KR102020231B1 - 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로에 관한 것으로, 직류 전원을 입력받아 지정된 에너지 레벨로 변환하여 출력하는 복수의 서브보드 회로를 암커넥터를 통해 직렬 연결하는 마더보드 회로; 및 상기 암커넥터를 통해 상기 마더보드 회로에 연결되거나 삽입되고, 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)에 의해 스위칭되는 스위칭부와, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프 됨에 따라, 트랜스를 통해 변압된 전원을 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 통해 출력하도록 형성되는 상기 서브보드 회로;를 포함하고, 상기 서브보드 회로가 상기 마더보드 회로의 암커넥터부를 통해 직렬 연결됨으로써, 상기 서브보드 회로의 개수만큼 에너지 레벨이 변환된 직류 전원을 상기 마더보드 회로를 통해 출력하도록 구현된다.

Description

휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로{ENERGY LEVEL CONVERSION CIRCUIT FOR PORTABLE ENERGY STORAGE APPARATUS}
본 발명은 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리, 또는 휴대용 에너지 저장장치에 저장된 에너지나 태양광 전지를 통해 생산되는 에너지를 원하는 레벨로 승압한 후 교류전원으로 변환함으로써, 교류전원으로 동작하는 각종 전자제품들을 사용할 수 있도록 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로에 관한 것이다.
일반적으로 전원을 필요로 하는 전기/전자기기의 각종 전자제품들은 전기사업자(예 : 한국전력)가 제공하는 상용 교류전원(예 : AC1220V)을 가정이나 사무실에 구비된 콘센트에 연결하여 사용되고 있다. 또한 상용 교류전원이 구비되지 않은 장소에서는 상용 교류전원 대신 전자기기에 일체형 또는 분리형으로 탑재된 배터리를 이용하여 직류전원을 공급받아 사용하기도 한다.
최근 아웃도어에 대한 사회적 관심이 높아지고 있는 상황에서 배터리를 이용하여 각종 전자제품을 구동하고자 하는 요구가 증가하는 추세에 있다. 즉, 야외활동에 대한 관심이 높아진 가운데 캠핑, 낚시 및 바캉스 등의 아웃도어 활동을 즐기려는 인구가 대폭 증가하고, 캠핑 등의 아웃도어 문화가 가족단위로 바뀌면서 야외에서도 상용전원을 사용하는 각종 전자제품을 사용하고자 하는 경향이 많아지고 있다.
이에 따라 배터리(또는 태양광 전지)의 직류전원(예 : DC 12V)을 이용하여 상용 교류전원(예 : AC 1220V)을 만들어내는 DC/AC 인버터의 수요가 증가하고 있다. 이때 상기 인버터는 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 역할을 수행하는 것으로서, 상기 직류를 교류로 변환하기 전 단계에서 상기 배터리(또는 태양광 전지)의 직류전원 레벨을 증폭(또는 승압)(예 : DC 400V) 시키는 DC/DC 컨버터(즉, 에너지 레벨 변환장치)를 필요로 한다. 여기서 상기 DC/DC 컨버터(즉, 에너지 레벨 변환 장치)와 DC/AC 인버터를 포함하여 에너지 변환장치라고 할 수도 있다.
