KR100925543B1 - 철도 신호 장비용 고주파 정류기 - Google Patents

Abstract

작은 부피로 고효율 고용량의 직류전원을 공급할 수 있는 구조를 가진 철도 신호 장비용 고주파 정류기에 대해 개시한다. 철도 신호 장비용 고주파 정류기는, 단상의 220V, 60Hz의 일반전압을 직류전원으로 변환하여 철도의 신호장비에 공급하는 철도 신호 장비용 정류기에 있어서, 입력받은 220V의 일반교류 전원을 제1변압기에 의해 승압하고, 승압된 교류 전류를 휘트스톤브리지로 된 제1정류부에 의해 전파정류하여, FET를 가지는 제1스위칭부에 의해 고주파로 스위칭하여 전원의 역률을 보상하는 역률보상회로부;와 상기 역률보상회로부에 연결되어 역률보상회로부로부터 전달받은 직류전원을 다시 PWM 제어회로에 의해 고주파로 스위칭하고, 제2변압기에 의해 철도 신호장비의 설정 전압으로 감압한 후 제2정류부에서 정류하여 평활회로를 통해 안정된 직류로 출력하는 DC컨버터;를 포함하여 이루어지는 점에 특징이 있다. 이와 같은 철도 신호 장비용 고주파 정류기는 고주파 정류방식에 의해 정류된 직류전원을 공급함으로써, 철도 신호 장비용 정류기의 크기를 매우 작게 할 수 있으며, 그 전원공급장치가 설치되는 철도 역사의 공간을 절약할 수 있는 효과가 있다. 또한, 철도 신호 장비용 정류기의 사용환경에 따라 출력되는 직류전압을 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

Description

철도 신호 장비용 고주파 정류기{High frequency rectifier for railroad signal apparatus}

도 1은 종래의 철도 신호 장비용 정류기의 개략적인 회로도이다.

도 2는 본 발명에 따른 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 일례를 개략적으로 도시한 블록선도이다.

도 3은 도 2에 도시된 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 일부분을 도시한 회로도이다.

도 4는 도 2에 도시된 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 DC컨버터의 일례를 도시한 회로도이다.

도 5는 도 2에 도시된 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 전압조정부의 일례를 도시한 회로도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...철도 신호 장비용 고주파 정류기 10....써어지회로

20....EMI필터 30....역률보상회로

40....DC컨버터 50....전압조정부

60....배터리

본 발명은 철도 신호 장비용 고주파 정류기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 고주파 정류방식을 사용함으로써 전원공급장치의 크기를 대폭 감소시키고 효율을 향상시킨 철도 신호 장비용 정류기에 관한 것이다.

일반적으로, 철도 역사에는 철도 선로를 유지 보수하는데 필요한 각종 전기장치에 전원을 공급하고, 또한 각종 철도 신호용 장치, 연동장치, 열차 자동 제어 장치에 전원을 공급하는 신도 신호 장비용 정류기가 설치되어 있다.

이와 같은 철도 신호 장비용 정류기는 220V의 일반 교류전압을 공급받아서 이를 철도 신호장비에서 사용하는 직류전압으로 정류하여 공급하는 역할을 하며, 일반적으로는 약 24V의 직류전압을 공급하도록 되어 있다. 또한, 정전과 같은 비상시에도 안정적으로 전원을 공급함으로써 승객의 안전을 확보하기 위하여 비상용 배터리가 연결되어 있어서, 평상시에 충전한 배터리를 통해 정전시에도 직류전원을 공급하도록 되어 있다.

한편, 철도 신호 장비용 정류기로부터 전원을 공급받는 전기장치는 철도 역사로부터 수백미터 떨어진 곳에 위치하는 경우도 종종 있기 때문에, 철도 신호 장비용 정류기와 전기장치 사이의 전선의 저항으로 인해 전압강하가 일어나, 실제 전기장치가 공급받게 되는 전압은 철도 신호 장비용 정류기의 출력측의 전압보다 낮은 전압을 공급받게 된다. 따라서 일반적으로는 신호장비의 입력전압보다 높은 전압으로 정류한 후에 사용환경에 따라 적합한 전압으로 조정한 후 외부 장치로 전원 을 공급하게 된다.

이와 같은 종래의 철도 신호 장비용 정류기는 도 1에 도시된 바와 같이, 일반 220V 단상 교류 전압을 변압기(2)를 통해 감압한 후 정류부(3)에서 정류하여 평활회로(4)를 거쳐서 외부로 출력하는 구조로되어 있다.

이와 같은 구조의 철도 신호 장비용 정류기(1)는 철도 신호장비에서 요하는 고용량의 전원을 공급하기 위해서는 그 부피가 매우 커질 수 밖에 없으며, 이로 인해 철도 역사의 많은 공간을 차지하는 문제점이 있다.

