KR100585685B1 - 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로 - Google Patents

팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로에 관한 것으로, 종래에는 아날로그 방식으로 제어하여 신호제어에 따른 어려움이 있고, 정밀제어를 수행할 수 없는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 입력되는 전원전압을 직류전압으로 정류하여 출력하는 정류부와, 상기 직류전압을 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터로 공급하는 인버터와, 상기 전원전압의 제로점을 검출하고 그 검출한 제로점 발생신호를 출력하는 제로전압 검출부와, 상기 제로점 발생신호와 인터럽트 신호를 오아링하여 카운트 시작신호를 생성하는 오아게이트와, 상기 오아게이트에서 카운트 시작신호 발생시 설정된 주기동안 카운트하고, 이때 인터럽트 신호를 상기 오아게이트와 다음단으로 발생시키는 카운터와, 상기에서 발생되는 인터럽트 신호를 감지하여 싸인파신호가 저장되어 있는 어드레스를 계산해내는 어드레스 계산부와, 상기에서 계산된 어드레스에 저장되어 있는 싸인파신호에 해당하는 구동펄스를 출력시키는 롬과, 상기 인버터로 공급되는 전압의 레벨을 검출하여 소정값과 비교하여 출력하는 전압레벨 검출부와, 상기 롬에서 출력되는 펄스와 각 펄스에 의해 설정되어 있는 펄스폭 결정계수를 곱하여 펄스폭을 조정하는 곱셈기와, 상기 곱셈기에서 출력되는 펄스위치와 상기 카운터에서 출력되는 위치가 같을 경우 하이신호를 출력하는 비교기와, 상기 카운터의 인터럽트 신호와 상기 비교기의 비교신호에 의해 팜 구동신호를 생성하여 발생하는 플립플롭으로 간단히 디지탈로 구현하고, 아울러 신호 제어를 용이하게 수행하고, 라이트 시프터를 이용하여 펄스폭을 소수점자리까지 정밀하게 제 어할 수 있도록 한 것이다.

Description

팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로{THE SIGN SIGNAL GENERATOR FOR PAM DRIVE OF A PAM DRIVE APPARATUS}
도 1은 일반적인 인버터 시스템의 블럭 구성도.
도 2는 도 1에 대한 각 부의 입출력 파형도.
도 3은 종래 인버터 시스템의 역률 개선회로에 대한 상세도.
도 4는 도 3에서, 아날로그 역률개선부의 상세도.
도 5는 도 4에서, 각 부의 입출력 파형도.
도 6은 본 발명 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로에 대한 블럭도.
도 7은 도 6에서, 팜 구동신호 발생부에 대한 상세도.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****
101 : 오아게이트 102 : 카운터
103 : 어드레스 계산부 104 : 롬
105 : 곱셈기 106 : 라이트 시프터
107 : 비교기 108 : 플립플롭
본 발명은 팜(PAM : Pulse Amplitude Modulation) 기능을 제어하는 팜 구동장치에 있어서, 입력되는 전원전압의 제로점을 입력받아 팜 구동용 스위칭소자를 제어하기 위한 구동신호를 디지탈회로를 통해 발생하도록 하여 신호제어의 용이함을 이룰 수 있도록 한 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로에 관한 것으로, 특히 정밀제어가 가능하도록 한 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로에 관한 것이다.
가전제품의 에너지 절약, 출력 제어 용이성 때문에 급속히 인버터(INVERTER)화가 추진되고 있다.
상기 인버터(INVERTER)에 의해 구동되는 모터를 적용한 가전제품으로 세탁기, 냉장고, 에어콘 등이 시장에 나오고 있다.
도 1은 종래 인버터 시스템의 구성도로서, 이에 도시된 바와같이, 입력되는 상용교류전원을 브리지 다이오드를 통해 직류전압으로 정류하는 정류부(11)와, 상기정류부(11)의 출력을 평활시켜 출력하는 쵸크코일(12) 및 평활용 콘덴서(13)와, 상기 쵸크코일(12) 및 평활용 콘덴서(13)를 통해 평활된 직류전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터(M)에 제공하여 구동하도록 하는 인버터(14)로 구성된다.
이와같이 구성된 인버터 시스템의 동작을 도 2에 의거하여 살펴보면, 먼저 도2에서와 같은 상용 교류전원 전압파형과 상용 교류전원 전류파형을 갖는 교류전원을 정류부(11)로 공급하면, 상기 정류부(11)는 브리지 다이오드를 이용하여 직류전압으로 정류하여 쵸크코일(12)로 출력한다.
