KR20160137740A - 전원변환모듈 및 이를 이용한 안정 전원공급장치와 안정 전원공급방법 - Google Patents

전원변환모듈 및 이를 이용한 안정 전원공급장치와 안정 전원공급방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원변환모듈 및 이를 이용한 안정 전원공급장치와 안정 전원공급방법에 관한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 빛 또는 바람을 이용하여 생성된 전원을 미리 설정된 전원범위로 승압 또는 감압하여 변환할 수 있도록 하는 전원변환모듈에 관한 것으로, 특정 주파수로 동작 주파수를 설정하는 주파수변조부; 생성된 전원의 공급을 펄스 폭변조에 의해 조절하도록 하는 전원스위칭부; 상기 전원스위칭부의 스위치 개폐로 생성된 전원을 미리 설정된 전원범위로 승압 또는 감압하여 변환하는 정류부; 상기 입력된 전원 및 정류부를 통해 변환된 전원 중 적어도 어느 하나를 검출하도록 하는 검출부; 및 상기 전원스위칭부 및 주파수변조부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이뤄지며, 생성된 전원의 승압시 승압된 전원을 콘덴서에 저장하고 콘덴서에 저장된 전원이 미리 설정된 전원범위에 도달시에만 출력측으로 공급될 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈이 제공된다.

Description

전원변환모듈 및 이를 이용한 안정 전원공급장치와 안정 전원공급방법 {Power conversion module, stable power supplying device and method by using it}
본 발명은 전원변환모듈 및 이를 이용한 안정 전원공급장치와 안정 전원공급방법에 관한 것으로, 상세하게는 태양광 또는 풍력 등에 의해 생성되는 전원을 전원변환모듈을 통해 미리 설정된 전원범위로 변환하고, 배터리부에 순차적으로 충전할 수 있도록 함으로써 전원이 안정적으로 공급되도록 하는 전원변환모듈 및 이를 이용한 안정 전원공급장치와 안정 전원공급방법에 관한 것이다.
근래들어 일본에서 발생된 쓰나미에 따른 원전사고 및 화학에너지의 환경오염 문제, 화학에너지 생성을 위한 자원의 고갈 문제 등 친환경의 대체에너지가 필요하다는 데는 이견이 없을 정도로 모든 사람들이 공감하고 있는 실정이다.
그러나, 친환경의 대체에너지는 상기 원전 및 화학에너지에 비해 발전량이 작고, 일정하게 전원을 공급할 수 없다는 문제점이 있다.
특히, 태양광에 의해 생성되는 전원은 일조량이 풍부하지 않은 시간, 시기에 매우 적은 양만을 공급할 수 있게 되고, 풍력에 의해 생성되는 전원 또한 바람이 잘 불지 않는 지역 등에서는 원활한 전원 공급이 어렵다는 문제점이 상존하게 된다.
종래 등록특허 제10-0993224호의 "하이브리드 발전 시스템의 에너지 충전 장치"는 태양광에 의한 발전량과 풍력에 의한 발전량을 균등하게 맞추어 충전 효율을 높이기 위하여 개발되었다.
상기 종래 기술은 풍력배터리의 과충전 또는 과방전에 따른 온도 상승상태를 검출하는 온도 검출부; 두 발전기의 출력 전압을 인지하는 전압 검출부; 각 발전기에서 공급되는 전력과, 배터리로 인가되는 전력을 단속 제어하는 스위칭부; 각 발전기의 발전 전압을 선별적으로 승압하는 승압회로부; 및 두 발전기의 출력 전압 중 어느 하나 이상에서 기준치 이상의 전압이 출력되고, 온도 검출부로부터 배터리의 과방전상태가 인지될 경우, 두 발전기의 발전 전압을 기준치 전압으로 레귤레이팅하여 충전하거나, 배터리의 과방전 상태가 아닐 경우, 두 발전기의 발전 전압 중 높은 출력 전압을 선택하여 충전하며, 두 발전기의 출력 전압이 기준치 이하일 경우, 어느 하나의 높은 출력 전압을 승압하여 충전하되 배터리의 충전률이 낮을 경우, 나머지 하나의 출력 전압을 승압하여 충전하도록 스위칭부를 운용 제어하는 제어부로 구성된다. 상기 종래 기술은 풍력 발전 시스템과 태양광 발전 시스템에서 공급되는 전력의 차이로 인한 시스템의 내구성 저하를 방지할 수 있으며, 자연환경에 따라 전력량이 저하되는 발전 시스템에 대한 충전 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
그러나 상기 종래 기술은 배터리 없이 태양광 또는 풍력에 의해 생성되는 전압이 부하측으로 직접 안정적으로 공급될 수 있도록 하는 해결책을 제시하지 못한다는 문제점이 있으며, 풍력에 의해 생성되는 전압과 태양광에 의해 생성되는 전압 중 전압의 크기가 큰 것을 채택하여 충전하도록 함으로써, 상대적으로 전압의 크기가 작게 생성되는 측에서 공급되는 전압을 불필요하게 낭비함은 물론, 전압이 매우 작은 경우에는 이를 승압하여도 그대로 사용할 수 없으므로, 저항 등에 의해 소모하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양광 또는 풍력에 의해 생성되는 전원의 크기가 다르더라도 미리 설정된 전원범위를 기준으로 생성되는 전원의 크기에 따라 자동적으로 전압이 승압/감압/정압되도록 하는 안정 전원공급장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양광 또는 풍력에 의해 생성되는 전원을 불필요하게 소비함 없이 부하로 전달하거나 배터리를 충전할 수 있도록 하는 안정 