KR102475393B1 - Apparatus for high efficiency power conversion of portable air pollution monitor - Google Patents

Apparatus for high efficiency power conversion of portable air pollution monitor Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이동형 공기 오염 감시기는 내부로 공기를 흡입시키고, 흡입된 공기를 일정한 라인에 따라 외부로 배출시키도록 구동하는 펌프, 흡입되는 공기의 유량을 측정하는 유량계, 공기 중에서 방사능 또는 방사선을 검출하는 검출 모듈, 검출된 방사능 또는 방사선 데이터와 측정된 유량을 수집하고, 수집한 데이터들을 전달하는 신호처리 모듈, 그리고 장착된 저압 배터리에 기초하여 신호처리 모듈에 직류 전원을 제공하고, 펌프에 교류 전원을 제공하는 전력 모듈을 포함한다. The mobile air pollution monitor according to the present invention sucks air into the inside and drives the pump to discharge the sucked air to the outside along a certain line, a flowmeter that measures the flow rate of the air that is sucked in, and detects radioactivity or radiation in the air. A detection module that collects the detected radiation or radiation data and the measured flow rate, and a signal processing module that transmits the collected data, and provides DC power to the signal processing module based on the installed low-voltage battery and AC power to the pump. It includes a power module that provides.

Figure R1020200188101
Figure R1020200188101

Description

이동형 공기 오염 감시기의 고효율 전력 변환 장치{APPARATUS FOR HIGH EFFICIENCY POWER CONVERSION OF PORTABLE AIR POLLUTION MONITOR}High efficiency power conversion device of mobile air pollution monitor {APPARATUS FOR HIGH EFFICIENCY POWER CONVERSION OF PORTABLE AIR POLLUTION MONITOR}

이동형 공기 오염 감시기의 고효율 전력 변환 장치에 관한 것이다. It relates to a high-efficiency power conversion device for a mobile air pollution monitor.

공기오염감시기는 특정 지역의 공기 시료를 획득하여 연속적으로 공기 중 방사선/방사능 물질을 감시하는 용도로 사용된다. Air pollution monitors are used to continuously monitor radiation/radioactive substances in the air by acquiring air samples in a specific area.

일반적으로 공기오염감시기는 고정된 위치에서 설치되어 실시간으로 해당 영역에서의 공기오염도를 모니터링 하지만, 최근에는 공기오염감시기의 활용도를 높이기 위해 이동형 공기오염감시기가 개발되었다, In general, air pollution monitors are installed in fixed locations and monitor the air pollution level in the area in real time, but recently, a mobile air pollution monitor has been developed to increase the utilization of air pollution monitors.

이동형 공기오염감시기는 원자력시설 및 방사선이용시설 등에서 고정형 감시기가 설치되지 않은 공간에 투입되어 방사선/ 방사능 물질을 감시한다. Mobile air pollution monitors are put into spaces where fixed monitors are not installed in nuclear facilities and radiation-using facilities to monitor radiation/radioactive materials.

이때, 사고 발생시 이동형 공기오염감시기가 투입되는 경우, 방사선으로부터 작업자의 안전을 확보하면서 현장에서의 오염도를 파악할 수 있어 중요한 역할을 수행한다. At this time, when a mobile air pollution monitor is introduced in the event of an accident, it plays an important role in ensuring the safety of workers from radiation and determining the degree of contamination at the site.

도 1은 기존의 이동형 공기 오염 감시기의 전력 모듈을 나타낸 예시도이다. 1 is an exemplary view showing a power module of a conventional mobile air pollution monitor.

도 1에 도시한 바와 같이, 이동형 공기오염감시기는 이동이 용이하기 위해 이동 수단 위에 공기오염감시기를 구현하며, 상용 교류 계통(Electrical utility)으로부터 유선으로 교류 전력을 공급받는다. As shown in FIG. 1, the mobile air pollution monitor implements the air pollution monitor on a mobile means for easy movement, and receives AC power from a commercial AC system (Electrical Utility) through a wire.

다만, 이동형 공기오염감시기의 전자 모듈에서는 저압 직류 전원이 요구되고 펌프에서는 교류 전원이 요구되기 때문에, 같이 교류 계통으로부터 직접 전력을 공급받아 운영되는 이동형 공기오염감시기는 직류 전력을 요구하는 전자계를 위해 별도의 AC-DC 컨버터 (예: SMPS, Switching mode power supply)가 필요하다. However, since low-voltage DC power is required for the electronic module of the mobile air pollution monitor and AC power is required for the pump, the mobile air pollution monitor operated by receiving power directly from the AC system requires a separate power supply for the electronic system that requires DC power. AC-DC converter (e.g. SMPS, Switching mode power supply) is required.

이러한 경우, 항시 정격 전력을 소모하기에 에너지 변환 효율이 낮기 때문에 부하의 에너지 소모량에 따른 운영 가능시간이 감소되며, 유량 조절 밸브를 이용해 수동으로 유량 제어를 수행하여야 하기에 운영 편의성이 낮다. In this case, since the energy conversion efficiency is low because the rated power is always consumed, the operating time according to the energy consumption of the load is reduced, and the operation convenience is low because the flow control must be performed manually using the flow control valve.

이처럼 기존의 전력 공급 방식은 이동형 공기오염감시기의 기동성에 한계로 인해 활용도가 낮아지므로 이동형 공기오염감시기에 적합한 고효율 전력 변환 기술이 요구된다. As such, the existing power supply method has low utilization due to limitations in mobility of the mobile air pollution monitor, so a high-efficiency power conversion technology suitable for the mobile air pollution monitor is required.

관련 선행문헌으로 한국등록특허 439,414호는 "절연형 디씨/디씨 전력변환기 및 이를 이용한 무정전전원공급 장치"을 개시한다. As related prior literature, Korean Patent Registration No. 439,414 discloses "an isolated DC/DC power converter and an uninterruptible power supply using the same."

한국등록특허 439,414Korean registered patent 439,414

본 발명의 한 실시예는 저압 배터리를 차용하여 절연형 DC-DC 컨버터와 풀브릿지 인버터로 구성된 이단 DC-AC 컨버터를 통해 고전력 변환 효율을 갖는 전력 변환 장치를 제공하기 위한 것이다. One embodiment of the present invention is to provide a power conversion device having high power conversion efficiency through a two-stage DC-AC converter composed of an insulated DC-DC converter and a full-bridge inverter by borrowing a low-voltage battery.

본 발명의 한 실시예는 이동형 공기오염감시기의 펌프와 연결된 단상 인버터의 주파수를 조절하여 펌프의 속도에 따른 자동으로 유량을 조절하는 전력 변환 장치를 제공하기 위한 것이다. One embodiment of the present invention is to provide a power conversion device that automatically adjusts the flow rate according to the speed of the pump by adjusting the frequency of a single-phase inverter connected to the pump of the mobile air pollution monitor.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above tasks, embodiments according to the present invention may be used to achieve other tasks not specifically mentioned.