그러면 상기 쵸크코일(12)과 평활용 콘덴서(13)에 의해 평활하여 상기 정류부(11)의 직류전압에 포함되어 있는 교류성분을 제거하고, 이 교류성분을 제거한 직류전압을 인버터(14)로 출력한다.
이때 상기 인버터(14)로 입력되는 직류전압은 입력교류전원의 피크치보다 큰 전압이 된다.
이에따라 상기 인버터(14)는 평활용 콘덴서(13)에서 입력되는 직류전압을 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 3상의 교류전원으로 변환하여 모터(M)에 제공하여 모터(M)를 구동한다.
상기 도 2에서 시간 t는 쵸크코일(12)과 평활용 콘덴서(13)의 시정수에 의해 결정되는 시간인데, 보통은 상용교류전원의 1/5 이하이다.
이때 역률이 1이라고 가정하면, 인버터에 흐르는 전류파형은 입력되는 상용 교류전원과 동일 위상이며, 전류최대 크기보다 훨씬 작은 피크전류를 가지고 있는데, 이는 도 2의 역률이 1일때의 전류파형에 도시한 바와같다.
이렇게 도 2의 역률이 1일때의 전류파형과 같은 이상적인 전류파형을 만들면, 이는 노이즈 저감, 무효전력감소 등 선진국에서 상기 도 2에서와 같은 전류파형을 만들도록 법제화하고 있는 실정이다.
상기 도 2에서와 같은 전류파형을 만들기 위하여 역률 개선회로를 사용하는데, 이에 대한 구성은 도 3에 도시된 바와같다.
도 3은 종래 인버터 시스템의 역률 개선회로에 대한 상세도로서, 이에 도시된 바와같이, 입력되는 상용교류전원을 브리지 다이오드를 통해 직류전압으로 정류하는 정류부(31)와, 상기에서 출력을 평활시켜 출력하는 쵸크코일(32) 및 평활용 콘덴서(33)와, 상기 쵸크코일(32) 및 평활용 콘덴서(33)를 통해 평활된 직류전압을 펄스폭변조(PWM)를 통해 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터(M)에 제공하여 구동하도록 하는 인버터(36)와, 상기 정류부(31)의 출력전압과 상기 평활용 콘덴서(33)의 양단에 걸리는 전압을 비교기, 멀티플렉서, 낸드게이트, 노아게이트 등을 이용하여 전체적인 입력전류와 전압이 같도록 하기 위한 펄스폭 듀티를 가변시키는 아날로그 역률개선부(34)와, 이 아날로그 역률개선부(34)에서 가변된 펄스폭 듀티에 의해 온 또는 오프되어 상기 평활용 콘덴서(33)의 충방전 동작을 제어하는 스위칭소자(Q1)로 구성되어 역률을 보정하는 역률 보정부(35)로 구성된다.
이와같이 구성된 역률보정의 동작을 도 3, 도 4에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.
상용 교류전원이 인가되면, 정류부(31)에서 직류전압으로 정류하여 출력한다.
이렇게 출력되는 직류전압은 역률 보정부(35)의 저항(R1,R2)에 의해 분압된 전압이 아날로그 역률개선부(34)의 ③번 단자(VM1)로 입력되고, 쵸크코일(32)에 의해 유기된 전압이 저항(R5)을 통해 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ⑤번 단자(Idet)로 입력되고, 상기 쵸크코일(32)의 유기된 전압이 저항(R4)과 다이오드(D1) 및 콘덴서(C3)에 의해 조정된 전압과 저항(R3)의해 조정된 전압이 더하여지고, 이 더하여진 전압이 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ⑧번 단자(VCC)로 입력된다.
상기에서 ⑧번 단자(VCC)를 통해 계속해서 입력전압을 받아들이는 이유는 역률제어시 상기 입력전압의 파형과 같도록 하기 위해서이다.
그리고 상기 정류부(31)의 직류전압이 쵸크코일(32)과 다이오드(D2)를 거쳐 인버터(36)로 입력되는 전압을 저항(R11-R13)에 의해 분압된 전압이 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ①번 단자(INV)로 입력되고, 이 분압된 전압을 다시 콘덴서(C2)와 저항(R7,R8)의 시정수에 의해 조절되는 전압은 상기 아날로그 역률개선부(34)의 ②번 단자(COMP)로 입력되고, 상기 인버터(36)에 공급되는 전류에 해당하는 전압 즉, 콘덴서(C3)에 의해 결정되는 전압이 ④번 단자(CS)로 입력된다.
