KR0110324Y1 - 위상 제어 방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 트라이악(TRIAC)을 직접 구동 제어하는 회로에 관한 것으로서 특히, 부하에 공급되는 전력이 초기의 전원 온(스위치 온)시부터 소정의 지연 시간을 갖고 일정한 시간동안 점진적으로 증가하여 목표치에 도달하게 하고, 전원 오프(스위치 오프)시에는 오프시점으로부터 점진적으로 감소하여 차단되도록 제어하는 회로이다.

종래에 트라이악을 이용해서 위상 전력제어를 실행하는 회로는 통상 전원 온과 동시에 특정 전력으로 부하가 구동되고, 부하 구동중에 원하는 소기의 전력이 공급되도록 트라이악의 도통각을 제어해 주며, 전원 오프와 동시에 전력 공급이 즉시 차단되는 방식으로 제어되고 있기 때문에, 목표치에 일정한 기울기를 갖고 서서히 접근하거나, 또는 차단시에도 즉시 부하 전원을 차단하지 않고 부드럽게 차단시키는 제어를 요구하는 경우에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 고안은 트라이악의 도통각 제어를 통한 부하 공급 전력의 제어를 실행함에 있어서, 부하에 공급되는 AC전원의 위상을 검출하고, 전원 스위치의 온,오프를 소정시간 지연시켜 상기 위상 검출된 신호와 비교한 다음 위상 보정을 행하여 트라이악의 도통각을 제어함으로써, 전원이 온된 순간부터 소정 시간과 소정의 기울기로 목표치까지 도달하게 하며, 전원이 오프된 순간부터 소정시간과 소정의 기울기로 전원이 차단되도록 하는 점진적 전원제어가 가능한 위상 제어 방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로를 제공한다.

Description

위상 제어 방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로

제1도는 본 고안의 블록 구성도.

제2도는 본 고안의 상세 회로도.

제3도는 본 고안의 신호 타이밍도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 부하부 20 : 감쇠부

30 : 위상 검출부 40 : 펄스발생 및 삼각파 발생부

50 : 스위치 60 : 지연부

70 : 비교부 80 : 위상 보정부

90 : 출력 구동부 100 : 출력 제어부

110 : 전원부

본 고안은 트라이악(TRIAC)을 직접 구동 제어하는 회로에 관한 것으로서 특히, 위상 제어 방식을 이용해서 트라이악을 제어하되, 트라이악이 부하의 전력 제어를 실행함에 있어, 부하에 공급되는 전력이 초기의 전원 온(스위치 온)시부터 소정의 지연 시간을 갖고 일정한 시간 동안 점진적으로 증가하여 목표치에 도달하게 하고, 전원 오프(스위치 오프)시에는 오프 시점으로부터 점진적으로 감소하여 차단되도록 제어함을 특징으로 하는 위상 제어 방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로에 관한 것이다.

종래에 트라이악을 이용해서 위상 전력 제어를 실행하는 각종 회로는 AC전원을 위상 제어하여 부하에 공급되는 전력을 제어하게 되는데, 통상 전원 온과 동시에 특정 전력으로 부하가 구동되고, 부하 구동중에 원하는 소기의 전력이 공급되도록 트라이악의 도통각을 제어해 주며, 전원 오프와 동시에 전력 공급이 즉시 차단되는 방식으로 제어되고 있기 때문에, 목표치에 일정한 기울기를 갖고 서서히 접근하거나, 또는 차단시에도 즉시 부하 전원을 차단하지 않고 부드럽게 차단시키는 제어를 요구하는 경우에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 전력 제어의 한가지 예를 들면 조명등-백열등-의 전력 제어를 통한 밝기 제어가 있다.

종래의 위상 제어 방식을 이용한 트라이악 제어회로를 조명등에 적용한 경우를 예로 들어보면, 전원을 온시키자마자 즉시 전등이 일정한 밝기로 점등되고, 이와같이 점등된 상태의 전등을 트라이악의 도통각을 제어하여 밝기를 증감시키는 제어를 하며, 전원을 오프시키면 그 즉시 전등의 전원이 차단되어지는 것이다.

