WO2022158748A1 - 무정전 전원 공급 모듈 - Google Patents

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WO2022158748A1
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cooling unit
switch
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이지헌
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엘에스일렉트릭 주식회사
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    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to an uninterruptible power supply module (Uninterruptible Power Supply, hereinafter referred to as a UPS module) for supplying alternative power during a power outage.
  • UPS module Uninterruptible Power Supply
  • the UPS module may have a structure in which a battery charged with a predetermined amount of current as an alternative power source is further connected to an output terminal for outputting current supplied from commercial power to a load. That is, as shown in Figure 1, a typical UPS module is an AC-DC converter (AC-DC Converter) 11 and a battery 20 that converts an AC current supplied from a commercial power supply 10 into a DC current, And it may include a DC-DC converter (DC-DC converter) 21 for converting the DC current output from the battery 20 into a DC current of a different voltage.
  • AC-DC Converter AC-DC Converter
  • DC-DC converter DC-DC converter
  • the output terminal of the AC-DC converter 11 and the output terminal of the DC-DC converter 22 are connected to each other to form a common output terminal 30, so that the commercial power supply 10 When the power supply is cut off, the DC current charged in the battery 20 is output through the common output terminal 30 to maintain the power supply to the load.
  • the AC-DC converter 11 and the DC-DC converter 21 may be formed to include a plurality of IGBT elements and diodes, respectively. Therefore, during driving, heat may be generated according to the driving of the IGBT elements and diodes. Accordingly, the AC-DC converter 11 and the DC-DC converter 21 may each include cooling units 11 and 12 for cooling heat. And in general, the cooling units 11 and 12 may be formed in the form of a plate (heat conduction plate) made of a metal material with high thermal conductivity, one surface of which is attached to the converters 11 and 21, and the heat The other surface of the conductive plate may include a plurality of protrusions protruding from the other surfaces of the cooling units 11 and 12 in order to maximize cooling efficiency by increasing the surface area.
  • a plate heat conduction plate
  • the cooling effect may depend on the width of the cooling unit in which the protrusions are formed. Therefore, in order to ensure a certain level of cooling effect, each cooling unit requires an area of a certain size or more.
  • the cooling units are for cooling the heat generated in the converter and may be provided in each converter. Accordingly, as shown in FIG. 1 , when the number of converters is plural, a plurality of cooling units are provided. In this case, since the area of the cooling unit must be equal to or greater than the minimum area to ensure the cooling effect, there is a limit to reducing the size of the cooling unit. In addition, in the case of a typical UPS module, as shown in FIG. 1 , since a plurality of cooling units are provided, there is a problem that the UPS module is enlarged due to the volume occupied by the cooling units.
  • An object of the present invention is to solve the above problems and other problems, and an object of the present invention is to provide a more compact UPS module.
  • the present invention further provides, in addition to the battery, a spare power supply for providing an alternating current, when the power supply from the battery is stopped, the power supply is removed from the spare power source within a shorter time without a separate cooling unit.
  • An object of the present invention is to provide a UPS module including a non-stop power supply switch (Startic Transfer Switch) capable of receiving current and transferring it to a load.
  • the UPS module converts an alternating current supplied from commercial power into a direct current for supplying a load to a first alternating current- a DC converter, a DC-DC converter converting DC current supplied from the battery into a DC current of a different voltage for supplying the load, and the first AC-DC converter and the DC current converted by the DC-DC converter an output terminal for supplying the ? to the load, and a cooling unit constituting an integrated module to cool the first AC-DC converter and the DC-DC converter.
  • the cooling unit is formed of a thermally conductive material, and the first circuit elements constituting the first AC-DC converter and the second circuit elements constituting the DC-DC converter are disposed. And, characterized in that it is formed in the form of a flat plate including the other surface is formed with a heat dissipation portion for cooling the heat generated from the circuit elements disposed on the one surface.
  • the cooling unit formed of a thermally conductive material, has a three-dimensional shape including an upper surface and a lower surface, and at least one side surface formed between the upper surface and the lower surface, any one of the upper surface and the lower surface , first circuit elements constituting the first AC-DC converter are arranged, and second circuit elements constituting the DC-DC converter are arranged on the other one, and on the at least one side surface, the upper surface and the lower surface It is characterized in that a heat dissipation unit for cooling the heat generated from the circuit elements respectively arranged is formed.
  • the first and second circuit elements disposed on one surface of the cooling unit include the first circuit elements connected to each phase of the commercial power source, and different second circuit elements connected to the battery. Some of these are arranged in parallel for each phase of the commercial power source, respectively, to form an integrated converter in which the first AC-DC converter and the DC-DC converter are integrated.
  • the first circuit element and the second circuit element are semiconductor rectifying switches.
  • the first circuit element and the second circuit element further include a rectifying element, and when the rectifying element is further included, the semiconductor rectifying switch and the rectifying element are arranged in parallel. do it with
  • the semiconductor rectifying switch is an insulated gate bipolar transistor (IGBT) switch.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the method further includes a second AC-DC converter converting AC current supplied from the standby power source into DC current for supplying the load, wherein the output terminal and the second AC-DC converter include the output terminal When the voltage of is lowered to a predetermined level or less, the output terminal and the second AC-DC converter are connected through a switch connecting the output terminal.
  • the switch unit may include a rectifying element disposed in a forward direction according to a current flow between the output terminal and an output terminal of the second AC-DC converter, and an input terminal and an output terminal of the rectifying element by connecting the rectifying element to each other.
  • a non-sequential power supply switch comprising a switch for controlling a bypass circuit bypassing the element and conducting between the output terminal and the output terminal of the second AC-DC converter, and a switch for controlling the open and close of the bypass circuit ( Static Transfer Switch).
  • the switch unit when the voltage of the output terminal is lowered to a predetermined level or less, an operating voltage is applied, and is disposed in a forward direction according to the current flow between the output terminal and the second AC-DC converter It is characterized as a rectifying element.
  • the rectifying device is characterized in that it is a silicon controlled rectifier (SCR).
  • SCR silicon controlled rectifier
  • the UPS module includes a commercial power converter for converting current supplied from commercial power into direct current for supplying a load to a load; , at least one alternative power converter for converting current supplied from at least one alternative power source into direct current for supplying the load, and a module integrated to cool the commercial power converter and the at least one alternative power converter. It is characterized in that it comprises a cooling unit constituting the.
  • the cooling unit is formed of a thermally conductive material, and the first circuit elements constituting the first AC-DC converter and the second circuit elements constituting the DC-DC converter are disposed. And, characterized in that it is formed in the form of a flat plate including the other surface is formed with a heat dissipation portion for cooling the heat generated from the circuit elements disposed on the one surface.
  • the cooling unit is formed to be thermally conductive, and has a three-dimensional shape including an upper surface and a lower surface, and at least one side surface formed between the upper surface and the lower surface, in any one of the upper surface and the lower surface, First circuit elements constituting the commercial power converter are disposed, and at least one second circuit device constituting the at least one alternative power converter is disposed on the other side,
  • a plurality of protrusions for cooling the heat generated from the circuit elements disposed on the upper and lower surfaces are formed on the at least one side surface.
  • the at least one alternative power converter includes a DC-DC converter that converts a DC current supplied from a battery into a DC current of a different voltage, and an AC converter that converts an AC current supplied from a standby power source into a DC current.
  • a DC-DC converter that converts a DC current supplied from a battery into a DC current of a different voltage
  • an AC converter that converts an AC current supplied from a standby power source into a DC current.
  • the present invention has the effect that the size of the UPS module can be minimized by allowing the converters included in each power supply path to be disposed on one cooling unit to share the single cooling unit.
  • the present invention provides one integrated converter in which converters included in each power supply path are integrated to reduce the number of required cooling units, thereby minimizing the size of the UPS module. It has the effect that it can.
  • the present invention provides a thyristor (thyristor) and a right circuit bypassing the thyristor in a circuit to which the reserve power is provided when the reserve power is provided, and the bypass circuit is opened or
  • thyristor thyristor
  • STS non-sequential power supply switch
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of a typical UPS module having a cooling unit for each converter.
  • FIGS. 2A and 2B are exemplary views illustrating a structure in which converters of a UPS module are disposed on one cooling unit to share one cooling unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating an example in which an integrated converter in which converters included in each power supply path of a UPS module are integrated is disposed on one cooling unit, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram illustrating an example in which the UPS module according to an embodiment of the present invention further includes a separate spare power connected through a switch.
  • FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating an example in which the UPS module according to an embodiment of the present invention further includes a separate spare power connected through a rectifying element.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a structure of a non-sequential power supply switch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating an example of a case in which the UPS module according to an embodiment of the present invention includes a separate spare power connected through the non-interruptible power supply switch.
  • the AC-DC converter 11 connected to the commercial power supply 10 is driven from the commercial power supply 10 .
  • the supplied alternating current is converted into direct current and supplied to the output terminal 30 .
  • the DC-DC converter 11 connected to the battery 20 as an alternative power source may not be driven, and accordingly, the DC current charged to the battery 20 may not be supplied.
  • the AC-DC converter 11 connected to the commercial power supply 10 stops driving. Then, the DC-DC converter 21 connected to the battery 20 as an alternative power source may be driven, and accordingly, the current of the battery 20 may be converted into a current of a different voltage and supplied to the load.
  • cooling is performed in the first cooling unit 12 in the case of normal operation, and cooling may be performed in the second cooling unit 22 when an abnormality occurs in the commercial power supply 10 . have. Therefore, since there is only one cooling unit for cooling at any one time, the present invention allows converters included in each power supply path to share one cooling unit, thereby reducing the number of unnecessary cooling units, thereby reducing the size of the UPS module. let it be
  • FIGS. 2A and 2B are exemplary views illustrating a structure in which converters of the UPS module according to an embodiment of the present invention are disposed on one cooling unit to share one cooling unit.
  • the UPS module includes a plurality of semiconductor rectifying switches including power semiconductors, and AC from three-phase power (RST) 100 supplied from commercial power. It may include an AC-DC converter 110 that receives a current and converts it into a DC current. And similarly, it includes a plurality of semiconductor rectifying switches, and may include a DC-DC converter 120 that receives a DC current from the battery 20 as an alternative power source and converts it into a DC current of a different voltage.
  • RST three-phase power
  • the semiconductor rectifying switch may be a power semiconductor switch such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
  • a rectifying element such as a diode may be used together with the semiconductor rectifying switch.
  • the semiconductor rectifying switch eg, IGBT
  • the rectifying device eg, diode
  • the two converters may share one cooling unit 310 .
  • the cooling unit 310 may be formed in a flat plate shape made of a metal material having high thermal conductivity. And converters may be disposed on one surface of the cooling unit 310 . In this case, one surface may be divided into a first area in which circuit components of the AC-DC converter 110 are disposed and a second area in which circuit components of the DC-DC converter 120 are disposed.
  • the other surface of the cooling unit 310 may be formed with a heat dissipation unit for dissipating heat generated from the converters disposed on the one side.
  • the heat dissipation part may include a plurality of protrusions protruding from the other surface. Accordingly, the surface area of the other surface may be maximized, and the cooling effect by heat dissipation according to the increased surface area may be increased.
  • each protrusion may have a shape of a pin (heat dissipation fin) as thin as a needle. Accordingly, densely arranged heat dissipation fins may be formed on the other surface of the cooling unit 310 .
  • the cooling unit 310 of FIG. 2A is shown to have a large area for convenience so that both the AC-DC converter 110 and the DC-DC converter 120 can be shown, but the cooling unit 310
  • the area of may be equal to or similar to the area (area of the heat conduction plate) of the first cooling unit 12 or the second cooling unit 22 of the conventional UPS module shown in FIG. 1 .
  • it may have the same area as a cooling unit having a larger area among the two cooling units.
  • the heat conduction plate of the cooling unit 310 is formed between the heat conduction plate of the first cooling unit 11 and the heat conduction plate of the first cooling unit 11 .
  • the heat conduction plates of the second cooling unit 12 may have the same area as a heat conduction plate having a larger area.
  • the AC-DC converter 11 when current is normally supplied from the commercial power supply 100 , the AC-DC converter 11 is driven, and the AC-DC converter 110 is disposed in the cooling unit 310 .
  • the first region of may be heated.
