KR20160133804A - 디씨-디씨 컨버터 - Google Patents

디씨-디씨 컨버터 Download PDF

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KR20160133804A
KR20160133804A KR1020150066803A KR20150066803A KR20160133804A KR 20160133804 A KR20160133804 A KR 20160133804A KR 1020150066803 A KR1020150066803 A KR 1020150066803A KR 20150066803 A KR20150066803 A KR 20150066803A KR 20160133804 A KR20160133804 A KR 20160133804A
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Abstract

실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터는 케이스; 상기 케이스 내부에 배치되며 적어도 하나의 발열소자가 배치되는 기판; 상기 기판 하부에 배치되어 상기 발열소자에서 발생되는 열을 상기 케이스 측으로 전달하는 방열패드를 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 발열 소자의 방열 및 절연을 효과적으로 수행할 수 있는 디씨-디씨 컨버터를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이스; 상기 케이스 내부에 배치되며 적어도 하나의 발열소자가 배치되는 기판; 상기 기판 하부에 배치되어 상기 발열소자에서 발생되는 열을 상기 케이스 측으로 전달하는 방열패드를 포함하는 디씨-디씨 컨버터를 제공한다.
상기 방열패드의 면적은 상기 발열소자의 면적보다 넓을 수 있다.
상기 방열패드 두께는 상기 기판으로부터 돌출되는 상기 발열소자 리드선의 돌출부 길이보다 두꺼울 수 있다.
상기 방열패드는 상기 방열패드의 수축시 상기 리드선의 돌출부와 상기 케이스와의 쇼트를 방지하도록 두께가 결정될 수 있다.
상기 방열패드의 두께는 상기 기판 하부면을 통하여 상기 방열패드에 매몰되는 발열소자 리드선의 돌출부 길이, 상기 발열소자 리드선의 돌출부와 상기 케이스간의 쇼트를 방지하기 위한 제1여유 두께 및 상기 방열패드 수축시 상기 발열소자 리드선의 돌출부와 상기 케이스간의 쇼트를 방지하기 위한 제2여유 두께의 합보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 발열소자는 커패시터일 수 있다.
상기 방열패드의 가장자리에는 타 부품과의 접촉을 피하기 위한 그루브(groove)가 형성될 수 있다.
본 발명인 디씨-디씨 컨버터는 커패시터 등과 같은 발열소자에서 발생하는 열을 효율적으로 방열함으로써 발열 소자의 동작 특성을 유지하고 수명을 연장 시킬 수 있다.
또한, 발열소자와 타 부품간의 간섭이나 외부 케이스와의 전기적 접촉을 방지함으로써 쇼트(short)현상을 방지할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 디씨-디씨 컨버터의 구성 블록도,
도2는 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 개념도,
도3은 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 단면도,
도4는 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 평면도,
도5는 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 정면도 및
도6은 본 발명의 일실시예에 따른 방열패드의 두께와 타 요인과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
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. 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 개념도, 도3은 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 단면도, 도4는 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 평면도이다.
도2를 참조하면 케이스(10)는 디씨-디씨 컨버터의 하우징 부분으로 금속 재질일 수 있다. 케이스(10) 내부에는 기판(30)과 발열소자(40) 및 도1의 교류 전원 생성부, 변압부, 출력부를 구성하는 소자들이 배치될 수 있다.
기판(30)은 디씨-디씨 컨버터의 동작을 위한 전자 소자들이 전기적으로 접속되는 부분으로 플레이트 형상일 수 있다. 기판(30)은 케이스(10)의 내부면에 배치되며, 적어도 하나의 발열소자(40)가 배치될 수 있다.
발열소자(40)는 기판(30)에 전기적으로 접속하며 예를 들면 반도체 스위칭 소자, 커패시터, 인덕터, 버스바, CPU칩, 집적소자 등 일 수 있다. 본 발명에서 발열소자(40)는 교류 전원 생성부의 복수개 커패시터를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되지는 않는다. 이하 본 발명의 실시예에서 발열소자와 캐패시터는 동일한 구성을 지칭하는 것으로 한다.
방열패드(20)는 기판(30) 하부에 배치되어 발열소자(40)에서 발생되는 열을 케이스(10) 측으로 전달할 수 있다. 방열패드(20)의 일면은 기판(30)의 하부면과 직접 접촉하고 타면은 케이스(10)와 직접 접촉한다. 방열패드(20)는 기판(30)과 같이 플레이트 형상으로 제작될 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
방열패드(20)는 예를 들면 세라믹 재질, 실리콘 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
방열패드(20)의 면적은 발열소자(40)의 면적보다 넓을 수 있다. 방열패드(20)는 발열소자(40)와 기판(30)의 접촉면적보다 넓게 기판(30)의 하부면을 전영역에 걸쳐 커버할 수 있다. 즉, 방열패드(20)는 기판(30)에 배치되는 캐패시터(40)의 면적에 따라 면적이 결정될 수 있으며, 기판(30)으로 전달되는 열을 케이스(10)로 방출시키기 위하여 기판(30) 하부 전면적을 커버할 수 있도록 배치된다. 방열패드(20)의 가로 및 세로 길이는 발열소자(40)의 가로 및 세로 길이보다 소정의 길이만큼 길게 형성하여 기판(30) 전 영역을 커버할 수 있도록 한다.
방열패드(20)의 두께는 기판(30)으로부터 돌출되는 발열소자 리드선의 돌출부(42) 길이보다 두꺼울 수 있다. 발열소자의 리드선(41)은 기판(30)의 하부면을 통하여 기판(30)에 전기적으로 접합하는데 이 때 전기적 접합을 위한 돌출부(42)가 기판(30) 하부면을 통하여 노출된다. 따라서, 방열패드(20)의 두께는 전기적 접합을 위한 발열소자 리드선의 돌출부(42) 길이보다 두껍게 형성되어야 한다.
또한, 방열패드(20)의 두께는 발열소자 리드선 돌출부(42)와 케이스(10)가 일정 간격 이격되도록 형성될 수 있다. 기판(30) 하부면을 통하여 노출된 발열소자 리드선 돌출부(42)와 케이스(10)가 전기적으로 접속하는 경우 쇼트(short)현상이 발생되어 디씨-디씨 컨버터의 동작에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 방열패드(20)의 두께는 발열소자 리드선 돌출부(42)와 케이스(10)가 전기적으로 이격될 수 있도록 충분한 여유 두께를 가지고 형성될 수 있다.
또한 방열패드(20)의 두께는 방열패드(20)의 수축시 리드선의 돌출부(42)와 케이스(10)와의 쇼트를 방지하도록 두께가 결정될 수 있다. 방열패드(20)는 기판(30)과 발열소자(40)의 무게, 외부 압력 등의 다양한 요인으로 인하여 수축되는데 수축시 리드선의 돌출부(42)와 케이스(10)간의 쇼트를 방지하도록 여유 두께를 가지도록 형성된다.
즉, 방열패드(20)의 두께는 기판(30) 하부면을 통하여 방열패드(20)에 매몰되는 발열소자 리드선의 돌출부(42) 길이, 발열소자 리드선 돌출부(42)와 케이스(10)간의 쇼트를 방지하기 위한 제1여유 두께와 방열패드(20) 수축시 발열소자 리드선 돌출부(42)와 케이스(10)간의 쇼트를 방지하기 위한 제2여유 두께의 합보다 두껍게 형성될 수 있다.
도5는 본 발명의 일실예에 따라 발열 소자의 배치 구조를 나타내는 정면도이고, 도6은 본 발명의 일실시예에 따른 방열패드의 두께와 타 요인과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도5및 도6(a)를 참조하면 방열패드의 두께(t)는 발열소자 리드선 돌출부(42)의 길이(ℓ)와 발열소자 리드선 돌출부(42)와 케이스(10) 간의 쇼트를 방지하기 위한 제1여유 두께(s1)보다 두껍게 형성되어야 한다.
또한, 도5및 도6(b)를 참조하면 방열패드(20)의 두께(t)는 방열패드(20) 수축시 발열소자 리드선의 돌출부(42)와 케이스(10)간의 쇼트를 방지하기 위한 제2여유 두께(s2)보다 두껍게 형성되어야 한다.
도6(a) 및 도6(b)의 요인을 모두 고려시 방열패드의 두께(t)는 발열소자 리드선의 돌출부 길이(ℓ), 제1여유 두께(s1) 및 제2여유 두께(s2)의 합보다 두껍게 형성되어야 한다.
도6에서 발열소자 리드선의 돌출부 길이는 예를 들면 1mm이상일 수 있으며, 제1여유 두께는 2mm이상, 제2여유 두께는 1mm이상으로 방열패드의 두께는 4mm이상으로 형성될 수 있지만 이에 한정되지는 않으며 리드선의 돌출 정도와, 쇼트가 발생할 여유 거리, 방열패드의 수축 정도, 발열소자 및 기판의 무게 등을 종합적으로 고려하여 결정될 수 있다.
도3 내지 도4를 참조하면 방열패드(20)의 가장자리에는 타 부품과의 접촉을 피하기 위한 그루브(21, 22)가 형성될 수 있다. 발열소자(40)가 배치된 기판의 주변에는 타 부품(50)들이 인접하여 배치되어 있으며, 방열패드(20)의 가장자리에는 이러한 타 부품(50)과의 접촉을 피하여 방열의 효율성을 높이기 위해 그루브가 형성되어 있다.
그루브(21, 22)의 형상과 길이는 타 부품의 형상, 크기 개수, 종류 등에 의하여 결정될 수 있다. 도4에서 제1그루브는 2mm의 가로, 세로길이를 가지고 형성되었으며, 제2그루브는 1mm의 가로, 세로길이를 가지고 형성되었지만 이에 한정되는 것은 아니다.
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: 케이스
20: 방열패드
30: 기판
40: 발열소자

