KR101630681B1 - 다출력과 이력조회가 가능한 가시광 통신기반 스위칭 모드 파워 서플라이 - Google Patents

다출력과 이력조회가 가능한 가시광 통신기반 스위칭 모드 파워 서플라이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원부, 정류부, 스위칭부, 변압부, 출력부로 구성하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서: 상기 출력부 상에 출력되는 전원정보를 실시간 검출하는 센서를 구비하는 측정부; 상기 검출된 전원정보를 설정된 정보에 따라 판단해서 조절신호를 출력하는 MCU를 구비하는 메인제어부; 상기 조절신호를 입력받아 스위칭부의 펄스를 조절하는 가변저항을 구비하고, 상기 조절신호를 순서대로 저장하는 메모리를 구비하는 조절부; 및 상기 전원정보를 송신하도록 가시광선을 발광하는 LED를 구비하고, 상기 설정정보를 외부로부터 수신하도록 가시광선을 포집하는 수광소자를 구비하는 통신부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 고주파수를 이용하는 가시광 통신을 이용함에 따라 주파수 간섭이 민감한 기기나 장비에서도 사용이 가능하고, 조절이력을 메모리에 순차적으로 저장해서 제어부의 기능이 상실하더라도 저장된 조절이력을 통해서 기기를 지속적으로 작동할 수 있는 효과가 있다.

Description

다출력과 이력조회가 가능한 가시광 통신기반 스위칭 모드 파워 서플라이{Switched mode power supply based on visible-light communication with multi-output and history checking function}
본 발명은 각종 기기에 전원을 공급하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가시광 통신으로 전압 또는 전류를 외부에서 제어하도록 정보를 송·수신하고, 조절이력을 메모리에 순차적으로 저장해서 제어부의 기능이 상실하더라도 저장된 이력으로 기기를 지속적으로 작동할 수 있는 다출력과 이력조회가 가능한 가시광 통신기반 스위칭 모드 파워 서플라이에 관한 것이다.
SMPS는 스위치 모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply, SMPS)의 약어로서, 전력을 효율적으로 변환시키는 스위칭 레귤레이터가 포함된 전기적인 파워 서플라이를 일컫는다. 이러한 SMPS는 PWM(Puls Width Modulation) 컨트롤러를 사용하여 SMPS의 전압 또는 전류를 제어하는데, 그 값은 고정된 상태로 출고되는 것이 보편적이다.
최근에는 사용자가 기기에 맞게 임의대로 조절할 수 있도록 출력부 상에 반 고정저항(저항+가변저항)을 장착시켜왔다. 즉, 반 고정저항 값을 변경해서 전압이나 전류를 기기에 필요한 부하량에 맞도록 임의대로 조절하였다. 하지만 전압과 전류가 비례하는 관계로 인해서 약 10% 내외의 조절범위로 제한되었다. 특히, LED디스플레이의 명암비와 함께 에너지절감이 가능한 디밍(dimming)기술이 급격히 확산되면서 부하량에 따라 전압과 전류를 자동으로 조절할 수 있도록 PWM을 가변하는 제어부를 내장하게 되었다.
주지된 바와 같이, 제어부를 내장한 SMPS는 전압과 전류를 자동 또는 임의대로 조절할 수 있어서 각종 기기에 널리 보급화 되고 실정이다. 하지만, 이러한 기기들의 SMPS는 기기로부터 분리된 것이 아니라 자체에 내장되어 있으므로 출력되는 전원 및 각종정보를 획득할 수가 없었고, 필요에 따라 설정 전압과 전류를 임의대로 제어할 수가 없었다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 개발이 활성화 되고 있는 실정이다.
일예로, 한국 공개특허공보 제10-2013-0134898호 "무선 제어 스위칭 모드 파워 서플라이"에 의하면, 전원부, 필터부, 1차 정류부, 파워 스위처, 트랜스포머, 2차 정류부, LC필터, 측정부, 제어부 및 고정부를 포함하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서, 상기 제어부는 무선 데이터 송수신을 위한 PAN; 및 상기 PAN이 내장되고 수신된 데이터에 따라 상기 파워 스위처의 스위칭 주파수를 조절하여 상기 스위칭 모드 파워 서플라이의 전압 또는 전류를 제어하기 위한 내부 제어부가 형성된 SoC를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 제어 스위칭 모드 파워 서플라이를 제안하고 있다.
