WO2023055156A1 - 전자파 노이즈 데이터를 제공하는 능동형 보상 장치 - Google Patents

전자파 노이즈 데이터를 제공하는 능동형 보상 장치 Download PDF

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WO2023055156A1
WO2023055156A1 PCT/KR2022/014718 KR2022014718W WO2023055156A1 WO 2023055156 A1 WO2023055156 A1 WO 2023055156A1 KR 2022014718 W KR2022014718 W KR 2022014718W WO 2023055156 A1 WO2023055156 A1 WO 2023055156A1
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signal
noise
unit
compensation
output
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PCT/KR2022/014718
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김진국
정상영
Original Assignee
이엠코어텍 주식회사
울산과학기술원
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20—Instruments transformers
    • H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/24—Voltage transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/08—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an active compensation device, which compensates for noise current and/or noise voltage generated in a common mode on two or more high current paths connecting two devices.
  • noise may be emitted through a power line due to a switching operation of a power converter in an electronic device. If such noise is left unattended, it is not only harmful to the human body, but also causes malfunction or failure of peripheral parts and other electronic devices.
  • electromagnetic interference that an electronic device has on other devices is called EMI (Electromagnetic Interference), and among them, noise transmitted via wires and board wiring is called Conducted Emission (CE) noise.
  • EMI Electromagnetic Interference
  • EMI noise emissions are strictly regulated in all electronic products. Accordingly, most electronic products necessarily include a noise reduction device (eg, an EMI filter) for reducing EMI noise current in order to satisfy regulations on noise emission. For example, in white goods such as air conditioners, electric vehicles, aviation, energy storage systems (ESS), etc., EMI filters are necessarily included.
  • a conventional EMI filter uses a common mode choke (CM choke) to reduce common mode (CM) noise among conducted emission (CE) noise.
  • CM common mode choke
  • CE conducted emission
  • the common mode (CM) choke is a passive filter that suppresses the common mode noise current.
  • the present invention has been made to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide an active compensation device capable of providing EMI noise as digital data.
  • An active compensation device for actively compensating for noise generated in a common mode in each of at least two high current paths includes a sensing unit configured to generate an output signal corresponding to a common mode noise signal on the high current path; an IC unit that receives the output signal, converts it into a digital signal, generates noise data and an amplified signal based on at least the digital signal, and outputs the noise data and the amplified signal; and a compensation unit that draws a compensation current from the high current path or generates a compensation voltage on the high current path based on the amplification signal, and the noise data may be provided to an external device.
  • the IC unit may restore the digital signal to an analog signal, generate the amplified signal by amplifying the analog signal, and output the amplified signal through a first output terminal.
  • the IC unit may include an analog-to-digital conversion unit; and an input buffer that receives the output signal and attenuates it into a low-voltage analog signal usable to the analog-to-digital converter.
  • the analog-to-digital converter may include a converter circuit that generates the digital signal from the low-voltage analog signal, and a component that processes and outputs the digital signal to reduce defects in the noise data. .
  • the IC unit includes a digital-to-analog conversion unit for receiving the digital signal and restoring it as an analog signal, and a voltage controlled oscillator for generating a clock signal for controlling the internal circuit of the analog-to-digital converter by itself.
  • a digital-to-analog conversion unit for receiving the digital signal and restoring it as an analog signal
  • a voltage controlled oscillator for generating a clock signal for controlling the internal circuit of the analog-to-digital converter by itself.
  • the IC unit includes one IC chip, and the one IC chip includes an input terminal for receiving the output signal of the sensing unit, a first output terminal for outputting the amplified signal, and the noise data. It may include second output terminals that output.
  • EMI noise data can be collected while canceling EMI noise using an active EMI filter.
  • noise data may be extracted and collected from an active EMI filter and used for various purposes.
  • noise data output from an active EMI filter according to an embodiment of the present invention may be monitored to monitor a state change or an emergency situation.
  • noise data can be utilized in big data processing.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of a system including an active compensation device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 1, and schematically illustrates an active compensation device 100A according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 show a specific example of the IC unit 500 according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates an input buffer 510-1 as an example of an input buffer 510 in one embodiment.
  • FIG. 6 shows an input buffer 510-2 as another example of the input buffer 510 in one embodiment.
  • FIG. 7 shows an example of an analog-to-digital conversion unit 520 in one embodiment.
  • FIG. 8 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 2, and schematically illustrates an active compensation device 100A-1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 1, and schematically illustrates an active compensation device 100B according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 10 schematically shows an active compensation device 100C according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 11 schematically shows an active compensation device 100D according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a specific example of the IC unit 500 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates an algorithm for a method for detecting an emergency situation according to an embodiment.
  • An active compensation device for actively compensating for noise generated in a common mode in each of at least two high current paths includes a sensing unit configured to generate an output signal corresponding to a common mode noise signal on the high current path; an IC unit that receives the output signal, converts it into a digital signal, generates noise data and an amplified signal based on at least the digital signal, and outputs the noise data and the amplified signal; and a compensation unit that draws a compensation current from the high current path or generates a compensation voltage on the high current path based on the amplification signal, and the noise data may be provided to an external device.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of a system including an active compensation device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the active compensation device 100 generates noise current I n (eg, EMI noise current) and/or Alternatively, noise voltage (eg, EMI noise voltage) can be actively compensated.
  • I n noise current
  • noise voltage eg, EMI noise voltage
  • the active compensation device 100 may include a sensing unit 120, an IC unit 500, and a compensation unit 140.
  • the first device 300 may be various types of devices that use power supplied by the second device 200 .
  • the first device 300 may be a load driven using power supplied by the second device 200 .
  • the first device 300 may be a load (eg, an electric vehicle) that stores energy using power supplied by the second device 200 and is driven using the stored energy.
  • a load eg, an electric vehicle
  • the second device 200 may be various types of devices for supplying power to the first device 300 in the form of current and/or voltage.
  • the second device 200 may be a device that generates and supplies power or may be a device that supplies power generated by another device (eg, an electric vehicle charging device).
  • the second device 200 may also be a device that supplies stored energy.
  • a power conversion device may be located on the side of the first device 300 .
  • a common mode noise current I n may be generated on the high current paths 111 and 112 by the switching operation of the power converter.
  • the noise current leaked from the first device 300 flows into the high current paths 111 and 112 through the second device 200 via the ground (eg, reference potential 1), resulting in noise current I n can occur.
  • Noise current I n generated in the same direction on the high current paths 111 and 112 may be referred to as a common mode noise current.
  • the common mode noise voltage V n may not be a voltage generated between the high current paths 111 and 112 but a voltage generated between the ground (eg, reference potential 1) and the high current paths 111 and 112 .
  • the first device 300 may correspond to a noise source
  • the second device 200 may correspond to a noise receiver.
  • the two or more high current paths 111 and 112 may be paths that transfer the power supplied by the second device 200, that is, the high currents I21 and I22 to the first device 300, and may be power lines, for example.
  • each of the two or more high current paths 111 and 112 may be a live line and a neutral line. At least some of the high current paths 111 and 112 may pass through the compensating device 100 .
  • the large currents I21 and I22 may be alternating currents having a frequency of the second frequency band.
  • the second frequency band may be, for example, a 50Hz to 60Hz band.
  • the two or more high current paths 111 and 112 may be paths through which the noise current I n from the first device 300 is transferred to the second device 200 .
  • it may be a path in which noise voltage V n is generated with respect to the ground (eg, reference potential 1).
  • Noise current I n or noise voltage V n may be input in a common mode to each of the two or more high current paths 111 and 112 .
  • the noise current I n may be a current unintentionally generated in the first device 300 due to various causes.
  • the noise current In may be a noise current due to parasitic capacitance between the first device 300 and the surrounding environment.
  • the noise current I n may be a noise current generated by a switching operation of the power conversion device of the first device 300 .
  • the noise current I n and the noise voltage V n may have a frequency of the first frequency band.
  • the first frequency band may be a higher frequency band than the aforementioned second frequency band.
  • the first frequency band may be, for example, a 150 KHz to 30 MHz band.
  • the noise current I n and the noise voltage V n are shown at nodes between the first device 300 and the sensing unit 120 on the high current paths 111 and 112, but in this document, 'noise current' and 'noise current'
  • the term 'voltage' is not limited thereto, and may refer to voltage and current that may be generated in a common mode with a first frequency throughout the high current paths 111 and 112 .
  • the two or more high-current paths 111 and 112 may include two paths as shown in FIG. 1, three paths (eg, a three-phase, three-wire power system), or four paths (eg, a three-phase, four-wire power system). line power system).
  • the number of high current paths 111 and 112 may vary depending on the type and/or form of power used by the first device 300 and/or the second device 200 .
  • the sensing unit 120 may sense the noise current I n on the two or more high current paths 111 and 112 and generate an output signal corresponding to the noise current I n toward the IC unit 500 . That is, the sensing unit 120 may mean a means for sensing the noise current I n on the high current paths 111 and 112 . In the sensing unit 120, at least a part of the high current paths 111 and 112 may pass through for sensing the noise current I n , but the part where the output signal by sensing is generated in the sensing unit 120 is the high current path. Paths 111 and 112 may be insulated.
  • the sensing unit 120 may be implemented as a sensing transformer. The sensing transformer may sense the noise current I n on the high current paths 111 and 112 while being insulated from the high current paths 111 and 112 .
  • the IC unit 500 is electrically connected to the sensing unit 120 to generate a compensation signal S1 corresponding to the amplified signal of the output signal output by the sensing unit 120, and also to digitize the output signal. Noise data S2 corresponding to the signal may be generated.
  • 'amplification' may mean adjusting the size and/or phase of an amplification target.
  • the IC unit 500 may be implemented by various means and may include active elements.
  • the IC unit 500 may output a compensation signal S1 for canceling noise to the compensation unit 140 and output digital data S2 representing the noise to the outside. there is.
  • the IC unit 500 may include a circuit that converts an output signal (ie, a signal corresponding to noise) output from the sensing unit 120 into a digital signal.
  • the IC unit 500 may externally output noise data generated based on the digital signal.
  • the IC unit 500 may convert the digital signal back into an analog signal, amplify it, and output the compensation signal S1 to the compensation unit 140.
  • An example of the detailed configuration of the IC unit 500 will be described later with reference to FIGS. 3 to 7 .
  • the noise data S2 output from the active compensation device 100 may be transferred to and stored in a data storage or transferred to a waveform display device.
  • the noise data S2 may be monitored to monitor a change in state or an emergency situation.
  • the noise data S2 may be used for big data processing or artificial intelligence technology.
  • the IC unit 500 receives power from the third device 400 that is distinct from the first device 300 and/or the second device 200, amplifies the output signal output by the sensing unit 120, and The amplified current/voltage may be generated as the compensation signal S1 and noise data S2 may be generated based on the output signal.
  • the third device 400 may be a device that generates input power of the IC unit 500 by receiving power from a power source unrelated to the first device 300 and the second device 200 .
  • the third device 400 may be a device that generates input power of the IC unit 500 by receiving power from any one of the first device 300 and the second device 200 .
  • the IC unit 500 may output an amplified voltage or amplified current to the compensation unit 140 as a compensation signal S1.
  • the compensation signal (S1) is input to the compensation unit (140).
  • Compensation unit 140 may generate a compensation voltage or compensation current based on the input compensation signal (amplification voltage or amplification current).
  • the compensation unit 140 may generate a compensation voltage in series on the high current paths 111 and 112 based on the amplified voltage output from the IC unit 500 .
  • the output side of the compensation unit 140 may generate a compensation voltage in series with the high current paths 111 and 112, but may be insulated from the IC unit 500.
  • the compensation unit 140 may be formed of a compensation transformer for the above insulation.
  • a compensation signal output from the IC unit 500 may be applied to the primary side of the compensation transformer, and a compensation voltage based on the compensation signal may be generated on the secondary side of the compensation transformer.
  • the compensation voltage may have an effect of suppressing the noise current I n flowing on the high current paths 111 and 112 .
