WO2013111954A1 - 전력 절감 전류 측정 장치 및 이를 이용한 전력 변환기 - Google Patents

전력 절감 전류 측정 장치 및 이를 이용한 전력 변환기 Download PDF

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박종후
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숭실대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring power saving current and a power converter using the same, and more particularly, to a technology capable of preventing unnecessary power consumption in a resistor for current sensing.
  • the present invention by connecting the sensing resistor to the current measurement target and the switch connected to the sensing resistor in parallel to the power saving current that can prevent the power loss and improve the measurement efficiency by using the sense resistor only at the time required for current measurement It is an object to provide a measuring device.
  • An apparatus for measuring power saving current includes a sensing resistor, a switch connected in parallel with the sensing resistor, a controller for controlling an on / off operation of the switch, and a current flowing through the sensing resistor. And a current measuring unit, wherein the controller controls the current to flow to the switch when the switch is turned on and bypasses the sensing resistor, and the current flows to the sensing resistor when the switch is turned off. To control.
  • the controller may control the on / off operation of the switch by a PWM method.
  • the apparatus may further include a timing setting unit configured to set the current measurement timing of the current measuring unit, and the controller may control the on / off operation of the switch in synchronization with the current measurement timing.
  • one end of the sensing resistor may be connected to a ground power source.
  • the switch may be a MOSFET
  • the sensing resistor may be a resistance between a drain and a source of the MOSFET
  • the controller may control a current flowing through the sensing resistor by adjusting a gate voltage of the MOSFET.
  • the current measuring unit may measure the current of the discrete time in a digital or analog form.
  • the drive unit for supplying the primary side current by controlling the main switch on and off, and receives the primary side current of the primary and secondary windings
  • a power converter comprising a transformer for outputting secondary side current according to a turns ratio and a power saving current measuring device for sensing the primary side current
  • the power saving current measuring device comprises: a main switch connected to the primary winding; A sensing resistor connected between the first power source, a sub-switch connected in parallel with the sensing resistor, a second controller for controlling an on-off operation of the sub-switch, and a current measuring unit measuring a current flowing through the sensing resistor; .
  • the driving unit may include a first control unit for controlling an on-off operation of the main switch, and the first control unit and the second control unit control the on-off operation of the main switch and the sub-switch in a PWM scheme, respectively. can do.
  • the second control unit may control the current to flow through the sensing resistor when the sub-switch is on, and the current flows through the sub-switch by bypassing the sensing resistor when the sub-switch is on. Can be.
  • the apparatus may further include a timing setting unit configured to set the current measurement timing of the current measuring unit, wherein the first control unit and the second control unit may control an on / off operation of the switch in synchronization with the current measurement timing.
  • the switch is a MOSFET
  • the sensing resistor is a resistance between the drain and the source of the MOSFET
  • the controller controls the current flowing through the sensing resistor by adjusting the gate voltage of the MOSFET
  • the first power is ground power Can be.
  • the current measuring unit may measure the current of the discrete time in a digital or analog form.
  • the power saving current measuring apparatus by connecting the sensing resistor to the current measurement target and the switch connected to the sensing resistor in parallel, the power loss can be prevented by using the sensing resistor only at the time when the current measurement is required and the measurement efficiency There is an advantage to improve.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power saving current measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a power converter using a power saving current measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates an example of a current sensing waveform using FIG. 1.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power saving current measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the power saving current measuring apparatus 100 includes a sensing resistor 110, a switch 120, a controller 130, a current measuring unit 140, and a timing setting unit ( 150).
  • the sensing resistor 110 is a resistor connected to a path through which the current of the target to which the power saving current measuring device 100 is to measure current flows.
  • One end of the sensing resistor 110 may be connected to a ground power source.
  • Ground power supply means the ground of a conventional circuit.
