KR102049002B1 - 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법 - Google Patents

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김용운
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주식회사 비씨엔에스
김용운
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Abstract

본 발명에 따른 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치는, 상용 교류 전원에 접속되는 교류 입력부; 상기 교류 입력부로부터 출력되는 상용 교류 전원을 직류 전압으로 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터 출력되는 전압을 변환하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 1차측의 제1 코일에 커플링되는 스위칭 트랜지스터를 포함하며, 상기 스위칭 트랜지스터의 동작에 따라 상기 트랜스포머의 2차측의 주코일 및 2차측 간헐 충전 코일에 전력을 공급하는 전력 공급부; 주코일에 발생되는 제1 전압에 대응하는 피드백 전압 및 상기 스위칭 트랜지스터에 흐르는 전류에 대응하는 감지 신호를 입력받아, 상기 스위칭 트랜지스터의 온/오프를 제어하는 PWM 신호 발생부; 상기 정류부의 출력과 접지 사이에 배치되고, 상기 정류부의 출력 전압을 이용하여 정전 검출 신호를 출력하는 정전 검출부; 상기 트랜스포머 내 2차측 주코일의 출력측에 배치되고, 2차 전지에 소전류를 지속적으로 공급하기 위한 소전류 충전부; 및 상기 트랜스포머 내 2차측 간헐 충전 코일의 출력측에 배치되고, 간헐 충전 제어 신호에 응답하여 상기 2차 전지에 간헐 충전 전압을 공급하기 위한 간헐 충전부를 포함한다.

Description

스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법{DC UNINTERRUPTABLE POWER SUPPLY FOR SMALL SECTOR BASE STATION AND CHARGING METHOD FOR SECONDARY BATTERY IN THE DC UNINTERRUPTABLE POWER SUPPLY}
본 발명은 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)는 개인용 컴퓨터(PC); 서버(Server)용 컴퓨터; 워크 스테이션급 컴퓨터; 및 이러한 컴퓨터에 연결된 모니터에 무정전으로 전원을 공급하는 장치이다 그런데, 현재 상용화된 대부분의 컴퓨터는 모두가 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 전원장치로 사용하고 있으므로 무정전 전원장치는 상기한 SMPS의 입력단에 연결시켜 사용하는 것이 일반적이다.
또한, SMPS는 통상 장치의 내부에 교류를 직류로 변환하는 정류회로를 구비하고 있으므로 SMPS에 교류가 인가되든 직류가 인가되든 아무런 차이가 없다 하지만, 무정전 전원장치에 있어서는 교류 출력을 얻는 것보다는 직류 출력을 얻는 것이 장치 제어가 용이하고 출력면에서도 경제적이기 때문에 직류 출력형 무정전 전원장치가 개발되고 있다.
공개특허 2004-0033227 고효율 직류출력 무정전 전원장치 공개특허 2003-0018685 고효율 직류, 교류 복합 출력 무정전 전원장치 공개특허 1999-0066291 직류 출력형 무정전 전원장치 공개특허 2002-0015465 무정전 스위칭 모드 전원장치
그런데, 최근 개발되고 있는 직류 출력형 무정전 전원장치는 대체적으로 정전시 사용되는 2차 전지를 입력되는 교류 전원을 정류하는 정류부와 SMPS 1차측 사이에 접속하여 충전시키고, 방전시에도 SMPS 1차에 접속하여 방전시키는 토폴로지를 사용한다. 이러한 토폴로지로 인해 2차 전지를 충전하기는 쉬운 반면, 정전시 2차 전지의 백업 전원이 SMPS의 트랜스포머를 거쳐야 하므로 불필요하게 전력 소모가 늘어나는 문제가 있다.
특히 기지국과 교환국 사이에 배치되는 무선통신용 중계기의 경우, LTE 세대에서 5G 세대로 전환되면서 처리해야 하는 통신 데이터량의 증가로 스몰 섹터형 중계기의 요구가 높아지고 있다. LTE 세대까지는 중계기가 상대적으로 넓은 영역을 커버할 수 있어서 중계기에 일반적인 교류형 UPS(무정전 전원장치)를 사용할 수 있었다. 그러나 5G 세대로 전환되면서 상대적으로 좁은 영역을 커버하는 중계기가 소형화되고 이로 인해 소형의 중계기를 위해 통상의 교류형 UPS를 사용하는 것은 공간적으로 불가능하고, 비용면에서도 타당성이 낮다.
