KR101587830B1 - 바이폴라 입력을 갖는 비절연형 충전기 - Google Patents

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Abstract

포지티브 DC 버스, 뉴트럴 DC 버스, 및 네거티브 DC 버스를 갖는 무정전 전원 장치에 대한 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 무정전 전원 장치는 인덕터, 제 1 충전기 출력부, 및 제 2 충전기 출력부를 갖는 배터리 충전기 회로를 포함한다. 상기 인턱터의 제 1 단에 접속된 제 1 스위치는 상기 포지티브 DC 버스와 상기 제 1 충전기 출력부를 접속하도록 구성된다. 상기 인턱터의 제 2 단에 접속된 제 2 스위치는 상기 네거티브 DC 버스와 상기 인덕터를 접속하도록 구성된다. 상기 뉴트럴 DC 버스는 상기 제 2 충전기 출력부에 접속될 수 있다. 상기 배터리 충전기 회로는 상기 포지티브 DC 버스 및 상기 네거티브 DC 버스 중 하나 이상으로부터 전력을 인출해서 상기 제 1 충전기 출력부 및 상기 제 2 충전기 출력부에 접속된 배터리를 충전하도록 구성될 수 있다.

Description

바이폴라 입력을 갖는 비절연형 충전기{NON-ISOLATED CHARGER WITH BI-POLAR INPUTS}
본 발명의 실시형태는 일반적으로 무정전 전원 장치 배터리를 충전하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 하나 이상의 실시형태는 바이폴라 입력을 갖는 비절연형 충전기에 관한 것이다.
무정전 전원 장치(UPS)는 많은 다른 유형의 전자 기기에 신뢰성이 높은 전력을 제공하기 위해 사용된다. 종종, 전자 기기는 UPS로부터 특정 전압 및/또는 전류 입력을 필요로 한다. UPS 전력 출력에 있어서 의도하지 않은 변동이 전기 기기를 손상시킬 수 있고, 생산성 손실을 초래하고 전기적 구성요소의 값비싼 수리 또는 교체를 요구할 수 있다.
도 1은 부하(140)에 조절된 전력뿐만 아니라 백업 전력을 제공하는 전형적인 온라인 UPS(100)의 블록도를 제공한다. 도 1에 나타낸 바와 유사한 UPS는 미국 로드 아일랜드 웨스트 킹스톤에 소재한 어메리칸 파워 컨버젼(APC) 코포레이션으로부터 입수가능한 것이다. UPS(100)는 정류기/부스트 컨버터(110), 인버터(120), 컨트롤러(130), 배터리(150) 및 절연 변압기 충전기(160)를 포함한다. UPS는 입력 AC 전력원의 선 및 뉴트럴(neutral)에 각각 접속하기 위한 입력(112 및 114)을 갖고, 부하(140)에 출력선 및 뉴트럴을 제공하기 위한 출력(116 및 118)을 갖는다.
라인 모드의 동작에 있어서 컨트롤러(130)의 제어 하에 정류기(110)는 입력 AC 전압을 수신하고 공통선(124)에 대하여 출력선(121 및 122)에서 포지티브 및 네거티브 출력 DC 전압을 제공한다. 절연 변압기 충전기(160)는 절연 변압기를 이용하여 배터리(150)를 충전하기 위해 채용될 수 있다. 배터리 모드의 동작에 있어서 입력 AC 전력의 손실에 의하여 정류기(110)는 배터리(150)로부터 DC 전압을 생성한다. 공통선(124)은 UPS(100)를 통하여 연속 뉴트럴을 제공하기 위해 입력 뉴트럴(114) 및 출력 뉴트럴(118)에 접속될 수 있다. 인버터(120)는 정류기(110)로부터 DC 전압을 수신하여 선(116 및 118)에서 출력 AC 전압을 제공한다.
UPS 배터리를 충전하기 위한 기존 방식은 값비싼 비교적 큰 절연 변압기를 포함하는 절연 하프 브릿지 토폴로지를 채용하고, 복수의 고속 연관 구성요소를 필요로 하며, 플럭스 불균형으로 인해 포화 상태가 되어 반도체 소자 고장을 야기할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 형태는 포지티브 DC 버스, 뉴트럴 DC 버스, 및 네거티브 DC 버스를 갖는 무정전 전원 장치에 관한 것이다. 상기 무정전 전원 장치는 인덕터, 제 1 충전기 출력부, 및 제 2 충전기 출력부를 갖는 배터리 충전기 회로를 포함한다. 상기 인턱터의 제 1 단에 접속된 제 1 스위치는 상기 포지티브 DC 버스와 상기 제 1 충전기 출력부를 접속하도록 구성된다. 상기 인턱터의 제 2 단에 접속된 제 2 스위치는 상기 네거티브 DC 버스와 상기 인덕터를 접속하도록 구성된다. 상기 뉴트럴 DC 버스는 상기 제 2 충전기 출력부에 접속될 수 있다. 상기 배터리 충전기 회로는 상기 포지티브 DC 버스 및 상기 네거티브 DC 버스 중 하나 이상으로부터 전력을 인출해서 상기 제 1 충전기 출력부 및 상기 제 2 충전기 출력부에 접속된 배터리를 충전하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 다른 형태는 포지티브 DC 버스, 뉴트럴 DC 버스, 및 네거티브 DC 버스를 갖는 무정전 전원 장치의 배터리를 충전하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 배터리 충전기 회로의 제 1 충전기 출력부와 상기 포지티브 DC 버스, 및 상기 배터리 충전기 회로의 인덕터와 상기 네거티브 DC 버스 중 하나 이상을 접속한다. 상기 방법은 배터리 충전기 회로의 제 2 충전기 출력부와 뉴트럴 DC 버스를 접속하고, 상기 포지티브 DC 버스 및 상기 네거티브 DC 버스 중 하나 이상으로부터 상기 인덕터를 통하여 상기 배터리로 전류를 인가한다.
본 발명의 하나 이상의 다른 형태는 포지티브 DC 버스, 뉴트럴 DC 버스, 및 네거티브 DC 버스를 갖는 무정전 전원 장치에 관한 것이다. 상기 무정전 전원 장치는 인덕터, 제 1 충전기 출력부, 및 제 2 충전기 출력부를 갖는 배터리 충전기 회로를 포함한다. 상기 무정전 전원 장치는 상기 제 1 충전기 출력부와 상기 포지티브 DC 버스, 및 상기 인덕터와 상기 네거티브 DC 버스를 선택적으로 접속하는 수단을 포함한다. 상기 제 2 충전기 출력부는 상기 뉴트럴 DC 버스에 접속될 수 있다. 상기 배터리 충전기 회로는 상기 포지티브 DC 버스 및 상기 뉴트럴 DC 버스 중 하나 이상으로부터 인덕터를 통하여 전류를 통과시켜서 배터리를 충전하도록 구성될 수 있다.
그러한 형태의 각종 실시형태는 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 일치하여 스위칭하도록 구성된 제어 모듈을 포함할 수 있다. 상기 제어 모듈은 상기 제 1 스위치에 지시해서 제 1 기간 동안에 상기 포지티브 DC 버스와 상기 제 1 충전기 출력부를 반복적으로 접속 및 차단할 수 있다. 상기 제어 모듈은 상기 제 2 스위치에 지시해서 제 2 기간 동안에 상기 네거티브 DC 버스와 상기 인덕터를 반복적으로 접속 및 차단하도록 구성될 수 있다.
