KR101604672B1 - 회생형 전자부하 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 전원장치의 부하 신뢰성을 테스트하기 위해 사용되는 회생형 전자부하에 관한 것으로 전류 센서가 구비되는 DC 전원 입력부와 상기의 DC 전원 입력부에서 입력되는 직류 전원을 통하여 PWM(Pulse Width Modulation)값을 결정하고 컨트롤 시그널을 생성하는 컨트롤 파트와 상기의 컨트롤 파트에서 생성된 컨트롤 시스널에 의하여 전원이 입력되는 입력 트랜스가 2개 이상 병렬 연결되고 변경된 전원을 출력하는 출력 트랜스가 2개 이상 직렬 연결되는 트랜스부와 상기의 트랜스부에서 출력되는 전원이 입력되는 전파 정류 회로와 상기의 전파 정류 회로에서 출력된 펄스 전압을 사인 파형을 평활 시키는 인덕터와 상기의 인덕터를 거쳐 평활화된 전압을 스위칭하는 스위치 및 상기의 스위치에 의하여 선택적으로 AC 전압을 출력하는 AC 전원 출력부로 구성되어 전원 공급기의 부하 신뢰성을 검사하는 부하 검사 시 발열에 따른 주변 온도의 상승을 방지하고 열 배출을 위한 설비가 필요 없음으로 열 배출을 위한 부가 비용이 필요 없는 것은 물론 입력된 DC 전력을 AC 전력으로 회생하여 기존의 전자부하기에서 100% 열로 소비되는 전력의 80% 이상을 회생시킴으로써 전자부하기에서 발생하는 열을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 트랜스의 직, 병렬 연결로 대전류, 고전압의 회생 전력을 출력할 수 있으므로 다양한 전원 장치의 전력 공급이 가능토록 하는 효과가 있다.

Description

회생형 전자부하{Regenerative Electronics Load}

본 발명은 다양한 전원장치의 부하 신뢰성을 테스트하기 위해 사용되는 전자부하에 관한 것으로 보다 상세하게는 소비전류에 따라 설정된 전압이 제대로 출력되는지 과전류가 흐를 경우에 파손이 발생하는지 최대 사용 가능 전류가 얼마인지를 테스트함은 물론 입력된 DC 전원이 부하에서 소비되어 발생하는 열을 최소화하고 AC 전력으로 회생시키는 회생형 전자부하에 관한 것이다.

