KR101679631B1

KR101679631B1 - 충전 장치

Info

Publication number: KR101679631B1
Application number: KR1020150023132A
Authority: KR
Inventors: 정인화; 오동성; 김희욱
Original assignee: 주식회사 솔루엠
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-11-25
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: KR20160100563A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 장치는 제어 신호에 따라 결정된 주파수를 가지는 1차 전원을 출력하는 스위칭부; 복수개의 공진 주파수를 가지는 압전 변압기를 포함하고, 상기 1차 전원을 출력 전원으로 변환하고, 상기 출력 전원을 출력단으로 출력하는 압전 변압부; 및 상기 압전 변압기 양단의 전압을 검출하고, 상기 복수개의 공진 주파수 중 하나의 공진 주파수를 결정하며, 결정된 공진 주파수에 따라 상기 제어 신호를 포함할 수 있다.

Description

충전 장치{CHARGING DEVICE}

본 발명은 충전 장치에 관한 것이다.

최근 노트북, MP3, 디지털 카메라, 핸드폰 등의 모바일 디바이스의 사용이 급격하게 증가하고 있다.

모바일 디바이스는 배터리 충전을 위한 별도의 충전 장치가 필요한데 각각의 모바일 디바이스들은 그 종류와 제조사에 따라서 정격 전원 사양이 서로 다르므로 기기마다 서로 다른 정격 전원을 가지는 전용 충전 장치가 요구된다.

산업계에서는 복수의 전용 충전 장치의 구비에 따른 사용자의 불편과 불필요한 자원낭비의 저감을 위해 통합 충전 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.

한편, 압전 변압기(piezoelectric transformer)는 입력된 전기적 에너지를 기계적 에너지를 매개로 하여 다시 전기적 에너지로 변환하는 소자로, 권선형의 전자식(electromagnetic type) 변압기에 비하여 다음과 같은 장점을 갖는다.

권선이 불필요하므로 소형, 박형 및 경량화가 가능하고 대량 제조 시 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 고주파 구동시 권선형 변압기에서 발생하는 와류손, 히스테리시스손과 같은 자기 손실이 생기지 않으므로 고효율화가 가능하다. 더욱이, 권선형의 경우처럼 에너지 변환과정에서 자기에너지로 변환되는 단계가 없으므로 전자유도장애 측면에 있어서 매우 유리하다.

한국 공개특허공보 KR 10-2006-0101969

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 출력 전원을 출력하고 소형화가 가능한 충전 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충전 장치는 제어 신호에 따라 결정된 주파수를 가지는 1차 전원을 출력하는 스위칭부; 복수개의 공진 주파수를 가지는 압전 변압기를 포함하고, 상기 1차 전원을 출력 전원으로 변환하고, 상기 출력 전원을 출력단으로 출력하는 압전 변압부; 및 압전 변압기 양단의 전압을 검출하고, 상기 복수개의 공진 주파수 중 하나의 공진 주파수를 결정하며, 결정된 공진 주파수에 따라 상기 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 충전 장치는 다양한 출력 전원을 출력하고 소형화가 가능한 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 변압기의 전압 이득을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 변압기 양단 전압의 신호 파형도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 장치를 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.

또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 장치를 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 충전 장치는 스위칭부(100), 압전 변압부(200), 및 제어부(300)을 포함할 수 있다.

또한, 도1에는 도시하지 않았지만 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 장치는AC전압을 변환한 DC전압인 Vdc를 출력하여 스위칭부(100)에 제공하는 정류 회로를 포함할 수 있다.

상기 스위칭부(100)는 제어 신호(S1, S2)에 따라 결정된 주파수를 가지는 1차 전원을 출력할 수 있다.

또한, 상기 스위칭부(100)는 하프 브리지 구조를 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 스위칭부(100)는 Vdc에서 접지로 연결된 2개의 제1, 제2 스위치(Q1, Q2)를 포함하고 상기 제1 스위치(Q1)는 제1 제어 신호(S1)에 따라 스위칭 동작하고, 상기 제2 스위치(Q2)는 제2 제어 신호(S2) 스위칭 동작할 수 있다.

