KR102364354B1 - 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치는, 제1 전원 소스와 병렬연결되는 제1 하프 브릿지 컨버터; 상기 제1 하프 브릿지 컨버터 내 어느 하나의 출력전압을 상이한 레벨의 전압으로 변환하는 제1 트랜스; 상기 제1 트랜스의 출력 양단을 정류하는 제1 정류부; 상기 제1 정류부의 출력을 필터링하는 제1 LC 필터부; 상기 제1 LC 필터부를 직류 부하와 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제1 필터용 커넥터; 제2 전원 소스와 병렬연결되는 제2 하프 브릿지 컨버터; 상기 제2 하프 브릿지 컨버터 내 어느 하나의 출력전압을 상이한 레벨의 전압으로 변환하는 제2 트랜스; 상기 제2 트랜스의 출력 양단을 정류하는 제2 정류부; 상기 제2 정류부의 출력을 필터링하는 제2 LC 필터부; 및 상기 제2 LC 필터부를 상기 직류 부하와 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제2 필터용 커넥터를 포함하고, 상기 제1 필터용 커넥터의 출력단자와 상기 제2 필터용 커넥터의 출력단자는 병렬연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

무정전 교체용 직류 전원 공급 장치{SWITCHING MODE POWER SUPPLY FOR UNINTERRUPTIBLE REPLACEMENT}

본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스위칭 모드 파워 서플라이를 복수로 구비하여, 하나의 스위칭 모드 파워 서플라이가 고장나는 경우에 다른 스위칭 모드 파워 서플라이를 활선 상태의 무정전 상태로 교체함으로써 직류 부하에 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치에 관한 것이다.

전원 공급 장치는 반도체 제조 장비, 통신 장비, 보안 장비 등의 시설에 전원을 공급하기 위해 설치되는데, 통상적으로 교류전원을 공급받아 장비에서 사용할 수 있는 직류전원으로 변환하여 공급하게 된다.

종래의 전원 공급 장치로서 대표적으로 공개특허 제10-2011-0077801호를 들 수 있는데, 이는 "3상 입력전원으로부터 선택된 2상 전압을 제어하는 직류전원 공급장치에 있어서, 3상 입력전원 중 2상 입력전원의 선간전압을 검출하여 기준 크기와 비교하고, 상기 비교결과에 따라 입력전원의 상태를 판단하는 전원크기 판단부; 2개의 단상 액티브 필터와 평활 캐패시터를 구비하여, 제1 제어신호에 따라 교류전압을 직류전압으로 변환하는 컨버팅부; 및, 제2 제어신호에 따라 상기 변환된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버팅부;를 포함하되,상기 단상 액티브 필터는, 교류전원으로부터 공급되는 단상 교류전압을 직류전압로 변환하는 브릿지 다이오드로 구성된 정류부; 상기 정류부의 제1 단자에 접속된 인덕터; 상기 인덕터와 상기 정류부의 제2 단자 사이에 접속된 스위치; 및, 상기 스위치의 제1 단자와 상기 캐패시터의 제1 단자 사이에 접속된 다이오드를 포함"하여 구성된다.

따라서, 입력되는 교류전원을 제어하여 직류전원으로 공급할 수 있게 된다.

그런데, 이러한 종래의 전원 공급 장치는 고장이 발생한 경우에 안정적인 전원 공급을 할 수 없어 이의 전원을 사용하는 장비들이 정지하게 되므로 많은 문제점을 가지고 있는데, 예를 들면, 반도체 제조 공정 중에 전원 공급이 중지되면 현재 공정 중인 운전 데이터를 백업하여야 하고, 이를 다시 운전하기 까지 많은 시간이 소요되어 생산 수율이 크게 떨어진다.

또한, 공정을 진행하던 반도체 제조 장치의 내부에 주입된 공정가스의 온도가 저하되어 웨이퍼의 손상이 발생하게 되며, 다시 운전을 위해서는 공정가스를 교체하여야 하므로 시간적 및 비용적인 손실이 매우 크게 된다.

