KR20200022742A - 개선된 임펄스 신호를 제공하는 궤도 회로 장치 - Google Patents

개선된 임펄스 신호를 제공하는 궤도 회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따르면, 전송 임피던스 본드로 임펄스 신호를 전송하는 임펄스 궤도 회로 장치에 있어서, 인가된 교류 전압을 SMPS(Switched Mode Power Supply)에 기초하여 직류 변환한 고전압을 제공하는 전압 안정부, 스위칭부 및 상기 고전압을 교류 변환한 교류 전압을 제공하도록 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 AC 컨버터 및 펄스 전압을 제공하는 펄스 발진부 및 상기 펄스 전압 및 상기 교류 전압에 기초하여 임펄스 신호를 상기 전송 임피던스 본드로 제공하는 임펄스 생성부를 포함하는 발진부를 포함할 수 있다.

Description

개선된 임펄스 신호를 제공하는 궤도 회로 장치 { Track circuit device providing improved impulse signal }
본 개시의 기술적 사상은 궤도 회로 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 개선된 임펄스 신호를 제공하고 이상 발생 시 절체 기능을 수행하는 궤도 회로 장치에 관한 것이다.
궤도 회로 장치는 레일을 전기 회로의 일부로 사용하여 레일 상의 전기 철도 차량(이하, 전차로 함)를 감지하고, 레일을 통해 지상에서 전차에 정보를 전달하는 회로를 의미한다. 궤도 회로 장치는 교류, 직류, 임펄스, 가청 주파수 및 코드식 등과 같은 다양한 신호를 생성할 수 있다. 궤도 회로 장치는 생성한 신호를 궤도로 전송하고, 전송된 신호를 궤도를 통해 수신하여 전차가 레일 상에 존재하는지 여부를 감지할 수 있다. 또한, 궤도 회로 장치는 생성한 신호를 이용하여 전차에 정보를 전달할 수 있다. 이 경우, 궤도 회로 장치가 생성한 신호는 다양한 요인에 의해 불안정해질 수 있으므로, 타겟 값을 갖도록 정확한 신호를 생성할 필요가 대두되었다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하려는 과제는, 디지털 제어 방식을 이용하여 정확한 임펄스 신호를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 전송 임피던스 본드로 임펄스 신호를 전송하는 임펄스 궤도 회로 장치에 있어서, 인가된 교류 전압을 SMPS(Switched Mode Power Supply)에 기초하여 직류 변환한 고전압을 제공하는 전압 안정부, 스위칭부 및 상기 고전압을 교류 변환한 교류 전압을 제공하도록 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 AC 컨버터 및 펄스 전압을 제공하는 펄스 발진부 및 상기 펄스 전압 및 상기 교류 전압에 기초하여 임펄스 신호를 상기 전송 임피던스 본드로 제공하는 임펄스 생성부를 포함하는 발진부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 임펄스 신호는, 정펄스 및 부펄스로 구성되며, 상기 정펄스 및 부펄스의 크기 비율은 3:1에 대응되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭부는, IGBT(Insultaed Gate Bipolar mode Transistor) 소자를 포함하며, 상기 스위칭 제어부는, 상기 교류 전압이 타겟 주파수 값을 갖도록 제1 디지털 제어 로직에 의해 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임펄스 생성부는, MP 콘덴서를 포함하며, 상기 펄스 발진부는, 제2 디지털 제어 로직에 의해 상기 타겟 주파수 값과 같은 주파수를 갖는 상기 펄스 전압을 제공하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 스위칭부 및 상기 펄스 발진부에서 출력하는 전압의 주파수를 동기시키기 위해 상기 스위칭 제어부 및 상기 펄스 발진부를 제어하는 제3 디지털 제어로직을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 전송 임피던스 본드로 임펄스 신호를 전송하는 임펄스 궤도 회로 장치에 있어서, 인가된 교류 전압을 직류 변환하여 고전압을 제공하는 스위칭부 및 상기 고전압에 기초한 피드백 전압을 피드백받아 상기 고전압의 크기가 기설정된 타겟 값을 유지하도록 상기 스위칭부를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 전압 안정부, 상기 고전압을 교류 변환한 교류 전압을 제공하는 AC 컨버터 및 펄스 전압을 생성하고, 상기 펄스 전압 및 상기 교류 전압에 기초하여 임펄스 신호를 상기 전송 임피던스 본드로 제공하는 발진부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 스위칭부는, SMPS(Switched