KR100724492B1

KR100724492B1 - 디씨 링크전압 검출회로

Info

Publication number: KR100724492B1
Application number: KR1020050081010A
Authority: KR
Inventors: 오정훈
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-06-04
Also published as: KR20070025168A

Abstract

본 발명은 SMPS의 2차측 전원을 이용하여 인버터의 DC 링크의 전압을 검출하는 시스템에서 빠른 응답속도와 정확한 전압 검출이 가능하도록 한 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 디씨링크의 전압을 트랜스를 통해 검출하는 회로에서, 트랜스를 통해 출력되는 디씨링크 검출전압을 디씨링크전압 충전부에 전달하는 디씨링크전압 입력부와; 상기 디씨링크전압 입력부의 턴온 시간을 지연시켜 디씨링크 검출전압에 포함되어 있는 스파이크성 펄스가 차단되도록 하는 디씨링크전압 입력제어부와; 상기 디씨링크전압 입력부를 통해 전달되는 디씨링크 검출전압을 충전하는 디씨링크전압 충전부 및, 그 충전전압을 증폭하여 최종의 디씨링크 검출전압으로 출력하는 연산증폭부에 의해 달성된다.

Description

디씨 링크전압 검출회로{DC LINK VOLTAGE DETECTION CIRCUIT}

도 1은 종래 기술에 의한 디씨 링크전압 검출회로도.

도 2는 본 발명에 의한 디씨 링크전압 검출회로도.

도 3의 (a)-(e)는 도 2 각부의 파형도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11 : 트랜스 구동부 11A : 디씨링크

12 : 트랜스 13 : 직류전압 출력부

14,20 : 디씨링크전압 검출부 21 : 디씨링크전압 입력부

22 : 디씨링크전압 입력제어부 23 : 디씨링크전압 충전부

24 : 연산부

본 발명은 SMPS(SMPS:Switching Mode Power Supply)의 2차측 전원을 이용하여 인버터의 디씨(DC) 링크의 전압을 검출하는 기술에 관한 것으로, 특히 빠른 응답속도와 정확한 전압 검출이 가능하고 저가로 구현할 수 있도록 한 디씨 링크전압 검출회로에 관한 것이다.

근래 들어, 모터를 사용하는 거의 모든 시스템에 인버터가 적용되고 있으며, 특히, 정밀 제어나 생산공정 및 에너지 절약이 요구되는 시스템에 널리 적용되고 있는 실정에 있다. 모터의 정확한 회전속도나 토크, V/F 제어를 위해 인버터는 여러 가지 파라메타의 값을 순시적으로 읽어와야 한다. 그리고, 모터의 회전속도, 토크, 주파수 기준치의 변화에 따라 인버터의 출력전압을 적절히 가변시켜야 한다.

이때, 인버터에서는 삼상 또는 단상 교류 전압을 다이오드 브리지를 통해 디씨전압으로 정류한 다음 디씨 커패시터에 저장하게 되는데 이 전압을 디씨링크 전압이라 부르며, 인버터의 효율적인 제어를 위해서 디씨링크 전압의 정확한 순시값이 필요하다. 여기서, 디씨링크 전압은 일반적으로 계통 전압을 정류한 높은 전압이기 때문에 제어기에 직접 전달할 수 없어 절연시키는 방법을 사용하며, 낮은 전압으로 변압하여 전달하게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 디씨 링크전압 검출회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 디씨링크 전압을 트랜스(12)를 통해 전달하기 위해 그 트랜스(12)를 소정의 스위칭 주파수로 구동시키는 트랜스 구동부(11)와; 상기 디씨링크 전압을 소정 비율로 변환하여 출력하기 위한 트랜스(12)와; 상기 트랜스(12)의 출력 전압을 정류 및 평활하여 소정 레벨의 직류전압으로 출력하는 직류전압 출력부(13)와; 상기 트랜스(12)의 타측 출력 전압을 정류 및 분압하여 상기 디씨링크(11A)의 충전 전압(Vdc)에 비례하는 검출전압을 출력하는 디씨링크전압 검출부(14)로 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

디씨링크(11A)에 전압이 충전되어 그 충전 전압(Vdc)이 트랜스(12)의 1차 코일 (L11)에 공급되고 있는 상태에서, 스위칭 소자인 트랜지스터(MOSFET)(Q1)를 소정의 주파수로 온오프시킨다.

이에 따라, 상기 디씨링크(11A)의 충전 전압(Vdc)이 상기 트랜스(12)의 1,2차 코일(L11),(L21)의 권선비(N1:N2)로 2차코일(L21)측으로 전달된다.

