WO2017142106A1 - 통합 통신 모듈을 사용하는 부하 분담을 위한 전원 공급 장치 및 시스템 - Google Patents

통합 통신 모듈을 사용하는 부하 분담을 위한 전원 공급 장치 및 시스템 Download PDF

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WO2017142106A1
WO2017142106A1 PCT/KR2016/001579 KR2016001579W WO2017142106A1 WO 2017142106 A1 WO2017142106 A1 WO 2017142106A1 KR 2016001579 W KR2016001579 W KR 2016001579W WO 2017142106 A1 WO2017142106 A1 WO 2017142106A1
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power supply
bus
communication module
information
supply modules
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PCT/KR2016/001579
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Inventor
황순상
윤병철
Original Assignee
주식회사 동아일렉콤
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks

Definitions

  • the present invention relates to load sharing of a power supply, and more particularly, to a power supply and a system for providing various load sharing schemes using an integrated communication module.
  • the hot swap capability allows the module to be replaced during operation, so that even if a part of the power supply modules connected in parallel are removed, the remaining modules can provide the same output, so that the power supply module can be replaced without stopping the system. Do. Third, as heat dissipation, since loads for a plurality of power supply modules are distributed, heat generated accordingly is also distributed to each power supply module. Fourth, as design flexibility, it is possible to make the operation and design of the system more flexible by adjusting the capacity and the number of individual power supply modules according to the requirements of the system.
  • Patent Document 1 Patent Application Publication No. 10-2011-0002997
  • a separate load sharing controller is provided inside each power supply module, and each power supply module individually controls voltage through an interface, and a shared bus ( Independent current sharing schemes are proposed, which share current values through a share bus.
  • Independent current sharing schemes are proposed, which share current values through a share bus.
  • average output current sharing which is a method of sharing average current values of modules, and maximum current values are shared. Peak output current sharing method is used.
  • a method of sharing a current value through a shared bus may be classified into an analog method of sharing voltage levels between modules and a digital control method of sharing information between modules through communication.
  • the analog system as a plurality of modules are operated in parallel, a voltage drop occurs and a problem of load sharing becomes difficult because noise of the analog signal affects the controller.
  • the digital control system there is a limit in the number of modules that can communicate with each other, which causes a problem that capacity is difficult to increase in parallel operation through load sharing.
  • each of the modules is given an identifier (id) for identifying information when communicating, and for example, a dip switch is used to implement it in hardware, which is allowed for such a dip switch. More than the number of modules becomes difficult to add. That is, since the capacity of the system is determined according to the communication quantity of the module, there is a limit to increasing the number of modules.
  • the present invention is to solve the above problems, by using a set of a plurality of power supply modules connected in parallel with each other, and by using a separate unified communication module for collecting information about each module through communication, It is an object of the present invention to provide a power supply and a system that facilitates the expansion of capacity and provides a new load-sharing scheme that enables a variety of module connection configurations.
  • the power supply device of the present invention is a power supply device for load sharing, and includes a plurality of power supply modules, communication modules, and a first bus connecting the plurality of power supply modules and the communication module connected in parallel. And a second bus connecting the communication module with a device external to the power supply, wherein each of the plurality of power supply modules has a respective controller for sharing the load therein, each of which includes: The controller of communicates information about each of the plurality of power supply modules via the first bus, and also controls one or more of voltage and current for each of the plurality of power supply modules, wherein the communication module is And a second bus communicating with each of said plurality of power supply modules via said first bus, said device being further external to said power supply. It characterized in that for communicating the information through.
  • each of the plurality of power supply modules has an independent ground voltage by being electrically insulated from each other.
  • the respective controllers share information about each of the plurality of power supply modules with each other, transmit the shared information to the communication module, and the communication module sends the shared information to the communication module. And transmit to a device external to the power supply.
  • the communication module individually receives information about each of the plurality of power supply modules from the respective controllers, and processes the processed information from the individually received information into the power supply apparatus. It is characterized by transmitting to an external device.
  • each of the plurality of power supply modules and the communication module characterized in that each corresponding to a selected one of a plurality of identifiers.
  • the information on each of the plurality of power supply modules is characterized in that the average current value or the maximum current value for the plurality of power supply modules.
  • the first bus and the second bus are electrically insulated from each other and share a ground of the second bus.
  • the first bus and the second bus is characterized in that the communication in both directions so that each information can be transmitted and received and shared with each other.
  • At least one of the first bus and the second bus is a PM Bus (Power Management Bus).
  • a load is connected to output terminals of the plurality of power supply modules, and each controller is configured to use the plurality of power supply modules using information about each of the plurality of power supply modules received through the first bus.
  • the power supply system of the present invention is for load sharing, and includes a plurality of power supply devices constituted by the power supply device of the above-described embodiment, and the plurality of power supply devices are connected to each other in series or in parallel,
  • the plurality of power supply devices are characterized in that the communication module included in each of them is connected to each other via a bus to share information.
