KR101083819B1 - Uninterrupted and High Efficiency Power Supply Equipment with Power Factor Compensating and No Transformer using Economic Mode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이패스 회로가 있는 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치에 관한 것이다.
이와같은 본 발명에 의한 본 발명에 의한 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치는 교류 입력전압을 필터하는 입력 노이즈 필터(309)와; 상기 노이즈 필터(309)에 직렬로 연결되는 정류기 레그(201)와; 평상시에는 전력을 충전하여 두고, 비상시에는 충전된 에너지로 전력을 공급하는 배터리(111)와; 상기 정류기 레그(201)와 상기 배터리의 사이에 연결되어 상기 정류기 레그(201)에서 정류된 직류전압으로 상기 배터리(111)를 충전하거나 상기 배터리(111)에서 방전되는 전류를 전력 계통에 공급하는 충방전 레그(203)와; 상기 정류기 레그(201)에서 공급되는 직류전압이나, 배터리(111)에서 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터 레그(209)와; 상기 인버터 레그(209)의 교류전압을 스위치하는 제 1 싸이리스터(311)와; 입력전압이 일정한 변동폭 이내에 있을 때, 전력변환 회로를 바이패스하도록 바이패스 회로(319)을 형성하는 제 1 스위치(121)와; 상기 제 1 스위치에 직렬로 연결되어 교류 전력을 스위치하는 제 2 싸이리스터(313)와; 상기 배터리(111)가 입력전압에 의해 충전되도록 상기 배터리가 입력전압에 연결되도록 하는 제 2 스위치(123)와; 상기 바이패스 회로(319)의 제 2 싸이리스터(313) 및 제 1 싸이리스터(311)에 직렬로 연결되어 노이즈를 제거하는 출력 노이즈 필터(315)와; 상기 출력 노이즈 필터에 직렬로 연결되어 전력 계통을 On 또는 Off되게 하는 제 3 스위치와; 전반적인 제어를 하면서, 입력전압의 변동폭이 기 설정한 변동폭 이내에 있을 때에는, 상기 제 1 스위치(121)와 상기 제 2 스위치(123)와 상기 제 2 싸이리스터(313)를 On하여 상기 바이패스 회로(319)로 전력이 통과하게 하고, 입력전압의 변동폭이 기 설정한 변동폭을 벗어나는 경우 상기 제 1 싸이리스터(311)을 On하고, 상기 제 2 싸이리스터(313)을 Off되게 하는 제어부(305)와; 상기 제어부(305)의 지시에 따라, 사용자가 입력한 설정치를 출력하여 표시하게 하는 표시부(307);를 구비하여 이루어진다.The present invention relates to a power factor correction transformer-less high efficiency charger inverter device, and more particularly, to a power factor correction transformer-less high efficiency charger inverter device using an ECO MODE having a bypass circuit.
The power factor correction transformerless high efficiency charger inverter device to which the ECO MODE according to the present invention according to the present invention is applied includes an input noise filter 309 for filtering an AC input voltage; A rectifier leg (201) connected in series with said noise filter (309); A battery 111 that charges power in normal times and supplies power with charged energy in an emergency; Connected between the rectifier leg 201 and the battery to charge the battery 111 with a DC voltage rectified by the rectifier leg 201 or to supply a current discharged from the battery 111 to the power system A discharge leg 203; An inverter leg 209 for converting the DC voltage supplied from the rectifier leg 201 or the DC voltage supplied from the battery 111 into an AC voltage; A first thyristor (311) for switching the AC voltage of the inverter leg (209); A first switch 121 for forming a bypass circuit 319 to bypass the power conversion circuit when the input voltage is within a predetermined variation range; A second thyristor (313) connected in series with the first switch to switch AC power; A second switch (123) for connecting the battery to an input voltage such that the battery (111) is charged by an input voltage; An output noise filter 315 connected in series with the second thyristor 313 and the first thyristor 311 of the bypass circuit 319 to remove noise; A third switch connected in series with the output noise filter to turn on or off a power system; When the fluctuation range of the input voltage is within the preset fluctuation range while the overall control is performed, the first circuit 121, the second switch 123, and the second thyristor 313 are turned on to turn on the bypass circuit ( 319 and the control unit 305 for turning on the first thyristor 311 and turning off the second thyristor 313 when the power is passed through the input voltage and the variation range of the input voltage is outside the preset variation range. ; And a display unit 307 for outputting and displaying the set value input by the user according to the instruction of the controller 305.
Description
본 발명은 충전기 인버터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이패스 회로가 있는 ECO MODE(Economic 모드)를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charger inverter device, and more particularly, to a power factor correction transformerless high efficiency charger inverter device employing an ECO MODE (Economic mode) having a bypass circuit.
