KR20070117933A - 통신장비 시험용 전원공급장치 - Google Patents

통신장비 시험용 전원공급장치 Download PDF

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KR20070117933A
KR20070117933A KR1020060052176A KR20060052176A KR20070117933A KR 20070117933 A KR20070117933 A KR 20070117933A KR 1020060052176 A KR1020060052176 A KR 1020060052176A KR 20060052176 A KR20060052176 A KR 20060052176A KR 20070117933 A KR20070117933 A KR 20070117933A
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배진용
김용
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동국대학교 산학협력단
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Abstract

통신장비 시험용 전원공급장치가 개시된다. 본 발명에 따른 전원공급장치는 3단계의 컨버팅 구조로 구성되며, 승압형 컨버터, 2-스위치 포워드 컨버터, 포워드 컨버터를 포함하고, 복수의 출력을 제공한다. 승압형 컨버터는 교류의 전원전압을 입력받아 승압된 직류 전압을 출력한다. 2-스위치 포워드 컨버터는 승압형 컨버터의 출력을 입력받아 다운 컨버팅한 직류 전압을 출력한다. 또한, 포워드 컨버터는 2-스위치 포워드 컨버터의 출력이 입력되고, 입력된 전압을 다운 컨버팅한 전압을 출력한다.
전원공급장치, 가변전압, 다중출력, 컨버터

Description

통신장비 시험용 전원공급장치{POWER SUPPLY FOR TESTING COMMUNICATION EQUIPMENT}
도 1은 본 발명에 따른 전원공급장치의 일 실시예를 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 승압형 컨버터의 일 실시예를 나타내는 상세 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 출력전압 가변부의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 2-스위치 포워드 컨버터의 일 실시예를 나타내는 상세 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 포워드 컨버터의 일 실시예를 나타내는 상세 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 팬 및 컨트롤러용 컨버터의 일 실시예를 나타내는 상세 회로도.
도 7은 본 발명에 따른 디스플레이용 컨버터의 일 실시예를 나타내는 상세 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 통신장비 시험용 전원공급장치
102: 승압형 컨버터
104: 2-스위치 포워드 컨버터
106: 포워드 컨버터
108: 팬 및 컨트롤러용 컨버터
110: 디스플레이용 컨버터
300, 410, 510: 출력전압 가변부
R1~R36: 저항
C1~C30: 커패시터
L1~L4: 인덕터
S1~S2: 스위치
D1~D13: 다이오드
U1~U3: 집적회로
T1~T3: 변압기
F1: 퓨즈
TR1: 트랜지스터
P1: 포토커플러
REG1: 레귤레이터
TNR1: 전압가변 저항
DS1: 서미스터
본 발명은 전원공급장치에 관한 것으로서, 특히 통신장비 시험용 전원공급장 치에 관한 것이다.
최근에는 통신기술이 발전함에 따라 통신장비의 복잡화 및 고기능화가 진행되고 있으며, 이러한 통신장비의 고성능화에 따라 시스템 및 통신장비를 적절히 유지, 보수 및 관리할 것이 요구되고 있다. 특히, 통신장비의 유지, 보수 및 관리를 위해서는 통신장비의 시험을 위하여 필요한 전원을 적절히 공급할 수 있어야 하며, 통신장비에 따라 -48[V], 27[V], 12[V], 5[V], 3.3[V] 등의 다양한 전원을 공급할 수 있을 것이 요구된다.
특히, 통신장비의 시험을 위하여 3.3[V]나 5[V]를 사용함에 있어서는 10[A] 내지 20[A]의 높은 전류를 공급하여야 할 경우가 있는데, 이 경우 기존의 선형 증폭기를 사용하면 트랜스의 크기가 거대해지고 중량도 증대될 뿐만 아니라 안정도도 떨어지는 문제점이 발생하여, 유지, 관리, 보수를 담당하는 엔지니어에게는 전원공급장치의 이동이나 조작 또는 시험 결과 등에 대한 신뢰성이 확보되지 못하였다.
따라서, 이동통신의 기지국이나 중계기, 교환기에 대한 유지 및 관리, 보수를 위한 통신장비 시험용 전원공급장치의 개발이 본 기술분야에서 요구되고 있다.
