KR20100003812U

KR20100003812U - 전원공급장치

Info

Publication number: KR20100003812U
Application number: KR2020080013183U
Authority: KR
Inventors: 이상주; 서민환; 조지훈
Original assignee: 잘만테크 주식회사
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-09

Abstract

본 고안은, 케이스, 상기 케이스에 내장되는 기판 및 상기 기판에 실장되고 작동시 열을 발생하는 발열소자들을 포함하여 이루어진 전원공급장치에 관한 것으로서, 상기 발열소자에는 변압기(transformer)가 포함되고, 상기 변압기는, 중심기둥과 이러한 중심기둥의 상단부와 하단부에 각각 구비된 상판부재와 하판부재로 이루어진 보빈, 상기 보빈에 감겨있는 코일 및 상기 보빈과 코일을 둘러쌓는 코어(core)를 포함하여 이루어져 있고, 상기 보빈에 감겨있는 코일 속에, 제1히트파이프의 일측단부가 상기 코일과는 전열된 상태로 삽입되어 있고, 상기 제1히트파이프의 타측단부에는 제1방열부가 구비되어, 상기 변압기의 코일에서 발생하는 열을 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 본 고안에 의하면, 변압기에서 발생하는 열을 히트파이프를 이용하여 방열부로 이동시켜 냉각시킴으로써 보다 효과적인 냉각이 가능하다.

Description

전원공급장치{Power supply unit}

본 고안은 전원공급장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 변압기와 같은 발열소자에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 냉각시키는 것이 가능한 전원공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 전원공급장치(power supply unit)는, 현재 일반 가정에 공급되고 있는 220V나 110V의 교류 전압을 입력받아 이를 다양한 볼트의 직류전원으로 출력하는 장치를 말한다. 따라서, 전원공급장치가 단독으로 사용되기보다는 각종 전자 제품 내에 장착되어 사용된다. 이하에서는 특히, 컴퓨터의 케이스 내에 사용되는 전원공급장치를 예로서 설명하기로 한다. 다만, 본 고안의 전원공급장치는 컴퓨터이외에도 이와 유사한 전자제품에 사용될 수 있다.

현재 사용되고 있는 대부분의 전원공급장치는 보통, 입력 EMI 필터부와, 교류-직류(AC-DC) 정류부와, 직류-직류(DC-DC) 변환부와, 출력 필터 및 출력부의 4부분으로 구성되어 있다. 4부분 각각의 기능을 간단히 살펴보면, 입력 EMI 필터부는, 교류 입력 라인의 잡음이 파워 내부로 흘러들어가는 것을 막거나, 파워 내부의 스위칭 잡음이 교류 입력 라인으로 유입되는 것을 막는 기능을 한다.

그리고, 교류-직류 정류부에서는 EMI 필터부를 거친 교류 전원을 대략 311V나 420V 정도의 임시 직류 전원으로 변환하는 기능을 수행하고, 다음으로 직류-직류 변환부에서 임시 직류 전원을 가지고 3.3V, 5V, 12V 등의 출력 직류 전압으로 변환한다. 그리고 마지막으로 출력 필터 및 출력부에서는 직류-직류 변환부에서 변환되고 1차 필터링된 직류 전원을 다시 추가적으로 필터링 하여 각종 규격에 맞는 전원을 얻어낸다.

그런데, 이러한 4가지 단계의 기능을 수행하는 부분들 중에, 1차측이라고도 불리는 교류-직류 정류부와, 2차측이라고도 불리는 직류-직류 변환부에서는 동작시 많은 열을 발생시키는 발열소자들이 사용된다. 발열소자들 중 대표적인 것으로는, 변압기(transformer)와 전력소자인 파워 트랜지스터(transistor), 다이오드 등이 있다. 이러한 발열소자에서 발생하는 열은, 전원공급장치의 효율적인 동작은 물론 화재의 발생을 방지하기 위해서, 효과적으로 빠르게 냉각되어져야 한다.