상기 구성은 SMPS의 제어부를 PAN이 내장된 SoC(Systemon chip)를 이용하여 스위칭 주파수를 제어하였다. 따라서 전압과 전류를 임의대로 조절할 수 있는 것은 물론, 외부에서 무선으로 제어가 가능한 이점이 있다. 하지만 무선통신을 기존의 주파수 대역을 이용함으로서 주파수의 간섭이 민감한 병원, 항공 분야, 정밀기계 가동 공장, 전력시설물에는 사용이 불가능하였다. 더욱이 여타의 무선기기와 혼선될 가능성이 높아서 정보가 유출되거나 심지어 제어권을 상실할 수 있는 심각한 문제가 있다. 특히, 제어부(SoC)가 이상 현상을 일으키거나 작동 정지상태가 되면 SMPS의 기능이 완전히 상실하게 됨에 따라 기기의 작동은 물론, 기기 자체에 손상을 야기시키는 심각한 폐단이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2013-0134898호 "무선 제어 스위칭 모드 파워 서플라이"
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 고주파수를 이용하는 가시광 통신을 적용함에 따라 주파수 간섭이 민감한 기기나 장비에서도 사용이 가능하고, 조절이력을 메모리에 순차적으로 저장해서 제어부의 기능이 상실하더라도 저장된 조절이력을 통하여 기기를 지속적으로 작동할 수 있는 다출력과 이력조회가 가능한 가시광 통신기반 스위칭 모드 파워 서플라이를 제공하려는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전원부, 정류부, 스위칭부, 변압부, 출력부로 구성하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서: 상기 출력부 상에 출력되는 전원정보를 실시간 검출하는 센서를 구비하는 측정부; 상기 검출된 전원정보를 설정된 정보에 따라 판단해서 조절신호를 출력하는 MCU를 구비하는 메인제어부; 상기 조절신호를 입력받아 스위칭부의 펄스를 조절하는 가변저항을 구비하고, 상기 조절신호를 순서대로 저장하는 메모리를 구비하는 조절부; 및 상기 전원정보를 송신하도록 가시광선을 발광하는 LED를 구비하고, 상기 설정정보를 외부로부터 수신하도록 가시광선을 포집하는 수광소자를 구비하는 통신부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 통신부는 전원정보와 설정정보를 송·수신하도록 적외선을 발광하고 포집하는 적외선 모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭 모드 파워 서플라이는 통신부와 무선으로 연결되어 제어부를 외부에서 제어하는 보조제어부를 더 구비하되, 상기 보조제어부는 수신된 정보를 표시하는 디스플레이와, 상기 제어부로 정보를 송신하는 버튼과, 상기 송·수신정보를 순차적으로 저장하는 메모리를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 보조제어부는 휴대용 단말기가 원격으로 접속해서 상시 제어가 가능하도록 정보를 송·수신하는 통신모듈을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 고주파수를 이용하는 가시광 통신을 적용함에 따라 주파수 간섭이 민감한 기기나 장비에서도 사용이 가능하며, 기존 RF통신에 비해서 전송속도가 10배 이상 빠르고 빛의 직진성과 차단성으로 인해 보완이 우수하다.
둘째, 기기 상에 부하로서 LED모듈을 내장한 경우에는 별도의 가시광선을 발광하는 LED를 장착하지 않고도 전원정보를 외부로 송신할 수 있고, 디밍 시 사용하는 2차 스위칭부로 가시광선을 제어할 수 있어 전반적인 비용을 절감할 수가 있다.
넷째, 조절이력을 메모리에 순차적으로 저장해서 제어부의 기능이 상실하더라도 저장된 조절이력을 통해서 기기를 지속적으로 작동할 수가 있다.
다섯째, 저장된 조절이력으로 고장원인을 신속하고 정확하게 추적할 수가 있어 복구시간을 단축할 수가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파워 서플라이를 전체적으로 나타내는 블록도.
