KR100829549B1 - 전력공급원의 출력제어장치 - Google Patents

전력공급원의 출력제어장치 Download PDF

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다이요 유덴 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 비교적 큰 내부 임피던스를 가진 전력공급원으로부터의 입력전압의 급격한 저하에 기인한 이상 동작을 방지하여 전력공급원의 보호를 도모함과 동시에, 접속된 부하의 안정동작을 유지할 수 있도록 한 전력공급원의 출력제어장치를 제공한다. 본 발명에 따른 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 하한치(Vlim)을 상회하면 출력전압(Vout)을 거의 일정한 전압으로 제어하는 정전압제어모드로 동작하지만, 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 하한치(Vlim) 이하가 되면, 출력전압(Vout)은 상기 정전압제어모드에 있어서의 일정한 전압보다 낮게 제어되고 입력전압(Vin)을 하한치(Vlim)로 유지하는 하한치 유지모드로 동작하고, 그 다음 출력전류(Iout)는 출력전압(Vout)이 저하함에 따라 증가하는 전류증가모드가 된다.
컨버터, 입력전압, 출력전압, 전력공급원, 출력제어

Description

전력공급원의 출력제어장치{OUTPUT CONTROL DEVICE FOR ELECTRIC POWER SOURCE}
도 1은 본 발명에 따른 전력공급원의 출력제어장치에 관한 일 실시예를 도시한 회로도.
도 2는 도 1에 도시한 출력제어장치에 의한 출력전류―입력전압/출력전압특성을 나타내는 그래프.
도 3은 도 1에 도시한 출력제어장치에 의한 출력전류―출력전력특성을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 전력공급원의 출력제어장치에 관한 다른 실시예를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 전력공급원의 출력제어장치에 관한 또 다른 실시예를 나타내는 회로도.
도 6은 도 5에 도시된 출력제어장치에 의한 출력전류―입력전압/출력전압특성을 나타내는 그래프.
도 7은 도 5에 도시된 출력제어장치에 의한 출력전류―출력전력특성을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 전력공급원의 출력제어장치에 관한 또 다른 실시예를 나타내는 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 연료전지 Ro: 내부 임피던스
E: 전원 200, 300, 400, 500: 출력제어장치
201: 코일 202: 다이오드
203: 전계효과트랜지스터 204: PWM(펄스폭변조)회로
205, 206, 211, 212, 301, 404, 405, 501, 504, 505: 저항
207: 기준전압발생부 208: 차동앰프
209, 309: 하한설정부 210, 310: 비교기
302, 502: 앰프 401, 402, 403: 콘덴서
406: 트랜지스터 30: 부하
본 발명은 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 전력공급원의 출력제어장치으로 관한 것으로서, 특히 비교적 큰 내부 임피던스를 가진 전력공급원으로부터의 급격한 입력전압의 저하에 기인한 이상 동작을 방지함으로써 전력공급원의 보호를 가능하도록 한 전력공급원의 출력제어장치으로 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지등의 전력공급원으로부터의 입력을 스위칭 전원회로 등 으로 제어하여 부하에 대한 출력을 제어하는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서는 출력단락보호회로, 출력과전류보호회로, 입력과전압보호회로 등을 두는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이들은 스위칭 전원회로 자체,혹은 그 부하로서 연결되어 있는 회로, 부품, 기기 등을 보호하는 것으로서, 전력공급원을 보호하는 것은 아니다.
여기에서, 출력단락보호회로 및 출력과전류보호회로는 출력단락보호 및 출력과전류보호를 위해 전력공급원으로부터의 입력전력, 즉 스위칭 전원회로에 대한 입력전력을 제한하는 기능을 갖추고 있으나, 전력제한의 정밀도가 나쁘고 더구나 스위칭 전원회로에 대한 입력전압(Vin)이나 입력전류(Iin)을 직접 감시하여 제어하는 것이 아니기 때문에 전력공급원의 보호 효과는 불충분하다.
또한, 연료전지 등의 전력공급원을 보호하는 것으로서는, 일본특개평 10-284102호(이하, 특허문헌 1이라 함) 및 일본특개평 11-144749호(이하, 특허문헌 2라 함)에 기재된 것이 알려져 있다.