이렇게 입력된 전압은 도 4에 도시된 비교기(341,347,349), 멀티플렉서(347), 낸드게이트(343,344), 셀프 스태터(342), 노아게이트(345) 등을 통해 입력전압과 인버터(36)의 출력전압을 비교하여 두 전압이 같도록 조합한 펄스를 출력하는데, 결과적으로 도 5에서 알 수 있듯이 싸인파의 낮은 부분에서는 듀티가 커지고, 싸인파의 높은 부분에서는 듀티가 낮도록 하기 위한 펄스를 ⑦번 단자를 통해 출력한다.
상기 아날로그 역률개선부(34)의 ⑦번 단자(Vout)를 통해 출력되는 펄스는 스위칭소자(Q1)의 게이트로 입력되어, 상기 스위칭소자(Q1)가 펄스에 맞추어 온 또는 오프하여 입력전류와 입력전압의 파형이 같도록 하여 역률을 보정한다.
그러나 상기에서와 같이 종래기술에서 역률개선을 위해 아날로그 타입의 전용 아이씨(IC)를 사용하나 그 아이씨 주변회로가 매우 복잡하여 신호제어가 어렵고, 역률개선은 가능하나 팜(PAM : Pulse Amplitude Modulation) 기능을 수행하지 못하여 정밀제어가 불가능한 문제점이 있다.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 역률개선 및 팜 기능을 수행하기 위한 회로를 디지탈로 구현하여 회로를 간단하게 만들 수 있도록 한 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 인버터로 공급되는 전압레벨에 따라 펄스폭을 세밀하게 조정하도록 한 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 제로점 발생신호와 인터럽트 신호를 오아링하여 카운트 시작신호를 생성하는 오아게이트와, 상기 오아게이트에서 카운트 시작신호 발생시 설정된 주기동안 카운트하고, 이때 인터럽트 신호를 발생시키는 카운터와, 상기에서 발생되는 인터럽트 신호를 감지하여 싸인파신호가 저장되어 있는 어드레스를 계산해내는 어드레스 계산부와, 상기에서 계산된 어드레스에 저장되어 있는 싸인파신호에 해당하는 구동펄스를 출력시키는 롬과, 상기에서 출력되는 펄스에 펄스폭 결정계수를 곱하여 펄스폭을 조정하는 곱셈기와, 인버터로 공급되는 전압이 소정값 이상이면 상기 곱셈기에서 출력되는 펄스의 펄스폭을 키우고, 소정값 이하이면 펄스폭을 줄이는 라이트 시프터와, 상기 라이트 시프터를 통해 출력 되는 펄스위치와 상기 카운터에서 출력되는 위치가 같을 경우 하이신호를 출력하는 비교기와, 상기 카운터의 인터럽트 신호와 상기 비교기의 비교신호에 의해 팜 구동신호를 생성하여 발생하는 플립플롭을 포함한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 블럭 구성도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 교류전원을 정류하여 직류전압으로 만드는 정류부(61)와, 상기 정류부(61)의 직류전압에 포함되어 있는 교류성분을 제거하는 쵸크코일(62) 및 평활용 콘덴서(63)와, 상기 평활용 콘덴서(63)에서 출력되는 직류전압을 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터에 공급하는 인버터(64)와, 상기 평활용 콘덴서(63)의 앞단에 병렬로 연결되어 스위칭신호에 따라 상기 평활용 콘덴서(63)의 충,방전 동작을 제어하여 팜기능을 수행하는 스위칭소자(Q1)와, 입력되는 상용 교류전원의 제로점(ZERO POINT)을 검지하는 제로전압 검출부(65)와, 상기 인버터(64)에 공급되는 직류전압의 레벨을 검출하는 전압레벨 검출부(67)와, 상기 제로전압 검출부(65)에서 출력하는 제로점 발생신호와 전압레벨 검출부(67)에서 검출한 레벨에 따라 팜기능을 수행하기 위한 스위칭소자(Q1)의 동작을 제어하기 위한 팜 구동신호를 생성하여 출력하는 팜 구동신호 발생부(66)로 구성한다.