본 발명은 고효율, 고역률, 고정밀도로서 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있고, 중량 및 부피를 감소시켜 운반 및 사용을 간편하게 한 통신장비 시험용 전원공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 반도체 소자의 스위칭 프로세서를 이용하여 전력을 제어하는 스위 치 모드 파워서플라이(Switch Mode Power Supply) 기술에 기초하여 소프트 스위칭 기술과 역률개선 기술을 시스템에 응용하였다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 통신장비 시험용 전원공급장치가 제공되는데, 이 장치는 소정의 피크 전압을 갖는 교류 전원을 입력받아 그 피크 전압 보다 승압된 제1 직류 전압을 출력하기 위한 승압형 컨버터, 제1 직류 전압을 다운 컨버팅하여 제1 직류 전압 보다 낮은 제2 직류 전압을 출력하기 위한 2-스위치 포워드 컨버터, 및 2-스위치 포워드 컨버터로부터의 제2 직류 전압을 입력받아 제2 직류 전압 보다 낮은 제3 직류 전압을 출력하는 적어도 하나의 포워드 컨버터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2-스위치 포워드 컨버터와 적어도 하나의 포워드 컨버터의 출력단의 각각의 접지는 서로 분리되어 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 2-스위치 포워드 컨버터 및 포워드 컨버터는 출력전압 가변부를 포함하여, 상기 제2 직류 전압 및 제3 직류 전압이 가변이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 출력전압 가변부는 포토커플러와, 포토커플러에 접속된 레귤레이터와, 레귤레이터에 병렬로 접속된 고정저항 및 가변저항을 포함한다.
이하에서는 도 1 내지 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 통신장비 시험용 전원공급장치의 전체 시스템의 예시적인 구성을 나타낸다. 도 1에 도시된 전원공급장치(100)는 3단계의 컨버팅 구조 로 구성되어 있고, 승압형 컨버터(102), 2-스위치 포워드 컨버터(104), 4개의 포워드 컨버터(106a 내지 106d), 팬 및 컨트롤러용 컨버터(108) 및 디스플레이용 컨버터(110)를 포함한다.
승압형 컨버터(102)는, 교류의 전원을 입력 받아 교류를 직류로 변환하여 승압된 직류 전압을 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 승압형 컨버터(102)는 교류(AC) 85~260[V]의 전원을 입력 받아, 직류(DC) 400[V]의 전압을 출력한다.승압형 컨버터(102)는 입력 전류 리플의 평균값이 입력 전압에 비례하도록 제어하는 평균전류모드 방식을 사용하여 전력을 제어할 수 있는데, 이와 같은 평균전류모드 방식은 전류의 실효치가 작으며, 노이즈에 강하다는 장점이 있다.
2-스위치 포워드 컨버터(104)는 승압형 컨버터(102)의 출력이 입력되고, 입력된 직류 전압을 다운 컨버팅한 전압을 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 2-스위치 포워드 컨버터(104)는 출력전압 가변부를 포함할 수 있으며, 통신장비 시험용 기술자는 전원공급장치(100)에 구비된 스위치(도시하지 않음)를 조작함으로써 2-스위치 포워드 컨버터(104)의 출력전압 가변부를 제어하여 직류(DC) 27~48[V]의 가변 전압을 출력한다. 또한, 도 1에 있어서는 하나의 2-스위치 포워드 컨버터(104)를 구비하는 경우를 도시하였으나, 전원공급장치(100)의 시스템의 확장에 따라 여러 채널을 구비하도록 확장할 수 있으며, 이 경우 2-스위치 포워드 컨버터(104)를 채널의 수만큼 병렬로 연결하여 구현할 수 있다.
포워드 컨버터(106)는 2-스위치 포워드 컨버터(104)의 출력이 입력되고, 입력된 직류 전압을 다운 컨버팅한 전압을 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 있어 서, 포워드 컨버터(106)는 출력전압 가변부를 포함할 수 있으며, 통신장비 시험용 기술자는 전원공급장치(100)에 구비된 스위치(도시하지 않음)를 조작함으로써 각각의 포워드 컨버터(106a 내지 106d)로부터 직류(DC) 3.3~5[V]의 가변 전압이 출력되도록 할 수 있다. 도 1에 있어서는 4개의 포워드 컨버터(106a 내지 106d)를 병렬로 연결하여 4채널로 구성한 예를 도시하고 있으나, 시스템의 확장에 따라 여러 채널로 확장할 수 있으며, 이 경우 포워드 컨버터(106a 내지 106d)를 채널의 수만큼 병렬로 연결하여 구현할 수 있다.
