KR100352385B1 - 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어 부품수가 획기적으로 적게 구성되어 컴퓨터 내부의 아이사 슬롯(ISA SLOT)에 직접 삽입되고 컴퓨터 메인 본체의 CPU와 병렬 통신을 수행함으로써 안정된 무정전의 전원을 컴퓨터에 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 각종 통신 소프트웨어가 부가되어 인터넷 또는 전자메일(E-MAIL) 등의 통신기능이 수행되고 특정 인터넷 주소(IP ADDRESS)로 접속이 가능하며 자체 진단 프로그램이 실행되도록 하는 제어 프로그램이 내장된 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치에 관한 것으로, 본 발명은 정상적인 상용 교류(AC)전원을 공급받아 배터리 충전 및 인버터를 항상 동작시켜 비상시 컴퓨터에 무순단으로 전력을 공급하는 온라인(ON-LINE) 방식의 무정전 전원장치(UPS)에 있어서, 컴퓨터의 아이사 슬롯(ISA SLOT)을 통하여 컴퓨터의 CPU와 병렬통신을 수행하여 UPS의 동작을 제어하는 중앙제어부(10)와, 상용전원으로부터 공급되는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하는 콘버터부(20)와, 상기 콘버터부(20)로부터 전원을 공급받아 충전되며 상기 상용전원 공급불량시 충전된 전원을 방출하는 배터리부(30)와, 직류(DC)전원을 교류(AC)전원으로 변환하기 위해 펄스폭 변조하는 인버터부(40)와, 상기 인버터부(40)의 출력전원을 변압하는 변압부(50)와, 상기 변압된 전원을 상용전원의 교류(AC)전원으로 변환하기 위하여 전원 펄스의 극성을 변환시키는 싸이클로콘버터부(60)와, 상기 싸이클로콘버터부(60)의 출력전원을 필터함으로써 일반 상용전원을 출력하는 필터부(70)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치 {AN UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY ISA CARD FOR INTERNET COMMUNICATION}

본 발명은 무정전 전원장치(UPS; Uninterruptible Power Supply)에 관한 것으로, 상세히는 제어 부품수가 획기적으로 적게 구성되어 컴퓨터 내부의 아이사 슬롯(ISA SLOT)에 직접 삽입되고 컴퓨터 메인 본체의 CPU(Central Processing Unit)와 병렬 통신을 수행함으로써 안정된 무정전의 전원을 컴퓨터에 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 각종 통신 소프트웨어가 부가되어 인터넷 또는 전자메일(E-Mail) 등의 통신기능이 수행되고 특정 인터넷 주소(IP Address)로 접속이 가능하며 자체 진단 프로그램이 실행되도록 하는 제어 프로그램이 내장된 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치에 관한 것이다.

최근에 급격히 발전하고 있는 컴퓨터나 사무 자동화 기기, 공장 자동화 기기에 이용되는 마이크로 콘트롤러를 내장한 장비들은 전원 변동에 아주 민감하게 반응한다.

그러나, 상용전원에서 수용가까지의 선로거리, 주변간섭, 수용가 상호간의 간섭, 계약용량 초과사용, 피크타임의 전압 강하, 각 수용가 자체의 노이즈 발생 등으로 인하여 각 수용가에 공급되는 전기의 질은 전력 공급자의 의도와는 떨어져 통제권 밖에 있는 실정으로서, 첨단 장비에 공급되는 전원에는 문제가 있다. 예컨대 수초 이상의 지속적인 정격전압보다 몇십 퍼센트의 차이가 있는 과전압(Over-Voltage) 또는 저전압(Under-Voltage)은 장비의 노후화 촉진 및 수명 단축이 된다.