도 2는 변형예에 따른 파워 서플라이를 전체적으로 나타내는 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 전원부(1), 정류부(2), 스위칭부(3), 변압부(4), 출력부(5)로 구성하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 관련되며, 측정부(10), 제어부(20), 조절부(30), 통신부(40)를 주요 구성으로 하는 다출력과 이력조회가 가능한 가시광 통신기반 스위칭 모드 파워 서플라이에 관한 것이다. 본 발명의 파워 서플라이(100; smps)는 통신부(40)를 가시광 통신으로 적용해서 주파수 간섭이 민감한 기기나 장비에서도 사용이 가능하고, 조절부(30)가 조절이력을 순차적으로 저장해서 제어부(20)의 기능이 상실하더라도 저장된 이력을 통하여 기기를 지속적으로 작동할 수 있도록 하는 것을 주요 요지로 한다. 한편 전원부(1), 정류부(2), 스위칭부(3), 변압부(4), 출력부(5)는 스위칭 모드 파워 서플라이를 이루는 공지된 구성임으로 별도의 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 측정부(10)는 출력부(5)상에 출력되는 전원정보를 실시간 검출하는 센서(11)를 구비한다. 측정부(10)는 도 1처럼 출력부(5)상에서 기기로 출력하는 전원정보를 검출하는 것으로, 제어부(20)와 회로적으로 연결되어 검출된 정보를 실시간 전송하는 센서(11)로 구성된다.
센서(11)는 전압, 전류, 부하량, 전압강하 등(이하, 전원정보)을 실시간 검출하는 것으로, 해당 정보를 각각 검출할 수 있도록 복수로 구성할 수 있고, 단일로 구성할 수 있다. 복수로 구성하면 보다 정밀한 측정이 가능하지만, 회로가 복잡해져서 설계가 까다롭다. 반면에 단일로 구성하면 설계가 용이하나 측정된 전류를 옴의 법칙(V=IR)을 통해서 도출하므로 정밀성은 떨어진다. 즉, 센서(11)는 기기가 요구하는 특수성에 따라서 복수 또는 단일 중 선택적으로 구성한다. 검출된 전원정보는 실시간으로 제어부(20)에 전송(입력)한다.
또, 본 발명에 따른 제어부(20)는 검출된 전원정보를 설정된 정보에 따라 판단해서 조절신호를 출력하는 MCU(21)를 구비한다. 제어부(20)는 도 1처럼 측정부(10)로부터 입력받은 전원정보를 기 설정된 정보(값)에 따라 판단해서 실시간 처리하는 것으로, 조절부(30)와 회로적으로 연결되어 조절신호를 출력하는 MCU(21)로 구성된다.
MCU(21)는 입력받은 전원정보와 처리정보를 임시로 저장하는 램(ram)과, 기 설정된 정보를 지속적으로 저장하는 롬(rom)과, 저장된 정보를 로드해서 설정된 정보에 따라 연산처리해서 판단하는 코프로세서(coprocessor)와, 처리된 신호를 조절부(30)가 인식하도록 디지털 또는 아날로그 신호로 변환하는 모듈로 구성된다. 이러한 MCU(21)는 특수한 기기를 제외하고, 전력손실을 최소화하는 SoC(system on chip)타입으로 구성하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따른 조절부(30)는 조절신호를 입력받아 스위칭부(3)의 펄스를 조절하는 가변저항(31)을 구비한다. 조절부(30)는 도 1처럼 제어부(20)로부터 출력되는 조절신호를 입력받아 기기로 출력하는 전원을 가변하는 것으로, 스위칭부(3)와 회로적으로 연결되어 펄스를 변조하는 가변저항(31)으로 구성된다.
가변저항(31)은 스위칭부(3)의 펄스를 변조하도록 소정의 전압을 출력하는 것으로, 아날로그 방식과 디지털 방식으로 구분된다. 아날로그 방식은 로터리식 가변저항(31)의 노브에 모터가 연결된 구성이다. 즉, 제어부(20)에서 출력되는 조절신호에 따라 모터가 회전해서 출력 전압을 조절한다. 디지털 방식은 조절모듈과 롬이 IC형태로 구성된다. 즉, 제어부(20)에서 출력되는 조절신호에 따라 롬에 저장된 설정 전압을 로드해서 출력 전압을 조절한다. 이러한 가변저항(31)은 기기가 요구하는 특수성에 따라서 아날로그 또는 디지털 중 선택적으로 구성이 가능한데, 비교적 콤팩트 하고 반영구적인 디지털 방식으로 구성하는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명에 따른 상기 조절부(30)는 입력되는 조절신호를 순서대로 저장하는 메모리(35)를 더 구비한다. 메모리(35)는 가변저항(31)과 연동하는 비휘발성 기억 장치로서, MCU(21)로부터 출력되는 조절신호를 저장한다. 즉, MCU(21)로부터 출력되는 조절신호는 가변저항(31)에 입력됨과 동시에 N1,N2,N3···순서대로 저장한다. 여기서 MCU(21)로부터 조절신호가 입력되지 않으면, 조절모듈이 감지해서 마지막에 저장된 조절신호를 메모리(35)로부터 로드해서 출력 전압을 조절한다. 물론, 경우에 따라 마지막이 아닌 조절신호가 동일 내지 유사한 값으로 가장 많이 저장된 신호를 로드할 수도 있다.
