JP6891382B2 - サージ防止機能を有するコネクタ及びそれを含む回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、コネクタに関し、より詳しくは、コネクタを接続するときの予期しないサージ（ｓｕｒｇｅ）現象を防止できるコネクタ及びサージ現象を防止できるコネクタを含む印刷回路基板に関する。

本出願は、２０１８年６月１２日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００６７７３６号に基づく優先権を主張し、上記出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

コネクタは、電気機器とコード、または、コードとコードを接続して電気回路を構成するための接続機具である。一般に、コネクタは、レセプタクル方式で相互結合するメスコネクタとオスコネクタとを一対にして構成され、メスコネクタにはコンタクトである複数のメスコネクタピンが設けられ、オスコネクタには複数のメスコネクタピンと接触する複数のオスコネクタピンが設けられる。

また、オスコネクタは回路基板に表面実装（ＳＭＴ、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）され、メスコネクタはオスコネクタと相補的に締結される。それぞれ異なるワイヤがコネクタピンに接続されることで、回路基板にはワイヤを通じて様々な信号が伝送される。

このように様々な信号を伝送するワイヤがコネクタに接続されるため、コネクタピンはそれぞれ電圧が異なり得る。この場合、接地ピンから電圧の高いコネクタピンまで順に回路基板に接続されることが望ましいが、従来技術によるコネクタは、すべてのコネクタピンが回路基板に同時接続するように構成されているため、電圧の高いコネクタピンが突然回路基板に最も先に接続されサージが発生することがある。

一例として、バッテリーモジュール又はバッテリーパックは、複数の二次電池セル、及びこれら二次電池セルの電圧バランシング機能を担当するＰＣＭまたはＢＭＳを含んで構成され、複数の二次電池セルとＢＭＳ回路基板とを接続する手段としてワイヤとオス／メスコネクタが使われ得る。

ＰＣＭまたはＢＭＳは、図１のように、二次電池セル毎に電圧データの伝送を受け、二次電池セルの電圧値に基づいて不均等な電圧値を有する二次電池セルが他の二次電池セルの電圧と同一になるように不均等な電圧値を有する二次電池セルの充放電を制御する。

しかし、上述したように、従来のオス／メスコネクタは、構造上、回路基板に先に接続される二次電池セルの電圧を分かることができないだけでなく、接続順序の管理が不可能である。例えば、図１に示された二次電池セルは、直列で接続されているため１番地点の電圧が最も低いが、オス／メスコネクタの接続過程で３番地点に対応するコネクタピンが１番地点に対応するコネクタピンよりも先に回路基板に接続されると、サージが発生して回路基板のＢＭＳチップ（ＡＳＩＣ）が損傷されるおそれがある。

コネクタピン毎の電圧差から生じるサージは、たとえその発生頻度が低いとしても、予期しないサージ現象によってＢＭＳチップが損傷され、ＢＭＳが本来の機能を果たすことができなくなってデバイスの寿命が短縮し、さらには安全上の問題につながるおそれがある。したがって、これに対する対策が必要である。

本発明が解決しようとする技術的課題は、回路基板にコネクタを接続するとき、サージ現象を防止することができるオスコネクタ及びそれを含む回路基板を提供することである。

本発明の一態様によれば、メスコネクタと接続及び接続解除されるオスコネクタであって、オスコネクタハウジングと、オスコネクタハウジングの内部空間に配置されるオスコネクタピンと、一側はオスコネクタピンに連結され、他側はオスコネクタハウジングの内壁に連結される接地連結部材とを含み、接地連結部材は、複数個であり、それぞれオスコネクタピンに一対一で対応するように連結され、メスコネクタがオスコネクタハウジング内に挿入される深さに応じてメスコネクタによって順次にオスコネクタピンから分離されるように、それぞれオスコネクタピンの先端部から予め指定された間隔だけ離隔した箇所に着脱可能に連結されたオスコネクタが提供される。