무정전 전원공급장치에는 크게 온-라인(on-line) 방식과 오프-라인(off-line) 방식 및 라인 인터랙티브(line interactive) 방식이 있다. 이 중에서 온-라인 방식은 상시 인버터 방식이라고도 하며, 상용전원을 컨버터 회로에 의해 직류전원으로 변환하고, 변환된 직류전원은 충전회로를 통해 배터리에 충전하며, 인버터 회로를 통해 다시 교류전원으로 변환해 출력으로 보내는 방식이다. 온-라인 방식의 경우에는 이렇게 항상 인버터 회로를 경유해서 출력을 내보내기 때문에 안정적인 출력을 보장함과 동시에 높은 정밀도를 가진다.Uninterruptible power supplies are largely on-line, off-line, and line interactive. Among them, the on-line method is also known as the inverter method. The commercial power is converted into DC power by the converter circuit, and the converted DC power is charged to the battery through the charging circuit, and then converted into AC power through the inverter circuit. This is how we send it to the output. In the case of the on-line method, the output is always sent through the inverter circuit, which ensures a stable output and has high precision.
오프-라인 방식은 상용 교류전원을 그대로 출력으로 내보내고, 배터리는 충전회로를 통해 충전한다. 정전 발생시에는 인버터 회로를 구동시켜 배터리에 저장되어 있는 전력을 출력으로 내보내는데, 이때 출력측에 있는 절체반(ATS나 RELAY)이 인버터 회로쪽으로 전환되며, 약간의 시간 지연(10ms 정도)이 발생된다. 이 방식에서는 온-라인 방식과는 다르게 입력측 상용 교류전원이 정전 검출 레벨 이하로 내려가지 않으면 그때까지 변동된 전원이 부하측인 출력으로 공급되어 출력에 영향을 줄 수 있다는 단점이 있다.The off-line method outputs commercial AC power as output, and the battery is charged through a charging circuit. When a power failure occurs, the inverter circuit is driven to output power stored in the battery to the output. At this time, the switching board (ATS or RELAY) on the output side is switched to the inverter circuit, and a slight time delay (about 10 ms) occurs. In this method, unlike the on-line method, if the input AC commercial power does not fall below the power failure detection level, the changed power until then may be supplied to the load-side output, which may affect the output.
라인 인터랙티브 방식은 배터리와 인버터 회로 부분이 항상 접속되어 서로 전력을 변환하고 있다. 또한 상용 교류전원 부분도 같이 연계되어 있으면서 상용 교류전원 측이 정전 검출 레벨 이하로 될 때 입력단의 절체반을 오프시켜 극히 짧은 시간에 축전지의 전원을 이용할 수가 있다. 이러한 각 방식의 장단점으로 인해 통신시스템이나 의료시스템 등 중요 시스템에는 안정성이 우수한 온-라인(on-line) 방식의 무정전 전원장치가 많이 사용되고 있다.In the line interactive method, a battery and an inverter circuit part are always connected to each other to convert power. In addition, when the commercial AC power supply is also connected together, when the commercial AC power supply becomes lower than the power failure detection level, the power supply of the battery can be used in a very short time by turning off the switching panel of the input terminal. Due to the advantages and disadvantages of each of these methods, an on-line uninterruptible power supply having excellent stability has been used for important systems such as communication systems and medical systems.
한편, 이러한 온-라인 방식의 무정전 전원공급장치에서는 점차 강화되고 있는 입력 전원의 환경 규제에 대응하여 고역률이 요구되고 있으며 국가적인 차원에서도 고효율을 요구하고 있다. 또한 시장 상황에 따라 시스템의 크기와 무게 감소가 요구되며 저가격화도 함께 요구되고 있다.On the other hand, in such an on-line type of uninterruptible power supply, high power factor is required in response to environmental regulations of input power, which is being tightened, and high efficiency is required at national level. In addition, according to the market situation, the size and weight of the system are required to be reduced, and the cost is also required.
