KR20180057419A - 교류전력 측정장치 및 방법 - Google Patents

교류전력 측정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정장치는, 교류 전압원으로부터 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압을 측정하는 교류전압 측정회로; 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압 각각을 직접 다운 컨버젼을 통해 서로 직교하는 I 신호 및 Q 신호로 변환하는 I/Q 다이렉트 다운 컨버터; 상기 I 신호 및 Q 신호를 I-데이타 및 Q-데이타로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 및 상기 I-데이타 및 Q-데이타를 이용하여 교류 전력을 계산하는 교류전력 연산기; 를 포함한다.

Description

교류전력 측정장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING AC POWER}
본 발명은 교류전력 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 전력전송 기술이 현재 상용화와 그 기술이 제품화로 발전되어 가고 있으며, 교류(AC) 공진을 이용한 무선 전력전송 및 공진부를 가지고 있는 제품 및 세트에서 송신 전력량을 측정하여, 그 전력량을 기반으로 전력 송수신간에 파워 송출 전력을 제어하여, 시스템을 운용하여 제어하는 기술이 필요하다.
기존의 교류의 송신 파워를 측정하는 방법은, 공진부의 LC 네트워크에 직렬 커패시터에 걸리는 순시 전압 및 순시 전류를 직접 이용하여 공진부에서 발생된 교류 전력을 구한다.
예를 들면, 송신전력의 교류(AC)의 주파수가 대략 수십에서 수백 MHz대역이 될 수 있고, 이 경우, 순시 전압 및 순시 전류를 아날로그/디지털 변환하여 교류 전력을 측정하므로, 높은 주파수를 갖는 송신전력을 측정하기 위해서는 고성능 고사양의 차동입력 ADC가 필요하며, DSP(Digital Signal Processor)와 같은 고속 디지털 신호처리부가 필요하므로, 그 만큼 제작 가격이 상승되어 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있다.
한국 공개특허 제2013-0041282호 공보
본 발명의 일 실시 예는, 고사양 ADC를 사용하지 않고, 샘플링(Sampling) 주파수가 수십~수백 KHz 대역의 저사양 ADC를 이용하여 교류 전압 및 전류 정보를 획득할 수 있고, 이를 이용하여 교류 전력을 측정할 수 있는 교류전력 측정장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 교류 전압원으로부터 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압을 측정하는 교류전압 측정회로; 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압 각각을 직접 다운 컨버젼을 통해 서로 직교하는 I 신호 및 Q 신호로 변환하는 I/Q 다이렉트 다운 컨버터; 상기 I 신호 및 Q 신호를 I-데이타 및 Q-데이타로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 및 상기 I-데이타 및 Q-데이타를 이용하여 교류 전력을 계산하는 교류전력 연산기; 를 포함하는 교류전력 측정장치가 제안된다.
본 과제의 해결 수단에서는, 하기 상세한 설명에서 설명되는 여러 개념들 중 하나가 제공된다. 본 과제 해결 수단은, 청구된 사항의 핵심 기술 또는 필수적인 기술을 확인하기 위해 의도된 것이 아니며, 단지 청구된 사항들 중 하나가 기재된 것이며, 청구된 사항들 각각은 하기 상세한 설명에서 구체적으로 설명된다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 공진부의 구동주파수가 수십~수백 MHz의 높은 주파수 일 때, 순시 전압 및 순시 전류를 I/Q 다이렉트 다운 컨버터(direct down convertor)와 저사양 ADC를 이용하여, 위상차를 갖도록 변환된 I 신호 및 Q 신호를 이용하여 교류전력을 계산할 수 있고, 이에 따라 시스템 복잡도 및 연산 블럭의 간단화를 구현할 수 있으며, 고가의 ADC를 이용하지 않으므로 보다 저렴한 교류 전력 장치를 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정장치의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정부의 일 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전압 측정회로의 일 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전압 측정회로의 다른 일 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전압 측정부의 일 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 I/Q 다이렉트 다운 컨버터의 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 I/Q 극형식 플롯(polar form plot)도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정장치의 적용 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정방법의 일 예를 보이는 플로우챠트이다.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정장치의 일 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정장치는 교류전압 측정회로(100)와 교류전력 측정부(200)를 포함한다.
