KR100627647B1

KR100627647B1 - 전기 용접기용 전원장치

Info

Publication number: KR100627647B1
Application number: KR1020040049271A
Authority: KR
Inventors: 신병주
Original assignee: 신병주; 주식회사 모바일링크
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-09-25
Also published as: KR20050050522A

Abstract

본 발명은 장치의 크기를 매우 소형화 및 저가화 하면서도 안정적인 용접전원을 제공하고, 또한 전기 용접기로 공급되는 용접전압 및 용접전류를 정밀하게 설정하여 사용할 수 있도록 된 전기 용접기용 전원공급장치에 관한 것이다. 본 발명에 있어서는 외부 전원을 입력하여 소정의 직류 전원을 생성하는 전원입력수단과, 적어도 하나의 EDLC(Electric Double Layer Capacitor)를 구비하여 상기 입력전원을 충전 및 방전하기 위한 충전수단, 상기 충전수단의 충전전원을 외부로 공급하기 위한 전원출력수단, 상기 전원출력수단을 통해 출력되는 출력전력을 조절하기 위한 공급전력 조절수단, 상기 전원출력수단을 통해 출력되는 출력전류량을 검출하기 위한 전류검출수단, 상기 전원출력수단을 통해 출력되는 출력전압을 검출하기 위한 전압검출수단 및, 상기 전류검출수단 및 전압검출수단의 검출결과를 근거로 상기 공급전력 조절수단을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된다.

EDLC, 전기이중층 콘덴서, 과전압

Description

전기 용접기용 전원장치{Power supply for an electric welding machine}

도 1은 일반적인 전기 용접기용 전원장치의 구성을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기 용접기용 전원장치의 구성을 나타낸 구성도.

도 3은 도 2에서 충전부(21)의 구성을 나타낸 구성도.

도 4는 도 3에서 과전압 방지회로(212)의 구체적인 구성의 일례를 나타낸 회로 구성도.

**** 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 ****

21 : 충전부, 22 : 공급전력 조절부,

23 : 전류검출부, 24 : 전압검출부,

27 : 제어부.

본 발명은 소형 디바이스를 제조할 때에 사용되는 전기용접기에 관한 것으로, 특히 전기 용접기로 공급되는 전력을 안정적으로 유지 및 공급할 수 있도록 된 전기 용접기용 전원장치에 관한 것이다.

일반적으로 휴대용 통신단말기 등의 소형 디바이스를 제조함에 있어서는 정전압 방식의 전기용접기가 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 전기용접기는 모재에 예컨대 5V이하의 일정 전압을 가한 상태에서 모재에 예컨대 최대 2000A의 고전류를 흘림으로써 모재 저항에 의한 발열에 의해 모재가 용접되도록 하는 것이다.

도 1은 일반적인 전기용접기에 채용되는 전원장치의 구성을 나타낸 것이다. 도면에서 전원장치는 예컨대 220V의 입력전원을 17V의 전원전압으로 변환하는 변압부(11)와 이 변압부(11)로부터의 출력전원을 정류하는 정류부(12), 이 정류부(12)로부터의 출력전원을 충전 및 방전하기 위한 충전부(13) 및 외부의 전기용접기로 구동전력을 출력하기 위한 출력단(14)을 구비하여 구성된다.

그리고 상기 충전부(13)는 고용량의 다수의 콘덴서(131)를 구비하여 구성되는데, 이 콘덴서(131)는 정류부(12)의 출력전원을 충전하였다가 출력단(14)을 통해 안정적으로 구동전력을 공급하기 위한 것이다.

상기 전원장치에 있어서는 변압부(11)와 정류부(12)를 통하여 입력전원을 변압 및 정류한 후, 정류된 전류를 충전부(13)의 콘덴서(131)에 저장하게 된다. 그리고 이렇게 콘덴서(131)에 저장된 충전전원을 가지고 안정적으로 출력단(14)을 통해 용접전원을 공급함으로써 안정적인 용접동작이 이루어지도록 하게 된다.

