KR101969994B1 - 양방향 dc-dc 컨버터의 인쇄회로기판 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판은, 양방향 DC-DC 컨버터의 제어부의 내부 배선이 패터닝된 제어 중간층; 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부의 버스바가 인레이 방식으로 패터닝된 전력 중간층; 제어 중간층과 전력 중간층을 나란히 접합하기 위해 제어 중간층과 전력 중간층의 상부와 하부에 각각 형성된 상부 접합층과 하부 접합층; 상부 접합층 전면에 제어부의 상부 제어 회로패턴과 전력부의 상부 전력 회로패턴이 형성된 상부 회로층; 하부 접합층 전면에 제어부의 하부 제어 회로패턴과 전력부의 하부 전력 회로패턴이 형성된 하부 회로층; 및 상부 회로층과 하부 회로층의 전면에 각각 형성되는 상부 보호층과 하부 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판 및 그 제어방법{PRINTED CIRCUIT BOARD OF BI-DIRECTION DC-DC CONVERTER AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부와 제어부를 구분하고, 전력부와 제어부의 레이어를 서로 다르게 구성할 뿐만 아니라 전력부는 인레이(Inlay) 방식으로 버스바를 중간층에 삽입하여 구성한 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 전력시스템은 차량 내의 전자 부품, 안전 부품 또는 각종 액세서리를 가동하기 위한 전력을 공급하는 시스템으로서, 일반적으로 직류전압을 공급하여 차량 내의 전자 부품들을 가동한다. 종래에는 차량의 전력시스템으로 12V 전력시스템이 사용되었으나, 최근에는 에너지 용량을 증가시키고, 고출력의 전자 부품을 사용하여 전력 효율성을 향상시키기 위해 48V 전력시스템이 보급되고 있다.

다만, 48V 전력시스템을 적용하는 경우, 종래의 12V 전압으로 가동되던 차량의 모든 전자 부품을 48V 용으로 교체해야 하는 문제점이 존재하여, 12V 및 48V의 전압을 함께 공급할 수 있는 12V-48V 전력 변환 시스템이 개발되었으며, 이에 따라 소모전력이 적은 부품은 기존과 같이 12V 전압으로 가동시키고, 전동식 조향장치 또는 공조시스템과 같이 소모전력이 큰 부품은 48V 전압으로 가동시킴에 따라 전력을 효율적으로 활용할 수 있게 되었다. 12V-48V 전력 변환 시스템은 통상적으로 양방향 DC-DC 컨버터가 사용되며, 양방향 DC-DC 컨버터는 고용량을 수용하고 전력 변환의 빠른 응답성을 확보하며 전류를 분담하여 효율성을 향상시키기 위해 멀티페이즈 구조로 사용되고 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제0774673호(2007.11.08. 공고, DC/DC 컨버터의 트랜스포머 방열 구조)에 개시되어 있다.

이와 같은 양방향 DC-DC 컨버터는 이종 전원간의 전력변환을 수행하는 과정에서 스위칭 및 컨덕션 로스가 발생하면서 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 열은 인쇄회로기판에 패터닝된 동판을 경유하여 외부로 전달되어 방출된다.

