KR100860714B1 - 보조 전원 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

보조 전원 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전 시 각 구동부에 구동 전원을 공급하는 보조 전원장치에 있어서, 복수개의 배터리가 직렬 연결되어 있고, 상용전원 공급 시 배터리 고유 전압까지 충전되며 정전 시 구동 전원을 공급하는 배터리부; 상기 상용전원 또는 상기 배터리부에서 공급되는 입력 전압을 소정의 정격전압으로 변환하고, 제어신호의 상응하여 전압을 공급하되, 상기 입력전압 또는 정격전압 중 어느 하나를 공급하며, 상기 배터리부에서 구동전원 인가 시 상기 배터리부에서 공급되는 전압이 하강하는 것을 보상하는 전압공급부; 상기 전압공급부에서 구동 전원이 입력되고, 상용전원 공급 시 상기 배터리의 이상 신호를 감지하며, 상기 전압공급부를 제어하여 상기 배터리부의 출력전압의 하강을 방지하고, 입력된 승압전압과 미리 설정된 전압을 비교 분석하며, 분석 결과에 상응하는 PWM 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 PWM 제어신호에 상응하는 전압으로 승압하여 출력하고, 상기 승압 전압을 일정하게 유지시키는 전압전환부;로 구성되어, 정전 시 보조 구동전원용으로 사용되는 배터리로 소정 개수만 사용하여도 안정적으로 모든 구성부에 전원을 공급할 수 있도록 함으로써 경제적이고, 폐전지의 수를 감소시킬 수 있어 공해를 줄일 수 있다.

Description

보조 전원 장치 및 그 제어 방법{A spare power supply device and control method}
도 1은 본 발명에 의한 보조 전원 장치의 구성도이고,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 보조 전원 장치의 회로도이고,
도 3은 본 발명에 의한 보조 전원 제어방법의 과정을 나타낸 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 배터리부 20: 전압공급부
30: 제어부 40: 전압전환부
50: 구동부
본 발명은 보조 전원 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 가스를 사용하는 곳에서 화재 발생 시 정전될 경우, PWM 제어에 상응하여 승압 및 정격전압을 제어함으로써, 소화기 밸브 및 가스차단 밸브 등에 구동전원을 공급하되, 최소 개수의 배터리로 높은 효율의 구동전원을 공급하는 보조 전원장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가스 누출의 위험이 있는 가스사용환경에서 즉, 가스레인지 등의 불 및 열 발생 장치를 많이 사용하는 가정 또는 음식점의 주방에서 화재가 많이 일어나고 있는 실정이다.
이렇게 화재가 발생한 경우, 대규모 복합단지나 유동 인구가 밀집한 건물 및 빌딩이 많아짐에 따라 대형 화재로 번질 수 있으며, 특히 주방에서 화재가 발생한 경우, 가스를 공급하는 장치들과 같은 공간에 있어 가스의 폭발 위험성이 크기 때문에, 이를 방지하기 위한 효과적인 장치 및 방법의 개발 문제에 직면하고 있다.
화재가 발생한 경우, 종래에는 화재감지를 위하여 상용전원이 구동전원으로 공급되면 가스, 열, 연기, 화염 등의 물리적 신호를 온/오프 방식이나 아날로그 방식으로 측정하여 감지 데이터 또는 감지 데이터의 변화율이 일정 발보기준 이상인 경우에 가스누출 또는 화재경보를 발령하는 형식이었다.
그러나, 종래의 감지기의 경우 발보기준 이상의 감지 데이터 측정 시는 이미 가스누출 또는 화재가 충분히 성장한 상태로, 가스누출 또는 화재의 조기감지에 의한 초기 화재진압이 불가능하여 감지기의 활용이 단지 화재사실의 통보에 의해 인명 대피 등을 유도하기 위한 방법으로 사용되고 있는 실정이고, 또한 상용전원의 공급이 차단되어 가스 차단장치, 소화장치 및 경보장치의 구동 전원도 끊기게 되어 구동이 정지됨으로써 화재 및 폭발의 위험성이 더 커지게 되었다.
이에 따라 무정전 전원공급장치를 사용하는데, 이는 전력회사로부터의 상용 전원을 가스차단장치 및 소화장치를 구동하기 위해 공급하고, 평소에 보조전원을 비축하기 위해 보조로 설치된 배터리를 충전시켰다가 정전/화재 시 배터리의 전원을 공급하여 가스차단장치 및 소화장치를 구동하도록 하는 것이다.
