KR20220135867A

KR20220135867A - 반도체 차단기

Info

Publication number: KR20220135867A
Application number: KR1020210042104A
Authority: KR
Inventors: 송웅협; 심정욱; 강성희; 윤동진; 이재호
Original assignee: 엘에스일렉트릭(주)
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-07
Also published as: CN117121142A; EP4318520A1; JP2024509800A; WO2022211273A1

Abstract

본 발명은 반도체 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열성이 우수한 반도체 차단기에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기는 외함의 상부 공간에 구비되는 스위칭 유닛; 상기 상부 공간에 구비되고, 상기 스위칭 유닛의 전방부에 배치되는 에어갭 스위치(기계식 스위치); 상기 스위칭 유닛의 상부에 배치되는 전기회로부; 상기 외함의 하부 공간에 구비되고, 상기 스위칭 유닛의 하부에 결합되는 히트싱크; 상기 하부 공간에 구비되고, 상기 외함의 전면부에 배치되는 냉각팬;을 포함하여 구성된다.

Description

반도체 차단기{Solid State Circuit Breaker}

본 발명은 반도체 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열성이 우수한 반도체 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 차단기는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 반도체 스위치를 이용하여 회로를 차단하도록 고안된 차단기이다.

반도체 차단기는 전력기기에 사용되는 차단기에 반도체 스위치 소자를 적용하여 차단시간이 획기적으로 개선되고 구조가 단순화되는 장점이 있다. 또한, 반도체 차단기는 반도체 스위치의 전류 차단 특성을 이용하여 회로 차단을 수행하므로 차단시 아크가 발생하지 않아 아크 제거 기능이 필요하지 않는다. 따라서, 아크 소호부가 제거되어 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

반면에 반도체 스위치의 사용으로 저용량 차단기에 있어서는 제작비용이 커진다는 단점도 있다.

반도체 차단기는 신속한 차단이 요구되는 시스템에서 많이 사용된다. 일반적인 기계식 차단기의 경우, 차단 속도가 수 ~ 수백 ms 정도인데 비하여, 반도체 차단기의 차단 속도는 수십 μs정도로 훨씬 짧은 시간 안에 전류를 차단할 수 있다.

따라서, 전류 용량이 큰 배전반이나 사고 전류의 증가 속도가 빠른 직류 시스템 또는 안정적인 전류 공급 및 차단이 요구되는 ESS(Energy Storage System) 시스템 등에서 반도체 차단기가 적극 활용되는 추세이다. 최근 전기자동차 등에서 에너지로서 배터리를 사용하는 BESS(Battery Energy Storage System)이 폭넓게 사용되고 있다. 그런데, 최근 ESS 시스템에서 발화가 일어나는 점 등을 고려할 때, 발열을 고려한 안정적인 전류 공급을 위해 차단기의 중요성은 더 절실해지고 있다.

한편, 반도체 차단기는 반도체 스위칭 시 발생되는 전압에 의한 손상으로부터 반도체를 보호하기 위해 보호회로(Protection Circuit, Safety Circuit) 또는 보호소자(Safety Element)가 적용된다. 이러한 보호회로의 예로서 스너버 회로(Snubber Circuit)가 사용된다. 전력용 반도체 차단기에 있어서도 마찬가지로 스위칭 시 발생되는 전압을 낮추기 위해 스너버 회로와 같은 보호회로가 필요하다.

또한 시스템에 따라서는 보호소자로서 MOV(Metal Oxide Varistor)를 추가로 구성하는 경우도 있다. MOV는 서지(surge) 보호용으로 사용하는 부품의 하나로서, 서지로부터 전기전자 기기의 피해를 방지하기 위해 회로의 일부에 적용된다. MOV는 아연 산화물로 구성된 배리스터(Varistor)로 일정치 이상의 전위가 발생하면 전류가 흐르는 과도 전압 차단 소자이며, 이 소자의 적용에 따라 외로 내부 퓨즈가 필요 없게 된다.

