KR100876335B1 - 교류전원을 이용한 저전압 제어방법 및 이를 수행하기 위한시스템 - Google Patents

교류전원을 이용한 저전압 제어방법 및 이를 수행하기 위한시스템 Download PDF

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Abstract

상용교류전원에서 직접 저전압의 직류전원을 공급하도록 함으로서 교류전원의 전력레벨 대비 0％~100％까지 안정적으로 제어가 가능하여 최적의 효율을 지니며, 시스템의 소형화가 가능하도록 하기 위한 교류전원을 이용한 저 전압 제어방법과 이를 수행하기 위한 시스템이 개시된다. 본 발명은 입력된 교류전원을 전파정류하기 위한 전파 정류하고, 전파 정류된 교류전원의 파형에서 전압레벨에 따라 설정된 제어전압보다 전압레벨이 낮은 저전압 부분은 스위칭 온(On)시켜 통과시키고, 제어전압보다 전압레벨이 높은 고전압 부분은 스위칭 오프(Off)시켜 차단함으로서 전파 정류된 교류전원의 한주기에서 설정된 제어전압보다 전압레벨이 낮은 4번의 출력전원을 발생시키도록 스위칭 동작한다. 그리고, 출력된 저전압부분을 직류로 변환하게 된다.

Description

교류전원을 이용한 저전압 제어방법 및 이를 수행하기 위한 시스템{METHOD FOR CONTROLLING LOW-VOLTAGE USING WAVES AC AND SYSTEM FOR PERFORMING THE SAME}
본 발명은 교류전원을 이용한 저전압 제어방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로 특히 상용교류전원에서 직접 저전압의 직류전원을 공급하도록 함으로서 교류전원의 전력레벨 대비 0％~100％까지 안정적으로 제어가 가능하여 최적의 효율을 지니며, 시스템의 소형화가 가능하도록 하기 위한 교류전원의 파형을 이용한 저 전압 제어방법과 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 교류전원을 이용한 전력제어는 크게 주기제어방식과 위상제어방식을 이용하고 있다. 주기제어는 전압이 제로일 때 즉, 도 1A에서 보는 바와 같이 사인파를 형성하며 진행하는 교류전원이 한 주기가 진행되어 전압이 0인 A점에 이르면 온/오프 제어가 수행된다. 만약 공급되는 교류전원의 50％를 공급하기 위해서는 주기제어방식에서는 1주기씩 온 및 오프를 반복하는 방법으로 전력을 제어하는 것이다.
이러한 주기제어방식은 전원노이즈측면에서 우수하나 교류전원의 제로베이스 즉, 한 주기가 진행되어 전압이 0인 지점을 찾기 위한 회로 등이 요구되어 경제성 이 낮으므로 고가형의 기기에서는 활용될 수 있으나, 공급되는 교류전원에 비하여 제어되는 비율이 낮은 전력제어에서 균일한 전원을 공급하기 못하게 되는 단점이 있다.
예를 들면, 110V/220V 상용전원으로 12V로 동작하는 할로겐 램프를 주기제어방식으로 전력 제어하는 경우에는 온 되는 한 주기동안의 전력으로 할로겐 램프가 파손되어 버리기 때문에, 변압기나 스위칭방식의 전원공급기를 사용하고 있었다.
또한, 위상제어방식은 도 1B에서 보는 바와 같이, 공급되는 교류전원의 위상을 가변시켜서 부하에 공급되는 전력을 제어하기 때문에 방식이 간단하여 산업 전반에 활용되나, 전압이 높은 부분에서 스위칭 온/오프가 이루어지게 되어 노이즈가 크고 공급되는 교류전원의 50％ 이하의 제어에서 안정하지 못한 단점과 역시 균일한 전원을 공급하기 못하게 되는 단점이 있다.