즉, 무정전 전원공급장치는 정상적으로 상용 교류전원이 입력될 때나 정전시에나 항상 배터리부로부터 출력되는 소정의 전원, 약 12V를 사용하여 소화 장치 등을 구동하도록 구성되어 있다. 따라서 종래 무정전 전원공급장치는 정전 시에도 정상일 때와 마찬가지로 12V전원을 공급하게 되는 것이다. 여기서 배터리는 보통 1.2V, 배터리 10개, 또는 복수개의 배터리 등으로 이루어져 12V 정도의 출력전압을 갖는다.
상기와 같이 종래 무정전 전원공급장치를 구성할 경우 많은 배터리가 필요하다. 예를 들면 1.2V의 경우 10개를 사용하여야 하므로 시스템 구축비용이 증가 하고 또한 배터리를 다수 개 사용해야 하기 때문에 설치해야 하는 공간상의 부담이 커지는 문제점이 있었다.
또한 높은 배터리 전압이 요구될 경우 많은 배터리가 필요하며 배터리가 수명을 다하여 폐전지가 되면 환경에 악 영향을 주게 된다.
이에 따라 이미 선진국에서는 니켈-카드뮴, 납 건전지(즉, 배터리)의 사용을 금지하는 법이 시행 예정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 제어부의 PWM 제어에 상응하여 승압 및 정격전압을 제어함으로써 최소의 배터리로 최대 효율의 구동전원을 공급하는 보조 전원장치 및 그 제어방법을 제공하 는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 최소 개수의 배터리를 사용함으로써 원가가 절감되어 경제적이고, 제품의 크기를 줄일 수 있어 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 보조 전원장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 직렬로 연결되어 있는 배터리의 상태를 실시간으로 감시하여 배터리의 충전상태를 체크 가능한 보조 전원장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적인 수단은 정전 시 각 구동부에 구동 전원을 공급하는 보조 전원장치에 있어서, 복수개의 배터리가 직렬 연결되어 있고, 상용전원 공급 시 배터리 고유 전압까지 충전되며 정전 시 구동 전원을 공급하는 배터리부; 상기 상용전원 또는 상기 배터리부에서 공급되는 입력 전압을 소정의 정격전압으로 변환하고, 제어신호의 상응하여 전압을 공급하되, 상기 입력전압 또는 정격전압 중 어느 하나를 공급하며, 상기 배터리부에서 구동전원 인가 시 상기 배터리부에서 공급되는 전압이 하강하는 것을 보상하는 전압공급부; 상기 전압공급부에서 구동 전원이 입력되고, 상용전원 공급 시 상기 배터리의 이상 신호를 감지하며, 상기 전압공급부를 제어하여 상기 배터리부의 출력전압의 하강을 방지하고, 입력된 승압전압과 미리 설정된 전압을 비교 분석하며, 분석 결과에 상응하는 PWM 제어 신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부의 PWM 제어신호에 상응하는 전압으로 승압하여 출력하고, 상기 승압 전압을 일정하게 유지시키는 전압전환부;로 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적인 방법은 보조 전원 장치를 구동하는 방법에 있어서, 화재를 감지하고, 상기 배터리를 충전시키며, 상기 배터리의 이상 유무를 감지하는 단계; 상기에서 화재 감지 시 상용전원이 공급되지 않으면 상기 배터리부에서 구동 전원을 공급하는 단계; 상기 전압공급부를 제어하여, 상기 배터리부의 공급전압이 하강하는 것을 보상한 후, 입력전압 또는 소정의 정격전압을 출력하는 단계; 상기 배터리부에서 공급된 전압을 미리 설정된 전압으로 승압하는 단계; 상기 승압과 미리 설정된 전압을 비교 분석하는 단계; 및 상기 승압과 미리 설정된 전압이 동일하면, 모터 및 솔레노이드에 구동 전원을 인가하는 단계;를 수행한다.
본 발명에 의하면, 정전 시 보조 구동전원용으로 사용되는 배터리를 소정 개수만 사용하여도 안정적으로 구동전원을 공급할 수 있어 경제적이고, 폐전지의 수를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 폐전지에 따른 공해도 줄일 수 있다.
또한, 회로 부품 수를 줄일 수 있어, 제품의 크기를 줄일 수 있기 때문에 공간 활용에 용이하고, 배터리의 상태를 실시간으로 감시할 수 있어 배터리의 충전상태의 이상 유무를 시청각적으로 확인할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 보조 전원 장치의 구성 블록도로서, 배터리부(10), 전압공급부(20), 제어부(30), 전압전환부(40), 구동부(50), 표시부(60), 경보부(70), 센서부(80)로 구성되고, 일 실시예에 따른 각 구성부의 내부 회로를 도시 한 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명하도록 한다.
배터리부(10)는 복수개의 배터리가 직렬로 연결되어 있고, 복수개의 배터리는 제어부의 제어 명령에 상응하여 상용전원이 공급될 때 배터리의 고유 전압까지 충전한다.
