KR20170078034A - Power converter for high density power - Google Patents

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KR20170078034A
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치는 입력된 직류 또는 교류 전압을 소정의 주파수를 갖는 교류전압으로 만드는 인버터부, 상기 인버터부와 연결되어 상기 인버터로부터 입력되는 전압으로 유기 되어 시간에 따라서 자속을 변화시키는 1차측 변압기, 상기 1차측 변압기와 무접촉으로 연결되며, 상기 1차측 변압기로부터 제공되는 자속을 공유하는 2차측 변압기, 상기 2차측 변압기의 양단을 부하에 연결하여 상기 부하에서 필요한 정전류를 얻도록 하는 정류기, 및 상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기 사이에 위치하고, 상기 무접촉을 구현하는 인쇄회로기판(PCB) 상태의 절연수단을 포함할 수 있다.A power conversion apparatus for a high density power source according to an embodiment of the present invention includes an inverter unit for converting an input DC or AC voltage into an AC voltage having a predetermined frequency, A secondary side transformer connected in a non-contact manner with the primary side transformer and sharing a magnetic flux provided from the primary side transformer, and a secondary side transformer connected to both ends of the secondary side transformer, A rectifier for obtaining a constant current, and insulating means in a printed circuit board (PCB) state, which is located between the primary transformer and the secondary transformer, and which implements the contactlessness.

Description

고밀도 전원용 전력변환장치{POWER CONVERTER FOR HIGH DENSITY POWER}POWER CONVERTER FOR HIGH DENSITY POWER

본 발명은 절연 및 방열효과가 증대되는 고밀도 전원용 전력변환장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power conversion device for a high density power source,

최근 전기전자 기기의 기능, 디자인, 소형 경량화 등의 요소가 제품 판매에 중요한 역할을 담당하는 점이 부각되고 있는 실정이다. 이를 위해 전기전자 제품의 심장 역할을 하는 전원장치의 중요성은 더욱더 크게 부각되고 있으며, 제품에서의 고밀도, 고효율, 고신뢰성에 대한 요구로 인해, 소형화 및 경량화된 전원모듈에 대한 중요도가 크게 증가되고 있다.In recent years, factors such as the function, design, and size and weight of electric and electronic devices have played an important role in the sales of products. To this end, the importance of power supply devices that serve as the heart of electrical and electronic products has become more and more important, and due to the demand for high density, high efficiency, and high reliability in products, the importance of miniaturized and lightweight power supply modules has been greatly increased .

특히, 최근 ICT 기술 등의 기술의 발전과 더불어 정보통신 기기에서의 고밀도, 고주파수, 고효율의 전원모듈에 관한 제품에 대한 수요가 크게 증대되고 있다.Particularly, along with the recent development of technologies such as ICT technology, there is a great increase in demand for high density, high frequency, and high efficiency power module in information communication equipment.

기존의 전원모듈의 고밀도, 소형 및 경량화를 위해서는 고주파에서의 구동과 더불어, 전력변환을 위한 트랜스의 최적화 설계 및 제작 방열 등의 실제 운전 조건을 고려한 전원모듈의 설계 및 제작이 중요한 요인으로 작용한다. 종래의 고밀도 전원모듈의 경우 일반적으로 스위칭 주파수가 100~300kHz 구동되며 일반 권선형의 트랜스포머의 적용으로 인해서 소자 특성의 오차, 동작 특성의 편차, 양산 제작의 어려움뿐만 아니라 발열문제에 의한 방열문제 해소와 함께 신뢰성에 있어 문제가 되는 요인을 다수 포함하고 있는 실정이다.
In order to achieve high density, small size, and light weight of existing power modules, design and manufacture of power modules considering actual operating conditions such as optimized design and manufacturing heat dissipation for power conversion are important factors in addition to driving at high frequencies. Conventional high-density power modules generally operate at a switching frequency of 100 to 300 kHz. Due to the application of a common winding type transformer, there is a problem of deviation in device characteristics, variation in operating characteristics, difficulty in mass production, There are many factors that are problematic in terms of reliability.

본 발명의 목적은 고주파, 고밀도, 소형경량화, 안전성의 구현을 위해 전원모듈의 고주파 구동 및 절연 및 방열효과를 극대화시킬 수 있는 고밀도 전원용 전력변환장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a power conversion device for a high-density power source capable of maximizing high-frequency driving, insulation, and heat radiation effects of a power module for realizing high frequency, high density, small size and light weight and safety.

