KR101433011B1 - 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정보 통신기기의 전기 에너지 소비를 실시간 계산하기 위하여 전압, 전류, 온도를 측정하고 이를 통해 전원 공급 장치에서 정보를 수집하여 전력 사용량을 최적으로 운영 되게 하는 자체 제어되거나, 정보통신 기기로부터 전력 관련 제어 정보를 수신하여 전력 사용량을 제한할 수 있게 제어하는 기술이다.
즉, 본 발명은 정보 통신 기기용 전원 공급 장치에 있어서, 입력 전원과 출력 전원에 전압 전류 값을 실시간 측정할 수 있는 회로; 스위칭 방식의 교류를 직류로 변환하는 회로; 이의 측정정보를 수집하고 제어를 하기 위한 마이컴; 온도를 측정하는 센서부; 측정 정보를 표시하는 디스플레이부; 메뉴 선택과 설정 값을 입력하기 위한 버튼 입력부; 및 측정 정보를 전송하기 위한 통신부를 포함하여 구성된다.

Description

정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치{Information Communication equipment for energy real-time measurement device}

본 발명은 정보 통신 장치(컴퓨터, 서버, 네트워크 장치, 스마트 가전 기기 등)의 전기 에너지 소비를 실시간으로 계산하기 위하여 전압, 전류, 온도를 측정하고 이를 통해 전원 공급 장치에서 에너지 사용량을 실시간 측정한 정보를 수집하여 전기 에너지의 사용량을 최적으로 운영되게 제어하거나, 정보통신 기기로부터 전력 관련 제어 정보를 수신하여 전력 사용량을 제한할 수 있게 제어하는 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 관한 것으로서, 이를 통해 정보 통신 기기의 에너지 사용량을 정보 통신 기기의 작업의 속성에 따라 최적으로 운영되게 하여 전기 에너지 낭비를 줄이는 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 관한 것이다.

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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 전압과 전류의 값을 곱하고 이를 합산하여 측정하게 된다. 이때 각 전압별 모듈별 에너지 사용량의 측정은 정보 통신기기에 내장된 CPU에서 수행하는 것이 일반적이나, 이를 내부 및 외부에서 측정 정보를 쉽게 접근하기 위해 전력 정보 통신 기기의 전원 공급 장치에 전압별로 사용되는 정보통신 기기의 모듈별로 별도의 전압과 전류 센서를 구비하고, 이를 통해 수집된 정보를 별도의 통신 방법으로 전원 공급 장치에 전달하게 하는 것이다.

이를 통해 전원 공급 장치에서 에너지 사용에 대한 정보를 표시할 수 있고 원격지에 전달하여 정보 통신 기기의 에너지 사용을 통합 관리하게 하는 것이다.

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

정보통신 기기의 증가로 인하여 기업이나 가정에서 정보통신 기기로 인한 에너지 소비량이 증가하고 있어 이의 효율적이고 최적의 에너지 관리 기술이 필요하다.

공통으로 들어가는 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 전환시켜 주는 장치이다.

현재 정보 통신 기기에서 전기 에너지 측정 대상이 되는 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 별도의 측정 모듈을 내장하거나 전원을 개별적으로 제어하는 기능이 없다. 일부 장치에서는 출력되는 전압과 전류의 값이 표시되는 장치가 있지만 측정을 통해 정보 통신 장치의 부하와 연계하여 전기 에너지 사용을 절약하기 위한 목적의 장치는 없다.

또한 아날로그 전원 공급장치의 문제점은 1) 출력 전압은 저항성 피드백을 이용하여 설정하여 출력의 변화에 따른 전압 변동 폭이 커질 수 있게 되어 있다, 2) 동작 주파수는 저항기나 콘덴서 또는 두 가지를 모두 사용하여 설정하여 실시간 가변적으로 변하는 부하에 최적화된 주파수를 제어 할 수 없게 되어 있다, 3) 과전류 보호 스레숄드는 저항기를 사용하여 설정(과전압 보호 스레숄드는 고정되어 사용자가 변경할 수 없음)하여 다양한 종류의 내부적 알람을 자체적으로 해결 하는데 미흡한 구조로 이루어져 있다, 4) 시스템의 기능 파라미터들은 실제 물리적 부품들로 설정하기 때문에 각각의 엔드 파워서플라이 어플리케이션에 대해 상이한 물리적 하드웨어 디자인이 있어야 하는 문제점 있다.