그런데 상기 에너지 변환장치는 주로 야외활동 시 필요한 장치이기 때문에 가능한 한 부피와 무게가 작고(또는 적고), 전원(또는 에너지) 레벨이 다른 각종 전자제품에 대응하기 위하여, 원하는 전원(또는 에너지) 레벨로 간편하게 변경할 수 있도록 하는 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 이에 적합한 에너지 레벨 변환회로의 설계가 반드시 필요하다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개실용 20-2012-0000788호(2012.02.02. 공개, 휴대용 직류 교류 전원공급장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 배터리, 또는 휴대용 에너지 저장장치에 저장된 에너지나 태양광 전지를 통해 생산되는 에너지를 원하는 레벨로 승압한 후 교류전원으로 변환함으로써, 교류전원으로 동작하는 각종 전자제품들을 사용할 수 있도록 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로는, 직류 전원을 입력받아 지정된 에너지 레벨로 변환하여 출력하는 복수의 서브보드 회로를 암커넥터를 통해 직렬 연결하는 마더보드 회로; 및 상기 암커넥터를 통해 상기 마더보드 회로에 연결되거나 삽입되고, 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)에 의해 스위칭되는 스위칭부와, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프 됨에 따라, 트랜스를 통해 변압된 전원을 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 통해 출력하도록 형성되는 상기 서브보드 회로;를 포함하고, 상기 서브보드 회로가 상기 마더보드 회로의 암커넥터부를 통해 직렬 연결됨으로써, 상기 서브보드 회로의 개수만큼 에너지 레벨이 변환된 직류 전원을 상기 마더보드 회로를 통해 출력하도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 마더보드 회로는, 상기 서브보드 회로의 스위칭부를 구동하기 위한 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)를 생성하는 스위칭펄스 생성부;를 포함하고, 상기 스위칭펄스는, 스위칭 온오프 구간이 서로 상반되어, 상기 스위칭부의 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 번갈아가며 스위칭 시키기 위한 펄스인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭펄스 생성부에서 생성된 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)는, 마더보드에 형성된 복수의 각 암커넥터에 삽입되는 서브보드 회로에 인가되며, 상기 각 암커넥터는, 상기 한 쌍의 스위칭펄스(P2, P2)를 각기 입력받는 단자, 배터리 전원을 입력받는 단자, 접지 단자(GND), 및 상기 서브보드 회로에 형성된 트랜스에 형성된 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 서브보드 회로에 각기 형성된 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)는 상기 마더보드 회로의 암커넥터를 통해 직렬 연결되게 구현되며, 복수의 암커넥터 중 제1 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)는 마더보드 회로에 형성된 정류부의 제1 입력단에 연결되며, 제1 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제2 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 제2 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제3 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 제3 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 상기 정류부의 제2 입력단에 연결되게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 정류부는 상기 제1 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)와 상기 제3 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 출력되는 전압을 전파 정류하며, 상기 마더보스 회로에 형성된 승압전원 출력부를 통해 상기 서브보드 회로에 의해 레벨 변환된 직류전원을 최종 출력하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 서브보드 회로는, 서브보드 회로를 상기 암커넥터부의 각 암커넥터에 연결하거나 삽입시키기 위한 숫커넥터부; 및 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 게이트에 인가받아 온오프되는 복수의 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함하는 스위칭부;가 형성되고, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 드레인에는 스너버 회로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)는, 모스 트랜지스터로서, 드레인이 트랜스의 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)에 각기 연결되고, 소오스는 접지되게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 트랜스는, 1차 측에 있는 센터탭(ct)에 배터리 전원을 인가하고, 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)을 통해 상기 센터탭(ct)에 인가된 전원을 흐르게 하고, 이때 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1) 및 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 전파 전압을 출력하는 변압기인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 배터리, 또는 휴대용 에너지 저장장치에 저장된 에너지나 태양광 전지를 통해 생산되는 에너지를 원하는 레벨로 승압할 수 있도록 한다. 또한 본 발명은 구동 전원의 레벨이 다른 각종 전자제품에 대응하기 위하여 원하는 전원(또는 에너지) 레벨로 간편하게 변경할 수 있도록 하면서 서브보드에 고장 발생 시 교환을 통해 간편하게 고장을 해소할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 외관 형상을 보인 예시도.
도 4는 상기 도 2에 있어서, 제어부가 부하 연결 여부에 따라 케이블 연결을 차단하거나 유지하는 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로의 마더보드 회로를 보인 예시도.
도 6은 상기 도 5에 있어서, 마더보드에 형성된 복수의 각 암커넥터에 삽입되는 서브보드 회로를 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치는, 전원 입력부(110), 제어부(120), 배터리연동 인터페이스부(130), 통신부(140), 배터리팩(150), 인버터부(160), 및 전원 출력부(170)를 포함한다.
