KR102347126B1 - 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적으로 반도체 장비 등에 대해 동작 전원을 안정적으로 공급하는 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 장비 등과 같이 직류 전원을 사용하는 장비에 대해서 순간정전을 보상하고 입출력 전원 간의 절연과 출력 전원 채널 간의 절연을 구현하여 고품질의 동작 전원을 안정적으로 공급하는 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 순간정전을 효과적으로 보상하여 반도체 장비 등에 대해 동작 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따르면 교류전원 공급에 순간정전을 넘어서는 심각한 문제가 발생한 경우에도 반도체 장비 등이 무질서하게 셧다운되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따르면 입출력 전원 사이와 출력 전원 채널 사이를 절연시켜 전원 노이즈와 외부 방사 노이즈에 의한 영향을 억제함으로써 고품질 전원을 구현할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 반도체 장비 등에 대해 동작 전원을 안정적으로 공급하는 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 반도체 장비 등과 같이 직류 전원을 사용하는 장비에 대해서 순간정전을 보상하고 입출력 전원 간의 절연과 출력 전원 채널 간의 절연을 구현하여 고품질의 동작 전원을 안정적으로 공급하는 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력 계통상의 단락사고, 낙뢰, 대용량 부하의 스위칭 등으로 인하여 산업현장에서 순간적인 전원 불안정 현상이 발생한다. 교류 전원의 공급이 3초 이내의 짧은 시간동안 끊어지는 것을 순간정전이라고 부른다.
이러한 순간정전(Voltage Sag/Dip)에 의해 공장의 생산설비를 구성하는 PLC(Programmable Logic Controller), 전자개폐기(Contator), 릴레이(Relay), 스타터(Starter), 마이크로콘트롤러(Microcontroller) 등이 손상될 수 있으며, 이는 생산설비의 가동을 정지시켜 상당한 경제적 피해를 유발할 수 있다.
그에 따라, 순간정전으로 인한 손실을 예방하기 위해 종래로 순간정전 보상장치가 사용되었는데, 일반적으로는 UPS 장비(Uninterruptible Power Supply system)와 VSP 장비(Voltage Sag Protector)를 사용한다. 그런데, UPS는 주변 전기제어기기들의 가동시 발생되는 돌입전류에 의해 빈번하게 정지하고, 순간정전과 영구정전의 구별없이 과도한 시간 동안 부하에 제어 전원을 공급하여 부작용을 발생시킨다. 또한, UPS와 VSP는 에너지 저장을 위해 배터리를 사용하는데, 배터리는 시간경과에 따라 성능저하가 발생하므로 주기적인 점검과 부품 교체가 필요하여 유지비용도 상당할 뿐만 아니라, 높은 전압 출력값을 얻기 위해 다수의 배터리를 사용해야 하므로 부피가 상당히 크다.
그에 따라, 산업현장에서 순간정전을 효과적으로 보상하기 위한 기술 개선이 요망된다.
본 발명의 목적은 일반적으로 반도체 장비 등에 대해 동작 전원을 안정적으로 공급하는 장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 반도체 장비 등과 같이 직류 전원을 사용하는 장비에 대해서 순간정전을 보상하고 입출력 전원 간의 절연과 출력 전원 채널 간의 절연을 구현하여 고품질의 동작 전원을 안정적으로 공급하는 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 해결 과제는 이들 사항에 제한되지 않으며 본 명세서의 기재로부터 다른 해결 과제가 이해될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치는, 교류 입력전원(Vin)을 1차측에 연결하여 2차측에서 복수의 교류 유도전원을 생성하는 트랜스포머 부재(110)와, 복수의 교류 유도전원을 각각 정류하는 상호 그라운드 절연된 복수의 브리지 부재(120)와, 복수의 브리지 부재(120)의 출력을 개별적으로 순방향 연결하여 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)을 출력하는 하나이상의 순방향 부재(130)를 구비하는 AC전원 정류부(100); 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)을 입력받는 상호 그라운드 절연된 복수의 레귤레이터(210, 220)를 구비하여 멀티채널의 DC 출력 전원(Vout_CH1, Vout_CH2)을 생성하는 DC전원 출력부(200); 멀티채널에 대응하는 상호 그라운드 절연된 복수의 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)를 구비하고, 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 간에 정상전원 상태와 순간정전 상태에 대응하여 충전 또는 방전을 제어하는 충방전 제어부(400)를 구비하여, 정상전원 상태에서 AC전원 정류부(100)로부터 