KR20170135265A - 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력단 부하 쇼트로 인하여 직류-직류 변환기에 과전류/과전압이 인가되어 직류-직류 컨버터가 손상되는 것을 방지할 수 있는 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터는,
전원 공급부와, 1차 코일을 구비하며 상기 전원 공급부에 의해 생성된 전력을 송신하는 트랜스부와, 2차 코일을 구비하며 상기 트랜스부에서 송신되는 전력을 수신하는 픽업부와, 상기 픽업부에 의해 수신된 전력을 외부 디바이스로 공급하는 전원부를 포함하며,
상기 2차 코일과 직렬로 연결되며, 부하측으로 공급되는 전류량을 검출하여 검출 전류를 출력하는 입력 전류 센서부; 상기 입력 전류 센서부에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 기준 전류와 비교하여 상기 검출 전류가 더 크면 셧다운 신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 상기 셧다운 신호를 수신하면 입력 전원을 차단하여 셧다운시키는 스위칭부를 포함한다.

Description

과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터{DC-DC CONVERTOR HAVING OVER-VOLTAGE/OVER-CURRENT PROTECTION FUNCTION}

본 발명은 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 출력단 부하 쇼트로 인하여 직류-직류 변환기에 과전류/과전압이 인가되어 직류-직류 컨버터가 손상되는 것을 방지할 수 있는 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.

스위칭 모드 전원 공급장치는 상용 전원으로부터 공급되는 교류(AC) 전기를 컴퓨터, 통신 기기, 가전 기기 등 각종 기기에 맞도록 변환시켜 주는 모듈형의 전원 공급 장치로서, 고속 전력 반도체를 이용해 높은 주파수로 단속 제어를 하고 정류와 평활 회로를 거쳐 안정된 각종 직류 전압을 제공한다. 직류 전원 장치는 크게 리니어 형과 스위치 모드형으로 구분되는데, 1990년대에 들어서 경량, 소형화에 적합한 스위치 모드형이 개인용 컴퓨터(PC)와 가전 기기 전자 제품의 주력 전원 공급 장치로서 사용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 직류-직류 컨버터가 도시된 도면이다. 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 직류-직류 컨버터는 입력 전원(VIN)을 부하(RL)가 요구하는 레벨의 전원으로 변환하여 출력한다. 캐패시터(Cout)는 평활용 캐패시터로서 상기 직류/직류 컨버터에서 출력되는 전원에 포함된 교류 성분을 제거하기 위하여 평활하여 부하(RL)에 공급한다. 여기서, 부하(RL)는 직류-직류 컨버터와 연결된 외부 디바이스를 의미한다.

종래 기술에 따른 직류-직류 컨버터는 부하(RL)가 어떠한 이유로 인하여 양단 저항값이 거의 없는 상태로 단락되면, PWM 제어부가 스위칭 펄스의 폭을 조절하여 스위치의 온/오프 시간을 제어함으로써 부하(RL)에 과전류가 흐르는 것을 보호한다. 즉, PWM을 최소화시켜서 부하(RL) 측으로 흐르는 전류를 차단하여 부하(RL)를 보호한다.

이 경우, 부하(RL)에 흐르는 전류가 차단되어 부하(RL) 내부의 회로는 보호될 수 있으나, 입력 전원으로부터 직류-직류 컨버터 내로 입력되는 전류는 여전히 차단되지 않아서 직류-직류 컨버터 내의 회로는 보호되지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 출력단 부하 쇼트로 인하여 직류-직류 변환기에 과전류/과전압이 인가되어 직류-직류 컨버터가 손상되는 것을 방지할 수 있는 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터는,

전원 공급부와, 1차 코일을 구비하며 상기 전원 공급부에 의해 생성된 전력을 송신하는 트랜스부와, 2차 코일을 구비하며 상기 트랜스부에서 송신되는 전력을 수신하는 픽업부와, 상기 픽업부에 의해 수신된 전력을 외부 디바이스로 공급하는 전원부를 포함하며,

상기 2차 코일과 직렬로 연결되며, 부하측으로 공급되는 전류량을 검출하여 검출 전류를 출력하는 입력 전류 센서부; 상기 입력 전류 센서부에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 기준 전류와 비교하여 상기 검출 전류가 더 크면 셧다운 신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 상기 셧다운 신호를 수신하면 입력 전원을 차단하여 셧다운시키는 스위칭부를 포함한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 스위칭부는 래치 릴레이 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 부하와 직렬로 연결되며, 부하측으로 공급되는 전류량을 검출하여 검출 전류를 출력하는 부하 전류 센서부를 더 포함하며, 상기 부하 전류 센서부에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 제1 부하 기준 전류와 비교하여 상기 검출 전류가 더 크면 상기 제어부는 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 부하 전류 센서부에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 제2 부하 기준 전류와 비교하여 상기 검출 전류가 더 크면 상기 제어부는 셧다운 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 출력단 부하 쇼트로 인하여 직류-직류 변환기에 과전류/과전압이 인가되어 직류-직류 컨버터가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 부하(RL)의 변화량을 단계적으로 모니터링하여, 부하(RL) 및 직류-직류 컨버터의 손상 발생 가능성이 있으면, 경고 신호(램프, 알람 등)를 발생시키고, 손상 발생 가능성이 높으면 입력 전원을 차단하여 부하 및 직류-직류 컨버터 내의 회로를 보호할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 직류-직류 컨버터가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류-직류 컨버터가 도시된 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 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 발명에서 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 발명에서, '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, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 직류-직류 컨버터를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터가 도시된 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터는, 전원 공급부(100)와, 트랜스부(200)와, 픽업부(300)와, 전원부(400)와, 입력 전류 센서부(500)와, 제어부(600)와, 스위칭부(700)를 포함한다.

전원 공급부(100)은 소정 크기의 전압 전원, 또는 전류 전원을 공급한다. 예를 들어, 125A의 전류를 공급한다. 이를 위해 전원 공급부(100)은 외부에서의 전원을 끌어오기 위해 별도의 전원 입력선(미도시)을 포함할 수 있다.

트랜스부(200)은 상기 전원 공급부(100)에 의해 생성된 전력을 자기유도 또는 자기공명 방식으로 픽업부(300)로 전송하기 위해 1차 코일을 구비한다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 저항(R)과, 커패시터(C)가 마련되어 있다.

픽업부(300)은 상기 트랜스부(200)에서 송신되는 전력을 수신하기 위해 1차 코일과 커플링되는 2차 코일을 구비한다. 또한, 도시되어 있지는 않지만 필터, 정류회로 및 평활회로 등을 포함한다.

본 발명의 직류-직류 컨버터는 무접점 전력 전송 장치로부터 전송된 전압 또는 전류를 외부 디바이스로 공급하는 장치이다. 여기서, 무접점 전력 전송 장치는 자기유도 현상 또는 자기공명 현상을 이용한 것으로, 1차측인 트랜스부(200)과 2차측인 픽업부(300)은 공간적으로 상호 분리되어 형성된다.

동작원리는 1차측 트랜스부(200)에 형성된 1차 코일에 전류를 흘릴 경우 발생되는 자계에 의해서 2차측 픽업부(300)의 2차 코일에 전류가 유도되어 흐르는 원리로 일반 트랜스포머와 동일하기는 하나, 공극을 분리시킴으로써 결합계수가 낮고 누설 인덕턴스가 큰 상태에서 효과적인 전원을 전달할 수 있는 장점이 있다.

전원부(400)는 상기 픽업부(300)에 의해 수신된 전력을 외부 디바이스로 공급한다. 예를 들어, DC 300V의 정격 전압을 공급한다.

입력 전류 센서부(500)는 2차 코일과 직렬로 연결되며, 부하(RL) 측으로 공급되는 전류량을 검출하여 검출 전류를 출력한다. 입력 전류 센서부(500)에서 전류량을 검출하는 방식으로는, 예를 들어 도너츠 모양의 자심을 사용하여 1차 및 2차 코일을 자심에 감아 2차 전류를 측정함으로써 1차 전류를 검지하는 변류기 방식과 전류에 의하여 생기는 자계 속에 홀 소자를 설치하여 홀 전압을 측정함으로써 자계의 강도, 즉 전류의 강약을 검지하는 홀 소자 방식이 있다.

제어부(600)는 입력 전류 센서부(500)에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 기준 전류와 비교하여 검출 전류가 더 크면 스위칭부(700)로 셧다운 신호를 출력한다. 이를 위해, 제어부(600)는 비교기(미도시)와 타이머(미도시)를 구비할 수 있다.

비교기와 타이머는 셧다운 신호 출력시, 검출 전류값이 기준 전류값보다 클 때, 곧바로 셧다운 신호를 출력하지 않고, 검출 전류값이 기준 전류값보다 큰 유지시간이 기설정된 시간 이상 지속될 때 셧다운 신호를 출력함으로써, 잡음 등으로 인한 오동작을 방지할 수 있다.

스위칭부(700)는 제어부(600)로부터 셧다운 신호를 수신하면 직류-직류 컨버터의 입력 전원을 차단한다. 이러한 스위칭부(700)는 래치 릴레이 회로를 포함하여 구성된다. 래치 릴레이는 보자력(保磁力)이 큰 철심을 사용하여 접점의 동작이 여자 전류(勵磁電流)를 끊은 후에도 자력(磁力)이 유지되도록 한 릴레이로서 역방향 여자 전류로 접점이 복귀하며 펄스로 제어하기에 적합한 릴레이이다.