  • the switch 120 is connected in parallel with the sensing resistor 110 and is a device that allows a current to flow through the sensing resistor 110 or prevents the current from flowing. For example, when the switch 120 is driven on, current flows through the switch 120 by bypassing the sensing resistor 110, which is referred to as a bypass path 1. Therefore, since current does not flow through the sensing resistor 110, power consumption by the sensing resistor 110 does not occur. When the switch 120 is driven off (off), the current flows through the sensing resistor 110, which is called the sensing path (2). In this case, since current flows through the sensing resistor 110, voltage is generated and power consumption is generated.
  • the controller 130 controls the on / off operation of the switch 120, controls the current to flow to the switch 120 while bypassing the sensing resistor 110 when the switch 120 is turned on. When the 120 is driven off, the current is controlled to flow through the sensing resistor 110.
  • the controller 130 may control the on / off operation of the switch 120 in a pulse width modulation (PWM) manner.
  • PWM pulse width modulation
  • the controller 130 controls the current to flow through the sensing resistor 110 when the switch 120 is on, and the current bypasses the sensing resistor 110 when the off 120 is driven so that the switch ( It is also possible to control the flow to 120.
  • an internal resistor RS may be connected between the switch 120 and the controller 130.
  • the switch 120 may be implemented with a MOSFET (not shown), and the sensing resistor 110 may be replaced with a resistor between a drain and a source of the MOSFET.
  • the controller 130 may control the current flowing through the sensing resistor (drain-source resistance) by adjusting the gate voltage of the MOSFET.
  • the current measuring unit 140 measures the current flowing through the sensing resistor 110, and since the current does not flow through the sensing resistor 110 when the switch 120 is on, the measured current value is 0. When the switch 120 is off, the voltage is generated because the current flows through the sensing resistor 110, and the current value is calculated using the preset sensing resistance. In addition, the current measuring unit 140 may measure the current of the discrete time in a digital or analog form.
  • the timing setting unit 150 sets the current measurement timing of the current measuring unit 140, and the current measuring timing may be set differently by the user's setting.
  • the timing setting unit 150 is connected to the current measuring unit 140 and the control unit 130 to provide a timing signal for measuring current.
  • the controller 130 may control the on / off operation of the switch 120 in synchronization with the current measurement timing, and the current measurement unit 140 may measure the current only during the current measurement time. Therefore, no current flows through the sensing resistor 110 except for the current measurement time, and the current is not measured, thereby reducing power consumption.
  • FIG. 2 is a block diagram of a power converter using a power saving current measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the power converter 200 using the power saving current measuring device may include a driving unit 210, a transformer 220, an output unit 230, and a power saving current measuring device ( 240).
  • the general power converter 200 may be configured only by the driving unit 210, the transformer 220, and the output unit 230, but by adding a power saving current measuring device 240 to control the output by sensing current on the input side. Will be used.
  • the driving unit 210 controls the internal power supply through the main switch 211 to generate a primary side current.
  • the on / off operation of the main switch 211 is controlled through the first control unit 212 in a pulse width modulation (PWM) scheme.
  • PWM pulse width modulation
  • an internal resistor RS1 may be connected between the main switch 211 and the first controller 212.
  • the transformer 220 receives the primary side current from the driver 210 and outputs the secondary side current to the output unit 230 according to the turns ratio of the primary winding and the secondary winding.
  • the output unit 230 includes a diode D rectifying the secondary current, a capacitor C smoothing the voltage through the diode D, and a load resistor RL connected to the load.
  • a power saving current measuring device 240 that is a component for measuring the current
  • the sensing resistor 241, the sub-switch 242, the second control unit 243, the current measuring unit 244, the timing setting unit ( The configuration of 245 will be described.
  • the sensing resistor 241 is connected to a portion between the main switch 211 and a first power source connected to the primary winding.
  • the first power source corresponds to a ground power source, but the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the sub switch 241 is connected in parallel with the sensing resistor 242.
  • the sub-switch 241 may be implemented as a semiconductor switch such as a transistor capable of on-off operation.
  • the second controller 243 controls the on / off operation of the sub switch 241.