아날로그 방식의 전원 공급 장치는 측정 정보의 수집이 어려운 것뿐 아니라 특정 용도에 맞게 물리적 회로 소자에 의해 설정 되어 다양한 종류의 장치를 만들어야 부하의 특성에 대응 할 수 있는 유연성이 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 정보 통신 기기의 전기 에너지 소비를 실시간 계산하기 위하여 전압, 전류, 온도를 측정하고 이를 통해 전원 공급 장치에서 정보를 수집하여 전력 사용량을 최적으로 운영 되게 하고, 측정된 정보를 통해 자체 제어되거나, 정보통신 기기로부터 전력 관련 제어 정보를 수신하여 전력 사용량을 최적으로 운영되게 제한할 수 있도록 하는 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정보 통신 기기의 부하 특성에 출력을 최적화하여 전기 에너지 절감을 도모할 수 있는 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정보 통신 기기용 전원 공급 장치는 교류 입력 전압과 전류값을 측정하는 입력 측정부; 상기 입력 측정부를 거쳐 입력된 교류 전류를 브릿지 다이오드와 콘덴서를 이용하여 직류로 변환하는 정류 회로부; 상기 정류 회로부의 출력단에 연결되고, PWM 제어 모듈, 스위칭 회로부, 고주파 정류 회로부, 파워 스위치를 포함하여, 전원을 공급받는 정보통신 장치의 부하 속성에 따라 전압 전류를 공급하고 제한하는 스위칭 파워 모듈; 상기 스위칭 파워 모듈의 출력단에 연결되어 출력 직류 전압과 전류 값을 측정하고 명령에 따라 출력 여부를 제어하는 측정 및 제어 모듈; 상기 입력측정부 및 상기 측정 및 제어 모듈에서 측정된 전압 전류 정보를 수집하고, 수집된 측정 정보를 기준으로 상기 스위칭 파워 모듈 및 상기 측정 및 제어모듈을 제어하는 MCU; 및 온도를 측정하여 상기 MCU에 전달하는 온도센싱부; 를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 정보통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 있어서, 상기 MCU에 연결되며, 측정된 정보를 표시하는 디스플레이부; 메뉴 선택과 설정 값을 입력하기 위한 버튼 입력부; 및 측정 정보를 주변기기에 전송하는 통신회로부를 더욱 포함한다.

또한 본 발명에 따른 정보통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 있어서, 상기 스위칭 파워 모듈과 상기 측정 제어 및 모듈을 다채널로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 정보통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 있어서, 상기 MCU는 정보 통신 기기의 부하의 속성정보를 수신받아 정보통신 기기에 공급되는 전압과 전류값의 범위를 계산하여 전류를 제한하는 것을 특징으로 한다. 특히 하나의 입력 정류 회로부터 얻은 신호를 1개 이상의 출력에 공통으로 공급하고 이를 스위칭 회로부에서 조절하여 전력 변환 장치 자체의 전기 에너지 소모를 최소화 하게 한다. 이때 마이콤으로부터 받은 신호에 의한 PWM 제어에 의해 필요시 특정 채널로의 출력 전원을 완전차단 하게 할 수 있게 하는 것이 특징이다.

이상과 같은 구성의 본 발명의 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 따르면, 전원 공급 장치에 측정 모듈을 사용하여 감시 명령에 따라 전력변환을 위한 회로부로 보냄으로써 이러한 파라미터들을 설정할 수 있다.

또한 본 발명의 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 따르면, 전원 공급 장치의 구성을 소프트웨어를 통해 다양한 응용 분야에 활용 가능하게 유용한 구조로 제작 가능하다.