종래의 직류-직류 컨버터는 PWM 제어부가 PWM을 최소화시켜서 부하(RL) 측으로 흐르는 전류를 차단하여 부하(RL)를 보호하였지만, 입력 전원으로부터 직류-직류 컨버터 내로 입력되는 전류는 여전히 차단되지 않아서 직류-직류 컨버터 내의 회로는 보호하지 못했다.

그러나, 본 발명의 직류-직류 컨버터는 입력 전원을 차단하여 직류-직류 컨버터 내의 회로는 보호할 수 있게 되었고, 또한 이에 따라 부하 측으로 입력되는 전류도 함께 차단하여 부호도 보호할 수 있게 된다.

다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류-직류 컨버터를 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류-직류 컨버터가 도시된 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류-직류 컨버터는 전원 공급부(100)와, 트랜스부(200)와, 픽업부(300)와, 전원부(400)와, 입력 전류 센서부(500)와, 제어부(600)와, 스위칭부(700), 부하 전류 센서부(800)를 포함한다.

상기 전원 공급부(100)와, 트랜스부(200)와, 픽업부(300)와, 전원부(400)와, 입력 전류 센서부(500)와, 제어부(600)와, 스위칭부(700)는 전술한 일 실시예에 따른 직류-직류 컨버터와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

부하 전류 센서부(800)는 부하(RL)와 직렬로 연결되며, 부하 측으로 공급되는 전류량을 검출하여 검출 전류를 출력한다. 제어부(600)는 검출 전류를 전달 받아서 기설정된 제1 및 제2 부하 기준 전류와 비교한다.

여기서, 제1 부하 기준 전류는 부하(RL) 및 직류-직류 컨버터를 손상시키는 크기의 전류는 아니나, 손상 가능성이 있어서 작업자에게 점검이 필요함을 알리는 경고 신호를 생성하기 위한 기준 전류이고, 제2 부하 기준 전류는 손상 가능성이 높아서 입력 전원을 차단시키는 셧다운 신호를 출력하기 위한 기준 전류이다. 따라서, 제1 부하 기준 전류는 제2 부하 기준 전류 보다 작게 설정된다.

제어부(600)는 부하 전류 센서부(800)에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 제1 부하 기준 전류와 비교하여 검출 전류가 더 크면 경고 신호를 출력한다.

또한, 제어부(600)는 부하 전류 센서부(800)에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 21 부하 기준 전류와 비교하여 검출 전류가 더 크면 셧다운 신호를 출력한다.

이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류-직류 컨버터는 부하(RL)의 변화량을 단계적으로 모니터링하여, 부하(RL) 및 직류-직류 컨버터의 손상 발생 가능성이 있으면, 경고 신호(램프, 알람 등)를 발생시키고, 손상 발생 가능성이 높으면 입력 전원을 차단하여 부하 및 직류-직류 컨버터 내의 회로를 보호한다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 전원 공급부 200 : 트랜스부
300 : 픽업부 400 : 전원부
500 : 입력 전류 센서부 600 : 제어부
700 : 스위칭부 800 : 부하 전류 센서부

Claims (4)

1. 전원 공급부와, 1차 코일을 구비하며 상기 전원 공급부에 의해 생성된 전력을 송신하는 트랜스부와, 2차 코일을 구비하며 상기 트랜스부에서 송신되는 전력을 수신하는 픽업부와, 상기 픽업부에 의해 수신된 전력을 외부 디바이스로 공급하는 전원부를 포함하며,
   상기 2차 코일과 직렬로 연결되며, 부하측으로 공급되는 전류량을 검출하여 검출 전류를 출력하는 입력 전류 센서부;
   상기 입력 전류 센서부에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 기준 전류와 비교하여 상기 검출 전류가 더 크면 셧다운 신호를 출력하는 제어부;
   상기 제어부로부터 상기 셧다운 신호를 수신하면 입력 전원을 차단하여 셧다운시키는 스위칭부
   를 포함하는 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스위칭부는 래치 릴레이 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 부하와 직렬로 연결되며, 부하측으로 공급되는 전류량을 검출하여 검출 전류를 출력하는 부하 전류 센서부를 더 포함하며,
   상기 부하 전류 센서부에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 제1 부하 기준 전류와 비교하여 상기 검출 전류가 더 크면 상기 제어부는 경고 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 부하 전류 센서부에서 출력되는 검출 전류를 기설정된 제2 부하 기준 전류와 비교하여 상기 검출 전류가 더 크면 상기 제어부는 셧다운 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 과전류/과전압 보호 기능을 구비한 직류-직류 컨버터.

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