KR101680025B1 - Multi phase alternation method of parallel ups for increasing efficiency and light weight of ups - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptable Power Supply)에 설치된 인버터의 스위칭 소자를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 제어하여 UPS의 효율을 증대시킨 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multiphase alternating method of a parallel UPS for increasing the efficiency and weight of a UPS. More particularly, the present invention relates to a method of interleaving a switching device of an inverter installed in an uninterruptible power supply (UPS) And more particularly, to a multiphase alternating method of a parallel UPS for increasing efficiency and lighter weight of a UPS in which the efficiency of the UPS is improved by controlling the UPS efficiency.
일반적으로, 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)는 상용 전원에서 발생 가능한 전원 장애를 극복하여 양질의 안정된 교류 전력을 부하에 공급하기 위한 장치로서, 정류부와, 인버터, 배터리를 포함한다.Generally, an uninterruptible power supply (UPS) is a device for supplying a stable AC power to a load by overcoming a power failure that may occur in a commercial power supply, and includes a rectifying part, an inverter, and a battery.
상기 무정전 전원 공급 장치는 상용 전원을 공급하다가 정전 등이 발생하면 배터리의 충전 전압을 인버터로 교류화하여 공급함과 더불어, 출력 전압의 변동이나, 주파수 변동, 순간 정전, 또는 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고 항상 안정된 전원을 공급하여 주는 장치이다.The uninterruptible power supply supplies AC power to the inverter when AC power is supplied and the AC power is supplied to the inverter. In addition, the power supply abnormality And always supplies stable power.
상기 무정전 전원 공급 장치의 경우 2대 이상의 무정전 전원 공급 장치가 출력단을 공유하는 병렬 구성을 오래전부터 활용하여 왔으며, 최근에는 무정전 전원 공급 장치를 모듈로 구성하고, 병렬 연결하여 용량을 손쉽게 증설하고, 유지 보수나 고장 상황에 유연하게 대처할 수 있는 모듈(Module)형 무정전 전원 공급 장치가 가장 많이 사용되고 있다.In the case of the uninterruptible power supply unit, two or more uninterruptible power supply units share output terminals, and a parallel configuration has been used for a long time. In recent years, uninterruptible power supply units have been configured as modules, A module-type uninterruptible power supply that can flexibly cope with maintenance or failure situations is most commonly used.
한편, 상기 무정전 전원 공급 장치에 설치된 인버터의 전력 변환 장치를 구성하는 메인 토폴로지(Main Topology) 부분은 크게 능동 소자와 수동 소자로 구분될 수 있는데, 이때, 인버터의 무게와 크기의 대부분을 차지하는 부분은 수동 소자인 인덕터와 커패시터이다.Meanwhile, the main topology portion of the power converter of the inverter installed in the uninterruptible power supply can be largely divided into an active element and a passive element. At this time, Passive inductors and capacitors.
한편, 상기 2개 이상의 무정전 전원 공급 장치나 2개 이상의 인버터를 병렬 연결하면, 전기 소자의 도통 손실이 줄고, 발열 관리가 용이하여 시스템의 크기와 무게에 상당한 영향을 주는 방열판의 최적 설계가 용이하다. On the other hand, when the two or more uninterruptible power supply units or two or more inverters are connected in parallel, the conduction loss of the electric element is reduced, and the heat management is facilitated, so that the optimum design of the heat sink having a considerable effect on the size and weight of the system is easy .
또한, 상기 인버터를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 제어하면 인덕턴스를 절반으로 줄일 수 있으면서 전기 소자로 흐르는 전류량을 절반으로 줄일 수 있다. In addition, if the inverter is controlled by an interleaving method, the inductance can be reduced to half, and the amount of current flowing to the electric device can be reduced by half.
이때, 인덕턴스와 전류량이 절반이 되면, 코어와 도선의 사이즈가 줄어 수동 소자의 높이가 상당히 줄어들게 되지만, 실제 제작에 있어 시스템의 높이 감소에는 효과가 있으나 전체적인 무게와 크기는 획기적으로 감소시킬 수 없고, 제어가 어려울 뿐만 아니라, 보다 높은 성능의 MCU가 탑재되어야 한다. In this case, when the inductance and the amount of current are halved, the size of the core and the wire is reduced, and the height of the passive element is significantly reduced. However, the actual weight and the size can not be significantly reduced, In addition to being difficult to control, higher performance MCUs must be installed.
또한, 전체적인 원가가 상승하기 때문에 특별한 경우를 제외하고는 활발히 사용되지 않고 있는 실정이나 상기 병렬 UPS에 인터리빙 제어 방식을 적용하면 앞에서 언급한 기존 인터리빙 방식의 단점들이 전혀 고려되지 않으며 인터리빙 방식의 장점만을 취할 수 있다.In addition, since the overall cost is increased, the UPS is not actively used except for a special case. However, if the interleaving control method is applied to the parallel UPS, the disadvantages of the conventional interleaving method mentioned above are not considered at all, .
한편, 상기 인버터는 스위칭 조작시 스위칭 소자로부터 전력 손실이 발생 되는데, 스위칭 주파수에 관계없이 스위치 상태가 1회 전환될 때 동일한 양의 손실이 발생 된다.On the other hand, in the inverter, a power loss is generated from the switching element at the time of the switching operation. Regardless of the switching frequency, the same amount of loss is generated when the switching state is switched once.
예를 들어, 스위칭 1회에 발생하는 손실이 1mW 라고 가정하면, 1kHz 스위칭 주파수 구동시 On-Off 상태, Off-On 상태가 1초에 2000번에 걸쳐 진행되어 1초에 2W의 손실이 발생 된다.For example, assuming that the loss occurring in one switching cycle is 1 mW, when the 1 kHz switching frequency is driven, the on-off state and the off-on state progress over 2000 times per second, resulting in a loss of 2 W per second .
만약, 10kHz의 구동이라면 같은 원리로 1초에 20W의 손실이 발생 된다.If driving at 10kHz, 20W is lost per second with the same principle.
다시 말해, 스위칭 손실은 스위칭 주파수에 완벽하게 비례하며, 어떠한 이유에서든 스위칭 주파수를 줄이면 스위칭 손실은 그에 비례하여 줄게 된다.In other words, the switching loss is perfectly proportional to the switching frequency, and for any reason reducing the switching frequency leads to a reduction in the switching loss.
