KR20010065378A - 구동주파수 가변용 전원제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 변압기를 이용한 직류/교류 인버터의 구동주파수 변경을 위한 구동주파수 변경용 전원제어 장치(Apparatus for variableness of driving frequency power controller)에 관한 것으로서,

압전 변압기를 이용한 인버터에서 압전 변압기의 고유한 특성을 이용하기 위해 PWM IC와 비교기로 입력 전압이나 주파수의 변동에 대응하여 압전 변압기의 구동주파수를 조절함으로써 인버터의 효율을 증대시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

구동주파수 가변용 전원제어 장치{Apparatus for variableness of driving frequency power controller}

본 발명은 압전 변압기를 이용한 직류/교류 인버터의 구동주파수 변경을 위한 구동주파수 변경용 전원제어 장치에 관한 것으로서, 특히 펄스폭 변조 집적회로(Pulse Width Modulation Integrated Circuit, 이하 PWM IC라고 함)와 비교기를 통해 입력 또는 출력 조건에 맞게 구동주파수를 자동 조절함으로써 인버터의 전체 효율을 증대시킬 수 있는 구동주파수 변경용 전원제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 직류/교류 인버터는 전력 변환 장치의 일종으로 직류 전력을 교류 전력으로 교환하는 장치를 의미하는데, 압전 변압기를 이용하여 전압을 일정 레벨까지 승압시키게 된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 에 도시된 바와 같이 상기 압전 변압기(1)는 직육면체 형태로 형성되어 있으며, 그 입력측에는 일정한 구동주파수(f₀) 및 진폭을 갖는 입력전압(Vi)이 입력되게 되고, 그 출력측으로는 상기 입력전압과 동일한 구동주파수를 갖으면서 입력전압의 진폭보다 일정 레벨 상승된 진폭을 갖는 출력전압(Vo)이 출력되게 된다.

이때, 상기 압전 변압기(1)의 입력측에는 그 구동주파수에 맞는 입력전압을 입력해야만 한다. 만약, 상기 압전 변압기(1)의 구동주파수와 입력전압의 구동주파수가 서로 다르게 되면 압전 변압기(1)는 변압기로서의 역할을 제대로 수행하지 못하게 되며, 상기 압전 변압기(1)의 출력측에서는 시스템에서 원하는 승압비의 출력전압을 얻을 수 없게 된다. 그러므로, 상기 압전 변압기(1)의 구동주파수는 항상 일정해야 하며, 입력전압이나 부하의 가변에 따라 그 구동주파수가 변동되지 않아야 한다.

도 3에는 상기 압전 변압기(1)를 이용한 직류/교류 인버터의 구성이 도시되어 있다.

시스템에 직류 입력전압을 공급하는 직류전압 공급부(2)와, 상기 직류전압 공급부(2)에서 전달받은 직류 입력전압을 일정한 전압 레벨로 고정시키는 전압고정부(3)와, 상기 압전 변압기(1)의 구동 여부를 결정하기 위한 스위칭 주파수를 생성하여 압전 변압기(1)에 전달하는 스위칭소자(4)와, 상기 스위칭소자(4)의 스위칭 주파수를 전달받아 직류 입력전압을 일정 레벨의 교류 출력전압으로 승압 변환시키는 압전 변압기(1)와, 상기 압전 변압기(1)를 통해 교류 출력전압이 전달되면 냉음극 강하(Cold Cathode Fall) 현상이 발생되어 빛을 방출하는 냉음극관 방전램프(5)와,

상기 압전 변압기(1)에서 출력되는 교류 출력 전압과 상기 냉음극관 방전램프(5)에 의한 출력 전류를 검출하여 그 검출 결과에 따라 직류 입력전압이 전압고정부(3)에서 일정 레벨로 고정되도록 PWM 듀티 사이클(duty cycle)을 변경하는 동시에 상기 압전 변압기(1)의 구동주파수에 맞게 스위칭소자(4)의 스위칭 주파수가 고정되도록 제반 제어 기능을 수행하는 제어부(6)로 구성된다.