Mode Power Supply) 방식에 기초하여 상기 직류 변환을 수행하며, 상기 스위칭 제어부는 제4 디지털 제어로직에 의해 상기 스위칭부의 스위칭 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압 안정부는 정류부를 더 포함하며, 상기 정류부는, 상기 스위칭부에서 인가된 고전압을 정류시켜 상기 AC 컨버터 및 상기 스위칭 제어부에 제공하며, 상기 피드백 전압은 상기 정류부에서 인가된 전압인 것을 특징으로 한다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 궤도 회로 장치에 포함된 전압 송신기의 동작 방법에 있어서, 외부 전원으로부터 전압을 인가받아 제1 스위칭 동작에 의해 생성된 고전압을 출력하는 단계, 상기 고전압을 피드백하여 상기 제1 스위칭 동작의 스위칭 주파수를 제어하는 단계, 상기 고전압을 수신하여 디지털 제어 로직에 의해 제어된 제2 스위칭 동작에 기초하여 생성된 교류 신호를 제공하는 단계 및 펄스 발진부로부터 수신한 펄스 신호 및 상기 교류 신호에 기초하여 임펄스 신호를 생성하고, 상기 임펄스 신호를 전송 임피던스 본드에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 교류 신호 및 상기 펄스 신호는 상기 디지털 제어 로직에 의해 주파수가 동일하게 제어되며, 상기 임펄스 신호의 정펄스 및 부펄스의 크기 비율은 3:1에 대응되는 것을 특징으로 한다.
본 개시에 따르면, 궤도 회로 장치는 정확한 신호를 생성함으로써 전차 감지 및 전차에 전달하는 정보의 정확성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래의 궤도 회로 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 궤도 회로 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 전압 안정기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 AC 컨버터 및 발진부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 임펄스 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따라 AC 컨버터 및 발진부를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 궤도 회로 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.
본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시에서 사용한 “제1~”, “제2~” 와 같은 서수적인 표현은 “제1~”이 “제2~”보다 앞선 것임을 한정하지 않으며, 유사한 구성을 달리 구분하여 표현하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 종래의 궤도 회로 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 전차(100)가 운행하는 궤도 레일(20, 22)에는 전차(100)에 기동 전원을 공급하기 위한 전차선(30), 가공지선(40) 및 귀선(50)을 포함하는 전차선 설비와 전차(100)의 안전 운행 및 효율적인 운행을 위한 신호 설비가 함께 설치되어 운영된다. 신호 설비는 궤도 회로 장치를 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 전차선 설비는 전차선(30), 가공지선(40) 및 귀선(50)을포함할 수 있으며, 임피던스 본드(202, 204)를 더 포함할 수 있다. 전송 임피던스 본드(202)는 1차측 전송 임피던스 본드(220) 및 2차측 전송 임피던스 본드(230)를 포함할 수 있으며, 수신 임피던스 본드(204)는 1차측 수신 임피던스 본드(240) 및 2차측 수신 임피던스 본드(250)를 포함할 수 있다.
임피던스 본드(202, 204)는 궤도 회로를 구분하는 각각의 절연 개소(290, 292, 294, 296)에 인접하여 구비될 수 있다. 임피던스 본드(202, 204)는 전차선의 귀선 전류를 흐르게 하고, 인접 궤도 회로에 신호 전류가 도통되는 것을 막는 역할을 한다.
임피던스 본드(202, 204)는 전차선 설비에 포함되며, 대략 1km 내외의 간격으로 제1 레일(20) 및 제2 레일(22)의 중간에 설치될 수 있고, 궤도 회로의 간격마다 제1 레일(20) 및 제2 레일(22)을 통과하는 전차선 전류를 가공지선(40)으로 회귀시키기 위한 귀선(50)이 설치될 수 있다.
귀선(50)은 임피던스 본드(202, 204)의 각 중성점을 연결하는 중성선(55)에 연결된다. 귀선(50)은 전차(100)가 이동하는 제1 레일(20) 및 제2 레일(22)의 중간에 구비될 수 있으며, 전차선(30)을 통해 흐르는 전차선 전류를 가공지선(40)으로 회귀시키기 위해, 신호 구간을 일정 간격으로 나누는 역할을 한다.
