KR20090099397A

KR20090099397A - 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR20090099397A
Application number: KR1020080024611A
Authority: KR
Inventors: 김현섭
Original assignee: (주)씨이에스티
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-09-22
Also published as: KR100979194B1

Abstract

본 발명은 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 가전 및 사무 기기의 시스템별(컴퓨터 시스템 : 본체,모니터,프린터,모뎀, TV시스템 : TV,DVD,VCT,셋탑박스)로 메인기기(컴퓨터 시스템:컴퓨터 본체,TV시스템:LCD TV)내부에 상기 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치를 내장함으로써, 주변에 연결되어 지는 기기들의 전원을 총괄 제어 할 수 있다. 현재 대기전력 규제를 위해 2009년부터 각각의 기기별 1W이하를 유지해야 하지만 시스템 전체로 본다면 작은 전력은 아닐 것이다.

이처럼, 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치를 이용함으로써 전체 시스템의 전원을 총괄적으로 제어할 수 있으며, 사용 상태를 판별하여 사용하지 않을 경우 전체 시스템의 전원을 자동으로 차단 할 수 있어 전체 시스템의 대기전력을 0.5W 수준으로 운영할 수 있으며 역률개선회로를 내장하여 전원 사용 시 발생하는 무효전력 성분을 최소화시켜 불필요한 전력 낭비를 줄일 수 있다.

또한, AC 전원을 공급 받아 DC로 변환하여 사용함으로 에너지 저장이 용이하여 자연재해 및 전력선 계통에서 발생하는 전력 사고로부터 발생하는 순간 정전 및 순간 전압 강하(1초 이내)로부터 사용기기를 보호 할 수 있으며, 시스템 사용여부를 판단하여 전원을 자동 차단하므로 낙뢰 및 서지로부터 기기를 보호하고 감전사고와 화재사고 또한 미연에 방지 할 수 있다.

대기전력, 전원 안정화, 전원 자동 차단, 순간 정전, 순간 전압 강하 ,통합 전력 관리

Description

통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치{Power saving type power source supply for controlling of integration power source}

본 발명은 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대기 전력을 효율적으로 차단하여 절전 효과 및 화재 예방 효과를 얻을 수 있고 사용 중 불필요하게 발생하는 무효전력 성분을 최소화하여 절전효과를 극대화시키며 사용기기에 공급되는 전압을 안정화시키기 위한 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치에 관한 것이다.

최근 급속도로 변화하는 정보 통신 기술과 그로 인해 보다 편리한 생활을 위해 정보통신 기기의 보급 속도가 가파르게 증가 하고 있다. 이로 인해 일반 가정의 전력 의존도는 더욱 높아지고 이로 인해 전력 생산량 또한 증가함으로 에너지 자원 수입도 크게 증가하고 있다. 하지만 고유가 시대로 접어들면서 에너지 절약운동과 수많은 에너지 절약 정책들이 시행 되고 있지만 국민의 자발적인 참여가 없다면 그 실효성은 그리 크지 않은 것이다.

에너지 절약 정책의 일환으로 대기전력 차단을 위해 일반 가정이나 사무실의 경우 전원을 차단하는 수동 차단형 멀티탭을 흔히 사용하고 있다. 그러나, 이러한 수동 차단형 멀티탭은 책상 구석이나 바닥면에 설치되어 사무기기의 사용 후 전원을 차단하는 것이 번거롭고 어려운 단점이 있다.

최근 절전형 자동 전원 차단기의 판매가 이루어지고 있는데, 그 대표적인 것이 "하이세이버/PC 오토탭"이다.

이러한 절전형 자동 전원 차단기는 대기전력 저감에 많은 이점을 가질 수 있지만 실제 사용 중에 발생하는 불필요한 전력을 차단 할 수 없으므로 그 기능의 한계성을 가진다.

또한 순수 AC 전원을 제어하고 메인 사용기기의 실제 사용상태를 파악하여 동작하므로 완벽한 대기 전력 차단이 어려워 기기 사용 시 발생하는 불필요한 전력을 차단할 수 없다는 문제점도 가지고 있으며 또다시 절전을 위해 자금을 투입해야 하는 이중적인 자금 소요가 발생하고 있다 .

외부에서 발생하는 순간 정전 및 순간 전압 강하등의 입력 전원의 변동에 대응할 수가 없어 그 한계를 보이고 있다.

최근 산업 현장에서 전력의 신뢰성은 매우 높음에도 불구하고 순간 전압 강하 및 순간 정전이 간헐적으로 발생되고 있는 것이 현실이다. 이러한 불안정 상태의 발생은 전력의 신뢰성에도 큰 영향을 미치지만 전력계통에 발생한 자연적인 재해와 산업 현장에서 사용되어지는 대용량 부하로 인해 발생하는 것이 더 높은 것으로 추정되고 있다.

종래의 순간 정전 보상 장치로서, UPS/DSP/DIP FREE이 대표적이라 할 수 있는데, 현재 산업용의 장비들은 순간 정전 및 순간 전압 강하로 인한 사고로부터 그 대응책이 잘 강구되어 있다.

하지만 회로가 복잡하고 가격면에서 고가인 경우가 많아 일반 가정에서 사용하는 장비나 업무용 사무기기에 대해서는 소비자로부터 외면받고 있는 것이 현실이다.

