KR100301464B1 - 공진형인버터의출력제어회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공진형 인버터의 출력 제어 회로에 관한 것으로, 종래에는 스위칭 소자의 통전 시간을 제어하여 전력을 제어하고 영전압 스위칭 실현을 위하여 스위칭 소자 및 다이오드의 오프 구간을 공진 상수에 의해 결정하므로 전력 제어시 주파수의 변화가 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 점을 개선하기 위하여 본 발명은 스위칭 전압이 영전압및 전원 전압과 교차하는 시점을 검출하여 그 시점을 기준으로 스위칭 듀티비를 조정하므로써 공진 주파수의 변화를 방지하도록 구성한다. 따라서, 본 발명은 복수개의 인버터가 인접한 경우 출력 레벨이 상이하게 되어도 동작주파수의 차이가 발생하지 않으므로 가청 소음이나 조명 기기등에서 프리커링(flicking) 현상과 같은 전자기 간섭이 발생하지 않게 된다.

Description

공진형 인버터의 출력 제어 회로
제1도는 종래 공진형 인버터의 회로도.
제2도는 제1도에 있어서, 동작 파형도.
제3도는 본 발명 공진형 인버터의 출력 제어 회로도.
제4도는 제3도에 있어서, 동작 파형도.
제5도는 제3도에 있어서, 모드에 따른 회로의 동작 상태 예시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
111 : 가열부 112 : 동기 검출부
113 : 듀티 검출부 114 : 출력 설정부
115,118 : 구동부 116,119 : 스위칭부
본 발명은 고속 스위칭의 전력용 인버터에 관한 것으로 특히, 종래 방색에서 인접한 복수개의 인버터 동작시 동작 주파수 차이에 의하여 발생하는 가청 주파수 소음의 문제를 일정 주파수에 대한 펄스폭 변조 방식을 적용하여 해결하는 공진형 인버터의 출력 제어 회로에 관한 것이다.
제1도는 종래 인버터의 출력 제어 회로도로서 이에 도시된 바와 같이, 전원(E)에 직렬 접속된 유도 가열 코일(L1)을 직렬 접속하고 이 유도 가열 코일(L1)에 공진 콘덴서(C1)를 병렬 접속하여 전원(E)을 스위칭함에 따라 유도 기전력을 발생시킴에 의해 피가열체(107)를 가열하는 가열부(101)와, 이 가열부(101)의 유도 가열 코일(L1) 앙단에서 동기를 검출하는 동기 검출부(102)와, 스위칭 온 타임을 설정하는 출력 설정부(104)와, 상기 동기 검출부(102)의 출력에 따라 상기 출력 설정부(104)에 의한 구동 제어 신호의 스위칭 듀티비를 조정하는 듀티 설정부(103)와, 이 듀티 설정부(103)의 구동 제어 신호에 따라 구동 신호를 출력하는 구동부(105)와, 상기 가열부(101)에 스위칭 소자(SW)를 직렬 접속하고 그 스위칭 소자(SW)에 다이오드(D)를 역방향으로 병렬 접속하여 상기 출력 구동부(105)의 구동 신호에 따라 상기 가열부(101)의 유도 가열 코일(L1)의 전류를 단속하는 스위칭부(106)로 구성된다.
이와같은 종래 회로의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
일반적인 인버터는 이상적인 스위칭 조건인 영전압 스위칭을 위한 자러 방식의 구조로 구현하게 된다.
이러한 방식은 가열 코일(L1)의 양단 전압을 비교하여 다음 스위칭 온 시점의 동기를 검출하고 이 동기에 따라 출력 설정된 온타임을 조정하므로서 스위칭 소자의 통전 구간을 결정하며 스위칭 소자의 턴온 시간은 상기에서 결정된 통전 구간에 따른 구동 신호로 제어하게 된다.
이러한 동작은 공진 모드와 비공진 모드가 연속적으로 이루어지는데, 먼저, 비공진 모드는 제2(b)도에서 m1구간과 같이 스위칭 소자에 전류가 흐르게 되며, 이 전류의 흐름에 의해 역병렬 다이오드(D1) 또는 스위칭 소자(SW1)의 온 구간에 있어서 가열 코일(L1)에 직류 전압(E)이 인가되면 제2(b)도의 m1 구간처럼 전류(iSW1) 및 전류(iL)이 증대되어진다.
이때, 모드의 1주기당 점유 기간을 제어함에 의해 입력 전력의 조절이 가능하지만 주파수가 변화하는 문제가 발생한다.
따라서, 공진 모드로의 이행은 스위칭 소자(SW1)의 턴오프에 의해 수행되어지며 이때, 스위칭 소자(SW1) 단자간의 전압 기울기는 완만한 공진형 곡선을 나타내어 손실이 감소하게 된다.
또한, 공진 모드의 동작은 역병렬 다이오드(D1) 및 스위칭 소자(SW1)의 동시 오프 기간에 있어서 제2(b)도의 m2 구간처럼 m1 구간에서 가열부(101)은 가열코일(L1)에 축적된 에너지에 의해 이 가열 코일(L1)이 병렬 접속된 공진 콘덴서(C1)와 공진을 하게 된다.
이때, 공진 콘덴서(C1)의 전압(Vc)은 전원 전압(E)로부터 감소한 후 음의 최대치에 도달한 후 다시 증가되어 전원 전압(E)까지 되돌아 오게 되면 자동적으로 다이오드(D1)가 턴온되어진다.
이에 따라, 다시 비공진 모드로의 이행이 반복적으로 이루어지게 되어 E급 동작 모드 조건이 충족되어 저손실 고효율의 인버터 동작이 이루어지게 된다.
그러나, 종래에는 스위칭 소자의 통전 시간을 제어하여 전력을 제어하고 아울러 영전압 스위칭 실현을 위하여 스위칭 소자 및 다이오드의 오프 구간을 공진 상수에 의해 결정하므로 전력 제어시 주파수의 변화가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 스위칭 전압이 영전압및 전원 전압과 교차하는 시점을 검출하여 그 시점을 기준으로 스위칭 듀티비를 조정하므로써 공진 주파수의 변화를 방지하는 인버터의 출력 제어 회로를 창안한 것이다.
상기의 목적 달성을 위한 본 발명은 전원 전압의 스위칭에 의해 유도 기전력이 발생되어 피가열체를 가열하는 가열 수단과, 이 가열 수단의 유도 기전력으로부터 동기를 검출하는 동기 검출 수단과, 스위칭 온 타임을 설정하는 출력 설정 수단과, 상기 동기 검출 수단의 동기를 검출하여 상기 출력 설정 수단의 스위칭 온 타임에 의한 듀티비를 조정하는 듀티 설정 수단과, 이 듀티 설정 수단의 듀티비 설정에 따른 구동 신호를 출력하는 제1 구동 수단과, 이 제1 구동 수단의 구동 신호에 따라 상기 가열 수단을 공진시키는 제1 스위칭 수단과, 상기 듀티 설정 수단의 듀티비 설정에 따른 구동 신호를 출력하는 제2 구동 수단과, 이 제2 구동 수단의 구동 신호에 따라 상기 가열 수단의 공진 주기를 일정하게 제어하는 제2 스위칭 수단으로 구성하게 된다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예는 제3도에 도시한 바와 같이, 전원(E)에 직렬 접속된 유도 가열 코일(L1)을 직렬 접속하고 이 유도 가열 코일(L1)에 공진 콘덴서(C1)를 병렬 접속하여 전원(E)이 인가됨에 따라 유도 기전력을 발생시켜 피가열체(117)을 가열하는 가열부(111)와, 이 가열부(111)의 유도 가열 