KR20190067866A - 부하를 식별하는 ac 전력 공급원의 제어 및 방법 - Google Patents

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Abstract

개선된 AC 전력 공급원이 기술된다. 공급원은 AC 메인과의 전류와 전압 파형 및 위상 관계를 모니터링하여 부하를 식별한다. 비교는 라인에 위치한 제어 스위치와 AC 메인과 부하 사이의 중립을 사용하여 부하로의 전력이 프로그래밍 가능한 방식으로 가변되는 조건에서 수행된다. 스위치를 제어하는 프로그램은 유사한 부하 유형을 구별하는 기능을 최적화하기 위해 가변된다. 스위치는 부하의 식별을 기반으로 한 일련의 규칙에 따라 변화하는 부하의 전력을 제어하는 데에도 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이러한 설계는 실리콘 상에 완전히 집적될 수 있는 최소의 구성 요소로 높은 효율을 가능하게 한다.

Description

부하를 식별하는 AC 전력 공급원의 제어 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 10월 28일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/414467호인 발명의 명칭: 고효율 AC-DC 변환기 및 방법, 및 2016년 12월 9일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/431926호인 발명의 명칭: 전자 스위치 및 조광기의 우선권을 주장한다. 두 출원 모두 발명자가 공통되며, 현재 계류 중이다.
연방 후원 연구 또는 개발에 대한 진술
해당 사항 없음.
기술분야
본 발명은 AC 전력 공급원, 및 연결된 전자 부하를 식별하고 부하의 식별에 기초하여 부하에 대한 AC 전력을 제어하는 방법에 관한 것이다.
AC 메인으로부터 가정 내의 디바이스로 AC 전력을 공급하는 종래의 수단은 플러그인 콘센트를 통하는 것이다. 전형적으로 콘센트는 활성 전자 장치를 포함하지 않으며, 단순한 커넥터이다. 최신 콘센트에는 결함 검출 회로망이 포함되어 있으나, 연결된 디바이스에 전달되는 AC 전력을 측정하거나 제어하는 수단은 거의 제공하지 않는다. 가정 내의 개선된 전력 분배에 대한 최근 접근법은 유선 및 무선 로컬 영역 네트워크와 같은 통신 수단을 포함하는 전자 디바이스와 상호 작용하는 홈 영역 네트워크를 포함한다. 제어는 종종 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 개인용 디바이스 또는 개인용 컴퓨터 상에 프로그래밍된 응용 프로그램을 통해 이루어진다. 또다른 접근법으로, 추가의 디바이스를 포함하는 벽 스위치를 통하는 것이 있다. 새로운 프로그램 가능한 온도 조절기는 중앙 난방 및 에어컨을 제어하는데 사용된다. 이러한 디바이스는 에너지 사용에 대한 개선된 제어 및 피드백을 제공하지만, 디바이스 자체 내에서 개선된 전자 장치에 의존하며 벽 콘센트에 꽂는 구식 레거시 디바이스로의 AC 전력의 분배를 개선하는 데에는 아무것도 하지 않는다. EnergyStar®(EnergyStar는 미국 에너지 부서의 등록된 상표임)와 같은 프로그램을 통해 미국 에너지 부서와 같은 정부 기관은 에너지 소비가 낮다고 인정되는 새로운 디바이스 및 기기에 대한 표준을 설정한다. 대부분의 경우, 에너지 소비는 디바이스가 유휴 상태 또는 절전 모드에 있는 경우 에너지 소비를 줄임으로써 AC 전력 공급원을 디바이스로 스마트하게 관리함으로써 감소된다. 상기시키자면, 이는 새로운 디바이스 및 기기에 초점을 맞추며 디바이스의 광대한 설치 기반에 대해서는 아무것도 하지 않는다. 새로운 디바이스를 스마트하게 제어하는 데에는 종종 디바이스의 특성에 대한 지식을 요구한다. 디바이스에 의해 소비되는 전력은 AC 전력을 제어하는 디바이스 내에 위치한 마이크로프로세서에 프로그래밍된 규칙의 세트를 통해 관리된다. 예를 들어, 세탁기는 유휴 시간 동안 전력 공급원과 완전히 분리되어 다음 부하의 수동 시작을 기다리고 있을 수 있다. 그러나, 온도를 모니터하고 설정점을 유지하기 위해 압축기를 시작하기 위해서는 전력이 유지되어야 하므로 냉장고는 그렇게 전력으로부터 분리될 수 없다. TV, 컴퓨터, 디스플레이, 및 프린터와 같은 기기와 다른 디바이스는 사용 및 시간 모니터링을 통해 개발된 규칙의 세트를 가질 수 있다. 과거의 사용 내역을 통해 디바이스가 전형적으로 사용되지 않는 것으로 알려진 경우, 디바이스에 대한 전력이 상당히 감소될 수 있다. 일부 경우에, 사용자가 낮은 전력을 소비하는 절전 모드로 디바이스가 진입하는 속도를 선택할 수 있는 사용자 설정이 있다. 다시 한 번, 이러한 에너지 사용의 모든 개선은 전형적으로 디바이스 자체에 통합된다. 전력 공급원의 외부 제어를 통한 전력 소비의 개선은 가능하지만 디바이스의 특성에 대한 지식을 필요로 한다. 일부 경우에, 조명, 냉장고 등과 같은 디바이스 유형의 일반적인 카테고리는 감소된 전력 소비를 통해 성능을 향상시키는 규칙의 세트를 제공하기에 충분하다. 첫번째 단계로, 부하 디바이스를 식별할 수 있어야 한다. 상호연결된 디바이스를 식별하는 수단을 포함하는 전기 부하 디바이스와 AC 메인 사이의 커넥터 또는 스마트 콘센트 형태의 전력 공급원이 필요하므로, 디바이스의 전력을 제어하기 위해 식별이 사용될 수 있다.
부하를 식별하기 위해서는 종래의 수단으로는 충분하지 않다. 부하에 의해 유도된 위상 천이를 찾는 파형 분석은 공지되어 있다. 더 많은 이색 시스템은 전류 및 전압 파형에 존재하는 고주파 패턴의 패턴 매칭을 포함하는 파형 분석을 사용한다. 이들이 개선을 제공하지만, 모두 1차 저항인 2개의 부하, 또는 모두 전자 모터를 통합하는 2개의 부하와 같은 유사한 부하를 구별하는 것에는 여전히 어려움이 있다. 파형의 고주파 성분에 적용된 딥러닝 방법은 연결된 전자 부하를 완전히 식별하는데 여전히 불충분하다. AC 메인 공급원에 연결된 부하를 식별하기 위해 개선된 파형 분석이 필요하다. 이러한 AC 공급원은 전기 공급 패널, 전기 공급 패널에 연결된 콘센트 박스, 전력 스트립, 또는 콘센트 박스에 부착된 연장 코드 중 하나에 완전히 통합될 수 있어야 한다. 실리콘 상에 완전히 집적될 수 있는 부하 식별 및 제어 시스템이 필요하다.