또한 배터리부(10)는 정전 또는 화재가 발생한 경우 정전이 되어 상용전원이 공급되지 않으면, 충전된 배터리는 각 구성부의 구동에 필요한 구동 전원을 공급한다.
전압공급부(20)는 DC 전원으로 변환된 입력 전원이 인가되고, 인가된 입력 전원을 소정의 정격전압으로 변환하며, 제어부(30)의 지시에 상응하여 구동전원을 출력하되, 입력전원 또는 변환한 소정의 정격전압을 각 구성부의 구동 전원으로 공급한다.
또한 전압공급부(20)는 정전 시 배터리에서 공급되는 전압이 충전 보호 저항에 의해서 낮아지는 것을 방지한다. 이를 도 2a를 참조하여 설명하도록 한다.
전압공급부(20)는 DC 전원이 입력되는 입력전원단(Vin)과, 입력전원단(Vin)에 연결 접속되어 추가로 흘러들어가는 전류를 차단하여 회로를 안전하게 보호하는 퓨즈(F1)를 구비하고, 상용전원 인가 시 통전상태에서 입력전원단(Vin)에 애노드 단이 연결 접속된 다이오드(D1)를 통해 정류된 DC 12V의 입력전압을 구동부(50)의 모터 및 솔레노이드의 구동 전원으로 전송하며, 입력전원단(Vin)에 애노드 단이 연결 접속된 다이오드(D2)를 통해 정류되어 정격전압 레귤레이터용 집적회로(U1)로 입력전원을 입력하면, 정격전압 레귤레이터용 집적회로(U1)는 입력된 전압을 소정 의 정격전압 DC 5V로 변환하여 제어부(30)를 포함한 각 구성부의 구동전원으로 전원단(Vcc)을 통해 입력시키고, 집적회로(U1)의 출력단에 직렬로 연결 접속된 충전 보호 저항(R1, R2)을 통해 배터리의 충전 전원을 배터리 전원단(Vb)으로 출력한다.
또한 전압공급부(20)는 다이오드(D1, D2)의 애노드 단에 연결된 저항(R3)의 타측에 베이스 단이 연결 접속되고, 배터리 전원단(Vb)에 이미터 단이 연결 접속되며, 전원단(Vcc)단에 컬렉터 단이 연결 접속된 트랜지스터(Q1)를 더 포함하여, 정전 시 배터리부(10)에서 출력된 충전 전압이 충전 보호 저항(R1, R2)에서 낮아지는 것을 보상하기 위해 트랜지스터(Q1)를 턴온시킨다.
이에 따라 배터리에서 출력된 전압은 트랜지스터(Q1) 및 다이오드(D2)를 통해 집적회로(U1)로 인가되고, 인가된 전압은 정격전압 5V로 변환하여 각 구성부의 전원단(Vcc)으로 인가한다.
또한 배터리에서 출력된 전압은 트랜지스터(Q1) 및 다이오드(D1)를 통해 각 구성부의 구동전원 DC 12V를 인가한다.
또한 전압공급부(20)는 집적회로(U1)의 출력단에 연결 접속된 저항(R4)과, 저항(R4)의 타측에 연결 접속된 캐패시터(C1)와, 저항(R4)의 타측에 접속된 동시에 캐패시터(C1)의 일측에 연결 접속된 저항(R5)과, 저항(R2)과 배터리전원단(Vb) 사이에 접속된 저항(R6)과, 저항(R6)의 타측에 연결 접속된 캐패시터(C2) 및 저항(R6)의 타측인 동시에 캐패시터(C2)의 일측에 연결 접속된 저항(R7)을 더 포함한다.
저항(R4), 저항(R5), 캐패시터(C1)가 만나는 접점, 즉 저항(R4)의 타측과, 저항(R5)의 일측과, 캐패시터(C1)의 일측이 만나는 접점은 제어부(30)와 연결 접속되어, 제어부의 지시에 따라 접점(a)에서의 전압을 제어부의 집적회로(U2)의 ADC6핀으로 출력한다.
저항(R6), 저항(R7), 캐패시터(C2)가 만나는 접점, 즉 저항(R6)의 타측과, 저항(R7)의 일측과, 캐패시터(C2)의 일측이 만나는 접점(b)은 제어부(30)와 연결 접속되어, 제어부의 지시에 따라 접점에서의 전압을 제어부의 집적회로(U2)의 ADC7핀으로 출력한다.
두 접점(a, b)의 전압 차이에 따라 제어부(30)는 배터리의 이상 유무(즉, 과충전, 과방전, 단선 및 단락 등)를 감지한다.
