KR100445261B1 - 디지탈 전원 공급 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신용, 의료용, 가정용 및 사무용 기기에 적용되는 아날로그 방식의 전원을 디지탈 방식의 전원으로 변환하여 공급하는 기술에 관한 것이다.

이같은 본 발명은, 자기 소호능력을 가지는 전력용 반도체 소자로서 고정된 스위칭 주파수로 동작되는 공간벡터 PWM법을 적용하여 입력선의 전류가 샘플링 구간내에서 출력전류와 전압의 리플이 작고 부하 변화시와 입력 전압 변화시에도 오버슈트없이 기준전류를 추종하도록 그 전류제어가 디지탈신호처리로 제어되는 컨버터 단말기를 구성하므로서, 통신용은 물론 의료용과 가정용 및 사무용 기기에 외부의 영향을 받지 않으면서 일정한 스위칭 주파수로 동작됨은 물론 정격제어가 가능한 디지탈방식의 전원을 안정적으로 공급하여 입력선 전류의 파형 왜곡을 보정하는 한편, 아날로그 방식으로 전원을 공급할때 발생하는 낮은 입력의 역률은 물론, 입력측의 노이즈와 전력손실의 증가 및 통신장애 등의 문제점을 해소하고, 더불어 디지탈 전원의 공급상태를 네트워크를 통해 그 감시가 가능하도록 하므로서 디지탈 전원의 공급 정밀도를 보다 높여 그 디지탈 전원을 공급받는 기기의 안정적인 작동이 이루어질수 있도록 하는 디지탈 전원 공급장치 및 그 제어방법을 제공한다.

Description

디지탈 전원 공급 장치 및 그 제어방법{Method for controlling supply of a digital power and apparatus thereof}

본 발명은 통신용(예; 정보화기기, 통신기기, 제어설비 등)은 물론 의료용(예; 영상진단기기, 시험분석기, 엑스레이 등)과 가정용 및 사무용(예; 영상기기, 음성기기, 사무용기기 등) 기기에 적용되는 아날로그 방식의 전원을 디지탈 방식의 전원으로 변환하여 공급하는 기술에 관한 것으로서, 특히 통신용은 물론 의료용과 가정용 및 사무용 기기에 외부의 영향을 받지 않으면서 정격제어가 가능한 디지탈방식의 전원을 안정적으로 공급하여 아날로그 방식으로 전원을 공급할때 발생하는 낮은 입력 역률(효율), 입력측의 노이즈, 입력측 파형의 왜곡, 전력손실의 증가, 통신장애 등의 문제점을 해소함은 물론, 그 디지탈 전원을 네트워크를 통해 감시할수 있도록 하는 디지탈 전원 공급장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 규격전원의 용도는 통신용은 물론 의료용과 가정용 및 사무용으로 분류되는데,

상기 통신용은 정보화기기(예; 전자계산기, 중앙처리장치, 기억장치 등), 통신기기(예; 유무선통신기, 전자교환기, 방송기기, 이동통신기기 등) 및, 제어설비(예; 공장자동화기기, 로봇, 수치제어기기, 전력제어장치, 공조기, 자동판매기, 현금자동인출기, ATM 등)을 포함하고,

상기 의료용은 영상진단기기, 시험분석기, 엑스레이(X-ray) 등을 포함한다.

상기 가정용 및 사무용은 영상기기(예; 텔레비젼, 게임기, 비디오, 디지탈카메라, 윗어수신기 등)와, 음성기기(예; 디지탈오디오, CD플레이어, DVD플레이어, 전자악기, 오디오테이프레코더, 스테레오셋, 오디오콤포넌트 등) 및, 사무용기기(예; 워드프로세서, 퍼스컴, 복사기, 프린터 등)는 물론, 어댑터와 주택설비기기 등을 포함하고 있다.

