KR100661470B1

KR100661470B1 - 스위칭 모드 무정전 전원 장치.

Info

Publication number: KR100661470B1
Application number: KR1020050007493A
Authority: KR
Inventors: 김종탁
Original assignee: 주식회사 지멕스
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-12-27
Also published as: KR20060086630A

Abstract

본 발명은 모든 스위칭 모드 전원 장치에 무정전 전원회로를 부과하여 교류 입력이 정전되어도 일정한 시간 동안은 필요한 전력을 공급하여 줄 수 있도록 하기 위한 스위칭 모드 무정전 전원 장치와 교류직류변환회로 및 직류직류변환회로이다.

본 스위칭모드 무정전 전원 장치는 교류 입력을 직류로 변환하여 제1직류출력을 출력하는 교류/직류변환부와, 배터리와, 교류 입력을 직류로 변화하여 상기 배터리에 직류를 공급하여 배터리를 충전하는 배터리충전부와, 교류입력이 정전된 경우, 이를 검출하여 정전신호를 발생하는 정전검출부와, 상기 배터리의 직류전원의 전압을 변환하여 제2직류출력을 상기 교류/직류변환부의 제1직류출력 측에 공급하는 직류/직류변환부와, 상기 정전검출부의 정전신호와 상기 직류/직류변환부의 제2직류출력을 입력으로 하여 상기 직류/직류변환부의 제2직류출력 전압을 제어하는 전압제어부를 구비하여, 교류입력이 정상인 경우에는 상기 교류/직류변환부를 통하여 제1직류출력을 출력하도록 하고, 교류입력이 정전되는 경우에는 상기 배터리 전원을 변환한 제2직류출력이 출력되도록 하는 것이다.

정전검출, 전압제어부, UPS, SMPS,교류직류변환회로

Description

스위칭 모드 무정전 전원 장치.{Un-interrupted Switching Mode Power Supply}

도1은 종래의 스위칭 모드 전원 장치의 블록도이다.

도2는 본 발명의 스위칭 모드 무정전 전원 장치를 구현한 회로도이다.

본 발명은 스위칭모드 무정전 전원 장치에 관한 것이며, 특히 교류입력이 정상인 경우에는 정상적인 제1직류출력을 출력하고, 교류입력이 정전되는 경우에는 배터리 전원을 변환한 제2직류출력이 제1직류출력을 대신하도록 하는 스위칭모드 무정전 전원 장치에 관한 것이다.

스위칭모드 전원 장치는 직류를 사용하는 디지털 기계기구들, 즉 컴퓨터, 휴대폰 배터리 차저, CD기, ATM기, 등과 같은 디지털 신호처리가 필요한 기기들에서는 필수적으로 사용되는 전원 장치이다.

CD또는 ATM의 동작 중 (현금 인출 또는 통장 정리 중) 정전이 되면, 후에 복전 되었을 때 기억된 내용에 의해 CD또는 ATM이 다시 자동으로 가동 될 수 있게 하기 위하여, 정전되기 전까지의 처리내용을 신속히 내부 기억장치(Memory system)에 저장하여야 한다. 또 현지에 설치된 기기를 저녁 업무 종료 시에 기기의 전원을 OFF하고 다음날 아침 업무 시작 시에 기기의 전원을 ON하여도 마찬가지의 과정을 거쳐야 정상 사용이 가능하다. 그렇지 않을 경우 초기화 작업을 다시 하여 주어야 한다. 가정용 또는 사무용 PC(Personal Computer)도 마찬가지다. PC의 전원을 OFF 하기 전 반드시 종료명령을 입력한 후 수십 초 기다리면 자동으로 종료되어 다음 사용 시에는 바로 사용이 가능하지만, 종료 명령 없이 전원만 OFF하면 다음 사용시 초기화 과정을 거쳐야 재사용이 가능하다.

이러한 불편함을 해소하기 위한 아이디어가 정전 또는 업무종료에 의한 전원 OFF시 CD또는 ATM에 내장된 전원 공급기(SMPS)가 AC입력이 단절(fail)임을 감지하고 UPS MODE로 자동 순간 전환하여 Battery에 의해 만들어진 전원을 CPU또는 내부 PC에 일정 시간 공급하여 자동으로 종료 할 수 있게 하면 복전 또는 다음 업무를 위해 AC전원 공급 시 바로 재 동작 할 수 있다. 이러한 목적으로 현재는 전용UPS를 전원공급기(SMPS)와 함께 설치하고 있다.

도1은 일반적인 무정전 전원 장치의 일 예를 블록도로 보인 것이다.