그밖에 전압공급부(20)는 입력전원단(Vin)과 다이오드(D2)의 애노드 단 사이에 병렬 접속된 캐패시터(C3), 저항(R8)과, 다이오드(D2)의 캐소드 단과 접지 사이에 병렬 접속된 캐패시터(C3 ,C4 )와, 집적회로(U1)의 출력단과 접지 사이에 병렬 접속된 캐패시터(C5, C6)와, 트랜지스터(Q1)의 베이스 단과 접지 사이에 병렬 접속된 캐패시터(C8) 및 저항(R9)을 더 포함하며, 캐패시터(C3, C4)는 다이오드(D2)에서 입력된 전원의 리플을 제거하고, 노이즈 제거하며, 캐패시터(C5, C6)는 집적회로(U1)의 출력핀을 통해 출력된 정격전압의 노이즈를 제거한다.
제어부(30)는 도 2b를 참조하여 설명하도록 한다.
제어부(30)는 상용전원 공급 시 배터리부(10)의 복수개의 배터리가 배터리의 고유 전압까지 충전되도록 지시하는 동시에, ADC6핀, ADC7핀을 통해 입력되는 전압공급부(20)의 두 접점(a, b)의 전압을 감지하여, 감지한 전압을 비교 분석하고, 분 석 결과에 따라 배터리의 이상 유무(즉, 과충전, 단락, 단선, 고장 및 과방전 등)를 감지하며, 사람이 시청각적으로 식별할 수 있도록 감지 정보에 따라 표시창에 문자 디스플레이 지시, 표시등의 점/소등을 지시 및 경보음을 발생하도록 지시하고, 정전 시 배터리부(10)에서 공급되는 전압이 낮아지는 것을 보상해주기 위해 트랜지스터(Q1)의 턴온 제어 신호를 전송한다.
또한 제어부(30)는 상용전원 공급 시, 구동부의 모터 또는 솔레노이드를 구동하되, PD3핀을 통해 모터의 정방향 구동 지시하고, PD2핀을 통해 모터의 역방향 구동 지시하며, PD5핀을 통해 솔레노이드 밸브 개방에 필요한 PWM 신호를 전송한다.
그러나, 구동부의 모터 또는 솔레노이드의 구동에 필요한 전압은 DC 12V이나 정전 시 배터리 전압은 3 내지 7V로 낮아지기 때문에, 구동부의 모터 또는 솔레노이드가 구동할 수 없다.
이에 따라 제어부(30)는 배터리에서 공급되는 전압을 미리 설정된 정격 전압으로 승압하도록 승압 지시 신호를 PB1핀을 통해 전압전환부(40)로 전송한다.
또한 제어부(30)는 전압전환부(40)에서 전환된 승압이 일정하게 유지되도록 제어한다. 즉, 제어부(30)는 PC3핀을 통해 전압전환부(40)의 승압 전압 즉, 저항(R16)과 저항(R17) 사이의 전압이 PC3핀으로 입력되고, 전압전환부(40)에서 피드백되어진 승압 전압과 미리 설정된 정격 전압을 비교 분석하고, 분석 결과에 상응하는 PWM(Pulse Width Modulation : 펄스 폭 변조)을 제어하여, 제어한 PWM 신호를 PB1핀을 통해 전압전환부(40)로 다시 출력한다.
여기서 제어부(30)는 PWM을 제어할 때, 입력된 전압 전환부(40)의 출력전압을 제어부 내부에서 A/D 변환하고 PWM 출력의 폭을 조절하는 과정에서 시간이 많이 소요되어 PWM 출력의 속도가 매우 느리게 된다.
이에 따라 제어부(30)는 전압전환부에서 피드백되어 입력된 승압전압과 미리 설정된 전압을 비교분석한 후 PWM을 제어하여 상기 전압전환부로 출력하되, PWM 제어 시 2 주기 내지 100주기의 펄스폭을 변조하여 출력한다. 즉 제어부(30)는 펄스폭변조(PWM)를 펄스의 주기마다 하지 않고, 2주기 내지 100주기 사이의 펄스를 일정하게 출력한 후 변환된 전압의 크기를 확인하여 2주기 내지 100주기의 펄스를 출력하는 과정을 반복함으로써 일정 전압으로 유지시킨다. 즉, 펄스폭을 조절하여 보상하는 방식이다.
또한 제어부(30)는 센서부(80)를 통해 감지된 신호가 입력된다.
즉, 집적회로(U2)의 PC0핀을 통해 가스 감지 신호, PC1핀을 통해 소화기 감지 신호, PD0핀을 통해 압력 감지 신호, PC3핀을 통해 온도 감지 신호가 입력되고, 또한 PD7핀을 통해 가스 밸브의 개폐 감지 신호가 입력되며, 제어부는 입력된 감지 데이터를 기준데이터와 비교 분석하여 화재 유무를 판단하고, 화재 시 정전이 되면, 제어부(30)는 배터리부(10)를 통해 각 구성부의 구동전원이 공급되도록 제어한다.