  • the second control unit 243 controls the on / off of the sub-switch 241 like the first control unit 212 in a PWM method.
  • the on-off control of each switch 211 and 241 encompasses the concept of controlling the on-off period and time.
  • the second control unit 243 causes a current to flow in the sensing resistor 242 when the sub-switch 241 is on, and conversely, a current is sensed during the off-driving of the sub-switch 242.
  • a current is sensed during the off-driving of the sub-switch 242.
  • an internal resistor RS2 may be connected between the sub switch 242 and the second control unit 243.
  • the sub-switch 241 may be implemented as a MOSFET (not shown), the sensing resistor 241 may be replaced by a resistance between the drain and the source of the MOSFET.
  • the second controller 243 may control the current flowing through the sensing resistor (drain-source resistance) by adjusting the gate voltage of the MOSFET.
  • the current measuring unit 244 measures a current flowing through the sensing resistor 241. According to the PWM control operation of the second control unit 243, the current measurement unit 244 measures the current only during the on operation of the sub-switch 241.
  • the current measuring unit 244 measures the current of the discrete time in a digital or analog form. That is, the present invention can be applied to all cases using discrete time (ex, analog / digital controller).
  • the present invention in order to accurately measure the current flowing in the main switch 211 of the power converter 200, by connecting the secondary switch 242 in parallel to the sensing resistor 241 connected to the main switch 211, The current flows through the sensing resistor 241 only when the current measurement is required.
  • the rated power applied to the sensing resistor 241 is reduced by bypassing the current through the sub-switch 242 at the time when the current is not measured Therefore, the problem of power loss in the sensing resistor 241 can be reduced.
  • the sensing resistor 241 is used only when the current needs to be measured, the deterioration problem of the sensing resistor 241 can be prevented and the life can be extended, and as a result, the current measuring efficiency can be improved.
  • the timing setting unit 245 is connected to the first control unit 242, the second control unit 243, and the current measuring unit 244.
  • the timing setting unit 245 synchronizes the switching timings of the sub switch 242 and the main switch 211 with each other so that the second control unit 243 operates in conjunction with the first control unit 242.
  • the current measuring unit 244 calculates a current value only when a current flows through the sensing resistor 241 according to the switch timing, thereby reducing power consumption.
  • the on / off operation of the second control unit 243 is performed so that the current of the main switch 211 can be measured only when a signal passes through the main switch 211. I can regulate it. On the contrary, when the signal does not pass through the main switch 211, since the current measurement is not necessary, the on / off operation of the second control unit 243 is adjusted accordingly.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of a current sensing waveform using FIG. 1.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents current value sensed.
  • 3A illustrates a case where the sub switch 242 is present or a conventional case where the sub switch 242 is always on.
  • the controller accepts the current value discretely, but the sensing resistor continuously measures the current value so that the current is continuously measured and the power consumption increases. There is this.
  • FIG. 3B is a case of the present invention in which the on-off cycle and time of the sub-switch 242 are PWM controlled, and a current is applied to the sensing resistor 241 only when the sub-switch 242 is driven on. Is sensed so that the current is sensed, and when the off switch of the sub-switch 242 is off, no current flows through the sensing resistor 241. In this case, the current measurement time may be intermittent and power consumption of the sensing resistor 241 may be reduced.
  • FIG. 3 is one embodiment to help explain the present invention, and it is obvious that the current waveform sensed is not necessarily limited thereto.
  • the sensing resistance is used only when the current measurement is required. As a result, power loss can be prevented and measurement efficiency can be improved.

