KR20080047820A - 충전식 전원장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전식 전원장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 교류전원을 충전에 필요한 직류전원으로 변환하는 변환부와 상기 교류전원의 공급/차단에 따라 충전경로 또는 공급경로가 형성되도록 스위칭 동작하는 스위칭부가 구비된다. 상기 스위칭부는 스위칭모듈의 코일에 공급/차단되는 전류에 따라 상기 충전경로 또는 공급경로를 형성하도록 2개의 스위칭단자가 구비된다. 그리고, 상기 변환부에 의해 변환된 직류전원을 상기 충전경로를 통해 공급받아 충전커패시터에 충전하거나 또는 상기 교류전원이 차단되면 발광소자가 점등되도록 상기 공급경로를 통해 상기 충전커패시터에 충전된 직류전원을 공급하는 충전부를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 충전식 커패시터가 이용되어 충전/방전 효율의 향상으로 인해 정전시 충분하게 활용할 수 있는 이점이 있다.

커패시터, 충전식, 전원장치, 발광소자, 휴대용.

Description

충전식 전원장치 및 그 제어방법{CHARGING TYPE POWER APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전식 전원장치의 개략구성도.

도 2는 도 1에 도시된 각 구성요소의 상세 회로도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전식 전원장치의 제어흐름도.

도 4는 본 발명의 충전식 전원장치의 사용 상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 보호부 20 : 변환부

30 : 스위칭부 31 : 스위칭모듈

32, 34 : 스위칭단자 40 : 충전부

50 : 발광소자

본 발명은 충전식 전원장치에 관한 것으로서, 특히 충전 커패시터를 이용하여 전원을 충전하고 비상시에 그 충전된 전원을 공급하도록 하는 충전식 전원장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

현재 일반 배터리 이외에 충전동작에 의하여 전원을 충전하여 사용하는 충전식 배터리가 이용되고 있다. 상기 충전식 배터리는 일반 전기기기, 각종 휴대단말장치 등의 전원으로 사용됨은 물론 비상용 점등장치에도 사용되고 있다. 특히 비상용 점등장치의 비상전원으로 사용되는 경우에는, 평상시 전원을 충전하고 있다가 정전과 같은 비상시에만 충전식 배터리에 충전되어 있는 전원이 램프로 제공되어 일정시간 동안 조명하게 된다.

즉, 건물에는 화재 또는 정전 등의 비상사태 발생시 인명을 신속하게 안전한 장소로 대피시키기 위하여 거실, 복도 및 계단 통로 등에 비상조명이 설치되며, 평상시에는 동작되지 않다가 정전 등과 같은 비상시에만 상기 충전식 배터리의 전원으로 비상등이 점등되게 하고 있는 것이다.

그러나, 비상전원을 공급하는 충전식 배터리는 대용량의 특성을 제공하고 있지만,장시간 사용시 충전액의 누설 등으로 인하여 최초 설계시 제공되었던 충전용량의 효과가 감쇄되고 이로 인하여 수명에 한계가 발생되어 비상용 점등장치로서 문제가 있다.

또한, 충전식 배터리가 비상전원에 채용된 경우 평상시에 충전식 배터리의 충전 여부 및 전원이 비상용 점등장치에 공급되는지의 점검 여부가 어려웠다. 즉 실제 정전이 되지 않는 경우 비상전원의 상태를 알 수 없었던 것이다. 따라서 충전식 배터리의 기능이 정상적이지 못한 상태로 비상용 점등장치에 적용되는 경우가 빈번하며, 만일 화재 등과 같은 비상사태가 발생한 경우 인명 구조 유도에 쓸모가 없게 된다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일정 용량을 가는 커패시터를 이용하여 비상 전원으로 사용할 수 있도록 하는 충전식 전원장치 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 휴대 및 설치가 용이하며 조명이 필요로 하는 장소에 용이하게 설치할 수 있고 그 동작 여부를 간단하게 확인할 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충전식 전원장치는, 교류전원을 충전에 필요한 직류전원으로 변환하는 변환부, 상기 교류전원의 공급/차단에 따라 충전경로 또는 공급경로가 형성되도록 스위칭 동작하는 스위칭부, 상기 변환부에 의해 변환된 직류전원을 상기 충전경로를 통해 공급받아 충전커패시터에 충전하거나 또는 상기 교류전원이 차단되면 발광소자가 점등되도록 상기 공급경로를 통해 상기 충전커패시터에 충전된 직류전원을 공급하는 충전부를 포함하여 구성된다.