본 발명의 한 실시예에 따른 이동형 공기 오염 감시기는 내부로 공기를 흡입시키고, 흡입된 공기를 일정한 라인에 따라 외부로 배출시키도록 구동하는 펌프, 흡입되는 공기의 유량을 측정하는 유량계, 공기 중에서 방사능 또는 방사선을 검출하는 검출 모듈, 검출된 방사능 또는 방사선 데이터와 측정된 유량을 수집하고, 수집한 데이터들을 전달하는 신호처리 모듈, 그리고 장착된 저압 배터리에 기초하여 신호처리 모듈에 직류 전원을 제공하고, 펌프에 교류 전원을 제공하는 전력 모듈을 포함한다.A mobile air pollution monitor according to an embodiment of the present invention sucks air into the inside and drives the pump to discharge the sucked air to the outside along a certain line, a flowmeter measuring the flow rate of the sucked air, and radioactivity in the air. Alternatively, a detection module for detecting radiation, a signal processing module for collecting the detected radiation or radiation data and the measured flow rate, and transmitting the collected data, and providing DC power to the signal processing module based on the installed low-voltage battery, It includes a power module that provides AC power to the pump.

본 발명의 한 실시예에 따른 전력 변환 장치는 저압 배터리, 저압 배터리의 일단에 연결되는 스위칭 소자, 저압 배터리의 타단과 연결된 다이오드, 스위칭 소자와 다이오드가 연결된 지점에서 연결되는 필터를 포함하는 제1 전력 변환 모듈, 저압 배터리의 일단과 변압기 1차측에 직렬로 연결되는 인덕터, 인덕터의 일단과 저압 배터리의 타단에 연결되는 스위치부, 그리고 변압기 2차측에 연결되는 dc-link 부를 포함하는 제2 전력 변환 모듈, 그리고 저압 배터리의 전압에 기초하여 제1 전력 변환 모듈과 제2 전력 변환 모듈의 전압에 대한 피드백 제어를 수행하는 전력제어 모듈을 포함한다. A power conversion device according to an embodiment of the present invention includes first power including a low voltage battery, a switching element connected to one end of the low voltage battery, a diode connected to the other end of the low voltage battery, and a filter connected at a point where the switching element and the diode are connected. A second power conversion module including a conversion module, an inductor connected in series to one end of the low voltage battery and the primary side of the transformer, a switch unit connected to one end of the inductor and the other terminal of the low voltage battery, and a dc-link unit connected to the secondary side of the transformer. and a power control module that performs feedback control on voltages of the first power conversion module and the second power conversion module based on the voltage of the low-voltage battery.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 전력 모듈의 소형화와 경량화를 통해 이동형 공기오염감시기의 기동성을 향상시키며, 전력 변환 효율에 의해 운영 가능 시간을 최대한으로 확보할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the mobility of the mobile air pollution monitor is improved through miniaturization and light weight of the power module, and operation time can be secured to the maximum by power conversion efficiency.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 저압 배터리를 차용하여 DC-DC 컨버터를 통해 신호처리 모듈에 전력을 제공함에 따라 저주파수 맥동 선분이 배제되어 커패시터의 크기를 줄일 수 있고 출력 전압 신뢰도를 향상시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, by borrowing a low-voltage battery and providing power to the signal processing module through a DC-DC converter, the low-frequency pulsating line is excluded, thereby reducing the size of the capacitor and improving output voltage reliability. .

본 발명의 한 실시예에 따르면, 유량 조절 밸브가 별도로 구비되지 않더라도 인버터를 통해 펌프의 회전 수를 제어함으로써, 펌프의 회전 수와 비례하는 유량을 자동으로 제어할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, even if a flow control valve is not separately provided, the flow rate proportional to the rotational speed of the pump can be automatically controlled by controlling the rotational speed of the pump through an inverter.

도 1은 기존의 이동형 공기 오염 감시기의 전력 모듈을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동형 공기 오염 감시기를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력 변환 모듈을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 dc-dc 컨버터의 등가회로를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 dc-dc 컨버터의 작동에 기초한 파형을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 소프트 스위칭 기법에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 부하 조건에 따른 dc-dc 컨버터의 효율성을 나타낸 그래프이다.
1 is an exemplary view showing a power module of a conventional mobile air pollution monitor.
Figure 2 is a configuration diagram showing a mobile air pollution monitor according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram illustrating a power conversion module according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram showing an equivalent circuit of a dc-dc converter according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing waveforms based on the operation of a dc-dc converter according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram illustrating a control algorithm according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a result according to a soft switching technique according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing efficiency of a dc-dc converter according to load conditions according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다. With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of widely known known technologies, detailed descriptions thereof will be omitted.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다. Devices described in the present invention are composed of hardware including at least one processor, memory device, communication device, and the like, and a program to be executed in combination with the hardware is stored in a designated place. The hardware has the configuration and capability to implement the method of the present invention. The program includes instructions implementing the operating method of the present invention described with reference to the drawings, and implements the present invention in combination with hardware such as a processor and a memory device.

본 명세서에서 "전송 또는 제공"은 직접적인 전송 또는 제공하는 것뿐만 아니라 다른 장치를 통해 또는 우회 경로를 이용하여 간접적으로 전송 또는 제공도 포함할 수 있다.In this specification, “transmission or provision” may include direct transmission or provision as well as indirect transmission or provision through another device or by using a detour path.

본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.Expressions written in the singular in this specification may be interpreted in the singular or plural unless an explicit expression such as “one” or “single” is used.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동형 공기 오염 감시기를 나타낸 구성도이다. Figure 2 is a configuration diagram showing a mobile air pollution monitor according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 이동형 공기 오염 감시기(100)는 흡입되는 시료(공기)에 대해 방사능 또는 방사선을 감지하는 검출 모듈(110), 흡입되는 시료의 유량을 측정하는 유량계(120), 시료를 획득하기 위한 단상 유도 전동기 기반의 펌프(130), 검출 모듈(110) 또는 유량계(120)에서 생성한 신호를 처리하며, 처리된 신호를 데이터 통신을 수행하거나 연동되는 디스플레이 기기에 제공하는 신호처리 모듈(140), 그리고 전력 모듈(150)을 포함한다. As shown in FIG. 2, the mobile air pollution monitor 100 includes a detection module 110 for detecting radioactivity or radiation in an inhaled sample (air), a flow meter 120 for measuring the flow rate of the inhaled sample, and a sample Signal processing to process the signal generated by the single-phase induction motor-based pump 130, the detection module 110, or the flowmeter 120 to obtain , and provide the processed signal to a display device that performs data communication or interlocks module 140, and a power module 150.