이러한 반도체 차단기는 일반적으로 기계식 차단기 및 전자식 차단기의 복합 구조로 구성된다. 즉, 반도체 차단기는 반도체 스위치만으로 구성되지 않고 보조적으로 회로를 기계적으로(물리적으로) 연결을 끊기 위해 기계식 스위치(Air Gap Switch)를 포함하고 있다.

한편 반도체 차단기는 직류 전원 회로에 주로 적용된다. 이때, 직류 차단기는 전원과 부하의 위치를 설정하기 용이하다는 장점이 있다.

도 1에 도시되어 있듯이, 직류 차단기가 시스템 또는 회로 상에서 '부하(1) -> 직류 차단기(2) -> 전원(3)'의 순서로 배치되는 경우 (케이스 a) 전류는 도면상 우측에서 좌측으로 흐른다.

그리고, 직류 차단기가 시스템 또는 회로 상에서 '전원(3) -> 직류 차단기(2) -> 부하(1)'의 순서로 배치되는 경우 (케이스 b) 전류는 도면상 좌측에서 우측으로 흐른다.

더불어, 전류가 양방향으로 흐르는 회로 상에 직류 차단기를 설치하는 것도 가능하다 (케이스 c). 직류 차단기(2)의 전,후단에 제1 전원(4)과 제2 전원(5)이 구성되는 것이다. 여기서, 제1 전원(4) 또는 제2 전원(5)은 배터리로 구성될 수 있다.

도 2에는 반도체 차단기의 사시도가 도시되어 있다. 반도체 차단기는 스위칭 유닛(6)과 에어갭 스위치(7)를 포함한다. 여기서, 스위칭 유닛(6)은 전력 반도체 스위치를 포함하고, 에어갭 스위치는 기계식 스위치를 말한다. 스위칭 유닛(6)과 에어갭 스위치(7)의 하부에는 냉각을 위해 히트싱크(8)와 방열팬(9)이 구비된다.

그런데, 기계식 스위치(에어갭 스위치)는 차단시 접점부에서 고열이 발생한다. 따라서 주변에 열을 방출하므로 이에 대한 냉각이 필요하고 효율적인 냉각을 위한 구성이 필요하다.

한편, 이러한 방열성능은 반도체 차단기의 한정된 공간 내에서 효율적으로 이루어져야 한다. 가급적 반도체 차단기의 크기를 작게 하는 것이 바람직하므로 점유 공간은 작게 차지하면서 효율적인 방열 성능을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 유지 보수의 편의성도 고려하여야 한다. 스위칭 유닛, 에어갭 스위치 또는 히트 싱크 등의 구성 요소에 대한 유지 보수의 필요성을 감안하여 반도체 차단기가 제작되어야 한다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 효율적인 냉각 성능을 갖는 반도체 차단기를 제공하는 것이다.

또한, 직류 차단기가 점유공간을 작게 차지하도록 하면서 방열성을 개선하는 것이 목적이다.

또한, 구성요소들이 분리가 가능하도록 하여 유지보수에 유리하도록 하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기는 외함의 상부 공간에 구비되는 스위칭 유닛; 상기 상부 공간에 구비되고, 상기 스위칭 유닛의 전방부에 배치되는 에어갭 스위치(기계식 스위치); 상기 외함의 하부 공간에 구비되고, 상기 스위칭 유닛의 하부에 결합되는 히트싱크; 상기 하부 공간에 구비되고, 상기 외함의 전면부에 배치되는 냉각팬;을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 상부 공간과 하부 공간 사이에는 베이스 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 스위칭 유닛의 상부에 배치되는 전기회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스위칭 유닛, 에어갭 스위치, 전기회로부는 상기 베이스 플레이트의 상부에 착탈 가능하게 설치되고, 상기 히트싱크, 냉각팬은 상기 베이스 플레이트의 하부에 착탈 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외함에는, 후면 상부에 제1 통기홀이 형성되고, 후면 하부에 제2 통기홀이 형성되고, 전면 하부에 제3 통기홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스 플레이트의 주변부에는 상하통기홀이 다수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스 플레이트는 상기 에어갭 스위치보다 넓게 형성되고, 상기 상하통기홀은 상기 에어갭 스위치의 주변 또는 상기 냉각팬의 주변에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상하통기홀은 상기 베이스 플레이트의 전방부에 형성되고, 상기 베이스 플레이트의 후방부에는 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스 플레이트는 알루미늄(Al)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기에 의하면 스위칭 유닛과 에어갭 스위치의 하부에는 히트싱크가 구비되고, 더불어 냉각팬이 구비되어 냉각 효과가 크다.

