WO2019151634A1 - 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로 - Google Patents

휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로 Download PDF

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WO2019151634A1
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transformer
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power
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채용웅
최상덕
최정섭
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Definitions

  • the present invention relates to an energy level conversion circuit for a portable energy storage device. More particularly, the energy generated by a battery or a solar cell or energy stored in a portable energy storage device is boosted to a desired level and then converted into an AC power source. By doing so, the present invention relates to an energy level conversion circuit for a portable energy storage device, which makes it possible to use various electronic products operating with an AC power source.
  • various electronic products of electric / electronic devices requiring power are used by connecting a commercial AC power (eg, AC1220V) provided by an electric company (eg, Korea Electric Power) to an outlet provided in a home or an office.
  • a commercial AC power eg, AC1220V
  • an electric company eg, Korea Electric Power
  • DC power may be supplied using a battery mounted as an integrated or separate type in an electronic device instead of commercial AC power.
  • DC / AC inverters that generate commercial AC power (eg, AC 1220V) using DC power (eg, DC 12V) of batteries (or solar cells).
  • the inverter converts direct current (DC) into alternating current (AC), and amplifies (or boosts) the DC power level of the battery (or solar cell) in the step before converting the direct current into alternating current.
  • a DC / DC converter i.e. an energy level converter
  • the DC / DC converter (ie, energy level converter) and the DC / AC inverter may be referred to as an energy converter.
  • the energy conversion device is mainly necessary for outdoor activities, it is possible to have a small (or low) volume and weight as much as possible, and to correspond to various electronic products having different power (or energy) levels, at a desired power (or energy) level. It is preferable to be formed in a structure that can be easily changed, it is necessary to design a suitable energy level conversion circuit.
  • the present invention was created to solve the above problems, and boosts the energy stored in a battery or a portable energy storage device or energy produced through a solar cell to a desired level and then alternating current. It is an object of the present invention to provide an energy level conversion circuit for a portable energy storage device that enables the use of various electronic products that operate by an AC power source by converting the power source.
  • a motherboard circuit including a female connector portion formed with one or more female connectors, and connects a plurality of sub-board circuits for receiving a DC power input and converting to a specified energy level through the female connector portion; And a male connector connected to each female connector of the female connector, and a plurality of switching transistors Q1 and Q2 turned on and off by receiving a pair of switching pulses P1 and P2 applied from the motherboard circuit. And switching power supply through the transformer connected to the switching pulses P1 and P2 as the switching transistors Q1 and Q2 are turned on and off.
  • An energy level conversion circuit for a portable energy storage device is provided, comprising the subboard circuitry for output through T1, T2).
  • the motherboard circuit includes a switching pulse generator for generating the pair of switching pulses P1 and P2, and the switching pulses have switching on / off intervals opposite to each other, so that each of the switching transistors Q1 and Q2 is provided. It may be a pulse for switching alternately.
  • the pair of switching pulses P1 and P2 are applied to the subboard circuits connected to the female connectors, and each female connector is configured to receive the pair of switching pulses P1 and P2, respectively. It may include a terminal for receiving battery power, and the secondary side transformer connection terminals (T1, T2).
  • the secondary transformer tab connecting terminals T1 and T2 are connected in series through the female connector of the motherboard circuit, and the secondary transformer first connecting terminal T1 of the first female connector of the plurality of female connectors is connected. Is connected to a first input terminal of a rectifying unit formed in the motherboard circuit, and the second side transformer tap connection terminal of the first female connector is connected to the second side transformer tap terminal T1 of the second female connector; The second transformer tap-connecting terminal T2 of the second female connector is connected to the second transformer tap-connecting terminal T1 of the third female connector, and the second transformer of the secondary plug of the third female connector is connected.
  • the tap connection terminal T2 may be connected to the second input terminal of the rectifying unit.
  • the rectifying unit performs full-wave rectification on the voltage output through the secondary side first tap connection terminal T1 of the first female connector and the secondary side second tap connection terminal T2 of the third female connector,
  • the booster power output unit formed in the motherboard circuit may output the DC power whose energy level is converted by the sub-board circuit.
  • the pair of switching pulses P1 and P2 may be applied to the gates of the switching transistors Q1 and Q2, and a snubber circuit may be connected to the drains of the switching transistors Q1 and Q2.
  • Each of the switching transistors Q1 and Q2 is a MOS transistor, and the drains of the switching transistors Q1 and Q2 have a primary side first transformer tap t1 and a primary side second transformer tap of the transformer. respectively connected to t2) and a source of each of the switching transistors Q1 and Q2 may be grounded.
  • the transformer applies battery power to the primary side center tap ct of the transformer, and the center tap ct through the primary side first transformer tap t1 and the primary side second transformer tap t2 of the transformer.
  • the battery power applied to the first and second switching transistors Q1 and Q2 flows through the first switching transistor T1 and the second connector of the female connector. 2 may be a transformer for outputting a propagation voltage through the transformer connection terminal T2.
  • the present invention enables to boost the energy stored in a battery or a portable energy storage device or energy produced through a solar cell to a desired level.
  • the present invention can be easily changed to the desired power (or energy) level in order to correspond to a variety of electronic products with different levels of the driving power, it is possible to easily solve the failure by replacing the failure in the sub-board.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing a schematic configuration of a portable energy storage device according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exemplary view showing a schematic configuration of a portable energy storage device according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an exemplary view showing a schematic appearance of a portable energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation in which the control unit blocks or maintains a cable connection according to whether a load is connected in FIG. 2.
  • FIG. 5 is an exemplary view showing a motherboard circuit of the energy level conversion circuit for a portable energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exemplary view illustrating a subboard circuit inserted into each of a plurality of female connectors formed on a motherboard in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating and describing a computing environment including a computing device suitable for use in example embodiments.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing a schematic configuration of a portable energy storage device according to a first embodiment of the present invention.
  • the portable energy storage device may include a power input unit 110, a control unit 120, a battery interlocking interface unit 130, a communication unit 140, a battery pack 150, An inverter unit 160 and a power output unit 170 are included.
  • the power input unit 110 may receive power for battery charging through at least three power sources (eg, commercial power, vehicle power, solar power, etc.). Accordingly, the power input unit 110 may include power input units 111, 112, and 113 for each power source.
  • power sources eg, commercial power, vehicle power, solar power, etc.
  • the power input unit 110 may operate as a DC-DC converter and an AC-DC converter. That is, the input power (AC, DC) can be converted into a DC power of a specified level.
  • the power output unit 170 includes an output terminal for connecting a power adapter (or a power terminal) of various loads (for example, notebook PC, mobile communication terminal, smartphone, tablet PC, etc.), corresponding to each output terminal Output the rated power (ex: DC5V, DC12V, DC16V, DC19V, DC24V, 110VAC, 220VAC, etc.).
  • the controller 120 charges the battery pack 150 using power input through the power input unit 110. At this time, the controller 120 performs a BMS (Battery Management System) control for stable charging.
  • BMS Battery Management System
  • the controller 120 may operate based on the Internet of Things (IoT).
