KR20030018685A - Uninterruptible Power Supply Apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A high efficiency DC and AC output uninterruptable power supply is provided to prevent a temporary power outage, while reducing the volume and weight of the power supply by eliminating the necessity of using a transformer. CONSTITUTION: A high efficiency DC and AC output uninterruptable power supply comprises a rectifying unit(21) for converting commercial power into direct current; a charging control unit(22) for preventing over charging of voltage/current while the power output from the rectifying unit is charged in batteries(24,25); batteries charged with the DC power output from the rectifying unit; a diode(26) for automatically converting the power output to an output terminal of the uninterruptable power supply into the power for the rectifying unit and the battery, by using the difference between the voltage of the rectifying unit and the voltage of the battery; and an over discharge control unit(23) for preventing over discharge of the battery while the power of the battery is discharged to the output terminal of the uninterruptable power supply.

Description

고효율 직류,교류 복합 출력 무정전 전원장치{Uninterruptible Power Supply Apparatus}High Efficiency DC / AC Combined Output Uninterruptible Power Supply {Uninterruptible Power Supply Apparatus}

본 발명은 무정전으로 전원을 공급하는 고효율 직류ㆍ교류 복합 출력 무정전 전원장치(UPS)에 관한 것이다.The present invention relates to a high efficiency DC-AC composite output uninterruptible power supply (UPS) for supplying power uninterrupted.

일반적으로 UPS(Uninterruptible Power Supply)는 전기를 필요로 하는 기기에 상용 전원이 예고 없이 정전되거나 사고로 인하여 과도한 전압 강하시 정상적인 전원을 공급하는 것을 목적으로 하는 무정전 전원공급장치이다.In general, an uninterruptible power supply (UPS) is an uninterruptible power supply device for the purpose of supplying a normal power supply to a device requiring electricity in case of power failure without notice or excessive voltage drop due to an accident.

현재 전세계적으로 상용화되는 대부분의 전자ㆍ전기제품들의 직류 전원공급장치는 전력 이용효율이 높고 소형화가 가능하며 무게가 가벼운 SMPS(Switched Mode Power Supply)를 채택하고 있는데, 이런 SMPS는 입력을 다이오드로 정류하여 직류로 바꾼 후 스위치소자를 이용하여 직류로 변환하여 이용하는 방법이기에 교류가 입력되든 직류가 입력되든 아무런 상관이 없다.DC power supplies of most electronic and electrical products currently commercialized worldwide employ Switched Mode Power Supply (SMPS), which is highly efficient, compact, and light in weight. It is a method of converting into direct current by using switch element after converting to direct current, so it does not matter whether AC is input or DC is input.

특히, 디지털화된 기기에 교류를 입력하면 많은 고조파 및 서지 전류가 흘러 오작동 현상을 초래하는 일이 많이 발생하고 있으며, 이러한 원인으로 인한 기업용 컴퓨터의 오작동은 엄청난 경제적 손실을 초래하므로 이러한 문제점이 없는 안정된 순수한 직류 전원공급장치가 꼭 필요한 시대이다.In particular, when AC is input into a digitized device, a lot of harmonics and surge currents flow, causing malfunctions, and a malfunction of a corporate computer caused by such causes causes tremendous economic loss, thus providing a stable and pure solution without these problems. DC power supply is a must.

기존기술의 무정전 전원장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.An uninterruptible power supply of the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 기존기술에 의한 무정전 전원장치의 구성을 설명하기 위한 블록도로서, 기존기술의 무정전 전원장치는, 상용 교류전력을 입력받아 배터리에 전기에너지를 충전하기 위하여 적절한 전압으로 낮추는 트랜스(11)와, 트랜스(11)에서 출력되는 교류를 직류로 변환하는 정류부(12)와, 정류부(12)에서 출력되는 직류를 충전하고 정전시 방전하는 배터리(13)와, 상용전원이 정전되었을 때 배터리 전원을 교류로 변환하고 승압하는 인버터(14)와, 상용전원이 정상일 때 UPS 출력단자를 상용전원에 연결하고, 상용전원이 정전시 인버터(14)의 출력을 UPS 출력단자에 연결하는 전환스위치(15)로 구성된다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an uninterruptible power supply according to a conventional technology. The uninterruptible power supply of the prior art receives a commercial AC power and lowers the transformer 11 to an appropriate voltage to charge electrical energy to a battery. And a rectifying unit 12 for converting alternating current output from the transformer 11 into direct current, a battery 13 for charging direct current output from the rectifying unit 12 and discharging during power failure, and a battery power source when a commercial power supply is out of power. Inverter 14 for converting AC into AC and boosting power, and a switching switch 15 for connecting a UPS output terminal to commercial power when commercial power is normal, and connecting the output of inverter 14 to a UPS output terminal when commercial power is out of power. It is composed of

