KR0180633B1 - 역률 보정 회로를 갖는 무정전 전원 시스템 - Google Patents

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로버트 더블유. 쥬니어 존슨
조셉 씨. 파울라코니스
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니콜라스 제이. 코스탄쟈
엑사이드 일렉트로닉스 인터내셔널 코포레이션
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Abstract

무정전 전원(UPS) 시스템(10)이 역률 보정 회로(30)과 함께 제공된다. UPS 시스템은 AC 상용 전원(32)에 접속하기 위한 입력 단자(12 및 14)와 출력 단자(+DC 및 -DC)를 갖는 정류기(D1 및 D2)를 포함한다. 역률 보정 회로는 UPS 시스템이 AC 상용 전원에 대한 역률이 거의 1을 나타내도록 정류기의 입력 및 출력 단자에 동작 접속된다.

Description

[발명의 명칭]
역률 보정 회로를 갖는 무정전 전원 시스템
[발명의 상세한 설명]
[발명의배경]
본 발명은 무정전 전원(UPS) 시스템에 관한 것으로, 특히 역률 보정 회로를 갖는 UPS 시스템에 관한 것이다.
컴퓨터 워크스테이션, 특히 진보된 그래픽 디스플레이들을 갖는 워크스테이션들은 계속 증가하는 전력을 요구하고 있다. 이와 같은 전력 요구량은 1000 내지 1200 와트의 전력에 이르고 있다. 이는 이론적으로는 문제가 되지 않는데, 왜냐하면 15A, 115V의 가정용 전원으로부터 1725 와트의 전력이 이용가능하기 때문이다. 그러나, 미합중국 UL규격이 전류를 12A로 제한하고 있으므로 결국 이용가능한 전력은 1380 와트로 제한된다. 전형적인 전력 효율 85%, 역률 0.7, 및 110V의 낮은 전압으로 표준 가정용 전원에서 사용 가능한 최대 전력은 800 와트보다 더 작다. 역률 0.7은 AC 상용 전원에서 이용 가능한 전력을 약 30%정도 감소시킨다. 따라서, 역률을 높게 수정하여 전원을 제고해야 할 필요성이 점차 증대하고 있다. 소위 브라운 아웃(brown out) 조건하에서, 즉 이용 가능한 전압을 5% 감소시키는 사용하에서는 도출 가능 전력이 700 와트보다도 더 감소된다.
증가된 역률 보정에의 필요성을 증대시키는 다른 요인은 1992년 이후 유럽에서 300 와트 이상의 정류된 교류 전원을 끌어들여 캐패시티브 입력 필터를 구동하는 전자 장비는 필히 역률 보정 회로를 가져야 된다는 것이다.
위와 같은 역률 보정 회로에 대한 중요성은 UPS 시스템에도 적용할 수 있다. 본 출원과 동일 양수인에게 양도되고, 본 명세서에서 참고로 이용된 계류중인 미합중국 출원 제366,098호에, 50㎐ 또는 60㎐ 변압기를 제거하면서도 AC 상용 전원의 중성선을 그대로 유지함으로써 UPS 시스템의 전체 가격, 크기 및 무게를 실질적으로 감소시킨 UPS 시스템이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 역률 보정 회로는 상기 미합중국 특허 출원 제366,098호에 개시된 시스템에 특수한 응용을 갖는다.
[발명의 요약]
본 발명은 증가된 역률 보정에 대한 필요에 부응하여 이를 만족시키는 역률 보정 회로를 갖는 UPS 시스템을 제공한다.
요약하여, 본 발명에 따르면, AC 상용 전원의 비접지선에 접속되는 제1입력 단자, 상기 AC 상용 전원의 접지선에 접속되는 제2입력 단자, 제1출력 단자 및 제2출력 단자를 갖는 정류기 수단을 포함하는 무정전 전원(UPS)가 제공된다. 제1 및 제2부하 단자가 부하에의 접속을 위해 제공된다. 정류기 수단의 제2입력 단자는 제1부하 단자에 접속된다. 정류기 수단의 제1출력 단자와 제1부하 단자 사이에 접속된 제1캐패시터가 제공된다. 제2캐패시터는 정류기 수단의 제2출력 단자와 제1부하 단자 사이에 접속되어 제공된다. 정류기 수단으 제1캐패시터 양단에 정류된 라인 +DC 전압을 발생시켜, 정류기 수단의 제1 및 제2입력 단자가 각각 AC 상용 전원의 비접지선 및 접지선에 접속될 때 제2캐패시터 양단에 정류 라인 -DC 전압을 발생시킨다.
UPS 시스템은 반전 수단과 역률 보정 회로 수단을 더 포함한다. 반전 수단은 정류기 수단에 의해 발생된 직류 전압을 제1 및 제2부하 단자 양단의 AC 전압으로 변환하기 위하여 정류기 수단의 제1 및 제2출력 단자와 제2부하 단자에 동시 접속된다. 역률 보정 회로 수단은 UPS 시스템에 의해 수신된 교류 입력 전류를 제어하여 UPS 시스템의 AC 상용 전원에의 역률이 거의 1을 나타내도록 하기 위하여 정류기 수단의 제1 및 제2입력 단자와 제1 및 제2출력 단자에 동작 접속된다.
본 발명의 특정한 실시예에 대한 첨부 도면을 참조한 다음의 상세한 설명에서 본 발명을 더 완전히 이해할 수 있을 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 역률 보정 회로를 채택한 UPS 시스템의 회로도이다.
제2도는 본 발명에 따른 스위치 제어 수단의 블록도이다.
제3도는 제2도의 블록도의 세부를 도시하는 전기 회로도이다.
제4도는 제2도의 블록 형태로 도시된 스위치 제어 수단의 일부를 구성하고 있는 펄스 폭 변조 수단의 세부를 도시하는 전기 회로도이다.
[양호한 실시예의 설명]
도면에서 동일 참조 부호들은 동일 부품을 나타낸다. 본 발명의 역률 보정 회로를 채택한 UPS 시스템의 회로도가 제1도에 도시되어 있다. AC 상용 전원은 전체적으로 (10)으로서 도형으로 나타내어져 있다. 상용 전력은 다이오드(D1 및 D2)를 포함하는 정류기 수단의 제1 및 제2입력 단자(12 및 14)에 각각 공급된다. 제1입력 단자(12)는 활성(HOT) 단자라고 표시되고, 단자(14)는 중성(NEUTRAL)이라고 표시된다. 활성 단자(12)는 제1 또는 AC 상용 전원의 비접지선에 접속되고, 중성 단자(14)는 제2 또는 AC 상용 전원의 접지선에 접속된다. 상용 AC 전압으로부터 직류 전압을 얻기 위한 종래의 방법대로 다이오드(D1 및 D2)에 의해 직류(DC) 전압을 얻기 위해 정류되는데, 본 분야의 기술에 숙련된 자들에게 이해되듯이 중성점(16)에 대해 각각 제1캐패시터(C1)과 제2캐패시터(C2)의 양단에 제1도에서 +DC로 표시된 제1출력 단자에 +DC 전압을 발생시키고, 제1도에서 -DC로 표시된 제2출력 단자에 -DC 전압을 발생시킨다. 이 DC는 제1부하 단자(20)과 제2부하 단자(22)를 포함하는 부하 단자 쌍엠프 전압을 발생시키기 위해 인버터(18)에 의해 처리된다. 인버터(18)은 본 분야의 기술에 숙련된 자들에게 잘 이해되는 것처럼 UPS 시스템에 예비(back-up) 전력을 제공하기 위한 배터리(도시되지 않음)를 포함한다. 앞의 서술에서 이해될 것은 제1 및 제2입력 단자(14 및 16)이 각각 AC 상용 전원의 비접지선과 접지선에 접속될 때 다이오드(D1 및 D2), 제1입력 단자(12), 제2입력 단자(14), 제1출력 단자 +DC 및 제2출력 단자 -DC를 포함하는 정류기 수단이 노드(16)에 대해 캐패시터(C1) 양단에 정류된 +DC 전압을 발생시키고, 캐패시터(C2) 양단에 정류된 -DC 전압을 발생시킨다는 것이다.
