KR100802983B1

KR100802983B1 - 다중 변조 방식을 통한 전원 제어방법

Info

Publication number: KR100802983B1
Application number: KR1020040113243A
Authority: KR
Inventors: 초우친-웬; 쳉잉-난; 유캉-밍; 청친-바유
Original assignee: 지피 테크놀로지 코포레이션
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2008-02-14
Also published as: KR20060074490A

Abstract

인버터와 후단에 있는 부하가 신뢰할 수 있는 특성 범위내에서 동작하고, 그 부하가 너무 빨리 노화되지 않도록 하기 위해, 변조방식이 변화하는 사이클 제어신호를 통해 선택 특성의 인버터를 제어하는 것을 목적으로 하는 다중 변조 방식을 이용한 전원 제어방법이다. 이 방법에서는, 온구간과 오프구간을 포함하는 사이클 제어신호를 생성하는 과정과, 듀티 사이클, 주파수 변조, 및 진폭 변조를 혼합함으로써 변화하는 변조방식을 제공하기 위해 오프구간 내에 진폭 또는 주파수가 변화하는 조정 에너지를 추가하는 과정이 수행된다. 이에 따라, 높은 신뢰도와 넓은 동작 범위로 전원을 제어할 수 있게 된다.

전원제어, 다중변조, 전원, 인버터, 동작범위, 온구간, 오프구간

Description

다중 변조 방식을 통한 전원 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING POWER SUPPLY THROUGH MULTIPLE MODULATION MODES}

도 1 내지 도 4는 종래의 전원 제어 방법에서의 파형을 나타낸 개략도이고;

도 5a는 본 발명의 방법에 따른 제어 장치를 나타낸 기능 블록도이며;

도 5b는 도 5a에 나타낸 여러 가지 구성요소의 신호 출력 파형 시퀀스를 나타낸 개략도이고;

도 6내지 도 11은 본 발명의 여러 가지 실시예에 따라 변조 방식이 변화하는 사이클 제어신호의 파형을 나타낸 개략도이다.

본 발명은 전원을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 변조 방식이 변화하는 사이클 제어 신호를 통해 인버터를 제어하여 신뢰도가 높고 동작범위가 넓은 전원 제어를 제공하는 전원 제어 방법에 관한 것이다.

디밍 제어(dimming control) 등의 전원 또는 에너지 조정(regulation)을 위한 종래의 제어방법은 일반적으로 온-오프 구간을 갖는 시간 사이클을 이용하여 온-오프 사이클(T1,T2) 비율을 조정함으로써 서로 다른 출력에너지를 얻는다(도 1 참조). 이러한 방법에 의해 얻어진 여기 동작 비율(Excitation Dynamical Ratio: EDR)은 아래의 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.

종래의 여기 동작 비율은

이다.

수학식 1에 의하면, 종래의 여기 동작 비율은 무한대이다. 이것이 의미하는 것은 강선을 90도로 구부리고 다시 피는 것과 유사하다. 이 과정을 여러 번 반복하면, 강선은 파열될 것이다. 강선을 10도만 구부린다면, 90도 구부린 경우에 비해 파열되기 전에 더 많이 구부릴 수 있을 것이다. 상술한 종래의 에너지 제어 방법은 부하의 수명에 중대한 영향을 미친다. 여기 동작 비율이 너무 크면, 부하는 2가지 극한 조건에서 동작하게 되어 부하의 노화가 가속된다.

다른 종래의 전원제어방법에 의하면 다음과 같은 여기 동작 비율을 이용한다(도 2,3,4 참조).

상술한 방법도 문제가 있다. 총 조정 에너지가 변하면, 여기 에너지의 최대 파형 진폭도 감소한다. 부하가 진폭 에너지의 절반(

)에서 동작할 수 없게 될 수 있다. 예를 들어, 램프가 그 전압이 너무 낮아 점등되지 않을 수 있고, 몇몇 전기기계 소자들은 피크 동작 에너지가 충분하지 않아 동작할 수 없게 될 수 있다.