이 회로는 교류입력 AC In 90-264 V를 Noise Filter를 거치면서 노이즈를 제거하고, Inrush Current Limiter에서 과도 전류를 차단하고, Rectifier Circuit에서 직류로 변환한 다음, PWM Switching Circuit/Over Current Detector 회로에서 트랜스 TR의 1차권선에 흐르는 직류전류를 단속시켜서 트랜스의 2차 권선에 유기되는 교류전압을 Rectifier Circuit에서 다시 정류하여 직류출력으로 DC Out으로 출력하고, 직류출력 전압을 Control Circuit에서 검출하여 포토커플러 PC를 통하여 PWM Switching Circuit/Over Current Detector 회로에 입력시켜 출력되는 직류전압을 컨트롤하도록 동작되는 것이다.

그런데, CD, ATM, 등과 같은 은행용 디지털기계들은 사용 중에 즉 입금 중이거나 출금 중에 정전이 되면 매우 곤란한 일이 발생되므로, 무정전 전원 장치가 필수적으로 별도로 설치되고 있다.

무정전 전원 장치는 교류전력을 직류전력으로 변환한 다음 이를 배터리에 충전시켜 저장하고 있다가, 교류입력이 정전되면 즉시 직류전력을 교류전력으로 변환하여 교류를 사용하고 있던 각종 기기에 교류입력을 대신 공급하여 주는 장치로서 현재 많이 사용되고 있다.

그래서 스위칭 모드 전원 장치가 사용되는 기기에서 무정전 전원 장치를 별도로 설치하지 아니하기 위하여 스위칭 모드 전원 장치와 무정전 전원 장치를 하나의 전원장치로 합친 "무정전 스위칭 모드 전원장치"라는 명칭으로 공개된 기술이 출원번호 10-2000-0048583호로 2002년 2월 28일자로 공개된 바 있다.

이 공개특허공보에서는 컴퓨터에서 사용되는 전원장치가 공개되어 있는데, 무정전전원 장치(UPS)의 기능을 내장한 무정전 스위칭 모드 전원 장치가 개시되어 있고, 전원이 정상적으로 공급되는 경우 상기 제1스위칭 수단의 전원 스위칭에 따라 유기된 상기 충방전 권선의 전원으로 밧데리를 충전시키고, 전원이 정전되었을 경우 밧데리에 충전된 전원으로 제2스위칭수단을 스위칭 하여 충방전 권선의 전원을 1차측 주권선과 2차측 부권선에 유기시키는 것이며, 변압기 코아를 공유함으로써 전력 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 면적 및 코스트를 절감할 수 있게 한다는 것이다.

여기서는 외장형 무정전 전원 장치의 예를 다음과 같이 설명하고 있다.

입력되는 교류전원을 직류 전원으로 변환하는 제1AC/DC부, 제1AC/DC부에서 출력되는 직류전압을 평활화하는 제1DC링크부, 그리고 모니터에 전원을 공급하기 위해 제1DC링크부에서 평활된 직류를 교류로 변환하는 DC/AC부가 순차적으로 연결되며, 링크부에 밧데리가 연결된다. 컴퓨터 SMPS는 무정전 전원 장치에서 출력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 제2AC/DC부, 제2AC/DC부에서 출력되는 직류전압을 평활화하는 제2DC링크부, 컴퓨터 본체에 전원을 공급하기 위해 제2DC링크부에서 평활된 직류를 복수개의 직류로 강하하는 DC/DC부가 순차적으로 연결된다. 정상 전원 공급시 외장형 무정전 전원 장치(UPS)는 컨버터를 거친 제1DC링크부의 직류전압을 밧데리에 충전시킨다. 그리고 다시 인버터를 이용, 이러한 무정전 전원 장치(UPS)내 밧데리의 전압을 DC/AC 변환하여 상용교류전원을 발생시킨다. 따라서 종래에는 정전시 정류된 직류를 발생하는 제1AC/DC부가 고압이므로 그에 따라 대용량(밧데리직렬연결)의 백-엎용 밧데리를 적용하거나 제1DC링크부의 직류전압을 밧데리전압레벨로 낮추도록 컨버터를 설계하고 인버터 역시 이러한 밧데리 전압을 승압하여 인버팅하여 상용교류전원을 컴퓨터에 공급해 왔다.

그리고 배터리 전압을 필요한 다른 직류 전압으로 변환하기 위하여 직류/직류변환기를 사용하는데, 이때 직류 전압과 전력을 제어하기 위하여 펄스 변조 방식을 사용한다. 펄스 변조 방식은 제어신호의 크기에 따라서 펄스의 폭을 변화시켜 배터리 전류가 변화용 트랜스의 일차측 코일을 흐르는 시간을 제어하여 출력되는 전압 을 제어하도록 되어 있다. 즉 펄스의 듀티비를 제어하여 출력되는 전력을 제어하는 방식으로서 일반적으로 DC/DC convertor에 널리 사용되고 있는 기술이다.

위에서 설명한 바와 같은 이러한 종래의 기술에서 정전을 대비하여 외장형 무정전 전원 장치를 사용하는 것은 에너지 효율적으로도 불리할 뿐만 아니라 경제적으로 매우 불리한 해결방법이다.