  • the heat of the first region may be conducted to the entire other surface of the cooling unit 310 and may be dissipated through a plurality of protrusions formed on the other surface of the cooling unit 310 .
  • the second region of the cooling unit 310 in which the DC-DC converter 120 is disposed may not generate heat as the DC-DC converter 120 is not driven. Therefore, when the area of the cooling unit 310 is the same as or similar to the area of the first cooling unit 12 of the conventional UPS module, it may have the same cooling effect as the first cooling unit 11 of the conventional UPS module. .
  • the connection with the commercial power source 100 is cut off, and the AC-DC converter 110 may stop operating.
  • the DC-DC converter 120 may be driven to supply the current of the battery 20 to the load.
  • the second region of the cooling unit 310 in which the DC-DC converter 120 is disposed may be heated.
  • the heat generated in the second region may be conducted to the entire other surface of the cooling unit 310 , and may be dissipated through a plurality of protrusions formed on the other surface of the cooling unit 310 .
  • the first region of the cooling unit 310 in which the AC-DC converter 110 is disposed may not generate heat according to the stop of the AC-DC converter 121 . Therefore, when the area is the same as or similar to the area of the second cooling unit 12 of the conventional UPS module, it may have the same cooling effect as the second cooling unit 12 of the conventional UPS module.
  • the cooling unit 310 shown in FIG. 2A is a configuration in which the circuit of the AC-DC converter 110 and the circuit of the DC-DC converter 120 are disposed in a cooling unit provided in any one converter.
  • the UPS module according to an embodiment of the present invention divides the cooling unit having the minimum area into a plurality of regions, each It may be a configuration in which circuits corresponding to different converters are arranged in the region. Accordingly, in the UPS module according to an embodiment of the present invention, a plurality of converters may share one cooling unit.
  • the cooling unit is formed in the form of a flat plate. Accordingly, as shown in FIG. 2A , an example in which circuit components corresponding to each converter are disposed on one surface of the cooling unit and a plurality of protrusions for heat dissipation are formed on the other surface has been described. However, it goes without saying that the cooling unit may be three-dimensionally divided into a plurality of regions.
  • the cooling unit 320 of the UPS module may have circuits corresponding to different converters respectively disposed on the upper surface 250 and the lower surface 260 .
  • the cooling unit 320 may be provided with a plurality of protrusions 280 for dissipating heat on the surfaces between the upper surface 250 and the lower surface 260 , that is, on each side surface 270 .
  • the side surface 270 may have a constant width, that is, the upper surface 250 may have a hexahedral shape having a predetermined height from the lower surface 260 .
  • the cooling unit 320 may be formed in the form of a hollow box made of a metal material having high thermal conductivity.
  • the plurality of protrusions 280 formed on the side surface 270 of the cooling unit 320 may radiate heat generated from at least one of the upper surface 250 and the lower surface 260 of the cooling unit 320 . That is, the converter circuits respectively disposed on the upper surface 250 and the lower surface 260 of the cooling unit 320 share the side surfaces 270 on which the plurality of protrusions 280 are formed to be used for cooling.
  • a commercial power converter (AC-DC converter 110) for converting an AC current supplied from commercial power and an alternative power converter for converting a DC current supplied from an alternative power source (DC-DC converter ( 120)), each of which is disposed in different regions of the cooling unit 310 has been described.
  • a commercial power converter connected to commercial power and at least one alternative power converter respectively connected to at least one alternative power source may be integrated to form one integrated converter (hereinafter referred to as an integrated converter). to be.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating an example in which an integrated converter in which converters included in each power supply path of a UPS module are integrated is disposed on one cooling unit, according to an embodiment of the present invention.
  • the DC-DC converter 120 connected to the battery 20 will be described as an example of forming the integrated converter as the replacement power converter.
  • a spare power source configured to supply a separate AC current instead of the battery 20 may be the replacement power source.
  • the replacement power converter converts an AC current input from the spare power source into a DC current.
  • It can be a DC converter.
  • two or more alternative power converters may be integrated with the commercial power converter to form the integrated converter.
  • the semiconductor rectifying switch is briefly indicated as the circuit configuration of the converter, but it goes without saying that other components not shown, such as a diode and a capacitor, as well as the semiconductor rectifying switch may be further included. That is, the plurality of semiconductor rectifying switches referred to as components of a specific converter in the following description may further include other circuit components constituting the specific converter.
  • the integrated converter 300 connects between the positive output terminal P and the negative output terminal N and is connected to the three-phase AC power supply 100 supplied from commercial power. and a first plurality of semiconductor rectifying switches 351a, 351b, 352a, 352b, 353a, and 353b.
  • the first plurality of semiconductor rectifying switches are components of a commercial power converter, and may be for converting a three-phase alternating current applied from the three-phase alternating current power source 100 into a direct current.
  • the integrated converter 300 connects between the positive output terminal (P) and the negative output terminal (N) and connects a second plurality of semiconductor rectifying switches (361a, 361b, 362a, 362b, 363a, 363b) connected to the battery (20) may include.
  • the second plurality of semiconductor rectifying switches may be components of an alternative power converter, and may be configured to convert a DC current applied from the battery 20 into a DC current having a different voltage.
  • the R-phase semiconductor rectifying switches 351a and 351b connected to the R-phase of the commercial power supply 100 may be disposed in parallel with some of the second semiconductor rectifying switches 361a and 361b connected to the battery 20 .
  • the S-phase semiconductor rectifying switches 352a and 352b connected to the S-phase of the commercial power supply 100 may be arranged in parallel with the other parts 362a and 362b of the second semiconductor rectifying switch connected to the battery 20 .
  • the T-phase semiconductor rectifying switches 353a and 353b connected to the T-phase of the commercial power supply 100 are disposed in parallel with another part 363a and 363b of the second semiconductor rectifying switch connected to the battery 20 .
  • the first semiconductor rectifying switches connected to each phase of the commercial power supply 100 and the different second semiconductor rectifying switches connected to the battery are different from each other in each phase (R, S, T) of the commercial power supply 100 . They are respectively arranged in parallel to form an integrated converter in which the AC-DC converter and the DC-DC converter are integrated.
  • the integrated converter 300 may include one cooling unit 330 .
  • the cooling unit 330 may include one surface on which circuit components are disposed and the other surface on which a plurality of protrusions for dissipating heat are formed. And it may be formed in the form of a flat plate formed of a metal material having high thermal conductivity.
  • each of the plurality of protrusions may have the shape of a pin as thin as a needle, and may be densely arranged on the other surface.
  • the integrated converter 300 of the UPS module may include both a circuit component corresponding to a commercial power converter and a circuit component corresponding to an alternative power converter. Accordingly, one converter 300 may convert an AC current applied from the commercial power source 100 into a DC current and a DC current applied from the battery 20 into a DC current having a different voltage.
  • the first plurality of semiconductor rectifying switches 351a, 351b, 352a, 352b, 353a, and 353b may be energized. Accordingly, heat may be generated due to energization of the first plurality of semiconductor rectifying switches 351a, 351b, 352a, 352b, 353a, and 353b. Then, the generated heat may be propagated to the entire other surface of the cooling unit 330 , and may be dissipated through a plurality of protrusions formed on the other surface of the cooling unit 330 .
  • the plurality of second semiconductor rectifying switches 361a, 361b, 362a, 362b, 363a, and 363b may not be driven, and thus heat may not be generated. Therefore, when the area of the cooling unit 330 is the same as or similar to the area of the first cooling unit 12 of the conventional UPS module, it can have the same cooling effect as the first cooling unit 11 of the conventional UPS module. have.
  • the second plurality of semiconductor rectifying switches 361a, 361b, 362a, 362b, 363a, and 363b may be energized. Accordingly, heat may be generated due to energization of the second plurality of semiconductor rectifying switches 361a, 361b, 362a, 362b, 363a, and 363b. Then, the generated heat may be propagated to the entire other surface of the cooling unit 330 , and may be dissipated through a plurality of protrusions formed on the other surface of the cooling unit 330 .
  • the first plurality of semiconductor rectifying switches 351a, 351b, 352a, 352b, 353a, 353b may not be driven as the current supply from the commercial power supply 100 is cut off, and thus heat may not be generated. have. Therefore, when the area of the cooling unit 330 is the same as or similar to the area of the second cooling unit 12 of the conventional UPS module, it can have the same cooling effect as the second cooling unit 12 of the conventional UPS module. have.
  • the cooling unit 330 shown in FIG. 3 is a cooling unit provided in any one converter typically in which both the circuit components constituting the AC-DC converter and the circuit components constituting the DC-DC converter are disposed. can be configuration. Therefore, when the area of the cooling unit provided in any one of the converters is a preset minimum area, the UPS module according to an embodiment of the present invention includes a single integrated converter 390 including a cooling unit having the minimum area. By providing it, the size of the UPS module can be further reduced.
  • the UPS module may further include, as a separate alternative power source, a spare power source capable of stably supplying a separate AC current as well as a battery as an alternative power source.
  • a spare power source capable of stably supplying a separate AC current as well as a battery as an alternative power source.
  • FIGS. 4 to 7 show examples of a UPS module according to an embodiment of the present invention when a spare power source is further included as an alternative power source.
  • FIG. 4 illustrates a case in which the UPS module according to an embodiment of the present invention having an integrated converter as described with reference to FIG. 2A or FIG. 3 further includes a separate spare power source connected through a switch.
  • the UPS module may include a commercial power source 511 and a battery 521 as a first alternative power source. And, as shown in FIGS. 2A to 3 , it is formed on one cooling unit 531 ( FIGS. 2A and 2B ) or integrated into one circuit ( FIG. 3 ) through a plurality of partitioned regions to form one cooling unit ( FIG. 3 ).
  • the integrated converter 530 using the unit 531 converts an AC current input from the commercial power supply 511 into a DC current or converts a DC current input from the battery 521 into a DC current of a different voltage. can do.
  • the converted current may be supplied to the load through the output terminal 590 .
  • a 1-1 circuit breaker 512 for protecting the integrated converter 530 from overcurrent and arc generated from the commercial power supply 511. can be placed.
  • a second circuit breaker 540 for protecting an internal system may be included.
  • the 1-1 circuit breaker 512 and the second circuit breaker 540 have a closed state as a default state, and can maintain a closed state (circuit connected state) unless an abnormal current such as overcurrent occurs. have.
  • a 1-2 breaker 522 for protecting the integrated converter 530 when an abnormal voltage or an abnormal current generated from the battery 521 occurs. can be placed.
  • the closed state of the first-second circuit breaker 522 is a default state, and may maintain a closed state (a state in which a circuit is connected) as long as an abnormal current such as an overcurrent does not occur.
  • the 1-2 breaker 522 has an open state as a default state, and when there is no abnormality in the power supply from the commercial power supply 521, such as a power system abnormality of the commercial power supply 521, the integrated converter ( 530 and the battery 521 may maintain a disconnected state. In addition, when an abnormality occurs in the power supply from the commercial power supply 521 , it may be closed to connect the battery 521 and the integrated converter 530 .
  • the UPS module may further include a spare power supply 551 for supplying alternating current separately from the commercial power supply.
  • the auxiliary power 551 may be connected to an AC-DC converter 553 connected to the auxiliary power 551 . Accordingly, when the AC-DC converter 553 is driven, the DC current converted from the AC current supplied from the preliminary power supply 551 may be supplied to the load through the output terminal 590 .
  • the AC-DC converter 553 is protected from overcurrent and arc generated from the auxiliary power supply 551.
  • a third circuit breaker 552 can be placed.
  • the commercial power supply 511 and the first alternative power source that is, the battery 521 and the integrated converter 530 connected to the integrated converter 530 may form one module 500 (hereinafter, referred to as the first module).
  • the spare power supply 551 and the AC-DC converter 553 may form a module different from the first module 500 (hereinafter, the second module 550 ).
  • the first module 500 may include a first controller 541 for controlling the overall operation of the first module 500 and each component of the first module 500 .
  • the second module 550 may include a second controller 561 for controlling the overall operation of the second module 550 and each component of the second module 550 .
  • the first module 500 and the second module 550 may be connected to each other to form one output terminal 590 .
  • the second module 550 may be connected through a switch 560
  • the switch 560 may be a switch formed of a semiconductor element such as an IGBT element for a high-speed switching operation.