도 1은 일반적인 고역률 정류기-인버터형 온라인 무정전 전원공급장치의 회로 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 일반적인 단상 고역률 무정전 전원공급장치는 역률 보상 및 충전을 하기 위하여 T1과 D1이 직렬로 연결되고, T2와 D2가 직렬로 연결되고, 이를 다시 상호 병렬로 연결하여 이루어진 풀브릿지(full-bridge)형 정류기(103)와 풀브릿지형 정류기(103)와 동일한 구조를 가지면서 직류를 교류로 변환하는 풀브릿지형 인버터(105)와, 정류기(103)에서 정류된 전기를 저장하는 배터리(111)를 이들 정류기(103)와 인버터(105) 사이에 병렬로 연결되게 된다.1 is a circuit diagram of a typical high power factor rectifier-inverter type online uninterruptible power supply. As shown in FIG. 1, in the conventional general single-phase high power factor uninterruptible power supply, T1 and D1 are connected in series, T2 and D2 are connected in series, and connected to each other in parallel to perform power factor correction and charging. Full
한편, 무정전 전원공급장치에서 배터리(111)는 일반적으로 유지 보수나 가격 등의 문제 때문에 많은 수를 직렬로 연결하여 계통 전압의 최대치까지 올려 사용하지는 않는다. 따라서 입력단에는 입력전압 Vs와 배터리(111) 전압 사이의 전압 균형을 맞추기 위하여 입력단 변압기(101)가 사용되며, 마찬가지로, 부하(109)와 연결된 출력단에도 충전된 배터리(111) 전압으로부터 인버터된 교류 출력 전압을 출력하기 위하여 출력단 변압기(107)가 사용된다. 이와 같이 입력단 변압기(101)는 높은 입력 교류전압을 낮은 입력 교류전압으로 낮추며, 여기에 연결된 정류기(103)는 전류 제어를 통해 고역률로 배터리(111)를 충전시키게 된다. 그리고 인버터(105)는 낮은 직류전압을 교류전압으로 만들고, 출력단 변압기(107)를 통해 낮은 교류전압을 상용 교류전압으로 승압한다.On the other hand, in the uninterruptible power supply, the
그러나 이와 같은 구성을 갖는 종래의 무정전 전원공급장치에서는 입력단 변압기(101) 및 출력단 변압기(107)에서 전력 손실이 발생하고, 낮은 직류전압에 의한 스위치의 도통 전류 증가로 시스템의 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 실제 정격 교류전압 220V, 배터리 정격전압 192V, 정격전력 3kW급 시스템의 효율은 약 82% 정도가 되어, 이에 대한 효율 개선이 시급한 실정이다.
However, in the conventional uninterruptible power supply having such a configuration, a power loss occurs in the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치는 입력단 변압기 및 출력단 변압기를 사용하지 않을 뿐아니라, 고효율 및 고역률을 발휘할 수 있도록 입력전압의 상태에 따라, 입력전압의 상태가 좋을 때는 바이패스 회로를 통하여 전력이 전달되게 하여 입출력 전력 변환 소자에서 변환시 발생하는 전력 변환 손실이 없게 하고, 허용된 전압 변동폭을 벗어나면, 바이패스 회로를 개방하고, 입출력 전력 변환 소자를 통하여 전력이 전달되게 하여 전압 변동폭이 일정 범위내로 유지되면서 효율이 개선되는 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
Power factor compensation transformerless high efficiency charger inverter device applying the ECO MODE according to the present invention for solving the above problems does not use the input transformer and the output transformer, as well as the state of the input voltage to exhibit high efficiency and high power factor Accordingly, when the state of the input voltage is good, the power is transmitted through the bypass circuit so that there is no power conversion loss occurring during conversion in the input / output power conversion element, and when the deviation of the allowed voltage fluctuates, the bypass circuit is opened. It is an object of the present invention to provide a power factor compensation transformer-less high efficiency charger inverter device using an ECO MODE, which improves efficiency while allowing power to be transmitted through an input / output power conversion element to maintain a voltage variation within a certain range.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치는 교류 입력전압을 필터하는 입력 노이즈 필터(309)와; 상기 노이즈 필터(309)에 직렬로 연결되는 정류기 레그(201)와; 평상시에는 전력을 충전하여 두고, 비상시에는 충전된 에너지로 전력을 공급하는 배터리(111)와; 상기 정류기 레그(201)와 상기 배터리의 사이에 연결되어 상기 정류기 레그(201)에서 정류된 직류전압으로 상기 배터리(111)를 충전하거나 상기 배터리(111)에서 방전되는 전류를 전력 계통에 공급하는 충방전 레그(203)와; 상기 정류기 레그(201)에서 공급되는 직류전압이나, 배터리(111)에서 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터 레그(209)와; 상기 인버터 레그(209)의 교류전압을 스위치하는 제 1 싸이리스터(311)와; 입력전압이 일정한 변동폭 이내에 있을 때, 전력 변환 회로를 바이패스하도록 바이패스 회로(319)을 형성하는 제 1 스위치(121)와; 상기 제 1 스위치에 직렬로 연결되어 교류 전력을 스위치하는 제 2 싸이리스터(313)와; 상기 배터리(111)가 입력전압에 의해 충전되도록 상기 배터리가 입력전압에 연결되도록 하는 제 2 스위치(123)와; 상기 바이패스 회로(319)의 제 2 싸이리스터(313) 및 제 1 싸이리스터(311)에 직렬로 연결되어 노이즈를 제거하는 출력 노이즈 필터(315)와; 상기 출력 노이즈 필터에 직렬로 연결되어 전력 계통을 On 또는 Off되게 하는 제 3 스위치와; 전반적인 제어를 하면서, 입력전압의 변동폭이 기 설정한 변동폭 이내에 있을 때에는, 상기 제 1 스위치(121)와 상기 제 2 스위치(123)와 상기 제 2 싸이리스터(313)를 On하여 상기 바이패스 회로(319)로 전력이 통과하게 하고, 입력전압의 변동폭이 기 설정한 변동폭을 벗어나는 경우 상기 제 1 싸이리스터(311)을 On하고, 상기 제 2 싸이리스터(313)을 Off되게 하는 제어부(305)와; 상기 제어부(305)의 지시에 따라, 사용자가 입력한 설정치를 출력하여 표시하게 하는 표시부(307);를 구비하여 이루어진다.
