KR101363697B1 - 전원공급 보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원공급 보호장치에 관한 것으로, 정전압원과 부하 사이에 개재되어 상기 부하에 정전압이 공급되도록 하는 전원공급 보호장치에 있어서, 상기 정전압원의 출력단에 순방향 접속되어 역방향 전류 흐름을 차단하는 다이오드와; 상기 다이오드의 캐소드 단자와 상기 정전압원 사이에 접속되어 상기 정전압원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 충전되고, 충전된 전력을 상기 부하로 방전 공급하는 배터리; 및 상기 다이오드와 상기 배터리의 접속 노드와 상기 부하 사이에 접속되어 전류 흐름을 스위칭하는 스위칭소자를 포함한다.

Description

전원공급 보호장치{PROTECTION APPARATUS FOR SUPPLYING POWER}

본 발명은 전원공급 보호장치에 관한 것으로, 특히 부하에 공급되는 전력을 안정적으로 유지하기 위한 전원공급 보호장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기 시스템의 전원공급장치 예를 들면 정전압원(regulated voltage source)은 출력 전압을 일정하게 유지하고 부하(load)의 전력 요구량에 맞춰 전력을 안정적으로 공급하도록 설계되어 있다.

그러나 이러한 시스템의 정전압원에 고전력 단주기성 부하가 연결되면 정전압원의 전압 조정기(voltage regulator)가 부하의 전력 요구량에 적합하도록 출력을 급격하게 조절할 수 없기 때문에 정전압원의 출력 전압이 흔들릴 수 있다.

도 1은 고전력 단주기성 부하의 예를 나타낸 도면으로, 72Hz, 200Wp 듀티 사이클(Duty Cycle) 50%인 부하를 나타낸다.

이러한 고전력 단주기성 부하에 의해 정전압원의 출력이 흔들리게 되면 정전압원에 연결되어 있는 다른 부하의 안정성을 크게 저해할 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 종래의 전원공급 보호장치는, 별도의 고전력 단주기성 부하 전용 조정기(레귤레이터)를 채용하고 있다.

그러나, 종래의 전원공급 보호장치는 정전압원의 출력전압이 흔들리는 문제를 여전히 내포하고 있으며, 따라서 시스템의 신뢰성을 저하시키는 문제점을 안고 있다.

본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술에서의 제한 및 단점에 의해 야기되는 하나 이상의 문제점을 실질적으로 제거할 수 있는 전원공급 보호장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은, 정전압원에 고전력 단주기성 부하가 접속되는 경우에도 정전압원의 출력을 안정적으로 유지할 수 있는 전원공급 보호장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은, 정전압원에 고전력 단주기성 부하가 접속되는 경우에도 부하에서 필요로 하는 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 전원공급 보호장치를 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 보호장치는

정전압원과 부하 사이에 개재되어 상기 부하에 정전압이 공급되도록 하는 전원공급 보호장치에 있어서, 상기 정전압원의 출력단에 순방향 접속되어 역방향 전류 흐름을 차단하는 다이오드와; 상기 다이오드의 캐소드 단자와 상기 정전압원 사이에 접속되어 상기 정전압원으로부터 공급되는 전력을 이용해 충전 되고, 충전된 전력을 상기 부하로 방전 공급하는 배터리와; 상기 다이오드와 상기 배터리의 접속 노드와 상기 부하 사이에 접속되어 전류 흐름을 스위칭하는 스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 다이오드의 상기 캐소드 단자와 상기 배터리 사이에 접속되어 상기 배터리 및 상기 부하로의 전류량을 제한하는 전류 제한기를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 스위칭소자는 LCL(Latching Current Limiter), 계전기(Relay)와 퓨즈의 조합, 트랜지스터, 전계효과 트랜지스터 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 부하는 고전력 단주기성 부하이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원공급 보호장치는

정전압원과 부하 사이에 개재되어 상기 부하에 정전압이 공급되도록 하는 전원공급 보호장치에 있어서, 상기 정전압원의 출력단에 순방향 접속되어 역방향 전류 흐름을 차단하는 다이오드와; 상기 다이오드의 캐소드 단자와 상기 정전압원 사이에 접속되어 상기 정전압원으로부터 공급되는 전력을 이용해 충전되고, 충전된 전력을 상기 부하로 방전 공급하는 커패시터와; 상기 다이오드와 상기 배터리의 접속 노드와 상기 부하 사이에 연결되어 전류 흐름을 스위칭하는 스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전원공급 보호장치에 의하면, 정전압원과 부하 사이에 배터리를 장착하여 부하에서 고전력을 요구하는 경우에는 배터리에 충전된 전압을 방전하여 부하로 제공하고, 부하에서 저전력을 요구하는 경우에는 정전압원으로부터의 전압을 배터리 충전전압으로 공급함으로써 부하에서 필요로 하는 전압을 안정적으로 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 전원공급 보호장치에 의하면, 정전압원에 고전력 단주기성 부하가 접속되는 경우에도 정전압원의 출력을 안정적으로 유지할 수 있다.

도 1은 고전력 단주기성 부하의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 보호장치를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 보호장치의 구성을 설명하기 위한 도면으로, 고전력 단주기성 부하와 정전압원 사이에 전원공급 보호장치를 구비하는 임의의 시스템을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 보호장치(100)는 정전압원(10)과 부하(20) 사이에 개재되어 부하(20)에 정전압이 공급되도록 하기 위한 것으로, 배터리(110)와, 다이오드(120)와, 전류 제한기(130)와, 스위칭소자(140)를 포함한다.

