KR100581095B1 - Ｐｗｍ 컨버터의 전원위상 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PWM 컨버터의 전원위상 검출장치에 관한 것이다.

본 발명은, PWM 컨버터로 입력되는 입력 전원의 제로 크로싱(zero crossing) 상태를 검출하는 제로크로싱검출부, 일정 클럭신호를 카운트하는 카운터, 제로 크로싱 상태가 검출되면 일정 기준값과 카운터 값의 차이에 따라 주파수가 결정되는 클럭신호를 생성하여 카운터의 클럭신호로 인가하는 클럭신호생성부, 및 카운터값을 이용하여 입력 전원의 위상각을 계산하는 전원위상각계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 사용하면, PWM 컨버터에 입력되는 입력 전원의 주파수에 따라 위상검출용 카운터의 클럭 주파수가 자동 조절되므로, 입력 전원의 주파수가 변동해도 전원 위상각의 검출 오차가 발생하지 않는다. 이에 따라, PWM 컨버터의 운전특성과 효율을 안정적으로 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

PWM 컨버터, 전원, 위상

Description

ＰＷＭ 컨버터의 전원위상 검출장치{ Apparatus to detect phase of input power for Pulse Width Modulation converters }

도 1은 PWM 컨버터의 구성예,

도 2는 종래의 전원위상 검출에 관한 개요,

도 3은 전원 위상과 카운터 값에 관한 개요,

도 4는 본 발명에 따른 PWM 컨버터의 전원위상 검출장치에 관한 실시예를 도시한 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11: 리액터 12: 전원위상검출부

13: 전류검출부 14: 제어부

15: 전력회로부 16: 전압검출부

31: 제로크로싱검출부 32: 카운터

33: 클럭신호생성부 33-1: 위상오차검출부

33-2: PI 제어부 33-3: 펄스발생부

34: 전원위상각계산부

본 발명은 PWM 컨버터의 전원위상 검출장치에 관한 것으로서, 특히 PWM 컨버터에 입력되는 전원의 주파수에 따라 위상검출용 카운터의 클럭 주파수를 자동 조절하여, 입력 전원의 주파수가 변동해도 올바른 위상을 검출할 수 있는 장치에 관한 것이다.

PWM 컨버터는 서보 드라이브나 전동기 제어장치 등에 사용되어 교류 전원을 직류전원으로 또는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 역할을 하며, PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 급격한 부하변동으로 인한 직류전압의 하강시에도 빨리 응답하여 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.

PWM 컨버터에는 전류의 방향에 따라 2가지 동작모드가 있다. 첫번째는 정류모드인데, 상용 교류전원을 입력받아 직류로 변환한 후 이를 가변 주파수의 교류전압으로 전동기에 공급하며, 상용 교류전원으로부터 컨버터로 전류가 입력된다. 두번째는 발전기로 동작하는 모드인데, 발생되는 회생 에너지를 저항 등으로 방전시켜 직류전원 상승에 따른 기기의 파손을 방지해야 한다. 용량이 큰 시스템에서는 이 회생 에너지를 전원측으로 되돌려 주어야 하며, 컨버터로부터 상용 교류전원으로 전류가 출력된다.

이러한 PWM 컨버터에서는 두가지 동작 모드에서 항상 상용 교류전원의 위상을 검출하여 동기시켜 주어야만 원하는 운전특성 및 효율을 얻을 수 있다.

도 1을 참조하여 PWM 컨버터의 개략적인 구성을 설명하자면, 입력된 상용 교류전원(Vac)은 PWM 제어를 통해 커패시터(C)에 직류전압으로 축적되고, 축적된 전압이 모터를 구동하는 인버터에 공급된다. 그리고, 전원위상검출부(12)에서는 상용 교류전원의 위상을 검출하여 PWM 제어에 사용할 수 있도록 동기를 맞추어 준다.

구체적으로 설명하자면, 리액터(11)의 입력단에서 상용 교류전원의 위상은 전원위상검출부(12)를 통해 검출되고, 리액터(11)를 통하여 컨버터로 입력 또는 출력되는 전류는 전류검출부(13)를 통해 검출되어 제어부(14)에 전달된다. 전력회로부(15)를 구성하는 각 전력소자의 게이트단에는 제어부(14)로부터 게이트 구동신호가 제공되어 해당 전력소자들을 온/오프시킨다. 이에 따라 상용 교류전원은 전력소자들을 통해 직류로 변환된 후 부하측으로 제공되는데, 부하측에는 평활 커패시터(C)가 연결되어 있어서 직류전압을 축적한다. 그리고 부하측에 인가된 전압(Vdc)은 전압검출부(16)를 통해 감지되어 제어부(14)로 피이드백된다.

도 2를 참조하자면, 전원위상검출부(12)는 입력전원의 선간 전압파형에서 제로 크로싱(zero crossing)되는 점의 상승 에지(Edge) 또는 하강 에지(Edge)를 기준으로 제로 크로싱 상태를 검출한다(S21). 제로 크로싱 상태가 검출되면, 카운터는 일정 고정 주파수의 클럭신호를 카운트하며(S22), 입력 전원의 주파수와 카운터 클럭주파수의 관계에 따라 현재의 전원위상각을 계산한다(S23).

도 3을 참조하자면, 카운터 값을 읽은 시점의 전원 위상각은 다음과 같이 계산될 수 있다.

