KR101724433B1

KR101724433B1 - Dc 어댑터형 무정전 전원장치

Info

Publication number: KR101724433B1
Application number: KR1020150176945A
Authority: KR
Inventors: 정연일
Original assignee: (주)수지원넷소프트
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-04-11

Abstract

본 발명에 따른 무정전 전원장치는 DC 어댑터형으로서, 배터리와, 입력단을 통해 외부로부터 DC 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전부와, 상기 배터리에 충전되어 있는 DC 전력을 승압하여 출력단으로 출력하기 위한 전압 변환부와, 상기 입력단에 DC 전력이 공급될 때는 그 DC 전력을 상기 출력단으로 직접 제공하고, 상기 입력단에 DC 전력이 공급되지 않을 때는 상기 배터리의 충전 전력이 상기 전압 변환부에 인가되게 하는 스위치부와, 상기 배터리의 방전 경로와 상기 배터리를 충전하는 전류가 흐르는 경로에 각기 전기적으로 연결되는 2쌍의 연결 잭 및 연결 플러그를 포함하여 구성된다. 그리고, 잭과 플러그의 각 쌍에 있어서, 연결 플러그는 연결 잭에 삽입되면서 상호간에 전기적으로 연결될 수 있는 대응 구조로 장치의 케이스에 구비된다.

Description

DC 어댑터형 무정전 전원장치 { DC adaptor-typed UPS }

본 발명은, 무정전 전원장치, 특히, DC 입력단을 갖는 전기 기기들에 대해 개별적으로 무정전 상태를 유지할 수 있게 하는 장치에 관한 것이다.

무정전 전원 장치( UPS, Uninterrupted Power Supply )( 이하, '유피에스'라 칭한다. )는, 일반적으로 정전 등 비상 시에 배터리나 별도의 보조 전원에서 생성된 전력을 부하에 제공하는 장치로서, 상용 전력의 공급이 중단될 때 동작하여 수 초 내지 수 시간 동안 보조 전원에 의한 전력을 공급함으로써, 상용 전력을 공급받아서 동작하던 전기 설비나 장치, 시스템들을 정상적 동작상태로 유지하고, 필요한 경우에는 안전하게 중단 또는 종료할 수 있게 한다.

이러한 기능의 유피에스는, 예기치 않은 전원 중단에 의한 전기적 손상, 중요한 업무의 중단이나 데이터 손실 등, 그 피해를 회복하기가 어렵거나 쉽지 않은 전기적 설비, 예를 들어, 데이터 센터, 통신 장비, 의료 장비 등에는 반드시 필요하다.

그런데, 이와 같은 상업적으로 사용되는 전기 설비 등에 필요한 유피에스는 주로 대용량 출력을 위한 것으로서, 상용 전력의 공급중단 시에 다수의 전기 장치에 동시에 AC 전력을 공급할 수 있는 성능을 갖추고 있다. 따라서, 이러한 유피에스는 대체적으로 고가이며 그 크기 또한 상당하기 때문에, 정전 등의 비상 상태를 위하여 개인이 댁내에 구비하여 두거나 또는 전력 소비가 적은 몇 개의 전기 기기를 위해 구비하여 운용하기에는 적합하지 않다.

한편, 유무선 통신환경이 발전함에 따라, 개인들도 댁내나 또는 작은 사무 공간에, 컴퓨터와 노트북과 같은 기기들 외에도, 다양한 통신을 기반으로 하는 기기들, 예를 들어, 유무선 공유기, 인터넷 전화기, NAS( Network Attached Storage ), 게이트웨이, IPTV 셋탑박스 등을 보유하고 있다.

개인들은 댁내나 사무실내에서도 이러한 기기들을 통해, 서로 다른 기기들간에 데이터를 전달 또는 상호 공유하거나, 외부로부터 다운로드하는 방식으로 자신이 필요로하는 작업을 하거나, 또는 영화나 드라마와 같은 컨텐츠를 즐기기도 한다.

따라서, 특정한 기기, 예를 들어, 노트북과 같은 배터리를 기 구비하고 있는 기기가 상용전력의 공급 중단에 영향을 받지 않는다 하더라도, 다른 기기들은 정전 등의 전력공급 중단의 위험에 그대로 노출되어 있다. 즉, 개인이, 예를 들어 노트북을 통해 댁내의 NAS에 있는 전자 문서를 열어서 작업하는 중에 정전 사고가 있게 되면, 비록 노트북은 여전히 동작 중이더라도, 댁내의 타 기기, 예를 들어, 공유기, NAS 등의 동작이 중단되므로, 개인이 전자 문서에 대해 작업했던 내용은 모두 손실될 수 있다.

이러한 문제를 해소하기 위해서는, 댁내 등에 설치되는 소형의 통신 기기 등에도, 상용전력의 공급 중단 시에 일정 시간 동안은 전력을 공급하는 장치가 필요하다. 하지만, 현재 상업적으로 사용되고 있는 유피에스는, 개인이 댁내나 몇 개의 소전력의 통신 기기 등을 위해 구비하기에는 앞서 언급한 바와 같은 약점이 있다.

따라서, 개인들이 댁내에 구비하고 있는 통신 기기 등에도 크기나 가격 등에서 큰 부담없이 적용할 수 있는 유피에스가 필요하다. 그리고, 이러한 종류의 통신 기기들은, 통상적으로, 상용 전력으로부터 DC 전력을 공급하는 AC 어댑터(adaptor)가 함께 제공되는데, 이를 이용하면 개별 기기용 유피에스를 보다 소형으로 그리고 낮은 가격으로 제작하여 공급할 수가 있다.