한편, 상기와 같이 통신용은 물론 의료용과 가정용 및 사무용 기기의 전원에 있어, 종래에는 아날로그 방식을 채택하고 있으며, 특히 각종 제어를 위해 직류전원을 필요로 하는 산업현장에서는 전력 변환장치 중의 하나인 3상 AC/DC 컨버터를 적용하고 있다.

상기 3상 AC/DC 컨버터는 주로 3상 교류전원을 다이오드로 정류하여 사용하거나, 사이리스터(thyristor)를 이용하여 위상각을 제어하는 방법이 사용되어 왔는데, 이러한 컨버터들은 출력전압의 리플을 줄이기 위해 반드시 필터 커패시터를 사용하여야 하는 단점이 있다.

이때, 상기 필터 커패터스의 경우 용량이 커야하기 때문에 입력선 전류의 피크값이 매우 높고 폭이 아주 좁은 비정현파를 출력하는 단점을 가지고 있으며, 이로인하여 많은 고조파 성분을 포함하면서 입력 역률이 매우 낮고 입력선 전류에 포함된 많은 고조파 성분으로 부터 입력측에 노이즈를 발생시켜 입력측 파형의 왜곡현상이 초래되는 폐단이 따랐을뿐만 아니라, 전력손실을 증가시켜 통신장애 등의 문제점을 야기하게 되었다.

이에 종래에는 전력용 반도체 소자를 사용하므로서 고속 스위칭 모드로 동작하는 3상 AC/DC 컨버터의 구성을 가능하게 하였으며, 이를 통해 고주파 스위칭과 고속 순시 제어에 의해 전압 및 전류의 파형을 정밀하게 제어할수 있는 펄스폭변조(PWM) 제어기의 구성이 가능하도록 하였는 바, 상기 펄스폭변조 제어기는 전원을 필요로 하는 장치의 고성능화는 물론 저소음화와 소형 경량화에 상당한 기여를 하게 되었다.

또한, 종래에는 상기와 같은 펄스폭변조의 제어를 이용하여 3상 PWM AC/DC 컨버터의 역률을 개선하는 다양한 제어기법이 개발되고 있는데, 이러한 제어기법으로는 PI제어기법, 히스테리시스 전류 제어기법, 델타 제어기법, 적응제어기법, 프로세서 타임 카운트 제어기법 등을 들수 있다.

상기 PI제어기법은, 삼각파 비교방식이라고도 하며, 이는 시스템의 이득이 무한대가 아닌 이상 실제 전류가 기준치를 정확하게 추종할수 없으므로, 정상상태에서 위상지연이 발생하는 문제점을 가지고 있다.

상기 히스테리시스 전류 제어기법은, 전류 순시치 제어의 펄스폭변조 방식응로서, 이는 히스테리시스 대역폭내에서 기준전류를 중심으로 하는 상한값과 하한값을 정하여 입력 전류가 상한값보다 커지면 전류가 줄어드는 방향으로 제어하고, 하한값보다 감소하면 상승하는 방향으로 제어하여 일정한 오차범위 이내로 유지되도록 스위칭소자를 온/오프 제어하는 방식으로, 그 제어방식이 간단할뿐만 아니라 빠른 응답특성은 물론, 최대 전류제한 능력을 갖고 있다.

그러나, 히스테리시스 전류제어를 사용하는 3상 PWM AC/DC 컨버터는 부하 변동 및 AC입력전압이 매 반주기 동안 변함에 따라 평균 스위칭 주파수가 변화하고, 특히 부하가 큰 경우에는 스위칭 주파수가 상당히 증가하여 소자에 많은 스트레스를 주면서 스위칭 손실이 커지는 단점을 가지고 있다.

상기 델타 제어기법은, 일정한 밴드사이에서 전류를 제어하는 것이 히스테리시스 전류 제어기법과 유사하게 보이나, 동작원리는 상이하다.

즉, 실제로 에러 신호만이 비교기에 의해 감지되며 출력은 고정된 밴드폭 비율로 샘플링(sampling)되므로, 컨버터의 입력단 전압이 각 샘플링 구간동안 일정하게 유지된다.

