KR102437998B1 - 디씨-디씨 컨버터 - Google Patents

Abstract

디씨-디씨 컨버터가 개시된다. 상기 디씨-디씨 컨버터는 방열판; 상기 방열판에 결합되는 발열 소자; 상기 발열 소자와 상기 방열판 사이에 배치되어 상기 발열 소자를 상기 방열판에 고정하는 열전도성 접착층 및 상기 발열 소자와 상기 방열판 사이에 배치되어 상기 발열 소자와 상기 방열판을 전기적으로 절연시키는 절연 구조를 포함한다.

Description

디씨-디씨 컨버터{DC-DC CONVERTER}

본 발명은 디씨-디씨 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로, 디씨-디씨 컨버터(DC-DC Converter)는 입력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하고 이러한 교류 전원의 전압을 조정한 후 정류함으로써 다시 직류 전원을 출력하는 전원 장치를 말한다.

이러한 디씨-디씨 컨버터는 자동차(vehicle) 또는 전기 자동차(Electric Vehicle)에 있어서 고전압(high voltage)으로부터 저전압(low voltage)을 충전하기 위하여 사용될 수 있다.

저전압을 충전하기 위한 디씨-디씨 컨버터는 수십 내지 수백 A의 전류가 흐르며 엔진룸에 장착되기 때문에 디씨-디씨 컨버터의 방열을 위한 장치가 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 기계적 부품없이 발열 소자의 방열 및 절연을 효과적으로 수행할 수 있는 디씨-디씨 컨버터를 제공하는데 있다.

발명의 실시예에 따르면, 방열판; 상기 방열판에 결합되는 발열 소자; 상기 발열 소자와 상기 방열판 사이에 배치되어 상기 발열 소자를 상기 방열판에 고정하는 열전도성 접착층 및 상기 발열 소자와 상기 방열판 사이에 배치되어 상기 발열 소자와 상기 방열판을 전기적으로 절연시키는 절연 구조를 포함하는 디씨-디씨 컨버터를 제공한다.

상기 발열 소자는 반도체 스위칭 소자일 수 있다.

상기 반도체 스위칭 소자는 몸체, 상기 몸체로부터 연장되는 제1연장 단자부 및 상기 제1연장 단자부로부터 휘어져 기판에 전기적으로 접촉하는 제2연장 단자부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 열전도성 접착층의 면적은 상기 반도체 스위칭 소자 몸체의 면적과 동일하거나 넓게 형성될 수 있다.

상기 절연 구조의 두께와 상기 방열판의 높이의 합은 상기 상기 제2연장 단자부의 길이에서 상기 제1연장 단자부와 상기 절연 구조간의 거리의 차보다 작을 수 있다.

상기 절연 구조는 상기 방열판과 대향하는 상기 발열 소자의 대향면 모서리에 각각 형성되는 돌출부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 절연 구조는 상기 방열판과 대향하는 상기 발열 소자의 대향면 가장자리를 따라 형성되는 돌출부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 절연 구조는 상기 방열판과 대향하는 상기 발열 소자의 대향면 전면에 형성될 수 있다.

상기 열전도성 접착층의 두께는 상기 절연 구조의 두께보다 두꺼울 수 있다.

상기 열전도성 접착층의 면적은 상기 절연 구조의 면적보다 넓을 수 있다.

본 발명인 디씨-디씨 컨버터는 발열 소자의 방열을 위한 별도의 기계적인 구성을 없애 방열을 위한 구조의 면적과 두께, 무게 등을 감소시킬 수 있다.

또한, 발열 소자와 방열판 사이에 절연 구조를 형성함으로써 별도의 절연 패드 없이 효과적으로 발열 소자를 절연시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터의 구성 블록도,
도2는 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 단면도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 측면도,
도4는 본 발명의 일실시예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 천정도,
도5는 도4에서 A-A'을 따라 절단한 부분의 확대도,
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 소자의 디씨-디씨 컨버터 내에서의 배치 개념도,
도7은 본 발명의 다른 실시에에 따라 배치된 절연 구조를 설명하기 위한 도면,
도8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배치된 절연 구조를 설명하기 위한 도면이고,
도9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 단면도 및
도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 소자의 디씨-디씨 컨버터 내에서의 배치 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터의 구성 블록도이다.