  • the compensator 140 may correspond to voltage compensation. A detailed description of voltage compensation will be described later with reference to FIGS. 2 , 8 , and 11 .
  • the compensation unit 140 may generate a compensation current based on the amplified current output from the IC unit 500 .
  • the compensation current is injected into or drawn from the high current paths 111 and 112, thereby canceling or reducing the noise current I n on the high current paths 111 and 112.
  • the compensator 140 may correspond to current compensation. A detailed description of current compensation will be described later with reference to FIGS. 9, 10, and 11 .
  • the output side of the compensation unit 140 may be connected to the high current paths 111 and 112 in order to flow the compensation current to the high current paths 111 and 112, but may be insulated from the IC unit 500.
  • the compensation unit 140 may include a compensation transformer for the insulation.
  • the compensator 140 may be of a feedforward type that compensates for noise input from the first device 300 at a front end of the power supply side.
  • the present invention is not limited thereto, and the active compensation device 100 may include a feedback type compensation unit that compensates for noise by returning to a later stage (see FIG. 10).
  • FIG. 2 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 1, and schematically illustrates an active compensation device 100A according to an embodiment of the present invention.
  • the active compensation device 100A may include a sensing unit 120A, an IC unit 500, and a compensation unit 140A.
  • the first device 300 and the second device 200 may be omitted. That is, the high current paths 111 and 112 of the active compensation device 100A (eg, the compensating unit 140A side) may be connected to the power line of the second device 200, and the rear end (eg, the sensing unit 120A side) ) side) of the high current paths 111 and 112 may be connected to the power line of the first device 300 .
  • the active compensation device 100A eg, the compensating unit 140A side
  • the rear end eg, the sensing unit 120A side
  • the aforementioned sensing unit 120 may include a sensing transformer 120A.
  • the sensing transformer 120A is isolated from the high current paths 111 and 112, and the voltage induced at both ends of the sensing transformer 120A due to the noise current I n or the noise current I n on the high current paths 111 and 112 (eg, : V choke ) may be a means for detecting.
  • the sensing transformer 120A may include a primary side 121 disposed on the high current paths 111 and 112 and a secondary side 122 connected to an input terminal of the IC unit 500 .
  • the sensing transformer 120A is a secondary side 122 based on the magnetic flux density induced by the noise current In in the primary side 121 (eg, primary winding) disposed on the high current paths 111 and 112. ) (e.g. secondary winding) to generate an induced current or an induced voltage (V sen ).
  • the primary side 121 of the sensing transformer 120A may be, for example, a winding in which the first high current path 111 and the second high current path 112 are wound around one core.
  • the sensing transformer 120A includes the magnetic flux density induced by the noise current I n on the first high current path 111 (eg, live line) and the noise current on the second high current path 112 (eg, neutral line). Magnetic flux densities induced by I n may be configured to overlap (or reinforce) each other. At this time, the high currents I21 and I22 also flow on the high current paths 111 and 112, and the magnetic flux density induced by the high current I21 on the first high current path 111 and the high current on the second high current path 112 ( The magnetic flux densities induced by I22) may be configured to cancel each other out.
  • the magnetic flux densities induced by I22 may be configured to cancel each other out.
  • the sensing transformer 120A may change the magnitude of the magnetic flux density induced by the noise current I n of the first frequency band (eg, a band having a range of 150 KHz to 30 MHz) to the second frequency band (eg, a band having a range of 150 KHz to 30 MHz).
  • the sensing transformer 120A may change the magnitude of the magnetic flux density induced by the noise current I n of the first frequency band (eg, a band having a range of 150 KHz to 30 MHz) to the second frequency band (eg, a band having a range of 150 KHz to 30 MHz).
  • the sensing transformer 120A may change the magnitude of the magnetic flux density induced by the noise current I n of the first frequency band (eg, a band having a range of 150 KHz to 30 MHz) to the second frequency band (eg, a band having a range of 150 KHz to 30 MHz).
  • the sensing transformer 120A may change the magnitude of the magnetic flux density induced by the noise current I n of the
  • the sensing transformer 120A is configured such that magnetic flux densities induced by the large currents I21 and I22 cancel each other out, so that only the noise current I n is sensed. That is, the voltage (V sen ) induced in the secondary side 122 of the sensing transformer 120A is converted at a constant ratio to the induced voltage (eg, V choke ) in the primary side 121 according to the noise current I n voltage may be
  • the IC unit 500 may amplify the induced voltage V sen induced in the secondary side of the sensing transformer 120A and output the amplified compensation signal S1. Also, the IC unit 500 may output noise data S2 based on the induced voltage V sen . Examples of the detailed configuration of the IC unit 500 will be described later with reference to FIGS. 3 to 7 .
  • the aforementioned compensation unit 140 may include a compensation transformer 140A.
  • the compensation transformer 140A may insulate the IC unit 500 including the active element from the high current paths 111 and 112 .
  • the compensation transformer 140A induces the compensation voltage V inj1 in the high current paths 111 and 112 based on the compensation signal S1 output from the IC unit 500 while being insulated from the high current paths 111 and 112. , may be a means for voltage compensation.
  • the compensation transformer 140A may have, for example, a structure in which a primary side 141 wire and a secondary side 142 wire pass through one core or are wound at least once.
  • the primary side 141 wire is a wire through which the compensation signal S1 output from the IC unit 500 flows, and the secondary side 142 wire may correspond to the high current paths 111 and 112 .
  • the compensation transformer 140A may induce a compensation voltage V inj1 on the high current paths 111 and 112 of the secondary side 142 based on the amplified voltage generated in the primary side 141 .
  • the active compensation device 100A may further include a decoupling capacitor unit 170.
  • the decoupling capacitor unit 170 may be disposed, for example, between the sensing unit 120 and the first device 300, and one end is connected to the reference potential 1 (601) and the other end is a high current path ( 111, 112) may be composed of two Y-capacitors respectively connected.
  • the reference potential (reference potential 2, 602) of the IC unit 500 and the reference potential (reference potential 1, 601) of the compensating device 100A may be distinguished from each other.
  • the IC unit 500 includes an input buffer 510, an analog-to-digital converter 520, a digital-to-analog converter 530, an output amplifier 540, a linear regulator ( 550) may be included.
  • FIG. 4 shows each component of the IC unit 500 according to an embodiment of the present invention in more detail.
  • the IC unit 500 may be physically a single IC chip.
  • the digital noise data and compensation signal as described above can be generated in one IC chip.
  • a component eg, circuit
  • a component for generating noise data and a component for generating a compensation signal may be implemented on one or more different chips or packages.
  • the IC unit 500 has an input terminal VIN receiving the output signal of the sensing unit 120, a first output terminal VOUT outputting a compensation signal, and second output terminals VOUT2 outputting digital noise data. ) may be included.
  • the sensing unit 120 may sense the noise signal I n or V n and generate an output signal corresponding to the noise signal. An output signal output from the sensing unit 120 becomes an input signal of the IC unit 500 .
  • An output signal of the sensing unit 120 may be input to the input buffer 510 through the input terminal VIN of the IC unit 500 .
  • the input signal of the input buffer 510 will correspond to the noise signal.
  • the input noise signal of the input buffer 510 may be a high voltage swing of 10V or more. Therefore, for example, the input buffer 510 may be a high-swing DMOS having sufficient breakdown voltage and performance.
  • FIG. 5 shows an input buffer 510-1 as an example of the input buffer 510 in one embodiment
  • FIG. 6 shows an input buffer 510-2 as another example of the input buffer 510 in an embodiment. indicates Hereinafter, a description of the input buffer 510 may include all of the input buffers 510, 510-1, and 510-2.
  • the input buffers 510, 510-1 and 510-2 may be high-voltage (HV) input buffers.
  • HV high-voltage
  • the target breakdown voltage of the input buffer 510 may be 12V
  • the input impedance may be 100kohm or more
  • the bandwidth BW may correspond to about 30Mhz. But not limited to this.
  • the input buffer 510 may serve as an attenuator that minimizes distortion of the input signal and attenuates the input signal into a low-voltage analog signal usable to the ADC 520 .
  • the input buffer 510 may reduce the amplitude of the input noise signal and output it to the ADC 520, for example.
  • the input buffer 510-1 may be composed of multi-stage amplifiers, and in another embodiment, as shown in FIG. 6, the input buffer 510-2 is a one-stage inverting amplifier. ) may consist of
  • the output signal V o may be expressed as Equation 1 below.
  • the attenuation signal output from the input buffer 510 may be input to the analog-to-digital converter (ADC) 520.
  • the attenuation signal input to the analog-to-digital converter 520 may correspond to the EMI noise signal.
  • Corresponding here may mean that the magnitude of the EMI noise signal is changed at a certain rate, but is not limited thereto.
  • the analog-to-digital conversion unit 520 may receive the attenuation signal, convert it into a digital signal, and output digital noise data S2 based on the digital signal. Also, the digital signal may be transferred to the digital-to-analog converter 530 and used to generate the compensation signal S1.
  • the analog-to-digital converter 520 may include a converter circuit 521 , a digital block 522 , and/or an output buffer 523 .
  • the converter circuit 521 may be referred to as a data processing core of the analog-to-digital converter 520 .
  • the converter circuit 521 may be configured as a flash ADC as shown in FIG. 7 .
  • Flash ADC can output a digital signal in the form of a thermometer code according to the size of the input analog signal.
  • a digital signal in the form of a thermometer code may be transmitted to the DAC 530 to be a basis for generating the compensation signal S1 (see FIG. 4).
  • the converter circuit 521 is not limited to the flash ADC, and may include, for example, a successive approximation register (SAR) ADC or a sigma-delta ACD, and may be configured with other types of ADCs.
  • SAR successive approximation register
  • ACD sigma-delta ACD
  • the converter circuit 521 may generate a digital signal from an input low voltage analog signal.
  • the digital signal generated by the converter circuit 521 may be transferred to the DAC 530 and become a basis for generating the compensation signal S1 (see FIG. 4 ).
  • a digital signal output from the converter circuit 521 may be input to the digital block 522 .
  • the digital block 522 includes, for example, a gray encoder, a gray to binary converter, and/or a deskew latch to minimize glitches. You can generate binary code.
  • the digital block 522 may be a component that processes the digital signal output from the converter circuit 521 to minimize defects in the digital noise data S2.
  • the signal output from the digital block 522 may be output through the output buffer 523 as digital noise data S2 representing noise in binary code format.
  • the noise data S2 may be output as a 5-bit signal, but is not limited thereto. Depending on the embodiment, it may be output as an 8-bit to 10-bit signal, and others are possible.
  • the noise data S2 may be output to the outside of the active compensation device 100 through the second output terminals VOUT2.
  • the second output terminals VOUT2 may be connected to external devices such as data storage or a waveform display device.
  • Noise data S2 output to the outside of the active compensation device 100 may be monitored to monitor a state change or an emergency situation.
  • Noise data (S2) may be used for big data processing or artificial intelligence technology.
  • the target input voltage level of the analog-to-digital converter 520 may be designed to correspond to 0.3V to 1.3V, and the switching frequency may be designed to correspond to about 800Mhz.
  • the present invention is not limited thereto.
  • V REFN may correspond to 0.3V
  • V REFP may correspond to 1.3V in FIG. 7 .
  • VDDA may be designed to correspond to about 1.8V, but is not limited thereto.
  • the digital signal generated by the analog-to-digital converter 520 may be transferred to the digital-to-analog converter 530 to generate the compensation signal S1.
  • the digital signal may be in the form of a thermometer code, for example.
  • the digital-to-analog conversion unit 530 may convert the digital signal into an analog signal and output the converted analog signal to the output amplifier 540 .
  • the output amplifier 540 may receive and amplify the analog signal.
  • the amplified signal may be output as a compensation signal S1 through the first output terminal VOUT.
  • the compensating signal S1 output through the first output terminal VOUT may be input to the compensating unit 140 described above.
  • the output amplifier 540 can be designed as a high-voltage (HV) DMOS.
