KR20010041981A - 비단속형 전원 - Google Patents

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KR20010041981A
KR20010041981A KR1020007010307A KR20007010307A KR20010041981A KR 20010041981 A KR20010041981 A KR 20010041981A KR 1020007010307 A KR1020007010307 A KR 1020007010307A KR 20007010307 A KR20007010307 A KR 20007010307A KR 20010041981 A KR20010041981 A KR 20010041981A
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로넨 마이르
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가디안 온 보드 리미티드
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Abstract

AC 라인전력에서 정상 조작하는 퍼스널 컴퓨터(31)용 비단속형 전원(UPS)(10)은 전기에너지 저장을 위한 배터리(56), 배터리에 저장된 에너지를 수신하고 이것을 라인전력의 전압변동시 컴퓨터에 공급될 AC 출력전압으로 변환하는 인버터(38)를 포함한다. 라인전압 검출기는 라인전력의 전압변동을 감지하고 이에 응답하여 인버터를 작동시킨다. 검출기는 라인전압을 수신하고 이에 응답하는 라인전압보다 낮은 신호전압을 출력하는 옵터커플러 및 옵터커플러로부터의 신호출력을 수신하고 예정 기준전압과 이것을 비교하는 비교기를 포함한다.

Description

비단속형 전원{UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY}
UPSs 는 전원선을 통해 공급되는 전력이 끊기거나 혹은 사양에 따라 변화하는 시스템에 동력을 공급하는 수단으로 알려져 있다. 확실한 컴퓨터 조작은 전력의 품질에 의존한다. 컴퓨터 작업시 정전이 일어나면 최소한 작업에 영향을 미치고 시간낭비를 일으키는 것부터 최악으로는 데이타손실 및/또는 장비손상으로 인한 비용손실을 일으킬 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, UPS를 컴퓨터와 전원 사이에 부착한다. UPS는 일반적으로 유입전력이 허용조건에 맞을 때까지 충전되고 이 유입전력이 허용조건에서 벗어날 때 대체전력을 발생하는 배터리를 포함한다. 일반적으로, UPS는 부피가 커서 표준형 퍼스널 컴퓨터의 케이스 내에 들어갈 수가 없다.
삽입카드형 UPSs 즉, 컴퓨터 케이싱 속에 장착하기에 충분한 소형크기의 UPSs 가 공지되어 있다. 예를들어, PCT 출원 PCT/FI94/00555(Valkeakar, Helsinki, Finland) 을 참조하면 이것은 퍼스널 컴퓨터의 사용하지 않는 공간내에 설치할 수 있는 백업 전원장치를 개시한다. 컴퓨터의 전원이 끊길 때 이 장치가 컴퓨터에 전력을 공급한다.
통상의 UPS카드는 그러나, 컴퓨터 내부기소에 동력을 공급할 때, 단말기 같은 주변기기에 동력을 공급하지 못하는 단점이 있다. 모니터를 구동시키는데 필요한 전력수준은 표준형 전자기기 및 표준형 PC 플러그인 카드에 관련된 크기 및 형상변수의 제한을 받는 철이나 페라이트 변성기에 의해 달성될 수 없다. 변성기 및 전자기기의 크기를 축소하기 위한 종래의 시도는 컴퓨터 케이스 및 카드 자체에 과열현상을 일으켜 다른 보조장치들(전압검출기나 배터리 충전기 등)의 고장 원인이 되었다. 과열현상은 UPS기소, 예컨대 UPS내에 있는 변성기의 상대적으로 낮은 효율 때문에 일어난다.
일반적으로 UPS카드는 컴퓨터 내부기소에만 동력을 공급하므로 정전이 일어나는 경우 프로세서는 계속 작동할 것이다. 이러한 카드는 DC수준 즉, 저전압 DC(±5,±12, 3 볼트)에서 컴퓨터에 백업전압을 제공한다. 백업전압은 아웃풋 상에서 PC 전원(SMPS) 뒤에 연결되며 따라서 SMPS는 서지, 스파크 및 EMI/RFI 등의 전기적 비정상성에 노출된다. 따라서, 이러한 종류의 "내부"UPS 는 고전압 비정상성 및 노이즈로부터 보호받지 못한채 부분적 백업만 제공한다. 이것은 디스플레이 혹은 다른 주변기기에 동력을 제공하지 않으며 따라서 정상적인 저장작업 같이 작업자가 원하는 작업수행을 가이드하기 위한 어떤 내용도 모니터 상에 디스플레이 되지 않을 것이다. 그러므로, 종래의 UPS 카드는 공업표준 외부 UPSs의 기능사양을 만족하지 못한다.
본 발명은 비단속형 전원(UPSs) 더 구체적으로 퍼스널 컴퓨터의 카드슬롯에 삽입할 수 있는 카드형 UPSs에 관계한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 UPS카드의 개략적인 블록 다이어그램;
도 2a-2p는 도 1의 블록 다이어그램에 상응하는 회로도;
도 3은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 커넥터의 사시도; 및
도 4는 본 발명의 바람직한 구현예에 따라, 컴퓨터에 설치된 도 1의 UPS 카드를 보여주는 개략도.