본 발명의 다른 목적은 고효율 운전과 더불어, 전원의 안정된 운용이 가능할 수 있는 고밀도 전원용 전력변환장치를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a power conversion device for a high density power source capable of stable operation of a power source in addition to high efficiency operation.

본 발명의 또 다른 목적은 전원모듈의 안정성 및 조립성이 우수하고, 부품의 편차가 감소되는 고밀도 전원용 전력변환장치를 제공하는 데 있다.
It is still another object of the present invention to provide a power conversion device for a high-density power source, which is excellent in stability and assemblability of the power module and has a reduced variation of components.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치는 입력된 직류 또는 교류 전압을 소정의 주파수를 갖는 교류전압으로 만드는 인버터부, 상기 인버터부와 연결되어 상기 인버터로부터 입력되는 전압으로 유기 되어 시간에 따라서 자속을 변화시키는 1차측 변압기, 상기 1차측 변압기와 무접촉으로 연결되며, 상기 1차측 변압기로부터 제공되는 자속을 공유하는 2차측 변압기, 상기 2차측 변압기의 양단을 부하에 연결하여 상기 부하에서 필요한 정전류를 얻도록 하는 정류기, 및 상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기 사이에 위치하고, 상기 무접촉을 구현하는 인쇄회로기판(PCB) 상태의 절연수단을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus for a high-density power supply including an inverter unit converting an input DC or AC voltage into an AC voltage having a predetermined frequency, A secondary side transformer connected in a contactless manner with the primary side transformer and sharing a magnetic flux provided from the primary side transformer, a secondary side transformer connected to the secondary side transformer, A rectifier that connects both ends to a load to obtain a required constant current at the load and insulation means located between the primary transformer and the secondary transformer and in the form of a printed circuit board .

실시 예에 있어서, 상기 절연수단은 LTCC(low temperature cofired ceramic) 및 세라믹 레이어(ceramic layer) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In an embodiment, the insulation means may include at least one of a low temperature co-fired ceramic (LTCC) and a ceramic layer.

실시 예에 있어서, 상기 절연수단은 상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기의 권선 및 코어와 접촉되어 내부에서 발생되는 열을 외부로 전달할 수 있다.In an embodiment, the insulation means may contact the windings and cores of the primary transformer and the secondary transformer to transfer heat generated therein.

실시 예에 있어서, 상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기는 인쇄회로기판(PCB)의 패턴으로 형성되는 권선을 포함할 수 있다.In an embodiment, the primary transformer and the secondary transformer may comprise windings formed in a pattern of a printed circuit board (PCB).

실시 예에 있어서, 상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기의 권선은 미로형(meander), 나선형(spiral) 및 망형(mesh) 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.In an embodiment, the windings of the primary transformer and the secondary transformer may be formed in a shape of at least one of a meander, a spiral, and a mesh.

실시 예에 있어서, 코어의 삽입을 위해, PCB 레이어를 커팅(cutting)하여 PCB 레이어 중 코어부분만 노출시키고, 접착제를 이용하거나 또는 클립 형태를 포함하는 추가적인 기구물을 이용하여, 상기 코어를 고정시킬 수 있다.
In an embodiment, for insertion of the core, the PCB layer may be cut to expose only the core portion of the PCB layer, and the core may be secured using an adhesive, have.

본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the power converter for a high density power supply according to the present invention will be described below.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 고주파, 고밀도, 소형경량화, 안전성의 구현을 위해 전원모듈의 고주파 구동 및 절연 및 방열효과를 극대화 시킬 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to maximize the high-frequency drive, insulation, and heat dissipation effects of the power module to realize high frequency, high density, small size, light weight, and safety.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 고효율 운전과 더불어, 전원의 안정된 운용이 가능할 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, stable operation of the power source can be possible in addition to high-efficiency operation.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 전원모듈의 안정성 및 조립성이 우수하고, 부품의 편차가 감소될 수 있다.
In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, the stability and assemblability of the power module are excellent, and the variation of the components can be reduced.