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로 출력되는 전기에너지를 멀티채널에 대응하는 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전 저장하고, 순간정전 상태에서 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전해둔 전기에너지를 방전시켜 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로 전원을 공급하는 순간정전 보상부(300);를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 충방전 제어부(400)는, AC전원 정류부(100) 방향의 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 방향의 멀티채널의 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)을 채널별 스위칭 연결하고 내부의 릴레이 코일(RC1)의 일단이 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 연결되는 제 1 릴레이 부재(411)와, DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 의해 충전되는 제 1 콘덴서(412)와, DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)과 제 1 콘덴서(412) 간의 충전 경로를 제공하는 제 1 저항(413)과, 제 1 콘덴서(412)의 충전 상태에 의해 스위칭 온 또는 오프하고, 제 1 릴레이 부재(411)의 릴레이 코일(RC1)의 타단에 연결되어 제 1 콘덴서(412)의 충전 상태에 대응하여 제 1 릴레이 부재(411)의 릴레이 코일(RC1)에 대한 전압 공급을 제어하는 제 1 트랜지스터(414)를 포함하여 구성되는 충전 안정화부(410);를 구비할 수 있다. 이를 통해, 교류 입력전원(Vin)의 초기 투입시에 제 1 콘덴서(412)가 미리 설정된 제 1 시간에 걸쳐 충전되면 제 1 트랜지스터(414)의 스위칭에 의해 제 1 릴레이 부재(411)가 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)을 연결시킴으로써 초기 돌입전류에 의한 순간정전 보상부(300)의 고장을 방지한다.
또한, 본 발명에서 충방전 제어부(400)는, 충전 안정화부(410) 방향의 멀티채널의 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 방향의 멀티채널의 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)을 스위칭 연결하고 내부의 릴레이 코일(RC2)의 일단이 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 연결되는 제 2 릴레이 부재(421)와, AC전원 정류부(100)의 브리지 부재(120)의 출력 전원(Vrec_CHxa)에 의해 충전되는 제 2 콘덴서(422)와, 복수의 저항소자가 병렬 배열되어 제 2 콘덴서(422)에 대한 복수의 방전 경로를 제공하기 위한 제 2 저항 배열(423)과, 제 2 콘덴서(422)에 대하여 타이머 설정에 따라 제 2 저항 배열(423)의 위 병렬 연결된 복수의 저항소자를 선택적으로 연결하여 제 2 콘덴서(422)의 방전 시간을 제어하는 타이머 부재(424)와, 제 2 콘덴서(422)의 충전 및 방전 상태에 의해 스위칭 온 또는 오프하고, 제 2 릴레이 부재(421)의 릴레이 코일(RC2)의 타단에 연결되어 제 2 콘덴서(422)의 충전 및 방전 상태에 대응하여 제 2 릴레이 부재(421)의 릴레이 코일(RC2)에 대한 전압 공급을 제어하는 제 2 트랜지스터(425)를 포함하여 구성되는 방전시간 설정부(420);를 구비할 수 있다. 이를 통해, 교류 입력전원(Vin)의 전원 공급이 이루어지면 제 2 콘덴서(422)가 즉시 충전되어 제 1 트랜지스터(414)의 스위칭에 의해 제 2 릴레이 부재(421)가 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)을 연결시킨다. 또한, 교류 입력전원(Vin)의 순간정전이 발생하면 제 2 콘덴서(422)가 타이머 부재(424)의 타이머 설정에 따른 제 2 시간에 걸쳐 방전되어 제 1 트랜지스터(414)의 스위칭에 의해 제 2 릴레이 부재(421)가 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2) 간의 연결을 해제한다.
본 발명에 따르면 순간정전을 효과적으로 보상하여 반도체 장비 등에 대해 동작 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 교류전원 공급에 순간정전을 넘어서는 심각한 문제가 발생한 경우에도 반도체 장비 등이 무질서하게 셧다운되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 입출력 전원 사이와 출력 전원 채널 사이를 절연시켜 전원 노이즈와 외부 방사 노이즈에 의한 영향을 억제함으로써 고품질 전원을 구현할 수 있는 장점이 있다.
[도 1]은 본 발명에 따른 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도.
