KR102220760B1

KR102220760B1 - 대기전력 차단장치

Info

Publication number: KR102220760B1
Application number: KR1020200102935A
Authority: KR
Inventors: 김병호
Original assignee: 김병호
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2040-08-18

Abstract

본 발명은 전기기기의 내부 또는 외부에 설치되어 전기기기에 입력되는 상용교류전원이 차단된 상태에서 대기전력 차단장치의 동작과 기능을 제어하고 동작전압 범위를 갖는 마이크로컨트롤러; 상기 마이크로컨트롤러에 의해 제어되고 직류 입력전압 범위를 가지며 상기 상용교류전원이 통전되어 상기 상용교류전원를 공급하거나 공급 차단하는 무접점 릴레이; 상기 무접점 릴레이에 의해 공급받는 상기 상용교류전원의 전압을 변환하여 공급하는 저전력 공급부; 및 상기 저전력 공급부로부터 전력을 공급받아 충전되며 상기 마이크로컨트롤러에 전력을 공급하는 슈퍼 커패시터를 포함하여 슈퍼 커패시터의 충전된 용량이 자체 필요한 전력이 되도록 하는 대기전력 차단장치이다.

Description

대기전력 차단장치{Standby power cuttinng-off apparatus}

본 발명은 전기기기의 내부 또는 외부에 설치되어 전기기기에 입력되는 상용교류전원이 차단된 상태에서 슈퍼 커패시터를 사용하여 대기전력을 효과적으로 저감하는 대기전력 차단장치에 관한 것이다.

현재 사물인터넷 전자기기 또는 리모컨으로 조정하는 전자기기 등 각종 전자기기 및 전기기기의 대기상태에서 대기전력이 문제가 될 뿐만 아니라 역률이 대단히 낮아 미국 캘리포니아 에너지 위원회에서는 에너지 효율 법안을 만들어 규제를 하고 있는 등 대기상태에서의 에너지 낭비라는 문제점의 해결이 세계적으로 요청되고 있다.

일본 특허 JP2014023242 A(대기 전력 저감 모듈 및 전기 기기)와 대한민국 특허등록 제10-1769474(전기기기의 전력 공급 장치)는 전압 감시기의 감시 값에 따라 전원을 연결하여 슈퍼 커패시터를 충전하고 충전된 슈퍼 커패시터의 용량이 자체 대기전력이 되어 최소한의 전력만이 소모되어 불필요한 전력 낭비를 막도록 하고 있지만 전압 감시기 없이도 사용이 편리하고 간단하면서도 신뢰성 있게 반영구적으로 대기전력을 차단할 수 있는 것이다.

이하, 사물인터넷 전자기기 또는 리모컨으로 조종하는 전자기기와 같은 무선조종 전자기기, 무선조종 전자기기가 아닌 전자기기, 각종 전기기기 등 대기전력 차단장치가 적용될 수 있는 기기를 통틀어 전기기기로 칭할 수 있다.

본 발명은 전기기기의 내부 또는 외부에 설치하여 상용교류전원이 차단된 상태에서 슈퍼 커패시터에 저장된 전력으로 무선통신하며 전기기기를 온/오프를 가능하도록 하는 대기전력 차단장치로서 대기전력을 최소로 되기 위하여 마이크로컨트롤러의 ADC(analog to digital converter)의 기준전압을 저전력 공급부의 공급전압으로 하고 슈퍼 커패시터의 전압이 상위 충전전압 값에 이르면 상용교류전원을 차단하고 미리 측정된 시간이 지나면 슈퍼 커패시터의 전압이 상위 충전전압 값까지 충전되도록 함으로써 슈퍼 커패시터의 충전된 용량이 자체 필요한 대기전력이 되도록 하는 대기전력 차단장치를 제공한다.