  • the preliminary power supply 551 is preliminarily discharged when all the current charged in the battery 521 is discharged in a state in which the current supply from the commercial power supply 511 is stopped due to a power supply abnormality. It may be an alternative power source that supplies current. Therefore, the switch 560 maintains the circuit open state in the default state, that is, the circuit is blocked (insulated) while the current supply from the commercial power supply 511 is stopped. In this state, when the voltage of the battery 521 is lowered to a predetermined level or less, the circuit may be closed to connect the second module 550 and the output terminal 590 .
  • the first controller 541 for controlling the first module 500 and the second controller 561 for controlling the second module 550 may be connected to each other. That is, when the voltage of the battery 521 is lowered to a predetermined level or less in a state in which the supply of current from the commercial power supply 511 is stopped, the first control unit 541 controls the voltage of the current output from the first module 500 . When this level is lowered below a predetermined level, a preset continuity signal may be transmitted to the second control unit 561 .
  • the second control unit 561 drives the AC-DC converter 553 according to the received conduction signal and closes the circuit by controlling the switch 560 to connect the output terminal 590 and the second module 550.
  • the AC-DC converter 553 may convert the AC current of the spare power source 551 into a DC current, and the converted DC current may be supplied to a load through the output terminal 590 .
  • FIG 5 illustrates an example in which the UPS module according to an embodiment of the present invention connects a standby power source through a rectifying element.
  • the second module 550 may be connected through the rectifying element 570 instead of the switch 560 .
  • the rectifying element 570 may be a diode, a silicon controlled rectifier (SCR), or a thyristor.
  • the second control unit 561 drives the AC-DC converter 553 and turns on the rectifying element 570 at the same time.
  • the rectifying element 570 may be an element arranged along the current flow direction (arranged in the forward direction), and may have a very fast response speed due to the characteristics of the element. Accordingly, the output terminal 590 and the output terminal of the AC-DC converter 553 of the second module 550 can be made conductive within a very short time.
  • the rectifying device 570 has a very high operating speed, but since it is a semiconductor device, when the time for current conduction increases, heat may be generated accordingly. This may cause circuit damage due to heat generation.
  • the UPS module may be connected through a non-stop power supply switch (Static Transfer Switch) that connects the second module 550 and the output terminal 590 in parallel through a rectifying element and a switch.
  • Static Transfer Switch Static Transfer Switch
  • the non-stepless power supply switch first conducts between the output terminal 590 and the second module 550 and the output terminal within a time required for non-stepless power supply using a rectifying element, and parallel through the switch It is possible to conduct between the second module 550 and the output terminal through a right circuit connected to the .
  • the rectifier element is turned off to prevent heat generation of the rectifier element. Accordingly, while connecting between the second module 550 and the output terminal 590 within a time required for uninterrupted power supply, damage to the circuit due to the heat of the rectifier element can be prevented.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the structure of a non-sequential power supply switch according to an embodiment of the present invention.
  • the non-stepless power supply switch 630 related to the present invention converts an AC current input from the reserve power 551 into a DC current - an anode output terminal and an output terminal of the DC converter 553 ( It may be disposed between the positive output terminal P of the 590 , and between the negative output terminal of the AC-DC converter 553 and the negative output terminal N of the output terminal 590 .
  • the stepless power supply switch 630 may include a first thyristor 611 disposed between the positive end of the output terminal of the AC-DC converter 553 and the positive output terminal P of the output terminal 590 . Therefore, the AC-to the positive end of the output terminal of the DC converter 553 and the positive output terminal (P) of the output terminal 590 may be connected via the first thyristor (611).
  • the first thyristor 611 has a forward current direction
  • the AC-to-DC converter 553 may be disposed so as to match the direction of the current at both ends of the output terminal, that is, the current direction of the anode current.
  • the non-stepless power supply switch 630 connects the input terminal and the output terminal of the first thyristor 611 to the positive terminal of the AC-DC converter 553 output terminal and the positive output terminal P of the output terminal 590. and a first bypass circuit 612 bypassing the first thyristor 611 may be provided. And it may include a first switch 613 for controlling the opening (open) or closing (close) of the first bypass circuit (612).
  • the both ends of the AC-DC converter 553 are AC-DC converters through either the first thyristor 611 or the first bypass circuit 612 (when the first bypass circuit 612 is closed).
  • the positive terminal of the output terminal 553 and the positive output terminal P of the output terminal 590 may be made conductive.
  • the non-stepless power supply switch 630 may include a second thyristor 621 disposed between the negative end of the output terminal of the AC-DC converter 553 and the negative output terminal (N). Accordingly, the negative output terminal of the AC-DC converter 553 and the negative output terminal N of the output terminal 590 may be connected via the second thyristor 621 .
  • the second thyristor 621 has a forward current direction, and the AC-to-DC converter 553 may be disposed so as to match the negative end current of the output terminal, that is, the current direction of the negative current.
  • non-stepless power supply switch 630 connects the input terminal and the output terminal of the second thyristor 621 to connect the negative terminal of the AC-DC converter 553 output terminal and the negative output terminal N of the output terminal 590. and a second bypass circuit 622 bypassing the second thyristor 621 may be provided. In addition, a second switch 623 for controlling the opening or closing of the second bypass circuit 622 may be included.
  • the negative end of the AC-DC converter 553 is AC-DC through either the second thyristor 621 or the second bypass circuit 622 (when the second bypass circuit 622 is closed).
  • the negative terminal of the output terminal of the converter 553 and the negative output terminal N of the output terminal 590 may conduct.
  • the controller 600 simultaneously controls the first and second thyristors 611 and 621 and the first and second switches 613 and 623 to control the first and second
  • the thyristors 611 and 621 may be turned on, and the first and second switches 613 and 623 may be closed.
  • control signals (turn-on signals) for turning on the first and second thyristors 611 and 621 and a control signal for closing the first and second switches 613 and 623 (close) ( close signal) may be simultaneously output and input to the non-sequential power supply switch 630 .
  • first and second thyristors 611 and 621 and the first and second switches 613 and 623 may be turned on.
  • the output terminals (P, N) 590 and the AC-DC converter through the first and second thyristors 611 and 621 that are turned on An output terminal of 553 may be conductive. Accordingly, through the thyristors 611 and 621 , the AC current supplied from the preliminary power source 551 may be output in the form of a DC current and supplied to the load.
  • the first and second bypass circuits 612 and 622 are connected to the output terminal 590 and the AC-DC converter 553 through the first and second thyristors 611 and 621 according to the difference in operating speed of the thyristor and the circuit breaker. ) may be closed in a state in which the output terminal is conducted first.
  • the output terminals (P, N) 590 and the AC-DC converter 553 are connected to the first and second thyristors 611 and 621 as well as the first and second bypass circuits 612 and 622 through can be conducted. Accordingly, through the first and second bypass circuits 612 and 622 as well as the first and second thyristors 611 and 621, the alternating current supplied from the standby power source 551 is a direct current can be converted to and supplied to the load. On the other hand, as the path through which the current is supplied to the load increases, the voltage of the circuits to which the current is supplied via the previously conducted path (the first and second thyristors 611 and 621 ) may be lowered.
  • the controller 600 may detect that the first and second bypass circuits 612 and 622 are closed.
  • the controller 1600 may receive a feedback signal from the first and second switches 613 and 623 and determine that the first and second switches 613 and 623 are closed.
  • whether the first and second bypass circuits 612 and 622 are closed may be detected based on the voltage sensed from the first and second bypass circuits 612 and 622 .
  • the control unit 600 may transmit a turn-off signal to the first and second thyristors 611 and 621 . Then, the first and second thyristors 611 and 621 that have received this may be switched to a turned-off state, and accordingly, conduction of current through the first and second thyristors 611 and 621 may be stopped.
  • the output terminals (P, N) 590 and the output terminal of the AC-DC converter 553 may conduct only through the closed first and second bypass circuits 612 and 622 . Accordingly, the AC current supplied from the preliminary power source 551 may be output in the form of a DC current through the first and second bypass circuits 612 and 622 .
  • FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating an example of a case in which the UPS module according to an embodiment of the present invention includes a separate spare power connected through the non-stop power supply switch described in FIG. 6 .
  • the second module 550 may be connected through the non-stop power supply switch 580 described with reference to FIG. 6 .
  • the second control unit 581 may be the control unit 600 of the non-sequential power supply switch 580 described with reference to FIG. 6 .
  • the AC-DC converter 553 is driven and at the same time the thyristor and the switch formed on the right circuit are controlled at the same time to turn on the thyristor, and the By closing the switch, the bypass circuit can be connected. Accordingly, the output terminal 590 and the AC-DC converter 553 may be connected to each other through a circuit passing through the thyristor and a bypass circuit.
  • the converter through the thyristor may be connected faster according to the difference in response speed. Therefore, the DC current converted in the AC-DC converter 553 through a circuit passing through the thyristor may be first supplied to the output terminal 590 . Accordingly, uninterrupted power supply can be achieved.
  • the DC current converted in the AC-DC converter 553 is supplied to the output terminal 590 through both the circuit and the right circuit via the thyristor. . Then, the second control unit 581 turns off the thyristor to prevent heat generation of the thyristor, and accordingly, only through the right circuit, the DC current converted in the AC-DC converter 553 can be supplied to the output terminal 590 .
  • AC-DC converter 553 connected to the standby power source 551 may also be integrated with the integrated converter 530 . All converters can then be integrated into one converter. That is, a commercial power converter (AC-DC converter) connected to commercial power, a plurality of alternative power converters (DC-DC converter (first alternative power converter), AC-DC converter (second alternative power converter)) can be integrated into one converter.
  • AC-DC converter commercial power converter
  • DC-DC converter first alternative power converter
  • AC-DC converter second alternative power converter
  • the integrated converter may be disposed in different regions of one cooling unit (eg, a heat conduction plate) to share the single cooling unit.
  • one cooling unit eg, a heat conduction plate
  • heat may be generated only in an area in which the commercial power converter is disposed. In this case, little heat may be generated in the area in which the first alternative power converter is disposed and the area in which the second alternative power converter is disposed. Accordingly, heat generated in the region where the commercial power converter is disposed may be propagated to the entire other surface of the cooling unit, and may be dissipated and cooled through a plurality of protrusions formed on the other surface. Therefore, sufficient cooling can be achieved with only one cooling unit.
  • the heat generated in the region where the first alternative power converter is disposed may be propagated to the entire other surface of the cooling unit, and may be dissipated and cooled through a plurality of protrusions formed on the other surface. Therefore, sufficient cooling can be achieved with only one cooling unit.
  • heat may be generated only in the region in which the second alternative power converter connected to the standby power is disposed. In this case, little heat may be generated in the region in which the commercial power converter is disposed and the region in which the first alternative power converter is disposed. Therefore, the heat generated in the region where the second alternative power converter is disposed may be propagated to the entire other surface of the cooling unit, and may be dissipated and cooled through a plurality of protrusions formed on the other surface. Therefore, sufficient cooling can be achieved with only one cooling unit.
  • each circuit component eg, semiconductor rectifier switches constituting the circuits of the commercial power converter, the first alternative power converter, and the second alternative power converter is integrated into one integrated It is also possible to form a converter.
  • the circuit components of the first alternative power converter Heat may occur mainly in
  • heat may be mainly generated in circuit components of the second alternative power converter connected to the standby power.
  • a plate made of a metal material through which heat is conducted and an air-cooling cooling unit in which heat is cooled using a plurality of protrusions formed on the other surface of the plate have been mentioned, but this is only an example of the present invention.
  • wealth can cool heat in any number of other ways.
  • a water-cooled cooling unit may be provided.
  • the cooling unit includes a second surface cooled by cooling water and a surface on which at least one converter circuit component is disposed.
  • Heat formed of a metal material with high thermal conductivity It may include a conductive part.
  • the present invention described above can be implemented as computer-readable code on a medium in which a program is recorded.
  • the computer-readable medium includes all kinds of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc.
  • HDD Hard Disk Drive
  • SSD Solid State Disk
  • SDD Silicon Disk Drive
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Compact Disk Drive
  • CD-ROM Compact Disk
  • magnetic tape floppy disk
  • optical data storage device etc.