도 1은 기존의 일반 전원 및 모듈형 전원을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치의 트랜스 부분을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치의 전력회로 및 내부 개념을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치가 다층의 PCB로 구현되는 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치에서 접착제를 사용하거나 또는 추가의 기구물을 통하여 코어를 고정하는 형태를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a conventional power supply and a modular power supply.
2 is a view showing a transformer portion of a power conversion apparatus for a high-density power source according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a power circuit and an internal concept of a power conversion apparatus for a high-density power source according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating an example in which a power conversion apparatus for a high density power supply according to an embodiment of the present invention is implemented by a multi-layered PCB.
5 is a view showing a state in which an adhesive is used in a power conversion device for a high-density power source according to an embodiment of the present invention, or a core is fixed through an additional mechanism.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

도 1은 기존의 일반 전원 및 모듈형 전원을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a conventional power supply and a modular power supply.

도 1을 참조하면, 기존의 일반 전원 및 모듈형 전원에서 권선형 트랜스 등이 사용되고, 이와 함께 일반 소자들이 사용됨에 따라, 고밀도 전원을 구현하기 위해 다양한 노력으로 플래너(planer) 트랜스를 사용하여, 전원의 소형 및 경량화를 달성하기도 하였다. Referring to FIG. 1, in a conventional power supply and a modular power supply, a wire-type transformer or the like is used. In addition, since general elements are used, a planer transformer is used in various efforts to realize a high- It has been possible to achieve a compact size and a light weight.

그러나, 이러한 기술의 경우 트랜스를 공기 중에 노출시켜야 하기 때문에, 방열문제가 발생하였고, 플래너 트랜스를 적용함에 따라 전력밀도는 다소 개선의 여지가 있었으나, 여러 개의 권선 PCB를 적층해야 하므로, 조립성의 문제가 여전히 존재하였다. However, in this technology, since the transformer has to be exposed to the air, there has been a problem of heat dissipation, and there has been room for improvement in the power density due to the application of the planar transformer. However, It still existed.

특히, PCB로 결합되어 있으나, 트랜스 또는 관련 주변회로가 고전압에서 저전압으로 변환시키는 전력 모듈의 경우에는 절연파괴가 발생할 수 있었다.In particular, dielectric breakdown could occur in the case of a power module that is coupled to a PCB, but the transformer or related peripheral circuitry converts from a high voltage to a low voltage.

이에, 본 발명은 전기전자 기기의 가장 주요 부품인 전원모듈의 구현에 있어 고주파, 고밀도, 소형경량화, 안전성의 구현을 위해 전원모듈의 고주파 구동 및 절연 및 방열효과를 극대화시키며 고효율 운전과 더불어 안정된 전원 운용동작이 가능하도록 하는 고밀도 전원용 전력변환장치에 관한 기술을 제안한다.Accordingly, the present invention maximizes the high-frequency driving, insulation, and heat dissipation effects of the power module to realize high frequency, high density, small size, light weight, and safety in the realization of the power module which is the main component of the electrical and electronic devices, A power conversion apparatus for a high density power source that enables operation operation is proposed.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치의 트랜스 부분을 나타내는 도면이다. 2 is a view showing a transformer portion of a power conversion apparatus for a high-density power source according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 고밀도 전원용 전력변환장치의 트랜스 부분은 코어(200), 1차 및 2차 변압기의 권선(201) 및 절연수단(210)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the transformer portion of the power converter for high density power may include core 200, windings 201 of primary and secondary transformers, and insulation means 210.

1차 및 2차 변압기는 절연수단(210)을 중심으로 상하로 분리되어 있어, 전기적 절연 특정이 증가될 수 있다.The primary and secondary transformers are separated up and down about the insulation means 210, so that the electrical insulation specification can be increased.

특히, 본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치에 포함되는 절연수단(210)은 LTCC(low temperature cofired ceramic) 및 세라믹 레이어(ceramic layer) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In particular, the insulation means 210 included in the power conversion device for a high density power source according to the present invention may include at least one of a low temperature co-fired ceramic (LTCC) and a ceramic layer.

그리고, 이러한 LTCC 또는 세라믹 레이어는 인쇄회로기판(PCB) 상태로 형성되기 때문에, 본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치는 소형화 및 경량화가 가능할 수 있다.Since the LTCC or the ceramic layer is formed in the form of a printed circuit board (PCB), the power conversion device for high density power according to the present invention can be made smaller and lighter.