도1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터(1)는 교류 전원 생성부(11), 변압부(12) 및 출력부(13)를 포함하여 구성될 수 있다.

교류 전원 생성부(11)는 직류 전원을 입력받아 스위칭을 통해 교류 전원을 생성한다. 교류 전원 생성부(11)는 복수개의 반도체 스위칭 소자를 포함하여 구성될 수 있으며, 반도체 스위칭 소자를 교번하여 스위칭함으로써 직류 전원을 교류 전원으로 변환할 수 있다.

변압부(12)는 교류 전원의 전압이 인가되는 일차 권선과 일차 권선에 인가된 전압에 의해 유도 전압이 인가되는 이차 권선을 이용하여 변압을 수행한다. 변압부(12)는 트랜스포머(Transformer)를 이용하여 교류 전원을 해당 권선비에 따라 출력부에 전달한다. 변압부(12)는 예를 들면 일차 권선에 직렬 연결되는 공진 커패시터 및 공진 인덕터로 구성되는 공진 회로와 자화 인덕터를 포함하는 LLC 공진형 변압부일 수 있다.

출력부(13)는 이차 권선에 인가된 유도 전압을 이용하여 직류 전원인 출력 전원을 생성한다. 출력부(13)는 유도 전압에 의한 전원을 정류하는 정류 회로와 레귤레이터를 포함하여 구성될 수 있으며 출력 전원은 버스바를 통하여 외부 장치에 공급된다.

교류 전원 생성부(11), 변압부(12), 출력부(13)는 반도체 스위칭 소자, 커패시터, 인덕터, 버스바, CPU칩, 집적소자 등 다양한 발열 소자를 포함하여 구성될 수 있다.

도2는 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 단면도이다.

도2를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터는 기판(10), 방열판(20), 방열판(20)에 결합되는 발열 소자(50), 발열 소자(50)와 방열판(20) 사이에 배치되어 발열 소자(50)를 방열판(20)에 고정하는 열전도성 접착층(40) 및 발열 소자(50)와 방열판(20) 사이에 배치되어 발열 소자(50)와 방열판(20)을 전기적으로 절연시키는 절연 구조(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 기판(10)은 디씨-디씨 컨버터의 동작을 위한 전자 소자들이 전기적으로 접속되는 부분으로 플레이트 형상일 수 있다. 기판(10)은 컨버터 하우징의 내부면에 배치될 수 있다.

방열판(20)은 발열 소자(50)에서 발생되는 열을 디씨-디씨 컨버터 외부로 방열시키기 위한 것으로 알루미늄 등과 같이 열전도율이 높은 금속 재질일 수 있다. 방열판(20)은 예를 들면 디씨-디씨 컨버터의 하우징을 기판 방향으로 돌출시켜 형성할 수 있다.

열전도성 접착층(40)은 발열 소자(50)와 방열판(20) 사이에 배치되어 발열 소자(50)를 방열판(20)에 고정시킬 수 있다. 열전도성 접착층(40)은 발열 소자(50)에서 발생하는 열을 방열판(20)을 통하여 외부로 전달시킬 수 있도록 열전도성이 높은 물질로 구성될 수 있다. 열전도성 접착층(40)은 예를 들면, 열전도성 물질과 점착물질이 교대로 적층되어 형성될 수 있으며, 인접한 타 부품으로의 열전달을 방지하기 위한 단열 물질이 더 포함될 수 있다.

열전도성 접착층(40)은 시트 형태로 마련되어 발열 소자(50)와 방열판(20) 사이에 배치되거나 또는 점착제 형태로 도포될 수 있다.

