KR200470003Y1 - 인버터 - Google Patents

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KR200470003Y1 KR2020120001332U KR20120001332U KR200470003Y1 KR 200470003 Y1 KR200470003 Y1 KR 200470003Y1 KR 2020120001332 U KR2020120001332 U KR 2020120001332U KR 20120001332 U KR20120001332 U KR 20120001332U KR 200470003 Y1 KR200470003 Y1 KR 200470003Y1
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신봉수
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동양이엔피 주식회사
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Abstract

인버터는 케이스와, 인쇄회로기판, 및 전력 스위칭 소자를 포함한다. 케이스는 내부 공간을 갖는다. 인쇄회로기판은 전면에 각종 소자를 실장하며, 후면이 케이스의 후측 내면에 인접하여 배치되도록 케이스의 내부에 수용된다. 전력 스위칭 소자는 스위칭 소자 몸체와, 스위칭 소자 몸체로부터 각각 인출된 스위칭 소자 리드들을 구비한다. 각각의 스위칭 소자 리드는, 스위칭 소자 몸체가 인쇄회로기판의 후면보다 케이스의 후측 내면 쪽으로 돌출되어 배치된 상태에서, 스위칭 소자 몸체로부터 인출되어 인쇄회로기판을 통과한 후 인쇄회로기판의 전면을 거쳐 인쇄회로기판의 스루홀에 삽입되는 형상으로 이루어져, 인쇄회로기판의 후면에 납땝된다.

Description

인버터{Inverter}
본 고안은 태양광 발전시스템 등에 사용되어 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터에 관한 것이다.
화석연료의 고갈, 환경오염, 이산화탄소 감축에 능동적으로 대처하기 위하여, 전 세계적으로 신재생 에너지를 이용한 발전에 대한 사회적 요구가 증대되고 있다. 신재생 에너지로는 풍력, 수력, 원자력 등이 사용되어 오고 있으나, 화석연료를 대체하기에는 역부족인 것으로 알려졌고, 무한 에너지원으로 알려진 태양 에너지가 대체 에너지로 급부상하고 있다.
태양광 발전시스템은 태양 에너지를 이용해서 발전하는 시스템으로서, 일반적으로 태양전지, 축전지, 인버터 등을 포함하여 구성된다. 태양전지는 태양 빛을 전기 에너지로 변환시켜 준다. 축전지는 태양전지에서 발생한 전기 에너지를 저장한다. 인버터는 태양전지를 통해 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜 준다.
인버터는 다이오드, 콘덴서, 저항, 전력 스위칭 소자 등과 같은 각종 소자들이 실장된 인쇄회로기판을 포함하여 구성된다. 전력 스위칭 소자로는 IGBT(Insulated Gate Biopolar Transistor) 등이 이용된다.
한편, 인버터에 포함된 소자들 중, 특히 전력 스위칭 소자는 구동시 다량의 열을 발생시키게 되므로, 전력 스위칭 소자를 냉각시키기 위해 히트싱크가 이용될 수 있다. 이 경우, 히트싱크는 방열을 위해 인버터의 외측 부위에 위치된다.
따라서, 전력 스위칭 소자를 히트싱크에 밀착시키기 위해, 인쇄회로기판의 양면 중 히트싱크와 마주하는 면에 전력 스위칭 소자를 실장하고, 그 반대쪽 면에 전력 스위칭 소자를 제외한 대부분의 소자들을 각각 실장하게 된다.
그런데, 종래에 따르면, 전력 스위칭 소자의 납땜 부위가 대부분 소자들의 납땜 부위들과 반대쪽에 위치하도록 구성됨으로 인해, 전력 스위칭 소자만 수작업 납땜 방식에 의해 인쇄회로기판에 납땜할 수 밖에 없었다. 따라서, 생산성이 약화되고 불량률이 증가하는 문제가 있었다.
