KR102566878B1 - Power supply system for performing load-sharing functions - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 병렬 연결된 다수의 전원 공급모듈(장치)을 포함하는 시스템에서 병렬 운전시 임피던스 불균형에 따른 불평형 전류에 대응하기 위한 설계 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 부하 분담 기능을 수행하기 위한 고속의 디지털 통신을 구성하고, 전원 공급모듈 각각의 온도 검출 회로를 통해 동작 온도 상태에 따라 능동적인 부하 조절 및 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a design technology for responding to unbalanced current due to impedance imbalance during parallel operation in a system including a plurality of power supply modules (devices) connected in parallel, and more particularly, to a high-speed load sharing function for performing a load sharing function. The present invention relates to a power supply system that configures digital communication and performs active load control and load sharing functions according to an operating temperature state through a temperature detection circuit of each power supply module.
최근 전원 공급장치의 대용량화에 따라 하나의 단일 전원에서 모든 전력을 부담하는 것이 아니라 여러 대의 전원 공급장치들이 병렬 운전하여 신뢰성을 높이고 용량을 증가시키는 병렬 운전방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 병렬 운전방식은 전원의 분산화, 설계 표준화 및 방열 구조를 단순화할 수 있는 장점을 제공하는 한편, 유지 보수성이 편리하여 확장성이 우수한 장점 또한 제공한다.In recent years, as the capacity of power supply devices has increased, research on a parallel operation method in which a single power supply unit does not bear all the power, but several power supplies are operated in parallel to increase reliability and increase capacity, has been actively conducted. This parallel operation method provides advantages of power distribution, design standardization, and simplification of a heat dissipation structure, while providing excellent scalability due to convenient maintenance.
도 1은 일반적인 전력 분담 장치의 등가 회로도이다. 도 1과 같이, 병렬 운전방식에서는 하나의 전원이 부하의 모든 전력을 부담하는 것이 아닌 병렬 운전을 통해 여러 개의 전원이 부하를 분담한다. 이러한 기존 병렬 운전방식에서는 각각의 전원 공급장치를 구성하는 소자들의 특성이 이상적이지 않고, 또한 각 장치들의 임피던스가 서로 상이하기 때문에 병렬 운전에 따른 상호 불균형 전류가 발생할 수 있으며, 이는 전원 공급장치의 고장 원인이 되고, 시스템의 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 1 is an equivalent circuit diagram of a general power sharing device. As shown in FIG. 1 , in the parallel operation mode, several power sources share the load through parallel operation rather than one power source bearing all power of the load. In this conventional parallel operation method, since the characteristics of the elements constituting each power supply unit are not ideal and the impedances of each unit are different from each other, mutual imbalance currents may occur due to parallel operation, which is a failure of the power supply unit. cause, and the reliability of the system may be lowered.
따라서, 본 발명은 부하 분담 기능을 수행하기 위한 고속의 디지털 통신을 구성하고, 전원 공급모듈 각각의 온도 검출 회로를 통해 동작 온도 상태에 따라 능동적인 부하 조절 및 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, the present invention provides a power supply system that configures high-speed digital communication for performing the load sharing function and performs active load regulation and load sharing according to the operating temperature state through the temperature detection circuit of each power supply module. want to provide
본 발명의 실시 예에 따른 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템은 서로 병렬 연결되고, 공유버스를 통해 상호 통신하는 다수의 전원 공급모듈을 포함하고, 상기 다수의 전원 공급모듈 각각은, 동작 온도를 검출하는 온도 검출 회로; 및 상기 공유버스를 통해 서로 공유된 상기 다수의 전원 공급모듈의 부하 전류 정보를 토대로 분담 전류 지령값을 산출하고 산출된 분담 전류 지령값과 상기 온도 검출 회로를 통해 검출된 동작 온도에 따라 부하 분담을 제어하는 부하 분담 제어기를 포함한다.A power supply system performing a load sharing function according to an embodiment of the present invention includes a plurality of power supply modules connected in parallel to each other and communicating with each other through a shared bus, each of the plurality of power supply modules having an operating temperature. a temperature detection circuit that detects; and calculating a shared current command value based on the load current information of the plurality of power supply modules shared through the shared bus, and performing load sharing according to the calculated shared current command value and the operating temperature detected through the temperature detection circuit. It includes a load sharing controller that controls
또한, 상기 부하 분담 제어기는 상기 온도 검출 회로의 출력신호를 인터럽트 신호로 입력받아 해당 전압 공급모듈의 동작모드를 부하 분담 모드 또는 디레이팅 모드 중 어느 하나의 동작모드로 전환할 수 있다. In addition, the load sharing controller may receive an output signal of the temperature detection circuit as an interrupt signal and convert an operation mode of a corresponding voltage supply module into one of a load sharing mode and a derating mode.
또한, 상기 부하 분담 제어기는 상기 부하 분담 모드 전환시 산출된 분담 전류 지령값으로 부하 분담을 조정하고, 상기 디레이팅 모드 전환시에는 산출된 분담 전류 지령값을 감소시켜 부하 분담을 조정할 수 있다. In addition, the load sharing controller may adjust the load sharing with the current command value calculated when the load sharing mode is switched, and may adjust the load sharing by decreasing the calculated current command value when the derating mode is switched.
또한, 상기 다수의 전압 공급모듈의 동작모드가 모두 부하 분담 모드로 전환되면, 상기 다수의 전압 공급모듈은 부하 분담 제어기에서 각각 산출된 분담 전류 지령값에 따라 부하 분담을 균등하게 조정할 수 있다.In addition, when the operation modes of the plurality of voltage supply modules are all converted to the load sharing mode, the plurality of voltage supply modules may equally adjust the load sharing according to the current sharing command values calculated by the load sharing controller.
