KR100756065B1

KR100756065B1 - 전력 절감 장치

Info

Publication number: KR100756065B1
Application number: KR1020060058643A
Authority: KR
Inventors: 전민혁
Original assignee: 태일정보산업(주)
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2007-09-07

Abstract

본 발명은 전력 절감 장치에 관한 것으로서, 본 발명에서는 입력되는 상용 전원을 온/오프시켜 출력단자로 출력하는 전력 절감 장치로서, 사용자로부터 발진 주파수를 입력받는 입력부와, 입력단자로부터 입력되는 상용 전원을 주기적으로 온/오프 시키는 스위칭부와, 상기 입력되는 상용 전원과 동기되어 상기 입력부로부터 입력된 발진 주파수에 따라 발진되는 발진기와, 발진기로부터 출력되는 발진신호와 상기 입력되는 상용 전원이 동일한 부호값을 가질 경우에만 상기 스위칭부를 온 시키는 제어신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 발생부 및 출력단자에 인가되는 전압을 피드백하여 상기 발진기로 입력하는 궤환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치가 제공된다.

전력 절감; 발진기

Description

전력 절감 장치{PEAK POWER SAVING SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 전력 절감 장치의 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전력 절감 장치의 예시 회로도이다.

도 3은 도 2의 각 단자에서의 출력 파형도이다.

도 4는 본 발명의 스위칭부(20), 궤환부(60) 및 입력부(50)의 회로도 및 블록도이다.

도 5는 본 발명에 적용 가능한 일 실시예의 제로 크로싱 회로도이다.

***** 도면상의 주요 기호에 대한 간략한 설명 *****

10: 입력단자 20: 스위칭부

100: 출력단자 30: 스위칭 제어 신호 발생부

50: 입력부 60: 궤환부

본 발명은 전력 절감 장치에 관한 것으로서, 전원 주파수 동기형의 주파수 분할 방식의 전원 전류 제어형 전력절감 시스템으로 첨값의 전류가 흐르는 것을 억 제하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치에 관한 것이다.

종래 전력 절감 장치로는 파형 삭제 방식과 위상 제어 방식이 있다. 파형 삭제 방식과 위상 제어 방식은 삭제되는 파형 등으로 인하여 임펄스가 발생되는 문제점이 있다. 또한 오프(off) 되는 기간이 길기 때문에 이로 인한 어코스틱(acoustic) 노이즈가 발생하여 사용자의 귀에 거슬리는 소음이 발생하는 문제점이 있으며, 온/오프 되는 주기가 길기 때문에 전자기기에도 나쁜 영향을 미치게 된다. 더욱 나아가서 종래 전력 절감 장치의 경우는 사용 시간 및 사용 상태에 따라서 출력 부하의 값이 변하는 것이 일반적이나, 출력 부하 값에 무관하게 항상 동일한 비율의 절감치가 전달되므로 효율적인 전력 절감을 할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서 설정치로 전력을 용이하게 절감시킬 수 있으며, 첨값 발생을 억제하는 전력 절감 장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 출력 부하가 변동될 경우에는 출력 전압을 피드백시켜 변환되는 출력 부하에 따라 보다 효율적인 출력 절감 효과를 얻을 수 있는 전력 절감 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 입력되는 상용 전원을 온/오프시켜 출력단자로 출력하는 전력 절감 장치로서, 입력되는 상용 전원을 온/오프시켜 출력단자로 출력하는 전력 절감 장치로서, 사용자로부터 발진 주파수를 입력받는 입력부와, 입력단자로부터 입력되는 상용 전원을 주기적으로 온/오프 시키는 스위칭부와, 입력되는 상용 전원과 동기되어 상기 입력부로부터 입력된 발진 주파수에 따라 발진되는 발진기와, 발진기로부터 출력되는 발진신호와 상기 입력되는 상용 전원이 동일한 부호값을 가질 경우에만 상기 스위칭부를 온 시키는 제어신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 발생부 및 출력단자에 인가되는 전압을 피드백하여 상기 발진기로 입력하는 궤환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치가 제공된다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시례에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 전력 절감 장치의 블록도이다. 본 발명의 전력 절감 장치는 상용전원이 입력되는 입력단자(10), 입력 전원을 온/오프 스위칭하는 스위칭부(20), 스위칭된 전원을 출력하는 출력단자(100), 스위칭부(20)의 온/오프하기 위한 제어신호를 발생시키는 스위칭 제어 신호 발생부(30), 사용자로부터 절감하고자 하는 절감치를 입력받아 이를 처리하는 입력부(50) 및 출력단자(100)의 궤환신호를 피드백하는 궤환부(60)로 구성된다.

