KR101912835B1 - 전력공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력을 공급하는 전원부; 상기 전원부로부터 전달 받은 입력 전압의 크기를 변환함으로써 생성되는 출력 전압을 부하측에 전달하고, 출력 전류에 대해 피크 전류 제한(peak current limit) 기능을 갖는 컨버터; 및 상기 전원부가 공급하는 전력이 감소함에 따라 발생하는 상기 입력 전압의 전압 강하를 방지하는 전압 안정화 장치를 포함하는 전력공급 시스템을 개시한다. 본 발명에 따르면, 부하에 공급되는 전압을 안정화하여 부하의 정격 전압을 유지시킬 수 있다.

Description

전력공급 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 전력공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하에 전류 및 전압을 공급하는 전력공급 시스템으로서 배터리의 충전된 전하량 부족으로 인해 발생하는 전압 강하에 의해 야기될 수 있는 부하의 비정상적인 동작을 방지하고 부하에 안정적인 전압을 공급하기 위한 전력공급 시스템이다.
전지의 성능을 나타내는 특성 중에서 공칭전압이란 것이 있다. 전지의 공칭전압이란 규정된 조건에서 전지가 방전되는 경우, 방전시간의 중간지점에서 나타나는 전지의 전압으로서 평균작동 전압 또는 정격전압이라고도 한다.
예를 들어, 12V 60AH와 같은 배터리의 특성 표시에서, 12V는 공칭전압을 표시하고, 60AH는 배터리 용량을 나타낸다. 배터리 용량의 단위는 AH(ampere.hour)인데, 예를 들어 60AH는 3A 전류를 20시간 방전할 수 있음을 의미한다. 따라서 전지의 공칭전압은 부하에 공급될 입력전압과 관련이 있고, 배터리 용량은 전력 공급이 지속되는 시간과 관련이 있다. 그런데, 전지는 특성상 방전함에 따라 공칭전압이 변한다. 이는 전지가 저장하고 있는 충전 전기량과 관련이 있다.
도 1은 리튬 이온 전지의 방전 곡선의 예시도이다. 상기 방전 곡선에서 C값은 충전율/방전율(current rate)로서 충전/방전 전류를 전지의 정격용량으로 나눈 값이다. 도 1을 참조하면, 리튬 이온 전지 방전시, 방전율이 클수록, 즉 방전 전류값이 클수록 전압 강하가 일찍 그리고 급격하게 나타난다. 그리고 전지 양단에서의 전압 강하로 인하여 전지는 더 이상 방전하면 전지의 성능에 나쁜 영향을 미칠 수 있는 방전종지 전압(final discharge voltage)에 도달하게 되고, 바로 방전을 종료해야 한다.
전지의 공칭전압이 방전종지 전압에 도달하면 전지는 더 이상 부하에 전력을 공급하지 못한다. 그리고 부하의 종류에 따라 전지가 방전종지 전압에 도달하기 이전에 부하의 동작에 이상 현상이 나타날 수 있다. 따라서 전지의 공칭전압은 부하의 정격 전압 근처에서 항상 유지되어야 한다. 그렇지 않으면 부하의 동작에 이상 현상이 나타나거나 부하가 전혀 동작되지 않고, 부하에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
전압 강하로 인해 부하의 입력전압이 정격전압 이하로 떨어지게 되면 때에 따라 부하는 동작을 멈추고 전력 계통에서 분리되어야 한다. 또는 부하를 저전력 모드에서 구동되게 하여야 하는데, 이에도 한계가 있다.
종래의 기술에 따르면, 전지의 충전량이 일정값 이하로 되면 부하에 대한 전력 공급 방식이 저전력 모드로 전환되었다. 그리고 이러한 전환은 사용자의 선택에 의해 발생하거나 소프트웨어 적으로 발생했다. 예로서 스마트폰에 내장된 충전지의 충전량이 일정값 이하로 되면, 소프트웨어적인 방법으로 사용자의 선택 또는 사전 설정에 따라 스마트폰의 전력 소비 방식은 저전력 모드로 전환된다.
