KR20140047949A

KR20140047949A - 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치

Info

Publication number: KR20140047949A
Application number: KR1020120114342A
Authority: KR
Inventors: 이재진; 이교범
Original assignee: 이재진
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-04-23
Also published as: KR101400693B1; WO2014061933A1; JP5989252B2; JP2015537498A; US20160006297A1; US9685821B2

Abstract

부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 무정전 직류전원장치는, 상용 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 직류전원변환장치에 전기적으로 연결되는 제1연결부; 부하(load)와 전기적으로 연결되고 상기 직류전원을 상기 부하에 공급하는 제2연결부; 상기 직류전원에 의해서 충전되는 보조전원장치; 및 상기 제1연결부에 정상 연결된 상기 직류전원변환장치로부터 공급되는 상기 직류전원을 상기 제2연결부를 통해서 상기 부하로 공급하면서 상기 보조전원장치를 충전하며, 상기 제1연결부로부터 상기 직류전원변환장치의 연결 해제, 상기 직류전원변환장치의 파손 또는 상기 직류전원변환장치의 단락시 상기 직류전원변환장치와 상기 보조전원장치와의 전기적 연결을 완전히 차단하면서도 상기 부하에 전원공급이 끊김 없이 이루어지도록 제어하는 무정전 제어부를 포함한다.

Description

부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치{DIRECT CURRENT UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY SYSTEM}

본 발명은 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치(Direct Current Uninterruptible Power Supply system)에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 상용 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 직류전원변환장치에 전기적으로 연결되어 상기 직류전원을 부하(load)로 공급하면서 내부의 보조전원장치에 상기 직류전원을 충전하고 상기 직류전원변환장치의 전류 누설이나 파손으로 인한 상기 직류전원변환장치의 단락시 또는 상기 직류전원변환장치와 연결 해제시 상기 직류전원변환장치와의 전기적 연결을 완전히 차단하면서도 부하로의 상기 보조전원장치의 전원공급이 끊김 없이 이루어지도록 하는 기술에 관한 것이다.

무정전 전원장치는 일반적으로 정전 등 비상시에 배터리나 별도의 보조 전원에서 생성된 전력을 부하로 제공하는 장치다. 정전시 무정전 전원 장치가 동작하도록 하여 수 초 내지 수 시간 동안 보조 전원이 전력을 공급하므로 부하의 전기 설비들을 보호하고 부하의 전기 설비들의 동작이 정상적으로 이루어지게 된다.

이러한 무정전 전원장치는 상용교류전원을 직류전원으로 변환하여 배터리 등의 보조전원장치를 충전하고 방전시 보조전원장치의 직류전원을 교류 전원으로 변환하여 부하에 공급하는 것과, 정전이 감지된 경우 보조전원장치의 직류전원을 교류전원으로 변환하는 동작을 제어하는 CPU(Central Processing Unit)을 구비한다.

그러나 CPU는 전자파로 인해서 오작동할 수 있으며, 또한 CPU의 하드웨적인 고장 또는 CPU 내 제어프로그램 오류와 같은 소프트웨어적인 오류나 고장으로 인해서, 정전이 발생하지 않은 경우에도 정전이 발생한 것으로 판단하여 배터리 등과 같은 보조전원장치의 직류전원이 교류전원으로 변환동작이 이뤄지도록 함으로써, 정전이 발생하지 않았음에도 불구하고도 보조전원장치의 방전이 발생하게 되는 문제점이 발생한다.

또한 실제 정전이 발생한 후 정전의 발생을 CPU가 판단하여 보조전원장치의 전원변환동작의 제어를 시작하기까지 보조전원장치의 직류전원이 교류전원으로 변환되지 않으므로 부하에 전원이 공급되지 않게 된다. 이에 따라 부하, 예를 들어 부하가 네트워크 서버, LAN(Local Area Network)을 구성하는 허브, L2 스위치, 액세스 포인트(Access point) 등인 경우에는 네트워크 통신이 정상적으로 이뤄질 수 없게 된다. 그리고 부하가 방범 시스템을 구성하는 CCTV 카메라 등일 경우에는 방범 및 보안 감시가 정상적으로 이뤄지지 않기 때문에 사용자들에게 예기치 못한 손해가 발생할 수 있다.

또한 상용교류전원을 직류전원으로 변환해서 보조전원장치를 충전하고 부하에 직류전원을 공급하기 위해서 다시 보조전원장치의 직류전원을 교류전원으로 변환하기 위한 회로 구성이 복잡해진다는 문제점이 발생한다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0778892호(등록인: 2007년 11월 16일)가 있다.

상용 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 직류전원변환장치에 전기적으로 연결되어 상기 직류전원을 부하(load)로 공급하면서 내부의 보조전원장치에 상기 직류전원을 충전하고 상기 직류전원변환장치의 전류 누설이나 파손으로 인한 상기 직류전원변환장치의 단락시 또는 직류전원변환장치와의 연결 해제시 상기 직류전원변환장치와의 전기적 연결을 완전히 차단하면서도 부하로의 상기 보조전원장치의 전원공급이 끊김 없이 이루어지도록 한 무정전 직류전원장치가 제안된다.

