KR100548730B1 - 전기기기 전원장치 - Google Patents

Abstract

워터 가열 엘리먼트를 갖는 화이트웨어 전기기기에 사용하기 위한 무변압기 비스위칭 모드 전원장치가 개시되었다. 고 전력 전압 강하 저항기는 정류기와 직렬연결되어 사용되고 스위칭 디바이스 위상은 전기기기 모터를 위한 가변 전압 직류 전류가 공급되도록 하기 위해 메인 반파를 제어한다. 전압 강하 저항기는 워터 가열기 소자에 의해 형성되고 DC 공급 전압은 모터 토크를 필요로 되는 대로 변동시키기 위해 전기기기 제어기에 의해 제어된다.

주 전원장치, 전기기기, DC 공급전압, 전압 강하 저항기

Description

전기기기 전원장치{APPLIANCE POWER SUPPLY}

본 발명은 DC 전원장치에 관한 것으로 특히 이에 제한되지 않지만 백색 전기기기를 위한 전원장치에 관한 것이다.

현대의 백색 전기기기는 흔히 전력을 모터, 솔레노이드 및 제어 전자부품에 공급하기 위해 스위칭 모드 전원장치를 사용한다. 이러한 전원장치는 스탠바이(사용자가 스위치 오프된 것으로 고려하는 조건)상태인 경우에도 전력을 소비한다. 더욱이, 스위칭 모드 전원장치는 높은 작동 전압을 갖는 커패시터 및 인덕터와 같은 비교적 고가의 부품 사용을 필요로 한다. 그러한 백색 전기기기에서 모터 권선에 공급된 전류를 제어하기 위해 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 모터 토크 및 속도를 제어하는 것이 일반적이다. 그러한 PWM 회로는 비교적 고가 부품을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 상기한 단점을 극복하는 적어도 몇몇 방법을 갖는 전원장치를 제공하는 것이다.

따라서 본 발명은,

주 전원장치(mains supply)로부터 AC를 수신하는 정류기 수단,

가변적으로 제어된 출력 전압 DC 전원장치의 DC 출력을 공급하는 데에 사용 하는 저장 커패시터,

상기 정류기 수단의 출력으로부터 상기 저장 커패시터로의 전류 흐름을 제어하는 반도체 스위칭 디바이스,

정류기 수단으로부터 공급된 피크 단방향 전압을 상기 전원장치의 최대 DC 출력 전압과 양립할 수 있는 레벨로 감소시키기 위해 상기 정류기 수단과 직렬로 연결된 전압 강하 레지스터, 및

상기 저장 커패시터에 걸리는 DC 전압을 소망하는 레벨로 변동시키기 위해 상기 스위칭 디바이스의 전도 각도를 가변적으로 제어하는 수단,

을 포함하는 상기 가변적으로 제어된 출력 전압 DC 전원장치에 있다.

본 발명의 추가 태양은,

주 전원장치로부터 AC를 수신하는 정류기 수단,

DC를 모터에 공급하는 데에 사용하는 저장 커패시터,

상기 정류기 수단의 출력으로부터 상기 저장 커패시터로의 전류 흐름을 제어하는 반도체 스위칭 디바이스,

정류기 수단으로부터 공급된 피크 단방향 전압을 상기 전원장치의 최대 DC 출력 전압과 양립할 수 있는 레벨로 감소시키기 위해 상기 정류기 수단과 직렬로 연결된 워터 가열 엘리먼트, 및

상기 저장 커패시터에 걸리는 DC 전압을 소망하는 레벨로 변동시키기 위해 상기 스위칭 디바이스의 전도 각도를 가변적으로 제어하는 수단,

을 포함하는 DC 전원장치에 의해 전력이 공급되는 모터 및 상기 워터 가열 엘리먼트를 갖는 세탁 기기에 있다.

도 1은 식기 세척기와 같은 백색 전기기기에 특히 적합한 dc 전원장치의 회로도.

도 2는 전원장치내에서 반도체 디바이스를 통하는 전류의 파형도.

본 발명의 전원장치는 식기 세척기 및 세탁기와 같은 내장된 히터 엘리먼트를 갖는 백색 전기기기에의 사용에 특히 적합하다.

본 발명의 전원장치의 간략화된 회로도가 도 1에 도시되어 있다. 이 전원장치는 마이크로프로세서의 제어하에 30볼트 내지 85 볼트의 범위에서 변동될 수 있는 전압(V_dc)을 갖는 가변 전압 직류 레일을 제공하기 위해 주 전원장치의 반파(hlfwaves)에 대한 위상 제어 및 고 전력 전압 강하 저항기(R1)을 사용하는 변압기없는 설계구조를 갖는다. 전형적으로 가변 전압 출력은 워터 가열 엘리먼트를 형성하고 상당한 전력을 소산시키는 전압 강하 저항기(R1)와 전기기기 모터를 제어하는 데에 사용된다.

본 발명에서 R1과 같은, 전력을 소산시키는 전압 강하 저항기의 사용은 다수의 전원장치 응용분야에서 허용될 수 없는 것으로 여겨질 수 있지만, 워터 가열 엘리먼트를 통합하는 가정 전기기기를 위해서는 상기와 같은 저항기로부터 소산된 전력은 워터 가열 엘리먼트로서 양호하게 사용되어질 수 있다. 따라서 이러한 응용분야에서 상기와 같은 단점이 있는 회로 특징은 장점으로 변환될 수 있다.

도 1을 참조하면 230/240 볼트 또는 100볼트일 수 있는 AC 주 전원장치 공급 전압(V_ac)이 중앙 컨덕터와 직렬인 전압 강하 저항기(R1)를 통해 전파(full wave) 브리지 정류기(BR)에 공급된다. 전원장치에 의해 공급되어야 할 최대 DC 전압은 85 볼트이고 R1의 값은 전형적으로 정규 주 전원장치 전압에 좌우되어 반드시 상이해야함을 명심해야 한다. 최대전류가 1 암페어인 85 볼트의 출력과 50Hz 230볼트 주 전원장치에 대해 R1의 값은 129 오옴이다. 110 볼트 60Hz 전원장치에 대해 R1의 값은 29 오옴이다.

대용량값 저장 커패시터(C3)는 가변 전압 DC 전력을 공급하기 위해 브리지 정류기(BR)로부터 충전된다. 출력전압의 값은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)인 트랜지스터(Q₁)의 위상 스위칭에 의해 결정된다. Q₁의 전도 각도(conduction angle)는 세척 사이클의 다양한 스테이지에서 전기기기 모터 토크를 결정하기 위해 마이크로프로세서(μP)에 의해 제어된다. Q₁의 전도 각도에 대한 제어는 콜렉터 전류(I)를 나타내는 도 2의 파형도로 나타내어 진다. 전도 각도의 값(t_on)은 증가 또는 감소되고 이에따라 차례로 출력 전압(V_dc)을 증가 또는 감소시킨다.

저장 커패시터(C3)를 위한 적절한 값은 1000μF임이 결정되었다. 이것은 3내지 4 볼트사이의 리플 전압을 발생시키게 되고 커패시터는 적어도 1 암페어의 리플 전류 정격을 필요로 하게된다. 전압 강하 저항기(R1)의 사용은 커패시터(C3)의 DC 전압 정격이 비교적 가장 적합한 전압, 즉 100볼트일 수 있다는 것을 의미한다.

Q₁의 스위칭 동안 무선 주파수 간섭을 최소화하기 위해 전류의 변화율(dI/dt)을 감소시키도록 턴오프 시간(t_off)을 제어할 것이 필요하다. 트라이액 위상 제어를 위해 전형적으로 2 내지 5 mH의 인덕턴스 값을 사용할 것이 필요로 된다. 현재의 전원장치 회로에서 이러한 인덕턴스의 사용은 밀러 효과를 이용함으로써 방지될 수 있다. 밀러 커패시턴스와 연계하여 IGBT인 Q₁의 게이트 저항은 시간에 대해 전압이 거의 선형으로 강하하게 한다. Q₁의 게이트 전하는 게이트 전압 및 게이트 저항(R9)에 의해 정해진 일정 비율로 방전된다.

Q1을 위한 바이어스 전류는, 메인이 포지티브인 하프 사이클에 있는 동안 Q1으로부터 공급을 유도하기 위해 Q1의 베이스에 대해 이미터에서 충분한 전압차가 있도록 보장하기 위해 AC 메인으로부터 직접 획득되어야만 한다. 바이어스 서플라이는 다이오드(D1) 및 커패시터(C4)에 의해 공급된 반파 서플라이이다.

Q₁을 위한 바이어스 서플라이는 두 개의 필요조건을 충족시켜야 한다. 첫째 110 및 220볼트 주 전원장치에서 적절히 동작될 수 있도록 하여야 한다. 둘째 Q₁이 전위적인면에서 파괴되는 선형 모드로 동작하지 않도록 보장하기 위해 파워 온시 고속으로 기동될 수 있어야만 한다. Q₁이 네거티브 하프 사이클 동안 선형 모드이거나 오프이면 다이오드(D2)를 통해 바이어스 서플라이에 전류를 발생시키는 전압차가 콜렉터와 게이트사이에 존재하게 된다. 저항기(R8)는 커패시터(C4)를 절연시키는 역할을 하고 그렇지않으면 임의의 순간적인 게이트 구동을 방지한다. 저항기(R2)는 어느 한 다이오드에 역 브레이크다운을 발생시킬 수 있는 순간적인 주 전원장치의 스파이크 동안 다이오드(D1 및 D2)를 보호하는 역할을 한다.

마이크로프로세서(μP₁)는 일반적으로 전기기기 컨트롤러를 형성하는 동일 디바이스일 수 있고, 트랜지스터(Q₂)를 통해 Q₁을 제어함으로써 전원장치의 출력 전압을 제어한다. 마이크로프로세서는 주 전원장치 하프 사이클과 동기화하기 위해 타임 펄스를 필요로 한다. 영교차 검출기 회로(XD)는 그러한 타이밍 신호를 공급한다.

본 발명의 전원장치는 전압 강하 저항기(R1)에서 소산된 전력이 양호하게 이용될 수 있는 응용분야에서 다수의 이점을 제공한다. 그러한 이점들로는 인덕터의 존재의 필요성 제거, 모터 제어를 위한 PWM 회로의 필요성 제거, 저장 커패시터를 위한 저전압 정격, 무선 주파수 간섭의 감소 및 전기기기가 스탠바이 상태에 있는 경우 전력 소비의 감소등을 포함한다. 또한, 단 하나의 컴포넌트의 값만이 110 볼트 메인을 위한 전원장치와 230 볼트 메인을 위한 전원장치 간에 변경될 필요가 있다. 이것은 이미 설명된 바와 같이, 전기기기 워터 가열 엘리먼트에 의해 구현되는 강하 저항기의 값이다.

도 1에서 강하 저항기(R1)는 주 전원장치와 브리지 정류기 사이에 위치되어 있지만, 브리지 정류기의 DC측에 위치될 수 있다.

스탠바이 상태인 경우 파워의 감소와 연계하여 본 발명의 회로는 별개의 스탠바이 전원장치를 사용할 필요가 없다는 점에서 종래의 스위치 모드 제어식 전원장치에 비해 장점을 갖는다.

대부분의 전기기기에서 하나이상의 고정 전압 DC 전원장치도 요구되고 이것들은 5볼트와 24볼트와 같은 값의 전압을 공급하기 위해 펄스 폭 변조기 서플라이를 사용하여 본발명의 가변 전압 DC 전원장치로부터 유도될 수 있다.

Claims (9)

1. ON 모드와 스탠바이 모드를 갖는 가변적으로 제어되는 출력 전압 DC 전원장치에 있어서,

   주 전원장치로부터 AC를 받는 정류기 수단;

   상기 전원장치의 DC 출력을 공급하는 데에 사용되는 저장 커패시터;

   상기 정류기 수단의 출력으로부터 상기 저장 커패시터로의 전류 흐름을 제어하는, 상기 저장 커패시터와 직렬인 반도체 스위칭 디바이스;

   상기 전원장치가 ON 모드에 있을 때 정류기 수단으로부터 공급된 피크 단방향 전압을 상기 전원장치의 최대 DC 출력 전압에 맞는 레벨로 감소시키는, 상기 정류기 수단과 직렬로 연결된 전압 강하 저항기; 및

   상기 저장 커패시터에 걸리는 DC 전압을 소망하는 값으로 변동시키기 위해 상기 스위칭 디바이스의 전도 각도를 가변적으로 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변적으로 제어되는 출력 전압 DC 전원장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 전압 강하 저항기는 상기 정류기 수단의 입력부와 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 가변적으로 제어되는 출력 전압 DC 전원장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 전압 강하 저항기는 상기 정류기 수단의 출력부와 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 가변적으로 제어되는 출력 전압 DC 전원장치.
4. 제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원장치는 핫 워터를 사용하는 가전기기의 모터에 전력을 공급하고 상기 전압 강하 저항기는 상기 워터를 가열하기 위한 가열 소자인 것을 특징으로 하는 가변적으로 제어되는 출력 전압 DC 전원장치.
5. 제4 항에 있어서, 상기 반도체 스위칭 디바이스의 컨덕션 각도를 가변적으로 제어하기 위한 상기 수단은 마이크로프로세서인 것을 특징으로 하는 가변적으로 제어되는 출력 전압 DC 전원장치.
6. ON 모드와 스탠바이 모드를 갖는 DC 전원장치에 의해 전력이 공급되는 모터와 워터 가열 소자를 갖는 세탁 기기에 있어서,

   주 전원장치로부터 AC를 받는 정류기 수단;

   상기 모터에 DC를 공급하는 데에 사용되는 저장 커패시터;

   상기 정류기 수단의 출력으로부터 상기 저장 커패시터로의 전류 흐름을 제어하는 상기 저장 커패시터와 직렬인 반도체 스위칭 디바이스; 및

   상기 저장 커패시터에 걸리는 DC 전압을 소망하는 값으로 변동시키기 위해 상기 스위칭 디바이스의 전도 각도를 가변적으로 제어하기 위한 수단을 포함하고,

   상기 가열 소자는 상기 전원장치가 ON 모드에 있을 때 정류기 수단으로부터 공급된 피크 단방향 전압을 상기 전원장치의 최대 DC 출력 전압에 맞는 레벨로 감소시키는, 상기 정류기 수단과 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 세탁 기기.
7. 제6 항에 있어서, 상기 전압 강하 저항기는 상기 정류기 수단의 입력부와 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 세탁 기기.
8. 제6 항에 있어서, 상기 전압 강하 저항기는 상기 정류기 수단의 출력부와 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 세탁 기기.
9. 제6 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 스위칭 디바이스의 컨덕션 각도를 가변적으로 제어하기 위한 수단은 세탁 사이클 제어기인 것을 특징으로 하는 세탁 기기.

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