그런데, 상기 종래의 기술에 따르면, 저전력 모드로의 전환이 소프트웨어적인 방법에 의하므로, 스마트폰에서 이를 지원해야 하고, 소프트웨어적인 방법에 의하므로 에러가 발생할 수 있고, 즉각적으로 수행되지 않으며, 소프트웨어 구동에 따라 추가적인 전력이 소비된다는 단점이 있다. 그리고 실상 저전력 모드는 디스플레이의 밝기를 낮추거나 전력을 많이 소비하는 애플리케이션 모듈의 동작을 중단하는 것에 불과하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 부하에 공급되는 전압을 안정화하여 부하의 정격 전압을 유지시키는 전력공급 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 부하의 전력 수급 상태가 좋지 않은 경우 입력전압의 전압강하를 자동으로 감지하고, 가변 부하에 공급되는 전류의 양을 자동으로 조절하는 전력공급 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 전지로부터 전력을 공급받는 모바일 기기의 충전량이 기준량 이하로 떨어지면 하드웨어적인 방법에 따라 전력소비 방식이 절전모드로 전환될 수 있는 전력공급 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력공급 시스템은, 전력을 공급하는 전원부; 상기 전원부로부터 전달 받은 입력 전압의 크기를 변환함으로써 생성되는 출력 전압을 부하측에 전달하고, 출력 전류에 대해 피크 전류 제한(peak current limit) 기능을 갖는 컨버터; 및 상기 전원부가 공급하는 전력이 감소함에 따라 발생하는 상기 입력 전압의 전압 강하를 방지하는 전압 안정화 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전원부는 USB 인터페이스를 통한 전원부, 어댑터 및 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전압 안정화 장치는, 상기 전원부가 공급하는 전력이 감소하는 경우, 일정 시점에서 상기 출력 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부하측에는 가변 부하가 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전압 안정화 장치는, 상기 컨버터의 입력 전압을 감지하는 전압 감지부; 및 감지된 상기 입력 전압에 전압 강하가 발생하는 경우, 상기 컨버터의 출력 전류를 제어하는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전압 안정화 장치는, 상기 입력 전압의 강하 정도를 고려하여 상기 출력 전류의 제어 시점을 결정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전류 제어부는, 반도체 스위치의 on/off 제어를 통해 임피던스를 조절하여 상기 출력 전류의 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전압 안정화 장치는, 가변 부하로 공급되는 전류 크기를 제어함으로써 2차 전지의 전력 소모로 인한 출력 전압의 전압 강하를 방지하고, 가변 부하가 안정적으로 동작하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 부하에 공급되는 전압을 안정화하여 부하의 정격 전압을 유지시킬 수 있다.
또한, 부하의 전력 수급 상태가 좋지 않은 경우 입력전압의 전압강하를 자동으로 감지하고, 가변 부하에 공급되는 전류의 양을 자동으로 조절할 수 있다.
또한, 전지로부터 전력을 공급받는 모바일 기기의 충전량이 기준량 이하로 떨어지면 하드웨어적인 방법에 따라 전력소비 방식이 절전모드로 전환될 수 있다.
도 1은 리튬 이온 전지의 방전 곡선의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력공급 시스템의 예시도이다.
도 3은 도 2의 회로도이다.
도 4는 도 2에서 전압 안정화 장치의 회로도이다.
도 5는 도 2에서 컨버터의 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 혈압측정 시스템 및 이를 이용하는 혈압측정 방법에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력공급 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력공급 시스템의 예시도이다.
도 2에서 각 구성간의 연결관계가 하나의 연결선으로 도시되어 있고, 상호 간의 연결 관계가 일일이 표현되어 있지 않지만, 연결선이 도시되지 않은 구성 간에도 제어 또는 데이터 교환을 위한 통신, 전달이 발생될 수 있으며, 제시된 바에 의해서만 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력공급 시스템(100)은 전원부(110), 컨버터(120), 전압 안정화 장치(130) 및 부하(140)를 포함한다.
전원부(110)는 컨버터(120)를 통해 부하(140)에 전력을 공급한다. 전원부(110)는 USB 인터페이스를 통한 전원부, 어댑터 즉 DC 파워 서플라이 및 배터리를 포함할 수 있다.