제1, 제2 스위치(Q1, Q2)의 스위칭 동작에 의해 상기 스위칭부(100)는 상기 결정된 주파수를 가지는 1차 전원을 출력할 수 있다.

상기 압전 변압부(200)는 상기 1차 전원(V₁)을 출력 전원(Vo)으로 변환하여 출력할 수 있다.

또한, 압전 변압부(200)는 압전 변압기(210) 및 정류부(220)를 포함할 수 있다.

상기 압전 변압기(210)는 복수개의 공진 주파수를 가질 수 있으며, 상기 1차 전원(V₁)을 2차 전원(V₂)으로 변환하여 출력할 수 있고, 상기 정류부(220)는 상기 2차 전원(V₂)을 정류하여 상기 출력 전원(Vo)을 출력할 수 있다.

이에 따라, 상기 출력단에 접속된 디바이스(500)는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 장치에 의해 충전 될 수 있다.

또한, 상기 1차 전원(V₁)에 오프셋(OFFSET)이나 고조파가 포함되는 경우에도 상기 압전 변압기(210)는 변환 동작이 가능하므로 상기 스위칭부(100)의 1차 전원(V₁)의 출력단에 연결된 캐패시터(Cr) 또는 인덕터(Lr)는 설계의 필요에 따라 제거될 수 있다.

상기 제어부(300)는 압전 변압기 양단의 전압(V₁, V₂)을 검출하고, 상기 복수개의 공진 주파수 중 하나의 공진 주파수를 결정하며, 결정된 공진 주파수에 따라 상기 제어 신호를 출력할 수 있다,

구체적으로, 상기 제어부(300)는 복수개의 공진 주파수 중 하나의 공진 주파수로 결정된 공진 주파수에 따라, 위상의 동일 레벨이 서로 중첩되지 않고 대칭인 제1 제어 신호(S1) 및 제2 제어 신호(S2)를 출력할 수 있다.

또한, 상기 제어부(300)는 상기 1차 전원 및 압전 변압기의 2차 전원의 전압을 검출하고, 상기 양단의 전압을 비교하여 위상 지연 여부를 판단할 수 있다.

상기 1차 전원 및 상기 2차 전원의 전압간에 위상 지연이 발생하지 않은 것으로 판단한 경우, 상기 제어부(300)는 상기 결정된 공진 주파수를 상기 복수개의 공진주파수 중 상기 결정된 공진 주파수와 다른 공진 주파수로 변경할 수 있다.

한편, 상기 압전 변압기(210)는 상기 결정된 공진 주파수에 따라 상이한 전압 이득을 가질 수 있다.

이하, 상이한 전압 이득을 가지는 압전 변압기(210)에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 변압기의 전압 이득을 설명하기 위한 도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 변압기(도1, 210)는 복수개의 공진 주파수(fr1, fr2, fr3)를 가지고 각각의 공진 주파수에서 전압 이득(Voltage Gain)이 상이할 수 있다.

즉, 상기 압전 변압기에 입력되는 1차 전원 전압 및 상기 압전 변압기가 출력하는 2차 전원의 전압의 전압비가 1차 전원의 주파수에 따라 상이할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제어부(도1, 300)는 상기 복수개의 공진 주파수(fr1, fr2, fr3) 중 하나의 공진 주파수를 결정할 수 있고, 결정된 공진 주파수에 따라 제어 신호를 출력할 수 있다.

스위칭부(도1, 100)는 상기 제어 신호에 따라 결정된 주파수를 가지는 1차 전원을 출력할 수 있으므로, 상기 제어부는 공진 주파수를 변경하여 출력단으로 출력하는 출력 전원의 전압 레벨(도1, Vo)을 조절할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 장치는 다양한 출력 전원을 출력할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 변압기 양단 전압의 신호 파형도이다.

도 3의 (a)는 압전 변압기의 1차 전원 및 2차 전원의 전압간에 위상 지연이 발생하지 않은 경우를 보여준다.