여기서, 외함에는 베이스 플레이트가 구비되어 상부 공간과 하부 공간으로 구분되어 내부 구성요소를 2단으로 배치하여 상면에서 바라볼 때 차지하는 면적이 감소한다.

또한, 스위칭 유닛과 에어갭 스위치는 상부 공간에 배치되고, 히트 싱크와 냉각팬은 하부 공간에 배치되어 점유 공간을 효율적으로 구분한다.

또한, 베이스 플레이트에는 상하통기홀이 다수개 형성되어 상부 공간에 흐르는 공기와 하부 공간에 흐르는 공기가 교료하도록 하여 냉각 효과가 증대된다.

더욱이 상하통기홀은 베이스 플레이트의 전방부에만 형성되어 에어갭 스위치가 배치된 전방부로 공기가 흐르도록 하여 냉각 효과는 더욱 증대된다.

더불어, 스위칭 유닛과 에어갭 스위치는 베이스 플레이트의 상부에 착탈 가능하게 설치되고, 히트 싱크와 냉각팬은 베이스 플레이트의 하부에 착탈 가능하게 설치되어 유지보수가 용이하다.

도 1은 종래기술에 따른 직류 차단기의 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 반도체 차단기의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기의 사시도, 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 차단기의 측면도이다.
도 7은 도 6에서 상면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기의 흡기, 배기 상태를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 반도체 차단기에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

<제1 실시예>

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기의 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 내부 구성도가 단면도로 도시되어 있다. 도 5에는 회로 구성도가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기는 외함(10)의 상부 공간(S1)에 구비되는 스위칭 유닛(20); 상기 상부 공간(S1)에 구비되고, 상기 스위칭 유닛(20)의 전방부 또는 후방부에 배치되는 에어갭 스위치(기계식 스위치)(40); 상기 스위칭 유닛(20)의 상부에 배치되는 전기회로부(30); 상기 외함(10)의 하부 공간(S2)에 구비되고, 상기 스위칭 유닛(20)의 하부에 결합되는 히트싱크(50); 상기 하부 공간(S2)에 구비되고, 상기 외함(10)의 전면부에 배치되는 냉각팬(70);을 포함한다.

외함(10)은 대략적으로 직육면체의 상자 형태로 형성될 수 있다. 외함(10)은 외부와의 절연을 위하여 합성수지물 등의 절연재료로 제작될 수 있다. 외함(10)은 내부 구성요소들을 지지하고 외부로부터 보호한다.

외함(10)의 내부는 상부 공간(S1)과 하부 공간(S2)으로 나누어지는 2단 구성으로 구분된다.

외함(10)에는 전면 또는 후면에 통기홀이 형성된다. 도 3에는 외함의 후면 상부에 제1 통기홀(13)이 형성되고, 외함(10)의 후면 하부에 제2 통기홀(14)이 형성된 것이 도시되어 있다. 또한, 외함(10)의 전면 하부에는 제3 통기홀(15)이 형성될 수 있다.

먼저, 상부 공간(S1)에 배치되는 구성요소를 살펴보기로 한다.

상부 공간(S1)에 스위칭 유닛(switching unit)(20)이 배치된다. 스위칭 유닛(20)은 전력 반도체 스위치를 포함한다. 전력 반도체 스위치는 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor) 또는 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)등이 적용될 수 있다.

전력 반도체 스위치는 신속한 차단이 요구되는 시스템에서 많이 사용된다. 일반적인 기계식 차단기의 경우, 차단 속도가 수 ~ 수백 ms 정도인데 비하여, 반도체 차단기의 차단 속도는 수십 μs정도로 훨씬 짧은 시간 안에 전류를 차단할 수 있다.

