KR101611021B1 - Uninterruptible power supply and Inverter using the same - Google Patents

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이준영
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이병권
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명지대학교 산학협력단
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Abstract

무정전 전원장치 및 이에 사용되는 인버터가 개시된다. 개시된 인버터는 DC 링크 전압을 저장하기 위한 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하는 무정전 전원장치에 사용되는 인버터로서, 상기 제1 캐패시터의 전압과 상기 제2 캐패시터의 전압이 동일하도록 제어하기 위한 제3 캐패시터;를 포함한다. An uninterruptible power supply and an inverter used therein are disclosed. The inverter includes an inverter for use in an uninterruptible power supply comprising a first capacitor and a second capacitor for storing a DC link voltage, the third inverter for controlling the voltage of the first capacitor to be equal to the voltage of the second capacitor, And a capacitor.

Description

무정전 전원장치 및 이에 사용되는 인버터{Uninterruptible power supply and Inverter using the same} [0001] The present invention relates to an uninterruptible power supply (UPS)

본 발명의 실시예들은 무정전 전원장치 및 이에 사용되는 인버터에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to an uninterruptible power supply and an inverter used therein.

무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)는 평상시 계통 전압(상용 교류 전원)을 공급받아 배터리를 충전하고 있다가, 계통이 정전이 되면 자동으로 일정 시간 동안　배터리를 통해 전원을 자체적으로 공급해줌으로써, 정전 시에도 복전(전기 재투입) 시간 동안 안정적인 동작을 지원하기 위한　장치를 의미한다. Uninterruptible power supply (UPS) is supplied with system voltage (commercial AC power) to charge the battery. When the system is out of power, it automatically supplies power through the battery for a certain period of time, Means a device for supporting stable operation during power-on (re-charging) time.

도 1은 종래의 무정전 전원장치의 구성을 도시한 도면이다. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional uninterruptible power supply.

만약, AC 라인으로 전압이 정상적으로 인가될 경우, 즉 정전이 발생하지 않는 경우에는, 3로 스위치가 1번 접점으로 연결되고, 무정전 전원장치에 포함되는 PFC 컨버터(Power Factor Corrector Converter, Ma, Mb) 및 하프 브리지 인버터(4개의 다이오드)는 통상적인 역률 개선 동작 및 인버터 동작을 통해 AC 전압을 부하 측에 공급한다. If, when the applied voltage is normally the AC line, that is, when power failure does not occur, the switch can be connected with one first contact point to 3, PFC converter included in the UPS (Power Factor Corrector Converter, M a, M b ) and the half bridge inverter (four diodes) supply the AC voltage to the load side through the normal power factor improving operation and the inverter operation.

반대로, AC 라인으로 전압이 정상적으로 인가되지 않는 경우, 즉, 정전이 발생한 경우에는, 3로 스위치가 2번 접점으로 연결되어 배터리 모드로 동작하며, 이 경우에는 PFC 컨버터 및 하프 브리지 인버터는 역률 개선 동작을 수행하지 않고 DC/DC 컨버터로 동작하여 DC 링크 전압(Vlink)을 유지하며, 상기 DC 링크 전압(Vlink)을 이용하여 부하로 전원을 공급하게 된다. On the other hand, when the voltage is not normally applied to the AC line, that is, when a power failure occurs, the switch is connected to the contact point 2 at 3 and operates in the battery mode. In this case, the PFC converter and the half- operates as a DC / DC converter does not perform to maintain the DC link voltage (V link), and using the DC link voltage (V link) is supplying power to the load.

여기서, 종래의 무정전 전원장치의 경우, PFC 컨버터는 링크 전압(Vlink)의 중간을 중성점(neutral)으로 활용하게 되며, 직렬 구조로 연결된 DC 링크 캐패시터부(Ca, Cb)를 구비하게 된다. 이러한 구조에서, 일반적인 DC 링크 전압은 700~800V를 형성하며, 캐패시터 Ca의 전압(Va) 및 캐패시터 Cb의 전압(Vb)는 항상 "Vlink/2"를 유지하여야 한다. Here, in the case of the conventional uninterruptible power supply, the PFC converter utilizes the middle of the link voltage (V link ) as a neutral point and has DC link capacitor units (C a , C b ) connected in series . With this structure, the common DC link voltage is formed in the 700 ~ 800V, the voltage (V b) of the capacitor voltage of a C (V a) and the capacitor C b must always maintain the "V link / 2".

그러나, 종래의 무정전 전원장치는 정전 시 과도 상태나 전압 균형이 무너질 위험을 예방하기 위한 별도의 전압 균형 제어기가 필요한 단점이 있다. 즉, 정전이 발생하지 않는 경우, 종래의 무정전 전원장치는 PFC 컨버터가 전압의 균형을 맞추어 주지만, 정전이 발생하는 경우에는 PFC 컨버터가 전압 균형 작용을 하지 못하므로, 별도의 전압 균형 제어기를 구비하여야 하는 문제점이 있다. However, the conventional uninterruptible power supply apparatus has a disadvantage in that a separate voltage balance controller is required to prevent a transient state or a voltage balance from collapsing during a power failure. That is, in the conventional uninterruptible power supply apparatus, when the power failure occurs, the PFC converter adjusts the voltage balance. However, when the power failure occurs, since the PFC converter does not perform the voltage balance function, .

