KR101296169B1 - 대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 전자제품이 대기 상태인지를 자동으로 판단하여 해당 전자제품에 공급되는 대기전력을 차단하는 대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
이 발명에 따른 대기전력차단 콘센트 장치는, 외부로부터 상용전원이 입력되는 전원입력단과 상기 상용전원을 전자제품에 공급하는 전원출력단 사이를 스위칭하는 릴레이와, 상기 릴레이의 스위칭 동작을 구동하는 릴레이구동회로와, 상기 전원입력단과 전원출력단 사이를 흐르는 전류에 대응되는 제1전압값이 인가되는 전류검출저항과, 상기 제1전압값을 차동증폭하는 제1차동증폭기와, 상기 전원출력단에 인가되는 전압에 대응되는 제2전압값을 차동증폭하는 제2차동증폭기와, 상기 제1차동증폭기에서 차동증폭된 제1전압값과 상기 제2차동증폭기에서 차동증폭된 제2전압값을 입력받아 상기 상용전원의 제로크로스포인트를 검출하고 상기 제로크로스포인트를 기준으로 현재 유효 전력을 연산하며 상기 연산된 현재 유효 전력과 기준 전력값을 비교하여 상기 전자제품의 대기 상태 여부를 검출하고 상기 릴레이 구동회로를 제어하는 콘센트 제어장치를 포함한다.

Description

대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법 {Plug Socket Apparatus for cutting off standby power and method for contolling thereof}
이 발명은 대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자제품이 대기 상태인지를 자동으로 판단하여 해당 전자제품에 공급되는 대기전력을 차단하는 대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 가전기기, 사무기기, 산업기기 등의 제품(이하, '전자제품'이라 한다)은 스위치를 통해 외부로부터 인입되는 전원(전력)을 공급받아서 작동된다. 전자제품에 설치된 플러그가 외부의 콘센트 장치에 접속되어, 콘센트 장치로부터 전자제품에 전원이 공급된다. 이렇게 플러그가 콘센트 장치에 접속되어 전기가 공급되는 전자제품은 사용하지 않는 상태에서도 내부에서 기본 기능(리모콘 신호 수신 등)을 수행하기 위해 일정 전력을 소모한다. 이와 같이 전자제품이 사용되지 않는 상태에서 소모되는 전력을 대기전력이라고 한다.
이러한 대기전력이 전력낭비의 주범으로 인식되고 있고, 에너지 및 환경의 중요성이 대두되면서 대기전력을 최소화하는 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
대기전력 차단을 위한 가장 간단한 종래 기술로서, 콘센트에 별도의 온/오프 스위치를 장착하여 사용자로 하여금 사용하지 않은 전자제품이 연결된 콘센트의 온/오프 스위치를 수동으로 조작하도록 구성한 제품이 있다. 그러나, 콘센트는 흔히 가구 뒷면, 책상 밑 등 사람의 눈에 잘 띄지 않는 곳에 위치하기 때문에, 사용자가 콘센트의 온/오프 스위치를 수동으로 조작하려면 책상 밑으로 들어가거나 가구의 뒷면으로 손을 집어넣어야 하는 등 조작이 번거로운 문제점이 있다.
이에, 최근에는 콘센트에 전자제품의 대기 상태를 감지하여 해당 전자제품에 공급되는 전원을 자동으로 차단함으로써, 대기전력의 소비를 방지하는 대기전력차단 콘센트 장치가 출시되고 있다.
종래의 대기전력차단 콘센트 장치는 전자제품을 사용할 때 전자제품에 흐르는 사용전류 또는 전자제품을 사용하지 않을 때의 대기전류를 기준값으로 저장하고, 현재 전자제품에 흐르는 전류를 측정하여 기준값과 비교함으로써 해당 전자제품이 사용 상태인지 혹은 대기 상태인지를 판단한다.
그러나, 이러한 종래의 대기전력차단 콘센트 장치는 다음과 같은 문제점이 있다. 첫째, 통상적으로 전자제품에 흐르는 전류는 해당 전자제품에 공급되는 전압에 따라 변한다. 특히 사용소비전력이 대기전력과 크게 차이나지 않는 소형기기의 경우 공급 전압이 낮아지면 전류는 증가하고 공급 전압이 높아지면 전류는 감소하는데, 이로 인해 전류 기준값만을 기준으로 사용 상태와 대기 상태를 판단하면 전자제품의 종류에 따라 오동작될 수 있다. 둘째, 종래의 대기전력차단 콘센트 장치에서 전류 측정에 사용하는 홀 센서(hall sensor)는 전량 수입에 의존하는 고가의 부품으로 대기전력차단 콘센트 장치의 가격을 상승시키는 원인이 된다.
