KR100527871B1 - Voltage·current feedback type alternating current voltage regulator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단상(1φ), 삼상(3φ)의 전압조절기에 관한 것으로, 특히 PWM(Pulse Width Modulation) 및 PAM (Pulse Amplitude Modulation)혼합방식의 전압·전류 피이드백형 교류 전압조절기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to single phase (1φ) and three phase (3φ) voltage regulators, and more particularly, to a voltage / current feedback type AC voltage regulator of a PWM (Pulse Width Modulation) and a PAM (Pulse Amplitude Modulation) mixing method.
이러한 본 발명은 공급전원을 전파정류 시킨 후 직류 평활 시키지 않은 라인에 단상일 경우 4개 또는 삼상일 경우 6개의 스위칭 소자를 직,병렬로 접속시킨 스위칭부와; 전압 조절 명령에 따른 듀티율을 가지는 펄스 발생 및 펄스주기를 조절할 수 있는 듀티 제어부와; 전원전압의 제로점을 동기 시키기 위한 제로크로싱 동기부와; 전원전압의 동기신호를 검출하기 위한 전원동기 검출부와; 듀티비 제어부에서 발생된 신호와 제로크로싱 동기신호와 전원동기 검출신호를 논리곱 시키기 위한 논리 회로부와; 논리 회로부의 신호를 받아 스위칭 신호를 발생하는 스위치 구동부와; 스위칭부의 출력 전압에서 고조파를 제거하기 위한 고조파제거 필터부와; 전압조절기의 온/오프 시에 안전성을 기하기 위한 소프트스타트, 소프트스톱 제어부와; 출력전압의 안정성을 위한 전압 및 전류의 피이드백 제어부와; 전력전자 부하의 고조파 전류와 EMI를 최소화시키기 위한 전원 필터부를 구비하므로서 이루어지는 것으로, 고 효율의 안정된 전압조절기를 제공할 수 있는 것이다. The present invention includes a switching unit for directly or in parallel connecting four switching elements in the case of single phase or four in the three-phase in a line that is not DC smoothed after full-wave rectification of the power supply; A duty controller configured to adjust a pulse generation and a pulse period having a duty rate according to the voltage adjustment command; A zero crossing synchronization unit for synchronizing zero points of the power supply voltage; A power supply synchronous detection unit for detecting a synchronization signal of the power supply voltage; A logic circuit unit for ANDing the signal generated by the duty ratio controller, the zero crossing synchronization signal, and the power supply synchronization detection signal; A switch driver which receives a signal of a logic circuit unit and generates a switching signal; A harmonic rejection filter unit for removing harmonics from the output voltage of the switching unit; A soft start and soft stop controller for ensuring safety when the voltage regulator is turned on or off; A feedback control unit of voltage and current for stability of the output voltage; It is made by having a power supply filter unit for minimizing harmonic current and EMI of power electronic load, and can provide a stable voltage regulator with high efficiency.
Description
본 발명은 단상 또는 삼상 전압조절기에 관한 것으로, 특히 PWM(Pulse Width Modulation) 및 PAM (Pulse Amplitude Modulation)혼합방식의 전압·전류 피이드백형 교류 전압조절기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-phase or three-phase voltage regulator, and more particularly, to a voltage / current feedback type AC voltage regulator of a PWM (Pulse Width Modulation) and a PAM (Pulse Amplitude Modulation) mixing method.
도 1은 일반적인 타입의 단상 또는 삼상 전압조절기(10)(20)(30)의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 전압조절기(10)(20)(30)의 입출력 파형을 예시한 것으로서, 일반적인 전압조절기(10)(20)(30)는 도 1에 도시한 바와 같이 부하(40)에 전압을 공급하기 위한 실리콘제어정류기, 트라이악, 가변변압기 등의 전압제어기로 구성되어 있다. 1 is a view for explaining the configuration of a single-phase or three-phase voltage regulator 10, 20, 30 of the general type, Figure 2 is an input and output of the voltage regulator 10, 20, 30 shown in FIG. As an example of a waveform, a general voltage regulator 10, 20, 30 is a voltage controller such as a silicon controlled rectifier, a triac, a variable transformer for supplying a voltage to a load 40 as shown in FIG. Consists of.