상기 교류전압 측정회로(100)는 교류 전압원(10)으로부터 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2)을 측정할 수 있다.
상기 교류전력 측정부(200)는 I/Q 다이렉트 다운 컨버터(220), 아날로그/디지털 변환기(240) 및 교류전력 연산기(260)를 포함할 수 있다.
상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터(220)는, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2) 각각을 직접 다운 컨버젼을 통해 서로 직교하는 I 신호(SI) 및 Q 신호(SQ)로 변환할 수 있다.
상기 아날로그/디지털 변환기(240)는 상기 I 신호(SI) 및 Q 신호(SQ)를 I-데이타(I) 및 Q-데이타(Q)로 변환할 수 있다.
상기 교류전력 연산기(260)는 상기 I-데이타(I) 및 Q-데이타(Q)를 이용하여 교류 전력(Pac)을 계산할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정부의 일 예시도이다.
도 2에 도시된 교류전력 측정부(200)는 도 1에 도시된 구조에서 스위치 회로부(210) 및 필터 회로부(230)를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 회로부(210)는, 상기 교류전압 측정회로(100)와 상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터(220) 사이에 접속되어, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2)을 하나씩 선택해서 상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터(220)에 전달할 수 있다.
이와 같이, 교류전력 측정부(200)가 스위치 회로부(210)를 포함하는 경우에는 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2)을 하나씩 순차적으로 처리할 수 있다.
상기 교류전력 측정부(200)가 상기 필터 회로부(230)를 포함하는 경우, 상기 필터 회로부(230)는 상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터(220)와 상기 아날로그/디지털 변환기(240) 사이에 접속되어, 상기 I 신호(SI) 및 Q 신호(SQ)를 전달하고 노이즈를 제거할 수 있다.
이와 같이, 교류전력 측정부(200)가 필터 회로부(230)를 포함하는 경우에는, 고조파 등의 노이즈가 차단되어 보다 깨끗한 I 신호(SI) 및 Q 신호(SQ)가 아날로그/디지털 변환기(240)에 입력될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전압 측정회로의 일 예시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 교류전압 측정회로(100)는 제1 측정 커패시터(C1) 및 제2 측정 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 측정 커패시터(C1) 및 제2 측정 커패시터(C2)는 무선전력 송신을 위한 공진부에 포함되는 커패시터가 될 수 있다.
상기 제1 측정 커패시터(C1)는 상기 교류전압 측정회로(100)와 부하(20)간의 파지티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로(100)에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 포함한다.
상기 제2 측정 커패시터(C2)는 상기 교류전압 측정회로(100)와 부하(20)간의 네가티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로(100)에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 포함한다.
상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2)은 상기 제1 측정 커패시터(C1)의 일단 및 타단에서 측정될 수 있고, 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2)은 상기 제2 측정 커패시터(C2)의 일단 및 타단에서 측정될 수 있다.
일 예로, 본 발명이 무선전력 송신장치에 적용되는 경우, 상기 제1 및 제2 측정 커패시터(C1,C2)가 공진부의 커패시터인 경우, 상기 부하(20)는 공진부의 인덕터가 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전압 측정회로의 다른 일 예시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 교류전압 측정회로(100)는 제1 측정 커패시터(C1), 제2 측정 커패시터(C2), 제1 분할 회로부(110), 제2 분할 회로부(120), 제3 분할 회로부(130) 및 제4 분할 회로부(140)를 포함할 수 있다.
상기 제1 측정 커패시터(C1)는 상기 교류전압 측정회로(100)와 부하(20)간의 파지티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로(100)에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 포함할 수 있다.
