KR200350390Y1 - 실리콘 제어 정류기 드라이브 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 제어전원(control power)이 필요 없는 SCR 드라이브 회로를 구현함으로써 제어전원 상실시 발생되는 출력 전원의 공급 차단을 미연에 방지하여 신뢰성이 높은 완벽한 무정전 전원공급장치를 제공해주도록 한 실리콘 제어 정류기 드라이브 회로에 관한 것으로서, 이러한 본 고안은, 인버터의 출력전압라인과 연결되어 주전원을 공급해주는 제1SCR과 바이패스라인(예비전원라인)과 연결되어 예비전원을 공급해주는 제2SCR로 이루어진 스태틱 스위치부와; 스태틱 스위치 컨트롤 로직의 출력신호에 따라 스위치 절환신호를 발생하는 제1릴레이 및 제2 릴레이로 이루어진 릴레이부와 상기 릴레이부의 제1릴레이 또는 제2릴레이의 출력신호에 대응하여 상기 스태틱 스위치부내의 제1SCR 및 제2SCR을 선택적으로 구동시키는 SCR구동기로 이루어진 SCR구동부를 구현하고, 상기 SCR구동기는, 상기 스태틱 스위치부에 공급되는 전원을 이용하여 제1SCR 및 제2SCR을 구동시키도록 함으로써, 고신뢰성의 스태틱 스위치 드라이버의 구현이 가능하므로, 공급전원의 이상으로 인한 데이터 손실 등을 완벽하게 예방할 수 있다.

Description

실리콘 제어 정류기 드라이브 회로{Circuit for driving of silicon controlled rectifier}

본 고안은 실리콘 제어 정류기(SCR : silicon controlled rectifier)의 드라이브 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제어전원(control power)이 필요 없는 SCR 드라이브 회로를 구현함으로써 제어전원 상실시 발생되는 출력 전원의 공급 차단을 미연에 방지하여 신뢰성이 높은 완벽한 무정전 전원공급장치를 제공해주도록 한 실리콘 제어 정류기 드라이브 회로에 관한 것이다.

일반적으로 직류전원 공급장치(정류기)는, 상용교류전원을 사용 기기에 상응하는 전압으로 정류하는 정류장치를 구성하고 축전지에 충전하여 공급해주는 회로장치를 구현하여 양질의 직류전원을 공급해주는 장치로써. 교류전원의 단전이나 전압변동, 입력전원의 이상 등에 무관하게 안정된 전압과 주파수를 가진 교류전원을 공급키 위한 무정전 전원장치(UPS : Un-interruptable power system)가 별도로 설치되어 사용되고 있다.

UPS는, 일반 전원 또는 예비 전원 등을 사용할 때 전압 변동, 주파수 변동, 순간 정전, 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고 항상 안정된 전원을 공급하여 주는 장치이다.

최근에는 금융, 방송, 산업 등 신뢰성이 요구되는 시스템이 증가함에 따라 병렬운전 UPS의 도입이 확산되고 있으며, 정보화 사회로의 급진전으로 모든 시스템이 네트워크화 됨에 따라 UPS도 네트워크 상에서 관리할 필요성이 증대되었다. 아울러 UPS의 필요성은 컴퓨터, 전자응용장비, 초고속 인터넷 교환기, 구내 전화교환시스템, 전자교환기 시스템 등과 같이 매우 민감한 부하(load)들을 구비한 시스템에서 더욱 절실하게 요구되어지고 있다.

UPS는 교류입력 전원 불안정(전압 및 주파수 변동, 순시전압강하, Surge, 순간정전)등으로 인한 부하 기기의 오동작으로 주요자료의 유실 및 파손을 방지키 위한 것으로, UPS는 이러한 입력 교류전압의 불안정시에도 부하기기에 양질의 교류전원을 공급키 위한 교류전원 출력 공급장치이다.

도 1은 일반적인 무정전 전원장치의 구성을 보인 회로도이다.