공개특허공보 제10-2006-0058432호(2006.05.30 공개)
본 고안의 과제는 자동 납땜 공정이 수행될 수 있는 구조로 이루어짐에 따라 생산성 향상 및 불량률 저하를 도모할 수 있는 인버터를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 고안에 따른 인버터는,
내부에 공간을 갖는 케이스; 전면에 각종 소자를 실장하며, 후면이 상기 케이스의 후측 내면에 인접하여 배치되도록 상기 케이스의 내부에 수용된 인쇄회로기판; 및 스위칭 소자 몸체와, 상기 스위칭 소자 몸체로부터 각각 인출된 스위칭 소자 리드들을 구비한 전력 스위칭 소자;를 포함하며,
상기 각각의 스위칭 소자 리드는, 상기 스위칭 소자 몸체가 상기 인쇄회로기판의 후면보다 상기 케이스의 후측 내면 쪽으로 돌출되어 배치된 상태에서, 상기 스위칭 소자 몸체로부터 인출되어 상기 인쇄회로기판을 통과한 후 상기 인쇄회로기판의 전면을 거쳐 상기 인쇄회로기판의 스루홀(through-hole)에 삽입되는 형상으로 이루어져, 상기 인쇄회로기판의 후면에 납땝된다.
본 고안에 따르면, 전력 스위칭 소자의 스위칭 소자 몸체를 인쇄회로기판의 후면보다 케이스의 후측 내면 쪽으로 돌출시켜 배치하더라도, 스위칭 소자 리드들의 납땜 부위가 각종 소자들의 리드들의 납땜 부위와 동일하게 인쇄회로기판의 후면에 위치할 수 있게 되므로, 전력 스위칭 소자를 각종 소자들과 함께 자동 납땜 방식에 의해 인쇄회로기판에 납땜할 수 있다. 따라서, 생산성을 향상시키고 불량률을 감소시키는 효과가 얻어질 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 인버터에 대한 분해 사시도.
도 2는 도 1의 A 영역을 도시한 도면.
도 3은 도 2에 있어서, 전력 스위칭 소자의 스위칭 소자 리드들이 인쇄회로기판의 스루홀들에 삽입된 상태에 대한 측단면도.
도 4는 도 1의 인버터가 조립된 상태에 대한 일부 측단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 인버터에 대한 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 A 영역을 도시한 도면이다. 도 3은 도 2에 있어서, 전력 스위칭 소자의 스위칭 소자 리드들이 인쇄회로기판의 스루홀들에 삽입된 상태에 대한 측단면도이다. 그리고, 도 4는 도 1의 인버터가 조립된 상태에 대한 일부 측단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 인버터(100)는 태양광 발전시스템 등에 사용되어 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 것으로, 케이스(110)와, 인쇄회로기판(120), 및 전력 스위칭 소자(130)를 포함한다.
케이스(110)는 내부에 공간을 갖는다. 예컨대, 케이스(110)는 전면이 개구된 캐비닛(111)과, 캐비닛(111)의 전면 개구를 덮는 커버(112)로 구성될 수 있다. 캐비닛(111)과 커버(112) 사이에 한정된 공간에 인쇄회로기판(120)이 수용된다.
캐비닛(111)과 커버(112)는 밀봉 부재에 의해 밀봉된 상태로 결합될 수 있다. 캐비닛(111)과 커버(112)는 금속 소재, 예컨대 알루미늄 소재로 이루어질 수 있다. 따라서, 캐비닛(111)과 커버(112)는 강성을 지니면서 방열에 유리할 수 있다. 그리고, 캐비닛(111)은 후측 외면에 다수의 방열 판(113)들이 구비되어 캐비닛(111) 자체가 히트싱크의 기능을 겸할 수 있다.
인쇄회로기판(120)은 전면에 각종 소자(140)들을 실장한다. 예컨대, 인쇄회로기판(120)에는 회로 패턴이 형성되며, 회로 패턴에 각종 소자(140)들을 접속시켜 실장하기 위한 스루홀(through-hole, 121)들이 형성된다. 각종 소자(140)들은 인쇄회로기판(120)의 전면에 배치되며, 각종 소자(140)들의 각 리드(141)가 인쇄회로기판(120)의 전면으로부터 스루홀(121)에 삽입되어 인쇄회로기판(120)의 후면에 납땜된다.
이에 따라, 각종 소자(140)들은 인쇄회로기판(120)의 전면에 실장될 수 있다. 각종 소자(140)들은 다이오드, 콘덴서, 저항 등을 포함하여 구성됨으로써, 전력 스위칭 소자(130)와 함께 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는데 기여할 수 있다.