이와 같이 구성된 기존의 무정전 전원장치의 동작을 설명하면, 상용전원이 정상일 때에는 상용전원이 전환 스위치(15)를 통하여 UPS 출력단자에 직접 연결됨과 동시에 트랜스(11)에 의해 전압 강하되고 정류부(12)를 통해 정류되어 배터리(13)에 충전되었다가, 상용전원이 정전되면 배터리(13)의 전원이 인버터(14)에 의해 교류로 변환되고 도시되지 않은 트랜스에 의해 승압되어 전환 스위치(15)를 통하여 UPS 출력단자에 연결된다.Referring to the operation of the conventional uninterruptible power supply configured as described above, when the commercial power is normal, the commercial power is directly connected to the UPS output terminal through the changeover switch 15 and at the same time the voltage is dropped by the transformer 11 and the rectifier 12 After rectifying through the battery 13 and charging the battery 13, when the commercial power is outage, the power of the battery 13 is converted into alternating current by the inverter 14 and stepped up by a transformer (not shown) to be switched through the changeover switch 15. It is connected to the UPS output terminal.

이러한 기존의 무정전 전원장치는, 입력 트랜스(11)에서만 수 %의 전력손실을 초래하고, 배터리(13)에 충전하기 위하여 정류부(12)에서 정류하는 과정에서 다시 전력손실이 발생하며, 상용전원 정전시 배터리(13)에 충전된 직류전원을 교류로 변환하는 과정과 이것을 승압하는 트랜스 등으로 구성되는 인버터(14)에서 수∼십수%의 전력손실이 발생한다. 일반적인 UPS 내부에서 10∼15%의 전력이 손실된다.In the conventional uninterruptible power supply, power loss of only several% occurs only in the input transformer 11, and power loss occurs again in the rectifying process of the rectifying unit 12 to charge the battery 13. The power loss of several to several tens percent occurs in the inverter 14 including the process of converting the DC power charged in the battery 13 to AC and the transformer boosting it. 10-15% power is lost inside a typical UPS.

또한, 상용전원이 정상일 때와 정전이 발생되었을 때 일반적으로 릴레이방식으로 전원을 전환하고 있어, UPS 출력단자에는 수십ms 내지 수백ms의 순간정전이 발생할 수밖에 없다.In addition, when the commercial power supply is normal and when a power failure occurs, the power supply is generally switched in a relay manner, and a power outage of tens of ms to hundreds of ms is inevitable in the UPS output terminal.

그리고, 입력 트랜스(11)와 인버터(14) 내의 트랜스 등이 대단히 무거워 용량이 큰 UPS의 경우에는 트랜스의 무게만 해도 수백Kg, 혹은 그 이상일 때도 있다.In the case of a UPS having a large capacity because the transformers in the input transformer 11 and the inverter 14 are very heavy, the weight of the transformer may be hundreds of kilograms or more.

상기한 바와 같은 기존의 무정전 전원장치에서의 여러 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 비효율적인 전력효율을 획기적으로 개선하고, 상용전원에서 배터리 전원으로 전환할 때와 그 역으로 작용할 때 발생하는 순간정전을 없애면서도 부피와 무게를 획기적으로 줄일 수 있는 고효율 직류ㆍ교류 복합 출력 무정전 전원장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention to solve the various problems in the conventional uninterruptible power supply as described above significantly improves the inefficient power efficiency, and the instantaneous power failure that occurs when switching from commercial power to battery power and vice versa Its purpose is to provide a high efficiency DC / AC composite output uninterruptible power supply that can significantly reduce volume and weight while eliminating it.

도 1은 종래 기술에 따른 무정전 전원장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an uninterruptible power supply according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 고효율 직류ㆍ교류 복합 출력 무정전 전원장치의 직류 UPS (Uninterruptible Power Supply)부분을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a DC uninterruptible power supply (UPS) portion of a high efficiency DC / AC combined output uninterruptible power supply according to the present invention.