상기 제2 측정 커패시터(C2)는 상기 교류전압 측정회로(100)와 부하(20)간의 네가티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로(100)에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 포함할 수 있다.
상기 제1 분할 회로부(110)는 상기 제1 측정 커패시터(C1)의 일단과 접지 사이에 직렬로 접속된 적어도 2개의 커패시터(C11,C12)를 포함하고, 상기 제1 측정 커패시터(C1)의 일단에 걸리는 전압을 분할하여 상기 제1 교류 파지티브 전압(VP1)을 제공할 수 있다.
여기서, 제1 교류 파지티브 전압(VP1)은 제1 측정 커패시터(C1)의 일단에 걸리는 전압(VP_ac1)이 2개의 커패시터(C11,C12)에 의해 분할되는 전압(VP1 = VP_ac1*(C11/C12))이다.
상기 제2 분할 회로부(120)는 상기 제1 측정 커패시터(C1)의 타단과 접지 사이에 직렬로 접속된 적어도 2개의 커패시터(C21,C22)를 포함하고, 상기 제1 측정 커패시터(C1)의 타단에 걸리는 전압을 분할하여 상기 제2 교류 파지티브 전압(VP2)을 제공할 수 있다.
여기서, 제2 교류 파지티브 전압(VP2)은 제1 측정 커패시터(C1)의 타단에 걸리는 전압(VP_ac2)이 2개의 커패시터(C21,C22)에 의해 분할되는 전압(VP2 = VP_ac2*(C21/C22))이다.
상기 제3 분할 회로부(130)는 상기 제2 측정 커패시터(C2)의 일단과 접지 사이에 직렬로 접속된 적어도 2개의 커패시터(C31,C32)를 포함하고, 상기 제2 측정 커패시터(C2)의 일단에 걸리는 전압을 분할하여 상기 제1 교류 네가티브 전압(VN1)을 제공할 수 있다.
여기서, 제1 교류 네가티브 전압(VN1)은 제2 측정 커패시터(C2)의 일단에 걸리는 전압(VN_ac1)이 2개의 커패시터(C31,C32)에 의해 분할되는 전압(VN1 = VN_ac1*(C31/C32))이다.
그리고, 상기 제4 분할 회로부(140)는 상기 제2 측정 커패시터(C2)의 타단과 접지 사이에 직렬로 접속된 적어도 2개의 커패시터(C41,C42)를 포함하고, 상기 제2 측정 커패시터(C2)의 타단에 걸리는 전압을 분할하여 상기 제2 교류 네가티브 전압(VN2)을 제공할 수 있다.
여기서, 제2 교류 네가티브 전압(VN2)은 제2 측정 커패시터(C2)의 타단에 걸리는 전압(VN_ac2)이 2개의 커패시터(C41,C42)에 의해 분할되는 전압(VN2 = VN_ac2*(C41/C42))이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전압 측정부의 일 예시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전압 측정부(200)는
상기 교류전력 측정부(200)는 스위치 회로부(210), I/Q 다이렉트 다운 컨버터(220), 필터 회로부(230), 아날로그/디지털 변환기(240) 및 교류전력 연산기(260)를 포함할 수 있다. 각 구성요소에 대해서는 도 1 및 도 4를 참조하여 전술한 바와 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 I/Q 다이렉트 다운 컨버터의 일 예시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터(220)는 입력전압(V(t)을 I 신호(SI) 및 Q 신호(SQ)로 컨버젼하기 위해 제1 믹서(222) 및 제2 믹서(224)를 포함할 수 있다.
상기 제1 믹서(222)는 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2) 각각을 제1 국부 발진신호(LO1)를 이용하여 I 신호(SI)로 다운 컨버젼할 수 있다.
상기 제2 믹서(224)는 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2) 각각을 제2 국부 발진신호(LO2)를 이용하여 Q 신호(SQ)로 다운 컨버젼할 수 있다.
