KR100984323B1

KR100984323B1 - 단상- 단상 온라인 유피에스 장치 및 3상 -단상 온라인 유피에스 장치와 그의 밧데리 전압 제어방법

Info

Publication number: KR100984323B1
Application number: KR1020100012013A
Authority: KR
Inventors: 김성조; 백석민; 신기엽
Original assignee: 국제통신공업 주식회사
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2010-09-30

Abstract

본 발명은 단상 온라인 유피에스 장치 및 밧데리 충전제어방법에 관한 것으로서, 종래에는 밧데리 수를 임의로 변동시킬 수 없고, 일부 밧데리 고장시에도 전체 밧데리를 교체해야한다는 문제점이 있었다. 본 발명은 단상 입력 또는 3상 입력전원을 단상 정류부 또는 3상 정류부를 통해 정류하여 밧데리에 충전시키고, 밧데리 전원을 인버터를 통해 교류전원으로 변환하여 출력하되, 콘트롤러에 의해 입력전원을 감시하여 입력전원을 출력전원으로 바이패스시켜 운전하거나 입력전원 이상 발생시 상기 밧데리의 충전전원을 인버터부를 통해 교류전원으로 변환하여 출력전원으로 출력하도록 제어하는 유피에스의 밧데리 충전제어방법에 있어서, 상기 정류부의 출력을 DC-DC 변환하여 밧데리의 수에 따른 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 제어하여 충전을 제어하기 위한 DC-DC 쵸퍼부를 더 포함하여 구성하고, 상기 콘트롤러가, 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 감시하면서 상기 DC-DC쵸퍼부를 통해 제어하되, 밧데리 수에 의거하여 밧데리 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 자동 설정하여 DC-DC쵸퍼부를 통해 밧데리 수에 맞는 정격전압 및 전류로 밧데리 충전을 제어하고 밧데리 출력 전압에 맞게 인버터부를 제어함으로써 밧데리 수 변동시에도 정상 운전이 가능하도록 한 것이다.

Description

단상- 단상 온라인 유피에스 장치 및 3상 -단상 온라인 유피에스 장치와 그의 밧데리 전압 제어방법{Single phase or three phase input - single phase output Uninterruptible Power Supply and method for charging power to battery}

본 발명은 단상 유피에스 장치에 관한 것으로서, 특히 DC-DC쵸퍼부를 구비하여 밧데리 충전전압을 가변시킬 수 있도록 함으로써 밧데리 수의 변동에 능동적으로 대처하여 정상적인 운전이 가능하도록 하고, 단상 입력 또는 3상 입력을 받아 단상 출력이 가능하도록 한 단상-단상 온라인 유피에스 장치 및 3상-단상 온라인 유피에스장치와 그의 밧데리 충전제어방법에 관한 것이다

일반적으로 중대형 정보처리장치의 경우에는 정전사태와 같은 전원공급의 중단시, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply; 이하 UPS라 칭한다)의 전원이 공급되도록 함으로써 정전과 같은 비상시에 작업중인 데이터가 유실되는 문제를 대비하고 있다. 이를 위하여, 대형 컴퓨터와 같이 중요한 작업을 하는 컴퓨터 시스템에서는 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 설치하여 전력회사로부터의 전원이 공급 중단되는 경우가 발생되어도 컴퓨터에는 계속 전원이 공급될 수 있도록 하고 있다.

일반적인 단상 온라인 유피에스는, 입력전원(예; AC 220V)을 정류부에서 직류 전원으로 변환하고, 정류부에서 정류된 직류 전원을 평활 시켜 밧데리에 충전시키며, 밧데리에 충전된 전원을 인버터부를 통해서 교류 전원을 변환하여 부하측으로 출력하도록 이루어지고, 콘트롤러에서 상기 정류부의 정류 제어, 밧데리의 충전 제어, 인버터부의 교류전원으로의 변환 제어를 함과 아울러 입력전원(라인전원)을 감시하여 바이패스 경로와 상기 인버터부 출력 경로를 스위치를 통해 선택하여 입력전원 정전 또는 이상발생시 밧데리의 충전전원으로 부하측에 출력하도록 이루어진다.

그런데 이와 같은 종래의 단상 온라인 유피에스 장치는, 입력전원으로 상용전원 AC 220V, 60Hz 전원이 입력되었을 때, AC 220V의 출력전압이 필요한 경우, 정류부에서는 직류 720V의 직류전압으로 변환하여 밧데리에 충전하고, 밧데리에서 출력되는 직류 720V의 직류전압이 인버터부를 통해서 교류 220V로 변환되어 출력할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 220V의 입력전원을 720V의 직류전원으로 정류부에서 변환하게 되면, 밧데리는 720V의 전원을 충전시킬 수 있는 갯수의 밧데리가 설치되어야 한다. 즉, 12V 밧데리를 사용하는 경우 720V의 전원을 충전시키기 위해서는 60개의 밧데리를 설치해야되는 것이다.