그런데, 일반적으로 전기용접기를 이용하여 용접을 실행하는 경우에 있어서는 용접시간을 짧게 하면서 용접기로 공급되는 전력량을 높이게 되면 용접불량이 발생될 우려가 있기 때문에 가급적이면 용접기로 공급되는 전력량을 낮추면서 용접시간을 길게 설정하는 것이 바람직하다. 그러나 이와 같이 용접시간을 길게 설정하 게 되면 긴 용접시간 동안에 용접기로 안정적인 전력을 공급해야 하므로 예컨대 2,000 암페어의 전류를 급속도로 충전 및 방전할 수 있는 충전부(13)를 구성하는 것이 요망된다.

종래의 일반적인 콘덴서의 전류저장용량은 그 최대치가 대략 1.5F 정도이므로 상기와 같이 2,000 암페어의 용접전류를 제공하기 위해서는 수백개의 콘덴서가 필요하게 된다. 그리고 이와 같이 대량의 콘덴서를 이용하여 충전부(13)를 구성하게 되면 전원장치의 크기가 커짐은 믈론이고 장치 가격이 매우 고가로 되는 문제가 있게 된다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 장치의 크기를 매우 소형화 및 저가화 하면서도 안정적인 용접전원을 제공할 수 있도록 된 전기 용접기용 전원공급장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이용자가 전기 용접기로 공급되는 용접전압 및 용접전류를 임의적으로 설정하여 사용할 수 있도록 된 전기 용접기용 전원공급장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 전기 용접기용 전원공급장치는 외부 전원을 입력하여 소정의 직류 전원을 생성하는 전원입력수단과, 상기 입력전원을 충전 및 방전하기 위한 충전수단, 상기 충전수단의 충전전원을 외부로 공급하기 위한 전원출력수단을 구비하여 구성되고, 상기 충전수단은 적어도 하나의 EDLC 를 구비하여 구성됨과 더불어, 상기 EDLC의 양단간에는 EDLC에 과전압이 걸리를 것을 방지하기 위한 과전압 방지수단이 결합되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과전압 방지수단은 상기 EDLC와 병렬로 결합된 직렬접속의 저항 및 스위칭수단과, 상기 EDLC 양단간의 전압차를 근거로 소정의 검출전압을 출력하는 제1 전압검출수단 및, 상기 제1 전압검출수단의 검출전압을 근거로 상기 스위칭수단을 온/오프 구동하는 스위칭구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 전기 용접기용 전원공급장치는 상기 전원출력수단을 통해 출력되는 출력전력을 조절하기 위한 공급전력 조절수단과, 상기 전원출력수단을 통해 출력되는 출력전류량을 검출하기 위한 전류검출수단, 상기 전원출력수단을 통해 출력되는 출력전압을 검출하기 위한 제2 전압검출수단 및, 상기 전류검출수단 및 제2 전압검출수단의 검출결과를 근거로 상기 공급전력 조절수단을 제어하는 제어수단을 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

우선 본 발명의 개념을 설명한다.

최근에 콘덴서의 제조기술이 급속도로 발전되면서 대량의 충전용량을 갖는 전기이중층 콘덴서(EDLC: Electric Double Layer Capacitor)가 개발된 바 있다. 이 EDLC는 수백 내지 수만 패럿(F)의 충전용량을 갖도록 설계된 것으로서, 대량의 충전용량이 필요한 장치에 적합한 것으로 고려되고 있다. 이 EDLC는 그 충전용량이 매우 큰 반면에 내압특성이 열악하므로 통상 다수의 EDLC를 직렬로 결합시켜 사용하게 된다.

그러나 이러한 EDLC는 충방전에 따른 잔류용량의 불균일성이 높기 때문에 다수의 EDLC를 직렬로 결합시켜 사용하는 경우에 예컨대 방전동작을 실행한 후에 각각의 EDLC에 충전되어 있는 충전량이 상호 다르게 되는 일이 발생하게 된다. 그리고 이러한 상태에서 EDLC를 충전하기 위하여 일정한 충전전원을 공급하게 되면 특정한 EDLC에 과전압이 걸리게 됨으로써 해당 EDLC가 손상되는 일이 발생하게 된다. 또한 이와 같이 직렬로 결합되어 있는 EDLC 중에서 특정한 EDLC에 소손이 발생하게 되면 다른 정상적인 EDLC에도 과전압이 걸리게 됨으로써 EDLC 전체가 소손될 우려가 있게 된다.