열전도성 접착층(40)의 두께는 절연 구조(30)의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있으며, 면적은 절연 구조(30)의 면적보다 넓게 형성될 수 있어 절연 구조(30)를 포함한 발열 소자(50)를 방열판(20)에 고정시킬 수 있다.

절연 구조(30)는 발열 소자(50)와 방열판(20) 사이에 배치되어 발열 소자(50)와 방열판(20)을 전기적으로 절연시킬 수 있다. 절연 구조(30)는 예를 들면, 방열판(20)과 대향하는 발열 소자(50)의 대향면에 절연체 또는 절연물이 돌출 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 방열판(20)의 대향면에 형성되거나 별도의 부품으로 형성될 수 있다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 측면도, 도4는 본 발명의 일실시예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 천정도, 도5는 도4에서 A-A'을 따라 절단한 부분의 확대도, 도6은 본 발명의 일실시예에 따른 발열 소자의 디씨-디씨 컨버터 내에서의 배치 개념도이다.

도3 내지 도6에서 발열 소자(50)는 교류 전원 생성부에 배치되는 반도체 스위칭 소자이다. 반도체 스위칭 소자(50)는 몸체(51)와 몸체(51)로부터 연장되는 제1연장 단자부(52) 및 제1연장 단자부(52)로부터 휘어져 기판에 전기적으로 접촉하는 제2연장 단자부(53)를 포함할 수 있다. 제2연장 단자부(53)는 예를 들면 제1연장 단자부(52)로부터 기판을 향하여 수직으로 휘어져 기판에 전기적으로 접촉한다. 도3 내지 도6에서 발열 소자와 반도체 스위칭 소자는 동일한 의미로 사용된다.

방열판(20)은 하우징의 가장자리 부분이 하우징 내부로 돌출되어 형성될 수 있다. 방열판(20)의 재질은 하우징의 재질과 동일할 수 있으며 발열 소자(50)에서 발생되는 열은 외부로 방출한다.

절연 구조(30)는 방열판(20)과 대향하는 반도체 스위칭 소자(50)의 몸체(51)에 형성된다. 절연 구조(30)는 몸체(51)의 모서리에서 방열판(20) 방향으로 돌출한 4개의 돌출부(31~34)를 포함하여 구성될 수 있다. 4개의 돌출부(31~34)는 예를 들면 유리, 대리석, 운모, 고무, 에보나이트, 황, 공기, 폴리스티롤, 폴리에틸렌, 데플론, 산화계 세라믹스 등의 절연 물질로 구성될 수 있다.

열전도성 접착층(40)은 4개의 돌출부(31~34)를 포함한 발열 소자(50)와 방열판(20) 사이에 배치되어 발열 소자(50)를 방열판(20)에 고정한다. 열전도성 접착층(40)은 발열 소자(50)의 대향면 면적보다 넓게 배치될 수 있으며, 반도체 스위칭 소자(20)가 복수개인 경우 연속적인 열전도성 접착층(40)이 복수개의 반도체 스위칭 소자(50)를 방열판(20)에 고정할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 단속적인 열전도성 접착층이 복수개 배치되어 복수개의 반도체 스위칭 소자를 방열판에 각각 고정시킬 수 있다. 이러한 경우 반도체 스위칭 소자 상호간의 열전달을 방지하기 위하여 열전도성 접착층의 가장자리를 따라 단열 물질이 도포될 수 있다.

도 3내지 도6에서 절연 구조(30) 또는 열전도성 접착층(40)의 두께는 제2연장부(53)의 길이와 방열판(20)의 두께에 따라 다르게 형성될 수 있다. 즉, 절연 구조(30) 또는 열전도성 접착층(40)의 두께(h₁)는 제2연장부(53)와 기판(10)이 전기적으로 접촉할 수 있도록 형성되어야 한다. 절연 구조(30) 또는 열전도성 접착층(40)의 두께(h₁)는 예를 들면 방열판(20)과의 높이 합(h₁ + h₃)이 제2연장 단자부(53)의 길이(h₄)와 제1연장 단자부(52)에서 절연 구조(30)까지의 거리의 차(h_{4 -} h₂)보다 작게 형성될 수 있다.