  • the output terminals of the plurality of power supplies are connected in parallel with each other, the load is connected to the output terminals connected in parallel to provide a balanced load current to the load.
  • an output terminal of one of the plurality of power supplies and an output terminal of the other of the plurality of power supplies are connected in series with each other and connected to an output terminal of the power supply system.
  • the load is connected to provide a balanced load current to the load.
  • the plurality of power supplies comprises a set of power supplies connected in series, each of the sets of power supplies being connected in parallel.
  • the load sharing device and method of the present invention by configuring a multi-communication module separately from the plurality of power supply modules, an effect of easily expanding the capacity of the system can be obtained.
  • a plurality of power capacity banks composed of a plurality of power supply modules load sharing in a series or parallel mode as well as the existing parallel method is possible, and the capacity can be increased by increasing the current and the capacity can be increased by increasing the voltage. The remarkable effect of doing so is derived.
  • FIG. 1 illustrates a power supply system having a conventional load sharing scheme.
  • FIG. 2 illustrates a structure of a power capacity bank that forms a basic unit of the load sharing scheme of the present invention.
  • FIG. 3 shows a power supply system configured in parallel connection as an extended load sharing scheme of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a power supply system configured with a series-parallel connection as an extended load sharing scheme of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the power capacity bank 200 of the present invention includes a plurality of power supply modules 210 and a communication module 240, and can communicate information between the power supply modules 210 and the communication module 240.
  • a bus 220a and a bus 220b capable of communicating information between the communication module 240 and other devices.
  • the power supply module 210 includes an AC power source 211, an AC / DC converter 212, a power factor corrector 213, a DC / DC converter 214, and a controller. 215 may be included, but is not limited to the above configuration.
  • the bus 220a is connected to the controllers 215 included in each of the power supply modules 210, and the power supply modules 210 are connected to each other via the bus 220a. Communicate information about each power supply module.
  • the power supply modules 210 may communicate respective current values via the bus 220a and may share the maximum or average current values of the power supply modules.
  • the power supply modules 210 may share their identifier (id) over the bus 220a.
  • the controller 215 of each power supply module may use the information of the power supply module to individually control the voltage and current of each power supply module 210 with respect to the other power supply module. .
  • Each of the power supply modules 210 is connected to the output terminal in parallel with each other.
  • the output end of the power supply modules 210 constitutes the output end of the power capacity bank 200, and a load 230 may be connected in parallel to the output end of the power capacity bank 200.
  • another power capacity bank 200 may be connected to the output terminal of the power capacity bank 200 as described below.
  • each of the power supply modules 210 may have independent ground voltages by being electrically insulated from each other.
  • the "electrically isolated" power supply modules means that the voltage output of one power supply module and the voltage output of any other power supply module have different ground voltages.
  • the elements exchanging information between the power supply modules eg, the communication unit in the controller 215, or the communication module 240 may have a common ground voltage.
  • the power capacity bank 200 may include a separate controller capable of integrating information on the power supply modules 210 in addition to the controller 215 included in each of the power supply modules 210. And a communication module 240. As shown in FIG. 1, the power supply modules 210 have to share information directly through mutual buses because the conventional communication module 240 does not have such a separate communication module 240. As described above, according to the present invention, the power supply modules 210 may not only directly share information through the mutual bus 220a but also may share information through the communication module 240 and the transient bus 220a. In one exemplary embodiment, each of the power supply modules 210 shares current values to derive an average current value or a maximum current value and transmit it to the communication module 240. In another exemplary embodiment, the power supply modules 210 transmit their current values to the communication module 240, which the communication module 240 collects to derive the average current value or the maximum current value and Transmit to each of the power supply modules 210.
  • the communication module 240 not only communicates with the power supply modules 210 in the power capacity bank 200 via the bus 220a, but also other external to the power capacity bank 200. Communication with the communication module of the power capacity bank may be via bus 220b. In one exemplary embodiment, the communication module 240 transmits the average current value or the maximum current value received from or derived from the power supply modules 210 to the other power capacity banks via the bus 220b. It is also possible to allow power capacity banks to share information with each other. In addition, the bus 220a and the bus 220b of the communication module 240 may be electrically insulated from each other, and the ground of the insulated bus 220b is shared with each other.
  • the bus 220a serving as a path for exchanging information of the power supply modules 210 and the communication module 240 may use a known PM Bus (Power Management Bus), in particular You can also use the CAN Bus (Controller Area Network Bus).
  • the bus 220b serving as a path for exchanging information between the power capacity bank 200 and another power capacity bank may use a known PM Bus (Power Management Bus), and in particular, a CAN Bus. You can also use the Controller Area Network Bus.
  • the bus 220a and the bus 220b may be buses capable of bidirectional communication so that respective information may be shared with each other, or buses using the same specification as each other.
  • the communication module 240 is assigned the same identifier as that given to the power supply modules 210.
  • each of the power supply modules 210 is given an identifier (id) for identifying information when communicating, and uses a DIP switch to implement it in hardware, or optionally with a limited number of identifiers.
