KR200300983Y1 - 고효율 직류출력 무정전 전원장치 - Google Patents

Abstract

본 고안에 의한 고효율 직류출력 무정전 전원장치는, 상용전원을 직류로 변환하는 정류부와, 정류부에서 출력되는 전원을 정전압으로 안정시키는 전원안정부와, 상용전원이 정상으로 상기 정류부에서 출력되는 전원을 축전지에 충전하는 동안 과충전을 방지하기위한 충전제어부와, 충전제어부에서 출력되는 직류전원을 충전하여두는 축전지와, 상용전원이 정상일 때 상용전원을 출력단자로 공급하고 상용전원이 비정상 또는 축전지 전압 이하일 때 축전지 전원을 출력단자로 공급하는 무접점 전원전환부와, 상용전원이 정전되었을 때 방전하는 축전지의 과방전을 방지하는 과방전제어부와, 상용교류전원이 정상일 때 상용교류전원을 상용교류전원이 정전일때 축전지전원을 출력측에 인가하는 직 ·교류전환부로 구성되어있다.

본 고안에 의하면 고효율 직류출력 무정전 전원장치의 직류UPS는 전력변환회로를 사용하지 않아 축전지에 충전된 전력 99%이상을 부하측에서 활용할 수 있고, 회로가 복잡하지 않아 고장발생이 거의 없고, 정전시 축전지전원으로 전환과 상용전원 회복시 상용전원으로 전환될 때 전원 끊김이 전혀 없고, 출력측에서 사용하는 기기에 직류를 공급하기 때문에 사용기기들이 대단히 안정하게 작동하며, 트랜스를 전혀 사용하지 않아 무게가 가볍고 저렴한 가격의 UPS를 실현할 수 있다.

Description

고효율 직류출력 무정전 전원장치{High Efficient Direct Current Uninterruptible Power Supply Apparatus}

최신 컴퓨터 및 대부분의 전자회로를 갖은 기기들의 전원공급기가 SMPS(Switched Mode Power Supply)로 되어있어 무정전 전원으로 교류전원보다 직류전원을 공급하는 방법이 훨씬 안정적이고 전력이용효율이 높아, 직류전원을 안정적으로 공급하는 회로를 구성하였으며, 무정전 전원장치들이 상용전원 정전시 축전지전원으로 전환과, 상용전원 회복시 상용전원으로 전환시 짧은 순간 정전이 발생하는데 이러한 문제점을 완전히 없애는 방법을 고안 하였으며, 컴퓨터 모니터, TV 등 브라운관이 장착되어 있는 기기들을 사용할 수 있는 직 ·교류출력단자를 신설하였다.

상용전원 정전시 컴퓨터 등 디지털 전자기기를 가장 안정적으로 작동할 수 있게 전력을 공급하고 UPS의 축전지 전력이용효율을 극대화하고, 무게가 가볍고 신뢰성이 높으면서도 가격이 저렴한 무정전 전원공급장치를 제공하는데 목적이 있다

본 고안은 완전 무정전으로 전원을 공급하는 고효율 직류출력 무정전 전원장치(UPS)에 관한 것이다.

일반적으로 UPS(Uninterruptible Power Supply)는 전기를 사용하여 작동하는 기기에 상용전원이 예고 없이 정전되거나 사고로 인하여 과도한 전압 강하시 정상적인 전원을 공급하는 것을 목적으로 하는 무정전 전원공급장치이다.

현재 전 세계적으로 상용화 되는 대부부의 전자제품들의 전원공급장치는, 전력이용효율이 높고, 소형화가 가능하며, 무게가 가벼운 SMPS(Switched Mode Power Supply)를 채택하고 있는데, 이러한 SMPS의 회로구성은 입력전원을 다이오드로 정류하여 직류로 바꾼 후 반도체스위치소자를 이용하여 낮은 전압의 직류로 변환하여 이용하는 회로로 구성되어 있다. 이러한 이유 때문에 SMPS 입력단에 교류를 인가하든, 직류를 인가하든 아무런 상관이 없다.

특히, 디지털 기기에 교류를 입력하면 많은 고조파 및 서지전류로 인하여 오작동 및 다운되는 현상이 발생하고 있으며, 이러한 원인으로 인한 기업용 컴퓨터의 오작동은 대단히 큰 경제적 손실을 초래하고, 정부기관 및 은행의 컴퓨터 다운은 사회혼란을 초래할 수 있으므로, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 안정된 무정전 직류전원공급 장치가 꼭 필요한 시대이다.

기존의 무정전 전원공급장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 기존기술에 의한 무정전 전원공급장치의 구성을 설명하기 위한 블록도로서, 기존기술의 무정전 전원공급장치는, 상용교류전력을 입력받아 축전지에 전기에너지를 충전하기 위하여 적절한 전압으로 낮추는 트랜스(11)와, 트랜스(11)에서 출력되는 교류를 직류로 변환하고 이 직류를 축전지에 충전하는 충전제어부(12)와, 상용전원의 전기에너지를 충전하여두는 축전지(13)와, 상용전원이 정전되었을 때 축전지전원을 교류로 변환하고 승압하는 인버터(14)와, 상용전원과 인버터출력을 전환하여 주는 전환스위치(15)로 구성되어 있다.

이러한 기존의 무정전 전원공급장치의 입력트랜스(11)에서만 수%의 전력손실을 초래하고, 상용전원 정전시 축전지 전력을 교류로 변환하고 승압하는 인버터(14)부분에서만 십수%의 전력손실을 초래한다. 또한 상용전원 정전시, 인버터를 작동하고 인버터 출력으로 전환하는 절차 동안 출력단자에는 수십ms의 순간정전이 발생할 수밖에 없다. 게다가 입력트랜스(11)와 인버터(14)의 변환트랜스의 무게가 대단히 무거우며, 용량이 큰 UPS의 트랜스 무게만도 수백kg에 이른다.

상기한 바와 같은 기존의 무정전 전원공급장치에서의 여러 문제점들을 해결하기위한 본 고안은, 축전지 전력이용효율을 획기적으로 개선하고, 상용전원에서 축전지전원으로 전환할 때와, 또 그 역으로 작동할 때 발생하는 순간정전의 문제점을 제거하면서도 부피와 무게를 획기적으로 줄이며, 기존의 무정전 전원공급장치보다 신뢰성이 높고, 고효율의 직류출력 무정전 전원공급장치를 제공하는데 목적이 있다

도1은 종래의 기술에 따른 무정전 전원장치의 구성을 설명하기위한 블록도이다.

도2는 본 고안에 따른 고효율 직류출력 무정전 전원장치를 설명하기위한 블록도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

21 : 정류부 22 : 전압 안정부

23 : 무접점 전원전환부 24 : 충전 제어부

25 : 축전지 26 : 과방전 제어부

27 : 직 ·교류 전환부 28 : 원격 제어부

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 상용전원을 직류로 변환하는 정류부와, 정류부에서 출력되는 전원을 설정된 안정된 전압으로 만드는 전압 안정부와, 정류부에서 출력된 전원을 축전지에 충전하는 동안 과충전을 방지하기 위한 충전제어부와, 충전제어부에 의해서 상용전력을 축전하는 축전지와, 상용전원이 정상일때 상용전원을 상용전원이 비정상일 때 축전지전원을 UPS 출력단자로 공급하는 무접점 전원전환부와, UPS 부하에서 축전지 전원을 사용할 때 축전지의 과방전을 방지하는 과방전제어부와, 브라운관 응용기기를 사용할 수 있게 하는 직 · 교류 전환부와, 인터넷 통신망 등을 통하여 UPS를 관리할 수 있는 원격제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 고안에 의한 고효율 직류출력 무정전 전원공급장치에 대한 예시도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 고안에 따른 고효율 직류출력 무정전 전원공급장치의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.

도2를 참조하면, 본 고안은 상용 교류입력전원을 직류로 변환하는정류부(21)와, 정류부(21)에서 출력되는 전원을 설정된 전압으로 안정화 시키는 전원안정부(22)와, 상용전원이 정상일 때 상용전원을 상용전원이 비정상일 때 축전지 전원을 무순단으로 UPS출력단자에 인가하는 무접점 전원전환부(23)와, 상용전원을 축전지에 적절하고 안정되게 충전하는 충전제어부(24)와, 상용전원이 비정상적일 때 UPS출력측에 전력을 공급하는 축전지(25)와, 축전지가 방전할 때 축전지 수명에 치명적인 과방전을 방지하는 과방전제어부(26)와, UPS에 연결 사용하는 브라운관 응용기기를 위한 직 ·교류전환부(27)로 구성되고, 필요에 따라서 네트워크망 등을 통하여 원격에서 UPS를 관리할 수 있는 원격제어부(28)를 추가로 구성할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 고효율 직류출력 무정전 전원공급장치의 동작을 설명하면, 먼저 상용전원이 입력되면 정류부(21)에 의해 직류로 변환되고, 이 직류전원을 적절히 설정된 전압으로 안정화 시키는 전원안정부(22)를 통하여 안정된 직류 전원으로 만들고, 상용전원이 정상일 때 이 직류 전원을 무접점 전원전환부(23)를 통하여 UPS 출력측에 상용전력을 공급한다. 동시에 정류부(21)에서 출력되는 직류를 축전지(25)에 적절하고 안정하게 충전하기 위하여 충전제어부(24)를 거쳐 축전지에 상용전력을 충전하며, 상용전력을 충전하여 두는 축전지(25)와, 상용전원이 비정상적일 때 축전기(25)가 방전하는 동안 축전지의 수명에 치명적인 과방전을 방지하고, UPS에 연결 사용하는 기기를 보호하는 과방전제어부(26)와, 상용전원이 비정상적일 때 축전지(25)전원을 무접점 전원전환부(23)를 통하여 UPS출력측에 전원을 공급하게 구성된다.

또한 컴퓨터용 CRT(브라운관) 모니터 및 TV 등을 UPS에 사용할 수 있게 직·교류전환부(27)를 두었다. 이는 상기 기기들이 최초로 전원을 킬 때 교류전원을 필요로 하기 때문에 이를 충족하기 위해서이다.

또한 최근 전자기기들이 원격제어가 가능하게 개발되고 있는 추세에 맞춰 필요에 따라 원격제어부(28)를 추가로 구성하여 통신선 및 네트워크를 통하여 원격제어가 가능하게 하였다.

이러한 구성의 UPS는 정류부(21), 전원안정부(22), 무접점 전원전환부(23), 축전지(25)등 각 부품소자의 변경으로 UPS의 최대 전력공급용량을 마음대로 설정할 수 있다.

본 고안에 의하면, 고효율 직류출력 무정전 전원장치는 축전지에 충전된 전력을 부하에 직접공급하기 때문에 축전지 전력 이용효율이 110V용에서는 99%이상, 220V용에서는 99.5% 이상의 전력이용 효율을 달성하며, 상용전원에서 축전지전원으로 전환과, 축전지 전원에서 상용전원으로 회복시 전원 끊김이 전혀 없어 UPS 부하에 연결하여 작동하는 전자기기들이 대단히 안정적으로 작동할 수 있으며, 교류로의 변환회로를 사용하지 않아 무게가 가볍고, 저렴한 가격의 UPS를 생산 공급할 수 있는 효과가 있다

Claims (2)

1. 상용교류전기를 직류로 변환하는 정류부;

   정류부에서 출력되는 직류를 정전압으로 안정화 하는 전원안정부;

   축전지에 적절한 충전을 제어하는 충전제어부;

   상용전력을 충전하여 두는 축전지부;

   상용전원 상태에 따라 상용전원 또는 축전지전원을 무순단으로 UPS 출력으로 전환하는 무접점 전원전환부;

   상용전원 이상시 축전지의 과방전을 방지하는 과방전제어부;

   상용전원 정상시 상용교류전원을, 상용전원 정전시 축전지 전원으로 전환하는 직 ·교류 전환부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 직류출력 무정전 전원장치.
2. 청구 1항에 원격제어를 목적으로 하는 원격제어부;

   를 추가 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 직류출력 무정전 전원장치.