그런데, 밧데리는 사용 수명이 한정적이고, 최근 들어 밧데리 가격의 상승으로 인하여 원가 및 유지 보수비가 많이 든다는 단점이 있다. 특히 종래기술에 의한 유피에스에서는 밧데리의 숫자를 줄이거나 늘릴 수 없고, 초기 세팅된 숫자로 한정되어 세트로 교체해야하는 단점이 있었다.

또한, 복수의 밧데리를 직렬연결하여 사용하기 때문에 그중 일부의 밧데리에서 고장이 발생되는 경우, 고장이 발생된 밧데리만 교체할 수 없고 전체의 밧데리를 교체해야하므로 유지보수시 고비용이 발생된다. 새로운 밧데리와 기존에 사용했던 밧데리 간의 차이로 인하여 동일한 사용기간을 갖는 밧데리끼리만 함께 사용할 수 있고 신규 밧데리와 기존에 사용했던 밧데리를 함께 사용할 수 없었다. 그러므로 정상적인 밧데리 조차도 재사용이 어렵기 때문에 일부의 밧데리 고장에도 불구하고 많은 수의 전체 밧데리를 한번에 교체해야하는 낭비적인 요소가 있었다.

본 발명은 단상 유피에스 장치에 있어서, 밧데리의 수를 임의로 변경시킬 수 없다는 문제점을 개선시켜 일부의 밧데리 고장 발생시 해당 고장 밧데리를 제거한채로 갯수를 줄인 밧데리 수로 정상적인 운전이 가능하도록 한 단상-단상 온라인 유피에스 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 3상 전원을 입력받아 단상 출력을 하되, 밧데리 수에 맞추어서 충전 전압을 제어하여 밧데리 수 변동시에도 정상 운전이 가능하도록 한 3상-단상 온라인 유피에스 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 밧데리의 정격전압 및 전류를 체크하여 밧데리 수량 변동시 자동으로 인버터부의 PWM제어를 하여 인버터의 정격출력을 안정화 시키도록 함으로써 밧데리 수량 변동에서 안정적인 운전이 가능하도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 밧데리 수 변동시 변동된 밧데리 수에 맞는 충전정격전압 및 전류를 설정하고 이에 따라 DC-DC 쵸퍼부를 제어하여 밧데리 수에 맞는 정격전압으로 충전하게 하고, 밧데리 출력 전압에 맞게 인버터를 제어하여 정격 출력전압으로 안정적인 운전이 가능하도록 한 유피에스장치의 밧데리 충전제어방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 단상 온라인 유피에스 장치는,

라인 입력부를 통해 단상 교류전원을 입력받아 직류전원으로 정류하는 정류부와;

상기 정류부의 전원을 평활시켜 입력받아 밧데리 수에 맞는 정격 충전전압으로 직류-직류 변환시켜 밧데리에 충전시키기 위한 DC-DC 쵸퍼부와;

상기 DC-DC 쵸퍼부에 의해 제어되어 충전된 밧데리 전압을 입력받아 교류전압으로 변환하는 인버터부와;

상기 라인입력부로 입력되는 단상 교류전원을 바이패스 시켜 직접 출력단으로 출력하거나, 상기 인버터부의 출력을 출력부를 통해 출력단으로 출력시키도록 선택하는 바이패스 스위치부와;

라인입력과, 밧데리 충전, 인버터부의 출력을 감시하면서 UPS기능으로 입력전원 이상 또는 정전시 인버터부의 출력이 출력단으로 출력되게 제어하되, 상기 밧데리 수의 변동시 변동된 밧데리 수에 따른 충전 정격전압 및 정격전류를 설정하여 상기 DC-DC쵸퍼부를 제어함과 아울러 상기 인버터부를 제어하여 정상 운전을 유지시키는 콘트롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 3상 라인 입력부와, 3상 정류부를 구성하여 3상 전원을 입력받아 단상 출력을 하는 3상-단상 유피에스 장치를 구성함에 특징이 있다. 3상 정류부는 3개의 다이오드 모듈과, 1개의 스위칭소자(IGBT)모듈을 이용하여 구성하고, 콘트롤러에 의해 스위칭소자를 제어하도록 하여 한 상에 대해 단상 제어방식으로 정류제어를 하고, 나머지 두상에 대해서는 다이오드 정류가 이루어져 3상 전원을 직류전원으로 정류하도록 구성함에 특징이 있다.

