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KR20140089179A - 복수의 전원 공급 유닛 간의 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 가지는 부하 분담 컨트롤러 및 병렬 구성 전원 공급 시스템 - Google Patents

복수의 전원 공급 유닛 간의 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 가지는 부하 분담 컨트롤러 및 병렬 구성 전원 공급 시스템 Download PDF

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KR20140089179A
KR20140089179A KR1020130001090A KR20130001090A KR20140089179A KR 20140089179 A KR20140089179 A KR 20140089179A KR 1020130001090 A KR1020130001090 A KR 1020130001090A KR 20130001090 A KR20130001090 A KR 20130001090A KR 20140089179 A KR20140089179 A KR 20140089179A
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KR
South Korea
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power supply
resistor
load
load sharing
supply unit
Prior art date
Application number
KR1020130001090A
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English (en)
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KR102058486B1 (ko
Inventor
지봉철
김동중
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020130001090A priority Critical patent/KR102058486B1/ko
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Abstract

복수의 전원 공급 유닛 간의 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 가지는 부하 분담 컨트롤러 및 병렬 구성 전원 공급 시스템이 개시된다. 단일 부하에 병렬로 접속된 복수의 전원 공급 유닛 각각에 포함되는 부하 분담 컨트롤러에 있어서, 센싱 회로에서 센싱한 상기 부하 분담 컨트롤러를 포함하는 전원 공급 유닛의 출력 전류를 입력받는 입력 단자; 상기 출력 전류와 공유 버스(Share bus)의 전압을 기준으로 조정된 출력 전압을 출력하는 출력 단자; 및 상기 입력 단자에 연결되며, 소정의 오프셋 전압을 인가하는 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 포함하는 병렬 구성 전원 공급 시스템의 부하 분담 컨트롤러에 의하면, 병렬 연결된 복수의 전원 공급 유닛 중에서 슬레이브 전원 공급 유닛의 경우 무부하 혹은 경부하 조건에서는 부하 분담 기능이 동작하지 않도록 하여 병렬 연결된 전원 공급 유닛의 출력 안정도를 향상시킬 수 있다.

Description

복수의 전원 공급 유닛 간의 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 가지는 부하 분담 컨트롤러 및 병렬 구성 전원 공급 시스템{Load sharing controller having offset circuit for load sharing control between plural power supply unit and parallel power supply system}
본 발명은 복수의 전원 공급 유닛 간의 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 가지는 부하 분담 컨트롤러 및 병렬 구성 전원 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전원 공급 시스템은 서버용 전원을 비롯한 대용량 AD/DC전원공급기의 경우 제품 가격, 크기 및 용량 확장의 용이성으로 인해 다수의 전원 공급 유닛을 병렬로 연결하여 구성하게 된다.
단일 전원 공급 시스템과 비교할 때 병렬 구성의 전원 공급 시스템은 다음과 같은 이점을 가진다.
(1) 발열설계 및 신뢰도(Thermal management and reliability): 병렬 구조에서 각 전원 공급 유닛은 전체 전력의 일부만을 운용하므로 각 모듈의 손실 전력이 작아서 발열 설계가 용이해지며 시스템의 신뢰도를 높여준다.
(2) 용장성(Redundancy): 높은 신뢰도를 요구하는 시스템일 경우, 도 1에 나타난 바와 같이 N+1의 용장(redundant) 구조를 사용한다. 즉, N개의 최소 병렬 모듈에 1개의 모듈을 추가하여 구동함으로써, 어느 하나의 모듈이 고장 시 N개의 모듈로 동작하여 로드와 전체 시스템에 영향 없이 유지 및 보수가 가능하게 한다.
(3) 모듈화(Modularity): 병렬 구조는 시스템의 모듈화 설계를 용이하게 한다. 즉, 하나의 설계된 모듈을 이용하여 시스템의 용량에 따라서 모듈 개수만을 조절하여 적용할 수 있다.
상기 이점으로 인해 중/대용량 전원 장치에서는 단일 구성의 전원 공급 시스템보다는 병렬 구성의 전원 공급 시스템이 널리 사용되고 있다.
