KR20210044123A - 무선 전력 센서 - Google Patents

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KR20210044123A
KR20210044123A KR1020190127326A KR20190127326A KR20210044123A KR 20210044123 A KR20210044123 A KR 20210044123A KR 1020190127326 A KR1020190127326 A KR 1020190127326A KR 20190127326 A KR20190127326 A KR 20190127326A KR 20210044123 A KR20210044123 A KR 20210044123A
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linear regulator
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정문식
김성호
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은, 전원선에 결합되어, 상기 전원선에 흐르는 전류에서 유기된 제1 전압을 출력하는 CT(Current Transformer) 코어, 상기 제1 전압을 제2 전압으로 배압하는 배압 회로부, 상기 제2 전압이 설정된 기준 조건을 만족하면, 상기 제2 전압을 출력하는 시간지연 회로부, 상기 시간지연 회로부에서 출력된 상기 제2 전압을 구동 전압으로 변환하여 출력하는 선형 레귤레이터 및 상기 구동 전압으로 동작하며, 일정 시간 간격으로 상기 CT 코어에서 출력된 상기 제1 전압에 대한 측정 데이터를 외부 장치로 송신하는 무선 송신 제어부를 포함하는 무선 전력 센서를 제공한다.

Description

무선 전력 센서{Wireless power sensor}
본 발명은 무선 전력 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 AC 전원선에 흐르는 전류에 의해 유기되는 자기장을 이용하여 전원을 자가 발전하고, 전류에 비례하는 전압을 측정한 측정 데이터를 무선 전송하는 무선 전력 센서에 관한 것이다.
모든 사물이 연결되어 실시간으로 정보를 주고 받는 사물 인터넷 (IoT) 기술은 4차 산업의 핵심기술로 주목 받고 있다. 이중 하드웨어적인 면에서 무선으로 정보를 주고 받는 무선 센서 네트워크 기술의 발전이 뒷받침되어야 하고, 이의 광범위한 적용을 위해서 자율적으로 전원을 발생시켜 센서 구동 및 무선 통신을 할 수 있는 자율 독립 전원의 필요성이 급속히 대두되고 있다.
현재의 기술로는 배터리를 사용하고 있으나 배터리는 사용 시간에 한계가 있기 때문에 무선 센서 네트워크를 설치한 후에도 지속적으로 사람이 각 센서 노드의 전력상태를 관리하고 있다.
일상에서 활용되지 않고 버려지는 각종 에너지원(온도, 태양광, 진동, 음파, 전자기파, 표유 자기장 등)을 활용 가능한 형태의 전기에너지로 변환시키는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술은 IoT(사물인터넷) 무선 센서 네트워크 구동을 위한 자율 독립 전원 기술의 요소기술로 주목받고 있다.
이중 자기장 노이즈는 전기를 사용하는 모든 기계, 시설, 전자제품에서 필수적으로 발생하지만, 자기장의 크기가 수 가우스 이하로 전선 코일과 자성체 코어로 구성된 전자기 유도 소자들을 통해서는 효율적으로 전력 변환이 되지 않고, 크기와 무게 때문에 장착 환경에 제한이 있다.
최근 들어, 에너지 하베스팅 기술을 적용하여 자가 발전을 수행하는 센서들이 개발 중 이지만, 최소 전류가 흐르는 경우 자가 발전된 전원이 낮아 제대로 동작하지 못하는 문제가 있어, 이를 해결하기 위한 연구를 진행하고 있다.
본 발명의 목적은, AC 전원선에 흐르는 전류에 의해 유기되는 자기장을 이용하여 전원을 자가 발전하고, 전류에 비례하는 전압을 측정한 측정 데이터를 무선 전송하는 무선 전력 센서를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 센서의 초기 기동 시 자가 발전에 전압이 기준 전압 이상으로 충전된 경우, 전압을 공급하여 안정적으로 기동할 수 있는 무선 전력 센서를 제공함에 있다.
그러나, 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 무선 전력 센서는, 전원선에 결합되어, 상기 전원선에 흐르는 전류에서 유기된 제1 전압을 출력하는 CT(Current Transformer) 코어, 상기 제1 전압을 제2 전압으로 배압하는 배압 회로부, 상기 제2 전압이 설정된 기준 조건을 만족하면, 상기 제2 전압을 출력하는 시간지연 회로부, 상기 시간지연 회로부에서 출력된 상기 제2 전압을 구동 전압으로 변환하여 출력하는 선형 레귤레이터 및 상기 구동 전압으로 동작하며, 일정 시간 간격으로 상기 CT 코어에서 출력된 상기 제1 전압에 대한 측정 데이터를 외부 장치로 송신하는 무선 송신 제어부를 포함할 수 있다.
