KR20170046417A - 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치 - Google Patents

광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 입력필터와 입력보호회로를 통해 기 설정된 전압보다 지나치게 높거나 낮은 전압이 입력될 경우 내부소자를 보호하고, 광범위한 입력전원 범위에 적응적으로 작동할 수 있으며, 변압기의 2차 권선 측에 유도되는 교류전원의 전압 크기를 다양하게 얻을 수 있도록 하고 컨버터와 인버터의 조합에 의해 다양한 직류전압 또는 교류전압을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 선박과 해상플랜트에서 전원공급기를 통해 전력선통신을 수행할 수 있도록 하는 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원을 입력받는 입력필터 및 입력보호회로; 일측은 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원에 연결되고 타측은 전력선통신을 이용할 외부 커넥터가 연결되며, 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원에 대하여 입력필터 및 입력보호회로와 병렬로 연결되는 전력선통신 모듈; 입력필터 및 입력보호회로에 직렬로 연결되어 입력전원의 전압을 강압시키되, 1차 권선과 2차 권선 중 적어도 어느 하나는 중간 탭(center tap) 또는 다중 탭을 갖는 변압기; 변압기에서 강압된 전압의 전원을 입력받아 직류전원으로 변환하는 정류기; 및 정류기에서 변환된 직류전원의 전압을 변화시켜 원하는 직류전원을 출력하는 DC-DC 컨버터를 포함하는, 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치를 제공한다.

