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KR100623822B1 - 듀얼 입력 ａｃ/ｄｃ배터리 작동식 전원 공급기 - Google Patents

듀얼 입력 ａｃ/ｄｃ배터리 작동식 전원 공급기 Download PDF

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KR100623822B1
KR100623822B1 KR1020047006621A KR20047006621A KR100623822B1 KR 100623822 B1 KR100623822 B1 KR 100623822B1 KR 1020047006621 A KR1020047006621 A KR 1020047006621A KR 20047006621 A KR20047006621 A KR 20047006621A KR 100623822 B1 KR100623822 B1 KR 100623822B1
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KR
South Korea
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power supply
power
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power converter
supply circuit
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제퍼리 에스. 도스
리차드 게리슨 두보즈
알렉스아이 에이. 피아테트스카이
길버트 맥도날드
찰스 로드
스코트 스미스
Original Assignee
모빌리티 일렉트로닉스 인크
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Abstract

본 발명은 휴대용 컴퓨터(laptop computer), 휴대폰(cell phone)과 같은 사용자-접속된 모바일 장치에 연속적으로 규정 DC 전압 출력을 제공하는 듀얼 입력 배터리 보조식 전력 변환기(10)에 관한 것이다. 전력 변환기(10)는 전원 공급기 회로(12)와, 재충전 배터리(36)를 가지는 배터리 팩(14)을 포함하는 개별, 탈착가능한 전력 저장 회로를 포함한다. 전원 공급기(12)는 한 쌍의 각 출력 터미널에 반대 전위의 한 쌍의 규정 DC 출력 전압을 전달하도록 되어 있다. 양호하게 이들 출력 전압은 두 개의 외부 입력 전압; AC 입력 전압과 DC 입력 전압으로부터 얻어진다. 양호하게 외부 입력 전압 양자가 일시적으로 제거되면, 배터리 팩(14)은 양호하게 대체 DC 입력 전원 공급기로서 작용하므로, 전원 공급기(12)가 중단 없이 사용자 접속된 모바일 장치에 동일한 규정 DC 출력 전압을 전달하도록 허용한다. 특히, 외부 입력 전압중 어느 하나가 다시 재설정되면, 배터리 팩(14)은 자동적으로 배터리 팩(14)을 재충전하도록 어느 한 노드에서 전원 공급기(12)의 출력 터미널로 탭핑한다.

Description

듀얼 입력 ＡＣ/ＤＣ배터리 작동식 전원 공급기{Dual input AC/DC battery operated power supply}
본 발명은 일반적으로 전력 변환기, 특히 휴대용 듀얼 입력 AC/DC를 프로그램가능한 출력으로 변환하는 전력 변환기에 관한 것이다.
PC노트북, PDA, 핸드폰 등이 계속해서 인기를 얻고 있어서, 보다 더 저렴하고, 컴팩트한 전원 공급기로 이들 장치에 전력을 공급할 필요가 있다. 오늘날, 모바일 장치의 대부분의 제조자는 통상적으로 고객의 전원 공급기의 사용을 돕기 위해서 이들 모바일 장치와 함께 플러그-인 어댑터를 포함한다.
그러나, 폭넓은 다양한 이동 또는 휴대용 장치에 전력을 공급하기에 필요한 다른 전원 공급기 부품의 모두를 지니고 다녀야만 하는 시스템 관리 문제점을 해소하기 위해서 전력 변환기가 필요하다. 특히, 이런 전력 변환기는 양호하게도 외부 AC 또는 외부 DC 입력 전압이든지에 상관없이 대응하여, 규정 DC 출력 전압을 공급함으로써 몇몇 다른 모바일 장치의 전원 공급기로 사용하기를 원한다. 또한 이런 전력 변환기는 외부 입력 전압이 순간적으로 차단될 때도, 전력 변환기가 일정한 중단 없는 DC 출력 전압을 사용자 접속 모바일 장치에 전달할 수 있는 전력 저장 능력을 가지기를 원하고 있다.