검출 모듈(110)은 펌프(130)의 구동에 의해 흡입된 공기에 대해 방사능 또는 방사선을 감지하며, 감지된 양을 측정하여 신호처리 모듈(140)로 전달한다. The detection module 110 detects radioactivity or radiation in the air sucked in by driving the pump 130, measures the detected amount, and transfers the detected amount to the signal processing module 140.

유량계(120)는 검출 모듈(110)에서 획득한 공기의 유량을 측정하여 신호처리 모듈(140)에 전달하며, 기존의 장치와는 달리 별도의 유량 조절용 밸브를 포함하지 않는다. The flow meter 120 measures the flow rate of air obtained from the detection module 110 and transmits it to the signal processing module 140, and does not include a separate valve for adjusting the flow unlike conventional devices.

펌프(130)는 검출 모듈(110)에 공기의 흐름을 제어하기 위해 검출 모듈(110)로 공기가 흡입되도록 구동하며, 흡입된 공기가 유량계(120)를 거쳐 외부로 배출되도록 구동한다. The pump 130 drives air to be sucked into the detection module 110 to control the flow of air to the detection module 110, and drives the sucked air to be discharged to the outside via the flowmeter 120.

여기서 펌프(130)는 전력 모듈(150)의 제2 전력 변환 모듈(153)을 통해 교류 전원을 공급받으며, 펌프의 회전 속도가 제2 전력 변환 모듈(153)에 의해 제어된다. Here, the pump 130 receives AC power through the second power conversion module 153 of the power module 150, and the rotational speed of the pump is controlled by the second power conversion module 153.

신호처리 모듈(140)은 검출 모듈(110)과 유량계(120)에서 감지되는 각각의 방사능/방사선량, 그리고 흡입된 시료의 유량에 대해 수집하고, 이를 신호 처리하여 유의미한 신호만을 검출한다. The signal processing module 140 collects each radioactivity/radiation dose detected by the detection module 110 and the flow meter 120 and the flow rate of the inhaled sample, and processes them to detect only meaningful signals.

그리고 신호처리 모듈(140)은 데이터 통신을 통해 외부 사용자 단말 또는 연동되는 디스플레이 기기에 전송한다. 여기서, 디스플레이 기기는 이동형 공기 오염 감시기(100)에 장착되어 신호처리 모듈(140)에서의 신호를 표시할 수 있다. In addition, the signal processing module 140 transmits data to an external user terminal or an interlocking display device through data communication. Here, the display device may be mounted on the mobile air pollution monitor 100 to display a signal from the signal processing module 140.

신호처리 모듈(140)은 제1 전력 변환 모듈(152)을 통해 저압 직류 전원을 공급받는다. The signal processing module 140 receives low voltage direct current power through the first power conversion module 152 .

전력 모듈(150)은 저압 배터리(Low voltage Battery, 151)를 차용하여 신호처리 모듈(140)과 펌프(130)에 각각 전원을 공급한다. 이때, 저압 배터리(151)를 차용함에 따라 사고로 인해 일부 전력 라인이 소실되는 상황에서도 독립적으로 이동형 공기 오염 감시기를 운영할 수 있다. The power module 150 uses a low voltage battery 151 to supply power to the signal processing module 140 and the pump 130 respectively. At this time, by borrowing the low-voltage battery 151, the mobile air pollution monitor can be independently operated even in a situation where some power lines are lost due to an accident.

전력 모듈(150)은 신호처리 모듈(140) 및 펌프(130)로의 전력 공급을 위해 제1 전력 변환 모듈(DC-DC Converter, 152)과 제2 전력 변환 모듈(Two=stage DC-AC Converter, 153) 그리고 전력제어 모듈(Power Converter Controller, 154)을 포함한다.The power module 150 includes a first power conversion module (DC-DC Converter, 152) and a second power conversion module (Two = stage DC-AC Converter, to supply power to the signal processing module 140 and the pump 130). 153) and a power control module (Power Converter Controller, 154).

제1 전력 변환 모듈(152)은 강압 컨버터(step-down converter)로 구성되어 신호처리 모듈(140)과 연결되며, 제2 전력 변환 모듈은 절연형 DC-DC 컨버터와 풀브릿지 인버터로 구성된 이단 DC-AC 컨버터로 펌프(130)와 연결된다. The first power conversion module 152 is composed of a step-down converter and is connected to the signal processing module 140, and the second power conversion module is a two-stage DC composed of an isolated DC-DC converter and a full bridge inverter. -Connected with the pump 130 as an AC converter.

그리고 전력제어 모듈(154)은 배터리 전압(Vbat), DC-link 전압(Vdc), 펌프의 출력 전압(vo), 그리고 신호처리 모듈의 출력 전압(VE)에 대한 아날로그신호를 전력회로에서 센싱한다. And the power control module 154 converts analog signals for the battery voltage (V bat ), the DC-link voltage (V dc ), the output voltage of the pump ( vo ), and the output voltage (V E ) of the signal processing module to power sensed in the circuit.

전력제어 모듈(154)은 배터리 전압(Vbat)이 임계치 이하로 감소하기 전까지 DC-link 전압(Vdc)전압에 대한 피드백 제어를 수행한다. The power control module 154 performs feedback control on the DC-link voltage (V dc ) until the battery voltage (V bat ) decreases below the threshold value.

상세하게는 전력제어 모듈(154)은 미리 설정된 유량 기준치를 추종하여 펌프(130)와 연결된 단상 인버터를 제어하며, 신호처리 모듈(140)의 출력 전압에 기초하여 직류 전력을 공급하는 강압 컨버터를 제어한다. In detail, the power control module 154 controls a single-phase inverter connected to the pump 130 by following a preset flow rate reference value, and controls a step-down converter that supplies DC power based on the output voltage of the signal processing module 140. do.

이때, 전력제어 모듈(154)은 인가되는 주파수를 조정하여 펌프의 속도를 제어할 수 있다. 이때, 전력제어 모듈(154)은 가변전압가변 주파수(Variable Voltage Variable Frequency, VVVF) 제어를 수행할 수 있으며, 유량 기준치는 추후에 관리자에 의해 용이하게 변경 및 설정 가능하다. At this time, the power control module 154 may control the speed of the pump by adjusting the applied frequency. At this time, the power control module 154 may perform variable voltage variable frequency (VVVF) control, and the flow rate reference value may be easily changed and set later by a manager.

이처럼 전력제어 모듈(154)이 펌프의 속도를 제어함에 따라 펌프의 회전 속도에 비례하는 유량을 조절할 수 있다. In this way, as the power control module 154 controls the speed of the pump, it is possible to adjust the flow rate proportional to the rotational speed of the pump.