[도 2]는 본 발명에서 AC전원 정류부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 3]은 본 발명에서 DC전원 출력부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 4]는 본 발명에서 충방전 제어부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 5]는 본 발명에서 충전 안정화부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 6]은 본 발명에서 방전시간 설정부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 7]은 본 발명에서 슈퍼콘덴서 뱅크의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 2]는 본 발명에서 AC전원 정류부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 3]은 본 발명에서 DC전원 출력부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 4]는 본 발명에서 충방전 제어부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 5]는 본 발명에서 충전 안정화부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 6]은 본 발명에서 방전시간 설정부의 일 실시예를 나타내는 도면.
[도 7]은 본 발명에서 슈퍼콘덴서 뱅크의 일 실시예를 나타내는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
[도 1]은 본 발명에 따른 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 직류(DC) 동작전원을 입력해주어야 하는 장비(예: 반도체 장비)를 위한 것으로서 교류 입력전원(Vin)에서의 순간정전을 보상하고 동작전원을 안정적으로 공급하기 위한 기술이다. 특히, 멀티채널(multi-channel)로 고품질의 직류 동작전원을 공급하는 기술인데, 본 명세서에서는 편의상 2개 채널(CH1, CH2)의 경우를 기준으로 기술하였다.
[도 1]을 참조하면, 본 발명에 따른 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치는 교류 입력전원(Vin)을 입력받아 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)을 출력하는 AC전원 정류부(100), 이들 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로부터 멀티채널의 DC 출력 전원(Vout_CH1, Vout_CH2)을 생성하여 반도체 장비로 제공하는 DC전원 출력부(200), 그리고 교류 입력전원(Vin)에서의 순간정전을 보상해주는 순간정전 보상부(300)를 구비한다.
이때, 순간정전 보상부(300)는 복수의 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)와 충방전 제어부(400)를 구비한다. 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)는 각 채널 별로 순간정전 보상을 위해 전기에너지를 임시 저장하기 위한 구성요소로서 상호 그라운드 절연되어 있다. 즉, 정상전원 상태에서는 AC전원 정류부(100)로부터 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로 출력되는 전기에너지를 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전 저장하였다가, 순간정전 상태에서는 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전해둔 전기에너지를 방전시켜 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로 전원을 공급함으로써 순간정전을 보상해준다. 또한, 충방전 제어부(400)는 이들 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 대한 충방전을 제어하는 구성요소이다.
[도 2]는 본 발명에서 AC전원 정류부(100)의 일 실시예를 나타내는 도면이고, [도 3]은 본 발명에서 DC전원 출력부(200)의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
먼저, [도 2]를 참조하면, AC전원 정류부(100)는 트랜스포머 부재(110), 복수의 브리지 부재(121, 122; 120), 하나이상의 순방향 부재(131, 132; 130)를 구비한다.
트랜스포머 부재(110)는 교류 입력전원(Vin)(예: AC 220V, 35W)을 1차측에 연결하여 2차측에서 멀티채널에 대응하는 복수의 교류 유도전원을 생성하는 구성요소이다. 트랜스포머 부재(110)는 하나의 교류 입력전원(Vin)으로부터 복수의 교류 유도전원을 생성한다. 트랜스포머 부재(110)에 의해 교류 입력전원(Vin)과 직류 전원(예: Vrec_CH1, Vrec_CH2)은 회로적으로 절연되는데, 이를 통해 직류 출력전원(Vout_CHx)에 대한 외부 전원 노이즈의 영향을 차단한다.
브리지 부재(121, 122; 120)는 트랜스포머 부재(110)가 생성한 복수의 교류 유도전원을 각각 정류하여 직류(DC)에 유사한 파형을 만들어주는 구성요소이다. 이들 브리지 부재(121, 122)는 회로적으로 상호 그라운드 절연되어 있는데, 이를 통해 외부 방사 노이즈가 채널을 넘나들며 직류 출력전원에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다. 본 발명에서 브리지 부재(121, 122; 120)를 비롯하여 멀티채널에 대응하는 여러 구성요소들은 회로적으로 상호 그라운드 절연되어 있다. 이를 나타내기 위해 본 명세서의 도면에는 채널별로 그라운드 표시가 상이하게 표기되어 있다.