AC 전력 공급원에 연결된 부하를 식별하고 식별에 기초하여 부하로의 전력을 제어하기 위한 전자 장치를 포함하는 AC 전력 공급원을 식별하는 부하 시스템이 기술된다. AC 전력 공급원을 식별하는 부하는 기존의 전기 공급 패널, 콘센트 박스에 집적되거나 전기 코드 또는 전력 스트립과 같은 커넥터에 집적될 수 있다. 일 실시예에서, 코드 또는 전력 스트립 상의 콘센트 각각은 부착된 부하를 식별하고 부하에 전달된 전력을 제어하기 위한 전자 장치를 포함한다. 일 실시예에서, AC 전력 공급원을 식별하는 본 발명의 부하는 전압과 전류 센서, 및 부하 요구 센서를 포함한다. 부하에 공급되는 전압과 전류 및 부하 요구에 대한 실시간 파형 분석은 마이크로프로세서에 의해 완료된다. AC 전력 공급원을 식별하는 부하는 AC 메인의 주파수보다 높은 주파수에서 작동할 수 있고 부하에 공급되는 전력을 제어하기 위해 펄스 각도 변조를 사용할 뿐만 아니라 둘 모두 전원을 켜고 끌 수 있는 부하와 직렬인 프로그램 가능한 스위치를 더 포함한다. AC 전력 공급원을 식별하는 부하는 부하의 식별에 근거하여 부하에 대한 AC 공급원이 조정되는 기능을 포함한다. 일 실시예에서, AC 전력 공급원을 식별하는 부하는, 스위치를 제어하고, 전류 및 전압 파형을 획득한 후 전압 및 전류 파형에서 특정 패턴과 관계를 인식하고 이들 패턴을 특정 연결된 부하 디바이스 또는 여러 디바이스와 연관시키도록 프로그래밍된 마이크로프로세서를 포함한다. 파형은 부하의 특성을 분류할 규칙의 세트에 의하거나 패턴 매칭 기술을 통해 분석된다. 규칙 기반 및 패턴 매칭 기술은 프로그램 가능한 스위치를 사용하여 부하에 공급되는 전력의 변화가 있거나 없거나 모두 파형 분석에 의해 향상되므로, 상이한 부하 유형 간의 차별성을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 전압 조정기는 AC 라인 또는 중성선에 배치된 스위치로 구성되며, AC 소스 정현파의 세그먼트를 절단하여 위상 각도 "절단(chop)" 또는 위상 각도 변조(phase angle modulation, PAM)에 의해 부하 상의 유효 전압을 변화시킴으로써 변조된다. AC 소스에 대해 PAM을 적용하면 부하에 걸리는 AC 전압이 각도에 비례하는 유효 전압 강하를 감소시킬 것이다. 부하의 전류 및 전압 파형은 공급 전압의 변조 이전, 도중, 및 이후에 모니터링된다. 일 실시예에서, 전력 관리를 포함하는 부하는 감소된 공급 전압에 대한 전압, 전류, 및 전력 파형에 반영된 전력 관리 시스템의 반응을 관측함으로써 전력 관리를 포함하지 않는 부하와 구별된다. 또 다른 실시예에서, 부하에 대한 미리 선택된 패턴의 전력의 변화가 제한된 횟수의 부하 사이클에 걸쳐 인가된다. 일 실시예에서, 뉴런 네트워크 분석은 부하에 대하여 방해받지 않으면서 변화된 전력에 기초하여 파형을 분석하고 분류하는데 사용된다. 또 다른 실시예에서, 스위치의 프로그래밍된 제어는 부하 유형을 구별할 수 있는 능력에 기초하여 최적화된다. 또 다른 실시예에서, 동일한 회로 상에 복수의 부하 유형이 연결되어있는 경우, 스위치를 제어하기 위한 프로그램은 구별 가능하게 연결된 부하의 개수를 최대화하도록 최적화된다. 일 실시예에서, 디바이스의 식별은 일반적인 카테고리들의 디바이스의 세트로 한정된다. 카테고리의 비한정적인 예시로는, 변화하는 공급 전압으로 일정한 전력을 유지하기 위한 역률 보정 디바이스를 더 포함하는 저항성 부하, 용량성 부하, 유도성 부하, 및 이러한 3가지 유형의 부하를 포함한다.
AC 전력 공급원은 AC 메인, DC 전력을 마이크로프로세서에 제공하는 AC/DC 변환기, 전류 및 전압 센서, 및 프로그램 가능한 스위치에 연결을 포함한다. 전압 센서는 저항 분배기를 이용하고, 전류는 전류-감지 저항기, 전류 증폭기, 및 홀 효과 센서(Hall Effect sensor)로 감지된다. 샘플링 결과는 전형적으로 비교기, 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 처리되며, 데이터 저장 요소에 저장된다. 바람직한 실시예에서, AC/DC 변환기 및 프로그램 가능한 스위치는 모두 전체 AC 전력 공급원이 실리콘 상에 집적될 수 있게 하는 설계를 사용한다.
특정 예시는 본 발명의 개념을 예시적인 응용으로 제한하려는 것이 아니다. 본 발명의 다른 양태 및 이점은 첨부 도면 및 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술의 전자 부하 식별의 양태를 나타내는 다이어그램이다.
도 2는 개선된 전자 부하 식별의 제1 실시예의 도 1의 형태의 다이어그램이다.
도 3은 개선된 전자 부하 식별의 제2 실시예의 도 1의 형태의 다이어그램이다.
도 4는 전자 부하 식별의 개선된 방법의 흐름도이다.
도 5는 AC 전력 공급원을 식별하는 본 발명의 부하 전자 장치의 블록도이다.
도 6은 AC 전력 공급원을 식별하는 부하의 바람직한 실시예에서 사용되는 AC-DC 변환기의 블록도이다.
도 7은 도 6의 AC-DC 변환기의 바람직한 실시예의 회로도이다.
도 8 및 도 9는 AC 전력 공급원을 식별하는 부하의 바람직한 실시예에서 사용되는 프로그램 가능한 스위치의 양태의 회로도이다.
도 10은 AC 소스로부터 부하의 전기적 절연을 더 포함하는 AC 전력 공급원을 식별하는 부하의 블록도이다.
도 11은 AC 전력 공급원을 식별하는 부하의 다른 구성요소로부터 부하 센서의 전기적 절연을 더 포함하는 AC 전력 공급원을 식별하는 부하의 블록도이다.
도 1을 참조하면, AC 소스에 부착된 부하를 식별하기 위한 전형적인 종래 기술의 방법이 도시되어 있다. 그래프는 종래 기술의 분석에 사용된 일반적인 파형을 나타내고, AC 메인(101), 연결된 부하에 대한 전압(102) 및 전류(103), 및 부하에 의해 소산된 전력(104)을 포함한다. 각 그래프의 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 표시된 측정값을 나타낸다. 전형적인 상황에서, 콘센트는 t0에서 전력이 공급되고 부하는 t1에서 연결되며, 순차적으로 전력은 t2에서 부하에 의해 인출된다. 대부분의 상황에서, t1 및 t2는 이전 시스템의 측정 기능에 대해 동시이다. 종래 기술 시스템은 t1 및 t2 사이의 시간 차이를 측정하는 기능을 포함하지 않는다. 가장 간단한 형태에서, 종래 기술의 시스템은 메인의 위상에 대한 부하의 전압과 전류 사이의 위상 천이를 찾는다. 보다 정교한 선행 기술 시스템에서, 파형 Vload(102) 및 Iload(103) 상의 고주파수 변동의 패턴의 예상되는 부하에 대해 공지된 패턴에 대해 매칭된다. 도 1 및 그 이후의 도 2 내지 도 4에 도시된 파형 패턴은 획득된 데이터의 유형을 상징하며 파형에 포함된 고주파수 변형과 같은 세부 사항을 나타내지는 않는다는 것을 유의한다. 저주파수 파형 꼭대기의 고주파수 노이즈는 통상의 기술자에게 공지되어 있다.
