KR0182603B1 - 부하제공용 회로 장치 - Google Patents

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KR0182603B1
KR0182603B1 KR1019890017285A KR890017285A KR0182603B1 KR 0182603 B1 KR0182603 B1 KR 0182603B1 KR 1019890017285 A KR1019890017285 A KR 1019890017285A KR 890017285 A KR890017285 A KR 890017285A KR 0182603 B1 KR0182603 B1 KR 0182603B1
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래츠 후베르트
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에프. 제이. 스미트
엔. 브이. 필립스 글로아이람펜파브리켄
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Abstract

주 전원(1 내지 5)으로부터 에너지를 부하(10)에 공급하는 본 발명의 회로장치는 간단한 수단으로서 균일한 에너지를 부하(10)에 공급하고 상기 부하(10)로부터 상기 주전원(1 내지 5)으로 또는 그 역방향으로의 간섭을 효과적으로 억제한다. 상기 목적을 위하여, 본 발명의 회로 장치는 둘 이상의 에너지 저장 장치(7,9)를 구비하고, 이중 하나 이상의 장치는 상기 부하(10) 또는 상기 주전원(1 내지 5)에 교호적으로 접속될 수 있다.

Description

부하 제공용 회로 장치
제1도는 제1실시예의 블럭 다이어그램.
제2도는 제2실시예의 블럭 다이어그램.
제3도는 제3실시예의 블럭 다이어그램.
제4a도 내지 제4d도는 제3실시예 장치의 동작 다이어그램.
제5도는 제4실시예를 도시한 도면.
제6a도 내지 6c도 및 제7도는 제4실시예의 동작에 관한 다이어그램.
제8도는 제5실시예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6, 8 : 제1, 제2스위칭 장치 7, 9 : 제1, 제2에너지 저장 장치
10 : 부하 11 : 제어 회로
15 : 커패시터 16 : 다이오드
본 발명은 주 전원(a power supply mains)으로부터 에너지를 부하에 공급하는 회로 장치에 관한 것이다.
독일연방공화국 특허출원 제 P 37 22 337.2호에는, 에너지 저장 장치에 에너지를 공급할 목적으로 일정 시간 동안 에너지 저장 장치에 접속되는 교류 전압원으로부터 전력을 전송하는 회로 장치가 기술되어 있는데, 상기 회로 장치는 에너지 저장 장치로부터 에너지를 유도하기 위해 제어 회로에 의해 주기적으로 활성화되는 스위치를 구비하고 있다. 상기 회로 장치에서는, 제어 회로에 의해 교류 전압원이 에너지 저장 장치에 접속되지 않는 동안만 스위치가 도통되기 때문에, 이 장치에서 발생한 고 주파수의 교란이 억제된다(즉, 교류 전압원에 접근할 수 없다). 상기 회로 장치는 특히, 주 교류 전압으로부터 에너지를 인출하여 주기적인 활성 스위치의 스위칭 처리에 의해 간섭 전압 및 전류를 발생하는 스위치 모드 전원에 사용되며, 이러한 간섭 전압 및 전류는 주 교류 전압으로 유입되어서는 않된다. 교류 전압원과 에너지 저장 장치의 접속 및 분리는 정류단에 의해 양호하게 수행된다. 상기 정류단이 도통 상태로 되어 에너지 저장 장치를 재충전하는 동안은 스위치의 작동이 중단되므로, 도통 정류단을 통한 어떠한 간섭도 상기 스위치에 의해 교류 전압원, 즉, 주 전압원으로 유입될 수 없다.
그러나 스위치의 작동 중지로 인해 상기 스위치된 모드 전원에 의해 부하에 공급되는 에너지 공급이 중지되므로, 상기 부하에는 주기적으로 불균일하게 에너지가 공급된다.
본 발명의 목적은, 부하에 균일한 에너지를 공급하고, 부하로부터 주전원으로 또는 그 역 방향으로의 간섭을 확실히 억제할 수 있는 간단한 구조의 수단을 갖는 회로 장치를 제공하는데 있다.
서두에 기술된 타입의 회로 장치에서, 상기 목적은 적어도 두 개의 에너지 저장 장치를 구비하므로서 달성되며, 이중 적어도 하나의 에너지 저장 장치는 상기 부하 또는 상기 주전원에 교호적으로 접속된다.
본 발명은 간단한 회로 구성에 의해 간섭을 억제하고, 부하에 계속적으로 균일한 에너지를 공급할 수 있는 가능성을 제공한다. 기존의 정교한 고 주파수 필터는 상기 목적에 요구되지 않는다. 주전원과 부하로부터 발생하는 간섭이 본 발명에 따른 장치로서 억제될 수 있다. 이 장치는 간단한 방법으로 어떠한 주 전원 및 부하 구조에 대해서도 용이하게 적용시켜서 사용할 수 있다.
필요한 교번적인 접속을 행하는데 있어서, 에너지 저장 장치중 최소한 하나이상의 장치가 제1스위칭 장치와 제2스위칭 장치 사이에 직렬 회로 상태로 배열되는 것이 바람직하다.
에너지 저장 장치는 제1스위칭 장치를 통해서 주 전원으로부터 에너지를 공급받는 반면, 부하는 제2스위칭 장치를 통해 에너지를 공급받는다. 양호하게는, 최소한 2개 이상의 직렬 회로가 주전원과 부하 사이에 병렬로 배치된다. 결과적으로, 언제라도 상기 에너지 저장 장치들 중 한 장치는 부하에 접속되어 에너지를 공급하고, 하나 이상의 다른 에너지 저장 장치는 주전원에 접속되어 에너지를 공급받는다.
하나 이상의 에너지 저장 장치가 부하에 고정적으로 접속되어 있기 때문에 상기 부하는 매우 균일한 방식으로 에너지를 공급받는다. 직렬 회로로부터 에너지가 공급되는 것이 양호하다.
본 발명에 관해 서술된 모든 실시예에서는, 하나 이상의 차단 스위칭 장치가 항상 주전원과 부하 사이에 배치되어서, 스위칭 장치와 에너지 저장 장치를 거쳐서 주전원을 부하에 접속시키는 접속 리드를 통해 어떠한 간섭도 전달되지 않는 것이 공통적인 사항이다.
하나 이상의 에너지 저장 장치를 주전원 또는 부하에 교호적으로 접속시키기 위해, 하나 이상의 스위칭 장치를 제어하는 제어 회로가 양호하게 제공된다. 상기 제어 회로는 임의의 주전원, 예컨대 직류 또는 상이한 주파수 및 파형을 가지는 교류 전류를 가지는 회로 장치를 구동시키는 것을 가능하게 한다. 또한 주전원에서 부하에 공급되는 전력은, 상이한 요구, 예컨대 상이한 타입의 부하에 따라서 제어회로에 의해 제어된다.
그 밖의 실시예에 있어서, 에너지 저장 장치중 하나 이상의 장치를 주전원에 접속시키는 제1스위칭 장치중 하나 이상의 제1스위칭 장치가 주전원에서 공급된 교류 전압을 정류하도록 된다. 상기 목적을 위하여, 관련 제1스위칭 장치는 제어되지 않은 정류기 또는 제어 회로에 의해 제어된 정류기로서 형성될 수도 있다.
또한, 만일 제1스위칭 장치가 주전원의 교류 전압에 의해서 배타적으로 제어 가능하다면 아주 양호하다. 이렇게 되면, 교류 전압을 간단히 정류할 수 있고, 에너지 저장 장치를 통해 부하에 에너지를 간단히 전달할 수 있다.
만일 제2스위칭 장치중 하나 이상의 장치가 제1스위칭 장치 다음의 제어회로에 의해 제어되면 특히 양호하다. 이것에 의해 결정된 제어 체계는 모든 동작에 있어서, 특히 주전원의 요동(fluctuation) 전압에서 회로 장치의 신뢰성 있는 기능을 가능하게 한다.
또 다른 실시예에서는, 상기 제어 회로가 제어 브랜치를 통하여 관련된 제2스위칭 장치에 인가될 수 있는 제어 전압을 발생하도록, 제1스위칭 장치중 한 장치와 관련 에너지 저장 장치 사이에 배치되는 하나 이상의 전압 레벨 시프터를 구비한다. 이렇게 배치함으로서, 상기 목적을 위해 필요한 개별적으로 전류를 공급하는 개별적인 제어 논리 회로 없이, 관련 제1스위칭 장치상에 나타나는 동작 상태에 따라서 관련 제2스위칭 장치를 간단히 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이 실시예에 따른 제어 회로는 매우 컴팩트(compact)하면서도 저렴한 가격으로 상기 회로 장치의 다른 구성 요소와 결합될 수 있다. 또한 그 자체 에너지 소비도 적다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
제1도의 개략적인 블럭도는 (이상적인) 전압원(1)과, 상기 전압원(1)과 직렬 연결되어 상기 주 전원의 등가 전압원의 내부 저항을 구성하는 두 개의 주 임피던스(2,3)를 구비하는 주전원의 등가 회로도이다. 주 임피던스(2,3) 사이의 접합점은 접지되어 있다. 주전원의 주전압은 단자(4,5)에서 이용 가능하다.
제1도에 있어서, 주전원(1 내지 5)은 제1스위칭 장치(6)에 접속되고, 상기 제1스위칭 장치(6)는 제1에너지 저장 장치(7), 제2스위칭 장치(8), 제2에너지 저장 장치(9) 및 종단 부하(10)의 직렬 회로에 접속된다. 동작시에 제1 및 제2스위칭 장치(6,8)는 이들중 어느 한 장치는 차단되고 다른 한 장치만 도통되는 방식으로 도통 및 차단 상태로 교호적으로 변한다. 따라서 제1에너지 저장 장치(7)는 주 전원(1 내지 5)이나 제2에너지 저장 장치(9)(및 부하(10))에 교호적으로 접속된다. 그 결과 주 전원으로부터의 에너지는 교호적으로 에너지 저장장치(7)에 수용되고 이어서 제2에너지 저장 장치(9)를 거쳐 부하(10)에 전달된다. 제2에너지 저장 장치는 제2스위칭 장치(8)가 차단 상태에 있는 동안 부하(10)에 인가되는 에너지에 대한 버퍼 역할을 한다. 따라서 부하(10)에는 균일한 에너지가 공급될 수 있다.
한편 전술한 스위칭 장치(6,8)의 동작 방식에 의하면, 주전원(1 내지 5)과 부하(10) 사이에는 항상 분리(seperation), 즉, 적어도 하나의 차단된 스위칭 장치의 형태로 고 저항 임피던스가 존재한다. 그 결과 주전원(1 내지 5)에서 부하(10)로 또는 부하(10)에서 주전원(1 내지 5)으로의 간섭이 발생하지 않는다. 따라서 간섭에 민감한 부하(10)가 주전원(1 내지 5)에 존재하는 간섭 전압으로부터 효과적으로 보호되며, 역으로, 간섭을 일으키는 부하(10), 예를 들면, 스위치 모드 전원이 상기 부하(10)로부터 상기 주전원으로 간섭을 전달하지 않고 주전원(1 내지 5)에 의해 에너지를 공급받을 수 있다.
제2도에 도시된 제2실시예에서, 제1도와 동일한 구성 요소는 동일 도면부호로 기재되며, 2개의 직렬 회로로 구성된 병렬 회로가 주전원(1 내지 5)과 부하(10) 사이에 배열되고, 각 회로는 제1스위칭 장치(61,62), 제1에너지 저장장치(71,72) 및 제2스위칭 장치(81,82)를 각각 구비한다. 이들 직렬 회로(61,71,81) 및 (62,72,82)는 제1도의 제1스위칭 장치(6), 제1에너지 저장 장치(7), 제2스위칭 장치(8)의 직렬 회로와 동일한 방식으로 동작한다. 또한, 2개의 직렬 회로 내의 스위칭 장치(61,62,81,82)의 스위칭 상태의 시간에 대한 상호 관계는, 항상 제1에너지 저장 장치(71,72) 중의 한 개의 장치가 주전원(1 내지 5)에 접속되고, 이와 동시에 다른 한 개의 장치는 부하(10)에 접속되거나 또는 이와 반대인 관계에 있다. 제1에너지 저장 장치(71,72) 중 한 장치가 주전원(1 내지 5)으로부터 에너지를 공급받는 동안, 다른 저장 장치는 에너지를 부하(10)에 공급한다. 이 주기의 종료 시점에서, 스위치 장치(61,62,81,82)가 전환되어, 지금까지 에너지를 공급받던 제1에너지 저장 장치(71,72)는 부하(10)에 접속되어 에너지를 공급하고, 반면에, 에너지를 부하에 공급하던 다른 제1에너지 저장 장치(71,72)는 주전원(1 내지 5)에 접속되어 에너지를 공급받는다. 따라서 제1에너지 저장 장치(71,72)는 푸시 풀 작동 방식으로 주전원(1 내지 5)과 부하(10)에 교호적으로 접속된다. 그 결과, 두 개의 제1에너지 저장 장치(71,72)중 한 장치는 언제든지 부하(10)에 접속되므로 하나의 제1에너지 장치에 의한 것보다도 더 균일한 방법으로 에너지를 공급받는다. 특히, 이러한 장치를 이용하면, 제1도에 도시된 장치에서 공급할 수 있는 에너지의 두 배를 주전원(1 내지 5)에서 부하(10)로 전달할 수 있다. 그러나, 특히 에너지 저장 장치에 대한 구성 요소의 수는, 공급받는 에너지 양과 동일하게 증가하지는 않기 때문에, 전력 공급량의 증가에 비해서 스페이스 절감 효과를 얻을 수 있다.
도시된 병렬 회로는, 이와 유사한 구성을 갖는 다른 직렬 회로를 추가적으로 병렬연결하여 확대될 수도 있다.
부하(10)를 제1에너지 저장 장치(71 및 72)중의 한 장치에서 다른 하나의 장치로 전환시킬때 원활한 전환 동작을 행하기 위해서는, 제2에너지 저장 장치(9)가 제2스위칭 장치(81,82)와 부하(10)사이에 제2도에서 파선으로 도시된 바와 같이 배치될 수도 있다. 그러나, 상기 에너지 저장 장치에 의해 브리지되는 시간 간격이 제1도에 도시된 장치에서보다 짧기 때문에, 제2도의 제2에너지 저장 장치(9)의 크기는 자연히 소형화되어 단순하고 컴팩트하며 비용이 절감된 구성을 가질 수 있다.
제3도는 제3실시예로서, 제1도에 도시된 블럭도에 따른 회로 장치를 더 상세히 도시한 것이다. 대응하는 동일 구성 요소는 동일한 참조 번호를 사용한다.
제3도에서 제1스위칭 장치(6)는 브릿지 정류기로 구성된다. 따라서 제1스위칭 장치(6)는 주전원(1 내지 5)의 전압원(1)에서 공급된 교류 전압을 정류하는데 적합하다. 제1에너지 저장 장치(7)-이 경우는 캐패시터-는 제1스위칭 장치(6)의 d.c 단자에서 발생한 직류 전압에 의해서 에너지를 공급받는다. 제2스위칭 장치(8)는 제1에너지 저장 장치(7)와 제2에너지 저장 장치(9, 캐패시터) 사이에 직렬 접속된 트랜지스터로 구성된다. 제2스위칭 장치(8)는 제어 회로(11)에 의해 제어된다.