상기 전원 입력부(110)는 적어도 3 개의 전원 소스(예 : 상용 전원, 차량 전원, 태양광 전원 등)를 통해 배터리 충전을 위한 전원을 입력받을 수 있다. 이에 따라 상기 전원 입력부(110)는 각각의 전원 소스를 위한 전원 입력부(111, 112, 113)를 포함할 수 있다.
상기 전원 입력부(110)는 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만 DC-DC컨버터, 및 AC-DC컨버터로서 작동할 수 있다. 즉 입력받은 전원(AC, DC)을 지정된 레벨의 DC 전원으로 변환할 수 있다.
상기 전원 출력부(170)는 다양한 부하(예 : 노트북PC, 이동통신단말, 스마트폰, 태블릿PC 등)의 전원 어댑터(또는 전원 단자)를 연결하기 위한 출력단자를 포함하고, 각 출력단자에 해당하는 정격 전원(예 : DC5V, DC12V, DC16V, DC19V, DC24V, 110VAC, 220VAC 등)을 출력한다.
상기 제어부(120)는 상기 전원 입력부(110)를 통해 입력된 전원을 이용하여 상기 배터리팩(150)을 충전한다. 이때 상기 제어부(120)는 안정적인 충전을 위한 BMS(Battery Management System) 제어를 수행한다.
또한 상기 제어부(120)는 IoT(Internet of Things : 사물인터넷) 기반으로 동작할 수 있다. 즉, 사용자가 휴대용 단말기(예 : 스마트폰, 태블릿PC 등)를 이용해 배터리 충전 상태를 파악하여 알려주고, 통신망(예 : 이동통신망 등)과 접속하여 주변에 무선 인터넷(예 : WiFi 등) 신호를 제공하는 스마트 허브로서 동작할 수 있다.
또한 상기 제어부(120)는 전원 출력부(170)에 부하 (연결)유무를 확인하여 케이블 연결 스위칭부(도 2의 190)를 통해 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 : DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 차단하거나 케이블 연결을 유지할 수 있다(도 4 참조).
여기서 상기 제어부(120)가 수행하는 BMS 제어는, 상기 배터리팩(150)의 과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 방지, 셀 밸런싱, 및 온도감지 기능을 포함한다. 이를 해당 기능에 관련된 정보를 검출하기 위한 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 연동 인터페이스부(130)는 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치, 추가 배터리팩, 또는 보조 배터리팩을 추가로 연결하기 위한 인터페이스이다. 가령 보조 배터리팩을 추가로 연결하여 충전하거나, 또는 충전된 보조 배터리팩을 추가로 연결하여 부하에 방전(출력)시킬 수 있다.
상기 인버터부(160)는 상기 입력된 DC 전원을 순수정현파 AC(예 : 110VAC, 220VAC 등)를 생성할 수 있다.
상기 제어부(120)는 상기 인버터부(160)의 동작을 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부(120)는 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 동작 상태 정보를 출력하기 위한 정보 입출력부(도 2의 180)를 포함할 수 있다. 상기 정보 입출력부(도 2의 180)는 사용자가 원하는 동작상태 정보를 버튼이나 스위치를 이용해 선택하면 상기 선택된 동작상태 정보를 출력한다.
상기 정보 입출력부(도 2의 180)는 정보 출력을 위해 엘시디(LCD), 세븐세그먼트(FND), 및 엘이디(LED)를 선택적으로 조합하여 이용할 수 있다.
또한 상기 제어부(120)는 상기 인버터부(160)를 제어하기 위해 피드백 제어를 사용한다. 이때 상기 인버터부(160)를 포함한 전원회로를 구성하는 소자는 제조 공정 및 환경적 요인에 의해 발생하는 허용 오차가 있어서 소자의 오차로 인해 전원회로의 출력은 특정 분포를 갖게 된다. 따라서 전원회로의 출력 분포는 규정된 범위에 있어야 하므로 피드백 제어는 필수적이다.