도 2를 참조하면, AC 전력 공급원을 식별하는 본 발명의 부하에 포함된 분석 방법의 제1 실시예가 도시된다. 그래프는 AC 메인(201)의 전압, AC 메인과 부하 사이에 직렬로 배치된 프로그램 가능한 스위치에 의해 출력되는 전압(202)에 대한 시간(수평 축) 대 값에 대한 것이다. AC 메인은 최소한 기준 시간 t0에 전원이 공급되고 켜진다. 시간 t1에서 부하는 콘센트에 연결되거나 그렇지 않으면 AC 전력 공급원을 식별하는 부하에 연결된다. AC 전력 공급원을 식별하는 부하는 연결된 부하를 검출하고, 프로그램 가능한 스위치는 시간 t2에서 켜져서 AC 메인을 부하에 연결시킨다. 부하는 t3에서 전력을 인출하기 시작한다. AC 메인과 부하 사이에 직렬인 프로그램 가능한 스위치를 가지는 덕분에, 부하에 전력을 인가하는 정확한 시간 t2과 부하가 전력을 인출하기 시작하는 정확한 시간 t3은 공지되어 있다. 이러한 방식으로, 턴 온 지연을 초래하는 형태의 일부 전력 규제를 포함하는 부하는 이러한 제어를 포함하지 않는 부하로부터 구별될 수 있다. 즉, 대부분의 상황에서 t2와 t3는 거의 동시에 발생한다. 그러나, t2와 t3 사이의 지연은 부하의 유형을 나타낼 수 있다. AC 전력 공급원을 식별하는 부하는 t3와 t4 사이의 기간 동안 부하에 의해 인출된 전압(203), 전류(204), 및 전력(205)을 모니터한다. 모니터링은 AC 메인(201)의 주파수 또는 그 근처의 주파수, 및 파형에 중첩된 (도시되지 않은) 고주파수 패턴을 포함하여 도시된 모든 그래프에 대한 파형 데이터를 획득, 저장, 및 비교하는 형태의 분석을 암시한다. 분석은 AC 메인과 부하에 대한 전압, 전류, 및 전력 파형 간의 위상 천이 뿐만 아니라 저주파와 고주파수 신호 모두의 패턴을 찾는 것을 포함한다. 도시된 비제한적인 예시에서, 부하로의 전력은 t4와 t5 사이의 사이클의 일부 동안 감소된다. 이러한 기간 (t4와 t5 사이), t5 이후부터는 모든 파형이 지속적으로 획득되고 분석된다. 부하를 식별하기 위해 고주파수 구성요소를 포함한 파형이 다시 분석된다. 그러나, 이 경우에는, 부하의 유형과 특정 부하를 구별할 수 있는 능력을 향상시키기 위해 인가된 전력의 프로그램된 변화 이전, 도중, 및 이후의 파형의 추가 데이터가 가능하다. 또 다른 실시예에서, 스위치는 전력 손실(블랙 아웃(black out)) 또는 공급 전압 감소(브라운 아웃(brown out))로부터 전력의 복원 후에 발생할 수 있는 서지를 피하기 위해 부하에 전력을 인가하는 것을 제어하는데 사용된다. 도 3은 본 발명의 추가 실시예에서의 파형 분석을 도시한다. 그래프는 도 2에 도시된 것과 동일한 데이터에 대한 것이다. 시간 t0는 기준 시간 또는 데이터 획득의 시작이다. 시간 t1에서, 부하 디바이스는 AC 전력 공급원을 식별하는 부하를 포함하는 AC 메인 회로에 연결된다. 부하가 검출되고, 직렬인 스위치가 t2에서 활성화되면, 디바이스에 전력이 공급된다. 부하는 t3에서 전력을 인출한다. 나중에, t4에서 디바이스로의 전력이 변경된다. 이러한 경우, 전력은 두 사이클 301, 302 기간에 걸쳐 디바이스로 감소되고, 제2 사이클(302)에서의 감소는 제1 감소 사이클(301)의 감소보다 더 크다. 파형들 301, 302은 부하에 인가된 전압이 파형 사이클의 일부분에 걸쳐 제로화되도록 위상 각도 변조를 사용하는 전력 공급원을 나타낸다. 파형은 AC 전력 공급원을 식별하는 본 발명의 부하에 직렬로 프로그램 가능한 스위치를 갖는 것을 나타낸다. 바람직한 실시예에서, 부하에 인가된 전력의 변화는 AC 메인의 파형과 동기화된다. 또 다른 실시예에서, 부하에 인가된 전력의 변화는 부하로부터 수신된 타이밍 신호와 동기화된다. 무한하지는 않지만 부하와 직렬로 고속 프로그래밍 스위치를 갖는 덕분에 다양한 변형이 가능하다. 부하로의 전력은 AC 메인의 단일 주기의 사이클보다 적은 선택된 기간에 걸쳐 프로그래밍 가능하게 수정될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 인가된 전력의 미리 선택된 복수의 일련의 변동들이 부하에 인가된다. 미리 선택된 일련의 변형은 서로 다른 부하 유형을 검출할 수 있는 것으로 알려진 세트로 선택된다. 즉, 예를 들어, 제1 변형은 도 2에 도시된 바일 수 있으며, 이어서 부하에 전체 전력을 인가한 기간이 뒤따르며, 그 다음 도 3에 도시된 바와 같이 부하에 인가되는 전력의 제2 변화 기간이 이어진다.
AC 메인의 파형과 부하를 가로지르고 통과하는 전압 및 전류는 AC 메인의 단일 주기의 사이클 시간보다 상당히 긴 샘플링 주파수로 기록되고 분석된다. 전압 및 전류 파형의 샘플링 주파수는 부하 유형을 구별하기 위해 필요에 따라 선택된다. 일 실시예에서, 샘플링 주파수는 kHz 범위이다. 다른 실시예에서, 샘플링 주파수는 MHz 범위이다. 바람직한 실시예에서, 부하에 인가된 전력의 프로그램된 변동은 예상된 부하 유형들 사이에서 획득된 파형들에서의 미분을 최적화하도록 선택된다. 일 실시예에서, 파형의 분석은 부하로부터의 전압 및 전류 파형의 고주파수 성분에서의 패턴 매칭을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 파형의 분석은 전력이 부하에 처음 인가된 후 부하 인출 전력의 타이밍에서 지연을 결정하는 것을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 분석은 획득된 파형을 그들의 고주파수 성분을 포함하여 상이한 부하 유형을 나타내는 그룹으로 분류하는 것을 의미한다. 그룹의 비제한적인 예시로서, 1차 저항성 부하, 용량성 부하, 유도성 부하, 역률 보정을 포함하는 부하, 및 전력 제어를 포함하는 부하를 나타내는 파형을 포함하여서 소스로부터의 전력의 초기 인가 시에 부하에 대한 전력이 지연된다.
