KR20240030454A - 커패시터 모듈 및 인버터 모듈 - Google Patents

커패시터 모듈 및 인버터 모듈 Download PDF

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KR20240030454A
KR20240030454A KR1020220109518A KR20220109518A KR20240030454A KR 20240030454 A KR20240030454 A KR 20240030454A KR 1020220109518 A KR1020220109518 A KR 1020220109518A KR 20220109518 A KR20220109518 A KR 20220109518A KR 20240030454 A KR20240030454 A KR 20240030454A
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박성준
정태복
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 모듈은 내부에 커패시터가 배치되는 수용홈을 포함하는 하우징, 수용홈 상부에 배치되는 기판 및 상기의 일면에 실장되고, 상기 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.

Description

커패시터 모듈 및 인버터 모듈{Capacitor module and inverter module}
본 발명은 커패시터 모듈 및 이를 포함하는 인버터 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 링크 커패시터를 별도의 모듈로 형성하는 커패시터 모듈 및 이를 포함하는 인버터 모듈에 관한 발명이다.
태양광 발전은 친환경 에너지 발전 방식으로 기존 화학발전이나 원자력 발전을 대체하여 널리 보급되고 있다. 태양광 발전은 컨버터에 배터리가 접속되는 독립형과 전력계통과 연계되는 연계형태가 있고, 일반적으로 독립형 발전은 태양전지, 축전지, 전력변환 장치 등으로 구성되고 전력계통 연계형 시스템은 상용 전원과 연결하여 부하계통선과 전력을 상호 교류할 수 있도록 구성된다.
태양광 패널을 생성된 전력은 바로 가정 또는 건물 내 사용하기 어려워 인버터 등의 전력변환장치를 통해 사용 가능한 전력으로 변환을 수행한다.
인버터에 있어서, 링크(Link) 커패시터 부품은 사이즈가 크고 실장수량이 많아 PCB에서 차지하는 면적이 크고, 이는 PCB 실장공간 부족으로 이어지며, PCB 사이즈 증가로 제품 사이즈가 커지는 문제가 있다. 또한, Main PCB 위에 2단으로 적층하고 있는 PCB들의 실장공간도 부족해지고, 적층된 PCB의 형상 제약이 발생하고 그에 따라 적층된 PCB와 Main PCB간 커넥터 실장위치에 제약이 발생하는 문제가 있다.
공개특허공보 제 10-2012-0048504 호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 링크 커패시터를 별도의 모듈로 형성하는 커패시터 모듈 및 이를 포함하는 인버터 모듈을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 모듈은 내부에 커패시터가 배치되는 수용홈을 포함하는 하우징; 상기 수용홈 상부에 배치되는 기판; 및 상기 기판의 일면에 실장되고, 상기 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.
또한, 상기 기판은 타면에 상기 커패시터와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 커넥터가 배치될 수 있다.
또한, 상기 커패시터는 링크(Link) 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용홈 외면으로부터 연장되는 복수의 방열핀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용홈은, 베이스; 상기 베이스로부터 연장되고 서로 마주보는 제1 측벽과 제2 측벽; 및 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽과 수직이고 서로 마주보는 제3 측벽과 제4 측벽을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용홈은, 상기 커패시터가 내부에 수용되는 제1 수용홈; 및 내부에 인덕터가 배치되고, 상기 제1 수용홈과 이격되는 제2 수용홈을 포함하고, 상기 기판의 일면과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 인덕터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 수용홈은, 베이스; 및 상기 베이스로부터 연장되고, 원형인 제5 측벽을 포함할 수 있다.
또한, 상기 인덕터는 두 개의 인덕터를 포함하고, 상기 두 개의 인덕터는 상기 제2 수용홈의 깊이 방향으로 2층으로 적층되고, 상기 기판의 일면과 와이어로 연결될 수 있다.
또한, 상기 기판은 타면에 상기 인덕터와 전기적으로 연결되는 복수의 제2 커넥터가 배치될 수 있다.