또한 본 발명의 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 따르면 하드웨어 디자인을 최소화시키고 요구사항에 따라 출력되는 전력을 다양하게 실시간 변화시킬 수 있다.

또한 본 발명의 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 따르면 설정 포인트, 동작 주파수, 결함처리 등을 통해 전원 공급 장치를 맞춤형으로 이용 가능하다.

또한 본 발명의 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 따르면 입력과 출력의 전압 및 전류, 온도, 듀티 사이클 및 주파수를 읽고 표시할 수 있다.

또한 본 발명의 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 따르면 전원 공급 장치 동작의 많은 측면들을 정확하고도 포괄적으로 모니터링할 수 있도록 해준다.

또한 본 발명의 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치에 따르면 전원 공급 장치의 상태에 대한 데이터를 포착하여 저장하여 다양하게 최적의 전력 운영을 실행할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정장치의 기본구성도이다.
도2는 본 발명에 의한 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정장치의 다채널 측정 구성도이다.

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

도1은 본 발명에 의한 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정장치의 기본구성도이다.

도1에 의하면 본 발명에 의한 정보 통신 기기용 전원 공급장치는, 정류 회로부, 스위칭 회로부, 고주파 정류 회로부, 파워 스위칭부, PWM 제어모듈, MCU, ADC, 온도센서, 디스플레이부, 버튼 입력부 통신회로부로 구성된다.

상기 정류 회로부는 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 스위칭 회로부는 스위칭소자를 통해 정류 회로를 통해 생성된 전압을 스위칭하여 출력하는 것으로서 전원 공급 장치의 성능을 위해 수십 KHz 이상의 빠른 속도로 스위칭하는데, 스위칭 동작은 출력 전압의 조정과 관계가 있어 PWM 이라는 제어 방식으로 조절하게 된다. 전원을 공급 받는 정보 통신 장치의 부하 속성에 따라 출력 전원의 특정 채널의 전기 공급을 차단하거나 제한해야 할 경우 PWM 신호에 따라 스위칭 회로의 동작이 제한되어 전류의 흐름을 차단하거나 제한하게 한다.

상기 고주파 정류 회로부는 스텝다운 트랜스를 통해 스위칭을 통해 생성된 구형파를 직류 출력이 용이하게 전압을 낮추는 기능을 하고, 스텝다운 트랜스를 통해 생성된 전압을 부하에 필요한 전압으로 변환하게 하는 여러 개의 콘덴서를 활용하는 것이다.

상기 파워 스위칭(Power Switch)부는 직류 출력을 제어 명령에 의해 ON/OFF 하게 하는 회로이다.

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 것으로서 전원 공급 장치에서 공급된 정보통신 기기의 부하가 변동하면 전압이 변동되는데 이를 감지 하여 이 장치를 통해 전압이 일정하게 하는 회로로 MCU를 통해 제어 되도록 한다.

PWM 제어는 각각 수십 KHz의 주파수로 제어 하여야 하고 또한 출력되는 전압이 일정 하게 유지 되도록 하기 위해 출력 되는 전압을 실시간 측정 한 값을 직접 피드백 받아 마이콤에서 제어 되는 신호의 값을 보장 하여 펄스의 폭을 제어 되게 하여야 한다. 이 때 응답 속도에서 마이컴의 영향을 최소하게 하기 위해 별도의 PWM 발생 회로를 두고 아날로그 값으로 입력 되는 출력 전압 측정 정보와 마이콤으로부터 받은 설정 정보를 설정된 가중치로 보정 하게 하는 회로를 포함 되어야 한다.

상기 MCU는 중앙 제어를 위한 마이컴으로서 입력단과 출력단에서 측정된 전압 전류 정보를 수집하고 수집된 측정 정보를 기준으로 PWM을 통해 전압을 일정하게 유지하며 측정 정보를 디스플레이 장치에 표시하고 필요한 설정 값을 키를 통해 입력 받는 장치이다.

