KR100964597B1 - Uninterrupted power supply - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 공급 기술에 관한 것으로, 특히 무정전 전원 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to power supply technology, and more particularly, to an uninterruptible power supply.
무정전 전원 장치(UPS, Uninterrupted Power Supply)는 일반적으로 정전 등 비상시에 배터리나 별도의 보조 전원에서 생성된 전력을 부하로 제공하는 장치이다. 정전시 무정전 전원 장치가 동작하도록 하여 수 초 내지 수 시간 동안 보조 전원이 전력을 공급하므로 부하의 전기 설비들을 보호하고 안전하게 종료할 수 있다.An uninterrupted power supply (UPS) is a device that provides power to a load generated from a battery or a separate auxiliary power source in an emergency such as a power failure. The uninterruptible power supply can operate during power outages, providing auxiliary power for a few seconds to hours to protect the electrical installations of the load and safely shut down.
일반적으로 무전원 전원 장치는 컴퓨터 보호 장비에 국한되지 않고, 데이터 센터, 통신 장비 또는 기타 전기 장비의 예기치 않은 전원 중단에 의한 손상, 심각한 업무 중단이나 데이터 손실을 방지하기 위해 이용된다.Generally, non-powered power supplies are not limited to computer protection equipment and are used to prevent damage caused by unexpected power interruptions, severe business interruptions or data loss in data centers, telecommunications or other electrical equipment.
무정전 전원 장치는 크게 온-라인(On-Line) 방식과 오프-라인(Off-Line) 방식 및 라인 인터랙티브(Line Interactive) 방식이 있다. Uninterruptible power supplies are classified into on-line, off-line, and line interactive methods.
이 중에서 온-라인 방식은 상용 전원을 컨버터 회로에 의해 직류 전원으로 변환하고 변환된 직류 전원은 충전 회로를 통해 배터리에 충전하며 인버터 회로를 통해 다시 교류전원으로 변환해 출력한다.Among them, the on-line method converts commercial power into DC power by the converter circuit, and converts the DC power into the battery through the charging circuit and converts the AC power back into the AC power through the inverter circuit.
오프-라인 방식은 상용 교류 전원을 그대로 출력하고, 충전 회로는 배터리를 충전한다. 정전시에는 인버터 회로를 구동하여 배터리에 저장되어 있는 전력을 출력한다.The off-line method outputs commercial AC power as it is, and the charging circuit charges the battery. In case of power failure, the inverter circuit is driven to output power stored in the battery.
또한, 라인 인터랙티브 방식은 배터리와 인버터 회로가 항상 접속되어 서로 전력을 변환하고 상용 교류 전원도 같이 연계되어 상용 교류 전원이 정전 검출 레벨 이하로 될 때 입력단의 자동 절체 스위치를 턴 오프하여 짧은 시간에 배터리의 전원을 이용한다.In addition, the line interactive system converts power between the battery and the inverter circuit at all times, and converts the power with each other, and the commercial AC power is also linked together. Use the power source.
한편, 일반적으로 무정전 전원 장치의 스위치로 사용되는 실리콘 제어 정류기(SCR, Silicon Controlled Rectifier)는 제어 전압의 변경하여도 일정 시간 동안 턴 온한 것과 같이 동작하는 특성을 가지고 있어 정전시나 정전 복구시 입력 전압의 급격한 위상 변화가 생기면, 내부 회로가 단락 되어 손상될 수 있는 문제가 있다.On the other hand, Silicon Controlled Rectifiers (SCRs), which are generally used as switches for uninterruptible power supplies, operate as if they were turned on for a certain period of time even if the control voltage was changed. If a sudden phase change occurs, there is a problem that the internal circuit may be short circuited and damaged.
또한, 무정전 전원 장치가 전압 조정을 수행하는 과정에서 무정전 전원 장치 내부의 전력 흐름이 원활하지 않으면 배터리의 과충전이 발생할 수 있고, 이것은 배터리의 영구적인 손상을 초래할 수 있어 문제된다.In addition, if the power flow inside the uninterruptible power supply is not smooth while the uninterruptible power supply performs voltage regulation, the battery may be overcharged, which may cause permanent damage to the battery.