또한, 출력측의 전압을 조정하는 방법으로 도 1에 도시한바와 같이, 직렬로 연결된 다이오드(5)의 개수를 조정하는 방법으로 각 다이오드에서 일어나는 0.7V의 전압강하량 만큼 출력 전압을 조정하여 공급하는 방법을 사용한다. 그런데 이와 같은 방법은 출력전압을 연속적으로 조절하지 못하며, 특히 다이오드의 전압감하량 이하의 단위로 전압을 미세조정할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 철도 신호 장비용 정류기의 부피를 대폭 감소시켜서 그 철도 신호 장비용 정류기가 설치되는 철도 역사의 공간을 절약하고 효율적으로 사용할 수 있는 철도 신호 장비용 고주파 정류기를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 철도 신호 장비용 정류기의 사용환경에 따라 출력되는 직류전압을 용이하게 조절할 수 있는 철도 신호 장비용 고주파 정류기를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철도 신호 장비용 고주파 정류기는, 단상의 220V, 60Hz의 일반전압을 직류전원으로 변환하여 철도의 신호장비에 공급하는 철도 신호 장비용 고주파 정류기에 있어서, 입력받은 220V의 일반교류 전원을 제1변압기에 의해 승압하고, 승압된 교류 전류를 휘트스톤브리지로 된 제1정류부에 의해 전파정류하여, FET를 가지는 제1스위칭부에 의해 고주파로 스위칭하여 전원의 역률을 보상하는 역률보상회로부;와 상기 역률보상회로부에 연결되어 역률보상회로부로부터 전달받은 직류전원을 다시 PWM 제어회로에 의해 고주파로 스위칭하고, 제2변압기에 의해 철도 신호장비의 설정 전압으로 감압한 후 제2정류부에서 정류하여 평활회로를 통해 안정된 직류로 출력하는 DC컨버터;를 포함하여 이루어지는 점에 특징이 있다.

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

도 2는 본 발명에 따른 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 일례를 개략적으로 도시한 블록선도이고, 도 3은 도 2에 도시된 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 일부분을 도시한 회로도이며, 도 4는 도 2에 도시된 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 DC컨버터의 일례를 도시한 회로도이다.

도 2는 본 발명에 따른 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 일례를 개략적으로 도시한 블록선도이고, 도 3은 도 2에 도시된 역률보상회로의 일례를 도시한 회로도이며, 도 4는 도 2에 도시된 DC컨버터의 일례를 도시한 회로도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 철도 신호 장비용 고주파 정류기(100)는 역률보상회로(30)와 DC컨버터(40)와 전압조정부(50)를 포함하여 이루어진다.

본 실시예의 철도 신호 장비용 고주파 정류기(100)는 220V, 60Hz의 일반 교류전압을 공급받아 이를 정류하여 24V의 직류전압으로 출력하는 장치이다.

220V, 60Hz의 일반교류전압은, 상기 역률보상회로(30)의 전단에 배치된 써어지회로(10)와 EMI필터(20)를 거쳐서 상기 역률보상회로(30)로 전달된다.

상기 써어지회로(10)는 낙뢰 등으로 인한 갑작스런 고전압이 본 실시예의 전원공급장치(100) 내부로 전달되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 EMI필터(20)는 상기 써어지회로(10)와 상기 역률보상회로(30)의 사이에 전기적으로 연결되며, 외부로부터 전달되는 전자기파에 의한 전원공급장치(100)의 내부회로와의 간섭을 방지하는 역할을 한다.

상기 역률보상회로(30)는 제1변압기(31)와 제1정류부(32)와 제1스위칭부(34)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1변압기(31)는 상기 역률보상회로(30)에서 입력된 220V 전압을 400V로승압한다.

상기 제1정류부(32)는 휘트스톤 브리지의 형태로 구성되어 상기 제1변압기(31)에서 입력된 단상 교류 전압을 직류전압으로 전파정류한다.

상기 제1정류부(32)에서 정류된 구형파의 직류전압은 FET(35)를 포함하여 이루어지는 제1스위칭부(34)에 의해 30kHz의 고주파를 가진 구형파로 스위칭된다. 상 기 제1스위칭부(34)는 상기 FET(35)와 같은 능동 소자에 의해 고속으로 스위칭을 함으로써 보다 작은 인덕턴스(L1) 및 커패시턴스(C1) 값으로 잡음을 제거하고, 동시에 전압의 왜곡을 억제하여 역률을 개선하는 효과를 얻을 수 있다. 작은 인덕턴스(L1) 및 커패시턴스(C1) 값으로도 역률을 개선하고 정류된 구형파의 잡음을 제거할 수 있기 때문에, 앞에서 도 1을 참조하여 설명한 종래의 전원공급장치에 비해 훨씬 작은 부피를 가지는 전원공급장치(100)를 제공할 수 있는 장점이 있다.

