KR20090089436A - 무정전 전원 공급 장치 및 무정전 전원 공급 장치 구성 방법 - Google Patents

무정전 전원 공급 장치 및 무정전 전원 공급 장치 구성 방법 Download PDF

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Abstract

UPS는 AC 공급 장치 전압과 직렬로 위치되는 UPS 주전원 회로의 동작을 제어하기 위해 전류 센서를 구비하여, UPS 주전원 회로에 접속되는 각 구성요소에 의해 사용되는 순 전류를 측정한다. 제어 회로에 의해 수신되는 전류 센서로부터의 피드백이 UPS와의 단위 역률 동작을 달성하기 위해 사용된다. 전류 센서 위치 및 동작은 1상 및 3상 동작 모두에 적용 가능하다.

Description

무정전 전원 공급 장치 및 무정전 전원 공급 장치 구성 방법{CURRENT SENSOR APPARATUS AND METHOD FOR UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY}
본 발명의 분야는 무정전 전원 공급 장치(UPS)용의 전류 센서에 관한 것이다.
통상적으로, 전원 비율 교정을 사용하는 UPS에서, 전면단 정류기로 흐르는 전류는 사인 파형이며 AC 공급 12 전압 Vi와 동위상이다. 도 1은, 예를 들어, 전면단 정류기(15)를 갖는 1상(single phase), 부스트 컨버터-기반 UPS(10)를 도시하고 있는데, 여기서 입력 인덕터(Li)를 통해 흐르는 전류(Ii)는 전류 센서(20)에 의해 측정된다. 스위치(S1)는 인덕터를 통한 전류(Ii)가 사인 파형을 따르고 AC 공급 장치(12) 전압(Vi)과 동위상이 되도록 제어된다. 그러나, UPS 회로(10)의 구성은, 가령, AC 공급 장치(12)와 전류 센서(20) 사이에 접속되는 배터리 충전기(18)와 같은 UPS 시스템의 다른 회로에 의해 유도되는 비선형 전류를 파악하지 못한다.
미국 특허 498812 또한 스루-고잉 뉴트럴(through-going neutral) 및 전원 비율 교정을 갖는 1상 UPS를 설명한다. 특허된 UPS는 라인 인덕터를 통한 전류가 라인 전압과 실질적으로 유사하고 동위상일 때 단위 역률(unit power factor)을 달성한다. 그러나, US 4980812에 개시되어 있는 UPS는, 가령, 소스(메인) 전압에 접속되는 배터리 충전기와 같은 어떠한 다른 추가 UPS 구성요소도 포함하지 않는다. 또한, US 4980812에 개시된 UPS는 전원 비율을 향상시키려고 할 때 UPS 시스템의 다른 회로의 비선형 전류를 파악하지 않는다.
따라서, 정류기 외에도 UPS 회로상의 요소를 파악하고 포함하면서 단위 역률에서 동작할 수 있는 UPS에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 실시예에서, AC 공급 장치로부터 유도되는 순 전류가 AC 공급 장치 전압에 대해 원하는 파형 및 위상이 되도록 무정전 전원 공급 장치(UPS)에 전류 감지 소자를 배치한다. 유도된 순 전류는 UPS의 입력 정류기 및 배터리 충전기에 의해 유도된 전류의 합이다. 한 동작 모드에서, 배터리 충전기 및 입력 정류기를 통해 흐르는 개별 전류 성분이 사인 파형이 아니거나 AC 공급 장치와 동위상이 아니더라도 UPS가 단위 역률로 동작되어 공공 전기 시설로부터 유도되는 전류가 사인 파형이고 AC 공급 장치와 동위상이 된다. 본 발명은 1상 UPS 회로뿐만 아니라 3상에도 적용 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 배터리 충전기 회로에 의해 유도되는 전류와 UPS의 주전원 회로에 의해 유도되는 전류는 사인 파형이며 AC 공급 장치 전압과 동위상이다.
본 발명을 특징짓는 신규한 특성은 본 명세서에 첨부되어 일부를 이루는 청구범위에서 특히 정해진다. 본 발명의 보다 나은 이해를 위해, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 장점 및 이점을 설명한다. 첨부 도면은 본 발명의 많은 형태의 예를 보여주기 위한 것이다. 도면은 본 발명이 구성되고 사용될 수 있는 모든 방식을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 구성요소의 변형 및 교체가 이루어질 수 있음은 물론이다. 본 발명은 설명되는 요소의 세부 조합 및 하위 시스템 및 그 사용 방법으로도 존재한다.
도 1은 전류 센서를 갖는 종래 무정전 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 회로도이다.
도 3은 도 2의 회로의 대표적인 파형을 표시하는 전류 및 전압 대 시간 그래프이다.
이제 도면을 참조하는데, 동일한 참조번호는 동일하거나 관련된 요소를 표시하기 위해 사용되며, 도 2는 1상 UPS(100)의 전면단을 도시하고 있는데, 여기서 배터리 충전기(18)는 주전원 회로(50)와 병렬인 방식으로 AC 전원 공급 장치(12)에 접속된다. 배터리 부스터(19)는 원하는 경우에 배터리 충전기와 직렬로 접속될 수 있다. 주전원 회로(50)는 부스트 인덕터(Li)와 직렬로 접속되는 다이오드 브릿지(15)를 포함한다. 부스트 인덕터(Li)는 AC 전원 공급 장치(12)와 직렬로 접속된다.
배터리 충전기(18)는 매우 왜곡된 전류를 유도하는 종래 다이오드 브릿지 전면단을 갖는다. 부스트 인덕터(Li)를 통한 전류가 측정되고 인턱터(Li)를 통한 전류가 사인 파형이고 AC 전원 공급 장치(12)와 동위상이 되도록 스위치(S1)가 제어되는 경우, 부스트 인덕터 전류(Ii)와 배터리 충전기 전류 (Ib)의 합인 순 공급 장치 전류(Iin)는 사인 파형이 아닐 것이며 AC 전원 공급 장치(12)에 대해 다소의 위상 시프트를 가질 것이다. 배터리 충전기(18)는 그 전면단 다이오드 브릿지의 출력단의 용량성 필터의 존재로 인한 다소 앞선 전류를 유도한다. 다양한 파형이 도 3에 도시되어 있다.
AC 공급 장치(12)로부터 흐르는 총 전류(Iin)는 전류 센서(20)에 의해 측정된다. 전류 센서(20)는 전류 변환기, 홀 디바이스 또는 분로 저항 또는 전류 측정 정보를 제공하는 기타 구조일 수 있다. 전류 센서(20)는 AC 전원 공급 장치(12)와 직렬로 위치된다. 따라서, 전류 센서(20)로의 전류 입력은 주전원 회로(50) 및 배터리 충전기(18)를 통해 흐르는 전류를 포함한다. 이 측정된 전류(Iin)는 제어 회로(도시 생략)의 전류 루프에서의 피드백으로 사용된다. 그 후, UPS 제어기 회로는 전류 센서(20)를 통한 전류(Iin)가 사인 파형이고 AC 전원 공급 장치 전압 Vi와 동위상이도록 강요하여 스위치(S1)의 동작 등에 의해 단위 역률 동작을 생성하게 한다. 부스트 인덕터 전류(Ii)와 배터리 충전기 전류(Ib)의 합인 순수 전류(Iin)가 사인 파형이고 AC 전원 공급 장치(12)와 동위상이되도록 스위치(S1)가 전류 센서(20)로부터의 피드백에 기초하여 제어된다. UPS(100)의 단위 역률 동작은 UPS(100)의 개별적인 구성요소가 사인 파형 전류 자체를 제시하지 않더라도 달성된다.
입력 전압 및 성분 전류의 다양한 파형이 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, AC 전압 공급 장치(12)의 주전압(Vi)은 종래 사인 파형을 갖는다. Ii 및 Ib는 주전류(Iin)의 성분 요소를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, Ii 및 Ib는 완전한 사인 파형은 아니지만 사인 파형 전류(Iin)를 형성하기 위해 합해진다. 즉, 전류(Ib)를 충전하는 배터리가 0으로부터 변함에 따라, 부스트 인덕터(Li)를 통한 전류(Ii)는 사인 파형으로부터 변하여 전류(Ib)를 충전하는 배터리의 감산을 반영한다. 배터리가 충전되면, 배터리 충전기(18)로의 전류(Ib)는 감소하고 주전원 회로(50)로의 전류(Ii)는 전류(Iin)와 실질적으로 동일하게 된다.
인식할 바와 같이, 입력 전압원(12)과 직렬이며 주전원 회로 또는 보조 회로와 같은 임의의 UPS 회로 구성요소의 앞인 위치에 전류 센서(20)를 이동시키는 것은, 순수 전류(Iin)가 입력 전압(Vi)과 동위상이고 단위 역률 동작을 제공하는 것을 보장한다. 단위 역률 동작은 UPS 주전원 회로(50)와 접속되는 구성요소와 무관하게 달성된다.
바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명과 관련하여 당업자에 의해 다양한 변형 및 대체가 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 기술적 사상은 전술한 실시예에 의해서만이 아니라 첨부된 청구범위 내에 해당하는 모든 것을 포함한다.

Claims (7)

  1. 단위 역률(unit power factor)로 동작하는 무정전 전원 공급 장치(UPS)로서,
    입력 전원 공급 장치와,
    상기 입력 전원 공급 장치에 접속되는 주전원 회로와,
    상기 주전원 회로와 병렬로 상기 입력 전원 공급 장치에 접속되는 적어도 하나의 보조 회로와,
    상기 입력 전원 공급 장치와 직렬로 접속되는 전류 센서를 포함하는
    무정전 전원 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보조 회로는 배터리 충전기를 포함하는
    무정전 전원 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주전원 회로는 제어되는 스위치를 포함하되,
    상기 전류 센서에 의해 측정되는 입력 전류(Iin)는 상기 제어되는 스위치를 제어하기 위한 피드백을 제공하는
    무정전 전원 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 센서의 입력 전류(Iin)는 상기 입력 전원 공급 장치의 전압(Vi)과 동위상인
    무정전 전원 공급 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주전원 회로와 직렬로 상기 전류 센서에 접속되는 부스트 인덕터(a boost inductor)를 더 포함하는
    무정전 전원 공급 장치.
  6. 단위 역률로 동작하는 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 구성하는 방법으로서,
    입력 전원 공급 장치를 마련하는 단계와,
    주전원 회로를 마련하는 단계와,
    적어도 하나의 보조 회로를 마련하는 단계와,
    상기 주전원 회로 및 적어도 하나의 보조 회로를 상기 입력 전원 공급 장치에 병렬로 접속시키는 단계와,
    상기 주전원 회로와 적어도 하나의 보조 회로 각각에서의 순 전류를 측정하기 위해 상기 입력 전원 공급 장치와 직렬로 전류 센서를 접속시키는 단계와,
    제어되는 스위치를 상기 주전원 회로에 접속시키고 상기 UPS의 동작 동안에 상기 제어되는 스위치를 제어하기 위한 피드백으로서 상기 전류 센서에 의해 측정되는 입력 전류(Iin)를 수신하여 단위 역률 동작을 달성하는 단계를 포함하는
    무정전 전원 공급 장치 구성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보조 회로는 배터리 충전기를 포함하는
    무정전 전원 공급 장치 구성 방법.
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