그리고 위에서 설명된 "무정전 스위칭 모드 전원장치"라는 것도 회로가 배터리 전원으로 직류전력도 공급하지만 인터팅하여 교류전력까지 공급하도록 하는 구조로 되어 있어서 복잡하고 회로의 단순화나 자재 절감효과가 적은 것이라고 할 것이다.

본 발명의 목적은 모든 스위칭 모드 전원 장치에 무정전 전원회로를 부과하여 교류 입력이 정전되어도 일정한 시간 동안은 필요한 전력을 공급하여 줄 수 있도록 하기 위한 스위칭 모드 무정전 전원 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 목적은 교류입력이 정상인 경우에 정상적으로 공급하는 제1직류출력과 같은 직류 출력을 교류입력이 정전되는 경우에도 배터리 전원으로 계속 공급하도록 회로를 구성한 스위칭모드 무정전 전원 장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 간편한 스위치 조작으로 교류입력 전압을 선택할 수 있는 교류/직류변환회로를 제공하려는 것이다.

본 발명의 목적은 대기 시에는 직류 220V 정도를 출력하다가 백업을 위하여 실제 작동하는 경우에는 직류 280V 정도를 출력하도록 하는 직류/직류변환회로에 관한 것이다.

본 발명은 청구항 1항과 그 종속항들에서 정의된 바와 같은 기술사상이다.

본 발명의 기술사상을 구체화하여 제품을 생산하기 위한 구체적인 실시예 회로를 도2에서 보여 주고 있다.

본 스위칭모드 무정전 전원 장치는 교류 입력을 직류로 변환하여 제1직류출력을 출력하는 교류/직류변환부와, 배터리와, 교류 입력을 직류로 변화하여 상기 배터리에 직류를 공급하여 배터리를 충전하는 배터리충전부와, 교류입력이 정전된 경우, 이를 검출하여 정전신호를 발생하는 정전검출부와, 상기 배터리의 직류전원의 전압을 변환하여 제2직류출력을 상기 교류/직류변환부의 제1직류출력 측에 공급하는 직류/직류변환부와, 상기 정전검출부의 정전신호와 상기 직류/직류변환부의 제2직류출력을 입력으로 하여 상기 직류/직류변환부의 제2직류출력 전압을 제어하는 전압제어부를 구비하여, 교류입력이 정상인 경우에는 상기 교류/직류변화부를 통하여 제1직류출력을 출력하도록 하고, 교류입력이 정전되는 경우에는 상기 배터리 전원을 변환한 제2직류출력이 출력되도록 하는 것이다.

교류/직류변환부는 입력단자(1,2)에서 입력되는 교류입력을 직류출력으로 바꾸는 브리지정류회로(10)와, 브리지정류회로(10)의 직류출력 단자 양측에 접속된 직렬연결의 두개의 제1콘덴서(13) 및 제2콘덴서(14)와, 제1콘덴서와 제2콘덴서의 연결점과 교류입력의 하나의 단자 사이에 연결된 입력전압선택 스위치(12)를 포함하여 이루어진다. 그래서 입력단자(1,2)에서 입력되는 교류입력은 정류되어 직류출력으로 변환된 후 출력단자(3,4)로 출력된다. 브리지정류회로(10)에는 100V, 110V, 또는 220V 교류 입력이 입력되어도 동작에 지장이 없도록 설계된다. 즉 220볼트가 입력되면 브리지 회로에서 양파 정류가 되고, 110볼트가 입력되면 선택 스위치에 의하여 배전압 정류회로가 되어서 결국 직류출력 전압은 거의 220볼트 입력 시나 110볼트 입력 시에 거의 비슷하게 된다.

상기 배터리충전부는, 교류입력에 연결된 브리지정류회로(20)와 배터리 충전제어회로(40)를 포함한다. 배터리 충전제어회로(40)는 일반적으로 사용되는 회로로서, 과충전방지회로 및 과방전방지회로를 가지고 있어서, 배터리가 과충전되거나 과 방전되지 아니하도록 보호한다.

직류/직류변환부(5)는 직류전압을 변화시키기 위한 것으로서, 배터리(41)의 직류전원의 전압을 변환하여 제2직류출력을 발생시켜 교류/직류변환부의 제1직류출력과 다이오드(49)를 통하여 합류되게 하는 것이다. 직류/직류변환부는 제2직류출력은 교류/직류변환부의 제1직류출력보다 전압이 높을 경우에만 출력단자(3,4)로 출력되도록 다이오드(49)의 극성이 결정된다. 직류/직류변환부는 전압변환용 트랜스(44)와, 이 트랜스의 1차코일에 흐르는 배터리 전류를 단속시키기 위한 스위치(스위칭트랜지스터)(42)와, 트랜스의 2차코일에 유기되는 기전력을 정류하는 정류부(46)를 포함하여 이루어진다. 정류부(46)는 배전압 정류회로를 사용한 것을 도시하였다. 필요에 따라서는 다른 정류회로를 사용하여도 된다. 이 회로의 동작은 전압변환을 위한 트랜스(44)의 일차측 코일에 배터리(41)의 전류가 스위칭 트랜지스터(42)를 통하여 흐르면서 스위칭 트랜지스터(42)의 단속에 의하여 펄스상태로 흐르 게 되고, 트랜스(44)의 2차측에 교류전압이 발생하게 되며, 이 교류전압이 정류되어 다이오드(49)를 통하여 제1직류출력과 합류할 수 있게 된다.