The power factor correction transformerless high efficiency charger inverter device to which the ECO MODE according to the present invention for achieving the above object is achieved comprises: an
이러한 본 발명에 의한 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치는 바이패스 회로를 적용한 ECO MODE(Economic 모드)를 통하여 전력이 전달되므로, 입력단 변압기 및 출력단 변압기에서의 변압기 손실과 전력 변환 소자에서 높은 도통 전류로 인해 발생하는 손실이 최소화되게 하여 시스템의 효율이 증가되므로, 고효율로 전원 공급을 할 수 있다는 장점이 있다.
The power factor compensation transformerless high-efficiency charger inverter device applying the ECO MODE according to the present invention, since power is transmitted through the ECO MODE (Economic mode) applying the bypass circuit, the transformer loss and power conversion elements in the input transformer and output transformer In this case, the loss caused by the high conduction current is minimized, thereby increasing the efficiency of the system.
도 1은 종래의 변압기형 충전기 인버터 장치의 회로 구성도이며,
도 2는 무변압기형 충전기 인버터 장치의 회로 구성도이며,
도 3은 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치의 계통 구성도이다.1 is a circuit diagram of a conventional transformer charger inverter device,
2 is a circuit configuration diagram of a transformerless inverter inverter device,
3 is a system configuration diagram of a power factor compensation transformerless high efficiency charger inverter device to which the ECO MODE is applied.
이하 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 위한 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치의 일실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a power factor compensation transformerless high efficiency charger inverter device to which an ECO mode is applied to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 위한 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치는 교류 입력전압을 필터하는 입력 노이즈 필터(309)와; 상기 노이즈 필터(309)에 직렬로 연결되는 정류기 레그(201)와; 평상시에는 전력을 충전하여 두고, 비상시에는 충전된 에너지로 전력을 공급하는 배터리(111)와; 상기 정류기 레그(201)와 상기 배터리의 사이에 연결되어 상기 정류기 레그(201)에서 정류된 직류전압으로 상기 배터리(111)를 충전하거나 상기 배터리(111)에서 방전되는 전류를 전력 계통에 공급하는 충방전 레그(203)와; 상기 정류기 레그(201)에서 공급되는 직류전압이나, 배터리(111)에서 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터 레그(209)와; 상기 인버터 레그(209)의 교류전압을 스위치하는 제 1 싸이리스터(311)와; 입력전압이 일정한 변동폭 이내에 있을 때, 전력 변환 회로를 바이패스하도록 바이패스 회로(319)을 형성하는 제 1 스위치(121)와; 상기 제 1 스위치에 직렬로 연결되어 교류 전력을 스위치하는 제 2 싸이리스터(313)와; 상기 배터리(111)가 입력전압에 의해 충전되도록 상기 배터리가 입력전압에 연결되도록 하는 제 2 스위치(123)와; 상기 바이패스 회로(319)의 제 2 싸이리스터(313) 및 제 1 싸이리스터(311)에 직렬로 연결되어 노이즈를 제거하는 출력 노이즈 필터(315)와; 상기 출력 노이즈 필터에 직렬로 연결되어 전력 계통을 On 또는 Off되게 하는 제 3 스위치와; 전반적인 제어를 하면서, 입력전압의 변동폭이 기 설정한 변동폭 이내에 있을 때에는, 상기 제 1 스위치(121)와 상기 제 2 스위치(123)와 상기 제 2 싸이리스터(313)를 On하여 상기 바이패스 회로(319)로 전력이 통과하게 하고, 입력전압의 변동폭이 기 설정한 변동폭을 벗어나는 경우 상기 제 1 싸이리스터(311)을 On하고, 상기 제 2 싸이리스터(313)을 Off되게 하는 제어부(305)와; 상기 제어부(305)의 지시에 따라, 사용자가 입력한 설정치를 출력하여 표시하게 하는 표시부(307);를 구비하여 이루어진다.The power factor correction transformerless high efficiency charger inverter device to which the ECO MODE is applied may include an
