KR101868020B1 - 모바일 엑스선 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 예시적 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치는, 엑스선을 조사하는 엑스선 조사부; 엑스선 조사부에 전원을 공급하는 배터리; 배터리를 충전시키는 충전부; 배터리 또는 충전부로부터 전원을 공급받으며 배터리의 상태에 기초하여 제 1 신호를 출력하는 BMS; 제 1 신호에 따라 오프 되어 BMS로 공급되는 전원을 차단하는 제 1 스위치;를 포함하며, 제 1 스위치는 BMS의 전원이 차단된 상태에서는 충전부에서 공급되는 전원에 의해 온 되어 BMS에 전원을 공급할 수 있다.

Description

모바일 엑스선 장치{Mobile X RAY Apparatus}
본 개시는 리튬 이온 배터리를 포함하는 모바일 엑스선 장치에 관한 것이다.
엑스선(X-ray)이란, 일반적으로 0.01 ~ 100 옴스트롬(Å)의 파장을 갖는 전자기파로서, 물체를 투과하는 성질을 가지고 있어서 생체 내부를 촬영하는 의료장비나 일반산업의 비파괴검사장비 등에 일반적으로 널리 사용될 수 있다.
엑스선을 이용하는 엑스선 장치는 엑스선 소스에서 방출된 엑스선을 대상체에 투과시키고, 투과된 엑스선의 강도 차이를 엑스선 디텍터에서 검출하여 대상체에 대한 엑스선 영상을 획득할 수 있다. 엑스선 장치는 엑스선 영상으로 대상체의 내부 구조를 파악하고 대상체를 진단할 수 있다. 엑스선 장치는 대상체의 밀도, 대상체를 구성하는 원자의 원자번호에 따라 엑스선의 투과율이 달라지는 원리를 이용하여 대상체의 내부 구조를 손쉽게 파악할 수 있다는 장점이 있다.
엑스선의 파장이 짧으면 투과율이 커지고 화면이 선명(Brightness)해진다.
한편, 엑스선 장치는 엑스선 조사부와 엑스선 디텍터가 일정 공간에 고정되어 있다. 따라서, 엑스선 촬영을 하기 위해서는 환자가 엑스선 장치가 위치하는 검사실로 이동해야 한다.
그러나, 거동이 불편한 환자의 경우에는 일반적인 엑스선 장치로 엑스선 촬영을 하는데 어려움이 있기 때문에 장소에 구애 받지 않고 엑스선 촬영을 수행할 수 있는 모바일 엑스선 장치가 개발되었다.
모바일 엑스선 장치는 이동 가능한 본체에 엑스선 조사부가 장착되고, 휴대용 엑스선 디텍터(portable x-ray detector)를 사용하기 때문에 거동이 불편한 환자를 직접 찾아가 엑스선 촬영을 수행할 수 있다.
본 개시에서는 BMS(배터리 관리부; Battery Management System)가 셧 다운 된 상태에서 BMS에 전원을 공급하여 BMS를 웨이크 업(wake up) 시키는 장치를 제공한다.
본 개시의 예시적 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치는, 엑스선 조사부에 전원을 공급하는 배터리; 배터리를 충전시키는 충전부(charger); 배터리의 전압 및 온도 중 적어도 하나를 검출하여 배터리의 상태를 결정하며, 결정된 배터리 상태에 기초하여 제 1 신호(shut down signal)를 출력하는 BMS(Battery Management System); 배터리에서 공급된 전원을 BMS를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하는 DC-DC 컨버터; 및 제 1 신호에 따라 오프 되어 DC-DC 컨버터로 공급되는 전원을 차단하는 제 1 스위치(FET);를 포함하고, BMS는 상기 제 1 스위치가 오프 됨에 따라 셧 다운되며, 제 1 스위치는 BMS가 셧 다운 된 상태에서는 충전부에서 공급되는 전원에 의해 온 상태로 전환될 수 있다.또한, 모바일 엑스선 장치는, 제 2 스위치를 더 포함하며, 제 2 스위치는 BMS에서 출력되는 제 1 신호에 기초하여 온 또는 오프 되고, 제 1 스위치는 제 2 스위치가 온 됨에 따라 온 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, BMS는 제 2 스위치의 구동 전원을 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 제 2 스위치는 BMS가 셧 다운 된 상태에서는 오프 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, BMS는 제 3 신호를 출력하며, 제 1 스위치는 제 3 신호에 의해 온 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 모바일 엑스선 장치는, 제 3 스위치를 더 포함하며, 제 3 스위치는 BMS가 셧 다운 된 상태에서는, 충전부에서 공급되는 전원에 의해 온 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 모바일 엑스선 장치는, 제 4 스위치를 더 포함하며, 제 4 스위치는 구동 전원이 없는 경우 온 상태를 유지하며, 제 4 스위치의 일 측은 제 3 스위치와 연결되어 제 3 스위치를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, BMS는 제 4 스위치의 구동 전원을 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 모바일 엑스선 장치는, 방전 FET를 더 포함하며, 방전 FET는 BMS에서 출력된 신호에 기초하여 온 또는 오프 상태로 제어되고, 배터리가 방전되는 경우에는 온(on) 되고, 배터리를 충전하는 경우에는 오프 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 방전 FET는, 오프 된 경우 상기 배터리의 마이너스 단자로부터 상기 충전부로 전류 패스(path)를 형성할 수 있다.
또한, 모바일 엑스선 장치는, 충전 FET를 더 포함하며, 충전 FET는 BMS에서 출력된 신호에 기초하여 온 또는 오프 상태로 제어되며, 배터리를 충전시키는 경우에는 온(on) 되고 배터리를 방전시키는 경우에는 오프 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 충전 FET는, 오프 된 경우 엑스선 조사부로부터 상기 배터리의 마이너스 단자로 전류 패스를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 배터리는 리튬 이온 배터리일 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치는, 엑스선을 조사하는 엑스선 조사부; 엑스선 조사부에 전원을 공급하는 배터리; 배터리의 상태에 기초하여 셧 다운되는 BMS(Battery Management System); 및 배터리 및 BMS에 전원을 공급하는 충전부;를 포함하고, BMS는, 셧 다운된 상태에서 충전부로부터 전원이 공급되면, 웨이크업(wake up)될 수 있다.
또한, 모바일 엑스선 장치는, 외부로 노출된 물리적 스위치를 더 포함하고, BMS가 셧다운 된 상태에서는 물리적 스위치에 의해 웨이크업 될 수 있다.
일 실시 형태에 따라 모바일 엑스선 장치는 별도의 스위치 없이 본체에 장착된 AC 전원 코드를 콘센트에서 분리한 후 다시 삽입함으로써 셧다운 상태에 있는 BMS를 웨이크업 시킬 수 있다.
또 다른 예로 모바일 엑스선 장치는 본체에 웨이크업 스위치가 장착될 수 있으며, 스위치를 이용하여 셧다운 상태에 있는 BMS를 웨이크업 시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 모바일 엑스선 장치를 도시한 외관도이다.