정전검출부는 교류입력에 연결된 브리지정류회로(20)와, 브리지정류회로(20)의 출력에 제어입력이 연결되고 스위칭단자의 일측이 기준전압에 연결된 스위칭소자(55)와, 스위칭소자(55)의 스위칭단자의 타측과 정류된 교류입력 사이에 연결되어 정전신호를 발생하는 제1포토커플러(28)를 포함한다. 이 정전검출부에서는 교류입력에 전원이 정전인지 아닌지를 검출하기 위한 입력 신호로서 브리지정류회로(20)가 아닌 브리지정류회로(10)의 출력에서 신호를 입력받아도 된다. 그러나 배터리 충전을 위한 브리지 정류회로를 별도로 구비하고 평활용 대용량 콘덴서가 연결되기 전단의 전압을 정전상태 검출에 이용하므로 정전되는 순간을 즉시 포착하여 반응 시간을 줄일 수 있다. 또 동작전원 발생용 브리지정류회로(53)를 사용하여도 된다. 브리지정류회로(53)에는 강압용 커패시터(51,52)를 통하여 교류입력이 인가되고 있으며 정류된 직류를 평활하게 하기 위하여 평활용 콘덴서(56)가 연결되고, 또 일정한 동작전압을 유지하기 위하여 제너다이오드(57)가 병렬로 연결되어 있다. 그래서 발광다이오드에는 안정된 직류전압이 인가된다.

제1포토커플러(28)의 발광 다이오드에는 교류 전원이 정류되어 인가되고 있다. 이 발광다이오드 동작 전원은 배터리 전원이 아닌 교류 입력을 정류한 것이면 되는데, 실시예에서는 별도의 동작전원용 브리지정류회로(53)를 구비한 것을 보여 주고 있다. 이 브리지정류회로(53)에서 안전저항(54)을 통하여 발광 다이오드에 동작 전압이 공급되고 있다. 교류입력이 있을 때(정전이 아닌 경우)는 포토커플러의 발광 다이오드에 동작전원이 인가되고 있고, 스위칭소자가 온 상태를 유지하고 있음으로 포토커플러의 출력은 광트랜지스터가 온 상태가 된다. 교류전원전압이 없어지면 동작전압이 없어지고 스위칭소자(트랜지스터 55)가 오프 되어 회로가 차단되므로 발광 다이오드가 발광 할 수가 없게 된다. 그래서 포토커플러(28)의 발광다이오드가 빛을 내지 못하게 되므로 광트랜지스터가 오프 되고 콜렉터는 기준 전압과 연결되지 아니하게 된다.

전압제어부(6)는 직류/직류변환부의 동작과 출력 전압을 제어하는 것으로서, 3개의 분압저항, 제2연산증폭기, 제2포토커플러, 펄스폭변조제어회로를 포함하여 이루어진다.

분압저항은 제2직류출력과 기준 전위 사이에 직렬로 차례대로 연결된 세개의 제1저항(34), 제2저항(37) 및 제3저항(38)이고, 제2저항(37)과 제3저항(38) 사이의 연결점에 정전검출부의 정전신호가 연결된다. 정전이 아닌 경우에는 연결점(39)이 기준 전압과 같이 된다. 제1저항(34)과 제2저항(37) 사이의 연결점에는 제2연산증폭기(35)의 비반전입력이 연결되고, 연산증폭기(35)의 반전입력에는 기준전압이 제너다이오드(36)를 통하여 연결된다. 제2연산증폭기(35)의 출력에는 제2포토커플러(32)가 연결된다. 여기서 연산 증폭기는 일정한 증폭도를 가지도록 바이어스가 걸린 것이다. 제2포토커플러(32)의 출력에 펄스폭변조제어회로의 입력 측이 연결되고, 펄스폭변조제어회로의 출력은 직류/직류변환기의 제어입력에 연결된다. 이 제2포토커플러의 광 트랜지스터에는 동작전압으로 배터리 출력에서 직접 안정 저항(31)을 통하여 공급되어 교류입력 전압이 사라져도 배터리 전원으로 동작되도록 되어 있다. 펄스폭변조제어회로는 입력신호에 따라 출력되는 펄스 폭과 펄스 주기를 변화시키는 것으로서 직류직류변환기에서 사용되는 공개된 일반적인 회로를 사용한다. 이 회로에서 배터리, 배터리충전부 및 정전검출부는 1차 접지를 하고, 교류직류변환부, 직류/직류변환부, 전압제어부에는 2차 접지를 하여 회로가 더욱 안정되게 동작되도록 한다.

