KR101047338B1 - Power device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A parallel running power supply device is provided to connect a power supply module and a control line in a main controller, thereby continuously supplying the power to a load. CONSTITUTION: A power supply module(10) is connected with a main controller(20) and a control line in parallel. A input rectifier(110) rectifies an input voltage. The input rectifier rectifies an input AC voltage to a DC voltage. An output converter(120) controls a stable current supply within a module. The output converter converts a rectified DC voltage to a voltage for supplying to a load.

Description

모듈전류 제어루프을 이용한 병렬운전 전원 장치 {Power Device}Parallel operation power supply unit using module current control loop {Power Device}

본 발명은 스위치 모드 전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대용량을 소용량의 모듈로 나누고, 상기 소용량의 모듈을 병렬운전하여 대용량 구현이 가능한 모듈전류 제어루프을 사용한 병렬운전 전원 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a switch mode power supply device, and more particularly, to a parallel operation power supply device using a module current control loop capable of implementing a large capacity by dividing a large capacity into small capacity modules and operating the small capacity modules in parallel.

직류 안정화 전원으로서 폭넓게 이용되고 있는 스위치 모드 전원 장치(Switched Mode Power Supply, SMPS)는 반도체 소자의 스위칭 프로세서를 이용하여 전력의 흐름을 제어함으로써 종래의 안정화 전원에 비하여 고효율, 소형 및 경량화에 큰 장점을 갖는 안정화 전원이라 할 수 있다.Switched Mode Power Supply (SMPS), which is widely used as a DC stabilized power supply, controls the flow of power using a switching processor of a semiconductor device, and thus has great advantages in efficiency, compactness, and weight reduction compared to conventional stabilized power supplies. It can be said to have a stabilized power supply.

그러나, 전원장치가 대형화되면서 대전력 스위칭 소자의 스위칭 주파수를 올리는데 한계가 있으므로 소형, 경량화가 어려운 문제가 있었다.However, there is a problem that it is difficult to reduce the size and weight because there is a limit to increase the switching frequency of the large power switching device as the power supply is larger.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 대용량을 소용량의 모듈로 나누고 소용량의 모듈을 병렬 운전하여 대용량의 전원 장치를 구현하는 방식이 도입되었다.In order to solve the above problems, a method of implementing a large-capacity power supply device by dividing a large capacity into small modules and operating a small module in parallel has been introduced.

그러나, 종래의 소용량의 모듈을 병렬 운전하는 전원 장치는 하나의 모듈이 고장나는 경우 전류 제어가 불가능하여 정상 상태인 나머지 모듈도 가동이 불가능한 문제가 있었다.
However, the conventional power supply unit for operating a small module in parallel has a problem in that when one module fails, current control is impossible and the remaining modules in a normal state are also inoperable.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 소용량의 모듈을 병렬운전하여 대용량 전원 장치를 구현하는 전원 장치에 있어서, 상기 소용량의 모듈 중 적어도 하나의 모듈이 고장 나더라도 고장 난 모듈을 제외한 나머지 모듈을 통해 부하에 계속적인 전원 공급을 제공할 수 있는 스위치 모드 전원 장치를 제공하는 데 있다.
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a large-capacity power supply unit by parallel operation of a small capacity module, even if at least one module of the small capacity module is broken It is to provide a switch mode power supply that can provide continuous power supply to the load through the remaining modules.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전원 장치는 복수 개의 전원 공급 모듈이 메인 컨트롤러에 병렬로 연결되고, 각 전원 공급 모듈이 병렬로 운전하여 전원을 부하에 공급하는 전원 장치로서; 상기 전원 공급 모듈은 출력단의 모듈 전류 출력값과 상기 메인 컨트롤러로부터 Vcont 전압을 입력받아 발생된 차전압을 PWM 제어기로 인가하는 모듈 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a power supply apparatus according to the present invention includes a plurality of power supply modules connected in parallel to a main controller, and each power supply module operates in parallel to supply power to a load; The power supply module may include a module current controller configured to receive a module current output value at an output terminal and a Vcont voltage from the main controller and apply a generated difference voltage to a PWM controller.