일반적으로 컴퓨터, 냉장고, 세탁기 등과 같은 생활 가전 제품뿐만 아니라 자동차, 중장비, 항공기 등에 전원을 공급하기 위하여 다양한 직류 전원 공급기가 사용된다. 이러한, 직류 전원 공급기는 이를 사용하는 제품들이 고성능화, 대용량화되어 더욱 신뢰성이 요구된다. 이에 따라 직류 전원 공급기의 신뢰성을 평가하기 위하여 직류 전원 공급기에 전원을 공급하고 출력에 가변 저항 부하기를 연결하는 전자부하 방식이 사용된다. 이 방식은 사용 용도에 따라서 정 전류 모드, 정 저항 모드, 정 전압 모드, 정 전력 모드 등 여러 가지 형태로 사용할 수 있지만 모두 설정된 전력을 열로 소모시키는 방식이다. 최근 친환경분야의 연구개발과 제품생산이 중요해지고 활발해 짐에 따라 태양열, 풍력 발전이나 전기자동차, 하이브리드 차량의 급속한 발전에 따라 전력을 변환해주는 장치의 수량 증가나 용량 증가가 이루어지고 있다. 이러한 전력 변환 장치의 평가에는 전자부하의 사용이 필수적인데 상기와 같이 전자부하는 열로 소비하는 방식이라 용량이 큰 경우에는 열을 배출하기 위한 추가적인 장치가 필요하고, 이와 더불어 전기의 소모량도 크게 발생한다. 그리고, 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0021757호(2004.03.11)에 기준전압과 피드백 전압의 차를 비교하는 비교기, 비교기의 출력에 의해 온, 오프 제어되는 제 1트랜지스터, 제 1트랜지스터에 의해 온, 오프 제어되며 피 시험물에 연결되어 있는 제 2트랜지스터, 및 피드백 전압을 출력하며 피 시험물과 스위칭 수단의 연결 차단 시 제 1트랜지스터를 오프 상태로 전환하는 제어블록으로 구성되는 전자부하가 개시되어 있으나 이는 피 시험물인 직류 전원 공급기가 온 상태에서 오프 상태로 전환될 때 피 시험물의 접점에서 돌입전류에 의한 아크 발생을 방지하여 접점의 소손을 방지하여 소량의 전력 손실을 방지할 뿐 로드에서 발생하는 열을 근본적으로 줄일 수 없으므로 과열로 인한 화재의 위험이 있다. 그리고 이를 방지하기 위하여 전자부하에서 발생하는 열을 배출하기 위한 추가적인 장치 및 비용이 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0021757호(2004.03.11)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 전원 공급기의 부하 신뢰성을 검사하는 부하 검사 시 발열에 따른 주변 온도의 상승을 방지하고 열 배출을 위한 설비가 필요 없음으로 열 배출을 위한 부가 비용이 필요 없는 것은 물론 입력된 DC 전력을 AC 전력으로 회생하여 전력 소모를 현저하게 줄일 수 있는 회생형 전자부하를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성으로는 전류 센서가 구비되는 DC 전원 입력부와 상기의 DC 전원 입력부에서 입력되는 직류 전원을 통하여 PWM(Pulse Width Modulation)값을 결정하고 컨트롤 시그널을 생성하는 컨트롤 파트와 상기의 컨트롤 파트에서 생성된 컨트롤 시스널에 의하여 전원이 입력되는 입력 트랜스가 2개 이상 병렬 연결되고 변경된 전원을 출력하는 출력 트랜스가 2개 이상 직렬 연결되는 트랜스부와 상기의 트랜스부에서 출력되는 전원이 입력되는 전파 정류 회로와 상기의 전파 정류 회로에서 출력된 펄스 전압을 사인 파형을 평활 시키는 인덕터와 상기의 인덕터를 거쳐 평활화된 전압을 스위칭하는 스위치 및 상기의 스위치에 의하여 선택적으로 AC 전압을 출력하는 AC 전원 출력부로 이루어진다.

본 발명의 다른 특징으로는 상기의 컨트롤 파트는 입력전류 지령치 입력부와 계통AC 전압 입력부와 입력전류 실측치 입력부로 구비되는 입력부와 상기의 입력전류 지령치 입력부에서 입력된 전압 및 상기의 계통AC 전압 입력부에서 입력된 전압은 각각 증폭기와 전파 정류 회로를 거쳐 곱셉회로에 의하여 목표 PWM 입력 값이 생성되어 상기의 입력전류 실측치 입력부에서 입력되어 증폭기를 거친 입력 전류 값과 함께 비교기에 입력되고, 상기의 비교기에서 보정된 PWM 입력 값은 PWM발생기와 Dead Time 회로를 거쳐 선택적으로 입력 트랜스로 입력된다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 상기의 DC 전원 입력부를 통하여 10~20V의 DC 전원이 입력되고 각각의 입력 트랜스마다 2개의 컨트롤 파트가 연결되며 입력 트랜스 및 출력 트랜스가 각각 7개씩 병렬 및 직렬로 연결되어 AC 전원 출력부로 부터 220V의 AC 전압이 생성된다.