상기 제2 국부 발진신호(LO2)는 상기 제1 국부 발진신호(LO1)와 주파수는 동일하고 90도의 위상차를 갖는다.
일 예로, 제1 믹서(222) 및 제2 믹서(224)에 의해서, 제1 교류 파지티브 전압(VP1)은 (SIvp1,SQvp1)로 컨버젼될 수 있고, 제2 교류 파지티브 전압(VP2)은 (SIvp2,SQvp2)로 컨버젼될 수 있고, 제1 교류 네가티브 전압(VN1)은 (SIvn1,SQvn1)로 컨버젼될 수 있으며, 제2 교류 네가티브 전압(VN2)은 (SIvn2,SQvn2)로 컨버젼될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 I/Q 극형식 플롯(polar form plot)도이다.
도 7을 참조하면, 입력신호(S(t))가 Acos(wt)일 경우, I-데이타(I)는 Acos(wt)*cos(wt), Q-데이타(Q)는 Acos(wt)*sin(wt)이 될 수 있고, 이 경우, 벡터의 진폭(A) 및 위상(θ)은 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
도 1 내지 도 7을 참조하면, 상기 교류전력 연산기(260)는 상기 아날로그/디지털 변환기(240)로부터의 I-데이타(I) 및 Q-데이타(Q)를 이용하여, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2)간의 파지티브 전압차(ΔVP1_2) 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2)간의 네가티브 전압차(ΔVN1_2)를 구할 수 있고, 상기 파지티브 전압차(ΔVP1_2)와 네가티브 전압차(ΔVN1_2)간의 차전압(ΔVc)를 하기 수학식 2와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00002
상기 수학식 2에서, Ivp1 및 Qvp1은 제1 교류 파지티브 전압(VP1)이 컨버젼된 I-데이터 및 Q-데이타이고, Ivp2 및 Qvp2는 제2 교류 파지티브 전압(VP2)이 컨버젼된 I-데이터 및 Q-데이타이고, Ivn1 및 Qvn1은 제1 교류 네가티브 전압(VN1)이 컨버젼된 I-데이터 및 Q-데이타이고, Ivn2 및 Qvn2는 제2 교류 파지티브 전압(VN2)이 컨버젼된 I-데이터 및 Q-데이타이다. 그리고, Itot_I 및 Qtot_I 각각은 전체 전류에 대한 I-데이타 및 Q-데이타이다.
계속해서, 상기 교류전력 연산기(260)는 상기 파지티브 전압차(ΔVP1_2)와 네가티브 전압차(ΔVN1_2)간의 차전압(ΔVc)을 이용하여 교류전류(Iac)를 구하고, 교류전류(Iac)에 기초해서 실효 전류(Irms)를 구하며, 상기 제2 교류 파지티브 전압(VP2)과 상기 제2 교류 네가티브 전압(VN2)간의 차전압을 이용하여 교류전압(Vac)을 구하고, 상기 교류전압(Vac)에 2πfc를 곱하여 실효 전압(Vrms)을 하기 수학식 3과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00003
상기 수학식 3에서, Xc는 1/jwC이고, Itot_V 및 Qtot_V 각각은 전체 전압에 대한 I-데이타 및 Q-데이타이다.
상기 실효 전류(Irms) 및 실효 전압(Vrms)을 이용하여 상기 교류 전력(Pac)을 하기 수학식 4와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00004
상기 수학식 4 및 도 4에서, C11=C21=C31=C41, 및 C12=C22=C32=C42를 만족할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정장치의 적용 예시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정장치에서, 상기 교류 전압원(10)은 무선전력 전송 시스템이 될 수 있고, 이 경우, 상기 교류전력 측정부(200)는 상기 무선전력 전송 시스템의 내부에 포함될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정장치가 실제 시스템 혹은 모듈에 적용될 수 있는 어플리케이션(Application) 예시를 도시하고 있다. 도 8의 교류전력 측정을 통해서, 무선전력 전송 시스템이 얼마의 교류 전력을 송출하고 있는지 모니터링이 가능하며, 또한 원하는 제어식이나 알고리즘을 통하여, 송출 전력을 원하는 크기로 조절 할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
이후, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 교류전력 측정방법에 대해 설명한다. 본 출원 서류에서, 교류전력 측정장치에 대한 설명과 교류전력 측정방법에 대한 설명은, 특별한 사정이 없는 한, 서로 보완 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정방법의 일 예를 보이는 플로우챠트이다.
