KR102465417B1 - 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치는, 1차측 전원을 제공하는 전원부; 1차측의 전원을 변환하여 2차측으로 전달하는 트랜스포머; 상기 전원부 전원을 트랜스포머에 공급하도록 스위칭하는 스위치; 상기 2차측의 부하를 감지하고, 부하가 감지된 경우에 상기 스위치를 제어하여 전원부의 전원을 상기 트랜스포머에 공급하는 제어보드를 포함한다. 이러한 본 발명의 실시예에서는, 대기전력이 제로인 상태로 만들어 대기 전력을 절감하고 환경적 측면에서 탄소배출 제한에 효과가 있다.

Description

제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치{AI Power converter with zero standby power consumption}

본 발명은 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기전력이 제로인 상태로 만들어 대기 전력을 절감하고 환경적 측면에서 탄소배출 제한에 효과가 있는, 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 전력변환장치(아답터)는 교류전압을 직류전압으로 변환하여 직류 전류를 필요로 하는 대상장치에 일정한 전압, 일정한 최대 전류 용량을 공급한다.

사용자가 장치를 사용하지 않는 경우에도 전력변환장치가 콘센트에 삽입되어 있으면, 교류전압은 계속 공급되며, 장치 내에서는 변환동작을 지속하게 되고, 이로 인하여 일정 수준의 대기소모 전력이 발생된다.

이러한 대기전력 소모를 줄이기 위한 많은 기술이 개시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래에는 대기 소모 전력을 경감하기 위하여 경부하시 단위 시간당 S1의 On Duty를 최소화하여 1차측 SW동작에서 수반되는 컨덕션 로스(Conduction loss)를 최소화 한다.

그리고, 2차측에서 발생되는 Diode D1의 순방향 도통 전력손실 (forward power dissipation)을 최소화 한다.

도 2a 또는 도 2b를 참조하면, 경부하시 단위시간당 S1의 스위칭 동작을 최소화하여 1차측 SW동작에서 수반되는 스위칭 로스(Switching loss)와 컨덕션 로스(Conduction loss)를 최소화 하고, 2차측에서 발생되는 Diode D1의 순방향 도통 전력손실 (forward power dissipation)을 최소화 한다.

이와 같이 종래에는 버스트 모드(Burst mode)로 불리우는 간헐적 스위칭 동작을 함으로써 대기 소모 전력을 줄였다. 최근 대기소모전력 절감기술은 주로 도 2a 또는 도 2b와 같은 간헐적 스위칭을 적용한다.

간헐적 스위칭을 수행함에도 불구하고, 이 기술이 적용된 제품이 정상적인 출력전압을 유지할 수 있는 것은 부하가 없는 상태에서는 1차측 스위칭을 하지 않을 때에도 2차측의 정전용량성 C1의 평활작용으로 출력전압이 유지된다.

만약 부하가 증가되면 출력전압의 톱니현상이 발생되므로 F/B의 감지를 통하여 S1의 스위칭 빈도를 높여 이를 방지한다.

현재 경감 기술은 무부하에서 100mW 정도가 소모 되며, 부하장치를 완전히 분리했을 때 기준이다.

이와 같이 종래에는 대기소모전력 경감기술의 단점은 완전한 제로 소모 전력을 실현하기 어렵다.

간헐적 스위칭을 아무리 최소화하여도, 단위 시간내에 존재하는 스위칭 동작에서의 Loss는 피하기 어렵다. 또한 부하장치를 완전히 분리하고 전원공급장치 단독으로 콘센트에 있을 때 이외에는 대기소모전력의 증가가 불가피 하다.

또한 경부하 구간에서는 간헐적 스위칭에서 완전히 벗어나지 못하므로, 방사나 전도성 노이즈를 유발하여 동작중 소음을 유발할 수도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대기전력이 제로인 상태로 만들어 대기 전력을 절감하고 환경적 측면에서 탄소배출 제한에 효과가 있는, 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 경부하시 간헐적 스위칭으로 최소한의 전력을 유지하는 기존의 장치와는 달리 내장된 배터리를 이용하여 부하사용이 감지되면 전원장치를 기동함으로써 대기전력이 제로인 상태로 만드는, 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치는,

1차측 전원을 제공하는 전원부;

1차측의 전원을 변환하여 2차측으로 전달하는 트랜스포머;

상기 전원부 전원을 트랜스포머에 공급하도록 스위칭하는 스위치;

상기 2차측의 부하를 감지하고, 부하가 감지된 경우에 상기 스위치를 제어하여 전원부의 전원을 상기 트랜스포머에 공급하는 제어보드를 포함한다.

상기 제어 보드는,

전원을 충전하는 배터리;

상기 2차측의 부하를 감지하며, 상기 배터리를 충전하기 위한 변환기;

상기 부하가 감지된 경우에 상기 스위치를 제어하여 전원부의 전원을 상기 트랜스포머에 공급하고, 상기 배터리를 충전하도록 상기 변환기를 제어하는 메인 제어부;

상기 메인 제어부의 제어에 따라 상기 전원부의 전원을 상기 트랜스포머에 공급하도록 제어하는 제어기를 포함한다.

상기 메인 제어부는, 부하 사용시에만 전원부의 전원을 공급하도록 제어한다.

상기 메인 제어부는 배터리의 전원을 공급받는다.

상기 메인 제어부는 상기 배터리 전압이 충전이 필요한 기준전압 이하인 경우, 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 메인 제어부는 부하를 사용하지 않는 빈도 시간대에 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치의 제어방법은,

상기 메인 제어부가 부하를 사용하는지 판단하는 단계;

부하를 사용하지 않는 경우, 상기 메인 제어부가 기존에 저장한 불용 시간과 동일한 시간대인지 판단하는 단계;

기존에 저장한 불용 시간과 동일한 시간대이면, 상기 메인 제어부가 불용시간대로 저장하는 단계;

상기 메인 제어부가 불용시간대 중에 가장 부하 사용이 적은 최고 빈도 시간대를 선정하는 단계;

상기 매인 제어부가 현재 시간이 최고 빈도 시간대인지 판단하는 단계;

현재 시간이 최고 빈도 시간대이면, 상기 메인 제어부가 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 단계를 포함한다.

상기 방법은,

메인 제어부가 배터리 전압이 충전이 필요한 기준전압 이하인지 판단하는 단계;

상기 배터리 전압이 상기 기준전압 이하이면, 상기 메인 제어부가 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에서는, 대기전력이 제로인 상태로 만들어 대기 전력을 절감하고 환경적 측면에서 탄소배출 제한에 효과가 있는, 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 경부하시 간헐적 스위칭으로 최소한의 전력을 유지하는 기존의 장치와는 달리 내장된 배터리를 이용하여 부하사용이 감지하면 전원장치를 기동함으로써 대기전력이 제로인 상태로 만드는, 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법을 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 전원공급장치의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 전원공급장치의 간헐적 동작에서의 S1 동작과 출력 전압과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법의 구성도이다.
도 4는 도 3의 컨트롤보드의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치의 S1 동작과 출력 전압과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 컨트롤 보드의 충전제어방법을 나타낸 도면이다.

상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치 및 그의 제어방법의 구성도이다.

도 4는 도 3의 컨트롤보드의 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치의 S1 동작과 출력 전압과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치는,

1차측 전원을 제공하는 전원부(VCC, 100);

1차측의 전원을 변환하여 2차측으로 전달하는 트랜스포머(200);

상기 전원부(VCC, 100) 전원을 트랜스포머(200)에 공급하도록 스위칭하는 스위치(S1);

상기 2차측의 부하(R1)를 감지하고, 부하(R1)가 감지된 경우에 상기 스위치(S1)를 제어하여 전원부(VCC, 100)의 전원을 상기 트랜스포머(200)에 공급하는 제어보드(300)를 포함한다.

상기 제어보드(300)는,

전원을 충전하는 배터리(330);

상기 2차측의 부하(R1)를 감지하며, 상기 배터리(330)를 충전하기 위한 변환기(320);

상기 부하(R1)가 감지된 경우에 상기 스위치(S1)를 제어하여 전원부(VCC, 100)의 전원을 상기 트랜스포머(200)에 공급하고, 상기 배터리(330)를 충전하도록 상기 변호나기를 제어하는 메인 제어부(310);

상기 메인 제어부(310)의 제어에 따라 상기 전원부(VCC, 100)의 전원을 상기 트랜스포머(200)에 공급하도록 제어하는 VCC 제어기(340)를 포함한다.

상기 메인 제어부(310)는, 부하(R1) 사용시에만 전원부(VCC, 100)의 전원을 공급하도록 제어한다.

상기 메인 제어부(310)는 배터리(330)의 전원을 공급받는다.

상기 메인 제어부(310)는 상기 배터리(330) 전압이 충전이 필요한 기준전압 이하인 경우, 상기 배터리(330)를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 메인 제어부(310)는 부하(R1)를 사용하지 않는 빈도 시간대에 상기 배터리(330)를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

경부하시 간헐적 스위칭으로 최소한의 전력을 유지하는 종래의 전원 공급장치와는 달리 본 발명의 실시예는 내장된 배터리(330)를 이용하여 부하(R1)사용이 감지하면 전력 변환 장치를 기동하게 된다.

항상 내장 배터리(330)를 이용하여 제어보드(300)에서 전력변환 후 장치 출력에 필요한 필수 전원을 제공한다.

그리고, 부하(R1) 발생 여부를 2차측 출력에 전류 센서(current Sensor)를 설치하고, 전류 센서의 출력을 제어보드(300)의 메인 제어부(310)가 수신하여 부하(R1) 발생 여부를 판단할 수 있다.

이후, 부하(R1)가 발생되면, 메인 제어부(310)는 내장 배터리(330)의 전원을 이용하여 VCC 제어기(340)를 제어하여 PWM 신호를 S1에 인가한다

여기서, 기동신호라 함은, 1차측 정류회로 B+에서 Serial 저항을 통하여 VCC 제어기(340)를 통하여 PWM 장치를 동작하는데 필요한 전원을 의미한다.

이후, 전원부(VCC, 100)가 1차측에 전원을 공급하고, 트랜스포머(200)에 의해 전력 변환후, 부하에 정상 전원이 공급된다.

그러면 제어보드(300)는 배터리(330) 충전제어를 병행할 수 있다.

한편, 부하 (R1)이 제거되면, 메인 제어부(310)는 기동신호(Vcc start)를 제거하고, PWM 신호를 제거한다. 그러면, 스위치(S1)는 동작을 중지하고 정상적인 트랜스포머(200)를 통한 전원 공급은 중단된다.

그리고 메인 제어부(310)는 내장 배터리(330) 이용하여 전원을 공급받으며, 부하(R1) 사용 여부를 감지하게 된다.

따라서 도 5와 같이, 본 발명의 실시예에서 제어보드(300)는 1차측 간헐적 스위칭 동작이 필요 없으므로 대기전력소모가 제로가 된다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 스위칭동작으로 발생되는 전력손실도 제거된다.

이하에서는 제어보드(300)의 배터리 충전 제어에 관하여 설명하며, 충전 제어는 전원부(VCC, 100)의 전원이 트랜스포머(200)를 통해 변환되어 부하(R1)로 공급되는 경우에 가능하다.

도 6은 컨트롤 보드의 충전제어방법을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 메인 제어부(310)는 배터리 전압을 측정한다(S600).

그리고 나서, 메인 제어부(310)가 배터리(330) 전압이 충전이 필요한 기준전압 이하인지 판단한다(S610).

상기 배터리 전압이 상기 기준전압 이하이면, 상기 메인 제어부(310)가 상기 배터리(330)를 충전하도록 제어한다(S680). 그러면, 변환기(320)에 의해 전원이 배터리(330)로 공급되어 충전이 된다.

상기 배터리 전압이 상기 기준전압 이하가 아니면, 상기 메인 제어부(310)가 부하(R1)를 사용하는지 판단한다(S620).

부하(R1)를 사용하지 않는 경우, 상기 메인 제어부(310)가 기존에 저장한 불용 시간과 동일한 시간대인지 판단한다(S630).

기존에 저장한 불용 시간과 동일한 시간대이면, 상기 메인 제어부(310)가 불용시간대로 저장한다(S640).

다음, 상기 메인 제어부(310)가 불용시간대 중에 가장 부하(R1) 사용이 적은 최고 빈도 시간대를 선정한다(S650). 여기서, 최고 빈도 시간대는 부하(R1) 사용량이 가장 적은 시간대로서, 전원부(VCC, 100)의 전원이 트랜스포머(200)를 통해 변환되어 부하(R1)로 공급되는 경우에 가능하다.

상기 메인 제어부(310)가 현재 시간이 최고 빈도 시간대인지 판단한다(SS660)

현재 시간이 최고 빈도 시간대이면, 상기 메인 제어부(310)가 상기 배터리(330)를 충전하도록 제어한다(S670).

따라서 본 발명의 실시예에서는 부하(R1) 사용량이 적은 시간대에 배터리(330)를 충전해 두고, 전원부(VCC, 100)의 전원이 트랜스포머(200)를 통해 변환되지 않을때에서 제어보드(300)에 배터리(330)의 전원을 공급하게 된다.

본 발명의 실시예에서는, 대기전력이 제로인 상태로 만들어 대기 전력을 절감하고 환경적 측면에서 탄소배출 제한에 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 경부하시 간헐적 스위칭으로 최소한의 전력을 유지하는 기존의 장치와는 달리 내장된 배터리를 이용하여 부하사용이 감지하면 전원장치를 기동함으로써 대기전력이 제로인 상태로 만들 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

1차측 전원을 제공하는 전원부;
1차측의 전원을 변환하여 2차측으로 전달하는 트랜스포머;
상기 전원부 전원을 트랜스포머에 공급하도록 스위칭하는 스위치;
상기 2차측의 부하를 감지하고, 부하가 감지된 경우에 상기 스위치를 제어하여 전원부의 전원을 상기 트랜스포머에 공급하는 제어보드를 포함하고,
상기 제어 보드는,
전원을 충전하는 배터리;
상기 2차측의 부하를 감지하며, 상기 배터리를 충전하기 위한 변환기;
상기 부하가 감지된 경우에 상기 스위치를 제어하여 전원부의 전원을 상기 트랜스포머에 공급하고, 상기 배터리를 충전하도록 상기 변환기를 제어하는 메인 제어부;
상기 메인 제어부의 제어에 따라 상기 전원부의 전원을 상기 트랜스포머에 공급하도록 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 메인 제어부는, 부하 사용시에만 전원부의 전원을 공급하도록 제어하며,
상기 메인 제어부는 배터리의 전원을 공급받는 것을 특징으로 하고,
상기 메인 제어부는
부하의 불용시간대 중에 가장 부하 사용이 적은 최고 빈도 시간대를 선정하고,
현재 시간이 최고 빈도 시간대이면, 상기 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 제로 대기 소모 전력을 가진 인공지능 전력변환장치.

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