KR20110029798A - 양방향 전력수수가 가능한 무정전 전원장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무정전 전원장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 부하를 구동하는 상용전원의 단선시에 상기 부하로 전원을 공급하고 상기 상용전원이 정상적으로 상기 부하에 공급될 경우에는 전원부에 전원을 충전하며, 변압기부 자체의 누설리액턴스를 이용하여 소프트 스위칭을 구현함으로써 고전력 밀도 및 저가격화를 실현할 수 있는 양방향 전력수수가 가능한 무정전 전원장치에 관한 것이다.
무정전 전원장치, 소프트 스위칭, 공진주파수, 누설리액턴스

Description

양방향 전력수수가 가능한 무정전 전원장치{DC uninterrupted power supply employing bidirectional energy flows}
본 발명은 무정전 전원장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 부하를 구동하는 상용전원의 단선시에 상기 부하로 전원을 공급하고 상기 상용전원이 정상적으로 상기 부하에 공급될 경우에는 전원부에 전원을 충전하며, 변압기부 자체의 누설리액턴스를 이용하여 소프트 스위칭을 구현함으로써 고전력 밀도 및 저가격화를 실현할 수 있는 양방향 전력수수가 가능한 무정전 전원장치에 관한 것이다.
무정전 전원장치(UPS:uninterrupted power supply)는 상용전원의 정전이나 계통사고 등의 단선시에 전압을 부하에 공급하는 보조 전원공급장치이다.
최근 기술발달로 대부분의 가정용 전기기기에는 정류기가 내장되어 있어 별도의 인버터장치가 필요없는 DC용 무정전 전원장치의 연구가 활발하다.
한편, 종래의 DC용 무정전 전원장치는 고속 스위칭을 통해 안정화를 할 수 는 있지만, 스위칭 손실과 스트레스로 인해 스위칭 주파수를 높이는 데 한계가 있 어 하드 스위칭 방식으로 부하에 전원을 공급하고 있는 실정이다.
따라서, 소프트 스위칭을 이용하여 스위칭 손실을 줄어 전력변환효율을 높일 수 있는 무정전 전원장치의 개발이 시급하다.
그러나, 소프트 스위칭을 구현하기 위해서는 공진을 위한 별도의 공진용 리액터가 필수적으로 포함되어야 하므로 구성이 복잡하고 제작단가가 상승하는 단점이 있다.
본 발명자들은 전원부에 충전된 전원을 부하로 전달하거나, 상용전원을 상기 전원부로 충전할 수 있으며, 소프트 스위칭 방식으로 동작하는 무정전 전원공급장치를 개발하고자 연구 노력한 결과, 양방향으로 전력전송이 가능하고, 변압기부의 자체 누설 리액턴스를 공진에 사용함으로써 전력전송효율을 극대화한 무정전 전원공급장치의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상용전원의 단선시에 전원부에 충전된 전원을 부하로 전달하거나, 상용전원을 상기 전원부에 충전할 수 있는 양방향으로 전력전송이 가능한 무정전 전원공급장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 변압기부의 누설 리액턴스를 LC공진에 사용함으로써 별도의 공진용 리액터가 필요없는 무정전 전원공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상용전원의 단선시에 부하에 전원을 공급하는 무정전 전원공급장치로써, 상기 상용전원을 정류하여 상기 부하에 직 류전원을 공급하는 정류기에 연결되며, 충전가능하고 입력직류전원을 공급하는 전원부, 상기 상용전원의 단선시에 상기 입력직류전원을 스위칭하여 하기 변압기부로 출력하거나, 하기 변압기부에서 입력되는 전원을 정류하여 상기 전원부를 충전하는 제1 스위칭부, 상기 입력직류전원을 변압하여 변압전원을 출력하는 변압기부, 상기 변압전원을 정류하여 상기 부하로 공급하거나, 상기 정류기에서 출력되는 직류전원을 스위칭하여 상기 변압기부로 공급함으로써 상기 전원부가 충전되게 하는 제2 스위칭부 및 상기 상용전원의 단선을 감지하여 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 스위칭부는 서로 직렬로 연결되고 상기 전원부의 양단에 병렬로 연결되어 상기 입력직류전원을 분압하는 제1 커패시터 및 제2 커패시터, 일단은 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되고 타단은 상기 변압기부의 입력측 코일의 일단에 연결되며, 상기 제1 커패시터에 분압된 전원을 상기 입력측 코일로 출력하는 제1 스위치 및 일단은 상기 제2 커패시터의 일단에 연결되고 타단은 상기 변압기부의 입력측 코일의 일단에 연결되며, 상기 제2 커패시터에 분압된 전원을 상기 입력측 코일로 출력하는 제2 스위치를 포함하고, 상기 입력측 코일의 타단은 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 사이단에 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 스위칭부는 일단이 상기 변압기부의 출력측 코일의 일단에 연결되는 제3 스위치, 일단이 상기 제3 스위치의 일단에 연결되는 제4 스위치, 일단이 상기 제3 스위치의 