도 2는 엑스선 디텍터의 외관도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 블럭도를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치의 전원부에 대한 세부 블록을 도시한다.
도 5는 리튬 이온 배터리가 방전되는 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 리튬 이온 배터리가 충전되는 일 실시예를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치의 상세 블록도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치의 셧 다운 과정을 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 셧 다운 회로 및 그 주변 구성 요소들을 도시한다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 개시에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 개시에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 개시에서 "사용자"란 모바일 엑스선 장치를 조작하는 사람을 의미할 수 있다. 또한, "사용자"란 모바일 엑스선 장치의 조작을 수행하는 장치(예: 인공지능 전자 장치 또는 로봇 등)를 지칭할 수 있다.
명세서에서 사용되는 '부'(part, portion)라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부'가 하나의 요소(unit, element)로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 요소들을 포함하는 것도 가능하다.
본 명세서에서 영상은 자기 공명 영상(MRI) 장치, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치, 초음파 촬영 장치, 또는 엑스선 촬영 장치 등의 의료 영상 장치에 의해 획득된 의료 영상을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 '대상체(object)'는 촬영의 대상이 되는 것으로서, 사람, 동물, 또는 그 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 신체의 일부(장기 또는 기관 등; organ) 또는 팬텀(phantom) 등을 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 모바일 엑스선 장치를 도시한 외관도이다.
도 1a를 참조하면, 엑스선 장치(100)는 엑스선을 발생시켜 조사하는 엑스선 조사부(110), 사용자로부터 명령을 입력 받는 입력부(151), 사용자에게 정보를 제공하는 디스플레이부(152), 입력된 명령에 따라 모바일 엑스선 장치(100)를 제어하는 제어부(120) 및 외부 기기와 통신하는 통신부(140)를 포함한다.
엑스선 조사부(110)는 엑스선을 발생시키는 엑스선 소스와, 엑스선 소스에서 발생되는 엑스선의 조사영역을 조절하는 콜리메이터(collimator)를 구비할 수 있다.
엑스선 장치(100)가 모바일 엑스선 장치로 구현되는 경우에는 엑스선 조사부(110)가 연결된 본체(101)가 자유롭게 이동 가능하고 엑스선 조사부(110)와 본체(101)를 연결하는 암(103) 역시 회전 및 직선 이동이 가능하기 때문에 엑스선 조사부(110)를 3차원 공간 상에서 자유롭게 이동시킬 수 있다.
입력부(151)는 촬영 프로토콜, 촬영 조건, 촬영 타이밍, 엑스선 조사부(110)의 위치 제어 등을 위한 명령을 입력 받을 수 있다. 입력부(151)는 키보드, 마우스, 터치스크린, 음성 인식기, 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(152)는 사용자의 입력을 가이드하기 위한 화면, 엑스선 영상, 엑스선 장치(100)의 상태를 나타내는 화면 등을 표시할 수 있다.
제어부(120)는 사용자로부터 입력된 제어 명령에 따라 엑스선 조사부(110)의 촬영 타이밍, 촬영 조건 등을 제어할 수 있고, 엑스선 디텍터(200)로부터 수신된 이미지 데이터를 이용하여 의료 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 촬영 프로토콜 및 대상체의 위치에 따라 엑스선 조사부(110)의 위치나 자세를 제어할 수도 있다.
제어부(120)는 전술한 동작 및 후술하는 동작을 수행하는 프로그램이 저장된 메모리 및 저장된 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 제어부(120)는 단일 프로세서를 포함할 수도 있고, 복수의 프로세서를 포함할 수도 있는바, 후자의 경우에는 복수의 프로세서가 하나의 칩 상에 집적될 수도 있고, 물리적으로 분리될 수도 있다.
본체(101)에는 엑스선 디텍터(200)를 보관하는 보관부(105)가 마련될 수 있다. 또한, 보관부(105) 내부에는 엑스선 디텍터(200)를 충전할 수 있는 충전 단자가 마련되어 엑스선 디텍터(200)를 보관하면서 충전까지 함께 수행할 수 있다.
입력부(151), 디스플레이부(152), 제어부(120) 및 통신부(140)는 본체(101)에 마련될 수 있고, 엑스선 디텍터(200)가 획득한 이미지 데이터는 본체(101)로 전송되어 영상 처리를 거친 후에 디스플레이부(152)에 표시되거나, 통신부(140)를 통해 외부의 장치로 전송될 수 있다.
또한, 제어부(120) 및 통신부(140)는 본체(101)와 별도로 마련될 수도 있으며, 제어부(120) 및 통신부(140)의 구성요소 중 일부만 본체(101)에 마련되는 것도 가능하다.
엑스선 장치(100)는 통신부(140)를 통해 외부 장치(예를 들면, 외부의 서버(31), 의료 장치(32) 및 휴대용 단말(33; 스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 기기 등))와 연결되어 데이터를 송신하거나 수신할 수 있다.
통신부(140)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또는, 통신부(140)가 외부 장치로부터 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호를 제어부(120)에 전달하여 제어부(120)로 하여금 수신된 제어 신호에 따라 엑스선 장치(100)를 제어하도록 하는 것도 가능하다.
또한, 제어부(120)는 통신부(140)를 통해 외부 장치에 제어 신호를 송신함으로써, 외부 장치를 제어부의 제어 신호에 따라 제어하는 것도 가능하다. 예를 들어, 외부 장치는 통신부(140)를 통해 수신된 제어부(120)의 제어 신호에 따라 외부 장치의 데이터를 처리할 수 있다.
또한, 통신부(140)는 엑스선 장치(100)의 구성요소들 간에 통신을 가능하게 하는 내부 통신 모듈을 더 포함할 수도 있다. 외부 장치에는 엑스선 장치(100)를 제어할 수 있는 프로그램이 설치될 수 있는 바, 이 프로그램은 제어부(120)의 동작 중 일부 또는 전부를 수행하는 명령어를 포함할 수 있다.
프로그램은 휴대용 단말(33)에 미리 설치될 수도 있고, 휴대용 단말(33)의 사용자가 어플리케이션을 제공하는 서버로부터 프로그램을 다운로딩하여 설치하는 것도 가능하다. 어플리케이션을 제공하는 서버에는 해당 프로그램이 저장된 기록매체가 포함될 수 있다.
또한, 통신부(140)는 엑스선 장치(100)의 구성요소들 간에 통신을 가능하게 하는 내부 통신 모듈을 더 포함할 수도 있다.
한편, 본체(101)에는 AC 전원 코드(750) 및/또는 스위치(716)가 장착될 수 있다. 사용자는 BMS(Battery Management System)이 셧다운(shut down) 된 상태에서 AC 전원 코드(750)를 콘센트(미도시)에 연결하여 셧다운된 BMS를 웨이크업(wake up) 시킬 수 있다. 또한, 사용자는 BMS가 셧다운 된 상태에서 스위치(716)를 눌러 셧다운된 BMS를 웨이크업 시킬 수 있다.
