KR100803543B1 - 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 6펄스 정류기로 구성된 무정전 전원장치를 범용 디지털 제어장치를 이용하여 제어할 수 있는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치에 관한 것으로, AC 전원을 직류로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 출력된 직류 전원을 공급받아 정전을 대비해 충전하는 밧데리, 상기 밧데리의 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 출력하는 인버터, 무정전시 상기 AC 전원을 부하에 전달하는 무정전 전원장치를 제어하는 장치에 있어서, 상기 정류부의 정류 상태를 검출하는 컨버터 검출부; 상기 정류부의 정류를 제어하는 컨버터 드라이버; 상기 인버터의 전원 변환 상태를 검출하는 인버터 검출부; 상기 인버터의 전원 변환을 제어하는 인버터 드라이버;상기 컨버터 검출부, 상기 컨버터 드라이버, 상기 인버터 검출부 및 상기 인버터 드라이버를 통해 상기 무정전 전원장치의 전원 변환을 제어하는 제어부로 구성된다.

정류, 인버터, 다중 펄스, 제어

Description

다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치{Controller for UPS Rectifier by Multiple Pulse Control}

도 1은 본 발명에 따른 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 6펄스 SCR 제어기를 설명하기 위한 블록도.

도 3은 본 발명의 컨버터/인터버 드라이버의 회로도.

도 4는 본 발명의 SCR 위상 검출부의 회로도.

도 5는 본 발명에서 전압 에러 검출부의 회로도.

도 6은 본 발명에서 밧데리 전압 감시부의 회로도.

도 7은 본 발명에서 밧데리 전류 감시부의 회로도.

도 8은 본 발명에서 출력 전류 검출부의 회로도.

도 9는 본 발명에서 키패드 입력 회로도.

도 10은 본 발명에서 디지털 출력회로를 나탄내 회로도.

도 11은 본 발명에서 디스플레이 출력 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 정류부 20 : 컨버터 검출부

30 : 컨버터 드라이버 50 : 인버터

60 : 인버터 드라이버 70 : 인버터 검출부

80 : 제어부 90 : 디스플레이

95 : 키패드

본 발명은 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치에 관한 것으로, 특히 6펄스 정류기로 구성된 무정전 전원장치를 범용 디지털 제어장치를 이용하여 제어할 수 있는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업화의 고도화 및 IT분야의 비약적인 발전에 따라 전원의 품질에 대한 기대가 높아지고 있는 현재 UPS에 대한 수요는 꾸준히 증가하고 있어 현재 국내에서도 UPS에 대해 많은 기술축적이 되고 있으며, 일부분의 제어 관련 기술은 보편화가 되었고, 외국 업체의 신기술도 국내 기술자에 의한 개발이 가능하다.

하지만 초기 개발투자 비용 및 기간 개발 완료 후 검증(현장 테스트)등의 문제로 국내 중소업체에서는 여전히 섣불리 투자하기가 매우 어려우며 신기술에 대한 투자도 자체적으로 진행하기가 쉽지 않은 상황에 놓여 있다.

또한, UPS분야에서도 사용자의 요구 및 시장변화에 신속하게 대응하기 위하여 마이크로프로세서를 이용한 제어방식을 도입하고 있지만 대부분이 선진업체 제품을 수입하여 판매하고 있으며, 국내 개발의 경우 하드웨어 및 소프트웨어 전문가 들이 실부하 적용시 많은 시행착오를 겪고 있다.

특히 UPS의 정류단 부분은 전원측 고조파를 저감하기 위하여 IGBT를 이용한 PWM(펄스폭변조방식) 정류기를 이용한 제품이 선진업체에서 제작되고 있으며 일부 국내업체에서는 제품개발이 진행되고 있으나, 이는 소형에 주로 적용되고 있다.

또한 대용량의 UPS의 경우 대부분 아날로그 제어회로로 구성된 위상 제어소자인 SCR(사이리스터)을 이용한 6-펄스(pulse) 위상제어 방식을 사용하여 제작하고 있는 실정이다.

그러나, 국내외 전원규격의 규제에 따라 기존의 위상제어방식의 경우 고조파함유율 및 전원의 효율이 떨어져 시장에서 국내업체의 경우 현재의 위치를 고수하기가 매우 어려우며, 따라서 고효율방식의 경제성 있는 새로운 방식의 정류기 개발이 절실하다.

선진업체에서는 대용량의 경우 다단정류방식을 사용한 위상정류제어기를 개발하여 제품으로 출시하고 있으나, 국내업체에서는 그 개발 실적이 미미한 실정이며, 제어방식이 기존 아날로그방식을 이용한 제어수준을 벗어나지 못하고 있어 MTBF(평균고장발생률)이 매우 높다.