부하(24)는 인버터 AC 단자(26)이 부하 단자 (22)에 접속되어 있고, 중성 단자(14)가 도체(48 및 28)을 통해 노드(16)에 직접 접속되어 있을 때 부하(24)는 부하 단자(20 및 22)의 양단에 접속되어 있는 것으로 도시되어 있다. 동작시 사용 전압, 즉 120V가 다이오드(D1 및 D2)에 인가될 때, 제1도의 회로의 동작은 지금까지 설명된 것처럼 캐패시터(C1) 양단에 양의 라인 피크 전압과 같은 전압, 즉 170V를, 그리고 캐패시터(C2) 양단에 음의 라인 피크 전압과 같은 전압, 즉 -170V를 야기한다. 인버터(18)은 인버터의 AC 단자에 또는 부하 단자(20 및 22) 양단에 AC 전압을 발생시키기 위하여 캐패시터(C1 및 C2) 양단의 이용가능한 전압을 사용하여 동작한다. 제1도의 회로, 즉 설명된 것처럼 현재의 UPS 시스템은 상용 전압 파형의 피크 부근에서는 AC 상용 전원으로부터 비교적 높은 입력 전류를 도출하고 나머지 주기 동안은 거의 0이 된다. 이는 역률이 개선될 경우 요구되는 것보다 양호하지 못한 역률 및 더 높은 RMS 전류를 가져온다.
제1도에 도시된 회로에 대한 설명을 계속하면, 역률 보정 회로는 점선 블록(30) 내에 있는 것으로 도시되어 있다. (32)에 도시된 것처럼 AC 상용 전원 또는 정류기 수단 입력 단자(12 및 14)에 접속될 때, 및 (35)에 도시된 것처럼 출력 단자 +DC, -DC에 접속될 때, 이 역률 보정 회로(3)은 UPS 시스템에 의해 수신된 교류 입력 전류가 제어되어 UPS 시스템이 AC 상용 전원에 대해 거의 1에 가까운 역률을 나타내게 한다는 점에서 UPS 시스템의 성능을 향상시킬 것이다.
역률 보정 회로(30)은 리드(36), 노드(38) 및 리드(40)을 통해 제1입력 단자(12)에 접속된 제1입력 수단(34)와, 리드(44), SEM(36) 및 리드(48)을 통해 제2입력 단자에 접속된 제2입력 수단(42)를 포함하고 AC 전원에 접속하기 위한 입력 보정 수단을 포함한다. 역률 보정 회로(30)은 또한 리드(52)를 통해 정류기 수단의 제1 또는 +DC 단자에 접속된 제1출력수단(50)과, 리드(62)를 통해 정류기 수단의 제2 또는 -DC 단자에 접속된 제2출력 단자(60)을 포함한다. 따라서, 역률 보정 회로(30)은 위에서 처음에 설명된 것처럼 현재의 UPS 시스템에 나란히 접속된다. 역률 보정 회로(30)은 인덕터 수단(70), 전체적으로 (72)로 나타낸 정류기 수단, 전체적으로 (74)로 나타낸 스위치 수단, 전류 감지 수단 또는 전류 변성기(76) 및 스위치 제어 수단(78)을 더 포함한다.
인덕터 수단(70)은 제1인덕터 단자(80)과 제2인덕터 단자(82)를 갖는다. 제1인덕터 단자(80)은 리드(84)를 통해 입력 수단(34)에 접속되어 있고, 제2인덕터 단자(82)는 다이오드(D3 및 D4)로 구성된 정류기 수단(72)에 접속되어 있다. 정류기 수단(72)는 다이오드(D1 및 D2)를 포함하는 정류기 수단으로부터 정류기 수단(72)를 구별하기 위하여 지금부터는 종종 제2정류기 수단으로 언급된 것이다. 스위치 수단(74)는 한 쌍의 다이오드(84 및 85)와, 양방향 전류 흐름을 허용하는 소오스-소오스 접속된 두 개의 적렬 N 채널 전력 전계 효과 트랜지스터(FET, 86 및 88)을 포함한다. 스위치 제어 회로(78)은 스위치 수단(74)가 어느 방향으로든 전류를 도통시키도록 제어됨으로써 AC 스위치를 형성하는 방식으로 동작한다.
역률 보정 회로의 세부, 즉 스위치 제어 수단(78)의 세부를 더 설명하기 전에, 제1도에 도시된 회로의 동작에 대한 간단한 전반적인 서술이 제2도 및 제3도의 설명이 진행되면서 아래에 충분히 설명될 동작의 세부와 함께 주어질 것이다. 입력 보정 수단(34 및 42)가 AC 상용 전원에 접속되어 있을 때, 즉 양의 반주기 동안 단자(12 및 14)가 AC 상용 전원에 접속되어 있고, 단자(34 및 42)가 단자(12 및 14)에 각각 접속되어 있을 때, 스위치 제어 수단(78)의 동작을 통해 스위치(74)가 닫히고 인덕터(70)이 AC 상용 전원에 접속되기 때문에, 입력 전류는 인덕터(70)을 충전한다. 다이오드(D1 및 D2, D3 및 D4)는 +DC 단자와 -DC 단자에서의 전압 때문에 역바이어스되고, 따라서 전류를 도통시키지 않는다. 인덕터(70)을 흐르는 전류는 전류 변성기(76)을 통해 스위치 제어 수단(78)에 의해 감지되거나 감시된다. 전류 변성기(76)이 제1도에서 스위치(74)의 다음에 위치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 전류 변성기(76)은 인덕터(70)을 통과하는 입력 충전 전류의 양을 감지하기 위해 인덕터(70)의 바로 뒤에 위치될 수도 있다는 것이 명백하다. 스위치(74)를 흐르는 전류가 요구되는 값까지 증가했을 때, 스위치 제어 수단(78)에 의해 결정 되는대로 스위치 수단(74)는 턴오프, 즉 개방된다. 그리고 나서, 인덕터(70)에서의 전류는 입력 전류가 인덕터(70)으로부터 다이오드(D3)으로 방전됨에 따라 소멸하기 시작한다. 전류는 다이오드(D3)에 의해 정류되고, 이 정류된 인덕터 전류를 수신하는 캐패시터(C1)로 흘러 들어가서, 인덕터(70)이 방전될 때 발생되는 전압으로 충전된다.
스위치 제어 수단(78)은 스위치 수단(74)의 고정 오프 시간, 즉 스위치 수단(74)의 개방 및 스위치 수단(74)의 가변 온 시간, 즉 스위치 수단(74)의 폐쇄를 제어한다. 스위치 수단(74)가 다시 닫힐 때, AC 상용 전원으로부터의 입력 전류는 다시 인덕터(70)을 충전할 것이다. (C1) 양단의 전압을 요구되는 양의 값, 즉 180-200V로 유지하도록 충분한 전류 진폭을 캐패시터(C1)에 제공하기 위하여 스위치 수단(74)의 동작이 반복된다. 상용 전압이 음일 때, 스위치 제어 수단(78)의 동작은 인덕터(70)으로부터 방전된 전류가 캐패시터(C2) 양단의 전압을 요구되는 음의 전압, 즉 -180∼-200V에 유지하는 방식으로 다이오드(D4)를 통해 캐패시터(C2)로 들어가는 것 이외는 유사하다. 스위치 수단(74)는 인덕터(70)을 통과하여 인덕터(70)에 충전되는 입력 전류와 인덕터(70)으로부터 방전되는 입력 전류를 모두 포함하는 총 전류의 파형이 AC 상용 전원의 라인 전압에 거의 유사하거나 거의 동 위상이 되도록 스위치 제어 수단(78)에 의해 교대로 개폐된다. 이와 같은 상황하에서 UPS 시스템은 AC 상용 전원에 대해 역률이 거의 1을 나타낸다는 것은 본 분야의 기술에 숙련된 자들에게 이해될 것이다.
제2도를 참조하면, 스위치 제어 수단(78)은 점선 안에 블록 형식으로 도시되어 있다. 스위치 제어 회로(78)의 UPS 시스템으로의 접속은 단자(34 및 42) 및 단자 (50 및 60)을 통해 이루어진다. 리드(102)를 통해 단자(34)에 접속되고 리드(104)를 통해 단자(42)에 접속되는 전원(100)은 스위치 제어 회로(78)과 함께 포함된다. 전원(100)은 기본적으로 두 가지 목적을 갖고 있다. 그 첫째는 공급 단자 Vcc와 Vee를 통해 스위치 제어 수단(78)의 나머지에 필요한 논리 전력을 제공하는 것이고, 그 두번째는 스위치 수단(74)를 동작하기 위해 전력을 공급하는 데에 사용되는 단자 VPOS와 Vgd양단에 분리된 전원을 제공하는 것이다.