본 발명의 목적 중 하나는 퍼스널 컴퓨터를 위한 소형의 비단속형 전원 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또다른 목적은 개선된 UPS용 소형 커넥터를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, UPS는 표준 버스 커넥션을 포함하는 공업표준 PC카드 상에 조립되어 있고 이 카드는 버스 커넥션을 통해 퍼스널 컴퓨터 속에 탑재되어 있다. 더 바람직하게, 카드는 모든 공업표준규격을 사실상 만족하며 UPS 조립에 이용되는 소자의 치수 및 카드 상의 소자의 레이아웃이 퍼스널 컴퓨터의 표준 슬롯 내에 UPS를 고정시킬 수 있도록 되어있다. UPS는 바람직하게는 고효율 평면형 변성기 주변에 설치된 DC-DC 컨버터를 포함하며 변성기에서 발산되는 열을 최소화하고 그 결과 UPS의 전체효율을 높게 유지할 수 있다.
그러므로, UPS의 크기 및 설계는 컴퓨터 내의 다른 기소에서 발생하는 열을 최소화하면서 컴퓨터에 내장될 수 있도록 한다. 또한, UPS의 전체 고효율 및 전력율은 컴퓨터 자체는 물론 컴퓨터의 단말기 같은 주변기기에 전력을 공급할 수 있는 정도로 한다. 더욱더, UPS는 바람직하게 Underwriter's 연구소 및 연방통신협회의 구비조건 같은 안전 및 기타 규정요건을 만족한다.
본 발명의 또다른 바람직한 구현예에서, UPS는 검출기가 측정한 라인형 전력 공급에 따라 AC 전력 및 UPS-발생 전력 사이의 교환을 일으키는 교환 릴레이를 포함한다. 검출기는 바람직하게 옵터커플러형이며 따라서 이것의 부피는 1cm3미만이다. 더 바람직하게는, 검출기에 옵터커플러를 보조하기 위한 온도특성을 갖는 요소를 추가하여 온도안정성을 갖게한다. UPS 전력은 저전압 전력을 PC에 장착된 충전식 배터리로부터 라인형 DC 전압까지 DC-DC 컨버터를 통해 전환시켜 발생한다. DC-DC 컨버터로부터의 전압은 DC-AC유닛 내에서 교환되어 사실상 일정한 개방 동작주기의 사각파형의 UPS 전력을 발생시키며, 이 발생된 UPS전력은 사실상 유입선 전압과 같은 종류의 RMS 전압이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 충전식 배터리는 라인형 전력이 존재할 때 충전되며 충전작용은 배터리에서 유도된 전압 피드백을 수신하는 펄스-폭-모듈화된 오실레이터를 포함하는 가변속도 충전장치에 의해 바람직하게 수행된다. 더 바람직하게는, 충전장치는 배터리 충전량이 적을 때 고충전속도를 제공하고, 또한 배터리가 사실상 완전충전될 때 저충전속도를 제공할 수 있도록 조립된다. 바람직하게는 DC-DC 컨버터의 전압출력, 따라서 UPS-발생전력의 출력을 부하의 변화시 부하를 가리키는 피드백 신호를 이용하여 사실상 일정한 수준으로 유지한다. 바람직하게는, DC-AC 유닛이 배터리 충전기 보조전압으로 연속해서 실행되는 오실레이터에 의해 구동되는 제어유닛을 포함하고 이에의해 라인형 전력이 끊어지는 경우 정전 발생과 사실상 동시에 유닛이 AC 전력 공급을 시작할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따라, 인풋라인 전력을 수신하고 내부버스, 바람직하게는 공업표준 버스와 또한 확장카드를 삽입하기 위해 예정된 간격으로 버스 상에 형성된 다수의 평행슬롯을 갖춘 퍼스널 컴퓨터용 전원커넥터를 제공하며 이 커넥터는 슬롯의 예정간격과 같거나 이보다 협소한 전체 폭을 갖고 또한;
인풋 라인전력을 수신하기 위한 인풋 커넥션;
아웃풋 라인전력을 제공하기 위한 아웃풋 커넥션; 및
인풋 및 아웃풋 전력을 위한 공통 접지링크를 포함한다.
바람직하게, 커넥션과 접지링크를 단일행렬로 배치한다. 또는, 접지링크가 인풋 커넥션 및 아웃풋 커넥션을 중개하는 커넥션을 포함한다. 바람직하게, 적용되는 안전기준에 적합하게하고 또한, 컴퓨터 케이스를 열 필요없이 퍼스널 컴퓨터의 외장에 접근할 수 있는 내부퓨즈를 갖는다.
그 외에도, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, AC 전원에서 정상 조작하는 퍼스널 컴퓨터용 비단속형 전원(UPS)을 제공하며 이 UPS는:
전기에너지 저장을 위한 배터리;
배터리에 저장된 에너지를 수신하고 이것을 라인형 전원의 전압변동시 컴퓨터에 공급될 AC 출력전압으로 변환하는 인버터; 및
라인형 전원의 전압변동을 감지하고 이에 응답하여 인버터를 작동하는 라인형 전압검출기를 포함하고 이때의 검출기는;
라인 전압을 수신하고 이에 응답하는 라인 전압보다 낮은 신호전압을 출력하는 옵터커플러(optocoupler) 및
옵터커플러로부터의 신호출력을 수신하고 예정 기준전압과 이것을 비교하는 비교기를 포함한다.
바람직하게, 옵터커플러는 공지의 온도응답기를 가지며 UPS는 라인형 전원의 변동에 대한 라인 전압검출기의 응답이 사실상 온도와 무관하게 만들기 위해 옵터커플러를 보조하는 온도응답기를 갖춘 온도응답요소를 포함한다.
바람직하게, 인버터는 사실상 일정한 라인 주파수에서 진동하는 오실레이터를 포함하며 이에 따라 라인 전압검출기가 인버터를 작동시킬 때, AC 출력전압이 즉시, 바람직하게는 수 밀리초 이내에 컴퓨터에 공급될 수 있다.
