KR100836335B1 - 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 ｉｃ 방열장치 및 그제어방법 - Google Patents

펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 ｉｃ 방열장치 및 그제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 차량용 고성능 IC의 방열을 위하여 펠티에 모듈을 이용하고, 특히 차량용 전기장치(전장품)의 외부 금속 케이스 등 금속기구물과 보드(board)에 장착된 고성능 IC 사이에 펠티에 모듈을 개재시켜, 이 펠티에 모듈이 작동함에 따라서 금속기구물이 방열판 역할을 하면서 상기 IC의 열이 펠티에 모듈 및 금속기구물을 통해 외부 방출될 수 있도록 함으로써, 방열성능을 더욱 극대화한 차량용 고성능 IC 방열장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
펠티에, 열전 반도체 소자, IC, 방열

Description

펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 ＩＣ 방열장치 및 그 제어방법{Heat radiator for IC using peltier module and method for controlling the same}
도 1과 도 2는 냉각팬을 이용한 종래의 냉각방식을 보여주는 사진,
도 3은 방열판을 이용한 종래의 냉각방식을 보여주는 사진,
도 4는 본 발명에 따른 방열장치의 구성도,
도 5는 본 발명에 채용되는 펠티에 모듈의 기본 개념을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : PCB(또는 보드) 102 : IC
111 : 써멀 갭 패드 112 : 펠티에 모듈
115 : 제어회로부 116 : 금속기구물
본 발명은 차량용 고성능 IC 방열장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량용 고성능 IC의 방열을 위하여 펠티에 모듈을 이용하고, 특히 차량용 전기장치(전장품)의 외부 금속 케이스 등 금속기구물과 보드(board)에 장착된 고성능 IC 사이에 펠티에 모듈을 개재시켜, 이 펠티에 모듈이 작동함에 따라서 금속기구물이 방열판 역할을 하면서 상기 IC의 열이 펠티에 모듈 및 금속기구물을 통해 외부 방출될 수 있도록 함으로써, 방열성능을 더욱 극대화한 차량용 고성능 IC 방열장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
근래에 들어와서 도로사정이 양호해지고 생활이 윤택해짐에 따라 자동차의 사용도 크게 늘고 있는 추세이다.
자동차에는 운전자 및 승객의 편의를 위한 각종 편의성 장치들이 갖추어져 있으며, 앞으로도 새로운 기술 개발 및 사용자 요구에 의하여 더 많은 편의성 장치들이 추가로 장착될 것으로 예상되고 있다.
자동차에 설치되는 여러 편의성 장치들로는 현재 기본 장착되고 있는 공조 시스템을 포함하여 MTS(Mobile Telematics System), AV 시스템, 무선통신기능을 이용한 네비게이션 시스템(NAVI) 등을 들 수 있다.
이러한 차량용 전장품들은 최근 그 기능이 급속하게 발전하고 있으며, 그 구현을 위한 반도체 기술도 매우 빠르게 발전하고 있다.
현재의 AV 시스템, 네비게이션 시스템, 텔레매틱스 시스템은 수년 내에 무선인터넷 시스템 등으로 발전할 것으로 예상되며, 그에 따라 좀더 고성능인 IC(Integrated Circuit)가 사용될 것으로 여겨지고 있다.
하지만, 상기와 같은 IC는 동작시에 많은 열을 발생시킨다.
따라서, 고성능 IC의 안정된 동작을 위해서는 IC에서 발생된 열을 외부로 방 출, 즉 방열시켜 안정적인 범위에서 IC의 온도를 유지하여야 하며, 이에 좀더 효과적인 방열방법을 찾고 방열성능을 개선하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있음은 잘 알려진 사실이다.
특히, 차량에 사용되는 전장품 중 발열량이 많은 CPU나 그래픽(graphic) IC, 오디오(audio) IC, 각종 FPGA 등은 반드시 방열을 위한 수단을 구비하여야만 한다.
여기서, 전장품의 방열을 위한 종래의 장치 및 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 첨부한 도 1에 나타낸 바와 같이, 전장품의 일측면에 환기구(11)를 마련하고, 이 환기구(11)의 안쪽부분에 냉각팬(12)을 부착하는 바, 이 냉각팬(12)을 이용하여 특정한 IC가 아닌 보드(board) 전체의 온도를 낮추는 방법이 있다.
