KR101172005B1 - 능동형 직류 전압 보정 장치 - Google Patents

Abstract

능동형 직류 전압 보정 장치는 입력된 전압에 조정하여 소정의 전압으로 출력을 하는 직류 전압을 조절하는 장치에 관한 것으로, 출력될 전압을 설정하는 출력 전압 설정부; 5V ~ 50V 사이 소정의 전압으로 직류 전류를 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력된 입력 전압과 상기 출력 전압 설정부를 통해 기 설정된 출력 전압을 비교하는 전압 비교부; 상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압과 출력 전압이 유사 범위에 있는 경우, 출력부로 바로 전달하는 바이패스부; 상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압이 출력 전압보다 낮은 경우, 설정된 출력 전압으로 승압시켜 출력부로 전달하는 스위칭 승압 회로부; 상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압이 설정 전압보다 높은 경우, 설정된 출력 전압으로 강압시켜 출력부로 전달하는 스위칭 강압 회로부; 상기 바이패스부, 상기 스위칭 승압 회로부 및 상기 스위칭 강압 회로부 중 어느 하나로부터 기 설정된 출력 전압의 직류 전류을 입력받아 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 도선의 전압 강하 문제를 해결하는 효과가 있고, 직류 전원 기기의 오작동 및 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 직류 50V 내에서 기기의 사용 전압보다 훨씬 높은 입력전압을 입력하여 선로 손실을 줄여 해도 전력 효율을 높일 수 있는 효과 및 매우 효율적이며 안정적으로 기기들을 운용할 수 있는 효과가 있다.

Description

능동형 직류 전압 보정 장치{Active DC voltage calibration device}

본 발명은 입력된 전압에 조정하여 소정의 전압으로 출력을 하는 직류 전압을 조절하는 장치에 관한 것이다.

반도체 산업이 발전해 나감에 따라 입력 전원을 직류로 사용하는 기기들이 매우 많아 지고 있다.

직류 전원의 경우 일반적으로 50V 이하 전압에서 사용되고 있고, 50V 이하의 전압을 갖는 직류 전원은 교류 전원에 비해 도선에서의 전압 강하가 상당히 크게 일어난다.

도 1 12V를 사용하는 기기를 설치하였을 때 전압 강하의 예를 보인 도면에 도시한 바와 같이, 직류 전원공급장치에 수 개의 기기들을 연결해서 사용하는 경우, DC 12V 전원공급장치에서 멀어 질수록 전압이 강하되는 되는 것을 알 수 있다.

즉, DC 12V 전원공급장치에 인접한 DC 12V 정격 기기는 상기 DC 12V 전원공급장치에서 12V의 직류 전압으로 전류를 공급받으나, 상대적으로 멀리 떨어져 있는 DC 12V 정격 기기는 상기 DC 12V 전원공급장치로부터 10.5V의 직류 전압으로 전류를 공급받는다. 즉, 공급되는 전압이 미달 되는 문제가 발생한다.

이와 같은 문제는 다리에 경관 조명을 하거나 건물 외벽에 경관 조명 등을 하는 것과 같이 대규모 또는 장거리 현장에서 직류 기기들을 설치하여 사용하는 경우, 도선에 발생하는 전압 강하는 더욱 크게 발생하며, 이와 같은 전압 강하로 인해 직류 기기에 정상적인 직류 전압이 인가되지 못하는 경우가 빈번하게 발생하고, 이로 인한 오작동 내지 부작동이 발생한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 도 2 상대적으로 높은 직류 전압으로 전류를 공급하는 예를 보인 도면에 도시한 바와 같이, 전압 강하를 보상하기 위해 전원공급장치의 출력 전압(13.5V)을 높이게 되는데 이 경우 전원공급장치에서 멀리 떨어져 설치된 기기들은 정상적인 전압(12V)으로 전류를 공급받으나, 전원공급장치에 인접한 기기들은 정격 전압보다 높은 전압(13.5V)의 전류를 입력받게 되고, 이러한 고전압에 의한 전류 공급은 결국 기기의 신뢰성이 떨어뜨리고 기기의 사용 수명을 단축시키는 문제를 야기한다.

또한, 출원번호 10-2005-0049942호 '디씨/디씨 컨버터의 출력전압제어장치'란 발명의 명칭으로 종래기술이 개시되었다.

