KR20000051314A

KR20000051314A - 자동 전원공급장치

Info

Publication number: KR20000051314A
Application number: KR1019990001673A
Authority: KR
Inventors: 윤봉구
Original assignee: 윤봉구
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-16

Abstract

본 발명은 부하의 전원특성을 검출하여 최적의 전압을 자동으로 인가하여 전력소비를 절감할 수 있는 자동 전원공급장치에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 직류전압을 입력받아 제어신호에 따라 값이 가변되는 직류전압을 부하에 제공하는 가변전압부(106)와, 부하저항을 검출하기 위한 부하저항 검출부(120), 부하전류를 검출하기 위한 부하전류 검출부(118), 제어신호에 따라 상기 가변전압수단의 출력전압의 극성을 변환하기 위한 극성변환부(112), 및 부하저항 검출부(120)가 부하저항을 검출하면, 저전압을 부하에 인가하도록 가변전압부를 제어하고 극성을 판별하며 단계별로 전압을 상승시키면서 부하전류의 변동을 검출하여 부하전류가 포화되는 지점까지 인가전압을 상승시키고, 이후 부하전류의 변동에 따라 인가전압을 증감하여 최적의 전압이 유지되도록 가변전압부를 제어하는 마이크로콘트롤러(116)를 구비한다.

그리고 이러한 구성에 의해 본 발명은 부하의 전원특성을 모르더라도 부하에 적합한 동작전압을 자동으로 제공할 수 있고, 부하의 변동에 따라 인가전압을 적절하게 조절하여 소비전력을 절감할 수 있다.

Description

자동 전원공급장치{AN AUTOMATIC POWER SUPPLY}

통상의 어답터는 교류전압을 입력받아 고정된 직류전압을 제공하므로 어답터를 요구하는 사용제품에 따라 전용 어답터를 사용해야 한다. 예컨대, 직류(DC) 6V전압을 요구하는 전자제품을 위해서는 DC 6V의 직류어답터를 사용해야 하고, 12V전압을 요구하는 전자제품에 대해서는 DC 12V의 직류어답터를 사용해야 한다.

이와 같이 전자제품에 따라 다르게 요구되는 다양한 전압을 제공하기 위해서 각각의 직류 어답터를 사용하는 것은 불편하므로 하나의 어답터로 다양한 전압을 제공할 수 있으면 매우 편리할 것이다. 더욱이 부하전원의 특성(요구전압 및 단자극성 등)을 알 수 없을 경우에 부하의 전원특성을 자동으로 검출하여 최적의 동작전원을 인가할 수 있다면 매우 바람직할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시킴과 아울러 부하의 변동에 대응하여 최적의 전원을 효율적으로 공급할 수 있도록 된 자동 전원공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 교류전원을 입력받아 직류전압으로 변환하는 정류 및 평활회로를 포함하는 전원공급장치에 있어서, 상기 직류전압을 입력받아 제어신호에 따라 값이 가변되는 직류전압을 부하에 제공하는 가변전압수단; 부하저항을 검출하기 위한 부하저항 검출부; 부하전류를 검출하기 위한 부하전류 검출부; 제어신호에 따라 상기 가변전압수단의 출력전압의 극성을 변환하기 위한 스위칭수단; 및 상기 부하저항 검출부가 부하저항을 검출하면, 저전압을 부하에 인가하도록 상기 가변전압수단을 제어한 후 상기 부하전류 검출부로부터 검출된 부하전류의 변동에 의해 부하에 인가되는 극성의 연결을 판단하여 극성이 바뀌어 연결되었으면 부하에 인가되는 전원의 극성을 반전시키도록 상기 스위칭수단을 제어하며, 상기 극성연결이 정상이면 저전압으로부터 단계별로 전압을 상승시키면서 부하전류의 변동을 검출하여 부하전류가 포화되는 지점까지 인가전압을 상승시키고, 이후 부하전류의 변동에 따라 인가전압을 증감하여 최적의 전압이 유지되도록 상기 가변전압수단을 제어하는 전원제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전원공급장치를 도시한 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 전원공급장치의 동작을 설명하기 위하여 도시한 흐름도,

도 3은 본 발명에 따른 인가전압-부하전류 특성그래프의 예를 도시한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

