UPS 회로 완벽 가이드: 무정전 전원 공급 장치의 모든 것

Statista에 따르면 2019년 전기 공급 품질이 가장 높은 10개 국가가 공동 1위를 차지했습니다. 그러나 최고 수준의 전기 공급 인프라를 갖춘 국가에서도 백업은 항상 필요합니다. 정전은 장비 유지보수나 손상으로 인해 여전히 발생할 수 있습니다. 바로 그곳에서 무정전 전원 공급 장치/소스(UPS) 회로와 장치가 필요합니다. 비상 조명 회로를 갖는 것과 비슷합니다. 다음 가이드에서는 UPS 회로가 무엇인지, 어떻게 도움이 되는지 탐구해 보겠습니다.

UPS란 무엇이며 어떻게 작동하는가?

UPS는 원활하고 중단 없는 백업 전원을 제공하는 전기 장치입니다. 메인 전원 차단이나 입력 전원 공급 중단이 발생하는 즉시 UPS가 활성화됩니다. 따라서 개인용 컴퓨터와 함께 사용할 때 매우 유용합니다. 본질적으로 UPS는 데스크톱 컴퓨터에 노트북과 같은 이점을 제공합니다. 데이터 손실과 PC 손상으로부터 보호해 줍니다.

출력 전원이 중단되는 즉시 UPS가 활성화되어 장비를 안전하게 종료할 충분한 시간을 제공합니다. 그러나 보통 짧은 기간 동안 임시로 UPS를 사용합니다. 결과적으로 데이터 손실이 없도록 보장합니다.

또는 조직은 백업 발전기가 가동될 때까지 전기 장비가 작동하도록 UPS를 사용할 수 있습니다. UPS 장치는 전압 왜곡과 서지에 대한 서지 보호 기능도 제공합니다. 따라서 조직은 일반적인 백업 솔루션과 함께 UPS 솔루션을 통합해야 합니다.

UPS에는 여러 배터리가 포함되어 있습니다. 전력 손실이나 전압 강하를 감지하면 부하를 배터리로 전환합니다. 또한 인버터를 사용하여 DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 출력 장치에 공급합니다.

UPS의 주요 유형은 무엇인가?

테이블 위 배터리 분리형 백업 파워 UPS

UPS 장치와 회로는 다양한 시스템과 설계로 제공됩니다. 그러나 세 가지 주요 유형이 있습니다. 이 섹션에서는 이러한 변형에 대해 논의하겠습니다.

단일 변환 시스템

단일 변환 시스템은 가장 단순하고 가장 일반적인 UPS 회로 유형입니다. 따라서 개인과 조직 모두 IT 인프라와 시스템에 사용하는 경향이 있습니다. 전력은 단일 변환 UPS를 통해 흐르고 전기 장비로 공급됩니다.

UPS는 입력 전압을 모니터링합니다. 전력 교란을 감지하거나 AC 입력이 전력 요구 사항 아래로 떨어지면 UPS는 인버터를 통해 배터리에서 전류를 끌어오기 시작합니다. 또한 백피드를 방지하기 위해 AC 전원 입력을 차단합니다. 백피드는 연결된 장비에 손상을 줄 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 UPS는 배터리가 다 떨어지거나 AC 메인 전압이 서비스 가능한 상태로 돌아올 때까지 전자 장비에 비상 전원을 유지합니다.

단일 변환 시스템에는 두 가지 주요 유형이 있습니다:

대기/오프라인 UPS: 가장 표준적인 단일 변환 UPS 장치 유형입니다. 이 구성에서 전기 장비는 UPS가 모니터링하는 동안 메인에서 직접 전원을 공급받습니다. 전력 서지나 장애가 발생하면 대기 UPS가 기계적으로 배터리 전원으로 전환하고 전기 장비에 출력 전압을 공급합니다. 전환 시간은 거의 눈에 띄지 않으며 최대 25밀리초까지 걸릴 수 있습니다. 본질적으로 대기 UPS 회로는 필수적인 서지 보호와 백업 배터리 전원을 제공합니다.