또한 CPU의 제어에 의하지 않고서도 전원변환 및 전원공급이 이루어지도록 한 무정전 직류전원장치가 제안된다

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상에 따른 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치는, 상용 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 직류전원변환장치에 전기적으로 연결되는 제1연결부; 부하(load)와 전기적으로 연결되고 상기 직류전원을 상기 부하에 공급하는 제2연결부; 상기 직류전원에 의해서 충전되는 보조전원장치; 및 상기 제1연결부에 정상 연결된 상기 직류전원변환장치로부터 공급되는 상기 직류전원을 상기 제2연결부를 통해서 상기 부하로 공급하면서 상기 보조전원장치를 충전하며, 상기 제1연결부로부터 상기 직류전원변환장치의 연결 해제, 상기 직류전원변환장치의 파손 또는 상기 직류전원변환장치의 단락시 상기 직류전원변환장치와 상기 보조전원장치와의 전기적 연결을 완전히 차단하면서도 상기 부하에 전원공급이 끊김 없이 이루어지도록 제어하는 무정전 제어부를 포함한다.

상기 무정전 제어부는, 상기 제1연결부와 연결되는 릴레이(relaly)를 구비하며, 상기 제1연결부로부터 상기 직류전원변환장치의 연결 해제, 상기 직류전원변환장치의 파손 또는 상기 직류전원변환장치의 단락시 상기 릴레이가 리셋 래치(reset latch) 상태가 되도록 하여 상기 제1연결부와 릴레이 간 연결이 차단되도록 하며, 상기 제1연결부에 상기 직류전원변환장치가 정상 연결된 경우 상기 릴레이가 셋 래치(set latch) 상태가 되도록 하여 상기 제1연결부와 릴레이가 연결되도록 제어하는 연결 제어부; 상기 제1연결부에 정상 연결된 상기 직류전원변환장치에서 공급되는 직류전압전원 크기를 승압하여 상기 승압된 직류전압전원으로 상기 보조전원장치를 충전시키는 승압부; 상기 보조전원장치의 전압전원 크기를 강압하는 강압부; 및 상기 강압부로부터 전류전원의 인가 여부에 따라 다른 크기의 센서전압들을 출력하고 상기 강압부로부터 전류전원이 인가됨에 따라 상기 강압부로부터 출력되는 전압전원을 상기 제2연결부에 연결된 상기 부하로 인가하는 전류센서와, 상기 다른 크기의 센서전압들에 따라 상기 강압부로부터 출력되는 전압전원의 출력을 제어하여 상기 릴레이의 리셋 래치 상태를 제어하는 비교부를 구비한다.

상기 전류 센서는 상기 강압부로부터 전류전원이 인가되는 경우 제1센서전압을 출력하며 인가되지 않는 경우 상기 제1센서전압의 크기보다 작은 제2센서전압을 출력하며, 상기 비교부는 상기 제1센서전압이 인가됨에 따라 상기 강압부로부터 출력된 전압전원을 상기 릴레이로 인가하여 상기 릴레이가 리셋 래치 상태가 되도록 하며 상기 제2센서전압이 인가되는 경우 상기 강압부로부터 출력되는 전압전원을 상기 릴레이로 인가하지 않아 상기 릴레이가 리셋 래치 상태가 되지 않도록 제어할 수 있다.

상기 전류 센서는 홀 센서일 수 있다.

상기 제1연결부에 정상 연결된 상기 직류전원변환장치로부터 공급되는 상기 직류전압전원의 크기는 12[V], 상기 승압된 직류전압전원의 크기는 16.8[V], 상기 강압된 전압전원의 크기는 12.4[V]일 수 있다.

상기 제1연결부에 상기 직류전원변환장치가 정상 연결된 경우는 상기 직류전원변환장치로부터 정상적으로 출력되는 상기 직류전원이 상기 제1연결부에 공급되는 상태일 수 있다.

상기 제1연결부로부터 상기 직류전원변환장치의 연결 해제 상태는 상기 직류전원변환장치가 상기 제1연결부와의 연결이 해제되어 상기 직류전원변환장치로부터 정상적으로 출력되는 상기 직류전원이 상기 제1연결부에 공급되지 않는 상태일 수 있다.

상기 직류전원변환장치의 파손상태는, 상기 직류전원변환장치가 고장상태여서 상기 직류전원이 정상적으로 출력되지 않는 상태일 수 있다.

상기 직류전원변환장치의 단락상태는, 상기 직류전원변환장치의 양극과 음극이 단락된 상태일 수 있다.

상기 무정전 제어부는, 상기 강압부와 연결된 상기 보조전원장치에 연결되어, 상기 강압부와 상기 보조전원장치의 연결을 제어하는 스위치를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치에 따르면, 상용 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 직류전원변환장치에 전기적으로 연결되어 상기 직류전원을 부하(load)로 공급하면서 내부의 보조전원장치에 상기 직류전원을 충전하고 상기 직류전원변환장치의 전류 누설이나 파손으로 인한 상기 직류전원변환장치의 단락시 또는 직류전원변환장치와의 연결 해제시 상기 직류전원변환장치와의 전기적 연결을 완전히 차단하면서도 부하로의 상기 보조전원장치의 전원공급이 끊김 없이 이루어지도록 할 수 있다.

또한 전자파로 인한 CPU가 오작동하거나 CPU 자체 하드웨어 구성의 고장 또는 제어프로그램과 같은 소프트웨어의 이상 등으로 인한 오작동 때문에 정전 상황이 아닌 경우에 발생할 수 있는 보조전원장치의 전원이 방전되는 현상을 방지할 수 있다.