또한, 종래의 대기전력차단 콘센트 장치는 전자제품의 소비 전력을 측정하여 사용 상태 또는 대기 상태를 판단하기도 하는데, 단순히 전자제품에 공급되는 전압과 전류를 측정하여 피상 전력을 계산하고 이 피상 전력으로부터 전자 제품의 사용 상태 또는 대기 상태를 판단하기 때문에(전자 제품의 사용 여부를 정확하게 판단하기 위해서는 피상 전력이 아닌 유효 전력을 측정해야 함) 전자 제품의 종류에 따라 오작동하는 문제점이 있다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 이 발명의 목적은, 전자제품에서 소비되는 현재 유효 전력을 계산하고, 계산된 현재 유효 전력과 기준 전력값(사용 상태의 유효 전력 또는 대기 상태의 유효 전력)을 비교하여 전자제품의 대기 상태와 사용 상태를 정확하게 판단할 수 있는 대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다. 또한, 이 발명의 다른 목적은 고가의 홀 센서 없이 전류를 측정할 수 있는 대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 대기전력차단 콘센트 장치는,
외부로부터 상용전원이 입력되는 전원입력단과 상기 상용전원을 전자제품에 공급하는 전원출력단 사이를 스위칭하는 릴레이와, 상기 릴레이의 스위칭 동작을 구동하는 릴레이구동회로와, 상기 전원입력단과 전원출력단 사이를 흐르는 전류에 대응되는 제1전압값이 인가되는 전류검출저항과, 상기 제1전압값을 차동증폭하는 제1차동증폭기와, 상기 전원출력단에 인가되는 전압에 대응되는 제2전압값을 차동증폭하는 제2차동증폭기와, 상기 제1차동증폭기에서 차동증폭된 제1전압값과 상기 제2차동증폭기에서 차동증폭된 제2전압값을 입력받아 상기 상용전원의 제로크로스포인트를 검출하고 상기 제로크로스포인트를 기준으로 현재 유효 전력을 연산하며 상기 연산된 현재 유효 전력과 기준 전력값을 비교하여 상기 전자제품의 대기 상태 여부를 검출하고 상기 릴레이 구동회로를 제어하는 콘센트 제어장치를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 대기전력차단 콘센트 장치의 제어 방법은, 콘센트 제어장치가 전자제품에 흐르는 전류에 대응하는 전류입력값과 상기 전자제품에 인가되는 전압에 대응되는 전압입력값을 입력받는 제1단계와, 상기 콘센트 제어장치가 제로크로스포인트를 검출하는 제2단계와, 상기 콘센트제어장치가 제로크로스포인트가 감지되면 상기 전류입력값과 전압입력값을 연산하여 상기 제로크로스포인트부터 기설정된 기간동안의 현재 유효 전력을 연산하는 제3단계와, 상기 콘센트제어장치가 상기 현재 유효 전력과 기준 전력값을 비교하여 상기 전자제품의 대기 상태 여부를 판단하고 상기 전자제품이 기설정된 기간동안 대기 상태를 유지하면 상기 전자제품에 공급되는 전원을 차단하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 이 발명에 따르면, 고가의 홀 센서를 사용하지 않고도 전자제품에 공급되는 전류를 정확하게 측정할 수 있고, 전자제품에서 소비되는 현재 유효 전력을 계산하여 전자제품의 대기 상태와 사용 상태를 판단할 수 있기 때문에 오동작을 줄일 수 있는 효과가 있다. 이로 인해 에너지 절감을 위한 제품을 소비자에게 값싸게 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 이 발명에 따른 대기전력차단 콘센트 장치를 도시한 구성 회로도이다.
도 2는 이 발명에 따른 콘센트 제어장치에서의 유효 전력 연산 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명에 따른 대기전력차단 콘센트 장치 및 그의 제어 방법에 대해 설명한다.
도 1은 이 발명에 따른 대기전력차단 콘센트 장치의 구성 회로도이다.