한편, 본 발명의 선행 기술로는 특허등록번호 "10-1555480"호의 "무정전 전원 장치의 중성선 고조파 전류 저감을 위한 정류기 및 인버터의 인터리빙 방법"이 출원되어 등록되었는데, 상기 발명은 정류부용 신호 처리부와 인버터용 신호 처리부를 GPIO 핀을 통해 연결하여 무변압기형 이중 변환 방식 무정전 전원 장치의 정류부 PWM 신호 및 인버터 PWM 신호를 제어하는 방법에 있어서, 상기 정류부용 신호 처리부가 GPIO 핀을 출력으로 설정하고, 상기 인버터용 신호 처리부가 GPIO 핀을 입력으로 설정하는 과정과, 상기 정류부용 신호 처리부가 정류부용 PWM 카운터값이 0이 되는 시점에 GPIO 핀의 출력 신호를 변화시키는 과정, 상기 인버터용 신호 처리부가 GPIO 핀을 이용하여 입력 신호가 Low에서 High로 변화되는 시점을 검출하는 과정, 상기 인버터용 신호 처리부가 GPIO 핀을 통하여 검출된 정류부용 PWM 카운터값이 0이 되는 시점에서, 인버터용 PWM 카운터값을 환산하고, 환산된 인버터용 PWM 카운터값을 이용하여 인버터용 PWM 신호의 위상을 확인하는 과정, 및 상기 인버터용 신호 처리부가 환산된 인버터용 최종 PWM 카운터 값을 정류부 PWM 신호와 180도의 위상차를 가지게 하는 값과 비교하여, 인버터 스위칭 주파수 변경 여부를 결정하는 과정을 포함한다.On the other hand, the prior art of the present invention is filed and registered as a "Rectifier and inverter interleaving method for reducing neutral line harmonic current of an uninterruptible power supply unit" of Patent Registration No. "10-1555480" A method of controlling a rectifier PWM signal and an inverter PWM signal of a transformer-type double conversion type uninterruptible power supply unit by connecting a signal processing unit for an inverter through a GPIO pin, wherein the signal processing unit for rectifying unit sets a GPIO pin as an output, A step of changing the output signal of the GPIO pin at a time when the rectifying unit PWM counter value becomes 0 when the rectifying unit signal processing unit is set to 0; A step of detecting a time point at which the input signal changes from Low to High using the inverter signal processing unit GP A step of converting the PWM counter value for inverter at the time when the PWM counter value for the rectification part detected by the IO pin becomes 0 and confirming the phase of the inverter PWM signal by using the converted inverter PWM counter value, And determining whether the inverter switching frequency is changed by comparing the final PWM counter value for the inverter converted by the inverter signal processing unit with a value for making a phase difference of 180 degrees with the rectified PWM signal.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 병렬 연결된 무정전 전원 장치의 장점은 그대로 가져가면서 무정전 전원 장치에 장착된 인버터를 인터리빙(interleaving) 방식으로 제어함으로써 인버터의 전력 손실과 출력 전압의 리플(ripple)을 감소시킬 수 있는 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention has an advantage of an uninterruptible power supply unit connected in parallel and controls an inverter installed in an uninterruptible power supply unit in an interleaving manner to reduce power loss of the inverter and ripple of the output voltage Phase alternating method for increasing the efficiency and reducing the weight of the UPS.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법은 무정전 전원 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)에 장착되면서 2개 이상의 스위칭 소자가 브리지(Bridge) 연결된 인버터가 2개 이상 병렬 연결된 인버터 모듈에서 스위칭 제어 수단이 각각의 인버터의 스위칭 소자에 스위칭 제어 신호를 입력할 때 각각의 인버터별로 스위칭 제어 신호가 각도 틀어지도록 스위칭 제어 신호를 입력하는 인터리빙(Interleaving) 방식을 사용함으로써 인버터의 출력 전압 전류의 리플과, 스위칭 주파수를 스위칭시키기 위한 주파수, 및 인버터의 전력 손실을 감소시킨다.In order to accomplish the above object, a multiphase alternating method of a parallel UPS for increasing the efficiency and weight of a UPS according to the present invention is a method of replacing two or more switching devices connected to an Inverter When the switching control means inputs switching control signals to the switching elements of the respective inverters, the switching control signals for the respective inverters By using an interleaving method of inputting a switching control signal so as to turn an angle, the ripple of the output voltage current of the inverter, the frequency for switching the switching frequency, and the power loss of the inverter are reduced.
이러한 절차로 이루어진 본 발명에 따른 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법은 병렬 연결된 무정전 전원 장치의 장점은 그대로 가져가면서 무정전 전원 장치에 장착된 인버터를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 제어함으로써 인버터의 전력 손실과 출력 전압의 리플(ripple)을 감소시킬 수 있다.The multiphase alternating method of the parallel UPS for increasing the efficiency and lightening of the UPS according to the present invention having the above-mentioned procedure controls the inverter mounted on the uninterruptible power supply unit by the interleaving method while maintaining the advantages of the uninterruptible power supply unit connected in parallel The power loss of the inverter and the ripple of the output voltage can be reduced.
또한, 본 발명은 기존의 무정전 전원 장치 시스템에서 하드웨어를 변경하지 않고 제어 알고리즘만 수정함으로써 성능이 향상된 UPS의 제조 원가를 낮출 수 있다.In addition, the present invention can lower the manufacturing cost of the UPS with improved performance by modifying only the control algorithm without changing the hardware in the conventional uninterruptible power supply system.
도면 1은 좌측이 본 발명을 적용한 인버터 모듈이고, 우측이 일반적인 인버터 모듈이며, 좌측 인버터 모듈의 스위칭 소자는 인터리빙(Interleaving) 방식을 적용하여 10kHz로 스위칭시켰고, 우측 인버터 모듈의 스위칭 소자는 인터리빙 방식 없이 20kHz로 스위칭시킨 도면,
도면 2는 도면 1의 A,B,C,D,E,F에 입력되는 제어 신호를 도시한 도면,
도면 3은 인버터의 제1 실시 예를 도시한 도면,
도면 4는 인버터의 제2 실시 예를 도시한 도면,
도면 5는 제1,2,3,4 오프셋 조정 회로를 도시한 도면,
도면 6은 사인파의 DC 오프셋 전압을 조정하여 발생 된 데드 타임(Dead Time)을 설명하기 위한 도면,
도면 7은 본 발명이 적용된 인버터 모듈의 리플 전압을 설명하기 위한 도면,
도면 8은 본 발명이 적용된 인버터 모듈의 전력 손실을 도시한 도면.In FIG. 1, the left side is an inverter module to which the present invention is applied, the right side is a general inverter module, the switching elements of the left inverter module are switched to 10 kHz by applying an interleaving method, and the switching elements of the right inverter module are interleaved 20 kHz,
2 is a diagram showing control signals input to A, B, C, D, E and F in FIG. 1,
3 shows a first embodiment of an inverter,