또한, 산업 현장에서 과도한 유지보수 비용과 설치 비용으로 인해 고가의 반도체 및 LCD 장비 등 대형 업체에서만 어느 정도 사용되어 지고 있으며 규모가 작은 중소 기업들은 높은 설치비 및 유지보수로 인해 많은 피해를 입고 있는 실정이다.

이러한 순간 정전 및 순간 전압 강하는 언제 어느 때 발생할지 아무도 예측할 수 없으며 대규모 사업장뿐 만 아니라 중소 기업 일반 사무실 그리고 개인까지도 사고로부터 정보를 보호해야 하므로 이를 해결할 수 있는 대책이 더욱더 강구되고 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 산업현장, 사무실 및 가정에서 사용되는 사무기기 및 영상 기기들의 시스템단위의 전원을 통합 관리하여 전체 기기 대기전력을 원천적으로 차단하고 사용 시 발생하는 불필요한 무효전력을 억제하여 보다 수준 높은 절전 방향을 제시할 수 있도록 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 순간 정전 및 순간 전압 강하로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 산업현장, 사무실 및 가정에서 사용되는 사무 기기에 보다 안정적이고 원활하게 전력을 공급할 수 있도록 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치는, 입력된 교류 전압내 고주파 노이즈 성분을 제거하고, 내부에서 발생한 고주파 성분의 노이즈가 외부로 출력되는 것을 방지하는 EMI 필터부와; 상기 EMI 필터부의 출력단에 연결되며, 상기 EMI 필터부를 통해 입력된 AC 전원을 DC 전압으로 변경하고, 전압과 전류의 위상 차이를 줄여 불필요한 고조파 생성을 억제하여 무효전력을 최소화하고 피상전력을 저감시키는 AC-DC 정류부와; 상기 AC-DC 정류부에 연결되어, 상기 AC-DC 정류부에서 정류된 전압을 비상 에너지 충전부에 충전하는 과정에서 발생하는 돌입전류를 제한하는 충전 전압/전류 제어부와; 전원 이상시 부하로 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 에너지를 충전하는 비상 에너지 충전부와; 출력 전압이 상기 비상 에너지 충전부의 전압 보다 낮을 경우 비상 에너지 충전부의 충전 에너지를 부하로 연결할 수 있으며, 입력 전원의 이상시 출력으로 공급되는 비상 에너지가 상시 출력되지 못하도록 차단하고 비정상적인 입력 유입시 신속하게 출력으로 전달될 수 있도록 하는 비상 에너지 방전 연결부와; 상기 AC-DC 정류부로부터 전원을 인가받아 장비내 제어용 소자 및 AC-DC 정류부의 제어소자에 전원을 공급하는 보조 전원 공급부와; 제어용 마이크로 콘트롤러에 의해 제어되는 출력 전압을 릴레이를 사용하여 온/오프하고, 상기 릴레이의 수명 연장을 위해 접점과 병렬로 콘덴서를 이용하여 스파크를 흡수하는 2채널의 전원 차단용 스위치와; 출력단자로 출력되는 전원의 전류를 감지하여 전압으로 변환된 신호를 제어용 마이크로 콘트롤러측에 전달하는 전류 감지부와; 사용자의 유무를 판단하고 수동 및 자동으로 장비의 운전을 할 수 있도록 제어용 마이크로 콘트롤러에 신호를 전달하는 감지센서/전원 온 스위치부와; 상기 전류 감지부, 출력 디스플레이부, 감지센서/전원 온 스위치부의 신호를 공급받아 제어 알고리즘을 통해 상기 전원 차단용 스위치, 출력 디스플레이부, AC-DC 변환부를 총괄 제어하는 제어용 마이크로 콘트롤러부와; 상기 AC-DC 정류부에서 전원을 공급 받아 사용기기에 필요로 하는 전압으로 변경해주는 전력 변환부(SMPS)와; 외부 기기의 전원을 제어 할 수 있는 변환 전력 외부 출력 제어기를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치에 의하면, SMPS를 사용하는 모든 장비에 있어서 전원 사용 시 발생하는 무효전력 성분을 최소화시켜 불필요한 전력 낭비를 줄이고 주 사용기기의 전원 OFF 및 컴퓨터의 전원 끄기 실행 시 스탠바이 상태로 전환되는 것을 감지하여 불필요하게 사용되어지는 대기전력을 시스템 단위로 완전 차단할 수 있게 된다.

그리고, 가전 및 사무 기기에 공급되는 전압을 완전 차단할 수 있으므로 화재 사고 예방 및 안전사고(감전)에 대한 피해를 줄일 수 있으며, 전력 계통에서 발생하는 순간 정전 및 순간 전압 강하에 대해서도 일정시간 보상이 가능하여 불필요한 고장을 최대한 억제할 수 있으며 사무기기 및 가전기기에 안정된 전원을 공급함으로 수명을 보다 연장 시킬 수 있는 장점 또한 가진다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 전원 관리용 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)가 도시되어 있다. 그리고, 도 2에는 상기 도 1에 도시되어 있는 블럭 구성도에 대한 세부 구성도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 통합 전원 관리용 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)는, EMI 필터부(102), AC-DC 정류부(PFC)(104), 충전 전압 및 전류 제어부(106), 비상에너지 충전부(108), 비상에너지 방전 연결부(110), 보조 전원 공급부(112), 전류 감지부(114), 제어용 마이크로 콘트롤러부(116), 감지센서 /전원 온 스위치(118) 및 2채널의 전원 차단용 스위치(120), 변환 전력 외부 출력 제어기(121) 및 전력 변환부(122)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 변환 전력 외부 출력 제어기(121)는 상기AC-DC 정류부(PFC)(104)에서 공급되는 DC 전원을 외부 기기(모니터, 모뎀, 프린터)가 활용할 수 있도록 장치에 설치된 콘센트를 통해 출력되고, 이를 제한하게 된다.