  • IoT Internet of Things
  • the user grasps and informs the battery charging status using a portable terminal (eg, smartphone, tablet PC, etc.), and provides a wireless Internet (eg, WiFi, etc.) signal by connecting to a communication network (eg, a mobile communication network).
  • a communication network eg, a mobile communication network.
  • the controller 120 checks the presence or absence of a load (connection) to the power output unit 170 and connects the internal cable of the portable energy storage device according to the present embodiment through a cable connection switching unit (190 of FIG. 2) (eg, The cable connection of the DC-DC converter, the AC-DC converter, the inverter, etc.) may be blocked or the cable connection may be maintained (see FIG. 4).
  • a cable connection switching unit eg, The cable connection of the DC-DC converter, the AC-DC converter, the inverter, etc.
  • the BMS control performed by the controller 120 includes an overcharge prevention, an overdischarge prevention, an overcurrent protection, a cell balancing, and a temperature sensing function of the battery pack 150.
  • This may include a sensor (not shown) for detecting information related to the function.
  • the battery interworking interface unit 130 is an interface for additionally connecting the portable energy storage device, the additional battery pack, or the auxiliary battery pack according to the present embodiment.
  • the auxiliary battery pack may be additionally connected to charge, or the charged auxiliary battery pack may be additionally connected to discharge (output) the load.
  • the inverter unit 160 may generate pure sine wave AC (eg, 110VAC, 220VAC, etc.) from the input DC power.
  • pure sine wave AC eg, 110VAC, 220VAC, etc.
  • the controller 120 may control the operation of the inverter unit 160.
  • control unit 120 may include an information input / output unit (180 of FIG. 2) for outputting operation state information of the portable energy storage device according to the present embodiment.
  • the information input / output unit 180 of FIG. 2 outputs the selected operation state information when a user selects desired operation state information using a button or a switch.
  • the information input / output unit 180 of FIG. 2 may use a combination of an LCD, a seven segment FND, and an LED to output information.
  • the controller 120 uses feedback control to control the inverter unit 160.
  • the device constituting the power circuit including the inverter unit 160 has a tolerance caused by the manufacturing process and environmental factors, so that the output of the power circuit has a specific distribution due to the error of the device. Therefore, feedback control is essential because the output distribution of the power circuit must be within the prescribed range.
  • a secondary battery module ie, a battery pack
  • a battery pack that is basically built in the portable energy storage device according to the present embodiment is detachably enabled, so that the auxiliary battery module can be easily installed.
  • the communication unit 140 includes a wireless internet module.
  • the communication unit 140 accesses the Internet network through a mobile communication network (eg, LTE) and then provides an Internet access service to peripheral devices connected through Wi-Fi.
  • a mobile communication network eg, LTE
  • the communication unit 140 is not limited to Wi-Fi, but may provide an internet access service through another communication method (for example, Bluetooth).
  • the portable energy storage device detects the location-based service (LBS) (eg, the accessor's location in real time through a wireless Internet access service) to identify the connection status between the smartphone and the ESS as well as preventing the loss of distress and distress.
  • LBS location-based service
  • Anti-theft e.g. the accessor's location in real time through a wireless Internet access service
  • home networking e.g. file sharing between users in the group via data transfer using the home gateway, entertainment functions through file sharing using the home gateway
  • IoT e.g. It provides information such as status, internal / external temperature / humidity, and turns on the LED light to provide convenience to the user when the surroundings are dark, and controls the power of the ESS using a smartphone).
  • applications e.g. Management APPs
  • portable terminals e.g., smartphones, tablet PCs, etc.
  • ESS Electronicgy Storage System
  • ESS status information monitoring and control ESS
  • connected terminals connected to smartphones.
  • Providing location information and additional services through sensing the surrounding environment may be provided.
  • the controller 120 monitors voltage, current, and temperature charged and discharged from a battery as a battery monitoring function, and performs SOC and SOH functions.
  • the state of charge state of charge is information indicating the state of charge of the battery in percent
  • the state of health state of health is information that evaluates the level of capacity deteriorated to the present state of the battery
  • the state of life Residual life is information that predicts a failure, ie cycle or time remaining until failure, based on SOH.
  • controller 120 performs a protection function such as management for safety of the battery and prevention of overcharge, and turns off an external switch (not shown) during overdischarge, overcurrent, and short circuit, and diagnoses a system. (diagnosis) and data history management functions.
  • the battery pack 150 should be optimally designed for a heat sink (not shown) in order to maximize heat dissipation and diffusion in consideration of heat dissipation and diffusion.
  • a battery pack with several tens to hundreds of cells modularly generates a lot of heat inside, and if the heat design is not good, the battery pack may explode or leak electrolyte during operation. It is important. For reference, rapid charge / discharge causes stress on the battery and causes heat generation. At the same time, the battery life is deteriorated and heat generation due to contact resistance must be considered.
  • FIG. 2 is an exemplary view showing a schematic configuration of a portable energy storage device according to a second embodiment of the present invention.
  • the portable energy storage device further includes an information input / output unit 180 and a cable connection switching unit 190 in FIG. 1.
  • the information input / output unit 180 includes a button or a switch as a means for receiving operation state information desired by a user, and an LCD (LCD) and seven segments as a means for outputting the operation state information selected through the button or switch. (FND), and LEDs (LEDs).
  • a button or a switch as a means for receiving operation state information desired by a user
  • LCD LCD
  • seven segments as a means for outputting the operation state information selected through the button or switch. (FND), and LEDs (LEDs).
  • the cable connection switching unit 190 under the control of the control unit 120, to check the presence (load) of the power output unit 170 by connecting the internal cable of the portable energy storage device according to this embodiment Disconnect or maintain the cable connection (e.g. cable connection of DC-DC converter, AC-DC converter, inverter, etc.).
  • the cable connection e.g. cable connection of DC-DC converter, AC-DC converter, inverter, etc.
  • FIG 3 is an exemplary view showing a schematic appearance of a portable energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • the portable energy storage device has a triangular prism shape in order to maintain a stable posture without shaking, and a handle is formed on an upper side thereof, and at least one input means (one side) Examples include a button or a switch for selecting an operation or an operation state display, and an output means for outputting operation state information (eg, an LCD, a seven segment, and an LED).
  • the other side can also be configured to contain a cable for connecting an input power source or an output load.
  • the portable energy storage device shown in FIG. 3 is shown to help understand the present embodiment and is not intended to limit the shape thereof.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation in which the control unit blocks or maintains a cable connection according to whether a load is connected in FIG. 2.
  • the controller 120 checks whether or not a load (connection) is connected to the power output unit 170 (S101).
  • the control unit 120 is a portable energy according to the present embodiment through the cable connection switching unit 190 Block the internal cable connection (eg cable connection of DC-DC converter, AC-DC converter, inverter, etc.) of the storage device (S102).
  • the internal cable connection eg cable connection of DC-DC converter, AC-DC converter, inverter, etc.
  • the control unit 120 is a portable energy according to the present embodiment through the cable connection switching unit 190
  • the internal cable connection of the storage device eg, cable connection of a DC-DC converter, an AC-DC converter, an inverter, etc.