또한 무선통신으로 온/오프 하지 않는 전기기기에 대해서도 자동으로 온/오프 하여 대기전력을 차단하는 기술로도 적용될 수 있어 현존하거나 미래에 출현할 임의의 전기기기에 적용되어 에너지 낭비를 막을 수 있도록 하는 대기전력 차단장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제의 해결을 위해, 외부 상용교류전원에서 전기기기 내부로 연결되는 전원 라인 상에 설치되는 대기전력 차단장치로서, 대기전력 차단장치의 동작과 기능을 제어하고 동작전압 범위를 갖는 마이크로컨트롤러; 상기 마이크로컨트롤러에 의해 제어되고 직류 입력전압 범위를 가지며 상기 상용교류전원이 통전되어 상기 상용교류전원를 공급하거나 공급 차단하는 무접점 릴레이; 상기 무접점 릴레이에 의해 공급받는 상기 상용교류전원의 전압을 변환하여 공급하는 저전력 공급부; 및 상기 저전력 공급부로부터 전력을 공급받아 충전되며 상기 마이크로컨트롤러에 전력을 공급하는 슈퍼 커패시터를 포함하되,

상기 슈퍼 커패시터는 상기 저전력 공급부의 공급 전압 이하에서 상위 충전전압 값을 갖고 상기 마이크로컨트롤러의 최저 동작전압 이상에서 상기 슈퍼 커패시터는 하위 충전전압 값을 가지며, 상기 슈퍼 커패시터가 상기 상위 충전전압 값에서 상용교류전원의 공급이 차단되어 상기 슈퍼 커패시터가 상기 하위 충전전압 값이 될 때까지 걸리는 시간이 측정되어, 상기 슈퍼 커패시터가 상기 상위 충전전압 값이 되고 상기 상용교류전원이 차단이 되면 상기 측정된 시간이 경과됨에 따라 상기 슈퍼 커패시터가 상기 상위 충전전압 값이 될 때까지 전력을 공급받도록 제어되는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단장치를 제공한다.

본 발명은 전기기기의 내부 또는 외부에 설치하여 상용교류전원이 차단된 상태에서 슈퍼 커패시터에 저장된 전력으로 무선통신하며 저전력으로 전기기기를 온/오프 가능하며 슈퍼 커패시터의 공급 전압이 상위 충전전압 값에서 하위 충전전압 값이 되는 시간이 측정되어, 슈퍼 커패시터가 상위 충전전압이 되어 상용교류전원을 차단되면 측정된 시간이 경과됨에 따라 다시 상위 충전전압 값이 되도록 충전하고 상용교류전원을 차단함으로써 자체 대기전력이 최저가 되어 기계적 수명이나 소음 없이 반영구적으로 통신을 하는 전기기기들의 대기전력으로 낭비되는 에너지를 거의 없게 하고 또한 통신을 하지 않는 모든 전기기기에도 적용가능 함으로 대기전력 없는 세상을 만들어 낭비되는 전기 에너지가 거의 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대기전력 차단장치를 보이는 블록 다이아그램이다.
도 2는 도 1의 대기전력 차단장치의 회로도이다.
도 3은 TV와 같은 전기기기의 온/오프를 제어하는 흐름도이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 전기기기(1)에 입력되는 상용교류전원이 차단된 상태에서 충전된 슈퍼 커패시터(5)로 대기전력 차단장치(30)의 필요한 자체 전력을 공급하고 저전력 공급부(8)의 공급 전압이 마이크로컨트롤러(2)의 ADC(analog to digital converter)의 기준 전압이 되며 슈퍼 커패시터(5)의 전압이 기준 전압 값 이하의 상위 충전전압 값에서 슈퍼 커패시터(5)의 전압이 하위 충전전압 값에 도달하는 시간이 미리 테스터 등을 통해 측정되어, 슈퍼 커패시터(5)의 전압이 상위 충전전압 값이 되고 상용교류전원이 공급 차단되면 미리 측정된 시간이 경과됨에 따라 상용교류전원이 공급되어 슈퍼 커패시터(5)를 충전하여 슈퍼 커패시터의 전압이 상위 충전전압 값이 되도록 제어됨으로써 최저한의 대기전력만을 발생시켜 불필요한 전력 낭비를 방지할 수 있는 대기전력 차단장치(30)이다. 참고로 상위 충전전압 값 또는 하위 충전전압 값은 예를 들면 4.5V, 3.3V, 2.7V 등 특정 전압 값이다.