Claims (7)

  1. 케이스;
    상기 케이스 내부에 배치되며 적어도 하나의 발열소자가 배치되는 기판; 및
    상기 기판 하부에 배치되어 상기 발열소자에서 발생되는 열을 상기 케이스 측으로 전달하는 방열패드를 포함하는 디씨-디씨 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열패드의 면적은 상기 발열소자의 면적보다 넓은 디씨-디씨 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열패드 두께는 상기 기판으로부터 돌출되는 상기 발열소자 리드선의 돌출부 길이보다 두꺼운 디씨-디씨 컨버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방열패드는 상기 방열패드의 수축시 상기 리드선의 돌출부와 상기 케이스와의 쇼트를 방지하도록 두께가 결정되는 디씨-디씨 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열패드의 두께는 상기 기판 하부면을 통하여 상기 방열패드에 매몰되는 발열소자 리드선의 돌출부 길이, 상기 발열소자 리드선과 상기 케이스간의 쇼트를 방지하기 위한 제1여유 두께 및 상기 방열패드 수축시 상기 발열소자 리드선과 상기 케이스간의 쇼트를 방지하기 위한 제2여유 두께의 합보다 두껍게 형성되는 디씨-디씨 컨버터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열소자는 커패시터인 디씨-디씨 컨버터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열패드의 가장자리에는 타 부품과의 접촉을 피하기 위한 그루브(groove)가 형성되어 있는 디씨-디씨 컨버터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190143180A (ko) * 2018-06-20 2019-12-30 엘지이노텍 주식회사 컨버터

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X601 Decision of rejection after re-examination