Abstract

본 발명은 전력 절감 전류 측정 장치 및 이를 이용한 전력 변환기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치는, 센싱 저항과, 상기 센싱 저항과 병렬 연결되는 스위치와, 상기 스위치의 온오프 동작을 제어하는 제어부와, 상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 스위치를 온(on) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항을 우회하여 상기 스위치로 흐르도록 제어하고, 상기 스위치를 오프(off) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항에 흐르도록 제어한다. 이에 따라, 전류 측정 대상에 센싱 저항을 연결하고 센싱 저항에 스위치를 병렬 연결하여 전류 측정이 필요한 시간에만 센싱 저항을 사용함에 따라 전력 손실을 방지할 수 있고 측정 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

전력 절감 전류 측정 장치 및 이를 이용한 전력 변환기
본 발명은 전력 절감 전류 측정 장치 및 이를 이용한 전력 변환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전류 센싱을 위한 저항에서의 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 임의 회로 상에서 부하의 전류를 측정하기 위한 방법으로서 부하에 별도의 센싱 저항을 연결하고 이 센싱 저항에 흐르는 전류를 측정하는 방식을 사용한다. 이와 관련된 종래의 예는 미국등록특허 제7135891호에 개시되어 있다.
그런데, 종래에는 단순히 센싱 저항 만을 배치하고 있어, 회로에 전원이 인가되어 동작 중일 때 센싱 저항을 통해 지속적으로 전류가 흐르게 된다. 이러한 경우, 전류 측정이 필요한 시간뿐만 아니라 전류 측정이 필요없는 시간에도 센싱 저항에 전류가 계속 흐르게 되어 센싱 저항에서의 불필요한 전력 손실 문제가 발생하게 된다. 더욱이, 지속적인 전류 흐름에 의해 센싱 저항에 열화가 발생하게 되면 측정 효율이 저하되게 되는 문제점이 있다.
본 발명은, 전류 측정 대상에 센싱 저항을 연결하고 센싱 저항에 스위치를 병렬 연결하여 전류 측정이 필요한 시간에만 센싱 저항을 사용함에 따라 전력 손실을 방지할 수 있고 측정 효율을 향상시킬 수 있는 전력 절감 전류 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치는, 센싱 저항과, 상기 센싱 저항과 병렬 연결되는 스위치와, 상기 스위치의 온오프 동작을 제어하는 제어부와, 상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 스위치를 온(on) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항을 우회하여 상기 스위치로 흐르도록 제어하고, 상기 스위치를 오프(off) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항에 흐르도록 제어한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 스위치의 온오프 동작을 PWM 방식으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 전류 측정부의 전류 측정 타이밍을 설정하는 타이밍 설정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 전류 측정 타이밍과 동기화하여 상기 스위치의 온오프 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 센싱 저항의 일 단은 접지 전원과 연결될 수 있다.
또한, 상기 스위치는 MOSFET이고, 상기 센싱 저항은 상기 MOSFET의 드레인과 소스 간의 저항이며, 상기 제어부는 상기 MOSFET의 게이트 전압을 조절하여 상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
또한, 상기 전류 측정부는, 디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기는, 주 스위치를 온오프 제어하여 1차측 전류를 공급하는 구동부와, 1차측 전류를 입력받아 1차측 권선 및 2차측 권선의 권선비에 따라 2차측 전류를 출력하는 변압기와, 상기 1차측 전류를 센싱하는 전력 절감 전류 측정 장치를 포함하는 전력 변환기에 있어서, 상기 전력 절감 전류 측정 장치는, 상기 1차측 권선에 연결된 주 스위치와 제1 전원 사이에 연결되는 센싱 저항과, 상기 센싱 저항과 병렬 연결되는 부 스위치와, 상기 부 스위치의 온오프 동작을 제어하는 제2 제어부와, 상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함한다.
또한, 상기 구동부는, 상기 주 스위치의 온오프 동작을 제어하는 제1 제어부를 포함하고, 상기 제1 제어부 및 제2 제어부는, 상기 주 스위치 및 상기 부 스위치의 온오프 동작을 각각 PWM 방식으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2 제어부는, 상기 부 스위치의 온(on) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항에 흐르도록 하고, 오프(off) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항을 우회하여 상기 부 스위치로 흐르도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 전류 측정부의 전류 측정 타이밍을 설정하는 타이밍 설정부를 더 포함하고, 상기 제1 제어부 및 제2 제어부는, 상기 전류 측정 타이밍과 동기화하여 상기 스위치의 온오프 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 스위치는 MOSFET이고, 상기 센싱 저항은 상기 MOSFET의 드레인과 소스 간의 저항이며, 상기 제어부는 상기 MOSFET의 게이트 전압을 조절하여 상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 제어하며, 상기 제1 전원은 접지 전원일 수 있다.
