KR20080104102A - 선택스위치 장치, 이를 이용한 전원공급장치 및 그 스위칭 방법 - Google Patents

선택스위치 장치, 이를 이용한 전원공급장치 및 그 스위칭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치와 그 선택스위치 장치를 이용한 전원공급장치 및 그 스위칭 방법에 관한 것으로, 복수의 전원공급원(Source)들에서 출력되는 전원을 선택적으로 부하에 공급하는 선택스위치 장치의 구조를 개선하여 보다 안정적이고 안전하게 부하에 전원을 공급할 수 있도록 하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명의 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치는 반도체 스위치(예 : SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치)로 구성되어 있던 기존의 선택스위치 장치에 병렬로 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 구비하여 반도체 스위치의 온/오프 시 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 함께 온/오프시켜 반도체 스위치의 동작시간(사용시간)을 최소화시킴으로써, 반도체 스위치로 인한 문제점이나 고장을 감소시킨다.
또한, 본 발명의 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치는 단순하게 병렬로 기계적인(또는 전기적인) 접점 스위치를 구비하였을 경우 발생되는 문제점, 즉 전원공급경로 전환 시에 각 전원공급원이 동시에 투입되는 문제점을 방지하기 위하여 스위칭수단의 이상이 발생된 전원공급원으로부터 해당 스위칭수단이 전기적, 기계적으로 완전히 분리될 수 있도록 하여 스위칭수단에 의한 중첩이 발생되지 않도록 전원공급경로 전환을 수행함으로써, 안정적이고 연속적인 전원공급이 가능하도록 해준다.
선택스위치, 전원공급장치, 전원 감지, 접점 감지, 상태 검출, 전원공급경로 전환 명령, SCR 스위치, 기계적 접점 스위치

Description

선택스위치 장치, 이를 이용한 전원공급장치 및 그 스위칭 방법{STATIC TRANSFER SWITCH DEVICE, POWER SUPPLY APPARATUS USING THE SWITCH DEVICE AND SWITCHING METHOD THEREOF}
본 발명은 무정전 전원공급을 위한 선택스위치(STS : Static Transfer Switch) 장치, 이를 이용한 전원공급장치 및 그 스위칭 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 병렬로 운용되는 복수 개의 전원공급원들의 출력단에 구비되어 어느 한 쪽의 전원공급원에 이상이 발생하게 되면 다른 쪽의 전원공급원으로 전원공급경로를 전환하여 전원을 선택적으로 부하에 공급함으로써, 보다 안정적이고 연속적으로 전원공급이 가능하도록 해주는, 선택스위치 장치, 이를 이용한 전원공급장치 및 그 스위칭 방법에 관한 것이다.
전기, 전자, 정보통신 기술의 비약적인 발전에 힘입어 컴퓨터, 교환기, 전송 장비, 중계기, 및 서버 등 많은 정보통신 시스템이 보다 긴밀하고 유기적으로 결합되고 있다. 그런데, 이러한 정보통신 시스템은 매우 안정된 전원이 공급되지 않으 면 신뢰도를 확보할 수 없다는 특징을 갖는다. 즉, 산업용 첨단 장비, 의료기기, 컴퓨터, 각종 금융 기기, 사무자동화 기기, 정밀제어 기기, 및 정보통신 기기 등 고도의 디지털 정보 처리를 요하는 기기는 상용전원의 전압 강하(Sag), 전압 상승(Swell), 순간 정전(Outage), 과전압, 저전압, 및 전압 불평형(Voltage Unbalance) 등의 전압 변동에 매우 민감하게 반응한다.
이러한 원하지 않는 각종 전압 변동이 발생하면 전력 품질이 저하되어 각종 전자 기기는 오동작하거나 동작이 아예 멈추어 버릴 수 있으며, 심지어는 화재를 일으키는 등 심각한 문제를 초래할 수 있다. 이러한 정전 및 전압 변동에 대응하기 위하여 전압 변동, 주파수 변동, 순간 정전, 및 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고, 안정된 전원을 지속적으로 공급하기 위한 장치로서 UPS(Uninterruptible Power Supply, 이하 "UPS"라 함)가 대표적으로 사용되고 있다.
또한, 순간의 부하사고가 막대한 경제적인 손실을 발생시키는 부하에는 하나의 UPS로 부족하여 2대 이상의 UPS를 설치하고, 각 UPS 출력단에 선택스위치(STS) 장치를 설치하여 어느 한쪽의 UPS에서의 사고에 대비하고 있다.
도 1a는 종래에 2대의 UPS를 이용하여 부하에 전원을 공급하는 전원공급장치의 구조를 나타내는 도면이고, 도 1b는 종래에 2대의 UPS의 출력에 선택스위치(STS) 장치를 구비하여 부하에 전원을 공급하는 전원공급장치의 구조를 좀 더 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 1a의 전원공급장치에서 선택스위치(STS) 장치는 제 1 및 제 2 UPS(Source1, Source2)의 출력단과 부하 사이에 구비되어 제 1 및 제 2 UPS(Source1, Source2)의 출력전원 중 어느 하나를 부하에 공급함으로써, 안정적인 전원공급이 이루어지도록 하고 있다.
이를 위해, 선택스위치(STS) 장치에서 각 UPS(Source1, Source2)의 출력단은 SCR(Silicon Controlled Rectifier, 실리콘 제어 정류소자라고 하며, 사이리스터(Thyristor)라고도 함) 스위치(SCR1, SCR2)(이하, "SCR 스위치"라 함)의 입력단과 연결되며, 각 SCR 스위치(SCR1, SCR2)의 출력단은 부하에 공통 연결되도록 한다. 그리고 제 1 및 제 2 SCR 스위치(SCR1, SCR2)는 CB(Circuit Brake) 수동 회로 차단기인 제 1 및 제 2 차단기(CB1, CB2)와 일대일로 병렬 연결된다.
이러한 제 1 및 제 2 차단기(CB1, CB2)는 SCR 스위치의 고장으로 인한 점검 시 또는 비상시에 사람이 수동으로 조작하여 시스템을 점검하는데 사용된다.
도 1a에 도시된 바와 같이 구성된 선택스위치(STS) 장치에서 각 UPS(Source1, Source2)의 전원공급원 중 어느 한쪽의 전원공급원이 SCR 스위치(SCR1, SCR2)의 어느 한쪽의 계통을 통하여 부하에 전원을 공급하게 된다. 이때, SCR 스위치의 핵심 소자인 SCR은 한 쌍의 내부 소자들이 지속적으로 턴온/턴오프를 반복하게 되는데, 일반적인 선택스위치(STS) 장치의 수명인 8년 내지 10년간의 지속적인 턴온/턴오프의 반복으로 인한 피로도 때문에 SCR 스위치(SCR1, SCR2)의 내부 소자 중 어느 하나라도 소손이 되면, UPS로부터의 전원공급과는 관계없이 정상적으로 부하에 전원을 공급할 수 없게 된다. 이러한 SCR 스위치는 정상적인 운용 상태에서 년 평균 2%대의 고장율을 가지고 있어서 또 다른 문제(전원 공급 불안정 문제)를 야기시키고 있다.