전원위상각 = 타이머값 / (클럭 주파수/전원주파수(60Hz)) * 360도

이러한 종래의 위상 검출 방법은 카운터가 카운트하는 클럭신호로서 고정 주파수의 클럭신호를 사용하므로 입력 전원의 주파수 변동에 대응하지 못하는 문제점이 있다. 즉, 상용 교류전원의 주파수가 60Hz가 아닌 50Hz라면 계산식이 달라지므로 사용자가 별도의 방법으로 수동 설정 해주어야 한다. 또한, 전원주파수의 변동이 있을 경우에는 전원 위상각에 오차가 발생하므로, PWM 컨버터의 운전특성이 안정적이지 못하고 효율 저하를 초래하게 되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, PWM 컨버터에 입력되는 입력 전원의 주파수에 따라 위상검출용 카운터의 클럭 주파수를 자동 조절하도록 하여, 입력 전원의 주파수가 변동해도 전원 위상각의 검출 오차가 발생하지 않도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 PWM 컨버터의 전원위상 검출장치는, PWM 컨버터로 입력되는 입력 전원의 제로 크로싱(zero crossing) 상태를 검출하는 제로크로싱검출부; 일정 클럭신호를 카운트하는 카운터; 상기 제로크로싱검출부에서 제로 크로싱 상태가 검출되면, 일정 기준값과 상기 카운터 값의 차이에 따라 주파수가 결정되는 클럭신호를 생성하여 상기 카운터의 클럭신호로 인가하는 클럭신호생성부; 및 상기 카운터값을 이용하여 상기 입력 전원의 위상각을 계산하는 전원위상각계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다.

제로크로싱검출부(31)는 PWM 컨버터로 입력되는 입력 전원의 제로 크로싱 상태를 검출하며, 카운터(32)는 클럭신호생성부(33)에서 입력되는 클럭신호를 카운트한다.

클럭신호생성부(33)는 제로크로싱검출부(31)에서 제로 크로싱 상태가 검출되면, 일정 기준값과 현재 카운터 값의 차이에 따라 주파수가 결정되는 가변 주파수의 클럭신호를 생성하여 카운터(32)로 공급한다. 즉, 카운터(32)에서 카운트하는 클럭신호는 종래와 같이 고정 주파수를 갖는 클럭신호가 아니라 가변 주파수를 갖는 클럭신호이다. 이 클럭신호의 주파수는 일정 기준값과 현재 카운터 값의 차이에 따라 결정된다. 예로서, 기준값이 60Hz의 입력 전원에 대응하는 값으로 설정되었고, 현재 입력되는 입력 전원의 주파수가 50Hz라면, 카운터(32)가 카운트한 값은 기준값과 차이가 발생하게 된다. 그러면, 클럭신호생성부(33)는 이 차이를 반영할 수 있는 주파수의 클럭신호를 생성하여 카운터(32)로 공급하게 되므로, 항상 올바른 위상값을 검출할 수 있게 되는 것이다.

전원위상각계산부(34)는 종래와 마찬가지로 카운터(32) 값을 이용하여 입력 전원의 위상각을 검출한다. 그러므로, 항상 입력 전원의 제로 크로싱 순간에 동기된 위상값을 검출하게 된다. 이 때, 카운터의 리셋(reset)은 전원주파수를 고려하여 적절하게 큰 값에서 자동적으로 리셋되도록 구성하면 족하다.

클럭신호설정부(33)를 구성하는 바람직한 일 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다. 위상오차검출부(33-1)는 제로크로싱검출부(31)에서 제로 크로싱 상태를 검출하면, 이 때의 카운터(32) 값을 미리 정해진 기준값과 비교하여 위상오차를 검출한다.

위상오차검출부(33-1)에서 검출한 위상오차는 PI 제어부(33-2)에 입력되고, PI 제어부(33-2)는 위상오차에 따라 일정 제어신호를 생성한다. PI 제어부(33-2)는 위상오차에 더 빨리 응답하여 위상오차가 없어지도록 하는 역할을 수행할 수 있다.

펄스발생부(33-3)는 PI 제어부(33-2)에서 생성한 제어신호에 따라 해당 주파수의 펄스신호를 생성한다. 이 펄스신호가 카운터(32)로 공급되는 클럭신호가 된다. 즉, 펄스발생부(33-3)는 일종의 가변주파수 펄스발생기로서 동작한다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.

본 발명을 사용하면, PWM 컨버터에 입력되는 입력 전원의 주파수에 따라 위상검출용 카운터의 클럭 주파수가 자동 조절되므로, 입력 전원의 주파수가 변동해도 전원 위상각의 검출 오차가 발생하지 않는다. 이에 따라, PWM 컨버터의 운전특성과 효율을 안정적으로 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. PWM 컨버터로 입력되는 입력 전원의 제로 크로싱(zero crossing) 상태를 검출하는 제로크로싱검출부;

   일정 클럭신호를 카운트하는 카운터;

   상기 제로크로싱검출부에서 제로 크로싱 상태가 검출되면, 일정 기준값과 상기 카운터 값의 차이에 따라 주파수가 결정되는 클럭신호를 생성하여 상기 카운터의 클럭신호로 인가하는 클럭신호생성부; 및

   상기 카운터값을 이용하여 상기 입력 전원의 위상각을 계산하는 전원위상각계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 컨버터의 전원위상 검출장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 클럭신호생성부는

   상기 제로크로싱검출부에서 제로 크로싱 상태가 검출된 때의 상기 카운터 값과 상기 기준값을 비교하여 위상오차를 검출하는 위상오차검출부;

   상기 위상오차에 따라 가변하는 제어신호를 생성하는 PI 제어부; 및

   상기 PI 제어부에서 생성한 제어신호에 따라, 상기 주파수가 결정되는 클럭신호를 생성하여 상기 카운터로 출력하는 펄스발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 컨버터의 전원위상 검출장치.

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