  • the switching frequency of the DAC 530 may be designed to correspond to about 800Mhz
  • the output voltage of the output amplifier 540 may be designed to correspond to about 12V
  • the output amplifier 540 may be designed to correspond to about 12V.
  • the output current may be designed to correspond to about 1A, but the present invention is not limited thereto.
  • the IC unit 500 may further include a voltage controlled oscillator (VCO) 560.
  • VCO voltage controlled oscillator
  • the voltage controlled oscillator 560 may generate a clock signal whose frequency varies according to an input voltage.
  • the voltage controlled oscillator 560 may be embedded in the IC unit 500 to generate a clock signal by the active compensation device 100 itself without an external clock generator.
  • the voltage controlled oscillator 560 may receive the input voltage from the outside (eg, the third device 400 ) through a terminal (V ctrl ) of the IC unit 500 .
  • the clock signal generated by the voltage controlled oscillator 560 is transferred to the ADC 520 and can be used to control internal circuits.
  • the linear regulator 550 may generate DC low voltage for driving internal circuits of the IC unit 500, such as the ADC 520 and the VCO 560.
  • the linear regulator 550 receives an input voltage of about 12V from the outside (eg, the third device 400) through terminals VSS and VDD of the IC unit 500 and outputs a DC low voltage of about 1.8V. can do.
  • the DC low voltage may be used to drive internal circuits of the IC unit 500, such as the ADC 520 and the VCO 560.
  • FIG. 8 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 2, and schematically illustrates an active compensation device 100A-1 according to an embodiment of the present invention.
  • the third device 400 is omitted for convenience.
  • the active compensation device 100A-1 may include a sensing unit 120A-1, an IC unit 500, and a compensation transformer 140A-1.
  • the sensing unit 120A-1, the IC unit 500, and the compensating transformer 140A-1 are part of the aforementioned sensing units 120 and 120A, the IC unit 500, and the compensating units 140 and 140A, respectively. Yes.
  • the active compensation device 100A-1 senses the noise current I n input in common mode to each of the two large current paths 111 and 112 connected to the first device 300 and actively compensates for it with the compensation voltage V inj1 . can do.
  • the sensing unit 120A-1 may be, for example, a sensing transformer in which a secondary wire is wound around a CM choke around which power lines corresponding to the high current paths 111 and 112 are wound.
  • the secondary wire may be connected to the input terminal VIN of the IC unit 500 .
  • the sensing unit 120A-1 when the sensing unit 120A-1 is formed using the CM choke, the sensing unit 120A-1 may not only perform functions of sensing and transforming pressure, but may also serve as a passive filter using the CM choke. That is, the sensing transformer formed by additionally winding the secondary-side wire around the CM choke can simultaneously sense and transform the noise current I n and suppress or block the noise current I n .
  • the output signal V sen of the sensing unit 120A-1 may be input to the IC unit 500.
  • the IC unit 500 converts the output signal V sen into a digital signal, generates and outputs noise data S2 based on the digital signal, and generates a compensation signal (S2) based on the digital signal.
  • a compensation signal S2
  • an amplified signal S1 may be output.
  • the noise data S2 may be stored and utilized in a data storage external to the active compensation device 100A-1.
  • the compensation signal S1 may correspond to the input voltage of the compensation transformer 140A-1.
  • the compensation transformer 140A-1 may induce a compensation voltage V inj1 in series on the secondary side high current paths 111 and 112 based on the input voltage applied to the primary side.
  • the compensation voltage V inj1 generated in series on the high current paths 111 and 112 may have an effect of suppressing the noise current In flowing on the high current paths 111 and 112 .
  • Such an active compensation device 100A-1 is an example of a current sensing voltage compensating (CSVC) type that senses the noise current In and compensates for it with the compensation voltage V inj1 .
  • CSVC current sensing voltage compensating
  • FIG. 9 shows a more specific example of the embodiment shown in FIG. 1, and schematically illustrates an active compensation device 100B according to an embodiment of the present invention.
  • the third device 400 is omitted for convenience.
  • the active compensation device 100B may include a sensing transformer 120B, an IC unit 500, and a compensation unit 140B.
  • the sensing transformer 120B, the IC unit 500, and the compensating unit 140B are examples of the aforementioned sensing units 120 and 120A, the IC unit 500, and the compensating unit 140, respectively.
  • the active compensation device 100B may sense the noise current I n input in a common mode to each of the two high current paths connected to the first device 300 and actively compensate it with the compensation current I inj .
  • the sensing transformer 120B may have, for example, a structure in which a primary side wire and a secondary side wire pass through one core or are wound at least once.
  • a primary side wire of the sensing transformer 120B may correspond to a power line that is a high current path, and a secondary side wire of the sensing transformer 120B may be connected to an input terminal of the IC unit 500 .
  • the volume of the sensing transformer 120B may be minimized by passing the primary side wire and the secondary side wire through the core instead of the CM choke or by winding them at least once.
  • An output signal of the sensing unit 120B may be proportional to the size of the noise current I n .
  • An output signal of the sensing unit 120B may be input to the IC unit 500 .
  • the IC unit 500 converts the output signal into a digital signal, generates and outputs noise data S2 based on the digital signal, and generates a compensation signal (or amplified signal) based on the digital signal. (S1) can be output.
  • the noise data S2 may be stored and utilized in a data storage external to the active compensation device 100B.
  • the compensating signal S1 may be input to the compensating unit 140B.
  • the compensation unit 140B may include a compensation transformer and a compensation capacitor unit.
  • a primary side of the compensation transformer may be connected to an output terminal of the IC unit 500, and a secondary side of the compensation transformer may be connected to a high current path.
  • the compensation transformer insulates the IC unit 500 from the high current path and generates the compensation current I inj for injection into the high current path on the secondary side based on the amplified current (that is, the compensation signal S1) flowing in the primary side. can do.
  • a secondary side of the compensation transformer may be disposed on a path connecting the compensation capacitor unit and the reference potential. That is, one end of the secondary side may be connected to the high current path through the compensation capacitor unit, and the other end of the secondary side may be connected to the reference potential of the active compensation device 100B.
  • the current (ie, the secondary side current) I inj converted through the compensation transformer may be injected or drawn as a compensation current into a high current path through the compensation capacitor unit.
  • the compensation capacitor unit may provide a path through which the current generated in the secondary side of the compensation transformer flows to each of the large currents. Through this, the active compensation device 100B can reduce EMI noise.
  • the compensation capacitor unit may include two Y-capacitors (Y-caps) having one end connected to the secondary side of the compensation transformer and the other end connected to the high current path.
  • Y-caps Y-capacitors
  • Such an active compensation device 100B is an example of a feedforward current sensing current compensating (CSCC) type that senses the noise current In and compensates for it with the compensation current I inj at the front end of the power supply side.
  • CSCC feedforward current sensing current compensating
  • FIG. 10 schematically shows an active compensation device 100C according to another embodiment of the present invention.
  • the third device 400 is omitted.
  • the active compensation device 100C may sense the noise current I n input in a common mode to each of the two high current paths connected to the first device 300 and actively compensate for it with the compensation current I inj2 .
  • the active compensation device 100C may include a sensing unit 120C, an IC unit 500, and a compensation unit 140C.
  • the compensation unit 140C may include a compensation transformer and a compensation capacitor unit.
  • the sensing unit 120C corresponds to the sensing unit 120A-1 described in FIG. 8
  • the IC unit 500 corresponds to the IC unit 500 described in various embodiments
  • the compensating unit 140C corresponds to the IC unit 500 described in FIG. Since it corresponds to the described compensation unit 140B, a detailed description thereof will be omitted.
  • Such an active compensator 100C is an example of a feedback CSCC (current sensing current compensating) type that compensates for the sensed noise current I n with the compensating current I inj2 at a later stage.
  • CSCC current sensing current compensating
  • FIG. 11 schematically shows an active compensation device 100D according to another embodiment of the present invention.
  • the third device 400 is omitted.
  • the active compensation device 100D senses the noise current I n input in a common mode to each of the two high current paths connected to the first device 300 and collectively compensates it with the compensation voltage V inj1 and the compensation current I inj2 .
  • the active compensation device 100D may include a sensing unit 120D, an IC unit 500', a first compensating unit 140D-1 and a second compensating unit 140D-2.
  • the second compensation unit 140D-2 may include a compensation transformer and a compensation capacitor unit.
  • the sensing unit 120D corresponds to the sensing unit 120A-1 described in FIG. 8
  • the first compensating unit 140D-1 corresponds to the compensating transformer 140A-1 described in FIG. 8
  • the second compensating unit Since 140D-2 corresponds to the compensating unit 140B described in FIG. 9, a detailed description thereof is omitted.
  • An output signal of the sensing unit 120D may be input to the IC unit 500'.
  • the IC unit 500' converts the output signal into a digital signal, generates and outputs noise data S2 based on the digital signal, and generates a first compensation signal S1 based on the digital signal. -1) and the second compensation signal S1-2 may be output.
  • the IC unit 500' includes a first amplifier that outputs the first compensation signal S1-1 from the output signal of the DAC 530, and the second compensation signal S1 from the output signal of the DAC 530. -2) may be included.
  • the IC unit 500' provides a 1-1 output terminal for outputting the first compensation signal S1-1 to the first compensation unit 140D-1 and a second compensation signal S1-2.
  • a first-second output terminal for outputting to the second compensator 140D-2 may be provided.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first compensating signal S1-1 output from the IC unit 500' may correspond to the input voltage of the first compensating unit 140D-1.
  • the first compensating unit 140D-1 may be a compensation transformer that induces a compensation voltage V inj1 in series on a secondary side high current path based on the input voltage applied to the primary side.
  • the compensation voltage V inj1 generated in series on the high current path can have an effect of suppressing the noise current I n flowing on the high current path.
  • the compensating transformer included in the second compensating unit 140D-2 generates the secondary compensating current I inj2 for injecting into the high current path based on the second compensating signal S1-2 output from the IC unit 500'. side can be created.
  • the current (ie, the secondary side current) I inj2 converted through the compensation transformer may be injected or drawn as a compensation current into a high current path through the compensation capacitor unit.
  • the first compensating unit 140D-1 may be disposed in front of the sensing unit 120D, and the second compensating unit 140D-2 may be disposed behind the sensing unit 120D.
  • the first compensator 140D-1 may perform voltage compensation
  • the second compensator 140D-2 may perform current compensation. According to this embodiment, it is possible to simultaneously compensate for common mode voltage and current, effectively reducing noise.
  • FIG. 12 illustrates a specific example of the IC unit 500 according to another embodiment of the present invention.
  • an IC unit 500 may include an amplifier 130 and a digital circuit unit 501 .
  • the digital circuit unit 501 may convert an analog signal, which is an input signal of the IC unit 500, into digital noise data S2, and may include an input buffer 510 and an analog-to-digital conversion unit 520.
  • the IC unit 500 may further include a linear regulator 550 and a voltage controlled oscillator (VCO) 560.
  • the linear regulator 550 may generate a DC low voltage for driving active elements inside the IC unit 500 .
  • the voltage controlled oscillator 560 may generate a clock signal for controlling an internal circuit of the analog-to-digital converter 540 .
  • the IC unit 500 may be physically a single IC chip.
  • the digital noise data S2 and the compensation signal S1 as described above can be generated from one IC chip.
  • the component eg, the digital circuit unit 501 generating the noise data S2 and the amplifier 130 generating the compensation signal S1 may be implemented on one IC chip.
  • a component for generating noise data and a component for generating a compensation signal may be implemented on one or more different chips or packages.
  • the IC unit 500 has an input terminal (VIN) for receiving the output signal of the sensing unit 120, a first output terminal (VOUT) for outputting the compensation signal (S1), and a first output terminal (VOUT) for outputting digital noise data (S2). It may include 2 output terminals (VOUT2).
  • the sensing unit 120 may sense the noise signal I n or V n and generate an output signal corresponding to the noise signal. An output signal output from the sensing unit 120 becomes an input signal of the IC unit 500 .