상기 모듈 전류 제어부는 상기 전원 공급 모듈의 출력단의 전류검출 션트에서 션트 증폭기를 통해 모듈 전류 출력값이 입력되는 (+) 입력 단자와 상기 메인 컨트롤러로부터 제어선을 통해 전송된 Vcont 전압이 입력되는 (-) 입력 단자를 구비하는 입력단과 상기 입력단을 통해 입력된 차전압을 출력하여 상기 PWM 제어기로 인가하는 출력단을 포함하는 모듈 전류 제어 루프를 포함하는 것을 특징으로 한다.The module current controller includes a (+) input terminal through which a module current output value is input through a shunt amplifier and a Vcont voltage transmitted through a control line from the main controller in a current detection shunt at an output terminal of the power supply module. And a module current control loop including an input terminal having an input terminal and an output terminal for outputting a difference voltage input through the input terminal to be applied to the PWM controller.

그리고 상기 모듈 전류 제어부는 상기 션트 증폭기의 OFFSET과 I/MAX 볼륨을 튜닝하여 각 전원 공급 모듈의 전류 편차가 제로가 되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
The module current controller may be configured to tune the OFFSET and the I / MAX volume of the shunt amplifier so that the current deviation of each power supply module becomes zero.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 전원 장치는 소용량의 모듈 중 적어도 하나의 모듈이 고장 나더라도 고장 난 모듈을 제외한 나머지 모듈을 통해 부하에 계속적인 전원 공급을 제공할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.As described above, the power supply apparatus according to the present invention has an excellent effect of providing continuous power supply to the load through the remaining modules except the failed module even if at least one module of the small capacity module fails.

또한, 모듈 전류 제어 루프의 제어 대상이 전류이기 때문에 전류 모드 제어가 이루어져 컨버터의 과도부하 특성이 개선되는 탁월한 효과가 발생한다.
In addition, since the control target of the module current control loop is current, the current mode control is performed, resulting in an excellent effect of improving the overload characteristics of the converter.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치 모드 전원 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 2는 도 1의 메인 컨트롤러의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모듈 전류 제어 루프의 회로도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a power supply device according to a preferred embodiment of the present invention.
1 is a block diagram schematically showing a switch mode power supply according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a circuit diagram of the main controller of FIG.
3 is a circuit diagram of a module current control loop according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위치 모드 전원 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram schematically showing a switch mode power supply according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전원 장치는 소용량으로 분할된 복수 개로 구성된 전원 공급 모듈(10)과 상기 각 전원 공급 모듈과 제어선이 병렬로 연결되어 상기 각 전원 공급 모듈을 제어하는 메인 콘트롤러(20)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the power supply apparatus according to the present invention includes a main controller for controlling each of the power supply modules by connecting the power supply module 10 having a plurality of small capacities and the power supply module and the control line in parallel. 20 may be configured to be included.

여기서, 상기 전원 공급 모듈(10)은 상기 메인 콘트롤러(20)와 제어선이 병렬로 연결되어 있으므로 메인 콘트롤러 1대에 이론적으로는 무한 개수(N+1)로 연결될 수 있다.Here, since the main controller 20 and the control line are connected in parallel, the power supply module 10 may theoretically be connected to one main controller in an infinite number (N + 1).

예를 들어, 전원 장치의 용량이 100kW인 경우 20kW의 전원 공급 모듈 5개를 병렬로 연결하여 운전함으로써 100kW 용량 처리가 가능하다.For example, if the power supply capacity is 100kW, 100kW capacity processing is possible by operating five 20kW power supply modules in parallel.

상기 전원 공급 모듈(10)은 입력 전압을 정류하는 입력 정류부(110)와 상기 정류된 전압을 부하에 공급할 전압으로 변환하고, 모듈 내에서의 안정된 전류 공급을 제어하는 출력 컨버터(120)를 포함하여 구성될 수 있다.The power supply module 10 includes an input rectifier 110 for rectifying an input voltage and an output converter 120 for converting the rectified voltage into a voltage for supplying a load and controlling a stable current supply in the module. Can be configured.

상기 입력 정류부(110)는 입력 AC 전압을 DC 전압으로 정류하는 역할을 담당하고, 상기 출력 컨버터(120)는 정류된 DC 전압을 부하에 공급할 전압으로 변환하는 역할을 담당한다.The input rectifier 110 serves to rectify the input AC voltage into a DC voltage, and the output converter 120 serves to convert the rectified DC voltage into a voltage to supply a load.