본 발명은, AC 어댑터를 통해 DC 전력을 공급받아 동작하는 전기 기기들에 개별적으로 적용할 수 있는 DC 어댑터형 무정전 전원장치를 제공하는 것에 일 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 모듈식으로 구성되어 필요할 때에 손쉽게 타 모듈과 결착함으로써 무정전 유지시간을 증대시킬 수 있는 DC 어댑터형 무정전 전원장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 다양한 DC 동작 전원들에서 전기 기기가 필요로 하는 동작 전원에 적응적으로 맞추어서 무정전을 유지시킬 수 있는 DC 어댑터형 무정전 전원장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 상기 명시적으로 서술된 목적에 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 대한 구체적이고 예시적인 하기의 설명에서 도출될 수 있는 효과를 달성하는 것을 그 목적에 당연히 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따른 DC 어댑터형 무정전 전원장치는, 충방전이 가능한 배터리와, 입력단을 통해 외부로부터 DC 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전부와, 상기 배터리에 충전되어 있는 DC 전력을 승압하여 출력단으로 출력하기 위한 전압 변환부와, 상기 입력단에 DC 전력이 공급될 때는 그 DC 전력을 상기 출력단으로 직접 제공하고, 상기 입력단에 DC 전력이 공급되지 않을 때는 상기 배터리의 충전 전력이 상기 전압 변환부에 인가되게 하는 스위치부와, 상기 배터리의 방전 경로에 전기적으로 각각 연결되는 제 1연결 잭 및 제 1연결 플러그와, 상기 배터리를 충전하는 전류가 흐르는 경로에 전기적으로 각각 연결되는 제 2연결 잭 및 제 2연결 플러그를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2연결 플러그는, 상기 제 1 및 제 2연결 잭에 각기 삽입되면서 상호간에 전기적으로 연결될 수 있는 대응 구조로 무정전 전원장치의 케이스에 구비된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 전압 변환부는, 다수의 서로 다른 크기의 전압들 중에서 하나의 전압을 출력할 수 있도록 구성되고, 또한, 구비된 스위치에 의해 수동적으로 선택된 크기의 전압으로, 상기 배터리에 충전되어 있는 DC 전력을 승압하여 상기 출력단으로 출력하도록 구성된다.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 DC 어댑터형 무정전 전원장치는, 충방전이 가능한 배터리와, 입력단을 통해 외부로부터 DC 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전부와, 지정된 다수의 전압들 중에서 선택된 특정 전압으로, 상기 배터리에 충전되어 있는 DC 전력을 승압하여 출력단으로 출력하기 위한 전압 변환부와, 상기 입력단에 DC 전력이 공급될 때는 그 DC 전력을 상기 출력단으로 직접 제공하고, 상기 입력단에 DC 전력이 공급되지 않을 때는 상기 배터리의 충전 전력이 상기 전압 변환부에 인가되게 하는 스위치부와, 상기 외부로부터의 DC 전력의 전압 크기를 검출하고 그 검출된 크기에 상응하는 디지털 신호를 출력하는 검출부와, 상기 검출부에서 출력되는 디지털 신호를 유지하기 위한 래칭부를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 특정 전압은, 상기 래치부에 의해 유지되는 디지털 신호에 의해 선택된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 무정전 전원장치는, 상기 충전부에서 상기 배터리에 인가하는 DC 전력과 상기 배터리의 충전 전력이 각각 정류소자를 통해 상기 래칭부에 공급되도록 회로 연결된다. 본 실시예에서는, 상기 배터리의 방전 경로에 전기적으로 각각 연결되는 제 1연결 잭 및 제 1연결 플러그와, 상기 배터리를 충전하는 전류가 흐르는 경로에 전기적으로 각각 연결되는 제 2연결 잭 및 제 2연결 플러그를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2연결 플러그는, 상기 제 1 및 제 2연결 잭에 각기 삽입되면서 상호 간에 전기적으로 연결될 수 있는 대응 구조로 상기 무정전 전원장치의 케이스에 구비된다.

전술한 실시예들에서는, 상기 제 1연결 잭 및 상기 제 1연결 플러그가 상기 방전 경로상에 연결되는 지점과 상기 배터리의 일단(一端) 사이에, 전류가 일방(一方)으로만 흐르게 하는 소자가 연결될 수가 있다.

전술한 본 발명 또는, 하기에서 첨부된 도면과 함께 상세히 설명되는 본 발명의 적어도 일 실시예는, DC 전력을 공급받아 동작하는 전기 기기와 상용전원으로부터 그 DC 전력을 공급하기 위한 AC 어댑터간에 전기적으로 간단히 삽입 연결됨으로써 해당 전기 기기에 대해 상용전원의 중단 시에 안정된 무정전 상태가 소정 시간동안 유지될 수 있게 한다.