또한, 상기 수용홈에는 커패시터 또는 인덕터가 수용되어 몰딩될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 모듈은 제1홀을 포함하는 베이스를 포함하고, 내부에 메인 기판이 배치되는 제1 하우징; 상기 제1 하우징을 덮는 커버; 상기 제1홀에 대응되어 상기 제1 하우징과 결합되고, 외부 방향으로 연장되는 복수의 방열핀을 포함하는 방열판; 및 상기 방열판의 외면의 일부 영역에 배치되는 커패시터 모듈을 포함하고, 상기 커패시터 모듈은, 내부에 커패시터가 배치되는 수용홈을 포함하는 제2 하우징; 상기 수용홈 상부에 배치되는 제1 기판; 및 상기 제1 기판의 일면에 실장되고, 상기 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.
또한, 상기 제1 기판은 타면에 상기 커패시터와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 커넥터가 배치되고, 상기 방열판은 상기 복수의 제1 커넥터에 대응하는 영역에 관통홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제1 커넥터는 상기 관통홀을 통과하여 상기 메인 기판과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 커넥터는 SMD 스페이서, 와이어 커넥터, 및 버스바 단자대 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 기판은 제1 메인 기판 및 상기 제1 메인 기판과 이격되어 적층되는 제2 메인 기판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 커패시터 모듈의 수용홈은, 상기 커패시터가 내부에 수용되는 제1 수용홈; 및 내부에 인덕터가 배치되고, 상기 제1 수용홈과 이격되는 제2 수용홈을 포함하고, 상기 기판의 일면과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 제1 인덕터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 인덕터는 두 개의 제1 인덕터를 포함하고, 상기 두 개의 제1 인덕터는 상기 제2 수용홈의 깊이 방향으로 2층으로 적층되고, 상기 제1 기판의 일면과 와이어로 연결될 수 있다.
또한, 상기 방열판의 외면의 다른 일부 영역에 배치되는 인덕터 모듈을 포함하고, 상기 인덕터 모듈은, 내부에 제2 인덕터가 배치되는 제3 수용홈을 포함하는 제3 하우징; 및 상기 제3 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 제2 인덕터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, Main PCB 실장면적을 최대한 확보해 제품 사이즈 최소화가 가능하다. 또한, 링크(Link) 커패시터를 별도 모듈로 외부에 위치시켜 효율적인 방열이 가능하다. 나아가, 별도 모듈로 분리해 체결함으로 링크 머패시터의 무게를 안정적으로 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터 모듈의 분해 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터 모듈의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 모듈의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 모듈의 단면도이다.
도 8 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 모듈의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터 모듈의 분해 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터 모듈의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 모듈의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 모듈의 단면도이고, 도 8 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 모듈의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터 모듈(100)은 하우징(110), 기판(120), 및 커패시터(130)로 구성된다.
하우징(110)은 내부에 커패시터(130)가 배치되는 수용홈을 포함하고, 기판(120)은 상기 수용홈 상부에 배치되고, 커패시터(130)는 상기 기판(120)의 일면에 실장되고, 상기 수용홈에 수용된다.
하우징(110)는 내부에 적어도 하나 이상의 커패시터(130)가 배치되는 수용홈을 포함한다. 수용홈인버터 모듈(200)은 내부에 배치되는 커패시터(130)를 수용할 수 있도록 커패시터(130)의 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 수용홈은 인덕터가 배치되는 베이스와 내부 공간을 형성하는 측벽으로 구성될 수 있다. 수용홈의 내부공간은 육면체 형상이거나, 원기둥 형상 또는 다각면체 형상일 수 있다. 수용홈은 베이스, 상기 베이스로부터 연장되고 서로 마주보는 제1 측벽과 제2 측벽, 및 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽과 수직이고 서로 마주보는 제3 측벽과 제4 측벽을 포함할 수 있다. 베이스와 4개의 측벽을 통해 육면체 형상을 형성할 수 있다. 수용홈의 형상은 내부에 수용되는 부품의 형상이나 크기에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 당연하다.
수용홈에는 커패시터(130) 또는 인덕터(140)가 수용될 수 있다. 수용홈은 커패시터(130)가 배치되는 제1 수용홈(111) 및 인덕터(140)가 배치되는 제2 수용홈(112)을 포함할 수 있다.