실시예들 중에서, 무정전 전원 장치는 배터리, 밸런스 노드, 제1 변환 회로 및 제2 변환 회로를 포함한다. 상기 배터리는 에너지를 저장한다. 상기 밸런스 노드는 스위치를 통해 교류 입력 전원과 연결된다. 상기 제1 전원 변환 회로는 상기 밸런스 노드, 상기 배터리 및 부하와 연결되고, 상기 배터리의 에너지를 충방전시 켜 상기 부하에 인가되는 전압 레벨을 조절한다. 제2 전원 변환 회로는 상기 밸런드 노드 및 상기 배터리와 연결되고, 상기 배터리의 에너지를 충방전시켜 밸런스 노드로 유입되거나 또는 유출되는 전류와 부하로 유입되거나 또는 유출되는 전류를 조절한다.Among the embodiments, the uninterruptible power supply includes a battery, a balance node, a first conversion circuit and a second conversion circuit. The battery stores energy. The balance node is connected to an AC input power source via a switch. The first power conversion circuit is connected to the balance node, the battery and the load, and controls the voltage level applied to the load by charging and discharging the energy of the battery. The second power conversion circuit is connected to the balance node and the battery, and charges and discharges the energy of the battery to regulate the current flowing into or out of the balance node and the current flowing into or out of the load.
실시예들 중에서, 무정전 전원 장치는 스위치부, 제1 전원 변환부, 제2 전원 변환부 및 위상 제어부를 포함한다. 상기 스위치부는 교류 입력 전원과 밸런스 노드 사이의 전기적 연결을 개폐하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 포함한다. 상기 제1 전원 변환부는 상기 밸런스 노드, 배터리 및 부하와 연결되고, 상기 배터리의 에너지를 충방전시켜 상기 부하에 인가되는 전압 레벨을 조절한다. 상기 제2 전원 변환부는 상기 밸런스 노드 및 상기 배터리와 연결되고, 상기 배터리의 에너지를 충방전시켜 상기 복수의 밸런스 노드들로 유입되거나 유출되는 전류 및 부하로 유입되거나 유출되는 전류를 조절한다 상기 위상 제어부는 상기 교류 입력 전압의 위상 변화를 검출하고, 상기 위상 변화에 따라 상기 스위치부를 제어하며, 상기 제1 및 제2 전원 변환부의 동작 모드를 제어한다.Among the embodiments, the uninterruptible power supply includes a switch, a first power converter, a second power converter, and a phase controller. The switch unit includes an insulated gate bipolar transistor for opening and closing an electrical connection between an AC input power source and a balance node. The first power converter is connected to the balance node, the battery, and the load, and controls the voltage level applied to the load by charging and discharging the energy of the battery. The second power converter is connected to the balance node and the battery, and charges and discharges the energy of the battery to adjust the current flowing into or out of the plurality of balance nodes and the current flowing into or out of the load. Detects a phase change of the AC input voltage, controls the switch unit according to the phase change, and controls an operation mode of the first and second power conversion units.
실시예들 중에서, 전력 공급 방법은 교류 입력 전원에서 제공되는 교류 입력 전압의 위상 변화를 검출하는 단계, 정전시 또는 정전 복구시 상기 교류 입력 전압의 순간적인 위상 변화에 따라 교류 입력 전원과 밸런스 노드 사이의 전기적 연결을 개폐하는 단계, 상기 밸런스 노드의 전압 레벨에 따라, 상기 배터리의 에너지를 충방전시켜 상기 부하에 인가되는 전압 레벨을 조절하는 단계, 및 상기 교류 입력 전원에서 상기 밸런스 노드로 유입되거나 유출되는 전류 레벨에 따라 상기 배터리 의 에너지를 충방전시켜 밸런스 노드로에서 부하로 유입되거나 유출되는 전류 레벨을 조절하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, the power supply method includes detecting a phase change of an AC input voltage provided from an AC input power source, and between an AC input power source and a balance node according to an instantaneous phase change of the AC input voltage during power failure or recovery of power failure. Opening and closing an electrical connection of the controller, charging and discharging the energy of the battery according to the voltage level of the balance node, adjusting a voltage level applied to the load, and flowing into or out of the balance node from the AC input power. And charging and discharging the energy of the battery according to the current level to adjust the current level flowing into or out of the load from the balance node.