KR101343392B1 - 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이 - Google Patents

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KR101343392B1
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엄준형
장원호
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영화테크(주)
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Abstract

본 발명은 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이에 관한 것으로서, 케이스의 상부에 방열부재를 구비함으로써, 인쇄회로기판에서 발생되는 열이 상기 방열부재에 의해 방열되어, 상기 인쇄회로기판에 실장된 회로들을 보호하도록 하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은, 단자(42)가 구비된 받침판(40)과; 상기 받침판(40)의 단자(42)가 연결되도록 일측에 구비되고, 저전압부와 고전압부 사이를 절연시키며 PWM 신호의 전압을 정전압으로 출력하는 전압 변환부(20)와, 스위칭 제어신호에 따라 고전압 배터리의 전원을 부하에 전달하는 파워 스위칭부(30)와, 상기 저전압부와 고전압부 사이를 절연시키며 PWM 신호에 따라 상기 전압 변환부(20)의 출력신호를 스위칭 제어신호로서 출력하는 PWM 드라이버(10)의 회로를 포함하는 인쇄회로기판(50); 상기 받침판(40)에 일단이 고정되어 내측의 수용공간(62)에 구비되는 상기 인쇄회로기판(50)을 보호하도록 구비되는 케이스(60); 및 상기 케이스(60)의 일단에 고정되어 상기 케이스(60)의 내측에서 발생되는 열을 방열시키도록 하는 방열부재(70)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이{PLUG TYPE HIGH VOLTAGE SOLID STATE RELAY FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이스의 상부에 방열부재를 구비함으로써, 인쇄회로기판에서 발생되는 열이 상기 방열부재에 의해 방열되어, 상기 인쇄회로기판에 실장된 회로들을 보호하도록 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이에 관한 것이다.
최근 들어, 친환경적인 자동차로서 전기 자동차 또는 하이브리드 차량이 개발되어 사용되고 있다.
일반적으로, 하이브리드 차량은 단일 동력원의 일반 자동차와 달리 서로 다른 두 종류 이상의 동력원에 의해 구동되는 차량을 의미하며, 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 하이브리드 전기차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이 대부분을 차지하고 있다.
최근 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 자동차를 개발하기 위하여 이러한 전기 자동차 및 하이브리드 자동차에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 전기 자동차 및 하이브리드 자동차에 대한 연구가 활발해지면서 전기자동차 산업은 나날이 발전하고 있다.
이렇게 전기자동차 및 하이브리드 자동차산업은 급격한 발전을 하고 있지만 자동차 부품 산업은 아직 이에 미치지 못하고 있는 것이 현실이다.
이러한 자동차 부품들 중의 하나로 릴레이(Relay)를 들 수 있다.
상기 릴레이는, 작동스위치의 동작에 따라 배터리에서 인가되는 전원을 부하장치로 공급 또는 차단해주는 스위칭장치로서, 그 접촉식에 따라 접점식 릴레이, 무접점 릴레이, 압력 릴레이, 서멀(Thermal) 릴레이, 광 릴레이 등이 있다.
그런데, 기계적 릴레이는 역기전력 및 서지(Surge)의 문제점이 지적되고 있고, 무접점 릴레이의 경우 일반 산업용으로는 널리 사용되고 있으나, 전기 자동차용 무접점 릴레이는 아직 적용되고 있지 않다.