4 shows a second embodiment of the inverter,
5 shows the first, second, third and fourth offset adjustment circuits,
6 is a diagram for explaining a dead time generated by adjusting a DC offset voltage of a sine wave,
7 is a view for explaining a ripple voltage of an inverter module to which the present invention is applied,
FIG. 8 is a diagram illustrating power loss of an inverter module to which the present invention is applied; FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법은 도면 1과 도면 2에 도시한 바와 같이, 무정전 전원 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)에 장착되면서 2개 이상의 스위칭 소자가 브리지(Bridge) 연결된 인버터(1)가 2개 이상 병렬 연결된 인버터 모듈에서 스위칭 제어 수단(3)이 각각의 인버터(1)의 스위칭 소자에 스위칭 제어 신호를 입력할 때 각각의 인버터(1)별로 스위칭 제어 신호가 각도 틀어지도록 스위칭 제어 신호를 입력하는 인터리빙(Interleaving) 방식을 사용함으로써 인버터(1)의 출력 전압 전류의 리플과, 스위칭 주파수를 스위칭시키기 위한 주파수, 및 인버터(1)의 전력 손실을 감소시킨다.As shown in FIGS. 1 and 2, a multi-phase alternating method of a parallel UPS for increasing the efficiency and reducing the weight of the UPS according to the present invention is implemented in an uninterruptible power supply (UPS) (Bridge) In an inverter module in which two or more connected
예를 들어 설명하면 전체 인버터(1)의 개수가 3개라면, 첫번째 인버터(1)는 순번이 1번이므로 에서 첫번째 인버터(1)의 스위칭 소자가 스위칭 제어 신호를 입력받고, 두번째 인버터(1)는 순번이 2번이므로 에서 두번째 인버터(1)의 스위칭 소자가 스위칭 제어 신호를 입력받으며, 세번째 인버터는 순번이 3번이므로 에서 세번째 인버터(1)의 스위칭 소자가 스위칭 제어 신호를 입력받는다.For example, if the number of all the
상기 무정전 전원 공급 장치(UPS)는 배터리와, 상용 전원을 입력받아 상기 배터리를 충전하는 충전 회로부, 배터리의 직류 전압을 승압시키는 승압 회로부, 및 정전으로 인해 상용 전원이 차단되었을 때 승압 회로부에 의해 승압 된 배터리의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 부하(Load)에 공급하는 인버터(1)를 포함한다.The uninterruptible power supply (UPS) includes a battery, a charging circuit for receiving the commercial power and charging the battery, a booster circuit for boosting the DC voltage of the battery, and a booster circuit for boosting the booster And an
상기 인버터(1)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 상기 직류 전원을 스위칭시켜 교류 전원으로 변환하는 교류 전원 출력부(5)와, 상기 교류 전원 출력부(5)의 출력 신호를 필터링하여 정현파 형태의 교류 신호로 변환하는 필터부(7)로 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 3, the
상기 교류 전원 출력부(5)는 도면 3에 도시한 제1 실시 예로서 직류 입력 전압이 스위칭 소자의 온(On), 오프(Off) 동작에 의해 구형파 펄스 파형으로 변환되고 드레인(Drain) 단자에 플러스(+) 직류 전원이 연결되고 게이트 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴 온(Turn On)되거나 턴 오프(Turn Off)되면서 필터부(7)로 플러스 직류 전원을 공급하거나 공급하지 않는 제1 스위칭 소자(9)와, 드레인(Drain) 단자가 제1 스위칭 소자(9)의 소스(Source) 단자에 연결되고 소스(Source) 단자에 마이너스(-) 직류 전원이 연결되며 게이트 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴 온(Turn On) 되거나 턴 오프(Turn Off)되면서 필터부(7)로 마이너스 직류 전원을 공급하거나 공급하지 않는 제2 스위칭 소자(11)를 포함한다.3, the AC input voltage is converted into a square wave pulse waveform by the ON and OFF operations of the switching element, and the DC input voltage is applied to the drain terminal A positive DC power source is connected and turned on or turned off according to a control signal of the switching control means 3 inputted to the gate terminal so that a positive DC power is supplied to the filter unit 7 A drain terminal connected to a source terminal of the
또한, 상기 교류 전원 출력부(5)는 한쪽 전극이 제1 스위칭 소자(9)의 드레인 단자에 연결되고 다른 한쪽 전극이 접지되어 플러스 직류 전원 중에 포함된 교류 성분을 접지로 내보내는 제1 커패시터(13)와, 한쪽 전극이 제2 스위칭 소자(11)의 소스 단자에 연결되고 다른 한쪽 전극이 접지되어 마이너스 직류 전원 중에 포함된 교류 성분을 접지로 내보내는 제2 커패시터(15)를 더 포함한다.The AC
상기와 같은 교류 전원 출력부(5)의 제1 실시 예는 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 제1 스위칭 소자(9)와 제2 스위칭 소자(11)가 교대로 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)되고, 제1 스위칭 소자(9)의 소스 단자에는 구형파 펄스가 출력되며, 상기 구형파 펄스는 필터부(7)를 거쳐 정현파 형태의 교류 신호로 변환된다.In the first embodiment of the AC
상기 교류 전원 출력부(5)의 제1 실시 예에 장착된 필터부(7)는 제1 실시 예로서 일단이 제1 스위칭 소자(9)의 소스(Source) 단자에 연결된 제1 인덕터(17)와, 한쪽 전극이 제1 인덕터(17)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 접지된 제3 커패시터(19)로 이루어져, 교류 전원 출력부(5)로부터 출력된 교류 신호의 주파수에 따라 제1 인덕터(17)의 유도성 리액턴스와, 제3 커패시터(19)의 용량성 리액턴스가 변화되어 60Hz의 정현파 교류 전원을 출력한다.The
상기 교류 전원 출력부(5)의 제1 스위칭 소자(9)와 제2 스위칭 소자(11)를 제어하는 스위칭 제어 수단(3)은 반전 입력 단자로 삼각파가 입력되고 비반전 입력 단자로 사인파(Sine wave)가 입력되어 비반전 입력 단자로 입력된 사인파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 삼각파보다 클 경우 하이(High) 신호를 출력하는 반면 비반전 입력 단자로 입력된 사인파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 삼각파보다 작을 경우 로우(Low) 신호를 출력하는 제1 비교기(21)와, 상기 제1 비교기(21)로부터 출력된 하이(High) 신호와 로우(Low) 신호의 전압 레벨을 제1 스위칭 소자(9)를 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 전압 레벨로 조정하여 제1 스위칭 소자(9)의 게이트 단자에 공급하는 제1 스위칭 소자 구동부(23), 반전 입력 단자로 사인파가 입력되고 비반전 입력 단자로 삼각파가 입력되어 비반전 입력 단자로 입력된 삼각파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 사인파보다 클 경우 하이(High) 신호를 출력하는 반면 비반전 입력 단자로 입력된 삼각파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 사인파보다 작을 경우 로우(Low) 신호를 출력하는 제2 비교기(25), 상기 제2 비교기(25)로부터 출력된 하이(High) 신호와 로우(Low) 신호의 전압 레벨을 제2 스위칭 소자(11)를 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 전압 레벨로 조정하여 제2 스위칭 소자(11)의 게이트 단자에 공급하는 제2 스위칭 소자 구동부(27), 소정 주파수의 삼각파를 발생시켜 제1 비교기(21)의 반전 입력 단자와 제2 비교기(25)의 비반전 입력 단자에 공급하는 제1 삼각파 발생기(29), 및 소정 주파수의 사인파를 발생시켜 제1 비교기(21)의 비반전 입력 단자와 제2 비교기(25)의 반전 입력 단자에 공급하는 제1 사인파 발생기(31)를 포함한다.The switching control means 3 for controlling the
상기 제1 사인파 발생기(31)는 룩업 테이블(Lookup Table)을 참고하여 사인파(Sine wave)를 발생시키기 위한 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 제1 펄스 폭 변조부(Pulse Width Modulation)와, 상기 제1 펄스 폭 변조부로부터 출력된 펄스 폭 변조 신호를 필터링(Filtering)하여 정현파로 변환하는 제1 정현파 발생부를 포함한다.The first
상기 룩업 테이블에는 인덱스(Index)로서 스텝 앵글(Step Angle)이 저장되고, 상기 제1 펄스 폭 변조부는 시간 대비 스텝 앵글의 변화폭에 따라 사인파 주파수를 조절한다.In the look-up table, a step angle is stored as an index, and the first pulse width modulator adjusts a sine wave frequency according to a change width of a step angle relative to a time.