즉 상기 전압조절기(10)(20)(30)는 전압을 연속적으로 변화시키는 장치로서 실리콘제어정류기(SCR) 혹은 트라이악(TRIAC)을 사용하는 방법과 슬라이닥스(가변변압기)를 이용하는 방법이 있으며, 상기에 제시된 전압조절기(10)(20)(30)를 사용하는 경우 도 2에 표시한 것과 같이 SCR이나 TRIAC과 같은 싸이리스터 소자를 사용하는 경우에는 스위칭 시에 발생하는 피이크 전류 및 노이즈로 인하여 인접 전기·전자기기에 악영향을 미칠 뿐 아니라 역률을 저하시키는 문제가 발생하며, 또한 슬라이닥스(가변변압기)를 사용하여 전압조절을 하는 경우에는 전력 손실적인 측면에서 문제가 발생하는 한편 제어 응답성이 늦은 관계로 제어 루프를 구성하기가 힘들고 원격 제어 시 구조가 복잡해지며 부피와 중량이 커지게 되는 문제가 발생하는 것이었다.That is, the voltage regulators 10, 20, and 30 are devices that continuously change the voltage, and there are a method using a silicon controlled rectifier (SCR) or a triac (TRIAC) and a method using a slidax (variable transformer). In the case of using the voltage regulators 10, 20, and 30 shown above, when using a thyristor element such as SCR or TRIAC as shown in FIG. 2, due to the peak current and noise generated during switching, Not only does it adversely affect the adjacent electrical and electronic equipment, but it also causes a problem of lowering the power factor. Also, in the case of voltage regulation using a slidax (variable transformer), problems occur in terms of power loss and control responsiveness. Later, it was difficult to construct control loops, complicated structures, and increased volume and weight in remote control.
본 발명은 PWM 및 PAM 혼합방식의 전압·전류 피이드백형 단상 또는 삼상 교류 전압조절기를 제공하므로서 고품질 에너지 절약이 가능하도록 하는 한편 부하를 조절함에 있어 출력전압 및 부하전류의 피이드백 루프를 사용하여 보다 안정된 전압조절기를 제공하는데 목적이 있으며, 본 발명의 또 다른 목적은 제로크로싱 동기를 채택하여 온/오프 시에 발생하는 피이크 전류를 방지함으로써 안정성을 극대화시킬 수 있는 전압조절기를 제공함에 있다. The present invention provides a high-quality energy saving by providing a voltage and current feedback type single-phase or three-phase AC voltage regulator of a mixed PWM and PAM method, while using a feedback loop of output voltage and load current in controlling load It is an object of the present invention to provide a voltage regulator, and another object of the present invention is to provide a voltage regulator capable of maximizing stability by adopting a zero crossing synchronous to prevent a peak current generated on / off.
본 발명의 또 다른 목적은 부하를 조절함에 있어서 역율을 극대화시키고, 전압조절기에서의 손실을 최소화시키며, 노이즈를 최소화시킬 수 있는 전압조절기를 제공하는 한편 중앙 집중 관리식의 제어 기법을 활용할 수 있도록 원격제어로써 안정된 부하 전원을 확보할 수 있도록 하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a voltage regulator capable of maximizing power factor, minimizing losses in a voltage regulator, and minimizing noise in regulating a load, while utilizing a centrally controlled control technique. As a control, a stable load power source can be secured.
이러한 본 발명은 공급전원을 전파정류 시킨 후 직류 평활 시키지 않은 라인에 단상일 경우 4개, 삼상일 경우 6개의 스위칭 소자를 직,병렬로 접속시킨 스위칭부와; 전압 조절 명령에 따른 듀티율을 가지는 펄스 발생 및 펄스주기를 조절할 수 있는 듀티 제어부와; 전원전압의 제로점을 동기 시키기 위한 제로크로싱 동기부와; 전원전압의 동기신호를 검출하기 위한 전원동기 검출부와; 듀티비 제어부에서 발생된 신호와 제로크로싱 동기신호와 전원동기 검출신호를 논리곱 시키기 위한 논리 회로부와; 논리 회로부의 신호를 받아 스위칭 신호를 발생하는 스위치 구동부와; 스위칭부의 출력 전압에서 고조파를 제거하기 위한 고조파제거 필터부와; 전압조절기의 온/오프 시에 안전성을 기하기 위한 소프트스타트, 소프트스톱 제어부와; 출력전압의 안정성을 위한 전압 및 전류의 피이드백 제어부와; 전력전자 부하의 고조파 전류와 EMI를 최소화시키기 위한 전원 필터부를 구비하므로서 이루어지는 것으로, 고 효율의 안정된 전압조절기를 제공할 수 있는 것이다. The present invention comprises a switching unit for connecting the four switching elements in a single phase, in the case of three-phase, in series, parallel to the line not to smooth the DC after full-wave rectification of the power supply; A duty controller configured to adjust a pulse generation and a pulse period having a duty rate according to the voltage adjustment command; A zero crossing synchronization unit for synchronizing zero points of the power supply voltage; A power supply synchronous detection unit for detecting a synchronization signal of the power supply voltage; A logic circuit unit for ANDing the signal generated by the duty ratio controller, the zero crossing synchronization signal, and the power supply synchronization detection signal; A switch driver which receives a signal of a logic circuit unit and generates a switching signal; A harmonic rejection filter unit for removing harmonics from the output voltage of the switching unit; A soft start and soft stop controller for ensuring safety when the voltage regulator is turned on or off; A feedback control unit of voltage and current for stability of the output voltage; It is made by having a power supply filter unit for minimizing harmonic current and EMI of power electronic load, and can provide a stable voltage regulator with high efficiency.