또한, 무접점 릴레이는 케이스에 의해 내부가 밀폐되어 있으므로, 인쇄회로기판에 실장된 회로들에서 발생되는 열이 외부로 방열되지 못하고 내부에 잔존하는 상태를 유지함으로써, 고온에 의해 회로들이 손상되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로서, 케이스의 상부에 방열부재를 구비함으로써, 인쇄회로기판에서 발생되는 열이 상기 방열부재에 의해 방열되어, 상기 인쇄회로기판에 실장된 회로들을 보호하도록 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 받침판에 인쇄회로기판과 일정간격이 유지되도록 하는 간격유지부재를 구비함으로써, 상기 인쇄회로기판에서 발열되는 열이 용이하게 방열되도록 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 파워 스위칭부와 인쇄회로기판이 일정간격 이격된 상태를 유지하도록 상기 파워 스위칭부를 지지하는 지지부를 구비함으로써, 상기 파워 스위칭부에서 발열되는 열이 방열부재를 통해 용이하게 방열되도록 하여 인쇄회로기판 및 파워 스위칭부를 보호하도록 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단자가 구비된 받침판과; 상기 받침판의 단자가 연결되도록 일측에 구비되고, 저전압부와 고전압부 사이를 절연시키며 PWM 신호의 전압을 정전압으로 출력하는 전압 변환부와, 스위칭 제어신호에 따라 고전압 배터리의 전원을 부하에 전달하는 파워 스위칭부와, 상기 저전압부와 고전압부 사이를 절연시키며 PWM 신호에 따라 상기 전압 변환부의 출력신호를 스위칭 제어신호로서 출력하는 PWM 드라이버의 회로를 포함하는 인쇄회로기판; 상기 받침판에 일단이 고정되어 내측의 수용공간에 구비되는 상기 인쇄회로기판을 보호하도록 구비되는 케이스; 및 상기 케이스의 상부에 고정되어 상기 케이스의 내측에서 발생되는 열을 방열시키도록 하는 방열부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 파워 스위칭부와 인쇄회로기판 사이에 일정간격을 유지하도록 상기 파워 스위칭부를 지지하는 지지부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 파워 스위칭부는, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 케이스는, 내측에 수용공간이 구비되고 상단 외주연에 일정높이 돌출된 고정돌기가 구비되며; 상기 방열부재는, 상기 케이스의 고정돌기가 삽입되어 상기 케이스에 방열부재가 고정되도록 하는 고정홈이 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 받침판에는, 인쇄회로기판과 일정간격 이격된 상태를 유지하도록 하는 간격유지부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 지지부는, 파워 스위칭부가 안착되는 지지판과; 상기 지지판에 연장되고 인쇄회로기판과 지지부가 일정간격유지되도록 지지하는 지지대로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 인쇄회로기판의 일단에 적어도 하나 이상의 걸림홈이 구비되고; 상기 지지부의 지지대에는, 상기 걸림홈에 걸림 고정되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 걸림돌기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 상부에 방열부재를 구비함으로써, 인쇄회로기판에서 발생되는 열이 상기 방열부재에 의해 방열되어, 상기 인쇄회로기판에 실장된 회로들을 보호하도록 하는 효과가 있다.
또한, 받침판에 인쇄회로기판과 일정간격이 유지되도록 하는 간격유지부재를 구비함으로써, 상기 인쇄회로기판에서 발열되는 열이 용이하게 방열되도록 하는 효과가 있다.
또한, 파워 스위칭부와 인쇄회로기판이 일정간격 이격된 상태를 유지하도록 상기 파워 스위칭부를 지지하는 지지부를 구비함으로써, 상기 파워 스위칭부에서 발열되는 열이 방열부재를 통해 용이하게 방열되도록 하여 인쇄회로기판 및 파워 스위칭부를 보호하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이 사이드(High-Side)용 무접점 릴레이의 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 로우 사이드(Low-Side)용 무접점 릴레이의 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 무접점 릴레이의 분리 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 무접점 릴레이의 결합 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 파워 스위칭부와 지지부의 분리 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기자동차용 무접점 릴레이는, PWM 드라이버(10)와, 전압 변환부(20), 및 파워 스위칭부(30)를 포함한다.
상기 PWM 드라이버(10)는, 저전압 배터리(미도시)로부터 전원을 공급받는 저전압부와 고전압(HV) 배터리로부터 전원을 공급받는 고전압부 사이를 절연시키면서, 저전압부의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 고전압부 신호로 변환하여 파워 스위칭부(30)에 출력한다.
즉, PWM 드라이버(10)는, 저전압의 PWM 신호에 따라 전압 변환부(20)로부터 인가되는 신호를 스위칭 제어신호로서 파워 스위칭부(30)에 전달하여 파워 스위칭부(30)의 스위칭 동작을 제어한다.
이러한 PWM 드라이버(10)는 포토 커플러(12), 및 다이오드(14)를 포함한다.