또한, 제3도는 스위치 모드 전원인 부하(10)의 구성을 도시하고 있다. 이 부하는 소비 장치(13)와 인덕턴스(14)의 직렬 회로를 제2에너지 저장 장치(9)에 주기적으로 접속시키는 스위칭 트랜지스터(12)를 구비한다. 평활 캐패시터(15)는 소비 장치(13)와 병렬로 배치되고, 프리휠(freewheel) 다이오드(16)는 인덕턴스(14)와 소비 장치(13)의 직렬 회로와 병렬로 배치된다. 부하(10)로서 동작하는 스위치 모드 전원은 종래의 공지된 방식으로 동작하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
제2스위칭 장치(8)가 도통될 때, 접속 리드를 통하여 제1스위치 장치(6)에도 도달하는 간섭 펄스가 스위칭 트랜지스터(12)의 스위칭 동작에 의해 부하(10)에 발생되며, 이 간섭 펄스는 스위칭 장치(6)가 도통되어 있다면, 접속 단자(4,5)를 통하여 주 전원에도 유입된다. 따라서, 제2스위칭 장치(8)는 제1스위칭 장치(6)가 차단 상태가 되었을 때 그 시간 간격 동안만 도통되도록 제어 회로(11)에 의해 제어된다.
제4a도 내지 제4c도는 제3도에 따른 회로 장치에서의 처리 시간에 대한 변화를 도시하고 있다. 제4a도에서 전압 U는 제3도 장치의 상이한 지점에서의 시간 변화에 대한 것이다. 기준 전압 UG는 주전원(1 내지 5)의 정류된 교류전압의 양의 반파를 표시한다. 이들 양의 반파 각각은 시점 t1과 t2의 시간 간격에서 제1에너지 저장 장치(7)를 재충전시킨다. 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압(U7)은 UG의 변화를 뒤따른다. 제1스위칭 장치(6), 즉, 브릿지 정류기는 t1에서 t2시간 동안 도통된다. 이것은 제4c도에 개략적으로 도시되는데, 여기서 0은 제1스위칭 장치(6)의 차단 상태를 나타내고, 1은 제1스위칭 장치(6)의 도통 상태를 나타낸다. 주전원(1 내지 5)에서 제1에너지 저장 장치(7)로 흐르는 재충전 전류 IL는 제4d도에 표시된다.
만일 UG 전압이 t2 시점 이후 다시 감소될 경우, 제1스위칭 장치(6)는 차단되고, 제1에너지 저장 장치(7)의 U7 전압은, 제2스위칭 장치(8)가 여전히 차단 상태에 있기 때문에 초기값으로 일정하게 유지된다. 이것은 제4c도에 대응하는 방식으로 제4b도에 도시된다. 제어 회로(11)는 제2스위칭 장치(8)를 t3 시점까지 차단 상태로 유지한다. 이때 제1에너지 저장 장치(7)는 주전원(1 내지 5) 및 제2에너지 저장 장치(9)와 부하(10)로부터 분리되며, 누설 전류를 제외하면 U7 전압은 변화되지 않는다.
제4b도에 도시된 바와 같이, 제2스위칭 장치(8)는 t1 시점에서 제어 회로(11)에 의해 도통 상태에서 차단 상태로 변하고, 따라서 제1에너지 저장 장치는 제2에너지 저장 장치(9)로부터 분리된다. 시점 t1과 t3 사이의 시간 간격에서, 부하(10)는 제2에너지 저장 장치(9)에 의해서만 전압을 공급받기 때문에, 상기 저장 장치의 U9 전압은 t1시점(제4a도)으로부터 일정하게 감소된다.
t3 시점에서, 제2스위칭 장치(8)가 다시 도통 상태로 되면, 제1에너지 저장 장치(7)는 완전히 충전되어 있는 반면, 제2에너지 저장 장치(9)는 이때에 최저의 방전 상태에 도달해 있다. 제2스위칭 장치(8)를 전환함으로서 제1 및 제2에너지 저장 장치의 평형을 이루는 과정이 시작되는데, 제1에너지 저장 장치(7)로부터 제2에너지 저장 장치(9)로 에너지가 흘러, 제1에너지 저장 장치의 U7 전압은 감소하고, 동시에 제2에너지 저장 장치(9)의 U9 전압은 증가한다. 이러한 평형을 이루는 과정이 진행된 후에, 두 전압은 제2스위칭 장치(8)에서의 전압 손실(도시되지 않음)을 무시하면 동일하게 된다. t3 시점은 상기 평형 과정 동안 전압 U7이, 정류 전압 UG의 순시값보다 작지 않도록 선택되는데, 그렇게 되지 않으면 제1스위칭 장치(6)가 t3 시점에서 다시 도통 상태로 되기 때문이다.
U7, U9 전압이 이들 전압이 주전원(1 내지 5)의 다음 반파의 증가 전압 UG와 동일하게 되는 시점 t4까지 동일한 정도로 감소하는 동안, 부하(10)는 제1, 제2에너지 저장 장치(7,9)의 병렬 회로로부터 에너지를 공급받는다. 상기 시점 t4에서, 제1스위칭 장치(6)는 다시 도통 상태로 되며, 제2스위칭 장치(8)는 제어 회로(11)에 의해서 차단 상태로 된다. 이러한 변화는 제4b 및 4c도에 도시되어 있다. 이 때 부하(10)에는 제2에너지 저장 장치(9)에 의해서만 에너지가 공급되고, 재충전 전류 IL가 제1스위칭 장치(6)를 통해 다시 흐르며, 상기 과정은 t1 시점부터 다시 반복된다.
제어 회로(11)는 다른 구성을 가질 수도 있다. 한 실시예에서는 주전원(1 내지 5)의 정류된 전압 UG에 비례하는 전압이 다이오드를 통해 주전원(1 내지 5)에 의해 제공된 전압 분배기에 의해 유도되며, 상기 전압은 비교기를 통해 기준 전압과 비교된다. 상기 비교기는 정류된 전압 UG의 각각의 양의 반파의 소정의 고정 시점에 관련되는 신호를 공급한다. 상기 제2스위칭 장치(8)를 제어하기 위한 시점에 대해 시프트되는 시점은 대응하는 크기의 단안정 플립플롭에 의하여 발생될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 저저항 측정 저항기가 제1에너지 저장 장치(7)의 도선에 배치되며, 상기 저항기에 의해 재충전 전류 IL및 특히 그것의 뾰족한 입상부(steeply rising edge)가 시점 t1 이후 정확하게 측정된다. 그러면 제2스위칭 장치(8)가 다음 시점 t3를 결정하는 단안정 플립플롭을 통해 스위치될 수 있다.
상술된 예의 변형예로서 제어 회로(11)에서의 시점 t3이 에너지 저장 장치(7,9)에서 측정된 전압(U7,U9)과 상기 기술된 방법에 따라 측정되는 정류 전압 UG를 비교함으로써 결정될 수 있다. U7 및 U9의 합이 에너지 저장 장치(7,9)의 비율에 의존하는 정류 전압 UG의 순시값의 소정 배수를 초과할 때 시점 t3에 도달하게 된다. 이 변형예는 이 회로가 부하(10)에 흐르는 전류 및 주전원(1 내지 5) 전압의 요동(fluctuation)을 자동으로 보상하는 이점을 가진다.
종래의 장치와 마찬가지로, 본 발명에 따른 회로 장치에서 부하(10)에 에너지를 공급하는 제2에너지 저장 장치(9)에서의 전압 U9은 톱니형 리플(ripple)을 가진다. 그러나 소정의 허용 가능한 최대 리플의 경우, 결합된 제1 및 제2에너지 저장 장치(7,9)는 동일 리플에 대해 종래 회로 장치에서 요구되는 에너지 저장 장치보다 크지 않으며, 비교적 큰 공간을 요구하는 이들 구성 요소에 대하여 본 발명에 따른 회로 장치에서는 구성 요소의 수가 증가되지 않는다.
제3도에서 브릿지 정류기로 도시된 제1스위칭 장치(6)와 바이폴라 트랜지스터로 도시된 제2스위칭 장치(8) 및 커패시터로 도시된 에너지 저장 장치의 실시예 외에 다른 실시예도 또한 가능하다. 입력 및 출력 사이의 전압차에 의해서만 동작하는 비제어형 스위치 대신에, 예를 들면 브릿지 정류기에서 다이오드 대신에, 제1스위칭 장치로서 제어형 스위치를 사용하는 것이 가능하다. 양호하게는 트랜지스터가 제어형 스위치로 사용된다. 그 결과, 상기 스위칭 장치는 주전원을 통해 전송된 교류 전압에 의해 결정되는 주파수와 상이한 스위칭 주파수에서도 사용될 수 있다. 특히 스위칭 장치들의 다수의 스위칭 싸이클이 정류 전압 UG의 각 반파 동안 수행될 수 있다.
커패시터 형태인 에너지 저장 장치 대신에 축전지를 선택적으로 사용하는 것도 가능하다. 또한, 적절히 설계된 실시예에서는 인덕턴스가 에너지 저장 장치로 사용될 수도 있다.
또한, 전원 장치에서의 전압을 부하에 제공하는데 필요한 전압으로 적용하기 위한 제1스위칭 장치는 예를 들면, 스위칭형 또는 비-스위칭형 반파 또는 전파 정류기 형태로 주 변압기에 결합될 수도 있다. 제2스위칭 장치에 대하여, 제3도에 도시된 실시예에서와 같은 한 단자 대신에 두 단자가 사용될 수 있다.
스위칭 주파수의 선택에 있어서, 특히 제1스위칭 장치에 있어서, 이들 사이에서 수행되는 스위칭 처리가 간섭 신호를 초래하지 않도록 해야 한다.
본 발명에 따른 회로 장치에 의해 달성되는 간섭 억제(interference suppression)의 장점은, 간섭이 없는 동작뿐만 아니라 특히, 스위치 모드 전원으로서 형성된 부하(10)에서, 요구된 스위칭 트랜지스터의 전압 요동(fluctuation)에 대하여 필요한 허용 범위의 크기를 본 발명에 따른 간섭 억제가 없는 경우에 필요로 하는 것보다 더 작은 정도로 할 수 있는 가능성을 가진다는 것이다. 스위칭 트랜지스터가 간섭 억제없이 주전원의 전압에 종속되는 스위치 모드 전원에서, 전압 요동에 대한 허용 범위는 간섭에 대하여 종종 무시하지 못할 안전 마진(safety margin), 특히, 소위 과도전류(mains transient)를 고려해서 결정된다. 상기 안전마진은 수 100V 정도이다. 이것은 더 엄격한 요구 사항들이 상기 스위칭 트랜지스터에 부과되어야 한다는 것을 의미한다. 그러나, 이러한 요구 사항들은 본 발명의 회로 장치를 사용하면 불필요하게 될 수 있으며, 따라서 더 낮은 차단 전압을 가지는 단순하고 값싼 소자들이 사용될 수 있다. 상기 스위치 전원의 구성 요소를 반도체상에 집적시키면, 상기 소자의 구조 및 제조 방법에 따라서 단순화 및 비용 절감을 얻을 수 있다.
제5도는 제어 회로(11)에 대하여 아주 단순하고 신뢰할 수 있는 디자인을 가지는 또는 다른 실시예를 도시한 것이다. 이미 기술한 구성 요소는 동일 참조번호를 가진다. 기본적인 구성에 있어서 상기 장치는 제3도의 실시예에 대응한다. 제어 회로(11)는 제1스위칭 장치(6)의 D.C 단자를 분로시키는 분로 저항기(18)와, 제1에너지 저장 장치(7)와 제1스위칭 장치(6) 사이의 접속 도선에 직렬 다이오드(17)를 구비하는 전압 레벨 시프터(potential shift stage)를 구비한다. 스위칭 장치(6)의 D.C 단자중 한 단자와, 직렬 다이오드(17) 및 분로 저항(18) 사이에서의 접합점(19)에서, 전압 레벨 시프터(17,18)는 바이폴라 PNP 트랜지스터인 제2스위칭 장치(8)의 제어 단자에 제어 브랜치를 형성하는 저항기(20)를 통해 인가되는 제어 전압을 제공한다.
제5도에 따른 회로 장치의 동작은 제6도, 제7도에 도시되며 본질적으로 제4a도에 대응하는 제6a도는 제5도에 따른 회로 장치에서의 여러 전압 파형을 도시한다. 참조번호 UN은 주전원(1 내지 5)의 교류 전압을 정류함으로써 제1스위칭 장치(6)에 의해 형성되고 제1스위칭 장치(6)의 D.C 단자에서 이용 가능하도록 만들어진 맥동 D.C 전압을 표시한다. 그러므로, 전압 파형 UN은 비 이상 정류 요소(non-ideal rectifier element)를 가지는 제1스위칭 장치(6)의 구성에 기인하는 전압 시프트를 이미 고려하고 있다. 참조번호 U7는 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압을 표시하며, U9는 제2에너지 저장 장치(9)에서의 전압을 표시한다. 제7도는 제1 및 제2스위칭 장치(6,8)의 스위칭 처리가 수행되는 맥동 dc 전압 UN의 반파 피크 범위에서 좀더 상세하게 전압 파형을 도시한다. 가로 좌표의 참조부호 t는 시간을 표시한다.
회로 장치의 동작 상태에서, 맥동 dc 전압 UN은 시점 t10 이전의 시간 간격에서 제1에너지 저장 장치(7)의 전압 U7 보다 작다. 따라서, 직렬 다이오드(17)는 차단된다. 접합점(19)에 존재하는 맥동 dc 전압 UN은, 저항기(20)를 통해 제2스위칭 장치(8)의 제어 단자에 제어 전압으로서 인가된다. 맥동 dc 전압 UN과 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7 사이의 차가, 제2스위칭 장치(8)의 베이스-에미터 다이오드의 순방향 전압을 초과하는 한, 제2스위칭 장치(8)는 도통 상태가 되며, 제1 및 제2에너지 저장 장치(7,9)는 상호 접속되어 동일 전압이 상기 저장 장치에 존재한다. 이 시간 간격에서, 제2에너지 저장 장치(9)에서의 전압 U9의 변화는 전압 U7의 변화와 동일하다.
시점 t10를 지날 때, 전압 UN과 전압 U7의 차가 제2스위칭 장치(8)의 베이스-에미터 다이오드의 순방향 전압 UBE 보다 작아지면, 상기 다이오드는 차가 감소함에 따라 점점 차단 상태로 전환된다. 또한 직렬 다이오드(17)도 차단 상태이다. 결과적으로 제1 및 제2에너지 저장 장치(7,9)사이의 접속이 점진적으로 파괴되어, 부하(10)에는 제2에너지 저장 장치(9)에 의해서만 에너지가 공급된다. 그러므로, 제2에너지 저장 장치(9)에서의 전압 U9은 시점 t10 이전의 시간 간격에서보다 빠른 비율로 감소하는 반면에 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7은 천천히 감소한다.
시점 t11에서, 맥동 dc 전압 UN의 값은 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7의 값과 동일하다. 상기 시점에서, 직렬 다이오드(17) 양단에 존재하는 전압과 제2스위칭 장치(8)의 베이스-에미터 양단에 존재하는 전압은 나타나지 않는다. 직렬 다이오드(17)는 시점 t11에서 완전히 차단되는 반면에 제2스위칭 장치(8)는 이제 막 차단된 상태에 도달한다.
맥동 dc 전압 UN이 증가하면, 제2스위칭 장치(8)는 차단 상태로 유지되고 반면에 직렬 다이오드(17)는 점진적으로 도통 상태로 변환된다. 이것은, 시점 t12에서 맥동 dc 전압 UN의 값이 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7 보다 직렬 다이오드(17)의 순방향 다이오드 전압 UD 만큼 더 클 때 달성된다. 제1에너지 저장 장치(7)는 직렬 다이오드(17)와 동시에 도통 상태로 변화하는 제1스위칭 장치(6)를 통해 맥동 dc 전압 UN으로 충전되며, 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7은 다이오드 순방향 전압 UD 만큼의 차를 유지하면서 맥동 dc 전압 UN을 따른다.
한편, 부하(10)에는 제2에너지 저장 장치(9)에 의해서만 에너지가 제공되며, 따라서 상기 저장 장치(9)에서 전압 U9은 감소된다. 시점 t12로부터 직렬 다이오드(17)는 포화 상태가 된다.