이러한 경우 제어부(도1, 300)는 디바이스(도1, 500)에 인가된 출력 전원의 전압이 상기 디바이스의 정격 전원의 전압보다 낮아 출력 전류가 흐르지 않는 것으로 판단할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부는 검출된 1차 전원 및 2차 전원의 전압간에 위상 지연이 발생하지 않은 경우 결정된 공진 주파수를 복수개의 공진주파수 중 결정된 공진 주파수와 다른 공진 주파수로 변경할 수 있고, 출력단으로 출력하는 출력 전원의 전압 레벨을 조절할 수 있다.

공진 주파수를 변경하는데 있어서, 상기 제어부는 상기 출력 전원의 전압 레벨이 증가하도록 상기 결정된 공진 주파수를 상기 복수개의 공진주파수 중 상기 결정된 공진 주파수와 다른 공진 주파수로 변경할 수 있다.

도 3의 (b)는 압전 변압기의 1차 전원 및 2차 전원의 전압간에 위상 지연이 발생한 경우를 보여준다.

이러한 경우 상기 제어부는 상기 디바이스에 인가된 출력 전원의 전압이 상기 디바이스의 정격 전원의 전압과 일치하는 것으로 판단할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 장치는 압전 변압기의 1차 전원 및 2차 전원간에 위상 지연 여부를 판단하고, 출력 전원의 전압이 디바이스의 정격 전원의 전압과 일치하도록 출력 전원의 전압 레벨을 조절할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 위상 지연의 정도에 따라 디바이스의 정격 전원의 전압 레벨을 예측할 수 있다.

위상 지연이 비정상적으로 크게 검출되는 경우 상기 제어부는 과부하에 따른 전류가 인가되는 것으로 판단하고 출력 전원을 출력하지 않도록 상기 제어 신호를 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 장치를 나타내는 구성도이다.

또한, 상기 스위칭부(100) 및 압전 변압부(200)는 플라이백 컨버터 방식의 구조(400)를 가질 수 있다.

상기 스위칭부(100)는 제어 신호(S1)에 따라 결정된 주파수를 가지는 1차 전원을 출력할 수 있다.

구체적으로, 상기 스위칭부(100)는 Vdc에서 접지로 연결된 스위치(M1)를 포함하고 상기 스위치(M1)는 제어 신호(S1)에 따라 스위칭 동작할 수 있다.

스위치(M1)의 스위칭 동작에 의해 상기 스위칭부(100)는 상기 결정된 주파수를 가지는 1차 전원을 출력할 수 있다.

이외의 구성과 동작은 도 1에서 설명한 충전 장치의 구성과 동작에 따라 이해될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 스위칭부
200: 압전 변압부
210: 압전 변압기
220: 정류부
300: 제어부

Claims

제어 신호에 따라 결정된 주파수를 가지는 1차 전원을 출력하는 스위칭부;
복수개의 공진 주파수를 가지는 압전 변압기를 포함하고, 상기 1차 전원을 출력 전원으로 변환하고, 상기 출력 전원을 출력단으로 출력하는 압전 변압부; 및
상기 압전 변압기 양단의 전압을 검출하고, 상기 복수개의 공진 주파수 중 하나의 공진 주파수를 결정하며, 결정된 공진 주파수에 따라 상기 제어 신호를 출력하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는 검출된 양단의 전압 간의 위상 지연 여부를 판단하여 상기 출력 전원의 전압이 디바이스의 정격 전원의 전압과 일치하도록 상기 출력 전원의 전압 레벨을 조절하는 충전 장치.
제1항에 있어서
상기 스위칭부는 하프 브리지 구조를 가지는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 압전 변압부는 상기 압전 변압기의 2차 전원을 정류하는 정류부를 포함하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 압전 변압부는 상기 결정된 공진 주파수에 따라 전압 이득이 상이한 압전 변압기를 포함하는 충전 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는 위상 지연이 발생하지 않은 경우 상기 결정된 공진 주파수를 상기 복수개의 공진주파수 중 상기 결정된 공진 주파수와 다른 공진 주파수로 변경하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 출력 전원의 전압 레벨이 증가하도록 상기 결정된 공진 주파수를 상기 복수개의 공진주파수 중 상기 결정된 공진 주파수와 다른 공진 주파수로 변경하는 충전 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위칭부 및 상기 압전 변압부는 플라이백 컨버터 방식의 구조를 가지는 충전 장치.