예를 들어, 제 1 UPS(Source1)의 출력전원은 정상이지만 제 1 SCR 스위치(SCR1)의 소손으로 단락(Short) 사고가 발생되면, 첫 번째로 부하 측의 전원공급에도 문제가 발생되지만 제 1 SCR 스위치(SCR1)의 출력이 없다고 판단한 선택스위치 장치의 제어부(도면에 도시되지 않음)가 제 2 SCR 스위치(SCR2)를 턴온시킴으로써, 제 2 UPS(Source2)의 출력이 단락되어 대형 사고로 이어질 수 있는 것이다.
또 다른 문제점으로, 선택스위치 장치의 핵심 소자인 SCR 스위치에서는 작은 부분이지만 턴온/턴오프 시에 발생되는 고조파(harmonics)로 인하여 역 전류(Reverse current)가 발생되며, 이 역 전류(Reverse current)로 인하여 선택스위 치(STS) 장치의 전단에 위치한 UPS 구성소자(예 : 도 2b의 인버터, 도 2b의 정류기, 제어부 등)에 고조파, 스트레스, 노이즈, 또는 전자파 등이 발생됨으로써, UPS 출력단에 선택스위치(STS) 장치를 구비하고 있는 전원공급계통에서 UPS만 단독으로 구성된 전원공급계통에서 보다 일부 소자의 고장율이 더 높게 나타나고 있다.
이처럼, 종래 기술은 SCR 스위치의 고장 문제 및 그로 인한 전원 공급 불안정 문제가 있으며, 또한 역 전류(Reverse current)로 인한 일부 UPS 구성소자의 고장율 증가 문제가 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 복수의 전원공급원(Source)들에서 출력되는 전원을 선택적으로 부하에 공급하는 선택스위치 장치의 구조를 개선하여 보다 안정적이고 안전하게 부하에 전원을 공급할 수 있도록 하고자 한다.
즉, 본 발명은 반도체 스위치(예 : SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치)와 병렬되게 기계적(또는 전기적) 접점 스위치(도 2 참조)를 구비하여 반도체 스위치의 온/오프 시 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 함께 온/오프시켜 반도체 스위치의 동작시간(사용시간)을 최소화(예 : 200mS/년)시킴으로써, 반도체 스위치의 고장율을 낮추어 주고자 한다.
아울러, 상기와 같이 반도체 스위치와 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 함께 온/오프시킴으로 인하여, 운용 중에 부하전류의 경로는 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 통하여 공급되기 때문에 선택스위치(STS) 장치의 SCR 스위치에서 발생되는 고조파(harmonics)로 인한 문제점 또한 근본적으로 제거될 수 있다.
또한, 본 발명은 스위칭수단에 의한 전원공급경로의 전환시점에 전원공급이 중첩(Superposition, 重疊)되지 않도록 하여, 만일 선택스위치(STS) 장치의 고장이 발생되더라도 사고가 부하와 입력 UPS까지 확산되는 것을 방지하고자 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선택스위치 장치는, 제 1 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 제 1 전원공급원의 출력전원을 부하에 공급하기 위한 제 1 접촉 스위칭 수단; 상기 제 1 접촉 스위칭 수단과 병렬로 연결되어, 제 1 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 1 접촉 스위칭 수단의 턴오프 시 상기 제 1 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 1 반도체 스위칭 수단; 제 2 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 제 2 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 2 접촉 스위칭 수단; 상기 제 2 접촉 스위칭 수단과 병렬로 연결되어, 제 2 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 2 접촉 스위칭 수단의 턴오프 시 상기 제 2 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 2 반도체 스위칭 수단; 및 상기 제 1 및 제 2 구동신호와 상기 제 1 및 제 2 게이트 신호를 발생시키기 위한 제어 수단을 포함하되, 상기 제어 수단은, 상기 제 1 구동신호와 상기 제 1 게이트 신호를 함께 발생시키고, 상기 제 2 구동신호와 상기 제 2 게이트 신호를 함께 발생시킨다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 선택스위치 장치는, 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 반도체 스위치와 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 접점 스위치가 병렬로 연결된 스위칭부를 다수 구비하여, 복수의 전원공급원의 출력전원을 선택적으로 부하에 공급하기 위한 스위칭 수단; 상기 각 접점 스위치가 전기적으로 턴오프되었는지 여부를 감지하여 접점감지신호를 출력하기 위한 접점 감지부; 상기 각 스위칭부의 출력전원 및 상기 접점 감지부로부터의 접점감지신호에 따라 상기 각 스위칭부의 턴오프 여부를 감지하여 상태신호를 출력하기 위한 상태 검출부; 및 상기 상태 검출부로부터의 상태신호에 따라 상기 부하에 대한 전원공급경로의 전환을 명령하기 위한 전환 명령부를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전원공급장치는, 제 1 전원공급원; 제 2 전원공급원; 제 1 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 1 전원공급원의 출력전원을 부하에 공급하기 위한 제 1 접촉 스위칭 수단; 상기 제 1 접촉 스위칭 수단과 병렬로 연결되어, 제 1 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 1 접촉 스위칭 수단의 턴오프 시 상기 제 1 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 1 반도체 스위칭 수단; 제 2 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 2 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 2 접촉 스위칭 수단; 상기 제 2 접촉 스위칭 수단과 병렬로 연결되어, 제 2 게 이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 2 접촉 스위칭 수단의 턴오프 시 상기 제 2 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 2 반도체 스위칭 수단; 및 상기 제 1 및 제 2 구동신호와 상기 제 1 및 제 2 게이트 신호를 발생시키기 위한 제어 수단을 포함하되, 상기 제어 수단은, 상기 제 1 구동신호와 상기 제 1 게이트 신호를 함께 발생시키고, 상기 제 2 구동신호와 상기 제 2 게이트 신호를 함께 발생시킨다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 전원공급장치는, 복수의 전원공급원; 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 반도체 스위치와 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 접점 스위치가 병렬로 연결된 스위칭부를 다수 구비하여, 상기 복수의 전원공급원의 출력전원을 선택적으로 부하에 공급하기 위한 스위칭 수단; 상기 각 접점 스위치가 전기적으로 턴오프되었는지 여부를 감지하여 접점감지신호를 출력하기 위한 접점 감지부; 상기 각 스위칭부의 출력전원 및 상기 접점 감지부로부터의 접점감지신호에 따라 상기 각 스위칭부의 턴오프 여부를 감지하여 상태신호를 출력하기 위한 상태 검출부; 및 상기 상태 검출부로부터의 상태신호에 따라 상기 부하에 대한 전원공급경로의 전환을 명령하기 위한 전환 명령부를 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스위칭 방법은, 부하에 전원을 공급하는 제 1 전원공급원의 출력전원에 이상 발생 시, 상기 제 1 전원공급원에 대응되는 제 1 스위칭수단을 턴오프시키기 위한 제 1 제어신호를 상기 제 1 스위칭수단에 출력하는 제 1 단계; 상기 제 1 스위칭수단이 전기적으로 완전하게 턴오프되 었는지 여부를 확인하는 제 2 단계; 및 상기 제 1 스위칭수단이 턴오프되었을 때 제 2 전원공급원에 대응되는 제 2 스위칭수단을 턴온시키는 제 2 제어신호를 상기 제 2 스위칭수단에 출력하는 제 3 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 복수의 전원공급원(Source)들에서 출력되는 전원을 선택적으로 부하에 공급하는 선택스위치 장치의 구조를 개선함으로써, 보다 안정적이고 안전하게 부하에 전원을 공급할 수 있도록 해준다.