도 3은 본 발명에서의 교류전력 변환장치를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an AC power converter according to the present invention.

도 4는 데드 타임(Dead Time) 파형을 나타내는 도표이다.4 is a diagram illustrating a dead time waveform.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※

21: 정류부 22 : 충전 제어부21: rectifier 22: charge control unit

23 : 과방전 제어부 24 : 배터리 123: over-discharge control unit 24: battery 1

25 : 배터리 2 26 : 다이오드25: battery 2 26: diode

31 : 30,720Hz 인버터 32 : 256:1 주파수 분할부31: 30,720 Hz Inverter 32: 256: 1 Frequency Division

33 : 60Hz 50% 듀티(Duty)회로부 34 : 데드 타임(Dead Time) 회로부33: 60Hz 50% Duty Circuit Part 34: Dead Time Circuit Part

35 : 스위치소자 구동부 36 : 브리지 교류전력 변환부35 switch element driving unit 36 bridge AC power conversion unit

37 : 전환스위치37: changeover switch

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상용전원을 직류로 변환하는 정류부와, 상용전원이 정상으로 상기 정류부에서 출력되는 전원을 배터리에 충전하는 동안 과충전 전압ㆍ전류를 방지하기 위한 충전 제어부와, 두 개로 분리 구성되며 상기 정류부에 의해 정류된 직류전원을 충전하는 배터리와, 상기 정류부의 전압과 상기 배터리의 전압과의 차이를 이용하여 상용전원의 정상 및 정전에 따라 UPS 출력단자로 출력되는 전원을 상기 정류부 또는 상기 배터리의 전원으로 무순단으로 자동 전환하는 다이오드와, 상용전원의 정전으로 상기 배터리의 전원을 UPS 출력단자로 방전하는 동안 배터리의 과방전을 방지하는 과방전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a rectifying unit for converting commercial power to direct current, and a charging control unit for preventing overcharge voltage and current while the commercial power is normally charged from the rectifier output to the battery And is separated into two and is output to the UPS output terminal according to the normal and power failure of the commercial power by using a difference between the battery of the DC power rectified by the rectifier and the voltage of the rectifier and the voltage of the battery; And a diode for automatically switching power to the rectifier unit or the battery power in an orderless manner, and an overdischarge control unit for preventing overdischarge of the battery while discharging the power of the battery to the UPS output terminal due to a power failure of commercial power. It features.

본 발명의 다른 실시예로서는 교류전력 변환장치를 더 구비하되, 상기 교류전력 변환장치는, 30,720Hz의 펄스를 발생하고 브리지 교류전력 변환부의 스위칭소자를 구동하기 위한 3개의 독립된 12V전원을 만드는 30,720Hz 인버터와, 상기 30,720Hz 인버터의 30,720Hz를 256분의 1로 분할(Divide)하여 120Hz로 만드는 256:1 주파수 분할부와, 상기 256:1 주파수 분할부의 120Hz를 60Hz로 만듬과 동시에 50% 듀티 사이클(Duty Cycle)을 발생시키는 60Hz 50% 듀티 회로부와, 상기 브리지 교류전력 변환부의 각 스위칭소자를 보호하기 위한 데드타임(Dead time) 회로부와, 배터리의 직류전원을 교류전력으로 변환하는 브리지 교류전력 변환부의 스위칭소자의 구동을 제어하는 스위칭소자 구동부와, 상기 스위칭소자 구동부의 제어로 스위칭되는 다수개의 스위칭소자를 구비하며 배터리의 전원을 교류전력으로 변환하는 브리지 교류전력 변환부와, 상용전원과 상기 브리지 교류전력 변환부의 출력전원을 UPS 출력단자로 전환하는 전환스위치를 포함하는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, an AC power converter is further provided, wherein the AC power converter generates a 30,720 Hz pulse and generates three independent 12V power supplies for driving the switching elements of the bridge AC power converter. And a 256: 1 frequency divider for dividing 30,720Hz of the 30,720Hz inverter into one-half of 256 to make 120Hz, and a 50% duty cycle simultaneously with 120Hz of the 256: 1 frequency divider at 60Hz. 60Hz 50% duty circuit for generating duty cycle, dead time circuit for protecting each switching element of the bridge AC power converter, bridge AC power conversion for converting DC power of battery into AC power Switching element driver for controlling the driving of the negative switching element, and a plurality of switching elements are switched by the control of the switching element driver unit and the power source of the battery The bridge AC power converter, a commercial power supply and the bridge AC power converting portion for converting the output power into AC power to a switching switch for switching to the UPS output terminals is preferred.