제1 수용홈(111)과 제2 수용홈(112)은 서로 면적이나 형상이 상이할 수 있다. 제1 수용홈에는 커패시터(130)가 내부에 수용되고, 제2 수용홈(112)에는 인덕터(140)가 내부에 수용될 수 있다. 또는 인덕터(140)와 함께 실장되는 부품들이 수용될 수도 있다. 제1 수용홈(111)의 크기가 제2 수용홈(112)보다 클 수 있다. 상기 제1 수용홈(111) 및 상기 제2 수용홈(112)은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직인 방향으로 길이가 상이할 수 있다. 제1 수용홈(111)과 제2 수용홈(112) 사이에는 격벽이 형성되어 서로 독립적으로 분리될 수 있다. 서로 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있고, 또한, 각각 발생하는 열이 서로에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
제1 수용홈(111)은 앞서 설명한 바와 같이, 수용되는 커패시터(130)에 대응하여 베이스, 상기 베이스로부터 연장되고 서로 마주보는 제1 측벽과 제2 측벽, 및 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽과 수직이고 서로 마주보는 제3 측벽과 제4 측벽을 포함할 수 있다.
커패시터(130)는 링크(Link) 커패시터를 포함할 수 있다. 링크 커패시터는 DC-Link에 연결되는 커패시터로, 노이즈를 제거하거나 최소화하여 DC-Link의 전압을 안정화시키기 위한 커패시터이다. 커패시터(130)는 직육면체 형상을 가질 수 있고, 복수의 커패시터는 서로 병렬연결되어 필요로 하는 커패시터 용량을 형성할 수 있다. 또는 직렬연결, 직병렬 연결될 수 있음은 당연하다. 커패시터(130)는 부품의 사이즈가 크고, 실장수량이 많아, 커패시터(130)를 별도의 모듈로 형성하여 이를 포함하는 장치의 사이즈를 최소화할 수 있고, 커패시터(130)가 실장되는 공간을 활용할 수 있다.
커패시터(130)는 제1 수용홈(111) 내부에 배치된다. 커패시터(130)는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있고, 복수의 커패시터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커패시터 모듈(100)이 3상 인버터 모듈에 적용되는 커패시터 모듈인 경우, 4 개의 커패시터를 포함할 수 있고, 4 개의 커패시터는 일렬로 배열되어 제1 수용홈(111)에 배치될 수 있다. 단상 인버터 모듈인 경우, 10 개 이상의 커패시터를 포함할 수도 있다.
커패시터(130)는 기판(120)의 일면에 실장될 수 있다. 도 2 및 도 4와 같이, 커패시터(130)는 하우징(110)에 대향하는 기판(120)의 일면에 실장될 수 있다. 이때, 기판(120)에는 복수의 홀이 형성되고, 커패시터(130)에는 복수의 연결핀이 형성되고, 상기 기판(120)에 형성된 복수의 홀에 상기 연결핀이 관통하여 솔더링됨으로써 기판(120)의 일면에 실장될 수 있다. 커패시터(130)는 기판(120)과 전기적으로 연결되고, 기판(120)의 타면에 상기 커패시터(130)와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 커넥터가 배치될 수 있다. 커패시터(130)의 연결핀과 제1 커넥터는 기판(120)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 수용홈(112)은 수용되는 인덕터(140)에 대응하여, 베이스, 상기 베이스로부터 연장되고, 원형인 제5 측벽을 포함할 수 있다. 또는, 제1 수용홈에 대응하여, 베이스, 제1 내지 제4 측벽을 포함할 수도 있다. 이는 인덕터(140)의 형상 및 복수의 인덕터(140)를 포함시, 인덕터(140)의 배열 방향에 따라 달라질 수 있다.