또한, 본 발명에 위한 ECO MODE를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치는 전력 계통에 장애가 발생하여 정상적으로 전력 계통을 운용할 수 없을 때에는 비상 연결 경로를 제공하는 비상 회로(317)와; 상기 비상 회로(317)를 통하여 입력전압이 출력에 제공되도록 연결하는 제 4 스위치(127);를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the power factor correction transformer-less high efficiency charger inverter device to which the ECO MODE for the present invention is applied includes an
도 1은 종래의 변압기형 충전기 인버터 장치의 회로 구성도이며, 종래의 일반적인 단상 고역률 무정전 전원공급장치는 역률 보상 및 충전을 하기 위하여 T1과 D1이 직렬로 연결되고, T2와 D2가 직렬로 연결되고, 이를 다시 상호 병렬로 연결하여 이루어진 풀브릿지(full-bridge)형 정류기(103)와 풀브릿지형 정류기(103)와 동일한 구조를 가지면서 직류를 교류로 변환하는 풀브릿지형 인버터(105)와, 정류기(103)에서 정류된 전기를 저장하는 배터리(111)를 이들 정류기(103)와 인버터(105) 사이에 병렬로 연결되게 된다.1 is a circuit diagram of a conventional transformer-type charger inverter device, a conventional single-phase high power factor uninterruptible power supply is connected in series T1 and D1, and T2 and D2 are connected in series for power factor correction and charging And a full
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 역률 보상 무변압기형 무정전 전원공급장치의 회로 구성도이다. 정류기와 인버터를 각각 직렬 연결되고 IGBT(Insulation Gated Bipolar Transtor)로 이루어진 2개의 스위치(T5와 D5, T8과 D8)로 구현하고 있으며, 이하 이들을 각각 '정류기 레그'(201) 및 '인버터 레그'(209)라고 한다. 종래와 같이 풀브릿지형 정류기 및 풀브릿지형 인버터로 동작할 수 있도록 정류기 레그(201)와 인버터 레그(209) 사이, 구체적으로는 인버터 레그(209)의 바로 전단에 이들과 공용으로 사용될 수 있는 공통 레그(207)를 삽입한다. 물론, 이러한 공통 레그(207)도 또한 직렬 연결된 2개의 IGBT 스위치(T7과 D7)로 구현될 수 있다. 한편, 정류기 레그(201)의 바로 후단에는 정류기 레그(201)를 거친 높은 입력 직류전압을 배터리(111)에 충전하기 적합하도록 상대적으로 낮은 직류전압으로 강하시킴과 더불어 배터리(111)에서 출력되는 상대적으로 낮은 직류전압을 상대적으로 높은 계통전압으로 승압시키는 충방전 레그(203)를 배치하고 있는데, 이러한 충방전 레그(203)도 또한 직렬 연결되고 IGBT로 구현된 2개의 스위치(T6과 D6)로 구현된다. 도 2에서 보는 바와 같이, 각각의 스위치들(T5~T8; D5~D8)에서 IGBT에 병렬 연결된 다이오드들은 유도부하의 경우 지연 전류 성분을 직류 회로로 치환하고 브릿지 내를 환류시키는 기능을 담당한다.2 is a circuit diagram of a power factor correcting transformerless uninterruptible power supply according to a preferred embodiment of the present invention. Rectifiers and inverters are connected in series with two switches (T5 and D5, T8 and D8) each made of Insulation Gated Bipolar Transtors (IGBTs), which are hereinafter referred to as 'rectifier legs' 201 and 'inverter legs' ( 209). Commonly used between the
도 2에서 참조 부호 L1은 입력전압 Vs와 정류기 레그(201)의 양 스위치(T5와 D5)의 접속점 사이에 연결된 입력측 인덕터를 나타내고, 참조부호 L2는 공통 레그(207)의 양 스위치(T7 과 D7)의 접속점 및 배터리(111) 사이에 연결된 배터리측 인덕터를 나타내고, 참조부호 L3는 인버터 레그(209)의 양 스위치(T8 과 D8)의 접속점과 부하(109) 사이에 연결된 출력측 인덕터를 나타낸다. 또한, 참조부호 Cd는 배터리(111) 후단과 공통 레그(207) 전단 사이에 연결된 직류 콘덴서를 나타낸다.In FIG. 2, reference numeral L1 denotes an input inductor connected between the input voltage Vs and a connection point of both switches T5 and D5 of the
한편, 공통 레그(207)는 저주파수인 입력전압 Vs와 동일한 주파수(예를 들어 60㎐)로 스위칭하고, 정류기 레그(201)와 인버터 레그(209)는 높은 주파수로 스위칭을 하게 하면 고정 주파수의 가변 교류전원을 얻을 수가 있다. 또한, 공통 레그(207)의 스위치들(T7과 D7)을 입력전압 Vs의 주파수로 스위칭하면 정류기 레그(201)와 인버터 레그(209)의 스위치들(T5와 D5, T8과 D8)은 단극성(unipolar) 펄스폭 변조(PWM:Pulse Width Modulation) 방식으로 스위칭하게 되므로, 정류기 레그(201)와 인버터 레그(209)의 스위치들(T5와 D5, T8과 D8)이 상호 독립적으로 제어될 수 있다.On the other hand, the