또한, 상기 다수의 전압 공급모듈 중 어느 하나의 전압 공급모듈의 동작모드가 디레이팅 모드로 전환되면, 디레이팅 모드로 전환된 전압 공급모듈을 제외한 나머지 전압 공급모듈은 각각 디레이팅 모드로 전환된 전압 공급모듈이 분담해야 할 부하를 균등하게 나누어 추가로 분담할 수 있다. In addition, when the operation mode of any one voltage supply module among the plurality of voltage supply modules is converted to the derating mode, the remaining voltage supply modules except for the voltage supply module switched to the derating mode are each converted to the derating mode. The load to be shared by the supply module can be divided equally and additionally shared.
또한, 상기 온도 검출 회로는 입력단에 동작 온도를 검출하는 온도 센서가 구비된 슈미트 트리거(Shmitt trigger) 회로로 이루어질 수 있다. In addition, the temperature detection circuit may include a Schmitt trigger circuit equipped with a temperature sensor for detecting an operating temperature at an input terminal.
또한, 상기 슈미트 트리거 회로는 상기 온도 센서의 양단에 걸리는 입력전압을 출력하는 버퍼; 및 상기 버퍼로부터 출력되는 입력전압과 상한치 기준전압 또는 하한치 기준전압을 비교하는 비교기를 포함할 수 있다. The Schmitt trigger circuit may include a buffer outputting an input voltage across both ends of the temperature sensor; and a comparator comparing the input voltage output from the buffer with an upper limit reference voltage or a lower limit reference voltage.
또한, 상기 부하 분담 제어기는 상기 공유버스를 통해 공유받은 상기 다수의 전원 공급모듈의 부하 전류 정보를 토대로 전체 전류값을 계산하고, 계산된 전체 전류값을 토대로 상기 다수의 전원 공급모듈 각각이 분담해야 하는 분담 전류 지령값을 산출하는 전류 지령값 산출부; 및 상기 전류 지령값 산출부를 통해 산출된 상기 다수의 전원 공급모듈 각각의 분담 전류 지령값에 대응하여 출력 전압의 펄스폭을 조정하는 전압 및 전류 제어기를 포함할 수 있다. In addition, the load sharing controller calculates a total current value based on the load current information of the plurality of power supply modules shared through the shared bus, and each of the plurality of power supply modules should share the calculated current value. a current command value calculation unit that calculates a shared current command value to be used; and a voltage and current controller adjusting a pulse width of an output voltage in response to the shared current command value of each of the plurality of power supply modules calculated through the current command value calculator.
또한, 상기 공유버스는 디지털 통신버스일 수 있다. Also, the shared bus may be a digital communication bus.
본 발명의 실시 예에 따르면, 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
종래의 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템에서는 병렬 운전시 전원 공급장치들 중 어느 하나의 전원 공급장치의 동작 온도 상승으로 인해 보호 기능이 작동하면, 해당 전원 공급장치의 전원이 차단되어 남은 전원 공급장치들이 부하를 분담하여 동작되기 때문에 남은 전원 공급장치들의 용량이 과부하되어 전원 공급장치의 고장 발생을 유발하여 전원 공급 시스템의 운용성을 저하시키는 문제가 있다. In a conventional power supply system that performs a load sharing function, when the protection function operates due to an increase in the operating temperature of one of the power supplies during parallel operation, the power of the corresponding power supply is cut off to supply the remaining power. Since the devices are operated by sharing the load, the capacities of the remaining power supply devices are overloaded, causing failure of the power supply device, thereby deteriorating the operability of the power supply system.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템 및 방법에서는 부하 분담 기능을 수행하기 위한 고속의 디지털 통신을 구성하고, 전원 공급모듈 각각의 온도 검출 회로를 통해 동작 온도 상태에 따라 능동적으로 부하를 조절하여 분담할 수 있도록 제공함으로써 각각의 전원 공급모듈이 환경 온도에 따른 스트레스에도 상호 간에 능동적으로 부하 조절 및 부하 분담을 수행할 수 있다.However, in the power supply system and method for performing the load sharing function according to an embodiment of the present invention, high-speed digital communication is configured to perform the load sharing function, and the temperature detection circuit of each power supply module is configured according to the operating temperature state. By actively adjusting and sharing the load, each power supply module can actively adjust the load and share the load with each other despite the stress caused by the environmental temperature.
도 1은 일반적인 전력 분담 장치의 등가 회로도.
도 2는 종래의 아날로그 방식의 공유 버스 제어방식을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 온도 검출 회로의 회로도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템의 디레이팅 모드 전환시 부하 분담 개념도.
도 6은 도 5에 나타낸 디레이팅 모드 전환시 기준전압 및 출력전압을 나타낸 회로도.
도 7은 도 6에 나타낸 기준전압 및 출력전압을 나타낸 파형도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템의 부하 분담 모드 전환시 부하 분담 개념도.
도 9는 도 8에 나타낸 부하 분담 모드 전환시 기준전압 및 출력전압을 나타낸 회로도.