또한 교류전원을 직류전원으로 변환하여 배터리 등과 같은 보조전원장치를 충전하고 보조전원장치의 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하에 공급하지 않아도 되므로, 무정전 직류전원장치의 회로 구성이 간단해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 무정전 직류전원장치에 대한 실제 구현회로를 예시한 도면이다.
도 3은 도 2의 무정전 직류전원장치가 직류전원변환장치의 상태 및 부하연결 상태에 따라 발생하는 상황들에 따른 릴레이의 동작 상태를 예시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무정전 직류전원장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 무정전 직류전원장치의 실제 구현회로를 예시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무정전 직류전원장치(100)는 제1연결부(5), 제2연결부(7), 무정전 제어부(20) 및 보조전원장치(50)를 포함한다.

제1연결부(5)는 상용 교류(AC:Alternating current) 전원을 직류(DC:Direct current)전원으로 변환하는 직류전원변환장치(1)에 전기적으로 연결된다. 이때 직류변환장치(1)는 플러그(plug)를 구비하며 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 플러그를 통해 제1연결부(5)로 공급하는 어댑터(adapter)일 수 있다. 이에 제1연결부(5)는 어댑터의 플러그가 삽입되는 플러그 소켓(plug socket)일 수 있다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 전원은 전류전원 및 전압전원을 포함하는 개념으로 사용됨에 유의하여야 한다. 예를 들어 상기 직류전원변환장치(1)에서 출력되는 직류전원은 직류전류전원 및 직류전압전원을 포함한다.

제2연결부(7)는 부하(load)(3)와 전기적으로 연결되고 직류전원변환장치(1)로부터 공급되는 직류전원을 부하(3)에 공급한다. 이때 부하(3)는 플러그를 구비하며 상기 직류전원변환장치(1)로부터 공급되는 직류전원을 소비하는 장치, 예를 들어 CCTV 카메라, 허브, L2 스위치, 액세스 포인트 등일 수 있다. 이에 따라 제2연결부(7)는 부하(3)의 플러그가 삽입되는 플러그 소켓일 수 있다.

보조전원장치(50)는 직류전원변환장치(1)에서 공급되는 직류전원에 의해서 충전된다.

무정전 제어부(20)는 제1연결부(5)에 정상 연결된 직류전원변환장치(1)로부터 공급되는 직류전원을 제2연결부(3)를 통해서 부하(3)로 공급하면서 보조전원장치(50)를 충전하며, 제1연결부(5)로부터 직류전원변환장치(1)의 연결 해제, 직류전원변환장치(1)의 파손 또는 직류전원변환장치(1)의 단락시 직류전원변환장치(1)와 보조전원장치(50)와의 전기적 연결을 완전히 차단하면서도 상기 부하(3)에 전원공급이 끊김 없이 이루어지도록 제어한다.

이때, 상기 제1연결부(5)에 직류전원변환장치(1)가 정상 연결된 경우는 직류전원변환장치(1)로부터 정상적으로 출력되는 직류전원이 제1연결부(5)를 통해 보조전원장치(50)에 공급되는 상태를 나타낸다.

그리고 상기 제1연결부(5)로부터 직류전원변환장치(1)의 연결 해제 상태는 직류전원변환장치(1)와 제1연결부(5)의 연결이 해제되어 직류전원변환장치(1)로부터 정상적으로 출력되는 직류전원이 제1연결부(5)에 공급되지 않는 상태이다.

그리고 상기 직류전원변환장치(1)의 파손상태는, 직류전원변환장치(1)가 고장상태로 직류전원이 정상적으로 출력되지 않는 상태이다.

그리고 직류전원변환장치(1)의 단락상태는, 직류전원변환장치(1)의 양극과 음극이 단락된 상태이다.

상기 무정전 제어부(50)는, 도 2를 참조하면 연결 제어부(21), 승압부(25), 강압부(26) 및 비교부(27)를 포함한다.

연결 제어부(21)는 제1연결부(5)와 연결되는 릴레이(relaly)(22)를 구비하며, 제1연결부(5)로부터 직류전원변환장치(1)의 연결 해제, 직류전원변환장치(1)의 파손 또는 직류전원변환장치(1)의 단락시 릴레이(22)가 리셋 래치(reset latch) 상태가 되도록 하여 제1연결부(5)와 릴레이(22) 간 연결이 차단되도록 한다. 연결 제어부(21)는 제1연결부(5)에 직류전원변환장치(1)가 정상 연결된 경우 릴레이(22)가 셋 래치(set latch) 상태가 되도록 하여 제1연결부(5)와 릴레이(22)가 연결되도록 제어한다.

이러한 연결 제어부(21)는 릴레이(22), 커패시터들(C1, C2), 저항들(R1, R2)을 포함한다.