또한, 상기 전류 측정부는, 디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 절감 전류 측정 장치에 따르면, 전류 측정 대상에 센싱 저항을 연결하고 센싱 저항에 스위치를 병렬 연결하여 전류 측정이 필요한 시간에만 센싱 저항을 사용함에 따라 전력 손실을 방지할 수 있고 측정 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기의 구성도이다.
도 3은 도 1을 이용한 전류 센싱 파형의 예를 나타낸다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치(100)는 센싱 저항(110), 스위치(120), 제어부(130), 전류 측정부(140), 타이밍 설정부(150)를 포함한다.
센싱 저항(110)은 전력 절감 전류 측정 장치(100)가 전류를 측정하고자 하는 대상의 전류가 흐르는 경로에 연결되는 저항이다. 센싱 저항(110)의 일 단은 접지 전원과 연결될 수 있다. 접지 전원은 통상적인 회로의 그라운드를 의미한다.
스위치(120)는 센싱 저항(110)과 병렬로 연결되며, 센싱 저항(110)에 전류를 흐르게 하거나, 전류를 흐르지 못하게 하는 소자이다. 예를 들어, 스위치(120)를 온(on) 구동 시키면 전류는 센싱 저항(110)을 우회(bypass)하여 스위치(120)를 통해 흐르게 되며, 이를 우회 경로(①)라고 한다. 따라서, 전류가 센싱 저항(110)에 흐르지 않으므로 센싱 저항(110)에 의한 전력 소모가 발생하지 않게 된다. 스위치(120)를 오프(off) 구동 시키면 전류는 센싱 저항(110)을 통해 흐르게 되며, 이를 센싱 경로(②)라고 한다. 이 경우, 센싱 저항(110)에 전류가 흐르므로 전압이 발생하고 전력 소모가 발생한다.
제어부(130)는 스위치(120)의 온오프 동작을 제어하며, 스위치(120)를 온(on) 구동 시 전류가 센싱 저항(110)을 우회하여 스위치(120)로 흐르도록 제어하고, 스위치(120)를 오프(off) 구동 시 전류가 전류가 센싱 저항(110)에 흐르도록 제어한다. 또한, 제어부(130)는 스위치(120)의 온오프 동작을 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 제어할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 스위치(120)가 온(on) 구동 시 전류가 센싱 저항(110)을 통해 흐르도록 제어하고, 오프(off) 구동 시 전류가 센싱 저항(110)을 우회하여 스위치(120)로 흐르도록 제어하는 것도 가능하다. 또한, 스위치(120)와 제어부(130) 사이에는 내부 저항(RS)이 연결될 수 있다.
한편, 스위치(120)는 MOSFET(도시하지 않음)으로 구현할 수 있으며, 센싱 저항(110)은 MOSFET의 드레인과 소스 간의 저항으로 대체할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 MOSFET의 게이트 전압을 조절하여 센싱 저항(드레인-소스 간 저항)에 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
전류 측정부(140)는 센싱 저항(110)에 흐르는 전류를 측정하며, 스위치(120)가 온(on) 구동 시에는 전류가 센싱 저항(110)을 통해 흐르지 않기 때문에 측정된 전류값은 0이 되며, 스위치(120)가 오프(off) 구동 시에는 전류가 센싱 저항(110)을 통해 흐르기 때문에 전압이 발생하고, 기 설정된 센싱 저항값을 이용하여 전류값을 계산하게 된다. 또한, 전류 측정부(140)는 디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정할 수 있다.