그리고, 본 발명에 따른 DC 어댑터형 무정전 전원장치들은 케이스가 서로 간에 손쉽게 결합될 수 있는 구조를 가짐과 동시에 그렇게 결합되었을 때 각 장치내의 배터리가, 현재의 전기적 연결외에 별다른 외부의 연결없이도, 함께 충전되고 또한 정전 시에는 함께 충전 전력을 전기 기기에 제공할 수 있다. 따라서, 사용자는 불필요해진 DC 어댑터형 무정전 전원장치가 있다면 그 전원장치를 현재 사용 중인 DC 어댑터형 무정전 전원장치에 단순히 결합시킴으로써 무정전 유지시간을 손쉽게 연장시킬 수가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 어댑터형 무정전 전원장치는 입력 전압의 크기를 자동으로 검출하여 그에 따른 DC 전력을 출력할 수 있으므로, 사용자는 자신이 사용하는 전기 기기의 전원 정격을 확인하는 등의 번거로움없이 매우 편리하게 임의의 DC 전력 사용의 전기 기기에 적용하여 해당 기기에 대해 무정전 상태를 제공할 수가 있다. 그리고, 전기 기기에 제공하는 출력 전압을, 입력 전압( 예를 들어, 그 전기 기기에 대해 제공해 준 AC 어댑터의 출력 전압 )에 적응적으로 맞추므로, 사용자가 전기 기기가 필요로 하는 전압에 맞지 않는 전압을 출력하는 무정전 전원장치를 부주의로 사용함에 따른 전기 기기의 손상 등을 미연에 방지할 수가 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, DC 어댑터형 유피에스의 구성을 보여주는 블럭도이고,
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, DC 어댑터형 유피에스내의 배터리를 충전시키기 위한 회로의 구성을 예시한 것이고,
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, DC 어댑터형 유피에스내의 배터리에 충전된 전력을 필요한 전압으로 승압시켜 출력하기 위한 회로의 구성을 예시한 것이고,
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, DC 어댑터형 유피에스의 구성회로가 내장되는 케이스의 형태를 예시한 것이고,
도 5는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, DC 어댑터형 유피에스내의 배터리에 충전된 전력을, 다양한 전압 크기에서 선택된 전압으로 승압시켜 출력하기 위한 회로의 구성을 예시한 것이고
도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 인가되는 DC 전압에 자동으로 맞춘 DC 전압을 출력할 수 있는 DC 어댑터형 유피에스의 구성을 보여주는 블록도이고,
도 7은, 도 6의 DC 어댑터형 유피에스에 구비되는 DC 컨버터가 전기적 제어신호에 의해 하나의 승압 전원이 선택되어 출력될 수 있게 하는 스위치 기반의 분압용 브랜치(branch)들을 예시한 것이고,
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 6의 DC 어댑터형 유피에스에 구비되는 전압 검출부의 회로 구성에 대한 일 예이고,
도 9는, 도 8의 전압 검출부가, 입력되는 외부 전압의 몇가지 크기에 따라 출력되는 신호의 값을 예시적으로 보여주는 표이고,
도 10은, 도 8의 전압 검출부가 입력 전압에 따라 출력하는 신호의 값을 정전 시에도 유지할 수 있도록 래치(latch)시키는, 본 발명의 일 실시예에 따른 래칭회로의 일부를 예시한 것이고,
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른, DC 어댑터형 유피에스들간에 서로 외형적으로 그리고 전기적으로 결합될 수 있도록 그 케이스에 연결 플러그와 연결 잭이 구비되어 있는 형태를 예시한 것이고,
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 어댑터형 유피에스들의 케이스가 서로 삽입되고 수용하면서 물리적으로 결합되는 모습을 보여주는 도면이다.

이하에서는, 본 발명에 따른 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 실시예들의 설명과 첨부된 도면에 있어서, 부기된 동일 번호는 특별한 사정이 없는 한 동일한 구성요소를 지칭한다. 물론, 본 발명에 대한 설명의 편의와 이해에 도움을 위해, 필요에 따라서는 동일한 구성요소에 대해서도 서로 다른 번호로 부기될 수도 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, DC 어댑터형 무정전 전원장치(100)의 구성을 보여주는 블럭도로서, 충방전이 가능한 배터리(140)와, 외부로부터 인가되는 DC 전압으로부 전력을 공급받아 상기 배터리(140)를 충전하는 충전부(110)와, 입력되는 DC 전압을 기 지정된 전압으로 변환하여 출력하는 DC 컨버터(120)와, 1쌍의 스위치(131,132)를 포함하여 구성된다.

상기 1쌍의 스위치에서 제 1스위치(131)는, 외부로부터 DC 전압이 인가될 때는 그 전력을 바로 유피에스의 출력단으로 전달하기 위한 것이고, 제 2스위치(132)는, 외부로부터 DC 전압이 인가되지 않을 때, 상기 배터리(140)의 충전 전압을 상기 DC 컨버터(120)에 입력하는 경로를 형성하기 위한 것이다.

상기 1쌍의 스위치(131,132)는, 전기회로를 물리적으로 단락/차단시키는 릴레이(relay)로 구현될 수도 있고, 또는 가해지는 전압의 유무에 따라 전자 경로가 형성 또는 차단되는 반도체 스위칭 소자에 의해 구현될 수도 있다.

상기 DC 어댑터형 유피에스(100)에는, 배터리(140)에의 충전 경로와 방전 경로 상에, 그리고 상기 DC 컨버터(120)의 출력단에 각각 다이오드(D11,D12,D13)가 결선되어 있다. 충전 경로 상의 다이오드(D11)는, 정전 시에, 즉 인가되는 DC 전력이 없을 때 상기 배터리(140)의 충전된 에너지가 상기 충전부(110)로 역류하여 누설되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 충전부(110)의 출력단에서 소모되는 전력이 미미하다면 상기 다이오드(D11)는 구비되지 않을 수도 있다.

방전 경로 상의 다이오드(D12)는, 임의 전기 기기에 대한 무정전 유지시간을 연장시키기 위해 1쌍의 연결 잭(101₁,101₂) 및/또는 1쌍의 연결 플러그(102₁,102₂)를 통해 타 DC 어댑터형 유피에스(들)와 서로 결합시켰을 때, 각 유피에스내의 배터리의 충전 전압의 차이로 인해 배터리들간에 전류가 흐르는 것을 방지하는 위한 것이다. 그리고, 출력단에 연결된 다이오드(D13)는, 상용전원이 인가되고 있을 때, 그에 따라 직접 공급되는 DC 전력이 상기 DC 컨버터(120)의 출력회로 측으로도 공급되어 전력이 불필요하게 소모되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 무정전 전원장치(100)에는, DC 전원의 입력단과 출력단 외에, 앞서 언급한 바와 같이 각기 1쌍의 연결 잭(101₁,101₂)과 연결 플러그(102₁,102₂)가 구비된다. 각기 1쌍의 연결잭과 연결 플러그의 구조와 작용에 대해서는 이후에 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 충전부(110)가, 도 2에 예시된 바와 같은 식으로 강압형 스위칭 레귤레이터(111)로써 구성된다. 본 실시예에서는, 최대 충전전압( 이하, '만충 전압'이라 한다. )이 외부로부터 인가되는 전압보다 낮은 정격(定格)의 배터리, 예를 들어, 만충 전압이 4.2[V]인 배터리를 사용한다. 따라서, 본 실시예에 따른, 상기 DC 어댑터형 유피에스(100)는, 4.2[V] 이상( 다이오드(D11)를 사용하는 경우 순방향 전압을 고려하여 4.5[V] 이상 )의 DC 전압을 제공하는 AC 어댑터의 출력단에 연결하여 사용할 수 있다.

