KR101207357B1

KR101207357B1 - 고속 스위칭 소자를 이용하는 교류 정류기

Info

Publication number: KR101207357B1
Application number: KR1020110011200A
Authority: KR
Inventors: 이한우
Original assignee: (주)도성산업기계
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-12-04
Also published as: KR20120090657A

Abstract

본 발명은 스위칭소자의 고속 스위칭 동작을 이용하여 상용AC입력전원을 소정의 DC전원으로 변환하는 교류 정류기를 제공한다. 본 발명에 따른 교류 정류기는, 주정류부; 제1단자는 (+)주전원선을 통해 상기 주정류부에 연결되고 제2단자는 DC출력단에 연결되며 제3단자는 스위칭노드(Ns)에 연결되는 스위칭소자; DC변환부; 상기 DC변환부의 출력단과 연결되는 정전압IC; 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되는 스위칭신호선; 상기 스위칭노드(Ns)로 펄스를 공급하는 펄스발생부; 애노드가 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되도록 상기 펄스공급선에 설치되는 스위칭 다이오드(D1); 캐소드는 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되고 애노드는 (-)제어전원선에 연결되는 제너다이오드(ZD2)를 포함한다.
본 발명에 따르면 IGBT등의 고속 스위칭동작으로 인해 출력신호의 주기가 매우 짧기 때문에 출력파형이 매끄럽고 이로 인해 부하에 보다 안정적인 DC전원을 공급할 수 있으며, 온/오프 동작시에 부하에 가해지는 충격을 크게 완화시킬 수 있다. 또한 정류기를 보다 컴팩트하게 제조할 수 있게 되는 이점이 있다.

Description

고속 스위칭 소자를 이용하는 교류 정류기{Rectifier using high speed switching element}

본 발명은 정류기에 관한 것으로서, 구체적으로는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 고속 스위칭 소자를 이용하여 입력AC전원을 DC로 정류하는 교류 정류기에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 전기제품은 상용전원을 안정화시키기 위한 전원변환장치를 구비하며, 이러한 전원변환장치에는 자동전압조정기(AVR), 무정전시스템(UPS), 정류기 등이 포함된다.

이 중에서 정류기는 AC를 DC로 변환하는 장치로서 다이오드방식, SCR(Silicon Controlled Rectifier)방식, SCR위상제어방식 등으로 구분된다. 그런데 종래의 정류기는 입력교류전압을 설정된 레벨만큼 전압강하시켜서 직류로 정류하므로 입력교류전압이 예를 들어 380V에서 480V로 승압되면 설정 전압보다 큰 전압이 출력되므로 입력교류전압에 따라 정류기를 별도로 사용해야 하는 문제점이 있었다.

등록특허 제959646호의 교류정류기는 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 출원인이 제안한 것으로서, 입력교류전압과 기준전압의 차이에 따라 위상제어소자를 제어함으로써 입력교류전원의 레벨변화에 상관없이 목표전압을 안정적으로 출력하도록 한 정류기이다.

그런데 상기 등록특허의 방식에 따르면 SCR소자에서 출력되는 신호의 주기가 크고 출력파형이 매끄럽지 못하기 때문에 마그네틱 브레이크 또는 마그네틱 컨택트 구동용으로 사용할 경우 소음이 클 뿐만 아니라 온/오프 동작시의 충격으로 인해 마그네트가 손상될 우려가 높은 문제점이 있다. 또한 SCR 스위칭을 위한 주변회로의 부피가 커서 정류기를 컴팩트하게 만드는데 한계가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 소음이 적고 부피가 작은 교류 정류기를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 DC출력이 보다 안정된 교류 정류기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, AC입력전원을 DC로 변환하는 주정류부; 제1단자는 (+)주전원선을 통해 상기 주정류부에 연결되고 제2단자는 DC출력단에 연결되며 제3단자는 스위칭노드(Ns)에 연결되는 스위칭소자; 상기 AC입력전원을 DC제어전원으로 변환하는 DC변환부; 입력단이 (+)제어전원선을 통해 상기 DC변환부의 출력단에 연결되는 정전압IC; 상기 (+)제어전원선에서 분기되어 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되는 스위칭신호선; 상기 정전압IC의 출력전압을 이용하여 소정 주기의 펄스를 생성하고 펄스공급선을 통해 상기 스위칭노드(Ns)로 펄스를 공급하는 펄스발생부; 애노드가 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되도록 상기 펄스공급선에 설치되는 스위칭 다이오드(D1); 캐소드는 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되고 애노드는 (-)제어전원선에 연결되는 제너다이오드(ZD2)를 포함하는 교류 정류기를 제공한다.