한편 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치에 기본적으로 내장되는 이차전지(즉, 배터리팩)를 탈착식으로 가능하도록 함으로서 보조 배터리 모듈이 설치가 용이하도록 한다.
상기 통신부(140)는 무선 인터넷 모듈을 포함한다.
예컨대 상기 통신부(140)는 이동통신망(예 : LTE 등)을 통해 인터넷 망에 접속한 후 와이파이(WiFi)를 통해 접속한 주변 기기들에게 인터넷 접속 서비스를 제공한다. 다만 상기 통신부(140)는 와이파이(WiFi)에 한정되지 않고 다른 통신방식(예 : 블루투스)으로 인터넷 접속 서비스를 제공할 수도 있다.
참고로 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치는 무선 인터넷 접속 서비스를 통해 위치 기반 서비스(LBS)(예 : 접속자 위치를 실시간으로 파악하여 미아 방지 및 조난 방지 뿐만 아니라 스마트폰과 ESS 접속 상태를 파악하여 도난 방지에 활용), 홈네트워킹(예: 홈 게이트웨이를 이용한 데이터 전송을 통해 그룹 내 사용자 간의 파일 공유하고 홈 게이트웨이를 이용한 파일 공유를 통해 엔터테인먼트 기능) 및 IoT(예: 주변 환경 센싱을 통해 사용자에게 ESS상태, 내외부 온도/습도 등의 정보 제공하고 주변이 어두워지면 LED 조명을 켜서 사용자에게 편의를 제공하며 스마트폰을 이용하여 ESS의 전력을 제어) 등이 가능하도록 한다.
아울러 사용자의 휴대용 단말기(예 : 스마트폰, 태블릿PC 등)에 설치되는 애플리케이션(예 : Management APP)에는 스마트폰으로 연결 가능한 ESS(Energy Storage System) 관리, ESS 상태 정보 모니터링 및 제어, ESS 및 연결된 단말 위치 정보 제공, 주변 환경 센싱을 통한 부가 서비스 등을 제공할 수 있다.
한편 상기 BMS 제어 기능에 대해서 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(120)는 배터리 모니터링 기능으로서 배터리에서 충방전 되는 전압, 전류 및 온도를 감시하며, SOC 및 SOH 기능을 수행한다.
여기서 SOC(State of Charge 충전상태)는 배터리 충전상태를 %로 표시하는 정보이며, SOH(State of Health 건강상태)는 배터리의 현재까지 저하된 용량의 수준을 평가하는 정보이고, SOL(State of Life 잔존수명)은 SOH를 바탕으로 고장예측, 즉 고장까지 남아있는 사이클 또는 시간을 평가하는 정보이다.
또한 상기 제어부(120)는 배터리의 안전을 위한 관리 및 과충전 방지 등의 보호(protection) 기능을 수행하며, 과방전, 과전류, 및 단락 시 외부 스위치(미도시)를 오프(off) 시키고, 시스템 진단(diagnosis) 및 데이터 이력 관리 기능을 수행한다.
아울러 본 실시예에서 상기 배터리팩(150)은 열방출 및 확산이 고려하여, 열방출 및 확산을 최대화하기 위한 방열판(미도시)을 최적으로 설계하여야 한다. 보통 셀이 수십 ~ 수백 개가 모듈화 된 배터리 팩은 내부에 열이 많이 발생하며, 열에 대한 설계를 잘 못하면, 운용 중에 폭발하거나 전해액이 유출될 수도 있어, 방열판의 설계는 전지의 수명은 물론 안정성에 매우 중요하게 작용한다. 참고로 급속한 충방전은 배터리에 스트레스를 가하여 열 발생의 원인이 되며, 동시에 배터리 수명을 열화시고 접촉저항에 의한 열발생도 고려해야 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치는, 상기 도 1에 있어서, 정보 입출력부(180)와 케이블 연결 스위칭부(190)를 더 포함한다.