먼저 릴레이(22)의 연결관계에 대해서 살펴보기로 한다. 릴레이(22)의 4번 단자(COM)는 제1연결부(5)의 2번 단자와 제1스위치(22a)를 전기적으로 연결한다. 릴레이(22)의 8번 단자(SET)는 제1스위치(22a)와 전기적으로 접촉 또는 비접촉 됨에 따라 제2연결부(7)의 1번 단자 및 릴레이(22)의 3번 단자(COM)와 전기적으로 연결 또는 연결 해제된다. 릴레이(22)의 6번 단자(RST)는 제1스위치(22a)와 전기적으로 접촉 또는 비접촉 됨에 따라 제1연결부(5)의 2번 단자와 전기적으로 연결되거나 공기 중에 노출된다. 릴레이(22)의 15번 단자는 커패시터 C2와 제1코일(22c)의 출력 측을 전기적으로 연결한다. 릴레이(22)의 2번 단자는 제1코일(22c)의 입력 측과 후술될 비교부(27)의 연산증폭기(24)의 출력단자(OUT)를 전기적으로 연결한다. 릴레이(22)의 13번 단자(COM)는 릴레이(22)의 8번 단자 및 제2연결부(7)의 1번 단자와 제2스위치(22b)를 전기적으로 연결한다. 릴레이(22)의 9번 단자(SET)는 제2스위치(22b)와 전기적으로 접촉 또는 비접촉 됨에 따라 후술할 승압부(25)와 전기적으로 연결 또는 연결 해제된다. 릴레이(22)의 11번 단자(RST)는 제2스위치(22b)와 전기적으로 접촉 또는 비접촉 됨에 따라 상기 릴레이(22)의 8번 단자 및 제2연결부(7)의 1번 단자를 전기적으로 연결 또는 연결 해제한다. 릴레이(22)의 1번 단자는 커패시터 C1과 제2코일(22d)의 입력 측을 전기적으로 연결한다. 릴레이(22)의 16번 단자는 저항 R2를 통해 제2스위치(22d)와 접지(ground)를 전기적으로 연결한다. 즉 릴레이(22)의 16번 단자는 저항 R를 통해 접지에 연결된다.

연결 제어부(21)의 커패시터 C1의 일단은 제1연결부(5)의 2번 단자와 릴레이(22)의 4번 단자(SET)와 전기적으로 연결되며 커패시터 C1의 타단은 릴레이(22)의 1번 단자와 전기적으로 연결된다.

연결 제어부(21)의 커패시터 C2의 일단은 릴레이(22)의 15번 단자와 전기적으로 연결되며 커패시터 C2의 타단은 저항 R1과 전기적으로 연결된다.

연결 제어부(21)의 저항 R1의 일단은 커패시터 C2의 타단과 전기적으로 연결되며 저항 R1의 타단은 접지에 전기적으로 연결된다.

연결 제어부(21)의 저항 R2의 일단은 릴레이(22)의 16번 단자와 전기적으로 연결되며 저항 R2의 타단은 접지에 전기적으로 연결된다.

승압부(25)는 제1연결부(5)에 정상 연결된 직류전원변환장치(1)에서 공급되는 직류전압전원 크기를 승압하여 상기 승압된 직류전압전원으로 보조전원장치(50)를 충전한다. 이러한 승압부(25)는 커패시터들(C3, C4, C5, C6), 인덕터(L1), 저항들(R5, R6, R7, R8), 다이오드(D2) 및 승압 스위칭 레귤레이터를 포함하며, 이들 간의 연결관계는 아래와 같으며, 직류전원장치(1)로부터 공급되는 직류전압전원의 크기가 12[V]인 경우에 이를 승압하여 보조전원장치(50)가 완충 가능한 전압을 출력하도록 구성되어 있다.

커패시터 C3는 일단이 릴레이(22)의 9번 단자(SET) 및 승압 스위칭 레귤레이터의 5번 단자와 전기적으로 연결되면 타단이 접지에 전기적으로 연결된다.

커패시터 C4는 일단이 릴레이(22)의 9번 단자(SET), 승압 스위칭 레귤레이터의 5번 단자 및 인덕터(L1)와 전기적으로 연결되며 타단이 접지에 전기적으로 연결된다.

인덕터 L1은 일단이 커패시터 C3의 일단, 커패시터 C4의 일단, 릴레이(22)의 9번 단자(SET) 및 승압 스위칭 레귤레이터의 5번 단자에 전기적으로 연결되며 타단이 승압 스위칭 레귤레이터의 4번 단자 및 다이오드 D2에 전기적으로 연결된다.

다이오드 D2는 일단이 승압 스위칭 레귤레이터의 4번 단자 및 인덕터 L1의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 저항 R6 및 다이오드 D3와 전기적으로 연결된다.

저항 R6은 일단이 다이오드 D2의 타단 및 다이오드 D3와 전기적으로 연결되며 타단이 승압 스위칭 레귤레이터의 2번 단자와 저항 R7과 전기적으로 연결된다.

저항 R7은 일단이 승압 스위칭 레귤레이터의 2번 단자 및 저항 R6의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 저항 R8과 직렬로 연결된다.

저항 R8은 일단이 저항 R7의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지에 전기적으로 연결된다.

저항 R5은 일단이 승압 스위칭 레귤레이터의 1번 단자와 전기적으로 연결되며 타단이 커패시터 C5와 전기적으로 연결된다.

커패시터 C5는 일단이 저항 R5의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지에 전기적으로 연결된다.

승압 스위칭 레귤레이터의 3번 단자는 접지에 전기적으로 연결된다.

승압 스위칭 레귤레이터는 National Semiconductor사의 LM2577T를 이용하여 구현되었으나, 이에 한정되지는 않는다.