순방향 부재(131, 132; 130)는 브리지 부재(120)의 출력을 개별적으로 순방향 연결하여 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)을 출력한다. 본 명세서에서 순방향 부재(131, 132; 130)를 거친 이후의 전원은 Vrec_CHx라고 표시하고, 순방향 부재(131, 132; 130)를 거치기 전의 전원은 Vrec_CHxa라고 표시한다. 정상전원 상태에서 Vrec_CHx와 Vrec_CHxa는 사실상 동일한 전원이지만, 순간정전 상태에서는 Vrec_CHx와 Vrec_CHxa는 완전히 달라진다. Vrec_CHx는 순간정전 보상부(300)에 의해 일정 시간동안은 전압레벨을 유지하는 반면, Vrec_CHxa는 순간정전 발생 즉시 사실상 0 전위로 떨어진다.
다음으로, [도 3]을 참조하면, DC전원 출력부(200)는 멀티채널에 대응하여 복수의 레귤레이터(210, 220)를 구비한다. 이들 레귤레이터(210, 220)는 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)을 입력받아 사용자가 채널 별로 소망하는 직류(DC) 전압에 맞게 멀티채널의 DC 출력 전원(Vout_CH1, Vout_CH2)을 생성한다. 이때, 각 채널에 따라 레귤레이터(210, 220)는 상호 그라운드 절연되어 있다.
이때, DC전원 출력부(200)는 각 채널 별로 전기 사양을 달리 설정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 채널(CH1)은 전압 DC 5V와 전류 3A(전력 18W)로 설정하고, 제 2 채널(CH2)은 전압 DC 24V와 전류 0.8A(전력 18W)로 설정할 수 있다. 또한, 각 채널별로 레귤레이터(210, 220) 출력에 저항소자와 LED 소자를 연결함으로써 채널별 전원 출력 상태를 표시하도록 구성하는 것이 바람직하다.
[도 4]는 본 발명에서 충방전 제어부(400)의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
충방전 제어부(400)는 순간정전 보상부(300)에서 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 간에 정상전원 상태와 순간정전 상태에 대응하여 충전 또는 방전을 제어하는 구성요소이다. 구체적으로는, 교류 입력전원(Vin)이 정상적으로 공급되고 있는 정상전원 상태에서 AC전원 정류부(100)로부터 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로 출력되는 전기에너지를 멀티채널에 대응하는 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전 저장하고, 교류 입력전원(Vin)이 순간적으로 불안정해지거나 끊어지는 순간정전 상태가 되면 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전해둔 전기에너지를 방전시켜 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로 전원을 공급하는 제어 동작을 수행한다. [도 4]에서 충방전 제어부(400) 내부적으로 우측에서 좌측으로 전기에너지가 흘러가는 방향이 충전 방향이고, 좌측에서 우측으로 전기에너지가 흘러가는 방향이 방전 방향이다. 본 명세서에서 충방전 제어부(400)와 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 간에 연결되는 전원을 편의상 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)이라고 표시한다.
[도 4]를 참조하면, 충방전 제어부(400)는 충전 안정화부(410)와 방전시간 설정부(420)를 포함하여 구성된다.
교류 입력전원(Vin)의 초기 투입 시에 순간적으로 전류가 상승하는 돌입 전류가 발생할 수 있기에 충전 안정화부(410)는 이러한 돌입 전류가 끝나고 전원이 안정화될 때까지 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)의 충전을 지연시키는 기능을 수행한다. 이를 위해, 충전 안정화부(410)는 초기 전원 투입후 미리 설정한 일정 시간, 예컨대 약 1초가 경과한 이후에야 AC전원 정류부(100)의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)을 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 측으로 전달한다. 충전 안정화부(410)는 바람직하게는 채널 단위로 시간지연 동작을 수행하는데, 본 명세서에서는 충전 안정화부(410)가 시간지연 이후에 전달한 전원을 편의상 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)이라고 표시한다.
방전시간 설정부(420)는 순간정전 또는 전원 차단이 발생한 경우에 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)가 완전 방전되는 시점까지 기다리지 않고 사용자가 설정한 일정 시간(예컨대, 1초, 2초, 3초)동안만 전원을 보상해준 뒤에 전원을 차단하는 기능을 수행한다. 장비 운용의 다양한 필요, 예를 들어 장비의 전원이 꺼지는 시점에 맞춰 다음 동작의 시작 타이밍을 설정해야 하는 경우 또는 오랫동안 전원 유지를 하면 안되는 경우 등을 고려한 기능이다. 방전시간 설정부(420)는 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)를 충전하는 동안에는 충전 안정화부(410)의 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)을 바람직하게는 그대로 전달한다.
