KR100992587B1 - Rectifier circuit using super capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로에 관한 것이다.The present invention relates to a rectifying circuit using a supercapacitor.
일반적으로 교류를 직류로 하기 위한 정류회로는 평활용 캐패시터를 사용하여 정류하는 방식을 주로 사용한다. 정류회로는 단상 반파나 단상 전파정류회로, 삼상 전파정류회로 등으로 구분되며, 다이오드나 SCR 등의 반도체 소자로 교류를 직류로 정류하여 출력한다.In general, the rectifier circuit for alternating current to direct current is mainly used to rectify using a smoothing capacitor. The rectifier circuit is classified into single phase half wave, single phase full wave rectifier circuit, three phase full wave rectifier circuit, etc., and rectifies and outputs alternating current by direct current with a semiconductor device such as diode or SCR.
도 1과 도 2는 일반적인 단상 전파정류회로와 삼상 전파정류회로를 각각 나타낸 도면이다.1 and 2 are views illustrating a general single-phase full-wave rectifying circuit and a three-phase full-wave rectifying circuit, respectively.
도시된 바와 같이, 단상 전파정류회로와 삼상 전파정류회로 모두 브리지 다이오드(BD1)(BD2)의 출력단에 100 내지 10,000μF(마이크로 패러드)의 정전용량을 가진 평활용 캐패시터(C1)(C2)가 병렬로 접속되어 있다.As shown, both the single-phase full-wave rectifying circuit and the three-phase full-wave rectifying circuit have a smoothing capacitor C1 (C2) having a capacitance of 100 to 10,000 μF (microfarad) at the output terminal of the bridge diode BD1 (BD2). It is connected in parallel.
이때 평활용 캐패시터(C1)(C2)는 단순히 정류회로의 필터링 기능만을 수행하는 정도의 구성이기 때문에 입력 정전이나 순간전압강하(sag)가 발생되면 이에 대한 보상이 이루어지지 않는다.In this case, since the smoothing capacitor C1 and C2 are simply configured to perform only a filtering function of the rectifier circuit, the smoothing capacitor C1 and C2 are not compensated for when an input power failure or a sag occurs.
따라서 상술한 바와 같이 구성된 종래의 정류회로에 입력 정전이나 순간전압강하 등이 발생하는 경우, 서버 컴퓨터 등과 같은 각종 제어기기의 에러나 데이터 손실이 발생되었다.Therefore, when an input power failure or an instantaneous voltage drop occurs in the conventional rectifier circuit configured as described above, an error or data loss of various controllers such as a server computer occurs.
이러한 문제점을 감안하여 종래에는 UPS(uninterrupted power supply)를 사용하여 입력 정전이나 순간전압강하에 대비하고 있지만, 별도의 독립 장비인 UPS를 사용하여야 하는 불편함이 있었으며, UPS가 통상적으로 배터리로 구성되어 있어 응답속도가 느린 문제점이 있었다.In view of these problems, conventionally, the UPS (uninterrupted power supply) is used to prepare for an input power failure or an instantaneous voltage drop, but there is an inconvenience of using a separate independent UPS, and the UPS is usually composed of a battery. There was a problem with a slow response.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록, 고용량의 수퍼캐패시터를 사용하여 순간적인 정전이나 순간전압강하시 무정전 보상이 가능하도록 하는 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rectifying circuit using a supercapacitor that enables uninterruptible compensation during instantaneous power failure or instantaneous voltage drop by using a high capacity supercapacitor to solve the above problems.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로는, 입력 교류전압을 직류전압으로 변환하여 출력하는 브리지 다이오드와, 브리지 다이오드의 출력측에 연결되어 왜율, 리플감소의 역할을 수행하며, 입력 전원의 순간 정전 또는 순간전압강하 발생시 충전된 전하를 수 초간 출력하여 정전 보상을 수행하는 수퍼캐패시터와, 브리지 다이오드와 수퍼캐패시터 사이에 연결되며, 수퍼캐패시터의 초기 충전시 브리지 다이오드에서 변환된 직류전압에 의해 수퍼캐패시터에 충전되는 전류크기를 제한하고 피크전류를 감소시키는 초기 충전제한 및 피크전류 감소부, 그리고 순간 정전이나 순간전압강하에 의해 수퍼캐패시터의 정전 보상이 이루어진 이후 복전되어 수퍼캐패시터에 충전이 수행되면 수퍼캐패시터에 충전되는 전하량을 확인하고, 수퍼캐패시터의 충전 전하량이 기 설정된 기준 전하량 미만이면 초기 충전제한 및 피크전류 감소부의 구동을 제어하며, 수퍼캐패시터의 충전 전하량이 기 설정된 기준 전하량을 초과하면 수퍼캐패시터의 만 충전이 수행될 때까지 초기 충전제한 및 피크전류 감소부의 구동을 차단하는 제어부를 포함할 수 있다.The rectifier circuit using the supercapacitor according to the present invention for achieving the above object is connected to the output of the bridge diode and converts the input AC voltage to a direct current voltage, and performs the role of distortion and ripple reduction, Connected between the supercapacitor and the bridge diode and the supercapacitor to output the charged charge for a few seconds in case of power failure or voltage drop of the input power, and the bridge diode and the supercapacitor, and the DC voltage converted from the bridge diode during the initial charge of the supercapacitor. The initial charge limit and peak current reduction unit that limits the current size charged in the supercapacitor and reduces the peak current, and after the power failure compensation of the supercapacitor by the instantaneous power failure or voltage drop, the power is restored to charge the supercapacitor. The charge that is charged to the supercapacitor when performed If the charge amount of the supercapacitor is less than the preset reference charge amount, the initial charge limit and the peak current reduction unit are controlled. If the charge amount of the supercapacitor exceeds the preset reference charge amount, only the supercapacitor is charged. It may include a control unit to block the operation of the initial charge limit and the peak current reducing unit until the.
이때 상술한 수퍼캐패시터는, 50 내지 100 패러드(Farad)의 정전용량을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다.At this time, the above-mentioned supercapacitor is preferably configured to have a capacitance of 50 to 100 Farad.
또한, 상술한 제어부에 기 설정된 기준 전하량은, 수퍼캐패시터 용량의 20 프로로 설정되는 것이 바람직하다.In addition, the reference charge amount preset in the above-described control unit is preferably set to 20 pro of the capacitor capacity of the supercapacitor.
또한, 상술한 초기 충전제한 및 피크전류 감소부는, 제어부의 제어신호에 따라 수퍼캐패시터에 충전된 전하량이 기 설정된 기준 전하량 미만일 경우 스위칭되는 스위치, 그리고 브리지 다이오드에서 변환된 직류전원의 초기 전류크기를 제한하고 피크전류를 감소시켜 출력하는 코일 및 저항을 포함하며, 스위치, 코일, 저항은 각각 병렬로 연결하여 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the initial charge limit and the peak current reduction unit described above limits the initial current size of the switch that is switched when the amount of charge charged in the supercapacitor is less than the preset reference charge amount according to the control signal of the controller, and the DC power converted by the bridge diode. And a coil and a resistor for outputting by reducing the peak current, and the switches, the coils, and the resistors are preferably connected in parallel.
이상에서와 같이 본 발명의 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로에 따르면, 고용량의 수퍼캐패시터를 사용하여 순간적인 정전이나 순간전압강하시 무정전 보상을 수행하기 때문에 종래의 UPS와 같은 독립적인 장비를 사용하지 않고도 정전 보상이 가능하며, 본 발명의 정류회로를 채용한 파워 서플라이나 인버터를 사용하는 경우 무정전 기능을 수행하는 제품을 구성할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the rectifying circuit using the supercapacitor of the present invention, the uninterruptible compensation is performed by using a high capacity supercapacitor during instantaneous interruption or voltage drop, so that the power failure is not performed without using an independent equipment such as a conventional UPS. Compensation is possible, and when a power supply or inverter employing the rectifier circuit of the present invention is used, there is an effect of configuring a product that performs an uninterruptible function.
도 1과 도 2는 일반적인 단상 전파정류회로와 삼상 전파정류회로를 각각 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도이다.1 and 2 are views illustrating a general single-phase full-wave rectifying circuit and a three-phase full-wave rectifying circuit, respectively.
3 is a circuit diagram schematically illustrating a configuration of a rectifying circuit using a supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a rectifier circuit using the supercapacitor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of a rectifying circuit using a supercapacitor according to the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명의 정류회로는, 브리지 다이오드(10), 수퍼캐패시터(20), 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30), 제어부(40) 등으로 구성된다.As shown in the drawing, the rectifier circuit of the present invention includes a
브리지 다이오드(10)는 입력 교류전압을 직류전압으로 변환하여 후단으로 출력한다.The
수퍼캐패시터(20)는 브리지 다이오드(10)의 출력측에 연결되어 왜율, 리플감소의 역할을 수행하며, 입력 전원의 순간 정전 또는 순간전압강하 발생시 충전된 전하를 수 초간(예를 들어, 0.5초에서 1초 정도의 보상이 가능하도록 구성) 출력하여 정전 보상을 수행한다.The
이때 상술한 수퍼캐패시터(20)는, 울트라(ultra) 캐패시터, 고용량 캐패시터로도 불리우며, 50 내지 100F의 정전용량을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 50 내지 100F의 정전용량은 대략 6800μF 정도의 정전용량을 가진 기존의 정류회로에서 사용하는 캐패시터의 15,000배 정도가 된다.At this time, the above-mentioned
초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30)는 브리지 다이오드(10)와 수퍼캐패시터(20) 사이에 연결되며, 수퍼캐패시터(20)의 초기 충전시 브리지 다이오드(10)에서 변환된 직류전압에 의해 수퍼캐패시터(20)에 충전되는 전류크기를 제한하고 피크전류를 감소시킨다.The initial charge limit and peak
제어부(40)는 순간 정전이나 순간전압강하에 의해 수퍼캐패시터(20)의 정전 보상이 이루어진 이후 복전되어 수퍼캐패시터(20)에 충전이 수행되면 수퍼캐패시터(20)에 충전되는 전하량을 확인하고, 수퍼캐패시터(20)의 충전 전하량이 기 설정된 기준 전하량 미만이면 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30)의 구동을 제어하며, 수퍼캐패시터(20)의 충전 전하량이 기 설정된 기준 전하량을 초과하면 수퍼캐패시터(20)의 만 충전이 수행될 때까지 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30)의 구동을 차단한다.The
이때 제어부(40)에 기 설정된 기준 전하량은 수퍼캐패시터(20) 용량의 20 프로로 설정하는 것이 가장 바람직하지만, 사용 환경에 따라 임의로 변경될 수 있음은 물론이다.In this case, the reference charge amount preset in the
한편, 상술한 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30)는, 제어부(40)의 제어신호에 따라 수퍼캐패시터(20)에 충전된 전하량이 기 설정된 기준 전하량 미만일 경우 스위칭되는 스위치(SW)와, 브리지 다이오드(10)에서 변환된 직류전원의 초기 전류크기를 제한하고 피크전류를 감소시켜 출력하는 코일(L) 및 저항(R)을 포함하며, 스위치(SW), 코일(L), 저항(R)은 각각 병렬로 연결되어 있다.On the other hand, the above-described initial charge limit and peak
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로의 동작과정을 설명한다.Next, an operation process of the rectifier circuit using the supercapacitor according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above will be described.
우선, 외부로부터 입력되는 교류전압은 브리지 다이오드(10)를 통해 직류전압으로 변환되고, 브리지 다이오드(10)를 통해 변환된 직류전압에 의해 수퍼캐패시터(20)가 충전된다.First, an AC voltage input from the outside is converted into a DC voltage through the
이때 수퍼캐패시터(20)의 정전용량은 기존의 정류회로의 캐패시터의 용량보다 대략 15,000배 정도 크기 때문에 최초 충전시(예를 들어, 정류회로를 최초로 구동하는 경우, 또는 순간 정전이나 순간전압강하에 따른 정전 보상 이후 복전되는 경우)에 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30)의 회로 구성을 통해 초기 전류제한 및 피크전류 감소를 수행하지 않는 경우 소자의 파손 등이 발생될 수 있다.At this time, since the capacitance of the
이를 위하여 제어부(40)는 수퍼캐패시터(20)에 충전되는 전하량을 확인하고, 확인 결과 수퍼캐패시터(20)의 충전 전하량이 기 설정된 기준 전하량인 20 프로 미만(이때 20 프로의 수치는 본 발명의 실시예에서 적용되는 수치이며, 사용 환경이나 회로 설계에 따라 변경될 수 있음)이면 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30)의 스위치(SW)의 구동을 제어하여, 코일(L) 및 저항(R)을 통해 브리지 다이오드(10)에서 변환된 직류전원의 초기 전류크기를 제한하고 피크전류를 감소시켜 수퍼캐패시터(20)로 출력하도록 한다.To this end, the
그리고 제어부(40)는 수퍼캐패시터(20)의 충전 전하량이 기 설정된 기준 전하량인 20 프로를 초과하면 수퍼캐패시터(20)의 만 충전이 수행될 때까지 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30)의 스위치(SW)를 오프시켜 외부 입력 교류전원을 통해 전원이 수퍼캐패시터(20)를 충전하도록 한다.If the charge amount of the
이처럼 수퍼캐패시터(20)가 충전된 이후, 순간적인 정전이나 순간전압강하가 발생되면, 수퍼캐패시터(20)에 충전된 전하가 후단으로 출력되어 정전을 보상하며, 이후 순간적인 정전이나 순간전압강하가 해소된 이후 다시 전원이 인가되면 상술한 설명에서와 같이 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30)를 통해 수퍼캐패시터(20)의 충전이 다시 수행된다.After the
이에 따라 본 발명은 정류회로 내의 초기 충전제한 및 피크전류 감소부(30) 및 수퍼캐패시터(30)의 회로 구성만으로도 1초 미만 정도의 순간적인 정전이나 순간전압강하시 보상이 가능해지며, 본 발명의 정류회로를 채용하는 제품의 경우 UPS와 같은 별도의 독립적인 장비를 사용하지 않고도 무정전 기능을 수행할 수 있게 된다.Accordingly, the present invention can compensate for the instantaneous power failure or voltage drop of less than 1 second only by the circuit configuration of the initial charge limit and the peak
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Herein, while the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art will variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. And can be changed.
10 : 브리지 다이오드
20 : 수퍼캐패시터
30 : 초기 충전제한 및 피크전류 감소부
40 : 제어부
SW : 스위치
L : 코일
R : 저항
D : 다이오드10: bridge diode
20: Supercapacitor
30: initial charge limit and peak current reduction unit
40: control unit
SW: switch
L: coil
R: resistance
D: Diode
Claims (4)
상기 브리지 다이오드의 출력측에 연결되어 왜율, 리플감소의 역할을 수행하며, 입력 전원의 순간 정전 또는 순간전압강하 발생시 충전된 전하를 수 초간 출력하여 정전 보상을 수행하는 수퍼캐패시터,
상기 브리지 다이오드와 상기 수퍼캐패시터 사이에 연결되며, 상기 수퍼캐패시터의 초기 충전시 상기 브리지 다이오드에서 변환된 직류전압에 의해 상기 수퍼캐패시터에 충전되는 전류크기를 제한하고 피크전류를 감소시키는 초기 충전제한 및 피크전류 감소부, 그리고
순간 정전이나 순간전압강하에 의해 상기 수퍼캐패시터의 정전 보상이 이루어진 이후 복전되어 상기 수퍼캐패시터에 충전이 수행되면 상기 수퍼캐패시터에 충전되는 전하량을 확인하고, 상기 수퍼캐패시터의 충전 전하량이 기 설정된 기준 전하량 미만이면 상기 초기 충전제한 및 피크전류 감소부의 구동을 제어하며, 상기 수퍼캐패시터의 충전 전하량이 기 설정된 기준 전하량을 초과하면 상기 수퍼캐패시터의 만 충전이 수행될 때까지 상기 초기 충전제한 및 피크전류 감소부의 구동을 차단하는 제어부를 포함하며,
상기 초기 충전제한 및 피크전류 감소부는,
상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 수퍼캐패시터에 충전된 전하량이 기 설정된 기준 전하량 미만일 경우 스위칭되는 스위치, 그리고
상기 브리지 다이오드에서 변환된 직류전원의 초기 전류크기를 제한하고 피크전류를 감소시켜 출력하는 코일 및 저항으로 구성되며,
상기 스위치, 코일, 저항은 각각 병렬로 연결된 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로.Bridge diode converting input AC voltage into DC voltage and outputting
A supercapacitor connected to an output side of the bridge diode to perform distortion and ripple reduction, and outputting a charged charge for a few seconds in case of an instantaneous power failure or an instantaneous voltage drop of an input power supply, to perform an electrostatic compensation;
An initial charge limit and peak connected between the bridge diode and the supercapacitor and limiting the current amount charged in the supercapacitor by the DC voltage converted in the bridge diode during initial charging of the supercapacitor and reducing the peak current. A current reducing unit, and
When the supercapacitor compensates for the supercapacitor due to a momentary power failure or a voltage drop, when the charge is performed on the supercapacitor, the charge amount of the supercapacitor is checked, and the charge amount of the supercapacitor is less than a predetermined reference charge The controller controls the initial charge limit and the peak current reducing unit. When the charge amount of the supercapacitor exceeds a predetermined reference charge, the initial charge limit and peak current reducer are driven until only the supercapacitor is charged. It includes a control unit for blocking,
The initial charge limit and peak current reduction unit,
A switch switched when the amount of charge charged in the supercapacitor is less than a predetermined reference amount according to a control signal of the controller, and
Consists of a coil and a resistor that limits the initial current size of the DC power converted by the bridge diode and reduces the peak current to output,
The switch, the coil, the resistor is a rectifier circuit using a supercapacitor connected in parallel, respectively.
상기 수퍼캐패시터는,
50 내지 100 패러드(Farad)의 정전용량을 갖는 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로.The method of claim 1,
The supercapacitor,
Rectification circuit using a supercapacitor having a capacitance of 50 to 100 Farad.
상기 제어부에 기 설정된 기준 전하량은,
상기 수퍼캐패시터 용량의 20 프로로 설정되는 수퍼캐패시터를 이용한 정류회로.The method of claim 1,
The reference charge amount preset in the controller is,
And a rectifier circuit using the supercapacitor set to 20 pro of the supercapacitor capacity.
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