  • carrier wave eg, transmission over the Internet
  • the uninterruptible power supply module of the present invention can be used in various industrial fields, such as a power system for supplying power to various industrial devices.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 정전 시에 대체 전력을 공급하는 UPS 모듈에 대한 것으로, 상용 전원으로부터 공급되는 교류 전류를, 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하는 제1 교류-직류 컨버터와, 상기 상용 전원으로부터의 전류 공급이 정지된 경우에, 배터리로부터 공급되는 직류 전류를, 상기 부하에 공급하기 위한 다른 전압의 직류 전류로 변환하는 직류-직류 컨버터와, 상기 제1 교류-직류 컨버터와 상기 직류-직류 컨버터에서 변환된 직류 전류를 상기 부하에 공급하는 출력단 및, 상기 제1 교류-직류 컨버터와 상기 직류-직류 컨버터를 냉각하는 1체의 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무정전 전원 공급 모듈
본 발명은 정전 시에 대체 전력을 공급하는 무정전 전원 공급 모듈(Uninterruptible Power Supply, 이하 UPS 모듈)에 대한 것이다.
현재는 기술의 발달에 따라 산업 시스템이 고도화되는 추세에 있으며, 이러한 고도화된 산업 시스템에 따라 자동화 및 고속화된 산업 기기들이 운용되고 있다.
이러한 산업 기기들의 자동화 및 고속화에 따라 상기 산업 기기들의 전력을 공급하는 전력 계통에 문제가 발생하는 경우, 정전에 따른 막대한 피해가 발생할 수 있다. 또한 상기 전력 계통의 문제는 전력을 공급받는 산업 기기들 자체의 손상을 가져올 수 있으므로 그 피해는 더욱 커질 수 있다. 따라서 이러한 갑작스러운 정전 또는 이상 전류 등과 같은 전력 계통의 문제가 발생하는 경우에, 일정량의 전류가 충전된 배터리를 이용하여 부하, 즉 산업 기기들에 대체 전력을 공급하는 UPS 모듈을 도입함으로써, 상용 전원의 전력 계통에 이상이 발생하는 경우에도 안정적인 전력이 공급될 수 있도록 한다.
이처럼 전력 계통의 문제 발생 시 대체 전력을 공급하기 위하여 UPS 모듈은 상용 전원으로부터 공급되는 전류를 부하로 출력하는 출력단에, 대체 전원으로서 일정량의 전류가 충전된 배터리가 더 연결되는 구조를 가질 수 있다. 즉, 도 1에서 보이고 있는 바와 같이, 통상적인 UPS 모듈은 상용 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 AC-DC 컨버터(AC-DC Converter)(11)와 배터리(20), 그리고 상기 배터리(20)로부터 출력되는 직류 전류를 다른 전압의 직류 전류로 변환하는 DC-DC 컨버터(DC-DC Converter)(21)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 AC-DC 컨버터(11)의 출력단과 DC-DC 컨버터(22)의 출력단은 서로 연결되어 공통 출력단(30)을 형성함으로서, 상용 전원(10)의 이상으로 인해 상용 전원(10)으로부터의 전력 공급이 차단되는 경우, 배터리(20)에 충전된 직류 전류가 공통 출력단(30)을 통해 출력하여 부하로의 전력 공급을 유지할 수 있도록 한다.
한편 상기 AC-DC 컨버터(11)와 DC-DC 컨버터(21)는 각각 복수의 IGBT 소자와 다이오드들을 포함하여 형성될 수 있다. 따라서 구동시 IGBT 소자들과 다이오드들의 구동에 따른 열이 발생할 수 있다. 이에 상기 AC-DC 컨버터(11)와 DC-DC 컨버터(21)는 열을 냉각하기 위한 냉각부(11, 12)를 각각 구비할 수 있다. 그리고 일반적으로 상기 냉각부들(11, 12)은, 일 면이 컨버터들(11, 21)에 부착되도록 형성되는 열 전도율이 높은 금속 재질의 판(열 전도판) 형태로 형성될 수 있으며, 상기 열 전도판의 타면에는 표면적을 넓혀 냉각 효율을 극대화하기 위해 상기 냉각부들(11, 12)의 타면으로부터 융기된 복수의 돌기를 포함할 수 있다.
냉각부의 경우 돌기들이 형성된 냉각부의 넓이에 따라 냉각 효과가 좌우될 수 있다. 따라서 일정 수준의 냉각 효과를 보장하기 위해서 각 냉각부들은 일정한 크기 이상의 면적을 필요로 한다.
한편 냉각부들은 컨버터에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 것으로 각각의 컨버터 마다 구비될 수 있다. 따라서 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 컨버터의 개수가 복수인 경우 복수의 냉각부가 구비된다. 이 경우 냉각 효과를 보장하기 위해서는 냉각부의 면적이 최소 면적 이상이여야 하므로, 냉각부의 크기를 줄이는 데는 한계가 있다. 또한 통상적인 UPS 모듈의 경우, 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 복수의 냉각부를 구비하므로, 냉각부들이 차지하는 부피로 인해 UPS 모듈이 대형화된다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 보다 소형화된 UPS 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 대체 전원으로서, 배터리 외에 교류 전류를 제공하는 예비 전원을 더 구비하는 경우, 상기 배터리로부터의 전력 공급이 중단될 때에, 별도의 냉각부를 구비하지 않으면서 보다 짧은 시간 안에 상기 예비 전원으로부터 전류를 공급받아 부하로 전달할 수 있는 무순단 전원 공급스위치(Startic Transfer Switch)를 포함하는 UPS 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은, 상용 전원으로부터 공급되는 교류 전류를, 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하는 제1 교류-직류 컨버터와, 배터리로부터 공급되는 직류 전류를, 상기 부하에 공급하기 위한 다른 전압의 직류 전류로 변환하는 직류-직류 컨버터와, 상기 제1 교류-직류 컨버터와 상기 직류-직류 컨버터에서 변환된 직류 전류를 상기 부하에 공급하는 출력단 및, 상기 제1 교류-직류 컨버터와 상기 직류-직류 컨버터를 냉각하도록 통합된 모듈을 구성하는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉각부는, 열 전도성 재질로 형성되며, 상기 제1 교류-직류 컨버터를 구성하는 제1 회로 소자들과, 상기 직류-직류 컨버터를 구성하는 제2 회로 소자들이 배치되는 일면과, 상기 일면에 배치된 회로 소자들로부터 발생되는 열을 냉각하기 위한 방열부가 형성된 타면을 포함하는 평판의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉각부는, 열전도성 재질로 형성되고, 상면과 하면, 그리고 상기 상면과 하면 사이에 형성되는 적어도 하나의 측면을 포함하는 입체적 형상을 가지며, 상기 상면과 하면 중 어느 하나에는, 상기 제1 교류-직류 컨버터를 구성하는 제1 회로 소자들이 배치되고, 다른 하나에는 상기 직류-직류 컨버터를 구성하는 제2 회로 소자들이 배치되며, 상기 적어도 하나의 측면에는, 상기 상면과 하면에 각각 배치된 회로 소자들로부터 발생하는 열을 냉각하기 위한 방열부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉각부의 일면에 배치되는 제1 및 제2 회로 소자들은, 상기 상용 전원의 각 상에 연결되는 상기 제1 회로 소자들과, 상기 배터리에 연결되는 서로 다른 제2 회로 소자들 일부들이, 상기 상용 전원의 각 상 별로 각각 병렬로 배치되어 상기 제1 교류-직류 컨버터와 상기 직류-직류 컨버터가 통합된 통합 컨버터를 형성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 회로 소자 및 상기 제2 회로 소자는, 반도체 정류 스위치임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 회로 소자 및 상기 제2 회로 소자는, 정류 소자를 더 포함하며, 상기 정류 소자를 더 포함하는 경우, 상기 반도체 정류 스위치와 상기 정류 소자는 병렬로 배치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 정류 스위치는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 예비 전원으로부터 공급되는 교류 전류를 상기 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하는 제2 교류-직류 컨버터를 더 포함하며, 상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터는, 상기 출력단의 전압이 일정 수준 이하로 낮아지는 경우에, 상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터의 출력단 사이를 연결하는 스위치부를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위치부는, 상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터의 출력단 사이의 전류 흐름에 따라 순방향으로 배치된 정류 소자와, 상기 정류 소자의 입력단과 출력단을 서로 연결하여, 상기 정류 소자를 우회하여 상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터의 출력단 사이를 도통시키는 우회 전로 및, 상기 우회 전로의 개로(open) 및 폐로(close)를 제어하는 스위치를 포함하는 무순단 전원 공급 스위치(Static Transfer Switch)임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위치부는, 상기 출력단의 전압이 일정 수준 이하로 낮아지는 경우에, 동작 전압이 인가되며, 상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터 사이의 전류 흐름에 따라 순방향으로 배치된 정류 소자임을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 정류 소자는, 실리콘 제어 정류 소자(Silicon Controlled rectifier, SCR)임을 특징으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은, 상용 전원으로부터 공급되는 전류를, 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하기 위한 상용 전원 컨버터와, 적어도 하나의 대체 전원으로부터 공급되는 전류를 상기 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하기 위한 적어도 하나의 대체 전원 컨버터 및, 상기 상용 전원 컨버터와 상기 적어도 하나의 대체 전원 컨버터를 냉각하도록 통합된 모듈을 구성하는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉각부는, 열 전도성 재질로 형성되며, 상기 제1 교류-직류 컨버터를 구성하는 제1 회로 소자들과, 상기 직류-직류 컨버터를 구성하는 제2 회로 소자들이 배치되는 일면과, 상기 일면에 배치된 회로 소자들로부터 발생되는 열을 냉각하기 위한 방열부가 형성된 타면을 포함하는 평판의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 냉각부는, 열 전도성로 형성되고, 상면과 하면, 그리고 상기 상면과 하면 사이에 형성되는 적어도 하나의 측면을 포함하는 입체적 형상을 가지며, 상기 상면과 하면 중 어느 하나에는, 상기 상용 전원 컨버터를 구성하는 제1 회로 소자들이 배치되고, 다른 하나에는 상기 적어도 하나의 대체 전원 컨버터를 구성하는 적어도 하나의 제2 회로 소자들이 배치되며,
상기 적어도 하나의 측면에는, 상기 상면과 하면에 배치된 회로 소자로부터 발생되는 열을 냉각하기 위한 복수의 돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 대체 전원 컨버터는, 배터리로부터 공급되는 직류 전류를 다른 전압의 직류 전류로 변환하는 직류-직류 컨버터 및, 예비 전원으로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류-직류 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 UPS 모듈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 각각의 전원 공급 경로에 포함된 컨버터들이 하나의 냉각부 상에 배치되어 상기 하나의 냉각부를 공유하도록 함으로써 UPS 모듈의 크기를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 각각의 전원 공급 경로에 포함된 컨버터들이 통합된 하나의 통합 컨버터를 제공하여 요구되는 냉각부의 개수를 줄임으로서, UPS 모듈의 크기를 최소화할 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 예비 전원이 제공되는 경우, 상기 예비 전원이 제공되는 전로를 사이리스터(thyristor)와 상기 사이리스터를 우회하는 우회 전로, 그리고 상기 우회 전로를 개로 또는 폐로하는 차단기를 포함하는 무순단 전원 공급 스위치(STS)를 통해 연결함으로써, 필요시 별도의 냉각부를 구비하지 않으면서 보다 짧은 시간 안에 상기 예비 전원으로부터 공급되는 전류를 부하로 전달할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 각각의 컨버터마다 냉각부를 구비하는 통상적인 UPS 모듈의 예를 도시한 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따라 UPS 모듈의 컨버터들이 하나의 냉각부를 공유하도록 하나의 냉각부 상에 배치되는 구조를 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라, UPS 모듈의 전원 공급 경로 각각에 포함된 컨버터들이 통합된 통합 컨버터가, 하나의 냉각부 상에 배치된 예를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈이, 스위치를 통해 연결되는 별도의 예비 전원을 더 포함하는 경우의 예를 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈이, 정류 소자를 통해 연결되는 별도의 예비 전원을 더 포함하는 경우의 예를 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무순단 전원 공급 스위치의 구조를 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈이, 상기 무순단 전원 공급 스위치를 통해 연결되는 별도의 예비 전원을 포함하는 경우의 예를 도시한 예시도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다
본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.