전원공급장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 빛 또는 바람을 이용하여 생성된 전원을 미리 설정된 전원범위로 승압 또는 감압하여 변환할 수 있도록 하는 전원변환모듈에 관한 것으로, 특정 주파수로 동작 주파수를 설정하는 주파수변조부; 생성된 전원의 공급을 펄스 폭변조에 의해 조절하도록 하는 전원스위칭부; 상기 전원스위칭부의 스위치 개폐로 생성된 전원을 미리 설정된 전원범위로 승압 또는 감압하여 변환하는 정류부; 상기 입력된 전원 및 정류부를 통해 변환된 전원 중 적어도 어느 하나를 검출하도록 하는 검출부; 및 상기 전원스위칭부 및 주파수변조부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이뤄지며, 생성된 전원의 승압시 승압된 전원을 콘덴서에 저장하고 콘덴서에 저장된 전원이 미리 설정된 전원범위에 도달시에만 출력측으로 공급될 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈이 제공된다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 주파수변조부 전단에는 과도한 전류의 입력을 제한하는 돌입전류 제한부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급장치에서, 상기 안정 전원공급장치는 전원이 공급되는 입력부; 변환된 전원을 배터리부 또는 부하 중 적어도 어느 하나로 전달하는 출력부; 상기 입력부로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 작을 경우 상기 전원을 전원변환모듈을 이용하여 승압한 후 콘덴서에 저장하고, 상기 저장된 전원이 미리 설정된 전원범위에 도달하는 경우 이를 출력부로 전달되도록 하는 승압스위칭부; 상기 입력부로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위에 해당하는 경우에는 이를 출력부로 전달되도록 하는 정압스위칭부; 상기 입력부로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 클 경우 상기 전원을 전원변환모듈을 이용하여 미리 설정된 전원범위로 감압하고, 출력부로 전달되도록 하는 감압스위칭부; 상기 입력부로 공급되는 전원의 크기 및 출력부로 전달되는 전원의 크기 중 적어도 어느 하나를 검출하는 전원검출부; 및 상기 승압스위칭부, 정압스위칭부 및 전원검출부를 제어하는 통합제어부;를 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급장치가 개시된다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급장치는 상기 입력부로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 클 경우 상기 전원을 전원변환모듈을 이용하여 미리 설정된 전원범위로 감압하고, 출력부로 전달되도록 하는 감압스위칭부;를 더 포함하여 이뤄지고, 상기 통합제어부는 상기 감압스위칭부를 더 포함하여 제어하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 배터리부는 적어도 2 이상의 배터리 모듈을 포함하여 이뤄지고, 상기 배터리 모듈은 배터리와, 전원의 공급을 차단/허용하는 전환스위치를 포함하여 이뤄지며, 상기 배터리부의 전단 및 후단에는 공급되는 전원 및 충전되는 전원을 검출하는 배터리검출기가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 배터리부는 상기 전환스위치 및 배터리검출기를 제어하고, 실시간으로 검출 및 저장된 배터리 잔류량의 크기에 따라 자동으로 충전량이 작은 배터리를 충전할 수 있도록 하는 배터리제어기를 더 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 한다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급방법에서, a) 생성된 전원이 전원변환모듈을 포함한 안정 전원공급장치의 입력부로 공급되는 단계; b) 상기 공급된 전원의 크기를 검출하는 단계; c) 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 작은 경우 승압스위칭부를 작동시키고, 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위에 해당하는 경우 정압스위칭부를 작동시키며, 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 큰 경우 감압스위칭부를 작동시키는 단계; d) 상기 각 스위칭부를 거친 전원을 출력부를 통해 배터리부로 전달 하는 단계;를 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급방법이 개시된다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 d)단계 이후에, e) 상기 배터리부에 포함된 배터리검출기를 통해 실시간으로 검출 및 저장된 배터리 잔류량의 크기에 따라 배터리제어기에서 자동으로 충전량이 작은 배터리를 찾아서 충전하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 풍력 또는 태양광에 의해 생성되는 전원이 일정하면서도 안정적으로 배터리부 또는 부하에 공급되도록 하는 효과가 있다.