그러나, 냉각팬을 이용한 방법은 차량 운행시에 전장품 및 냉각팬 주변의 온도가 계속해서 올라가기 때문에 냉각팬 구동에 의한 대류가 발생하더라도 충분한 방열성능을 기대하기 어렵고, 냉각효과에 한계가 있다.
또한 장치 외부의 공기를 유입시켜 이용하므로 전자장치에 치명적인 먼지 등이 유입될 수 있는 바, 부품 수명을 단축시킬 수 있고, 먼지 유입에 대한 대책이 필요하다.
냉각팬의 구동시에 소음이 발생하므로 소음 대책이 필요하며, 보드 전체의 평균 온도는 낮아지더라도 발열량이 많은 고성능 CPU나 그래픽 IC 등은 방열되지 않을 수 있다.
그리고, 첨부한 도 2에 나타낸 바와 같이 냉각팬(13)을 IC에 직접 부착하여 특정 IC의 온도를 낮추는 방법이 있다.
그러나, 이는 냉각팬을 장착하고 대류가 일어날 수 있는 공간이 필요하여 차량 장착에 용이하지 않다.
또한 진동에 약한 구조이므로 차량의 진동을 견딜만한 구조로 구성하기가 어렵고, 이 역시 냉각팬 구동시에 소음이 발생하므로 소음 대책이 필요하다.
다음으로, 첨부한 도 3에 나타낸 바와 같이 방열판(14)을 IC에 부착하여 IC의 온도를 낮추는 방법이 있으나, 이 역시 방열판을 장착하고 대류가 일어날 수 있는 공간이 필요하므로 차량 장착에 용이하지 않다.
또한 차량의 진동에 충분히 견딜만한 구조로 구성하기가 어렵고, 충분한 방열이 어려우며, 금속으로 이루어져 있어 차량 무게를 증가시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 냉각팬이나 금속 방열판 부착 방식에서 제기되었던 소음 문제, 먼지 유입 문제, 공간의 제약 문제, 진동 문제 등을 해소할 수 있고, 충분하고 안정적으로 IC의 온도를 유지하여 좀더 안정된 동작이 가능하도록 할 수 있는 차량용 고성능 IC 방열장치 및 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량용 전장품에서 PCB에 실장된 고성능 IC를 냉각시키기 위한 IC 방열장치에 있어서, 상기 IC와 상기 전장품의 금속기구물 사이에 상기 IC로부터 발생된 열을 흡수하여 상기 금속기구물로 방출하는 열 펌프 역할의 펠티에 모듈을 개재하고, 상기 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 제어회로부를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치를 제공한다.
여기서, 상기 금속기구물은 전장품의 외부 금속 케이스인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 IC와 상기 펠티에 모듈의 저온부 사이, 그리고 상기 금속기구물과 상기 펠티에 모듈의 고온부 사이에는 열전도도를 가지면서 차량 진동에 대하여 완충작용을 수행하는 써멀 갭 패드가 개재되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어회로부는 상기 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드를 인식하여 동작별로 미리 정해진 발열량 순위를 판단하고, 판단한 상기 발열량 순위로부터 소정의 제어로직에 의거 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 차량용 전장품에서, PCB에 실장된 고성능 IC를 냉각시키기 위하여, 상기 IC와 상기 전장품의 금속기구물 사이에 상기 IC로부터 발생된 열을 흡수하여 상기 금속기구물로 방출하는 열 펌프 역할의 펠티에 모듈을 개재하고, 상 기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 제어회로부를 구비하여서 된 IC 방열장치의 제어방법에 있어서, (a)상기 제어회로부가 상기 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드를 인식하는 단계와; (b)상기 제어회로부가 상기 IC의 동작상태 및 동작모드로부터 동작별로 미리 정해진 발열량 순위를 판단하는 단계와; (c)판단한 상기 발열량 순위로부터 소정의 제어로직에 의해 정해지는 작동조건에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 단계;를 포함하는 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치의 제어방법을 제공한다.