도 1을 참고하면, 전차(100)의 운행을 위한 시스템에는 전차선 설비와 함께 전차(100)의 효율적인 운행을 위한 신호 설비를 포함할 수 있다. 신호 설비에는 궤도 회로 장치가 포함될 수 있다.
궤도 회로 장치는 전차선 전류가 흐르는 레일(20, 22)을 전기 회로의 일부분으로 사용하여, 전차(100)의 차축(110)에 의해 전기 회로를 단락 또는 개방함으로써 전차의 유무를 검지하고, 전차(100)의 운행에 필요한 정보를 지상에서 차상으로 전송하는 기능을 한다. 알려진 바와 같이, 전차(100)가 궤도 회로 일부분을 점유할 경우, 전차선 전류는 전차선(30), 레일(20, 22), 귀선(50), 가공지선(40)으로 순차적으로 흐를 수 있다.
궤도 회로 장치는 전압 안정기(200), 송신기(210), 정합용 콘덴서(260), 수신기(270) 및 궤도 계전기(280)를 포함할 수 있다.
전압 안정기(200)는 송신기(210)에 전압을 인가하기 위하여 승압 또는 강압을 수행할 수 있다.
송신기(210)는 전압 안정기(200)로부터 인가받은 전압을 이용하여 신호를 생성하고, 생성한 신호를 궤도 계전기(280)로 제공할 수 있다. 전차(100)가 궤도 회로 장치에 대응되는 구간을 점유하고 있는 경우, 송신기(210)가 출력한 신호는 차축(110)에 의해 제1 레일(20)과 제2 레일(22)이 단락되어 궤도 계전기(280)로 전달되지 않는다. 전차(100)가 궤도 회로 장치에 대응되는 구간을 점유하고 있지 않은 경우, 송신기(210)는 전송 임피던스 본드(202), 수신 임피던스 본드(204), 정합용 콘덴서(260) 및 수신기(270)를 거쳐 궤도 계전기(280)로 신호를 제공한다.
종래에는, 다양한 요인에 의해 전압 안정기(200)가 송신기(210)로 제공하는 전압의 특성이 타겟 값과 오차가 발생할 수 있었으며, 송신기(210)가 출력하는 신호가 불안정하다는 문제점이 있었다. 전압 안정기(200)와 송신기(210)가 타겟 값에 맞는 정확한 신호를 제공하여, 전차(100)의 운행을 원활하게 할 필요성이 대두되었다.
또한, 전압 안정기(200)와 송신기(210) 각각은 부피가 크고 무겁기 때문에 유지 보수를 운영하는데 어려움이 있어, 전압 안정기(200)와 송신기(210)를 소형화, 경량화할 필요성이 대두되었다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 궤도 회로 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 궤도 회로 장치는 도 1에서 전술한 전압 안정기(200) 및 송신기(210)를 대신하여, 후술할 전압 송신기(300)를 포함할 수 있다. 즉, 궤도 회로 장치는 종래의 전압 안정기(200) 및 송신기(210)의 문제점을 해결하기 위한 전압 송신기(300)를 포함할 수 있다.
도 2를 참고하면 전압 송신기(300)는 외부 전원을 인가받고 전송 임피던스 본드(202)로 신호를 제공할 수 있다. 전압 송신기(300)는 전압 안정부(310), DAC(Digital Analog Converter)(320) 및 발진부(330)를 포함할 수 있다.