즉, 종래의 주기 제어방식 및 위상 제어방식은 시간에 따른 위상을 기준으로 하여 전원을 On/Off시키는 제어를 수행하는 반면에, 본 발명에서 제시된 새로운 방식은 전압을 기준으로 전원을 On/Off시키는 제어를 수행하게 된다.
기술적 과제
본 발명은 상기의 주기제어방식과 위상제어방식의 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 입력단과 부하 사이에 온/오프 스위칭 동작만으로 변환 손실없이 공급되는 교류전원을 균일하고 안정하게 제어하여 저 전력의 직류전원으로 변환하게 된다. 그러므로 반도체와 저항으로만 간단하게 상용 교류전원으로부터 고효율의 직류전원을 공급할 수 있어 최적의 효율과 경제성을 가지며, 하나의 집적회로로 전력제어장치를 구현할 수 있게 하기 위한 교류전원을 이용한 저 전압 제어방법을 제공하는 데 제 1목적이 있다.
또한 본 발명의 제 2 목적으로 상기한 제1 목적을 수행하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.
기술적 해결방법
상기의 제 1 목적을 수행하기 위한 본 발명은,
입력된 교류전원을 전파정류하기 위한 전파 정류단계;
상기 전파 정류된 교류전원의 파형에서 설정된 스위칭 제어 전압보다 전압레벨이 낮은 저전압 부분은 스위칭 온(On)시켜 출력하고, 상기 스위칭 제어 전압보다 전압레벨이 높은 고전압 부분은 스위칭 오프(Off)시켜 차단하여, 상기 전파 정류된 상용교류전원의 한 주기에서 설정된 스위칭 제어 전압보다 전압레벨이 낮은 4번의 출력전원을 발생시키도록 스위칭 동작하는 스위칭 단계; 및
상기 스위칭 단계에서 출력된 출력전원을 직류로 변환시키는 직류전원 출력단계로 이루어진다.
삭제
삭제
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 스위칭 단계로 과전류가 인가하게 되면 스위칭단계의 동작을 차단하는 과전류검출단계를 포함하며, 스위칭 단계의 출력 전압이 과전압일 경우에 스위칭단계의 동작을 차단하는 과전압검출단계를 포함한다.
본 발명의 저전압 제어방법에서는 입력된 교류전원의 양(+)의 정방향에서 제어전압보다 전압레벨이 낮은 2번의 출력을 발생시키며, 입력된 교류전원의 음(-)의 부방향에서도 제어전압보다 전압레벨이 낮은 2번의 출력을 발생시키도록 스위칭 동작한다.
본 발명의 저전압 제어방식은 상용 교류전원을 직류전원으로 변환함에 있어서, 교류전원의 입력단과 부하사이에서 스위칭 온/오프 동작으로만으로 직류전원의 변환이 이루어진다. 그러므로 변환손실이 적으며 부하가 동작하지 않으면 전력의 소모도 거의 없다. 즉, 교류전원과 부하사이를 입력되는 교류파형의 크기를 기준으로 스위칭 온/오프 시키는 방법을 채택하여 효율이 높으며 스위칭이 빈번하지 않아 노이즈 발생도 적다.
상기한 제 2목적을 수행하기 위한 본 발명은,
상용교류전원을 인가받아 이를 전파정류하기 위한 정류부;
정류부의 출력단에 접속되어 부하가 필요로 하는 스위칭 제어 전압을 검출하기 위한 전압레벨검출부;
전압레벨검출부의 출력단에 접속되어 상기 설정된 스위칭 제어 전압에 따라 스위칭 동작하여 전파정류된 상용교류전원의 한주기에서 상기 설정된 제어전압보다 전압레벨이 낮은 4번의 출력을 발생시키도록 동작하는 전원스위칭부; 및
삭제
전원스위칭부의 출력을 직류로 변환하기 위한 직류변환부로 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전원스위칭부의 출력단에는 전원스위칭부의 출력전류에서 과전류를 검출하여 전원스위칭부로 인가되는 전원의 공급을 차단하는 과전류검출부가 더 포함되며, 전원스위칭부의 출력단에는 과전압등 이상전압이 인가되면 전원스위칭부의 동작을 차단하는 과전압검출부를 더 포함한다.