한편, 일반적인 UPS(무정전 전원장치)의 경우 직류단 충전부가 아날로그 제어기를 이용한 6-펄스(pulse) 정류기로 구성되어 있어, 노이즈에 의한 고장확률이 매우 높으며, 생산공정 및 고장에 따른 수리과정이 매우 복잡하다.

또한 다단정류방식 등과 같은 신기술을 적용하기 위해 제어보드를 그 때마다 개발해야 하는 어려움이 있다.

따라서 시스템의 신뢰성을 높이고 사용분야에 다각적으로 대응할 수 있는 새로운 개념의 디지털 제어보드 및 제어기술의 필요성이 절실하다.

본 발명의 목적은 6-펄스 정류기 방식의 무정전 전원장치를 안정적이면서 고효율 및 대용량으로 제어 가능한 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치를 제공하는데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 무정전 전원장치의 정류 방식에 이용되는 다단정류방식의 제어에 바로 적용할 수 있는 디지털 방식의 제어보드 및 제어기술을 개발하여 기존의 생산공정 및 고장확률을 최소화 할 수 있는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무정전 전원장치의 다단정류제어방식을 갖는 디지털 방식의 고 부가가치의 제품 개발을 통하여 기존 시장을 확대하고 새로운 분야의 UPS시장을 개척함으로써 생산성을 높여 주는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, AC 전원을 직류로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 출력된 직류 전원을 공급받아 정전을 대비해 충전하는 밧데리, 상기 밧데리의 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 출력하는 인버터, 무정전시 상기 AC 전원을 부하에 전달하는 무정전 전원장치를 제어하는 장치에 있어서, 상기 정류부의 정류 상태를 검출하는 컨버터 검출부; 상기 정류부의 정류를 제어하는 컨버터 드라이버; 상기 인버터의 전원 변환 상태를 검출하는 인버터 검출부; 상기 인버터의 전원 변환을 제어하는 인버터 드라이버; 상기 컨버터 검출부, 상기 컨버터 드라이버, 상기 인버터 검출부 및 상기 인버터 드라이버를 통해 상기 무정전 전원장치의 전원 변환을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치를 제공한다.

상기 제어부는 상기 무정전 전원장치의 현재 상태를 표시하는 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부와 상기 디스플레이는 전기 절연 방식으로 신호가 전송되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 무정전 전원장치의 제어를 위한 제어 신호를 출력하는 신호 입력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부와 상기 신호 입력 수단은 전기 절연 방식으로 신호가 전송되는 것을 특징으로 한다.

상기 정류부는 다중 펄스 방식의 SCR 정류 방식이며, 상기 정류부는 전력 변환 용량에 따라 다수의 서브 정류부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 서브 정류부는 각각의 정류를 제어하는 다수의 서브 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 컨버터 드라이버 및 상기 인버터 드라이버는 상기 정류부 및 상기 인버터의 전력 변환 소자인 SCR을 구동 제어해 주는 SCR 드라이버로 구성되는 것을 특 징으로 한다.

상기 컨버터 검출부는 상기 정류부의 SCR 위상을 검출하는 SCR 위상 검출부와, 전압의 에러를 검출하는 전압 에러 검출부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 밧데리의 전압과 전류를 감시하는 밧데리 전압 감시부 및 밧데리 전류 감시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 인버터 검출부는 상기 인버터의 출력 전류를 검출하는 출력전류 검출 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

본 발명에 따른 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치에 대하여 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치의 구성을 설명하기 위한 블록도, 도 2는 본 발명에 따른 6펄스 SCR 제어기를 설명하기 위한 블록도, 도 3은 본 발명의 컨버터/인터버 드라이버의 회로도, 도 4는 본 발명의 SCR 위상 검출부의 회로도, 도 5는 본 발명에서 전압 에러 검출부의 회로도, 도 6은 본 발명에서 밧데리 전압 감시부의 회로도, 도 7은 본 발명에서 밧데리 전류 감시부의 회로도, 도 8은 본 발명에서 출력 전류 검출부의 회로도, 도 9는 본 발명에서 키패드 입력 회로도, 도 10은 본 발명에서 디지털 출력회로를 나탄내 회로도, 도 11은 본 발명에서 디스플레이 출력 회로도이다.

본 발명에 따른 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치가 적용되는 무정전 전원장치에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 무정전 전원장치는 AC 전원(42)을 직류로 변환하는 정류부(10), 상기 정류부(10)에서 출력된 직류 전원을 공급받아 정전을 대비해 충전하는 밧데리(45), 상기 밧데리(45)의 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 출력하는 인버터(50), 무정전시 상기 AC 전원(42)을 부하(47)에 전달하는 바이패스부(40)로 구성된다.