그리고, 1차 및 2차 변압기의 권선(201) 및 코어(200)는 절연수단(210)에 접촉되어 내부에서 발생되는 열을 외부로 전달할 수 있다. 즉, 절연수단(210)이 히트파이프 역할을 수행하는 것이다. 이를 통해서, 변압기 코어의 내부에서 발생되는 열을 감소시킬 수 있기 때문에, 코어의 소형화가 가능할 수 있다.The windings 201 and the cores 200 of the primary and secondary transformers are in contact with the insulating means 210 and can transmit heat generated therein from the inside to the outside. That is, the insulating means 210 serves as a heat pipe. Through this, the heat generated inside the transformer core can be reduced, so that the size of the core can be reduced.

한편, 위와 같은 구성을 통한 토폴로지 개발과 임피던스 매칭의 설계로 작은 자화인덕턴스를 공진 회로의 설계에 적극 반영할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.On the other hand, the development of the topology and the design of the impedance matching through the above configuration can also effectively reflect the small magnetization inductance in the design of the resonance circuit.

그리고, 1차 및 2차 변압기의 권선(201)은 인쇄회로기판(PCB)의 패턴으로 형성될 수 있으며, 해당 권선(201)의 형태는 미로형(meander), 나선형(spiral) 및 망형(mesh) 중 적어도 어느 하나의 형상으로 다양하게 형성될 수 있다.The windings 201 of the primary and secondary transformers may be formed in a pattern of a printed circuit board (PCB), and the shape of the windings 201 may be a meander, a spiral, And the like.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치의 전력회로 및 내부 개념을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a power circuit and an internal concept of a power conversion apparatus for a high-density power source according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 고밀도 전원용 전력변환장치는 인버터부(310), 트랜스부(320) 및 정류부(330)를 포함할 수 있으며, 인버터부(310) 및 트랜스부(320) 사이에 입력 임피던스 정합 회로(301)를 추가적으로 포함할 수 있으며, 트랜스부(320) 및 정류부(330) 사이에 출력 입피던스 정합 회로(302)를 추가적으로 포함할 수 있다.3, the power conversion apparatus for a high-density power supply may include an inverter unit 310, a transformer unit 320, and a rectifier unit 330, and may include input impedance matching between the inverter unit 310 and the transformer unit 320 Circuit 301 and may additionally include an output-input-impedance matching circuit 302 between the transformer 320 and the rectifier 330. [

인버터부(310)는 높은 고주파 스위칭을 통하여 입력된 직류 또는 교류 전압을 소정의 주파수를 갖는 교류전압으로 변환하여 출력할 수 있다.The inverter unit 310 can convert the input direct current or alternating voltage into an alternating voltage having a predetermined frequency and output it through the high frequency switching.

트랜스부(320)는 1차측 변압기(321), 2차측 변압기(322) 및 절연수단(323)을 포함할 수 있다.Transformer 320 may include a primary transformer 321, a secondary transformer 322, and an isolation means 323.

여기서, 1차측 변압기(321)는 인버터부(310)와 연결되어 인버터부(310)로부터 입력되는 교류전압으로 유기되어 시간에 따라서 자속을 변화시킬 수 있다. Here, the primary-side transformer 321 is connected to the inverter unit 310 and is converted into an AC voltage input from the inverter unit 310, so that the magnetic flux can be changed according to time.

그리고, 2차측 변압기(322)는 1차측 변압기(321)와 무접촉으로 연결되고, 1차측 변압기(321)로부터 제공되는 자속을 공유할 수 있다.The secondary-side transformer 322 is connected to the primary-side transformer 321 in a non-contact manner, and can share the magnetic flux provided from the primary-side transformer 321.

특히, 본 발명은 1차측 변압기(321) 및 2차측 변압기(322) 사이에 위치하여, 1차측 변압기(321) 및 2차측 변압기(322) 간의 무접촉을 구현하는 절연수단(323)을 포함할 수 있는데, 여기서, 절열수단(323)은 앞서 설명한 바와 같이 인쇄회로기판(PCB) 상태의 LTCC 및 세라믹 레이어 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같고, 절연수단(323)은 히트파이프 역할을 수행하고, 그에 따라 코어의 내부에서 발생되는 열을 감소시킬 수 있기 때문에, 코어의 소형화가 가능하다.In particular, the present invention includes isolation means 323 located between the primary side transformer 321 and the secondary side transformer 322 to provide contactless contact between the primary side transformer 321 and the secondary side transformer 322 The insulation means 323 may include at least one of a LTCC and a ceramic layer in the form of a printed circuit board (PCB) as described above, and the insulation means 323 may be a heat pipe So that the heat generated inside the core can be reduced, so that the core can be downsized.

