DIN 레일 장착형 DC 무정전 전원 공급 장치로 DC 전원 장비 보호

무정전 전원 공급 장치(UPS)는 많은 산업 분야에서 필수적인 요소입니다. 주 전원 중단 시 데이터 손실, 민감한 장비 손상, 안전 위협, 생명 위협으로 이어질 수 있는 모든 곳에서 UPS는 시스템의 일부로 중요한 역할을 합니다. 이러한 중요한 시스템은 외부 정전이 발생하면 자동으로 부하를 배터리 전원에 연결하여 다른 전원을 연결할 시간을 벌거나 장비를 안전하게 종료할 수 있습니다.

UPS 시스템은 통신, 병원, 데이터 센터를 비롯한 다양한 분야에서 사용됩니다. 직류(DC) 부하용으로 설계된 UPS는 운송, 발전, 공장 및 빌딩 자동화, 반도체 제조, 보안 등의 장비를 보호합니다.

UPS는 외부 전원 공급 장치와 백업 배터리 사이의 단순한 전환 기능을 넘어 배터리 상태와 입출력 전압도 관리해야 합니다. 기존 또는 계획된 장비에 UPS를 추가하는 엔지니어는 부하 및 배터리의 요구 사항에 맞는 제품을 선택해야 하며, UPS의 인터페이스 및 안전한 작동 요구 사항도 고려해야 합니다.

UPS 작동 원리 이해

교류(AC) 전원 입력용으로 설계된 장비는 인버터 회로를 통해 백업 배터리의 DC 전원을 부하에 적합한 AC 출력으로 변환하는 AC UPS를 사용합니다(그림 1). 정상 작동 시에는 외부에서 공급되는 AC 전원이 배터리와 인버터를 우회하여 부하에 직접 전원을 공급합니다. 정전이 발생하면 배터리가 소진되거나 전원이 복구되거나 다른 전원이 연결될 때까지 배터리의 에너지가 인버터를 통과하여 필요한 전압으로 부하에 전원을 공급합니다.

AC UPS에는 AC 전원이 공급되는 동안 작동하는 정류기도 포함되어 있는데 이 정류기는 공급된 AC의 일부를 DC로 변환합니다(배터리 충전을 위해 조정된 전압으로).

그림 1: AC UPS는 배터리가 필요할 때까지 배터리를 바이패스한 다음 인버터를 사용하여 배터리의 DC를 부하에 필요한 AC로 변환합니다. 정류기는 AC 전원을 사용할 수 있는 동안 배터리를 충전합니다(이미지 출처: TDK-Lambda).

반면 DC 부하는 DC-UPS를 통해 백업 배터리에 직접 연결할 수 있습니다. DC-UPS에는 두 가지 주요 기능이 있는데, 외부 전원을 사용할 수 있는 경우 내부 양방향 DC/DC 컨버터로 작동합니다. 이를 통해 정류된 DC 전압으로 배터리를 충전하고 DC 부하에 적합한 전압으로 변환할 수 있습니다(그림 2). 외부 전원이 중단되는 동안에는 DC/DC 컨버터 역할을 수행하여 배터리에서 부하로 조정된 전압을 공급합니다.

그림 2: DC-UPS에서는 배터리가 부하에 직접 전력을 공급합니다. 전원이 복구되면 정류된 외부 AC 전압이 부하에 전력을 공급하고 배터리를 충전합니다(이미지 출처: TDK-Lambda).

TDK-Lambda의 DUSH960 DC-UPS(그림 3)는 12V ~ 60V 사이의 DC 입력 전압에서 작동합니다. 12VDC ~ 48VDC의 사용자 프로그래밍 전압에서 최대 20A 및 960W를 출력합니다. 프로그래밍 가능한 DC/DC 컨버터인 DUSH960 장치는 10V ~ 60V(공칭 12V ~ 48V)의 입력 및 출력 범위에서 배터리 없이 사용할 수 있습니다.

백업 배터리는 인버터 없이도 부하를 직접 공급할 수 있기 때문에 DC-UPS 시스템은 매우 효율적입니다. 배터리에서 끌어온 에너지의 96% ~ 98%를 안정적으로 전달할 수 있습니다.

그림 3: DUSH960 DC-UPS 모델은 백업 배터리의 DC 전압을 DC 부하에 필요한 전압으로 변환합니다. 또한 전원이 복구될 때 배터리 재충전도 관리합니다(이미지 출처: TDK-Lambda).

DC-UPS 배터리 옵션

DUSH960 계열과 같은 DC-UPS는 DC-DC 컨버터이기 때문에 다양한 에너지 저장 기술과 함께 작동합니다. 납축 배터리, 리튬 이온(Li⁺) 배터리, 니켈 수소(NiMH) 배터리, 슈퍼커패시터는 모두 이러한 DC-UPS와 함께 최대 20A 및 1,000Ah의 저장 용량으로 작동합니다.

각 유형의 배터리 또는 슈퍼커패시터는 전원 공급 장치 크기와 구조에 따라 다양한 공급 전압으로 제공됩니다. 또한 배터리 전압은 배터리 방전, 온도 변동, 충전-방전 횟수에 따라 변화합니다.