실시 형태에 따라 본체(101)에는 AC 전원 코드(750) 또는 스위치(716)중 하나를 이용하여, 셧다운 상태에 있는 BMS를 웨이크업 시킬 수 있다.
도 1b를 참조하면 본체(101)에는 AC 전원 코드(750)가 있으며, 스위치(716)은 장착되어 있지 않다. 이 경우 사용자는 AC 전원 코드(750)를 콘센트(미도시)에 연결하여 셧다운된 BMS를 웨이크업 시킬 수 있다.
도 1c를 참조하면 본체(101)에 스위치(716)가 장착되어 있다. 이 경우 사용자는 BMS가 셧다운 된 상태에서 스위치(716)를 눌러 셧다운된 BMS를 웨이크업 시킬 수 있다. 스위치(716)는 엑스선 디텍터 보관부 외측이나 본체 측면에 배치될 수 있다.
도 2는 엑스선 디텍터의 외관도이다.
전술한 바와 같이, 엑스선 장치(100)에 사용되는 엑스선 디텍터(200)는 휴대용 엑스선 디텍터로 구현될 수 있다. 이 경우, 엑스선 디텍터(200)는 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 무선으로 동작할 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 충전 포트(201)가 별도의 전원 공급부와 케이블(C)에 의해 연결되어 동작할 수도 있다.
엑스선 디텍터(200)의 외관을 형성하는 케이스(203)의 내부에는 엑스선을 검출하여 이미지 데이터로 변환하는 검출 소자, 이미지 데이터를 일시적 또는 비일시적으로 저장하는 메모리, 엑스선 장치(100)로부터 제어 신호를 수신하거나 엑스선 장치(100)에 이미지 데이터를 송신하는 통신 모듈과, 배터리가 마련될 수 있다. 또한, 메모리에는 디텍터의 이미지 보정 정보 및 엑스선 디텍터(200)의 고유의 식별 정보가 저장될 수 있고, 엑스선 장치(100)와 통신할 때에 저장된 식별 정보를 함께 전송할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 블럭도를 도시한다.
엑스선 장치(100)는 엑스선 조사부(305), 제어부(310), 리튬 이온 배터리(322)를 포함하는 전원부(320), 및 충전부(330)를 포함할 수 있다. 엑스선 장치(100)는 본체에 구비되는 고전압 발생부(미도시)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 엑스선 장치는 도 1a과 같이 모바일 엑스선 장치로 구현될 수 있고, 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
엑스선 조사부(305)는 도 1a의 엑스선 조사부(110)에 대한 내용을 포함할 수 있는 바, 중복되는 내용에 대해서는 생략한다. 또한, 제어부(310)는 도 1a의 제어부(120)에 대한 내용을 포함할 수 있는 바, 중복되는 내용에 대해서는 생략한다.
전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322)를 통해 부하(load)에 전원을 공급할 수 있다. 부하는 예를 들면 엑스선 조사부(305) 및 제어부(310) 등 엑스선 장치(100)의 전원이 공급되는 각종 구성요소들을 포함할 수 있다. 즉, 배터리(322)는 엑스선 조사부(305) 및 제어부(310)에 동작 전원을 공급할 수 있다.
또한, 전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322)를 통해 엑스선 장치(100)에서 동작 전원을 필요로 하는 각 구성요소에 동작 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322)를 통해 엑스선 장치(100)의 입력부(151), 디스플레이부(152) 및 통신부(140)에 동작 전원을 공급할 수 있다.
전원부(320)는 엑스선 조사부(305)에 의해 엑스선 조사시 발생하는 과전류를 제어할 수 있다. 다시 말해, 엑스선 조사부(305)가 엑스선을 조사함에 따라, 전원부(320)에서는 평소 사용 전류보다도 더 높은 전류인 과전류가 흐를 수 있고, 전원부(320)는 과전류를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 전원부(320)는, 병렬로 구성된 방전용 FET 및 충전용 FET를 포함하는 회로를 구성하여, 과전류를 제어할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 전원부(320)는, 방전되는 전류량을 측정하기 위한 서로 다른 용량의 전류 센서들을 포함하는 회로를 구성하여, 과전류를 제어할 수 있다.
충전부(330)는 전원부(320)를 충전할 수 있다. 보다 구체적으로, 충전부(330)는 전원부(320)의 리튬 이온 배터리(322)가 충전되도록 충전 전원을 공급할 수 있다. 이때, 충전 전원은 충전부(330)가 생성하는 전원을 의미할 수 있다. 일 실시예에 따라, 충전부(330)는 외부의 전원 공급부와 결합되도록 구성되어, 전원 공급부로부터 전원을 전달 받을 수 있다. 이어서, 충전부(330)는 전달 받은 전원을 사용자의 입력 또는 장치 내부의 연산에 따라 제어하여 리튬 이온 배터리(322)에 충전 전원을 공급할 수 있다.
전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각은 서로 통신할 수 있는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각은 통신 인터페이스를 통해 서로 CAN(Controller Area Network)에 따른 통신을 할 수 있다. 또한, 다른 예에 따라, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 간의 통신은, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 등의 고속 디지털 인터페이스, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 등의 비동기 시리얼 통신, 또는 과오 동기 시리얼 통신 등의 저지연형의 네트워크 프로토콜이 이용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.또한, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각은 서로 별개의 모듈화 단위로 구성될 수 있다. 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각이 서로 다른 모듈화 단위로 구성됨에 따라, 제어부(310)는 고전압을 직접 모니터링할 필요가 없으므로, 제어부(310) 내에 고전압 회로를 구성할 필요가 없고, 결과적으로 고전압 회로로 인한 위험 요소를 줄여 안정성 측면에서 효과적일 수 있다.
구체적으로, 종래의 납축 전지를 사용하는 모바일 엑스선 장치에서는 제어부가 고전압을 모니터링하기 위한 회로를 구비할 수 있고, 이에 따라 고전압에 의해 제어부가 파손될 수 있는 위험이 있었으나, 본 개시에서는 전원부(320)의 BMS가 고전압 상태를 모니터링하여 제어부(310)로 고전압 상태를 전송할 수 있으므로, 이러한 위험 요소를 감소시킬 수 있다.
또한, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각이 서로 다른 모듈화 단위로 구성됨에 따라, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각이 서로 다른 모바일 엑스선 장치에서 사용될 수 있으므로 공용 플랫폼 설계가 가능할 수 있다. 또한, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각이 서로 다른 모듈화 단위로 구성됨에 따라, 전원부(320), 충전부(330), 및 제어부(310) 각각에 쉴드 케이스(shield case)를 적용하여, 상호 간 발생할 수 있는 EMI(Electro Magnetic Interference)/EMC(Electro Magnetic Compatibility) 노이즈를 방지할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치의 전원부에 대한 세부 블록을 도시한다.