상기 포토 커플러(12)는, 저전압부와 고전압부 사이를 절연시키면서 PWM 신호에 따라 선택적으로 빛을 출력하는 발광소자 및 발광소자에서 발광된 빛에 따라 온/오프되어 전압 변환부(20)의 출력신호를 파워 스위칭부(30)에 전달하는 광 트랜지스터를 포함한다.
상기 다이오드(14)는, PWM 신호 입력단과 전압 변환부(20) 사이에 연결되어 전압 변환부(20)에 입력되는 PWM 신호의 역기전력을 방지한다.
상기 전압 변환부(20)는, 저전압부와 고전압부 사이를 절연시키면서 저전압부의 PWM 신호의 전압을 정전압으로 하여 PWM 드라이버(10)의 광 트랜지스터에 출력한다.
이러한 전압 변환부(20)는, DC-DC 컨버터 회로로 이루어질 수 있으며, 저전압부의 전압을 고전압부의 전압으로 승압시키며 저전압부와 고전압부 사이에 발생되는 노이즈의 영향을 제거하기 위해 내부가 절연된 상태로 구비되는 트랜스포머를 포함한다.
상기 파워 스위칭부(30)는, PWM 드라이버(10)의 출력신호(스위칭 제어신호)에 따라 온/오프되어 고전압 배터리로부터의 전원을 선택적으로 부하(LOAD)에 전달한다.
이때, 상기 파워 스위칭부(30)는, 고전압 배터리와 부하 사이에 연결되어 부하의 상부측에서 PWM 드라이버(10)에서 출력되는 스위칭 제어신호에 따라 스위칭되어 고전압 배터리의 전원을 부하에 전달한다.
이러한, 상기 파워 스위칭부(30)는, 게이트가 PWM 드라이버(10)의 출력단과 연결되며 소오스/드레인이 고전압 배터리와 부하에 연결되는 모스펫(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 하이 사이드용 고전압 무접점 릴레이와 비교할 때, 파워 스위칭부(30)가 고전압 배터리와 부하 사이에 연결되지 않고 부하와 고전압 접지단자(HV-) 사이에 연결되어 부하의 하부측(Low-Side)인 접지 연결단에서 스위칭을 수행하는 로우 사이드용 고전압 무접점 릴레이라는 차이가 있다.
이러한 로우 사이드용 고전압 무접점 릴레이의 경우, 릴레이가 오프시 역기전력에 의해 서지(Surge) 전압이 발생될 수 있다.
이에 따라, 로우 사이드용 고전압 무접점 릴레이는, 역기전력에 의한 서지 전압으로부터 릴레이를 보호하기 위해 부하와 병렬 연결되는 다이오드(16)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 무접점 릴레이는, 받침판(40)과, 상기 받침판(40)의 일단에 구비되고 회로들이 실장된 인쇄회로기판(50)과, 상기 인쇄회로기판(50)을 보호하도록 상기 받침판(40)에 일단이 고정되는 케이스(Case, 60), 및 상기 케이스(60)의 일단에 구비되는 방열부재(Heat Sink, 70)를 포함한다.
또한, 상기 무접점 릴레이에는, 상기 케이스(60)의 내측에 구비되고, 상기 인쇄회로기판(50)에 일단이 결합되는 단자가 구비된 모스펫(30)을 상기 인쇄회로기판(50)에 일정높이 이격된 위치에 고정되도록 지지하는 지지부(80)를 포함한다.
상기 받침판(40)은, 상기 인쇄회로기판(50)에 연결되어 릴레이의 내부회로와 릴레이의 외부회로를 연결시켜 주는 다수의 단자(42)가 구비된다.
또한, 받침판(40)에는, 상기 인쇄회로기판(50)과 받침판(40) 사이에 일정간격이 유지되도록 하는 간격유지부재(44)가 구비된다.
상기 간격유지부재(44)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내측으로 돌출된 단자(42)를 감싸도록 구비함이 바람직하다. 즉, 상기 간격유지부재(44)에 인쇄회로기판(50)의 저면이 지지되면서 상기 간격유지부재(44)에 감싸진 단자(42)의 일단이 상기 인쇄회로기판(50)에 연결된다.