그러나 인쇄회로기판의 동판을 경유하여 외부로 전달할 경우 전달되는 과정에서 고열이 부품 및 스위칭 효율을 저하시키는 문제점이 있고, 또한 전력변환을 하면서 수십에서 수백 암페어의 전류가 흐를 수 있는 별도의 패스를 구성하기 위해 외부에 버스바를 장착함에 따라 인쇄회로기판의 소형화에 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부와 제어부를 구분하고, 전력부와 제어부에 적층된 레이어수를 서로 다르게 구성할 뿐만 아니라 전력부에는 대전류 패스를 구성하는 버스바를 인레이(Inlay) 방식으로 중간층에 삽입하여 구성함으로써 저발열, 고방열 성능을 확보하고 소형화할 수 있도록 한 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판은, 양방향 DC-DC 컨버터의 제어부의 내부 배선이 패터닝된 제어 중간층; 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부의 버스바가 인레이 방식으로 패터닝된 전력 중간층; 제어 중간층과 전력 중간층을 나란히 접합하기 위해 제어 중간층과 전력 중간층의 상부와 하부에 각각 형성된 상부 접합층과 하부 접합층; 상부 접합층 전면에 제어부의 상부 제어 회로패턴과 전력부의 상부 전력 회로패턴이 형성된 상부 회로층; 하부 접합층 전면에 제어부의 하부 제어 회로패턴과 전력부의 하부 전력 회로패턴이 형성된 하부 회로층; 및 상부 회로층과 하부 회로층의 전면에 각각 형성되는 상부 보호층과 하부 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상부 제어 회로패턴과 하부 제어 회로패턴은 제어 중간층의 상부와 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상부 전력 회로패턴과 하부 전력 회로패턴은 전력 중간층의 상부와 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 버스바에는 그라운드 패스와 대전류 패스가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 하부 회로층은 하부 제어 회로패턴과 하부 전력 회로패턴이 상호 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제어방법은, 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부의 버스바가 인레이 방식으로 패터닝된 전력 중간층을 형성하는 단계; 양방향 DC-DC 컨버터의 제어부의 내부 배선이 패터닝된 제어 중간층을 형성하는 단계; 제어 중간층과 전력 중간층을 나란히 접합하고 제어 중간층과 전력 중간층의 상부와 하부에 상부 접합층과 하부 접합층을 각각 형성하는 단계; 상부 접합층 전면에 제어부의 상부 제어 회로패턴과 전력부의 상부 전력 회로패턴이 형성된 상부 회로층을 형성하는 단계; 하부 접합층 전면에 제어부의 하부 제어 회로패턴과 전력부의 하부 전력 회로패턴이 형성된 하부 회로층을 형성하는 단계; 및 상부 회로층과 하부 회로층의 전면에 상부 보호층과 하부 보호층을 각각 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상부 제어 회로패턴과 하부 제어 회로패턴은 제어 중간층의 상부와 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상부 전력 회로패턴과 하부 전력 회로패턴은 전력 중간층의 상부와 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 버스바에는 그라운드 패스와 대전류 패스가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 하부 회로층을 형성하는 단계는, 하부 제어 회로패턴과 하부 전력 회로패턴이 상호 연결되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판 및 그 제어방법은 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부와 제어부를 구분하고, 전력부와 제어부에 적층된 레이어수를 서로 다르게 구성할 뿐만 아니라 전력부에는 대전류 패스를 구성하는 버스바를 인레이 방식으로 중간층에 삽입하여 구성함으로써 저발열, 고방열 성능을 확보하고 소형화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제조방법에 따라 제조되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판 및 그 제어방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판을 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판은, 양방향 DC-DC 컨버터의 제어부의 내부 배선(15)이 패터닝된 제어 중간층(10)과 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부의 버스바(25)가 인레이 방식으로 패터닝된 전력 중간층(25)이 나란하게 배치된다.

여기서, 버스바(25)는 두꺼운 동판을 구성되며, 그라운드 패스와 대전류 패스가 형성되어 고발열부인 전력부에서 발생되는 열을 전달하여 비아홀(미도시)을 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다.

그리고 제어 중간층(10)과 전력 중간층(20)을 나란히 접합하기 위해 제어 중간층(10)과 전력 중간층(20)의 상부와 하부에 각각 형성된 상부 접합층(30)과 하부 접합층(35)이 구성된다.

또한, 상부 접합층(30) 전면에는 제어부의 상부 제어 회로패턴과 전력부의 상부 전력 회로패턴이 형성된 상부 회로층(40)이 구성되고, 하부 접합층(35) 전면에는 제어부의 하부 제어 회로패턴과 전력부의 하부 제어 회로패턴이 형성된 하부 회로층(45)이 구성된다.

이때 하부 회로층(45)에는 하부 제어 회로패턴과 하부 전력 회로패턴이 상호 연결되어 전력이 제어부에 공급되고, 제어부의 제어신호가 전력부의 전력소자(미도시)를 제어할 수 있도록 한다.