DUSH960의 DC/DC 컨버터 기능은 이러한 변동에 대한 걱정을 없애고 백업 전원 공급 장치가 10V, 58V 또는 그 중간 전압을 제공하든, 프로그래밍된 DC 전압이 부하에 전달되도록 보장합니다.

안전 장치 및 안전 등급

DUSH960 계열의 DC/DC 컨버터 기능과 함께, 배터리와 부하를 모두 보호하는 감지 기능 및 회로가 장치에 탑재되어 있습니다. DC-UPS는 배터리 및 기타 민감한 전자기기를 손상시킬 수 있는 배터리 역방향 연결을 방지합니다. 또한 센서가 배터리 상태를 모니터링하여 심방전 및 과전류를 감지하고 방지합니다.

전원이 복구되고 시스템이 배터리를 충전할 때 펌웨어는 연결된 배터리 유형에 적합한 충전 프로필을 제공합니다. 또한 주변 온도를 모니터링하고 그에 따라 충전 전압을 최적화하여 주변 온도가 따뜻할 때는 전압을 낮추고 추운 환경에서는 전압을 높입니다.

DUSH960 장치는 -40ׄ°C ~ +40°C의 넓은 온도 범위에서 공칭 작동하도록 정격화되었습니다. 50°C에서 +70°C 사이에서는 작동이 허용되지만, 온도가 상승함에 따라 허용 전류는 15A에서 12W/°C씩 선형적으로 감소해야 합니다.

IEC/EN/UL/CSA 61010-1, IEC/EN/UL/CSA 61010-2-201 및 IEC/EN/UL/CSA 62368-1(Ed. 3)을 포함한 여러 안전 표준 인증을 받았으며, 저전압 및 RoHS 규정 관련 CE 및 UKCA 마크도 받은 제품입니다.

DC-UPS 설치 및 인터페이스

국제 안전 표준을 충족할 뿐만 아니라 DUSH960 장치는 표준화된 설치가 가능하도록 설계되었으며, DIN 레일 모듈이므로 빠르고 쉽게 장착할 수 있습니다. 폭 55mm, 높이 115mm, 깊이 110mm(2.13in. x 4.53in. x 5.17in.)로 콤팩트한 DUSH960 장치는 DUSH960-1248-1M의 경우 470g, DUSH960-1248-0M의 경우 500g에 불과합니다. 두 장치 모두 TS35/7.5 및 TS35/15 DIN 레일과 호환됩니다.

사용자가 온보드 센서와 프로그래밍 기능을 최대한 활용할 수 있도록 DUSH960에는 여러 가지 인터페이스 옵션이 있습니다. DUSH960-1248-0M 모델의 전면 패널(그림 4)에는 1.5in. 컬러 LCD 화면과 4개의 제어 키가 있어 수동 모니터링 및 프로그래밍이 가능합니다.

그림 4: DUSH960-1248-0M에는 전면 패널에 4개의 제어 키가 있는 컬러 LCD 화면이 있습니다. 이 패널에는 Modbus/RTU, 배터리 온도 센서 등을 위한 연결 지점도 포함되어 있습니다(이미지 출처: TDK-Lambda).

DUSH960-1284-1M의 전면 패널에는 접근성이 낮은 응용을 위해 비용 최적화된 모델에 LED 표시등이 탑재되어 있습니다. 이러한 LED는 오류, 경고 및 경보를 표시할 뿐만 아니라 DC-UPS의 작동 모드(배터리 플로트를 사용한 정상 주전원 작동, 배터리 충전 중 정상 주전원 작동 또는 백업 모드)를 나타냅니다.

기타 통신 및 감지 연결에는 절연된 원격 on/off 신호와 필요할 때 신호를 제공하지만 열려 있을 때는 전력을 소비하지 않는 2개의 상시 개방(NO) 건식 접촉 계전기 접점이 포함됩니다. 배터리 온도 센서(옵션)를 위한 입력 단자는 장치에 포함되어 있으며, 센서는 별도로 구매할 수 있습니다.

DUSH960-1248-0M 버전은 배터리에서 5A 보조 출력도 제공합니다. 이 출력의 전압은 조절되지 않고 배터리 방전 전압과 동일하지만 포트는 과전류 보호 기능을 제공합니다.

DUSH960의 모든 모델은 산업 자동화 시스템에도 연결할 수 있습니다. 미니 USB-B 포트는 RS485를 통해 Modbus/RTU 제어 소프트웨어에 쉽게 연결할 수 있습니다. 이 연결과 함께 제공되는 PowerCMC 소프트웨어를 사용하면 장치의 성능을 모니터링하고, 입력 및 출력 전압과 기타 매개변수에 대한 템플릿을 설정하고, 여러 장치에 걸쳐 표준화하고, 알람 로그를 유지할 수 있습니다.

결론

UPS는 중요한 백업 전력을 제공하여 안전한 시스템 종료, 중요한 데이터 저장, 사용자 및 공공의 안전 보장, 경제적 손실을 방지할 수 있도록 합니다. 표준화된 DIN 레일 실장, 보호된 DC/DC 변환, 다양한 인터페이스 옵션을 갖춘 TDK-Lambda의 DUSH960 DC-UPS 제품은 광범위한 입력 및 출력 전압에서 고효율의 맞춤형 백업 솔루션을 제공하며 가장 일반적인 전해 및 정전기 에너지 저장 기술과 호환됩니다.