전압 안정부(310)는 외부 전원을 기초로 전압 송신기(300) 내부에 전압 또는 전류를 안정적으로 공급할 수 있다. 이를 위해, 전압 안정부(310)는 다양한 종류의 전력 전자 회로들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 전압 안정부(310)는 SMPS(Switched Mode Power Supply)를 포함할 수 있다. SMPS는 스위칭 트랜지스터 등을 이용하여, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 스위칭 제어 방식을 이용한 전원 장치이다. 전압 안정부(310)는 외부 전원으로부터 인가받은 교류 전압을 온오프 시간 비율을 제어하여 출력을 안정화 시킬 수 있다. 이에 따라, 부피가 크고 무거운 코일을 사용하지 않고도, 출력 전압을 직류 안정화시킬 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 전압 안정부(310)는 DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터 및 AC-AC 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 비제한적인 예시로서 DC-DC 컨버터는 Buck 컨버터, Boost 컨버터 및 축(Cuk) 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 외부 전원이 공급하는 교류 전압은 220V/60Hz일 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 다양한 전압 크기 및 주파수를 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 전압 안정부(310)는 외부 전원으로부터 인가받은 입력 전압을 승압 및 강압시켜 전압 송신기(300) 내부에 내부 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전압 안정부(310)는 입력 전압을 승압시킨 고전압을 발진부(330)에 제공할 수 있으며, 발진부(330)는 제공받은 고전압(예컨대, DC 600V)에 기초하여 고전압의 크기에 대응되는 정펄스 및 부펄스를 생성할 수 있다. 또한, 전압 안정부(310)는 입력 전압을 강압시킨 저전압(예컨대, DC 40V)을 전압 송신기(300)에 포함된 복수의 구성들에 전압을 제공할 수 있으며, 예컨대 발진부(330)에 제공하여 발진 신호를 생성할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 전압 안정부(310)는 디지털 제어를 이용하여 상기한 고전압 및 저전압을 각각의 타겟 값에 맞도록 전압 송신기(300)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 전압 송신기(300)의 유지성 및 신호 정확성이 향상될 수 있다.
AC 컨버터(320)는 전압 안정부(310)에서 인가받은 직류 전압 또는 진류 전류를 각각 교류 전압 또는 교류 전류로 변환할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 전압 안정부(310)는 고전압을 AC 컨버터(320)에 인가할 수 있다. AC 컨버터(320)는 스위칭부를 포함할 수 있으며, 스위칭 제어부의 제어에 의해 높은 주파수의 스위칭 동작을 수행하여 인가받은 고전압을 교류 전압으로 변환할 수 있다. 예컨대, AC 컨버터(320)는 인버터 등으로 구현될 수 있다.
발진부(330)는 AC 컨버터(320)로부터 인가받은 교류 신호에 펄스 신호를 추가한 임펄스 신호를 전송 임피던스 본드(202)에 제공할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, AC 컨버터(320)로부터 받은 특정 주파수의 교류 신호(예컨대, 3Hz, 180Pulse/Min)를 인가받고, 펄스 발진부가 생성한 정펄스 및 부펄스 성분을 교류 신호에 합산할 수 있다. 예컨대, 정펄스와 부펄스의 크기 비율은 3:1이 될 수 있다.
전압 안정부(310), AC 컨버터(320) 및 발진부(330) 중 적어도 하나는 디지털 제어 회로에 의해 타이밍이 제어될 수 있다. 예를 들어, 전압 안정부(310), AC 컨버터(320) 및 발진부(330) 중 적어도 하나는 제어 로직을 포함할 수 있으며, 제어 로직은 CPU(Central Processing Unit), 프로세서, 마이크로 프로세서, 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP), MCU(Micro Controller Unit), 마이컴(microcomputer), 또는 미니 컴퓨터 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또 다른 예로, 제어 로직은 외부에 구비될 수도 있으며, 이 경우 제어 로직은 전압 안정부(310), AC 컨버터(320) 및 발진부(330) 중 적어도 하나에 타이밍 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, 전압 안정부(310)가 생성하는 직류 전압, AC 컨버터(320)가 생성하는 교류 신호, 발진부(330)가 생성하는 임펄스 신호를 타겟 값에 맞도록 정확하게 제어할 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 전압 안정기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 전압 안정부(310)는 입력부(311), 보조 전원부(312), 제1 스위칭부(313), 스위칭 제어부(314) 및 정류부(315)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 전압 안정부(310)는 스위칭 제어부(314)를 제어하는 제어 로직이 더 포함될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 입력부(311)는 낙뢰 보호부, 필터(예컨대, 저역 통과 필터 또는 고역 통과 필터) 및 정류기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 입력부(311)는 외부에서 인가받은 전압을 필터링 및 정류 중 적어도 하나를 수행하여 보조 전원부(312) 및 제1 스위칭부(313) 중 적어도 하나에 전압을 제공할 수 있다.