오프라인 UPS 회로

라인 인터랙티브/온라인 UPS: 이러한 유형의 UPS는 오프라인 UPS보다 더 세밀한 기능을 제공합니다. 전력 상태를 모니터링하며, 장비가 적절한 전원 공급을 받지 못하면 라인 인터랙티브 UPS가 전압을 조절합니다. 트랜스포머를 사용하여 실제 메인 전압을 승압 또는 강압하여 민감한 장비에 일정한 전압을 공급합니다. 또한 트랜스포머 외에도 충전식 배터리 백업이 있어 정전 방지와 무정전 전원 공급을 보장합니다.

라인 인터랙티브 UPS 다이어그램

이중 변환 시스템

이중 변환 UPS 시스템은 전류를 두 번 변환합니다. 처음에는 입력 정류기를 사용하여 AC 입력 공급을 DC 전력으로 변환합니다. 다음으로 UPS는 전류를 출력 인버터에 공급합니다. 인버터 단계는 전류를 AC 출력으로 변환한 후 전자 장비에 제공합니다. 이 과정은 민감한 장비에 필수적인 깨끗하고 신뢰할 수 있는 중단 없는 전원을 보장합니다.

이것은 메인에서 AC 입력을 받는 동안만 수행됩니다. 들어오는 유틸리티 전력 전류 정격이 완전히 떨어지면 UPS는 내부 충전식 배터리 전원을 장비에 사용합니다. 따라서 메인 전력이 정상으로 돌아오거나 내부 배터리가 다 떨어질 때까지 이렇게 합니다. UPS 회로 구성 유형은 보통 라인 인터랙티브(온라인) 종류만 제공됩니다.

이중 변환 UPS 다이어그램

출처: 커먼즈 위키미디어

멀티모드 시스템

이 구성은 두 시스템 유형(단일 변환 및 이중 변환)의 기능과 특징을 결합합니다. 그러나 몇 가지 개선 사항도 제공합니다.

정상적인 상황에서 멀티모드 UPS는 일반적인 라인 인터랙티브 UPS로 작동합니다. 입력 전력이 설정 정격 이하로 떨어지거나 급증하면 UPS는 이중 변환 모드로 전환합니다. 전력이 실패하거나 이중 변환 방법이 처리할 수 있는 범위를 벗어나면 배터리 모드로 전환합니다.

멀티모드 시스템은 장비에 가장 많은 보호를 제공합니다. 그러나 AC 입력 전력과 배터리 전력 사이의 전환 시간이 훨씬 길 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우 여전히 거의 즉각적인 보호를 제공합니다.

델타/멀티 변환 UPS 다이어그램

출처: 커먼즈 위키미디어

자체 UPS 회로 만드는 방법

트랜스포머가 있는 UPS 회로

출처: 커먼즈 위키미디어

전자 애호가라면 UPS를 구매하러 나갈 필요가 없습니다. 대신 커스텀 응답 시간으로 자체 UPS와 인버터 회로를 만들 수 있습니다. 이 섹션에서는 그 방법을 보여드리겠습니다. 초보자에게 적합한 간단한 UPS 회로입니다.

부품 목록

• BD139 NPN 바이폴라 중전력 트랜지스터 100V 1.5A (Q1)
• 1K 0.5와트 저항 2개 (R1, R2)
• 1000µF, 25V 미니어처 래디얼 전해 커패시터 (C1)
• 100µF, 25V 미니어처 래디얼 전해 커패시터 (C2)
• 8.2V 0.5W 제너 다이오드 (ZD1)
• 1000V 1A 2핀 DO-41 다이오드 1N4007 5개 (D1, D2, D3, D4, D5)
• 0.5A 10V 트랜스포머 (T1)
• 1.5V AA 배터리 5개 (B1)
• 0.5A 퓨즈 (F1)

원리 및 지침

앞서 언급했듯 이 프로젝트는 작고 단순합니다. PCB 제작이 필요하지 않으므로 납땜도 필요 없습니다. 브레드보드를 사용하여 이 UPS 회로를 만들 수 있습니다. 5개의 AA 1.5V 배터리를 사용하면 5V~7V 백업을 제공합니다.