상기에서, 팜 구동신호 발생부(66)는, 도 7에 도시한 바와같이, 입력되는 제로점 발생신호(ZCP)와 인터럽트 신호를 오아링하여 카운트 시작신호(START)를 생성하는 오아게이트(101)와, 상기 오아게이트(101)에서 카운트 시작신호(START) 발생시 50μs마다 카운트하고, 이때 인터럽트 신호(INT)를 발생시키는 카운터(102)와, 상기에서 발생되는 인터럽트 신호(INT)를 감지하여 싸인파신호가 저장되어 있는 어드레스를 계산해내는 어드레스 계산부(103)와, 상기에서 계산된 어드레스에 저장되어 있는 싸인파신호에 해당하는 구동펄스를 출력시키는 롬(104)과, 상기에서 출력되는 펄스에 펄스폭 결정계수(factor)를 곱하여 펄스폭을 조정하는 곱셈기(105)와, 인버터로 공급되는 전압이 소정값 이상이면 상기 곱셈기(105)에서 출력되는 펄스의 펄스폭을 키우고, 소정값 이하이면 펄스폭을 줄이는 라이트 시프터(106)와, 상기 라이트 시프터(106)를 통해 출력되는 펄스위치와 상기 카운터(102)에서 출력되는 위치가 같을 경우 하이신호를 출력하는 비교기(107)와, 상기 카운터(102)의 인터럽트 신호와 상기 비교기(107)의 비교신호에 의해 팜 구동신호를 생성하여 출력하는 RS플립플롭(108)을 포함하여 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6에서, 상용 교류전원이 입력되면 이를 정류부(61)에서 입력받아 브리지 다이오드를 이용하여 직류전압으로 정류하여 출력한다.
이렇게 출력된 직류전압은 쵸크코일(62)과 평활용 콘덴서(63)에서 평활하여 직류전압에 포함되어 있는 교류성분을 제거하여 인버터(64)로 공급한다.
그러면 상기 인버터(64)의 스위치들이 온/오프동작을 행하여 직류전압을 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터에 공급한다.
이에따라 상기 모터가 구동하기 시작한다.
이때 인버터(64)를 이용하여 모터의 속도를 가변시키기 위하여, 상기 인버터(64)로 공급되는 직류전압의 레벨크기를 바꾸어 주기위하여 팜(PAM)기능을 조절하고, 효율적인 동작을 위하여 역률제어를 행하는데, 이는 다음과 같이 수행한다.
먼저, 제로전압 검출부(65)에서 입력되는 상용 교류전원의 제로점(ZERO POINT)을 검지하여 하이상태의 제로점 발생신호를 팜 구동신호 발생부(66)로 출력하고, 전압레벨 검출부(67)에서 인버터(64)로 공급되는 전압의 레벨을 검출하여 상기 팜 구동신호 발생부(66)로 출력한다.
그러면 상기 팜 구동신호 발생부(66)는 제로전압과 전압레벨에 따라 팜 구동신호를 생성하여 스위칭소자(Q1)로 제공한다.
따라서 상기 스위칭소자(Q1)는 온 또는 오프되어 팜기능을 수행한다.
그러면 상기 팜 구동신호 발생부(66)에 대하여 도 7에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
제로전압 검출부(65)에서 입력 전원전압의 제로점을 검출하고, 이 검출된 제로점 발생신호를 제공하면 이를 오아게이트(101)에서 입력받아 하이상태의 카운트 시작신호(START)를 카운터(102)로 제공한다.
따라서 상기 카운터(102)는 50μs주기로 카운트하여 인터럽트신호(INT)를 어드레스 계산부(103)와 상기 오아게이트(101)의 타측입력단자로 제공한다.
상기 인터럽트 신호(INT)가 상기 오아게이트(101)의 타측입력단자로 입력되면, 상기 오아게이트(101)는 상기 카운터(102)로 카운트 시작신호를 출력하여 다시 카운트동작을 수행하도록 하고, 어드레스 계산부(103)는 인터럽트 신호(INT)가 발생하는 시점에 대한 싸인파 신호를 싸인파 테이블로 부터 읽어들이기 위한 어드레스를 계산하여 롬(104)으로 출력한다.
그러면 상기 롬(104)은 입력되는 어드레스에 저장되어 있는 싸인파 신호에 대한 데이터를 읽어들여 곱셈기(105)로 출력한다.
따라서 상기 곱셈기(105)는 상기 롬(104)에서 출력되는 데이터와 그 데이터가 출력되는 어드레스에 따라 설정되어 있는 펄스폭 결정계수(factor)를 곱하여 펄스폭이 조정된 펄스를 라이트 시프터(106)로 제공한다.
예를들어, 롬(104)의 어드레스 "0"에 있는 데이터가 입력될 경우 펄스폭 결정계수(factor)는
Figure 112004010659526-pat00001
가 되어, 그 계수를 곱하여 펄스폭을 설정한다.
