KR100239674B1 - 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화회로에 관한 것으로, 교류전원을 사용하는 전기·전자제품의 유도성부하에 초기돌입전류가 흐르는 동안 정전압소자를 이용하여 회로를 구성하여 돌입 전류 발생시간동안 유도성 부하에 인가되는 전압을 강제로 강하시키고, 컨덴서와 저항으로 그 시간을 제어하여 그 후로는 정상전압으로 동작하도록 부하에 인가되는 전압을 일정시간만 제어하므로써 전기·전자장치가 동작할 때, 솔레노이드(Solenoid), 계전기(Relay), 모터(Motor), 변압기(Transformer)등의 코일로 이루어진 유도성 부하(Inductive Load)의 온(on)/ 오프(Off) 반복 스위칭(Switching)시, 온(On)시에 발생하는 순간돌입전류(In Rush Current) 및 오프(Off)시에 발생하는 펄스폭에 비하여 매우짧은 펄스모양의 왜곡인 스파이크(Spike) 파형의 높은 전압에 의한 다른 전기 사용기기에 장해를 주는 현상을 방지할 수 있게 한 것이다.

Description

교류전원을 사용하는 유도성 부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로
본 발명은 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화회로에 관한 것으로, 교류전원을 사용하는 전기·전자제품의 유도성부하에 초기돌입전류가 흐르는 동안 정전압소자를 이용하여 회로를 구성하여 돌입전류 발생시간동안 유도성 부하에 인가되는 전압을 강제로 강하시키고, 컨덴서와 저항으로 그 시간을 제어하여 그 후로는 정상전압으로 동작하도록 부하에 인가되는 전압을 일정시간만 제어하므로써 전도노이즈 및 순간돌입전류를 억제하여 타전기·전자제품의 오동작 유발 및 과전류차단기 오픈(Open)으로 인한 정전 등의 전기적 장해를 방지할 수 있게 한 교류전원을 사용하는 유도성 부하를 갖는 제품의 전원안정화회로에 관한 것이다.
부하(Load)란 전기적 또는 기계적 에너지를 발생 또는 변환하는 모든 장치에 대하여 그곳으로부터 나오는 에너지(출력)를 소비하는 장치를 총칭하는 말로 그 전기적 성질에 따라 유도성 부하, 용량성 부하, 저항성 부하 등으로 분류된다.
그 중에서 유도성 부하(Inductive Load)는 유도리액턴스가 용량리액턴스보다 큰 부하로 일명 리액턴스 부하라고 한다.
유도성 부하류들은 짧은 시간에 전압이나 전류의 변화(dv/dt, di/dt)가 급격하기 때문에, 이로 인한 장해전파가 상용전원의 전선 라인(Line)을 통하여 다른 전기 사용기기에 장해를 주는 현상을 발생시킨다.
즉, 전기·전자장치가 동작할 때, 솔레노이드(Solenoid), 계전기(Relay), 모터(Motor), 변압기(Transformer)등의 코일로 이루어진 유도성 부하(Inductive Load)의 온(on)/ 오프(Off) 반복 스위칭(Switching)시, 온(On)시에는 순간돌입전류(In Rush Current)가 발생되고, 오프(Off)시에는 펄스폭에 비하여 매우 짧은 펄스모양의 왜곡인 스파이크(Spike) 파형의 높은 전압(역기전압)이 발생하여 이것들이 상용전원의 전선 라인(Line)을 통하여 다른 전기 사용기기에 장해를 주는 현상을 발생시키게 되는 것이다.
이 장해로는 전도노이즈(Conducted Emission)에 의해 타제품의 오동작을 유발하는 EMI(Electro-magnetic Interference) 장해와 순간돌입전류(In Rush Current)로 인한 가정내의 과전류차단기(House Braker)가 오픈(Open)되어 발생하는 정전 등의 장해가 있다.
상기한 정전의 이유는 산업용이나 대형에어컨 등의 대형모터를 사용하는 경우에는 순간돌입전류로 부터의 피해를 줄이기 위해 응답지연형(시간지연형) 과전류 차단기를 사용하고 있으나, 유럽 등에서 사용하는 가정용 과전류 차단기는 누전 등으로 인한 화재 등을 방지하기 위해 응답지연없는 과전류 차단기를 사용하기 때문에 순간돌입전류 발생시 곧바로 정전되게 된다.
도1은 상기한 유도성 부하 회로의 일예를, 도2는 도1 회로의 스위칭시의 전압·전류파형을 도시한 것으로, 회로 구성은 스위치 S 와 저항 R, 코일 L을 직렬로 전원 VS에 연결하여 구성한 것으로, 스위치를 온(On) 할 때는 순간적으로 평균전류 is보다 수십~수백배 큰 순간돌입전류 iR가 흐르고, 스위치를 오프(Off) 할 때는 입력전압 VS의 수십~수백배의 전압 VL이 발생하는 것을 나타내고 있다.
이 때, VL은 전기적 빠른 이상전압(Electrical Fast Transient : FNS) 환언하면 역기전압이라 한다.
진공청소기나 헤어드라이어 등 유도성 부하가 비교적 낮은(수W~수십W)제품은 동작 중 전원라인에 전달된 전도노이즈에 의해 전화, 라디오, TV등의 잡음이나 혼선을 유발하며, 전자레인지, 대형냉장고, 에어컨 등 유도성 부하가 비교적 높은(수십W~수천W) 제품은 동작 중 온(On)시 발생되는 순간돌입전류로 인해 과전류 차단기를 오픈시켜 정전을 유발시켜 타 제품의 오동작이나 사용중인 컴퓨터 등의 데이터를 소멸시키는 등의 피해를 발생시키게 된다.
최근들어 세계각국은 상기한 순간돌입전류나, 써지전압 등의 장애요인에 대한 내성 및 억제에 대한 국제적 규제를 더욱 강화하고 있는 동향이다.
따라서, 상기와 같은 순간돌입전류나, 써지전압 등의 장해요인을 완충시키는 안정화회로 또는 보호회로에 대한 연구가 많이 진행 중이며 많은 성과도있었다.
종래의 일반적인 유도성부하 제품에 사용되는 안정화회로는 도3 내지 도6에 도시한 바와 같으며, 도3의 회로는 비교적 유도성 부하가 낮은 제품에 도4 내지 도6의 회로는 유도성 부하가 비교적 높은 제품에 사용되고 있다.
도3의 회로는 모터 등 유도성 부하 IL을 온(On)/오프(Off) 하는 스위칭 소자 역할을 하는 쌍방향성 전력 온(On)/오프(Off) 제어소자인 트라이악(Triac) T와; 소형 유도성 부하 IL에서 순간돌입전류에 의해 발생되는 자체발열로 저항값을 상승시켜 순간돌입전류를 제한하는 역할을 하는 온도가 상승되면 저항값도올라가는 소자인 파워써머스터 P.T.C와; 모터 등 유도성부하 IL의 쇼트시 발생될 과전류로 인한 화재 및 트라이악(Triac) T, 파워 써머스터 P.T.C 등의 부품파괴를 방지하여 보호하는 역할을 하는 고전력저항기(Cement-resistor) CR과; 모터 등의 유도성 부하 IL에서 발생되는 노이즈 및 역기전력으로부터 트라이악(Triac)소자의 기능파괴를 방지하는 역할을 하는 컨덴서(Capacitor) C로 구성된 것이며, 트라이악 T, 파워써머스터 P.T.C, 고전력저항기 CR은 유도성 부하 IL에 직렬로 연결되며, 고전력저항기 CR과 유도성 부하 IL사이 및 전원 P와 유도성 부하 IL사이의 두 연결점을 연결하여 컨덴서 C를 유도성 부하 IL과 병렬로 연결하여 이루어지는 것이다.
상기와 같이 구성된 회로는 주로 소비전력이 낮은 유도성 부하에 채용되는 것으로, 순간돌입전류(In Rush Current)는 파워써머스터 P.T.C에 의해서 억제되고, 트라이악(Triac)의 기능파괴 보호를 주목적으로 하는 컨덴서 C에서 노이즈(Noise) 및 써지(Surge)가 일부 흡수되게 되어 장해요인을 억제하게 되는 것이다.
그러나, 이 회로는 대전력용으로 사용하기 위해서는 파워써머스터 P.T.C를 수개로 늘려야 하고, 고전력저항기 CR도무한정 고전력급으로 커져야 하므로 제조원가가 많이 들고, 회로기판의 면적도커져야 하므로 대전력용으로는 이용할 수 없는 단점과 아울러 대전력용의 트라이악(Triac)의 제조원가가 매우 높기 때문에 현실적으로는 이 회로의 사용은 거의 없는실정이다.
도4는 유도성 부하 IL을 온(On)/오프(Off) 시키는 스위치 S와; 순간돌입전류를 제한하는 역할을 하는 파워써머스터 P.T.C (또는 부하의 소트시 회로소자를 보호하기 위한 고전력 저항기 RC)와; 모터 등의 부하를 온(On)/오프(Off)하는 유접점식 스위칭 소자인 타임딜레이형 교류용 계전기(AC-Relay) Re1으로 구성되며, 스위치 S와 파워써머스터 P.T.C (또는 고전력저항기 CR)는 직렬로 유도성 부하 IL에 연결되며, 스위치 S와 파워써머스터 P.T.C (또는 고전력저항기 CR) 사이와, 교류전원 P와 유도성 부하(IL) 사이의 두 연결점에 유도성 부하 IL 과 병렬로 교류용 계전기 Re1을 연결하여 이루어진다.
도5는 유도성 부하 IL을 온(On)/오프(Off) 시키는 스위치 S와; 순간돌입전류를 제한하는 역할을 하는 파워써머스터 P.T.C (또는 부하의 소트시 회로소자를 보호하기 위한 고전력 저항기 RC)와; 부하에 공급되는 전류를 낮추는 역할을 하는 전압강하용 고전력저항기 CR1과; 정류다이오드 D1, D2, D3, D4로 이루어지며 교류입력전원을 직류로 변환하여 출력하는 브리지 다이오드 BD와, 방전저항(교류전원 오프시) R1, 브리지다이오드 BD에 의해 출력된 직류성분에서 맥류를 제거하여 평활하는 전해컨덴서 C1으로 이루어진 평활회로와; 모터 등의 부하를 온(On)/오프(Off)하는 유접점식 스위칭 소자인 직류용 계전기(DC-Relay) Re2로 구성되며, 스위치 S와 파워써머스터 P.T.C (또는 고전력저항기 CR)는 직렬로 유도성 부하 IL에 연결되며, 전압강하용 고전력저항기 CR1에 직렬로 병렬 연결된 평활회로 및 직류용 계전기 Re2를 연결하여 스위치 S와 파워써머스터 P.T.C (또는 고전력저항기 CR)사이와, 교류전원 P와 유도성 부하(IL) 사이의 두 연결점에 유도성 부하 IL과 병렬로 연결하므로써 이루어진다.
도6은 도5의 회로중에서 전압강하용 고전력저항기 CR1 대신 저항 R2가 병렬연결된 전압강하용 컨덴서 C2를 적용한 것이다.
상기한 구성을 갖는 도4 내지 도6에 도시한 회로동작의 기본원리는 동일하며, 역기전력(스위치 S를 오프시 발생되는 써지전압)에 대한 보호기능은 없이 역기전력의 에너지가 스위치 S의 오프(Off) 후 자체소멸되도록 하는 방식으로, 먼저 전원 스위치 S를 온(ON)하면 전류는 파워써머스터 P.T.C(또는 고전력저항기 CR)를 통하여 유도성 부하 IL에 흐르게 되어 파워써머스터 P.T.C(또는 고전력저항기 CR)에 의해 순간돌입전류(과전류)가 억제되고, 이후 수십 msec(통상적으로 10~20msec) 후에 계전기(Re1, Re2)가 동작하면서 저항값이 '0'인 접점을 통하여 유도성 부하에 정상적인 전류를 흐르게 하여 회로를 안정시키게 되는 것이다.
즉, 계전기(Re1, Re2)의 스위칭 동작을 이용하여 순간돌입전류가 소멸될 동안 시간을 지연시킨 후 유도성 부하에 정상적인 전류를 흐르게 하는 기계적 방식의 전원안정화 회로이다.
도7은 도4 내지 6에 도시한 회로의 스위칭시의 전압·전류파형도를 도시한 것으로, 계전기 회로가 없는 경우와 비교해 볼 때, 순간돌입전류는 억제된 것을 볼 수 있으나, 역기전압은 계속 남아있음을 볼 수 있다.
상기한 바와 같은 도4 내지 도5에 도시한 유접점식 스위칭 소자인 계전기(Re1, Re2)를 사용하는 회로에서는 제어시간이 길수록 순간돌입전류 제한 특성은 좋아지게되나 계전기의 시간지연(응답지연)에는 기구적인 접점구조상의 한계가 있기 때문에 통상적으로 30~40msec 이상 지연시키게되면 채터링이나 접점아크발생 및 접점동작시 소음이 발생할 우려가 있었으며, 무접점식에 비해 제조원가가 비싸지는 문제점 등이 있었고, 전원 오프(Off) 후 발생되는 역기전압에 대한 흡수 내지는 강하나 상쇄하는 기능이 없기 때문에 이로 인한 계전기 접점 수명단축 및 쇼크성 역기전압으로 인한 시간지연회로의 수명단축을 가져올 우려가 있었다.
본 발명는 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 교류전원을 사용하는 전기·전자제품의 유도성부하에 순간돌입전류(In Rush Current)가 흐르기전 컨덴서와 정전압소자를 통하여 먼저 전류가 흐르도록 하여 시간을 지연시킴과 동시에 전압을 제어하며, 무접점회로 방식을 채용하므로써 제조원가를 낮출 수 있을 뿐 만 아니라 소음이 없고, 낮은 유도성 부하에서부터 높은 유도성 부하까지 장해 제어폭이 넓은 전원 안정화회로를 제공하므로써 국제적인 전자기파 장해 관련규격의 규제강화에 따른 경쟁력 강하에 부흥할 수 있도록 함을 그 목적으로 한다.
도1은 유도성 부하 회로의 일실시도
도2는 도1 회로의 스위칭시의 전압·전류파형도
도3은 비교적 유도성 부하가 낮은 제품에서의 전원 안정화회로
도4는 비교적 유도성 부하가 높은 제품에서의 전원 안정화회로의 제1일시예
도5는 비교적 유도성 부하가 높은 제품에서의 전원 안정화회로의 제1일시예
도6은 비교적 유도성 부하가 높은 제품에서의 전원 안정화회로의 제1일시예
도7은 도4 내지 6회로의 스위칭시의 전압·전류파형도
도8은 본 발명의 제어 블록도
도9는 본 발명의 제1실시예의 회로도
도10은 본 발명의 제2실시예의 회로도
도11은 본 발명의 제3실시예의 회로도
도12는 본 발명의 제4실시예의 회로도
도13는 본 발명의 제5실시예의 회로도
도14는 본 발명의 제6실시예의 회로도
도15는 본 발명의 제7실시예의 회로도
도16는 본 발명의 제8실시예의 회로도
도17는 본 발명의 제9실시예의 회로도
도18a는 순간돌입전류 발생의 시간에 따른 전압·전류 특성도
도18b는 본 발명에 의해 순간돌입전류가 억제되었을 경우의 시간에 따른 전압·전류 특성도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 교류전원 20 : 정전압회로
30 : 정전압회로의 동작시간 제어회로
40 : 과전압보호회로 50 : 유도성 부하
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 회로 구성 및 동작효과에 대해 보다 상세히 설명한다.