상기 변환부는 상기 교류전원인 250V을 1차/2차 변환하여 5V로 변환한다.

상기 스위칭부는, 상기 변환된 직류전원을 충전커패시터에 충전하기 위한 충전경로를 형성하는 제1스위칭단자 및 상기 교류전원 차단시에 상기 충전커패시터에 충전된 전원이 상기 발광소자로 공급되도록 공급경로를 형성하는 제2스위칭단자를 구비하며, 상기 각각의 스위칭단자는 전류 흐름 여부에 따라 1차측 접점과 연결된 스위칭부재의 동작에 의하여 2차측에 구비되는 어느 하나의 접점과 연결/개방되어 상기 충전경로 또는 공급경로를 형성한다.

그리고, 상기 충전식 커패시터의 충전 여부를 확인할 수 있도록 그 충전식 커패시터와 병렬 연결되는 발광소자를 더 포함하여 구성된다.

또한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 교류전원이 공급되는 단계, 상기 교류전원이 충전에 필요한 직류전원으로 변환되는 단계, 상기 변환된 직류전원을 충전경로를 통해 충전하거나, 또는 상기 교류전원이 공급차단되면 공급경로를 통해 상기 충전된 직류전원을 발광소자로 공급하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 충전경로와 공급경로는 전류의 공급/차단에 따라 스위칭 동작하는 2개의 스위칭단자에 의해 서로 상이한 시간 동안에 형성되게 된다.

상기 스위칭단자 중 어느 하나의 스위칭단자는 상기 직류전원이 충전커패시터에 공급되도록 하고, 다른 스위칭단자는 상기 교류전원이 공급차단될 때 상기 충전커패시터에 충전된 직류전원이 상기 발광소자로 공급되도록 한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 구동동작이 정확한 커패시터의 특성을 이용하여 충전장치를 제공함으로써, 비상시 전원을 공급할 수 있게 되며, 휴대 및 설치가 용이하여 전원이 필요할 때 일정 전원을 공급할 수 있고, 그리고 정상적인 작용 여부를 쉽게 점검할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전식 전원 장치 및 그 제어방법 을 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전식 전원장치의 개략구성도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 회로도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 교류전원(AC)의 공급에 따라 회로를 보호하는 보호부(10)와, 상기 교류전원(AC)을 공급받고 후술하는 발광소자(50) 구동에 필요한 적정 직류전원(DC)으로 변환하는 변환부(20)가 구비된다.

상기 직류전원(DC)을 후술하는 충전소자인 충전커패시터(CL)에 공급받아 충전을 실시하거나, 상기 교류전원(AC)의 공급이 차단되면 상기 충전커패시터(CL)에 충전된 전원을 상기 발광소자(50)로 공급하도록 충전경로 또는 공급경로를 제공하는 스위칭부(30)가 구비된다.

상기 변환부(20)의 직류전원(DC)에 의해 충전커패시터(CL)에 전원을 충전하고, 상기 전원 공급차단시에 상기 충전커패시터(CL)에 충전된 전원을 상기 발광소자(50)로 공급하도록 충전커패시터(CL)가 구비되는 충전부(40)가 구비되며, 상기 발광소자(50)는 고휘도의 발광다이오드(LED)가 제공되는 것이 바람직하다.

이어, 각 구성의 상세 회로구성을 도 2를 참조하여 설명한다.

상기 보호부(10)는 교류전원 공급단의 한 라인에 과전류에 의해 회로를 보호하기 위한 퓨즈(Fuse) 및 제 1커패시터(C1)가 연결되고, 다른 라인에는 제 1저항(R1) 및 제 2저항(R2)이 연결된다.