도 1과 같이 여러 개의 컨버터로부터 출력 전압이 제공될 경우, 각각의 컨버터의 출력단의 접지전위가 서로 접속되어 있으면, 하나의 컨버터의 출력단에 연결되는 부하의 상태에 따라서 다른 컨버터의 출력이 영향을 받을 수 있으므로, 안정적인 출력을 제공할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 그러므로, 도 1에 도시된 전원공급장치(100)는 2-스위치 포워드 컨버터와 4개의 포워드 컨버터(106a 내지 106d)로부터 출력되는 5개 채널의 출력단의 접지는 모두 분리되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 전원공급장치는 팬 및 컨트롤러용 컨버터(108)와 디스플레이용 컨버터(110)를 구비한다. 팬 및 컨트롤러용 컨버터(108)는 승압형 컨버터(102)의 중간단에서 전원을 입력받아, 전원공급장치의 팬과 컨트롤러에 사용되는 보조전원을 출력한다. 일 실시예에 있어서, 팬 및 컨트롤러용 컨버터(108)의 출력은 직류(DC) 18[V]이다.
디스플레이용 컨버터(110)는 승압형 컨버터(102)의 중간단에서 전원을 입력 받아, 전원공급장치의 디스플레이에 사용되는 보조전원을 출력한다. 일 실시예에 있어서, 디스플레이용 컨버터(110)의 출력은 직류(DC) 5[V]이며, 여러 채널의 출력을 제공할 수도 있다.
도 2는 도 1의 승압형 컨버터(102)의 일 실시예의 상세 회로도를 나타낸다. 승압형 컨버터(102)는 교류 전원을 입력 받고, 이를 직류로 변환하여 승압된 직류 전압을 출력한다. 일 실시예에 있어서, 승압형 컨버터(102)의 입력은 교류(AC) 85~260[V]이며, 출력은 직류(DC) 400[V]이다.
교류 전원으로부터 직류 전압을 얻기 위해서는 교류 전압을 정류하여야 한다. 일반적으로 흔히 사용되는 커패시터 입력형 정류기는 일정한 직류 전압을 얻기 위해서는 커패시터의 용량이 매우 커야 한다. 그러므로 정류기의 입력 전류는 진폭이 큰 펄스형태가 되어 고조파가 많이 포함되어 역률이 악화된다. 그 결과 전원선의 효율이 악화되므로 교류 전원에서 부하에 공급하는 실효 전력은 감소된다. 또한, 전류의 왜곡에 의해 교류 전원 전압에 현저한 일그러짐이 발생함에 따라 상용전원에 연결된 다른 전자기기나 시스템에 악영향을 미칠 수 있다.
이에 반해, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 승압형 컨버터(102)에 있어서는, 입력 전류 리플의 평균값이 입력 전압에 비례하도록 제어하는 평균전류모드 방식을 사용하여 전력을 제어하므로, 전류의 실효치가 작고 노이즈에 강하다는 장점을 갖는다.
도 3은 도 1에 도시한 2-스위치 포워드 컨버터(104) 및 포워드 컨버터(106)에 포함되는 출력전압 가변부(300)의 일 실시예를 도시한다. 출력전압 가변 부(300)는 포토커플러(302), 레귤레이터(304), 고정저항(306) 및 가변저항(308)을 포함하며, 가변저항(308)을 조절함으로써 출력되는 전압을 변화시킬 수 있다.
포토커플러(302)는 포워드 컨버터(104, 106)의 제어회로의 출력이 인가되고, 제어회로의 출력에 따라 On/Off 구동되며, 발광소자(LED 등)에 입력되는 신호를 이와는 절연된 포토다이오드로 출력한다. 포토커플러(302)는 빛을 이용하기 때문에 잡음에 강하고, 시스템을 구성하는 장치 간의 전류를 절연할 수 있으며, 각 컨버터마다 별도의 접지를 갖도록 할 수 있다. 따라서, 포토커플러(302)는 컨버터 내의 제어회로에 급작스런 과전류가 공급되더라도 이 영향이 컨버터의 출력단에 나타나는 것을 방지할 수 있다. 레귤레이터(304)는 포토커플러와 접속되며, 포토커플러(302)의 출력 전압을 정류하는 역할을 한다. 고정저항(306)과 가변저항(308)은 레귤레이터에 병렬로 접속되며, 엔지니어는 전원공급장치에 구비된 스위치(도시하지 않음)와 연결된 가변저항(308)을 조절함으로써 출력 전압을 조절할 수 있다. 도 3에 있어서는 고정저항(306)이 포워드 컨버터(104, 106)의 출력단에 접속되고, 가변저항(308)이 접지에 접속되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 이와는 반대로 고정저항(306)이 접지에 접속되고 가변저항(308)이 포워드 컨버터(104, 106)의 출력단에 접속될 수도 있다.