본 발명에 있어서는 다수의 EDLC를 직렬로 결합하여 충전부를 구성하되, 각각의 EDLC에 대하여 과전압이 걸리게 되는 일을 방지함으로써 고용량의 안정된 충전부를 제공하고, 이를 통해 전기 용접기에 적합한 전원장치를 실현한 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기 용접기용 전원장치의 구성을 나타낸 것으로, 도 2에서 도 1에 도시된 구성과 실질적을 동일한 부분에는 동일한 참조번호를 붙이고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2에서 참조번호 21은 다수의 EDLC를 구비하여 구성되는 충전부이다. 도 3은 이 충전부(21)의 구성을 나타낸 구성도로서, 이는 직렬접속된 다수의 EDLC(211)와, 이들 각각의 EDLC(211)와 병렬로 결합된 과전압방지회로(212)를 구비하여 구성된다.

상기 과전압방지회로(212)는 도 4에 나타낸 바와 같이 저항(R1)과 트랜지스터(TR1)의 직렬접속으로 이루어진 전류통로가 상기 EDLC(211)와 병렬로 결합되고, 상기 EDLC(211) 양단간의 전압을 검출하여 EDLC(211) 양단간의 전압이 소정값 이상으로 상승하게 되면 소정의 검출전압을 출력하는 전압검출부(2121)와 이 전압검출부(2121)로부터 출력되는 검출전압을 근거로 상기 트랜지스터(TR1)를 온/오프 구동하는 스위칭 구동부(2122)를 구비하여 구성된다. 여기서 상기 트랜지스터(TR1)는 저항(R1)을 통한 전류통로를 온/오프하기 위한 스위칭 수단으로서 사용되고, 또한 저항(R1) 및 트랜지스터(TR1)의 전류통로, 즉 EDLC(211)와 병렬로 밸런스 저항(R2)이 결합되어 있다.

상기 전압검출부(2121)는 EDLC(211)와 병렬로 저항(R3) 및 저항(R4)이 직렬 접속되면서, 이들 저항(R3, R4)의 직렬 접속과 병렬로 저항(R5)과 레귤레이터(RG)가 직렬 접속되고, 상기 저항(R3, R4)의 결합노드의 전압이 레귤레이터(RG)의 바이어스 전압으로 인가되도록 결합되어 있다. 상기 레귤레이터(RG)는 제품명이 예컨대 TL431로서, 이는 소정 전압 이상의 바이어스 전압이 인가되면 도통상태로 되도록 설정된다. 그리고 상기 저항(R5)과 레귤레이터(RG)의 결합노드로부터 검출전압이 출력되도록 구성되어 있다.

또한 상기 저항(R3, R4)은 EDLC(211)가 충전상태인 경우, 즉 EDLC(211)의 양단간의 전압이 일정 전압 이하인 경우에는 그 접속노드의 전압에 의해 레귤레이터(RG)가 비도통상태로 설정되고, EDLC(211)가 충전되어 그 양단간의 전압이 일정 전압 이상으로 상승하게 되면 접속노드의 전압에 의해 레귤레이터(RG)가 도통상태로 설정되도록 그 저항값들이 적정하게 설정된다.

상기 스위칭 구동부(2122)는 EDLC(211)와 병렬로 트랜지스터(TR2)와 저항(R8)이 직렬 접속되면서, 상기 전압검출부(2121)의 검출전압이 저항(R6, R7)의 저항분압회로를 통해 트랜지스터(TR2)의 베이스에 결합되고, 이 트랜지스터(TR2)와 저항(R8)의 결합노드의 전압이 구동전압으로서 저항(R9)을 통해서 상기 트랜지스터(TR1)의 베이스에 결합되도록 구성되어 있다.

상기한 구성으로 된 과전압방지회로(212)는 EDLC(211)가 충전상태에 있는 경우에는 상술한 바와 같이 전압검출부(2121)의 레귤레이터(RG)가 비도통상태로 설정됨으로써 전압검출부(2121)로부터 하이레벨의 검출전압이 출력되게 된다. 그리고 이와 같이 전압검출부(2121)로부터 하이레벨의 검출전압이 출력되면, 이 검출전압에 의해 스위칭 구동부(2122)의 PNP형 트랜지스터(TR2)가 턴오프되면서 스위칭 트랜지스터(TR1)가 턴오프되게 된다. 따라서, 이 경우에는 EDLC(211)와 병렬로 결합되는 저항(R1)과 트랜지스터(TR1)의 전류통로가 차단되므로 EDLC(211)에 대하여 지속적인 충전동작이 실행되게 된다.