그리고, 상기 무정전 전원장치를 제어하기 위한 본 발명에 따른 제어장치는 상기 정류부(10)의 상태를 검출하는 컨버터 검출부(20), 상기 정류부(10)의 정류 상태를 제어하는 컨버터 드라이버(30), 상기 인버터(50)의 상태를 검출하는 인버터 검출부(70), 상기 인버터(50)의 전원 변환을 제어하는 인버터 드라이버(60), 상기 구성 요소를 통해 상기 무정전 전원장치를 제어하는 제어부(80), 상기 제어부(80)에 연결되어 상태를 표시하는 디스플레이(90), 상기 무정전 전원장치를 조작하기 위한 키패드(95)로 구성된다.

상기 정류부(10)는 3상 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 정류기이며, 상기 제어부(80)는 다중 펄스 방식의 사이리스터 정류기로부터 고조파를 제거하기 위해 6 펄스 방식에 의한 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 상기 정류부(10)의 전력변환 소자를 제어한다.

상기 제어부(80)는 각각 3상 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 다수의 서브 정류부(12a~12d)의 전력 변환 소자를 제어하는 다수의 서브 제어부(82a~82d)와 직렬통신을 통하여 각각의 정류 제어가 이루어지게 한다.

상기 제어부(80)와 그에 따른 서브 제어부(82a~82d)간에 이루어지는 고속 직렬통신을 통하여 전체의 출력을 제어한다.

본 발명은 상기와 같은 방식으로 정류부를 6펄스 방식으로 구성하고, 각각에 따른 서브 제어부(82a~82d)를 통해 제어할 수 있도록 상기 제어부(80)와 그에 따른 서브 제어부(82a~82d), 정류부(10) 및 인버터(50)를 감시 제어하기 위한 수단들을 취합하여 제어 보드를 구성하면, 다중 펄스 방식에 대한 확장을 자유롭게 할 수 있고, 경제적인 비용으로 제어 수단을 구성할 수 있으며, 편리하게 다중 펄스 방식으로 가변할 수 있어서 고조파를 손쉽게 감쇄시킬 수 있다.

상기 제어부(80)는 10Mhz로 동작하는 CPU로서 내장 RAM및 다양한 IO회로를 구비하고, RS-232 및 CAN통신 기능을 가진 저가형 DSP 프로세서인 TI사의 TMS320LF2403을 사용하여 구현하였다.

상기 정류부(10) 및 상기 인버터(50)의 전력 변환을 위해 사용되는 SCR을 구동시키기 위한 상기 컨버터 드라이버(30) 및 상기 인버터 드라이버(60)를 구현하기 위한 SCR 구동 회로는 도 3에 나타낸 바와 같다.

상기 SCR 구동 회로는 SCR 게이트 구동회로로써, 절연형 펄스 트랜스포머(Pulse Transformer)를 이용하여 SCR의 게이트에 전류를 공급하여 상기 SCR을 온/오프(On/OFF) 제어한다.

상기 컨버터 검출부(20)는 상기 정류부(10)의 SCR 위상을 검출하는 SCR 위상 검출부와, 전압의 에러를 검출하는 전압 에러 검출부로 구성되며, 상기 밧데리(45) 의 전압과 전류를 감시하는 밧데리 전압 감시부 및 밧데리 전류 감시부도 필요하다.

상기 SCR 위상 검출부는 도 4에 나타낸 바와 같이, 3상 전압을 인가받아 제로-크로싱 디텍터를 통하여 각 상의 정보를 입력받는다. 그리고, 상기 전압 에러 검출부는 도 5에 나타낸 바와 같이, 3상 정류회로를 통하여 받은 전압의 크기를 비교하여 입력전압의 과도 전압(Over voltage) 여부를 판단한다.

상기 밧데리 전압 감시부는 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 밧데리(45) 및 DC 링크(Link) 전압의 크기를 검출하기 위한 회로로서, 차동증폭 입력 OP 앰프(AMP)를 통하여 입력전압의 정류된 DC 전압 및 밧데리(45)의 전압을 검출한다. 동시에 검출된 전압의 크기를 사용자가 셋팅한 레벨과 비교하여 과전압 여부를 확인한다.

상기 밧데리 전류 감시부는 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 밧데리(45)에 충전되거나 방전되는 전류의 양을 검출하는 회로로서, 상기 밧데리의 과충전 및 과방전을 제어하기 위한 회로이다.

그리고, 상기 인버터(50)의 출력 전류를 검출하기 위한 상기 인버터 검출부(70)는 도 8에 나타낸 바와 같은 출력전류 검출 회로로 이루어지는데, 상기 출력 전류 검출 회로는 SCR 정류기의 입력전류를 검출하는 회로로서 과전류 및 전류제어를 수행하기 위한 전류검출회로이다.