그리고, 상부 회로층(40)과 하부 회로층(45)의 전면에 각각 형성되는 상부 보호층(50)과 하부 보호층(55)이 구성된다.

여기서, 상부 제어 회로패턴과 하부 제어 회로패턴은 제어 중간층(10)의 상부와 하부에 각각 형성되고, 상부 전력 회로패턴과 하부 전력 회로패턴은 전력 중간층(20)의 상부와 하부에 각각 형성된다.

따라서 전력변환을 위해 스위칭하는 과정에서 생기는 열이 전력 중간층(20)에 형성된 버스바(25)와 상하층으로 뚫린 비아홀을 통해 외부로 빠르게 방출된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판에 따르면, 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부와 제어부를 구분하고, 전력부와 제어부에 적층된 레이어수를 서로 다르게 구성할 뿐만 아니라 전력부에는 대전류 패스를 구성하는 버스바를 인레이 방식으로 중간층에 삽입하여 구성함으로써 고발열부인 전력부에만 두꺼운 버스바를 구성하여 저발열, 고방열 성능을 확보할 뿐만 아니라 원가 상승을 최소화할 수 있으며, 인쇄회로기판의 중간층 내부에 버스바를 구성함으로써 설계 자유도를 높이고 제품을 소형화할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제조방법에 따라 제조되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제어방법에서는 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부의 버스바(25)가 인레이 방식으로 패터닝된 전력 중간층(20)을 형성한다(S10).

여기서, 버스바(25)는 두꺼운 동판을 구성되며, 그라운드 패스와 대전류 패스가 형성되어 고발열부인 전력부에서 발생되는 열을 전달하여 비아홀(미도시)을 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다.

또한, 양방향 DC-DC 컨버터의 제어부의 내부 배선(15)이 패터닝된 제어 중간층(10)을 형성한다(S20).

여기서 전력부는 양방향 DC-DC 컨버터에서 전력을 변환하는 소자들이 배치되는 영역으로 정의할 수 있고, 제어부는 양방향 DC-DC 컨버터의 제어를 위한 소자들이 배치되는 영역으로 정의할 수 있다.

이와 같이 제어 중간층(10)과 전력 중간층(20)을 형성한 후, 도 4에 도시된 바와 같이 제어 중간층(10)과 전력 중간층(20)을 나란하게 접합시키기 위해 이들을 나란하게 배치하고, 상부와 하부에 상부 접합층(30)과 하부 접합층(35)을 각각 형성하여 제어 중간층(10)과 전력 중간층(20)을 고정할 수 있다(S30).

여기서 제어 중간층(10)과 전력 중간층(20) 먼저 접착시킨 후 상부 접합층(30)과 하부 접합층(35)을 형성할 수도 있다.

이후 상부 접합층(30) 전면에 제어부의 상부 제어 회로패턴과 전력부의 상부 전력 회로패턴이 형성된 상부 회로층(40)을 형성하고, 하부 접합층(35) 전면에 제어부의 하부 제어 회로패턴과 전력부의 하부 전력 회로패턴이 형성된 하부 회로층(45)을 형성한다(S40).

상부 회로층(40)과 하부 회로층(45)에서 상부 제어 회로패턴과 하부 제어 회로패턴은 제어 중간층(10)의 상부와 하부에 형성하고, 상부 전력 회로패턴과 하부 전력 회로패턴은 전력 중간층(20)의 상부와 하부에 형성한다.

또한, 하부 회로층(45)에는 하부 제어 회로패턴과 하부 전력 회로패턴이 상호 연결되어 전력이 제어부에 공급되고, 제어부의 제어신호가 전력부의 전력소자(미도시)를 제어할 수 있도록 한다.

이후 인쇄회로기판을 보호하기 위해 상부 회로층(40)과 하부 회로층(45)의 전면에 상부 보호층(50)과 하부 보호층(55)을 각각 형성한다(S50).

