KR20110039532A - 고유한 평형 직류 무정전 전원 - Google Patents

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Abstract

고유한 상 평형 직류(DC) 무정전 전원(UPS)이 제공된다. DC UPS는 제 1, 제 2 및 제 3 교류(AC) 상 입력을 포함한다. 제 1, 제 2 및 제 3 정류기가 제 1, 제 2 및 제 3 AC 상 입력에 연결된다. 공통 노드는 제 1, 제 2 및 제 3 정류기에 연결된다. 적어도 하나의 DC 출력이 공통 노드에 연결된다. 적어도 하나의 DC 출력은 적어도 하나의 전기적 부하로의 접속을 위해 구성된다. 배터리가 공통 노드에 연결된다. 블로킹 다이오드가 배터리와 공통 노드 사이에 연결된다.

Description

고유한 평형 직류 무정전 전원{INTRINSICALLY BALANCED DIRECT CURRENT UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY}
본 발명은 일반적으로 전자 장치에 대한 전원에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 컴퓨팅 환경에서 사용할 고유한 상(phase) 평형 직류(DC) 무정전 전원(UPS)에 대한 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무정전 전력원, 무정전 전력 시스템, 연속 전원(CPS) 또는 배터리 백업으로도 알려져 있는 무정전 전원(UPS)은 유틸리티 전력이 이용가능하지 않을 때 개별 소스로부터 전력을 공급함으로써 접속된 장비로의 전기적 전력의 연속 공급을 유지하는 장치이다. UPS는 일반적으로 순간 전력 중단으로부터 즉각적인 보호를 제공하지 않는 보조 전원 또는 예비 발생기(standby generator)와 다르다.
임의의 특정 유형의 장비를 보호하는 것으로 제한되지 않지만, UPS는 예측되지 않은 전력 중단이 피해, 사업 중단 또는 데이터 손실을 발생시키는 경우에 전형적으로 컴퓨터, 원격통신 장비 또는 다른 전기적 장비를 보호하는 데 사용된다. UPS 유닛은 크기의 범위가 단일 컴퓨터를 백업할 유닛에서 전체 데이터 센터 또는 빌딩에 전력을 공급할 유닛까지이다.
더 큰 세팅 내의 장비가 유틸리티 회사에 의해 제공되는 3상 전력을 이용하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 3상 전력을 사용할 때, 동작 효율을 보장하도록 나머지 상을 사용하여 각각의 상이 평형화되는 것이 중요하다. 3상 전력 서비스의 상은 3 개의 상 라인(A, B 및 C)의 각각에서 동일한 전류가 흐를 때 평형화되도록 고려된다. 유틸리티 비용은 전력 발생기의 효율 감소 때문에 평형화되지 않은 부하 사용의 경우에 더 높다.
일반적으로, 상 라인과 부하 사이에 연결된 직류(DC) UPS와 같은 3상 전력 애플리케이션 내의 UPS를 사용하기 위해, 자동 상 평형을 구비한 3상 프런트 엔드 전원이 구현될 수 있다. 3상 전원 솔루션은 장비에 대한 2차 단상 전원의 앞에 전원을 필요로 한다. 이는 추가적인 하드웨어를 필요로 함으로써 추가적인 복잡성 및 시스템 비용을 도입한다. 이와 달리, 단상 전류는 3 개의 상을 통해 더 균일하게 수동으로 분배될 수 있다. 그러나, 수동 평형은 동적으로 변하는 부하로는 잘 동작하지 않는 대략적인 솔루션이다. 결국, 상 평형 UPS는 존재하지 않는다.
전술한 내용에 비추어, 3 개의 접속된 상 라인을 통해 상 평형을 제공하는 UPS가 필요하다. 또한, 그러한 UPS가 특정 구현에 중요한 하드웨어, 복잡성 또는 비용을 추가하지 않는 것이 이롭다. 따라서, 일 실시예에서, 예로써만, 고유한 상 평형 직류(DC) 무정전 전원(UPS)이 제공된다. DC UPS는 제 1, 제 2 및 제 3 교류(AC) 상 입력을 포함한다. 제 1, 제 2 및 제 3 정류기가 제 1, 제 2 및 제 3 AC 상 입력에 연결된다. 공통 노드는 제 1, 제 2 및 제 3 정류기에 연결된다. 적어도 하나의 DC 출력이 공통 노드에 연결된다. 적어도 하나의 DC 출력은 적어도 하나의 전기적 부하로의 접속을 위해 구성된다. 배터리가 공통 노드에 연결된다. 블로킹 다이오드가 배터리와 공통 노드 사이에 연결된다.