  • the amplification unit 130 and the input buffer 510 of the digital circuit unit 501 within the IC unit 500 can be entered respectively.
  • the amplifier 130 may amplify the analog input signal.
  • the amplified analog signal may be output as a compensation signal S1 through the first output terminal VOUT.
  • the compensating signal S1 output through the first output terminal VOUT may be input to the compensating unit 140 described above. Meanwhile, since the compensation signal S1 should be sufficiently large, the output voltage of the amplifier 130 may be designed to correspond to about 12V, but the present invention is not limited thereto.
  • a signal input through the input terminal (VIN) of the IC unit 500 is also input to the digital circuit unit 501 including the input buffer 510 and the analog-to-digital conversion unit 520.
  • a noise signal input to the input buffer 510 of the digital circuit unit 501 may have a high voltage swing of 10V or more. Therefore, for example, the input buffer 510 may be a high-swing DMOS having sufficient breakdown voltage and performance.
  • noise data may be extracted and collected from an active compensation device and used for various purposes.
  • noise data output from an active compensation device according to an embodiment of the present invention may be monitored to monitor a state change or an emergency situation.
  • noise data can be utilized in big data processing.
  • FIG. 13 illustrates an algorithm for a method for detecting an emergency situation according to an embodiment.
  • the first noise signal and/or the first noise signal cluster may be sensed through the sensing unit (810).
  • the first noise signal cluster refers to an aggregate of first noise signals detected a plurality of times.
  • it may be an aggregate of first noise signals repeatedly measured a plurality of times under the same conditions.
  • the first noise signal and/or the first noise signal cluster is subjected to digital data processing (811).
  • digital data processing may be performed through the analog-to-digital converter 520 of the above-described embodiment.
  • the digitally converted first noise signal and/or the first noise signal cluster is determined as a reference (820).
  • the second noise signal and/or the second noise signal cluster may be sensed through the sensing unit (830).
  • the second noise signal and/or the second noise signal cluster refers to a noise signal measured at a time, condition, and/or environment different from the first noise signal and/or the first noise signal cluster.
  • the first noise signal and/or the first noise signal cluster is a noise signal in a state in which the inverter is normally operating
  • the second noise signal and/or the second noise signal cluster is a noise signal in a state in which the inverter is not normally operating. can be matched.
  • the second noise signal cluster refers to an aggregate of second noise signals detected a plurality of times. For example, it may be an aggregate of second noise signals repeatedly measured a plurality of times under the same conditions.
  • the second noise signal and/or the second noise signal cluster is subjected to digital data processing (831).
  • digital data processing may be performed through the analog-to-digital converter 520 of the above-described embodiment.
  • the second noise signal and/or the second noise signal cluster is compared with the reference first noise signal and/or the first noise signal cluster (840).
  • the second noise signal and/or the second noise signal cluster is similar to the first noise signal and/or the first noise signal cluster within a certain range, the second noise signal and/or the second noise signal cluster It can be considered that the measured state does not differ from the state at which the first noise signal and/or population of the first noise signals were measured, and again at a different time, condition and/or circumstance, the second noise signal and/or the second noise signal.
  • Signal clustering can be measured.
  • the time, condition, and/or environment in which the second noise signal and/or the second noise signal cluster are measured may be regarded as a normal situation.
  • similarity within a certain range may include coincidence within an error range within a predetermined range.
  • the second noise signal and/or the second noise signal cluster differs from the first noise signal and/or the first noise signal cluster within a certain range
  • the second noise signal and/or the second noise signal cluster is measured. It is considered that the state is different from the measured state of the first noise signal and/or the first noise signal cluster, and this state change may be displayed to the user (850).
  • the user can perform a diagnosis on whether there is a failure or take other measures in response to such a state change.
  • This subsequent process may be automatically performed in response to a state change.
  • the present invention can monitor a state change or an emergency situation by using noise data output from the active compensation device, and take follow-up measures.
  • Embodiments of the present invention may be used in electronic devices such as home appliances, industrial electric appliances, electric vehicles, aviation, and energy storage systems.
  • industrial applicability according to one embodiment of the present invention is not limited to the above.

Abstract

본 발명은, 적어도 둘 이상의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 발생하는 노이즈를 능동적으로 보상하는 능동형 보상 장치를 제공한다. 상기 능동형 보상 장치는, 상기 대전류 경로 상의 공통 모드 노이즈 신호에 대응하는 출력 신호를 생성하는 센싱부와, 상기 출력 신호를 입력 받아 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 적어도 기초하여 노이즈 데이터와 증폭 신호를 각각 생성하고, 상기 노이즈 데이터와 상기 증폭 신호를 출력하는 IC부와, 상기 증폭 신호에 기초하여 상기 대전류 경로로부터 보상 전류를 인출시키거나 상기 대전류 경로 상에 보상 전압을 발생시키는 보상부를 포함한다. 상기 노이즈 데이터는 외부 장치로 제공된다.

Description

전자파 노이즈 데이터를 제공하는 능동형 보상 장치
본 발명의 실시예들은, 능동형 보상 장치에 관한 것으로, 두 장치를 연결하는 둘 이상의 대전류 경로 상에 공통 모드로 발생하는 노이즈 전류 및/또는 노이즈 전압을 보상하는 능동형 보상 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가전용, 산업용 전기 제품이나 전기자동차와 같은 전기 기기들은 동작하는 동안 노이즈를 방출한다. 가령 전자 기기 내에서 전력 변환 장치의 스위칭 동작으로 인해 노이즈가 전력선을 통해 방출될 수 있다. 이러한 노이즈를 방치하면 인체에 유해할 뿐만 아니라 주변 부품 및 다른 전자 기기에 오동작 또는 고장을 야기한다. 이렇듯, 전자 기기가 다른 기기에 미치는 전자 장해를, EMI(Electromagnetic Interference)라고 하며, 그 중에서도, 와이어 및 기판 배선을 경유하여 전달되는 노이즈를 전도성 방출(Conducted Emission, CE) 노이즈라고 한다.
전자 기기가 주변 부품 및 다른 기기에 고장을 일으키지 않고 동작하도록 하기 위해서, 모든 전자 제품에서 EMI 노이즈 방출량을 엄격히 규제하고 있다. 따라서 대부분의 전자 제품들은, 노이즈 방출량에 대한 규제를 만족하기 위해, EMI 노이즈 전류를 저감시키는 노이즈 저감 장치(예: EMI 필터)를 필수적으로 포함한다. 예를 들면, 에어컨과 같은 백색가전, 전기차, 항공, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 등에서, EMI 필터가 필수적으로 포함된다. 종래의 EMI 필터는, 전도성 방출(CE) 노이즈 중 공통 모드(Common Mode, CM) 노이즈를 저감시키기 위해 공통 모드 초크(CM choke)를 이용한다. 공통 모드(CM) 초크는 수동 필터로써, 공통 모드 노이즈 전류를 억제하는 역할을 한다.
한편, 고전력/고전류 시스템에서 공통 모드 초크의 자기 포화를 방지하며 노이즈 저감 성능을 유지하기 위해서는, 공통 모드 초크의 사이즈를 키우거나 개수를 늘려야 한다. 이로 인해 고전력 제품을 위한 EMI 필터의 크기와 가격이 매우 증가하는 문제점이 발생하였다.
최근에는 상술한 바와 같은 수동 EMI 필터의 단점을 극복하기 위하여, 증폭기를 포함하는 능동 EMI 필터의 개발에 대한 관심이 증가하고 있다.
그런데 아날로그 회로로 구성된 증폭기를 포함하는 능동 EMI 필터의 경우 EMI 노이즈를 상쇄한 후, 상기 노이즈에 대한 정보를 수집하기가 근본적으로 어렵다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, EMI 노이즈를 디지털 데이터로써 제공할 수 있는 능동형 보상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 둘 이상의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 발생하는 노이즈를 능동적으로 보상하는 능동형 보상 장치는, 상기 대전류 경로 상의 공통 모드 노이즈 신호에 대응하는 출력 신호를 생성하는 센싱부; 상기 출력 신호를 입력 받아 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 적어도 기초하여 노이즈 데이터와 증폭 신호를 각각 생성하고, 상기 노이즈 데이터와 상기 증폭 신호를 출력하는 IC부; 상기 증폭 신호에 기초하여 상기 대전류 경로로부터 보상 전류를 인출시키거나 상기 대전류 경로 상에 보상 전압을 발생시키는 보상부;를 포함하고, 상기 노이즈 데이터는 외부 장치로 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 IC부는, 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 복구하고, 상기 아날로그 신호를 증폭하여 상기 증폭 신호를 생성하고, 제1 출력 단자를 통해 상기 증폭 신호를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 IC부는, 아날로그 디지털 변환부; 및 상기 출력 신호를 입력 받아, 상기 아날로그 디지털 변환부에 사용 가능한 저전압 아날로그 신호로 감쇠시키는 입력 버퍼;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 아날로그 디지털 변환부는, 상기 저전압 아날로그 신호로부터 상기 디지털 신호를 생성하는 컨버터 회로와, 상기 노이즈 데이터의 결함을 저감하기 위해 상기 디지털 신호를 가공 및 출력하는 구성을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 IC부는, 상기 디지털 신호를 입력 받아 아날로그 신호로 복구하는 디지털 아날로그 변환부와, 상기 아날로그 디지털 변환부의 내부 회로를 제어하기 위한 클락 신호를 자체적으로 생성하기 위한 전압 제어 발진기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 IC부는 하나의 IC 칩으로 이루어지며, 상기 하나의 IC 칩은, 상기 센싱부의 출력 신호를 입력 받는 입력 단자, 상기 증폭 신호를 출력하는 제1 출력 단자, 및 상기 노이즈 데이터를 출력하는 제2 출력 단자들을 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 능동 EMI 필터를 사용하여 EMI 노이즈를 상쇄함과 동시에 EMI 노이즈 데이터를 수집할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 능동 EMI 필터로부터 노이즈 데이터를 추출 및 수집하여 다양한 용도로 활용할 수 있다. 예를 들면 본 발명의 실시예에 따른 능동 EMI 필터로부터 출력된 노이즈 데이터는, 상태 변화 또는 비상 상황의 감시를 위해 모니터링될 수 있다. 또한 노이즈 데이터는 빅데이터 처리에 활용될 수 있다.
물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100)를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100A)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 IC부(500)의 구체적인 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 일 실시예에서 입력 버퍼(510)의 일 예시로서 입력 버퍼(510-1)를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에서 입력 버퍼(510)의 다른 일 예시로서 입력 버퍼(510-2)를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에서 아날로그 디지털 변환부(520)의 일 예를 나타낸다.
도 8은 도 2에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100A-1)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9은 도 1에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100B)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100C)를 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100D)를 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 IC부(500)의 구체적인 일 예를 도시한 것이다.
도 13은 일 실시예에 따른 비상 상황 감지 방법에 대한 알고리즘을 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 둘 이상의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 발생하는 노이즈를 능동적으로 보상하는 능동형 보상 장치는, 상기 대전류 경로 상의 공통 모드 노이즈 신호에 대응하는 출력 신호를 생성하는 센싱부; 상기 출력 신호를 입력 받아 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 적어도 기초하여 노이즈 데이터와 증폭 신호를 각각 생성하고, 상기 노이즈 데이터와 상기 증폭 신호를 출력하는 IC부; 상기 증폭 신호에 기초하여 상기 대전류 경로로부터 보상 전류를 인출시키거나 상기 대전류 경로 상에 보상 전압을 발생시키는 보상부;를 포함하고, 상기 노이즈 데이터는 외부 장치로 제공될 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, 구성 요소, 부, 블록, 모듈 등이 연결되었다고 할 때, 구성 요소, 부, 블록, 모듈들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 구성요소, 부, 블록, 모듈들 중간에 다른 구성 요소, 부, 블록, 모듈들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100)를 포함하는 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다. 능동형 보상 장치(100)는, 제1 장치(300)로부터 둘 이상의 대전류 경로(111, 112)를 상에서 공통 모드(Common Mode, CM)로 발생하는 노이즈 전류 In(예: EMI 노이즈 전류) 및/또는 노이즈 전압(예: EMI 노이즈 전압)을 능동적으로 보상할 수 있다.