라인 감지 수단(106)은 리드(108)를 통해 단자(34)에 접속되고, 리드(110)을 통해 단자(42)에 접속된다. 라인 감지 수단(106)은 기본적으로 적절한 스위칭 요소(A)의 개폐를 제어할 제어 회로와 적절한 제2스위칭 요소(B)를 포함한다. 라인 감지 수단(106)은 제1스위치 수단(A)에 접속된 제1출력(112)와 제2스위치 수단(B)에 접속된 제2출력(114)를 갖는다. AC 전원이 양이고 단자(34)가 단자(42) 보다 더 양일 때, 스위치 수단(A)는 라인 감지 수단(106)의 동작에 의해 닫히고 스위치 수단(B)는 열린다. 반대로 AC 전원이 음일 때, 스위치 수단(A)는 열리고 스위치 수단(B)는 닫힌다. 따라서, 라인 감지 수단(106)은 AC 전원이 양일 때는 전압 조절기(118)을 승산기 회로(120)의 X 입력 단자에 및 AC 전원이 음일 때는 전압 조절기(122)를 승산기 회로(120)의 X 입력 단자에 교대로 접속시킨다.
스위치 제어 수단(78)의 설명을 계속하면, 저항(R3,R4,R5 및 R6)은 출력 접속 수단 또는 단자(50 및 60)이 캐패시터(C1)이 있는 전기회로, 예를 들면 제1도와 관련하여 처음에 설명된 UPS 시스템에 접속될 때 캐패시터(C1) 양단의 전압에 비례하는 제1신호를 제공하기 위한 제1스케일링 수단을 포함하는 저항(R3 및 R4)와 함께 정류기 수단(D3 및 D4)에 동작 접속된다. 캐패시터(C1) 양단의 전압에 비례하는 제1신호는 리드(14)를 통해 전압 조절기(118)에 접속된다. 저항(R5 및 R6)은 출력 접속 수단 또는 단자(50 및 60)이 캐패시터(C2)가 있는 전기 회로에 접속될 때 캐패시터(C2) 양단의 전압에 비례하는 제2신호를 제공하기 위한 제2스케일링 수단을 포함한다. 캐패시터(C2)의 양단 전압에 비례하는 제2신호는(126)으로 도시되고 저항(R7)과, 증폭기(127)과 피드백 저항(R8)을 포함하는 반전 증폭기를 통해 전압 조절기(122)에 접속된다.
스위치 제어 수단(78)은 또한 입력 접속 수단(34 및 42)에 동작 접속된 저항(R1 및 R2)를 포함한다. 저항(R1 및 R2)는 입력 접속 수단(34 및 42)가 AC 사용 전원에 접속될 때 AC 상용 전원의 순간 라인 전압에 비례하는 제3신호를 제공하기 위한 제3스케일링 수단을 포함한다. 제3스케일링 수단(R1 및 R2)는 소위 전파 정류기 수단(128)을 통해 승산기(120)의 제2 또는 Y 입력에 접속된다. 승산기(120)은 전압 조절기(118 및 122)의 출력 전압들에 의해 교대로 곱해진 AC 상용 전원의 순간 라인 전압과 유사한 출력 전압 신호를 XY 출력 단자에 발생시키는 방식으로 기능한다. 이와 같은 방식으로 전압 조절기(118 및 122)의 출력 전압들은 승산기(120)의 Y 단자에 인가된 전파 정류기의 출력 전압의 진폭을 변화시킨다. 승산기 회로(120)의 출력은 임피던스 변환장치 또는 폴로우어(134)를 통해 펄스 폭 변조(PWM) 모듈 또는 수단(132)의 제1입력(130)에 접속된다. 이와 같이, 승산기(120)의 높은 출력 임피던스는 PWM 모듈(132)의 낮은 입력 임피던스에 맞는 낮은 임피던스로 변환된다.
PWM 모듈은 전류 감지 수단(76)에 접속된 제2입력 수단(134)와, 분리 및 구동 모듈(138)을 통해 스위치 수단(74)에 접속된 출력 수단(136)을 갖는다. 아래의 제3도의 설명에서 더 명백해지듯이, PWM 모듈(132)는 AC 상용 전원의 라인 전압과 유사하고 거의 위상이 같은 파형을 갖는 기본, 즉 60㎐ 입력전류를 UPS 시스템에 제공하도록 인덕터(70)에 흐르고 스위치 수단(74)를 통과하도록 요구되는 총 전류를 결정하기 위하여 승산기(120)의 출력을 사용함으로써, 거의 1에 가까운 역률을 발생시킨다.
제3도를 참조하면, 전원(100)은 단자(34 및 42)에 접속된 입력 권선(302)를 갖는 전체가 (300)으로 도시된 변압기를 포함한다. 변압기(300)은 두 개의 부가적인 권선(304 및 306)을 갖는다. 제1의 부가적인 권선(304)는 두 개의 논리 전원, 즉 양의 전원 Vcc와 음의 전원 Vee를 형성하기 위해 다이오드(308 및 310)과 캐패시터(312 및 314)에 접속된 센터 탭이 되어 있는 권선이다. 제2의 부가적인 권선(306)은 분리 및 구동 모듈(138)을 동작시키기 위한 분리된 전원을 얻기 위한 것이다. 변압기(300)의 제2권선(306)은 분리된 양의공급 전압 VPOS와 Vgd(GND 1)을 발생시키기 위해 다이오드(316)과 캐패시터(318)에 접속된다.
라인 감지 수단(106)은 트랜지스터(320 및 322)로 구성되어 있다. 저항(324)는 단자(34), 트랜지스터(320)의 베이스(325), 트랜지스터(322)의 에미터(326)에 접속되어 있다. AC 상용 전원의 양의 반주기동안, 전류는 트랜지스터(320)의 베이스(325)로 흘러 들어가서, 부하 저항(328)에 흐름으로써, 트랜지스터(320)의 컬렉터(330)에 낮은 전압을 발생시킬 것이다. 컬렉터(330)에서의 낮은 전압의 결과, 높은 전압 또는 제1스위칭 신호가 인버터 또는 NOT 장치(332)의 출력에 나타나고, 스위치 수단(A)를 닫기 위해 스위치 수단(A)에 인가될 것이다. 반대로, AC 상용 전원의 음의 반주기 동안, 전류는 트랜지스터(322)의 에미터(326)과 베이스(334)에 흐른다. 트랜지스터(322)는 전류가 부하 저항(336)에 흐르게 하고, 낮은 전압의 트랜지스터(322)의 컬렉터(338)에 나타날 것이고, 대응하는 높은 전압 또는 제2스위칭 신호는 인버터 또는 NOT 장치(340)의 출력에 나타나서 스위치 수단(B)를 닫기위해 스위치 수단(B)에 인가될 것이다. 위에서 이해되어야 할 것은 스위치 수단(A)는 AC 상용 전원의 양의 반주기 동안 닫히고 AC 상용 전원의 음의 반주기동안 열린다는 것과, 스위치 수단(B)은 AC 전원의 음의 반주기동안 닫히고 양의 반주기동안 열린다는 것이다.
전압 조절기(118 및 122)를 참조하면, 각각은 전압 조절기(118)에서는 (342)로 표시되고 전압 조절기(122)에서는 (343)으로 표시된 연산 증폭기, 피드백 소자(Zin 및 Zfb), 및 전압 조절기(118)에서는 (344)로 표시되고 전압 조절기(122)에서는 (346)으로 표시된 기준 전압 신호 발생 수단으로 구성되어 있다.
피드백 소자(Zin 및 Zfb)의 목적은 AC 상용 전원의주파수 60㎐에 걸쳐 비교적 일정한 에러 전압을 발생시키는 것이다. 기본 파형에 걸쳐 에러 전압을 일정하게 유지하는 이유는 캐패시터(C1 및 C2)상의 리플로 인한 전류 파형의 찌그러짐을 감소시키기 때문이다.
단자(50)에 나타나는 전압은 저항(R3 및 R4, 상술한 제1스케일링 수단)에 의해 감소되어 캐패시터(C1) 양단의 전압에 비례하는 전압 신호(상술한 제1신호)를 제공한다. 이 감소된 값 또는 제1신호는 기준 전압 발생 수단(344)에 의해 발생된 전압 기준 또는 제1기준 신호에 대해 증폭기(342)에 비교된다. 이 제1기준 신호는 정밀 전압원 또는 제너 전압으로서 발생될 수 있고, 캐패시터(C1) 양단에 요구되는 전압 레벨을 나타낸다. 제1기준 전압 신호와 스케일된 전압 또는 제1신호 사이의 결과적인 차이는 연산증폭기 또는 제1에러 신호 발생 수단(342)에 의해 발생되어서, 제1에러 신호 발생 수단(342)의 출력 상에 제1에러 신호로서 나타난다.