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the disclosed technique is merely an example for structural or functional explanation and the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments may be variously modified and may have various forms, and thus the scope of the disclosed technology should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are intended to distinguish one component from another component, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, the first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.The term “and / or” should be understood to include all combinations that can be presented from one or more related items. For example, the meaning of "first item, second item and / or third item" may be given from two or more of the first, second or third items as well as the first, second or third items. Any combination of the possible items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수 도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that there may be other components in between, although it may be directly connected to the other component. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions describing the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly neighboring to", should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as "include" or "have" refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or parts thereof described. It is to be understood that the combination is intended to be present, but not to exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.For each step, the identifiers (e.g., a, b, c, ...) are used for convenience of description, and the identifiers do not describe the order of the steps, and each step is clearly contextual. Unless stated in a specific order, it may occur differently from the stated order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise defined. The terms defined in the commonly used dictionary should be interpreted to coincide with the meanings in the context of the related art, and should not be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless clearly defined in the present application.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치를 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 무정전 전원 장치는 배터리(130), 밸런스 노드(BN), 제1 전원 변환 회로(120) 및 제2 전원 변환 회로(110)를 포함한다. 무정전 전원 장치는 제어부(140) 및 적어도 하나의 스위치(SW1, SW2)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the uninterruptible power supply device includes a
배터리(130)는 에너지를 저장한다. 밸린스 노드(BN)는 스위치를 통해 교류 입력 전원(150)과 연결된다.The
제1 전원 변환 회로(120)는 밸런스 노드(BN), 배터리(130) 및 부하(160)와 연결되고, 배터리(130)의 에너지를 충방전시켜 부하(160)에 인가되는 전압 레벨을 조절한다.The first
제2 전원 변환 회로(110)는 밸런드 노드(BN) 및 배터리(130)와 연결되고, 배터리(1300의 에너지를 충방전시켜 밸런스 노드(BN)로 유입되거나 또는 유출되는 전류와 부하(160)로 유입되거나 또는 유출되는 전류를 조절한다.The second
제1 전원 변환 회로(120)는 제1 변압 회로(121) 및 제1 인버터(122)를 포함한다.The first
제1 변압 회로(121)는 밸런스 노드와 부하(160) 사이에 직렬로 연결된 1차측 권선 및 1차측 권선과 유도 결합된 2차측 권선을 포함한다.The
제1 인버터(122)는 제1 변압 회로(121)의 2차측 권선과 배터리(130) 사이에 연결되고, 제어 신호에 응답하여, 제1 변압 회로(121)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(130)로 제공하거나, 배터리(130)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제1 변압 회로(121)로 제공한다.The
제2 전원 변환 회로(110)는 제2 변압 회로(111) 및 제2 인버터(112)를 포함한다.The second
제2 변압 회로(111)는 밸런스 노드(BN)와 중성선(NEUTRAL LINE) 사이에 연결된 1차측 권선 및 1차측 권선과 유도 결합된 2차측 권선을 포함한다.The
제2 인버터(112)는 제2 변압 회로(111)의 2차측 권선과 연결되어, 제어 신호에 응답하여, 제2 변압 회로(111)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(130)로 제공하거나, 배터리(130)의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 제2 변압 회로(111)로 제공한다.The
제어부(140)는 제어 제1 및 제2 인버터(112, 122)로 제어 신호를 제공한다.The
도 2 및 도 3은 무정전 전원 장치의 동작은 나타내는 블록도이다. 도 2 및 도 3에 표시된 수치는 단지 동작을 설명하기 위해 임의로 선택되어 근사화된 값이며, 실제의 값과 다를 수 있다. 이하 부하(160)의 정격 전압은 220V로 가정한다.2 and 3 are block diagrams illustrating the operation of the uninterruptible power supply. 2 and 3 are randomly selected and approximated values for illustrative purposes only and may differ from actual values. Hereinafter, the rated voltage of the