본 발명의 주요한 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부하가 효과적으로 동작되도록 원 시스템의 변조 범위를 향상시키고 인버터의 전체 동작을 유지시키기 위해 오프 구간 동안 대기 모드 기능을 제공함으로써, 인버터 및 부하 를 효과적으로 제어하여 그 제품에 대한 더욱 높은 신뢰도 및 효율을 얻을 수 있고 또한 그 제품이 빨리 노화하는 것이 방지되도록 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 다중 변조 방식을 통한 전원 제어 방법에 의하면, 선택된 특성을 지닌 인버터를 제어하여 그 인버터와 후단에 있는 부하가 신뢰도 있는 특성 범위 내에서 동작하도록 유지시키며 부하가 빨리 노화되지 않도록 하기 위해, 변조방식이 변화하는 사이클 제어신호를 제공한다. 본 발명의 방법에 의하면, 에너지/시간 비율 합성 제어부의 입력단에 총 에너지 제어 조정 신호(total energy control regulation signal)를 입력하여 온구간 및 오프구간을 포함하는 그 출력단에서의 사이클 제어신호를 얻고, 2개의 온-오프 사이클의 버스트 기간 동안 오프구간에 진폭 또는 주파수가 변화하는 조정 에너지(regulation energy)를 추가한다. 듀티 사이클을 조정하는 것에 의해, 또는 주파수 변조 및 진폭 변조를 통해, 전원은 신뢰도가 높고 동작 범위가 넓게 제어될 수 있다.

본 발명의 상술한 목적뿐만 아니라 그 이외의 다른 목적, 특징 및 효과 등은 첨부한 도면을 참조로 하는 다음의 상세한 설명에 의해 더욱 쉽게 알 수 있게 될 것이다.

본 발명의 방법을 구현하기 위한 장치를 도 5a에 나타내었다. 본 발명에 따른 다중 변조 방식을 통한 전원 제어 방법은 새로운 여기 동작 비율(Excitation Dynamical Ratio: EDR)을 얻기 위해 온 구간(T_A)과 오프구간(T_B)을 포함하는 사이클 제어 신호의 오프구간(T_B) 내에 변조방식이 변화하는 조정 에너지(E_B)를 추가하기 위한 것이다(도 6 참조).

본 발명의 방법을 구현하기 위해 사용되는 장치는 도 5a에 나타낸 바와 같이 온구간 에너지(E_A) 조정부(regulation unit)(1)와, 오프구간 에너지(E_B) 조정부(2)와, 에너지/시간 비율 시퀀스 제어부(3)와, 에너지/시간 비율 합성 제어부(energy/time ratio synthesizing control unit)(4)를 포함한다.

온구간 에너지(E_A) 조정부(1)는 2개의 입력단(11,12)을 가지고 있다. 입력단(11)은 설정된 듀티 주파수 점(duty frequency point)을 갖는 기준 신호를 입력받는다. 다른 하나의 입력단(12)은 그 듀티 폭을 조정하기 위한, 기준신호와 피드백신호 간의 차이인 피드백 에러 신호를 입력받는다. 또한, 에너지/시간 비율 합성 제어부(4)로부터 온구간 사이클 제어 신호(42)를 입력받는다.
상기 기준 신호(11)와 피드백 에러신호(12) 및 상기 온구간 사이클 제어 신호(42)로 부터 온구간의 에너지 크기(E_A) 결정을 위한 온구간의 에너지 조정 신호(13)를 생성하여 에너지/시간 비율 시퀀스 제어부(3)에 전송한다.
오프구간 에너지(E_B) 조정부(2)는 2개의 입력단(21,22)을 가지고 있다. 입력단(21)은 온구간 에너지(E_A) 조정부(1)와 동일한 기준신호를 입력받는다. 다른 하나의 입력단(22)은 기준 시퀀스 신호의 시간 관계를 변경하기 위한, 기준신호와 피드백신호 간의 차이인 에러 신호 전위를 입력받는다. 또한, 에너지/시간 비율 합성 제어부(4)로부터 오프구간 사이클 제어 신호(43)를 입력받는다.
상기 기준 신호(21)와 에러 신호 전위(22) 및 상기 오프구간 사이클 제어 신호(43)로부터 오프구간의 에너지 크기(E_B) 결정을 위한 오프구간의 에너지 조정 신호(23)를 생성하여 에너지/시간 비율 시퀀스 제어부(3)에 전송한다. 오프구간의 에너지크기(E_B)는 온구간의 에너지크기(E_A)보다 작다.