한편, 상기 교류 전원 출력부(5)의 제2 실시 예는 도면 4에 도시한 바와 같이, 직류 입력 전압이 스위칭 소자의 온(On), 오프(Off) 동작에 의해 구형파 펄스 파형으로 변환되고, 드레인(Drain) 단자에 플러스(+) 직류 전원이 연결되고 게이트(Gate) 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴 온(Turn On)되거나 턴 오프(Turn Off)되는 제3 스위칭 소자(33)와, 상기 제3 스위칭 소자(33)와 병렬 연결되고 드레인(Drain) 단자에 플러스(+) 직류 전원이 연결되고 게이트(Gate) 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴 온(Turn On)되거나 턴 오프(Turn Off)되는 제4 스위칭 소자(35), 드레인(Drain) 단자가 제3 스위칭 소자(33)의 소스(Source) 단자에 연결되고 소스(Source) 단자에 마이너스(-) 직류 전원이 연결되며 게이트(Gate) 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴 온(Turn On)되거나 턴 오프(Turn Off)되는 제5 스위칭 소자(37), 및 드레인(Drain) 단자가 제4 스위칭 소자(35)의 소스(Source) 단자에 연결되고 소스(Source) 단자에 마이너스(-) 직류 전원이 연결되며 게이트(Gate) 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴 온(Turn On)되거나 턴 오프(Turn Off)되는 제6 스위칭 소자(39)를 포함한다.4, the DC input voltage is converted into a square wave pulse waveform by the on and off operations of the switching element, (+) DC power source is connected to the drain terminal of the
상기 스위칭 제어 수단(3)은 한 쌍의 제3 스위칭 소자(33)와 제6 스위칭 소자(39) 또는 한 쌍의 제4 스위칭 소자(35)와 제5 스위칭 소자(37)를 교대로 턴 온(Turn On)시키거나 턴 오프(Turn Off)시키고 상기 필터부(7)는 제3 스위칭 소자(33)와 제4 스위칭 소자(35)의 소스(Source) 단으로부터 출력된 구형파 신호를 정류하여 정현파 형태의 교류 신호로 변환한 다음 부하에 공급한다.The switching control means 3 alternately turns on the pair of the
상기 제1 스위칭 소자(9) 내지 제6 스위칭 소자(39)는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)나, 절연 게이트 바이폴라 접합 트랜지스터(IGBT), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMTs)를 포함한다.The first to
상기 교류 전원 출력부(5)의 제2 실시 예에 장착된 필터부(7)는 제2 실시 예로서 일단이 제4 스위칭 소자(35)의 소스(Source) 단자에 연결된 제2 인덕터(41)와, 한쪽 전극이 제2 인덕터(41)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 제3 스위칭 소자(33)의 소스(Source) 단자에 연결된 제4 커패시터(43)로 이루어져, 교류 전원 출력부(5)의 제2 실시 예로부터 출력된 교류 신호의 주파수에 따라 제2 인덕터(41)의 유도성 리액턴스와, 제4 커패시터(43)의 용량성 리액턴스가 변화되어 60Hz의 정현파 교류 전원을 출력한다.The
상기 교류 전원 출력부(5)의 제2 실시 예에서 제3 스위칭 소자(33) 내지 제6 스위칭 소자(39)를 제어하는 스위칭 제어 수단(3)은 비반전 입력 단자로 사인파가 입력되고 반전 입력 단자로 삼각파가 입력되어 비반전 입력 단자로 입력된 사인파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 삼각파(Sine wave)보다 클 경우 하이(High) 신호를 출력하는 반면 반전 입력 단자로 입력된 삼각파의 전압이 비반전 입력 단자로 입력된 사인파보다 작을 경우 로우(Low) 신호를 출력하는 제3·6 비교기(45,47)와, 상기 제3·6 비교기(45,47)로부터 출력된 하이(High) 신호와 로우(Low) 신호의 전압 레벨을 제3·6 스위칭 소자(33,39)를 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 전압 레벨로 조정하여 제3·6 스위칭 소자(33,39)의 게이트 단자에 공급하는 제3·6 스위칭 소자 구동부(49,51), 비반전 입력 단자로 삼각파가 입력되고 반전 입력 단자로 사인파가 입력되어 비반전 입력 단자로 입력된 삼각파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 사인파보다 클 경우 하이(High) 신호를 출력하는 반면 반전 입력 단자로 입력된 사인파의 전압이 비반전 입력 단자로 입력된 삼각파보다 작을 경우 로우(Low) 신호를 출력하는 제4·5 비교기(53,55), 상기 제4·5 비교기(53,55)로부터 출력된 하이(High) 신호와 로우(Low) 신호의 전압 레벨을 제4·5 스위칭 소자(35,37)를 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 전압 레벨로 조정하여 제4·5 스위칭 소자(35,37)의 게이트 단자에 공급하는 제4·5 스위칭 소자 구동부(57,59), 소정 주파수의 삼각파를 발생시켜 제3·6 비교기(45,47)의 반전 입력 단자와 제4·5 비교기(53,55)의 비반전 입력 단자에 공급하는 제2 삼각파 발생기(61), 및 소정 주파수의 사인파를 발생시켜 제3·6 비교기(45,47)의 비반전 입력 단자와 제4·5 비교기(53,55)의 반전 입력 단자에 공급하는 제2 사인파 발생기(63)를 포함한다.In the second embodiment of the AC
상기 제2 사인파 발생기(63)는 룩업 테이블(Lookup Table)을 참고하여 사인파(Sine wave)를 발생시키기 위한 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 제2 펄스 폭 변조부(Pulse Width Modulation)와, 상기 제2 펄스 폭 변조부로부터 출력된 펄스 폭 변조 신호를 필터링(Filtering)하여 정현파로 변환하는 제2 정현파 발생부를 포함한다.The second
상기 룩업 테이블에는 인덱스(Index)로서 스텝 앵글(Step Angle)이 저장되고, 상기 제2 펄스 폭 변조부는 시간 대비 스텝 앵글의 변화폭에 따라 사인파 주파수를 조절한다.In the look-up table, a step angle is stored as an index, and the second pulse width modulator adjusts a sine wave frequency according to a variation range of the step angle relative to the time.