接地連結部材は、それぞれ、オスコネクタピンの外周の少なくとも一部分を囲む半円形状であって、オスコネクタピンに装着可能に設けられたピン連結部を備え得る。

接地連結部材は、それぞれ、メスコネクタがオスコネクタハウジングから分離されれば、ピン連結部がオスコネクタの外周に再装着されるように弾性を有する素材で設けられ得る。

接地連結部材は、他側が共通接地ラインで互いに連結されてオスコネクタハウジングの内壁に一体的に固定され得る。

メスコネクタは、それぞれ異なる電圧が印加されるメスコネクタピンを備え、メスコネクタピンはオスコネクタピンに一対一で接続され、相対的に電圧が高いメスコネクタピンに対応するオスコネクタピンの順に接地連結部材がオスコネクタピンの先端部から遠い箇所に接続され得る。

オスコネクタピンは、長さを相異ならせて設けられ得る。

オスコネクタピンは、予め指定された順に先端部から遠い箇所まで電気的に絶縁する絶縁区間を有し得る。

本発明の他の様態によれば、上述したオスコネクタが一側に装着された印刷回路基板が提供される。

本発明の一態様によれば、電圧が低いコネクタピンから順に回路基板に電気的に接続することができ、回路基板にコネクタを接続するとき、サージ現象を防止することができる。

本発明が属する技術分野の通常の知識を持つ者であれば、本発明による多様な実施形態によって上述していない他の技術的課題を解決できることを後述する説明から明確に理解できるであろう。

ＢＭＳ保護回路の概略的な結線図である。 本発明の一実施形態による回路基板に設けられたオスコネクタの概略的な斜視図である。 図２のオスコネクタの縦断面図である。 本発明の一実施形態による接地連結部材の作用を説明するための図である。 本発明の一実施形態による接地連結部材の作用を説明するための図である。 図２のオスコネクタの横断面図である。 本発明の他の実施形態によるオスコネクタピンを示した図である。 本発明のさらに他の実施形態によるオスコネクタピンを示した図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。

したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

以下、回路基板とは、自動車用バッテリーパックに適用されるＢＭＳ回路基板を意味し得る。ここで、ＢＭＳ回路基板は、バッテリーセルの充放電、セルバランシングなどを制御するためのバッテリーパックの構成品である。

本発明によるオスコネクタ２０は、ケーブルコネクタ形態で提供されるメスコネクタ１０とともに、二次電池セルの電圧情報をＢＭＳチップに伝送するために使われ得る。勿論、このような用途によって本発明の権利範囲が制限されることはない。すなわち、本発明によるオスコネクタ２０は、多様な信号を伝送するケーブルをラップトップパソコン、タブレットパソコン、スマートフォンなどの電気機器に接続するために使われ得る。

図２は本発明の一実施形態による回路基板１に設けられたオスコネクタ２０の概略的な斜視図であり、図３は図２のオスコネクタ２０の縦断面図であり、図４及び図５は本発明の一実施形態による接地連結部材２５の作用を説明するための図であり、図６は図２のオスコネクタ２０の横断面図である。

これら図面を参照すれば、本発明の一実施形態によるオスコネクタ２０は、オスコネクタハウジング２２、オスコネクタピン２４、及び接地連結部材２５を含む。

オスコネクタ２０は、図２のように、ＢＭＳ回路基板１の一側端領域に配置され得、メスコネクタ１０とプラグイン方式で接続及び接続解除できるように設けられる。オスコネクタピン２４は、便宜上詳しくは図示していないが、回路基板１の導体パターンと接続され、導体パターンはＢＭＳチップ（ＡＳＩＣ）に接続される。

オスコネクタハウジング２２は、オスコネクタピン２４を囲んで外部から保護する枠のような役割をする構成品であって、プラスチックのような絶縁素材で形成され、回路基板１にネジまたはフックなどの締結手段によって固設され得る。

また、オスコネクタハウジング２２は、一側に開放部を有して、相補的なメスコネクタ１０が開放部を通って内側へと挿入可能に設けられ得る。

オスコネクタピン２４は、メスコネクタピン１４が電気的に接続される部分であって、オスコネクタハウジング２２の内部空間に備えられる。オスコネクタピン２４は、一端が回路基板１の導電パターンに接続され、他端が開放部に向かって直線状で延びた形態を有し得る。