또한, 일반적인 부하의 경우, 정전시 백업 전원이 감당하는 전력은 비상등과 같은 비상시 사용되는 부하에만 그치는데 반해, 부하가 중계기인 경우에는, 중계기가 소형이라 할 지라도 정전시 중계기가 소모하는 전력은 상시 사용전력과 차이가 없으므로 백업 전원으로부터 부하에 전달되는 도중에 소모되는 전력을 가급적 최소화할 필요가 있다.
그리고, 부하인 중계기에 정전 시간이 소정 시간을 초과하면 중계기 내 구동 프로그램이 리셋되므로 정전을 최대한 신속하게 검출하여 리셋되기 전에 백업 전원을 공급할 필요가 있다.
따라서 본 발명은 SMPS의 2차측에서 2차 전지를 충전하고 정전시 2차 전지의 백업 전원을 부하단에 직접 연결함으로써 불필요한 전력 소모를 최소화할 수 있는 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 SMPS의 1차측에서 정전을 검출함으로써 정전을 신속하게 검출할 수 있는 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 간헐 충전 방식을 적용하여 2차 전지의 수명을 연장할 수 있는 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 2차 전지의 검출 충전 전압의 전위에 따라 간헐 충전 시간을 조정함으로써 2차 전지의 수명을 연장할 수 있는 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본원의 제1 발명에 따른 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치는, 상용 교류 전원에 접속되는 교류 입력부; 상기 교류 입력부로부터 출력되는 상용 교류 전원을 직류 전압으로 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터 출력되는 전압을 변환하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 1차측의 제1 코일에 커플링되는 스위칭 트랜지스터를 포함하며, 상기 스위칭 트랜지스터의 동작에 따라 상기 트랜스포머의 2차측의 주코일 및 2차측 간헐 충전 코일에 전력을 공급하는 전력 공급부; 주코일에 발생되는 제1 전압에 대응하는 피드백 전압 및 상기 스위칭 트랜지스터에 흐르는 전류에 대응하는 감지 신호를 입력받아, 상기 스위칭 트랜지스터의 온/오프를 제어하는 PWM 신호 발생부; 상기 정류부의 출력과 접지 사이에 배치되고, 상기 정류부의 출력 전압을 이용하여 정전 검출 신호를 출력하는 정전 검출부; 상기 트랜스포머 내 2차측 주코일의 출력측에 배치되고, 2차 전지에 소전류를 지속적으로 공급하기 위한 소전류 충전부; 및 상기 트랜스포머 내 2차측 간헐 충전 코일의 출력측에 배치되고, 간헐 충전 제어 신호에 응답하여 상기 2차 전지에 간헐 충전 전압을 공급하기 위한 간헐 충전부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 2차 전지의 충전 전위에 따라 간헐 충전 스위칭 신호를 출력하고, 상기 정전 검출 신호에 따라 백업 제어 신호를 출력하는 2차 전지 충전 제어부; 및 상기 백업 제어 신호에 따라 상기 2차 전지의 충전 전압을 부하로 출력하는 백업 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 2차 전지 충전 제어부는, 제1 시간 동안 상기 2차 전지에 충전 전압을 공급하고, 제2 시간 동안 상기 2차 전지에 충전 전압의 공급을 휴지하며, 상기 2차 전지의 충전 전압을 검출하여 검출 충전 전압이 제1 레벨 이하이면 상기 제1 시간 동안의 충전 전압 공급과 상기 제2 시간 동안의 충전 전압 공급의 휴지를 반복할 수 있다.
바람직하게는, 상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 상기 제1 레벨을 초과하면 변동 충전 시간동안 충전하고, 변동 휴지 시간동안 휴지한 후 상기 검출 충전 전압이 제2 레벨을 초과하면 상기 2차 전지의 충전을 중단할 수 있다.
바람직하게는, 상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 제2 레벨보다 낮고 제1 레벨보다 높은 제3 레벨에 도달하면 상기 변동 충전 시간동안 충전하는 단계로 복귀할 수 있다.
바람직하게는, 상기 변동 충전 시간은 하기 수학식에 따른다.
Figure 112018061108414-pat00001
여기서, Tcrg: 변동 충전 시간, Tcrg_max: 최대 충전 시간, Tcrg_min: 최소 충전 시간, Vcrg_max: 최대 충전 전압, Vcrg_min: 최저 충전 전압임.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치의 충전 방법은, 충전 전압 검출부가 2차 전지의 충전 전압을 검출하여 검출 충전 전압을 생성하는 제1 단계; 2차 전지 충전 제어부는, 제1 시간 동안 상기 2차 전지에 충전 전압을 간헐적으로 공급하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제2 단계; 상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 제1 레벨 이하이면 상기 제1 단계를 반복하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제3 단계; 상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 상기 제1 레벨을 초과하면 변동 충전 시간동안 충전하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제4 단계; 상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 제4 단계 후 변동 휴지 시간동안 휴지하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제5 단계; 상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 제2 레벨을 초과하면 상기 2차 전지의 충전을 중단하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제6 단계; 및 상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 제2 레벨보다 낮고 제1 레벨보다 높은 제3 레벨에 도달하면 상기 제4 단계로 회귀하는 제7 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, SMPS의 2차측에서 2차 전지를 충전하고 정전시 2차 전지의 백업 전원을 부하단에 직접 연결함으로써 불필요한 전력 소모를 최소화할 수 있고, SMPS의 1차측에서 정전을 검출함으로써 정전을 신속하게 검출할 수 있고, 간헐 충전 방식을 적용하여 2차 전지의 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직류 출력형 무정전 전원공급장치의 주 회로도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직류 출력형 무정전 전원공급장치의 백업부 회로도, 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직류 출력형 무정전 전원공급장치의 간헐 충전 흐름도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직류 출력형 무정전 전원공급장치의 주 회로도, 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직류 출력형 무정전 전원공급장치의 백업부 회로도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 직류 출력형 무정전 전원공급장치는, 교류 입력부(101), 과전압 보호부(103), 고주파 차단부(105), 전파정류부(107), 평활부(109), 1차 코일(111), 2차측 바이어스 전압용 코일(112), 2차측 주 코일(113), 2차측 간헐 충전용 코일(115), 2차측 제1 반파 정류부(117), 노이즈 제거용 필터(119), 제1 포토 다이오드부(121), 정전압 제어부(123), 2차 출력부(125), 출력전압 표시부(127), 2차 전지 충전부(129), 2차측 제2 반파 정류부(130), 간헐 충전 스위칭부(131), 제1 정전압부(133), 충전전압 제어부(135), 2차 전지 간헐 충전부(137), 제3 커넥터(139), 정전 검출부(141), 제1 포토 트랜지스터(143), 구동 소자부(145), PWM 스위칭부(147), 수동 스위치부(201), 제2 정전압부(203), 백업전원 스위칭부(205), 릴레이부(207), 분압저항부(209), 정전 동작부(211), 마이컴(213), 충전중 표시 스위칭부(215), 만충전 표시 스위칭부(217), 충전중 표시부(219), 및 만충전 표시부(221)를 포함한다.
교류 입력부(101, CN1)는 상용 교류 전원에 접속된다.
과전압 보호부(103)는 교류 입력부(101)의 출력과 직렬 연결되는 퓨즈(Fuse) 및 써미스터(TH) 그리고 교류 입력부(101)의 출력과 병렬 연결되는 바리스터(MOV)를 포함하여 과전압 또는 서지전압으로부터 후단의 회로를 보호한다.
고주파 차단부(105)는 과전압 보호부(103)의 출력측 양단에 트랜스포머 형태로 삽입되어 입력되는 고주파가 후단의 회로로 전파되는 것을 차단한다.
전파정류부(107)는 고주파 차단부(105)의 출력단에 브릿지 형태의 정류회로가 배치되어 입력되는 교류 전압을 직류 전압으로 전파 정류하여 출력한다.
평활부(109)는 전파정류부(107)의 출력단에 캐패시터가 병렬로 삽입되어 전파 정류 전압을 평활화한다.
SMPS는 1차측 제1 코일(111), 2차측 바이어스 전압용 코일(112), 2차측 주 코일(113), 및 2차측 간헐 충전용 코일(115)을 포함한다.
2차측 제1 반파 정류부(117)는 2차측 주 코일(113)의 일측에 접속된 제4 다이오드(D4)를 이용하여 2차측 주 코일(113)에 유기되는 교류 전압을 반파 정류한다.
노이즈 제거용 필터(119)는 2차측 제1 반파 정류부(117)의 출력단에 접속되는 초크 코일을 포함하여 2차측 제1 반파 정류부(117)로부터 출력되는 정류 전압에 포함된 노이즈를 제거한다.
제1 포토 다이오드부(121)는 노이즈 제거용 필터(119)의 출력단에 병렬 결합되는 제1 포토 다이오드(PD1)를 포함하고, 2차측 주 코일(113)에 유기되는 출력 전압이 정상이면 발광한다.
정전압 제어부(123)는 노이즈 제거용 필터(119)의 출력단에 제1 포토 다이오드(PD1)와 직렬 연결되는 제1 션트 레귤레이터(U1)를 포함하고, 제1 션트 레귤레이터(U1)는 출력 전압을 분압하기 위해 노이즈 제거용 필터(119)의 출력단에 병렬연결된 분압 저항(R17)에 인가되는 분압 전압에 의해 제어된다.
2차 출력부(125)는 노이즈 제거용 필터(119)의 출력단으로부터 부하측으로 순방향 접속된 제5 다이오드(D5)를 포함하고, 예컨대 12볼트의 전압을 출력한다.
출력전압 표시부(127)는 노이즈 제거용 필터(119)의 출력단에 병렬 결합되는 레이저 다이오드(LD1)를 포함하고, 2차측 주 코일(113)에 유기되는 출력 전압이 정상이면 발광하여 출력전압이 정상임을 표시한다.
소전류 충전부(129)는 노이즈 제거용 필터(119)의 출력단에 직렬 접속된 제16 저항(R16) 및 제6 다이오드(D6)를 포함하고, 제6 다이오드(D6)의 출력이 2차 전지(Bat)에 제공된다. 2차 전지 충전부(129)는 2차 전지(Bat)에 상대적으로 작은 전류를 지속적으로 공급하는데, 2차 전지가 완전 방전되었을 때 지속적으로 흐르는 소전류를 통해 2차 전지를 wake-up 시키는 역할을 수행한다.
2차측 제2 반파 정류부(130)는 2차측 간헐 충전용 코일(115)의 일측에 접속된 제7 다이오드(D7)를 이용하여 2차측 간헐 충전용 코일(115)에 유기되는 교류 전압을 반파 정류한다.
간헐 충전 스위칭부(131)는 마이컴(213)으로부터 출력되는 간헐 충전 스위칭 신호(CH ON/OFF)에 제어되어 스위칭하는 제2 스위칭 소자(Q2)와, 2차측 제2 반파 정류부(130)의 출력과 제1 정전압부(133) 사이에 배치되고 제2 스위칭 소자(Q2)의 스위칭에 동작하는 제5 스위칭 소자(Q5)를 포함한다.
제1 정전압부(133)는 2차측 제2 반파 정류부(130)의 출력을 입력받아 일정한 전압을 출력한다.
간헐 충전 전압 제어부(135)는 제2 션트 레귤레이터(U2)와 가변 저항을 포함하는 분압 저항(R18, R19, VR)을 포함한다. 제2 션트 레귤레이터(U2)는 제1 정전압부(133)의 조절단자와 접지 사이에 배치되고, 제2 션트 레귤레이터(U2)는 분압 저항(R19, VR)에 인가되는 분압 전압에 의해 제어된다. 여기서 가변 저항(VR)은 제1 정전압부(133)의 출력 전압의 레벨을 조절하는바, 이에 따라 2차 전지(Bat)의 충전 전압 레벨을 조절할 수 있다.
2차 전지 간헐 충전부(137)는 제1 정전압부(133)의 출력측에서 2차 전지(Bat)의 입력측으로 순방향 배치되는 제8 다이오드(D8)과 2차 전지(Bat)에 병렬 접속되는 제15 캐패시터(C15)를 포함한다.
제3 커넥터(139)에 2차 전지(Bat)가 접속된다.
정전 검출부(141)는 전파정류부(107)의 출력단에 병렬 접속되는 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함하고, 상시에는 제2 포토 다이오드(PD2)가 정상 동작하여 발광하여 정상 동작 신호를 출력한다. 한편, 정전시에는 제2 포토 다이오드(PD2)에 동작 전압이 인가되지 않아 발광하지 않는다. 추가적으로, 제2 포토 다이오드(PD2)에 제너 다이오드(ZD1)가 병렬 접속되어 전파정류부(107)로부터 과전압이 출력되는 경우, 방전시켜 제2 포토 다이오드(PD2)를 보호한다.
구동 소자부(145)는 제1 포토 트랜지스터(143)의 스위칭에 따라 동작하여 게이트 단자(GATE)로부터 출력되는 PWM 스위칭 제어신호의 폭을 조절하고, PWM 스위칭부(147) 내 제1 트랜지스터(Q1)가 PWM 스위칭 제어신호에 스위칭되면 1차 코일(111)에서 2차측 코일(113, 115)로 유기되는 전압이 조절된다.
분압저항부(209)는 2차 전지(Bat)에 병렬 접속된 저항(R25, R34)을 포함하고, 2차 전지(Bat)의 충전 전압에 대응하는 분압 전압이 저항(R34)에 인가된다.
정전 동작부(211)는 제2 포토 다이오드(PD2)로부터 정상 동작 신호가 수광되지 않으면 턴오프되어 스위칭되는 제2 포토 트랜지스터(PT2)를 포함한다.
마이컴(213)은 분압저항부(209)로부터 검출되는 2차 전지(Bat)의 충전 전압에 따라 간헐 충전 스위칭 신호(CH ON/OFF)를 출력하고, 정전 동작부(211)의 스위칭 신호에 따라 백업 제어 신호(BACK UP)를 출력한다. 간헐 충전 스위칭에 대해서는 도 3에서 구체적으로 설명하기로 한다. 한편, 백업 제어 신호(BACK UP)와 관련해서는 상시 전원이 정상 동작시에는 "L"레벨의 백업 제어 신호(BACK UP)를 출력하고, 정전시에는 "H"레벨의 백업 제어 신호(BACK UP)를 출력한다.
충전중 표시 스위칭부(215)는 2차 전지(Bat)의 일단과 접지 사이에 배치되는 제3 트랜지스터(Q3)를 포함하고, 제3 트랜지스터(Q3)는 마이컴(213)으로부터 출력되는 충전중 스위칭 신호(CG, Charging)에 제어되어 스위칭한다.
만충전 표시 스위칭부(217)는 2차 전지(Bat)의 일단과 접지 사이에 배치되는 제4 트랜지스터(Q4)를 포함하고, 제4 트랜지스터(Q4)는 마이컴(213)으로부터 출력되는 만충전 스위칭 신호(FC, Full Charge)에 제어되어 스위칭한다.
충전중 표시부(219)는 2차 전지(Bat)의 일단과 충전중 표시 스위칭부(215) 사이에 배치되는 제2 레이저 다이오드(LD2)를 포함한다.
만충전 표시부(221)는 2차 전지(Bat)의 일단과 충전중 표시 스위칭부(217) 사이에 배치되는 제3 레이저 다이오드(LD3)를 포함한다.
수동 스위치부(201, SW1)는 제3 커넥터(CN3)와 부하 사이에 배치되고, 사용자의 필요에 따라 스위칭이 가능하다.
제2 정전압부(203, IC2)는 제3 커넥터(CN3)의 출력을 입력받아 소정 레벨의 정전압(예: 5볼트)을 출력한다.
백업전원 스위칭부(205)는 백업 제어 신호(BACK UP)에 스위칭되는 제6 트랜지스터(Q6)의 동작에 따라 제3 커넥터(CN3)와 제6 트랜지스터(Q6) 사이에 배치된 릴레이 코일을 동작시킨다.
릴레이부(207)내 릴레이 스위치는 제3 커넥터(CN3)와 부하 사이에 배치되고, 릴레이 코일이 동작하면 릴레이 스위치가 동작하여 제3 커넥터(CN3)에 접속된 2차 전지(Bat)의 백업 전원(예: 12볼트)이 부하측으로 공급된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직류 출력형 무정전 전원공급장치의 간헐 충전 흐름도로서, 본 발명의 일실시예에 따른 직류 출력형 무정전 전원공급장치에서의 간헐 충전 방법은 다음과 같다.
우선 마이컴(213)은 28초 동안 "H"레벨의 간헐 충전 스위칭 신호(CH ON/OFF)를 출력하고(S310), 2초 동안 "L"레벨의 간헐 충전 스위칭 신호(CH ON/OFF)를 출력한다(S320).
이후 2차 전지 충전 전압(Vbat)을 검출하여 검출 충전 전압(Vbat)이 12.17V 이하인지를 판단하고(S330), 1주기 중 소정 충전시간 동안 충전하고(S340), 나머지 시간 동안 휴지한다(S350).
여기서, 1주기는 충전시간과 휴지시간의 합으로 이루어지며, 예컨대, 충전시간은 28초, 휴지시간은 2초일 수 있다.
계속해서, 2차 전지 충전 전압을 검출하여 검출된 2차 전지 충전 전압(Vbat)이 12.5V를 초과하는지를 판단하고(S360), 검출된 2차 전지 충전 전압(Vbat)이 12.5V를 초과하면 2차 전지(Bat)의 충전을 종료하고(S370), 검출된 2차 전지 충전 전압(Vbat)이 12.5V 이하이면, 단계 S340으로 복귀한다.
충전을 종료한 상태에서 검출된 2차 전지 충전 전압(Vbat)이 12.3V 미만이면 단계 S340으로 복귀하고, 검출된 2차 전지 충전 전압(Vbat)이 12.3V 이상이면 단계 S370으로 복귀한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 단계 S340의 변동 충전 시간(Tcrg)과 S350의 변동 휴지 시간(Tidle)은 검출된 2차 전지 충전 전압의 전위에 따라 달라질 수 있는바, 마이컴(213)은 1주기 또는 소정 주기를 종료할 때마다 예컨대, 수학식 1에 보이는 바와 같이, 단계 S340의 변동 충전 시간(Tcrg)과 S350의 변동 휴지 시간(Tidle)을 선형적으로 조정할 수 있다.
Figure 112019090301333-pat00009
Tcrg: 변동 충전 시간
Tcrg_max: 최대 충전 시간
Tcrg_min: 최소 충전 시간
Vcrg_max: 최대 충전 전압
Vcrg_min: 최저 충전 전압
Vbat: 검출된 2차 전지 충전 전압
Figure 112018061108414-pat00003
예를 들어, 최저 충전 전압(Vcrg_min) 12.3V에서 최대 충전 시간(Tcrg_max)으로 28초를, 최대 충전 전압(Vcrg_max) 12.5V에서 최저 충전 시간(Tcrg_min)으로 20초를 충전한다고 마이컴(213)에 세트하면 검출된 충전전압에서의 간헐적인 변동 충전 시간과 변동 휴지 시간이 계산된다.
이와 같이, 변동 충전 시간과 변동 휴지 시간을 조정하는 이유는 2차 전지 충전 전압의 전위가 높아짐에 따라 발열 현상이 심화하게 되고 이에 따라 2차 전지의 열화를 촉진하게 된다. 따라서 발열에 의한 2차 전지의 열화 현상을 늦춰 2차 전지의 수명을 연장하도록 2차 전지의 전위가 높아짐에 따라 1 주기 내 충전시간을 축소하고 휴지시간을 증가하는 스킴이다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 교류 입력부
103: 과전압 보호부
105: 고주파 차단부
107: 전파정류부
109: 평활부
111: 1차 코일
112: 2차측 바이어스 전압용 코일
113: 2차측 주 코일
115: 2차측 간헐 충전용 코일
117: 2차측 제1 반파 정류부
119: 노이즈 제거용 필터
121: 제1 포토 다이오드부
123: 정전압 제어부
125: 2차 출력부
127: 출력전압 표시부
129: 2차 전지 충전부
130: 2차측 제2 반파 정류부
131: 간헐 충전 스위칭부
133: 제1 정전압부
135: 충전전압 제어부
137: 2차 전지 간헐 충전부
139: 제3 커넥터
141: 정전 검출부
143: 제1 포토 트랜지스터
145: 구동 소자부
147: PWM 스위칭부
201: 수동 스위치부
203: 제2 정전압부
205: 백업전원 스위칭부
207: 릴레이부
209: 분압저항부
211: 정전 동작부
213: 마이컴
215: 충전중 표시 스위칭부
217: 만충전 표시 스위칭부
219: 충전중 표시부
221: 만충전 표시부

Claims (9)

  1. 상용 교류 전원에 접속되는 교류 입력부;
    상기 교류 입력부로부터 출력되는 상용 교류 전원을 직류 전압으로 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터 출력되는 전압을 변환하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머의 1차측의 제1 코일에 커플링되는 스위칭 트랜지스터를 포함하며, 상기 스위칭 트랜지스터의 동작에 따라 상기 트랜스포머의 2차측의 주코일 및 2차측 간헐 충전 코일에 전력을 공급하는 전력 공급부;
    상기 트랜스포머의 2차측의 주코일에 발생되는 제1 전압에 대응하는 피드백 전압 및 상기 스위칭 트랜지스터에 흐르는 전류에 대응하는 감지 신호를 입력받아, 상기 스위칭 트랜지스터의 온/오프를 제어하는 PWM 신호 발생부;