이어, EDLC(211)가 완전히 충전되어 EDLC(211) 양단간의 전압이 일정 전압 이상으로 상승하게 되면, 상술한 바와 같이 전압검출부(2121)의 레귤레이터(RG)가 바이어스 전압에 의해 도통상태로 설정됨으로써 전압검출부(2121)로부터 로우레벨의 검출전압이 출력되게 된다. 그리고 이와 같이 전압검출부(2121)로부터 로우레벨의 검출전압이 출력되면, 이 검출전압에 의해 스위칭 구동부(2122)의 PNP형 트랜지스터(TR2)가 턴온되면서 스위칭 트랜지스터(TR1)가 턴온되게 된다. 따라서, 이 경우에는 EDLC(211)와 병렬로 결합되는 저항(R1)과 트랜지스터(TR1)의 전류통로를 통해 전류가 흐르게 되므로, 정류부(12)로부터 인가되는 충전전원이 해당 EDLC(211) 를 바이패스하여 그 후단의 EDLC 측으로 공급됨과 더불어, 본 과전압방지회로(212)와 결합되어 있는 EDLC(211)의 과충전전압이 상기 저항(R1)과 스위칭 트랜지스터(TR1)를 통해 방전되게 되므로 EDLC(211)가 과충전되는 것이 방지되게 된다.

한편, 도 2에서 상기 충전부(21)와 출력단(14)의 사이에는 출력단을 통해서 공급되는 충전전력을 제어하기 위한 공급전력 조절부(22)가 구비된다. 이 공급전력 조절부(22)는 충전부(21)와 출력단(14)의 사이에 병렬로 결합된 다수의 MOS FET를 구비하여 구성된다. 이들 MOS FET는 이후에 설명할 제어부(27)로부터의 제어신호에 의해 선택적으로 턴온되어 충전부(21)로부터 출력단(14)을 통해 출력되는 충전전력을 조절하게 된다.

또한 상기 출력단(14)과 접지사이에는 저항(R)이 결합되면서 이 저항(R)의 양단간에는 이 양단간의 전압차를 근거로 저항(R)을 통해 흐르는 전류, 즉 출력단(14)을 통해서 공급되는 충전전류를 검출하기 위한 전류검출부(23)가 결합되고, 상기 출력단(14)에는 전압검출부(24)가 결합되어 출력단(14)을 통해서 공급되는 충전전압을 검출하게 된다. 이들 전류검출부(23) 및 전압검출부(24)를 통해서 검출된 충전전류 및 충전전압 값은 이후에 설명할 제어부(27)로 인가된다.

또한 도면에서 참조번호 25는 다수의 조작키를 구비하여 이용자가 원하는 충전전압 및 충전전류값을 입력하기 위한 입력부이고, 26은 본 전원장치의 조작 및 동작상태를 안내하기 위한 LCD 등의 표시부, 27은 장치 전체를 제어하는 제어부이다. 특히 이 제어부(27)는 이용자가 입력부(25)를 통해서 원하는 충전전압 및 충전 전류값을 입력하게 되면 해당 입력값을 내부 메모리(도시되지 않음)에 저장한 후, 저장된 값에 따라 상기 공급전력 조절부(22)의 MOS FET를 선택적으로 온구동하게 되고, 상술한 전류검출부(23) 및 전압검출부(24)의 검출결과를 근거로 상기 MOS FET를 온 또는 오프 제어함으로써 출력단(14)을 통해 출력되는 공급전압 및 공급전류를 정밀하게 설정제어하게 된다.

이어, 상기한 구성으로 된 장치의 동작을 설명한다.

외부로 입력전원이 인가되게 되면 입력된 전원은 변압부(11) 및 정류부(12)를 통해 소정의 직류전압으로 변환되게 되고, 이렇게 변환된 입력 전원은 충전부(21)의 EDLC(211)에 충전되게 된다. 이어 사용자가 출력단(14)에 전기 용접기를 결합시키고, 입력부(25)를 이용하여 용접기를 통해 공급하고자 하는 원하는 공급전압 및 공급전류값을 설정하게 되면 상술한 바와 같이 제어부(27)는 전류검출부(23) 및 전압검출부(24)의 검출결과를 조회하면서 공급전력 조절부(22)의 MOS FET를 선택적으로 온/오프 제어함으로써 출력단(14)을 통해 소정의 용접전원을 공급하게 된다.