특히, 새그(Sag), 임펄스 서지(Impulse Surge), 전압 드롭아웃(Voltage Dropout) 등은 마이크로 컴퓨터를 셧다운(Shut-Down) 시켜 정상적인 기능을 수행하지 못하도록 하는 중요 요소이므로, 이러한 전원 교란으로부터 데이터 및 마이크로 프로세서 및 중요 부하기기의 보호 방법이 필연적으로 대두되었다.무정전 전원장치(UPS)는 이러한 전원교란 문제를 해결하기 위하여 개발된 것으로, 주 전원이 상실되었을 때에도 내장된 배터리로부터 컴퓨터가 계속 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 장치로써, 갑작스런 전압상승 등으로부터 컴퓨터를 보호하는 기능도 수행한다.종래에 개발되어 사용되고 있는 무정전 전원장치(UPS)의 종류로는 크게 오프라인(OFF-LINE) 방식과 온라인(ON-LINE) 방식의 무정전 전원장치(UPS)로 분류되는데, 상기 오프라인(OFF-LINE) 방식의 무정전 전원장치(UPS)는 정상적인 상용전원 인입시에는 직접 상용전원을 부하에 공급하고 있다가 정전시에만 무정전 전원장치(UPS)의 인버터(Inverter)를 동작하여 부하에 전원을 공급하는 방식으로 주로 소용량의 전원장치에 많이 사용된다. 이에 반해, 온라인(ON-LINE) 방식의 무정전 전원장치(UPS)는 정상적인 상용전원 인입시에 충전기와 인버터에 직류(DC) 전원을 공급하고 정전시 배터리로부터 인버터에 직류전원을 공급하여 항상 인버터가 동작되도록 하여 입력에 관계없이 인버터를 구동하여 부하에 무정전전원을 공급하는 방식으로 특히 신뢰성을 요하는 중용량 이상의 전원장치에 많이 사용되는데, 본 발명은 이러한 온라인(ON-LINE) 방식의 무정전 전원장치(UPS)에 관한 것이다.하지만, 종래에 개발되어 사용되고 있는 온라인(ON-LINE) 방식의 무정전 전원장치(UPS)는 컴퓨터를 위한 소형제품이라 할지라도 캐비넷 스타일의 외장품이며 이로 인하여 거치 또는 사무, 업무 공간의 확보 이유로 기피되었으며, 구동을 위한 부품 점수가 많아 가격이 비싼 문제점이 있었다.근래에 들어 컴퓨터 내부에 삽입할 수 있는 소형의 무정전 전원장치(UPS)가 개발되고 있으나 이러한 제품들은 단순히 컴퓨터의 내부 공간에 위치되는 것으로써 컴퓨터에 내장된 CPU와 병렬 통신을 할 수 없어 정밀하고 파형왜곡이 없는 고품질의 안정된 전원을 공급하는데는 문제점이 많으며, 더욱이 이러한 무정전 전원장치(UPS)에는 인터넷 통신을 할 수 있는 통신기능이 전혀 없었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 컴퓨터에 공급되는 주 전원의 품질상태를 체크하여 전원 공급이 불량한 상태에서도 컴퓨터에 정밀하고 파형왜곡이 없는 안정된 고품질의 전원을 계속하여 공급하며, 인터넷 또는 전자메일(E-MAIL) 등의 통신기능이 수행될 수 있도록 통신 프로그램이 내장되는 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치를 제공하는데 있다.상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상용전원으로부터 공급되는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하는 콘버터부와, 상기 콘버터부로부터 전원을 공급받아 충전되며 상기 상용전원 공급불량시 충전된 전원을 방출하는 배터리부와, 직류(DC)전원을 교류(AC)전원으로 변환하기 위해 펄스폭 변조하는 인버터부와, 상기 인버터부의 출력전원을 변압하는 변압부와, 상기 변압된 전원을 상용전원의 교류(AC)전원으로 변환하기 위하여 전원 펄스의 극성을 변환시키는 싸이클로콘버터부와, 상기 싸이클로콘버터부를 통하여 출력되는 교류전원을 필터링함으로써 일반 상용전원을 출력하는 필터부를 포함하여 이루어져 컴퓨터의 확장 슬롯에 부착되어 컴퓨터에 무순단으로 전력을 공급하는 무정전 전원장치(UPS)에 있어서, 상기 무정전 전원장치에는 컴퓨터의 확장 슬롯과 결합되어 컴퓨터의 CPU와 병렬통신을 수행하기 위한 병렬 프로그래머블 인터페이스가 구현된 마이크로콘트롤러가 구비되어 상기 컴퓨터 CPU의 명령에 의해 무정전 전원장치의 각 부의 동작을 제어하는 중앙제어부가 구비된다.또한, 본 발명의 무정전 전원장치는 상기 중앙제어부의 마이크로 콘트롤러와 병렬통신을 수행하는 컴퓨터의 CPU에 의해 인식되어 상기 무정전 전원장치의 각 부를 제어하며 외부 컴퓨터와의 통신기능이 구비된 구동용 소프트웨어에 의해 활성화된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치의 개략적인 전체 구성도,

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전원장치와 컴퓨터 메인보드의 아이사 슬롯과의 통신을 위한 결선 회로도,도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 콘트롤러 8051과 싸인파발생기 및 PWM 회로도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 구동용 IGBT를 위한 절연 증폭 회로도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘버터부를 구성하는 배터리 충전기 및 정류 회로도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인버터 스위칭 소자 IGBT 스너버 회로도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 무정전 전원장치가 장착된 컴퓨터의 배면도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 컴퓨터에 장착된 무정전 전원장치의 정면도, 측면도, 배면도,

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 무정전 전원장치와 각종 전원장치를 연결하는 특수 전원용 콘넥터 케이블 형태도,

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 무정전 전원장치가 동작되는 과정을 나타낸 흐름도,도 10은 본 발명의 실시예에 따라 무정전 전원장치의 출력을 설정하고 제어 할 수 있는 컴퓨터 윈도우 화면 구성도,

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 상기 도 10의 환경설정을 위한 프로그램 소스의 일부 리스트,

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 실행되는 무정전 전원장치의 현재 상태를 나타내는 컴퓨터 윈도우 화면 구성도,