인쇄회로기판(120)은 후면이 케이스(110)의 후측 내면에 인접하여 배치되도록 케이스(110)의 내부에 수용된다. 케이스(110)가 캐비닛(111)과 커버(112)로 구성된 경우, 인쇄회로기판(120)은 후면이 캐비닛(111)의 후측 내면에 인접하여 배치되도록 캐비닛(111)의 내부에 수용된다. 인쇄회로기판(120)은 캐비닛(111)의 후측 내면에 마련된 보스들에 나사 부재에 의해 각각 체결되어 캐비닛(111)에 고정될 수 있다.
전력 스위칭 소자(130)는 전기의 흐름을 막거나 통하게 하는 스위칭 역할을 하는 반도체의 일종으로서, IGBT(Insulated Gate Biopolar Transistor) 등일 수 있다. 전력 스위칭 소자는 인버터(100)의 용도에 따라 다양한 개수로 이루어질 수 있다.
전력 스위칭 소자(130)는 스위칭 소자 몸체(131)와, 스위칭 소자 몸체(131)로부터 각각 인출된 스위칭 소자 리드(132)들을 각각 구비한다. 스위칭 소자 몸체(131)에는 나사 부재에 의해 캐비닛(111)과 체결될 수 있도록 체결 홀(131a)이 형성될 수 있다.
각각의 스위칭 소자 리드(132)는 스위칭 소자 몸체(131)가 인쇄회로기판(120)의 후면보다 캐비닛(111)의 후측 내면 쪽으로 돌출되어 배치된 상태에서, 스위칭 소자 몸체(131)로부터 인쇄회로기판(120)을 통과한 후 인쇄회로기판(120)의 전면을 거쳐 스루홀(121)에 삽입되어 인쇄회로기판(120)의 후면에 납땜되도록 형성된다.
예컨대, 스위칭 소자 리드(132)는 스위칭 소자 몸체(131)로부터 인쇄회로기판(120)의 후면과 나란하도록 연장된 제1 리드부(132a)와, 제1 리드부(132a)의 끝으로부터 전방으로 꺾어지고 연장되어 인쇄회로기판(120)을 통과하는 제2 리드부(132b)와, 제2 리드부(132b)의 끝으로부터 스위칭 소자 몸체(131)로부터 멀어지는 방향으로 꺾어지고 연장된 제3 리드부(132c)와, 제3 리드부(132c)의 끝으로부터 후방으로 꺾어지고 연장되어 인쇄회로기판(120)의 스루홀(121)에 삽입되는 제4 리드부(132d)를 갖는 형상으로 이루어질 수 있다.
그리고, 스위칭 소자 몸체(131)로부터 발생된 열이 인쇄회로기판(120)에 미치는 영향을 줄이기 위해, 제2 리드부(132b)의 길이는 스위칭 소자 몸체(131)의 전면이 인쇄회로기판(120)의 후면보다 후방에 위치하도록 설정될 수 있다.
제3 리드부(132c)는 전방으로 볼록한 형상으로 이루어지고, 제2, 4 리드부(132b)(132d)와 각각 라운딩 형태로 연결될 수 있다. 또한, 제1 리드부(132a)는 제2 리드부(132b)와 라운딩 형태로 연결될 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자 리드(132)의 꺾어진 부위들에서 단선되는 현상 등이 방지될 수 있다.
전술한 바와 같이, 스위칭 소자 리드(132)의 제4 리드부(132d)는 인쇄회로기판(120)의 전면으로부터 스루홀(121)에 삽입되어 인쇄회로기판(120)의 후면에 납땜될 수 있도록 위치된다. 이에 따라, 전력 스위칭 소자(130)의 스위칭 소자 리드(132)들의 납땜 부위가 각종 소자(140)들의 리드(141)들의 납땜 부위와 동일하게 인쇄회로기판(120)의 후면에 위치할 수 있게 되므로, 전력 스위칭 소자(130)는 각종 소자(140)들과 함께 자동 납땜 방식에 의해 인쇄회로기판(120)에 납땜될 수 있다.