본 발명에 의한 단상-단상 또는 3상 -단상 온라인 유피에스 장치의 밧데리 전압 제어방법은,

유피에스 장치에서 정류부의 출력을 DC-DC 변환하여 밧데리의 수에 따른 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 제어하여 충전을 제어하기 위한 DC-DC 쵸퍼부를 더 포함하여 구성하고, 상기 콘트롤러가, 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 감시하면서 상기 DC-DC쵸퍼부를 통해 밧데리 전압을 제어하되,

유피에스 운전이 시작되면, 밧데리 수에 의거하여 충전 정격 전압 및 충전 정격 전류를 설정하고, 충전 정격 전압의 112% 전압을 부동충전 전압으로, 충전 정격 전압의 120% 전압을 균등 충전 전압으로 설정하는 밧데리 수 설정단계와;

외부전원 정전시 상기 밧데리에 충전된 전압을 인버터부를 통해 출력하여 유피에스 기능을 수행한 후, 외부전원 복귀시 밧데리 충전 제어를 수행하되, 충전 정격전압에 의해 미리 설정된 공칭충전 전압(충전정격 전압의 100% 전압)이 될 때까지 최대 충전전류(maximum charging current)의 20%로 충전 전류를 제어하면서 밧데리 상태를 정상화 시키는 충전 1단계 충전단계와;

상기 충전 1단계 충전단계에서 미리 설정된 일정 시간 동안 충전 전류 20%로의 충전이 안정적으로 지속되면, 상기 균등충전전압(충전정격 전압의 120% 전압)까지 최대충전전류의 100%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 1단 충전단계와;

상기 충전 2단계 1단 충전단계에서 균등충전전압까지 충전이 이루어진 후 충전전류가 감소 되어 최대충전전류의 80% 이하가 되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 40%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 2단 충전단계와;

상기 충전 2단계 2단 충전단계에서 균등충전전압으로 충전이 이루어진 후, 충전전류가 감소 되기 시작하여 전단(최대충전전류의 40%)의 80%이하가 되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 20%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 3단 충전단계와;

상기 충전 2단계 3단 충전단계에서 균등충전전압으로 충전이 이루어진 후, 충전전류가 감소되기 시작하여 최대 충전전류의 10% 이하가 되면, 상기 균등충전 전압에서 부동충전전압으로 충전을 제어하는 충전 3단계 부동충전단계를 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은, 밧데리 수 변동에 따른 변동된 전압으로 충전시킬 수 있고 이에 맞게 인버터부를 제어하여 안정적인 운전이 가능해진다. 또한 본 발명은 단상 입력 또는 3상 입력을 모두 적용할 수 있는 효과가 있다. 밧데리 일부 고장시 고장난 밧데리만을 제거하여 운전이 가능해지므로 밧데리를 전체 교체해야하는 부담을 줄이고 유지보수 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 단상 온라인 유피에스 장치의 블록다이어그램.
도 2는 본 발명에 의한 단상-단상 온라인 유피에스 장치의 회로도.
도 3은 본 발명에 의한 3상-단상 온라인 유피에스 장치의 회로도.
도 4는 본 발명에 의한 밧데리 전압 충전 제어 흐름도.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 단상 온라인 유피에스 장치의 블록다이어그램이고, 도 2는 본 발명에 의한 단상-단상 유피에스 장치의 회로도이다.

이에 도시된 바와 같이,

단상 라인 입력부(10)를 통해 단상 교류전원(AC 220V 60Hz)을 입력받아 직류전원으로 정류하는 정류부(20)와;

상기 정류부(20)의 출력전원을 평활부(30)를 통해 평활시켜 입력받아 밧데리 수에 맞는 정격 충전전압으로 직류-직류 변환시켜 밧데리(40)에 충전시키기 위한 DC-DC 쵸퍼부(50)와;

상기 DC-DC 쵸퍼부(50)에 의해 제어되어 충전된 밧데리 전압을 입력받아 교류전압으로 변환하는 인버터부(60)와;

상기 인버터부(60)에서 변환된 교류전원을 필터링하여 출력하기 위한 출력필터부(70)와;

상기 라인입력부(10)로 입력되는 단상 교류전원을 바이패스 시켜 직접 단상 출력단으로 출력하기 위한 제1스위치(SCR1) 및 상기 인버터부(60)에서 출력필터부(70)를 통해 출력되는 전압을 출력단에 출력시키기 위한 제2스위치(SCR2)로 이루어져 바이패스 출력 또는 밧데리 출력을 선택하기 위한 바이패스 스위치부(80)와;