상기 역률보상회로(30)에서 출력된 400V의 정류 구형파는, 도 4에 도시된 것과 같은, 상기 DC컨버터(40)로 전달된다. 상기 DC컨버터(40)는 PWM제어회로(41)와 제2변압기(42)와 제2정류부(43)를 포함하여 이루어진다.

상기 PWM제어회로(41)는 상기 DC컨버터(40)로 입력된 400V의 정류구형파를 약 75kHz의 고주파를 갖도록 다시 스위칭한다. 이때 상기 PWM제어회로(41)는 PWM(pulse width modulation)방식에 의해 스위칭 함으로써 전압을 제어한다. PWM방식은 펄스 변조 방식의 하나로 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 폭을 변화시켜 변조하는 방식이다. 신호파의 진폭이 클 때는 펄스의 폭이 넓어지고, 진폭이 작을 때는 펄스의 폭이 좁아진다.

이와 같은 PWM 방식에 의해, 상기 PWM제어회로(41)는 그 뒤쪽에 전기적으로 연결되어 전압을 낮추는 제2변압기(42)의 1차측에서 직류전원을 인가받아, 상기 PWM제어회로(41)에서 펄스폭 변조로 스위칭시켜, 상기 제2변압기(42)의 2차측에 소정 전력의 전원을 형성하게 된다.

한편, 상기 제2변압기(42)의 2차측에서는 1차측 신호변화에 상응한 신호가 유기되고, 400V의 입력전압을 약 24V의 전압으로 감압한다. 그리고 상기 제2변압기(42)의 2차측 전류는 상기 제2정류부(43)에서 다시 직류로 정류되고 평활회로부(44)로 전달된다.

상기 평활회로부(44)는 인덕터(L2)와 콘덴서(C2, C3)를 포함하여 이루어지며, 맥동성분을 가지는 상기 제2정류부(43) 출력단의 직류전원의 노이즈 성분을 필터링하여 24V의 정격 전압을 출력하도록 한다.

상기 DC컨버터(40)는 약 75kHz 내외의 고주파로 스위칭하여 감압 및 정류 작용을 하기 때문에, 작은 용량의 컨덕턴스 및 인덕턴스 값을 가진 소자를 사용하는 회로의 구성을 가능하게 하고, 결과적으로 종래에 비해 매우 작은 크기를 가지는 본 실시예의 철도 신호 장비용 고주파 정류기(100)의 구성을 가능하게 하고 전원공급장치(100)의 효율도 향상시키는 장점이 있다.

도 5에 도시한 것과 같은, 상기 전압조정부(50)는 상기 DC컨버터(40)에서 출력된 직류전원의 전압을 조정하는 역할을 한다. 상술한 바와 같이, 본 실시예의 철도 신호 장비용 고주파 정류기(100)에서 출력된 직류전원을 이용하는 신호장비(70)의 사용환경에 따라 조정된 전압을 사용할 수 있게 한다. 전원공급장치(100)로부터 멀리 떨어져 있는 신호장비(70)에 전원을 공급하는 경우에는 전원을 공급하는 도선의 자체 저항으로 인한 전압강하를 보정하기 위하여 소정 전압 만큼 승압된 전원을 공급해야 할 필요성이 있다.

상기 전압조정부(50)는 가변저항(Rv)과, 연산증폭기(51) 및 트랜지스터(Q1, Q2)를 포함하여 이루어진다.

상기 트랜지스터(Q1, Q2)의 콜렉터단은 입력측에 연결되고 이미터단은 출력측에 연결되고, 베이스단은 상기 연산증폭기(51)의 출력측에 연결된다.

상기 트랜지스터(Q1, Q2)의 이미터단에서 출력측으로 전해지는 전압은 일부가 상기 연산증폭기(51)의 입력측으로 피드백된다.

상기 연산증폭기의 (-)단 입력측에 연결된 가변저항(Rv)은 사용자의 설정에 따라 상기 연산증폭기(51)의 출력값을 조정하여 상기 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스단에 피드백함으로써 상기 트랜지스터(Q1, Q2)에 의해 출력전압을 설정된 값으로 유지하도록 한다.

이와 같은 방법에 의하여, 도 1을 참조하여 설명한 종래의 철도 신호 장비용 정류기(1)와 달리, 출력 전압을 연속적으로 조절할 수 있으며 다이오드의 전압강하량인 0.7V 이하 단위의 미세 조정도 가능하게 하는 장점이 있다.