단자(60)에 나타나는 전압은 저항(R5 및 R6, 상술한 제2스케일링 수단)에 의해 감소되어 캐패시터(C2) 양단의 전압에 비례하는 전압 신호(상술한 제2신호)를 제공한다. 반전 증폭기(126)에 반전 후의 감소된 값 또는 제2신호는 기준 전압 발생 수단(346)에 의해 발생된 전압 기준 또는 제2기준 신호에 대해 증폭기(343)에서 비교된다. 이 제2기준 신호는 정밀 전압원 또는 제너 전압으로 발생될 수 있고, 캐패시터(C2) 양단의 요구되는 전압 레벨을 나타낸다. 제2기준 전압 신호와 스케일된 전압 또는 신호 사이의 결과적인 차이는 연산 증폭기 또는 제2에러 신호 발생 수단(343)에 의해 발생되고, 제2에러 신호 발생 수단(343)의 출력 상에 제2에러 신호로서 나타난다.
상술한 것으로부터 이해되어야 할 것은 제1 및 제2에러신호 발생 수단(342 및 343)의 출력 또는 에러 신호들은 각각 스위치 수단(A 및 B)를 선택적으로 개폐하기 위한 라인 감지 수단(106)의 동작에 의해 승산기(120)의 X 입력에 선택적으로 인가된다. 달리 말하면, 라인 감지 수단(106)은 제1스위치 수단(A)를 닫고 승산기(120)의 제1 또는 X 입력에 제1에러 신호를 인가하기 위하여 제1스위칭 신호를 AC 상용 전원의 각 양의 반주기동안 제1스위치 수단(A)에 제공한다. 라인 감지 수단(106)은 또한 제2스위치 수단(B)를 닫고 승산기(120)의 제1 또는 X 입력에 제2에러 신호를 인가하기 위해 제2스위칭 신호를 AC 상용 전원의 각음의 반주기동안 제2스위치 수단(B)에 제공한다. 양호한 실시예에서 승산기(12)은 모토롤라 인크(Motorola Inc.)에 의해 제조 판매되는 모델명 MC1495L인 승산기 또는 그 등가물을 포함한다. 스위치 제어 회로 수단(78)은 캐패시터(C1 및 C2)양단의 전압이 양과 음 두 방향 모두에게 AC 상용 전원의 피크 전압을 초과하는 한 단자(50 및 60)에서 본 전압을 독립적으로 유지시킬 수 있다.
전파 정류기(128)을 참조하면, 정류기(128)은 두 개의 연산 증폭기(350 및 352)로 구성된다. 증폭기(350)은 저항(354 및 356)이 동일하고 다이오드(358)이 증폭기 (350)의 출력 (360)과 직렬로 위치된, 이득이 1인 반전 증폭기로서 접속된다. 현대의 연산 증폭기들의 특성은 이상형에 가까운데, 그 입력 임피던스는 무한대이고, 출력 임피던스는 0이고, 증폭기의 두 입력 사이의 전압은 0이거나 적절하게 동작하는 증폭기 회로에서는 가상접지이다. 정류기 회로(128)에서, AC 상용 전원의 음의 반주기 동안 스케일된 전압 또는 제3신호 -Vin[상술한 스케일링 수단(R1 및 R2)로부터 나온]은 저항(354)에 인가되고, 음의 입력이 가상 접지이기 때문에 저항(354)에 흐르는 전류는 Vin/R로 주어진다. 이 전류는 증폭기(350)의 입력으로 흐를 수 없기 때문에 저항(356)으로 흘러야 한다. 저항(354 및 356)의 값은 동일하여서, 두 저항에 동일한 전류가 흐르기 때문에 전압의 크기는 같고 극성만 바뀐다. 이것이 반전 증폭기의 실체이다. 증폭기 출력(360)이 다이오드(358)에 의해 저항(356)에 접속되어 있다는 사실은 증폭기(352)의 입력에 인가된 전압, 즉 Vin에 어떠한 영향도 끼치지 않는다. 이전의 상태와는 달리, 증폭기(350)은 전류가 저항(354 및 356)에 흐르지 못하게 하는 다이오드(358)의 동작 때문에 연산 증폭기로서는 동작하고 있지 않다. 증폭기(350, 352)가 입력들에 흐르는 전류를 갖고 있지 않기 때문에 저항(354)에 나타나는 전압은 증폭기(352)의 양의 입력(362)의 전압과 동일하다. 증폭기(352)는 폴로우어로 구성되어 있어서, 입력 전압과 출력 전압이 같다. 따라서, 이 회로의 동작은 보통의 정류 과정에 수반하는 다이오드 전압 강하없이 증폭기(352)의 출력(364)에 정류된 스케일된 사용 전압과 같은 전압을 발생시키는 것이다. 전파 정류기 회로(128)의 목적은 나머지 회로 부분, 즉 그 출력이 공급되는 PWM 칩에 의해 더 용이하게 사용가능한 단극성의 신호를 제공하는 것이고, 만약 회로의 모든 나머지 부분이 쌍극성 신호의 사용을 허용하도록 수정되면 이 스위치 제어 회로(78)에 남아 있는 것이 요구되지 않을 것이다.
상술한 것들로부터 이해될 수 있는 것은 제3스케일리링 수단(R1, R2)가 AC 상용 전원의 순간 라인 전압에 비례하는 제3신호를 제공하는 것과, 이와 같은 제3신호가 전파 정류기(128)을 통해 승산기 Y 입력 단자로 인가된다는 것이다. 위에 나타난 것처럼, 승산기(120)은 전압 조절기(118 및 122)의 출력 전압에 의해 교대로, 즉 각각 연산 증폭기(342 및 343)에 의해 발생된 제1 및 제2에러 신호에 의해 교대로 곱해진 AC 상용 전원의 순간 라인 전압과 유사한 출력 전압 신호를 XY 출력 단자에 발생시킨다. 위에 나타낸 것처럼, 승산기(120)의 XY 출력은 폴로우어(134)를 통해 PWM 모듈(132)의 제1입력에 접속된다.
제33도 및 제4도를 참조하면, PWM 모듈(132)는 양호한 실시예에서 모토롤라 인크에 의해 제조 판매되는 고성능, 고정 주파수 전류 모드 제어기 모델명 UC3843A 또는 그 등가물을 포함하는 칩(470)을 포함한다. 칩(470)은 모토롤라의 문헌에 잘 기술되어 있기 때문에 그 기본 동작만 여기에서 기술될 것이다. 칩(470) 이외에도 캐패시터(CT), 저항(RT), 트랜지스터(472), 저항(474), 다이오드(476) 및 저항(478)을 포함하는 회로 요소들이 PWM 칩(470)의 일정 오프형 동작을 실행하기 이해 사용된다. 즉, 이 동작 모드에서 온 시간은 가변적이고, 오프시간은 일정하다. 칩(470)에 있는 보통의 에러 증폭기(480)은 사용되지 않지만, 전압 폴로우어(134)의 출력은 칩(470)의 출력 보정 핀(1)에 접속되어 이하에 설명되듯이, 전류 변성기(76)에서 발생된 전류가 전류 폴로우어(134)의 출력으로부터의 신호를 추적하게된다. 다이오드(481 및 482)는 전압 폴로우어(134)를 칩(470)에 접속시켜서, PWM 칩(470)의 내부 두 다이오드의 편이를 상쇄시킨다. 또, 저항(483) 및 캐패시터(484 및 486)으로 구성된 노이즈 필터, 다이오드(488, 490, 492, 494) 및 저항(496)으로 구성된 브리지 회로, 및 부하 저항(498)은 칩(470)에 동작 접속되어 PWM 모듈의 일부분을 형성한다.
AC 스위치(74)를 통과한 전류는 칩(4700에 의해 핀(6)에 발생된 스위치 제어 신호에 의해 제거된다. 그리고 나서, 이 스위치 제어 신호는 아래에서 더 명확히 설명될 분리 및 구동 모듈(138)의 동작을 통해 스위치(74)에 접속된다. 스위치 제어 신호가 저레벨 또는 0V일 때 스위치(74)는 오프 또는 전류를 도통시키지 않는다. 반대로, 스위치 제어 신호가 고레벨일 때 스위치(74)는 온 또는 전류를 도통시킨다. 스위치(74)가 온일 때, AC 상용 전원으로부터 흘러 인덕터(70)을 충전하는 입력 전류는 스위치(74)를 통과하고, 스위치(74)에 직렬로 접속되어 있는 전류 변성기(76)에 반영된다. 스위치(74)를 흐르는 전류의 복제가 전류 변성기(76)의 출력에서 얻어진다. 이 전류의 복제는 이 전류 복제를 스위치(74)에 흐르는 전류의 전압 복제로 변환시키는 부하 저항(498)을 통해 흐른다. 이 전압 복제는 칩(470)의 전류 감지 입력(3)에 인가되고, 칩내에 포함되어 있는 비교기(498)의 제1입력(495)에 인가된다. 위에 나타낸 것처럼, 칩(470)에 포함되어 있는 에러 증폭기(480)은 사용되지 않고, 전압 폴로우어(134)의 출력은 칩(470)의 출력 보상 핀(1)에 접속된다. 인덕터(70)에서 요구되는 전류 레벨을 나타내는 폴로우어(134)의 전압 출력은 칩(470)의 출력 보상 핀(1)에 인가되고, 이어서 칩(470)의 비교기(498)의 다른 또는 제2입력(497)에 접속된다.
