KR20110006659A - 집적 멀티-변환기 - Google Patents
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Abstract
다수의 변환기들을 공유 코어 상에 집적하면서 상기 변환기들 간의 간섭 및 상기 집적의 다른 잠재적으로 원치 않는 영향들을 회피하기 위한 방법들, 시스템들 및 디바이스들이 설명된다. 일 실시예에서, 다수의 변환기들은 공유 코어 상에 감긴다. 각각의 변환기가 상기 코어 상에 감겨서, 그것의 1차 및 2차 권선들은 코어를 공유하는 다른 변환기의 권선들에 커플링됨이 없이 상기 코어를 통해 서로 자기적으로 커플링되는다. 상기 다수의 집적 변환기들은 이후 회로 배열 내에 오직 하나의 코어 엘리먼트만을 위치시킴으로써 상기 장치에 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로는 변환기들에 관한 것이며, 더 구체적으로는 다수의 집적 변환기들에 관한 것이다.
본 출원은 출원번호가 61/037,078이고, 출원일이 2008년 3월 17일이고, 발명의 명칭이 "INTEGRATED MULTI-TRANSFORMER"인 공동계류중인 미국 가출원 특허 (대리인 관리 번호 027342-000200US), 및 출원번호가 12/404,971이고, 출원일이 2009년 3월 16일이고 발명의 명칭이 "INTEGRATED MULTI-TRANSFORMER"인 공동계류중인 미국 비-가출원 특허(대리인 관리 번호 027342-000210US)의 우선권을 청구하며, 이들 모두는, 본 문서에서 완전히 설명되는 것처럼, 모든 목적을 위해 참조로써 여기에 포함된다.
많은 전자 애플리케이션들은 종종 상이한 목적들로 다수의 변환기들을 사용한다. 예를 들어, 전자 시스템들은 종종 외부 전원(예를 들어, 배터리 또는 벽 콘센트로부터의 선전압)으로부터 온 전력을 애플리케이션들에서의 전자 컴포넌트들과 호환가능한 전력으로 변환하기 위해 전력 변환기들을 사용한다. 또한 이들 시스템들 중 다수가 (예를 들어, 피드백 및 제어 목적으로) 분리 경계의 한쪽 측으로부터 다른쪽 측으로 신호들을 전송하기 위해 펄스 변환기들을 사용한다.
통상적으로, 각각은 자신의 코어를 가지는 2개의 별개의 변환기들이 제공될 수 있다. 이들 2개의 변환기들은 이후 패키지 내에(예를 들어, 전자제품들의 하우징 내에) 독립적으로 위치될 수 있으며, 서로 물리적으로 분리되어 커플링해제(uncoupled)될 수 있다. 다수의 코어들, 다수의 배치들, 분리 요건들 및 다른 인자들은 다수의 이슈들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 이들 전자 시스템들의 설계 및 제조는 집적 디바이스의 단일 배치만이 존재하는 경우 더 비용이 많이 들고, 복잡하며, 불량가능성이 높다(failure-prone).
따라서, 단일 코어 상에 다수의 변환기들을 집적하면서 간섭 및 집적의 다른 원치 않는 영향들을 회피하는 것이 바람직할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들은 공유 코어 상에 다수의 변환기들을 집적하면서 상기 집적의 간섭 및 다른 원치 않는 영향들을 완화시키도록 제공한다. 일 실시예에서, 다수의 변환기들은 동일한 코어 상에 감긴다. 각각의 변환기는 코어 상에 감기고, 따라서, 그것의 1차 및 2차 권선들은 상기 코어를 공유하는 다른 변환기들의 권선들에 커플링됨이 없이 상기 코어를 통해 서로 자기적으로 커플링되는다. 다수의 집적 변환기들은 이후 회로 배열 내에 단일 코어 엘리먼트만을 위치시킴으로써 상기 장치에 제공될 수 있다.
일 세트의 실시예들에 있어서, 집적 멀티-변환기가 제공된다. 상기 멀티 변환기는 자성 물질로 이루어진 코어 및 상기 코어와 자기적으로 커플링되는 복수의 변환기들을 포함한다. 상기 복수의 변환기들은 제1의 1차 권선 및 제1의 2차 권선을 포함하는 제 1 변환기 ― 상기 제1의 1차 권선은 제1의 1차 전류를 수신하고 제 1 코어 플럭스를 생성하기 위해 상기 제1의 1차 전류를 상기 코어에 커플링시키도록 구성되고, 상기 제1의 2차 권선은 상기 제 1 코어 플럭스의 적어도 일부분이 상기 제1의 2차 권선에 제1의 2차 전류를 유도하도록 상기 코어로부터 커플링됨 ― ; 및 제2의 1차 권선 및 제2의 2차 권선을 포함하는 제 2 변환기 ― 상기 제2의 1차 권선은 제2의 1차 전류를 수신하고 제 2 코어 플럭스를 생성하도록 상기 제2의 1차 전류를 상기 코어에 커플링시키도록 구성되고, 상기 제2의 2차 권선은 상기 제 2 코어 플럭스의 적어도 일부분이 상기 제2의 2차 권선에 제2의 2차 전류를 유도하도록 상기 코어로부터 커플링됨 ― 를 포함한다. 상기 변환기들은 상기 제 1 코어 플럭스가 상기 제 2 변환기에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않고, 상기 제 2 코어 플럭스가 상기 제 1 변환기에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않도록 감긴다.
특정 양상들에서, 상기 코어는 "E"자 코어이며, 제 1 레그(leg), 제 2 레그 및 제 3 레그를 포함하며, 상기 제 1 레그 및 상기 제 3 레그는 실질적으로 등가의(equivalent) 단면적들을 가진다. 상기 제1의 1차 권선은 상기 제 1 레그 및 상기 제 3 레그 상에 감기고; 그리고 상기 제2의 1차 권선 및 상기 제2의 2차 권선은 상기 제 2 레그 상에 감긴다. 일부 실시예들에서, 상기 제 2 레그는 상기 제 1 레그의 실질적으로 두배의 단면적을 가진다. 다른 실시예에서, 상기 코어는 다수의 레그들을 포함하며, 상기 레그들의 수는 상기 코어와 커플링되는 변환기들의 수보다 1개 더 많다. 일부 실시예들에서, 상기 제 1 변환기 또는 상기 제 2 변환기 중 하나는 전력 변환기이고, 상기 제 1 변환기 또는 상기 제 2 변환기 중 다른 하나는 펄스 변환기이다. 다른 실시예들에서, 상기 제 1 변환기는 전력 변환기, 펄스 변환기들, 신호 변환기 및 전류 감지(sense) 변환기로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 또한, 일부 실시예들에서, 상기 제 2 변환기는 상기 제 1 변환기에 대해 실질적으로 직교로 감긴다.