도 10은 도 9에 나타낸 기준전압 및 출력전압을 나타낸 파형도.1 is an equivalent circuit diagram of a general power sharing device;
2 is a block diagram showing a conventional analog shared bus control method;
Figure 3 is a block diagram showing a power supply system according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a temperature detection circuit according to the present invention;
5 is a conceptual diagram of load sharing when a power supply system converts to a derating mode according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram showing a reference voltage and an output voltage when switching to the derating mode shown in FIG. 5;
7 is a waveform diagram showing the reference voltage and output voltage shown in FIG. 6;
8 is a load sharing conceptual diagram when a load sharing mode is switched in a power supply system according to an embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram showing a reference voltage and an output voltage when switching to the load sharing mode shown in FIG. 8;
10 is a waveform diagram showing the reference voltage and output voltage shown in FIG. 9;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention will not be limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only the embodiments of the present invention will make the disclosure of the present invention complete, and will make the scope of the invention clear to those skilled in the art. It is provided to fully inform you. Like reference numerals designate like elements in the drawings.
다수의 전원 공급장치가 서로 병렬 연결된 구성을 갖는 전원 공급 시스템에서 다수의 전원 공급장치들이 각각 부하를 분담하는 기능을 수행하기 위한 방식은 크게 출력전압의 전압강하를 이용하는 전압강하방식, 마스터-슬레이브(master-slave)로 구성되는 마스터 제어방식 및 공유 버스를 통해 전류값을 공유하는 방식이 있다.In a power supply system in which a plurality of power supplies are connected in parallel to each other, a method for performing the function of sharing the load of each of the plurality of power supplies is largely a voltage drop method using a voltage drop of the output voltage, a master-slave ( There is a master control method consisting of master-slave) and a method of sharing current values through a shared bus.
먼저, 전압강하방식은 부하에 따른 출력전압의 전압강하 특성에 기인하여 부하 분담을 제어하는 방식으로, 분담하는 부하전류와 비례해서 출력전압을 제어한다. 이러한 방식은 장치들 간 전류 정보를 교환하기 위한 별도의 연동이 필요 없이 부하 분담을 제어할 수 있다. 그러나 전적으로 부하 특성에 기인한 방법이기 때문에 저부하 상태에서 좋지 않은 부하 분담 결과와 레귤레이션이 저하되는 문제가 있다.First, the voltage drop method controls the load sharing based on the voltage drop characteristics of the output voltage according to the load, and controls the output voltage in proportion to the load current to be shared. In this method, load sharing can be controlled without requiring a separate linkage for exchanging current information between devices. However, since this method is entirely based on load characteristics, there are problems with poor load sharing results and poor regulation in low load conditions.
마스터 제어방식은 전압 제어를 위한 전용 마스터 장치와 전류 제어를 수행하는 슬레이브 장치로 구성되며, 슬레이브 장치가 마스터 장치의 부하를 추종하는 형태로 부하 분담을 제어하는 방식이다. 그러나 이러한 마스터 제어방식은 전용 마스터 장치의 고장 발생시 병렬 연결된 모든 시스템의 운용이 중단되는 문제가 있다.The master control method consists of a dedicated master device for voltage control and a slave device that performs current control, and is a method of controlling load sharing in a form in which the slave device follows the load of the master device. However, this master control method has a problem in that the operation of all systems connected in parallel is stopped when a failure of the dedicated master device occurs.
공유 버스를 통해 전류값을 공유하는 제어방식은 크게 아날로그 방식과 디지털 방식이 있다. 종래의 아날로그 방식의 공유 버스 제어방식의 일례가 도 2에 도시되었다. 도 2와 같이, 종래의 아날로그 방식의 공유 버스 제어방식에서는 각 장치들 간 부하 분담 기능을 수행하기 위해 외부에 별도로 부하 분담을 위한 제어기(controller)를 구성하여 상호 간의 부하 전류에 따른 전압값을 공유해야만 하기 때문에 별도로 부하 분담을 위한 제어기가 필요하다. 또한 부하 전류에 따른 전압값을 서로 공유받아야 하기 때문에 모듈화되어 제작시 장거리 외부 연동으로 인한 전압 강하와 외부 잡음(noise)에 기인한 전압 변동으로 제어기에 악영향을 줄 수 있다.The control method for sharing the current value through the shared bus is largely classified into an analog method and a digital method. An example of a conventional analog shared bus control method is shown in FIG. 2 . As shown in FIG. 2, in the conventional analog shared bus control method, in order to perform the load sharing function between each device, a controller for load sharing is configured externally to share the voltage value according to the load current between them. Therefore, a separate controller for load sharing is required. In addition, since the voltage value according to the load current must be shared with each other, it is modularized and may adversely affect the controller due to voltage drop due to long-distance external linkage and voltage fluctuation due to external noise during manufacturing.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템에서는 신뢰성 향상을 위해 고속의 통신(예컨대, CAN(Controller Area Network) 통신)을 구성하여 병렬로 연결된 다수의 전원 공급모듈(장치)들 간에 부하 전류 정보(전류값)의 교환을 수행하고, 각각의 전원 공급모듈들이 마스터가 되어 공유받은 전류값을 이용하여 평균 전류 지령값을 산출 및 추종하도록 제어하여 부하를 분담하도록 구성한다. 또한 각 전원 공급모듈별로 온도 검출 회로(예컨대, 슈미트 트리거(Shmitt trigger) 회로)를 구성하고, 이러한 온도 검출 회로를 통해 각 전원 공급모듈의 동작 온도상태에 따라 두 가지의 동작 모드(부하 분담 모드(Load Share Mode)와 디레이팅 모드(Derating Mode))에서 동작하도록 구성하여 각각의 전원 공급모듈이 능동적으로 부하 조절 및 분담 기능이 수행될 수 있도록 한다.Therefore, in the power supply system performing the load sharing function according to an embodiment of the present invention, high-speed communication (eg, CAN (Controller Area Network) communication) is configured to improve reliability, and a plurality of power supply modules (devices) connected in parallel ) exchange of load current information (current value), and each power supply module becomes a master and uses the shared current value to calculate and follow the average current command value, thereby dividing the load. In addition, a temperature detection circuit (eg, a Schmitt trigger circuit) is configured for each power supply module, and through this temperature detection circuit, two operation modes (load sharing mode ( It is configured to operate in Load Share Mode and Derating Mode) so that each power supply module can actively perform load control and sharing functions.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 3 is a schematic block diagram of a power supply system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템(10)은 병렬 연결된 다수의 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)(여기서, N은 자연수임)을 포함한다. Referring to FIG. 3 , the power supply system 10 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of power supply modules (Module #1 to Module #N) connected in parallel (where N is a natural number).