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 별도의 전압 균형 제어기를 구비하지 않으며, 자체적으로 전압의 균형을 맞추는 무정전 전원장치 및 이에 사용되는 인버터를 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes an uninterruptible power supply unit that does not have a separate voltage balancing controller and balances its own voltage, and an inverter used therein.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following examples.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, DC 링크 전압을 저장하기 위한 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하는 무정전 전원장치에 사용되는 인버터에 있어서, 상기 제1 캐패시터의 전압과 상기 제2 캐패시터의 전압이 동일하도록 제어하기 위한 제3 캐패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an inverter used in an uninterruptible power supply including a first capacitor and a second capacitor for storing a DC link voltage, And a third capacitor for controlling the voltage of the second capacitor to be equal to the voltage of the second capacitor.

상기 제1 캐패시터의 타단과 상기 제2 캐패시터의 일단은 연결되되, 상기 인버터는, 일단이 상기 제1 캐패시터의 일단과 연결되는 제1 스위칭 소자; 일단이 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 캐패시터의 타단 및 상기 제2 캐패시터의 일단과 연결되는 제2 스위칭 소자; 일단이 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제3 스위칭 소자; 일단이 제3 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제4 스위칭 소자; 일단이 상기 제1 캐패시터의 타단, 상기 제2 캐패시터의 일단 및 제2 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 제4 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제5 스위칭 소자; 일단이 제4 스위칭 소자의 타단 및 제5 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 제2 캐패시터의 타단과 연결되는 제6 스위칭 소자; 및 상기 제1 내지 제6 스위칭 소자의 온/오프를 제어하기 위한 제어부;를 더 포함할 수 있다. A first capacitor connected between the other end of the first capacitor and one end of the second capacitor, the inverter including: a first switching element having one end connected to one end of the first capacitor; A second switching element having one end connected to the other end of the first switching element and the other end connected to the other end of the first capacitor and one end of the second capacitor; A third switching element connected to the other end of the first switching element; A fourth switching element having one end connected to the other end of the third switching element; A fifth switching element having one end connected to the other end of the first capacitor, one end of the second capacitor and the other end of the second switching element, and the other end connected to the other end of the fourth switching element; A sixth switching element having one end connected to the other end of the fourth switching element and the other end of the fifth switching element and the other end connected to the other end of the second capacitor; And a controller for controlling ON / OFF of the first to sixth switching elements.

상기 제3 캐패시터의 일단은 상기 제1 스위칭 소자의 타단 및 상기 제3 스위칭 소자의 일단과 연결되고, 상기 제3 캐패시터의 타단은 상기 제4 스위칭 소자의 타단, 제5 스위칭 소자의 타단 및 상기 제6 스위칭 소자의 일단과 연결되며, 상기 제3 스위칭 소자의 타단과 상기 제4 스위칭 소자의 일단이 연결되는 부분 및 상기 제1 캐패시터의 타단과 상기 제2 캐패시터의 일단이 연결되는 부분에서 출력 전압이 출력될 수 있다. Wherein one end of the third capacitor is connected to the other end of the first switching device and one end of the third switching device and the other end of the third capacitor is connected to the other end of the fourth switching device, 6 switching element, and the output voltage of the portion where the other end of the third switching element and one end of the fourth switching element are connected and the other end of the first capacitor and the one end of the second capacitor are connected to each other, Can be output.

상기 제1 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제5 스위칭 소자가 온되고 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제4 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자가 오프되는 제1 동작 및 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제4 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자가 온되고 상기 제1 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제5 스위칭 소자가 오프되는 제2 동작이 반복적으로 수행되어 상기 제1 캐패시터의 전압과 상기 제2 캐패시터의 전압이 동일하도록 제어될 수 있다. A first operation in which the first switching element, the third switching element, and the fifth switching element are turned on and the second switching element, the fourth switching element, and the sixth switching element are turned off and the second switching element, And a second operation in which the fourth switching element and the sixth switching element are turned on and the first switching element, the third switching element, and the fifth switching element are turned off are repeatedly performed so that the voltage of the first capacitor, The voltages of the second capacitors can be controlled to be equal to each other.

상기 제1 동작과 상기 제2 동작이 반복적으로 수행되기 전에, 상기 제3 캐패시터에는 상기 제2 캐패시터의 전압과 동일한 전압이 저장될 수 있다. Before the first operation and the second operation are repeatedly performed, a voltage equal to the voltage of the second capacitor may be stored in the third capacitor.

상기 제1 동작에서, 상기 출력 전압은 상기 제1 캐패시터의 전압과 동일한 전압이 출력되고, 상기 제2 동작에서, 상기 출력 전압은 상기 제2 캐패시터의 전압과 크기가 같이 극성이 반대인 전압이 출력될 수 있다. In the first operation, the output voltage is the same as the voltage of the first capacitor, and in the second operation, the output voltage has a polarity opposite to the voltage of the second capacitor, .

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무정전 전원장치에 있어서, 정전 시 배터리와 연결되어 DC 링크 전압을 출력하는 컨버터; 상기 DC 링크 전압을 저장하기 위한 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터;및 상기 제1 캐패시터의 전압과 상기 제2 캐패시터의 전압이 동일하도록 제어하기 위한 제3 캐패시터를 포함하고, 상기 DC 링크 전압을 이용하여 부하로 출력 전압을 출력하는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided an uninterruptible power supply apparatus comprising: a converter connected to a battery during a power failure to output a DC link voltage; A first capacitor and a second capacitor for storing the DC link voltage and a third capacitor for controlling the voltage of the first capacitor to be equal to the voltage of the second capacitor, And an inverter for outputting an output voltage to the load.

본 발명에 따른 무정전 전원장치 및 이에 사용되는 인버터는 전압 균형 제어기를 구비하지 않으며, 자체적으로 전압의 균형을 맞추는 장점이 있다.
The uninterruptible power supply according to the present invention and the inverter used therein have no voltage balance controller and have an advantage of balancing the voltage of the inverter itself.

도 1은 종래의 무정전 전원장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원장치의 상세한 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 발생 시의 인버터의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 활용예를 도시한 도면이다. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional uninterruptible power supply.
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing the current flow of the inverter at the time of occurrence of a power failure according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing an application example of an inverter according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms "first "," second ", and the like can be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원장치의 상세한 구성을 도시한 도면이다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세히 설명한다. FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. Hereinafter, the function of each component will be described in detail.

3로 스위치(210)는 AC 라인(Vac) 및 배터리(Vbatt) 중 어느 하나와 연결된다. 즉, AC 라인(Vac)으로 전압이 정상적으로 인가될 경우, 즉 정전이 발생하지 않는 경우에는, 3로 스위치(210)가 1번 접점으로 연결되어 AC 전압이 후술할 컨버터(220)로 출력된다. 그리고, AC 라인(Vac)으로 전압이 정상적으로 인가되지 않는 경우, 즉 정전이 발생한 경우에는, 3로 스위치(210)가 2번 접점으로 연결되어 배터리에 저장된 DC 전압이 컨버터(220)로 출력된다. 3, the switch 210 is connected to either the AC line (V ac ) or the battery (V batt ). That is, when the voltage is normally applied to the AC line V ac , that is, when no blackout occurs, the switch 210 is connected to the first contact point 3 and the AC voltage is output to the converter 220 to be described later . When the voltage is not normally applied to the AC line V ac , that is, when a power failure occurs, the switch 210 is connected to the contact 2 at a point 3, and the DC voltage stored in the battery is output to the converter 220 .

컨버터(220)는 2개의 스위칭 소자(Ma, Mb)를 포함하며, 역률 보상 기능을 수행하거나 DC 링크 전압을 출력한다. 즉, 정전이 발생하지 않는 경우 컨버터(220)는 AC 전압을 이용하여 역률 보상 기능을 수행하고, 정전이 발생하는 경우, 컨버터(220)는 DC 전압을 이용하여 DC 링크 전압(Vlink)을 출력한다. 여기서, 컨버터(220)에 포함된 스위칭 소자 a(Ma)의 타단과 스위칭 소자 b(Mb)의 일단은 서로 연결된다. 그리고, 2개의 스위칭 소자(Ma, Mb)는 후술할 제어부(241)에 의해 온/오프가 제어될 수 있다. Converter 220 includes two switching elements (M a, M b), and performs the power factor correction function or output the DC link voltage. That is, when no power failure occurs, the converter 220 performs a power factor correction function using an AC voltage. When a power failure occurs, the converter 220 outputs a DC link voltage (V link ) using a DC voltage do. Here, one end of the other end of the switching element b (M b) of a switching element (a M) included in the converter 220 are connected to each other. And, two switching elements (M a, M b) can be controlled on / off by the control unit 241 will be described later.

DC 링크 캐패시터부(230)는 2개의 캐패시터(Ca, Cb)를 포함하며, 정전이 발생된 경우에 출력된 DC 링크 전압(Vlink)을 저장한다. 여기서, 제1 캐패시터(Ca)의 일단은 다이오드를 통해 스위칭 소자 a(Ma)의 일단과 연결되고, 제2 캐패시터(Cb)의 타단은 다이오드를 통해 스위칭 소자 b(Mb)의 타단과 연결되며, 제1 캐패시터(Ca)의 타단과 제2 캐패시터(Cb)의 일단은 연결된다. 그리고, 앞서 설명한 바와 같이, 전압 균형을 맞추기 위해, 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)과 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)는 항상 "Vlink/2"를 유지하여야 한다. The DC link capacitor unit 230 includes two capacitors C a and C b and stores the output DC link voltage V link when a power failure occurs. Here, one end of the first capacitor C a is connected to one end of the switching device a (M a ) through a diode, and the other end of the second capacitor C b is connected to the switching device b (M b ) via a diode connected end, one end of the first capacitor and the other terminal a second capacitor (C b) of (C a) is connected. And, as described above, to match the voltage balance, the first capacitor (C a) the voltage (V b) of voltage (V a) and a second capacitor (C b) of always maintaining the "V link / 2" shall.

인버터(240)는 컨버터(220)의 출력 전압 내지 DC 링크 캐패시터부(230)에 저장된 DC 링크 전압을 이용하여 부하로 출력 전압(Vo)을 공급하며, 6개의 스위칭 소자(M1, M2, M3, M4, M5, M6), 하나의 제3 캐패시터(C1) 및, 6개의 스위칭 소자(M1, M2, M3, M4, M5, M6)의 온/오프를 제어하기 위한 제어부(241)를 포함한다. 일례로, 제어부(241)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 다수의 스위칭 소자의 온/오프를 제어할 수 있다. Inverter 240 supplies the output voltage (Vo) to a load using the DC link voltage stored on the output voltage to the DC link capacitor 230, the converter 220, the six switching elements (M 1, M 2, one of M 3, M 4, M 5, M 6), a third capacitor (C 1) and, six switching elements (M 1, M 2, M 3, M 4, M 5, M 6) / OFF of the control unit 241. For example, the control unit 241 can control on / off of a plurality of switching devices by a PWM (Pulse Width Modulation) method.

보다 상세하게, 인버터(240)는 일단이 제1 캐패시터(Ca)의 일단과 연결되는 제1 스위칭 소자(M1), 일단이 제1 스위칭 소자(M1)의 타단과 연결되고, 타단이 제1 캐패시터(Ca)의 타단 및 제2 캐패시터(Cb)의 일단과 연결되는 제2 스위칭 소자(M2), 일단이 제1 스위칭 소자(M1)의 타단과 연결되는 제3 스위칭 소자(M3), 일단이 제3 스위칭 소자(M3)의 타단과 연결되는 제4 스위칭 소자(M4), 일단이 제1 캐패시터(Ca)의 타단, 제2 캐패시터(Cb)의 일단 및 제2 스위칭 소자(M2)의 타단과 연결되고, 타단이 제4 스위칭 소자(M4)의 타단과 연결되는 제5 스위칭 소자(M5), 일단이 제4 스위칭 소자(M4)의 타단 및 제5 스위칭 소자(M5)의 타단과 연결되고, 타단이 제2 캐패시터(Cb)의 타단과 연결되는 제6 스위칭 소자(M6)를 포함한다. In more detail, the inverter 240 includes a first switching device M 1 having one end connected to one end of the first capacitor C a , one end connected to the other end of the first switching device M 1 , A second switching device M 2 connected to the other end of the first capacitor C a and one end of the second capacitor C b and a third switching device M 2 having one end connected to the other end of the first switching device M 1 , (M 3), one end and one end of the third switching element (M 3) the other end of the fourth switching device (M 4), one end of the first capacitor (C a) the other end, a second capacitor (C b) of which is connected to the and a second switching element and the other connecting end of the (M 2), the other end of the fourth switching device (M 4) a fifth switching device and the other terminal connected to the (M 5), one end of the fourth switching device (M 4) the other end and the fifth switching element is connected to the other end of the (M 5), and the other end of the second capacitor includes a sixth switching device (M 6) being connected to the other terminal of the (C b).

이 때, 제3 캐패시터(C1)의 일단은 제1 스위칭 소자(M1)의 타단 및 제3 스위칭 소자(M3)의 일단과 연결되고, 제3 캐패시터(C1)의 타단은 제4 스위칭 소자(M4)의 타단, 제5 스위칭 소자(M5)의 타단 및 제6 스위칭 소자(M6)의 일단과 연결된다. 또한, 제3 스위칭 소자(M3)의 타단과 제4 스위칭 소자(M4)의 일단이 연결되는 부분 및 상기 제1 캐패시터(Ca)의 타단과 제2 캐패시터(Cb)의 일단이 연결되는 부분에서 출력 전압(Vo)이 출력된다. One end of the third capacitor C 1 is connected to the other end of the first switching device M 1 and one end of the third switching device M 3 and the other end of the third capacitor C 1 is connected to the fourth end of the fourth capacitor M 1 , and the other end of the switching device (M 4) other end, and the fifth switching element (M 5) of the six switching elements is connected to one end of the (M 6). In addition, once a connection of the third switching device and the other terminal the fourth switching device and the other terminal a second capacitor (C b) of (C a) one end of the connecting portion and the first capacitor being of the (M 4) of (M 3) The output voltage Vo is output.

따라서, 정전이 발생하지 않는 경우, 제1 스위칭 소자(M1), 제3 스위칭 소자(M3), 제4 스위칭 소자(M4), 제6 스위칭 소자(M6)가 온되고, 제2 스위칭 소자(M2) 및 제5 스위칭 소자(M5)가 오프되며, 인버터(240)는 AC 전압을 부하로 공급한다. Therefore, when no blackout occurs, the first switching device M 1 , the third switching device M 3 , the fourth switching device M 4 , and the sixth switching device M 6 are turned on, The switching element M 2 and the fifth switching element M 5 are turned off, and the inverter 240 supplies the AC voltage to the load.

그리고, 정전이 발생한 경우, 인버터(240)는 DC 링크 전압을 이용하여 부하로 출력 전압을 공급하되, DC 링크 전압의 균형 제어를 위해 아래에서 설명하는 바와 같이 동작이 제어된다. When a power failure occurs, the inverter 240 supplies the output voltage to the load using the DC link voltage, and the operation is controlled as described below for balance control of the DC link voltage.

이하, 도 3 및 도 4을 참조하여 정전 발생 시의 인버터(240)의 동작을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the operation of the inverter 240 at the time of occurrence of the power failure will be described in detail with reference to FIG. 3 and FIG.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 발생 시의 인버터(240)의 전류 흐름을 도시한 도면이다. FIGS. 3 and 4 are diagrams showing the current flow of the inverter 240 in the occurrence of a power failure according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제어부(241)의 제어 하에, 제1 스위칭 소자(M1), 제3 스위칭 소자(M5) 및 제5 스위칭 소자(M5)가 동일 제어 신호로 동작하고, 제2 스위칭 소자(M2), 제4 스위칭 소자(M4) 및 제6 스위칭 소자(M6)가 동일 제어 신호로 동작하며, 두 신호는 반전 동작한다. 3 and 4, under the control of the control unit 241, the first switching device M 1 , the third switching device M 5 , and the fifth switching device M 5 operate with the same control signal The second switching element M 2 , the fourth switching element M 4 and the sixth switching element M 6 operate with the same control signal, and the two signals operate in reverse.

그리고, 상기 스위칭 소자들 중에서, 제1 스위칭 소자(M1), 제2 스위칭 소자(M2), 제3 스위칭 소자(M3), 제4 스위칭 소자(M4) 및 제6 스위칭 소자(M6)는 출력 전압(Vo)를 형성하는 스위칭 소자이고, 제5 스위칭 소자(M5)는 전하 운반 캐패시터인 제3 캐패시터(C1)과 함께 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)와 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)을 DC 링크 전압(Vlink)의 절반으로 유지하게 하는 보조 스위칭 소자이다. Among the switching elements, a first switching device M 1 , a second switching device M 2 , a third switching device M 3 , a fourth switching device M 4 , and a sixth switching device M 6 is a switching element forming the output voltage Vo and the fifth switching element M 5 is a switching element that is connected to the voltage V a of the first capacitor C a together with the third capacitor C 1 which is the charge- And the voltage (V b ) of the second capacitor (C b ) to half of the DC link voltage (V link ).

본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(240)는 회로는 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)와 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)에 따라 두 가지로 동작하게 되며, 그 동작은 다음과 같다.Inverter 240, in accordance with one embodiment of the invention the circuit is to operate in two in accordance with the voltage (V b) of voltage (V a) and a second capacitor (C b) of the first capacitor (C a) , The operation is as follows.

도 3은 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)이 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)보다 큰 경우(Va>Vb)의 전류 흐름을 도시한 도면이다. 여기서, 제3 캐패시터(C1)에는 제2 캐패시터(Vb)의 전압과 동일한 전압이 저장되어 있는 것으로 가정한다. 3 is a diagram showing a current flow when the voltage V a of the first capacitor C a is larger than the voltage V b of the second capacitor C b (V a > V b ). Here, it is assumed that a voltage equal to the voltage of the second capacitor (V b ) is stored in the third capacitor (C 1 ).

먼저, 도 3의 (a)에 따른 Mode 1에서는 제1 스위칭 소자(M1), 제3 스위칭 소자(M5) 및 제5 스위칭 소자(M5)가 온되고, 제2 스위칭 소자(M2), 제4 스위칭 소자(M4) 및 제6 스위칭 소자(M6)가 오프되는 제1 동작이 수행된다. 3, a first switching device M 1 , a third switching device M 5 and a fifth switching device M 5 are turned on and a second switching device M 2 ), The fourth switching device M 4 and the sixth switching device M 6 are turned off.

따라서, 인버터(240)에서의 제1 전류는 "Ca-M1-M3" 경로로 흐르며, 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)이 출력 전압(Vo)으로 출력된다(도 3의 (c) 참조). 또한, 제5 스위칭 소자(M5)가 온되어 있으므로, 인버터(240)에서의 제2 전류는 "Ca-M1-C1-M5"의 경로로 흐르며, 제1 캐패시터(Ca)의 전하가 제3 캐패시터(C1)로 전달되어 제3 캐패시터(C1)의 전압(V1)은 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)보다 높아진다. Thus, the first current in inverter 240 flows into the path " C a -M 1 -M 3 ", and the voltage V a of the first capacitor C a is output as the output voltage Vo 3 (c)). Since the fifth switching device M 5 is turned on, the second current in the inverter 240 flows in the path of "C a -M 1 -C 1 -M 5 ", and the first capacitor C a The electric charge of the third capacitor C 1 is transferred to the third capacitor C 1 so that the voltage V 1 of the third capacitor C 1 becomes higher than the voltage V b of the second capacitor C b .

다음으로, 도 3의 (b)에 따른 Mode 2에서는 제1 스위칭 소자(M1), 제3 스위칭 소자(M5) 및 제5 스위칭 소자(M5)가 오프되고, 제2 스위칭 소자(M2), 제4 스위칭 소자(M4) 및 제6 스위칭 소자(M6)가 온되는 제2 동작이 수행된다. 3, the first switching device M 1 , the third switching device M 5 and the fifth switching device M 5 are turned off and the second switching device M 2 , the fourth switching device M 4 , and the sixth switching device M 6 are turned on.

따라서, 인버터(240)에서의 제1 전류는 "M4-M6 -Cb" 경로로 흐르며, 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)과 크기가 같이 극성이 반대인 전압 즉, -Vb가 출력 전압(Vo)으로 출력된다(도 3의 (c) 참조). 또한, 제3 캐패시터(C1)의 전압(V1)이 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)보다 높으므로, 인버터(240)에서의 제2 전류는 "C1-M2-Cb-M6"의 경로로 흐르며, 제3 캐패시터(C1)의 전하가 제2 캐패시터(Cb)로 전달되어 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)이 상승한다. Thus, the first current of the inverter 240 is "M 4 -M 6 - C b " flows through the path, a second capacitor voltage has opposite polarity as the voltage (V b) and the amount of (C b), i.e., -V b is output as the output voltage Vo (see Fig. 3 (c)). Further, since the voltage V 1 of the third capacitor C 1 is higher than the voltage V b of the second capacitor C b , the second current in the inverter 240 is "C 1 -M 2 - C b -M 6 flows to the path of the ", and the third capacitor (C 1) charges the second capacitor is transferred to (C b) increases the voltage (V b) of the second capacitor (C b) of the.

이와 같은 인버터(240)의 제1 동작과 제2 동작은 반복적으로 수행되며, 이에 따라 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)과 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)는 동일한 전압(Vlink/2)이 인가된다. In the first operation and the second operation of the inverter 240 is repeatedly performed, so that a first voltage (V b) of the capacitor voltage (V a) and a second capacitor (C b) of (C a) is The same voltage (V link / 2) is applied.

도 4은 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)이 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)보다 작은 경우(Va<Vb)의 전류 흐름을 도시한 도면이다. 여기서, 제3 캐패시터(C1)에는 제2 캐패시터(Vb)의 전압과 동일한 전압이 저장되어 있는 것으로 가정한다. 4 is a diagram showing a current flow when the voltage V a of the first capacitor C a is smaller than the voltage V b of the second capacitor C b (V a <V b ). Here, it is assumed that a voltage equal to the voltage of the second capacitor (V b ) is stored in the third capacitor (C 1 ).

먼저, 도 4의 (a)에 따른 Mode 1에서는 제1 스위칭 소자(M1), 제3 스위칭 소자(M5) 및 제5 스위칭 소자(M5)가 온되고, 제2 스위칭 소자(M2), 제4 스위칭 소자(M4) 및 제6 스위칭 소자(M6)가 오프되는 제1 동작이 수행된다. First, in Mode 1 according to FIG. 4A, the first switching device M 1 , the third switching device M 5 , and the fifth switching device M 5 are turned on and the second switching device M 2 ), The fourth switching device M 4 and the sixth switching device M 6 are turned off.

따라서, 인버터(240)에서의 제1 전류는 "Ca-M1-M3" 경로로 흐르며, 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)이 출력 전압(Vo)으로 출력된다(도 4의 (c) 참조). 또한, 제5 스위칭 소자(M5)가 온되어 있으므로, 인버터(240)에서의 제2 전류는 "M5 -C1-M1-Ca"의 경로로 흐르며, 제3 캐패시터(C1)의 전하가 제1 캐패시터(Ca)로 전달되며, 제3 캐패시터(C1)의 전압(V1)은 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)보다 낮아진다. Thus, the first current in inverter 240 flows into the path " C a -M 1 -M 3 &quot;, and the voltage V a of the first capacitor C a is output as the output voltage Vo 4 (c)). Further, the fifth switch (M 5) is so turned on, a second current of the inverter 240 - flows to the path of the "M 1 -M 5, C 1 -C a", the third capacitor (C 1) the charge is transferred to the first capacitor (C a), a third voltage (V 1) of the capacitor (C 1) is lower than the voltage (V b) of the second capacitor (C b).

다음으로, 도 4의 (b)에 따른 Mode 2에서는 제1 스위칭 소자(M1), 제3 스위칭 소자(M5) 및 제5 스위칭 소자(M5)가 오프되고, 제2 스위칭 소자(M2), 제4 스위칭 소자(M4) 및 제6 스위칭 소자(M6)가 온되는 제2 동작이 수행된다. Next, in Mode 2 according to FIG. 4B, the first switching device M 1 , the third switching device M 5 , and the fifth switching device M 5 are turned off and the second switching device M 2 , the fourth switching device M 4 , and the sixth switching device M 6 are turned on.

따라서, 인버터(240)에서의 제1 전류는 "M4-M6-Cb" 경로로 흐르며, 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)과 크기가 같이 극성이 반대인 전압 즉, -Vb가 출력 전압(Vo)으로 출력된다(도 4의 (c) 참조). 또한, 제3 캐패시터(C1)의 전하가 제1 캐패시터(Ca)로 전달되어 제3 캐패시터(C1)의 전압(V1)이 제2 캐패시터(Cb)보다 낮으므로, 인버터(240)에서의 제2 전류는 "C1-M6-Cb-M2"의 경로로 흐르며, 제2 캐패시터(Cb)의 전하가 제3 캐패시터(C1)로 전달되어 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)이 하강한다. Thus, the first current in inverter 240 flows as "M 4 -M 6 -C b" path, a second capacitor voltage has the opposite polarity as the voltage (V b) and the amount of (C b), i.e., -V b is output as the output voltage Vo (see Fig. 4 (c)). Since the charge of the third capacitor C 1 is transferred to the first capacitor C a and the voltage V 1 of the third capacitor C 1 is lower than the second capacitor C b , ) Flows through the path of " C 1 -M 6 -C b -M 2 &quot;, and the charge of the second capacitor C b is transferred to the third capacitor C 1 , the voltage (V b ) of the transistor ( b ) falls.

이와 같은 인버터(240)의 제1 동작과 제2 동작은 반복적으로 수행되며, 이에 따라 제1 캐패시터(Ca)의 전압(Va)과 제2 캐패시터(Cb)의 전압(Vb)는 동일한 전압(Vlink/2)이 인가된다. In the first operation and the second operation of the inverter 240 is repeatedly performed, so that a first voltage (V b) of the capacitor voltage (V a) and a second capacitor (C b) of (C a) is The same voltage (V link / 2) is applied.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원장치(200)는 별도의 전압 균형 제어기 없이 자체적으로 전압 균형을 이루는 장치로서, 인버터(240)는 전하 이동용 캐패시터인 제3 캐패시터(C1)을 이용하여, 제1 캐패시터(Ca)와 제2 캐패시터(Cb) 중 상대적으로 전압이 높은 캐패시터의 전하를 전압이 낮은 캐패시터로 운반함으로써 전압 균형을 제어한다. That is, the uninterruptible power supply 200 according to an embodiment of the present invention is a device that performs its own voltage balance without a separate voltage balancing controller. The inverter 240 uses a third capacitor C 1 which is a charge transfer capacitor And controls the voltage balance by transferring the charge of the capacitor having the relatively high voltage among the first capacitor (C a ) and the second capacitor (C b ) to a capacitor having a low voltage.

그리고, 배경 기술에서 언급한 종래의 무정전 전원장치는 AC 라인으로 전압이 인가되는 정상 모드(정전 미발생시)와 배터리로 전압이 인가되는 배터리 모드(정전 발생시) 별로 전압 균형 제어기를 별도로 사용해야 하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원장치(200)는 별도의 전압 균형 제어기가 필요 없고, 하나의 전압 균형 제어기(제어부(241))만을 사용할 수 있다. In the conventional uninterruptible power supply described in the background art, a voltage balance controller should be separately used for each of the normal mode in which a voltage is applied to the AC line (when no power failure occurs) and the battery mode in which a voltage is applied to the battery (when a power failure occurs) The uninterruptible power supply 200 according to an embodiment of the present invention does not require a separate voltage balance controller and can use only one voltage balance controller (control unit 241).

또한, 본 발명에 따른 인버터(240)의 스위칭 소자의 개수는 도 1의 인버터에 포함된 스위칭 소자의 개수보다 많지만, 내압이 낮은 스위칭 소자를 사용할 수 있어서 고속 스위칭을 가능하게 할 수 있다. In addition, although the number of switching elements of the inverter 240 according to the present invention is larger than the number of switching elements included in the inverter of FIG. 1, a switching element having a low withstand voltage can be used, thereby enabling high-speed switching.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(240)는 중성점이 존재하는 3상 4선식 3상인버터로도 활용이 가능하다.Meanwhile, the inverter 240 according to an embodiment of the present invention can also be used as a three-phase, four-wire, three-phase butter having a neutral point.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and limited embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- Various modifications and variations may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (7)

DC 링크 전압을 저장하기 위한 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하는 무정전 전원장치에 사용되는 인버터에 있어서,
상기 제1 캐패시터의 전압과 상기 제2 캐패시터의 전압이 동일하도록 제어하기 위한 제3 캐패시터 - 상기 제1 캐패시터의 타단과 상기 제2 캐패시터의 일단은 연결됨 - ;
일단이 상기 제1 캐패시터의 일단과 연결되는 제1 스위칭 소자;
일단이 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 캐패시터의 타단 및 상기 제2 캐패시터의 일단과 연결되는 제2 스위칭 소자;
일단이 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제3 스위칭 소자;
일단이 제3 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제4 스위칭 소자;
일단이 상기 제1 캐패시터의 타단, 상기 제2 캐패시터의 일단 및 제2 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 제4 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제5 스위칭 소자;
일단이 제4 스위칭 소자의 타단 및 제5 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 제2 캐패시터의 타단과 연결되는 제6 스위칭 소자; 및
상기 제1 내지 제6 스위칭 소자의 온/오프를 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.1. An inverter for use in an uninterruptible power supply comprising a first capacitor and a second capacitor for storing a DC link voltage,
A third capacitor for controlling the voltage of the first capacitor to be equal to the voltage of the second capacitor, the other end of the first capacitor being connected to one end of the second capacitor;
A first switching element having one end connected to one end of the first capacitor;
A second switching element having one end connected to the other end of the first switching element and the other end connected to the other end of the first capacitor and one end of the second capacitor;
A third switching element connected to the other end of the first switching element;
A fourth switching element having one end connected to the other end of the third switching element;
A fifth switching element having one end connected to the other end of the first capacitor, one end of the second capacitor and the other end of the second switching element, and the other end connected to the other end of the fourth switching element;
A sixth switching element having one end connected to the other end of the fourth switching element and the other end of the fifth switching element and the other end connected to the other end of the second capacitor; And
And a controller for controlling ON / OFF of the first to sixth switching elements. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제3 캐패시터의 일단은 상기 제1 스위칭 소자의 타단 및 상기 제3 스위칭 소자의 일단과 연결되고, 상기 제3 캐패시터의 타단은 상기 제4 스위칭 소자의 타단, 제5 스위칭 소자의 타단 및 상기 제6 스위칭 소자의 일단과 연결되며,
상기 제3 스위칭 소자의 타단과 상기 제4 스위칭 소자의 일단이 연결되는 부분 및 상기 제1 캐패시터의 타단과 상기 제2 캐패시터의 일단이 연결되는 부분에서 출력 전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 인버터.The method according to claim 1,
Wherein one end of the third capacitor is connected to the other end of the first switching device and one end of the third switching device and the other end of the third capacitor is connected to the other end of the fourth switching device, 6 connected to one end of the switching element,
Wherein an output voltage is output at a portion where the other end of the third switching element and one end of the fourth switching element are connected and a portion where the other end of the first capacitor and the one end of the second capacitor are connected. 제3항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제5 스위칭 소자가 온되고 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제4 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자가 오프되는 제1 동작 및 상기 제2 스위칭 소자, 상기 제4 스위칭 소자 및 상기 제6 스위칭 소자가 온되고 상기 제1 스위칭 소자, 상기 제3 스위칭 소자 및 상기 제5 스위칭 소자가 오프되는 제2 동작이 반복적으로 수행되어 상기 제1 캐패시터의 전압과 상기 제2 캐패시터의 전압이 동일하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 인버터.The method of claim 3,
A first operation in which the first switching element, the third switching element, and the fifth switching element are turned on and the second switching element, the fourth switching element, and the sixth switching element are turned off and the second switching element, And a second operation in which the fourth switching element and the sixth switching element are turned on and the first switching element, the third switching element, and the fifth switching element are turned off are repeatedly performed so that the voltage of the first capacitor, And the voltage of the second capacitor is controlled to be the same. 제4항에 있어서,
상기 제1 동작과 상기 제2 동작이 반복적으로 수행되기 전에, 상기 제3 캐패시터에는 상기 제2 캐패시터의 전압과 동일한 전압이 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터.5. The method of claim 4,
Wherein a voltage equal to a voltage of the second capacitor is stored in the third capacitor before the first operation and the second operation are repeatedly performed. 제4항에 있어서,
상기 제1 동작에서, 상기 출력 전압은 상기 제1 캐패시터의 전압과 동일한 전압이 출력되고,
상기 제2 동작에서, 상기 출력 전압은 상기 제2 캐패시터의 전압과 크기가 같이 극성이 반대인 전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 인버터.5. The method of claim 4,
In the first operation, the output voltage is outputted at the same voltage as the voltage of the first capacitor,
Wherein in the second operation, the output voltage has a polarity opposite to that of the second capacitor. 무정전 전원장치에 있어서,
정전 시 배터리와 연결되어 DC 링크 전압을 출력하는 컨버터;
상기 DC 링크 전압을 저장하기 위한 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터 - 상기 제1 캐패시터의 타단과 상기 제2 캐패시터의 일단은 연결됨 - ; 및
상기 DC 링크 전압을 이용하여 부하로 출력 전압을 출력하는 인버터;를 포함하되, 상기 인버터는,
상기 제1 캐패시터의 전압과 상기 제2 캐패시터의 전압이 동일하도록 제어하기 위한 제3 캐패시터;
일단이 상기 제1 캐패시터의 일단과 연결되는 제1 스위칭 소자;
일단이 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 상기 제1 캐패시터의 타단 및 상기 제2 캐패시터의 일단과 연결되는 제2 스위칭 소자;
일단이 제1 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제3 스위칭 소자;
일단이 제3 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제4 스위칭 소자;
일단이 상기 제1 캐패시터의 타단, 상기 제2 캐패시터의 일단 및 제2 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 제4 스위칭 소자의 타단과 연결되는 제5 스위칭 소자;
일단이 제4 스위칭 소자의 타단 및 제5 스위칭 소자의 타단과 연결되고, 타단이 제2 캐패시터의 타단과 연결되는 제6 스위칭 소자; 및
상기 제1 내지 제6 스위칭 소자의 온/오프를 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.In an uninterruptible power supply,
A converter connected to the battery to output a DC link voltage during a power failure;
A first capacitor and a second capacitor for storing the DC link voltage, the other end of the first capacitor being connected to one end of the second capacitor; And
And an inverter for outputting an output voltage to a load using the DC link voltage,
A third capacitor for controlling the voltage of the first capacitor to be equal to the voltage of the second capacitor;
A first switching element having one end connected to one end of the first capacitor;
A second switching element having one end connected to the other end of the first switching element and the other end connected to the other end of the first capacitor and one end of the second capacitor;
A third switching element connected to the other end of the first switching element;
A fourth switching element having one end connected to the other end of the third switching element;
A fifth switching element having one end connected to the other end of the first capacitor, one end of the second capacitor and the other end of the second switching element, and the other end connected to the other end of the fourth switching element;
A sixth switching element having one end connected to the other end of the fourth switching element and the other end of the fifth switching element and the other end connected to the other end of the second capacitor; And
And a controller for controlling on / off operations of the first to sixth switching elements.
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