜스포머(1)를 아래에서 올려 본 사시도이다. 종래 기술과 마찬가지로 코어(4)의 하면(44)은 z축 방향으로 노출되어 있다. 코너부(26)는 코어(4) 4곳의 모서리를 감싸면서 지지하므로 전체적으로 안정되고 견고한 트랜스포머(1)를 제작할 수 있다. 또, 도 4에 잘 도시한 것과 같이 코너부(26)의 측면(26a)은 y축 방향을 따라 약간 연장되어 코어(4) 측면 하부 모서리의 일부를 커버하므로 하면(26d)과 더불어 상당한 방열 효과를 기대할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방열 효율이 개선된 트랜스포머(1)를 x축 방향의 정면에서 바라 본 정면도이다. 코어(4)의 하면(44)은 바람직하게는 단자체결부(30)의 하면(300)과 같은 높이인 것이 방열 효과와 구조의 컴팩트 면에서 유리하다.

도 7은 이상 설명한 본 발명의 보빈(2)의 밴드(28)를 적용하기에 특히 적합한 코어(4)의 형상을 밴드(28)와 함께 y축 방향에서 바라 본 도면이다. 코어(4)의 하면에는 기판(70)이 위치한다. 코어(4)는 “E”형 타잎이나, 보빈(2)을 통과하는 중앙의 중간레그(E1)의 하단과 좌측 및 우측레그(E2)의 하단 사이에는 측면갭(d)이 존재한다. 측면갭(d)의 크기는 밴드(28)의 두께와 동일하거나 또는 밴드(28)의 두께보다 작을 수 있다. 후자의 경우 중간레그(E1)를 연마하여 원하는 인덕턴스 값을 조정할 수 있다. 도 7의 구조의 경우, 측면갭(d) 적용 시 센터갭을 적용하는 것 보다 Gap 치수를 1/2로 줄일 수 있고, 밴드(28)를 이용하여 강제 방열함으로써 방열 효과를 상승시킬 수 있다. 측면갭(d)이 밴드(28)보다 근소하게 크거나 작아도 전술한 것과 같이 중간레그(E1)를 연마할 수 있으므로 측면갭(d)의 크기는 조정 가능하며, 그 범위는 예를 들어 0.5 mm ~ 0.81 mm이다.

다음, 본 발명의 실시예에 의하면 상기 구조의 보빈을 채택한 경우 라운드 와이어에 비하여 방열 효과가 우수한 플랫 와이어(리본 와이어)를 코일로 채택하는 것이 바람직하다.

플랫 와이어는 동일 공간에 와이어 적층 시 공간 적층률이 87.3%로 높으며, 표피면적은 2.3mm²으로 1,05mm²인 라운드 와이어보다 넓다. 또 세슘 성분의 감소로 주파수가 상승하여 자기 공진 효과가 좋으며 공기와 접촉 면적이 크므로 방열 효과가 좋다. 전원 용량도 라운드 와이어에 비하여 20 ~ 30% 증가함이 확인되었다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능하며 이들도 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (8)

1. SMPS(Switched-mode power supply)의 트랜스포머(transformer)로서, 상기 트랜스포머는 보빈과, 보빈에 관통 삽입된 코어를 포함하며, 상기 보빈은 관통홀이 형성된 상부 플랜지와, 상부 플랜지의 하면과 연속하여 그 중앙에 형성되며 내부에는 관통홀을 구비한, 원형 칼럼 형상의 권취부와, 권취부의 하면에 일체로 형성되며 사각형의 형상을 가지는 베이스를 포함하며, 베이스의 전후 방향을 따른 전후면에는 소정 간격을 두고 복수의 단자체결부가 형성되고 각각의 단자체결부에는 접속단자가 외부로 돌출되며, 베이스의 코너 4개소에는 접속단자가 삽입되지 않은 사각 형상의 코너부가 형성되며, 전후 방향의 코너부는 코어의 측면 하부를 가로지르는 가느다란 띠 형상의 밴드로 일체로 연결되고, 상기 밴드는 코어의 측면에서 발생하는 열을 방열하는 방열부재인, 트랜스포머.
2. 제 1항에 있어서, 상기 코너부는 코어의 측면과 동일한 방향의 측면과, 측면에서 소정 깊이 코어를 향하여 들어간 지지면을 포함하며, 밴드는 지지면 가장 안쪽의 상부를 서로 연결하는 긴 띠 형상의 플레이트로 형성된, 트랜스포머.
3. 제 2항에 있어서, 상기 밴드는 코어의 측면과 미세한 갭을 두고 이격되거나 코어의 측면과 접촉하는, 트랜스포머.
4. 제 3항에 있어서, 상기 밴드의 높이 폭은 0.8mm 이상인, 트랜스포머.
5. 제 3항에 있어서, 상기 코너부의 측면은 전후 방향을 따라 연장되어 코어 측면 하부 모서리의 일부를 커버하며, 코어의 하면은 단자체결부의 하면과 같은 높이인, 트랜스포머.
6. 제 3항에 있어서
   상기 권취부에는 플랫 와이어로 이루어지는 코일이 장착된, 트랜스포머.
7. 제 1항에 있어서
   상기 코어는 보빈을 통과하는 중앙의 중간레그의 하단과 좌측 및 우측레그의 하단 사이에 측면갭이 존재하며, 상기 측면갭을 통하여 상기 밴드로 열이 전달되어 방열되도록 한, 트랜스포머.
8. 제 7항에 있어서
   상기 측면갭의 높이는 밴드의 높이에 맞추어 조정 가능한, 트랜스포머.

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