다른 실시예에서, 다시 한번 예로써만, 직류(DC) 무정전 전원(UPS) 내의 적어도 하나의 전기적 부하에 분배할 3상 라인 전류 입력의 고유한 상 평형 방법이 제공된다. 3상 라인 전류의 각각은 공통 노드에 연결된다. 제 1, 제 2 및 제 3 정류기는 3상 라인 전류 입력의 각각과 공통 노드 사이에 연결된다. 적어도 하나의 DC 출력은 공통 노드에 연결된다. 적어도 하나의 DC 출력은 적어도 하나의 전기적 부하로의 접속을 위해 구성된다. 배터리가 공통 노드에 연결된다. 블로킹 다이오드가 배터리와 공통 노드 사이에 연결된다.
다른 실시예에서, 다시 한번 예로써만, 적어도 하나의 전기적 부하에 분배할 3상 라인 전류의 고유한 상 평형 시스템이 제공된다. 제 1 직류(DC) 무정전 전원(UPS)이 제공된다. 제 1 DC UPS는 제 1 입력 및 제 2 입력과 제 1 공통 노드 사이에 연결된 제 1 및 제 2 정류기와, 제 1 공통 노드에 연결된 제 1 출력(92) 및 제 2 출력(94)을 포함한다. 제 3 입력을 가진 제 2 DC UPS가 제 1 DC UPS의 제 2 출력에 연결된다. 제 2 DC UPS는 제 3 입력, 제 4 입력 및 제 2 공통 노드 사이에 연결된 제 3 및 제 4 정류기와, 제 2 공통 노드에 연결된 제 3 출력 및 제 4 출력을 포함한다. 제 5 입력을 가진 제 3 DC UPS는 제 2 DC UPS의 제 4 출력에 연결된다. 제 3 DC UPS는 제 5 입력, 제 6 입력 및 제 3 공통 노드 사이에 연결된 제 5 및 제 6 정류기와, 제 3 공통 노드에 연결된 제 5 출력 및 제 6 출력을 포함한다. 제 1 DC UPS의 제 2 입력은 제 1 상 라인 전류에 연결된다. 제 2 DC UPS의 제 4 입력은 제 2 상 라인 전류에 연결된다. 제 3 DC UPS의 제 6 입력은 제 3 상 라인 전류에 연결되고, 제 3 DC UPS의 제 6 출력은 제 1 DC UPS의 제 1 입력에 연결된다.
또 다른 실시예에서, 다시 한번 예로써만, 고유 상 평형 직류(DC) 무정전 전원(UPS)을 제조하는 방법이 제공된다. 제 1, 제 2 및 제 3 교류(AC) 상 입력이 제공된다. 제 1, 제 2 및 제 3 AC 상 입력에 연결된 제 1, 제 2 및 제 3 정류기가 제공된다. 제 1, 제 2 및 제 3 정류기에 연결된 공통 노드가 제공된다. 공통 노드에 연결된 적어도 하나의 DC 출력이 제공된다. 적어도 하나의 DC 출력은 적어도 하나의 전기적 부하로의 접속을 위해 구성된다. 공통 노드에 연결된 배터리가 제공된다. 배터리와 공통 노드 사이에 연결된 블로킹 다이오드가 제공된다.
본 발명의 이점이 쉽게 이해되도록, 간략히 전술된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 첨부된 도면에 도시되는 특정 실시예에 대한 참조에 의해 제공될 것이다. 이들 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시하므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주하지 않으며, 본 발명은 첨부 도면의 사용을 통해 더 특별하고 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 제 1 예시적인 직류 무정전 전원(DC UPS)의 개략도이다.
도 2는 제 2 예시적인 DC UPS의 개략도이다.
도 3은 상호접속된 DC UPS 유닛의 시스템의 개략도이다.