도 1A와 B는 일반적인 전력 제어에 사용되는 주기제어방식과 위상제어방식을 설명하기 위한 파형도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저 전압제어방법의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 3은 본 발명에 따른 저 전압제어방법을 구현하기 위한 시스템의 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 저전압 제어시스템을 구현한 회로의 제 1 실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 에 따른 저전압 제어시스템을 구현한 회로의 제 2 실시예이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 시스템을 통과한 전원의 출력파형을 보여주기 위한 파형도이다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도 2는 본 발명에 따른 저 전압제어방법의 동작을 설명하기 위한 파형도이고, 도 3은 본 발명에 따른 저 전압제어방법을 구현하기 위한 시스템의 블럭도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 저전압 제어시스템을 구현한 회로의 제 1 실시예이고,도 5는 본 발명에 따른 에 따른 저전압 제어시스템을 구현한 회로의 제 2 실시예이며, 도 6은 도 4 및 도 5의 시스템을 통과한 전원의 출력파형을 보여주기 위한 파형도이다.
본 발명에 따른 저전압제어방법은 도 2에서 보는 바와 같이, 입력되는 교류전원을 전파정류한 다음 전파 정류된 정현파 파형에서 통과시킬 전원의 크기에 따라 설정된 제어전압보다 낮은 저전압 부분은 스위칭 온(On)시키고, 설정된 제어전압보다 높은 고전압 부분은 스위칭 오프(Off)되도록 전압제어를 수행한다. 그러므로 전압이 낮은 부분에서 교류전원의 온/오프가 이루어지도록 제어함으로서 전압이 높은 부분에서 온/오프가 이루어지는 위상제어방식에 비하여 파생되는 스위칭 노이즈가 적게 된다.
본 발명에 따른 저전압제어방법을 수행하기 위한 시스템은 도 3에서 보는 바와 같이, 상용교류전원을 인가받아 이를 전파정류하기 위한 브릿지 회로로 구성된 정류부(110)를 포함하며, 정류부(110)의 출력단에는 설정된 스위칭 제어 전압을 검출하기 위한 전압레벨검출부(120)가 접속된다. 또한, 전압레벨검출부(120)의 출력단에는 설정된 스위칭 제어 전압에 따라 스위칭 동작하여 전파 정류된 교류전원의 한주기에서 설정된 스위칭 제어 전압보다 전압 레벨이 낮은 4번의 출력전원을 발생시키도록 동작하는 전원스위칭부(130)가 접속되며, 전원스위칭부(130)의 출력측에는 전원스위칭부(130)에서 출력된 전원을 직류로 변환하기 위한 직류변환부(140)가 접속된다.
또한, 전원스위칭부(120)의 출력단에는 전원스위칭부(120)의 출력전류중 과전류를 검출하여 전원스위칭부(130)로 인가되는 전원의 공급을 차단하는 과전류검출부(150)가 접속되며, 전원스위칭부(130)의 출력단에는 과전압등 이상전압이 인가되면 전원스위칭부(130)의 스위칭동작을 차단하는 과전압검출부(160)가 접속된다.
이러한 본 발명에 따른 저전압제어방법을 수행하기 위한 시스템은 상용교류전원의 입력단과 부하사이에 접속되어 입력되는 상용 교류전원의 사인파 파형의 전압레벨을 검출하고, 부하가 필요로 하는 설정된 제어전압보다 낮은 전압레벨만 통과되도록 입력된 상용교류전원을 스위칭 온/오프 시키는 제어를 수행한다. 즉, 부하가 필요로 하는 전원이 상용교류전원중 10％라고 가정하면(입력되는 상용교류전원이 100V라면 부하가 필요로 하는 전원은 10V) 종래의 전력제어방식같이 100％전력을 통과 시켰다가 불통시키는 시간을 10배로 제어함으로써 부하로 출력되는 전원의 평활도가 현저히 저하된 전력제어가 아니라, 본 발명에 따른 시스템에서는 20％이하의 저전압의 레벨까지의 전압은 스위칭 온시키며, 20％ 이상의 고전압레벨은 스위칭 오프시켜, 스위칭 온 및 스위칭 오프를 반복하는 방법에 의하여 상용 교류전원의 10％의 전원만을 직류변환하여 공급함으로서 평활도가 현저히 개선된 저전압 제어방법이다.