본 발명에 따르면 IGBT등의 고속 스위칭동작으로 인해 출력신호의 주기가 매우 짧기 때문에 출력파형이 매끄럽고 이로 인해 부하에 보다 안정적인 DC전원을 공급할 수 있으며, 온/오프 동작시에 부하에 가해지는 충격을 크게 완화시킬 수 있다. 또한 정류기를 보다 컴팩트하게 제조할 수 있게 되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교류정류기의 회로도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 교류정류기의 동작을 나타낸 순서도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교류정류기가 자동차단되는 과정을 나타낸 순서도

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 교류 정류기는 도 1의 회로도에 도시된 바와 같이 AC입력전원에 연결된 주정류부(10), 주정류부(10)의 출력단에 연결된 스위칭소자(20), 스위칭소자의 출력단에 연결된 노이즈제거부(30), 펄스신호를 생성하여 스위칭소자(20)로 공급하는 스위칭제어부(40), 스위칭제어부(40)의 구동에 필요한 DC전원을 공급하는 DC변환부(50), 정류기의 동작상태를 나타내는 표시부(60) 등을 포함한다.

주정류부(10)는 여러 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 도시된 바와 같이 서로 병렬 연결된 2개의 다이오드와 다이오드의 출력단에 서로 병렬로 연결된 제1커패시터(C1)와 제1저항(R1)을 포함한다. 따라서 예를 들어 AC380V가 주정류부(10)에 입력되면 다이오드를 거치면서 (+)전압의 맥류로 변환되고, (+)맥류는 제1커패시터(C1)와 제1저항(R1)을 거쳐 평활된다. 주정류부(10)의 구성은 도시된 것에 한정되지 않으므로 다른 방식으로 구현될 수도 있으며, 목표 DC전압에 따라 반파정류회로나 전파정류회로가 선택적으로 사용될 수 있다.

스위칭소자(20)는 주정류부(10)의 (+)주전원선(11)에 연결되는 제1단자, DC출력단(P)에 연결되는 제2단자, 스위칭제어부(40)에서 생성된 스위칭신호가 인가되는 제3단자를 구비한다. 스위칭소자(20)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용하는 것이 가장 바람직하지만, 용량에 따라서는 전력용 MOSFET을 사용하는 것도 가능하다. IGBT를 사용할 경우 제1단자는 컬렉터, 제2단자는 에미터, 제3단자는 게이트에 각각 대응한다.

노이즈제거부(30)는 정전압 서지(surge)를 제거하는 TNR소자, 역전압 노이즈를 제거하는 댐퍼용 다이오드를 병렬로 연결하여 구성할 수 있다. 노이즈제거부(30)는 스위칭소자(20)의 출력선과 (-)주전원선(12)의 사이에 설치된다.

DC변환부(50)는 입력AC전원을 DC제어전원(예, 12V)으로 변환하며, 1차측이 AC입력단(U,X)에 연결된 트랜스(T)와 트랜스(T)의 2차측에 연결된 브릿지정류회로(54)를 포함한다.

스위칭제어부(40)는 DC변환부(50)의 출력단에 연결되며, 소정의 정전압(예, 8V)을 출력하는 정전압IC(41), 정전압IC(41)의 출력단에 연결된 지연회로부(42), 정전압IC(41)에서 출력된 DC전압(예, 8V)을 Vcc전원으로 사용하여 소정 주기의 펄스를 생성하는 펄스발생부(44), 스위칭소자(20)의 출력을 펄스발생부(44)로 피드백하는 피드백회로부(47), 부하의 상태에 따라 스위칭제어부(40)의 동작을 선택적으로 제어하는 자동차단부(48)를 포함한다.

이하에서는 스위칭제어부(40)에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

DC변환부(50)의 출력단은 (+)제어전원선(51)에 의해 정전압IC(41)의 입력단에 연결되며, (+)제어전원선(51)에는 저항(R2)이 설치된다. 또한 저항(R2)의 후단과 (-)제어전원선(52)의 사이에는 커패시터(C2)가 설치된다. 또한 저항(R2)과 커패시터(C2) 사이의 제1노드(N1)에서는 스위칭소자(20)의 제3단자에 연결하기 위한 스위칭신호선(43)이 분기된다.