이 발명에 따른 대기전력차단 콘센트 장치는, 외부로부터 상용전원이 입력되는 전원입력단(111)과 상기 상용전원을 전자제품에 공급하는 전원출력단(112) 사이를 스위칭하는 릴레이(120)와, 상기 릴레이(120)의 스위칭 동작을 구동하는 릴레이구동회로(121)와, 상기 전원입력단과 전원출력단 사이를 흐르는 전류에 대응되는 제1전압값(VCURRENT)이 인가되는 패턴저항(RPTN)과, 상기 패턴저항(RPTN)에 인가되는 제1전압값(VCURRENT)을 차동증폭하는 제1차동증폭기(130)와, 상기 제1전압값(VCURRENT)에 제1직류오프셋을 인가하는 제1직류오프셋공급부(131)와, 상기 전원출력단(112)에 인가되는 전압에 대응되는 제2전압값(VVOLTAGE)을 차동증폭하는 제2차동증폭기(140)와, 상기 제2전압값(VVOLTAGE)에 제2직류오프셋을 인가하는 제2직류오프셋공급부(141)와, 상기 제1차동증폭기(130)에서 차동증폭된 제1전압값과 상기 제2차동증폭기(140)에서 차동증폭된 제2전압값을 입력받아 상기 전자제품의 대기 상태 여부를 검출하고 상기 릴레이 구동회로(121)를 제어하는 콘센트 제어장치(150)를 포함한다. 도면에 도시되지 않았으나, 이 발명에 따른 대기전력차단 콘센트 장치의 각 구성요소에 구동에 필요한 전원을 공급하는 내부전원장치를 더 포함한다.
패턴저항(RPTN)은 인쇄회로기판(PCB)의 구리 패턴(Copper Pattern)을 이용하여 제작된 전류검출저항이다. 전류를 정밀하게 측정하기 위한 저항은, 저항값이 매우 작은 대신 허용 전력이 높아야 하는데, 이러한 저항은 주문 제작만 가능하여 그 비용이 매우 비싸다. 이 발명에서는 인쇄회로기판에 구리 패턴으로 패턴저항(RPTN)을 제작하여 비용을 절감한다. 스퀘어인치당 1온스의 인쇄회로기판에 제작된 구리 패턴(패턴의 폭이 w이고 길이가 l)의 저항값은, "(l/w)/0.5 mΩ" 이다.
제1차동증폭기(130)는 제1저항(R1), 제2저항(R2), 제3저항(R3), 제4저항(R4) 및 제1오프앰프(OP-amp1)로 구성되고, 제2차동증폭기(140)는 제11저항(R11), 제12저항(R12), 제13저항(R13), 제14저항(R14), 제2오프앰프(OP-amp2)로 구성된다. 제1직류오프셋공급부(131)는 Vcc 전압을 분압하여 제1전압값(VCURRENT)에 제1직류오프셋을 제공하는 제5저항(R5)과 제6저항(R6)으로 구성되고, 제2직류오프셋공급부(141)는 Vcc전압을 분압하여 제2전압값(VVOLTAGE)에 제2직류오프셋을 제공하는 제15저항(R15)과 제16저항(R16)으로 구성된다. 전원출력단(112)에 인가되는 전압(VAC)은 제21저항(R21)과 제22저항(R22)에 의해 분압되어 제2전압값(VVOLTAGE)이 제2차동증폭기(140)에 입력된다.
콘센트 제어장치(150)는 아날로그 입력값을 디지털로 변환하는 A/D변환기(A/D)와, 구동 프로그램 및 데이터를 내장한 메모리(Memory)와, 상기 구동 프로그램을 연산하는 중앙처리장치(CPU)와, 릴레이 구동회로(121)에 제어신호를 출력하는 입출력부(I/O)를 구비한다. 메모리(Memory)에 저장된 데이터에는 기준전력값이 포함되는데, 이 기준전력값이 전자제품의 현재 측정된 유효소비전력이 사용 상태인지 혹은 대기 상태인지를 판단하는 기준이 된다. 입출력부(I/O)에는 사용자가 수동으로 릴레이(120)를 제어하기 위한 스위칭수단(미도시)이 연결된다. 사용자가 전자제품을 사용하기 위해 이 스위칭수단을 수동으로 조작하면, 콘센트 제어장치(150)는 스위칭수단의 수동 조작을 감지하여 릴레이구동회로(121)를 제어하여 릴레이(120)가 온되도록 한다.
콘센트 제어장치(150)는 상용전원의 제로크로스포인트를 검출한 후 기설정된 일정 기간동안의 순시전력을 합산하고 평균값을 연산함으로써 현재 유효 전력을 연산한다. 콘센트 제어장치(150)가 현재 유효 전력을 연산하는 과정은 후술하기로 한다.
콘센트 제어장치(150)는 상기 현재 유효 전력을 기준 전력값과 비교하여 현재 유효 전력이 기준 전력값보다 높거나 낮은 상태(대기 상태)가 일정 기간 지속적으로 발생하면, 릴레이구동회로(121)를 제어하여 릴레이(120)가 오프되도록 한다. 릴레이(120)가 오프되면 전원입력단(111)과 전원출력단(112) 사이가 단락되어 전자제품에 공급되던 전원이 차단된다.
