KR100715773B1 - 제어용 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터와 같은 부하에 구동용 전원과 제어용 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전원 공급 장치는 부하를 구동하지 않는 동안에는 구동용 전원을 전압 강하시켜 제어용 전원으로 사용하고, 부하를 구동할 동안에는 구동용 전원을 전압 강하시킨 전력에 부하를 구동하는 부하 구동부에서 검출되는 전력의 일부를 합하여 이를 안정화시켜 제어용 전원으로 공급하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 부하가 구동되지 않는 동안에는 대기 전력을 기준으로 전원 공급 계통을 설계하여 상대적으로 매우 적은 전력만을 공급하고, 부하가 구동되는 동안에는 부하를 구동하는 부하 구동부에서 검출되는 전력의 일부를 이에 합하여 제어용 전원을 공급하여 활성화된 충분한 전력을 공급하는 것이 가능하다. 따라서 대기 상태에서 손실이 줄어들면서도 운전 중에 충분한 전력을 공급하는 것이 가능하여 효율이 개선될 뿐 아니라 수동 소자만을 사용하므로 저가로 구성할 수 있는 장점이 있다.

제어 전원, 전원 공급 장치, 모터, 전류 검출 저항, 정전압, 대기 전력

Description

제어용 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치{power supply apparatus providing power for control circuit}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예의 보다 구체화된 실시예를 도시한 회로도이다.

도 3a는 대기 상태에서 노드 P에서 출력되는 신호와 노드 Q에서 출력되는 신호를 도시한다.

도 3b는 운전 상태에서 노드 P에서 출력되는 신호와 노드 Q에서 출력되는 신호를 도시한다.

<도면의 주요 부분에대한 부호의 설명>

100 : 전원 공급부 300 : 부하 구동부

500 : 구동 전원 인출부 700 : 대기 전원 인출부

900 : 정전압 강하부

본 발명은 모터와 같은 부하의 전원 공급 장치에 관한 것이며, 특히 구동용 전원과 제어용 전원이 모두 필요한 부하에 대해 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 관한 것이다.

종래 제어 전원을 공급하는 전원 공급 회로는 구동용 전원에 스위칭 모드 전원공급 장치를 연결한 방식이 있다. 이 방식은 효율이 높고 부하를 구동하지 않을 때의 대기 전력 손실이 적으며, 수동 소자의 갯수나 크기가 줄어들어 소형화되는 점에서 장점이 있다. 그러나 이 방식은 고가의 스위칭 제어용 아이씨와 반도체 스위치가 필요하여 고가인 단점이 있다.

또다른 방식의 제어 전원을 공급하는 전원 공급 회로에 구동용 전원을 저항을 이용하여 전압 강하시키고 이를 안정화시켜 제어 전원을 공급하는 방식이 있다. 이 방식은 제너 다이오드, 저항과 같은 수동 수자를 이용하여 구성하므로 가격이 저렴하나 싸이즈가 크고 효율이 나쁘며, 특히 부하를 구동하지 않는 대기 상태에서도 전력 손실이 발생하여 전체적인 전력 손실이 커지는 단점이 있다. 일반적으로 부하를 구동하지 않는 대기 상태에서는 제어용 전력의 소모도 적으며, 부하가 구동되는 동안에는 제어용 전력의 소모가 커진다.

본 발명은 이 같은 문제점들을 해결하기 위해 도출된 것으로, 효율이 좋으면서도 저가로 구현이 가능한 제어용 전원을 공급할 수 있는 전원 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 제어용 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치는 부하를 구동하지 않는 동안에는 구동용 전원을 전압 강하시켜 제어용 전원으로 사용하고, 부하를 구동할 동안에는 구동용 전원을 전압 강하시킨 전력에 부하를 구동하는 부하 구동부에서 검출되는 전력의 일부를 합하여 이를 안정화시켜 제어용 전원으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이 같은 양상에 따라 부하가 구동되지 않는 동안에는 대기 전력을 기준으로 전원 공급 계통을 설계하여 상대적으로 매우 적은 전력만을 공급하고, 부하가 구동되는 동안에는 부하를 구동하는 부하 구동부에서 검출되는 전력의 일부를 이에 합하여 제어용 전원을 공급하여 활성화된 충분한 전력을 공급하는 것이 가능하다. 따라서 대기 상태에서 손실이 줄어들면서도 운전 중에 충분한 전력을 공급하는 것이 가능하여 효율이 개선될 뿐 아니라 수동 소자만을 사용하므로 저가로 구성할 수 있는 장점이 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있을 정도로 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도시된 바와 같이 일 실시예에 따른 전원 공급 장치는 외부로부터 공급되는 전력을 부하를 구동하는데 적합한 전력으로 변환하여 공급하는 전원 공급부(100)와, 이 전원 공급부(100)에서 공급되는 구동 전력을 부하에 공급하는 부하 구동부(300)와, 이 전원 공급부(100)에 의해 부하 구동부(300)로 공급되는 전력의 적어도 일부를 상시 인출하는 대기 전원 인출부(700)와, 부하가 구동될 때 상기 전원 공급부에 의해 부하로 공급되는 전력의 일부를 인출하는 구동 전원 인출부(500)와, 부하를 구동하지 않는 동안에는 상기 대기 전원 인출부(700)에서 인출한 구동용 전원을 전압 강하시켜 제어용 전원으로 사용하고, 부하를 구동하는 동안에는 상기 대기 전원 인출부(700)와 상기 구동 전원 인출부(500)의 전원을 합하고, 이들을 전압 강하하여 안정화된 직류 전원으로 변환하여 전체 시스템의 제어용 전원으로 출력하는 정전압 강하부(900)를 포함하여 구성된다.