그러므로 이와같은 종래의 제어 방식을 적용한 전등은, 전등이 켜져 있는 상태에서 그 밝기를 조절할 수 있지만, 전등 스위치를 온 또는 오프시키는 단계에서는 즉시 전등이켜지고 꺼지게 되므로, 전등 스위치를 켜자마자 실내 공간이 밝아지게되어 눈부심 현상을 유발하게 되고, 반대로 전등 스위치를 오프시키자마자 전등이 꺼지게 되어 어두워진 실내환경에 시각이 적응하기 위해서는 다소의 시간이 걸리게 되므로, 전등을 끄자마자 이동해야 되는 경우-주방에서 전등을 끄고 어두운 거실쪽으로 이동하는 경우 등등-에 큰 불편함이 초래되는 단점이 있게 된다.

본 고안은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 트라이악의 도통각 제어를 통한 부하 공급 전력의 제어를 실행함에 있어서, 부하에 공급되는 AC전원의 위상을 검출하고, 전원 스위치의 온,오프를 소정시간 지연시켜 상기 위상 검출된 신호와 비교한 다음 위상 보정을 통하여 트라이악의 도통각을 제어함으로써, 전원이 온된 순간부터 소정 시간과 소정의 기울기로 목표치까지 도달하게 하며, 전원이 오프된 순간부터 소정시간과 소정의 기울기로 전원이 차단되도록 하는 점진적 전원 제어가 가능한 위상 제어 방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제어회로 구성을 도면 제1도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제1도에 의하는 바와같이 본 고안의 위상 제어 방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로는, 전력 제어의 대상이 되는 부하부(10)와, 상기 부하부(10)에 공급되는 전원의 위상 검출을 위해 일정한 감쇠를 행하는 감쇠부(20)와, 상기 감쇠부(20)를 거쳐 부하부(10)의 전원위상을 검출하는 위상 검출부(30)와, 상기 위상 검출부(30)에서 검출된 신호를 입력받아 삼각파 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생 및 삼각파 발생부(40)와, 부하부(10)의 전원을 공급 또는 차단하기 위한 스위치(50)와, 상기 스위치(50)의 온 및 오프 타이밍을 소정시간 지연시키는 지연부(60)와, 상기 펄스발생 및 삼각파 발생부(40)의 출력과 상기 지연부(60)의 출력을 비교하여 듀티비가 변화되는 구형파 펄스신호를 출력하는 비교부(70)와, 상기 비교부(70)의 출력과 상기 위상 검출부(30)의 출력을 입력받아 위상 보정을 수행하는 위상 보정부(80)와, 상기 위상 보정부(80)에서 보정된 펄스 신호를 입력받아 출력 제어부(100)를 구동시키는 출력 구동부(90)와, 상기 출력 구동부(90)의 구동 제어를 받아 상기 부하부(10)에 공급되는 전원의 트라이악 도통각을 위상 제어하는 출력 제어부(100)와, 회로 각부분에 전원을 공급하는 전원부(110)로 구성된다.