승압 스위칭 레귤레이터의 출력전압은 저항 R6과 (R7+R8)의 비율로 결정된다. L1, C5, D2의 발진에 따른 스위칭으로 승압 스위칭 레귤레이터는 전압을 높여 쇼트키 다이오드 D3로 인가하며, 쇼트키 다이오드 D3를 거쳐 승압된 약 16.8V의 전압으로 보조전원장치(50)가 완충전압, 예를 들어 보조전원장치(50)가 완전충전 전압이 4.2[V]이고 방전기준전압이 3.4[V]인 리튬이온 전지 4개로 구성된 경우에 약 16.8V가 될 때까지 보조전원장치(50)를 충전한다. 한편 저항 R9은 전류를 제한하여 보조전원장치(50)의 완전 방전상태, 예를 들어 보조전원장치(50)가 상기 리튬이온 전지 4개로 구성되는 경우에 13.6[V]에서도 최대 100[mA] 이상의 전류가 보조전원장치(50)로부터 승압부(25)로 흘러가지 못하도록 제한하는 역할을 한다.

강압부(26)는 보조전원장치(50)의 전압전원 크기를 강압하여 상기 강압된 전압원(Vcc)을 전원공급 제어부(27)에 공급하는 역할을 수행한다. 강압부(26)는 커패시터들(C7, C8), 강압 스위칭 레귤레이터, 다이오드 D4, 인덕터 L2, 저항들(R10, R11, R12)을 포함하며, 이들 간의 연결관계는 아래와 같으며, 보조전원장치(50)의 전원크기 16.8[V]를 강압하여 12.4[V]를 출력하는 것으로 구성되어 있다.

커패시터 C7은 일단이 보조전원장치(5)의 1번 단자와 강압 스위칭 레귤이터의 1번 단자와 전기적으로 연결되며 타단이 접지에 전기적으로 연결된다.

다이오드 D4는 일단이 접지에 전기적으로 연결되며 타단이 강압 스위칭 레귤레이터의 2번 단자 및 인덕터 L2와 전기적으로 연결된다.

인덕터 L2는 일단이 강압 스위칭 레귤레이터의 2번 단자 및 다이오드 D4의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 커패시터 C8 및 저항 R10과 전기적으로 연결된다.

커패시터 C8은 일단이 인덕터 L2의 타단 및 저항 R10과 전기적으로 연결되며 타단이 접지에 전기적으로 연결된다.

저항 R10은 일단이 인덕터 L1의 타단 및 커패시터 C8의 일단과 전기적으로 연결되며 타단이 저항 R11 및 강압 스위칭 레귤레이터의 4번 단자와 전기적으로 연결된다.

저항 R11은 일단이 저항 R10의 타단 및 강압 스위칭 레귤레이터의 4번 단자와 전기적으로 연결되며 타단이 저항 R12와 전기적으로 연결된다.

저항 R12는 일단이 저항 R11의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지에 전기적으로 연결된다.

강압 스위칭 레귤레이터의 3번 단자 및 5번 단자는 접지에 전기적으로 연결된다.

강압 스위칭 레귤레이터는 National Semiconductor사의 LM2576ADJ를 이용하여 구현되었으나, 이에 한정되지는 않는다.

강압 스위칭 레귤레이터의 출력전압은 저항 R10과 (R11+R12)의 비율로 결정된다. L1와 D2의 스위칭으로 강압 스위칭 레귤레이터는 전압을 다운(down) 시킨다. 강압 스위칭 레귤레이터의 1번단자로 입력되는 입력전압은 보조전원장치(50)의 전압으로써, 예를 13.6[V]~16.8[V]로 변화할 수 있다. 이상적인 상황에서 강압 스위칭 레귤레이터가 입력전압의 변동에 변함없이 출력전압을 일정하게 유지한다고 가정하면, 강압 스위칭레귤레이터의 출력전압은 12.4[V]로 결정될 수 있으며, 다이오드 D1을 통해 부하(3)로 인가될 때 D1을 통과시 전압강하가 일어나 11.9[V] 정도가 된다. 이렇게 D1을 통해 전압강하가 일어나 11.9[V]는 직류전원 변환장치(1)로 공급되는 전압, 예로 12[V]보다 낮은 전압이 된다. 이는 직류전원 변환장치(1)가 정상 동작하는 경우에 보조전원장치(50)로부터 흐르는 전류가 다이오드 D1을 통해 빠져나가지 못하게 위함이다.

전원공급 제어부(27)는 강압부(26)로부터 전류전원의 인가 여부에 따라 다른 크기의 센서전압들을 출력하고 강압부(26)로부터 전류전원이 인가됨에 따라 강압부로부터 출력되는 전압전원(Vcc)을 제2연결부(7)에 연결된 부하(3)로 인가하는 전류센서(28)와, 상기 다른 크기의 센서전압들에 따라 강압부(26)로부터 출력되는 전압전원(Vcc)의 출력을 제어하여 상기 릴레이(22)의 리셋 래치 상태를 제어하는 비교부(29)를 구비한다.