타이밍 설정부(150)는 전류 측정부(140)의 전류 측정 타이밍을 설정하며, 전류 측정 타이밍은 사용자의 설정에 의해 달리 설정될 수 있다. 타이밍 설정부(150)는 전류 측정부(140)와 제어부(130)에 연결되어, 전류를 측정할 타이밍 신호를 제공한다. 이 경우, 제어부(130)는 전류 측정 타이밍과 동기화하여 스위치(120)의 온오프 동작을 제어할 수 있으며, 전류 측정부(140)는 전류 측정 시간에만 전류를 측정할 수 있다. 따라서, 전류 측정 시간 외에는 전류가 센싱 저항(110)에 흐르지도 않으며, 전류를 측정하지도 않게 되어 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기(200)는 구동부(210), 변압기(220), 출력부(230) 및 전력 절감 전류 측정 장치(240)를 포함한다. 일반적인 전력 변환기(200)는 구동부(210), 변압기(220), 출력부(230)만으로 구성이 가능하나, 입력측의 전류를 센싱하여 출력을 제어하기 위해서 전력 절감 전류 측정 장치(240)를 추가하여 사용하게 된다.
구동부(210)는 내부의 전원을 주 스위치(211)를 통해 온오프 제어하여 1차측 전류를 생성한다. 여기서, 제1 제어부(212)를 통해 주 스위치(211)의 온오프 동작을 PWM(pulse width modulation ; 펄스 폭 변조) 방식으로 제어한다. 이 경우, 주 스위치(211)와 제1 제어부(212) 사이에는 내부 저항(RS1)이 연결될 수 있다.
변압기(220)는 구동부(210)로부터 1차측 전류를 입력받아 1차측 권선 및 2차측 권선의 권선비에 따라 출력부(230)로 2차측 전류를 출력한다.
출력부(230)는 2차측 전류를 정류하는 다이오드(D)와 다이오드(D)를 통한 전압을 평활하는 캐패시터(C)와, 부하와 연결된 부하 저항(RL)을 포함한다.
전력 변환기의 구성은 보다 다양한 변형예가 존재할 수 있다. 따라서, 본 발명의 구성은 도 2에 의해 반드시 한정되지 않는다. 또한, 전력 변환기의 상세 동작은 기존에 다양하게 공지되어 있으므로 이에 관한 보다 구체적인 설명은 생략한다.
이하에서는 상기 전류 측정을 위한 구성 부분인 전력 절감 전류 측정 장치(240)로서, 센싱 저항(241), 부 스위치(242), 제2 제어부(243), 전류 측정부(244), 타이밍 설정부(245)의 구성을 설명한다.
상기 센싱 저항(241)은 1차측 권선에 연결된 상기 주 스위치(211)와 제1 전원 사이 부분에 연결된다. 본 실시예에서 제1 전원은 접지 전원에 해당되나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는다.
상기 부 스위치(241)는 상기 센싱 저항(242)과 병렬 연결된다. 이러한 부 스위치(241)는 온오프 동작이 가능한 트랜지스터 등과 같은 반도체 스위치로 구현될 수 있다.
상기 제2 제어부(243)는 상기 부 스위치(241)의 온오프 동작을 제어한다. 이러한 제2 제어부(243)는 앞서 제1 제어부(212)와 같이 부 스위치(241)의 온오프를 PWM 방식으로 제어한다. 여기서, 각 스위치(211, 241)의 온오프 제어는 온오프 주기 및 시간을 제어하는 개념을 포괄하는 것임은 자명하다.
이러한 제2 제어부(243)는, 부 스위치(241)의 온(on) 구동 시 전류가 센싱 저항(242)에 흐르도록 하고, 반대로 부 스위치(242)의 오프(off) 구동 시에는 전류가 센싱 저항(242)을 우회하여 부 스위치(241)로 흐르도록 제어하여 센싱 저항(241)에 전류가 흐르지 않도록 한다. 이 경우, 부 스위치(242)와 제2 제어부(243) 사이에는 내부 저항(RS2)이 연결될 수 있다.