그러므로, 델타 제어기법은 히스테리시스 전류 제어기법과는 달리 실제 신호가 피드백(feedback)되지 않기 때문에, 만족스러운 결과를 얻기 위해서는 높은 주파수로 예측 제어기법을 겸용하여 서로 장단점을 보안한 형태이다.

그러나, 상기와 같은 델타 제어기법은 정상상태에서 전류오차가 적은 예측 제어기법을 이용하고, 과도상태에서는 과도상태 응답특성이 우수한 히스테리시스 전류 제어기법을 사용하는 방법인 바, 이는 복잡한 전압 계산 과정 이외에 제어기법 선택 알고리즘이 필요하므로 매우 복잡한 제어과정을 수반하는 단점을 가지고 있다.

한편, 종래 아날로그 전원을 공급하기 위한 컨버터는 트랜스(trans)의 부가에 따라 그 부피가 클수밖에 없었으며, 이로인하여 컨버터의 중량이 무거워는 설계상의 불편함이 따랐을뿐만 아니라, 종래에는 기기로의 전원공급상태를 네트워크를 통해 감시하는 수단이 구비되어 있지 않았다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 자기 소호능력을 가지는 전력용 반도체 소자로서 고정된 스위칭 주파수로 동작되는 공간벡터 PWM법을 적용하여 입력선의 전류가 샘플링 구간내에서 출력전류와 전압의 리플이 작고 부하 변화시와 입력 전압 변화시에도 오버슈트(overshout)없이 기준전류를 추종하도록 그 전류제어가 디지탈신호처리기법(DSP; Digital Signal Processor)으로 제어되는 컨버터 단말기를 구성하므로서, 통신용은 물론 의료용과 가정용 및 사무용 기기에 외부의 영향을 받지 않으면서 일정한 스위칭 주파수로 동작됨은 물론 정격제어가 가능한 디지탈방식의 전원을 안정적으로 공급하여 입력선 전류의 파형 왜곡을 보정하는 한편, 아날로그 방식으로 전원을 공급할때 발생하는 낮은 입력의 역률은 물론, 입력측의 노이즈와 전력손실의 증가 및 통신장애 등의 문제점을 해소할수 있도록 하는 디지탈 전원 공급장치 및 그 제어방법을 제공하려는 것이다.

더불어, 본 발명은 디지탈 전원의 공급상태를 네트워크를 통해 그 감시가 가능하도록 하므로서, 디지탈 전원의 공급 정밀도를 보다 높여 그 디지탈 전원을 공급받는 기기의 안정적인 작동이 이루어질수 있도록 하려는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예로 디지탈 전원을 공급하기 위한 컨버터 단말기의 전체 사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예로 디지탈 전원 공급을 위한 컨버터 단말기의 블럭 회로도.

도 3은 본 발명의 일실시예로 디지탈 전원을 공급하기 위한 컨버터 단말기의 설치 상태도.

도 4는 본 발명의 일실시예로 디지탈 전원공급 제어방법을 보인 플로우챠트.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 ; 기기 1a; 제 1 전원플러그

2 ; 제 1 전원단자 10; 전압분석부

20; 전류분석부 30; 전압 보상제어부

40; 전류 보상제어부 50; 전원출력부

60; 전원피드백부 70; 통신부

71; 통신단자 72; 모뎀

80; 마이컴 100; 컨버터 단말기

100a; 제 2 전원플러그 100b; 제 2 전원단자

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예로 디지탈 전원을 공급하기 위한 컨버터 단말기의전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예로 디지탈 전원 공급을 위한 컨버터 단말기의 블럭 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예로 디지탈 전원을 공급하기 위한 컨버터 단말기의 설치 상태도 이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와같이, 전원을 필요로 하는 기기(예; 통신용, 의료용, 가정용, 사무용)(1)의 제 1 전원플러그(1a)가 결합되도록 하면서 제 1 전원단자(2)에 꽂아지도록 제 2 전원플러그(100a) 및 제 2 전원단자(100b)를 가지는 컨버터 단말기(100)를 구성하되,