전류센서(28)는 1번 단자에 강압부(26)로부터 인가되는 전류전원이 입력되어 5번 단자로 출력되고 2번 단자에 강압부(26)로부터 출력되는 전압전원(Vcc)가 인가되고 3번 단자가 접지에 전기적으로 연결되며 4번 단자를 통해서 강압부(26)로부터 전류전원의 1번 단자에 인가 여부에 따라 다른 크기의 센서전압들을 출력하는 동작을 하며, 홀 센서일 수 있다. 이때 전류센서(28)는 강압부(26)로부터 전류전원이 인가되는 경우 제1센서전압을 출력하며 인가되지 않는 경우 제1센서전압의 크기보다 작은 제2센서전압을 출력한다. 예를 들어 강압부(26)로부터 출력되는 전압전원이 12.4[V]가 전류센서(28)에 인가되는 상태에서 강압부(26)로부터 인가되는 전류전원이 전류센서(28)의 1번 단자에 입력되어 5번 단자로 다이오드 D1을 통과해 100[mA] 이상의 전류가 흘러나갈 경우 전류센서(28)의 4번 단자에서는 6.3~6.7[V]의 제1센서전압이 출력되며 다이오드 D1을 통과해 흘러가는 전류가 없는 경우 전류센서(28)의 4번 단자에서는 6.2[V]의 제2센서전압이 출력될 수 있다.

비교부(29)는 연산증폭기(OP-AMP)(30)와 저항들(R3, R4)의 조합으로 구성된다.

연산증폭기(30)는 비반전 단자가 전류센서(28)의 4번 단자와 전기적으로 연결되며 반전 단자가 저항 R3와 저항 R4의 연결 노드와 전기적으로 연결된다. 이때, 저항 R3와 저항 R4의 연결 노드의 전압은 6.2[V]보다 커야 하며 6.3[V]일 수 있다. 이에 따라 연산증폭기(30)의 반전단자에는 6.3[V]가 인가된다. 따라서 전류센서(22)의 4번 단자로부터 제1센서전압, 예를 들어 6.7[V]가 출력되는 경우 연산증폭기(30)의 비반전단자에 6.7[V]가 인가되므로 연산증폭기(30)는 강압부(26)로부터 출력되는 전압전원 Vcc, 예를 들어 12.4[V]를 릴레이(22)의 2번 단자로 인가하여, 릴레이(22)가 리셋 래치 상태가 되도록 한다. 반면 전류센서(22)의 4번 단자로부터 제2센서전압, 예를 들어 6.2V가 출력되는 경우 연산증폭기(30)의 비반전단자에 6.2[V]가 인가되므로 연산증폭기(30)는 0[V]를 출력하여 릴레이(22)의 2번 단자로 인가하므로, 릴레이(22)의 상태를 리셋 래치 상태로 변경하지 못한다. .

한편 무정전 제어부(20)는 강압부(26)와 연결된 보조전원장치(50)의 2번 단자와 연결되며, 강압부(26)와 보조전원장치(50)의 연결을 제어하는 스위치(53)를 더 구비할 수 있다. 스위치(53)는 푸시 버튼 스위치, 토글 스위치 또는 패들 스위치 등일 수 있으나, 상기 강압부(26)와 보조전원장치(60)의 연결을 제어할 수 있는 스위치라면 어느 것이라도 가능하다. 이렇게 스위치(53)를 무정전 제어부(20)에 구비한 이유는 제2연결부(7)에 부하(3)가 연결되어 있지 않더라도 강압스위칭 레귤레이터에서 기본 대기전력이 소모되기 때문에 보조전원장치(50)가 방전되는 것을 방지하기 위해서이다.

이러한 도 1 및 도 2의 구성을 갖는 무정전 직류전원장치의 동작을 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 3은 도 2의 무정전 직류전원장치가 직류전원변환장치의 상태 및 부하연결 상태에 따라 발생하는 상황들에 따른 릴레이의 동작 상태를 예시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 먼저 직류전원변환장치가 정상동작하는 경우, 즉 제1연결부(5)를 통하여 직류전원변환장치(1)로부터 직류전원이 공급되는 경우 릴레이(22)는 셋 상태를 유지하고 이로 인해서 직류전원변환장치(1)로부터 공급되는 직류전원은 제2연결부(7)를 통해 부하(3)로 공급되며 또한 동시에 승압부(25)에서 승압되어 보조전원장치(50)를 충전한다. 보조전원장치(50)에서 충전 동작이 일어나고 방전동작은 일어나지 않기 때문에 강압부(26)로부터 출력되는 전류전원 및 전압전원(Vcc)이 발생하지 않게 된다. 이에 전류센서(28)를 통과하는 전류전원이 없기 때문에 전류센서(28)는 4번 단자를 통해서 제2센서전압, 예를 들어 6.2[V]를 출력하여 연산증폭기(30)의 반전단자로 인가한다. 이로 인해서 연산증폭기(30)는 0[V]를 릴레이(22)의 2번 단자로 출력하기 때문에 릴레이(22)의 상태를 셋 래치 상태에서 리셋 래치 상태로 변경하지 못한다. 결국, 직류전원변환장치(1)가 정상동작하는 경우에는 직류전원변환장치(1)에서 공급되는 직류전원은 부하(3)와 보조전원장치(50)에 공급된다.