다른 실시예들에서, 상기 복수의 변환기들은 상기 제 1 변환기에 대해 실질적으로 직교로 상기 코어 상에 감기는 제 3 변환기를 더 포함한다. 특히 이들 실시예들에 대해, 상기 제 1 변환기는 상기 제 2 변환기에 대해 실질적으로 직교로 감기고; 그리고 상기 복수의 변환기들은 상기 제 1 변환기 또는 상기 제 2 변환기 모두에 대해 실질적으로 직교로 상기 코어 상에 감기는 제 3 변환기를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 코어의 적어도 일부분은 원형(circular)이고, 상기 제 1 변환기는 상기 코어 주위에 환형으로(toroidally) 형성된다. 다른 실시예들에서, 상기 멀티-변환기는 회로 배열 내에 위치되고 상기 코어의 적어도 일부분 및 상기 코어에 자기적으로 커플링되는 상기 복수의 변환기들을 하우징하도록 구성되는 패키지를 더 포함한다. 상기 패키지는 적어도 부분적으로 물리적, 전기적, 또는 전자기적인 분리를 제공하도록 추가적으로 구성된다. 상기 패키지는 또한 상기 패키지는 복수의 인터페이스 영역들을 포함할 수 있고, 상기 복수의 인터페이스 영역들은: 상기 제1의 1차 권선과 커플링되는 제 1 인터페이스 영역; 상기 제1의 2차 권선과 커플링되는 제 2 인터페이스 영역; 상기 제2의 1차 권선과 커플링되는 제 3 인터페이스 영역; 및 상기 제2의 2차 권선과 커플링되는 제 4 인터페이스 영역을 포함한다. 상기 패키지는 추가적으로 또는 대안적으로 상기 코어와 커플링되는 코어 인터페이스 영역을 포함할 수 있다.
또다른 세트의 실시예에 있어서, 집적 멀티 변환기를 사용하여 다수의 신호들을 핸들링(handling)하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 제 1 생성 신호를 생성하도록 구성되는 제 1 신호 생성 모듈; 제 2 생성 신호를 생성하도록 구성되는 제 2 신호 생성 모듈; 제 1 변환 신호를 이용하도록 구성되는 제 1 신호 이용 모듈; 제 2 변환 신호를 이용하도록 구성되는 제 2 신호 이용 모듈; 및 코어, 제 1 변환기 및 제 2 변환기를 포함하는 멀티-변환기 ― 상기 제 1 변환기는 상기 코어 상에 감기며 상기 코어에서 제 1 자속을 생성하도록 구성되고, 상기 제 2 변환기는 상기 코어 상에 감기며 상기 코어에서 제 2 자속을 생성하도록 구성되고, 상기 제 2 자속은 상기 제 1 자속으로부터 디커플링(decoupling)됨 ― 를 포함하고, 상기 제 1 변환기는 상기 제 1 신호 생성 모듈로부터 상기 제 1 생성 신호를 수신하고, 상기 제 1 생성 신호의 함수로써 상기 제 1 변환 신호를 생성하고, 상기 제 1 신호 이용 모듈과 상기 제 1 변환 신호를 통신하도록 구성되고, 그리고 상기 제 2 변환기는 상기 제 2 신호 생성 모듈로부터 상기 제 2 생성 신호를 수신하고, 상기 제 2 생성 신호의 함수로써 상기 제 2 변환 신호를 생성하고, 상기 제 2 신호 이용 모듈과 상기 제 2 변환 신호를 통신하도록 구성된다.
또다른 세트의 실시예들에서, 집적 멀티-변환기 디바이스를 생성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 자성 물질로 이루어진 코어 상에 제 1 변환기를 감는 단계 ― 상기 제 1 변환기는 제1의 1차 권선 및 제1의 2차 권선을 포함하고, 상기 제1의 1차 권선은 제1의 1차 전류를 수신하고 제 1 코어 플럭스를 생성하도록 상기 제1의 1차 전류를 상기 코어에 커플링시키도록 구성되며, 상기 제1의 2차 권선은 상기 제 1 코어 플럭스 중 적어도 일부분이 상기 제1의 2차 권선에서 제1의 2차 전류를 유도하기 위해 상기 코어로부터 커플링되도록 구성됨 ― ; 및 상기 코어 상에 제 2 변환기를 감는 단계 ― 상기 제 2 변환기는 제2의 1차 권선 및 제2의 2차 권선을 포함하고, 상기 제2의 1차 권선은 제2의 1차 전류를 수신하고 제 2 코어 플럭스를 생성하기 위해 상기 제2의 1차 전류를 상기 코어에 커플링시키도록 구성되고, 상기 제2의 2차 권선은 상기 제 2 코어 플럭스의 적어도 일부분이 상기 제2의 2차 권선에서 제2의 2차 전류를 유도하기 위해 상기 코어로부터 커플링되도록 구성됨 ― 를 포함한다. 상기 제 2 변환기는 상기 제 1 코어 플럭스가 상기 제2의 2차 권선에서 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않고 상기 제 2 코어 플럭스가 상기 제1의 2차 권선에서 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않도록 상기 코어 상에 감긴다.
본 발명의 속성 및 이점들의 추가적인 이해는 후속하는 도면들을 참조하여 달성될 수 있다. 첨부 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 또는 특징들은 동일한 레퍼런스 라벨을 가질 수 있다. 또한, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은 유사한 컴포넌트들을 구별하는 제 2 라벨(예를 들어, 소문자)에 의해 상기 레퍼런스 라벨을 따름으로써 구별될 수 있다. 제 1 레퍼런스 라벨만이 명세서에서 사용되는 경우, 그 설명은 제 2 레퍼런스 라벨과는 무관하게 동일한 제 1 레퍼런스 라벨을 가지는 유사한 컴포넌트들 중 임의의 컴포넌트에 적용될 수 있다.
도 1은 2개의 변환기들을 사용하는 예시적인 애플리케이션들의 간략화된 회로도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 집적 멀티-변환기를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 도 2에 도시된 것과 같은 집적 멀티-변환기의 동작에 대응하는 예시적인 자속 경로들의 예시를 도시한다.
도 4A 및 4B는 도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 집적 멀티-변환기들의 실시예들의 예시적인 등가의 전기 회로들을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라, 예시적인 집적 멀티-변환기의 또다른 실시예를 도시한다.
도 6A 및 6B는 도 5에 도시된 것과 같이, 집적 멀티-변환기의 실시예의 예시적인 등가의 전기 회로들을 도시한다.
도 7은 단일 코어로 집적된 3개의 독립적인 변환기들을 가지는 집적 멀티-변환기를 도시한다.
도 8A - 8C는 도 7에 도시된 것과 같이, 집적 멀티-변환기들의 실시예의 예시적인 등가의 전기 회로를 도시한다.
도 9A 및 9B는 다양한 실시예들에 따라, 동일한 자기 저항(reluctance)들을 가지는 4개의 플럭스 경로들을 가지는 코어에 대한 물리적 코어 구조의 실시예를 예시한다.
도 10A-10C는 다양한 실시예들에 따라, 다수의 변환기들이 형성된 원형 코어를 사용하는 멀티-변환기들의 실시예들을 예시한다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따라, 집적 멀티-변환기를 제공하기 위한 예시적인 방법들의 흐름도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 집적 멀티-변환기를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 도 2에 도시된 것과 같은 집적 멀티-변환기의 동작에 대응하는 예시적인 자속 경로들의 예시를 도시한다.
도 4A 및 4B는 도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 집적 멀티-변환기들의 실시예들의 예시적인 등가의 전기 회로들을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라, 예시적인 집적 멀티-변환기의 또다른 실시예를 도시한다.
도 6A 및 6B는 도 5에 도시된 것과 같이, 집적 멀티-변환기의 실시예의 예시적인 등가의 전기 회로들을 도시한다.
도 7은 단일 코어로 집적된 3개의 독립적인 변환기들을 가지는 집적 멀티-변환기를 도시한다.
도 8A - 8C는 도 7에 도시된 것과 같이, 집적 멀티-변환기들의 실시예의 예시적인 등가의 전기 회로를 도시한다.
도 9A 및 9B는 다양한 실시예들에 따라, 동일한 자기 저항(reluctance)들을 가지는 4개의 플럭스 경로들을 가지는 코어에 대한 물리적 코어 구조의 실시예를 예시한다.