시점 t13에서, 접합점(19)에서의 맥동 dc 전압 UN은 최고값에 도달하며 그 다음부터 감소한다. 결과적으로 맥동 dc 전압 UN과 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7의 차가 시점 t13 이후부터 다시 작게 되어, 직렬 다이오드(17)는 포화 상태에서 차단 상태로 다시 전환된다. 그러나 직렬 다이오드(17)가 도통 상태를 유지하는 한, 제1에너지 저장 장치(7)에는 적은 양이지만 에너지가 계속 충전되고, 전압 U7은 시점 t14에서 맥동 dc 전압 UN이 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7과 같아져서 직렬 다이오드(17)가 완전히 차단될 때까지 증가한다. 맥동 dc 전압 UN의 반파에서 제1에너지 저장 장치(7)의 충전 과정이 종료되면 제1스위칭 장치(6)는 차단 상태로 전환된다.
시점 t14까지, 제2에너지 저장 장치(9)에서의 전압 U9은 꾸준히 감소한다. 왜냐하면 제2스위칭 장치(8)가 계속 차단되어 있기 때문이다.
맥동 dc 전압 UN은 시점 t14 이후 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7보다 작기 때문에, 시점 t14 이후 직렬 다이오드(17)는 차단 상태를 유지하는 반면에, 제2스위칭 장치(8)는 저항기(20)를 통해 제어 전압을 얻어 도통 상태로 된다. 그 결과, 제1에너지 저장 장치(7)로부터 제2에너지 저장 장치(9)까지 에너지를 공급하는 접속이 이루어진다. 제1에너지 저장 장치(7)가 완전히 충전되어 있고 제2에너지 저장 장치(9)가 거의 최하의 값으로 방전되어 있으므로, 에너지는 제1에너지 저장 장치(7)로부터 제2에너지 저장 장치(9)로 흐르며, 그 결과 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7은 감소하는 반면에, 제2에너지 저장 장치(9)에서의 전압 U9은 증가하기 시작한다. 시점 t15에서, 맥동 dc 전압 UN과 제1에너지 저장 장치(7)에서의 전압 U7의 차는, 제2스위칭 장치(8)가 상기 장치를 구성하는 바이폴라 트랜지스터의 도통 활성 상태로 완전히 변화하는 값에 도달한다. 상기 시점으로부터, 전압 U7의 변화는 접합점(19) 및 저항기(20)를 통해 제2스위칭 장치(8)를 제어하는 맥동 dc 전압 UN의 변화를 따른다. 전술한 바와 같이, 제1에너지 저장 장치(7)의 제어된 방전과 동시에, 제2에너지 저장 장치(9)는 상기 저장 장치(7)에 의해 공급된 에너지로 충전된다. 에너지 저장 장치(7,9)의 역충전(reversal of the charge)은 맥동 dc 전압 UN의 입하부(falling edge) 증가에 의해 결정된다. 더욱 천천히 역충전되면 즉, 전압 U7이 천천히 감소하면, 제2스위칭 장치(8)가 포화 상태로 되어 그 결과, 역충전이 가속된다. 역으로, 너무 빠른 방전의 경우, 맥동 dc 전압 UN과 전압 U7 사이의 차가 너무 작게 되어, 제2스위칭 장치(8)는 즉시 차단 상태로 된다. 그 결과 역충전이 느리게 진행된다.
시점 t16에서, 에너지 저장 장치(7,9)의 전압 U7, U9이 평형을 이루고, 역충전 처리가 종료된다. 맥동 dc 전압 UN이 더 감소되면, 제1에너지 저장 장치(7)의 전압 U7은 UN에 대하여 제2스위칭 장치(8)의 베이스-에미터 통로의 순방향 전압 UBE 만큼의 차를 더이상 유지하지 않는다. 또한, 전압 U7, U9의 공통적인 감소는 부하(10)에 흐르는 에너지에 의해서만 결정된다. 맥동 dc 전압 UN이 감소함에 따라서 전압 U7과의 차이가 크게 되어, 제2스위칭 장치(8)는 포화 상태로 되고 따라서 저항기(20)를 통해 도통 상태가 유지된다. 시점 t10으로부터의 주기에 대하여 전술한 과정이 반복되는 맥동 dc 전압 UN의 다음 반파 때까지 상기 상태는 변화하지 않는다.
또한 전술한 전압 변화 및 값에 의해, 직렬 다이오드(17)는 차단 상태를 계속 유지하고, 따라서 제1스위칭 장치(6)는 차단 상태로 남아 있게 된다.
제6b, 6c도의 다이어그램은 시간 t에 따른 제1 및 제2스위칭 장치(6,8)의 상태를 제4b, 4c도에 대응하는 방식으로 간단하게 도시한 것이다. 시점 t11 이전에는, 제1스위칭 장치(6)가 제6c도에 따른 다이어그램에서 0으로 표시되는 차단 상태에 있으며, 반면에 제2스위칭 장치(8)는 1로 표시되는 도통-포화-상태에 있다. 시점 t11에서 이들 상태는 변화되며, 상기 시점 직전에, 제2스위칭 장치(8)는 제6b도의 다이어그램의 0상태로 전환함에 따라 차단 상태로 전환되며, 이러한 전환은 제6b도에서 단순한 형태인 수직 에지부로 도시된다. 시점 t11 이후에, 제1스위칭 장치(6)는 도통 상태가 된다. 시점 t14에서, 제1스위칭 장치(6)가 차단 상태로 다시 전환되는 반면에, 제2스위칭 장치(8)는 상기 장치를 구성하는 바이폴라 트랜지스터의 활성 상태 a로 전환되어, 시점 t16까지 상기 상태를 유지한다. 활성 상태 a는 제6b도에서 도통 중간 상태로 도시된다. 시점 t16에서 제2스위칭 장치(8)는 도통-포화 상태 1로 되는 반면에, 제1스위칭 장치(6)는 차단 상태 0을 유지한다. 상기 과정은 맥동 dc 전압 UN의 다음 반파에서 동일한 방법으로 반복된다.
이상의 설명으로부터 제5도의 장치에서는, 스위칭 장치(6,8)가 도통 또는 차단 상태를 가지는 시간 간격이 항상 서로 분리되어 있음을 알 수 있다. 즉, 제2스위칭 장치(8)를 위한 제어 전압이 특별히 발생하기 때문에 상기 시간 간격은 오버랩될 수 없다. 따라서, 주전원(1 내지 5)과 부하(10) 사이에는 고저항 분리가 항상 보장된다.
저항기(20)를 통해 가능한 적은 간섭이 전달되도록, 상기 저항기는 가능한 큰 크기를 가진다. 따라서, 제1에너지 저장 장치(7)로부터 제2에너지 저장 장치(9)까지 에너지를 전달하기 위한 소정 전류의 경우에 저항기(20)를 통하는 제어 전류가 가능한 적게 선택되도록, 제2스위칭 장치(8)를 구성하는 트랜지스터에서 가능한 높은 전류 증폭을 하는 것이 바람직하다.
제8도는 제5도에 따른 실시예의 변형예를 도시하며, 여기서, 제2스위칭 장치(8)는 전류 증폭을 증가시키기 위하여 PNP 트랜지스터 및 NPN 트랜지스터의 결합 형태로 되어 있다. 이러한 형태의 제2스위칭 장치(8)를 제어할 때 전압 사이의 비율을 얻기 위하여, 두 직렬 다이오드(171,172)의 직렬 회로로 상기 직렬 다이오드(17)를 대체한다. 또한, 방전 다이오드(21)는 제어 브랜치에서 저항(20)과 병렬로 배치되며, 상기 다이오드는 제2스위칭 장치(8)의 PNP 트랜지스터의 베이스 영역에서 빠른 방전을 보장한다.
제5도 및 8도에 따른 회로 장치는 매우 단순한 구성을 가지며, 특히, 상기 장치에서 제어 회로(11)는 어떠한 개별적인 논리 회로도 필요로 하지 않으며, 상기 회로에 필요한 개별적인 에너지 공급 장치도 필요로 하지 않는다. 이러한 회로 장치에서 달성되는 간섭 억제는 매우 양호하다. 왜냐하면 부하(10)에 의해 얻어지는 에너지 요동과 주전원(1 내지 5)의 전압 요동이 자동적으로 보상되기 때문이다. 간섭 억제 동작은 주전원에서 전압이 시간에 대하여 변하는 경우에도 보장되며, 따라서 맥동 dc 전압 UN이 시간에 대하여 변화하는 경우에도 보장된다. 요구되는 구성 요소의 수가 작기 때문에 상기 회로 장치는 간단한 방법으로 구성될 수 있고, 적은 비용으로 큰 에너지를 전달할 수 있으며 특히 반도체 본체(body)에 집적될 수 있다.

Claims (8)

  1. 주전원(power supply mains)(1 내지 5)으로부터 에너지를 부하(10)에 공급하는 회로 장치에 있어서, 둘 이상의 에너지 저장 장치(7,9)를 구비하고, 상기 에너지 저장 장치(7,9)중 하나 이상의 장치가 상기 부하(10) 또는 상기 주전원(1 내지 5)중 어느 하나에 교호적으로 접속되며, 하나 이상의 에너지 저장 장치가 상기 부하에 고정적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치중 하나 이상의 에너지 저장 장치(7)가 제1 및 제2스위칭 장치(6,8) 사이의 직렬 회로에 배열되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  3. 제2항에 있어서, 둘 이상의 직렬 회로(61,71,81 및 62,72,82)가 상기 주전원(1 내지 5)과 상기 부하(10) 사이에 병렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  4. 제2항 또는 3항에 있어서, 에너지 저장 장치중 하나 이상의 에너지 저장 장치(7)를 상기 주전원(1 내지 5) 또는 상기 부하(10)에 교호적으로 접속하기 위해 스위칭 장치중 하나 이상의 스위칭 장치(8)를 제어하는 제어 회로(11)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  5. 제2항 또는 3항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치(7,71,72) 중 하나 이상의 장치를 주전원(1 내지 5)에 접속시키는 제1스위칭 장치(6,61,62) 중 하나 이상의 장치가, 주전원(1 내지 5)에 의해 공급된 교류 전압을 정류하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  6. 제5항에 있어서, 제1스위칭 장치(6,61,62)는 주전원(1 내지 5)으로부터 공급되는 교류 전압에 의해 배타적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  7. 제6항에 있어서, 제2스위칭 장치(8,81,82) 중 하나 이상의 장치는 제1스위칭 장치(6,61,62) 다음에 배열된 제어 회로(11)에 의해 제어 가능한 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어 회로(11)는 제어 브랜치(20)를 통하여 관련된 제2스위칭 장치(8)에 인가될 수 있는 제어 전압을 발생하도록, 제1스위칭 장치중 한 장치(6)와 관련된 에너지 저장 장치(7) 사이에 배열되는 하나 이상의 전압 레벨 시프터(17,18)를 가지는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
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