이하의 도 4를 참조하면, 부하 제어 AC 소스를 이용하는 방법이 도시된다. 부하 제어 기기가 설치된다(401). 일 실시예에서, 설치는 AC 메인 공급원과 부하 사이에서 부하 제어 디바이스를 전기적으로 연결하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 이러한 설치는 부하 제어 디바이스를 접속 박스(junction box)에 설치하는 것을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 설치는 벽 콘센트에 부하 제어 AC 소스를 설치하는 것을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 설치는 부하 제어 디바이스를 종래의 벽 콘센트에 플러그함으로써 전자 공급 스트립 또는 스마트 연장 코드로서 부하 제어 디바이스를 설치하는 것을 포함하고, 부하는 부하 제어 디바이스에 플러그된다. 부하 제어 디바이스가 설치되고(401), 부하는 부하 제어 디바이스에 부착된다(402). 부하 제어 디바이스는 부하를 검출하고(403), 전력은 부하 제어 디바이스 내의 스위치를 활성화시킴으로써 부하에 공급된다. 스위치 및 부하 제어 디바이스의 세부 사항은 다음의 도면에 도시되어 있다. 일단 부하가 검출되면, 데이터 획득(404)이 개시된다. 데이터 획득은 부하가 전력에 연결된 시기, 전력이 부하에 인가되는 시기, 및 전력이 부하에 의해 사용되는 시기에 대한 타이밍에 대해 기록하는 것을 포함한다. 데이터 획득은 파형 데이터를 획득하는 것을 더 포함한다. 부하에 특정된 부하가 검출되면, 획득된 모든 데이터는 "부하 데이터"라고 한다. 부하 데이터에는 파형 데이터는 물론 부하의 켜지는 타이밍도 포함된다. 파형 데이터는 AC 메인 전압, 부하 전압, 부하 전류, 및 부하에 의해 소비된 전력의 값을 시간의 함수로서 획득하는 것을 포함한다. 모두가 부하의 유형을 검출하기 위해 최적화된 주파수에서 획득된다. 일 실시예에서, 데이터는 AC 메인 소스의 주파수보다 몇 배 더 높은 주파수에서 획득된다. 일 실시예에서, 50 내지 60 사이클 AC 소스 데이터에 대한 데이터는 kHz 속도에서 획득된다. 부하의 식별을 위해 전압 및 전류 파형의 고주파 성분에 의존하는 또 다른 실시예에서, 데이터는 MHz 속도에서 획득된다. 획득된 부하 데이터는 분석을 위해 저장된다(409). 일 실시예에서, 저장 장치는 즉시 또는 거의 즉시 처리를 위해 마이크로프로세서의 단기 랜덤 액세스 메모리에 저장하는 것을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 저장 장치는 저장된 부하 데이터가 이후 시간의 동일하거나 상이한 부하의 연결부와 부하의 제1 연결부에서 획득된(즉, 표시된 흐름도를 통한 먼저 통과한) 파형 패턴(402)과의 매칭에 기초하여 동일하거나 유사한 부하를 식별하기 위해 후속 패턴을 매칭하는데 사용되도록 장기 메모리에서의 저장 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 저장장치(409)는 복수의 부하 제어 디바이스에 의해 액세스 가능한 저장 장치를 포함한다. 이러한 저장 장치는 부하 제어 AC 소스에 유선 또는 무선으로 연결된 디바이스에 의해, 또는 저장된 부하 데이터를 제1 부하 제어 AC 소스로부터 제2 부하 제어 AC 소스로 전송함으로써 액세스할 수 있다. 일단 연결되고(402), 검출되면(403), 초기 데이터 획득 이후에(404) 디바이스로의 전력은 변조된다(405). 변조는 프로그램 가능한 스위치를 사용하여 디바이스의 전력을 변화시키는 것을 의미한다. 추가의 부하 데이터는 변조 도중에, 또는 변조 이후에 획득되며(406), 이후 부하는 부하 데이터에 기초하여 식별된다(407). 일 실시예에서, 식별은 공지된 부하 디바이스의 부하 데이터에서 이전에 획득된 파형과 부하 데이터의 파형을 비교하는 것에 기초한다. 또 다른 실시예에서, 부하는 이미 논의된 바와 같이, 부하에 대해 전력이 켜지는 타이밍과 파형 데이터의 매칭 모두에 기초하여 식별된다. 또 다른 실시예에서, 뉴런 네트워크 분석은 이전 부하 데이터의 라이브러리와 비교하여 부하 데이터를 부하 유형의 카테고리로 분류하는데 사용된다. 또 다른 실시예에서, 부하의 식별은 부하에 대한 직렬 스위치를 이용한 전력의 변조 이전, 도중, 및 이후 모두의 부하 전압과 전류 파형, 및 AC 메인 전압 파형 사이의 위상 관계에 기초하여 부하를 부하의 특정 카테고리로 분류하는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 부하는 다음 중 하나로서 식별된다(407):
1. 순수 저항성 부하. 전압와 전류 제로 크로싱 및 피크는 동기식으로 공급 전압의 변조 이전, 도중, 이후에 모두 발생한다. 전압이 감소되는 경우 전력이 감소되고, 공급 전압의 변조가 중지되는 경우 전력은 사전-변조 레벨로 되돌아가며, 공급 전압은 최대 전압으로 되돌아간다.
2. 전력 보정을 가지는 일정한 전력 저항성 부하. 변조 전 전압과 전류 피크는 동기식으로 발생하고, 전력은 변조 이전, 도중, 이후에 일정하다.
3. 순수 무효(용량성 또는 유도성) 부하. 전압과 전류는 변조 이전, 도중, 이후에 위상이 서로 다르며, 전력은 공급 전압의 변조 도중에 감소되며, 전력은 공급 전압의 변조가 끝나는 경우 사전-변조 레벨로 되돌아가며, 최대 전압으로 되돌아간다.
4. 일정 전력 무효 부하. 전압과 전류는 변조 이전, 도중, 이후에 위상이 서로 다르며, 전력은 공급 전압의 변조 이전, 도중, 이후에 일정하다.
일 실시예에서, 공급 전압의 변조는 1 내지 20% 만큼 RMS 공급 전압의 감소를 초래한다.
일 실시예에서, 식별은 식별을 위한 신뢰 레벨을 결정하는 것(407)을 더 포함한다. 일 실시예에서, 신뢰 레벨은 데이터 획득 단계(404, 406) 동안 획득된 부하 데이터와 이전에 공지된 부하에서 획득되고 저장된 데이터(410)의 매치의 적합도에 의해 결정된다. 일단 식별 단계(407)가 완료되면, 시스템은 부하가 식별되었는지 여부 및 부하 식별과 연관된 제어 규칙이 존재하는지 여부를 추가로 체크한다(408). 일 실시예에서, 식별에 대한 체크(408)는 식별에서의 신뢰 레벨을 확실한 식별로 정의된 미리 선택된 신뢰 레벨과 비교함으로써 행해진다. 부하가 확실하게 식별되고, 식별된 부하와 연관된 미리 선택된 제어 규칙이 있는 경우, 부하의 제어(409)가 구현된다. 바람직한 실시예에서, 부하에 대한 전력은 부하와 직렬인 스위치에 의해 제어된다. 미리 선택된 제어 규칙의 비제한적인 예시는 다음을 포함한다:
1. 낮 시간 동안, 전구와 같은 순수 저항성 부하는 특히 피크 수요 동안 전력 사용을 감소시키기 위해 흐려진다.
2. 무부하/최소 부하 요구의 전력 소비를 최소화하기 위해 부하 수요가 떨어지는 일정한 전력 부하에서 입력 전력은 그에 따라 떨어질 것이다.