  • the method of giving is used. For example, if there are n DIP switches, the number of identifiers allowed is 2 n . In a conventional power supply, even if a new module is connected to the bus, 2 n total modules are used to identify each of the modules. It could not be expanded beyond.
  • the power capacity bank 200 connects the communication module 240 to the bus 220a of the plurality of power supply modules 210 and via the communication module 240.
  • Information may be exchanged with the outside, and when identifying the power capacity bank 200 from the outside, an identifier given to the communication module 240 may be adopted, not an identifier for the power supply modules.
  • an identifier given to the communication module 240 may be adopted, not an identifier for the power supply modules.
  • 3 and 4 are extended load-sharing power supply systems using the power capacity bank of the present invention, each showing a parallel connection and a series-parallel connection.
  • the outputs of the power capacity banks 310 are connected in parallel with each other, and each of the power capacity banks 310 shares information with each other through an internal communication module 320. do.
  • the power capacity banks 310 share information of respective average or maximum current values, thereby carrying out load sharing and simultaneously varying the capacity for the current by the number of power capacity banks connected in parallel. Expansion is possible.
  • the power capacity banks 410 are connected in series to form a set, and each of these sets of power capacity banks is connected in parallel.
  • each of the power capacity banks 410 shares information with each other through an internal communication module (not shown).
  • the power supply module and the communication module included in each of the power capacity banks may be electrically isolated from each other to share the load by sharing the output voltage and current of each of the power capacity banks with each other. Therefore, by connecting the power capacity banks 410 in series and by connecting the sets of connected banks in parallel, it is possible for each bank to share the load with each other, thereby increasing capacity by increasing voltage and current capacity. In addition, it can increase the stability of the serial-to-parallel connection.
  • the power capacity banks 410 share information of respective average or maximum current values with each other, thereby carrying out load sharing and simultaneously providing capacity for voltage as many as the number of power capacity banks connected in series. It is also possible to increase the capacity of the capacitor and to increase the capacity of the current as many as the set of power capacity banks connected in parallel.
  • a single power supply module has a capacity of 10 [V] / 10 [A]
  • a controller in the power supply module is connected in parallel with the controllers of 10 other power supply modules.
  • the maximum capacity expansion is 10 [V] / 100 [A].
  • the communication module can also communicate with other 10 communication modules, so that 10 power capacity banks are connected in parallel to each other as shown in FIG.
  • the capacity can be expanded to 10 [V] / 1000 [A].
  • the load sharing of each power supply module becomes the same when 10 power capacity banks are connected in series, so that 100 [V] / 100 [ A], it is possible to increase the capacity as the voltage rises.
  • the capacity can be expanded to simultaneously increase voltage and current to 50 [V] / 200 [A].
  • Computer-readable media includes both computer storage media and communication media including any medium that facilitates transfer of a computer program from one place to another.
  • a storage medium may be any available medium that can be accessed by a computer.
  • such computer-readable media may be in the form of RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM or other optical disk storage, magnetic disk storage or other magnetic storage devices, or instructions or data structures. It can include any other medium that can be used to carry or store the desired program code and can be accessed by a computer.

Abstract

본 발명의 부하 분담을 위한 전원 공급 장치는, 병렬로 연결되어 있는 복수의 전원 공급 모듈, 통신 모듈, 복수의 전원 공급 모듈과 통신 모듈을 연결하는 버스, 및 전원 공급 장치의 외부에 있는 장치와 통신 모듈을 연결하는 버스를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 복수의 전원 공급 모듈의 각각은, 내부에 부하 분담을 위한 각각의 제어기를 구비하고, 각각의 제어기는, 버스를 통해 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 통신하고, 또한 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 전압 및 전류 중 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 통신 모듈은, 복수의 전원 공급 모듈의 각각과 버스를 통해 정보를 통신하고, 또한 전원 공급 장치의 외부에 있는 장치와 버스를 통해 정보를 통신하는 것을 특징으로 한다.

Description

통합 통신 모듈을 사용하는 부하 분담을 위한 전원 공급 장치 및 시스템
본 발명은 전원 공급 장치의 부하 분담에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 통합 통신 모듈을 사용하여 다양한 부하 분담 방식을 제공하는 전원 공급 장치 및 시스템에 대한 것이다.
오늘날의 전원 공급 장치는 대용량의 동작 전원을 요구하는 경우가 많으나, 이러한 대용량의 전원 공급 장치를 단일 시스템으로 구성하는 경우에는 신뢰도 및 안정성 측면에서 한계를 갖게 되는 문제점이 있었다. 이와 관련하여, 최근에는 대용량의 동작 전원을 제공하기 위하여 복수의 전원 공급 모듈의 동일한 출력들을 병렬로 연결하여 구성하는 이른바 병렬 운전 방식이 제안되었으며, 이러한 병렬 운전 방식은 다음과 같은 장점을 갖고 있다.
