KR101973749B1 - 자기부상열차의 부상 및 안내 제어시스템의 이중화 방안 - Google Patents

자기부상열차의 부상 및 안내 제어시스템의 이중화 방안 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 자기부상열차의 자기 구동부에 포함된 전력 제어기 중 어느 하나에 고장이 발생하더라도 자기 구동부를 정상적으로 동작시킬 수 있도록 함으로써, 자기부상시스템의 신뢰성과 가용성을 향상시킬 수 있도록 하는 자기 구동부용 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기를 제공한다.

Description

자기부상열차의 부상 및 안내 제어시스템의 이중화 방안{Redundant Scheme of Levitation and Guidance Control System for Magnetic Levitation Train}
본 발명의 일 실시예는 자기부상열차의 부상 및 안내 제어시스템의 이중화 방안에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명의 실시예들과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
자기부상열차(magnetic levitation train)는 전기로 발생된 자기력으로 레일에서 낮은 높이로 부상해서 바퀴를 사용하지 않고 직접 차량을 추진시켜 달리는 열차를 말한다.
자기부상열차용 부상안내 제어시스템인 자기 구동부(magnet drive; MD)는 다양한 센서로부터 정보를 수신하여 부상용 전자석(magnet)에 필요한 전류를 공급함으로써 자기부상열차의 부상을 제어한다. 이러한 자기부상열차용 자기 구동부가 가지고 있는 문제점 중 하나가 자기 구동부의 무게와 크기이다. 자기 구동부의 무게와 크기는 자기 구동부의 전력밀도를 향상시킴으로써 달성될 수 있다.
종래의 자기부상시스템은 전자석 하나에 하나의 초퍼(chopper)가 연결되어 있는 구조를 지닌다. 따라서 하나의 초퍼에 고장이 발생하면, 그 초퍼에 연결되어 있는 전자석에 정상적인 전류를 공급할 수 없게 된다. 결과적으로 자기부상시스템의 자기부상 성능에 문제를 초래하게 된다. 즉, 종래의 자기부상시스템은 한 대의 자기부상차량에 설치된 다수의 초퍼 중 하나의 고장에 의해서도 자기부상열차의 운행 자체가 불가능하게 될 수 있다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 초퍼의 수량을 늘리고 전자석의 수량을 줄이는 방안이 제안되었지만, 결과적으로는 초퍼의 용량 증가와 시스템의 증대를 초래하였다.
따라서 초퍼와 전자석의 개수를 증가시키지 않으면서도, 자기부상시스템의 신뢰성과 가용성을 향상시킬 수 있도록 하는 자기부상열차의 부상 및 안내 제어시스템의 이중화 방안이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 자기부상시스템의 전력 제어부를 이중화하여 제작 비용을 증가시키지 않으면서도 자기부상 시스템의 신뢰성과 가용성을 향상시킬 수 있도록 하는 자기부상열차의 부상 및 안내 제어시스템의 이중화 방안을 제공하는 데에 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기의 현재 상태를 파악하기 위한 적어도 하나의 센서값을 수집하는 센서부; 상기 적어도 하나의 센서값에 기초하여 펄스폭 변조(pulse-width modulation; PWM)된 제어 신호를 생성하는 제어부; 상기 제어 신호에 기초하여 제 1 전력을 공급하는 제 1 전력 공급부 및 상기 제 1 전력 공급부가 전력을 공급하지 않는 시간에 제 2 전력을 공급하는 제 2 전력 공급부를 포함하는 전력 공급부; 및 상기 제 1 전력 공급부 및 상기 제 2 전력 공급부의 일단에 연결되어 상기 제 1 전력 공급부 및 상기 제 2 전력 공급부로부터 전력을 공급받는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기부상열차의 부상 및 안내 제어시스템의 이중화 방안을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기부상열차의 자기 구동부에 포함된 전력 제어기 중 어느 하나에 고장이 발생하더라도 자기 구동부를 정상적으로 동작시킬 수 있도록 하는 전력 제어기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 일 실시예의 다른 측면에 의하면, 복수의 초퍼가 인터리브드 방식으로 동작하도록 함으로써, 출력 전류의 리플을 대략 절반 정도로 감소시킬 수 있는 전력 제어기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 정상 동작할 때의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기에 포함된 하나의 전력 공급부에 고장이 발생한 경우의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 정상 동작할 때의 입출력 파형 계산 결과를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기에 포함된 하나의 전력 공급부에 고장이 발생한 경우의 입출력 파형 계산 결과를 도시한다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 일 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서 제1, 제2, ⅰ), ⅱ), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기의 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 제 1 전력 공급부(110) 및 제 2 전력 공급부(120)를 포함하는 전력 공급부, 제어부(130) 및 센서부(140)를 포함한다. 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기를 이중화하기 위해서는 마스터 회로(master circuit)인 제 1 전력 공급부(110) 및 슬레이브 회로(slave circuit)인 제 2 전력 공급부(120)를 포함하는 전력 공급부는 물론, 제어부(130) 및 센서부(140)에 이르는 부분까지 이중화되어야 한다.