통상적으로 도 1에서 도시된 통상적인 UPS 모듈을 살펴보면, 상용 전원(10)으로부터 정상적으로 전류가 공급되는 경우, 상용 전원(10)과 연결된 교류-직류 컨버터(11)가 구동되어 상용 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하여 출력단(30)에 공급한다. 이 경우 대체 전원인 배터리(20)에 연결된 직류-직류 컨버터(11)는 구동되지 않을 수 있으며, 이에 따라 배터리(20)에 충전된 직류 전류가 공급되지 않을 수 있다.
즉, 정상적으로 상용 전원(10)으로부터 전류가 공급되는 경우 교류-직류 컨버터(11)만 동작할 수 있으며, 구동 중인 교류-직류 컨버터(11)에서만 발열이 일어나고, 이 경우 교류-직류 컨버터(11)에 구비된 제1 냉각부(12)에서만 냉각이 이루어질 수 있다.
반면, 상용 전원(10)에 이상이 발생하여 상기 상용 전원(10)으로부터 공급되는 전류가 차단되는 경우, 상용 전원(10)과 연결된 교류-직류 컨버터(11)는 구동을 정지하게 된다. 그러면 대체 전원인 배터리(20)에 연결된 직류-직류 컨버터(21)가 구동될 수 있으며, 이에 따라 배터리(20)의 전류가 다른 전압의 전류로 변환되어 부하로 공급될 수 있다.
따라서 상용 전원(10)으로부터의 전원 공급이 차단되는 경우, 직류-직류 컨버터(21)만 동작할 수 있으며, 구동 중인 상기 직류-직류 컨버터(21)에서만 발열이 일어나고, 이 경우 직류-직류 컨버터(21)에 구비된 제2 냉각부(22)에서만 냉각이 이루어질 수 있다.
즉, 통상적인 UPS 모듈의 경우 정상 구동하는 경우에는 제1 냉각부(12)에서 냉각이 이루어지고, 상용 전원(10)에 이상이 발생하는 경우에는 제2 냉각부(22)에서 냉각이 이루어질 수 있다. 따라서 어느 한 시점에서 냉각이 이루어지는 냉각부는 하나이므로, 본 발명은 각각의 전원 공급 경로에 포함되는 컨버터들이 하나의 냉각부를 공유할 수 있도록 하여, 불필요한 냉각부의 개수를 줄임으로서 UPS 모듈의 크기를 줄일 수 있도록 한다.
도 2a 및 도 2b는, 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈의 컨버터들이 하나의 냉각부 상에 배치되어 하나의 냉각부를 공유하는 구조를 도시한 예시도이다.
먼저 도 2a를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은, 전력용 반도체를 포함하는 복수의 반도체 정류 스위치를 포함하며, 상용 전원으로부터 공급되는 3상의 전원(RST)(100)으로부터 교류 전류를 입력받아 직류 전류로 변환하는 교류-직류 컨버터(110)를 포함할 수 있다. 그리고 마찬가지로 복수의 반도체 정류 스위치를 포함하며, 대체 전원인 배터리(20)로부터 직류 전류를 입력받아 다른 전압의 직류 전류로 변환하는 직류-직류 컨버터(120)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 반도체 정류 스위치는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 전력용 반도체 스위치 일 수 있다. 또는 필요한 경우 다이오드와 같은 정류 소자가 상기 반도체 정류 스위치와 함께 사용될 수 있다. 이 경우 상기 반도체 정류 스위치(예: IGBT)와 정류 소자(예 : 다이오드)는 병렬로 배치될 수 있다.
그리고 상기 교류-직류 컨버터(110)와 직류-직류 컨버터(120)는 하나의 냉각부에 배치됨으로서, 두 개의 컨버터가 하나의 냉각부(310)를 공유할 수 있다.
한편 상기 냉각부(310)는 열 전도율이 높은 금속 재질로 형성되는 평판 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 냉각부(310)의 일면에는 컨버터들이 배치될 수 있다. 이 경우 일면은 상기 교류-직류 컨버터(110)의 회로 구성 요소들이 배치되는 제1 영역과, 직류-직류 컨버터(120)의 회로 구성 요소들이 배치되는 제2 영역으로 구획될 수 있다.
그리고 상기 냉각부(310)의 타면은 상기 일면에 배치된 컨버터들로부터 발생하는 열을 방열하기 위한 방열부가 형성될 수 있다. 상기 방열부는 상기 타면으로부터 융기된 복수의 돌기를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 타면의 표면적이 극대화될 수 있으며, 넓어진 표면적에 따른 열 발산에 의한 냉각 효과가 증대될 수 있다.
한편 돌기의 수가 많을수록 표면적이 넓어지므로, 방열부의 냉각 효과가 보다 증대될 수 있다. 따라서 보다 많은 개수의 돌기들이 형성될 수 있도록, 각각의 돌기는 바늘처럼 가는 핀(pin)(방열핀)의 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 촘촘하게 배열된 방열핀들이 상기 냉각부(310)의 타면에 형성될 수 있다.
한편 상기 도 2a의 냉각부(310)는, 배치된 상기 교류-직류 컨버터(110)와 직류-직류 컨버터(120)를 모두 나타날 수 있도록 편의상 넓은 면적을 가지는 것으로 도시되었으나, 상기 냉각부(310)의 면적은, 도 1에 도시된 통상적인 UPS 모듈의 제1 냉각부(12) 또는 제2 냉각부(22)의 넓이(열 전도판의 면적)와 같거나 유사할 수 있다. 또는 두 냉각부 중 보다 넓은 면적을 가지는 냉각부와 동일한 면적을 가질 수 있다.
일 예로 제1 냉각부(11)와 제2 냉각부(12)가 서로 다른 면적을 가지는 경우, 상기 냉각부(310)의 열 전도판은 상기 제1 냉각부(11)의 열 전도판과 상기 제2 냉각부(12)의 열 전도판 중 더 큰 면적을 가지는 열 전도판과 동일한 면적을 가질 수 있다.
한편 상기 도 2a를 참조하여 살펴보면, 상용 전원(100)으로부터 정상적으로 전류가 공급되는 경우 상기 교류-직류 컨버터(11)가 구동됨에 따라, 상기 교류-직류 컨버터(110)가 배치된 냉각부(310)의 제1 영역이 가열될 수 있다. 그리고 제1 영역의 열은 냉각부(310)의 타면 전체로 전도되어, 상기 냉각부(310) 타면에 형성된 복수의 돌기를 통해 발산될 수 있다.
이 경우 상기 직류-직류 컨버터(120)가 배치된 냉각부(310)의 제2 영역은, 상기 직류-직류 컨버터(120)가 구동되지 않음에 따라 열이 발생하지 않을 수 있다. 따라서 냉각부(310)의 면적이, 통상적인 UPS 모듈의 제1 냉각부(12)의 면적과 동일하거나 유사한 경우, 통상적인 UPS 모듈의 제1 냉각부(11)와 동일한 냉각 효과를 가질 수 있다.
반면, 상용 전원(100)의 전력 계통에 이상이 발생하는 경우 상용 전원(100)과의 연결이 차단되고, 교류-직류 컨버터(110)는 동작을 정지할 수 있다. 그리고 배터리(20)의 전류를 부하로 공급하기 위해 직류-직류 컨버터(120)가 구동될 수 있다.
이처럼 직류-직류 컨버터(120)가 구동되면, 상기 직류-직류 컨버터(120)가 배치된 냉각부(310)의 제2 영역이 가열될 수 있다. 그리고 제2 영역에서 발생된 열은 냉각부(310)의 타면 전체로 전도되어, 냉각부(310) 타면에 형성된 복수의 돌기를 통해 발산될 수 있다.
이 경우 상기 교류-직류 컨버터(110)가 배치된 냉각부(310)의 제1 영역은, 상기 교류-직류 컨버터(121)의 구동 정지에 따라 열이 발생하지 않을 수 있다. 따라서 통상적인 UPS 모듈의 제2 냉각부(12) 면적과 동일하거나 유사한 경우 통상적인 UPS 모듈의 제2 냉각부(12)와 동일한 냉각 효과를 가질 수 있다.
즉, 도 2a에서 도시된 냉각부(310)는, 통상적으로 어느 하나의 컨버터에 구비되는 냉각부에 교류-직류 컨버터(110)의 회로 및 직류-직류 컨버터(120)의 회로가 모두 배치되는 구성일 수 있다. 따라서 상기 “통상적으로 어느 하나의 컨버터에 구비되는 냉각부”의 면적이 기 설정된 최소 면적인 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은, 상기 최소 면적을 가지는 냉각부를 복수의 영역으로 구획하여 각 영역에 서로 다른 컨버터에 대응하는 회로들이 배치하는 구성일 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은 복수의 컨버터가 하나의 냉각부를 공유할 수 있다.
한편 상기 도 2a의 설명에서는 냉각부가 평평한 판의 형태로 형성된 경우를 가정하여 설명하였다. 이에 따라 도 2a에서 보이고 있는 바와 같이 상기 냉각부의 일면에 각 컨버터에 대응하는 회로 구성 요소들이 배치되고, 타면에 열 발산을 위한 복수의 돌기가 형성되는 예를 설명하였다. 그러나 이와는 달리, 상기 냉각부는 입체적으로 복수의 영역으로 구획될 수도 있음은 물론이다.
일 예로 도 2b에서 보이고 있는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈의 냉각부(320)는 상면(250)과 하면(260)에 각각 서로 다른 컨버터에 대응하는 회로들이 배치될 수 있다. 이 경우 냉각부(320)는 상면(250)과 하면(260) 사이의 면들, 즉 각 측면(270)에 열을 발산하기 위한 복수의 돌기(280)가 형성될 수 있다.
이러한 경우 상기 냉각부(320)는 측면의 표면적을 넓히기 위해, 측면(270)이 일정한 너비, 즉 상면(250)이 하면(260)으로부터 일정 높이를 가지는 육면체 형태를 가질 수 있다. 이 경우 냉각부(320)는 열 전도율이 높은 금속 재질의 속이 비어있는 상자 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 냉각부(320) 측면(270)에 형성된 복수의 돌기(280)는, 냉각부(320)의 상면(250)과 하면(260) 중 적어도 하나로부터 발생된 열을 발산할 수 있다. 즉, 상기 냉각부(320)의 상면(250)과 하면(260)에 각각 배치된 컨버터 회로들은 상기 복수의 돌기(280)가 형성된 측면들(270)을 공유하여 냉각에 사용할 수 있다.
한편 상술한 도 2a에서는 상용 전원으로부터 공급되는 교류 전류를 변환하기 위한 상용 전원 컨버터(교류-직류 컨버터(110))와 대체 전원으로부터 공급되는 직류 전류를 변환하기 위한 대체 전원 컨버터(직류-직류 컨버터(120))가, 냉각부(310)의 서로 다른 영역에 각각 배치되는 구성을 설명하였다. 그러나 이와는 달리, 상용 전원과 연결되는 상용 전원 컨버터와, 적어도 하나의 대체 전원에 각각 연결되는 적어도 하나의 대체 전원 컨버터를 통합하여, 하나의 통합된 컨버터(이하 통합 컨버터)를 형성할 수도 있음은 물론이다.
도 3은 이러한 본 발명의 실시 예에 따라, UPS 모듈의 전원 공급 경로 각각에 포함된 컨버터들이 통합된 통합 컨버터가, 하나의 냉각부 상에 배치된 예를 도시한 예시도이다. 설명의 편의상 배터리(20)에 연결되는 직류-직류 컨버터(120)가 상기 대체 전원 컨버터로서 상기 통합 컨버터를 형성하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 일 예로 상기 배터리(20) 대신 별도의 교류 전류를 공급하도록 형성되는 예비 전원이 상기 대체 전원이 될 수 있으며, 이 경우 상기 대체 전원 컨버터는 상기 예비 전원으로부터 입력되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류-직류 컨버터일 수 있다.
또한 둘 이상의 대체 전원 컨버터가 상기 상용 전원 컨버터와 통합되어 상기 통합 컨버터를 형성할 수도 있음은 물론이다.