이 경우에 정류기 레그(201)는 입력 전류를 제어하기 위한 방향으로 스위칭하는 반면, 인버터 레그(209)는 출력 전압을 제어하기 위한 방향으로 스위칭하게 된다. 한편, 충방전 레그(203)는 배터리(111) 충전 시에는 벅 컨버터(buck converter혹은 step-down converter)로 작동하여 정류기 레그(201)를 거친 높은 직류전압을 배터리(111)에 충전하기에 적당한 전압으로 낮춘다. 반대로 방전 시에는 부스트 컨버터(boost converter 혹은 step-up converter)로 작동하여 낮은 배터리 전압을 인버터 레그(209)가 필요로 하는 높은 전압으로 올리게 된다.In this case, the
한편, 정전시에 흐르는 배터리 방전 전류의 흐름을 살펴보면, 충방전 레그(203)의 상위 스위치(T6)에 연결되어 있는 다이오드, 그 하위 스위치(D5) 및 배터리측 인덕터(L2)가 부스트-컨버터로 작동하여 배터리(111)의 전압을 필요한 직류전압 Vd로 상승시킨다.On the other hand, when the flow of the battery discharge current flowing in the power failure, the diode connected to the upper switch (T6) of the charge-
한편, 공통 레그(207)의 스위치(T7와 D7)는 인버터 레그(209)의 스위치(T8과 D8)와 결합하여 풀브릿지 구조의 인버터로 작동하기 때문에 출력 전압의 주파수로 스위칭하게 되는데, 출력 전압이 양의 값일 경우에는 공통 레그(207)의 하위 스위치(D7)는 도통되는 반면에 그 상위 스위치(T7)는 차단된다. 이 상태에서 인버터 레그(209)의 상위 스위치(T8)가 켜지면 직류전압 Vd가 인버터 레그(209)에서 나가서 전류 부하 측으로 흐르게 되고, 반면에 인버터 레그(209)의 하위 스위치(D8)가 켜지면 부하(109)에 영 전압이 인가되고, 출력 전류는 스위치(D7)와 스위치(D7)를 통해 흐르게 된다.On the other hand, the switches T7 and D7 of the
반대로 출력 전압이 음의 값일 경우, 공통 레그(207)의 상위 스위치(T7)는 도통되는 반면에 그 하위 스위치(D7)는 소거된다. 이 상태에서, 인버터 레그(209)의 상위 스위치(T8)가 켜지면 부하(109)에 영 전압이 인가되고 출력 전류는 스위치(T7)와 스위치(T8)를 통해 흐르게 된다. 반면에 인버터 레그(209)의 하위 스위치(D8)가 켜지면 부하(109)에 직류전압 -Vd가 인가되어 전류 io가 음의 값을 가지게 된다. Conversely, when the output voltage is negative, the upper switch T7 of the
전력 계통이 정상적인 경우에는 배터리에 충전이 일어나는데, 이때의 전류 흐름을 살펴보면, 공통 레그(207)는 입력전압(Vs)의 주파수로 스위칭되게 되는데, 입력전압(Vs)이 양의 값을 가지면 공통 레그(207)의 하위 스위치(D7)는 도통되는 반면에 그 상위 스위치(T7)는 차단된다. 반대로 입력전압(Vs)이 음의 값을 가지면 공통 레그(207)의 상위 스위치(T7)는 도통되는 반면에 그 하위 스위치(D7)는 차단된다. 또한, 입력전압(Vs)이 양의 값을 가질 때, 정류기 레그(201)의 하위 스위치(D5)가 도통되고 그 상위 스위치(T5)가 차단되면, 입력측 인덕터(L1)의 전류 is가 양의 방향으로 증가하고, 이 때 증가된 자기 에너지는 입력측 인덕터(L1)에 저장된다. 이 상태에서는, 정류기 레그(201)의 상위 스위치(T5)가 도통되고 그 하위 스위치(D5)가 차단되면 입력측 인덕터(L1)에 저장된 자기 에너지는 직류 측으로 전달된다. 입력전압이 음의 값을 가질 때도 같은 원리로 동작을 한다. 인버터 레그(209)의 운전은 정전 시의 경우와 동일하며 충방전 레그(203)는 배터리측 인덕터(L2) 및 배터리(111)와 연결되어 벅-컨버터로 작용함으로써 배터리(111)를 충전한다. 충방전 레그(203)의 상위 스위치(T6)는 일정한 펄스폭 변조를 통해 제어되며, 그 하위 스위치(D6)은 항상 차단되고 여기에 연결된 바디 다이오드(body diode)는 인덕터(L1)의 전류를 순환시킬 때 도통된다.If the power system is normal, the battery is charged. Looking at the current flow at this time, the
도 3을 참조하면, 도 3은 전기가 정상적으로 인입될 경우, 고효율 ECO(Economic) 모드로 작동하도록 바이패스 회로(319)를 추가한 전력 계통도이다. ECO 모드에서는 기준 전압에 대한 입력전압의 허용 변동폭을 +-5%에서 +-15% 사이에서 가변하여 설정할 수 있으며, 입력전압이 설정된 설정폭 이내에 있을 때에는 바이패스 상태로 운전되면서, 입력전압이 전력 변환 회로를 거치지 않고 바이패스해서 교류 출력전압을 공급함으로서 시스템을 고효율 상태로 유지할 수 있다. 이때, 입력전압의 변동폭이 설정된 설정치를 벗어나거나, 입력전압의 변동폭이 ±15% 이상일 경우에는 도 2와 같이 기존의 온라인 방식으로 입력전압을 변환하여 출력에 전력을 공급한다.Referring to FIG. 3, FIG. 3 is a power system diagram in which a