전력 공급부에 포함된 제 1 전력 공급부(110)와 제 2 전력 공급부(120)는 정상 동작하는 경우, 서로 교번되어 동작한다. 전력 공급부에 포함된 두 개의 전력 공급부 중 하나의 전력 공급부에 고장이 발생하면, 예컨대, 제 1 전력 공급부(110)에 고장이 발생하면, 제 1 전력 공급부(110)는 동작을 멈추고, 제 2 전력 공급부(120)만 동작하여, 전자석(MAGNET)에 전류를 공급한다.
제어부(130)는 제 1 전력 공급부(110)와 제 2 전력 공급부(120)를 감시하는 기능을 수행하며, 이를 위해 타측 제어기와 연동될 수 있다.
센서부(140)는 제 1 전력 공급부(110) 및 제 2 전력 공급부(120) 모두에 대한 상태 정보를 수집해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 라인 컨택터(line contactor; LK), 충전 컨택터(charging contactor; CHK), 충전 저항(charging registor; CHR), 초퍼 모듈 퓨즈(chopper module fuse; CMF), 방전 저항(discharging resistor; DSR), 필터 캐패시터(filter capacitor; FC), 클램프 캐패시터(clamp capacitor; CC), 출력 컨택터(output contactor; OUTK), 복수의 DC 전위 트랜스듀서(DC potential transducer; DCPT1, DCPT2), DC 전류 트랜스듀서(DC current transducer; DCCT), 제 1 전력 공급부(110), 제 2 전력 공급부(120), 제어부(130) 및 센서부(140)를 포함한다. 한편, 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 부하로서 전자석을 포함하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예는 종래 기술의 제품과 호환성을 유지하면서 전력밀도를 증대시키기 위하여 자기 컨택터를 두 개만 추가한다.
DC 입력전원은 충전 컨택터(CHK) 및 충전 저항(CHR)과 직렬로 연결되고, 라인 컨택터(LK)와 병렬로 연결된다. 라인 컨택터(LK)가 온(on)되면, 충전 컨택터(CHK)와 충전 저항(CHR)을 거쳐서 DC 입력전압을 제 1 전력 공급부(110) 및 제 2 전력 공급부(120)에 공급한다.
초퍼 모듈 퓨즈(CMF)는 라인 컨택터(LK)와 제1 전력 공급부(110) 및 제 2 전력 공급부(120) 사이에 연결되어 과전류로부터 전체 회로를 보호한다.
필터 캐패시터(FC) 및 방전 저항(DSR)은 초퍼 모듈 퓨즈(CMF)와 방전 저항(DSR) 사이에 연결되어 전자석(MAGNET)에 흐르는 전류를 충전하며, 필터 캐패시터(FC)가 방전하여 흐르게 되는 전류의 크기를 제한한다.
제어부(130)는 센서부(140)로부터 수신한 신호에 기초하여 자기부상용 전자석에 필요한 전류를 제 1 전력 공급부(110) 및 제 2 전력 공급부(120)로 하여금 공급하도록 함으로써 자기부상열차의 부상을 제어한다.
제어부(130)는 센서부(140)로부터 수신한 신호에 기초하여 전력 제어기의 현재 상태, 예컨대, 전력 제어기가 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기로서 동작하는지, 또는 이외의 형태로 동작하는지를 파악한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 제 1 전력 공급부(110)가 동작할 수 없는 상황이 발생하면, 제 2 전력 공급부(120)만이 동작하도록 구성된다.