한편, 상기 교류 전원 출력부(5)의 제1 실시 예와 제2 실시 예에서 제1·2 스위칭 소자(9,11)나 제3·4·5·6 스위칭 소자(33,35,37,39)를 턴 온(Turn On) 시키거나 턴 오프(Turn Off)시킬 때 제1·2 스위칭 소자(9,11)나 제3·4·5·6 스위칭 소자(33,35,37,39)가 동시에 턴 온(Turn On)되어 인버터(1)에 쇼트(Short) 상태에 가깝게 전류가 흘러 큰 손실이 발생 될 수 있다.In the first and second embodiments of the AC
이에 상기 문제점을 해결하기 위하여 상기 교류 전원 출력부(5)의 제1 실시 예는 도면 3에 도시한 바와 같이, 제1 스위칭 소자(9)가 턴 온(Turn On)되는 시간과 제2 스위칭 소자(11)가 턴 온(Turn On)되는 시간 사이에 제1·2 스위칭 소자(9,11)를 모두 턴 오프(Turn Off)시키는 데드 타임(Dead Time)을 주어 제1·2 스위칭 소자(9,11)가 동시에 턴 온(Turn On)됨을 예방하는 제1 데드 타임 조정부(65)를 더 포함한다.In order to solve the above problems, the first embodiment of the AC
상기 제1 데드 타임 조정부(65)는 도면 5에 도시한 바와 같이, 제1 비교기(21)의 비반전 입력 단자나 제2 비교기(25)의 반전 입력 단자에 각각 장착되어 제1 비교기(21)의 비반전 입력 단자로 입력되는 사인파나 제2 비교기(25)의 반전 입력 단자로 입력되는 사인파의 DC 오프셋 레벨을 각각 조정하는 제1·2 오프셋 조정 회로(67,69)를 포함한다.5, the first dead
또한, 상기 교류 전원 출력부(5)의 제2 실시 예는 도면 4에 도시한 바와 같이, 제3·6 스위칭 소자(33,39)가 턴 온(Turn On)되는 시간과 제4·5 스위칭 소자(35,37)가 턴 온(Turn On)되는 시간 사이에 제3·4·5·6 스위칭 소자(33,35,37,39)를 모두 턴 오프(Turn Off)시키는 데드 타임(Dead Time)을 주어 제3·4·5·6 스위칭 소자(33,35,37,39)가 동시에 턴 온(Turn On)됨을 예방하는 제2 데드 타임 조정부(71)를 더 포함한다.As shown in FIG. 4, the second embodiment of the AC
상기 제2 데드 타임 조정부(71)는 도면 5에 도시한 바와 같이, 제3·6 비교기(45,47)의 비반전 입력 단자나 제4·5 비교기(53,55)의 반전 입력 단자에 각각 장착되어 제3·6 비교기(45,47)의 비반전 입력 단자로 입력되는 사인파나 제4·5 비교기(53,55)의 반전 입력 단자로 입력되는 사인파의 DC 오프셋 레벨을 각각 조정하는 제3·4 오프셋 조정 회로(73,75)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the second dead
상기 제1 오프셋 조정 회로(67) 내지 제4 오프셋 조정 회로(75)는 도면 5에 도시한 제1 실시 예로서, 일단에 플러스 직류 전압(+V)이 공급되고 타단에 마이너스 직류 전압(-V)이 입력되어 탭(Tap)의 위치에 따라 저항비가 달라져 분압 출력단(78)을 통해 마이너스 직류 전압 내지 플러스 직류 전압 사이의 직류 전압을 출력하는 가변 저항(77)과, 일단이 가변 저항(77)의 분압 출력단(78)에 연결되고 타단이 오피 앰프(79)의 반전 입력 단자에 연결된 제1 저항(81), 일단이 오피 앰프(79)의 반전 입력 단자에 연결되고 타단이 오피 앰프(79)의 출력 단자에 연결된 제2 저항(83), 및 비반전 입력 단자로 사인파가 입력되어 가변 저항(77)의 탭(Tap)을 돌렸을 때 사인파의 DC 오프셋 전압을 내지 범위 내에서 조정하여 출력하는 오피 앰프(79)로 이루어질 수 있다.The first offset adjustment circuit 67 to the fourth offset adjustment circuit 75 are the first embodiment shown in FIG. 5, in which a positive DC voltage (+ V) is supplied to one end and a negative DC voltage A
도면 6은 상기 제1 오프셋 조정 회로(67) 내지 제4 오프셋 조정 회로(75)를 이용하여 데드 타임(Dead Time)을 적용한 결과 그래프이다.6 is a graph showing a result of applying a dead time using the first offset adjustment circuit 67 to the fourth offset adjustment circuit 75. FIG.
이러한 절차로 이루어진 본 발명에 따른 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법은 병렬 연결된 무정전 전원 장치의 장점은 그대로 가져가면서 무정전 전원 장치에 장착된 인버터(1)를 인터리빙(Interleaving) 방식으로 제어함으로써 인버터(1)의 전력 손실과 출력 전압의 리플(ripple)을 감소시킬 수 있다.The multiphase alternating method of the parallel UPS for increasing the efficiency and lightening of the UPS according to the present invention having the above-described procedure is characterized in that the
또한, 본 발명은 기존의 무정전 전원 장치 시스템에서 하드웨어를 변경하지 않고 제어 알고리즘만 수정함으로써 원가 상승 없이 구현이 가능하다는 장점이 있다.Further, the present invention is advantageous in that it can be implemented without increasing the cost by modifying only the control algorithm without changing the hardware in the conventional uninterruptible power supply system.
또한, 본 발명은 인버터(1)의 스위칭 소자를 제어할 때 인터리빙 방식을 사용함으로써 인버터(1)의 출력 전압과 출력 전류의 리플(ripple)을 감소시킬 수 있다.Further, the present invention can reduce the ripple of the output voltage and the output current of the
또, 본 발명을 적용한 인버터 모듈의 스위칭 소자를 10kHz로 구동하고 일반적인 인버터 모듈의 스위칭 소자를 20kHz로 구동시켰을 때 본 발명이 적용된 인버터 모듈과 일반적인 인버터 모듈의 출력 전압 리플을 비교한 결과 도면 7에 도시한 바와 같이, 본 발명을 적용한 인버터 모듈이 구동 주파수가 더 느림에도 불구하고 20kHz로 구동되는 인버터의 출력 전압 리플 보다 낮았다.In addition, when the switching device of the inverter module to which the present invention is applied is driven at 10 kHz and the switching device of the general inverter module is driven at 20 kHz, the output voltage ripple of the inverter module to which the present invention is applied and the general inverter module are shown in FIG. As described above, the inverter module to which the present invention is applied is lower than the output voltage ripple of the inverter driven at 20 kHz, even though the driving frequency is slower.
도면 7에 도시한 바와 같이, 본 발명을 적용한 인버터 모듈의 리플은 0.06V이고, 일반적인 인버터 모듈의 리플은 0.25V이다.As shown in FIG. 7, the ripple of the inverter module to which the present invention is applied is 0.06 V, and the ripple of the general inverter module is 0.25 V.
무엇보다 스위칭 소자의 스위칭을 많이 하면 할수록 이에 비례하여 스위칭 손실이 증가하기 때문에 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 낮추는 게 손실 입장에서는 좋다고 할 수 있지만, 스위칭 주파수를 낮추면 리플(Ripple)이 증가하여 스위칭 주파수를 낮추는 데는 한계가 있었다.Since switching loss increases in proportion to the number of switching elements, the lowering of the switching frequency of the switching element is good for loss. However, if the switching frequency is lowered, the ripple increases and the switching frequency is lowered There was a limit.
하지만, 본 발명은 스위칭 소자의 손실 파형에 절대 값을 취하고 누적 평균을 낸 결과 50% 정도의 손실이 감소 됨을 확인할 수 있다.However, according to the present invention, the absolute value of the loss waveform of the switching element is taken and the cumulative average is deducted from the loss of about 50%.
도면 8은 시뮬레이션 회로 설계 시 고려되지 않은 베이스(Base) 또는 게이트(Gate)의 저항 손실이 제외된 결과로 이 역시 스위칭 주파수에 절대적으로 비례하는 손실로써 실제로는 좀 더 높은 효율 증가가 예상된다.8 shows a result of the fact that the resistance loss of the base or the gate which is not considered in the simulation circuit design is excluded, which is also a loss which is absolutely proportional to the switching frequency.