도 1에서는 본 발명의 실시예에 따른 전기기기의 대기전력 차단장치(30)가 전기기기(1) 외부에 구성된 것을 도시하였으나 벽체 전원에서 시작하여 전기기기(1) 내부로 연결되는 전원 라인 중간에 설치되면 족하므로 전기기기(1) 내부에 구성하는 것이 가능함은 물론이다. 더욱 바람직하게는 전기기기(1) 내부의 전원공급장치로 인입되는 전원 케이블 및 전원 스위치 부분에 설치될 수 있다. 또한 대기전력 차단장치(30) 자체가 콘센트, 멀티탭, 허브(hub), 중계기, 플러그, 어댑터 등의 전기기기가 될 수 있다.

도시된 실시예에서는 두 개의 전원 라인(10,11) 중 하나의 전원 라인(10)이 주전원 스위치(20)에 의해 끊어져 있고 다른 전원 라인(11)은 끊어짐 없이 연결되어 있는 경우에 대해 도시하고 있으나, 두 개의 전원 라인(10,11) 각각이 주전원 스위치(20)로 끊어져 있는 경우에 대한 가능함은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 또한 본 명세서에서는 단상전원일 경우에 설명하나 삼상전원에도 가능함은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

본 명세서에서 대기전력 차단장치(30)는 차단장치(30)로 약칭할 수 있다. 본 발명은 대기전력 차단장치(30)의 동작과 기능을 제어하고 동작전압 범위를 갖는 마이크로컨트롤러(2), 마이크로컨트롤러(2)에 의해 제어되고 직류 입력전압 범위를 가지며 상용교류전원이 통전되는 무접점 릴레이(7), 무접점 릴레이(7)에 의해 공급받는 상용교류전원의 전압을 변환하여 공급하는 저전력 공급부(8), 저전력 공급부(8)로부터 전력을 공급받아 충전되며 마이크로컨트롤러(2)에 전력을 공급하는 슈퍼 커패시터(5)를 포함한다.

본 발명의 마이크로컨트롤러(2)(MCU)는 연산, 분석, 비교, 감지, 판단, 시간 제어 등을 하며 차단장치(30)의 전반적인 동작과 기능을 제어한다. 또한 마이크로컨트롤러(2)는 필요시 마이크로프로세서가 될 수 있으며 마이크로프로세서는 범용 마이크로프로세서는 물론이고 RISC프로세서, DSP 등 CPU의 기능을 포함하는 단일 반도체 소자가 될 수도 있다. 마이크로컨트롤러(2)는 슈퍼 커패시터(5)가 공급하는 전력으로 동작되며 동작전압 범위를 가진다. 본 발명은 마이크로컨트롤러(2)(MCU)는 Analog to Digital Converter(ADC)의 기능을 사용한다. 마이크로컨트롤러(2)(MCU)의 Analog to Digital Converter(ADC)는 기준 전압이 필요한데 이 기준 전압을 본 특허는 저전력 공급부(8)의 공급 전압으로 함으로써 저전력 공급부(8)의 전력이 공급되는 동안에는 변동하는 슈퍼 커패시터(5)의 전압을 알 수 있다. 한편 슈퍼 커패시터(5)의 공급하는 전력을 절약하기 위하여 동작 후 마이크로컨트롤러(2)는 대기모드 상태에서 Sleep Mode가 되도록 하는 것도 바람직하다.