마스터 모드에서는 제 1 전력 공급부(110)와 제 2 전력 공급부(120)를 통해 전류가 전달되며, 슬레이브 모드에서는 제 2 전력 공급부(120)만을 통하여 전류가 전달된다.
제어부(130)는 센서부(140)로부터 수신한 신호에 기초하여 각 전력 공급부의 이상 여부를 파악한다. 예컨대, 제어부(130)는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 이 마스터 모드로 동작하는 경우, 제 1 전력 공급부(110)와 제 2 전력 공급부(120)의 이상 여부를 파악한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(130)는 이상검출부(미도시)를 포함하고, 이상검출부를 이용하여 제 1 전력 공급부(110)와 제 2 전력 공급부(120)에 포함된 스위치의 개방(open-circuited)과 단락(short-circuited)에 대한 오류를 검출할 수 있다.
제어부(130)는 이상검출부의 이상 검출 결과에 기초하여 부상용 전자석에 필요한 전류가 제 1 전력 공급부(110) 및 제 2 전력 공급부(120)를 통해 번갈아(interleaved) 공급될 수 있도록 하는 제어 신호를 생성한다. 여기서, 제어 신호는 펄스폭 변조(pulse-width modulation) 신호에 기초한 신호이며, 제 1 전력 공급부(110) 및 제 2 전력 공급부(120)에 포함된 스위치에 대한 제어 신호를 의미한다.
센서부(140)는 가속도 센서(acceleration sensor; ACC), 갭 센서(gap sensor; GAP), DC 전위 트랜스듀서(DCPT) 및 DC 전류 트랜스듀서(DCCT) 등을 포함하며, 이들로부터의 신호를 제어부(130)로 전송한다.
제 1 전력 공급부(110)는 제 1 자기 컨택터(OUTK1), 제 2 자기 컨택터(OUTK2), 마스터 스위치(QM), 제 1 클램프 캐패시터(CC1), 마스터 다이오드(DM) 및 마스터 인덕터(LM)를 포함한다.
제 1 전력 공급부(110)는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드에서 동작하는 동안 DC 입력전원의 전류를 제 1 주기로 전자석(MAGNET)에 공급한다.
제 2 전력 공급부(120)는 슬레이브 스위치(QS), 제 2 클램프 캐패시터(CC2), 슬레이브 다이오드(DS) 및 슬레이브 인덕터(LS)를 포함한다. 제 2 전력 공급부(120)는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드에서 동작하는 동안 DC 입력전원의 전류를 제 2 주기로 전자석(MAGNET)에 공급한다.
한편, 펄스폭 변조 신호는 신호의 크기, 주기(또는 주파수) 및 듀티비(duty ratio)로 정의될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기에서의 제 1 주기는 제 2 주기와 동일하며, 듀티비는 0.4이지만, 주기 및 듀티비는 이에 한정되지 않는다.
제 2 전력 공급부(120)가 정상적으로 즉, 마스터 모드에서 동작하는 동안, 제 1 전력 공급부(110)와 번갈아 전자석에 전류를 공급한다. 제 2 전력 공급부(120)는 제 1 전력 공급부(110)가 고장으로 판단되어 동작하지 못하게 되는 경우, 즉, 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드에서 동작할 수 없어 슬레이브 모드에서 동작하는 경우에는 DC 입력전원의 전류를 단독으로 전자석에 공급한다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드에서 동작하는 동안, 마스터 전력 스위치(QM)는 온(on)되어 DC 입력전원의 전류가 제 1 전력 공급부(110)를 거쳐 마스터 전력 스위치(Q3)와 전자석에 제공된다. 또한, 마스터 전력 스위치(QM)가 온(on)되면, DC 입력전원에서 제공된 에너지가 마스터 인덕터(LM)에 저장된다.