그리고, 상기 전력 변환부(SMPS:122)는 상기 AC-DC 정류부(104)에서 전원을 공급받아 사용기기에 필요한 전압으로 변경해주는 영역으로서, DC-DC 컨버터가 사용된다. 따라서, 컴퓨터에서 SMPS 방식의 전원 공급기는 스탠바이 상태일 경우 컴퓨터의 일부 기능을 사용하기 위해서 메인 전력 제어기를 오프시키고, 보조 전원 공급부(112)만이 정상적으로 구동하여 소비전력을 최소화시키고, 컴퓨터 내부의 일부 기능을 정상적으로 구동시킨다.

한편, 도 3 내지 도 10에는 상기 통합 전원 관리용 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)를 구성하는 각각의 기능부에 대한 상세 회로도가 도시되어 있다.

먼저, 도 3에는 상기 EMI 필터부(102)의 상세 회로도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 상기 EMI 필터부(102)는 입력단자(AC)와 직접 연결되는 영역으로서, 두 개의 필터로 구성되어 있다. 따라서, 커먼 모드(common mode)와 노멀 모드(normal mode), 즉 외부에서 발생한 고주파 노이즈와 내부에서 발생한 고주파 노이즈 성분을 억제하는 기능을 수행한다.

도 4에는 상기 AC-DC 정류부(PFC)(104)의 상세 회로도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 상기 AC-DC 정류부(PFC)(104)는 상기 EMI 필터부(102)로부터 입력된 AC 전원을 BD1에 전파 정류하여 DC 전압(DC 365~380V)으로 변경하여 T3과 D4를 통해 출력된다. 이때, U1에 의해서 R1에 흐르는 전류를 감지하여 입력되는 전압과 전류의 위상 차이를 최대한 줄이고(위상을 일치시켜고), 입력된 전파 정류된 전압을 일정 전압 이상 승압하여 안정적인 DC 전원을 생성한다. 이처럼, 전압과 전류의 위상을 일치시킴으로써 불필요하게 발생하는 고조파를 억제할 수 있게 되고, 그로 인해 무효전력을 억제함으로써 입력전력을 최소화시킬 수 있게 된다.

도 5에는 상기 충전 전압/전류 제어부(106), 비상 에너지 충전부(108) 및 비상 에너지 방전 연결부(110)의 상세 회로도가 순차적으로 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 상기 충전 전압/전류 제어부(106)는 상기 AC-DC 정류부(PFC)(104)에서 정류된 안정적인 DC 전원을 R2 및 R12를 이용하여 비상 에너지 충전부(108)의 C3, C38 및 C42에 충전시키고, 이러한 충전 과정에서 발생하는 돌입전류를 제한하여 가정 및 사업장의 회로 차단기의 트립을 방지하고 입력 전원의 왜곡을 최소화시키는 기능을 수행한다.

그리고, 상기 비상 에너지 충전부(108)는 상기 충전 전압 및 전류 제어부(106)로 공급된 전압을 충전하여 순간 정전 및 순간 전압 강하, 그리고 소비전력의 증가로 발생하는 출력전압의 왜곡을 최소화하고 일정시간 부하에 에너지를 공급할 수 있는 에너지 저장 장치로서의 기능을 수행한다.

그리고, 상기 비상에너지 방전 연결부(110)는 정상적인 전원 입력시에는 상기 비상 에너지 충전부(108)의 방전을 막아주고, 비정상적인 전원 입력시에는 저장 된 에너지를 부하측으로 방전하는 연결 회로 장치로서 기능을 수행한다.

따라서, 입력 전원(AC 전원)의 변동이나 순간 정전등으로 인해 부하로 출력되는 전압이 상기 비상 에너지 충전부(108)의 C3, C38 및 C42의 전압보다 0.7V 이상 낮아지면 충전된 전압은 D1을 통해 신속하게 부하로 전원을 공급한다. 그리고, 입력 전원이 정상적으로 입력되면 출력전압이 비상 에너지 충전부(108)의 전압보다 빨리 상승하므로 D1을 통해 부하측으로 공급되던 전원은 D1에 의해서 차단되어 정상적으로 에너지를 충전하게 된다.

도 6에는 상기 보조 전원 공급부(112)의 상세 회로도가 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 상기 AC-DC 정류부(PFC)(104)로부터 공급된 전원을 R34, D14를 통해 C44를 충전시킨다. 이때, 상기 C44에 의해서 발생하는 돌입전류는 R34가 억제하게 되고, C44에 충전된 전압은 입력 전압이 급격하게 강하되더라도 상기 D14에 의해서 방전할 수 없게 되므로 보조 전원 공급부(112)에 안정적으로 전원을 공급할 수 있게 되어, 제어용 마이크로 콘트롤러(116) 및 내부 소자들을 안정적으로 제어하기 위한 전원 공급장치로서의 기능을 수행한다.