본 발명의 무접점 릴레이(7)는 SOLID STATE RELAY(SSR)로 켜짐-꺼짐 제어 장치로 반도체 1개 이상을 이용한 직류입력 교류통전 출력 스위치다. 무접점 릴레이(7)는 입력전압 범위를 가지며 마이크로컨트롤러(2)에 의해 제어되는 상용교류전원를 연결 또는 연결 차단시키도록 하는 스위치다. 무접점 릴레이(7)는 입력-출력을 분리하는 방법을 참고로 해서 입력 회로의 성격으로 HYBRID SSR, TRANSFORMER-COUPLED SSR, PHOTO-COUPLED SSR 등으로 분리할 수 있다. HYBRID SSR은 리드 릴레이를 결합한 무접점 릴레이로 리드릴레이의 코일에 제어 신호를 적용하여 양방향 사이리스터(트라이악)를 작동시키는 트리거 회로를 활성화하여 스위치로 사용한다. TRANSFORMER-COUPLED SSR은 변압기 결합 무접점 릴레이로 저전력 소형 변압기에 제어 신호를 적용하고, 1차 여자로 인해 발생한 2차 전압을 이용해 양방향 사이리스터를 작동시킨다. 광 결합 무접점릴레이는 예를 들면 보통 발광다이오드나 LED에 제어 신호를 적용하여 이 원천에서 나오는 복사선을 감광성 반도체인 양방향 사이리스터가 ON되어 교류를 통전시킨다. 예를 들면, 포토 트라이악 커플러, 양방향 포토 모스 FET 등이다. 여기서 포토 트라이악이란 전기적으로 절연된 두 소자간 전기신호의 전달을 위해 발광 및 수광소자를 광학적으로 결합한 통상의 광복합소자를 총칭하며, 필요하다면 같은 역할을 할 수 있는 포토 트랜지스터, 포토 달링톤, 포토 로직-IC, 포토 커플러, 및 포토 FET 등으로 대체될 수 있다. 그리고 발광다이오드에 전압을 가해 광학적으로 결합시킨 포토트랜지스터가 ON되고 또한 제로크로스회로가 동작하여 교류전원전압의 제로전압근방에서 트라이악이 ON되어 교류 통전이 되게도 한다.

차단장치(30)는 상기 전기기기(1)에 상용교류전원을 공급하거나 또는 공급 차단하는 상기 무접점 릴레이(7)이거나 또는 대전류를 흘릴 수 있게 상기 무접점 릴레이(7)와 상기 무접점 릴레이(7) 후단에 트라이악, FET, IGBT, 릴레이 중 하나와 결합되는 주전원 스위치(20)를 더 포함된다. 여기서 FET는 Field effect transistor이고 IGBT는 Insulated gate bipolar transistor이며 여기서 릴레이는 범용 릴레이뿐만 아니라 래칭 릴레이를 포함한다. 주전원 스위치(20)는 전기기기(1)에 상용교류전원을 공급하거나 또는 공급 차단하는 스위치이다.

본 발명의 저전력 공급부(8)는 무접점 릴레이(7)에 의해 공급되는 상용교류전원을 필요한 직류 저전력으로 변환하여 슈퍼 커패시터(5)에 공급하는 것이다. 저전력 공급부(8)는 트랜스 방식과 스위칭 방식 또한 트랜스리스 방식 등이 있다. 예를 들면 직렬로 연결되는 복수 개의 커패시터 중 어느 하나의 커패시터 양단에 연결되는 정류 다이오드로 구성되는 회로가 될 수 있고 또는 커패시터와 저항 소자 및 다이오드로 구성되는 전압 레귤레이터가 직렬 연결된 회로에 전압 레귤레이터 양단에 연결되는 정류 다이오드가 포함되는 회로가 될 수도 있다.