부하가 직류 모터인 경우, 전원 공급부(100)는 예를 들면 외부에서 인입되는 상용 교류 전원을 정류하고 평활화시켜 공급하는 회로일 수 있다. 대기 전원 인출부(700)는 종래 전압 강하 방식의 제어용 전원 인출회로와 유사하나, 상대적으로 적은 대기 전력만을 인출하면 되므로 수동 소자의 규격을 낮출 수 있다. 종래 전압 강하 방식의 제어용 전원 인출회로의 경우 운전 상태의 제어용 전원을 기준으로 설계되어야 하므로 수동 소자의 규격이 커지고 대기 전력의 소모가 많아 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

부하 구동부(300)는 예를 들어 부하가 모터인 경우 흔히 H-브리지로 구성된다. 이 브리지를 구성하는 4 개의 전자적인 스위치를 제어하는 게이트 신호들이 제어 회로에 의해 공급된다. 본 발명의 최종 출력인 제어용 전원은 예를 들면 이 같은 제어 회로에 공급되는 것이다.

구동 전원 인출부(500)는 전원 공급부(100)에 의해 예를 들면 모터와 같은 부하에 공급되는 전력계통에서 연결되어 구동 전력의 일부를 인출한다. 제어용 전력 소모는 구동용 전력에 비하면 상대적으로 매우 작아서 이 같은 설계를 통해서도 부하 구동에 미치는 영향은 크지 않다. 정전압 강하부(900)는 종래 전압 강하 방 식에서 전압을 강하시키고 안정화시키는 회로와 유사하다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예의 보다 구체화된 실시예를 도시한 회로도이다. 전원 공급부(100)는 상용 교류 전원을 정류하는 4개의 다이오드(D1∼D4)로 이루어진 브릿지 회로와, 정류된 신호를 평활화시키는 콘덴서(C6)로 이루어진다. 본 실시예에 있어서, 평활화된 신호는 전압 강하와 같은 추가적인 처리 없이 직접 부하인 모터(300)로 공급된다.

부하 구동부(300)는 본 실시예에서 모터(M)를 구동하는 4개의 스위치로 구성된 H-브릿지 회로이다. 이 브리지를 구성하는 4 개의 전자적인 스위치를 제어하는 게이트 신호들이 제어 회로에 의해 공급된다. 본 발명의 최종 출력인 제어용 전원은 예를 들면 이 같은 제어 회로에 공급되는 것이다.

본 실시예에 있어서, 대기 전원 인출부(700)는 구동용 전원을 전압 강하시키면서 인출하는 저항 소자인 저항(R_D)로 구성된다. 부하인 모터에 공급되는 전압은 이 저항(R_D)과 정전압 강하부(900)에 의해 전압 분할되므로, 저항(R_D)값을 적절히 설계함에 의해 대기 상태에서 최종 출력되는 제어 전원의 전류의 양을 조절할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 구동 전원 인출부(500)는 부하 전류를 검출하는 저항성 소자(R_A)와, 이 저항성 소자(R_A)에 걸리는 전압에 의해 온오프되고, 상기 부하 전류를 상기 정전압 강하부로 공급하는 다이오드(D_A)를 포함한다.

도시된 실시예에 있어서, 저항(R_A)은 부하인 모터의 여자 코일에 흐르는 구동 전류를 센싱하는 구동 전류 검출용 저항이다. 이 저항에 걸리는 전압은 구동 전류에 비례한다. 모터가 구동되지 않는 동안에는 저항(R_A)에 흐르는 전류가 없어 전압 강하가 없으므로 다이오드(D_A)는 오프된다. 따라서 정전압 강하부(900)에는 대기 전원 인출부(700)인 저항(R_D)에 의해 인출되는 대기 전원 만이 공급된다. 모터가 구동되고 있는 동안에는 저항(R_A)에 흐르는 전류에 의해 전압 강하가 발생하고 이에 의해 다이오드(D_A)는 온된다. 따라서 정전압 강하부(900)에 대기 전원 인출부(700)인 저항(R_D)에 의해 공급되는 전류 외에 추가적인 전류가 공급될 수 있다. 이 전류는 모터의 구동 전류에 따라 증가하므로 제어용 전원으로 더욱 적합하다. 저항(R_A)의 값을 조절함에 의해 구동 상태에서 보충되어야할 전류의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라 모터를 구동하고 있는 활성 상태에서 최종 출력되는 제어 전력을 조절할 수 있다.

일 실시예에 있어서 정전압 강하부(900)는 전원 안정화부와, 선형 정전압 소자를 포함한다. 대기전원 인출부에서 인출된 신호와, 구동전원 인출부에서 인출된 신호는 노드(N)에서 합해진다. C3, C4 로 이루어진 전원 안정화부는 이 합해진 신호를 평활화시켜 안정화시킨다. 직렬 연결된 한 쌍의 제어 다이오드(ZD1, ZD2)는 입력되는 전압을 두 제너 다이오드의 정격 전압의 합만큼 강하시키는 선형 정전압 소자로 동작한다. 이때 노드 P에서 두 제너다이오드의 정격 전압의 합에 해당하 는 제어 전원, 예를 들면 12V나 32V 등이 출력될 수 있다. 디지탈 소자에 필요한 5V 전원을 공급하기 위하여 추가로, 선형 정전압 소자인 78L05 아이씨가 연결된다. 그 출력단에는 전원 안정화를 위해 콘덴서(C5, C6) 가 연결되며, 이들의 출력이 최종 제어 전원이다.

도 3a는 대기 상태에서 노드 P에서 출력되는 전압과 노드 Q에서 출력되는 전압을 도시한다. 도 3b는 운전 상태에서 노드 P에서 출력되는 전압과 노드 Q에서 출력되는 전압을 도시한다. 대기 상태에서는 제어 회로의 소모 전력이 대략 0.5 W 수준이며, 운전 상태에서는 제어 회로의 소모 전력이 대략 2.5W 수준이다. 운전 상태에서도 선형 정전압 소자를 거친 후에는 전압이 안정화되어 공급됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 대기 상태와 운전 상태에 따라 최적의 전원을 공급하도록 회로가 설계되어 효율이 개선된다. 나아가 수동 소자만으로 회로가 구성되므로 저가로 구현할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 누구나 도출할 수 있는 자명한 변형예들을 포괄하도록 의도된 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 제어용 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 있어서,

   외부로부터 공급되는 전력을 모터를 구동하는데 적합한 전력으로 변환하여 공급하는 전원 공급부와;

   상기 전원 공급부에서 공급되는 구동 전력을 모터에 공급하는 부하 구동부와;

   상기 전원 공급부에 의해 부하 구동부로 공급되는 전력의 일부를 전압 강하시키면서 상시 인출하는 대기 전원 인출부와;

   모터가 구동될 때 상기 전원 공급부에 의해 상기 모터에 공급되는 전력의 일부를 인출하는 구동 전원 인출부와;

   상기 모터를 구동하지 않는 동안에는 상기 대기 전원 인출부에서 인출한 구동용 전원을 전압 강하시켜 제어용 전원으로 사용하고, 상기 모터를 구동할 때에는 상기 대기 전원 인출부와 상기 구동 전원 인출부의 전원을 합하고, 이들을 전압 강하하여 안정화된 직류 전원으로 변환하여 전체 시스템의 제어용 전원으로 출력하는 정전압 강하부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어용 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 구동 전원 인출부는 부하 전류를 검출하는 저항성 소자와,

   상기 저항성 소자에 걸리는 전압에 의해 온오프되고, 상기 부하 전류를 상기 정전압 강하부로 공급하는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 대기 전원 인출부는 구동용 전원을 전압 강하시키면서 인출하는 저항 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 정전압 강하부는 전원 안정화부와, 선형 정전압 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.

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