KR20190047047A - 충전 관리 시스템 - Google Patents

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KR20190047047A
KR20190047047A KR1020197010679A KR20197010679A KR20190047047A KR 20190047047 A KR20190047047 A KR 20190047047A KR 1020197010679 A KR1020197010679 A KR 1020197010679A KR 20197010679 A KR20197010679 A KR 20197010679A KR 20190047047 A KR20190047047 A KR 20190047047A
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레이던 컴퍼니
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Abstract

전원으로부터 부하로 에너지를 분배하기 위한 전력 분배 버스 회로를 포함하는 충전 관리 시스템, 및 부하로의 에너지의 분배를 돕기 위해 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로에 관한 것이다. 충전 관리 시스템 제어기는 하나 이상의 모드 동안 중간 저장 회로 및 전력 분배 버스 회로 사이에서 에너지의 방전을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 충전 관리 시스템은 전력 분배 버스 회로가 부하 요구에 응답하여 전력 버스 전압 강하 이전에 중간 에너지 저장 회로로부터 에너지를 수신하게 할 수 있고, 이는 전원이 전력 버스 전압에서의 섭동에 응답하게 할 수 있고, 전원으로부터의 돌입 전류를 최소화할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 고전력 장비를 소프트 스타트하거나, 셧다운과 연관된 에너지 스파이크를 흡수하도록 사용될 수 있다.

Description

충전 관리 시스템
본 발명은 일반적으로 전력 제어 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지원으로부터의 전력에 대한 전달을 개선하기 위한 충전 관리 시스템에 관한 것이다.
전기 모터 또는 하이 펄스 전자 장비와 같은, 전자 장치 또는 전기 기계 장비를 사용하는 많은 애플리케이션은, 일반적으로 전력 공급 장치(power supply)로부터 고전력 출력(high-power output)을 요구한다. 이러한 시스템에서, 회로는 일반적으로 전력 공급 장치로부터 장비 부하로 전력을 전달하도록 설계되고, 커패시터는 일반적으로 전력이 공급될 때 전압 강하(voltage drops)를 제한하기 위해 사용된다. 하지만, 이러한 고전력 장비(high-power equipment)의 작동 또는 시동(startup) 동안, 부하는 때때로 빠르게 변할 수 있으며, 이에 따라 부하에 대량의 전류가 전달되도록 요구할 수 있다. 이러한 상황에서는 전력 공급 장치에서 요구되는 돌입 전류(inrush current)가 상대적으로 높을 수 있으며, 이는 회로, 전자 기계 장비, 및/또는 전력 공급 장치에 손상을 야기할 수 있다. 또한, 이러한 높은 돌입 전류는 전자기 간섭(electromagnetic interference)을 발생시킬 수 있으며, 이는 전기 기계 장비의 성능에 대해 문제를 야기할 수 있다.
전술한 유형의 전력 전달 회로는 전형적으로 (무겁고 부피가 클 수 있는) 회로에서 커패시턴스의 양을 증가시키거나, 또는 시동 기간(startup period) 동안 장비의 성능을 저하시키는 제어 회로를 사용함으로써 전력 교란(power disturbance)의 이러한 문제를 해결하려고 시도한다.
본 발명은 그 중에서도 특히 전력 교란 및 피크 전류를 최소화하면서, 충분한 에너지가 전력 공급 장치로부터 부하로 분배될 수 있게 하는 충전 관리 시스템을 제공한다. 보다 구체적으로, 충전 관리 시스템은 이러한 고출력 전달 회로의 동작 중에 에너지의 분포를 돕기 위한 브리지로서 동작하도록 구성된 중간 에너지 저장 회로를 포함할 수 있다.
예를 들어, 충전 관리 시스템은 중간 에너지 저장 회로가 상대적으로 긴 기간 동안 에너지를 저장하고, 원할 경우 전력 분배 버스 회로로 방전될 수 있도록 구성될 수 있다.
충전 관리 시스템은 또한 게이트된(gated) 기간에 걸쳐 전력 버스 회로의 전류를 측정함으로써 중간 저장 회로로부터 전력 분배 버스 회로로 에너지의 방전을 제어하도록 구성될 수 있는 충전 관리 제어기를 포함할 수 있다.
중간 에너지 저장 회로는 중간 에너지 저장 회로로부터 전력 버스 회로로 분배되는 전하량을 제어하기 위해 충전 관리 제어기에 동작 가능하게 커플링된 방전 스위치를 포함할 수 있다.
이러한 충전 관리 시스템은, 부하 요구에 응답하여 전력 버스 전압이 떨어지기 전에, 전력 분배 버스 회로가 중간 에너지 저장 회로로부터 에너지를 수신할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 충전 관리 시스템은 주 전원이 주 전원으로부터의 돌입 전류를 최소화할 수 있는, 전원 버스 전압 내 섭동(perturbations)에 응답할 수 있게 한다.
예를 들어, 부하 전류 요구가 증가될 때, 충전 관리 시스템은 중간 에너지 저장 회로로부터 전력 분배 버스 회로로 에너지의 순간적(instantaneous) 전달을 가능하게 하여, 출력 전압이 증가되고 전력 공급 장치로부터 공급전류의 언더슈트가 감소되게 한다. 부스트 토폴로지 역률 보정(boost topology power factor correction)을 가지는 교류 시스템(alternating current systems)에 대해, 오른편 평면 제로(right hand plane zeroes)의 효과는 이에 따라 감소될 수 있다.
또한, 충전 관리 시스템을 사용하는 장치 또는 장비의 작동 중에 중간 에너지 저장 회로에 의해 저장된 에너지는, 전원 버스 회로의 출력에 적용되는 과도하게 높은 부하를 가지지 않고, 이러한 장비가 정상 상태 작동으로 부드럽게 램프 업(ramp up)하게 하기에 충분할 수 있다. 이는 이러한 목적을 위해 사용되는 절연 변압기(isolation transformer) 없이 수행될 수 있다.
이러한 충전 관리 시스템은 또한 전력 분배 버스의 불안정화를 최소화하거나 제거하면서 복수의 에너지 저장원들 사이에서 힘을 공유하게 할 수 있다.
전력 분배 버스 회로에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨을 초과하는 경우, 충전 관리 시스템은 전력 분배 버스 회로로부터 중간 에너지 저장 회로로 재생 에너지를 저장하게 할 수도 있다.
중간 에너지 저장 회로는 전력 분배 버스 회로로부터 중간 에너지 저장 회로로 분배되는 전하량을 제어하기 위해 충전 관리 제어기에 동작 가능하게 커플링된 캡처 충전 스위치(capture charge switch)를 포함할 수 있다.
중간 에너지 저장 회로는 또한 장치 또는 장비, 구체적으로 그 라인 입력에 걸친 커패시턴스의 양이 많은 장비를 소프트 스타트(soft-start)하는 데 사용될 수 있다. 이는 충전 관리 시스템의 입력 릴레이에 걸친 소산 레지스터(dissipative resistors) 필요 없이 달성될 수 있다.
또한, 충전 관리 시스템은 이러한 고전력 장비의 셧다운과 관련된 에너지 스파이크를 흡수하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서, 상기 충전 관리 시스템은, 상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및 상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간(intermediate) 에너지 저장 회로를 포함하고, 상기 방법은, (i) 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계; (ii) 방전 스위치를 활성화하여, 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로 방전하는 단계; (iii) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록, 상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계; 및 (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 결정 중에, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있지 않을 경우, 상기 단계 (i) 내지 상기 단계 (iv)를 반복하고, 상기 결정 중에, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있을 경우, 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서, 상기 충전 관리 시스템은, 상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및 상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로를 포함하고, 상기 방법은, (i) 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결하는 단계; (ii) 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계; (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족시키거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 방전 스위치를 활성화시켜, 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하로 방전하는 단계; (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록, 상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계; 및 (v) 상기 단계 (ii) 내지 상기 단계 (iv)를 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서, 상기 충전 관리 시스템은, 상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및 상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로를 포함하고, 상기 방법은, (i) 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압을 결정하고, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨보다 크다는 결정에 기초하여, 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터로 방전하는 단계; (ii) 상기 캡처 충전 스위치를 비활성화시켜, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터로부터 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계; (iii) 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨 아래에 있다는 결정에 기초하여, 상기 중간 에너지 저장 회로 내 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 더 충전하는 단계; (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족시키거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 방전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하로 방전하는 단계; 및 (iv) 상기 방전 스위치를 비활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 가지는 전력 분배 버스 회로를 통해 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템에 있어서, 상기 충전 관리 시스템은, 상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로 - 상기 중간 에너지 저장 회로는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하거나 연결 해제하도록 구성된 적어도 하나의 방전 스위치; 및 전력 버스 분배 회로 및 상기 중간 에너지 저장 회로에 동작 가능하게 연결된 시스템 제어기를 포함한다.
시동(start-up) 모드에서, 상기 시스템 제어기는, (i) 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화하여, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 적어도 하나의 에너지원에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 대해 충전하도록 하는 단계; (ii) 방전 스위치를 활성화하여, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지에 대해 방전하도록 하는 단계; (iii) 상기 방전 스위치를 비활성화하여, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로부터 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계; 및 (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있지 않다는 결정에 기초하여, 상기 제어기가 단계 (i) 내지 (iv)를 반복하고, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 결정 동안 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초하여, 상기 제어기는 전력 릴레이 스위치를 활성화하여 부하에 전원을 동작 가능하게 연결하도록 구성되도록, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
동작(operation) 모드에서, 상기 시스템 제어기는, (i) 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결하는 단계; (ii) 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨 이상인지 여부를 결정하고, 상기 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 레벨 아래라는 결정에 기초하여, 상기 제어기는, 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지원에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 대해 충전하도록 하는 단계; (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족하거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 상기 방전 스위치를 활성화시켜 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 동작 가능하게 연결시킴으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하에 방전하도록 하는 단계; 및 (iv) 상기 방전 스위치를 비활성화하여, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
재생(regenerative) 모드에서, 상기 제어기는 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압을 결정하도록 구성될 수 있고, 상기 제어기는, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨보다 크다는 결정에 기초하여, 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 동작 가능하게 연결하도록 구성됨으로써, 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 방전하도록 할 수 있다.
다음의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 특정 예시적인 실시예를 제시한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 다양한 방식 중 일부를 나타낸다. 본 발명의 측면에 따른 다른 목적, 이점 및 새로운 특징은 도면과 관련하여 고려될 경우 다음의 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
부속 도면은 본 발명의 다양한 측면을 도시하지만, 반드시 스케일링(scale)할 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 충전 관리 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에서 충전 관리 시스템을 사용하는 예시적인 시동 모드(start-up mode)를 도시하는 흐름도이다.
도 3a는 도 2에서 시동 모드의 일부에 따른 예시적인 시뮬레이션을 도시하는 x-y 플롯 도면(x-y plot diagram)이다. 도 3b는 도 3a의 확대도(close-up view)이다.
도 4a는 도 1에서 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 시스템에 따른 시동 모드의 시뮬레이션을 도시하는 x-y 플롯 도면이다. 도 4b는 도 1에서 충전 관리 시스템을 사용하는 시동 모드에 대한 예시적인 시뮬레이션을 도시하는 x-y 플롯 도면이다.