특히, 상기 (c)단계에서, 상기 제어회로부는, 상기 펠티에 모듈의 방열작동이 반드시 필요한 발열량 순위인 1 ~ 6 순위를 판단한 경우, 하기 식(1)에 의해 계산되는 듀티율로 상기 펠티에 모듈을 작동시키는 것을 특징으로 한다.
식(1): 듀티율 = 1 - (0.1×(발열량 순위 - 1))
또한 상기 (c)단계에서, 상기 제어회로부는, IC의 동작상태가 OS 부팅상태인 1 순위를 판단함과 동시에 IC의 신호로부터 주변 온도가 40℃ 이하임을 판단한 경우, 펠티에 모듈의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (c)단계에서, 상기 제어회로부는, 상기 펠티에 모듈의 작동이 선택적으로 필요한 발열량 순위 7 ~ 10 순위임을 판단한 경우, 해당 발열량 순위에 대해 미리 정해진 상온에서의 지속시간 동안 IC에서의 어플리케이션 동작이 지속될 때 상기 펠티에 모듈을 작동시키고; 상기 IC의 신호로부터 주변 온도가 50 ~ 85℃임을 판단함과 동시에 발열량 순위 7 ~ 10 순위임을 판단한 경우, 정해진 상기 상온에서의 지속시간의 1/3이 경과하면 상기 펠티에 모듈을 작동시키며; 상기 IC의 신호로부터 주변 온도가 85℃보다 높고 발열량 순위 7 ~ 10 순위를 판단한 경우, 상기 펠티에 모듈을 바로 작동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (c)단계에서, 상기 제어부는, IC의 신호로부터 발열량 순위가 다른 두 개 이상의 동작이 상기 IC에서 중복됨을 판단한 경우, 발열량 순위가 높은 쪽의 작동조건에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 (c)단계에서, 상기 제어부는, IC의 신호로부터 동일한 발열량 순위의 두 개 이상의 동작이 상기 IC에서 중복됨을 판단한 경우, 하나 높은 발열량 순위의 작동조건에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 방열장치의 구성도이다.
본 발명은 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 도 4에 나타낸 바와 같이 차량용 고성능 IC(102)의 방열을 위하여 펠티에 모듈(112)을 이용하고, 특히 차량용 전기장치(전장품)의 외부 금속 케이스 등 금속기구물(116)과 보드(board)(100)에 장착된 고성능 IC(102) 사이에 펠티에 모듈(112)을 개재시켜, 이 펠티에 모듈(112)이 작동함에 따라서 금속기구물(116)이 방열판 역할을 하면서 상기 IC(102)의 열이 펠티에 모듈(112) 및 금속기구물(116)을 통해 외부 방출될 수 있도록 함으로써, 방열성능을 더욱 극대화한 것이다.
우선, 첨부한 도 5를 참조하여 펠티에 모듈(열전소자)에 대해 설명하면 다음 과 같다.
도 5는 본 발명에 채용되는 펠티에 모듈의 기본 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 주지된 바와 같이 펠티에 모듈은 직류 전류에 의해 자유로이 냉각, 가열, 온도 제어를 하는 열전 반도체 소자(펠티에 소자)를 포함하여 구성되는 것으로, 냉각 및 가열, 온도 제어가 필요한 여러 산업분야에 이미 널리 사용되고 있는 장치이다.
작동에 필요한 직류 전류를 적절히 인가받음에 따라 냉각, 가열, 온도 제어를 수행하는 펠티에 모듈과 그 제어회로부의 세부적인 회로구성 및 전기적 연결관계 등에 대해서는 이미 공지의 기술이므로, 본 명세서에서는 본 발명의 명확한 이해를 위하여 반드시 설명되어야 할 부분, 즉 펠티에 모듈의 기본 설명 및 개념, 작동원리, 이를 채용하여 IC를 냉각하는 원리에 대해서만 언급하기로 한다.
상기 펠티에 모듈에서는 직류 전류를 인가함으로써 열전 반도체 소자(121,122) 양면에 온도차가 발생하도록 되어 있고, 이때 열전 반도체 소자(121,122)가 저온부(도면부호 124a 부분임)에서 흡열, 고온부(도면부호 124b,125 부분임)에서 발열이 일어나 저온부측에서 고온부측으로 열을 이동시키는 열 펌프 역할을 하게 된다.