  • the present embodiment has the effect of preventing the consumption of the battery by blocking the connection of a specific cable (for example, the cable of the inverter) in accordance with the connection of the load.
  • a specific cable for example, the cable of the inverter
  • the energy level conversion circuit corresponds to the DC-DC converter circuit in the portable energy storage device, and the energy level conversion circuit for the portable energy storage device will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 6. .
  • FIG. 5 is an exemplary view showing a motherboard (or mainboard) circuit of the energy level conversion circuit for a portable energy storage device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a plurality of formed on the motherboard in FIG.
  • the motherboard (or mainboard) circuit may include a battery power input unit 1110, a power switch unit 1120, a switching pulse generator 1130, a current buffer unit 1140, and a current limiting unit ( 1150, a female connector 1160, a rectifier 1170, and a boosted power output unit 1180.
  • the battery power input unit 1110 receives the battery power and removes noise to output stable battery power (eg, + 12V).
  • stable battery power eg, + 12V
  • the stable battery power source eg, + 12V in which the noise is removed is used as a power source for driving the energy level conversion circuit according to the present embodiment.
  • the stable battery power (eg, + 12V) from which the noise is removed through the battery power input unit 1110 is controlled on and off through the power switch unit 1120. That is, the power switch unit 1120 inputs or blocks power to the energy level conversion circuit according to the present embodiment according to the user's selection.
  • the switching pulse generator 1130 may include a pair of switching pulses (ie, switching on / off periods) that are opposite to each other to drive the switching unit 1220 of the subboard (or converter board) circuit shown in FIG. 6. Pulses) P1 and P2.
  • the pair of switching pulses P1 and P2 are square wave pulses controlled by PWM (Pulse Width Modulation) method, and the sub-shown in FIG. 6 for pulse width control of the pair of switching pulses P1 and P2.
  • the current value detected through the current monitoring unit 1250 of the board circuit may be referred to as a current value that is converted into a voltage through a shunt resistor and output.
  • the pair of switching pulses P1 and P2 generated by the switching pulse generator 1130 are applied to sub-board circuits inserted into the female connectors 1161 to 1163 of the female connector 1160 formed on the motherboard. .
  • the current buffer unit 1140 reduces the influence of external noise on the pair of switching pulses P1 and P2 output from the switching pulse generator 1130.
  • the current buffer unit 1140 includes a plurality of current buffers 1141 to buffer a pair of switching pulses P1 and P2 respectively applied to the plurality of female connectors 1161 to 1163 of the female connector 1160. 1143).
  • the current limiting unit 1150 is a pair of switching pulses (P1, P2) output from the switching pulse generator 1130, each switch Q1, of the switching unit 1220 of the sub-board circuit shown in FIG. Adjust the impact on Q2).
  • the current limiting units 1150 to 1156 are applied to the switches Q1 and Q2 through a resistor when the switching pulse is high, and each switch when the switching pulse is low.
  • the voltage charged in the gates of Q1 and Q2 is released through the diode, and the excessive current is prevented from being applied to the gates of the switches Q1 and Q2.
  • the current limiting unit 1150 includes a plurality of current limiting circuits 1151 to 1156 respectively limiting switching pulses respectively applied to the plurality of female connectors 1161 to 1163 of the female connector 1160.
  • the female connector 1160 includes a plurality of female connectors 1161 ⁇ 1163 for inserting the subboard circuit shown in FIG. 6.
  • each of the female connectors 1161 to 1163 has a terminal for receiving the pair of switching pulses P2 and P2, a terminal for receiving the battery power (eg, + 12V), a ground terminal (GND), and a plurality of terminals.
  • the plurality of secondary side transformer connection terminals are implemented in a series connection method. That is, the secondary side first transformer connection terminal T1 of the first female connector 1161 is connected to the first input terminal of the rectifying unit 1170 and the secondary side transformer connection terminal 2 of the first female connector 1161 ( T2) is connected to the secondary side first tap connection terminal T1 of the second female connector 1162, and the secondary side second tap connection terminal T2 of the second female connector 1162 is the third female connector. It is connected to the secondary side first transformer connection terminal T1 of 1116, and the secondary side second transformer connection terminal T2 of the third female connector 1163 is connected to the second input terminal of the rectifying unit 1170. Is implemented.
  • the plurality of secondary-side transformer connection terminals T1 and T2 are implemented in a series connection manner to enable voltage (ie, energy) level boosting.
  • the plurality of secondary side tap connection terminals T1 and T2 may be implemented in a parallel connection manner. That is, the plurality of secondary transformer tab connecting terminals T1 and T2 of the female connectors 1161 to 1163 may be connected to the same input terminal of the rectifying unit 1170.
  • the sub-board circuits shown in FIG. 6 connected to (or inserted into) the female connectors 1161 to 1163 of the female connector unit 1160 are 200W class converter circuits, respectively, the mother shown in FIG. When all three subboard circuits are connected to the board circuit, the total 600W converter function can be realized.
  • the female connector to which the subboard circuit is not connected (inserted) has a desired power supply (or energy) level (ie, each female connector) when directly connecting the plurality of secondary transformer connection terminals T1 and T2 using a jump line. Level corresponding to the number of subboard circuits connected).
  • the number of the female connectors connected in series is further increased so that the power (or energy) level (that is, the level corresponding to the number of subboard circuits connected to each female connector) when the subboard circuits are connected. ) Can be further extended.
  • the rectifying unit 1170 is connected to a first side of the first transformer connection terminal T1 of the first female connector 1161 at a first input terminal and to a second side of the third female connector 1163 at a second input terminal. 2
  • the transformer connection terminal (T2) is connected.
  • the rectifying unit 1170 connects the secondary side first tap connection terminal T1 of the first female connector 1161 and the secondary side second tap connection terminal T2 of the third female connector 1163.
  • the DC power output through the boosted power output unit 1180 is applied to an inverter unit (not shown) and converted into AC power.
  • the subboard circuit includes a male connector 1210, a switching unit 1220, a transformer 1230, a snubber circuit 1240, and a current monitoring unit 1250.
  • the male connector part 1210 connects (inserts) the subboard circuit to each of the female connectors 1161 to 1163 of the female connector part 1160.
  • the switching unit 1220 includes switching transistors Q1 and Q2 (eg, MOS transistors) that are turned on and off by receiving a pair of switching pulses P1 and P2 applied from the motherboard circuit.
  • switching transistors Q1 and Q2 eg, MOS transistors
  • Each of the switching transistors Q1 and Q2 has one side (for example, a drain) connected to the primary side first transformer t1 and the primary side second transformer t2 of the transformer 1230, respectively.
  • One side (eg source) is grounded.
  • the switching transistors Q1 and Q2 are turned on and off, the battery power (+ 12V) applied to the primary center tap ct of the transformer 1230 flows through the first switching transistor Q1 or Flow through the second switching transistor Q2.
  • a snubber circuit 1240 ie, a circuit in which a resistor and a capacitor are connected in series
  • one side for example, a drain
  • the back electromotive force generated at the end of the coil that is, the back electromotive force generated higher than the breakdown voltage of the switching transistor
  • the back electromotive force generated higher than the breakdown voltage of the switching transistor is reduced. This prevents damage to the switching transistors Q1 and Q2.