보조 전원부(312)는 입력부(311)로부터 인가받은 전압을 강압시켜 전압 송신기(300)에 포함된 복수의 구성에 저전압(예컨대, DC 40V)을 인가할 수 있다. 예를 들어, 저전압은 발진부(330)에 제공되어, 복수의 펄스 성분을 만드는데 이용될 수 있다.
제1 스위칭부(313)는 스위칭 트랜지스터를 이용하여 교류 전원을 직류 전원으로 변환할 수 있다. 구체적으로, 제1 스위칭부(313)는 고주파수의 스위칭에 의해 안정적으로 직류 전압을 생성할 수 있다. 즉, 제1 스위칭부(313)는 SMPS(Switched Mode Power Supply) 장치를 포함할 수 있다. SMPS 장치는 선형 제어 방식에 의한 장치보다 부피가 작고 가벼워 전압 송신기(300)를 소형화, 경량화 시킬 수 있다.
스위칭 제어부(314)는 제1 스위칭부(313)의 스위칭을 제어할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 스위칭 제어부(314)는 제어 로직을 포함할 수 있으며, 정류부(315)에서 출력된 전압을 피드백받아, 정류부(315)에서 출력된 전압의 크기 또는 제1 스위칭부(313)에서 출력된 전압의 크기가 기설정된 타겟 값을 유지하도록 제1 스위칭부(313)의 스위칭 주파수를 조절할 수 있다. 이에 따라, AC 컨버터(320)에 타겟 값에 맞는 고전압을 제공할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 스위칭 제어부(314)는 전압 안정부(310)의 내부 또는 외부에 포함된 제어 로직으로부터 제공받은 타이밍 제어 신호에 의해 제1 스위칭부(313)의 스위칭을 제어할 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 AC 컨버터 및 발진부를 설명하기 위한 도면이다.
AC 컨버터(320)는 제2 스위칭부(321) 및 스위칭 제어부(322)를 포함할 수 있으며, 발진부(330)는 임펄스 생성부(331) 및 펄스 발진부(332)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, AC 컨버터(320) 및 발진부(330) 중 적어도 하나는 각각 스위칭 제어부(322) 및 펄스 발진부(332) 중 적어도 하나를 제어하는 제어 로직이 더 포함될 수 있다.
제2 스위칭부(321)는 전압 안정부(310)로부터 인가된 직류 전압을 스위칭 제어부(322)의 제어에 따라 타겟 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환할 수 있다. 예컨대, 상기 직류 전압은 고전압(예컨대, DC 600V)가 될 수 있으며, 타겟 주파수는 3Hz (180Pulse/min)이 될 수 있다.
제2 스위칭부(321)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 소자를 포함할 수 있다. IGBT 소자는 입력을 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 만들어 응답 속도가 빠르고, 드라이브를 쉽게 할 수 있는 스위칭 소자이다. 또한, 출력은 트랜지스터로 구성되어 내압이 높고, 전류 크기가 큰 상황에서도 손실을 최소화할 수 있다. IGBT 소자는 SCR(Silicon Controlled Rectifier) 또는 자이리스터(thyristor)보다 내압이 높기 때문에, 높은 전압을 취급하는 궤도 회로에서 유지성을 향상시킬 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 스위칭 제어부(322)는 제어 로직을 포함할 수 있으며, 상기한 바와 같이 CPU, AP, MCU 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 스위칭 제어부(322)는 제2 스위칭부(321)에 타이밍 제어 신호를 전송하여, 제2 스위칭부(321)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, AC 컨버터(320) 외부에 포함된 제어 로직의 제어에 따라, 스위칭 제어부(322)는 제2 스위칭부(321)의 스위칭 주파수를 제어할 수도 있다. 이 경우, 외부에 포함된 제어 로직은 다양한 형태의 외부 전자 장치에 포함될 수 있다.