상기 펠티에 모듈에서는 인가되는 전류의 극성을 바꾸기만 하면 열이 흐르는 방향을 바꿀 수 있고, 전류의 세기를 바꿈으로써 이동되는 열량의 크기를 바꿀 수 있는 바, 이에 냉각, 가열, 온도 제어가 쉽게 이루어질 수 있다.
상기 펠티에 모듈은 도시된 바와 같이 두 개의 세라믹 기판(124a,124b) 사이 에 2개 이상의 P형 및 N형 열전 반도체 소자(121,122) 쌍들이 솔더 플레이트(solder plate)(123a,123b)에 의해 고정되어 있는 구조를 가지며, 이때 열전 반도체 소자(121,122)들은 전기적으로는 직렬구조로, 열적으로는 병렬구조로 구성된다.
여기서, 양측의 세라믹 기판(124a,124b)은 각각 펠티에 모듈에서의 저온부와 고온부가 되며, 냉각대상체(130)와 히트 싱크(heat sink)(125)를 전기적으로 절연시키는 역할을 하게 된다.
도면에서 N형 소자(121)에 (+)방향의 직류 전류를 흘려주게 되면, P형 소자(122)쪽에서 N형 소자(121)쪽으로의 전자 이동이 나타남과 동시에 저온부를 통해 열을 흡수하면서 냉각대상체(130)의 온도는 떨어지게 된다.
또한 흡수한 열은 펠티에 모듈의 고온부쪽으로 이동하게 되며, 히트 싱크(125) 및 방열핀(127)를 통해 주위로 방출된다.
공급 전원의 극성을 바꾸어주게 되면 전류의 흐름 방향이 반대가 되면서 냉각과 발열 현상은 역전된다.
이러한 펠티에 모듈은 압축기와 냉매를 가진 일반적인 냉동 사이클을 채용한 방식과 비교해서 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
- CFC 냉매를 사용하지 않으며, 소형, 경량이고, 모양을 자유롭게 선택할 수 있다.
- 전류의 방향을 바꾸기만 하면 냉각뿐만 아니라 가열도 가능하고, 냉각과 가열의 양 기능을 가지므로 상온에서의 온도 제어가 가능하다.
- 온도 응답성이 좋으며, 가동부분이 없으므로 진동, 소음이 없고, 피로 및 파손되는 기계부분이 없으므로 수명이 길고 높은 신뢰성을 가진다. 냉매순환식 냉각방식과는 달리 기계적인 작동부분이 필요 없고, 다만 서로 다른 두 P형, N형 열전 반도체 소자를 이용하여 모듈을 구성한 후 여기에 전류를 흘려주면, 펠티에 효과에 의한 소자 양단의 흡열 또는 발열 현상에 의해 온도를 제어할 수 있는 고체 냉각 방식이다.
- 전기 배선뿐이므로 취급이 간단하다.
도 5는 본 발명에서 저온수단으로 채용되는 펠티에 모듈의 구성 및 작동원리를 설명하기 위한 기본적인 예를 도시한 것일 뿐, 실제 본 발명에 적용하기 위해서는 여러 형태로의 변경이 가능하다.
즉, 설명한 바의 펠티에 모듈 및 제어회로부를 차량용 IC의 냉각에 사용하기 위해서는 도 4와 같이 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 외부 금속 케이스 등 금속기구물(116)이 히트 싱크(125) 및 방열핀(127)을 대신하는 방열판 역할을 하므로, 상기 히트 싱크 및 방열핀은 외부 금속 케이스 등 금속기구물로 대체된다.
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 방열장치의 구성을 설명하기로 한다.
우선, 도면부호 100은 타겟 보드(target board)로서, 이는 다량의 IC가 실장되어 있는 PCB이며, 멀티미디어 등의 기능을 수행하기 위하여 고성능의 CPU, 비디오 IC(Video IC), 오디오(Audio) 신호 처리 IC가 설치되는 보드이다.
또한 도면부호 102는 본 발명에서 냉각대상체가 되는 차량용 고성능 IC로, 보드에 설치된 고성능의 CPU이며, 동작에 따라 많은 발열이 있어 충분한 방열이 필 요한 소자이다.
이러한 차량용 IC에서는 비디오 동작모드, 오디오 동작모드, 일반 신호 처리모드로 동작을 구분하여 그 동작모드에 따라 발열량이 달라지게 된다.