도 1을 참조하면, 능동형 보상 장치(100)는, 센싱부(120), IC부(500), 및 보상부(140)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 제1 장치(300)는 제2 장치(200)가 공급하는 전원을 사용하는 다양한 형태의 장치일 수 있다. 가령 제1 장치(300)는 제2 장치(200)가 공급하는 전원을 이용하여 구동되는 부하일 수 있다. 또한 제1 장치(300)는 제2 장치(200)가 공급하는 전원을 이용하여 에너지를 저장하고, 저장된 에너지를 이용하여 구동되는 부하(예컨대 전기 자동차)일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 제2 장치(200)는 제1 장치(300)에 전원을 전류 및/또는 전압의 형태로 공급하기 위한 다양한 형태의 장치일 수 있다. 가령 제2 장치(200)는 전원을 생산하여 공급하는 장치일 수도 있고, 다른 장치에 의해 생산된 전원을 공급하는 장치(예컨대 전기 자동차 충전 장치)일 수도 있다. 물론 제2 장치(200)는 저장된 에너지를 공급하는 장치일 수도 있다. 다만 이에 한정되지 않는다. 제1 장치(300) 측에는 전력 변환 장치가 위치할 수 있다. 예를 들면 상기 전력 변환 장치의 스위칭 동작에 의해, 공통 모드의 노이즈 전류 In이 대전류 경로(111, 112) 상에 발생할 수 있다. 또는 예를 들면 제1 장치(300) 측에서 누설된 노이즈 전류가 그라운드(예: 기준전위 1)를 경유하여 제2 장치(200)를 통해 대전류 경로(111, 112)로 흘러 들어옴으로써, 노이즈 전류 In이 발생할 수 있다.
대전류 경로(111, 112) 상에 동일한 방향으로 발생하는 노이즈 전류 In을 공통 모드 노이즈 전류라 할 수 있다. 또한, 공통 모드 노이즈 전압 Vn은, 대전류 경로(111, 112) 간에 발생하는 전압이 아닌, 그라운드(예: 기준전위 1)와 대전류 경로(111, 112) 사이에 발생하는 전압일 수 있다.
예를 들면, 제1 장치(300) 측은 노이즈 소스에 대응할 수 있으며, 제2 장치(200) 측은 노이즈 리시버에 대응할 수 있다.
둘 이상의 대전류 경로(111, 112)는 제2 장치(200)에 의해 공급되는 전원, 즉 대전류(I21, I22)를 제1 장치(300)에 전달하는 경로일 수 있는데, 예컨대 전력선일 수 있다. 예를 들면, 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각은 라이브선(Live line)과 중성선(Neutral line)일 수 있다. 대전류 경로(111, 112)의 적어도 일부는 보상 장치(100)를 통과할 수 있다. 대전류(I21, I22)는, 제2 주파수 대역의 주파수를 갖는 교류 전류일 수 있다. 제2 주파수 대역은 예를 들면, 50Hz 내지 60Hz 대역일 수 있다.
또한 둘 이상의 대전류 경로(111, 112)는, 제1 장치(300) 측으로부터 노이즈 전류 In이 제2 장치(200)에 전달되는 경로일 수 있다. 또는 그라운드(예: 기준전위 1)에 대하여 노이즈 전압 Vn이 발생하는 경로일 수도 있다.
노이즈 전류 In 또는 노이즈 전압 Vn은 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 각각에 대해 공통 모드(Common Mode)로 입력될 수 있다. 노이즈 전류 In은 다양한 원인에 의해 제1 장치(300)에서 의도치 않게 발생되는 전류일 수 있다. 가령 노이즈 전류 In은 제1 장치(300)와 주변 환경 사이의 기생 커패시턴스(Capacitance)로 인한 노이즈 전류일 수 있다. 또는 노이즈 전류 In은, 제1 장치(300)의 전력 변환 장치의 스위칭 동작에 의해 발생되는 노이즈 전류일 수 있다. 노이즈 전류 In 및 노이즈 전압 Vn은 제1 주파수 대역의 주파수를 가질 수 있다. 제1 주파수 대역은 전술한 제2 주파수 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있다. 제1 주파수 대역은 예를 들면, 150KHz 내지 30MHz 대역일 수 있다.
도면에서 노이즈 전류 In 및 노이즈 전압 Vn은, 대전류 경로(111, 112) 상에서 제1 장치(300)와 센싱부(120) 사이의 노드에 도시되었지만, 본 문서에서 '노이즈 전류' 및 '노이즈 전압'이라는 용어는 이에 한정되는 것이 아니며, 대전류 경로(111, 112) 전체에 걸쳐 제1 주파수를 가지고 공통 모드로 발생할 수 있는 전압 및 전류를 지칭할 수 있다.
한편 둘 이상의 대전류 경로(111, 112)는 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 경로를 포함할 수도 있고, 세 개의 경로(예: 3상 3선의 전력 시스템) 또는 네 개의 경로(예: 3상 4선의 전력 시스템)를 포함할 수도 있다. 대전류 경로(111, 112)의 수는 제1 장치(300) 및/또는 제2 장치(200)가 사용하는 전원의 종류 및/또는 형태에 따라 달라질 수 있다.
센싱부(120)는 둘 이상의 대전류 경로(111, 112) 상의 노이즈 전류 In을 감지하고, 노이즈 전류 In에 대응하는 출력 신호를 IC부(500) 측으로 생성할 수 있다. 즉, 센싱부(120)는 대전류 경로(111, 112) 상의 노이즈 전류 In을 감지하는 수단을 의미할 수 있다. 센싱부(120)에는, 노이즈 전류 In의 센싱을 위하여 대전류 경로(111, 112)의 적어도 일부가 통과할 수 있지만, 센싱부(120) 내에서 센싱에 의한 출력 신호가 생성되는 부분은, 대전류 경로(111, 112)와 절연될 수 있다. 예를 들면 센싱부(120)는 센싱 변압부로 구현될 수 있다. 센싱 변압부는 대전류 경로(111, 112)와 절연된 상태에서 대전류 경로(111, 112) 상의 노이즈 전류 In를 감지할 수 있다.
IC부(500)는 센싱부(120)에 전기적으로 연결되어, 센싱부(120)가 출력한 출력 신호의 증폭 신호에 상응하는 보상 신호(S1)를 생성할 수 있고, 또한 상기 출력 신호의 디지털 신호에 상응하는 노이즈 데이터(S2)를 생성할 수 있다. 본 발명에서 '증폭'은 증폭 대상의 크기 및/또는 위상을 조절하는 것을 의미할 수 있다. IC부(500)는 다양한 수단으로 구현될 수 있으며, 능동 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, IC부(500)는 노이즈를 상쇄하기 위한 보상 신호(S1)를 보상부(140)로 출력하며, 상기 노이즈를 나타내는 디지털 데이터(S2)를 외부로 출력할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, IC부(500)는 센싱부(120)로부터 출력된 출력 신호(즉, 노이즈에 대응하는 신호)를 디지털 신호로 변환하는 회로를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, IC부(500)는 상기 디지털 신호를 기초로 생성된 노이즈 데이터를 외부로 출력할 수 있다. 또한 IC부(500)는 상기 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하고 증폭하여, 보상 신호(S1)로써 보상부(140)로 출력할 수 있다. IC부(500)의 상세한 구성의 예는 도 3 내지 도 7에서 후술된다.
예를 들어 능동형 보상 장치(100)에서 출력된 노이즈 데이터(S2)는 데이터 스토리지로 전달되어 저장되거나, 파형 디스플레이 장치로 전달될 수 있다. 예를 들어 상기 노이즈 데이터(S2)는, 상태 변화나 비상 상황을 감시하기 위해 모니터링될 수 있다. 상기 노이즈 데이터(S2)는 빅데이터 처리 또는 인공지능 기술에 활용될 수도 있을 것이다.
한편 IC부(500)는 제1 장치(300) 및/또는 제2 장치(200)와 구분되는 제3 장치(400)로부터 전원을 공급받아, 센싱부(120)가 출력한 출력 신호를 증폭하여 증폭 전류/전압을 보상 신호(S1)로써 생성하며 상기 출력 신호를 기초로 노이즈 데이터(S2)를 생성할 수 있다. 이때 제3 장치(400)는 제1 장치(300) 및 제2 장치(200)와 무관한 전원으로부터 전원을 공급 받아 IC부(500)의 입력 전원을 생성하는 장치일 수 있다. 선택적으로 제3 장치(400)는 제1 장치(300) 및 제2 장치(200) 중 어느 하나의 장치로부터 전원을 공급 받아 IC부(500)의 입력 전원을 생성하는 장치일 수도 있다.
IC부(500)는 보상부(140) 측으로 보상 신호(S1)로써 증폭 전압 또는 증폭 전류를 출력할 수 있다. 상기 보상 신호(S1)는 보상부(140)로 입력된다. 보상부(140)는 입력된 보상 신호(증폭 전압 또는 증폭 전류)에 기초하여 보상 전압 또는 보상 전류를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 보상부(140)는 IC부(500)에서 출력된 증폭 전압에 기초하여, 대전류 경로(111, 112) 상에 직렬로 보상 전압을 발생시킬 수 있다. 보상부(140)의 출력 측은 대전류 경로(111, 112)에 직렬로 보상 전압을 발생시킬 수 있지만, IC부(500)와는 절연될 수 있다. 예를 들면, 보상부(140)는 상기 절연을 위해 보상 변압기로 이루어질 수 있다. 예를 들면 상기 보상 변압기의 1차 측에는 IC부(500)에서 출력된 보상 신호가 걸리고, 보상 변압기의 2차 측에는 상기 보상 신호에 기초한 보상 전압이 생성될 수 있다. 상기 보상 전압은 대전류 경로(111, 112) 상에 흐르는 노이즈 전류 In를 억제하는 효과를 줄 수 있다. 이 경우 보상부(140)는 전압 보상에 해당할 수 있다. 전압 보상에 대한 상세한 설명은, 도 2, 도 8, 도 11에서 후술된다.
다른 일 실시예에 따르면, 보상부(140)는 IC부(500)에서 출력된 증폭 전류에 기초하여 보상 전류를 생성할 수 있다. 상기 보상 전류는, 대전류 경로(111, 112) 상에 주입(inject)되거나 대전류 경로(111, 112)로부터 인출됨으로써, 대전류 경로(111, 112) 상의 노이즈 전류 In을 상쇄 또는 저감시킬 수 있다. 이 경우 보상부(140)는 전류 보상에 해당할 수 있다. 전류 보상에 대한 상세한 설명은, 도 9, 도 10, 도 11에서 후술된다. 한편 보상부(140)의 출력 측은 대전류 경로(111, 112)에 상기 보상 전류를 흘려주기 위해 대전류 경로(111, 112)와 연결될 수 있지만, IC부(500)와는 절연될 수 있다. 예를 들면 보상부(140)는 상기 절연을 위해 보상 변압기를 포함할 수 있다.
보상부(140)는 제1 장치(300) 측으로부터 입력되는 노이즈를 전원 측인 앞 단에서 보상하는 피드포워드(feedforward) 타입일 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 능동형 보상 장치(100)는, 노이즈를 후단으로 돌아가서 보상하는 피드백(feedback) 타입의 보상부를 포함할 수도 있다(도 10 참조).
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100A)를 개략적으로 도시한 것이다. 능동형 보상 장치(100A)는, 센싱부(120A), IC부(500), 보상부(140A)를 포함할 수 있다.