도 5는 도 1의 충전 관리 시스템을 사용하는 예시적인 동작 모드를 도시하는 흐름도이다.
도 6a는 도 1의 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 시스템에 따른 동작 모드에 대한 시뮬레이션을 도시하는 x-y 플롯 도면이다. 도 6b는 도 1의 충전 관리 시스템을 사용하는 동작 모드에 대한 예시적인 시뮬레이션을 도시하는 x-y 플롯 도면이다.
도 7은 도 1의 충전 관리 시스템을 이용하는 예시적인 재생 모드(regenerative mode)를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 도 1의 충전 관리 시스템을 사용하는 시동 기간 동안 재생 과전압 보호 모드(regenerative over-volt protection mode)에 대한 예시적인 시뮬레이션을 도시하는 x-y 플롯 도면이다.
도 9는 도 1의 충전 관리 시스템을 이용한 예시적인 셧다운 모드를 도시하는 흐름도이다.
도 10a 및 10b는 도 1의 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 시스템에 따른 셧다운 모드에 대한 시뮬레이션을 도시하는 x-y 플롯 도면이다.
도 11a 및 11b는 도 1의 충전 관리 시스템을 사용하는 셧 다운 모드에 대한 예시적인 시뮬레이션을 도시하는 x-y 플롯 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 충전 관리 시스템의 예시적인 회로도이다.
본 발명의 원리는 전기 모터, 레이더, 광선 레이더(Lidars), 전자전 시스템(electronic warfare systems), 펄스형 무선 주파수 고전력 지향 에너지 무기(pulsed radio frequency high-power directed energy weapons) 등과 같은 고전력 장치 또는 장비에 대해 특히 적용되며, 이에 따라 이러한 맥락에서 아래에 설명될 것이다. 하지만, 본 발명의 원리는, 전력 교란 및 전력 공급 장치 상의 피크 전류 드로(peak current draws)를 최소화하면서, 충분한 에너지가 전력 공급 장치로부터 부하로 분배되게 하는 충전 관리 시스템을 제공하는 것이 바람직한, 다른 시스템 또는 응용(applications)에도 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 예시적인 충전 관리 시스템(10)의 개략적인 블록도가 도시된다. 충전 관리 시스템(10)은 전력 분배 버스 회로(12), 중간 에너지 저장 회로(14), 및 충전 관리 시스템 제어기(16)(시스템 제어기(16)라고도 함)를 포함한다.
전력 분배 버스 회로(12)는 주 전원 공급원(V1) 및 부하(20)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 부하(20)는 전원(V1)으로부터 전력을 요구하는, 전기 기계 장비와 같은 하나 이상의 장치 또는 장비를 포함할 수 있다. 이러한 전자 기계 장비는 직렬 하이브리드(serial-hybrid) 또는 병렬 하이브리드(parallel-hybrid) 차량과 같은 차량에 사용될 수 있는 재생 전기 모터 드라이브(regenerative electric motor drives)와 같은 교류(AC: Alternating Current) 또는 직류(DC: Direct Current) 전기 모터를 포함할 수 있거나, 또는 전자 기계 장비는 레이더, 광선 레이더, 전자전(EW) 시스템, 펄스형(pulsed) 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 펄스형(pulsed) 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 고전력 지향 에너지 무기 등과 같은 고전력 전자 장비를 포함할 수 있다. 주 전원(V1)(전원 또는 전력 공급 장치로도 지칭됨)은 AC 전원 또는 DC 전원일 수 있다. 예를 들어, AC 전원은 AC 전력을 DC로 변환하기 위한 3 상 정류기 어셈블리와 같은 역률 보정(PFC: Power Factor Correction) 회로를 가지는 AC 발생기(generator)를 포함할 수 있다. 예를 들어, DC 전원은 배터리 팩, 태양 전지판, 또는 수소 동력형 연료 전지(hydrogen powered fuel cell)와 같은 연료 전지를 포함할 수 있다. 예시적인 비 제한적인 실시예에서, 주 전원(V1)은 115Vac, 270Vdc, 400Vdc, 또는 540Vdc 출력 전압을 가지는 전압원, 또는 임의의 주파수를 가지는 어느 다른 임의의 전압일 수 있다. 전술한 부하 및/또는 전원의 예는 제한이 아닌 예시를 위한 것이며, AC 또는 DC 전력에 의해 동작 가능한 임의의 적절한 장치는 당업자에 의해 이해되는 시스템 요구 사항에 따라 선택될 수 있다.
전력 분배 버스 회로(12)는 하나 이상의 주 전력 릴레이 스위치(S1, S2) 및 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 주 전력 릴레이 스위치(S1, S2)는 전원(V1)을 부하(20)에 동작 가능하게 연결하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 주 전력 릴레이 스위치(S1, S2)는 기계적(mechanical) 또는 고체 상태 스위치(solid state switches)를 포함할 수 있거나, 회로 내 전기의 흐름을 차단하기에(interrupting) 적합한 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)는 전력 분배 버스 회로(12)에 걸친 에너지를 저장하도록 구성될 수 있다. 전력 버스 커패시터(C1)는 알루미늄 전해 커패시터(aluminum electrolytic capacitor)와 같은 전해 커패시터, 또는 고용량 전기 화학 커패시터(high-capacity electrochemical capacitor)와 같은 수퍼 커패시터(super capacitor)를 포함할 수 있거나, 또는 회로에서 에너지 또는 전하(charge)를 저장하기에 적절한 커패시턴스(capacitance)를 가지는 임의의 다른 커패시터를 포함할 수 있다.
중간 에너지 저장 회로(14)는 전력 분배 버스 회로(12)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 중간 에너지 저장 회로(14)는 또한 AC 전원 또는 DC 전원을 포함할 수 있는, 적어도 하나의 에너지원(V2)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 에너지원(V2)는 주 전원(V1)과 실질적으로 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 에너지원(V2)와 주 전원(V1)이 동일하거나 유사한 경우, 적어도 하나의 에너지원(V2) 및 주 전원(V1)은 동일한 전력 경로를 공유하도록 함께 동작 가능하게 커플링될(coupled) 수 있거나, 서로 통합될(integral) 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 에너지원(V2)는 주 전원(V1)과 다를 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 에너지원(V2)와 주 전원(V1)이 다른 경우, 적어도 하나의 에너지원(V2) 및 주 전원(V1)은 상이한 전력 경로를 가지도록 동작 가능하게 함께 커플링될 수 있거나, 서로 통합되고 상이한 전력 스테이지를 가질 수 있거나, 또는 적어도 하나의 에너지원(V2)는 주 전원(V1)으로부터 별개의 독립형 전원일 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 에너지원(V2)은 직렬 또는 병렬로 함께 동작 가능하게 커플링된 복수의 에너지원일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 에너지원(V2)는 AC, 배터리 저장소(battery storage)일 수 있거나, 예를 들어 수소 연료 전지 또는 태양 전지판과 같은 DC를 발생시키는 연료 전지일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 에너지원(V2)는 상대적으로 낮은 전력량(wattage)를 가지는 전압원일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 에너지원(V2)는 약 400Vdc의 전압 및 약 25W의 전력량을 가질 수 있다. 그러나, 에너지원의 예는 예시를 위한 것이지 제한을 위한 것은 아니며, AC 또는 DC 전력에 의해 작동 가능한 임의의 적절한 에너지원은 당업자에 의해 이해되는 시스템 요구 사항에 따라 선택될 수 있다.
중간 에너지 저장 회로(14)는 회로(14)에 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 커패시터(C5)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 커패시터(C5)는 제1 에너지 저장 커패시터(C2), 제2 에너지 저장 커패시터(C3), 및 제3 에너지 저장 커패시터(C4)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 제2 커패시터(C3) 및 제3 커패시터(C4)는 중간 에너지 저장 회로(14)에 걸쳐 서로 직렬로 동작 가능하게 연결될 수 있고, 제1 에너지 저장 커패시터(C2)는 제2 커패시터(C3) 및 제3 커패시터(C4)에 병렬로 동작 가능하게 연결될 수 있다. 각각의 에너지 저장 커패시터(C2, C3 및/또는 C4)는 서로 실질적으로 유사할 수 있거나, 또는 각각의 커패시터(C2, C3 및/또는 C4)는 서로 상이할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 에너지 저장 커패시터(C2, C3 및/또는 C4)는 알루미늄 전해 커패시터와 같은 전해 커패시터, 또는 고용량 전기 화학 커패시터와 같은 수퍼 커패시터를 포함할 수 있거나, 또는 회로 내에 에너지 또는 전하를 저장하기 위한 적절한 커패시턴스를 가지는 임의의 다른 커패시터를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 각각의 커패시터(C2, C3, 및/또는 C4)는 전력 버스 커패시터(power bus capacitor)(C1)의 커패시턴스(capacitance) 또는 에너지 저장 용량(energy storage capacity)보다 작을 수 있는, 서로 거의 동일한 커패시턴스 또는 에너지 저장 용량을 가질 수 있다.
중간 에너지 저장 회로(14)는 중간 에너지 저장 회로를 전력 분배 버스 회로(12) 및/또는 에너지원(V2)에 동작 가능하게 연결 및/또는 연결 해제하기 위한 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에 도시된 바와 같이, 중간 에너지 저장 회로(14)는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 에너지원(V2)과 동작 가능하게 연결하거나 연결 해제하기 위한 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(energy storage capacitor charge switch)(S3)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 중간 에너지 저장 회로(14)는, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)가 활성화될 때, 에너지원(V2)가 각 커패시터(C2, C3, 및/또는 C4) 중 하나 이상을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 충전할 수 있도록 구성된다.
중간 에너지 저장 회로(14)는 또한 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 전력 분배 버스 회로(12)와 동작 가능하게 연결하거나 연결 해제하기 위한 적어도 하나의 방전 스위치(S4)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 방전 스위치(S4)(에너지 저장 커패시터 방전 스위치로도 지칭됨)는, 활성화될 때, 에너지 저장 커패시터(C2, C3 및/또는 C4) 중 하나 이상을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)로부터 적어도 일부 에너지가, 전력 버스 커패시터(C1) 및/또는 부하(20)로 방전되게 야기하도록 구성될 수 있다.