전원 공급모듈(Module #1~Module #N)은 공유버스(11)를 통해 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 전체 수량과 각각의 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 부하 전류 정보(예컨대, 최대 전류값 또는 평균 전류값 등)를 실시간으로 공유한다. The power supply modules (Module #1 to Module #N) are the total number of power supply modules (Module #1 to Module #N) and each power supply module (Module #1 to Module #N) through the shared bus (11). Shares load current information (eg, maximum current value or average current value) in real time.
공유버스(11)는 디지털 통신버스일 수 있고, 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)이 상호 연동하도록 병렬 연결되어 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 수량과 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 부하 전류 정보를 실시간으로 공유한다. 공유버스(11)는 예를 들어 CAN 버스(Controller Area Network Bus)를 사용할 수 있다. 이외에도 공지의 PM 버스(Power Management Bus)를 사용할 수도 있다. The shared bus 11 may be a digital communication bus, and the power supply modules (Module #1 to Module #N) are connected in parallel so that they interwork with each other, so that the number of power supply modules (Module #1 to Module #N) and the power supply modules It shares load current information of (Module #1~Module #N) in real time. The shared bus 11 may use, for example, a CAN bus (Controller Area Network Bus). In addition, a known PM bus (Power Management Bus) may be used.
이러한 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)은 각각 도 3과 같이, AC/DC 컨버터(12)와 부하를 분담하기 위한 부하 분담 제어기(13)를 포함한다. 부하 분담 제어기(13)는 가령 MCU(Micro Controller Unit)일 수 있으며, 공유버스(11)를 통해 공유받은 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)별 부하 전류 정보를 토대로 부하(1)로 공급되는 전체 전류값을 계산한 후 계산된 전체 전류값을 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 개수로 나누어 각각의 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)이 분담해야 하는 평균 전류값(이하, '분담 전류 지령값'이라 함)을 생성한다. 그리고 이렇게 생성된 분담 전류 지령값을 토대로 부하(1)로 출력되는 출력전압을 조정한다.Each of these power supply modules (Module #1 to Module #N) includes an AC/DC converter 12 and a load sharing controller 13 for sharing a load, as shown in FIG. 3 . The load sharing controller 13 may be, for example, a Micro Controller Unit (MCU), and the load sharing controller 13 is configured to load 1 based on load current information for each power supply module (Module #1 to Module #N) shared through the shared bus 11. After calculating the total current value supplied, the total current value calculated is divided by the number of power supply modules (Module #1 to Module #N), and the average that each power supply module (Module #1 to Module #N) should share A current value (hereinafter referred to as 'shared current command value') is generated. Then, the output voltage output to the load 1 is adjusted based on the generated shared current command value.
부하 분담 제어기(13)는 도 3과 같이, 공유버스(11)를 통해 공유받은 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)별 각각의 부하 전류 정보를 토대로 전체 전류값을 계산하고, 계산된 전체 전류값을 토대로 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)이 각각 분담해야 하는 분담 전류 지령값을 산출하는 전류 지령값 산출부(131)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the load sharing controller 13 calculates the total current value based on load current information for each power supply module (Module #1 to Module #N) shared through the shared bus 11, and calculates the total current value. and a current command value calculation unit 131 that calculates a shared current command value to be shared by the power supply modules (Module #1 to Module #N) based on the total current value.
전류 지령값 산출부(131)는 자신이 포함된 전원 공급모듈과 다른 전원 공급모듈의 전류값을 공유버스(11)를 통해 공유받고 독립적으로 전체 전류값을 계산하고, 계산된 전체 전류값을 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 개수로 나누어 각각의 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)이 분담해야 하는 분담 전류 지령값을 산출한다.The current command value calculation unit 131 receives current values of the power supply module included in itself and other power supply modules through the shared bus 11, calculates the total current value independently, and converts the calculated total current value to the power supply. Divide by the number of supply modules (Module #1 to Module #N) to calculate the shared current command value to be shared by each power supply module (Module #1 to Module #N).
그리고 부하 분담 제어기(13)는 전류 지령값 산출부(131)를 통해 산출된 각각의 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 분담 전류 지령값에 대응하여 부하(1)로 공급되는 출력 전압의 펄스 폭을 조정하는 전압 및 전류 제어기(132)를 포함한다. In addition, the load sharing controller 13 outputs the output supplied to the load 1 in response to the current command value of each power supply module (Module #1 to Module #N) calculated through the current command value calculation unit 131. and a voltage and current controller 132 that adjusts the pulse width of the voltage.