도8은 본 발명의 제어 블록도로서, 본 발명은 정전압회로(20)와 정전압회로의 동작시간 제어회로(30) 및 과전압 보호회로(40)를 유도성 부하(50)와 병렬연결하여 이루어짐을 그 기본적인 회로구성을 하고 있으며, 순간돌입전류의 이론공식인 IL=(dv/dt)/Z(dv :전압변화분, dt :시간변화분, Z : 임피던스)에서 dt 와 dv를 제어하여 IL을 낮추도록 한 것이다.
상기와 같이 하므로써 교류전원 온(On)후 통상적으로수~수십msec 동안 나타나는 순간돌입전류(In Rush Current)에 있어서의 가장 높이 나타나는 사인파(Sine wave) 상의 정점(Pick point)을 정전압회로(20) 및 정전압회로의 동작시간 제어회로(30)를 통해 일정시간 만큼 유도성 부하에 인가되는 전압을 리미팅(Limiting) 되게하여 순간돌입전류를 억제시키면서 동시에 가전압보호회로(40)를 통해 노이즈(Noise) 및 써지(Surge)를 흡수하도록 하여 유도성 부하(50)로 인한 각종 장해요인을 차단시키게 되는 것이다.
도9는 본 발명의 제1실시예의 회로도로서, 그 회로구성은 순방향 전류는 통과시키고 역방향전류는 차단하는 역할을 담당하므로써 스위칭 작용하는 다이오드 D1과, 충전과 방전시간을 제어하는 저항 RC와, 전기를 충전하는 기능을 하는 컨덴서 MC와, 역방향 전압이 일정값에 다다르면 다이오드 기능을 상실하고 역방향으로도전류가 흐르도록 하는 특성을 가진 정전압 소자인 제너다이오드 ZD1을 차례로 직렬연결하여 전원선의 연결점 a,b 에 연결하여 유도성 부하 VL과 병렬로 연결되도록 하되, 다이오드 D1과 제너다이오드 ZD1의 캐소드(Cathode)측이 각각 접점 a 및 b 를 향하도록 구성하고, 역방향 전압이 일정값에 다다르면 다이오드 기능을 상실하고 역방향으로도전류가 흐르도록 하는 특성을 가진 정전압소자인 제너다이오드 ZD2, 전압을 강하하여 회로를 보호하는 역할을 담당하는 전압 분배용 저항 R, 순방향 전류는 통과시키고 역방향전류는 차단하는 역할을 담당하므로써 스위칭 작용하는 다이오드 D2를 차례로 직렬연결하여 전원선의 연결점 c,d 에 연결하여 역시 유도성 부하 VL과 병렬로 연결되도록 하되, 제너다이오드 ZD2와 다이오드 D2의 캐소드(Cathode)측이 각각 접점 c 및 d 를 향하도록 구성하며, 상기 저항 R 양단과,다이오드 D1과 저항 RC 사이 및 컨덴서 MC와 제너다이오드 ZD1 사이를 각각 접속하여 연결점 g, h가 형성되도록 연결하고, 과전압으로부터 회로를 보호하는 바리스터 TNR1을 유도성 부하 VL과 병렬로 연결하여 이루어진다.
위의 구성에서 다이오드 D1, D2 와 제너다이오드 ZD1, ZD2 및 저항 R이 정전압회로(20)를 이루며, 저항 RC와 컨덴서 MC가 정전압회로의 동작시간 제어회로(30)를 이루고, 바리스터 TNR1이 과전압 보호회로(40)를 이룬다.
상기의 구성에서 다이오드 D1, D2 와 제너다이오드 ZD1, ZD2는 브리지 다이오드(Bridge Diode) 형태를 이루고 있으며 교류입력을 직류로 정류하는 역할을 하는 것으로, 반주기 동안은 ZD1 및 D1이 도통되고, 다음 반주기 동안은 ZD2 및 D2가 도통되게 된다.
저항 R은 교류입력전압의 전압분배용 저항이며 전압강하를 위해 사용된다.
컨덴서 MC 및 저항 RC는 평활회로를 이루고 있으며, 상기의 다이오드 D1, D2 및 제너다이오드 ZD1, ZD2로 이루어진 브리지 다이오드에 의해 정류되어 출력되는 전류에 포함된 교류분을 제거하기 위한 것이다.
바리스터 TNR1은 비선형 저항기 소자로서 고전압에서 저항값이 내려가는 특성이 있기 때문에, 과전압 보호용으로 사용된 것이다.
상기와 같이 구성한 회로의 동작은 스위치 S가 온(On)되어 교류전원 V0가 회로에 인가되므로써 유도성 부하 VL에 전압이 인가될 때, 교류의 쌍방향성 전류 흐름특성과 순방향 전류는 통과시키고 역방향전류는 차단하는 역할을 하는 다이오드의 특성과 역방향 전압이 일정값에 다다르면 다이오드 기능을 상실하고 역방향으로도전류가 흐르도록 하는 제너다이오드의 특성 및 전류의 충/방전을 되풀이하는 컨덴서의 특성에 의해 연결점 a가 (+) 전위, 연결점 b가 (-) 전위일 경우 MC가 풀(FuIL) 충전되어 방전되기 전까지는 ZD2→R→D2 로 전류가 흐르며, MC가 방전될 때는 ZD2→RC→MC→D2 와 ZD2→R→D2로 각각 전류가 흐르고, 연결점 b가 (+) 전위, 연결점 a가 (-) 전위일 경우 MC가 풀(FuIL) 충전되어 방전되기 전까지는 ZD1→R→D1 으로 전류가 흐르며, MC가 방전될 때는 ZD1→R→D1 와 ZD1→MC→RC→D1 으로 각각 전류가 흐르게 된다.
따라서, 교류전원 V0가 인가된 후 유도성 부하 VL에 순간돌입전류가 흐르기전 순방향 전류는 통과시키고 역방향전류는 차단하는 역할을 하는 다이오드 D1, D2의 특성과, 역방향 전압이 일정값에 다다르면 다이오드 기능을 상실하고 역방향으로도전류가 흐르도록 하는 제너다이오드 ZD1, ZD2 의 특성을 이용한 스위칭 작용에 의해 순간돌입전류가 가장 높게 나타나는 사인파상의 정점(Pick Point)을 컨덴서 MC에 의해 제어되는 방전시간동안 저항 R 및 저항 RC를 통한 전압강하에 의해 리미팅(Limiting)되게 제어함으로써 순간돌입전류를 억제시킬 수 있고, 이 순간돌입전류가 억제된 후 유도성 부하 VL에 전류가 흐르게 되는 것이다.
이 때, 바리스터 TNR1은 그 소자 특성에 의해 과전압으로부터 회로를 보호하는 역할을 하게 되는 것이다.
도10은 본 발명의 제2실시예의 회로도로서, 도9의 회로 중 다이오드 D1 대신 제너다이오드 ZD4, 다이오드 D2 대신 제너다이오드 ZD3를 사용하여 구성하되, 회로연결에 있어서 제너다이오드 ZD4의 연결 방향은 다이오드 D1과 동일방향으로, 제너다이오드 ZD3의 연결방향은 다이오드 D2와 반대방향으로, 제너다이오드 ZD2의 연결방향은 도9의 연결방향과 반대로 하여 구성한 것으로, 제너다이오드 ZD1, ZD2, ZD3, ZD4의 순방향 특성만을 사용하여 회로를 도통시킨 것이다. 회로를 이루는 각 소자의 회로내의 역할 및 특성을 도9와 동일하며, 단지 전류의 흐름이 연결점 a가 (+)전위, 연결점 b가 (-) 전위일 때, 컨덴서 MC가 방전되기 전까지는 ZD2→R→ZD1으로 전류가 흐르며, 컨덴서 MC가 방전될 때는 ZD2→RC→MC→ZD1 과 ZD2→R→ZD1로 각각 전류가 흐르고, 연결점 b가 (+)전위, 연결점 a가 (-) 전위일 때는 컨덴서 MC가 방전되기 전까지 ZD3→R→ZD4로 전류가 흐르며, 컨덴서 MC가 방전될 때는 ZD3→R→ZD4 와 ZD3→MC→RC→ZD4로 전류가 흐른다.
도11은 본 발명의 제3실시예의 회로도로서, 정전압, 써지전압보호 기능을 하는 순간 전압 써프레서(Transient voltage suppressor)인 전압제어 특징을 갖는 양방향 다이오드 VRD1과 전압을 강하하여 회로보호 역할을 담당하는 전압분배용 저항 R을 직렬로 연결하여 구성한 정전압회로(20)를 전원선의 연결점 a,b에 연결하여 유도성 부하 VL에 병렬로 연결하고, 상기 저항 R의 양단에 충전과 방전을 제어하는 저항 RC와 충전기능을 담당하는 컨덴서 MC를 직렬로 하여 구성한 정전압회로의 동작시간 제어회로(30)를 연결점 g, h에 접속하여 병렬연결하고, 과전압 보호 특성을 갖는 바리스터 TNR1을 유도성 부하 VL에 병렬연결하여 구성한 것으로, 도9 및 도10에 도시한 회로의 다이오드 D1, D2 및 제너다이오드 ZD1, ZD2, ZD3, ZD4 대신 양방향 다이오드 VRD1을 사용한 것이다.
이 회로의 전류 흐름은 전원선의 연결점 a가 (+) 전위, b가 (-) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전되기 전까지는 VRD1→R로 전류가 흐르고, 컨덴서 MC가 방전하는 동안 VRD1→R 및 VRD1→RC→MC 로 각각 전류가 흐르며, 연결점 a가 (-) 전위, b가 (+) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전되기 전까지 R→VRD1으로 전류가 흐르고, 컨덴서 MC가 방전하는 동안 R→VRD1 및 MC→RC →VRD1으로 전류가 흐른다.
도12는 본 발명의 제4실시예의 회로도로서, 도11의 회로와 비교하여 양방향 다이오드 VRD1 대신 바리스터 TNR2를 적용하고, 저항 RC를 생략하고 컨덴서 MC만 사용하며, 과전압 보호회로(40)로 바리스터 TNR1 대신 저항 RCK와 컨덴서 MCK를 직렬로 연결하여 구성한 것이다.
바리스터 TNR2는 양방향성 정전압 소자이므로 도11의 양방향 다이오드 VRD1과 동일한 기능을 수행하게 되고, 저항 RCK와 컨덴서 MCK를 직렬로 연결한 구성은 저항 RCK 전압강하효과와 컨덴서 MCK의 충방전 동작에 의해 회로에 과부하가 걸릴 경우 방전하므로써 회로를 보호하게 되는 것이다.
이 회로의 전류 흐름은 전원선의 연결점 a가 (+) 전위, b가 (-) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전되기 전까지는 TNR2→R로 전류가 흐르고, 컨덴서 MC가 방전하는 동안 TNR2→R 및 TNR2→MC 로 각각 전류가 흐르며, 연결점 a가 (-) 전위, b가 (+) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전되기 전까지 R→TNR2로 전류가 흐르고, 컨덴서 MC가 방전하는 동안 R→TNR2 및 MC→TNR2 으로 전류가 흐른다.
도13는 본 발명의 제5실시예의 회로도로서, 제너다이오드 ZD1, 저항 RC1, 컨덴서 MC1, 다이오드 D1을 직렬연결하여 전원선의 연결점 a, b에 연결하여 유동성 부하 VL에 병렬연결하며, 다이오드 D2, 컨덴서 MC2, 저항 RC2, 제너다이오드 ZD2를 직렬연결하여 연결점 c, d 에 연결하여 유도성 부하 VL에 병렬연결하고, 바리스터 TNR1 역시 연결점 e, f 에 연결하여 유도성 부하 VL에 병렬연결하여 구성하되, 상기 제너다이오드 ZD1, ZD2 및 다이오드 D1, D2의 캐소드측이 전원선의 연결점 쪽으로 향하도록하여 구성한 것으로, 도9의 제너다이오드 ZD1 및 제너다이오드 ZD2 용 충전용 컨덴서 MC를 따로 분리한 형태이다.
이 회로의 전류 흐름은 전원선의 연결점 a가 (+) 전위, b가 (-) 전위일때, 컨덴서 MC1이 방전되기 전까지는 전류가 흐르지 않다가 방전되기 시작하면 ZD1→RC1→MC1→D1 으로 전류가 흐르고, 연결점 a가 (-) 전위, b가 (+) 전위일때, 컨덴서 MC2가 방전되기 전까지 전류가 흐르지 않다가 방전되기 시작하면 ZD2→ RC2→MC2→D2로 전류가 흐른다.
도14는 본 발명의 제6실시예의 회로도로서, 도11의 회로의 양방향 다이오드 VRD1 대신 양방향성 정전압 소자인 바리스터 TNR2를 적용하고, 이 바리스터 TNR2에 저항 RC 및 서로 병렬연결된 컨덴서 MC와 저항 R을 차례로 전원선의 연결점 a로부터 b에 직렬연결하여 구성한 것이다.
이 회로의 전류 흐름은 전원선의 연결점 a가 (+) 전위, b가 (-) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전하기 전까지는 전류가 TNR2→RC→R로 흐르다가 방전하기 시작하면 TNR2→RC→R 및 TNR2→RC→MC 로 각각 전류가 흐르고, 연결점 a가 (-) 전위, b가 (+) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전되기 전까지 전류가 R→RC→TNR2 로 흐르다가 방전되기 시작하면 R→RC→TNR2 및 MC→RC→TNR2 로 전류가 흐른다.
도15 내지 도17은 상기한 회로에서 충, 방전시간을 제어하는 저항 RC의 위치를 변경한실시예이다.
이 회로 역시 바리스터 또는 CR 흡수기(컨덴서와 저항을 직렬로 연결한 것)로전류 보호회로를 구성하여 유도성 부하에 병렬연결하여 과전류로부터 회로를 보호한다.
도15는 본 발명의 제7실시예의 회로도로서, 서로 역방향으로 병렬연결된 제너다이오드 ZD1, ZD2에 저항 R과 저항 RC를 직렬로 연결한 후 저항 R의 양단을 연결점으로 하여 컨덴서 MC를 병렬연결한 것이다.
이 회로의 전류 흐름은 전원선의 연결점 a가 (+) 전위, b가 (-) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전하기 전까지는 전류가 ZD2→R→RC로 흐르다가 방전하기 시작하면 ZD22→R→RC 및 ZD2→MC→RC로 각각 전류가 흐르고, 연결점 a가 (-) 전위, b가 (+) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전하기 전까지 전류가 RC→R→ZD1으로 흐르다가 방전되기 시작하면 RC→R→ZD1 및 RC→MC→ZD1으로 전류가 흐른다.
도16은 본 발명의 제8실시예의 회로도로서, 도15의 서로 역방향으로 병렬연결된 제너다이오드 ZD1, ZD2 대신 양방향 다이오드 VRD를 적용한것이다.
이 회로의 전류 흐름은 전원선의 연결점 a가 (+) 전위, b가 (-) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전되기 전까지는 전류가 VRD→R→RC로 흐르다가 방전하기 시작하면 VRD→R→RC 및 VRD→MC→RC 로 각각 전류가 흐르고, 연결점 a가 (-) 전위, b가 (+) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전하기 전까지 전류가 RC→R→VRD 로 흐르다가 방전하기 시작하면 RC→R→VRD 및 RC→MC→VRD 로 전류가 흐른다.
도17은 본 발명의 제9실시예의 회로도로서, 도15의 서로 역방향으로 병렬연결된 제너다이오드 ZD1, ZD2 대신 양바향 정전압 소자인 바리스터 TNR을 적용한것이다.
이 회로의 전류 흐름은 전원선의 연결점 a가 (+) 전위, b가 (-) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전하기 전까지는 전류가 TNR→R→RC로 흐르다가 방전하기 시작하면 TNR2→R→RC 및 TNR2→MC→RC 로 각각 전류가 흐르고, 연결점 a가 (-) 전위, b가 (+) 전위일때, 컨덴서 MC가 방전하기 전까지 전류가 RC→R→TNR로 흐르다가 방전되기 시작하면 RC→R→TNR2 및 RC→MC→TNR2로 전류가 흐른다.
이상에서 설명한 바와 같은 구성을 갖는 도10 내지 도17에 도시한 회로는 도9에 도시한 본 발명의 제1실시예와는 그 회로 구성을 변경하여 구성한 것으로, 전체적인 회로의 동작으로 볼 때, 다이오드 또는 제너다이오드, 양방향 다이오드 및 바리스터으 특성 및 전류의 충/방전을 되풀이하는 컨덴서 및 저항의 전압강하 작용 등에 의한 스위칭 동작에 의해 순간돌입전류가 가장 높게 나타나는 사인파상의 정점(Pick Point)을 컨덴서 MC에 의해 제어되는 방전시간동안 저항 R 및 저항 RC를 통한 전압강하에 의해 리미팅(Limiting)되게 제어함으로써 순간돌입전류를 억제시켜 유도성 부하 VL에 전류가 흐르게 하는 동일한 동작을 한다.
도18a는 순간돌입전류 발생의 시간에 따른 전압·전류 특성도, 도18b는 본 발명에 의해 순간돌입전류가 억제되었을 경우의 시간에 따른 전압·전류 특성도로서, 도18a는 교류전원의 스위치가 온(On)되는 순간 순간적으로 전류가 상승했다가 점차 안정되는 것을 나타내고 있으며, 도18b는 전압을 리미팅하므로써 순간돌입전류를 억제한 것을 나타내고 있으며, 빗금친 부분은 억제된 전류부분을 나타낸 것이다.
아래의 표는 종래의 계전기 접점식 회로와 본 발명의 제어특성을 비교한 것이다.
[표 1]
Figure kpo00002
표에 설명한 바와 같이, 종래의 계전기 접점식 방식에서는 순간돌입전류 IL을 제어하는 제어인자가 시간변화분 dt 와 임피던스Z이고 역기전력은 자체소멸되도록 한 것에 비해 본 발명은 순간돌입전류 IL을 제어하는 제어인자가 시간변화분 dt 와 전압변화분 dv이며, 역기전력을 제어할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 교류전원을 사용하는 전기·전자제품의 유도성부하에 순간돌입전류(In Rush Current)가 발생하는 시간동안 유도성 부하에 인가되는 전압을 일정수준으로 강압시켜 순간돌입전류를 제어하며, 무접점회로 방식을 채용하므로써 제조원가를 낮출 수 있을 뿐 만 아니라 소음이 없고, 낮은 유도성 부하에서부터 높은 유도성 부하까지 장해제어폭이 넓은 전원 안정화회로를 제공하므로써 국제적인 전자기파 장해 관련규격의 규제강화에 따른 경쟁력 강화에 부흥할 수 있는 등의 유용한 효과를 가진다.

Claims (9)

  1. 다이오드 D1, D2와 제너다이오드 ZD1, ZD2 및 저항 R로 이루어진 정전압 회로(20)와, 저항 RC 와 컨덴서 MC로 이루어진 정전압회로의 동작시간 제어회로(30)와, 바리스터 TNR1으로 이루어진 과전압 보호회로(40)로 구성되되, 순방향 전류는 통과시키고 역방향전류는 차단하는 역할을 담당하므로써 스위칭 작용하는 다이오드 D1과, 충전과 방전시간을 제어하는 저항 RC와, 전기를 충전하는 기능을 하는 컨덴서 MC와, 역방향 전압이 일정값에 다다르면 다이오드 기능을 상실하고 역방향으로도전류가 흐르도록 하는 특성을 가진 정전압소자인 제너다이오드 ZD1을 차례로 직렬연결하여 전원선의 연결점 a, b 에 연결하여 유도성 부하 VL과 병렬로 연결되도록 하되, 다이오드 D1과 제너다이오드 ZD1의 캐소드(Cathode)측이 각각 전원선의 연결점 a 및 b를 향하도록 구성하고, 역방향 전압이 일정값에 다다르면 다이오드 기능을 상실하고 역방향으로도전류가 흐르도록 하는 특성을 가진 정전압소자인 제너다이오드 ZD2, 회로를 보호하는 역할을 담당하는 저항 R, 순방향 전류는 통과시키고 역방향전류는 차단하는 역할을 담당하므로써 스위칭 작용하는 다이오드 D2를 차례로 직렬연결하여 전원선의 연결점 c, d에 연결하여 역시 유도성 부하 VL과 병렬로 연결되도록 하되, 제너다이오드 ZD2와 다이오드 D2의 캐소드(Cathode)측이 각각 접점 c 및 d 를 향하도록 구성하며, 상기 저항 R 양단과, 다이오드 D1과 저항 RC 사이 및 컨덴서 MC와 제너다이오드 ZD1 사이를 각각 접속하여 연결점 g, h가 형성되도록 연결하고, 과전압으로부터 회로를 보호하는 바리스터 TNR1을 유도성 부하 VL과 병렬로 연결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
  2. 제1항에 있어서, 다이오드 D1 대신 제너다이오드 ZD4, 다이오드 D2 대신 제너다이오드 ZD3를 사용하여 구성하되, 제너다이오드 ZD4의 연결방향은 상기 다이오드 D1과 동일방향으로 제너다이오드 ZD3의 연결방향은 상기 다이오드 D2 와 반대 방향으로, 제너다이오드 ZD2의 연결방향은 제2항의 ZD2의 연결방향과 반대방향으로 연결하여 구성하므로써, 제너다이오드 ZD3, ZD4의 순방향 특성만을 이용하여 다이오드와 같은 역할을 담당하도록 한 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
  3. 제1항에 있어서. 정전압회로(20)는 정전압, 써지전압보호 기능을 하는 순간 전압 써프레서(Transient voltage suppressor)인 양방향 다이오드 VRD1과 전압을 강하하여 회로보호 역할을 담당하는 저항 R을 직렬로 연결하여 유도성 부하 VL에 병렬로 연결하여 이루어지며, 상기 저항 R의 양단에 충전과 방전을 제어하는 저항 RC와 충전기능을 담당하는 컨덴서 MC를 직렬연결하여 이루어진 정전압회로의 동작시간 제어회로(30)를 병렬연결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
  4. 제3항에 있어서, 양방향 다이오드 VRD1 대신 바리스터 TNR2를 사용하고, 저항 R의 양단에 컨덴서 MC 만 병렬연결하고, 과전압 보호회로(30)로 바리스터 TNR1 대신 저항 RCK와 컨덴서 MCK를 직렬로 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
  5. 제1항에 있어서, 제너다이오드 ZD1, 저항 RC1, 컨덴서 MC1, 다이오드 D1을 직렬연결하여 유동성 부하 VL에 병렬연결하며, 다이오드 D2, 컨덴서 MC2, 저항 RC2, 제너다이오드 ZD2를 직렬연결하여 유도성 부하 VL에 병렬연결하여 구성하되, 상기 제너다이오드 ZD1, ZD2 및 다이오드 D1, D2의 캐소드측이 전원선의 연결점 쪽에 접속되도록 하므로써 제너다이오드 ZD1, 제너다이오드 ZD2 용 충전용 컨덴서 MC가 따로 분리되도록 한 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
  6. 제3항에 있어서, 양방향 다이오드 VRD1 대신 양방향성 정전압 소자인 바리스터 TNR2를 적용하고, 이 바리스터 TNR2에 저항 RC 및 서로 병렬연결된 컨덴서 MC와 저항 R을 접속하여 이루어진 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
  7. 서로 역방향으로 병렬연결된 제너다이오드 ZD1, ZD2에 저항 R과 저항 RC를 직렬로 연결한 후 저항 R의 양단을 연결점으로 하여 컨덴서 MC를 병렬연결하여 유도성 부하 VL에 병렬연결한 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
  8. 제7항에 있어서, 서로 역방향으로 병렬연결된 제너다이오드 ZD1, ZD2 대신 양방향 다이오드 VRD를 적용한 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
  9. 제7항에 있어서, 서로 역방향으로 병렬연결된 제너다이오드 ZD1, ZD2 대신 양방향 정전압 소자인 바리스터 TNR을 적용한 것을 특징으로 하는 교류전원을 사용하는 유도성부하를 갖는 제품의 전원안정화 회로.
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