이렇게 구성된 본 전원장치는 교류입력이 있는 정상 동작 시에는 직류/직류변환기의 제2직류출력을 제1직류출력보다 낮은 전압을 유지시켜 배터리의 전력이 소모되지 아니 하도록 동작시키고, 교류입력이 정전된 정전 상태의 동작 시에는 직류/직류변환기의 제2직류출력이 제1직류출력을 대신할 수 있도록 하기 위하여 배터리에서 변환되는 직류전력을 증가되도록 동작시킨다. 전압제어부가 직류/직류변환부의 직류 출력을 제어할 때, 교류입력이 있는 경우의 직류 출력 전압이 교류입력이 없을 경우의 직류 출력 전압보다 낮은 전압 상태를 유지하도록 제어한다.
구체적으로 동작을 설명하면 다음과 같다.

삭제

정상적으로 교류입력이 들어오고 있는 경우의 동작:

브리지정류회로(10)가 입력단자(1,2)로 입력되는 교류전압을 정류하여 출력단자(3,4)로 제1직류출력을 내보낸다.

배터리(41)는 브리지정류회로(20)에서 정류된 직류전력이 배터리충전회로(40)에 의하여 과충전되지 아니하도록 제어되면서 충전된다.

정전검출부는 전원 이상 없다는 신호를 내보고, 전압제어부는 직류/직류변환부를 구동시켜 제2직류출력이 제2직류출력보다 낮은 전압상태(약 220V)를 유지하면서 누설되는 전력 정도만 보충되도록 동작시킨다.

정상적으로 교류입력이 들어오지 아니하고 있는 경우, 즉 정전의 경우:

정전검출부의 스위칭소자(55)에 공급되는 제어입력 즉 교류전원을 정류한 전압이 사라지게 되고, 포토커플러(28)의 발광다이오드에 공급되고 있던 동작전압도 사라지게 되어, 포토커플러(28)의 광트랜지스터가 오프 된다. 그러면, 제2저항과 제3저항 사이 연결점(39)의 전위가 기준 전압에서 해방되어 상승하게 된다. 그러면 제2연산증폭기(35)의 비반전입력 전압이 증가하게 되므로 출력 전압이 크게 증가하여 포토커플러의 방광 다이오드에서 발광되는 광량이 증가된다. 그러면 수광 트랜지스터의 도전 율이 변화되고, 펄스폭변조제어회로(30)의 입력 전류가 변화된다. 이 입력 전류의 변화는 펄스폭변조제어회로로 하여금 출력 펄스 수와 폭을 변화시키게 하여 결국 스위칭트랜지스터가 이 펄스에 따라 동작하므로 트랜스(44)의 1차코일에는 많은 량의 단속 전류가 흐르게 되고, 2차코일의 유기 전력도 증가하게 된다. 그러면 정류부(46)를 통하여 많은 직류전력이 발생되어 제1직류출력 대신 출력단자(3,4)를 통하여 부하에 공급되게 된다.

여기서 연산증폭기의 비반전입력에 인가되는 전압을 살펴보면, 정전이 아닌 경우에는 제1 내지 제3 저항에 인가되는 직류 출력 전압을 V 라고 할 때, V*R37/(R37 + R34) 의 전압이 인가되고, 정전시에는 V*(R37 +R38)/(R34 +R37 +R38)이 되므로 이들 세 개의 분압저항 값들을 조절하여 바람직한 제어신호를 만들 수가 있게 된다.

정전이 없을 경우의 정상적인 제1직류출력 전압은 대략 280V 정도 되고, 이 때의 제2직류출력 전압은 대략 220V 가 되도록 설계되어 있고, 그래서 정상 동작 시는 제1직류출력 전압 280V가 제2직류출력 전압 220V보다 높으므로 다이오드(49) 에 역방향으로 바이어스가 걸리므로 오프 되어 출력단자(3,4)에는 제1직류출력만 출력된다.

그러나 정전이 되어 교류 입력이 없어지는 순간에는 제1직류출력 전압은 0V로 다운되고, 제2직류출력 전압은 220V 가 유지되고 있으므로 다이오드(49)는 순방향으로 바이어스가 걸려서 온 되므로 제2직류출력 전압 220V가 출력단자(3,4)로 출력된다. 이 순간이 지나면 정전검출부가 작동이 되어 직류/직류변환부(5)가 출력을 증가시켜서 거의 280V로 제2직류출력이 증가되어 다이오드(49)를 통하여 출력단자(3,4)로 제2출력이 출력된다.

출력단자(3,4) 이후의 회로는 종래의 회로와 동일하다. 즉 부하의 요구 사양에 적합하도록 직류출력 280V를 필요한 전압으로 변환하는 DC/DC 콘버터가 접속되어 디지털 기기들을 동작시키는 전원을 만들어 주고 있다.