정류부(330)는 2차측 변압기(322)의 양단을 부하에 연결하여 부하에서 필요한 정전류를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.The rectifying unit 330 may connect the both ends of the secondary transformer 322 to the load to supply the constant current necessary for the load.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 포함되는 인버터부(310), 트랜스부(320) 및 정류부(330)는 고주파에서 해당 기능을 수행할 수 있도록 구현되고, LTCC 또는 세라믹 레이어가 인쇄회로기판(PCB) 상태로 형성되기 때문에, 그에 따라 본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치가 포함되는 전원모듈은 고주파, 고밀도, 소형화, 경량화가 가능하고, 높은 안정성을 구현할 수 있도록, 방열 및 절연 효과를 극대화할 수 있게 된다.3, the inverter unit 310, the transformer unit 320, and the rectifier unit 330 included in the present invention are implemented to perform a corresponding function at a high frequency, and an LTCC or ceramic layer is mounted on the printed circuit board (PCB), a power module including the power conversion device for high density power according to the present invention can maximize the heat dissipation and insulation effect so as to realize high frequency, high density, miniaturization, light weight, and high stability. .

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치가 다층의 PCB로 구현되는 예를 나타내는 도면이다.4 is a view illustrating an example in which a power conversion apparatus for a high density power supply according to an embodiment of the present invention is implemented by a multi-layered PCB.

도 4를 참조하면, 가장 하단의 적층된 PCB(510)는 그 상부에 도시된 복수의 PCB의 조립(또는 적층)으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 4, the lowermost stacked PCB 510 may be implemented by assembling (or stacking) a plurality of PCBs shown at the top.

복수의 PCB는 탑 사이드(top side), 무선 전력 전달층(wireless power transfer layer) 및 바텀 사이드(bottom side)로 구분될 수 있으며, 이들이 순차적으로 조립되어 하나의 적층된 PCB(401) 형태의 전력변환장치가 구현된다.The plurality of PCBs can be divided into a top side, a wireless power transfer layer, and a bottom side, which are sequentially assembled to form a single stacked PCB 401 in the form of electric power A conversion device is implemented.

먼저, 탑 사이드를 살펴보면, 탑 사이드는 전력변환에 필요한 소자들이 장착된 제1 소자층(401), 제1 절연층(402) 및 제1 노이즈 차단층(403)을 포함할 수 있다.First, the topside may include a first element layer 401, a first insulating layer 402, and a first noise barrier layer 403 on which elements necessary for power conversion are mounted.

여기서, 제1 절연층(402) 및 제1 노이즈 차단층(403)은 무선 전력 전달층에 포함되는 변압기(특히, 1차측 변압기)에서 발생되는 노이즈 등이 제1 소자층(401)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.Here, the first insulating layer 402 and the first noise barrier layer 403 are formed so that noise generated in a transformer (particularly, a primary-side transformer) included in the wireless power transmission layer is transmitted to the first element layer 401 Can be prevented.

그리고, 무선 전력 전달층은 앞서 도 2 및 도 3을 통해서 설명한 트랜스부에 해당하는 층으로, 1차측 변압기층(404), 절연수단(405) 및 2차측 변압기층(406)을 포함할 수 있다.The wireless power transmission layer may include a primary transformer layer 404, insulation means 405, and a secondary transformer layer 406, corresponding to the transformers described above with reference to FIGS. 2 and 3 .

여기서, 1차측 변압기층(404) 및 2차측 변압기층(406) 각각은 도 4에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(PCB)의 패턴으로 형성되는 권선을 포함할 수 있고, 절연수단(405)은 인쇄회로기판(PCB) 상태의 LTCC 또는 세라믹 레이어을 포함할 수 있다. 1차측 변압기층(404), 절연수단(405) 및 2차측 변압기층(406)은 앞서, 도 2 및 도 3을 통하여 구체적으로 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.Here, each of the primary-side transformer layer 404 and the secondary-side transformer layer 406 may include a winding formed in a pattern of a printed circuit board (PCB), as shown in FIG. 4, May comprise LTCC or a ceramic layer in the form of a printed circuit board (PCB). The primary-side transformer layer 404, the insulating means 405, and the secondary-side transformer layer 406 have been described in detail with reference to FIGS. 2 and 3, and thus a duplicate description will be omitted.