도 2 및 이하의 도면에서, 제1 장치(300) 및 제2 장치(200)는 생략될 수 있다. 즉, 능동형 보상 장치(100A)의 전단(예: 보상부(140A) 측)의 대전류 경로(111, 112)는 제2 장치(200)의 전력선과 연결될 수 있으며, 후단(예: 센싱부(120A) 측)의 대전류 경로(111, 112)는, 제1 장치(300)의 전력선과 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전술한 센싱부(120)는 센싱 변압기(120A)를 포함할 수 있다.
센싱 변압기(120A)는 대전류 경로(111, 112)와 절연된 상태에서 대전류 경로(111, 112) 상의 노이즈 전류 In 또는 노이즈 전류 In으로 인해 센싱 변압기(120A)의 양단에 유도된 전압(예: Vchoke)을 감지하기 위한 수단일 수 있다.
센싱 변압기(120A)는, 대전류 경로(111, 112) 상에 배치되는 1차 측(121), 및 IC부(500)의 입력단과 연결된 2차 측(122)을 포함할 수 있다. 센싱 변압기(120A)는 대전류 경로(111, 112) 상에 배치되는 1차 측(121)(예: 1차 권선)에서, 노이즈 전류 In에 의해 유도되는 자속 밀도에 기초하여 2차 측(122)(예: 2차 권선)에 유도 전류 또는 유도 전압(Vsen)을 생성할 수 있다. 상기 센싱 변압기(120A)의 1차 측(121)은, 예를 들면 하나의 코어에 제1 대전류 경로(111) 및 제2 대전류 경로(112)가 각각 감겨있는 권선일 수 있다.
센싱 변압기(120A)는 구체적으로, 제1 대전류 경로(111)(예: 라이브선) 상의 노이즈 전류 In에 의해 유도되는 자속 밀도와, 제2 대전류 경로(112)(예: 중성선) 상의 노이즈 전류 In에 의해 유도되는 자속 밀도가 서로 중첩(또는 보강)되도록 구성될 수 있다. 이 때, 대전류 경로(111, 112) 상에는 대전류(I21, I22)도 흐르는데, 제1 대전류 경로(111) 상의 대전류(I21)에 의해 유도되는 자속 밀도와, 제2 대전류 경로(112) 상의 대전류(I22)에 의해 유도되는 자속 밀도는 서로 상쇄되도록 구성될 수 있다. 또한 일 예를 들면, 센싱 변압기(120A)는 제1 주파수 대역(예를 들어 150KHz 내지 30MHz의 범위를 갖는 대역)의 노이즈 전류 In에 의해 유도되는 자속 밀도의 크기가 제2 주파수 대역(예를 들어 50Hz 내지 60Hz의 범위를 갖는 대역)의 대전류(I21, I22)에 의해 유도되는 자속 밀도의 크기보다 크도록 구성될 수 있다.
이와 같이 센싱 변압기(120A)는 대전류(I21, I22)에 의해 유도되는 자속 밀도가 서로 상쇄될 수 있게 구성되어, 노이즈 전류 In만이 감지되도록 할 수 있다. 즉, 센싱 변압기(120A)의 2차 측(122)에 유도되는 전압(Vsen)은, 노이즈 전류 In에 따른 1차 측(121)의 유도 전압(예: Vchoke)이 일정 비율로 변환된 전압일 수 있다.
IC부(500)는 센싱 변압기(120A)의 2차 측에 유도되는 유도 전압(Vsen)을 증폭시켜서 보상 신호(S1)로 출력할 수 있다. 또한 IC부(500)는 상기 유도 전압 Vsen에 기초하여 노이즈 데이터(S2)를 출력할 수 있다. IC부(500)의 상세한 구성의 예는 도 3 내지 도 7에서 후술된다.
일 실시예에 따르면, 전술한 보상부(140)는 보상 변압기(140A)를 포함할 수 있다.
보상 변압기(140A)는 능동 소자를 포함하는 IC부(500)를 대전류 경로(111, 112)로부터 절연시킬 수 있다. 보상 변압기(140A)는 대전류 경로(111, 112)와 절연된 상태에서, IC부(500)에서 출력된 보상 신호(S1)에 기초하여 대전류 경로(111, 112)에 보상 전압 Vinj1을 유도하여, 전압 보상을 위한 수단일 수 있다.
보상 변압기(140A)는 예를 들면 하나의 코어에 1차 측(141) 전선 및 2차 측(142) 전선이 통과하거나 적어도 1회 이상 감긴 구조일 수 있다. 상기 1차 측(141) 전선은, IC부(500)에서 출력된 보상 신호(S1)가 흐르는 전선이며, 2차 측(142) 전선은, 대전류 경로(111, 112)에 해당할 수 있다.
보상 변압기(140A)는 1차 측(141)에 발생한 증폭 전압에 기초하여 2차 측(142)인 대전류 경로(111, 112) 상에 보상 전압 Vinj1을 유도할 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100A)는 감결합 커패시터부(170)를 더 포함할 수 있다.
감결합 커패시터부(170)는, 예를 들면 센싱부(120)와 제1 장치(300)의 사이에 배치될 수 있으며, 일 단이 기준전위 1(601)과 연결되고 타 단이 대전류 경로(111, 112)와 각각 연결되는 두 개의 Y-커패시터로 구성될 수 있다.
한편 IC부(500)의 기준전위(기준전위 2, 602)와 보상 장치(100A)의 기준전위(기준전위 1, 601)는 서로 구분되는 전위일 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 IC부(500)의 구체적인 일 예를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IC부(500)는 입력 버퍼(510), 아날로그 디지털 변환부(520), 디지털 아날로그 변환부(530), 출력 증폭기(540), 선형 레귤레이터(550)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 IC부(500)의 각 구성들을 보다 구체적으로 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, IC부(500)는 물리적으로 하나의 IC 칩일 수 있다. 이 실시예에 따르면, 전술한 바와 같은 디지털 노이즈 데이터와 보상 신호가 하나의 IC 칩에서 생성될 수 있다. 다시 말하면 노이즈 데이터를 생성하는 구성(예: 회로)과 보상 신호를 생성하는 구성이 하나의 IC 칩 상에 구현될 수 있다. 다만 이는 일 실시예일뿐이며, 다른 실시예에서 노이즈 데이터를 생성하는 구성과 보상 신호를 생성하는 구성이 하나 이상의 서로 다른 칩 또는 패키지 상에 구현될 수 있다.
IC부(500)은 센싱부(120)의 출력 신호를 입력 받는 입력 단자(VIN), 보상 신호를 출력하는 제1 출력 단자(VOUT), 및 디지털 노이즈 데이터를 출력하는 제2 출력 단자들(VOUT2)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 센싱부(120)는 노이즈 신호(In 또는 Vn)를 센싱하여 노이즈 신호에 대응하는 출력 신호를 생성할 수 있다. 센싱부(120)에서 출력된 출력 신호는 IC부(500)의 입력 신호가 된다.
센싱부(120)의 출력 신호는, IC부(500)의 입력 단자(VIN)을 통해 입력 버퍼(510)로 입력될 수 있다. 입력 버퍼(510)의 입력 신호는 노이즈 신호에 대응할 것이다.
일 실시예에서 입력 버퍼(510)의 입력 노이즈 신호는 10V 이상의 고전압 스윙(swing)일 수 있다. 따라서 예를 들어 입력 버퍼(510)는 충분한 내압과 성능을 가지는 high-swing DMOS일 수 있다.
도 5는 일 실시예에서 입력 버퍼(510)의 일 예시로서 입력 버퍼(510-1)를 나타내며, 도 6은 일 실시예에서 입력 버퍼(510)의 다른 일 예시로서 입력 버퍼(510-2)를 나타낸다. 이하에서 입력 버퍼(510)에 대한 설명은, 입력 버퍼(510, 510-1, 510-2)에 대한 설명을 모두 포함할 수 있다.
입력 노이즈 신호가 10V 이상의 고전압 신호일 수 있으므로 입력 버퍼(510, 510-1, 510-2)는 고전압(high-voltage, HV) 입력 버퍼일 수 있다. 예를 들어 입력 버퍼(510)의 목표 내압은 12V일 수 있고, 입력 임피던스는 100kohm 이상일 수 있으며, 대역폭(BW)은 약 30Mhz에 상응할 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않는다.
입력 버퍼(510)는 입력 신호의 왜곡을 최소화하며 입력 신호를 ADC(520)에 사용 가능한 저전압 아날로그 신호로 감쇠시키는 감쇠기(attenuator) 역할을 할 수 있다. 다시 말해 입력 버퍼(510)는 예를 들면 입력 노이즈 신호의 진폭을 줄여서 ADC(520) 측으로 출력할 수 있다.
일 실시예에서 도 5와 같이 입력 버퍼(510-1)는 여러 단의 증폭기로 구성될 수도 있으며, 다른 실시예에서 도 6과 같이 입력 버퍼(510-2)는 1단의 반전 증폭기(inverting amplifier)로 구성될 수도 있다.
예를 들어 입력 버퍼(510-2)의 경우, 입력 신호가 Vin일 때 출력 신호 Vo는 아래의 수학식 1과 같을 수 있다.
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한편 입력 버퍼(510)에서 출력된 감쇠 신호는 아날로그 디지털 변환부(ADC, 520)로 입력될 수 있다. 아날로그 디지털 변환부(520)에 입력되는 감쇠 신호는 EMI 노이즈 신호에 상응할 수 있다. 여기서 상응한다는 EMI 노이즈 신호의 크기가 일정 비율로 변화된 것을 의미할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
아날로그 디지털 변환부(520)는 상기 감쇠 신호를 입력 받아 디지털 신호로 변환할 수 있고, 상기 디지털 신호를 기초로 디지털 노이즈 데이터(S2)를 출력할 수 있다. 또한 상기 디지털 신호는 디지털 아날로그 변환부(530)로 전달되어 보상 신호(S1)를 생성하는 데 사용될 수 있다.
도 7은 일 실시예에서 아날로그 디지털 변환부(520)의 일 예를 나타낸다. 일 실시예에 따르면 아날로그 디지털 변환부(520)는 컨버터 회로(521), 디지털 블록(522), 및/또는 출력 버퍼(523)를 포함할 수 있다.
컨버터 회로(521)는 아날로그 디지털 변환부(520)의 데이터 처리 코어라 할 수 있다. 일 예를 들면 컨버터 회로(521)는 도 7에 도시된 바와 같이 flash ADC로 구성될 수 있다. Flash ADC는 입력 아날로그 신호의 크기에 따라 온도계 코드(thermometer code) 형식의 디지털 신호를 출력할 수 있다. 일 예에서 온도계 코드 형식의 디지털 신호는 DAC(530)로 전달되어 보상 신호(S1)의 생성에 기초가 될 수 있다(도 4 참조).
하지만 컨버터 회로(521)는 flash ADC에 한정되지 않으며, 예를 들면 SAR (successive approximation register) ADC 또는 sigma-delta ACD를 포함할 수 있으며 다른 타입의 ADC로 구성될 수도 있다.
컨버터 회로(521)는 입력 저전압 아날로그 신호로부터 디지털 신호를 생성할 수 있다. 컨버터 회로(521)에 의해 생성된 디지털 신호는 DAC(530)로 전달되어 보상 신호(S1)의 생성에 기초가 될 수 있다(도 4 참조).
한편, 컨버터 회로(521)에서 출력된 디지털 신호는 디지털 블록(522)으로 입력될 수 있다. 디지털 블록(522)은 예를 들면, 그레이 인코더(gray encoder), 그레이 투 바이너리 컨버터(gray to binary converter), 및/또는 데스큐 래치(deskew latch)를 포함함으로써, 결함(glitch)을 최소화하는 바이너리 코드(binary code)를 생성할 수 있다.
디지털 블록(522)은 예를 들면 디지털 노이즈 데이터(S2)의 결함을 최소화하기 위해 컨버터 회로(521)에서 출력된 디지털 신호를 가공하는 구성일 수 있다.
디지털 블록(522)에서 출력된 신호는 출력 버퍼(523)를 통해 노이즈를 나타내는 바이너리 코드 형식의 디지털 노이즈 데이터(S2)로 출력될 수 있다. 노이즈 데이터(S2)는 5비트 신호로 출력될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 실시예에 따라 8비트 내지 10비트 신호로 출력될 수도 있으며 그 외도 가능하다.