둘째, 풍력 또는 태양광에 의해 생성되는 전원의 크기가 매우 작더라도 불필요하게 소모하지 않고 모두 배터리부에 공급할 수 있어 친환경 전원의 생성 효율을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전원변환모듈의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리부의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 안정 전원공급방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전원변환단계의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원변환단계의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 전원변환단계의 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전원변환모듈(100)의 모식도이다.
본 실시예에 따른 전원변환모듈(100)은 빛 또는 바람을 이용하여 생성된 전원을 미리 설정된 전원범위로 승압 또는 감압하여 변환할 수 있도록 하는 것으로, 주파수변조부(110), 전원스위칭부(120), 정류부(130), 검출부(140) 및 제어부(150)를 포함하여 이뤄진다.
상기 주파수변조부(110)는 특정 주파수로 동작 주파수를 설정하도록 한다.
상기 주파수변조부(110)는 일예로, 70kHz로 설정되도록 할 수 있으며, 입력 전원의 크기에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전원변환모듈(100)은 PWM(Pulse Width Modulation) 방식에 의해 전원의 공급을 조절할 수 있다.
상기 전원스위칭부(120)는 생성된 전원의 공급을 펄스 폭변조에 의해 조절하도록 한다.
상기 전원스위칭부(120)는 일예로, iGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 트라이액(Triac) 소자가 이용될 수 있다.
상기 정류부(130)는 상기 전원스위칭부(120)의 스위치 개폐로 생성된 전원을 미리 설정된 전원범위로 승압 또는 감압하여 변환한다.
상기 검출부(140)는 상기 입력된 전원 및 정류부(130)를 통해 변환된 전원 중 적어도 어느 하나를 검출하도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 검출부(140)는 상기 전원스위칭부(120)에서 정류부(130)를 거쳐 출력되는 전류를 검출하도록 할 수 있다.
상기 제어부(150)는 상기 전원스위칭부(120) 및 주파수변조부(110)를 제어한다.
상기 제어부(150)는 상기 전원스위칭부(120)의 스위칭 동작을 제어하여 출력되는 전압의 크기 및 형태를 제어할 수 있으며, 공급되는 전원에 대해 미리 설정된 전원범위에 해당하는 출력 전압의 크기 및 형태를 선택할 수 있으며, 선택 및 변환된 전압을 출력할 수 있다. 상기 제어부(150)는 일예로, 미리 설정된 전원범위가 48V±1V라 할 때, 상기 검출부(140)에서 검출된 전류값으로 산출한 전원의 크기를 미리 설정된 전원범위와 비교하여 그에 대응하는 출력에 따라 상기 전원스위칭부(120)를 제어할 수 있다.
상기 전원변환모듈(100)은 생성된 전원의 승압시 승압된 전원을 콘덴서에 저장하고 콘덴서에 저장된 전원이 미리 설정된 전원범위에 도달시에만 출력측으로 공급될 수 있도록 설정될 수 있다.
상기 승압된 전원을 콘덴서에 저장하는 것은, 일예로, 생성된 전원의 승압시 전압은 미리 설정된 전원범위에 도달하도록 승압되지만, 전류는 매우 낮은 경우 이를 저장하여 충분한 전류가 확보된 경우에만 출력측으로 공급되도록 함으로써 안정적인 전원이 공급될 수 있도록 하기 위함이며, 상기 미리 설정된 전원범위에 전압 및 전류의 범위가 모두 포함되는 경우로 이해될 수 있다.
종래 90V 내지 230V 전압범위 정도의 생성된 전원을 사용할 수 있었으나, 본 실시예의 상기 전원변환모듈(100)을 통해, 7V 내지 300V 전압범위 정도의 생성된 전원을 사용할 수 있게 되므로, 불필요하게 소모되는 전원이 거의 발생되지 않는다는 장점이 있다.