본 발명의 교류/직류변환회로의 구성은 정류소자 4개 중 제1소자의 애노드와 제2소자의 캐소드가 접속되어 교류입력의 일측 단자에 연결되고, 정류소자 4개 중 제3소자의 애노드와 제4소자의 캐소드가 접속되어 교류입력의 타측 단자에 연결되고, 제1소자와 제3소자의 각 캐소드가 접속되어 직류 "-" 전극으로 되고, 제2소자와 제4소자의 각 애노드가 접속되어 직류 "+" 전극으로 되는 브리지 정류회로(10)와, 브리지 정류회로(10)의 "-" 전극과 "+" 전극 사이에 직렬로 연결된 2개의 제1 콘덴서(13) 및 제2콘덴서(14)와, 제1 콘덴서 및 제2콘덴서의 연결점과 교류 입력의 어느 일단에 연결된 절환스위치(12)를 포함하여 이루어 져서, 절환스위치(12)가 오프 된 상태이면 교류입력이 전파 정류되어 "-" 전극과 "+" 전극 단자를 통하여 직 류 출력되고, 스위치(12)가 온 된 상태이면 교류입력이 반파 정류되어 "-" 전극과 "+" 전극 단자를 통하여 출력된다.

본 발명의 배터리의 전원을 직류로 변환하여 출력하는 직류/직류변환회로는 배터리(41)와, 교류 입력을 직류로 변화하여 배터리에 직류를 공급하여 배터리를 충전하는 배터리충전부(40)와, 교류입력이 정전된 경우 이를 검출하여 정전신호를 발생하는 정전검출부(20, 28, 55)와, 배터리의 직류전원의 전압을 변환하는 직류/직류변환부(5)와, 정전검출부의 정전신호와 직류/직류변환부(5)의 직류출력을 입력으로 하여 직류/직류변환부의 직류출력 전압을 제어하는 전압제어부(6, 30)를 구비하고, 교류입력이 있을 때는 배터리의 전원을 직류 220V 정도로 변환하여 출력하고, 교류입력이 없을 때는 배터리의 전원을 직류 280V 정도로 변환하여 출력하도록 동작한다.

정전검출부는, 교류입력에 연결된 브리지정류회로(20)와, 브리지정류회로의 출력에 제어입력이 연결되고 스위칭단자의 일측이 기준전압에 연결된 스위칭소자(55)와, 스위칭소자의 스위칭단자의 타측과 정류된 교류입력 사이에 연결되어 정전신호를 발생하는 제1포토커플러(28)를 포함한다.

직류직류변환회로의 구체적인 동작은 위에서 종합적으로 한 바와 같다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 무정전 장치처럼 직류를 다시 교류로 변환시키는 과정이 필요 없고, 직류 출력을 순간 적인 정전도 없이 공급할 수 있는 신뢰성이 있다. 본 발명을 실현시키기 위한 자재 비도 절감이 되어 ATM 기기 등에서 적용할 경우 정전으로 인하여 고객에게 큰 불편을 주는 것을 막을 수 있는 효과가 있다. 장시간 백업하기 위하여는 배터리 용량에 커야 하지만 순간적인 정전이나 수분 내지 수십분 정도의 정전을 대비하기 위하여서는 배터리 용량이 적어도 됨으로 저렴한 비용으로 큰 효과를 가져올 수 있어서 편리하다.

또한 본 발명에서는 배터리 충전을 위한 브리지 정류회로를 별도로 구비하고 평활용 대용량 콘덴서가 연결되기 전단의 전압을 정전상태 검출에 이용하므로 정전되는 순간을 즉시 포착할 수가 있어서 반응 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 발명 실시예에는 built-in UPS의 기능에서 AC115V 또는 AC220V의 50Hz또는 60Hz의 교류 전압 발생과 정을 생략하고 직류를 바로 공급하여 상당한 원가 절감과 고장율을 상당히 개선하였다. 일반UPS는 교류 110V또는 220V를 출력하지만,본 발명에서는 직류를 다시 교류로 변환하는 과정을 생략하고,직류를 바로 적용할 수 있게 하였으므로 직류를 교류로 변환하기위한 상당량의 부품을 생략하여, 추가 부품 소자에 의한 부품 비용 절감과 생산성 향상, 그리고 제품의 소형화를 가능하게 된다.

본 발명의 구체적인 특징은 다음과 같은 것들을 들 수 있다.

전용 UPS 사용의 불편함과 비용절감 목적으로 UPS의 기능을 전원 장치(SMPS) 내부에 Built-in한다.

모든 AC 상용 전원을 사용하는 기기는 AC110V또는 AC220V 50Hz 또는 60Hz의 교류 전압을 인가하여 사용 할 수 있게 설계되어 판매하고 있으나, AC 155V(100Vac*√2)20% 또는 DC 311V(220Vac*√2 ) 20% 를 인가하여도 정상 동작하도록 한다.