상기 정보 입출력부(180)는 사용자가 원하는 동작상태 정보를 입력받기 위한 수단으로서 버튼이나 스위치를 포함하며, 상기 버튼이나 스위치를 통해 선택한 동작상태 정보를 출력하기 위한 수단으로서 엘시디(LCD), 세븐세그먼트(FND), 및 엘이디(LED)를 포함한다.
또한 상기 케이블 연결 스위칭부(190)는, 상기 제어부(120)의 제어에 따라, 상기 전원 출력부(170)에 부하 (연결)유무를 확인하여 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 : DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 차단하거나 케이블 연결을 유지한다.
상기 케이블 연결 스위칭부(190)를 통해 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 : DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 차단하거나 케이블 연결을 유지함으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 외관 형상을 보인 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치는, 흔들림 없이 안정적인 자세를 유지하기 위하여 삼각기둥 형상으로 형성되고, 상부에 손잡이가 형성되며, 일 측면에 적어도 하나 이상의 입력 수단(예 : 동작이나 동작상태 표시를 선택하기 위한 버튼이나 스위치) 및 동작상태 정보를 출력하기 위한 출력 수단(예 : 엘시디(LCD), 세븐세그먼트(FND), 및 엘이디(LED))을 포함한다.
또한 다른 측면에는 입력 전원소스 또는 출력 부하를 연결하기 위한 케이블을 내장하도록 형성될 수 있다.
한편 도 3에 도시된 휴대용 에너지 저장장치는 본 실시예의 이해를 돕기 위해서 도시된 것이며, 그 형상을 한정하기 위한 것이 아님에 유의한다.
도 4는 상기 도 2에 있어서, 제어부가 부하 연결 여부에 따라 케이블 연결을 차단하거나 유지하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(120)는 전원 출력부(170)에 부하 (연결)유무를 확인한다(S101).
상기 확인(S101) 결과, 상기 전원 출력부(170)에 부하가 연결되어 있지 않으면(S101의 아니오), 상기 제어부(120)는 상기 케이블 연결 스위칭부(190)를 통해 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 : DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 차단한다(S102).
한편 상기 확인(S101) 결과, 상기 전원 출력부(170)에 부하가 연결되어 있으면(S101의 예), 상기 제어부(120)는 상기 케이블 연결 스위칭부(190)를 통해 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 : DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 그대로 유지한다(S103).
상기와 같이 본 실시예는 부하의 연결 유무에 따라 내부의 특정 케이블(예 : 인버터의 케이블)의 연결을 차단함으로써 배터리의 소모를 방지하는 효과가 있다.
이하 본 실시예에서 에너지 레벨 변환회로는, 휴대용 에너지 저장장치에서 상기 DC-DC컨버터 회로에 해당하는 것으로, 도 5 내지 도 6을 참조하여 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로의 마더보드(또는 메인보드) 회로를 보인 예시도이고, 도 6은 상기 도 5에 있어서, 마더보드에 형성된 복수의 각 암커넥터(또는 슬롯)에 삽입되는 서브보드 회로(또는 컨버터 보드)를 보인 예시도이다.
도 5를 참조하면, 상기 마더보드(또는 메인보드) 회로는, 배터리전원 입력부(1110), 파워 스위치부(1120), 스위칭펄스 생성부(1130), 전류 버퍼부(1140), 전류 제한부(1150), 암커넥터부(1160), 정류부(1170), 및 승압전원 출력부(1180)를 포함한다.
상기 배터리전원 입력부(1110)는 배터리 전원을 입력받아 잡음을 제거하여 안정된 배터리전원(예 : +12V)을 출력한다. 상기 잡음이 제거된 안정된 배터리 전원(예 : +12V)은 본 실시예에 따른 에너지 레벨 변환회로의 구동을 위한 전원으로서 사용된다.
상기 배터리전원 입력부(1110)를 통해 잡음이 제거된 안정된 배터리 전원(예 : +12V)은 파워 스위치부(1120)를 통해 온오프 제어된다. 즉, 상기 파워 스위치부(1120)은 사용자의 선택에 따라 본 실시예에 따른 에너지 레벨 변환회로에 전원을 입력하거나 차단한다.