본 발명에 따른 저전압 제어를 수행하기 위한 시스템은 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 회로로서 구현이 가능한데 도4의 실시예 1은 정류부(110)로서 상용교류전원이 인가되는 AC1, AC2단자에 상용교류전원을 전파정류하기 위한 브릿지 회로(D1~D4)가 접속되며, 제 1 다이오드(D1)의 캐소드와 제 2 다이오드(D2)의 캐소드의 접속점에 제 1 출력단(DC1)이 형성되며, 제 3 다이오드(D3)의 애노드와 제 4 다이오드(D4)의 애노드의 접속점에 제 2 출력단(DC2)이 형성된다.
전압레벨검출부(120)는 브릿지회로(D1~D4)의 제1 및 제 2 출력단(DC1, DC2)사이에 저항들(R1,R2)이 직렬 접속되며, 저항들(R1,R2)사이에는 각각 전압을 일정하게 유지시키기 위한 제너다이오드(ZD1) 및 저항값이 변화되는 가변저항(VR1)이 직렬 접속되고, 가변저항(VR1)에는 가변저항(VR1)의 설정값에 따라 스위칭 신호를 전달하기 위한 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단이 접속되며, 제 1 트랜지스터(Q1)의 에미터단은 제2 출력단(DC2)에 접속되고 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단은 저항(R3)을 통하여 제 1 출력단(DC1)에 접속되어 구성된다.
또한, 전원스위칭부(130)는 전압레벨검출부(120)를 구성하는 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단과 저항(R3)의 사이에 접속된 저항(R4)을 통하여 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단이 접속되며, 제 2 트랜지스터(Q2)의 에미터단은 제 2 출력단(DC2)에 접속되고 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단은 직렬 접속된 저항들(R5, R6)을 통하여 제 1 출력단(DC1)에 접속되고, 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단에 직렬 접속된 저항들(R5, R6)사이에 PNP 형인 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단이 접속되며, 제 5 트랜지스터(Q5)의 에미터단은 제1 출력단(DC1)에 접속되고 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단은 직렬 접속된 저항들(R7, R8)을 통하여 제2 출력단(DC2)에 접속되도록 구성된다.
또한, 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단에 직렬 접속된 저항들(R7, R8)사이에 제 4 트랜지스터(Q4)의 베이스단이 접속되며, 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터단은 저항(R9)를 통하여 제 2 출력단(DC2)에 접속되고 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터단은 직접 제 2 출력단(DC2)에 접속된다. 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터단과 저항(R9)사이에 제 6 트랜지스터(Q6)의 베이스단이 접속되며, 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단은 저항(R12)를 통하여 제 2 출력단(DC2)에 접속되고 제 6 트랜지스터(Q6)의 콜렉터단은 직접 제 2 출력단(DC2)에 접속되도록 구성된다.
그리고, 직류변환부(140)는 제 1 및 제 2 출력단(DC1, DC2)에 저항(R14) 및 콘덴서(C1)를 병렬로 접속시켜 전원스위칭부(130)의 출력을 평활시켜 직류로 변환시킨다.
또한, 과전류검출부(150)는 전원스위칭부(130)의 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단과 저항(R12)사이에서 분기하여 저항(R13)을 통하여 제 7 트랜지스터(Q7)의 베이스단이 접속되며, 제 7 트랜지스터(Q7)의 콜렉터단은 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 접속되고 제 7 트랜지스터(Q7)의 에미터단은 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단에 접속된 저항(R12)에 접속되도록 구성된다.