한편, 부 스위치(241)는 MOSFET(도시하지 않음)으로 구현할 수 있으며, 센싱 저항(241)은 MOSFET의 드레인과 소스 간의 저항으로 대체할 수 있다. 이 경우, 제2 제어부(243)는 MOSFET의 게이트 전압을 조절하여 센싱 저항(드레인-소스 간 저항)에 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
상기 전류 측정부(244)는 상기 센싱 저항(241)에 흐르는 전류를 측정하는 부분이다. 앞서 제2 제어부(243)의 PWM 제어 동작에 따라 전류 측정부(244)에서는 부 스위치(241)의 온(on) 동작 시에만 전류가 측정된다.
이러한 전류 측정부(244)는 디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정한다. 즉, 본 발명은 이산 시간을 이용하는 모든 경우(ex, 아날로그/디지털 제어기)에 적용이 가능하다.
이상과 같은 본 발명은, 전력 변환기(200)의 주 스위치(211)에 흐르는 정확한 전류 측정을 위하여, 주 스위치(211)와 연결된 센싱 저항(241) 부분에 부 스위치(242)를 병렬 연결하여, 전류 측정이 필요한 시간에만 센싱 저항(241)에 전류가 흐르도록 한다.
만약, 부 스위치(242)의 구성이 포함되어 있지 않은 경우에는 모든 시간에 대해 센싱 저항(241)에 전류가 흐르며 센싱 저항(241)을 통해 전류가 지속적으로 센싱되게 된다.
본 발명에서는 부 스위치(242)의 온오프를 제어함에 따라, 전류를 측정하지 않는 시간에서는 부 스위치(242)를 통해 전류를 바이패스(bypass) 시킴으로써, 센싱 저항(241)에 걸리는 정격 전력이 감소하고 그에 따른 센싱 저항(241)에서의 전력 손실 문제를 줄일 수 있다.
또한, 전류의 측정이 필요한 경우에만 센싱 저항(241)을 사용하므로, 센싱 저항(241)의 열화 문제를 방지할 수 있고 수명을 늘릴 수 있으며 그 결과 전류 측정 효율을 향상시킬 수 있다.
한편 상기 타이밍 설정부(245)는 제1 제어부(242), 제2 제어부(243) 및 전류 측정부(244)와 연결되어 있다. 이러한 타이밍 설정부(245)는 부 스위치(242) 및 주 스위치(211)의 스위칭 타이밍을 서로 동기화시켜서 제2 제어부(243)가 제1 제어부(242)에 연동하여 동작하게 한다. 또한, 전류 측정부(244)가 스위치 타이밍에 따라 센싱 저항(241)에 전류가 흐를 경우에만 전류값을 계산함으로써, 전력 소모를 줄일 수 있다.
이에 따르면, 제1 제어부(242)의 온오프 조절에 따라 주 스위치(211)를 통해 신호가 통과되는 시점에만 주 스위치(211)의 전류 측정이 가능하도록 제2 제어부(243)의 온오프 동작을 조절할 수 있다. 반대로 주 스위치(211)를 통해 신호가 통과되지 않을 때에는 전류 측정을 수행할 필요가 없으므로 그에 맞도록 제2 제어부(243)의 온오프 동작을 조절한다.
도 3은 도 1을 이용한 전류 센싱 파형의 실시예를 나타낸다. 여기서, 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 센싱되는 전류 값을 나타낸다.
도 3의 (a)는 부 스위치(242)가 있는 경우 또는 부 스위치(242)가 항상 온(on)되어 있는 기존의 경우를 나타낸다. 이러한 경우, 센싱 저항(241)을 통해 항상 전류가 흐르는 구조로서 제어기는 이산적으로 전류 값을 받아들이게 되지만, 센싱 저항은 지속적으로 전류값을 측정하여 전류가 지속적으로 측정되며 전력 소모가 커지게 되는 단점이 있다.