  • the current monitoring unit 1250 is formed on the other side (eg, a source) of each of the switching transistors Q1 and Q2.
  • the transformer 1230 applies a power (for example, + 12V) to the center tap ct on the primary side, and transmits the center through the primary first transformer tap t1 and the primary second transformer tap t2.
  • the power applied to the tap ct flows, and at this time, the transformer outputs a radio wave voltage through the secondary side first transformer tap connection terminal T1 and the secondary side second transformer tap connection terminal T2.
  • the sub-board circuit shown in FIG. 6 includes a pair of switching pulses P1 and P2 applied by the motherboard circuit shown in FIG. 5.
  • Q2 As Q2) is turned on and off, the power transformed through the transformer 1230 is output through the secondary side transformer tap connection terminals T1 and T2, and the female connector 1160 of the motherboard circuit shown in FIG.
  • the DC power boosted by the number of sub-board circuits (that is, the energy level is converted) is output through the motherboard circuit shown in FIG. 5.
  • each component may have different functions and capabilities in addition to those described below, and may include additional components in addition to those described below.
  • the illustrated computing environment 10 includes a computing device 12.
  • computing device 12 may be a portable energy storage device, or one or more components included in the portable energy storage device.
  • Computing device 12 includes at least one processor 14, computer readable storage medium 16, and communication bus 18.
  • the processor 14 may cause the computing device 12 to operate according to the example embodiments mentioned above.
  • processor 14 may execute one or more programs stored in computer readable storage medium 16.
  • the one or more programs may include one or more computer executable instructions that, when executed by the processor 14, cause the computing device 12 to perform operations in accordance with an exemplary embodiment. Can be.
  • Computer readable storage medium 16 is configured to store computer executable instructions or program code, program data and / or other suitable forms of information.
  • the program 20 stored in the computer readable storage medium 16 includes a set of instructions executable by the processor 14.
  • computer readable storage medium 16 includes memory (volatile memory, such as random access memory, nonvolatile memory, or a suitable combination thereof), one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, flash Memory devices, or any other form of storage medium that is accessible by computing device 12 and capable of storing desired information, or a suitable combination thereof.
  • the communication bus 18 interconnects various other components of the computing device 12, including the processor 14 and the computer readable storage medium 16.
  • Computing device 12 may also include one or more input / output interfaces 22 and one or more network communication interfaces 26 that provide an interface for one or more input / output devices 24.
  • the input / output interface 22 may include the above-described scroll screen 102, the input interface 104, the input screen 105, and the like.
  • the input / output interface 22 and the network communication interface 26 are connected to the communication bus 18.
  • the input / output device 24 may be connected to other components of the computing device 12 via the input / output interface 22.
  • Exemplary input / output devices 24 may include pointing devices (such as a mouse or trackpad), keyboards, touch input devices (such as touchpads or touchscreens), voice or sound input devices, various types of sensor devices, and / or imaging devices.
  • Input devices, and / or output devices such as display devices, printers, speakers, and / or network cards.
  • the example input / output device 24 may be included inside the computing device 12 as one component of the computing device 12, and may be connected to the computing device 102 as a separate device from the computing device 12. It may be.

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Abstract

본 발명은 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로에 관한 것으로, 직류 전원을 입력받아 지정된 에너지레벨로 변환하여 출력하는 복수의 서브보드 회로를 암커넥터를 통해 직렬 연결하는 마더보드 회로; 및 상기 암커넥터를 통해 상기 마더보드 회로에 연결되거나 삽입되고, 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)에 의해 스위칭되는 스위칭부와, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프 됨에 따라, 트랜스를 통해 변압된 전원을 2차측 트랜스탭 연결단자(T1, T2)를 통해 출력하도록 형성되는 상기 서브보드 회로;를 포함하고, 상기 서브보드 회로가 상기 마더보드 회로의 암커넥터부를 통해 직렬 연결됨으로써, 상기 서브보드 회로의 개수만큼 에너지 레벨이 변환된 직류 전원을 상기 마더보드 회로를 통해 출력하도록 구현된다.

Description

휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로
본 발명은 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리, 또는 휴대용 에너지 저장장치에 저장된 에너지나 태양광 전지를 통해 생산되는 에너지를 원하는 레벨로 승압한 후 교류전원으로 변환함으로써, 교류전원으로 동작하는 각종 전자제품들을 사용할 수 있도록 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로에 관한 것이다.
일반적으로 전원을 필요로 하는 전기/전자기기의 각종 전자제품들은 전기사업자(예 : 한국전력)가 제공하는 상용 교류전원(예 : AC1220V)을 가정이나 사무실에 구비된 콘센트에 연결하여 사용되고 있다. 또한 상용 교류전원이 구비되지 않은 장소에서는 상용 교류전원 대신 전자기기에 일체형 또는 분리형으로 탑재된 배터리를 이용하여 직류전원을 공급받아 사용하기도 한다.
최근 아웃도어에 대한 사회적 관심이 높아지고 있는 상황에서 배터리를 이용하여 각종 전자제품을 구동하고자 하는 요구가 증가하는 추세에 있다. 즉, 야외활동에 대한 관심이 높아진 가운데 캠핑, 낚시 및 바캉스 등의 아웃도어 활동을 즐기려는 인구가 대폭 증가하고, 캠핑 등의 아웃도어 문화가 가족단위로 바뀌면서 야외에서도 상용전원을 사용하는 각종 전자제품을 사용하고자 하는 경향이 많아지고 있다.
이에 따라 배터리(또는 태양광 전지)의 직류전원(예 : DC 12V)을 이용하여 상용 교류전원(예 : AC 1220V)을 만들어내는 DC/AC 인버터의 수요가 증가하고 있다. 이때 상기 인버터는 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하는 역할을 수행하는 것으로서, 상기 직류를 교류로 변환하기 전 단계에서 상기 배터리(또는 태양광 전지)의 직류전원 레벨을 증폭(또는 승압)(예 : DC 400V) 시키는 DC/DC 컨버터(즉, 에너지 레벨 변환장치)를 필요로 한다. 여기서 상기 DC/DC 컨버터(즉, 에너지 레벨 변환 장치)와 DC/AC 인버터를 포함하여 에너지 변환장치라고 할 수도 있다.
그런데 상기 에너지 변환장치는 주로 야외활동 시 필요한 장치이기 때문에 가능한 한 부피와 무게가 작고(또는 적고), 전원(또는 에너지) 레벨이 다른 각종 전자제품에 대응하기 위하여, 원하는 전원(또는 에너지) 레벨로 간편하게 변경할 수 있도록 하는 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 이에 적합한 에너지 레벨 변환회로의 설계가 반드시 필요하다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개실용 20-2012-0000788호(2012.02.02. 공개, 휴대용 직류 교류 전원공급장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 배터리, 또는 휴대용 에너지 저장장치에 저장된 에너지나 태양광 전지를 통해 생산되는 에너지를 원하는 레벨로 승압한 후 교류전원으로 변환함으로써, 교류전원으로 동작하는 각종 전자제품들을 사용할 수 있도록 하는 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 하나 이상의 암커넥터가 형성되는 암커넥터부를 포함하고, 직류 전원을 입력받아 지정된 에너지 레벨로 변환하여 출력하는 복수의 서브보드 회로를 상기 암커넥터부를 통해 연결하는 마더보드 회로; 및 상기 암커넥터부의 각 암커넥터에 연결되는 숫커넥터부, 및 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 인가받아 온오프되는 복수의 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함하는 스위칭부를 포함하며, 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프됨에 따라 상기 스위칭 펄스(P1, P2)에 연결된 트랜스(Transformer)를 통해 변압된 전원을 상기 암커넥터의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 통해 출력시키는 상기 서브보드 회로를 포함하는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로가 제공된다.