특히, 상기 전압고정부(3)는 벅-컨버터(Buck-Converter) 원리를 이용하여 고정된 전압을 얻기 위해 트랜지스터(T)와, 인덕터(L)와, 다이오드(D)로 이루어진다. 상기 트랜지스터(T)의 베이스단과 제어부(6)가 연결되어 있는 부분에 위치된 A점에서는 구형파 신호가 검출되게 되고, 상기 스위칭소자(4)와 압전 변압기(1) 사이에 위치된 B점에서는 사인파 형태의 신호가 검출되게 된다.

상기와 같이 구성된 종래 직류/교류 인버터의 동작은, 직류전압 공급부(2)에서 직류 입력전압이 제어부(6)에 전달되게 되면 상기 제어부(6)에서는 압전 변압기(1)에서 출력되는 교류 출력전압을 검출하는 동시에 상기 압전 변압기(1)의 교류 출력전압을 전달받아 빛을 방출하는 냉음극관 방전램프(5)를 통해 출력 전류를 검출하게 된다.

상기 제어부(6)에서는 출력 교류전압과 출력 전류를 검출하여 그 검출 결과에 따라 전압고정부(3)에서 직류 입력전압을 일정 전압 레벨로 고정시킬 수 있도록 PWM 듀티 사이클을 변경하게 되고, 상기 압전 변압기(1)의 구동주파수에 맞게 스위칭소자(4)의 스위칭 주파수를 고정시키게 된다.

이렇게, 상기 스위칭소자(4)의 스위칭 주파수를 전달받은 압전 변압기(1)는 구동주파수는 고정되는 동시에 진폭만 변화되는 교류 출력전압을 출력시키게 된다.

그러나, 종래 경우에는 직류 입력전압을 주파수는 고정시켜 놓은채 일정 전압 레벨로 ??추기 위해 듀티 사이클만을 제어하게 되므로 효율이 감소하게 된다는 문제점이 있다. 게다가, 상기 직류 입력전압이 일정 전압 레벨로 고정되더라도 제어부(6)를 통해 검출되는 교류 출력전압이나 출력 전류가 과다하게 되면 전압고정부(3)에서는 직류 입력전압을 더욱 낮은 전압 레벨로 고정시켜야 하므로 효율이 현저히 감소된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 압전 변압기를 이용한 인버터에서 압전 변압기의 고유한 특성을 이용하기 위해 PWM IC와 비교기로 입력 전압이나 주파수의 변동에 대응하여 압전 변압기의 구동주파수를 조절함으로써 인버터의 효율을 증대시킬 수 있는 구동주파수 변경용 전원제어 장치를 제공하는데 있다.

도 1 은 일반적인 압전변압기가 도시된 도면,

도 2는 도 1에 의한 입력 전압과 구동주파수(a), 출력 전압과 구동주파수(b)가 도시된 도면,

도 3은 종래 기술에 따른 압전 변압기를 이용한 직류/교류 인버터의 구성이 도시된 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 구동주파수 가변용 전원제어 장치의 제1 실시예 구성이 도시된 블록도,

도 5는 본 발명에 따른 구동주파수 가변용 전원제어 장치의 제2 실시예 구성이 도시된 블록도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10, 20 : 전압공급부 11, 21 : 스위칭소자