그리고, 과전압검출부(160)는 직류 전원을 출력시키기 위한 제1 및 제 2 출력단(DC1, DC2)사이에 직렬접속된 저항들(R10, R11)사이에서 분기하여 PNP형의 제 3 트랜지스터(Q3)의 베이스단이 접속되며, 제 3 트랜지스터(Q3)의 콜렉터단은 전원스위칭부(130)의 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단에 접속되고 제 3 트랜지스터(Q3)의 에미터단은 제 1 출력단(DC1)에 접속되도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 저전압 제어를 수행하기 위한 시스템의 실시예 1에서는 AC1, AC2단자를 통하여 상용교류전원이 인가되면, 정류부(110)를 구성하는 브릿지 정류기(D1~D4)에 의하여 입력되는 교류전원을 전파정류한다. 전파 정류된 교류전원은 전압레벨검출부(120)의 저항저항들(R1,R2) 및 전압을 일정하게 유지시키기 위한 제너다이오드(ZD1) 및 저항값이 변화되는 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 제어전압값에 따라 제 1 트랜지스터(Q1)를 스위칭 온/오프시키게 된다. 즉, 정류부(110)에서 전파정류된 전원이 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 전압레벨값보다 크다면 제 1 트랜지스터(Q1)가 스위칭 온되고, 제 1 트랜지스터(Q1)가 스위칭 온됨에 따라 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)를 스위칭 오프상태로 전환시키며, 제 2 트랜지스터(Q2)가 스위칭 오프되면 순차적으로 PNP형의 제 5트랜지스터(Q5), 제 4트랜지스터(Q4) 및 제 6트랜지스터(Q6)도 동작되지 않는다. 따라서, 전원스위칭부(130)은 전압레벨검출부(120)의 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 제어전압값보다 전압레벨이 큰 전파정류된 전원은 출력되지 않는다.
반대로, 정류부(110)에서 전파정류된 전원이 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 전압레벨값보다 작다면 제 1 트랜지스터(Q1)는 스위칭 오프되고, 이에 따라 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)는 스위칭 온되며, 제 2 트랜지스터(Q2)가 스위칭 온됨에 따라 저항(R5)를 통하여 PNP형의 제 5트랜지스터(Q5)를 스위칭 온시킨다. 제 5 트랜지스터(Q5)가 스위칭 온됨에 따라 제 5트랜지스터(Q5)를 통과한 전류는 저항(R7)을 통하여 제 4트랜지스터(Q4)에 인가되어 증폭되고 제 6트랜지스터(Q6)를 온시켜 전파정류된 전원을 직류변환부(140)에 인가시켜 병렬 접속된 저항(R14) 및 콘덴서(C1)에 의하여 평활시켜 직류전원을 출력시키게 된다. 따라서, 전압레벨검출부(120)의 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 제어전압값보다 전압레벨이 작은 전원만이 직류전원으로 변환되어 출력되게 된다.
이와 같이, 전압레벨검출부(120)의 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 제어전압값보다 전압레벨이 작은 전원만이 직류전원으로 변환되어 출력되는 과정에서, 직류출력단자(DC2)에서 출력전류가 과도하게 되면 즉, 전원스위칭부(130)의 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단을 통하여 저항(R12)에 인가되는 전류가 과도하면, 과전류검출부(150)의 제 7 트랜지스터(Q7)가 동작되어 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 인가되는 전류를 차단시켜 전원스위칭부(130)의 동작을 정지시키게 되어 출력단이 단락되어도 회로를 보호하게 된다.
그리고, 직류전원이 출력되는 과정에서 과전압등 이상전압이 발생되면, 이상전압은 과전압검출부(160)의 저항(R11)을 통하여 PNP형의 제 3 트랜지스터(Q3)를 동작시키게 되고, 제 3 트랜지스터(Q3)는 전원스위칭부(130)의 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단에 인가되는 전류를 차단시켜 전원스위칭부(130)의 동작을 정지시키게 되어 과전압등 이상전압의 출력을 방지하게 된다.
