KR101433006B1 - 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정보 통신 장치(컴퓨터, 서버, 네트워크 장치, 스마트 가전 기기 등)의 전원 공급 장치의 부하가 걸리는 모듈 단위의 전력 사용을 제어하기 위한 것으로 정보통신 기기의 전력 정보 통신 기기의 전원 공급 장치에 전압별로 사용되는 정보통신 기기의 모듈별 별도의 전압과 전류 센서를 구비하고, 이를 통해 수집된 정보를 기반으로 하여 최적 전력 운영을 가능하게 제어하는 것이다
즉, 본 발명은 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치에 있어서, 입력 전원의 전류를 차단하거나 제한할 수 있고 전압전류를 측정할 수 있는 회로부; 출력 전원에 전류를 차단하거나 제한할 수 있고 전압 전류를 측정할 수 있는 회로; 교류를 직류로 변환하는 정류 회로부; PWM 제어에 의한 스위칭 파워 모듈; 측정정보를 수집하고 제어를 하기 위한 마이컴; 및 측정 정보를 전송하기 위한 통신부를 포함하여 구성된다.

Description

정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치{Energy control real-time module units of information and communication equipment}

본 발명은 정보 통신 장치(컴퓨터, 서버, 네트워크 장치, 스마트 가전 기기 등)의 전원 공급 장치의 부하가 걸리는 모듈 단위의 전력 사용을 제어하기 위한 것으로 정보 통신 기기의 전원 공급 장치에 전압별나 모듈별 별도의 전압과 전류 센서를 구비하고, 이를 통해 수집된 정보를 기반으로 하여 최적 전력 운영을 가능하게 전압별이나 모듈별로 제어하는 것이다.

즉, 본 발명은 정보통신기기의 전원 공급 장치 내 제어 회로를 위한 별도의 전원 변환 회로를 보조로 두고 주전원의 전체도 제어할 수 있도록 하는 것이다.

특히, 본 발명은 전원 공급 장치 중의 스위칭 방식의 전류 변환 장치에서 입력과 출력 부분을 직접 ON/OFF 시켜 제어하기도 하지만 필요에 따라서는 PWM 제어를 통해 최소 전력을 공급하게 하여 전력량 전체를 절감할 수 있도록 제어하는 것이다.

본 발명은 지식경제부 산업융합원천기술사업의 일환으로 수행된 연구에서 도출되었다. [과제번호 : 10041753, 과제명 : 에너지 30%이상 절감 가능한 범용 운영체제 핵심원천 기술 개발]

정보통신 기기의 에너지 사용 정보는 각 모듈별 전압, 전류, 온도 값을 측정하고 이를 통해 계산된 에너지의 소모량을 통해 측정하게 된다. 이때 정보 통신 기기의 부하는 정보 통신 기기가 수행하는 작업에 따라 달라질 수 있다. 이 정보 통신 기기의 부하의 종류에 따라 달라지는 전력 소모의 형태를 사전에 분석하여 전원 공급 장치에 설정하여 부하의 종류에 따라 최적의 전력을 공급하여 운영하면 전원 공급 장치의 자체 효율의 상대적 감소와 최적 운영에 따른 에너지 감소의 두 가지 이득을 취하게 된다.

이에 필요한 입력단 전류 제한하거나 차단하는 회로, PWM에 의한 스위칭 회로부의 제어회로, 직류전원 출력부의 출력 제어를 전력 제어 알고리즘으로 제어하게 되는 기술이 적용된다.

이때 전달되는 제어 정보는 유 무선 통신을 이용할 수 있고, 외부로의 통신 또한 유무선 통신 방식을 사용할 수 있다.

현대 사회에서 정보 통신 기기는 개인용 컴퓨터에서부터 디지털 가전 제품 CCTV 카메라나 등 공용 및 통신 기기 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 이런 정보 통신 기기의 전원 공급 장치를 최적으로 제어가 이루어 지지 않아 전원 공급 장치 자체의 효율 저하로 인해 전력 에너지의 소비가 크게 늘어 가고 있다. 이에 기업이나 가정에서 정보통신 기기로 인한 에너지 소비량이 증가하고 있어 이의 효율적이고 최적의 에너지 제어 기술이 필요하다.

전원 공급 장치는 정보 통신기기의 각 부분에 필요한 전기를 공급하는 장치로 정보 통신 기기에서는 반드시 필요한 장치이다. 전원 공급 장치의 품질은 정보 통신 장치의 품질과 직결되며, 근래에는 에너지 절감과 관련하여 고효율 전원 공급 장치와 전력 사용량을 측정하고 필요에 따라 제어하는 지능형 전원 공급 장치의 요구가 많아졌다.