본 발명은 PWM 및 PAM 혼합방식의 전압·전류 피이드백형 단상 또는 삼상 교류 전압조절기에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 일 실시예에 대한 계통도는 도 5에 도시되어 있는 바와 같고, 이에 대한 블록 제어루프 회로도는 단상일 경우 도 6, 삼상일 경우 도 7에 도시되어 있는 바와 같으며, 이하 본 발명을 상기된 일 실시예에 의거 설명한다.The present invention relates to a voltage and current feedback type single-phase or three-phase AC voltage regulator of the PWM and PAM mixing method, the schematic diagram of an embodiment of the present invention is shown in Figure 5, the block control loop circuit diagram 6 is a single phase, and as shown in FIG. 7 for a three phase, the present invention will be described based on the above-described embodiment.
본 발명은 전원입력단(50)과 부하(40) 사이에 접속되어 사용되는 것으로, 공급 전원을 전파정류부(240)에서 정류시킨 후 직류 평활 시키지 않은 라인에 단상일 경우 4개의 스위칭 소자(S1-S4)또는 삼상일 경우 6개의 스위칭소자(S1-S6)를 직·병렬로 접속시키되 스위치 구동부(210)의 스위칭신호(CS1-CS4) 또는 (CS1-CS6)에 의해 스위칭 되어지는 스위칭부(250)와; 전압조절 명령에 따른 듀티율을 가지는 펄스의 발생 및 펄스주기를 조절하여 논리회로부(200)에 인가시키는 듀티 제어부(170)와; 전원전압의 제로점을 동기 시키기 위한 제로크로싱 동기부(190) 및 전원전압의 동기신호를 검출하는 전원동기 검출부(180)와; 상기 듀티 제어부(170)에서 발생된 신호와 제로크로싱 동기부(190) 및 전원동기 검출부(180)의 출력신호를 논리곱 시키는 논리 회로부(200)와; 상기 논리 회로부(200)의 신호를 받아 스위칭 신호(CS1-CS4) 또는 (CS1-CS6)를 발생시켜 스위칭부(250)에 인가시키는 스위치 구동부(210)와; 상기 스위칭부(250)의 출력 전압에서 고조파를 제거하는 고조파 제거 필터부(260)와; 전압조절기의 온/오프 시에 안전성을 기하기 위한 소프트스타트, 소프트스톱 회로부(120)와; 출력전압 검출부(140)에서 검출된 전압을 피드백시키는 정전압 루프 PI 제어부(130)와; 전류 검출부(160)에서 검출된 전류를 피드백시키는 전류 루프 PI 제어부(150)와; 전력전자 부하의 고조파 전류와 EMI를 최소화시키기 위하여 전원 입력단에 설치되는 전원 필터부(230)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention is connected between the power supply input 50 and the load 40, and the four switching elements (S 1- ) when the supply power is rectified in the full-wave rectifying unit 240, and is in a single phase in a line that is not smoothed DC. S 4 ) or in the case of three phases, the six switching elements S 1 -S 6 are connected in series and in parallel, and are switched by the switching signals CS 1 -CS 4 or CS 1 -CS 6 of the switch driver 210. Switching unit 250 to be switched; A duty controller 170 for generating a pulse having a duty rate according to the voltage adjustment command and applying a pulse period to the logic circuit 200; A zero crossing synchronization unit 190 for synchronizing zero points of the power supply voltage and a power supply synchronization detection unit 180 for detecting a synchronization signal of the power supply voltage; A logic circuit unit 200 which logically multiplies the signal generated by the duty controller 170 with the output signals of the zero crossing synchronization unit 190 and the power synchronization detector 180; A switch driver 210 which receives the signal of the logic circuit unit 200 and generates a switching signal CS 1 -CS 4 or CS 1 -CS 6 and applies it to the switching unit 250; A harmonic rejection filter unit 260 for removing harmonics from the output voltage of the switching unit 250; A soft start and soft stop circuit unit 120 for ensuring safety when the voltage regulator is turned on and off; A constant voltage loop PI control unit 130 for feeding back the voltage detected by the output voltage detection unit 140; A current loop PI controller 150 which feeds back the current detected by the current detector 160; In order to minimize the harmonic current and EMI of the power electronic load is characterized in that it comprises a power filter unit 230 is installed in the power input terminal.