상기 서브보드 회로가 상기 마더보드 회로의 상기 암커넥터부를 통해 직렬 연결됨으로써, 상기 서브보드 회로의 개수만큼 에너지 레벨이 변환된 직류 전원이 상기 마더보드 회로를 통해 출력될 수 있다.
상기 마더보드 회로는, 상기 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 생성하는 스위칭펄스 생성부를 포함하고, 상기 스위칭펄스는, 스위칭 온오프 구간이 서로 상반되어, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 번갈아가며 스위칭시키기 위한 펄스일 수 있다.
상기 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)는, 상기 각 암커넥터에 연결되는 상기 서브보드 회로에 인가되며, 상기 각 암커넥터는, 상기 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 각각 입력받는 단자, 배터리 전원을 입력받는 단자, 및 상기 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 포함할 수 있다.
상기 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)는, 상기 마더보드 회로의 상기 암커넥터를 통해 직렬 연결되며, 복수의 상기 암커넥터 중 제1 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)는 상기 마더보드 회로에 형성된 정류부의 제1 입력단에 연결되며, 상기 제1 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자는 제2 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 상기 제2 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제3 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 상기 제3 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 상기 정류부의 제2 입력단에 연결될 수 있다.
상기 정류부는, 상기 제1 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)와 상기 제3 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 출력되는 전압을 전파 정류하며, 상기 마더보드 회로에 형성된 승압전원 출력부를 통해 상기 서브보드 회로에 의해 에너지 레벨이 변환된 직류 전원을 출력할 수 있다.
상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 게이트에는, 상기 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)가 인가되고, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 드레인에는, 스너버 회로가 연결될 수 있다.
상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)는, 모스(MOS) 트랜지스터이며, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 드레인이 상기 트랜스의 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)에 각각 연결되며, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 소오스가 접지될 수 있다.
상기 트랜스는, 상기 트랜스의 1차측 센터탭(ct)에 배터리 전원을 인가하고, 상기 트랜스의 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)을 통해 상기 센터탭(ct)에 인가된 상기 배터리 전원이 제1 스위칭 트랜지스터(Q1) 또는 제2 스위칭 트랜지스터(Q2)를 통해 흐르게 하여 상기 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1) 및 상기 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 전파 전압을 출력하는 변압기일 수 있다.
상기 서브보드 회로가 상기 마더보드 회로의 상기 암커넥터부를 통해 병렬 연결됨으로써, 상기 병렬 연결된 각 서브보드 회로의 용량 총합만큼 에너지 레벨이 변환된 직류 전원이 상기 마더보드 회로를 통해 출력될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 배터리, 또는 휴대용 에너지 저장장치에 저장된 에너지나 태양광 전지를 통해 생산되는 에너지를 원하는 레벨로 승압할 수 있도록 한다. 또한 본 발명은 구동 전원의 레벨이 다른 각종 전자제품에 대응하기 위하여 원하는 전원(또는 에너지) 레벨로 간편하게 변경할 수 있도록 하면서 서브보드에 고장 발생 시 교환을 통해 간편하게 고장을 해소할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 외관 형상을 보인 예시도.
도 4는 상기 도 2에 있어서, 제어부가 부하 연결 여부에 따라 케이블 연결을 차단하거나 유지하는 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로의 마더보드 회로를 보인 예시도.
도 6은 상기 도 5에 있어서, 마더보드에 형성된 복수의 각 암커넥터에 삽입되는 서브보드 회로를 보인 예시도.
도 7은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치는, 전원 입력부(110), 제어부(120), 배터리연동 인터페이스부(130), 통신부(140), 배터리팩(150), 인버터부(160), 및 전원 출력부(170)를 포함한다.
상기 전원 입력부(110)는 적어도 3 개의 전원 소스(예 : 상용 전원, 차량 전원, 태양광 전원 등)를 통해 배터리 충전을 위한 전원을 입력받을 수 있다. 이에 따라 상기 전원 입력부(110)는 각각의 전원 소스를 위한 전원 입력부(111, 112, 113)를 포함할 수 있다.
상기 전원 입력부(110)는 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만 DC-DC컨버터, 및 AC-DC컨버터로서 작동할 수 있다. 즉 입력받은 전원(AC, DC)을 지정된 레벨의 DC 전원으로 변환할 수 있다.
상기 전원 출력부(170)는 다양한 부하(예 : 노트북PC, 이동통신단말, 스마트폰, 태블릿PC 등)의 전원 어댑터(또는 전원 단자)를 연결하기 위한 출력단자를 포함하고, 각 출력단자에 해당하는 정격 전원(예 : DC5V, DC12V,DC16V, DC19V, DC24V, 110VAC, 220VAC 등)을 출력한다.
상기 제어부(120)는 상기 전원 입력부(110)를 통해 입력된 전원을 이용하여 상기 배터리팩(150)을 충전한다. 이때 상기 제어부(120)는 안정적인 충전을 위한 BMS(Battery Management System) 제어를 수행한다.
또한 상기 제어부(120)는 IoT(Internet of Things : 사물인터넷) 기반으로 동작할 수 있다. 즉, 사용자가 휴대용 단말기(예 : 스마트폰, 태블릿PC 등)를 이용해 배터리 충전 상태를 파악하여 알려주고, 통신망(예 : 이동통신망 등)과 접속하여 주변에 무선 인터넷(예 : WiFi 등) 신호를 제공하는 스마트 허브로서 동작할 수 있다.
또한 상기 제어부(120)는 전원 출력부(170)에 부하 (연결)유무를 확인하여 케이블 연결 스위칭부(도 2의 190)를 통해 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 : DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 차단하거나 케이블 연결을 유지할 수 있다(도 4 참조).
여기서 상기 제어부(120)가 수행하는 BMS 제어는, 상기 배터리팩(150)의 과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 방지, 셀 밸런싱, 및 온도감지 기능을 포함한다. 이를 해당 기능에 관련된 정보를 검출하기 위한 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 연동 인터페이스부(130)는 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치, 추가 배터리팩, 또는 보조배터리팩을 추가로 연결하기 위한 인터페이스이다. 가령 보조 배터리팩을 추가로 연결하여 충전하거나, 또는 충전된 보조 배터리팩을 추가로 연결하여 부하에 방전(출력)시킬 수 있다.
상기 인버터부(160)는 상기 입력된 DC 전원을 순수정현파 AC(예 : 110VAC, 220VAC 등)를 생성할 수 있다.