중간 에너지 저장 회로(14)는 전력 버스 커패시터(C1)를 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)와 동작 가능하게 연결하거나 연결 해제하기 위한 적어도 하나의 에너지 캡처 충전 스위치(S5)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 캡처 충전 스위치(S5)는 활성화될 때, 전력 버스 커패시터(C1)에서 적어도 일부 에너지가 제1 에너지 저장 커패시터(C5) 중 하나 이상을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5), 및 에너지 저장 커패시터(C3 및 C4)(에너지 캡처 커패시터라고도 지칭됨)로 방전되도록 구성될 수 있다. 각각의 스위치(S3, S4 및/또는 S5)는 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistors) 등을 포함하는 기계적 또는 고체 상태 스위치를 포함할 수 있거나, 또는 회로에서 전류의 흐름을 차단하기 위한 임의의 다른 적절한 장치를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
시스템 제어기(16)는 전력 릴레이 스위치(S1 및 S2)를 포함하는 전력 분배 버스 회로(12) 내 하나 이상의 스위치에 동작 가능하게 연결될 수 있고, 또한 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3), 방전 스위치(S4) 및 캡처 충전 스위치(S5)를 포함하는 중간 에너지 저장 회로(14) 내 하나 이상의 스위치에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 시스템 제어기(16)는 다른 조건들에서 각각의 회로(12 및 14), 에너지원(V2), 주 전원(V1) 및/또는 부하(20)와 연관된 하나 이상의 조건의 결정에 기초하여 각각의 스위치를 활성화 또는 비활성화시킴으로써 예시적인 충전 관리 시스템(10)을 작동시키도록 구성될 수 있다. 시스템 제어기(16)는 데이터를 처리하기 위한 모든 장치, 장치 및/또는 기계를 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 시스템 제어기(16)는 디지털 신호 프로세서(DSP: Digital Signal Processor), 주문형 집적 회로(ASIC: Application Specific Integrated Circuit), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: Field-Programmable Gate Array) 집적 회로, 아날로그 제어기, 이산 제어 회로, 또는 충전 관리 시스템(10)의 동작을 제어하기 위한 임의의 다른 적합한 장치를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 시동 모드 동안 충전 관리 시스템(10)을 동작시키는 예시적인 방법(100)을 도시하는 순서도가 도시된다. 예시적인 프로세스는 충전 관리 시스템이 활성화되어 시동 모드로 들어가는 단계(105)에서 시작될 수 있다. 단계(110)에서, 시스템 제어기(16)는 스위치(S1, S2, S3, S4 및 S5)를 포함하는 각각의 회로(12 및 14) 내 모든 스위치를 비활성화 또는 오픈할(open) 수 있다. 일단 모든 스위치가 비활성화되었다고 결정되면, 프로세스는 전력이 에너지원(V2)에 인가될 수 있는 단계(115)로 진행할 수 있다. 단계(120)에서, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)는 에너지원(V2)를 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 동작 가능하게 연결하기 위해 활성화 또는 턴 온될(turned-on) 수 있다. 그 후, 단계(125)에서, 에너지 저장 커패시터(C2, C3 및/또는 C4) 중 하나 이상을 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)는 에너지원(V2)에 의해 미리 결정된 에너지 레벨 또는 미리 결정된 에너지 범위까지 충전될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 미리 결정된 범위를 한정하는 전형적인 단계 전압(step voltage)은 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압의 약 1-2 %일 것이다. 비 제한적인 예로서, 전력 버스 커패시터(C1)가 270Vdc로 충전되는 경우, 미리 결정된 범위를 정의하는 전형적인 단계 전압은 270Vdc 또는 5-10Vdc ± 2Vdc의 약 1-2 %일 것이다. 예시적인 실시예에서, 에너지원(V2)는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 전압 소스에 의해 결정된 전압으로 충전하는 전압원이며, 이때 이러한 충전의 속도(rate)는 임의적(arbitrary)일 수 있다. 이는 예를 들어 전압원이 약 10W와 같은 작은 전력량 전력 공급 장치가 되도록 허용할 수 있다. 동작 중 이러한 시점(point)에서 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)가 활성화되고 에너지 캡처 충전 스위치(S5)가 비활성화될 때, 제2 커패시터(C3) 및 제3 커패시터(C4)는 중간 에너지 저장 회로(14)에 걸쳐 서로 직렬로 동작 가능하게 연결될 수 있고, 제1 에너지 저장 커패시터(C2)는 제2 커패시터(C3) 및 제3 커패시터(C4)에 병렬로 동작 가능하게 연결될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 또한, 동작 중 이러한 시점에서, 방전 스위치(S4)는 전력 버스 회로(12)에서 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 동작 가능하게 연결 해제하도록 비활성화된다는 것을 유의해야 한다. 이러한 방식으로, 부하(20)는 예를 들어 변압기(transformer)를 통해 전원(V1)으로부터 분리되고, 부하(20)는 또한 적어도 에너지 저장 커패시터(C5)로부터 연결 해제된다.
적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)가 미리 결정된 레벨로 충전되었다고 결정된 후에, 시동 동작은, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)가 비활성화되거나 턴 오프되어(turned-off) 에너지원(V2)으로부터의 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 동작 가능하게 연결 해제될 수 있는 단계(130)로 진행할 수 있다. 단계(135)에서, 방전 스위치(S4)는 전력 분배 버스 회로(12) 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)에 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 동작 가능하게 연결하도록 활성화된다. 일단 방전 스위치(S4)가 이러한 방식으로 활성화되면, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 저장된 에너지 중 적어도 일부는 전력 버스 커패시터(C1)로 순간적으로 방전되어 저장될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)로부터의 에너지의 방전은, 서로 직렬로 연결된 에너지 저장 커패시터(C3 및 C4)의 조합과 병렬인 에너지 저장 커패시터(C2)에 저장된 에너지의 방전을 포함한다.
단계(140)에서, 시스템 제어기(16)는 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)로의 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 대한 방전이 완료되었는지 여부(예를 들어, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 걸친 전압 및 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내인지 여부)를 결정할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 미리 결정된 범위를 정의하는 전형적인 충전 종단 전압(typical charge termination voltage)은 전력 버스 커패시터(power bus capacitor)(C1)에 걸친 전압의 약 90%가 될 것이다. 비 제한적인 예로서, 전력 버스 커패시터(C1)는 270Vdc로 충전될 경우, 미리 결정된 범위를 정의하는 전형적인 충전 종단 전압은 270Vdc 또는 250Vdc의 약 90%가 될 것이다. 방전이 완료되지 않았다고 결정되면, 동작은 대기하고 C5를 방전하고 C1을 충전하기를 계속할 수 있다. 일단 방전이 완료되면(예를 들어, 각 커패시터(C5, C1)에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있으면), 시동 동작은 단계(145)로 진행함으로써 방전 스위치(S4)가 비활성화되어 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)로부터 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 동작 가능하게 연결 해제할 수 있다. 그 후에, 단계(150)에서, 시스템 제어기(16)는 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압이 상술된 충전 종단 전압과 같은 특정 범위 내에 있는지 여부를 결정한다. 전력 버스 커패시터(C1)가 특정 범위 내에 충전되지 않았다고 결정되면, 프로세스는 단계(120)로 진행함으로써 반복된다. 전력 버스 커패시터(C1)가 특정 범위 내에 충전되었다고 결정되는 경우, 프로세스는 주 전력 릴레이 스위치(S1, S2)가 활성화되어 전원(V1)을 부하(20)에 동작 가능하게 연결하는 단계(155)로 진행할 수 있다.
도 3A를 참조하면, 시동 동작(100)의 일부를 도시하는 x-y 플롯 도면(plot diagram)이 도시된다. 도시된 도면에서, (볼트(volts)로) 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 걸친 전압은 그래프의 상부(top portion)(162)에서 y 축 상에 표시되고(plotted), (볼트로) 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압은 그래프의 하부(bottom portion)(164)에서 y 축 상에 표시된다. C5(162)의 전압 및 C1(164)의 전압은 (예를 들어, 도 2를 참조하여 상술된 단계(120 내지 130)를 통해) 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 충전하는 시퀀스 동안 동일한 시간 스케일(same time scale)(x 축, 초)로서 표시되고, (예를 들어, 전술한 단계(135 내지 145)를 통해) 전력 버스 커패시터(C1)로 에너지를 방전하고, (예를 들어, 상술된 바와 같이 단계(150)를 통해 단계(120)로 돌아가는) 이러한 시퀀스를 반복한다.
도 3B를 참조하면, 도 3A의 일부에 대한 확대도가 약 325 밀리초 내지 약 950 밀리초의 시간 사이에 도시된다. 도 3B에 사용된 참조 번호는 충전 관리 시스템(10)에 대한 예시적인 시동 모드(100)를 설명하기 위해 도 2의 흐름도에서의 각 단계에 대응한다. 예를 들어, 도 3B에 도시된 바와 같이, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치가 활성화되고(단계(120′)), 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는 에너지 저장 커패시터 전압이 다음 50 밀리초 쯤에서 램프 업함에 따라 도시된 에너지원에 의해 충전된다(단계(125′)). 에너지 저장 커패시터는 미리 결정된 레벨 또는 범위로 충전되며, 이러한 실시예에서 동작 동안 이 시점에서 약 95V 내지 약 105V로 약 20V 증가이다. 20V 증가는 회로의 동작을 설명하도록 이러한 비 제한적인 예에서 선택된 임의의 값이다. 에너지 저장 커패시터 충전 스위치는 비활성화되고(단계(130′)), 에너지 저장 커패시터 방전 스위치가 활성화된(단계(135′)) 직후, 이에 의해 에너지 저장 커패시터에 저장된 에너지를 전력 버스 커패시터로 방전시키며, 이는 미리 결정된 범위 내로 전력 버스 커패시터 전압의 순간적인 증가로 도시된다. 이러한 비 제한적인 예에서, 미리 결정된 범위는, 에너지 저장 커패시터 전압과 거의 동일하거나, 또는 예시적인 실시예에서 약 20Vdc ± 2Vdc인 전력 버스 커패시터에 걸친 전압에 의해 정의된다. 이 시간 동안, 시스템 제어기는 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부를 결정할 수 있고(단계(140′)), 일단 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 이러한 범위에 도달하면, 방전 스위치는 비활성화된다(단계(145′)). 시스템 제어기는 주 전력 스위치를 활성화시키기 위해 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 특정 범위 내에 있는지 여부를 결정할 수 있다(단계(150′)). 시스템 제어기는 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 주 전력 스위치(단계(150′))를 활성화시키도록 특정 범위 내에 있는지 여부를 결정할 수 있다. 전력 버스 커패시터가 여전히 증가되어야 하는 경우에, 프로세스가 반복되며, 이는 (도 3A에 도시됨) 이러한 예에서 전력 버스 커패시터 전압이 240V에 도달할 때까지 약 55 밀리초를 반복하는 예시적인 실시예에 도시된다. 전력 버스 커패시터 전압이 이러한 예에서 240V와 같은 특정 범위 내에 있다고 결정되는 경우, 주 전력 스위치가 활성화된다(단계(155′)).
도 4A 및 도 4B를 참조하면, (도 4A에 도시된) 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 동작에 대한 시동 모드와 비교되는 (도 4B에 도시된) 예시적인 충전 관리 시스템(10)을 사용하여 동작에 대한 시동 모드의 예시적인 시뮬레이션이 도시된다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 예시적인 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 시스템의 시동 동안, 전원이 동작 가능하게 부하에 연결될 때의 피크 돌입 전류는 450 암페어이다(참조 부호 165′로 도시됨). 비교하여, 도 4B 내 상부 그래프(170)를 참조하면, 반복되는 단계 함수가 도시되며, 이는 (도 3에 도시된 것과 유사하게) 시간 동안 전력 버스 커패시터의 전압에서의 증가에 대응한다. 도 4B의 하단 그래프(bottom graph)(175)에 도시된 바와 같이, 전원이 부하에 연결될 때, 피크 돌입 전류는 단지 42 암페어이며(참조 번호(165′′)로 도시됨), 이는 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 시스템을 통한 약 90% 감소이다. 도시된 예에서, 예시적인 충전 관리 시스템을 사용하는 42 암페어의 돌입 전류는 전 부하 동작(full load operation) 동안 10W 전력 공급 장치로부터 끌어온(drawn) 39 암페어의 전류보다 단지 약간(marginally) 더 높다. 또한, 도시된 예는 이러한 충전 관리 시스템이 소산 레지스터를 사용하지 않고 10W 전력 공급 장치를 위한 적어도 하나의 전력 버스 커패시터가 5초에서 정상 동작 전압을 달성하도록 25W 에너지원에 의해 충전(charged up)되도록 허용할 수 있다는 것을 도시한다.