전압 및 전류 제어기(132)는 전류 지령값 산출부(131)를 통해 산출된 각각의 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 분담 전류 지령값을 토대로 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 방식으로 각각의 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)에서 부하(1)로 출력되는 출력 전압의 펄스 폭을 조정한다. 따라서 전류 지령값 산출부(131)를 통해 산출된 각각의 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 분담 전류 지령값에 대응하여 부하(1)로 출력되는 출력 전압은 제어될 수 있다.The voltage and current controller 132 calculates pulse width modulation (PWM) based on the shared current command value of each power supply module (Module #1 to Module #N) calculated through the current command value calculation unit 131. ) method to adjust the pulse width of the output voltage output from each power supply module (Module #1 to Module #N) to the load (1). Accordingly, the output voltage output to the load 1 may be controlled in response to the current command value of each power supply module (Module #1 to Module #N) calculated through the current command value calculation unit 131 .
도 3과 같이, 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)은 각각 동작 온도를 검출하는 온도 검출 회로(121)를 포함한다. 온도 검출 회로(121)는 일례로 입력단에 온도 센서(121a)가 구성된 슈미트 트리거(Schmitt trigger) 회로로 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 3 , each of the power supply modules (Module #1 to Module #N) includes a temperature detection circuit 121 that detects an operating temperature. The temperature detection circuit 121 may include, for example, a Schmitt trigger circuit configured with a temperature sensor 121a at an input terminal.
도 4는 본 발명에 따른 온도 검출 회로의 회로도이다. 4 is a circuit diagram of a temperature detection circuit according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 온도 검출 회로(121)는 슈미트 트리거 회로의 입력단(저항 'R1'과 접지단 사이)에 연결되어 해당 전원 공급모듈의 동작 온도 상태를 검출하는 온도 센서(121a)를 포함한다. 여기서, 온도 센서(121a)는 예를 들어 PTC 서미스터(positive temperature coefficient thermistor)를 사용할 수 있다. Referring to FIG. 4, the temperature detection circuit 121 according to the present invention is connected to the input terminal (between the resistor 'R1' and the ground terminal) of the Schmitt trigger circuit and detects the operating temperature state of the power supply module (121a) ). Here, the temperature sensor 121a may use, for example, a PTC thermistor (positive temperature coefficient thermistor).
해당 전원 공급모듈의 동작 온도 상태에 대응하여 온도 센서(121a)의 양단에 걸리는 입력전압 'Vin'은 버퍼(121b)를 통해 비교기(121c)의 제1 단으로 입력되고, 제2 단에는 기준 전압 생성부(121d)를 통해 생성된 기준전압 'Vref'가 입력된다. In response to the operating temperature state of the power supply module, the input voltage ' Vin ' across both ends of the temperature sensor 121a is input to the first terminal of the comparator 121c through the buffer 121b, and the reference voltage to the second terminal. The reference voltage ' Vref ' generated through the generator 121d is input.
비교기(121c)는 입력전압 'Vin'과 기준전압 'Vref'를 서로 비교하여 출력 전압 'Vout'을 출력한다. 부하 분담 제어기(13)는 비교기(121c)의 출력전압, 즉 슈미트 트리거 회로의 출력신호를 인터럽트 신호로 입력받아 부하 분담 모드(Load Share Mode)(Mode1) 또는 디레이팅 모드(Derating Mode)(Mode2) 중 어느 하나의 모드로 전환한다.The comparator 121c compares the input voltage ' Vin ' with the reference voltage ' Vref ' and outputs an output voltage ' Vout '. The load sharing controller 13 receives the output voltage of the comparator 121c, that is, the output signal of the Schmitt trigger circuit, as an interrupt signal, and operates in a load share mode (Mode1) or a derating mode (Mode2). switch to one of the modes.
부하 분담 모드는 전원 공급 시스템(10)의 모든 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)이 정상적으로 동작하여 분담 전류 지령값(모든 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 전류값의 총합을 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)의 개수로 나눈 값)으로 부하 분담을 수행하는 동작모드이다. 디레이팅 모드는 전원 공급모듈(Module #1~Module #N) 중 동작 온도가 상승하여 보호 기능이 작동하는 전원 공급모듈의 분담 전류 지령값을 감소시켜 부하 분담을 하도록 하는 동작모드이다. In the load sharing mode, all power supply modules (Module #1 to Module #N) of the power supply system 10 operate normally, and the shared current command value (current value of all power supply modules (Module #1 to Module #N) This is an operation mode in which load sharing is performed by dividing the sum by the number of power supply modules (Module #1 to Module #N). The derating mode is an operation mode in which the operating temperature of the power supply modules (Module #1 to Module #N) rises to reduce the current command value of the power supply module in which the protection function operates, thereby enabling load sharing.
한편, 본 발명에 따른 전원 공급 시스템(10)에서는 전원 공급모듈(Module #1~Module #N) 중 어느 하나의 전원 공급모듈의 동작모드가 동작 온도 상승으로 인해 디레이팅 모드로 전환되는 경우, 나머지 전원 공급모듈들은 과부하 분담 모드로 동작한다. 여기서, 과부하 분담 모드는 디레이팅 모드로 전환된 전원 공급모듈을 제외하고, 디레이팅 모드로 전환되지 않는 나머지 전원 공급모듈들이 디레이팅 모드로 전환된 전원 공급모듈의 부하 분담 감소분을 균등하게 분담하는 동작모드이다. Meanwhile, in the power supply system 10 according to the present invention, when the operation mode of one of the power supply modules (Module #1 to Module #N) is switched to the derating mode due to an increase in operating temperature, the remaining power supply modules (Module #1 to Module #N) The power supply modules operate in overload sharing mode. Here, the overload sharing mode is an operation in which, except for the power supply module that has been converted to the derating mode, the remaining power supply modules that have not been converted to the derating mode equally share the reduced load sharing of the power supply module that has been switched to the derating mode. it's a mode
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템의 디레이팅 모드 전환시 부하 분담 방법의 일례를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 동작 상태의 개념도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 디레이팅 모드 전환시 기준전압 및 출력전압을 나타낸 회로도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 기준전압 및 출력전압을 각각 나타낸 파형도이다. 5 is a conceptual diagram schematically illustrating an operating state to explain an example of a load sharing method when a power supply system switches to a derating mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a circuit diagram showing the voltage and the output voltage, and FIG. 7 is a waveform diagram showing the reference voltage and the output voltage shown in FIG. 6, respectively.