한편, 상기 DC컨버터(40)와 상기 전압조정부(50)의 사이에는 배터리(60)가 연결되어 있다. 상기 배터리(60)는 평상시에 상기 DC컨버터(40)에서 출력된 직류전원을 공급받아 충전을 하고, 정전이 되는 비상시에는 상기 전압조정부(50)에 전원을 공급하여 외부의 철도 신호장비(70)에 전력을 공급한다. 따라서, 본 실시예의 전원공급장치(100)는 정전과 같은 비상시에도 안정적으로 신호장비(70)에 전원을 공급함으로써 안전사고를 방지하며 철도의 정상적인 운행을 보장할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 철도 신호 장비용 고주파 정류기(100)의 작용을 요약하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 철도 신호 장비용 고주파 정류기(100)에 공급되는 220V의 일반 교류 전압은 상기 써어지회로(10)와 상기 EMI필터(20)를 거쳐서 상기 역률보상회로(30)로 전달된다.

상기 역률보상회로(30)의 상기 제1변압기(31)에서 승압된 전압을 상기 제1정류부(32)에서 정류한 후 제1스위칭부(34)에 의해 고주파로 스위칭하고 역률이 보상된 상태에서 상기 DC컨버터(40)로 전달된다. 상기 DC컨버터(40)에 전달된 직류는 다시 PWM방식에 의해 고주파로 스위칭되어 상기 제2변압기(42)에서 소정의 전압으로 감압된 후, 제2정류부(43)에서 정류되고 평활회로부(44)를 거쳐서 상기 배터리(60) 또는 상기 전압조정부(50)로 전달된다.

상기 전압조정부(50)로 전달된 소정 전압의 직류 전원은 다시 사용자가 원하는 값의 직류전압으로 조정되어 외부의 신호장비(70)로 공급된다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 철도 신호 장비용 고주파 정류기(100)는, 본 발명의 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 일례에 불과한 것이며 그러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

상기 실시예를 통하여 설명한 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 고주파 정류방식에 의해 정류된 직류전원을 공급함으로써, 철도 신호 장비용 정류기의 크기를 매우 작게 할 수 있으며, 그 전원공급장치가 설치되는 철도 역사의 공간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명에 다른 철도 신호 장비용 고주파 정류기에 의하면, 철도 신호 장비용 고주파 정류기의 사용환경에 따라 출력되는 직류전압을 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 단상의 220V, 60Hz의 일반전압을 직류전원으로 변환하여 철도의 신호장비에 공급하는 철도 신호 장비용 정류기에 있어서,

   입력받은 220V의 일반교류 전원을 제1변압기에 의해 승압하고, 승압된 교류 전류를 휘트스톤브리지로 된 제1정류부에 의해 전파정류하여, FET를 가지는 제1스위칭부에 의해 고주파로 스위칭하여 전원의 역률을 보상하는 역률보상회로부;

   상기 역률보상회로부에 연결되어 역률보상회로부로부터 전달받은 직류전원을 다시 PWM 제어회로에 의해 고주파로 스위칭하고, 제2변압기에 의해 철도 신호장비의 설정 전압으로 감압한 후 제2정류부에서 정류하여 평활회로를 통해 안정된 직류로 출력하는 DC컨버터;

   철도 신호장비의 사용환경에 따라 사용자가 출력 직류전압을 조정할 수 있도록, 상기 DC컨버터의 출력단에 연결되어 상기 DC컨버터의 출력전압을 사용자가 설정한 전압으로 조정하는 전압조정부;

   상기 역률보상회로의 전단에 연결되어 전자기파의 간섭을 방지하는 EMI필터;

   상기 역률보상회로의 전단에 연결되어 갑작스런 고전압으로부터 내부회로를 보호하기 위한 써어지 회로;

   상기 DC컨버터와 전압조정부의 사이에는 평상시에는 전류가 충전되고 정전시에 상기 전압조정부를 통하여 철도 신호장비에 전원을 공급하는 배터리;를 포함하고,

   상기 전압조정부는 가변저항과, 연산증폭기 및 트랜지스터를 포함하여 이루어지며, 상기 전압조정부의 출력단의 전압을 상기 연산증폭기의 입력으로 피드백하고 상기 연산증폭기에 연결된 상기 가변저항의 저항값에 의해 그 연산증폭기의 출력값을 조정하여 상기 트랜지스터의 베이스단으로 피드백함으로써, 사용자가 설정한 전압으로 출력전압을 조정하여 철도 신호장비로 출력하고,

   상기 역률보상회로부의 제1변압기에서는 직류전압을 400V로 승압하고 상기 제1스위칭부에서는 30kHz의 고주파로 스위칭하며,상기 DC컨버터의 PWM제어회로에서는 상기 역률보상회로부로부터 전달받은 직류전원을 75kHz의 고주파로 스위칭하고, 상기 제2변압기는 24V로 전압을 감압하는 것을 특징으로하는 철도 신호 장비용 고주파 정류기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images