노이즈 데이터(S2)는 제2 출력 단자들(VOUT2)을 통해 능동형 보상 장치(100)의 외부로 출력될 수 있다. 제2 출력 단자들(VOUT2)은 예를 들면 데이터 스토리지 또는 파형 디스플레이 장치와 같은 외부 장치로 연결될 수 있다. 능동형 보상 장치(100)의 외부로 출력된 노이즈 데이터(S2)는 상태 변화나 비상 상황을 감시하기 위해 모니터링될 수 있다. 노이즈 데이터(S2)는 빅데이터 처리 또는 인공지능 기술에 활용될 수도 있을 것이다.
한편 일 실시예에서 아날로그 디지털 변환부(520)의 목표 입력 전압 레벨은 0.3V 내지 1.3V에 상응하도록 설계될 수 있고, 스위칭 주파수(switching frequency)는 약 800Mhz에 상응하도록 설계될 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 목표 입력 전압 레벨이 0.3V 내지 1.3V로 설계되는 경우, 도 7에서 VREFN이 0.3V, VREFP이 1.3V에 상응할 수 있다. 또한 일 실시예에서 VDDA는 약 1.8V에 상응하도록 설계될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
다시 도 4를 참조하면, 아날로그 디지털 변환부(520)에서 생성된 디지털 신호는 보상 신호(S1)의 생성을 위해 디지털 아날로그 변환부(530)로 전달될 수 있다. 상기 디지털 신호는 예를 들면 온도계 코드 형식일 수 있다. 디지털 아날로그 변환부(530)는 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 변환된 아날로그 신호를 출력 증폭기(540)로 출력할 수 있다.
출력 증폭기(540)는 상기 아날로그 신호를 입력 받아 증폭시킬 수 있다. 증폭된 신호는 보상 신호(S1)로써 제1 출력 단자(VOUT)를 통해 출력될 수 있다. 제1 출력 단자(VOUT)를 통해 출력된 보상 신호(S1)는 전술한 보상부(140)로 입력될 수 있다.
한편 보상 신호(S1)는 충분히 커야 하므로 출력 증폭기(540)는 고전압(high-voltage, HV) DMOS로 설계될 수 있다. 예를 들어 DAC(530)의 스위칭 주파수(switching frequency)는 약 800Mhz에 상응하도록 설계될 수 있고, 출력 증폭기(540)의 출력 전압은 약 12V에 상응하도록 설계될 수 잇고, 출력 증폭기(540)의 출력 전류는 약 1A에 상응하도록 설계될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
IC부(500)는 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO, 560)를 더 포함할 수 있다. 전압 제어 발진기(560)는 입력 전압에 따라 주파수가 달라지는 클락 신호를 생성할 수 있다. 이러한 전압 제어 발진기(560)는 외부 클락 생성기 없이 능동형 보상 장치(100) 자체적으로 클락 신호를 생성하기 위해 IC부(500)에 내장될 수 있다.
일 예에서 전압 제어 발진기(560)는 IC부(500)의 단자(Vctrl)를 통해 외부(예: 제3 장치(400))로부터 상기 입력 전압을 입력받을 수 있다. 전압 제어 발진기(560)에서 생성된 클락 신호는 ADC(520)로 전달되어 내부 회로의 제어에 사용될 수 있다.
선형 레귤레이터(550)는 ADC(520), VCO(560) 등 IC부(500)의 내부 회로를 구동하기 위한 DC 저전압을 생성할 수 있다. 일 예에서 선형 레귤레이터(550)는 IC부(500)의 단자(VSS, VDD)를 통해 외부(예: 제3 장치(400))로부터 약 12V의 입력 전압을 받아서 약 1.8V의 DC 저전압을 출력할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다. 상기 DC 저전압은 ADC(520), VCO(560) 등 IC부(500)의 내부 회로를 구동하는 데 이용될 수 있다.
도 8은 도 2에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100A-1)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 8에서 편의상 제3 장치(400)는 생략되었다.
도 8을 참조하면, 능동형 보상 장치(100A-1)는 센싱부(120A-1), IC부(500), 및 보상 변압기(140A-1)를 포함할 수 있다. 센싱부(120A-1), IC부(500), 및 보상 변압기(140A-1)는 각각 전술한 센싱부(120, 120A), IC부(500), 및 보상부(140, 140A)의 일 예이다.
능동형 보상 장치(100A-1)는 제1 장치(300)와 연결되는 두 개의 대전류 경로(111, 112) 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전류 In을 센싱하여 이를 보상 전압 Vinj1으로 능동적으로 보상할 수 있다.
센싱부(120A-1)는 예를 들면 대전류 경로(111, 112)에 해당하는 전력선이 감긴 CM 초크에 2차 측 전선이 덧감긴 센싱 변압기일 수 있다. 상기 2차 측 전선은 IC부(500)의 입력 단자(VIN)로 연결될 수 있다.
이와 같이 CM 초크를 이용하여 센싱부(120A-1)를 형성하는 경우, 센싱부(120A-1)는 센싱 및 변압의 기능만 하는 것이 아니라, CM 초크로써 수동 필터의 역할을 할 수 있다. 즉, CM 초크에 2차 측 전선을 덧감아서 형성된 센싱 변압기는 노이즈 전류 In의 센싱 및 변압과 함께, 노이즈 전류 In을 억제 또는 저지하는 역할을 동시에 할 수 있다.
한편, 센싱부(120A-1)의 출력 신호(Vsen)는 IC부(500)로 입력될 수 있다. IC부(500)는 전술한 바와 같이 상기 출력 신호(Vsen)를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 기초하여 노이즈 데이터(S2)를 생성 및 출력하고, 상기 디지털 신호에 기초하여 보상 신호(또는 증폭 신호)(S1)를 출력할 수 있다.
노이즈 데이터(S2)는, 능동형 보상 장치(100A-1) 외부의 데이터 스토리지에 저장되고 활용될 수 있다.
보상 신호(S1)는 보상 변압기(140A-1)의 입력 전압에 상응할 수 있다. 보상 변압기(140A-1)는 1차 측에 걸리는 상기 입력 전압에 기초하여 2차 측인 대전류 경로(111, 112) 상에 직렬로 보상 전압 Vinj1을 유도할 수 있다. 대전류 경로(111, 112) 상에 직렬로 생성되는 보상 전압 Vinj1은 대전류 경로(111, 112) 상에 흐르는 노이즈 전류 In를 억제하는 효과를 줄 수 있다.
이와 같은 능동형 보상 장치(100A-1)는 노이즈 전류 In을 센싱하여 보상 전압 Vinj1으로 보상하는 CSVC(current sensing voltage compensating) 타입의 일 예시이다.
도 9은 도 1에 도시된 실시예의 보다 구체적인 일 예를 도시한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100B)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 9에서 편의상 제3 장치(400)는 생략되었다.
도 9을 참조하면, 능동형 보상 장치(100B)는 센싱 변압기(120B), IC부(500), 및 보상부(140B)를 포함할 수 있다. 센싱 변압기(120B), IC부(500), 및 보상부(140B)는 각각 전술한 센싱부(120, 120A), IC부(500), 및 보상부(140)의 일 예이다.
능동형 보상 장치(100B)는 제1 장치(300)와 연결되는 두 개의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전류 In을 센싱하여 이를 보상 전류 Iinj으로 능동적으로 보상할 수 있다.
센싱 변압기(120B)는 예를 들면 하나의 코어에 1차 측 전선 및 2차 측 전선이 통과하거나 적어도 1회 감긴 구조일 수 있다. 센싱 변압기(120B)의 1차 측 전선은 대전류 경로인 전력선에 상응할 수 있고, 센싱 변압기(120B)의 2차 측 전선은 IC부(500)의 입력단에 연결될 수 있다. 일 실시예에서 CM 초크가 아닌 코어에 1차 측 전선 및 2차 측 전선을 통과시키거나 적어도 1회 감음으로써, 센싱 변압기(120B)의 부피를 최소화할 수 있다.
센싱부(120B)의 출력 신호는 노이즈 전류 In의 크기에 비례할 수 있다.
센싱부(120B)의 출력 신호는 IC부(500)로 입력될 수 있다. IC부(500)는 전술한 바와 같이 상기 출력 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 기초하여 노이즈 데이터(S2)를 생성 및 출력하고, 상기 디지털 신호에 기초하여 보상 신호(또는 증폭 신호)(S1)를 출력할 수 있다.
노이즈 데이터(S2)는, 능동형 보상 장치(100B) 외부의 데이터 스토리지에 저장되고 활용될 수 있다.
보상 신호(S1)는 보상부(140B)에 입력될 수 있다. 이 실시예에서 보상부(140B)는 보상 변압기와 보상 커패시터부를 포함할 수 있다.
보상 변압기의 1차 측은 IC부(500)의 출력단과 연결되고, 보상 변압기의 2차 측은 대전류 경로와 연결될 수 있다. 보상 변압기는 IC부(500)를 대전류 경로와 절연시키면서, 1차 측에 흐르는 증폭 전류(즉, 보상 신호(S1))에 기초하여 대전류 경로에 주입하기 위한 보상 전류 Iinj를 2차 측에 생성할 수 있다.
보상 변압기의 2차 측은 보상 커패시터부와 기준전위를 연결하는 경로 상에 배치될 수 있다. 즉, 2차 측의 일 단은 보상 커패시터부를 통해 대전류 경로와 연결되고, 2차 측의 타 단은 능동형 보상 장치(100B)의 기준전위와 연결될 수 있다.
보상 변압기를 통해 변환된 전류(즉, 2차 측 전류) Iinj는, 보상 커패시터부를 통해 대전류 경로에 보상 전류로써 주입되거나, 인출될 수 있다. 이렇듯 보상 커패시터부는 보상 변압기의 2차 측에서 생성된 전류가 대전류 각각으로 흐르는 경로를 제공할 수 있다. 이를 통해 능동형 보상 장치(100B)는 EMI 노이즈를 저감할 수 있다.
보상 커패시터부는 일 단이 보상 변압기의 2차 측과 연결되고, 타 단이 대전류 경로와 연결되는 두 개의 Y-커패시터(Y-capacitor, Y-cap)를 포함할 수 있다.
이와 같은 능동형 보상 장치(100B)는 노이즈 전류 In을 센싱하여 전원 측인 앞 단에서 보상 전류 Iinj으로 보상하는 피드포워드(feedforward) CSCC(current sensing current compensating) 타입의 일 예시이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100C)를 개략적으로 도시한다. 편의상 제3 장치(400)는 생략되었다.
능동형 보상 장치(100C)는 제1 장치(300)와 연결되는 두 개의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전류 In을 센싱하여 이를 보상 전류 Iinj2으로 능동적으로 보상할 수 있다.
도 10를 참조하면, 능동형 보상 장치(100C)는 센싱부(120C), IC부(500), 및 보상부(140C)를 포함할 수 있다. 보상부(140C)는 보상 변압기와 보상 커패시터부를 포함할 수 있다.
센싱부(120C)는 도 8에서 설명한 센싱부(120A-1)에 상응하며, IC부(500)는 다양한 실시예에서 설명한 IC부(500)에 상응하며, 보상부(140C)는 도 9에서 설명한 보상부(140B)에 상응하므로, 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같은 능동형 보상 장치(100C)는 센싱한 노이즈 전류 In을 후단으로 돌아가서 보상 전류 Iinj2으로 보상하는 피드백(feedback) CSCC(current sensing current compensating) 타입의 일 예시이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 능동형 보상 장치(100D)를 개략적으로 도시한다. 편의상 제3 장치(400)는 생략되었다.
능동형 보상 장치(100D)는 제1 장치(300)와 연결되는 두 개의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 입력되는 노이즈 전류 In을 센싱하여 이를 보상 전압 Vinj1 및 보상 전류 Iinj2으로 병합적으로 보상할 수 있다.