물론, 이하에서 실시예로써 구체적으로 설명하는 본 발명의 개념과 원리는 만충 전압이 더 낮은 배터리를 채택하여도 그대로 적용될 수 있다. 이런 경우, 상기 DC 어댑터형 무정전 전원장치(100)는, 4.2[V]보다 더 낮은 DC 전압을 제공하는 AC 어댑터와 전기 기기 사이에 연결되어 사용될 수 있음은 물론이다.

도 2의 상기 충전부(110)에서의 상기 강압형 스위칭 레귤레이터(111)는, 출력단 전압(v_{11_O})이 지정된 기준전압( 예를 들어, 만충 전압 또는 그보다 수백 mV 낮은 전압 )이 될 때까지, 입력 전압(v_{11_I})을 인덕터(L1)로 인가하여 그 출력단에 연결된 상기 배터리(140)를 충전시킨다. 이 충전 동안에, 피드백되는 출력단 전압(v_{11_O})이 기준전압을 넘어서면, 상기 강압형 스위칭 레귤에이터(111)는, 입력 전압(v_{11_I})을 차단시켜 전류 공급을 중단시킨다. 공급 전류가 차단되는 순간에는, 다이오드(D1)에 의해 형성되어 있는 경로를 따라 인덕터(L1)에 흐르던 전류가 서서히 감소하게 된다.

이렇게 상기 배터리(140)에 충전된 전력이, 정전 등의 상황이 발생하여 소비됨으로써 또는 장시간에 걸친 누설로 인해 상기 기준전압보다 낮아지면, 상기 강압형 스위칭 레귤에이터(111)는 피드백 단자를 통해 이를 감지하여 다시 전술한 바의 충전동작을 재개하게 된다.

도 1의 상기 DC 컨버터(120)는, 도 3에 예시된 바와 같이, 승압형 스위칭 레귤레이터(121)로써 구성될 수 있다. 상기 승압형 스위칭 레귤레이터(121)는, 스위치단(switch)을 내부 저항을 통해 접지 측과 연결시킴으로써, 입력되는, 즉 상기 배터리(140)로부터 공급되는 전류에 의해 인덕터(L2)에 전기 에너지가 충전되도록 한 후, 스위치단을 접지 측으로부터 개방시켜 상기 인덕터(L2)에 흐르던 전류가 다이오드(D2)를 통해 출력측 커패시터(C2_{_OUT})를 충전시키도록 한다. 이러한 과정에 의해 출력단 전압(v_{12_O})은 승압된다.

이러한 승압 동안에, 그 출력단 전압(v_{12_O})에서 분압되어 피드백되는 전압이 기 설정된 기준전압을 넘어서면, 상기 승압형 스위칭 레귤레이터(121)는, 상기 스위치단(switch)을 다시 접지측으로 연결시켜, 출력측으로의 전류 흐름을 차단시킨다.

상기 출력측 커패시터(C2_{_OUT})에 충전된 전력이 출력단에 연결된 전기 기기에 공급됨으로써 그 전압이 낮아져, 상기 피드백되는 전압도 기준전압 이하로 감소하면, 상기 스위치단을 접지단으로부터 개방시켜 인덕터(L2)에 흐르던 전류가 다이오드(D2)를 통해 흐르게 함으로써 출력단 커패시터(C2_{_OUT})의 전압을 다시 상승시키게 된다.

전술한 바와 같은 상기 승압형 스위칭 레귤에이터(121)의 승압 동작에 의해, 상기 DC 컨버터(120)의 출력 전압은, α(1+R21/R22)이 된다. 여기서, 상수 α는 상기 승압형 스위칭 레귤레이터(121)의 내부 회로특성에 의해 정해진 전압 값이다. 이 상수 α가 1.25[V]인 승압형 스위칭 레귤레이터(121)를 채택하고, R21/R22의 비율이 3, 6.2 또는 8.6이 되는 저항 소자로써 회로 구성하게 되면, 상기 DC 컨버터(120)는 상기 배터리(140)에 충전된 전압, 예를 들어 3.7[V]를 약 5[V], 9[V] 또는 12[V]로 승압하여 출력하게 된다.

사용자는, AC 어댑터를 통해 동작 전력을 공급받는 임의의 전기 기기에 대해서, 그 전기 기기가 사용하는 DC 전압에 맞는 전압을 출력하는 DC 컨버터가 내부 회로구성된 상기 DC 어댑터형 유피에스(100)를, 그 전기 기기와 그 기기를 위해 제공된 AC 어댑터의 사이에 전기적으로 삽입결선시킴으로써 그 전기 기기에 대해 매우 손쉽게 무정전을 구현시킬 수가 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 DC 어댑터형 유피에스(100)의 구성회로가 내장되는 케이스(10)의 형태를 도시한 것으로서, AC 어댑터의 DC 플러그가 끼워지도록 형성된 DC 잭(151)과 상기 DC 컨버터(120)의 출력 전압이 공급될 수 있는 DC 플러그(152)가 서로 대응되는 면에 구비되어 있다. 상기 DC 잭(151)은 회로적으로 상기 충전부(110)의 입력단과 연결되어 있다.

사용자가, DC 전력을 공급받아 동작하는 임의의 전기 기기의 AC 어댑터에 구비된 DC 플러그를 상기 DC 잭(151)에 삽입하여 연결하고, 상기 DC 플러그(152)를 그 전기 기기에 구비된 DC 잭에 삽입하여 설치해 두면, 상기 DC 어댑터형 유피에스(100)는 그 전기 기기에 대해 무정전 상태를 유지할 수 있게 된다.