도 5를 참조하면, 정상 동작 모드 동안 충전 관리 시스템(10)을 동작시키는 예시적인 방법(200)을 도시하는 흐름도가 도시된다. 동작은 도 2에 도시된 시동 모드 다음에 동작 모드로 진입할 수 있는 단계(210)에서 시작할 수 있다. 단계(212 및 214)에 도시된 바와 같이, 동작 모드(200) 동안, 주 전원(V1)은 활성화되고 부하(20)에 동작 가능하게 연결된다. 또한, 단계(210)에서 동작 모드로 진입할 때, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)가 임계 레벨 이하이고 충전될 필요가 있다는 결정에 기초하여, 프로세스는 아래에서 더 상세히 기술되는 바와 같이 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)가 활성화되어 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 충전하는 단계(224)로 부가적으로(optionally) 진행할 수 있다.
부하가 단계(214)에서 인가된 후에, 프로세스는 시스템 제어기(16)가 부하 전류 요구를 결정할 수 있는 단계(216)로 진행할 수 있다. 부하(20)가 미리 결정된 레벨을 충족시키거나 초과하는 전류를 요구한다는 것을 시스템 제어기(16)가 결정할 때까지 동작은 대기할(wait) 수 있고, 프로세스는 단계(218)로 진행할 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 미리 결정된 레벨은 설계 요구 사항에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 미리 결정된 레벨은 최대 펄스 부하(maximum pulsed load)의 약 25 ± 2 %일 수 있다. 단계(218)에서, 에너지 저장 방전 스위치(S4)는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)에 동작 가능하게 연결하도록 활성화됨으로써, 에너지 저장 커패시터(C5)에 저장된 적어도 일부 에너지와 전력 버스 커패시터(C1)에 저장된 적어도 일부 에너지를 부하(20)로 방전한다. 부하로의 전하 이동(charge transfer)은 다음의 방정식으로 주어진다.
Vbus = [V(초기 저장 용량(initial of storage cap))*커패시턴스(Capacitance)(저장 용량(storage cap)(C5)) + V(초기 버스 용량(initial of bus cap))*커패시턴스(버스 용량(C1))] / [커패시턴스(저장 용량(C5)) + 커패시턴스(버스 용량)(C1)]
이때, Vbus는 전력 버스 회로(12)에 걸친 전압이고,
V(초기 저장 용량)는 적어도 하나의 저장 커패시터(C5)에 걸친 초기 전압이며,
커패시턴스(저장 용량)은 적어도 하나(조합으로)의 저장 커패시터(C5)의 커패시턴스이고,
V(초기 버스 용량)는 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압이고,
커패시턴스(버스 용량)는 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)의 커패시턴스이다.
예시적인 실시예에서, 방전 스위치(S4)가 활성화될 때, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)와의 병렬 조합(서로 직렬로 연결된 에너지 저장 커패시터(C3 및 C4)의 조합과 병렬인 에너지 저장 커패시터(C2)를 포함)에서의 전력 버스 커패시터(C1)로부터 부하(20)로 에너지가 순간적으로 전달된다(transferred).
바람직하게는, 부하(20)로의 에너지에 대한 이러한 순간적인 전하 이동은 전력 분배 버스 회로(12)의 출력 전압을 증가시키고, 이는 부스트 토폴로지 전원(boost topology power sources)에서 오른편 평면 제로(right-hand plane zeroes)와 연관된 언더슈트(undershoot)를 감소시킬 수 있다. 즉, 오른편 평면 제로는 종종 다음의 전달 함수(transfer function)에 의해 야기된다.
Vout = Vin * (1/1-DC)
이때,
Vout은 전력 버스 회로(12)로부터 부하(20)로의 전압이고,
Vin은 전원(V1)으로부터 전력 버스 회로(12)로의 전압이며,
DC는 부하에 의해 요구되는 직류와 같은 전류이다.
따라서, 부하에 의해 요구되는 증가된 전류는 Vout이 감소하기 때문에 전류 또는 DC가 증가하게 할 수 있다. 그러나, 예시적인 충전 관리 시스템을 사용하고 전술한 방식으로 순간적으로 전하를 이동시킴으로써, DC가 감소하는 대신에 DC가 증가하여 에러 증폭기(error amplifier)로 가는 전압도 증가시킨다(forcing). 그 결과로 Vout이 증가하고 오른편 평면 제로와 연관된 언더슈트는 감소된다.
방전 스위치(S4)가 단계(218)에서 활성화된 이후 및 각각의 커패시터(C1 및 C5)(C2, C3 및 C4 중 하나 이상을 포함)의 방전 동안, 시스템 제어기(16)는 단계(220)에서 방전이 완료되었는지 여부(예를 들어, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 걸친 전압과 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압이 서로에 대해 약 ± 10 %와 같은 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부)를 결정할 수 있다. 방전이 완료되지 않았다고 결정된 경우, 동작은 대기하고 방전을 계속할 수 있다. 일단 방전이 완료되면(예를 들어, 각각의 커패시터(C5, C1)에 걸친 전압이 서로에 대해 ± 10 % 이내), 동작은 방전 스위치(S4)가 비활성화되어 적어도 하나의 전력 저장 커패시터(C1)로부터 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 동작 가능하게 연결 해제시키는 단계(222)로 진행할 수 있다.
방전 스위치(S4)가 단계(222)에서 비활성화된 후에, 동작은 단계(216 내지 222)를 반복하도록 진행될 수 있다. 상술된 바와 같이, 프로세스는 적어도 에너지 저장 커패시터(C5)가 증가된 부하 전류 요구를 수용하기에 충분한 전하를 가진다는 결정에 기초하여 이러한 방식으로 진행할 수 있다. 한편으로, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)가 임계 에너지 레벨 아래에 있고 추가 전하를 요구할 수 있다고 결정될 경우, 프로세스는 단계(222)로부터 단계(224)까지 진행할 수 있다. 단계(224)에서, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)는 에너지원(V2)을 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 동작 가능하게 연결하도록 활성화될 수 있다. 그 후에, 단계(226)에서, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)는, 단계(228)에서 시스템 제어기(16)에 의해 결정될 수 있는 미리 결정된 에너지 레벨 또는 미리 결정된 에너지 범위까지 에너지원(V2)으로 충전될 수 있다. 비 제한적인 예의 방식으로, 270Vdc 전력 버스 전압(C1)에 대해, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 걸친 전압은 약 400Vdc ± 10Vdc일 수 있다. 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)가 미리 결정된 레벨로 충전되었다고 결정된 이후에, 동작은 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)가 비활성화되어 에너지원(V2)로부터 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 동작 가능하게 연결 해제시키는 단계(230)로 진행할 수 있다. 프로세스는 시스템 제어기(16)로부터 방전 명령(command)이 있을 때까지 단계(232)에서 대기한다. 도시된 바와 같이, 방전 명령은 단계(216)에서 방전 스위치(S3)를 활성화시키는 결정에 기초할 수 있고, 그 결과 프로세스는 단계(218)에서 루프로 들어가도록 진행한다.
도 6A 및 도 6B를 참조하면, (도 6A에 도시된) 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 동작 모드와 비교되는 (도 6B에 도시된) 예시적인 충전 관리 시스템(10)을 사용하여 동작 모드(200)에 대한 예시적인 시뮬레이션이 도시된다. 도 6A에 도시된 바와 같이, 예시적인 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 시스템의 동작 동안, 부하에 의해 요구되는 기준 전류(baseline current)는 5 암페어(amperes) 미만이고(참조 번호 265′에 도시됨), 부하는 증가된 전류를 요구할 때 부하에 대한 피크 돌입 전류는 약 95 암페어로 증가한다(참조 번호 270′로 도시됨). 비교 예에서, 도 6B를 참조하면, 예시적인 충전 관리 시스템(10)의 동작 동안, 부하에 의해 요구되는 기준 전류는 또한 5 암페어 미만이지만(참조 번호 265′′로 도시됨), 부하가 증가된 전류를 요구하고 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)로부터 에너지를 방전하기 위해 방전 스위치(S4)를 활성화시키는 것으로 결정되는 경우에, 부하에 대한 피크 돌입 전류는 약 42 암페어로 증가할 뿐이다(참조 번호 270′′). 동작에 대한 시동 모드에 관해 전술한 바와 같이, 동작 모드 동안 예시적인 충전 관리 시스템을 사용하는 42 암페어의 돌입 전류는 전 부하 동작(full-load operation) 동안 10W 전력 공급 장치로부터 끌어온 39 암페어의 전류보다 단지 약간 높다. 이러한 방식으로, 충전 관리 시스템은 부하 인가 돌입(load applied inrush)을 약 50 % 감소시킬 수 있고, 예를 들어 25 와트 에너지원을 사용하여, 5 초마다 50 % 감소가 실현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 재생 모드 동안 충전 관리 시스템(10)을 동작시키는 예시적인 방법(300)을 도시한 흐름도가 도시된다. 동작은 도 5에 도시된 정상 동작 모드 동안 시스템 제어기(16)가 전력 버스 모니터링 모드로 진입할 수 있는 단계(310)에서 시작할 수 있다. 도 5에서의 단계(310)에 도시된 바와 같이, 전력 버스 모니터링 모드는 부하(20)가 인가되는 동안 지속적으로 동작할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 단계(310)에서 전력 버스 모니터링 모드로 진입한 후에, 프로세스는 시스템 제어기(16)가 전력 분배 버스 회로(12) 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압을 결정할 수 있는 단계(315)로 진행할 수 있다. 시스템 제어기(16)는 전력 버스 커패시터(C1)가 임계 에너지 레벨 또는 범위보다 낮은 에너지 레벨을 가지는 것으로 결정하는 경우, 제어기는 전력 버스 커패시터(C1)를 계속 모니터하고 대기할 수 있다. 시스템 제어기(16)가 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨 또는 범위보다 크다고 결정하는 경우, 프로세스는 단계(320) 및/또는 단계(325)로 진행할 수 있다.
단계(320)에서, 시스템 제어기(16)는 에너지 저장 충전 스위치(S3)를 선택적으로 비활성화시키고, 방전 스위치(S4)를 비활성화시킬 수도 있다. 단계(325)에서, 에너지 캡처 스위치(S5)는 활성화되어 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)를 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 동작 가능하게 연결할 수 있으며, 이에 의해 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)에 저장된 적어도 일부의 에너지를 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)(커패시터(C2, C3 및/또는 C4) 중 하나 이상을 포함하는)로 방전시킬 수 있다. 예시적 실시예에서, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)가 비활성화되고, 에너지 캡처 충전 스위치(S5)가 활성화되는 경우에, 제2 에너지 저장 커패시터(C3) 및 제1 에너지 저장 커패시터(C2)는 서로 직렬로 작동 가능하게 연결될 수 있고, 제3 에너지 저장 커패시터(C4)는 제2 커패시터(C3) 및 제1 커패시터(C2) 모두에 병렬로 동작 가능하게 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 캡처 충전 스위치(S5)가 활성화되는 경우에, 전력 버스 커패시터(C1)로부터의 에너지는 서로 직렬인 C1 및 C2와 병렬(parallel)인 제3 커패시터(C4)로 전달될 수 있다.