마스터 전력 스위치(Q3)가 온(on)에서 오프(off)로 전환될 때, 전자석에 흐르는 전류를 전원으로 회생하거나 제 1 전력 공급부(110)에 포함된 제 1 클램프 캐패시터(CC1)로 전달하여 에너지 소모를 줄일 수 있다. 또한, 마스터 전력 스위치(QM)가 온에서 오프로 전환되면, 마스터 인덕터(LM)는 마스터 인덕터(LM)에 저장되어 있는 에너지를 방출하여, 전자석에 공급되는 전류가 천천히 감소하도록 한다. 또한, 전자석(MAGNET)에 연결된 환류 다이오드인 마스터 다이오드(DM)를 이용하여 전류를 소모시킬 수 있다.
제 2 전력 공급부(120)가 슬레이브 모드에서 동작하는 동안, 슬레이브 전력 스위치(QS)는 온(on)되어 DC 입력전원의 전류가 제 2 전력 공급부(120)를 거쳐 슬레이브 전력 스위치(QS)와 전자석에 제공된다. 또한, 슬레이브 전력 스위치(QS)가 온(on)되면, DC 입력전원에서 제공된 에너지가 슬레이브 인덕터(LS)에 저장된다.
슬레이브 전력 스위치(QS)가 온에서 오프로 전환될 때, 전자석(MAGNET)에 흐르는 전류를 전원으로 회생하거나 제 2 전력 공급부(120)에 포함된 제 2 클램프 캐패시터(CC2)로 전달하여 에너지 소모를 줄일 수 있다. 또한, 슬레이브 전력 스위치(QS)가 온에서 오프로 전환되면, 슬레이브 인덕터(LS)는 슬레이브 인덕터(LS)에 저장되어 있는 에너지를 방출하여, 전자석에 공급되는 전류가 천천히 감소하도록 한다. 또한, 전자석(MAGNET)에 연결된 환류 다이오드인 슬레이브 다이오드(DS)를 이용하여 전류를 소모시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 정상 동작할 때의 회로도이다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기의 정상 동작은 제 1 전력 공급부(110)에 고장이 발생하지 않아 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드로 동작하는 경우를 의미한다. 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드로 동작하는 경우는 제 1 전력 공급부(110) 및 제 2 전력 공급부(120)가 상호 교번하여 전자석(MAGNET)에 전류를 공급하는 것을 의미한다. 이렇게 제 1 전력 공급부(110)와 제 2 전력 공급부(120)가 상호 교번하여 전류를 공급하기 때문에, 전자석(MAGNET)에 공급되는 전압 및 전류의 리플이 대략 절반의 수준으로 감소될 수 있다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드로 동작하는 경우, DC 입력전원으로부터의 전류가 제 1 자기 컨택터(OUTK1), 마스터 전력 스위치(QM), 제 2 자기 컨택터(OUTK2), 마스터 인덕터(LM), 전류 트랜스듀서(DCCT), 출력 컨택터(OUTK) 및 전자석(MAGNET)으로 이어지는 제 1 전류 경로를 통해 흐른다. 또한, 제 1 전류 경로에 전류가 흐르지 않는 시간 동안, DC 입력전원으로부터의 전류가 슬레이브 전력 스위치(QS), 슬레이브 인덕터(LS), 전류 트랜스듀서(DCCT), 출력 컨택터(OUTK) 및 전자석(MAGNET)으로 이어지는 제 2 전류 경로를 통해 흐른다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드로 동작하는 경우, DC 입력전원으로부터의 전류가 전자석(MAGNET)에 공급된다. 제 1 자기 컨택터(OUTK1) 및 제 2 자기 컨택터(OUTK2)는 온(on)되어, 마스터 전력 스위치(QM) 쪽으로 전류 경로를 열어준다. 제 1 자기 컨택터(OUTK1) 및 제 2 자기 컨택터(OUTK2)가 온(on)되면, 마스터 전력 스위치(QM)의 게이트(gate) 단자에 펄스폭 변조(PWM) 신호가 인가된다. 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 펄스폭 변조(PWM) 신호에 기초하여 DC 입력전원으로부터의 전력을 스위칭하여 전자석(MAGNET)에 전류를 공급한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기에 포함된 하나의 전력 공급부에 고장이 발생한 경우의 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기에 포함된 제 1 전력 공급부(110)에 고장이 발생한 경우, 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 슬레이브 모드로 동작한다. 슬레이브 모드는 전력 공급부의 제 1 전력 공급부(110)는 동작을 하지 않고, 제 2 전력 공급부(120)만 동작하는 경우를 말한다.