한편, 충전부(21)에 있어서는 도 3 및 도 4에 설명한 바와 같이, 정류부(12)를 통해 외부로부터 입력전원이 공급되면, 입력전원은 각 EDLC(211)에 충전되게 되고, 제어부(27)가 공급전력 조절부(22)의 MOS FET를 온시키게 되면 이렇게 충전된 전류는 상기 공급전력 조절부(22)를 통해 출력단(14)을 통해 방전됨으로써 전기 용접기에 대하여 안정적인 용접전력을 공급하게 된다. 또한 이러한 동작상태에서 EDLC(211)가 완전충전되거나, 또는 특정 EDLC(211)의 소손 등에 의해 EDLC(211)에 과전압이 걸리게 되면, 해당 EDLC(211)와 병렬로 결합되어 있는 과전압 방지회로(212)의 트랜지스터(TR1)가 턴온되면서 해당 EDLC(211)에 인가되는 충전전류가 저항(R1) 및 트랜지스터(TR1)를 통해서 바이패스됨으로써 EDLC(211)에 과전압이 걸리는 것이 방지되게 된다.

이상 설명한 바와 같이 상술한 실시예에 의하면 대용량의 EDLC(211)를 이용하여 충전부(21)를 구성하게 되므로, 전기 용접기에 항상 충분하고도 안정적인 동작전원을 공급할 수 있게 된다.

또한 상기 EDLC(211)의 양단간에 과전압 방지회로(212)를 설치함으로써 과전압에 의해 EDLC가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 특히 특정한 EDLC의 손상에 의해 다른 EDLC가 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한 상술한 실시예에 있어서는 전류검출부(23)와 전압검출부(24)를 통해 출력단(14)을 통해 공급되는 출력전류 및 출력전압을 검출하고, 또한 이를 근거로 공급전력 조절부(22)를 제어하여 출력단(14)을 통해 공급되는 용접전력을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 전기 용접기를 통한 정밀한 용접작업을 도모할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다. 즉, 본 발명은 본원 청구범위에 의해서만 한정될 수 있을 것이다.

이상으로 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 장치의 크기를 매우 소형화 및 저가화 하면서도 안정적인 용접전원을 제공하고, 또한 전기 용접기로 공급되는 용접전압 및 용접전류를 정밀하게 설정하여 사용할 수 있도록 된 전기 용접기용 전원공급장치를 실현할 수 있게 된다.

Claims

외부 전원을 일정 전원전압으로 변압하는 변압부와,

상기 변압부의 출력전원을 정류하는 정류부 및,

상기 정류부와 출력단 사이에 결합되어 정류부로부터의 출력전원을 충전 및 방전하기 위한 충전부를 구비하여 구성되고,

상기 충전부는 적어도 하나의 EDLC를 구비하여 구성됨과 더불어, 상기 EDLC의 양단간에는 EDLC에 과전압이 걸리를 것을 방지하기 위한 과전압 방지회로가 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 전기 용접기용 전원장치.
제1항에 있어서,

상기 과전압 방지회로는 상기 EDLC와 병렬로 결합된 직렬접속의 저항 및 스위칭수단과, 상기 EDLC 양단간에 결합되어 EDLC 양단간의 전압차를 근거로 일정 검출전압을 출력하는 제1 전압검출부 및, 상기 제1 전압검출부의 검출전압을 근거로 상기 스위칭수단을 온/오프 구동하는 스위칭구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기 용접기용 전원장치.
제1항에 있어서,

상기 정류부와 출력단 사이에 결합되어 상기 출력단을 통해 출력되는 출력전력을 조절하기 위한 공급전력 조절부와, 상기 출력단 양단간의 전압을 검출하는 제2 전압검출부, 상기 출력단의 일단과 접지사이에 결합되는 저항, 상기 저항에 걸리는 전압을 근거로 상기 출력단을 통해 흐르는 전류량을 검출하는 전류검출부 및, 상기 전류검출부와 제2 전압검출부의 검출결과를 근거로 상기 공급전력 조절부를 제어하는 제어부를 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기 용접기용 전원장치.