임펄스 생성부(331)는 AC 컨버터(320)로부터 타겟 주파수를 갖는 교류 신호 및 펄스 발진부(332)로부터 펄스 신호를 수신하여 임펄스 신호를 생성할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, AC 컨버터(320) 및 발진부(330) 중 적어도 하나의 내부 또는 외부에 위치한 제어 로직은, AC 컨버터(320)에서 출력한 교류 신호와 펄스 발진부(332)가 출력한 펄스 신호의 주파수가 동기되도록, 각각 스위칭 제어부(322) 및 펄스 발진부(332)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직은 제어부(322)와 펄스 발진부(332)에 동일한 타이밍 제어 신호를 제공하여, 제2 스위칭부(321)의 스위칭 주파수와, 펄스 발진부(332)의 발진 주파수가 동일해지도록 제어할 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 임펄스 신호를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 따르면, 가로축은 시간, 세로축은 전압의 크기를 나타낸다.
임펄스 신호는 정펄스(51) 및 부펄스(52)로 구성된다. 정펄스(51)는 부펄스(52)보다 크기가 클 수 있으며, 예를 들어, 정펄스(51)는 부펄스(52)의 크기보다 세 배 클 수 있다. 즉, 정펄스(51) 및 부펄스(52)의 크기비는 3:1이 될 수 있다.
정펄스(51)는 펄스 발진부(332)가 생성한 펄스 신호에 기초하여 발생하는 전압이며, 부펄스(52)는 정펄스(51)가 임피던스 본드에 포함된 코일의 영향을 받아 역기전력에 의해 발생된 전압에 해당한다. 또한, 임펄스 신호는 도시된 바와 같이 교류이며, AC 컨버터(320)로부터 수신한 교류 신호에 기초한다.
다시 도 4를 참고하면, 임펄스 생성부(331)는 커패시터 소자를 포함할 수 있으며, 커패시터 소자의 축전 원리를 이용하여 제2 스위칭부(321)로부터 수신한 교류 전압과 펄스 발진부(332)로부터 수신한 펄스 전압을 합산한 임펄스 신호를 생성할 수 있다. 일 예로, 커패시터 소자는 MP 콘덴서(metalized paper condenser)를 포함할 수 있으며, MP 콘덴서는 절연체로 래커지를 사용하고, 양면에 경금속(예컨대, 아연, 알루미늄 등)을 증착시켜 축전을 수행할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 커패시터로 구현될 수도 있다.
펄스 발진부(332)는 임펄스 신호에 정펄스 및 부펄스를 유도시키기 위한 펄스 신호를 생성하여 임펄스 생성부(331)에 제공할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 펄스 발진부(332)의 내부 또는 외부에 포함된 제어 로직에 의해 타이밍 제어 신호를 수신하여, AC 컨버터(320)가 생성한 교류 신호와 동일한 주파수를 갖는 펄스 신호를 생성할 수 있다. 다른 예로, 제2 스위칭부(321)의 스위칭 주파수와 동일한 주파수를 갖는 펄스 신호를 생성하도록, 펄스 발진부(332)는 타이밍 제어 신호를 스위칭 제어부(322)로부터 수신할 수도 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 펄스 발진부(332)는 다양한 발진 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄스 발진부(332)는 증폭기의 출력의 일부를 입력측에 피드백시킨 발진 회로를 포함할 수 있으며, 컬렉터 동조, 베이스 동조, 콜피츠(Colpitts), 하틀레이(Hartley), CR(Capacitor, Resistor)형 등의 다양한 발진 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 펄스 발진부(332)는 보조 전원부(312)로부터 인가된 저전압(예컨대, DC 40V)을 이용하여 펄스 신호를 생성할 수 있다. 예컨대, 상기한 다양한 발진 회로에 입력 전원으로 인가되는 전압은 보조 전원부(312)로부터 인가된 저전압이 될 수 있다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따라 AC 컨버터 및 발진부를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
전압 송신기(300)는 입력 인터페이스(340), 제어 로직(350) 및 저장부(360)를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 임펄스 생성부(331)에서 전송 임피던스 본드(202)로 정확한 임펄스 신호를 제공하기 위해, 제어 로직(350)은 AC 컨버터(320) 및 발진부(330)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어 로직(350)은 스위칭 제어부(322) 및 펄스 발진부(332)를 제어할 수 있고, 제어 로직(350)은 제2 스위칭부(321) 및 임펄스 생성부(331)를 직접 제어할 수도 있다. 이를 위해, 제어 로직(350)은 제어 명령을 제공할 수 있다.