이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상용 전원이 인가되는 상태에서는, 상기 제 1스위치(131)에 의해 그 상용전원이 바로 출력단에, 즉 상기 DC 플러그(152)에 의해 연결된 전기 기기에 전력을 공급하게 된다. 이 때는, 상기 충전부(110)가 전술한 바와 같이 상기 배터리(140)를 충전하게 된다. 그리고, 상기 DC 컨버터(120)의 입력단은 상기 제 2스위치(132)에 의해 개방된 상태이므로, 그 어떤 전류도 인가되지 않아 전력을 소비하지 않는다.

이 상태에서, 예기치 않게 상용전원의 공급이 중단되면( 즉, AC 어댑터에 의한 입력 전압이 없으지면 ), 상기 제 1 및 제 2스위치(131,132)의 연결단이 각기 전환됨으로써, 외부 전력 입력단과의 경로가 차단되고, 동시에 상기 배터리(140)와 상기 DC 컨버터(120) 사이에 전류 경로가 형성된다. 따라서, 정전되는 순간부터 상기 배터리(140)에 충전되어 있는 전력이 상기 DC 컨버터(120)를 통해 상기 전기 기기가 필요로 하는 전압으로 승압되어 해당 전기 기기에 공급된다. 이로 인해 해당 전기 기기는 정전 상황을 겪지 않게 된다. 이렇게 제공되는 무정전 상태는, 상기 배터리(140)의 충전 전력이 소모될 때까지 유지된다.

직경 약 1cm, 높이 약 6cm정도의 소형의 충방전용 배터리는, 그 용량이 3600 [mA·h] at 3.7[V] 정도인데, 이는 만충 시 약 13.3 [W??h]의 전기 에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 소형의 충방전용 배터리를 DC 어댑터형 유피에스에 채택하여 사용하더라도, 소비전력이 4[W] 정도되는 유무선 공유기의 경우에 3시간 이상의 무정전 상태를 유지할 수 있게 된다.

상기 배터리(140)의 충전 전력에 의해 해당 전기 기기에 전력을 공급하는 동안에, 상용 전력에 의한 DC 전원이 다시 인가되면, 원래의 상용 전원 공급상태로 전환되면서, 상기 배터리(140)에는 그 동안 방전된 만큼 상기 충전부(110)에 의해서 충전된다.

통상적으로, 충방전용 배터리는 충전과 방전이 반복되면서 그 충전 용량이 급감하여 그 수명을 다하게 되는데, 만약의 정전에 대비하기 위한 무정전 전원장치에 충방전용 배터리를 채택한 경우, 그 방전은, 상용전원의 공급이 중단될 때 이루어지므로 극히 드물게 발생하게 된다. 따라서, 상기 DC 어댑터형 유피에스(100)에 적용되었을 때는 매우 긴 시간이 지나도 그 배터리의 충방전에 따른 수명은 거의 줄어들지 않을 수 있다. 즉, 상기 DC 어댑터형 유피에스(100)에 장착된 배터리는 교체없이 반영구적으로 사용할 수가 있다.

전술한 실시예들에서의 DC 어댑터형 무정전 전원장치는, 회로적으로 결정된 크기의 DC 전압을 출력하는 것이었다.

본 발명에 따른 다른 실시예들에서는, 몇 개의 정해진 출력 전압들 중에서 선택된 하나의 DC 전압이 출력되도록 DC 어댑터형 무정전 전원장치가 구성될 수도 있다. 도 5는 본 실시예에 따른 DC 어댑터형 유피에스의 DC 변환기(120')의 회로 구성을 나타낸 것이다.

도 5에 따른 실시예는, 도 3의 실시예에서와 동일한 승압형 스위칭 레귤레이터(121)가 사용된 것으로서, 피드백되는 전압을 만드는 분압회로를 제외하고는 도 3의 회로 구성과 동일하다. 분압 회로는, 도시된 바와 같이, 제공할 수 있는 전압 종류와 동일한 수의 분압 비율(R21/R22_k, k=1,2,3)을 가지며, 다수의 분압 비율 중 하나가 작용되도록 분압용 브랜치(branch)를 선택할 수 있는 딥 스위치(122)가 구비되어 있다.

도 5의 회로 구성은, 3개의 출력가능한 DC 전압을 제공하기 위한 것으로서, 앞서 예를 들어 설명한 동일한 승압형 스위칭 레귤레이터(121)에 대해서, 각 브랜치에서의 저항의 비가, 예를 들어 R21/R22₁ = 3, R21/R22₂ = 6.2, R21/R22₃ = 8.6이 되는 저항 소자들을 사용함으로써, 5[V], 9[V] 그리고 12[V] 중 하나의 출력 전압이 선택될 수 있다. 출력되는 DC 전압은, 구비된 딥스위치(122)의 하나의 핀 만을 선택하여 저항소자 측과 연결시킴으로써 그 크기가 결정된다. 상기 딥스위치(122)는 그 핀들이 상기 케이스(10)에 형성된 홈을 통해 외부로 돌출되게 구비된다.

본 발명에 따른 또 다른 일 실시예에서는, 사용자로 하여금 수동으로 출력 전압을 선택하도록 하지 않고, 출력 전압의 크기를 입력되는 전압에 자동으로 맞추도록 DC 어댑터형 무정전 전원장치가 구성될 수도 있다. 도 6은, 본 실시예에 따른 DC 어댑터형 유피에스(200)의 구성을 보여주는 블럭도이다.

도 6에 예시된 실시예에 따른 DC 어댑터형 유피에스(200)는, 외부로부터 인가되는 DC 전압을 검출하는 전압 검출부(250)와, 그 검출된 전압에 해당하는 디지털 값을 유지하기 위한 래칭부(260)를 더 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 유피에스(200)내의 DC 컨버터(220)는, 도 5에 예시된 바와 동일한 회로 구조로써 다수의 지정된 전압들 중 하나를 선택하여 출력할 수 있는 구성을 가지되, 도 7에 예시된 바와 같이, 승압형 스위칭 레귤레이터에 피드백되는 신호(feedback_s)를 만드는 각 분압 브랜치의 분압 비율( =R22_k/(R21+R22_k), k=1,2,.. )이, 인가되는 전기적 신호( L_Ds_k, k=1,2,.. )( 이 전기적 신호가 만들어지는 방법에 대해서는 이후에 상세히 설명된다. )에 의해 자동으로 선택될 수 있는 스위치들, 예를 들어 nMOS 트랜지스터들로 구성된 스위치 박스(222)의 회로를 갖는다. 물론, 이 스위치들 중 하나에 의해 전류 경로가 형성되는 브랜치의 분압 비율을 만드는 저항 비( =R21:R22_i )는, 도 5의 실시예에서 설명한 바와 같은 방식으로 정해져 회로 구성에 적용된다.