삭제

에너지/시간 비율 합성 제어부(4)는 부하(7)와 저항의 접점으로 받는 피드백신호를 입력받아, 이 피드백신호에 따라 제어에 필요한 10%에서 100%까지 변화하는 에너지 조정 비율을 가지는 총 에너지 제어신호를 선택하여 입력받기 위한 입력단(41)을 가지고 있으며, 부하(7)와 직렬연결된 저항 사이의 접점으로부터 부하(7)의 상태를 알 수 있게하는 피드백신호를 입력받기 위한 입력단을 가지고 있다. 제어부(4)는 온구간 에너지(E_A) 조정부(1)와 오프구간 에너지(E_B) 조정부(2)에 각각 분배되는 온구간 및 오프구간 사이클 제어신호(T_A/T_B)를 출력하기 위한 출력단(42,43)과, 온구간 및 오프구간 사이클 제어신호(T_A/T_B)를 얻어서 에너지/시간 시퀀스제어부(3)에 출력하기 위한 출력단을 가지고 있다. 마지막으로, 에너지/시간 비율 시퀀스 제어부(3)의 출력단(31)은 온구간 및 오프구간 사이클 제어신호(T_A/T_B)가 "로우" 값을 가지는 경우에는 기본위상(basic phase) 제어신호(본 발명의 변조 방식에 따라 생성된 서로 다른 총 에너지 또는 제어 신호)로서 온구간 에너지조정신호(13)를 출력하고, 온구간 및 오프구간 사이클 제어신호(T_A/T_B)가 "하이" 값을 가지는 경우에는 기본위상(basic phase) 제어신호(본 발명의 변조 방식에 따라 생성된 서로 다른 총 에너지 또는 제어 신호)로서 오프구간 에너지조정신호(23)를 출력하며, 다른 하나의 출력단(32)은 상기 기본 위상 제어신호를 보완하는 상보적 위상 제어신호를 출력함으로써, 외부 소프트 공진부(resonant component)(6)를 제어하여 소정의 에너지 파형 변환을 수행한다. 그리고 (사인파와 유사한) 그 에너지 파형은 전력 전달 소자(power transfer element)(5)에 전달된다. 그 변환된 신호(승압 또는 감압 신호)는 (램프, 정류회로 등의) 부하(7)에 제공된다. 다양한 신호의 출력 파형 시퀀스를 도 5b에 나타내었다.

출력 에너지 크기를 변화시키기 위해, 주파수를 변화시키지 않으면서 듀티폭을 변화시킨다. 주파수가 동일하게 유지되므로, 대역통과 특성을 갖춘 전력 전달소자(5)는 최대 효율점에서 동작할 수 있다. 듀티폭이 변화하므로, 소프트 스위칭부(6)를 통해 출력된 후에, 보다 작은 진폭(amplitude)의 전압 파형을 얻을 수 있 다. 따라서 부하(7)의 전압이 변화하여, 레귤레이션 제어 기능(regulation control function)을 얻을 수 있게 된다.

또한, 에너지 크기를 조정하는 동안, 온구간 에너지 크기(E_A)는 최대 에너지 크기를 계속 유지하며, 온구간 에너지 조정부(1)에 의해 제어된다. 하지만, 오프구간 에너지 크기(E_B)는 오프구간 에너지 조정부(2)에 의해 제어되어, 오프구간(T_B) 내의 다른 하나의 사이클의 폭을 조정하기 위해 조정 입력단에 온구간(T_A)과 오프구간(T_B)의 평균에너지를 추가하게 된다. 이러한 폭의 기본 에너지 크기는 온구간(T_A)에서보다 매우 작게 된다. 하지만, 평균적으로는, 어떠한 간헐적 인터럽션도 없이 에너지 크기 제어 효과를 여전히 얻을 수 있다.