스위칭부(20)는 입력되는 정현파를 스위칭 제어 신호 발생부(30)의 출력 신호에 의거하여 온/오프하여 출력하는 회로부이며, 스위칭 제어 신호 발생부(30)는 내부에 발진회로를 구비하고, 발진회로의 발진 주파수에 따라 온/오프 제어신호를 출력하는 회로부이다. 입력부(50)는 사용자가 원하는 전력 절감값을 입력시키는 회로부이며, 궤환부(60)는 출력 전원을 궤환시켜 설정치와 차이가 있을 경우 이를 보정하기 위한 회로부이다.

본 발명에서는 전력을 효율적으로 제어하기 위해서는 궤환부를 구비하여 궤환 정보를 실시간으로 피드백하게 되는데, 궤환 정보가 미분의 형태로 될 경우에는 첨값에 의한 노이즈가 발생되게 된다. 이러한 첨값에 의한 노이즈는 전력이 인가되는 전자기기를 손상시키는 문제점을 발생시킨다. 이는 유도성 부하와 무유도성 부하 즉 전등 부하에서의 특성이 다르다는 것을 감안해 보면 유도성 부하의 경우는 차단과 투입의 반복 현상이 30ms 이상의 주기를 갖게 될 때 전기 기기의 수명에 영향을 주며 이는 곧 열로 발생되는 결과를 가져오게 된다. 따라서 본 발명에서는 궤환되는 신호에 첨값이 포함되지 않도록 포토 커플러를 채택하였다.

도 2는 본 발명에 따른 전력 절감 장치의 예시 회로도로서, 특히 스위칭 제어 신호 발생부를 상세히 제시하였으며, 도 3은 도 2의 각 단자에서의 출력 파형을 도시한다. 이하 도 2 및 도 3을 이용하여 본 발명의 회로 동작에 대하여 설명하기로 한다.

트랜스포머(transformer)에 의해서 상용 전원을 전압 강하시킨 후(도 2 및 도 3의 A단자 파형), 반파 정류기(31, 32)를 이용하여 반파 정류한다(도 2 및 도 3의 B단자 파형). 이때 반파정류기(31)에 의해서 "+" 파형의 전원이 정류되고, 반 파정류기(32)에 의해서 "-" 파형의 전원이 정류된다. 정류된 출력은 트랜지스터(33, 34)를 온/오프시켜 계단파가 출력되도록 한다(도 2 및 도 3의 C단자 파형). 트랜지스터(33, 34)의 배타 논리합(35)의 출력값에 동기되어 발진기(38)가 동작된다(도 2 및 도 3의 D단자 파형). 따라서 발진기(38)는 입력되는 상용 전원과 동기되게 된다. 이때 발진기(38)는 입력부(50)로부터 입력되는 셋팅치에 따른 주파수로 발진된다. 도 2의 회로도 및 도 3의 파형도에서는 입력되는 상용 주파수가 60Hz라 할 때, 입력부(50)의 셋팅치에 의해 발진기(38)는 상용 주파수의 8배인 480Hz로 발진되는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

"+" 파형의 정류파는 발진기(38)의 출력신호(D)와 반파 정류기(31)의 출력신호(B)가 AND 게이트(39)의 입력 신호가 되어 논리곱 파형(도 2 및 도 3의 E단자 파형)을 나타낸다. 이와 유사하게 "-" 파형의 정류파도 발진기(38)의 출력신호(D)와 반파 정류기(32)의 출력신호가 AND 게이트(40)에 입력되어 논리곱 파형(도 2 및 도 3의 F단자 파형)을 나타낸다. AND 게이트(39, 40)의 출력은 NAND 게이트(42)로 입력된 후, 스위칭 신호를 출력한다(도 2 및 도 3의 G단자 파형). NAND 게이트(42)의 출력신호에 의해 스위칭부(20)는 입력되는 상용 전원(Vin, 10)을 온/오프 반복하면서 출력단자(100, 도 2 및 도 3의 H 단자 파형)로 출력하게 된다. 이와 동시에 궤환부(60)는 출력단자(100)의 출력 신호를 발진기(38)로 궤환하게 되며, 입력부(50)는 발진기(50)의 발진 주파수를 셋팅하는데 이용된다.