통신장비, 보안장치, 병원, 기타 제조장치 등에서도 전원 공급의 중단에 의해 많은 시간적 및 비용적인 손실이 뒤따르게 된다.

이러한 전원 공급 장치의 고장에 의해 전원 공급의 차단을 위해 UPS를 사용하여 전원 공급을 대체할 수 있지만, 이러한 UPS는 매우 고가이고, 배터리에 충전된 백업 전원에 의해 전원을 공급하는 형태이어서 정해진 시간 동안만 전원의 공급이 가능하므로, 그 동안 전원 공급 장치의 고장이 해결되지 않게 되면, 다시 위에서 언급한 정전 사고의 문제점이 발생된다.

공개특허 제10-2011-0077801호 전원 공급 장치

본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이를 복수로 구비하여, 하나의 스위칭 모드 파워 서플라이가 고장나는 경우에 다른 스위칭 모드 파워 서플라이를 활선 상태의 무정전 상태로 교체함으로써 직류 부하에 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이를 무정전 상태로 교체하는 회로에서 전자소자의 개수의 저감하는 구조를 제공할 수 있는 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치는, 제1 전원 소스와 병렬연결되는 제1 하프 브릿지 컨버터; 상기 제1 하프 브릿지 컨버터 내 어느 하나의 출력전압을 상이한 레벨의 전압으로 변환하는 제1 트랜스; 상기 제1 트랜스의 출력 양단을 정류하는 제1 정류부; 상기 제1 정류부의 출력을 필터링하는 제1 LC 필터부; 상기 제1 LC 필터부를 직류 부하와 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제1 필터용 커넥터; 제2 전원 소스와 병렬연결되는 제2 하프 브릿지 컨버터; 상기 제2 하프 브릿지 컨버터 내 어느 하나의 출력전압을 상이한 레벨의 전압으로 변환하는 제2 트랜스; 상기 제2 트랜스의 출력 양단을 정류하는 제2 정류부; 상기 제2 정류부의 출력을 필터링하는 제2 LC 필터부; 및 상기 제2 LC 필터부를 상기 직류 부하와 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제2 필터용 커넥터를 포함하고, 상기 제1 필터용 커넥터의 출력단자와 상기 제2 필터용 커넥터의 출력단자는 병렬연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 트랜스와 상기 제1 정류부 사이에 배치되고, 상기 제1 트랜스와 상기 제1 정류부를 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제1 트랜스용 커넥터; 및 상기 제2 트랜스와 상기 제2 정류부 사이에 배치되고, 상기 제2 트랜스와 상기 제2 정류부를 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제2 트랜스용 커넥터를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 제상기 제1 및 제2 전원 소스는 상호 독립적이다.

바람직하게는, 상기 제1 하프 브릿지 컨버터는, 상기 제1 전원 소스와 병렬연결되는 직렬의 제1 및 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 외부에서 인가되는 스위칭 제어신호에 따라 교번적으로 동작한다.

본 발명의 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치에 따르면, 스위칭 모드 파워 서플라이를 복수로 구비하여, 하나의 스위칭 모드 파워 서플라이가 고장나는 경우에 다른 스위칭 모드 파워 서플라이를 활선 상태의 무정전 상태로 교체함으로써 직류 부하에 전원을 안정적으로 공급할 수 있고, 스위칭 모드 파워 서플라이를 무정전 상태로 교체하는 회로에서 전자소자의 개수의 저감하는 구조를 제공할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 전원 공급 장치 회로도, 및
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치 회로도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치 회로도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치 회로는, 제1 전원 소스(210), 제1 하프 브릿지 컨버터(215), 제1 LLC 트랜스(220), 제1 트랜스용 커넥터(225), 제1 정류부(230), 제1 LC 필터(235), 제1 필터용 커넥터(240), 제2 전원 소스(250), 제2 하프 브릿지 컨버터(255), 제2 LLC 트랜스(260), 제2 트랜스용 커넥터(265), 제2 정류부(270), 제2 LC 필터(275), 및 제2 필터용 커넥터(280)를 포함한다.