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제조방법에 따르면, 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부와 제어부를 구분하고, 전력부와 제어부에 적층된 레이어수를 서로 다르게 구성할 뿐만 아니라 전력부에는 대전류 패스를 구성하는 버스바를 인레이 방식으로 중간층에 삽입하여 구성함으로써 고발열부인 전력부에만 두꺼운 버스바를 구성하여 저발열, 고방열 성능을 확보할 뿐만 아니라 원가 상승을 최소화할 수 있으며, 인쇄회로기판의 중간층 내부에 버스바를 구성함으로써 설계 자유도를 높이고 제품을 소형화할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 제어 중간층 15 : 배선
20 : 전력 중간층 25 : 버스바
30 : 상부 접합층 35 : 하부 접합층
40 : 상부 회로층 45 : 하부 회로층
50 : 상부 보호층 55 : 하부 보호층

Claims (10)

1. 양방향 DC-DC 컨버터의 제어부의 내부 배선이 패터닝된 제어 중간층;
   상기 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부의 버스바가 인레이 방식으로 패터닝된 전력 중간층;
   상기 제어 중간층과 상기 전력 중간층을 나란히 접합하기 위해 상기 제어 중간층과 상기 전력 중간층의 상부와 하부에 각각 형성된 상부 접합층과 하부 접합층;
   상기 상부 접합층 전면에 상기 제어부의 상부 제어 회로패턴과 상기 전력부의 상부 전력 회로패턴이 형성된 상부 회로층;
   상기 하부 접합층 전면에 상기 제어부의 하부 제어 회로패턴과 상기 전력부의 하부 전력 회로패턴이 형성된 하부 회로층; 및
   상기 상부 회로층과 상기 하부 회로층의 전면에 각각 형성되는 상부 보호층과 하부 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 상부 제어 회로패턴과 상기 하부 제어 회로패턴은 상기 제어 중간층의 상부와 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 상부 전력 회로패턴과 상기 하부 전력 회로패턴은 상기 전력 중간층의 상부와 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 버스바에는 그라운드 패스와 대전류 패스가 형성되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 하부 회로층은 상기 하부 제어 회로패턴과 상기 하부 전력 회로패턴이 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판.
   
6. 양방향 DC-DC 컨버터의 전력부의 버스바가 인레이 방식으로 패터닝된 전력 중간층을 형성하는 단계;
   상기 양방향 DC-DC 컨버터의 제어부의 내부 배선이 패터닝된 제어 중간층을 형성하는 단계;
   상기 제어 중간층과 상기 전력 중간층을 나란히 접합하고 상기 제어 중간층과 상기 전력 중간층의 상부와 하부에 상부 접합층과 하부 접합층을 각각 형성하는 단계;
   상기 상부 접합층 전면에 상기 제어부의 상부 제어 회로패턴과 상기 전력부의 상부 전력 회로패턴이 형성된 상부 회로층을 형성하는 단계;
   상기 하부 접합층 전면에 상기 제어부의 하부 제어 회로패턴과 상기 전력부의 하부 전력 회로패턴이 형성된 하부 회로층을 형성하는 단계; 및
   상기 상부 회로층과 상기 하부 회로층의 전면에 상부 보호층과 하부 보호층을 각각 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제어방법.
   
7. 제 6항에 있어서, 상기 상부 제어 회로패턴과 상기 하부 제어 회로패턴은 상기 제어 중간층의 상부와 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제어방법.
   
8. 제 6항에 있어서, 상기 상부 전력 회로패턴과 상기 하부 전력 회로패턴은 상기 전력 중간층의 상부와 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제어방법.
   
9. 제 6항에 있어서, 상기 버스바에는 그라운드 패스와 대전류 패스가 형성되는 것을 특징으로 하는 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제어방법.
   
10. 제 6항에 있어서, 상기 하부 회로층을 형성하는 단계는, 상기 하부 제어 회로패턴과 상기 하부 전력 회로패턴이 상호 연결되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 양향방 DC-DC 컨버터의 인쇄회로기판의 제어방법.

Images