[도 5]는 본 발명에서 충전 안정화부(410)의 일 실시예를 나타내는 도면이고, [도 6]은 본 발명에서 방전시간 설정부(420)의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
[도 5]와 [도 6]을 참조하면, 충전 안정화부(410)와 방전시간 설정부(420)에는 릴레이(relay) 소자(411, 421)가 사용될 수 있다. 릴레이 소자(411, 421)에는 릴레이 코일(RC1, RC2)이 내장되어 있다. 릴레이 코일(RC1, RC2)의 양단(1번핀, 2번핀)에 전압을 공급할 경우 3번핀과 5번핀이 접촉되고 6번핀과 7번핀이 접촉된다. 반면, 릴레이 코일(RC1, RC2)의 양단(1번핀, 2번핀)에 전압이 공급되지 않으면 3번핀과 4번핀이 접촉되고 6번핀과 8번핀이 접촉된다.
[도 4] 내지 [도 6]을 연결하여 살펴보면, 제 1 릴레이 부재(411)와 제 2 릴레이 부재(421)가 둘다 작동하는 경우에 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)이 모두 연결되어 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 대한 충전 및 순간정전 보상(방전)이 이루어질 수 있다.
교류 입력전원(Vin)이 ON되면 그 즉시 방전시간 설정부(420)의 제 2 릴레이 부재(421)가 작동하고 충전 안정화부(410)의 제 1 릴레이 부재(411)는 일정 시간, 예컨대 1초가 지난 후에 작동한다. 이를 통해, 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 대한 충전이 시작된다.
순간정전에 의해 교류 입력전원(Vin)이 OFF되면, 제 1 및 제 2 콘덴서(412, 422)의 충전 전압에 의해 제 1 및 제 2 트랜지스터(414, 425)는 스위칭 온 상태를 유지하고 그에 따라 제 1 및 제 2 릴레이 부재(411, 421)는 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)의 연결은 그대로 유지된다. 이 상태에서는 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전된 전기에너지에 의해 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)은 정상 상태를 유지한다.
일정 시간, 예컨대 3초가 경과하면 방전시간 설정부(420)의 제 2 콘덴서(422)가 방전되면서 제 2 릴레이 부재(421)의 작동은 멈추고 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)의 연결이 끊어짐에 따라 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전된 전기에너지에 의한 순간정전 보상도 중단된다.
먼저, [도 5]를 참조하여 충전 안정화부(410)의 구성을 기술한다.
충전 안정화부(410)는 주요 구성요소로서 제 1 릴레이 부재(411), 제 1 콘덴서(412), 제 1 저항(413), 제 1 트랜지스터(414)를 구비한다.
제 1 릴레이 부재(411)는 AC전원 정류부(100) 방향의 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 방향의 멀티채널의 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)을 채널별 스위칭 연결한다. 이 스위칭 연결의 제어는 내부의 릴레이 코일(RC1)에 의해 이루어지는데, 릴레이 코일(RC1)의 일단은 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 연결되고 릴레이 코일(RC1)의 타단은 제 1 트랜지스터(414)에 연결된다. [도 5]에는 릴레이 코일(RC1)의 일단이 제 1 채널의 DC 출력 전원(Vout_CH1)에 연결되는 것으로 표시되어 있는데, 제 2 채널의 DC 출력 전원(Vout_CH2)에 연결되는 방식으로 구성하는 것도 가능하다. 이때, 그라운드 접지는 해당 채널에 맞게 변경해주어야 한다. 충방전 제어부(400)의 다른 회로 부분에서도 이와 유사하게 적용된다.
제 1 콘덴서(412)는 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 의해 충전된다.
제 1 저항(413)은 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)과 제 1 콘덴서(412) 간의 충전 경로를 제공한다.
제 1 트랜지스터(414)는 제 1 콘덴서(412)의 충전 상태에 의해 스위칭 온 또는 오프하는데, 제 1 릴레이 부재(411)의 릴레이 코일(RC1)의 타단에 연결되어 제 1 콘덴서(412)의 충전 상태에 대응하여 제 1 릴레이 부재(411)의 릴레이 코일(RC1)에 대한 전압 공급을 제어한다.
이와 같은 구성에 의해, 충전 안정화부(410)는 교류 입력전원(Vin)의 초기 투입시에 제 1 콘덴서(412)가 미리 설정된 제 1 시간, 예컨대 1초에 걸쳐 충전되어 전압 레벨이 상승하면 제 1 트랜지스터(414)가 스위칭 온 되고, 그에 의해 제 1 릴레이 부재(411)의 릴레이 코일(RC1)에 전압 공급이 이루어져 제 1 릴레이 부재(411)가 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)을 연결시킨다. 이를 통해, 교류 입력전원(Vin)의 초기 투입 시에 초기 돌입전류에 의한 순간정전 보상부(300)의 고장을 방지한다.