제1 하프 브릿지 컨버터(215)는 제1 전원 소스(210)와 병렬연결되는 직렬의 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함하고, 제1 트랜지스터(Q1)와 제2 트랜지스터(Q2)는 외부에서 인가되는 스위칭 제어신호에 따라 교번적으로 동작한다.

제1 LLC 트랜스(220)는 제2 트랜지스터(Q2)와 병렬연결되는 직렬의 제1 인덕터(L1), 트랜스 1차 코일, 제1 캐패시터(C1)를 포함한다. 제1 트랜지스터(Q1)가 동작하는 때에는, 제1 인덕터(L1) -> 트랜스 1차 코일 -> 제1 캐패시터(C1)의 방향으로 전류가 흐르고, 제2 트랜지스터(Q2)가 동작하는 때에는, 제1 캐패시터(C1) -> 트랜스 1차 코일 -> 제1 인덕터(L1)의 방향으로 전류가 흐른다.

제1 트랜스용 커넥터(225)는 제1 LLC 트랜스(220)와 제1 정류부(230) 사이에 배치되고, 제1 LLC 트랜스(220)의 2차측과 제1 정류부(230)를 전기적으로 그리고 물리적으로 분리 가능하도록 연결한다.

제1 정류부(230)는 제1 LLC 트랜스(220)의 2차측 양단에 애노드가 연결되고, 캐소드가 병렬연결되는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 포함한다. 제1 정류부(230)는 제1 LLC 트랜스(220)의 2차측에 출력되는 출력 전압을 정류하는 기능과 전단의 고장시 역방향 전류 흐름의 차단 기능을 동시에 수행할 수 있다. 이에 따라 전단의 고장시 역방향 전류 흐름을 차단하기 위한 추가적인 구성(소자)의 배치가 불필요하다. 즉, 제1 전원 소스(210), 제1 하프 브릿지 컨버터(215), 제1 LLC 트랜스(220) 중 어느 하나 이상이 고장 나면, 제1 정류부(230) 내 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 캐소드에는 정상 출력 전압이, 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 애노드에는 고장난 출력 전압이 각각 인가되는 역바이어스 상태가 되어 전류를 차단하게 된다.

제1 LC 필터(235)는 제1 정류부(230)로부터 출력되는 정류 전압을 필터링 한다. 한편, 캐패시터는 다른 소자들에 비해 전기적 노이즈에 취약하여 고장 가능성이 높다.

제1 필터용 커넥터(240)는 제1 LC 필터(235)와 직류 부하(290) 사이에 배치되어 제1 LC 필터(235) 내 캐패시터의 고장시 제1 LC 필터(235)와 직류 부하(290) 간을 전기적으로 그리고 물리적으로 분리시키는 기능을 수행한다.

제2 하프 브릿지 컨버터(255)는 제2 전원 소스(250)와 병렬연결되는 직렬의 제3 및 제4 트랜지스터(Q3, Q4)를 포함하고, 제3 트랜지스터(Q3)와 제4 트랜지스터(Q4)는 외부에서 인가되는 스위칭 제어신호에 따라 교번적으로 동작한다.

제2 LLC 트랜스(260)는 제4 트랜지스터(Q4)와 병렬연결되는 직렬의 제2 인덕터(L2), 트랜스 1차 코일, 제2 캐패시터(C2)를 포함한다. 제3 트랜지스터(Q3)가 동작하는 때에는, 제2 인덕터(L2) -> 트랜스 1차 코일 -> 제2 캐패시터(C2)의 방향으로 전류가 흐르고, 제4 트랜지스터(Q4)가 동작하는 때에는, 제2 캐패시터(C2) -> 트랜스 1차 코일 -> 제2 인덕터(L2)의 방향으로 전류가 흐른다.

제2 트랜스용 커넥터(265)는 제2 LLC 트랜스(260)와 제2 정류부(270) 사이에 배치되고, 제2 LLC 트랜스(260)의 2차측과 제2 정류부(270)를 전기적으로 그리고 물리적으로 분리 가능하도록 연결한다.