이하에서는 대기전력차단 콘센트 장치의 동작을 설명한다.
패턴저항(RPTN)에는 전원입력단(111)과 전원출력단(112) 사이를 흐르는 전류 즉, 전자제품에 흐르는 전류(IAC)가 흐르면서 해당 전류(IAC)에 대응되는 제1전압값(VCURRENT = IAC × RPTN)이 인가된다. 이 제1전압값(VCURRENT)은 제1차동증폭기(130)에서 증폭되어 콘센트 제어장치(150)의 A/D변환기(A/D)에 입력된다. 이때, 제1전압값(VCURRENT)에는 제1직류오프셋공급부(131)로부터 제1직류오프셋이 공급된다.
한편, 전원출력단(112)을 통해 전자제품에 공급되는 전압(VAC)은 제21저항(R21)과 제22저항(R22)에 의해 분압되어 제2전압값(VVOLTAGE)이 된다. 이 제2전압값(VVOLTAGE)은 제2차동증폭기(140)에서 증폭되어 콘센트 제어장치(150)의 A/D변환기(A/D)에 입력된다. 이때, 제2전압값(VVOLTAGE)에는 제2직류오프셋공급부(141)로부터 제2직류오프셋이 공급된다.
콘센트 제어장치(150)는 차동증폭된 제1전압값과 차동증폭된 제2전압값을 각각 입력받아, 전원의 제로크로스포인트를 검출한 후 기설정된 일정 기간동안의 순시전력을 합산하고 평균값을 연산함으로써 현재 유효 전력을 연산한다. 그리고, 콘센트 제어장치(150)는 연산된 상기 현재 유효 전력을 기준 전력값과 비교하여 전자제품이 대기 상태인지를 판단하고, 대기 상태가 일정 기간 지속되면 릴레이구동회로(121)를 제어하여 릴레이(120)가 오프되도록 한다. 릴레이(120)가 오프되면 전원입력단(111)과 전원출력단(112) 사이가 단락되어 전자제품에 공급되던 전원이 차단된다. 이 후, 사용자가 전자제품을 사용하려면, 도시되지 않은 스위칭수단을 수동으로 조작하는데, 콘센트 제어장치(150)는 스위칭수단의 수동 조작을 감지하여 릴레이구동회로(121)를 제어하여 릴레이(120)가 온되도록 한다.
이하, 콘센트 제어장치(150)가 유효 전력을 연산하는 과정을 설명한다.
도 2는 이 발명의 콘센트 제어장치가 유효 전력을 연산하는 과정을 도시한 동작 흐름도이다.
콘센트 제어장치(150)에는 전자제품에 흐르는 전류(IAC)에 대응하는 제1전압값(VCURRENT)에 제1직류오프셋이 더해지고 차동증폭되어 입력된 후 디지털값으로 변환되는데, 이를 전류입력값(Iac)이라 한다. 또한, 콘센트 제어장치(150)에는 전자제품에 인가되는 전압(VAC)에 대응하는 제2전압값(VVOLTAGE)에 제2직류오프셋이 더해지고 차동증폭되어 입력된 후 디지털값으로 변환되는데, 이를 전압입력값(Vac)이라 한다.
먼저, 콘센트 제어장치(150)는 샘플링개수를 상수로 설정하고, 누적제곱전력값과 반복 횟수를 0으로 초기화한다(S21). 전압입력값과 제2직류오프셋과 동일하면(즉, 상용전원이 제로크로스포인트이면)(S22), 전류입력값과 전압입력값을 동시에 읽고(S23) 디지털 하이패스 필터를 통해 노이즈를 제거한다(S24). 다음, 상기 전류입력값에서 제1직류오프셋을 제거하고 전압입력값에서 제2직류오프셋을 제거하여, 순시전류교류값과 순시전압교류값을 도출한다(S25). 순시전류교류값과 순시전압교류값을 각각 제곱한 후 곱셈하여 누적제곱전력값(Psum)에 누적 합산한다(S26). 반복 횟수를 1 증가시킨다(S27).
반복 횟수가 샘플링개수와 동일해질 때까지 단계 S23 내지 단계 S27을 반복 수행한다(S28).
마지막으로, 누적제곱전력값을 샘플링개수로 나누어 평균제곱전력을 구하고 이의 제곱근을 연산하는데, 이 제곱근이 현재 유효 전력이다(S29).