그리고, 바텀 사이드는 제2 노이즈 차단층(407), 제2 절연층(408) 및 제2 소자층(409)을 포함할 수 있다.The bottom side may include a second noise blocking layer 407, a second insulating layer 408, and a second element layer 409.

여기서, 제2 노이즈 차단층(407), 제2 절연층(408)은 무선 전력 전달층에 포함되는 변압기(특히 2차측 변압기)에서 발생되는 노이즈 등이 제2 소자층(409)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.Here, the second noise barrier layer 407 and the second insulation layer 408 are formed in such a manner that noise generated in a transformer (particularly, a secondary-side transformer) included in the wireless power transmission layer is transmitted to the second element layer 409 .

이후, 위와 같은 복수의 PCB를 조립하고 코어를 고정하여 조립을 완성할 수 있다.Thereafter, a plurality of PCBs as described above are assembled, and the core is fixed to complete the assembly.

즉, 위와 같은 복수의 구성들이 모두 PCB 형태로 구현되기 때문에, 이들을 조립(또는 적층)하는 공정을 통하여, 본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치는 절연, 방열 효과가 극대화되고, 조립성이 우수하고, 부품의 편차가 감소되는 다양한 효과와 함께, 소형화 및 경량화를 달성할 수 있게 된다.In other words, since the above-described plurality of configurations are all implemented in the form of a PCB, the power conversion device for a high-density power source according to the present invention maximizes insulation, heat radiation effect, , It is possible to achieve miniaturization and weight reduction with various effects of reducing the deviation of parts.

한편, 본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치는 무선전력전송 기반의 트랜스를 제작함에 있어 1차측과 2차측을 LTCC 또는 세라믹의 레이어를 사용하여 절연회로를 구성하고, 코어의 삽입을 위해 PCB 보드를 커팅(cutting)하는 구성을 가질 수 있다. In the power conversion device for a high density power supply according to the present invention, a primary side and a secondary side of the transformer are made of a LTCC or a ceramic layer to construct an insulation circuit, and a PCB board It may have a configuration for cutting.

그리고, 코어와 1차측 및 2차측의 고정을 위한 기구물 또는 접착제를 붙여서 사용할 수 있는 부품의 구성을 가질 수 있으며, 또한 1차측 및 2차측의 권선에 해당하는 PCB 패턴은 코어의 형상대로 제작이 될 수 있고, 코어 사이에 단지 LTCC 또는 세라믹 레이어만이 삽입되어있는 구성을 가질 수 있기 때문에, 소형화 및 경량화를 구현하면서도 절연 및 방열 효과를 극대화할 수 있게 된다. The PCB pattern corresponding to the windings of the primary side and the secondary side may be formed in the shape of the core. And only the LTCC or the ceramic layer is inserted between the cores. Therefore, it is possible to maximize the insulation and the heat radiation effect while realizing miniaturization and weight reduction.

즉, 본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치는 고주파 구동과 더불어 전원모듈 자체를 고절연, 저가격의 몰딩제로 Package하는 구성으로 구현될 수 있다.That is, the power conversion device for a high-density power source according to the present invention can be implemented with a high-frequency driving and a configuration in which the power module itself is packaged as a high-insulation molding material and a low-cost molding material.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치에서 접착제를 사용하거나 또는 추가의 기구물을 통하여 코어를 고정하는 형태를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a state in which an adhesive is used in a power conversion device for a high-density power source according to an embodiment of the present invention, or a core is fixed through an additional mechanism.

도 5를 참조하면, 앞서 설명한 기구물이 없는 경우, 접착제를 사용하거나 아니면 추가적인 기구물을 사용하여 코어를 고정하는 형태(501)를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, in the absence of the previously described instrument, one can identify a form 501 for securing the core using an adhesive or using additional equipment.

한편, 트랜스부의 자성코어가 적층된 PCB 내부에 삽입이 불가능하므로, Embedded PCB 레이어 중 코어부분만 노출시키고, 노출된 해당 코어부분을 추가적인 전도성 또는 비전도성 재질로 고정하도록 하는 기구물을 포함할 수도 있다.On the other hand, since the magnetic core of the transformer portion can not be inserted into the laminated PCB, it may include a mechanism that exposes only the core portion of the embedded PCB layer and fixes the exposed core portion with an additional conductive or nonconductive material.