한편, 본 발명에서 펠티에 모듈(112)은 차량 진동을 감안하여 써멀 갭 패드(thermal gap pad)(111)를 개재한 상태로 고성능 IC(102)와 외부 금속 케이스 등 금속기구물(116) 사이에 설치된다.
즉, IC(102)와 펠티에 모듈(112)의 저온부(113a) 사이, 그리고 금속기구물(116)과 펠티에 모듈(112)의 고온부(113b) 사이에 열전도도를 가지면서 차량 진동에 대하여 완충작용을 수행하는 써멀 갭 패드(111)가 개재되는 것이다.
상기 써멀 갭 패드(111)는 펠티에 모듈(112)을 IC(102) 및 금속기구물(116)에 연결되어 전체적으로는 IC와 금속기구물 사이를 연결하는 열 전달 경로가 되므로 원활한 열전도도를 가져야 한다.
또한 상기 써멀 갭 패드(111)는 차량 진동에 대해 충분한 완충작용을 하여 IC(102)를 보호할 수 있어야 하며, 이에 우수한 열전도도를 가지면서 충분한 완충작용을 수행할 수 있는 실리콘 합성물 계열의 재질로 제작될 수 있다.
그리고, 도 4에서 도면부호 112는 펠티에 모듈을 나타내는 것으로, 도시한 펠티에 모듈(112)에는 편의상 저온부(113a)와 고온부(113b)를 구분하여 나타내었으며, 복수의 P형, N형 열전 반도체 소자들을 포함하여 구성되는 펠티에 모듈의 구성 및 작동원리, 작동상태에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.
그리고, 도 4에서 도면부호 115는 보드(100) 상에 장착된 제어회로부로서, 이 제어회로부(115)는 냉각대상체인 IC(102)로부터 입력되는 신호를 토대로 후술하는 바와 같이 IC의 동작상태를 인식하여 동작별로 미리 정해진 발열량 순위를 판단한 다음 판단한 발열량 순위로부터 소정의 제어로직에 의겨 펠티에 모듈(112)의 작동을 제어하게 된다.
상기 제어회로부(115)는 직류 전원을 인가할 수 있도록 전극(114)을 통해 펠티에 모듈(112)과 전기적으로 연결된다.
특히, 상기 제어회로부(115)는 IC(102)에서 입력되는 신호로부터 IC의 동작상태나 동작모드를 인식할 수 있고, IC의 동작상태나 동작모드에 따라 발열량 순위를 판단한 다음 펠티에 모듈(112)의 작동 및 흡열/발열량을 제어할 수 있는 컨트롤러를 포함한다.
이와 같이 하여, 본 발명의 방열장치에서는 펠티에 모듈(112)을 냉각대상체인 차량용 고성능 IC(102)와 외부 금속 케이스 등의 금속기구물(116) 사이에 개재시켜, 상기 금속기구물(116)이 방열판의 역할을 대신하도록 하면서 상기 금속기구물을 통해 전장품 외부로 직접 방열이 이루어지도록 함으로써 방열성능을 극대화할 수 있게 된다.
이와 같이 외부 금속 케이스 등의 금속기구물(116)에 열을 최종 전달하고, 상기 금속기구물로부터 주변 공간으로 대류가 일어나도록 하여 방열이 이루어짐으로써, 펠티에 모듈을 IC에 부착한 후 바로 그 주변과의 대류 발생으로 방열이 이루어지도록 하는 것에 비하여, 충분한 대류 발생 공간을 용이하게 확보할 수 있고, 이에 방열성능을 극대화할 수 있게 되는 것이다.
한편, 차량용 고성능 IC의 동작은 다음과 같이 구분된다.
전장품에 사용되는 고성능 IC 중 발열량이 커 방열이 필요한 부품은 CPU와 컴패니언 칩(Companion Chip), 그래픽(Graphic) IC 등을 들 수 있으며, 모터 드라이버 IC, 릴레이 드라이버 등은 스위칭 순간에 발열하므로 PCB 방열로 대응이 가능하다.
멀티미디어(텔레매틱스 기준) 구현을 위한 전장품의 경우 다음과 같은 동작상태로 구분할 수 있다.