이하 예시되는 실시예는는 DC UPS에서 3상 라인 전류를 평형화하고 하나 이상의 접속된 전기적 부하에 전력을 분배하는 메커니즘을 제공한다. 예시되는 실시예는 입력 전류의 평형을 허용하도록 특정 네트워크 구성으로 조합될 수 있다. 실시예는 3 개의 상을 바로잡고, 조합하며, 모든 부하에 분배한다. 모든 3 개의 상이 네트워크 내의 DC UPS 유닛의 입력들 중 적어도 하나에 접속되는 한, 후술되는 임의의 수의 DC UPS 유닛이 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 3상 입력 라인 전류를 고유하게 평형화하는 예시적인 DC UPS(10)가 도시된다. 그러나, 도 1이 예시적일 뿐이며, 예시적인 실시예의 예시적인 양상이 구현될 수 있는 특정 아키텍처에 관하여 어떠한 제한도 나타내거나 암시하도록 의도되지 않음을 알아야 한다. 후속하는 설명 및 청구 대상의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서 도 1에 도시된 다수의 아키텍처에 대한 변경이 이루어질 수 있다.
DC UPS(10)는 3상(ABC) 전력 시스템의 각각의 상마다 하나씩, 3 개의 교류(AC) 입력(12, 14, 16)을 포함한다. AC는 입력(12, 14, 16)에 대해 도시되지만, 입력은 또한 DC 또는 정류된 AC 전력을 받아들일 수 있다. AC 입력(12, 14, 16)의 각각은 회로 보호 장치(18, 20, 22)에 연결된다. 당업자가 예상하는 바와 같이, 회로 보호 장치(18, 20, 22)는 특정 구현에 대해 변할 수 있다. 예컨대, 당업자가 예상하는 바와 같이, 회로 보호 장치(18, 20, 22)는 퓨즈, 퓨즈 요소, 가융 링크, 회로 차단기 등을 포함할 수 있다.
회로 보호 장치(18, 20, 22)는 각각 정류기에 연결된다. 도시된 실시예에서, 회로 보호 장치(18, 20, 22)에 연결되는 전파 정류기(24, 26, 28)가 도시된다. 전파 정류기(24, 26, 28)는 공통 노드(30)에 연결된다.
배터리(32)는 전력 중단의 경우에 백업 전류를 공급한다. 배터리(32)는 접지(34)와 차단 스위치(36) 사이에 연결된다. 차단 스위치(36)는 차례로 블로킹 다이오드(38)에 연결된다. 차단 스위치(36)는 제어기(40)에 의해 작동될 수 있다. 예컨대, 차단 스위치(36)는 중계 또는 유사한 장치일 수 있다. 제어기는 입력(12, 14, 16) 중 하나 이상으로부터 전력 중단을 검출할 때 차단 스위치(36)에 제어 신호를 제공할 수 있다. 당업자가 예상하는 바와 같이, 차단 스위치(36)는 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)과 같은 트랜지스터 장치를 포함할 수 있다.
공통 노드(30)에 연결되는 회로 보호 장치(42, 44, 46)가 도시되고, 회로 보호 장치(42, 44, 46)는 3 개의 DC 출력(54, 56, 58) 중 하나에 대응한다. DC 출력(54, 56, 58)은 적어도 하나의 전기적 부하에 대한 접속을 위해 구성된다. 접속될 부하(들)은 출력(54, 56, 58) 사이에서 공유된다. 회로 보호 장치(42, 44, 46)는 다시 한번 부하 장애를 격리시키기 위해 전술된 바와 같이 퓨즈 및 회로 차단기 장치를 포함할 수 있다.
DC UPS(10)는 3상 입력 전류(입력 12, 입력 14, 입력 16)를 정류한다. 정류된 전류의 각각의 출력은 공통 노드(30)에서 조합된다. 입력(12, 14, 16)은 정류되고, 이어서 공통 노드(30)에서 조합된다. 입력이 정류된 후에, 입력은 상, 주파수 또는 개별 입력의 크기와 독립적으로 조합될 수 있다.