좀 더 구체적으로 그 효과를 살펴보면, 본 발명은 반도체 스위치(예 : SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치)와 병렬되게 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 구비하여 반도체 스위치의 온/오프 시 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 함께 온/오프시켜 반도체 스위치의 동작시간(사용시간)을 최소화(예 : 200mS/년)시킴으로써, 반도체 스위치의 고장율을 낮출 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 상기와 같이 반도체 스위치와 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 함께 온/오프시킴으로 인하여, 운용 중에 부하전류의 경로가 기계적(또는 전기적) 접점 스위치를 통하여 공급되기 때문에 선택스위치(STS) 장치의 SCR 스위치에서 발생되는 고조파(harmonics)로 인한 문제점 또한 근본적으로 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 스위칭수단에 의한 전원공급경로의 전환시점에 전원공급이 중첩(Superposition, 重疊)되지 않도록 하여, 만일 선택스위치(STS) 장치의 고장이 발생되더라도 사고가 부하와 입력 UPS까지 확산되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치 및 이를 이용한 전원공급장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2a 및 도 2b의 구성요소들 중 도 1a에서 사용된 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 전원공급장치는 전원공급원인 제 1 및 제 2 UPS(Source1, Source2) 및 선택스위치 장치를 구비한다. 그리고 선택스위치 장치는 제 1 및 제 2 SCR 스위치(SCR1, SCR2), 제 1 및 제 2 마그네틱 스위치(MC) 또는 제 1 및 제 2 모터구동 스위치(MCC)(이하, 마그네틱 스위치 또는 모터구동 스위치를 "모터구동 스위치"로 통칭하여 사용함)(MC1, MC2) 및 제 1 및 제 2 수동 차단기(CB1, CB2)를 구비한다.
본 발명의 제 1 실시예에서 전원공급원의 일예로 사용되는 UPS(Source1, Source2)는 공지의 상용제품을 사용하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 본 발명에서는 전원공급망으로부터의 상용전원을 전원공급원으로 사용할 수도 있다.
제 1 SCR 스위치(SCR1)는 제어부(21)로부터의 제 1 게이트 신호에 따라 턴온/턴오프되며, 제 1 게이트 신호가 인가된 상태에서 자신과 병렬로 연결된 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 턴오프되어 있는 경우 제 1 UPS(Source1)의 출력전원을 부하에 공급한다.
제 2 SCR 스위치(SCR2)는 제어부(21)로부터의 제 2 게이트 신호에 따라 턴온/턴오프되며, 제 2 게이트 신호가 인가된 상태에서 자신과 병렬로 연결된 제 2 모터구동 스위치(MC2)가 턴오프되어 있는 경우 제 2 UPS(Source2)의 출력전원을 부하에 공급한다.
이러한 제 1 및 제 2 SCR 스위치(SCR1, SCR2)는 각각 그 일단이 제 1 및 제 2 UPS(Source1, Source2)의 출력단에 연결되고 타단이 부하에 공통 연결된다.
제 1 모터구동 스위치(MC1)는 임피던스 성분이 최소화된 기계적 접점 스위치로서, 제어부(21)로부터의 제 1 구동신호에 따라 구동되는 구동모터(도면에 미도시)에 의해 턴온/턴오프되며, 제 1 SCR 스위치(SCR1)와 병렬로 연결된다. 이때, 제 1 구동신호는 제 1 SCR 스위치(SCR1)에 제 1 게이트 신호가 인가될 때 동시에 제 1 모터구동 스위치(MC1)에 인가되어 구동모터를 구동시켜 제 1 모터구동 스위치(MC1) 를 턴온시키고, 반대로 제 1 SCR 스위치(SCR1)에 제 1 게이트 신호의 공급이 차단되면 제 1 모터구동 스위치(MC1)의 구동모터를 반대로 구동시켜 제 1 모터구동 스위치(MC1)를 턴오프시킨다.
제 2 모터구동 스위치(MC2)는 제 1 모터구동 스위치(MC1)과 같이 임피던스 성분이 최소화된 기계적 접점 스위치로서, 제어부(21)로부터의 제 2 구동신호에 따라 구동되는 구동모터(도면에 미도시)에 의해 턴온/턴오프되며, 제 2 SCR 스위치(SCR2)와 병렬로 연결된다. 이때, 제 2 구동신호는 제 2 SCR 스위치(SCR2)에 제 2 게이트 신호가 인가될 때 동시에 제 2 모터구동 스위치(MC2)에 인가되어 구동모터를 구동시켜 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 턴온시키고, 반대로 제 2 SCR 스위치(SCR2)에 제 2 게이트 신호의 공급이 차단되면 제 2 모터구동 스위치(MC2)의 구동모터를 반대로 구동시켜 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 턴오프시킨다.
이러한 구동신호의 발생에 대한 제어는 게이트 신호를 발생시키는 기존의 제어부에서 함께 수행하거나, 별도의 제어부를 더 구비하여 수행할 수도 있다. 따라서 이러한 제어 기능을 수행하는 모든 구성요소를 통칭하여 제어부(21)라 하기로 한다. 결과적으로, 제어부(21)는 제 1 구동신호와 제 1 게이트 신호를 함께 발생시키고, 제 2 구동신호와 제 2 게이트 신호를 함께 발생시킨다.
제 1 및 제 2 수동 차단기(CB1, CB2)는 각각 제 1 및 제 2 SCR 스위치(SCR1, SCR2) 및 제 1 및 제 2 모터구동 스위치(MC1, MC2)와 병렬로 연결되며, 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 SCR 스위치(SCR1, SCR2) 및 제 1 및 제 2 모터구동 스위치(MC1, MC2)에 이상이 발생한 경우 턴온되어 제 1 및 제 2 UPS(Source1, Source2)의 출력 전원을 부하에 공급한다.
한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 3 내지 제 5 수동 차단기(CB3, CB4, CB5)를 제 1 및 제 2 SCR 스위치(SCR1, SCR2) 및 제 1 및 제 2 모터구동 스위치(MC1, MC2)와 직렬로 더 연결하여 구현할 수도 있다.
상기 제 3 내지 제 5 수동 차단기(CB3, CB4, CB5)의 용도를 예를 들어 살펴보면, 제 1 SCR 스위치(SCR1) 및 제 1 모터구동 스위치(MC1)에 이상이 발생하여 고장 처리가 필요하거나 제 1 SCR 스위치(SCR1) 및 제 1 모터구동 스위치(MC1)에 대한 유지보수가 필요한 경우 등과 같이 제 1 SCR 스위치(SCR1) 및 제 1 모터구동 스위치(MC1)를 전원공급경로로부터 완전히 분리시킬 필요가 있으면, 제 3 및 제 5 수동 차단기(CB3, CB5)를 턴오프시켜 제 1 SCR 스위치(SCR1) 및 제 1 모터구동 스위치(MC1)를 전원공급경로로부터 완전히 분리시킨다.