도 13은 본 발명의 실시예에 따라 상기 도 11의 현재상태를 나타내기 위한 프로그램 소스의 일부 리스트,

도 14는 본 발명의 실시예에 따라 무정전 전원장치의 프로그램상에서 무작위하게 발생되는 배너광고의 윈도우 형태를 나타내는 화면 구성도,

도 15는 본 발명의 실시예에 따라 상기 도 13의 배너광고를 위한 프로그램 소스의 일부 리스트,

도 16은 본 발명의 실시예에 따라 상기 도 1의 무정전 전원장치를 간략화한 블록 구성도,

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 무정전 전원장치의 싸이클로콘버터의 스위치 순서도이다.* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명10 : 중앙제어부 20 : 콘버터부30 : 배터리부 40 : 인버터부50 : 변압부 60 : 싸이클로콘버터부70 : 필터부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치는 온라인(ON-LINE) 타입으로서 크게 고주파 링크타입의 싸이클로 콘버터형 무정전 전원장치(UPS)로 이루어지는 하드웨어부와, 상기 하드웨어부에 내장된 2개의 마이크로 콘트롤러 및 각종 소자를 제어하며 컴퓨터의 아이사 슬롯(ISA SLOT)에 삽입된 상기 하드웨어부와 컴퓨터 CPU와의 통신을 제어하고 인터넷 및 전자메일(E-Mail) 등의 외부통신 기능을 제공하는 소프트웨어부로 나누어진다.먼저, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 링크 타입의 싸이클로 콘버터형 무정전 전원장치(UPS)로 이루어지는 하드웨어부에 대하여 설명한다. 이하 무정전 전원장치를 설명하는데 있어, 무정전 전원장치의 명칭을 UPS와 혼용하여 사용하기로 한다.도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치의 구성을 개략적으로 도시한 전체구성도로써, 본 발명의 UPS는 아이사 슬롯(ISA SLOT)을 통하여 컴퓨터의 CPU와 병렬통신을 수행하여 UPS의 동작을 제어하는 중앙제어부(10)와, 상용전원으로부터 공급되는 AC전원을 DC전원으로 변환하는 콘버터부(20)와, 상용전원 공급불량시 전원을 공급하기 위한 배터리부(30)와, DC전원을 AC전원으로 변환하기 위해 펄스폭 변조하는 인버터부(40)와, 상기 인버터부(40)의 출력전원을 변압하는 변압부(50)와, 상기 변압부(50)에 의해 변압된 전원을 상용전원의 AC전원으로 변환하기 위한 사이클로 콘버터부(60)와, 상기 사이클로 콘버터부(60)의 출력전원을 필터하여 고품질의 상용 AC전원을 출력하는 필터부(70)를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 UPS는 특히 컴퓨터 내부의 아이사 슬롯에 삽입되어 사용되므로 공간 부피의 문제(슬롯과 슬롯 사이의 간격 20mm내에 삽입)를 해결하기 위해 고주파 링크식 싸이클로 콘버터형을 기초로 하여 구성된다.상기 콘버터부(20)는 상용 AC전원을 DC전원으로 변환하여 배터리를 충전시키며, 변압부(50)의 T3을 통하여 인버터부(40)에 변환된 DC전원을 공급한다. 본 발명의 UPS는 온라인(ON-LINE) 타입이므로 상기 콘버터부(20)는 인버터부(40)의 스위칭용 DC전원을 위해 약 25KHz에서 100KHz까지 부하에 따른 자동 스위칭을 하여 강하된 전원인 양(POSITIVE)전원을 인버터부(40)에 공급하도록 하며, 또한 동시에 DC전원에 의해 충전되는 배터리가 과충전이나 저전압 방전에 보호되면서 최적의 충전이 되어지도록 구성된다.도 4는 상기 콘버터부(20)를 구성하는 배터리 충전기 및 정류 회로도로써, 도면에 도시된 바와 같이, JUN1로 연결되어 입력된 상용 전원은 T5의 라인 쵸크(Line Choke) 및 C501, C502, C503, C504로 구성된 필터에 의해 잡음제거(Noise Cut)가 진행된다. 이 상용 전원은 브리지 다이오드(BRIDGE DIODE) D501에 의해 DC로 변환되며, R501 10옴(OHM)5와트 저항을 통한 다음 C506에 의해 평활된다. 이 DC전원은 T2의 메인 페라이트 트랜스포머에 전달되며, 동시에 RCC 콘버터 트랜스포머 T1의 1차권선에 상기 DC전원이 공급된다.T1은 도4의 모든 회로를 구동하기 위한 기본적인 전원부로서 Q503, Q504 및 정전압 다이오드 D509, 다이오드 D506, D507, D508, 그리고 몇 개의 저항으로 이루어진 RCC 타입의 DC 콘버터이다. T1의 2차권선에 유도되어 강압(DROP)된 전원은 다이오드 D510 및 콘덴서 C509에 의해 평활된 DC로 변환되어 스위칭레규레이터 IC U501 TL494의 전원으로 공급된다. IC U501은 13.7볼트의 30암페어 DC전원의 출력보정 및 DC전원의 평활 및 유지를 위해 저항 R521, R520으로 흐르는 전원을 비교하여 저항 R508 및 트랜지스터 Q505를 제어하기 위해 적절한 PWM 파형을 U501 IC 핀단자 8,11을 통하여 제어한다.

다이오드 D510에서 공급된 전원은 플라이백 다이오드 D504와 트랜지스터 Q505의 PWM 제어에 의해 펄스 코일 트랜스포머 T4의 1차권선을 스위칭한다. 여기서 유도된 T4의 2차 유도 PWM 전원에 의해 저항 R506, R507 및 콘덴서 C508에 의한 진동방지 회로에 의해 보호되는 절연 스위칭 트랜지스터 또는 FET(FIELD EFFECT TRANSISTOR) Q502의 게이트가 스위칭된다. 이때의 스위치 소자(Q502)의 보호를 위해 C507 및 R505의 간이형 스너버(SNUBBER)회로가 적절히 구성된다. 이때 저항 R501을 통과한 DC는 메인 페라이트 트랜스포머 T2의 코일 핀 2번에 흐르며 상기 스위칭 트랜지스터 Q502에 의해 PWM 제어된다. 스위칭시의 무효전력은 다이오드 D505와 저항 R504, 콘덴서 C505에 의해 DC로 귀환된다. 이 동작이 시작될 기동시의 각종 소자 및 트랜스포머 T2의 보호를 위한 트라이액 Q501 및 저항 R502, R503으로 이루어진 회로에 의해 돌입전류가 방지된다. 트랜스포머 T2에 의해 강압, 유도된 전원은 다이오드 D502에 의해 정류되어 무효전력 회귀 다이오드 D503과 초크 L501, 그리고 평활용 콘덴서 C517, C518, 보상용 저항 R516에 의해 평활해지며, 이 평활된 전원은 도 1의 다이오드 DA를 거쳐 변압기 T3에 공급된다. 또한 배터리의 전압이 기준치보다 낮으면 도1의 저항 RB를 통하여 배터리가 충전된다.만약, 상용전원이 정전이 되거나, 기준점 이하의 상용전원이 공급된다면 상기의 과정에서 충전된 배터리 전원이 도 1의 다이오드 DB을 통하여 도1의 변압부(50) T3에 공급된다.

상기 배터리부(30)는 상기 콘버터부(20)로부터 DC전원을 공급받아 충전되며 상용입력전원이 불량한 경우 변압부(50) T3의 1차권선을 통하여 인버터부(40)에 DC전원을 공급하는데, 본 발명의 실시예에서는 전압 DC 12V와 전류 6.5A를 갖는 배터리를 표준으로 사용한다.