NAND 게이트(42)를 사용하는 이유는 본 발명의 전력 절감 장치를 전력 절감 없이 사용하고자 할 경우 스위칭 제어 신호 발생부(30)가 동작되지 않도록 하며, 이러한 상황에서 NAND 게이트(42)의 출력은 항상 "하이" 상태를 유지하므로 단자(10)로부터 입력되는 상용전원이 절감없이 출력단자로 출력될 수 있기 위함이다.

도 4는 본 발명의 스위칭부(20), 궤환부(60) 및 입력부(50)의 회로도 및 블록도이다. NAND 게이트(42)의 출력은 제로 크로싱 회로(41)와 제 1 포토 커플러(43)를 거쳐 스위칭 트랜지스터(45)의 베이스로 입력되며, 스위칭 트랜지스터(45)의 콜렉터에는 입력 상용 전원이 인가되고, 스위칭 트랜지스터(45)의 에미터에는 부하 저항(Z_L)과 궤환부(60)가 인가된다.

제로 크로싱 회로(41)는 NAND 게이트(42)의 출력에 발생되는 노이즈를 제거한 후, 포토 커플러(43)를 동작시키는 트리거 회로로 사용된다. 도 5에는 본 발명에 적용 가능한 일 실시예의 제로 크로싱 회로(41)를 도시하였다. 우선 도 4 및 도 5를 이용하여 제로 크로싱 회로(41)의 동작을 설명하기로 한다.

도 5의 제로 크로싱 회로는 수학식 1과 같은 입출력 특성을 갖는다.

1) Vg < Vref 인 경우, 출력 전압 = Vref

2) Vg > Vref 인 경우, 출력 전압 = Vg

Vg는 제로 크로싱 회로의 입력전압을 의미한다.

즉, 제로 크로싱 회로(41)는 NAND 게이트(42)로부터 출력되는 출력 전압에 임펄스성 노이즈가 포함된 경우 이를 제거한 후 제 1 포토 커플러(43)의 트리거 신호를 생성하는 기능을 한다. Vref를 제 1 포토 커플러(43)의 임계값 이하로 설정할 경우에는 NAND 게이트(42)에서 언더 슈트(under shoot)가 발생하더라도 제로 크로싱 회로(41)의 출력은 Vref로 유지되므로 제 1 포토 커플러(43)가 동작되지 않게 된다. 또한 도시하지 않았지만 complementary 회로를 구성하고 op amp의 극성을 반대로 한 제로 크로싱 회로를 적용할 경우 NAND 게이트(42)의 출력에 발생되는 오버 슈트(over shoot)를 제거할 수 있게 되며, 이는 본 발명의 통상의 기술자에게는 용이하게 실시할 수 있는 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

제로 크로싱 회로(41)의 출력(Vco)은 제 1 포토 커플러(43)에 입력된다. 제 1 포토 커플러(43)는 발광 소자와 수광 소자를 조합하여 광을 매체로 구성되어 입력 신호를 전송하는 것으로서, 입출력 사이를 전기적으로 절연시킴으로서 전기적인 잡음을 제거할 수 있게 된다.

제 1 포토 커플러(43)의 출력신호에 따라 스위칭 트랜지스터(45)는 온/오프 동작을 반복하게 되고, 온 동작 시에는 입력단자(10)에 인가되는 상용전원 220V가 출력 부하에 Z_L에 인가되어 출력단자(100)에 표시되며, 오프 동작 시에는 출력단자(100)에 전원이 인가되지 않게 된다.