상기 종래기술은 디씨/디씨 컨버터의 출력전압제어장치에 관한 것으로, 직류전원이 인가되는 부하에 적정전압이 입력되도록 제어하는 디씨/디씨 컨버터의 출력전압제어장치에 관한 것으로 부하전류의 증가 또는 감소에 따라 변화하는 출력전압의 조정을 위해서 스위칭소자의 온-오프 스위칭주기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 종래기술은 직류전압 컨버터 전원에 있어서, 출력전압을 최소전압으로 설정하고 부하 증가에 따라 저항에 의해 전압이 떨어지는 만큼 출력전압으로 보상하여 증가시켜주어 칩셋에는 최소 전압만 입력되게 한다. 그 결과 기존의 높은 전압이 입력됨에 따라 칩셋에서 소모되는 전력을 감소시킴으로써 시스템의 전원 효율을 높여준다.

그러나, 이와 같은 종래기술은 직류전원공급장치의 안정적인 직류전원공급과 효율 증대를 위한 것으로 도선의 길이에 따른 전압 강하 문제에 대한 인식이 없고, 전압 강하 문제를 여전히 해결하지 못하고 있다.

본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 상기 기기에서 사용될 전압을 설정하고 입력된 직류 전류의 전압을 측정하여 기 설정된 전압으로 보정하여 보정된 전압의 직류 전류를 출력하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치는 상기와 같은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해 아래와 같은 기술적 특징으로 갖는다.

50V 이하의 직류 입력전압을 사용하는 기기에 입력되는 전압을 보정하는 장치에 있어서, 출력될 전압을 설정하는 출력 전압 설정부; 5V ~ 50V 사이 소정의 전압으로 직류 전류를 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력된 입력 전압과 상기 출력 전압 설정부를 통해 기 설정된 출력 전압을 비교하는 전압 비교부; 상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압과 출력 전압이 유사 범위에 있는 경우, 출력부로 바로 전달하는 바이패스부; 상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압이 출력 전압보다 낮은 경우, 설정된 출력 전압으로 승압시켜 출력부로 전달하는 스위칭 승압 회로부; 상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압이 설정 전압보다 높은 경우, 설정된 출력 전압으로 강압시켜 출력부로 전달하는 스위칭 강압 회로부; 상기 바이패스부, 상기 스위칭 승압 회로부 및 상기 스위칭 강압 회로부 중 어느 하나로부터 기 설정된 출력 전압의 직류 전류을 입력받아 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전압값을 표시하기 위한 디스플레이 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 전압 설정부는 출력 전압을 설정할 수 있는 2진 스위치류 또는 설정된 저항값인 것;을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 비교부는 전압을 비교할 수 있는 아날로그 - 디지털 컨버터와 마이크로프로세서를 가지는 회로 또는 비교 연산이 가능한 아날로그 회로를 포함하는 것;을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스부는 스위칭 소자 또는 기계적 스위치를 포함하는 회로를 포함하는 것;을 특징으로 한다.

또한, 상기 스위칭 승압 회로부는 부스트(BOOST) 집적회로를 포함하는 것;을 특징으로 한다.

또한, 상기 스위칭 강압 회로부는 스위칭 벅(BUCK) 집적회로를 포함하는 것;을 특징으로 한다.

본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치는 상기와 같은 기술적 특징을 통해 도선의 전압 강하 문제를 해결하는 효과가 있다.

또한, 이에 따른 직류 전원 기기의 오작동 및 불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 직류 50V 내에서 기기의 사용 전압보다 훨씬 높은 입력전압을 입력하여 선로 손실을 줄여 전력 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 높은 전압으로 직류 전류를 공급함에 따라 매우 효율적이며 안정적으로 기기들을 운용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 12V를 사용하는 기기를 설치하였을 때 전압 강하의 예를 보인 도면,
도 2는 상대적으로 높은 직류 전압으로 전류를 공급하는 예를 보인 도면,
도 3은 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치의 기능을 개념적으로 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치를 이루는 구성을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치의 동작을 개념적으로 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치의 바람직한 실시 예를 보인 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.　이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.　본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.　예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다.　또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.　따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.　도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

도 3은 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치의 기능을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다. 상기 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 직류 전압 보정 장치는 상기 도 3(a)에 도시한 바와 같이 12V 직류전원공급장치에서 멀어질수록 전압 강하가 발생하는 문제를 상기 도 3(b)에 도시한 바와 같이 12V 직류 정격 기기의 전단에 전기적으로 연결이 되어, 정격전압인 12V와 동일 내지 유사한 12V 및 11.5V 전압의 전류는 바이패스를 시켜 바로 출력하고, 정격전압인 12V보다 낮은 11.0V 및 10.5V 전압의 전류는 전압을 12.0V로 승압을 시켜 출력한다.

이로써 모든 12V 직류 정격 기기는 12V 전압으로 전류를 공급받는다.