캡처 충전 스위치(S5)가 단계(325)에서 활성화되고 전력 버스 커패시터(C1)로부터 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)로의 에너지의 방전 동안, 시스템 제어기(16)는 단계(330)에서 방전이 완료되었는지 여부를 결정할 수 있다(예를 들어, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 (C5)에 걸친 전압 및 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압은 전력 버스 회로(12)의 최대 허용 전압의 약 ± 5%와 같은 미리 결정된 범위 내에 있다). 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 270Vdc는 320Vdc까지 허용될 수 있으며, 이는 270Vdc ± 13Vdc의 전압 스파이크를 허용할 것이다. 이는 400V 레이트(400V-rated) 커패시터의 허용 전압 범위 내에서 좋을(well) 것이다. 방전이 완료되지 않았다고 결정될 경우, 동작은 대기하고 방전을 계속할 수 있다. 일단 방전이 완료되면(예를 들어, C5 및 C1에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있을 경우), 동작은 캡처 충전 스위치(S5)는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)로부터 적어도 하나의 전력 버스 커패시터(C1)를 동작 가능하게 연결 해제시키도록 비활성화되는 단계(335)로 진행할 수 있다.
캡처 충전 스위치(S5)가 단계(335)에서 비활성화된 후에, 동작은 선택적으로 단계(340)로 진행하고 단계(350)로 진행하여 도 5에 도시된 바와 같은 커패시터 충전 모드로 들어갈 수 있다. 프로세스는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)가 임계 에너지 레벨 아래에 있다는 결정에 기초하여 이러한 방식으로 진행할 수 있고, 부가적인 전하(charge)를 요구할 수 있다. 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)가 충전되어야 한다고 결정될 경우, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)가 단계(340)에서 활성화되어 에너지원(V2)를 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 동작 가능하게 연결할 수 있으며, 이에 의해 도 5의 단계(226)에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 충전할 수 있다. 에너지 저장 커패시터(C5)에 저장된 에너지는 상술한 시동 또는 동작 모드에서 나중에 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 에너지는 종래 기술의 회로 설계에서와 같이 낭비되는 대신에 보존되며, 이에 따라 효율성을 개선시킨다.
도 8을 참조하면, 충전 관리 시스템(10)을 사용하는 예시적인 시동 기간의 일부 동안 재생 과전압 보호 모드(regenerative over-volt protection mode)의 예시적인 시뮬레이션이 도시된다. 도시된 예에서, 시동 모드 동안 약 8.89 밀리초와 약 8.95 밀리초 사이의 시간 주기(x 축)의 클로즈업 뷰(close-up view)가 도시된다. 도 8에서 x-y 플롯의 상부(362)는 제1 에너지 저장 커패시터(C2)의 전압(y 축, 볼트)을 도시하고, x-y 플롯의 중간부(364)는 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압(y 축, 볼트)을 도시하고, x-y 플롯의 하부(366)는 제3 에너지 저장 커패시터(C4)에 걸친 전압(y 축, 볼트)을 도시한다. C2의 전압(362), C1의 전압(364) 및 C4의 전압(366)은 도시된 시퀀스(sequence) 동안 동일한 시간 스케일(scale)(x 축, 밀리초) 동안(over) 플롯된다(plotted).
도 8에 도시된 바와 같이, 약 8.895 밀리초와 약 8.908 밀리초 사이의 초기 기간 동안, 제3 에너지 저장 커패시터(C4)의 전압은 약 106Vdc에서 일정하다. 이러한 초기 기간 동안, 에너지 캡처 충전 스위치(S5)는 비활성화되고 에너지 방전 스위치(S4)는 또한 비활성화된다. 약 8.908 밀리초에서, 에너지 캡처 충전 스위치(S5)가 활성화되고(참조 번호(370)에 도시됨), 그 결과 에너지 저장 커패시터(C4)는 거의 순간적으로 약 106Vdc에서 약 256Vdc까지 충전된다(참조 번호(372)로 도시된다). 캡처 충전 스위치(S5)가 처음 활성화될 때 이러한 시간 동안, 전력 버스 커패시터(C1)의 전압은 거의 순간적으로 약 295Vdc에서 약 271Vdc까지 감소한다(참조 번호(374)로 도시됨). (약 271Vdc에서) 전력 버스 커패시터(C1) 및 (약 256Vdc에서) 에너지 저장 커패시터(C4) 사이의 약 15 볼트의 차이는 캡처 충전 스위치(S5)의 저항(resistance) 때문이다.
도시된 예에서, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)는 에너지 캡처 충전 스위치(S5)가 활성화되고 방전 스위치(S4)가 비활성화로 유지할 때의 기간 동안 또한 활성화된다. 이러한 구성에서, 제2 에너지 저장 커패시터(C3) 및 제1 에너지 저장 커패시터(C2)는 중간 에너지 저장 회로(14)를 걸쳐 서로 직렬로 동작 가능하게 연결될 수 있고, 제3 에너지 저장 커패시터(C4)는 제2 커패시터(C3) 및 제1 커패시터(C2)의 직렬 조합(series combination)에 병렬로 동작 가능하게 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, S5가 활성화되고 S3가 활성화될 때의 기간 동안, 에너지 저장 커패시터(C2)의 전압은 C4 및 C2 사이의 병렬 커플링(parallel coupling)에 의해 선형 비율(linear rate)로 증가한다. 예를 들어, 참조 번호 376에 도시된 바와 같이, C2의 전압은 S5 및 S3이 활성화될 때 약 624 나노초의 기간에 걸쳐 약 1.5Vdc만큼 증가한다는 것을 유의해야 한다. 하지만, 예시적인 실시예에서, 에너지 충전 스위치(S3)는 캡처 충전 스위치(S5)가 활성화되는 때의 기간 동안 비활성화될 수 있다. 도시된 예와 비교하여, 이는 결과적으로, S5가 활성화될 때 624 나노초 기간에 걸쳐 제1 에너지 저장 커패시터(C2)의 전압에서 약 0.3Vdc만큼 증가한다.
도시된 바와 같이, 약 624 나노초의 정해진(timed) 펄스 기간(pulse period) 이후에, 캡처 충전 스위치(S5)가 비활성화된다(참조 번호(378)에 도시됨). 도시된 예에서, 캡처 충전 스위치(S5)가 비활성화될 때, 에너지 저장 커패시터(C4)에 걸친 전압은 전력 버스 커패시터(C1)로부터 적어도 일부 에너지의 전달로 인한 펄스 충전 이벤트(pulsed charge event) 이전보다 약 7Vdc 더 높다. 또한, 에너지 저장 커패시터(C1)에 걸친 전압은 펄스 충전 이벤트 이전보다 약 1.5Vdc 더 높다. 이러한 방식으로, 적어도 일부 충전은 예시적인 시동 기간 동안 전력 버스 커패시터(C1)로부터 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)로 전달되었다. 도시된 바와 같이, 프로세스는 미리 결정된 기간 이후에, 예를 들어 도시된 예에서 약 8.942 밀리초에서 반복될 수 있다. 전술한 예는 제한이 아닌 예시를 위한 것이며, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 다른 전압 값 및 시간 값이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 예시적인 재생 과전압 보호 모드가 전술한 동작 모드 동안 사용될 수 있다는 것이 또한 이해된다.
도 9를 참조하면, 셧다운 모드 동안 충전 관리 시스템(10)을 동작시키는 예시적인 방법(400)을 도시하는 흐름도가 도시된다. 동작은 도 5에 도시된 정상 동작 모드 동안 시스템 제어기(16)가 셧다운 모니터 모드로 들어가는 단계(410)에서 시작할 수 있다. 도 5에서 단계(410)에 도시된 바와 같이, 셧다운 모니터 모드는 부하가 적용되는 동안 계속 동작할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 단계(410)에서 셧다운 모니터 모드로 진입한 후에, 프로세스는 시스템 제어기(16)가 셧다운 명령 신호가 수신되었는지 여부를 결정할 수 있는 단계(415)로 진행할 수 있다. 시스템 제어기(16)가 이러한 셧다운 명령 신호가 수신되지 않았다고 결정하는 경우에, 제어기는 시스템을 계속 모니터링하고 대기할 수 있다. 시스템 제어기(16)가 셧다운 명령 신호가 수신되었다고 결정할 때, 부하(20)는 비활성화될 수 있으며, 주 전력 릴레이 스위치(primary power relay switches)(S1, S2)를 비활성화함으로써 전원(V1)으로부터 동작 가능하게 연결 해제될 수 있다. 프로세스는 단계(420), 단계(425) 및/또는 단계(430)로 진행할 수 있다. 도시된 바와 같이, 단계(420)에서, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3)는 비활성화되어 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 에너지원(V2)로부터 동작 가능하게 연결 해제할 수 있다. 단계(425)에서, 캡처 충전 스위치(S5)는 하나 이상의 에너지 저장 커패시터(C5)로부터 전력 버스 커패시터(C1)를 동작 가능하게 연결 해제하도록 비활성화되어, 중간 에너지 저장 회로(12)에서의 충전을 방해한다(impede). 단계(430)에서, 에너지 저장 커패시터 방전 스위치(S4)는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)를 전력 버스 커패시터(C1)에 동작 가능하게 연결하도록 활성화되며, 이에 의해 각각의 커패시터(C2, C3, C4)에 저장된 에너지를 방전시킨다. 단계(435)에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5)에 저장된 에너지 및 전력 버스 커패시터(C1)에 저장된 에너지는 선택적인 레지스터 방전 회로(미도시)로 방전될 수 있다. 프로세스는 단계(450)에 도시된 오프 상태에서 종료될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 셧다운 모드는 부하(20)의 비활성화에 의해 야기되는 전력 버스 회로(12) 내의 과도한 에너지를 방전 및 저장하도록 재생 과전압 보호 모드를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어기(16)는 부하(20)가 비활성화되고/비활성화되거나 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨 이상인 경우, 에너지 저장 방전 스위치(S3)가 비활성화될 수 있고 캡처 충전 스위치(S5)가 활성화될 수 있다. 전력 버스 커패시터(C1)로부터의 과잉 에너지(excess energy)는 이러한 에너지를 저장하기 위해 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5), 특히 에너지 캡처 커패시터(C3 및 C4)로 방전될 수 있다.
도 10A, 10B, 11A, 및 11B를 참조하면, 셧다운 모드 동안의 이러한 재생 과전압 보호의 예시적인 시뮬레이션은 (도 10A 및 10B에 도시된) 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 이러한 모드와 비교하여 (도 11A 및 11B에 도시된) 예시적인 충전 관리 시스템(10)을 사용하여 도시된다. 도 10A, 10B, 11A, 및 11B의 도시된 예에서, 주 전원(예를 들어, V1)은 270Vdc이고, 에너지원(예를 들어, V2)는 400Vdc를 가지는 전압원이다. 부하(예컨대, 20)는 전계 효과 트랜지스터(FET) 등을 통해 전력 분배 버스 회로(예를 들어, 12)로부터 동작 가능하게 연결 해제될 수 있다.