이러한 보조 전원 공급부(112)는 벅 컨버터(Buck Converter)로 구성되어 입력받은 DC 365~380V의 전압을 제어 소자들이 사용하는 DC 15V로 변환한다.

그리고, 입력전압이 100V 미만으로 떨어지면 보조 전원 공급부(112)의 UVP(Under Voltage Protection)에 의해 전원 변환이 차단됨으로 제어 소자들에게 공급되는 전원을 완전 차단하여 사용기기들의 손상 및 불필요한 오동작을 막을 수 있게 된다. 또한, AC-DC 정류부(PFC)(104)의 인에이블(EN) 신호를 통해 출력되는 전압을 DC 15V/DC 9V 로 선택할 수 있으며, 초기화 상태에서는 소비전력을 최소화시킬 수 있다.

도 7에는 상기 전류 감지부(114)의 상세 회로도가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 상기 전류 감지부(114)는 출력단자(DC)로 출력되는 전원의 소비 전류를 감지하여 전압으로 변환된 신호를 상기 제어용 마이크로 콘트롤러(116)에 전달하는 기능을 수행한다.

즉, 출력되는 전류는 R37에 의해서 전압으로 변환되고, 이처럼 변환된 값은 고주파 노이즈를 제거하기 위한 필터 회로 R30, C11, C21을 통해 제어용 마이크로 콘트롤러(116)에 전달된다. 이때, 출력에 연결된 장비의 이상으로 인해 과전류가 흘러 제어용 마이크로 콘트롤러(116)의 입력 한계 전압 이상의 신호에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여 D6이 구비된다. 상기 D6은 입력되는 전압(전류량)이 상기 제어용 마이크로 콘트롤러(116)의 전원 전압(DC 5V)보다 0.4V 이상 높으면 전원 전압 +0.4V 이상의 전압을 차단한다.

도 8에는 제어용 마이크로 콘트롤러(116)의 상세 회로도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 상기 제어용 마이크로 콘트롤러(116)는 본 발명에 따른 상기 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)를 제어하는 영역으로서, 상기 보조 전원 공급부(112)로부터 생성된 DC 15V 전압을 U4를 통해 DC 5V로 변환하여 마이크로 콘트롤러에 공급한다. 그리고, 상기 AC-DC 정류부(PFC)의 EN PORT를 이용하여 상기 보조 전원 공급부(112)의 출력 전압을 DC 15V와 DC 9V로 자동 조절이 가능하며, AC-DC 정류부(PFC)(104)를 온/오프 할 수 있으며, P_SW_CTRL/FAN_CTRL PORT 를 이용해 전원 차단용 스위부(122)와 팬(FAN)의 구동을 제어한다.

그리고, 팬 구동시 정상 동작 상태를 CHECK_FAN_PORT를 이용해 감지하고, 과열로 인한 장비 손상을 방지하고, SEN/SW_INPUT PORT를 이용해 사용자의 유무를 판단하여 상기 보조 전원 공급부(112)의 전원을 선택하고, AC-DC 정류부(PFC)(104)의 제어를 통해 대기상태에서의 소비전류를 최소화시킬 수 있다.

그리고, CURRENT PORT를 통해 입력되는 전류 변환값을 이용해 전원의 차단 및 공급, 그리고 알람을 발생시킬 수 있으며 사용자가 감지된 후 대기 상태에서 정상 구동 상태로의 자동 전환을 가능토록 한다.

도 9에는 감지센서/전원 온 스위치(118)의 상세 회로도가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 상기 감지센서(SEN1)는 적외선 감지 센서로부터 사용자의 신호를 감지하여 감지된 소신호를 U8D/B/D를 통해 일정 전압 이상으로 증폭시키고, AC 커플링되어 증폭된 신호를 피크 디텍터(peak detector)(D2,C34, R26)을 통해 일정 시간폭 이상으로 변환하여 상기 제어용 마이크로 콘트롤러(116)에 전달한다.

이처럼, 상기 감지센서로 인해 자동으로 사용자의 유무를 감지하여 장비의 동작 여부를 결정지을 수 있게 된다.

또한, 전원 온 스위치(SW1)를 이용해 상기 감지센서에서 출력된 신호와 병렬로 구성하여 상기 제어용 마이크로 콘트롤러(116)에 전달함으로써, 자동 및 수동으로 장비의 동작 여부를 결정할 수 있어 편이성이 증가되는 장점을 얻을 수 있다.

그리고, 시스템의 알고리즘에 의해 인체가 감지되고, 일정시간 동안 전류 감지부에서 전류가 감지되지 않으면서 시스템은 초기화 상태로 복귀하는 기능이 있 어, 상기 전원 온 스위치(SW1)를 누르거나 감지센서(SEN1) 주변에서 손을 움직이면 정상적으로 대기상태로 전환할 수 있는 신호를 공급할 수 있다.

도 10에는 상기 2채널 전원 차단용 스위치(120)의 상세 회로도가 도시되어 있다.

상기 제어용 마이크로 콘트롤러(116)에 의해 동작하며, 외부 콘센트의 출력과 전력 변환부(122)에 공급되는 전압을 온/오프할 수 있는 릴레이 RL1 및 RL2로 구성되어 있는 것이 특징이다. 그리고, 상기 릴레이 RL1 및 RL2 구동시 발생하는 스파크로부터 상기 RL1 및 RL2의 접점을 보호하기 위하여, 상기 RL1 및 RL2에는 각각 스파크 노이즈를 흡수하는 콘덴서 C19 및 C33이 구비되어 수명을 보다 연장시키고 있다.