이에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류전압에 포함된 과전류 등으로부터 회로를 보호하기 위한 제1차단기(11)와, 상기 제1차단기(11)를 통한 교류전압을 특정의 전압레벨로 변환하는 제1트랜스(12)와, 제1퓨즈(13)와, 상기 제1퓨즈(13)를 통한 교류전압을 정류하여 직류전압으로 변환하고 이를 밧데리에 충전함과 동시에 후단에 공급해주는 정류부(14)와, 초크 코일(choke coil)(15)과, 밧데리(16)와, 제2차단기(17)와, 제2퓨즈(18)와, 제3퓨즈(19)와, 상기 제3퓨즈(19)를 통한 직류 전압을 교류전압으로 변환하는 인버터부(20)와, 상기 인버터부(20)에서 변환된 교류전압을 특정의 전압레벨로 변환하는 제2트랜스(21)와, 제3차단기(22)와, 무정전 전원장치의 동작을 제어하는 컨트롤부(30)와, 상기 컨트롤부(30)와 해당 유니트간을 연결해주는 인터페이스부(40)와, 상기 컨트롤부(30)의 제어에 대응하여 주 전원과 예비전원 간을 상호 절환시켜주는 스태틱 스위치부(50)와, 비상 전원 공급 라인에서 공급되는 전원에 과전류 등이 포함될 경우 회로를 보호하기 위한 제4차단기(23)와,상기 스태틱 스위치부(50)에서 출력되는 전원에 과전류 등이 포함될 경우 회로를 보호하기 위한 제5차단기(24)로 구성된다.

이와 같이 구성된 일반적인 무정전 전원장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1트랜스(12)는 제1차단기(11)를 통해 입력되는 교류전압(UPS전원)을 특정의 전압레벨로 변환하게 된다. 상기 제1트랜스(12)에서 변환된 교류 전압은 제1퓨즈(13)를 통해 정류부(14)에 인가되며, 정류부(14)는 입력되는 교류전압을 정류하여 직류전압으로 변환하고 이를 밧데리에 충전함과 동시에 후단에 공급해준다.

상기 정류부(14)에서 출력되는 직류전압은 초크 코일(choke coil)(15), 제3퓨즈(19)를 통해 인버터부(19)에 인가된다. 이때 초크 코일(15)은 정류부(14)에서 출력되는 전류중 비교적 높은 주파수의 전류를 차단하고, 낮은 주파수의 전류만을 통과시키는 역할을 한다.

한편, 상기 정류부(14)의 동작 이상이나 단전, 과전류가 발생될 시에 밧데리(16)에 충전된 전원이 방전되어 공급되며, 이렇게 공급되는 밧데리 전원은 제2차단기(17), 제2퓨즈(18)를 경유한 후 상기 인버터부(20)에 공급된다.

상기 인버터부(20)는 입력되는 직류 전압을 소정의 교류전압으로 변환하게 되고, 이렇게 변환된 교류전압은 제2트랜스(21)에 의해 특정의 전압 레벨로 변환된 후 스태틱 스위치부(50)에 인가된다.

또한, 상기 스태틱 스위치부(50)의 타 입력단에는 제3차단기(22)를 통한 입력 전원이 바이패스 전원(예비전원)으로 인가된다.

그러면 스태틱 스위치부(50)는 인가되는 스위칭 제어신호에 대응하여 상기 제2트랜스(21)를 통한 주 전원과 예비전원중 하나를 스위칭하여 후단에 출력해준다.

여기서 스위칭 제어신호는 컨트롤부(30)에서 발생하게 되는 데, 상기 컨트롤부(30)는 인터페이스부(40)를 통해 정류부(14) 및 인버터부(20)의 상태를 항상 감시하다가, 정류부(14)나 인버터부(20)중 어느 하나에 이상이 발생된 경우에는 예비전원으로 절환하라는 스위칭 제어신호를 발생하게 되고, 이렇게 발생되는 스위칭 제어신호는 인터페이스부(40)를 통해 스태틱 스위치부(50)에 전달되어 예비전원이 출력되도록 한다.