상기 인쇄회로기판(50)은, 회로들이 실장되고, 상기 케이스(60)의 내측에 구비된다.
또한, 상기 인쇄회로기판(50)에 실장되는 파워 스위칭부(30)에는, 상기 인쇄회로기판(50)과 파워 스위칭부(30) 사이에 간격이 유지되도록 하는 지지부(80)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(80)는, 상기 파워스위칭부(30)가 안착되는 지지판(82)과, 상기 지지판(82)의 양단에서 연장되어 상기 인쇄회로기판(50)과 지지판(82) 사이의 간격을 유지시키는 지지대(86)가 구비된다.
상기 지지판(82)에는, 안착되는 파워 스위칭부(30)를 고정하기 위한 체결부재(84)가 삽입되는 삽입공(83)이 구비된다. 또한, 상기 파워 스위칭부(30)에도, 상기 체결부재(84)가 삽입되어 결합되도록 하는 체결공(32)이 구비된다.
또한, 상기 지지대(86)는, 상기 지지판(82)에서 수직으로 연장되고, 일측에 인쇄회로기판(50)에 고정되도록 하는 걸림돌기(88)가 구비된다. 또한, 상기 인쇄회로기판(50)의 일측에는 상기 걸림돌기(88)가 걸림되도록 지지하는 걸림홈(52)이 구비된다.
즉, 상기 지지부(80)의 지지판(82)에 파워 스위칭부(30)를 안착한 후 체결부재(84)를 삽입공(83) 및 체결공(32)을 통해 삽입 체결고정하고 인쇄회로기판(50)의 걸림홈(52)에 걸림돌기(88)가 걸리도록 함에 따라, 상기 파워 스위칭부(30)의 단자가 인쇄회로기판(50)에 연결되면서 지지부(80)에 의해 상기 인쇄회로기판(50)에서 일정간격 이격되게 설치된다.
이에 따라, 파워 스위칭부(30)가 인쇄회로기판(50)에서 일정간격이 유지되어, 상기 파워 스위칭부(30)에서 발열되는 열이 방열부재(70)를 통해 용이하게 방열된다.
상기 케이스(60)는, 내측에 수용공간(62)이 구비되고, 내측 하단에 상기 수용공간(62)에 수용되는 받침판(40)의 저면을 지지하는 단턱(64)이 구비되며, 상단은 외부와 연통되도록 개구가 형성된다.
또한, 상기 케이스(60)의 상단 외주연에는 방열부재(70)의 일단이 고정되도록 일정높이 돌출되는 고정돌기(66)가 구비된다.
상기 방열부재(70)는, 상단에 일정간격을 유지하는 다수의 방열핀(72)이 구비되고, 하단에 상기 케이스(60)의 고정돌기(66)가 삽입되어 고정되도록 하는 고정홈(74)이 구비된다.
상기와 같이 구성된 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이의 조립상태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 지지부(80)의 지지판(82)에 파워 스위칭부(30)를 안착하고, 상기 케이스(60)의 삽입공(83)과 파워 스위칭부(30)의 체결공(32)에 체결부재(84)를 삽입시켜 상기 파워 스위칭부(30)를 지지판(82)에 고정한다.
이어서, 상기 파워 스위칭부(30)에서 연장된 단자를 기타 회로들이 실장된 인쇄회로기판(50)에 삽입시킨다.
이때, 상기 파워 스위칭부(30)가 안착된 지지부(80)의 걸림돌기(88)가 상기 인쇄회로기판(50)의 걸림홈(52)에 걸리도록 하여, 상기 인쇄회로기판(50)과 파워 스위칭부(30)가 일정간격 이격된 상태를 유지하도록 한다.
이후, 상기 인쇄회로기판(50)의 저면에 받침판(40)에 구비된 단자(42)들을 삽입시켜 고정한다. 이때, 상기 받침판(40)의 단자(42)를 보호하도록 감싼 간격유지부재(44)에 의해 상기 받침판(40)과 인쇄회로기판(50)은 일정간격 유지된다.