타단에 연결되는 제3 커패시터 및 일 단이 상기 제4 스위치의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제3 커패시터의 타단에 연결되는 제4 커패시터를 포함하며, 상기 출력측 코일의 타단은 상기 제3 커패시터 및 상기 제4 커패시터의 사이단에 연결되고, 상기 부하의 양단은 상기 제3 커패시터의 일단 및 상기 제4 커패시터의 일단에 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스위치들은 각각 반도체 소자 및 상기 반도체 소자에 역병렬로 연결되는 다이오드를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 상용전원의 단선시에 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 '오프'한 상태로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 교번적으로 '온'하여 상기 전원부의 입력직류전원이 상기 부하로 공급되게 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 상용전원이 정상으로 상기 부하로 공급될 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 '오프'한 상태로 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 교번적으로 '온'하여 상기 정류기에서 출력되는 직류전원이 상기 전원부에 충전되게 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 각 스위치들의 스위칭 주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스 및 상기 각 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮도록 제어하여, 상기 스위치들이 각각 영전류 스위칭 동작을 하게 한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 무정전 전원공급장치에 의하면 부하 측으로 전원부의 전원을 공급하거나 상용전원을 정류하는 정류기의 직류전원을 상기 전원부 측으로 충전할 수 있으므로 양방향으로 전력수수가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 무정전 전원공급장치에 의하면 상기 전원부의 전원을 상기 부하로 공급하거나, 상기 정류기의 직류전원을 상기 전원부로 충전할 때 모두 소프트 스위칭이 구현되므로 스위칭 손실을 최소화하여 전력전송효율을 매우 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 무정전 전원공급장치에 의하면 별도의 공진용 리액터가 필요없이, LC공진에 변압기 자체의 누설리액턴스를 사용하므로 수동소자 추가에 의한 제작단가 상승을 낮추고, 고전력 밀도화를 실현할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구 체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치를 보여주는 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치가 부하로 전원을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치의 전원부에 전원을 충전하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)는 전원부(110), 제1 스위칭부(120), 변압기부(130), 제2 스위칭부(140) 및 제어부(150)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 무정전 전원공급장치(100)의 출력단은 부하(30)의 양단에 연결되고, 더욱 자세하게는 상용전원(10)을 직류전원으로 변환하고, 변환된 직류전원을 상기 부하(30)에 공급하는 정류기(20)의 출력단에 연결된다.
또한, 상기 정류기(20)는 상기 부하(30), 예를 들면 가정용 전기기기 등의 내부에 구비된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)는 직류전원을 출력하는 DC용 무정전 전원공급장치이다.
상기 전원부(110)는 충전가능하고 상기 부하(30)를 동작시키기 위한 입력직류전원이 충전된다.
또한, 상기 전원부(110)는 상기 상용전원(10)이 계통고장이나 정전 등으로 단선되어 상기 부하(30)로 전원을 공급하지 못할 경우, 상기 부하(30)로 상기 입력직류전원을 공급한다.
상기 제1 스위칭부(120)는 상기 입력직류전원을 스위칭하여 아래에서 설명할 변압기부(130)로 전송하거나, 상기 변압기부(130)에서 입력되는 전원을 정류하여 상기 전원부(110)를 충전한다.
즉, 상기 제1 스위칭부(120)는 상기 부하(30)로 상기 입력직류전원을 공급할 경우에는 직류를 교류로 변환하는 인버터로 동작하고, 상기 상용전원(10)을 상기 전원부(110)로 충전할 경우에는 교류를 직류로 변환하는 정류기로 동작한다.
자세한 설명은 도 2 내지 도 5를 참조하여 하기로 한다.