인덕터(140)는 두 개의 인덕터(141, 142)를 포함하고, 상기 두 개의 인덕터는 상기 제2 수용홈의 깊이 방향으로 2층으로 적층될 수 있다. 이때, 두 개의 인덕터(141, 142)는 서로 절연되어 적층될 수 있다. 커패시터(130)와 함께 커패시터 모듈(100)에 배치되기 위하여, 인덕터(140)는 적층될 수 있다. 커패시터(130)의 사이즈가 인덕터(140)에 비해 크고, 커패시터(130)와 일렬로 배치시 인덕터(140)를 배치할 공간의 여유가 부족할 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 인덕터(140)는 커패시터(130)의 배열방향과 수직인 제2 수용홈(112)의 깊이 방향으로 적층할 수 있고, 이를 통해, 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
인덕터(140)는 원형으로 코일이 감겨져 형성되며, 내부에 홀을 포함하는 보빈에 감싸져 형성될 수 있다. 이때, 인덕터(140)는 상기 홀로 인출되는 와이어를 통해 상기 기판(120)의 일면과 와이어로 연결될 수 있다. 상기 기판(120)은 타면에 상기 인덕터(140)와 전기적으로 연결되는 복수의 제2 커넥터가 배치될 수 있다. 익덕터인버터 모듈(200)의 와이어 및 제2 커넥터는 기판(120)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
인덕터(140)는 코일로 형성되는 소자로, 인덕터는 다른 소자에 비해 상대적으로 크기가 크고, 전력변환을 수행함에 있어서, 다른 소자에 비해 열이 많이 발생한다. 인덕터(140)는 DC-DC 컨버터를 구성하는 인덕터(140)일 수 있다. 인덕터(140)는 제2 수용홈(112)에 배치될 수 있다. 인덕터(140)는 열이 많이 발생하고, 인덕터(140)에서 발생하는 열은 인덕터 자체뿐만 아니라, 열에 영향을 받는 다른 소자에도 영향을 미칠 수 있고, 그로 인해, 전력변환 기능이 저하되거나, 고장 등이 발생할 수 있다. 따라서, 인덕터(140)의 열을 외부로 방출하여 방열을 수행할 필요가 있다.
커패시터(130) 및 인덕터(140)의 방열을 위하여, 제1 수용홈(111)에는 커패시터(130)가 실장되어 몰딩되고, 제2 수용홈(112)에는 인덕터(140)가 수용되어 몰딩될 수 있다. 커패시터(130) 및 인덕터(140)를 수용홈에 배치시킨 후, 열 전도율을 높이기 위하여 몰딩을 수행한다. 몰딩(molding)은 소정 형상의 틀 안에 액체 상태의 물질을 채워 응고시키는 과정으로, 커패시터(130) 또는 인덕터(140)에서 발생하는 열은 몰딩된 물질을 따라 하우징(110)으로 전달되고, 하우징(110)을 통해 외부로 방출되어 방열 효과가 높아질 수 있다. 또한, 인덕터(140)는 제2 수용홈(112)에 배치되어 몰딩을 통해 고정되는바, 인덕터(140)를 고정하기 위한 별도의 결합부재 없이, 하우징(110) 내부에 인덕터를 고정할 수 있다.
상기 하우징(110) 외부에는 상기 수용홈 외면으로부터 연장되는 복수의 방열핀인버터 모듈(200)을 포함할 수 있다. 방열핀인버터 모듈(200)은 하우징(110)에서 연장되는 제1 내지 제3 방열핀을 포함할 수 있다. 제1 방열핀은 하우징(110)의 베이스로부터 하부 방향인 제1 방향으로 연장되고, 제2 방열핀은 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되고, 제3 방열핀은 상기 제1 방향과 수직이고 상기 제2 방향의 반대 반향으로 연장될 수 있다.
제1 방열핀은 상기 하우징(110)의 베이스로부터 하부 방향인 제1 방향으로 연장된다. 여기서, 제1 방향은 하우징(110)의 하부 방향일 수 있다. 베이스의 외면인 배면으로부터 제1 방향으로 연장될 수 있다. 커패시터(130) 또는 인덕터(140)에서 발생하는 열은 제1 방열핀의 연장 방향을 따라 열전도되어 외부로 방출될 수 있다. 제1 방열핀은 상기 베이스의 외면으로부터 상기 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 측벽의 외면으로부터 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직인 제3 방향으로 연장되되, 일체로 형성될 수 있다. 제1 방열핀은 베이스의 하부방향인 제1 방향으로만 연장되지 않고, 3방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 도 3과 같이, 베이스의 외면으로부터 제1 방향으로 연장될 뿐만 아니라, 제1 측벽의 외면으로부터 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직인 제3 방향으로 연장될 수 있다. 또는, 제1방향 또는 제3 방향 중 하나의 방향으로만 연장될 수 있다. 커패시 또는 인덕터(140)에서 발생하는 열이 제1 방향으로만 방출되지 않고, 제3 방향 또는 제3 방향의 반대 방향으로도 방출되어 방열효과를 높일 수 있다.