여러 가지 실시예들 중 하나는 주파수를 변경시키지 않으면서, 주파수 일정 및 듀티폭 조정 방식(즉, 듀티폭(즉, 온구간(T_A)과 오프구간(T_B)의 길이)을 변경하는 방식)을 채택하는 것이다(도 6 참조). 주파수가 고정되므로(f_A=f_B), 대역통과 특성을 갖춘 전력 전달 소자(5)는 (주로 소정의 주파수 범위 내에서) 최대 효율점에서 동작할 수 있다. 듀티폭이 변화하므로, 소프트 스위칭부(6)(도 5a 참조)를 통해 보다 적은 진폭의 전압파형을 얻게 된다. 따라서 부하(7)의 전압이 변화하여, 진폭 레귤레이션 제어 기능을 얻을 수 있게 된다. 마찬가지로, 온구간(T_A)과 오프구간(T_B)도 주파수 변조(f_A≠f_B), 일정 폭의 방식(도 7참조), 또는 주파수 변조 및 폭 변조 방식으로 구현될 수도 있다.

다른 실시예를 도 6 및 도 7에 나타내었다. 0이 아닌 에너지크기(E_B)가 오프구간(T_B) 동안 계속 유지됨에 따라, 변조 범위를 향상시키고 전력 전달 소자(5)의 총 동작이 멈춤 없이 유지되도록 대기 모드 기능이 제공될 수 있다. 따라서 가청 노이즈가 방지된다. 또한, 온구간(T_A)과 오프구간(T_B)은 서로 다른 에너지 크기를 제공하며, 부하(7)는 효과적으로 동작될 수 있다. 따라서, 전력 전달 소자(5)와 부하(7)는 효과적으로 제어될 수 있다. 결과적으로 그 제품은 더욱 신뢰도 있고 효율적이 된다.

또 다른 실시예에 의하면, 에너지크기가 0(E_C=0)인 정지시간(T_C)이 오프구간(T_B)에 추가된다. 따라서 다중 변조 방식의 제어가능 사이클 구성이 구현될 수 있게 된다. 이에 따라 동일한 결과를 얻을 수 있게 된다(도 8 참조).

도 7에 나타낸 실시예의 변형에 해당하는 또 다른 실시예를 도 9에 나타내었다. 도 9의 실시예의 주요 특징은 온구간(T_A)의 시작 및 종료 기간에 진폭이 서서히 상승하는 영역(T_A1)과 진폭이 서서히 하강하는 영역(T_A2)을 제공하는 것이다. 본 실시예는 에너지크기(E_A/E_B)에 대해 너무 큰 여기 동작 비율(EDR)이 발생하는 것을 방지하기 위해 에너지 크기(E_A/E_B)의 전이 기간(transition period)을 향상시키고자 하는 것이다. 마찬가지로, 도 11에 나타낸 바와 같이, 도 8의 실시예에 기초하여 온구간(T_A) 및 오프구간(T_B)의 시작 및 종료 기간에 각각 진폭이 서서히 상승하는 영역(T_A1, T_B1)과 진폭이 서서히 하강하는 영역(T_A2, T_B2)을 제공하는 것도 가능하다.

본 발명의 또 다른 실시예를 도 10에 나타내었다. 본 실시예의 주요 특징은 오프구간(T_B)내의 정지구간(T_c) 전후에 진폭이 서서히 하강하는 영역(T_B2)과 진폭이 서서히 상승하는 영역(T_B1)을 포함하는 것이다. 이러한 방식은 에너지 크기(E_A/E_B)의 전이 기간(transition period)을 향상시켜 에너지 크기(E_A/E_B)의 여기 동작 비율이 너무 크게 되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 방법에 의해, 정지 시간(T_C) 내에 진폭이 변화하는 변조 에너지(E_B)를 추가한 후에, 다음과 같은 새로운 여기 동작 비율(EDR)을 얻을 수 있게 된다.

(T_TOTAL은 버스트 기간)

부하단에 전달된 에너지가 동일하므로, 전원 레귤레이션 제어가 가능하게 된다. 여기 동작 비율은 원래의 무한대보다 훨씬 작게 된다. 따라서 부하의 노화가 빠르게 진행되는 문제가 해결된다.