본 발명을 적용하면 인버터 모듈을 추가할 때마다 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 내릴 수 있고, 이는 효율 증가를 가져올 수 있다.When the present invention is applied, the switching frequency of the switching element can be lowered each time the inverter module is added, which can lead to an increase in efficiency.
1. 인버터 3. 스위칭 제어 수단
5. 교류 전원 출력부 7. 필터부
9. 제1 스위칭 소자 11. 제2 스위칭 소자
13. 제1 커패시터 15. 제2 커패시터
17. 제1 인덕터 19. 제3 커패시터
21. 제1 비교기 23. 제1 스위칭 소자 구동부
25. 제2 비교기 27. 제2 스위칭 소자 구동부
29. 제1 삼각파 발생기 31. 제1 사인파 발생기
33. 제3 스위칭 소자 35. 제4 스위칭 소자
37. 제5 스위칭 소자 39. 제6 스위칭 소자
41. 제2 인덕터 43. 제4 커패시터
45. 제3 비교기 47. 제6 비교기
49. 제3 스위칭 소자 구동부 51. 제6 스위칭 소자 구동부
53. 제4 비교기 55. 제5 비교기
57. 제4 스위칭 소자 구동부 59. 제5 스위칭 소자 구동부
61. 제2 삼각파 발생기 63. 제2 사인파 발생기
65. 제1 데드 타임 조정부 67. 제1 오프셋 조정 회로
69. 제2 오프셋 조정 회로 71. 제2 데드 타임 조정부
73. 제3 오프셋 조정 회로 75. 제4 오프셋 조정 회로
77. 가변 저항 79. 오피 앰프
81. 제1 저항 83. 제2 저항1.
5. AC
9. First switching
13.
17.
21.
25.
29. First
33.
37.
41. Second inductor 43. Fourth capacitor
45.
49. Third switching
53. A
57. Fourth switching
61. Second
65. A first dead time adjusting unit 67. A first offset adjusting circuit
69. Second Offset
73. Third offset adjustment circuit 75. Fourth offset adjustment circuit
77.
81. A
Claims (4)
스위칭 제어 수단(3)이 각각의 인버터(1)의 스위칭 소자에 스위칭 제어 신호를 입력할 때 각각의 인버터(1)별로 스위칭 제어 신호가 각도 틀어지도록 스위칭 제어 신호를 입력하는 인터리빙(Interleaving) 방식을 사용함으로써,
인버터(1)의 출력 전압 전류의 리플과, 스위칭 주파수를 스위칭시키기 위한 주파수, 및 인버터(1)의 전력 손실을 감소시키고,
상기 인버터(1)는 직류 전원을 스위칭시켜 교류 전원으로 변환하는 교류 전원 출력부(5)와,
상기 교류 전원 출력부(5)의 출력 신호를 필터링하여 정현파 형태의 교류 신호로 변환하는 필터부(7)로 이루어지며,
상기 교류 전원 출력부(5)는 직류 입력 전압이 스위칭 소자의 온(On), 오프(Off) 동작에 의해 구형파 펄스 파형으로 변환되고, 드레인(Drain) 단자에 플러스(+) 직류 전원이 연결되고 게이트 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴온(Turn On)되거나 턴오프(Turn Off)되면서 필터부(7)로 플러스 직류 전원을 공급하거나 공급하지 않는 제1 스위칭 소자(9)와,
드레인(Drain) 단자가 제1 스위칭 소자(9)의 소스(Source) 단자에 연결되고 소스(Source) 단자에 마이너스(-) 직류 전원이 연결되며 게이트 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴온(Turn On) 되거나 턴오프(Turn Off)되면서 필터부(7)로 마이너스 직류 전원을 공급하거나 공급하지 않는 제2 스위칭 소자(11)를 포함하고,
상기 교류 전원 출력부(5)는 플러스 전극이 제1 스위칭 소자(9)의 드레인 단자에 연결되고 마이너스 전극이 접지되어 플러스 직류 전원 중에 포함된 교류 성분을 접지로 내보내는 제1 커패시터(13)와,
마이너스 전극이 제2 스위칭 소자(11)의 소스 단자에 연결되고 플러스 전극이 접지되어 마이너스 직류 전원 중에 포함된 교류 성분을 접지로 내보내는 제2 커패시터(15)를 더 포함하며,
상기 교류 전원 출력부(5)는 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 제1 스위칭 소자(9)와 제2 스위칭 소자(11)가 교대로 턴온(Turn On) 또는 턴오프 (Turn Off)되고,
상기 제1 스위칭 소자(9)의 소스 단자에는 구형파 펄스가 출력되며,
상기 구형파 펄스는 필터부(7)를 거쳐 정현파 형태의 교류 신호로 변환되고,
상기 교류 전원 출력부(5)의 필터부(7)는 일단이 제1 스위칭 소자(9)의 소스(Source) 단자에 연결된 제1 인덕터(17)와,
한쪽 전극이 제1 인덕터(17)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 접지된 제3 커패시터(19)로 이루어져,
교류 전원 출력부(5)로부터 출력된 교류 신호의 주파수에 따라 제1 인덕터(17)의 유도성 리액턴스와, 제3 커패시터(19)의 용량성 리액턴스가 변화되어 60Hz의 정현파 교류 전원을 출력하며,
상기 교류 전원 출력부(5)의 제1 스위칭 소자(9)와 제2 스위칭 소자(11)를 제어하는 스위칭 제어 수단(3)은 반전 입력 단자로 삼각파가 입력되고 비반전 입력 단자로 사인파(Sine wave)가 입력되어 비반전 입력 단자로 입력된 사인파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 사인파(Sine wave)보다 클 경우 하이(High) 신호를 출력하는 반면 비반전 입력 단자로 입력된 사인파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 삼각파보다 작을 경우 로우(Low) 신호를 출력하는 제1 비교기(21)와,
상기 제1 비교기(21)로부터 출력된 하이(High) 신호와 로우(Low) 신호의 전압 레벨을 제1 스위칭 소자(9)를 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 전압 레벨로 조정하여 제1 스위칭 소자(9)의 게이트 단자에 공급하는 제1 스위칭 소자 구동부(23),
반전 입력 단자로 사인파가 입력되고 비반전 입력 단자로 삼각파가 입력되어 비반전 입력 단자로 입력된 삼각파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 사인파보다 클 경우 하이(High) 신호를 출력하는 반면 비반전 입력 단자로 입력된 삼각파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 사인파보다 작을 경우 로우(Low) 신호를 출력하는 제2 비교기(25),
상기 제2 비교기(25)로부터 출력된 하이(High) 신호와 로우(Low) 신호의 전압 레벨을 제2 스위칭 소자(11)를 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 전압 레벨로 조정하여 제2 스위칭 소자(11)의 게이트 단자에 공급하는 제2 스위칭 소자 구동부(27),
소정 주파수의 삼각파를 발생시켜 제1 비교기(21)의 반전 입력 단자와 제2 비교기(25)의 비반전 입력 단자에 공급하는 제1 삼각파 발생기(29),
및 소정 주파수의 사인파를 발생시켜 제1 비교기(21)의 비반전 입력 단자와 제2 비교기(25)의 반전 입력 단자에 공급하는 제1 사인파 발생기(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법.