상기 변환부(20)는 교류전원(AC)(220V)을 공급받아 12V의 직류전원으로 1차 변환하고, 상기 1차 변환된 12V의 직류전원을 충전에 필요한 5V 전원으로 2차 변환 하는 역할을 한다. 이에 상기 변환부(20)에는 교류전원을 직류전원으로 변환하기 위한 브리지다이오드(22)와, 상기 브리지다이오드(22)에 의해 출력되는 직류전원에 포함된 고조파 노이즈를 제거하여 평활하는 평활 커패시터(C2)와 정전압용 다이오드(D1)가 구비된다. 또한, 상기 12V 직류전원을 충전에 필요한 5V전원으로 변환하는 전원변환용 IC(24)가 구비된다. 본 실시 예에서 상기 전원변환용 IC는 'IC7808'소자가 적용된다.

상기 스위칭부(30)는 상기 교류전원이 공급될 때 상기 변환부(20)에 의해 변환된 직류전원을 상기 충전부(40)의 충전커패시터(CL)로 공급하거나, 또는 상기 교류전원의 공급이 차단될 때 상기 충전부(40)의 충전커패시터(CL)에 충전된 전원을 상기 발광소자(50)로 공급할 수 있도록 충전경로 또는 공급경로를 형성하는 스위칭모듈(31)이 구비된다. 상기 스위칭모듈(31)에는 전류가 흐르는 코일(Coil)과, 상기 전류공급에 의해 온/오프동작하는 2개의 스위칭단자(32)(34)가 구비된다. 상기 스위칭단자(32)(34)는 상기 전원변환용 IC(24)에 의해 변환된 5V 전원을 충전커패시터(CL)에 충전하기 위한 충전경로를 형성하는 제1스위칭단자(32) 및 상기 교류전원 차단시에 상기 충전커패시터(CL)에 충전된 전원이 상기 발광소자(50)로 공급되도록 공급경로를 형성하는 제2스위칭단자(34)로 이루어진다. 상기 각각의 스위칭단자(32)(34)는 총 3개의 접점이 구비되고, 1차측 접점(a)(a')과 연결된 스위칭부재의 동작에 따라 2차측에 구비되는 어느 하나의 상부접점(c)(c') 또는 하부접점(b)(b')과 연결/개방되는 구조이다. 즉 상기 스위칭부재가 2차측의 어느 하나의 접점에 연결되면 상기 충전경로 또는 공급경로가 형성되는 것이다. 본 실시 예에서 상기 제1스위칭단자(32) 및 제2스위칭단자(34)의 스위칭부재는 2차측의 하부접점(b)(b')에 동시에 연결되었을 때 충전경로가 형성되는 상태이고, 상기 상부접점(c)(c')에 동시에 연결되었을 때 공급경로가 형성되는 상태이다.

상기 충전부(40)에는 대용량의 충전커패시터(CL)가 연결된다. 상기 충전커패시터(CL)는 현재 1.5F /DC 5.5V까지의 용량이 제공되고 있으며, 본 발명의 전원장치가 적용되는 장소 및 조명이 필요한 시간 등에 따라 적절한 용량을 갖는 충전커패시터(CL)가 제공된다. 예컨대 전원장치는 정전발생시에 비상용 발전기가 정상적으로 가동되는데 소요되는 시간동안 충전커패시터(CL)의 충전전원에 의해 발광소자(50)를 충분히 점등시킬 수 있는 용량을 가지고 있어야 한다. 물론 상기 용량은 상기 발광소자(50)의 효율과도 관계가 있다. 본 실시 예에서는 충전커패시터(CL)가 하나만 제공되고 있음을 설명하고 있지만, 고용량의 충전을 위하여 직렬 또는 병렬 또는 직/병렬로 구성하여 조명 시간을 연장하여 사용할 수 있도록 할 수 있다.

이어, 상기와 같이 구성된 충전식 전원장치의 제어방법을 설명하기로 한다. 본 전원장치는 비상용 전원으로 사용가능한 바, 종래 충전식 배터리가 이용되는 비상전원장치 대신에 사용되는 것을 예로 설명한다.