도 10A-10C는 다양한 실시예들에 따라, 다수의 변환기들이 형성된 원형 코어를 사용하는 멀티-변환기들의 실시예들을 예시한다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따라, 집적 멀티-변환기를 제공하기 위한 예시적인 방법들의 흐름도를 도시한다.
단일 코어 상에 다수의 변환기들을 집적시키기 위한 시스템들, 디바이스들 및 방법들이 설명된다.
많은 전자 시스템들은 상이한 목적들로 다수의 변환기들을 사용한다. 이러한 시스템의 일 예는 전원인가된(powered) 전자 센서 회로이다. 도 1은 2개의 변환기들을 사용하는 예시적인 애플리케이션들의 간략화된 회로도이다. 회로(100)는 외부 전원(150)(예를 들어 표준 110 볼트 교류("AC"), 60Hz, 메인 선전압)에 의해 전원인가되고, 제 2 시스템과 인터페이싱하기 위한 인터페이스 컴포넌트들(120) 및 인터페이스 컴포넌트들(120)에 의해 수신된 데이터를 분석(interpreting)하기 위한 로직 컴포넌트들(130)을 포함하는 다수의 애플리케이션 컴포넌트들(110)을 가진다.
일 실시예는 예시적인 전원인가된 전자 센서 회로(100)로서 설명된다. 전원인가된 전자 센서 회로(100)는 다수의 센싱 컴포넌트들(110)을 가진다. 센싱 컴포넌트들(110)은 외부 자극을 감지하고 상기 자극을 디지털 펄스 신호로 변환하기 위한 센서(120) 및 상기 디지털 신호를 분석하기 위한 로직(130)을 포함한다.
전원(150)으로부터 상기 센싱 컴포넌트들(110)을 분리시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 센싱 컴포넌트들(110)은 전원(150)에 의해 공급되는 입력 전압과는 다른 특정 전압에서 동작하고, 입력 전압 아티팩트들(예를 들어, 접지 루프들, 간섭 등)로부터 분리되도록 설계될 수 있다. 따라서, 전력 변환기(140)는 전원 인가된 전자 센서 회로(100)의 입력 측에 제공될 수 있다. 전원(150)으로부터의 선전압 입력은 전력 변환기(140)의 1차측에 연결되고, 센싱 컴포넌트들(110)은 전력 변환기(140)의 2차측에 연결된다. 이후, 전력 변환기(140)는 센싱 컴포넌트들(110)에 호환가능하도록 상기 입력 전압을 변환시키면서, 상기 센싱 컴포넌트들(110) 및 전원(150)(예를 들어, 그리고/또는 접지) 사이에 분리 경계를 제공할 수 있다.
추가적으로, 센싱 컴포넌트들(110)을 서로 분리시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 센싱 컴포넌트들(110)이 적절하게 동작하기 위해, 센서(120) 및 감지되고 있는 외부 환경은 내부 로직(130)으로부터 분리되어야 할 수 있다. 따라서, 제 2 변환기, 예를 들어, 펄스 변환기(160)는 센서(120) 및 로직(130) 사이에 제공될 수 있다. 펄스 변환기(160)는 외부 환경으로부터 로직(130)을 분리하면서, 동시에 센서(120)로부터의 원하는 펄스 정보가 로직(130)에 의한 분석을 위한 분리 경계를 교차(cross)하게 할 수 있다.
또다른 실시예가 예시적인 하이-측(high-side) 스위치 회로로서 설명된다. 하이-측 스위치 회로(100)는 외부 제어 신호에 기초하여, 로드로 전원(150)(예를 들어 배터리)을 연결하거나 로드로부터 전원(150)(예를 들어 배터리)을 끊도록 설계될 수 있다. 제어 신호는 인터페이스 컴포넌트들(120)에 의해 수신될 수 있고, 로드로 전력을 연결하거나 로드로부터 전력을 끊기 위해 상기 제어 신호를 사용하도록 동작가능한 로직 컴포넌트들(130)에 전달될 수 있다. 예를 들어, 하이-측 스위치는 특정 전압 및 전류 제어들이 요구되는 배터리 구동형 전자 제품들(예를 들어, 다기능 모바일 폰)에 사용될 수 있다.
하이-측 스위치 회로(100)는 전원(150)으로부터 버스 전압으로 전력을 분리 및/또는 변환하기 위해 전력 변환기(140)를 사용할 수 있다. 동시에, 하이-측 스위칭 회로(100)는 로직 컴포넌트들(130)로부터 인터페이스 컴포넌트들(120)을 분리시키기 위해 펄스 변환기(160)를 사용할 수 있다. 이 방식으로, 제어 신호 입력 전압 모두는 전자 시스템의 다른 컴포넌트들로부터, 서로 간에, 그리고/또는 로드로부터 분리될 수 있다.
통상적으로, 전력 변환기(140) 및 펄스 변환기(160)는 자신만의 코어 상에서 각각 제조될 수 있다. 이는 상기 변환기들이 물리적으로 격리 또는 분리되게 하여, 이들이 서로 간섭하지 않고 동작할 수 있다. 그러나, 두 개의 코어들 상에 두 개의 개별 변환기들을 사용하는 것은 또한 전력이 인가된 전자 센서 회로의 복잡도 및 비용을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 물리적 격리는 전자 제품의 더 큰 하우징을 필요로 할 수 있고, 다수의 코어들은 증가된 재료비를 요구할 수 있으며, 다수의 변환기 배치들은 더 많은 어셈블리 복잡도 및 시간 등을 요구할 수 있다.
그러나, 2개의 변환기들을 단일 코어상으로 집적하는 것은 비용, 사이클 시간, 사이즈, 복잡도, 실패율 등에 있어서의 감소를 포함하는, 원하는 결과들을 획득할 수 있다. 그러나, 다수의 변환기들을 단일 코어 상에 집적하는 것의 어려움은 변환기들 간의 분리의 유지일 수 있다. 변환기들이 서로 간섭하게 되는 경우, 이들은 적절하게 동작하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예들은 단일 코어 상에 다수의 변환기들을 집적하면서 상기 변환기들 간의 분리를 유지한다. 전술된 본 출원의 예들 모두가 전력 및 펄스 변환기인 2개의 변환기들을 사용하지만, 많은 다른 개수 및 타입들의 변환기들이 다양한 실시예들에 따라 집적될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 전류 감지 변환기들, 게이트 구동 변환기들, 분리 변환기들, 오디오 변환기들 등을 포함하는 다른 타입들의 변환기들이 당해 기술분야에 알려져 있다. 따라서, 실시예들이 특정 개수 및 타입들의 변환기들에 대해 여기서 설명되지만, 이들 설명들은 오직 예시적인 것으로 의도되며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 또한, 여기서 사용되는 바와 같이, 용어 "변환기"는 본 발명의 실시예들의 상황에서 사용가능한 임의의 전자기 회로 엘리먼트를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 집적 멀티-변환기를 도시한다. 집적 멀티-변환기(200)는 1차 권선(212) 및 2차 권선(214)을 가지는 전력 변환기(210), 및 1차 권선(222) 및 2차 권선(224)을 가지는 펄스 변환기(220)를 포함한다. 전력 변환기(210) 및 펄스 변환기(220)는 단일 코어(230) 상에 집적되어, 상기 변환기들은 디커플링되고, 하나의 변환기의 나머지 다른 하나의 변환기에 대한 다른 영향들이 최소화된다.