제 1 전력 공급부(110)에 고장이 발생하면, 제 1 자기 컨택터(OUTK1) 및 제 2 자기 컨택터(OUTK2)를 오프(off)시켜, 제 1 전력 공급부(110)로의 전력 공급을 끊는다. 이와 동시에, DC 입력전원은 슬레이브 전력 스위치(QS)가 있는 제 2 전력 공급부(120) 쪽으로만 전력을 공급하게 되며, 이 경우, 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 더 이상 인터리브드 모드로 동작하지 않게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 정상 동작할 때의 입출력 파형 계산 결과를 도시한다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기의 입출력 파형 계산을 위해, DC 입력전원의 전압은 350 V로 설정하고, 듀티비는 0.4로 설정하였다. Vrec, QM_PWM, QS_PWM, I_T1 및 V_T1은 각각 DC 입력전원의 전압, 마스터 전력 스위치(QM)의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호, 슬레이브 전력 스위치(QS)의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호, 전자석(MAGNET)에 흐르는 부하 전류 및 전자석(MAGNET)에 인가되는 부하 전압을 나타낸다.
도 4를 참조하면, DC 입력전원으로부터의 전압이 인가되고, 마스터 전력 스위치(QM) 및 슬레이브 전력 스위치(QS)를 구동하는 제어 신호인 QM_PWM 및 QS_PWM가 인가되기 시작하면서, 전자석(MAGNET)에도 일정 전류가 공급되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, QM_PWM 및 QS_PWM은 제 1 주기 및 제 2 주기를 갖고 상호 교번되도록 인가되는 것을 알 수 있다. 여기서, QM_PWM 및 QS_PWM 각각의 펄스 주기인 제 1 주기 및 제 2 주기는 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 정상 동작하는 경우, 제 1 전력 공급부(110)는 DC 입력전원으로부터의 전압(Vrec)을 전자석(MAGNET)에 공급한다. 제 1 자기 컨택터(OUTK1) 및 제 2 자기 컨택터(OUTK2)는 온(on)된다. 제 1 자기 컨택터(OUTK1) 및 제 2 자기 컨택터(OUTK2)가 온(on)되면, 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 마스터 전력 스위치(QM)의 게이트에 0.4의 듀티비를 갖는 펄스폭 변조(PWM) 신호인 QM _PWM을 인가한다. 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 입력되는 QM _PWM 신호에 따라 DC 입력전압인 Vrec를 스위칭하여 전자석(MAGNET)에 부하 전류(I_T1) 및 부하 전압(V_T1)을 공급한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기에 포함된 하나의 전력 공급부에 고장이 발생한 경우의 입출력 파형 계산 결과를 도시한다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기의 입출력 파형 계산을 위해, DC 입력전원의 전압은 350 V로 설정하고, 듀티비는 0.4로 설정하였다. Vrec, QM_PWM, QS_PWM, I_T1 및 V_T1은 각각 DC 입력전원의 전압, 마스터 전력 스위치(QM)의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호, 슬레이브 전력 스위치(QS)의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호, 전자석(MAGNET)에 흐르는 부하 전류 및 전자석(MAGNET)에 인가되는 부하 전압을 나타낸다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기에 고장이 발생한 경우의 수 중 하나인 제 1 전력 공급부(110)에 고장이 발생하는 경우를 고려하면, 제 1 자기 컨택터(OUTK1) 및 제2 자기 컨택터(OUTK2)는 오프(off)되어 제 1 전력 공급부(110)는 동작을 멈추고, 제 2 전력 공급부(120)로만 전력이 공급된다. 이 경우, 제 2 전력 공급부(120)가 전자석(MAGNET)에 전력을 공급한다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 마스터 모드에서 슬레이브 모드로 전환되면, 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기는 더 이상 인터리브드 모드로 동작하지 않는다. 이 경우, 마스터 전력 스위치(QM)의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호는 더 이상 인가되지 않고, 슬레이브 전력 스위치(QS)의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호만 인가된다. 도 5를 참조하면, 제 2 전력 공급부(120)에 의해서만 전자석(MAGNET)으로 전력이 공급되는 것을 확인할 수 있다.