상기 인버터부(40)는 고전력 스위칭용 반도체로서 동작속도가 빠르고 전력의 손실이 적은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) Q1, Q2의 스위칭 스위치로 구성되는데, 이 IGBT Q1,Q2의 인버터부(40)는 하프브리지(HALF BRIDGE) 타입의 스위칭을 함으로써, 출력 전압이 2 LEVEL 펄스폭 변조를 하게 된다. 이때, 인접되는 펄스의 양(POSITIVE) 구간과 음(NEGATIVE) 구간의 폭이 거의 같도록 중앙제어부(10)에 의해 제어되어 변압부(50)에 의해 40KHz의 스위칭 주파수에서 일정동작이 수행된다.

상기 싸이클로콘버터부(60)는 상기 변압부(50)의 2차측에 연결되어 양방향 스위치 Q3, Q4, Q5, Q6의 4개의 IGBT 스위칭 스위치로 구성되어 60Hz 또는 50Hz의 상용 전원을 출력하기 위해 적절하게 펄스극성을 변환시킨다. 도 17은 싸이클로콘버터부(60)의 스위치 순서도로써, 도면에 도시된 바와 같이 변압기 T3의 2차권선측의 출력 전압은 IGBT Q3, Q4, Q5, Q6의 스위칭에 따라 펄스극성이 변환되어 AC전원을 출력하게 된다. 상기 스위칭을 위한 제어는 중앙제어부(10)에 구비된 마이크로 콘트롤러 8051에서 담당하며 이는 주로 컴퓨터의 CPU에서 최종 명령을 내린다.상기 중앙제어부(10)는 아이사 슬롯을 통하여 컴퓨터의 CPU와 병렬통신을 수행하여 상기의 콘버터부(20)와 인버터부(40) 및 싸이클로콘버터부(60) 등을 제어한다. 이 중앙제어부(10)에는 두개의 마이크로 콘트롤러 8051이 내장되어 있는데, 하나의 마이크로 콘트롤러 8051은 직접적으로 컴퓨터 아이사 슬롯에 접속되어 CPU와 병렬통신을 수행한다. 이 마이크로 콘트롤러 8051은 병렬프로그래머블 인터페이스(PPI) 소자인 8255와 똑같은 동작을 하도록 특수하게 프로그래밍 되었다. 다른 하나의 마이크로 콘트롤러 8051은 상술한 각 부의 각종 제어용 스위치 동작을 한다. 이 두개의 마이크로 콘트롤러 8051은 각각 32개의 입출력 포트로 구성되어져 있으며, 각종 전압, 전류, 고장 상태 등을 체크 또는 제어토록 하며, 그리고 펄스폭 스위칭을 위해 보조 회로인 디지털 아날로그 변환기(DAC;Digital Analog Converter)와 각종 검출을 위해 아날로그 디지털 변환기(ADC;Analog Digital Converter) 소자와 적절히 구성 결합되어지며, 컴퓨터 CPU와 병렬 통신에 필요한 인터페이스가 구현되도록 마이크로 콘트롤러 8051이 각각 프로그래밍 되었다.또한 중앙제어부(10)는 도 1에 도시된 배터리 저전압시 보호를 위한 배터리 전원보호 릴레이 K1과, 무정전 전원장치 고장 등의 비상시 부하전원장치, 즉 컴퓨터와 모니터에 상용 입력전원을 바로 출력하는 바이패스(BY PASS)용 비상절체 릴레이 K2를 제어하여 각각 배터리와 무정전 전원장치를 보호한다.도 2a는 상기 중앙제어부(10)와 컴퓨터 메인보드의 아이사 슬롯과의 통신을 위한 결선 회로도로써, 컴퓨터 본체의 아이사 슬롯을 통하여 연결된 컴퓨터 본체의 8개의 데이터선(D0-D7)은 IC PAL22V10에 의해 디코딩 되는 컴퓨터 본체의 7개의 어드레스(Address)선(A4-A9 및 AEN)과 마이크로 콘트롤러 8051 및 IC 74LS139에 의해 적당히 디코딩된 컴퓨터 본체의 4개의 어드레스선(A0-A3) 및 IOR, IWR선 등에 의하여 마이크로 콘트롤러 8051과 쌍방 병렬 통신된다. 마이크로 콘트롤러 8051은 고속 병렬 통신을 위하여 24MHz의 크리스탈을 이용하며, 컴퓨터와의 병렬 통신을 위해 직접 연결된 각 포트를 제외한 나머지 포트 P0.0에서 P0.7의 8개 포트는 후술되는 도 2b에 표시된 마이크로 콘트롤러 8051의 P3.0에서 P3.7의 7개의 포트와 병렬 통신을 위해 각각 결선되어진다. 또한 P2.0에서 P2.7까지의 8개의 포트 및 P3.3에서 P3.5까지의 3개의 포트는 각각 각종 전압, 전류, 이상운전 등의 검출에 이용된다.도 2b는 중앙제어부(10)의 또 하나의 마이크로 콘트롤러 8051에 의해 싸인파 합성기 및 PWM(Pulse Width Modulation) 회로, 그리고 도 1에서 표시된 6개의 스위칭 스위치 Q1-Q6의 제어를 위한 회로도이다. 마이크로 콘트롤러 8051은 고속의 스위칭 및 병렬 통신을 위해 역시 24MHz의 크리스탈이 사용되었으며, 8개의 포트 P3(P3.0-P3.7)은 도 2-1의 마이크로 콘트롤러 8051의 포트 P0(P0.0 - P0.7)의 8개의 포트들과 연결되어 컴퓨터 본체의 CPU와 최종 통신을 주고받는다. 포트 P1(P1.0-P1.7)의 8개 제어포트는 컴퓨터 본체의 CPU와의 최종 통신후 자체의 데이터와 비교 후 도식된 회로도와 같이 2R로 구성되는 저항에 의해서 최적의 싸인파(SINE WAVE)로 적분되어지도록 출력되어진다. 여기에서 싸인파 1싸이클이 400등분되도록 고속 적분을 위해 각각 축차 비교를 하며, 적분된 1싸이클의 싸인파를 출력된 전압과 연산 비교하여 교정되어지도록 한다. 포트 P0.7 및 포트 P2.7의 두개의 포트는 각각 1싸이클을 400등분하여 플러스 및 마이너스 싸인파에 맞추어 교호로 출력되도록 하여, IC U200 오피앰프(OP-AMP) LM324로 입력되어져 삼각파로 변환, 증폭된 후 IC U201 LM339의 콤퍼레이터(Comparator) 비교기의 마이너스쪽에 입력되어져 다른 증폭된 싸인파(Sine Wave)와 비교되어 펄스폭 변조(PWM) 되어지는 각각의 펄스는 도 17에서 보여지는 것처럼 인접 구간의 폭이 일정하게 되도록 제어되어 도 1의 변압부(50)의 변압기 T3이 40KHz 부근에서 스위칭되도록 한다. 나머지 포트 P0.0-P0.6 및 P2.0-P2.6의 14개의 포트 단자핀은 각각의 스위치들과 연동하여 제어 되도록 구성된다.저항 R212 내지 R227로 구성되어진 2R방식의 축차식 적분기는 마이크로 콘트롤러 8051에서 제어되는 데이터를 적분하여 싸인파(SINE)를 만들며 이 싸인파는 저항 R211을 거쳐 전류값이 적당히 변형하여, IC U200 오피앰프(OP-AMP) LM324로 입력된다. 이 파형은 다시 하이 임피던스(HIGH IMPEDANCE)화되어 IC U201 LM339의 콤퍼레이터(COMPARATOR) 비교기 플러스쪽에 입력되어져 다른 한쪽의 삼각파와 비교하여 최적의 PWM(OPTIMUM PULSE WIDTH MODULATION) 파형이 출력된다. 이 파형은 후술되는 도 3의 IGBT 스위칭 절연증폭회로를 통과하여 도 1의 인버터부(40)의 절연트랜지스터 IGBT Q1, Q2를 직접 제어한다.