전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322), BMS(배터리 관리부;Battery Management System)(410), 방전 FET(Field Effective Transistor)(430), 및 충전 FET(440)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 전원부(320)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 또한, 전원부(320)는 전압을 감지하기 위한 전압 센서(미도시)와 온도를 감지하기 위한 온도 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
리튬 이온 배터리(322)는 2차 전지의 일종으로, 양극, 음극, 및 전해질과 같이 세 부분으로 나눠질 수 있다. 예를 들어, 양극으로 리튬코발트 산화물(lithium cobalt oxide) 또는 인산철리튬(lithium iron phosphate, LiFePO4) 등이 사용될 수 있으며, 음극으로 흑연이 사용될 수 있다. 리튬 이온 배터리(334)는 복수의 배터리 셀들이 연결되어 결합된 구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리(322)는 88개의 직렬 결합 및 4개의 병렬 결합으로 구성되어, 총 352개의 셀들로 구성될 수 있다.
또한, 리튬 이온 배터리(334)는 종래에 사용되었던 납축전지에 비해 상대적으로 크기 및 중량이 작아 모바일 엑스선 장치에 사용하기 적합할 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리(334) 및 주변 회로를 포함하는 전원부(320)의 총 중량이 33.2kg일 수 있는 바, 항공 운송 규정 제한 무게인 35kg 보다 작을 수 있다. 따라서, 전원부(320)는 단품 상태로 항공 운송될 수 있다.
엑스선 장치(100)는 배터리를 사용하여 엑스선 조사부(305)에 전원을 공급하는데, 배터리의 전압 및 온도를 체크하여 보호 회로를 동작시키는 BMS(410)을 포함할 수 있다.
BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 전압, 온도 등의 상태를 검출하여 배터리의 상태를 결정할 수 있다. 일 예에 따라, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 전압과 배터리 셀 온도를 모니터링할 수 있는 배터리 스택 모니터(battery stack monitor)라는 회로를 포함할 수 있다. BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 기초로 전원부(320)를 제어하고 관리할 수 있다. 또한, BMS(410)는 충전 FET(440) 및 방전 FET(430)의 온/오프(on/off)를 제어하여, 충전 경로 및 방전 경로를 제어할 수 있다.
또한, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 기초로 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 다시 말해, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 기초로 리튬 이온 배터리(322)의 위험 상태를 방지하고자 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 구체적으로, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 기초로 과방전, 과전류, 과열, 및 배터리 셀 간 언밸런싱(unbalancing) 상태 중 적어도 하나에 대한 보호 회로를 동작 시킬 수 있다.
BMS(410)는 배터리의 상태를 기초로, 과방전, 과전류, 과열 및 배터리 셀 간 언밸런싱 상태를 체크하여 보호회로를 동작시킬 수 있고, 이에 따라 셧다운될 수 있다.
BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 전압이 기준치보다 낮아지는 과방전 상태인 경우, 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 전압이 275V 이하로 떨어지는 경우, 셧 다운 회로를 동작 시켜 BMS(410) 자체적으로 오프될 수 있다. 또한, BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 전류가 기준치보다 높아지는 과전류 상태인 경우, 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 전류가 40A 이상인 경우, 셧 다운 회로를 동작 시켜 BMS(410) 자체적으로 리셋(reset)될 수 있다. BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 온도가 기준치보다 높아지는 과열 상태인 경우, 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 온도가 70도 이상인 경우, 보호 회로를 동작시켜 충전 및 방전 경로를 차단할 수 있다. BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)가 셀 간 언밸런싱(unbalancing) 상태인 경우, 보호 회로를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는, 리튬 이온 배터리(322)의 셀 간 전압 차이가 0.5V이상인 상태로 10초 이상 지속되는 경우, 셧 다운 회로를 동작 시켜 BMS(410) 자체적으로 오프될 수 있다.
BMS(410)는 전원부(320)의 상태와 관련하여 통신 인터페이스를 통해 제어부(310)와 통신할 수 있다.
로드(406)는 충전 경로 및/또는 방전 경로를 통해 전원을 공급받을 수 있다.
방전 FET(430)는 복수의 FET들이 병렬로 구성될 수 있다. 엑스선 조사부(305)에 의한 엑스선 조사 시, 과전류가 전원부(320) 내에서 흐를 수 있으므로, 방전 FET(430)는 소정 용량의 FET들이 병렬로 구성될 수 있다. 즉, 소정 용량의 FET들이 병렬로 연결되어 방전 FET(430)의 전류 허용 용량이 증대될 수 있다. 예를 들어, 엑스선 조사부(305)에 의한 엑스선 조사시 300A이상의 과전류가 전원부(320) 내에서 흐를 수 있으므로, 300A 이상의 과전류를 감당할 수 있도록, 방전 FET(430)는 4개의 100A 용량의 FET들이 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
방전 FET(430) 및 충전 FET(440)는 일 예에 따라 N채널의 FET로 구성될 수 있다.
방전 FET(430)는 및 충전 FET(440)는, 리튬 이온 배터리(322)가 방전 또는 충전되는 경우, 방전 전류 또는 충전 전류의 경로를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 리튬 이온 배터리(322)가 방전되는 경우, 충전 FET(440)는 오프(off)될 수 있고, 방전 FET(430)를 통한 방전 전류 루프(loop)가 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 리튬 이온 배터리(322)가 충전되는 경우, 방전 FET(430)는 오프될 수 있고, 방전 FET(430)의 바디 다이오드(body diode) 및 충전 FET(440)를 통한 충전 전류 루프(loop)가 형성될 수 있다. 또한, 리튬 이온 배터리(322)는 방전 FET(430) 및 충전 FET(440)를 통해 방전 또는 충전이 동시에 될 수 있다.
또한, 리튬 이온 배터리(332)로부터 전원을 공급 받는 로드(load)(406)가 제어부(310) 및 엑스선 조사부(305)를 포함하는 것으로 도시되었지만, 로드(406)는 엑스선 장치(100)에서 전원을 필요로 하는 각 구성요소를 더 포함할 수 있다.
도 5는 리튬 이온 배터리가 방전되는 일 실시예를 나타낸다.
방전 FET(430)는 BMS(410)에서 출력된 신호에 기초하여 온 또는 오프 상태로 제어될 수 있다. 방전 FET(430)는 리튬 이온 배터리(322)가 방전 되는 경우에는 온 되고, 배터리(322)가 충전되는 경우에는 오프 될 수 있다. 신호는 방전 FET(430)의 게이트 단자에 연결될 수 있다. 방전 FET(430)가 오프 된 경우 리튬 이온 배터리(322)의 마이너스 단자로부터 바디 다이오드를 통해 충전부로 전류 패스(path)가 형성될 수 있다.
구체적으로 리튬 이온 배터리(322)가 방전되는 경우, 충전 FET(440)의 소스(S) 전압이 드레인(D) 전압보다 높아 충전 FET(440)는 오프 될 수 있다. 또한, 리튬 이온 배터리(322)가 방전되는 경우, 방전 FET(430)의 드레인(D) 전압이 소스(S) 전압보다 높아 방전 FET(430)는 온(on) 될 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 방전 전류가 로드(406), 방전 FET(430), 및 리튬 이온 배터리(322)를 통과하는 시계 방향으로의 방전 전류 루프가 형성될 수 있다. 또한, 충전 FET(440)가 오프 되더라도 리튬 이온 배터리(322)의 방전은 정상대로 동작할 수 있다.