그리고, 본 고안의 실시예로서 도면 제2도에 도시한 바와같이, 상기 부하부(10)는 백열등으로 구성하고, 상기 감쇠부(20)는 저항(R1)으로 구성하고, 상기 위상 검출부(30)는, 감쇠부의 저항(R1)을 거쳐 입력되는 신호의 (+)레벨이 일정한 레벨 이상일때 온되는 다이오드(D1)(D2) 및 풀업 저항(R2)과, 상기 입력 신호의 (-)레벨이 일정한 레벨 이상일때 온되는 다이오드(D3) 및 풀업저항(R3)과, 상기 풀업저항(R3)에서 검출된 신호를 반전시키는 인버터(30a)와, 상기 풀업저항(R2)에서 검출된 위상 검출 펄스와 상기 인버터(30a)에서 출력된 위상 검출 펄스를 논리 조합하여 (+),(-)양 주기에서 전원 위상을 검출한 펄스 신호를 출력해주는 노아 게이트(30b)로 구성하고, 상기 펄스발생 및 삼각파 발생부(40)는, 입력 펄스 신호를 단발 펄스(One-Shot)로 변환시키는 콘덴서(C1) 및 저항(R4)과, 상기 콘덴서(C1) 및 저항(R4)에 의해 발생된 펄스 신호를 반전시키는 인버터(40a)와, 상기 인버터(40a)의 출력에 의해 온,오프되는 다이오드(D4)와, 상기 다이오드(D4)가 온되었을때 충전하고 오프되었을때 방전하여 삼각파 펄스신호를 출력하는 콘덴서(C2) 및 저항(R5)으로 구성하고, 상기 스위치(50)는 일단을 접지단에 연결하며 타단은 지연부(60)에 연결하고, 상기 지연부(60)는 스위치(50)를 온시킨 경우 충전 경로를 구성해주는 다이오드(D5)와 충방전용 콘덴서(C3) 및 저항(R6)과, 상기 콘덴서(C3)의 방전 경로를 이루는 저항(R7)으로 구성되고, 상기 비교부(70)는 반전 입력단(-)을 상기 펄스발생 및 삼각파 발생부(40)의 출력에 연결하고, 비반전 입력단(+)을 상기 지연부(60)의 출력에 연결하며, 상기 위상 보정부(80)는, 위상 검출부(30)의 검출 신호를 반전시키는 인버터(80a)와, 상기 인버터(80a)의 출력을 지연시키는 저항(R8) 및 콘덴서(C4)와, 상기 저항(R8) 및 콘덴서(C4)에 의해 지연된 신호와 상기 비교부(70)의 출력을 논리 조합하여 출력하는 낸드게이트(80b)와, 상기 낸드 게이트(80b)의 출력단에 연결되는 콘덴서(C5) 및 풀업저항(R9)과, 상기 콘덴서(C5)를 거쳐 입력되는 위상 보정된 펄스 신호를 반전시키는 인버터(80c)로 구성하고, 상기 출력 구동부(90)는, 상기 위상 보정부(80)의 출력 신호에 의해 온,오프되는 트랜지스터(Q0)와, 상기 트랜지스터(Q0)의 베이스 저항(R10)과, 상기 트랜지스터(Q0)의 콜렉터 저항(R11)으로 구성하고, 상기 출력 제어부(100)는 게이트에 상기 출력 구동부(90)의 구동 펄스가 입력되는 트라이악(Q1)을 쵸크코일(L1)을 통해 부하부(10)인 전등에 전원과 직렬로 연결하여 구성한 것이다.

이와같이 구성된 본 고안의 위상 제어 방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로를 전등-백열등-을 제어하는 회로에 적용한 경우에 대하여 그 동작을 상기 제1도 및 제2도의 회로와 도면 제3도의 타이밍도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

부하부(10)의 백열등에 제3(a)도와 같은 ACV전원이 입력되면, 부하단(T2)에 인가되는 전원의 (+)주기 및 (-)주기에서 그 레벨이 제3(b)도와 같이 일정한 레벨 이상으로 증가할 때마다 감쇠부(20)의 저항(R1)을 거쳐 위상 검출부(30)에서 위상을 검출하게 된다.

즉, AC전원의 (+)주기에서는 위상 검출부(30)의 다이오드(D1)(D2)의 설정 레벨 이상의 전압이 클때 다이오드(D1)(D2)가 온되어 풀업 저항(R2)단에는 제3(c)도와 같은 타이밍과 펄스폭의 펄스신호가 위상 검출신호로서 출력되어 노아 게이트(30b)의 일측 입력단(T3)에 인가되고, AC전원의 (-)주기에서 다이오드(D3)의 설정 레벨 이상의 전압이 될때 다이오드(D3)가 온되어 풀업저항(R3)과 인버터(30a)로 반전된 제3도(d)도와 같은 타이밍과 펄스폭의 펄스 신호가 위상 검출신호로서 출력되어 노아 게이트(30b)의 타측 입력단(T45)에 인가된다.