교류 입력전원(Vin)이 인가되면 DC전원 출력부(200)로부터 DC 출력 전원(Vout_CH1)이 예컨대 DC 5V로 들어오고, 그에 따라 제 1 콘덴서(412)가 제 1 저항(413)을 통해 충전된다. 이때, 제 1 콘덴서(412)가 충전되는데에 걸리는 시간은 제 1 콘덴서(412)의 용량과 제 1 저항(413) 값에 의해 설정할 수 있다.
제 1 콘덴서(412)가 충분히 충전되면 제 1 트랜지스터(414)가 작동하면서 제 1 릴레이 부재(411)의 릴레이 코일(RC1)에 전압이 공급되고, 그에 따라 전술한 바와 같이 제 1 릴레이 부재(411)의 3번핀(Vrec_CH1)과 5번핀(Vsdc_CH1)이 접촉되고 6번핀(Vrec_CH2)과 7번핀(Vsdc_CH2)이 접촉된다.
다음으로, [도 6]을 참조하여 방전시간 설정부(420)의 구성을 기술한다.
방전시간 설정부(420)는 주요 구성요소로서 제 2 릴레이 부재(421), 제 2 콘덴서(422), 제 2 저항 배열(423), 타이머 부재(424), 제 2 트랜지스터(425)를 구비한다.
제 2 릴레이 부재(421)는 충전 안정화부(410) 방향의 멀티채널의 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 방향의 멀티채널의 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)을 채널별 스위칭 연결한다. 이 스위칭 연결의 제어는 내부의 릴레이 코일(RC2)에 의해 이루어지는데, 릴레이 코일(RC2)의 일단은 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 연결되고 릴레이 코일(RC2)의 타단은 제 2 트랜지스터(425)에 연결된다.
제 2 콘덴서(422)는 AC전원 정류부(100)의 브리지 부재(120)의 출력 전원(Vrec_CHxa)에 의해 충전되고, 타이머 부재(424)와 제 2 저항 배열(423)이 제공하는 경로를 따라 방전된다. [도 2]를 참조하면 브리지 부재(120)의 출력 전원(Vrec_CHxa)은 순방향 부재(130) 전단의 전원으로서 교류 입력전원(Vin)이 중단되면 그 즉시 소멸하고 순간정전 보상부(300)에 의한 보상 동작에 의해서도 복구되지 않는다. 따라서, 교류 입력전원(Vin)이 중단되는 즉시 제 2 콘덴서(422)의 충전도 중단된다.
제 2 저항 배열(423)은 복수의 저항소자가 병렬 배열되어 제 2 콘덴서(422)에 대한 복수의 방전 경로를 제공한다.
타이머 부재(424)는 제 2 콘덴서(422)에 대하여 타이머 설정에 따라 제 2 저항 배열(423)의 위 병렬 연결된 복수의 저항소자를 선택적으로 연결함으로써 제 2 콘덴서(422)의 방전 시간을 제어한다. 타이머 부재(424)의 타이머 설정에 대응하여 제 2 저항 배열(423)에서 제 2 콘덴서(422)에 연결되는 저항소자가 상이해짐에 따라 제 2 콘덴서(422)의 방전 시간도 예컨대 1초, 2초, 3초 등과 같이 상이해진다.
제 2 트랜지스터(425)는 제 2 콘덴서(422)의 충전 및 방전 상태에 의해 스위칭 온 또는 오프하고, 제 2 릴레이 부재(421)의 릴레이 코일(RC2)의 타단에 연결되어 제 2 콘덴서(422)의 충전 및 방전 상태에 대응하여 제 2 릴레이 부재(421)의 릴레이 코일(RC2)에 대한 전압 공급을 제어한다.
이와 같은 구성에 의해, 방전시간 설정부(420)는 교류 입력전원(Vin)의 전원 공급이 이루어지면 제 2 콘덴서(422)가 브리지 부재(120)의 출력 전원(Vrec_CHxa)에 의해 즉시 충전되어 전압 레벨이 상승하고, 그에 따라 제 1 트랜지스터(414)가 스위칭 온 됨에 따라 제 2 릴레이 부재(421)의 릴레이 코일(RC2)에 전압 공급이 이루어져 제 2 릴레이 부재(421)가 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)을 연결시킨다.