상황 1의 경우, 즉 제2연결부(7)에 부하(3)가 연결된 상태에서 직류전원변환장치(1)가 파손 또는 단락이 발생한 경우, 제1연결부(5)를 통해서 직류전원변환장치(1)로부터 직류전원이 공급되지 않으므로 부하(3) 및 보조전원장치(50)에 직류전원이 공급되지 않게 된다. 이에 따라 보조전원장치(50)의 방전이 시작되어, 강압부(26)는 보조전원장치(50)의 전원 크기, 예를 들어 16.8[V]를 강압하고 강압한 전압전원(Vcc), 예를 들어 12.4[V] 및 전류전원을 전압공급 제어부(27)의 전류센서(28) 및 비교부(29)에 인가한다. 전류센서(28)는 강압부(26)로부터 전류전원 및 전압전원이 인가됨에 따라 제1센서전압, 예를 들어 6.7[V]를 4번 단자를 통해서 연산 증폭기(30)의 비반전 단자로 인가하며 5번 단자를 통해서 강압부(26)로부터 출력된 전압전원을 5번 단자를 통해 출력한다. 전류센서(22)의 5번 단자를 통해 출력된 전압전원은 다이오드 D1을 통해서 부하(3)로 인가된다. 한편 연산증폭기(30)는 비반전 단자에 제1센서전압이 인가됨에 따라 강압부(26)로부터 출력된 전압전원을 출력하여 릴레이(22)의 2번 단자로 인가한다. 이에 따라 릴레이(22)는 리셋 래치 상태로 변경된다. 이에 따라서 직류전원변환장치(1)와 보조전원장치(50)의 연결이 완전히 차단된다.

그리고, 상황 2의 경우, 즉 상황 1의 상태에서 직류전원변환장치가 삽입복구된 경우, 즉 제1연결부(5)를 통하여 직류전원변환장치(1)로부터 직류전원이 공급되기 때문에 릴레이(22)는 C1에 순간 전류가 공급되면서 렐리이(22)의 1번 단자에 순간 직류전원변환장치(1)로부터 공급된 직류전원, 예로 12[V]가 공급되어 셋 상태로 바뀐다. 이로 인해서 직류전원변환장치(1)로부터 공급되는 직류전원은 제2연결부(7)를 통해 부하(3)로 공급되며 또한 동시에 승압부(25)에서 승압되어 보조전원장치(50)를 충전한다. 보조전원장치(50)에서 충전 동작이 일어나고 방전동작은 일어나지 않기 때문에 강압부(26)로부터 출력되는 전류전원 및 전압전원(Vcc)이 발생하지 않게 된다. 이에 전류센서(28)에 인가되는 전류전원이 없기 때문에 전류센서(28)는 4번 단자를 통해서 제2센서전압, 예를 들어 6.2[V]를 출력하여 연산증폭기(30)의 반전단자로 인가한다. 이로 인해서 연산증폭기(30)는 0[V]를 릴레이(22)의 2번 단자로 출력하기 때문에 릴레이(22)의 상태를 셋 래치 상태에서 리셋 래치 상태로 변경하지 못한다. 결국, 직류전원변환장치(1)가 정상동작하는 경우에는 직류전원변환장치(1)에서 공급되는 직류전원은 부하(3)와 보조전원장치(50)에 공급된다.

상황 3의 경우, 즉 직류전원 변환장치(1)가 파손된 상태이고 제2연결부(7)에 부하(3)가 연결되지 않은 상태인 경우, 제1연결부(5)를 통해서 직류전원변환장치(1)로부터 직류전원이 공급되지 않으므로 부하(3) 및 보조전원장치(50)에 직류전원이 공급되지 않게 된다. 이에 따라 보조전원장치(50)의 방전이 시작되어, 강압부(26)는 보조전원장치(50)의 전원 크기, 예를 들어 16.8[V]를 강압하고 강압한 전압전원(Vcc), 예를 들어 12.4[V] 및 전류전원을 전압공급 제어부(27)의 전류센서(28) 및 비교부(29)에 인가한다. 전류센서(28)는 강압부(26)로부터 전류전원 및 전압전원이 인가됨에 따라 제1센서전압, 예를 들어 6.7[V]를 4번 단자를 통해서 연산 증폭기(30)의 비반전 단자로 인가하며 5번 단자를 통해서 강압부(26)로부터 출력된 전압전원을 5번 단자를 통해 출력한다. 연산증폭기(30)는 비반전 단자에 제1센서전압이 인가됨에 따라 강압부(26)로부터 출력된 전압전원을 출력하여 릴레이(22)의 2번 단자로 인가한다. 이에 따라 릴레이(22)는 리셋 래치 상태로 변경된다. 이에 따라서 직류전원변환장치(1)와 보조전원장치(50)의 연결이 완전히 차단된다.