이렇게 정보 통신 기기의 전원 공급장치는 입력된 교류 전원을 특정 부하 장치에서 사용 가능하도록 전원 특성을 전환해 주는 장치를 말한다. 특히 교류 전원을 정보통신기기에서 사용하는 직류 전원으로 전환 시켜 주는 장치이다.

현재 정보 통신 기기에서 전원 공급 장치는 적은 전력을 소모하면서 높은 전압 안정도를 필요로 하는데 사용하는 드로퍼(Dropper) 방식과 고효율이 가능한 스위칭(Switching) 방식의 두 가지가 쓰이고 있다.

종래의 아날로그 방식의 전원 공급 장치는 제조사의 최초 설정 값에 의해 전력의 제어 하여 부하의 작업에 따를 동적 제어 기능이 없다.

종래의 아날로그 전원 공급장치의 문제점은 1) 출력 전압은 저항성 피드백을 이용하여 설정하게 되어 있어 부하에 따른 능동적 제어가 불가능하고, 2) 제어를 위한 PWM 동작 주파수는 저항기나 콘덴서 또는 두 가지를 모두 사용하여 설정하여 전류에 변화에 따라 주파수 및 주파수 폭을 제어하여 변환 효율을 높이는데 한계를 가지며, 3) 과전류 보호 스레숄드는 저항기를 사용하여 설정(과전압 보호 스레숄드는 고정되어 사용자가 변경할 수 없음)하게 되어 있어 전원 공급 장치의 입력부나 출력부를 개별 제어를 할 수 없으며, 특히 전원 공급 장치의 입력부를 제어하면 전체 제어회로 또한 전원이 차단되어 이후 모니터링 및 제어를 할 수 없게 되어 있으며, 4) 기존의 아날로그 방식의 전원 공급 장치는 시스템의 기능 파라미터들은 실제 물리적 부품들로 설정하기 때문에 각각의 엔드 파워서플라이 어플리케이션에 대해 상이한 물리적 하드웨어 디자인이 있어야만 동작 되어 개별적으로 전원 공급 장치의 용도 및 사용 형태에 따라 다양한 모델로 출시해야 하는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 정보 통신 장치의 전원 공급 장치의 입력전원 정류회회의 측정 및 제어 장치 구성하고 부하가 걸리는 모듈 단위의 전력 사용을 측정 정보를 참조하여 제어하기 위한 것으로 하드웨어적으로는 측정 및 제어가 가능하게 단순화 시키고 전력 사용량에 연동 하여 소프트웨어적으로 제어하여 정보통신 기기의 전력 사용을 유연하고 안정되게 하는데 그 목적이 있다. 특히 정보 통신 기기의 전원 공급 장치에 전압별로 사용되는 정보통신 기기의 모듈별 별도의 전압과 전류 센서를 구비하고, 이를 통해 수집된 정보를 기반으로 하여 최적 전력 운영을 가능하게 PWM 제어를 마이컴에서 제어하도록 하여 아날로그 방식의 전압 안정화를 위한 실제 사용 전력 이상의 출력으로 인한 전력 변환 장치 자체 소비 전력을 최소화 하여 전력 변환 효율을 높이고 안정적 전력 공급과 전력 소비량 절감을 하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치에 있어서, 입력 전원의 전류를 차단하거나 제한할 수 있고 전압전류를 측정할 수 있는 회로부; 출력 전원에 전류를 차단하거나 제한할 수 있고 전압 전류를 측정할 수 있는 회로; 교류를 직류로 변환하는 정류 회로부; PWM 제어에 의한 스위칭 파워 모듈; 측정정보를 수집하고 제어를 하기 위한 마이컴; 및 측정 정보를 전송하기 위한 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 보조 전원 공급 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 전력 제어가 가능한 하나의 입력 정류 회로 부에 직류 전력 제어가 가능한 1개 이상의 다채널 스위칭 파워 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 정보 통신 기기에 공급되는 전압과 전류값의 범위를 미리 설정하고 이 범위를 벗어날 경우 설정된 모듈을 자동으로 제어하고 이를 알람 통보하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 의하면, 본 발명은 전원 공급 장치에 측정 모듈을 사용하여 정보통신장치의 전원 공급 장치에서 부하를 사용하는 정보통신 장치에서 전송하거나 자체 제어 명령에 따라 전력변환을 위한 입력 및 출력회로와 펄스폭변조 방식의 제어를 수행할 수 있다.

또한 본 발명은 전원 공급 장치의 제어 회로부를 통해 제어될 수 있게 여러 파라미터들을 설정할 수 있다.

또한 본 발명은 전원 공급 장치기 기본 소자를 사용하고 설정되고 제어되는 수자를 소프트웨어로 수행하게 하여 다양한 응용 분야에 활용 가능하게 유연한 구조로 제작 가능하다.

또한 본 발명은 전원 공급 장치의 하드웨어 설계를 최소화시키고 요구사항에 따라 출력되는 전력을 다양하게 실시간 변화시킬 수 있게 제어할 수 있다.