상기 제어부(120)는 상기 인버터부(160)의 동작을 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부(120)는 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 동작 상태 정보를 출력하기 위한 정보 입출력부(도 2의 180)를 포함할 수 있다. 상기 정보 입출력부(도 2의 180)는 사용자가 원하는 동작상태 정보를 버튼이나 스위치를 이용해 선택하면 상기 선택된 동작상태 정보를 출력한다.
상기 정보 입출력부(도 2의 180)는 정보 출력을 위해 엘시디(LCD), 세븐세그먼트(FND), 및 엘이디(LED)를 선택적으로 조합하여 이용할 수 있다.
또한 상기 제어부(120)는 상기 인버터부(160)를 제어하기 위해 피드백 제어를 사용한다. 이때 상기 인버터부(160)를 포함한 전원회로를 구성하는 소자는 제조 공정 및 환경적 요인에 의해 발생하는 허용 오차가 있어서 소자의 오차로 인해 전원회로의 출력은 특정 분포를 갖게 된다. 따라서 전원회로의 출력 분포는 규정된 범위에 있어야 하므로 피드백 제어는 필수적이다.
한편 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치에 기본적으로 내장되는 이차전지(즉, 배터리팩)를 탈착식으로 가능하도록 함으로서 보조 배터리 모듈이 설치가 용이하도록 한다.
상기 통신부(140)는 무선 인터넷 모듈을 포함한다.
예컨대 상기 통신부(140)는 이동통신망(예 : LTE 등)을 통해 인터넷 망에 접속한 후 와이파이(WiFi)를 통해 접속한 주변 기기들에게 인터넷 접속 서비스를 제공한다. 다만 상기 통신부(140)는 와이파이(WiFi)에 한정되지 않고 다른 통신방식(예 : 블루투스)으로 인터넷 접속 서비스를 제공할 수도 있다.
참고로 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치는 무선 인터넷 접속 서비스를 통해 위치 기반 서비스(LBS)(예: 접속자 위치를 실시간으로 파악하여 미아 방지 및 조난 방지 뿐만 아니라 스마트폰과 ESS 접속 상태를 파악하여 도난 방지에 활용), 홈네트워킹(예: 홈 게이트웨이를 이용한 데이터 전송을 통해 그룹 내 사용자 간의 파일공유하고 홈 게이트웨이를 이용한 파일 공유를 통해 엔터테인먼트 기능) 및 IoT(예: 주변 환경 센싱을 통해 사용자에게 ESS상태, 내외부 온도/습도 등의 정보 제공하고 주변이 어두워지면 LED 조명을 켜서 사용자에게 편의를 제공하며 스마트폰을 이용하여 ESS의 전력을 제어) 등이 가능하도록 한다.
아울러 사용자의 휴대용 단말기(예 : 스마트폰, 태블릿PC 등)에 설치되는 애플리케이션(예 : Management APP)에는 스마트폰으로 연결 가능한 ESS(Energy Storage System) 관리, ESS 상태 정보 모니터링 및 제어, ESS 및 연결된 단말 위치 정보 제공, 주변 환경 센싱을 통한 부가 서비스 등을 제공할 수 있다.
한편 상기 BMS 제어 기능에 대해서 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(120)는 배터리 모니터링 기능으로서 배터리에서 충방전 되는 전압, 전류 및 온도를 감시하며, SOC 및 SOH 기능을 수행한다.
여기서 SOC(State of Charge 충전상태)는 배터리 충전상태를 %로 표시하는 정보이며, SOH(State of Health 건강상태)는 배터리의 현재까지 저하된 용량의 수준을 평가하는 정보이고, SOL(State of Life 잔존수명)은 SOH를 바탕으로 고장예측, 즉 고장까지 남아있는 사이클 또는 시간을 평가하는 정보이다.
또한 상기 제어부(120)는 배터리의 안전을 위한 관리 및 과충전 방지 등의 보호(protection) 기능을 수행하며, 과방전, 과전류, 및 단락 시 외부 스위치(미도시)를 오프(off) 시키고, 시스템 진단(diagnosis) 및 데이터 이력관리 기능을 수행한다.
아울러 본 실시예에서 상기 배터리팩(150)은 열방출 및 확산이 고려하여, 열방출 및 확산을 최대화하기 위한 방열판(미도시)을 최적으로 설계하여야 한다. 보통 셀이 수십 ~ 수백 개가 모듈화 된 배터리 팩은 내부에 열이 많이 발생하며, 열에 대한 설계를 잘 못하면, 운용 중에 폭발하거나 전해액이 유출될 수도 있어, 방열판의 설계는 전지의 수명은 물론 안정성에 매우 중요하게 작용한다. 참고로 급속한 충방전은 배터리에 스트레스를 가하여 열발생의 원인이 되며, 동시에 배터리 수명을 열화시고 접촉저항에 의한 열발생도 고려해야 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치는, 상기 도 1에 있어서, 정보 입출력부(180)와 케이블 연결 스위칭부(190)를 더 포함한다.
상기 정보 입출력부(180)는 사용자가 원하는 동작상태 정보를 입력받기 위한 수단으로서 버튼이나 스위치를 포함하며, 상기 버튼이나 스위치를 통해 선택한 동작상태 정보를 출력하기 위한 수단으로서 엘시디(LCD), 세븐세그먼트(FND), 및 엘이디(LED)를 포함한다.
또한 상기 케이블 연결 스위칭부(190)는, 상기 제어부(120)의 제어에 따라, 상기 전원 출력부(170)에 부하 (연결)유무를 확인하여 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 : DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 차단하거나 케이블 연결을 유지한다.
상기 케이블 연결 스위칭부(190)를 통해 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 :DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 차단하거나 케이블 연결을 유지함으로써 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 개략적인 외관 형상을 보인 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치는, 흔들림 없이 안정적인 자세를 유지하기 위하여 삼각기둥 형상으로 형성되고, 상부에 손잡이가 형성되며, 일 측면에 적어도 하나 이상의 입력 수단(예 : 동작이나 동작상태 표시를 선택하기 위한 버튼이나 스위치) 및 동작상태 정보를 출력하기 위한 출력 수단(예 :엘시디(LCD), 세븐세그먼트(FND), 및 엘이디(LED))을 포함한다.
또한 다른 측면에는 입력 전원소스 또는 출력 부하를 연결하기 위한 케이블을 내장하도록 형성될 수 있다.
한편 도 3에 도시된 휴대용 에너지 저장장치는 본 실시예의 이해를 돕기 위해서 도시된 것이며, 그 형상을 한정하기 위한 것이 아님에 유의한다.
도 4는 상기 도 2에 있어서, 제어부가 부하 연결 여부에 따라 케이블 연결을 차단하거나 유지하는 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(120)는 전원 출력부(170)에 부하 (연결)유무를 확인한다(S101).
상기 확인(S101) 결과, 상기 전원 출력부(170)에 부하가 연결되어 있지 않으면(S101의 아니오), 상기 제어부(120)는 상기 케이블 연결 스위칭부(190)를 통해 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 : DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 차단한다(S102).
한편 상기 확인(S101) 결과, 상기 전원 출력부(170)에 부하가 연결되어 있으면(S101의 예), 상기 제어부(120)는 상기 케이블 연결 스위칭부(190)를 통해 본 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치의 내부 케이블 연결(예 :DC-DC컨버터, AC-DC컨버터, 인버터 등의 케이블 연결)을 그대로 유지한다(S103).
상기와 같이 본 실시예는 부하의 연결 유무에 따라 내부의 특정 케이블(예 : 인버터의 케이블)의 연결을 차단함으로써 배터리의 소모를 방지하는 효과가 있다.
이하 본 실시예에서 에너지 레벨 변환회로는, 휴대용 에너지 저장장치에서 상기 DC-DC컨버터 회로에 해당하는 것으로, 도 5 내지 도 6을 참조하여 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로의 마더보드(또는 메인보드) 회로를 보인 예시도이고, 도 6은 상기 도 5에 있어서, 마더보드에 형성된 복수의 각 암커넥터(또는 슬롯)에 삽입되는 서브보드 회로(또는 컨버터 보드)를 보인 예시도이다.
도 5를 참조하면, 상기 마더보드(또는 메인보드) 회로는, 배터리전원 입력부(1110), 파워 스위치부(1120), 스위칭펄스 생성부(1130), 전류 버퍼부(1140), 전류 제한부(1150), 암커넥터부(1160), 정류부(1170), 및 승압전원출력부(1180)를 포함한다.
상기 배터리전원 입력부(1110)는 배터리 전원을 입력받아 잡음을 제거하여 안정된 배터리전원(예 : +12V)을 출력한다. 상기 잡음이 제거된 안정된 배터리 전원(예 : +12V)은 본 실시예에 따른 에너지 레벨 변환회로의 구동을 위한 전원으로서 사용된다.
상기 배터리전원 입력부(1110)를 통해 잡음이 제거된 안정된 배터리 전원(예 : +12V)은 파워 스위치부(1120)를 통해 온오프 제어된다. 즉, 상기 파워 스위치부(1120)은 사용자의 선택에 따라 본 실시예에 따른 에너지 레벨변환회로에 전원을 입력하거나 차단한다.
상기 스위칭펄스 생성부(1130)는, 도 6에 도시된 서브보드(또는 컨버터 보드) 회로의 스위칭부(1220)를 구동하기 위한 한 쌍의 스위칭펄스(즉, 스위칭 온오프 구간이 서로 상반되는 스위칭펄스)(P1, P2)를 생성한다.
이때 상기 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 제어되는 구형파 펄스이며, 상기 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)의 펄스 폭 제어를 위해서 도 6에 도시된 서브보드 회로의 전류 모니터링부(1250)을 통해 검출되는 전류 값(즉, 션트 저항을 통해 전압으로 변환되어 출력되는 전류 값)을 참조할 수 있다.
상기 스위칭펄스 생성부(1130)에서 생성된 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)는 마더보드에 형성된 암커넥터부(1160)의 각 암커넥터(1161 ~ 1163)에 삽입되는 서브보드 회로에 인가된다.
상기 전류 버퍼부(1140)는 상기 스위칭펄스 생성부(1130)에서 출력되는 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)에 대하여 외부 노이즈의 영향을 줄여준다.
상기 전류 버퍼부(1140)는 상기 암커넥터부(1160)의 복수의 암커넥터(1161 ~ 1163)에 각기 인가되는 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)를 각기 버퍼링하는 복수의 전류 버퍼(1141 ~ 1143)를 포함한다.
상기 전류 제한부(1150)는 상기 스위칭펄스 생성부(1130)에서 출력되는 한 쌍의 스위칭펄스(P1, P2)가 도 6에 도시된 서브보드 회로의 스위칭부(1220)의 각 스위치(Q1, Q2)에 미치는 영향을 조절한다.
예컨대 상기 전류 제한부(1150 ~ 1156)는 상기 스위칭펄스가 하이(High)일 때는 저항을 통해서 상기 각 스위치(Q1, Q2)에 인가되게 하고, 상기 스위칭펄스가 로우(Low)일 때는 상기 각 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 충전된 전압을 다이오드를 통해서 해소되게 하며, 또한 상기 각 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 과도한 전류가 인가되는 것을 방지한다.
상기 전류 제한부(1150)는 상기 암커넥터부(1160)의 복수의 암커넥터(1161 ~ 1163)에 각기 인가되는 각 스위칭 펄스를 각기 제한하는 복수의 전류 제한회로(1151 ~ 1156)를 포함한다.
상기 암커넥터부(1160)는 도 6에 도시된 서브보드 회로를 삽입할 수 있도록 하는 복수의 암커넥터(1161 ~ 1163)를 포함한다.
이때 상기 각 암커넥터(1161 ~ 1163)는 상기 한 쌍의 스위칭펄스(P2, P2)를 각기 입력받는 단자, 상기 배터리전원(예 : +12V)을 입력받는 단자, 접지 단자(GND), 및 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 포함한다.
여기서 상기 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자는 직렬 연결 방식으로 구현된다. 즉, 제1 암커넥터(1161)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)는 정류부(1170)의 제1 입력단에 연결되며 제1 암커넥터(1161)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제2 암커넥터(1162)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 제2 암커넥터(1162)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제3 암커넥터(1163)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 제3 암커넥터(1163)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 상기 정류부(1170)의 제2 입력단에 연결되게 구현된다.
상기와 같이 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)가 직렬 연결 방식으로 구현됨으로써 전압(즉 에너지) 레벨의 승압을 가능하게 한다. 다만, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 전류를 증가시키기 위해서 상기 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)가 병렬 연결 방식으로 구현될 수도 있음에 유의한다. 즉, 각 암커넥터(1161 ~1163)의 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)가 상기 정류부(1170)의 동일한 입력단에 연결되게 구현될 수 도 있다.
예컨대 상기 암커넥터부(1160)의 각 암커넥터(1161 ~ 1163)에 연결(또는 삽입)되는, 도 6에 도시된 서브보드 회로가 각기 200W급 컨버터 회로라고 가정할 경우, 도 5에 도시된 마더보드 회로에 3개의 서브보드 회로가 모두 연결될 경우 총 600W급의 컨버터 기능의 구현을 가능하게 한다.
한편 상기 각 암커넥터(1161 ~ 1163)에 도 6에 도시된 서브보드 회로를 모두 연결(삽입)하지 않고 어느 하나 또는 둘의 암커넥터에만 도 6에 도시된 서브보드 회로를 연결(삽입)하고, 상기 서브보드 회로가 연결(삽입)되지 않는 암커넥터는 점프선을 이용해 상기 복수의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)을 직접 연결할 경우, 원하는 전원(또는 에너지) 레벨(즉, 각 암커넥터에 연결되는 서브보드 회로의 갯수에 대응하는 레벨)로 간편하게 변경할 수 있다.
물론 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 직렬 연결되는 암커넥터의 개수를 더 증가시켜 서브보드 회로를 연결할 경우 전원(또는 에너지) 레벨(즉, 각 암커넥터에 연결되는 서브보드 회로의 갯수에 대응하는 레벨)을 더 확장할 수도 있다.
상기 정류부(1170)은 제1 입력단에 상기 제1 암커넥터(1161)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)가 연결되며, 제2 입력단에 상기 제3 암커넥터(1163)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)가 연결된다.
이에 따라 상기 정류부(1170)는 상기 제1 암커넥터(1161)의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)와 상기 제3 암커넥터(1163)의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 출력되는 전압을 전파 정류하여, 승압전원 출력부(1180)을 통해 상기 서브보드 회로에 의해 레벨 변환(즉, 승압)된 직류전원을 최종 출력하게 된다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 승압전원 출력부(1180)을 통해 출력되는 직류전원은 인버터부(미도시)에 인가되어 교류전원으로 변환된다.
도 6을 참조하면, 상기 서브보드 회로는, 숫커넥터부(1210), 스위칭부(1220), 트랜스(1230), 스너버 회로(1240), 및 전류 모니터링부(1250)를 포함한다.
상기 숫커넥터부(1210)는 상기 서브보드 회로를 상기 암커넥터부(1160)의 각 암커넥터(1161 ~ 1163)에 연결(삽입)시킨다.
상기 스위칭부(1220)는 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 게이트에 인가받아 온오프되는 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)(예 : MOS 트랜지스터)를 포함한다.
상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)는 일 측(예 : 드레인)이 트랜스(Transformer)(1230)의 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)에 각기 연결되고 다른 일 측(예 : 소오스)은 접지된다.
이에 따라 상기 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프 됨에 따라, 상기 트랜스(1230)의 1차측 센터탭(ct)에 인가된 배터리 전원(+12V)이 제1 스위칭 트랜지스터(Q1)를 통해 흐르거나 제2 스위칭 트랜지스터(Q2)를 통해 흐르게 된다.
이때 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 일 측(예 : 드레인)에는 스너버 회로(1240)(즉, 저항과 커패시터가 직렬 연결된 회로)가 연결되어 상기 트랜스(1230)로 흐르던 전류가 끊어질 때 코일의 끝단에서 발생하는 역기전력(즉, 상기 스위칭 트랜지스터의 내압보다 높게 발생되는 역기전력)을 감소시킨다. 이에 따라 상기 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 파손을 방지한다.
그리고 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 다른 일 측(예 : 소오스)에는 전류 모니터링부(1250)가 형성된다.
상기 트랜스(1230)는 1차 측에 있는 센터탭(ct)에 전원(예 : +12V)을 인가하고 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)을 통해 상기 센터탭(ct)에 인가된 전원을 흐르게 하고, 이때 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1) 및 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 전파 전압을 출력하는 변압기이다.
이에 따라 상기 도 6에 도시된 서브보드 회로는, 상기 도 5에 도시된 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)에 의해 상기 스위칭부(1220)의 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프 됨에 따라, 상기 트랜스(1230)를 통해 변압된 전원을 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 통해 출력하고, 상기 도 5에 도시된 마더보드 회로의 암커넥터부(1160)를 통해 직렬 연결됨으로써, 상기 서브보드 회로의 개수만큼 승압된(즉, 에너지 레벨이 변환된) 직류 전원을 상기 도 5에 도시된 마더보드 회로를 통해 출력하게 된다.
도 7은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경(10)을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 휴대용 에너지 저장장치, 또는 휴대용 에너지 저장장치에 포함되는 하나 이상의 컴포넌트일 수 있다.
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22)는 상술한 스크롤 화면(102), 입력 인터페이스(104), 입력 화면(105) 등을 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(102)와 연결될 수도 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 하나 이상의 암커넥터가 형성되는 암커넥터부를 포함하고, 직류 전원을 입력받아 지정된 에너지 레벨로 변환하여 출력하는 복수의 서브보드 회로를 상기 암커넥터부를 통해 연결하는 마더보드 회로; 및
    상기 암커넥터부의 각 암커넥터에 연결되는 숫커넥터부, 및 상기 마더보드 회로에서 인가되는 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 인가받아 온오프되는 복수의 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함하는 스위칭부를 포함하며, 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)가 온오프됨에 따라 상기 스위칭 펄스(P1, P2)에 연결된 트랜스(Transformer)를 통해 변압된 전원을 상기 암커넥터의 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 통해 출력시키는 상기 서브보드 회로를 포함하는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브보드 회로가 상기 마더보드 회로의 상기 암커넥터부를 통해 직렬 연결됨으로써, 상기 서브보드 회로의 개수만큼 에너지 레벨이 변환된 직류 전원이 상기 마더보드 회로를 통해 출력되는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마더보드 회로는, 상기 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 생성하는 스위칭펄스 생성부를 포함하고,
    상기 스위칭펄스는, 스위칭 온오프 구간이 서로 상반되어, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 번갈아가며 스위칭시키기 위한 펄스인, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)는, 상기 각 암커넥터에 연결되는 상기 서브보드 회로에 인가되며,
    상기 각 암커넥터는, 상기 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)를 각각 입력받는 단자, 배터리 전원을 입력받는 단자, 및 상기 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)를 포함하는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 2차측 트랜스탭 연결 단자(T1, T2)는, 상기 마더보드 회로의 상기 암커넥터를 통해 직렬 연결되며,
    복수의 상기 암커넥터 중 제1 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)는 상기 마더보드 회로에 형성된 정류부의 제1 입력단에 연결되며, 상기 제1 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자는 제2 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 상기 제2 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 제3 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)에 연결되고, 상기 제3 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)는 상기 정류부의 제2 입력단에 연결되는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 정류부는, 상기 제1 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1)와 상기 제3 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 출력되는 전압을 전파 정류하며, 상기 마더보드 회로에 형성된 승압전원 출력부를 통해 상기 서브보드 회로에 의해 에너지 레벨이 변환된 직류 전원을 출력하는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 게이트에는, 상기 한 쌍의 스위칭 펄스(P1, P2)가 인가되고,
    상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 드레인에는, 스너버 회로가 연결되는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)는, 모스(MOS) 트랜지스터이며,
    상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 드레인이 상기 트랜스의 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)에 각각 연결되며, 상기 각 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)의 소오스가 접지되는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 트랜스는, 상기 트랜스의 1차측 센터탭(ct)에 배터리 전원을 인가하고, 상기 트랜스의 1차측 제1 트랜스탭(t1) 및 1차측 제2 트랜스탭(t2)을 통해 상기 센터탭(ct)에 인가된 상기 배터리 전원이 제1 스위칭 트랜지스터(Q1) 또는 제2 스위칭 트랜지스터(Q2)를 통해 흐르게 하여 상기 암커넥터의 2차측 제1 트랜스탭 연결 단자(T1) 및 상기 암커넥터의 2차측 제2 트랜스탭 연결 단자(T2)를 통해 전파 전압을 출력하는 변압기인, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브보드 회로가 상기 마더보드 회로의 상기 암커넥터부를 통해 병렬 연결됨으로써, 상기 병렬 연결된 각 서브보드 회로의 용량 총합만큼 에너지 레벨이 변환된 직류 전원이 상기 마더보드 회로를 통해 출력되는, 휴대용 에너지 저장장치용 에너지 레벨 변환회로.
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