따라서, 전류 용량이 큰 배전반이나 사고 전류의 증가 속도가 빠른 직류 시스템 또는 안정적인 전류 공급 및 차단이 요구되는 ESS(Energy Storage System) 시스템 등에 적용될 수 있다.

스위칭 유닛(20)의 상부에는 전기회로부(30)가 마련된다. 또는, 스위칭 유닛(20)이 전기회로부(30)의 일부에 설치될 수 있다.

전기회로부(30)는 게이트 드라이버(gate driver)(미도시), 제어기(controller)(33), 스너버(Snubber)(35), MOV(Metal Oxide Varistor)(37), TVS (Transient Voltage Suppressor) 등으로 구성된다.

게이트 드라이버는 스위칭 유닛(20)이 필요로 하는 전압을 제공한다. 이를 위해, 별도의 전원회로와 전류 버퍼를 구비할 수 있다. 게이트 드라이버를 구동 드라이버라고 하기도 한다.

또한, 게이트 트라이버는 고압전력회로와 저압 제어회로 사이의 신호를 전기적으로 절연해서 전달하는 역할도 한다. 따라서 게이트 드라이버는 반도체 스위치 구동을 위해 보다 안전하고 높은 신뢰성을 제공한다.

제어기(33)는 회로 내의 각 부를 연결하고 제어한다. 제어기(33)는 전류 센서(32)로부터 전달받은 전류 크기에 따라 과전류 또는 사고 전류를 판단하고, 이에 따라 스위칭 유닛(20)과 에어갭 스위치(40)를 작동시킬 수 있다. 제어기(33)는 제1 드라이버(34a)를 통해 에어갭 스위치(40)를 작동시키고, 제2 드라이버(34b)를 통해 스위칭 유닛(20)을 작동시킬 수 있다. (도 5 참조)

여기서, 전류 센서(32)는 주회로의 일부에 설치된다. 도 6에서 전류 센서(32)는 ①, ②, ③의 위치 어느 곳에나 배치될 수 있다. 즉, 전류 센서(32)는 에어갭 스위치(40)의 전단이나 후단, 또는 스위칭 유닛(20)의 전단이나 후단에 설치될 수 있다.

반도체 차단기의 경우, 반도체 스위칭 시 발생되는 고전압에 의한 손상으로부터 반도체 스위치를 보호하기 위해 보호회로(Protection Circuit, Safety Circuit) 또는 보호소자(Safety Element)가 적용된다. 이러한 보호회로의 예로서 스너버 회로(Snubber Circuit)가 사용된다. 보호회로는 반도체 차단기에 있어서 스위칭 시 발생되는 전압을 낮춤으로써 반도체 스위치를 보호하는 것이 보통이다.

스너버회로의 예로, 커패시터(C) 스너버, 저항-커패시터(RC) 스너버 및 충방전형(Charge-discharge type) 저항-커패시터-다이오드(RCD) 스너버 및 방전억제형(Discharge-suppressing type) 스너버 회로 등이 있을 수 있다.

또한, 시스템에 따라서는 보호소자로서 MOV(Metal Oxide Varistor)(37)를 추가로 구성하는 경우도 있다. MOV는 서지(surge) 보호용으로 사용하는 부품의 하나로서, 서지 전압으로부터 반도체 스위치에 발행하는 피해를 방지하기 위해 회로의 일부에 적용된다. MOV는 아연 산화물로 구성된 배리스터로 설정값 이상의 전위가 발생하면 전류가 흐르는 과도 전압 차단 소자이다. MOV 소자를 적용하는 경우 회로 내부에 별도로 퓨즈를 설치할 필요가 없게 된다.

위와 같은 보호 회로 또는 보호 소자들은 전기회로부(30)에 착탈될 수 있는 보호 모듈로 마련될 수 있다. 보호 소자가 보호 모듈로 독립 구성되는 경우 유지 보수에 용이하게 된다. 즉, 보호 모듈의 고장시 보호 모듈만 교체하면 된다.