아울러 이는 원격 장치로부터 제어 명령을 수신받거나 측정정보를 원격에서 모니터링 할 수 있게 전송하는 역할을 한다. 또한 이는 설정 정보를 저장하기 위해 비휘발성 메모리는 내장하거나 외부에 구성하여 사용한다.

상기 ADC는 전압 전류 온도 값을 측정하기 위한 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 장치이다.

상기 온도 센서는 전원 공급 장치의 온도를 측정하여 감시하게 하는 장치로서 필요 시 고온일 경우 알람 하고 설정된 값에 따라 전류를 제한하게 한다.

온도의 변화에 따른 전원 공급 장치내 온도 조절을 위한 팬 등을 제어 하는데도 적용 한다.

상기 디스플레이 부는 측정된 정보를 표시하고, 설정 메뉴의 상태를 표시하여 설정에 도움을 준다.

상기 버튼 입력 부는 전원 장치의 단독 운영 시에도 설정이나 제어 상태 보기를 선택 할 수 있는 버튼이다.

상기 통신 회로 부는 주변 기기와 연결하여 측정 정보를 전송하는 장치이다.

도2는 본 발명에 의한 정보 통신 기기용 전원 공급장치의 다채널 측정 구성도이다.

도2에 의하면, 본 발명에 의한 정보 통신 기기용 전원 공급장치는 입력 측정부, 정류회로부, 스위칭 파워 모듈, 측정 및 제어모듈, 디스플레이부, 버튼 입력부, 통신회로부, 온도 센싱부로 구성된다.

상기 입력 측정부는 교류 입력 전압과 전류값을 측정하여 MCU에 전달한다.

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

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

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

상기 디스플레이부는 다채널 측정된 정보를 표시하고, 설정 메뉴의 상태를 표시하여 설정에 도움을 준다.

상기 버튼 입력부는 전원 장치의 단독 운영 시에도 설정이나 제어 상태 보기를 선택 할 수 있는 버튼이다.

상기 통신 회로부는 주변 기기와 연결하여 측정 정보를 전송하는 장치이다.

상기 온도 센싱부는 전원 공급 장치의 내부 온도를 측정하여 표시하는 회로이다.

Claims (5)

1. 교류 입력 전압과 전류값을 측정하는 입력 측정부;
   상기 입력 측정부를 거쳐 입력된 교류 전류를 브릿지 다이오드와 콘덴서를 이용하여 직류로 변환하는 정류 회로부;
   상기 정류 회로부의 출력단에 연결되고, PWM 제어 모듈, 스위칭 회로부, 고주파 정류 회로부, 파워 스위치를 포함하여, 전원을 공급받는 정보통신 장치의 부하 속성에 따라 전압 전류를 공급하고 제한하는 스위칭 파워 모듈;
   상기 스위칭 파워 모듈의 출력단에 연결되어 출력 직류 전압과 전류 값을 측정하고 명령에 따라 출력 여부를 제어하는 측정 및 제어 모듈;
   상기 입력측정부 및 상기 측정 및 제어 모듈에서 측정된 전압 전류 정보를 수집하고, 수집된 측정 정보를 기준으로 상기 스위칭 파워 모듈 및 상기 측정 및 제어모듈을 제어하는 MCU; 및
   온도를 측정하여 상기 MCU에 전달하는 온도센싱부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 MCU에 연결되며, 측정된 정보를 표시하는 디스플레이부; 메뉴 선택과 설정 값을 입력하기 위한 버튼 입력부; 및 측정 정보를 주변기기에 전송하는 통신회로부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 정보통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭 파워 모듈과 상기 측정 제어 및 모듈을 다채널로 구성한 것을 특징으로 하는 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 MCU는 정보 통신 기기의 부하의 속성정보를 수신받아 정보통신 기기에 공급되는 전압과 전류값의 범위를 계산하여 전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 정보 통신 기기용 에너지 실시간 측정 장치.

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