따라서 DC변환부(50)에서 전파정류되어 출력된 약12V의 DC전압은 커패시터(C2)의 충방전 작용에 의해 평활된 후 정전압IC(41)와 스위칭신호선(43)으로 인가된다.

정전압IC(41)는 리플이 있는 DC 12V입력전압을 보다 안정한 DC 8V로 변환한다.

지연회로부(42)는 정류기의 동작초기에 발생하는 불안정한 펄스피크가 스위칭소자(20)에 인가되는 것을 방지하기 위한 것이다. 구체적으로 지연회로부(42)는 정전압IC(41)의 출력단에 연결된 저항(R3)과, 저항(R3)의 후단과 (-)제어신호선(52)의 사이에 서로 병렬로 연결된 커패시터(C3)와 제1제너다이오드(ZD1)를 포함한다.

제1제너다이오드(ZD1)는 생략될 수도 있으나, 이를 생략하면 커패시터(C3)의 용량이 커져 시정수가 커지는 문제가 있다. 반면에 제1제너다이오드(ZD1)는 입력단의 전압이 일정하게 유지되는 특징이 있어 이를 사용하면 지연시간을 보다 정확히 제어할 수 있는 이점이 있으므로 커패시터(C3)와 함께 제1 제너다이오드(ZD1)를 함께 사용하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 동작전압이 6V인 제1 제너다이오드(ZD1)를 사용하였다.

한편 정전압IC(41) 선단의 제1노드(N1)에서 분기된 스위칭신호선(43)에는 제어신호를 선택적으로 차단하는 스위칭수단을 설치한다. 본 발명의 실시예에서는 제1 트랜지스터(Q1)와 제2트랜지스터(Q2)를 사용하여 스위칭신호선(43)에 인가되는 DC신호를 제어한다.

제1트랜지스터(Q1)는 pnp형 바이폴라 트랜지스터이고, 제2트랜지스터(Q2)는 npn형 바이폴라 트랜지스터인 것이 바람직하다. 제1트랜지스터(Q1)의 에미터는 제1노드(N1)에 연결되고 컬렉터는 스위칭소자(20)의 제3단자에 연결된다. 또한 제2트랜지스터(Q2)의 컬렉터는 소정 저항을 매개로 제1트랜지스터(Q1)의 베이스와 에미터에 공통으로 연결되고, 에미터는 (-)제어전원선(52)에 접지되며, 베이스는 제1제너다이오드(ZD1)의 애노드에 연결된다.

따라서 정전압IC(41)의 출력전압은 커패시터(C3)의 충방전시간(예, 16~20msec) 만큼 지연되어 제1제너다이오드(ZD1)의 캐소드에 인가되고, 제1 제너다이오드(ZD1)의 캐소드의 전압이 예를 들어 6V를 초과하면 제1 제너다이오드(ZD1)가 도통된다. 제1 제너다이오드(ZD1)가 도통되면 제1 제너다이오드(ZD1)의 출력단의 전압은 약 2V가 되므로 제2트랜지스터(Q2)가 도통되고 이어서 제1트랜지스터(Q1)가 도통되어 스위칭신호선(43)을 통해 소정의 전압신호가 스위칭소자(20)의 제3단자(예, 게이트)에 인가된다.

한편 본 발명의 실시예에서는 지연회로부(42)의 출력단과 (-)제어전원선(52)의 사이에 제2제너다이오드(ZD2)를 설치하였으며, 이로 인해 지연회로부(42)의 출력전압은 제2제너다이오드(ZD2)의 동작전압(예, 9V)이 된다. 다만 후술하는 스위칭 다이오드(D1)가 도통되면 전압이 하강한다.

펄스발생부(44)는 소정 주파수의 펄스를 발생시키는 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 모델명 NE555의 발진용IC(45)를 사용하였다. 상기 발진용IC(45)에서 발생되는 펄스의 주파수는 예를 들어 Vcc단자와 Dis단자 사이에 연결된 외부저항(R4), Dis단자와 Tr단자 사이에 연결된 외부저항(R5), Tr단자와 (-)제어전원선(52)의 사이에 연결된 커패시터(C5)에 의해 결정되며, 펄스의 듀티비(duty ratio)는 CV(Control Voltage) 단자에 인가되는 피드백전압에 의해 결정된다.