상기 미리 설정된 전원범위는 본 실시예의 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급장치(10)의 통합제어부(800)에 미리 설정된 것으로, 빛 또는 바람에 의해 생성되는 전원이 적절한 범위의 전원으로 변환되어 배터리(912)의 충전 및/또는 부하로 안정적으로 전달되도록 하기 위한 것이다.
상기 전원범위는, 일예로, 24V±1V 또는 48V±1V 등 특정 전압 및 주변의 전압을 갖도록 설정될 수 있으며, 이에 한정되어야 하는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 전원변환모듈(100)의 상기 주파수변조부(110) 전단에는 과도한 전류의 입력을 제한하는 돌입전류 제한부(160)를 더 포함하여 이뤄질 수 있다.
상기 돌입전류 제한부(160)는 빛 또는 바람에 의해 생성된 전원이 상기 전원변환모듈(100)로 공급될 때, 순간적으로 흐를 수 있는 높은 전류를 제한하기 위해 이용될 수 있으며, 일예로, 저항, 써미스터(thermistor) 및 SCR(silicon controlled rectifier) 중 어느 하나를 포함하여 이뤄질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급장치(10)의 모식도이다.
본 실시예에 따른 상기 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급장치(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전원이 공급되는 입력부(200), 변환된 전원을 배터리부(900) 또는 부하 중 적어도 어느 하나로 전달하는 출력부(300), 공급되는 전원의 크기에 따라 전원변환모듈(100)을 이용하여 승압하는 승압스위칭부(400)와 전원을 변환하지 않고 정압(定壓)하여 전원을 공급하는 정압스위칭부(500), 전원을 검출하는 전원검출부(700) 및 이를 제어하는 통합제어부(800)를 포함하여 이뤄진다.
본 실시예에 따른 상기 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급장치(10)는, 전원변환모듈(100)을 이용하여 감압하는 감압스위칭부(600)를 더 포함하여 이뤄질 수 있으며, 이때 상기 감압스위칭부(600)도 상기 통합제어부(800)에 의해 제어가 이뤄지게 된다.
빛에 의해 생성되는 전원은 일반적으로 바람에 의해 생성되는 전원에 비해 그 최대 크기가 작고, 공급되는 전원에 한계가 존재하므로 전원을 감압하는 것이 불필요한 경우가 많으나, 미리 설정된 전원범위가 작거나, 풍속이 높은 바람에 의해 생성되는 전원의 경우에는 생성되는 전원의 크기를 감압하는 것이 필요하므로, 상기 감압스위칭부(600)를 포함하도록 하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 승압스위칭부(400)는 상기 입력부(200)로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 작을 경우 상기 전원을 전원변환모듈(100)을 이용하여 승압한 후 콘덴서에 저장하고, 상기 저장된 전원이 미리 설정된 전원범위에 도달하는 경우 이를 출력부(300)로 전달되도록 한다.
상기 승압스위칭부(400)는 전원의 크기를 승압할 수 있도록 하는 전원변환모듈(100)과 상기 전원변환모듈(100)을 거치면서 승압된 전원을 콘덴서를 통해 저장하는 승압콘덴서(420)와 승압스위칭부(400)로의 전원공급 및 승압스위칭부(400)에서의 출력을 연결/차단하는 승압스위치(410)를 포함하여 이뤄진다.
상기 정압스위칭부(500)는 상기 입력부(200)로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위에 해당하는 경우에는 이를 출력부(300)로 전달되도록 한다.
상기 정압스위칭부(500)는 정압스위칭부(500)로의 전원공급 및 정압스위칭부(500)에서의 출력을 연결/차단하는 정압스위치(510)를 포함하여 이뤄진다.
상기 정압스위칭부(500)는 다른 실시예로, 공급되는 전원의 크기 중 일부(일예로 전압)가 미리 설정된 전원범위에 해당하고, 일부(일예로 전류)가 미리 설정된 전원범위에 해당하지 않는 경우, 공급된 전원을 콘덴서를 통해 저장하는 정압콘덴서(520)를 더 포함하여 이뤄질 수 있다.
상기 감압스위칭부(600)는 상기 입력부(200)로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 클 경우 상기 전원을 전원변환모듈(100)을 이용하여 미리 설정된 전원범위로 감압하고, 출력부(300)로 전달되도록 한다.
상기 감압스위칭부(600)는 전원의 크기를 감압할 수 있도록 하는 전원변환모듈(100)과 감압스위칭부(600)로의 전원공급 및 전원변환모듈(100)을 거치면서 감압된 전원의 출력을 연결/차단하는 감압스위치(610)를 포함하여 이뤄진다.