입력전압의 변동폭은 제어부(305)에 내장된 입력수단(미도시)에 의해 설정되며, 설정값은 표시부(307)에 표시된다. 입력전압의 변동폭이 설정값 이내에 있으면, 제어부(305)는 SW4(127)를 개방하고, SW1(121) 및 SW2(123)와 SW3(125)을 연결하여 전력이 바이패스 회로(319)를 통하여 출력되게 한다. 입력전압은 바이패스 회로(319)의 제 2 싸이리스터(SCR2, 313)와 노이즈 필터(315)를 경유하여 출력된다. 이때, 제 1 싸이리스터(SCR1, 311)는 Off되어 전류가 전력 변환 회로를 통하여 흐르는 것을 차단되게 한다. 그러나, 입력전압은 SW2(123)가 ON되어 있으므로, 노이즈 필터(309) 및 정류기 레그(201)와 충방전 레그(203)을 거처 배터리(111)를 충전시킨다. 한편 전력변환 회로 및 바이패스 회로(319)에 장애가 발생했을 때를 대비해, 비상회로(317)가 구비되어 있어, 비상시에는 SW1(121) 및 SW2(123)와 SW3(125)을 개방하고, SW4(127)를 연결한다.The fluctuation range of the input voltage is set by input means (not shown) built in the
일일 입력측 전원의 비정상 입력 상태(+- 15% 이상)가 10% 정도 발생한다고 가정할 때, 이렇게 바이패스 회로(319)를 이용하면, 단상은 약 3% 효율이 증가되고, 삼상은 7% 효율이 증가된다.
Assuming that an abnormal input state (+ -15% or more) of the daily input side power occurs by about 10%, using the
101: 입력단 변압기,
103: 정류기, 111: 배터리,
105: 인버터, 107: 출력단 변압기,
109: 부하,
121 : 제 1 스위치(SW1), 123 : 제 2 스위치SW2,
125 : 제 3 스위치(SW3), 127 : 제 4 스위치SW4,
201: 정류기 레그, 203: 충방전 레그,
207: 공통 레그, 209: 인버터 레그,
305: 제어부, 307 : 표시부,
309 : 입력 노이즈 필터,
311 : 제 1 싸이리스터, 313 : 제 2 싸이리스터,
315 : 출력 노이즈 필터, 317 : 비상회로,
319 : 바이패스 회로,
Cd : 직류 콘덴서, Vs: 입력전원,
L1, L2, L3: 인덕터, T1 ~ T4: 상단 스위치,
D1 ~ D4: 하단 스위치101: input stage transformer,
103: rectifier, 111: battery,
105: inverter, 107: output stage transformer,
109: load,
121: first switch SW1, 123: second switch SW2,
125: third switch SW3, 127: fourth switch SW4,
201: rectifier leg, 203: charge / discharge leg,
207: common leg, 209: inverter leg,
305: control unit, 307: display unit,
309: input noise filter,
311: first thyristor, 313: second thyristor,
315: output noise filter, 317: emergency circuit,
319: bypass circuit,
Cd: DC condenser, Vs: input power,
L1, L2, L3: Inductor, T1-T4: Top Switch,
D1-D4: lower switch
Claims (2)
교류 입력전압을 필터하는 입력 노이즈 필터(309)와;
상기 노이즈 필터(309)에 직렬로 연결되는 정류기 레그(201)와;
평상시에는 전력을 충전하여 두고, 비상시에는 충전된 에너지로 전력을 공급하는 배터리(111)와;
상기 정류기 레그(201)와 상기 배터리의 사이에 연결되어 상기 정류기 레그(201)에서 정류된 직류전압으로 상기 배터리(111)를 충전하거나 상기 배터리(111)에서 방전되는 전류를 전력 계통에 공급하는 충방전 레그(203)와;
상기 정류기 레그(201)에서 공급되는 직류전압이나, 배터리(111)에서 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터 레그(209)와;
상기 인버터 레그(209)의 교류전압을 스위치하는 제 1 싸이리스터(311)와;
입력전압이 일정한 변동폭 이내에 있을 때, 전력변환 회로를 바이패스하도록 바이패스 회로(319)을 형성하는 제 1 스위치(121)와;
상기 제 1 스위치에 직렬로 연결되어 교류 전력을 스위치하는 제 2 싸이리스터(313)와;
상기 배터리(111)가 입력전압에 의해 충전되도록 상기 배터리가 입력전압에 연결되도록 하는 제 2 스위치(123)와;
상기 바이패스 회로(319)의 제 2 싸이리스터(313) 및 제 1 싸이리스터(311)에 직렬로 연결되어 노이즈를 제거하는 출력 노이즈 필터(315)와;
상기 출력 노이즈 필터에 직렬로 연결되어 전력 계통을 On 또는 Off되게 하는 제 3 스위치와;
입력전압의 변동폭이 기 설정한 변동폭 이내에 있을 때에는, 상기 제 1 스위치(121)와 상기 제 2 스위치(123)와 상기 제 2 싸이리스터(313)를 On하여 상기 바이패스 회로(319)로 전력이 통과하게 하고, 입력전압의 변동폭이 기 설정한 변동폭을 벗어나는 경우 상기 제 1 싸이리스터(311)을 On하고, 상기 제 2 싸이리스터(313)을 Off되게 하는 제어부(305)와;
상기 제어부(305)의 지시에 따라, 사용자가 입력한 설정치를 출력하여 표시하게 하는 표시부(307);를 구비하여 이루어지고,
전력 계통에 장애가 발생하여 정상적으로 전력 계통을 운용할 수 없을 때에는 비상 연결 경로를 제공하는 비상회로(317)와;
상기 비상회로(317)를 통하여 입력전압이 출력에 제공되도록 연결하는 제 4 스위치(127);를 더 포함하여 이루어지며,
정류기 레그(201)와 인버터 레그(209) 사이에 공통 레그(207)를 삽입하여 저주파인 입력전압 Vs와 동일한 동일한 주파수로 스위칭하고,