In an inverter module in which two or more inverters (1) are connected in parallel and two or more switching elements are connected to a bridge while being mounted on an uninterruptible power supply (UPS)
When the switching control means 3 inputs switching control signals to the switching elements of the respective inverters 1, the switching control signals for the respective inverters 1 By using an interleaving method of inputting a switching control signal so that the angle is turned off,
The ripple of the output voltage current of the inverter 1, the frequency for switching the switching frequency, and the power loss of the inverter 1,
The inverter (1) includes an AC power output section (5) for switching a DC power source to convert it into an AC power source,
And a filter unit (7) for filtering the output signal of the AC power output unit (5) and converting it into an AC signal of a sinusoidal waveform,
The AC power output unit 5 converts a DC input voltage into a square wave pulse waveform by an ON and OFF operation of the switching device and connects a positive DC power source to a drain terminal (Not shown) which is turned on or turned off according to the control signal of the switching control means 3 inputted to the gate terminal and supplies or does not supply the positive DC power to the filter unit 7 )Wow,
The control of the switching control means 3, which is connected to the source terminal of the first switching device 9, the negative terminal of which is connected to the negative terminal, And a second switching device (11) which is turned on or turned off according to a signal and does not supply or supply negative DC power to the filter part (7)
The AC power output unit 5 includes a first capacitor 13 having a positive electrode connected to the drain terminal of the first switching device 9 and a negative electrode grounded to output an AC component included in the positive DC power supply to the ground,
Further comprising a second capacitor (15) connected to a source terminal of the second switching element (11) and a positive electrode grounded to supply an AC component included in the negative DC power supply to the ground,
The AC power output unit 5 turns on or off the first and second switching devices 9 and 11 alternately according to the control signal of the switching control means 3. [ And,
A square wave pulse is output to the source terminal of the first switching device 9,
The rectangular wave pulse is converted into an AC signal in the form of a sinusoidal wave through the filter unit 7,
The filter unit 7 of the AC power output unit 5 includes a first inductor 17 whose one end is connected to a source terminal of the first switching device 9,
And a third capacitor 19 having one electrode connected to the other end of the first inductor 17 and the other electrode grounded,
The inductive reactance of the first inductor 17 and the capacitive reactance of the third capacitor 19 change in accordance with the frequency of the AC signal output from the AC power output section 5 to output a sinusoidal AC power of 60 Hz,
The switching control means 3 for controlling the first switching device 9 and the second switching device 11 of the AC power output unit 5 receives the triangular wave as the inverting input terminal and the sine wave Sine wave is inputted and the voltage of the sine wave inputted to the non-inverting input terminal is higher than the sine wave inputted to the inverting input terminal, the voltage of the sine wave inputted to the non- A first comparator 21 for outputting a low signal when the input signal is smaller than a triangular wave inputted to the inverting input terminal,
The voltage level of the High signal and the Low signal outputted from the first comparator 21 is set to a voltage level that turns on or off the first switching device 9 A first switching element driver 23 for adjusting and supplying the gate signal to the gate terminal of the first switching element 9,
When a sine wave is input to the inverting input terminal and a triangle wave is inputted to the non-inverting input terminal and the voltage of the triangular wave inputted to the non-inverting input terminal is higher than the sine wave inputted to the inverting input terminal, A second comparator 25 for outputting a low signal when the voltage of the triangular wave inputted to the terminal is smaller than the sine wave inputted to the inverting input terminal,
The voltage level of the High signal and the Low signal outputted from the second comparator 25 is set to a voltage level that turns on or off the second switching device 11 A second switching element driver 27 for adjusting and supplying the gate signal to the gate terminal of the second switching element 11,
A first triangle wave generator 29 for generating a triangular wave of a predetermined frequency and supplying the inverted input terminal of the first comparator 21 and the non-inverted input terminal of the second comparator 25,
And a first sinusoidal wave generator (31) for generating a sine wave of a predetermined frequency and supplying the generated sinusoidal wave to a noninverting input terminal of the first comparator (21) and an inverting input terminal of the second comparator (25) Multiphase Alternating Method of Parallel UPS for Increasing and Lightening.
스위칭 제어 수단(3)이 각각의 인버터(1)의 스위칭 소자에 스위칭 제어 신호를 입력할 때 각각의 인버터(1)별로 스위칭 제어 신호가 각도 틀어지도록 스위칭 제어 신호를 입력하는 인터리빙(Interleaving) 방식을 사용함으로써,
인버터(1)의 출력 전압 전류의 리플과, 스위칭 주파수를 스위칭시키기 위한 주파수, 및 인버터(1)의 전력 손실을 감소시키고,
상기 인버터(1)는 직류 전원을 스위칭시켜 교류 전원으로 변환하는 교류 전원 출력부(5)와,
상기 교류 전원 출력부(5)의 출력 신호를 필터링하여 정현파 형태의 교류 신호로 변환하는 필터부(7)로 이루어지며,
상기 교류 전원 출력부(5)는 직류 입력 전압이 스위칭 소자의 온(On), 오프(Off) 동작에 의해 구형파 펄스 파형으로 변환되고 드레인(Drain) 단자에 플러스(+) 직류 전원이 연결되고 게이트(Gate) 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴온(Turn On)되거나 턴오프(Turn Off)되는 제3 스위칭 소자(33)와,
상기 제3 스위칭 소자(33)와 병렬 연결되고 드레인(Drain) 단자에 플러스(+) 직류 전원이 연결되고 게이트(Gate) 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴온(Turn On)되거나 턴오프(Turn Off)되는 제4 스위칭 소자(35),
드레인(Drain) 단자가 제3 스위칭 소자(33)의 소스(Source) 단자에 연결되고 소스(Source) 단자에 마이너스(-) 직류 전원이 연결되며 게이트(Gate) 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴온(Turn On)되거나 턴오프(Turn Off)되는 제5 스위칭 소자(37),
및 드레인(Drain) 단자가 제4 스위칭 소자(35)의 소스(Source) 단자에 연결되고 소스(Source) 단자에 마이너스(-) 직류 전원이 연결되며 게이트(Gate) 단자로 입력된 스위칭 제어 수단(3)의 제어 신호에 따라 턴온(Turn On)되거나 턴오프(Turn Off)되는 제6 스위칭 소자(39)를 포함하고,
상기 스위칭 제어 수단(3)은 한 쌍의 제3 스위칭 소자(33)와 제6 스위칭 소자(39) 또는 한 쌍의 제4 스위칭 소자(35)와 제5 스위칭 소자(37)를 교대로 턴온(Turn On)시키거나 턴오프(Turn Off)시키며,
상기 필터부(7)는 제3 스위칭 소자(33)와 제4 스위칭 소자(35)의 소스(Source) 단으로부터 출력된 구형파 신호를 정류하여 정현파 형태의 교류 신호로 변환한 다음 부하에 공급하고,
상기 교류 전원 출력부(5)에 장착된 필터부(7)는 일단이 제4 스위칭 소자(35)의 소스(Source) 단자에 연결된 제2 인덕터(41)와,
한쪽 전극이 제2 인덕터(41)의 타단에 연결되고 다른 한쪽 전극이 제3 스위칭 소자(33)의 소스(Source) 단자에 연결된 제4 커패시터(43)로 이루어져,
교류 전원 출력부(5)로부터 출력된 교류 신호의 주파수에 따라 제2 인덕터(41)의 유도성 리액턴스와, 제4 커패시터(43)의 용량성 리액턴스가 변화되어 60Hz의 정현파 교류 전원을 출력하고,