상기와 같이 동작하는 일반적인 무정전 전원장치는, 인버터부의 이상 발생시 스태틱 스위치부내의 예비전원(바이패스 라인 전원)측 SCR이 동작을 하여 부하에 이상 없이 전원을 공급해준다.

즉, 스태틱 스위치(Static switch)는 주 전원과 예비전원 간 상호 절환시켜 주는 반도체 스위치(하이브리드 스위치포함)로써, 스태틱 스위치를 사용하게 되면 주전원 이상시 예비전원을 사용할 수 있어서 부하측으로 전원을 안정되면서도 지속적으로 공급해줄 수 있다.

여기서 주전원에서 예비전원 또는 예비전원에서 주전원으로 전환시 전원의 연속성이 보장되어야 하며, 끓김의 허용시간은 최대 4ms이하이다.

도 2는 종래 SCR 드라이브 회로도이다.

여기서 참조부호 61은 스태틱 스위치 컨트롤 신호를 발생하는 스태틱 스위치컨트롤 로직을 나타내고, 참조부호 62는 상기 스태틱 스위치 컨트롤 로직(61)과 연계하여 SCR 구동신호, 모터 동작 신호, NFB 트립신호를 발생하는 모터 구동부를 나타내며, 참조부호 50은 스태틱 스위치부를 나타내고, 참조부호 51은 상기 모터 구동부(62)에서 발생된 모터 동작 신호에 따라 구동되어 인버터에서 출력되는 주전원을 부하에 공급해주는 제1모터스위치를 나타내고, 참조부호 52는 상기 모터 구동부(62)에서 발생된 모터 동작 신호에 따라 구동되어 예비전원을 부하에 공급해주기 위한 SCR(53)을 구동하는 제2모터스위치를 나타낸다.

이와 같이 구성된 종래 SCR 드라이브 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 스태틱 스위치 컨트롤 로직(61)에서는 인버터의 상태를 감시하고, 그 결과 인버터에 장애가 없는 경우에는 주전원 출력을 위한 제어신호를 발생하게 되며, 이와는 달리 인버터에 장애가 발생한 경우에는 예비전원으로 전환을 위한 제어신호를 발생하게 된다.

이와 같이 발생된 제어신호에 따라 모터 구동부(62)는 동작을 하여 제1모터스위치(51)의 동작 신호 또는 제2모터스위치(52)의 동작신호를 발생한다.

즉, 인버터가 정상적인 경우에는 제1모터스위치(51)의 동작신호를 발생하게 되고, 이에 따라 제1모터스위치(51)만이 동작을 하여 인버터에서 출력되는 주전원을 후단의 부하에 공급한다. 여기서 모터스위치는 모터로 작동되는 스위치를 말한다.

이와는 달리 인버터에 장애가 발생한 경우에는 제1모터스위치(51)는 오프신호를, 제2모터스위치(52)와 SCR(53)의 구동신호를 발생하게 되고, 이에 따라 제2모터스위치(52)와 SCR(53)이 동작을 하여 바이패스 라인으로 공급되는 예비전원을 후단의 부하에 공급한다.

여기서 모터구동부(62)는 별도의 전원회로에 의해 전원을 공급받아 제1 및 제2모터스위치(51)(52) 및 SCR(53)을 구동시킨다.

그러나 상기와 같이 구성된 종래의 SCR 드라이브 회로는, 별도의 전원회로가 구비되어 있고 이 전원을 이용하여 SCR을 구동시키게 되므로, 드라이브 회로의 제어전원이 상실되면 스위치의 기능도 같이 상실한다. 따라서 SCR이 동작을 하지 못해 출력 전원이 차단되어 큰 손실 및 혼란을 초래하는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 종래 SCR 드라이브 회로에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 고안의 목적은, 제어전원(control power)이 필요 없는 SCR 드라이브 회로를 구현함으로써 제어전원 상실시 발생되는 출력 전원의 공급 차단을 미연에 방지하여 신뢰성이 높은 완벽한 무정전 전원공급장치를 제공해주도록 한 실리콘 제어 정류기 드라이브 회로를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 "SCR 드라이브 회로"는,

입력되는 교류전압을 특정의 전압레벨로 변환하는 제1트랜스와, 제1트랜스를 통한 교류전압을 정류하여 직류전압으로 변환하고 이를 밧데리에 충전함과 동시에 후단에 공급해주는 정류부, 밧데리, 상기 정류부 또는 상기 밧데리에서 출력되는직류 전압을 교류전압으로 변환하는 인버터부, 예비전원을 공급하기 위한 바이패스 라인과, 스태틱 스위치 컨트롤 로직을 구비한 통상의 무정전 전원장치에 있어서,

상기 인버터의 출력전압라인과 연결되어 주전원을 공급해주는 제1SCR과, 상기 바이패스라인과 연결되어 예비전원을 공급해주는 제2SCR로 이루어진 스태틱 스위치부와;

상기 스태틱 스위치 컨트롤 로직의 출력신호에 따라 스위치 절환신호를 발생하는 제1릴레이 및 제2 릴레이로 이루어진 릴레이부와, 상기 릴레이부의 제1릴레이 또는 제2 릴레이의 출력신호에 대응하여 상기 스태틱 스위치부내의 제1SCR 및 제2 SCR을 선택적으로 구동시키는 SCR 구동기로 이루어진 SCR 구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기에서, SCR 구동기는, 상기 스태틱 스위치부에 공급되는 전원을 이용하여 제1SCR 및 제2 SCR을 구동시키는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 및 본 고안에 적용되는 일반적인 무정전 전원장치의 구성을 보인 회로도이고,

도 2는 종래 SCR 드라이브 회로도이고,

도 3은 본 고안에 의한 SCR 드라이브 회로도이고,

도 4는 도 3의 상세회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 ..... 인버터부

100 ..... 스태틱 스위치부

110 ..... 제1SCR

120 ..... 제2SCR

300 ..... SCR구동부

310 ..... 릴레이부

320 ..... SCR구동기

이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 의한 SCR 드라이브 회로도이고, 도 4는 도 3의 상세 회로도이다.

본 고안에 의한 SCR 드라이브 회로는 도 1과 같은 일반적인 무정전 전원장치에 구비되는 회로이다.

따라서 도 1에 도시된, 입력되는 교류전압을 특정의 전압레벨로 변환하는 제1트랜스(12), 제1트랜스(12)를 통한 교류전압을 정류하여 직류전압으로 변환하고 이를 밧데리에 충전함과 동시에 후단에 공급해주는 정류부(14), 밧데리(16), 상기 정류부(14) 또는 상기 밧데리(16)에서 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하는 인버터부(20), 예비전원을 공급하기 위한 바이패스 라인(25)과, 컨트롤부(30)의 구성은 본 고안에서도 그대로 적용된다.

다만, 본 고안은 도 2와 같은 종래 SCR 드라이브 회로를 도 3 및 도 4와 같이 개선한 것이다.

이에 도시된 바와 같이, 스태틱 스위치부(100)부는, 상기 인버터(20)의 출력전압라인과 연결되어 주전원을 공급해주는 제1SCR(110)과, 상기 바이패스라인(25)과 연결되어 예비전원을 공급해주는 제2SCR(120)로 구성된다.

또한, SCR구동부(140)는 스태틱 스위치 컨트롤 로직(130)의 출력신호에 따라 스위치 절환신호를 발생하는 제1 및 제2 릴레이(311)(312)로 이루어진 릴레이부(310)와, 상기 릴레이부(310)의 제1릴레이(311) 또는 제2 릴레이(312)의 출력신호에 대응하여 상기 스태틱 스위치부(100)내의 제1SCR(110) 및 제2 SCR(120)을 선택적으로 구동시키는 SCR 구동기(320)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 SCR 드라이브 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 스태틱 스위치 컨트롤 로직(200)에서는 인버터의 상태를 감시한 결과에 따라 릴레이 구동신호를 발생하여 SCR 구동부(300)에 전달한다. 즉, 스태틱 스위치컨트롤 로직(200)은 인버터(20)의 상태가 정상적일 경우에는 주 전원이 부하에 공급될 수 있도록 릴레이 제어신호를 발생하여 SCR 구동부(300)에 전달한다.

이에 따라 상기 SCR 구동부(300)내의 릴레이부(310)는, 제1릴레이(311)가 동작을 하게 되고, 그에 연동하여 SCR 구동기(320)에서는 스태틱 스위치부(100)내의 제1SCR(110)을 구동하여 인버터(20)에서 출력되는 주전원이 후단의 부하에 공급되도록 한다.

다음으로, 상기 인버터(20)의 상태를 감시한 결과 장애 발생으로 판단되는 경우, 스태틱 스위치 컨트롤 로직(200)에서는 예비전원이 부하에 공급될 수 있도록 릴레이 제어신호를 발생하여 SCR 구동부(300)에 전달한다.

이에 따라 상기 SCR 구동부(300)내의 릴레이부(310)는, 제2릴레이(312)가 동작을 하게 되고, 그에 연동하여 SCR 구동기(320)에서는 스태틱 스위치부(100)내의 제2SCR(120)을 구동하여 바이패스 라인(25)을 통해 공급되는 예비전원이 후단의 부하에 공급되도록 한다.

여기서 SCR 구동기(320)는 상기 스태틱 스위치부(100)에 공급되는 전원을 이용하여 제1SCR(110) 및 제2 SCR(120)을 구동시키기 때문에, 종래와 같이 SCR을 구동시키기 위한 제어 전원이 상실되어도 출력 전원 공급에 아무런 문제가 없게 된다.

도 4에서 참조부호 111, 112, 121, 122는 SCR로써, 실질적으로 스태틱 스위치부내에는 주지한 바와 같이 복수개의 SCR이 구비되며, 111, 112의 SCR은 제1SCR(110)과 동일하게 동작하며, 121, 122에 해당하는 SCR은 제2SCR(120)과 동일하게 동작한다.

이상에서 상술한 본 고안에 따르면, 고신뢰성의 스태틱 스위치 드라이버를 사용하므로 써, 공급전원의 이상으로 인한 데이터 손실 등을 완벽하게 예방할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 입력되는 교류전압을 특정의 전압레벨로 변환하는 제1트랜스(12)와, 제1트랜스(12)를 통한 교류전압을 정류하여 직류전압으로 변환하고 이를 밧데리에 충전함과 동시에 후단에 공급해주는 정류부(14), 밧데리(16), 상기 정류부(14) 또는 상기 밧데리(16)에서 출력되는 직류 전압을 교류전압으로 변환하는 인버터부(20), 예비전원을 공급하기 위한 바이패스 라인(25)과, 스태틱 스위치 컨트롤 로직(200)을 구비한 통상의 무정전 전원장치에 있어서,

   상기 인버터(20)의 출력전압라인과 연결되어 주전원을 공급해주는 제1SCR(110)과, 상기 바이패스라인(25)과 연결되어 예비전원을 공급해주는 제2SCR(120)로 이루어진 스태틱 스위치부(100)와;

   상기 스태틱 스위치 컨트롤 로직(200)의 출력신호에 따라 스위치 절환신호를 발생하는 제1릴레이(311) 및 제2 릴레이(312)로 이루어진 릴레이부(310)와, 상기 릴레이부(310)의 제1릴레이(311) 또는 제2 릴레이(312)의 출력신호에 대응하여 상기 스태틱 스위치부(100)내의 제1SCR(110) 및 제2 SCR(120)을 선택적으로 구동시키는 SCR 구동기(320)로 이루어진 SCR 구동부(300)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘 제어 정류기 드라이브 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 SCR 구동기(320)는, 상기 스태틱 스위치부(100)에 공급되는 전원을 이용하여 제1SCR(110) 및 제2SCR(120)을 구동시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 제어 정류기 드라이브 회로.