제1 방열핀은 상기 제2 방향으로 소정의 간격으로 이격되는 복수의 방열핀을 포함할 수 있다. 제1 방열핀은 열전도 방향에 따라 배치되는 방향이 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 방열핀은 제3 방향으로 판 형상을 가지도록 형성될 수 있고, 제2 방향으로 미리 설정된 간격으로 이격된 복수의 방열핀을 포함할 수 있다. 이웃한 방열핀 사이의 간격은 방열의 효율을 고려하여 설정될 수 있다. 이때, 각 방열핀은 히트싱크(heat sink)로, 방열을 수행하는 구조로 얇은 판으로 형성되어 서로 이격되어 형성될 수 있다.
제2 방열핀은 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되고, 제3 방열핀은 상기 제1 방향과 수직이고 상기 제2 방향의 반대 반향으로 연장될 수 있다. 제2 방열핀은 제3 측벽의 외면으로부터 연장되고, 제3 방열핀은 제4 측벽의 외면으로부터 연장될 수 있다. 제2 방열핀 및 제3 방열핀은 상기 제1 방향으로 소정의 간격으로 이격되는 복수의 방열핀을 포함할 수 있다. 복수의 방열핀의 형상 내지 간격에 대한 상세한 설명은 제1 방열핀에 대한 상세한 설명에 대응한다. 제1 방열핀, 제2 방열핀, 및 제3 방열핀의 각 방열핀은 동일 방향인 제3 방향으로 세워지는 판 형상을 가지고, 인버터 모듈에 결합시, 제3 방향이 상하 방향이 되기 때문에, 열의 전달이 원활히 이루어질 수 있다.
제1 방열핀의 제1 방향, 제3 방향, 및 제3 방향의 반대 방향, 제2 방열핀의 제2 방향, 제3 방열핀의 제2 방향의 반대 방향으로 연장으로 인해, 5방향으로 열이 전달될 수 있어, 인버터 모듈(200)과 결합되어야 하는 상면을 제외한 5 면 방향으로 방열이 가능해지고, 이를 통해, 방열의 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 커패시터 모듈(100)은 인버터 모듈(200)에 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 모듈(200)은 도 6과 같이, 제1 하우징(210), 커버(220), 방열판(230), 및 메인기판(241, 242), 커패시터 모듈(100)로 구성되고, 인덕터 모듈(250)을 포함할 수 있다. 인버터 모듈(200)을 구성하는 커패시터 모듈(100)에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 5의 커패시터 모듈(100)에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
인버터 모듈(200)은 PV 인버터 모듈일 수 있다. PV 인버터 모듈은 PV 패널 또는 PV MLPE로부터 전력을 전달받아, 가정 또는 건물 내에 사용가능한 전력으로 변환하는 장치로, PV 컨버터 등 DC 전력을 입력받아, AC 전력으로 변환하여 출력한다. 이때, DC 전력은 와이어를 통해 인버터 구동부로 전달되고, 인버터 구동부에서 전력을 변환하고, 다시 와이어를 통해 부하로 변환된 전력을 전송할 수 있다. 인버터 구동부는 전력을 변환하기 위하여, 전력변환 소자 및 이를 제어하는 스위칭 소자 내지 MCU 등을 포함할 수 있다. 전력변환 소자로 인덕터 또는 커패시터 등의 수동소자를 포함하고, FET 또는 다이오드 등으로 구현되는 스위칭 소자를 포함하고, 스위칭 소자를 제어하는 MCU를 포함할 수 있다. 이외에 전력을 변환하기 위한 다양한 소자들이 포함되거나, 전력 변환 이외의 기능을 구현하기 위한 소자들을 포함할 수 있다.