이처럼 종래 전압 강하 문제를 전원공급장치 관점에서 해결을 하였으나, 본 발명은 기기의 관점에서 해결한다.

즉, 본 발명에 따른 직류 전압 보정 장치를 통해 각각의 기기는 각각의 기기로 입력되는 서로 다른 전압을 입력되는 전압의 크기에 따라 유사하면 바로 입력을 받고, 낮으면 높여서 받으며, 높으면 낮춰서 받는다.

도 4는 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치를 이루는 구성을 설명하기 위한 도면이다. 상기 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치는 출력 전압 설정부(10), 입력부(20), 전압 비교부(30), 바이패스부(40), 스위칭 승압 회로부(50), 스위칭 강압 회로부(60) 및 출력부(70)로 이루어진다.

상기 출력 전압 설정부(10)는 상기 출력부(70)를 통해 출력될 전압 즉 기기에 공급하는 전압을 설정한다.

이와 같은 출력 전압 설정부(10)는 기기에 공급하여 사용하려는 전압을 설정을 설정할 수 있는 다양한 전기소자 내지 회로 등으로 구현이 가능하다.

예를 들어 딥스위치와 같은 2진 스위치 혹은 설정된 저항값으로 출력 전압을 설정할 수 있고 다양한 인터페이스를 통해 구현이 가능하다.

상기 입력부(20)는 소정의 전압으로 직류를 공급하는 직류 전원공급수단과 전기적으로 연결이 되어 5V ~ 50V 사이 소정의 전압으로 직류 전류를 입력받는다.

이와 같은 입력부(20)는 전기적으로 연결을 시키는 연결잭과 같은 전기 소자로 어느 특정된 형태 내지 회로에 국한되지 않고 전기적으로 연결을 시킬 수 있는 다양한 수단으로 구현이 가능하다.

상기 전압 비교부(30)는 상기 입력부(20)를 통해 입력된 입력 전압과 상기 출력 전압 설정부(10)를 통해 기 설정된 출력 전압을 비교한다.

이와 같은 전압 비교부(30) 두개의 전압값을 비교할 수 있는 다양한 수단이 될 수 있으나, 전압을 비교할 수 있는 ADC(아나로그 - 디지털 컨버터)와 마이크로프로세서를 가지는 회로 또는 비교 연산이 가능한 아날로그 회로인 것이 바람직하다.

상기 바이패스부(40)는 상기 전압 비교부(30)에서 비교결과 입력 전압과 출력 전압이 유사 범위에 있는 경우, 출력부(70)로 바로 전달한다. 즉, 상기 입력 전압으로 공급되는 전류를 통과시킨다.

이와 같은 바이패스부(40)는 FET 또는 TR 등과 같은 스위칭 소자류 또는 기계적 스위치를 포함하고 있는 회로를 통해 구현이 된다.

상기 스위칭 승압 회로(50)는 상기 전압 비교부(30)에서 비교결과 입력 전압이 출력 전압보다 낮은 경우, 설정된 출력 전압으로 승압시켜 출력부(70)로 전달한다.

상기 스위칭 승압 회로(50)는 전압을 증폭시킬 수 있는 다양한 회로가 될 수 있으나, 부스트(BOOST) 집적회로 또는 캐패시터, 인덕터, 저항을 포함하는 회로로 구현하는 것이 바람직하다.

상기 스위칭 강압 회로(60)는 상기 전압 비교부(30)에서 비교결과 입력 전압이 설정 전압보다 높은 경우, 설정된 출력 전압으로 강압시켜 출력부(70)로 전달한다.

상기 스위칭 강압 회로(60)는 전압을 상쇄시킬 수 있는 다양한 회로가 될 수 있으나, 스위칭 벅(BUCK) 집적회로 또는 캐패시터, 인덕터, 저항을 포함하는 회로로 구현하는 것이 바람직하다.

상기 출력부(70)는 상기 바이패스부(40), 상기 스위칭 승압 회로부(50) 및 상기 스위칭 강압 회로부(60) 중 어느 하나로부터 기 설정된 출력 전압의 직류 전류을 입력받아 출력한다.

즉, 상기 출력부(70)는 기기에 기 설정된 출력 전압의 직류 전류를 공급한다.

이와 같은 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치는 전압값을 표시하기 위한 디스플레이 수단을 더 포함한다.

상기 디스플레이 수단은 전압값을 표시할 수 있는 FND(7세그먼트), LCD, 풀칼라 LED 소자 등 다양한 수단으로 구현이 된다.

이하 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치의 동작을 구체적으로 설명한다.