본 발명은 두 개의 개별 외부 입력 전압, AC 입력 전압 또는 DC 입력 전압으로부터, 그리고 개별 탈착가능한 배터리 팩으로부터 확실하게 일정한, 규정 DC 출력 전압을 얻을 수 있는 전력 변환기로서 기술적 장점을 얻는다. 탈착가능한 배터리 팩은 양호하게 각 외부 입력 전압이 믿을 수 없거나 일시적으로 제거될 때 마다, 전력 변환기가 자동적으로 그리고 연속적으로 규정 DC 전압을 모바일 장치에 전달할 수 있게 한다. 추가로, 전력 변환기는 또한 규정 DC 출력 전압의 일부분을 정상 작업 동안 배터리 팩을 편리하게 재충전하는데 이용한다.
한 실시예에서, 본 발명은 전원 공급기 회로와 선택적으로 제거가능한 저장 회로를 포함하는 전력 변환기이다. 전원 공급기 회로는 한 쌍의 입력 필터 회로를 포함하며, 필터 회로 각각은 전원 공급기 회로에 제공된 각 AC 및 DC 입력 전압을 필터하는데 사용된다. 전원 공급기 회로는 또한 DC-대-DC 변환기와 AC-대-AC 변환기를 포함하며, 각각은 DC 전압 출력을 제공한다. 전원 공급기는 또한 추가로 DC-대-DC 변환기와 AC-대-AC 변환기의 각 DC 전압 출력을 받을 수 있게 연결된 공유 DC 회로를 포함한다. 공유 DC 회로는 두 개의 규정 DC 출력 전압을 두 개의 각각의 출력 터미널에 반대 극성으로 제공한다. 공유 DC 회로는 또한 모바일 장치들의 전압과 전류의 명세에 편리하게 일치하도록, 사용자가 프로그램가능한 키이를 통해 규정 출력 전압을 선택적으로 프로그램허용하는데 사용된다.
탈착가능한 배터리 팩은 재충전 배터리와, 재충전 배터리에 충전 전류를 전달하기 위한 배터리 충전기와 한 쌍의 스위치와 배터리 팩의 충전 기능을 제어하기 위한 인버터 게이트를 포함하는 스위칭 회로를 포함한다. 배터리 팩은 재충전을 위해 공통 접속기를 통해 정상 작업 동안 전원 공급기 회로의 출력 터미널을 탭핑하는데(tap) 사용된다. 양호하게, 배터리 팩은 DC 입력 전력의 2차 소스로서 작용할 수 있으며, 차례로 각 외부 입력 전압이 일시적으로 중단 또는 제거될지라도 전력 변환기의 전원 공급기가 사용자 접속 장치에 연속적으로 전력을 전달하도록 허용한다.
본 발명과 특정 실시예의 장점들은 도면과 연관해서 설명한 양호한 실시예의 아래의 상세한 설명을 참고하면 이 기술분야의 숙련된 자에 의해서 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따라서 탈착가능한 배터리 팩이 결합된 AC/DC 입력 전력 변환기를 도시하는 도면.
도 2는 AC/DC 입력 전력 변환기로 탈착가능한 배터리 팩이 멀티 적층가능한 재충전 배터리를 포함하는 도시하는 도면.