라인입력과, 밧데리 충전, 인버터부의 출력을 감시하면서 UPS기능을 제어하여, 입력전원 이상 또는 정전시 인버터부(60)의 출력이 출력단으로 출력되게 제어하되, 상기 밧데리 수의 변동시 변동된 밧데리 수에 따른 충전 정격전압 및 정격전류를 설정하여 상기 DC-DC쵸퍼부(50)를 제어함과 아울러 상기 인버터부(60)를 제어하여 정상 운전을 유지시키는 콘트롤러(90)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 콘트롤러(90)는, 디스플레이 및 콘트롤패널(91)과, 바이패스 라인의 전압을 검출하는 바이패스 전압 검출부(101)와, 상기 라인입력부(10)의 입력 전압 검출부(102)와, 상기 라인 입력부(10)의 전류를 검출하는 입력 전류 검출부(104)와, 상기 밧데리(40)의 충전 전압을 검출하는 밧데리 전압 검출부(103)와, 상기 밧데리(40)의 전류를 검출하는 밧데리 전류검출부(105)와, 상기 출력필터부(70) 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부(106)와, 상기 바이패스 스위치부(80)의 후단의 출력단 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(107)와, 상기 정류부(20)의 정류 제어를 위한 정류기 드라이브(PFC DRV)(92)와, 상기 DC-DC 쵸퍼부(50)를 제어하기 위한 DC-DC 드라이브(DC-DC DRV)(93)와, 상기 인버터부(60)의 스위칭 제어를 위한 인버터 드라이브(INV DRV)(94)와, 상기 바이패스 스위치부(80)의 제1스위치(SCR1)와 제2스위치(SCR2)를 선택적으로 제어하여 경로제어를 하는 스위치 드라이브(ST/SW DRV)(95)를 더 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 단상 온라인 유피에스 장치는, 라인 입력부(10)를 통해 단상 입력전원이 입력되면 정류부(20)에서 정류하여 직류전원으로 변환하고, 평활부(30)를 통해 평활시켜 DC-DC 쵸퍼부(50)에 입력되며, 콘트롤러(90)의 제어에 의해 DC-DC 쵸퍼부(50)에서 충전 전압 및 충전 전류가 제어되어 밧데리(40)에 충전된다. 그리고 인버터부(60)에서는 상기 콘트롤러(90)의 제어를 받아 상기 밧데리(40)의 충전 전압을 교류전원으로 변환하고, 출력부(70)를 통해서 출력단으로 출력한다.

상기 콘트롤러(90)는 라인 입력 전압(H1, N1 INPUT VOLT), 전류(INPUT CURR.), 바이패스 전압(H2, N2 BYP VOLT), 밧데리 충전전압(P N BATT. VOLT), 밧데리 충전 전류(BATT. CURR), 출력필터부(70)의 출력전압(H3, N2 OUTPUT VOLT)과, 부하측 출력단의 출력 전류(OUTPUT CURR.)를 감시하고, 상기 정류부(20), 상기 DC-DC 쵸퍼부(50), 상기 인버터부(60) 및 상기 바이패스 스위치부(80)를 제어하여 라인입력 이상 발생시 상기 밧데리(40)에 충전된 전압으로 인버터부(60)에서 교류 전원으로 변환시켜 출력단에 출력되도록 함으로써 무정전 전원장치(유피에스)로서 동작한다.

이와 같은 통상의 단상 유피에스 장치에 있어서, 본 발명에서는 상기 DC-DC 쵸퍼부(50)를 추가로 더 구성하고, 밧데리(40)의 수에 맞게 밧데리 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 설정하여 밧데리 수의 변동에 능동적으로 대응할 수 있도록 한 것이다. 즉, 밧데리 수의 변동 발생시 충전 정격전압 및 전류를 설정하여 DC-DC쵸퍼부(50)에서 설정된 충전전압 및 전류로 제어함으로써 밧데리 변동시에도 정상 충전이 가능하고, 인버터부(70)를 제어하여 변동된 밧데리 충전전압에 대응해서 정상 출력전압을 얻을 수 있도록 제어함으로써 밧데리 변동시에도 정상 운전이 가능해진다.

한편 본 발명에서는 상기 단상 라인 입력부(10)와, 정류부(20)를 3상 라인입력부(100)와 3상 정류부(200)로 변경하여 3상 전원을 입력받아 단상 출력을 하는 유피에스 장치를 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 3상-단상 온라인 유피에스 장치의 회로도이다.

이에 도시된 바와 같이, 3상 4선식 입력을 입력받는 3상 라인입력부(100)와, 상기 3상 라인 입력부(100)로부터 3상 전원을 입력받아 직류전압으로 정류하는 3상 정류부(200)로 구성하고, 상기 3상 정류부(200)의 후단에는 상기 도 2의 단상 - 단상 유피에스 회로와 동일하게 구성된다. 즉, 상기 3상 정류부(200) 출력을 평활시키는 평활부(30), 밧데리(40)의 수에 따라 정격 전압 및 전류에 맞추어서 상기 3상 정류부(200)에서 출력되는 직류전압 레벨을 제어하여 밧데리(40)로의 충전제어를 하기 위한 DC-DC쵸퍼부(50), 상기 DC-DC쵸퍼부(50)의 제어에 의해 출력되는 밧데리(40)의 출력을 교류전원으로 변환하는 인버터부(60)와, 상기 인버터부(60)의 출력을 필터링하여 출력하기 위한 출력필터부(70), 상기 3상 라인 입력부(100)로부터 임의의 한 상라인과, 공통라인으로부터 바이패스 전원을 입력받아 출력단으로 선택하기 위한 제1스위치(SCR1) 및 상기 출력필터부(70)의 출력을 선택하기 위한 제2스위치부(SCR2)로 이루어져 바이패스 전원 또는 밧데리 출력전원을 선택하여 출력단으로 출력하기 위한 바이패스 스위치부(80)로 구성된다.