또한 이하의 설명에서는 컨버터의 회로 구성으로서 반도체 정류 스위치만을 간략하게 표시하였으나, 반도체 정류 스위치 뿐만 아니라 다이오드와 컨덴서 등 도시되지 않은 다른 구성 요소들을 더 포함할 수 있음은 물론이다. 즉, 이하의 설명에서 특정 컨버터의 구성 요소로서 언급된 복수의 반도체 정류 스위치는, 상기 특정 컨버터를 구성하는 다른 회로 구성 요소들을 더 포함할 수 있다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 통합 컨버터(300)는, 양극 출력단(P)과 음극 출력단(N) 사이를 연결하며 상용 전원으로부터 공급되는 3상의 교류 전원(100)과 연결되는 제1 복수의 반도체 정류 스위치(351a, 351b, 352a, 352b, 353a, 353b)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1 복수의 반도체 정류 스위치는 상용 전원 컨버터의 구성 요소로서, 상기 3상의 교류 전원(100)으로부터 인가되는 3상의 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위한 것일 수 있다.
또한 통합 컨버터(300)는, 양극 출력단(P)과 음극 출력단(N) 사이를 연결하며 배터리(20)와 연결되는 제2 복수의 반도체 정류 스위치(361a, 361b, 362a, 362b, 363a, 363b)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제2 복수의 반도체 정류 스위치는 대체 전원 컨버터의 구성 요소로서, 상기 배터리(20)로부터 인가되는 직류 전류를 다른 전압의 직류 전류로 변환하기 위한 것일 수 있다.
이 경우 상용 전원(100)의 R상에 연결되는 R상 반도체 정류 스위치들(351a, 351b)은 배터리(20)에 연결되는 상기 제2 반도체 정류 스위치의 일부(361a, 361b)와 병렬로 배치될 수 있다. 또한 상용 전원(100)의 S상에 연결되는 S상 반도체 정류 스위치들(352a, 352b)은 배터리(20)에 연결되는 상기 제2 반도체 정류 스위치의 다른 일부(362a, 362b)와 병렬로 배치될 수 있다. 또한 상용 전원(100)의 T상에 연결되는 T상 반도체 정류 스위치들(353a, 353b)은 배터리(20)에 연결되는 상기 제2 반도체 정류 스위치의 또 다른 일부(363a, 363b)와 병렬로 배치될 수 있다.
즉, 상용 전원(100)의 각 상에 연결되는 제1 반도체 정류 스위치들과 상기 배터리에 연결되는 서로 다른 제2 반도체 정류 스위치들이, 상기 상용 전원(100)의 각 상(R, S, T) 별로 각각 병렬로 배치되어, 교류-직류 컨버터와 직류-직류 컨버터가 통합된 통합 컨버터를 형성할 수 있다.
또한 상기 통합 컨버터(300)는 하나의 냉각부(330)를 구비할 수 있다. 이 경우 냉각부(330)는 회로 구성 요소들이 배치되는 일면과 열 발산을 위한 복수의 돌기가 형성된 타면을 포함할 수 있다. 그리고 열 전도율이 높은 금속 재질로 형성된 평판의 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 복수의 돌기 각각은 바늘처럼 가는 핀의 형상을 가질 수 있으며, 상기 타면 전체에 촘촘하게 배열될 수 있다.
도 3에서 보이고 있는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈의 통합 컨버터(300)는, 상용 전원 컨버터에 대응하는 회로 구성 요소와 대체 전원 컨버터에 대응하는 회로 구성 요소를 모두 포함할 수 있다. 따라서 하나의 컨버터(300)가 상용 전원(100)으로부터 인가되는 교류 전류를 직류 전류로, 배터리(20)로부터 인가되는 직류 전류를 다른 전압의 직류 전류로 변환할 수 있다.
일 예로, 상용 전원(100)으로부터 정상적으로 전류가 공급되면, 상기 제1 복수의 반도체 정류 스위치(351a, 351b, 352a, 352b, 353a, 353b)에 통전이 이루어질 수 있다. 따라서 상기 제1 복수의 반도체 정류 스위치(351a, 351b, 352a, 352b, 353a, 353b)의 통전에 따른 열이 발생할 수 있다. 그러면 발생된 열은 냉각부(330)의 타면 전체로 전파될 수 있으며, 상기 냉각부(330) 타면에 형성된 복수의 돌기를 통해 발산될 수 있다.
이 경우 제2 복수의 반도체 정류 스위치(361a, 361b, 362a, 362b, 363a, 363b)는 구동하지 않을 수 있으며, 이에 따라 열이 발생하지 않을 수 있다. 따라서 냉각부(330)의 면적이, 통상적인 UPS 모듈의 제1 냉각부(12)의 면적과 동일하거나 유사한 경우, 상기 통상적인 UPS 모듈의 제1 냉각부(11)와 동일한 냉각 효과를 가질 수 있다.
반면, 상용 전원의 이상으로 인하여 배터리(20)로부터 전류가 공급되는 경우, 상기 제2 복수의 반도체 정류 스위치(361a, 361b, 362a, 362b, 363a, 363b)에 통전이 이루어질 수 있다. 따라서 상기 제2 복수의 반도체 정류 스위치(361a, 361b, 362a, 362b, 363a, 363b)의 통전에 따른 열이 발생할 수 있다. 그러면 발생된 열은 냉각부(330)의 타면 전체로 전파될 수 있으며, 상기 냉각부(330) 타면에 형성된 복수의 돌기를 통해 발산될 수 있다.
이 경우 제1 복수의 반도체 정류 스위치(351a, 351b, 352a, 352b, 353a, 353b)는 상용 전원(100)으로부터의 전류 공급이 차단됨에 따라 구동되지 않을 수 있으며, 이에 따라 열이 발생하지 않을 수 있다. 따라서 냉각부(330)의 면적이, 통상적인 UPS 모듈의 제2 냉각부(12)의 면적과 동일하거나 유사한 경우, 상기 통상적인 UPS 모듈의 제2 냉각부(12)와 동일한 냉각 효과를 가질 수 있다.
즉, 도 3에서 도시된 냉각부(330)는 통상적으로 어느 하나의 컨버터에 구비되는 냉각부에 교류-직류 컨버터를 구성하는 회로 구성 요소 및 직류-직류 컨버터를 구성하는 회로 구성 요소 모두가 배치되는 구성일 수 있다. 따라서 상기 통상적으로 어느 하나의 컨버터에 구비되는 냉각부의 면적이 기 설정된 최소 면적인 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은, 상기 최소 면적을 가지는 냉각부를 포함하는 하나의 통합 컨버터(390)를 구비함으로써, UPS 모듈의 크기를 보다 소형화 할 수 있다.
한편 상술한 바와 같이 배터리를 이용하여 대체 전력을 공급하는 UPS 모듈의 경우, 배터리에 충전된 전류가 모두 방전되면 부하로의 전력 공급이 중단된다는 문제가 있었다. 이에 따라 배터리에 충전된 전류가 모두 방전되기 전에 상용 전원이 복구되지 않는 경우, 부하로의 전력 공급이 중단된다는 문제가 있다.
이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은, 별개의 대체 전원으로서, 배터리 뿐만 아니라 별도의 교류 전류를 안정적으로 공급할 수 있는 예비 전원을 대체 전원으로 더 구비할 수 있다. 그리고 배터리가 모두 방전된 이후에는 상기 예비 전원으로부터 전력을 공급받아 부하에 전력을 공급하도록 함으로써, 배터리가 모두 방전되는 경우에도 부하로의 전력 공급이 유지되도록 할 수 있다.
이하 도 4 내지 도 7은, 이처럼 대체 전원으로서 예비 전원을 더 포함하는 경우의 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈의 예들을 도시한 것이다.
먼저 도 4는, 상기 도 2a 또는 도 3에서 설명한 바와 같이 통합 컨버터를 구비하는 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈이, 스위치를 통해 연결되는 별도의 예비 전원을 더 포함하는 경우를 도시한 것이다.
도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은, 상용 전원(511)과 제1 대체 전원으로서 배터리(521)를 포함할 수 있다. 그리고 도 2a 내지 도 3에서 살펴본 바와 같이, 구획된 복수의 영역을 통해 하나의 냉각부(531) 상에 형성되거나(도 2a 및 도 2b) 또는 하나의 회로로 통합되어(도 3) 하나의 냉각부(531)를 사용하는 통합 컨버터(530)가, 상기 상용 전원(511)로부터 입력되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하거나 또는 상기 배터리(521)로부터 입력되는 직류 전류를 다른 전압의 직류 전류로 변환할 수 있다. 그리고 변환된 전류를 출력단(590)을 통해 부하로 공급할 수 있다.
그리고 상기 상용 전원(511)과 상기 통합 컨버터(530) 사이에는, 상기 상용 전원(511)로부터 발생하는 과전류 및 아크(arc) 로부터 상기 통합 컨버터(530)를 보호하기 위한 제1-1 차단기(512)가 배치될 수 있다. 그리고 상기 통합 컨버터(530) 상기 통합 컨버터(530) 사이에, 내부 시스템을 보호하기 위한 제2 차단기(540)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1-1 차단기(512) 및 제2 차단기(540)는 클로즈된 상태가 디폴트(default) 상태로서, 과전류 등 이상 전류가 발생하지 않는 한 폐쇄된 상태(회로가 연결된 상태)를 유지할 수 있다.
그리고 상기 배터리(521)와 상기 통합 컨버터(530) 사이에는, 상기 배터리(521)로부터 발생하는 이상 전압 또는 이상 전류의 발생 시 상기 통합 컨버터(530)를 보호하기 위한 제1-2 차단기(522)가 배치될 수 있다.
여기서 상기 제1-2 차단기(522)는 클로즈된 상태가 디폴트(default) 상태로서, 과전류 등 이상 전류가 발생하지 않는 한 폐쇄된 상태(회로가 연결된 상태)를 유지할 수 있다.
또는 상기 제1-2 차단기(522)는 오픈된 상태가 디폴트(default) 상태로서, 상용 전원(521)의 전력 계통 이상 등, 상용 전원(521)으로부터의 전력 공급에 이상이 없는 경우 통합 컨버터(530)와 배터리(521)가 단선된 상태를 유지할 수도 있다. 그리고 상용 전원(521)으로부터의 전력 공급에 이상이 발생하는 경우 클로즈되어, 배터리(521)과 통합 컨버터(530)을 연결하도록 형성될 수도 있다.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은, 상기 상용 전원과 별개로 교류 전류를 공급하는 예비 전원(551)을 더 포함할 수 있다. 상기 예비 전원(551)은, 상기 예비 전원(551)과 연결되는 교류-직류 컨버터(553)와 연결될 수 있다. 따라서 교류-직류 컨버터(553)가 구동되는 경우, 상기 예비 전원(551)로부터 공급되는 교류 전류가 변환된 직류 전류가 출력단(590)을 통해 부하로 공급할 수 있다.
여기서 상기 예비 전원(551)과 상기 교류-직류 컨버터(553) 사이에는, 상기 예비 전원(551)로부터 발생하는 과전류 및 아크로부터 상기 교류-직류 컨버터(553)를 보호하기 위한 제3 차단기(552)가 배치될 수 있다.
한편 상기 통합 컨버터(530)와 연결되는 상용 전원(511)과 제1 대체 전원, 즉 배터리(521), 및 통합 컨버터(530)는 하나의 모듈(500)(이하 제1 모듈)을 형성할 수 있다. 그리고 예비 전원(551)과 교류-직류 컨버터(553)는 상기 제1 모듈(500)과 다른 모듈(이하 제2 모듈(550))을 형성할 수 있다.
여기서 제1 모듈(500)은 상기 제1 모듈(500)의 전반적인 동작 및 제1 모듈(500)의 각 구성부를 제어하기 위한 제1 제어부(541)를 포함할 수 있다. 그리고 제2 모듈(550)은 상기 제2 모듈(550)의 전반적인 동작 및 제2 모듈(550)의 각 구성부를 제어하기 위한 제2 제어부(561)를 포함할 수 있다.
상기 제1 모듈(500)과 제2 모듈(550)은 서로 연결되어 하나의 출력단(590)을 형성할 수 있다. 이 경우 상기 제2 모듈(550)은 스위치(560)를 통해 연결될 수 있으며, 상기 스위치(560)는 고속의 스위칭 동작을 위해 IGBT 소자 등 반도체 소자로 형성된 스위치일 수 있다.