이와 같은 저전압제어를 수행하고 나면 도 6A 및 도 6B에서 보는 바와 같이 전파정류된 교류전원의 한 주기에서 설정된 제어전압값보다 낮은 전압레벨을 갖는 4번의 출력이 반복된다. 이러한 본 발명에 따른 저전압 제어방법은 입력전원과 출력전원간의 전압강하가 클 경우는 종래의 방식들과 비교할 수 없는 장점을 가지게 된다. 예를 들어 부하에 공급되는 전원이 교류전원의 10％정도라고 가정하면(입력전원의 전압이 100V인 경우 출력전원의 전압은 10V) 도 1A의 주기제어방법에서는 교류전원의 한주기만 통과시키고 나머지 9주기는 통과시키지 않게 되어(스위칭 온 및 오프 시간 비율이 1:10) 막대한 스위칭 노이즈나 평활의 어려움 및 부하의 피해등의 단점을 가지게 되는 데 비하여 본 발명의 방법에서는 스위칭 온과 스위칭 오프의 전압 레벨이 15~20(전압에 따라 가변) 및 0을 가지게 되어 스위칭 온 및 오프 전압간의 레벨차이가 심하지 않아 출력 전압레벨의 고른 장점 및 부하에 부드러운 전력공급을 하게 되는등의 장점이 있다.
본 발명의 이러한 장점은 상용의 교류전원전압에서 직접적으로 낮은 직류전압이 필요한 경우에 강점을 가지게 되어 상용전원으로 저 전압의 직류전력기구들의 전원공급이 용이하여 많은 활용이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 도 5에서 보는 바와 같이, 도 4의 실시예와 동작 원리는 동일하나, 직류 변환부(140)의 구성을 전원스위칭부(130)의 출력단에 변압기(T1)의 1차측을 접속하고 변압기(T1)의 2차측에 브릿지 정류기(D5~D8)를 접속시켜, 전압레벨의 검출 및 스위칭 동작으로 일정 전압레벨 이하의 전압만 도통시켜 공급하고 변압기(T1)를 통하여 전압을 변화시키며, 브릿지 정류기(D5~D8)를 통하여 직류로 변환시키도록 동작한다.
도 5에서는 직류전원공급을 함에 있어 상용전원과 부하사이에 절연이 이루어지도록 절연용 변압기(T1)를 채택하는 구조로, 변압기(T1)에 인가되는 전원의 주파수는 60Hz가 아니라, 스위칭 동작을 통하여 120Hz나 240Hz이상의 주파수가 됨으로 동일전력을 전달하는 트랜스의 크기가 적어지고 효율은 높아지게 된다.
이와 같은 본 발명의 장점은 도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이, 기존의 전력제어와 비교하면 크게 부각된다. 도1에서 보는 바와 같은 주기제어는 입력교류전 압의 전압레벨이 제로(0)일때 On/Off가 이루어짐으로 파생되는 스위칭 노이즈는 작지만 입력되는 교류전원의 전압레벨의 50％를 출력시키기 위해서는 1주기만 통과시키고 나머지 1주기는 통과시키지 않음으로 전압변동폭이 가장 크다.
또한, 위상제어는 전압레벨이 최대(PEAK)일 때 스위칭 온이 이루어짐으로 파생되는 스위칭 노이즈는 가장 크지만, 입력되는 교류전원의 전압레벨의 50％를 출력시키기 위해서는 1주기중 양(+)의 정방향파의 1/2과 음(-)의 부방향파에서 1/2을 고르게 통과시킴으로서 주기제어와 비교하여 4배나 고르게 전압레벨을 출력시키는 장점이 있다.