제2 정류부(270)는 제2 LLC 트랜스(260)의 2차측 양단에 애노드가 연결되고, 캐소드가 병렬연결되는 제3 및 제4 다이오드(D3, D4)를 포함한다. 제2 정류부(270)는 제2 LLC 트랜스(260)의 2차측에 출력되는 출력 전압을 정류하는 기능과 전단의 고장시 역방향 전류 흐름의 차단 기능을 동시에 수행할 수 있다. 이에 따라 전단의 고장시 역방향 전류 흐름을 차단하기 위한 추가적인 구성(소자)의 배치가 불필요하다. 즉, 제2 전원 소스(250), 제2 하프 브릿지 컨버터(255), 제2 LLC 트랜스(260) 중 어느 하나 이상이 고장 나면, 제2 정류부(270) 내 제3 및 제4 다이오드(D3, D4)의 캐소드에는 정상 출력 전압이, 제3 및 제4 다이오드(D3, D4)의 애노드에는 고장난 출력 전압이 각각 인가되는 역바이어스 상태가 되어 전류를 차단하게 된다.

제2 LC 필터(275)는 제2 정류부(270)로부터 출력되는 정류 전압을 필터링 한다. 한편, 캐패시터는 다른 소자들에 비해 전기적 노이즈에 취약하여 고장 가능성이 높다.

제2 필터용 커넥터(280)는 제2 LC 필터(275)와 직류 부하(290) 사이에 배치되어 제2 LC 필터(275) 내 캐패시터의 고장시 제2 LC 필터(275)와 직류 부하(290) 간을 전기적으로 그리고 물리적으로 분리시키는 기능을 수행한다.

여기서, 제1 전원 소스(210)와 제2 전원 소스(250)는 연속적인 전원 공급을 위하여 상호 독립적으로 동작하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

210: 제1 전원 소스
215: 제1 하프 브릿지 컨버터
220: 제1 LLC 트랜스
225: 제1 트랜스용 커넥터
230: 제1 정류부
235: 제1 LC 필터
240: 제1 필터용 커넥터
250: 제2 전원 소스
255: 제2 하프 브릿지 컨버터
260: 제2 LLC 트랜스
265: 제2 트랜스용 커넥터
270: 제2 정류부
275: 제2 LC 필터
280: 제2 필터용 커넥터

Claims (4)

1. 제1 전원 소스와 병렬연결되는 제1 하프 브릿지 컨버터;
   상기 제1 하프 브릿지 컨버터 내 어느 하나의 출력전압을 상이한 레벨의 전압으로 변환하는 제1 트랜스;
   상기 제1 트랜스의 출력 양단을 정류하는 제1 정류부;
   상기 제1 정류부의 출력을 필터링하는 제1 LC 필터부;
   상기 제1 LC 필터부를 직류 부하와 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제1 필터용 커넥터;
   제2 전원 소스와 병렬연결되는 제2 하프 브릿지 컨버터;
   상기 제2 하프 브릿지 컨버터 내 어느 하나의 출력전압을 상이한 레벨의 전압으로 변환하는 제2 트랜스;
   상기 제2 트랜스의 출력 양단을 정류하는 제2 정류부;
   상기 제2 정류부의 출력을 필터링하는 제2 LC 필터부;
   상기 제2 LC 필터부를 상기 직류 부하와 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제2 필터용 커넥터;
   상기 제1 트랜스와 상기 제1 정류부 사이에 배치되고, 상기 제1 트랜스와 상기 제1 정류부를 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제1 트랜스용 커넥터; 및
   상기 제2 트랜스와 상기 제2 정류부 사이에 배치되고, 상기 제2 트랜스와 상기 제2 정류부를 전기적으로 그리고 물리적으로 차단 가능하게 배치되는 제2 트랜스용 커넥터를 포함하고,
   상기 제1 필터용 커넥터의 출력단자와 상기 제2 필터용 커넥터의 출력단자는 병렬연결되고,
   상기 제1 및 제2 전원 소스는 상호 독립적이며,
   상기 제1 하프 브릿지 컨버터는,
   상기 제1 전원 소스와 병렬연결되는 직렬의 제1 및 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 외부에서 인가되는 스위칭 제어신호에 따라 교번적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 무정전 교체용 직류 전원 공급 장치.
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