도시된 예에서, 도 10A는 시간(밀리초) 동안 부하(c.f., 20; 20과 비교)를 통한 전류(암페어)를 도시하고, 도 10B는 시간(밀리초) 동안 전력 버스 커패시터(c.f., C1; C1과 비교)에 걸친 전압(볼트)를 도시한다. 예시적인 충전 관리 시스템을 사용하지 않는 시스템과 함께 도 10A 및 10B에 도시된 바와 같이, 2 밀리초에서 FET는 비활성화되어 부하를 동작 가능하게 연결 해제할 수 있으며(510′에 도시됨), 2.09 밀리초에서 전력 버스 커패시터에 걸친 전압은 426Vdc로 증가한다(515′에 도시됨). 또한, 부하를 통한 전류가 약 2.6 밀리초에서 0이 되고, 에너지가 분배될 곳이 없을 때 전력 버스 커패시터에 걸친 전압은 약 320Vdc(525′에 도시됨)에서 유지된다.
비교하면, 도 11A 및 11B는 예시적인 충전 관리 시스템(10)을 사용하는 시뮬레이션을 도시하며, 도 11A는 시간(밀리초) 동안 부하(20)를 통한 전류(암페어)를 도시하고, 도11B는 시간(밀리초) 동안 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압(볼트)를 도시한다. 도 11A 및 11B에 도시된 바와 같이, 2 밀리초에서 FET는 부하를 동작 가능하게 연결 해제시키도록 비활성화된다(510′′에 도시됨). 시스템 제어기(16)는 부하가 비활성화되고, 에너지 저장 충전 스위치(S3)가 비활성화되고 에너지 캡처 스위치(S5)가 활성화된다고 결정하며, 이에 의해 상술된 바와 같이 전력 버스 커패시터(C1) 내 에너지가 에너지 캡처 커패시터(C3 및 C4)로 방전되게 할 수 있다. 약 2.02 밀리초에서, 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압은 312Vdc(515′′에 도시됨)이며, 이는 도 9A 및 도 9B에 도시된 것보다 114Vdc 더 낮다. 또한, 부하(20)를 통한 전류는 약 2.6 밀리초(520′′′에 도시됨)에서 제로가 되고, 전력 버스 커패시터(C1)에 걸친 전압은 약 280Vdc(525′′에 도시됨)에서 유지된다.
도 12를 참조하면, 시뮬레이션된 충전 관리 시스템(610)의 예시적인 회로도가 도시된다. 도 12의 도시된 실시예에서, 충전 관리 시스템(610)에서 동일하거나 유사한 구조에 대응하는 충전 관리 시스템(610) 내 구조를 나타내기 위해 동일한 참조 번호가 사용된다. 또한, 충전 관리 시스템(10)에 대한 상술은 충전 관리 시스템(610)에 동등하게 적용 가능하고, 충전 관리 시스템(10, 610)에 대한 측면은 서로 대체되거나 적용 가능한 경우 서로 함께 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 충전 관리 시스템(610)은 주 전원(V1), 주 전력 버스 커패시터(C1), 및 주 전원(V1)을 부하(20)에 동작 가능하게 커플링하기 위한 주 전력 릴레이 스위치(S1 및 S2)를 포함하며, 이는 시뮬레이트된 회로(simulated circuit)(610)에서 전압원(V5), 스위치(S6) 및 레지스터(R1)로 도시된다. 충전 관리 시스템(610)은 또한 에너지원(V2); 에너지 저장 커패시터(C2, C3, 및 C4)를 포함하는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터(C5); 에너지 저장 커패시터 충전 스위치(S3); 에너지 저장 커패시터 방전 스위치(S4); 및 에너지 캡처 충전 스위치(S5)를 포함한다.
충전 관리 시스템(610)은 또한 도시된 실시예에서 회로로 도시된 시스템 제어기(16)를 포함한다. 시스템 제어기(16)는 전압원(V3); AND 게이트(A2); 레지스터(R9, R10, R20, R2, R3, R4, R5, R23, R6, R8, R10 및 R15); 연산 증폭기(U1); 인버터(A6 및 A4); 및 비교기(comparators)(U6, U5 및 U8)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 예시적인 충전 관리 시스템은 전원으로부터 부하로 에너지를 분배하기 위한 전력 분배 버스 회로, 및 부하로의 에너지의 분배를 보조하기 위해 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로를 포함한다. 충전 관리 시스템 제어기는 하나 이상의 모드들 동안 중간 저장 회로와 전력 분배 버스 회로 사이의 에너지에 대한 방전을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 충전 관리 시스템은 전력 버스 회로가 부하 요구에 응답하여 전력 버스 전압이 떨어지기 전에 중간 에너지 저장 회로로부터 에너지를 수신할 수 있게 할 수 있으며, 이는 전원이 전력 버스 전압에서의 섭동(perturbations)에 응답하게 할 수 있고 전원으로부터의 돌입 전류를 최소화하게 할 수 있다. 또한, 시스템은 고전력 장비(high-power equipment)를 소프트 스타트하기 위해 사용될 수 있고, 재생 에너지 저장을 허용할 수 있고/있거나, 다른 고려 사항 중에서 이러한 고출력 장비의 셧다운과 연관된 에너지 스파이크를 흡수할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서, 상기 충전 관리 시스템은 상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및 상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로를 포함하고, 상기 방법은, (i) 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계; (ii) 방전 스위치를 활성화하여, 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로 방전하는 단계; (iii) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록, 상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계; 및 (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 결정 중에, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있지 않을 경우, 상기 단계 (i) 내지 상기 단계 (iv)를 반복하고, 상기 결정 중에, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있을 경우, 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결한다.
본 발명의 실시예들은 다음의 부가적인 특징들 중 하나 이상을 개별적으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
방전 스위치를 비활성화시키는 것은 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 및 적어도 하나의 전력 버스 커패시터가 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초할 수 있다.
상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 적어도 하나의 에너지원에 동작 가능하게 연결하기 위해 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시킴으로써 충전될 수 있다.
적어도 하나의 에너지원은 전원(power source)과 다를 수 있다.
적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계는 미리 결정된 레벨로 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 미리 결정된 레벨로 충전한 이후에, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 에너지원에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 분리하기 위해 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 비활성화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법으로서, 상기 충전 관리 시스템은, 상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및 상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로를 포함하고, 상기 방법은, (i) 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결하는 단계; (ii) 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계; (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족시키거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 방전 스위치를 활성화시켜, 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하로 방전하는 단계; (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록, 상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계; 및 (v) 상기 단계 (ii) 내지 상기 단계 (iv)를 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 다음의 부가적인 특징들 중 하나 이상을 개별적으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계는, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터가 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초할 수 있다.
상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는, 적어도 하나의 에너지원에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하도록, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시킴으로써 충전될 수 있다.
적어도 하나의 에너지원은 전원보다 상이할 수 있다.
상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 중에, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는 시간을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하기 위해 상기 방전 스위치를 활성화시키는 것은, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초할 수 있다.
상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는, 제1 에너지 저장 커패시터; 제2 에너지 저장 커패시터; 및 제3 에너지 저장 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터는 서로 직렬로 동작 가능하게 연결될 수 있다.
상기 제1 에너지 저장 커패시터는 상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터와 병렬로 동작 가능하게 연결될 수 있다.
상기 방전 스위치가 활성화될 때, 각각의 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터에 저장된 에너지가 상기 부하로 순간적으로(instantaneously) 방전됨으로써, 출력 전압, 상기 부하에 인가되는 전류, 및 주(primary) 전원에 의해 공급되는 전류가 증가하게 된다.
상기 방법은, 상기 전력 분배 버스 회로 내 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압을 결정하고, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨보다 크다는 결정에 기초하여, 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부의 에너지를 적어도 하나의 에너지 캡처 커패시터로 방전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는, 서로 직렬인 제1 에너지 저장 커패시터 및 제2 에너지 저장 커패시터를 포함할 수 있으며, 각각의 상기 제1 및 상기 제2 에너지 저장 커패시터는, 상기 캡처 충전 스위치가 활성화될 때 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로부터 방전된 상기 에너지를 캡처하도록 구성된다.
상기 방법은, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에서 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록 상기 캡처 충전 스위치를 비활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 캡처 충전 스위치를 비활성화하는 단계는, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터가 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초할 수 있다.
상기 방법은, 셧다운 명령 신호가 수신된 시간을 결정하고, 상기 셧다운 명령 신호가 수신되었다는 결정에 기초하여, 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 비활성화하고 상기 방전 스위치를 활성화시킴으로써, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 방전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서, 상기 충전 관리 시스템은, 상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및 상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로를 포함하고, 상기 방법은, (i) 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압을 결정하고, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨보다 크다는 결정에 기초하여, 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터로 방전하는 단계; (ii) 상기 캡처 충전 스위치를 비활성화시켜, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터로부터 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계; (iii) 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨 아래에 있다는 결정에 기초하여, 상기 중간 에너지 저장 회로 내 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 더 충전하는 단계; (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족시키거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 방전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하로 방전하는 단계; 및 (iv) 상기 방전 스위치를 비활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 다음의 부가적인 특징들 중 하나 이상을 개별적으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
중간 에너지 저장 회로 내 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는, 제1 에너지 저장 커패시터; 제2 에너지 저장 커패시터; 및 제3 에너지 저장 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터는 서로 직렬로 동작 가능하게 연결되고, 상기 제1 에너지 저장 커패시터는 상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터와 병렬로 동작 가능하게 연결될 수 있다.
상기 캡처 충전 스위치가 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 동작 가능하게 연결하도록 활성화될 때, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지는 상기 제2 및 제3 에너지 저장 커패시터로 방전될 수 있다.
상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 더 충전하는 것은 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화하여 상기 제1 에너지 저장 커패시터를 상기 전원과 다른 적어도 하나의 에너지원에 동작 가능하게 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
방전 스위치가 활성화되는 경우, 각각의 제1, 제2 및 제3 에너지 저장 커패시터에 저장된 에너지 및 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 에너지는 부하로 방전될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 가지는 전력 분배 버스 회로를 통해 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템에 있어서, 상기 충전 관리 시스템은 상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로 - 상기 중간 에너지 저장 회로는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하거나 연결 해제하도록 구성된 적어도 하나의 방전 스위치를 구비함 -; 및 전력 버스 분배 회로 및 상기 중간 에너지 저장 회로에 동작 가능하게 연결된 시스템 제어기를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 다음의 부가적인 특징들 중 하나 이상을 개별적으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
예를 들어, 시스템 제어기는 전술한 방법 단계 중 하나 이상을 수행하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 시동(start-up) 모드에서, 상기 시스템 제어기는, (i) 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화하여, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 적어도 하나의 에너지 소스에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 대해 충전하도록 하는 단계; (ii) 방전 스위치를 활성화하여, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지에 대해 방전하도록 하는 단계; (iii) 상기 방전 스위치를 비활성화하여, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로부터 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계; 및 (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있지 않다는 결정에 기초하여, 상기 제어기가 단계 (i) 내지 (iv)를 반복하고, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 결정 동안 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초하여, 상기 제어기는 전력 릴레이 스위치를 활성화하여 부하에 전원을 동작 가능하게 연결하도록 구성되도록, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
동작(operation) 모드에서, 상기 시스템 제어기는, (i) 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결하는 단계; (ii) 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨 이상인지 여부를 결정하고, 상기 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 레벨 아래라는 결정에 기초하여, 상기 제어기는, 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 소스에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 대해 충전하도록 하는 단계; (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족하거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 상기 방전 스위치를 활성화시켜 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 동작 가능하게 연결시킴으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하에 방전하도록 하는 단계; 및 (iv) 상기 방전 스위치를 비활성화하여, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
재생(regenerative) 모드에서, 상기 제어기는 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압을 결정하도록 구성될 수 있고, 상기 제어기는, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨보다 크다는 결정에 기초하여, 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 동작 가능하게 연결하도록 구성됨으로써, 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 방전하도록 할 수 있다.