3. 원격 위치(사람이 존재하지 않음)에서 순수 저항성 부하와 일정한 전력 저항성 부하는 연결이 끊어질 것이고, 부하의 요구에 의해 자동으로 다시 연결될 것이다.
4. 정상 작동 중에 아크를 생성하는 디바이스(예를 들어, 로터에 브러쉬 연결을 갖는 전기 모터)는 아크 결함 회로 차단기에 의해 무시되어 불필요하게 연결이 끊어지는 것을 방지한다.
또 다른 실시예에서, 부하가 순수한 저항성, 일정한 전력 저항성, 순수 무효, 및 일정한 전력 무효 중 어느 하나로부터 선택되는지에 기초하여 미리 선택된 규칙의 세트들이 있다. 미리 선택된 규칙 중 하나의 비제한적인 예시로, 포함된 역률 보정, 즉 일정한 전력 부하를 갖는 것으로 식별된 부하는 제어기에 의해 꺼지지 않으며, 순수 저항성 부하는 미리 선택된 기간 동안 순수 저항 부하가 꺼지며, 순수 무효 부하에 대한 전력은 미리 선택된 기간 동안 감소된다.
AC 전력 공급원을 식별하는 부하의 다양한 실시예의 부품은 도 5 내지 도 11에 도시되어 있다. 먼저, 도 5를 참조하면, AC 메인(501)은 AC 전력 공급원(503-516)을 식별하는 부하를 통해 부하(502)에 연결된다. 도면의 연결 라인은 도면의 연결 선들은 전력 연결을 나타내는 굵은 선(513), 감지선 연결을 나타내는 얇은 선(514), 및 제어선(517) 연결과 데이터 획득(516)을 나타내는 이중 선(516)으로 도시되어 있다. 스위치(508)는 소스(501)와 부하(502) 사이의 선 및 중성 암(neutral arms) 모두에 위치된다. AC 전력 공급원을 식별하는 부하는 AC 메인 데이터와 부하 데이터를 획득하는 전압(505, 510) 및 전류(506, 507, 511, 512)에 전력을 공급하는 AC-DC 변환기를 포함한다. AC/DC 변환기는 또한 마이크로프로세서(504)에 전력을 공급한다. 바람직한 실시예에서의 AC/DC 변환기의 세부 사항은 이하의 도 6 및 도 7과 관련하여 도시되고 논의된다. 전압 및 전류 센서는 당업계에 공지된 것과 동일하며, 저항기 분배기, 전류-감지 저항기 및 전류 증폭기를 포함하는 전류 센서, 및 홀 효과 센서를 사용하는 전압 센서를 포함한다. 샘플링 결과는 전형적으로 비교기, 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 처리되고, 당업계에 공지된 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 및 기타 고체 상태 메모리 디바이스(solid state memory device) 및 비고체 상태 메모리(non-solid state memory device)를 포함하는 데이터 저장 요소에 저장된다. 마이크로프로세서는 당업계에 공지되어 있고, 마이크로프로세서의 프로그래밍 및 작동을 하게 하는 사용자 인터페이스를 포함하는 마이크로프로세서, 데이터를 저장하기 위한 메모리, 각각 데이터를 수신하고 제어 신호를 전송하기 위한 입력 및 출력 포트와 연관된 부품을 포함한다. 일 실시예에서, 입력/출력 포트는 휴대용 컴퓨팅 디바이스 및 원격 서버와 같은 다른 컴퓨팅 디바이스에 액세스하기 위한 수단을 포함한다. 마이크로프로세서는 이미 도 4에서 기술된 단계를 유발하도록 프로그래밍되어있다. 마이크로프로세서의 양태는 AC 전력 공급원을 식별하는 부하의 일부 부품으로부터 멀리 떨어져있을 수 있다. 비제한적인 예시로서, 데이터의 라이브러리의 데이터 저장 장치는 원격으로 저장될 수 있고, 인터넷 연결과 같은 무선 수단 또는 유선 수단에 의해 액세스된다. 유사하게, 부하 데이터의 뉴럴 네트워크 분석과 같은 일부 계산은 원격 서버 상에서 달성될 수 있으며, 그 결과는 마이크로프로세서(504)로 전송된다. 스위치(508) 및 스위치 제어기(509)는 마이크로프로세서에 의해 제어된다. 바람직한 실시예에서, 스위치 및 스위치 제어기의 세부 사항은 이하의 도 8 및 도 9에 도시되고 논의된다.
일 실시예에서, AC/DC 변환기는 마이크로프로세서, 센서, 및 스위치 제어에 적합한 전압 및 전력을 공급하는 당업계에 공지된 임의의 유형일 수 있다. 그러한 AC/DC 변환기는 센서 및 마이크로프로세서 회로망에 의해 요구되는 선택된 전압 및 전력을 제공하기 위해 정류기 및 변압기 부품을 포함한다. 유사하게, 스위치(508) 및 제어기(509)는 이미 기술된 위상 각도 변조에 필요한 주파수에서 프로그래밍 가능하게 동작될 수 있는 당업계에 공지된 임의의 스위치/제어기일 수 있다. 비제한적인 예시로서, 마이크로전자기계(MEM) 디바이스 뿐만 아니라 MOSFET 및 다른 고체 상태 스위치 디바이스와 같은 고체 상태 스위치 뿐만 아니라 위상 각도 변조에 사용되는 것으로 알려진 트라이액(triac)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, AC 전력 공급원을 식별하는 부하의 부품은 도 5의 전체 디바이스(AC 메인(501)과 부하(502)는 제외)가 실리콘 상에 집적될 수 있도록 선택된다. 바람직한 실시예에서, AC-DC 변환기(503)는 도 6 및 도 7에서 기술된 바와 같고, 스위치(508) 및 제어기(509)는 이하의 도 8 및 도 9에서 기술된 바와 같으며, AC 전력 공급원(503-516)을 식별하는 전체 부하는 실리콘 상에 집적된다. 제어가 있는 AC 전력 공급원을 식별하는 부하는 503 내지 516의 요소로 구성된다. AC 전력 공급원을 식별하는 부하는 AC 소스(501) 및 부하(502) 사이의 전력 공급원 시스템 내의 어느 위치에서나 위치될 수 있다. 일 실시예에서, AC 전력 공급원은 전기 공급 패널에 위치된다. 또 다른 실시에에서, AC 전력 공급원은 콘센트 박스 내에 위치된다. 또 다른 실시예에서는 연장 코드에 위치된다. 부하는 단일 부하 디바이스 또는 복수의 전기 부하 디바이스일 수 있다.