또한 전력 변환기(122)에 공급되는 전압과 출력콘센트로 외부 기기에 공급되는 전압을 각각 제어가 가능함으로 적절한 제어와 주 사용장비의 제어회로에서 절전상태 신호를 받는 다면 더욱더 효과 적으로 절전을 유도 할 수 있다.

그러면, 상기 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 상기 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)의 동작을 일괄적으로 설명하면 다음과 같다.

입력단자를 통해 입력된 전원은 EMI 필터부를 통해 AC-DC 정류부(PFC)(104)로 입력되고, 상기 AC-DC 정류부(PFC)(104)에서는 입력 전원이 DC 365~380V로 변환된다. 상기 AC-DC 정류부(PFC)(104)를 통해 변환된 전원은 2채널의 전원 차단용 스위치(120)를 통해 출력되고, 이와 함께 변환된 DC 365~380V의 전원은 R1 및 R12을 통해 비상 에너지 충전부(108)의 콘덴서 C3, C38, C42를 충전시킨다.

이때, 상기 비상 에너지 충전부(108)의 콘덴서에 전원을 충전하는 과정에서 발생하는 돌입전류(in-rush-current)는 R1 및 R12에 의해서 제한됨으로써 장치 내부의 손상, 가정 및 사업장에 설치된 회로 차단기의 트립을 방지하고 돌입전류를 제한함으써 입력 전원의 왜곡을 최소화할 수 있다.

이때, 입력 전원이 정상적으로 유입될 경우에는 출력전압이 비상 에너지 충전부(108)의 전압보다 빨리 상승하므로, D1을 통해 부하측으로 공급되던 전원은 D1에 의해서 차단되고, 정상적으로 에너지를 충전한다.

그러나, 부하에서 소비하는 소비 전력이 높아지거나 입력 전압의 왜곡 및 순간 정전으로 인해 출력 전압이 비상 에너지 충전부(108)의 전압보다 0.7V 이상 낮아지게 되면 충전된 전압은 D1을 통해 신속하게 부하로 전원을 공급하여 출력 전원의 전원 리플을 최소화시킴으로써, 전원을 안정화시키게 된다. 이러한 출력 전원은 전원 차단용 스위치에 의해서 적절하게 제한되므로, 불필요한 전력 소비(대기전력)을 억제할 수 있게 된다.

그리고, 상기 AC-DC 정류부(PFC)(104)는 입력된 교류 전원을 DC 365-380V로 변환하고, 이때 전압과 전류의 위상차이를 최소화시켜 불필요하게 발생하는 외부 전원의 왜곡과 불필요한 무효 전력을 억제함으로써 실제 발전소에서 발전하는 전력(피상전력)을 줄이고, 무효전력으로 인해 발생하는 전력 계통상의 손실 또한 줄여 경제적 이득을 취할 수 있으며, 일반 가정에서 책정되는 전기료(역률을 90% 기준으로 설정시)를 약 30% 이상 절감할 수 있게 된다.

또한, 안정된 DC 전원을 사용기기에 공급함으로써 SMPS 방식의 전원 공급기 를 사용하는 사무기기들의 수명을 연장시켜 불필요하게 낭비되는 수리 및 교환 비용을 절감할 수 있도록 한다.

그리고, 전원 차단용 스위치(120)의 적절한 제어를 위해 제어용 마이크로 콘트롤러(116)를 이용하여 정확하고 안전한 제어를 통해 기기의 손상을 방지하고, 에너지 절감을 증대시킬 수 있게 된다.

상기 제어용 마이크로 콘트롤러(116)는 보조 전원 공급부(112)로부터 전원(DC 15V)을 공급받아 필요한 전원(DC 5V)으로 변경하고, 전류 감지부(114)로부터 입력되는 전류의 양과 감지센서/전원 온 스위치(118)로부터 입력되는 신호를 전체 시스템 제어 알고리즘을 통해 전원 차단용 스위치(120) 및 AC-DC 정류부(PFC)(104)의 온/오프를 제어한다.

상기 감지센서/전원 온 스위치(118)의 푸시버튼 스위치는 감지센서와 병렬로 연동하는 장치로서, 자동 및 수동으로도 전원을 인가할 수 있도록 동작한다.

그리고, 장치의 상태에 따라 출력 디스플레이(LED)를 이용하여 그 상태를 사용자에게 알린다. 따라서, 출력되는 전류를 상시 모니터링하여 순간적으로 발생하는 과전류를 감지하여 전원 스위치를 차단하여 사용기기의 2차 피해를 방지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 보조 전원 공급부(112)에 입력되는 전압은 비상 에너지 충전부(108)와 AC-DC 정류부(PFC)(104)에 의해 충전된 전원을 사용하고, 장시간 정전으로 인해 비상 에너지 충전용 전압이 일정 전압(DC 100V) 이하로 떨어지면 제어용 마이크로 콘트롤러로 출력되는 전원이 차단되어 사용기기의 오동작을 방지할 수 있 게 되는 것이다.