도 7에 도시된 스위치 박스(222)내의 각 스위치는, 게이트의 입력 신호( L_Ds_k, k=1,2,.. )가 하이(HIGH)가 될 때, 전류가 흐르는 브랜치를 형성하게 되며, 로우(LOW)일 때는 해당 브랜치는 단선된 상태가 된다.

도 8은, 상기 전압 검출부(250)의 일 실시예에 따른 회로도로서, 상기 DC 어댑터형 유피에스(200)가, DC 전력으로 통상적으로 사용하는 4개의 전압들에서 하나를 자동으로 파악하여 그와 동일한 전압을 출력하는 것을 전제하여 구성된 것이다. 물론, 이하에서 예시적으로 설명하는 동작 원리를 그대로 원용하여 5개 이상의 전압들 중에서 하나를 선택하여 출력하는 회로를 구성할 수도 있다.

도 8에 도시된 각 비교기(Ck, k=1,2,3,4)는, 외부로부터 입력되는 DC 전압으로부터 분압된 전압을 기준 전압(V_REF)과 비교하여 분압된 전압이 더 크면 하이(HIGH)의 신호를 출력한다. 여기서, 기준 전압(V_REF)은, 상기 충전부(210)의 출력 전압(V_{CU_OUT})보다는 낮은 전압, 예를 들어 1.4[V]를 사용한다. 그리고, 입력전압을 각 비교기에 분압인가하는 저항 비율이, R₃₁/R₃, R₃₂/R₃, R₃₃/R₃, R₃₄/R₃순으로 약 2, 5, 6, 10이 되게 하는 저항 소자들로써 회로 연결하게 되면, 일반적으로 DC 전력으로써 사용하는 몇가지 입력 전압들에 대해 각 비교기는 도 9의 표와 같이 구분되는 출력 레벨(91)을 갖게 된다.

상기 비교기들이 가질 수 있는 출력 레벨의 각 조합에 대해서, 도 8의 논리연산회로(251)는, 도 9의 표에서와 같이, 하나만이 '논리 1'인 값이 되는 신호(92)를 출력하게 된다. 이하, 상기 논리연산회로(251)의 출력신호를 '판별신호'라 칭한다.

상기 판별신호는, 후단의 상기 래칭부(260)에 인가됨으로써 그 디지털 값이 유지된다. 도 10은, 상기 래칭부(260)가 인가된 판별신호의 레벨을 유지하는 회로를 단일의 판별신호(Ds_n, n=1,2,..)에 대해서만 도시한 것으로서, 판별신호의 값은 클럭단(CLK)이 하이로 천이될 때 출력단(Q)에 래치된다.

상기 클럭단에 인가되는 신호는, 저항 소자(R_4n)를 통해 커패시터(C_4n)에 충전되는 상기 충전부(210)의 출력 전압(V_{CU_OUT})이다. 따라서, 외부에서 DC 전원이 상기 충전부(210)에 인가되는 순간에 상기 전압 검출부(250)에 전력이 공급됨으로써 과도기를 거쳐 전술한 바와 같이, 그 입력 전원의 크기에 따라 판별신호가 결정되고, 이렇게 결정되어 안정화되기에 충분한 시간이후에 상기 커패시터(C_4n)에 전압이 문턱 전압 이상으로 충전됨으로써 그 결정된 판별신호의 값이 각각의 플립플롭(FF_n)에 래치된다.

이렇게 입력 전압의 크기에 상응하는 판별신호가 상기 래칭부(260)에 래칭된 후에는 그 값은 상용전원이 공급 중단되어도 각 플립플롭(FF_n)에서 유지된다. 이는, 도 6에 예시된 바와 같이, 상기 래칭부(260)에는 이중화된 전원(V_{Db_S})이 공급되기 때문이다. 상기 이중화된 전원(V_{Db_S})은, 각기 다이오드(D24,D25)를 통해 공급될 수 있는 상기 충전부(210)의 출력 전압(V_{CU_OUT})과 배터리의 충전 전압이다.

상용 전력에 의한 DC 전원이 인가되어 상기 충전부(210)가 전력을 공급하고 있을 때는, 상기 이중화된 전원(V_{Db_S})은 상기 충전부(210)에서 공급되고, 배터리로부터는 공급되지 않는다. 도 6의 회로 구성에서 보는 바와 같이, 충전부의 출력 전압(V_{CU_OUT})은 배터리의 충전 전압보다 다이오드의 순방향 전압만큼 더 높아서, 배터리 출력단에 연결된 다이오드(D25)는 턴온되지 않기 때문이다.

만약 상용전원의 공급이 중단되면, 상기 충전부(210)의 출력 전압(V_{CU_OUT})이 감소함과 동시에 배터리 측의 다이오드(D25)가 턴온됨으로써, 배터리에 충전된 전압이 상기 래칭부(260)에 여전히 전력을 공급하게 된다. 따라서, 상기 래칭부(260)에 의해 래치된 상기 판별신호의 값은 상용 전원의 공급중단에도 소실되지 않고 그대로 유지된다. 그리고, 상기 충전부(210)의 출력단과 상기 이중화된 전원(V_{Db_S}) 사이에 연결된 다이오드(D24)는, 상기 배터리의 충전 전력이 상기 래칭부(260)에 공급되는 동안에 상기 전압 검출부(250)로 전력이 공급되는 것을 차단한다.