도 6은 리튬 이온 배터리가 충전되는 일 실시예를 나타낸다.
충전 FET(440)는 BMS(410) 에서 출력된 신호에 기초하여 온 또는 오프 상태로 제어되며, 리튬 이온 배터리(322)를 충전시키는 경우에는 온(on) 되고 배터리를 방전시키는 경우에는 오프 될 수 있다. 충전 FET(440)는 오프 된 경우 로드(406)로부터 상기 배터리(322)의 마이너스 단자로 전류 패스를 형성할 수 있다.
구체적으로 리튬 이온 배터리(322)가 충전되는 경우, 방전 FET(430)의 소스(S) 전압이 드레인(D) 전압보다 높아 방전 FET(430)는 오프 될 수 있다. 방전 FET(430)가 오프 되므로, 방전 FET(430)의 바디 다이오드에 충전 전류가 흐를 수 있다. 또한, 리튬 이온 배터리(322)가 충전되는 경우, 충전 FET(440)의 드레인(D) 전압이 소스(S) 전압보다 높아 충전 FET(440)는 온 될 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 충전 전류가 충전부(330), 리튬 이온 배터리(322), 방전 FET(430)의 바디 다이오드, 및 충전 FET(440)를 통과하는 반시계 방향으로의 방전 전류 루프가 형성될 수 있다. 또한, 방전 FET(430)가 오프 되더라도 리튬 이온 배터리(322)의 충전은 정상대로 동작할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치의 상세 블록도를 도시한다.
전원부(320)는 리튬 이온 배터리(322), BMS(410), 방전 FET(430), 충전 FET(440), 셧 다운 회로(shut down circuit)(710), 제 1 전류 센서(730), 제 2 전류 센서(740), DC-DC 컨버터(720) 및 퓨즈(760)를 포함할 수 있다. 또한, 엑스선 장치(100)는 제 3 전류 센서(751)를 포함할 수 있다. 리튬 이온 배터리(322), BMS(410), 방전 FET(430), 및 충전 FET(440)는 도 4의 리튬 이온 배터리(322), BMS(410), 방전 FET(430), 및 충전 FET(440)와 대응될 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다. 제 1 및 제 2 전류 센서(730,740)는 홀 센서(Hall 센서)를 포함할 수 있으며, 보호 회로인 셧다운 회로(710)는 FET와 같은 스위칭 회로를 포함할 수 있다.
BMS(410)는 서로 다른 전류 센서들(730,740)을 이용하여 리튬 이온 배터리(322)의 전류를 감지할 수 있다. BMS(410)는 제 1 전류 센서(730)를 이용하여 리튬 이온 배터리(322)에 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 제 1 전류 센서(730)는 상대적으로 낮은 세기의 전류를 감지하기 위한 소용량 센서일 수 있다. 다시 말해, 제 1 전류 센서(730)는 기준치 이하의 세기의 전류를 감지하기 위한 센서일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전류 센서(730)는 50A 이하의 전류를 감지하기 위한 센서일 수 있다. 또한, 리튬 이온 배터리(322)에 과전류가 흐르는 경우, BMS(410)는 제 2 전류 센서(740)를 이용하여 리튬 이온 배터리(322)에 흐르는 과전류를 감지할 수 있다. 제 2 전류 센서(740)는 상대적으로 높은 세기의 전류를 감지하기 위한 대용량 센서일 수 있다. 다시 말해, 제 2 전류 센서(740)는 기준치 이상의 세기의 전류를 감지하기 위한 센서일 수 있다. 예를 들어, 제 2 전류 센서(740)는 300A 이상의 전류를 감지하기 위한 센서일 수 있다.
일 실시예에 따라, BMS(410)는 제 1 전류 센서(730)를 활성화시키고 제 2 전류 센서(740)를 비활성화시켜, 제 1 전류 센서(730)를 이용하여 리튬 이온 배터리(322)에 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 이어서, 엑스선 조사부(305)가 엑스선을 조사하는 경우, BMS(410)는 제 1 전류 센서(730)를 비활성화시키고 제 2 전류 센서(740)를 활성화시켜, 제 2 전류 센서(740)를 이용하여 엑스선 조사시 발생하는 과전류를 감지할 수 있다. 이어서, 엑스선 조사가 완료되는 경우, BMS(410)는 제 2 전류 센서(740)를 비활성화시키고 제 1 전류 센서(730)를 활성화시켜, 제 1 전류 센서(730)를 이용하여 리튬 이온 배터리(322)에 흐르는 전류를 감지할 수 있다. 일 예에 따라, BMS(410)는 제어부(310)로부터 엑스선 조사 준비 신호를 수신하여, 제 2 전류 센서(740)를 활성화 시켜, 제 2 전류 센서(740)를 이용하여 엑스선 조사시 발생하는 과전류를 감지할 수 있다.
BMS(410)는 서로 다른 용량의 전류 센서들(730,740)을 이용하여 감지한 전류량을 통해 리튬 이온 배터리(322)의 잔량을 체크할 수 있다. 구체적으로, BMS(410)는 감지한 전류량을 통해 전류 적산법(Coulomb Counting Based Gauging)을 사용하여 리튬 이온 배터리(322)의 잔량을 체크할 수 있다.
또한, 엑스선 장치(100)는 충전 전류를 측정하기 위한 제 3 전류 센서(751)를 더 포함할 수 있다. 즉, 엑스선 장치(700)는 충전부(330)의 출력단 쪽에 제 3 전류 센서(751)를 더 포함할 수 있다. 리튬 이온 배터리(322)가 동시에 충전 및 방전이 되는 경우, 제 1 전류 센서(730) 또는 제 2 전류 센서(740)에서 측정되는 전류는 방전 전류와 충전 전류의 합이 될 수 있다. 따라서, 정확한 방전 전류와 충전 전류를 측정하기 위해서, 엑스선 장치(100)는 제 3 전류 센서(751)를 이용하여 충전 전류를 측정할 수 있다.
BMS(410)는 엑스선 조사부(305)가 엑스선을 조사한다는 신호, 및 엑스선 조사부(305)가 엑스선 조사를 완료한다는 신호를 통신 인터페이스를 통해 제어부(310)로부터 전달 받을 수 있다.
BMS(410)는 배터리 상태에 기초하여 제 1 신호를 출력할 수 있다. 제 1 신호는 예컨대 셧 다운 회로(710)에 인가되는 셧 다운 신호일 수 있다. BMS(410)는 셧 다운 회로(710)를 이용하여 자체적으로 오프될 수 있다. BMS(410)는 리튬 이온 배터리(322)의 상태를 검출한 결과, 과방전 및 과충전과 같은 위험 상황을 인식하여, 보호 회로인 셧 다운 회로(710)를 이용하여 자체적으로 오프될 수 있다. BMS(410)가 오프되는 경우, 제어부(310)에 공급되는 전원 또한 중단되므로, 제어부(310) 또한 오프될 수 있다.