DC UPS(10)는 상당히 효율적이고 비용 효율적인 고유한 상 평형 방법을 사용한다. 또한, 방법은 고 에너지 밀도를 제공한다. 다수의 DC UPS 유닛 사이의 출력 동기화 또는 통신은 필요하지 않다. 상이한 전력 피드로부터의 상은 조합될 수 있다. 고유한 평형화는 광에서 전 부하까지 동작하고, 부하 상태 변경과 독립적으로 동작한다.
상 전류의 고유한 평형화를 고려하는 네트워크로 구성될 수 있는 DC UPS(10)의 예가 도 2에 다음과 같이 도시된다. DC UPS(60)는 제 1 DC 또는 AC 입력(62)으로 구성된다. DC UPS(60)는 또한 제 2 DC 또는 AC 입력(64)으로 구성된다. 입력(62)은 제 1 상 라인 입력(예컨대, A)에 대응할 수 있지만, 입력(64)은 제 2 상 라인 입력(예컨대, B)에 대응할 수 있다. 입력(62)은 이전에 설명된 것과 유사한 회로 보호 장치(66)를 통해 정류기에 연결된다. 다시 한번, 도시된 예에서, 전파 정류기(70)가 구현된다. 이와 유사하게, 입력(64)은 회로 보호 장치(68)를 통해 전파 정류기(72)에 연결된다.
각각의 전파 정류기는 공통 노드(74)에 연결되며, 여기서 정류된 전류는 전술된 바와 같이 조합된다. 배터리(76)는 접지(78)와 제어기(82)와 통신하는 제어가능한 차단 스위치(80) 사이에 연결되지만, 블로킹 다이오드는 공통 노드(74)와 차단 스위치(80) 사이에 연결된다. 배터리(76), 차단 스위치(80) 및 블로킹 다이오드(84)는 배터리(32), 차단 스위치(36) 및 블로킹 다이오드(38)(도 1)와 유사한 방식으로 기능할 수 있다.
2 개의 DC 출력(92, 94)은 각각 차단 스위치(88, 90)에 연결된다. DC 출력(92, 94)의 각각은 적어도 하나의 전기적 부하 또는 다른 DC UPS 유닛(60)에 대한 접속을 위해 구성되며, 이는 후술될 것이다. 회로 보호 장치(84, 86)는 공통 노드(74)에 연결된다. 여기서, 도 1에서와 같이, 회로 보호 장치(84, 86)는 회로 보호 장치(42, 44, 46)와 유사한 구성요소를 포함할 수 있다.
DC UPS 유닛(60)은 도 3에 도시된 바와 같이 상 전류의 평형을 허용하는 네트워크(96)에 상호접속될 수 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 DC UPS(60)는 상이한 상으로부터 공급된다. 3 개의 DC UPS 유닛(60)은 루프 형태로 접속된다. 각각의 DC UPS(60)의 출력은 루프 형태로 다음 DC UPS(60)의 입력에 전력을 공급한다. DC UPS 유닛(60)으로의 모든 3상 전류는 정류되고, Or-ing 다이오드를 통해 공통 노드로 조합되며, 이어서 루프 형태로 접속된 DC UPS(60) 유닛을 통해 부하(들)에 분배된다.
도시된 바와 같이, 제 1 상(예컨대, A)을 가진 제 1 입력 라인 전류(102)는 제 1 DC UPS(60)의 입력(64)에 연결된다. 루프 내의 제 1 DC UPS(60)의 출력(92)은 부하(98)를 통해 접지(100)에 연결된다. 제 1 DC UPS(60)의 출력(94)은 제 2 DC UPS(60)의 입력(62)에 연결된다. 제 2 DC UPS(60)의 대향하는 입력(64)은 상이한 상(예컨대, B)을 가진 제 2 입력 라인 전류(104)에 연결된다. 제 2 DC UPS(60)의 출력(92)은 부하(108)를 통해 접지(110)에 연결된다. 출력(94)은 제 3 DC UPS의 입력(62)에 연결되지만, 입력(64)은 상이한 상(예컨대, C)을 가진 제 3 입력 라인 전류에 연결된다. 제 3 DC UPS(60)의 출력(92)은 부하(112)를 통해 접지(114)에 연결되지만, 출력(94)은 제 1 DC UPS(60)의 입력(62)에 연결되어, 전술된 루프를 형성한다. 각각의 부하(98, 108, 112)는 네트워크 내의 DC UPS(60) 유닛의 각각 사이에서 공유되지만, 모든 상 입력 전류는 고유하게 평형화되고 공유된 부하(98, 108, 112)로 출력된다. 3 개의 DC UPS 유닛이 루프 형태로 접속되는 것으로 도시되지만, 마지막 DC UPS 유닛의 하나의 출력이 제 1 DC UPS 유닛의 입력에 연결되는 한, 특정 네트워크 내에 임의의 수의 DC UPS 유닛(60)이 구현될 수 있다.

Claims (7)

  1. 적어도 하나의 전기적 부하(98, 108, 112)에 분배할 3상 라인 전류의 고유한 상 평형 시스템에 있어서,
    제 1 직류(DC) 무정전 전원(UPS)(60) -상기 제 1 DC UPS는 제 1 입력(62) 및 제 2 입력(64)과 제 1 공통 노드 사이에 연결된 제 1 및 제 2 정류기와, 상기 제 1 공통 노드에 연결된 제 1 출력(92) 및 제 2 출력(94)을 포함함- 과,
    상기 제 1 DC UPS의 제 2 출력(94)에 연결된 제 3 입력(62)을 가진 제 2 DC UPS(60) -상기 제 2 DC UPS는 상기 제 3 입력 및 제 4 입력(64)과 제 2 공통 노드 사이에 연결된 제 3 및 제 4 정류기와, 상기 제 2 공통 노드에 연결된 제 3 출력(92) 및 제 4 출력(94)을 포함함- 와,
    상기 제 2 DC UPS의 제 4 출력(94)에 연결된 제 5 입력(62)을 가진 제 3 DC UPS(60) -상기 제 3 DC UPS는 상기 제 5 입력(62) 및 제 6 입력(64)과 제 3 공통 노드 사이에 연결된 제 5 및 제 6 정류기와, 상기 제 3 공통 노드에 연결된 제 5 출력(92) 및 제 6 출력(94)을 포함함- 를 포함하되,
    상기 제 1 DC UPS의 제 2 입력(64)은 제 1 상 라인 전류(102)에 연결되고,
    상기 제 2 DC UPS의 제 4 입력(64)은 제 2 상 라인 전류(104)에 연결되며,
    상기 제 3 DC UPS의 제 6 입력(64)은 제 3 상 라인 전류(106)에 연결되고,
    상기 제 3 DC UPS의 제 6 출력(94)은 상기 제 1 DC UPS의 제 1 입력(62)에 연결되는
    고유한 상 평형 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기적 부하(98, 108, 112)는 상기 제 1 DC UPS의 제 1 출력(92), 상기 제 2 DC UPS의 제 3 출력(92) 및 상기 제 3 DC UPS의 제 5 출력(92) 중 하나에 연결되는
    고유한 상 평형 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 DC UPS(60)의 각각은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 공통 노드에 연결된 배터리와, 상기 배터리와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 공통 노드 사이에 연결된 블로킹(blocking) 다이오드를 더 포함하는
    고유한 상 평형 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 DC UPS(60)의 각각은 상기 배터리와 상기 블로킹 다이오드 사이에 연결된 차단 스위치를 더 포함하는
    고유한 상 평형 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 DC UPS의 블로킹 다이오드 사이에 연결된 상기 차단 스위치의 각각은 전력 손실시에 상기 스위치를 작동시키는 제어기로의 접속을 위해 구성되는
    고유한 상 평형 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 DC UPS(60)의 각각의 상기 제 1 및 제 2 정류기는 전파(full wave) 정류기인
    고유한 상 평형 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 DC UPS(60)의 각각은 상기 배터리와 상기 제 1, 제 2 및 제 3 공통 노드 사이에 연결된 회로 보호 장치와, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 공통 노드와 상기 제 1, 제 3 및 제 5 출력 사이에 연결된 회로 보호 장치 중 하나를 더 포함하는
    고유한 상 평형 시스템.
KR1020117000964A 2008-07-16 2009-07-15 고유한 평형 직류 무정전 전원 KR101320231B1 (ko)

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