이 회로는 두 가지 다른 전원을 사용할 수 있습니다. AC 입력과 배터리를 사용합니다. 그러나 입력 전원용 어댑터를 추가해야 합니다. 배터리는 5번째 1N4007 다이오드(D5)와 직렬로 연결됩니다. 이에 따라 배터리 전압이 6.8V로 감소합니다.

AC 입력 전원 구성에서는 4개의 1N4007 다이오드로 브리지 정류기(다이오드 브리지)를 만듭니다. AC 입력은 퓨즈와 직렬로 된 스위치에 연결됩니다. 다음으로 둘 다 트랜스포머에 배선되며, 이는 다이오드 브리지에 연결됩니다.

그런 다음 다이오드 브리지의 출력을 1000uF 커패시터(C1)와 1k 0.5W 저항(R1)에 직렬로 연결합니다. 트랜지스터와 함께 100uF 커패시터, 제너 다이오드, 두 번째 저항이 있는 집적 회로에 연결합니다.

UPS는 이 구성 부분을 사용하여 충전식 배터리에 전원을 공급합니다. 또한 트랜지스터는 7볼트, 500밀리암페어에서 전류를 출력합니다.

설계를 실험하고 변경해 볼 수 있습니다. 또한 구성 요소를 추가하거나 제거하여 더 단순하게 만들 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이 프로젝트는 꽤 단순하다는 것을 알 수 있을 것입니다.

자체 UPS 회로를 구축하는 기초로 사용할 수 있는 몇 가지 간단한 UPS 회로도는 다음과 같습니다:

UPS와 인버터의 차이점은 무엇인가?

인버터는 DC 전기를 AC 전기로 변환하는 전기 장치입니다. 앞서 논의한 바와 같이 UPS 장치는 기능의 필수 구성 요소로 인버터를 활용합니다. 그러나 인버터는 단일 장치나 구성 요소로도 찾을 수 있습니다.

자주 묻는 질문

UPS가 인버터보다 나은가?

UPS 장치와 인버터는 완전히 다른 기능을 하는 별개의 장치입니다. 따라서 UPS가 인버터보다 낫다고 할 수 없습니다. 그러나 대부분의 UPS 장치는 인버터를 구성 요소로 사용합니다.

UPS는 얼마나 오래 작동하는가?

UPS가 작동하는 시간은 배터리 용량과 필요 부하에 따라 다릅니다. 그럼에도 불구하고 UPS는 정전에 대한 임시 솔루션이라는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 또한 정전이 아닌 입력 전원 중단에 대한 추가 보호도 제공합니다. 그러나 발전기가 가동되기 전에 장비에 몇 분간의 전원만 공급하도록 설계되었습니다.

UPS는 몇 와트를 사용하는가?

일반적으로 이는 UPS의 전력 정격에 따라 다릅니다. 대부분의 경우 UPS는 최대 부하에서 최대 200와트까지 사용할 수 있습니다.

UPS는 AC를 DC로 변환하는가?

UPS에는 DC를 AC 전력으로 변환하는 인버터가 있습니다. 그러나 배터리를 충전하기 위해 UPS는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하기도 합니다.

테이블 위 배터리 분리형 백업 파워 UPS

결론

UPS는 모든 조직의 필수 기술입니다. 이 가이드의 이 지점에 도달했다면 이를 회사 인프라에 통합하는 것이 왜 필수적인지 이해하실 것입니다. 그러나 일반인도 가전제품과 컴퓨터를 보호하기 위해 사용할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이 가이드를 즐겁게 읽으셨기를 바랍니다. 항상 읽어주셔서 감사합니다.