도 2는 교류 입력 전원(150)의 전압이 부하(160)의 정격 전압보다 높은 경우의 무정전 전원 장치의 동작을 나타낸다.2 shows the operation of the uninterruptible power supply when the voltage of the AC
도 2을 참조하면, 교류 입력 전압의 크기가 240V이고 입력 전류의 크기가 1A인 경우 제1 전원 변환 회로(120)에 포함된 제1 변압 회로(121)의 1차측 권선에 의해 20V의 전압 강하를 발생하시켜 부하(160)로 220V의 정격 전압을 공급할 수 있다. 이 경우 전력 흐름을 고려하면 240W의 전력이 공급되므로 부하(160)에 공급되는 전압을 낮추는 대신 전류를 높일 수 있을 것이다. 제2 전원 변환 회로(110)는 제1 전원 변환 회로(120) 또는 배터리(130)로부터 제공되는 에너지를 변환하여 밸런스 노드(BN)로 0.1A의 전류를 제공한다. 즉, 제1 전원 변환 회로(120)에 의해 부하(160)로 공급되는 전압이 조절되고, 잉여 전력이 제1 전원 변환 회로(120)에서 제2 전원 배터리(130) 또는 제2 변환 회로(110) 방향으로 순환할 수 있다. 또한 제2 변환 회로는 순환된 전력을 전류 형태로 변환하고 밸런스 노드(BN)에 제공하여 밸런스 노드(BN)에서 부하(160)로 흐르는 전류를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 2, when the AC input voltage is 240V and the input current is 1A, the voltage drop of 20V is caused by the primary winding of the
도 3은 교류 입력 전원(150)의 전압이 부하(160)의 정격 전압보다 낮은 경우의 무정전 전원 장치의 동작을 나타낸다.3 shows the operation of the uninterruptible power supply when the voltage of the AC
도 3을 참조하면, 교류 입력 전압의 크기가 200V이고 입력 전류의 크기가 1.1A인 경우 제1 전원 변환 회로(120)에 포함된 제1 변압 회로(121)의 1차측 권선에 의해 20V의 전압 상승을 발생하시켜 부하(160)로 220V의 정격 전압을 공급할 수 있다. 이 경우 전력 흐름을 고려하면 240W의 전력이 공급되므로 부하(160)에 공급되는 전압을 높이는 대신 전류를 낮출 수 있을 것이다. 제2 전원 변환 회로(110)는 밸런스 노드(BN)로부터 0.1A의 전류를 제1 전원 변환 회로(120) 또는 배터리(130)로 제공한다. 즉, 제1 전원 변환 회로(120)에 의해 부하(160)로 공급되는 전압이 조절되고, 필요 전력이 밸런스 노드에서 제2 전원 변환 회로(110) 또는 배터리(130) 방향으로 순환할 수 있다. 또한 제1 변환 회로(120)는 순환된 전력을 전압 형태로 변환하여 부하(160)의 제공되는 전압 레벨을 조절할 수 있다.Referring to FIG. 3, when the magnitude of the AC input voltage is 200 V and the magnitude of the input current is 1.1 A, the voltage of 20 V is caused by the primary winding of the
즉, 제1 전원 변환 회로(120)는 밸런스 노드(BN)의 전압 및 부하(160)의 정격 전압에 따라 제1 변압 회로(121) 양단의 전압 강하 또는 전압 상승 레벨을 조절 한다. 또한 제2 전원 변환 회로(110)는 교류 입력 전원(150)으로부터 밸런스 노드(BN)로 유입되거나 유출되는 전류 레벨에 따라 제2 변압 회로(111)의 1차측 권선에 흐르는 전류 레벨을 조절할 수 있다. 이와 같은 과정은 제어부(140)의 제어와, 제1 및 제2 변환 회로(110, 120)의 상호작용하면 수행될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 인버터(112, 122)는 양방향의 직류-교류 전력 변환을 수행하는 회로일 수 있다. 제1 및 제2 인버터(112, 122)는 복수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함하는 풀 브리지형(Full Bridge) 또는 하프 브리지형(Half Bridge) 인버터 또는 정류기일 수 있다.That is, the first
도 4는 도 1의 무정전 전원 장치의 임피던스 관계를 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating an impedance relationship of the uninterruptible power supply of FIG. 1.
도 4를 참조하면, 밸런스 노드(BN)에서 교류 입력 전원 방향의 등가 임피던스(Zs)는 밸런스 노드(BN)에서 부하(160) 방향의 등가 임피던스보다 더 작을 수 있다. Referring to FIG. 4, the equivalent impedance Zs in the AC input power direction at the balance node BN may be smaller than the equivalent impedance in the
다시 말해서, 밸런스 노드(BN)는 순환되는 에너지가 전류 형태로 조절되는 노드로서 전압을 조절하는 제1 전원 변환 회로(120) 및 배터리(130)로부터 순환된 에너지가 이동하는 노드일 수 있다. 밸런스 노드(BN)는 직렬 연결된 제1 전원 변환 회로(120)의 제1 변압 회로(121)보다 교류 입력 전원 쪽에 더 인접하게 연결되어 에전력 순환을 더 원활이 할 수 있다.In other words, the balance node BN may be a node in which circulated energy is adjusted in the form of a current, and a node to which the circulated energy moves from the first
일 실시예에 따른 무정전 전원 장치는 배터리(130)가 허용 범위 이상 과충전되는 경우, 배터리(130)의 에너지를 교류 전력으로 변환하여 밸런스 노드(BN)로 전달될 수 있고, 이 경우 교류 입력 전원 방향의 등가 임피던스가 부하(160) 방향의 등가 임피던스보다 작기 때문에 에너지가 교류 입력 전원 쪽으로 원활히 유출될 수 있다. 통상적인 전압 및 전류 조절을 위한 에너지 순환 과정에서 배터리(130)로 에너지가 과도하게 충전되는 문제점을 방지할 수 있다.The uninterruptible power supply device according to an embodiment may convert the energy of the
도 5는 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 동작 특성을 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating an operating characteristic of an uninterruptible power supply according to an embodiment.