스위치(74)가 닫혀 있을 때, 흐르는 전류는 비교기(498)의 입력(495 및 497)의 전압들이 같을 때 비교기(498)이 상태를 바꾸고 칩(470)의 핀(6)에서의 출력이 저레벨로 떨어지도록, 즉 스위칭 신호가 더 이상 온이 아니고 스위치(74)가 오프가 되도록 요구되는 레벨에 도달할 때까지 증가할 것이다. 동작 중 일정 오프 시간을 실행하기 위해 사용되는 상술한 회로 요소들은 그후 고정 오프 시간으로 복귀하여 인덕터(70)은 인덕터 전류를 출력 캐패시터(C1 또는 C2)에 방전할 수 있다. 이와같은 기본 고정 오프 시간은 저항(RT) 및 (CT)에 의해 발생되는데, 이들 요소들의 접합은 칩(470)내에 포함된 발진기 회로(500)에 접속된다. 핀(6)에서의 스위치 제어 신호가 저레벨이기 때문에 트랜지스터(472)는 비도통이고, 캐패시터(CT)의 전압은 저항(RT)에 의해 제공된 전류가 캐패시터(CT)로 흐름에 따라 증가한다. 캐패시터(CT)의 전압이 발진기(500)에 의해 요구되는 레벨에 도달할 때, 발진기(500)은 칩(470)이 다시 고레벨로 가도록, 즉 스위치 제어 신호가 온 상태로 복귀하도록 하는 PWM 래치(502)의 동작을 유발하기 위하여 내부 전류 싱크로(CT)를 방전시킨다. 일정 오프 총 시간은 (CT)를 충전 및 방전하는 시간을 포함한다. 스위치 제어 신호가 고레벨이면 트랜지스터(472)는 저항(RT)에 의해 공급되는 전류에 의해 캐패시터(CT)를 다시 충전하는 것을 금지하여, 발진기(500)에의 전압을 0레벨로 유지한다. 인덕터 충전 전류는 스위치의 전류가 요구되는 레벨에 도달할 때마다, 즉 거의 AC 상용 전원의 순간 라인 전압의 복제이고 위상이 거의 같은 전류에 도달할 때마다 주기를 반복하여 스위치(74)에 다시 상승할 것이다. 스위치(74)의 도통 시간은 인덕터(70)을 요구되는 전류 레벨로 충전시키는 시간의 함수이고, 이는 인덕턴스와 인가된 전압의 함수로서 변동할 것이다.
분리 및 구동 모듈(138)은 광결합기(365), 전체가 (366)으로 표시되고 트랜지스터(367 및 368)과 게이트 발진 방지 저항(369 및 370)을 포함한 에미터 폴로우어를 포함하고 있다. 양호한 실시예에서, 광결합기(365)는 캘리포니아주 팔로 알토 소재 휴렛트-팩카드사(Hewlett-Packard Co.)에 의해 제조 판매되는 모델명 HCPL2200 또는 그 등가물을 포함한다. 이 모듈(138)의 동작은 전류가 광결합기(365)의 발광 다이오드(371)에 흐를 때, 상술한 것처럼 캐패시터(318) 양단에 발생된 분리 전원을 사용하여 출력(372)가 턴온하도록, 즉 고레벨로 가도록 한다. 발광 다이오드(371)에 전류 흐름이 중단될 때 출력(372)는 오프, 즉 저레벨로 또는 0V로 된다. 출력(372)가 고레벨이면, 트랜지스터(368)은 저항(369 및 370)을 흐르는 전류를 도통시킴으로써, 각각 FET(86 및 88)의 게이트 소오스 캐패시턴스를 출력(372)의 전압 트랜지스터(368)의 VBE에 충전 시킨다. 이 동작은 FET(86 및 88)을 턴온시킴으로써, FET(86 및 88)을 통해 어느 방향으로든 전류가 흐르도록 한다. 출력(372)가 저레벨이면, 트랜지스터(367)의 에미터 베이스 접합은 순방향 바이어스되어 FET(86 및 88)의 게이트-소오스 캐패시턴스를 저항(369 및 370)을 통해 방전함으로써 FET(86 및 88)을 통한 양방향 전류 흐름을 차단한다.
상술한 것으로부터 본 분야의 기술에 숙련된 자들이 이해하여야 할 것은 스위치 제어 수단(78)이 펄스 폭 변조 모듈을 포함하는 스위치 제어 신호를 발생시키는 수단을 포함한다는 것과, 이 펄스 폭 변조 수단이 펄스 열의 형식으로 그 출력에 스위치 제어 신호를 발생시키고 각 펄스의 지속 기간은 승산기(120)의 출력 전압 신호에 제어된다는 것이다. 더욱이, AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기들 동안, 스위치(74)를 닫아서 상용 전원으로부터의 입력 전류가 인덕터(70)을 충전 시키기 위해 흐르도록 하기 위해, 및 스위치(74)를 열어서 인덕터(70)이 입력 전류를 제2정류기 수단(D3 및 D4)로 방전시키도록 하기 위해, PWM 수단의 출력은 스위치 수단(74)에 접속된다는 것도 마찬가지이다. 스위치 수단(74)는 펄스 폭 변조 수단의 출력상의 스위칭 제어 신호의 유무에 따라 교대로 개폐되는데, 이로 인하여 인덕터(70)을 흐르고 인덕터(70)으로 충전되는 입력 전류와 그로부터 방전되는 입력 전류를 포함하는 총 전류는 대체로 AC 상용 전원의라인 전압의 복제이고 위상도 같다.
본 발명이 단상 UPS 시스템과 관련하여 설명되었지만, 3상 시스템에도 사용 될 수 있다는 것이 본 분야의 기술에 숙련된 자들에게는 명백할 것이다. 더욱이, 본 발명이 본 발명에 따른 UPS 시스템 및 역률 보정 회로의 양호한 실시예에 관련하여 설명하였지만, 그리고 본 발명을 설명하기 위하여 특정한 논리 및 전기적 구조가 사용되고 설명 전반에서 특정한 논리 형식이 채택되었지만, 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 않고도 많은 수정 및 일탈이 가해질 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (13)

  1. AC 전기 회로에 직접 역률 보정을 제공하기 위한 역률 보정 회로에 있어서, a) AC 상용 전워에 접속하여 입력 전류를 받아들이기 위한 입력 접속 수단; b) 상기 입력 전류를 충전 및 방전하기 위하여 상기 입력 접속 수단에 접속된 인덕터 수단; c) 상기 인덕터 수단으로부터 방전된 입력 전류를 받아 들여서, 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단으로부터 방전될 때 정류된 인덕터 전류를 발생시키기 위하여 상기 인덕터 수단에 접속된 정류기 수단; d) 상기 인덕터 수단, 상기 정류기 수단 및 상기 입력 접속 수단에 접속되어 있고 상기 AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기에서 상기 입력 전류를 도통시키기 위한 스위치 수단; e) 상기 인덕터 수단을 흐르는 상기 입력 충전 전류의 양을 감지하기 위한 전류 감지 수단; f) 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단을 충전하도록 하기 위해 상기 스위치 수단을 닫고, 상기 인덕터가 상기 정류기 수단으로 상기 입력 전류를 방전하도록 하기 위해 상기 스위치 수단을 열기 위한 스위치 제어 신호를 발생시키기 위하여 상기 전류 감지 수단에 접속된 수단을 포함하고, 상기 인덕터 수단에 충전된 상기 입력 전류와 상기 인덕터 수단으로부터 방전된 상기 입력 전류를 다 포함하고 상기 인덕터 수단을 통과하는 총 전류가 상기 AC 상용 전원의 라인 전압과 거의 유사하고 위상이 거의 같도록 상기 스위치 제어 신호에 의해 교대로 개폐되는 상기 스위치 수단에 접속된 스위치 제어 수단; 및 g) 상기 정류된 인덕터 전류를 받아 들여서 상기 인덕터 수단이 상기 AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기 동안 방전될 때 발생된 전압을 충전하는 캐패시터 수단을 포함하는 전기 회로에 접속하기 위하여 상기 정류기 수단에 접속된 출력 접속 수단을 포함하되, AC 상용 전원이 중성선의 전기적 단절이 없이 전기 회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 역률 보정 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입력 접속 수단이 상기 AC 상용 전원의 제1도체에 접속하기 위한 제1입력 단자와 상기 AC 상용 전원의 제2도체에 접속하기 위한 제2입력 단자를 포함하고, 상기 캐패시터 수단이, 상기 정류된 인덕터 전류를 받아 들여서 상기 AC 상용 전원의 양의 반주기동안 상기 인덕터 수단이 방전될 때 발생된 전압을 충전하는 제1캐패시터 수단과, 상기 정류된 인덕터 전류를 받아 들여서 상기 AC 상용 전원의 음의 반주기동안 상기 인덕터 수단이 방전될 때 발생된 전압을 충전하는 제2캐패시터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보정 회로.