특허문헌 1에 있어서는, 인버터장치의 출력지령을 입력해서 당해 출력지령에 맞는 직류전류의 상한치를 설정하는 함수발생기를 갖춤과 동시에, 연료전지로부터 인버터장치으로 공급되는 직류전류치를 검출하는 전류검출기를 구비하여, 전류검출기에서 검출되는 직류전류치가 함수발생기로부터의 직류전류의 상한치를 초과하지 않도록 인버터장치를 제어하는 구성이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에 있어서는, 연료전지를 이상정지시키기 위한 제1의 설정 전압치보다 높은 제2의 전압치를 설정하고 연료전지전압을 감시하여, 연료전지전압 이 제2의 설정 전압값으로 도달하면 전력조정장치의 입력전류를 서서히 저하시키는 구성이 기재되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 있어서는, 인버터장치 또는 전력조정장치의 입력전류를 저하시키면 그 입력전압은 상승하지만 그 출력전류는 저하하고, 그 결과 부하를 구동하는 데 충분한 전력을 취할 수 없게 된다는 문제가 있었다.
일반적으로, 비교적 큰 내부 임피던스를 갖는 연료전지등의 전력공급원은 그 출력전류 및/또는 출력전력이 증가하면 그 내부 임피던스에 의한 전압강하 때문에 그 출력전압이 저하한다.
예를 들면, 연료전지 등의 전력공급원의 출력을 스위칭하여 부하에 대해 출력하는 출력제어장치에 있어서는, 이 출력제어장치로부터 부하에 출력되는 출력전류(Iout)의 증가와 함께 전력공급원의 출력전류, 즉 상기 출력제어장치의 입력전류(Iin)가 소정의 값을 초월하여 증가한 경우에는, 그 전력공급원의 출력전압, 즉 상기 출력제어장치의 입력전압(Vin)이 저하하고, 이에 따라 상기 출력제어장치의 입력전류(Iin)는 더욱 증가하며 입력전압(Vin)은 더욱 저하한다는 정귀환(positive feedback)이 생기고, 이에 의해 입력전압(Vin)이 계속해서 저하되어 최종적으로는 상기 출력제어장치로부터의 출력전압(Vout)을 소망하는 값으로 유지할 수 없게 된다.
즉, 출력전류(Iout)가 낮을 때에는 입력전류(Iin)도 낮으므로 입력전압(Vin)은 높고, 이 상태에서의 출력전류(Iout)의 변화에 의한 입력전류(Iin) 및 입력전압 (Vin)의 변화량은 모두 적다.
그러나, 출력전류(Iout)가 높을 때에는 입력전류(Iin)도 높아지고, 그 결과 입력전압(Vin)은 낮아져, 그 상태에서의 출력전류(Iout)의 변화에 의한 입력전류(Iin) 및 입력전압(Vin)의 변화량은 모두 커진다.
즉, 출력전류(Iout)의 증가에 따라 입력전류(Iin) 및 입력전압(Vin)의 변화량은 점차로 크게 된다. 그 변화량이, 예를 들면, 스위칭 전원 고유의 어떤 값을 초과하면, 상기한바와 같이 입력전류(Iin)증가, 입력전압(Vin)저하, 입력전류(Iin)증가라는 정귀환 루프로 진입하여, 입력전압(Vin)이 급격히 떨어져 전력공급원에 대하여 손상을 주는 동시에, 접속된 부하에 충분한 전력을 공급을 할 수 없어지는 이상 동작이 발생한다.
이러한 이상 동작은 내부 임피던스를 갖는 전원에서는 반드시 발생한다. 한편, 이상 동작은 내부 임피던스가 높은 전력공급원일수록 현저해진다.
따라서, 본 발명은 비교적 큰 내부 임피던스를 갖는 전력공급원으로부터의 급격한 입력전압 저하에 바탕을 둔 이상 동작을 방지하여 전력공급원의 보호를 도모함과 동시에, 접속된 부하의 안정 동작을 유지할 수 있도록 전력공급원의 출력제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1의 발명은 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 전력공급원의 출력제어장치에 있 어서, 상기 전력공급원으로부터의 입력을 검출하는 입력 검출회로를 구비하고, 상기 컨버터회로는 상기 입력검출회로의 검출출력에 대응하여 상기 입력전압의 하한치를 소정의 값으로 유지하는 하한치 유지모드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 2의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 입력검출회로는 상기 전력공급원으로부터의 입력전압, 입력전류, 입력전력의 어느 하나를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 3의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 하한치 유지모드는 상기 출력전압을 변화시킴에 의하여 상기 입력전압의 하한치를 소정의 값으로 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 4의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 하한치 유지모드는 상기 입력전압의 하한치를 소정의 값으로 유지함에 의해 부하에 출력하는 출력전류를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 5의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 컨버터회로는 상기 출력전압을 검출하여 당해 출력전압을 일정한 값으로 제어하는 정전압제어모드를 더 포함하고, 상기 입력검출회로의 검출 출력에 대응하여 상기 정전압제어모드와 상기 하한치 유지모드를 전환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 6의 발명은 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서, 상기 전력공급원으로부터의 입력의 변동량을 검출하는 입력검출회로를 