상기 출력 컨버터(120)는 출력 전압의 안정화를 위해 펄스폭을 제어하는 PWM 제어기(인버터, 121)와 모듈 내에서의 안정된 전류 공급을 제어하는 모듈 전류 제어부(123)와 상기 안정화된 전압을 정류하는 정류기(122)를 포함하여 구성될 수 있다.The output converter 120 rectifies the stabilized voltage with a PWM controller (inverter) 121 for controlling the pulse width to stabilize the output voltage, a module current controller 123 for controlling a stable current supply in the module. It can be configured to include a rectifier (122).

상기 출력 컨버터(120)는 상기 PWM 제어기(121)를 통해 안정화된 전압을 상기 정류기(122)를 거쳐 부하로 출력한다.The output converter 120 outputs the voltage stabilized through the PWM controller 121 to the load via the rectifier 122.

여기서, 상기 모듈 전류 제어부(123)는 상기 PWM 제어기(121)로 각 전원 공급 모듈의 전류 편차가 제로가 되도록 조절된 전압을 인가하여, 상기 PWM 제어기(121)가 구동 펄스 파형을 만들어 최종 출력 전압과 전류를 조정하게 된다.Here, the module current control unit 123 applies a voltage adjusted so that the current deviation of each power supply module becomes zero to the PWM controller 121, so that the PWM controller 121 generates a driving pulse waveform to generate a final output voltage. Over current will be adjusted.

상기 메인 컨트롤러(20)는 전원 장치 전체 시스템을 제어하는 마이크로 컨트롤러와 전압제어 루프 및 전류제어 루프를 포함하여 구성될 수 있다.The main controller 20 may include a microcontroller for controlling the entire power supply system, a voltage control loop, and a current control loop.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메인 컨트롤러를 개략적으로 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram schematically showing a main controller according to a preferred embodiment of the present invention.

상기 마이크로 컨트롤러는 각종 경보를 처리함과 동시에 전압, 전류 운전값을 제어 루프에 제공한다. The microcontroller processes various alarms and provides voltage and current operating values to the control loop.

상기 전압 제어 루프는 검출된 출력 전압과 전압 운전값과 비교하여 에러 전압을 발생하고, 상기 전류 제어 루프는 각 전원 공급 모듈에서 보내온 전류값을 전류 합산 앰프를 통하여 전부 합산을 하고 합산된 전류값이 시스템의 전체 전류가 되며 전류제어값과 비교되어 에러 전압을 발생하게 된다.The voltage control loop generates an error voltage by comparing the detected output voltage with the voltage operating value, and the current control loop sums all the current values sent from each power supply module through the current summing amplifier and adds the summed current values. This is the total current of the system and is compared with the current control value to generate an error voltage.

상기 전압 제어 루프와 전류 제어 루프에서 발생된 신호가 다이오드 D1, D2를 통하면서 Vcont를 만들어 각 모듈의 제어 신호로 보내게 된다.The signals generated in the voltage control loop and the current control loop pass through diodes D1 and D2 to form Vcont and send them as control signals of each module.

여기서, 상기 Vcont는 Vc Limiter의 전압레벨 리미터에 의하여 제한되면 그 제한된 값은 각 모듈의 최대 전류를 결정하게 된다.Here, if Vcont is limited by the voltage level limiter of the Vc Limiter, the limited value determines the maximum current of each module.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모듈 전류 제어부의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a module current controller according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 모듈 전류 제어부(123)는 출력단의 전류검출 션트에서 션트증폭기를 거쳐 모듈 출력 전류값이 모듈 전류 제어 루프의 입력단의 (+) 입력에 인가되고, 이와 함께 저항(R-CURR)을 거쳐 제어선을 통해 모듈 출력 전류값을 메인 컨트롤러로 보낸다.Referring to FIG. 3, the module current controller 123 receives a module output current value from a current detection shunt at an output terminal through a shunt amplifier and is applied to a positive input of an input terminal of a module current control loop. The module output current is sent to the main controller through the control line via CURR).

그리고 메인 컨트롤러(20)에서 보내온 Vcont 전압은 버퍼를 통해 모듈 전류 제어부의 입력단의 (-)입력에 인가되어 루프의 출력으로 나오게 된다.The Vcont voltage sent from the main controller 20 is applied to the negative input of the input terminal of the module current controller through the buffer to come out of the loop output.

여기서, 상기 모듈 전류 제어 루프의 출력단을 통해 출력되는 차 전압은 PWM 제어기(121)의 입력에 인가되어 출력 컨버터의 구동 펄스 파형을 만들어 최종 출력 전압과 전류를 조정하게 된다.Here, the difference voltage output through the output terminal of the module current control loop is applied to the input of the PWM controller 121 to make a drive pulse waveform of the output converter to adjust the final output voltage and current.

본 발명에 따른 각 전원 공급 모듈(10)은 모두 같은 Vcont 전압을 메인 컨트롤러로부터 받게 되며, 각 전원 공급 모듈(10)에 흐르는 전류는 상기 Vcont 전압에 맞추어 지게 되어 션트 증폭기의 OFFSET과 I/MAX 볼륨만 정확하게 튜닝이되면 각 전원 공급 모듈(10)의 전류 편차가 제로가 된다. 따라서, 안정적인 전류 제어가 가능하고, 전원 공급 모듈 중 일부가 고장이 난다 하더라도 나머지 전원 공급 모듈을 통해 부하에 전원을 공급할 수 있다.Each power supply module 10 according to the present invention all receive the same Vcont voltage from the main controller, the current flowing in each power supply module 10 is adapted to the Vcont voltage to OFFSET and I / MAX volume of the shunt amplifier Only if the tuning is accurate, the current deviation of each power supply module 10 becomes zero. Therefore, stable current control is possible, and even if some of the power supply modules fail, the remaining power supply module can supply power to the load.

또한, 모듈 전류 제어 루프의 제어 대상이 전류이기 때문에 전류 모드 제어가 이루어져 컨버터의 과도부하 특성이 개선되는 효과가 발생한다.In addition, since the control target of the module current control loop is current, current mode control is performed, thereby improving the overload characteristics of the converter.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

10 : 전원 공급 모듈 110 : 입력 정류부
120 : 출력 컨버터 121 : PWM 제어기
122 : 모듈 전류 제어부 123 : 정류기10: power supply module 110: input rectifier
120: output converter 121: PWM controller
122: module current control unit 123: rectifier

Claims (3)

복수 개의 전원 공급 모듈이 메인 컨트롤러에 병렬로 연결되고, 각 전원 공급 모듈이 병렬로 운전하여 전원을 부하에 공급하는 전원 장치로서;
상기 전원 공급 모듈 각각은
출력단의 전류검출 션트에서 션트 증폭기를 통해 모듈 전류 출력값이 입력되는 (+) 입력단자와 메인 컨트롤러로부터 제어선을 통해 전송된 Vcont 전압이 입력되는 (-) 입력 단자를 구비하는 입력단과, 상기 입력단을 통해 입력된 차전압을 출력하여 PWM 제어기로 인가하는 출력단을 포함하는 모듈 전류 제어 루프를 구비한 모듈 전류 제어부를 포함하고;
상기 메인 컨트롤러는
검출된 출력 전압과 전압 운전값을 비교하여 에러 전압을 발생하는 전압 제어 루프와, 상기 전원 공급 모듈 각각에서 보내온 모듈 전류값을 전부 합산하여 출력 전류를 공동으로 제어하는 전류 제어 루프를 포함하여 상기 전원 공급 모듈 각각에 공급되는 Vcont 전압을 발생하고, 운전되는 전압, 전류값을 통합적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
A power supply unit in which a plurality of power supply modules are connected in parallel to a main controller, and each power supply module operates in parallel to supply power to a load;
Each of the power supply modules
An input terminal having a positive input terminal through which a module current output value is input through a shunt amplifier in a current detection shunt of the output terminal, and a negative input terminal through which a Vcont voltage transmitted from a main controller is input through a control line; A module current control unit having a module current control loop including an output terminal for outputting a difference voltage input through the signal and applying to a PWM controller;
The main controller
The power supply includes a voltage control loop for generating an error voltage by comparing the detected output voltage with a voltage operating value, and a current control loop for jointly controlling the output current by summing all module current values sent from each of the power supply modules. A power supply characterized by generating a Vcont voltage supplied to each of the supply modules, and integrally controlling the operating voltage and current values.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 모듈 전류 제어부는
상기 션트 증폭기의 OFFSET과 I/MAX 볼륨을 튜닝하여
각 전원 공급 모듈의 전류 편차가 제로가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전원 장치.The method of claim 1,
The module current controller
Tune OFFSET and I / MAX volume of the shunt amplifier
And the current deviation of each power supply module is set to zero.
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