또한 본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치는 DC를 입력 받아 DC를 출력하는 회로 구성을 가질 수 있으며, 1차 및 2차의 2개의 권선뿐만 아니라 3차 및 4차의 추가적인 권선이 요구될 때에는 각 구분된 레이어별 절연 레이어 구성을 포함하는 다층의 PCB로 구현될 수 있다. Also, the power conversion apparatus for a high density power source according to the present invention may have a circuit configuration that receives DC and outputs DC, and when not only two primary and secondary windings but also additional tertiary and quaternary windings are required, Layer PCB including a separate layer-by-layer insulation layer configuration.

결국, 본 발명에 따른 고밀도 전원용 전력변환장치는, 고주파, 고밀도, 소형경량화, 안전성의 구현을 위해 전원모듈의 고주파 구동 및 절연 및 방열효과를 극대화시킬 수 있고, 전원의 안정된 운용이 가능하고, 전원모듈의 안정성 및 조립성이 우수하고, 부품의 편차가 감소될 수 있다.As a result, the power conversion apparatus for a high-density power source according to the present invention can maximize high-frequency driving, insulation, and heat radiation effects of the power module for realizing high frequency, high density, small size and light weight and safety, The stability and assembly of the module are excellent, and the deviation of the components can be reduced.

따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Accordingly, the foregoing detailed description should not be construed in any way as limiting and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (6)

입력된 직류 또는 교류 전압을 소정의 주파수를 갖는 교류전압으로 만드는 인버터부;
상기 인버터부와 연결되어 상기 인버터로부터 입력되는 전압으로 유기 되어 시간에 따라서 자속을 변화시키는 1차측 변압기;
상기 1차측 변압기와 무접촉으로 연결되며, 상기 1차측 변압기로부터 제공되는 자속을 공유하는 2차측 변압기;
상기 2차측 변압기의 양단을 부하에 연결하여 상기 부하에서 필요한 정전류를 얻도록 하는 정류기; 및
상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기 사이에 위치하고, 상기 무접촉을 구현하는 인쇄회로기판(PCB) 상태의 절연수단을 포함하는 고밀도 전원용 전력변환장치.
An inverter unit converting the inputted direct current or alternating voltage into an alternating voltage having a predetermined frequency;
A primary-side transformer connected to the inverter unit to induce a voltage input from the inverter and change a magnetic flux according to time;
A secondary side transformer connected to the primary side transformer in a contactless manner and sharing a magnetic flux provided from the primary side transformer;
A rectifier that connects both ends of the secondary transformer to a load to obtain a required constant current in the load; And
And insulation means located between the primary transformer and the secondary transformer and in the form of a printed circuit board (PCB) for realizing the contactless.
제 1 항에 있어서,
상기 절연수단은,
LTCC(low temperature cofired ceramic) 및 세라믹 레이어(ceramic layer) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 고밀도 전원용 전력변환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating means comprises:
A low temperature cofired ceramic (LTCC), and a ceramic layer.
제 1 항에 있어서,
상기 절연수단은,
상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기의 권선 및 코어와 접촉되어 내부에서 발생되는 열을 외부로 전달하는 고밀도 전원용 전력변환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating means comprises:
And a high-density power supply for converting high-density power into heat, the heat generated inside the primary-side transformer and the secondary-side transformer.
제 1 항에 있어서,
상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기는,
인쇄회로기판(PCB)의 패턴으로 형성되는 권선을 포함하는 고밀도 전원용 전력변환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the primary-side transformer and the secondary-
A power conversion device for a high density power source comprising a winding formed in a pattern of a printed circuit board (PCB).
제 1 항에 있어서,
상기 1차측 변압기 및 상기 2차측 변압기의 권선은,
미로형(meander), 나선형(spiral) 및 망형(mesh) 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성되는 고밀도 전원용 전력변환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the windings of the primary transformer and the secondary transformer comprise:
A power conversion device for a high-density power source formed in a shape of at least one of a meander, a spiral, and a mesh.
제 1 항에 있어서,
코어의 삽입을 위해, PCB 레이어를 커팅(cutting)하여 PCB 레이어 중 코어부분만 노출시키고, 접착제를 이용하거나 또는 클립 형태를 포함하는 추가적인 기구물을 이용하여, 상기 코어를 고정시키는 고밀도 전원용 전력변환장치.The method according to claim 1,
A power conversion device for a high density power source for inserting a core, wherein the core layer is cut to expose only the core portion of the PCB layer, and the core is secured using an adhesive or by using an additional mechanism including a clip.
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