에어갭 스위치(40)가 배치된다. 에어갭 스위치(40)는 기계적 스위치이다. 에어갭 스위치(40)는 고정 접점과 가동 점접으로 구성되는 접점부를 갖는 전통적인 형태의 기계식 스위치로 구성될 수 있다. 에어갭 스위치(40)는 통전시 가동 접점이 고정 접점에 연결되고, 차단시 가동 접점이 고정 접점으로부터 분리되어 회로의 연결을 기계적으로 끊는다. 직류 전류는 전류 영점(0 point)이 없어서, 회로 상에 소전류가 흐르는 경우 오히려 전류의 차단이 어려운 경우가 발생할 수 있는데, 이러한 경우 전류를 완전히 차단하기 위해서는 회로를 기계적으로 끊어야 할 필요가 있다.

에어갭 스위치(40)는 스위칭 유닛(20)의 전방부 또는 후방부에 배치된다. 여기서, 에어갭 스위치(40)는 전원(80) 측에 배치되는 것이 바람직하다. 이는 차단시 전원 인근에서 회로를 분리시켜 차단 유닛 기타 구성요소 및 부하(90)를 보호할 수 있기 때문이다.

그런데, 이러한 에어갭 스위치(40)의 접점부에서는 열이 많이 발생한다. 따라서, 에어갭 스위치(40) 및 스위칭 유닛(20)의 열을 냉각시키는 장치가 필요하다.

스위칭 유닛(20) 및 에어갭 스위치(40)의 하부에 히트싱크(50)가 마련된다. 히트싱크(50)는 공랭식 또는 수냉식으로 적용될 수 있다. 히트싱크(50)는 알루미늄(Al)이나 구리(Cu) 등 열 전도율이 우수하고 저렴한 재료로 제작될 수 있다.

히트싱크(50)는 다수의 핀(fin)이 돌출되어 공기와의 접촉면적을 증대시킨 형태로 형성될 수 있다.

외함(10)의 전면 또는 후면에는 냉각팬(70)이 구비된다. 냉각팬(70)은 공기의 흐름을 일으켜 외함 내부의 구성요소들이 공기에 의해 냉각되도록 한다. 냉각팬(70)은 도 8과 같이 외함(10)의 내부로부터 외부로 공기가 흐르도록 하여 외함(10) 내부의 열이 외부로 방출되도록 하거나, 도 9와 같이 외함(10)의 외부로부터 내부로 공기가 흐르도록 하여 외부의 찬 공기가 내부로 유입되도록 할 수 있다.

먼저 도 8에 도시된 경우, 즉 냉각팬(70)이 외함(10)의 내부로부터 외부로 공기가 흐르도록 작용하는 경우를 살펴보면 다음과 같다. 하부 공간(S2)에는 외함(10)의 후면에 형성된 제2 통기홀(14)을 통해 유입된 공기가 히트싱크(50)를 거쳐 냉각팬(70)을 통해 빠져나가는 흐름이 형성된다.

상부 공간(S1)에는 외함(10)의 후면에 형성된 제1 통기홀(13)을 통해 유입된 공기가 에어갭 스위치(40) 주변의 빈 공간을 통해 하부 공간(S2)으로 이동한 후 냉각팬(70)을 통해 빠져나가는 흐름이 형성된다.

외함(10) 내부의 열은 히트싱크(50) 및 냉각팬(70)에 의해 외함(10) 외부로 방출되므로 냉각 효과가 증대된다.

또한, 발열량이 많은 에어갭 스위치(40)는 냉각팬(70)에 의해 유입된 공기에 의해 직접적으로도 냉각이 이루어지므로 냉각 효과가 증대된다.

다음으로 도 9에 도시된 경우, 즉 냉각팬(70)이 외함(10)의 외부로부터 내부로 공기가 흐르도록 작용하는 경우를 살펴보면 다음과 같다. 하부 공간(S2)에는 외함(10)의 전면에 형성된 제3 통기홀(15)을 통해 유입된 공기 또는 냉각팬(70)에 의해 유입된 공기가 히트싱크(50)를 거쳐 외함(10) 후면의 제2 통기홀(14)을 통해 빠져나가는 흐름이 형성된다.