AC-DC 정류부(PFC)(104)로부터 변환 제어된 DC 전원은 SMPS 방식의 전력 변환부(122)에 공급되어 운용되고, 외부 제어 신호를 본 발명에 따른 상기 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)가 직접 입력받아 전력 변환부(122)의 구동지령을 제어할 수 있다. 또한, 상기 전력 변환부(122)의 구동 전압을 상기 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)에서 공급함으로 별도의 보조 전원 공급장치가 필요치 않으며, 대기전력을 최소화시킬 수 있게 된다. 그리고, 상기 변환 전력 외부 출력 제어기(121)를 통해 외부에 연결되어지는 기기들의 전원을 공급할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 EMI 필터부(102), AC-DC 정류부(PFC)(104), 충전 전압 및 전류 제어부(106), 비상에너지 충전부(108), 비상에너지 방전 연결부(110), 보조 전원 공급부(112), 전류 감지부(114), 제어용 마이크로 콘트롤러(116), 감지센서/전원 온 스위치(118), 2채널의 전원 차단용 스위치(120),전력 변환부(122),변환 전력 외부 출력 제어기(121)로 구성된 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)를 SMPS등과 같은 전원 공급장치에 연결함으로써, 전원 사용시 발생하는 무효전력 성분을 최소화시켜 불필요한 전력 낭비를 줄이고 전원 오프시(스탠바이 상태시) 불필요하게 사용되어 지는 대기전력 소모를 시스템 전체 단위로 차단할 수 있으며, 전력 계통에서 발생하는 순간 정전 및 전압 강하에 대해서도 일정시간 보상이 가능해지도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 상기 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)는 순간 정전 및 전압 강하에 의해 발생되는 피 해 뿐 아니라 자동 제어 시스템을 이용한 인공지능 절전 기능을 내장하여 보다 합리적으로 에너지 절전이 가능해지도록 한다.

그리고, 본 발명에 따른 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치(100)는 단독으로 구성되어 외부에 설치하지 않고 제품내에 구성이 가능하므로 원가 절감 및 기능 향상에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 실질적으로, 고효율 전력 변환기를 내장하여 사용시 발생하는 고조파 성분을 최대한 억제하여 고조파 함유율(THD)을 5% 미만으로 억제하여 실제 발전소에서 사용기기를 위해 발전해야 하는 피상 전력을 30% 이상 절감할 수 있으며, 마이크로 콘트롤러 및 각종 센서를 이용해 불필요하게 소비되는 대기전력을 차단하여 에너지 절감을 극대화시킬 수 있다. 또한, 전자제품의 전원을 원천적으로 차단할 수 있으므로 화재사고 예방 및 감전사고에 의해 피해를 최소화할 수 있게 된다.

예컨대, 본 발명에 따른 통합 전력 관리용 절전형 전원 공급 장치에 의한 전원 공급 방식을 컴퓨터용 파워 또는 LCD TV용 파워에 적용함으로써, 상기와 같은 효과를 얻을 수 있게 되는데, 하기 도 11에는 상기 도 1에 도시되어 있는 통합 전력 관리용 절전형 전원 공급기를 이용하여 주변기기들의 전원을 제어하고 자동으로 대기전력을 차단할 수 있는 LCD TV의 기본 구성 예가 도시되어 있다. 그리고, 도 12에는 상기 도 1에 도시되어 있는 통합 전력 관리용 절전형 전원 공급기를 이용하여 주변기기들의 전원을 제어하고 자동으로 대기전력을 차단할 수 있는 컴퓨터의 기본 구성 예가 도시되어 있다.

이처럼, 가전 및 사무 기기의 시스템별(컴퓨터 시스템 : 본체,모니터,프린 터,모뎀 .TV시스템 : TV,DVD,VCT,셋탑박스)로 메인기기(컴퓨터 시스템:컴퓨터 본체,TV시스템:LCD TV)내부에 상기 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치를 내장함으로써, 주변에 연결되어 지는 기기들의 전원을 총괄 제어 할 수 있게 된다. 그리고, 이처럼 기기들의 전원을 총괄 제어함으로써, 기기들의 사용 상태를 판별하고, 사용하지 않을 경우에는 전체 시스템의 전원을 자동으로 차단 할 수 있어 전체 시스템의 대기전력을 0.5W 수준으로 운영할 수 있으며 역률개선회로를 내장하여 전원 사용 시 발생하는 무효전력 성분을 최소화시켜 불필요한 전력 낭비를 줄일 수 있다. 또한, AC 전원을 공급 받아 DC로 변환하여 사용함으로 에너지 저장이 용이하여 자연재해 및 전력선 계통에서 발생하는 전력 사고로부터 발생하는 순간 정전 및 순간 전압 강하(1초 이내)로부터 사용기기를 보호 할 수 있으며, 시스템 사용여부를 판단하여 전원을 자동 차단하므로 낙뢰 및 서지로부터 기기를 보호하고 감전사고와 화재사고 또한 미연에 방지 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 전력 관리용 절전형 전원 공급기를 나타낸다.

도 2는 상기 도 1에 도시되어 있는 블럭 구성도에 대한 세부 구성도를 나타낸다.

도 3은 상기 도 1의 EMI 필터부의 상세 회로도를 나타낸다.

도 4는 상기 도 1의 AC-DC 정류부(PFC)의 상세 회로도를 나타낸다.

도 5는 상기 도 1의 충전 전압/전류 제어부, 비상 에너지 충전부 및 비상 에너지 방전 연결부의 상세 회로도를 나타낸다.

