KR20230150176A - 전력변환장치 - Google Patents

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KR20230150176A
KR20230150176A KR1020220099019A KR20220099019A KR20230150176A KR 20230150176 A KR20230150176 A KR 20230150176A KR 1020220099019 A KR1020220099019 A KR 1020220099019A KR 20220099019 A KR20220099019 A KR 20220099019A KR 20230150176 A KR20230150176 A KR 20230150176A
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KR1020220099019A
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오정배
이상용
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범한산업 주식회사
범한파워시스템(주)
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Abstract

본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로, 외부로부터 제1 전력을 제2 전력으로 변환하도록 구성된 전력변환부를 포함하는 하부보드와, 전력변환부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 상부보드와, 하부보드 및 상부보드 사이에 배치되어, 하부보드와 상부보드 사이의 소정의 간격을 형성하는 이격 수단을 포함하며, 상부보드는 이격 수단에 의해 소정의 간격을 두고 이격되어 하부보드 상에 배치될 수 있다.

Description

전력변환장치{POWER CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스위칭 소자와 제어부를 효율적으로 배치하여 최적의 성능을 구현할 수 있는 전력변환장치에 관한 것이다.
최근 데이터의 신뢰성을 위해서 서버의 전원이 중요시되고 있다. 이를 위해 서버와 일체성을 가지고 경량화 및 소형화된 전력변환장치가 요구되고 있는 실정이다.
전력변환장치의 소형화, 고효율을 위해서는 스위칭 소자 및 제어부의 배치 구조를 최적화할 필요가 있다. 종래의 전력변환장치는 스위칭 소자를 제어하는 신호를 생성하는 제어부의 회로보드가 케이스의 측면에 배치되기 때문에 스위칭 소자와의 거리가 멀어 신호의 딜레이가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 제어부의 회로보드가 케이스의 내부 공간을 일정 부분 차지하기 때문에 다른 구성들을 배치할 수 있는 공간이 줄어들며, 제작의 난이도가 올라가 재료비가 상승하는 문제점이 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 공개된　종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
등록특허공보 제10-1918062호(2018.11.07 등록)
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 제어부의 상부보드가 복수의 도체 서포트를 사이에 두고 전력변환부의 하부보드 상측에 간격을 두고 배치되게 함으로써 공간 효율성이 우수하고, 최적의 성능을 구현할 수 있는 전력변환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는 외부로부터 제1 전력을 제2 전력으로 변환하도록 구성된 전력변환부를 포함하는 하부보드와, 전력변환부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 상부보드와, 하부보드 및 상부보드 사이에 배치되어, 하부보드와 상부보드 사이의 소정의 간격을 형성하는 이격 수단을 포함하며, 상부보드는 이격 수단에 의해 소정의 간격을 두고 이격되어 하부보드 상에 배치될 수 있다.
전력변환부는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
제어부는 스위칭 소자의 동작을 제어하는 신호를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다.
이격 수단은 도체로 형성된 서포트로 구성될 수 있다.
상부보드는, 제1전위를 갖는 상부 그라운드 영역과, 제1전위와 다른 제2전위가 전달되는 상부 회로 영역과, 상부 그라운드 영역과 상부 회로 영역 사이에 배치되고, 상부 그라운드 영역과 상부 회로 영역을 전기적으로 분리시키는 상부 절연 영역을 포함할 수 있다.
여기서, 상부 그라운드 영역은 상부 회로 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 형태일 수 있다.
본 발명의 전력변환장치에 따르면, 제어부의 상부보드를 전력변환부의 하부보드 상측에 오버랩되게 배치하여 스위칭 소자와 상부보드 사이의 거리를 짧게 할 수 있고, 이를 통해 신호의 딜레이를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전력변환장치에 따르면, 제어부의 상부보드에서 상부 그라운드 영역이 상부 회로 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 띠 형태로 형성되게 함으로써 상부 그라운드 영역이 상부 회로 영역을 노이즈로부터 보호하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 전력변환장치에 따르면, 전력변환부의 제1 보드 및 제2 보드가 커넥터에 의해 연결되어 각각의 상면이 동일 평면 상에 배치되기 때문에 제어부의 상부보드가 복수의 도체 서포트를 매개로 제1 및 제2 보드에 결합될 때 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 전력변환장치에 따르면, 전원이 끊어지거나 정전이 발생하면 배터리부에 저장된 제3 전력이 출력되게 할 수 있으므로 효율성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치에서 제어부와 복수의 스위칭 소자의 연결 관계를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치에서 커넥터로 연결된 제1 보드 및 제2 보드의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치에서 상하부 그라운드 영역, 상하부 회로 영역 및 상하부 절연 영역을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7에서 상하부 체결수단이 체결된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치에서 제어부를 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치를 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이고, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드　또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는　"직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위　또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 하는 것을 원칙으로 한다.