콘센트 제어장치(150)는 현재 유효 전력이 기준 전력값보다 작으면 전자제품이 대기 상태인 것으로 판단하고, 전자제품의 대기 상태가 일정 시간 이상 유지되면 릴레이구동회로(121)를 제어하여 릴레이(120)를 오프시킨다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
111 : 전원입력단 112 : 전원출력단
120 : 릴레이 121 : 릴레이구동회로
130 : 제1차동증폭기 131 : 제1직류오프셋공급부
140 : 제2차동증폭기 141 : 제2직류오프셋공급부
150 : 콘센트 제어장치

Claims (8)

  1. 외부로부터 상용전원이 입력되는 전원입력단과 상기 상용전원을 전자제품에 공급하는 전원출력단 사이를 스위칭하는 릴레이와,
    상기 릴레이의 스위칭 동작을 구동하는 릴레이구동회로와,
    상기 전원입력단과 전원출력단 사이를 흐르는 전류에 대응되는 제1전압값이 인가되는 전류검출저항과,
    상기 제1전압값을 차동증폭하는 제1차동증폭기와,
    상기 전원출력단에 인가되는 전압에 대응되는 제2전압값을 차동증폭하는 제2차동증폭기와,
    상기 제1차동증폭기에서 차동증폭된 제1전압값과 상기 제2차동증폭기에서 차동증폭된 제2전압값을 입력받아 상기 상용전원의 제로크로스포인트를 검출하고 상기 제로크로스포인트를 기준으로 현재 유효 전력을 연산하며 상기 연산된 현재 유효 전력과 기준 전력값을 비교하여 상기 전자제품의 대기 상태 여부를 검출하고 상기 릴레이 구동회로를 제어하는 콘센트 제어장치를 포함한 것을 특징으로 하는 대기전력차단 콘센트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1전압값에 제1직류오프셋을 인가하는 제1직류오프셋공급부와, 상기 제2전압값에 제2직류오프셋을 인가하는 제2직류오프셋공급부를 더 포함하고, 상기 콘센트 제어장치는 상기 제1차동증폭기와 제2차동증폭기에서 입력되는 값으로부터 상기 제1직류오프셋과 제2직류오프셋을 제거하는 것을 특징으로 하는 대기전력차단 콘센트 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전류검출저항은 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 구리 패턴저항(Copper Pattern Resistor)인 것을 특징으로 하는 대기전력차단 콘센트 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 사용자가 수동으로 상기 릴레이를 온/오프하기 위한 스위칭수단을 더 포함하고, 상기 콘센트 제어장치는 상기 스위칭수단의 조작을 감지하여 상기 릴레이 구동회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 대기전력차단 콘센트 장치.
  5. 콘센트 제어장치가 전자제품에 흐르는 전류에 대응하는 전류입력값과 상기 전자제품에 인가되는 전압에 대응되는 전압입력값을 입력받는 제1단계와,
    상기 콘센트 제어장치가 제로크로스포인트를 검출하는 제2단계와,
    상기 콘센트 제어장치가 제로크로스포인트가 감지되면 상기 전류입력값과 전압입력값을 연산하여 상기 제로크로스포인트부터 기설정된 기간동안의 현재 유효 전력을 연산하는 제3단계와,
    상기 콘센트 제어장치가 상기 현재 유효 전력과 기준 전력값을 비교하여 상기 전자제품의 대기 상태 여부를 판단하고 상기 전자제품이 기설정된 기간동안 대기 상태를 유지하면 상기 전자제품에 공급되는 전원을 차단하는 제4단계를 포함하고,
    제3단계는 상기 전류입력값으로부터 순시전류교류값을 산출하고 상기 전압입력값으로부터 순시전압교류값을 산출하는 제31단계와, 상기 순시전류교류값의 제곱과 순시전압교류값의 제곱을 곱하여 누적제곱전력값에 누적 합산하는 제32단계와, 누적 합산된 횟수가 기설정된 횟수가 될 때까지 상기 제31단계와 제32단계를 반복하는 제33단계와, 상기 누적 합산된 누적제곱전력값을 상기 누적 합산된 횟수로 나누어 평균제곱전력을 구하고 제곱근을 연산하는 제34단계를 포함하는 것을 특징으로 한 것을 특징으로 하는 대기전력차단 콘센트 장치의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 제1단계에서 입력받은 전류입력값과 전압입력값으로부터 각각 직류오프셋을 제거한 후 제3단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 대기전력차단 콘센트 장치의 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 제1단계에서 입력받은 전류입력값과 전압입력값으로부터 각각 노이즈를 제거한 후 제3단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 대기전력차단 콘센트 장치의 제어 방법.
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