KR200366982Y1 - 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상용전원을 입력받아 직류로 변환하여 제어회로의 전원으로 공급하기위한 전원공급부와, 직류전원공급장치의 전원입력단에 구성되어 전류를 측정하기 위한 전류센서와, 상기의 전류센서에서 입력되는 전류를 검출하기위한 데이터 입력회로와, 데이터 입력회로에서 입력되는 신호의 계산 및 연산처리와 스위치 제어회로의 제어를 위한 연산처리부와, 전원 차단스위치의 온/오프제어를 위한 스위치 제어회로와, 상용전원의 인가/차단을 위해 전원 입력부에 구성된 전원 차단스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 상기와 같이 구성된 본 고안에 따르면, 전기기기의 전원 입력단에 독립적으로 구성되어 부하가 없는 무부하동작 상태에서 전원 차단스위치를 제어하여 상용전원을 주기적으로 차단/인가 시키고, 상용전원이 차단되었을때 직류전원공급장치의 평활 콘덴서에 저장된 에너지를 이용하여 일정시간 회로를 정상동작 시킬 수 있으며, 이때 소모되는 전력이 차단되어 대기전력을 절감시킬 수 있다.

Description

돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치{Device of Standby Power Saving by an Electric appliances using Inrush current}

본 고안은 전기기기에 일반적으로 사용되고 있는 직류전원공급장치의 대기전력 절감방법에 관한 것으로, 전원공급장치에 입력되는 상용전원을 제어하여 부하가 없는 무부하 동작상태에서도 일정량 소모되는 무부하 소모전력(대기전력)의 최소화를 위한 대기전력 절감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대기전력 절감을 위해 사용되는 기술들은 상용전원을 입력받아 정류 하고, 정류된 직류전원을 제어 회로에 공급하여 출력측의 부하/무부하동작에 따른 피드백 신호를 입력받아 출력측을 제어하는 방법으로 대기전력을 줄인다.

그러나, 이러한 종래의 대기전력 절감방법은 전원의 출력측에 부하가 없는 무부하동작시에도 전원 대기상태를 위한 회로의 동작 상태를 유지해야 하므로, 회로 동작에 필요한 전력이 계속적으로 소모되는 문제점이 발생하였고, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 특허출원 2004-0057438호, 실용신안 출원 2004-0021036호와 같이 전원 차단스위치 제어를 통한 상용전원의 차단/인가로 대기전력을 절감할수 있는 기술을 개발하였다. 그러나 특허출원 2004-0057438호, 실용신안 출원 2004-0021036호의 대기전력 절감기술은 전원공급장치의 내부회로에 직접 구성되는 방법으로, 이미 사용중인 전기기기의 대기전력 절감에는 사용이 어려운 문제점이 있다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 무부하 동작시 입력되는 상용전원을 차단/인가하고, 상용전원 차단에 따른 제어회로의 전원을 평활 콘덴서에 저장된 에너지를 이용하여 공급할 수 있는 대기전력 절감장치를 전원공급장치의 외부에 독립적으로 구성하여, 기존의 전기기기에서 필요로하는 전원공급장치의 무부하시 소비되는 대기전력을 최소화 하는데 있다.

도 1은 대기전력 절감장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 회로도,

도 2는 제어회로의 구성에 따른 동작상태를 개략적으로 도시한 순서도,

도 3은 무부하동작에서 최적의 스위치 오프시간을 찾기위한 동작을 개략적으로

도시한 파형도,

도 4는 무부하 동작에 따른 대기전력 절감기술을 개략적으로 도시한 파형도.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 전원공급부 120 : 전류센서

130 : 데이터 입력회로 140 : 연산 처리부

150 : 스위치 제어회로 160 : 전원 차단스위치

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은,

돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치에 관한것으로, 더욱 상세하게는 상용전원을 입력받아 직류로 변환하여 제어회로의 전원으로 공급하기위한 전원공급부와, 직류전원공급장치의 전원입력단에 구성되어 전류를 측정하기 위한 전류센서와, 상기의 전류센서에서 입력되는 전류를 검출하기위한 데이터 입력회로와, 데이터 입력회로에서 입력되는 신호의 계산 및 연산처리와 스위치 제어회로의 제어를 위한 연산처리부와, 전원 차단스위치의 온/오프제어를 위한 스위치 제어회로와, 상용전원의 인가/차단을 위해 전원 입력부에 구성된 전원 차단스위치를 포함하는 대기전력 절감장치이다.

이하, 본 고안에 의한 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치의 구성을 도 1을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 고안에 따른 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치(100)는, 전원공급부(110), 전류센서(120), 데이터 입력회로(130), 연산 처리부(140), 스위치 제어회로(150), 전원 차단스위치(160)로 구성된다.