12, 22 : 냉음극관 방전램프 13, 23 : 비교기

14, 24 : PWM IC T1, T2 : 압전 변압기

D1, D2 : 제1 및 제2 다이오드

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 구동주파수 변경용 전원제어 장치의 제1 특징에 따르면, 일정한 구동주파수를 갖으면서 외부에서 전달되는 직류 구동전압을 승압 변환하여 교류 구동전압으로 출력시키는 압전 변압기와, 상기 압전 변압기의 교류 구동전압에 의해 빛을 방출하는 냉음극관 방전램프와, 상기 냉음극관 방전램프로 입출력되는 전압 또는 전류를 검출하여 이를 상호 비교하고 그 비교 결과를 시스템에 전달하는 비교부와, 상기 비교부의 비교 결과를 입력받아 그에 따라 압전 변압기의 구동주파수가 변경될 수 있도록 펄스폭 조정을 수행함으로써 출력 전압을 제어하며 고정주파수를 발생시키는 주파수 변경부와, 상기 주파수 변경부의 고정주파수를 전달받아 그에 대응되는 스위칭 주파수를 생성하여 상기 압전변압기의 구동 여부가 결정될 수 있도록 압전 변압기에 스위칭 주파수를 전달하는 스위칭부를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 연산증폭부는 상기 냉음극관 방전램프로 입출력되는 전압 또는 전류 중에서 어느 하나를 선택적으로 검출하는 신호검출부와, 상기 신호검출부의 검출 결과와 상기 주파수 변경부에 의한 기준전압을 각각 전달받아 이를 서로 비교하여 그 비교결과를 시스템에 전달하는 연산출력부가 형성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 구동주파수 변경용 전원제어 장치에 의한 제1 실시예가 도시된 블록도이고, 도 5는 본 발명에 따른 구동주파수 변경용 전원제어 장치에 의한 제1 실시예가 도시된 블록도이다.

먼저, 도 4를 참조하면 본 발명의 제1 실시예는, 시스템 구동을 위해 전원을 공급하는 전압공급부(10)와; 일정한 구동주파수를 갖으면서 외부에서 전달되는 직류 구동전압을 승압 변환하여 교류 구동전압으로 출력시키는 압전 변압기(T1)와; 상기 압전 변압기(T1)의 교류 구동전압에 의해 전자 방출 현상이 발생되면서 빛을 방출하는 냉음극관 방전램프(12)와; 상기 냉음극관 방전램프(12)로 입력되는 전압, 즉 상기 압전 변압기(T1)에서 출력되는 교류 구동전압과 냉음극관 방전램프(12)에서 출력되는 출력 전류를 각각 검출하여 이를 상호 비교하고 그 비교 결과를 시스템에 전달하는 비교기(13)와;

상기 비교기(13)의 비교 결과를 입력받아 그에 따라 압전 변압기(T1)의 구동주파수가 변경될 수 있도록 펄스폭 조정을 수행함으로써 일정한 전압 및 전류가 흐르도록 출력 전압을 제어하여 내부 발진회로에 의해서 고정주파수가 발생되는 PWM IC(14)와, 상기 PWM IC(14)의 고정주파수를 전달받아 그에 대응되는 스위칭 주파수를 생성하여 상기 압전 변압기(T1)의 구동 여부가 결정될 수 있도록 압전 변압기(T1)에 스위칭 주파수를 전달하는 스위칭소자(11)로 구성된다.

특히, 상기 PWM IC(14)는 타이밍 캐패시터(Timing Capacitor, CT)와 타이밍 저항(Timing Resistor, RT) 단자가 각각 구비되어 있는데, CT의 캐패시터와 RT의 저항에 의해 주파수 변경이 가능해지게 된다.

다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 살펴보면 상기한 제1 실시예와 유사하게 구성되지만 냉음극관 방전램프(22)로 입력되는 전압이나 냉음극관 방전램프(22)에서 출력되는 전류 중에서 어느 하나를 선택적으로 검출하기 위해 설치된 신호검출용 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)와, 상기 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)에 의한 검출 결과 및 PWM IC(24)에 의한 기준 전압을 각각 전달받아 이를 서로 비교하여 그 비교결과를 시스템에 전달하는 비교기(23)에 의해 상기한 제1 실시예와 서로 달라지게 된다.

상기와 같이 구성되는 제1 및 제2 실시예에 의한 본 발명의 동작은, 전압공급부(10, 20)에 구동 전원이 공급되게 되면 상기 PWM IC(14, 24)에서는 펄스 폭을 조정하여 일정한 전압 및 전류가 흐르도록 출력 전압을 제어하면서 내부 발진회로에 의해 고정주파수를 발생시키게 된다.

그러면, 스위칭 소자(11, 21)에서는 상기 PWM IC(14, 24)의 고정주파수를 전달받아 그에 대응되는 스위칭 주파수를 생성하여 이를 상기 압전 변압기(T1, T2)에 전달함으로써 압전 변압기(T1, T2)의 구동 여부가 결정되도록 한다.

상기 압전 변압기(T1, T2)는 상기 스위칭 주파수에 의해 구동되면서 외부에서 전달되는 직류 구동전압을 승압하여 교류 구동전압으로 변환한 후에 냉음극관 방전램프(12, 22)에 전달하게 된다. 이때, 상기 냉음극관 방전램프(12, 22)는 상기 압전 변압기(T1, T2)의 교류 구동전압에 의해 전자 방출 현상이 발생되면서 빛을 방출하게 된다.

여기서, 제1 실시예에 의한 비교기(13)는 상기 냉음극관 방전램프(12)로 입력되는 압전 변압기(T1)의 교류 구동전압과 냉음극관 방전램프(12)에서 출력되는 출력 전류를 각각 검출하여 이를 상호 비교하게 되는데, 상기 PWM IC(14)는 상기 비교기(13)의 비교 결과를 입력받아 그에 따라 압전 변압기(T1)의 구동주파수가 변경될 수 있도록 펄스폭 조정을 다시 수행하게 된다.

한편, 제2 실시예에 의한 비교기(23)는 상기 냉음극관 방전램프(22)로 입출력되는 전압 또는 전류 중에서 어느 하나를 선택적으로 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 통해 검출하여 그 검출 결과를 상기 비교기(23)에 전달하게 된다. 그러면, 상기 연산증폭기(23)는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 검출 결과와 PWM IC(24)에서 전달받은 기준전압을 서로 비교하여 그 비교결과를 상기 PWM IC(24)에 전달하게 되고, 상기 PWM IC(24)는 상기와 같이 펄스폭 조정 기능을 수행하게 된다. .

따라서, 본 발명은 입력 전압이나 부하의 변동에 대응하여 구동 주파수를 자동적으로 조절하게 되므로 전체 효율이 증대될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 구동주파수 변경용 전원제어 장치는 압전 변압기를 이용한 인버터에서 압전 변압기의 고유한 특성을 이용하기 위해 PWM IC와 비교기로 입력 전압이나 주파수의 변동에 대응하여 압전 변압기의 구동주파수를 조절함으로써 인버터의 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 일정한 구동주파수를 갖으면서 외부에서 전달되는 직류 구동전압을 승압 변환하여 교류 구동전압으로 출력시키는 압전 변압기와, 상기 압전 변압기의 교류 구동전압에 의해 빛을 방출하는 냉음극관 방전램프와, 상기 냉음극관 방전램프로 입출력되는 전압 또는 전류를 검출하여 이를 상호 비교하고 그 비교 결과를 시스템에 전달하는 비교부와, 상기 비교부의 비교 결과를 입력받아 그에 따라 압전 변압기의 구동주파수가 변경될 수 있도록 펄스폭 조정을 수행함으로써 출력 전압을 제어하며 고정주파수를 발생시키는 주파수 변경부와, 상기 주파수 변경부의 고정주파수를 전달받아 그에 대응되는 스위칭 주파수를 생성하여 상기 압전 변압기의 구동 여부가 결정될 수 있도록 압전 변압기에 스위칭 주파수를 전달하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동주파수 변경용 전원제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 연산증폭부는 상기 냉음극관 방전램프로 입출력되는 전압 또는 전류 중에서 어느 하나를 선택적으로 검출하는 신호검출부와, 상기 신호검출부의 검출 결과와 상기 주파수 변경부에 의한 기준전압을 각각 전달받아 이를 서로 비교하여 그 비교결과를 시스템에 전달하는 연산출력부가 형성된 것을 특징으로 하는 구동주파수 변경용 전원제어 장치.