상기한 바와 같이, 본원발명에 따른 회생형 전자부하는 전원 공급기의 부하 신뢰성을 검사하는 부하 검사 시 발열에 따른 주변 온도의 상승을 방지하고 열 배출을 위한 설비가 필요 없음으로 열 배출을 위한 부가 비용이 필요 없는 것은 물론 입력된 DC 전력을 AC 전력으로 회생하여 기존의 전자부하기에서 100% 열로 소비되는 전력의 80% 이상을 회생시킴으로써 전자부하기에서 발생하는 열을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 트랜스의 직, 병렬 연결로 대전류, 고전압의 회생 전력을 출력할 수 있으므로 다양한 전원 장치의 전력 공급이 가능토록 하는 효과가 있다.

도 1은 기존의 전자부하의 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 회생형 전자부하의 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 회생형 전자부하의 컨트롤 파트의 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 회생형 전자부하의 회로도로서 이를 참고하여 본원 발명의 구성요소를 설명하면 다음과 같다. 회생형 전자부하에 있어서, 전류 센서(11)가 구비되는 DC 전원 입력부(10);와 상기의 DC 전원 입력부(10)에서 입력되는 직류 전원을 통하여 PWM(Pulse Width Modulation)값을 결정하고 컨트롤 시그널을 생성하는 컨트롤 파트(20);와 상기의 컨트롤 파트(20)에서 생성된 컨트롤 시스널에 의하여 전원이 입력되는 입력 트랜스(31)가 2개 이상 병렬 연결되고 변경된 전원을 출력하는 출력 트랜스(32)가 2개 이상 직렬 연결되는 트랜스부(30);와 상기의 트랜스부(30)에서 출력되는 전원이 입력되는 전파 정류 회로(40);와 상기의 전파 정류 회로(40)에서 출력된 펄스 전압을 사인 파형을 평활 시키는 인덕터(50);와 상기의 인덕터(50)를 거쳐 평활화된 전압을 스위칭하는 스위치(60); 및 상기의 스위치(60)에 의하여 선택적으로 AC 전압을 출력하는 AC 전원 출력부(70);로 구성되는 것을 특징으로 하는 회생형 전자부하이다. 입력 트랜스(31)는 대전류를 구동할 수 있도록 병렬로 구성되며 출력 트랜스(32)는 고전압을 생성할 수 있도록 직렬로 구성된다.

그리고, 상기의 DC 전원 입력부(10)를 통하여 10~20V의 DC 전원이 입력되고 각각의 입력 트랜스(31)마다 2개의 컨트롤 파트(20)가 연결되며 입력 트랜스(31) 및 출력 트랜스(32)가 각각 7개씩 병렬 및 직렬로 연결되어 AC 전원 출력부(70)로 부터 220V의 AC 전압이 생성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 부하에서 발생되는 열이 220V 상용 전압으로 회생하기 때문에 다양한 전원 장치와 연결하여 사용이 가능하다. 또한, 상기의 예와 달리 각각의 입력 트랜스(31)와 출력 트랜스(32)의 개수를 조정하여 사용자가 원하는 AC전력을 생성할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 회생형 전자부하의 컨트롤 파트의 회로도로서 이를 참고하여 본원 발명의 컨트롤 파트(20)의 세부 구성요소는 다음과 같다. 입력전류 지령치 입력부(21a)와 계통AC 전압 입력부(21b)와 입력전류 실측치 입력부(21c)로 구비되는 입력부(21)와 상기의 입력전류 지령치 입력부(21a)에서 입력된 전압 및 상기의 계통AC 전압 입력부(21b)에서 입력된 전압은 각각 증폭기(22a)와 전파 정류 회로(23)를 거쳐 곱셉회로(24)에 의하여 목표 PWM(Pulse Width Modulation) 입력 값이 생성되어 상기의 입력전류 실측치 입력부(21c)에서 입력되어 증폭기(22b)를 거친 입력 전류 값과 함께 비교기(Comparator, 25);에 입력되고, 상기의 비교기(25)에서 보정된 PWM 입력 값은 PWM발생기(26)와 Dead Time 회로(27)를 거쳐 선택적으로 입력 트랜스(31)로 입력되는 것을 특징으로 한다. 입력전류 지령치 입력부(21a)와 계통AC 전압 입력부(21b)에서 입력되는 목표 입력 전류치와 계통 전압은 상기의 곱셈회로(24)에 의하여 PWM발생기(26)의 기본 입력 신호로 사용된다. 또한, 기본 입력 신호와 입력전류 실측치 입력부(21c)에 입력된 실측 전류 값을 비교하여 PWM Duty 비를 보정한다. 그리고, 상기의 전파 정류 회로(23, 40), 곱셈회로(24), PWM발생기(26), Dead Time 회로(27)의 상세 구성은 기 공지된 기술로서 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 특정의 실시 예 및 적용 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10. DC 전원 입력부 11. 전류 센서
20. 컨트롤 파트 21. 입력부
21a. 입력전류 지령치 입력부 21b. 계통AC 전압 입력부
21c. 입력전류 실측치 입력부 22a. 증폭기
22b. 증폭기 23. 전파 정류 회로
24. 곱셈회로 25. 비교기
26. PWM 발생기 27. Dead Time 회로
30. 트랜스부 31. 입력 트랜스
32. 출력 트랜스 40. 전파 정류 회로
50. 인덕터 60. 스위치
70. AC 전원 출력부