구비하고, 상기 컨버터회로는 상기 출력전압을 변화시켜서 상기 입력검출회로에서 검출한 입력의 변동량을 일 정한 범위로 유지하면서 출력전류를 증가시키는 전류증가모드를 갖추는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 7의 발명은 청구항 6의 발명에 있어서, 상기 입력검출회로는 상기 전력공급원으로부터의 입력전압의 변동량, 입력전류의 변동량, 입력전력의 변동량의 어느 하나를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 8의 발명은 청구항 6의 발명에 있어서, 상기 컨버터회로는 상기 출력전압을 검출하여 당해 출력전압을 일정한 값으로 제어하는 정전압제어모드를 더 포함하고, 상기 입력검출회로의 검출출력에 따라, 상기 정전압제어모드와 상기 전류증가모드를 전환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 9의 발명은 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서, 상기 전력공급원으로부터의 입력전압이 소정의 기준치를 하회할 경우 소정의 신호를 출력하는 하한검출회로와, 상기 출력전압을 검출하는 출력전압검출회로를 포함하고, 상기 컨버터회로는 상기 출력전압검출회로에서 검출한 출력전압과 상기 하한검출회로의 출력에 기초하여 상기 입력전압을 출력전압으로 변환하는 변환조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 10의 발명은 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서, 상기 전력공급원으로부터의 입력전류가 소정의 기준치를 상회할 경우에 소정의 신호를 출력하는 상한검출회로와, 상기 출력전압을 검출하는 출력전압 검출회로를 구비하고, 상기 컨버터회로는 상기 출력전압 검출회로에서 검출한 출력전압과 상기 상한검출회로의 출력을 바탕으로 상기 입력전압을 출력전압으로 변환하는 변환조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 11의 발명은 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서, 상기 전력공급원으로부터의 입력의 변동량을 검출하는 변동량 검출회로를 포함하고, 상기 컨버터회로는 상기 변동량 검출회로에서 검출한 변동량을 바탕으로 상기 입력전압을 출력전압으로 변환하는 변환조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 12의 발명은 청구항 11의 발명에 있어서, 상기 변동량 검출회로는 상기 전력공급원으로부터의 입력전압의 변동량, 입력전류의 변동량, 입력전력의 변동량의 어느 하나를 검출하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 관계되는 전력공급원의 출력제어장치의 한 가지 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<실시예 1>
도 1은, 본 발명에 관계되는 전력공급원의 출력제어장치의 한 가지 실시예를 보이는 회로도이다.
본 실시예의 출력제어장치(200)는 연료전지(10)를 전력공급원으로서 부하 (30)에 대하여 전력을 공급하는 것이다.
여기에서, 연료전지(10)는, 큰 내부 임피던스(Ro)을 갖는 기전원(E)을 갖고 있다.
출력제어장치(200)는 연료전지(10)의 출력을 입력하는 코일(201), 코일(201)의 출력을 스위칭하는 전계효과 트랜지스터(203), 다이오드(202), 전계효과 트랜지스터(203)의 스위칭을 제어하는 PWM(펄스폭변조)회로(204), 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)을 검출하기 위한 저항(205, 206), PWM회로(204)를 제어하기 위한 기준전압(Vref)을 발생하는 기준전압발생부(207), PWM회로(204)의 제어신호를 발생하는 차동앰프(208), 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)의 하한치(Vlim)을 설정하는 하한치 설정부(209), 이의 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 마이너스 단자에, 하한치설정부(209)에 설정된 하한치(Vlim)가 플러스 입력에 가해져 입력전압(Vin)과 하한치(Vlim)를 비교하는 비교기(210), 비교기(210)의 출력을 풀업(pull-up)하는 저항(212)을 포함하여 구성된다.
도 1에 도시된 출력제어장치(200)에 있어서, 연료전지(10)의 출력전압, 즉 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 하한치 설정부(209)에 설정된 하한치(Vlim)를 초과하고 있을 경우에는, 비교기(210)의 출력은 낮은 수준 (접지 수준)이 된다.
그 결과, 차동앰프(208)의 마이너스 입력에는, 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)이 저항(205)과 저항(212) 및 저항(206)의 병렬회로에 의해 분압된 값인 전압(V1)이 입력된다.
이에 의해, 차동앰프(208)는 전압(V1)과 기준전압(Vref)과의 전압차를 PWM회로(204)에 가하고, PWM회로(204)는 이 전압차을 바탕으로 전계효과 트랜지스터(203)를 온-오프 제어하고, 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)은 기준전압(Vref)에 대응하여 거의 일정한 전압으로 제어된다(정전압제어모드).