또한 본 발명은 제어를 위해 필요한 측정 임계치 등을 설정하여 동작주파수, 결함처리 등을 제어하여 전원 공급 장치를 맞춤형으로 이용 가능하다.

또한 본 발명은 자동 제어 모드에서는 입력과 출력의 전압 및 전류, 온도, 듀티 사이클 및 주파수를 읽고 이를 통해 부하의 종류와 부하 정도를 통해 최적 제어 명령을 수행할 수 있다.

또한 본 발명은 전원 공급 장치 동작의 많은 측면들을 정확하고도 포괄적으로 모니터링하고 이를 통해 전원 공급 장치를 제어할 수 있도록 해준다.

또한 본 발명은 전원 공급 장치의 상태에 대한 데이터를 포착하여 저장하여 다양하게 최적의 전력 운영을 실행할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치의 기본도이다.
도2는 본 발명에 의한 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치의 다채널 측정 구조도이다.

이하, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면과 함께 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치의 기본도이다.

도1에 의하면, 본 발명에 의한 정보 통신기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치는, 정류 회로부, 입력 전원 파워 스위치부, 스위칭 회로부, 출력 전원 파워 스위치부, PWM 제어모듈, MCU, 통신 회로부, 보조 전원 정류회로로 구성된다.

상기 정류 회로부는 전원 공급 장치의 입력된 교류 전류를 풀 브릿지 컨버터 (full bridge converter)를 거쳐 반파 형태의 직류 전류를 컨덴서 등을 통해 니플이 있는 직류 전류로 변환하는 회로로서 브릿지를 지나 직류화되었지만 모자라는 부분을 콘덴서의 방전으로 완전한 직류화를 시킨다.

상기 입력 전원 파워 스위치부는 전원 공급 장치의 입력 전원을 차단 제어 할 수 있게 제어하는 회로로서 전원 공급 장치의 전류 변환 회로의 동작을 최소화시켜 대기 전력 시에 전류 소모량을 최소화할 수 있게 한다.

상기 스위칭 회로부는 스위칭소자를 이용해 정류 회로를 통해 생성된 전압을 스위칭하여 출력하고, 전원 공급 장치의 성능을 위해 수십 KHz 이상의 빠른 속도로 스위칭하게 한다. 또한 스위칭 동작은 출력 전압의 조정과 관계가 있어 PWM 이라는 제어 방식으로 조절하고, 스텝다운 트랜스를 통해 스위칭을 통해 생성된 구형파를 직류 출력이 용이하게 전압을 낮추는 기능을 하며, 스텝다운 트랜스를 통해 생성된 전압을 부하에 필요한 전압으로 변환하게 하는 여러 개의 콘덴서를 활용하는 것이다.

상기 출력 전원 파워 스위치(Power Switch)부는 직류 출력을 제어 명령에 의해 ON/OFF 하게 하는 회로로서 정보 통신 기기의 모듈별 별도의 전원 공급을 하게 되는 다채널 전원 공급 모듈을 개별적으로 동작하게 하여 모듈별 전원을 차단하거나 전압을 낮춰 전력 소모량을 줄이게 하는 것이다.

상기 PWM 제어 모듈은 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation)를 통해 출력 전압의 부하가 허용하는 일정 오차 범위에서 항상 일정하게 공급 되도록 하는 기능을 수행하는 것이다. 또한 전원 공급 장치에서 공급된 정보통신 기기의 부하가 변동하면 전압이 변동되는데 이를 감지하여 이 장치를 통해 전압이 일정하게 하는 회로로 MCU를 통해 제어 되도록 한다. 그리고 전원공급 장치의 전력 소비량 최적화를 위해 부하의 작업 종류 및 필요한 전력 량을 미리 설정된 값으로 제한하게 하는 회로이다.

상기 MCU는 중앙 제어를 위한 마이컴으로서 입력단과 출력단에서 측정된 전압 전류 정보를 수집하고 수집된 측정 정보를 기준으로 PWM을 통해 전압을 일정하게 유지하며 외부의 제어 명령을 수신하고 이를 통해 전력 제어하거나 내부의 설정 정보를 기초로 측정 정보와 비교하여 자체 전력을 제어하는 회로이다.

또한 원격 장치로부터 제어 명령을 수신받거나 이의 결과를 원격에서 모니터링할 수 있게 전송하는 역할을 하고, 설정 정보를 저장하기 위해 비휘발성 메모리는 내장하거나 외부에 구성하여 사용한다.

상기 통신 회로부는 주변 기기와 연결하여 제어 정보를 송수신하는 장치이다.

상기 보조 전원 정류 회로는 정보통신장치 전원 공급 장치의 통신 및 제어를 위한 장치를 위한 별도로 구성된 보조 전원 장치로서 주전원 전체를 차단하더라도 원격 제어가 가능하게 하는 장치이다.