Description

광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치{omitted}
본 발명은 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 입력필터와 입력보호회로를 통해 기 설정된 전압보다 지나치게 높거나 낮은 전압이 입력될 경우 내부소자를 보호하고, 광범위한 입력전원 범위에 적응적으로 작동할 수 있으며, 변압기의 2차 권선 측에 유도되는 교류전원의 전압 크기를 다양하게 얻을 수 있도록 하고 컨버터와 인버터의 조합에 의해 다양한 직류전압 또는 교류전압을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 선박과 해상플랜트에서 전원공급기를 통해 전력선통신을 수행할 수 있도록 하는 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치에 관한 것이다.
선박과 해상플랜트 등 해양환경에서는 220V, 440V, 660V 등의 다양한 교류전압이 사용되고 있다. 이러한 교류전압들은 크레인, 윈치 등을 가동하는 전자유압 시스템(Electro-hydraulic system)을 비롯하여 다양한 전기전자장치에 전원으로 공급되고 있다.
한편, 해양과 선박에서의 통합 자동화 시스템이 확산되면서 상용전압보다 높은 교류전압을 변환하여 5V, 12V, 24V와 같은 낮은 직류전압으로 사용하는 모니터링 및 전자제어장비가 증가하고 있다.
선박과 해상플랜트 등 해양환경에서 일반적으로는 교류전압이 안정적으로 공급되나, 경우에 따라 전압변동이 매우 커서 전원장치가 파괴되는 경우가 있다. 예컨대, 선박에 440V의 교류전압이 안정적으로 공급되다가 최대전압이 470V 까지 상승하는 전압 불균형이 발생하여 전원장치가 파괴되는 상황이 발생할 수 있다.
따라서 85~660V의 광범위한 입력전원 범위를 가지고, 다양한 직류전압을 출력할 수 있으면서도 전력선 통신을 이용할 수 있는 선박 및 해상플랜트용 전원공급장치의 개발 필요성이 대두된다.
선행기술문헌 : KR등록실용신안공보 제0412248호(2006.3.23.공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 광범위한 입력전원 범위를 가지고, 다양한 직류전압을 출력할 수 있으면서도 전력선 통신을 이용할 수 있는 선박 및 해상플랜트용 전원공급장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치는 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원을 입력받는 입력필터 및 입력보호회로; 일측은 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원에 연결되고 타측은 전력선통신을 이용할 외부 커넥터가 연결되며, 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원에 대하여 입력필터 및 입력보호회로와 병렬로 연결되는 전력선통신 모듈; 입력필터 및 입력보호회로에 직렬로 연결되어 입력전원의 전압을 강압시키되, 1차 권선과 2차 권선 중 적어도 어느 하나는 중간 탭(center tap) 또는 다중 탭을 갖는 변압기; 변압기에서 강압된 전압의 전원을 입력받아 직류전원으로 변환하는 정류기; 및 정류기에서 변환된 직류전원의 전압을 변화시켜 원하는 직류전원을 출력하는 DC-DC 컨버터를 포함한다.
또한, 변압기의 1차 권선은 중간 탭 또는 다중 탭의 수동 또는 자동설정에 의해 2차 권선과의 권선비를 조정함으로써, 최대 임계전압보다 높거나 최소 임계전압보다 낮은 전압이 변압기로 입력되는 경우 2차 권선측에 기 설정된 전압이 유도되도록 할 수 있다.
또한, DC-DC 컨버터는 정류기에 복수개가 병렬로 연결되어 각각 출력필터를 거쳐 부하에 직류전원을 공급하거나, 정류기에 대하여 DC-DC 컨버터와 병렬로 DC-AC 인버터가 추가로 연결되어 각각 출력필터를 거쳐 각 부하에 직류전원과 교류전원을 동시에 공급하며, DC-DC 컨버터와 출력필터를 거친 직류전원이 전력선통신 모듈에 전원을 공급할 수 있다.
본 발명에 의하면 입력필터와 입력보호회로를 통해 기 설정된 전압보다 지나치게 높거나 낮은 전압이 입력될 경우 내부소자를 보호하고, 1차 권선에 중간 탭 또는 다중 탭을 적용하여 수동 또는 자동설정에 의해 2차 권선과의 권선비를 조정함으로써, 최대 임계전압보다 높거나 최소 임계전압보다 낮은 전압이 변압기로 입력되는 경우 2차 권선 측에 기 설정된 전압이 안정적으로 유도되도록 하기 때문에 85~660V의 광범위한 입력전원 범위에 적응적으로 작동할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 2차 권선에 중간 탭 또는 다중 탭을 적용하여 1차 권선 측과의 권선비를 조절함으로써 2차 권선 측에 유도되는 교류전원의 전압 크기를 다양하게 얻을 수 있도록 하고 컨버터와 인버터의 조합에 의해 다양한 직류전압 또는 교류전압을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 입력필터 및 입력보호회로를 거치지 않도록 전력선통신 모듈을 배치하고 DC-DC 컨버터와 출력필터를 거친 직류전원의 공급에 의해 전력선통신 모듈이 작동되도록 설계함으로써 선박과 해상플랜트에서 전원공급기를 통해 전력선통신을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치의 블록도,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치의 블록도,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치의 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치의 블록도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치는, 도 1을 참조하면, 입력필터 및 입력보호회로(10), 탭 연결부(20), 변압기(30), 정류기(40), DC-DC 컨버터(50), 출력필터(60), 및 전력선통신 모듈(70)을 포함하여 이루어진다.
입력필터 및 입력보호회로(10)는 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원을 입력받는다. 일례로 입력필터는 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터가 사용될 수 있다. EMI 필터는 입력라인의 노이즈를 제거하고 설정대역 이상의 고주파를 제거하여 파워서플라이 내부 부품의 손상을 방지한다.
탭 연결부(20)는 입력필터 및 입력보호회로(10)와 변압기(30) 사이에 전기적으로 연결되어 변압기(30)의 1차 권선 측의 중간 탭 또는 다중 탭을 조절한다. 탭 연결부(20)는 입력필터 및 입력보호회로(10)의 출력전원 단자와 변압기(30) 1차 권선의 중간 탭 또는 다중 탭을 포함한 단자들을 수동 또는 자동 설정에 의해 전기적으로 연결한다. 탭 연결부(20)는 변압기(30)에 포함되어 구성될 수도 있음은 물론이다.
변압기(30)는 입력필터 및 입력보호회로(10)에 직렬로 연결되어 입력전원의 전압을 강압시킨다. 변압기(30)의 1차 권선과 2차 권선 중 적어도 어느 하나는 중간 탭(center tap) 또는 다중 탭을 갖는다. 일례로 도 1에는 1차 권선 측에 중간 탭이 형성된 것을 예로 들어 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도시되지 않았으나, 1차 권선 측에는 다중 탭이 형성될 수 있으며, 2차 권선 측에도 중간 탭 또는 다중 탭이 형성될 수 있다.
1차 권선 측에서의 중간 탭 또는 다중 탭은 너무 높거나 낮은 선 전압을 극복하기 위하여 권선비를 조정하는 데 사용될 수 있다. 일례로, 1차 권선은 중간 탭 또는 다중 탭의 수동 또는 자동설정에 의해 2차 권선과의 권선비를 조정함으로써, 최대 임계전압보다 높거나 최소 임계전압보다 낮은 전압이 변압기로 입력되는 경우 2차 권선 측에 기 설정된 전압이 안정적으로 유도되도록 하는 것이다.
한편, 2차 권선 측의 중간 탭 또는 다중 탭은 1차 권선 측과의 권선비를 조절하여 2차 권선 측에 유도되는 교류전원의 전압 크기를 다양하게 얻을 수 있도록 한다. 2차 권선 측에 중간 탭이 적용되는 경우 2차 권선 측의 제1 단자와 중간 탭 단자 사이의 전압을 V1, 제2 단자와 중간 탭 사이의 전압을 V2라 하면, V1과 V2는 서로 위상이 반대(위상차 π)이고, 제1 단자와 제2 단자 사이에 인가되는 전압에 대해 V1과 V2의 크기(절대값)는 1/2이 된다. 이때 정류기(40)에서는 V1과 V2를 1/2 주기로 취합하여 조합함으로써 양파 정류(full-wave rectifier)를 수행하게 된다.
한편, 2차 권선 측에 다중 탭이 적용될 경우 다중 탭의 위치에 따라 다양한 출력전압을 얻을 수 있다.
정류기(40)는 변압기(30)에서 강압된 전압의 전원을 입력받아 직류전원으로 변환한다. 2차 권선 측에 중간 탭이 적용되어 정류기(40)에서 양파 정류를 수행하는 경우, 평활 회로를 더 포함하여 양파 정류된 파형을 평활화할 수 있다.
DC-DC 컨버터(50)는 정류기(40)에서 변환된 직류전원의 전압을 변화시켜 원하는 직류전원을 출력한다. 예컨대 DC 12V에서 DC 5V로 변환시킬 경우 스위칭 방식(SMPS)이 아닌 경우에는 레귤레이터로서 전압을 일정하게 해 준다. 한편, DC-DC 컨버터(50)는 스위칭 방식인 경우 직류를 교류로 바꾸고 다시 직류로 바꾸는 스위칭 레귤레이터 역할을 할 수도 있다.
전력선통신 모듈(70)은 일측은 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원에 연결되고 타측은 전력선통신을 이용할 외부 커넥터가 연결된다. 전력선통신 모듈(70)은 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원에 대하여 입력필터 및 입력보호회로(10)와 병렬로 연결된다.
전력선통신 모듈(70)은 DC-DC 컨버터(50)와 출력필터(60)를 거친 직류전원의 공급에 의해 작동되도록 설계될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치의 블록도이다. 본 발명의 제2 실시예는 출력 DC 전원을 병렬로 사용할 수 있도록 구성한 점 이외에는 도 1의 제1 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치는, 도 2를 참조하면, 정류기에 대하여 DC-DC 컨버터 복수개가 병렬로 연결된다. 각 DC-DC 컨버터에는 각각의 출력필터가 연결되어 개별적으로 복수개의 DC 전원을 출력한다. 위치상으로 떨어진 복수개의 부하에 DC 전원을 공급해야 할 경우 적용될 수 있다. 이 경우에도 전력선통신 모듈은 DC-DC 컨버터와 출력필터를 거친 직류전원 중 어느 하나의 공급에 의해 작동되도록 설계될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치의 블록도이다. 본 발명의 제3 실시예는 출력 AC 전원과 DC 전원을 동시에 사용할 수 있도록 구성한 점 이외에는 도 1의 제1 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치는, 도 3을 참조하면, 정류기에 대하여 DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터가 병렬로 연결된다. 각 DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터에는 각각의 출력필터가 연결되어 개별적으로 DC 전원과 AC 전원을 출력한다. 위치상으로 떨어진 복수개의 부하에 DC 전원과 AC 전원을 동시에 또는 선택적으로 공급해야 할 경우 적용될 수 있다. 이 경우에도 전력선통신 모듈은 DC-DC 컨버터와 출력필터를 거친 직류전원 중 어느 하나의 공급에 의해 작동되도록 설계될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 - 입력필터 및 입력보호회로
20 - 탭 연결부
30 - 변압기
40 - 정류기
50 - DC-DC 컨버터
60 - 출력필터
70 - 전력선통신 모듈