제1 하우징(210)은 제1홀을 포함하는 베이스를 포함하고, 내부에 메인 기판이 배치된다. 커버(220)는 제1 하우징(210)을 덮을 수 있다. 이때, 제1 하우징(210)이 내부 공간을 형성하고, 커버(220)가 이를 덮는 형태이거나, 커버(220)가 내부 공간을 형성하며 제1 하우징(210)을 덮는 형태일 수 있다. 이외에 내부 공간을 형성하는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
메인 기판에는 커패시터 모듈(100) 또는 인덕터 모듈(250)에 배치되는 소자 이외의 다른 소자들이 배치될 수 있다. 메인 기판은 인쇄회로기판(PCB)을 포함할 수 있다. 인쇄회로기판 이외에 댜앙한 종류의 기판을 포함할 수 있음은 당연하다. 메인 기판(241)은 단층 또는 복층으로 형성될 수 있다. 메인 기판은 제1 메인 기판(241) 및 상기 제1 메인 기판(241)과 이격되어 적층되는 제2 메인 기판(242)을 포함할 수 있다. 인버터 모듈인버터 모듈(200) 용량 및 기능의 다양화에 따라 더 많은 수의 소자들이 배치되거나, 인버터 모듈인버터 모듈(200)의 사이즈를 줄이는 과정에서 메인 기판이 복층으로 형성될 수 있다. 이때, 부품 사이즈가 큰 커패시터(130)가 기판을 적층하는데 방해가 될 수 있으나, 별도의 커패시터 모듈(100)을 이용하여 제1 하우징(210) 내부가 아닌 외부에 위치하도록 함으로써 메인 기판을 적층할 공간을 확복할 수 있다.
방열판(230)은 제1 하우징(210)의 제1홀에 대응되어 제1 하우징(210)과 결합되고, 외부 방향으로 연장되는 복수의 방열핀을 포함한다. 제1홀의 내측에는 메인 기판(241)이 배치되어, 메인 기판(241)에서 발생하는 열은 방열판(230)으로 전달되고, 복수의 방열핀을 통해 외부로 방출된다.
커패시터 모듈(100)은 제1 하우징(210)의 하부, 즉 방열판(230)의 외면의 일부 영역에 배치된다. 커패시터 모듈(100)은 내부에 커패시터(130)가 배치되는 수용홈을 포함하는 제2 하우징(110), 상기 수용홈 상부에 배치되는 제1 기판(120) 및 제1 기판(120)의 일면에 실장되고, 상기 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 커패시터(130)를 포함한다.
커패시터 모듈(100)의 수용홈은 상기 커패시터(130)가 내부에 수용되는 제1 수용홈(111) 및 내부에 인덕터(140)가 배치되고, 상기 제1 수용홈(111)과 이격되는 제2 수용홈(112)을 포함하고, 상기 기판(120)의 일면과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 제1 인덕터(140)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 인덕터(140)는 두 개의 제1 인덕터(141, 142)를 포함하고, 상기 두 개의 제1 인덕터(141, 142)는 상기 제2 수용홈의 깊이 방향으로 2층으로 적층되고, 상기 제1 기판(120)의 일면과 와이어로 연결될 수 있다.
상기 제1 기판(120)은 타면에 상기 커패시터(130)와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 커넥터 및 상기 제1 인덕터(141, 142)와 전기적으로 연결되는 복수의 제2 커넥터를 포함할 수 있다.
이때, 상기 방열판은 상기 제1 커넥터 또는 제2 커넥터에 대응하는 영역에 관통홀을 포함할 수 있고, 상기 제1 커넥터 또는 제2 커넥터는 상기 관통홀을 통과하여 상기 메인 기판과 연결될 수 있다.
커패시터 모듈(100)은 메인 기판(241)과 별도의 제1 기판(120)을 포함하고, 제1 기판(120)을 통해 커패시터(130) 또는 인덕터(140)를 메인 기판(241)과 연결할 수 있다.
커패시터 모듈(100)은 도 7 내지 도 9와 같이, 방열판(230)의 일부 영역 하부에 배치되어 위치가 고정되더라도, 제1 기판(120)의 제1 커넥터 또는 제2 커넥터를 통해 메인 기판(241)과 연결됨으로써 커패시터(130) 또는 인덕터(140)의 메인 기판(241)과의 연결위치가 제한적이지 않고 다양한 위치로 변경이 가능하다. 이를 통해, 메인 기판(241)에 배치되는 소자의 배치에도 설계의 자유도가 높아질 수 있다. 또한, 커패시터 모듈(100)이 방열판(230)의 외부에서 결합됨으로써 하우징 내 공간을 확보할 수 있어, 메인 기판(241)을 복층으로 구현하는데 충분한 공간을 확보할 수 있다.
또한, 커패시터 모듈(100)을 별도의 모듈로 분리하여 체결결합함으로써 하우징 외부에서 방열이 가능하여 효율적인 방열이 가능하고, 커패시터 무게에 대한 안정적인 지지가 가능하다.
인덕터 모듈(250)은 방열판(230)의 외면의 다른 일부 영역에 배치될 수 있다. 인덕터 모듈(250)은 커패시터 모듈(100)과 이격되어 배치될 수 있고, 이격됨으로써 서로 발생하는 열이 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 인덕터 모듈(250)은 내부에 제2 인덕터(252)가 배치되는 제3 수용홈을 포함하는 제3 하우징(251) 및 상기 제3 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 제2 인덕터(252)를 포함할 수 있다. 인덕터 모듈(250)은 인버터 사이드 인덕터를 포함할 수 있고, 인덕터 모듈(250)에 배치되는 제2 인덕터(252)는 커패시터 모듈(100)의 제2 수용홈(112)에 배치되는 인덕터(140)와 상이한 인덕터이다. 이때, 제2 인덕터(252)는 복수의 제2 인덕터를 포함하고, 복수의 제2 인덕터(252)는 도 10과 같이, 적층이 아닌 일렬로 세워져 인덕터 모듈(250)에 배치될 수 있다. 인덕터 모듈(250)은 별도의 방열 구조를 가질 수 있다. 서로 다른 3 방향으로 방열이 이루어지도록 커패시터 모듈(100)과 같이, 제1 내지 제3 방열핀을 포함할 수 있다. 제1 하우징(210) 외부에 제2 인덕터(252)를 배치시킴으로써 효율적인 방열이 가능하다.
커패시터 모듈(100) 또는 인덕터 모듈(250)은 방열판(230)과 체결부를 통해 결합될 수 있고, 방열판(230)은 제1 하우징(210)과 체결부를 통해 결합될 수 있다. 커패시터 모듈(100) 또는 인덕터 모듈(250)은 방열판(230) 및 제1 하우징(210)과 체결부를 통해 결합될 수도 있다. 이때, 볼트 결합할 수 있다. 이를 위하여, 커패시터 모듈(100) 또는 인덕터 모듈(250)의 방열판(230)과 접하는 면에는 결합홀이 형성되고, 결합홀에 대응하는 방열판(230)의 위치에는 결합홈이 형성될 수 있다. 결합홈은 방수를 위하여 뚫려있지 않고, 나사산이 형성된 홈으로 형성되고, 인덕터 방열 모듈인버터 모듈(200)의 결합홀을 통과하여 삽입되는 볼트와 결합될 수 있다. 결합시 방수 방진을 위하여, 실링부재 등 실링구조가 형성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 커패시터 모듈(100)의 제1 기판(120)은 메인 기판(241)과 방열판(230)의 관통홀을 통과하여 연결되는데, 이때, 커패시터 모듈(100)의 제1 커넥터 또는 제2 커넥터는 SMD 스페이서, 와이어 커넥터, 및 버스바 단자대 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 11 및 도 12와 같이, 제1 커넥터 또는 제2 커넥터는 SMD 스페이서(151)로 형성될 수 있다. 내부에 빈 공간이 형성되는 SMD 스페이서(151)로 제1 기판(120)과 메인 기판(241)의 연결을 지지하고, SMD 스페이서(151)를 관통하는 버스바(BusBar) 또는 하네스(Harness)를 통해 연결할 수 있다. SMD 스페이서(151)를 이용하는 경우, 별도의 관통홀(231)이 형성되지 않을 수 있다.
또는, 도 13 및 도 14와 같이, 제1 커넥터 또는 제2 커넥터는 와이어 커넥터(152)로 형성될 수 있다. 내부에 와이어 관통홀이 형성되는 와이어 커넥터(152)로 방열판(230)의 관통홀(231)을 통과하여 제1 기판(120)과 메인 기판(241)의 연결을 지지하고, 와이어 커넥터(152)를 관통하는 와이어를 통해 연결할 수 있다.
또는, 도 15 및 도 16과 같이, 제1 커넥터 또는 제2 커넥터는 버스바 단자대(153)로 형성될 수 있다. 메인 기판(241)과 제1 기판(120)에 각각 버스바 단자대(153)를 배치하고, 방열판(230)의 관통홀(231)을 버스바(153)로 통과하고, 나사(155)로 고정함으로써 버스바(153)를 통해 연결할 수 있다.
이외에 다양한 방식으로 별도의 기판인 제1 기판(120)과 메인 기판(241)을 연결할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (18)

  1. 내부에 커패시터가 배치되는 수용홈을 포함하는 하우징;
    상기 수용홈 상부에 배치되는 기판; 및
    상기 기판의 일면에 실장되고, 상기 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 커패시터 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 타면에 상기 커패시터와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 커넥터가 배치되는 커패시터 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터는 링크(Link) 커패시터를 포함하는 커패시터 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈 외면으로부터 연장되는 복수의 방열핀을 포함하는 커패시터 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈은,
    베이스;
    상기 베이스로부터 연장되고 서로 마주보는 제1 측벽과 제2 측벽; 및
    상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽과 수직이고 서로 마주보는 제3 측벽과 제4 측벽을 포함하는 커패시터 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈은,
    상기 커패시터가 내부에 수용되는 제1 수용홈; 및
    내부에 인덕터가 배치되고, 상기 제1 수용홈과 이격되는 제2 수용홈을 포함하고,
    상기 기판의 일면과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 커패시터 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 수용홈은,
    베이스; 및
    상기 베이스로부터 연장되고, 원형인 제5 측벽을 포함하는 커패시터 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 인덕터는 두 개의 인덕터를 포함하고,
    상기 두 개의 인덕터는 상기 제2 수용홈의 깊이 방향으로 2층으로 적층되고,
    상기 기판의 일면과 와이어로 연결되는 커패시터 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기판은 타면에 상기 인덕터와 전기적으로 연결되는 복수의 제2 커넥터가 배치되는 커패시터 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈에는 커패시터 또는 인덕터가 수용되어 몰딩되는 커패시터 모듈.
  11. 제1홀을 포함하는 베이스를 포함하고, 내부에 메인 기판이 배치되는 제1 하우징;
    상기 제1 하우징을 덮는 커버;
    상기 제1홀에 대응되어 상기 제1 하우징과 결합되고, 외부 방향으로 연장되는 복수의 방열핀을 포함하는 방열판; 및
    상기 방열판의 외면의 일부 영역에 배치되는 커패시터 모듈을 포함하고,
    상기 커패시터 모듈은,
    내부에 커패시터가 배치되는 수용홈을 포함하는 제2 하우징;
    상기 수용홈 상부에 배치되는 제1 기판; 및
    상기 제1 기판의 일면에 실장되고, 상기 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 인버터 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 기판은 타면에 상기 커패시터와 전기적으로 연결되는 복수의 제1 커넥터가 배치되고,
    상기 방열판은 상기 복수의 제1 커넥터에 대응하는 영역에 관통홀을 포함하는 인버터 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 제1 커넥터는 상기 관통홀을 통과하여 상기 메인 기판과 연결되는 인버터 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 커넥터는 SMD 스페이서, 와이어 커넥터, 및 버스바 단자대 중 적어도 하나를 포함하는 인버터 모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 메인 기판은 제1 메인 기판 및 상기 제1 메인 기판과 이격되어 적층되는 제2 메인 기판을 포함하는 인버터 모듈.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 커패시터 모듈의 수용홈은,
    상기 커패시터가 내부에 수용되는 제1 수용홈; 및
    내부에 인덕터가 배치되고, 상기 제1 수용홈과 이격되는 제2 수용홈을 포함하고,
    상기 기판의 일면과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 제1 인덕터를 포함하는 인버터 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 인덕터는 두 개의 제1 인덕터를 포함하고,
    상기 두 개의 제1 인덕터는 상기 제2 수용홈의 깊이 방향으로 2층으로 적층되고,
    상기 제1 기판의 일면과 와이어로 연결되는 커패시터 모듈.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 방열판의 외면의 다른 일부 영역에 배치되는 인덕터 모듈을 포함하고,
    상기 인덕터 모듈은,
    내부에 제2 인덕터가 배치되는 제3 수용홈을 포함하는 제3 하우징; 및
    상기 제3 수용홈에 수용되는 적어도 하나의 제2 인덕터를 포함하는 인버터 모듈.
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