도 3은 IGBT 스위칭 절연 증폭 회로도로서 인버터 스위치 소자의 고장 예방 및 스위칭 양단간 입출력 절연을 위해 구성되었으며, 또한 간이형 과전류 보호 회로를 추가하여 이를 상술한 도 2a의 마이크로 콘트롤러 8051 포트에서 검지, 과전류에 자동으로 운전이 정지되도록 구성되었다. 도 2b에서 출력되는 PWM 파형은 도 3의 IC U100으로 구성되는 C-MOS 인버터에 의해 다시 신호가 증폭되고 Q40의 NPN 트랜지스터를 스위칭하여 U101 TLP550의 포토트랜지스터를 스위칭한다. 이 포토트랜지스터는 IGBT 스위치와의 절연을 위한 광소자로서 스위칭 제어 및 검출부, 마이크로 콘트롤러 등이 포함된 구동부와 직접 DC를 AC로 변환 시켜주는 IGBT 인버터 스위치의 구동 전압원을 분리할 수 있도록 절연된 광소자이다. 이 소자에 의해 절연 증폭된 PWM 신호는 다시 3개의 트랜지스터로 이루어진 Q41, Q42, Q43에 의해 재증폭되어 IGBT 게이트(GATE) 신호원이 된다. 이 증폭된 PWM 신호로 도1의 인버터부(40)의 IGBT 스위치 Q1,Q2의 게이트를 직접 구동하여 인버팅(INVERTING)한다.도 5는 스위치 소자인 IGBT의 스위칭에 대한 최적의 무손실 스너버(SNUBBER)회로를 도시한 것으로, 무손실 및 스위칭시 나타나는 각종 공진 및 진동을 방지하기 위해 충방전형 R,C,D 스너버(SNUBBER)회로를 사용하였으며, 아래와 같은 공식을 사용하여 본 발명품의 회로에 최적인 R,C,D값을 도출하였다. 이를 구현하는데, 충방전형 R,C,D회로의 발생손실(Power Loss = Ps)은 Ps = ( L x Io²x F ) / 2 + ( Cs x Ed²x F ) / 2 의 공식을 사용하였다.참고 L = 주회로의 부유 인덕턴스(INDUCTANCE)Io = IGBT의 TURN-OFF시 콜렉터(COLLECTOR)전류F = 스위칭 주파수Cs = 스너버(SNUBBER) 콘덴서 용량(CAPACITOR)Ed = 직류(DC) 전원 전압 (VOLTAGE)이하, 상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 UPS의 외형과 컴퓨터에 실제로 배치되는 과정을 설명한다.도 6은 본 발명의 UPS가 장착된 컴퓨터의 배면 개략도이고, 도 7은 UPS의 정면도, 측면도, 배면도를 도시한 외형도이며, 도 8은 UPS와 각종 전원장치와 연결되는 특수 콘넥터 케이블을 도시한 것이다.도 6에 도시된 바와 같이, 상용전원 입력단자(1)는 외부의 상용 전원이 UPS내로 입력되는 부분으로 도 8에 도시된 상용전원 입력케이블(1)을 통하여 UPS와 외부 상용전원이 연결되는데, 상기 상용전원 입력케이블(1)은 UPS의 규격에 맞게 플러그 인(PLUG IN) 될 수 있도록 특수 제작되어 우측부의 플러그로 도6의 상용전원 입력단자(1)에 꽂고 좌측의 플러그는 상용 전원이 있는 벽부형 콘센트 또는 기타 상용 전원 콘센트에 연결한다.도 6에 도시된 제 1전원출력단자(2)는 UPS의 안정된 전원이 출력되는 부분으로 도 8에 도시된 전원출력 연결케이블(2)을 통하여 전원을 필요로 하는 전원장치, 예를 들면 컴퓨터의 전원입력단자에 연결된다. 상기 전원출력 연결케이블(2) 또한 UPS의 규격에 맞게 PLUG IN 될 수 있도록 특수 제작되어 우측부의 플러그로 도6의 제 1전원출력단자(2)에 꽂고 좌측의 플러그는 도6의 컴퓨터 전원입력단자에 삽입 연결한다.도 6에 도시된 제 2전원출력단자(3) 역시 상기 제 1전원출력단자(2)와 마찬가지로 UPS의 안정된 전원이 출력되는 부분으로 상기 제 1전원출력단자(2)는 병렬로 연결되도록 구성된다. 이는 도 8에 도시된 전원출력 연결케이블을 통하여 전원을 필요로 하는 전원장치, 예를 들면 모니터의 전원입력단자에 연결되는데, 상기 전원출력 연결케이블 또한 UPS의 규격에 맞게 PLUG IN 될 수 있도록 특수 제작되어 우측부의 플러그로 도6의 제 2전원출력단자(3)에 꽂고 좌측의 플러그는 컴퓨터 모니터의 전원입력부에 삽입 연결한다.