상기 승압스위치(410), 정압스위치(510) 및 감압스위치(610)는 2 이상의 스위치로 이뤄진 경우, 개별, 독립적으로 동작하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 안정 전원공급장치(10)는, 상기 승압스위칭부(400), 정압스위칭부(500) 및 감압스위칭부(600)의 출력부(300)측 일단에 변환된 전원을 저장한 후 이를 출력부(300)로 공급할 수 있도록 하는 추가콘덴서(650)가 더 구비될 수 있으며, 상기 추가콘덴서(650)를 통해 비상시 안정 전원공급의 완충역할을 추가로 수행할 수 있다.
상기 전원검출부(700)는 상기 입력부(200)로 공급되는 전원의 크기 및 출력부(300)로 전달되는 전원의 크기 중 적어도 어느 하나를 검출한다.
상기 전원검출부(700)는 공급되는 전원을 미리 설정된 전원범위와 비교할 수 있도록, 상기 입력부(200) 및 출력부(300) 중 적어도 어느 하나에 구비되어 전원의 크기를 검출하도록 할 수 있으며, 바람직하게 입력부(200)에 구비됨으로써, 미리 전원의 크기를 검출하고 이를 후술하는 통합제어부(800)로 전달하여, 통합제어부(800)가 상기 공급되는 전원이 승압스위칭부(400), 정압스위칭부(500), 감압스위칭부(600) 중 어느 하나를 거치도록 제어하는 것을 돕게 된다.
본 실시예의 상기 통합제어부(800)는 상기 승압스위칭부(400), 정압스위칭부(500), 감압스위칭부(600) 및 전원검출부(700)를 포함하여 제어하는 것으로, 전원검출부(700)에서 검출된 전원의 크기를 미리 설정된 전원범위와 비교하여, 그 크기에 따라 상기 승압스위칭부(400), 정압스위칭부(500) 및 감압스위칭부(600)의 각 동작을 제어함으로써 안정적인 전원공급이 이뤄질 수 있게 된다.
상기 통합제어부(800)는 상기 안정 전원공급장치(10)의 무인 운전이 가능하도록 설정하거나 안정 전원공급장치(10) 자체 및 주변의 온도 감지, 침수여부, 화재감지 등을 통해 이상 발생시 관리자에게 알림을 제공하는 운영관리모듈(미도시)을 포함하여 이뤄질 수 있다.
상기 통합제어부(800)는 일예로, 마이컴(Micom)을 포함하여 이뤄질 수 있으며, 상기 운영관리모듈을 포함하여 각 모듈이 마이컴을 이용한 프로그램에 의해 제어되도록 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리부(900)의 모식도이다.
상기 승압스위칭부(400), 정압스위칭부(500) 및 감압스위칭부(600) 중 어느 하나를 거쳐 출력부(300)를 통해 전달되는 전원은 부하 또는 배터리부(900) 중 적어도 어느 하나로 공급된다.
상기 배터리부(900)는 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 2 이상의 배터리 모듈(910)을 포함하여 이뤄지고, 상기 배터리 모듈(910)은 배터리(912)와, 전원의 공급을 차단/허용하는 전환스위치(914)를 포함하여 이뤄진다.
상기 전환스위치(914)는 각 배터리 모듈(910)의 충전을 빠르게 진행할 수 있도록, 고속의 스위칭을 가능하도록 하는 소자를 이용할 수 있으며, 일예로, iGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Field Effect Transistor), 트라이액(Triac) 소자가 이용될 수 있다. 상기 iGBT 및 MOSFET는 단방향으로의 제어만 가능하므로 쌍방향 제어가 가능하도록 하는 무접점 트라이액 소자가 이용되도록 하는 것이 바람직하나, 상기 단방향 스위칭 소자나 접점 방식의 트라이액 소자의 이용이 불가능한 것은 아니다.
상기 전환스위치(914)는 동작속도가 빠르고 전력의 손실이 적은 고속의 스위칭 소자를 이용함으로써, 배터리(912)의 충전이 완료된 경우 충전이 완료된 배터리(912)의 공급측 전환스위치(914)를 개방하고, 다음 충전할 배터리(912)를 찾아 공급측 전환스위치(914)를 단락하는 시간을 단축할 수 있어 고속 충전이 용이하게 이뤄질 수 있다.
상기 배터리부(900)의 전단 및 후단 중 적어도 어느 하나에는 공급되는 전원 및 충전되는 전원을 각각 검출하는 배터리검출기(920)가 더 포함될 수 있으며, 상기 배터리검출기(920)는 각 배터리 모듈(910)의 전단 및 후단에 구비되도록 하는 것도 가능하다.