본 발명은 입력전원을 전파정류부(240)에서 전파 정류시킨 후 스위칭부(250)의 스위칭에 따라 고조파제거 필터부(260)를 통하여 부하(40)에 공급되게 하는 것으로, 상기 전파 정류부(240)의 전단에는 전원필터부(230)가 설치되는 한편 전압과 전류를 검출하는 전원동기 검출부(180)와 전류 검출부(160)가 구비되며, 고조파 제거 필터부(260)의 후단에는 출력전압 검출부(140)가 구비되게 된다.According to the present invention, after full-wave rectifying the input power in the full-wave rectifying unit 240 to be supplied to the load 40 through the harmonic rejection filter unit 260 according to the switching of the switching unit 250, the full-wave rectifying unit 240 The front end of the power filter unit 230 is provided with a power supply synchronous detection unit 180 and a current detection unit 160 for detecting voltage and current, and the output voltage detector 140 at the rear end of the harmonic rejection filter unit 260. ) Is provided.
그리고 외부 출력 설정기(220)의 입력은 소프트 스타트,소프트 스톱 제어부(120)에 인가되어 출력전압의 변화량을 조절하도록 하고 상기 출력전압 검출부(140)와 전류 검출부(160)의 출력은 소프트 스타트,소프트 스톱 제어부(120)의 출력과 함께 정전압루프 PI제어부(130)와 전류루프 PI제어부(150)로 피드백 되어 안정된 제어가 가능하도록 하며, 상기된 출력은 듀티 제어부(170)에 인가되어 전압 조절 명령에 따른 듀티율을 가지는 구형파 펄스를 발생하여 출력되게 한다.And the input of the external output setter 220 is applied to the soft start, soft stop control unit 120 to adjust the amount of change in the output voltage and the output of the output voltage detector 140 and the current detector 160 is a soft start, The output of the soft stop control unit 120 is fed back to the constant voltage loop PI control unit 130 and the current loop PI control unit 150 to enable stable control. The above output is applied to the duty control unit 170 to control the voltage. Generate and output a square wave pulse having a duty rate according to.
상기 듀티 제어부(170)의 출력은 전원동기 검출부(180)와 제로크로싱 동기부(190)의 출력과 함께 논리회로부(200)에 인가되어 논리곱 되어지고, 상기 논리 회로부(200)의 출력은 스위치 구동부(210)에 인가되어 스위칭 신호(CS1-CS4) 또는 (CS1-CS6)의 출력을 제어하도록 한다.The output of the duty controller 170 is applied to the logic circuit unit 200 together with the outputs of the power synchronous detection unit 180 and the zero crossing synchronization unit 190 and logically multiplied, and the output of the logic circuit unit 200 is switched. Is applied to the driver 210 to control the output of the switching signal (CS 1 -CS 4 ) or (CS 1 -CS 6 ).
또한 본 발명은 스위칭부(250)와 고조파제거 필터부(260)의 과열을 감지하고 운전신호(270)에 의한 이상신호 입력시 논리회로부(200)에서 스위치 구동부(210)를 제어하지 못하게 하므로서 이상상태 발생을 사전에 방지하도록 한다.In addition, the present invention detects the overheating of the switching unit 250 and the harmonic rejection filter unit 260 and abnormality by preventing the logic control unit 200 from controlling the switch driver 210 when an abnormal signal is input by the operation signal 270. Prevent the occurrence of the condition in advance.
이러한 구성의 본 발명에 대한 작용을 설명하기에 앞서 본 발명의 실시 예에 따른 전압조절기의 구현 원리를 도 3의 전압조절기 원리도와 도 4의 파형도를 참고로 하여 설명하기로 한다.Prior to explaining the operation of the present invention with such a configuration, the implementation principle of the voltage regulator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the voltage regulator principle of FIG. 3 and the waveform diagram of FIG. 4.
여기서 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전압조절기 구현원리를 설명하기 위한 도면이고 도 4는 도 3에 도시한 각 부분의 입·출력 실측 파형을 예시한 것으로, 상기 도면에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 전압조절기에서 스위칭부(250)를 구성하는 스위칭소자(S1-S4) 또는 (S1-S6)의 동작에 따라 부하(40)에 공급되는 전압과 전류에 대하여 단상회로를 예로 하여 설명한다.3 is a view for explaining the implementation principle of the voltage regulator according to an embodiment of the present invention and Figure 4 illustrates the input and output measurement waveform of each part shown in Figure 3, of the present invention shown in the figure The single-phase circuit for the voltage and current supplied to the load 40 in accordance with the operation of the switching elements (S 1 -S 4 ) or (S 1 -S 6 ) constituting the switching unit 250 in the voltage regulator according to the embodiment This will be described as an example.