첫째, 신뢰성 향상을 위한 중복 설계 (redundancy for enhanced reliability) 로서, 복수의 전원 공급 모듈 중 일부에 불량이 발생하더라도 전체 시스템의 구동에는 문제가 없는바, 불량에 따른 시스템 출력 전원의 신뢰성을 향상시킨다. 둘째, 운용 중 모듈 교체가 가능 (hot swap capability) 하여, 병렬로 연결된 전원 공급 모듈의 일부를 제거하더라도 나머지 모듈들이 동일한 출력을 제공할 수 있기 때문에, 시스템을 정지하지 않고도 전원 공급 모듈의 교체가 가능하다. 셋째, 발열 분산 (distributed heat removal) 으로서, 복수의 전원 공급 모듈에 대한 로드가 분산되기 때문에, 그에 따라 발생하는 열 또한 각 전원 공급 모듈에 분산되는 효과가 나타난다. 넷째, 유연한 시스템 설계 (design flexibility) 로서, 시스템이 요구하는 조건에 따라서 개별 전원 공급 모듈의 용량 및 개수를 조절하여, 시스템의 운용 및 설계를 보다 유연하게 하는 것이 가능하다.
그러나, 복수의 전원 공급 모듈의 출력 임피던스는 서로 완전하게 동일할 수 없기 때문에 그 출력들을 병렬로 연결할 때의 동일한 출력 전압을 보장한다는 것은 불가능하다. 즉, 동일한 모델의 전원 공급 모듈을 사용하더라도 출력 임피던스의 오차로 인하여 균등한 출력 전력이 발생되지 않는다. 따라서, 출력 임피던스를 동일하게 만들어 출력 전력을 동일하게 하기 위하여, 시스템 부하의 균등 분배 분담을 수행하는, 이른바 부하 분담 (load sharing) 방식이 사용되고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 특허출원공개공보 제10-2011-0002997호
최근의 부하 분담의 방식으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 전원 공급 모듈 내부에 별도의 부하 분담 제어기를 구비하되 각각의 전원 공급 모듈이 인터페이스를 통해 개별적으로 전압을 제어하고, 공유 버스 (share bus) 를 통해 전류값을 공유하는 독립 전류 분담 (independent current sharing) 방식이 제안되었으며, 특히 모듈들의 평균 전류 값을 공유하는 방법인 평균 전류법 (Average Output Current Sharing), 및 최고 전류 값을 공유하는 방법인 최대 전류법 (Peak Output Current Sharing) 방식이 사용되고 있다.
이때, 공유 버스를 통해 전류값을 공유하는 방식은, 모듈들 상호간의 전압 레벨을 공유하는 아날로그 방식과, 통신을 통해 모듈들 상호간의 정보를 공유하는 디지털 제어 방식으로 분류될 수 있다. 그러나, 아날로그 방식의 경우에는, 여러 개의 모듈이 병렬 운전됨에 따라 전압의 강하가 일어나며 아날로그 신호의 노이즈가 제어기에 영향을 줌으로써 부하 분담이 어려워지게 되는 문제가 발생한다. 한편, 디지털 제어 방식의 경우에는, 모듈과 모듈 사이에 통신을 할 수 있는 수량에 한계가 있어 부하 분담을 통한 병렬 운전에 있어서 용량의 증대가 곤란하다는 문제가 발생한다. 구체적으로, 모듈들의 각각에는 통신할 때 정보를 식별하기 위한 식별자 (id) 가 부여되고, 이를 하드웨어로 구현하기 위하여 예를 들어 딥스위치 (DIP switch) 를 사용하게 되는데, 이러한 딥스위치에 허용되는 식별자의 개수 이상으로 모듈의 증설이 곤란하게 된다. 즉, 모듈의 통신 수량에 따라 시스템의 용량이 결정되므로, 모듈의 개수를 증가시키는데 한계가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 전원 공급 모듈을 서로 병렬로 연결한 세트를 사용하고, 각 모듈에 대한 정보를 통신을 통해 취합하는 별도의 통합 통신 모듈을 사용함으로써, 시스템의 용량의 증설을 용이하게 하고 모듈의 연결 구성을 다양하게 할 수 있는 새로운 부하 분담 방식을 제공하는 전원 공급 장치 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전원 공급 장치는, 부하 분담을 위한 전원 공급 장치로서, 병렬로 연결되어 있는 복수의 전원 공급 모듈, 통신 모듈, 상기 복수의 전원 공급 모듈과 상기 통신 모듈을 연결하는 제 1 버스 (bus), 및 상기 전원 공급 장치의 외부에 있는 장치와 상기 통신 모듈을 연결하는 제 2 버스를 포함하고, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각은, 내부에 부하 분담을 위한 각각의 제어기를 구비하고, 상기 각각의 제어기는, 상기 제 1 버스를 통해 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 통신하고, 또한 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 전압 및 전류 중 하나 이상을 제어하며, 상기 통신 모듈은, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각과 상기 제 1 버스를 통해 상기 정보를 통신하고, 또한 상기 전원 공급 장치의 상기 외부에 있는 장치와 제 2 버스를 통해 상기 정보를 통신하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각은, 서로 전기적으로 절연됨으로써 독립적인 접지 전압을 갖는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 각각의 제어기는, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 서로 공유하고, 상기 