또한, 방전시간 설정부(420)는 교류 입력전원(Vin)의 순간정전이 발생하면 제 2 콘덴서(422)가 타이머 부재(424)의 타이머 설정에 따른 제 2 시간에 걸쳐 방전되어 전압 레벨이 하강하고, 그에 따라 제 1 트랜지스터(414)가 스위칭 오프 됨에 따라 제 2 릴레이 부재(421)의 릴레이 코일(RC2)에 대한 전압 공급이 중단되어 제 2 릴레이 부재(421)가 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2) 간의 연결을 해제한다. 이를 통해, 순간정전 또는 전원 차단이 발생한 경우에 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)가 완전 방전되는 시점까지 기다리지 않고 사용자가 설정한 일정 시간(예컨대, 1초, 2초, 3초)동안만 전원을 보상해준 뒤에 전원이 차단된다.
[도 7]은 본 발명에서 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
[도 7]을 참조하면, 각 채널 별로 슈퍼콘덴서(3V, 10F) 5개가 연결되어 있으며, 정상 상태에서 15V 전압을 충전하였다가 순간정전이나 전원 차단 시에 그 충전되어 있언 전기에너지를 활용하여 전원을 보상할 수 있도록 구성되어 있다. 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)도 채널 별로 상호 그라운드 절연되어 있다.
[표 1]은 본 발명에 따른 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치의 기술사양의 일 예를 나타낸 것이고, [표 2]는 본 발명에 따른 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치의 순간정전 보상 특성을 종래기술과 대비하여 나타낸 것이다.
| 성능 | 비고 | |
| 입력전원 | AC 220V, 35W | |
| 출력 전원(2채널) | DC 5V~24V, 18W | 출력사양 선택가능 |
| 레귤레이터 | DC 5V~24V, 18W | |
| 충전용량 | 슈퍼콘덴서(10F, 3V) 5개 | 채널당 슈퍼콘덴서 5개 |
| 전원꺼짐 시간 선택 | 1초, 2초, 3초 선택가능 |
| 종래기술(VSP, UPS) | 본 발명 | |
| 입력전원 | AC 110V~220V | AC 110V~220V |
| 출력 전원 | AC 110V~220V | DC 5V~24V |
| 출력간 절연 | 절연되어 있지 않음 | 출력 채널간 절연 |
| 순간정전 보상 | 배터리로 AC 공급 | 슈퍼콘덴서로 DC 공급 |
100 : AC전원 정류부
110 : 트랜스포머 부재
120 : 브리지 부재
130 : 순방향 부재
200 : DC전원 출력부
210, 220 : 레귤레이터
300 : 순간정전 보상부
301, 302 : 슈퍼콘덴서 뱅크
400 : 충방전 제어부
410 : 충전 안정화부
420 : 방전시간 설정부
411, 421 : 릴레이 부재
424 : 타이머 부재
110 : 트랜스포머 부재
120 : 브리지 부재
130 : 순방향 부재
200 : DC전원 출력부
210, 220 : 레귤레이터
300 : 순간정전 보상부
301, 302 : 슈퍼콘덴서 뱅크
400 : 충방전 제어부
410 : 충전 안정화부
420 : 방전시간 설정부
411, 421 : 릴레이 부재
424 : 타이머 부재
Claims (3)
- 교류 입력전원(Vin)을 1차측에 연결하여 2차측에서 복수의 교류 유도전원을 생성하는 트랜스포머 부재(110)와, 상기 복수의 교류 유도전원을 각각 정류하는 상호 그라운드 절연된 복수의 브리지 부재(120)와, 상기 복수의 브리지 부재(120)의 출력을 개별적으로 순방향 연결하여 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)을 출력하는 하나이상의 순방향 부재(130)를 구비하는 AC전원 정류부(100);
상기 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)을 입력받는 상호 그라운드 절연된 복수의 레귤레이터(210, 220)를 구비하여 멀티채널의 DC 출력 전원(Vout_CH1, Vout_CH2)을 생성하는 DC전원 출력부(200);
상기 멀티채널에 대응하는 상호 그라운드 절연된 복수의 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)를 구비하고, 상기 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 상기 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 간에 정상전원 상태와 순간정전 상태에 대응하여 충전 또는 방전을 제어하는 충방전 제어부(400)를 구비하여, 정상전원 상태에서 상기 AC전원 정류부(100)로부터 상기 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로 출력되는 전기에너지를 상기 멀티채널에 대응하는 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전 저장하고, 순간정전 상태에서 상기 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302)에 충전해둔 전기에너지를 방전시켜 상기 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)으로 전원을 공급하는 순간정전 보상부(300);