  3. 제1항에 있어서, 스위치 제어 신호를 발생하기 위한 상기 수단이 제1입력 수단, 상기 전류 감지 수단에 접속된 제2입력 수단, 및 출력 수단을 갖는 펄스 폭 변조 수단을 포함하고, 상기 펄스 폭 변조 수단이 그 출력 수단에 펄스 열의 형식으로 상기 스위치 제어 신호를 발생시키고, 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단이 AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기동안 a) 상기 스위치 수단을 닫음으로써 상기 입력 전류가 상기 AC 상용 전원으로부터 상기 인덕터 수단을 충전하도록 흐르게 하고, b) 상기 스위치 수단을 열어서 상기 인덕터 수단이 상기 입력 전류를 상기 정류기 수단으로 방전하도록 하기 위해 상기 스위치 수단에 접속되고, 상기 스위치 수단이 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단 상의 상기 스위치 제어 신호의 유무에 따라 교대로 개폐되는 것을 특징으로 하는 역률 보정 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캐패시터 수단이 a) 상기 정류된 인덕터 전류를 받아 들여서, 상기 인덕터 수단이 상기 AC 상용 전원의 양의 반주기동안 방전될 때 전압을 충전하는 제1캐패시터 수단, 및 b) 상기 정류된 인덕터 전류를 받아 들여서, 상기 인덕터 수단이 상기 AC 상용 전원의 음의 반주기동안 방전될 때 발생된 전압을 충전하는 제2캐패시터 수단을 포함하고, 상기 스위치 제어 수단이 상기 출력 접속 수단이 상기 전기 회로 수단에 접속될 때 상기 제1캐패시터 수단 양단의 전압에 비례하는 제1신호를 제공하기 위하여 상기 정류기 수단에 동작 접속된 제1스케일링 수단; 상기 제1캐패시터 수단 양단의 요구되는 전압 레벨을 나타내는 제1기준 신호를 발생시키기 위한 제1발생 수단; 상기 제1신호와 상기 제1기준 신호 사이의 차를 나타내는 제1에러 신호를 발생시키기 위하여 상기 제1발생 수단과 상기 제1스케일링 수단에 접속된 제1에러 신호 발생 수단; 상기 출력 접속 수단이 상기 전기 회로 수단에 접속될 때 상기 제2캐패시터 양단의 전압에 비례하는 제2신호를 제공하기 위하여 상기 정류기 수단에 동작 접속된 제2스케일링 수단; 상기 제2캐패시터 수단 양단의 요구되는 전압 레벨을 나타내는 제2기준 신호를 발생시키기 위한 제2발생 수단; 상기 제2신호와 상기 제2기준 신호 사이의 차를 나타내는 제2에러 신호를 발생시키기 위하여 상기 제2발생 수단 및 상기 제2스케일링 수단에 접속된 제2에러 신호 발생 수단; 제1승산기 입력, 제2승산기 입력 및 승산기 출력을 갖는 승산기 회로; 상기 제1에러 신호 발생 수단과 제1승산기 입력 사이에 동작 접속된 제1스위치 수단; 상기 제2에러 신호 발생 수단과 상기 제1승산기 입력 사이에 동작 접속된 제2스위치 수단; 제1스위치 신호와 제2스위치 신호를 제공하기 위하여 상기 입력 접속 수단과 상기 제1 및 제2스위치 수단에 접속되고, 상기 제1스위치 신호는 상기 제1스위치 수단을 받아 상기 제1에러 신호를 상기 제1승산기 입력에 인가하기 위해 상기 AC 상용 전원의 각 양의 반주기동안 상기 제1스위치 수단에 인가되고, 상기 제2스위치 신호는 상기 제2스위치 수단을 닫아서 상기 제2에러 신호를 상기 제1승산기 입력에 인가하기 위해 상기 AC 상용 전원의 각 음의 반주기동안 상기 제2스위치 수단에 인가되는 라인 감지 수단; 및 상기 입력 접속 수단이 AC 상용 전원에 접속될 때 상기 AC 상용 전원의 순간 라인 전압에 비례하는 제3신호를 제공하기 위하여 상기 입력 접속 수단에 동작 접속되고, 상기 제3신호를 인가하기 위하여 상기 제2승산기 입력에 접속되는 제3스케일링 수단을 포함하고, 상기 승산기 회로가 상기 승산기 출력 상에 상기 제1 및 제2에러 신호에 의해 교대로 승산된 상기 AC 상용 전원의 순간 라인 전압의 복제인 승산기 출력 전압 신호를 발생시키고, 스위치 제어 신호를 발생시키기 위한 상기 수단은 펄스 폭 변조 수단이 제1입력 수단 상기 전류 감지 수단과 출력 수단에 접속된 제2입력 수단, 및 출력 수단을 가지고, 상기 승산기 출력이 승산기 출력 전압 신호를 인가하기 위해 상기 제1입력 수단에 접속되는 펄스폭 변조 수단,을 구비하며, 상기 펄스 폭 변조 수단이 그 출력 수단 상에 각 펄스의 지속 기간이 상기 승산기 출력 전압 신호에 의해 제어되는 펄스 열의 형식으로 상기 스위치 제어 신호를 발생시키고, 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단이 상기 AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기동안 ⅰ) 상기 스위치 수단을 닫음으로써 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단을 충전하기 위해 상기 AC 상용 전원으로부터 흐르도록 하고, ⅱ) 상기 스위치 수단을 열어서, 상기 인덕터 수단이 상기 입력 전류를 상기 정류기 수단으로 방전하기 위해 상기 스위치 제어 신호를 인가하기 위해 상기 스위치 수단에 접속되어 있고, 상기 스위치 수단이 상기 인덕터 수단을 흐르는 상기 총 전류가 상기 AC 상용 전원의 라인 전압에 거의 유사하고 거의 동일 위상 되도록 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단 상에 상기 스위치 제어 신호의 유무에 따라 교대로 개폐되는 것을 특징으로 하는 역률 보정 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 수단이 a) 상기 스위치 수단에 흐르는 상기 입력 전류를 반영하는 전압 신호를 발생하기 위하여 상기 전류 감지 수단에 접속된 전압 발생 수단; b) 상기 스위치 제어 신호를 종료하기 위해 상기 전압 발생 수단과 상기 승산기 출력에 접속되고 상기 승산기 출력 전압 신호와 같은 상기 전압 신호에 응답하는 전류 감지 비교기 수단; 및 c) 소정의 기간 동안 상기 스위치 제어 신호를 오프로 유지하기 위하여 상기 스위치 제어 신호의 종료에 응답하고, 상기 기간 종료 후 상기 스위치 제어 신호를 턴온하기 위해 동작가능한 타이밍 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 역률 보정 회로.