이하에서는 본 발명에 의한 고효율 직류·교류 복합출력 무정전 전원장치에 대해 예시도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a high efficiency DC / AC combined output uninterruptible power supply according to the present invention will be described in detail with an exemplary drawing.

도 2는 본 발명에 따른 고효율 직류·교류복합출력 무정전 전원장치의 직류 UPS부분 구성을 설명하기 위한 회로도이다.2 is a circuit diagram for explaining the configuration of the DC UPS portion of the high-efficiency DC-AC combined output uninterruptible power supply according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명은 상용 교류 입력전원을 직류로 변환하여 출력하는 정류부(21)와, 정류부(21)에서 출력되는 직류를 적절한 전압과 전류로 제어하여 배터리(24)(25)에 충전하는 충전 제어부(22)와, 상용전원이 정전되었을 때 배터리(24)(25)의 수명에 치명적인 과방전을 방지하는 과방전 제어부(23)와, 상용전원이 정상일 때 전기에너지를 충전하는 배터리1,2(24)(25)와, 상용전원이 정상일 때 다이오드(26)를 통하여 UPS 출력단자에 전원을 공급하고 정전 시에는 배터리(24)(25) 전기에너지를 다이오드(26)를 통하여 UPS 출력단자에 공급하는 다이오드(26)로 구성된다.Referring to FIG. 2, the present invention converts a commercial AC input power into a direct current to a rectifier 21 and a direct current output from the rectifier 21 is controlled to a proper voltage and current to the batteries 24 and 25. The charging control unit 22 to charge, the over-discharge control unit 23 to prevent the over-discharge fatal to the life of the battery 24, 25 when the commercial power supply is out of power, and the battery to charge the electric energy when the commercial power is normal The power is supplied to the UPS output terminal through the diode 26 when the commercial power is normal, and the battery power is supplied through the diode 26 to the batteries 24 and 25 when the commercial power is normal. A diode 26 is supplied to the output terminal.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고효율 직류·교류복합출력 무정전 전원장치의 동작을 설명하면, 먼저 상용 교류전원이 정상일 때 정류부(21)에 의해 교류를 직류로 변환하고, 이 직류전원은 다이오드(26)를 통해 UPS 출력단자에 직접 공급된다. 또한, 정류부(21)로부터 출력되는 전기에너지를 배터리에 맞는 최적의 충전전압과 전류로 제어하는 충전 제어부(22)의 제어로 두 개의 배터리(24)(25)에 충전하게 된다.Referring to the operation of the high-efficiency DC-AC combined output uninterruptible power supply according to the present invention configured as described above, first, when the commercial AC power is normal, AC is converted into DC by the rectifier 21, and the DC power is the diode 26. Is supplied directly to the UPS output terminal. In addition, the two batteries 24 and 25 are charged by the control of the charging control unit 22 which controls the electric energy output from the rectifying unit 21 to the optimum charging voltage and current suitable for the battery.

상용전원의 정전 또는 이상이 발생되었을 때에는 배터리(24)(25)에 충전된 전기에너지가 다이오드(26)를 통하여 UPS 출력단자에 전원의 끊김 없이 즉시 공급되게 된다. 이때 과방전 제어부(23)는 배터리(24)(25)의 수명에 치명적인 과방전을 방지하기 위한 기능을 수행한다. 이때 과방전 제어부(23)에 연결된 도시되지 않은 릴레이는 항상 "온" 상태로 되어 있다가 배터리(24)(25)의 전압이 미리 설정된 전압이하로 방전되면 자동으로 "오프" 상태로 전환되어 더 이상의 방전을 차단한다.When a power failure or abnormality of the commercial power source occurs, the electric energy charged in the batteries 24 and 25 is immediately supplied to the UPS output terminal through the diode 26 without interruption of power. At this time, the over-discharge control unit 23 performs a function for preventing the over-discharge fatal to the life of the battery (24, 25). At this time, an unillustrated relay connected to the over-discharge control unit 23 is always in an "on" state, and when the voltage of the batteries 24 and 25 is discharged below a preset voltage, the relay is automatically switched to an "off" state. The above discharge is interrupted.