도7은 본 발명의 다른 실시에에 따라 배치된 절연 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 소자(70)의 대향면을 도시한 것으로 절연 구조(80)는 방열판과 대향하는 발열 소자(70)의 대향면 가장자리를 따라 형성되는 돌출부를 포함하여 구성될 수 있다.

도8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 배치된 절연 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 소자의 대향면을 도시한 것으로 절연 구조(90)는 방열판과 대향하는 발열 소자의 대향면 전면에 형성될 수 있다.

도9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 단면도, 도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 소자의 디씨-디씨 컨버터 내에서의 배치 개념도이다.

도9 내지 도10을 참조하면 본 다른 명의 다른 실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터는 기판(100), 방열판(200), 방열판(200)에 결합되는 발열 소자(500), 발열 소자(500)와 방열판(200) 사이에 배치되어 발열 소자(500)를 방열판(200)에 고정하는 열전도성 접착층(400) 및 발열 소자(500)와 방열판(200) 사이에 배치되어 발열 소자(500)와 방열판(200)을 전기적으로 절연시키는 절연 구조(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터에서 도2와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도9 내지 도10에서 발열 소자(500)는 출력부에 배치되는 버스바이다. 절연 구조(300)는 방열판(200)에 대향하는 발열 소자(500)의 전면을 따라 배치되어 있다. 열전도성 접착층(400)의 면적은 발열 소자(500)의 대향면 면적보다 넓으며, 절연 구조(300)를 포함한 발열 소자(500)를 방열판(200)에 고정시키도록 배치된다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 기판
20: 방열판
30: 절연 구조
40: 열전도성 접착층
50: 발열 소자

Claims (10)

1. 기판;
   상기 기판 상에 배치된 방열판;
   상기 방열판에 결합되는 발열 소자;
   상기 발열 소자와 상기 방열판 사이에 배치되어 상기 발열 소자를 상기 방열판에 고정하는 열전도성 접착층; 및
   상기 발열 소자와 상기 방열판 사이에 배치되어 상기 발열 소자와 상기 방열판을 전기적으로 절연시키는 절연 구조를 포함하며,
   상기 발열 소자는 몸체, 상기 몸체로부터 연장되는 제1연장 단자부 및 상기 제1연장 단자부로부터 휘어져 상기 기판에 전기적으로 접촉하는 제2연장 단자부를 포함하는 반도체 스위칭 소자이며,
   상기 절연 구조의 두께(h1) 및 상기 방열판의 높이(h3)의 높이 합(h1 + h3)은 상기 제2연장 단자부의 길이(h4)와 제1연장 단자부에서 상기 절연 구조까지의 거리의 차(h4 - h2)보다 작게 형성되고,
   상기 열전도성 접착층의 제1 면은 상기 발열 소자와 접촉하고, 상기 열전도성 접착층의 제2 면은 상기 방열판과 접촉하며,
   상기 열전도성 접착층의 가장자리를 따라 단열 물질이 도포되는 디씨-디씨 컨버터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열전도성 접착층의 두께는 상기 절연 구조의 두께보다 두꺼운 디씨-디씨 컨버터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 열전도성 접착층의 면적은 상기 반도체 스위칭 소자의 몸체의 면적과 동일하거나 넓게 형성되는 디씨-디씨 컨버터.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 열전도성 접착층의 면적은 상기 절연 구조의 면적보다 넓은 디씨-디씨 컨버터.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 절연 구조는 상기 방열판과 대향하는 상기 발열 소자의 대향면 모서리에 각각 형성되는 돌출부를 포함하는 디씨-디씨 컨버터.
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