전술한 바와 같이 상기 래칭부(260)에 의해 래치되어 있는 판별신호(L_Ds_n, n=1,2,..)는 앞서 설명한 바 있는, 도 7의 상기 DC 컨버터(220)의 스위치 박스(222)에 제어신호로서 인가됨으로써, 그 중 하나, 즉 상기 전압 검출부(250)에 의해 판별된 입력 전압이 출력될 수 있게 하는 저항비의 브랜치(branch)만이 분압을 위해 작용되게 한다. 따라서, 상용 전원의 공급이 중단되면 그 순간, 스위치(232)의 절환에 의해 배터리의 충전 전압이 상기 DC 컨버터(220)에 공급된다. 그리고, 분압 작용을 하는 하나의 브랜치의 저항 비(ratio)에 의해 분압된 전압이 승압형 스위칭 레귤레이터에 피드백됨으로써, 배터리의 충전 전압은, 그 저항 비에 의해 정해지는 출력 전압, 곧 스위치(231)를 통해 바로 공급되고 있었던 외부 DC 전압과 동일한 전압으로 승압되어 상기 DC 플러그(152)를 통해 연결된 전기 기기에 공급된다.

지금까지, AC 어댑터 등을 통해 DC 전력을 공급받아 동작하는 다양한 전기 기기들에 적용할 수 있는 DC 어댑터형 무정전 전원장치의 전기적 회로 구성에 대한 다양한 실시예들에 대해 설명하였다. 이하에서는, 전술한 바의 실시예들에서 구비되어 있는 2쌍의 연결 잭과 연결 플러그의 작용에 대해 상세히 설명한다.

도 11은, 앞서 언급한 바 있는 연결 잭과 연결 플러그가 형성된 구체적 형태를 보여주는 부분 사시도로서, 도 4에 예시된 바와 같이, 상기 케이스(10)의 양 측면에 각기 형성되어 있다.

1쌍의 연결 잭(101₁,101₂)은, 상기 케이스(10)의 일부분을 구성하는 각 수용박스(11₁,11₂)내에 구비되고, 1쌍의 연결 플러그(102₁,102₂)는, 상기 수용박스가 형성된 면의 반대측의 단차진 양 단에 돌출 형성된 각 삽입박스(12₁,12₂)내에 구비된다. 그리고, 각 수용박스(11₁,11₂)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 각 삽입박스(12₁,12₂)가 끼워져 삽입될 수 있는 빈공간(11a)의 구조를 갖는다. 다시 말하면, 하나의 DC 어댑터형 유피에스의 한 쌍의 삽입박스는, 도 12에 도시된 바와 같이, 동일한 형태로 케이싱(casing)된 다른 DC 어댑터형 유피에스(302)에 대향되게 형성되어 있는 한 쌍의 수용박스에 끼워지면서 양 유피에스(301,302)가 서로 밀착되어(401) 연결된다.

도 12에 예시된 바와 같이, 서로 다른 DC 어댑터형 유피에스에서 서로 대향되는 삽입박스(51)가 수용박스(52)내로 끼워지게 되면, 그 내부에 구비된 연결 플러그(102₁,102₂)가 대응되는 연결 잭(101₁,101₂)에 또한 끼워지면서 전기적으로도 서로 연결된다. 이렇게 되면, 도 1 또는 도 6과 같은 회로 구성을 동일하게 갖는 양 유피에스 중에서, 현재 DC 플러그(41)가 연결되어 있는 유피에스(301)가 타 유피에스(302)로도 외부 전원을 공급하여 각각의 충전부에 의해 각 유피에스내의 배터리를 충전하게 된다.

그리고, 이렇게 양 유피에스가 서로 끼워져 결합된 상태에서, 상용전원 공급의 중단 사태가 발생하면, 양 유피에스내에 각기 구비되어 있는 배터리에 충전되어 있는 전력은, 양 유피에스들 중에서 현재 DC 플러그가 전기 기기에 연결되어 있는 유피에스의 DC 컨버터를 통해 해당 전기 기기에 필요한 DC 전압으로 공급된다. 즉, DC 어댑터형 유피에스를 서로 끼워서 연결해 두게 되면, 충전 배터리는 함께 사용됨으로써 해당 전기 기기에 대해 제공할 수 있는 무정전 시간이 약 2배 정도로 연장되는 것이다.

전술한 바의 DC 어댑터형 유피에스는 3개 이상의 결합도 물론 가능하다. 도 12의 예시에서, 좌측의 유피에스(301) 또는 우측의 유피에스(302)에 본 발명에 따른 동일 구조의 또 다른 DC 어댑터형 유피에스를 하나 이상 연결할 수가 있다. 이런 식으로 복수개의 DC 어댑터형 무정전 전원장치를 연결하여 사용하면 그 수에 비례하여 하나의 기기에 대한 무정전 시간을 연장시킬 수가 있다.

또한, 전술한 바의 DC 어댑터형 유피에스는, 서로 다른 크기의 DC 전압을 출력하는 회로 특성을 갖는 DC 변환기( 예를 들어, 5[V] 와 12[V] 용 유피에스 )가 각기 구비된 유피에스들이라도 케이스를 서로 결합해 두면 정전 시에 하나의 DC 변환기가 복수 배터리들의 충전 전력을 사용할 수 있는 회로를 구비하고 있어서, 서로 결합된 유피에스에서 필요한 DC 전압을 출력하는 유피에스에 구비된 플러그를 하나의 전기 기기에 연결하여 사용함으로써 그 전기 기기에 대한 무정전 시간을 연장시킬 수가 있다.

본 발명에 따른 다른 실시예들에서는, 전술한 바의 2쌍의 연결 잭과 연결 플러그를 구비하지 않는 DC 어댑터형 무정전 전원장치가 구성될 수도 있다.

지금까지 본 발명에 대해 설명한 다양한 실시예들과 그 실시예에서 설명한 구조와 작용 등은 서로 양립할 수 없는 경우가 아니라면, 상호 다양한 방식으로 선택적으로 결합되어 실시 가능하다.