102: 트랜스104: 정류 및 평활회로

106: 가변전압부108: 가변전압 레귤레이터

110: 저항매트릭스112: 극성변환부

114: 고정전압 레귤레이터116: 마이크로 콘트롤러

118: 부하전류 검출부120: 부하저항 검출부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 전원공급장치를 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 전원공급장치는 트랜스(102), 정류 및 평활회로(104), 가변전압부(106), 극성변환부(112), 고정전압 레귤레이터(114), 마이크로콘트롤러(116), 부하전류 검출부(118), 부하저항 검출부(120)를 포함하고, 가변전압부(106)는 가변전압 레귤레이터(108)와 저항 매트릭스(110)로 이루어져 교류(AC)전원을 입력받아 직류(DC)전원을 부하에 제공한다.

도 1에서 트랜스(102)로는 약 85 V 내지 350 V 교류(AC) 전원이 입력되어 권선비에 따라 강압된 전압이 출력되고, 정류 및 병활회로(104)는 트랜스(102)에서 강압된 교류전압을 입력받아 직류로 변환후 리플을 제거한다. 고정전압 레귤레이터(114)는 정류 및 평활회로(104)의 직류전압을 입력받아 안정된 직류 5V 전압을 본 발명의 각 부분에 Vcc전압으로서 제공하고, 가변전압 레귤레이터(108)는 정류 및 평활회로(104)의 직류전압을 입력받아 0 내지 DC 35 V의 직류전압(프리볼트:Free Volt)을 출력한다. 이때 가변전압 레귤레이터(108)의 출력전압은 마이크로콘트롤러(116)가 출력하는 비트제어에 따라 가변되는 저항매트릭스(110)의 저항값에 따라 그 값이 가변된다.

극성변환부(112)는 마이크로콘트롤러(118)의 제어신호에 따라 부하에 인가되는 전원선의 결선을 바꾸는 릴레이로 구성되어 가변전압 레귤레이터(108)가 출력하는 전압의 극성을 바꾸어 부하측에 연결한다. 부하저항 검출부(120)는 본 발명의 장치에 연결되는 부하의 부하저항 특성을 검출하고, 부하전류 검출부(118)는 부하전류를 검출하여 마이크로콘트롤러(116)에 각각 제공한다.

마이크로콘트롤러(116)는 부하저항 검출부(120)가 부하저항을 검출하면, 부하가 연결된 것으로 판단하여 저전압을 부하에 인가하도록 가변전압부(106)를 제어하고, 이어 부하전류 검출부(118)로부터 검출된 부하전류의 변동을 판별하여 부하에 인가되는 극성의 연결이 정상인지를 판단한다. 즉, 본 발명의 전원공급장치가 출력하는 직류전압의 극성과 부하의 전원극성이 바뀌어 연결되면 급격하게 전원인가 초기에 전류가 급속하게 증가하게 되므로 즉시 극성변환부(112)를 제어하여 부하측에 인가되는 전원극성을 바꾸게 한다. 그리고 극성연결이 정상이면, 가변전압부(106)의 출력전압을 저전압으로부터 단계별로 상승시키면서 부하전류의 변동을 검출하여 부하전류가 포화되는 지점까지 출력전압을 상승시키도록 가변전압부(106)를 제어하고, 이후 부하전류의 변동에 따라 가변전압부(106)의 출력전압(즉, 인가전압)을 증감하여 최적의 전압이 유지되도록 가변전압부(106)를 계속 제어한다.

이어서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 전원공급장치가 동작하는 것을 도 2의 흐름을 참조하여 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 전원공급장치는 부하저항을 검출하여 부하가 연결되었는지를 판단하는 단계(201~204)와, 부하가 연결되었으면 낮은 전압을 인가하여 부하극성이 바르게 연결되었는지를 판단하는 단계(205~209), 부하극성이 바르게 연결되었으면 저전압부터 순차적으로 전압을 상승시키면서 부하전류가 포화될 때까지 전압을 증가하는 단계(210~213), 부하변동을 추적하면서 최적의 인가전압을 계속 유지하는 단계(214~222), 및 부하가 오픈되거나 쇼트되면 즉시 인가전압을 낮추거나 전원공급을 차단하는 단계(223~226)를 처리한다.