도 6에 도시된 외부배터리 입력단자(4)는 외부의 배터리와 UPS가 연결되는 입력단자로서, 도 8에 도시된 배터리 연결케이블(4) 또한 UPS의 규격에 맞게 PLUG IN 될 수 있도록 특수 제작되어 우측부의 플러그로 도6의 외부배터리 입력단자(4)에 꽂고 좌측의 배터리 터미널잭이 달린 부분으로는 외장형 배터리에 연결한다.

도 7에 도시된 UPS의 배면도는 도 6에서 상술한 배면도와 동일하며, 정면도의 번호 5는 UPS가 고장이 나거나 제대로 동작되지 못할 경우 입력 상용전원을 바로 컴퓨터나 모니터로 절체하여 공급하기 위한 비상전원 절체 릴레이(RELAY)를 표시하며, 번호 6은 중앙제어부(10)의 두개의 마이크로 콘트롤러를 표시한다. 상기 비상전원 절체 릴레이는 마이크로 콘트롤러에 의해 제어된다. 번호 7은 각종 노이즈 감쇄(NOISE CUT)를 위한 브랑킷 부분을 표시하며, 번호 8부분은 각종 고주파 스위칭용 페라이트 파워 트랜스포머 위치를 표시한다. 또한, 번호 9는 백업용 배터리를 컴퓨터 케이스의 내(컴퓨터 본체속)에 내장시킬 때 도6의 외부배터리 입력단자(4)에 대응되어 꽂아지는 도8의 외부배터리 케이블(4) 대신에 이용되어지는 내장용 DC 백업 배터리 연결 모렉스 핀단자를 표시한 것이다. 측면도에서 보여지는 것처럼 본 발명의 UPS 하드웨어부는 양면(또는 4층) 타입 에폭시 기판(EPOXY PRINTED CIRCUIT BOARD)으로 설계되어져 보통의 ISA SLOT에 삽입되어질 수 있도록 단면적 대비 2배의 PCB 부품 배치의 실장 효과를 살리도록 양면 SIDE마다 각각 부품이 배치된다.

다음으로, 중앙제어부의 2개의 마이크로 콘트롤러 및 각종 소자를 제어하며 컴퓨터의 아이사 슬롯(ISA SLOT)에 삽입된 상기 UPS의 하드웨어부와 컴퓨터 CPU와의 통신을 제어하고 인터넷 및 전자메일(E-MAIL) 등의 외부통신 기능을 제공하는 소프트웨어부를 설명한다.도 9는 소프트웨어부에 의해 본 발명의 UPS가 동작되는 과정을 나타낸 흐름도로서, UPS의 모든 제어 및 기타 각종 프로그램은 하드디스크의 특정 디렉토리에 저장되도록 플로피 디스켓(FLOPPY DISKETTE) 또는 콤팩트 디스켓(COMPACT DISKETTE)으로 제공되어지는 소프트웨어 프로그램에 의해 주로 제어되며, 또한 역시 특수 프로그램된 2개의 8051 범용 마이크로 콘트롤러의 소프트웨어에 의해 2개의 8051 ROM내에 프로그램 마스킹 되어져 있어, 컴퓨터 CPU와 병렬 통신되어 고속 운전되도록 작동된다.도 9에 도시된 바와 같이, 본 UPS의 작동하기 위하여 먼저 본 발명의 UPS 하드웨어를 컴퓨터의 아이사 슬롯에 삽입·장착하고 기프로그램 된 소프트웨어를 인스톨한 뒤 컴퓨터를 새로 시작을 하면 단계 S110의 프로그램이 실행이 진행된다. 정상적으로 설치가 종료되면, 단계 S120에서 UPS에 부착된 배터리의 전압이 LOW인가를 체크한다. 만약, 배터리가 LOW이면 배터리 충전을 위해 프로그램이 종료되고, 배터리가 LOW 상태가 아니면 단계 S130에서 UPS의 하드웨어부와 소프트웨어부의 ID를 비교하여 단계 S140에서 정품여부를 판단한다.만약 하드웨어부와 소프트웨어부의 ID가 서로 달라 정품이 아니라고 판단되면 불법 사용자로 간주되어 종료되고, 서로 ID가 일치하면 정품으로 판단되어 단계 S150과 단계 S160에서 전압, 전류 등 각종 환경설정을 위한 입력대기 상태로 전환된다.만약, 단계 S160에서 입력대기 시간 내에 키보드나 마우스 등의 입력장치를 통하여 설정값이 입력되면 단계 S170에서 입력을 설정하는 루트로 분기되어 환경설정을 마침과 동시에 단계 S180의 각종 포트 제어 및 비교 판단문으로 진행되고, 입력대기 시간내에 입력되는 값이 없을 경우에는 미리 정해진 디폴트 값으로 환경설정이 자동 완료되어 단계 S180의 각종 포트 제어 및 비교 판단문으로 직접 진행된다.단계 S190의 포트 제어 및 비교 판단 결과 이상이 발견될 경우에는 단계 S220에서 통신포트를 개방(OPEN)하고 단계 S230과 단계 S240을 통하여 기 설정된 주소로 이상 메세지를 송수신하며, 송수신을 마치면 단계 S250의 전원오프(POWER OFF) 판단문으로 회귀한다. 만약 상기 단계 S190에서 이상이 발견되지 않을 경우에는 단계 S200에서 랜덤(RANDOM)문을 실행하여, 단계 S210의 판단문에서 상기 랜덤문을 전송할 것인지를 결정한다. 랜덤문을 전송할 경우에는 단계 S220과 S230 및 S240을 통하여 통신포트를 개방하여 랜덤문을 전송한다. 상기 단계 S210에서 랜덤문을 전송하지 않을 경우에는 단계 S250의 POWER OFF 판단문으로 진행되고, 만약 POWER OFF 판단문에서 YES를 선택하면 종료되고, NO를 선택하면 다시 프로그램 실행으로 회귀한다.