도 5를 참조하면, 교류 입력 전원은 무정전 전원 장치를 통해 하나 이상의 부하(531, 532, 533)로 전력을 공급한다. 이 경우 만약 부하(531, 532, 533)가 전동기와 같은 유도성인 경우 전력 변동에 따라 회생 에너지(ER)가 발생할 수 있다. 예를 들어, 전동기를 포함하는 부하(531, 532, 533)에 전력 공급을 순간적으로 중단할 경우 일정 시간 동안 전동기는 발전기와 유사한 특성을 보이며 회생 에너지(ER)를 무정전 전원 장치 방향으로 제공할 것이다.Referring to FIG. 5, the AC input power supplies power to one or
이 경우에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치는, 상술한 바와 같이 부하(160)에서 교류 입력 전원 방향으로 에너지를 효율적으로 전달하여 배터리(130)의 과충전을 방지하고 부하(160) 및 무정전 전원 장치 내부 회로의 손상을 방지할 수 있다.Even in this case, the uninterruptible power supply device according to the embodiment of the present invention, as described above, efficiently transfers energy from the
도 6은 다른 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치를 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating an uninterruptible power supply device according to another exemplary embodiment.
도 6의 무정전 전원 장치는 도 1의 무정전 전원 장치에 비해 위상 제어부(200)를 더 포함한다.The uninterruptible power supply of FIG. 6 further includes a
위상 제어부는 교류 입력 전원에서 제공되는 교류 입력 전압의 위상 변화를 검출하고, 위상 변화에 따라 교류 입력 전원과 밸런스 노드(BN)의 전기적 연결을 제어하여 무정전 전원 장치의 동작 모드를 제어한다.The phase controller detects a phase change of the AC input voltage provided from the AC input power, and controls an operation mode of the uninterruptible power supply by controlling the electrical connection between the AC input power and the balance node BN according to the phase change.
도 7은 도 6의 무정전 전원 장치에 포함된 위상 제어부(200)를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating in detail the
도 7을 참조하면, 위상 제어부(200)는 절연 증폭 회로(210), 프로세서(22), 입출력부(230), 구동 드라이버(240), 로컬 전원 공급부(250)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the
절연 증폭 회로(210)는 교류 입력 전원에서 제공되는 교류 입력 전압(AC INPUT)과 무정전 전원 장치의 교류 출력 전압(UPS OUTPUT)을 입력받아 위상 신호(PHASE SIGNAL)를 제공한다.The
프로세서(220)는 위상 신호(PHASE SIGNAL)에 기초하여, 교류 입력 전압(AC INPUT) 및 교류 출력 전압(UPS OUTPUT)의 위상 변화를 판별하고, 위상 변화 및 스위치 개폐 신호(SWITCH INPUT)에 기초하여 위상 오차 정보(PHASE ERROR), 스위치 상태 정보(SWITCH STATUS) 및 스위치 제어 신호(SWCTRL)를 제공한다.The
입출력부(230)는 스위치 개폐 신호(SWITCH INPUT)를 입력받아 프로세서(220)로 제공하고, 스위치 오차 정보(SWITCH ERROR), 스위치 상태 정보(SWTCH STATUS)를 출력한다.The input /
구동 드라이버(240)는 스위치 제어 신호(SWCTRL)에 응답하여 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 게이트 전압(GCTRL)을 제공한다. 구동 드라이버(240)는 스위치 상태 정보(SWST)를 프로세서(220)로 제공할 수 있다.The driving
로컬 전원 공급부(250)는 교류 입력 전압(AC INPUT), 교류 출력 전압(AC OUTPUT), 또는 보조 전원(AUX POWER INPUT)에 기초하여 직류 전력(DC POWER)을 생 성하여 프로세서(220), 입출력부(230) 및 구동 드라이버(240)에 공급한다.The local
