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KR100988560B1 - 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터 - Google Patents

위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터 Download PDF

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KR100988560B1
KR100988560B1 KR1020100082484A KR20100082484A KR100988560B1 KR 100988560 B1 KR100988560 B1 KR 100988560B1 KR 1020100082484 A KR1020100082484 A KR 1020100082484A KR 20100082484 A KR20100082484 A KR 20100082484A KR 100988560 B1 KR100988560 B1 KR 100988560B1
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power
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voltage
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이동현
엄태민
김용
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주식회사 티엠에스아이엔씨
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Abstract

본 발명은 고정 다운로드 레귤레이터를 이용하여 기존에 이중으로 이루어지던 피드백 회로를 단일 피드백 회로 구성할 수 있도록 하는 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터에 있어서, 입력 교류전원을 다른 교류 레벨로 변환하는 전원입력단의 변압기(210)와 상기 전원입력단의 변압기(210)의 출력을 공급 받아 교류 위상의 위상각을 제어하는 스위칭 수단(220)와 상기 스위칭 수단(220)을 통해서 상기 위상각이 제어된 전력을 공급 받아 직류 전원으로 변환시키는 정류기(230)와 상기 정류기(230)의 후단에 연결되어 상기 정류기(230)를 통해 출력되는 직류 전원을 미리 설정되어 있는 출력전압 레벨만큼 다운시켜 출력전압을 공급하는 고정 드롭다운 레귤레이터(240)와 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는 정류기의 출력전압을 제1저항과 제2저항을 통하여 분압된 전위 A와 레귤레이터의 출력전압을 제3저항과 제4저항을 통하여 분압된 전위 B를 비교하여 반도체스위치(241)를 제어하는 고정 드롭다운 드라이버(242)와 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압을 피드백 받아 미리 설정되어 있는 기준 전압과 비교하고, 그 비교 결과 값에 따라 발생된 위상각의 크기를 제어하는 위상각 제어부(250)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터{AC-DC converter using controlling phase angle}
본 발명은 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 고정 다운로드 레귤레이터를 이용하여 기존에 이중으로 이루어지던 피드백 회로를 단일 피드백 회로로 구성할 수 있도록 하는 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터에 관한 것이다.
종래의 선형 공급장치는 220V인 상용 교류전원을 입력받아 부하인 전자기기에 항상 일정 전압이 공급되도록 하는 장치이다.
일반적으로 선형 전원 공급장치는 상용전원이 220V의 교류전원을 입력받는 입력전원부, 상기 입력전원부에 연결되는 변압기, 브릿지 다이오드로 이루어진 교류-직류변환부 및 커패시턴으로 이루어진 직류 평활부로 구성되어 있으며, 입력전원부를 통해 교류전원을 인가받으면 1차 코일 및 2차 코일로 이루어진 변압기에서 교류 전원을 전압으로 변압시키고 브릿지 다이오드로 이루어진 직류 평활부를 통해 직류 전원이 평활되고 평활된 직류 전원은 선형 공급장치와 연결되어 있는 전자기기로 공급되어, 전자기기가 동작 되도록 한다.
도 1은 일반적인 선형 전원 공급장치에서 위상각을 제어함으로써 전자기기로 과전압이 공급되지 않도록 한다.
즉, 도 1의 선형 전원 공급장치는 교류 전원을 인가받는 입력전원부(110)와, 상기 입력전원부(110)의 출력단에 연결되어 후술하는 위상각 제어부(150)로부터 입력되는 위상각 제어신호에 응하여 온 또는 오프되는 스위칭수단(120)과, 상기 스위칭수단(120)에 연결되어 상기 스위칭수단(120)을 통해 입력되는 교류전압을 직류 전원으로 변환시키는 정류기(130)와, 상기 정류기(130)의 후단에 연결되어 상기 정류기(130)를 통해 출력되는 직류 전원을 미리 설정되어 있는 전압으로 변환시켜 후단에 연결되어 전자기기의 구동전원으로 공급하는 레귤레이터(140)와, 상기 정류기(130)의 출력단에 그 입력단이 연결되어 있으며, 상기 정류기(130)의 출력을 피드백 받아 기준으로 설정되어 있는 위상각 신호와 비교한 후 그 비교 결과를 이용하여 위상각 제어신호를 생성하고, 생성된 위상각 제어신호를 상기 스위칭수단(120)으로 출력하여 상기 스위칭수단(120)의 온 또는 오프를 제어하여 그 위상각을 제어하는 위상각 제어부(150)와, 상기 레귤레이터(140)의 출력단에 그 입력단이 연결되어 있으며, 상기 레귤레이터(140)의 출력을 피드백 받아 기준 출력전압과 비교하여 레귤레이터(140)의 출력전압이 항상 일정하도록 제어하는 전압 제어부(160)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 선형 공급장치의 작용에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저 입력전원부(110)를 통해 입력되는 교류 상용전원은 스위칭수단(120)을 통해 정류기(130)로 공급된다.