한편 상술한 바와 같이 상기 예비 전원(551)은, 전력 공급 이상으로 인해 상용 전원(511)으로부터의 전류 공급이 중단된 상태에서, 배터리(521)에 충전된 전류가 모두 방전되는 경우에 예비적으로 전류를 공급하는 대체 전원일 수 있다. 따라서 상기 스위치(560)는 회로를 개방(open)한 상태를 디폴트(default) 상태로 유지, 즉 회로가 차단(절연)된 상태를 유지하다가, 상기 상용 전원(511)으로부터의 전류 공급이 중단된 상태에서 배터리(521)의 전압이 일정 수준 이하로 낮아지는 경우에, 회로를 폐쇄(close)하여 상기 제2 모듈(550)과 출력단(590)을 연결시키도록 형성될 수 있다.
이를 위해 상기 제1 모듈(500)을 제어하는 제1 제어부(541)와 상기 제2 모듈(550)을 제어하는 제2 제어부(561)는 서로 연결될 수 있다. 즉, 제1 제어부(541)는 상용 전원(511)으로부터의 전류 공급이 중단된 상태에서, 배터리(521)의 전압이 일정 수준 이하로 낮아지면, 제1 모듈(500)에서 출력되는 전류의 전압이 일정 수준 이하로 낮아지면 제2 제어부(561)에 기 설정된 도통 신호를 전송할 수 있다.
그러면 제2 제어부(561)는 수신된 도통 신호에 따라 교류-직류 컨버터(553)를 구동 및, 스위치(560)를 제어하여 회로를 폐쇄함으로써 출력단(590)과 제2 모듈(550)을 연결시킬 수 있다. 그러면 구동된 교류-직류 컨버터(553)를 통해 예비 전원(551)의 교류 전류가 직류 전류로 변환되고, 변환된 직류 전류가 출력단(590)을 통해 부하로 공급될 수 있다.
한편 고도화된 산업 기기들의 경우 무순단 전력 공급이 요구되며, 이에 예비 전원이 연결되는 경우, 매우 짧은 시간 안에 상기 예비 전원이 연결된 경로로 전력 공급 경로의 스위칭이 이루어져야 한다.
그런데 이처럼 스위치(560)로 연결되는 경우, 느린 응답 속도로 인해 스위칭 속도가 느려진다는 문제가 있다. 이에 무순단 전원 공급을 위해 요구되는 시간 내에 제2 모듈(550)과 출력단(590)을 연결하기 어렵다는 문제가 있다. 따라서 스위치 대신에 매우 빠른 응답 속도를 가지는 정류 소자를 통해 제2 모듈(550)과 출력단(590) 사이를 연결하는 방안을 고려할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈이, 정류 소자를 통해 예비 전원을 연결시키는 경우의 예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하여 살펴보면, 상기 제2 모듈(550)은 스위치(560) 대신 정류 소자(570)를 통해 연결될 수 있다. 여기서 상기 정류 소자(570)는 다이오드, 실리콘 제어 정류 소자(SCR(Silicon Controlled rectifier), 또는 thyristor)일 수 있다.
이 경우 제2 제어부(561)는, 제1 제어부(541)로부터 도통 신호가 수신되면, 상기 교류-직류 컨버터(553)를 구동시킴과 동시에 상기 정류 소자(570)를 턴 온(turn on) 시킬 수 있다. 여기서 정류 소자(570)는 전류의 흐름 방향을 따라 배치된(순방향으로 배치된) 소자일 수 있으며, 소자의 특성상 매우 빠른 응답 속도를 가질 수 있다. 따라서 매우 짧은 시간 안에 출력단(590)과 상기 제2 모듈(550)의 교류-직류 컨버터(553)의 출력단을 서로 도통시킬 수 있다.
그런데 이러한 정류 소자(570)는 동작 속도가 매우 빠른 반면, 반도체 소자이므로 전류가 도통되는 시간이 길어지는 경우 그에 따른 발열이 발생할 수 있다. 그러면 발열로 인한 회로 손상이 발생할 수 있다.
이에 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈은 제2 모듈(550)과 출력단(590) 사이를 정류 소자와 스위치를 통해 병렬로 연결하는 무순단 전원 공급 스위치(Static Transfer Switch)를 통해 연결할 수 있다.
이러한 경우 상기 무순단 전원 공급 스위치는, 먼저 정류 소자를 이용하여 무순단 전원 공급을 위해 요구되는 시간 내에 출력단(590)과 상기 제2 모듈(550)과 출력단 사이를 도통시키고, 상기 스위치를 통해 병렬로 연결되는 우회 전로를 통해 제2 모듈(550)과 출력단 사이를 도통시킬 수 있다. 그리고 우회 전로를 통한 전류의 도통이 이루어지면 정류 소자를 턴 오프(turn off)하여 정류 소자의 발열을 방지할 수 있다. 이에 무순단 전원 공급을 위해 요구되는 시간 내에 제2 모듈(550)과 출력단(590) 사이를 연결하면서도, 상기 정류 소자의 발열에 의한 회로의 손상이 방지될 수 있다.
도 6은, 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 무순단 전원 공급 스위치의 구조를 도시한 회로도이다.
도 6을 참조하여 살펴보면, 본 발명과 관련된 무순단 전원 공급 스위치(630)는, 예비 전원(551)로부터 입력되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류-직류 컨버터(553)의 양극 출력단과 출력단(590)의 양극 출력단(P) 사이, 그리고 상기 교류-직류 컨버터(553)의 음극 출력단과 출력단(590)의 음극 출력단(N) 사이에 배치될 수 있다.
상기 무순단 전원 공급 스위치(630)는 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단 양극단과 상기 출력단(590)의 양극 출력단(P) 사이에 배치되는 제1 사이리스터(611)를 포함할 수 있다. 따라서 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단 양극단과 상기 출력단(590)의 양극 출력단(P)은 제1 사이리스터(611)를 경유하여 연결될 수 있다. 여기서 상기 제1 사이리스터(611)는 순방향 전류 방향이, 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단의 양극단 전류, 즉 양극 전류의 전류 방향에 일치하도록 배치될 수 있다.
그리고 무순단 전원 공급 스위치(630)는, 상기 제1 사이리스터(611)의 입력단과 출력단을 연결하여 상기 교류-직류 컨버터(553) 출력단의 양극단과 상기 출력단(590)의 양극 출력단(P)을 연결시키며, 상기 제1 사이리스터(611)를 우회하는 제1 우회 전로(612)를 구비할 수 있다. 그리고 상기 제1 우회 전로(612)의 개로(open) 또는 폐로(close)를 제어하는 제1 스위치(613)를 포함할 수 있다.
따라서 상기 교류-직류 컨버터(553)의 양극단은 상기 제1 사이리스터(611) 또는 상기 제1 우회 전로(612)(제1 우회 전로(612)가 폐로된 경우) 중 어느 하나를 통해 교류-직류 컨버터(553) 출력단의 양극단과 출력단(590)의 양극 출력단(P)을 도통시킬 수 있다.
또한 상기 무순단 전원 공급 스위치(630)는 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단의 음극단과 상기 음극 출력단(N) 사이에 배치되는 제2 사이리스터(621)를 포함할 수 있다. 따라서 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단 음극단과 상기 출력단(590)의 음극 출력단(N)은 제2 사이리스터(621)를 경유하여 연결될 수 있다. 여기서 상기 제2 사이리스터(621)는 순방향 전류 방향이, 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단의 음극단 전류, 즉 음극 전류의 전류 방향에 일치하도록 배치될 수 있다.
그리고 무순단 전원 공급 스위치(630)는 상기 제2 사이리스터(621)의 입력단과 출력단을 연결하여 상기 교류-직류 컨버터(553) 출력단의 음극단과 상기 출력단(590)의 음극 출력단(N)을 연결시키며, 상기 제2 사이리스터(621)를 우회하는 제2 우회 전로(622)를 구비할 수 있다. 그리고 상기 제2 우회 전로(622)의 개로 또는 폐로를 제어하는 제2 스위치(623)를 포함할 수 있다.
따라서 상기 교류-직류 컨버터(553)의 음극단은 상기 제2 사이리스터(621) 또는 상기 제2 우회 전로(622)(제2 우회 전로(622)가 폐로된 경우) 중 어느 하나를 통해 교류-직류 컨버터(553)의 출력단 음극단과 출력단(590)의 음극 출력단(N)을 도통시킬 수 있다.
한편 제어부(600)는 기 설정된 도통 신호가 수신되는 경우, 상기 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)와 상기 제1 및 제2 스위치(613, 623)를 동시에 제어하여 상기 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)를 턴 온(turn on) 시키고, 상기 제1 및 제2 스위치(613, 623)를 클로즈(close) 시킬 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)를 턴 온 시키기 위한 제어 신호(턴 온 신호)들과 상기 제1 및 제2 스위치(613, 623)를 클로즈(close) 시키기 위한 제어 신호(클로즈 신호)들이 동시에 출력되어 무순단 전원 공급 스위치(630)로 입력될 수 있다.
그러면 상기 턴 온 신호들과 클로즈 신호들은 각각 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)와 제1 및 제2 스위치(613, 623)에 동시에 수신될 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이 사이리스터의 동작 속도가 스위치들(613, 623)의 동작 속도보다 훨씬 빠르므로, 제1 및 제2 스위치(613, 623)가 클로즈되기 전에 먼저 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)가 턴 온 될 수 있다.
따라서 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)가 폐로 되기 전에, 턴 온 된 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)를 통해 출력단들(P, N)(590)과 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단이 도통될 수 있다. 이에 따라 사이리스터들(611, 621)을 통해, 상기 예비 전원(551)으로부터 공급된 교류 전류가 직류 전류의 형태로 출력되어 부하로 공급될 수 있다.
한편 상기 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)는, 사이리스터와 차단기의 동작 속도 차이에 따라 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)를 통해 출력단(590)과 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단이 먼저 도통된 상태에서, 폐로될 수 있다.
이 경우 출력단(P, N)(590)과 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단은 제1 및 제2 사이리스터(611, 621) 뿐만 아니라 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)를 통해 도통될 수 있다. 따라서 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)를 경유하는 전로들 뿐만 아니라, 상기 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)를 통해, 상기 예비 전원(551)으로부터 공급된 교류 전류가 직류 전류로 변환되어 부하로 공급될 수 있다. 한편 부하로 전류가 공급되는 경로가 증가됨에 따라, 먼저 도통된 경로(제1 및 제2 사이리스터(611, 621)를 경유하여 전류가 공급되는 전로들의 전압이 낮아질 수 있다.
한편 제1 및 제2 스위치(613, 623)가 클로즈됨에 따라, 제어부(600)는 상기 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)가 폐로되었음을 감지할 수 있다. 예를 들어 제어부(1600)는 상기 제1 및 제2 스위치(613, 623)로부터 피드백(Feedback) 신호를 수신하여 상기 제1 및 제2 스위치(613, 623)가 클로즈되었음을 판단할 수 있다. 또는 상기 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)를 경유하여 전류가 공급되는 전로들의 전압 변화를 통해 상기 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)의 폐로 여부를 감지할 수 있다. 또는 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)로부터 감지되는 전압에 근거하여 상기 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)의 폐로 여부를 감지할 수도 있다.
그리고 상기 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)의 폐로가 감지되면 제어부(600)는 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)에 턴 오프 신호를 전송할 수 있다. 그러면 이를 수신한 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)는 턴 오프 상태로 전환될 수 있고, 이에 따라 상기 제1 및 제2 사이리스터(611, 621)를 통한 전류의 도통이 중단될 수 있다.
따라서 폐로된 제1 및 제2 우회 전로(612, 622) 만을 통해 출력단(P, N)(590)과 상기 교류-직류 컨버터(553)의 출력단이 도통될 수 있다. 따라서 상기 예비 전원(551)으로부터 공급된 교류 전류가 직류 전류의 형태로, 상기 제1 및 제2 우회 전로(612, 622)를 통해 출력될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 UPS 모듈이, 도 6에서 설명된 무순단 전원 공급 스위치를 통해 연결되는 별도의 예비 전원을 포함하는 경우의 예를 도시한 예시도이다.