상기 배터리(110)는 부하(20)에 요구되는 전력의 일부를 공급하는 역할을 한다. 부하(20)에 높은 전력이 요구되는 시점(예를 들면, 도 1에서 200W인 시점)에 충전하고 있던 배터리(110) 전력을 부하에 요구되는 전력의 일부로 제공함으로써 정전압원(10)의 출력 전압의 변화를 감소시킬 수 있다. 또한, 부하(20)에 낮은 전력이 요구되는 시점(예를 들면, 도 1에서 0W인 시점)에서는 정전압원(10)에서 출력되는 전압의 일부가 배터리(110) 충전 전압으로 공급되어 정전압원(10)의 출력 전압의 변화량을 줄일 수 있다.

즉, 상기 배터리(110)는 부하(20)에 높은 전력이 요구되는 시점에 충전하고 있던 전력을 방전하여 부하(20)로 공급하고, 부하(20)에 낮은 전력이 요구되는 시점에 정전압원(10)의 출력 전력을 공급받아 충전한다.

또한, 상기 배터리(110) 대신 커패시터를 사용해도 유사한 효과를 얻을 수 있다.

상기 배터리(110)가 충전되는 시점과 방전되는 시점의 전력이 동일할 때에 배터리 에너지는 평행상태에 이르게 된다. 즉, 배터리의 충전된 에너지 비율(State-of-Charge, SoC)이 변하지 않는 상태가 된다.

상기 다이오드(120)는 정전압원(10)과 배터리(110) 사이의 전위차에 따라 정전압원(10)으로 역전류(역방향 전류)가 흐르는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 정전압원(10)과 배터리(110) 사이에 전위차가 거의 없는 상태에서 정전압원(10)이 부하(20)에 전압을 공급하게 되면, 순간적으로 정전압원(10)의 전위가 배터리(110)의 전위보다 낮아지게 되면 배터리(110)에서 정전압원(10)으로 역전류가 발생할 수 있기 때문에 이러한 역전류를 차단하기 위한 것이다. 이 외에도 역전류가 발생할 경우는, 정전압원(10)의 출력이 차단되었을 때, 배터리(110)가 정전압원(10)으로 전류를 공급하게 되게 된다. 이렇게 역전류가 발생하면 정전압원(10)에 연결되어 있는 다른 부하의 안정성을 저해하게 된다.

상기 전류 제한기(130)는 상기 배터리(110)의 충전전류를 제한하여 과충전을 방지하기 위한 것이다. 일반적으로, 배터리는 방전전류의 크기에는 제한이 없지만 충전전류에는 제한이 따르며 이는 배터리의 수명과 직결되어 있다. 따라서, 배터리(110) 전단에 전류 제한기(130)를 삽입하여 배터리의 충전전류를 제한함으로써 배터리의 수명을 연장할 수 있다.

또한, 상기 전류 제한기(130)는 정전압원(10)으로부터 부하(20)로 공급되는 전력을 제한하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 즉, 부하(20)에 공급되는 총 전력량 중, 정전압원(10)과 배터리(110) 각각으로부터 공급되는 전력량은 부하(20)의 임피던스 크기에 따라 결정되기 때문에 만일, 부하(20)의 임피던스가 정전압원(10)으로부터 필요한 전력 모두를 공급받도록 설정된다면 배터리(110)는 제 기능을 할 수 없게 된다.

따라서 전류 제한기(130)의 전류 제한값을, 정전압원(10)으로부터 부하(20)에 공급되는 전력이 부하(20)에서 필요로 하는 총 전력량 이하가 되도록 설정하여 이러한 문제를 방지할 수 있다.

상기 스위칭소자(140)는 부하(20)에 과전류가 흘러 배터리(110)가 과도하게 방전되지 않도록 부하(20)로의 전류 흐름을 온, 오프 한다. 즉, 배터리(110)가 과도하게 방전되면 배터리(110)를 영구히 사용할 수 없기 때문에, 정상상태에서는 스위치를 온(ON) 상태로 유지하다가 과전류가 흐르는 경우 스위치를 오프(OFF)하여 부하(20)로의 전류 흐름을 차단함으로써 배터리가 과충전되지 않도록 한다.

상기 스위칭소자(140)는 LCL(Latching Current Limiter) 또는 계전기(relay)와 퓨즈의 조합, 트랜지스터나 전계효과 트랜지스터 등의 스위칭 역할을 하는 전기소자로 구현할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 정전압원
20 : 부하(load)
100 : 전원공급 보호장치
110 : 배터리
120 : 다이오드
130 : 전류 제한기
140 : 스위칭소자

Claims (5)

1. 정전압원과 부하(load) 사이에 개재되어 상기 부하에 정전압이 공급되도록 하는 전원공급 보호장치에 있어서,
   상기 정전압원의 출력단에 순방향 접속되어 역방향 전류 흐름을 차단하는 다이오드와;
   상기 다이오드의 캐소드 단자와 상기 정전압원 사이에 접속되어 상기 정전압원으로부터 공급되는 전력을 이용해 충전되고, 충전된 전력을 상기 부하로 방전 공급하는 배터리와;
   상기 다이오드와 상기 배터리의 접속 노드와 상기 부하 사이에 접속되어 이상 과전류 발생시 배터리 보호를 위해 전류 흐름을 차단하는 스위칭소자; 및
   상기 다이오드의 상기 캐소드 단자와 상기 배터리 사이에 접속되어 상기 배터리 및 상기 부하로의 전류량을 제한하는 전류 제한기를 포함하며,
   상기 부하는 고전력 단주기성 부하인 것을 특징으로 하는 전원공급 보호장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭소자는
   LCL(Latching Current Limiter), 계전기(Relay)와 퓨즈의 조합, 트랜지스터 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원공급 보호장치.
4. 삭제
5. 삭제

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