일부 실시예들에서, 전력 변환기(210) 및 펄스 변환기(220)는 삼각(three-leg) "E" 자형 코어(230)에 집적된다. 많은 다른 코어 형상들이 가능하며, "E"자형 코어에 대한 구체적인 참조들은 오직 설명의 명료성을 제공하도록 의도되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않음을 이해할 것이다. 또한, 단일 코어가 실제로 다수의 컴포넌트 부분들로부터 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, "E"자형 코어는 두 개의 "E"자형 코어들을 함께(예를 들어, 서로 맞대게) 커플링시키거나 또는 하나의 "E"자형 코어를 "I"자형 코어와 커플링시킴으로써 제조될 수 있다.
다양한 실시예들은 다른 타입들의 전력 변환기들(210) 및 펄스 변환기들(220)을 제공한다. 특정 실시예들에서, 전력 변환기(210)는 플라이백(flyback) 변환기이다. 전력 변환기(210)는 코어(230)의 중심 축(232) 주위에 전력 변환기(210)의 1차 권선(212) 및 2차 권선(214)을 감음으로써, 코어(230)의 중심축(232) 상에 형성된다. 전력 변환기(210)가 상이한 방식으로 감길 수 있지만, (예를 들어, 펄스 변환기(220)의 효율성을 최대화하기 위해 많은 애플리케이션들에서 상대적으로 덜 중요해질 수 있지만) 전력 변환기(210)의 효율성을 최대화하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 예시된 바와 같이, 전력 변환기(210)의 1차 권선(212)과 2차 권선(214) 사이의 거리를 최소화하기 위해 상기 중심 축(232) 상에 전력 변환기(210)를 감아서, 이에 의해 권선들 간의 플럭스 전달에서의 손실들을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시예들에서, 펄스 변환기(220)는 소신호 펄스 변환기이다. 소신호 펄스 변환기는 거의 0의 에너지를 프로세싱하여 코어 손실들 및 포화에 대한 그것의 영향을 실질적으로 무시가능하게 할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 소신호 펄스 변환기를 형성하는 것은 하이 공통 모드 면제(high common mode immunity)를 가지는 고전압 분리 경계를 통해 타이밍 정보의 전송을 허가할 수 있다. 타이밍 정보는 회로 제어 및 피드백 기능들을 위해 사용될 수 있다. 또한, 특정 실시예들에서, 다수의 신호들은 단일 펄스 변환기(220)를 가지고 하나 이상의 변조 메커니즘들을 사용하여 분리 경계를 통해 전송된다.
펄스 변환기(220)로서의 소신호 펄스 변환기의 사용의 한가지 이점은 코어(230)의 사용가능한 윈도우 영역에 대한 권선의 영향이 최소가 되도록 작은 횟수의 턴(turn)들이 분리 경계를 통해 타이밍 정보를 전송하는데 사용될 수 있다는 점이다. 오직 충분한 턴들만이 펄스에 포함된 타이밍 정보를 신뢰가능하게 송신 및 수신하기 위해 요구될 수 있다. 많은 자기 회로 소자들에 대해, 오직 단일 1차 턴 및 단일 2차 턴만이 요구될 수 있지만, 매우 작은 자기 소자들에 대해서는 둘 이상 또는 수회의 턴들이 요구될 수 있다.
펄스 변환기(220)는 코어(230)의 외부 레그들(234 및 236) 상에 형성된다. 펄스 변환기(220)의 1차 권선(222) 및 2차 권선(224)은 좌측 외부 레그(234)에 한쌍의 권선들(하나는 1차 권선(222-1)으로부터 그리고 하나는 2차 권선(224-1)으로부터)을 감음으로써, 그리고 우측 외부 레그(236)에 실질적으로 동일한 쌍의 권선들(다시, 하나는 1차 권선(222-2)으로부터 그리고 하나는 2차 권선(224-2)으로부터)을 감음으로써, 외부 레그들(234 및 236) 상에 감긴다. 일부 실시예들에서, 펄스 변환기(220)는 집적 자기 회로 소자의 윈도우 영역의 매우 작은 부분을 차지하므로, 전력 자기 회로 소자의 효율성에 대한 영향이 최소화된다.
좌측 외부 레그(234) 상에서의 1차 권선(222-1) 측은 우측 외부 레그(236) 상에서의 1차 권선(222-2) 측과 직렬로 연결된다. 유사하게, 좌측 외부 레그(234) 상에서의 2차 권선(224-1) 측은 우측 외부 레그(236) 상에서의 1차 권선(224-2) 측과 직렬로 연결된다. 2개의 2차 권선(224-1 및 224-2) 측들은 동일한 턴수를 가지고, 2개의 1차 권선(222-1 및 222-2) 측들은 동일한 턴수를 가진다. 2개의 외부 레그들(234 및 236)은 실질적으로 동일한 단면적을 가진다. 일부 실시예들에서, 중앙 축(232)의 단면적은 외부 레그들(234 및 236)의 단면적들의 합과 실질적으로 동일하다. 이러한 방식으로, 중심축(232)이 두배의 플럭스를 가지는 경우라 할지라도, 모든 3개의 레그들(232,236 및 236)에 실질적으로 동일한 플럭스 밀도를 유지하는 것이 가능할 수 있다.
두 개의 1차 권선들(222-1 및 222-2)은 그들의 극들이 정렬되게 하여, 왼쪽 외부 레그(234)에서 상향 플럭스를 생성하는 왼쪽 외부 레그(234) 상의 1차 권선(222-1) 측의 전류가 오른쪽 외부 레그(236)에서 실질적으로 동일한 하향 플럭스를 생성한다. 두 개의 1차 권선들(224-1 및 224-2)은 그들의 극들이 정렬되게 하여 왼쪽 외부 레그(234)에서 상향 플럭스를 생성하는 왼쪽 외부 레그(234) 상의 1차 권선(224-1) 측의 전류는 오른쪽 외부 레그(236)에서 동일한 하향 플럭스를 생성한다. 권선들이 다수의 턴수들을 포함할 수 있거나 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 상이한 방향들로 형성될 수 있음이 이해되어야 한다. 이들 및 다른 변형들이 다양한 타입들의 애플리케이션들에 대해 바람직할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라, 도 2에 도시된 것과 같은 집적 멀티-변환기의 동작에 대응하는 예시적인 자속 경로들의 예시를 도시한다. 전력 엘리먼트 플럭스(310)(예를 들어, 도 2의 전력 변환기(210)의 동작에 의해 생성되는 자속)은, 도시된 바와 같이, 코어(230)의 중심축(232)으로부터 외부 레그들(234 및 236) 각각의 주위로 반대 방향들로 회전한다.
일 실시예에서, 전력 변환기(예를 들어, 도 2의 엘리먼트(210))는 전력 엘리먼트 플럭스(310)가 중심축(232) 위쪽으로 그리고 외부 레그들(234 및 236) 각각의 아래쪽으로 흐르도록 감긴다. 권선(212 및 214)의 전류들에 의해 생성된 전력 엘리먼트 플럭스(310)는 외부 레그들(234 및 236) 모두에서 실질적으로 동일한 전류를 생성한다. 중심축(232)에 감긴 권선들(212 및 214) 전력 엘리먼트 플럭스(310)는 2개의 외부 레그들(234 및 236) 사이에서 실질적으로 균일하게 분할할 수 있으며, 따라서, 전력 엘리먼트 플럭스(310)의 크기 및 그 방향은 2개의 외부 레그들(234 및 236)에서 동일할 수 있다.
전력 엘리먼트 플럭스(310)는 펄스 변환기(220)의 1차 권선(222-1 및 222-2)의 양측에 전압을 유도할 수 있다. 좌측 외부 레그(232) 상에 감긴 1차 권선(222-1)에 유도된 전압은 우측 외부 레그(234) 상에 감긴 1차 권선(222-2)에 유도된 전압과 동일하거나 반대일 수 있으며, 따라서 좌측 외부 레그(232) 상에 감긴 1차 권선(222-1) 및 우측 외부 레그(234) 상에 감긴 1차 권선(222-2)의 직렬 접속에서 유도된 전체 전압은 본질적으로 영일 수 있다. 펄스 변환기(220)의 1차 권선(222)은 중심축(232) 상에 감긴 전력 변환기(210)의 1차 권선(212) 및 2차 권선(214)에 커플링되지 않고 이에 독립적인 것처럼 실질적으로 동작할 수 있다.
유사하게, 전력 엘리먼트 플럭스(310)는 펄스 변환기(220)의 2차 권선( 224-1 및 224-2)의 양측에 전압을 유도할 수 있다. 좌측 외부 레그(232) 상에 감긴 2차 권선(224-1)에 유도된 전압은 우측 외부 레그(234) 상에 감긴 2차 권선(224-2)에 유도된 전압과 동일하거나 반대일 수 있으며, 따라서 좌측 외부 레그(232) 상에 감긴 2차 권선(224-1) 및 우측 외부 레그(234) 상에 감긴 2차 권선(224-2)의 직렬 접속에서 유도된 전체 전압은 본질적으로 영일 수 있다. 펄스 변환기(220)의 2차 권선(222)은 중심축(232) 상에 감긴 전력 변환기(210)의 1차 권선(212) 및 2차 권선(214)에 커플링되지 않고 이에 독립적인 것처럼 실질적으로 동작할 수 있다.
물론, 펄스 변환기(220)의 동작이 펄스 엘리먼트 플럭스(320)를 생성할 수 있다. 펄스 변환기(220)의 1차 권선(222) 및 2차 권선(224)이 도 2에 도시된 바와 같이 감기며, 펄스 엘리먼트 플럭스(320)는 도 3에 도시된 방향으로 흐를 수 있다. 예시된 바와 같이, 펄스 엘리먼트 플럭스(320)는, 예를 들어, 좌측 외부 레그(232) 위쪽으로 그리고 우측 외부 레그(234)의 아래쪽으로, 코어(230) 주위로 흐른다.
특히, 이 예시적인 구성이 각각의 변환기의 권선들 간에 타이트한 커플링을 제공하는 반면 다른 변환기의 권선들과의 커플링을 최소화한다는 점이 이제 이해될 것이다. 외부 레그들(234 및 236) 상에 감긴 펄스 변환기(220)의 1차 권선(222)은 외부 레그들(234 및 236) 상에 감긴 펄스 변환기(220)의 2차 권선(224)에 자기적으로 타이트하게 커플링될 수 있다. 유사하게, 중심축(232) 상에 감긴 전력 변환기(210)의 1차 권선(212)은 중심축(232) 상에 감긴 전력 변환기(210)의 2차 권선(214)에 자기적으로 타이트하게 커플링될 수 있다. 동시에, 펄스 변환기(220)의 1차 권선(222) 및 2차 권선(224)은 중심축(232)에 커플링되는 전력 변환기(210)의 1차 권선(212) 및 2차 권선(214) 모두로부터 커플링되지 않을 수 있으며 독립적일 수 있다.
도 4A 및 4B는, 도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 집적 멀티-변환기들의 실시예들의 예시적인 등가적 전기 회로를 도시한다. 도 4A는 도 3에 도시된 바와 같이, 중심축(232) 및 외부 레그들(234 및 236)을 통해 전력 엘리먼트 플럭스(310)에 기초하는, 전력 변환기의 예시적인 등가적 전기 회로를 도시한다. 도 4B는 도 3에 도시된 바와 같이, 외부 레그들(234 및 236) 주위의 펄스 엘리먼트 플럭스(320) 경로들에 기초하여, 펄스 변환기의 예시적인 등가적 전기 회로를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른, 예시적인 집적 멀티-변환기의 또다른 실시예를 도시한다. 집적 멀티-변환기(500)는 1차 권선(512) 및 2차 권선(514)를 갖는 전력 변환기(510) 및 1차 권선(522) 및 2차 권선(524)을 가지는 전류 감지 변환기(520)를 포함한다. 전력 변환기(510) 및 전류 감지 변환기(520)는 변환기들이 디커플링되도록 단일 코어(530) 상에 집적된다.
일부 실시예들에서, 전력 변환기(510) 및 전류 감지 변환기(520)는 도 2에 도시된 "E"자 코어(230)와 유사하게, 3각 "E"자 코어 상에 집적된다. 전력 변환기(510)는 코어(530)의 중심축(532) 상에 감기고 커플링될 수 있으며 전류 감지 변환기(520)는 코어(532)의 외부 레그들(534 및 536) 상에 감길 수 있다. 변환기 권선들은, 하나의 변환기의 전류들이 다른 변환기의 권선에 영의 전체 전압을 유도하도록 구성될 수 있다.
도 6A 및 6B는, 도 5에 도시된 바와 같이, 집적 멀티-변환기의 실시예의 예시적인 등가적 전기 회로들을 도시한다. 도 6A 및 6B의 등가적인 전기 회로들은 벼노한기들이 2개의 별개의 분리된 변환기들을 가지는 구성과 실질적으로 등가적으로 동작하는 것을 예시한다.
다양한 실시예들에 따라, 집적 멀티-변환기들의 성능들을 추가적으로 확장하기 위한 많은 방법들이 존재한다는 점이 이해될 것이다. 확장된 성능들의 한 세트는 개별 변환기들의 기능성을 확장함으로써 유도된다. 일부 실시예들에서, 펄스 변환기를 통한 신호들의 전달은 하나 이상의 방식들로 변환된다. 많은 다른 타입들의 변조 시스템들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 아날로그 정보는 소신호 펄스 변환기 및 주파수 변조, 펄스 폭 변조, 델타 변조, 또는 일부 다른 아날로그 변조 기법을 사용하여 분리 경계를 통해 전송될 수 있다. 디지털 정보는 또한 동일한, 유사한 또는 상이한 변조 기법들을 사용하여 전송될 수 있다. 일 실시예에서, 상이한 변조 기법들이 단일 펄스 변환기를 사용하여 분리 경계를 통해 다수의 신호들을 전송하기 위해 결합된다. 예를 들어, 전원에서, 상대적으로 느리게 변하는(moving) 에러 전압이 펄스 폭 변조를 사용하여 전송될 수 있다. 동시에, 헤비 로드, 미디움 로드, 라이트 로드, 또는 스탠바이 로드 상태들을 표시하는 4개의 레벨들을 가지는 고속의 이산 (또는 디지털) 신호는 동일한 소신호 펄스 변환기를 통해 주파수 변조를 사용하여 전송될 수 있다.
확장된 성능들의 또다른 다른 타입들 및 개수들의 권선들, 다른 코어들 및 다른 물리적 구성 옵션들을 사용함으로써 유도된다. 도 7은 단일 코어 상에 집적된 3개의 독립적인 변환기들을 가지는 집적 멀티-변환기를 도시한다. 코어(710)는 4개의 실질적으로 동일한 레그들(712, 714, 716, 및 718)을 가진다. 제 1 변환기(720)는 1차 권선(722) 및 2차 권선(724)을 가지며, 이들 모두는 코어(710)의 제 1 레그(712) 및 제 2 레그(714) 상에 감긴다. 제 2 변환기(730)는 1차 권선(732) 및 2차 권선(734)을 가지며, 이들 모두는 코어(710)의 제 3 레그(716) 및 제 4 레그(718) 상에 감긴다. 제 3 변환기(740)는 1차 권선(742) 및 2차 권선(744)을 가지며, 이들 모두는 코어(710)의 모든 4개의 레그들(712, 714, 716, 및 718) 상에 감긴다.
도 8A-8C는, 도 7에 도시된 것과 같이, 집적 멀티-변환기의 실시예의 예시적인 등가적 전기 회로들을 도시한다. 이 예시적인 경우에 있어서, 4개의 레그들(712, 714, 716, 및 718) 각각에 의해 표현된 플럭스 경로는 다른 레그들(712, 714, 716, 및 718)에 대해 실질적으로 동일한 자기 저항을 가질 수 있다. 각각의 변환기에 대해, 다른 변환기들 중 어느 하나에서의 전류들로 인해 변환기에 유도된 전체 전압은 실질적으로 영이다. 따라서, 도 8A-8C의 등가 회로들은 3개의 별개의 분리된 변환기들을 가지는 구성에 대해 실질적으로 등가적으로 동작할 수 있다는 점을 예시한다.
도 9A 및 9B는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 동일한 자기 저항을 가지는 4개의 플럭스 경로들을 가지는 코어에 대한 물리적 코어 구조의 실시예를 예시한다. 일부 실시예들에서, 코어(910)는 폐쇄 자속 경로들을 가지는 3개의 독립적이고 집적된 변환기들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 권선들은 도 7의 권선들과 유사하게 형성된다. 각각의 집적 변환기에 대해, 다른 집적 변환기들 중 어느 하나의 전류들로 인해 집적 변환기에 유도된 전체 전압은 영일 수 있다. 이런 방식으로, 각각의 집적 변환기는 동일한 코어에 커플링되는 다른 집적 변환기들로부터 유도된 전압들에 의해 영향을 받지 않고 동작할 수 있다.
일반적으로, 위에서 논의된 실시예들은 폐쇄 자속 경로들을 가지는 N-1개의 독립적인 변환기들이 N개의 레그들을 가지는 단일 코어를 사용하여 형성될 수 있다는 점을 보여준다. 실제로, N-1개보다 더 많은 독립적인 변환기들은, 일부 경우들에서, 코어의 형상에 따라, 집적 멀티-변환기의 권선들에 직교하는 면들에서 추가적인 변환기들을 감음으로써, 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 9의 집적 멀티-변환기를 사용하여, 변환기는 코어(910)의 주위로 "수평으로" (즉, 도면의 면에) 감길 수 있고, 또다른 변환기는 코어(910)의 주위로 "수직으로" 감길 수 있다. 이 구성은 단일 코어 상에 최대 5개까지의 독립적인 변환기들을 제공할 수 있다. 그러나, 추가적인 직교하는 권선들이 변환기들 또는 다른 자기 엘리먼트들로서 사용될 수 있는 반면, 상기 권선들의 동작이 코어의 폐쇄 자속 경로들을 생성하지 않을 수 있다는 점을 유의해야 한다. 따라서, 생성된 직교하는 자기장들은 외부 잡음에 더 취약할 수 있다.
도 10A-10C는, 다양한 실시예들에 따라, 다수의 변환기들이 형성된 원형 코어를 사용하는 멀티-변환기들의 실시예들을 예시한다. 도 10A에 도시된 실시예에서, 각각 1차 권선(1010) 및 2차 권선(1020)을 가지는 제 1 변환기는 원형 코어(1000) 주위에 환형으로 감긴다. 각각 1차 권선(1030) 및 2차 권선(1040)을 가지는 제 2 변환기는 원형 코어(1000)의 적도선(equator) 주위에 감긴다. 제 1 및 제 2 변환기들이 다른 플럭스에 대해 실질적으로 직교하는 원형 코어(1000) 내의 플럭스를 생성한다는 점이 이해될 것이다. 따라서, 제 1 변환기의 1차 권선(1010)으로부터 생성된 플럭스는 제 2 변환기의 2차 권선(1040)에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않을 것이며, 제 2 변환기의 1차 권선(1030)으로부터 생성된 플럭스는 제 1 변환기의 2차 권선(1020)에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않을 것이다.
도 10B에 도시된 실시예에서, 각각 1차 권선(1050) 및 2차 권선(1060)을 가지는 제 1 변환기는 원형 코어(1000)의 직경에 걸쳐 감긴다. 각각 1차 권선(1070) 및 2차 권선(1080)을 가지는 제 2 변환기는 원형 코어(1005)의 제 2 직경에 걸쳐 감기며, 상기 제 2 직경은 제 1 직경에 대해 직교한다. 도 10A에서와 같이, 제 1 및 제 2 변환기들 각각이 다른 플럭스에 실질적으로 직교하는 원형 코어(1000) 내의 플럭스를 생성한다는 점이 이해될 것이다. 따라서, 제 1 변환기의 1차 권선(1050)으로부터 생성된 플럭스는 제 2 변환기의 2차 권선(1080)에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않을 것이며, 제 2 변환기의 1차 권선(1070)으로부터 생성된 플럭스는 제 1 변환기의 2차 권선(1060)에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않을 것이다.
도 10C는, 본질적으로 도 10A 및 10B에 도시된 실시예들을 결합한, 동일한 원형 코어(1000) 상에 감기는 4개의 변환기들을 가지는 멀티-변환기(1090)의 실시예를 도시한다. 각각 1차 권선(1010) 및 제 2 권선(1020)을 가지는 제 1 변환기는 원형 코어(1000) 주위에 환형으로 감긴다. 각각 1차 권선(1030) 및 제 2 권선(1040)을 가지는 제 2 변환기는 원형 코어(1000)의 적도선 주위에 감긴다. 각각 1차 권선(1050) 및 제 2 권선(1060)을 가지는 제 3 변환기는 원형 코어(1000)의 직경에 걸쳐 감긴다. 각각 1차 권선(1070) 및 제 2 권선(1080)을 가지는 제 4 변환기는 원형 코어(1005)의 제 2 직경 주위에 감기며, 상기 제 2 직경은 제 1 직경에 대해 직교한다.
전술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 변환기들 각각은 멀티-변환기(1090)에 다른 변환기들에 의해 생성된 플럭스들에 대해 실질적으로 직교하는 원형 코어(1000) 내의 플럭스를 생성한다. 예를 들어, 제 1 변환기의 1차 권선(1010)으로부터 생성된 플럭스는 제 2 변환기의 2차 권선(1040), 제 3 변환기의 2차 권선(1060) 또는 제 4 변환기의 2차 권선(1080)에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않을 것이다. 그러나, 여전히, 각각의 1차 권선(예를 들어, 제 1 변환기의 1차 권선(1010))은 각각 2차 권선(제 1 변환기의 2차 권선(1020))을 가지는 원형 코어(1000)을 통해 타이트하게 자기적으로 커플링되는 채 유지된다.
도 11은, 본 발명의 실시예들에 따라, 집적 멀티-변환기를 제공하기 위한 예시적인 방법들의 흐름도를 도시한다. 방법(1100)은 블록(1104)에서 자성 물질로 이루어진 코어 상에 제 1 변환기를 감음으로써 시작된다. 상기 제 1 변환기는 1차 권선 및 2차 권선을 가진다. 1차 권선은 제1의 1차 전류를 수신하고, 제 1 코어 플럭스를 생성하기 위해 상기 제1의 1차 전류를 코어에 커플링시키도록 구성된다. 블록(1108)에서, 제 2 변환기가 코어 상에 감긴다. 상기 제 2 변환기는 또한 1차 권선 및 제 2 권선을 가진다. 1차 권선은 제2의 1차 전류를 수신하고 제 2 코어 플럭스를 생성하기 위해 상기 제2의 1차 전류를 코어에 커플링시키도록 구성된다.
