KR100313992B1 - 인버터구동제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터 구동 제어회로에 관한 것으로, 종래에는 인버터의 파워소자의 베이스 전류값이 최대 부하 값을 기준으로 설계되어 최대 부하 이하인 경우 구동회로의 손실이 커지고 최대부하 이상인 경우 파워소자를 구동시키지 못하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 발명은 인버터를 구동함에 따라 실제 부하 전류를 검출하여 스위칭 소자의 베이스 전압을 산출하고 실제 트랜스의 구동전압을 검출하여 상기 베이스 전압과 비교한 후 그 차에 따라 인버터의 파워소자의 베이스 전류치를 보상하게 된다. 이에 따라, 본 발명을 적용하면 인버터를 실제부하에 따라 제어함으로써 구동회로의 손실을 최소화하여 최적 운전을 수행할 수 있다.

Description

인버터 구동 제어회로

본 발명은 트랜지스터를 사용한 인버터에 관한 것으로 특히, 부하 전류를 검출함에 따라 인버터의 구동 전압을 변환시켜 구동손실을 최소화하는 인버터 구동 제어회로에 관한 것이다.

제1도는 종래 인버터 구동 회로도로서 이에 도시된 바와 같이, 교류전압(AC)을 정류하여 직류전압으로 평활시키도록 브릿지 다이오드(BD₁), 콘덴서(C₁), 저항(R₁) 및 스위치(SW₁)로 구성된 정류부(11)와, 이 정류부(11)의 출력(V₁)을 유기시킴에 따라 정전압을 출력하도록 트랜스(T₁), 다이오드(D₁)(D₂), 콘덴서(C₂)(C₅)(C₆)및 저항(R₃)으로 구성된 전압발생부(12)와, 상기 정류부(11)의 출력(V₁)을 검출함에 따라 상기 전압발생부(12)의 동작을 제어하도록 트랜지스터(Q1), 다이오드(ZD₁)(D₃), 콘덴서(C₃)(C₄)및 저항(R₂)(R₄)(R₅)으로 구성된 스위칭부(13)로 구성된 것으로, 상기 전압발생부(12)는 스위칭부(13)의 트랜지스터(Q₁)가 고정된 듀티 비(Duty Ratio)를 갖음으로 트랜스(T₁)의 2차측 전압은 권선비에 따라 정전압화되어 ± 5V, ± 12V 및 파워소자 제어를 위한 4개의 구동전압을 출력시키도록 구성된다.

이와같은 종래 회로의 동작과정을 제2도의 트랜지스터의 전류 증폭률 특성곡선을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

교류전압(AC)이 정류부(11)에 입력됨에 따라 스위치(SW₁)가 온되면 브릿지다이오드(BD₁)를 통해 정류되고 콘덴서(C₁)를 통해 직류전압으로 평활되어 저항(R₁)및 스위치(SW₁)를 통해 출력되어진다.

이때, 정류부(11)의 출력(V₁)이 스위칭부(13)에 입력됨에 따라 제너다이오드(ZD₁)의 항복 전압이상이 콘덴서(C₄)에 충전되어 일정전압이 베이스에 인가된 트랜지스터(Q₁)가 턴온되고 상기 콘덴서(C₄)의 충전전위가 증가함에 따라 상기 트랜지스터(Q₁)는 콜렉터 전류(I_C)가 포화영역(Saturation Region)에 도달할때까지 증가되어지며 상기 콜렉터 전류(I_C)가 포화영역이상이 되면 상기 트랜지스터(Q₁)가 턴오프된다.

즉, 포화영역에서 콜렉터 전류(I_C)가 증가할 때 베이스 전류(I_B)는 "0"A로 일정하게 됨에 따라 트랜지스터(Q₁)가 차단영역(Cut-off-region)에 도달되어 턴오프되는데 상기의 동작이 반복됨에 따라 상기 트랜지스터(Q₁)의 듀티 비(ON-OFF비)가 일정하게 된다.

따라서, 전압발생부(12)는 정류부(11)의 출력(V₁)이 트랜스(T₁)의 1차측에 인가되어 스위칭부(13)의 트랜지스터(Q₁)의 턴온,턴오프에 의해 2차측으로 유기되고 이 2차측 전압은 상기 트랜스(T₁)의 1차측과 2차측 권선비에 의해 정전압화되어 출력되는데 6-브릿지 펄스폭 변조 인버터의 경우 2차측에 ± 5V, ± 12V 및 4개의 구동전압이 발생된다.

여기서, 트랜지스터(Q₁)의 전류 증폭률(h_FE)은 배이스 전류(I_B)가 저항에 의해 고정됨으로 제2에 도시된 특성곡선에서 최대 인버터 출력 전류를 기준으로 설계되며 트랜스(T₁)의 2차측 전압은 최대부하시의 출력전류에 의해 구동전류의 값으로 결정된다.