AC-DC 전력 공급원
AC-DC 변환기(503)의 세부 사항은 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, AC-DC 변환기는 정류기를 필요로하지 않고, 일반적으로 도 6에 도시된 요소 및 이들 요소에 의해 암시된 방법으로 구성된다. 회로 요소의 비제한적인 특정 예시가 도 7에 도시된다. 도 6을 참조하면, AC 소스(601)는 돌입 보호 요소(602)(inrush protection element)에 연결된다. 일 실시예에서, 돌입 요소는 AC 공급원의 라인 및 중립에 있는 저항 요소로 구성된다. 다른 실시예에서, 보다 높은 전력 및 효율성이 요구되는 경우, 돌입 보호는 스위치 요소를 포함하며, 이러한 스위치 요소는 시동 시에 높은 저항을 제공하고 정상 상태 동작 시 저항 요소를 회로 밖으로 스위칭한다. 돌입 보호 이후, AC 소스는 샘플링 요소(603)를 사용하여 샘플링된다. 일 실시예에서, 샘플링 요소(603)는 전압 분배 네트워크로 구성된 저항기를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 샘플링 요소는 기준 전압 소스 및 비교기를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 샘플링 요소는 수동으로 조정될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 샘플링 요소는 자동으로 조정될 수 있다. 샘플링된 전압은 스위치 드라이버 요소(604)의 공급으로서 사용된다. 바람직한 실시예에서, 스위치 드라이버 요소(604)는 저장 요소(606)로부터 피드백 전압 신호(609)를 수신하고, 전압 신호에 기초하여 제어 스위치 및 클램프 요소(605) 내의 스위칭 요소의 게이트에 인가된 전압을 제어함으로써, 저장 요소(606)에 전력을 공급하고 궁극적으로는 부하(608)에 전력을 공급하도록 제어 스위치를 열고 닫을 수 있다. 일 실시예에서, 피드백(609)이 제거되는 경우, AC-DC 변환기는 저장 요소(606)의 충전이 전방 측면(603, 604, 605)으로부터 제어되는 피드 포워드 변환기(feed forward converter)이다. 피드백 제어(609)의 추가는 피드 포워드 및 피드백 제어 모두를 위한 수단을 제공한다. 일 실시예에서, 피드 포워드 및 피드백 제어의 밸런스는 전압 샘플링 요소(603) 및 피드백 라인(609) 내의 부품의 선택에 의해 결정된다. 일 실시예에서, 피드 포워드 및 피드백 제어의 밸런스는 샘플링 요소(603) 및 피드백(609) 내의 저항 요소에 의해 결정된다. 또 다른 실시예에서, 피드 포워드 및 피드백 제어가 조정될 수 있도록 가변 요소가 사용된다. 바람직한 실시예에서, 스위치 드라이버는 전압 분배기 및 스위치로 구성된다. 스위치 드라이버(604)에 의해 제어되는 스위치 및 클램프 요소(605)는 고정된 최대 전류에서 저장 요소(606)에 펄스 전력을 제공한다. 바람직한 실시예에서, 스위치 및 클램프 요소는 소스-게이트에 연결된 제너 다이오드 및 N-MOSFET으로 구성되고, 피크 전압 및 따라서 피크 전류를 미리 선택된 피크 전압값으로 제한/클램핑한다. 일 실시예에서, 미리 선택된 제한 전압은 스위치(605)의 N-MOSFET 구성 요소의 소스에 대한 제너 다이오드 브릿징 게이트(Zener diode bridging gate)의 제너 전압의 값에 의해 결정된다. 미리 선택된 피크 전류 펄스로 구성된 클램프 요소 및 스위치로부터의 전력은 저장 요소(606)에 제공된다. 일 실시예에서, 전압 조정기는 다이오드 및 에너지 저장 요소로서 사용되는 커패시터로 구성된다. 커패시터 상의 충전은 전압 분배기 회로를 통해 스위치 드라이버(604)에 피드백되어서 커패시터 상에 일정한 전하를 유지한다. 저장 요소로부터의 출력은 전압 조정기(607)를 통해 부하(608)에 공급된다. 또 다른 실시예에서, AC-DC 변환기는 갈바닉 절연 요소(610)를 더 포함한다. 갈바닉 절연 유닛은 도 10 및 도 11과 관련하여 더 논의된다. 또 다른 실시예에서, AC-DC 변환기는 부하(608)로부터의 피드백을 가능하게 하는 요소(611)를 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, 피드백 회로(611)는 또한 제어 요소(604)와 부하(608) 사이의 갈바닉 절연을 포함한다.
도 7은 AC-DC 변환기의 바람직한 실시예를 도시한다. 요소(701 내지 708)는 도 6의 요소(601 내지 608)에 각각 대응한다. AC 소스(701)는 저항 R1 및 R2의 바람직한 실시예에 포함된 돌입 보호 회로(701)에 연결된다. (도시되지 않은) 또 다른 실시예에서, 돌입 보호는 시동 시에 전류가 저항기 R1 및 R2를 통해 흐르고, 일단 정상 상태 동작에 도달하면 저항기를 우회하도록 스위치를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 돌입 제어는 인턱터를 사용한다; 즉, 요소 R1 및 R2는 인덕터 L1 및 L2로 대체된다. 돌입 보호로부터의 출력은 스위치와 클램프 회로(705)의 스위치(Q2) 및 전압 샘플링 요소(703)로 간다. 전압 샘플링 요소(703)는 AC 입력을 샘플링하는 저항기(R3, R4, 및 R5) 및 저장 커패시터(C1)으로부터 피드백 전압을 제공하는 저항기(R8)로 구성된다. R3, R4, R5, 및 R8의 값은 스위치 드라이버 요소(704) 내의 스위치(Q1)의 게이트로의 전압이 스위치 Q1을 켜고 끔으로써, 이에 의해 스위치 Q2가 동기적으로 켜고 꺼지며, 이에 의해 스위치 Q2로부터 전하 저장 요소(C1)로 미리 선택된 시간 출력 펄스를 제공하도록 선택된다. 저항기 R8은 커패시터(C1) 상의 전하에 대한 피드백 경로를 제공하고, 따라서 전압 샘플링 회로(703) 그리고 따라서 제어 회로(704)에 대한 출력 전압을 제공한다. 스위치 및 클램프 요소(705)는 스위치(Q2), 제너 다이오드(D1), 및 저항기(R7)로 구성된다. 스위치(Q2)는 스위치 드라이버 회로망(704)에 의해 제어된다. 스위치(Q2)의 피크 출력 전류는 다이오드(D1)의 제너 전압의 선택된 값에 기초하여 미리 선택된 값으로 클램핑된다. 스위치(Q2)로부터의 펄스 출력은 R8을 전압 샘플링(703)으로 피드백함으로써 전압 조정기(706)에 연결되고, 스위치 드라이버(704)는 커패시터(C1)를 일정한 전하로 유지한다. 제어 요소 스위치(Q1) 및 따라서 공급 스위치(Q2)는 AC 입력(701)과 동기하여 개방 또는 폐쇄 상태로 활성화된다. AC-DC 변환기는 들어오는 AC 소스의 주파수에서 펄스 변조된 저전압 출력을 제공한다. 스위치는 AC 소스의 제로 크로싱의 Q1 및 Q2 구성 요소에 대한 임계값 근처의 전압에서 개방되거나 폐쇄되면 활성화된다. 출력은 전압 조정기(707)로 가며, 그 후 부하(708)로 간다. 전압 조정기(707)는 스위치(Q3), 제너 다이오드(D3), 저항기(R9), 및 커패시터(C2)를 포함한다. 회로 부품(D3, Q3, R9)은 전압 조정기로서의 기능을 한다. 커패시터(C2)는 버퍼에 저장 용량을 제공하여, AC-DC 변환기로부터 부하(708)로의 출력을 매끈하게 한다.
도 6 및 도 7의 바람직한 실시예에서, AC-DC 변환기는 돌입 보호의 요소(602), 전압 샘플링(603), 스위치 드라이버(604), 스위치 및 클램프(605), 저장 요소(606), 및 전압 조정기(607)로 구성된다. 전압 샘플링(603)에서 부품의 선택은 스위치 드라이버(604)의 타이밍을 결정한다. 스위치와 클램프의 요소의 선택은 출력 펄스의 피크 전압과 전류를 결정한다. 전력 출력은 피크 전류와 펄스 타이밍을 모두 선택함으로써 제어된다. 전압 샘플링을 통한 저장 요소로부터의 피드백은 펄스 타이밍을 선택하는데 사용된다. AC-DC 변환기는 AC 소스와 동기화하여 작동한다.