공유된 정보를 상기 통신 모듈로 송신하며, 상기 통신 모듈은 상기 공유된 정보를 상기 전원 공급 장치의 상기 외부에 있는 장치로 송신하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 통신 모듈은, 상기 각각의 제어기로부터 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 개별적으로 수신하여, 상기 개별적으로 수신된 정보로부터 가공된 정보를 상기 전원 공급 장치의 상기 외부에 있는 장치로 송신하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각과, 상기 통신 모듈은, 복수의 식별자들 중 선택되는 하나의 식별자에 각각 대응되는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보는, 상기 복수의 전원 공급 모듈에 대한 평균 전류값 또는 최대 전류값인 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제 1 버스 및 상기 제 2 버스는 서로 전기적으로 절연되고, 상기 제 2 버스의 접지를 공유하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제 1 버스 및 상기 제 2 버스는 각각의 정보를 서로 송수신하여 공유할 수 있도록 양방향으로 통신하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제 1 버스 및 상기 제 2 버스 중 하나 이상은, PM Bus (Power Management Bus) 인 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 출력단에 부하가 연결되고, 상기 각각의 제어기는, 상기 제 1 버스를 통해 수신되는 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 이용하여 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 전압 및 전류 중 하나 이상을 제어함으로써, 상기 부하에 밸런싱된 부하 전류를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전원 공급 시스템은 부하 분담을 위한 것으로서, 상술한 실시형태의 전원 공급 장치로 구성되는 복수의 전원 공급 장치들을 포함하고, 상기 복수의 전원 공급 장치들은 상호간에 직렬 또는 병렬로 연결되어 있고, 상기 복수의 전원 공급 장치들은, 각각이 포함하고 있는 통신 모듈이 버스를 통해 서로 연결되어 정보를 공유하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 전원 공급 장치의 출력단들이 서로 병렬로 연결되어 있고, 상기 병렬로 연결된 출력단들에 부하가 연결되어 상기 부하에 밸런싱된 부하 전류를 제공하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 전원 공급 장치 중 하나의 전원 공급 장치의 출력단과 상기 복수의 전원 공급 장치 중 다른 하나의 전원 공급 장치의 출력단이 서로 직렬로 연결되고, 상기 전원 공급 시스템의 출력단에 부하가 연결되어 상기 부하에 밸런싱된 부하 전류를 제공하는 것을 특징으로 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복수의 전원 공급 장치는, 직렬로 연결된 전원 공급 장치들의 세트로 구성되고, 상기 전원 공급 장치들의 세트들의 각각은 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부하 분담 장치 및 방법은, 복수의 전원 공급 모듈과 별도로 멀티 통신 모듈을 구성함으로써 용이하게 시스템의 용량 증설이 가능한 효과가 도출된다. 또한, 복수의 전원 공급 모듈로 구성된 전력 용량 뱅크를 다수 연결함으로써 기존의 병렬 방식뿐만 아니라 직렬 또는 직병렬 방식의 부하 분담이 가능하게 되어, 전류 증가에 따른 용량 증대 및 전압 상승에 의한 용량 증설도 가능하게 되는 현저한 효과가 도출된다.
도 1은 종래의 부하 분담 방식을 갖는 전원 공급 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 부하 분담 방식의 기본 단위를 이루는 전력 용량 뱅크의 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 확장된 부하 분담 방식으로서 병렬 연결로 구성된 전원 공급 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명의 확장된 부하 분담 방식으로서 직병렬 연결로 구성된 전원 공급 시스템을 도시한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 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.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에" 또는 "~ 에 이웃하는"과 "~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 부하 분담 방식의 기본 단위를 이루는 전력 용량 뱅크 (power capacity bank) 의 구조를 나타낸다. 