例えば、オスコネクタピン２４は、棒型またはプラグ型であり得、メスコネクタピン１４は、オスコネクタピン２４とプラグイン方式で結合可能なソケットまたはコンセント形態で設けられ得る。

これらメス／オスコネクタピン１４、２４の個数は、伝送しようとする送受信信号の個数によって決定され得る。例えば、本実施形態のメス／オスコネクタ１０、２０は、４つのバッテリーセルの電圧情報をＢＭＳに伝送するのに使われるメス／オスコネクタ１０、２０であって、それぞれ５つのピンを有する。図１を参照すれば、バッテリーセルが直列で接続されている各ノードにおける電圧は、（５）、（４）、（３）、（２）、（１）地点の順に高い。これら地点は、図２に示したケーブルと繋がっており、ケーブルはメスコネクタピン１４とそれぞれ接続されている。このような５つのメスコネクタピン１４を５つのオスコネクタピン２４に接続することで、バッテリーセルの電圧情報をＢＭＳに伝送することができる。

一方、本発明の一実施形態によるオスコネクタ２０は、接地連結部材２５をさらに含み、メスコネクタピン１４がオスコネクタピン２４に一体的に接続されるとき、低い電圧から順にＢＭＳに電圧情報が伝達されることで、予期しないサージ現象を防止できるように構成されている。

以下、このような接地連結部材２５の構成及び作用について詳しく説明する。

図３〜図５を参照すれば、本実施形態による接地連結部材２５は、弾性を有する金属素材で形成され、半円形のピン連結部２５ａを備える。ピン連結部２５ａは、オスコネクタピン２４の外周の少なくとも一部分を囲む形態で設けられ得る。

また、接地連結部材２５は、一端がオスコネクタハウジング２２の内壁一側に固定され、オスコネクタピン２４の終端部側に斜めに延びて、他端を形成するピン連結部２５ａがオスコネクタピン２４の外周と弾性的に接触するように設けられ得る。

このような接地連結部材２５は、一側がオスコネクタピン２４に連結され、他側はオスコネクタハウジング２２の内壁に連結されており、オスコネクタピン２４をオスコネクタハウジング２２に接地させる接地線の役割を果たす。

したがって、メスコネクタピン１４をオスコネクタピン２４に接続しても、オスコネクタピン２４から接地連結部材２５が分離されていない状態では、メスコネクタピン１４の電圧がＢＭＳに伝達されない。

すなわち、メスコネクタ１０が、図５のように、オスコネクタハウジング２２内に予め指定された深さまで挿入されると、接地連結部材２５がメスコネクタハウジング１２の先端によって反り返ってオスコネクタピン２４から分離できる。このように、接地連結部材２５がオスコネクタピン２４から分離されると、接地連結部材２５の分離されたオスコネクタピン２４に対応するメスコネクタピン１４の電圧をＢＭＳに伝達することができる。

また、接地連結部材２５は、メスコネクタ１０がオスコネクタハウジング２２から引き出されて接地連結部材２５に作用する力が無くなれば、弾力によって元の位置に戻りながらピン連結部２５ａがオスコネクタピン２４の外周に再装着され、オスコネクタピン２４に再び連結できる。

このような接地連結部材２５は、オスコネクタピン２４に一対一で対応するように複数個が設けられる。すなわち、本実施形態において、接地連結部材２５は５つが設けられ、それぞれの接地連結部材２５は個別的に５つのオスコネクタピン２４に連結される。

５つの接地連結部材２５は、図６のように、対応するオスコネクタピン２４の先端部２４ａから予め指定された間隔だけ離隔した箇所にピン連結部２５ａが取り付けられることで、オスコネクタピン２４と連結される位置が相異なり得る。換言すれば、接地連結部材２５は、それぞれ相対的に電圧の高いメスコネクタピン１４に対応するオスコネクタピン２４から順にオスコネクタピン２４の先端部２４ａから遠い箇所に連結される。