도 11을 참조하면, 능동형 보상 장치(100D)는 센싱부(120D), IC부(500'), 제1 보상부(140D-1) 및 제2 보상부(140D-2)를 포함할 수 있다. 제2 보상부(140D-2)는 보상 변압기와 보상 커패시터부를 포함할 수 있다.
센싱부(120D)는 도 8에서 설명한 센싱부(120A-1)에 상응하며, 제1 보상부(140D-1)는 도 8에서 설명한 보상 변압기(140A-1)에 상응하며, 제2 보상부(140D-2)는 도 9에서 설명한 보상부(140B)에 상응하므로, 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
센싱부(120D)의 출력 신호는 IC부(500')로 입력될 수 있다. IC부(500')는 전술한 바와 같이 상기 출력 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 기초하여 노이즈 데이터(S2)를 생성 및 출력하고, 상기 디지털 신호에 기초하여 제1 보상 신호(S1-1) 및 제2 보상 신호(S1-2)를 출력할 수 있다.
일 예를 들자면 IC부(500')는 DAC(530)의 출력 신호로부터 제1 보상 신호(S1-1)를 출력하는 제1 증폭기와, DAC(530)의 출력 신호로부터 제2 보상 신호(S1-2)를 출력하는 제2 증폭기를 포함할 수 있다. 예를 들면 IC부(500')는 제1 보상 신호(S1-1)를 제1 보상부(140D-1) 측으로 출력하는 제1-1 출력 단자와, 제2 보상 신호(S1-2)를 제2 보상부(140D-2) 측으로 출력하는 제1-2 출력 단자를 구비할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
IC부(500')에서 출력된 제1 보상 신호(S1-1)는 제1 보상부(140D-1)의 입력 전압에 상응할 수 있다. 제1 보상부(140D-1)는 1차 측에 걸리는 상기 입력 전압에 기초하여 2차 측인 대전류 경로 상에 직렬로 보상 전압 Vinj1을 유도하는 보상 변압기일 수 있다. 대전류 경로 상에 직렬로 생성되는 보상 전압 Vinj1은 대전류 경로 상에 흐르는 노이즈 전류 In를 억제하는 효과를 줄 수 있다.
한편 제2 보상부(140D-2)에 포함된 보상 변압기는 IC부(500')에서 출력된 제2 보상 신호(S1-2)에 기초하여 대전류 경로에 주입하기 위한 보상 전류 Iinj2를 2차 측에 생성할 수 있다. 상기 보상 변압기를 통해 변환된 전류(즉, 2차 측 전류) Iinj2는, 보상 커패시터부를 통해 대전류 경로에 보상 전류로써 주입되거나, 인출될 수 있다.
일 실시예에서 제1 보상부(140D-1)는 센싱부(120D)의 앞에 배치되고, 제2 보상부(140D-2)는 센싱부(120D)의 뒤에 배치될 수 있다. 예를 들어 제1 보상부(140D-1)는 전압 보상을 하며, 동시에 제2 보상부(140D-2)는 전류 보상을 할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 공통모드 전압 및 전류를 동시에 보상할 수 있어, 노이즈 저감을 효과적으로 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 IC부(500)의 구체적인 일 예를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IC부(500)는 증폭부(130) 및 디지털 회로부(501)를 포함할 수 있다. 디지털 회로부(501)는 IC부(500)의 입력 신호인 아날로그 신호를 디지털 노이즈 데이터(S2)로 전환할 수 있으며, 입력 버퍼(510) 및 아날로그 디지털 변환부(520)를 포함할 수 있다.
IC부(500)는 선형 레귤레이터(550)와 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO, 560)를 더 포함할 수 있다. 선형 레귤레이터(550)는 IC부(500) 내부의 능동 소자들을 구동하기 위한 DC 저전압을 생성할 수 있다. 전압 제어 발진기(560)는 아날로그 디지털 변환부(540) 내부 회로를 제어하기 위한 클락 신호를 생성할 수 있다.
IC부(500)는 물리적으로 하나의 IC 칩일 수 있다. 이 실시예에 따르면, 전술한 바와 같은 디지털 노이즈 데이터(S2)와 보상 신호(S1)가 하나의 IC 칩으로부터 생성될 수 있다. 다시 말하면 노이즈 데이터(S2)를 생성하는 구성(예: 즉, 디지털 회로부(501))과 보상 신호(S1)를 생성하는 증폭부(130)가 하나의 IC 칩 상에 구현될 수 있다. 다만 이는 일 실시예일뿐이며, 다른 실시예에서 노이즈 데이터를 생성하는 구성과 보상 신호를 생성하는 구성이 하나 이상의 서로 다른 칩 또는 패키지 상에 구현될 수 있다.
IC부(500)는 센싱부(120)의 출력 신호를 입력 받는 입력 단자(VIN), 보상 신호(S1)를 출력하는 제1 출력 단자(VOUT), 및 디지털 노이즈 데이터(S2)를 출력하는 제2 출력 단자들(VOUT2)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 센싱부(120)는 노이즈 신호(In 또는 Vn)를 센싱하여 노이즈 신호에 대응하는 출력 신호를 생성할 수 있다. 센싱부(120)에서 출력된 출력 신호는 IC부(500)의 입력 신호가 된다.
센싱부(120)의 출력 신호는, IC부(500)의 입력 단자(VIN)을 통해 입력된 뒤, IC부(500) 내에서 증폭부(130) 및 디지털 회로부(501)의 입력 버퍼(510)로 각각 입력될 수 있다.
증폭부(130)는 아날로그 입력 신호를 증폭시킬 수 있다. 증폭된 아날로그 신호는 보상 신호(S1)로써 제1 출력 단자(VOUT)를 통해 출력될 수 있다. 제1 출력 단자(VOUT)를 통해 출력된 보상 신호(S1)는 전술한 보상부(140)로 입력될 수 있다. 한편 보상 신호(S1)는 충분히 커야 하므로 증폭부(130)의 출력 전압은 약 12V에 상응하도록 설계될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편 IC부(500)의 입력 단자(VIN)을 통해 입력된 신호는, 입력 버퍼(510) 및 와 아날로그 디지털 변환부(520)를 포함하는 디지털 회로부(501)로도 입력된다.
일 실시예에 따르면 디지털 회로부(501)의 입력 버퍼(510)로 입력된 노이즈 신호는 10V 이상의 고전압 스윙(swing)일 수 있다. 따라서 예를 들어 입력 버퍼(510)는 충분한 내압과 성능을 가지는 high-swing DMOS일 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 모든 실시예들은 서로 복합적으로 적용될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 능동형 보상 장치(100, 100A, 100A-1, 100B, 100C, 100D)를 사용하여 노이즈 신호를 보상함과 동시에 노이즈 데이터를 수집할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 능동형 보상 장치로부터 노이즈 데이터를 추출 및 수집하여 다양한 용도로 활용할 수 있다. 예를 들면 본 발명의 실시예에 따른 능동형 보상 장치로부터 출력된 노이즈 데이터는, 상태 변화 또는 비상 상황의 감시를 위해 모니터링될 수 있다. 또한 노이즈 데이터는 빅데이터 처리에 활용될 수 있다.
즉, 일 실시예에 따르면 상기와 같은 노이즈 데이터의 추출 및/또는 수집에 의하여, 예컨대 전력 사용 장치의 인버터가 고장이 나는 등의 비상 상황이 발생한 것을 감지할 수 있고, 이를 관리자에게 공지할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 비상 상황 감지 방법에 대한 알고리즘을 나타낸 것이다.
먼저 센싱부를 통해 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집을 감지할 수 있다(810). 여기서 제1 노이즈 신호 군집이란 복수 회 감지한 제1 노이즈 신호의 집합체를 말한다. 예컨대 같은 조건에서 복수 회 반복 측정된 제1 노이즈 신호의 집합체일 수 있다.
다음으로 이러한 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집을 디지털 데이터 처리한다(811). 이러한 디지털 데이터 처리는 전술한 실시예의 아날로그 디지털 변환부(520)를 통해 이루어질 수 있다.
이렇게 디지털 변환된 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집은 레퍼런스로 결정한다(820).
센싱부를 통해 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집을 감지할 수 있다(830). 여기서 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집은 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집과는 다른 시간, 조건 및/또는 환경인 상황에서 측정된 노이즈 신호를 말한다. 예컨대 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집이 인버터가 정상 동작하는 상태의 노이즈 신호라면, 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집은 인버터가 정상 동작하지 않은 상태에서의 노이즈 신호에 대응될 수 있다. 제2 노이즈 신호 군집이란 복수 회 감지한 제2 노이즈 신호의 집합체를 말한다. 예컨대 같은 조건에서 복수 회 반복 측정된 제2 노이즈 신호의 집합체일 수 있다.
다음으로 이러한 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집을 디지털 데이터 처리한다(831). 이러한 디지털 데이터 처리는 전술한 실시예의 아날로그 디지털 변환부(520)를 통해 이루어질 수 있다.
이후 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집을 레퍼런스인 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집과 비교한다(840).
이 때 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집이 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집과 일정 범위 내에서 유사성을 보일 경우, 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집이 측정된 상태가 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집이 측정된 상태와 달라지지 않은 것으로 간주할 수 있고, 다른 시간, 조건 및/또는 환경에서 다시 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집을 측정할 수 있다. 예컨대 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집을 측정한 시간, 조건 및/또는 환경이 정상 상황인 것으로 간주할 수 있다.
이 때 일정 범위 내에서의 유사성이란, 미리 정해진 범위 내에서의 오차 범위 내에서의 일치함을 포함하는 것일 수 있다.
제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집이 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집과 일정 범위 내에서 차이점을 보일 경우, 제2 노이즈 신호 및/또는 제2 노이즈 신호 군집이 측정된 상태가 제1 노이즈 신호 및/또는 제1 노이즈 신호 군집이 측정된 상태와 달라진 것으로 간주하고 이러한 상태 변화를 사용자에게 표시할 수 있다(850).
사용자는 이러한 상태 변화에 대응하여 고장 여부에 대하여 진단을 수행하거나 다른 조치를 취하도록 할 수 있다. 이러한 후속 과정은 상태 변화에 대응하여 자동으로 수행되도록 할 수 있다.
이처럼 본 발명은 능동형 보상 장치로부터 출력된 노이즈 데이터를 이용해, 상태 변화 또는 비상 상황의 감시를 할 수 있고, 후속 조치가 취해지도록 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예들은 가전용, 산업용 전기 제품이나 전기자동차, 항공, 에너지 저장 시스템과 같은 전자 기기들에 이용될 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예들에 의한 산업상 이용가능성이 상술한 것에 한정되는 것은 아니다.

Claims (3)

  1. 적어도 둘 이상의 대전류 경로 각각에 공통 모드로 발생하는 노이즈를 능동적으로 보상하는 능동형 보상 장치에 있어서,
    상기 대전류 경로 상의 공통 모드 노이즈 신호에 대응하는 출력 신호를 생성하는 센싱부;
    상기 출력 신호를 입력 받아 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호에 적어도 기초하여 노이즈 데이터와 증폭 신호를 각각 생성하고, 상기 노이즈 데이터와 상기 증폭 신호를 출력하는 IC부;
    상기 증폭 신호에 기초하여 상기 대전류 경로로부터 보상 전류를 인출시키거나 상기 대전류 경로 상에 보상 전압을 발생시키는 보상부;를 포함하고,
    상기 노이즈 데이터는 외부 장치로 제공되는, 능동형 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 IC부는,
    상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 복구하고, 상기 아날로그 신호를 증폭하여 상기 증폭 신호를 생성하고, 제1 출력 단자를 통해 상기 증폭 신호를 출력하는,
    능동형 보상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 IC부는,
    아날로그 디지털 변환부; 및
    상기 출력 신호를 입력 받아, 상기 아날로그 디지털 변환부에 사용 가능한 저전압 아날로그 신호로 감쇠시키는 입력 버퍼;를 포함하는,
    능동형 보상 장치.
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