따라서 조절이력을 순차적으로 저장함에 따라 제어부(20)의 기능이 상실하더라도 저장된 이력을 통해서 기기를 지속적으로 작동시킬 수가 있다. 또, 저장된 조절이력으로 고장원인을 보다 신속하고 정확하게 추적할 수가 있어 복구시간을 단축할 수가 있게 된다.
또, 본 발명에 따른 통신부(40)는 전원정보를 송신하도록 가시광선을 발광하는 LED(41)를 구비하고, 설정정보를 외부로부터 수신하도록 가시광선을 포집하는 수광소자(42)를 구비한다. 통신부(40)는 도 1처럼 외부와 교신하도록 각종 정보를 송·수신하는 것으로, 제어부(20)와 회로적으로 연결되어 가시광선과 적외선을 이용해서 외부와 통신한다.
가시광선은 전원정보를 송신하도록 가시광선을 발광하는 LED(41)와, 설정정보를 외부로부터 수신하도록 가시광선을 포집하는 수광소자(42)를 구비한다. 이러한 가시광선을 이용한 통신은 고주파수를 이용해서 주파수 간섭이 민감한 기기나 장비에서도 사용이 가능하다. 즉, 병원이나 연구소 및 관측소에서 사용하는 기기에 적용할 수가 있다. 또, 기존 RF통신에 비해서 전송속도가 10배 이상 빠르고 빛의 직진성과 차단성으로 인해 보완이 우수하며 가시광의 다양한 색상을 이용해서 단일 링크로 복수의 채널을 구현할 수 있으므로 서로 다른 정보를 양방향으로 동시에 전송할 수가 있다. 따라서 외부에서 기기에 관련한 정보를 유출하거나 조작할 수가 없고, 속도와 복수의 채널로 전송간에 딜레이를 최소화하며, 전송량에 구애받지 않고 적용이 가능하다.
이때, LED(41)는 기기 상에 부하로서 LED모듈이 내장된 경우 별도의 장착을 생략하고 기기에 내장된 LED모듈을 활용함과 함께 디밍 시 사용하는 2차스위칭부로 가시광을 제어해서 전원정보를 송신한다. 즉, 도 2처럼 조명기기, 광고기기, 디스플레이와 같이 직접 부하로서 LED모듈이 내장된 경우에는 전원정보를 송신하는 LED(41)를 대체해서 가시광 통신으로 사용한다. 이러한 기기에는 조도의 조절을 위해 디밍 제어부가 내장되며 디밍 제어부는 2차 스위칭부(3)와 연동해서 제어하게 된다. 따라서 LED모듈이 부하로 사용되는 기기에는 LED(41)를 생략함과 동시에 2차 스위칭부(3)를 통해서 가시광을 제어할 수 있어 전반적인 비용을 대폭 절감할 수가 있다. 물론, 직접 부하 외에 간접부하로서 LED모듈이 내장된 경우에도 LED(41)를 대체해서 가시광 통신으로 사용이 가능하다.
그리고 적외선은 도 1 및 도 2처럼 주변에 영향에 따라 가시광 통신이 불가능한 경우 보조적으로 전원정보와 설정정보를 송·수신하도록 적외선을 발광하고 포집하는 적외선 모듈(45)을 더 구비한다. 가시광 통신은 주변에 조명기구 또는 태양광 노출 정도에 따라서 통신이 불가능한 경우가 발생한다. 이 경우에는 전원정보와 설정정보를 외부와 교신할 수가 없으므로, 비교적 간섭에 구애받지 않는 적외선 모듈(45)로 통신한다. 이러한 적외선 모듈(45)은 가시광 통신이 불가능한 경우 외에도 가시광 통신과 함께 병행해서 통신하는 것이 좋다.