컨버터(120)는 입력 전력의 전압 및 전류를 변환하는 장치이다. 즉 본 발명의 실시 예에서 컨버터(120)는 전원부(110)로부터 전달 받은 입력 전압의 크기를 변환함으로써 생성되는 출력 전압을 부하측(140)에 전달한다. 특히 본 발명의 실시 예에서 컨버터(120)는 직류 전력의 전압을 승압하는 부스트 컨버터로 구성되는 것이 바람직하다. 일반적인 DC/DC 컨버터는 입력 전력을 저장했다고 스위칭에 의해 목표 전압을 생산하는 인덕터 소자, 커패시터 소자 및 스위치 소자로 구성된다. 본 발명에서는 IC 패키지 형태로 생산되는 컨버터로 구성되는 것이 바람직하다. 특히 컨버터(120)는 피크 전류 제한(peak current limit) 기능을 가지고 있으며, 이 기능을 위해 IC 패키지에 ILIM 단자를 포함하고 있다.
전압 안정화 장치(130)는 전원부(110)가 공급하는 전력이 감소함에 따라 발생하는 입력 전압의 전압 강하를 방지하는 역할을 한다.
도 3은 도 2의 회로도이다.
도 3을 참조하면 전원부(110), 컨버터(120) 및 부하(140)가 순차적으로 연결되어 있다. 그리고 전압 안정화 장치(130)는 전원부(110)의 공급 전력과 동일한 전력을 공급받고, 컨버터(120)의 ILIM 단자에 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 도 2에서 전압 안정화 장치의 회로도이다.
전원부(110)는 직류 전력을 부하에 공급한다. 전원부(110)는 배터리, 예를 들어 충전/방전이 가능한 2차 전지로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예로 전원부(110)가 4.2V/2A(8.4W) 리튬이온 전지로 구성되는 경우를 가정한다. 리튬이온 전지는 충전전압 4.2V의 직류 전력을 컨버터에 공급하고, 컨버터는 4.2V를 승압하여 부하에 5V의 전력을 공급한다.
리튬이온 전지에 충전된 전하량이 충분한 경우에, 5V/0~2A로 동작하는 부하(140)를 포함하는 전체 시스템은 정상적으로 동작한다. 리튬이온 전지에 저장된 전하량이 부하(140)의 전력 소비로 인해 줄어드는 경우, 리튬이온 전지의 충전전압은 전압 강하로 인해서 4.2V 이하로 떨어질 수 있다. 방전 종지 전압이 2.7V라고 가정하면, 리튬이온 전지의 전압 강하로 인해서 컨버터는 4.2V 이하의 전압을 이용해서 부하(140)에 맞는 5V 전압을 생산하지 못하게 된다. 그리고 리튬이온 전지의 충전전압이 2.7V에 다다르면, 더 이상의 방전이 불가능해 진다.
따라서, 리튬이온 전지의 충전전압이 4.2V~2.7V인 구간에서 부하(140)의 정상적인 작동을 위해서 부하(140)에 공급되는 전압을 안정화할 필요가 있다.
전압 안정화 장치(130)는 전원부(130)가 공급할 수 있는 전력의 부족으로 부하의 입력 전압이 강하하는 것을 방지하는 역할을 한다. 전압 안정화 장치(130)는 전압 감지부(131)과 전류 제어부(132)를 포함한다.
전압 감지부(131)는 전원부(110)로부터 입력받는 전압 레벨을 분배 저항(R36, R34)을 통해 분배된 전압 레벨과 그 레벨을 입력으로 받는 TR1(베이스 단자)로 구성된다. 전류 제어부(132)는 전원부(110)의 분배된 전압 레벨을 입력으로 받는 TR1과 시스템의 전류를 제한하는 하드웨어 설정(R30, R28)으로 구성된다.
TR1의 스위치가 ON 레벨에 해당되는 범위의 전원부(110)의 전압이 입력된 경우, TR1의 컬렉터(C)와 이미터(E)가 도통되고 시스템에는 전류 제한치 하드웨어 구성에 따라 병렬 저항치에 해당하는 전류, 예를 들어 2A의 전류가 흐른다. 전원부(110)에서 전압 강하가 발생하면 TR1의 스위치가 OFF 레벨로 변환되고, TR1의 컬렉터(C)와 이미터(E)가 오픈되고 시스템의 전류 제한치 하드웨어 구성의 변화에 따라 직렬 저항치(R28)에 해당하는 전류, 예를 들어 1A의 전류가 흐른다. 이로써 가변 부하(140)가 공급받는 전류는 2A에서 1A로 변경된다.