그러나, 연료전지(10)의 출력전압, 즉 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 하한치 설정부(209)에 설정된 하한치(Vlim)를 하회하면, 비교기(210)의 출력은 높은 레벨(출력전압Vout=Vcc)이 된다.
그 결과, 차동앰프208의 마이너스 입력에는, 이 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)이 저항(212) 및 저항(205)의 병렬회로와 저항(206)에 의해 분압된 값인 전압[V2(>V1)]이 입력된다.
이에 의해 차동앰프(208)는 전압(V2)과 기준전압(Vref)과의 전압차를 PWM회로(204)에 가하고, PWM회로(204)는 차전압을 토대로 전계효과 트랜지스터(203)를 온-오프 제어하고, 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)은 상기 기준전압(Vref)에 대응하는 전압보다 낮게 제어되며, 이 경우 연료전지(10)의 출력전압, 즉 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)은 하한치 설정부(209)에 설정된 하한치(Vlim)로 유지된다 (하한치 유지모드).
또한, 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)을 하한치(Vlim)로 유지하는 하한치 유지모드에 의해, 출력제어장치(200)로부터 출력되는 출력전류(Iout)는 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)이 저하함에 따라 증가한다 (전류증가모드).
도 2는 도 1에 도시된 출력제어장치(200)에 의한 출력전류―입력전압/출력전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2로부터 명확하듯이, 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 하한치(Vlim)를 상회하면, 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 변동하더라도 출력제어장치 (200)의 출력전압(Vout)은 거의 일정한 전압으로 제어된다 (정전압제어모드).
그러나, 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 하한치(Vlim) 이하가 되면, 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)은 상기 정전압제어모드에 있어서의 일정한 전압보다 낮게 제어되고, 이 경우 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)은 하한치(Vlim)로 유지된다 (하한치 유지모드). 또한, 이 때 출력제어장치(200)의 출력전류(Iout)는, 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)이 저하하는 데 따라 증가한다 (전류증가모드).
또한, 도 2에 보이는 것처럼 출력제어장치(200)의 효율은 하한치 유지모드로 되더라도, 정전압제어모드보다 약간 저하하지만, 높은 값을 유지할 수 있다.
도 3은 도 1에 보인 출력제어장치(200)에 의한 출력전류―출력전력특성을 나타내는 그래프이다.
도 3으로부터 명확하듯이, 출력제어장치(200)에 따르면 출력제어장치(200)가 정전압제어모드로부터 하한치 유지모드로 이행하는 근방(도2 및 도3에서 동그라미로 나타낸 영역)에서 큰 전력을 취할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 하한치(Vlim)를 상회하면 비교기(210)의 출력은 낮은 수준이 되고, 이 경우 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 변동하더라도 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)은 거의 일정한 전압으로 제어되는 정전압제어모드에서 동작하지만, 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)이 하한치 설정부(209)에 의해 설정된 하한치(Vlim)을 하회하면 비교기(210)의 출력은 높은 수준으로 되며, 이 경우 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)이 낮게 제어되며, 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)은 하한치 (Vlim)로 유지되는 하한치 유지모드에서 동작한다. 또한, 하한치 유지모드에 있어서는 출력제어장치(200)로부터 출력되는 출력전류(Iout)는 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)가 저하함에 따라 증가하는 전류증가모드가 된다.
이와 같은 구성에 따르면, 연료전지(10)의 출력전압이 그 규정치를 초과하여 저하하는 사태를 막을 수 있고, 이에 의하여 연료전지(10)의 손상을 방지할 수 있으며, 또한 출력제어장치(200)의 출력전압(Vout)이 저하하더라도 출력전류(Iout)는 증가하므로, 부하(30)를 구동함에 충분한 전력을 취할 수 있어, 이에 의하여 부하(30)의 안정 동작을 유지할 수 있다.
그런데, 도 1에 보이는 구성에 있어서는, 연료전지(10)의 출력전압, 즉 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)을 감시하여, 이의 출력제어장치(200)의 입력전압(Vin)에 따라 정전압 제어모드와 하한치 유지모드(전류증가모드)와를 전환할 수 있도록 구성했으나, 출력제어장치(200)가 입력전압(Vin)를 감시하는 것에 대신하여 연료전지(10)의 출력전류, 즉 출력제어장치(200)의 입력전류(Iin)을 감시하도록 구성해도 되며, 또한 출력제어장치(200)의 입력전력(Win)을 감시할 수 있도록 구성해도 된다.