입력 인터페이스(340)는 제어 로직(350)이 제어 명령을 제공하기 위해 사용자 입력을 입력받을 수 있다. 입력 인터페이스(340)는 USB(Universal Series Bus), SATA(Series ATA), Bluetooth, WLA 등 다양한 입력 인터페이스로 구현될 수 있다.
입력 인터페이스(340)는 저장부(360)에 각종 파라미터 정보를 저장하도록 사용자 입력을 받을 수 있다. 파라미터 정보란, 임펄스 생성부(330)가 생성하는 임펄스 신호의 각종 파라미터 정보를 포함한다. 예컨대, 파라미터 정보는 듀티비(duty ratio), 듀티 사이클(duty cycle), 주파수, 진폭, 지속 시간 등 임펄스 신호와 관련된 다양한 정보를 포함할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는, 궤도 회로 장치에 대응되는 궤도의 구간마다 레일에 포함된 임피던스 값이 다르기 때문에, 각각의 궤도의 구간에 맞는 파라미터 정보가 입력 인터페이스(340)로부터 입력되어 저장부(360)에 저장될 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는, 전압 송신기(300)에 포함되는 각종 전자 부품들의 특성이 시간에 지남에 따라 열화가 될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 전압 송신기(300)가 원하는 임펄스 신호를 제공하도록, 입력 인터페이스(340)에 파라미터 정보를 언제든지 다시 입력하여 유지 보수를 원할하게 수행할 수 있다.
저장부(360)는 입력 인터페이스(340)로부터 제공된 파라미터 정보를 저장하고, 제어 로직(350)은 저장부(360)에 저장된 파라미터 정보에 대응되는 임펄스 신호를 생성하도록 AC 컨버터(320) 및 발진부(330)를 제어할 수 있다. 한편, 저장부(360)에 저장된 파라미터 정보는 일회성으로 저장되는 것에 그치지 않고, 언제든지 기입, 삭제, 독출이 가능하다.
저장부(360)는 다양한 저장 장치로 구현될 수 있으며, 예컨대, DRAM, SRAM, 플래시 메모리, 상 변화 메모리(PRAM), 저항 메모리(ReRAM), 자기 저항 메모리(MRAM) 중 적어도 하나의 메모리를 포함하는 저장 장치로 구현될 수 있다.
한편, 설명의 편의를 위해 도 2 내지 도 6의 도면으로 구분하여 설명하였으나, 도 2 내지 도 6에서 설명한 실시예는 적어도 하나로 통합될 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 궤도 회로 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 개시에 따른 궤도 회로 장치에 포함된 전압 송신기(300)는 외부 전원으로부터 전압을 인가받아 제1 스위칭 동작에 의해 생성된 고전압을 출력할 수 있다(S71). 전압 송신기(300)는 외부 전원으로부터 외부 전압을 인가받아, 입력부(311)에서 필터링, 정류 동작 등을 수행한 전압을 제1 스위칭부(313)에 제공한다. 제1 스위칭부(313)는 교류 방식의 외부 전압을 SMPS 방식 등을 이용한 스위칭 동작에 기초하여 직류 전압으로 변환한다.
전압 송신기(300)는 고전압을 피드백하여 제1 스위칭 동작의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다(S72). 정류부(315)는 제1 스위칭부(313)로부터 제공된 전압을 AC 컨버터(320)에 제공함과 함께, 스위칭 제어부(314)로 피드백하여 스위칭 제어부(314)는 제1 스위칭부(313) 또는 정류부(315)가 출력하는 전압의 크기가 타겟 값을 유지하도록 제1 스위칭부(313)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다.
전압 송신기(300)는 고전압을 수신하여 제어 로직에 의해 제어된 제2 스위칭 동작에 기초하여 생성된 교류 신호를 제공하며(S73), 전압 송신기(300)는 펄스 발진부(332)로부터 수신한 펄스 신호 및 교류 신호에 기초하여 임펄스 신호를 생성하고, 임펄스 신호를 전송 임피던스 본드(202)에 제공할 수 있다(S74).
본 개시의 실시예에 따르면, 펄스 신호 및 교류 신호를 합산하여 임펄스 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라, 펄스 신호와 교류 신호의 주파수가 동일하게 유지되도록, 전압 송신기(300)에 포함된 제어 로직은 스위칭 제어부(322) 및 펄스 발진부(332)가 함께 제어될 수 있다.