도 5와 같이, 전원 공급모듈(Module #1~Module #N) 중 어느 하나의 전원 공급모듈, 가령 'Module #1'의 동작 온도(내부 온도)가 전력 디레이팅(derating)을 제한하기 위해 설정된 상한 온도값 이상으로 상승하면, 도 6 및 도 7과 같이, 온도 센서(121a)에 걸리는 입력전압 'Vin'은 상한치 기준전압 'Vref(H)'를 초과하게 된다. 이에 따라 슈미트 트리거의 비교기(121c)의 출력전압 'Vout'은 'Low'로 전환된다. As shown in FIG. 5, the operating temperature (internal temperature) of one of the power supply modules (Module #1 to Module #N), for example 'Module #1', is set to limit power derating. When the temperature rises above the upper limit temperature value, the input voltage ' Vin ' applied to the temperature sensor 121a exceeds the upper limit reference voltage ' Vref (H)', as shown in FIGS. 6 and 7 . Accordingly, the output voltage ' Vout ' of the Schmitt trigger comparator 121c is converted to 'Low'.
도 6에 나타낸 슈미트 트리거 타입의 온도 검출 회로(121)에서, 입력전압 'Vin'과, 상한치 분배전압 'Vdiv(H)'과, 상한치 기준전압 'Vref(H)'은 아래 [수학식 1]로 구할 수 있다. 여기서, PTC는 온도 센서(121a)의 양단에 걸리는 저항을 나타낸다. In the Schmitt trigger type temperature detection circuit 121 shown in FIG. 6, the input voltage ' Vin ', the upper limit distribution voltage ' Vdiv (H)', and the upper limit reference voltage ' Vref (H)' are expressed as follows [Equation 1] can be obtained with Here, PTC represents the resistance across both ends of the temperature sensor 121a.
전원 공급모듈 'Module #1'의 부하 분담 제어기(13)는 슈미트 트리거의 비교기(121c)의 출력전압 'Vout', 즉 출력 신호를 인터럽트 신호로 입력받고, 슈미트 트리거의 비교기(121c)의 출력 신호에 응답하여 현재 부하 분담 모드로 동작하고 있는 해당 전원 공급모듈 'Module #1'의 동작모드를 전력 디레이팅 모드로 전환한다. The load sharing controller 13 of the power supply module 'Module #1' receives the output voltage ' Vout ', that is, the output signal of the Schmitt trigger comparator 121c as an interrupt signal, and receives the output signal of the Schmitt trigger comparator 121c. In response, the operation mode of the corresponding power supply module 'Module #1' currently operating in the load sharing mode is converted to the power derating mode.
디레이팅 모드로 전환된 전원 공급모듈 'Module #1'를 제외한 나머지 전원 공급모듈 'Module #2~Module #N'(동작 온도가 정상인 전원 공급모듈)은 디레이팅 모드로 전환된 전원 공급모듈 'Module #1'에 의해 감소되는 부하 분담 감소분(전력량 감소분)을 균등하게 분담한다. 즉, 나머지 전원 공급모듈 'Module #2~Module #N'은 각각 과부하 분담 모드로 진입하여 디레이팅 모드로 전환된 전원 공급모듈 'Module #1'에 의해 감소되는 부하 분담 감소분을 균등하게 나누어 추가로 분담한다. Except for the power supply module 'Module #1' that has been converted to derating mode, the rest of the power supply modules 'Module #2 to Module #N' (power supply modules whose operating temperature is normal) are power supply modules 'Module #1' that has been converted to derating mode. The load sharing reduction (electric power reduction) reduced by #1' is equally shared. That is, the remaining power supply modules 'Module #2 to Module #N' each enter the overload sharing mode and equally divide the load sharing reduction reduced by the power supply module 'Module #1' that has been converted to the derating mode. share
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 전원 공급 시스템의 부하 분담 모드 전환시 부하 분담 방법의 일례를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 동작 상태의 개념도이고, 도 9는 도 8에 나타낸 부하 분담 모드 전환시 기준전압 및 출력전압을 나타낸 회로도이고, 도 10은 도 9에 나타낸 기준전압 및 출력전압을 각각 나타낸 파형도이다. 8 is a conceptual diagram schematically illustrating an operating state to explain an example of a load sharing method when a power supply system switches a load sharing mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a circuit diagram showing the voltage and the output voltage, and FIG. 10 is a waveform diagram showing the reference voltage and the output voltage shown in FIG. 9 respectively.
도 8을 참조하면, 도 5 및 도 6과 같이 디레이팅 모드로 전환된 전원 공급모듈 'Module #1'의 동작 온도(내부 온도)가 온도 센서(121a)의 측정 결과 전력 디레이팅을 해제할 하한 온도값 이하로 하강하면, 도 9 및 도 10과 같이, 온도 센서(121a)에 걸리는 입력전압 'Vin'은 하한치 기준전압 'Vref(L)' 보다 작게 된다. 이에 따라 슈미트 트리거의 비교기(121c)의 출력전압 'Vout'은 'Low'에서 'High'로 전환된다. Referring to FIG. 8 , as shown in FIGS. 5 and 6 , the operating temperature (internal temperature) of the power supply module 'Module #1' switched to the derating mode is the lower limit to release the power derating as a result of the measurement by the temperature sensor 121a. When the temperature falls below the temperature value, as shown in FIGS. 9 and 10 , the input voltage ' Vin ' applied to the temperature sensor 121a becomes smaller than the lower limit reference voltage ' Vref (L)'. Accordingly, the output voltage ' Vout ' of the Schmitt trigger comparator 121c is converted from 'Low' to 'High'.
도 9에 나타낸 슈미트 트리거 타입의 온도 검출 회로(121)에서, 입력전압 'Vin'과, 하한치 분배전압 'Vdiv(L)'과, 하한치 기준전압 'Vref(L)'은 아래 [수학식 2]로 구할 수 있다. 여기서, PTC는 온도 센서(121a)의 양단에 걸리는 저항을 나타낸다. In the Schmitt trigger type temperature detection circuit 121 shown in FIG. 9, the input voltage ' Vin ', the lower limit value division voltage ' Vdiv (L)', and the lower limit value reference voltage ' Vref (L)' are expressed as follows [Equation 2] can be obtained with Here, PTC represents the resistance across both ends of the temperature sensor 121a.
전원 공급모듈 'Module #1'의 부하 분담 제어기(13)는 슈미트 트리거의 비교기(121c)의 출력전압 'Vout', 즉 출력 신호를 인터럽트 신호로 입력받고, 슈미트 트리거의 비교기(121c)의 출력 신호 'High'에 응답하여 현재 디레이팅 모드로 동작하고 있는 해당 전원 공급모듈 'Module #1'의 동작 모드를 부하 분담 모드로 전환한다.The load sharing controller 13 of the power supply module 'Module #1' receives the output voltage ' Vout ', that is, the output signal of the Schmitt trigger comparator 121c as an interrupt signal, and receives the output signal of the Schmitt trigger comparator 121c. In response to 'High', the operation mode of the power supply module 'Module #1' currently operating in the derating mode is converted to the load sharing mode.
전원 공급모듈 'Module #1'이 디레이팅 모드에서 부하 분담 모드로 전환되면, 전원 공급모듈 'Module #1'은 디레이팅 모드에서 빠져나와 부하 분담에 참여하게 된다. 따라서, 도 5와 같이 전원 공급모듈 'Module #1'이 디레이팅 모드 전환으로 인해 과부하 분담 모드로 동작하는 나머지 전원 공급모듈 'Module #2~Module #N'은 'Module #1'의 부하 분담 참여에 따라 부하 분담 모드로 전환한다. 결국 모든 전원 공급모듈(Module #1~Module #N)은 균등한 정격치로 부하 분담을 수행하게 된다. When the power supply module 'Module #1' is converted from the derating mode to the load sharing mode, the power supply module 'Module #1' exits the derating mode and participates in load sharing. Therefore, as shown in FIG. 5, the remaining power supply modules 'Module #2 to Module #N' operating in the overload sharing mode due to the conversion of the power supply module 'Module #1' to the derating mode participate in the load sharing of 'Module #1'. According to this, it switches to load sharing mode. Eventually, all power supply modules (Module #1 to Module #N) perform load sharing with equal rated values.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.In the above, although preferred embodiments of the present invention have been described and illustrated using specific terms, such terms are only intended to clearly explain the present invention, and the embodiments and described terms of the present invention are the technical spirit of the following claims. And it is obvious that various changes and changes can be made without departing from the scope. Such modified embodiments should not be individually understood from the spirit and scope of the present invention, and should be said to fall within the scope of the claims of the present invention.
1 : 부하
10 : 전원 공급 시스템
11 : 공유버스
12 : AC/DC 컨버터
121 : 온도 검출 회로
121a : 온도 센서(PTC 서미스터)
121b : 버퍼
121c : 비교기
121d : 기준 전압 생성부
13 : 부하 분담 제어기
131 : 전체 지령값 산출부
132 : 전압 및 전류 제어기
Module #1~Module #N : 전원 공급모듈
1: load
10: power supply system
11 : shared bus
12: AC/DC converter
121: temperature detection circuit
121a: temperature sensor (PTC thermistor)
121b: buffer
121c: comparator
121d: reference voltage generator
13: load sharing controller
131: total command value calculation unit
132: voltage and current controller
Module #1~Module #N : Power supply module
Claims (9)
각각의 전원 공급모듈은,
동작 온도를 검출하는 온도 검출 회로; 및
상기 공유버스와 연결되어 부하 분담을 제어하는 부하 분담 제어기;를 포함하고,
상기 다수의 전원 공급모듈의 외부에는 부하 분담을 제어하기 위한 별도의 제어기가 마련되지 않고,
각각의 전원 공급모듈에 포함된 부하 분담 제어기는, 상기 공유버스를 통해 상호 통신하여 공유된 다수의 전원 공급모듈의 부하 전류 정보를 토대로 분담 전류 지령값을 산출하고, 산출된 분담 전류 지령값과 상기 온도 검출 회로를 통해 검출된 동작 온도에 따라 부하 분담을 제어하며,
상기 공유버스는 CAN(Controller Area Network) 통신 버스를 포함하는 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템.