도 7의 바람직한 실시예는 일반적으로 전력 소스(701)에 연결된 전압 분배기(703), 제1 스위치의 입력을 통해 전압 분배기에 연결된 제1 스위치(704), 입력이 제1 스위치의 출력에 연결된 제2 스위치(705), 다이오드를 통해 제2 스위치의 출력에 연결된 저장 커패시터(C1), 저장 커패시터와 전압 분배기 사이에 연결된 감지 저항기(709)로서 AC 직접 DC 추출 변환 시스템의 피드백 제어를 제공하는 감지 저항기(709), 제2 스위치의 입력과 출력 사이에 연결되어 제2 스위치의 출력과 입력의 전압을 제너 다이오드의 제너 전압으로 클램핑하는 제너 다이오드(D1), 및 저장 커패시터(C1)에 연결된 전자 부하(708)를 포함한다. 스위치(604, 605)는 임의의 전자적으로 작동하는 스위치일 것이다. 일 실시예에서, 스위치는 N-MOSFET이다. 또 다른 실시예에서, 스위치는 양극성 트랜지스터(bipolar transistor)이고, 다른 실시예에서 스위치는 마이크로전자기계 스위치이다. 바람직한 실시예에서, DC 전력 공급원은 실리콘 상에 완전히 집적된다.
스위치
스위치(508)(도 5)는 본 발명에 필수적이다. 부하(502)에 대한 전력은 스위치(508)를 사용하여 변화되고, 부하를 가로지르는 전압 및 전류의 파형은 스위치(508)를 통해 인가된 전압의 변화 전, 도중, 및 후에 기록된다. 바람직한 모드에서, 스위치는 제어기 요소(509)를 통해 작용하는 마이크로제어기(504)에 의해 제어된다. 스위치는 마이크로프로세서에 의해 제어될 수 있고 메인 전력(501)의 주파수보다 빠른 주파수에서 작동될 수 있는 임의의 전자 스위치이며, 이는 메인(501)과 동기하여 작동될 수 있어서 조광기 어플리케이션에서 전형적으로 사용되는 인가된 AC 파형의 위상 제어를 제공한다. 일 실시예에서, 제어 신호는 AC 메인 파형과 동기화되고 부하에 전달되는 평균 전류/전력을 효과적으로 제어하기 위해 조정 가능한 펄스 폭을 가지는 펄스 트레인(train)이며, 이에 따라 광원 부하에 대한 조광 효과 및 AC 모터 부하에 대한 속도 제어를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 제어 신호는 AC 메인 파형과 독립적인 고정되거나 가변 주파수를 가지는 펄스 트레인으로, 무선 충전기/발전기로서 사용하기 위해 부하 단자에서 무선 주파수(radio-frequency, RF) 전력 파형을 생성한다. 또 다른 실시예에서, 제어 신호는 LED의 가변 조명을 허용하는 가변 DC 전압이며, 이에 따라 스위치가 선형 모드에서 동작할 수 있게 한다. 바람직한 실시예에서, 스위치(508) 및 제어(509)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같다.
먼저 도 8을 참조하면, 스위치(508)는 AC 메인(501)으로부터 부하(502)로의 전력을 제어한다. 스위치는 바디 다이오드(803, 804)를 포함하는 전력 MOSFET(801, 802)을 포함한다. 제너 다이오드(805)는 파워 MOSFET(801, 802)의 임계 전압보다 큰 제너 전압을 갖는다. 제너 다이오드(805)는 전력 MOSFET의 드레인 단자에 연결되고, 전류 제한 저항기(808, 809)에 의해 보호되는 정류 다이오드(806, 807)를 통해 바이어스된다. 따라서, 드레인 단자 중 하나가 제너 전압을 초과하는 경우, 저항-다이오드 브랜치(806, 808 및 807, 809)는 제너 다이오드(805)에 바이어스를 제공하며, 전력 MOSFET(801, 802)을 "온" 상태로 둔다. LED(810)에 의해 조명되는 경우, 광 트랜지스터(811)는 브랜치(806, 808 및 807, 809)로부터 전력 MOSFET의 소스 단자로 바이어스 전류를 이동시켜서 "오프" 상태로 둔다. LED(810)는 별도의 저전압 소스(812)에 의해 전력이 공급되고, 전류 제한 저항기(813)를 통해 스위치(814)에 의해 제어된다. LED(810)는 광 트랜지스터(811)의 광 근접 내에 있다. 제어 라인(815)은 제어기(509)를 통해 스위치(508)의 위상 제어를 제어하기 위해 프로세서(504)를 연결한다.
턴-오프 시간 상수는 LED(810)에 의해 제공된 조명 레벨에서 광 트랜지스터(811)의 포화 전류에 의해 지시되는 반면, 턴-온 시간 상수는 전류 제한 저항기(808, 809)의 값 및 전력 MOSFET의 게이트-소스 커패시턴스에 의해 지시된다. 이러한 시간 상수는 모두 AC 메인의 주기보다 훨씬 짧도록 설계될 수 있으며, 따라서 이 실시예가 온-오프 및 위상-제어 모드 모두에서 작동할 수 있게 한다.
도 9는 회로의 성능을 추가로 향상시키기 위해 AC 공급원의 각 암에서 2개의 스위치 유닛(508)을 사용하는 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 전력 MOSFET은 도 8에서 사용된 유닛의 항복 전압의 1/4을 갖도록 선택된다. 따라서, 개개의 스위치 유닛의 온 저항은 32배 만큼 감소할 것으로 예상될 수 있으며, 직렬로 연결된 2개의 스위치 유닛의 총 온 저항은 도 8의 회로에 비해 8배 만큼 감소된다. 추가적으로, "오프" 상태에 있는 각 스위치 유닛의 전압 강하가 4등분 되어, 각 유닛이 경험하는 드레인-소스 전압(dVds/dt)의 변화율을 4배만큼 감소시키고, 결과적으로 "오프" 상태 누설 전류를 더 감소시킨다. 본 발명자는 이러한 회로 구성이 누설 전류를 감소시킴으로써 스위치 디바이스의 턴-오프 특성을 더 개선시킨다는 것을 발견했다.
도 10에 도시된 또 다른 실시예에서, 부하(502)는 절연 변압기(1003)의 사용을 통해 AC 전력 공급원(1001)을 식별하는 부하 및 AC 메인(501)으로부터 갈바닉 절연된다. 부하(502)의 접지(1004)는 AC 메인(501)의 접지(1002)에 대해 부유한다.
도 11에 도시된 또 다른 실시예에서, 부하(502)에 부착된 센서는 광학 커플링 디바이스(1101)를 사용하여 또한 갈바닉 절연된다. 도시된 예시에서, 부하에 부착된 전압 감지 라인(1102)은 AC 전력 공급원(1001)을 식별하는 부하의 마이크로프로세서 상의 I/O 포트에 연결하는 감지 라인(1103)으로부터 전기적으로 분리되어 있다.