먼저, 전원공급부(110)는 상용전원(110/220V)를 입력받아 제어회로에서 필요로하는 직류전원으로 변환하여 공급한다. 전류센서(120)는 상용전원의 입력단에 구성되어 전원공급장치에 인가되는 전류를 측정하기 위한 센서이고, 데이터 입력회로(130)는전류센서(120)를 통해 입력되는 전류를 연산처리부(140)에서 처리할수 있는 데이터로 변환시킨다. 연산처리부(140)는 전류센서(120)를 통해 입력받은 전류값을 스위치 제어를 위해 정해놓은 기준값과 비교, 또는 계산하여 처리하고, 스위치 제어회로를 제어한다. 스위치 제어회로(150)는 전원 차단스위치의 온/오프 시간을 제어하고, 전원 차단스위치(160)는 상용전원의 차단/인가를 위한 스위칭 소자로 트라이악이나 포토 트라이악, 트랜지스터류, 다이오드류, 릴레이류 등이 사용된다.

이하 본 고안에 따른 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치의 동작을 도 2, 도 3, 도 4를 참조하여 동작 상태에 따라 상세하게 설명한다.

먼저, 상용전원이 인가되면 전원 차단스위치(160)는 온되어 직류전원공급장치(300)에 전원이 인가되고, 전원입력단에 구성된 전류센서(120)를 통해 입력되는 전류를데이터 입력회로(130)에서 연산처리를 위한 값으로 변환하고, 변환된값을 연산처리부(140)에서 부하/무부하동작 판단을 위해 정해놓은 기준레벨과 비교하여 직류전원공급장치(300)의 부하/무부하 상태를 판단한다. 만약, 부하가 인가된 상태라면 전원 차단스위치(120)는 온상태가 되어 상용전원을 계속적으로 직류전원공급장치(300)에 인가하게 된다.

다음으로, 직류전원공급장치(300)의 상태가 무부하상태라면 전원입력단의 전류센서(120)를 통해 입력되는 돌입전류의 유/무를 판단하여 전원 차단스위치(160)의 온/오프시간을 계산한다. 온시간은 상용전원의 차단으로 직류전원공급장치(300)의 제어회로에 전원을 공급함으로써 소모된 평활 콘덴서의 저장 에너지만큼 충전이 필요하므로 입력되는 상용전원 주파수의 한주기만 전원 차단스위치(160)를 온시켜 에너지를 충전한다. 오프시간은 직류전원공급장치(300)의 전원대기시 회로의 동작에 영향을 미치지 않는 범위내에서 최대의 값으로, 계산을 위해 도 3과 같이 스위치 오프시간을 최소단위시간(T1)만큼씩 증가시켜 찾아낸다.

평활 콘덴서의 저장 에너지는 전원 차단스위치(160)의 오프시간이 길어지는 만큼 방전되는 양도 많아지며, 어느 시점에서는 출력되는 전압이 낮아지게 된다. 평활 콘덴서의 출력전압이 낮아지다 다시 전원 차단스위치(160)가 온상태가 되면 상용전원이 인가되어 평활 콘덴서는 급속히 충전된다. 이때 전류측정을 위한 전류센서(120)에 돌입전류 발생이 검출되고, 이 돌입전류의 크기가 무부하 판단 기준레벨보다 크게되는 최적의 스위칭 오프시간을 찾게된다. 도 2에서 돌입전류의 크기가 기준레벨보다 크다면 계산된 최적의 스위칭 오프시간에서 최소단위시간(T1)을 뺀 시간이 전원 차단스위치(160)의 오프시간이 되고, 돌입전류의 크기가 기준레벨보다 작다면 계산된 최적의 스위칭 오프시간에 최소단위시간(T1)을 더한 시간이 전원 차단스위치의 오프시간(160)이 된다.

도 4는 무부하시에 전원 차단스위치(160)의 오프시간을 계산된 최적의 오프시간으로 하였을때, 스위치의 동작 파형과 상용전원 입력에 따른 동작을 나타내고 기존의 기술과 고안된 기술을 적용하였을 때 각각 기술의 전력소모량을 식 (1),(2)에서 비교하였다. 기존의 대기전력 절감기술은 무부하시 소모되는 전력량을 보면 식 (1)의 기존 기술의 대기전력소모량(W)으로 나타낼수 있고, 본 고안에서 개발한 대기전력 절감기술의 무부하시 소모되는 전력량은 식 (2)의 고안 기술의 대기전력 소모량(W)로 나타낼수 있다. 만약 고안 기술의 기준레벨 전류를 기존 기술의 대기시 소모전류로 나타내면 두 기술간의 대기전력 절감량(W)은 식 (3)의 Isave로 나타낼 수 있다.