동일한 방식으로, 제 2 SCR 스위치(SCR2) 및 제 2 모터구동 스위치(MC2)에 이상이 발생하여 고장 처리가 필요하거나 제 2 SCR 스위치(SCR2) 및 제 2 모터구동 스위치(MC2)에 대한 유지보수가 필요한 경우 등과 같이 제 2 SCR 스위치(SCR2) 및 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 전원공급경로로부터 완전히 분리시킬 필요가 있으면, 제 4 및 제 5 수동 차단기(CB5, CB5)를 턴오프시켜 제 2 SCR 스위치(SCR2) 및 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 전원공급경로로부터 완전히 분리시킨다.
한편, 상기 본 발명의 제 1 실시예에서는 SCR 스위치를 예로 들어 설명하였으나, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치, GTO(Gate Turn-Off) 스위치, 또는 BJT(Bipor Junction Transistor) 스위치 등과 같은 반도체 스위치를 사용 하여 구현할 수 있다.
그리고 상기 본 발명의 제 1 실시예에서는 마그네틱 스위치(MC) 또는 모터구동 스위치(MCC)를 예로 들어 설명하였으나, 래치형 전자 접촉 스위치(MMC) 또는 일반적인 전자 접촉 스위치 등과 같은 기계적 또는 전기적 접점 스위치를 사용하여 구현할 수 있다.
한편, 도 2a의 구성을 갖는 선택스위치 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
예를 들어, 제 1 UPS(Source1)의 출력전원에 이상이 발생하여 전원공급원을 제 2 UPS(Source2)로 전환하는 경우, 제 1 SCR 스위치(SCR1)에 인가되었던 제 1 게이트 신호를 차단하고 제 2 SCR 스위치(SCR2)를 턴온시키기 위해 제 2 게이트 신호를 제 2 SCR 스위치(SCR2)에 인가한다. 그리고 제 2 게이트 신호의 인가와 함께 제 2 구동신호를 발생시켜 제 2 SCR 스위치(SCR2)와 병렬로 연결된 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 턴온시킨다.
이때, 제 2 모터구동 스위치(MC2)는 모터의 동작에 의해 기계적으로 접점되는 스위치이기 때문에 비록 제 2 구동신호가 제 2 게이트 신호와 동시에 인가된다 하더라도 제 2 모터구동 스위치(MC2)가 실제 턴온되는데 소요되는 시간이 제 2 SCR 스위치(SCR2)가 턴온되는데 소요되는 시간보다 길다.
따라서 제 2 UPS(Source2)의 출력전원은 처음에는 제 2 SCR 스위치(SCR2)를 통해 부하에 공급된다.
다음에, 제 2 모터구동 스위치(MC2)가 턴온되면, 제 2 모터구동 스위치(MC2) 의 임피던스(접촉저항)가 제 2 SCR 스위치(SCR2)가 가지는 반도체 내부 임피던스보다 아주 작기 때문에 제 2 UPS(Source2)의 출력전원은 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 통해 부하에 공급되게 된다.
이때, 제 2 게이트 신호는 제 2 SCR 스위치(SCR2)로 계속 공급된다. 따라서 제 2 SCR 스위치(SCR2)는 제 2 UPS(Source2)의 출력전원이 입력되지 않아 실질적인 턴온/턴오프는 수행하지 않지만, 제 2 게이트 신호를 지속적으로 공급받음으로써 제 2 모터구동 스위치(MC2)에 이상이 발생해 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 통해 전원이 공급되지 못하는 상황이 발생하여 제 2 UPS(Source2)의 출력전원이 다시 제 2 SCR 스위치(SCR2)의 입력단으로 인가되는 경우 바로 동작하여 그 전원을 부하에 공급할 수 있게 된다.
전원공급원이 제 2 UPS(Source2)에서 제 1 UPS(Source1)로 전환되는 경우에도 같은 원리로 동작하게 된다.
이처럼, 본 실시예에서의 각 SCR 스위치는 자신이 연결된 전원라인을 통해 전원이 공급되더라도, 실제로 전원공급은 자신을 통해 이루어지지 않고 모터구동 스위치를 통해 이루어지기 때문에 그 피로도가 현저하게 감소되며, 이러한 피로도 감소에 따라 고장율이 현저하게 감소된다. 더욱이, 설사 고장이 발생되더라도 부하에는 영향을 미치지 않게 된다.
또한, 각 SCR 스위치는 대응되는 모터구동 스위치(MC)가 턴온되기 전까지만 실제로 전원공급을 담당하고, 대응되는 모터구동 스위치(MC)가 턴온된 이후에는 자신이 연결된 전원라인을 통해 전원이 공급되더라도 실제로 전원공급은 자신을 통해 이루어지지 않고 상기 턴온된 모터구동 스위치를 통해 이루어지기 때문에 SCR 스위치의 턴온/턴오프 회수가 현저히 줄어든다. 그에 따라 SCR 스위치의 턴온/턴오프 시의 타이밍 시간차로 인한 역 전류(Reverse current)가 거의 발생되지 않음으로, SCR 스위치의 전단소자(예 : 인버터, 챠져, 정류기, 제어부 등)에 고장이 발생되는 문제도 자연히 해결될 수 있다.
그런데, 상술한 제 1 실시예에서와 같이 SCR 스위치와 병렬로 모터구동 스위치를 설치하는 경우 SCR 스위치의 반응시간(3 ㎲ ～ 200 ㎲)과 모터구동 스위치의 동작속도(12 ㎳ ～ 609 ㎳)의 차이로 인해, 전원공급원의 전환 시에 도 3에 도시된 바와 같이 전원공급원이 일정구간 동안 중첩(Superposition, 重疊)되는 구간이 발생하게 된다.
도 3은 도 2a 또는 도 2b와 같이 선택스위치 장치에 단순하게 기계적 접점 스위치(MC)를 병렬로 연결하여 전원공급경로를 전환하는 경우에 발생되는 중첩현상의 파형을 나타내는 도면이다.
예를 들어, 전원공급원이 제 1 UPS(Source1)에서 제 2 UPS(Source2)로 전환되는 경우, 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 전기적으로 완전히 턴오프되지 않은 상태에서 제 2 SCR 스위치(SCR2)가 턴온되기 때문에 서로 다른 전원공급경로 상에 있는 제 1 모터구동 스위치(MC1)와 제 2 SCR 스위치(SCR2)가 모두 턴온되어 도 3에 도시된 바와 같은 중첩(Superposition, 重疊) 구간이 발생하게 된다.
이러한 현상은 제 1 UPS(Source1)에 대한 전원공급경로가 정상적으로 정지된 정전상태인 경우에는 문제가 되지 않으나, 단락(Short), 서지입력, 누전, 또는 지 락(Ground) 등의 장애로 인한 전원공급경로 전환인 경우 제 1 UPS(Source1)와 제 2 UPS(Source2) 사이에 폐회로를 구성하게 되어 제 1 및 제 2 UPS(Source1, Source1) 모두를 정지시키는 사고를 발생시킬 수 있다.
도 4는 상술한 도 1a의 구성에 의해 발생될 수 있는 문제를 해결한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치 및 이를 이용한 전원공급장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
이하, 도 2a 및 도 2b에서와 동일한 기능의 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예의 전원공급장치는 전원공급원인 제 1 및 제 2 UPS(Source1, Source2) 및 선택스위치 장치를 구비한다. 그리고 선택스위치 장치는 제 1 및 제 2 스위칭부(41, 42), 제 1 및 제 2 접점 감지부(43, 44), 제 1 및 제 2 전원 감지부(45, 46), 제 1 및 제 2 상태 검출부(47, 48) 및 전환 명령부(49)를 구비한다.