종래의 전원공급장치는 이러한 발열소자들에서 발생한 열을 냉각시키기 위하여, 교류-직류 정류부(1차측)에 하나의 히트싱크를 마련하여 여기에 1차측의 발열소자들을 열적으로 결합시키고, 직류-직류 변환부(2차측)에 또 다른 히트싱크를 마련하여 여기에 2차측에 사용되는 발열소자들을 열적으로 결합시킨 후, 여기에 냉각팬에 의한 바람을 불어주며 냉각시킨다.

하지만, 이러한 구성의 종래의 전원공급장치는, 히트싱크의 제한적인 표면적으로 인해 효율적인 냉각이 이루어지지 못하였여고, 특히 변압기에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키지 못하고 있다는 단점이 있었다.

변압기는 그 구조상 열이 발생하는 코일이 보빈에 감겨있고 그 외측을 절연부자재로 덮고 있어서, 팬으로 바람을 불어도 코일의 열이 식지 않고 내부에 쌓이게 되어 효과적인 냉각이 어렵다는 문제가 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 변압기에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키고 그리고 추가적으로 트랜지스터나 다이오드와 같은 발열소자에서 발생하는 열도 효과적으로 냉각시키는 것이 가능한 전원공급장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 고안에 따른 전원공급장치는, 케이스, 상기 케이스에 내장되는 기판 및 상기 기판에 실장되고 작동시 열을 발생하는 발열소자들을 포함하여 이루어진 전원공급장치에 있어서, 상기 발열소자에는 변압기(transformer)가 포함되고, 상기 변압기는, 중심기둥과 이러한 중심기둥의 상단부와 하단부에 각각 구비된 상판부재와 하판부재로 이루어진 보빈, 상기 보빈에 감겨있는 코일 및 상기 보빈과 코일을 둘러쌓는 코어(core)를 포함하여 이루어져 있고, 상기 보빈에 감겨있는 코일 속에, 제1히트파이프의 일측단부가 상기 코일과는 전열된 상태로 삽입되어 있고, 상기 제1히트파이프의 타측단부에는 제1방열부가 구비되어, 상기 변압기의 코일에서 발생하는 열을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 보빈의 중심기둥을 중심으로 상기 코일의 일부분이 감겨 있고, 그 외측으로 하나의 절연부재가 감겨있고, 그 외측에 상기 제1히트파이프의 일단부가 위치하고, 상기 제1히트파이프의 외측으로 다른 하나의 절연부재가 감겨있고, 상기 다른 하나의 절연부재 외측으로 코일의 다른 일부분이 감겨있는 것이 바람직 하다.

한편, 상기 보빈의 상판부재 및 하판부재 중 적어도 하나에는, 상기 제1히트파이프를 통과시키는 홈부가 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 기판에는 제1히트싱크가 구비되되, 상기 제1히트싱크에는 상기 변압기의 코어의 일측면이 접하도록 구비되어 있어서, 상기 변압기의 코어에서 발생하는 열을 냉각시키는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 발열소자에는, 다이오드, 파워트랜지스터 및 FET(전계 효과 트랜지스터) 중 적어도 하나가 포함되고, 상기 기판에는 제2히트싱크가 구비되되, 상기 제2히트싱크에는 횡방향으로 홈이 구비되어 있어서, 제2히트파이프의 일단부가 끼워지고, 상기 제2히트파이프의 일단부는 길이방향으로 일부분이 평평하게 구성되어 상기 제2히트싱크의 표면과 하나의 평면을 이루고, 상기 제2히트파이프의 타단부에는 제2방열부가 구비되어 있고, 상기 다이오드, 파워트랜지스터 및 FET 중 적어도 하나는 상기 제2히트파이프의 평평한 일부분과 상기 제2히트싱크의 표면에 동시에 접하도록 실장된 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1방열부는, 얇은 방열핀이 다수 개 구비되어, 상기 제1히트파이프의 타측단부에 상호 이격되어 고정된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2방열부는, 얇은 방열핀이 다수 개 구비되어, 상기 제2히트파이프의 타측단부에 상호 이격되어 고정된 것이 바람직하다.