코일(L1) 양단에서 동기를 검출하는 동기 검출부(112)와, 스위칭 온 타임을 설정하는 출력 설정부(114)와, 상기 동기 검출부(112)의 동기를 검출하여 상기 출력 설정부(114)의 스위칭 온 타임에 의한 듀티비를 조정하는 듀티 설정부(113)와, 이 듀티 설정부(113)의 듀티비 설정에 따른 구동 신호를 출력하는 제1 출력 구동부(115)와, 상기 가열부(111)에 스위칭 소자(SW1)를 직력 접속하고 그 스위칭 소자(SW1)에 다이오드(D1)를 역방향으로 병렬 접속하여 상기 출력구동부(115)의 구동 신호에 따라 상기 가열부(111)의 유도 가열 코일(L1)의 전류를 단속하여 피가열체(117)를 가열하는 스위칭부(116)로 구성된 공진형 인버터에 있어서, 상기 듀티 설정부(113)의 듀티비 설정에 따른 구동 신호를 출력하는 제2 출력 구동부(118)와, 그 스위칭 소자(SW2)에 다이오드(D2)를 순방향으로 직렬 접속하여 상기 가열부(111)에 병렬 접속하고 상기 출력 구동부(115)의 구동 신호에 따라 상기 가열부(111)의 공진 주기를 일정하게 제어하는 스위칭부(116)를 포함하여 구성한다.
이와같이 구성한 본 발명의 동작및 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 제2 스위칭부(119)에서 직렬 접속된 스위칭 소자(SW2)및 다이오드(D2)가 온되는 구간 동안 가열부(111)의 가열 코일(L1)에 직류 전압(E)이 인가되고 제4(b)도와 같이 상기 가열 코일(L1)에 흐르는 전류(iL)가 증가함에 의해 스위칭 전류(iSW1)도 증가하게 된다.
상기 동작은 제4도의 m1 구간의 동작으로 전력 회생 모드(m1a) 구간과 전력 공급 모드(m1b) 구간으로 동작하는 데, 상기 전력 회생 모드(m1a) 구간 동안은 제5(a)도와 같이 동작하고 상기 전력 공급 모드(m1b) 구간 동안은 제5(b)도와 같이 동작하게 된다.
상기 동작의 1주기(T)당 점유하는 기간 즉, 스위칭 소자(SW2)및 다이오드(D2)의 도통 시간을 제어하면 입력 전력을 조절할 수 있다.
이 후, 스위칭 소자(SW1)의 턴온에 의해 공진 모드(m2)로 이행되는데, 이때의 상기 스위칭 소자(SW1)의 단자간 전압의 상승 기울기는 비교적 완만하여 스위칭 손실을 감소시키게 된다.
제4도의 m2 구간인 공진 모드 구간 동안 스위칭 소자(SW1)(SW2) 및 다이오드(D1)(D2)가 모두 오프되는데, 전력 회생 및 전력 공급 모드(m1) 기간동안 코일(L1)에 축적된 에너지에 의해 그 가열 코일(L1)과 병렬 접속된 공진 콘덴서(C2)간에 공진이 발생하게 된다.
상기 동작은 제5(c)도와 같으며 이때, 스위칭소자(SW1)의 전압(Vsw1)은 제4(a)도와 같이 “0”점으로부터 증가되어 (E) 점에 교차하게 되고, 이 시점부터 스위칭 소자(SW2)를 턴온시킬 수 있다.
이후, 전압(Vsw1)이 계속 증가하여 최대점에 도달한 후 감소하면 다시 (E)점과 교차한 후 스위칭 소자(SW2)가 제로-전압 스위칭 온되고 콘덴서 단락 모드(m3)로 이행되어진다.
그리고, 제4도의 m3 구간인 콘덴서 단락 모드(m3)가 되어 스위칭 소자(SW2)및 다이오드(D2)가 통전되면 가열부(111)가 단락되며 일정 주파수의 전력 가변 동작을 실행하게 된다.
즉, 입력 전력이 클 때(듀티가 클 때) 혹은 주기가 긴 경우 이 기간을 짧게 하고 반대로 공진 주기가 짧을 때는 이 기간을 길게함으로써 주파수 변동 요인을 흡수하게 된다. 이때의 동작은 제5(d)도와 같다.
이 후, 스위칭 소자(SW2)의 턴오프에 의해 공진 모드(m4)로 이행되는 데, 이때의 스위칭 소자(SW2)의 단자 전압은 기울기가 비교적 완만하다.
상기의 콘덴서 단락 모드(m3)에서 스위칭 소자(SW2)가 턴오프하면 제4도의 m4 구간이 되어 음의 방향으로 흐르던 전류(iL)는 공진 콘덴서(C)를 충전시키게 된다. 즉, 제5(e)도와 같이 동작하게 된다.
이에 의해, 전압(Vc)이 상승하고 전압(Vsw1)은 감소하게 된다.
이 후, 전압(Vc)이 전원 전압(E)에 도달하면 즉, 전압(Vsw1)이 제로점에 교차하면 다이오드(D1)가 온되어 그 다이오드(D1)의 온시의 전력 회생 구간(m1a)으로 되고 스위칭 소자(SW1)를 통전시키면 전력 공급 구간(m1b)으로 연속적으로 동작하게 된다.
상기와 같은 동작을 수행할 때 동기 검출부(112)는 스위칭 소자(SW1)의 전압이 “0”점 및 (E)점과 만나는 점을 검출하게 된다.
이때, 듀티 설정부(113)는 출력 설정부(114)에서 설정한 스위칭 온 타임에 따라 동기 검출부(112)로부터의 각각의 동기점을 기준하여 통전 구간의 듀티비를 결정하게 된다.
이에 따라, 제1,제2 구동부(115)(118)이 듀티 설정부(113)의 듀티비 조정에 따른 구동 신호를 제1,제2 스위칭부(116)(119)에 출력하여 스위칭 소자(SW1)(SW2)를 각기 통전시킴으로써 제5도와 같은 동작이 연속적으로 실행되어진다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 스위칭 전압이 영전압 및 전원 전압과 교차하는 시점을 검출하여 그 시점을 기준으로 스위칭 듀티비를 조정하므로써 동작 주파수의 변화를 방지할 수 있다.
따라서, 복수개의 인버터가 인접한 경우 출력 레벨이 상이하게 되어도 동작 주파수의 차이가 발생하지 않으므로 가청 소음이나 조명 기기등에서 프리커링(flicking) 현상과 같은 전자기 간섭이 발생하지 않게 된다.

Claims (2)

  1. 전원 전압의 스위칭에 의해 유도 기전력이 발생되어 피가열체를 가열하는 가열 수단과, 이 가열 수단의 유도 기전력으로부터 동기를 검출하는 동기 검출 수단과, 스위칭 온 타임을 설정하는 출력 설정 수단과, 상기 동기 검출 수단의 동기를 검출하여 상기 출력 설정 수단의 스위칭 온 타임에 의한 듀티비를 조정하는 듀티 설정 수단과, 이 듀티 설정 수단의 듀티비 설정에 따른 구동 신호를 출력하는 제1 구동 수단과, 이 제1 구동 수단의 구동 신호에 따라 상기 가열 수단을 공진시키는 제1 스위칭 수단과, 상기 듀티 설정 수단의 듀티비 설정에 따른 구동 신호를 출력하는 제2 구동 수단과, 이 제2 구동 수단의 구동 신호에 따라 상기 가열 수단의 공진 주기를 일정하게 제어하는 제2 스위칭 수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 공진형 인버터의 출력 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서, 제2 스위칭 수단은 전압(E)에 접속된 다이오드(D2)에 스위칭 소자(SW2)를 직렬 접속하여 가열 수단에 병렬 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 공진형 인버터의 출력 제어 회로.
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