즉, 제어부(30)의 집적회로(U2)는 PD1핀을 통해 소화기 밸브 개폐 지시 신호를 출력하고, 가스 밸브 개방 시 구동부(50)의 모터를 제어하여 가스차단 밸브를 잠그도록 제어하며, 집적회로(U2)의 PD5핀을 통해 솔레노이드로 PWM 전압을 출력시 켜 소화약제가 충진된 소화기의 밸브를 개방함으로써 소화약제가 방출되도록 제어한다.
아울러, 센서부(80)의 복수개의 감지기에서 감지된 신호는 제어부의 내부에서 A/D 변환, 즉 아날로그신호를 소정 주파수로 샘플링 하여 그에 해당하는 디지털데이터로 변환하며, 제어부(30)는 변환된 디지털 데이터 신호를 분석 및 연산한다.
그밖에 제어부(30)는 리셋핀에 연결된 저항(R18), 다이오드(D5) 및 캐패시터(10)와, 발진용 크리스탈(X1) 및 저항(R19)과, 가스 밸브의 개폐 제어 신호를 출력하는 PD7핀에 연결 접속된 다이오드(D6) 및 저항(R20)과, PD6핀과 AREF핀 사이에 연결 접속된 캐패시터(C11, C12), 제너다이오드(D7) 및 저항(R21)을 더 포함하고, 제어부(30)는 기준전압으로 사용하는 집적회로(U2)의 AREF핀이 배터리부(10)에서 구동 전원을 인가받는 경우, 배터리부(10)의 방전 등으로 인해 공급 전원이 낮아져 집적회로(U2)의 기준전압이 변하는 것을 방지한다.
즉, 최소 배터리 전압이 되어도 전체의 기준전압을 일정하게 하기 위해 배터리의 최소 전압보다 낮은 전압을 유지하는 제너다이오드(D7)의 기준전압을 2.5V로 설정하여 설치함으로써 항상 일정한 기준 전압을 유지하도록 한다.
전압전환부(40)는 제어부(30)의 지시에 상응하여, 상용전원인가 시 통전 상태의 경우 소정의 정격전압을 구동부(50)로 출력하고, 정전 시 배터리부(10)에서 공급된 전압을 소정의 전압으로 승압하여 구동부(50)로 출력한다.
또한, 전압전환부(40)는 제어부에서 지시한 승압을 일정하게 유지하기 위해서 승압한 전압을 제어부(30)로 다시 출력하고, 전압전환부(40)의 승압과 제어 부(30)의 지시 전압을 연산한 PWM 제어 신호가 입력되면, 입력된 PWM 제어 신호에 상응하는 승압을 각 구성부로 출력한다. 이를 도 2c를 참조하여 설명하도록 한다.
전압전환부(40)는 배터리부(10)에 연결 접속된 모스전계효과트랜지스터(이하, MOSFET: Q2)와, MOSFET(Q2)의 드레인에 애노드 단이 연결 접속된 쇼트키 다이오드(D3)와, 배터리부의 일측과 MOSFET(Q3)의 게이트 단 사이에 연결 접속된 저항(R10)과, MOSFET(Q3)의 게이트 단에 연결 접속된 저항(R11)과, 저항(R11)의 타단에 컬렉터 단이 연결 접속되고, 이미터 단이 접지된 트랜지스터(Q4)와, 트랜지스터(Q4)의 베이스 단에 연결 접속된 저항(R13)과, 트랜지스터(Q4)의 베이스와 접지단 사이에 연결된 저항(R12)로 구성되고, MOSFET(Q3)의 게이트 단과 MOSFET(Q2)의 게이트 단이 연결 접속된다.
또한 전압전환부(40)는 배터리 전원단(Vb)과 접지 사이에 연결된 캐패시터(C11)와, 배터리 전원단(Vb)과 캐패시터(C11) 사이에 일측이 연결된 인덕터(L1)와, 인턱터의 타측에 애노드 단이 연결 접속되고, 캐소드 단은 전원단(Vs)에 연결되어 회로의 손실을 줄이는 쇼트키 다이오드(D4)와, 인덕터(L1)의 타측에 드레인 단이 연결되고, 소스 단이 접지된 MOSFET(Q5)과, MOSFET(Q5)의 게이트 단과 접지 사이에 연결된 저항(R15)과, MOSFET(Q5)의 게이트 단에 연결되되, 타측은 제어부와 연결 접속된 저항(R14)과, 전원단(Vs)과 접지 사이에 연결 접속된 캐패시터(C9)와, 전원단(Vs)에 연결된 저항(R16)과, 저항(R16)의 타측과 접지 사이에 연결 접속된 저항(R17)과, 저항(R16)의 양단에 병렬 접속된 캐패시터(C10)가 더 구비되어 있고, 저항(R16)과 저항(17)이 만나는 접점(c)은 제어부와 연결 접속된다.