한편, 상기 제어부(80)에 연결되어 상기 정류부(10) 및 상기 인버터(50)의 제어를 위한 신호를 발생하는 상기 키패드(95)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 정류 및 인버팅 상태 파악하기 위한 I/O 입력회로로서, 포토커플러로 절연되어 외부의 노이즈를 최소화하였다.

그리고, 상기 제어부(80)로부터 출력되는 디지털 신호를 출력하는 출력 회로는 도 10에 나타낸 바와 같이, 외부 릴레이(Relay) 및 MC 등의 단자 및 제어 상태를 전달하기 위한 I/O 출력회로로서, 디지털 입력회로와 같이 포토커플러로 절연되어 외부의 노이즈를 최소화하였다.

또한, 상기 제어부(80)에 연결되어 동작 상태를 표시해 주는 상기 디스플레이(90)는 도 11에 나타낸 바와 같이, UPS의 상태를 외부자가 직접 모니터링 하기 위한 회로로서 4비트 7-세그먼트(4bit 7-segment)를 이용하였다.

센서롯드에서 아날로그 온도 신호를 입력받아 디지털 데이터로 변환하여 온도제어를 처리하는 부분으로 실시간으로 정확한 온도 데이터를 읽어 롯드의 온도를 제어하도록 하였다(PID제어). 또한 동작 상태 및 기기의 이상 유무를 사용자가 한눈에 확인할 수 있도록 LCD를 사용하였으며, 블록으로 나누어 사용 시 해당 블록의 센서롯드에 이상이 발생하면 다른 블록의 센서롯드와 연동하여 롯드의 온도가 제어되도록 하였다.

특히 센서롯드 및 일반 롯드에 이상이 발생(센서 단선/센서단락/히터 단선)하여도 각 상황별로 문제점에 대응할 수 있도록 하여 사용자가 불편 없이 사용할 수 있도록 하였다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 6-펄스 정류기 방식의 무정전 전원장치를 안정적이면서 고효율 및 대용량으로 제어 가능하게 해 주는 효과를 제공한다.

그리고, 본 발명은 6펄스 방식의 무정전 전원장치의 정류 장치에 대해 범용적으로 대응 가능하도록 설계되었기 때문에 정류 용량에 상관없이 별도의 설계 변경 없이 간편하게 제어 장치를 확장 축소하여 적용 가능하고, 유지 보수를 간편하게 해 주는 효과를 제공한다.

Claims (11)

1. AC 전원을 직류로 변환하는 정류부, 상기 정류부에서 출력된 직류 전원을 공급받아 정전을 대비해 충전하는 밧데리, 상기 밧데리의 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 출력하는 인버터, 무정전시 상기 AC 전원을 부하에 전달하는 무정전 전원장치를 제어하는 장치에 있어서,

   상기 정류부의 정류 상태를 검출하는 컨버터 검출부;

   상기 정류부의 정류를 제어하는 컨버터 드라이버;

   상기 인버터의 전원 변환 상태를 검출하는 인버터 검출부;

   상기 인버터의 전원 변환을 제어하는 인버터 드라이버;

   상기 컨버터 검출부, 상기 컨버터 드라이버, 상기 인버터 검출부 및 상기 인버터 드라이버를 통해 상기 무정전 전원장치의 전원 변환을 제어하는 제어부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 무정전 전원장치의 현재 상태를 표시하는 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부와 상기 디스플레이는 전기 절연 방식으로 신 호가 전송되는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 무정전 전원장치의 제어를 위한 제어 신호를 출력하는 신호 입력 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부와 상기 신호 입력 수단은 전기 절연 방식으로 신호가 전송되는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 정류부는 다중 펄스 방식의 SCR 정류 방식이며, 상기 정류부는 전력 변환 용량에 따라 다수의 서브 정류부로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 다수의 서브 정류부는 각각의 정류를 제어하는 다수의 서브 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 컨버터 드라이버 및 상기 인버터 드라이버는 상기 정 류부 및 상기 인버터의 전력 변환 소자인 SCR을 구동 제어해 주는 SCR 드라이버로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 컨버터 검출부는 상기 정류부의 SCR 위상을 검출하는 SCR 위상 검출부와, 전압의 에러를 검출하는 전압 에러 검출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 밧데리의 전압과 전류를 감시하는 밧데리 전압 감시부 및 밧데리 전류 감시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.
11. 제 1항에 있어서, 상기 인버터 검출부는 상기 인버터의 출력 전류를 검출하는 출력전류 검출 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 펄스 정류기 제어 방식의 무정전 전원장치의 제어장치.

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