스위칭 트랜지스터(45)의 에미터에는 궤환부(60)가 전기적으로 연결된다. 궤환부(60)는 부하 저항(Z_L)과 병렬로 연결되는 제 2 포토 커플러(61)를 이용하여 출력단자와 전기적으로 연결된다. 부하 저항(Z_L)에 인가되는 전압에 따라 제 2 포토 커플러(61)에 흐르는 전류치가 변화되고, 변화되는 출력 전류에 의해 저항(63)에 인가되는 전압이 변하게 된다. 저항(63)에 인가되는 전압에 따라 스위칭 소자(65)가 온/오프 동작을 하게 된다. 스위칭 소자(65)가 "온"이 될 경우, 콜렉터 단자에 연결된 입력부(50)의 콜렉터 전압에 따라 저항(67)에 흐르는 전압이 변경되고, 변경된 전압에 따라 발진기(38)의 발진 주파수가 변경되게 된다. 도 2 내지 도 5에 사용되는 발진기(38)는 전압 제어 방식(voltage control) 을 사용하였다.

도 4에 제시된 전력 절감 회로는 궤환 회로를 채택하고 있으므로 출력 부하(Z_L)가 증가하여 전력 소모가 많아질 경우에는 제 2 포토 커플러(61)에 흐르는 전류치가 증가하고, 이로 인하여 저항(63)에 인가되는 전압이 증가하고, 스위칭 소자(65)에 흐르는 전류가 증가되어 발진기(38)에 더욱 더 높은 전압이 인가되므로, 결과적으로 보다 높은 주파수로 스위칭 동작을 하게 된다. 즉, 외부로부터 입력부(50)를 통한 주파수 변경 작업이 이루어지지 않더라도 능동적으로 출력 부하에 따라 스위칭 주파수를 높일 수 있는 효과가 있다.

입력부(50)는 사용자로부터 주파수를 입력받기 위한 디지트(digit, 51)와 입력된 디지털 값을 아날로그 값으로 변환하는 D/A 컨버터(53)로 구성된다. D/A 컨버터(53)의 출력값은 트랜지스터(65)의 코렉터 전압으로 사용되므로, 결과적으로 입력되는 디지트 값에 따라 발진 주파수를 조절할 수 있게 된다.

삭제

본 발명의 전력 절감 장치는 입력되는 상용 전원과 동기되어 발진되는 발진기를 이용함으로써 입력 전원과의 동기 문제를 해결할 수 있게 되었고, 또한 입력 전원을 온/오프 스위칭하는 과정에서 발생되는 첨값을 제로 크로싱 회로 및 포토 커플러를 이용하여 제거할 수 있게 되어 보다 안정적으로 전력을 절감하면서 공급할 수 있게 되었다.

특히 본 발명에서는 출력 부하가 변하더라도 궤환 회로에 의해 이를 발진기로 피드백 신호를 이용함으로써 능동적으로 변화에 대처할 수 있도록 하였으며, 궤환 회로에 포토 커플러를 이용함으로써 궤환 회로에 포함될 수 있는 첨값에 의한 노이즈를 최소화할 수 있게 되었다.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다. 특히 도 2 내지 도 5에 도시된 회로의 경우는 예시적인 것에 불과한 것으로 동일한 기능을 하는 여러가지 형태 및 소자로서 구현이 가능함은 물론이다.

Claims

입력되는 상용 전원을 온/오프시켜 출력단자로 출력하는 전력 절감 장치로서,

사용자로부터 발진 주파수를 입력받는 입력부;

입력단자로부터 입력되는 상용 전원을 주기적으로 온/오프 시키는 스위칭부;

상기 입력되는 상용 전원과 동기되어 상기 입력부로부터 입력된 발진 주파수에 따라 발진되는 발진기;

상기 발진기로부터 출력되는 발진신호와 상기 입력되는 상용 전원이 동일한 부호값을 가질 경우에만 상기 스위칭부를 온(On) 시키는 제어신호를 출력하는 스위칭 제어 신호 발생부; 및

상기 출력단자에 인가되는 전압을 피드백하여 상기 발진기로 입력하는 궤환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.
제 1항에 있어서,

상기 궤환부로부터 궤환되어 상기 발진기로 입력되는 신호가 상기 발진기의 발진 주파수를 변경시키는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.
제 1항에 있어서,

상기 궤환부는 포토 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 발진기는 전압 제어 방식으로 동작되는 것을 특징으로 하는 전력 절감 장치.