상기 정류기(130)는 입력된 교류 전압을 직류 전원으로 변환시켜 레귤레이터(140)로 출력하고, 상기 레귤레이터(140)는 입력된 직류 전원을 미리 설정되어 있는 전압으로 변환시켜 후단에 연결되어 있는 전자기기의 구동전원으로 공급한다.
이때 상기 정류기(130)의 출력은 그 출력단에 입력단이 연결되어 있는 위상각 제어부(150)로 피드백되고, 상기 위상각 제어부(150)는 피드백된 정류기(130)의 출력과 기준으로 설정되어 있는 위상각 신호를 비교하고, 그 비교 결과값을 이용하여 위상각 제어신호를 생성한다.
위상각 제어부(150)는 이렇게 생성된 위상각 제어신호를 상기 스위칭수단(120)으로 출력하고, 상기 스위칭수단(120)은 상기 위상각 제어신호에 응하여 온 또는 오프 되므로 그 위상각이 제어된 교류 전압이 정류기(130)로 입력된다.
또한 레귤레이터(140)의 출력은 그 출력단에 입력단이 연결된 전압제어부(160)로 피드백되고, 상기 전압제어부(160)는 기준 출력전압과 피드백된 전압을 비교하고, 그 비교 결과를 이용하여 레귤레이터(140)의 출력전압을 보상되도록 함으로써 레귤레이터(140)에서 항상 일정한 전압이 출력되도록 한다.
그러나, 종래의 선형 전원 공급장치는 이중으로 피드백 회로를 구성함으로써 그 구성이 복잡해진다는 문제점이 있으며, 또한 회로부품의 증가로 비용이 상승한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고정 다운로드 레귤레이터를 이용하여 기존에 이중으로 이루어지던 피드백 회로를 단일 피드백 회로 구성할 수 있도록 하는 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 일 실시예는, 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터에 있어서,
입력 교류전원을 다른 교류 레벨로 변환하는 전원입력단의 변압기(210)와 상기 전원입력단의 변압기(210)의 출력을 공급 받아 교류 위상의 위상각을 제어하는 스위칭 수단(220)과 상기 스위칭 수단(220)을 통해서 상기 위상각이 제어된 전력을 공급 받아 직류 전원으로 변환시키는 정류기(230)와 상기 정류기(230)의 후단에 연결되어 상기 정류기(230)를 통해 출력되는 직류 전원을 미리 설정되어 있는 출력전압 레벨만큼 다운시켜 출력전압을 공급하는 고정 드롭다운 레귤레이터(240)와 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는 정류기의 출력전압을 제1저항과 제2저항을 통하여 분압된 전위 A와 레귤레이터의 출력전압을 제3저항과 제4저항을 통하여 분압된 전위 B를 비교하여 반도체스위치(241)를 제어하는 고정 드롭다운 드라이버(242)와 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압을 피드백 받아 미리 설정되어 있는 기준 전압과 비교하고, 그 비교 결과 값에 따라 발생된 위상각의 크기를 제어하는 위상각 제어부(250)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는, 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압을 피드백 받아 미리 설정되어 있는 기준전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 스위칭 제어신호를 출력하는 고정 드롭다운 드라이버(242)와, 상기 고정 드롭다운 드라이버(242)의 스위칭 제어신호를 받아서 온 또는 오프되는 반도체 스위치(241)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)에서 출력되는 출력전압은, 고정된 전압 드롭을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 스위칭수단(220)은, 상기 위상각 제어부(250)의 위상각 제어신호에 응하여 상기 전원 입력단의 변압기(210)로부터 입력되는 교류 전원의 위상각을 변경시키고, 위상각이 변경된 교류 전원이 상기 정류기(230)로 입력되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위칭수단(220)은, 사이리스터(SCR)인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명은 기존의 이중 피드백 루프를 단일 피드백 루프로 구성함으로써, 제어부의 구성이 간단해짐으로 인해 구성이 용이하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 회로의 간소화로 인해 비용을 절감시킬 수 있도록 하고, 변압기에서의 이중 탭을 제거할 수 있도록 하며, 레귤레이터 스위치에서 전압 스트레스를 최저로 사용함으로써 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 선형 전원 공급장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 위상각 제어를 이용한 전력변환장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 적용된 고정 드롭다운 레귤레이터의 구성을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 4는 도 2에 적용된 입력전원부의 출력파형과 상기 스위칭부의 출력파형을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터는 도 2 및 도3에 도시된 바와 같이 입력 교류전원을 다른 교류 레벨로 변환하는 전원입력단의 변압기(210)와, 상기 전원입력단의 변압기(210)의 출력을 공급 받아 교류 위상의 위상각을 제어하는 스위칭 수단(220)과, 상기 스위칭 수단(220)을 통해서 상기 위상각이 제어된 전력을 공급 받아 직류 전원으로 변환시키는 정류기(230)와, 상기 정류기(230)의 후단에 연결되어 상기 정류기(230)를 통해 출력되는 직류 전원을 미리 설정되어 있는 출력전압 레벨만큼 다운시켜 출력전압을 공급하는 고정 드롭다운 레귤레이터(240)와, 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는 정류기의 출력전압을 제1저항과 제2저항을 통하여 분압된 전위 A와 레귤레이터의 출력전압을 제3저항과 제4저항을 통하여 분압된 전위 B를 비교하여 반도체스위치(241)를 제어하는 고정 드롭다운 드라이버(242)와, 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압을 피드백 받아 미리 설정되어 있는 기준 전압과 비교하고, 그 비교 결과 값에 따라 발생된 위상각의 크기를 제어하는 위상각 제어부(250)를 포함한다.
상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압을 피드백 받아 미리 설정되어 있는 기준전압과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 스위칭 제어신호를 출력하는 고정 드롭다운 드라이버(242)와, 상기 고정 드롭다운 드라이버(242)의 스위칭 제어신호를 받아서 온 또는 오프되는 반도체 스위치(241)로 이루어진다.
상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)에서 출력되는 출력전압은 고정된 전압 드롭을 가진다.
상기 스위칭수단(220)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 위상각 제어부(250)의 위상각 제어신호에 응하여 상기 전원입력단의 변압기(210)로부터 입력되는 교류 전원(도 4의 (A)파형)의 위상각을 변경시키고, 위상각이 변경된 교류 전원(도 4의 (B)파형)이 상기 정류기(230)로 입력되도록 한다.
상기 스위칭수단(220)은, 사이리스터(SCR)인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 위상각 제어를 이용한 전력변환장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전원입력단의 변압기(210)는 220V의 입력교류 전원을 입력받아 다른 교류 레벨로 변환하여 스위칭 수단(220)을 통해 정류기(230)로 출력한다. 이때, 상기 스위칭 수단(220)은 상기 위상각 제어부(250)의 위상각 제어신호를 받아서 온 또는 오프됨으로써 상기 입력단의 변압기(210)로 공급되는 교류 위상의 위상각을 제어하여 위상각이 변경된 교류전원이 출력되도록 한다. 즉, 위상각 제어부(250)는 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)에 출력되는 출력전압을 입력받고, 입력되는 출력전압을 비교전압으로 하여 미리 설정되어 있는 기준전압과 비교하게 된다.
이렇게 비교된 결과 값에 따라 위상각 제어신호를 상기 스위칭 수단(220)으로 출력되어 스위칭 수단(220)이 위상각 제어신호에 포함된 온(ON) 신호 동안만 온(ON)되어 교류 전원이 정류기(230)로 공급되도록 함으로써 상기 스위칭 수단(220)을 통해 출력되는 교류 전원의 위상각의 크기를 제어한다.
이로써 정류기(230)로 입력되는 교류 전원의 위상각은 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압에 따라 달라진다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 스위칭 수단(220)으로 입력되는 교류 전원(도 4의 (A) 파형)은 도 4의 (B) 파형에서 알 수 있는 바와 같이 위상각이 변경되어 정류기(230)로 출력된다.
정류기(230)로 입력되는 교류 전원의 위상각을 제어함으로써 정류기(230)에서 출력되는 직류 전원의 출력레벨을 용이하게 변경시킬 수 있다.
그러면 정류기(230)는 입력된 교류 전원을 직류 전원으로 변환시킨 후 고정 드롭다운 레귤레이터(240)로 출력하고, 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는 상기 정류기(230)에서 입력되는 전압을 미리 설정된 출력레벨을 가지는 출력전압으로 변환시켜 후단의 전자기기의 구동전원으로 공급한다. 즉, 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)에서 출력되는 출력전압은 고정된 드롭 전압을 가진다.
이때 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는 도 3에 도시된 바와 같이 한 개의 반도체 스위치(241)와 고정 드롭다운 드라이버(242)로 이루어져 있다
상기 고정 드롭다운 드라이버(242)는 정류기(230)의 출력전압을 제1저항(R1)과 제2저항(R2)을 통하여 분압된 전위 A와 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압을 제3저항(R3)과 제4저항(R4)을 통하여 분압된 전위 B를 비교하여 반도체스위치(241)를 제어한다. 즉, 고정 드롭다운 드라이버(242)는 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 입출력 전압차를 보정하게 된다.
상기와 같이 반도체 스위치(241)가 온(ON)되는 고정된 전압 드롭을 가진 출력전압이 전자기기에 구동전원으로 출력되어 구동되도록 한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있을 것이지만, 이는 첨부된 청구항에서 포함되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
210 : 전원입력단의 변압기
220 : 스위칭 수단
230 : 정류기
240 : 고정 드롭다운 레귤레이터
241 : 반도체 스위치
242 : 고정 드롭다운 드라이버
250 : 위상각 제어부
R₁ : 제1저항
R₂ : 제2저항
R₃ : 제3저항
R₄ : 제4저항

Claims (5)

  1. 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터에 있어서,
    입력 교류전원을 다른 교류 레벨로 변환하는 전원입력단의 변압기(210);
    상기 전원입력단의 변압기(210)의 출력을 공급 받아 교류 위상의 위상각을 제어하는 스위칭 수단(220);
    상기 스위칭 수단(220)을 통해서 상기 위상각이 제어된 전력을 공급 받아 직류 전원으로 변환시키는 정류기(230);
    상기 정류기(230)의 후단에 연결되어 상기 정류기(230)를 통해 출력되는 직류 전원을 미리 설정되어 있는 출력전압 레벨만큼 다운시켜 출력전압을 공급하는 고정 드롭다운 레귤레이터(240);
    상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는 정류기의 출력전압을 제1저항과 제2저항을 통하여 분압된 전위 A와 레귤레이터의 출력전압을 제3저항과 제4저항을 통하여 분압된 전위 B를 비교하여 반도체스위치(241)를 제어하는 고정 드롭다운 드라이버(242);
    상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압을 피드백 받아 미리 설정되어 있는 기준 전압과 비교하고, 그 비교 결과 값에 따라 발생된 위상각의 크기를 제어하는 위상각 제어부(250);
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)는, 상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)의 출력전압을 피드백 받아 미리 설정되어 있는 기준전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 스위칭 제어신호를 출력하는 고정 드롭다운 드라이버(242)와,
    상기 고정 드롭다운 드라이버(242)의 스위칭 제어신호를 받아서 온 또는 오프되는 반도체 스위치(241),
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 드롭다운 레귤레이터(240)에서 출력되는 출력전압은, 고정된 전압 드롭을 가지는 것을 특징으로 하는 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭수단(220)은, 상기 위상각 제어부(250)의 위상각 제어신호에 응하여 상기 전원 입력단의 변압기(210)로부터 입력되는 교류 전원의 위상각을 변경시키고, 위상각이 변경된 교류 전원이 상기 정류기(230)로 입력되도록 하는 것을 특징으로 하는 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭수단(220)은, 사이리스터(SCR)인 것을 특징으로 하는 위상각 제어를 이용한 교류-직류 컨버터.
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