여기서, 제어부(30)의 PWM 신호가 저항(R14)을 통해 MOSFET(Q5)로 입력되면, PWM주기와 폭 만큼 MOSFET(Q5)가 온되어 인덕터(L1)에 자기 에너지를 저장한 후 MOSFET(Q5)가 오프되면 입력된 배터리 전압과 MOSFET(Q5)가 온했을 때 저장된 자기 에너지가 포함되어 쇼트기 다이오드(D4)를 통해 캐패시터(C10)에 저장하기를 반복하면서 승압을 한다.
이 승압된 전압은 제어부(30)의 지시에 상응하는 전압으로 승압 및 정격전압을 유지시켜 구동부(50)로 출력한다.
아울러, 제어부에 지시한 전압으로 일정하게 유지하기 위해, 저항(R16)과 저항(R17) 사이의 전압을 제어부(30)로 출력한다.
제어부(30)는 저항(R16)과 저항(R17) 사이의 전압과 미리 설정된 전압을 비교 분석하고, 분석한 결과에 상응하여 PWM을 제어한 PWM 신호를 다시 전압전환부(40)로 출력한다.
구동부(50)는 제어부(30)의 지시에 상응하여, 평상시에는 소화기의 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 소화기에 저장된 소화약제의 방출을 방지하고, 화재 감지 시 솔레노이드 밸브에 소정의 전류를 공급함으로써 솔레노이드 밸브를 개방시켜 소화기의 소화약제를 화재가 발생한 방호구역으로 방출한다.
또한 구동부(50)는 제어부(30)의 지시에 상응하여, 화재 시 가스가 방출되는 것을 방지할 수 있도록 모터 및 솔레노이드 밸브를 회전시킴으로써 가스차단 밸브를 폐쇄하여 가스가 방출되지 않도록 하고, 소화약제가 충진된 소화기의 밸브를 개방하여 화재를 진압한다.
상기의 소화기는 기동장치의 작동에 의해 내부에 충진된 소화약제가 방출되는 구성이다, 상기 기동장치는 제어부(30)의 제어신호를 받아 동작되는 구성이다. 여기서 기동장치는 솔레노이드(solenoid) 동작을 통해 소화기 내의 소화약제를 방출시키는 스위치 역할을 하는 것으로 다양한 실시를 통해 구성될 수 있다.
표시부(60)는 제어부(30)의 지시에 상응하여 배터리부(10)의 복수개의 배터리의 이상 유무, 화재 유무 및 모터의 동작 상태 등을 LED 등과 같은 복수개의 램프를 점소등시킴으로써 관리자가 시각적으로 쉽게 인식할 수 있도록 하거나, LCD와 같은 디스플레이창을 이용하여 이상 유무에 대한 해당 문자 메시지를 디스플레이한다.
경보부(70)는 제어부(30)의 지시에 상응하여 화재 감지 시에, 건물 안에 있는 사람이 대피할 수 있도록 경보음 및 안내 음성을 미리 설정된 소정의 시간동안 출력한다. 또한, 배터리에 이상이 발생한 경우 특정 경보음을 출력함으로써 관리자가 청각적으로 빠르게 인식할 수 있도록 한다.
센서부(80)는 화재 감시 대상지역에 설치되는 것으로 화재발생 여부를 검출할 수 있는 다양한 센싱수단과 회로적으로 연결되는 구성이며, 이러한 센싱수단은 가스를 감지하는 가스 센서와, 화재를 감지하기 위해 화재 가능성 있는 부분의 실내 온도를 감지하는 온도센서와, 소화액의 방출여부를 감지하는 소화기 센서, 압력을 감지하는 압력센서로 구성되며, 이외에도 화재 및 기타 재난 상황을 감지할 수 있는 적외선 불꽃감지센서, 연소가스 감지센서 등의 다양한 센서들이 추가될 수 있다.
이와 같이 구성되어지는 센서부(80)는 상기 센서들을 통해 검출한 신호를 소정의 전기신호로 출력하며, 이러한 출력신호는 제어부(30)에 인가된다.
도 3은 보조 전원 장치의 제어 방법의 동작 과정 순서도이다.
우선, 상용전원 공급(S1) 시 센서부에 구비된 복수개의 센서는 주기적으로 감시 공간의 화재 유무를 감지하고, 배터리부(10)는 배터리 고유 전압까지 충전(S2)시키며, 배터리가 고유전압까지 충전되면, 제어부의 지시에 따라 충전은 중지한다.