적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는 제1 에너지 저장 커패시터, 제2 에너지 저장 커패시터 및 제3 에너지 저장 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터는 상기 중간 에너지 저장 회로에 걸쳐(across) 서로 직렬로 동작 가능하게 연결되고, 상기 제1 에너지 저장 커패시터는 상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터와 병렬로 동작 가능하게 연결될 수 있다.
상기 동작 모드에서, 상기 제어기는, 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 제1 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 소스에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 제1 에너지 저장 커패시터에 대해 충전하도록 구성될 수 있다.
상기 재생 모드에서, 상기 제어기는, 상기 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 제2 및 제3 커패시터에 동작 가능하게 연결하도록 구성됨으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 제2 및 제3 에너지 저장 커패시터로 방전되도록 할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 방전 스위치를 활성화하도록 구성됨으로써, 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터 각각에 저장된 에너지 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 에너지를 상기 부하로 방전되게 할 수 있다.
상술된 도 2, 5, 7 및 9의 예시적인 흐름도에서, 블록은 논리로 구현될 수 있는 "처리 블록(processing blocks)"을 나타낸다. 처리 블록은 방법 단계를 수행하기 위한 방법 단계 또는 장치 구성 요소를 나타낼 수 있다. 흐름도는 특정 프로그래밍 언어, 방법론, 또는 스타일(예를 들어, 절차적, 객체 지향적)에 대한 문법(syntax)을 나타내지 않는다. 오히려, 흐름도는 도시된 프로세싱을 수행하기 위한 로직을 개발하기 위해 당업자가 사용할 수 있는 기능적(functional) 정보를 도시한다. 일부 예들에서, 일시적인 변수들, 루틴 루프들 등과 같은 프로그램 구성 요소들은 도시되지 않았다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 전자 및 소프트웨어 애플리케이션은 도시된 블록이 도시된 것과 상이한 다른 시퀀스에서 수행될 수 있거나 또는 블록이 결합되거나 다중 컴포넌트로 분리될 수 있도록 동적이고 유연한 프로세스를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 프로세스는 기계 언어, 절차적, 객체 지향적 또는 인공 지능 기술과 같은 다양한 프로그래밍 접근법을 사용하여 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예시적인 실시예에서, 방법론은 제어기에 의해 또는 컴퓨터 판독 가능 매체에서 제공되는 프로세서 실행 가능 명령 또는 동작으로 구현된다. 따라서, 일례에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 방법을 수행하도록 동작 가능한 프로세서 실행 가능 명령어를 저장할 수 있다. 도 2, 5, 7 및 8은 연속적으로 일어나는 다양한 동작을 도시하지만, 이러한 실시예들에 예시된 다양한 동작들이 실질적으로 병렬로 발생할 수 있다는 것을 또한 이해해야 한다.
본 명세서에 사용된 알고리즘 기술 및 표현은 당업자가 그 작업에 대한 내용을 다른 이에게 전달하는 수단이다. 알고리즘 또는 방법은 여기에서 일반적으로 결과를 생성하는 일련의 동작(operations)으로 인식된다. 동작은 물리량에 대한 물리적 조작을 포함할 수 있다. 통상적으로, 반드시 필요한 것은 아니지만, 물리량은 로직 등으로 저장, 전달, 결합, 비교 및 다르게 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호의 형태를 취한다.
주로 공통적인 사용을 이유로, 이러한 신호를 비트, 값, 구성 요소, 기호, 문자, 용어, 숫자 등으로 지칭하는 것이 때로는 편리하다고 입증되었다. 그러나 이러한 용어와 유사한 용어는 적절한 물리량과 연관되어 있으며 이러한 양에 적용되는 편리한 레이블일 뿐이라는 것을 명심해야 한다. 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 기술 전반에 있어서, 처리, 컴퓨팅, 계산, 결정, 디스플레이 등과 같은 용어는 컴퓨터 시스템, 로직, 프로세서, 또는 물리적 (전자) 양으로 표현된 데이터를 조작하고 변환하는 유사한 전자 장치의 동작 및 프로세스를 지칭한다는 것을 유의해야 한다.
용어 "포함하다(includes)" 또는 "포함하는(including)"이 상세한 설명 또는 청구항에서 사용되는 한, 용어가 청구항에서 바뀐 단어(transitional word)로 사용 시 용어가 해석될 때 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 포함되는 것으로 의도된다. 또한, "또는(or)"이라는 용어가 상세한 설명 또는 청구항에 사용되는 한(예를 들어, A 또는 B), "A 또는 B 또는 둘 다"를 의미하는 것으로 의도된다. 출원인이 "둘 다가 아니라 A 또는 B만(only A or B but not both)"을 나타내려고 의도할 경우, "둘 다가 아니라 A 또는 B만"이라는 용어가 사용될 것이다. 따라서, 여기서 "또는"이라는 용어의 사용은 배타적인 사용이 아니라 포괄적인 것이다.
본원에 사용된 "동작 가능한 연결(operable connection)", 또는 개체가 "동작 가능하게 연결된(operably connected)" 또는 "동작 가능하게 커플링된(operably coupled)" 연결은, 신호, 물리적 통신 또는 논리적 통신이 전송되거나 수신될 수 있다는 것이다. 통상적으로, 동작 가능한 연결은 물리적 인터페이스, 전기 인터페이스 또는 데이터 인터페이스를 포함하지만, 동작 가능한 연결은 동작 가능 제어를 허용하기에 충분한 이들 또는 다른 유형의 연결의 상이한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2 개의 엔티티는 서로 직접적으로 신호를 통신할 수 있는 것에 의해서, 또는 프로세서, 운영 시스템, 로직, 소프트웨어 또는 다른 개체(entity)와 같은 하나 이상의 중간 개체를 통해, 동작 가능하게 연결될 수 있다. 논리적이거나 물리적인 통신 채널은 동작 가능한 연결을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
본원에 사용된 "논리적(Logic)"은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 기능(function) 또는 동작을 수행하거나, 다른 논리, 방법 또는 시스템에서 기능 또는 동작을 야기하기 위한 각각의 조합을 포함하지만 제한되지는 않는다. 예를 들어, 바람직한 애플리케이션 또는 필요에 기초하여, 로직은 소프트웨어 제어 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로(ASIC)와 같은 이산 로직, 프로그래밍된 논리 장치, 명령어를 포함하는 메모리 장치 등을 포함할 수 있다. 로직은 하나 이상의 게이트, 게이트의 조합, 또는 다른 회로 컴포넌트를 포함할 수 있다. 로직은 또한 소프트웨어로 완전히 구현될 수 있다. 복수의 논리적 로직이 기술된 경우, 복수의 논리적 로직을 하나의 물리적 로직에 통합하는 것이 가능할 수 있다. 유사하게는, 단일 논리적 로직이 기술되는 경우, 복수의 논리적 로직 사이에서 단일 논리적 로직을 분배하는 것이 가능할 수 있다.
본원에 사용된 "컴퓨터 프로그램"(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 스크립트 또는 코드라고도 알려짐)은 컴파일되거나 인터프리트된(interpreted) 언어, 선언적(declarative) 또는 절차적(procedural) 언어를 포함한 어떤 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램으로 또는 모듈, 컴포넌트, 서브 루틴 또는 컴퓨팅 환경에 사용하기에 적합한 다른 유닛으로 포함하는 어떤 형태로 사용될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 반드시 파일 시스템 내 파일에 대응하지는 않는다. 프로그램은 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부에(예를 들어, 마크업 언어 문서에 저장된 하나 이상의 스크립트), 문제의 프로그램에 대한 하나의 전용 파일 또는 복수의 공동(coordinated) 파일(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램 또는 코드의 일부를 저장하는 파일)로 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터에서 또는 한 사이트에 있거나 복수의 사이트에 걸쳐 분포되어 있으며 통신 네트워크로 상호 연결된 복수의 컴퓨터에서 실행되도록 사용될 수 있다.
본원에 사용된 "소프트웨어"는 판독되고, 인터프리트되고, 컴파일되거나, 또는 실행될 수 있고, 컴퓨터, 프로세서 또는 기타 전자 장치가 바람직한 방식으로 기능, 동작 또는 행동을 수행하게 하는, 하나 이상의 컴퓨터 또는 프로세서 명령어를 포함하지만 제한되는 것은 아니다. 명령어는 루틴, 알고리즘, 모듈, 메소드(methods), 스레드(threads) 또는 동적으로 또는 정적으로 링크된(linked) 라이브러리로부터의 개별 애플리케이션 또는 코드를 포함하는 프로그램과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 소프트웨어는 독립형 프로그램, 함수 호출(function call)(로컬 또는 원격), 서블릿(servlet), 애플릿(applet), 메모리에 저장된 명령어, 운영 체제의 일부 또는 실행 가능한 명령어의 다른 유형을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 실행 가능 또는 로드 가능한(loadable) 형태로 구현될 수 있다. 당업자는 소프트웨어의 형태가 예를 들어 바람직한 애플리케이션의 요구 사항, 실행하는 환경, 또는 설계자/프로그래머 등의 요구에 의존할 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 또는 실행 가능 명령들은 하나의 로직에 위치하거나 둘 이상의 통신, 협력, 또는 병렬 처리 로직들 사이에 분배될 수 있고, 이에 따라 직렬, 병렬, 대용량 병렬 및 다른 방식으로 로딩되거나 실행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 소프트웨어는 전체 시스템이든 시스템의 컴포넌트이든 상관없이 제조 물품으로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체의 일부로 유지 관리되거나 제공될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 내용의 실시예는 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어와의 조합으로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에 설명된 내용의 실시예는 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위한 또는 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위한, 컴퓨터 판독 가능 매체에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령에 대한 하나 이상의 모듈을 사용하는 충전 관리 시스템으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 시스템의 하드 드라이브 또는 리테일 채널을 통해 판매되는 광학 디스크 또는 임베디드 시스템과 같이 제조된 제품일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 별도로 취득될 수 있고, 유선 또는 무선 네트워크를 통한 컴퓨터 프로그램 명령의 하나 이상의 모듈의 전달과 같은 컴퓨터 프로그램 명령의 하나 이상의 모듈로 나중에 인코딩될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 기계 판독 가능 저장 장치, 기계 판독 가능 저장 기판, 메모리 장치, 또는 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
상술한 바와 같이, 시스템 제어기(16)는 예를 들어 프로그램 가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 멀티 프로세서 또는 컴퓨터를 포함하는, 데이터를 처리하기 위한 모든 장치, 디바이스 및 기계를 포함한다. 상기 장치는 하드웨어 이외에, 문제의 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 생성하는 코드(예를 들어, 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 체제, 런타임 환경, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 장치는 웹 서비스, 분산 컴퓨팅(distributed computing) 및 그리드 컴퓨팅 인프라(grid computing infrastructures)와 같은 다양한 상이한 컴퓨팅 모델 인프라를 사용할 수 있다.