이하에서는 도 3을 이용하여 전력 변환 모듈들의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, configurations of power conversion modules will be described in detail with reference to FIG. 3 .

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전력 변환 모듈을 나타낸 예시도이다. 3 is an exemplary diagram illustrating a power conversion module according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 저압 배터리(151)에 연결된 제1 전력 변환 모듈(152)과 제2 전력 변환 모듈(153)은 각각 신호처리 모듈(140)과 펌프(130)로 연결된다. As shown in FIG. 3 , the first power conversion module 152 and the second power conversion module 153 connected to the low voltage battery 151 are connected to the signal processing module 140 and the pump 130, respectively.

제1 전력 변환 모듈(152)은 신호처리 모듈(140)에 전력을 공급하기 위해서 강압 컨버터를 적용하였고, 강압 컨버터는 벅 컨버터(Buck converter)를 의미하지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. The first power conversion module 152 applies a step-down converter to supply power to the signal processing module 140, and the step-down converter means a buck converter, but is not necessarily limited thereto.

여기서, 벅 컨버터는 제어 입력 (듀티 비)대 출력 전압이 선형관계이기에 제어 성능이 높고 출력 측에 필터 Lb가 존재하여 고품질의 직류 전력을 신호처리 모듈(140)에 제공할 수 있다.Here, since the buck converter has a linear relationship between control input (duty ratio) and output voltage, control performance is high, and a filter L b exists on the output side to provide high-quality DC power to the signal processing module 140.

제1 전력 변환 모듈(152)은 저압 배터리(151)의 일단에 연결되는 스위칭 소자(Sb)와 저압 배터리(151)의 타단과 연결된 다이오드(Db)가 서로 연결되고, 스위칭 소자(Sb)와 다이오드(Db)가 연결된 지점에서 필터(Lb)와 연결된다. In the first power conversion module 152, a switching element S b connected to one end of the low voltage battery 151 and a diode D b connected to the other end of the low voltage battery 151 are connected to each other, and the switching element S b ) and the diode (D b ) are connected to the filter (L b ).

그리고 제1 전력 변환 모듈(152)은 직류 전원인 배터리에서 전력 변환을 수행하기 때문에 교류 계통 주파수의 두 배에 해당하는 맥동 성분이 배제되어 커패시터 Cb의 크기를 줄일 수 있고, 출력 전압 신뢰도를 향상시킬 수 있다. In addition, since the first power conversion module 152 performs power conversion from a battery, which is a DC power source, a pulsation component corresponding to twice the frequency of the AC system is excluded, thereby reducing the size of the capacitor C b and improving output voltage reliability. can make it

한편, 제2 전력 변환 모듈(152)은 절연형 DC-DC 컨버터와 풀브릿지 인버터로 구성된다. Meanwhile, the second power conversion module 152 is composed of an isolated DC-DC converter and a full-bridge inverter.

상세하게는 절연형 DC-DC 컨버터는 주 스위치(S1) 그리고 능동 클램프 스위치(S1a)a, 변압기 T, 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2), 그리고 커패시터 (Cr1, Cr2)로 구성된다.In detail, the isolated DC-DC converter includes a main switch (S 1 ) and an active clamp switch (S 1a ) a , a transformer T, a first diode (D 1 ) and a second diode (D 2 ), and a capacitor (C r1 , C r2 ).

절연형 DC-DC 컨버터는 변압기, 변압기의 1차측에 직렬로 연결되며, 저압 배터리(151)의 일단에 연결되는 인덕터(Lm), 인덕터(Lm)의 일단과 저압 배터리(151)의 타단에 연결되는 스위치부, 그리고 변압기 2차측에 연결된 DC -link부를 포함한다. The isolated DC-DC converter is connected in series to a transformer, a primary side of the transformer, an inductor (L m ) connected to one end of the low voltage battery 151, one end of the inductor (L m ) and the other end of the low voltage battery 151 It includes a switch unit connected to and a DC-link unit connected to the secondary side of the transformer.

스위치부는 주 스위치(S1) 그리고 능동 클램프 스위치(S1a)를 포함하며, DC-link부는 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)를 포함하고 dc-dc 변압기와 연결된다. The switch unit includes a main switch (S 1 ) and an active clamp switch (S 1a ), and the DC-link unit includes a first diode (D 1 ) and a second diode (D 2 ) and is connected to the dc-dc transformer.

여기서, 주 스위치(S1)와 능동 클램프 스위치(S1a)는 상보적으로 동작하며, 능동 상태로 변환할 때, 제로 전압 스위칭(Zero voltage switching) 동작을 수행하여 스위칭 손실을 제거한다. Here, the main switch (S 1 ) and the active clamp switch (S 1a ) operate complementaryly, and when converted to an active state, a zero voltage switching operation is performed to eliminate switching loss.

또한, 제1다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)는 누설 인덕턴스(Llk)와 커패시터(Cr1) 및 (Cr2)로 구성된 공진 회로를 통해 제로 전류 스위칭(Zero Current Switching, ZCS) 턴 오프를 달성한다. In addition, the first diode (D 1 ) and the second diode (D 2 ) are zero current switching (ZCS) through a resonance circuit composed of leakage inductance (L lk ) and capacitors (C r1 ) and (C r2 ) ) to achieve turn-off.

이를 통해 다이오드 D1과 D2의 역회복 시간 문제에 대한 손실을 완화한다. This mitigates the loss of diodes D1 and D2 's reverse recovery time issues.

이러한 구성의 절연형 DC-DC 컨버터는 변압기에 연결되는 풀브릿지 인버터의 입력 전압 레벨만큼 저압 배터리(151)의 낮은 전압을 높이는 역할을 한다. The isolated DC-DC converter of this configuration serves to increase the low voltage of the low voltage battery 151 by the input voltage level of the full bridge inverter connected to the transformer.

그리고 풀브릿지 인버터는 고압의 Vdc로 펌프가 구동할 수 있도록 교류 전원으로 변환한다. And the full-bridge inverter converts high-voltage V dc into AC power so that the pump can be driven.

그리고 펌프(130)와 직접 연결된 풀브릿지 인버터의 경우, 스위치 4개 (S2, S3, S4, S5)로 구성되며 바이폴라 스위칭 동작을 수행한다. And in the case of a full-bridge inverter directly connected to the pump 130, it consists of four switches (S 2 , S 3 , S 4 , S 5 ) and performs a bipolar switching operation.

여기서, 바이폴라 스위칭 동작은 유니폴라 스위칭 방식과 달리 공통모드 잡음이 없어 시스템의 안정성 및 신뢰도를 향상시킨다. Here, the bipolar switching operation improves stability and reliability of the system because there is no common mode noise unlike the unipolar switching method.

이때, 전력제어 모듈(154)에 의해 풀브릿지 인버터에 인가되는 주파수에 따라 펌프의 회전수가 제어될 수 있다.At this time, the rotation speed of the pump may be controlled according to the frequency applied to the full-bridge inverter by the power control module 154 .

유량의 계측값이 펌프의 회전 속도와 비례하기 때문에, 펌프의 회전 수를 제어함으로써, 유량을 조절할 수 있다. 다시 말해, 유량 조절 밸브가 별도로 구비되지 않더라도 인버터에 의한 펌프의 회전 수를 제어함으로써 유량 조절을 수행할 수 있다. Since the measured value of the flow rate is proportional to the rotational speed of the pump, the flow rate can be adjusted by controlling the rotational speed of the pump. In other words, even if a flow control valve is not separately provided, the flow rate can be controlled by controlling the number of revolutions of the pump by an inverter.

이는 펌프의 회전 속도와 유량의 계측 값은 비례하기 때문에, 펌프의 회전 수를 제어함으로써, 유량의 조절 밸브 역할을 자동으로 수행할 수 있다. Since the rotational speed of the pump and the measured value of the flow rate are proportional, it can automatically act as a flow control valve by controlling the rotational speed of the pump.

이와 같이, 저압 배터리(151)와 병렬로 연결된 제1 전력 변환 모듈(152)과 제2 전력 변환 모듈(153)은 각각의 신호처리 모듈(140)과 펌프(130)로 전력을 공급한다. As such, the first power conversion module 152 and the second power conversion module 153 connected in parallel with the low voltage battery 151 supply power to the signal processing module 140 and the pump 130, respectively.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 dc-dc 컨버터의 등가회로를 나타낸 예시도이고 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 dc-dc 컨버터의 작동에 기초한 파형을 나타낸 그래프이다.4 is an exemplary diagram showing an equivalent circuit of a dc-dc converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing waveforms based on the operation of the dc-dc converter according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 절연형 dc-dc 컨버터의 주 스위치(S1) 그리고 능동 클램프 스위치(S1a)는 상보적으로 동작하며 한 스위칭 주기 동안 4개의 세부 동작 모드가 존재한다. As shown in FIG. 4, the main switch (S 1 ) and the active clamp switch (S 1a ) of the isolated dc-dc converter operate complementaryly, and four detailed operation modes exist during one switching cycle.

여기서, 세부 동작 모드는 mode1, mode2, mode3, mode4와 같으며, mode1 전에 전류 is는 0이고, 변압기 T의 2차측에서는 전류가 흐르지 않는다. Here, the detailed operation modes are the same as mode1, mode2, mode3, and mode4, the current i s before mode1 is 0, and no current flows in the secondary side of transformer T.

Mode 1은 t0에서 주 스위치(S1)가 턴 온하며 시작되며, 주 스위치(S1)의 턴 온 시, 전류는 스위치 S1의 역방향 다이오드를 통해 흐르기 때문에 주 스위치(S1)의 양단에 인가되는 전압은 0으로서 영 전압(Zero voltage) 상태에서 턴 온 된다. Mode 1 starts when the main switch (S 1 ) turns on at t 0 , and when the main switch (S 1 ) is turned on, since the current flows through the reverse diode of the switch S 1 , both ends of the main switch (S 1 ) The voltage applied to is turned on in a zero voltage state as 0.

영 전압 상태에서 턴 온이 되기 때문에 스위칭 손실을 감소시킨다. Since it is turned on at zero voltage, switching loss is reduced.

그리고 Mode 1에서는 변압기(T)를 통해 배터리로부터 DC-link 측으로 전력이 전달되면, 변압기(T)의 2차측에서 전류 is가 다이오드(D1)를 통해 흐르게 되고, 누설 인덕턴스(Llk)와 공진 커패시터(Cr1, Cr2)에 의한 공진이 발생한다.And in Mode 1, when power is delivered from the battery to the DC-link side through the transformer (T), the current i s flows through the diode (D 1 ) on the secondary side of the transformer (T), and the leakage inductance (L lk ) and Resonance occurs due to the resonance capacitors C r1 and C r2 .

Mode 2는 t1에서 2차측 전류(is)가 0이 되고 공진이 종료됨에 따라 시작된다. 다이오드(D1)가 도통된 상태에서 전류(is)가 0이 되기 때문에 Mode 2에서 다이오드(D1)는 영 전류 (Zero current) 상태에서 턴 오프 된다. 그러므로 다이오드 역 회복 시간 문제에 의한 손실을 감소시킨다. Mode 2 starts when the secondary side current (i s ) becomes 0 at t 1 and resonance ends. Since the current (i s ) becomes 0 while the diode (D 1 ) is conducting, in Mode 2, the diode (D 1 ) is turned off in a zero current state. Therefore, losses due to diode reverse recovery time problems are reduced.

Mode 3에서는 주 스위치(S1)가 턴 오프 되고 능동 클램프 스위치(S1a)가 턴 온 되면 시작되고, 능동 클램프 스위치(S1a)가 턴 온되는 시점 (t2)에 스위치를 통해 흐르는 전류가 능동 클램프 스위치(S1a)의 역 방향 다이오드를 통해 흐르기 때문에 능동 클램프 스위치(S1a) 역시 영 전압 상태에서 턴 온 된다. Mode 3 starts when the main switch (S 1 ) is turned off and the active clamp switch (S 1a ) is turned on, and the current flowing through the switch at the time (t 2 ) when the active clamp switch (S 1a ) is turned on is Since the current flows through the diode in the reverse direction of the active clamp switch S 1a , the active clamp switch S 1a is also turned on in the zero voltage state.

Mode 3에서는 Mode 1에서와 같이 공진이 발생하고 능동 클램프 커패시터에 저장된 에너지가 변압기(T), 다이오드(D2)를 통해 DC-link 측으로 전달되며, 누설 인덕턴스(Llk)와 공진 커패시터(Cr1, Cr2)에 의한 두 번째 공진이 발생한다.In Mode 3, resonance occurs as in Mode 1, and the energy stored in the active clamp capacitor is transferred to the DC-link side through the transformer (T) and diode (D 2 ), and the leakage inductance (L lk ) and the resonance capacitor (C r1 , C r2 ) causes a second resonance.

Mode 4는 2차측 전류(is)가 0이 되면서 시작되며, Mode 2에서와 같이 다이오드(D2)는 영 전류 상태에서 턴 오프 된다. 따라서 다이오드 (D2) 역시 다이오드의 역 회복 시간 문제에 의한 손실을 경감시킨다. Mode 4 starts when the secondary side current (i s ) becomes 0, and as in Mode 2, the diode (D 2 ) is turned off in a zero current state. Therefore, the diode (D 2 ) also reduces the loss due to the diode's reverse recovery time problem.

그리고 도 5는 도 4의 4가지의 모드에 대한 파형을 나타낸 것으로, t0에서t1은 Mode 1, t1에서 t2는 Mode 2, t2에서 t3은 Mode 3, 그리고 t3에서 t4는 Mode 4를 나타낸다. And FIG. 5 shows waveforms for the four modes of FIG. 4, where t0 to t1 indicates Mode 1, t1 to t2 indicates Mode 2, t2 to t3 indicates Mode 3, and t3 to t4 indicates Mode 4.

이하에서는 도 6을 이용하여 유량 조절 밸브 없이도 전력 모듈(150)의 제어에 따라 유량이 조절되는 구성에 대해서 상세하게 설명한다. Hereinafter, a configuration in which the flow rate is adjusted according to the control of the power module 150 without the flow control valve will be described in detail using FIG. 6 .

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타낸 예시도이다. 6 is an exemplary diagram illustrating a control algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이, 전력 모듈(150)은 배터리 전압(Vbat), DC-link 전압(Vdc), 펌프(130)의 출력 전압(vo)그리고 신호처리 모듈(140)의 출력 전압(VE)에 대한 아날로그신호를 전력회로에서 센싱한다.As shown in FIG. 6, the power module 150 includes the battery voltage (V bat ), the DC-link voltage (V dc ), the output voltage ( vo ) of the pump 130 and the output of the signal processing module 140. The analog signal for the voltage (V E ) is sensed in the power circuit.

참고로, 도 6에서 Vdc *는 DC-link 전압의 기준치, f0 *는 출력 전압(vo)의 기준 주파수, VE *는 신호처리 모듈(140)의출력 전압의 기준치, vo *는 펌프(130)의 출력 전압의 기준치, f*는 기준 유량을 나타낸다. For reference, in FIG. 6, V dc * is the reference value of the DC-link voltage, f 0 * is the output The reference frequency of the voltage ( vo ), VE * is the reference value of the output voltage of the signal processing module 140, v o * is the reference value of the output voltage of the pump 130, f * represents the reference flow rate.

여기서, 유량 f는 유량계(120) 또는 신호처리 모듈(140)로부터 시리얼 통신 또는 이더넷 통신과 같은 디지털 통신방식으로 획득할 수 있다. Here, the flow rate f can be obtained from the flow meter 120 or the signal processing module 140 through a digital communication method such as serial communication or Ethernet communication.

일반적으로 공기오염 감시기에서 실시간 방사능 계측값과 유량을 측정하기 때문에 각 구성 요소들간의 연결에 따라 유량(f)값이 공유될 수 있다. In general, since air pollution monitors measure real-time radioactivity measurement values and flow rates, the flow rate (f) value can be shared according to the connection between each component.

전력 모듈(150)은 저압 배터리(151)의 전압이 임계치 이하로 감소하기 전까지 펌프(130)에 전력을 공급하는 DC-link 전압에 대한 피드백 (feedback) 제어를 수행한다.The power module 150 performs feedback control on the DC-link voltage supplying power to the pump 130 until the voltage of the low-voltage battery 151 decreases below a threshold value.

또한, 전력 모듈(150)은 신호처리 모듈(140)에 직렬 전류를 공급하는 강압 컨버터의 출력 전압에 피드백(feedback) 제어를 수행한다In addition, the power module 150 performs feedback control on the output voltage of the step-down converter that supplies the serial current to the signal processing module 140.

이때, 제어를 수행하는 전력제어 모듈(154)은 예를 들어 비례-적분 제어기(proportional-integral controller, PI controller)가 사용될 수 있다.At this time, as the power control module 154 that performs the control, for example, a proportional-integral controller (PI controller) may be used.

그리고 전력 모듈(150)은 펌프와 연결된 단상 인버터에 대해 가변전압가변주파수(Variable Voltage Variable Frequency, VVVF) 알고리즘 기반의 제어를 수행한다. In addition, the power module 150 performs control based on a variable voltage variable frequency (VVVF) algorithm for the single-phase inverter connected to the pump.

다시 말해, 전력 모듈(150)은 인버터에 인가되는 주파수를 조정하여 펌프(130)의 속도를 제어함으로써, 유량을 조절할 수 있다. In other words, the power module 150 may adjust the flow rate by controlling the speed of the pump 130 by adjusting the frequency applied to the inverter.

상세하게는 전력 모듈(150)은 가변전압가변주파수 알고리즘에 기초하여 미리 설정된 유량 기준치를 추종함으로써 펌프의 회전 속도를 조절한다. In detail, the power module 150 adjusts the rotational speed of the pump by following a preset flow rate reference value based on a variable voltage variable frequency algorithm.

예를 들어 인버터 방식을 활용할 경우, 펌프의 소비 전력은 펌프 회전속도의 3승에 비례하기에 다음과 같은 관계식을 얻을 수 있다. For example, when using an inverter method, the power consumption of the pump is proportional to the third power of the pump rotational speed, so the following relational expression can be obtained.

[수학식 1][Equation 1]

P1: P2 = N1 3: N2 3 P 1 : P 2 = N 1 3 : N 2 3

여기서, P1은 정격 소비 전력, P2는 인버터 적용 시 소비 전력, N1은 정격 회전수, N2는 인버터 제어에 따른 펌프 회전 수를 나타낸다. Here, P 1 is the rated power consumption, P 2 is the power consumption when an inverter is applied, N 1 is the rated rotational speed, and N 2 is the pump rotational speed under inverter control.

기존의 교류 계통으로부터 직접 전력을 받게 되면, 항상 P1에 해당하는 정격 전력을 소비하는 반면에, 본원 발명과 같이 인버터 방식을 활용할 경우 출력 전압의 주파수를 조절할 수 있기 때문에, 펌프(130)의 회전 수를 제어할 수 있다. 이에 따라 정격 주파수가 60Hz인 펌프(130)의 경우, 주파수를 55Hz에서 운전 시 평균 20%, 40Hz에서 운전 시 평균 70% 에너지 절감이 가능하다. When power is received directly from the existing alternating current system, the rated power corresponding to P 1 is always consumed, whereas when the inverter method is used as in the present invention, the frequency of the output voltage can be adjusted, so that the rotation of the pump 130 number can be controlled. Accordingly, in the case of the pump 130 having a rated frequency of 60 Hz, an average energy saving of 20% when operating at a frequency of 55 Hz and an average of 70% when operating at 40 Hz is possible.

이처럼, 본원 발명에서 제안하는 전력 변환 모듈에 따라 배터리와 같은 한정된 에너지원에 대해 높은 전력 효율을 갖게 된다. As such, according to the power conversion module proposed in the present invention, high power efficiency is obtained for a limited energy source such as a battery.

이하에서는 도 7 및 도 8을 이용하여 전력 효율에 대해서 확인한다. Hereinafter, power efficiency will be confirmed using FIGS. 7 and 8 .

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 소프트 스위칭 기법에 따른 결과를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 부하 조건에 따른 dc-dc 단계의 효율성을 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing results according to a soft switching technique according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a graph showing efficiency of a dc-dc step according to a load condition according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (a)는 주 스위치(S1)에서 턴 온 된 상태에 대한v, i 값을 나타내고, (b)는 다이오드(D1)의 턴 오프된 상태에 대한 v, i 값을 나타낸다. (a) of FIG. 7 shows values of v and i for a state in which the main switch S 1 is turned on, and (b) shows values of v and i for a state in which the diode D 1 is turned off.

도 7의 (a)를 보면 제로 전압 스위칭(Zero voltage switching) 동작을 수행하는 것을 확인할 수 있으며, (b)를 보면 다이오드(D1)가 전류가 0 인 상태에서 턴 오프되는 것으로 제로 전류 스위칭(Zero Current Switching, ZCS) 턴 오프를 달성한 것을 확인할 수 있다. Looking at (a) of FIG. 7, it can be seen that a zero voltage switching operation is performed, and looking at (b), the diode D 1 is turned off while the current is 0, and the zero current switching ( Zero Current Switching (ZCS) turn-off is achieved.

이와 같이 도 8에서 보면, 부하 조건에 따른 DC-DC 컨버터의 최대 효율이 98.1 %인 것을 확인할 수 있다. 8, it can be seen that the maximum efficiency of the DC-DC converter according to the load condition is 98.1%.

또한, 표 1은 VVVF 알고리즘을 사용하는 인버터의 출력 전력 및 유량을 나타낸다. Table 1 also shows the output power and flow rate of the inverter using the VVVF algorithm.

이처럼, dc-dc 단계의 소프트 스위칭 기술과 인버터 단계의 VVVF 수행은 고효율 특성을 가지는 것을 알 수 있다. As such, it can be seen that the soft switching technology of the dc-dc stage and the VVVF performance of the inverter stage have high efficiency characteristics.

Output voltage/frequencyOutput voltage/frequency Output power, P0 Output power, P 0 Flow rate, fFlow rate, f 120V/27.5Hz120V/27.5Hz 94.5W94.5W 26.5L/min26.5L/min 150V/37.2Hz150V/37.2Hz 119W119W 36L/min36L/min 180V/47Hz180V/47Hz 154W154W 43L/min43L/min 200V/53Hz200V/53Hz 190W190W 47.4L/min47.4L/min 220V/60Hz220V/60Hz 240W240W 52L/min52L/min

이와 같이, 본 발명에 따르면, 저압 배터리를 차용하여 DC-DC 컨버터를 통해 신호처리 모듈에 전력을 제공함에 따라 저주파수 맥동 선분이 배제되어 커패시터의 크기를 줄일 수 있고 출력 전압 신뢰도를 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, as power is supplied to the signal processing module through a DC-DC converter by borrowing a low-voltage battery, the low-frequency pulsating line is excluded, thereby reducing the size of the capacitor and improving output voltage reliability.

본 발명에 따르면, 유량 조절 밸브가 별도로 구비되지 않더라도 인버터를 통해 펌프의 회전 수를 제어함으로써, 펌프의 회전 수와 비례하는 유량을 자동으로 제어할 수 있다. According to the present invention, the flow rate proportional to the rotational speed of the pump can be automatically controlled by controlling the rotational speed of the pump through an inverter even if the flow rate control valve is not separately provided.

본 발명의 하나의 실시예에 따른 방법을 실행시키기 위한 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.A program for executing a method according to an embodiment of the present invention may be recorded in a computer readable recording medium.

컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 여기서 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드가 포함된다.Computer readable media may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The medium may be specially designed and constructed or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and ROMs, RAMs, flash memories, and the like. A hardware device specially configured to store and execute the same program instructions is included. Here, the medium may be a transmission medium such as light, a metal wire, or a waveguide that transmits a signal designating a program command or data structure. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those produced by a compiler.

이상에서 본 발명의 바람직한 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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also made according to the present invention. falls within the scope of the rights of

Claims (11)