식(1)

식(2)

식(3)

고안된 기술을 이용한 대기전력 절감장치는 입력측의 상용전원을 전원 차단스위치(120)를 이용하여 차단/인가시킴으로써 기존의 대기전력 절감장치에 비해 "입력전압(V) × Isave" 만큼 대기전력 소모를 더 줄일 수 있다.

다음으로, 무부하 동작상태에서 출력단에 부하가 공급되어 부하상태가 되었을때 전원 차단스위치(160)는 온상태이거나 오프상태이다. 만약 온상태라면 전류는 급속히 증가하여 전류센서(120)에서 입력되는 전류의 레벨이 부하/무부하동작 판단 기준레벨보다 높아지게 되고, 이때 연산처리부(140)에서는 부하인가상태임을 판단하여 전원 차단스위치(160)는 온상태를 유지한다.

그러나, 오프상태라면 연산처리부(140)에서 계산된 오프시간동안 전원 차단스위치(160)는 오프상태가 되고, 이때 상용전원의 차단으로 평활 콘덴서에 저장된 충전에너지로 동작되던 직류전원공급장치(300)의 제어회로는 평활 콘덴서의 급격한 방전으로 전원차단상태가 되어 동작을 멈추지만, 다시 전원 차단스위치(160)가 온되는 순간 전류의 급속한 증가로 부하가 인가됨을 판단하게 되고, 이때 연산처리부(140)에서는 부하인가상태임을 판단하여 전원 차단스위치(160)는 온상태를 유지한다.

따라서, 무부하 동작시 전원공급장치에 공급되는 상용전원의 전류값을 전원입력단에 구성된 전류센서로 측정하여 돌입전류 발생을 검출하고, 이 신호를 기준레벨과 비교하여 최적의 스위치오프시간을 계산한다. 계산된 스위치 오프시간을 이용하여전원 차단스위치를 온/오프 제어하고, 전원 차단스위치의 오프 동작시 상용전원을 차단한다. 상용전원의 차단시간동안 전원공급장치의 평활 콘덴서에 저장된 충전전압을 이용하여 회로를 동작함으로써 불필요한 대기전력을 최소화 할수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치에 의하면, 전원공급장치의 평활 콘덴서에 충전된 에너지를 이용하여 무부하상태의 제어회로에 공급되는 상용전원을 대체하고 상용전원 입력부에 구성된 전류센서를 통해 검출되는 신호를 입력받아 전원 차단스위치를 온/오프 제어한다.

전원 차단스위치의 제어로 상용전원을 차단/인가 할수 있고, 무부하시 상용전원의 차단에 따른 시간만큼 외부에서 공급되어 소모되는 전력을 줄일 수 있다. 또한 전원공급장치와는 별도의 독립적인 장치로, 종래의 전기기기에 구성되어진 전원공급장치의 외부에 추가설치하여 무부하 동작에 따른 대기전력 절감을 가져올 수 있다.

아울러 본 고안의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 고안의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 등은 이하의 실용신안등록청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (3)

1. 상용전원을 입력받아 직류로 변환하여 제어회로의 전원으로 공급하기위한 전원공급부와, 직류전원공급장치의 전원입력단에 구성되어 전류를 측정하기 위한 전류센서와, 상기의 전류센서에서 입력되는 전류를 검출하기위한 데이터 입력회로와, 데이터 입력회로에서 입력되는 신호의 계산 및 연산처리와 스위치 제어회로의 제어를 위한 연산처리부와, 전원 차단스위치의 온/오프제어를 위한 스위치 제어회로와, 상용전원의 인가/차단을 위해 전원 입력부에 구성된 전원 차단스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 대기전력 절감장치는,

   전원공급장치의 외부에 독립적으로 구성되어, 전원 입력부의 전류센서로부터 입력되는 전류의 크기를 검출하여 부하/무부하 동작을 판단하고, 무부하시 전원 차단스위치의 온/오프 시간에 의한 상용전원을 인가/차단 시키는 것을 특징으로 하는 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 대기전력 절감장치는,

   무부하 상태에서 상용전원의 차단/인가를 위해 평활 콘덴서의 충/방전 에너지에 따른 돌입전류를 측정하여, 전원 차단스위치의 최적 스위치오프시간을 계산하는 연산처리부를 포함하는것을 특징으로 하는 돌입전류를 이용한 전기기기의 대기전력 절감장치.