상기 스위칭펄스 생성부(1130)는, 도 6에 도시된 서브보드(또는 컨버터 보드) 회로의 스위칭부(1220)를 구동하기 위한 한 쌍의 스위칭펄스(즉, 스위칭 온오프 구간이 서로 상반되는 스위칭펄스)(P1, P2)를 생성한다.
이때 상기 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 제어되는 구형파 펄스이며, 상기 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)의 펄스 폭 제어를 위해서 도 6에 도시된 서브보드 회로의 전류 모니터링부(1250)을 통해 검출되는 전류 값(즉, 션트 저항을 통해 전압으로 변환되어 출력되는 전류 값)을 참조할 수 있다.
상기 스위칭펄스 생성부(1130)에서 생성된 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)는 마더보드에 형성된 암커넥터부(1160)의 각 암커넥터(1161 ~ 1163)에 삽입되는 서브보드 회로에 인가된다.
상기 전류 버퍼부(1140)는 상기 스위칭펄스 생성부(1130)에서 출력되는 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)에 대하여 외부 노이즈의 영향을 줄여준다.
상기 전류 버퍼부(1140)는 상기 암커넥터부(1160)의 복수의 암커넥터(1161 ~ 1163)에 각기 인가되는 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)를 각기 버퍼링하는 복수의 전류 버퍼(1141 ~ 1143)를 포함한다.
상기 전류 제한부(1150)는 상기 스위칭펄스 생성부(1130)에서 출력되는 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)가 도 6에 도시된 서브보드 회로의 스위칭부(1220)의 각 스위치(Q1, Q2)에 미치는 영향을 조절한다.
예컨대 상기 전류 제한부(1150 ~ 1156)는 상기 스위칭펄스가 하이(High)일 때는 저항을 통해서 상기 각 스위치(Q1, Q2)에 인가되게 하고, 상기 스위칭펄스가 로우(Low)일 때는 상기 각 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 충전된 전압을 다이오드를 통해서 해소되게 하며, 또한 상기 각 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 과도한 전류가 인가되는 것을 방지한다.
상기 전류 제한부(1150)는 상기 암커넥터부(1160)의 복수의 암커넥터(1161 ~ 1163)에 각기 인가되는 각 스위칭펄스를 각기 제한하는 복수의 전류 제한회로(1151 ~ 1156)를 포함한다.
상기 암커넥터부(1160)는 도 6에 도시된 서브보드 회로를 삽입할 수 있도록 하는 복수의 암커넥터(1161 ~ 1163)를 포함한다.
이때 상기 각 암커넥터(1161 ~ 1163)는 상기 한 쌍의 스위칭펄스(P2, P2)를 각기 입력받는 단자, 상기 배터리 전원(예 : +12V)을 입력받는 단자, 접지 단자(GND), 및 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 포함한다.
여기서 상기 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자는 직렬 연결 방식으로 구현된다. 즉, 제1 암커넥터(1161)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)는 정류부(1170)의 제1 입력단에 연결되며 제1 암커넥터(1161)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제2 암커넥터(1162)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 제2 암커넥터(1162)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제3 암커넥터(1163)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 제3 암커넥터(1163)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 상기 정류부(1170)의 제2 입력단에 연결되게 구현된다.
상기와 같이 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)가 직렬 연결 방식으로 구현됨으로써 전압(즉 에너지) 레벨의 승압을 가능하게 한다. 다만, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 전류를 증가시키기 위해서 상기 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)가 병렬 연결 방식으로 구현될 수도 있음에 유의한다. 즉, 각 암커넥터(1161 ~ 1163)의 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)가 상기 정류부(1170)의 동일한 입력단에 연결되게 구현될 수도 있다.