먼저 LC 고조파 제거 필터부(260) 앞단의 전압 는 스위칭소자(S1),(S2) 또는 스위칭소자(S3),(S4)가「ON」되어 있는 상태라면 이고, 반대로 스위칭소자(S1),(S2),(S3),(S4)가「OFF」되어 있다면 이 된다.First, the voltage in front of the LC harmonic rejection filter section 260 Is a switching element (S 1 ), (S 2 ) Or when the switching elements S 3 and S 4 are in the ON state. On the contrary, if the switching elements S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 are OFF Becomes
상기 스위칭소자(S1),(S2),(S3),(S4)의 스위칭 주기 에 대하여 듀티율(duty ratio) 가 일정하다면 는 입력전압 와 동일한 기본 주파수 성분을 갖는 신호 및 스위칭으로 인한 잡음 성분으로 구성될 것이다.Switching periods of the switching elements S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 Duty ratio with respect to If is constant Is the input voltage It will consist of a signal with a fundamental frequency component equal to and a noise component due to switching.
여기서 스위칭에 의한 잡음 성분은 기본 주파수 성분보다 매우 높은 주파수를 갖고 있으므로 LC 고조파 제거 필터부(260)에 의해 고조파가 제거되어 이상적인 경우 출력전압은 수식1과 같다.In this case, since the noise component due to switching has a higher frequency than the fundamental frequency component, harmonics are removed by the LC harmonic rejection filter unit 260, so that the output voltage is equal to Equation 1 in this case.
(수식 1) (Formula 1)
출력전류 는 부하(40)가 순수한 저항성분만을 포함하고 있다면 도4에 도시된 파형과 같다.Output current Is the waveform shown in FIG. 4 if the load 40 contains only pure resistive components.
그리고 인덕터(261)에 흐르는 전류 는 구간에서 리플 성분을 무시하면 아래에 표시된 수식2와 같다.And a current flowing in the inductor 261 Is Ignoring the ripple component in the interval is shown in Equation 2 below.
(수식 2) (Formula 2)
스위칭소자(S1),(S2),(S3),(S4)의 스위칭으로 인한 인덕터 전류 의 리플 성분은 상기된 수식2에 의해 상승 및 하강을 반복하며 그 값은 수식3과 표시된 바와 같다.Inductor current due to switching of switching elements S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 The ripple component of is repeatedly raised and lowered by Equation 2 described above, and the value thereof is as shown in Equation 3.
(수식 3) (Formula 3)
한편, 구간에서는 인덕터 전류는 아래의 수식4와 같다.Meanwhile, In the interval, the inductor current is as shown in Equation 4 below.
(수식 4) (Formula 4)
이 구간 역시 수식4와 같이 하강 및 상승을 반복하며 스위칭으로 인한 리플성분은 수식3과 동일하게 나타나는 것으로, 결국 입력전압 와 듀티율 가 동일하다면 한 주기()동안 인덕터 전류의 상승값과 하강값은 같게 된다.This section also repeats falling and rising as shown in Equation 4, and the ripple component due to switching appears the same as in Equation 3. And duty rate If is equal to one cycle ( The rise and fall values of the inductor current become equal.
정상상태에서 커패시터(262)가 이상적인 필터로 동작할 경우 인덕터(261)전류 중 입력 주파수와 동일한 성분인 기본파 전류는 모두 출력 부하에 전달하고, 스위칭으로 인한 리플성분()만을 모두 흡수하게 되며, 이 경우 커패시터 전류 는 인덕터 전류의 리플성분이 되므로 스위칭 한 주기 동안 커패시터 전류의 변동은 수식5 및 6과 같다.When the capacitor 262 operates as an ideal filter in a steady state, all fundamental wave currents, which are the same as the input frequency, of the inductor 261 current are transmitted to the output load, and the ripple component due to switching ( Will absorb all of them, in which case the capacitor current The inductor current Since the ripple component of, the fluctuation of the capacitor current during one switching cycle is shown in Equations 5 and 6.
( 구간) (수식 5) ( Interval) (Equation 5)
( 구간) (수식 6) ( Interval) (Equation 6)
따라서, 이므로 각 구간별 인덕터 전류는 수식 7 및 8과 같다.therefore, Therefore, the inductor current for each section is as shown in Equations 7 and 8.