또한, 변압기의 코어의 일측에는 코어에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있는 히트싱크가 형성된 것이 바람직하다.

본 고안에 따른 전원공급장치에 의하면, 변압기의 코일에 히트파이프의 일단부를 삽입하여 코일에서 발생하는 열을 히트파이프를 이용하여 방열부로 이동시켜 냉각시킴으로써, 보다 효과적인 냉각이 가능하다는 효과를 얻을 수 있으며, 또한 추가적으로 다이오드, 트랜지스터 및 FET와 같은 발열소자도 또 다른 히트파이프와 히트싱크에 동시에 접하도록 고정함으로써, 보다 효과적인 냉각이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 일실시예인 전원공급장치의 개략적 분해 사시도이고, 도 2와 도 3은 도 1에 도시된 전원공급장치에 있어서 본 고안의 특징부만을 도시한 개략적 사시도이고, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 개략적 단면도이다.

본 고안에 따른 일실시예의 전원공급장치(1)는, 케이스(10), 기판(20), 변압기(30), 제1히트파이프(40), 제1방열부(50), 제1히트싱크(60), 제2히트싱크(70), 제2히트파이프(80), 제2방열부(90)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 케이스(10)는 전원공급장치(1)의 외형을 이루는 것으로서, 통상 금속성의 판부재로 형성되어 있으며, 그 내부에는 기판(20)을 포함한 각종 전기소자들이 내장되어 있다.

도 1을 보면, 케이스(10)는, 상판과 양측판이 일체로 되어 있는 상부부 재(12)와, 하판과 전면판이 일체로 되어 있는 하부부재(14)와, 후면판(16)으로 이루어져 있다. 상판에는 냉각팬(11)을 위한 큰 지름의 관통공이 구비되어 있다. 후면판(16)에는 공기통과를 위한 다수의 조그만 관통공이 구비되어 있다.

상기 기판(20)은, 케이스의 하판에 고정되어 있다. 기판(20)은 상술한 전원공급장치(1)의 전기적 기능을 수행하기 위한 각종 전기소자들의 대부분이 실장되는 곳이다. 특히 기판(20)에는 작동시 열을 발생하는 발열소자들, 예컨대, 변압기(30), 트랜지스터, 다이오드 등이 실장되어 있다.

한편, 전원공급장치(1)의 작동원리나 구체적인 회로구성, 사용된 각 전기소자의 구체적 기능 등에 관한 설명은 종래 이미 공지된 기술일 뿐 아니라 본 고안의 특징을 이루는 것이 아니므로 생략하기로 하며, 본 고안의 특징인 냉각을 위한 구성을 중심으로 설명한다.

상기 변압기(30)는 변압기에서 필수적인 발열소자의 하나로서, 기판(20)에 실장되어 작동시 상대적으로 많은 열을 발생시키는 소자 중의 하나이다. 변압기(30)는, 보빈(31), 코일(38) 및 코어(39)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 보빈(31)은, 중심기둥(32)과 이러한 중심기둥의 상단부와 하단부에 각각 구비된 상판부재(34)와 하판부재(36)로 이루어져 있다. 보빈(13)은 마치 통모양의 실패와 같은 형상으로서, 중심기둥(32)은 원기둥형태이고, 원기둥의 상단과 하단에 각각 구비된 상판부재(34)와 하판부재(36)는 원판형이다.

한편, 도 3을 참조하면, 본 실시예의 경우, 보빈(31)의 상판부재(34) 및 하판부재(36)의 각각에는 제1히트파이프(40)를 통과시키는 홈부(340, 360)가 형성 되어 있다. 제1히트파이프(40)가 코일 속에 위치하기 위해서, 상판부재(34)와 하판부재(36)에 외주의 일부면에서 중심기둥(32)을 향하는 방향으로 홈(340, 360)을 형성한 것이다. 홈(340, 360)에는 제1히트파이프(40)의 일단부(42)가 통과된다.