도 7을 참조하여 살펴보면, 상기 제2 모듈(550)은 도 6에서 설명한 무순단 전원 공급 스위치(580)를 통해 연결될 수 있다. 이 경우 제2 제어부(581)는 도 6에서 설명한 무순단 전원 공급 스위치(580)의 제어부(600)일 수 있다. 그리고 제1 제어부(541)로부터 도통 신호가 수신되는 경우, 상기 교류-직류 컨버터(553)를 구동시킴과 동시에 사이리스터와 우회 전로 상에 형성된 스위치를 동시에 제어하여, 사이리스터를 턴 온 시키고, 우회 전로 상의 스위치를 클로즈하여 우회 전로를 연결시킬 수 있다. 따라서 사이리스터를 경유하는 전로 및 우회 전로를 통해 출력단(590)과 교류-직류 컨버터(553)의 출력단이 연결될 수 있다.
이 경우 상술한 바와 같이 응답 속도의 차이에 따라 사이리스터를 경유하는 전로가 더 빨리 연결될 수 있다. 따라서 사이리스터를 경유하는 전로를 통해 교류-직류 컨버터(553)에서 변환된 직류 전류가 먼저 출력단(590)으로 공급될 수 있다. 이에 따라 무순단 전원 공급이 이루어질 수 있다.
이러한 상태에서 스위치의 폐로로 인해 우회 전로가 폐로(close)되면, 사이리스터를 경유하는 전로 및 우회 전로 모두를 통해 교류-직류 컨버터(553)에서 변환된 직류 전류가 출력단(590)으로 공급될 수 있다. 그러면 제2 제어부(581)는 사이리스터의 발열을 방지하기 위해 사이리스터를 턴 오프하고, 이에 따라 우회 전로를 통해서만 교류-직류 컨버터(553)에서 변환된 직류 전류가 출력단(590)으로 공급될 수 있다.
한편 상기 예비 전원(551)에 연결되는 교류-직류 컨버터(553) 역시 통합 컨버터(530)와 통합될 수도 있음은 물론이다. 그러면 모든 컨버터가 하나의 컨버터로 통합될 수 있다. 즉, 상용 전원과 연결되는 상용 전원 컨버터(교류-직류 컨버터)와 배터리 및 예비 전원에 각각 연결되는 복수의 대체 전원 컨버터(직류-직류 컨버터(제1 대체 전원 컨버터), 교류-직류 컨버터(제2 대체 전원 컨버터))가 하나의 컨버터로 통합될 수 있다.
이 경우, 상기 도 2a에서 설명한 바와 같이, 상기 통합된 컨버터는 하나의 냉각부(예 : 열 전도판)의 서로 다른 영역에 배치되어, 상기 하나의 냉각부를 공유하도록 형성될 수 있다.
일 예로, 정상적으로 동작하는 경우 상기 상용 전원 컨버터가 배치된 영역에서만 열이 발생할 수 있다. 이 경우 상기 제1 대체 전원 컨버터가 배치된 영역 및 제2 대체 전원 컨버터가 배치된 영역에서는 열이 거의 발생하지 않을 수 있다. 따라서 상기 상용 전원 컨버터가 배치된 영역에서 발생된 열이 냉각부의 타면 전체로 전파되어, 상기 타면에 형성된 복수의 돌기를 통해 발산 및 냉각될 수 있다. 따라서 하나의 냉각부만으로도 충분한 냉각이 이루어질 수 있다.
한편 상용 전원의 이상으로, 상기 상용 전원이 차단되는 경우 배터리와 연결된 상기 제1 대체 전원 컨버터가 배치된 영역에서만 열이 발생할 수 있다. 이 경우 상기 상용 전원 컨버터가 배치된 영역 및 제2 대체 전원 컨버터가 배치된 영역에서는 열이 거의 발생하지 않을 수 있다. 따라서 상기 제1 대체 전원 컨버터가 배치된 영역에서 발생된 열이 냉각부의 타면 전체로 전파되어, 상기 타면에 형성된 복수의 돌기를 통해 발산 및 냉각될 수 있다. 따라서 하나의 냉각부만으로도 충분한 냉각이 이루어질 수 있다.
또한 상용 전원의 이상이 복구되지 않은 상태에서 배터리에 충전된 전압이 모두 방전되는 경우, 예비 전원과 연결된 상기 제2 대체 전원 컨버터가 배치된 영역에서만 열이 발생할 수 있다. 이 경우 상기 상용 전원 컨버터가 배치된 영역 및 제1 대체 전원 컨버터가 배치된 영역에서는 열이 거의 발생하지 않을 수 있다. 그러므로 상기 제2 대체 전원 컨버터가 배치된 영역에서 발생된 열이 냉각부의 타면 전체로 전파되어, 상기 타면에 형성된 복수의 돌기를 통해 발산 및 냉각될 수 있다. 따라서 하나의 냉각부만으로도 충분한 냉각이 이루어질 수 있다.
뿐만 아니라 도 3에서 보이고 있는 바와 같이, 상용 전원 컨버터와 제1 대체 전원 컨버터, 그리고 제2 대체 전원 컨버터의 회로들을 구성하는 각 회로 구성 요소들(예 : 반도체 정류 스위치들)이 통합되어 하나의 통합 컨버터를 형성할 수도 있다. 이러한 경우, 상용 전원으로부터 전류가 정상적으로 공급되는 경우에는 상용 전원 컨버터의 회로 구성 요소들에서 주로 열이 발생하고, 상용 전원의 이상으로 배터리 전원이 공급되는 경우에는 제1 대체 전원 컨버터의 회로 구성 요소들에서 주로 열이 발생할 수 있다. 그리고 상용 전원의 이상이 복구되지 않은 상태에서, 배터리마저 방전되는 경우, 예비 전원과 연결된 제2 대체 전원 컨버터의 회로 구성 요소들에서 주로 열이 발생할 수 있다.
이처럼 어느 하나의 컨버터에 대응하는 회로 구성 요소들에서 열이 주로 발생할 뿐, 다른 컨버터에 대응하는 회로 구성 요소들에서는 열이 발생하지 않거나 적게 발생한다. 따라서 통합된 컨버터에 구비되는 하나의 냉각부만으로 충분한 냉각이 이루어질 수 있다.
한편 상술한 설명에서는 열이 전도되는 금속 재질의 판과, 상기 판의 타면에 형성되는 복수의 돌기를 이용하여 열이 냉각되는 공랭 방식의 냉각부만을 언급하였으나, 이는 본 발명의 일 예일 뿐 상기 냉각부는 얼마든지 다른 방식으로 열을 냉각시킬 수도 있음은 물론이다. 일 예로 수냉식 냉각부가 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 냉각부는, 냉각수에 의해 냉각이 이루어지는 타면 및, 적어도 하나의 컨버터 회로 구성 요소들이 배치되는 일면을 포함하며, 열 전도율이 높은 금속 재질로 형성되는 열 전도부를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 무정전 전원 공급 모듈은 다양한 산업 기기에 전력을 공급하는 전력 시스템 등 다양한 산업 분야에 이용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 상용 전원으로부터 공급되는 교류 전류를, 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하는 제1 교류-직류 컨버터;
    배터리로부터 공급되는 직류 전류를, 상기 부하에 공급하기 위한 다른 전압의 직류 전류로 변환하는 직류-직류 컨버터;
    상기 제1 교류-직류 컨버터와 상기 직류-직류 컨버터에서 변환된 직류 전류를 상기 부하에 공급하는 출력단; 및,
    상기 제1 교류-직류 컨버터와 상기 직류-직류 컨버터를 냉각하도록 통합된 모듈을 구성하는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS(Uninterruptible Power Supply) 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각부는,
    열 전도성 재질로 형성되며,
    상기 제1 교류-직류 컨버터를 구성하는 제1 회로 소자들과, 상기 직류-직류 컨버터를 구성하는 제2 회로 소자들이 배치되는 일면과,
    상기 일면에 배치된 회로 소자들로부터 발생되는 열을 냉각하기 위한 방열부가 형성된 타면을 포함하는 평판의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    열전도성 재질로 형성되고, 상면과 하면, 그리고 상기 상면과 하면 사이에 형성되는 적어도 하나의 측면을 포함하는 입체적 형상을 가지며,
    상기 상면과 하면 중 어느 하나에는,
    상기 제1 교류-직류 컨버터를 구성하는 제1 회로 소자들이 배치되고, 다른 하나에는 상기 직류-직류 컨버터를 구성하는 제2 회로 소자들이 배치되며,
    상기 적어도 하나의 측면에는,
    상기 상면과 하면에 각각 배치된 회로 소자들로부터 발생하는 열을 냉각하기 위한 방열부가 형성되는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각부의 일면에 배치되는 제1 및 제2 회로 소자들은,
    상기 상용 전원의 각 상에 연결되는 상기 제1 회로 소자들과, 상기 배터리에 연결되는 서로 다른 제2 회로 소자들 일부들이, 상기 상용 전원의 각 상 별로 각각 병렬로 배치되어 상기 제1 교류-직류 컨버터와 상기 직류-직류 컨버터가 통합된 통합 컨버터를 형성하는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 회로 소자 및 상기 제2 회로 소자는,
    반도체 정류 스위치임을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  6. 제6항에 있어서,
    상기 제1 회로 소자 및 상기 제2 회로 소자는,
    정류 소자를 더 포함하며,
    상기 정류 소자를 더 포함하는 경우, 상기 반도체 정류 스위치와 상기 정류 소자는 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 반도체 정류 스위치는,
    IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치임을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    예비 전원으로부터 공급되는 교류 전류를 상기 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하는 제2 교류-직류 컨버터를 더 포함하며,
    상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터는,
    상기 출력단의 전압이 일정 수준 이하로 낮아지는 경우에, 상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터의 출력단 사이를 연결하는 스위치부를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스위치부는,
    상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터의 출력단 사이의 전류 흐름에 따라 순방향으로 배치된 정류 소자;
    상기 정류 소자의 입력단과 출력단을 서로 연결하여, 상기 정류 소자를 우회하여 상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터의 출력단 사이를 도통시키는 우회 전로; 및,
    상기 우회 전로의 개로(open) 및 폐로(close)를 제어하는 스위치를 포함하는 무순단 전원 공급 스위치(Static Transfer Switch)임을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  10. 제8항에 있어서, 상기 스위치부는,
    상기 출력단의 전압이 일정 수준 이하로 낮아지는 경우에, 동작 전압이 인가되며, 상기 출력단과 상기 제2 교류-직류 컨버터 사이의 전류 흐름에 따라 순방향으로 배치된 정류 소자임을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 정류 소자는,
    실리콘 제어 정류 소자(Silicon Controlled rectifier, SCR)임을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  12. 상용 전원으로부터 공급되는 전류를, 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하기 위한 상용 전원 컨버터;
    적어도 하나의 대체 전원으로부터 공급되는 전류를 상기 부하에 공급하기 위한 직류 전류로 변환하기 위한 적어도 하나의 대체 전원 컨버터; 및,
    상기 상용 전원 컨버터와 상기 적어도 하나의 대체 전원 컨버터를 냉각하도록 통합된 모듈을 구성하는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 냉각부는,
    열 전도성 재질로 형성되며,
    상기 제1 교류-직류 컨버터를 구성하는 제1 회로 소자들과, 상기 직류-직류 컨버터를 구성하는 제2 회로 소자들이 배치되는 일면과,
    상기 일면에 배치된 회로 소자들로부터 발생되는 열을 냉각하기 위한 방열부가 형성된 타면을 포함하는 평판의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  14. 제12항에 있어서, 상기 냉각부는,
    열 전도성로 형성되고, 상면과 하면, 그리고 상기 상면과 하면 사이에 형성되는 적어도 하나의 측면을 포함하는 입체적 형상을 가지며,
    상기 상면과 하면 중 어느 하나에는, 상기 상용 전원 컨버터를 구성하는 제1 회로 소자들이 배치되고, 다른 하나에는 상기 적어도 하나의 대체 전원 컨버터를 구성하는 적어도 하나의 제2 회로 소자들이 배치되며,
    상기 적어도 하나의 측면에는, 상기 상면과 하면에 배치된 회로 소자로부터 발생되는 열을 냉각하기 위한 복수의 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
  15. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 대체 전원 컨버터는,
    배터리로부터 공급되는 직류 전류를 다른 전압의 직류 전류로 변환하는 직류-직류 컨버터; 및,
    예비 전원으로부터 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 교류-직류 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS 모듈.
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