<실시예 2>
도 4는 입력전류(Iin)을 감시하도록 구성한, 본 발명에 따르는 전력공급원의 출력제어장치에 관한 다른 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 4에 도시된 실시예에 있어서는 연료전지(10)를 전력공급원으로 하여 출력제어장치(300)가 부하(30)에 대하여 전력을 공급하며, 출력제어장치(300)에 연료전 지(10)의 출력라인에 전류검출용 저항(301)을 설치하고 앰프(302)로 저항(301)의 양단의 전압차를 검출하므로써, 연료전지(10)의 출력전류, 즉 출력제어장치(300)의 입력전류(Iin)를 검출하고 있다.
앰프(302)로 검출한 입력전류(Iin)는 비교기(310)의 플러스 입력에 가해지고 또한, 비교기(310)의 마이너스 입력에는 상한치 설정부(309)에 의해 설정된 출력제어장치(300)의 입력전류(Iin)의 상한치(Ilim)가 가해진다. 기타의 구성은 도 1에 보인 출력제어장치(200)와 같다. 도 4에 있어서, 도 1에 도시된 출력제어장치(200)와 같은 기능을 하는 부분에는 설명의 편의상 도 1에서 사용한 부호와 동일한 부호를 붙인다.
도 4에 보이는 출력제어장치(300)에 있어서는, 연료전지(10)의 출력전류, 즉 출력제어장치(300)의 입력전류(Iin)이 상한치 설정부(309)에 설정된 상한치(Ilim)을 하회하고 있을 경우에는, 비교기(310)의 출력은 낮은 수준(접지수준)이 된다.
그 결과, 차동앰프(208)의 마이너스 입력에는, 출력제어장치(300)의 출력전압(Vout)이 저항(205)과 저항(212) 및 저항(206)의 병렬회로에 의해 분압된 전압값인 전압(V1)이 입력된다.
이에 따라, 차동앰프(208)는 전압(V1)과 기준전압(Vref)과의 전압차를 PWM회로(204)에 가하여, PWM회로(204)가 이 전압차에 기초하여 전계효과 트랜지스터(203)을 온-오프 제어하고, 출력제어장치(300)의 출력전압(Vout)은 기준전압(Vref)에 대응하여 거의 일정한 전압으로 제어된다 (정전압제어모드).
그러나, 연료전지(10)의 출력전류, 즉 출력제어장치(300)의 입력전류(Iin)가 상한치 설정부(309)에 설정된 상한치(Ilim)를 초과하면, 비교기(310)의 출력은 높은 수준(출력전압Vout=Vcc)이 된다.
그 결과, 차동앰프(208)의 마이너스 입력에는 출력제어장치(300)의 출력전압(Vout)이 저항(212) 및 저항(205)의 병렬회로와, 저항(206)으로 분압된 전압값인 전압[V2(>V1)]이 입력된다.
이에 따라 차동앰프(208)은 전압(V2)와 기준전압(Vref)과의 차전압을 PWM회로(204)에 가하며, PWM회로(204)는 이의 차전압을 토대로 전계효과 트랜지스터(203)를 온-오프 제어하고, 출력제어장치(300)의 출력전압(Vout)은 상기 기준전압(Vref)에 대응하는 전압보다 낮게 제어되며, 이 경우 연료전지(10)의 출력전류, 즉 출력제어장치(300)의 입력전류(Iin)은 상한치 설정부(309)로 설정된 상한치(Ilim)로 유지된다.
이 때, 연료전지(10)의 출력전압, 즉 출력제어장치(300)의 입력전압(Vin)은 상한치 설정부(309)에 설정된 상한치(Ilim)에 대응하는 하한치(Vlim)로 유지되며 (하한치 유지모드), 또한 출력제어장치(300)으로부터 출력되는 출력전류(Iout)는 출력제어장치(300)의 출력전압(Vout)이 저하함에 따라 증가한다 (전류증가 모드).
이와 같이 본 실시예에 있어서도 도 1에 도시된 실시예처럼, 연료전지(10)의 출력전압이 그 규정치를 초과하여 저하되는 사태를 방지할 수 있어, 이에 의해 연료전지(10)의 손상을 방지할 수 있으며, 또한 출력제어장치(300)의 출력전압(Vout)이 저하하더라도 출력전류(Iout)는 증가하므로, 부하(30)을 구동하는 데 충분한 전력을 취할 수 있어, 부하(30)의 안정 동작을 유지할 수 있다.
<실시예3>
도 5는 본 발명에 따른 전력공급원의 출력제어장치에 관한 또 다른 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 5에 보이는 실시예에 있어서는, 연료전지(10)을 전력공급원으로 하여 출력제어장치(400)가 부하(30)에 대하여 전력을 공급하며, 출력제어장치(400)는 연료전지(10)의 출력전압(Vin)의 변동량, 즉 출력제어장치(400)의 입력전압(Vin)의 변동량(ΔV)을 감시한다.