具体的に本実施形態を見れば、図６の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）オスコネクタピン２４には図１の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）地点の電圧が印加されるようにメスコネクタピン１４が接続される。オスコネクタピン（５）には、オスコネクタピン（４）よりも接地連結部材２５のピン連結部２５ａが先端部２４ａを基準にしてより遠く離れた位置に取り付けられ、残りのオスコネクタピン２４にも同様のパターンで接地連結部材２５のピン連結部２５ａが取り付けられる。

このような構成によれば、接地連結部材２５が、メスコネクタ１０がオスコネクタ２０のハウジング内に挿入される深さに応じて、オスコネクタピン２４から順次に分離され得る。すなわち、メスコネクタ１０をオスコネクタハウジング２２内に完全に挿入するまで、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）オスコネクタピン２４の接地連結部材２５が順次に分離され得る。この場合、ＢＭＳは、オス／メスコネクタ２０を接続するとき、電圧の低いオスコネクタピン２４から順に電気的に接続されるようになり、予期しないサージ現象を防止することができる。

一方、本発明の一実施形態による接地連結部材２５は他側が共通接地ライン２７で互いに連結された形態でオスコネクタハウジング２２の内壁に一体的に固設され得る。

共通接地ライン２７を設けず、接地連結部材２５をそれぞれ個別的にオスコネクタハウジング２２の内壁に固定する場合、１つの接地連結部材２５がオスコネクタハウジング２２の内壁から離れると、上述したＢＭＳへの電圧伝達メカニズムが不可能になる。しかし、本実施形態のように、共通接地ライン２７を構成すれば、これをオスコネクタハウジング２２の内壁により安定的に固定でき、共通接地ライン２７全体がオスコネクタハウジング２２の内壁から離れない限り、すべての接地連結部材２５が接地線として本来の機能を果たすことができて接地安定性を確保するという面で効果的である。

また、共通接地ライン２７がオスコネクタハウジング２２の内壁から離れても、例えば接地ピンの役割をする、オスコネクタピン２４のうち（１）ピンの接地連結部材２５がオスコネクタピン２４から分離されなければ、他の接地連結部材２５の接地線機能が維持され得る。

言い換えれば、本実施形態において、オスコネクタピン２４のうち（１）ピンは接地ピンであり、接地ピンは回路基板１の接地部（ＧＮＤ）に接続される。（２）、（３）、（４）、（５）ピンの接地連結部材２５は、オスコネクタハウジング２２の内壁に接地されなくても、すべて共通接地ライン２７によって接地ピンである（１）ピンに連結された状態であるため、回路基板１に接地できる。

この状態でメスコネクタ１０をオスコネクタ２０に接続すると、（１）ピンの電圧がＢＭＳに最も先に伝達されるため、サージ現象の発生可能性を著しく低めることができる。

図７は本発明の第２実施形態によるオスコネクタピン２４を示した図であり、図８は本発明の第３実施形態によるオスコネクタピン２４を示した図である。

以下、図７及び図８を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。同じ部材番号は同じ部材を示し、同じ部材についての重なる説明は省略し、上述した実施形態との相違点を中心に説明する。

本発明の第２実施形態によるオスコネクタ２０は、図７を参照して上述した一実施形態と比べると、オスコネクタピン２４の長さを異ならせて設けられ得る。

例えば、相対的に高い電圧を伝達するオスコネクタピン２４は、そうでないオスコネクタピン２４よりも長さを短く設け得る。すなわち、図７のように、オスコネクタピン２４は（１）、（２）、（３）、（４）、（５）ピンの順に長く設けられ得る。この場合、上述した実施形態のようなメスコネクタピン１４を使用しても、オスコネクタピン２４は（１）、（２）、（３）、（４）、（５）ピンの順にメスコネクタピン１４と接触するようになる。したがって、本発明の第２実施形態によれば、接地連結部材２５が接地機能を果たすことができなくても、低い電圧から順にＢＭＳに伝達されてサージを防止することができる。

また、本発明の第３実施形態によるオスコネクタ２０は、図８を参照して上述した実施形態と比べると、オスコネクタピン２４がそれぞれ先端部２４ａから所定の位置まで絶縁処理された絶縁区間２８を備え得る。