도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류전력 측정방법에 대해 설명한다.
이후, 상기 교류전력 측정방법에 대한 설명은, 도 1 내지 도 8을 참조하여 이루어진 동작 설명이 적용될 수 있으며, 이에 따라 교류전력 측정방법에 대한 설명에서, 가능한 중복되는 세부 설명은 생략될 수 있다.
도 9를 참조하면, 교류전력 측정방법은 S100 단계, S210 단계, S220 단계, S230 단계, S240 단계 및 S260 단계를 포함할 수 있다.
먼저, S100 단계에서는, 교류전압 측정회로(100)에서, 교류 전압원(10)으로부터 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2)이 측정될 수 있다.
다음, S210 단계에서는, 스위치 회로부(210)에서, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2)이 하나씩 선택될 수 있다.
다음, S220 단계에서는, I/Q 다이렉트 다운 컨버터(220)에서, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2) 각각이 직접 다운 컨버젼을 통해 서로 직교하는 I 신호(SI) 및 Q 신호(SQ)로 컨버젼될 수 있다.
다음, S230 단계에서는, 필터 회로부(230)에서, 상기 I 신호(SI) 및 Q 신호(SQ)가 통과되고 노이즈가 차단될 수 있다.
다음, S240 단계에서는, 아날로그/디지털 변환기(240)에서, 상기 필터 회로부(230)로부터의 I 신호(SI) 및 Q 신호(SQ)가 I-데이타(I) 및 Q-데이타(Q)로 변환될 수 있다.
그리고, S260 단계에서는, 교류전력 연산기(260)에서, 상기 I-데이타(I) 및 Q-데이타(Q)에 이용하여 교류 전력(Pac)이 계산될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 교류전력의 주파수가 수십~수백 MHz의 높은 주파수 일 때, ADC의 샘플링 레이트(sampling rate)는 입력신호 주파수의 최소 2배 이상이어야 하고, 실제로는 3~8배 빠른 샘플링 레이트(sampling rate)를 가진 ADC를 사용하므로, 순시치 전압의 크기를 정밀하게 표현하기 위해서는 분해능도 높은 고사양의 기능블럭이 필요하고, 이에 따라 시스템 복잡도 및 블록의 고사양에 따른 시스템 구현난이도가 증가하고 비용이 증가하는 단점이 있다.
이러한 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여, 순시치의 전압(v(t)) 및 전류(i(t))를 다이렉트 다운 컨버터 (direct down convertor)를 이용하여 폴러 폼(polar phase form)으로 신호를 직류(DC)의 I/Q 신호로 변환하여, 저사양(Low sample rate) ADC를 사용하여, 기본적인 디지털 연산으로 폴러 폼(polar form) 전압과 전류를 구하여 교류전력(Pac)을 계산할 수 있어서, 시스템 복잡도 및 고사양 기능 블록없이 수십~수백MHz 주파수로 구동되는 LC 공진부의 AC 실제전력을 계산할 수 있게 된다.