도 5에 있어서, 연료전지(10)로부터의 입력라인에는 일단이 접지된 콘덴서(213)가 접속되고, 또한 다이오드(202)의 출력라인에는 일단이 접지된 콘덴서(214)가 접속된다.
또한, 연료전지(10)로부터의 입력라인은 콘덴서(403), 저항(404, 405)을 개재하여 다이오드(202)의 출력라인에 접속되고, 또한 저항(405)과 저항(404)의 접속점에 베이스가 접속되며 이미터가 다이오드(202)의 출력라인에 접속되고 콜렉터가 차동앰프(208)의 마이너스 입력에 접속되는 트랜지스터(406)가 설치된다. 기타의 구성은 도 1에 보인 출력제어장치(200)와 동일하다. 도 5에 있어서, 도 1에 보인 출력제어장치(200)와 동일한 기능을 하는 부분에는 설명의 편의상 도 1에서 사용한 부호와 동일한 부호를 부여한다.
도 5에 보이는 출력제어장치(400)에 있어서는, 연료전지(10)의 출력전압의 변동량, 즉 출력제어장치(400)의 입력전압(Vin)의 변동량(ΔV)을 콘덴서(403), 및 저항(405, 404)를 포함하는 회로에서 검출한다.
이 구성에 있어서 출력제어장치(400)의 입력전압(Vin)의 변동량(ΔV)이 콘덴서(403), 저항(405, 404)에 의해 설정되는 값보다 작은 경우에는, 트랜지스터(406)은 오프되고, 출력제어장치(400)의 출력전압(Vout)은 기준전압(Vref)에 대응하여 거의 일정한 전압으로 제어된다 (정전압제어모드).
그러나, 출력제어장치(400)의 입력전압(Vin)이 강하하여 그 변동량(ΔV)이 콘덴서(403), 저항(405, 404)에 의해 설정되는 값을 초과하면 트랜지스터(406)가 동작한다. 트랜지스터(406)가 동작하면, 출력제어장치(400)의 출력전압(Vout)을 검출하는 저항(205)의 임피던스를 실질적으로 낮추어, 이에 의하여 차동앰프(208)의 마이너스 입력이 증가한다.
그 결과, 차동앰프(208)의 출력이 증가하고, 이에 의해 PWM회로(204)는 전계효과 트랜지스터(203)를 온-오프 제어하여 입력전압(Vin)을 출력전압(Vout)으로 변환하는 변환조건을 제어하고, 출력제어장치(400)의 출력전압(Vout)을 기준전압(Vref)에 대응하는 전압보다 낮게 하여, 연료전지(10)의 출력전압, 즉 출력제어장치 (400)의 입력전압(Vin)이 떨어지는 양이 규정치를 초과하지 않도록 제어한다 (하한치유지모드). 또한, 출력제어장치(400)의 입력전압(Vin)을 하한치(Vlim)로 유지하는 하한치 유지모드에서는, 출력제어장치(400)로부터 출력되는 출력전류(Iout)는 출력제어장치(400)의 출력전압(Vout)이 저하함에 따라 증가한다 (전류증가모드).
도 6은 도 5에 보인 출력제어장치(400)에 의한 출력전류―입력전압/출력전압특성을 나타내는 그래프이다.
도 6에 명확히 나타나듯이, 출력제어장치(400)의 입력전압(Vin)의 변동량(ΔV)가 콘덴서(403), 저항(405, 404)에 의하여 설정되는 값 이하인 경우, 이의 출력제어장치(400)의 출력전압(Vout)은 거의 일정한 전압으로 제어된다 (정전압제어모드).
그러나, 출력제어장치(400)의 입력전압(Vin)이 떨어져 그 변동량(ΔV)이 콘덴서(403), 저항(405, 404)에 의하여 설정되는 값을 초과하면, 출력제어장치(400)의 출력전압(Vout)은 상기 정전압제어모드에 있어서의 일정한 전압보다 낮게 제어되고, 이 경우 출력제어장치(400)의 입력전압(Vin)의 강하량이 규정치를 초과하지 않도록 제어한다 (하한치 유지모드). 또한, 이때 출력제어장치(400)의 출력전류(Iout)는 출력제어장치(400)의 출력전압(Vout)이 저하함에 따라 증가한다 (전류증가모드).
또한, 도 6에 보이는 것과 같이, 출력제어장치(400)의 효율은 하한치 유지모드로 되면 정전압제어모드보다 약간 저하하지만 높은 값을 유지할 수 있다.