도 3에 도시된 출력전압 가변부(300)에 따르면, 포워드 컨버터의 출력단이 접속되는 접지는, 컨버터의 내부 제어를 위한 회로의 접지와는 분리된다. 이와 같은 구성을 통하여, 컨버터의 제어회로에 급작스런 과전류가 공급되더라도 이로 인한 영향이 포워드 컨버터의 출력단에 나타나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 여러 컨버터의 출력단의 접지전위가 서로 접속되어 있는 경우에도, 각 컨버터의 출력단에 연결되는 부하의 상태에 따라서 다른 컨버터의 출력이 영향을 받을 수 있지만, 본원발명에 따르면 각 컨버터의 출력의 접지는 모두 분리되어 있으므로, 출력 전압의 안정화를 꾀할 수 있다.
도 4는 도 1의 2-스위치 포워드 컨버터(104)의 일 실시예의 상세 회로도를 나타낸다. 도 4의 2스위치 포워드 컨버터는 도 2의 승압형 컨버터의 출력이 입력되고, 입력된 전압을 다운 컨버팅하여 예를 들어 27~48[V]의 가변 직류(DC) 전압을 출력한다. 2-스위치 포워드 컨버터는 1차측 환류 다이오드를 통하여 변압기 누설 인덕터의 에너지를 전원측으로 회생하는 것이 가능하다. 따라서 일반적인 포워드 컨버터에 비하여 리셋회로가 필요 없고, 주 스위치 소자의 내압도 1/2로 줄어드는 장점을 갖는다. 2-스위치 포워드 컨버터 회로를 사용함으로써 하프 브리지(half bridge) 또는 풀 프리지(full bridge) 컨버터 방식에 비하여 제어회로가 간단해지고, 출력 전압의 센싱 이득 가변을 통해 출력 전압을 27~48[V] 사이로 제어할 수 있다.
또한, 도 4에는 도 3에 도시된 출력전압 가변부(300)의 일 실시예에 따른 상세한 회로도가 출력전압 가변부(410)로서 도시되어 이다. 출력 전압의 센싱 이득 가변은 R19 내지 R26의 분압 저항을 사용하여 제어되며, 이 중 R25는 정밀 가변 저항을 이용하여 출력전압의 센싱 이득을 조절할 수 있다. 이를 통하여 레귤레이터(REG1)의 센싱 전압 기준은 통신장비 시험용 기술자가 가변저항 R25를 조절하여 직류(DC) 27~48[V] 사이의 전압을 원하는 대로 변화시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 출력 직류 전압은 27~48[V]의 1채널로 구성되어 있으나, 시스템의 확장에 따라 여러 채널로 확장할 수 있으며, 이 경우 2-스위치 포워드 컨버터를 채널의 수만큼 병렬로 연결하여 구현할 수 있다.
도 5는 도 1의 포워드 컨버터(106)의 일 실시예의 상세도를 나타낸다. 도 5의 포워드 컨버터는 도 3의 2-스위치 포워드 컨버터의 출력이 입력되고, 입력된 전압을 다운 컨버팅하여, 예를 들어 3.3~5[V]의 가변 직류(DC) 전압을 출력한다. 도 5에 도시된 일 실시예에 따른 포워드 컨버터(106)는 변압기 누설 인덕터와 스위치 커패시터의 공진을 이용한 준공진 방식을 적용하여 일반적인 포워드 컨버터에 비하여 리셋회로가 없다는 장점을 갖는다. 최종 출력단과 제어회로 사이에는 포터커플러를 사용하여 접지를 분리시켰으며, 출력 전압의 센싱 이득 가변을 통하여 출력 전압을 직류(DC) 3.3~5[V] 사이로 제어할 수 있다.