또한 기존 기술은 순시치 계산(뺄셈 및 곱셈)을 해야 하므로 ADC 타임 세어링(Time sharing) 변환시 입력신호를 동시에 실시간으로 처리되어야 하지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는 직류(DC) 정보의 I/Q 폴러폼(polar form)신호이므로 믹서(Mixer)와 ADC 타임 세어링(Time sharing)을 통하여, 제1, 제2 교류 파지티브 전압(VP1,VP2) 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압(VN1,VN2)을 병렬로 처리하거나, 순차적으로 변환할 수 있다. 여기서, 전자의 경우인 병렬 처리시는 기능블록의 개수가 병렬처리 되어야 하는 입력수 만큼 필요하고, 후자의 경우 기능 블록의 개수가 타임 세어링(Time Sharing)을 통해서 각 1개의 기능 블록을 사용할 수 있으므로 종래 기술보다 비용을 줄이고 시스템 간단화를 구현할 수 있다.
10: 교류 전압원
100: 교류전압 측정회로
110: 제1 분할 회로부
120: 제2 분할 회로부
130: 제3 분할 회로부
140: 제4 분할 회로부
210; 스위치 회로부
220; I/Q 다이렉트 다운 컨버터
230: 필터 회로부
240: 아날로그/디지털 변환기
260: 교류전력 연산기
C1; 제1 측정 커패시터
C2: 제2 측정 커패시터
VP1,VP2: 제1, 제2 교류 파지티브 전압
VN1,VN2: 제1, 제2 교류 네가티브 전압
S1: I 신호
SQ: Q 신호
I: I-데이타
Q: Q-데이타

Claims (10)

  1. 교류 전압원으로부터 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압을 측정하는 교류전압 측정회로;
    상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압 각각을 직접 다운 컨버젼을 통해 서로 직교하는 I 신호 및 Q 신호로 변환하는 I/Q 다이렉트 다운 컨버터;
    상기 I 신호 및 Q 신호를 I-데이타 및 Q-데이타로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 및
    상기 I-데이타 및 Q-데이타를 이용하여 교류 전력을 계산하는 교류전력 연산기;
    를 포함하는 교류전력 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교류전압 측정회로와 상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터 사이에 접속되어, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압을 하나씩 선택해서 상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터에 전달하는 스위치 회로부; 및
    상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터와 상기 아날로그/디지털 변환기 사이에 접속되어, 상기 I 신호 및 Q 신호를 전달하고 노이즈를 제거하는 필터 회로부;
    를 포함하는 교류전력 측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 교류전압 측정회로는
    상기 교류전압 측정회로와 부하간의 파지티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 갖는 제1 측정 커패시터; 및
    상기 교류전압 측정회로와 부하간의 네가티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 갖는 제2 측정 커패시터;를 포함하고,
    상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압은 상기 제1 측정 커패시터의 일단 및 타단에서 측정되고,
    상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압은 상기 제2 측정 커패시터의 일단 및 타단에서 측정되는
    교류전력 측정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 교류전압 측정회로는
    상기 교류전압 측정회로와 부하간의 파지티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 갖는 제1 측정 커패시터;
    상기 교류전압 측정회로와 부하간의 네가티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 갖는 제2 측정 커패시터;
    상기 제1 측정 커패시터의 일단과 접지 사이에 직렬로 접속된 적어도 2개의 커패시터를 포함하고, 상기 제1 측정 커패시터의 일단에 걸리는 전압을 분할하여 상기 교류 파지티브 전압중 제1 교류 파지티브 전압을 제공하는 제1 분할 회로부;
    상기 제1 측정 커패시터의 타단과 접지 사이에 직렬로 접속된 적어도 2개의 커패시터를 포함하고, 상기 제1 측정 커패시터의 타단에 걸리는 전압을 분할하여 상기 교류 파지티브 전압중 제2 교류 파지티브 전압을 제공하는 제2 분할 회로부;
    상기 제2 측정 커패시터의 일단과 접지 사이에 직렬로 접속된 적어도 2개의 커패시터를 포함하고, 상기 제2 측정 커패시터의 일단에 걸리는 전압을 분할하여 상기 교류 네가티브 전압중 제1 교류 네가티브 전압을 제공하는 제3 분할 회로부; 및