이러한 병렬 구성의 전원 공급 시스템의 경우, 각 전원 공급 유닛은 그 내부에 전원 공급 유닛 간의 부하를 균일하게 공급할 수 있도록 부하 분담을 조절하는 컨트롤러가 내장된다. 한국공개특허공보 제2011-0002997호에는 이러한 로드 쉐어링 장치 및 이를 구비한 병렬 전원 공급 장치가 개시되어 있다.
하지만, 부하가 없거나 작은 무부하나 경부하 조건에서 병렬 연결된 전원 공급 유닛의 수가 늘어나는 경우, 각 전원 공급 유닛 간 출력 전압의 편차로 인해 부하 분담의 안정도가 떨어지게 되며, 이는 출력의 안정도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제2011-0002997호
본 발명은 병렬 연결된 복수의 전원 공급 유닛 중에서 슬레이브 전원 공급 유닛의 경우 무부하 혹은 경부하 조건에서는 부하 분담 기능이 동작하지 않도록 하여 병렬 연결된 전원 공급 유닛의 출력 안정도를 향상시킨 복수의 전원 공급 유닛 간의 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 가지는 부하 분담 컨트롤러 및 병렬 구성 전원 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단일 부하에 병렬로 접속된 복수의 전원 공급 유닛 각각에 포함되는 부하 분담 컨트롤러에 있어서, 센싱 회로에서 센싱한 상기 부하 분담 컨트롤러를 포함하는 전원 공급 유닛의 출력 전류를 입력받는 입력 단자; 상기 출력 전류와 공유 버스(Share bus)의 전압을 기준으로 조정된 출력 전압을 출력하는 출력 단자; 및 상기 입력 단자에 연결되며, 소정의 오프셋 전압을 인가하는 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 포함하는 병렬 구성 전원 공급 시스템의 부하 분담 컨트롤러가 제공된다.
상기 부하 분담 조절용 오프셋 회로는, 동작 전원단과 그라운드 사이에 직렬 연결되는 제1 저항 및 다이오드와; 출력단과 그라운드 사이에 직렬 연결되는 제2 저항 및 커패시터를 포함하되, 상기 제1 저항과 상기 다이오드가 만나는 제1 노드와 상기 제2 저항과 상기 커패시터가 만나는 제2 노드는 서로 연결되며, 상기 다이오드의 제어 단자에 연결되고, 상기 출력단은 상기 입력 단자에 연결될 수 있다.
상기 제1 저항과 상기 제2 저항은 동일한 저항값을 가질 수 있다.
상기 센싱 회로와 상기 출력단 사이에 제3 저항이 연결되고, 상기 오프셋 전압은 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항 중 어느 하나와 상기 제3 저항의 전압 분배비에 따라 결정될 수 있다.
상기 오프셋 전압은 상기 단일 부하가 무부하 혹은 경부하인 경우에 상기 출력 전류를 무시하도록 설정될 수 있다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 단일 부하에 병렬로 접속된 마스터 전원 공급 유닛 및 하나 이상의 슬레이브 전원 공급 유닛을 포함하는 병렬 구성 전원 공급 시스템에 있어서, 상기 슬레이브 전원 공급 유닛은, 상기 슬레이브 전원 공급 유닛의 출력 전류를 센싱하는 센싱 회로와; 입력 단자를 통해 상기 센싱 회로에서 센싱한 상기 출력 전류를 모니터링하고 공유 버스(Share bus)의 전압을 기준으로 조정된 출력 전압을 출력 단자를 통해 출력하는 부하 분담 컨트롤러와; 상기 입력 단자에 연결되며, 소정의 오프셋 전압을 인가하는 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 포함하는 병렬 구성 전원 공급 시스템이 제공된다.
상기 슬레이브 전원 공급 유닛은 상기 단일 부하가 무부하 혹은 경부하인 경우에 상기 출력 전류를 무시하도록 상기 오프셋 전압이 설정될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 병렬 연결된 복수의 전원 공급 유닛 중에서 슬레이브 전원 공급 유닛의 경우 무부하 혹은 경부하 조건에서는 부하 분담 기능이 동작하지 않도록 하여 병렬 연결된 전원 공급 유닛의 출력 안정도를 향상시킨 효과가 있다.
도 1은 종래 전원 공급 유닛 내부의 부하 분담 컨트롤러를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 유닛 내부의 부하 분담 컨트롤러를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 유닛 내부의 부하 분담 컨트롤러 및 오프셋 회로를 상세히 나타낸 회로도,
도 4는 부하 분담 조절용 오프셋 회로가 반영되지 않은 경우의 출력 파형을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 분담 조절용 오프셋 회로가 반영된 경우의 출력 파형을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 종래 전원 공급 유닛 내부의 부하 분담 컨트롤러를 나타낸 도면이다.
부하 분담 컨트롤러(100)는 병렬 구성된 전원 공급 시스템에 포함되어 단일 부하에 병렬로 접속된 복수의 전원 공급 유닛 각각의 내부에 구비된다.
부하 분담 컨트롤러(100)는 공유 버스(Share bus)의 전압을 기준으로 출력 전압(Vout)을 조정한다. 부하 분담 컨트롤러(100)의 입력단에 연결되는 센싱 회로의 오프셋, 즉 전원 공급 유닛 자체의 출력 전류(PSU Io Sensing)를 모니터링하고, 센싱 회로의 오프셋과 출력 전압의 설정 값에 의해 공유 허용도(Share tolerance)가 존재한다.
부하 분담 컨트롤러(100)는 입력단을 통해 입력되는 해당 전원 공급 유닛 자체의 출력 전류를 모니터링하고, 공유 버스와 비교하여 출력 전압을 제어한다.
이러한 부하 분담 컨트롤러(100)에 의하면, 전원 공급 유닛의 종류가 마스터(Master)이던 슬레이브(Slave)이던지 무관하게 전원 공급 유닛의 출력 전류를 공유 버스의 전류와 비교하고 그 결과에 따라 동작하게 됨으로써 모든 전원 공급 유닛이 부하를 균일하게 분담하고자 하는 방향으로 동작하게 된다.
이 경우 부하 분담 컨트롤러(100)는 전원 공급 유닛의 제어 피드백에 직접 영향을 주기 때문에 중부하 이상의 부하 조건에서는 큰 무리 없이 동작할 수 있지만, 무부하 혹은 경부하 조건(예를 들어, 0 내지 1A 정도)에서는 센싱 회로의 오프셋은 각 전원 공급 유닛 간에 출력 전압 편차를 발생시키게 되어 부하 분담의 안정도가 떨어지게 되고 이는 병렬 구성된 전원 공급 시스템의 전체 출력의 안정도를 떨어뜨리는 결과를 나타내게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에서는 오프셋 전압을 이용하게 되며, 이에 대해서 이하 관련 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 유닛 내부의 부하 분담 컨트롤러를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 유닛 내부의 부하 분담 컨트롤러 및 오프셋 회로를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 부하 분담 컨트롤러(100)의 입력단에 부하 분담 조절용 오프셋 회로(200)가 연결되어 있다. 특히, 부하 분담 컨트롤러(100)는 8개의 단자를 가지는 IC 형태를 가질 수 있다.
부하 분담 컨트롤러(100)를 내장하고 있는 전원 공급 유닛 자체의 출력 전류를 센싱하는 센싱 회로의 오프셋이 2번 단자(CS+)로 입력된다. 이 때 정밀한 레귤레이터(Regulator) IC인 부하 분담 조절용 오프셋 회로(200)를 이용하여 임의의 오프셋 전압(Offset Voltage)를 동일한 입력 단자(2번 단자)에 인가함으로써, 센싱 과정에서 발생하는 오프셋에 따른 변화를 작게 하여 출력의 안정도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 부하 분담 조절용 오프셋 회로(200)는 무부하 혹은 경부하 조건 하에서는 부하 분담 컨트롤러(100)가 동작하지 않도록 하는 오프셋 전압을 인가할 수 있다.
부하 분담 조절용 오프셋 회로(200)는 2개의 오프셋 저항(R5)과 커패시터(C6) 및 다이오드(U2)를 포함한다. 제1 오프셋 저항(R5) 및 다이오드(U2)는 동작 전원(VD_BOR)과 그라운드(GND) 사이에 직렬 연결되며, 제2 오프셋 저항(R5) 및 커패시터(C6)는 출력단과 그라운드(GND) 사이에 직렬 연결된다. 제1 오프셋 저항(R5)과 다이오드(U2)가 만나는 제1 노드(N1) 및 제2 오프셋 저항(R5)과 커패시터(C5)가 만나는 제2 노드(N2)는 서로 연결되며, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이의 임의의 지점에서 다이오드(U2)를 제어하는 제어 단자에 연결된다. 여기서, 제1 저항(R5)과 제2 저항(R5)은 동일한 저항값을 가진다.
출력단은 센싱 회로로부터의 입력 단자(IO_LS_SENSING)와 부하 분담 컨트롤러(100)의 입력 단자(CS+) 사이에 연결되며, 출력단과의 연결 노드와 센싱 회로로부터의 입력 단자((IO_LS_SENSING) 사이에는 센싱 저항(R4)이 배치된다.
이러한 회로 구성에서, 오프셋 전압은 오프셋 저항(R5)과 센싱 저항(R4)의 전압 분배비에 따라 결정되며, 이러한 오프셋 전압의 설계값에 따라 부하 분담 컨트롤러(100)의 동작 여부를 제어하는 부하값이 결정된다.
즉, 설정된 오프셋 전압보다 작은 전류 검출 값은 무시하게 되고 공유 버스의 변화를 발생하지 않기 때문에 부하 분담 기능을 하지 않게 되고, 각각의 전원 공급 유닛은 피드백 루프만으로 안정적인 동작을 하게 된다.
여기서, 오프셋 전압의 설정을 무부하 혹은 경부하 조건에 맞도록 설정한다면, 마스터 전원 공급 유닛 이외의 슬레이브 전원 공급 유닛은 무부하 혹은 경부하 상태에서는 부하 분담 기능을 하지 않아 병렬 구성된 전원 공급 유닛의 출력 안정도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 오프셋 회로는 슬레이브로 동작하는 전원 공급 유닛의 부하 분담 컨트롤러에만 구비되도록 할 수 있다. 즉, 마스터 전원 공급 유닛은 오프셋 회로가 구비되지 않아 항상 부하 분담 기능을 수행하게 되며, 슬레이브 전원 공급 유닛은 오프셋 회로에서 설정된 오프셋 전압에 따라 소정 부하 조건에서는 부하 분담 기능을 수행하지 않게 될 수 있다.
또는 모든 전원 공급 유닛의 부하 분담 컨트롤러에 대해 오프셋 회로가 구비되도록 하고, 슬레이브로 동작하는 전원 공급 유닛에 대해서만 오프셋 회로를 활성화시킴으로써 마스터로 동작하는 전원 공급 유닛은 오프셋 회로에 의한 영향을 받지 않도록 할 수도 있다.
도 4는 부하 분담 조절용 오프셋 회로가 반영되지 않은 경우의 출력 파형을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부하 분담 조절용 오프셋 회로가 반영된 경우의 출력 파형을 나타낸 도면이다.
여기서, CH2는 출력 전압을 나타내고 CH3는 출력 전류를 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 부하 분담 조절용 오프셋 회로가 반영되지 않은 경우 빨간색 출력 파형에서 다수의 리플이 나타남(도 4의 '300' 참조)을 확인할 수 있고, 이로부터 병렬 구성의 전원 공급 시스템의 출력이 불안정함을 알 수 있다.
이에 반해, 도 5를 참조하면, 부하 분담 조절용 오프셋 회로(예를 들어, 3+1 오퍼레이션(3+1 Operation) 오프셋 회로)가 반영된 경우 빨간색 출력 파형에서 앞서 나타났던 다수의 리플이 제거되었음을 확인할 수 있고, 이로부터 병렬 구성의 전원 공급 시스템의 출력이 안정화되었음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 부하 분담 컨트롤러
200: 부하 분담 조절용 오프셋 회로

Claims (10)

  1. 단일 부하에 병렬로 접속된 복수의 전원 공급 유닛 각각에 포함되는 부하 분담 컨트롤러에 있어서,
    센싱 회로에서 센싱한 상기 부하 분담 컨트롤러를 포함하는 전원 공급 유닛의 출력 전류를 입력받는 입력 단자;
    상기 출력 전류와 공유 버스(Share bus)의 전압을 기준으로 조정된 출력 전압을 출력하는 출력 단자; 및
    상기 입력 단자에 연결되며, 소정의 오프셋 전압을 인가하는 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 포함하는 병렬 구성 전원 공급 시스템의 부하 분담 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하 분담 조절용 오프셋 회로는,
    동작 전원단과 그라운드 사이에 직렬 연결되는 제1 저항 및 다이오드와;
    출력단과 그라운드 사이에 직렬 연결되는 제2 저항 및 커패시터를 포함하되,
    상기 제1 저항과 상기 다이오드가 만나는 제1 노드와 상기 제2 저항과 상기 커패시터가 만나는 제2 노드는 서로 연결되며, 상기 다이오드의 제어 단자에 연결되고,
    상기 출력단은 상기 입력 단자에 연결되는 병렬 구성 전원 공급 시스템의 부하 분담 컨트롤러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 저항과 상기 제2 저항은 동일한 저항값을 가지는 병렬 구성 전원 공급 시스템의 부하 분담 컨트롤러.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 센싱 회로와 상기 출력단 사이에 제3 저항이 연결되고,
    상기 오프셋 전압은 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항 중 어느 하나와 상기 제3 저항의 전압 분배비에 따라 결정되는 병렬 구성 전원 공급 시스템의 부하 분담 컨트롤러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오프셋 전압은 상기 단일 부하가 무부하 혹은 경부하인 경우에 상기 출력 전류를 무시하도록 설정된 병렬 구성 전원 공급 시스템의 부하 분담 컨트롤러.
  6. 단일 부하에 병렬로 접속된 마스터 전원 공급 유닛 및 하나 이상의 슬레이브 전원 공급 유닛을 포함하는 병렬 구성 전원 공급 시스템에 있어서,
    상기 슬레이브 전원 공급 유닛은,
    상기 슬레이브 전원 공급 유닛의 출력 전류를 센싱하는 센싱 회로와;
    입력 단자를 통해 상기 센싱 회로에서 센싱한 상기 출력 전류를 모니터링하고 공유 버스(Share bus)의 전압을 기준으로 조정된 출력 전압을 출력 단자를 통해 출력하는 부하 분담 컨트롤러와;
    상기 입력 단자에 연결되며, 소정의 오프셋 전압을 인가하는 부하 분담 조절용 오프셋 회로를 포함하는 병렬 구성 전원 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 부하 분담 조절용 오프셋 회로는,
    동작 전원단과 그라운드 사이에 직렬 연결되는 제1 저항 및 다이오드와;
    출력단과 그라운드 사이에 직렬 연결되는 제2 저항 및 커패시터를 포함하되,
    상기 제1 저항과 상기 다이오드가 만나는 제1 노드와 상기 제2 저항과 상기 커패시터가 만나는 제2 노드는 서로 연결되며, 상기 다이오드의 제어 단자에 연결되고,
    상기 출력단은 상기 입력 단자에 연결되는 병렬 구성 전원 공급 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 저항과 상기 제2 저항은 동일한 저항값을 가지는 병렬 구성 전원 공급 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 센싱 회로와 상기 출력단 사이에 제3 저항이 연결되고,
    상기 오프셋 전압은 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항 중 어느 하나와 상기 제3 저항의 전압 분배비에 따라 결정되는 병렬 구성 전원 공급 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 슬레이브 전원 공급 유닛은 상기 단일 부하가 무부하 혹은 경부하인 경우에 상기 출력 전류를 무시하도록 상기 오프셋 전압이 설정된 병렬 구성 전원 공급 시스템.
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