내부로 공기를 흡입시키고, 흡입된 공기를 일정한 라인에 따라 외부로 배출시키도록 구동하는 펌프,
흡입되는 상기 공기의 유량을 측정하는 유량계,
상기 공기 중에서 방사능 또는 방사선을 검출하는 검출 모듈,
검출된 상기 방사능 또는 방사선 데이터와 측정된 상기 유량을 수집하고, 수집한 데이터들을 전달하는 신호처리 모듈, 그리고
장착된 저압 배터리에 기초하여 상기 신호처리 모듈에 직류 전원을 제공하고, 상기 펌프에 교류 전원을 제공하는 전력 모듈
을 포함하고,
상기 전력 모듈은 상기 저압 배터리의 전압을 승압하고, 승압된 전압을 교류 전원으로 변환하여 상기 펌프에 제공하는 이단 dc-ac 컨버터를 포함하고,
상기 이단 DC-AC 컨버터는 절연형 DC-DC 컨버터와 풀브릿지 인버터를 포함하고,
상기 절연형 DC-DC 컨버터는, 상기 저압 배터리의 일단에 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 일단과 상기 저압 배터리의 타단에 연결되는 주 스위치와 능동 클램프 스위치, 그리고 변압기 2차측에 연결된 제1 다이오드와 제2 다이오드로 구성된 DC -link부를 포함하고,
상기 절연형 DC-DC 컨버터는, 상기 주 스위치와 상기 능동 클램프 스위치가 서로 상보적으로 동작하여 턴 온시, 제로 전압 스위칭 동작을 수행하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드의 턴 오프시, 제로 전류 스위칭 동작을 수행하면서 상기 풀브릿지 인버터의 가동 전압으로 상기 저압 배터리의 전압을 승압시키는 이동형 공기 오염 감시기.
A pump that drives air to be sucked into the inside and discharged to the outside along a certain line;
A flow meter for measuring the flow rate of the air to be sucked in;
A detection module for detecting radioactivity or radiation in the air;
A signal processing module that collects the detected radioactivity or radiation data and the measured flow rate and delivers the collected data, and
A power module providing DC power to the signal processing module and AC power to the pump based on the installed low-voltage battery
including,
The power module includes a two-stage dc-ac converter that boosts the voltage of the low-voltage battery, converts the boosted voltage into AC power, and provides it to the pump;
The two-stage DC-AC converter includes an isolated DC-DC converter and a full-bridge inverter,
The isolated DC-DC converter includes an inductor connected to one end of the low-voltage battery, a main switch and an active clamp switch connected to one end of the inductor and the other end of the low-voltage battery, and a first diode connected to the secondary side of the transformer. Including a DC -link part composed of 2 diodes,
The isolated DC-DC converter performs a zero voltage switching operation when the main switch and the active clamp switch operate complementary to each other to turn on, and when the first diode and the second diode are turned off, zero A mobile air pollution monitor that boosts the voltage of the low-voltage battery to the operating voltage of the full-bridge inverter while performing a current switching operation.
제1항에서,
상기 전력 모듈은,
상기 저압 배터리의 전압을 강압하여 상기 신호처리 모듈에 직류 전원을 제공하는 강압 컨버터, 그리고
상기 저압 배터리의 전압을 센싱하여 센싱된 값이 임계치 이하로 감소하기 전까지 DC-DC 컨버터 또는 강압 컨버터의 전압에 대한 피드백 제어를 수행하는 제어 모듈을 포함하는 이동형 공기 오염 감시기.
In paragraph 1,
The power module,
a step-down converter for stepping down the voltage of the low-voltage battery and providing DC power to the signal processing module; and
A mobile air pollution monitor comprising a control module that senses the voltage of the low-voltage battery and performs feedback control on the voltage of the DC-DC converter or step-down converter until the sensed value decreases below a threshold value.
제2항에서,
상기 제어 모듈은,
측정된 상기 유량에 기초하여 미리 설정된 유량 기준치를 추종하는 가변전압가변주파수(Variable Voltage Variable Frequency, VVVF) 제어를 통해 풀브릿지 인버터에 인가되는 주파수를 제어하는 이동형 공기 오염 감시기.
In paragraph 2,
The control module,
A mobile air pollution monitor that controls the frequency applied to the full-bridge inverter through variable voltage variable frequency (VVVF) control that follows a predetermined flow rate reference value based on the measured flow rate.
제2항에서,
상기 강압 컨버터는,
상기 저압 배터리의 일단에 연결되는 스위칭 소자와 상기 저압 배터리의 타단에 연결되는 다이오드가 서로 연결되고, 상기 스위칭 소자와 다이오드가 연결되는 지점에서 필터를 포함하고,
상기 필터를 통해 직류 전력을 상기 신호처리 모듈에 제공하는 이동형 공기 오염 감시기.
In paragraph 2,
The step-down converter,
A switching element connected to one end of the low-voltage battery and a diode connected to the other end of the low-voltage battery are connected to each other, and a filter is included at a point where the switching element and the diode are connected;
A mobile air pollution monitor providing DC power to the signal processing module through the filter.
삭제delete 삭제delete 제1항에서,
상기 풀브릿지 인버터는,
구성된 4개의 스위치가 바이폴라 스위칭 동작을 수행하는 이동형 공기 오염 감시기.
In paragraph 1,
The full bridge inverter,
A mobile air pollution monitoring system in which 4 switches perform bipolar switching operation.
저압 배터리,
상기 저압 배터리의 일단에 연결되는 스위칭 소자, 상기 저압 배터리의 타단과 연결된 다이오드, 상기 스위칭 소자와 상기 다이오드가 연결된 지점에서 연결되는 필터를 포함하는 제1 전력 변환 모듈,
상기 저압 배터리의 일단과 변압기 1차측에 직렬로 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 일단과 저압 배터리의 타단에 연결되는 스위치부, 그리고 상기 변압기 2차측에 연결되는 dc-link 부를 포함하는 제2 전력 변환 모듈, 그리고
상기 저압 배터리의 전압에 기초하여 상기 제1 전력 변환 모듈과 제2 전력 변환 모듈의 전압에 대한 피드백 제어를 수행하는 전력제어 모듈
을 포함하고,
상기 스위치부는 주 스위치와 능동 클램프 스위치를 포함하고,
상기 dc-link 부는 제1 다이오드와 제2 다이오드를 포함하고,
상기 주 스위치와 상기 능동 클램프 스위치가 서로 상보적으로 동작하여 턴 온시, 제로 전압 스위칭 동작을 수행하고, 상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드의 턴 오프시, 제로 전류 스위칭 동작을 수행하면서 풀브릿지 인버터의 가동 전압으로 상기 저압 배터리의 전압을 승압시키는 전력 변환 장치.
low voltage battery,
A first power conversion module including a switching element connected to one end of the low-voltage battery, a diode connected to the other end of the low-voltage battery, and a filter connected at a point where the switching element and the diode are connected;
A second power conversion module comprising an inductor connected in series to one end of the low voltage battery and a primary side of the transformer, a switch unit connected to one end of the inductor and the other terminal of the low voltage battery, and a dc-link unit connected to the secondary side of the transformer. , and
A power control module performing feedback control on voltages of the first power conversion module and the second power conversion module based on the voltage of the low voltage battery.
including,
The switch unit includes a main switch and an active clamp switch,
The dc-link unit includes a first diode and a second diode,
When the main switch and the active clamp switch operate complementary to each other to perform a zero voltage switching operation when turned on, and to perform a zero current switching operation when the first diode and the second diode are turned off, the full bridge inverter A power conversion device for boosting the voltage of the low-voltage battery to an operating voltage of
제8항에서,
상기 제1 전력 변환 모듈은, 상기 저압 배터리의 전압을 강압하여 직류 전원을 신호처리 기기에 전달하고,
상기 제2 전력 변환 모듈은, 상기 저압 배터리의 전압을 승압하고, 승압된 전압을 교류 전원으로 변환하여 펌프에 전달하는 전력 변환 장치.
In paragraph 8,
The first power conversion module steps down the voltage of the low-voltage battery to deliver DC power to a signal processing device;
The second power conversion module boosts the voltage of the low-voltage battery, converts the boosted voltage into AC power, and transmits it to a pump.
제9항에서,
상기 전력제어 모듈은,
상기 펌프에 의한 유량을 수집하고,
수집된 상기 유량에 기초하여 미리 설정된 유량 기준치를 추종하는 가변전압가변주파수(Variable Voltage Variable Frequency, VVVF) 제어를 통해 상기 펌프에 인가되는 주파수를 조정하도록 상기 제2 전력 변환 모듈을 제어하는 전력 변환 장치.
In paragraph 9,
The power control module,
Collecting the flow rate by the pump,
A power converter for controlling the second power conversion module to adjust the frequency applied to the pump through variable voltage variable frequency (VVVF) control that follows a predetermined flow rate reference value based on the collected flow rate. .
제10항에서,
상기 전력제어 모듈은,
상기 유량 기준치를 추종하기 위한 상기 펌프의 회전 속도에 따른 소비 전력을 산출하고 산출된 소비 전력만큼의 주파수를 인가하도록 상기 제2 전력 변환 모듈을 제어하는 전력 변환 장치.
In paragraph 10,
The power control module,
The power conversion device for controlling the second power conversion module to calculate power consumption according to the rotational speed of the pump to follow the flow rate reference value and to apply a frequency equal to the calculated power consumption.
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