특히 본 발명의 실시예에서는 발진용IC(45)의 출력단자(Q)와 지연회로부(42)의 출력단을 연결하는 펼스공급선(46)에 스위칭동작을 위한 스위칭 다이오드(D1)를 설치하였다. 이때 스위칭 다이오드(D1)의 애노드는 지연회로부(42)의 출력단에 연결하고 캐소드는 발진용IC(45)의 출력단자(Q)에 연결한다. 스위칭 다이오드(D1)와 병렬로 버퍼용 커패시터(C4)를 설치할 수도 있다.

편의상 펄스공급선(46)과 지연회로부(42)의 연결지점을 스위칭노드(Ns)라고 하면, 스위칭노드(Ns), 스위칭 다이오드(D1)의 애노드, 제2제너다이오드(ZD2)의 캐소드, 스위칭소자(20)의 제3단자는 동일 전위를 갖게 된다.

따라서 발진용IC(45)에서 예를 들어 9V의 펄스가 온(ON)되면, 비록 스위칭 신호선(43)에는 약 DC 12V가 인가되고 있지만 스위칭노드(Ns)의 전압은 제2제너다이오드(ZD2)의 동작전압(9V)이므로 스위칭 다이오드(D1)는 차단된다.

이 상태에서 펄스가 오프(Off)되면 스위칭 다이오드(D1)가 도통되므로 스위칭노드(Ns)의 전압도 내려가고 제2 제너다이오드(ZD2)는 차단된다. 이어서 펄스가 다시 온(ON) 되면 스위칭 다이오드(D1)가 차단되어 스위칭노드(Ns)의 전압은 다시 제2 제너다이오드(ZD2)의 동작전압(9V)까지 상승한다.

이와 같이 스위칭 다이오드(D1)는 제2제너다이오드(ZD2)와 상호작용하여 스위칭노드(Ns)의 전압을 펄스발생부(44)에서 생성된 펄스와 동기시키는 역할을 한다. 종래에는 펄스를 스위칭소자에 인가하려면 펄스전압을 일정하게 유지하기 위하여 트랜지스터를 포함하는 복잡한 주변회로가 필요하였다. 그러나 본 발명의 실시예와 같이 스위칭 다이오드(D1)와 제너다이오드(ZD2)를 사용하면 간단한 구성으로도 일정한 펄스전압을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 트랜지스터를 사용하는 경우에 비해 응답속도를 획기적으로 개선할 수 있어 왜곡되지 않은 정확한 펄스를 공급할 수 있게 된다.

피드백회로부(47)는 일단은 소정 저항을 매개로 스위칭소자(20)의 입력단과 출력단에 연결되고 타단은 (-)주전원선(12)에 연결되는 가변저항(VR), 가변저항(VR)의 저항값에 따라 출력이 달라지는 제1포토커플러(PC1), 제1포토커플러(PC1)의 출력신호를 증폭하는 증폭회로 등을 포함한다. 제1포토커플러(PC1)는 발광다이오드와 수광 트랜지스터를 포함하며, 가변저항(VR)을 거쳐 인가된 신호에 의해 발광다이오드가 발광하면, 수광 트랜지스터가 도통되며, 수광 트랜지스터의 출력신호는 제3트랜지스터(Q3), 제4트랜지스터(Q4) 등으로 구성된 증폭회로를 거쳐 발진용 IC(45)의 CV단자에 인가된다.

따라서 가변저항(VR)을 조절하면 CV단자에 인가되는 신호의 세기가 달라지며, 이를 통해 펄스의 듀티비(duty ratio)를 조절하게 된다.

자동차단부(48)는 부하가 제거되거나 부하에 과도전압이 인가될 때 전원공급을 차단하는 역할을 한다. 자동차단부(48)는 발광다이오드와 수광 트랜지스터를 구비하는 제2포토커플러(PC2), 캐소드가 (-)제어전원선(52)에 연결되고 애노드가 제2포토커플러(PC2)의 발광다이오드의 애노드에 연결되는 제3 제너다이오드(ZD3)를 포함한다.

발광다이오드의 캐소드는 (-)주전원선(12)에 연결되고, 수광 트랜지스터의 제1단자(예, 에미터)는 (-)제어전원선(52)에 연결되고 제2단자(예, 컬렉터)는 연결선(49)을 통해 지연회로부(42)의 제1 제너다이오드(ZD1)의 캐소드에 연결된다. 상기 연결선(49)에는 애노드가 제1 제너다이오드(ZD1)의 캐소드에 연결되는 보호용 다이오드(D2)가 설치되며, 보호용 다이오드(D2)는 DC변환부(50)의 출력이 제2노드(N2)로 인가되는 것을 방지한다.

만일 본 발명에 따른 교류정류기에서 DC출력단(P)의 목표전압이 DC 90~100V이면, 제3 제너다이오드(ZD3)의 동작전압은 약 100V이어야 한다. 이렇게 하면 DC출력단(P)의 전압이 100V 이상으로 상승할 때 제3 제너다이오드(ZD3)가 도통되고, 이어서 제2포토커플러(PC2)의 수광 트랜지스터가 도통된다. 따라서 제2포토커플러(PC2)의 수광 트랜지스터와 연결된 제1제너다이오드(ZD1)의 입력전압이 낮아져 제1제너다이오드(ZD1)가 차단되고, 이로 인해 제2 및 제1 트랜지스터(Q2,Q1)가 순차적으로 차단되어 스위칭소자(20)의 제3단자에 대한 스위칭신호의 공급이 차단되며, 결국 부하에 대한 전원공급이 차단된다. 회로나 부하의 손상으로 인하여 DC출력단(P)의 전압이 100V 이상으로 상승하는 경우에도 동일한 원리로 전원공급이 차단된다.

표시부(60)는 교류정류기의 동작상태를 나타내는 것으로서, 전원표시용 LED(Dp)와 부하표시용 LED(Dd)를 포함할 수 있다. 전원표시용 LED(Dp)는 녹색LED를 사용하고 부하표시용 LED(Dd)는 적색LED를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

전원표시용 LED(Dp)는 (+)제어전원선(51)에 애노드를 연결하고 (-)제어전원선(52)에 캐소드를 연결한다. 따라서 본 발명의 교류 정류기에 AC입력전원이 인가되면 전원표시용 LED(Dp)는 항상 점등된다.

부하표시용 LED(Dd)의 애노드는 (+)제어전원선(51)에 연결하고 캐소드는 제5트랜지스터(Q5)를 통해 (-)제어전원선(52)에 연결한다. 구체적으로는 제5트랜지스터(Q5)는 pnp형의 바이폴라 트랜지스터이며, 에미터는 부하표시용 LED(Dd)의 캐소드에 연결되고 컬렉터는 (-)제어전원선(52)에 연결되며 베이스는 제2 포토커플러(PC2)의 수광 트랜지스터의 컬렉터에 연결된다.

제5트랜지스터(Q5)와 함께 도시된 바와 같이 npn형의 제6트랜지스터(Q6)를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 제5트랜지스터(Q5)의 베이스는 제6 트랜지스터(Q6)의 컬렉터에 연결되고, 제5트랜지스터(Q5)의 컬렉터는 제6 트랜지스터(Q6)의 베이스에 연결된다. 제6 트랜지스터(Q6)의 컬렉터는 보호용 다이오드(D2)의 캐소드에도 연결되며, 에미터는 (-)제어전원선(52)에 접지된다.

따라서 제2 포토커플러(PC2)의 수광 트랜지스터가 도통되면, 제5 및 제6 트랜지스터(Q5,Q6)가 차례로 도통되어 부하표시용 LED(Dd)가 발광하게 된다. 또한 제5트랜지스터(Q5)와 제6트랜지스터(Q6)는 일종의 래치회로를 구성하는 것으로서 제5트랜지스터(Q5)가 도통될 때 제6 트랜지스터(Q6)도 도통상태를 유지하게 되고, 따라서 보호용 다이오드(D2)도 지속적으로 도통상태를 유지하게 되어 스위칭신호선(43)을 통한 전원공급이 계속 차단될 수 있게 된다.

이하에서는 도 2의 흐름도를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 교류정류기의 동작을 설명한다.

먼저 교류정류기의 DC출력단(P,N)에 부하를 연결한 상태에서 교류입력단(U,X)을 예를 들어 380V의 AC전원에 연결해야 한다.

AC입력전원은 주정류부(10)의 다이오드, 저항(R1) 및 커패시터(C1)에 의해 약 200V의 DC로 변환된 후 (+)주전원선(11)을 통해 스위칭소자(20)의 제1단자(스위칭소자가 IGBT인 경우에는 컬렉터단자)에 인가된다.

이와 동시에 AC입력전원은 DC변환부(50)의 트랜스(T)와 브릿지정류회로(54)를 거치면서 약 DC12V로 변환되어 (+)제어전원선(51)에 인가된다. (ST 11)

DC변환부(50)에서 변환된 DC12V 제어전원은 저항(R2)과 커패시터(C2)에 의해 평활된 후 정전압IC(41)에 인가된다. 또한 저항(R2)과 커패시터(C2) 사이의 제1노드(N1)에서 분기된 스위칭신호선(43)으로 인가된다. (ST 12)

정전압IC(41)는 약 DC8V의 정전압을 출력하며, 출력단에 정의되는 제2노드(N2)의 전압은 저항(R3)과 커패시터(C3)에 의해 정전압IC(41)의 출력보다 소정시간 지연되어 상승한다. (ST 13)

제2노드(N2)의 전압이 제1제너다이오드(ZD1)의 동작전압(예, 6V)보다 커져 제1제너다이오드(ZD1)가 도통되면 제2트랜지스터(Q2)와 제1트랜지스터(Q1)가 도통되어, 스위칭신호선(43)에 인가된 DC전원이 스위칭노드(Ns)로 공급된다. 스위칭노드(Ns)의 전압은 제2 제너다이오드(ZD2)에 의해 약 9V로 유지된다. (ST 14)

한편 정전압IC(41)에서 출력된 약 8V의 DC 정전압은 펄스발생부(44)의 발진용IC(45)의 Vcc단자에 입력되며, 발진용IC(45)에서 출력된 펄스는 펄스공급선(46)을 통해 스위칭 다이오드(D1)의 캐소드로 공급된다.

스위칭 다이오드(D1)의 애노드 전압은 제2 제노다이오드(ZD2)에 의해 약 9V를 유지하므로 펄스가 약 9V까지 상승하면 스위칭 다이오드(D1)가 차단되어 스위칭노드(Ns)의 전압은 9V를 유지하고, 펄스가 하강하면 스위칭 다이오드(D1)가 도통되어 스위칭노드(Ns)의 전압도 함께 하강한다. 이어서 펄스가 다시 상승하면 스위칭 다이오드(D1)가 다시 차단되어 스위칭노드(Ns)의 전압은 다시 9V로 상승한다. 따라서 스위칭노드(Ns)의 전압은 발진용IC(45)의 출력펄스에 정확히 동기되어 스위칭소자(20)에 인가된다. (ST 15)

스위칭소자(20)의 제3단자(예, 게이트)에 9V가 인가되면, 제1단자와 제2단자가 도통되어 제1주전원선(11)으로 공급된 약 200V의 DC전원은 스위칭소자(20)의 스위칭 동작에 의해 0.5~1msec 주기마다 노이즈제거부(30)를 거쳐 DC출력단자(P,N)로 인가되며, 이를 통해 DC출력단(P)에서는 90~100V의 DC전압을 얻을 수 있다. (ST 16)

만일 DC출력단(P)의 목표전압을 조정하려면 피드백회로부(47)의 가변저항(VR)을 조정하여 발진용IC(45)에서 출력되는 펄스의 듀티비를 변화시키거나, 발진용IC(45)에 연결된 외부저항(R4,R5)과 커패시터(C5)의 용량을 변경하여 발진주파수를 변경하면 된다.

한편 이상의 과정을 거쳐 교류정류기가 동작하는 중에 부하가 제거되거나 회로의 이상으로 인하여 DC출력단(P)의 전압이 100V이상으로 상승하였을 때는 도 3의 흐름도에 나타낸 과정을 거쳐 전원공급이 자동 차단된다.

먼저 DC출력단(P)의 전압이 상승하면 자동차단부(48)의 제3 제너다이오드(ZD3)가 도통된다. (ST 21)

이어서 제2포토커플러(PC2)의 발광다이오드, 수광 트랜지스터가 순차적으로 도통되고, 그에 따라 지연회로부(42)의 제2노드(N2)의 전압이 하강한다. 제2노드(N2)의 전압이 하강하면 제1 제너다이오드(ZD1)가 차단되고, 연속하여 제2 및 제1 트랜지스터(Q2,Q1)가 차단되어 스위칭노드(Ns)로의 전원공급이 자동으로 차단된다. (ST22)

그리고 제2포토커플러(PC2)의 수광 트랜지스터가 도통되면, 제5트랜지스터(Q5)와 제6트랜지스터(Q6)가 도통되어 부하표시용 LED(Dd)가 점등됨으로써 작업자가 부하의 상태나 이상여부를 알 수 있게 된다.

한편 이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 예시에 불과한 것이므로 정류기를 구성하는 각종 부품(저항, 커패시터 등)의 구체적인 용량이나 연결위치는 설계상의 필요나 목표전압에 따라 적절히 변경될 수 있을 것이다.

또한 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며, 이와 같이 변형 또는 수정된 실시예가 후술하는 특허청구범위에 포함된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다.

10: 주정류부 11: (+)주전원선
12: (-)주전원선 20: 스위칭소자
30: 노이즈제거부 40: 스위칭제어부
41: 정전압IC 42: 지연회로부
43: 스위칭신호선 44: 펄스발생부
45: 발진용IC 46: 펄스공급선
47: 피드백회로부 48: 자동차단부
49: 연결선 50: DC변환부
51: (+)제어전원선 52: (-)제어전원선
54: 브릿지정류회로 60: 표시부

Claims

AC입력전원을 DC로 변환하는 주정류부;
제1단자는 (+)주전원선을 통해 상기 주정류부에 연결되고 제2단자는 DC출력단에 연결되며 제3단자는 스위칭노드(Ns)에 연결되는 스위칭소자;
상기 AC입력전원을 DC제어전원으로 변환하는 DC변환부;
입력단이 (+)제어전원선을 통해 상기 DC변환부의 출력단에 연결되는 정전압IC;
상기 (+)제어전원선에서 분기되어 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되는 스위칭신호선;
상기 정전압IC의 출력전압을 이용하여 소정 주기의 펄스를 생성하고 펄스공급선을 통해 상기 스위칭노드(Ns)로 펄스를 공급하는 펄스발생부;
애노드가 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되도록 상기 펄스공급선에 설치되는 스위칭 다이오드(D1);
캐소드는 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되고 애노드는 (-)제어전원선에 연결되는 제너다이오드(ZD2);
를 포함하는 교류 정류기
제1항에 있어서,
상기 정전압 IC의 출력단에는 동작초기의 펄스피크가 상기 스위칭노드(Ns)에 인가되는 것을 방지하기 위한 지연회로부가 설치되며,
상기 지연회로부는,
상기 정전압IC의 출력단에 연결된 저항;
상기 저항과 상기 (-)제어전원선의 사이에 설치되는 커패시터;
상기 저항과 상기 커패시터 사이의 노드(N2)에 캐소드가 연결되고 상기 (-)제어전원선에 애노드가 연결되는 제너다이오드(ZD1);
상기 스위칭신호선을 선택적으로 차단하기 위한 것으로서, 제1단자는 상기 스위칭신호선에 연결되고 제2단자는 상기 스위칭노드(Ns)에 연결되며, 스위칭신호가 인가되는 제3단자를 구비하는 제1트랜지스터;
제1단자는 상기 제1트랜지스터의 상기 제3단자에 연결되고, 제2단자는 상기 (-)제어전원선에 연결되고, 스위칭신호가 인가되는 제3단자는 상기 제너다이오드(ZD1)의 애노드에 연결되는 제2트랜지스터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 정류기
제2항에 있어서,
캐소드가 상기 (-)제어전원선에 연결되는 제너다이오드(ZD3);
애노드는 상기 제너다이오드(ZD3)의 애노드에 연결되고 캐소드는 (-)주전원선에 연결되는 발광다이오드와, 상기 발광다이오드의 빛에 의해 도통되며 제1단자는 상기 (-)제어전원선에 연결되고 제2단자는 연결선에 의해 상기 지연회로부의 상기 노드(N2)에 연결되는 수광트랜지스터를 구비하는 포토커플러;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 정류기
제3항에 있어서,
애노드는 상기 (+)제어전원선에 연결되고 캐소드는 상기 연결선에 연결되는 부하표시용 LED(Dd);
애노드가 상기 노드(N2)에 연결되도록 상기 연결선에 설치된 보호용 다이오드(D2);
제1단자는 상기 부하표시용 LED(Dd)의 캐소드에 연결되고 제2단자는 (-)제어전원선에 연결되며 스위칭신호가 인가되는 제3단자는 상기 수광 트랜지스터의 상기 제2단자에 연결되는 스위칭소자;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 정류기