  6. AC 전류에 직접 역률 보정을 제공하기 위하여 a) AC 상용 전원에 접속하여 입력 전류를 받아 들이기 위한 입력 접속 수단; b) 상기 입력 전류를 충전 및 방전하기 위하여 상기 입력 접속 수단에 접속된 인덕터 수단; c) 상기 인덕터 수단으로부터 방전된 입력 전류를 받아 들여서 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단으로부터 방전될 때 정류된 인덕터 전류를 발생시키기 위하여 상기 인덕터 수단에 접속된 정류기 수단; d) 상기 인덕터 수단, 상기 정류기 수단 및 상기 입력 접속 수단에 접속되어 있고, 상기 AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기에서 상기 입력 전류를 도통시키기 위한 스위치 수단; e) 상기 스위치 수단에 접속되고, ⅰ) 상기 스위치 수단을 닫음으로써 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단을 충전하도록 하고, ⅱ) 상기 스위치 수단을 열어서 상기 인덕터 수단이 상기 입력 전류를 방전하도록 하기 위해 스위치 제어 신호를 발생시키는 수단을 포함하고, 상기 인덕터 수단을 충전된 상기 입력 전류와 상기 인덕터 수단으로부터 방전된 상기 입력 전류를 포함하고 상기 인덕터 수단을 통과하는 총 전류가 상기 AC 상용 전원의 라인 전압과 거의 유사하고 거의 동일 위상이 되도록 상기 스위치 수단이 상기 스위치 제어 신호에 의해 교대로 개폐되는 스위치 제어 수단; 및 f) 상기 정류된 인덕터 전류를 받아 들여서 상기 인덕터 수단이 상기 AC 상용 전원의 양의 반주기동안 방전될 때 발생된 전압을 충전하는 제1캐패시터 수단과, 상기 정류된 인덕터 전류를 받아 들여서 상기 인덕터 수단이 상기 AC 상용 전원의 음의 반주기동안 방전될 때 발생된 전압을 충전하는 제2캐패시터 수단을 포함하는 상기 전기 회로 수단에 접속하기 위해 상기 정류기 수단에 접속된 출력 접속 수단을 포함하고, 상기 정류기 수단은 상기 입력 접속 수단이 상기 AC 상용 전원에 접속되어 있을 때, 상기 정류기 수단의 상기 제1캐패시터 양단에 정류된 라인 +DC 전압을 발생시키고 상기 제2캐패시터 양단에 정류된 라인 -DC 전압을 발생시키며 AC 상용 전원의 중성선이 중성선의 단절없이 전기회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 역률 보정 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스위치 제어 수단이 상기 출력 접속 수단이 상기 전기 회로 수단에 접속될 때 상기 제1캐패시터 수단 양단의 전압에 비례하는 제1신호를 제공하기 위하여 상기 정류기 수단에 동작 접속된 제1스케일링 수단; 상기 제1캐패시터 수단 양단과 요구되는 전압 레벨을 나타내는 제1기준 신호를 발생시키기 위한 제1발생 수단; 상기 제1신호와 상기 제1기준 신호 사이의 차를 나타내는 제1에러 신호를 발생시키기 위한 상기 제1발생 수단과 상기 제1스케일링 수단에 접속된 제1에러 신호 발생 수단; 상기 출력 접속 수단이 상기 회로 수단에 접속될 때 상기 제2캐패시터 수단 양단의 전압에 비례하는 제2신호를 제공하기 위하여 상기 정류기 수단에 동작 접속된 제2스케일링 수단; 상기 제2캐패시터 수단 양단의 상기 요구되는 전압 레벨을 나타내는 제2기준 신호를 발생시키기 위한 제2발생 수단; 상기 제2신호와 상기 제2기준 신호 사이의 차를 나타내는 제2에러 신호를 발생시키기 위하여 상기 제2발생 수단 및 상기 제2스케일링 수단에 접속된 제2에러 신호 발생 수단; 제1승산기 입력, 제2승산기 입력 및 승산기 출력을 갖는 승산기 회로; 상기 제1에러 신호 발생 수단과 상기 제1승산기 입력 사이에 동작 접속된 제1스위치 수단; 상기 제2에러 신호 발생 수단과 상기 제1승산기 입력 사이에 동작 접속된 제2스위치 수단; 제1스위치 신호와 제2스위치 신호를 제공하기 위하여 상기 입력 접속 수단과 상기 제1 및 제2스위치 수단에 접속되고, 상기 제1스위치 신호는 상기 제1스위치 수단을 닫아서 상기 제1에러 신호를 상기 제1승산기 입력에 인가하기 위해 상기 AC 상용 전원의 각 양의 반주기동안 상기 제1스위치 수단에 인가되고, 상기 제2스위치 신호는 상기 제2스위치 수단을 닫아서 상기 제2에러 신호를 상기 제1승산기 입력에 인가하기 위해 상기 AC 상용 전원의 각 음의 반주기동안 상기 제2스위치 수단에 인가되는 라인 감지 수단; 및 상기 입력 접속 수단이 상기 AC 상용 전원에 접속될 때 상기 AC 상용 전원의 순간 라인 전압에 비례하는 제3신호를 제공하기 위하여 상기 입력 접속 수단에 동작 접속되고, 상기 제3신호를 인가하기 위하여 상기 제2승산기 입력에 접속되는 제3스케일링 수단을 포함하되, 상기 승산기 상기 AC 상용 전원의 순간 라인 전압의 복제인 승산기 출력 전압 신호를 발생하며; 및 상기 스위치 수단을 통과하는 상기 입력 저류의 양을 감지하기 위하여 상기 스위치 수단에 접속된 전류 감지수단을 포함하고, 스위치 제어 신호를 발생시키기 위한 상기 수단이 제1입력 수단, 상기 전류 감지 수단에 접속된 제2입력 수단, 및 출력 수단을 갖고, 상기 승산기 출력 전압 신호를 인가하기 위해 상기 승산기 출력이 상기 제1입력 수단에 접속된 펄스 폭 변조 수단을 포함하고 상기 펄스 폭 변조 수단이 ⅰ) 상기 스위치 수단에 흐르는 상기 입력 전류를 반영하는 전압 신호를 발생시키기 위해 입력 수단을 통해 상기 전류 감지 수단에 접속된 전압 발생 수단; ⅱ) 상기 스위치 제어 신호를 종료하기 위해 상기 전압 발생 수단과 상기 승산기 출력에 접속되고 상기 승산기 출력 전압 신호와 같은 상기 전압 신호에 응답하는 전류 감지 비교기 수단; 및 ⅲ) 선정된 기간 동안 상기 스위치 제어 신호를 오프로 유지하고 상기 기간 종료 후 상기 스위치 제어 신호를 턴온하기 위해 동작가능하도록 상기 스위치 제어 신호의 종료에 응답하는 타이밍 수단을 더 포함하고, 상기 펄스폭 변조 수단은 각 펄스의 지속 기간이 상기 승산기 출력 전압 신호에 의해 제어되는 펄스 열의 형식으로 그 출력 수단 상에 상기 스위치 제어 신호를 발생시키고, 상기 펄스 폭 변조 수단이 상기 출력 수단이 상기 AC 상용 전원의 양과 음 두 반주기 동안 ⅳ) 상기 스위치 수단을 닫음으로써 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단을 충전하도록 하기 위해 상기 AC 상용 전원으로부터 흐르도록 하고, ⅴ) 상기 스위치 수단을 열어서 상기 인덕터 수단이 상기 입력 회로를 상기 정류기 수단으로 방전하도록 하기 위해 상기 스위치 수단에 접속되고, 상기 스위치 수단은 인덕터 수단으로 충전되는 상기 입력 전류와 상기 인덕터 수단으로부터 방전된 상기 입력 전류를 더 포함하고 상기 인덕터 수단을 통과하는 총 전류가 상기 AC 상용 전원의 라인 전압과 거의 유사하고 거의 동일 위상이 되도록, 상기 스위치 수단이 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단 상에 상기 스위치 제어 신호의 유무에 따라 교대로 개폐되는 것을 특징으로 하는 역률 보정 회로.