바람직하게, UPS는 퍼스널 컴퓨터 내에 설치한다.
그 밖에도, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 예정 라인전압 및 주파수에서 AC 라인 전원상에서 정상적으로 조작하는 퍼스널 컴퓨터용 비단속형 전원(UPS)를 제공하며, 이 UPS는 AC 출력을 부하속에 제공하고 또한;
사실상 라인전압보다 낮은 전압에서 전기에너지를 저장하는 배터리;
배터리에 저장된 에너지를 수신하고 이것을 라인전압에 거의 필적하는 전압에서 DC 출력으로 변환시키는 DC-DC 컨버터; 및
DC-DC 컨버터로부터의 출력을 수신하고 사실상 일정한 개방 동작주기를 갖는 AC 출력을 발생하고, 부하와 무관하게 출력전압의 안정성을 유지하는 인버터를 포함한다.
바람직하게, DC-DC 컨버터는 평면형 변성기를 포함한다. 또는, DC-DC 컨버터가 부하에 응답하여 DC 출력전압을 변화시킨다.
바람직하게, DC-DC 컨버터는 부하를 표시하는 피드백신호를 수신한다.
바람직하게, DC-DC 컨버터는 가변성 DC 출력전압을 제어할 폭변조펄스를 발생하는 고주파수 오실레이터를 포함한다.
바람직하게, UPS는 퍼스널 컴퓨터 속에 설치된다.
또한 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 예정 라인전압 및 주파수에서 AC 라인전원 상에서 정상 조작하는 퍼스널 컴퓨터에 비단속형 전력을 제공할 방법을 제공하며 이 방법은;
전기에너지를 라인전압보다 사실상 낮은 전압에서 배터리에 저장하고;
배터리에 저장된 에너지를 수신하고 이것을 라인전압에 필적하는 전압에서 DC 출력으로 변환하고; 및
DC 출력을 반전시켜 사실상 일정한 개방사이클의 부하속에서 부하와 무관하게 AC 출력을 발생시키는 것을 포함한다.
본 발명은 첨부도면과 함께 다음의 바람직한 구현예에 대한 상세한 설명에서 더욱 구체적으로 이해된다.
본 발명의 바람직한 한 구현예에 있어서, 도 1은 비단속형 전원(UPS)(10)의 개략적인 블록 다이어그램이며 도 2a-2p는 도 1에 상응하는 전기회로도이다. 바람직하게, UPS(10)은 PC(31) 내부의 공업표준규격 버스의 슬롯 속에 장착되는 역시 표준규격 퍼스널컴퓨터(PC) 카드(11)에 조립되며, 이에 따라 UPS는 컴퓨터 및 단말기(41) 같은 주변기기에 전력을 공급한다.
AC 커넥터(20)(도 2a의 JP1)는 AC 라인전력에서 인풋을 수신하여 컴퓨터(31) 및 주변기기에 AC를 출력한다. 커넥터(20) 및 이것의 고정기구는 다음에서 더 상세히 설명한다. AC 커넥터(20)는 인덕터(L1),(L3),(L5) 및 (L6)와 커패시터(C17), (C77) 및 (C78)를 포함하고 전자기 및 라디오주파수 소음 인풋을 AC라인에서 제거하는 EMI/RFI 필터(32) (도 2a 참조)에 AC 라인전력을 전달한다. 필터(32)는 UPS(10)을 보호하는 산화금속 바리스터(V2) 및 AC 라인전력 상에서 발생하는 스파이크를 방지하는 UPS의 기소들을 더 포함한다.
필터(32)에서 발생한 AC 라인 전력은 2상계 스위치 릴레이(36) (도 2a의 K1 및 K3)로 전달된다. 도 1 및 2a에서 도시된 1차 가드상태에서 릴레이(36)는 AC 전력을 후속의 서지제어 바리스터(34)(V1)를 거쳐 커넥터(20)의 아웃풋 공급핀에 전달한다. 바람직하게, 릴레이(36)는 상기 가드상태를 계속 유지하며 반면에 AC라인전력은 허용한계 내에 있다. 이 상태를 검출하는 것에 대해서는 아래와 같이 구체적으로 설명한다. 필터(32)에서 발생한 AC 라인 전력은 허용한계 내에 있지 않을 때, 예를들어, 방전 혹은 스파이크가 발생할 때 릴레이(36)이 2차 작동상태로 전환한다. 이 작동상태에서, AC 라인전원은 아웃풋핀으로부터 단속되며 UPS(10)는 AC전력을 내부발생하고 발생된 전력을 커넥터(20)의 아웃풋핀에 공급한다. 더 바람직하게, 릴레이(36)는 약 5ms 정도의 시간동안 상기 2가지 상태로 교환할 수 있는 DPDT 릴레이다. 이 교환시간 동안, 컴퓨터(31) 및 관련 주변기기는 각각의 내부 커패시터에 의해 계속 전력을 공급받게 된다. 릴레이(36)의 접점간 간격은 UPS(10)는 IEC950/UL1950 안전규격을 만족할 수 있도록 1.4mm보다 큰 것이 바람직하다.