위에서 배터리를 배터리(24)와 배터리(25)로 분리하는 것은 유지보수를 용이하게 할 수 있도록 할뿐더러 하나의 배터리(25)의 충전전원을 24V로 하여, 배터리(25)의 전원을 충전 제어부(22)와 과방전 제어부(23)의 구동전원으로 공급하기 위함이다.Separating the battery from the battery 24 and the battery 25 from above not only facilitates maintenance, but also charges power of the battery 25 to 24V, and supplies the power of the battery 25 to the charging control unit ( 22 and to the driving power of the over-discharge control unit 23.

위와 같은 본 발명에서 정류부(21)와, 다이오드(26), 배터리(24), 배터리(25)의 용량 선택만으로 UPS용량을 마음대로 설정할 수 있다.In the present invention as described above, the UPS capacity can be freely set only by the capacity selection of the rectifier 21, the diode 26, the battery 24, and the battery 25.

그 일 예로서 110V용 UPS의 경우에는 배터리(25) 전압이 96V인 것을 장착하면 되고, 200V용 UPS의 경우에는 배터리(25)의 전압이 216V인 것을 장착하여 설계할 수 있다.As an example, in the case of a 110V UPS, a battery 25 having a voltage of 96V may be mounted. In the case of a 200V UPS, a battery having a voltage of 216V may be mounted in a design.

도 3은 발명에 의한 고효율 직류·교류 복합출력 무정전 전원장치에서의 교류전력 변환장치를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an AC power converter in the high efficiency DC / AC combined output uninterruptible power supply according to the present invention.

도 3을 참조하면, 교류전력 변환장치는, 30,720Hz의 펄스를 발생하고 브리지 교류전력 변환부(36)의 스위칭소자를 구동하기 위한 3개의 독립된 12V전원을 만드는 30,720Hz 인버터(31)와, 30,720Hz 인버터의 30,720Hz를 256분의 1로 분할(Divide)하여 120Hz로 만드는 256:1 주파수 분할부(32)와, 256:1 주파수 분할부(32)의 120Hz를 60Hz로 만듬과 동시에 50% 듀티 사이클(Duty Cycle)을 발생시키는 60Hz 50% 듀티 회로부(33)와, 브리지 교류전력 변환부(36)의 각 스위칭소자를 보호하기 위한 데드타임(Dead time) 회로부(34)와, 배터리의 직류전원을 교류전력으로 변환하는 브리지 교류전력 변환부(36)의 스위칭소자의 구동을 제어하는 스위칭소자 구동부(35)와, 스위칭소자 구동부(35)의 제어로 스위칭되는 다수개의 스위칭소자를 구비하며 배터리의 전원을 교류전력으로 변환하는 브리지 교류전력 변환부(36)와, 상용전원과 브리지 교류전력 변환부(36)의 출력전원을 UPS 출력단자로 전환하는 전환스위치(37)로 구성된다.Referring to FIG. 3, the AC power converter includes a 30,720 Hz inverter 31 which generates a pulse of 30,720 Hz and generates three independent 12 V power sources for driving the switching element of the bridge AC power converter 36. A 256: 1 frequency divider 32 that divides 30,720 Hz of a Hz inverter into one-half of 256 to make 120 Hz, and a 50% duty while simultaneously setting 120 Hz of the 256: 1 frequency divider 32 to 60 Hz. 60 Hz 50% duty circuit section 33 for generating a duty cycle, dead time circuit section 34 for protecting each switching element of the bridge AC power converter 36, and a DC power supply of the battery. A switching element driver 35 for controlling the driving of the switching element of the bridge AC power converter 36 for converting the AC power into AC power, and a plurality of switching elements switched by the control of the switching element driver 35. Bridge AC power to convert power to AC power It consists of the output power of the affected part 36, a commercial power source and AC bridge power converter 36 to the changeover switch 37 to switch to the UPS output.