1) OS 부팅 과정
2) 어플리케이션 로딩(Application Loading) 과정
3) 오디오 구현 과정
- 각종 키(key)나 동작 진행을 위한 알람(alarm)음 발생
- 외부 신호를 바이패스하여 오디오 신호 발생
- 단말기에 입력된 신호를 압축해제, 부호화 해석하여 오디오 신호 발생
4) 비디오 구현 과정
- 유저 인터페이스(User Interface)를 위한 UI 구현
- DVD 등 외부 신호를 바이패스하여 화면 표시
-단말기에 입력된 신호를 압축해제, 부호화 해석하여 화면 표시
5) 전화기 기능 구현
- 핸즈프리(handsfree) 사용 통화
- 내부 장착 모뎀(예, CDMA)를 이용한 통화
6) 네비게이션 구현
- 경로 탐색
- 경로 안내
7) 차량 신호(주행거리, 차속, 도난신호) 처리
- 차계부 정리를 위한 기능
- 내부 장착 모뎀을 이용한 정보 전송(도난 처리)
한편, 본 발명에 따른 방열장치에서 냉각대상체인 차량용 고성능 IC가 동작하는 모든 경우에 펠티에 모듈이 작동하도록 할 수 있으나, 저전력을 위해서는 냉각대상체인 고성능 IC의 동작상태 및 동작모드에 따라 제어회로부가 펠티에 모듈의 작동을 적절히 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
우선, 하나의 고성능 IC에서 여러 동작을 구분하고 각 동작 구분에 따라 발열량 순위를 설정하여, 상기 제어회로부가 이 발열량 순위에 따라 펠티에 모듈의 작동을 제어하도록 할 수 있다.
하기 표 1은 차량용 고성능 IC의 동작 구분 및 발열량 순위를 하나의 예로 나타낸 것이다.
Figure 112006043637946-pat00001
IC의 동작상태 및 동작모드에 따라 펠티에 모듈이 제어되는 상태를 설명하면 다음과 같다.
제어과정은 제어회로부가 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드를 인식하는 단계, 제어회로부가 IC의 동작상태 및 동작모드로부터 동작별로 미리 정해진 발열량 순위를 판단하는 단계; 그리고 판단한 상기 발열량 순위로부터 소정의 제어로직에 의해 정해지는 작동조건에 따라 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 표 1의 발열량 순위 중 1 ~ 6 순위는 반드시 방열이 필요한 동작이며, 본 발명에 따른 방열장치의 작동, 즉 펠티에 모듈에 의한 방열작동이 반드시 필요한 동작이다.
또한 발열량 순위 중 10 순위 밖의 동작은 펠티에 모듈의 방열작동이 불필요한 동작이다.
그리고, 발열량 순위 7 ~ 10 순위는 동작시간에 따라 방열작동이 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있는 어플리케이션 그룹이다.
우선, 1 ~ 6 순위에서는 펠티에 모듈의 작동 듀티율(duty ratio)을 발열량 순위에 따라 조절하여 제어하는 바, 듀티율은 다음의 식(1)에 의해 계산된다.
듀티율 = 1 - (0.1×(발열량 순위 - 1)) (1)
즉, 발열량 순위가 1 순위인 경우 1, 2 순위인 경우 0.9, 3 순위인 경우 0.8, 그리고 6 순위인 경우에는 0.5가 된다.
이와 같이 제어회로부는 상기 식(1)에 따라 계산되는 듀티율로 펠티에 모듈을 작동시키게 된다.
또한 1 순위인 OS 부팅은 발열량이 많아 IC를 고온으로 만들지만 지속시간이 짧고 다음 동작의 어플리케이션 로딩이 정해져 있으므로, 주변 온도가 40℃ 이하인 경우 방열작동을 하지 않는다.
즉, 제어회로부는 IC의 동작상태가 OS 부팅상태인 1순위를 판단함과 동시에 IC의 신호로부터 주변 온도가 40℃ 이하임을 판단한 경우 펠티에 모듈을 작동시키지 않는다.