예컨대 상기 암커넥터부(1160)의 각 암커넥터(1161 ~ 1163)에 연결(또는 삽입)되는, 도 6에 도시된 서브보드 회로가 각기 200W급 컨버터 회로라고 가정할 경우, 도 5에 도시된 마더보드 회로에 3개의 서브보드 회로가 모두 연결될 경우 총 600W급의 컨버터 기능의 구현을 가능하게 한다.
한편 상기 각 암커넥터(1161 ~ 1163)에 도 6에 도시된 서브보드 회로를 모두 연결(삽입)하지 않고 어느 하나 또는 둘의 암커넥터에만 도 6에 도시된 서브보드 회로를 연결(삽입)하고, 상기 서브보드 회로가 연결(삽입)되지 않는 암커넥터는 점프선을 이용해 상기 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)을 직접 연결할 경우, 원하는 전원(또는 에너지) 레벨(즉, 각 암커넥터에 연결되는 서브보드 회로의 갯수에 대응하는 레벨)로 간편하게 변경할 수 있다.
물론 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 직렬 연결되는 암커넥터의 개수를 더 증가시켜 서브보드 회로를 연결할 경우 전원(또는 에너지) 레벨(즉, 각 암커넥터에 연결되는 서브보드 회로의 갯수에 대응하는 레벨)을 더 확장할 수도 있다.
상기 정류부(1170)은 제1 입력단에 상기 제1 암커넥터(1161)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)가 연결되며, 제2 입력단에 상기 제3 암커넥터(1163)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)가 연결된다.
이에 따라 상기 정류부(1170)는 상기 제1 암커넥터(1161)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)와 상기 제3 암커넥터(1163)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 출력되는 전압을 전파 정류하여, 승압전원 출력부(1180)을 통해 상기 서브보드 회로에 의해 레벨 변환(즉, 승압)된 직류전원을 최종 출력하게 된다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 승압전원 출력부(1180)을 통해 출력되는 직류전원은 인버터부(미도시)에 인가되어 교류전원으로 변환된다.
도 6을 참조하면, 상기 서브보드 회로는, 숫커넥터부(1210), 스위칭부(1220), 트랜스(1230), 스너버 회로(1240), 및 전류 모니터링부(1250)를 포함한다.
상기 숫커넥터부(1210)는 상기 서브보드 회로를 상기 암커넥터부(1160)의 각 암커넥터(1161 ~ 1163)에 연결(삽입)시킨다.
상기 스위칭부(1220)는 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 게이트에 인가받아 온오프되는 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)(예 : MOS 트랜지스터)를 포함한다.
상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)는 일 측(예 : 드레인)이 트랜스(Transformer)(1230)의 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)에 각기 연결되고 다른 일 측(예 : 소오스)은 접지된다.
이에 따라 상기 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프 됨에 따라, 상기 트랜스(1230)의 1차측 센터탭(ct)에 인가된 배터리 전원(+12V)이 제1 스위칭 트랜지스터(Q1)를 통해 흐르거나 제2 스위칭 트랜지스터(Q2)를 통해 흐르게 된다.
이때 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 일 측(예 : 드레인)에는 스너버 회로(1240)(즉, 저항과 커패시터가 직렬 연결된 회로)가 연결되어 상기 트랜스(1230)로 흐르던 전류가 끊어질 때 코일의 끝단에서 발생하는 역기전력(즉, 상기 스위칭 트랜지스터의 내압보다 높게 발생되는 역기전력)을 감소시킨다. 이에 따라 상기 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 파손을 방지한다.
그리고 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 다른 일 측(예 : 소오스)에는 전류 모니터링부(1250)가 형성된다.
상기 트랜스(1230)는 1차 측에 있는 센터탭(ct)에 전원(예 : +12V)을 인가하고 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)을 통해 상기 센터탭(ct)에 인가된 전원을 흐르게 하고, 이때 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1) 및 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 전파 전압을 출력하는 변압기이다.