  8. AC 상용 전원의 제1도체에 접속하기 위한 제1입력 단자, 상기 AC 상용 전원의 제2도체에 접속하기 위한 제2입력 단자, 제1출력 단자 및 제2출력 단자를 갖는 정류기 수단; 상기 정류기 수단의 상기 제1출력 단자와 상기 제2입력 단자 사이에 접속된 제1캐패시터; 상기 정류기 수단의 상기 제2출력 단자와 상기 제2입력 단자 사이에 접속된 제2캐패시터; 및 UPS 시스템에 의해 받아 들여진 교류 입력 전류를 제어하여 UPS 시스템이 AC 상용 전원에 거의 1인 역률을 나타내도록 하기 위하여 상기 정류기 수단의 상기 제1 및 제2입력 단자와, 상기 정류기 수단의 상기 제1 및 제2출력 단자들에 동작 접속되어 있는 역률 보정 회로 수단를 포함하되, AC 상용 전원의 중성선이 중성선의 단절이 없는 전기 회로에 접속되고, 상기 정류기 수단은 상기 정류기 수단의 상기 제1 및 제2입력 단자가 각각 상기 AC 상용 전원의 제1도체 및 제2도체에 접속될 때 상기 제1캐패시터 양단에 정류된 라인 +DC 전압을 발생시키고, 상기 제2캐패시터 양단에 정류된 라인 -DC 전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 무정전 전원(UPS) 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정류기 수단의 상기 제2입력 단자가 제1부하 단자에 접속되어 있을 때, 부하에 접속하기 위한 제1 및 제2부하 단자; 및 상기 정류기 수단에 의해 발생된 상기 직류 전압을 상기 제1 및 제2부하 단자 양단의 AC 전압으로 변환하기 위하여 상기 정류기 수단의 상기 제1 및 제2출력 단자와 상기 제2부하 단자에 동작 접속된 인버터 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원(UPS) 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 역률 보정 회로가 상기 정류기 수단의 상기 제1입력 단자에 접속된 제1입력 수단; 상기 정류기 수단의 상기 제2입력 단자에 접속된 제2입력 수단; 상기 정류기 수단의 상기 제1출력 단자에 접속된 제1출력 수단; 상기 정류기 수단의 상기 제2출력 단자에 접속된 제2출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원(UPS) 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 역률 보정 회로가 a) 상기 정류기 수단의 상기 제1 및 제2입력 단자가 각각 상기 AC 상용 전원의 제1 및 제2도체에 접속될 때 상기 AC 상용 전원으로부터 입력 전류를 받아들이기 위해 상기 정류기 수단의 상기 제1입력 단자에 접속된 제1입력 수단과 상기 정류기 수단의 상기 제2입력 단자에 접속된 제2입력 수단을 포함한 입력 접속 수단; b) 상기 입력 전류를 충전 및 방전하기 위해 상기 입력 접속 수단에 접속된 인덕터 수단; c) 상기 인덕터 수단으로부터 방전된 입력 전류를 받아 들여 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단으로부터 방전될 때 정류된 인덕터 전류를 발생시키기 위하여 상기 인덕터 수단에 접속된 제2정류기 수단; d) 상기 인덕터 수단, 상기 제2정류기 수단 및 상기 입력 접속 수단에 접속되고 상기 AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기에 상기 입력 전류를 도통시키기 위한 스위치 수단; e) 상기 스위치 수단을 통과하는 상기 입력 전류의 양을 감지하기 위하여 상기 스위치 수단에 접속된 전류 감지 수단; f) 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단을 충전하도록 상기 스위치 수단을 닫고, 상기 인덕터가 상기 제2정류기 수단으로 상기 입력 전류를 방전하도록 상기 스위치 수단을 열기 위한 스위치 제어 신호를 발생시키기 위하여 상기 전류 감지 수단에 접속된 수단을 포함하고, 상기 인덕터 수단에 충전된 상기 입력 전류와 상기 인덕터 수단으로부터 방전된 상기 입력 전류를 모두 포함하고 상기 인덕터 수단을 통과하는 총 전류가 상기 AC 상용 전원의 라인 전압과 거의 유사하고 위상이 거의 같도록 상기 스위치 수단이 상기 스위치 제어 신호에 의해 교대로 개폐되는 상기 스위치 수단에 접속된 스위치 제어 수단; 및 g) 상기 정류기 수단의 제1출력 단자에 접속된 제1출력 수단과 상기 정류기 수단의 제2출력 단자에 접속된 제2출력 수단을 포함하는 출력 접속 수단을 포함하고, 상기 제1캐패시터 수단이 상기 정류된 인덕터 전류를 받아 들여 상기 인덕터 수단이 상기 AC 상용 전원의 양의 반주기동안 방전될 때 발생된 전압을 충전하고, 상기 제2캐패시터 수단이 상기 정류된 인덕터 저류를 받아 들여 상기 인덕터 수단이 상기 AC 상용 전원의 음의 반주기동안 방전될 때 발생된 전압을 충전하고, 상기 정류기 수단은 상기 역률 보정 회로가 상기 정류기 수단의 상기 제1 및 제2입력 단자와 제1 및 제2출력 단자에 동작 접속되고, 상기 정류기 수단의 상기 제1 및 제2입력 단자가 각각 상기 AC 상용 전원의 제1 및 제2 도체에 접속되어 있을 때 역바이어스되고, 상기 제2정류기 수단은 상기 정류기 수단이 역바이어스되어 있을 때 상기 제1캐패시터 양단에 정류된 라인 +DC 전압을 발생시키고 상기 제2캐패시터 수단 양단에 정류된 라인 -DC 전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 무정전 전원(UPS) 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 스위치 제어 신호를 발생시키기 위한 상기 수단이 제1입력 수단, 상기 전류 감지 수단에 접속된 제2입력 수단 및 출력 수단을 갖는 펄스 폭 변조 수단을 포함하고, 상기 펄스 폭 변조 수단이 그 출력 수단 상에 펄스 열의 형식으로 상기 스위치 제어 신호를 발생시키고, 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단이 상기 AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기 동안 a) 상기 스위치 수단을 닫음으로써 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단을 충전하기 위해 상기 AC 상용 전원으로부터 흐르도록 하고, b) 상기 스위치 수단을 열어서 상기 제2인덕터 수단이 상기 입력 전류를 상기 제2정류기 수단에 방전되도록 하기 위해 상기 스위치 수단에 접속되고, 상기 스위치 수단이 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단 상에 스위치 제어 신호의 유무에 따라 교대로 개폐되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원(UPS) 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1캐패시터 양단의 전압에 비례하는 제1신호를 제공하기 위하여 상기 제2정류기 수단과 상기 제1캐패시터에 동작 접속된 제1스케일링 수단; 상기 제1캐패시터 수단 양단의 요구되는 전압 레벨을 나타내는 제1기준 신호를 발생시키기 위한 제1발생 수단; 상기 제1신호의 상기 제1기준 신호 사이의 차를 나타내는 제1에러 신호를 발생시키기 위하여 상기 제1 발생 수단과 상기 제1스케일링 수단에 접속된 제1에러 신호 발생 수단; 상기 제2캐패시터 양단의 전압에 비례하는 제2신호를 제공하기 위하여 상기 제2정류기 수단에 동작 접속된 제2스케일링 수단; 상기 제2캐패시터 양단의 상기 요구되는 전압 레벨을 나타내는 제2기준 신호를 발생시키기 위한 제2발생 수단; 상기 제2신호와 상기 제2기준 신호 사이의 차를 나타내는 제2에러 신호를 발생시키기 위하여 상기 제2발생 수단 및 상기 제2스케일링 수단에 접속된 제2에러 신호 발생 수단; 제1승산기 입력, 제2승산기 입력 및 상기 승산기 출력을 갖는 승산기 회로; 상기 제1에러 신호 발생 수단과 상기 제1승산기 입력 사이에 동작 접속된 제2스위치 수단; 상기 제2에러 신호 발생 수단과 상기 제1승산기 입력 사이에 동작 접속된 제2스위치 수단; 제1 스위치 신호와 제2스위치 신호를 제공하기 위하여 상기 입력 접속 수단과 상기 제1 및 제2스위치 수단에 접속되고, 상기 제1 스위치 신호는 상기 제1스위치 수단을 닫아 상기 제1에러 신호를 상기 제1승산기 입력에 인가하기 위해 상기 AC 상용 전원의 각 양의 반주기동안 상기 제1스위치 수단에 인가되고, 상기 제2스위치 신호는 상기 제2스위치 수단을 닫아서 상기 제2에러 신호를 상기 제1승산기 입력에 인가하기 위해 상기 AC 상용 전원의 각 음의 반주기동안 상기 제2스위치 수단에 인가되는 라인 감지 수단; 및 상기 입력 접속 수단이 상기 AC 상용 전원에 접속될 때 상기 AC 상용 전원의 순간 라인 전압 비례하는 제3신호를 제공하기 위하여 상기 입력 접속 수단에 동작 접속되고, 상기 제3신호를 인가하기 위하여 상기 제2승산기 입력에 접속되는 제3스케일링 수단을 포함하고, 상기 승산기 회로가 상기 승산기 출력 상에 상기 제1 및 제2에러 신호에 의해 교대로 승산된 상기 AC 상용 전원의 순간 라인 전압의 복제인 승산기 출력 전압 신호를 발생하고, 스위치 제어 신호를 발생시키기 위한 상기 수단이 제1입력 수단, 제2입력 수단 및 출력 수단을 갖고 상기 승산기 출력이 상기 승산기 출력 전압 신호를 인가하기 위하여 상기 입력 수단에 접속된 펄스 폭 변조 수단을 포함하고, 상기 펄스 폭 변조 수단이 각 펄스 지속 기간이 상기 승산기 출력 전압 신호에 의해 제어되는 펄스 열의 형식으로 그 출력 수단 상에 상기 스위치 제어 신호를 발생시키고, 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단이 상기 AC 상용 전원의 양과 음의 두 반주기동안 1) 상기 스위치 수단을 닫음으로써 상기 AC 상용 전원으로부터 상기 입력 전류가 상기 인덕터 수단을 충전하기 위해 흐르도록 하고, 2) 상기 스위치 수단을 열어서 상기 인덕터 수단이 상기 입력 전류를 상기 제2정류기 수단으로 방전시키기 위해 상기 스위치 수단에 접속되어 있고, 상기 스위치 수단은 상기 인덕터 수단을 흐르는 총 전류가 상기 AC 상용 전원의 라인 전압과 거의 유사하고 거의 동일 위상이 되도록 상기 펄스 폭 변조 수단의 상기 출력 수단 상에 스위치 제어 신호의 유무에 따라 교대로 개폐되는 것을 특징으로 하는 무정전 전원(UPS) 시스템.
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