슈퍼 커패시터(5)는 저전력 공급부(8)로부터 전력을 공급받아 충전되며 마이크로컨트롤러(2) 등 차단장치(30)의 필요한 곳에 전력을 공급한다. 슈퍼 커패시터(5)는 EDLC, Pseudo Capacitor, Hybrid Super Capacitor 등이며 고용량 커패시터도 사용 가능하다. 슈퍼 커패시터(5)는 전력을 공급할 때 전압이 내려가는 특성이 있다.

한편, 차단장치(30)는 상기 대기전력 차단장치(30) 외부에서 발신된 무선신호를 받아 상기 마이크로컨트롤러(2)로 신호를 전달하는 무선수신장치(4)를 더 포함한다. 무선수신장치(4)는 슈퍼 커패시터(5)가 공급하는 전력으로 동작하며 필요시 무선발신을 하는 기능을 가질 수 있다.

차단장치(30)는 상기 슈퍼 커패시터 후단에 상기 무선수신장치(4)에 안전적인 전압을 공급하기 위한 전압 레귤레이터를 포함할 수 있다.

차단장치(30)는 상기 슈퍼 커패시터(5)의 공급하는 전력을 절약하기 위하여, 상기 무선수신장치(4)가 상시적으로 활성화되도록 하는 것이 아니라 소정의 시간 주기로 활성화되도록 제어된다. 이때 무선수신장치(4)가 소정의 시간 주기(간헐적)로 센싱해도 송신장치(ex, 스마트폰)에서 한번 제어에 연속신호가 발신되게 하면 오작동이 생기지 않는다.

한편, 무선신호는 무선인터넷 망으로 전달된 무선랜 신호, 리모컨에서 발신된 적외선 신호 등이 될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서의 무선신호는 전파, 빛, 음파 등으로 원격지에 정보를 전달하는 모든 무선신호를 말한다. 블루투스, 와이파이, NFC, Zigbee, Zing 등과 같은 근거리 무선통신기술과 LoRa, 3G, LTE, 4G, 5G 등 광역 무선통신 기술 등 용도에 따른 다양한 형태의 통신 방식의 무선신호가 적용된다.

무선통신을 위한 송신장치는 예를 들어 스마트폰, 태블릿, PC, 노트북 등이 될 수 있으며 무선수신장치(4)는 예를 들어 각종 센서가 될 수 있다.

하나의 예로, 사물인터넷(IoT) 망을 통해 스마트폰으로 전기기기(1)의 전원을 제어할 수 있다. 사용자가 스마트폰에서 내린 전기기기의 제어명령은 무선인터넷을 통해 통신사의 서버로 전달되고 통신사의 저전력광대역통신망(LPWAN) 게이트웨이를 통해 무선으로 발신되어 전기기기는 무선 WAN을 통해 전원이 제어된다.

본 명세서에는 스마트폰으로 블루투스로 연결된 전기기기(1)를 ON/OFF 제어하는 것을 설명한다. 전기기기(1)에 장착된 차단장치(30)의 5.5V 1F 용량의 슈퍼 커패시터를 5V 저전력 공급부로 슈퍼 커패시터(5)의 상위 충전전압 값(예, 4.9V)까지 충전하고, 상용교류전원을 차단하면 슈퍼 커패시터(5)에 저장된 전하에 의해 차단장치(30)는 스마트폰과 블루투스로 페어링하고 슈퍼 커패시터(5)의 전압은 방전되어 2.4V가 되며 마이크로컨트롤러(2)의 최저 동작전압은 2.4V라고 가정하면, 이때 슈퍼 커패시터(5)가 4.9V에서 2.4V가 되는 방전되는 시간(예 1시간)이 측정이 된다. 따라서 슈퍼 커패시터(5)가 충전되어 상위 충전전압 값(예, 4.9V)이 되어 상용교류전원을 차단시키면 측정된 시간(여기서는 1시간)이 됨에 따라 슈퍼 커패시터(5)가 다시 충전되어 슈퍼 커패시터(5)의 상위 충전전압 값(예, 4.9V)이 되도록 하는 것이다.

좀 더 살펴보면 슈퍼 커패시터의 1F의 의미는 1A의 전류를 1초 동안 흘려줄 때 슈퍼 커패시터가 1V상승하는 용량값이다. 따라서 전기기기(1)의 대기전력량은 다음과 같이 계산 될 수 있다.

2.5V x 1F /3600sec = 0.0006944W(h)

(2.5V : 처음에 슈퍼 커패시터에 저장된 전하가 없기 때문에 4.9V를 충전해야 되지만 슈퍼 커패시터에 2.4V가 계속 남아 있을 때 다시 충전하므로)

한편, 슈퍼 커패시터(5)의 하위 충전전압 값에서 시정수로 계산하여 상위 충전전압 값까지 충전하게 할 수도 있다. 시정수는 슈퍼 커패시터에 전원 전압의 62.8% 까지 충전되는 시간을 말한다. 1F의 슈퍼 커패시터에 10Ω의 저항이 연결되어 있으면 10초가 시정수가 된다. 일반적으로 시정수의 5배 시간이 흐르면 슈퍼 커패시터는 정상상태의 약 99% 정도로 충전이 된다.

따라서, 차단장치(30)는 상기 슈퍼 커패시터(5)가 상기 상위 충전전압 값이 되고 상기 상용교류전원이 차단이 되면 상기 측정된 시간이 경과됨에 따라 계산된 한번 이상의 시정수 시간 동안 상기 슈퍼 커패시터(5)가 상기 상위 충전전압 값이 될 때까지 전력을 공급받도록 제어된다.

또한 차단장치(30)는 상기 슈퍼 커패시터(5)의 정격전압이 상기 저전력 공급부(8)의 공급 전압 이상이 되도록 한다. 만약 슈퍼 커패시터(5)의 정격전압이 저전력 공급부(8)의 공급 전압 미만이면 차단장치(30)는 상용교류전원의 차단할 수 있는 시간이 단축되어 불리하게 된다.

한편, 슈퍼 커패시터(5)의 용량이 커지면 슈퍼 커패시터의 전압이 상위 충전전압에 이르는 충전 시간이 더 걸리지만 더 오랜 시간 동안 상용교류전원이 차단된 상태에서 스마트폰과 전기기기(1)가 페어링 될 수 있다.

도 2를 참고하면 차단장치(30)는 마이크로컨트롤러(2)가 전기기기(1)의 온/오프 상태를 판단하기 위한 전기기기(1)의 led와 연결된 포토커플러(3)를 더 포함한다.

차단장치(30)는 상기 마이크로컨트롤러(2)가 상기 전기기기(1)의 온/오프 제어를 하기 위한 on/off 제어 릴레이(9)를 더 포함한다.

한편, TV와 같은 전기기기인 경우에 마이크로컨트롤러(2)가 무선수신장치(4)의 신호를 받아 주전원 스위치(20)를 온(ON) 또는 오프(OFF)되도록 제어한다. 또한 전기기기가 휴대폰의 충전기인 경우에 마이크로컨트롤러(2)는 휴대폰이 충전기에 연결되어 있으면 동작(충전) 모드로 판단하여 주전원 스위치가 온(ON)되도록 제어하고, 휴대폰이 충전기로부터 분리되어 있으면 `대기 모드로 판단하여 주전원 스위치(20)를 오프(OFF)되도록 제어한다.

도 3을 참조하면, 도 3의 (a)에 의하면 수신 인터럽트와 타이머 인터럽트가 설정된다. 도 3의 (a)의 수신 및 타이머 인터럽트 설정을 설명하면 먼저 주전원 스위치(20)가 켜져(ON) 있는지를 판단하여 꺼져(OFF) 있다면 무접점 스위치(7)를 켜서 상용교류전원을 공급하여 저전력 공급부(8)의 전력이 슈퍼 커패시터(5)를 충전시킨다. 그다음 슈퍼 커패시터(5)의 전압이 충전완료가 될 때까지 충전시킨다. 충전완료는 슈퍼 커패시터(5)의 전압이 상위 충전전압 값(예 4.9V)이 됨을 의미한다. 슈퍼 커패시터(5)가 충전완료 되면 무접점 스위치(7)를 꺼 상용교류전원 공급을 차단하고 미리 테스트되어 정해진(측정된) 시간이 흐르면 타이머 인터럽트 종료에 의해서 처음의 주전원 스위치(20)가 켜져(ON) 있는지를 판단하는 단계로 간다. 한편 주전원 스위치(20)가 켜져(ON) 있는지를 판단하여 켜져(ON) 있으면 무접점 스위치(7)를 켜서 상용교류전원을 공급하여 저전력 공급부(8)의 전력이 슈퍼 커패시터(5)를 충전시킨다.

도 3의 (b)의 수신 인터럽트 소스를 설명한다. 무선수신장치(4)의 신호에 마이크로컨트롤러(2)는 전기기기(1)의 led와 연결된 포토커플러(3)에 의해 전기기기(1)의 온/오프 상태를 파악한다. 포토커플러(3)의 발광다이오드가 꺼져 있어 전기기기(1)가 오프 상태로 판단되면 켜는(ON) 동작을 수행한다. 먼저 SSR(7)를 작동시켜 슈퍼 커패시터(5)를 충전시킨다. 그 다음 주전원스위치(20)를 작동(ON)시켜 전기기기(1)에 상용교류전원을 공급한 후 전원 투입시 발생하는 돌입전류가 정상전류가 될 때까지 시간을 지연(Delay)시키고 전기기기(1)의 전원부에 연결된 on/off 제어 릴레이(9)로 신호를 주어 전기기기(1)를 켜고 on/off 제어 릴레이(9)를 끈 다음 리턴된다.

또한 무선수신장치(4)의 신호에 마이크로컨트롤러(2)는 포토커플러(3)의 발광다이오드가 켜져 있어 전기기기(1)가 온 상태로 판단되면 오프(OFF) 동작을 수행한다. 먼저 SSR(7)를 작동시켜 슈퍼 커패시터를 충전(5)시킨다. 그 다음 on/off 제어 릴레이(9)로 신호를 주어 전기기기(1)를 끄고 잠시 후(Delay) 주전원스위치(20)를 끄고 처음으로 리턴된다.

한편, 차단장치(30)는 상기 슈퍼 커패시터(5)를 충전하는 에너지하베스팅 전력부(15)를 더 포함한다. 에너지하베스팅 전력부(15)는 에너지하베스팅된 전력으로 슈퍼 커패시터를 충전할 수 있도록, 예를 들면 태양 전지와 제너 다이오드를 포함하여 구성된다.

에너지하베스팅 전력부(15)는 태양광, 태양열, 전기 불빛, 풍력(풍차), 수력(수차) 등에 의한 전력이 될 수 있으며, 신체의 움직임이나 체온을 이용한 미소한 전력 및 태엽발전력도 될 수 있다.

한편, 도 2을 참조하면 차단장치(30)는 상기 슈퍼 커패시터(5)에 전력을 공급하기 위해 상기 저전력 공급부(8)에 상기 상용교류전원을 공급하는 수동 PUSH BUTTON(16)을 더 포함한다.

상기 수동 PUSH BUTTON(16)에 의해 상기 슈퍼 커패시터(5)가 전력을 공급받아 충전되기 시작하면 상기 슈퍼 커패시터(5)의 충전 전압이 상기 상위 충전전압 값이 될 때까지 전력을 공급받도록 제어된다.

이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 또는 변경이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1 : 전기기기
2 : 마이크로컨트롤러
3 : 포토커플러
4 : 무선수신장치
5 : 슈퍼 커패시터
7 : 무접점 릴레이
8 : 저전력 공급부
9 : on/off 제어 릴레이
10, 11 : 상용교류전원 라인
15 : 에너지하베스팅 전력부
16 : 수동 PUSH BUTTON
20 : 주전원 스위치
30 : 대기전력 차단장치

Claims

외부 상용교류전원에서 전기기기 내부로 연결되는 전원 라인 상에 설치되는 대기전력 차단장치로서,
대기전력 차단장치의 동작과 기능을 제어하고 동작전압 범위를 갖는 마이크로컨트롤러;
상기 마이크로컨트롤러에 의해 제어되고 직류 입력전압 범위를 가지며 상기 상용교류전원이 통전되어 상기 상용교류전원를 공급하거나 공급 차단하는 무접점 릴레이;
상기 무접점 릴레이에 의해 공급받는 상기 상용교류전원의 전압을 변환하여 공급하는 저전력 공급부; 및
상기 저전력 공급부로부터 전력을 공급받아 충전되며 상기 마이크로컨트롤러에 전력을 공급하는 슈퍼 커패시터를 포함하되,
상기 슈퍼 커패시터는 상기 저전력 공급부의 공급 전압 이하에서 상위 충전전압 값을 갖고 상기 마이크로컨트롤러의 최저 동작전압 이상에서 상기 슈퍼 커패시터는 하위 충전전압 값을 가지며, 상기 슈퍼 커패시터가 상기 상위 충전전압 값에서 상용교류전원의 공급이 차단되어 상기 슈퍼 커패시터가 상기 하위 충전전압 값이 될 때까지 걸리는 시간이 측정되어, 상기 슈퍼 커패시터가 상기 상위 충전전압 값이 되고 상기 상용교류전원이 차단이 되면 상기 측정된 시간이 경과됨에 따라 상기 슈퍼 커패시터가 상기 상위 충전전압 값이 될 때까지 전력을 공급받도록 제어되는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 슈퍼 커패시터의 정격 전압은 상기 저전력 공급부의 공급 전압 이상인 것을 특징으로 하는 대기전력 차단장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 슈퍼 커패시터가 상기 상위 충전전압 값이 되고 상기 상용교류전원이 차단이 되면 상기 측정된 시간이 경과됨에 따라 계산된 한번 이상의 시정수 시간 동안 상기 슈퍼 커패시터가 상기 상위 충전전압 값이 될 때까지 전력을 공급받도록 제어되는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 대기전력 차단장치 외부에서 발신된 무선신호를 받아 상기 마이크로컨트롤러로 신호를 전달하는 무선수신장치를 더 포함하는 대기전력 차단장치.
제4항에 있어서,
상기 슈퍼 커패시터의 공급하는 전력을 절약하기 위하여, 상기 무선수신장치가 상시적으로 활성화되도록 하는 것이 아니라 소정의 시간 주기로 활성화되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 전기기기에 상용교류전원을 공급하거나 또는 공급 차단하기 위한 상기 무접점 릴레이이거나 또는 대전류를 흘릴 수 있게 상기 무접점 릴레이와 상기 무접점 릴레이 후단에 트라이악, FET, IGBT, 릴레이 중 하나와 결합되는 주전원 스위치를 더 포함되는 대기전력 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 슈퍼 커패시터를 충전하는 에너지하베스팅 전력부를 더 포함하는 대기전력 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 슈퍼 커패시터에 전력을 공급하기 위해 상기 저전력 공급부에 상기 상용교류전원을 공급하는 수동 PUSH BUTTON을 더 포함하는 대기전력 차단장치.
제8항에 있어서,
상기 수동 PUSH BUTTON에 의해 상기 슈퍼 커패시터가 전력을 공급받아 충전되기 시작하면 상기 슈퍼 커패시터의 충전 전압이 상기 상위 충전전압 값이 될 때까지 전력을 공급받도록 제어되는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단장치.