도 6은 상기 도 1의 보조 전원 공급부의 상세 회로도를 나타낸다.

도 7은 상기 도 1의 전류 감지부의 상세 회로도를 나타낸다.

도 8은 상기 도 1의 제어용 마이크로 콘트롤러의 상세 회로도를 나타낸다.

도 9는 상기 도 1의 감지센서/전원 온 스위치의 상세 회로도를 나타낸다.

도 10은 상기 도 1의 2채널 전원 차단용 스위치의 상세 회로도를 나타낸다.

도 11은 상기 도 1을 이용하여 주변기기들의 전원을 제어하고 자동으로 대기전력을 차단할 수 있는 LCD TV의 기본 구성 예를 나타낸다.

도 12는 상기 도 1을 이용하여 주변기기들의 전원을 제어하고 자동으로 대기전력을 차단할 수 있는 컴퓨터의 기본 구성 예를 나타낸다.

Claims

입력된 교류 전압내 고주파 노이즈 성분을 제거하고, 내부에서 발생한 고주파 성분의 노이즈가 외부로 출력되는 것을 방지하는 EMI 필터부와;

상기 EMI 필터부의 출력단에 연결되며, 상기 EMI 필터부를 통해 입력된 AC 전원을 DC 전압으로 변경하고, 전압과 전류의 위상 차이를 줄여 불필요한 고조파 생성을 억제하여 무효전력을 최소화하고 피상전력을 저감시키는 AC-DC 정류부와;

상기 AC-DC 정류부에 연결되어, 상기 AC-DC 정류부에서 정류된 전압을 비상 에너지 충전부에 충전하는 과정에서 발생하는 돌입전류를 제한하는 충전 전압/전류 제어부와;

전원 이상시 부하로 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 에너지를 충전하는 비상 에너지 충전부와;

출력 전압이 상기 비상 에너지 충전부의 전압 보다 낮을 경우 비상 에너지 충전부의 충전 에너지를 부하로 연결할 수 있으며, 입력 전원의 이상시 출력으로 공급되는 비상 에너지가 상시 출력되지 못하도록 차단하고 비정상적인 입력 유입시 신속하게 출력으로 전달될 수 있도록 하는 비상 에너지 방전 연결부와;

상기 AC-DC 정류부로부터 전원을 인가받아 장비내 제어용 소자 및 AC-DC 정류부의 제어소자에 전원을 공급하는 보조 전원 공급부와;

제어용 마이크로 콘트롤러에 의해 제어되는 출력 전압을 릴레이를 사용하여 온/오프하고, 상기 릴레이의 수명 연장을 위해 접점과 병렬로 콘덴서를 이용하여 스파크를 흡수하는 2채널의 전원 차단용 스위치와;

출력단자로 출력되는 전원의 전류를 감지하여 전압으로 변환된 신호를 제어용 마이크로 콘트롤러측에 전달하는 전류 감지부와;

사용자의 유무를 판단하고 수동 및 자동으로 장비의 운전을 할 수 있도록 제어용 마이크로 콘트롤러에 신호를 전달하는 감지센서/전원 온 스위치부와;

상기 전류 감지부, 출력 디스플레이부, 감지센서/전원 온 스위치부의 신호를 공급받아 제어 알고리즘을 통해 상기 전원 차단용 스위치, 출력 디스플레이부, AC-DC 변환부를 총괄 제어하는 제어용 마이크로 콘트롤러부와;

상기 AC-DC 정류부에서 전원을 공급 받아 사용기기에 필요로 하는 전압으로 변경해주는 전력 변환부(SMPS)와;

외부 기기의 전원을 제어 할 수 있는 변환 전력 외부 출력 제어기를 포함함을 특징으로 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전원 차단용 스위치는, 상기 제어용 마이크로 콘트롤러에 의해 동작하며, 외부 콘센트의 출력과 전력 변환기에 공급되는 각각 전압을 온/오프할 수 있는 릴레이 RL1 및 RL2과, 상기 릴레이 RL1 및 RL2 구동시 발생하는 스파크를 흡수하는 콘덴서 C19 및 C33를 포함함을 특징으로 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 감지센서/전원 온 스위치부의 감지센서와 전원 온 스 위치를 병렬 구성하여 수동 및 자동으로 장비의 상태 전환을 할 수 있도록 함을 특징으로 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전류 감지부에서는 저항을 이용하여 전류를 감지하고, 장비의 동작 상태를 전환할 수 있도록 함을 특징으로 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 비상 에너지 충전부에는 순간 정전 및 순간 전압 강하시 사용장비에 에너지를 공급할 수 있는 비상 에너지 충전용 콘덴서가 포함됨을 특징으로 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치.
제 1항에 있어서, 상기 비상 에너지 방전 연결 회로는 출력 전압이 비상 에너지 충전부의 전압 보다 0.7V 이상 낮을 경우 비상 에너지 충전부의 충전 에너지를 부하로 연결함을 특징으로 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치.
입력된 교류 전압내 고주파 노이즈 성분을 제거하고, 내부에서 발생한 고주파 성분의 노이즈가 외부로 출력되는 것을 방지하는 EMI 필터부와;

상기 EMI 필터부의 출력단에 연결되며, 상기 EMI 필터부를 통해 입력된 AC 전원을 DC 전압으로 변경하고, 전압과 전류의 위상 차이를 줄여 불필요한 고조파 생성을 억제하여 무효전력을 최소화하고 피상전력을 저감시키는 AC-DC 정류부와;