각종 실시형태에 있어서, 상기 제 1 스위치는 제 1 연속 기간 동안에 상기 포지티브 DC 버스로부터 간헐적으로 전류를 통과시키도록 구성될 수 있고, 상기 제 2 스위치는 제 2 연속 기간 동안에 상기 뉴트럴 DC 버스로부터 간헐적으로 전류를 통과시키도록 구성될 수 있다. 상기 제 1 기간과 상기 제 2 기간은 적어도 부분적으로 오버랩될 수 있다. 상기 배터리 충전기 회로는 상기 포지티브 DC 버스 및 상기 네거티브 DC 버스로부터 동시에 전류를 수신하도록 구성될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 상기 포지티브 DC 버스, 상기 뉴트럴 DC 버스, 및 상기 네거티브 DC 버스 중 하나 이상에 DC 전력원이 접속될 수 있다.
상기 무정전 전원 장치는 상위 전류 역치와 하위 전류 역치를 생성하고, 상기 상위 전류 역치와 상기 하위 전류 역치 사이의 값으로 상기 인덕터의 인덕터 전류를 제어하도록 구성된 제어 모듈을 포함할 수 있다. 상기 제어 모듈은 상기 상위 전류 역치 미만으로 인덕터 전류를 드라이빙하기 위해 제 1 펄스 폭 변조 제어 신호 듀티 사이클을 조정할 수 있고, 상기 제어 모듈은 상기 하위 전류 역치 초과로 인덕터 전류를 드라이빙하기 위해 제 2 펄스 폭 변조 제어 신호 듀티 사이클을 조정할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 상기 배터리 충전기 회로는 변압기 및 저항기를 포함할 수 있고, 상기 제어 모듈은 상기 인덕터 전류값을 결정하기 위해 변압기 전압 및 저항기 전압 중 하나 이상을 샘플링하도록 구성될 수 있다.
여기서 개시된 시스템 및 방법의 다른 형태 및 이점이 예로서만 본 발명의 원리를 도시한 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
첨부 도면은 일정한 비례로 도시되도록 의도되지 않았다. 도면에 있어서, 여러 도면에서 나타내어지는 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호에 의해 지시된다. 명료함을 위해서 모든 도면 구성요소가 모든 도면에서 라벨링되지는 않을 수도 있다.
도 1은 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치를 나타내는 기능 블록도이다.
도 2는 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로를 나타내는 기능 블록도이다.
도 3은 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로를 나타내는 기능 블록도이다.
도 4는 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로를 나타내는 기능 블록도이다.
도 5는 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로를 나타내는 기능 블록도이다.
도 6은 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로를 나타내는 기능 블록도이다.
도 7은 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리를 충전하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 그 적용에 있어서 이하의 설명에 인용되거나 도면에 도시된 구성의 상세 및 구성요소의 배치에 한정되지 않는다. 본 발명은 다른 실시형태일 수 있고, 다양한 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 여기에 사용된 표현 및 용어는 설명을 위한 것이고, 한정으로 간주되지 않아야 한다. 여기서, "포함하다", "구비한다", "갖는다", "내포한다", "수반하다" 및 그 변형 등의 사용은 열거된 항목, 그 동등물뿐만 아니라 추가적 항목을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태는 예를 들면, 도 1의 무정전 전원 장치에 있어서 개선된 배터리로의 전력 분배를 제공한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 무정전 전원 장치에 있어서의 사용에 한정되지 않고, 일반적으로 다른 전원 공급 장치 또는 다른 시스템과 함께 사용될 수 있다.
예시를 위해 도면에 나타내어진 바와 같이, 본 발명은 포지티브 DC 버스, 뉴트럴 DC 버스, 및 네거티브 DC 버스를 갖는 무정전 전원 장치의 배터리를 충전하는 시스템 및 방법으로 실시될 수 있다. 그러한 시스템 및 방법은 배터리 충전기 회로의 제 1 충전기 출력부와 포지티브 DC 버스, 및 배터리 충전기 회로의 인덕터와 네거티브 DC 버스 중 하나 이상을 선택적으로 접속할 수 있다. 그러한 시스템 및 방법은 배터리 충전기 회로의 제 2 충전기 출력부와 뉴트럴 버스를 접속할 수 있고, 배터리 충전기 회로를 통하여 포지티브 및 네거티브 버스 중 하나 이상으로부터 배터리로 전력을 인가할 수 있다. 여기서 기재된 시스템 및 방법의 실시형태는 상위 역치와 하위 역치 사이에서 배터리 충전기 회로 인덕터 전류를 유지하도록 복수의 제어 신호 듀티 사이클 중 하나 이상을 조절할 수 있다.
도 2는 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로(200)를 나타내는 기능 블록도이다. 일반적으로, 배터리 충전기 회로(200)는 적어도 포지티브 DC 버스(205), 뉴트럴 DC 버스(210), 및 네거티브 DC 버스(215)를 포함한다. 일반적으로, 이러한 버스선은 전기적인 구성요소 사이에서 전력을 전송 또는 공유한다. 일실시형태에 있어서, 포지티브 DC 버스(205)는 +400V 버스선을 포함하고, 뉴트럴 DC 버스(210)는 0V 버스선을 포함하며, 네거티브 DC 버스(215)는 -400V 버스선을 포함한다. 버스선(205, 210 및 215)은 전기적인 구성요소 사이에서 인터페이스로서 작용할 수 있다. 예를 들면, 포지티브 DC 버스(205), 뉴트럴 DC 버스(210), 및 네거티브 DC 버스(215) 각각은 무정전 전원 장치(도 2에서 도시되지 않음)와 배터리 충전기 회로(200)를 접속할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 배터리 충전기 회로(200)는 무정전 전원 장치 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 버스선(205, 210 및 215)은 무정전 전원 장치 정류기의 포지티브 및 네거티브 주선(main line)과 뉴트럴선을 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 포지티브 DC 버스(205), 뉴트럴 DC 버스(210), 및 네거티브 DC 버스(215)는 무정전 전원 장치의 전력원과 결합될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 포지티브 DC 버스(205) 및 뉴트럴 DC 버스(210)는 1개 이상의 제 1 캐패시터(220)의 대향 측에 접속한다. 일실시형태에 있어서, 제 1 캐패시터(220)는 무정전 전원 장치 정류기 등의 전압원과 결합될 수 있다. 제 1 캐패시터(220)는 무정전 전원 장치로의 입력 전압과 직접적으로, 또는 중개의 전기적인 소자를 거쳐서 결합될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 1 캐패시터(220)의 포지티브 충전측은 포지티브 DC 버스(205)에 접속될 수 있고, 제 1 캐패시터(220)의 네거티브 충전측은 뉴트럴 DC 버스(210)에 접속될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 1 캐패시터(220)는 무정전 전원 장치 정류기의 포지티브 주선과 뉴트럴선 사이에 위치될 수 있다.
또한, 배터리 충전기 회로(200)는 일실시형태에 있어서 뉴트럴 DC 버스(210)와 네거티브 DC 버스(215)를 접속하는 1개 이상의 캐패시터(225)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 2 캐패시터(225)는 전압원과 결합될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 2 캐패시터(225)의 포지티브 충전측은 뉴트럴 버스(210)에 접속될 수 있고, 제 2 캐패시터(225)의 네거티브 충전측은 네거티브 버스(215)에 접속될 수 있고, 일실시형태에 있어서, 제 2 캐패시터(220)는 무정전 전원 장치 정류기의 뉴트럴선 및 네거티브 주선 사이에 위치될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 1 캐패시터(220) 및 제 2 캐패시터(225) 중 어느 하나 또는 모두는 무정전 전원 장치 정류기 내에 포함될 수 있다.