퓨즈(760)는 전원부(320) 내에 규정 값 이상의 과도한 전류가 계속 흐르지 못하게 차단하는 장치로, 리튬 이온 배터리(322) 외부 단락시 배터리 셀을 보호할 수 있다.
DC-DC 컨버터(720)는 리튬 이온 배터리(322)에서 공급된 전원을 BMS(410)를 구동하기 위한 DC 전원으로 변환할 수 있다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 모바일 엑스선 장치의 셧 다운 과정을 도시한다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
전원부(320), 제어부(310), 및 충전부(330) 각각은 통신 인터페이스를 포함할 수 있고, 통신 인터페이스를 통해 서로 통신할 수 있다. 예를 들어, 전원부(320), 제어부(310), 및 충전부(330) 각각은 CAN에 따른 통신을 할 수 있다.
전원부(320)는 제 1 온도 센서(820)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 전원부(320)는 BMS(410)에서 직접적으로 모니터링 가능한 BMS 전용의 제 1 온도 센서(820)를 포함할 수 있다. BMS(410)는 제 1 온도 센서(820)를 이용하여 전원부(320)의 온도를 모니터링하여, 전원부(320)가 과열되는 지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, BMS(410)는 전원부(320)의 온도가 소정 임계값 이상으로 과열되는 경우, BMS(410)는 충전 제어부인 충전 FET 및, 방전 제어부인 방전 FET를 제어하여 충전 경로 및 방전 경로를 차단하고, 보호 회로를 제어하여 자체적으로 off될 수 있다.
또한, 전원부(320)는 제 2 온도 센서(810)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 전원부(320)는 제어부(310)에서 직접적으로 모니터링 가능한 제어부 전용의 제 2 온도 센서(810)를 포함할 수 있다. 제 2 온도 센서(810)는 BMS(410) 외측에 배치될 수 있다. 제어부(310)와 BMS(410) 간의 통신 에러인 경우, 제어부(310)는 BMS(410)로부터 전원부(320)의 온도 정보를 알 수 없으므로, 제어부(310)는 제 2 온도 센서(810)를 통해 전원부(320)의 온도를 모니터링할 수 있다. 따라서, 제어부(310)는, 통신 상태가 에러인 경우 BMS(410)의 상태와 관계없이, 제 2 온도 센서(810)를 이용하여 전원부(320)를 오프시킬 지 여부를 판단할 수 있다.
전원부(320) 및 충전부(330) 각각은 제어부(310)에서 직접적으로 제어 가능한 인터럽트 핀(interrupt pin)(831,833)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 제어부(310)는 인터럽트 핀(831,833)을 통한 디스에이블(disable) 신호를 통해 전원부(320) 및 충전부(330) 각각을 오프시킬 수 있다. 따라서, 제어부(310)는 제어부 전용 온도 센서(810)를 통해 전원부(320)의 온도가 소정 임계값 이상이라고 판단한 경우, 인터럽트 핀(831,833)을 통해 전원부(320) 및 충전부(330)를 강제 오프 시킬 수 있다.
또한, BMS(410)가 자체적으로 오프되기 위해 보호 회로인 셧 다운 회로를 동작시키는 경우, BMS(410)의 셧 다운 신호가 제어부(310)에 전달될 수 있다. 제어부(310)는 셧 다운 신호를 전달 받은 후 일정 시간 동안 BMS(410)가 셧 다운 되는 지 여부를 모니터링 할 수 있다. 모니터링 결과, 일정 시간 동안 BMS(410)가 셧 다운 되지 않는다면, 제어부(310)는 인터럽트 핀(831)을 통해 BMS(410)를 강제적으로 오프 시킬 수 있다. 예를 들어, BMS(410)가 셧 다운 비트를 활성화한 후, 제어부(310)는 10초 동안 BMS(410)가 셧 다운 되는지 여부를 모니터링할 수 있고, 10초 동안 BMS(410)가 셧 다운 되지 않는다면, 제어부(310)는 인터럽트 핀(831)을 통해 BMS(410)를 강제적으로 오프 시킬 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 셧 다운 회로 및 그 주변을 도시한다.
도 9를 참조하면 셧 다운 회로(710), DC-DC 컨버터(720) 및 BMS(410) 가 도시되어 있다.
셧 다운 회로(710)는 제 1 스위치(712), 제 2 스위치(713), 제 3 스위치(714) 및 제 4 스위치(715)를 포함할 수 있다.
제 1 스위치(712)는 릴레이 스위치, FET 또는 다른 스위칭 소자를 사용하여 구현될 수 있다. 제 1 스위치(712)는 DC-DC 컨버터(720)로 입력되는 전원을 차단 할 수 있다.
예를 들면 제 1 스위치(712)는 FET로 구성될 수 있으며 게이트 단자에 인가되는 전압에 의해 온 또는 오프 될 수 있다. 제 1 스위치(712)는 BMS(410)가 정상적으로 동작하는 경우에는 BMS(410)에서 출력되는 제 1 신호(410b), 제 2 신호(410c) 및/또는 제 3 신호(410d)에 의해 온 또는 오프 될 수 있다.
제 2 스위치(713)는 BMS(410)에서 출력되는 DC 전원(410a)에 의해 구동되며, 제 1 신호(410b)에 기초하여 온 또는 오프 될 수 있다. 제 1 스위치(712)는 제 2 스위치(713)가 온 되는 경우 온 되고, 제 2 스위치(713)가 오프 되는 경우 오프 될 수 있다. 제 1 신호(410b)는 BMS(410)에서 출력되며 BMS(410)를 셧 다운 시키는 셧 다운 신호일 수 있다. 제 2 스위치(713)는 BMS(410)가 셧 다운 된 상태에서는 오프 될 수 있다. 제 2 스위치(713)는 예컨대 포토 커플러로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
제 3 스위치(714)는 BMS(410)의 동작과 무관하게 동작할 수 있으며 BMS(410)가 셧 다운 된 상태에서는 충전부에서 공급되는 전원에 의해 온 될 수 있다. 제 3 스위치(714)는 예컨대 포토 커플러로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
제 4 스위치(715)는 구동 전원이 없는 경우에는 온 상태로 유지될 수 있다. 제 4 스위치(715)의 일 측은 제 3 스위치(714)와 연결되어 제 3 스위치(714)의 온 또는 오프 동작을 제어할 수 있다. 제 4 스위치(715)가 온 되면 제 3 스위치(714)도 온 되고, 제 4 스위치(715)가 오프 되면 제 3 스위치(714)도 오프 될 수 있다. 제 4 스위치(715)는 BMS(410)에서 출력되는 DC 전원에 의해 구동될 수 있다. 제 4 스위치(715)는 예컨대 포토 커플러로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
BMS(410)는 정상적으로 동작하는 경우, DC 전원(410a), 제 1 신호(410b), 제 2 신호(410c) 및 제 3 신호(410d)를 출력할 수 있다.