( 구간) (수식 7) ( Interval) (Equation 7)
( 구간) (수식 8) ( Interval) (Equation 8)
정상상태에서 출력전압 는 스위칭으로 인한 리플 성분을 무시한다면 수식1과 같지만 리플 성분이 존재하며 그 값은 수식9와 같다.Output voltage at steady state Is equal to Equation 1 if the ripple component due to switching is ignored, but the ripple component exists and its value is equal to Equation 9.
(수식 9) (Formula 9)
즉, 값이 클수록 그리고 값이 작을수록 출력전압의 리플 성분은 작은 값이 되고, 도4에서는 이상 유도된 수식을 파형으로 예시하고 있다.In other words, The higher the value and The smaller the value, the smaller the ripple component of the output voltage, and in FIG. 4, the above-described equation is illustrated as a waveform.
상술한 것과 같은 전압조절기 구현 원리에 착안하여 설계한 전압 조절기의 구성 및 동작을 도 5 및 도 6에 의거 설명한다.The configuration and operation of the voltage regulator designed based on the principle of implementing the voltage regulator as described above will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
도 6을 참조하면 전원필터부(230)는 전원 공급 라인을 통해 인입 되는 전류의 고조파 성분 제거와 전자파 간섭을 제거하며 역률을 향상시키게 되며, 전파 정류부(240)는 입력 라인의 정현파 전압을 전파 정류시키는 작용을 하게 된다.Referring to FIG. 6, the power filter unit 230 removes harmonic components of the current drawn through the power supply line, removes electromagnetic interference, and improves the power factor. The full wave rectifying unit 240 full-wave rectifies the sinusoidal voltage of the input line. To act.
상기 전파 정류부(240)에서 정류시킨 후 직류 평활 시키지 않은 라인에 단상일 경우 4개의 스위칭 소자(S1-S4) 또는 삼상일 경우 6개의 스위칭소자(S1-S6)를 직,병렬로 접속시켜 구성한 스위칭부(250)의 스위칭소자(S1-S4) 또는 (S1-S6)는 스위치 구동부(210)에서 인가되는 스위칭신호(CS1-CS4) 또는 (CS1-CS6)에 의해 온/오프 되어 진다.After rectifying in the full-wave rectifying unit 240, four switching elements (S 1 -S 4 ) in the case of single phase or six switching elements (S 1 -S 6 ) in the case of a three-phase in a straight line in parallel the switching element of the switching section 250 is configured to connect (S 1 -S 4) or (S 1 -S 6) is the switching signal which is applied from the switch driver (210) (CS 1 -CS 4 ) or (CS 1 -CS 6 ) It is turned on / off.
또한 고조파 제거 필터부(260)는 스위칭부(250)에서 스위칭 소자(S1-S4) 또는 (S1-S6)가 온/오프 작동할 때 발생되는 잡음을 제거하여 안정된 전압을 부하(40)에 공급하도록 한다.In addition, the harmonic rejection filter unit 260 removes noise generated when the switching elements S 1 -S 4 or S 1 -S 6 are turned on and off in the switching unit 250 to load a stable voltage. 40).
본 발명의 듀티 제어부(170)는 사용자로부터 입력되는 전압 조절 명령에 따른 듀티율을 가지는 구형파 펄스를 발생하여 출력하게 되며, 또한 구형파 신호의 주기도 변화시킬 수 있도록 구성되어 있는 것으로, 듀티 제어부(170)의 듀티율의 변화에 따라 스위칭부(250)의 스위칭신호(CS1-CS4) 또는 (CS1-CS6)를 제어하여 스위칭 소자(S1-S4) 또는 (S1-S6)의 온/오프 타임이 변화되며, 이에 따라서 부하(40)에 공급되는 전압레벨을 변화시킬 수 있는 것이다.The duty controller 170 of the present invention is configured to generate and output a square wave pulse having a duty rate according to a voltage adjustment command input from a user, and to change the period of the square wave signal. According to the duty rate change, the switching signal CS 1 -CS 4 or CS 1 -CS 6 of the switching unit 250 is controlled to turn on the switching elements S 1 -S 4 or S 1 -S 6 . The on / off time is changed, and thus the voltage level supplied to the load 40 can be changed.
제로크로싱 동기부(190)는 운전신호(270)를 가하면 신호를 가한 시점에서 전압 조절기가 동작하지 않고, 입력 전원의 제로점을 찾아서 동작 신호를 발생하도록 하여 피이크 전류 및 과도전압 발생을 방지하는 기능을 가지게 되며, 전원 동기 검출부(180)는 입력 전원 파형의 정(Positive) 동기 신호와 부(Negative)동기 신호를 검출하는 기능을 가지게 된다.The zero crossing synchronization unit 190 prevents the occurrence of the peak current and the transient voltage by generating the operation signal by finding the zero point of the input power supply without operating the voltage regulator at the time when the operation signal 270 is applied. The power synchronization detector 180 has a function of detecting a positive sync signal and a negative sync signal of an input power waveform.