제 1 스위칭부(41)는 제 1 SCR 스위치(SCR1)와 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 병렬 연결되며, 제어부(21)로부터의 제 1 구동신호 및 제 1 게이트 신호(이하에서는, 제 1 구동신호 및 제 1 게이트 신호를 통칭하여 "제 1 제어신호"라 함)에 따라 제 1 UPS(Source1)의 출력전원을 부하에 공급한다. 또한, 제 1 스위칭부(41)는 제 1 SCR 스위치(SCR1)와 제 1 모터구동 스위치(MC1)에 병렬로 연결된 제 1 캐패시터(C1)를 구비한다. 상기 제 1 캐패시터(C1)는 후술되는 제 1 접점 감지부(43)에서 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 완전히 턴오프되었는지를 감지하는데 이용된다.
제 2 스위칭부(42)는 제 2 SCR 스위치(SCR2)와 제 2 모터구동 스위치(MC2)가 병렬 연결되며, 제어부(21)로부터의 제 2 구동신호 및 제 2 게이트 신호(이하에서는, 제 2 구동신호 및 제 2 게이트 신호를 통칭하여 "제 2 제어신호"라 함)에 따라 제 2 UPS(Source2)의 출력전원을 부하에 공급한다. 또한, 제 2 스위칭부(42)는 제 2 SCR 스위치(SCR2)와 제 2 모터구동 스위치(MC2)에 병렬로 연결된 제 2 캐패시터(C2)를 구비한다. 상기 제 2 캐패시터(C2)는 후술되는 제 2 접점 감지부(44)에서 제 2 모터구동 스위치(MC2)가 완전히 턴오프되었는지를 감지하는데 이용된다.
제 1 및 제 2 접점 감지부(43, 44)는 각각 제 1 및 제 2 모터구동 스위치(MC1, MC2)의 기계적 접점 상태를 감지하여 그 결과를 알려주는 접점감지신호를 제 1 및 제 2 상태 검출부(47, 48)로 전송한다. 즉, 제 1 및 제 2 접점 감지부(43, 44)는 대응되는 제 1 및 제 2 모터구동 스위치(MC1, MC2)가 전기적으로 완전히 턴오프되었는지 여부를 감지하여 그 결과를 대응되는 제 1 및 제 2 상태 검출부(47, 48)에게 알려준다.
제 1 및 제 2 전원 감지부(45, 46)는 각각 제 2 및 제 1 UPS(Source2, Source1)의 출력전원을 감지하여 그 결과를 알려주는 전원감지신호를 대응되는 제 1 및 제 2 상태 검출부(47, 48)로 전송한다.
제 1 및 제 2 상태 검출부(47, 48)는 각각 제 1 및 제 2 접점 감지부(43, 44)의 접점감지신호, 제 1 및 제 2 전원 감지부(45, 46)의 전원감지신호 및 제 1 및 제 2 스위칭부(41, 42)의 출력전압에 따라 전환 명령부(49)로 상태신호를 출력한다. 즉, 제 1 및 제 2 상태 검출부(47, 48)는 제 1 및 제 2 접점 감지부(43, 44) 의 접점감지신호와 제 1 및 제 2 전원 감지부(45, 46)의 전원감지신호를 통해 제 1 및 제 2 스위칭부(41, 42)가 전기적으로 완전하게 턴오프되었는지 여부 및 전환될 제 2 및 제 1 UPS(Source2, Source1)의 출력전압이 정상적인지 여부를 확인하여, 제 1 및 제 2 스위칭부(41, 42)가 전기적으로 완전하게 턴오프되고 제 2 및 제 1 UPS(Source2, Source1)의 출력전압이 정상인 경우 그 사실을 알리는 상태신호를 전환 명령부(49)로 출력한다.
전환 명령부(49)는 제 1 및 제 2 상태 검출부(47, 48)로부터의 상태신호에 따라 전원공급경로의 전환을 명령한다. 즉, 전환 명령부(49)는 전원공급원을 제 1 UPS(Source1)에서 제 2 UPS(Source2)로 전환 시 제 1 상태 검출부(47)로부터의 상태신호에 따라 제 1 스위칭부(41)가 전기적으로 완전하게 턴오프되고 제 2 UPS(Source2)의 출력전압이 정상인 것으로 판단되는 경우에 제 2 스위칭부(42)를 턴온시키라는 전환명령을, 게이트신호와 구동신호를 발생시키는 제어부(21)로 전달한다. 반대로, 전환 명령부(49)는 전원공급원을 제 2 UPS(Source2)에서 제 1 UPS(Source1)로 경로전환 시 제 2 상태 검출부(48)로부터의 상태신호에 따라 제 2 스위칭부(42)가 전기적으로 완전하게 턴오프되고 제 1 UPS(Source1)의 출력전압이 정상인 것으로 판단되는 경우에 제 1 스위칭부(41)를 턴온시키라는 전환명령을 제어부(21)로 전달한다.
도 5는 도 4의 구성을 가지는 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치의 스위칭 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 설명의 편의를 위해, 제 1 UPS(Source1)의 출력전원을 부하에 공급하 는 전원공급경로를 제 1 전원공급경로라 하고, 제 2 UPS(Source2)의 출력전원을 부하에 공급하는 전원공급경로를 제 2 전원공급경로라 정의한다. 그리고 기본적으로 제 1 전원공급경로를 통해 부하에 전원을 공급하는 것으로 한다.
제 1 UPS(Source1)의 출력전원이 정상적인 상태에서, 제 1 스위칭부(41)에 제 1 제어신호(게이트 신호와 구동신호)가 인가되면 제 1 SCR 스위치(SCR1)와 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 순차적으로 턴온되어 제 1 전원공급경로를 통해 부하에 전원이 공급되게 된다(510).
이때, 제 1 스위칭부(41)에서 제 1 SCR 스위치(SCR1)와 제 1 모터구동 스위치(MC1)의 동작 관계는 도 2에서의 설명과 같다. 더욱이, 제 1 UPS(Source1)의 출력전원에 의해 제 1 캐패시터(C1)가 충전된다.
이러한 제 1 전원공급경로를 통한 전원공급 중에 전원공급원인 제 1 UPS(Source1)의 출력전원에 이상(예를 들어, 전원공급 중단)이 발생하면(520), 전원공급경로를 제 1 전원공급경로에서 제 2 전원공급경로로 전환시키기 위해 먼저 제 1 스위칭부(41)에 제 1 제어신호를 인가하여 턴오프를 명령한다(530).
즉, 제 1 SCR 스위치(SCR1) 및 제 1 모터구동 스위치(MC1)를 턴오프시킨다.
그런데, 제 1 스위칭부(41)에 대한 턴오프 명령과 함께 제 2 스위칭부(42)를 턴온시키면 제 1 SCR 스위치(SCR1)와 제 1 모터구동 스위치(MC1)의 동작속도 차이에 의해 제 1 스위칭부(41)의 제 1 SCR 스위치(SCR1)는 턴오프되었으나 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 미처 완전하게 턴오프되기 전에 제 2 스위칭부(42)의 제 2 SCR 스위치(SCR2)가 턴온되어 제 1 전원공급경로와 제 2 전원공급경로가 폐회로를 구성 하는 문제가 발생될 수 있다. 그리고 제 2 전원공급경로의 제 2 UPS(Source2) 출력전원에 문제가 있는 경우에는 전원공급경로를 전환시키는 것이 의미가 없어진다.