DC 전원은 제 1 스위치(712), 제 2 스위치(713), 제 3 스위치(714) 및 제 4 스위치(715)를 동작시키는 구동 전원이 될 수 있다.
제 1 신호(410b)는 BMS(410)를 셧 다운 시키는 셧 다운 신호이며, 제 2 스위치의 일 측에 연결되어 제 2 스위치의 온 또는 오프를 제어할 수 있다. 예를 들면 BMS(410)가 정상적으로 동작하는 경우 제 1 신호(410b)는 로직 로우 상태를 유지하여 제 2 스위치(713)를 온 시키며, BMS(410)를 셧 다운 시킬 때에는 로직 하이 상태로 천이되어 제 2 스위치(713)를 오프 시킬 수 있다.
제 2 신호(410c)는 제 4 스위치(715)의 일 측에 연결되며, 로직 로우 상태일 때 제 4 스위치(715)를 오프 시킬 수 있다.
제 3 신호(410d)는 제 1 스위치(712)의 게이트 단자에 연결될 수 있으며, 로직 로우 상태일 때 제 1 스위치(712)를 온 시킬 수 있다.
셧 다운 회로(710)는 BMS(410)에서 출력된 제 3 신호(410b)에 의해 DC-DC 컨버터(720)로 입력되는 전원을 차단하여 BMS(410)를 셧 다운 시킬 수 있다. BMS(410)가 셧 다운 되는 경우, BMS(410)로 공급되는 전원이 차단되어 BMS(410)는 오프 될 수 있다.
이하 BMS(410)가 정상적으로 동작하는 상태에서 셧 다운 회로(710)의 동작에 대해 설명한다.
BMS(410)가 정상적으로 동작하는 경우, 제 1 신호(410b)는 로직(logic) 로우(low) 상태, 제 2 신호(410c)는 로직 하이(high) 상태로 출력될 수 있다.
제 2 스위치(713)의 일 측에는 구동 전원(410a)이 인가되고 다른 일 측에는 로직(logic) 로우(low) 상태의 제 1 신호(410b)가 인가될 수 있다. 이에 따라 제 2 스위치(713)는 온 상태가 될 수 있다. 제 2 스위치는 BMS(410)가 정상적으로 동작하는 상태에서 제 1 스위치를 온 또는 오프 시킬 수 있다.
제 2 스위치(713)가 온 상태가 됨에 따라 전류 패쓰(path)(717)가 형성되고 제 1 스위치(712)의 게이트 단자에는 저항(791) 및 저항(792)에 의해 소스 단자보다 낮은 전압이 인가되어 제 1 스위치(712)는 온 상태가 되며, 단자(711)에 인가된 전원이 DC-DC 컨버터를 통해 BMS(410)로 공급될 수 있다.
한편 제 4 스위치(715)는 구동 전원(410a)이 없는 경우에는 온 상태로 될 수 있다. 제 4 스위치(715)는 구동 전원(410a)이 인가되고 제 2 신호가 로직 로우 상태로 인가되면 오프 상태로 될 수 있다. 제 4 스위치(715)가 오프 됨에 따라 제 3 스위치(714)의 제어 단자로 전류가 흐를 수 없게 되어 제 3 스위치(714)도 오프 될 수 있다. 즉, BMS(410)가 정상적으로 동작하는 경우, 제 1 스위치(712)는 BMS(410)에서 출력되는 구동 전원 및 제어 신호(410b, 410c, 410d)에 의해 제어되어 온 상태를 유지할 수 있다.
다음은 BMS(410)가 비정상적인 조건에 따라 셧 다운 되는 동작을 설명한다.
BMS(410)는 배터리의 과충전, 과방전 또는 과열을 감지하면 제 1 신호(410b)를 로직 하이(high) 상태로 출력하고, BMS(410)를 셧 다운 시킬 수 있다. 즉 BMS(410)로 공급되는 전원을 차단 시킬 수 있다.
제 1 신호(410b)가 로직 로우 상태에서 로직 하이 상태로 천이됨에 따라 제 2 스위치(713)는 오프 된다. 제 2 스위치(713)가 오프 됨에 따라 제 1 스위치(712)의 게이트 단자는 오픈 되며 이에 따라 제 1 스위치(712)는 오프 상태가 되어 DC-DC 컨버터(720)로 공급되는 전원이 차단되면서 BMS(410)로 공급되는 전원도 차단되고, BMS(410)는 셧 다운 된다.
BMS(410)가 차단됨에 따라 제 2 스위치(713), 제 3 스위치(714) 및 제 4 스위치(715)를 구동하는 전원(410a) 및 제 1 신호(410b), 제 2 신호(410c), 제 3 신호(410d)는 출력되지 않는다.
다음은 BMS(410)가 셧 다운된 이후 웨이크업되는 과정을 설명한다. 웨이크업 동작은 셧 다운 된 BMS(410)가 정상적으로 동작할 수 있도록 전원을 공급하는 것을 의미할 수 있다. BMS(410)가 셧 다운된 상태에서는 배터리의 방전 경로가 차단 되므로 배터리에서 전원이 공급되지 않는다.
이 경우, BMS(410)를 정상적으로 동작시키기 위해 AC 전원 코드(도 1a의 750)를 콘센트(미도시)에 연결하면 충전부(330)를 통해 단자(711)에 전원이 인가될 수 있다.
BMS(410)가 셧 다운 된 상태에서 제 4 스위치(715)는 온 상태가 되고 단자(711)에 전원이 인가됨에 따라 제 3 스위치(714)에는 저항(791) 및 저항(792)를 통해 전원이 인가되면서 전류 패쓰(718)이 형성될 수 있다. 이에 따라 제 3 스위치(714)가 온 되고, 제 3 스위치(714)가 온 됨에 따라 전류 패쓰(717)이 형성될 수 있다. 전류 패쓰(717, 718)가 형성됨에 따라 제 1 스위치(712)의 게이트 단자에는 저항(791)을 통해 전원이 인가되고 제 1 스위치(712)는 온 상태가 된다. 제 1 스위치(712)가 온 되면서 BMS(410)에는 DC-DC 컨버터(720)를 통해 전원이 인가되고 BMS(410)는 정상적으로 동작할 수 있다. 즉 BMS(410)가 셧 다운된 상태에서 AC 전원 코드를 연결하여 충전부(330)를 통해 전원을 전원부에 공급함에 따라 자동으로 BMS(410)가 온 될 수 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 셧 다운 회로 및 그 주변을 도시한다.
도 10을 참조하면 셧 다운 회로(710), DC-DC 컨버터(720) 및 BMS(410) 가 도시되어 있다.
셧 다운 회로(710)는 제 1 스위치(712), 제 2 스위치(713), 제 3 스위치(714), 제 4 스위치(715) 및 제 5 스위치(716)를 포함할 수 있다.
제 1 스위치(712), 제 2 스위치(713), 제 3 스위치(714) 및 제 4 스위치(715)의 동작에 대해서는 도 9에서 설명 하였으므로 생략하고, 여기서는 제 5 스위치(716)의 동작에 대해 설명한다.
셧 다운 회로(710)는 제 5 스위치(716)를 포함할 수 있다. 제 5 스위치(716)는 물리적(physical) 스위치(716)일 수 있으며 물리적 스위치(716)가 동작함에 따라 BMS(410)는 도 9에서 설명한 것과 같은 동작을 할 수 있다. 물리적 스위치(716)는 예를 들면 사용자의 누르는 동작에 의해 스위치가 온 또는 오프 될 수 있는 누름 스위치일 수 있다.
제 5 스위치(716)는 본체(도 1a의 101) 외부에 장착되어 사용자가 누를 수 있다.
제 5 스위치(716)는 BMS(410)가 셧다운 상태일 때 BMS(410)를 웨이크 업(wake up) 시킬 수 있다.
제 5 스위치(716)의 일 측은 저항(792)을 통해 제 1 스위치(712)의 게이트 단자에 연결되고 다른 일 측은 접지될 수 있다. BMS(410)가 셧 다운 된 상태에서 사용자가 AC 전원 코드를 연결하면 단자(711)에 전원이 인가되고 제 5 스위치(716)를 누르면 제 5 스위치(716)의 일 측이 접지되면서 전류 패스(717)가 형성될 수 있다. 이에 따라 제 1 스위치(712)의 게이트 단자에는 전압 강하가 생겨 제 1 스위치(712)는 온 상태가 되어 BMS(410)에 전원이 공급될 수 있다. 제 5 스위치(716)는 모바일 엑스선 장치 본체(도 1a의 101) 외부로 노출된 상태로 장착될 수 있으며, 사용자는 BMS(410)가 셧 다운 된 상태에서 제 5 스위치(716)를 동작시켜 모바일 엑스선 장치를 웨이크 업(wake up) 시킬 수 있다.
종래에는, BMS가 충전 경로 및 방전 경로를 차단한 후에 셧다운되는 경우, 안전 상을 이유로 엑스선 장치는 구동되지 않을 수 있다. 이 상태에서 본체의 외부에서 전원을 인가한다 하더라도 BMS를 웨이크업 시킬 수 없어 충전 경로 및 방전 경로를 통해 전류가 흐르지 않게 되고, 결과적으로 엑스선 장치는 여전히 구동되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 다만, 본 개시에 따르면, 본체에 장착된 AC 전원 코드를 콘센트에 연결하여 셧다운된 BMS를 웨이크업 시킬 수 있고, 이에 따라 엑스선 장치는 구동될 수 있다. 또한, 본 개시에 따르면, 본체에 장착된 스위치를 눌러 셧다운된 BMS를 웨이크업 시킬 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 엑스선 조사부에 전원을 공급하는 배터리;
    상기 배터리를 충전시키는 충전부(charger);
    상기 배터리의 전압 및 온도를 검출하여 상기 배터리의 상태를 결정하는 BMS(Battery Management System);
    상기 배터리에서 공급된 전원을 상기 BMS를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하는 DC-DC 컨버터; 및
    상기 BMS의 제어에 따라 상기 DC-DC 컨버터로 공급되는 전원을 차단하도록 구성되는 제1 스위치;
    를 포함하고,
    상기 BMS는 상기 제1 스위치가 오프 됨에 따라 셧 다운되고, 상기 BMS가 셧 다운 된 상태에서 AC 전원 코드를 통해 연결된 상기 충전부로부터 공급되는 전원에 의해 상기 제1 스위치에 전원이 인가되고, 상기 제1 스위치가 온 상태로 전환되며,
    상기 BMS는 상기 제1 스위치가 온 상태로 전환됨에 따라 셧 다운 상태에서 해제되는, 모바일 엑스선 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모바일 엑스선 장치는 제 2 스위치를 더 포함하며,
    상기 제 2 스위치는 상기 BMS의 제어에 기초하여 온 또는 오프 되고, 상기 제1 스위치는 상기 제 2 스위치가 온 됨에 따라 온 되는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 BMS는 상기 제 2 스위치의 구동 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 스위치는 상기 BMS가 셧 다운 된 상태에서는 오프 되는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모바일 엑스선 장치는,
    제 3 스위치를 더 포함하며,
    상기 제 3 스위치는 상기 BMS가 셧 다운 된 상태에서는, 상기 충전부에서 공급되는 전원에 의해 온 되는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모바일 엑스선 장치는,
    제 4 스위치를 더 포함하며,
    상기 제 4 스위치는 구동 전원이 없는 경우 온 상태를 유지하며, 상기 제 4 스위치의 일 측은 상기 제 3 스위치와 연결되어 상기 제 3 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 BMS는 상기 제 4 스위치의 구동 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모바일 엑스선 장치는,
    방전 FET를 더 포함하며,
    상기 방전 FET는 상기 BMS에서 출력된 신호에 기초하여 온 또는 오프 상태로 제어되고, 상기 배터리가 방전되는 경우에는 온(on) 되고, 상기 배터리를 충전하는 경우에는 오프 되는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방전 FET는, 오프 된 경우 상기 배터리의 마이너스 단자로부터 상기 충전부로 전류 패스(path)를 형성하는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 모바일 엑스선 장치는,
    충전 FET를 더 포함하며,
    상기 충전 FET는 상기 BMS에서 출력된 신호에 기초하여 온 또는 오프 상태로 제어되며, 상기 배터리를 충전시키는 경우에는 온(on) 되고 상기 배터리를 방전시키는 경우에는 오프 되는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 충전 FET는, 오프 된 경우 상기 엑스선 조사부로부터 상기 배터리의 마이너스 단자로 전류 패스를 형성하는 것을 특징으로 하는 모바일 엑스선 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리는 리튬 이온 배터리인, 모바일 엑스선 장치.
  14. 엑스선을 조사하는 엑스선 조사부;
    상기 엑스선 조사부에 전원을 공급하는 배터리;
    상기 배터리를 충전시키는 충전부;
    상기 배터리의 전압 및 온도를 검출하여 상기 배터리의 상태를 결정하는 BMS(Battery Management System);
    상기 배터리에서 공급된 전원을 상기 BMS를 구동하기 위한 구동 전원으로 변환하는 DC-DC 컨버터; 및
    상기 DC-DC 컨버터로 공급되는 전원을 차단하도록 구성되는 제1 스위치;
    를 포함하고,
    상기 제1 스위치는 외부에서 조작 가능하고,
    상기 BMS가 셧 다운된 상태에서 상기 제1 스위치를 누르는 사용자 입력에 의해 상기 제1 스위치에 전원이 인가되고, 상기 제1 스위치가 온(on) 상태로 전환됨에 따라 상기 BMS에 전원이 공급되어 상기 BMS가 셧 다운 상태에서 해제되는, 모바일 엑스선 장치.
  15. 삭제
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