를 포함하여 구성되고,
상기 충방전 제어부(400)는,
상기 AC전원 정류부(100) 방향의 상기 멀티채널의 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 상기 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 방향의 멀티채널의 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)을 채널별 스위칭 연결하고 내부의 릴레이 코일(RC1)의 일단이 상기 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 연결되는 제 1 릴레이 부재(411)와, 상기 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 의해 충전되는 제 1 콘덴서(412)와, 상기 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)과 상기 제 1 콘덴서(412) 간의 충전 경로를 제공하는 제 1 저항(413)과, 상기 제 1 콘덴서(412)의 충전 상태에 의해 스위칭 온 또는 오프하고, 상기 제 1 릴레이 부재(411)의 릴레이 코일(RC1)의 타단에 연결되어 상기 제 1 콘덴서(412)의 충전 상태에 대응하여 상기 제 1 릴레이 부재(411)의 릴레이 코일(RC1)에 대한 전압 공급을 제어하는 제 1 트랜지스터(414)를 포함하여 구성되는 충전 안정화부(410);를 구비하여
상기 교류 입력전원(Vin)의 초기 투입시에 상기 제 1 콘덴서(412)가 미리 설정된 제 1 시간에 걸쳐 충전되면 상기 제 1 트랜지스터(414)의 스위칭에 의해 상기 제 1 릴레이 부재(411)가 상기 정류 전원(Vrec_CH1, Vrec_CH2)과 상기 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)을 연결시킴으로써 초기 돌입전류에 의한 상기 순간정전 보상부(300)의 고장을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 충방전 제어부(400)는,
상기 충전 안정화부(410) 방향의 멀티채널의 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 상기 슈퍼콘덴서 뱅크(301, 302) 방향의 멀티채널의 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)을 스위칭 연결하고 내부의 릴레이 코일(RC2)의 일단이 상기 DC전원 출력부(200)의 DC 출력 전원(Vout_CHx)에 연결되는 제 2 릴레이 부재(421)와, 상기 AC전원 정류부(100)의 상기 브리지 부재(120)의 출력 전원(Vrec_CHxa)에 의해 충전되는 제 2 콘덴서(422)와, 복수의 저항소자가 병렬 배열되어 상기 제 2 콘덴서(422)에 대한 복수의 방전 경로를 제공하기 위한 제 2 저항 배열(423)과, 상기 제 2 콘덴서(422)에 대하여 타이머 설정에 따라 상기 제 2 저항 배열(423)의 상기 병렬 연결된 복수의 저항소자를 선택적으로 연결하여 상기 제 2 콘덴서(422)의 방전 시간을 제어하는 타이머 부재(424)와, 상기 제 2 콘덴서(422)의 충전 및 방전 상태에 의해 스위칭 온 또는 오프하고, 상기 제 2 릴레이 부재(421)의 릴레이 코일(RC2)의 타단에 연결되어 상기 제 2 콘덴서(422)의 충전 및 방전 상태에 대응하여 상기 제 2 릴레이 부재(421)의 릴레이 코일(RC2)에 대한 전압 공급을 제어하는 제 2 트랜지스터(425)를 포함하여 구성되는 방전시간 설정부(420);를 구비하여
상기 교류 입력전원(Vin)의 전원 공급이 이루어지면 상기 제 2 콘덴서(422)가 즉시 충전되어 상기 제 1 트랜지스터(414)의 스위칭에 의해 상기 제 2 릴레이 부재(421)가 상기 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 상기 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2)을 연결시키고,
상기 교류 입력전원(Vin)의 순간정전이 발생하면 상기 제 2 콘덴서(422)가 상기 타이머 부재(424)의 타이머 설정에 따른 제 2 시간에 걸쳐 방전되어 상기 제 1 트랜지스터(414)의 스위칭에 의해 상기 제 2 릴레이 부재(421)가 상기 안정화 전원(Vsdc_CH1, Vsdc_CH2)과 상기 충방전 전원(Vchg_CH1, Vchg_CH2) 간의 연결을 해제하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 순간정전 보상형의 절연 전원공급 장치.
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|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |