KR101126127B1 - 멀티채널 전력조정기 - Google Patents

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KR101126127B1
KR101126127B1 KR1020110139287A KR20110139287A KR101126127B1 KR 101126127 B1 KR101126127 B1 KR 101126127B1 KR 1020110139287 A KR1020110139287 A KR 1020110139287A KR 20110139287 A KR20110139287 A KR 20110139287A KR 101126127 B1 KR101126127 B1 KR 101126127B1
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전기현
한기원
최철용
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(주) 파라이엔티
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Abstract

본 발명은 멀티채널 전력조정기에 관한 것으로, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 단상과 삼상에 모두 적용 가능하며, 필요에 따라 위상각 제어방식 또는 제로크로싱 제어방식으로 자유롭게 전환하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 하나의 멀티채널 제어 유닛에 카드에지 타입의 컨트롤 보드를 채널수 만큼 장착하여 멀티채널을 구성할 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 많은 제한을 받고 있는 현장에서 공간적인 활용도를 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티채널 전력조정기{Multi-Channel Power Supply Controller}
본 발명은 멀티채널 전력조정기에 관한 것으로, 더 자세하게는 단상과 삼상에 모두 적용 가능하며 필요에 따라 위상각 제어방식 또는 제로크로싱 제어방식으로 자유롭게 전환 사용이 가능한 멀티채널 전력조정기에 관한 것이다.
전력조정기는 입력된 제어 신호에 따라 전력을 조정하여 출력하는 전력 제어기기로서, 히터, 전기로, 항온조 등의 가열 및 냉각시에 전력량을 제어하기 위해 널리 사용되고 있다.
이와 같은 전력조정기는 하나의 회로에 하나의 교류전압과 이에 대응하는 전류만이 있는 단상 전력조정기와, 하나의 회로에 전압 및 주파수가 같고 위상의 차가 120도씩인 세가지 교류의 조합이 있는 삼상 전력조정기로 나뉜다.
도 1은 종래의 단상 전력조정기의 구성도이고, 도 2는 종래의 삼상 전력조정기의 구성도이며, 도 3은 종래의 단상 및 삼상 전력조정기의 실제 구현예를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전력조정기는 전력반도체부(20), 퓨즈부(22), 출력신호 검출부(24), 게이트구동회로부(26), 메인전원 연결부(28), 부하 연결부(30), 제어부(32), 제어신호입력부(34), 상 검출부(Phase detection)(36) 및 제어전원부(40)로 구성되며, 컨트롤러(42)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하여 출력한다.
하지만, 종래의 전력조정기는 도 3에 도시된 바와 같이 좌측의 컨트롤 유닛('A' 부분 참조)과 우측의 전력 제어 유닛('B' 부분 참조)이 일체형으로 연결되어 하우징에 장착되기 때문에 장착후에는 유지보수가 어렵다는 문제점이 있다.
그리고, 종래의 전력조정기는 삼상의 경우 R, S, T의 위상이 120도의 위상차를 갖기 때문에 전원 및 부하가 단상/삼상 전원인지에 따라 별도로 설계되어야 할 뿐만 아니라, 제어 방식이 위상각(Phase angle)/제로크로싱(Zero-crossing) 방식인지에 따라서도 각각 별도로 제작되어야 하기 때문에 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 전력조정기에서 상 검출부(36)와 퓨즈부(22)는 고압의 메인 전원에 직접적으로 연결되기 때문에, 고압 전원 또는 돌입전류에 의해 회로 소손이 많이 발생한다는 문제점이 있다.
게다가, 종래의 전력조정기는 전력반도체부(20)를 구동시키기 위해 특정 주파수를 가진 펄스 신호를 생성해야 하기 때문에 제어시 별도의 타이머를 이용한 제어가 필요하며, 통신을 이용한 디지털 제어를 위해서는 별도의 통신 모듈을 구비해야만 하는 단점도 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단상과 삼상에 모두 적용 가능하며 위상각 제어방식 또는 제로크로싱 제어방식으로 자유롭게 전환 사용이 가능한 멀티채널 전력조정기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 멀티채널 제어 유닛에 카드에지 타입의 컨트롤 보드를 채널수 만큼 장착하여 멀티채널의 구성이 가능하도록 함으로써, 공간적으로 많은 제한을 받고 있는 현장에서 공간적인 활용도를 높일 수 있는 멀티채널 전력조정기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유지보수가 용이하고 사용자의 편의 및 안전을 도모할 수 있으며, 고압의 메인 전원으로부터 회로의 안정성을 확보할 수 있는 멀티채널 전력조정기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 디지털 제어가 가능하고 별도의 펄스 발생기에서 생성된 펄스 신호를 이용하여 전력반도체부를 구동함으로써 제어의 정밀성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 멀티채널 전력조정기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티채널 전력조정기는, 카드에지 타입의 컨트롤 보드; 메인 전원에서 삼상의 위상 신호를 검출하는 카드에지 타입의 위상 검출 보드; 적어도 하나 이상의 컨트롤 보드와 하나의 위상 검출 보드가 카드슬롯에 장착되며, 외부의 컨트롤러로부터 입력된 제어 신호에 따라 상기 각 컨트롤 보드를 개별적으로 또는 통합적으로 제어하는 멀티채널 제어 유닛; 및 상기 컨트롤 보드의 제어에 의해 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하여 출력하는 전력 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 신호에 따라 상기 각 컨트롤 보드에서 단상 또는 삼상으로 동작하도록, 그리고 위상각 제어 방식 또는 제로크로싱 제어 방식으로 동작하도록 상기 전력 제어 유닛을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 멀티채널 제어 유닛은, 카드에지 타입의 상기 컨트롤 보드 및 상기 위상 검출 보드의 장착을 위한 카드슬롯; 상기 카드슬롯에 장착된 상기 컨트롤 보드 및 상기 위상검출 보드에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부; 외부의 컨트롤러로부터 제어 신호를 입력받기 위한 제어 신호 입력부; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 컨트롤 보드를 개별적으로 또는 통합적으로 제어하는 멀티채널 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어 신호 입력부는, 외부의 컨트롤러로부터 상기 각 컨트롤 보드의 동작 모드를 단상 모드 또는 삼상 모드로 결정하기 위한 모드 제어 신호를 각각 입력받고, 메인 전원의 전압 및 전류와 단상/삼상을 결정하기 위한 전원 제어 신호, 부하의 단상/삼상을 결정하기 위한 부하 제어 신호, 위상각/제로크로싱 제어 신호 중 적어도 어느 하나의 제어 신호를 입력받는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 멀티채널 제어부는, 외부의 컨트롤러로부터 단상 모드 제어 신호와 단상 전원 제어 신호 및 단상 부하 제어 신호가 입력되면, 상기 각 컨트롤 보드를 개별적으로 제어하고, 외부의 컨트롤러로부터 삼상 모드 제어 신호와 삼상 전원 제어 신호 및 삼상 부하 제어 신호가 입력되면 상기 각 컨트롤 보드를 통합적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 컨트롤 보드는, 딥스위치를 통해 사용자로부터 기능 설정 신호를 입력받는 기능 설정부; 외부의 컨트롤러와 디지털 통신을 수행하는 통신부; 상기 위상 검출 보드를 통해 검출된 삼상의 위상 신호 중에서 어느 하나를 선택하는 위상 선택부; 및 외부의 컨트롤러로부터 입력된 상기 모드 제어 신호에 따라 동작 모드를 단상 모드 또는 삼상 모드로 결정하고 상기 결정된 동작 모드에 따라 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 기능 설정부는, 메인 전원의 전압/전류 설정, 제어 신호의 입력 방식 설정, 위상각/제로크로싱의 제어 방식 설정, 알람 출력 방식 설정, 역상 결선 인식 설정, N상 결선 인식 설정, 부분 부하 단선 검출 설정, 통신 제어 설정 중 적어도 어느 하나의 기능 설정 신호를 입력받는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부는, 외부의 컨트롤러로부터 삼상 모드 제어 신호가 입력되면, 동작 모드를 삼상 모드로 결정하고 상기 결정된 삼상 모드에 따라 부하에 공급되는 전력이 120도의 위상차를 갖도록 상기 전력 제어 유닛을 제어하되, 외부의 컨트롤러로부터 위상각 제어 신호가 입력된 경우 교류전압의 소정 각도에서 부하에 공급되는 전력량을 제어하며, 제로크로싱 제어 신호가 입력된 경우에는 교류전압의 제로(zero)점에서 부하에 공급되는 전력량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 각 컨트롤 보드는 상호 교체가 가능한 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상 검출 보드는, 삼상의 메인 전원을 입력받아 메인 전원의 전압을 각각 강하시키는 제1 내지 제3 전압 강하부; 상기 강하된 메인 전압에서 삼상의 위상 신호를 각각 검출하는 제1 내지 제3 위상 신호 검출부; 상기 검출된 삼상의 위상 신호를 디지털 신호로 각각 변환하는 제1 내지 제3 AC-DC 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 전력 제어 유닛은, 퓨즈부; 상기 퓨즈부의 단선을 검출하고 상기 퓨즈부의 단선시 발생되는 노이즈 및 돌입전류를 차단하는 퓨즈 단선 검출부; 상기 컨트롤 보드의 제어에 의해 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하여 출력하는 전력반도체부; 상기 전력반도체부를 구동하는 게이트 구동부; 상기 게이트 구동부에 펄스 신호를 제공하기 위한 펄스 발생기 및 논리 연산 회로; 상기 전력반도체부로부터 출력되는 출력 전압 및 전류를 측정하는 출력 검출부; 및 상기 전력반도체부로부터 출력되는 출력 전압 및 전류를 부하에 인가하는 부하 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 퓨즈 단선 검출부는, 상기 퓨즈부의 입력단과 출력단에 각각 연결된 제1, 2 저항; 상기 제1 저항에 일단이 연결되어 전류의 방향성을 제한하는 제1 다이오드; 상기 제1 다이오드로부터 출력되는 돌입전류를 차단하기 위한 제너다이오드; 상기 제1 다이오드로부터 출력되는 전류를 제한하기 위한 제3 저항; 상기 제3 저항에 연결되어 퓨즈 단선을 검출하는 발광 다이오드 및 포토 디텍터; 및 상기 발광 다이오드 및 포토 디텍터에 연결되어 상기 퓨즈부의 단선시 발생되는 노이즈를 감소시키기 위한 인덕터를 포함하고, 상기 퓨즈부가 단선된 경우, 상기 제1, 2 저항의 양단에 전압차가 발생하여 상기 제1 저항을 통해 상기 포토 디텍터 쪽으로 전류가 흐르게 되어 단선이 검출되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 전력 제어 유닛은, 상기 펄스 발생기를 통해 고주파의 펄스 신호를 생성하고, 상기 생성된 펄스 신호와 상기 컨트롤 보드에서 생성된 펄스 신호를 상기 논리 연산 회로에 의해 논리적으로 결합하여 상기 전력반도체부를 구동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 멀티채널 전력조정기는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 단상과 삼상에 모두 적용 가능하며, 필요에 따라 위상각 제어방식 또는 제로크로싱 제어방식으로 자유롭게 전환하여 사용할 수 있다.
둘째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 하나의 멀티채널 제어 유닛에 카드에지 타입의 컨트롤 보드를 채널수 만큼 장착하여 멀티채널을 구성할 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 많은 제한을 받고 있는 현장에서 공간적인 활용도를 높일 수 있다.
셋째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 멀티채널 제어 유닛과 전력 제어 유닛이 별도로 구성되어 유지보수가 용이하며, 멀티채널 제어 유닛은 하우징의 전면에 돌출되도록 배치되고 전력 제어 유닛은 하우징의 내부에 배치되어 사용자의 편의 및 안전을 도모할 수 있다.
넷째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 각 컨트롤 보드간에 상호 교체가 가능하여 현장에서의 활용성을 높일 수 있으며, 외부의 컨트롤러에서 각 컨트롤 보드를 디지털 제어할 수 있어 제어의 정밀성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
다섯째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 하나의 위상 검출 보드를 통해 삼상의 위상 신호를 한번에 검출할 수 있어 종래의 삼상 전력조정기에 비하여 부피를 최소화하고 제조 비용을 감소시킬 수 있으며, 전압 강하부에 의해 고압의 메인 전원이 회로에 직접적으로 인가되지 않게 되므로 회로의 안정성을 확보할 수 있다.
여섯째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 퓨즈 단선 검출부에 의해 퓨즈 단선시 발생되는 노이즈 및 돌입전류를 차단할 수 있으며, 별도의 펄스 발생기에서 생성된 펄스 신호를 이용하여 전력반도체부를 구동함으로써 종래의 전력조정기에 비하여 제어의 정밀성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 단상 전력조정기의 구성도이다.
도 2는 종래의 삼상 전력조정기의 구성도이다.
도 3은 종래의 단상 및 삼상 전력조정기의 실제 구현예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티채널 전력조정기의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티채널 전력조정기의 실제 구현예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 멀티채널 전력조정기에 있어서 멀티채널 제어 유닛의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 멀티채널 전력조정기에 있어서 컨트롤 보드의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 멀티채널 전력조정기에 있어서 위상 검출 보드의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 멀티채널 전력조정기와 종래의 삼상 전력조정기에서 위상 검출 회로를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 멀티채널 전력조정기에 있어서 전력 제어 유닛의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 퓨즈 단선 검출부의 회로도이다.
도 12는 본 발명의 멀티채널 전력조정기와 종래의 전력조정기의 펄스 발생 방식을 비교 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티채널 전력조정기의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티채널 전력조정기의 실제 구현예를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티채널 전력조정기는, 멀티채널 제어 유닛(100)과, 카드에지 타입의 컨트롤 보드(200) 및 위상검출 보드(300)와, 전력 제어 유닛(400)을 포함하여 구성된다.
상기 멀티채널 제어 유닛(100)의 카드슬롯(110)에는 카드에지 타입의 상기 컨트롤 보드(200)와 상기 위상 검출 보드(300)가 장착되며, 상기 멀티채널 제어 유닛(100)에 대하여 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 멀티채널 전력조정기에 있어서 멀티채널 제어 유닛(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 멀티채널 제어 유닛(100)은, 카드에지 타입의 상기 컨트롤 보드(200) 및 상기 위상 검출 보드(300)의 장착을 위한 카드슬롯(110), 상기 컨트롤 보드(200) 및 상기 위상검출 보드(300)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(120), 외부의 컨트롤러(CT)로부터 제어 신호를 입력받기 위한 제어 신호 입력부(130), 상기 제어 신호에 따라 상기 컨트롤 보드(200)를 개별적으로 또는 통합적으로 제어하는 멀티채널 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 카드슬롯(110)에는 멀티채널의 구성을 위해 카드에지 타입의 상기 컨트롤 보드(200)가 적어도 하나 이상 장착되며, 메인 전원의 위상 검출을 위해 카드에지 타입의 상기 위상 검출 보드(300)가 하나 장착된다.
본 실시예에서는 상기 멀티채널 제어 유닛(100)의 카드슬롯(110)에 총 8개의 컨트롤 보드(200)가 장착될 수 있는 경우를 나타내었지만(도 5 참조), 카드슬롯(110)의 개수는 채널수에 따라 증가시키거나 감소시킬 수 있음은 물론이다.
상기 전원 공급부(120)는 상기 카드슬롯(110)에 장착된 상기 컨트롤 보드(200) 및 상기 위상검출 보드(300)에 5V의 독립적인 전원을 공급한다.
상기 제어 신호 입력부(130)는 외부의 컨트롤러(CT)로부터 상기 각 컨트롤 보드(200)의 동작 모드를 단상 모드 또는 삼상 모드로 결정하기 위한 모드 제어 신호를 각각 입력받는다.
또한, 상기 제어 신호 입력부(130)는 메인 전원의 전압 및 전류와 단상/삼상을 결정하기 위한 전원 제어 신호, 부하의 단상/삼상을 결정하기 위한 부하 제어 신호, 위상각/제로크로싱 제어 신호 등을 입력받는다.
상기 멀티채널 제어부(140)는 상기 제어 신호에 따라 상기 컨트롤 보드(200)를 개별적으로 또는 통합적으로 제어한다.
예를 들어, 상기 멀티채널 제어부(140)는 외부의 컨트롤러(CT)로부터 단상 모드 제어 신호와 단상 전원 제어 신호 및 단상 부하 제어 신호가 입력되면, 상기 컨트롤 보드(200)를 개별적으로 제어하며, 외부의 컨트롤러(CT)로부터 삼상 모드 제어 신호와 삼상 전원 제어 신호 및 삼상 부하 제어 신호가 입력되면 상기 컨트롤 보드(200)를 통합적으로 제어한다.
즉, 상기 멀티채널 제어 유닛(100)은 외부의 컨트롤러(CT)로부터 입력된 제어 신호에 따라 상기 컨트롤 보드(200)를 개별적으로 또는 통합적으로 제어한다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 컨트롤 보드(200)는 상기 멀티채널 제어 유닛(100)의 카드슬롯(110)에 장착될 수 있도록 카드에지 타입으로 구성되어, 외부의 컨트롤러(CT)로부터 입력된 제어 신호에 따라 멀티채널 전력조정기가 단상 전력조정기 또는 삼상 전력조정기로 동작하도록 제어하는 역할을 하며, 상기 컨트롤 보드(200)에 대하여 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 멀티채널 전력조정기에 있어서 컨트롤 보드(200)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 컨트롤 보드(200)는 딥스위치(미도시)를 통해 사용자로부터 기능 설정 신호를 입력받는 기능 설정부(210)와, 외부의 컨트롤러(CT)와 디지털 통신을 수행하는 통신부(220)와, 상기 위상 검출 보드(300)로부터 삼상의 위상 신호를 입력받아 어느 하나를 선택하는 위상 선택부(230)와, 외부의 컨트롤러(CT)로부터 입력된 상기 제어 신호에 따라 동작 모드를 단상 모드 또는 삼상 모드로 결정하고 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하는 제어부(240)를 포함하여 구성된다.
상기 기능 설정부(210)는 상기 컨트롤 보드(200)에 구비된 딥스위치(미도시)를 통해 메인 전원의 전압/전류 설정, 제어 신호의 입력 방식 설정, 위상각/제로크로싱의 제어 방식 설정, 알람 출력 방식 설정, 역상 결선 인식 설정, N상 결선 인식 설정, 부분 부하 단선 검출 설정, 통신 제어 설정 등과 관련된 기능 설정 신호를 입력받는다.
상기 통신부(220)는 외부의 컨트롤러(CT)로부터 상기 멀티채널 제어 유닛(100)을 통해 디지털 신호인 제어 신호를 입력받아 상기 제어부(240)로 전달하며, 이에 따라 외부의 컨트롤러(CT)에서 상기 통신부(220)를 통해 각 컨트롤 보드(200)를 디지털 제어할 수 있다.
상기 위상 선택부(230)는 상기 위상 검출 보드(300)를 통해 검출된 삼상의 위상 신호 중에서 어느 하나의 위상 신호를 선택한다.
즉, 상기 컨트롤 보드(200)는 메인 전원의 R, S, T 상의 연결 순서가 바뀌어도 상기 위상 선택부(230)를 통해 삼상의 위상 신호 중에서 어느 하나의 위상 신호를 선택하기만 하면 되므로, 각 컨트롤 보드(200)를 상호 교체하여 사용할 수 있어 현장에서의 활용성을 높일 수 있다.
상기 제어부(240)는 외부의 컨트롤러(CT)로부터 삼상 모드 제어 신호가 입력되면, 동작 모드를 삼상 모드로 결정하고 상기 결정된 삼상 모드에 따라 부하에 공급되는 전력이 120도의 위상차를 갖도록 상기 전력 제어 유닛(400)을 제어한다.
이때, 상기 제어부(240)는 외부의 컨트롤러(CT)로부터 위상각 제어 신호가 입력된 경우에는 교류전압의 소정 각도에서 부하에 공급되는 전력량을 제어하며, 제로크로싱 제어 신호가 입력된 경우에는 교류전압의 제로(zero)점에서 부하에 공급되는 전력량을 제어한다.
여기에서, 상기 컨트롤 보드(200)는 멀티채널의 구성을 위해 각 채널별로 구성되는 것이 바람직하며, 전압/전류 용량이 다르더라도 간단하게 상호 교체하여 사용할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 채널(CH1)은 380V/55A, 제2 채널(CH2)은 380V/70A, 제3 채널(CH3)은 380V/300A, 제4 채널(CH4)은 380V/160A로 사용하고 있더라도 제1 채널(CH1)의 카드슬롯에 장착된 컨트롤 보드(200)를 제4 채널(CH4)의 카드슬롯에 장착하여 사용할 수도 있다.
즉, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 각 컨트롤 보드(200)를 개별적으로 또는 통합적으로 제어하는 것에 의해 단상 및 삼상에 모두 적용할 수 있고, 제어 방식을 위상각 또는 제로크로싱 제어 방식으로 자유롭게 전환하여 사용할 수 있으며, 디지털 제어가 가능하다.
한편, 종래의 삼상 전력조정기(도 2 참조)의 경우 상 검출부(36)를 각 채널별로 구비해야 할 뿐만 아니라 상 검출부(36)가 고압의 메인 전원에 직접적으로 연결되기 때문에 고압 전원 또는 돌입전류에 의해 회로의 소손이 많이 발생한다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 하나의 위상 검출 보드(300)를 통해 삼상의 위상 신호를 모두 검출할 수 있도록 하면서 고압 전원에 의한 회로의 소손을 방지할 수 있도록 하며, 상기 위상 검출 보드(300)에 대하여 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 멀티채널 전력조정기에 있어서 위상 검출 보드(300)의 구성을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 멀티채널 전력조정기와 종래의 삼상 전력조정기에서 위상 검출 회로를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 위상 검출 보드(300)는 삼상(R, S, T)의 메인 전원을 입력받아 메인 전원의 전압을 각각 강하시키는 제1 내지 제3 전압 강하부(310), 상기 강하된 메인 전압에서 삼상의 위상 신호를 각각 검출하는 제1 내지 제3 위상 신호 검출부(320), 상기 검출된 삼상의 위상 신호를 디지털 신호로 각각 변환하는 제1 내지 제3 AC-DC 변환부(330)를 포함하여 구성된다.
여기에서, 상기 위상 검출 보드(300)는 상기 멀티채널 제어 유닛(100)의 카드슬롯(110)에 장착될 수 있도록 카드에지 타입으로 구성되며(도 5 참조), 상기 검출된 삼상의 위상 신호를 상기 컨트롤 보드(200)로 제공한다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 종래의 삼상 전력조정기에서는 위상 검출을 위해 각 채널별로 별도의 위상 검출 회로를 구비해야 하지만, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 멀티채널 전력조정기에서는 하나의 위상 검출 보드(300)를 통해 한번에 삼상의 위상 신호를 검출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 종래의 삼상 전력조정기에 비하여 부피를 최소화할 수 있어 제조 비용을 절감할 수 있으며, 전압 강하부(310)를 통해 고압의 메인 전원이 회로에 직접적으로 인가되지 않게 되므로 회로의 안정성을 확보할 수 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 전력 제어 유닛(400)은 상기 컨트롤 보드(200)의 제어부(240)의 제어에 의해 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하여 출력하며, 상기 전력 제어 유닛(400)에 대하여 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 멀티채널 전력조정기에 있어서 전력 제어 유닛(400)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 전력 제어 유닛(400)은 퓨즈부(410), 상기 퓨즈부(410)의 단선을 검출하기 위한 퓨즈 단선 검출부(420), 상기 컨트롤 보드(200)의 제어부(240)의 제어에 의해 전력의 크기를 제어하여 출력하는 전력반도체부(430), 상기 전력반도체부(430)를 구동하는 게이트 구동부(440), 상기 게이트 구동부(440)에 펄스 신호를 제공하기 위한 펄스 발생기(450) 및 논리 연산 회로(460), 상기 전력반도체부(430)로부터 출력되는 출력 전압 및 전류를 측정하는 출력 검출부(470), 상기 전력반도체부(430)로부터 출력되는 출력 전압 및 전류를 부하에 인가하는 부하 연결부(480)로 구성된다.
상기 퓨즈 단선 검출부(420)는 상기 퓨즈부(410)의 단선을 검출하면서 퓨즈 단선시 발생되는 노이즈 및 돌입전류를 차단할 수 있도록 구성되며, 상기 퓨즈 단선 검출부(420)에 대하여 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 11은 도 10에 도시된 퓨즈 단선 검출부(420)의 회로도이다.
도 11을 참조하면, 상기 퓨즈 단선 검출부(420)는 상기 퓨즈부(410)의 입력단과 출력단에 각각 연결된 제1, 2 저항(R1, R2)과, 상기 제1 저항(R1)에 일단이 연결되어 전류의 방향성을 제한하는 제1 다이오드(D1), 상기 제1 다이오드(D1)로부터 출력되는 돌입전류를 차단하기 위한 제너다이오드(ZD), 상기 제1 다이오드(D1)로부터 출력되는 전류를 제한하기 위한 제3 저항(R3), 상기 제3 저항(R3)에 연결되어 상기 퓨즈부(410)의 단선을 검출하는 발광 다이오드(D2) 및 포토 디텍터(PD), 상기 발광 다이오드(D2) 및 포토 디텍터(PD)에 연결되어 상기 퓨즈부(410)의 단선시 발생되는 노이즈를 감소시키기 위한 인덕터(L)로 구성된다.
이와 같이 구성된 퓨즈 단선 검출부(420)는 상기 퓨즈부(410)가 단선되지 않은 경우에는 상기 제1, 2 저항(R1, R2)의 양단에 전압차가 발생하지 않아 상기 포토 디텍터(PD) 쪽으로 전류가 흐르지 않으며, 상기 퓨즈부(410)가 단선된 경우에는 상기 제1, 2 저항(R1, R2)의 양단에 전압차가 발생하여 상기 제1 저항(R1)을 통해 상기 포토 디텍터(PD) 쪽으로 전류가 흐르게 되며, 이를 통해 상기 퓨즈부(410)의 단선 유무를 검출할 수 있다.
특히, 상기 퓨즈부(410)가 단선된 경우 퓨즈가 끊어지면서 발생하는 펄스성 노이즈를 상기 인덕터(L)를 통해 감소시킬 수 있으며, 메인 전원의 노이즈 피크치에 의한 돌입전류를 상기 제너다이오드(ZD)를 통해 차단할 수 있다.
한편, 상기 게이트 구동부(440)에 제공되는 펄스 신호의 주파수가 높을수록 정밀 제어가 가능한데, 전술한 바와 같이 종래의 전력조정기(도 1 및 도 2 참조)에서는 제어부(32)에서 자체적으로 펄스 신호를 생성하여 전력반도체부(20)를 구동해야 하기 때문에 펄스의 주파수를 마음대로 조절할 수 없었고 이로 인해 제어의 정밀성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 멀티채널 전력조정기에서는 별도의 펄스 발생기(450)에서 생성된 수십 kHz 이상의 고주파 펄스 신호를 이용하여 전력반도체부(430)를 구동함으로써 종래의 전력조정기에 비하여 제어의 정밀성 및 안정성을 향상시킬 수 있도록 하며, 이에 대하여 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 12는 본 발명의 멀티채널 전력조정기와 종래의 전력조정기의 펄스 발생 방식을 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 전력조정기에서는 전력반도체부(430)를 구동하기 위해 제어부(32)에서 자체적으로 별도의 타이머를 이용하여 펄스 신호를 생성하기 때문에, 펄스의 주파수를 마음대로 조절할 수 없을 뿐만 아니라 제어시 타이머를 정확하게 온/오프시켜야 하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
하지만, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 멀티채널 전력조정기에서는 별도의 펄스 발생기(450)를 이용하여 수십 kHz 이상의 고주파 펄스 신호를 생성하고, 상기 생성된 펄스 신호와 상기 컨트롤 보드(200)의 제어부(240)에서 생성된 낮은 주파수의 펄스 신호를 논리적으로 결합하여 전력반도체부(430)를 구동하며, 이에 따라 종래의 전력조정기에 비하여 제어의 정밀성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 단상과 삼상에 모두 적용 가능하며, 각 컨트롤 보드(200)를 개별적으로 또는 통합적으로 제어하여 필요에 따라 위상각 제어방식 또는 제로크로싱 제어방식으로 자유롭게 전환하여 사용할 수 있다.
둘째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 하나의 멀티채널 제어 유닛(100)에 카드에지 타입의 컨트롤 보드(200)를 채널수 만큼 장착하여 멀티채널을 구성할 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 많은 제한을 받고 있는 현장에서 공간적인 활용도를 높일 수 있다.
셋째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 멀티채널 제어 유닛(100)과 전력 제어 유닛(400)이 별도로 구성되어 유지보수가 용이하며, 멀티채널 제어 유닛(100)은 하우징의 전면에 돌출되도록 배치되고 전력 제어 유닛(400)은 하우징의 내부에 배치되어 사용자의 편의 및 안전을 도모할 수 있다.
넷째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 각 컨트롤 보드(200)간에 상호 교체가 가능하여 현장에서의 활용성을 높일 수 있으며, 외부의 컨트롤러(CT)에서 각 컨트롤 보드(200)를 디지털 제어할 수 있어 제어의 정밀성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
다섯째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 하나의 위상 검출 보드(300)를 통해 삼상의 위상 신호를 한번에 검출할 수 있어 종래의 삼상 전력조정기에 비하여 부피를 최소화할 수 있으며, 전압 강하부(310)를 통해 고압의 메인 전원이 회로에 직접적으로 인가되지 않게 되므로 회로의 안정성을 확보할 수 있다.
여섯째, 본 발명의 멀티채널 전력조정기는 전력 제어 유닛(400)에 구비된 퓨즈 단선 검출부(420)를 통해 퓨즈 단선시 발생되는 노이즈 및 돌입전류를 차단할 수 있으며, 별도의 펄스 발생기(450)에서 생성된 고주파의 펄스 신호를 이용하여 전력반도체부(430)를 구동함으로써 종래의 전력조정기에 비하여 제어의 정밀성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되어지는 것으로, 본 발명의 범위가 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 멀티채널 제어 유닛
110 : 카드슬롯 120 : 전원 공급부
130 : 제어 신호 입력부 140 : 멀티채널 제어부
200 : 컨트롤 보드
210 : 기능 설정부 220 : 통신부
230 : 위상 선택부 240 : 제어부
300 : 위상 검출 보드
310 : 전압 강하부 320 : 단상/삼상 검출부
330 : AC-DC 변환부
400 : 전력 제어 유닛
410 : 퓨즈부 420 : 퓨즈 단선 검출부
430 : 전력반도체부 440 : 게이트 구동부
450 : 펄스 발생기 460 : 논리 연산 회로
470 : 출력 검출부 480 : 부하 연결부

Claims (12)

  1. 카드에지 타입의 컨트롤 보드;
    메인 전원에서 삼상의 위상 신호를 검출하는 카드에지 타입의 위상 검출 보드;
    적어도 하나 이상의 컨트롤 보드와 하나의 위상 검출 보드가 카드슬롯에 장착되며, 외부의 컨트롤러로부터 입력된 제어 신호에 따라 상기 각 컨트롤 보드를 개별적으로 또는 통합적으로 제어하는 멀티채널 제어 유닛; 및
    상기 컨트롤 보드의 제어에 의해 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하여 출력하는 전력 제어 유닛을 포함하며,
    상기 제어 신호에 따라 상기 각 컨트롤 보드에서 단상 또는 삼상으로 동작하도록, 그리고 위상각 제어 방식 또는 제로크로싱 제어 방식으로 동작하도록 상기 전력 제어 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 멀티채널 제어 유닛은,
    카드에지 타입의 상기 컨트롤 보드 및 상기 위상 검출 보드의 장착을 위한 카드슬롯;
    상기 카드슬롯에 장착된 상기 컨트롤 보드 및 상기 위상검출 보드에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부;
    외부의 컨트롤러로부터 제어 신호를 입력받기 위한 제어 신호 입력부; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 컨트롤 보드를 개별적으로 또는 통합적으로 제어하는 멀티채널 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어 신호 입력부는,
    외부의 컨트롤러로부터 상기 각 컨트롤 보드의 동작 모드를 단상 모드 또는 삼상 모드로 결정하기 위한 모드 제어 신호를 각각 입력받고,
    메인 전원의 전압 및 전류와 단상/삼상을 결정하기 위한 전원 제어 신호, 부하의 단상/삼상을 결정하기 위한 부하 제어 신호, 위상각/제로크로싱 제어 신호 중 적어도 어느 하나의 제어 신호를 입력받는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 멀티채널 제어부는,
    외부의 컨트롤러로부터 단상 모드 제어 신호와 단상 전원 제어 신호 및 단상 부하 제어 신호가 입력되면, 상기 각 컨트롤 보드를 개별적으로 제어하고,
    외부의 컨트롤러로부터 삼상 모드 제어 신호와 삼상 전원 제어 신호 및 삼상 부하 제어 신호가 입력되면 상기 각 컨트롤 보드를 통합적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 컨트롤 보드는,
    딥스위치를 통해 사용자로부터 기능 설정 신호를 입력받는 기능 설정부;
    외부의 컨트롤러와 디지털 통신을 수행하는 통신부;
    상기 위상 검출 보드를 통해 검출된 삼상의 위상 신호 중에서 어느 하나를 선택하는 위상 선택부; 및
    외부의 컨트롤러로부터 입력된 상기 모드 제어 신호에 따라 동작 모드를 단상 모드 또는 삼상 모드로 결정하고 상기 결정된 동작 모드에 따라 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 기능 설정부는,
    메인 전원의 전압/전류 설정, 제어 신호의 입력 방식 설정, 위상각/제로크로싱의 제어 방식 설정, 알람 출력 방식 설정, 역상 결선 인식 설정, N상 결선 인식 설정, 부분 부하 단선 검출 설정, 통신 제어 설정 중 적어도 어느 하나의 기능 설정 신호를 입력받는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 제어부는,
    외부의 컨트롤러로부터 삼상 모드 제어 신호가 입력되면, 동작 모드를 삼상 모드로 결정하고 상기 결정된 삼상 모드에 따라 부하에 공급되는 전력이 120도의 위상차를 갖도록 상기 전력 제어 유닛을 제어하되,
    외부의 컨트롤러로부터 위상각 제어 신호가 입력된 경우 교류전압의 소정 각도에서 부하에 공급되는 전력량을 제어하며, 제로크로싱 제어 신호가 입력된 경우에는 교류전압의 제로(zero)점에서 부하에 공급되는 전력량을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 각 컨트롤 보드는 상호 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 위상 검출 보드는,
    삼상의 메인 전원을 입력받아 메인 전원의 전압을 각각 강하시키는 제1 내지 제3 전압 강하부;
    상기 강하된 메인 전압에서 삼상의 위상 신호를 각각 검출하는 제1 내지 제3 위상 신호 검출부;
    상기 검출된 삼상의 위상 신호를 디지털 신호로 각각 변환하는 제1 내지 제3 AC-DC 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 전력 제어 유닛은,
    퓨즈부;
    상기 퓨즈부의 단선을 검출하고 상기 퓨즈부의 단선시 발생되는 노이즈 및 돌입전류를 차단하는 퓨즈 단선 검출부;
    상기 컨트롤 보드의 제어에 의해 부하에 공급되는 전력의 크기를 제어하여 출력하는 전력반도체부;
    상기 전력반도체부를 구동하는 게이트 구동부;
    상기 게이트 구동부에 펄스 신호를 제공하기 위한 펄스 발생기 및 논리 연산 회로;
    상기 전력반도체부로부터 출력되는 출력 전압 및 전류를 측정하는 출력 검출부; 및
    상기 전력반도체부로부터 출력되는 출력 전압 및 전류를 부하에 인가하는 부하 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 퓨즈 단선 검출부는,
    상기 퓨즈부의 입력단과 출력단에 각각 연결된 제1, 2 저항;
    상기 제1 저항에 일단이 연결되어 전류의 방향성을 제한하는 제1 다이오드;
    상기 제1 다이오드로부터 출력되는 돌입전류를 차단하기 위한 제너다이오드;
    상기 제1 다이오드로부터 출력되는 전류를 제한하기 위한 제3 저항;
    상기 제3 저항에 연결되어 퓨즈 단선을 검출하는 발광 다이오드 및 포토 디텍터; 및
    상기 발광 다이오드 및 포토 디텍터에 연결되어 상기 퓨즈부의 단선시 발생되는 노이즈를 감소시키기 위한 인덕터를 포함하고,
    상기 퓨즈부가 단선된 경우, 상기 제1, 2 저항의 양단에 전압차가 발생하여 상기 제1 저항을 통해 상기 포토 디텍터 쪽으로 전류가 흐르게 되어 단선이 검출되는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 전력 제어 유닛은,
    상기 펄스 발생기를 통해 고주파의 펄스 신호를 생성하고, 상기 생성된 펄스 신호와 상기 컨트롤 보드에서 생성된 펄스 신호를 상기 논리 연산 회로에 의해 논리적으로 결합하여 상기 전력반도체부를 구동하는 것을 특징으로 하는 멀티채널 전력조정기.
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