또한, 상기 제1 스위칭부(120)는 서로 직렬로 연결되고 상기 전원부(110)의 양단에 병렬로 연결되어 상기 입력직류전원을 분압하는 제1 커패시터(121) 및 제2 커패시터(122), 일단은 상기 제1 커패시터(121)의 일단에 연결되고 타단은 상기 변압기부(130)의 입력측 코일(131) 일단에 연결되며 상기 제1 커패시터(121)에 분압된 전원을 상기 입력측 코일(131)로 출력하는 제1 스위치(123) 및 일단은 상기 제2 커패시터(122)의 일단에 연결되고 타단은 상기 입력측 코일(131)의 일단에 연결되며, 상기 제2 커패시터(122)에 분압된 전원을 상기 입력측 코일(131)로 출력하는 제2 스위치(124)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 입력측 코일(131)의 타단은 상기 제1 커패시터(121) 및 상기 제2 커패시터(121)의 사이단에 연결된다.
즉, 상기 제1 스위칭부(120)는 상기 입력직류전원을 분압하여, 상기 입력측 코일(131)의 양방향으로 공급하는 하프-브릿지 방식의 스위칭부이다.
그러나, 상기 제1 스위칭부(120)는 상기 입력직류전원을 분압하지 않고, 두 개의 스위칭소자를 이용하여 상기 입력측 코일(131)의 센터탭을 중심으로 양방향으로 전류가 흐르게 하는 푸쉬-풀 방식의 스위칭부나 네 개의 스위칭 소자를 브릿지 형태로 연결하여 상기 입력측 코일(131)의 양방향으로 전류가 흐르게 하는 풀-브릿지 방식의 스위칭부를 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1 스위치(123) 및 상기 제2 스위치(123)는 각각 반도체 소자(123a,124a) 및 상기 반도체 소자(123a,124a)와 역 병렬로 연결되는 다이오드(123b,124b)를 포함하여 이루어진다.
상기 변압기부(130)는 상기 제1 스위칭부(120)에서 출력되는 전원을 변압하여 변압전원을 출력하며, 입력측 코일(131) 및 출력측 코일(132)을 포함하여 이루어진다.
상기 제2 스위칭부(140)는 상기 변압기부(130)에서 출력되는 변압전원을 정류하여 상기 부하(30)로 공급하거나, 역으로 상기 정류기(20)에서 출력되는 직류전원을 스위칭하여 상기 변압기부(130)로 공급함으로써 상기 전원부(110)에 상기 입력직류전원이 충전되게 한다.
즉, 상기 제2 스위칭부(140)는 상기 부하(30)로 전원을 공급할 경우, 정류기로 동작하고, 상기 전원부(110)를 충전할 경우, 인버터로 동작한다.
또한, 상기 제2 스위칭부(140)는 일단이 상기 변압기부(130)의 출력측 코 일(132)의 일단에 연결되는 제3 스위치(141), 일단이 상기 제3 스위치(141)의 일단에 연결되는 제4 스위치(142), 일단이 상기 제3 스위치(141)의 타단에 연결되는 제3 커패시터(143) 및 일단이 상기 제4 스위치(142)의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제3 커패시터(143)의 타단에 연결되는 제4 커패시터(144)를 포함하며 이루어진다.
또한, 상기 출력측 코일(132)의 타단은 상기 제3 커패시터(143) 및 상기 제4 커패시터(144)의 사이단에 연결되고, 상기 제3 커패시터(143)의 일단 및 상기 제4 커패시터의 일단(144)은 상기 부하(30)의 양단에 연결되어 전원을 공급한다.
또한, 상기 제3 커패시터(143) 및 상기 제4 커패시터(144)는 서로 직렬로 연결되어 상기 변압기부(130)에서 출력되는 변압전원을 배압하여 상기 부하(30)에 공급하므로 고 승압에 유리한 장점이있다.
또한, 상기 제3 스위치(141) 및 상기 제4 스위치(142)는 각각 반도체 소자(141a,142a) 및 상기 반도체 소자(141a,142a)에 역 병렬로 연결되는 다이오드(141b,142b)를 포함하여 이루어진다.
상기 제어부(150)는 상기 상용전원(10)의 단선을 감지하여 상기 제1 스위칭부(120) 또는 상기 제2 스위칭부(120)를 제어하며, 상기 전원부(110)의 입력직류전원이 상기 부하(30)로 공급되게 하거나, 상기 정류기(20)에서 출력되는 직류전원이 상기 전원부(110)로 충전되게 한다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)가 상기 부하(30)로 상기 전원부(110)의 입력직류전원을 공급하는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제어부(150)가 상기 제3 스위치(141) 및 상기 제4 스위치(142)를 '오프'한 상태로 상기 제1 스위치(123)를 '온'한다.