아울러, 제어부(30)는 전압공급부(20)의 접점(a)과 접점(b)의 전압을 감지하여, 배터리의 이상 유무를 확인(S2)하며, 배터리의 이상 시 표시부 및 경보부를 통해 관리자가 시청각적으로 식별 가능하도록 한다.
만약, 상용전원이 공급되지 않을 경우에는 배터리부(10)의 배터리 전원(즉, 보조 전원)을 각 구성부의 동작전원으로 공급(S3)하고, 화재를 감시한다.
센서부(80)에 구비된 복수개의 센서에 의해 화재가 감지(S4)된 후 상용전원의 공급이 중단(S5)되면, 제어부(30)의 지시에 따라 자동으로 배터리부(10)를 통해 각 구성부에 구동전원을 공급(S6)한다.
배터리부(10)를 통해 구동 전원 공급 시, 충전 저항(R1, R2)에 의해 배터리부에서 공급되는 전압이 낮아지는데, 제어부(30)는 이를 보상하기 위해, 트랜지스터(Q1)를 턴온 지시 신호를 전송한다.
각 구성부에 동작전원이 공급되면, 화재가 더 크게 번지기 전에, 2차적인 문제를 방지하기 위해 가스 차단 밸브의 개폐 여부를 확인하고, 가스 밸브 개방 시 가스의 밸브를 차단해야 하며, 화재를 진압하기 위해 소화약제가 충진된 소화기의 밸브를 개방해야 한다.
이때, 상용전원의 공급이 중지되어 배터리부(10)를 통해 구동 전원 공급 시, 배터리부(10)의 전원은 각 구성부의 정격전압을 공급하기 위해 전압공급부(20)로 입력되고, 전압공급부(20)에 입력된 전압은 소정의 정격전압로 변환하며, 제어부의 지시에 상응하여 입력전압 또는 정격전압 중 어느 하나의 전압을 각 구성부의 전원단(Vcc)으로 입력한다.
또한 배터리부(10)는 가스 차단 밸브, 소화기 등의 밸브를 구동하기 위해 필요한 전압을 공급하는데, 배터리부(10)의 배터리는 정전 시 3 내지 7V의 전압을 공급하기 때문에 구동부(50)를 동작시키기에는 부족한 전압이다.
따라서, 제어부의 지시에 따라 전압전환부를 통해 배터리부에서 공급된 전압을 승압시킨다. 즉, 제어부는 PWM 제어 신호를 전압전환부로 전송하고, 전압전환부(40)는 구동부가 구동하기위해 필요한 전압을 얻기 위해, 제어부(30)의 PWM 신호가 저항(R14)을 통해 MOSFET(Q5)로 입력되면, PWM주기와 폭 만큼 MOSFET(Q5)가 온되어 인덕터(L1)에 자기 에너지를 저장한 후, MOSFET(Q5)가 오프되면 입력된 배터리 전압과 MOSFET(Q5)가 온했을 때 저장된 자기 에너지가 포함되어 쇼트기 다이오드(D4)를 통해 캐패시터(C10)에 저장하기를 반복하면서 승압(S7)한다. 여기서 승압된 전압을 구동부 및 그 외의 구성부에 공급(S10)한다.
이때 화재를 진압하기 위해 구동부를 계속적으로 동작시키기 위해서는 승압된 전압이 계속적으로 유지되어야 하는데, 이를 위해 제어부는 전압전환부(40)에서 피드백 되어진 승압 전압을 미리 설정된 전압과 비교 분석(S8)한다.
즉, 전압전환부의 저항(R16)과 저항(R17) 사이의 전압이 입력되면, 미리 설정된 전압과 비교 분석하고, 분석 결과에 상응하여 PWM을 제어(S9)하여, PWM 제어 신호를 다시 전압전환부의 저항(R14)으로 입력한다.
종래에는 전압을 일정하게 하기 위해서, SMPS(Switch Width Modulation) 전용 칩을 사용하거나, 별도의 PWM 칩을 사용하였다. 그러나 이 경우에는 부품의 수가 많아지고 단가가 오르는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 이 문제점을 해결하기 위해, PWM 제어가 가능한 CPU를 사용한다. 이때, PWM 제어 시 제어부는, 전압전환부에서 입력된 아날로그 신호를 제어부 내부에서 디지털 신호로 변환한 후 PWM의 출력 폭을 조정하게 되는데, 이 시간이 많이 소요되기 때문에 제어부의 PWM 출력 속도가 매우 느려지게 된다.