도 8a 및 8b는 정전시 또는 정전 복구시 자동 절체 스위치의 동작을 나타내는 블록도이다.8A and 8B are block diagrams illustrating the operation of the automatic transfer switch at the time of power failure or recovery of power failure.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 자동 절체 스위치(ATS, Automatic Transfer Switch, 350)는 무정전 전원 공급 시스템(200, 330)에 전단에 외부 전원(310) 또는 보조 전원(320)과 연결된다. 외부 전원(310)은 송전선을 통해 전달되는 전력 공급 라인일 수 있고, 보전 전원(320)은 정전 등의 비상시 동작하는 보조 발전 설비일 수 있다. 도 4a는 정상 상태에서 자동 절체 스위치(350)의 동작을 나타내며, 도 4b는 정전 상태에서 자동 절체 스위치(350)의 동작을 나타낸다. 즉, 자동 절체 스위치(350)는 정상 상태에서 외부 전원(310)과 연결되어 있으나, 정전시에는 스위칭되어 보조 전원(320)과 연결되고, 정전이 복구되어 다시 정상상태가 되면 스위칭되어 외부 전원(310)과 연결된다.8A and 8B, an automatic transfer switch (ATS) 350 is connected to an
이 경우, 외부 전원(310)과 보조 전원(320)이 제공하는 전압의 위상이 다를 수 있는데, 자동 절체 스위치(350)의 스위칭 동작 과정에서 순간적인 위상 변화가 발생하여 후단에 연결된 무정전 전원 공급 장치(200, 230) 또는 부하(340)에 회로 손상 등의 악영향을 미칠 수 있다.In this case, the phases of the voltages provided by the
일 실시예에 따른 위상 제어부(200)는 외부 전원(310) 또는 보조 전원(320)에서 제공되는 교류 입력 전압의 위상 변화를 검출하고, 검출된 위상 변화에 따라 위상 제어부와 연결된 스위치를 제어하여 무정전 전원 장치(330)의 동작 모드를 제어한다. 따라서 순간적인 위상 변화에 따른 회로 손상을 방지할 수 있다.The
도 9a 내지 도 9e는 무정전 전원 장치에 입력되는 전압의 위상 변화를 나타내는 파형도이다.9A to 9E are waveform diagrams illustrating a phase change of a voltage input to an uninterruptible power supply.
도 9a 및 도 9b는 각각 외부 전원 및 보조 전원에서 제공되는 전압의 위상 변화를 나타낸다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 외부 전원에서 제공되는 전압의 위상과 보조 전원 제공되는 전압의 위상이 다를 수 있으며, 일반적으로 문제되는 경우는 두 전압 위상의 차이가 비교적 큰 경우이며, 도 9a 및 도 9b는 스위칭 동작이 이루어지는 t0 시점에서 180도의 위상 차이가 있는 경우를 나타낸다.9A and 9B show phase changes of voltages provided from an external power supply and an auxiliary power supply, respectively. 9A and 9B, the phase of the voltage provided from the external power source and the phase of the voltage provided to the auxiliary power source may be different. In general, the problem is when the difference between the two voltage phases is relatively large. 9A and 9B show a case where there is a phase difference of 180 degrees at the time t0 at which the switching operation is performed.
도 9c는 종래의 무정전 전원 장치의 스위칭 동작을 나타내는 파형도이며, 도 5d는 종래의 무정전 전원 장치의 내부 회로로 제공되는 전압의 위상 변화를 나타내는 파형도이다.9C is a waveform diagram illustrating a switching operation of a conventional uninterruptible power supply, and FIG. 5D is a waveform diagram illustrating a phase change of a voltage provided to an internal circuit of a conventional uninterruptible power supply.
도 9c를 참조하면, 종래의 무정전 전원 장치 스위칭 동작을 위해 실리콘 제어 정류기 등의 소자를 이용하는 경우, t0 시점에서 실리콘 제어 정류기의 제어 전압을 변경하여도 일정시간이 지난 후(t1 시점)까지 스위치가 완전히 턴 오프되지 않는 특성이 발생할 수 있다. 따라서, t0에서 t1 시간까지는 스위치가 턴 온된 상태로 동작하게 되어 무정전 전원 장치의 내부 회로에 약영향을 줄 수 있다.Referring to FIG. 9C, when a device such as a silicon controlled rectifier is used for a conventional uninterruptible power supply switching operation, even if the control voltage of the silicon controlled rectifier is changed at time t0, the switch is turned off after a predetermined time (t1 time point). A characteristic may occur that does not turn off completely. Therefore, the operation of the switch is turned on from t0 to t1 time, which may affect the internal circuit of the uninterruptible power supply.
도 9d를 참조하면, t0시점에서 자동 절체 스위치가 스위칭 동작을 수행하여 입력 전압 파형이 도 9a에서 도 9b로 변경될 때, 순간적으로 급격한 위상 변화을 초래하게 되고, 이와 같은 위상 변화를 9c의 스위치가 제대로 차단하여 주지 못하여 교류 입력 전압이 그대로 무정전 전원 장치의 내부 회로로 유입되게 된다. 따라서 내부 회로의 소자들이 단락되거나 영구적으로 손상될 수 있다.Referring to FIG. 9D, when the automatic switching switch performs a switching operation at time t0, when the input voltage waveform is changed from FIG. 9A to FIG. 9B, an instantaneous phase change is suddenly generated. The AC input voltage flows into the internal circuit of the uninterruptible power supply as it is not properly blocked. Therefore, the elements of the internal circuit can be shorted or permanently damaged.
도 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 제어부의 스위칭 동작을 나타내는 파형도이다.9E is a waveform diagram illustrating a switching operation of a phase controller according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9e를 참조하면, 위상 제어부는 교류 입력 전압의 위상 변화를 검출하고, 도 9d와 같은 순간적인 위상 변화가 있는 경우, 위상 제어부와 연결된 포함된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 스위칭 동작을 제어한다. 스위칭 소자로서 절연 게이트 바이폴라 틀랜지스터를 사용할 경우 응답 특성이 향상 될 수 있다. Referring to FIG. 9E, the phase controller detects a phase change of the AC input voltage, and when there is an instantaneous phase change as shown in FIG. 9D, controls the switching operation by using an included insulated gate bipolar transistor connected to the phase controller. When the insulated gate bipolar transistor is used as the switching element, the response characteristic can be improved.
또한, 위상 제에기는 교류 입력 전압의 위상 변화를 추적하고, 정전시 또는 정전 복구시 순간적인 위상 변화가 허용 범위를 초과할 경우 스위치를 턴 오프시켜, 무정전 전원 장치의 동작 모드를 정전 모드로 유지한다.In addition, the phase controller tracks the phase change of the AC input voltage and turns off the switch when the instantaneous phase change exceeds the allowable range in case of power failure or recovery of power failure, thereby maintaining the operation mode of the uninterruptible power supply in the power failure mode. do.
위상 제어부가 무정전 전원 장치의 동작 모드를 제어하는 세부적인 방법은 실시예에 따라 자유롭게 변형될 수 있다. 일 실시예에서는 도 9e의 도시된 바와 같이 무전정 전원 장치로 입력되는 전력을 차단하여 줌으로써 무전정 전원 장치가 정전이 된 것처럼 인식하도록 할 수 있을 것이다. 이와 같은 방법은 위상 제어부 외의 별도의 장치를 추가하거나 내부 구성의 변경 없이 기존 무정전 전원 장치에 적용할 수 있으며, 따라서 전면적으로 설비를 교환할 필요가 없어 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.The detailed method of controlling the operation mode of the uninterruptible power supply by the phase controller may be freely modified according to embodiments. In an embodiment, as shown in FIG. 9E, the power input to the uninterruptible power supply may be cut off so that the uninterruptible power supply may be recognized as if a power failure occurs. Such a method can be applied to an existing uninterruptible power supply without adding a separate device other than a phase control unit or changing an internal configuration. Therefore, it is possible to expect a cost reduction effect because there is no need to exchange equipments on the whole.
도 10은 정정시 또는 정전 복구시 위상 제어부의 제어에 따른 무정전 전원 장치의 동작 모드를 나타낸 다이어그램이다.FIG. 10 is a diagram illustrating an operation mode of an uninterruptible power supply under control of a phase controller during correction or power failure recovery.
도 10을 참조하면, 스위치를 턴 오프한 경우, 교류 입력 전압(410)의 위상 변화 및 무정전 전원 장치의 교류 출력 전압(420)의 위상 변화를 비교하고, 교류 출력 전압의 위상 변화가 허용 범위 내에 진입하면 스위치를 턴 온시켜 무정전 전원 장치의 동작 모드를 정상 모드로 전환한다. 즉, t0 시점에서 정전이 복구되더라도 급격한 위상 변화가 생길 수 있으므로 정정 모드를 유지하고, 위상 변화를 허용 범위 내에 진입하는 t2 시점에서 스위치를 턴 온시켜 무정전 전원 장치가 정상 모드로 동작하게 한다.Referring to FIG. 10, when the switch is turned off, the phase change of the
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technique may have the following effects. It is to be understood, however, that the scope of the disclosed technology is not to be construed as limited thereby, as it is not meant to imply that a particular embodiment should include all of the following effects or only the following effects.
일 실시예에 따른 무정전 전원 장치는 배터리가 허용 범위 이상 과충전되는 경우, 배터리의 에너지를 교류 전력으로 변환하여 밸런스 노드로 전달될 수 있고, 이 경우 에너지가 교류 입력 전원 쪽으로 원활히 유출될 수 있어 통상적인 전압 및 전류 조절을 위한 에너지 순환 과정에서 배터리로 에너지가 과도하게 충전되어 배터리 손상을 초래하는 문제점을 방지할 수 있다.The uninterruptible power supply apparatus according to an embodiment may convert the energy of the battery into alternating current power and deliver it to the balance node when the battery is overcharged in an allowable range or more. In this case, the energy may flow smoothly toward the alternating current input power. In the energy cycle for voltage and current regulation, the battery may be overcharged with energy, thereby preventing the battery from being damaged.
또한, 유도성 부하의 경우 전력 변동에 따라 발생한 회생 에너지 부하에서 교류 입력 전원 방향으로 에너지를 효율적으로 전달하여 배터리의 과충전을 방지하고 부하 및 무정전 전원 장치 내부 회로의 손상을 방지할 수 있다.In addition, inductive loads can efficiently transfer energy from a regenerative energy load generated in accordance with power fluctuations to an AC input power source, thereby preventing overcharging of a battery and preventing damage to a load and an uninterruptible power supply internal circuit.
일 실시예에 따른 무정전 전원 장치는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 스위칭 동작을 제어하여 응답 특성이 향상 될 수 있다. The uninterruptible power supply according to an exemplary embodiment may improve a response characteristic by controlling a switching operation using an insulated gate bipolar transistor.
또한, 무정전 전원 장치에 포함된 위상 제어부는 교류 입력 전압의 위상 변 화를 추적하고, 정전시 또는 정전 복구시 순간적인 위상 변화가 허용 범위를 초과할 경우 무정전 전원 장치의 동작 모드를 제어하여 내부 회로 손상을 방지할 수 있다. In addition, the phase control unit included in the uninterruptible power supply unit tracks the phase change of the AC input voltage and controls the operation mode of the uninterruptible power supply unit when the instantaneous phase change exceeds the allowable range in case of power failure or recovery of the power failure. Damage can be prevented.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치를 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3은 무정전 전원 장치의 동작은 나타내는 블록도이다. 2 and 3 are block diagrams illustrating the operation of the uninterruptible power supply.
도 4는 도 1의 무정전 전원 장치의 임피던스 관계를 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating an impedance relationship of the uninterruptible power supply of FIG. 1.
도 5는 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치의 동작 특성을 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating an operating characteristic of an uninterruptible power supply according to an embodiment.
도 6은 다른 일 실시예에 따른 무정전 전원 장치를 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram illustrating an uninterruptible power supply device according to another exemplary embodiment.
도 7은 도 6의 무정전 전원 장치에 포함된 위상 제어부(200)를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating in detail the
도 8a 및 8b는 정전시 또는 정전 복구시 자동 절체 스위치의 동작을 나타내는 블록도이다.8A and 8B are block diagrams illustrating the operation of the automatic transfer switch at the time of power failure or recovery of power failure.
도 9a 내지 도 9e는 무정전 전원 장치에 입력되는 전압의 위상 변화를 나타내는 파형도이다.9A to 9E are waveform diagrams illustrating a phase change of a voltage input to an uninterruptible power supply.
도 10은 정정시 또는 정전 복구시 위상 제어부의 제어에 따른 무정전 전원 장치의 동작 모드를 나타낸 다이어그램이다.FIG. 10 is a diagram illustrating an operation mode of an uninterruptible power supply under control of a phase controller during correction or power failure recovery.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090097427A KR100964597B1 (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Uninterrupted power supply |
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KR1020090097427A KR100964597B1 (en) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Uninterrupted power supply |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20160097482A (en) | 2015-02-09 | 2016-08-18 | 오도훈 | uninterruptible power supply system having sound generation function |
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2009
- 2009-10-13 KR KR1020090097427A patent/KR100964597B1/en not_active IP Right Cessation
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