KR0124420Y1 - 제로 크로스 검출 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고전압을 갖는 정현파 신호를 이용하여 특정 기능을 수행하는 시스템에서, 이 정현파 신호가 제로 크로싱되는 시점에서 소정 주기를 갖는 펄스 신호를 발생하고, 이러한 펄스 신호를 정현파 신호를 인가하기 위한 동기 신호로 이용하여 시스템의 신뢰성을 향상시킨다. 이를 위하여 먼저 정현파를 수신하여 소정 기준신호와 레벨을 비교하며 비교 결과에 따른 논리 신호를 출력한다. 그리고 이러한 비교결과 신호를 미분하여 제로 크로스가 발생되는 시점에서 소정 주기를 갖는 펄스신호를 발생한다. 이후 펄스신호를 수신하고 이러한 펄스신호에 스위칭 소자가 스위칭되어 수신된 정현파 신호의 제로 크로스에 동기된 펄스 신호를 발생한다.

Description

제로 크로스 검출 회로

제1도는 종래의 제로 크로스 동기 회로.

제2도는 제1도의 각 부 동작 파형도.

제3도는 본 고안에 따른 제로 크로스 동기 회로의 구성도.

제4도는 제3도 각 부의 동작 파형도.

제5도는 본 고안에 따른 제로 크로스 동기 회로의 또 다른 실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 비교부 20 : 미분부

30 : 스위치부 OP : 증폭기

VR : 가변저항 R : 저항

C : 캐패시터 Q : 트랜지스터

본 고안은 수신되는 정현파의 제로 크로싱을 검출하는 회로에 관한 것으로, 특히 수신되는 정현파 신호의 제로 크로싱에 정확히 동기되는 펄스신호를 발생할 수 있는 관한 것이다.

일반적으로 고전압을 갖는 정현파 신호를 수신하여 각종 기능을 처리하는 시스템에서는 상기 정현파 신호가 제로 크로싱되는 위치에서 릴레이의 동작을 제어함으로서 정현파 신호에 의해 수행되는 기능을 정확하게 구현할 수 있게 된다. 예를들면, 교환기 시스템에서 링 신호는 고전압을 갖는 정현파 신호로서, 착신호 발생시 해당하는 가입자 전화기로 상기 링신호를 공급하게 된다. 이때 상기 링신호는 릴레이에 의해 스위치되어 가입자 전화기 측으로 인가되는데, 상기한 바와 같이 상기 링신호가 고전압을 갖는 정현파 신호이므로 제로 크로싱되는 시점에서 정확히 동기되어 상기 릴레이로 인가되어야만 안정된 착신 링신호로 공급될 수 있다. 그러나 종래에는 상기 가입자 전화기로 인가되는 링신호를 공급할 시, 동기신호가 접지전위보다 높은 경우에는 계속적으로 릴레이를 온 시키고 있게 된다. 이때 상기 링신호가 상위레벨(피크가 80Vrms)인 상태에서 상기 릴레이가 온되면 상기 릴레이에 순간적으로 높은 전압이 걸리게 되며, 이로인해 링신호가 정확하게 공급되지 못하는 동시에 릴레이에 과부하가 걸리게 된다.

제1도는 상기와 같이 수신되는 정현파 신호의 제로 크로싱 위치를 검출하여 동기신호를 발생하는 종래 회로의 구성도이고, 제2도는 상기 제1도의 각부 동작 파형도로서, 하기와 같이 동작된다. 먼저 비교기OP1는 (2a)와 같은 정현파 신호를 반전단자로 수신하고, 접지전원을 비반전단자로 수시하며, 상기 수신되는 정현파 신호와 접지 전원의 레벨 차에 따라 (2b)와 같은 신호를 출력한다. 즉, 상기 비교기OP1은 수신되는 정현파 신호가 접지 전원보다 크면 접지 전원 레벨 또는 그 이하의 레벨을 갖는 로우 논리 신호로 출력하고, 상기 정현파 신호가 접지전원 레벨 보다 작으면 상기 접지전원 레벨보다 큰 하이 논리 신호를 출력한다. 상기와 동작하는 비교기OP1의 출력 논리 상태는 (2b)와 같으며, 상기 신호는 트랜지스터Q1의 베이스로 인가된다. 그러면 상기 트랜지스터Q1은 수신되는 신호가 로우 논리이면 턴온되어 출력단으로 하이 논리 신호를 출력하며, 수신되는 신호가 하이 논리이면 턴오프되어 출력단으로 로우 논리 신호를 출력한다. 즉, 상기 트랜지스터Q1은 상기 비교기OP1이 (2b)와 같은 신호를 출력하는 경우, (2c)와 같이 수신되는 정현파 신호의 제로 크로스되는 위치에 동기되는 신호를 출력한다.

이때 저항R1은 상기 비교기OP1의 출력을 궤환하기 위하여 연결되어 있으며, 저항R2는 상기 비교기OP1의 출력 전류 레벨을 감소시켜 트랜지스터Q1을 보호하기 위해 사용되고, 저항R3은 상기 트랜지스터Q1이 턴온되었을 때 출력 레벨을 유지하기 위한 저항이다.

그러나 상기와 같은 방법으로 수신되는 정현파 신호의 제로 크로싱에 대한 동기 신호를 발생하면, 상기 정현파 신호의 +기간 동안 계속하여 하이 논리 신호를 출력하게 되며, 이러한 경우 상기 동기신호가 +주기로 유지되는 동안 언제든지 릴레이가 온될 수 있게 된다. 이때 상기 릴레이가 온되면 상기 정현파 신호가 릴레이를 통해 출력되는데, 상기 정현파 신호가 고전압을 가지므로 상기 릴레이 측으로 무리한 부하를 가하게 된다. 즉, 상기 정현파 신호가 링신호인 경우, 피크치 전압은 80Vrms가 된다. 이때 상기 동기신호가 상기 정현파 신호의 피크치 전압 값에서 발생된 경우 상기 릴레이는 피크치 전압 값에서 턴온되게 된다. 그러면 상기 릴레이는 상기 수신되는 정현파의 고전압에 의해 스파크가 발생될 수 있어 릴레이 접점이 손상될 수 있으며, 이와같은 스파크에 의해 시스템이 오동작할 수 있는 동시에 소자들의 위상 지연 특성으로 수신되는 정현파 신호의 제로 크로싱 위치를 정확하게 검출하기가 어려운 문제점등이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 수신되는 정현파 신호의 제로 크로스 위치를 정확하게 동기시킬 수 있는 회로를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 고전압의 정현파 신호를 이용하여 특정신호를 서비스하는 시스템에서 수신되는 고전압 신호가 제로 크로스 되는 위치에서 소정 듀티를 갖는 동기신호를 발생할 수 있는 회로를 제공함에 있다.

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제3도는 본 고안에 따라 정현파 신호가 제로 크로스되는 위치에 동기되어 소정 주기를 갖는 동기신호를 발생하는 구성을 예시하고 있는 도면으로서,

비교기OP31, 가변저항VR31 및 저항R31로 구성되며, 수신되는 정현파 신호를 소정의 기준전압과 비교하는 비교부10과,

캐패시터C31 및 저항R32로 구성되며, 상기 비교부10으로부터 수신되는 비교신호를 미분하여 소정 주기를 갖는 펄스 신호로 발생하는 미분부20과,

트랜지스터Q31 및 저항R33으로 구성되며, 상기 미분부20으로부터 수신되는 펄스 신호에 의해 스위칭되어 상기 수신된 정현파 신호의 제로 크로스되는 위치에서 소정주기를 갖는 동기신호를 발생하는 스위치부30으로 구성된다.

제4도는 상기 제3도 각부의 구성도로서,

(4a)는 수신되는 정현파 신호의 파형도이며,

(4b)는 비교기OP31의 출력파형도이고,

(4c)는 미분부20의 출력파형도이며,

(4d)는 트랜지스터Q31의 출력파형도로서 최종 출력되는 동기신호가 된다.

제5도는 본 고안에 따른 또 다른 실시예의 구성도이다.

상술한 제3도 및 제5도의 구성에 의거 본 고안을 제4도의 동작 파형도를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 (4a)와 같은 고전압의 정현파 신호를 비교기OP31의 반전단자로 인가한다. 그리고 상기 비교기OP31의 비반전단자는 궤환저항R31 및 가변저항VR31에 의해 설정되는 기준 신호가 수신된다. 즉, 상기 가변저항VR31은 양의 전원+V와 음의 전원-V을 같이 수신하며, 조정에 의해 오프셋되어 상기 기준신호의 레벨을 조정할 수 있게 된다. 그러므로 상기 비교기OP31은 가변저항VR31에 의해 오프셋을 조정할 수 있게 되며, 이로인해 수신되는 정현파 신호를 이동시켜 제로 크로스되는 위치를 정확하게 맞출 수 있다. 상기 (4a)와 같은 정현파 신호를 수신하는 비교기OP31은 이를 기준 신호의 레벨과 비교하여 수신되는 정현파 신호의 논리와 반전된 상태로 (4b)와 같이 구형파로 출력한다. 따라서 상기 정현파 신호가 기준 신호보다 큰 레벨을 갖는 +주기에서는 논리 로우 신호로 출력되고, 상기 정현파 신호가 기준 신호보다 작은 -주기에서는 논리 하이 신호로 출력된다.

상기 비교기OP31의 구형파 출력은 미분부20으로 인가되어 (4c)와 소정 듀티를 갖는 펄스신호로 변환 출력된다. 상기 미분부20은 저항R32와 캐패시터C31로 구성되며, 상기 저항R32와 캐패시터C31의 시정수에 의해 펄스의 튜티가 결정된다. 그러므로 상기 미분부20을 출력하는 펄스 신호는 수신되는 정현파 신호가 제로 크로스되는 위치에서 소정의 듀티를 갖는 동기 신호가 되며, 상기 펄스 신호의 논리는 상기 비교기OP31의 출력 신호에 의해 제1논리를 갖는 제1펄스신호 및 제2논리를 갖는 제2펄스신호로 발생된다.