예를 들어 설명하면, 각종 소자(140)들의 리드(141)들과 전력 스위칭 소자(130)의 스위칭 소자 리드(132)들을 인쇄회로기판(120)의 전면으로부터 스루홀(121)들에 각각 삽입한다. 이후, 각종 소자(140)들의 리드(141)들과 전력 스위칭 소자(130)의 스위칭 소자 리드(132)들이 각각 인쇄회로기판(120)의 스루홀(121)들에 삽입된 상태를 유지하도록 각종 소자(140)들과 전력 스위칭 소자(130)를 지그 등에 의해 지지한다.
이후, 각종 소자(140)들의 리드(141)들과 전력 스위칭 소자(130)의 스위칭 소자 리드(132)들에 대해 자동 납땜 장치에 의해 자동 납땜을 수행하게 되면, 전력 스위칭 소자(130)는 각종 소자(140)들과 함께 인쇄회로기판(120)에 실장될 수 있다. 따라서, 생산성을 향상시키고 불량률을 감소시키는 효과가 얻어질 수 있다. 전력 스위칭 소자(130)의 개수가 많아질수록 더 효과적일 수 있다.
이와 더불어, 전력 스위칭 소자(130)는 스위칭 소자 리드(132)들에 의해, 스위칭 소자 몸체(131)가 인쇄회로기판(120)의 후면보다 캐비닛(111)의 후측 내면 쪽으로 돌출되어 배치된 상태에서, 인쇄회로기판(120)에 실장될 수 있다.
따라서, 캐비닛(111) 자체가 히트싱크의 기능을 겸하는 경우, 스위칭 소자 몸체(131)의 후면을 캐비닛(111)의 후측 내면에 밀착시키도록 배치하면, 전력 스위칭 소자(130)의 구동시 스위칭 소자 몸체(131)로부터 발생된 열을 캐비닛(111)을 통해 원활히 방출시킬 수 있다. 그 결과, 전력 스위칭 소자(130)가 냉각될 수 있다. 다른 예로, 스위칭 소자 몸체(131)의 후면과 캐비닛(111)의 후측 외면 사이에 별도의 히트싱크를 마련해서, 스위칭 소자 몸체(131)로부터 발생된 열을 냉각시키는 것도 가능하다.
한편, 인쇄회로기판(120)에는 전력 스위칭 소자(130)들의 각 실장 위치마다 관통부(122)가 형성될 수 있다. 관통부(122)는 스위칭 소자 리드(132)들의 각 단부가 인쇄회로기판(120)의 전면으로부터 스루홀(121)에 삽입되면서 스위칭 소자 몸체(131)를 통과시킬 수 있도록 형성된다. 관통부(122)의 크기는 스위칭 소자 몸체(131)와 스위칭 소자 리드(132)들의 제1,2 리드부(132a)(132b)를 통과시킬 수 있을 정도로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 전력 스위칭 소자(130)는 각종 소자(140)들과 함께 인쇄회로기판(120)의 전면으로부터 로딩될 수 있으므로, 전력 스위칭 소자(130)만 별도로 인쇄회로기판(120)의 전면으로부터 로딩되는 것과 비교해서, 로딩 공정을 단순화할 수 있다.
도 1과 도 4를 참조하면, 캐비닛(111)의 후측 내면에는 전력 스위칭 소자(130)들과 각각 대응되는 위치에 절연 패드(150)가 구비될 수 있다. 캐비닛(111)이 금속 소재로 이루어진 경우, 절연 패드(150)는 스위칭 소자 몸체(131)를 안착시켜 캐비닛(111)와 절연시킨다.
절연 패드(150)는 스위칭 소자 몸체(131)의 후면의 면적보다 넓은 면적을 갖는 사각 패드 형상으로 이루어질 수 있다. 물론, 절연 패드(150)는 스위칭 소자 몸체(131)를 캐비닛(111)와 절연시킬 수 있는 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 스위칭 소자 몸체(131)가 나사 부재에 의해 캐비닛(111)에 체결되는 경우, 절연 패드(150)에는 나사 부재를 관통시키는 홀이 형성될 수 있다.