상용 교류 전원 정상 사용시 상용 전원을 full-bridge(양파)정류하여 직류 311V 20%의 전원을 내부 사용 전원 사용 장치에 공급하고 본 발명의 직류직류변환기에서 생성된 직류 220V를 다이오드를 사용하여 정상 직류 출력에 OR-ing 한다.

평상시는 브리지 정류회로에 의해 발생된 전압이 높으므로 이 전압이 출력되고, 정전시는 정전신호에 의해 DC-DC 컨버터의 출력이 평상시 220Vdc에서 280Vdc로 변환되어 출력되어 부하를 무순단으로 내장된 Battery의 용량 범위에서 계속 동작 되게 할 수 있게 한다.

DC-DC 출력 전압을 평상시 220V 직류로 하고 정전시 280V 직류로 하여 평상시 DC-DC의 출력이 부하(상용전원사용기기)로 출력되는 것을 방지한다.

Claims

스위칭 모드 무정전 전원 장치에 있어서,

교류 입력을 직류로 변환하여 제1직류출력을 출력하는 교류/직류변환부와,

배터리와,

교류 입력을 직류로 변화하여 상기 배터리에 직류를 공급하여 배터리를 충전하는 배터리충전부와,

교류입력이 정전된 경우, 이를 검출하여 정전신호를 발생하는 정전검출부와,

상기 배터리의 직류전원의 전압을 변환하여 제2직류출력을 상기 교류/직류변환부의 제1직류출력에 연결하는 직류/직류변환부와,

상기 정전검출부의 정전신호와 상기 직류/직류변환부의 제2직류출력을 입력으로 하여 상기 직류/직류변환부의 제2직류출력 전압을 제어하는 전압제어부를 구비하여,

교류입력이 정상인 경우에는 상기 교류/직류변화부를 통하여 제1직류출력이 출력되고, 교류입력이 정전되는 경우에는 상기 배터리 전원을 변환한 제2직류출력이 출력되는 것을 특징으로 하는 스위칭모드 무정전 전원 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 교류/직류변환부는,

교류입력을 직류출력으로 바꾸는 브리지정류회로와,

상기 브리지정류회로의 직류출력 단자 양측에 접속된 직렬연결의 두개의 제1 및 제2콘덴서와,

상기 제1콘덴서와 제2콘덴서의 연결점과 교류입력의 하나의 단자 사이에 연결된 입력전압선택 스위치를 포함하여 이루어지고,

상기 배터리충전부는,

교류입력에 연결된 브리지정류회로와,

과충전방지회로 및 과방전방지회로를 가지는 배터리 충전제어회로를 포함하는 것이 특징인 스위칭모드 무정전 전원 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 정전검출부는,

교류입력에 연결된 브리지정류회로와,

상기 브리지정류회로의 출력에 제어입력이 연결되고 스위칭단자의 한쪽 단자가 기준전압에 연결된 스위칭소자와,

상기 스위칭소자의 스위칭단자의 다른쪽 단자와 정류된 교류입력 사이에 연결되어 정전신호를 발생하는 제1포토커플러를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 스위칭모드 무정전 전원 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전압제어부는,

상기 직류/직류변환부의 제2직류출력과 기준전압 사이에 직렬로 차례대로 연결된 세개의 제1저항, 제2저항 및 제3저항과,

상기 제2저항과 제3저항 사이의 연결점에 상기 정전검출부의 정전신호가 연결 되고, 비반전입력은 상기 제1저항과 제2저항 사이의 연결점에 연결되고, 반전입력에는 기준전압이 연결되는 제2연산증폭기와,

상기 제2연산증폭기의 출력에 연결된 제2포토커플러와,

상기 포토커플러의 출력에 입력 측이 연결되고, 출력은 상기 직류/직류변환기의 제어입력에 연결된 펄스폭변조제어회로를 포함하여 이루어지고,

상기 정전검출부의 정전신호를 받아서 교류입력이 정상이라고 판단되면 상기 직류/직류변환기의 제2직류출력을 상기 제1직류출력보다 낮은 전압이 되도록 유지시켜서 배터리의 전력이 소모되지 아니 하도록 하고, 상기 정전검출부의 정전신호를 입력받아서 교류입력 정전이라고 판단되면 상기 배터리의 전력을 제2직류출력으로 변환시켜 제1직류출력을 대신할 수 있도록 상기 직류/직류변환기를 동작시키는 것이 특징인 스위칭모드 무정전 전원 장치.
스위칭 모드 무정전 전원 장치로서,

교류입력을 직류출력으로 바꾸는 브리지정류회로와, 상기 브리지정류회로의 직류출력 단자 양측에 접속된 직렬연결의 두개의 제1 및 제2콘덴서와, 상기 제1콘덴서와 제2콘덴서의 연결점과 교류입력의 하나의 단자 사이에 연결된 입력전압선택 스위치를 포함하여 이루어져서, 교류 입력을 직류로 변환하여 제1직류출력을 출력하는 교류/직류변환부와,