AC 라인전력이 허용한계치 이내인지를 측정하기 위해, 다이오드 브리지(B1) 및 옵터커플러(U10)를 포함하는 옵터커플러형 검출기(40)를 사용하여 AC 라인전력 인풋 상태를 검출한다. 이것은 일반적으로 변성기 혹은 인덕터를 사용하는 종래의 검출기와 다른 점이다. 옵터커플러(U10)에서 출력되는 전압신호는 측정되는 정류된 라인전압과 비례하나 이보다는 훨씬 작다. 검출기(40)가 옵터커플러(U10)형이므로 이것의 크기를 1cm3미만으로 유지할 수 있다. 더 바람직하게, 검출기(40)를 선형방식으로 조작하고 및 특수 저전류 온도안정성 달린턴형 6N169 옵터커플러(U10)를 사용하여 온도안정화한다. 옵터커플러(U10)에서 발생한 신호는 다이오드(D2) 및 트랜지스터(Q14) 및 (Q15)를 거쳐 증폭기(U1C)를 포함한 제1 비교기 및 증폭기(U1D)를 포함한 제2 비교기에 공급된다 (도 2e 참조). 제1 및 2 비교기는 기준전압으로서 전압조정기(REG3)(도 2e 참조)의 출력을 사용한다. 비교기의 출력은 다음에서 그 기능을 설명하는 지연유닛(42)을 통과한 후 릴레이(36)이 상기 2가지 상태 중 어느 상태에 있는지를 결정한다.
트랜지스터(Q17) 및 (Q18), 증폭기(U13A) 및 다이오드(D33)로 구성된 지연유닛(42) (도 2i)은 증폭기(U1C) 및 (U1D)에서 공급된 신호를 활용한다. 지연유닛(42)은 정전후 즉, 전력이 중단된(restore) 시간 동안 조작한다. 증폭기(U1C) 및 (U1D)에서 발생한 신호를 이용하여, 지연유닛(42)은 라인 전원의 등급을 점검한다. 라인전압이 불안정한 것으로, 예컨대 약 2초미만 동안 정상범위 이내에 있는 경우(U1C 및 U1D), 지연유닛은 릴레이(36)를 작동상태로 유지하여 라인전력으로의 복귀를 지연시킨다. 라인전력의 등급이 적절하면, 유닛(42)의 D33에서의 신호출력이 트랜지스터(Q2) (도 2f)를 거쳐 가드상태로 릴레이(36)를 교환시킨다.
내부배터리(56)로부터 AC 전력을 안정하고 효과적으로 발생시키기 위해, UPS(10)는 1차로 DC-DC 전원유닛(46)에서 고전압(120V 혹은 220V) 안정형 DC레벨을 발생하며 이것은 펄스폭 변조(PWM) 오실레이터(44)에 의해 제어된다. 유닛(46)의 출력은 필터(50)를 거쳐 DC-AC 컨버터(38)에 공급되고 다시 릴레이(36)로 유입된다. 컨버터(38)의 조작 주파수는 오실레이터(52)에 의해 통제된다. 오실레이터(44), 유닛(46), 필터(50), 컨버터(38) 및 오실레이터(52)의 조립구성 및 조작에 대해 다음과 같이 구체적으로 설명한다.
PWM 오실레이터(44)는 공업표준규격 SG3625A 적산회로(U6)(도 2m)를 포함한다. 바람직하게, 오실레이터(44)는 유닛(46)에 전력을 공급하기 위해 약 45kHz의 주파수에서 폭변조펄스를 제공한다. 펄스의 폭은 유닛(46)으로부터 나온 피드백신호를 통해 조정된다. 더 바람직하게, 오실레이터(44)는 또한 변조을 스위치오프 시키기 위해 사용할 수 있는 트랜지스터(Q3)(도 2f)를 경유하여 지연유닛(42)으로부터 나온 경보신호를 수신하며 이결과, 유닛(46) 조작 및 UPS(10)로부터의 전력공급이 중지된다. 경보신호는, 예를들어, 내부단락 등이 원인이 되어 UPS(10)가 배터리의 작동을 중단시켜 갑작스런 전압강하가 검출될 때 혹은 비정상적으로 높은 출력부하가 있을 경우 발생된다.
전원유닛(46)은 제1 트랜지스터쌍(Q6 및 Q7) (도 2ℓ) 및 유사한 제2 트랜지스터쌍(Q8 및 Q9)(도 2n)를 포함하며 오실레이터(44)의 펄스를 포함한다. 트랜지스터(Q9),(Q7),(Q8) 및 (Q9)는 차례대로 배터리(56)에 의해 제공된 2개의 MOSFET 전원 트랜지스터(Q4) 및 (Q5)를 단자(BC2) 및 (BC1) (도 2ℓ)를 경유하여 교환시킨다. NOSFET 전원 트랜지스터는 극저 방출소스ON레벨(RDS ON) 상태이며 따라서 전력낭비가 적다. 전원 트랜지스터에서 나온 교환출력은 변성기(T2)의 중심탭 프라이머리 속으로 공급된다 (도 2n). 더 바람직하게, 변성기(T2)는 중심의 평면형 페라이트 코어 주변에서, 코일 대신에 사용되는 회로기판층으로 조립구성된 평면형 변성기이며 극소크기 및 높이의 고주파수에서 효과적인 조작을 가능하게 해준다. 이러한 변성기의 예로서 페이톤 그룹 인터내셔날사(Rishon LeZion, Israel)의 제품을 들 수 있다. 이러한 평면형 변성기를 사용하면 2가지 장점이 있다. 첫째, 변성기는 동일한 전력율의 종래적인 변성기보다 훨씬 크기가 작다는 것으로 예컨대, 높이 15mm 및 저면 50x30mm 정도의 크기로 되어있다. 둘째, 전력전환율이 98% 정도로 높다는 점이다.
변성기(T2)의 제2 주권선부의 출력전압은 바람직하게 초고속 교환다이오드인 다이오드(D17) 및 (D18)에 의해 정류된다. 점퍼(J110) 및 (J230) 세트는, 여분의 다이오드(D34) 및 (D35)를 이용하여, 변성기(T2)를 110V를 공급하는 중심탭형 배열에서 다이오드(D17) 및 (D18)과 함께 230V의 전압을 공급하는 브리지 커넥션을 형성할 비중심탭형 배열로 변경시킬 수 있다. 점퍼는 현지의 전압규격을 따르도록 설정하는 것이 가장 바람직하다.
1mH 인덕터(L4) 및 4.7㎌ 커패시터(C16)를 포함하는 필터(50)는 (230V 전압출력에 대해 다이오드(D34) 및 (D35)와 함께) 다이오드(D17) 및 (D18)의 출력 즉 전원유닛(46)의 아웃풋에 접속하여 DC출력을 완화시킨다. 완화된 전원유닛(46)의 아웃풋은 바람직하게는 트랜조브 다이오드(D45) (도 2o)에 의해 최고전압(110V 조작시 130V까지, 230V조작시 250V까지)으로 한정된다. 이것은 전원출력이 오실레이터(44) 및 전원유닛(46)간의 전원레벨 피드백 루프가 끊어지는 경우에 적절한 한계치에서 사용되게 해준다.
오실레이터(44)에 대한 피드백은 변성기(T2)의 제2 주권선부로부터 나온 완화된 출력에서 보조 전압탭에 의해 제공된다. 전압탭은 10kohm 레지스터(R41) (도 2n)을 경유해 옵터커플러(U3) (도 2k)에 제공된다. 옵터커플러(U3)의 핀(5)은 피드백을 오실레이터(44)에 제공하며, 여기에서 생성된 펄스폭을 수정하고 따라서 상기 제2 주권선부로부터 나온 전압출력을 안정화한다.
바람직하게, 변성기(T2)는 다이오드 브리지(B2)(도 2n)에 의해 출력이 정류되는 제2 보조권선부를 갖는다. 정류된 출력은 다시 전압조정기(REG2)(도 2o)에 들어가고 이 조정기는 조정된 DC를 오실레이터(52) 및 컨버터(38)에 공급한다.
(T2)에서 유도된 DC 안정된 전압출력은 DC-AC 컨버터(38)에서 사실상 고정 사이클을 갖는 사각파 AC 출력으로 전환되며 사각파 출력은 릴레이(36)로 전달된다. 컨버터(38)는 2개의 하프-브리지 드라이버(U4)(도 2c) 및 (U7)(도 2d)를 포함하며 바람직하게는, 공업표준규격 HIP2500IB 적산회로 혹은 기타 호환성 장치를 포함한다. 드라이버는 또한 분리식 기소로 제작할 수도 있다. 드라이버(U4)는 트랜지스터(Q10) 및 (Q12)에 전력을 공급하고 드라이버(U7)는 트랜지스터(Q11) 및 (Q13)에 전력을 공급한다. 더 바람직하게, (Q10),(Q11),(Q12) 및 (Q13)은 DC 안정전압을 교환하는 MOSFET 전원 트랜지스터이고 교환된 AC 출력을 (Q10) 및 (Q12)의 접점과 (Q11) 및 (Q13)의 접점에 제공한다. 컨버터(38)이 조작하는 주파수는 현지의 라인 주파수에서 펄스를 발생하는 오실레이터(52)에 의해 통제된다.
오실레이터(52)는 적산회로(U8)(도 2g), 바람직하게는 펄스폭 변조(PWM) 오실레이터 역할을 하는 SG3525A를 포함한다. 더 바람직하게, 오실레이터(52)는 배터리(56) 혹은 배터리충전기(54)의 전력을 수신하도록 연속조작한다. 따라서 정전시에도 DC-DC유닛(46)으로부터 전력공급될 경우 AC전력을 거의 지연현상없이 이용할 수 있다.
배터리(56)는 바람직하게 공칭출력 16.8V의 니켈-카드뮴(NiCad) 혹은 니켈-금속수화물(NiMH) 배터리팩을 포함하며, 완전충전시 약 20V의 전압을 발생한다 (NiCad 및 NiMH 배터리는 동일용량의 납-산 배터리보다 작고 가볍기 때문에 충전 및 회수조건이 더 우수하고, 적어도 NiMH의 경우 특히 환경친화성이 더 우수하다). 바람직하게, 공칭전압은 다른 UPSs에 사용되는 12V 보다 높으며 전압이 높을 경우 방전량이 낮아지기 때문에 결국 UPS의 효율이 더 향상된다. 배터리(56)는 바람직하게 1.2V 전지를 14개 포함한다.
바람직한 구현예에서, "서브C"형 배터리전지를 사용한다. 배터리(56)은 UPS(10)의 브래킷 커넥터에 의해, 배터리를 수용할 수 있는 크기로된 한 커트내에서 카드(11) 의 중간부분에 대체로 고정된다. 상기 커트 상하의 회로기판 부분은 전력 및 신호를 브래킷 커넥터에서 카드의 다른 부분으로 전달하는데 이용된다. 또다른 바람직한 구현예에서, 배터리는 카드에서 벗어난 위치 중 PC(31) 내 적절한 곳에 설치되며 2개의 와이어에 의해 카드 배면 말단의 커넥터에 연결된다. 상술한 바와 같이 카드 자체는 1개의 PC 슬롯을 제공한다. 그러나, 이 구현예는 카드(11)에 전기선이 필요없기 때문에 설계를 단순화하고 UPS 제작비용을 절감할 수 있다.