먼저, 전원장치가 설치된 상태에서 220V 교류전원이 정상적으로 공급된다(제 10 단계). 이때 상기 교류전원의 이상발생시에는 전원장치의 전단에 구비된 보호부(10)의 휴즈(Fuse)가 단락되어 전원공급이 차단되도록 한다.

일단 220V 교류전원이 공급되어 변환부(20)로 공급되면, 제12 단계에서는 상기 정류소자인 브리지다이오드(22)에 의해 직류전원과 유사한 맥류로 변환되고 아 울러 평활커패시터(C2)에 의해 리플(ripple) 성분이 제거되는 직류전원으로 변환된다. 그리고 상기 평활 정류된 직류 전원은 정전압다이오드(D1)에 의해 입력전압의 변동에 관계없이 일정한 출력 전원으로 안정화되어 12V로 1차 전원변환이 이루어진다. 상기 1차 변환된 12V전원은 다시 변환부의 전원변환용 IC로 제공되어 충전에 필요한 전원인 5V직류전원으로 2차 변환된다.

상기 2차 변환된 5V 직류전원은 제1스위칭단자(32)의 스위칭부재가 2차측의 하부접점(b)에 접점연결이 되어 있는 상태로서 충전부(40)에 구비된 충전커패시터(CL)의 (+), (-)단자와 연결되는 충전경로가 형성되어 있기 때문에, 전원의 정상 공급으로 인하여 충전이 이루어진다(제 14 단계)(제 16 단계). 이때 상기 충전커패시터(CL)의 충전 여부는 충전커패시터(CL)와 병렬 연결되는 표시소자(미도시)에 의해 확인가능하다. 즉 표시소자는 발광다이오드 등이 제공될 수 있으며, 상기 충전커패시터(CL)가 만충전될 때 점등되도록 한다.

다음, 그와 같이 충전커패시터(CL)에 충전이 완료된 상태에서 상기 교류전원이 차단되는 경우이다.

즉 제 18 단계에서 정전 등이 발생하여 상기 교류전원의 공급이 차단되면, 상기 변환부(20)로부터의 전원은 출력되지 않고, 따라서 스위칭모듈(31)의 코일에 흐르는 전류값에 변화가 발생된다. 즉 코일에 전류가 흐르는 경우에는 상기 스위칭부재가 하부접점(b)(b')에 모두 연결된 상태로서 충전경로가 형성되어 있다. 그러나, 상기 코일에 전류가 흐르지 않으면 상기 하부접점(b)(b')에 연결된 제 1 및 제 2스위칭단자(32)(34)의 각 스위칭부재는 스위칭 동작에 의해 모두 상부접점(c)(c') 으로 스위칭되게 된다.

그러면, 상기 제1스위칭단자(32)에 의해 형성되었던 충전경로는 개방되어 더 이상 충전을 수행할 수 없게 되고, 상기 제2스위칭단자(34)의 스위칭부재가 상부접점(c')에 연결되어 충전커패시터(CL)의 (+) 단자로부터 전원을 공급할 수 있는 공급경로가 형성된다(제 20 단계). 즉 충전커패시터(CL)의 (+)단자가 발광소자(50)와 연결되고, (-)단자는 계속하여 전원변환용 IC(24)의 출력단과 연결된 상태를 유지하고 있다. 따라서 상기 교류전원의 공급이 차단이 되기만 하면 바로 충전경로가 폐쇄되고 공급경로가 형성되어, 제 22 단계에서 상기 충전커패시터(CL)에 충전된 전원이 발광소자(50)로 공급된다. 그러면 제 24 단계에서 상기 발광소자(50)의 점등이 이루어지는 것이다. 상기 발광소자(50)는 상기 충전커패시터(CL)에 충전된 용량만큼만 점등된다.

한편, 본 실시 예에 적용되고 있는 상기 충전커패시터(CL)는 충전이 급속하게 이루어지며 상기 교류전원이 차단될 때 충전된 전원을 공급하도록 동작되는 특징이 있기 때문에 종래 충전식 배터리의 단점을 극복할 수 있으며, 따라서 비상전원이 필요로 하는 개소에 충분하게 적용할 수 있다.