논리 회로부(200)는 듀티 제어부(170)와 입력 전원의 제로 크로싱 동기부(190)의 출력 그리고 전원 동기검출부(180)에서 검출된 입력 전원 파형의 정동기 신호와 부동기 신호에 일치하는 논리곱 신호를 출력하여 입력 전원과 출력 전원을 동위상으로 동기 시키는 기능을 갖게 된다.The logic circuit 200 outputs the output of the zero crossing synchronization unit 190 of the duty control unit 170 and the input power source and the logical product signal corresponding to the synchronous signal and the floating signal of the input power waveform detected by the power source synchronization detector 180. By outputting this function, the input power and the output power are synchronized in phase.
스위치 구동부(210)는 상기된 논리 회로부(200)에서 출력시키는 논리곱 신호를 받아 스위칭 신호(CS1-CS4) 또는 (CS1-CS6)를 발생하는 기능을 가지며, 상기된 스위칭 신호(CS1-CS4) 또는 (CS1-CS6)는 스위칭부(250)에 인가되어 스위칭 소자(S1-S4) 또는 (S1-S6)를 교호적으로 온/오프 제어하게 된다.The switch driver 210 has a function of generating a switching signal CS 1 -CS 4 or CS 1 -CS 6 by receiving a logical product signal output from the logic circuit unit 200 described above. CS 1 -CS 4 ) or (CS 1 -CS 6 ) is applied to the switching unit 250 to control the switching elements (S 1 -S 4 ) or (S 1 -S 6 ) on / off alternately. .
즉 스위치 구동부(210)는 논리 회로부(200)에서 출력되는 논리곱 신호에 따라 서로 다른 논리레벨을 가지는 스위칭 신호(CS1-CS4) 또는 (CS1-CS6)를 출력하게 되고 이는 다시 말하면 스위칭 신호(CS1)(CS2)가 논리 "하이(High)" 이면 스위칭 신호(CS3)(CS4)는 논리 "로우(Low)"신호가 출력되게 하므로써 스위칭소자(S1)(S2)는 "스위칭 온" 상태가 되고, 스위칭소자(S3)(S4)는 "스위칭 오프" 상태가 되도록 하는 것이다.That is, the switch driver 210 outputs the switching signals CS 1 -CS 4 or CS 1 -CS 6 having different logic levels according to the logical product signal output from the logic circuit unit 200. If the switching signal CS 1 (CS 2 ) is a logic “high”, the switching signal CS 3 (CS 4 ) causes the logic “low” signal to be output so that the switching element S 1 (S) 2 ) is to be in the "switching on" state, and the switching element S 3 (S 4 ) is to be in the "switching off" state.
한편 스위칭부(250)와 고조파제거 필터부(260)에는 온도과열을 검출하는 온도과열검출소자(251)를 설치하여 이상 온도 상승을 검출하게 하고, 스위치 구동부(210)에는 스위칭소자 이상 검출부(211)를 구성하여 스위칭 소자의 이상을 검출하게 하며, 상기 온도과열 검출신호(251)와 스위칭이상 감지신호(211)및 운전신호(270)로 인가되는 작동 정지신호를 제어로직 차단부(201)에서 감지하여, 어느 하나라도 신호가 인가될 경우는 논리회로부(200)의 구동을 정지시킴으로서 이상상태가 발생하는 것을 방지하여 안정된 작동이 이루어질 수 있도록 한다.On the other hand, the switching unit 250 and the harmonic rejection filter unit 260 are provided with a temperature overheat detection element 251 for detecting temperature overheating to detect an abnormal temperature rise, and the switch driver 210 has a switching element abnormality detection unit 211. And an operation stop signal applied as the temperature overheat detection signal 251, the switching abnormality detection signal 211, and the operation signal 270 in the control logic blocker 201. When the detection of any one of the signals is applied, the operation of the logic circuit 200 is stopped to prevent an abnormal state from occurring, thereby enabling stable operation.
본 발명의 전압 검출부(140)와 전류검출부(160)는 입력전원의 전원과 전류를 검출하여 입력 전원 전압의 변동 및 부하 변동에 따른 출력 전원의 안정성을 확보하기 위하여 출력 전압을 검출하여 전압 루프 PI 제어부(130)에 피드백 시키고, 부하 전류의 변화량을 검출하여 전류 루프 PI제어부(150)에 피드백 시켜 안정된 폐루프 제어기법을 구현함으로써 각종 부하에 능동적으로 안정감 있게 대응할 수 있는 조절기능을 가진다.The voltage detector 140 and the current detector 160 of the present invention detect the power supply and the current of the input power supply to detect the output voltage in order to ensure the stability of the output power according to the variation of the input power voltage and the load fluctuation, and thus the voltage loop PI. Feedback to the controller 130, and detects the amount of change in the load current to feed back to the current loop PI control unit 150 to implement a stable closed loop control method has a control function that can actively respond to various loads in a stable sense.