그러므로 노아 게이트(30b)의 출력에서는 상기 두 신호가 모두 로우일때 하이가 되고, 적어도 하나의 신호가 하이일때마다 로우가되는 위상 검출 펄스신호를 출력하게 된다.

즉, AC전원의 (+),(-)주기에서 일정한 레벨마다 그 위상을 펄스신호를 생성하게 되며, 이 펄스신호는 펄스발생 및 삼각파 발생부(40)와 위상 보정부(80)에 입력된다.

위상 보정부(80)에 입력된 펄스 신호는 인버터(80a)로 제3(e)도와 같이 반전된다.

한편, 펄스발생 및 삼각파 발생부(40)는 위상 검출부(30)로부터 입력된 펄스신호에 따라서 제3(f)도와 같은 삼각파신호를 발생하게 된다.

즉, 노아 게이트(30b)의 출력이 로우가 될때마다 콘덴서(C1) 및 저항(R4)에 의해 단발펄스(One-Shot)가 출력되고 이 펄스는 인버터(40a)에서 반전되어 다이오드(D4)를 통해 콘덴서(C2)를 충전시킨다.

인버터(40a)의 출력이 로우가 되는 타이밍에서 상기 콘덴서(C2)에 충전되어 있던 전압은 저항(R5)을 통해 방전됨으로써 저항(R5)단에는 제3(f)도와 같은 삼각파 펄스가 발생되고, 이 삼각파 신호는 비교부(70)의 반전 입력단(-)에 인가된다.

한편, 전원 스위치(50)를 온시켰을때 지연부(60)의 다이오드(D5)와 저항(R6)을 통해 콘덴서(C3)가 충전되면서, 비교부(70)의 비반전입력단(+)의 전압은 저항(R6)과 콘덴서(C3)의 충전 시정수에 의해 서서히 증가되어, 비교부(70)의 반전 입력단(-)의 최고 전압(T6 최고치)보다 저항(R6)(R7)으로 분압된 전압만큼 낮은 전압까지 상승(제3(g)도 참조)된다.

이러한 전압 상태에서 비교부(70)의 반전 입력단(-) 전위-콘덴서(C2)의 최고 충전 전압-가 비반전 입력단(+)의 전위보다 높아지므로 이때 비교부(70)의 출력은 로우가 되고, 상기 콘덴서(C2)가 방전함에 따라 (+)(-)의 관계가 되면 비교부(70)의 출력은 하이가 된다.

도면 제3도(f),(g),(h)에 이러한 타이밍 및 파형 관계를 나타내었다.

그런데, 이때 전원 스위치(50)가 오프되면 상기 지연부(60)의 콘덴서(C3)가 저항(R7)을 통해 제3(g)도와 같이 서서히 방전하게 되고, 이에 따라서 비교부(70)의 비반전 입력단(+)의 전압(T7 참조) 또한 점진적으로 낮아지게 되므로 비교부(70)의 출력신호의 폭(듀티비)은 제3(h)도에 도시한 바와같이 변화된다.

제3(h)도에 도시한 바와같은 펄스 신호는 위상 보정부(80)이 낸드 게이트(80b)의 일측 입력단(T8 참조)에 공급된다.

한편, 상기한 바와같이 인버터(80a)에서 출력된 위상 검출 펄스신호(제3(e)도 참조)는 저항(R8)과 콘덴서(C4)의 시정수에 의해 제3(i)도와 같이 지연시간의 듀티를 갖는 짧은 펄스로 만들어져서 낸드 게이트(80b)의 타측 입력단(T9참조)에 인가된다.

그러므로 낸드 게이트(80b)는 두 입력신호가 모두 하이일때만 로우 신호를 출력하고, 두 입력신호가 모두 로우이거나 적어도 하나의 입력이 하이가 될때는 하이 신호를 출력하게 되어 트라이악 게이트 트리거 펄스의 충분한 펄스폭(듀티)을 출력하게 된다.

즉, 전원 스위치(50)을 오프시켰을때 점차 감소하는 전원에 대해서도 안정적으로 트라이악의 트리거링을 실행할 수 있도록 저항(R8)과 콘덴서(C4)에 의해 트리거 펄스의 위상을 적절하게 보정해 주게 되는 것이며, AC전압(T1)에서 0점을 기준으로 (+)의 기준 전압과 (-)의 기준전압 이하의 전압 범위(제3(a)도에서 t1,t2)에서는 게이트 트리거링펄스(T10 참조)가 출력되지 않도록 낸드 게이트(80b)가 통제해 주는 것이다.

이와같이하여 낸드 게이트(80b)에서 출력된 펄스 신호는 풀업 저항(R9)과 콘덴서(C5)를 거쳐 인버터(80c)에서 반전되어 제3(j)도와 같은 타이밍과 펄스폭 및 듀티비의 구동펄스 신호로 출력 구동부(90)의 저항(R10)을 통해 트랜지스터(Q0)의 베이스에 인가된다.

그러므로 트랜지스터(Q0)가 입력 펄스에 맞추어 스위칭 온,오프되고, 이에 따라 추력 제어부(100)의 트라이악(Q1)의 게이트를 트리거링하여 그 도통각을 제어하게 되므로서, 제3(b)도에 도시한 바와같이 점진적으로 서서히 부하부(10)인 백열등의 밝기를 낮춰 주면서 최종 단게에서 오프시켜 줄 수 있게 되는 것이다.

이때 게이트 트리거일 펄스(T10 참조)는 낸드 게이트(80b)에 의해서 제3(h)도 및 제3(j)에 도시한 바와같이 T8 파형과 동기되어 출력되어 더욱 안정된 전력 제어를 가능하게 한다.

한편, 최초에 전원 스위치(50)를 온시키는 시점에서는 상기한 일련의 수순과 역의 수순으로 트라이악(Q1)의 도통각이 제어되므로서 부하부(10)인 백열등의 밝기가 점진적으로 서서히 밝아지는 방식으로 점등되어진다.

즉, 전원 스위치(50)가 온되는 시점에서 지연부(60)의 다이오드(D5)와 저항(R6)를 통해 콘덴서(C3)가 점차 충전되어지고, 이 충전 전압(T7 참조)이 상승함에 따라 비교부(70)의 출력 펄스 신호의 듀티비가 제3(h)에 나타낸 타이밍의 역순으로 변화되면서, 이에 따른 트리거링 펄스(제3(j) 참조)의 타이밍 변화로 인해 출력 구동부(90)를 통해 출력 제어부(100)의 트라이악(Q1)의 도통각(위상)이 제어되어 백열등은 서서히 켜지게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 고안의 위상 제어 방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로는 AC전원을 위상 제어하여 조명등의 온, 또는 오프시 일정한 시간을 두고 서서히 켜지고, 서서히 켜지도록 제어할 수 있으며, 조광기 뿐만 아니라 전열 기구 등의 자동 온도 조절이나 모터 속도 제어 회로 등에 널리 적용하여 실시할 수 있는 효과가 있다.