배터리(56)는 최소의 필터링 및 정류작업으로 선을 통해 직접 전력을 공급받는 배터리충전기(54)에 의해 충전된다. 다음에서 구체적으로 설명하는 바와 같이, 충전기(54)는 펄스폭 변조를 이용하는 충전율 가변식 시스템을 포함한다. 충전율은 공지와 같이 배터리 상태에 따라 조정된다.
충전기(54)는 인커밍 라인 전압을 정류하는 다이오드 브리지(B3)(도 2k)를 포함한다. 정류전압은 고주파수 페라이트 변성기(T1)의 제1 권선부(핀3-4)을 구동하는 TOP211PF1 적산회로(U11)(도 2p)를 공급한다. 적산회로(U11)는 PWM제어기 및 MOSFET 전원 트랜지스터를 포함하고 약 100kHz의 주파수에서 변성기(T1)에 펄스를 공급한다. (변성기(T1)는 전력레벨이 크게 낮기 때문에 변성기(T2)과 동일한 효율조건을 갖지 않는다) 바람직하게, 변성기(T1)는 크기가 작다. 변성기(T1)의 제2 주권선부(핀9-10)에서 발생한 전압은 쇼테크 다이오드(D29)에 의해 정류되며 양의 배터리전극(+BF)를 경유하여 배터리(56)를 충전할 절연다이오드(D37)를 통과한다.
변성기(T1)는 또다른 제2 권선부(핀1-6)를 포함하며 이것의 출력이 정류, 여과되고 다시, 20V에서 첫번째 제2 권선부로부터 나온 정류전압을 유지하는 피드백 루프의 일부인 4N35 옵터커플러(U12)에 전달된다. 피드백 루프는 기준으로 이용되는 15V 제너 다이오드(D31)를 포함한다. 옵터커플러(U12)는 (U11)(핀4)에 피드백신호를 공급하여 변성기(T1)의 제1 권선부를 구동시킬 전류를 조절한다. 상술한 바와 같이, 옵터커플러(U12)를 피드백 루프에서 사용하는 것은 충전레벨을 인풋 라인전압 80V 내지 240V 범위에서 1% 정도의 정밀도로 유지할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 국가마다 충전기(54)를 조정해야할 필요가 없다. 바람직하게, 변성기(T1)는 출력이 다이오드(D12)에 의해 정류되는 또다른 제2 권선부(핀2-5)를 포함하며 상술한 바와 같이 변성기(T1)가 전력을 수신하는 한 오실레이터(52)에 전력을 공급한다.
더 바람직하게, 충전기(54)는 배터리(56)의 내부저항을 검사하기 위해 또다른 제2 주권선부의 회로를 활용한다. 배터리가 완전충전된 경우 충전기(54)는 10mA-40mA 정도의 극저 충전전류를 공급한다. 배터리(56)가 공백상태일 경우, 300mA 정도의 고충전전류가 약 1시간 정도 발생되어 배터리를 신속히 충전상태로 복귀시킨다. 이 시스템을 이용하여, 완전공백의 배터리를 30분간 충전한 후, 정전시 2분의 백업시간을 가질 수 있다. 바람직하게, 약 1시간 고속충전후 충전기(54)는 상술한 바와 같이 저전류조작 상태로 복귀한다.
경보 및 표시유닛(58)은 바람직하게 UPS(10)내에 제공되고 다음의 기능을 제공한다:
* 압전버저(BUZ1)을 울려 저배터리 상태임을 표시하는 경보기 (도 2e);
* 예컨대, 간헐적으로 압전버저 (BUZ1)를 울리고 LED DI을 점멸하여(도 2c) 배터리가 작동 중임을 표시하는 경보기;
* LED D6을 점등시켜 라인 전력을 수신하고 배터리가 정상적으로 충전되고 있음을 표시하는 라인전력 표시기 (도 2a); 및
* LED D3을 점등시켜 UPS(10)의 카드가 슬롯에 정확히 삽입되었음을 표시하는 접속 표시기 (도 2ℓ).
버저(BUZ1)는 NEC555 적산회로(U9)에 의해 조작된다 (도 2k). LED D1, D6 및 D3의 조작에 따른 방법은 당해분야에서 공지되었다.
가장 바람직하게, 배터리 출력전압을 추후의 보호기능을 위해 관측한다. 출력전압은 비교기(U1B)에 공급되어 이것을 R3 및 R8에서 제공되는 기준전압과 비교한다 (도 2e). 갑작스런 전압강하 등의 상황이 검출되면 비교기의 출력을 오실레이터(44)에 공급하고 이에 따라 오실레이터(44)를 교환 및 UPS의 작업을 중지시킨다. 이것은 재부단락 혹은 비정상적으로 높은 부하가 출력에 나타날 때 도움이 된다. 회로는 또한 배터리의 과다한 방전을 막아주기도 한다.
정전시 컴퓨터(31)의 정상적인 종료를 위해, 아웃풋 행렬(64)(도 2h의 JP3)이 컴퓨터의 포트행렬에 접속될 수 있도록 제공된다. 옵터-스위치(62)(도 2h의 U2)는 옵터커플러형 검출기(40)에서 유도된 신호를 수신한다. 정전이 발생하면, 신호는 옵터-스위치(62)를 폐쇄시키고 이에, 아웃풋(JP3)이 개회로를 폐회로로 효과적으로 변경시킨다. 이 변경을 컴퓨터(31)가 종료개시를 위해 활용한다. 가장 바람직하게는, UPS(10)에 구비되고 UPS 설치시 혹은 그후에 컴퓨터에 탑재된 셧다운 소프트웨어가 상기의 변경을 판독할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 검출기(40)에서 유도된 신호를 UPS(10) 고정슬롯을 통해 컴퓨터의 공업표준규격 버스에 공급한다. 그러므로, 셧다운 소프트웨어가 버스로부터 직접 신호를 읽을 수 있기 때문에 아웃풋 행렬(64)은 필요없게 된다.
가장 바람직하게, UPS(10)는 UPS를 이것과 일치하는 슬롯에 끼울 때 컴퓨터 버스에 UPS 카드를 정확히 접속시킬 수 있게 해주는 안전유닛(66)을 포함한다. 유닛(66)은 UPS 카드의 커넥터(PC1)를 통과하여 컴퓨터버스에 접속되는 릴레이(K2)를 포함한다. 카드가 컴퓨터 버스 슬롯에 정확히 설치되면, 전류가 릴레이(K2)를 통과하고 이 릴레이는 배터리(56)의 양극에 근접하여 이것을 UPS(10) 내부의 다수 위치에 접속시키게 된다. UPS(10)는 상기 위치에 전력이 공급되지 않으면 동작할 수 없으며 따라서 UPS는 슬롯 속에 적절히 연결되어야만 기능한다. 따라서, 다수의 경우 UPS(10)가 우연히 켜지는 것을 막고 감전사고의 발생을 줄일 수 있다. 또한, UPS(10)의 일부가 UPS에 직접 전력을 공급하는 전원장치를 통해 전력을 공급받기 때문에, 아주 안전한 루프를 추가한다. 유닛(66)은 또한 전원 스위치 역할을 하기 때문에 별도의 개폐스위치 (공지의 UPS에서 이용되는)를 사용할 필요가 없다.
유닛(66)은 또한 UPS(10)의 과부하를 차단하거나 혹은 UPS가 전력공급하는 동안 엔드유저에 의한 부적절한 사용을 방지할 수 있다. 예를들어, 과다한 전류가 커넥터(20)의 아웃풋핀을 통해 방출될 경우 배터리전압이 강하되고 컴퓨터(31)가 꺼진다. 컴퓨터가 꺼지는 즉시 릴레이(K2)가 개방되고 UPS(10)는 셧다운된다. UPS는 라인전원으로 복귀하고 컴퓨터의 개/폐 스위치가 켜질 때까지 셧다운 상태를 그대로 유지한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 커넥터(20)의 사시도이다. 커넥터(20)는 PC 카드(11) 상의 지지브래킷(13)을 통해 고정된다. 커넥터는 브래킷에 장착 및 표준규격 PC 슬롯의 폭보다 크지 않은 UPS(10) 전체폭을 유지할 수 있도록 충분히 작은 크기로 되어있다. 커넥터(20)는 한쌍의 커넥션(15), 바람직하게는 인풋라인전력에 사용되는 핀 및 한쌍의 커넥션(19), 바람직하게는 아웃풋 라인전력에 사용되는 소켓을 포함한다. 커넥션(17)은 또한 인풋 및 아웃풋 전원 공통의 접지링크로도 사용되는 커넥션 소켓(21)을 포함한다.
바람직하게, 컴퓨터(31) 내에 UPS(10)을 설치한 후, 외부 라인전원 및 외부 접지부(통상 AC 라인접지부)를 커넥션(15) 및 소켓(21)에 각각 연결한다. 전원 커넥션은 커넥터(20)와 일치되는 하나이상의 커넥터를 경유하여 커넥션(19)에서부터 컴퓨터(31) 및 단말기(41) 같은 컴퓨터 주변기기까지의 사이에 형성된다. 가장 바람직하게, 인풋 라인전력 및 아웃풋 라인전력의 커넥션은 물리적으로 상이하기 때문에 잘못 접속되는 것을 방지할 수 있다. 도 3에서 나타낸 바와 같이, 인풋 커넥터는 수(male type) 커넥션이고 아웃풋 커넥터는 암(female type) 커넥션이다. 인풋 및 아웃풋 커넥션을 물리적으로 구분하는 또다른 방법으로서 인풋 및 아웃풋 커넥션쌍을 일정간격으로 격리하는 것도 당해분야에서 공지되어 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 컴퓨터(31) 내에 설치된 UPS 카드(11)를 도시한 개략도이다. 전원코드(81)에는 브래킷(13) 상의 커넥터(20)와 일치할 특수커넥터(83)가 구비되어 카드(11)를 AC 라인전력 소켓(82)에 커플링시킨다. 커넥터(83)에서 나온 라인전력은 정션박스(84)를 통해 컴퓨터(31) 및 모니터(41)에 분배된다. 또한, 카드(11)는 상기한 바와 같이 RS-232 메시지를 전달하기 위한 특수 통신케이블(85)을 통해 컴퓨터의 COM 포트(86)에 커플링될 수 있다. 경우에 따라, 컴퓨터내의 모뎀(87)에 연결된 전화접속부도 UPS카드를 통과한다.
상술한 바람직한 구현예는 본 발명의 예시를 위한 것이며 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 비단속형 전원 장치 및 방법을 퍼스널 컴퓨터에 제공한다. 또한 개선된 UPS용 소형 커넥터를 제공한다.

Claims (18)

  1. 인풋 라인전력을 수신하고 내부버스 및 확장카드를 삽입하기 위해 예정된 간격으로 버스 상에 형성된 다수의 평행슬롯을 갖춘 퍼스널 컴퓨터용 전원커넥터에 있어서,
    상기 커넥터가 슬롯의 예정간격과 같거나 이보다 협소한 전체 폭으로 되고;
    인풋 라인전력을 수신하기 위한 인풋 커넥션;
    아웃풋 라인전력을 제공하기 위한 아웃풋 커넥션; 및
    인풋 및 아웃풋 전력을 위한 공통 접지링크를 포함하는 것을 특징으로 하는전원커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    커넥션 및 접지링크는 단일행렬에 배열되는 것을 특징으로 하는 전원커넥터.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서,
    접지링크는 인풋 커넥션 및 아웃풋 커넥션을 중개하는 커넥션을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원커넥터.
  4. AC 라인전력에서 정상 조작하는 퍼스널 컴퓨터용 비단속형 전원(UPS)에 있어서, 상기 UPS는;
    전기에너지 저장을 위한 배터리;
    배터리에 저장된 에너지를 수신하고 이것을 라인전력의 전압변동시 컴퓨터에 공급될 AC 출력전압으로 변환하는 인버터; 및
    라인전력의 전압변동을 감지하고 이에 응답하여 인버터를 작동하는 라인전압 검출기를 포함하고 이때의 검출기는;
    라인전압을 수신하고 이에 응답하는 라인전압보다 낮은 신호전압을 출력하는 옵터커플러; 및
    옵터커플러로부터의 신호출력을 수신하고 예정 기준전압과 이것을 비교하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  5. 제4항에 있어서,
    상기의 옵터커플러는 공지의 온도응답기를 갖고 및 UPS는 라인전력의 변동에 대한 라인전압 검출기의 응답이 사실상 온도와 무관하도록 하기 위해 옵터커플러를 보조하는 온도응답기를 갖춘 온도응답요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  6. 제4항 또는 5항에 있어서,
    상기의 인버터는 사실상 일정한 라인 주파수에서 진동하는 오실레이터를 포함하고 이에 따라, 라인전압 검출기가 인버터를 작동시킬 때, AC 출력전압이 지연현상 없이 컴퓨터에 공급되는 것을 특징으로 하는 UPS.
  7. 제4항 내지 6항 중 어느 항에 있어서,
    UPS 는 퍼스널 컴퓨터 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  8. 예정 라인전압 및 주파수에서 AC 라인전력 상에서 정상적으로 조작하는 퍼스널 컴퓨터용 비단속형 전원(UPS)에 있어서, 상기의 UPS는 AC 출력을 부하 내에 제공하고 또한;
    사실상 라인전압보다 낮은 전압에서 전기에너지를 저장하는 배터리;
    배터리에 저장된 에너지를 수신하고 이것을 라인전압에 거의 필적하는 전압에서 DC출력으로 변환시키는 DC-DC 컨버터; 및
    DC-DC 컨버터로부터의 출력을 수신하고 사실상 일정한 개방 동작주기를 갖는 AC 출력을 발생하고, 부하와 무관하게 출력전압의 안정성을 유지하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  9. 제8항에 있어서,
    DC-DC 컨버터는 평면형 변성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  10. 제8항 또는 9항에 있어서,
    DC-DC 컨버터는 부하에 응답하여 DC 출력전압을 변화시키는 것을 특징으로 하는 UPS.
  11. 제10항에 있어서,
    DC-DC 컨버터는 부하를 표시하는 피드백신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  12. 제10항 또는 11항에 있어서,
    DC-DC 컨버터는 가변형 DC 출력전압을 제어하기 위한 폭변조 펄스를 발생하는 고주파수 오실레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  13. 제8항 내지 12항 중 어느 항에 있어서,
    UPS는 퍼스널 컴퓨터 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 퍼스널 컴퓨터는 확장카드를 삽입하기 위해 예정된 간격으로 내부버스 상에 형성된 다수의 평행슬롯을 포함하고 UPS는 상기 슬롯 중 단 1개를 제공하는 회로기판인 것을 특징으로 하는 UPS.
  15. 제14항에 있어서,
    배터리가 상기 퍼스널 컴퓨터 속에 내장되나 회로기판 상에는 탑재되지 않는 것을 특징으로 하는 UPS.
  16. 내부버스 및 상기 버스 상에 평행하게 배열된 다수의 슬롯을 구비한 퍼스널 컴퓨터에 라인전력을 공급하기 위한 비단속형 전원(UPS)에 있어서, 상기 UPS는;
    슬롯 중 하나속에 삽입될 회로소자가 구비된 회로기판; 및
    슬롯 속에 카드가 적절히 삽입됨을 확인하고 및 적절히 삽입되지 않을 경우 UPS를 공급 라인전력으로부터 차단시키는 안전유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 UPS.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 안전유닛은 전원스위치 역할을 하고 이에 따라 별도의 개폐스위치가 회로기판에 연결되지 않은 것을 특징으로 하는 UPS.
  18. 예정 라인전압 및 주파수에서 AC 라인전력 상에서 정상 조작하는 퍼스널 컴퓨터에 비단속형 전력을 공급하기 위한 방법에 있어서, 이 방법은;
    전기에너지를 라인전압보다 사실상 낮은 전압에서 배터리에 저장하고;
    배터리에 저장된 에너지를 수신하고 이것을 라인전압에 필적하는 전압에서 DC 출력으로 변환하고; 및
    DC 출력을 반전시켜 사실상 일정한 개방 동작주기의 부하 내에 부하와 무관하게 AC 출력을 발생시키는 것으로 구성된 비단속형 전력 공급방법.
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