다음, 상기 제1 커패시터(121), 상기 제1 스위치(123)의 반도체 소자(120a) 및 상기 변압기부(130)의 입력측 코일(131)이 폐루프를 이루고, 상기 제1 커패시터(121)에 분압된 전원에 의해 상기 변압기부(130)의 입력측 코일(131)에는 일 방향으로 전류가 흐르게 된다.
다음, 상기 변압기부(130)의 출력측 코일(132)에 전류가 유도되고, 상기 출력측 코일(132), 상기 제3 스위치(141)의 다이오드(141b) 및 상기 제3 커패시터(143)가 폐루프를 이루고 상기 제3 커패시터(143)에는 상기 변압기부(130)에서 출력되는 변압전원이 충전되어 상기 부하(30)로 공급된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)는 상기 변압기부(130)의 누설리액턴스(Ll)와 상기 제3 커패시터(143)의 커패시턴스(Cs)에 의해 LC공진을 하게 된다.
또한, 상기 누설리액턴스의 값은 아래의 수학식 1과 같이 상기 변압기부(130)의 입력측 코일(121)의 누설리액턴스에 출력측 코일(122)의 누설리액턴스를 입력측으로 환원하여 합한 값으로 표현할 수 있다.
Figure 112009057033180-PAT00001
여기서, 상기 Ll1은 상기 입력측 코일(131)의 누설리액턴스, 상기 Ll2는 상기 출력측 코일(132)의 누설리액턴스, 상기 a는 상기 변압기부(120)의 권수비이다.
또한, 상기 제3 커패시터(143)의 커패시턴스(Cs) 역시 아래의 수학식2와 같이 상기 변압기부(120)의 입력측으로 환원하여 계산된다.
Figure 112009057033180-PAT00002
여기서, a는 상기 변압기부(120)의 권수비이고, C3는 상기 제3 커패시터(143)의 용량이다.
또한, 공진주파수(fo)는 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112009057033180-PAT00003
또한, 상기 공진주파수(fo)가 상기 제1 스위치(123)의 스위칭 주파수보다 크다면, 상기 제1 스위치(123)에 흐르는 전류(I( sw1 ))는 불연속이 되며, 상기 제1 스위치(123)가 '온'되면, 상기 제1 스위치(123)에 흐르는 전류(I( sw1 ))가 흐르기 시작하고, 상기 제1 스위치(123)에 흐르는 전류(I( sw1 ))는 상기 제1 스위치(123)가 '오프'되기 전에 공진이 종료되어 0[A]이 됨으로써, 상기 제1 스위치(123)는 '온', '오 프'시에 모두 영전류 스위칭 동작을 하게 된다.
따라서 별도의 공진용 리액터를 구비하지 않고도 스위칭 손실이 없는 소프트 스위칭을 구현할 수 있는 것이다.
다음, 상기 제어부(150)는 상기 제1 스위치(123)를 '오프'하고 상기 제2 스위치(124)를 '온'한다.
다음, 상기 제2 커패시터(122), 상기 변압기부(130)의 입력측 코일(131) 및 상기 제2 스위치(124)의 반도체 소자(124a)는 폐루프를 이루고, 상기 제2 커패시터(122)에 분압된 전원에 의해 상기 변압기부(130)의 입력측 코일(131)에는 타 방향으로 전류가 흐르게 된다.
다음, 상기 변압기부(130)의 출력측 코일(132)에 유도 전류가 유기되고, 상기 출력측 코일(132), 상기 제4 스위치(142)의 다이오드(142b) 및 상기 제4 커패시터(144)가 폐루프를 이루고 상기 제4 커패시터(144)에는 상기 변압기부(130)에서 출력되는 변압전원이 충전되어 상기 부하(30)로 공급된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)는 상기 변압기부(130)의 누설리액턴스(Ll)와 상기 제4 커패시터(144)의 커패시턴스에 의해 LC공진을 하게 된다.
또한, 상기 제2 스위치(124)의 스위칭 주파수는 공진주파수(fo)보다 낮도록 제어되며 영전류 스위칭 동작을 하게 된다. 또한, 상기 제2 스위치(124)의 영전류 스위칭 동작은 상기 제1 스위치(124)의 영전류 스위칭 동작과 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
다음, 상기 제어부(150)는 상기 제2 스위치(124)를 '오프'하고, 상기 제1 스위치(123)를 '온'한다.
즉, 상기 제어부(150)는 상기 제1 스위치(123) 및 상기 제2 스위치(124)를 교번적으로 '온'하여, 상기 입력직류전원을 승압하는 부스트 컨버터(Boost converter)로 동작하며 상기 입력직류전원(110)을 상기 부하(30)로 공급해 준다.
한편, 상기 제1 스위치(123)가 먼저 '온'되는 것을 설명하였으나, 상기 제2 스위치(124)가 먼저 '온'될 수 있고, 상기 제1 스위치(123) 및 상기 제2 스위치(124)가 교번적으로 '온'된다면 상기 부하(30)에 상기 전원부(110)의 입력직류전원을 공급할 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)의 전원부(110)에 상기 정류기(20)에서 출력되는 직류전원이 충전되는 과정을 설명한다.
먼저, 상기 제어부(150)가 상기 제1 스위치(123) 및 상기 제2 스위치(124)를 '오프'한 상태로 상기 제1 스위치(123)를 '온'한다.
다음, 상기 제3 커패시터(143), 상기 제3 스위치의(141)의 반도체 소자(141a) 및 상기 변압기부(130)의 출력측 코일(132)이 폐루프를 이루며, 상기 출력측 코일(132)에는 상기 제3 커패시터(143)의 전압에 의해 전류가 흐르게 된다.
다음, 상기 입력측 코일(131)에 전류가 유기되고, 상기 입력측 코일(131), 상기 제1 스위치(123)의 다이오드(123b) 및 상기 제1 커패시터(121)가 폐루프를 이루며, 상기 제1 커패시터(121)에 충전되는 전압에 의해 상기 전원부(110)가 충전된다.
이때, 상기 제어부(150)는 상기 제3 스위치(123)의 스위칭 주파수를 상기 변압기(130)의 누설 리액턴스와 상기 제1 커패시터(121)의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮게 제어하여 영전류 스위칭이 이루어지도록 한다.
또한, 상기 제3 스위치(123)의 영전류 스위칭 동작은 상기 제1 스위치(123)의 영전류 스위칭 동작과 실질적으로 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
다음, 상기 제어부(150)는 상기 제3 스위치(141)를 '오프'하고, 상기 제4 스위치(142)를 '온'하여, 상기 제4 커패시터(143), 상기 출력측 코일(132) 및 상기 제4 스위치(142)의 반도체 소자(142a)가 폐루프를 이루게 함으로써, 상기 출력측 코일(132)에 전류가 흐르게 한다.
다음, 상기 입력측 코일(132)에 전류가 유도되고, 상기 입력측 코일(132), 상기 제2 커패시터(122) 및 상기 제2 스위치(124)의 다이오드(124b)가 폐루프를 이뤄 상기 제2 커패시터(122)에 전압이 충전되며, 상기 전원부(110)가 충전된다.
또한, 상기 제어부(150)는 상기 제4 스위치(142) 역시 상기 제1 스위치(142)와 동일하게 영전류 스위칭하도록 스위칭 주파수를 제어한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)는 상기 전원부(110)를 충전할 때는 전압을 강압하는 벅 컨버터(Buck converter)로 동작하는 것이다.
한편, 상기 제3 스위치(141)가 먼저 '온'되는 것을 설명하였으나, 상기 제4 스위치(142)가 먼저 '온'될 수 있고, 상기 제3 스위치(141) 및 상기 제4 스위치(142)가 교번적으로 '온'된다면 상기 정류기(20)에서 출력되는 직류전압을 강압하여 상기 전원부(110)에 충전할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)는 상기 부하(30) 측으로 상기 입력직류전원을 공급하거나 상기 정류기(20)의 직류전원을 상기 전원부(110) 측으로 공급할 수 있으므로, 양방향으로 전력수수가 가능하다.
또한, 상기 입력직류전원을 상기 부하(30)로 공급하거나, 상기 정류기(20)의 직류전원을 상기 전원부(110)로 충전할 때 모두 소프트 스위칭이 실현되므로 변압효율을 매우 상승시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치의 제1 및 제2 스위치의 스위칭동작 파형을 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치의 제3 및 제4 스위치의 스위칭동작 파형을 보여주는 도면이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치(100)가 상기 부하(30)로 상기 전원부(110)의 입력직류전원을 전송할 때, 상기 제1 스위치(123) 및 상기 제2 스위치(124)는 각 스위치에 흐르는 전류(I( sw1 ),I( sw2 ))가 0[A]일 때 '온','오프'되어 영전류 스위칭동작(ZCS:Zero current switching)을 하는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 정류기(20)에서 상기 전원부(110)로 직류전원을 충전할 때 역시 상기 제3 스위치(141) 및 상기 제4 스위치(142)는 각 스위치에 흐르는 전류(I( sw3 ),I( sw4 ))가 0[A]일 때 '온','오프'되어 영전류 스위칭동작을 하는 것을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치를 보여주는 도면이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치가 부하로 전원을 공급하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치의 전원부에 전원을 충전하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치의 제1 및 제2 스위치의 스위칭동작 파형을 보여주는 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무정전 전원공급장치의 제3 및 제4 스위치의 스위칭동작 파형을 보여주는 도면이다
본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:무정전 전원공급장치 110:전원부
120:제1 스위칭부 121:제1 커패시터
122:제2 커패시터 123:제1 스위치
124:제2 스위치 130:변압기부
131:입력측 코일 132:출력측 코일
140:제2 스위칭부 141:제3 스위치
142:제4 스위치 143:제3 커패시터
144:제4 커패시터 150:제어부

Claims (7)

  1. 상용전원의 단선시에 부하에 전원을 공급하는 무정전 전원공급장치로써, 상기 상용전원을 정류하여 상기 부하에 직류전원을 공급하는 정류기에 연결되며,
    충전가능하고 입력직류전원을 공급하는 전원부;
    상기 상용전원의 단선시에 상기 입력직류전원을 스위칭하여 하기 변압기부로 출력하거나, 하기 변압기부에서 입력되는 전원을 정류하여 상기 전원부를 충전하는 제1 스위칭부;
    상기 입력직류전원을 변압하여 변압전원을 출력하는 변압기부;
    상기 변압전원을 정류하여 상기 부하로 공급하거나, 상기 정류기에서 출력되는 직류전원을 스위칭하여 상기 변압기부로 공급함으로써 상기 전원부가 충전되게 하는 제2 스위칭부; 및
    상기 상용전원의 단선을 감지하여 상기 제1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부:는
    서로 직렬로 연결되고 상기 전원부의 양단에 병렬로 연결되어 상기 입력직류전원을 분압하는 제1 커패시터 및 제2 커패시터;
    일단은 상기 제1 커패시터의 일단에 연결되고 타단은 상기 변압기부의 입력측 코일의 일단에 연결되며, 상기 제1 커패시터에 분압된 전원을 상기 입력측 코일로 출력하는 제1 스위치; 및
    일단은 상기 제2 커패시터의 일단에 연결되고 타단은 상기 변압기부의 입력측 코일의 일단에 연결되며, 상기 제2 커패시터에 분압된 전원을 상기 입력측 코일로 출력하는 제2 스위치;를 포함하고,
    상기 입력측 코일의 타단은 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 사이단에 연결되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 스위칭부:는
    일단이 상기 변압기부의 출력측 코일의 일단에 연결되는 제3 스위치;
    일단이 상기 제3 스위치의 일단에 연결되는 제4 스위치;
    일단이 상기 제3 스위치의 타단에 연결되는 제3 커패시터; 및
    일단이 상기 제4 스위치의 타단에 연결되고, 타단은 상기 제3 커패시터의 타단에 연결되는 제4 커패시터;를 포함하며,
    상기 출력측 코일의 타단은 상기 제3 커패시터 및 상기 제4 커패시터의 사이단에 연결되고,
    상기 부하의 양단은 상기 제3 커패시터의 일단 및 상기 제4 커패시터의 일단 에 연결되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치들은 각각 반도체 소자 및 상기 반도체 소자에 역병렬로 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 상용전원의 단선시에 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 '오프'한 상태로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 교번적으로 '온'하여 상기 전원부의 입력직류전원이 상기 부하로 공급되게 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 상용전원이 정상으로 상기 부하로 공급될 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 '오프'한 상태로 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 교번적으로 '온'하여 상기 정류기에서 출력되는 직류전원이 상기 전원부에 충전되게 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각 스위치들의 스위칭 주파수를 상기 변압기부의 누설리액턴스 및 상기 각 커패시터의 커패시턴스에 의한 공진주파수보다 낮도록 제어하여,
    상기 스위치들이 각각 영전류 스위칭 동작을 하게 하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원공급장치.
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