본 발명은 도 2에서 보는 바와 같이 입력되는 교류전원의 전압레벨의 50％를 출력시키기 위해서는 1주기중 양(+)의 정방향파의 2번과 음(-)의 부방향파에서 2번을 고르게 통과시킴으로서 스위칭 노이즈는 클 수 있으나, 출력되는 전압레벨을 보면 위상제어보다 2배 고르게 전달하는 장점과 위에서 설명한 바와 같이 간단한 회로로 구성이 가능하여 경제성 역시 좋으며 출력 전압레벨이 적을 경우에 더욱 우수한 장점이 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이 출력되는 전압레벨이 낮을 수록 그 장점이 큼으로 저전압으로 제어된 출력을 정류하여 저전압 직류공급기로 활용할 경우는 지금까지 교류전압을 낮추어 직류로 변환하는 방법중에 가장 효율이 높으며(80％~95％ 정도) 초소형 전원공급기로의 가능성이 부각되며 부하가 없는 대기전력 소모는 BJT 회로로는 0.1W 이하가 가능하며 C-MOS FET 경우는 0.01W 이하로 가능하게 된다. 즉, 도 4및 도 5의 저전압제어시스템을 집적회로로 구현하는 경우 10mm 입방 체로도 3V ~ 12V 정도의 저전압에 수십와트(W)까지의 출력이 가능하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 교류전압의 전압파형에 대하여 전압레벨제어를 수행시키는 스위칭 방식으로 효율이 높고 안정하게 저전압 제어를 수행할수 있고 교류전원의 전압레벨의 50％이하의 제어가 불안한 위상제어나 균일한 제어가 이루어지지 않는 주기제어의 단점을 해소할 수 있으며, 상용교류전압에서 바로 낮은 직류전압을 만드는 전원공급기를 초소형으로 구현할 수 있는 효과 뿐만 아니라. 저항과 트랜지스터만으로 구성된 회로임으로 소형 IC화가 가능한 방식으로 집적화가 높아 효율이 높고 안전한 회로를 설계하여 집적화시켜 경제성을 갖는 전력제어장치를 구현할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내 에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (12)

  1. 입력된 교류전원을 전파정류하기 위한 전파 정류단계;
    상기 전파 정류된 교류전원의 파형에서 설정된 스위칭 제어 전압보다 전압레벨이 낮은 저전압 부분은 스위칭 온(On)시켜 출력하고, 상기 스위칭 제어 전압보다 전압레벨이 높은 고전압 부분은 스위칭 오프(Off)시켜 차단하여, 상기 전파 정류된 상용교류전원의 한 주기에서 설정된 스위칭 제어 전압보다 전압레벨이 낮은 4번의 출력전원을 발생시키도록 스위칭 동작하는 스위칭 단계; 및
    상기 스위칭 단계에서 출력된 출력전원을 직류로 변환시키는 직류전원 출력단계를 포함하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 단계에서 출력된 출력 전원이 과전류가 되면 상기 스위칭단계의 동작을 차단하는 과전류검출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭 단계의 출력 전압이 과전압일 경우에 상기 스위칭단계의 동작을 차단하는 과전압검출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어방법.