Claims (19)

  1. AC 공급원을 전자 부하에 연결하고 부하를 식별하기 위한 전력 공급원으로서,
    a. AC-DC 변환기;
    b. 스위치 제어기를 포함하는 전자 스위치로서, 상기 스위치 제어기는 상기 AC 공급원으로부터의 전압의 위상 각도 변조를 상기 부하에 제공하는, 전자 스위치;
    c. AC 공급원의 전압을 모니터하기 위한 제1 전압 센서;
    d. 상기 부하에 인가되는 전압을 모니터하기 위한 제2 전압 센서;
    e. 상기 부하에 의해 인출된 전류를 모니터하기 위한 전류 센서; 및
    f. AC-DC 변환기에 의해 전력이 공급되는 마이크로프로세서로서, 상기 마이크로프로세서는,
    제1 전압 센서, 제2 전압 센서, 및 전류 센서로부터 입력을 수용하도록 프로그래밍되고,
    제1 전압 센서, 제2 전압 센서, 및 전류 센서의 파형의 제1 세트는 상기 부하를 상기 전력 공급원에 연결한 후 제1 기간 동안 획득되고, 제1 전압 센서, 제2 전압 센서, 및 전류 센서의 파형의 제2 세트는 상기 부하를 상기 전력 공급원에 연결한 후 제2 기간 동안 획득되도록 상기 스위치 제어기를 제어하도록 프로그래밍되며,
    상기 파형의 제1 세트 및 상기 파형의 제2 세트 각각은 서로에 대해 진폭 및 위상 천이를 가지는, 마이크로프로세서
    를 포함하고,
    g. 상기 스위치에 의한 부하로의 AC 전압의 위상 각도 변조를 사용하여 제2 기간 동안 부하로의 전압이 감소되고,
    h. 상기 마이크로프로세서는 상기 파형의 제1 세트를 파형의 제2 세트와 비교함으로써 부하를 식별하도록 더 프로그래밍되는,
    전력 공급원.
  2. 제1항에 있어서,
    부하를 식별하는 것은, 상기 부하를 순수한 저항성 부하, 일정한 전력 저항성 부하, 순수한 무효 부하, 및 일정한 전력 무효 부하로부터 선택된 하나로 식별하는 것을 포함하는,
    전력 공급원.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부하에 대한 전력은 부하의 식별 및 부하의 식별과 연관된 미리 선택된 규칙의 세트에 기초하여 스위치에 의해 제어되는,
    전력 공급원.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전력 공급원의 모든 구성 요소는 실리콘 상에 집적되는,
    전력 공급원.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 AC-DC 변환기는 도 7에 따라 제조되는,
    전력 공급원.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 스위치는 도 8에 따라 제조되는,
    전력 공급원.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 상기 AC 전력 공급원으로부터 갈바닉 절연(galvanically isolate)된,
    전력 공급원.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압 센서 및 상기 전류 센서는 상기 부하 및 상기 AC 전력 공급원으로부터 갈바닉 절연된,
    전력 공급원.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전력 공급원은 전기적 공급 패널에 위치되는,
    전력 공급원.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전력 공급원은 콘센트 박스(outlet box)에 위치되는,
    전력 공급원.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전력 공급원은 연장 코드에 위치되는,
    전력 공급원.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전자 부하는 복수의 전자 부하 디바이스인,
    전력 공급원.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 파형의 제1 세트를 상기 파형의 제2 세트와 비교하는 것은:
    a. 상기 제2 전압 센서의 파형의 위상과 상기 전류 센서의 파형의 위상을 상기 제1 전압 센서의 파형의 위상과 비교하는 것, 및
    b. 상기 제1 기간 동안 제2 전압 센서의 진폭에 상기 전류 센서의 진폭을 곱한 값과 상기 제2 기간 동안 제2 전압 센서의 진폭에 상기 전류 센서의 진폭을 곱한 값을 비교하는 것을 포함하는,
    전력 공급원.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 파형의 제1 세트를 상기 파형의 제2 세트와 비교하는 것은:
    a. 상기 제1 기간 동안 제1 전압 센서의 파형의 고주파수 구성 요소와 상기 제2 전압 센서의 파형의 고주파수 구성 요소를 비교하는 것, 및
    b. 상기 제2 기간 동안 제1 전압 센서의 파형의 고주파수 구성 요소와 상기 제2 전압 센서의 파형의 고주파수 구성 요소를 비교하는 것을 포함하고,
    c. 제1 기간 및 제2 기간 동안의 고주파수 구성 요소를 비교하여 부하의 식별의 패턴 특성을 생성하는,
    전력 공급원.
  15. AC 공급원에 연결된 전자 부하를 식별하는 방법에 있어서,
    a. 제1 기간 동안 AC 공급원의 전압의 파형을 획득하는 단계;
    b. 제1 기간 동안 부하 양단의 전압의 파형을 획득하는 단계;
    c. 제1 기간 동안 상기 부하를 통과하는 전류의 파형을 획득하는 단계;
    d. 제2 기간 동안 상기 AC 공급원의 전압을 상기 부하로 감소시키는 단계;
    e. 제2 기간 동안 상기 AC 공급원의 전압의 파형을 획득하는 단계;
    f. 제2 기간 동안 부하 양단의 전압의 파형을 획득하는 단계;
    g. 제2 기간 동안 상기 부하를 통과하는 전류의 파형을 획득하는 단계로서, h. 상기 파형들의 각각은 서로에 대한 진폭 및 위상을 가지는, 전류의 파형을 획득하는 단계; 및
    i. 제1 기간 동안 획득된 파형과 제2 기간 동안 획득된 파형을 비교함으로써 부하를 식별하는 단계를 포함하는,
    AC 공급원에 연결된 전자 부하를 식별하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 부하를 식별하는 단계는, 상기 부하를 순수한 저항성 부하, 일정한 전력 저항성 부하, 순수한 무효 부하, 및 일정한 전력 무효 부하로부터 선택된 하나로 식별하는 단계를 포함하는,
    AC 공급원에 연결된 전자 부하를 식별하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 부하의 식별 및 부하의 식별과 연관된 미리 선택된 규칙의 세트에 기초하여 상기 부하에 대한 전력을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    AC 공급원에 연결된 전자 부하를 식별하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    파형의 제1 세트를 파형의 제2 세트와 비교하는 단계는:
    a. 상기 제2 전압 센서의 파형의 위상과 상기 전류 센서의 파형의 위상을 상기 제1 전압 센서의 파형의 위상과 비교하는 단계, 및
    b. 상기 제1 기간 각각 동안 제2 전압 센서의 진폭에 상기 전류 센서의 진폭을 곱한 값과 상기 제2 기간 각각 동안 제2 전압 센서의 진폭에 상기 전류 센서의 진폭을 곱한 값을 비교하는 단계를 포함하는,
    AC 공급원에 연결된 전자 부하를 식별하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 파형의 제1 세트를 상기 파형의 제2 세트와 비교하는 단계는:
    a. 상기 제1 기간 동안 제1 전압 센서의 파형의 고주파수 구성 요소와 상기 제2 전압 센서의 파형의 고주파수 구성 요소를 비교하는 단계, 및
    b. 상기 제2 기간 동안 제1 전압 센서의 파형의 고주파수 구성 요소와 상기 제2 전압 센서의 파형의 고주파수 구성 요소를 비교하는 단계를 포함하고,
    c. 제1 기간 및 제2 기간 동안의 고주파수 구성 요소를 비교하는 단계는 부하의 식별의 패턴 특성을 생성하는,
    AC 공급원에 연결된 전자 부하를 식별하는 방법.
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