상기 컨버터 단말기(100)에는 제 1 전원단자(2)를 통해 공급되는 아날로그 전원으로 부터 전압값과 전류값을 분석하는 전압 및 전류 분석부(10)(20)와;

상기 전압 및 전류 분석부(10)(20)로 부터 분석된 전압값과 전류값을 정격 제어하여 보상 출력하는 전압 및 전류 보상제어부(30)(40)와;

상기 전압 및 전류 보상제어부(30)(40)로 부터 정격 제어되어 보상 출력되는 전압값과 전류값을 제 1 전원플러그(1a)로 연결되는 기기(1)로 출력하는 전원출력부(50)와;

기기(1)로 보상 출력된 전압제어값과 전류제어값을 기기(1)로 부터 피드백받는 전원피드백부(60)와;

전원출력부(50)로 부터 출력되는 전압 및 전류 제어값이 네트워크를 통해 감시되도록 식별코드를 가지면서 원격지의 컴퓨터(200)와 통신이 이루어지는 통신부(70); 및,

상기 통신부(70)를 통해 원격지의 컴퓨터(200)로 부터 디지탈신호처리(DSP)로 송출되는 인터럽트신호는 물론, 전원피드백부(60)로 부터 피드백된 전압제어값과 전류제어값에 따라 전압 및 전류 보상제어부(30)(40)의 보상레벨을 결정하는 마이컴(80); 으로 구성함을 특징으로 한다.

다른 일면에 따라, 상기 통신부(70)는, 유선전화선이 연결되는 통신단자(71)와, 상기 통신단자(71)로 유선전화선이 연결될 때 식별코드를 원격지의 컴퓨터(200)로 송신한 후 원격지로 부터 전원보상을 위해 송출되는 인터럽트신호를 마이컴(80)으로 전달하는 모뎀부(72)를 포함하고 있다.

그리고, 도 4는 본 발명의 일실시예인 디지탈 전원 공급장치에 의해 구현되는 디지탈 전원의 공급 제어방법을 보인 플로우챠트로서 그 진행단계는,

전원이 필요로 하는 기기(1)로 공급되는 아날로그 전원의 전압값과 전류값을 분석하는 단계;

상기 분석결과로 부터 아날로그 전원의 전압값 또는 전류값을 정격 제어할 것인가를 판단한 후 그 판단결과로 부터 전압값 또는 전류값을 정격제어하여 기기(1)로 출력하는 단계;

상기 기기(1)로 보상 출력된 전압제어값과 전류제어값을 기기(1)로 부터 피드백받아 전원손실이 발생하였는가를 판단하는 단계;

상기 판단결과 전원손실이 발생시 통신연결을 통해 원격제어할 것인가를 판단하는 단계; 및,

상기 판단결과 통신연결을 하지 않을 경우 상기의 단계를 반복실시하여 전압제어값 또는 전류제어값의 보상레벨을 결정하고, 통신연결을 할 경우 원격지로 식별코드를 전송한 후 디지탈신호처리의 인터럽트신호를 수신하여 전압제어값 또는 전류제어값의 보상레벨을 결정하는 단계; 로 진행함을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 2 전원플러그(100a)와 제 2 전원단자(100b)를 가지는 컨버터 단말기(100)를 제작 구성한다.

그리고, 상기 컨버터 단말기(100)의 제 2 전원플러그(100a)를 전력선을 통해 아날로그의 전원을 공급하는 제 1 전원단자(2)(여기서 말하는 단자는 콘덴서이며, 이는 가정집이나 사무실 등의 벽면이나 또는 리드선을 통해 연결되는 멀티단자를 의미한다)에 꽂아둔다.

이후, 상기 컨버터 단말기(100)의 제 2 전원단자(100b)에는 전원을 필요로 하는 기기(1)(여기서는 프린터에 대하여 설명하기로 한다)의 제 1 전원플러그(1a)를 꽂아둔다.