이상, 전술한 본 발명의 실시예들은, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

10: 케이스 11_k: 수용박스
12_k: 삽입박스 41: DC 플러그
100,200,301,302: DC 어댑터형 무정전 전원장치
101_k,201_k: 연결 잭 102_k,202_k: 연결 플러그
110,210: 충전부 111: 강압형 스위칭 레귤레이터
120,120',220: DC 컨버터 121: 승압형 스위칭 레귤레이터
122: 딥스위치 131,132,231,232: 스위치
140: 배터리 151: DC 잭
152: DC 플러그 222: 스위치 박스
250: 전압 검출부 260: 래칭부

Claims

DC 전원으로부터 전력을 충전하고 그 충전된 전력을 DC 전압으로 타 장치에 공급할 수 있는, 케이스로 하우징된 장치에 있어서,
충방전이 가능한 배터리와,
입력단을 통해 외부로부터 DC 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전부와,
인가되는 DC 전력을 상기 배터리의 충전 전압보다 높은 전압으로 승압하여, 외부 기기의 전원 공급단이 연결되는 출력단으로 출력하기 위한 전압 변환부와,
상기 입력단에 DC 전력이 공급될 때는 그 DC 전력을 상기 출력단으로 직접 제공하고, 상기 입력단에 DC 전력이 공급되지 않을 때는 상기 배터리의 충전 전력이 상기 전압 변환부에 인가되게 하는 스위치부와,
상기 배터리의 방전 경로 상의 양극(兩極)에 전기적으로 각기 연결되는, 상기 케이스의 외면에 구비된 제 1연결 잭 및 제 1연결 플러그와,
상기 배터리를 충전하는 전류가 흐르는 경로 상의 양극(兩極)에 전기적으로 각기 연결되는, 상기 케이스의 외면에 구비된 제 2연결 잭 및 제 2연결 플러그를 포함하여 구성되되,
상기 제 1 및 제 2연결 플러그는, 상기 제 1 및 제 2연결 잭에 각기 삽입되면서 상호간에 전기적으로 연결될 수 있는 대응 구조를 가지며, 상기 제 1연결 잭 및 제 1연결 플러그는 상기 케이스의 서로 반대측의 외면에 각기 구비되고, 또한 상기 제 2연결 잭 및 제 2연결 플러그도 상기 케이스의 서로 반대측의 외면에 각기 구비되어 있는 것인 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전압 변환부는, 다수의 서로 다른 크기의 전압들 중에서 하나의 전압을 출력할 수 있도록 구성되되, 구비된 스위치에 의해 수동적으로 선택된 크기의 전압으로, 상기 배터리에 충전되어 있는 DC 전력을 승압하여 상기 출력단으로 출력하도록 구성된 것인 장치.
DC 전원으로부터 전력을 충전하고 그 충전된 전력을 DC 전압으로 타 장치에 공급할 수 있는 장치에 있어서,
충방전이 가능한 배터리와,
입력단을 통해 외부로부터 DC 전력을 공급받아 상기 배터리를 충전시키기 위한 충전부와,
인가되는 DC 전력을 상기 배터리의 충전 전압보다 높은 전압으로 승압하여 출력단으로 출력하기 위한 전압 변환부와,
상기 입력단에 DC 전력이 공급될 때는 그 DC 전력을 상기 출력단으로 직접 제공하고, 상기 입력단에 DC 전력이 공급되지 않을 때는 상기 배터리의 충전 전력이 상기 전압 변환부에 인가되게 하는 스위치부와,
상기 외부로부터의 DC 전력의 전압 크기를 검출하고 그 검출된 크기에 상응하는 디지털 신호를 출력하는, 상기 입력단에 DC 전력이 공급되는 동안에만 동작하는 검출부와,
상기 검출부에서 출력되는 디지털 신호를 유지하기 위한 래칭부를 포함하여 구성되되,
상기 전압 변환부는, 상기 래칭부에 의해 유지되는 디지털 신호가 지시하는, 지정된 다수의 전압들 중 하나인 특정 전압으로, 상기 배터리의 DC 전력을 승압하여 출력하도록 구성되고,
상기 장치는, 상기 입력단에 DC 전력이 공급될 때는 그 공급되는 DC 전력이 상기 래칭부에 제공되고, 상기 입력단에 DC 전력이 공급되지 않을 때는 상기 배터리의 충전 전력이 상기 래칭부에 공급되도록 회로 연결된 것인 장치.
제 3항에 있어서,
상기 장치는, 상기 충전부에서 상기 배터리에 인가하는 DC 전력과 상기 배터리의 충전 전력이 각각 정류소자를 통해 상기 래칭부에 공급되도록 회로 연결된 것인 장치.
제 3항에 있어서,
상기 배터리의 방전 경로 상의 양극에 전기적으로 각기 연결되는, 상기 장치의 케이스의 외면에 구비된 제 1연결 잭 및 제 1연결 플러그와,
상기 배터리를 충전하는 전류가 흐르는 경로 상의 양극에 전기적으로 각기 연결되는, 상기 케이스의 외면에 구비된 제 2연결 잭 및 제 2연결 플러그를 포함하여 구성되되,
상기 제 1 및 제 2연결 플러그는, 상기 제 1 및 제 2연결 잭에 각기 삽입되면서 상호 간에 전기적으로 연결될 수 있는 대응 구조를 가지며, 상기 제 1연결 잭 및 제 1연결 플러그는 상기 케이스의 서로 반대측의 외면에 각기 구비되고, 또한 상기 제 2연결 잭 및 제 2연결 플러그도 상기 케이스의 서로 반대측의 외면에 각기 구비되어 있는 것인 장치.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,
상기 제 1연결 잭 및 상기 제 1연결 플러그가 상기 방전 경로상에 연결되는 지점과 상기 배터리의 일단(一端) 사이에는, 전류가 일방(一方)으로만 흐르게 하는 소자가 연결되어 있는 것인 장치.