따라서 전환 명령부(49)는 제 2 스위칭부(42)를 턴온시키기 전에 제 1 상태 검출부(47)로부터의 상태신호를 통해 제 1 스위칭부(41)가 전기적으로 완전히 턴오프되었는지 여부 및 제 2 UPS(Source2)의 출력전원에 문제가 없는지 여부를 먼저 확인한다(540).
이를 위해, 제 1 접점 감지부(43)는 제 1 모터구동 스위치(MC1)의 턴오프 여부를 감지하여 그 결과를 제 1 상태 검출부(47)로 전송하고, 제 1 전원 감지부(45)는 제 2 UPS(Source2)의 출력전원에 문제가 없는지 여부를 확인하여 그 결과를 제 1 상태 검출부(47)로 전송한다. 그리고 제 1 상태 검출부(47)는 제 1 스위칭부(41)의 출력전압 및 제 1 접점 감지부(43)의 출력전압(접점감지신호)에 따라 제 1 스위칭부(41)가 완전히 턴오프되었는지 여부를 확인한다.
이러한 제 1 스위칭부(41)의 턴오프 여부를 확인하는 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
정상적인 전원은 아니지만 제 1 UPS(Source1)로부터 전원이 계속 출력되고 있는 상황에서 제 1 스위칭부(41)가 완전히 턴오프되지 않으면 제 1 스위칭부(41)의 출력전원은 제 1 UPS(Source1)와 같은 값을 갖게 된다. 따라서 제 1 상태 검출부(47)는 제 1 스위칭부(41)의 출력전원이 검출되면 제 1 스위칭부(41)가 턴오프되지 않은 것으로 판단하면 된다.
그러나 제 1 스위칭부(41)의 출력전원이 '0'전압이라고 해서 반드시 제 1 스 위칭부(41)가 턴오프되었다고 볼 수는 없다. 즉, 제 1 UPS(Source1)의 출력전원이 '0'전압인 경우에는 제 1 스위칭부(41)가 턴온되어 있더라도 제 1 스위칭부(41)의 출력전원도 '0'전압이 되기 때문에 이러한 경우에는 단순히 제 1 스위칭부(41)의 출력전원만을 가지고 제 1 스위칭부(41)의 턴오프(제 1 모터구동 스위치(MC1)의 턴오프) 여부를 정확히 판단할 수 없다. 이때, 제 1 스위칭부(41)의 양단전압이 '0'인 경우 제 1 SCR 스위치(SCR1)는 그 소자의 특성상 턴오프되므로 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 전기적으로 완전히 턴오프되었는지 여부만을 감지하면 된다.
이를 위해, 본 발명에서는 도 4에서와 같이 각 모터구동 스위치(MC1, MC2)와 평행하게 충전수단인 제 1 및 제 2 캐피시터(C1, C2)를 구비한다. 즉, 제 1 UPS(Source1)의 출력전원이 '0'전압이 된 상태에서 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 턴온되어 있으면, 제 1 캐패시터(C1)에 충전되었던 전원이 방전되면서 제 1 모터구동 스위치(MC1)를 통해 전류가 흐르게 된다.
따라서 제 1 접점 감지부(43)는 예컨대 제 1 캐패시터(C1)에 의한 제 1 모터구동 스위치(MC1)의 전류 흐름을 감지하거나 방전에 의한 제 1 캐패시터(C1)의 전압변화를 감지함으로써 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 실제로 전기적으로 턴오프되었는지 여부를 감지할 수 있게 된다.
제 1 상태 검출부(47)는 제 1 접점 감지부(43)로부터 제 1 모터구동 스위치(MC1)가 턴오프되었다는 접점감지신호가 수신되고 제 1 스위칭부(41)의 출력전원이 'O'전압인 경우, 제 1 스위칭부(41)가 완전하게 턴오프되었다고 판단한다. 그리고 제 1 상태 검출부(47)는 제 2 UPS(Source2)의 출력전원이 정상인지 여부를 확인 한다.
제 1 스위칭부(41)가 완전히 턴오프되고 제 2 UPS(Source2)의 출력전원이 정상인 것으로 판단되면 제 1 상태 검출부(47)는 해당 사실을 알리는 상태신호를 전환 명령부(49)로 출력한다.
제 1 상태 검출부(47)로부터 상태신호가 수신되면, 전환 명령부(49)는 전원공급경로를 제 1 전원공급경로에서 제 2 전원공급경로로 전환시키라는 전환명령을 제어부(21)로 전달한다(550). 즉, 이러한 전환명령은 제 2 스위칭부(42)를 턴온시키기 위한 제 2 제어신호(게이트신호 및 구동신호)를 생성하는 제어부(21)로 전달한다.
전환명령을 수신한 제어부(21)는 제 2 스위칭부(42)에게 제 2 제어신호를 출력하여 제 2 스위칭부(42)의 제 2 SCR 스위치(SCR2)와 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 턴온시킨다(560).
제 2 제어신호에 따른 제 2 SCR 스위치(SCR2)와 제 2 모터구동 스위치(MC2)의 동작 관계는 제 1 스위칭부(41)에서와 동일하다.
이처럼, 제 2 스위칭부(42)가 턴온됨으로써 제 2 UPS(Source2)의 출력전원이 제 2 SCR 스위치(SCR2) 또는 제 2 모터구동 스위치(MC2)를 통해 부하에 전달된다(570).
이후, 제 2 UPS(Source2)의 출력전원에 이상이 발생하면(580), 상술한 제 1 접점 감지부(43), 제 1 전원 감지부(45), 및 제 1 상태 검출부(47)와 같이 제 2 접점 감지부(44), 제 2 전원 감지부(46), 및 제 2 상태 검출부(48)가 동작하여 제 2 전원공급경로를 다시 제 1 전원공급경로로 전환한다(590).
이러한 제 2 전원공급경로에서 제 1 전원공급경로로의 전환은 상술한 제 1 전원공급경로에서 제 2 전원공급경로의 전환과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 그리고 상술한 과정들은 계속해서 반복 수행된다.
도 6a 및 6b는 도 4의 구성을 가지는 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치를 이용하여 전원공급경로를 전환하는 경우의 전원파형을 나타내는 도면으로, 도 6a는 제 1 전원공급경로에서 제 2 전원공급경로로의 경로전환 시의 파형도이고, 도 6b는 제 2 전원공급경로에서 제 1 전원공급경로로의 경로전환 시의 파형도이다.
상술한 바와 같이, 전원공급경로를 전환 시, 턴오프되는 스위칭부가 전기적으로 완전히 턴오프된 후 턴온될 스위칭부를 턴온시킴으로써, 부하에는 도 3에서와 같은 중첩(Superposition, 重疊)이 없는 정상적인 전원이 공급되게 된다.