배터리와,

교류입력에 연결된 브리지정류회로와, 과충전방지회로 및 과방전방지회로를 가지는 배터리 충전제어회로를 구비하여, 교류 입력을 직류로 변환하여 상기 배터리에 직류를 공급하여 배터리를 충전하는 배터리충전부와,

교류입력에 연결된 브리지정류회로의 출력에 스위치 제어입력이 연결되고 스위칭단자의 일측이 기준전압에 연결된 스위칭소자와, 상기 스위칭소자의 스위칭단자의 타측과 정류된 교류입력 사이에 연결되어 정전신호를 발생하는 제1포토커플러를 포함하여 이루어지는 정전검출부와,

동작 제어 신호가 입력되는 제어입력 단자를 가지고 있고, 상기 제어입력 단자에서 입력되는 제어입력에 따라 상기 배터리의 직류전원의 전압을 변환하여 제2직류출력을 다이오드를 통하여 상기 교류/직류변환부의 제1직류출력 측에 연결하는 직류/직류변환부와,

상기 직류/직류변환부의 제2직류출력과 기준전압 사이에 직렬로 차례대로 연결된 세개의 제1저항 제2저항 및 제3저항과, 상기 제2저항과 제3저항 사이의 연결점에 상기 정전검출부의 정전신호가 연결되고 상기 제1저항과 제2저항 사이의 연결점에 비반전입력이 연결되고 반전입력에는 기준전압이 연결되는 제2연산증폭기와, 상기 제2연산증폭기의 출력에 연결된 제2포토커플러와, 상기 포토커플러의 출력에 입력 측이 연결되고 출력은 상기 직류/직류변환기의 제어입력에 연결된 펄스폭변조제어회로를 포함하여 이루어지고,

상기 정전검출부의 정전신호가 교류입력 정상을 나타내면 상기 직류/직류변환기의 제2직류출력을 상기 제1직류출력보다 낮은 전압을 유지시켜 배터리의 전력이 소모되지 아니 하도록 동작시키고, 상기 정전검출부의 정전신호가 교류입력 정전을 나타내면 상기 직류/직류변환기를 가동시켜 배터리 전원으로 제2직류출력이 제1직류출력을 대신할 수 있도록 동작시키는 것이 특징인 스위칭모드 무정전 전원 장치.
교류 입력을 직류로 변환하여 출력하는 교류/직류변환회로에 있어서,

정류소자 4개 중 제1소자의 애노드와 제2소자의 캐소드가 접속되어 교류입력의 일측 단자에 연결되고, 정류소자 4개 중 제3소자의 애노드와 제4소자의 캐소드가 접속되어 교류입력의 타측 단자에 연결되고, 제1소자와 제3소자의 각 캐소드가 접속되어 직류 "-" 전극으로 되고, 제2소자와 제4소자의 각 애노드가 접속되어 직류 "+" 전극으로 되는 브리지 정류회로와,

상기 브리지 정류회로의 "-" 전극과 "+" 전극 사이에 직렬로 연결된 2개의 제1 콘덴서 및 제2콘덴서와,

상기 제1 콘덴서 및 제2콘덴서의 연결점과 상기 교류 입력의 어느 일단에 연결된 절환스위치를 포함하여 이루어지고,

상기 스위치가 오프 된 상태이면 교류입력이 전파 정류되어 상기 "-" 전극과 "+" 전극 단자를 통하여 직류 출력되고,

상기 스위치가 온 된 상태이면 교류입력이 반파 정류되어 상기 "-" 전극과 "+" 전극 단자를 통하여 직류 출력되는 것을 특징으로 하는 교류/직류 변환회로.
배터리의 전원을 직류로 변환하여 출력하는 직류/직류변환회로에 있어서,

배터리와,

교류 입력을 직류로 변화하여 상기 배터리에 직류를 공급하여 배터리를 충전하는 배터리충전부와,

교류입력이 정전된 경우, 이를 검출하여 정전신호를 발생하는 정전검출부와,

상기 배터리의 직류전원의 전압을 변환하는 직류/직류변환부와,

상기 정전검출부의 정전신호와 상기 직류/직류변환부의 직류출력을 입력으로 하여 상기 직류/직류변환부의 직류출력 전압을 제어하는 전압제어부를 구비하고,

상기 전압제어부가 상기 직류/직류변환부의 직류 출력을 제어할 때, 교류입력이 있는 경우의 직류 출력 전압이 교류입력이 없을 경우의 직류 출력 전압보다 낮은 전압 상태를 유지하도록 제어하는 것이 특징인 직류/직류변환회로
청구항 7에 있어서, 상기 정전검출부는,

교류입력에 연결된 브리지정류회로와,

상기 브리지정류회로의 출력에 제어입력이 연결되고 스위칭단자의 일측이 기준전압에 연결된 스위칭소자와,

상기 스위칭소자의 스위칭단자의 타측과 정류된 교류입력 사이에 연결되어 정전신호를 발생하는 제1포토커플러를 포함하여 이루어지는 것이 특징인 직류/직류변환회로