또한, 본 발명은 원래의 피크 동작 에너지를 유지하는 동시에 총 에너지를 조정할 수 있다. 따라서 부하의 수명을 단축시키지 않고 에너지 조정 동작 범위를 확장시킬 수 있게 된다(반면에, T_A/T_B에서의 제어신호는 주파수 일정, 폭이 변조이거나, 또는 주파수 변조, 폭 일정이거나, 또는 그 양쪽 모두일 수 있다).

본 발명에 따른 확장된 버퍼 인터페이스 제어의 시간 시퀀스를 도 9에 나타내었다. 본 실시예는 주파수 일정, 주파수 변조, 폭 일정 또는 폭 변화 등의 서로 다른 방식으로 제공될 수 있는 진폭이 서서히 하강하는 영역(T_A2) 및 진폭이 서서히 상승하는 영역(T_A1)의 파형 변화를 포함한다. 본 실시예는 주요 목적은 E_A/E_B의 전이 기간을 향상시켜 E_A/E_B의 여기 동작 비율(EDR)이 너무 크게 되지 않도록 하는 것이다. 버스트 기간에서의 총 에너지는 다음 식에 의해 구할 수 있다.

(T_A/T_B는 에너지 분배를 위한 시간 비율)

이상 본 발명을 개시하기 위해 여러 가지 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 당업자에게 있어서 상술한 실시예 이외의 다른 실시예뿐만 아니라 상술한 실시예의 여러 가지 변형이 가능하다. 첨부된 본 발명의 청구범위는 본 발명의 기술적 사상 및 권리범위에서 벗어나지 않는 모든 실시예를 포함하도록 의도된 것이다.

변조방식이 변화하는 사이클 제어신호를 통해 선택 특성의 인버터를 제어하 여, 인버터와 후단에 있는 부하가 신뢰할 수 있는 특성 범위 내에서 동작하고, 그 부하가 너무 빨리 노화되지 않게 된다. 또한, 높은 신뢰도와 넓은 동작 범위로 전원을 제어할 수 있게 된다.

Claims

인버터를 제어하여 에너지 변환을 수행하기 위해 다중 변조 방식을 통해 전원을 제어하는 방법에 있어서,

온구간과 오프구간을 포함하는 변조사이클 제어신호를 생성하는 단계와;

선택된 특성에 따라 인버터의 전력 전달 소자를 제어하여 인버터 후단에 연결된 부하가 신뢰할 수 있는 특성범위 내에서 동작하도록 하기 위하여, 변조를 통해 2개 이상의 사이클을 혼합함으로써 높은 신뢰도와 넓은 동작범위를 지닌 에너지 변조를 달성하도록 상기 오프구간 내에 진폭이 변화하거나 주파수가 변화하는 조정 에너지를 추가하는 단계를 포함하여 이루어진 전원 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 변조사이클 제어신호는 상기 부하로부터 피드백되는 신호와 상기 인버터에 포함되는 에너지/시간 비율 합성 제어부의 입력단에 입력된 총 에너지 제어신호에 따라 상기 에너지/시간 비율 합성 제어부에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.
제2항에 있어서,

상기 총 에너지 제어신호는 10퍼센트에서 100퍼센트까지의 범위 내에서 선택된 에너지 조정 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 변조사이클 제어신호는 주파수가 일정하고 폭이 변조되는 제어신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 변조사이클 제어신호는 주파수가 변조되고 폭이 일정한 제어신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 변조사이클 제어신호는 주파수가 변조되고 폭이 변조되는 제어신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 오프구간은 에너지크기가 0인 정지구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 오프구간은 진폭이 서서히 상승하는 영역과 서서히 하강하는 영역을 포함하는 시작기간과 종료기간을 가짐으로써, 에너지 크기의 전이 기간을 향상시켜 상기 에너지 크기의 여기 동작 비율이 너무 크게 되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 온구간은 진폭이 서서히 상승하는 영역과 서서히 하강하는 영역을 포함하는 시작기간과 종료기간을 가짐으로써, 상기 사이클 제어신호의 에너지 크기의 전이 기간을 향상시켜 상기 에너지 크기의 여기 동작 비율이 너무 크게 되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전원 제어 방법.