상기 배터리부(900)는 상기 전환스위치(914) 및 배터리검출기(920)를 제어하고, 실시간으로 검출 및 저장된 배터리 잔류량의 크기에 따라 자동으로 충전량이 작은 배터리(912)를 충전할 수 있도록 하는 배터리제어기(930)를 더 포함하여 이뤄질 수 있다.
상기 배터리제어기(930)는 각 배터리(912)의 전압, 전류, 충전상태 및 소비된 양 중 적어도 어느 하나를 표시하고, 전압 등이 미리 설정된 값에 도달하거나 이를 벗어나는 경우에 관리자에게 알릴 수 있는 알림 상태를 표시하도록 하는 알림 및 표시기능을 더 포함하여 수행하도록 할 수 있다.
상기 배터리제어기(930)는, 배터리(912) 충전시 충전이 완료된 것으로 검출되더라도 미리 설정된 시간 간격동안 충전을 유지하도록 할 수 있다. 상기 미리 설정된 시간 간격은 일예로 20 내지 30분일 수 있으며, 충전시 전압 및 전류의 상승에 따라 아직 완전히 충전되지 않았음에도 완충으로 표시되는 허위전압을 예방하기 위해, 완충으로 검출, 표시된 경우에도 미리 설정된 시간 간격만큼 배터리(912)의 충전이 지속되도록 함으로써 실질적인 충전을 완료하도록 설정될 수 있다.
상기 부하(미도시)는 전원을 사용하는 다양한 공지의 장치일 수 있으며, 전원을 사용하는 어떠한 장치여도 무관하게 이용가능하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 안정 전원공급방법의 흐름도이다.
본 실시예에 따른 상기 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급방법은, 전원의 생성 및 입력부(200) 공급단계, 전원검출단계, 전원변환단계 및 출력부(300) 전달단계를 포함하여 이뤄진다.
이하 도면을 중심으로 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급방법을 자세히 설명한다.
a) 전원의 생성 및 입력부(200) 공급단계
빛 또는 바람에 의해 생성된 전원이 여러 단계를 거쳐 전원변환모듈(100)을 포함한 안정 전원공급장치(10)의 입력부(200)로 공급된다(S100).
상기 여러 단계는 양질의 전원을 공급하기 위한 서지(surge) 또는 필터를 포함하여 이뤄질 수 있고, 교류를 직류로 또는 직류를 교류로 변환하도록 하는 변환모듈을 포함하여 이뤄질 수도 있다. 상기 전원의 정류를 위해 실리콘 제어 정류기를 포함하는 변환모듈이 이용될 수 있으며, 일예로, 사이리스터(Thyristor)가 이용될 수 있다.
b) 전원검출단계
상기 안정 전원공급장치(10)의 전원검출부(700)에서 상기 공급된 전원의 크기를 검출한다(S200).
상기 전원검출부(700)는 전압 및/또는 전류를 검출하여 통합제어부(800)로 검출값을 전달하고, 상기 통합제어부(800)에서는 전달된 검출값을 저장할 수 있다.
c) 전원변환단계
상기 안정 전원공급장치(10)의 통합제어부(800)에서, 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 작은 경우 승압스위칭부(400)를 작동시키고, 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위에 해당하는 경우 정압스위칭부(500)를 작동시키며, 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 큰 경우 감압스위칭부(600)를 작동시킨다(S300).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전원변환단계의 흐름도이다.
본 발명의 안정 전원공급장치(10)는, 일실시예로, 상기 빛 또는 바람에 의해 생성된 전원이 미리 설정된 전원범위인 48V에 미치지 못하는 경우, 상기 정압스위칭부(500) 및 감압스위칭부(600)가 개방되고 상기 승압스위칭부(400)의 승압스위치(410)가 단락되어 승압스위칭부(400)로 전원이 공급되면서, 상기 공급된 전원이 승압을 위한 전원변환모듈(100)을 거쳐 48V의 전압으로 승압되도록 할 수 있다.
이때, 상기 전압이 48V로 승압되었어도, 실제 전류가 매우 낮으므로, 상기 승압된 전원을 승압콘덴서(420)를 통해 저장하게 되고, 상기 저장된 전원이 충분한 전류를 갖게 되면 이를 출력부(300)로 전달하게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원변환단계의 흐름도이다.