전술한 실시예들에 따라, 전압 송신기(300)는 정밀하게 제어된 임펄스 신호를 전송 임피던스 본드(202)에 제공함으로써 전차(100) 운행에 필요한 정보를 정확하게 제공할 수 있으며, 나아가 전차(100) 운행을 원활하게 도모할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 전송 임피던스 본드로 임펄스 신호를 전송하는 임펄스 궤도 회로 장치에 있어서,
    인가된 교류 전압을 SMPS(Switched Mode Power Supply)에 기초하여 직류 변환한 고전압을 제공하는 전압 안정부;
    스위칭부 및 상기 고전압을 교류 변환한 교류 전압을 제공하도록 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 AC 컨버터; 및
    펄스 전압을 제공하는 펄스 발진부 및 상기 펄스 전압 및 상기 교류 전압에 기초하여 임펄스 신호를 상기 전송 임피던스 본드로 제공하는 임펄스 생성부를 포함하는 발진부;를 포함하는 궤도 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임펄스 신호는, 정펄스 및 부펄스로 구성되며,
    상기 정펄스 및 부펄스의 크기 비율은 3:1에 대응되는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부는, IGBT(Insultaed Gate Bipolar mode Transistor) 소자를 포함하며,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 교류 전압이 타겟 주파수 값을 갖도록 제1 디지털 제어 로직에 의해 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 임펄스 생성부는, MP 콘덴서를 포함하며,
    상기 펄스 발진부는, 제2 디지털 제어 로직에 의해 상기 타겟 주파수 값과 같은 주파수를 갖는 상기 펄스 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부 및 상기 펄스 발진부에서 출력하는 전압의 주파수를 동기시키기 위해 상기 스위칭 제어부 및 상기 펄스 발진부를 제어하는 제3 디지털 제어로직;을 더 포함하는 궤도 회로 장치.
  6. 전송 임피던스 본드로 임펄스 신호를 전송하는 임펄스 궤도 회로 장치에 있어서,
    인가된 교류 전압을 직류 변환하여 고전압을 제공하는 스위칭부 및 상기 고전압에 기초한 피드백 전압을 피드백받아 상기 고전압의 크기가 기설정된 타겟 값을 유지하도록 상기 스위칭부를 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 전압 안정부;
    상기 고전압을 교류 변환한 교류 전압을 제공하는 AC 컨버터; 및
    펄스 전압을 생성하고, 상기 펄스 전압 및 상기 교류 전압에 기초하여 임펄스 신호를 상기 전송 임피던스 본드로 제공하는 발진부;를 포함하는 궤도 회로 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위칭부는, SMPS(Switched Mode Power Supply) 방식에 기초하여 상기 직류 변환을 수행하며,
    상기 스위칭 제어부는 제4 디지털 제어로직에 의해 상기 스위칭부의 스위칭 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압 안정부는 정류부를 더 포함하며,
    상기 정류부는, 상기 스위칭부에서 인가된 고전압을 정류시켜 상기 AC 컨버터 및 상기 스위칭 제어부에 제공하며,
    상기 피드백 전압은 상기 정류부에서 인가된 전압인 것을 특징으로 하는 궤도 회로 장치.
  9. 궤도 회로 장치에 포함된 전압 송신기의 동작 방법에 있어서,
    외부 전원으로부터 전압을 인가받아 제1 스위칭 동작에 의해 생성된 고전압을 출력하는 단계;
    상기 고전압을 피드백하여 상기 제1 스위칭 동작의 스위칭 주파수를 제어하는 단계;
    상기 고전압을 수신하여 디지털 제어 로직에 의해 제어된 제2 스위칭 동작에 기초하여 생성된 교류 신호를 제공하는 단계; 및
    펄스 발진부로부터 수신한 펄스 신호 및 상기 교류 신호에 기초하여 임펄스 신호를 생성하고, 상기 임펄스 신호를 전송 임피던스 본드에 제공하는 단계;를 포함하는 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 교류 신호 및 상기 펄스 신호는 상기 디지털 제어 로직에 의해 주파수가 동일하게 제어되며,
    상기 임펄스 신호의 정펄스 및 부펄스의 크기 비율은 3:1에 대응되는 것을 특징으로 하는 동작 방법.
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