또한, 배터리 충전기 회로(200)는 1개 이상의 제 1 스위치(230)를 포함할 수 있다. 제 1 스위치(230)는 일반적으로 회로에서 접속을 이루거나 해제할 수 있는 전기적 또는 기계적 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 스위치(230)는 1개 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230)는 다른 유형의 트랜지스터(예를 들면 바이폴라 접합, 금속 산화 반도체 전계 효과 트랜지스터 등이 사용될 수 있다)도 있지만, 1개 이상의 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함한다. 일실시형태에 있어서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 다이오드(235)는 배터리 충전기 회로(200)의 분리 소자일 수 있다. 배터리 충전기 회로(200)의 구성요소의 전압 정격(rating)은 변할 수 있다. 예를 들면, 캐패시터(220) 및 캐패시터(225)가 각각 400V로 변하고 캐패시터(255)가 200V로 변하면 캐패시터(220 및 225) 각각은 450V의 정격을 가질 수 있다. 이러한 예시적인 실시형태에 있어서, 스위치(230) 및 다이오드(235)는 각각 600V의 정격을 가질 수 있고, 스위치(240) 및 다이오드(245)는 800V의 정격을 가질 수 있으며, 캐패시터(255)는 250V의 정격을 가질 수 있다.
제 1 스위치(230)는 개방 상태 및 폐쇄 상태 중 하나로 동작할 수 있고, 일반적으로 제 1 스위치(230)는 그 2개의 상태 사이에서 이행될 수 있다. 개방 상태는 일반적으로 제 1 스위치(230) 양단에 동작되지 않는 회로 접속을 포함하고(예를 들면, 개방 회로), 폐쇄 상태는 일반적으로 제 1 스위치(230) 양단에 동작되는 회로 접속을 포함하여(예를 들면, 폐쇄 회로) 제 1 스위치(230)의 한쪽의 소자가 제 1 스위치(230)의 다른 쪽의 소자에 전기적으로 접속될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230)가 폐쇄되면 배터리 충전기 회로(200)를 통하여 포지티브 DC 버스(205)로부터 전류가 흐를 수 있다. 예를 들면, 제 1 스위치(230)가 폐쇄 위치에 있으면 배터리 충전기 회로(200)는 포지티브 DC 회로(205)로부터 전류가 제공될 수 있도록 포지티브 DC 버스(205)와 뉴트럴 DC 버스(210)를 접속하는 폐쇄 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230)가 개방 위치에 있으면 배터리 충전기 회로(200)는 포지티브 DC 버스(205)와 뉴트럴 DC 버스(210)가 접속되지 않도록 개방 회로를 포함할 수 있다. 제 1 스위치(230)가 개방된 실시형태에 있어서 포지티브 DC 버스(205)로부터 전류는 인출되지 않는다.
또한, 배터리 충전기 회로(200)는 1개 이상의 제 2 스위치(240)를 포함할 수 있다. 제 2 스위치(240)는 1개 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 제 2 스위치(240)는 개방 상태 및 폐쇄 상태 중 하나로 동작할 수 있고, 일반적으로 그 2개의 상태 사이에서 이행될 수 있다. 개방 상태는 일반적으로 제 2 스위치(240) 양단에 동작되지 않는 회로 접속을 포함하고, 폐쇄 상태는 일반적으로 제 2 스위치(240) 양단에 동작되는 회로 접속을 포함하여 제 2 스위치(240)의 한쪽의 소자가 제 2 스위치(240)의 다른 쪽의 소자에 전기적으로 접속될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 제 2 스위치(240)가 폐쇄되면 배터리 충전기 회로(200)를 통하여 뉴트럴 DC 버스(210)로부터 전류가 흐를 수 있다. 예를 들면, 제 2 스위치(240)가 폐쇄 위치에 있으면 배터리 충전기 회로(200)는 뉴트럴 DC 회로(210)로부터 전류가 제공될 수 있도록 뉴트럴 DC 버스(210)와 네거티브 DC 버스(215)를 접속하는 폐쇄 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제 2 스위치(240)가 개방 위치에 있으면 배터리 충전기 회로(200)는 뉴트럴 DC 버스(210)와 네거티브 DC 버스(215)가 접속되지 않도록 개방 회로를 포함할 수 있다. 제 2 스위치(240)가 개방된 실시형태에 있어서 네거티브 DC 버스(215)로부터 전류는 인출되지 않는다.
배터리 충전기 회로(200)는 1개 이상의 배터리(250) 및 1개 이상의 캐패시터(255)를 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 배터리(250)는 1개 이상의 배터리 스트링을 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 배터리 충전기 회로(200)를 포함하는 무정전 전원 장치가 배터리 모드의 동작에 있을 때 배터리(250)는 무정전 전원 장치에 전력을 제공할 수 있다. 배터리(250)에 의해 출력되는 전력은 예를 들면 인버터 등의 무정전 전원 장치 구성요소에 인가되거나, 또는 무정전 전원 장치와 연관된 부하에 직접적으로 인가될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 배터리(250)는 1개 이상의 포지티브 단자(VBATT+) 및 1개 이상의 네거티브 단자(VBATT-)를 포함할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 포지티브 단자(VBATT+)는 제 1 충전기 출력부(260)에 접속될 수 있고, 네거티브 단자(VBATT-)는 제 2 충전기 출력부(265)에 접속될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서 그러한 접속은 반대로 되어 제 1 충전기 출력부(260)가 네거티브 단자(VBATT-)에 접속될 수 있고, 제 2 충전기 출력부(265)가 포지티브 단자(VBATT+)에 접속될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 일실시형태에 있어서, 제 1 충전기 출력부(260)는 배터리(250)의 포지티브 단자(VBATT+) 등의 단자와 포지티브 DC 버스(205)를 접속할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 1 충전기 출력부(260)를 통한 포지티브 DC 버스(205)와 배터리(250) 사이의 접속은, 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같은, 여기서 기재된 제 1 스위치(230), 다이오드(245), 및 다른 구성요소 등의 배터리 충전기 회로(200)의 각종 구성요소를 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 2 충전기 출력부(265)는 배터리(250)의 네거티브 단자(VBATT-) 등의 단자와 뉴트럴 버스선(210)을 접속할 수 있다. 도 2에 나타낸 실시형태는 반대로 되어 제 2 충전기 출력부(265)를 배터리(250)의 포지티브 단자(VBATT+)와 접속하고 배터리(250)의 네거티브 단자(VBATT-)를 제 1 충전기 출력부(260)와 접속할 수 있다는 것이 인지되어야 한다.
일실시형태에 있어서, 배터리 충전기 회로(200)는 1개 이상의 제어 모듈(270)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 제어 모듈(270)은 예를 들면 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 어느 하나의 스위칭을 제어할 수 있다. 제어 모듈(270)은 인덕터(275)를 통한 전류 등의 배터리 충전기 회로(200)에서의 전류를 감지할 수 있다. 제어 모듈(270)은 예를 들면 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 제 1 스위치(230) 또는 제 2 스위치(240)의 스위칭을 제어하는 논리 연산을 행하도록 구성된 1개 이상의 프로세서 또는 회로를 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 충전 회로를 포함하는 무정전 전원 장치의 메인 컨트롤러이다. 일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 스위칭 동작을 제어하기 위해 제 1 스위치(230) 또는 제 2 스위치(240)에 인가될 수 있는 듀티 사이클을 갖는 예를 들면 펄스 폭 변조 제어 신호를 발생하기 위한 1개 이상의 제어 신호 발생기를 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 1 듀티 사이클을 갖는 펄스 폭 변조 제어 신호가 제 1 스위치(230)에 인가될 수 있고, 제 2 듀티 사이클을 갖는 펄스 폭 변조 제어 신호가 제 2 스위치(240)에 인가될 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 제 1 듀티 사이클[제 1 스위치(230)에 인가된] 및 제 2 듀티 사이클[제 2 스위치(240)에 인가된]은 다른 듀티 사이클일 수 있다.
배터리 충전기 회로(200)는 다른 허용 오차도 가능하지만 예를 들면 15% 미만의 인덕턴스 허용 오차를 가질 수 있는 1개 이상의 인덕터(275)를 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 인덕터(275)의 제 1 단은 제 1 스위치(230)에 접속될 수 있고, 인덕터(275)의 제 2 단은 제 2 스위치(240)에 접속될 수 있다. 이러한 예시적인 실시형태에 있어서, 인덕터(275)를 통한 전류는 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)의 상태에 의거하여 포지티브 DC 버스(205) 및 뉴트럴 DC 버스(210)로부터 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 1 스위치(230)가 폐쇄되면(즉, 접속 형성) 인덕터(275)를 통한 전류는 포지티브 DC 버스(205)로부터 뉴트럴 DC 버스(210)로의 경로로 제공될 수 있다. 이러한 예시적인 실시형태에 계속하여 제 2 스위치(240)가 폐쇄되면 인덕터(275)를 통한 전류는 뉴트럴 DC 버스(210)로부터 네거티브 DC 버스(215)로의 경로로 제공될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)는 동시에 폐쇄될 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 인덕터(275)를 통한 전류는 포지티브 DC 버스(205) 및 뉴트럴 DC 버스(210) 모두로부터 동시에 제공될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 포지티브 DC 버스(205) 및 네거티브 DC 버스(215) 중 하나 이상으로부터의 전류는 배터리(250)를 충전하기 위해 인덕터(275)를 통하여 제 1 충전기 출력부(260)를 따라 통과할 수 있다. 이러한 예시적인 실시형태에 있어서, 제 2 충전기 출력부(265)는 뉴트럴 DC 버스(210)와 접속될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)는 하나의 스위치가 개방될 때 다른 하나가 일반적으로 폐쇄되도록 교대로 스위칭될 수 있다. 예를 들면, 인덕터(275)가 100㎑에서 충전 또는 방전되는 실시형태에 있어서 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)는 50㎑에서 스위칭될 수 있다. 이러한 예에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)에서의 소실은 인덕터(275)의 인덕터 주파수의 절반에서 발생할 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)는 양 스위치가 동시에 동일한 상태이도록 일치하여 스위칭할 수 있다. 예를 들면, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 모두는 동일한 기간 모두 또는 일부 동안에 개방될 수 있다. 다른 예에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 모두는 동일한 기간 모두 또는 일부 동안에 폐쇄될 수 있다. 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)가 동기로 동작하는 예시적인 실시형태의 예에 있어서, 제 1 스위치(230), 제 2 스위치(240), 및 인덕터(275) 각각은 예를 들면 100㎑ 등의 동일한 주파수에서 동작할 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 이러한 구성요소는 예를 들면 20㎑로부터 150㎑까지 변하는 주파수에서 동작할 수 있다.
일실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230)는 상태(예를 들면, 개방으로부터 폐쇄로)를 반복적으로 스위칭하는 반면에 제 2 스위치(240)는 동일한 상태(예를 들면, 개방)로 남아있을 수 있다. 기간에 걸쳐 제 1 스위치(230)는 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 반복적으로 스위칭되는 반면에 제 2 스위치(240)는 개방으로 남아있는 실시형태에 있어서, 전류는 포지티브 DC 버스(205)로부터 인덕터(275)로 제공될 수 있다. 이러한 기간은 다른 기간도 가능하지만, 예를 들면 10㎳일 수 있다. 제 1 스위치(230)는 상태 사이에서 사이클링되는 반면에 제 2 스위치(240)는 개방으로 남아있는 일실시형태에 있어서, 전류는 포지티브 DC 버스(205)로부터만 인덕터(275)로 제공될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서 전류 경로는 동일한 또는 다른 시간에서 포지티브 DC 버스(205) 및 뉴트럴 DC 버스(210) 중 하나 또는 모두로부터 인덕터(275)로 제공될 수 있다는 것이 인지되어야 한다.
제 1 스위치(230)는 상태 사이에서 스위칭되는 반면에 제 2 스위치(240)는 개방으로 남아있는 예시적인 실시형태에 계속하여, 일실시형태에 있어서 그 기간 후에 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)의 동작이 반전, 즉 제 1 스위치(230)는 하나의 상태(예를 들면, 개방)로 남아있는 반면에 제 2 스위치(240)는 기간에 걸쳐 상태를 반복적으로 스위칭(즉, 반복적으로 개방 및 폐쇄)할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 예를 들면 제 2 스위치(240)는 사이클링되고 제 1 스위치는 개방으로 남아있는 동안에 전류는 뉴트럴 DC 버스(210)로부터 인덕터(275)로 제공될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 1개의 스위치가 개방과 폐쇄 사이의 상태를 반복적으로 스위칭하는 반면에 다른 스위치는, 각종 실시형태에 있어서 개방 상태 또는 폐쇄 상태 중 하나일 수 있는, 단일 상태로 남아있는 사이클링 동작이 계속될 수 있다. 예를 들면, 10㎳의 제 1 기간 동안에 개방 상태인 제 1 스위치(230)와 함께 제 2 스위치(240)는 개방과 폐쇄 상태 사이에서 발진할 수 있다. 제 1 기간 후, 또한 10㎳일 필요는 없는, 제 2 기간 동안에 제 2 스위치(240)는 단일 상태(예를 들면, 개방)로 남아있는 반면에 제 1 스위치(230)는 개방과 폐쇄 상태 사이에서 발진할 수 있다.
예를 들면 스위치가 일치하여, 교대로, 또는 하나의 스위치는 상태가 변하는 반면에 다른 하나는 그렇지 않는 사이클로 동작하는 각종 실시형태에 있어서 인덕터(275) 등의 배터리 충전기 회로(200)의 소자에는 포지티브 DC 버스(205) 및 뉴트럴 DC 버스(210) 중 하나 이상으로부터 전류가 제공될 수 있다. 이것은 예를 들면 교대로 또는 동시에, 또는 연속하는, 오버랩되는, 또는 부분적으로 오버랩되는 기간 동안에 발생할 수 있다.
일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 인덕터(275)의 전류를 감지할 수 있다. 예를 들면, 제어 모듈(270)은 저항기(280) 또는 변압기(285) 중 하나 이상의 전압 표시를 샘플링, 감지, 또는 그렇지 않으면 수신 또는 취득할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 예를 들면 5% 미만의 허용 오차를 갖는 1:100 권수비의 변압기를 포함할 수 있는 전류 변압기(285)의 2차 전압을 취득할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 저항기(280) 및 변압기(285)의 전압은 컨트롤러(270)에 인덕터 전류 피드백을 제공하기 위해 합산될 수 있다. 그 후, 컨트롤러(270)는 배터리(250) 전압 또는 전류를 조절하기 위해 인덕터(275)의 전류를 제어하도록 저항기(280) 및 변압기(285) 중 하나 이상의 전압 측정에 의거하여 인덕터 전류 피드백을 사용할 수 있다.
일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 예를 들면 인덕터 전류가 상위 역치 및 하위 역치에 의해 정의될 수 있는 범위 내에 남아있을 수 있도록 인덕터(275)의 전류를 일반적으로 제어하는 히스테리시스 제어를 채용한다. 예를 들면, 배터리 충전기 회로(200)는 인덕터 전류를 감지할 수 있는 전류 감지 변압기(285) 및 전류 감지 저항기(280)를 포함할 수 있다. 감지된 인덕터 전류는 상위 및 하위 역치에 대하여 평가되어 인덕터 전류가 범위 내에 있는지를 판단할 수 있다. 예시적인 실시형태에 계속하여, 변압기(285) 또는 저항기(280)로부터의 정보가 인덕터 전류가 최소 역치에 근접하거나 그 미만이라고 나타내면 제어 모듈(270)은 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나 이상을 폐쇄하여 포지티브 버스(205) 및 뉴트럴 버스(210) 중 하나 이상으로부터 인덕터(275)로 전류가 흐르는 경로를 생성할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 저항기(280) 및 변압기(285) 중 하나 이상으로부터의 정보가 인덕터 전류가 너무 높다[예를 들면, 최대 역치에 근접하거나 초과한다]고 나타내면 제어 모듈(270)은 예를 들면 제 1 스위치(230)를 개방하여 포지티브 버스(205)로부터 인덕터(275)로 흐르는, 인덕터 전류보다 낮은, 전류를 차단한다. 일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 배터리(250)의 전압에 관한 정보에 의거하여 인덕터 전류를 제어할 수 있다. 예를 들면, 각종 실시형태에 있어서, 배터리(250) 전압이 역치 초과 또는 미만이면 제어 모듈(270)은 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나를 개방 또는 폐쇄하여 인덕터(275)를 통하여 전류가 흐르는 경로를 제공 또는 제거할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 상위 및 하위 역치는 배터리(250)의 전압에 의거하여 변할 수 있다.
제어 모듈(270)은 고정된 주파수 제어를 포함하지 않는 펄스 폭 변조(PWM) 기술을 채용할 수 있다. 그러나, 일실시형태에 있어서, 예를 들면 스위치(230 및 240)가 스위치 사이클마다 교대되지 않는 고정된 주파수 제어가 사용될 수 있다. 예를 들면, 제어 모듈(270)은 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 각각에 대하여 하나의 PWM 제어 신호를 생성하기 위한 1개 이상의 제어 신호 발생기를 포함할 수 있다. 다른 듀티 사이클이 제어 모듈(270)에 의해 제어되는 각 PWM 제어 신호와 연관될 수 있다. 제어 모듈(270)은 인덕터(275)를 통하여 흐르는 전류를 증가 또는 감소시키기 위해 예를 들면, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나 이상의 상태를 스위칭하도록 PWM 제어 신호의 듀티 사이클을 조정할 수 있다.
일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 제 1 스위치(230)에 듀티 사이클을 인가하고 제 2 스위치(240)에 다른 듀티 사이클을 인가할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)로부터 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나 이상으로의 다양한 듀티 사이클의 공통 인가는 상위 전류 역치 및 하위 전류 역치 사이의 레벨에서 인덕터 전류를 유지한다. 일실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230)와 연관된 듀티 사이클을 제어하기 위해 사용되는 상위 및 하위 역치는 제 2 스위치(240)와 연관된 듀티 사이클을 제어하기 위해 사용되는 상위 및 하위 역치와 다를 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 상위 및 하위 역치 사이에서 인덕터 전류를 제어하기 위해 PWM 제어 신호 듀티 사이클을 조정할 수 있다. 예를 들면, 제 1 스위치(230)는 인덕터(275)를 통하여 포지티브 DC 버스(205)로부터 흐르는 전류를 차단하여 인덕터 전류를 감소시킬 수 있도록 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 스위칭될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제 2 스위치(240)는 인덕터(275)를 통하여 네거티브 DC 버스(215)로부터 흐르는 전류를 증가시킬 수 있도록 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 스위칭될 수 있다.
각종 실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 히스테리시스 제어를 사용하는 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나 또는 모두 등의 스위치의 상태를 제어할 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 이것은 포지티브 DC 버스(205), 뉴트럴 DC 버스(210) 및 네거티브 DC 버스(215) 중 어느 하나로부터 흐르는 전류를 조절할 수 있다. 이러한 전류는 인덕터(275)를 통하여 흘러서 제 1 충전기 출력부(260) 및 제 2 충전기 출력부(265) 중 하나 이상을 거쳐서 배터리(250)로 인가될 수 있다. 배터리(250)로 전류를 인가하는 것은 일반적으로 배터리(250)를 충전한다.
예를 들면, 포지티브 DC 버스(205), 뉴트럴 DC 버스(210) 및 네거티브 DC 버스(215) 중 어느 하나로부터 흐르는 전류, 인덕터(275)의 전류 또는 전압, 및 배터리(250)로 인가되는 전류 또는 전압을 조절하기 위해 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나 또는 모두가 개방 또는 폐쇄될 수 있다는 것이 더 인지되어야 한다. 배터리 충전기 회로(200)의 제 1 및 제 2 소자를 식별하는 명명은 한정되도록 의도되지 않는다. 예를 들면, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240), 또는 제 1 충전기 출력부(260) 및 제 2 충전기 출력부(265) 등의 제 1 및 제 2 소자는 동등한 또는 호환가능한 소자일 수 있다.
도 3은 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로(200)를 나타내는 기능 블록도이다. 도 3에 나타낸 실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230)는 폐쇄 위치에 있고, 제 2 스위치(240)는 개방 위치에 있다. 이러한 예시적인 실시형태에 있어서, 폐쇄된 제 1 스위치(230)는 포지티브 DC 버스(205)와 배터리(250) 사이의 회로를 완료한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 인덕터(275)에는 제 1 충전기 출력부(260)를 거쳐서 배터리(250)로 인가될 수 있는 포지티브 DC 버스(205)로부터의 전류가 제공될 수 있다. 포지티브 DC 버스(205), 뉴트럴 DC 버스(210), 또는 네거티브 DC 버스(215) 중 어느 하나로부터 전류를 제공하는 것은 그러한 버스선 중 어느 하나에 접속된 전력원으로부터 전류를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 스위치(240)는 개방되고, 이러한 예에서 인덕터(275)는 네거티브 DC 버스(215)로부터 전류를 인출하지 않는다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 스위치(230)는 인덕터(275)의 제 1 단에 접속된다. 전류는 폐쇄된 제 1 스위치(230)를 통과하고 인덕터(275)를 통하여 제 1 충전기 출력부(260)를 거쳐서 배터리(250)로 인가될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 인덕터(275)는 그것을 통하여 예를 들면 DC 버스선 중 하나로부터 전류가 흐를 때 변할 수 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 인덕터 전류는 시간에 따라 증가할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 인덕터(275)는 전류가 인덕터(275)로부터 배터리(250)로 드레인될 때 방전될 수 있고, 이러한 실시형태에 있어서, 인덕터 전류는 시간에 따라 감소할 수 있다. 도 3은 도 3의 실시형태에 있어서 배터리 충전기 회로(200)를 통해 이동하는 전류를 일반적으로 나타내는 전류 루프(305)를 나타내고, 여기서 제 1 스위치(230)는 폐쇄되고 제 2 스위치(240)는 개방된다. 도시된 바와 같이, 배터리 충전기 회로(200)는 제 1 스위치(230) 및 인덕터(275)를 통하여 포지티브 DC 버스(205) 및 뉴트럴 DC 버스(210)에 접속된 전압원으로부터 전류를 인출할 수 있고, 그 전류는 배터리(250)로 인가된다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 제어 모듈(270)은 제 1 스위치(230)를 폐쇄하여 포지티브 DC 버스(205)로부터 전류를 인출할 수 있고, 그것은 인덕터(275)를 통한 전류를 증가시켜 배터리(250)를 충전시킨다. 제 1 스위치(230)는 폐쇄되는 반면에 제 2 스위치(240)는 개방되는 일실시형태에 있어서, 배터리 충전기 회로(200)의 전압의 대략 절반(일례에 있어서, 200V)은 배터리(250) 또는 캐패시터(255) 양단에 인가된 예를 들면 또 다른 200V와 함께 인덕터(275)에 인가될 수 있다.
도 4는 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로(200)를 나타내는 기능 블록도이다. 도 4의 실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 모두가 개방된다. 이러한 예에 있어서, 포지티브 DC 버스(205) 및 네거티브 DC 버스(215) 모두는 인덕터(275)로부터 전기적으로 차단된다.
일실시형태에 있어서, 포지티브 DC 버스(205) 및 뉴트럴 DC 버스(210) 중 하나 이상으로부터의 전류는 인덕터(275) 및 캐패시터(255) 양단을 통과하는 전류 루프(405)를 통하여 순환할 수 있다. 예를 들면, 배터리 충전기 회로(200)의 동작 상태는 시간에 따라 변할 수 있다. 도 4에 나타내어진 동작 상태 전의 동작 상태가 제 1 스위치(230)가 폐쇄되었다는 실시형태를 포함하면 전류는 포지티브 DC 버스(205)로부터 제공될 수 있고, 제 2 스위치(240)가 폐쇄되었다면 전류는 뉴트럴 DC 버스(210)로부터 제공될 수 있으며, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 모두가 폐쇄되었다면 전류는 포지티브 DC 버스(205) 및 뉴트럴 DC 버스(210) 모두로부터 제공되어질 수 있다. 이러한 예에 계속하여, 그러한 상태 중 어느 하나가 도 4에 나타내어진 동작 상태로 변하면 전류 루프(405)에 존재하는 전류는 인덕터(275) 및 제 1 충전기 출력부(260)를 통과하여 배터리(250)를 충전할 수 있다.
일실시형태에 있어서, 예들 들면 인덕터 전류는 상위 역치에 근접하거나 초과하므로 제어 모듈(270)은 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 모두를 개방할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)는 예를 들면 배터리(250), 저항기(280), 변압기(285), 배터리 충전기 회로(200)의 다른 소자, 무정전 전원 장치, 또는 그 부하의 과부하를 피하기 위해 동일한 시간에 개방될 수 있다.
도 5는 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로(200)를 나타내는 기능 블록도이다. 도 5의 실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230)는 개방되고 제 2 스위치(240)는 폐쇄된다. 제 2 스위치(240)가 폐쇄 위치인 실시형태에 있어서, 도 5에 나타낸 실시형태에 같이, 인덕터(275)는 인덕터(275)를 통하여 뉴트럴 DC 버스(210)로부터 전류를 수신할 수 있다. 그것은, 예를 들면 상위 역치와 하위 역치 사이에 있는 레벨에서 인덕터 전류를 유지할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제어 모듈(270)은 일반적으로 전류 루프(505)에 의해 나타내어지는 경로에서 인덕터(275)를 통하여 흐르는 인덕터 전류를 증가시키도록 제 2 스위치(240)를 폐쇄할 수 있다. 이러한 예시적인 실시형태에 계속하여, 제 2 스위치(240)가 개방 상태로 이행되면 인덕터 전류는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전류 루프(405)를 거쳐서 배터리(250)에 인가될 수 있다. 제 2 스위치(240)는 폐쇄되는 반면에 제 1 스위치(230)는 개방되는 일실시형태에 있어서 배터리 충전기 회로(200)의 전압의 모두 또는 실질적으로 모두(일례에 있어서, 400V)는 인덕터(275)로 인가될 수 있다는 것이 인지되어야 한다.
제 1 스위치(230)는 개방 위치에 남기고 제 2 스위치(240)는 도 5의 폐쇄 위치와 도 4의 개방 위치 사이에서 반복적으로 토글링함으로써 인덕터 전류는 교대로 증가[뉴트럴 DC 버스(210)로부터 전류가 제공됨에 따라] 및 감소[배터리(250)로 전류가 드레인됨에 따라]된다. 이러한 실시형태에 있어서, 배터리 충전기 회로(200)는 도 4와 도 5 사이의 동작 상태를 반복적으로 변경함으로써 배터리(250)를 충전하도록 동작한다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3과 도 4 사이의 동작 상태를 반복적으로 변경하는 것은 인덕터 전류의 증가[포지티브 DC 버스(205)로부터 전류가 제공됨에 따라] 및 인덕터 전류의 감소[배터리(250)로 전류가 드레인됨에 따라]를 초래한다는 것이 인지되어야 한다.
도 6은 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리 충전기 회로(200)를 나타내는 기능 블록도이다. 도 6의 일실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 모두는 폐쇄된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 폐쇄된 스위치(230 및 240)는 포지티브 DC 버스(205)[폐쇄된 제 1 스위치(230) 때문에]로부터, 및 뉴트럴 DC 버스(210)로부터[폐쇄된 제 2 스위치(240) 때문에] 인덕터(275)를 충전할 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 전류 루프(305)는 포지티브 DC 버스(205)로부터 인덕터(275)를 충전하고, 이러한 전력 중 적어도 일부를 제 1 입력선(260)을 거쳐서 배터리(250)로 인가할 수 있다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전류 루프(505)는 인덕터(275)를 충전할 수 있고, 이러한 충전은 예를 들면 전류 루프(305)를 거쳐서 배터리(250)로 드레인될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 폐쇄된 상태에 있는 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나 이상은 인덕터 전류의 증가를 야기할 수 있다. 예를 들면, 제어 모듈(270)은 인덕터 전류를 역치 초과로 드라이빙시키도록 제 1 및 제 2 스위치(230 및 240) 중 하나 또는 모두를 폐쇄할 수 있다. 이러한 예에 계속하여, 인덕터 전류 증가율을 감소시키거나 인덕터 전류를 감소시키기 위해서 제어 모듈(270)은 (도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이) 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나 또는 모두를 개방할 수 있다.
도 2 내지 도 6 중 어느 하나에 나타내어진 실시형태는 적어도 하나의 순간 동안의 배터리 충전기 회로(200) 동작을 각각 도시한다. 각종 실시형태에 있어서, 배터리 충전기 회로(200)의 동작 상태는 시간에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240)는 오버랩될 수 있는 시간 및 다양한 패턴에 따라 개방 및 폐쇄 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 제 1 스위치(230) 및 제 2 스위치(240) 중 하나 또는 모두는 예를 들면 개방, 폐쇄, 개방으로부터 폐쇄로 이행, 또는 폐쇄로부터 개방으로 이행될 수 있다.
각종 실시형태에 있어서 배터리 충전기 회로(200)의 수정된 구성이 가능하다는 것이 인지되어야 한다. 예를 들면, 포지티브 DC 버스(205), 뉴트럴 DC 버스(210) 및 네거티브 DC 버스(215) 중 어느 하나는 제 1 충전기 출력부(260), 제 2 충전기 출력부(265), 및 도면에 나타낸 것, 또는 다른 구성요소 또는 토폴로지 등의 중개의 회로 구성요소 중 어느 하나를 거쳐서 배터리(250)의 어느 단자와 접속될 수 있다. 배터리 충전기 회로(200)는 배터리의 하나의 단자가 포지티브 및 네거티브 DC 버스의 중간 또는 뉴트럴선에 접속되는 배터리를 충전하기 위해 예를 들면 포지티브 및 네거티브 DC 버스가 입력으로서 사용되는 어떤 토폴로지와 호환될 수 있다. 이것은, 예를 들면 이중 변환 무정전 전원 장치를 포함할 수 있다.
도 7은 동작 상태에 있어서 무정전 전원 장치의 배터리를 충전하는 방법(700)을 나타내는 흐름도이다. 일실시형태에 있어서, 무정전 전원 장치는 포지티브 DC 버스, 뉴트럴 DC 버스, 및 네거티브 DC 버스를 포함한다. 상기 방법(700)은 배터리 충전기 회로의 제 1 충전기 출력부와 포지티브 DC 버스를 접속하는 동작을 포함할 수 있다(동작 705). 제 1 충전기 출력부와 포지티브 DC 버스를 접속하는 것(동작 705)은 배터리 단자에 접속된 충전기 출력부를 거쳐서 배터리에 전원 전압과 연관된 포지티브 DC 버스를 접속하는 것을 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 포지티브 DC 버스 접속 동작(동작 705)은 예를 들면, 1개 이상의 변압기, 다이오드, 인덕터, 또는 스위치 등의 배터리 충전기 회로의 1개 이상의 중개의 소자를 거쳐서 포지티브 DC 버스와 제 1 충전기 출력부를 접속하는 것을 포함할 수 있다.
일실시형태에 있어서, 제 1 충전기 출력부와 포지티브 DC 버스를 접속하는 것(동작 705)은 배터리 충전기 회로의 인덕터의 제 1 단에서 제 1 스위칭 동작을 행하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 동작은 예를 들면 DC 버스와 배터리 입력선을 접속하는(동작 705) 전기적 접속을 완료하기 위해 스위치를 폐쇄할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 이러한 제 1 스위칭 동작은 DC 버스와 배터리 입력선을 반복적으로 접속 및 차단하기 위해 기간 동안에 한번 이상 행해질 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 제 1 충전기 출력부와 포지티브 DC 버스를 접속하는 것(동작 705)은 배터리 충전기 회로의 인덕터가 포지티브 DC 버스로부터 충전되도록 하고 배터리 충전기 회로와 연관된 배터리에 전력을 공급하게 한다.
또한, 상기 방법(700)은 배터리 충전기 회로의 하나 이상의 인덕터와 네거티브 DC 버스를 접속하는 동작을 포함할 수 있다(동작 710). 각종 실시형태에 있어서, 인덕터 접속 동작(동작 710)은 직접적으로, 또는 예를 들면 스위치 등의 배터리 충전기 회로의 중개의 소자를 거쳐서 배터리 충전기 회로의 인덕터와 네거티브 DC 버스를 접속시키는 것을 포함할 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 상기 방법(700)은 포지티브 DC 버스 접속(동작 705), 네거티브 DC 버스 접속(동작 710), 또는 포지티브 DC 버스 접속(동작 705) 및 DC 버스 접속(동작 710) 모두 중 어느 하나를 행할 수 있다.
일실시형태에 있어서, DC 버스와 인덕터를 접속하는 것(동작 710)은 인덕터의 제 2 단에서 제 2 스위칭 동작을 행하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 동작은 예를 들면 DC 버스와 인덕터를 접속하는(동작 710) 전기적 접속을 완료하기 위해 스위치를 폐쇄할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 이러한 제 2 스위칭 동작은 네거티브 DC 버스와 인덕터를 반복적으로 접속 및 차단하기 위해 기간 동안에 한번 이상 행해질 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 네거티브 DC 버스와 인덕터를 접속하는 것(동작 710)은 인덕터가 뉴트럴 DC 버스로부터 충전되도록 하고, 이러한 충전은 배터리 충전기 회로와 연관된 배터리를 충전하기 위해 공급될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 상기 방법(700)은 배터리 충전기 회로의 제 2 충전기 출력부와 뉴트럴 DC 버스를 접속하는 동작을 행할 수 있다(동작 715). 예를 들면, 배터리 단자는 배터리 충전기 회로의 충전기 출력부에 접속되거나, 또는 그렇지 않으면 인터페이싱될 수 있고, 충전기 출력부는 전력원과 연관된 뉴트럴 DC 버스에 접속될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 뉴트럴 DC 버스는 포지티브 DC 버스 및 네거티브 DC 버스 중 하나 이상 및 인덕터와 함께 폐쇄 회로를 형성할 수 있다.
일반적으로, 포지티브 DC 버스 접속 동작(동작 705), 네거티브 DC 버스 접속 동작(동작 710), 또는 뉴트럴 DC 버스 접속 동작(동작 715) 등의 여기서 설명된 어떤 접속 동작은 직접적으로, 또는 각종 회로 구성요소 등의 1개 이상의 중개의 소자를 거쳐서 2개 이상의 소자에 전기적으로 접속되는 것을 포함할 수 있다. 일실시형태에 있어서 상기 방법(700)은 예를 들면, 제 1 배터리 단자에 접속된 제 1 충전기 출력부, 및 제 2 배터리 단자에 접속된 제 2 충전기 출력부인 배터리에 대한 2개의 충전기 출력부를 포함할 수 있는 배터리 충전기 회로와 포지티브 DC 버스, 네거티브 DC 버스, 및 뉴트럴 DC 버스를 각각 접속하는 상술된 3개의 접속 동작(동작 705, 동작 710, 및 동작 715)을 포함할 수 있다.
상기 방법(700)은 3개의 출력(예를 들면, 포지티브, 네거티브, 및 뉴트럴)을 갖는 전압원이 2개의 단자(예를 들면, 포지티브 및 네거티브)를 갖는 배터리를 충전하는 실시형태를 포함할 수 있다. 이러한 예에 있어서, 하나 이상의 배터리 단자는 전압원의 뉴트럴 출력(즉, 뉴트럴 DC 버스)과 연결, 또는 그렇지 않으면 접속될 수 있고, 또 다른 배터리 단자는 전압원의 포지티브 출력 또는 전압원의 네거티브 출력(즉, 포지티브 DC 버스 또는 네거티브 DC 버스)과 접속될 수 있다.
일실시형태에 있어서, 상기 방법(700)은 배터리 충전기 회로의 인덕터를 통하여 배터리에 전류를 인가하는 동작(동작 720)을 행할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 전류를 인가하는 것(동작 720)은 인덕터를 통하여 포지티브 DC 버스 및 뉴트럴 DC 버스 중 하나 이상으로부터 배터리에 전류를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 스위칭 동작 중 하나 이상은 배터리를 충전하기 위해 포지티브 DC 버스 및 뉴트럴 DC 버스 중 하나 이상으로부터 인덕터를 통과하는 경로에서 인덕터 전류를 제어할 수 있다(동작 720). 상기 방법(700)은 예를 들면, 포지티브 DC 버스 접속 동작(동작 705), 네거티브 DC 버스 접속 동작(동작 710), 및 뉴트럴 DC 버스 접속 동작(동작 715) 중 하나 이상의 결과로서 예를 들면 포지티브 DC 버스 또는 네거티브 DC 버스로부터 인출되는 전류를 조절하기 위한 제 1 및 제 2 스위칭 동작의 제어를 일반적으로 포함한다. 일반적으로, 제 1 및 제 2 스위칭 동작을 제어하는 것은 인덕터에 인출 또는 인덕터로부터 드레인되는 전류량을 조절함으로써 인덕터 전류를 제어한다.
일실시형태에 있어서, 도 1 내지 도 7의 소자 또는 동작은 무정전 전원 장치(100)의 소자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 각종 실시형태에 있어서 제어 모듈(270)은 컨트롤러(130)를 포함하고, 배터리(250)는 예를 들면 배터리(150)를 포함한다. 일실시형태에 있어서 배터리 충전기 회로(200)는 예를 들면 다수의 입력, 출력, 또는 뉴트럴선 등의 도 1의 소자에 대응하는 도시되지 않은 소자를 포함할 수 있다는 것은 더욱 분명하다.
도 1 내지 도 7에 있어서 열거된 항목은 개별 소자로서 나타내어진다는 것을 주목한다. 그러나, 여기서 설명된 시스템 및 방법의 실제 구현에 있어서, 그것은 디지털 컴퓨터 등의 다른 전자 장치의 분리될 수 없는 구성요소일 수 있다. 그러므로, 상술된 소자 및 동작 중 적어도 일부는 프로그램 저장 매체를 포함하는 제조물에서 적어도 부분적으로 실시될 수 있는 소프트웨어에서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 프로그램 저장 매체는 반송파, 컴퓨터 디스크[자기 또는 광학(예를 들면, CD 또는 DVD, 또는 모두)], 비휘발성 메모리, 테이프, 시스템 메모리, 및 컴퓨터 하드 드라이브 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상술한 것으로부터, 여기서 설명된 시스템 및 방법은 무정전 전원 장치의 배터리를 충전하기 위해 단순하고 효과적인 방법을 제공한다는 것이 인지된다. 각종 실시형태에 의한 시스템 및 방법은 전압원의 뉴트럴 버스선에 배터리의 하나의 단자를 접속함으로써 배터리를 충전하고, 배터리를 충전하기 위해 회로 소자에 DC 전원의 포지티브 및 네거티브 버스선을 접속시킬 수 있다. 이것은 절연 변압기 및 연관 구성요소를 포함하는 절연 하프 브릿지 토폴로지의 필요성을 제거하여 사이즈를 줄이고 비용을 낮추면서 효율성과 신뢰성을 증가시킨다.
여기서 단수형으로 나타낸 상기 시스템 및 방법의 실시형태나 소자 또는 동작에 대한 어떤 참조도 복수의 그러한 소자를 포함하는 실시형태를 포괄할 수 있고, 또한 여기서 어떤 실시형태나 소자 또는 동작에 대한 복수형의 어떤 참조도 단일 소자만 포함하는 실시형태를 포괄할 수 있다. 단수형 또는 복수형의 참조는 현재 기재된 시스템이나 방법, 그 구성요소, 동작, 또는 소자를 한정하도록 의도되지 않는다.
여기서 기재된 어떤 실시형태는 어떤 다른 실시형태와 결합될 수 있고, "실시형태", "일부 실시형태", "대안의 실시형태", "각종 실시형태", "일실시형태" 등의 언급는 반드시 상호 배타적인 것은 아니다. 어떤 실시형태는 여기서 기재된 목적, 취지, 및 필요에 일치하여 어떤 방식으로 어떤 다른 실시형태와 결합될 수 있다.
참조 부호가 어떤 청구항에서 언급된 기술적 특징을 뒤따르는 경우에 참조 부호는 청구항의 명료함을 증가시키기 위해서만 포함되었고, 그에 따라 참조 부호 또는 그 부재는 어떤 청구항 성분의 범위에 어떠한 한정적인 영향을 갖는다.
당업자는 여기서 기재된 시스템 및 방법이 그 본질적인 특성이나 정신으로부터 벗어나지 않고 다른 특정 형태로 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 실시형태는 무정전 전원 장치에 한정되지 않고, 일반적으로 다른 전원 공급 장치, 컨버터, 주파수 컨버터, 라인 컨디셔너, 또는 다른 시스템과 함께 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 실시형태는 기재된 시스템 및 방법을 한정하는 것보다 모든 관점에서 예시로 간주된다. 따라서, 여기서 기재된 시스템 및 방법의 범위는 상기 설명보다 첨부된 청구항에 의해 나타내어지고, 이에 따라 청구항과 동등한 의미 및 범위 내에 이루어진 모든 변경은 여기에 포괄되도록 의도된다.

Claims (24)

  1. 포지티브 DC 버스, 뉴트럴 DC 버스, 및 네거티브 DC 버스;
    인덕터, 제 1 충전기 출력부, 및 제 2 충전기 출력부를 갖는 배터리 충전기 회로; 상기 인덕터의 제 1 단에 접속되어 상기 포지티브 DC 버스와 상기 제 1 충전기 출력부를 선택적으로 접속하도록 구성된 제 1 스위치; 및
    상기 인덕터의 제 2 단에 접속되어 상기 네거티브 DC 버스와 상기 인덕터를 선택적으로 접속하도록 구성된 제 2 스위치를 포함하는 무정전 전원 장치로서:
    상기 뉴트럴 DC 버스는 상기 제 2 충전기 출력부 및 상기 인덕터의 제 1 단에 접속되고;
    상기 배터리 충전기 회로는 상기 포지티브 DC 버스 및 상기 네거티브 DC 버스 중 하나 이상으로부터 전력을 인출해서 상기 제 1 충전기 출력부 및 상기 제 2 충전기 출력부에 접속된 배터리를 충전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치에 지시해서 제 1 기간 동안에 상기 포지티브 DC 버스와 상기 제 1 충전기 출력부를 반복적으로 접속 및 차단하도록 구성된 제어 모듈; 또는
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 동시에 스위칭하도록 구성된 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 제 2 스위치에 지시해서 제 2 기간 동안에 상기 네거티브 DC 버스와 상기 인덕터를 반복적으로 접속 및 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 제 2 스위치에 지시해서 제 1 기간 이후의 기간 동안에 상기 네거티브 DC 버스와 상기 인덕터를 반복적으로 접속 및 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치는 제 1 연속 기간 동안에 상기 포지티브 DC 버스로부터 간헐적으로 전류를 통과시키도록 구성되고;
    상기 제 2 스위치는 제 2 연속 기간 동안에 상기 뉴트럴 DC 버스로부터 간헐적으로 전류를 통과시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 연속 기간과 상기 제 2 연속 기간은 적어도 부분적으로 오버랩되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 충전기 회로는 상기 포지티브 DC 버스 및 상기 네거티브 DC 버스로부터 동시에 전류를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상위 전류 역치와 하위 전류 역치 사이의 값을 향하여 상기 인덕터의 인덕터 전류를 드라이빙하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함하는 무정전 전원 장치로서:
    상기 배터리 충전기 회로는 전류 변압기 및 저항기를 포함하고;
    상기 제어 모듈은 변압기 전압 및 저항기 전압 중 하나 이상을 샘플링해서 인덕터 전류값을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원 장치.
  9. 포지티브 DC 버스, 뉴트럴 DC 버스, 및 네거티브 DC 버스를 갖는 무정전 전원 장치의 배터리를 충전하는 방법으로서:
    배터리 충전기 회로의 제 1 충전기 출력부와 상기 포지티브 DC 버스, 및
    상기 배터리 충전기 회로의 인덕터와 상기 네거티브 DC 버스 중 하나 이상을 접속하는 단계;
    상기 배터리 충전기 회로의 제 2 충전기 출력부와 상기 뉴트럴 DC 버스 및 상기 인덕터의 제 1 단을 접속하는 단계; 및
    상기 포지티브 DC 버스 및 상기 뉴트럴 DC 버스 중 하나 이상으로부터 상기 인덕터를 통하여 상기 배터리로 전류를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인덕터의 제 1 단에서 제 1 스위칭 동작을 행해서 상기 포지티브 DC 버스와 상기 제 1 충전기 출력부를 접속하는 단계; 및
    상기 인덕터의 제 2 단에서 제 2 스위칭 동작을 행해서 상기 인덕터와 상기 네거티브 DC 버스를 접속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 포지티브 DC 버스와 상기 제 1 배터리 출력부, 및 상기 네거티브 DC 버스와 상기 인덕터를 동시에 접속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 동작을 행해서 제 1 기간 동안에 상기 포지티브 DC 버스와 상기 제 1 충전기 출력부를 반복적으로 접속 및 차단하는 단계; 및
    상기 제 2 스위칭 동작을 행해서 제 2 기간 동안에 상기 네거티브 DC 버스와 상기 인덕터를 반복적으로 접속 및 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상위 인덕터 전류 역치와 하위 인덕터 전류 역치를 생성하는 단계; 및
    상기 상위 전류 역치와 상기 하위 전류 역치 사이의 값으로 상기 인덕터의 인덕터 전류를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    배터리 충전기 회로 변압기 전압 및 배터리 충전기 회로 저항기 전압 중 하나 이상을 샘플링해서 인덕터를 통과하는 전류값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 포지티브 DC 버스 및 상기 네거티브 DC 버스 각각으로부터 배터리 충전기 회로를 통하여 실질적으로 동일한 양의 전력을 인출해서 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 방법.
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