Claims (3)

1. 전류 센서(11)가 구비되는 DC 전원 입력부(10);와 상기의 DC 전원 입력부(10)에서 입력되는 직류 전원을 통하여 PWM(Pulse Width Modulation)값을 결정하고 컨트롤 시그널을 생성하는 컨트롤 파트(20);와 상기의 컨트롤 파트(20)에서 생성된 컨트롤 시스널에 의하여 전원이 입력되는 입력 트랜스(31)가 2개 이상 병렬 연결되고 변경된 전원을 출력하는 출력 트랜스(32)가 2개 이상 직렬 연결되는 트랜스부(30);와 상기의 트랜스부(30)에서 출력되는 전원이 입력되는 전파 정류 회로(40);와 상기의 전파 정류 회로(40)에서 출력된 펄스 전압을 사인 파형을 평활 시키는 인덕터(50);와 상기의 인덕터(50)를 거쳐 평활화된 전압을 스위칭하는 스위치(60); 및 상기의 스위치(60)에 의하여 선택적으로 AC 전압을 출력하는 AC 전원 출력부(70);로 구성되는 회생형 전자부하에 있어서,
   상기의 컨트롤 파트(20)는 입력전류 지령치 입력부(21a)와 계통AC 전압 입력부(21b)와 입력전류 실측치 입력부(21c)로 구비되는 입력부(21)와
   상기의 입력전류 지령치 입력부(21a)에서 입력된 전압 및 상기의 계통AC 전압 입력부(21b)에서 입력된 전압은 각각 증폭기(22a)와 전파 정류 회로(23)를 거쳐 곱셉회로(24)에 의하여 목표 PWM(Pulse Width Modulation) 입력 값이 생성되어 상기의 입력전류 실측치 입력부(21c)에서 입력되어 증폭기(22b)를 거친 입력 전류 값과 함께 비교기(Comparator, 25);에
   입력되고, 상기의 비교기(25)에서 보정된 PWM 입력 값은 PWM발생기(26)와 Dead Time 회로(27)를 거쳐 선택적으로 입력 트랜스(31)로 입력되는 것을 특징으로 하는 회생형 전자부하.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기의 DC 전원 입력부(10)를 통하여 10~20V의 DC 전원이 입력되고 각각의 입력 트랜스(31)마다 2개의 컨트롤 파트(20)가 연결되며 입력 트랜스(31) 및 출력 트랜스(32)가 각각 7개씩 병렬 및 직렬로 연결되어 AC 전원 출력부(70)로 부터 220V의 AC 전압이 생성되는 것을 특징으로 하는 회생형 전자부하.

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