소프트 스타트, 소프트 스톱 제어부(120)는 전원 장치에서 운전 신호(270)가 인가됨과 동시에 외부출력 설정기(220)의 변화량에 따라 천천히 출력 전압이 증가 또는 감소 되도록 듀티비를 증가 또는 감소시키어 부하(40)에 급격한 충격을 완충시키도록 한다.The soft start and soft stop control unit 120 increases or decreases the duty ratio so that the output voltage increases or decreases slowly according to the amount of change of the external output setter 220 while the driving signal 270 is applied from the power supply device. 40) to absorb a sudden shock.
본 발명은 PWM 및 PAM 혼합방식의 전압,전류 피드백형 단상 또는 삼상 교류 전압조절기로 교류 전원을 이용하는 모든 부하에 적용이 가능한 전원조절 장치로써 타 방식의 전압조절기에 비하여 고효율, 고역율, 고품질의 특성을 가지는 한편 기존의 SCR이나 TRIAC과 같은 싸이리스터 소자를 사용하는 경우에는 스위칭 시에 발생하는 피이크 전류 및 노이즈로 인하여 인접 전기,전자기기에 영향을 미치지 않도록 하므로서 안정성이 뛰어나며, 또한 기존의 슬라이닥스(가변변압기)를 이용한 전원장치를 대체하는 한편 원격제어를 손쉽게 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다. The present invention is a power control device that can be applied to any load using AC power as a voltage and current feedback type single-phase or three-phase AC voltage regulator of mixed PWM and PAM type, and has high efficiency, high power factor, and high quality compared to other voltage regulators. On the other hand, in the case of using a thyristor element such as SCR or TRIAC, it is excellent in stability because it does not affect adjacent electric and electronic devices due to the peak current and noise generated during switching. It has the advantage of easy to implement remote control while replacing power supply using variable transformer.
또한 본 발명은 제로크로싱 동기를 채택하여 온/오프 시에 발생하는 피이크 전류를 방지함으로서 제품의 안전성을 극대화시킬 수 있는 장점을 가지고 있어 차후 산업용 전원 장치 및 각종 가변 전원을 필요로 하는 대상에 광범위하게 응용할 수 있다.In addition, the present invention has the advantage of maximizing the safety of the product by preventing the peak current generated at the on / off by adopting the zero-crossing synchronization, it is widely used in the future industrial power supply and targets that require various variable power supply It can be applied.
도 1은 일반적인 단상 또는 삼상 전압조절기의 구성도1 is a configuration diagram of a general single-phase or three-phase voltage regulator
도 2는 도 1에 도시한 전압조절기의 입·출력 파형도2 is an input and output waveform diagram of the voltage regulator shown in FIG.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단상 또는 삼상 전압조절기의 원리도3 is a principle diagram of a single-phase or three-phase voltage regulator according to an embodiment of the present invention
도 4는 도 3에 도시한 각 블록의 실측 파형도4 is a measured waveform diagram of each block shown in FIG.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전압조절기의 블록도5 is a block diagram of a voltage regulator according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 도시한 단상 전압조절기의 블록 제어 루프(Loop)회로도도 7은 도 5에 도시한 삼상 전압조절기의 블록 제어 루프(Loop)회로도6 is a block control loop circuit diagram of the single-phase voltage regulator shown in FIG. 5. FIG. 7 is a block control loop circuit diagram of the three-phase voltage regulator shown in FIG. 5.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
120 : 소프트 스타트 소프트 스톱 제어부 130 : 정전압 루프 PI 제어부120: soft start soft stop control unit 130: constant voltage loop PI control unit
140 : 출력 전압 검출부 150 : 전류 루프 PI 제어부140: output voltage detection unit 150: current loop PI control unit
160 : 전류 검출부 170 : 듀티제어부160: current detector 170: duty controller
180 : 전원 동기 검출부 190 : 제로크로싱 동기부180: power supply synchronization detection unit 190: zero crossing synchronization unit
200 : 논리회로부 210 : 스위치 구동부200: logic circuit portion 210: switch driver
220 : 외부 출력 설정기 230 : 전원 필터부220: external output setter 230: power filter unit
240 : 전파 정류부 250 : 스위칭부240: full-wave rectifier 250: switching unit
260 : 고조파 제거 필터부 270 : 운전신호260: Harmonic elimination filter unit 270: Operation signal
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