본 발명의 안정 전원공급장치(10)는, 다른 실시예로, 상기 빛 또는 바람에 의해 생성된 전원이 미리 설정된 규정전원인 48V와 등가이거나 그보다 미소하게 큰 전압에 해당하는 경우, 상기 승압스위칭부(400) 및 감압스위칭부(600)가 개방되고, 상기 정압스위칭부(500)의 정압스위치(510)가 단락되어 정압스위칭부(500)로 전원이 공급되면서, 상기 공급된 전원이 충분한 전류를 갖지 않는 경우 정압콘덴서(520)를 통해 저장되도록 할 수 있으며, 충분한 전류를 갖는 경우에는 이를 출력부(300)로 바로 전달되도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 전원변환단계의 흐름도이다.
본 발명의 안정 전원공급장치(10)는, 또다른 실시예로, 상기 빛 또는 바람에 의해 생성된 전원이 미리 설정된 규정전원인 48V보다 매우 커서 100V를 초과하는 경우, 상기 승압스위칭부(400) 및 정압스위칭부(500)가 개방되고, 상기 감압스위칭부(600)의 감압스위치(610)가 단락되어 감압스위칭부(600)로 전원이 공급되면서, 상기 공급된 전원이 감압을 위한 전원변환모듈(100)을 거쳐 48V의 전압으로 감압되도록 할 수 있다.
이때, 감압된 전원은 여전히 큰 전류를 갖고 있으므로, 이를 콘덴서에 저장할 필요 없이 바로 출력부(300)로 전달하게 된다.
d) 출력부(300) 전달단계
상기 각 스위칭부를 거친 전원을 출력부(300)를 통해 배터리부(900)로 전달한다(S400).
참고로, 상기 출력부(300)로 전달된 전원은 부하와도 연결되어 있어서 부하로 상기 안정 전원공급장치(10)에서 변환된 전원을 인버터를 통해 변환하여 부하로 안정적인 전원이 공급되도록 할 수 있으며, 후술하는 배터리(912)의 충전이 완료 또는 일부 이뤄진 상태에서 생성 전원의 공급이 일정시간 이상 중단되는 등의 비상 상황시 충전이 완료된 배터리(912) 및 잔류량이 존재하는 배터리(912)를 통해 전원을 안정적으로 공급하도록 할 수 있다.
e) 배터리 자동선택 충전단계
본 발명의 일실시예에 따른 상기 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급방법은 상기 배터리부(900)로 전달되는 전원을 배터리(912)에 자동으로 충전하도록 하는 자동선택 충전단계를 더 포함하여 이뤄질 수 있다(S500).
상기 S500 단계는 배터리 검출단계(S510), 배터리 선택단계(S520), 배터리 충전단계(S530) 및 후순위 배터리 선택단계(S540)를 포함하여 이뤄진다.
상기 배터리 검출단계에서는 상기 배터리부(900)에 포함된 배터리검출기(920)를 통해 실시간으로 배터리(912)의 잔류량을 검출한다(S510).
다음으로, 저장된 배터리 잔류량의 크기에 따라 상기 배터리제어기(930)에서 자동으로 충전량이 작은 배터리(912)를 찾아서 선택한다(S520).
상기 배터리제어기(930)는 안정 전원공급장치(10)의 출력부(300)에서 전달된 전원을 이용하여 상기 선택된 배터리(912)에 충전한다(S530).
상기 배터리제어기(930)는 선택된 배터리(912)의 충전이 완료된 것으로 표시된 경우, 후순위 즉, 배터리 잔류량이 다음으로 작은 배터리(912)를 자동으로 선택하게 되고(S540), 이후 충전 및 그 다음 순위의 배터리(912) 선택 등은 전술한 배터리 충전 방법의 각 단계를 반복함으로써 이뤄질 수 있다.