상술한 도 4에서는 설명의 편의를 위해 제 1 및 제 2 스위칭부(41, 42)와 대응되도로 제 1 및 제 2 접점 감지부(43, 44), 제 1 및 제 2 전원 감지부(45, 46), 및 제 1 및 제 2 상태 검출부(47, 48)를 구분하여 설명하였으나, 이들을 각각 하나의 구성요소로 구현할 수도 있음은 자명하다.
그리고 상술한 도 4의 실시예에서는 전환될 UPS의 출력전원이 정상적인지 여부를 확인하는 제 1 및 제 2 전원 감지부(45, 46)를 구비하고 있으나, 전환될 UPS에서 안정된 전원이 출력된다면 제 1 및 제 2 전원 감지부(45, 46)는 필요치 않을 수 있다.
또한, 상술한 설명에서는 전환 명령부(49)의 전환명령에 따라 별도의 제어 부(21)가 게이트 신호와 구동신호를 발생시키고 있으나, 전환 명령부(49)에서 직접 게이트 신호와 구동신호를 발생시켜 해당 스위칭부로 출력하도록 구성할 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 전원공급 시스템 등에 이용될 수 있다.
도 1a는 종래에 2대의 UPS를 이용하여 부하에 전원을 공급하는 전원공급장치의 구조를 나타내는 도면,
도 1b는 종래에 2대의 UPS의 출력에 선택스위치(STS) 장치를 구비하여 부하에 전원을 공급하는 전원공급장치의 구조를 좀 더 구체적으로 나타내는 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치 및 이를 이용한 전원공급장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 3은 도 2a 또는 도 2b와 같이 선택스위치 장치에 단순하게 기계적 접점 스위치(MC)를 병렬로 연결하여 전원공급경로를 전환하는 경우에 발생되는 중첩현상의 파형을 나타내는 도면,
도 4는 상술한 도 1a의 구성에 의해 발생될 수 있는 문제를 해결한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치 및 이를 이용한 전원공급장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 5는 도 4의 구성을 가지는 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치의 스위칭 방법에 대한 흐름도,
도 6a 및 6b는 도 4의 구성을 가지는 무정전 전원공급을 위한 선택스위치 장치를 이용하여 전원공급경로를 전환하는 경우의 전원파형을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 제어부 41 : 제 1 스위칭부
42 : 제 2 스위칭부 43 : 제 1 접점 감지부
44 : 제 2 접점 감지부 45 : 제 1 전원 감지부
46 : 제 2 전원 감지부 47 : 제 1 상태 검출부
48 : 제 2 상태 검출부 49 : 전환 명령부

Claims (30)

  1. 제 1 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 제 1 전원공급원의 출력전원을 부하에 공급하기 위한 제 1 접촉 스위칭 수단;
    상기 제 1 접촉 스위칭 수단과 병렬로 연결되어, 제 1 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 1 접촉 스위칭 수단의 턴오프 시 상기 제 1 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 1 반도체 스위칭 수단;
    제 2 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 제 2 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 2 접촉 스위칭 수단;
    상기 제 2 접촉 스위칭 수단과 병렬로 연결되어, 제 2 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 2 접촉 스위칭 수단의 턴오프 시 상기 제 2 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 2 반도체 스위칭 수단; 및
    상기 제 1 및 제 2 구동신호와 상기 제 1 및 제 2 게이트 신호를 발생시키기 위한 제어 수단을 포함하되,
    상기 제어 수단은, 상기 제 1 구동신호와 상기 제 1 게이트 신호를 함께 발생시키고, 상기 제 2 구동신호와 상기 제 2 게이트 신호를 함께 발생시키는 선택스위치 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 스위칭 수단은,
    상기 제 1 접촉 스위칭 수단의 턴온 시에도 상기 제 1 게이트 신호를 지속적으로 인가받고,
    상기 제 2 반도체 스위칭 수단은,
    상기 제 2 접촉 스위칭 수단의 턴온 시에도 상기 제 2 게이트 신호를 지속적으로 인가받는 선택스위치 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 접촉 스위칭 수단은 임피던스(접촉저항)가 상기 제 1 반도체 스위칭 수단의 내부 임피던스보다 작고,
    상기 제 2 접촉 스위칭 수단은 임피던스(접촉저항)가 상기 제 2 반도체 스위칭 수단의 내부 임피던스보다 작은 선택스위치 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 접촉 스위칭 수단은 턴온 소요 시간이 상기 제 1 반도체 스위칭 수단의 턴온 소요 시간보다 길고,
    상기 제 2 접촉 스위칭 수단은 턴온 소요 시간이 상기 제 2 반도체 스위칭 수단의 턴온 소요 시간보다 긴 선택스위치 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 접촉 스위칭 수단은,
    기계적으로 턴온 또는 턴오프되는 기계적 접점 스위치인 것을 특징으로 하는 선택스위치 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 접촉 스위칭 수단은,
    전기적으로 턴온 또는 턴오프되는 전기적 접점 스위치인 것을 특징으로 하는 선택스위치 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반도체 스위칭 수단은,
    SCR(Silicon Controlled Rectifier) 스위치, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치, GTO(Gate Turn-Off) 스위치, 또는 BJT(Bipor Junction Transistor) 스위치 중 어느 하나의 반도체 스위치인 것을 특징으로 하는 선택스위치 장치.
  8. 전원공급장치에 있어서,
    제 1 전원공급원;
    제 2 전원공급원;
    제 1 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 1 전원공급원의 출력전원을 부하에 공급하기 위한 제 1 접촉 스위칭 수단;
    상기 제 1 접촉 스위칭 수단과 병렬로 연결되어, 제 1 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 1 접촉 스위칭 수단의 턴오프 시 상기 제 1 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 1 반도체 스위칭 수단;
    제 2 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 2 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 2 접촉 스위칭 수단;
    상기 제 2 접촉 스위칭 수단과 병렬로 연결되어, 제 2 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 제 2 접촉 스위칭 수단의 턴오프 시 상기 제 2 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 제 2 반도체 스위칭 수단; 및
    상기 제 1 및 제 2 구동신호와 상기 제 1 및 제 2 게이트 신호를 발생시키기 위한 제어 수단을 포함하되,
    상기 제어 수단은, 상기 제 1 구동신호와 상기 제 1 게이트 신호를 함께 발생시키고, 상기 제 2 구동신호와 상기 제 2 게이트 신호를 함께 발생시키는 전원공급장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전원공급원은,
    제 1 UPS(Uninterruptible Power Supply)이고,
    상기 제 2 전원공급원은,
    제 2 UPS(Uninterruptible Power Supply)인 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 스위칭 수단은,
    상기 제 1 접촉 스위칭 수단의 턴온 시에도 상기 제 1 게이트 신호를 지속적으로 인가받고,
    상기 제 2 반도체 스위칭 수단은,
    상기 제 2 접촉 스위칭 수단의 턴온 시에도 상기 제 2 게이트 신호를 지속적으로 인가받는 전원공급장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 접촉 스위칭 수단은 임피던스(접촉저항)가 상기 제 1 반도체 스위칭 수단의 내부 임피던스보다 작고,
    상기 제 2 접촉 스위칭 수단은 임피던스(접촉저항)가 상기 제 2 반도체 스위칭 수단의 내부 임피던스보다 작은 전원공급장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 접촉 스위칭 수단은 턴온 소요 시간이 상기 제 1 반도체 스위칭 수단의 턴온 소요 시간보다 길고,
    상기 제 2 접촉 스위칭 수단은 턴온 소요 시간이 상기 제 2 반도체 스위칭 수단의 턴온 소요 시간보다 긴 전원공급장치.
  13. 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 반도체 스위치와 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 접점 스위치가 병렬로 연결된 스위칭부를 다수 구비하여, 복수의 전원공급원의 출력전원을 선택적으로 부하에 공급하기 위한 스위칭 수단;
    상기 각 접점 스위치가 전기적으로 턴오프되었는지 여부를 감지하여 접점감지신호를 출력하기 위한 접점 감지부;
    상기 각 스위칭부의 출력전원 및 상기 접점 감지부로부터의 접점감지신호에 따라 상기 각 스위칭부의 턴오프 여부를 감지하여 상태신호를 출력하기 위한 상태 검출부; 및
    상기 상태 검출부로부터의 상태신호에 따라 상기 부하에 대한 전원공급경로의 전환을 명령하기 위한 전환 명령부
    를 포함하는 선택스위치 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 전원공급원의 출력전원을 감지하여 전원감지신호를 상기 상태 검출부로 전송하기 위한 전원 감지부를 더 포함하되,
    상기 상태 검출부는, 상기 각 스위칭부의 출력전원, 상기 접점 감지부로부터의 접점감지신호, 및 상기 전원 감지부로부터의 전원감지신호에 따라 상기 각 스위칭부의 턴오프 여부를 감지하고 상기 복수의 전원공급원 중 전환될 전원공급원의 출력전압이 정상적인지 여부를 확인하여 상태신호를 출력하는 선택스위치 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 각 스위칭부는,
    상기 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 대응되는 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 상기 접점 스위치;
    상기 접점 스위치와 병렬로 연결되어, 상기 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 접점 스위치의 턴오프 시 상기 대응되는 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 상기 반도체 스위치; 및
    상기 접점 스위치와 병렬로 연결되어 상기 대응되는 전원공급원의 출력전원을 충전하기 위한 충전수단
    을 포함하는 선택스위치 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 접점 감지부는,
    상기 충전수단의 방전에 의한 상기 충전수단의 전압변화를 감지하여 상기 접점 스위치의 턴오프 여부를 감지하는 선택스위치 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 접점 감지부는,
    상기 충전수단의 방전에 의해 상기 접점 스위치를 통해 흐르는 전류를 감지하여 상기 접점 스위치의 턴오프 여부를 감지하는 선택스위치 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 각 스위칭부에 대해 상기 구동신호와 상기 게이트 신호가 함께 인가되는 선택스위치 장치.
  19. 전원공급장치에 있어서,
    복수의 전원공급원;
    게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 반도체 스위치와 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되는 접점 스위치가 병렬로 연결된 스위칭부를 다수 구비하여, 상기 복수의 전원공급원의 출력전원을 선택적으로 부하에 공급하기 위한 스위칭 수단;
    상기 각 접점 스위치가 전기적으로 턴오프되었는지 여부를 감지하여 접점감지신호를 출력하기 위한 접점 감지부;
    상기 각 스위칭부의 출력전원 및 상기 접점 감지부로부터의 접점감지신호에 따라 상기 각 스위칭부의 턴오프 여부를 감지하여 상태신호를 출력하기 위한 상태 검출부; 및
    상기 상태 검출부로부터의 상태신호에 따라 상기 부하에 대한 전원공급경로의 전환을 명령하기 위한 전환 명령부
    를 포함하는 전원공급장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전원공급원은,
    UPS(Uninterruptible Power Supply)인 전원공급장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 전원공급원의 출력전원을 감지하여 전원감지신호를 상기 상태 검출부로 전송하기 위한 전원 감지부를 더 포함하되,
    상기 상태 검출부는, 상기 각 스위칭부의 출력전원, 상기 접점 감지부로부터의 접점감지신호, 및 상기 전원 감지부로부터의 전원감지신호에 따라 상기 각 스위칭부의 턴오프 여부를 감지하고 상기 복수의 전원공급원 중 전환될 전원공급원의 출력전압이 정상적인지 여부를 확인하여 상태신호를 출력하는 전원공급장치.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 스위칭부는,
    상기 구동신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 대응되는 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 상기 접점 스위치;
    상기 접점 스위치와 병렬로 연결되어, 상기 게이트 신호에 따라 턴온 또는 턴오프되어 상기 접점 스위치의 턴오프 시 상기 대응되는 전원공급원의 출력전원을 상기 부하에 공급하기 위한 상기 반도체 스위치; 및
    상기 접점 스위치와 병렬로 연결되어 상기 대응되는 전원공급원의 출력전원을 충전하기 위한 충전수단
    을 포함하는 전원공급장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 접점 감지부는,
    상기 충전수단의 방전에 의한 상기 충전수단의 전압변화를 감지하여 상기 접점 스위치의 턴오프 여부를 감지하는 전원공급장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 접점 감지부는,
    상기 충전수단의 방전에 의해 상기 접점 스위치를 통해 흐르는 전류를 감지하여 상기 접점 스위치의 턴오프 여부를 감지하는 전원공급장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 각 스위칭부에 대해 상기 구동신호와 상기 게이트 신호가 함께 인가되 는 전원공급장치.
  26. 부하에 전원을 공급하는 제 1 전원공급원의 출력전원에 이상 발생 시, 상기 제 1 전원공급원에 대응되는 제 1 스위칭수단을 턴오프시키기 위한 제 1 제어신호를 상기 제 1 스위칭수단에 출력하는 제 1 단계;
    상기 제 1 스위칭수단이 전기적으로 완전하게 턴오프되었는지 여부를 확인하는 제 2 단계; 및
    상기 제 1 스위칭수단이 턴오프되었을 때 제 2 전원공급원에 대응되는 제 2 스위칭수단을 턴온시키는 제 2 제어신호를 상기 제 2 스위칭수단에 출력하는 제 3 단계
    를 포함하는 스위칭 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 제어신호 각각은,
    반도체 스위치를 턴온 또는 턴오프시키기 위한 게이트 신호; 및
    상기 반도체 스위치와 병렬로 연결된 접점 스위치를 턴온 또는 턴오프시키기 위한 구동신호
    를 포함하는 스위칭 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 제 1 스위칭수단의 출력전원이 '0'전압이고 상기 접점 스위치가 전기적으로 턴오프되었는지 여부를 확인하는 스위칭 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 접점 스위치와 병렬로 연결되어 상기 제 1 전원공급원의 출력전원의 정상 공급 시 상기 제 1 전원공급원의 출력전원을 충전하고 상기 제 1 전원공급원의 출력전원의 차단 시 상기 충전된 전원을 방전하는 충전수단을 구비하되, 상기 충전수단의 전압변화를 통해 상기 접점 스위치의 턴오프 여부를 확인하는 스위칭 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 접점 스위치와 병렬로 연결되어 상기 제 1 전원공급원의 출력전원의 정상 공급 시 상기 제 1 전원공급원의 출력전원을 충전하고 상기 제 1 전원공급원의 출력전원의 차단 시 상기 충전된 전원을 방전하는 충전수단을 구비하되, 상기 충전수단의 방전에 의해 상기 접점 스위치에 흐르는 전류를 통해 상기 접점 스위치의 턴오프 여부를 확인하는 스위칭 방법.
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