절연 패드(150)는 스위칭 소자 몸체(131)로부터 발생된 열을 캐비닛(111)으로 전달하여 방출시키는 기능을 겸할 수 있다. 캐비닛(111)으로 전달된 열은 캐비닛(111)의 후측 외면에 설치된 방열 판(113)들과 외부 공기와의 열교환을 통해 냉각될 수 있다. 절연 패드(150)는 절연 및 방열을 겸할 수 있는 다양한 소재, 예컨대 실리콘 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 캐비닛(111)의 후측 내면에는 스위칭 소자 몸체(131)가 절연된 상태로 삽입되어 밀착되는 삽입 홈(114)이 형성될 수 있다. 예컨대, 삽입 홈(114)은 절연 패드(150)가 삽입되어 밀착될 수 있는 형상으로 이루어진다. 절연 패드(150)가 삽입 홈(114)에 삽입된 상태에서, 스위칭 소자 몸체(131)는 절연 패드(150)에 안착됨으로써 캐비닛(111)과 절연된다. 그리고, 스위칭 소자 몸체(131)는 나사 부재에 의해 절연 패드(150)와 함께 캐비닛(111)에 체결됨으로써, 절연된 상태로 삽입 홈(114)에 삽입되어 밀착될 수 있다.
이와 같이, 절연 패드(150)는 삽입 홈(114)에 삽입되어 밀착되므로, 캐비닛(111)과 접촉되는 면적이 넓어져 방열 효율을 높일 수 있고, 스위칭 소자 몸체(131)와 함께 안정적으로 위치 고정될 수 있다. 삽입 홈(114)의 깊이는 절연 패드(150)의 두께와 대략 동일한 것으로 도시되어 있으나, 절연 패드(150)의 두께보다 작거나 큰 것도 가능하다.
삽입 홈(114)의 양쪽 귀퉁이에는 확장 홈이 각각 형성됨으로써 절연 패드(150)의 분리 등을 용이하게 할 수 있다. 삽입 홈(114)은 전술한 기능을 갖는 범주에서 다양한 형상으로 이루어질 수 있음은 물론이다. 다른 예로, 절연 패드(150) 대신 삽입 홈(114) 내에 절연층이 코팅되어, 스위칭 소자 몸체(131)와 캐비닛(111)이 서로 절연되는 것도 가능하다.
본 고안은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110..케이스 120..인쇄회로기판
130..전력 스위칭 소자 131..스위칭 소자 몸체
132..스위칭 소자 리드 140..각종 소자
150..절연 패드

Claims (4)

  1. 내부에 공간을 갖는 케이스;
    전면에 각종 소자를 실장하며, 후면이 상기 케이스의 후측 내면에 인접하여 배치되도록 상기 케이스의 내부에 수용된 인쇄회로기판; 및
    스위칭 소자 몸체와, 상기 스위칭 소자 몸체로부터 각각 인출된 스위칭 소자 리드들을 구비한 전력 스위칭 소자;를 포함하며,
    상기 각각의 스위칭 소자 리드는,
    상기 스위칭 소자 몸체가 상기 인쇄회로기판의 후면보다 상기 케이스의 후측 내면 쪽으로 돌출되어 배치된 상태에서, 상기 스위칭 소자 몸체로부터 인출되어 상기 인쇄회로기판을 통과한 후 상기 인쇄회로기판의 전면을 거쳐 상기 인쇄회로기판의 스루홀(through-hole)에 삽입되는 형상으로 이루어져, 상기 인쇄회로기판의 후면에 납땝되며,
    상기 인쇄회로기판에는,
    전면으로부터 상기 스위칭 소자 리드들의 각 단부가 상기 인쇄회로기판의 스루홀에 삽입되면서 상기 스위칭 소자 몸체를 통과시키는 관통부가 형성된 것을 특징으로 하는 인버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 후측 내면에는,
    상기 스위칭 소자 몸체를 안착시켜 상기 케이스와 절연하며, 상기 스위칭 소자 몸체로부터 발생된 열을 상기 케이스로 전달하여 방출시키는 절연 패드가 구비된 것을 특징으로 하는 인버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 후측 내면에는,
    상기 스위칭 소자 몸체가 절연된 상태로 삽입되어 밀착되는 삽입 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 인버터.
  4. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0631752Y2 (ja) * 1988-11-08 1994-08-22 シャープ株式会社 受光装置
JP2000208896A (ja) 1999-01-13 2000-07-28 Fuji Electric Co Ltd 電子部品搭載モジュ―ル及び電子部品搭載方法
JP2001100371A (ja) * 1999-09-29 2001-04-13 Fuji Photo Film Co Ltd 受光素子の取り付け方法

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