상기 교류 전원 출력부(5)에서 제3 스위칭 소자(33) 내지 제6 스위칭 소자(39)를 제어하는 스위칭 제어 수단(3)은 비반전 입력 단자로 사인파가 입력되고 반전 입력 단자로 삼각파가 입력되어 비반전 입력 단자로 입력된 사인파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 삼각파보다 클 경우 하이(High) 신호를 출력하는 반면 반전 입력 단자로 입력된 삼각파의 전압이 비반전 입력 단자로 입력된 사인파보다 작을 경우 로우(Low) 신호를 출력하는 제3·6 비교기(45,47)와,
상기 제3·6 비교기(45,47)로부터 출력된 하이(High) 신호와 로우(Low) 신호의 전압 레벨을 제3·6 스위칭 소자(33,39)를 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 전압 레벨로 조정하여 제3·6 스위칭 소자(33,39)의 게이트 단자에 공급하는 제3·6 스위칭 소자 구동부(49,51),
비반전 입력 단자로 삼각파가 입력되고 반전 입력 단자로 사인파가 입력되어 비반전 입력 단자로 입력된 삼각파의 전압이 반전 입력 단자로 입력된 사인파보다 클 경우 하이(High) 신호를 출력하는 반면 반전 입력 단자로 입력된 사인파의 전압이 비반전 입력 단자로 입력된 삼각파보다 작을 경우 로우(Low) 신호를 출력하는 제4·5 비교기(53,55),
상기 제4·5 비교기(53,55)로부터 출력된 하이(High) 신호와 로우(Low) 신호의 전압 레벨을 제4·5 스위칭 소자(35,37)를 턴 온(Turn On) 또는 턴 오프(Turn Off)시키는 전압 레벨로 조정하여 제4·5 스위칭 소자(35,37)의 게이트 단자에 공급하는 제4·5 스위칭 소자 구동부(57,59),
소정 주파수의 삼각파를 발생시켜 제3·6 비교기(45,47)의 반전 입력 단자와 제4·5 비교기(53,55)의 비반전 입력 단자에 공급하는 제2 삼각파 발생기(61),
및 소정 주파수의 사인파를 발생시켜 제3·6 비교기(45,47)의 비반전 입력 단자와 제4·5 비교기(53,55)의 반전 입력 단자에 공급하는 제2 사인파 발생기(63)를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS의 효율 증대 및 경량화를 위한 병렬 UPS의 다상 교호 방법.In an inverter module in which two or more inverters (1) are connected in parallel and two or more switching elements are connected to a bridge while being mounted on an uninterruptible power supply (UPS)
When the switching control means 3 inputs switching control signals to the switching elements of the respective inverters 1, the switching control signals for the respective inverters 1 By using an interleaving method of inputting a switching control signal so that the angle is turned off,
The ripple of the output voltage current of the inverter 1, the frequency for switching the switching frequency, and the power loss of the inverter 1,
The inverter (1) includes an AC power output section (5) for switching a DC power source to convert it into an AC power source,
And a filter unit (7) for filtering the output signal of the AC power output unit (5) and converting it into an AC signal of a sinusoidal waveform,
The AC power output unit 5 converts a DC input voltage to a square wave pulse waveform by an ON or OFF operation of the switching device and connects a positive DC power source to a drain terminal, A third switching element 33 which is turned on or turned off according to a control signal of the switching control means 3 inputted to the gate terminal,
And is turned on according to a control signal of the switching control means 3 connected in parallel to the third switching device 33 and connected to the positive terminal of the drain terminal and the gate terminal thereof, ) Or a fourth switching element 35 that is turned off,
The switching control means 3 (3) having a drain terminal connected to the source terminal of the third switching device 33, a negative (-) DC power source connected to the source terminal thereof, A fifth switching device 37 that is turned on or turned off according to a control signal of the first switch 37,
And a drain terminal connected to a source terminal of the fourth switching device 35 and a negative terminal connected to a source terminal of the fourth switching device 35, And a sixth switching device 39 turned on or turned off according to a control signal of the first,
The switching control means 3 alternately turns on a pair of the third switching device 33 and the sixth switching device 39 or a pair of the fourth switching device 35 and the fifth switching device 37 Turn On, Turn Off,
The filter unit 7 rectifies the square wave signal output from the source terminal of the third switching device 33 and the fourth switching device 35 and converts the rectangular wave signal into an AC signal of a sinusoidal wave form,
The filter unit 7 mounted on the AC power output unit 5 includes a second inductor 41 having one end connected to the source terminal of the fourth switching device 35,
One terminal of which is connected to the other terminal of the second inductor 41 and the other terminal of which is connected to the source terminal of the third switching element 33,
The inductive reactance of the second inductor 41 and the capacitive reactance of the fourth capacitor 43 change in accordance with the frequency of the AC signal output from the AC power output section 5 to output a sinusoidal AC power of 60 Hz,
The switching control means 3 for controlling the third to sixth switching devices 39 to 39 in the AC power output section 5 receives a sine wave as a noninverting input terminal and a triangular wave as an inverting input terminal When the voltage of the sine wave input to the non-inverting input terminal is higher than that of the triangular wave inputted to the inverting input terminal, the voltage of the triangular wave inputted to the inverting input terminal is higher than that of the sine wave input to the non- Third and sixth comparators 45 and 47 for outputting a low signal when the input signal is low,
The voltage level of the high signal and the low signal outputted from the third and sixth comparators 45 and 47 is turned on or off by the third and sixth switching devices 33 and 39. [ The third and sixth switching element drivers 49 and 51 for adjusting the voltage level to turn off the first and sixth switching elements 33 and 39 and supplying them to the gate terminals of the third and sixth switching elements 33 and 39,
When a triangular wave is inputted to the non-inverting input terminal and a sine wave is inputted to the inverting input terminal and the voltage of the triangular wave inputted to the non-inverting input terminal is higher than the sine wave inputted to the inverting input terminal, (55) for outputting a low signal when the voltage of the sine wave inputted to the non-inverting input terminal is smaller than the triangular wave inputted to the non-inverting input terminal,
The voltage levels of the High signal and the Low signal output from the fourth and fifth comparators 53 and 55 are turned on or off by the fourth and fifth switching devices 35 and 37, Fifth switching element driving parts 57 and 59 for adjusting the voltage level to turn off the fourth and fifth switching elements 35 and 37 and supplying them to the gate terminals of the fourth and fifth switching elements 35 and 37,
A second triangle wave generator 61 for generating a triangular wave of a predetermined frequency and supplying the inverted input terminal of the third · sixth comparator 45 and 47 and the non-inverting input terminal of the fourth · fifth comparator 53 and 55,
And a second sinusoidal wave generator 63 for generating a sine wave of a predetermined frequency and supplying the inverted input terminal of the third · sixth comparator 45 and 47 and the inverting input terminal of the fourth · fifth comparator 53 and 55 Wherein the first and second UPSs are connected in parallel.
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이상훈 외, UPS시스템의 병렬운전 제어기법, 추계전력전자학술대회 2002년 논문집 pp.158~162.(2002.11.16.)* |
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