도 2의 단상 정류부(20) 즉, 기존 단상 입력시 입력 리액터를 1개 사용하고 다이오드(DIODE)와 스위칭 소자(IGBT)를 각각 1 모듈로 구성하여 사용하였다. 도 3의 3상 정류부(200) 즉, 입력이 3상일 경우 3개의 다이오드(DIODE) 모듈과 한쌍의 스위칭 소자(IGBT) 1 모듈로 구성하여 입력 3상을 인가받아 정류하도록 구성하였다. 그리고, 바이패스 라인은 입력의 R-N을 받아서 동작하도록 구성된다.

단상 입력시 정류부(20)는 R상의 동기를 맞추어 스위칭을 하며 이때의 역율은 98%정도가 나오게 되며, 3상의 입력시 3상 정류부(200)는 단상과 마찬가지로 R상 동기를 맞추어 스위칭을 하게 된다. 이때는 R상만 제어하는 것과 동일하므로 입력역률은 90%정도가 된다.

단상과 3상의 입력시 모든 제어부분은 동일하고 단순히 3상 입력을 받을 수 있게 3상 라인입력부(100)와, 3상 정류부(200)의 회로만 다르게 구성 되어지며 제어가 되는 R상을 제외하고 S, T상은 단순히 다이오드 정류방식이 된다. 이러한 관계로 입력 역률이 낮아지게 된다.

도 4는 본 발명에 의한 밧데리 충전제어 흐름도이다.

본 발명에 의한 밧데리 충전은 3단계 - 3단 충전 제어를 한다. 먼저 밧데리 수에 의거하여 밧데리 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 자동 설정한다(S10). 밧데리 수의 변동시 이에 대응해서 밧데리 충전 정격 정압 및 전류를 설정하기 위한 것이다. 따라서 초기 운전 조건으로 360V전압을 충전할 수 있도록 밧데리를 설정하게 되면, 이에 대응해서 DC-DC 쵸퍼부(50)를 제어하여 밧데리 충전 전압을 제어하게 된다. 이후 밧데리 수가 변동되면 변동된 밧데리 수에 맞는 정격 충전전압과 전류를 자동설정하여 밧데리 수를 변동시킨 상태에서 정상 운전이 가능하도록 하는 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 밧데리 전압 제어 흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 밧데리 충전은 3단계 - 3단 충전 제어를 한다. 먼저 밧데리 수에 의거하여 밧데리 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 자동 설정한다(S10). 밧데리 수의 변동시 이에 대응해서 밧데리 충전 정격 정압 및 전류를 설정하기 위한 것이다. 따라서 초기 운전 조건으로 360V전압을 충전할 수 있도록 밧데리를 설정하게 되면, 이에 대응해서 DC-DC 쵸퍼부(50)를 제어하여 밧데리 충전 전압을 제어하게 된다. 이후 밧데리 수가 변동되면 변동된 밧데리 수에 맞는 정격 충전전압과 전류를 자동설정하여 밧데리수를 변동시킨 상태에서 정상 운전이 가능하도록 하는 것이다.

밧데리 충전 전압 제어는, DC-DC쵸퍼부(50)를 통해 제어하게 되며, 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 감시하면서 자동으로 제어하게 된다. 3단계- 3단 제어에 의해 이루어지며, 이는 밧데리의 수명 및 안정적인 충전을 위한 것이다.

본 발명에 의한 충전 제어방법은, 유피에스 운전이 시작되면, 밧데리 수에 의거하여 충전 정격 전압 및 충전 정격 전류 설정하고, 충전 정격 전압의 112% 전압을 부동충전 전압으로, 충전 정격 전압의 120% 전압을 균등 충전 전압으로 설정하는 밧데리 수 설정단계(S10)와; 외부전원 정전시 상기 밧데리에 충전된 전압을 인버터부를 통해 출력하여 유피에스 기능을 수행한 후, 외부전원 복귀시 밧데리 충전 제어를 수행하되, 상기 설정된 밧데리 공칭전압(밧데리 전압의 100% 전압)이 될 때까지 최대 충전전류(maximum charging current)의 20%로 충전 전류를 제어하면서 밧데리 상태를 정상화 시키는 충전 1단계 충전단계(S20)와; 상기 충전 1단계 충전단계(S20)에서 밧데리의 활성화를 위해 밧데리의 공칭전압까지 충전 전류 20%로의 충전이 안정적으로 지속되면, 상기 균등충전전압(충전정격 전압의 120% 전압)까지 최대충전전류의 100%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 1단 충전단계(S30)와; 상기 충전 2단계 1단 충전단계(S30)에서 균등충전전압까지 충전이 이루어진후 충전전류가 감소되어 최대충전전류의 80% 이하가 되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 40%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 2단 충전단계(S40)와; 상기 충전 2단계 2단 충전단계(S40)에서 균등충전전압으로 충전이 진행중 충전전류가 감소되기 시작하여 전단(최대충전전류의 40%)의 80%이하가 되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 20%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 3단 충전단계(S50)와; 상기 충전 2단계 3단 충전단계(S50)에서 균등충전전압으로 충전이 이루어진 후, 충전전류가 감소되기 시작하여 최대 충전전류의 10% 이하가 되면, 상기 균등충전전압에서 부동충전전압으로 충전을 제어하는 충전 3단계 부동충전단계(S60)를 수행한다.

한편, 충전전압은 온도보상 계수를 이용하여 온도보상을 하게 된다. 밧데리 방전 종지 전압까지 방전되어 인버터를 정지시킬 때 밧데리 저전압 경보를 발생시킨다. 밧데리 저전압 상태에서 밧데리 이상전압까지 하강하면 밧데리로부터 출력되는 전압에 의한 인버터부(30) 운전을 정지시킨다.

이와 같이 본 발명에서는 밧데리 충전 제어에 있어서, 충전 시작시 균등충전전압까지 충전전류 100%로 충전하던 종래 방식과는 달리 밧데리 안정화를 위하여 충전 1단계에서 공칭전압까지 최대충전전류 20%로 제어하여 충전을 시작하고, 일정시간(예; 1~2분)동안 안정된 충전이 이루어지게 되면, 충전 2단계 1단 충전으로 균등충전전압까지 최대충전전류 100%로 제어하여 충전시킨다. 이후, 균등충전전압으로 충전이 완료되면 서서히 충전 전류가 감소 되므로 이를 체크 하고 있다가 최대 충전전류 80%에 이르면, 충전 2단계 2단 충전제어로서 균등충전전압으로 최대충전전류 40%로 제어하여 과충전을 방지하게 된다. 그리고, 충전 2단계 2단 충전 제어 후에 최대충전전류 20%로 충전 2단계 3단 충전제어를 하고, 이후 최대 충전전류 10% 이하로 떨어지게 되면 충전 3단계 부동충전으로 제어하여 부동충전 상태를 유지시킨다.

상기 부동충전전압으로 충전하는 충전 3단계 부동 충전단계(S60)는, 12V 밧데리를 충전하려면 평상시 13.5V로 충전하는데 이것을 부동 충전이라 하며, 이렇게 충전을 해야 12V를 정상적으로 사용할 수 있다. UPS는 전압을 일정하게 하면서 전류를 제한하는 방식이므로 평상시에는 12V당 13.5V로 충전한다. 밧데리 전압 240V ~ 360V일 때 부동충전 전압은 270~405V로 충전하는 것이다.

하지만 정전 등의 경우 밧데리가 방전하여 전압이 낮아진 경우 원하는 전압으로 충전하는데, 이때 전류가 제약된 전류보다 많이 흐르면 전압을 자동으로 낮추어 전류를 설정된 제한 전류로 충전한다. 충전이 시작하면 전류 량이 줄어드는데 부동 충전 전압까지 제한된 전류로 충전하면서 부동 충전을 하게 된다. 부동충전 전압까지 도달하면 그때부터 충전 전류가 줄어들기 시작하는데 충전이 완료되면 전류가 0 이 된다. 이에 대한 전압, 전류에 관한 충전 방식에 대한 관리가 밧데리 수명과 시스템의 안정을 좌우한다.

이와 같이 본 발명은, 밧데리 충전 전압을 3단계 3단 제어를 통해 제어하도록 함으로서, 밧데리의 과충전 및 과방전을 방지하고, 안정적인 수명 유지를 할 수 있도록 제어하며, 밧데리 수의 변동에 능동적으로 대처하여 충전제어를 수행한다. 즉, 밧데리의 수명을 늘리기 위해 급한 충전을 피하며, 사용하는데 지장이 없도록 하기 위하여 본 발명에서는 상기에서 설명한 3단계 3단 충전 방식을 사용하게 된다.

또한 본 발명의 콘트롤러(100)에서는 라인전압(입력전압) 모니터링에 의해 인버터 제어를 하게 되는데, 통상의 정격전압 및 정격 전류 입력 이외에도 라인전압의 주파수가 정격주파수에서 계통이상주파수 밖으로 벗어나게 되면 라인으로는 운전하지 않고 인버터부(30)를 동작시킨다. 라인 입력전압 검출시 계통이상전압의 경계치에서 2% 히스테리시스 전압을 통하여 라인 운전조건의 빈번한 변화를 제거한다. 라인 입력전압이 비정상적인지를 검출하는데 있어 1.5msec 계통전압 시정수를 사용하여 라인 입력전압의 감도를 저감 한다.

10 : 라인 입력부 20 : 정류부
30 : 평활부 40 : 밧데리
50 : DC-DC 쵸퍼부 60 : 인버터부
70 : 인버터 출력부 80 : 바이페스 스위치부
90 : 콘트롤러 91 : 디스플레이 및 콘트롤패널
92 : 정류부 드라이브 93 : DC-DC 드라이브
94 : 인버터 드라이브 95 : 바이패스 스위치 드라이브
101 : 바이패스 전압검출부 102 : 입력전압 검출부
103 : 밧데리 전압 검출부 104 : 입력전류 검출부
105 : 밧데리 전류 검출부 106 : 출력전압 검출부
107 : 출력전류 검출부

Claims

단상 온라인 유피에스 장치에 있어서,
라인 입력부(10)를 통해 단상 교류전원(AC 220V 60Hz)을 입력받아 직류전원으로 정류하는 정류부(20)와;
상기 정류부(20)의 출력전원을 평활부(30)를 통해 평활시켜 입력받아 밧데리 수에 맞는 정격 충전전압으로 직류-직류 변환시켜 밧데리(40)에 충전시키기 위한 DC-DC 쵸퍼부(50)와;
상기 DC-DC 쵸퍼부(50)에 의해 제어되어 충전된 밧데리 전압을 입력받아 교류전압으로 변환하는 인버터부(60)와;
상기 인버터부(60)에서 변환된 교류전원을 필터링하여 출력하기 위한 출력필터부(70)와;
상기 라인입력부(10)로 입력되는 단상 교류전원을 바이패스 시켜 직접 단상 출력단으로 출력하기 위한 제1스위치(SCR1) 및 상기 인버터부(60)에서 출력필터부(70)를 통해 출력되는 전압을 출력단에 출력시키기 위한 제2스위치(SCR2)로 이루어져 바이패스 출력 또는 밧데리 출력을 선택하기 위한 바이패스 스위치부(80)와;
라인입력과, 밧데리 충전, 인버터부의 출력을 감시하면서 UPS기능을 제어하여, 입력전원 이상 또는 정전시 인버터부(60)의 출력이 출력단으로 출력되게 제어하되, 상기 밧데리 수의 변동시 변동된 밧데리 수에 따른 충전 정격전압 및 정격전류를 설정하여 상기 DC-DC쵸퍼부(50)를 제어함과 아울러 상기 인버터부(60)를 제어하여 정상 운전을 유지시키는 콘트롤러(90)를 포함하되,
상기 콘트롤러(90)는,
디스플레이 및 콘트롤패널(91)과, 바이패스 라인의 전압을 검출하는 바이패스 전압 검출부(101)와, 상기 라인입력부(10)의 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부(102)와, 상기 라인 입력부(10)의 전류를 검출하는 입력 전류 검출부(104)와, 상기 밧데리(40)의 충전 전압을 검출하는 밧데리 전압 검출부(103)와, 상기 밧데리(40)의 전류를 검출하는 밧데리 전류검출부(105)와, 상기 출력필터부(70) 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부(106)와, 상기 바이패스 스위치부(80)의 후단의 출력단 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(107)와, 상기 정류부(20)의 정류 제어를 위한 정류기 드라이브(PFC DRV)(92)와, 상기 DC-DC 쵸퍼부(50)를 제어하기 위한 DC-DC 드라이브(DC-DC DRV)(93)와, 상기 인버터부(60)의 스위칭 제어를 위한 인버터 드라이브(INV DRV)(94)와, 상기 바이패스 스위치부(80)의 제1스위치(SCR1)와 제2스위치(SCR2)를 선택적으로 제어하여 경로제어를 하는 스위치 드라이브(ST/SW DRV)(95)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3상-단상 온라인 유피에스 장치.
3상입력 단상출력 온라인 유피에스 장치에 있어서,
3상 4선식 입력을 입력받는 3상 라인입력부(100)와;
상기 3상 라인 입력부(100)로부터 3상 전원을 입력받아 직류전압으로 정류하는 3상 정류부(200)와;
상기 3상 정류부(200) 출력을 평활시키는 평활부(30)와;
밧데리(40)의 수에 따라 정격 전압 및 전류에 맞추어서 상기 3상 정류부(200)에서 출력되어 상기 평활부(30)에서 평활된 직류전압의 레벨을 제어하여 밧데리(40)로의 충전제어를 하기 위한 DC-DC쵸퍼부(50)와;
상기 DC-DC쵸퍼부(50)의 제어에 의해 출력되는 밧데리(40)의 출력을 교류전원으로 변환하는 인버터부(60)와;
상기 인버터부(60)의 출력을 필터링하여 출력하기 위한 출력필터부(70)와;
상기 3상 라인 입력부(100)로부터 임의의 한 상(R상) 라인과, 공통라인(N라인)으로부터 바이패스 전원을 입력받아 출력단으로 선택하기 위한 제1스위치(SCR1) 및 상기 출력필터부(70)의 출력을 선택하기 위한 제2스위치부(SCR2)로 이루어져 바이패스 전원 또는 밧데리 출력전원을 선택하여 출력단으로 출력하기 위한 바이패스 스위치부(80)와;
라인입력과, 밧데리 충전, 인버터부의 출력을 감시하면서 UPS기능을 제어하여, 입력전원 이상 또는 정전시 밧데리(40)의 전원을 인버터부(60)를 통해 교류전원으로 변환되어 출력단으로 출력되게 제어하되, 상기 밧데리(40) 수의 변동시 변동된 밧데리 수에 따른 충전 정격전압 및 정격전류를 설정하여 상기 DC-DC쵸퍼부(50)를 제어함과 아울러 상기 인버터부(60)를 제어하여 정상 운전을 유지시키는 콘트롤러(90)를 포함하여 구성되되,
상기 콘트롤러(90)는,
디스플레이 및 콘트롤패널(91)과, 바이패스 라인의 전압을 검출하는 바이패스 전압 검출부(101)와, 상기 3상 라인입력부(100)의 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부(102)와, 상기 3상 라인 입력부(100)의 전류를 검출하는 입력 전류 검출부(104)와, 상기 밧데리(40)의 충전 전압을 검출하는 밧데리 전압 검출부(103)와, 상기 밧데리(40)의 전류를 검출하는 밧데리 전류검출부(105)와, 상기 출력필터부(70) 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부(106)와, 상기 바이패스 스위치부(80)의 후단의 출력단 전류를 검출하는 출력 전류 검출부(107)와, 상기 3상 정류부(200)의 정류 제어를 위한 정류기 드라이브(PFC DRV)(92)와, 상기 DC-DC 쵸퍼부(50)를 제어하기 위한 DC-DC 드라이브(DC-DC DRV)(93)와, 상기 인버터부(60)의 스위칭 제어를 위한 인버터 드라이브(INV DRV)(94)와, 상기 바이패스 스위치부(80)의 제1스위치(SCR1)와 제2스위치(SCR2)를 선택적으로 제어하여 경로제어를 하는 스위치 드라이브(ST/SW DRV)(95)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 3상-단상 온라인 유피에스 장치.
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단상 또는 3상 입력전원을 단상 정류부 또는 3상 정류부를 통해 정류하여 밧데리에 충전시키고, 콘트롤러에 의해 입력전원을 감시하여 정상 입력시 입력전원을 출력전원으로 바이패스시켜 운전하고, 입력전원 이상 발생시 상기 밧데리의 충전전원을 인버터부를 통해 교류전원으로 변환하여 출력전원으로 출력하도록 제어하는 유피에스의 밧데리 충전제어방법에 있어서,
상기 정류부의 출력을 DC-DC 변환하여 밧데리의 수에 따른 충전 정격전압 및 충전 정격전류를 설정하여 충전을 제어하기 위한 DC-DC 쵸퍼부를 더 포함하여 구성하고, 상기 콘트롤러가, 밧데리의 충전전압 및 충전 전류를 감시하면서 상기 DC-DC쵸퍼부를 통해 제어하여 밧데리의 충전제어를 하되,
유피에스 운전이 시작되면, 밧데리 수에 의거하여 충전 정격 전압 및 충전 정격 전류 설정하고, 충전 정격 전압의 112% 전압을 부동충전 전압으로, 충전 정격 전압의 120% 전압을 균등 충전 전압으로 설정하는 밧데리 수 설정단계(S10)와;
외부전원 정전시 상기 밧데리에 충전된 전압을 인버터부를 통해 출력하여 유피에스 기능을 수행한 후, 외부전원 복귀시 밧데리 충전 제어를 수행하되, 충전 정격 전압에 의해 미리 설정된 공칭충전 전압(충전정격 전압의 100% 전압)이 될 때까지 최대 충전전류(maximum charging current)의 20%로 충전 전류를 제어하면서 밧데리 상태를 정상화 시키는 충전 1단계 충전단계(S20)와;
상기 충전 1단계 충전단계(S20)에서 미리 설정된 일정 시간 동안 충전 전류 20%로의 충전이 안정적으로 지속되면, 상기 균등충전전압(충전정격 전압의 120% 전압)까지 최대충전전류의 100%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 1단 충전단계(S30)와;
상기 충전 2단계 1단 충전단계(S30)에서 균등충전전압까지 충전이 이루어진후 충전전류가 감소되어 최대충전전류의 80% 이하가 되면, 상기 균등충전전압으로최대충전전류의 40%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 2단 충전단계(S40)와;
상기 충전 2단계 2단 충전단계(S40)에서 균등충전전압으로 충전이 이루어진후, 충전전류가 감소되기 시작하여 전단(최대충전전류의 40%)의 80%이하가 되면, 상기 균등충전전압으로 최대충전전류의 20%로 충전전류를 제어하여 충전시키는 충전 2단계 3단 충전단계(S50)와;
상기 충전 2단계 3단 충전단계(S50)에서 균등충전전압으로 충전이 이루어진 후, 충전전류가 감소되기 시작하여 최대 충전전류의 10% 이하가 되면, 상기 균등충전전압에서 부동충전전압으로 충전을 제어하는 충전 3단계 부동충전단계(S60)를 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 유피에스 장치의 밧데리 충전제어방법.