例えば、高い電圧を伝達するオスコネクタピン２４から順に先端部２４ａから遠い箇所まで電気的に絶縁する絶縁区間２８を有する。すなわち、図８のように、（５）、（４）、（３）、（２）、（１）ピンの順に絶縁区間２８が長く設けられ得る。この場合も上述した実施形態のようなメスコネクタピン１４を使っても、オスコネクタピン２４は（１）、（２）、（３）、（４）、（５）ピンの順にメスコネクタピン１４と電気的に通電するようになる。したがって、本発明の第３実施形態によっても、接地連結部材２５が接地機能を果たすことができなくても、低い電圧から順にＢＭＳに伝達されてサージを防止することができる。

以上のように、本発明の実施形態によるオスコネクタ２０の構成及び作用によれば、オスコネクタ２０自体の過度な設計変更なく、簡単な構成だけでも回路基板１にコネクタを接続するときのサージ現象を効果的に防止することができる。

一方、本発明による印刷回路基板１は、上述したオスコネクタ２０を少なくとも１つ以上含むことができる。オスコネクタ２０は、印刷回路基板１の一側端に固定されるように取り付けられ得る。印刷回路基板１は、バッテリーパックに使われるＢＭＳチップが実装された回路基板１を始めとしたラップトップパソコン、タブレットパソコン、スマートフォンなどの電気機器に使われる回路基板１を含むことができる。

以上のように、本発明の望ましい実施形態について図示して説明したが、本発明が上述した特定の望ましい実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者であれば誰でも多様な変形実施可能であることは勿論、そのような変更も請求範囲の記載の範囲内であることは言うまでもない。

一方、本明細書において、上、下、左、右などのように方向を表す用語が使われたが、このような用語は説明の便宜上使用されたものであって、観測者の位置や対象になる物の位置などによって変わり得ることは本発明の当業者にとって自明である。

Claims (8)

1. メスコネクタと接続及び接続解除されるオスコネクタであって、
   オスコネクタハウジングと、
   前記オスコネクタハウジングの内部空間に配置されるオスコネクタピンと、
   一側は前記オスコネクタピンに連結され、他側は前記オスコネクタハウジングの内壁に連結される接地連結部材と、
   を備え、
   前記接地連結部材は、複数個であり、
   それぞれ前記オスコネクタピンに一対一で対応するように連結され、前記メスコネクタが前記オスコネクタハウジング内に挿入される深さに応じて前記メスコネクタによって順次に前記オスコネクタピンから分離するように、それぞれ前記オスコネクタピンの先端部から予め指定された間隔だけ離隔した箇所に着脱可能に連結される、オスコネクタ。
2. 前記接地連結部材は、それぞれ、前記オスコネクタピンの外周の少なくとも一部分を囲む半円形状であって、前記オスコネクタピンに装着可能に設けられるピン連結部を有する、請求項１に記載のオスコネクタ。
3. 前記接地連結部材は、それぞれ、前記メスコネクタが前記オスコネクタハウジングから分離される場合、前記ピン連結部が前記オスコネクタの外周に再装着されるように弾性を有する素材で設けられる、請求項２に記載のオスコネクタ。
4. 前記接地連結部材は、前記他側が共通接地ラインで互いに連結され、前記オスコネクタハウジングの内壁に一体的に固定される、請求項１から３のいずれか一項に記載のオスコネクタ。
5. 前記メスコネクタは、それぞれ異なる電圧が印加されるメスコネクタピンを備え、
   前記メスコネクタピンは前記オスコネクタピンに一対一で接続され、
   相対的に電圧が高い前記メスコネクタピンに対応する前記オスコネクタピンの順に前記接地連結部材が前記オスコネクタピンの先端部から遠い箇所に連結される、請求項１から４のいずれか一項に記載のオスコネクタ。
6. 前記オスコネクタピンは、長さを異ならせて設けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載のオスコネクタ。
7. 前記オスコネクタピンは、予め指定された順に先端部から遠い箇所まで電気的に絶縁する絶縁区間を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のオスコネクタ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のオスコネクタが実装される印刷回路基板。

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