다음으로, 7 ~ 10 순위의 경우는 어플리케이션의 지속시간에 따라 방열작동 여부가 결정되는데, 7 순위의 경우 1분 이상 어플리케이션이 지속되었을 때 방열작동을 하도록 제어하고, 8 순위의 경우 3분 이상, 9 순위는 6분 이상, 10 순위는 9분 이상 지속되는 경우 방열작동을 하도록 제어한다.
이때, 주변 온도가 50 ~ 85℃의 범위라면 상온에서의 동작 지속시간의 1/3이 경과하면 방열작동을 수행하고, 주변 온도가 85℃ 보다 높다면 지속시간에 관계 없이 방열작동을 하도록 제어한다.
즉, 상기 제어회로부는, 상기 펠티에 모듈의 작동이 선택적으로 필요한 발열량 순위 7 ~ 10 순위임을 판단한 경우, 해당 발열량 순위에 대해 미리 정해진 상온에서의 지속시간 동안 IC에서의 어플리케이션 동작이 지속될 때 상기 펠티에 모듈을 작동시키고; 상기 IC의 신호로부터 주변 온도가 50 ~ 85℃임을 판단함과 동시에 발열량 순위 7 ~ 10 순위임을 판단한 경우, 정해진 상기 상온에서의 지속시간의 1/3이 경과하면 상기 펠티에 모듈을 작동시키며; 상기 IC의 신호로부터 주변 온도가 85℃보다 높고 발열량 순위 7 ~ 10 순위를 판단한 경우, 상기 펠티에 모듈을 바로 작동시킨다.
여기서, 제어회로부는 IC로부터 신호를 입력받아 IC 주변 온도를 인식하게 되는데, 통상의 IC에는 동작시 측정되는 전기저항값으로부터 온도를 인식할 수 있게 되어 있는 바, 이를 이용하여 상기 제어회로부가 IC가 출력하는 신호로부터 주변 온도를 인식하도록 할 수 있다.
그리고, IC의 신호로부터 발열량 순위가 다른 두 개 이상의 동작이 IC에서 중복됨을 판단한 경우 발열량 순위가 높은 쪽의 작동조건에 따라 펠티에 모듈의 작동을 제어하고, IC의 신호로부터 동일한 발열량 순위의 두 개 이상의 동작이 IC에서 중복됨을 판단한 경우 하나 높은 발열량 순위의 작동조건에 따라 펠티에 모듈의 작동을 제어하게 된다.
예를 들면, IC에서 7 순위의 동작이 두 개 이상이면 제어회로부는 6 순위의 작동조건을 따르도록 펠티에 모듈의 방열작동을 제어하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치 및 그 제어방법에 의하면, 냉각팬이나 금속 방열판 부착 방식에서 제기되었던 소음 문제, 먼지 유입 문제, 공간의 제약 문제, 진동 문제 등을 해소할 수 있고, 충분하고 안정적으로 IC의 온도를 유지하여 좀더 안정된 동작이 가능하도록 할 수 있다.
또한 본 발명에서 채용된 펠티에 모듈은 소형이면서 경량이고, 온도 제어가 자유로우며, 가동부분이 없으므로 진동, 소음이 없고, 피로 및 파손되는 기계부분이 없으므로 수명이 길고 높은 신뢰성을 가진다.
이러한 펠티에 모듈을 채용한 본 발명의 방열장치는 고성능 IC의 온도를 효과적으로 안정된 범위 내로 유지시켜 줄 수 있는 바, 차량의 전장품이 안정적으로 동작할 수 있게 한다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 차량용 전장품에서 PCB에 실장된 고성능 IC를 냉각시키기 위한 IC 방열장치에 있어서,
    상기 IC와 상기 전장품의 금속기구물 사이에 상기 IC로부터 발생된 열을 흡수하여 상기 금속기구물로 방출하는 열 펌프 역할의 펠티에 모듈을 개재하고, 상기 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 제어회로부를 구비하되, 상기 제어회로부는 상기 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드를 인식하여 동작별로 미리 정해진 발열량 순위를 판단하고, 판단한 상기 발열량 순위로부터 소정의 제어로직에 의거 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치.