인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기가 슬레이브 모드에서 동작하면, 마스터 모드에서 동작할 때에 비해 전자석(MAGNET)에 공급되는 전력이 줄어든다. 이 경우, 제 2 전력 공급부(120)의 슬레이브 전력 스위치(QS)의 게이트 단자에 인가되는 제어 신호의 주기를 절반으로 줄이면, 마스터 모드에서 동작할 때와 동일한 효과를 달성할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명에 따른 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명에 따른 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 일 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명에 따른 일 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 제 1 전력 공급부 120: 제 2 전력 공급부
130: 제어부 140: 센서부
DM: 마스터 다이오드 DS: 슬레이브 다이오드
QM: 마스터 전력 스위치 QS: 슬레이브 전력 스위치
OUTK1: 제 1 스위치 OUTK2: 제 2 스위치
MAGNET: 전자석

Claims (9)

  1. 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기의 현재 상태를 파악하기 위한 적어도 하나의 센서값을 수집하는 센서부;
    상기 적어도 하나의 센서값에 기초하여 펄스폭 변조(pulse-width modulation; PWM) 신호를 생성하는 제어부;
    상기 펄스폭 변조 신호에 기초하여 제 1 전력을 공급하는 제 1 전력 공급부 및 상기 제 1 전력 공급부가 전력을 공급하지 않는 시간에 제 2 전력을 공급하는 제 2 전력 공급부를 포함하는 전력 공급부; 및
    상기 제 1 전력 공급부 및 상기 제 2 전력 공급부의 일단에 연결되어 상기 제 1 전력 공급부 및 상기 제 2 전력 공급부로부터 전력을 공급받는 전자석
    을 포함하되, 상기 제 1 전력 공급부는 제 1 주기로 제 1 전류를 공급받으며, 상기 제 2 전력 공급부는 제 2 주기로 제 2 전류를 공급받는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    가속도 센서(acceleration sensor), 갭 센서(gap sensor), 전위 트랜스듀서(potential transducer) 및 전류 트랜스듀서(current transducer) 중에서 선택된 일부 또는 전부로부터 센서값을 수집하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주기와 상기 제 2 주기는 동일한 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전력 공급부는,
    상기 펄스폭 변조 신호에 따라 상기 전자석로 제공되는 전류를 제어하는 제 1 전력 스위치;
    상기 제 1 전력 스위치의 제 1 단자와 연결되어 접점의 개폐를 제어하는 제 1 스위치;
    상기 제 1 전력 스위치의 제 2 단자와 연결되어 접점의 개폐를 제어하는 제 2 스위치;
    상기 제 1 전력 스위치의 제 2 단자와 연결되지 않은 상기 제 2 스위치의 타단과 직렬 연결되는 제 1 인덕터;
    상기 제 1 전력 스위치의 제 1 단자와 일단이 연결되고 DC 입력전원의 음의 단자와 타단이 연결되어 회생 전류를 충전하는 제 1 캐패시터; 및
    상기 전자석에 연결되어 상기 전자석의 역기전력에 의해 흐르는 전류를 상기 전자석로 환류시키는 제 1 환류 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 전력 공급부는,
    상기 펄스폭 변조 신호에 따라 상기 전자석로 제공되는 전류를 제어하는 제 2 전력 스위치;
    상기 제 2 전력 스위치의 제 1 단자와 일단이 연결되고 상기 DC 입력전원의 음의 단자와 타단이 연결되어 회생 전류를 충전하는 제 2 캐패시터;
    상기 제 1 단자와 직렬 연결되는 제 2 인덕터; 및
    상기 전자석에 연결되어 상기 전자석의 역기전력에 의해 흐르는 전류를 상기 전자석로 환류시키는 제 2 환류 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 센서값에 기초하여 상기 제 1 전력 공급부의 고장 여부를 판단하고, 판단 결과 상기 제 1 전력 공급부가 고장인 것으로 판단되면, 상기 제 1 전력 공급부의 동작을 제어하기 위해 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치의 동작을 끊어(OFF), 상기 제 1 전력 공급부를 동작시키지 않는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자석은,
    상기 제 2 전력 공급부로부터 제공되는 전력만으로 구동되는 것을 특징으로 하는 인터리브드 방식을 채용한 전력회로부 이중화 제어기.
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