본 발명은 멀티 입력 전력 변환기(10)에 관한 것이고, 상기 변환기(10)는 DC 입력, AC 입력, 또는 개별, 제거가능한 배터리 팩(14)과 같은 3 개의 상호 배타적이고 외부 입력 전력 소스 중의 어느 하나로 부터 작동될 수 있다. 전력 변환기(10)는 일정한 DC 전압 출력을 발생하고 휴대용 컴퓨터(laptop computer), 휴대폰(cell phone), PDA와 같은 다양한 사용자-접속된 모바일 장치에 전달한다. 그러나, 외부 AC 및 DC 입력 전압이 우연히 또는 사고로 중단되거나 제거되면, 이 때 배터리 팩(14)은 입력 전력의 2차 소스로서 작용하여 전력 변환기(10)에 전력을 공급하여 중단 없는 규정 DC 전압을 전달한다. 더욱이, 전력 변환기(10)가 정상 작업 동안 동일한 DC 출력 전압의 일부분을 배터리 팩(14)에 충전하므로, 배터리 전력을 필요시 이용가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 물리적으로 탈착가능한 배터리 팩(14)이 결합된 전원 공급기(12)를 구성하는 2중 입력 AC/DC 전력 변환기(10)를 나타낸다. 전원 공급기(12)는 외부 DC 입력 전압 및 AC 입력 전압을 각각 수용하기 위해 두 개의 입력 터미널(16, 18)들을 포함한다. DC 입력 전압은 외부 DC 전압이 바람직하며, 즉 자동 담배용 라이터 플러그, 또는 항공유 EMPOWER DC 플러그와 같은 소스로부터 얻어지며, 5VDC 내지 15VDC사이의 전압을 구비한다. 유사하게, AC 입력은 대부분의 집 과 비지니스 환경에서 아는 바와 같이 소스로부터 얻어지는 외부 AC 전압이 바람직하며, 112VAC 내지 230VAC사이의 전압을 구비한다. 바람직한 실시예에서, 전원 공급기(12)는 출력 터미널(22)에서 두 개의 일정한 DC전압들을 사용자-접속된 모바일 장치에 전달한다.
한 실시예에서, 전원 공급기(12)는 입력 터미널(16, 18)들에 도달하는 각각의 입력 전압을 필터링하기 위해 한 쌍의 노이즈 필터링 회로(24, 26)를 포함한다. 또한, 전원 공급기(12)는 필터된 DC 전압을 15볼트 내지 24볼트 DC 사이의 전압으로 높여, 공유 DC 회로(34)에 통과시키는 DC-대-DC 변환기 회로(30)를 포함한다. 유사하게도, 전원 공급기(12)는 필터된 AC 전압을 15볼트 내지 24볼트 사이의 DC 신호로 전환시키는 AC-대-DC 변환기 회로(32)를 포함한다. AC-대-DC 변환기 회 로(32)의 출력은 또한 공유 DC 회로(34)에 입력된다. 터미널(20, 22)들을 통해 공유 DC 회로(34)를 나가는 전압들은 사용자가 다양한 사용자-접속된 모바일 장치들에 전력을 제공하는데 사용할 수도 있는 한 쌍의 일정한 DC 출력 전압들을 구비한다. 더욱이, 본 발명의 사용자들은 일정한 DC 전압 출력의 크기를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 별도로 분리가능한 프로그래밍 키이(15)를 통해 전류 출력을 제어할 수 있다. 공유 DC 회로(34) 및 프로그래밍 키이(15)의 보다 상세한 내용을 알기 위해서는, 발명의 명칭이 “프로그램가능한 DC 출력을 구비하는 2중 입력 AC 및 DC 전원 공급기 ”인 미국 특허 출원 번호 10/005,961호를 참고하는 것이 바람직하다.
또한, 전력 변환기(10)는 커넥터 플러그(50)를 통해 각각의 노드(node) N1, N2, N3에서 전원 공급기(12)를 탭핑하는 분리가능한 배터리 팩(14)을 구성한다. 상기 배터리 팩(14)은 재충전 배터리(36), 배터리 충전기(38) 및 스위칭 회로로 구성되며, 상기 스위칭 회로는 제 1 스위치(40), 제 2 스위치(42), 및 인버터 게이트(44)로 구성된다.
본 발명은 하기에 기술되는 두개의 상이한 작동모드중의 하나로 작동하도록 형성된다. 제 1 모드는 각각의 입력 터미널(16, 18)에 제공되는 외부 입력 전압중의 하나로부터 입력 전력을 얻어서 전원 공급기(12)가 일정한 DC 출력 전압을 발생하는 직접 전원공급 모드이다. 제 2 모드는 전원 공급기(12)가 제거가능한 배터리 팩(14)의 배터리(36)로부터 선택적으로 얻은 거의 일정한 DC 출력 전압을 제공하는 배터리 모드이다. 바람직하게도, 본 발명은 통상적으로 두 개의 외부 입력 전압의 제공에 의해 직접 전원공급 모드로 동작하며, 동작 중 전원 공급기(12)로부터 두 개의 외부 입력 전압이 순간적으로 중단되거나 제거되는 경우 배터리 모드로 자동적으로 작동한다.