  5. 삭제
  6. 차량용 전장품에서, PCB에 실장된 고성능 IC를 냉각시키기 위하여, 상기 IC와 상기 전장품의 금속기구물 사이에 상기 IC로부터 발생된 열을 흡수하여 상기 금속기구물로 방출하는 열 펌프 역할의 펠티에 모듈을 개재하고, 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 제어회로부를 구비하여서 된 IC 방열장치의 제어방법에 있어서,
    (a)상기 제어회로부가 상기 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드를 인식하는 단계와;
    (b)상기 제어회로부가 상기 IC의 동작상태 및 동작모드로부터 동작별로 미리 정해진 발열량 순위를 판단하는 단계와;
    (c)판단한 상기 발열량 순위로부터 소정의 제어로직에 의해 정해지는 작동조건에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하되, 상기 (c)단계에서, 상기 제어회로부는, 상기 펠티에 모듈의 방열작동이 반드시 필요한 발열량 순위인 1 ~ 6 순위를 판단한 경우, 하기 식(1)에 의해 계산되는 듀티율로 상기 펠티에 모듈을 작동시키는 것을 특징으로 하는 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치의 제어방법.
    식(1): 듀티율 = 1 - (0.1×(발열량 순위 - 1))
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 (c)단계에서, 상기 제어회로부는, IC의 동작상태가 OS 부팅상태인 1 순위를 판단함과 동시에 IC의 신호로부터 주변 온도가 40℃ 이하임을 판단한 경우, 펠티에 모듈의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치의 제어방법.
  8. 차량용 전장품에서, PCB에 실장된 고성능 IC를 냉각시키기 위하여, 상기 IC와 상기 전장품의 금속기구물 사이에 상기 IC로부터 발생된 열을 흡수하여 상기 금속기구물로 방출하는 열 펌프 역할의 펠티에 모듈을 개재하고, 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 제어회로부를 구비하여서 된 IC 방열장치의 제어방법에 있어서,
    (a)상기 제어회로부가 상기 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드를 인식하는 단계와;
    (b)상기 제어회로부가 상기 IC의 동작상태 및 동작모드로부터 동작별로 미리 정해진 발열량 순위를 판단하는 단계와;
    (c)판단한 상기 발열량 순위로부터 소정의 제어로직에 의해 정해지는 작동조건에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하되, 상기 (c)단계에서, 상기 제어회로부는,
    상기 펠티에 모듈의 작동이 선택적으로 필요한 발열량 순위 7 ~ 10 순위임을 판단한 경우, 해당 발열량 순위에 대해 미리 정해진 상온에서의 지속시간 동안 IC에서의 어플리케이션 동작이 지속될 때 상기 펠티에 모듈을 작동시키고;
    상기 IC의 신호로부터 주변 온도가 50 ~ 85℃임을 판단함과 동시에 발열량 순위 7 ~ 10 순위임을 판단한 경우, 정해진 상기 상온에서의 지속시간의 1/3이 경과하면 상기 펠티에 모듈을 작동시키며;
    상기 IC의 신호로부터 주변 온도가 85℃보다 높고 발열량 순위 7 ~ 10 순위를 판단한 경우, 상기 펠티에 모듈을 바로 작동시키는 것을 특징으로 하는 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치의 제어방법.
  9. 차량용 전장품에서, PCB에 실장된 고성능 IC를 냉각시키기 위하여, 상기 IC와 상기 전장품의 금속기구물 사이에 상기 IC로부터 발생된 열을 흡수하여 상기 금속기구물로 방출하는 열 펌프 역할의 펠티에 모듈을 개재하고, 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 제어회로부를 구비하여서 된 IC 방열장치의 제어방법에 있어서,
    (a)상기 제어회로부가 상기 IC로부터 입력되는 신호를 토대로 IC의 동작상태 및 동작모드를 인식하는 단계와;
    (b)상기 제어회로부가 상기 IC의 동작상태 및 동작모드로부터 동작별로 미리 정해진 발열량 순위를 판단하는 단계와;
    (c)판단한 상기 발열량 순위로부터 소정의 제어로직에 의해 정해지는 작동조건에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하되, 상기 (c)단계에서, 상기 제어부는, IC의 신호로부터 발열량 순위가 다른 두 개 이상의 동작이 상기 IC에서 중복됨을 판단한 경우, 발열량 순위가 높은 쪽의 작동조건에 따라 상기 펠티에 모듈의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 펠티에 모듈을 이용한 차량용 고성능 IC 방열장치의 제어방법.
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