    상기 정류부의 출력과 접지 사이에 배치되고, 상기 정류부의 출력 전압을 이용하여 정전 검출 신호를 출력하는 정전 검출부;
    상기 트랜스포머 내 2차측 주코일의 출력측에 배치되고, 2차 전지에 소전류를 지속적으로 공급하기 위한 소전류 충전부;
    상기 트랜스포머 내 2차측 간헐 충전 코일의 출력측에 배치되고, 간헐 충전 제어 신호에 응답하여 상기 2차 전지에 간헐 충전 전압을 공급하기 위한 간헐 충전부;
    상기 2차 전지의 충전 전압 레벨에 따라 간헐 충전 스위칭 신호를 출력하고, 상기 정전 검출 신호에 따라 백업 제어 신호를 출력하는 2차 전지 충전 제어부; 및
    상기 백업 제어 신호에 따라 상기 2차 전지의 충전 전압을 부하로 출력하는 백업 전원 공급부를 포함하고,
    상기 2차 전지 충전 제어부는,
    제1 시간 동안 상기 2차 전지에 충전 전압을 공급하고, 제2 시간 동안 상기 2차 전지에 충전 전압의 공급을 휴지하며, 상기 2차 전지의 충전 전압을 검출하여 검출 충전 전압이 제1 레벨 이하이면 상기 제1 시간 동안의 충전 전압 공급과 상기 제2 시간 동안의 충전 전압 공급의 휴지를 반복하고,
    상기 검출 충전 전압이 상기 제1 레벨을 초과하면 변동 충전 시간동안 충전하고, 변동 휴지 시간동안 휴지한 후 상기 검출 충전 전압이 제2 레벨을 초과하면 상기 2차 전지의 충전을 중단하는 것
    을 특징으로 하는 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 2차 전지 충전 제어부는,
    상기 검출 충전 전압이 제2 레벨보다 낮고 제1 레벨보다 높은 제3 레벨에 도달하면 상기 변동 충전 시간동안 충전하는 단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 변동 충전 시간은 하기 수학식에 따르는 것을 특징으로 하는 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치.
    Figure 112019090301333-pat00010

    여기서, Tcrg: 변동 충전 시간, Tcrg_max: 최대 충전 시간, Tcrg_min: 최소 충전 시간, Vcrg_max: 최대 충전 전압, Vcrg_min: 최저 충전 전압, Vbat: 검출된 2차 전지 충전 전압임.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 충전 전압 검출부가 2차 전지의 충전 전압을 검출하여 검출 충전 전압을 생성하는 제1 단계;
    2차 전지 충전 제어부는, 제1 시간 동안 상기 2차 전지에 충전 전압을 간헐적으로 공급하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제2 단계;
    상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 제1 레벨 이하이면 상기 제1 단계를 반복하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제3 단계;
    상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 상기 제1 레벨을 초과하면 변동 충전 시간동안 충전하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제4 단계;
    상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 제4 단계 후 변동 휴지 시간동안 휴지하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제5 단계;
    상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 제2 레벨을 초과하면 상기 2차 전지의 충전을 중단하도록 스위칭 제어 신호를 출력하는 제6 단계; 및
    상기 2차 전지 충전 제어부는, 상기 검출 충전 전압이 제2 레벨보다 낮고 제1 레벨보다 높은 제3 레벨에 도달하면 상기 제4 단계로 회귀하는 제7 단계
    를 포함하는 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치의 충전 방법.
KR1020180071517A 2018-06-21 2018-06-21 스몰 섹터 기지국 전용 직류 출력형 무정전 전원공급장치 및 그 장치 내의 2차 전지 충전 방법 KR102049002B1 (ko)

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