단계201에서 전원온에 의해 리셋이 되면, 단계202에서 각 변수들 및 플래그의 초기화를 수행한다. 단계203에서 부하저항값을 검출하고, 단계204에서 검출된 부하저항값이 유한값이면 본 발명의 전원공급장치에 부하가 연결된 것으로 간주하여 이후 단계를 수행하게 한다. 즉, 부하가 연결되지 않은 상태에서 부하저항은 무한대이고, 부하가 연결될 경우에는 부하에 따라 수십오옴 내지 수백킬로오옴의 유한값을 가지므로 부하저항값에 의해 부하연결상태를 판단할 수 있다. 그리고 검출된 부하저항값을 메모리에 기억시켜 놓고, 이후 부하변동을 추적하거나 부하가 오픈 혹은 쇼트되는 것을 검출하는데 사용한다.

단계205에서 부하측에 저전압을 인가한다. 본 발명의 전원공급장치는 프리볼트의 교류입력을 받아서 부하의 전원특성에 맞게 프리볼트를 출력할 수 있는 것이므로 부하전압특성을 모르더라도 사용할 수 있다. 즉, 부하에서 요구되는 전압을 모르더라도 본 발명의 장치는 부하의 전원특성을 자동으로 검출하여 최적의 전압을 제공할 수 있고, 이를 위해 전원인가 초기에는 0에 가까운 낮은 전압부터 인가한다. 단계206에서는 인가된 전압에 의한 부하전류를 검출하고, 단계207에서는 부하전류의 변동으로부터 부하전원의 극성을 판단한다. 즉, 본발명의 전원공급장치가 제공하는 직류전압의 극성과 부하에서 요구되는 전원의 극성이 일치하면, 인가된 저전압에 의해 초기에는 극히 적은 부하전류가 흐르게 되나 극성이 바뀌어 연결되면 초기에 급속히 큰 전류변동이 일어나게 되므로 극성의 연결상태를 전류의 변동으로 판별할 수 있다. 단계208에서 전류의 변동으로부터 판별하여 극성의 연결이 바뀌었을 경우에는 단계209에서 극성을 변환하고, 극성의 연결이 정상이면 210 단계를 수행한다. 이때 마이크로콘트롤러(116)의 제어에 따라 극성변환부(112)의 릴레이가 작동되면 극성연결상태가 반전된다.

단계210에서 현재 검출된 부하전류를 이전에 검출된 부하전류와 비교하고, 단계211에서 전류가 포화되었는지를 판단하여 포화상태가 아니면, 단계212에서 인가전압을 1스텝 증가시킨 후 205단계 이후를 반복하여 부하전류가 포화될 때까지 인가전압을 증가시킨다. 즉, 전원인가 초기에 인가전압을 1스텝씩 증가할 때 이에 따라 부하전류가 증가한다면 아직 부하가 요구하는 전압에 미달된 것을 의미하므로 계속 인가전압을 증가시키다가 인가전압을 증가시켜도 더 이상 부하전류가 증가하지 않는 포화상태가 되면, 바로 이전 스텝의 전압을 계속 유지하면서 부하전류의 변동을 추적한다. 단계211에서 부하전류가 포화되면, 단계213에서 포화 초기의 인가전압을 기준전압으로 설정한다.

전원이 정상적으로 공급되어 부하가 동작한 후, 단계214와 단계215에서 부하저항을 검출하여 부하가 계속 연결된 정상상태이면, 단계 216에서 부하전류를 검출하여 부하전류의 변동을 계속 추적한다. 단계217에서는 검출된 부하전류가 이전 부하전류보다 증가하게 되면 인가전압을 1스텝 감소시키고, 단계219에서는 검출된 부하전류가 이전 부하전류보다 감소하면 단계 220에서 인가전압을 1스텝 증가시키며, 단계221에서는 검출된 부하전류가 이전 부하전류와 동일하면 인가전압을 그대로 유지시켜 부하에 인가되는 전압을 안정화시킨다. 이러한 과정은 부하가 정성적으로 연결된 상태에서 계속 반복된다.

그리고 단계223에서는 검출된 부하저항값이 단계203에서 검출되어 기록된 부하저항값과 다르게 무한대로 변할 경우에, 부하가 오픈된 것으로 판단하여 단계 224에서 인가전압을 낮추고 전력소비를 절감하기 위한 서스팬드모드로 동작한다. 단계225에서는 검출된 부하저항값이 단계203에서 검출되어 기록된 부하저항값과 다르게 매우 작아지면 부하가 쇼트된 것으로 판단하여 전원공급을 즉시 차단하고, 단계224를 수행한다.

도 3은 부하가 요구하는 전압 특성이 직류(DC) 12V일 경우에, 본 발명에 따라 전압가변부의 출력전압(즉, 인가전압)에 의해 나타나는 부하전류의 특성을 도시한 그래프이다.

도 3을 참조하면, 횡축은 인가전압을 나타낸 것으로 마이크로콘트롤러(116)의 제어에 따라 전압가변부(106)가 출력하는 전압(단위 Volt)을 나타내고, 종축은 인가전압에 대응하는 부하전류값(단위 mA)을 나타낸다. 도 3의 그래프를 살펴보면, 저전압에서 서서히 전류가 증가하다가 약 7.5 V 이후에는 급속히 전류가 증가하여 약 12V에서 약 75mA로 포화되는 것을 알 수 있다. 따라서 도 3의 그래프 특성을 나타내는 부하의 전원특성은 12V 직류전압에 동작하고, 부하전류는 약 75mA인 것을 알 수 있다. 그리고 본 발명의 전원공급장치는 약 12V 직류전압을 인가전압으로서 계속 제공하면서 부하전류의 변동을 감시하여 부하전류가 증가하면 인가전압을 한 스텝씩 낮춰주고 부하전류가 감소하면 인가전압을 한 스텝씩 증가시켜 안정된 전원을 효율적으로 제공한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 부하의 전원특성을 모르더라도 부하에 적합한 동작전압을 자동으로 제공할 수 있고, 전원극성이 잘못 연결되면 이를 감지하여 자동으로 연결을 정정하여 주며, 부하의 변동에 따라 인가전압을 적절하게 조절하여 소비전력을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 부하가 오픈되거나 쇼트되면 자동으로 전원공급을 차단하거나 인가전압값을 0으로 다운시켜 부하 및 전원공급장치를 보호할 수 있다.

Claims

교류전원을 입력받아 직류전압으로 변환하는 정류 및 평활회로를 포함하는 전원공급장치에 있어서,

상기 직류전압을 입력받아 제어신호에 따라 값이 가변되는 직류전압을 부하에 제공하는 가변전압수단;

부하저항을 검출하기 위한 부하저항 검출부(120);

부하전류를 검출하기 위한 부하전류 검출부(118);

제어신호에 따라 상기 가변전압수단의 출력전압의 극성을 변환하기 위한 스위칭수단; 및

상기 부하저항 검출부(120)가 부하저항을 검출하면, 저전압을 부하에 인가하도록 상기 가변전압수단을 제어한 후 상기 부하전류 검출부(118)로부터 검출된 부하전류의 변동에 따라 부하에 인가되는 극성의 연결을 판단하여 극성이 바뀌어 연결되었으면 부하에 인가되는 전원의 극성을 반전시키도록 상기 스위칭수단을 제어하며, 상기 극성연결이 정상이면 저전압으로부터 단계별로 전압을 상승시키면서 부하전류의 변동을 검출하여 부하전류가 포화되는 지점까지 인가전압을 상승시키고, 이후 부하전류의 변동에 따라 인가전압을 증감하여 최적의 전압이 유지되도록 상기 가변전압수단을 제어하는 전원제어수단을 구비한 자동 전원공장치.
제1항에 있어서, 상기 가변전압수단은 상기 전원제어수단의 제어신호에 따라 저항값이 가변되는 저항 매트릭스(110)와, 상기 직류전압을 입력받아 상기 저항값에 따라 출력전압을 가변하는 가변전압 레귤레이터(108)로 구성된 것을 특징으로 하는 자동 전원공급장치.
제1항에 있어서, 상기 전원제어수단은 부하저항값을 판별하여 부하가 오픈되면 인가전압을 낮추도록 상기 가변전압수단을 제어하고, 부하가 쇼트되면 전원공급을 차단하도록 상기 스위칭수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 전원공급장치.