  4. 상용교류전원을 인가받아 이를 전파정류하기 위한 정류부(110);
    상기 정류부(110)의 출력단에 접속되어 설정된 스위칭 제어 전압을 검출하기 위한 전압레벨검출부(120);
    상기 전압레벨검출부(120)의 출력단에 접속되어 상기 설정된 스위칭 제어 전압에 따라 스위칭 동작하여 상기 전파정류된 상용교류전원의 한주기에서 상기 설정된 제어전압보다 전압레벨이 낮은 4번의 출력을 발생시키도록 동작하는 전원스위칭부(130); 및
    상기 전원스위칭부(130)의 출력을 직류로 변환하기 위한 직류변환부(140)를 포함하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 전압레벨검출부(120)는 상기 정류부(110)에서 전파정류된 상용교류전원이 출력되는 양출력단 사이에 저항들(R1, R2)이 직렬접속되며, 상기 저항들(R1,R2)사이에는 각각 전압을 일정하게 유지시키기 위한 제너다이오드(ZD1) 및 저항값이 변화되는 가변저항(VR1)이 직렬접속되고, 상기 가변저항(VR1)에는 상기 가변저항(VR1)의 설정값에 따라 스위칭 신호를 전달하기 위한 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단이 접속되며, 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 에미터단은 제2 출력단(DC2)에 접속되고 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단은 저항(R3)을 통하여 제 1 출력단(DC1)에 접속되어 구성됨을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 전원스위칭부(130)는 상기 전압레벨검출부(120)에서 출력되는 전원을 저항(R4)을 통하여 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단으로 인가받으며, 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 에미터단은 직접 DC2 출력단에 접속되고 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단은 직렬 접속된 저항들(R5, R6)을 통하여 제 1 출력단(DC1)에 접속되고, 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단에 직렬 접속된 저항들(R5, R6)사이에 PNP 형인 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단이 접속되며, 상기 제 5 트랜지스터(Q5)의 에미터단은 직접 제 1 출력단(DC1)에 접속되고 상기 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단은 직렬 접속된 저항들(R7, R8)을 통하여 제2 출력단(DC2)에 접속되도록 구성되며, 상기 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단에 직렬 접속된 저항들(R7, R8)사이에 제 4 트랜지스터(Q4)의 베이스단이 접속되며, 상기 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터단은 저항(R9)를 통하여 제 2 출력단(DC2)에 접속되고 상기 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터단은 직접 제2 출력단(DC2)에 접속되고, 상기 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터단과 저항(R9)사이에 제 6 트랜지스터(Q6)의 베이스단이 접속되며, 상기 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단은 저항(R12)을 통하여 제2 출력단(DC2)에 접속되고 상기 제 6 트랜지스터(Q6)의 콜렉터단은 직접 제2 출력단(DC2)에 접속되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 직류변환부(140)는 상기 전원스위칭부(130)의 출력단에 병렬접속된 저항(R14) 및 콘덴서(C1)로 구성되는 것을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 전원스위칭부(130)의 출력단에는 상기 전원스위칭부(130)의 출력전류에서 과전류를 검출하여 상기 전원스위칭부(130)로 인가되는 전원의 공급을 차단하는 과전류검출부(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 과전류검출부(150)는 상기 전원스위칭부(130)의 출력전류를 저항(R13)을 통하여 제 7 트랜지스터(Q7)의 베이스단으로 인가받으며, 상기 제 7 트랜지스터(Q7)의 콜렉터단은 상기 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 접속되고 상기 제 7 트랜지스터(Q7)의 에미터단은 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단에 접속된 저항(R12)에 접속되어 구성됨을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
  10. 제 4항에 있어서, 상기 전원스위칭부(130)의 출력단에는 상기 전원스위칭부(130)의 출력전류에서 과전압이 인가되면 상기 전원스위칭부(130)의 동작을 차단하는 과전압검출부(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 과전압검출부(160)는 직류 전원을 출력시키기 위한 출력단(DC1, DC2)사이에 직렬접속된 저항들(R10, R11)사이에서 분기하여 PNP형의 제 3 트랜지스터(Q3)의 베이스단이 접속되며, 상기 제 3 트랜지스터(Q3)의 콜렉터단은 상기 전원스위칭부(130)의 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단에 접속되고 상기 제 3 트랜지스터(Q3)의 에미터단은 제 1 출력단(DC1)에 접속되어 구성됨을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
  12. 제 4항에 있어서, 상기 직류 변환부(140)는 상기 전원스위칭부(130)의 출력단에 변압기(T1)의 1차측을 접속하고, 상기 변압기(T1)의 2차측에 브릿지 정류기(D5~D8)를 접속되어 구성됨을 특징으로 하는 교류전원의 파형을 이용한 저전압 제어시스템.
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