상부 공간(S1)에는 외함(10)의 전면에 형성된 제3 통기홀(15)을 통해 유입된 공기 또는 냉각팬(70)에 의해 유입된 공기가 에어갭 스위치(40) 주변의 빈 공간을 통해 상부 공간(S1)으로 이동한 후 외함(10)의 후면에 형성된 제1 통기홀(13)을 통해 빠져나가는 흐름이 형성된다.

외함(10) 내부의 열은 히트싱크(50) 및 냉각팬(70)에 의해 외함(10) 외부로 부터 유입된 공기에 의해 방열되므로 냉각 효과가 증대된다.

<제2 실시예>

도 6 또는 도 7을 참조하여 본 실시예를 설명하기로 한다. 본 실시예는 이전 실시예의 구성에 베이스 플레이트(60)가 추가된다. 추가된 구성에 의해 설명하는 부분을 제외하고는 이전 실시예의 설명 내용이 동일하게 적용될 수 있다.

베이스 플레이트(60)가 마련된다. 베이스 플레이트(60)는 외함(10)의 내부 에 상하로 중간 영역에 배치된다. 따라서, 베이스 플레이트(60)에 의해 외함의 내부는 상부 공간(S1)과 하부 공간(S2)으로 구분된다.

상부 공간(S1)에는 스위칭 유닛(20), 전기회로부(30), 에어갭 스위치(40) 등이 배치된다. 스위칭 유닛(20), 전기회로부(30), 에어갭 스위치(40)는 베이스 플레이트(60)의 상부에 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들면, 스위칭 유닛(20), 전기회로부(30), 에어갭 스위치(40)는 베이스 플레이트(60)의 상부에 나사 결합될 수 있다.

베이스 플레이트(60)는 평판으로 구성될 수 있다. 베이스 플레이트(60)는 외함에 결합될 수 있다. 베이스 플레이트(60)는 외함의 내부에 결합될 수 있다.

별도로 구분하여 도시하지는 않았지만, 응용 가능한 실시예로, 외함(10)은 베이스 플레이트(60)의 상부 및 하부에 구분 결합되는 2개로 분리될 수 있다. 즉, 외함은 베이스 플레이트(60)의 상부에 결합되는 상부 외함과 베이스 플레이트(60)의 하부에 결합되는 하부 외함으로 구분될 수 있다.

베이스 플레이트(60)는 알루미늄 등 열 전도율이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 이에 따라, 상부 공간(S1)에 배치된 스위칭 유닛(20)이나 에어갭 스위치(40)로부터 발생되는 열이 하부 공간(S2)에 배치된 히트싱크(50)로 전달되는 열전달 경로의 역할을 수행하고 더불어 상부 공간(S1)에 배치된 스위칭 유닛(20)이나 에어갭 스위치(40)로부터 발생되는 열을 방출시키는 역할도 한다.

도 7에 상면도가 도시되어 있다. 반도체 차단기를 상면에서 보았을 때, 베이스 플레이트(60)의 넓이는 스위칭 유닛(20)이나 에어갭 스위치(40) 등 내부 구성요소가 차지하는 면적보다 넓게 형성된다. 따라서, 베이스 플레이트(60)는 스위칭 유닛(20)이나 에어갭 스위치(40) 등 구성요소들의 전,후,좌,우 면으로부터 각각 돌출된다.

베이스 플레이트(60)의 하부에는 히트싱크(50)가 결합된다. 히트싱크(50)는 베이스 플레이트(60)에 착탈 가능하게 결합된다. 예를 들어, 히트싱크(50)는 베이스 플레이트(60)에 나사 결합된다.

반도체 차단기의 각 구성요소들이 베이스 플레이트(60)의 상부 또는 하부에 착탈 가능하게 결합됨에 따라 유지 보수가 용이하게 된다.

베이스 플레이트(60)의 주변부에는 상하통기홀(15)이 다수 형성된다. 상면에서 보았을 때, 상하통기홀(15)은 에어갭 스위치(40)나 냉각팬(70) 등 구성요소들의 주변에 배치된다. 공기는 상하통기홀(15)을 통해 상부 공간(S1)과 하부 공간(S2) 사이로 흐르게 된다.