가변 부하(140)는 정격 전압을 컨버터로(120)부터 공급받고, 그 내부 소비 전력은 소비하는 조건에 따라 소비 전력이 변하는 가변 부하인 것이 특징이다. 따라서, 가변 부하(140)는 전압이 안정적으로 공급되는 범위에서 내부 소비 전류가 줄어드는 변화가 발생하는 경우에도 정상적인 동작이 가능하다. 이 경우 가변 부하(140)는 시스템의 최대출력 전류치를 실시간 감지하고 제한하는 기능을 수행할 수 있다.
도 5는 도 2에서 컨버터의 회로도이다.
도 5를 참조하면, 컨버터(120)를 구성하는 IC 페키지 내부의 회로 및 외부 단자들이 나타나 있다. 전압 안정화 장치(130)는 컨버터(120)의 외부 단자인 ILIM 단자와 연결되어 전류 제한 기능을 이용하여 부하(130)에 공급되는 전압을 안정화 시킨다.
즉, 전원부(110)가 부하(140)에 공급되는 전력이 최소 필요 전력보다 작게 변경될 경우, 전원부(110)의 전압이 강화되어 부하의 동작이 불안하거나 오동작이 발생할 수 있다. 컨버터(120)와 연결되는 전압 안정화 장치(130)를 이용하여 적게 공급되는 전원부(110) 전력으로 부하에 정격 전압을 공급할 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시 예로서 리튬이온 전지에서 발생할 수 있는 전압 강하를 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에만 한정되지 않으며, 전압 강하가 발생할 수 있는 모든 형태의 전원부를 포함하는 전력공급 시스템에 적용될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따르면, 부하에 공급되는 전압을 안정화하여 부하의 정격 전압을 유지시킬 수 있다.
또한, 부하의 전력 수급 상태가 좋지 않은 경우 입력전압의 전압강하를 자동으로 감지하고, 가변 부하에 공급되는 전류의 양을 자동으로 조절할 수 있다.
또한, 전지로부터 전력을 공급받는 모바일 기기의 충전량이 기준량 이하로 떨어지면 하드웨어적인 방법에 따라 전력소비 방식이 절전모드로 전환될 수 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
100: 전력공급 시스템
110: 전원부
120: 컨버터
130: 전압 안정화 장치
131: 전압 감지부
132: 전류 제어부
140: 부하

Claims (8)

  1. 전력을 공급하는 전원부;
    상기 전원부로부터 전달 받은 입력 전압의 크기를 변환함으로써 생성되는 출력 전압을 부하측에 전달하고, 출력 전류에 대해 피크 전류 제한(peak current limit) 기능을 갖는 컨버터; 및
    상기 전원부가 공급하는 전력이 감소함에 따라 발생하는 상기 입력 전압의 전압 강하를 지연하는 전압 안정화 장치를 포함하고,
    상기 전압 안정화 장치는,
    상기 컨버터의 입력 전압을 감지하는 전압 감지부; 및
    상기 감지된 컨버터의 입력 전압에 전압 강하가 발생하는 경우, 정격 범위 내의 최소 범위로 상기 컨버터의 출력 전류를 제어하는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원부는 USB 인터페이스를 통한 전원부, 어댑터 및 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력공급 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 안정화 장치는,
    상기 전원부가 공급하는 전력이 감소하는 경우, 일정 시점에서 상기 출력 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는, 전력공급 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 부하측에는 가변 부하가 연결되는 것을 특징으로 하는, 전력공급 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 안정화 장치는,
    상기 입력 전압의 강하 정도를 고려하여 상기 출력 전류의 제어 시점을 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는, 전력공급 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    반도체 스위치의 on/off 제어를 통해 임피던스를 조절하여 상기 출력 전류의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는, 전력공급 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 안정화 장치는,
    가변 부하로 공급되는 전류 크기를 제어함으로써 2차 전지의 전력 소모로 인한 출력 전압의 전압 강하를 지연하고, 가변 부하가 안정적으로 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는, 전력공급 시스템.
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