상기 트랜스(12)의 2차 코일(L21)에 유도된 전압은 직류전압 출력부(13)에서 다이오드(D2),(D3)에 의해 정류되고, 커패시터(C1),(C2)에 의해 리플 성분이 제거되어 출력단자(15P,5N)에 소정 레벨의 직류전압(±15)이 출력된다.

한편, 상기 트랜스(12)의 2차 코일(L21)에 접속된 다이오드(D4)는 플라이백(Flyback) 컨버터로 동작하는 것이 아니라, 포워드(Forward) 컨버터로 동작하므로 입력전압에 비례하는 일정 전압을 출력한다. 이렇게 출력되는 정류전압이 커패시터(C3)에 의해 평활되고, 저항(R1,R2)의 분압비로 분압되어 A/D(Analog/Digital) 포트에 전달된다.

결국, 상기 A/D 포트에는 상기 디씨링크(11A)의 충전 전압(Vdc)에 비례하는 전압이 전달된다.

여기서, 상기 커패시터(C3)를 통해 출력되는 전압의 리플률 및 충전속도는 그 커패시터(C3)의 용량에 따라 달라진다. 그리고, 상기 커패시터(C3)의 방전속도는 'C1*(R1+R2)'로 결정된다.

이와 같이 종래의 디씨 링크전압 검출회로에 있어서는, 비교적 적은 수의 부품만을 사용하여 디씨링크 전압을 읽어오게 되어 있었다. 따라서, 스위칭 파형에 의 한 리플전류치가 크기 때문에 리플성분을 제거하기 위해 커패시터의 용량을 높여야 한다.

하지만, 단순히 리플성분을 제거하기 위해 커패시터의 용량을 높이면, 순시적으로 변화되는 디씨링크 전압을 읽어오는 시간이 많이 걸리게 되는 단점이 있었고, 그렇다고 해서 커패시터의 용량을 낮추게 되면, 그에 상응되게 리플 전압이 상승되어 디씨링크 검출전압이 불안정한 상태로 되므로 정확한 디씨링크 검출전압을 출력하는데 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전원 라인의 상태 및 부하 상태에 따라 변화하는 디씨링크전압 검출회로에서, 리플 성분을 유발시키는 스파이크성 펄스를 제거하고 시정수를 조정하여 빠른 응답속도와 정확한 전압 검출이 가능하도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디씨링크의 전압을 트랜스를 통해 소정 비율로 변환하여 검출하는 회로에 있어서, 상기 트랜스를 통해 출력되는 디씨링크 검출전압을 디씨링크전압 충전부에 전달하는 디씨링크전압 입력부와; 상기 디씨링크전압 입력부를 통해 전달되는 디씨링크 검출전압에 포함되어 있는 스파이크성 펄스를 제거하기 위해 그 디씨링크전압 입력부의 구동을 제어하는 디씨링크전압 입력제어부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

상기 디씨링크 검출전압에 포함되어 있는 스파이크성 펄스는 입력펄스의 전이 시점에서 발생되는 특성을 이용하여 그 펄스를 제거하기 위해, 상기 디씨링크전압 입력제어부를 통해 상기 디씨링크전압 입력부를 구동시킬 때, 그 펄스 구간이 경과 될 때까지 구동시간을 지연시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 디씨 링크전압 검출회로의 일실시 구현예시도로서 이에 도시한 바와 같이, 디씨링크 전압을 트랜스(12)를 통해 전달하기 위해 트랜스(12)를 소정의 스위칭 주파수로 구동시키는 트랜스 구동부(11)와; 상기 디씨링크 전압을 소정 비율로 변환하여 출력하기 위한 트랜스(12)와; 상기 트랜스(12)의 출력 전압을 정류 및 평활하여 소정 레벨의 직류전압으로 출력하는 직류전압 출력부(13)와; 상기 트랜스(12)를 통해 출력되는 디씨링크 검출전압을 디씨링크전압 충전부(23)에 전달하는 디씨링크전압 입력부(21)와; 상기 디씨링크전압 입력부(21)를 통해 전달되는 디씨링크 검출전압에 포함되어 있는 스파이크성 펄스를 선택적으로 제거하기 위해 그 디씨링크전압 입력부(21)의 턴온 시간을 약간 지연시키는 디씨링크전압 입력제어부(22)와; 상기 디씨링크전압 입력부(21)를 통해 전달되는 디씨링크 검출전압을 충전하는 디씨링크전압 충전부(23)와; 상기 디씨링크전압 충전부(23)의 출력전압을 증폭하여, 상기 디씨링크(11A)의 충전 전압(Vdc)에 비례하는 최종의 검출전압으로 출력하는 연산증폭부(24)로 구성한 것이다.