It includes a plurality of power supply modules connected in parallel to each other and communicating with each other through a shared bus,
Each power supply module,
a temperature detection circuit that detects an operating temperature; and
A load sharing controller connected to the shared bus to control load sharing;
A separate controller for controlling load sharing is not provided outside the plurality of power supply modules,
The load sharing controller included in each power supply module calculates a shared current command value based on load current information of a plurality of power supply modules shared through mutual communication through the shared bus, and calculates the calculated shared current command value and the shared current command value. Control load sharing according to the operating temperature detected through the temperature detection circuit;
The shared bus is a power supply system that performs a load sharing function including a controller area network (CAN) communication bus.
상기 부하 분담 제어기는 상기 온도 검출 회로의 출력신호를 인터럽트 신호로 입력받아 해당 전압 공급모듈의 동작모드를 부하 분담 모드 또는 디레이팅 모드 중 어느 하나의 동작모드로 전환하는 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템.
According to claim 1,
The load sharing controller receives the output signal of the temperature detection circuit as an interrupt signal and supplies power to perform a load sharing function of converting an operation mode of a corresponding voltage supply module into one of a load sharing mode and a derating mode. system.
상기 부하 분담 제어기는 상기 부하 분담 모드 전환시 산출된 분담 전류 지령값으로 부하 분담을 조정하고, 상기 디레이팅 모드 전환시에는 산출된 분담 전류 지령값을 감소시켜 부하 분담을 조정하는 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템.
According to claim 2,
The load-sharing controller performs a load-sharing function of adjusting the load-sharing with the current command value calculated when the load-sharing mode is switched, and adjusting the load-sharing by decreasing the calculated current command value when the load-sharing mode is switched. power supply system.
상기 다수의 전압 공급모듈의 동작모드가 모두 부하 분담 모드로 전환되면, 상기 다수의 전압 공급모듈은 부하 분담 제어기에서 각각 산출된 분담 전류 지령값에 따라 부하 분담을 균등하게 조정하는 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템.
According to claim 2,
When the operation modes of the plurality of voltage supply modules are all converted to the load sharing mode, the plurality of voltage supply modules perform a load sharing function of equalizing the load sharing according to the respective calculated current command values in the load sharing controller. power supply system.
상기 다수의 전압 공급모듈 중 어느 하나의 전압 공급모듈의 동작모드가 디레이팅 모드로 전환되면, 디레이팅 모드로 전환된 전압 공급모듈을 제외한 나머지 전압 공급모듈은 각각 디레이팅 모드로 전환된 전압 공급모듈이 분담해야 할 부하를 균등하게 나누어 추가로 분담하는 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템.
According to claim 2,
When the operation mode of any one voltage supply module among the plurality of voltage supply modules is converted to the derating mode, the voltage supply modules other than the voltage supply module converted to the derating mode are each voltage supply modules converted to the derating mode. A power supply system that performs a load sharing function by equally dividing the load to be shared and additionally sharing the load.
상기 온도 검출 회로는 입력단에 동작 온도를 검출하는 온도 센서가 구비된 슈미트 트리거(Shmitt trigger) 회로로 이루어진 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템.
According to claim 1,
The power supply system according to claim 1 , wherein the temperature detection circuit performs a load sharing function consisting of a Schmitt trigger circuit having a temperature sensor for detecting an operating temperature at an input terminal.
상기 슈미트 트리거 회로는,
상기 온도 센서의 양단에 걸리는 입력전압을 출력하는 버퍼; 및
상기 버퍼로부터 출력되는 입력전압과 상한치 기준전압 또는 하한치 기준전압을 비교하는 비교기;
를 포함하는 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템.
According to claim 6,
The Schmitt trigger circuit,
a buffer outputting an input voltage across both ends of the temperature sensor; and
a comparator comparing the input voltage output from the buffer with an upper limit reference voltage or a lower limit reference voltage;
A power supply system that performs a load sharing function comprising a.
상기 부하 분담 제어기는,
상기 공유버스를 통해 공유받은 상기 다수의 전원 공급모듈의 부하 전류 정보를 토대로 전체 전류값을 계산하고, 계산된 전체 전류값을 토대로 상기 다수의 전원 공급모듈 각각이 분담해야 하는 분담 전류 지령값을 산출하는 전류 지령값 산출부; 및
상기 전류 지령값 산출부를 통해 산출된 상기 다수의 전원 공급모듈 각각의 분담 전류 지령값에 대응하여 출력 전압의 펄스폭을 조정하는 전압 및 전류 제어기;
를 포함하는 부하 분담 기능을 수행하는 전원 공급 시스템.
According to claim 1,
The load sharing controller,
A total current value is calculated based on the load current information of the plurality of power supply modules shared through the shared bus, and a shared current command value to be shared by each of the plurality of power supply modules is calculated based on the calculated total current value. a current command value calculation unit; and
a voltage and current controller that adjusts a pulse width of an output voltage in response to the current command value of each of the plurality of power supply modules calculated through the current command value calculation unit;
A power supply system that performs a load sharing function comprising a.
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| KR1020220128726A KR102566878B1 (en) | 2022-10-07 | 2022-10-07 | Power supply system for performing load-sharing functions |
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| KR1020220128726A KR102566878B1 (en) | 2022-10-07 | 2022-10-07 | Power supply system for performing load-sharing functions |
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Citations (7)
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2022
- 2022-10-07 KR KR1020220128726A patent/KR102566878B1/en active IP Right Grant
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