직접 전원공급 모드에서, 물리적으로 부착되는 배터리 팩(14)은 노드 N3를 통해 전원 공급기에 전기적으로 연결되며, 출력 터미널(22)에 또한 공급된다. 배터리 팩(14)은 제 1 스위치(40) 및 제 2 스위치(42)와, 이 사이에 결합된 인버터 케이트(44)를 포함하며, 이들은 각각 도시된 바와 같이 정상 개방(open) 위치에서 부터 초기에 작동하게 된다. 또한, 배터리 팩(14)은 배터리 충전기(38) 및 재충전 배터리(36)를 포함한다.
작업 동안에, 필터 회로(24, 26)중의 어느 하나가 수용된 DC 또는 AC 전압을 각각 감지하고, 이것은 인버터 게이트(44)에 의해서 감지되는 라인(46)상의 전력-온 신호를 발생한다. 라인(46)상의 전력-온 신호는 제 1 스위치(40)를 폐쇄하도록 트리거한다. 또한, 라인(46)상의 전력-온 신호는 인버터 게이트(44)에 의해서 변환되며, 정상적인 개방 위치에 남게 하는 제 2 스위치(42)에 의해서 수용된다. 제 1 스위치(40)가 폐쇄될 때, 노드 N3에 제공되는 일정한 DC 출력 전압의 일부는 스위치(40)에 의해서 배터리 충전기(38)에 전달된다. 에너지를 받으며, 배터리 충전기(38)는 충전 전류를 동일한 충전을 위해 재충전 배터리(36)의 포지티브 (positive) 전극에 전달된다. 더욱이, 제 2 스위치(42)는 정상적인 개방 위치에 남기 때문에 재충전 배터리가 배터리 전압을 노드 N1에 제공하는 것을 방지한다. 그러므로서, 전원 공급기(12)는 추가의 DC 입력 전력을 수용하지 않게 된다.
결국, 직접 전원공급 모드에서, 본 발명은 일정한 DC 출력 전압을 배터리 팩(14)과 터미널에서의 모바일 장치에 전달한다. 장점으로는, 본 발명의 사용자들 은 배터리 팩(14)을 충전하기 위해 각각의 배터리 팩 충전기를 구입하는 어려움이 없어지게 된다.
배터리 모드에서, 예를 들어 전원 공급기(12)에 제공되는 입력 AC 또는 DC 전력이 없는 모드에서, 배터리 팩(14)은 제 2 DC 입력 전력 소스로서 자동적으로 작동하게 된다. 여기서, 전원 공급기(12)에 의해서 라인(16)상에 전력-온 신호가 할당되지 않는다. 이와 같이, 제 1 스위치(40)는 정상적인 개방 위치에 남게되고, 지금 인버터(44)는 제 2 스위치(42)를 트리거하여 정상적인 개방 위치를 폐쇄 위치로 전이시킨다. 결론적으로, 제 2 스위치(42)는 전원 공급기(12)의 노드 N1를 재충전 배터리(36)의 포지티브 터미널에 전기적으로 결합시킨다. 더욱이, 제 2 스위치(42)가 폐쇄될 때, 재충전 배터리(36)는 5 볼트 및 12 볼트 사이의 DC 전압을 노드 N1에 공급한다. N1에서 입력 배터리 전압은 DC-대-DC 변환기(30)의 입력에 공급되며, 계속하여 상기 변환기(30)는 이것에 대응하는 높여진 DC 전압을 발생하고, 이 전압을 공유 DC 회로(34)의 입력에 공급한다. 이때, 공유 DC 회로(34)는 5볼트 내지 24볼트 사이의 두 개의 일정한 DC 전압들을 발생하고, 이 전압들을 출력 터미널(20, 22)들을 통해 이것에 연결된 사용자의 모바일 장치에 전달된다. 그래서, 배터리 팩(14)은 교환형 DC 입력 소스로서 기능하는 장점을 가지며, 상기 교환형 DC 입력 소스는 각각의 터미널(16, 18)에서 각각의 외부 입력 전압이 일시적으로 중단되거나 제거될지라도, 계속하여 DC 입력 전압을 전원 공급기(12)에 제공한다.
외부 AC 또는 DC 입력 전압이 터미널(16, 18)에 설치될 때에는, 전원 공급기(12)는 직접 전원공급 모드로 자동적으로 복귀된다. 직접 전원공급 모드로의 복귀에서, 전원 공급기는 제 1 스위치(40)를 폐쇄시키고, 제 2 스위치를 개방시키는 라인(46)상의 초기 전력-온 신호를 발생하고, 그러므로서 배터리 충전기(38)는 재충전 배터리(36)를 충전시킨다. 앞에서 기술한 바와 같이, 라인(46)상의 동일한 전력-온 신호가 인버터 게이트(44)에 의해서 전환되므로, 제 2 스위치(42)는 정상적인 개방 위치에 있게 된다. 이것은 노드 N1으로 부터 재충전 배터리(36)의 포지티브 터미널에 효과적으로 연결되지 않으며, 그러므로서 배터리 전력을 전원 공급기(12)에 전달되는 것을 효과적으로 차단하게 된다.
바람직하게는, 스위치(40, 42)사이에 결합된 인버터 게이트(44)는 각 스위치가 서로 다른 상태에서 작동하는 것을 보장한다. 즉, 인버터 게이트(44)는 배터리 팩(14)의 작동을 적절하게 감소시키며, 전원 공급기(12)는 모든 3개의 외부 전력 소스들로부터 동시에 입력 전력을 받지 않는 것이 보장된다.
다른 실시예에서, 배터리 충전기(38)가 재충전 배터리(36)의 두 케미스트리(chemistry)와 일치하는 특징을 갖기 때문에, 배터리 팩(14)은 다수의 적층형 재충전 배터리(52,54)들로 구성될 수도 있다. 도 2에 도시되듯이, 추가의 재충전 배터리들은 전원 공급기(12)에 추가된 전력 저장 성능을 제공하도록 적용될 수도 있게 된다.
본 출원서의 다수의 혁신적인 내용은 바람직한 실시예를 참고로 하여 기술될 것이다. 그러나, 본원에 기술된 실시예는 단순한 실시예만을 기술한 것이다. 일반적으로, 본 출원서에 기술된 내용들은 다수의 청구된 발명을 한정하는 것은 아니 다. 더욱이, 몇몇 내용들은 발명적인 특징에만 적용되지 다른곳에는 적용되지 않는다.

Claims (20)

  1. 규정 DC 출력 전압을 제공하고 제 1 및 제 2 회로를 가지는 전원 공급기 회로로서, 상기 제 1 및 제 2 회로 각각에 AC 입력 전압과 DC 입력 전압을 받아들이고, 이에 대응해서 제 1 노드에서 DC 출력 전압을 제공하는 전원 공급기 회로와,
    상기 전원 공급기 회로에 결합되어 있고, 2차 DC 입력 전압을 저장하는 저장 회로를 포함하며,
    상기 저장 회로는 휴대용 장치에 전력을 공급하기 충분한 규정 DC 출력 전압을 발생시키기 위해 상기 AC와 DC 입력 전압이 일시적으로 제거되는 경우에만 응답하여, 자동으로 상기 2차 DC 입력 전압을 상기 전원 공급기 회로에 전달하는 전력 변환기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 저장 회로는 배터리 충전기와 재충전 배터리를 포함하며, 상기 배터리 충전기는 상기 전원 공급기 회로에 제공된 상기 AC 입력 전압 또는 상기 DC 입력 전압 중의 하나에 대응해서 상기 전원 공급기 회로의 제 1 노드에 선택적으로 결합되어, 상기 규정 DC 출력 전압의 일부분을 통해서 상기 재충전 배터리를 충전하는 전력 변환기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 저장 회로는 선택적으로 상기 전원 공급기 회로에 연결되거나 상기 전원 공급기 회로로부터 제거될 수 있는 전력 변환기.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 저장 회로는 제 1 스위치와 제 2 스위치를 더 포함하며, 상기 제 1 스위치와 상기 제 2 스위치에 응답하여 상기 배터리 충전기는 상기 재충전 배터리를 충전하는 전력 변환기.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 전원 공급기 회로에 의해서, 상기 제 2스위치가 폐쇄되고 상기 제 1 스위치가 개방되는 것에 응답하여 상기 재충전 배터리는 상기 회로에 DC 입력 전압을 제공하는 전력 변환기.