도면은 본 발명의 사상을 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 도면에 의해서 본 발명의 범위가 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한 도면에서 상대적인 두께, 길이나 상대적인 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치에서 제어부와 복수의 스위칭 소자의 연결 관계를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전력변환장치(1)는 제1 전력을 다른 형태의 제2 전력으로 변환하는 장치로서, 입력부(100), 전력변환부(200), 출력부(300), 제어부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
입력부(100)는 외부로부터 제1 전력을 입력 받도록 구성될 수 있다.
전력변환부(200)는 입력부(100)와 연결되고, 복수의 스위칭 소자(210) 및 상기 스위칭 소자(210)가 실장된 하부보드(도 3의 도면 부호 220)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 전력변환부(200)는 입력부(100)로부터 입력 받은 제1 전력을 제2 전력으로 변환할 수 있다.
전력변환부(200)는 복수의 스위칭 소자(210)의 스위칭 동작에 따라 입력 전원인 제1 전력을 다른 형태의 제2 전력으로 변환할 수 있다. 즉, 전력변환부(200)는 제어부(400)로부터 전달된 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 하는 스위칭 소자(210)를 통해 제1 전력을 제2 전력으로 변환할 수 있다. 전력변환부(200)는 교류 전압인 제1 전력을 직류 전압인 제2 전력으로 변환하거나, 직류 전압인 제1 전력을 교류 전압인 제2 전력으로 변환할 수 있다. 또한, 전력변환부(200)는 교류 또는 직류 전압인 제1 전력을 전압 크기가 다른 제2 전력으로 변환할 수도 있다. 전력변환부(200)의 스위칭 소자(210)는 BJT(Bipolar Junction Transistor), TFT(Thin Film Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 트랜지스터일 수 있다.
제어부(400)는 복수의 스위칭 소자(210)의 동작을 제어하는 신호를 생성할 수 있다. 이러한 제어부(400)의 스위칭 신호는 스위칭 소자(210)의 게이트단으로 입력되고, 스위칭 소자(210)는 스위칭 신호에 응답하여 스위칭 소자(210)로 입력되는 전류를 통과시키거나 막음으로써 전류 통과의 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 이러한 과정에서 스위칭 소자(210)는 고속으로 동작하기 때문에 발열이 많이 발생하고, 스위칭 신호의 전달 타이밍이 중요하여 제어부(400)와 스위칭 소자(210) 사이의 거리가 멀어지면 신호의 딜레이가 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명은 신호의 딜레이를 방지할 수 있도록 제어부(400)의 상부보드(420)를 전력변환부(200)의 하부보드(220) 상측에 오버랩되게 배치하여 신호의 딜레이를 방지할 수 있다. 또한, 후술하겠지만, 본 발명은 상부보드(420)의 상부 그라운드 영역(421)에 있어서 상부 회로 영역(422)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 띠(band) 형태로 형성되게 하여 상부 그라운드 영역(421)이 상부 회로 영역(422)을 노이즈로부터 보호하게 할 수 있고, 이를 통해 노이즈를 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치에서 커넥터로 연결된 제1 보드 및 제2 보드의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 3을 참조하면, 전력변환부(200)의 하부보드(220)는 제1 보드(220a) 및 제2 보드(220b)와, 상기 제1 보드(220a) 및 상기 제2 보드(220b)를 수평으로 연결하는 커넥터(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1 보드(220a)와 제2 보드(220b) 중 어느 하나는 입력 및 출력을 위하여 입출력 단자, 릴레이, 필터 등이 실장된 sub 보드일 수 있고, 다른 하나는 전력 스위칭을 위하여 복수의 스위칭 소자 및 DC link 커패시터가 실장된 main 보드일 수 있다. 또한, 비록 자세히 도시되지는 않았으나, 하부보드(220)는 전로를 형성하는 동박 패턴이 기인쇄될 수 있고, 기인쇄된 동박 패턴에 따라 복수의 스위칭 소자(210)가 배치될 수 있다.