상기 공통 레그(207)의 스위치(T7와 D7)는 인버터 레그(209)의 스위치(T8과 D8)와 결합하여 풀브릿지 구조의 인버터로 작동하여 출력 전압의 주파수로 스위칭하게 되는 것을 특징으로 하는 ECO MODE(Economic 모드)를 적용한 역률보상 무변압기형 고효율 충전기 인버터 장치.In the power factor correction transformer-less high efficiency charger inverter device,
An input noise filter 309 for filtering the AC input voltage;
A rectifier leg (201) connected in series with said noise filter (309);
A battery 111 that charges power in normal times and supplies power with charged energy in an emergency;
Connected between the rectifier leg 201 and the battery to charge the battery 111 with a DC voltage rectified by the rectifier leg 201 or to supply a current discharged from the battery 111 to the power system A discharge leg 203;
An inverter leg 209 for converting the DC voltage supplied from the rectifier leg 201 or the DC voltage supplied from the battery 111 into an AC voltage;
A first thyristor (311) for switching the AC voltage of the inverter leg (209);
A first switch 121 for forming a bypass circuit 319 to bypass the power conversion circuit when the input voltage is within a predetermined variation range;
A second thyristor (313) connected in series with the first switch to switch AC power;
A second switch (123) for connecting the battery to an input voltage such that the battery (111) is charged by an input voltage;
An output noise filter 315 connected in series with the second thyristor 313 and the first thyristor 311 of the bypass circuit 319 to remove noise;
A third switch connected in series with the output noise filter to turn on or off a power system;
When the fluctuation range of the input voltage is within the preset fluctuation range, power is supplied to the bypass circuit 319 by turning on the first switch 121, the second switch 123, and the second thyristor 313. A controller 305 for turning on the first thyristor 311 and turning off the second thyristor 313 when the fluctuation range of the input voltage is outside the preset variation range;
And a display unit 307 for outputting and displaying the set value input by the user according to the instruction of the controller 305,
An emergency circuit 317 for providing an emergency connection path when a power system fails and the power system cannot be operated normally;
And a fourth switch 127 for connecting an input voltage to an output through the emergency circuit 317.
A common leg 207 is inserted between the rectifier leg 201 and the inverter leg 209 to switch to the same frequency as the low frequency input voltage Vs,
The switch T7 and D7 of the common leg 207 is combined with the switches T8 and D8 of the inverter leg 209 to operate as an inverter of a full bridge structure to switch to the frequency of the output voltage. Power factor compensation transformerless high efficiency charger inverter device using MODE (economic mode).
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