상기 배압 회로부는, 상기 제1 전압을 dc 전압으로 정류하고, 상기 dc 전압을 상기 제2 전압으로 배압할 수 있다.
상기 기준 조건은, 상기 제2 전압이 설정된 기준 전압 이상인 조건일 수 있다.
상기 시간지연 회로부는, 상기 제2 전압이 상기 기준 전압 이상이면 턴온 동작하여, 상기 제2 전압을 상기 선형 레귤레이터로 출력하는 스위치 회로를 포함할 수 있다.
상기 스위치 회로는, 상기 제2 전압을 상기 기준 전압이상으로 충전하는 지연 커패시터 및 상기 지연 커패시터에 충전된 충전 전압이 상기 기준 전압이상이면, 상기 제2 전압을 상기 선형 레귤레이터로 출력하는 스위치 소자를 포함할 수 있다.
상기 선형 레귤레이터는, 상기 제2 전압에서 드롭이 발생된 상기 구동 전압을 상기 무선 송신 제어부로 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 센서는, 전원선에 흐르는 전류에서 유기된 제1 전압을 제2 전압으로 배압하고, 제2 전압이 설정된 기준 전압 이상인 시점까지 시간지연시켜 제2 전압으로 생성한 구동 전압으로 기동하여, CT 코어에서 측정된 측정 데이터를 무선 송신할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 센서는, 측정된 전류가 설정된 전류보다 낮은 경우 제2 전압을 기준 전압 이상으로 충전하여 구동 전압을 생성함으로써, 센서가 안정적으로 기동할 수 있는 이점이 있다.
아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 센서의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력 센서를 나타낸 회로도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 센서의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 전력 센서의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 전력 센서(100)는 CT(Current Transformer) 코어(110), 배압 회로부(120), 시간지연 회로부(130), 선형 레귤레이터(140) 및 무선 송신 제어부(150)를 포함할 수 있다.
CT 코어(110)는 전원선에 결합되어, 전원선에 흐르는 전류에서 발생된 자기장에 의해 유기된 제1 전압(Vac)를 출력할 수 있다.
여기서, CT 코어(110)는 2차측 코일에 흐르는 유기 전류를 출력할 수 있으며, 상기 유기 전류는 제1 전압(Vac)일 수 있다.
배압 회로부(120)는 정류부(122) 및 배압부(124)를 포함할 수 있다.
정류부(122)는 제1 전압(Vac)를 dc 전압(Vdc1)으로 변환할 수 있다. 이때, 정류부(122)는 복수의 다이오드 또는 스위치 소자로 구현된 브리지 회로일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 정류부(122)는 dc 전압(Vdc1)을 평활하는 평활 커패시터(미도시)를 포함할 수 있다.
배압부(124)는 dc 전압(Vdc1)를 제2 전압(Vdc2)으로 배압할 수 있다. 이때, 배압부(124)는 dc 전압(Vdc1)를 2배압, 4배압으로 배압할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
시간지연 회로부(130)는 제2 전압(Vdc2)가 설정된 기준 전압 이상으로 상승되는 시점까지 시간 지연시킨 후, 제2 전압(Vdc2)를 출력할 수 있다.
여기서, 시간지연 회로부(130)는 제2 전압(Vdc2)를 상기 기준 전압 이상으로 충전하는 지연 커패시터(미도시) 및 상기 지연 커패시터에 충전된 충전 전압이 상기 기준 전압 이상이면 제2 전압(Vdc2)를 선형 레귤레이터(140)로 출력하는 스위치 소자(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 지연 커패시터의 충전 용량은 상기 기준 전압에 따라 가변될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 시간지연 회로부(130)는 초기 기동 시, 상기 스위치 소자에 전원을 공급하기 위해 상기 지연 커패시터와 저항 등 수동 소자로 시간지연을 시킬 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
선형 레귤레이터(140)는 시간지연 회로부(130)에서 출력된 제2 전압(Vdc2)을 구동 전압(Vcc)으로 변환할 수 있다.
즉, 선형 레귤레이터(140)는 제2 전압(Vdc2)를 이용하여 구동 전압(Vcc)를 생성할 때 드롭(Drop)이 발생되어, 소정 전압이 낮은 구동 전압(Vcc)을 출력할 수 있다.