이 문제점을 해결하기 위해 제어부(30)는, 펄스폭을 변조하는 과정에서 매 주기 마다 펄스폭을 변조하지 않고, 2 내지 100 주기 사이의 펄스 출력을 일정하게 출력한 후 전압 변환된 전압의 크기를 확인하여 2 주기 내지 100주기의 펄스폭을 변조하여 출력함으로써 일정한 전압을 출력한다. 즉, 승압된 전압을 일정하게 하기 위한 전압 피드백은 PWM 제어 시 2 주기 내지 100주기로 펄스폭을 변조하고 스위칭 속도를 상승시킴으로써 매우 효과적으로 승압시킬 수 있다.
이렇게 구동부에 구동 전원이 인가되면, 구동부(50)의 모터 및 솔레노이드가 구동됨으로써, 모터 및 솔레노이드가 동작(S10)하여 가스 밸브를 폐쇄하여 가스 방출을 차단하고, 소화기의 기동 밸브를 개방하여 소화약제를 방출하여 화재를 진압 한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
본 발명은 정전 시 보조 구동전원용으로 사용되는 배터리를 소정 개수만 사용하여도 안정적으로 구동전원을 공급할 수 있어 경제적이고, 폐전지의 수를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 폐전지에 따른 공해도 줄일 수 있다.
또한, 회로 부품 수를 줄일 수 있어, 제품의 크기를 줄일 수 있기 때문에 공간 활용에 용이하고, 배터리의 상태를 실시간으로 감시할 수 있어 배터리의 충전상태의 이상 유무를 시청각적으로 확인할 수 있다.

Claims (6)

  1. 정전 시 각 구동부에 구동 전원을 공급하는 보조 전원장치에 있어서,
    복수개의 배터리가 직렬 연결되어 있고, 상용전원 공급 시 배터리 고유 전압까지 충전되며 정전 시 구동 전원을 공급하는 배터리부;
    상기 상용전원 또는 상기 배터리부에서 공급되는 입력 전압을 소정의 정격전압으로 변환하고, 제어신호의 상응하여 전압을 공급하되, 상기 입력전압 또는 정격전압 중 어느 하나를 공급하며, 상기 배터리부에서 구동전원 인가 시 상기 배터리부에서 공급되는 전압이 하강하는 것을 보상하는 전압공급부;
    상기 전압공급부에서 구동 전원이 입력되고, 상용전원 공급 시 상기 배터리의 이상 신호를 감지하며, 상기 전압공급부를 제어하여 상기 배터리부의 출력전압의 하강을 방지하고, 입력된 승압전압과 미리 설정된 전압을 비교 분석하며, 분석 결과에 상응하는 PWM 제어 신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부의 PWM 제어신호에 상응하는 전압으로 승압하여 출력하고, 상기 승압 전압을 일정하게 유지시키는 전압전환부;로 구성된 것을 특징으로 하는 보조 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 전압전환부에서 피드백된 승압전압과 미리 설정된 전압을 비교 분석한 후 PWM을 제어하여 상기 전압전환부로 재출력하되, 승압된 전압을 일정하게 하기 위한 전압 피드백은 PWM 제어 시 2 주기 내지 100주기로 펄스폭을 변조하고 스위칭 속도를 상승시켜 승압하는 것을 특징으로 하는 보조 전원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전압공급부는
    상기 제어부의 제어 신호에 상응하여 트랜지스터(Q1)를 턴 온시켜 상기 배터리부의 공급 전원이 하강하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 보조 전원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전압전환부는
    상기 제어부에서 출력된 PWM 신호에 상응하는 PWM 주기로 MOSFET(Q5)를 온/오프시켜 인덕터(L1)에 자기 에너지를 저장한 후 캐패시터(C10)에 전압을 충전시켜 미리 설정된 전압으로 승압하는 것을 특징으로 하는 보조 전원 장치.
  5. 보조 전원 장치를 구동하는 방법에 있어서,
    화재를 감지하고, 배터리부를 충전시키며, 상기 배터리부의 이상 유무를 감지하는 단계;
    상기에서 화재 감지 시 상용전원이 공급되지 않으면 상기 배터리부에서 구동 전원을 공급하는 단계;
    전압공급부를 제어하여, 상기 배터리부의 공급전압이 하강하는 것을 보상한 후, 입력전압 또는 소정의 정격전압을 출력하는 단계;
    상기 배터리부에서 공급된 전압을 미리 설정된 전압으로 승압하는 단계;
    전압전환부에서 피드백된 승압과 미리 설정된 전압을 비교 분석하는 단계; 및
    상기 승압과 미리 설정된 전압이 동일하면, 모터 및 솔레노이드에 구동 전원을 인가하는 단계;를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 보조 전원 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 배터리부에서 공급되는 전압을 승압하는 단계는;
    상기 승압과 미리 설정된 전압이 동일하지 않으면, 분석 결과에 상응하여 PWM을 제어한 후 PWM 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 전원 제어 방법.
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