한편, 상하통기홀(15)은 베이스 플레이트(60)의 전방부에만 형성되고, 후방부에는 형성되지 않는다. 여기서 전방부와 후방부는 베이스 플레이트(60)를 길이 방향에서 중간부를 기준으로 할 때 나누어지는 전방부 및 후방부를 말한다.

상하통기홀(15)이 베이스 플레이트(60)의 전방부에만 형성됨에 따라, 냉각팬(70)에 의해 상부 공간(S1)에 흡입된 공기는 전방으로 이동하여 에어갭 스위치(40)가 있는 주변을 따라 흐르게 되고 상하통기홀(15)을 따라 하부 공간(S2)으로 흐른다. 따라서, 에어갭 스위치(40)를 냉각하는 효과가 더욱 증대된다.

상부 공간(S1)에는 외함(10)의 후면에 형성된 제1 통기홀(13)을 통해 유입된 공기가 전방의 에어갭 스위치(40) 주변로 끌려오고 에어갭 스위치(40) 주변의 상하통기홀(15)을 통해 하부 공간(S2)으로 이동한 후 냉각팬(70)을 통해 빠져나가는 흐름이 형성된다.

상부 공간(S1)에는 외함(10)의 전면에 형성된 제3 통기홀(15)을 통해 유입된 공기 또는 냉각팬(70)에 의해 유입된 공기가 에어갭 스위치(40) 주변의 상하통기홀(15)을 통해 상부 공간(S1)으로 이동한 후 외함(10)의 후면에 형성된 제1 통기홀(13)을 통해 빠져나가는 흐름이 형성된다.

여기서, 외함에는 베이스 플레이트가 구비되어 상부 공간과 하부 공간으로 구분되고 내부 구성요소를 2단으로 배치하여 상면에서 바라볼 때 차지하는 면적이 감소한다.

이상에서 설명한 실시예들은 본 발명을 구현하는 실시예들로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 외함
13 제1 통기홀
14 제2 통기홀
15 제3 통기홀
16 상하통기홀
20 스위칭 유닛
30 전기회로부
40 에어갭 스위치
50 히트싱크
60 베이스 플레이트
70 냉각팬

Claims

외함의 상부 공간에 구비되는 스위칭 유닛;
상기 상부 공간에 구비되고, 상기 스위칭 유닛의 전방부 또는 후방부에 배치되는 에어갭 스위치(기계식 스위치);
상기 외함의 하부 공간에 구비되고, 상기 스위칭 유닛의 하부에 결합되는 히트싱크;
상기 하부 공간에 구비되고, 상기 외함의 전면부에 배치되는 냉각팬;을 포함하는 반도체 차단기.
제1항에 있어서,
상기 상부 공간과 하부 공간 사이에는 베이스 플레이트가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 차단기.
제2항에 있어서,
상기 스위칭 유닛의 상부에 배치되는 전기회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 차단기.
제3항에 있어서, 상기 스위칭 유닛, 에어갭 스위치, 전기회로부는 상기 베이스 플레이트의 상부에 착탈 가능하게 설치되고,
상기 히트싱크, 냉각팬은 상기 베이스 플레이트의 하부에 착탈 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 차단기.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 외함에는, 후면 상부에 제1 통기홀이 형성되고, 후면 하부에 제2 통기홀이 형성되고, 전면 하부에 제3 통기홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 차단기.
제5항에 있어서,
상기 베이스 플레이트의 주변부에는 상하통기홀이 다수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 차단기.
제6항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는 상기 에어갭 스위치보다 넓게 형성되고, 상기 상하통기홀은 상기 에어갭 스위치의 주변 또는 상기 냉각팬의 주변에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 차단기.
제7항에 있어서, 상기 상하통기홀은 상기 베이스 플레이트의 전방부에 형성되고, 상기 베이스 플레이트의 후방부에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 차단기.
제5항에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 알루미늄(Al)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 차단기.