도2는 본 발명에 의한 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치의 다채널 측정 구조도이다.

도2에 의하면, 발명에 의한 정보 통신 모듈단위 실시간 에너지 제어장치는, 입력 측정 및 제어부, 정류회로부, 스위칭 파워 모듈, PWM 제어부, 측정 및 제어모듈, 보조 전원 장치부, 통신회로부로 구성된다.

상기 입력 측정 및 제어부는 교류 입력 전압과 전류값을 측정하고 제어 명령에 따라 전류를 차단하는 제어부로서 전원 공급 장치의 전체 전원을 차단하는 기능을 하기 때문에 차단 시 제어 장치를 위한 보조 전원 장치가 구동되게 하여야 한다.

상기 정류 회로부는 전체 출력 전원에 사용될 전류를 브릿지 다이오드와 콘덴서를 이용하여 니플이 있는 직류로 변환하는 장치이다.

상기 스위칭 파워 모듈은 스위칭 회로부, 고주파 정류 회로부, 파워 스위치를 포함한 모듈로서 사용되는 장치마다 별도의 전압 전류를 공급하고 제한할 수 있다.

상기 PWM 제어부는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation)을 통해 출력 전압의 부하가 허용하는 일정 오차 범위에서 항상 일정하게 공급 되도록 하는 기능을 수행하는 것이다. 또한 이는 PWM 제어를 각각의 부하 모듈별 별도로 제어하여 모듈별 각각의 부하에 따라 별도 제어하게 하여 손실되는 전류를 최소화하게 하는 회로이다.

또한 이는 PWM 제어의 기본 설정값을 초기 설정하고 부하의 변동에 따라 달라지는 미세 조정 값으로 보정하여 최적 전압이 유지되도록 신호를 만들어 내는 것이다. 또한 이는 전원 공급 장치에서 공급된 정보통신 기기의 부하가 변동하면 전압이 변동되는데 이를 감지하여 이 장치를 통해 전압이 일정하게 하는 회로로 MCU를 통해 제어 되도록 한다. 그리고 이는 전원공급 장치의 전력 소비량 최적화를 위해 부하의 작업 종류 및 필요한 전력 량을 미리 설정된 값으로 제한하게 하는 회로 이다.

상기 측정 및 제어 모듈은 출력 직류 전압과 전류 값을 측정하고 제어 명령에 따라 출력 여부를 제어할 수 있다.

상기 보조 전원 장치부는 정보통신장치 전원 공급 장치의 통신 및 제어를 위한 장치를 위한 별도로 구성된 보조 전원 장치로서 주전원 모든 채널이 차단하더라도 원격 제어가 가능하게 하는 장치이고, 주전원의 일부 채널만 차단되거나 제한 될 경우에는 주전원을 활용하여 효율을 높이게 한다.

상기 통신 회로부는 주변기기와 연결하여 제어 명령을 송수신하는 장치로서 측정 정보도 송수신할 수 있으며, 이더넷, Wifi, 블루투스, zigbee 통신 등 유무선 통신망을 적용한다.

Claims (4)

1. 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치에 있어서,
   상기 정보 통신 기기에 공급되는 입력 전원의 전류를 차단하거나 제한할 수 있고 전압 전류를 측정할 수 있는 입력 전원 회로부;
   스위칭 파워 모듈의 뒷단에 연결되어 출력 전원의 전류를 차단하거나 제한할 수 있고 전압 전류를 측정할 수 있는 출력 전원 회로부;
   상기 입력 전원 회로부의 뒷단에 연결되어 교류를 직류로 변환하는 정류 회로부;
   상기 정류 회로부의 뒷단에 연결되어 사용되는 부하 모듈마다 별도의 전압 전류를 공급하고 제한하는 스위칭 파워 모듈;
   상기 입력 전원 회로부와 출력 전원 회로부의 측정 정보를 수집하고 제어를 하되, 정보 통신 기기에 공급되는 전압과 전류값의 범위를 미리 설정하고 이 범위를 벗어날 경우 설정된 모듈을 자동으로 제어하며 이를 알람 통보하는 마이컴;
   상기 마이컴에 연결되어 주변 기기에 측정 정보를 전송하기 위한 통신부; 및
   상기 출력 전원 회로부에서 측정된 전압 전류를 토대로 상기 마이컴의 제어에 의해 각각의 부하 모듈별로 PWM 제어하는 PWM 제어부를 포함하고,
   전력 제어가 가능한 하나의 정류 회로부에 직류 전력 제어가 가능한 1개 이상의 다채널 스위칭 파워 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치.
2. 제1항에 있어서,
   보조 전원 공급 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보 통신 기기 모듈단위 실시간 에너지 제어장치.
   
   
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