이와 같이 충전커패시터(CL)가 구비되는 충전식 전원장치는 휴대용으로 구성이 가능하다. 따라서 전원장치의 플러그를 일반 플러그 단자에 결합하여 발광소자(50)의 점등 여부에 따라 용이하게 충전커패시터(CL)의 충전상태를 파악할 수 있고, 만일 교류전원이 차단된 플러그 단자에 결합하면 발광소자(50)의 점등에 따라 정상작동 여부를 편리하게 알 수 있다.

즉 도 4는 이와 같은 충전식 전원장치가 플러그 단자에 연결되는 실시 예 도면을 도시하고 있는 것으로서, 비상조명 등이 필요한 장소에서 충전식 전원장치를 사용할 수 있는 것이다. 이때 충전식 전원장치의 충전커패시터(CL)는 충전된 상태이어야 한다.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 충전식 전원장치 및 그 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 충전과 방전이 정확하게 수행하는 소자인 커패시터를 적용하여 정전시 램프를 점등하도록 하기 때문에, 종래 충전식 배터리가 채용된 경우 충전액 등의 누설로 인하여 수명이 단축되는 단점을 극복할 수 있다.

또한, 휴대용으로 구성이 가능하기 때문에 전원장치에 구비된 충전커패시터의 충전상태 및 전원장치의 작동상태를 용이하게 확인할 수 있다.

또한, 휴대 가능하며 설치가 용이하기 때문에 비상전원이 필요로 하는 개소에 적절하게 제공할 수 있으며, 유지관리 비용이 저렴한 효과도 있다.

Claims (8)

1. 교류전원을 충전에 필요한 직류전원으로 변환하는 변환부,

   상기 교류전원의 공급/차단에 따라 충전경로 또는 공급경로가 형성되도록 스위칭 동작하는 스위칭부,

   상기 변환부에 의해 변환된 직류전원을 상기 충전경로를 통해 공급받아 충전커패시터에 충전하거나 또는 상기 교류전원이 차단되면 발광소자가 점등되도록 상기 공급경로를 통해 상기 충전커패시터에 충전된 직류전원을 공급하는 충전부를 포함하여 구성되는 충전식 전원장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 변환부는 상기 교류전원인 250V을 1차/2차 변환하여 5V로 변환하는 것을 특징으로 하는 충전식 전원장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 스위칭부는, 상기 변환된 직류전원을 충전커패시터에 충전하기 위한 충전경로를 형성하는 제1스위칭단자 및 상기 교류전원 차단시에 상기 충전커패시터에 충전된 전원이 상기 발광소자로 공급되도록 공급경로를 형성하는 제2스위칭단자를 구비하며,

   상기 각각의 스위칭단자는 전류 흐름 여부에 따라 1차측 접점과 연결된 스위 칭부재의 동작에 의하여 2차측에 구비되는 어느 하나의 접점과 연결/개방되어 상기 충전경로 또는 공급경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 충전식 전원장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 충전식 커패시터의 충전 여부를 확인할 수 있도록 그 충전식 커패시터와 병렬 연결되는 발광소자를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충전식 전원장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항으로 이루어진 충전식 전원장치가 휴대용으로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전식 전원장치.
6. 교류전원이 공급되는 단계,

   상기 교류전원이 충전에 필요한 직류전원으로 변환되는 단계,

   상기 변환된 직류전원을 충전경로를 통해 충전하거나, 또는 상기 교류전원이 공급차단되면 공급경로를 통해 상기 충전된 직류전원을 발광소자로 공급하는 단계를 포함하여 구성되는 충전식 전원장치의 제어방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 충전경로와 공급경로는 전류의 공급/차단에 따라 스위칭 동작하는 2개의 스위칭수단에 의해 서로 상이한 시간 동안에 형성되는 것을 특징으로 하는 충전 식 전원장치의 제어방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 스위칭수단 중 어느 하나의 스위칭수단은 상기 직류전원이 충전커패시터에 공급되도록 하고, 다른 스위칭수단은 상기 교류전원이 공급차단될 때 상기 충전커패시터에 충전된 직류전원이 상기 발광소자로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 충전식 전원장치의 제어방법.

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