이에 따라 상기 도 6에 도시된 서브보드 회로는, 상기 도 5에 도시된 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)에 의해 상기 스위칭부(1220)의 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프 됨에 따라, 상기 트랜스(1230)를 통해 변압된 전원을 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 통해 출력하고, 상기 도 5에 도시된 마더보드 회로의 암커넥터부(1160)를 통해 직렬 연결됨으로써, 상기 서브보드 회로의 개수만큼 승압된(즉, 에너지 레벨이 변환된) 직류 전원을 상기 도 5에 도시된 마더보드 회로를 통해 출력하게 된다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1110 : 배터리전원 입력부 1120 : 파워 스위치부
1130 : 스위칭펄스 생성부 1140 : 전류 버퍼부
1150 : 전류 제한부 1160 : 암커넥터부
1170 : 정류부 1180 : 승압전원 출력부
1210 : 숫커넥터부 1220 : 스위칭부
1230 : 트랜스 1240 : 스너버 회로
1250 : 전류 모니터링부

Claims (8)

  1. 직류 전원을 입력받아 지정된 에너지 레벨로 변환하여 출력하는 복수의 서브보드 회로를 암커넥터를 통해 직렬 연결하는 마더보드 회로; 및
    상기 암커넥터를 통해 상기 마더보드 회로에 연결되거나 삽입되고, 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)에 의해 스위칭되는 스위칭부와, 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프 됨에 따라, 트랜스를 통해 변압된 전원을 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 통해 출력하도록 형성되는 상기 서브보드 회로;를 포함하고,
    상기 서브보드 회로가 상기 마더보드 회로의 암커넥터부를 통해 직렬 연결됨으로써, 상기 서브보드 회로의 개수만큼 에너지 레벨이 변환된 직류 전원을 상기 마더보드 회로를 통해 출력하도록 구현된 것을 특징으로 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 마더보드 회로는,
    상기 서브보드 회로의 스위칭부를 구동하기 위한 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)를 생성하는 스위칭펄스 생성부;를 포함하고,
    상기 스위칭펄스는,
    스위칭 온오프 구간이 서로 상반되어, 상기 스위칭부의 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 번갈아가며 스위칭 시키기 위한 펄스인 것을 특징으로 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭펄스 생성부에서 생성된 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)는, 마더보드에 형성된 복수의 각 암커넥터에 삽입되는 서브보드 회로에 인가되며,
    상기 각 암커넥터는,
    상기 한 쌍의 스위칭펄스(P2, P2)를 각기 입력받는 단자, 배터리 전원을 입력받는 단자, 접지 단자(GND), 및 상기 서브보드 회로에 형성된 트랜스에 형성된 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 서브보드 회로에 각기 형성된 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)는 상기 마더보드 회로의 암커넥터를 통해 직렬 연결되게 구현되며,
    복수의 암커넥터 중 제1 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)는 마더보드 회로에 형성된 정류부의 제1 입력단에 연결되며, 제1 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제2 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 제2 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제3 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 제3 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 상기 정류부의 제2 입력단에 연결되게 형성된 것을 특징으로 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 정류부는 상기 제1 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)와 상기 제3 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 출력되는 전압을 전파 정류하며, 상기 마더보드 회로에 형성된 승압전원 출력부를 통해 상기 서브보드 회로에 의해 레벨 변환된 직류전원을 최종 출력하도록 형성된 것을 특징으로 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 서브보드 회로는,
    서브보드 회로를 상기 암커넥터부의 각 암커넥터에 연결하거나 삽입시키기 위한 숫커넥터부; 및
    상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 게이트에 인가받아 온오프되는 복수의 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함하는 스위칭부;가 형성되고,
    상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 드레인에는 스너버 회로가 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)는,
    모스 트랜지스터로서, 드레인이 트랜스의 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)에 각기 연결되고, 소오스는 접지되게 형성된 것을 특징으로 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 트랜스는,
    1차 측에 있는 센터탭(ct)에 배터리 전원을 인가하고, 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)을 통해 상기 센터탭(ct)에 인가된 전원을 흐르게 하고, 이때 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1) 및 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 전파 전압을 출력하는 변압기인 것을 특징으로 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
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