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 저장 회로는 인버터 게이트를 포함하며, 상기 인버터 게이트는 상기 제 1 및 제 2 스위치에 결합되어 제어하는 전력 변환기.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1회로는 AC-대-DC 변환기를 포함하며, 상기 AC-대-DC 변환기는 15VDC와 24VDC사이의 DC 출력 전압을 제공하도록 되어 있는 전력 변환기.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 2회로는 DC-대-DC 부스트 변환기를 포함하며, 상기 AC-대-DC 부스트 변환기는 15VDC와 24VDC 사이의 DC 출력 전압을 제공하도록 되어 있는 전력 변환기.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 전원 공급기 회로는 제 1 및 제 2 정규 DC 출력 전압을 제공하는 전력 변환기.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 저장 회로는 재충전 배터리를 가지는 배터리 팩을 포함하며, 상기 전원 공급기 회로는 상기 재충전 배터리로부터 충전 전압을 받아들임에 대응해서 상기 규정 DC 출력 전압을 제공하는 전력 변환기.
  11. 제 3항에 있어서, 상기 전원 공급기 회로는 공통 접속기를 통해서 다수의 다른 노드에서 상기 저장 회로에 선택적으로 결합되어 있는 전력 변환기.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 전원 공급기 회로는 5VDC와 24VDC 사이의 한 쌍의 규정 DC 출력 전압을 제공하도록 되어 있는 전력 변환기.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 전원 공급기 회로는 상기 AC와 DC 입력 전압 중 어느 하나가 상기 제 1 및 제 2 회로에 제공될 때에는 직접 전원공급 모드로 작동하여 저장 회로가 상기 2차 DC 입력 전압을 상기 전원 공급기 회로에 전달하지 않도록 되어 있는 전력 변환기.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 전원 공급기 회로는 상기 AC와 DC 입력 전압들이 변환기에 제공되지 않을 때에는 저장 회로로부터 배터리 모드로 자동으로 작동하여 변환기가 AC 입력 전압 또는 DC 입력 전압에 의한 동작으로부터 저장 회로에 의한 동작으로 전이될 때 규정 DC 출력 전압이 방해받지 않도록 되어 있는 전력 변환기.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 저장 회로는 다수의 적층형 배터리를 통합하도록 구성되어 있는 전력 변환기.
  16. 휴대용 장치에 전력을 공급하는 전력 변환기를 작동하는 방법으로서,
    전력 변환기를 사용해서 AC 또는 DC 입력 전압에 응답하여 DC 출력 전압을 발생시키는 단계와,
    상기 AC와 DC 입력 전압이 제거되는 경우에만 자동으로 상기 전력 변환기로 백업 DC 입력 전압을 전달하고, 이에 응답하여 상기 휴대용 장치에 전력을 공급하기 충분한 상기 DC 출력 전압을 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 백업 DC 입력 전압은 재충전 배터리를 포함하는 저장 회로가 제공하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 DC 출력 전압의 일부분을 상기 AC 또는 DC 입력 전압중 어느 하나가 상기 전력 변환기에 제공될 때만 상기 재충전 배터리를 재충전하도록 상기 저장 회로에 제공하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 전력 변환기는 AC-대-DC 변환기와 DC-대-DC 변환기를 포함하는 방법.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 저장 회로를 상기 전력 변환기에 선택적으로 장착하는 단계를 더 포함하는 방법.
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