    상기 제2 측정 커패시터의 타단과 접지 사이에 직렬로 접속된 적어도 2개의 커패시터를 포함하고, 상기 제2 측정 커패시터의 타단에 걸리는 전압을 분할하여 상기 교류 네가티브 전압중 제2 교류 네가티브 전압을 제공하는 제4 분할 회로부;
    를 포함하는 교류전력 측정장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 I/Q 다이렉트 다운 컨버터는
    상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압 각각을 제1 국부 발진신호를 이용하여 I 신호로 다운 컨버젼하는 제1 믹서; 및
    상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압 각각을 제2 국부 발진신호를 이용하여 Q 신호로 다운 컨버젼하는 제2 믹서; 를 포함하고,
    상기 제2 국부 발진신호는 상기 제1 국부 발진신호와 90도의 위상차를 갖는 교류전력 측정장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 교류전력 연산기는
    상기 아날로그/디지털 변환기로부터의 I-데이타 및 Q-데이타를 이용하여, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압간의 파지티브 전압차 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압간의 네가티브 전압차를 구하고, 상기 파지티브 전압차와 네가티브 전압차간의 차전압을 이용하여 실효 전류를 구하고, 상기 제2 교류 파지티브 전압과 상기 제2 교류 네가티브 전압간의 차전압을 이용하여 실효 전압을 구하고, 상기 실효 전류 및 실효 전압을 이용하여 상기 교류 전력을 구하는 교류전력 측정장치.
  7. 교류전압 측정회로에서, 교류 전압원으로부터 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압을 측정하는 단계;
    스위치 회로부에서, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압을 하나씩 선택하는 단계;
    I/Q 다이렉트 다운 컨버터에서, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압 각각을 직접 다운 컨버젼을 통해 서로 직교하는 I 신호 및 Q 신호로 컨버젼하는 단계;
    필터 회로부에서, 상기 I 신호 및 Q 신호를 통과시키고 노이즈를 차단하는 단계;
    아날로그/디지털 변환기에서, 상기 필터 회로부로부터의 I 신호 및 Q 신호를 I-데이타 및 Q-데이타로 변환하는 단계; 및
    교류전력 연산기에서, 상기 I-데이타 및 Q-데이타에 이용하여 교류 전력을 계산하는 단계;
    를 포함하는 교류전력 측정방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압, 제1, 제2 교류 네가티브 전압을 측정하는 단계는
    상기 교류전압 측정회로와 부하간의 파지티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 갖는 제1 측정 커패시터를 이용하여, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압을 측정하고,
    상기 교류전압 측정회로와 부하간의 네가티브 라인에 접속되어, 상기 교류전압 측정회로에 접속된 일단과 그 반대측의 타단을 갖는 제2 측정 커패시터를 이용하여, 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압을 측정하는
    교류전력 측정방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 I 신호 및 Q 신호로 컨버젼하는 단계는
    상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압 각각을 제1 국부 발진신호를 이용하여 I 신호로 다운 컨버젼하고,
    상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압 및 제1, 제2 교류 네가티브 전압 각각을 제2 국부 발진신호를 이용하여 Q 신호로 다운 컨버젼하며,
    상기 제2 국부 발진신호는 상기 제1 국부 발진신호와 90도의 위상차를 갖는
    교류전력 측정방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 교류 전력을 계산하는 단계는
    상기 아날로그/디지털 변환기로부터의 I-데이타 및 Q-데이타를 이용하여, 상기 제1, 제2 교류 파지티브 전압간의 파지티브 전압차 및 상기 제1, 제2 교류 네가티브 전압간의 네가티브 전압차를 구하는 단계;
    상기 파지티브 전압차와 네가티브 전압차간의 차전압을 이용하여 실효 전류를 구하고, 상기 제2 교류 파지티브 전압과 상기 제2 교류 네가티브 전압간의 차전압을 이용하여 실효 전압을 구하는 단계; 및
    상기 실효 전류 및 실효 전압을 이용하여 상기 교류 전력을 구하는 단계;
    를 포함하는 교류전력 측정방법.
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