각각의 변환기에서, 2차 권선은 그것의 생성된 코어 플럭스의 적어도 일부분이 그것의 개별 2차 권선에 개별 2차 전류를 유도하도록 코어로부터 커플링되는다. 특히, 제 2 변환기는 제 1 코어 플럭스가 제 2 변환기의 2차 권선에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않고 제 2 코어 플럭스가 제 1 변환기의 2차 권선에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않도록 코어 상에 감긴다. 일부 실시예들에서, 이는 제 1 면에 제 1 변환기를 감는 것 및 제 2 면에 제 2 변환기를 감는 것을 포함하며, 상기 제 2 면은 상기 제 1 면에 대해 실질적으로 직교한다.
일부 실시예들에서, 방법(1000)은 블록(1112)에서 코어의 적어도 일부분, 제 1 변환기, 제 2 변환기를 하나의 집적 회로 컴포넌트로 패키징하는 단계를 더 포함한다. 이후 집적 회로 컴포넌트는 블록(1116)에서 회로 배열로 위치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 방법(1100)은 블록(1120)에서 제 1 변환기의 1차 권선에 제1의 1차 전류를 제공하는 단계 및 제 2 변환기의 1차 권선에 제2의 1차 전류를 제공하는 단계를 포함한다. 변환된 전류는 이후 블록(1024)에서 각각의 개별 2차 권선에서 수신될 수 있다.
전술된 방법들, 시스템들 및 디바이스들이 단지 예들이 되도록 의도됨을 유의해야 한다. 다양한 실시예들이 적절한 경우 다양한 프로시져들 또는 컴포넌트들을 생략, 대체 또는 추가할 수 있다는 점이 강조되어야 한다. 일 예로서, 실시예들은 특정 타입들 또는 형상들의 코어들, 또는 특정 개수들, 형상들 및 방향들의 턴들을 가지는 변환기들을 포함하는 것으로서 예시 및/또는 설명된다. 그런, 이들 예시적인 실시예들이 임의의 방식으로 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되는 것이 아니며, 상이한 변환기 속성들이 상이한 애플리케이션들에 대해 바람직할 수 있다는 점이 이해될 것이다.
또한, 대안적인 실시예들에서, 상기 방법들이 설명된 것과는 상이한 순서로 수행될 수 있으며, 다양한 단계들이 추가, 생략, 또는 결합될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 특정 실시예들에 대해 설명된 특징들은 다양한 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 실시예들의 상이한 양상들 및 엘리먼트들은 유사한 방식으로 결합될 수 있다. 또한, 기술들이 발전하고 따라서 상기 엘리먼트들 중 다수가 예들이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다는 점이 강조되어야 한다.
또한, 다음 시스템들, 방법들 및 소프트웨어가 개별적으로 또는 집합적으로 더 큰 시스템의 컴포넌트들일 수 있다는 점이 이해되어야 하며, 다른 프로시저들이 그들의 애플리케이션들에 대해 우선하거나 또는 이들을 수정할 수 있다. 또한, 다수의 단계들이 다음 실시예들 이전에, 이후에 또는 이들과 동시에 요구될 수 있다.
특정 상세항목들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위한 설명에 주어진다. 그러나, 실시예들이 이들 특정 상세항목들 없이도 구현될 수 있다는 점이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 공지된 회로들, 프로세스들, 알고리즘들, 구조들 및 기법들이 본 실시예들을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 불필요한 상세항목 없이 도시되었다.
또한, 본 실시예들은 흐름도 또는 블록 다이어그램으로서 도시된 프로세스로서 설명될 수 있다는 점을 유의한다. 각각이 순차적인 프로세스로서의 동작들을 설명할 수 있지만, 상기 동작들 중 다수는 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 추가적으로, 상기 동작들의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는 도면에 포함되지 않은 추가적인 단계들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들을 설명하였지만, 다양한 수정들, 대안적인 구성들 및 등가물들이 본 발명의 사상에서 벗어남이 없이 사용될 수 있다는 점이 당업자에 의해 인지될 것이다. 예를 들어, 위의 엘리먼트들은 단지 더 큰 시스템의 컴포넌트일 수 있으며, 다른 규칙들이 본 발명의 애플리케이션들에 우선하거나 이들을 수정할 수 있다. 또한, 다수의 단계들은 위의 엘리먼트들이 고려되기 전, 고려되는 동안, 또는 고려된 후에 시작될 수 있다.
따라서, 위 설명은 후속하는 청구항들에서 설명되는 것과 같이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 취해지지 않아야 한다.
Claims (22)
- 집적 멀티-변환기(multi-transformer)로서,
자성 물질로 이루어진 코어;
상기 코어와 자기적으로 커플링되는 복수의 변환기들을 포함하고,
상기 복수의 변환기들은,
제1의 1차 권선 및 제1의 2차 권선을 포함하는 제 1 변환기 ― 상기 제1의 1차 권선은 제1의 1차 전류를 수신하고 제 1 코어 플럭스를 생성하기 위해 상기 제1의 1차 전류를 상기 코어에 커플링시키도록 구성되고, 상기 제1의 2차 권선은 상기 제 1 코어 플럭스의 적어도 일부분이 상기 제1의 2차 권선에 제1의 2차 전류를 유도하도록 상기 코어로부터 커플링됨 ― ; 및
제2의 1차 권선 및 제2의 2차 권선을 포함하는 제 2 변환기 ― 상기 제2의 1차 권선은 제2의 1차 전류를 수신하고 제 2 코어 플럭스를 생성하도록 상기 제2의 1차 전류를 상기 코어에 커플링시키도록 구성되고, 상기 제2의 2차 권선은 상기 제 2 코어 플럭스의 적어도 일부분이 상기 제2의 2차 권선에 제2의 2차 전류를 유도하도록 상기 코어로부터 커플링 되도록 구성됨 ― 를 포함하고,
상기 제 1 코어 플럭스는 상기 제 2 변환기에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않고, 상기 제 2 코어 플럭스는 상기 제 1 변환기에 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않는,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
상기 코어는 "E"자 코어이며, 제 1 레그(leg), 제 2 레그 및 제 3 레그를 포함하며;
상기 제 1 레그 및 상기 제 3 레그는 실질적으로 등가의(equivalent) 단면적들을 가지고;
상기 제1의 1차 권선은 상기 제 1 레그 및 상기 제 3 레그 상에 감기고;
상기 제1의 2차 권선은 상기 제 1 레그 및 상기 제 3 레그 상에 감기고; 그리고
상기 제2의 1차 권선 및 상기 제2의 2차 권선은 상기 제 2 레그 상에 감기는,
집적 멀티-변환기. - 제2항에 있어서,
상기 제 2 레그는 상기 제 1 레그의 실질적으로 두배의 단면적을 가지는,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
상기 코어는 다수의 레그들을 포함하며, 상기 레그들의 수는 상기 코어와 커플링되는 변환기들의 수보다 1개 더 많은,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 변환기 또는 상기 제 2 변환기 중 하나는 전력 변환기이고, 상기 제 1 변환기 또는 상기 제 2 변환기 중 다른 하나는 펄스 변환기인,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 변환기는 상기 제 1 변환기에 대해 실질적으로 직교로 감기는,
