산업용 PC를 위한 안정적인 전원 백업 솔루션 : UPS BOX

UPS BOX (무정전 전원 장치) 소개

산업 현장이나 무인 시스템에서 사용하는 PC는 갑작스러운 전원 차단이 치명적인 문제로 이어질 수 있습니다.
정전, 차단기 트립, 콘센트 이탈 등 예기치 못한 상황에서 PC가 강제로 종료되면 메인보드 오류, 저장장치(OS) 손상, 시스템 리셋 등의 문제가 발생할 수 있기 때문입니다.

이러한 상황을 대비하기 위해 사용하는 장비가 바로 UPS BOX(무정전 전원 장치) 입니다.

 

UPS BOX란 무엇인가?

UPS BOX는 내부에 배터리와 충전 컨트롤러를 내장한 전원 장치로,
PC에 공급되는 전원을 항상 안정적으로 유지해주는 역할을 합니다.

기본 동작 원리는 다음과 같습니다.

1. AC 전원이 정상적으로 공급될 때
   • 외부 AC 전원이 PC를 직접 구동
   • 동시에 내부 충전 컨트롤러를 통해 배터리 충전 진행
2. AC 전원이 차단될 때
   • 전원 공급이 끊기지 않고
   • 즉시 내부 배터리 전원으로 전환
   • PC는 꺼지지 않은 상태로 계속 동작

즉, 전원이 끊겨도 PC가 강제 종료되지 않도록 시간을 벌어주는 장비라고 이해하시면 됩니다.

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왜 산업용 PC에는 UPS가 필요할까?

산업 현장에서 많이 사용하는 Intel N100 프로세서 기반 모바일 보드를 기준으로 보면,

• 일반적인 구동 환경
• 과도한 연산이나 그래픽 작업이 없는 경우
  >소비 전력은 약 30W 이내

이 UPS BOX를 사용할 경우,
AC 전원이 완전히 차단되더라도 약 1시간 이상 PC 전원 유지가 가능합니다.

동일한 하드웨어 구성이라도 실행되는 프로그램의 CPU·GPU·I/O 부하 특성에 따라 순간 소비전력과 입력 전압 강하 폭이 달라지며, 특히 배터리 구동 환경에서는 이 차이가 실제 동작 안정성과 지속 시간에 직접적인 영향을 미치게 됩니다.

 

이 시간 동안 사용자는

• 원격 접속
• 현장 조작
  을 통해 PC를 정상 종료할 수 있고,

그 결과로

• 메인보드 리셋 방지
• 저장장치(OS) 손상 방지
• 시스템 장애 최소화

라는 실질적인 효과를 얻을 수 있습니다.

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전원 구조를 쉽게 정리해보면

전원 흐름을 복잡하게 느끼시는 분들을 위해, 최대한 쉽게 정리해보겠습니다.

① AC 전원 입력

• 외부에서 AC 전원이 UPS BOX로 입력됩니다.

② SMPS 변환

• 내부 SMPS가 AC 전원을
  약 14~15V 수준의 DC 전원으로 변환합니다.

③ 충전 컨트롤러 동작

• 변환된 전원은 충전 컨트롤러를 거쳐
  배터리를 충전하고
  동시에 DC 전원을 출력합니다.

④ DC to DC 변환

• 충전 컨트롤러를 거친 전원은
  DC to DC 회로를 통해 12V로 안정화됩니다.

⑤ PC 전원 출력

출력된 12V 전원은
Molex 4P 커넥터를 통해 PC와 연결됩니다.

 

 

AC 전원이 차단되었을 때의 동작 구조

이 UPS BOX의 핵심은 AC 전원이 차단되는 순간에도 전원 흐름이 끊기지 않는 구조에 있습니다.

① AC 전원 차단 감지

외부에서 공급되던 AC 전원이 차단되면,
내부 충전 컨트롤러가 이를 즉시 감지합니다.

이 과정은 별도의 사용자 조작 없이 자동으로 이루어지며,
전원 전환 과정에서 PC가 재부팅되거나 꺼지는 현상은 발생하지 않습니다.

② 배터리 전원으로 즉시 전환

AC 전원이 차단되는 동시에,

• 충전 상태에 있던 배터리는
• 곧바로 전원 공급원 역할로 전환됩니다.

이때 전원은
배터리 → 충전 컨트롤러 → DC to DC 회로를 거쳐
PC로 계속 공급됩니다.

③ DC to DC를 통한 12V 정전압 유지

배터리는 사용되면서 전압이 점차 낮아지지만,
내부 DC to DC 회로가 이를 보정하여

• 배터리 전압이 12V 이하로 떨어져도
• PC에는 항상 안정적인 12V 전원이 공급되도록 설계되어 있습니다.

덕분에 AC 전원이 차단된 이후에도
PC는 전원 품질 저하 없이 정상 동작을 유지합니다.

④  배터리 컷오프 전압 도달 시

배터리가 계속 방전되어
미리 설정된 배터리 컷오프 전압에 도달하면,

• 배터리 보호 회로가 작동하여
• 출력을 자동으로 차단합니다.

이는 배터리 손상을 방지하기 위한 정상적인 보호 동작이며,
이 시점까지는 PC가 안정적으로 동작하도록 전원이 유지됩니다.

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다양한 출력 포트 구성

PC 전원 공급뿐 아니라, 편의성을 고려한 포트 구성도 특징입니다.

• Molex 4P 커넥터
  → 산업용 PC, 모바일 보드 전원 연결용
• USB 포트
• USB Type-C 포트

간단한 주변기기 전원 공급이나 테스트용 전원으로도 활용이 가능합니다.

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배터리 상태를 직접 확인할 수 있는 구조

충전 컨트롤러와 배터리 사이에는 전류 센서가 적용되어 있습니다.

이를 통해,

• 배터리 충전 중 상태
• 배터리 사용 중 상태
• 잔량 및 전압 정보

를 전면 디스플레이를 통해 직관적으로 확인할 수 있습니다.

현장에서는 “지금 배터리가 살아있는지”를 바로 확인할 수 있다는 점이
생각보다 큰 장점으로 작용합니다.

 

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본 UPS BOX는 배터리, 충전 컨트롤러, DC to DC 정전압 회로가 하나의 시스템으로 설계되어,
AC 전원 차단 시에도 전원 품질 저하 없이 안정적인 12V 출력을 유지합니다.
이를 통해 PC 강제 종료로 인한 보드 오류나 저장장치 손상을 예방할 수 있으며,
산업 현장에서 요구되는 전원 안정성을 현실적으로 구현한 솔루션입니다.

 

산업 현장에서 발생하는 전원 차단은 예고 없이 찾아옵니다.
정전은 막을 수 없지만, 그로 인해 시스템이 망가지는 것은 막을 수 있습니다.

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