도 5 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치의 동작을 개념적으로 설명하기 위한 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명은 직류 전원공급장치를 통해 소정의 입력 전압(Vi)으로 입력되는 전류는 입력부(20)를 통해 입력이 되어 전압 비교부(30)로 전달이 되고, 이때 전압 비교부(30)는 출력 전압 설정부(10)에서 설정된 출력 전압(Vs)과 상기 입력 전압(Vi)을 비교하여 양 전압이 유사(Vi≒Vs)하면, 바이패스부(40)와 출력부(70)를 통해 그대로 출력(Vi)한다.

그러나, 상기 전압 비교부(30)에서 비교한 결과, 출력 전압 설정부(10)에서 설정된 출력 전압(Vs)이 상기 입력 전압(Vi)보다 높다면(Vi〈 Vs), 상기 스위칭 승압 회로부(50)를 통해 설정된 출력 전압(Vs)만큼 입력 전압(Vi)을 증폭(Vu)시켜 출력부(70)를 통해 출력(Vu)한다.

또한, 상기 전압 비교부(30)에서 비교한 결과, 출력 전압 설정부(10)에서 설정된 출력 전압(Vs)이 상기 입력 전압(Vi)보다 작다면(Vi 〉Vs), 상기 스위칭 승압 회로부(50)를 통해 설정된 출력 전압(Vs)만큼 입력 전압(Vi)을 상쇄(Vd)시켜 출력부(70)를 통해 출력(Vd)한다.

따라서, 상기 출력부(70)를 통해 출력되는 출력 전압(Vi≒Vu=Vd)은 동일하거나 유사하다. 상기 도 3(b)를 예로 들면, 출력 전압은 11.5V(Vi), 12V(Vu=Vd)로 동일하거나 유사하다.

도 6은 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치의 바람직한 실시 예를 보인 도면이다. 상기 도 6은 본 발명 능동형 직류 전압 보정 장치를 활용한 바람직한 실시 형태로 입력전압을 높여 48V로 높여 도선의 전류량을 최소로 하면서 각각의 기기에는 12V로 전류를 공급함에 따라 직류 전력을 효율적으로 사용할 수 있다.

즉, 직류 전압 50V 내에서 사용 전압 12V 보다 훨씬 높은 48V의 입력 전압을 입력해도 이를 보정하여 공급함으로써 기기에는 아무런 영향을 주지않으면서 도선의 전압 강하를 줄여 매우 효율적으로 기기들을 운용할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

10 : 출력 전압 설정부
20 : 입력부
30 : 전압 비교부
40 : 바이패스부
50 : 스위칭 승압 회로부
60 : 스위칭 강압 회로부
70 : 출력부

Claims (7)

1. 50V 이하의 직류 입력전압을 사용하는 기기에 입력되는 전압을 보정하는 장치에 있어서,
   출력될 전압을 설정하는 출력 전압 설정부;
   5V ~ 50V 사이 소정의 전압으로 직류 전류를 입력받는 입력부;
   상기 입력부를 통해 입력된 입력 전압과 상기 출력 전압 설정부를 통해 기 설정된 출력 전압을 비교하는 전압 비교부;
   상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압과 출력 전압의 차가 ±0.5V 이내의 유사 범위에 있는 경우, 출력부로 바로 전달하는 바이패스부;
   상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압이 출력 전압보다 0.5V 초과가 되는 경우, 설정된 출력 전압으로 승압시켜 출력부로 전달하는 스위칭 승압 회로부;
   상기 전압 비교부에서 비교결과 입력 전압이 설정 전압보다 0.5V 미만이 되는 경우, 설정된 출력 전압으로 강압시켜 출력부로 전달하는 스위칭 강압 회로부;
   상기 바이패스부, 상기 스위칭 승압 회로부 및 상기 스위칭 강압 회로부 중 어느 하나로부터 기 설정된 출력 전압의 직류 전류을 입력받아 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 직류 전압 보정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   전압값을 표시하기 위한 디스플레이 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 직류 전압 보정 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 출력 전압 설정부는
   출력 전압을 설정할 수 있는 2진 스위치류 또는 설정된 저항값인 것;을 특징으로 하는 능동형 직류 전압 보정 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전압 비교부는
   전압을 비교할 수 있는 ADC(아날로그 - 디지털 컨버터)와 마이크로프로세서를 가지는 회로 또는 비교 연산이 가능한 아날로그 회로를 포함하는 것;을 특징으로 하는 능동형 직류 전압 보정 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 바이패스부는
   스위칭 소자 또는 기계적 스위치를 포함하는 회로를 포함하는 것;을 특징으로 하는 능동형 직류 전압 보정 장치.
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7. 삭제

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