상기 AC-DC 정류부에 연결되어, 상기 AC-DC 정류부에서 정류된 전압을 비상 에너지 충전부에 충전하는 과정에서 발생하는 돌입전류를 제한하는 충전 전압/전류 제어부와;

전원 이상시 부하로 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 에너지를 충전하는 비상 에너지 충전부와;

출력 전압이 상기 비상 에너지 충전부의 전압 보다 낮을 경우 비상 에너지 충전부의 충전 에너지를 부하로 연결할 수 있으며, 입력 전원의 이상시 출력으로 공급되는 비상 에너지가 상시 출력되지 못하도록 차단하고 비정상적인 입력 유입시 신속하게 출력으로 전달될 수 있도록 하는 비상 에너지 방전 연결부와;

상기 AC-DC 정류부로부터 전원을 인가받아 장비내 제어용 소자 및 AC-DC 정류부의 제어소자에 전원을 공급하는 보조 전원 공급부와;

제어용 마이크로 콘트롤러에 의해 제어되는 출력 전압을 릴레이를 사용하여 온/오프하고, 상기 릴레이의 수명 연장을 위해 접점과 병렬로 콘덴서를 이용하여 스파크를 흡수하는 2채널의 전원 차단용 스위치와;

출력단자로 출력되는 전원의 전류를 감지하여 전압으로 변환된 신호를 제어용 마이크로 콘트롤러측에 전달하는 전류 감지부와;

사용자의 유무를 판단하고 수동 및 자동으로 장비의 운전을 할 수 있도록 제어용 마이크로 콘트롤러에 신호를 전달하는 감지센서/전원 온 스위치부와;

상기 전류 감지부, 출력 디스플레이부, 감지센서/전원 온 스위치부의 신호를 공급받아 제어 알고리즘을 통해 상기 전원 차단용 스위치, 출력 디스플레이부, AC- DC 변환부를 총괄 제어하는 제어용 마이크로 콘트롤러부와;

상기 AC-DC 정류부에서 전원을 공급 받아 사용기기에 필요로 하는 전압으로 변경해주는 전력 변환부(SMPS)와;

외부 기기의 전원을 제어 할 수 있는 변환 전력 외부 출력 제어기를 포함함을 특징으로 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치에 의한 통합 전력 관리용 절전형 전원 공급방식을 이용한 컴퓨터용 파워.
입력된 교류 전압내 고주파 노이즈 성분을 제거하고, 내부에서 발생한 고주파 성분의 노이즈가 외부로 출력되는 것을 방지하는 EMI 필터부와;

상기 EMI 필터부의 출력단에 연결되며, 상기 EMI 필터부를 통해 입력된 AC 전원을 DC 전압으로 변경하고, 전압과 전류의 위상 차이를 줄여 불필요한 고조파 생성을 억제하여 무효전력을 최소화하고 피상전력을 저감시키는 AC-DC 정류부와;

상기 AC-DC 정류부에 연결되어, 상기 AC-DC 정류부에서 정류된 전압을 비상 에너지 충전부에 충전하는 과정에서 발생하는 돌입전류를 제한하는 충전 전압/전류 제어부와;

전원 이상시 부하로 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 에너지를 충전하는 비상 에너지 충전부와;

출력 전압이 상기 비상 에너지 충전부의 전압 보다 낮을 경우 비상 에너지 충전부의 충전 에너지를 부하로 연결할 수 있으며, 입력 전원의 이상시 출력으로 공급되는 비상 에너지가 상시 출력되지 못하도록 차단하고 비정상적인 입력 유입시 신속하게 출력으로 전달될 수 있도록 하는 비상 에너지 방전 연결부와;

상기 AC-DC 정류부로부터 전원을 인가받아 장비내 제어용 소자 및 AC-DC 정류부의 제어소자에 전원을 공급하는 보조 전원 공급부와;

제어용 마이크로 콘트롤러에 의해 제어되는 출력 전압을 릴레이를 사용하여 온/오프하고, 상기 릴레이의 수명 연장을 위해 접점과 병렬로 콘덴서를 이용하여 스파크를 흡수하는 2채널의 전원 차단용 스위치와;

출력단자로 출력되는 전원의 전류를 감지하여 전압으로 변환된 신호를 제어용 마이크로 콘트롤러측에 전달하는 전류 감지부와;

사용자의 유무를 판단하고 수동 및 자동으로 장비의 운전을 할 수 있도록 제어용 마이크로 콘트롤러에 신호를 전달하는 감지센서/전원 온 스위치부와;

상기 전류 감지부, 출력 디스플레이부, 감지센서/전원 온 스위치부의 신호를 공급받아 제어 알고리즘을 통해 상기 전원 차단용 스위치, 출력 디스플레이부, AC-DC 변환부를 총괄 제어하는 제어용 마이크로 콘트롤러부와;

상기 AC-DC 정류부에서 전원을 공급 받아 사용기기에 필요로 하는 전압으로 변경해주는 전력 변환부(SMPS)와;

외부 기기의 전원을 제어 할 수 있는 변환 전력 외부 출력 제어기를 포함함을 특징으로 하는 통합 전원 관리용 절전형 전원 공급 장치에 의한 통합 전력 관리용 절전형 전원 공급방식을 이용한 LCD TV용 파워.