상기 제1펄스신호는 상기 정현파 신호가 -주기에서 +주기로 천이되는 시점에서 제로 크로싱될 시 발생되며, 제2펄스신호는 상기 정현파 신호가 +주기에서 -주기로 천이될 시 제로 크로싱이 발생되는 시점에서 발생된다.

따라서 상기 정현파 신호가 소정 논리를 갖는 경우에 동기 신호를 발생하는 것이 아니라 정현파 신호가 제로 크로싱되는 시점에서 소정 주기를 갖는 펄스신호로 발생된다.

상기 (4b)와 같은 펄스신호를 수신하는 트랜지스터Q31은 PNP형의 트랜지스터Q이므로, 수신되는 펄스 신호가 로우 논리를 갖는 제1펄스신호가 수신되는 경우에 턴온되어 (4d)와 같은 동기 신호를 발생하며, 상기 제2펄스 신호가 발생되는 시점에서는 턴오프되어 동기신호를 발생하지 않는다. 즉, 상기 트랜지스터Q31은 수신되는 동기신호의 논리 상태에 따라 스위칭되어 (4d)와 같은 동기 펄스 신호를 발생한다.

상기와 같이 발생되는 동기 신호를 릴레이의 온/오프 제어신호로 인가하면, 상기 동기신호가 제로 크로싱되는 시점에서 소정 주기동안만 발생되므로, 상기 릴레이로 인가되는 고전압의 정현파 신호는 피크치와 멀리 떨어진 낮은 레벨의 전압 상태에서 스위칭 동작이 발생되며, 이로인해 정현파 신호의 기능이 정확하게 수행되는 동시에 릴레이의 동작을 안정되게 할 수 있다.

제5도는 본 고안에 따른 또 다른 실시예의 구성으로, 비교기OP51의 반전단자로 정현파 신호를 인가하고 비반전단자로 가변저항VR51을 통해 가변할 수 있는 기준 신호를 인가한다. 그러면 가변저항VR52 및 캐패시터C52로 이루어지는 미분부는 상기 수신되는 정현파 신호와 동위상을 갖는 제1펄스 신호 및 제2펄스신호를 발생한다. 또한 NPN형의 트랜지스터Q51은 하이 논리를 갖는 펄스 신호에 의해 스위칭되어 동기 신호를 발생한다. 이때 상기 트랜지스터Q51의 스위칭에 의해 발광다이오드LD51 및 포토트랜지스터PQ51를 온/오프시키며, 이로인해 트랜지스터Q52가 스위칭되어 최종 동기 신호를 발생한다. 상기와 같이 동기 신호를 발생하는 구성은 옵토 커플러에 의해 잡음을 제거하며 정확한 동기 신호를 발생할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 고안은 고압의 정현파 신호를 이용하여 특정 기능을 수행하는 시스템에서, 상기 정현파 신호가 제로 크로싱되는 시점에서 소정 듀티를 갖는 동기신호를 출력할 수 있으며, 상기 동기신호를 릴레이의 동작 제어신호로 이용함으로서 상기 릴레이의 스트레스를 감소시킬 수 있는 동시에 시스템의 수명을 연잘시킬 수 있고, 상기 스파크 잡음에 의해 야기될 수 있는 불안정한 시스템의 동작을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 정현파 신호의 제로 크로스를 검출하는 회로에 있어서, 상기 정현파를 수신하며, 소정 기준신호와 상기 정현파 신호의 레벨을 비교하며, 비교 결과에 따른 논리 신호를 출력하는 비교수단과, 상기 비교결과 신호를 수신하며, 수신되는 비교신호를 미분하여 제로 크로스가 발생되는 시점에서 소정 주기를 갖는 펄스신호를 발생하는 미분수단과, 상기 펄스신호를 수신하며, 상기 펄스신호에 스위칭되어 상기 정현파신호의 제로 크로스에 동기된 펄스 신호를 발생하는 스위칭수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 제로 크로스 검출 회로.
2. 제1항에 있어서, 비교수단이, 상기 정현파를 수신하는 입력단자와, 양의 전원을 수신하는 제1전원단자와, 음의 전원을 수신하는 제2전원단자와, 상기 제1전원단자와 제2전원단자 사이에 연결되는 가변저항과, 상기 정현파 신호 입력단자에 비교입력단자가 연결되고, 상기 가변저항에 기준입력단자가 연결되며, 수신되는 두 신호의 레벨을 비교하여 출력하는 비교기와, 상기 비교기의 출력단과 가변저항의 조정단 사이에 연결되는 궤환저항으로 이루어짐을 특징으로 하는 제로 크로스 검출회로.