도 7은 도 5에 보인 출력제어장치(400)에 의한 출력전류―출력전력특성을 나타내는 그래프이다.
도 7로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 출력제어장치(400)에 따르면, 출력제어장치(400)가 정전압제어모드로부터 하한치 유지모드로 이행하는 근방(도6 및 도7에서 동그라미로 보인 영역)에서 큰 전력을 취할 수 있다.
이 구성에 의해서도 연료전지(10)의 출력전압이 그 규정치를 초과하여 저하하는 사태를 막을 수 있고, 이에 따라 연료전지(10)의 손상을 방지할 수 있으며, 또한 출력제어장치(400)의 출력전압(Vout)이 저하하더라도 출력전류(Iout)는 증가하므로, 부하(30)를 구동하는 데 충분한 전력을 취할 수 있으며, 따라서 부하(30)의 안정 동작을 유지할 수 있다.
또한, 도 5에 나타내는 구성에 의하면, 연료전지(10)의 출력전압의 급변이 없어지므로, 연료전지(10)의 손상 방지효과는 더욱 높아진다.
<실시예4>
도8은 본 발명에 따른 전력공급원의 출력제어장치에 관해 또 다른 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 8에 보이는 실시예에 있어서는, 연료전지(10)을 전력공급원으로 하여 출력제어장치(500)가 부하(30)에 대하여 전력을 공급하며, 출력제어장치(500)는 연료전지(10)의 출력라인에 전류검출용 저항(501)을 설치하여, 앰프(502)로 저항(501) 양단의 전압차를 검출하고, 앰프(502)의 출력을 콘덴서(503), 저항(504, 505)을 개재하여 접지하며, 또한 저항(504)과 저항(505)의 접속점에 베이스가 접속되고 이미터가 저항(405)에 접속되며 콜렉터가 접지된 트랜지스터(506)를 설치하여, 연료전지(10)의 출력전류, 즉 출력제어장치(500)의 입력전류(Iin)의 변동량(ΔI)을 검출하도록 구성되어 있다. 기타의 구성은 도5에 보인 출력제어장치 400과 동일하다. 도 8에 있어서, 도 5에 보인 출력제어장치(400)와 같은 기능을 하는 부분에는 설명의 편의상 도 5에서 사용한 부호와 동일한 부호를 붙인다.
도 8에 보이는 출력제어장치(500)는 연료전지(10)의 출력전류의 변동량, 즉 출력제어장치(500)의 입력전류(Iin)의 변동량(ΔI)를 콘덴서(503), 저항(504, 505) 을 포함하는 회로에서 검출한다.
그리하여, 출력제어장치(500)의 입력전류(Iin)의 변동량(ΔI)이 콘덴서(503), 및 저항(504, 505)에 의하여 설정되는 값보다 작은 경우에는 트랜지스터(506)는 오프가 되며, 출력제어장치(500)의 출력전압(Vout)은 기준전압(Vref)에 대응하여 거의 일정한 전압으로 제어된다 (정전압제어모드).
그러나, 출력제어장치(500)의 입력전류(Iin)가 증가하여 그 변동량(ΔI)이 콘덴서(503), 저항(504, 505)에 의하여 설정되는 값을 초과하면, 트랜지스터(506)이 동작하여 차동앰프(208)의 마이너스 입력이 증가한다.
그 결과, 차동앰프(208)의 출력이 증가하고, 이에 따라 PWM회로(204)은 전계효과트랜지스터(203)를 온-오프 제어함으로써 입력전압(Vin)을 출력전압(Vout)으로 변환하는 변환조건을 제어하여 출력제어장치(500)의 출력전압(Vout)을 기준전압(Vref)에 대응하는 전압보다 낮게 하고, 이로써 연료전지(10)의 출력전압, 즉 출력제어장치(500)의 입력전압(Vin)이 떨어지는 양이 규정치를 초과하지 않도록 제어한다 (하한치유지모드).
또한, 출력제어장치(500)의 입력전압(Vin)을 하한치(Vlim)에 유지하는 하한치 유지모드에 의하여, 출력제어장치(500)으로부터 출력되는 출력전류(Iout)는 이의 출력제어장치(500)의 출력전압(Vout)이 저하함에 따라 증가한다 (전류증가모드).
이 구성에 의하더라도, 연료전지(10)의 출력전압이 그의 규정치를 초과하여 저하하는 사태를 막을 수 있고, 이에 따라 연료전지(10)의 손상을 방지할 수 있으 며, 또한 출력제어장치(500)의 출력전압(Vout)이 저하하더라도 출력전류(Iout)는 증가하므로 부하(30)를 구동하는 데 충분한 전력을 취할 수 있어, 부하(30)의 안정 동작을 유지할 수 있다.