본 발명에 의한 스위칭 모드 파워 서플라이(100)는 통신부와 무선으로 연결되어 제어부(20)를 외부에서 제어하는 보조제어부(50)를 더 구비한다. 보조제어부(50)는 통신부(40)와 대응하도록 LED와 수광소자 및 적외선 모듈을 구성해서 파워 서플라이(100)와 무선으로 각종 정보를 송·수신한다.
이러한 보조제어부(50)는 수신된 정보를 표시하고 물리적 터치로 입력이 가능한 디스플레이(51)와, 제어부(20)로 정보를 송신하는 버튼(52)과, 송·수신정보를 순차적으로 저장하는 메모리(53)로 구성된다. 디스플레이(51)는 센서(11)로부터 측정된 전원정보 및 MCU(21)로부터 출력된 조절신호 그리고 저장된 설정정보를 표시한다. 버튼(52)은 MCU(21)에 저장된 설정정보를 변경하도록 정보를 조작하고, 메모리(53)는 디스플레이(51)에 표시된 정보와 버튼(52)에 의한 조작이력을 저장한다. 따라서 파워 서플라이(100)가 기기 자체에 내장되더라도 출력되는 전원 및 각종정보를 획득할 수가 있고, 필요에 따라 설정정보를 임의대로 제어할 수가 있다.
이때, 본 발명에 의한 보조제어부(50)는 휴대용 단말기가 원격으로 접속해서 상시 제어가 가능하도록 정보를 송수신하는 통신모듈(55)을 더 구비한다. 보조제어부(50)는 파워 서플라이(100)와 가시광선이나 적외선으로 통신하므로 근거리에서만 제어할 수 있는데, 원거리에서 서버나 휴대용 단말기로 제어할 수 있는 통신모듈(55)을 구성하는 것이 좋다. 이러한 통신모듈(55)은 전화접속 기지국과 무선으로 통신할 수 있는 LTE, Wibro, WCDMA 모뎀으로 구성한다. 따라서 기기에 해당하는 중앙본부 또는 관리자의 가정에서 컴퓨터나 스마트폰, PDA를 통해 상시 모니터링하면서도 긴급한 상황 시에 신속한 조치를 취할 수가 있다.
물론, 통신모듈(55)은 원거리가 아닌 블루투스, NFC 따위의 근거리 통신 모뎀으로 구성해도 무방하다. 이 경우에는 기기 근처 또는 주변에 있는 AP망을 이용할 수 있으므로 원거리에서 제어가 가능하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
1: 전원부 2: 정류부
3: 스위칭부 4: 변압부
5: 출력부 10: 측정부
11: 센서 20: 제어부
21: MCU 30: 조절부
31: 가변저항 35, 53: 메모리
40: 통신부 41: LED
42: 수광소자 45: 적외선모듈
50: 보조제어부 51: 디스플레이
52: 버튼 55: 통신모듈

Claims (4)

  1. 전원부, 정류부, 스위칭부, 변압부, 출력부, 2차 스위칭부를 구비하는 스위칭 모드 파워 서플라이에 있어서:
    상기 출력부에 출력되는 전원정보를 실시간 검출하는 센서를 구비하는 측정부;
    상기 검출된 전원정보를 설정된 정보에 따라 조절신호를 출력하는 MCU를 구비하는 메인 제어부;
    상기 조절신호를 입력받아 스위칭부의 펄스를 조절하는 가변저항과, 상기 메인 제어부의 기능이 상실하더라도 저장된 이력을 통하여 지속적으로 작동할 수 있도록 상기 조절신호를 입력되는 순서대로 저장하는 메모리를 구비하는 조절부;
    상기 전원정보를 송신하도록 가시광선을 발광하면서 상기 2차 스위칭부에 의해 디밍제어되어 조명부하로서 사용될 수 있는 LED 모듈과, 상기 설정정보를 외부로부터 수신하도록 가시광선을 포집하는 수광소자와, 전원정보와 설정정보를 송·수신하도록 적외선을 발광하고 포집하는 적외선 모듈을 구비하는 통신부; 및
    상기 통신부를 통해 수신된 정보를 표시하는 디스플레이와, 상기 메인 제어부로 정보를 송신하는 버튼과, 송·수신정보를 순차적으로 저장하는 메모리를 구비하여, 상기 통신부와 무선으로 연결되어 메인 제어부를 외부에서 제어하는 보조제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다출력과 이력조회가 가능한 가시광 통신기반 스위칭 모드 파워 서플라이.
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