본 발명의 전력 용량 뱅크 (200) 는, 복수의 전원 공급 모듈들 (210) 및 통신 모듈 (240) 을 포함하고, 전원 공급 모듈들 (210) 및 통신 모듈 (240) 사이에 정보를 통신할 수 있는 버스 (220a) 및 통신 모듈 (240) 과 다른 장치 사이에 정보를 통신할 수 있는 버스 (220b) 를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전원 공급 모듈 (210) 은, 도 1에 도시된 바와 같은 공지의 전원 공급 모듈이 사용될 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전원 공급 모듈 (210) 은 AC 전원 (211), AC/DC 컨버터 (212), 전원 왜곡 교정 장치 (Power Factor Corrector; 213), DC/DC 컨버터 (214) 및 제어기 (215) 를 포함할 수도 있으나, 위 구성에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 버스 (220a) 는 전원 공급 모듈들 (210) 의 각각에 포함된 제어기들 (215) 과 연결되어 있으며, 전원 공급 모듈들 (210) 은 버스 (220a) 를 통해 서로 각각의 전원 공급 모듈에 대한 정보를 통신한다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전원 공급 모듈들 (210) 은 버스 (220a) 를 통하여 각각의 전류값을 통신할 수도 있고, 전원 공급 모듈들의 최대 전류값이나 평균 전류값을 공유할 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전원 공급 모듈들 (210) 은 버스 (220a) 를 통하여 자신의 식별자 (id) 를 공유할 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 각 전원 공급 모듈의 제어기 (215) 는 전원 공급 모듈의 정보를 이용하여 각 전원 공급 모듈 (210) 의 전압 및 전류를 다른 전원 공급 모듈에 대해 개별적으로 제어할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전원 공급 모듈들 (210) 의 각각은 그 출력단이 서로 병렬로 연결된다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전원 공급 모듈들 (210) 의 출력단은 전력 용량 뱅크 (200) 의 출력단을 이루고, 이러한 전력 용량 뱅크 (200) 의 출력단에 부하 (230) 가 병렬로 연결될 수도 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이 전력 용량 뱅크 (200) 의 출력단에는 부하 이외에도 다른 전력 용량 뱅크 (200) 가 연결될 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전원 공급 모듈들 (210) 의 각각은 서로 전기적으로 절연됨으로써 독립적인 접지 전압을 가질 수도 있다. 여기서 전원 공급 모듈들이 "전기적으로 절연"되었다는 것은 하나의 전원 공급 모듈의 전압 출력부와 다른 임의의 전원 공급 모듈의 전압 출력부가 서로 다른 접지 전압을 갖는 것을 의미한다. 다만, 이 경우에 있어서도, 전원 공급 모듈들 간에 정보를 교환하는 요소들 (예를 들어, 제어기 (215) 내의 통신부, 또는 통신 모듈 (240) 은 공통의 접지 전압을 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전력 용량 뱅크 (200) 는 전원 공급 모듈들 (210) 의 각각에 포함된 제어기 (215) 외에도, 전원 공급 모듈들 (210) 에 대한 정보를 통합할 수 있는 별도의 통신 모듈 (240) 을 포함하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래 방식에서는 이러한 별도의 통신 모듈 (240) 을 갖고 있지 않으므로 전원 공급 모듈들 (210) 이 상호간 버스를 통하여 직접 정보를 공유할 수 밖에 없는 반면에, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 전원 공급 모듈들 (210) 이 상호간 버스 (220a) 를 통하여 직접 정보를 공유할 수 있을 뿐만 아니라 통신 모듈 (240) 과도 버스 (220a) 를 통하여 정보를 공유할 수 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전원 공급 모듈들 (210) 의 각각이 전류값들을 공유하여 평균 전류값 또는 최대 전류값을 도출해내고 이를 통신 모듈 (240) 로 송신한다. 예시적인 다른 실시형태에 있어서, 전원 공급 모듈들 (210) 은 자신의 전류값을 통신 모듈 (240) 로 송신하고, 통신 모듈 (240) 이 이를 취합하여 평균 전류값 또는 최대 전류값을 도출해내고 이를 전원 공급 모듈들 (210) 의 각각으로 송신한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 통신 모듈 (240) 은, 전력 용량 뱅크 (200) 내의 전원 공급 모듈들 (210) 과 버스 (220a) 를 통해 통신할 뿐만 아니라, 전력 용량 뱅크 (200) 외부의 다른 전력 용량 뱅크의 통신 모듈과 버스 (220b) 를 통하여 통신할 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 통신 모듈 (240) 은 전원 공급 모듈들 (210) 로부터 수신되거나 자신이 도출해낸 평균 전류값 또는 최대 전류값을 버스 (220b) 를 통하여 다른 전력 용량 뱅크들로 송신함으로써, 전력 용량 뱅크들이 서로간의 정보를 공유할 수 있게 할 수도 있다. 또한, 통신 모듈 (240) 의 버스 (220a) 및 버스 (220b) 는 서로 전기적으로 서로 절연될 수 있으며, 절연된 버스 (220b) 의 접지를 서로 공유하여 사용한다.
예시적인 일 실시형태에 있어서, 전원 공급 모듈들 (210) 및 통신 모듈 (240) 의 정보를 교환하는 통로가 되는 버스 (220a) 는, 공지의 PM Bus (Power Management Bus) 를 사용할 수도 있고, 특히 CAN Bus (Controller Area Network Bus) 를 사용할 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전력 용량 뱅크 (200) 와 다른 전력 용량 뱅크 간에 정보를 교환하는 통로가 되는 버스 (220b) 는, 공지의 PM Bus (Power Management Bus) 를 사용할 수도 있고, 특히 CAN Bus (Controller Area Network Bus) 를 사용할 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 버스 (220a) 및 버스 (220b) 는 각각의 정보를 서로 공유할 수 있도록 양방향 통신이 가능하는 버스일 수도 있으며, 서로 동일한 규격을 사용하는 버스일 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 통신 모듈 (240) 은 전원 공급 모듈들 (210) 에 부여되는 식별자와 동일한 식별자가 부여된다. 통상적으로, 전원 공급 모듈들 (210) 은 각각 통신할 때 정보를 식별하기 위한 식별자 (id) 가 부여되고, 이를 하드웨어로 구현하기 위하여 딥스위치 (DIP switch) 를 사용하거나, 한정된 수량의 식별자를 임의적으로 부여하는 방식을 사용하게 된다. 예를 들어, 딥스위치가 n 개 있는 경우에 허용되는 식별자의 개수는 2n 개인데, 종래와 같은 전원 공급 장치에서는 버스에 새로운 모듈을 연결하더라도 모듈들의 각각을 식별하기 위해서는 전체 모듈들을 2n 개를 초과하여 증설할 수가 없었다. 이에 대하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전력 용량 뱅크 (200) 는 복수의 전원 공급 모듈들 (210) 의 버스 (220a) 에 통신 모듈 (240) 을 연결하고 이러한 통신 모듈 (240) 을 경유하여 외부와 정보를 주고 받을 수 있는데, 외부에서 위 전력 용량 뱅크 (200) 를 식별할 때 전원 공급 모듈들에 대한 식별자가 아닌 통신 모듈 (240) 에 부여된 식별자를 고려하는 방식을 채택할 수 있다. 따라서, 종래의 방식처럼 하나의 전원 공급 모듈에서 바라볼 때 다른 전원 공급 모듈들 (210) 각각의 식별자들이 필요했던 것과 달리, 본 발명에서는 외부에 있는 하나의 전원 공급 모듈에서 바라볼 때 단일의 통신 모듈 (240) 에 부여된 식별자만 고려하면 되므로 (전력 용량 뱅크 내의 전원 공급 모듈의 개수 × 2n) 만큼의 전원 공급 모듈의 증설이 가능하다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 전력 용량 뱅크를 이용하는 확장된 부하 분담 방식의 전원 공급 시스템으로서, 각각 병렬 연결 및 직병렬 연결을 나타낸다. 도 3의 전원 공급 시스템 (300) 은 전력 용량 뱅크들 (310) 의 출력이 서로 병렬로 연결되어 있으며, 전력 용량 뱅크들 (310) 의 각각은 내부의 통신 모듈 (320) 을 통하여 서로 정보를 공유한다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전력 용량 뱅크들 (310) 은 각각의 평균 또는 최대 전류값의 정보를 공유함으로써, 부하 분담을 수행함과 동시에 병렬로 연결된 전력 용량 뱅크들의 수만큼의 전류에 대한 용량의 증설이 가능하다.
한편, 도 4의 전원 공급 시스템 (400) 은 전력 용량 뱅크들 (410) 이 직렬로 연결되어 하나의 세트를 이루고, 이러한 전력 용량 뱅크들의 세트들의 각각이 병렬로 연결되어 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전력 용량 뱅크들 (410) 의 각각은 내부의 통신 모듈 (미도시) 을 통하여 서로 정보를 공유한다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전력 용량 뱅크들의 각각이 포함하고 있는 전원 공급 모듈 및 통신 모듈을 서로 전기적으로 절연함으로써 전력 용량 뱅크들의 각각의 출력 전압 및 전류를 서로 공유하여 부하를 분담할 수도 있다. 따라서 전력 용량 뱅크들 (410) 을 직렬로 연결하여 사용하고, 또한 연결된 뱅크들의 세트들을 병렬로 연결함으로써, 각 뱅크들이 서로 부하를 분담하는 것이 가능하므로, 전압 및 전류 용량 증가에 의한 용량 증설이 가능하며, 직병렬 연결에 대한 안정성을 높일 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 있어서, 전력 용량 뱅크들 (410) 은 각각의 평균 또는 최대 전류값의 정보를 서로 공유함으로써, 부하 분담을 수행함과 동시에 직렬로 연결된 전력 용량 뱅크들의 수만큼의 전압에 대한 용량의 증설이 가능하며, 병렬로 연결된 전력 용량 뱅크 세트의 수만큼의 전류에 대한 용량의 증설도 가능하다.
예를 들어, 단일 전원 공급 모듈의 용량이 10[V]/10[A] 이고, 전원 공급 모듈에 있는 제어기가 다른 10 개의 전원 공급 모듈의 제어기와 통신하여 병렬 연결하는 경우를 가정해보면, 종래의 방식에 따를 때 최대 용량 증설은 10[V]/100[A]이다. 반면에, 본 발명에 있어서 전원 공급 모듈의 용량 및 제어기가 상기와 동일 조건을 갖는다면 통신 모듈 또한 다른 10 개의 통신 모듈과 통신할 수 있으므로, 10 개의 전력 용량 뱅크를 도 3과 같이 서로 병렬로 연결하면 10[V]/1000[A]까지 용량의 증설이 가능하다. 또한, 전원 공급 모듈 또는 통신 모듈을 전기적으로 절연함으로써 절연 통신을 하는 경우에는, 10 개의 전력 용량 뱅크를 직렬로 연결할 때 각 전원 공급 모듈들의 부하 분담이 동일하게 되는바, 100[V]/100[A]로 전압의 상승에 따른 용량 증설이 가능하게 된다. 아울러, 5 개의 전력 용량 뱅크의 직렬 연결된 세트를 2 개로 병렬 연결시에는 50[V]/200[A]로 전압과 전류가 동시에 상승하도록 용량 증설이 가능하게 된다.
이상 설명된 하나 이상의 예시적인 실시형태들에서 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되면, 그 기능들은 컴퓨터 판독가능 매체 상의 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 송신될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 일 장소로부터 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전달을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 양자를 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수도 있다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터-판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장부, 자성 디스크 저장부 또는 다른 자성 저장부 디바이스들, 또는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 운반 또는 저장하는데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 임의의 예시, 또는 임의의 실시형태는 다른 예시들 또는 실시형태들에 비하여 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석할 필요는 없다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 본 발명의 바람직한 실시형태를 다양하게 변경 및 개량할 수 있음이 당업자에게는 자명하다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위와 그 균등물에 상응하는 최광의의 변경 및 개량을 포함한다.

Claims (14)

  1. 부하 분담을 위한 전원 공급 장치로서,
    병렬로 연결되어 있는 복수의 전원 공급 모듈;
    통신 모듈;
    상기 복수의 전원 공급 모듈과 상기 통신 모듈을 연결하는 제 1 버스 (bus); 및
    상기 전원 공급 장치의 외부에 있는 장치와 상기 통신 모듈을 연결하는 제 2 버스를 포함하고,
    상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각은, 내부에 부하 분담을 위한 각각의 제어기를 구비하고,
    상기 각각의 제어기는, 상기 제 1 버스를 통해 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 통신하고, 또한 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 전압 및 전류 중 하나 이상을 제어하며,
    상기 통신 모듈은, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각과 상기 제 1 버스를 통해 상기 정보를 통신하고, 또한 상기 전원 공급 장치의 상기 외부에 있는 장치와 제 2 버스를 통해 상기 정보를 통신하는 것을 특징으로 하는, 전원 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각은, 서로 전기적으로 절연됨으로써 독립적인 접지 전압을 갖는, 전원 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 제어기는, 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 서로 공유하고, 상기 공유된 정보를 상기 통신 모듈로 송신하며,
    상기 통신 모듈은 상기 공유된 정보를 상기 전원 공급 장치의 상기 외부에 있는 장치로 송신하는, 전원 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 모듈은, 상기 각각의 제어기로부터 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 개별적으로 수신하여, 상기 개별적으로 수신된 정보로부터 가공된 정보를 상기 전원 공급 장치의 상기 외부에 있는 장치로 송신하는, 전원 공급 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각과, 상기 통신 모듈은, 복수의 식별자들 중 선택되는 하나의 식별자에 각각 대응되는, 전원 공급 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보는, 상기 복수의 전원 공급 모듈에 대한 평균 전류값 또는 최대 전류값인, 전원 공급 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 버스 및 상기 제 2 버스는 서로 전기적으로 절연되고, 상기 제 2 버스의 접지를 공유하는, 전원 공급 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 버스 및 상기 제 2 버스는 각각의 정보를 서로 송수신하여 공유할 수 있도록 양방향으로 통신하는, 전원 공급 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 버스 및 상기 제 2 버스 중 하나 이상은, PM Bus (Power Management Bus) 인, 전원 공급 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전원 공급 모듈의 출력단에 부하가 연결되고,
    상기 각각의 제어기는, 상기 제 1 버스를 통해 수신되는 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 정보를 이용하여 상기 복수의 전원 공급 모듈의 각각에 대한 전압 및 전류 중 하나 이상을 제어함으로써, 상기 부하에 밸런싱된 부하 전류를 제공하는, 전원 공급 장치.
  11. 부하 분담을 위한 전원 공급 시스템으로서,
    제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 전원 공급 장치로 구성되는 복수의 전원 공급 장치들을 포함하고,
    상기 복수의 전원 공급 장치들은 상호간에 직렬 또는 병렬로 연결되어 있고,
    상기 복수의 전원 공급 장치들은, 각각이 포함하고 있는 통신 모듈이 버스를 통해 서로 연결되어 정보를 공유하는, 전원 공급 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 전원 공급 장치의 출력단들이 서로 병렬로 연결되어 있고,
    상기 병렬로 연결된 출력단들에 부하가 연결되어 상기 부하에 밸런싱된 부하 전류를 제공하는, 전원 공급 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 전원 공급 장치 중 하나의 전원 공급 장치의 출력단과 상기 복수의 전원 공급 장치 중 다른 하나의 전원 공급 장치의 출력단이 서로 직렬로 연결되고, 상기 전원 공급 시스템의 출력단에 부하가 연결되어 상기 부하에 밸런싱된 부하 전류를 제공하는, 전원 공급 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 전원 공급 장치는, 직렬로 연결된 전원 공급 장치들의 세트로 구성되고, 상기 전원 공급 장치들의 세트들의 각각은 병렬로 연결되는, 전원 공급 시스템.
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