또한, 조명등의 경우 전원 스위치를 켰을때 서서히 실내가 밝아지므로 눈부심 현상을 예방할 수 있고, 전원 스위치를 오프시켰을때 실내가 서서히 어두워지므로 여명을 이용해서 원하는 장소로 이동할 수 있으며, 시력 보호와 갑작스런 어둠속에 노출되는데 따른 적응시간의 단축을 기할 수 있는 편리성을 제공하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 전력 제어의 대상이 되는 부하부(10)와, 상기 부하부(10)의 전원위상을 검출하는 위상 검출부(30)와, 상기 위상 검출부(30)에서 검출된 신호를 입력받아 삼각파 펄스 신호를 발생하는 펄스 발생 및 삼각파 발생부(40)와, 부하부(10)의 전원을 공급 또는 차단하기 위한 스위치(50)와, 상기 스위치(50)의 온 및 오프 타이밍을 소정시간 지연시키는 지연부(60)와, 상기 펄스발생 및 삼각파 발생부(40)의 출력과 상기 지연부(60)의 출력을 비교하여 듀티비가 변화되는 구형파 펄스신호를 출력하는 비교부(70)와, 상기 비교부(70)의 출력과 상기 위상 검출부(30)의 출력을 입력받아 위상 보정을 수행하는 위상 보정부(80)와, 상기 위상 보정부(80)에서 보정된 펄스 신호를 입력받아 출력 제어부(100)를 구동시키는 출력 구동부(90)와, 상기 출력 구동부(90)의 구동 제어를 받아 상기 부하부(10)에 공급되는 전원의 트라이악 도통각을 위상 제어하는 출력 제어부(100)로 구성된 위상 제어방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 위상 검출부(30)는, 입력되는 신호의 (+)레벨이 일정한 레벨 이상일때 온되는 다이오드(D1)(D2) 및 풀업 저항(R2)과, 상기 입력 신호의 (-)레벨이 일정한 레벨 이상일때 온되는 다이오드(D3) 및 풀업저항(R3)과, 상기 풀업저항(R3)에서 검출된 신호를 반전시키는 인버터(30a)와, 상기 풀업저항(R2)에서 검출된 위상 검출 펄스와 상기 인버터(30a)에서 출력된 위상 검출 펄스를 논리 조합하여 (+),(-) 양 주기에서 전원 위상을 검출한 펄스 신호를 출력해주는 노아 게이트(30b)로 구성하고, 상기 펄스발생 및 삼각파 발생부(40)는, 입력 펄스 신호를 단발 펄스(One-Shot)로 변환시키는 콘덴서(C1) 및 저항(R4)과, 상기 콘덴서(C1) 및 저항(R4)에 의해 발생된 펄스 신호를 반전시키는 인버터(40a)와, 상기 인버터(40a)의 출력에 의해 온,오프되는 다이오드(D4)와, 상기 다이오드(D4)가 온되었을때 충전하고 오프되었을때 방전하여 삼각파 펄스신호를 출력하는 콘덴서(C2) 및 저항(R5)으로 구성하고, 상기 스위치(50)는 일단을 접지단에 연결하며 타단은 지연부(60)에 연결하고, 상기 지연부(60)는 스위치(50)를 온시킨 경우 충전 경로를 구성해주는 다이오드(D5)와 충방전용 콘덴서(C3) 및 저항(R6)과, 상기 콘덴서(C3)의 방전 경로를 이루는 저항(R7)으로 구성되고, 상기 비교부(70)는 반전 입력단(-)을 상기 펄스발생 및 삼각파 발생부(40)의 출력에 연결하고, 비반전 입력단(+)을 상기 지연부(60)의 출력에 연결하며, 상기 위상 보정부(80)는, 위상 검출부(30)의 검출 신호를 반전시키는 인버터(80a)와, 상기 인버터(80a)의 출력을 지연시키는 저항(R8) 및 콘덴서(C4)와, 상기 저항(R8) 및 콘덴서(C4)에 의해 지연된 신호와 상기 비교부(70)의 출력을 논리 조합하여 출력하는 낸드게이트(80b)와, 상기 낸드 게이트(80b)의 출력단에 연결되는 콘덴서(C5) 및 풀업저항(R9)과, 상기 콘덴서(C5)를 거쳐 입력되는 위상 보정된 펄스 신호를 반전시키는 인버터(80c)로 구성하고, 상기 출력 구동부(90)는, 상기 위상 보정부(80)의 출력 신호에 의해 온,오프되는 트랜지스터(Q0)와, 상기 트랜지스터(Q0)의 베이스 저항(R10)과, 상기 트랜지스터(Q0)의 콜렉터 저항(R11)으로 구성하고, 상기 출력 제어부(100)는 게이트에 상기 출력 구동부(90)의 구동 펄스가 입력되는 트라이악(Q1)을 쵸크코일(L1)을 통해 부하부(10)인 전등에 전원과 직렬로 연결하여 구성한 위상 제어방식을 이용한 트라이악의 직접 구동 제어 회로.