프로세서는 컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 모든 장치, 디바이스 및 기계를 포함하며, 예로서 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 어느 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리(read-only memory) 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 모두로부터 명령어 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 필수 구성 요소는 명령어를 수행하기 위한 프로세서와, 명령어 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 장치를 포함한다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 장치(mass storage)(예를 들어, 자기, 광자기 디스크(magneto-optical disk) 또는 광학 디스크)를 또한 포함하거나, 상기 대용량 저장 장치로부터 데이터를 수신하거나 또는 상기 대용량 저장 장치에 데이터를 전송하거나 또는 둘 모두를 하도록 동작 가능하게 커플링될(coupled) 것이다. 그러나 컴퓨터는 이러한 장치를 구비할 필요가 없다. 또한, 컴퓨터는 다른 장치에 내장될(embedded) 수 있으며, 상기 다른 장치는 예를 들어 모바일 장치(mobile device) 또는 휴대용 저장 장치(예를 들어, 범용 직렬 버스(USB: Universal Serial Bus) 플래시 드라이브)일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 저장하기에 적합한 장치는 모든 형태의 비 휘발성 메모리, 예로서 반도체 메모리 장치(예를 들어, EPROM, EEPROM, 및 플래시 메모리 장치); 자기 디스크(예를 들어, 내부 하드 디스크 또는 이동식 디스크(removable disk)); 광자기 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD- ROM 디스크를 포함하는 매체 및 메모리 장치를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로(special purpose logic circuitry)에 의해 보완되거나, 통합될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예 또는 실시예들과 관련하여 도시되고 기술되었음에도 불구하고, 본 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해 시 당업자에게 균등한 변경 및 수정이 이루어질 것임은 분명하다. 특히, 상술한 구성 요소(컴포넌트, 어셈블리, 장치, 구성 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 이러한 구성 요소를 설명하는데 사용된 용어("수단"에 대한 참조 포함)는, 본원에 설명된 예시적인 실시예 또는 본 발명의 실시예들에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동등하지는 않더라도, 달리 명시하지 않는 한, 설명된 구성 요소에 대해 특정 기능을 수행하는 임의의 구성 요소(즉, 기능적으로 동등 함)에 대응하도록 의도된다. 또한, 본 발명의 특정 특징은 여러 예시된 실시예 중 단지 하나 이상과 관련하여 상술되었을지라도, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 응용(application)에 바람직하고 이로울 수 있는 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서,
    상기 충전 관리 시스템은,
    상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및
    상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간(intermediate) 에너지 저장 회로
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    (i) 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계;
    (ii) 방전 스위치를 활성화하여, 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로 방전하는 단계;
    (iii) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록, 상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계; 및
    (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 결정 중에, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있지 않을 경우, 상기 단계 (i) 내지 상기 단계 (iv)를 반복하고,
    상기 결정 중에, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있을 경우, 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터가 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초하는, 방법.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는,
    상기 전원과 상이한 적어도 하나의 에너지원에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하도록, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시킴으로써 충전되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계는,
    미리 결정된 레벨로 충전하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 미리 결정된 레벨로 충전한 후에, 상기 적어도 하나의 에너지원에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록, 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 비활성화하는 단계
    를 포함하는 방법.
  5. 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서,
    상기 충전 관리 시스템은,
    상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및
    상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    (i) 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결하는 단계;
    (ii) 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 단계;
    (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족시키거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 방전 스위치를 활성화시켜, 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하로 방전하는 단계;
    (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록, 상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계; 및
    (v) 상기 단계 (ii) 내지 상기 단계 (iv)를 반복하는 단계
    를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방전 스위치를 비활성화하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터가 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초하는, 방법.
  7. 제5항 및 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는,
    상기 전원과 상이한 적어도 하나의 에너지원에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하도록, 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시킴으로써 충전되는, 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 충전하는 중에, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는 시간을 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초하여, 상기 방전 스위치를 활성화시켜, 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하는, 방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는,
    제1 에너지 저장 커패시터;
    제2 에너지 저장 커패시터; 및
    제3 에너지 저장 커패시터
    를 포함하고,
    상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터는 서로 직렬로 동작 가능하게 연결되고, 상기 제1 에너지 저장 커패시터는 상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터와 병렬로 동작 가능하게 연결되어, 상기 방전 스위치가 활성화될 때, 각각의 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터에 저장된 에너지가 상기 부하로 순간적으로(instantaneously) 방전됨으로써, 출력 전압, 상기 부하에 인가되는 전류, 및 주(primary) 전원에 의해 공급되는 전류가 증가하게 되는, 방법.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 분배 버스 회로 내 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압을 결정하고, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨보다 크다는 결정에 기초하여, 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부의 에너지를 적어도 하나의 에너지 캡처 커패시터로 방전시켜, 출력 전압 및 상기 주 전원에 의해 공급되는 전류가 감소하게 되는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는,
    서로 직렬인 제1 에너지 저장 커패시터 및 제2 에너지 저장 커패시터를 포함하고,
    각각의 상기 제1 및 상기 제2 에너지 저장 커패시터는,
    상기 캡처 충전 스위치가 활성화될 때 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로부터 방전된 상기 에너지를 캡처하도록 구성되는 방법.
  12. 제10항 및 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에서 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하도록 상기 캡처 충전 스위치를 비활성화하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 캡처 충전 스위치를 비활성화하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터가 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초하는, 방법.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    셧다운 명령 신호가 수신된 시간을 결정하고, 상기 셧다운 명령 신호가 수신되었다는 결정에 기초하여, 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 비활성화하고 상기 방전 스위치를 활성화시킴으로써, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 방전하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  14. 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템을 동작시키는 방법에 있어서,
    상기 충전 관리 시스템은,
    상기 전원 및 상기 부하에 동작 가능하게 연결된 전력 분배 버스 회로; 및
    상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    (i) 상기 전력 분배 버스 회로 내 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압을 결정하고, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨보다 크다는 결정에 기초하여, 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 중간 에너지 저장 회로 내 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터로 방전하는 단계;
    (ii) 상기 캡처 충전 스위치를 비활성화시켜, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터로부터 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계;
    (iii) 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨 아래에 있다는 결정에 기초하여, 상기 중간 에너지 저장 회로 내 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 더 충전하는 단계;
    (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족시키거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 방전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하로 방전하는 단계; 및
    (iv) 상기 방전 스위치를 비활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 중간 에너지 저장 회로 내 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는,
    제1 에너지 저장 커패시터;
    제2 에너지 저장 커패시터; 및
    제3 에너지 저장 커패시터
    를 포함하고,
    상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터는 서로 직렬로 동작 가능하게 연결되고,
    상기 제1 에너지 저장 커패시터는 상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터와 병렬로 동작 가능하게 연결되고,
    상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 동작 가능하게 연결하도록, 상기 캡처 방전 스위치가 활성화될 때, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지가 상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터로 방전되고,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 더 충전하는 단계는,
    에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 전원과 다른 적어도 하나의 에너지원에 상기 제1 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하는 단계
    를 포함하고,
    상기 방전 스위치가 활성화될 때, 각각의 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터에 저장된 에너지가 상기 부하로 방전되는, 방법.
  16. 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 가지는 전력 분배 버스 회로를 통해 전원으로부터 부하로 전력을 분배하기 위한 충전 관리 시스템에 있어서,
    상기 전력 분배 버스 회로에 동작 가능하게 연결된 중간 에너지 저장 회로 - 상기 중간 에너지 저장 회로는 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결하거나 연결 해제하도록 구성된 적어도 하나의 방전 스위치를 구비함 -; 및
    전력 버스 분배 회로 및 상기 중간 에너지 저장 회로에 동작 가능하게 연결된 시스템 제어기
    를 포함하고,
    시동(start-up) 모드에서, 상기 시스템 제어기는,
    (i) 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화하여, 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 적어도 하나의 에너지 소스에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 대해 충전하도록 하는 단계;
    (ii) 방전 스위치를 활성화하여, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지에 대해 방전하도록 하는 단계;
    (iii) 상기 방전 스위치를 비활성화하여, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터로부터 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계; 및
    (iv) 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있지 않다는 결정에 기초하여, 상기 제어기가 단계 (i) 내지 (iv)를 반복하고, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 상기 결정 동안 상기 미리 결정된 범위 내에 있다는 결정에 기초하여, 상기 제어기는 전력 릴레이 스위치를 활성화하여 부하에 전원을 동작 가능하게 연결하도록 구성되도록, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부를 결정하는 단계
    를 수행하도록 구성되고,
    동작(operation) 모드에서, 상기 시스템 제어기는,
    (i) 상기 전원을 상기 부하에 동작 가능하게 연결하는 단계;
    (ii) 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨 이상인지 여부를 결정하고, 상기 에너지 저장 커패시터에 걸친 전압이 상기 미리 결정된 레벨 아래라는 결정에 기초하여, 상기 제어기는, 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 소스에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 대해 충전하도록 하는 단계;
    (iii) 부하 전류 요구를 결정하고, 상기 부하가 미리 결정된 레벨을 충족하거나 초과하는 전류를 요구한다는 결정에 기초하여, 상기 방전 스위치를 활성화시켜 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 동작 가능하게 연결시킴으로써, 상기 에너지 저장 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지 및 상기 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 부하에 방전하도록 하는 단계; 및
    (iv) 상기 방전 스위치를 비활성화하여, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에서 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터를 동작 가능하게 연결 해제하는 단계
    를 수행하도록 구성되는, 충전 관리 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    재생(regenerative) 모드에서, 상기 제어기는 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압을 결정하도록 구성되고,
    상기 제어기는, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 걸친 전압이 미리 결정된 레벨보다 크다는 결정에 기초하여, 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 동작 가능하게 연결하도록 구성됨으로써, 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터에 방전하도록 하는, 충전 관리 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 에너지 저장 커패시터는,
    제1 에너지 저장 커패시터;
    제2 에너지 저장 커패시터; 및
    제3 에너지 저장 커패시터
    를 포함하고,
    상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터는 상기 중간 에너지 저장 회로에 걸쳐(across) 서로 직렬로 동작 가능하게 연결되고,
    상기 제1 에너지 저장 커패시터는 상기 제2 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터와 병렬로 동작 가능하게 연결되는, 충전 관리 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 동작 모드에서, 상기 제어기는, 상기 에너지 저장 커패시터 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 제1 에너지 저장 커패시터를 상기 적어도 하나의 에너지 소스에 동작 가능하게 연결함으로써, 상기 제1 에너지 저장 커패시터에 대해 충전하도록 하고,
    상기 재생 모드에서, 상기 제어기는, 상기 캡처 충전 스위치를 활성화시켜, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터를 상기 제2 및 제3 커패시터에 동작 가능하게 연결하도록 구성됨으로써, 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 적어도 일부 에너지를 제2 및 제3 에너지 저장 커패시터로 방전되도록 하는,
    충전 관리 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 방전 스위치를 활성화하도록 구성됨으로써, 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 에너지 저장 커패시터 각각에 저장된 에너지 및 상기 적어도 하나의 전력 버스 커패시터에 저장된 에너지를 상기 부하로 방전되도록 하는, 충전 관리 시스템.
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