또한, 도 8에 보이는 구성에 따르면, 연료전지(10)의 출력전압이 급변하지 않게 되어 연료전지(10)의 손상 방지 효과는 더욱 높아진다.
그런데, 상기 실시예에 있어서는 연료전지를 전력공급원으로 하는 전력공급원의 출력제어장치에 대해 기재했으나, 비교적 큰 내부 임피던스를 갖는 리튬전지 등을 전력공급원으로 하는 전력공급원의 출력제어장치에도 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명은 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 비교적 큰 내부 임피던스를 가지는 전력공급원의 출력제어장치에 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력공급원으로부터의 입력전압, 입력전류, 입력전력 등을 검출하는 입력검출회로를 설치하고, 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로는 입력검출회로의 검출출력에 대응해 입력전압의 하한치을 소정의 값으로 유지하는 하한치 유지모드를 구비하도록 구성했으므로, 전력공급원의 출력전압이 그 규정치을 초과하여 저하하는 사태를 막을 수 있고, 그에 따라 전력공급원의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 그 출력으로부터 부하를 구동하는데 충분한 전력을 취할 수 있으므로, 부하의 안정 동작을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전력공급원으로부터의 입력전압, 입력전류, 입력전력 등의 변동량을 검출하는 입력검출회로를 설치하고, 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로는 출력전압을 변화시켜서 입력 검출회로에서 검출한 입력의 변동량을 일정한 범위로 유지하면서 출력전류를 증가시키는 전류증가모드를 구비하도록 구성했으므로, 전력공급원의 출력전압이 그 규정치를 초과하여 저하하는 사태를 방지할 수 있고, 이에 의해 전력공급원의 손상을 방지할 수 있음과 동시에, 그 출력으로부터 부하를 구동하는데 충분한 전력을 취할 수 있으므로, 부하의 안정 동작을 유지할 수 있다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 가지는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서,
    상기 전력공급원으로부터의 입력을 검출하는 입력 검출회로를 포함하고,
    상기 컨버터회로는 상기 입력 검출회로의 검출 출력에 대응하여 상기 출력전압을 변화시킴으로써 상기 입력전압의 하한치를 소정의 값으로 유지하는 하한치 유지 모드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력공급원의 출력제어장치.
  4. 삭제
  5. 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 가지는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서,
    상기 전력공급원으로부터의 입력을 검출하는 입력 검출회로를 포함하고,
    상기 컨버터회로는 상기 입력 검출회로의 검출 출력에 대응하여 상기 입력전압의 하한치를 소정의 값으로 유지하는 하한치 유지 모드와, 상기 출력전압을 검출하고 당해 출력전압을 일정한 값으로 제어하는 정전압제어 모드를 포함하고, 상기 입력검출회로의 검출출력에 대응하여 상기 정전압제어모드와 상기 하한치 유지모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 전력공급원의 출력제어장치.
  6. 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서,
    상기 전력공급원으로부터의 입력 변동량을 검출하는 입력검출회로를 포함하고,
    상기 컨버터회로는 상기 출력전압을 변화시켜 상기 입력검출회로에서 검출한 입력 변동량을 일정 범위로 유지하면서 출력전류를 증가시키는 전류증가 모드를 가지는 것을 특징으로 하는 전력공급원의 출력제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 입력검출회로는 상기 전력공급원으로부터의 입력전압의 변동량, 입력전류의 변동량, 입력전력의 변동량의 어느 하나를 검출하는 것을 특징으로 하는 전력공급원의 출력제어장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 컨버터회로는 상기 출력전압을 검출하여, 당해 출력전압을 일정한 값으로 제어하는 정전압제어모드를 더 포함하고, 상기 입력검출회로의 검출출력에 응답하여 상기 정전압제어모드와 상기 전류증가모드를 전환하는 것을 특징으로 하는 전력공급원의 출력제어장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 전력공급원으로부터의 입력전압을 출력전압으로 변환하는 컨버터회로를 갖는 전력공급원의 출력제어장치에 있어서,
    상기 전력공급원으로부터의 입력의 변동량을 검출하는 변동량 검출회로를 포함하고,
    상기 컨버터회로는 상기 변동량 검출회로에서 검출한 변동량을 바탕으로 하여 상기 입력전압을 출력전압으로 변환하는 변환 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력공급원의 출력제어장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 변동량 검출회로는 상기 전력공급원으로부터의 입력전압의 변동량, 입력전류의 변동량, 입력전력의 변동량의 어느 하나를 검출하는 것을 특징으로 하는 전력공급원의 출력제어장치.
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