이와 같이 구성된 교류전력 변환장치를 설명하면, 상용전원이 정상일 때에는 전환스위치(37)의 작동(Energize)으로 상용전원이 출력단자로 출력되지만, 상용전원이 정전되었을 때에는 전환스위치(37)의 복귀(De-energize)로 24V의 배터리 전원이 30,720Hz 인버터(31)에 공급되어 작동됨과 동시에 각 회로에 구동전원을 공급하게 된다.Referring to the AC power converter configured as described above, when the commercial power is normal, the commercial power is outputted to the output terminal by the operation of the changeover switch 37, but when the commercial power is out of power, De-energize) supplies 24V of battery power to the 30,720Hz inverter 31 to operate and supply driving power to each circuit.

여기서, 배터리의 전원을 공급받은 30,720Hz 인버터(31)는 60Hz의 원천(Source)으로 이용하는 30,720Hz의 펄스를 발생하고, 24V 입력전원을 3개의 독립된 12V의 전원으로 변환하여 출력하게 되는데, 상기한 30,720Hz 인버터(31)에서 출력되는 3개의 12V의 전원은 브리지 교류전력 변환부(36)의 구동전원으로 사용된다.Here, the 30,720Hz inverter 31 supplied with the battery generates a 30,720Hz pulse used as a source of 60Hz, and converts the 24V input power into three independent 12V powers and outputs the same. Three 12V power sources output from the 30,720Hz inverter 31 are used as driving power sources of the bridge AC power converter 36.

위의 30,720Hz 인버터(31)에서 발생한 30,720Hz의 펄스는 8단의 1/2 주파수 분할기로 구성된 256:1 주파수 분할부(32)(Divider)를 거쳐 120Hz로 분할된다. 즉, 256분의 1로 분할한다.The 30,720Hz pulse generated by the 30,720Hz inverter 31 is divided into 120Hz through a 256: 1 frequency divider 32 composed of eight 1/2 frequency dividers. That is, it divides into 1/256.

일반적으로 교류전력만으로 작동하는 전기기기는 교류 1 주기(Cycle) 중 정주기와 역주기의 비율이 50%의 듀티(Duty) 주기를 갖는 교류전원을 필요로 한다. 이는 정주기와 역주기 때 흐르는 전류의 균형을 유지하기 위해서다.In general, an electric device that operates only with alternating current power requires an alternating current power source having a duty cycle of 50% of one cycle and one cycle of alternating cycle. This is to balance the current flowing in the constant and reverse cycles.

그러나, 256:1 주파수 분할부(32)에서 출력되는 펄스주기는 50% 듀티의 펄스가 아니다. 그래서 2:1로 분할하는 에지 트리거 플립-플롭(Edge Trigger Flip-Flop)으로 구성되는 50% 듀티 회로부(33)를 구비함으로써 60Hz 50% 듀티를 갖는 구형파를 출력단자(Q)와 출력단자()로부터 얻을 수 있다. 여기서, 출력단자(Q)와 출력단자()의 위상은 완전 역상이다.However, the pulse period output from the 256: 1 frequency divider 32 is not a pulse of 50% duty. Thus, by having a 50% duty circuit section 33 composed of edge trigger flip-flops divided into 2: 1, a square wave having a 60 Hz 50% duty is output to the output terminal Q and the output terminal ( Can be obtained from Here, the output terminal (Q) and the output terminal ( ) Phase is completely reversed.

이렇게 60Hz 50% 듀티회로부(33)에 의해 주파수와 듀티비로 변환된 펄스를 이용하여 브리지 교류전력 변환부(36)를 직접 구동하면, 반도체소자인 스위칭소자가 파손될 우려가 있다.When the bridge AC power converter 36 is directly driven by using the pulses converted into the frequency and duty ratio by the 60Hz 50% duty circuit 33 in this manner, there is a possibility that the switching device, which is a semiconductor device, may be damaged.

이는 능동 반도체소자의 특성이 "온" 지연시간(On Delay Time)과 "오프" 지연시간(Off Delay Time)을 갖고 있는데, "온" 지연시간보다 "오프" 지연시간이훨씬 길다. 이런 특성 때문에 브리지 연결회로에서 대칭쪽 소자가 완전히 "오프"상태로 되기 전에 상대쪽 소자가 "온"상태로 전환되면서 단락현상을 일으켜 소자가 파손된다.The characteristics of an active semiconductor device have an "on" delay time and an "off" delay time. The "off" delay time is much longer than the "on" delay time. Because of this characteristic, in the bridge connection circuit, the opposite device is switched to the "on" state before the symmetrical device is completely "off", causing a short circuit and the device is broken.

이러한 특성을 갖는 소자의 동작을 브리지 교류전력 변환부(36)를 기초로 하여 설명하면, 교류전원의 정주기 때 스위칭소자 A와 스위칭 소자 D가 "온" 상태로 되었다가 다음 주기 때에는 스위칭소자 A와 D가 "오프" 상태로 된 후 스위칭소자 B와 C 가 "온"상태로 되어야 한다. 그러나, 스위칭소자 A와 D의 "오프" 지연시간 동안에 스위칭소자 B와 C가 "온" 상태로 되어, 스위칭소자 A와 C 그리고 스위칭소자 B와 D의 "온" 상태가 서로 겹쳐 단락현상을 일으키고 반도체소자인 스위칭소자가 파손되게 된다.Referring to the operation of the element having such characteristics on the basis of the bridge AC power converter 36, the switching element A and the switching element D are turned "on" during the constant cycle of the AC power supply, and then the switching element A during the next cycle. Switching elements B and C should be in the "on" state after and D are in the "off" state. However, during the "off" delay time of the switching elements A and D, the switching elements B and C are turned "on", and the switching elements A and C and the "on" states of the switching elements B and D overlap with each other, causing a short circuit. The switching element, which is a semiconductor element, is broken.

이러한 현상을 방지하기 위하여 도 4에서와 같이 교류 각 주기사이에 데드타임(Dead Time)을 주어야 한다. 이 역할을 하는 것이 TTL IC와 RC회로로 구성된 데드타임 회로부(34)이다. 본 발명에서는 각 종류의 대전력 반도체 스위칭소자가 갖는 최대 "오프" 지연시간을 고려하여 약 47㎲의 데드 타임을 주었으며, 이 정도의 데드 타임은 일반전원을 사용하는 기기에 전혀 지장을 초래하지 않는다.In order to prevent such a phenomenon, a dead time must be given between the AC cycles as shown in FIG. 4. This role is the dead time circuit section 34 composed of the TTL IC and the RC circuit. In the present invention, the dead time of about 47 ms is considered in consideration of the maximum "off" delay time of each type of high-power semiconductor switching device, and this dead time does not cause any trouble to the equipment using the general power supply. .

상기 데드타임 회로부(34)로부터 데드타임을 갖는 펄스를 입력받는 스위칭소자 구동부(35)는 브리지 교류전력 변환부(36)의 두 개의 스위칭 소자 쌍(Pair), 즉 A와 D 그리고 B와 C를 반주기씩 교차로 구동시키게 된다.The switching element driver 35 receiving the dead time pulse from the dead time circuit unit 34 is connected to two pairs of switching elements of the bridge AC power converter 36, namely, A and D and B and C. It is driven by the intersection every half cycle.

위에서 스위칭소자 C와 스위칭소자 D의 소스(Source)는 동위상이기 때문에 12V 전원을 공동으로 사용하고, 스위칭소자 A와 스위칭소자 B의 소스는 독립되어 있어야하기 때문에 독립된 각각의 12V 전원에 의해 구동된다. 스위칭소자 구동부(35)와 스위칭소자 A, 스위칭소자 B는 전기적으로 절연된 광결합소자(Photocoupler)로 구동신호를 전달하는 것이 바람직하다.In the above, since the source of the switching device C and the switching device D is in phase, the 12V power supply is shared, and the source of the switching device A and the switching device B is driven by each independent 12V power supply. . The switching device driver 35, the switching device A, and the switching device B preferably transmit a driving signal to an electrically insulated photocoupler.

상기한 브리지 교류전력 변환부(36)의 스위칭소자로서는 MOS FET, IGBT, 트랜지스터 모듈(Transistor Module) 등을 사용할 수 있으며, UPS 용량에 따라 스위칭소자를 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다.As the switching element of the bridge AC power converter 36, a MOS FET, an IGBT, a transistor module, or the like may be used, and it is preferable to selectively use the switching element according to the UPS capacity.

본 발명에 의하면, 고효율 직류·교류 복합출력 무정전 전원장치의 직류UPS는 전력변환회로를 사용하지 않아 배터리에 충전된 전력의 99% 이상의 전력을 부하에서 활용할 수 있고, 정전시 배터리 전원으로의 전환과 상용전원 회복시 상용전원으로 전환할 때 전원 끊김이 전혀 없고, 교류 전력 변환장치를 선택하여 교류UPS로 사용하더라도 98%이상의 전력 이용효율을 갖으며, 트랜스를 일체 사용하지 않아 무게가 가볍고, 저렴한 가격의 UPS생산을 실현할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the DC UPS of the high-efficiency DC-AC combined output uninterruptible power supply can utilize at least 99% of the power charged in the battery at the load without using a power conversion circuit. When commercial power is recovered, there is no power disconnection when switching to commercial power. Even if you select AC power converter and use it as AC UPS, it has more than 98% power use efficiency. It is effective to realize UPS production.

Claims (2)

상용전원을 직류로 변환하는 정류부;Rectifier for converting commercial power into direct current; 상용전원이 정상으로 상기 정류부에서 출력되는 전원을 배터리에 충전하는 동안 과충전 전압ㆍ전류를 방지하기 위한 충전 제어부;A charging control unit for preventing an overcharge voltage and current while a commercial power source normally charges a battery output from the rectifier unit; 두 개로 분리 구성되며 상기 정류부에 의해 정류된 직류전원을 충전하는 배터리;A battery configured to be separated into two and charge the DC power rectified by the rectifier; 상기 정류부의 전압과 상기 배터리의 전압과의 차이를 이용하여 상용전원의 정상 및 정전에 따라 UPS 출력단자로 출력되는 전원을 상기 정류부 또는 상기 배터리의 전원으로 무순단으로 자동 전환하는 다이오드; 및A diode which automatically converts power output from the UPS output terminal into the rectifier unit or the battery power in an orderless manner by using a difference between the voltage of the rectifier unit and the voltage of the battery; And 상용전원의 정전으로 상기 배터리의 전원을 UPS 출력단자로 방전하는 동안 배터리의 과방전을 방지하는 과방전 제어부;An over-discharge control unit for preventing over-discharge of the battery while discharging the power of the battery to the UPS output terminal due to a power failure of commercial power; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 직류·교류 복합출력 무정전 전원장치.High efficiency DC-AC combined output uninterruptible power supply comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 교류전력 변환장치를 더 구비하되, 상기 교류전력 변환장치는,Further comprising an AC power converter, the AC power converter, 30,720Hz의 펄스를 발생하고 브리지 교류전력 변환부의 스위칭소자를 구동하기 위한 3개의 독립된 12V전원을 만드는 30,720Hz 인버터;A 30,720 Hz inverter generating a pulse of 30,720 Hz and generating three independent 12 V power supplies for driving the switching elements of the bridge AC power converter; 상기 30,720Hz 인버터의 30,720Hz를 256분의 1로 분할(Divide)하여 120Hz로 만드는 256:1 주파수 분할부;A 256: 1 frequency divider for dividing 30,720Hz of the 30,720Hz inverter into one half of a 256 to 120Hz; 상기 256:1 주파수 분할부의 120Hz를 60Hz로 만듬과 동시에 50% 듀티 사이클(DutyCycle)을 발생시키는 60Hz 50% 듀티 회로부;A 60Hz 50% duty circuit for generating 50% duty cycle while simultaneously making 120Hz of the 256: 1 frequency division unit 60Hz; 상기 브리지 교류전력 변환부의 각 스위칭소자를 보호하기 위한 데드타임(Dead time) 회로부;A dead time circuit unit for protecting each switching element of the bridge AC power converter; 배터리의 직류전원을 교류전력으로 변환하는 브리지 교류전력 변환부의 스위칭소자의 구동을 제어하는 스위칭소자 구동부;A switching element driver for controlling driving of the switching element of the bridge AC power converter to convert the DC power of the battery into AC power; 상기 스위칭소자 구동부의 제어로 스위칭되는 다수개의 스위칭소자를 구비하며 배터리의 전원을 교류전력으로 변환하는 브리지 교류전력 변환부; 및A bridge AC power converter having a plurality of switching devices switched under control of the switching device driver and converting a battery power into AC power; And 상용전원과 상기 브리지 교류전력 변환부의 출력전원을 UPS 출력단자로 전환하는 전환스위치;A switching switch for switching the output power of the commercial power supply and the bridge AC power conversion unit to a UPS output terminal; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 직류·교류 복합출력 무정전 전원장치.High efficiency DC-AC combined output uninterruptible power supply comprising a.
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