Claims (3)

  1. 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원을 입력받는 입력필터 및 입력보호회로;
    일측은 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원에 연결되고 타측은 전력선통신을 이용할 외부 커넥터가 연결되며, 교류 85~660V의 전압을 갖는 전원에 대하여 입력필터 및 입력보호회로와 병렬로 연결되는 전력선통신 모듈;
    입력필터 및 입력보호회로에 직렬로 연결되어 입력전원의 전압을 강압시키되, 1차 권선과 2차 권선 중 적어도 어느 하나는 중간 탭(center tap) 또는 다중 탭을 갖는 변압기;
    변압기에서 강압된 전압의 전원을 입력받아 직류전원으로 변환하는 정류기; 및
    정류기에서 변환된 직류전원의 전압을 변화시켜 원하는 직류전원을 출력하는 DC-DC 컨버터
    를 포함하는, 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    변압기의 1차 권선은 중간 탭 또는 다중 탭의 수동 또는 자동설정에 의해 2차 권선과의 권선비를 조정함으로써, 최대 임계전압보다 높거나 최소 임계전압보다 낮은 전압이 변압기로 입력되는 경우 2차 권선측에 기 설정된 전압이 유도되도록 하는, 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    DC-DC 컨버터는 정류기에 복수개가 병렬로 연결되어 각각 출력필터를 거쳐 부하에 직류전원을 공급하거나, 정류기에 대하여 DC-DC 컨버터와 병렬로 DC-AC 인버터가 추가로 연결되어 각각 출력필터를 거쳐 각 부하에 직류전원과 교류전원을 동시에 공급하며, DC-DC 컨버터와 출력필터를 거친 직류전원이 전력선통신 모듈에 전원을 공급하는, 광범위한 입력전원 범위를 갖는 선박 및 해상플랜트용 다중출력 전력선통신 전원공급장치.
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