그러나, 종래 회로는 최대 부하를 기준으로 전류 증폭률이 설계되었을 때 최대부하 이하일 경우 베이스 전류(I_B)의 값이 콜렉터 전류(I_C)의 제어값 이상이 되어 구동회로의 전력손실이 커지는 문제점이 있었다.

또한, 종래 회로는 콜렉터 전류(I_C)가 최대 부하 이상이 되어 과부하가 되었을 경우 즉, 파워 소자의 최대 정격 전류이하에서 과부하가 걸렸을 경우 베이스 전류(I_B)가 콜렉터 전류(I_C)의 제어값 이하가 됨으로 파워소자를 구동시키지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 인버터의 실부하를 검출하여 부하량에 대한 파워 소자의 최적 베이스 전류값을 산출하고 구동 회로의 구동 전압을 검출하여 베이스 전류값으로 변환한 후 그 두개의 베이스 전류값을 비교하여 그 두값의 오차에 따라 스위칭 소자의 듀티 비를 결정함으로써 트랜스의 1차측 전압을 변화시켜 2차측의 구동회로 손실을 최소화하는 인버터 구동 제어회로를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명 인버터 구동 제어회로의 블럭도로서 이에 도시한 바와같이, 교류전압(AC)을 정류,평활하는 정류부(1)와, 스위칭부(3)의 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 온오프에 따라 상기 정류부(1)의 출력(V₁)을 유기시켜 구동전압(V₂)를 발생시키는 전압발생부(2)와, 이 전압발생부(2)의 출력(V₂)에 따라 모터(M₁)를 구동시키는 인버터(9)와, 이 인버터(9)의 출력(V₉)을 전류트랜스(CT)로 감지하여 실제 부하 전류를 검출하는 실부하 검출부(6)와, 이 실부하 검출부(6)의 출력(V₆)을 디지탈 변환하는 아날로그/디지탈 변환부(7)와, 상기 전압발생부(2)의 구동전압(V₂)을 검출하는 전압검출부(4)와, 이 전압검출부(4)의 출력(V₄)을 디지탈 변환하는 아날로그/디지탈 변환부(5)와, 이 아날로그/디지탈 변환부(5) 의 출력(V₅)과 상기 아날로그/디지탈 변환부(7)의 출력(V₇)을 입력받아 각각의 베이스 전류값(I_B)(I_B(V2))을 연산하여 그 차(△I_B)에 따라 상기 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 듀티 비를 결정하는 중앙처리장치(8)로 구성한다.

상기 전압발생부(2)는 트랜스(T₁)와, 이 트랜스(T₁)의 2차측 전압을 평활하여 구동 전압(V₂)을 출력하기 위한 다이오드 및 콘덴서(D₁,C₁) (D₂,C₂)와, 상기 구동 전압(V₂)을 검출하여 전압검출부(4)로 출력하기 위한 저항(R₁)으로 구성하고, 상기 스위칭부(3)는 트랜지스터(Q₁)로 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명의 인버터 구동 제어회로에 대한 작용및 효과를 제4도의 듀티 비에 따른 출력전압의 파형도및 제5도의 구동전압 산출시 신호 흐름도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

교류전압(AC)을 입력받은 정류부(1)가 정류,평활을 수행하여 직류전압(V₁)을 전압발생부(2)에 출력하면 트랜스(T₁)의 1차측에 인가된후 2차측에 유기되어 권선비에 의해 구동전압(V₂)이 발생되고 이 구동전압(V₂)을 입력받은 인버터(9)는 모터(M₁)를 회전시키게 된다.

이때, 실부하 검출부(6)는 인버터(9)의 출력(V₉)을 전류트랜스(CT)로 감지하여 모터(M₁)에 흐르는 실제 부하 전류(I_C)를 검출하고 전압검출부(4)는 전압발생부(2)의 트랜스(T₁)의 2차측에서 발생된 구동전압(V₂)을 검출하게 된다.

그리고, 실부하 검출부(6)의 출력(V₆)을 입력받은 아날로그/디지탈 변환부(7)가 디지탈 변환을 수행하고 전압검출부(4)의 출력(V4)을 입력받은 아날로그/디지탈 변환부(5)가 디지탈 변환을 수행함에 따라 디지탈화된 신호(V₇)(V₅)는 중앙처리장치(8)에 입력되어진다.

이때, 아날로그/디지탈 변환부(7)의 출력(V₇)을 입력받은 중앙처리장치(8)는 모터(M₁)에 흐르는 실제 부하 전류(I_C)의 값을 인식하고 전류증폭률(h_FE= I_C/I_B)을이용하여 상기 전류(I_C)에 대한 파워 트랜지스터의 베이스 전류(I_B)를 산출한 후 부하전압(Vr=I_B/R)을 산출하게 된다.

여기서, 부하전압(Vr)은 파워트랜지스터에서 요구되는 전압이고 R은 파워 트랜지스터의 베이스 저항으로서 고정된 값이므로 상기 부하전압(Vr)을 조절하여 베이스 전류값(I_B)을 조정하게 된다.

따라서, 부하전압(Vr)을 산출한 중앙처리장치(8)는 아날로그/디지탈 변환부(5)의 출력(V₅)을 연산하여 실제 트랜스(T₁)의 2차측 구동전압(V₂)을 산출하고 구동전압(V₂)과 부하전압(Vr)의 차(V₂-Vr)를 구하게 된다.

이때, 중앙처리장치(8)는 구동전압(V₂)과 부하전압(Vr)의 차에 절대값(|V₂-Vr|)을 취하고 이 절대값(|V₂-Vr|)에 따라 스위칭부(3)의 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 듀티비를 결정하여 상기 스위칭 트랜지스터(Q₁)를 구동시키게 된다.

이에 따라, 스위칭부(3)의 스위칭 트랜지스터(Q₁)를 상기에서 결정된 듀티 비를 이용하여 구동함에 의해 전압발생부(2)의 구동전압(V₂) 발생을 조정하고 상기의 동작을 반복함에 따라 실부하 전류(I_C)에 대한 배이스 전류(I_B)를 최적화시켜 인버터(9)를 모터(M₁)의 구동을 안정시키게 된다.

즉, 본 발명에서 중앙처리장치(8)는 실제부하전류(I_C)값을 인식한 후 그때요구되는 파워 트랜지스터의 베이스 전류값(I_B)과 실제 검출된 베이스 전류값(I_B(V2))의 차를 계산하여 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 듀티 비를 결정하고 그 결정된 듀티 비에 의해 상기 트랜지스터(Q₁)을 구동하는 동작을 반복함으로써 파워 트랜지스터의 요구되는 베이스 전류값(I_B)과 실제 검출된 베이스 전류값(I_B(V2))차를 보상하게 된다.

여기서, 제4도는 듀티 비에 따른 출력전압의 특성도를 도시한 것으로 스위칭부(3)의 트랜지스터(Q₁)는 중앙처리장치(8)에서 산출된 제4도(a)와 같은 베이스 전류의 차값(△I_B)에 따라 턴온,턴오프되어 제4도(b)와 같이 콜렉터-에미터간 전압이 결정된다.

상기에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명 인버터 구동 제어회로는 인버터를 구동함에 따라 실제 부하 전류를 검출하여 파워 소자의 베이스 전류(I_B)를 제어함으로써 구동 회로의 손실을 최소화하고 입력전압의 변동에 의해 인버터에 인버터가 인가된 경우에도 최적 운전을 수행할 수 있는 효과가 있다.

제1도는 종래의 인버터 구동 회로도.

제2도는 제1도에 있어서, 트랜지스터의 전류증폭률 특성곡선.

제3도는 본 발명의 인버터 구동 제어 회로의 블럭도.

제4도는 제3도에 있어서, 듀티 비에 따른 출력 전압의 파형도.

제5도는 제3도에 있어서, 구동전압 산출시 신호 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,11 : 정류부 2,12 : 전압 발생부

3,13 : 스위칭부 4 : 전압 검출부

5,7 : 아날로그/디지탈 변환부 6 : 실부하 검출부

Q₁: 트랜지스터 M₁:모터

D₁∼D₃: 다이오드 ZD₁: 제너다이오드

R₁-R₅: 저항 C₁∼C₆: 콘덴서

T₁: 트랜스

Claims (1)

1. 정류부(1)의 출력(V₁)을 입력받아 스위칭부(3)의 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 온오프에 따라 구동전압(V₂)을 발생시키는 전압발생부(2)와, 이 전압발생부(2)의 출력(V₂)에 의해 모터(M₁)를 구동시키는 인버터(9)와, 이 인버터(9)의 출력(V₉)을 전류트랜스(CT)로 감지하여 실제 부하 전류(I_C)를 검출하는 실부하 검출부(6)와, 이 실부하 검출부(6)의 출력(V₆)을 디지탈 변환하는 아날로그/디지탈 변환부(7)와, 상기 전압발생부(2)의 출력(V₂)을 검출하는 전압검출부(4)와, 이 전압검출부(4)의 출력(V₄)을 디지탈 변환하는 아날로그/디지탈 변환부(5)와, 상기 아날로그/디지탈 변환부(7)의 출력(V₇)을 연산하여 실제 부하 전류(I_C)에 대한 부하전압(Vr)을 산출하고 이 부하전압(Vr)과 상기 아날로그/디지탈 변환부(5)의 출력(V₅)에 따른 구동전압(V₂)의 차(V₂-Vr)를 연산하여 그 차값에 따라 상기 스위칭부(3)의 스위칭 트랜지스터(Q₁)의 듀티 비를 결정하는 중앙처리장치(8)로 구성함을 특징으로 하는 인버터 구동 제어회로.