보빈(31)의 중심기둥(32)에는 코일(38)이 감겨있다. 코일(38)은 하나의 코일선이 연속해서 감겨있는 것이 아니고, 적어도 2개 이상의 코일층(코일선이 감겨 하나의 층을 이룬 것의 의미함)선이 각각 상호 절연된 상태로 보빈(31)에 감겨 있다. 즉 본 고안의 경우 코일(38)은 여러 개의 부분으로 이루어진 것이며, 여러 개의 부분은 각기 절연되어 중심기둥(32)에 감겨 있다. 코일층의 개수는 변압기의 용량과 필요에 따라 3, 4개 혹은 그 이상이 될 수 있다. 코일층들의 절연을 위해서 코일층 사이에는 절연부재가 감겨 있다.

본 실시예의 경우, 도 4를 참조하면, 보빈(31)의 중심기둥(32)에 하나의 코일층(380)이 감겨있다. 한편, 도면에는 중심기둥(32)에 하나의 층을 이루도록 코일선이 감겨있는 것으로 단면이 표시되어 있으나, 이는 간략하게 도시하기 위함이다. 즉, 실제로는 하나의 층이 아니고, 다수의 층으로 이루도록 감겨있는 것이다. 다른 코일층의 도시방법도 마찬가지다.

도 4의 부분확대도를 참조하면, 중심부에 코일의 일부분(380)의 코일선이 감겨 있고, 그 외측으로 하나의 절연부재(382)가 감겨있고, 그 외측에 제1히트파이프의 일단부(42)가 위치하고, 다시 제1히트파이프의 일단부(42)의 외측으로 다른 하나의 절연부재(384)가 감겨있고, 다른 하나의 절연부재(384) 외측으로 다시 코일(38)의 다른 일부분으로 이루어진 코일층(386)이 감겨있다. 또한, 그 외측으로 절연부재와, 다른 일부분의 코일층과 전열부재가 감겨있다.

상기 코어(39)는, 보빈(31)과 코일(38)을 외측에서 둘러쌓고 있는 형상이다. 코어(39)의 페라이트계 금속으로서, 자기회로를 구성하여 주는 역할을 한다. 한편, 코어(39)에서도 동작시 열이 많이 발생하게 되므로, 냉각이 필요하다. 본 실시예의 경우에는 코어(39)의 냉각을 위해 기판(20)에 구비된 제1히트싱크(60)에, 코어(39)의 일측면이 직접 접하도록 구성되어 있다.

한편, 코어의 냉각을 위해, 코어를 별도로 구비된 히트싱크에 접하도록 해야만 하는 것은 아니다. 즉, 변압기의 코어의 일측에 코어에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있는 히트싱크를 형성할 수도 있다. 도 5를 참조하면, 변형된 코어(39a)를 구비한 변압기가 예시되어 있다. 도시된 바와 같이, 코어(39a)의 상단부에 다수의 방열핀이 돌출된 히트싱크가 구비되어 있다. 별도 제작한 히트싱크를 코어에 결합시켜 제작한다. 한편, 히트싱크의 형상이나 결합위치는 다양하게 변형가능하다.

도 1과 2를 참조하면, 코어(39)의 일부측면은 기판(20)에 구비된 제1히트싱크(60)의 일측면(62)에 밀착되도록 장착된다. 이러한 구성으로 코어(39)에서 발생하는 열은 효과적으로 제1히트싱크(60)로 전달되어 냉각될 수 있다. 제1히트싱크(60)의 상단부에는 효과적인 냉각을 위해 다수의 냉각핀들이 형성되어 있다.