본 발명에 따른 디씨링크전압 검출부(20)에서 가장 특징적인 구성을 갖는 디씨링크전압 입력부(21)와, 디씨링크 전압 입력 제어부(22)의 구성과 각 기능들에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 디씨링크전압 입력부(21)는 트랜스(12)의 2차측 코일에서 출력되는 전압 을 정류하기 위한 다이오드(D4)와, 이 다이오드(D4)를 통해 정류된 디씨링크 검출 전압을 디씨링크전압 충전부(23)에 전달하기 위한 트랜지스터(Q2)를 포함하여 이루어지는데, 이 트랜지스터(Q2)는 디씨링크 전압 입력 제어부(22)의 제어를 받아 온/오프되도록 구성되어 있다.

디씨링크 전압 입력 제어부(22)는 트랜스(12)의 2차측 코일에서 출력되는 전압을 정류하기 위한 정류 다이오드(D5)와, 그 다이오드(D5)를 통해 입력되는 전압에 의해 온오프되어 디씨링크정압 입력부의 온오프 타이밍을 조절하는 트랜지스터(Q3)로 이루어지며, 트랜지스터(Q3)의 턴온 타이밍은 그 베이스측에 접속된 커패시터(C3)의 충전 시정수에 의해 정해지는데, 이 커패시터(C3)는 베이스측의 충전시 노이즈 방지 및 게이팅 시정수를 정하기 위한 것이다.

한편, 커패시터(C3)의 전단에 직병렬 회로로 구성되어 있는 저항(R4,R5)는 MOS-FET 소자(3)의 스위치가 온(ON) 될 때 다이오드(D5)를 통해 들어오는 전압인 V2=N2*V1/N1 의 전압을 R4와 R5의 각 저항비에 따라 분압시켜 게이팅 전압을 정해주는 역할을 하는 것이라 할 수 있으며, R4와 R5 저항의 저항비를 조절하면 게이팅 전압의 조절이 가능해져 충전 시정수 가변에 영향을 미치는 것이 가능해지며, 이외에도 R5와 C3로 이루어지는 RC 필터의 저항과 정전용량값을 다양하게 설정함으로써 충전 시정수의 가변이 가능해질 수 있다.

이상과 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서, 디씨링크전압 검출부(20)를 제외한 나머지 부분의 작용은 도 1의 종 래 기술에서와 동일하다.

즉, 디씨링크(11A)에 전압이 충전되어 그 충전 전압(Vdc)이 트랜스(12)의 1차 코일(L11)에 공급되고 있는 상태에서, 스위칭 소자인 트랜지스터(MOSFET)(Q1)를 소정의 주파수로 온오프시킨다.

한편, 디씨링크전압 검출부(20)는 포워드 컨버터로 동작하며, 상기 트랜지스터(Q1)가 온될 때 에너지(전원) 전달 동작이 이루어진다.

상기 트랜지스터(Q1)가 온되는 주기에서는 다이오드(D5)를 통해 전달되는 전압(V5=N2*V1/N1)이 저항(R4,R5)에 의해 소정 레벨로 분압되어 트랜지스터(Q3)의 베이스측으로 공급된다. 도 3의 (a)는 상기 다이오드(D4) 및 다이오드(D5)의 입력전압 파형을 나타낸 것이다.

여기서, 상기 트랜지스터(Q3)의 베이스측에 접속된 커패시터(C3)는 노이즈를 제거하고 게이팅 시정수를 결정하기 위한 것이다. 상기 게이팅 시정수에 의해 상기 트랜지스터(Q3)의 게이트 파형이 도 3의 (b)와 같이 소정 시간 지연되어 나타나도록 하였다.

트랜지스터(Q2)는 상기 트랜지스터(Q3)가 온되는 것에 의해 온되어 디씨링크 검 출전압을 커패시터(C4)에 전달한다. 그런데, 상기 트랜지스터(Q3)의 온되는 시간이 상기 게이트 파형의 지연시간 만큼 지연되므로, 그 트랜지스터(Q2)도 그만큼 지연시간을 갖은 후 온된다.

이에 따라, 다이오드(D4)를 통해 상기 트랜지스터(Q2)의 에미터에 인가되는 도 3의 (c)와 같은 디씨링크 검출전압 중에서 상기 스파이크성 펄스가 포함된 구간의 전압이 상기 지연시간에 의해 차단되고, 나머지 구간의 입력전압이 그 트랜지스터(Q2)를 통해 커패시터(C4)에 충전된다. 도 3의 (d)는 상기 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 전압을 나타낸 것이다.

그리고, 상기 커패시터(C5)에 충전된 도 3의 (e)와 같은 디씨링크 검출전압은 저항(R6,R7)에 의해 분압된 후 연산증폭부(24)를 통해 적정 레벨로 증폭처리되어 출력된다.