상기 선택된 배터리(912)의 충전이 완료된 것으로 표시되는 경우는, 전술한 바와 같이 전압검출에 의해 배터리(912)가 가득 충전된 것으로 검출되더라도 미리 설정된 시간 간격동안 충전이 유지된 이후에 충전이 완료된 것으로 표시되는 경우를 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 하기의 특허청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
10 : 안정 전원공급장치
100 : 전원변환모듈 110 : 주파수변조부
120 : 전원스위칭부 130 : 정류부
140 : 검출부 150 : 제어부
160 : 돌입전류 제한부
200 : 입력부 300 : 출력부
400 : 승압스위칭부 500 : 정압스위칭부
600 : 감압스위칭부 700 : 전원검출부
800 : 통합제어부
900 : 배터리부 910 : 배터리 모듈
912 : 배터리 914 : 전환스위치
920 : 배터리검출기 930 : 배터리제어기

Claims (8)

  1. 빛 또는 바람을 이용하여 생성된 전원을 미리 설정된 전원범위로 승압 또는 감압하여 변환할 수 있도록 하는 전원변환모듈(100)에 관한 것으로,
    특정 주파수로 동작 주파수를 설정하는 주파수변조부(110);
    생성된 전원의 공급을 펄스 폭변조에 의해 조절하도록 하는 전원스위칭부(120);
    상기 전원스위칭부(120)의 스위치 개폐로 생성된 전원을 미리 설정된 전원범위로 승압 또는 감압하여 변환하는 정류부(130);
    상기 입력된 전원 및 정류부(130)를 통해 변환된 전원 중 적어도 어느 하나를 검출하도록 하는 검출부(140); 및
    상기 전원스위칭부(120) 및 주파수변조부(110)를 제어하는 제어부(150);를 포함하여 이뤄지며,
    생성된 전원의 승압시 승압된 전원을 콘덴서에 저장하고 콘덴서에 저장된 전원이 미리 설정된 전원범위에 도달시에만 출력측으로 공급될 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 주파수변조부(110) 전단에는 과도한 전류의 입력을 제한하는 돌입전류 제한부(160);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈.
  3. 제1항 또는 제2항의 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급장치(10)에서,
    상기 안정 전원공급장치(10)는 전원이 공급되는 입력부(200);
    변환된 전원을 배터리부(900) 또는 부하 중 적어도 어느 하나로 전달하는 출력부(300);
    상기 입력부(200)로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 작을 경우 상기 전원을 전원변환모듈(100)을 이용하여 승압한 후 콘덴서에 저장하고, 상기 저장된 전원이 미리 설정된 전원범위에 도달하는 경우 이를 출력부(300)로 전달되도록 하는 승압스위칭부(400);
    상기 입력부(200)로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위에 해당하는 경우에는 이를 출력부(300)로 전달되도록 하는 정압스위칭부(500);
    상기 입력부(200)로 공급되는 전원의 크기 및 출력부(300)로 전달되는 전원의 크기 중 적어도 어느 하나를 검출하는 전원검출부(700); 및
    상기 승압스위칭부(400), 정압스위칭부(500) 및 전원검출부(700)를 제어하는 통합제어부(800);를 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급장치.
  4. 제3항에서,
    상기 입력부(200)로 공급되는 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 클 경우 상기 전원을 전원변환모듈(100)을 이용하여 미리 설정된 전원범위로 감압하고, 출력부(300)로 전달되도록 하는 감압스위칭부(600);를 더 포함하여 이뤄지고,
    상기 통합제어부(800)는 상기 감압스위칭부(600)를 더 포함하여 제어하는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급장치.
  5. 제3항에서,
    상기 배터리부(900)는 적어도 2 이상의 배터리 모듈(910)을 포함하여 이뤄지고,
    상기 배터리 모듈(910)은 배터리(912)와, 전원의 공급을 차단/허용하는 전환스위치(914)를 포함하여 이뤄지며, 상기 배터리부(900)의 전단 및 후단에는 공급되는 전원 및 충전되는 전원을 검출하는 배터리검출기(920)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급장치.
  6. 제5항에서,
    상기 배터리부(900)는 상기 전환스위치(914) 및 배터리검출기(920)를 제어하고, 실시간으로 검출 및 저장된 배터리 잔류량의 크기에 따라 자동으로 충전량이 작은 배터리(912)를 충전할 수 있도록 하는 배터리제어기(930)를 더 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급장치.
  7. 제1항 또는 제2항의 전원변환모듈(100)을 이용한 안정 전원공급방법에서,
    a) 생성된 전원이 전원변환모듈(100)을 포함한 안정 전원공급장치(10)의 입력부(200)로 공급되는 단계;
    b) 상기 공급된 전원의 크기를 검출하는 단계;
    c) 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 작은 경우 승압스위칭부(400)를 작동시키고, 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위에 해당하는 경우 정압스위칭부(500)를 작동시키며, 상기 검출된 전원의 크기가 미리 설정된 전원범위보다 큰 경우 감압스위칭부(600)를 작동시키는 단계;
    d) 상기 각 스위칭부를 거친 전원을 출력부(300)를 통해 배터리부(900)로 전달하는 단계;를 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급방법.
  8. 제7항에서,
    상기 d)단계 이후에,
    e) 상기 배터리부(900)에 포함된 배터리검출기(920)를 통해 실시간으로 검출 및 저장된 배터리 잔류량의 크기에 따라 배터리제어기(930)에서 자동으로 충전량이 작은 배터리(912)를 찾아서 충전하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원변환모듈을 이용한 안정 전원공급방법.
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