변압기(30)가 기판(20)에 장착되는 방향은 필요에 따라 다양하게 변형이 가능하다. 본 실시예의 경우에는 변압기(30)의 중심기둥(32)이 횡방향으로 위치하도록 배치되어 있고, 전기적인 접속부들은 기판을 대면하는 쪽에 구비하고 있다.

상기 제1히트파이프(40)는, 그 일측단부(42)가 보빈(31)에 감겨있는 코 일(38) 속에 코일과는 절연된 상태로 삽입되어 있고, 그 타측단부(44)에는 제1방열부(50)가 구비되어 있다. 도 2에는 제1히트파이프(40)의 일측단부(42)가 코일(38)속에 묻어 있는 상태가 도시되어 있고, 도 3에는 제1히트파이프(40)의 일측단부(42)의 외측에 감겨있는 코일선과 절연선들을 가상적으로 제거한 상태가 도시되어 있다.

상기 제1방열부(50)는, 관통공을 구비한 얇은 방열핀(52)이 다수 개 구비되어 , 제1히트파이프의 타측단부(44)에 상호 이격되어 삽입고정되어 있어서, 넓은 방열면적의 확보를 통해 효과적인 냉각이 가능하다.

제1히트파이프(40)가 열이 많이 발생하는 감겨있는 코일(38)속에 직접 삽입된 구성으로 인해, 코일(38)에서 발생하는 열은, 제1히트파이프(40)로 전달되고 다시 제1방열부(50)로 신속히 전달된다. 다만, 제1히트파이프가 코일 속에 삽입되는 위치는, 코일에서 열을 전달받을 수만 있다면, 다양하게 변형가능하다.

한편, 본 실시예의 경우, 발열소자중에, 다이오드, 트랜지스터 및 FET(전계 효과 트랜지스터) 등과 같은 발열소자를 냉각하기 위한 구성을 추가로 구비하고 있다.

기판(20)에는, 기판에 수직한 방향으로 장착된 제2히트싱크(70)가 구비되어 있다. 제2히트싱크(70)의 상단부에는 효과적인 냉각을 위해 표면적을 증가시킨 주름과 같은 구조가 구비되어 있다.

제2히트싱크(70)의 일측면(72)에는 횡방향으로 길게 홈이 구비되어 있다. 홈은, 제2히트파이프(80)가 대략 반보다 약간 더 삽입될 수 있도록 형성된다.

제2히트파이프(80)의 일단부(82)는 도 3에 도시된 바와 같이 일부분이 평평하도록 형성되어 있다. 일부분이 평평한 일단부(82)는, 제2히트싱크(70)의 홈에 삽입되고, 홈 주변의 면과 하나의 평면을 이루게 된다.

다이오드, 트랜지스터 및 FET와 같은 발열소자를 제2히트파이프(80)의 평평한 일단부(82)와 제2히트싱크(70)에 동시에 접하도록 밀착되게 장착한다. 또한, 제2히트파이프(80)의 타단부에는 제2방열부(90)가 구비되어 있다. 제2방열부(90)는 관통공이 형성된 얇은 방열핀(92)이 제2히트파이프(80)의 타측단부에 삽입되어 상호 이격되도록 고정된 구성이다.

이러한 구성으로 인해, 다이오드, 트랜지스터 및 FET와 같은 발열소자에서 발생하는 열은 제2히트싱크(70)에서 냉각되는 것과 함께 제2히트파이프를 거쳐 제2방열부(90)로 전달되어 냉각이 이루어질 수 있게 된다.

상술한 구성에 따른 전원공급장치에 의하면, 변압기의 코일속으로, 절열상태를 유지하며 하나의 히트파이프의 일단부를 삽입하고, 타단부에는 방열부를 구비함으로써, 코일에서 발생하는 많은 열을 보다 효과적으로 냉각할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 변압기의 코어의 일측면을 하나의 히트싱크에 직접 접촉함으로써, 코어에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 추가적으로 일단부가 평평한 면을 가지는 히트파이프와 이러한 히트파이프가 매립되는 홈을 구비한 히트싱크를 구비하여, 다이오드, 트랜지스터 및 FET와 같은 발열소자를 히트파이프와 히트싱크에 동시에 접하도록 고정함으로써, 상기 발열소자에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 냉각할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 일실시예인 전원공급장치의 개략적 분해 사시도이고,

도 2와 도 3은 도 1에 도시된 전원공급장치에 있어서 본 고안의 특징부만을 도시한 개략적 사시도이고,

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 개략적 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ... 전원공급장치 10 ... 케이스

20 ... 기판 30 ... 변압기

31 ... 보빈 32 ... 중심기둥

34 ... 상판부재 36 ... 하판부재

38 ... 코일 39 ... 코어

40 ... 제1히트파이프 50 ... 제1방열부

60 ... 제1히트싱크 70 ... 제2히트싱크

80 ... 제2히트파이프 90 ... 제2방열부

Claims

케이스, 상기 케이스에 내장되는 기판 및 상기 기판에 실장되고 작동시 열을 발생하는 발열소자들을 포함하여 이루어진 전원공급장치에 있어서,

상기 발열소자에는 변압기(transformer)가 포함되고,

상기 변압기는, 중심기둥과 이러한 중심기둥의 상단부와 하단부에 각각 구비된 상판부재와 하판부재로 이루어진 보빈, 상기 보빈에 감겨있는 코일 및 상기 보빈과 코일을 둘러쌓는 코어(core)를 포함하여 이루어져 있고,

상기 보빈에 감겨있는 코일 속에, 제1히트파이프의 일측단부가 상기 코일과는 전열된 상태로 삽입되어 있고, 상기 제1히트파이프의 타측단부에는 제1방열부가 구비되어, 상기 변압기의 코일에서 발생하는 열을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,

상기 보빈의 중심기둥을 중심으로 상기 코일의 일부분이 감겨 있고, 그 외측으로 하나의 절연부재가 감겨있고, 그 외측에 상기 제1히트파이프의 일단부가 위치하고, 상기 제1히트파이프의 외측으로 다른 하나의 절연부재가 감겨있고, 상기 다른 하나의 절연부재 외측으로 코일의 다른 일부분이 감겨있는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,

상기 보빈의 상판부재 및 하판부재 중 적어도 하나에는, 상기 제1히트파이프를 통과시키는 홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,

상기 기판에는 제1히트싱크가 구비되되,

상기 제1히트싱크에는 상기 변압기의 코어의 일측면이 접하도록 구비되어 있어서, 상기 변압기의 코어에서 발생하는 열을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,

상기 발열소자에는, 다이오드, 파워트랜지스터 및 FET(전계 효과 트랜지스터) 중 적어도 하나가 포함되고,

상기 기판에는 제2히트싱크가 구비되되,

상기 제2히트싱크에는 횡방향으로 홈이 구비되어 있어서, 제2히트파이프의 일단부가 끼워지고,

상기 제2히트파이프의 일단부는 길이방향으로 일부분이 평평하게 구성되어 상기 제2히트싱크의 표면과 하나의 평면을 이루고, 상기 제2히트파이프의 타단부에는 제2방열부가 구비되어 있고,

상기 다이오드, 파워트랜지스터 및 FET 중 적어도 하나는 상기 제2히트파이 프의 평평한 일부분과 상기 제2히트싱크의 표면에 동시에 접하도록 실장된 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,

상기 제1방열부는,

관통공을 구비한 얇은 방열핀이 다수 개 구비되어, 상기 제1히트파이프의 타측단부에 상호 이격되어 삽입고정된 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제5항에 있어서,

상기 제2방열부는,

관통공을 구비한 얇은 방열핀이 다수 개 구비되어, 상기 제2히트파이프의 타측단부에 상호 이격되어 삽입고정된 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
제1항에 있어서,

상기 변압기의 코어의 일측에는 코어에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있는 히트싱크가 구비된 것을 특징으로 하는 전원공급장치.