상황 4의 경우, 상황 3의 상태에서 직류전원변환장치(1)가 삽입복구되고 부제2연결부(7)에 부하가 연결되지 않은 상태인 경우, 즉 제1연결부(5)를 통하여 직류전원변환장치(1)로부터 직류전원이 공급되기 때문에 릴레이(22)는 셋 상태를 유지하고 이로 인해서 직류전원변환장치(1)로부터 공급되는 직류전원은 승압부(25)에서 승압되어 보조전원장치(50)를 충전한다. 보조전원장치(50)에서 충전 동작이 일어나고 방전동작은 일어나지 않기 때문에 강압부(26)로부터 출력되는 전류전원 및 전압전원(Vcc)이 발생하지 않게 된다. 이에 전류센서(28)에 인가되는 전류전원이 없기 때문에 전류센서(28)는 4번 단자를 통해서 제2센서전압, 예를 들어 6.2[V]를 출력하여 연산증폭기(30)의 반전단자로 인가한다. 이로 인해서 연산증폭기(30)는 0[V]를 릴레이(22)의 2번 단자로 출력하기 때문에 릴레이(22)의 상태를 셋 래치 상태에서 리셋 래치 상태로 변경하지 못한다. 결국, 상기 상황 4의 경우에는 직류전원변환장치(1)에서 공급되는 직류전원은 보조전원장치(50)에 공급된다.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

5 : 제1연결부
7 : 제2연결부
20 : 무정전 제어부
50 : 보조전원장치
100 : 무정전 직류전원장치

Claims

상용 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 직류전원변환장치에 전기적으로 연결되는 제1연결부;
부하(load)와 전기적으로 연결되고 상기 직류전원을 상기 부하에 공급하는 제2연결부;
상기 직류전원에 의해서 충전되는 보조전원장치; 및
상기 제1연결부에 정상 연결된 상기 직류전원변환장치로부터 공급되는 상기 직류전원을 상기 제2연결부를 통해서 상기 부하로 공급하면서 상기 보조전원장치를 충전하며, 상기 제1연결부로부터 상기 직류전원변환장치의 연결 해제, 상기 직류전원변환장치의 파손 또는 상기 직류전원변환장치의 단락시 상기 직류전원변환장치와 상기 보조전원장치와의 전기적 연결을 완전히 차단하면서도 상기 부하에 전원공급이 끊김 없이 이루어지도록 제어하는 무정전 제어부를 포함하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 1에 있어서,
상기 무정전 제어부는,
상기 제1연결부와 연결되는 릴레이(relaly)를 구비하며, 상기 제1연결부로부터 상기 직류전원변환장치의 연결 해제, 상기 직류전원변환장치의 파손 또는 상기 직류전원변환장치의 단락시 상기 릴레이가 리셋 래치(reset latch) 상태가 되도록 하여 상기 제1연결부와 릴레이 간 연결이 차단되도록 하며, 상기 제1연결부에 상기 직류전원변환장치가 정상 연결된 경우 상기 릴레이가 셋 래치(set latch) 상태가 되도록 하여 상기 제1연결부와 릴레이가 연결되도록 제어하는 연결 제어부;
상기 제1연결부에 정상 연결된 상기 직류전원변환장치에서 공급되는 직류전압전원 크기를 승압하여 상기 승압된 직류전압전원으로 상기 보조전원장치를 충전시키는 승압부;
상기 보조전원장치의 전압전원 크기를 강압하는 강압부; 및
상기 강압부로부터 전류전원의 인가 여부에 따라 다른 크기의 센서전압들을 출력하고 상기 강압부로부터 전류전원이 인가됨에 따라 상기 강압부로부터 출력되는 전압전원을 상기 제2연결부에 연결된 상기 부하로 인가하는 전류센서와, 상기 다른 크기의 센서전압들에 따라 상기 강압부로부터 출력되는 전압전원의 출력을 제어하여 상기 릴레이의 리셋 래치 상태를 제어하는 비교부를 구비하는 전원공급 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전류 센서는 상기 강압부로부터 전류전원이 인가되는 경우 제1센서전압을 출력하며 인가되지 않는 경우 상기 제1센서전압의 크기보다 작은 제2센서전압을 출력하며,
상기 비교부는 상기 제1센서전압이 인가됨에 따라 상기 강압부로부터 출력된 전압전원을 상기 릴레이로 인가하여 상기 릴레이가 리셋 래치 상태가 되도록 하며 상기 제2센서전압이 인가되는 경우 상기 강압부로부터 출력되는 전압전원을 상기 릴레이로 인가하지 않아 상기 릴레이가 리셋 래치 상태가 되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전류 센서는 홀 센서인 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1연결부에 정상 연결된 상기 직류전원변환장치로부터 공급되는 상기 직류전압전원의 크기는 12[V], 상기 승압된 직류전압전원의 크기는 16.8[V], 상기 강압된 전압전원의 크기는 12.4[V]인 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1연결부에 상기 직류전원변환장치가 정상 연결된 경우는 상기 직류전원변환장치로부터 정상적으로 출력되는 상기 직류전원이 상기 제1연결부에 공급되는 상태인 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1연결부로부터 상기 직류전원변환장치의 연결 해제 상태는 상기 직류전원변환장치가 상기 제1연결부와의 연결이 해제되어 상기 직류전원변환장치로부터 정상적으로 출력되는 상기 직류전원이 상기 제1연결부에 공급되지 않는 상태인 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 1에 있어서,
상기 직류전원변환장치의 파손상태는, 상기 직류전원변환장치가 고장상태여서 상기 직류전원이 정상적으로 출력되지 않는 상태인 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 1에 있어서,
상기 직류전원변환장치의 단락상태는, 상기 직류전원변환장치의 양극과 음극이 단락된 상태인 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.
청구항 2에 있어서,
상기 무정전 제어부는,
상기 강압부와 연결된 상기 보조전원장치에 연결되어, 상기 강압부와 상기 보조전원장치의 연결을 제어하는 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부하에 직류전원을 끊김 없이 공급하는 무정전 직류전원장치.