이렇게 펄스폭이 설정된 펄스를 라이트 시프터(106)로 출력하면, 상기 라이트 시프터(106)는 시프트 동작을 통하여 소수점자리의 펄스폭 결정계수를 곱하는 역할을 한다.
즉, 전압레벨 검출부(67)에서 검출한 전압레벨이 소정값 이상인 경우 곱셈기(105)의 출력에 1.5를 곱하고, 소정값 이하인 경우 0.1을 곱하여 펄스폭 결정계수(factor)를 늘리거나 줄이도록 하기 위한 라이트 시프트 값(light shift value)을 라이트 시프터(106)로 제공한다.
따라서 상기 라이트 시프터(106)는 입력되는 값만큼 시프트동작을 행하여 비교기(107)로 출력하면, 상기 비교기(107)는 카운터(102)의 카운트 발생신호와 상기 라이트 시프터 (106)의 출력신호를 입력받아 이를 비교하는데, 이때 상기 비교기(107)의 다른 입력단자로는 상기 카운터(102)에서 카운트한 값을 제공한다.
그러면 상기 비교기(107)는 상기 카운팅값과 상기 라이트 시프터(106)의 출력신호가 같아지는 시점에서 '하이'신호를 출력하여 RS플립플롭(108)의 R단자로 출력한다.
그리고 상기 RS플립플롭(108)의 S단자로는 카운터(102)에서 출력되는 인터럽트 신호가 입력된다.
따라서 상기 RS플립플롭(108)은 인터럽트 신호(INT)가 입력되면 셋트되어 하이신호를 출력하고, 상기 비교기(107)로부터 '하이'신호가 인가되면 리셋되어 로우신호를 출력한다.
이와같은 동작에 의해 스위칭소자(Q1)를 구동하기 위한 팜 구동신호가 생성된다.
앞에서 설명한 팜 구동신호 발생부(66)를 디지탈 회로로 구현함으로써 주변회로가 필요없이 간단하게 구현가능하고, 이에따라 반도체 제조공정 또한 간단하다.
이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 팜 구동을 위한 회로를 디지탈 회로로 구현하여 간단하게 구동함과 아울러 신호 제어를 용이하게 수행하고, 라이트 시프터를 이용하여 펄스폭을 소수점자리까지 정밀하게 제어할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 입력되는 전원전압을 직류전압으로 정류하여 출력하는 정류부와, 상기 직류전압을 다시 3상의 교류전원으로 변환시켜 모터로 공급하는 인버터와, 상기 전원전압의 제로점을 검출하고 그 검출한 제로점 발생신호를 출력하는 제로전압 검출부와, 상기 제로점 발생신호와 인터럽트 신호를 오아링하여 카운트 시작신호를 생성하는 오아게이트와, 상기 오아게이트에서 카운트 시작신호 발생시 설정된 주기동안 카운트하고, 이때 인터럽트 신호를 상기 오아게이트와 다음단으로 발생시키는 카운터와, 상기에서 발생되는 인터럽트 신호를 감지하여 싸인파신호가 저장되어 있는 어드레스를 계산해내는 어드레스 계산부와, 상기에서 계산된 어드레스에 저장되어 있는 싸인파신호에 해당하는 구동펄스를 출력시키는 롬과, 상기 인버터로 공급되는 전압의 레벨을 검출하여 소정값과 비교하여 출력하는 전압레벨 검출부와, 상기 롬에서 출력되는 펄스와 각 펄스에 의해 설정되어 있는 펄스폭 결정계수를 곱하여 펄스폭을 조정하는 곱셈기와, 상기 곱셈기에서 출력되는 펄스위치와 상기 카운터에서 출력되는 위치가 같을 경우 하이신호를 출력하는 비교기와, 상기 카운터의 인터럽트 신호와 상기 비교기의 비교신호에 의해 팜 구동신호를 생성하여 출력하는 플립플롭을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로.
  2. 제1항에 있어서, 전압레벨 검출부에서 비교한 값이 소정값 이상이면 상기 곱셈기에서 출력되는 펄스의 폭을 키우고, 소정값 이하이면 펄스폭을 줄이기 위하여 라이트 시프팅(RIGHT SHIFTING)을 조절하여 상기 비교기로 출력하는 라이트 시프터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로.
  3. 제1항에 있어서, 플립플롭은 RS플립플롭을 이용한 것을 특징으로 하는 팜 구동장치의 팜 구동용 싸인신호 발생회로.
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