그러나, 도 3의 (b)는 부 스위치(242)의 온오프 주기 및 시간이 PWM 제어되는 본 발명의 경우로서, 부 스위치(242)의 온(on) 구동 시에만 센싱 저항(241)에 전류가 흐르게 되어 전류가 센싱되고, 부 스위치(242)의 오프(off) 구동 시에는 센싱 저항(241)에 전류가 흐르지 않으므로 전류가 센싱되지 않는다. 이러한 경우 전류 측정 시간이 간헐적이게 되며 센싱 저항(241)에서의 전력 소모를 줄일 수 있다.
이러한 도 3의 구성은 본 발명의 설명을 돕기 위한 하나의 실시예로서 센싱되는 전류 파형이 반드시 이에 한정되지 않음은 자명하다.
이상과 같은 본 발명에 실시예에 따른 전력 절감 전류 측정 장치 및 이를 이용한 전력 변환기에 따르면, 전류 측정 대상에 센싱 저항을 연결하고 센싱 저항에 스위치를 병렬 연결하여 전류 측정이 필요한 시간에만 센싱 저항을 사용함에 따라 전력 손실을 방지할 수 있고 측정 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 센싱 저항;
    상기 센싱 저항과 병렬 연결되는 스위치;
    상기 스위치의 온오프 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 스위치를 온(on) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항을 우회하여 상기 스위치로 흐르도록 제어하고, 상기 스위치를 오프(off) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항에 흐르도록 제어하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스위치의 온오프 동작을 PWM 방식으로 제어하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 측정부의 전류 측정 타이밍을 설정하는 타이밍 설정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전류 측정 타이밍과 동기화하여 상기 스위치의 온오프 동작을 제어하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 저항의 일 단은 접지 전원과 연결된 전력 절감 전류 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 MOSFET이고, 상기 센싱 저항은 상기 MOSFET의 드레인과 소스 간의 저항이며, 상기 제어부는 상기 MOSFET의 게이트 전압을 조절하여 상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 제어하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치.
  11. 주 스위치를 온오프 제어하여 1차측 전류를 공급하는 구동부와, 1차측 전류를 입력받아 1차측 권선 및 2차측 권선의 권선비에 따라 2차측 전류를 출력하는 변압기와, 상기 1차측 전류를 센싱하는 전력 절감 전류 측정 장치를 포함하는 전력 변환기에 있어서,
    상기 전력 절감 전류 측정 장치는,
    상기 1차측 권선에 연결된 주 스위치와 제1 전원 사이에 연결되는 센싱 저항;
    상기 센싱 저항과 병렬 연결되는 부 스위치;
    상기 부 스위치의 온오프 동작을 제어하는 제2 제어부; 및
    상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 주 스위치의 온오프 동작을 제어하는 제1 제어부를 포함하고,
    상기 제1 제어부 및 제2 제어부는,
    상기 주 스위치 및 상기 부 스위치의 온오프 동작을 각각 PWM 방식으로 제어하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 제어부는,
    상기 부 스위치의 온(on) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항에 흐르도록 하고, 오프(off) 구동 시 전류가 상기 센싱 저항을 우회하여 상기 부 스위치로 흐르도록 제어하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전류 측정부의 전류 측정 타이밍을 설정하는 타이밍 설정부를 더 포함하고,
    상기 제1 제어부 및 제2 제어부는,
    상기 전류 측정 타이밍과 동기화하여 상기 스위치의 온오프 동작을 제어하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 스위치는 MOSFET이고, 상기 센싱 저항은 상기 MOSFET의 드레인과 소스 간의 저항이며, 상기 제어부는 상기 MOSFET의 게이트 전압을 조절하여 상기 센싱 저항에 흐르는 전류를 제어하며,
    상기 제1 전원은 접지 전원인 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    디지털 또는 아날로그 형태의 이산 시간의 전류를 측정하는 전력 절감 전류 측정 장치를 이용한 전력 변환기.
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