그러면, 상기 전력선을 통해 공급이 이루어지는 아날로그의 전원은 컨버터 단말기(100)를 통해 기기(1)로 그 공급이 이루어진다.

이때, 상기 컨버터 단말기(100)의 내부에는 전압 분석부(10)는 물론 전류분석부(20)를 구성하고 있는 바,

상기 전압분석부(10) 및 전류분석부(20)에서는 제 1 전원단자(2) 및 제 2 전원플러그(100a)를 통해 공급되는 아날로그 전원으로 부터 전압값과 전류값을 분석하게 된다.

그리고, 상기의 분석결과는 마이컴(80)을 통해 전압 및 전류 보상제어부(30)(40)로 출력되므로서, 상기 전압 및 전류보상제어부(30)(40)에서는 분석된 전압값과 전류값을 정격 제어한 후 그 정격제어로 부터 보상된 전압 제어값과 전류제어값을 전원출력부(50)를 통해 제 1 전원플러그(1a)와 제 2 전원단자(100b)를 통해 기기(1)로 출력하게 되는 것이다.

이때, 상기 컨버터 단말기(100)에 구성된 전원피드백부(60)는 기기(1)로 부터 전압제어값과 전류제어값을 피드백받는 바,

상기 피드백된 전압제어값과 전류제어값은 마이컴(80)으로 그 출력이 이루어진다.

따라서, 상기 마이컴(80)은 피드백되는 전압제어값은 물론 전류제어값으로 부터 기기(1)로 공급된 전원의 손실이 발생하였는가를 판단하게 된다.

그리고, 상기의 판단결과로 부터 마이컴(80)은 전압 및 전류 보상제어부(30)(40)의 보상레벨을 결정하므로서, 상기 결정된 보상레벨에 따라 기기(1)에는 안정적인 제어가 이루어진 전압제어값과 전류제어값이 공급될수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 컨버터 단말기(100)의 자체적인 제어로 부터 전원이 안정적으로 기기(1)에 공급되지 않아 유저가 원격제어를 원할 경우, 상기 유저는 먼저 컨버터 단말기(100)의 통신부(70)에 구성된 통신단자(71)로 유선전화선을 연결한다.

그러면, 상기 통신부(70)에 구성된 모뎀(72)은 통신단자(71)로 유선전화선이 연결될 때 컨버터 단말기(100)의 식별코드를 원격지의 컴퓨터(200)로 송출하므로서, 상기 원격지의 컴퓨터(200)에서는 현재 전원의 원격제어를 원하는 컨버터 단말기(100)를 판별하는 작업을 수행하는 한편, 현재 컨버터 단말기(100)로 부터 기기(1)로 공급되는 전원의 상태를 감시하게 된다.

이후, 상기의 감시결과로 부터 전원의 보상이 필요하다고 판단되는 경우, 상기 원격지의 컴퓨터(200)에서는 디지탈신호처리의 인터럽트신호를 유선전화선 및 통신단자(71)와 모뎀(72)을 통해 컨버터 단말기(100)의 마이컴(80)으로 출력한다.

따라서, 상기 마이컴(80)은 원격지의 컴퓨터(200)로 부터 출력된 디지탈신호처리의 인터럽트신호에 따라 전압 및 전류 보상제어부(30)(40)의 보상레벨을 결정하므로서, 상기 결정된 보상레벨에 따라 기기(1)에는 안정적인 제어가 이루어진 전압제어값과 전류제어값이 공급될수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 자기 소호능력을 가지는 전력용 반도체 소자로서 고정된 스위칭 주파수로 동작되는 공간벡터 PWM법을 적용하여 입력선의 전류가 샘플링 구간내에서 출력전류와 전압의 리플이 작고 부하 변화시와 입력 전압 변화시에도 오버슈트없이 기준전류를 추종하도록 그 전류제어가 디지탈신호처리기법(DSP; Digital Signal Processor)으로 제어되는 컨버터 단말기를 구성하므로서, 통신용은 물론 의료용과 가정용 및 사무용 기기에 외부의 영향을 받지 않으면서 일정한 스위칭 주파수로 동작됨은 물론 정격제어가 가능한 디지탈방식의 전원을 안정적으로 공급하여 입력선 전류의 파형 왜곡을 보정하는 한편, 아날로그 방식으로 전원을 공급할때 발생하는 낮은 입력의 역률은 물론, 입력측의 노이즈와 전력손실의 증가 및 통신장애 등의 문제점을 해소하고, 더불어 디지탈 전원의 공급상태를 네트워크를 통해 그 감시가 가능하도록 하므로서 디지탈 전원의 공급 정밀도를 보다 높여 그 디지탈 전원을 공급받는 기기의 안정적인 작동이 이루어질수 있도록 하는 효과를 제공한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims (3)

1. 전원을 필요로 하는 기기의 제 1 전원플러그가 결합되도록 하면서 제 1 전원단자에 꽂아지도록 제 2 전원플러그 및 제 2 전원단자를 가지는 컨버터 단말기를 구성하되,

   상기 컨버터 단말기는 제 1 전원단자를 통해 공급되는 아날로그 전원으로 부터 전압값과 전류값을 분석하는 전압 및 전류 분석부와;

   상기 전압 및 전류 분석부로 부터 분석된 전압값과 전류값을 정격 제어하여 보상 출력하는 전압 및 전류 보상제어부와;

   상기 전압 및 전류 보상제어부로 부터 정격 제어되어 보상 출력되는 전압값과 전류값을 제 1 전원플러그로 연결되는 기기로 출력하는 전원출력부와;

   기기로 보상 출력된 전압제어값과 전류제어값을 기기로 부터 피드백받는 전원피드백부와;

   전원출력부로 부터 출력되는 전압 및 전류 제어값이 네트워크를 통해 감시되도록 식별코드를 가지면서 원격지의 컴퓨터와 통신이 이루어지는 통신부; 및,

   상기 통신부를 통해 원격지의 컴퓨터로 부터 디지탈신호처리(DSP)로 송출되는 인터럽트신호는 물론, 전원피드백부로 부터 피드백된 전압제어값과 전류제어값에 따라 전압 및 전류 보상제어부의 보상레벨을 결정하는 마이컴; 으로 구성함을 특징으로 하는 디지탈 전원 공급장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통신부는,

   유선전화선이 연결되는 통신단자와, 상기 통신단자로 유선전화선이 연결될 때 식별코드를 원격지의 컴퓨터로 송신한 후 원격지로 부터 전원보상을 위해 송출되는 인터럽트신호를 마이컴으로 전달하는 모뎀부를 포함함을 특징으로 하는 디지탈 전원 공급장치.
3. 전원이 필요로 하는 기기로 공급되는 아날로그 전원의 전압값과 전류값을 분석하는 단계;

   상기 분석결과로 부터 아날로그 전원의 전압값 또는 전류값을 정격 제어할 것인가를 판단한 후 그 판단결과로 부터 전압값 또는 전류값을 정격제어하여 기기로 출력하는 단계;

   상기 기기로 보상 출력된 전압제어값과 전류제어값을 기기로 부터 피드백받아 전원손실이 발생하였는가를 판단하는 단계;

   상기 판단결과 전원손실이 발생시 통신연결을 통해 원격제어할 것인가를 판단하는 단계; 및,

   상기 판단결과 통신연결을 하지 않을 경우 상기의 단계를 반복실시하여 전압제어값 또는 전류제어값의 보상레벨을 결정하고, 통신연결을 할 경우 원격지로 식별코드를 전송한 후 디지탈신호처리의 인터럽트신호를 수신하여 전압제어값 또는 전류제어값의 보상레벨을 결정하는 단계; 로 진행함을 특징으로 하는 디지탈 전원의 공급 제어방법.