무선 송신 제어부(150)는 구동 전압(Vcc)로 동작하며, 일정 시간 간격으로 CT 코어(110)에서 출력된 제1 전압(Vac)에 대한 측정 데이터를 외부 장치로 송신할 수 있다.
여기서, 무선 송신 제어부(150)는 초기 기동이 완료된 후, 시간지연 회로부(130)를 동작시켜 시간지연없이 제2 전압(Vdc2)이 선형 레귤레이터(140)로 공급되게 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력 센서를 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 센서(100)는 CT(Current Transformer) 코어(110), 배압 회로부(120), 시간지연 회로부(130), 선형 레귤레이터(140) 및 무선 송신 제어부(150)를 포함할 수 있다.
실시 예에서, CT 코어(110)는 2차측 코일로 나타낸다. 이때, CT 코어(110)는 제1 전압(Vac)에 대응하는 유기 전류(I)가 흐를 수 있다.
배압 회로부(120)는 정류부(122) 및 배압부(124)를 포함할 수 있다.
정류부(122)는 제1 전압(Vac)를 dc 전압(Vdc1)으로 변환할 수 있다. 이때, 정류부(122)는 복수의 다이오드(D)로 구현된 브리지 회로일 수 있다.
또한, 정류부(122)는 dc 전압(Vdc1)을 평활하는 평활 커패시터(Cp)를 포함할 수 있다.
배압부(124)는 dc 전압(Vdc1)를 제2 전압(Vdc2)으로 배압할 수 있다. 이때, 배압부(124)는 dc 전압(Vdc1)를 2배압된 제2 전압(Vdc2)를 출력할 수 있다.
여기서, 배압부(124)는 제1, 2 커패시터(C1, C2) 및 제1, 2 다이오드(D1, D2)를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 배압부(124)는 2배압 회로를 나타내지만, 4배압 회로인 경우 커패시터 및 다이오드의 수가 다르게 구현될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
먼저, 제1 커패시터(C1)은 CT 코어(110)의 일측에 연결되고, 제1, 2 다이오드(D1, D2)는 제1 커패시터(C1)의 일측과 연결될 수 있다. 마지막으로, 제2 커패시터(C2)는 제2 다이오드(D2)와 연결될 수 있다.
시간지연 회로부(130)는 제2 전압(Vdc2)가 설정된 기준 전압 이상으로 상승되는 시점까지 시간 지연시킨 후, 제2 전압(Vdc2)를 출력할 수 있다.
여기서, 시간지연 회로부(130)는 제2 전압(Vdc2)를 상기 기준 전압 이상으로 충전하는 지연 커패시터(Cr) 및 지연 커패시터(Cr)에 충전된 충전 전압이 상기 기준 전압 이상이면 제2 전압(Vdc2)를 선형 레귤레이터(140)로 출력하는 스위치 소자(SW)를 포함할 수 있다.
여기서, 스위치 소자(SW)는 지연 커패시터(Cr)에 충전된 상기 충전 전압이 상기 기준 전압 이상이면 동작하는 리셋 IC 일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
또한, 시간지연 회로부(130)는 지연 커패시터(Cr) 및 저항(미도시) 등 수동 소자로 구현될 수 있으며, 제2 전압(Vdc)을 지연시켜 출력할 수 있다.
선형 레귤레이터(140)는 시간지연 회로부(130)에서 출력된 제2 전압(Vdc2)을 구동 전압(Vcc)으로 변환할 수 있다.
즉, 선형 레귤레이터(140)는 제2 전압(Vdc2)를 이용하여 구동 전압(Vcc)를 생성할 때 드롭(Drop)이 발생되어, 소정 전압이 낮은 구동 전압(Vcc)을 출력할 수 있다.
무선 송신 제어부(150)는 구동 전압(Vcc)로 동작하며, 일정 시간 간격으로 CT 코어(110)에서 출력된 제1 전압(Vac)에 대한 측정 데이터를 외부 장치로 송신할 수 있다.
여기서, 무선 송신 제어부(150)는 초기 기동이 완료된 후, 시간지연 회로부(130)를 동작시켜 시간지연없이 제2 전압(Vdc2)이 선형 레귤레이터(140)로 공급되게 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 센서의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 3은 도 2에 나타낸 회로도에서 전류 패스를 나타내고, 도 4는 지연 커패시터(Cr)에 충전되는 충전 전압, 제2 전압(Vdc)를 공급하는 시점 및 구동 전압(Vcc)를 공급하는 시점을 나타낸 타이밍도이다.
도 3(a)는 센서의 초기 기동 시 제1 전압(Vac)에 대응하는 제2 전압(Vdc)이 설정되 기준 전압만큼 상승되게 시간지연회로부(130)의 지연 커패시터(Cr)에 제2 전압(Vdc)를 충전할 수 있다.
이때, 도 3(a)는 지연 커패시터(Cr)에 제2 전압(Vdc2)를 충전하기 위한 제1 전류패스(ⓛ)를 나타낼 수 있다.
여기서, 도 4에서 충전전압은 지연 커패시터(Cr)에 충전되는 제2 전압(Vdc2)이 설정된 기준 전압만큼 상승됨을 나태낸다.
이때, 도 4에서 제2 전압(Vdc2)은 시간지연 회로부(130)의 스위치 소자(SW)가 동작하지 않으며, 도 4에서 구동 전압(Vcc)은 스위치 소자(SW)가 동작하지 않으므로 선형 레귤레이터(140)가 동작하지 않을 수 있다.
이때, 도 3(b)는 지연 커패시터(Cr)에 충전된 충전 전압이 설정된 기준 전압 만큼 상승하며, 스위치 소자(SW)가 동작하여 제2 전압(Vdc2)를 선형 레귤레이터(140)에 공급하는 제2 전류 패스(②)를 나타낼 수 있다.
또한, 도 3(b)는 제2 전류 패스(②)가 형성된 후, 선형 레귤레이터(140)의 동작에 의해 구동 전압(Vcc)가 출력되는 제3 전류 패스(③)를 나타낼 수 있다.
여기서, 제2, 3 전류 패스(②, ③)는 소정의 시간차를 두고 형성될 수 있으나, 그 시간 차이가 매우 작아 무시할 수 있다.
즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 충전 전압이 기준 전압만큼 증가된 시점에서, 제2 전압(Vdc2)는 제2 전류 패스(②)에 의해 선형 레귤레이터(140)로 공급되고, 구동 전압(Vcc)는 제3 전류 패스(③)에 의해 무선 송신 제어부(150)로 공급될 수 있다.
실시 예에 따는 무선 전력 센서는 초기 기동 시 작은 전류에 의해 유기된 제1 전압(Vac)에 대응하는 제2 전압(Vdc2)이 무선 송신 제어부(150)를 구동할 수 있는 구동 전압(Vcc)를 생성할 수 있을 만큼 시간지연시켜 공급함으로써, 무선 송신 제어부(150)의 동작을 원활하게 할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 전원선에 결합되어, 상기 전원선에 흐르는 전류에서 유기된 제1 전압을 출력하는 CT(Current Transformer) 코어;
    상기 제1 전압을 제2 전압으로 배압하는 배압 회로부;
    상기 제2 전압이 설정된 기준 조건을 만족하면, 상기 제2 전압을 출력하는 시간지연 회로부;
    상기 시간지연 회로부에서 출력된 상기 제2 전압을 구동 전압으로 변환하여 출력하는 선형 레귤레이터; 및
    상기 구동 전압으로 동작하며, 일정 시간 간격으로 상기 CT 코어에서 출력된 상기 제1 전압에 대한 측정 데이터를 외부 장치로 송신하는 무선 송신 제어부를 포함하는,
    무선 전력 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배압 회로부는,
    상기 제1 전압을 dc 전압으로 정류하고, 상기 dc 전압을 상기 제2 전압으로 배압하는,
    무선 전력 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 조건은,
    상기 제2 전압이 설정된 기준 전압 이상인 조건인,
    무선 전력 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간지연 회로부는,
    상기 제2 전압이 상기 기준 전압 이상이면 턴온 동작하여, 상기 제2 전압을 상기 선형 레귤레이터로 출력하는 스위치 회로를 포함하는,
    무선 전력 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스위치 회로는,
    상기 제2 전압을 상기 기준 전압이상으로 충전하는 지연 커패시터; 및
    상기 지연 커패시터에 충전된 충전 전압이 상기 기준 전압이상이면, 상기 제2 전압을 상기 선형 레귤레이터로 출력하는 스위치 소자를 포함하는,
    무선 전력 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 레귤레이터는,
    상기 제2 전압에서 드롭이 발생된 상기 구동 전압을 상기 무선 송신 제어부로 출력하는,
    무선 전력 센서.
KR1020190127326A 2019-10-14 2019-10-14 무선 전력 센서 KR20210044123A (ko)

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KR102350709B1 (ko) * 2021-08-31 2022-01-14 (주)에스엔 전류 측정 장치

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