한편, 상기 트랜지스터(Q1)가 오프되는 주기에서는 상기 트랜스(12)의 구동이 중지되어 상기 다이오드(D4,D5)의 애노드측 전압이 로우가 된다. 이에 따라, 상기 트랜지스터(Q3)가 오프되고, 이에 의해 상기 트랜지스터(Q2)도 오프된다.

이에 따라, 상기 커패시터(C4)의 유입 전류가 차단되므로 이의 충전동작이 이루어지지 않고 시정수((R6+R7)*C4)에 의한 방전동작이 이루어진다. 여기서, 저항값을 R3<<(R6,R7)로 설정하면 상기 커패시터(C4)의 방전 시정수가 크게 되어 전압 리플을 줄일 수 있다. 또한, 상기 커패시터(C4)에 대한 충전 시정수를 작게 설정하면 입력전압의 변화에 대한 빠른 응답특성을 얻을 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전원 라인의 상태 및 부하 상태에 따라 변화하는 디씨링크 전압을 검출할 때 검출 방법을 개선한 것으로서, 간단한 구성과 단순한 원리를 사용하면서도 전동기의 속도, 토크, 주파수 제어를 하는데 있어 더욱 정확하고 빠른 응답속도를 얻을 수 있으므로 인버터의 전체적인 성능 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims

디씨링크의 전압을 트랜스를 통해 검출하는 회로에 있어서,

상기 트랜스를 통해 출력되는 디씨링크 검출전압을 디씨링크전압 충전부에 전달하는 디씨링크전압 입력부와;

상기 디씨링크전압 입력부의 턴온 시간을 지연시켜 디씨링크 검출전압에 포함되어 있는 스파이크성 펄스가 차단되도록 하는 디씨링크전압 입력제어부;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 디씨 링크전압 검출회로.
제1항에 있어서, 디씨링크전압 입력부는

상기 트랜스의 2차측 코일에서 출력되는 전압을 정류하기 위한 다이오드와;

상기 다이오드를 통해 정류된 디씨링크 검출전압을 상기 디씨링크전압 충전부에 전달하는 트랜지스터를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 디씨 링크전압 검출회로.
제1항에 있어서, 트랜지스터는 상기 디씨링크전압 입력제어부의 제어를 받아 온오프되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디씨 링크전압 검출회로.
제1항에 있어서, 디씨링크전압 입력제어부는

상기 트랜스의 2차측 코일에서 출력되는 전압을 정류하기 위한 다이오드와;

상기 다이오드를 통해 입력되는 전압에 의해 온오프되어 상기 디씨링크전압 입력부의 온오프 타이밍을 조절하는 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 디씨 링크전압 검출회로.
제4항에 있어서, 트랜지스터의 턴온 타이밍은 그의 베이스측에 접속된 커패시터의 충전 시정수에 의해 결정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디씨 링크전압 검출회로.
제1항에 있어서, 상기 디씨링크전압 입력부를 통해 전달되는 디씨링크 검출전압을 충전하는 디씨링크전압 충전부 및, 상기 디씨링크전압 충전부의 충전전압을 증폭하여 최종의 디씨링크 검출전압으로 출력하는 연산증폭부를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 디씨 링크전압 검출회로.
제6항에 있어서, 상기 디씨링크전압 입력부는 출력단에 저항이 접속되고 상기 디씨링크전압 충전부는 출력단에 분압저항이 접속되며, 상기 디씨링크전압 입력부의 출력단 저항보다 상기 디씨링크전압 충전부의 출력단 분압저항이 충분히 크게 설정되어, 상기 디씨링크전압 충전부는 방전 시정수가 커짐으로써 전압 리플이 저감되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디씨 링크전압 검출회로.
제1항에 있어서,

상기 디씨 링크전압 검출회로는 상기 디씨링크전압 입력부를 통해 전달되는 디씨링크 검출전압을 충전하는 디씨링크전압 충전부와, 상기 디씨링크전압 충전부의 충전전압을 증폭하여 최종의 디씨링크 검출전압으로 출력하는 연산증폭부를 더 포함하고,

상기 디씨링크전압 입력제어부는 상기 트랜스의 2차측 코일에서 출력되는 전압을 정류하기 위한 다이오드와, 상기 다이오드를 통해 입력되는 전압에 의해 온오프되어 상기 디씨링크전압 입력부의 온오프 타이밍을 조절하는 트랜지스터로 구성되고,

상기 트랜지스터의 턴온 타이밍은 그의 베이스측에 접속된 커패시터의 충전 시정수에 의해 결정되도록 구성되며,

상기 디씨링크전압 충전부의 충전 시정수는 입력전압의 변화에 대한 빠른 응답을 갖도록 상기 캐패시터의 충전 시정수에 의해 결정되게 구성된 것을 특징으로 하는 디씨 링크전압 검출회로.