상기와 같은 과정을 반복하여 모든 프로그램을 구동되며 이러한 과정으로 본 UPS의 하드웨어부는 소프트웨어부에 의해 제어된다. 또한 완벽하게 구동되는 각종 통신 소프트웨어는 상술된 바와 같은 통신 기능뿐만 아니라, 전자메일(E-MAIL) 등을 프로그램상에서 자유로이 조작 할 수 있도록 프로그램되어 구성된다.도 10은 UPS를 컴퓨터에 내장시키고 소프트웨어를 인스톨시킨 후 각종 환경설정을 위한 컴퓨터의 윈도우 화면의 구성예를 도시한 것이고, 도 11은 상기 환경설정을 위한 프로그램 소스의 일부를 나타낸 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이 허용전압 설정은 우측 부분의 스크롤바를 클릭하면 220V(230V) 또는 100V(110V) 전압을 기준으로 하여 각각 +,- 15% 범위 내에서 증감이 자유롭게 될 수 있도록 제공된다. 동일한 방법으로 허용전류 및 허용온도 설정은 각기 최대용량 -20%, 그리고 온도에서 +10% 를 초과하지 못하도록 제공된다. 또한 허용 주파수는 50Hz 또는 60Hz 중 양자택일 되도록 프로그램화되어 제공된다.

도 12는 환경 설정이 완료되어 UPS가 운전 중일때 현재의 상태를 나타내는 컴퓨터 윈도우 화면의 구성예이고, 도 13은 컴퓨터 화면상에 현재 상태를 나태내기 위한 프로그램 소스의 일부를 나타낸 것이다. 또한, 도 14는 UPS 운전상태에서 랜덤(RANDOM)하게 발생되는 배너광고의 윈도우 형태의 일례를 도시한 것이며, 도 15는 상기 랜덤하게 발생되는 배너광고를 위한 프로그램 소스의 일부를 나타낸 것이다.미리 운전하고자 하는 UPS의 상태를 도 10에서 설명된 것처럼 한번 셋팅하면, 이 범위 내에서 자동적으로 운전이 진행되며, 이상이 있을 때에는 도 13에 프로그램된 바와 같이 인터넷 통신망을 통하여 제조자 또는 특정한 IP 어드레스(ADDRESS)로 이상 상태를 전송하여 주도록 프로그램되어 있다. 또한, 제조자 또는 특정한 IP 어드레스에서는 이를 전송 받은 후 곧바로 상태를 비교하여 이상 상태를 전송하여준 IP 어드레스와 접속하여 도 14에 도시된 바와 같은 배너(BANNER) 광고식으로 조치하여야 할 상태를 전송할 수 있도록 제공된다.

만약 정상 운전 중일 때에는 랜덤하게 제조자측 또는 특정한 IP 어드레스를 접속하도록 설계·프로그램 되어져, 일반 배너광고를 전송받도록 프로그램되어 제공된다. 또한 정상 운전시 사용자(USER)또는 소비자가 도 12에서 보여지는 FREE WEB 부분을 마우스로 클릭하면 기 프로그램화 된 통신 프로그램이 작동되어 제조자 또는 제조자가 의도하는 특정 웹사이트 또는 IP 어드레스에 접속되어 통신 또는 인터넷 등을 할 수 있도록 제공된다.상술한 바와 같은 본 발명의 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치의 특징을 요약하면 다음과 같다.첫째, 본 발명의 UPS가 내장되는 컴퓨터 본체의 CPU와 본 발명의 UPS에 내장된 마이크로 콘트롤러가 병렬통신을 통한 병렬 운전을 수행함으로써 연산속도가 향상되어 인버터부의 스위칭 속도가 높아지며, 제어기의 응답속도가 빨라져 상용 출력전원의 1싸이클에 각각 대응하여 반응되므로 부하 변동에 빠르게 응답하여 컴퓨터에 고품질의 안정된 전원을 공급할 수 있다.둘째, 본 발명의 UPS는 링크된 각종 인터넷 통신이 수행되도록 제공되어 특정한 웹사이트 또는 호스트의 서버 등에서 배너광고, 전자메일 송수신, 인터넷 접속 서비스 등의 제반 통신환경이 제공된다.셋째, 본 발명의 UPS는 내장된 마이컴뿐만 아니라 외부 디스켓 또는 콤팩트 디스켓으로 제공되는 구동용 프로그램에 의하여 PLUG PLAY식 구동용 인스톨(INSTALL) 소프트웨어를 제공함으로써 일반 VGA카드처럼 자유롭게 사용될 수 있도록 제공된다.넷째, 본 발명의 UPS는 운용되는 컴퓨터의 윈도우 화면상에서 직접 출력 등의 환경설정을 할 수 있는 GUI(Graphical User Interface) 환경을 제공한다.다섯째, 본 발명의 UPS는 종래 UPS에서 사용되던 오피엠프(OP-AMP), 비교기(COMPARATOR), 저항, 콘덴서 등의 각종 아날로그 소자가 디지털 회로로 대치되어 구성됨으로써 종래 UPS의 각종 부품소자수와 크기가 획기적으로 줄어듦으로써 컴퓨터의 내부에 삽입될 수 있도록 소형화되어 제공된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 인터넷 통신용 컴퓨터 내장식 무정전 전원장치는 카드식(CARD) UPS로 컴퓨터 아이사 슬롯을 통한 CPU와의 병렬 통신으로, 적은 부품을 사용하면서도 아주 정밀 양호한 전원 파형이 생성될 수 있도록 제어가 가능하고, 또한 컴퓨터 내부의 아이사 슬롯에 꽂아지므로 컴퓨터 주변 공간 활용이 자유로워질 뿐만 아니라, 이를 컴퓨터 화면의 메인 메뉴에서 각종 전압, 전류, 온도, 주파수가 조정되어지도록 하며 자체 고장 진단이 내장되어 있고, 또한 이 UPS 구동용 소프트웨어는 프로그램되어 배포된 특정한 웹사이트 또는 호스트의 서버 IP 어드레스 또는 인터넷에 불규칙적(RANDOM)으로 자동으로 접속되어져 본 컴퓨터 내장식 UPS를 사용하는 사용자에게 전자메일 또는 배너광고 등을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 상용전원으로부터 공급되는 교류(AC)전원을 직류(DC)전원으로 변환하는 콘버터부와, 상기 콘버터부로부터 전원을 공급받아 충전되며 상기 상용전원 공급불량시 충전된 전원을 방출하는 배터리부와, 직류(DC)전원을 교류(AC)전원으로 변환하기 위해 펄스폭 변조하는 인버터부와, 상기 인버터부의 출력전원을 변압하는 변압부와, 상기 변압된 전원을 상용전원의 교류(AC)전원으로 변환하기 위하여 전원 펄스의 극성을 변환시키는 싸이클로콘버터부와, 상기 싸이클로콘버터부를 통하여 출력되는 교류전원을 필터링함으로써 일반 상용전원을 출력하는 필터부를 포함하여 이루어져 컴퓨터의 확장 슬롯에 부착되어 컴퓨터에 무순단으로 전력을 공급하는 무정전 전원장치(UPS)에 있어서,

