KR100521130B1

KR100521130B1 - 스위치선로 제어전원회로

Info

Publication number: KR100521130B1
Application number: KR10-2003-0003912A
Authority: KR
Inventors: 신상희
Original assignee: 중앙제어 주식회사
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2005-10-14
Also published as: KR20040066985A

Abstract

램프나 전기기기 등 부하의 ON/OFF 제어 및 디밍 제어(조광제어)를 스위치 선로에서 수행하는 경우, 소자의 작동에 필요한 제어전원을 부하전류의 크기에 영향을 받지 않고 항상 일정하게 얻을 수 있도록 구성한 스위치선로 제어전원회로에 관한 발명임. 이를 위해, 브리지다이오드 BD3을 공통으로 사용하여 부하가 꺼져 있을 때는 무부하전류(i3)가 콘덴서 C4를 통해 흘러 브리지다이오드 BD3에 인가되고, 부하가 켜져 있을 때는 트라이악 T2를 통하여 부하전류(i4)가 흘러 브리지다이오드 BD3에 인가되도록 하여, 어느 경우든 스위치 선로에서 제어전원을 얻는데 있어서 무부하 전류와 부하 전류가 브리지다이오드 BD3을 공용으로 사용하도록 한다.

Description

스위치선로 제어전원회로 {Circuit for control power on switch line}

본 발명은 제어소자에 필요한 전원을 스위치선로에서 직접 공급받는 스위치선로 제어전원회로에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 전기기기를 켜고 끄는데 따른 부하전류와 무부하 전류의 크기에 관계없이 항상 일정한 전력을 얻을 수 있도록 하는 스위치선로 제어전원회로에 관한 것이다.

조명등이나 전기기기 등을 켜고 끌 때 사용되는 스위치에는 여러 가지 종류가 있으며, 최근에는 전자 회로를 구성하여 다양한 기능을 추가한 여러 종류의 스위치가 사용된다.

ON-OFF 스위치나 딤머 스위치(조광용 스위치)에 사용되는 전자 회로는, 동작하는 데에 전력이 필요하며 이 전력을 스위치 선로에서 얻기 위하여 다양한 방법이 사용되고 있으나, 크게 보면 "꺼져 있을 때 동작전력을 얻기 위한 회로"와 "켜져 있을 때 동작 전력을 얻기 위한 회로"로 나눌 수가 있다.

꺼져 있을 때에 동작 전력을 얻는 방법에 있어서, 미세한 전류가 흐르게 되면 작은 부하의 경우 꺼져 있는데도 램프가 켜진 것처럼 보이거나 실제로 램프가 켜질 수 있으며, 이를 방지하려고 램프와 병렬로 콘덴서를 사용하는 등 여러 가지 방법이 동원되고 있다. 또한 켜져 있을 때 동작 전력을 얻기 위한 회로에 있어서, 작은 부하에서 항상 동작 되도록 하면 큰 부하에서는 큰 전류가 흘러서 열이 많이 발생하는 등의 문제가 생기며, 큰 부하에서 정상 동작 되도록 하면 부하가 바뀌어 작은 부하를 사용할 때 동작 전력을 얻지 못하여 스위치가 오동작을 하는 등 많은 문제점이 있다.

도1은 종래의 스위치선로 전원회로를 예시하는 회로도이다. 램프가 꺼져 있을 때에는 콘덴서 C1과 브리지다이오드 BD1을 통하여 전류(i1)가 흐른다. 이때의 전류는 램프가 켜지지 않을 정도로 작은 전류가 흐르도록 설계되어 있다. 브리지다이오드 BD1을 통하여 얻은 직류 전력은 전해콘덴서 C2와 제너다이오드 ZD1을 거쳐 안정화된 후 다이오드 D1을 통하여 제어회로용 전원으로 사용된다. 한편, 램프가 켜져 있을 때는 트라이악 T1이 ON되어 부하 전류(i2)가 흐르게 되며, 다이오드 D2~D5에 의해 일정한 전압 강하가 일어나고 이 전압을 전원트랜스 T1을 통하여 승압한 뒤 제어회로용 전원으로 사용하게 된다. 여기서, 다이오드 D2~D5에 일정 전압 강하가 일어나서 정해진 전원을 얻게 된다.

도1을 참조하여 종래의 스위치선로 전원회로의 단점에 대해서 구체적으로 설명한다.

램프 또는 전기기기가 꺼져 있을 때. 콘덴서 C1을 통하여 미세한 전류(i1)가 흐르도록 설계되더라도 설계시의 기준이 된 부하(램프나 전기기기 등)보다 작은 부하를 사용할 경우에는 부하에 미세한 전류가 흐르므로 부하가 켜지거나 또는 켜진 것처럼 보여질 우려가 있다. 또한 설계기준 보다 현저히 큰 부하를 사용하게 되면 큰 전류로 인해 제너다이오드 ZD1을 과열시킬 수 있다. 그리고, 도1에서는 제너다이오드를 사용하기 때문에 사용 전류 이외에 제너다이오드에 항상 전류가 흐르고 있어 실제사용 전류보다 큰 전류를 필요로 하게 된다.

램프 또는 전기기기가 켜져 있을 때. 트라이악 T1이 ON되어 램프 또는 전기기기가 켜져 있을 때 전류(i2)는 T1과 D2~D5를 통하여 흐르게 된다. D2~D5에서는 항상 1.2V 정도의 전압 강하가 일어나 트랜스 T1을 통하여 일정 전력을 얻도록 설계되어 있다. 트랜스 T1에서 변환된 전압은 브리지다이오드 BD2와 콘덴서 C2를 통하여 직류 전원으로 정류되어 사용된다. 그런데, 이 회로에서 설계된 기준 부하보다 작은 부하를 사용하게 되면 작은 전류가 흘러 전자회로의 구동에 필요한 전력을 얻을 수 없게 되므로, 전자 회로가 오동작하게 된다. 따라서, 사용 부하의 하한치가 정해지게 되며, 이보다 낮은 부하는 사용할 수 없게 된다. 한편, 설계된 부하 보다 큰 부하를 사용하게 되면 큰 전류가 흘러 다이오드 D2~D5가 과열되며 손상될 수도 있다.

이에, 출원인은 램프나 전기기기 등이 꺼져 있을 때의 미세한 전류 및 켜져 있을 때의 큰 전류를 감지하여 이에 적절하게 대응함으로 항상 일정 전력을 얻을 수 있는 스위치선로 전원회로의 필요성에 따라 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 스위치선로의 전류를 검출하여 부하전류와 무부하 전류에 관계없이 전류의 크기에 따라 스위칭소자를 적절히 턴온 및 턴오프 하여, 항상 일정한 전력을 얻을 수 있도록 구성한 스위치선로 전원회로를 제공하는 것이다.

도2는 본 발명에 따른 새로 고안된 스위치선로 전원회로를 나타낸다. 본 발명은, 램프나 전기기기 등의 부하의 ON/OFF 제어를 스위치 선로에서 수행하는 스위치선로 전원회로로서, 교류입력을 ON/OFF 제어하여 부하에 공급하는 제1스위칭소자; 상기 제1스위칭소자가 OFF되어 상기 부하가 꺼지게 되면 제1스위칭소자를 거치지 않은 무부하전류(i3)가 콘덴서 C4를 통해 인가되고, 상기 제1스위칭소자가 ON되어 상기 부하가 켜지게 되면 스위칭소자를 통하여 흐르는 부하전류(i4)가 인가되는 브리지다이오드 BD3; 상기 브리지다이오드 BD3을 통하여 정류되어 부하에 공급되는 전류의 흐름을 단속하는 제2스위칭소자; 상기 제2스위칭소자를 ON/OFF 제어하되, 상기 BD3에 전류가 흘러 일정전압 이상이 되면 턴온하여 전원공급을 중지하고, 전압이 낮아지면 제2스위칭소자를 턴오프하여 다시 전원을 공급받는 제어회로로 구성된다.

도2를 참조하면, 상기 제1스위칭소자로는 교류입력단과 브리지다이오드 BD3의 입력단 사이에 연결된 트라이악 T2를 사용할 수 있고, 상기 제2스위칭소자로는 제어회로에 의해 턴온/오프되는 전계효과 트랜지스터 FET1을 사용할 수 있다.

또한, 도3 및 도4에서와 같이, 상기 제1, 제2스위칭소자를 브리지다이오드의 입력단에 설치하여 직접 AC를 제어하도록 구성할 수가 있고, 제1스위칭소자로는 전계효과트랜지스터 Q1, Q2를, 상호 병렬 또는 직렬로 연결하여 사용할 수 있다.

본 발명의 구성 및 작용에 관하여 보다 구체적으로 설명한다.

도2의 회로는 브리지다이오드 BD3을 공통으로 사용하여 회로를 간소화한 것이며, 부하가 꺼져 있을 때는 무부하전류(i3)가 콘덴서 C4를 통해 흘러 브리지다이오드 BD3에 인가되고, 부하가 켜져 있을 때는 트라이악 T2를 통하여 부하전류(i4)가 흘러 브리지다이오드 BD3에 인가된다. 어느 경우든, 스위치 선로에서 제어전원을 얻는데 있어서, 무부하 전류와 부하 전류가 브리지다이오드 BD3을 공용으로 사용하고 있다.

공통으로 사용하는 브리지다이오드 BD3을 통하여 전류가 흐를 때에 FET1이 꺼지도록 제어회로(22)로 제어하면 교류입력은 D6과 C5를 거쳐 직류전원으로 변환되어 출력된다. 출력전압이 일정전압 이상이 되면 제어회로(22)에서 나온 신호가 다시 FET1을 턴온시켜서 브리지다이오드 BD3의 양단을 단락시켜 직류전압을 떨어뜨린다. 따라서, 부하전류와 무부하전류에 관계없이 큰 전류가 흐르면 FET1이 제어회로를 통하여 켜져 있는 시간이 작게 되고, 작은 전류가 흐르게 되면 켜져 있는 시간이 상대적으로 길게 되어 전류의 크고 작음에 관계없이 일정한 전력을 얻을 수가 있다.

또한 부하 전류의 크기에 따라 제어회로(22)의 펄스폭이 바뀌기 때문에 펄스폭의 값을 읽어보면 전류의 크기를 유추할 수 있고, 이를 프로세서가 읽어 들임으로써 과전류가 흐를 때 부하를 차단하는 회로의 구성이 가능하다. 프로세서가 없을 경우 펄스 폭의 값을 받아 제어회로를 구성하여 트라이악 T2를 제어하므로 써 과전류 보호회로의 구성도 가능하다.

상기 콘덴서 C4는 무부하시에 무부하 전류를 흐르게 하는 용도로 사용되는데, 이와 겸하여 트라이악 ON-OFF 제어시에는 스노버(snobber) 회로로 공용된다.

한편, FET로써 교류입력을 제어하도록 하여 본 발명을 구성하는 것도 가능하다. 도3은 FET로 AC에서 제어하는 회로를 예시하고 있다. 도3의 회로는, 브리지다이오드 BD에서 손실이 발생하여 열이 발생할 수 있으므로 FET Q1, Q2를 브리지다이오드 BD의 외부 입력단에 설치하여 브리지다이오드 BD에서 발생되는 열을 없애고, 브리지다이오드 BD의 전류용량을 줄인 회로이다. 부하전류는 다이오드 D1, D2와 FET Q1, Q2를 통하여 흐르도록 되어 있어 반주기 동안만 전류가 흐르므로 다이오드 및 FET에서 발생되는 열도 분산될 수 있는 구조이다.

또한, 도3 회로의 변형으로서, 도4에서와 같이 FET Q1, Q2를 직렬로 구성할 수도 있다. 도4에서, 부하전류는 하나의 FET Q1을 통하여 흐른 다음에 다른 FET Q2의 내부에 내장된 다이오드를 통하여 흐르도록 구성되어 있다. 또한 FET Q2를 통하여 흐르는 전류도 FET Q1의 내부에 내장된 다이오드를 통하여 흐르게 된다,

도5와 도6은 도2~4의 제어회로의 내부 구성도를 예시하고 있는데, 도5는 비교기를 이용한 제어회로이고, 도6은 오차증폭기를 이용한 제어회로를 나타내고 있다.

도5에서는, 입력전압의 일부, 즉 브리지다이오드 BD3의 양단을 전압감지 수단(61)으로 감지하여, 이 감지된 전압을 비교수단(63)에 의해 기준전압과 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 제2스위칭소자(즉 도2의 FET1)를 턴온/오프하는 구동회로(65)로 구성되는 회로를 나타내고 있다.

이와 유사하게 도6은, 입력전압의 일부를 전압감지 수단(71)으로 감지하여 오차증폭기(73)에 의해 기준전압과 비교하여 펄스폭변조기(74)를 통해 PWM 제어를 행한 후 그 결과에 따라 구동회로(75)를 제어하는 회로를 나타내고 있다. 도6의 제어회로는, 출력되는 펄스폭의 크기에 따라 흐르는 부하전류의 크기를 유추하여 트라이악 T2를 제어하도록 구성하면 과전류 제어회로의 역할도 할 수 있다. 도6에 나타낸 제어회로의 펄스폭변조기(74)는 발진회로를 포함하는데, 이는 펄스폭은 일정하고 주파수가 변하는 펄스주파수변조기(PFM)로 구성할 수도 있다.

상술한, 제어회로의 구성 및 작용은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사실이다.

도7과 도8은 상기 도5와 도6의 개략적 구성을 실제적으로 구현하는 회로도를 도시하고 있다. 도7은 비교기 IC의 한 종류인 "TL431"을 이용한 제어회로를 나타내고, 도8은 OP-amp를 이용한 제어회로를 나타내고 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 스위치 선로에서 제어전원을 얻는데 있어서, 무부하 전류와 부하 전류를 공통의 브리지다이오드를 사용하여 통과시키므로, 램프나 전기기기 등이 꺼져 있을 때의 미세한 전류 및 켜져 있을 때의 큰 전류를 감지하여 이에 적절하게 대응할 수 있다. 따라서, 종래의 스위치선로 전원회로와 달리 항상 일정한 전력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 극히 작은 부하에서도 적절한 제어 전력을 얻는 효과가 있다.

도1은 종래의 스위치선로 전원회로.

도2는 본 발명에 따른 스위치선로 전원회로.

도3은 도2에서 변형된 실시예의 회로도.

도4는 도2에서 변형된 다른 실시예의 회로도.

도5는 도2, 3, 4의 제어회로의 구성.

도6은 도2, 3, 4의 제어회로의 구성.

도7, 8은 제어회로의 실제 구성 예시도.

Claims

램프나 전기기기 등의 부하의 ON/OFF 제어를 스위치 선로에서 수행하는 회로에 있어서,

교류입력을 ON/OFF 제어하여 부하에 공급하는 제1스위칭소자,

상기 제1스위칭소자가 OFF되어 상기 부하가 꺼지게 되면 제1스위칭소자를 거치지 않은 무부하전류(i3)가 콘덴서 C4를 통해 인가되고, 상기 제1스위칭소자가 ON되어 상기 부하가 켜지게 되면 스위칭소자를 통하여 흐르는 부하전류(i4)가 인가되는 브리지다이오드 BD3,

상기 브리지다이오드 BD3을 통하여 정류되어 부하에 공급되는 전류의 흐름을 단속하는 제2스위칭소자,

상기 제2스위칭소자를 ON/OFF 제어하되, 상기 BD3의 전류의 크기에 따라 제2스위칭소자의 턴온/턴오프 시간을 조절하므로 제어전원을 일정하게 유지하는 제어회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치선로 전원회로.
청구항 1에 있어서,

상기 제1스위칭소자는 교류입력단과 브리지다이오드 BD3의 입력단 사이에 연결된 트라이악 T2이며,

상기 제2스위칭소자는 제어회로에 의해 턴온/오프되는 전계효과트랜지스터 FET1인 것을 특징으로 하는 스위치선로 전원회로.
청구항 2에 있어서, 상기 콘덴서 C4는 무부하시에는 무부하 전류를 흘려서 브리지다이오드 BD3에 인가시키는 역할을 하며, 동시에, 상기 트라이악 T2가 턴온/오프될 때에 스노버 역할을 하는 것을 특징으로 하는, 스위치선로 전원회로.
청구항 1에 있어서, 상기 제1스위칭소자 및 제2스위칭소자는 상기 제어회로에 의해 턴온/오프 제어되어 상기 브리지다이오드 BD3의 입력단을 단속하는 전계효과트랜지스터 Q1, Q2로서, 상호 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 스위치선로 전원회로.
청구항 1에 있어서, 상기 제1스위칭소자 및 제2스위칭소자는 상기 제어회로에 의해 턴온/오프 제어되어 상기 브리지다이오드 BD3의 입력단을 단속하는 전계효과트랜지스터 Q1, Q2로서, 상호 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 스위치선로 전원회로.
청구항 1에 있어서, 상기 제어회로는

상기 브리지다이오드 BD3의 출력전류를 검출하는 전압감지 수단,

감지된 전압을 기준전압과 비교하는 비교수단,

상기 비교수단에서 출력되는 비교전압에 따라 상기 제2스위칭소자를 턴온/오프하는 구동회로로 구성되는 것을 특징으로 하는, 스위치선로 전원회로.
청구항 6에 있어서, 상기 비교수단은 비교기 IC인 것을 특징으로 하는, 스위치선로 전원회로.
청구항 6에 있어서, 상기 비교수단은 오차증폭기이며, 상기 제어회로는 오차증폭기로부터 출력되는 비교값의 크기에 따라 펄스폭을 변화시켜서 상기 구동회로의 출력신호를 제어하는 펄스폭변조기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 스위치선로 전원회로.