또한, 상기 인쇄회로기판(50)이 연결된 받침판(40)을 케이스(60)의 수용공간(62)을 통해 내측으로 삽입시켜, 상기 케이스(60)의 내측 하단의 단턱(64)에 상기 받침판(40)의 저면이 지지되도록 함에 따라 상기 케이스(60)의 내측에 파워 스위칭부(30)가 고정된 지지부(80)와 인쇄회로기판(50) 및 받침판(40)이 위치된다.
이 경우, 상기 케이스(60)의 단턱(64)과 받침판(40) 사이에 고정력을 증폭하도록 접착제를 도포할 수도 있다.
또한, 상기 케이스(60)의 상단에 구비된 고정돌기(66)가 방열부재(70)의 고정홈(74)에 삽입되도록 함으로써, 상기 케이스(60)의 상단에 상기 방열부재(70)를 고정시킨다.
이때, 상기 방열부재(70)의 내측은 상기 케이스(60)의 수용공간(62)에 삽입된 파워 스위칭부(30)의 일단 또는 지지부(80)의 일단이 밀착되도록 구비하여, 상기 파워 스위칭부(30) 및 인쇄회로기판(50)에서 발열하는 열을 상기 방열부재(70)를 통해 용이하게 방열시켜 파워 스위칭부(30) 및 인쇄회로기판(50)에 실장된 회로들을 보호하도록 한다.
이상에서 설명한 것은 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이를 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경 실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
10: PWM 드라이버 20: 전압변환부
30: 파워 스위칭부 40: 받침판
42: 단자 44: 간격유지부재
50: 인쇄회로기판 52: 걸림홈
60: 케이스 62: 수용공간
64: 단턱 66: 고정돌기
70: 방열부재 72: 방열핀
74: 고정홈 80: 지지부
82: 지지판 83: 삽입공
84: 체결부재 86: 지지대
88: 걸림돌기

Claims (7)

  1. 단자(42)가 구비된 받침판(40)과;
    상기 받침판(40)의 단자(42)가 연결되도록 일측에 구비되고, 저전압부와 고전압부 사이를 절연시키며 PWM 신호의 전압을 정전압으로 출력하는 전압 변환부(20)와, 스위칭 제어신호에 따라 고전압 배터리의 전원을 부하에 전달하는 파워 스위칭부(30)와, 상기 저전압부와 고전압부 사이를 절연시키며 PWM 신호에 따라 상기 전압 변환부(20)의 출력신호를 스위칭 제어신호로서 출력하는 PWM 드라이버(10)의 회로를 포함하는 인쇄회로기판(50);
    상기 받침판(40)에 일단이 고정되어 내측의 수용공간(62)에 구비되는 상기 인쇄회로기판(50)을 보호하도록 구비되는 케이스(60); 및
    상기 케이스(60)의 일단에 고정되어 상기 케이스(60)의 내측에서 발생되는 열을 방열시키도록 하는 방열부재(70)를 포함하여 이루어지는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이에 있어서,
    상기 케이스(60)는, 내측에 수용공간(62)이 구비되고 상단 외주연에 일정높이 돌출된 고정돌기(66)가 구비되며;
    상기 방열부재(70)는, 상기 케이스(60)의 고정돌기(66)가 삽입되어 상기 케이스(60)에 방열부재(70)가 고정되도록 하는 고정홈(74)이 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파워 스위칭부(30)와 인쇄회로기판(50) 사이에 일정간격을 유지하도록 상기 파워 스위칭부(30)를 지지하는 지지부(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 파워 스위칭부(30)는, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 받침판(40)에는, 인쇄회로기판(50)과 일정간격 이격된 상태를 유지하도록 하는 간격유지부재(44)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지부(80)는, 파워 스위칭부(30)가 안착되는 지지판(82)과;
    상기 지지판(82)에 연장되고 인쇄회로기판(50)과 지지부(80)가 일정간격유지되도록 지지하는 지지대(86)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(50)의 일단에 적어도 하나 이상의 걸림홈(52)이 구비되고;
    상기 지지부(80)의 지지대(86)에는, 상기 걸림홈(52)에 걸림 고정되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 걸림돌기(88)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 플러그 타입의 무접점 릴레이.
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