   상기 무정전 전원장치에는 컴퓨터의 확장 슬롯과 결합되어 컴퓨터의 CPU와 병렬통신을 수행하기 위한 병렬 프로그래머블 인터페이스가 구현된 마이크로콘트롤러가 구비되어 상기 컴퓨터 CPU의 명령에 의해 무정전 전원장치의 각 부의 동작을 제어하는 중앙제어부(10)가 구비되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 중앙제어부(10)에는

   컴퓨터의 CPU와 병렬 통신을 수행하는 하나의 마이크로 콘트롤러 8051과,

   상기 마이크로 콘트롤러 8051과 병렬통신을 수행하는 컴퓨터의 CPU의 명령에 의해 무정전 전원장치의 동작을 제어하는 다른 하나의 마이크로 콘트롤러 8051이 구비된 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 인버터부(40)에는

   상기 중앙제어부(10)의 제어에 의해 스위칭됨으로써 2 레벨 펄스폭 변조를 수행하는 적어도 두개 이상의 하프브리지(HALF BRIDGE) 타입의 IGBT 스위칭 소자가 구비된 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 싸이클로콘버터부(60)에는

   상기 변압부(50)의 이차측에 연결되어 상기 중앙제어부(10)의 제어에 의해 변압부(50)로부터 출력되는 전원 펄스의 극성을 변환시킴으로써 자동전압조절 기능을 수행하여 싸인파를 출력시키는 4개의 IGBT 스위칭 소자가 구비된 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 무정전 전원장치는

   상기 중앙제어부(10)의 마이크로 콘트롤러와 병렬통신을 수행하는 컴퓨터의 CPU에 의해 인식되어 상기 무정전 전원장치의 각 부를 제어하며 외부 컴퓨터와의 통신기능이 구비된 구동용 소프트웨어에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 무정전 전원장치의 구동용 소프트웨어는

   무정전 전원장치의 허용전압, 허용전류, 허용온도, 허용주파수가 포함된 설정환경을 컴퓨터 화면상에 출력하여 사용자가 설정할 수 있도록 하며,

   무정전 전원장치의 동작에 따른 현재전압, 현재전류, 현재온도, 현재주파수가 포함된 실행환경상태를 컴퓨터 화면상에 출력하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 6항에 있어서, 상기 무정전 전원장치의 구동용 소프트웨어는

    무정전 전원장치의 동작상태를 검사하여 비정상적으로 동작되는 경우 고장사실을 알리는 메세지를 통신을 통하여 외부의 기설정된 통신단말기에 전송하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
11. 제 6항에 있어서, 상기 무정전 전원장치의 구동용 소프트웨어는

    무정전 전원장치의 동작이 정상적으로 이루어지는 경우 통신포트를 열고 배너광고를 인출하여 컴퓨터 화면상에 출력하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
12. 제 6항에 있어서, 상기 무정전 전원장치의 구동용 소프트웨어는

    무정전 전원장치의 현재 실행환경상태가 표시되는 컴퓨터 화면상에 외부와 인터넷·전자메일 통신을 수행할 수 있도록 하는 통신버튼을 제공하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
13. 제 1항에 있어서, 상기 무정전 전원장치가 결합되는 컴퓨터 확장슬롯은

    ISA SLOT(Industry Standard Architecture Slot), VESA SLOT(Video Electronics Standards Association Slot), PCI SLOT(Peripheral Component Interconnect Slot), AGP SLOT(Accelerated Graphics Port Slot), SCSI SLOT(Small Computer System Interface Slot) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
14. 제 6항에 있어서, 상기 무정전 전원장치의 구동용 소프트웨어는

    상기 중앙제어부(10)의 마이크로 콘트롤러와 컴퓨터 CPU간의 각종 제어와 통신이 진행되면서 동작되는 무정전 전원장치의 상용 입력전원 및 전원출력 상태를 시간대와 상황별로 누적하여 컴퓨터의 하드디스크에 저장하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.