커넥터(230)는 양단이 제1 보드(220a) 및 제2 보드(220b) 각각에 납땜 등으로 결합될 수 있고, 제1 보드(220a)의 신호와 제2 보드(220b)의 신호를 교환시킬 수 있다. 이러한 커넥터(230)는 복수 개가 구비되어 제1 및 제2 보드(220b)를 수평으로 연결할 수 있다. 커넥터(230)는 사각형 형태일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
하부보드(220)는 비용 절감을 위해 작은 사이즈의 제1 보드(220a) 및 제2 보드(220b)를 연결하여 사용하는데, 종래의 하부보드(220)는 제1 보드(220a)의 일부 영역과 제2 보드(220b)의 일부 영역이 중첩된 상태에서 중첩된 영역을 관통하는 볼트 등의 체결 수단이 체결되어 연결된 구조이다. 이러한 하부보드(220)는 제1 보드(220a) 및 제2 보드(220b) 각각의 상면이 동일 선상에 있지 않고, 단차지게 배치되기 때문에 결합 상태가 견고하게 유지되지 않고 부서지기 쉽다는 문제점이 있다. 반면, 본 발명의 하부보드(220)는 제1 보드(220a) 및 제2 보드(220b)를 수평으로 연결하는 커넥터(230)를 포함하기 때문에 제1 보드(220a) 및 제2 보드(220b)는 각각의 상면이 동일 평면 상에 배치될 수 있고, 제어부(400)의 상부보드(420)가 후술할 복수의 도체 서포트(600)를 매개로 하부보드(220)에 결합될 때 기울지 않고 평평하게 결합되어 결합 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 기존의 부스바나 단자대를 이용하여 연결하는 방법보다 본 발명의 커넥터(230)를 이용한 방식이 좀 더 손쉽게 연결이 가능하기 때문에 재료비 및 조립 공정을 최소화할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 출력부(300)는 전력변환부(200)와 연결되고, 전력변환부(200)에서 변환된 제2 전력을 전달받아 출력하도록 구성될 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나, 출력부(300)는 필터(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 제2 전력은 필터 등을 통해 노이즈가 제거된 형태로 출력될 수도 있다.
한편, 통신부(500)는 제어부(400)에 연결되어 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다. 이러한 통신부(500)는 외부 컴퓨터(미도시)와 제어부(400)를 연결하여 외부 컴퓨터에서 제어부(400)를 제어하게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치를 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이며, 도 6은 도 4의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(400)는 복수의 스위칭 소자(210)의 전력 변환을 제어하는 신호를 생성하는 DSP(Digital Signal Processor)인 프로세서(410), 상기 프로세서(410) 및 AD/DA 변환회로가 실장된 상부보드(420)를 포함하여 구성될 수 있다. 제어부(400)의 상부보드(420)는 복수의 도체 서포트(600)를 사이에 두고 전력변환부(200)의 하부보드(220) 상측에 간격을 두고 배치될 수 있다.
도 5을 참조하면, 복수의 도체 서포트(600)는 금속 재료로 형성되고, 하단이 하부보드(220)에 결합되며 상단이 상부보드(420)에 결합되어 하부보드(220)와 상부보드(420) 사이에서 간격을 형성할 수 있다. 도체 서포트(600) 각각은 상단에 제1 체결홈(610)이 형성되고, 하단에 제2 체결홈(620)이 형성될 수 있다. 제1 체결홈(610)은 볼트 등의 상부 체결수단(430)과 체결되는 나사홈일 수 있고, 제2 체결홈(620)은 볼트 등의 하부 체결수단(240)과 체결되는 나사홈일 수 있다.
또한, 전력변환장치(1)는 하부보드(220)가 결합되는 케이스(700)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 도 5에서는 편의상 케이스(700)의 일부를 생략하여 도시하였으며, 케이스(700)는 직육면체 형상으로 이루어질 수 있다.
도 7을 참조하여 후술하겠지만, 케이스(700)는 본체부(710) 및 본체부(710)에 구비된 보스부(720)를 포함하여 구비될 수 있다. 본체부(710)는 제1 체결홀(711)이 형성될 수 있고, 보스부(720)는 제1 체결홀(711)에 연통하는 제2 체결홀(721)이 형성될 수 있다. 하부 체결수단(240)은 케이스(700)의 제1 체결홀(711)과 제2 체결홀(721), 하부보드(220)의 하부 관통전극(250)을 관통하여 도체 서포트(600)의 제2 체결홈(620)에 나사 결합될 수 있다. 또한, 상부 체결수단(430)은 상부보드(420)의 상부 관통전극(440)을 관통하여 도체 서포트(600)의 제1 체결홈(610)에 나사 결합될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(400)의 상부보드(420)는 복수의 도체 서포트(600)에 의해 전력변환부(200)의 하부보드(220) 상에 소정의 간격을 두고 이격되어 배치되기 때문에 상부보드(420)와 하부보드(220) 사이에 형성된 공간에 소자 배치가 가능하여 공간 효율성이 우수하다. 상부보드(420)와 하부보드(220) 사이에 형성되는 공간의 높이는 도체 서포트(600)의 길이에 따라 달라지고, 상기 공간에 배치되는 소자는 공간의 높이보다 작은 높이를 가진 소자일 수 있다. 상부보드(420)와 하부보드(220) 사이의 공간 높이보다 상대적으로 큰 사이즈의 소자, 예를 들어 콘덴서, 코일 등은 상부보드(420)가 배치되지 않은 나머지 하부보드(220) 영역에 배치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 전력변환장치(1)는 상부보드(420)가 하부보드(220)의 상부에 배치되되, 도체 서포트(600)를 사이에 두고 소정의 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 한다. 종래의 전력변환장치(1)는 제어부(400)의 상부보드(420)가 케이스(700)의 측면에 배치되기 때문에 스위칭 소자(210)와의 거리가 멀어 신호의 딜레이가 발생하고, 상부보드(420)와 하부보드(220)가 와이어로 연결될 경우 와이어에 노이즈가 발생하여 신뢰성에 문제가 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 상부보드(420)가 케이스(700)의 내부 공간을 일정 부분 차지하기 때문에 다른 구성들을 배치할 수 있는 공간이 줄어들며, 제작의 난이도가 올라가 재료비가 상승하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해서, 본 발명은 상부보드(420)를 하부보드(220)의 상부에 간격을 두고 배치하여 하부보드(220)에 구비된 스위칭 소자(210)와 상부보드(420) 사이의 거리를 짧게 할 수 있고, 이를 통해 신호의 딜레이를 방지할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 복수의 스위칭 소자(210)와 최단 거리로 연결되어 스위칭 소자(210)를 제어하기 위한 제어 신호가 최적의 상태로 전달되고, 전력변환장치(1)의 성능을 최적화할 수 있다. 아울러, 상부보드(420)와 하부보드(220)를 와이어로 연결하는 방법에 비해 재료비를 절약할 수 있으며, 조립 공정이 최소화되어 원가 절감이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 전력변환장치(1)는 하단이 하부보드(220)에 결합되고, 상단이 상부보드(420)에 결합된 신호전달라인(800)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 신호전달라인(800)은 전력변환부(200)와 제어부(400) 사이에서 신호가 전달되도록 구성될 수 있다. 즉, 신호전달라인(800)은 전력변환부(200)의 신호가 제어부(400)로 전달되거나, 제어부(400)의 신호가 전력변환부(200)로 전달되는 통로의 역할을 할 수 있다. 신호전달라인(800)은 복수 개가 배치될 수 있으나, 개수는 이에 한정되지 않는다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치에서 상하부 그라운드 영역, 상하부 회로 영역 및 상하부 절연 영역을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 8은 도 7에서 상하부 체결수단이 체결된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 하부보드(220)는 하부 그라운드 영역(221), 하부 회로 영역(222) 및 하부 절연 영역(223)을 포함할 수 있다.
하부보드(220)의 하부 그라운드 영역(221)은 하부 그라운드 전위를 가질 수 있다. 이러한 하부 그라운드 영역(221)에는 하부 그라운드 영역(221)과 연결된 적어도 하나의 하부 관통전극(250)이 형성될 수 있다. 하부 관통전극(250)은 개구를 가져 하부 체결수단(240)이 체결될 수 있고, 하부 그라운드 영역(221)은 하부 체결수단(240)의 체결에 의해 케이스(700)에 결합될 수 있다. 하부 체결수단(240)은 케이스(700)의 본체부(710)에 형성된 제1 체결홀(711), 보스부(720)에 형성된 제2 체결홀(721), 하부 그라운드 영역(221)의 하부 관통전극(250)을 관통하여 도체 서포트(600)의 하단에 형성된 제2 체결홈(620)에 결합될 수 있다. 일 예로, 하부 체결수단(240)은 볼트일 수 있고, 도체 서포트(600)의 제2 체결홈(620)은 하부 체결수단(240)과 체결되는 나사홈일 수 있다. 이와 같이, 전력변환부(200)의 하부보드(220)와 케이스(700)는 하부 체결수단(240)을 통해 결합될 수 있고, 하부보드(220)는 보스부(720)에 의해 본체부(710)와 이격되게 배치될 수 있다.
하부보드(220)의 하부 회로 영역(222)은 복수의 스위칭 소자(210)의 작동 전원이 전달되는 부분이다. 또한, 하부 회로 영역(222)은 전력변환부(200)의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전자 소자들, 신호 라인들이 배치될 수 있다.
하부보드(220)의 하부 절연 영역(223)은 하부 그라운드 영역(221)과 하부 회로 영역(222) 사이에 배치되고, 하부 그라운드 영역(221)과 하부 회로 영역(222)을 전기적으로 분리시킬 수 있다. 즉, 하부 그라운드 영역(221)은 케이스(700)와 도통되는 부분으로 하부 절연 영역(223)을 사이에 두고 하부 회로 영역(222)과 구분될 수 있다.
상부보드(420)는 상부 그라운드 영역(421), 상부 회로 영역(422) 및 상부 절연 영역(423)을 포함할 수 있다.
상부보드(420)의 상부 그라운드 영역(421)은 상부 그라운드 전위를 가질 수 있다. 이러한 상부 그라운드 영역(421)에는 상부 그라운드 영역(421)과 연결된 적어도 하나의 상부 관통전극(440)이 형성될 수 있다. 상부 관통전극(440)은 개구를 가져 상부 체결수단(430)이 체결될 수 있고, 상부 그라운드 영역(421)은 상부 체결수단(430)의 체결에 의해 도체 서포트(600)의 상단에 결합될 수 있다. 상부 체결수단(430)은 상부 그라운드 영역(421)의 상부 관통전극(440)을 관통하여 도체 서포트(600)의 상단에 형성된 제1 체결홈(610)에 결합될 수 있다. 일 예로, 상부 체결수단(430)은 볼트일 수 있고, 도체 서포트(600)의 제1 체결홈(610)은 상부 체결수단(430)과 체결되는 나사홈일 수 있다.
상부보드(420)의 상부 회로 영역(422)은 제어 신호를 생성하는 프로세서(410)의 작동 전원이 전달될 수 있다. 또한, 상부 회로 영역(422)은 제어부(400)의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전자 소자들, 신호 라인들이 배치될 수 있다.
상부보드(420)의 상부 절연 영역(423)은 상부 그라운드 영역(421)과 상부 회로 영역(422) 사이에 배치되고, 상부 그라운드 영역(421)과 상부 회로 영역(422)을 전기적으로 분리시킬 수 있다. 즉, 상부 그라운드 영역(421)은 상부 절연 영역(423)에 의해 상부 회로 영역(422)과 물리적으로 분리될 수 있다.
또한, 상부 그라운드 영역(421)은 상부 체결수단(430)을 통해 하부보드(220)에 형성된 하부 그라운드 전위를 갖는 하부 그라운드 영역(221)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상부보드(420)에서 상부 그라운드 영역(421)은 상부 체결수단(430)에 의해 결합된 도체 서포트(600)를 통해 하부보드(220)의 하부 그라운드 영역(221)와 도통되어 공통 그라운드 영역을 형성할 수 있다. 이때, 상부 그라운드 영역(421)의 상부 그라운드 전위와 하부 그라운드 영역(221)의 하부 그라운드 전위는 0V일 수 있고, 케이스(700)의 그라운드일 수도 있다.
즉, 본 발명의 전력변환장치(1)는 상부보드(420)의 상부 그라운드 영역(421)이 하부보드(220)의 하부 그라운드 영역(221) 및 케이스(700)와 전기적으로 연결됨으로써 확장된 그라운드로 활용될 수 있다. 이러한 상부 그라운드 영역(421)을 통해 노이즈를 차폐할 수 있기 때문에 상부보드(420)로 가해지는 노이즈를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 7 및 도 8에서는 도체 서포트(600)의 상하단에 암나사인 제1 및 제2 체결홈(610,620)이 형성되고, 제1 및 제2 체결홈(610,620)에 상하부 체결수단(430,240)이 체결된 예를 도시하고 있으나, 실시예들에 따라 도체 서포트(600)의 적어도 일단에 돌출된 수나사(미도시)가 형성될 수도 있다. 여기서, 도체 서포트(600)의 수나사는 상술한 상하부 체결수단(430,240)을 의미할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력변환장치에서 제어부를 나타낸 평면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상부보드(420)에서 상부 그라운드 영역(421)은 상부 회로 영역(422)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 띠 형태인 것을 특징으로 한다. 여기서, 상부 그라운드 영역(421)은 상부 회로 영역(422)의 사면을 둘러싸는 형태이거나, 상부 회로 영역(422)을 전반적으로 둘러싸는 형태일 수 있다.
상부보드(420)의 작동 전압은 하부보드(220)의 작동 전압보다 낮은 편이다. 구체적으로, 하부보드(220)는 수십 내지 수백 V의 작동 전압이 인가되고, 상부보드(420)는 수 V 내지 10 V 내외의 작동 전압이 인가된다. 즉, 상부보드(420)의 신호는 하부보드(220)의 높은 전압에 의한 노이즈에 취약하다. 따라서, 본 발명의 전력변환장치(1)는 상부 그라운드 영역(421)이 상부 회로 영역(422)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 띠 형태로 형성되게 하여 상부 그라운드 영역(421)이 외부 전자파와 같은 노이즈로부터 상부 회로 영역(422)을 보호할 수 있게 한다.
이와 같이, 본 발명의 전력변환장치(1)는 종래와 같이 상부보드(420)가 케이스(700)의 측면에 배치되지 않고 하부보드(220)의 상측에 간격을 두고 오버랩되게 배치되기 때문에 스위칭 소자(210) 사이의 거리를 줄여 신호의 딜레이를 방지할 수 있다.
또한, 하부보드(220)는 여러 전자 소자들이 작동하여 고전압이기 때문에 노이즈가 많이 발생한다. 따라서, 상부보드(420)가 케이스(700)의 측면에 있을 때보다 하부보드(220)의 상부에 오버랩되게 배치되면 하부보드(220)의 높은 전압에 의한 노이즈의 영향을 더 많이 받을 수 있다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 전력변환장치(1)는 상부보드(420)의 상부 그라운드 영역(421)이 상부 회로 영역(422)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 띠 형태로 형성되게 하여 상부 그라운드 영역(421)이 상부 회로 영역(422)을 노이즈로부터 보호할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 전력변환장치(1)는 상부보드(420)와 스위칭 소자(210) 사이의 거리를 줄여 신호의 딜레이를 방지하면서도 노이즈의 영향을 줄여 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
한편, 비록 도시되지는 않았으나, 전력변환장치(1)는 복수의 스위칭 소자(210)의 열을 방열시키기 위한 방열부(미도시)를 포함할 수 있다. 방열부는 방열팬, 방열판 등으로 구비될 수 있고, 케이스(700) 내에 포함되게 구성될 수 있다. 복수의 스위칭 소자(210)는 고속으로 동작하기 때문에 발열이 많다. 따라서, 방열부는 스위칭 소자(210) 부근에 배치되어 스위칭 소자(210)의 과열을 방지할 수 있다. 일 예로, 방열판은 스위칭 소자(210)의 상부에 배치될 수 있고, 방열팬은 스위칭 소자(210)의 측부에 배치되어 방열 효율을 최적화할 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치(1')를 설명하기로 한다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 9에 도시된 제1 실시예와 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하며, 이하 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치를 나타낸 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치(1')는 배터리부(900)를 더 포함하여 구성되어 무정전 전원 장치(UPS: uninterruptible power supply system)로 동작할 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나, 전력변환부(200)는 제1 변환기(미도시) 및 제2 변환기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 전력변환부(200)의 제1 변환기는 교류 전압인 제1 전력을 직류 전압인 제3 전력으로 변환하도록 구성되며, AC/DC 인버터일 수 있다. 전력변환부(200)의 제2 변환기는 직류 전압인 제3 전력을 교류 전압인 제2 전력으로 변환하도록 구성되며, DC/AC 인버터일 수 있다. 배터리부(900)는 전력변환부(200)의 제1 변환기에 연결되어 제1 변환기에서 변환된 제3 전력이 저장될 수 있다. 여기서, 실시예에 따라 제3 전력은 한 번 더 변환되어 저장될 수도 있다. 예를 들어, 제3 전력은 전력변환부(200)의 DC/DC 컨버터(미도시)에 의해 승압 또는 감압되어 배터리부(900)에 저장될 수 있다. 전력변환부(200)의 제2 변환기는 배터리부(900)에 연결되어 배터리부(900)에 저장된 제3 전력을 교류 전압인 제2 전력으로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치(1')는 입력부(100) 및 제어부(400)와 연결되고, 제1 전력의 유입을 감지하는 전력감지부(1000)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 전력감지부(1000)는 전력변환장치(1')로 유입되는 상용전원(ex. 제1 전력)의 유입을 감지하도록 구성될 수 있다. 만약 정전, 순간 정전, 전압 변동과 같은 이상 현상이 발생하여 전력감지부(1000)에서 제1 전력의 유입을 감지하는 감지 신호가 발생하지 않으면, 제어부(400)는 배터리부(900)에 저장된 제3 전력이 출력되도록 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(400)는 배터리부(900)에 저장된 제3 전력이 그대로 출력되도록 제어할 수 있고, 또는 전력변환부(200)의 제2 변환기에 제어 신호를 보내 배터리부(900)에 저장된 제3 전력이 제2 전력으로 변환되어 출력되도록 제어할 수 있다. 이때, 제3 전력 또는 제2 전력은 출력부(300)의 필터를 거쳐 출력될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력변환장치(1')는 전원이 끊어지거나 정전이 발생하면 배터리부(900)에 저장된 제3 전력이 출력되게 할 수 있으므로 이러한 최적의 전력 흐름을 통해서 효율성이 향상될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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. 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.
1,1': 전력변환장치 100: 입력부
200: 전력변환부 210: 복수의 스위칭 소자
220: 하부보드 221: 하부 그라운드 영역
222: 하부 회로 영역 223: 하부 절연 영역
220a: 제1 보드 220b: 제2 보드
230: 커넥터 240: 하부 체결수단
250: 하부 관통전극 300: 출력부
400: 제어부 410: 프로세서
420: 상부보드 421: 상부 그라운드 영역
422: 상부 회로 영역 423: 상부 절연 영역
430: 상부 체결수단 440: 상부 관통전극
500: 통신부 600: 복수의 도체 서포트
610: 제1 체결홈 620: 제2 체결홈
700: 케이스 710: 본체부
711: 제1 체결홀 720: 보스부
721: 제2 체결홀 800: 신호전달라인
900: 배터리부 1000: 전력감지부

Claims (6)

  1. 외부로부터 입력된 제1 전력을 제2 전력으로 변환하도록 구성된 전력변환부를 포함하는 하부보드;
    상기 전력변환부의 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 상부보드; 및
    상기 하부보드 및 상기 상부보드 사이에 배치되어, 상기 하부보드와 상기 상부보드 사이의 소정의 간격을 형성하는 이격 수단을 포함하며,
    상기 상부보드는 상기 이격 수단에 의해 상기 소정의 간격을 두고 이격되어 상기 하부보드 상에 배치되는 전력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환부는 스위칭 소자를 포함하는 전력변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스위칭 소자의 동작을 제어하는 신호를 생성하는 프로세서를 포함하는 전력변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이격 수단은 도체로 형성된 서포트로 구성되는 전력변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부보드는,
    제1전위를 갖는 상부 그라운드 영역;
    상기 제1전위와 다른 제2전위가 전달되는 상부 회로 영역; 및
    상기 상부 그라운드 영역과 상기 상부 회로 영역 사이에 배치되고, 상기 상부 그라운드 영역과 상기 상부 회로 영역을 전기적으로 분리시키는 상부 절연 영역을 포함하는 전력변환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 그라운드 영역은 상기 상부 회로 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 전력변환장치.
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