또한, 도 5에는 도 3에 도시된 출력전압 가변부(300)의 일 실시예에 따른 상세한 회로도가 출력전압 가변부(510)로서 도시되어 이다. 도 5에 있어서 출력 전압의 센싱 이득 가변은 R18~R21의 분압저항을 사용하며, 이 중 R19로 표시된 정밀 가변 저항을 이용하여 출력전압의 센싱 이득을 조절한다. 이를 통하여 레귤레이터(REG1)의 센싱 전압 기준은 통신장비 시험용 기술자가 가변저항 R19를 조절하여 직류(DC) 3.3~5[V] 사이의 전압을 원하는 대로 변화시킬 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에 따르면, 4대의 포워드 컨버터를 병렬로 연결하여, 출력 직류 전압은 3.3~5[V]인 4채널로 포함하고 있으나, 시스템의 확장에 따라 여러 채널로 확장할 수 있으며, 이 경우 포워드 컨버터를 채널의 수만큼 병렬로 연결 하여 구현할 수 있다.
도 6은 도 1의 팬 및 컨트롤러용 컨버터(108)의 일 실시예의 상세도를 나타내고, 도 7은 도 1의 디스플레이용 컨버터(110)의 일 실시예의 상세도를 나타낸다. 상기 2개의 보조전원 회로는 도시된 바와 같이 제어회로와 MOSFET가 결합된 플라이백 컨버터 회로로 구성될 수 있다. 팬 및 컨트롤러용 보조전원은 각 컨버터의 제어용 집적 회로, 구동용 집적회로, 포토커플러, 및 팬 전원으로 이용되며, 디스플레이용 보조전원은 각 출력의 전압과 전류를 측정하는 10개의 전압계(DVM; Digital Voltage Meter)와 전류계(DCM; Digital Current Meter)에 대하여 각각 접지 분리된 전원을 공급한다.
승압형 컨버터의 브리지 정류기(도 2의 D1)의 후단에서 입력을 공급받으며, 적은 부품수로 인해 시스템 가격을 저감시킬 수 있고, 동시에 입력 전원의 변동에 관계없이 안정적인 제어 및 디스플레이 전원 공급이 가능한 장점을 갖는다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들도 본 발명에 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 3단계의 컨버팅 과정을 거침으로써 기존의 선형 증폭기에 비하여 향상된 효율 및 입력 역률특성을 가지면서 양질의 전원 공급이 가능하고, 무게도 상당히 감소시킬 수 있으므로, 통신장비 시험용 전원으로서 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 각 컨버터의 출력단의 접지를 분리함으로써 출력 전압의 안정도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 기지국이나 중계국의 통신장비를 점검 및 보수하는데 필요한 전원장치의 이동성 및 신뢰성을 향상시킴으로써 통신장비를 신속하고 경제적으로 유지, 관리, 보수할 수 있고, 전원장치 설계를 위하여 필요한 기술을 확립함으로써 다양한 산업분야에 응용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 통신장비 시험용 전원공급장치로서,
    소정의 피크 전압을 갖는 교류 전원을 입력받아 상기 피크 전압 보다 승압된 제1 직류 전압을 출력하기 위한 승압형 컨버터,
    상기 제1 직류 전압을 다운 컨버팅하여 상기 제1 직류 전압 보다 낮은 제2 직류 전압을 출력하기 위한 2-스위치 포워드 컨버터, 및
    적어도 하나의 포워드 컨버터- 상기 적어도 하나의 포워드 컨버터는 상기 2-스위치 포워드 컨버터로부터의 제2 직류 전압을 입력받아 제2 직류 전압 보다 낮은 제3 직류 전압을 출력함 -를 포함하는 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2-스위치 포워드 컨버터와 상기 적어도 하나의 포워드 컨버터의 출력단의 각각의 접지는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 통신장비 시험용 전원공급장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 2-스위치 포워드 컨버터 및 상기 포워드 컨버터는 출력전압 가변부를 포함하여, 상기 제2 직류 전압 및 제3 직류 전압이 가변인 것을 특징으로 하는 통신장비 시험용 전원공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 출력전압 가변부는 포토커플러와, 상기 포토커플러에 접속된 레귤레이터와, 상기 레귤레이터에 병렬로 접속된 고정저항 및 가변저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신장비 시험용 전원공급장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101241827B1 (ko) * 2009-11-23 2013-03-18 (주)제퍼로직 전압 공급 회로
KR101441001B1 (ko) * 2013-11-12 2014-10-13 계명대학교 산학협력단 스위칭모드 전원장치의 다출력 전압을 위한 방법 및 장치
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KR20180085455A (ko) * 2017-01-19 2018-07-27 엘지이노텍 주식회사 절연형 멀티 입력 레귤레이터 및 절연형 멀티 입력 레귤레이팅 방법

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