집적 멀티-변환기. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 변환기들은 상기 제 1 변환기에 대해 실질적으로 직교로 상기 코어 상에 감기는 제 3 변환기를 더 포함하는,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 변환기들은 상기 제 1 변환기 또는 상기 제 2 변환기 중 적어도 하나에 대해 실질적으로 직교로 상기 코어에 감기는 제 3 변환기를 더 포함하는,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 변환기는 상기 제 2 변환기에 대해 실질적으로 직교로 감기고; 그리고
상기 복수의 변환기들은 상기 제 1 변환기 또는 상기 제 2 변환기 모두에 대해 실질적으로 직교로 상기 코어 상에 감기는 제 3 변환기를 더 포함하는,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
상기 코어의 적어도 일부분은 원형(circular)이고, 상기 제 1 변환기는 상기 코어 주위에 환형으로(toroidally) 형성되는,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 변환기는 전력 변환기, 펄스 변환기들, 신호 변환기 및 전류 감지(sense) 변환기로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
집적 멀티-변환기. - 제1항에 있어서,
회로 배열 내에 위치되고 상기 코어의 적어도 일부분 및 상기 코어에 자기적으로 커플링되는 상기 복수의 변환기들을 하우징하도록 구성되는 패키지를 더 포함하는,
집적 멀티-변환기. - 제12항에 있어서,
상기 패키지는 적어도 부분적으로 물리적, 전기적, 또는 전자기적인 분리를 제공하도록 추가적으로 구성되는,
집적 멀티-변환기. - 제12항에 있어서,
상기 패키지는 복수의 인터페이스 영역들을 포함하고,
상기 복수의 인터페이스 영역들은:
상기 제1의 1차 권선과 커플링되는 제 1 인터페이스 영역;
상기 제1의 2차 권선과 커플링되는 제 2 인터페이스 영역;
상기 제2의 1차 권선과 커플링되는 제 3 인터페이스 영역; 및
상기 제2의 2차 권선과 커플링되는 제 4 인터페이스 영역을 포함하는,
집적 멀티-변환기. - 제12항에 있어서,
상기 패키지는 상기 코어와 커플링되는 코어 인터페이스 영역을 포함하는,
집적 멀티-변환기. - 집적 멀티 변환기를 사용하여 다수의 신호들을 핸들링(handling)하기 위한 시스템으로서,
제 1 생성 신호를 생성하도록 구성되는 제 1 신호 생성 모듈;
제 2 생성 신호를 생성하도록 구성되는 제 2 신호 생성 모듈;
제 1 변환 신호를 이용하도록 구성되는 제 1 신호 이용 모듈;
제 2 변환 신호를 이용하도록 구성되는 제 2 신호 이용 모듈; 및
코어, 제 1 변환기 및 제 2 변환기를 포함하는 멀티-변환기 ― 상기 제 1 변환기는 상기 코어 상에 감기며 상기 코어에서 제 1 자속을 생성하도록 구성되고, 상기 제 2 변환기는 상기 코어 상에 감기며 상기 코어에서 제 2 자속을 생성하도록 구성되고, 상기 제 2 자속은 상기 제 1 자속으로부터 디커플링(decoupling)됨 ― 를 포함하고,
상기 제 1 변환기는 상기 제 1 신호 생성 모듈로부터 상기 제 1 생성 신호를 수신하고, 상기 제 1 생성 신호의 함수로써 상기 제 1 변환 신호를 생성하고, 상기 제 1 신호 이용 모듈과 상기 제 1 변환 신호를 통신하도록 구성되고, 그리고
상기 제 2 변환기는 상기 제 2 신호 생성 모듈로부터 상기 제 2 생성 신호를 수신하고, 상기 제 2 생성 신호의 함수로써 상기 제 2 변환 신호를 생성하고, 상기 제 2 신호 이용 모듈과 상기 제 2 변환 신호를 통신하도록 구성되는,
다수의 신호들을 핸들링하기 위한 시스템. - 제16항에 있어서,
상기 제 1 신호 생성 모듈은 감지(sensory) 입력을 수신하고, 상기 감지 입력의 함수로써 상기 제 1 생성 신호를 생성하도록 구성되는 센서 배열을 포함하는,
다수의 신호들을 핸들링하기 위한 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 제 1 신호 이용 모듈은 상기 제 1 변환 신호를 수신하고 상기 제 1 변환 신호의 함수로써 상기 감지 입력에 관한 정보를 유도하도록 구성되는 디코더 배열을 포함하고,
상기 제 1 변환기는 상기 센서 배열로부터 상기 디코더 배열을 전기적으로 분리시키도록 추가적으로 구성되는,
다수의 신호들을 핸들링하기 위한 시스템. - 집적 멀티-변환기 디바이스를 생성하기 위한 방법으로서,
자성 물질로 이루어진 코어 상에 제 1 변환기를 감는 단계 ― 상기 제 1 변환기는 제1의 1차 권선 및 제1의 2차 권선을 포함하고, 상기 제1의 1차 권선은 제1의 1차 전류를 수신하고 제 1 코어 플럭스를 생성하도록 상기 제1의 1차 전류를 상기 코어에 커플링시키도록 구성되며, 상기 제1의 2차 권선은 상기 제 1 코어 플럭스 중 적어도 일부분이 상기 제1의 2차 권선에서 제1의 2차 전류를 유도하기 위해 상기 코어로부터 커플링되도록 구성됨 ― ; 및
상기 코어 상에 제 2 변환기를 감는 단계 ― 상기 제 2 변환기는 제2의 1차 권선 및 제2의 2차 권선을 포함하고, 상기 제2의 1차 권선은 제2의 1차 전류를 수신하고 제 2 코어 플럭스를 생성하기 위해 상기 제2의 1차 전류를 상기 코어에 커플링시키도록 구성되고, 상기 제2의 2차 권선은 상기 제 2 코어 플럭스의 적어도 일부분이 상기 제2의 2차 권선에서 제2의 2차 전류를 유도하기 위해 상기 코어로부터 커플링되도록 구성됨 ― 를 포함하고,
상기 제 2 변환기는 상기 제 1 코어 플럭스가 상기 제2의 2차 권선에서 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않고 상기 제 2 코어 플럭스가 상기 제1의 2차 권선에서 실질적으로 어떠한 전류도 유도하지 않도록 상기 코어 상에 감기는,
집적 멀티-변환기 디바이스를 생성하기 위한 방법. - 제19항에 있어서,
상기 코어 상에 제 1 변환기를 감는 단계는 상기 제1의 1차 권선 및 상기 제1의 2차 권선을 제 1 면(plane)에서 감는 단계를 포함하고,
상기 코어 상에 제 2 변환기를 감는 단계는 상기 제2의 1차 권선 및 상기 제2의 2차 권선을 제 2 면에서 감는 단계를 포함하고,
상기 제 2 면은 상기 제 1 면에 실질적으로 직교하는,
집적 멀티-변환기 디바이스를 생성하기 위한 방법. - 제19항에 있어서,
상기 코어, 상기 제 1 변환기 및 상기 제 2 변환기의 적어도 일부분을 집적 회로 컴포넌트로 패키징하는 단계; 및
상기 집적 회로 컴포넌트를 회로 배열에 위치시키는 단계를 더 포함하는,
집적 멀티-변환기 디바이스를 생성하기 위한 방법. - 제19항에 있어서,
상기 제 1 변환기의 상기 제1의 1차 권선에 상기 제1의 1차 전류를 제공하는 단계;
상기 제 2 변환기의 상기 제2의 1차 권선에 상기 제2의 1차 전류를 제공하는 단계를 더 포함하고,
상기 제2의 2차 전류의 일부분은 상기 제1의 1차 전류의 일부분과 실질적으로 동시에 제공되는,
집적 멀티-변환기 디바이스를 생성하기 위한 방법.
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2009
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Legal Events
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| PA0105 | International application |
Patent event date: 20101015 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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| PN2301 | Change of applicant |
Patent event date: 20120119 Comment text: Notification of Change of Applicant Patent event code: PN23011R01D |
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| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |