KR20240036779A - 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 dc-dc 컨버터 장치 - Google Patents

자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 dc-dc 컨버터 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20240036779A
KR20240036779A KR1020220115158A KR20220115158A KR20240036779A KR 20240036779 A KR20240036779 A KR 20240036779A KR 1020220115158 A KR1020220115158 A KR 1020220115158A KR 20220115158 A KR20220115158 A KR 20220115158A KR 20240036779 A KR20240036779 A KR 20240036779A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
main body
body case
power
circuit
rectifier
Prior art date
Application number
KR1020220115158A
Other languages
English (en)
Inventor
김성회
김상원
정상원
Original Assignee
우리산업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 우리산업 주식회사 filed Critical 우리산업 주식회사
Priority to KR1020220115158A priority Critical patent/KR20240036779A/ko
Publication of KR20240036779A publication Critical patent/KR20240036779A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01—Resonant DC/DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20127—Natural convection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명은 2개의 컨버터 회로를 병렬로 구성하여, 2개의 1차 스위칭부 및 2차 정류부의 기판을 본체 케이스의 양측면에 대향하여 배치하고, 공진부의 인덕터와 변압부의 트랜스포머를 본체 케이스의 중앙에 배치하고, 기판이 대향된 본체 케이스의 양측면에 방열핀을 형성하는, 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로서, 본체 케이스; 상기 제1 스위칭부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 일 측면 내부에 설치되는 제1 스위칭부 조립체; 상기 제1 정류부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 일 측면 내부에 설치되는 제1 정류부 조립체; 상기 제2 스위칭부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 타 측면 내부에 설치되는 제2 스위칭부 조립체; 상기 제2 정류부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 타 측면 내부에 설치되는 제2 정류부 조립체; 상기 제1 및 제2 공진부의 인덕터로서, 상기 본체 케이스의 내부 중앙에 설치되는 인덕터; 및, 상기 제1 및 제2 공진부의 트랜스포머로서, 상기 본체 케이스의 내부 중앙에 설치되는 트랜스포머를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 장치에 의하여, 2개의 컨버터 회로를 병렬로 구성하여 2개의 회로 기판을 본체 케이스의 양측면에 배치함으로써, 각 회로 기판에서의 전력 크기를 1/2로 낮추어 방열량을 줄여 케이스 양측면으로 방열을 분산시킬 수 있다.

Description

자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치 { A DC-DC converter device for common power control for high-voltage hydrogen fuel cell vehicles and electric vehicles with fanless air cooling function }
본 발명은 2개의 컨버터 회로를 병렬로 구성하여, 2개의 1차 스위칭부 및 2차 정류부의 기판을 본체 케이스의 양측면에 대향하여 배치하고, 공진부의 인덕터와 변압부의 트랜스포머를 본체 케이스의 중앙에 배치하고, 기판이 대향된 본체 케이스의 양측면에 방열핀을 형성하는, 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 수소연료전지차 및 전기자동차는 상용의 전원으로부터 충전받은 전기 에너지를 동력원으로 사용하는 자동차를 의미한다. 이를 위해 수소연료전지차 및 전기자동차는 수소를 이용하여 전력을 충전 발생시키는 연료전지 및 상용의 전원으로 충전되는 메인 배터리와, 메인 배터리에 의해 구동되는 다수의 차량용 기기들을 포함할 수 있다.
그런데 연료전지차 및 전기 자동차 충전을 위해 수소 전력 발생 및 상용 전원으로부터 충전되어 차량 배터리에서 공급되는 전류는 높은 효율 확보를 위해 매우 높은 전압을 가진다. 이에 연료전지차 및 전기 자동차는 상용 전원 높은 전압을 적용의 안정성을 위해 차량 운전자의 근접 부품 전력 공급을 위하여 낮은 전압으로의 변환이 필요하다. 연료전지차 및 전기 자동차에 구비된 다양한 부가 기기들의 동력원으로 공급될 수 있다. 따라서 부가 부품 구동을 위해 최대 800V의 전압을 가지는 반면, 전기 자동자의 부가 기기들은 통상적으로 48V 전압의 전류를 사용한다. 따라서 메인 배터리의 전력을 부가 기기들의 동력원으로 사용하기 위해서는 별도의 DC-DC 컨버터가 요구된다.
한편, DC-DC 컨버터는 입력된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 스위칭 회로 등 고전압 1차 회로, 변환된 교류 전류를 다른 전압의 교류 전류로 변압하는 트랜스포머 등 변압 회로, 변압된 교류 전류를 정류하여 다시 직류 전류로 변환하는 정류 회로 등 저전압 2차 회로로 구성된다.
이때, 각종 파워 소자들에 파워 손실이 발생하게 되고 이는 발열로 이어진다. 특히, 파워 모듈로서 MOSFET으로 구성된 스위칭 회로나, 정류를 위한 정류 다이오드 등에서 발열이 많이 발생된다.
이와 같이 DC-DC 컨버터에서 발생되는 발열을 냉각하기 위한 기술들이 제시되고 있다. 일례로서, DC-DC 컨버터의 하우징에 냉각판 및 냉각 유로를 구비하는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 1]. 또는 DC-DC 컨버터의 내부에 냉각풍을 유도하기 위한 냉각 채널, 냉각팬 등을 구비하는 기술도 제시되고 있다[특허문헌 2]. 또한, 방열판, 발열소자 등을 별도로 구비하는 기술도 제시되고 있다[특허문헌 3]. 그러나 상기 선행기술들은 냉각 유로 또는 냉각풍을 유도하기 위한 동력을 이용하거나, 냉각을 위하여 복잡한 구조를 구성해야 하는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2018-0077014호(2018.07.06.공개) 한국등록특허 제10-0872661호(2008.12.10.공개) 한국등록특허 제10-2437998호(2022.08.30.공개)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2개의 컨버터 회로를 병렬로 구성하여, 2개의 1차 스위칭부 및 2차 정류부의 기판을 본체 케이스의 양측면에 대향하여 배치하고, 공진부의 인덕터와 변압부의 트랜스포머를 본체 케이스의 중앙에 배치하고, 기판이 대향된 본체 케이스의 양측면에 방열핀을 형성하는, 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 높은 부품 밀집도를 갖고 공간 확보를 위해 2개의 페이즈(phase)로 구성되어야 하는 자연 공냉 냉각 방식을 요구하는 시스템에 대하여 적용된다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로서, 입력 직류 전원과 출력 직류 전원 사이에 병렬로 연결된 제1 컨버터 회로와 제2 컨버터 회로를 포함하는 회로 구성을 가지고, 상기 제1 컨버터 회로는 상기 입력 직류 전원을 1차측 교류 전원으로 변환하는 제1 스위칭부, 인덕터와 커패시터로 구성되는 제1 공진부, 상기 1차측 교류 전원을 변압하여 2차측 교류 전원을 출력하는 제1 변압부, 상기 2차측 교류 전원을 정류하여 상기 출력 직류 전원을 출력하는 제1 정류부로 구성되고, 상기 제2 컨버터 회로는 상기 입력 직류 전원을 1차측 교류 전원으로 변환하는 제2 스위칭부, 인덕터와 커패시터로 구성되는 제2 공진부, 상기 1차측 교류 전원을 변압하여 2차측 교류 전원을 출력하는 제2 변압부, 상기 2차측 교류 전원을 정류하여 상기 출력 직류 전원을 출력하는 제2 정류부로 구성되고, 상기 장치는, 본체 케이스; 상기 제1 스위칭부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 일 측면 내부에 설치되는 제1 스위칭부 조립체; 상기 제1 정류부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 일 측면 내부에 설치되는 제1 정류부 조립체; 상기 제2 스위칭부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 타 측면 내부에 설치되는 제2 스위칭부 조립체; 상기 제2 정류부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 타 측면 내부에 설치되는 제2 정류부 조립체; 상기 제1 및 제2 공진부의 인덕터로서, 상기 본체 케이스의 내부 중앙에 설치되는 인덕터; 및, 상기 제1 및 제2 공진부의 트랜스포머로서, 상기 본체 케이스의 내부 중앙에 설치되는 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로서, 상기 본체 케이스의 양측면은 방열판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로서, 상기 방열판의 외부면에는 다수의 방열핀을 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로서, 상기 제1 및 제2 스위칭부 조립체와, 상기 제1 및 제2 정류부 조립체는 그 밑면이 상기 본체 케이스의 양측면과 대향하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로서, 상기 인덕터와 상기 트랜스포머는 상기 본체 케이스의 중앙 내부에 길이 방향으로 나란히 배치되고, 상기 제1 및 제2 스위칭부 조립체는 상기 인덕터를 중심으로 양측에 대향하여 설치되고, 상기 제1 및 제2 정류부 조립체는 상기 트랜스포머를 중심으로 양측면에 대향하여 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 관한 것으로서, 상기 제1 및 제2 스위칭부 조립체는 각각 상기 제1 및 제2 공진부의 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 의하면, 2개의 컨버터 회로를 병렬로 구성하여 2개의 회로 기판을 본체 케이스의 양측면에 배치함으로써, 각 회로 기판에서의 전력 크기를 1/2로 낮추어 방열량을 줄여 케이스 양측면으로 방열을 분산시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 의하면, 발열이 상대적으로 많은 스위칭부와 정류부의 PCB 기판을 케이스 방열판에 대향시켜 방열 면적을 극대화 하고 인덕터와 트랜스포머의 적은 방열을 PCB기판 또는 케이스를 통해 방열시킴으로써, 각 전력 소자의 발열량에 따라 방열 면적을 효율적으로 배분할 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 DC-DC 컨버터에 대한 회로도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 회로 구성에 대한 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 외부 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 PCB 조립체가 본체 케이스에 조립된 상태를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 내부 사시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 전선연결단자의 사시도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명에서 사용되는 DC-DC 컨버터의 회로 구조에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1a 또는 도 1b에서 보는 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 DC-DC 컨버터의 회로는 1차 전원부(10), 스위칭부(20), 공진부(30), 변압부(40), 정류부(50), 및, 2차 전원부(60)로 구성된다.
먼저, 1차 전원부(10)는 입력되는 직류 전원이다. 직류 전원은 메인 배터리의 충전을 위해 입력되는 직류 전원, 또는, 메인 배터리로부터 공급받는 직류 전원일 수 있다. 특히, 전자의 경우, 1차 전원부(10)로 입력되는 직류 전원은 상용 전원의 교류 전원으로부터 변환된 직류 전원일 수 있으며, 사용되는 상용 전원의 전압에 따른 전압을 가진다. 바람직하게는, 1차 전원부(10)의 입력 전원은 528~824V의 전압을 가진다.
다음으로, 스위칭부(20)는 입력되는 직류 전원을 온/오프 스위칭하는 스위칭 소자 S1, S2를 구비하여, 입력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다. 바람직하게는, 도 1a와 같이, 스위칭 소자는 하프 브릿지 형태로 2개로 구성되거나, 도 1b와 같이, 풀 브릿지 형태로 4개로 구성될 수도 있다.
바람직하게는, 스위칭 소자는 MOSFET 등 반도체 소자로 구성된다. 즉, 스위칭부(20)의 스위칭 회로는 PCB 기판 상에 반도체 소자를 집적하여 PCB 조립체로 구현될 수 있다. 스위칭 회로는 고압의 직류 전원을 온/오프 하므로 발열이 가장 많이 발생한다.
다음으로, 공진부(30)는 인덕터(inductor) Lr, Lm와 커패시터(capacitor) Cr를 가지는 공진 회로로 구성된다. 공진 회로의 공진 주파수에 따라 교류 전원의 주파수가 변환된다. 특히, 인덕터는 도선을 둥글게 권선한 코일 모양으로 실시된다. 따라서 인덕터는 권선한 코일의 크기 만큼 부피를 갖는다.
다음으로, 변압부(40)는 트랜스포머 T1으로 구성되어, 1차측 교류 전원을 변압하여 2차측 교류 전원으로 출력한다. 출력 전압은 트랜스포머의 1차측 권선과 2차측 권선의 비율에 따라 결정된다. 바람직하게는, 트랜스포머 T1의 2차측 권선은 2개의 권선으로 구성되어, 서로 다른 2개의 전압을 가지는 교류 전원으로 출력시키도록 구성될 수 있다.
변압부(40)는 트랜스포머 T1은 철심 등에 도선을 권선한 코일 모양으로 실시된다. 따라서 트랜스포머 T1는 철심 및 권선한 코일의 크기 만큼 부피를 갖는다.
다음으로, 정류부(50)는 다이오드 D1, D2 등으로 구성되어, 변압된 2차 교류 전원을 정류하여 2차측 직류 전원을 출력한다. 또한, 정류를 위한 스위치 소자 등을 선택 적용할 수 있다. 다이오드 D1, D2 등은 반도체 소자로 구성되어, PCB 기판 상에 집적될 수 있다. 따라서 정류부(50)의 정류 회로는 PCB 조립체로 구현될 수 있다.
또한, 2차 전원부(60)는 정류된 2차 직류 전원이 출력되어 공급된다. 2차 전원부(60)에서 출력되는 전원은 적어도 1개이다. 2차 직류 전원은 강압된 전압을 가지며, 바람직하게는, 40~50V(정격 48V)를 가진다. 또한, 바람직하게는, 출력되는 정격 전력(Pout)은 4kW이다.
본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치(100)의 회로 구성을 도 2를 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터 장치의 회로는 2개 컨버터 회로를 병렬로 구성한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치(100)는 제1 컨버터 회로(100a)와 제2 컨버터 회로(100b) 등 2개의 컨버터 회로로 구성되고, 제1 및 제2 컨버터 회로(100a,100b)는 병렬로 연결된다.
또한, 제1 컨버터 회로(100a)와 제2 컨버터 회로(100b)의 전단 및 후단에는 각각 1차 전원부(10) 및 2차 전원부(60)가 연결된다. 1차 전원부(10)는 입력되는 직류 전원이고, 2차 전원부(10)는 출력되는 직류 전원이며 1개 이상의 출력 전원을 갖는다. 제1 및 제2 컨버터 회로(100a,100b)는 1차 전원부(10) 및 2차 전원부(60) 사이에 병렬로 연결되므로, DC-DC 컨버터 장치(100)의 출력 전력은 제1 및 제2 컨버터 회로(100a,100b)의 출력 전원의 합과 같다.
제1 및 제2 컨버터 회로(100a,100b)는 동일한 회로 구성을 가지며, 동일한 전력 용량을 가진다. 따라서 제1 및 제2 컨버터 회로(100a,100b) 각각의 정격 전력은 전체 DC-DC 컨버터 장치의 정격 전력의 1/2를 갖는다. 즉, DC-DC 컨버터 장치를 2개의 컨버터 회로(100a,100b)로 분할함으로써, 각 컨버터 회로(100a,100b)의 정격 전력을 1/2로 줄일 수 있다. 이를 통해, 각 컨버터 회로(100a,100b)에서 발생되는 발열을 1/2로 줄일 수 있다.
한편, 제1 컨버터 회로(100a)는 스위칭 소자를 구비하여 입력된 직류 전원을 교류 전원(또는 1차측 교류 전원)으로 변환하는 제1 스위칭부(20a), 인덕터와 커패시터로 구성되는 제1 공진부(30a), 1차측 교류 전원을 변압하여 2차측 교류 전원을 출력하는 제1 변압부(40a), 변압된 2차측 교류 전원을 정류하여 2차측 직류 전원을 출력하는 제1 정류부(50a)로 구성된다.
특히, 제1 스위칭부(20a), 제1 공진부(30a), 제1 변압부(40a), 및, 제1 정류부(50a) 각각은 앞서 도 1을 참조하여 설명한 스위칭부(20), 공진부(30), 변압부(40), 정류부(50)의 구성과 동일하다.
또한, 제2 컨버터 회로(100b)는 스위칭 소자를 구비하여 입력된 직류 전원을 교류 전원(또는 1차측 교류 전원)으로 변환하는 제2 스위칭부(20b), 인덕터와 커패시터로 구성되는 제2 공진부(30b), 1차측 교류 전원을 변압하여 2차측 교류 전원을 출력하는 제2 변압부(40b), 변압된 2차측 교류 전원을 정류하여 2차측 직류 전원을 출력하는 제2 정류부(50b)로 구성된다. 특히, 제2 컨버터 회로(100b)는 제1 컨버터 회로(100a)의 구성과 동일하다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치(100)의 구성에 대하여 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치(100)의 사시도이고, 도 4는 외부 사시도이고, 도 5는 내부 사시도이다. 또한, 도 6은 PCB 조립체가 본체 케이스에 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 DC-DC 컨버터 장치(100)는 본체 케이스(101), 입력전원 라인(110), 출력전원 라인(160), 방열판(170), 제1 및 제2 스위칭부 조립체(120a,120b), 제1 및 제2 정류부 조립체(150a,150b), 인덕터(131), 트랜스포머(141), 및, 방열판(170) 등으로 구성된다.
먼저, 본체 케이스(101)는 통상의 전력장치 케이스이다.
입력전원 라인(110)은 입력 직류 전원의 전원 라인으로서, 본체 케이스(101)의 상부면(102)을 관통하여 설치된다. 또한, 출력전원 라인(160)은 출력 직류 전원의 전원 라인으로서, 본체 케이스(101)의 하부면(103)을 관통하여 설치된다.
또한, 본체 케이스(101)의 양측면에는 방열판(170)이 설치된다. 방열판(170)은 본체 케이스(101)의 양측면으로 형성될 수 있다. 즉, 방열 기능을 가진 판재로 본체 케이스(101)의 양측면을 형성할 수 있다.
또한, 도 4에서 보는 바와 같이, 방열판(170)의 외부면에는 다수의 방열핀(171)이 형성될 수 있다. 바람직하게는 방열핀(171)은 방열판(170)의 외부면에 돌출되어 형성된다. 특히, 방열핀(171)은 길이 방향으로 돌출되고 상하 방향(서로 직각 방향)으로 일정한 간격으로 다수 개가 설치될 수 있다.
또한, 제1 스위칭부 조립체(120a)는 DC-DC 컨버터 장치(100)의 제1 스위칭부(20a)의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체이며, 본체 케이스(101)의 일측면 내부에 설치된다. 특히, 제1 스위칭부 조립체(120a)의 윗면에 스위칭 소자 등 반도체 소자 등이 설치된다. 또한, 바람직하게는, 제1 스위칭부 조립체(120a)는 제1 공진부(30a)의 커패시터를 구비한다.
바람직하게는, 도 5에서 보는 바와 같이, 제1 스위칭부 조립체(120a)의 밑면이 본체 케이스(101)의 일측면을 대향하도록 설치된다. 또한, 본체 케이스(101)의 일측면에 가능한 밀착하도록 설치된다. 또한, 본체 케이스(101)의 양측면은 방열판(170)으로 형성되므로, 제1 스위칭부 조립체(120a)는 그 밑면이 방열판(170)과 대향되도록 설치된다.
특히, 도 5와 같이, 제1 스위칭 조립체(120a)는 본체 케이스(101)의 일측면의 상부측, 또는, 방열판(170)의 상부측에 대향되도록 설치된다. 즉, 제1 스위칭 조립체(120a)는 본체 케이스(101)의 일측면 중에서, 입력라인(110)이 설치되는 상부면(102) 측에 설치된다.
또한, 제1 정류부 조립체(150a)는 DC-DC 컨버터 장치(100)의 제1 정류부(50a)의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체이며, 본체 케이스(101)의 일측면 내부에 설치된다. 특히, 제1 정류부 조립체(150a)의 윗면에 다이오드 등 반도체 소자 등이 설치된다.
바람직하게는, 도 5와 같이, 제1 정류부 조립체(150a)는 제1 스위칭 조립체(120a)가 설치되는 본체 케이스(101)의 측면과 동일한 측면에 설치된다. 특히, 제1 정류부 조립체(150a)는 본체 케이스(101)의 일측면의 하부측, 또는, 방열판(170)의 하부측에 대향되도록 설치된다. 즉, 제1 정류부 조립체(150a)는 본체 케이스(101)의 일측면 중에서, 출력라인(160)이 설치되는 케이스 하부면(103) 측에 설치된다.
바람직하게는, 도 5와 같이, 제1 정류부 조립체(150a)의 밑면이 본체 케이스(101) 또는 방열판(170)의 일측면을 대향하도록 설치된다. 또한, 본체 케이스(101)의 측면에 가능한 밀착하도록 설치된다. 또한, 본체 케이스(101)의 양측면은 방열판(170)으로 형성되므로, 제1 정류부 조립체(150a)는 그 밑면이 방열판(170)과 대향되도록 설치된다.
한편, 제1 스위칭 조립체(120a)와 제1 정류부 조립체(150a)는 서로 독립된 PCB 기판 상에 설치되어 서로 독립된 조립체로 구현되거나, 2개의 조립체(120a,150a)가 하나의 PCB 조립체로 구현될 수 있다.
또한, 제2 스위칭부 조립체(120b)는 DC-DC 컨버터 장치(100)의 제2 스위칭부(20b)의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체이며, 본체 케이스(101)의 타 측면 내부에 설치된다. 특히, 제2 스위칭부 조립체(120b)의 윗면에 스위칭 소자 등 반도체 소자 등이 설치된다. 또한, 바람직하게는, 제2 스위칭부 조립체(120b)는 제2 공진부(30b)의 커패시터를 구비한다.
바람직하게는 제2 스위칭부 조립체(120b)의 밑면이 본체 케이스(101)의 타 측면을 대향하도록 설치된다. 또한, 본체 케이스(101)의 타 측면에 가능한 밀착하도록 설치된다. 또한, 본체 케이스(101)의 양측면은 방열판(170)으로 형성되므로, 제2 스위칭부 조립체(120b)는 그 밑면이 방열판(170)과 대향되도록 설치된다.
특히, 제2 스위칭부 조립체(120b)는 본체 케이스(101)의 타 측면의 상부측, 또는, 방열판(170)의 상부측에 대향되도록 설치된다. 즉, 제2 스위칭부 조립체(120b)는 본체 케이스(101)의 타 측면 중에서, 입력라인(110)이 설치되는 상부면(102) 측에 설치된다.
또한, 제2 정류부 조립체(150b)는 DC-DC 컨버터 장치(100)의 제2 정류부(50b)의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체이며, 본체 케이스(101)의 타 측면 내부에 설치된다. 특히, 제2 정류부 조립체(150b)의 윗면에 다이오드 등 반도체 소자 등이 설치된다.
바람직하게는, 제2 정류부 조립체(150b)는 제2 스위칭 조립체(120b)가 설치되는 본체 케이스(101)의 측면과 동일한 측면에 설치된다. 특히, 제2 정류부 조립체(150b)는 본체 케이스(101)의 타 측면의 하부측, 또는, 방열판(170)의 하부측에 대향되도록 설치된다. 즉, 제2 정류부 조립체(150b)는 본체 케이스(101)의 타 측면 중에서, 출력라인(160)이 설치되는 케이스 하부면(103) 측에 설치된다.
바람직하게는, 제2 정류부 조립체(150b)의 밑면이 본체 케이스(101) 또는 방열판(170)의 타 측면을 대향하도록 설치된다. 또한, 본체 케이스(101)의 측면에 가능한 밀착하도록 설치된다. 또한, 본체 케이스(101)의 양측면은 방열판(170)으로 형성되므로, 제2 정류부 조립체(150b)는 그 밑면이 방열판(170)과 대향되도록 설치된다.
즉, 제2 스위칭 조립체(120b)와 제2 정류부 조립체(150b)는 앞서 제1 스위칭 조립체(120a)와 제1 정류부 조립체(150a)와 같은 형태로 설치된다.
한편, 제2 스위칭 조립체(120b)와 제2 정류부 조립체(150b)는 서로 독립된 PCB 기판 상에 설치되어 서로 독립된 조립체로 구현되거나, 2개의 조립체(120b,150b)가 하나의 PCB 조립체로 구현될 수 있다.
또한, 도 6에서 보는 바와 같이, 인덕터(131)는 DC-DC 컨버터 장치(100)의 제1 또는 제2 공진부(30a,30b)의 인덕터이며, 본체 케이스(101)의 내부 수용부의 중앙에 설치된다. 특히, 인덕터(131)는 제1 및 제2 공진부(30a,30b) 각각에 포함되는 2개의 인덕터로 구성된다. 바람직하게는, 인덕터(131)는 본체 케이스(101)의 내부 수용부의 중앙 상부측, 또는, 제1 및 제2 스위칭부 조립체(120a,120b) 사이의 내부 공간에 설치된다. 즉, 제1 및 제2 스위칭부 조립체(120a,120b)는 인덕터(131)를 중심으로 양측면에 대향하여 설치된다.
또한, 도 6과 같이, 트랜스포머(141)는 DC-DC 컨버터 장치(100)의 제1 또는 제2 변압부(40a,40b)의 트랜스포머이며, 본체 케이스(101)의 내부 수용부의 중앙에 설치된다. 특히, 트랜스포머(141)는 제1 및 제2 변압부(40a,40b) 각각에 포함되는 2개의 트랜스포머로 구성된다. 바람직하게는, 트랜스포머(141)는 본체 케이스(101)의 내부 수용부의 중앙 하부측, 또는, 제1 및 제2 정류부 조립체(150a,150b) 사이의 내부 공간에 설치된다. 즉, 제1 및 제2 정류부 조립체(150a,150b)는 트랜스포머(141)를 중심으로 양측면에 대향하여 설치된다.
또한, 제1 및 제2 스위칭부 조립체(120a,120b), 제1 및 제2 정류부 조립체(150a,150b) 등 PCB 조립체 상에 다수의 전선연결단자(180)가 구비될 수 있다. 전선연결단자(180)는 인덕터(131) 및, 트랜스포머(141)와 제1 및 제2 스위칭부 조립체(120a,120b) 내의 회로와 연결하기 위한 단자이다. 전선연결단자(180)는 PCB 조립체(120a,120b,150a,150b)의 상에 설치된다.
또한, 도 7에서 보는 바와 같이, 전선연결단자(180)는 원통형 형상을 가지며, 원통형의 외주면 둘레에는 절연체(181)가 형성된다. 즉, 절연체(181)는 절연 물질로 형성된다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 1차 전원부
20a : 제1 스위칭부 20b : 제2 스위칭부
30a : 제1 공진부 30b : 제2 공진부
40a : 제1 변압부 40b : 제2 변압부
50a : 제1 정류부 50b : 제2 정류부
60 : 2차 전원부
100 : DC-DC 컨버터 장치 100a : 제1 컨버터 회로
100b : 제2 컨버터 회로 101 : 본체 케이스
102 : 상부면 103 : 하부면
110 : 입력라인 160 : 출력라인
120a : 제1 스위칭부 조립체 120b : 제2 스위칭부 조립체
131 : 인덕터 141 : 트랜스포머
150a : 제1 정류부 조립체 150b : 제2 정류부 조립체
170 : 방열판 171 : 방열핀
180 : 전선연결단자 181 : 절연체

Claims (6)

  1. 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치에 있어서,
    입력 직류 전원과 출력 직류 전원 사이에 병렬로 연결된 제1 컨버터 회로와 제2 컨버터 회로를 포함하는 회로 구성을 가지고,
    상기 제1 컨버터 회로는 상기 입력 직류 전원을 1차측 교류 전원으로 변환하는 제1 스위칭부, 인덕터와 커패시터로 구성되는 제1 공진부, 상기 1차측 교류 전원을 변압하여 2차측 교류 전원을 출력하는 제1 변압부, 상기 2차측 교류 전원을 정류하여 상기 출력 직류 전원을 출력하는 제1 정류부로 구성되고,
    상기 제2 컨버터 회로는 상기 입력 직류 전원을 1차측 교류 전원으로 변환하는 제2 스위칭부, 인덕터와 커패시터로 구성되는 제2 공진부, 상기 1차측 교류 전원을 변압하여 2차측 교류 전원을 출력하는 제2 변압부, 상기 2차측 교류 전원을 정류하여 상기 출력 직류 전원을 출력하는 제2 정류부로 구성되고,
    상기 장치는,
    본체 케이스;
    상기 제1 스위칭부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 일 측면 내부에 설치되는 제1 스위칭부 조립체;
    상기 제1 정류부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 일 측면 내부에 설치되는 제1 정류부 조립체;
    상기 제2 스위칭부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 타 측면 내부에 설치되는 제2 스위칭부 조립체;
    상기 제2 정류부의 회로를 PCB 기판 상에 조립한 PCB 조립체로서, 상기 본체 케이스의 타 측면 내부에 설치되는 제2 정류부 조립체;
    상기 제1 및 제2 공진부의 인덕터로서, 상기 본체 케이스의 내부 중앙에 설치되는 인덕터; 및,
    상기 제1 및 제2 공진부의 트랜스포머로서, 상기 본체 케이스의 내부 중앙에 설치되는 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 하는 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체 케이스의 양측면은 방열판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열판의 외부면에는 다수의 방열핀을 형성되는 것을 특징으로 하는 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭부 조립체와, 상기 제1 및 제2 정류부 조립체는 그 밑면이 상기 본체 케이스의 양측면과 대향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터와 상기 트랜스포머는 상기 본체 케이스의 중앙 내부에 길이 방향으로 나란히 배치되고,
    상기 제1 및 제2 스위칭부 조립체는 상기 인덕터를 중심으로 양측에 대향하여 설치되고,
    상기 제1 및 제2 정류부 조립체는 상기 트랜스포머를 중심으로 양측면에 대향하여 설치되는 것을 특징으로 하는 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위칭부 조립체는 각각 상기 제1 및 제2 공진부의 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 DC-DC 컨버터 장치.
KR1020220115158A 2022-09-13 2022-09-13 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 dc-dc 컨버터 장치 KR20240036779A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220115158A KR20240036779A (ko) 2022-09-13 2022-09-13 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 dc-dc 컨버터 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220115158A KR20240036779A (ko) 2022-09-13 2022-09-13 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 dc-dc 컨버터 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240036779A true KR20240036779A (ko) 2024-03-21

Family

ID=90472622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220115158A KR20240036779A (ko) 2022-09-13 2022-09-13 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 dc-dc 컨버터 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240036779A (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100872661B1 (ko) 2007-06-29 2008-12-10 현대자동차주식회사 디씨디씨 컨버터용 냉각장치
KR20180077014A (ko) 2016-12-28 2018-07-06 엘지이노텍 주식회사 Dc-dc 컨버터
KR102437998B1 (ko) 2015-05-27 2022-08-30 엘지이노텍 주식회사 디씨-디씨 컨버터

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100872661B1 (ko) 2007-06-29 2008-12-10 현대자동차주식회사 디씨디씨 컨버터용 냉각장치
KR102437998B1 (ko) 2015-05-27 2022-08-30 엘지이노텍 주식회사 디씨-디씨 컨버터
KR20180077014A (ko) 2016-12-28 2018-07-06 엘지이노텍 주식회사 Dc-dc 컨버터

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20040223351A1 (en) Power conversion apparatus and solar power generation system
Forest et al. Design of a 28 V-to-300 V/12 kW multicell interleaved flyback converter using intercell transformers
Gadelrab et al. LLC resonant converter with 99% efficiency for data center server
US20200267871A1 (en) Power converter
US20210344283A1 (en) Multiple-Switch Types Hybrid PEBB Power Converter
Cao et al. A Scalable Electronic-Embedded Transformer (EET), a New Concept toward Ultra-high-frequency High-power Transformer in DC-DC Converters
KR102512381B1 (ko) Dc-dc 컨버터
US5631815A (en) High voltage power supply
JP5318150B2 (ja) スイッチング電源装置
USRE47423E1 (en) Integrated power-converting module
US20200258675A1 (en) Hybrid transformer for dc/dc converter
KR20240036779A (ko) 자연 공냉각 기능을 구비한 고전압 수소연료전지차 및 전기차 공용 전력 제어용 dc-dc 컨버터 장치
JP5342623B2 (ja) スイッチング電源装置
JP2020022239A (ja) 電力変換装置
Nguyen et al. Active CDS-clamped L-type current-fed isolated DC-DC converter
JP2013188010A (ja) 絶縁型スイッチング電源装置
KR102536990B1 (ko) Dc-dc 컨버터
JP2002369528A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置
Korkh et al. Optimization and design of planar transformer for the high frequency link converter
CN111490674B (zh) 电源装置
Yelaverthi et al. CLLLC dual active bridge with novel insulation approach for SST applications
US20240128008A1 (en) Transformer of an electrical system for dc voltage conversion and for charging of batteries of a vehicle
JP7191256B1 (ja) トランス、電力変換装置、トランスの製品群、及びトランスの製造方法
EP4109725A1 (en) Multiple-switch types hybrid pebb power converter
US11855550B2 (en) Power supply module

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal