KR101453647B1 - 출력 전압 조정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 출력 전압 조정기에 관한 것으로, 변압기의 유도전압제어 및 상호유도작용을 이용하여, 사용자가 자신이 원하는 레벨로의 출력전압 조정이 가능하며(슬라이닥스 기능), 또한 사용자가 원하는 전압으로 출력 전압을 설정한 경우 설정된 출력전압이 입력전압의 변동에 관계없이 항상 일정하고 정밀하게 유지되도록(자동전압조정기 기능)할 수 있는 효과가 있다.

Description

출력 전압 조정기{OUTPUT VOLTAGE REGULATOR}
본 발명은 출력 전압 조정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자가 자신이 원하는 레벨로 출력 전압 조정이 가능하고, 사용자가 출력 전압을 일정하게 설정한 경우 입력 전압의 변동에 관계없이 출력 전압이 일정하고 정밀하게 유지될 수 있는 출력 전압 조정기에 관한 것이다.
일반적으로, 전압 조정기는 변압기의 원리를 기초로 입력전압을 보상하여 원하는 전압을 공급하는 기기로서, 산업상 정밀기기 및 고가의 전자장비의 안정적인 전원공급 등에 주로 이용되어 왔다.
도 1은 단권 변압기를 이용한 종래 전압조정기의 개략적인 회로 연결을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 전압조정기는 전압이 인입되는 입력단(I), 최종적으로 전압이 출력되는 출력단(O), 및 기준 전위 단인 N의 3개 단자를 중심으로 주권선(10)과 이에 여자되는 여자권선(20)이 직렬 연결되어 있고, 여자권선(20)에 3개의 탭(a,b,c)이 마련되어 구성된다.
스위칭 제어에 의해 3개의 탭(a,b,c) 중 어느 탭이 출력단(O)에 연결되는가에 따라 출력단(O)으로 출력되는 전압이 달라진다. 따라서, 사용자는 스위칭 제어하여 적정한 탭을 출력단(O)에 선택적으로 연결함으로써 원하는 전압 크기를 출력할 수 있는 것이다.
상기와 같이 종래의 전압조정기는 주권선(10)에 여자되는 여자권선(20)에 복수의 탭(a,b,c)을 두어 다양한 레벨의 전압을 출력하도록 하고 있다.
그러나, 이러한 종래의 전압조정기는 출력전압이 입력전압에 대해 이산적으로 제어되므로, 사용자가 원하는 정밀한 전압 조정을 제공하지 못하는 단점이 있었다. 즉, 입력전압이 변동할 경우 권선비에 연동하여 출력전압 역시 변동되므로, 사용자가 원하는 일정한 전압을 유지할 수 없는 단점이 있었다.
한편, 전압조정기의 일 예로서 입력전압 변동에 관계없이 출력전압을 일정하게 해 주는 전압자동조정기(AVR, Automatic Voltage Regulator)가 공지되어 있으며, 출력전압을 조정하는 탭을 전자회로로 제어하여 자동으로 선택되도록 함으로써 출력전압을 일정하게 해 준다.
그러나, 이러한 공지의 전압자동조정기(AVR)는 제품마다 출력전압이 정해져 있어 사용자가 원하는 전압을 출력하도록 전압 조정을 제공하지 못하는 문제점이 있으며, 여러 개의 탭을 조합하여 트라이악(Triac)으로 탭을 온/오프(ON/OFF)하면서 출력전압을 조정하므로 응답속도가 보통의 DC 정전압 공급기처럼 그렇게 빠르지도 않고 정교하지도 못할 뿐만 아니라, 용량이 클수록 그 크기가 매우 크고 또한 매우 무거운 것은 주지의 사실이다.
또 한편, 출력전압이 조정 가능한 전압조정기의 일 예로서, 슬라이닥스(slidacs)라 불리는 장치가 공지되어 있다. 슬라이닥스(slidacs)는 센터탭이 나와 있는 일종의 단권형 다운 트랜스로서, 센터탭에 달려있는 큰 손잡이를 돌려서 귄선 사이로 미끄러지면서(Slide) 원하는 출력전압을 조절하도록 되어 있다.
그러나, 슬라이닥스의 경우에는 용량이 커질수록 그 크기가 매우 커지고, 무거워질 뿐만 아니라, 사용자가 출력전압을 원하는 레벨에 맞춰 놓았더라도 입력전압이 변동되면 이에 따라 출력전압도 함께 변동되는 단점이 있다. 즉, 슬라이닥스는 입력전압과 출력전압의 비를 조정하는 기능만을 할 수 있으므로, 입력전압이 변동되면 출력전압 역시 변화하므로 출력전압을 일정하게 유지시키는 기능을 하지 못하는 단점이 있다.
따라서, 종래의 전력전자 계통에서 사용되는 정밀 전압조정이 가능한 전압자동조정기는 주변압기, 여자변압기, 검출변압기, 고감도 실효치 검출 회로, 고속 A/D 변환회로, 트라이악 스위칭 회로 등 복잡한 여러 단계의 구성을 필요로 한다. 그런데, 이러한 장치는 고가의 실험장비 등 특수한 경우에만 적용될 만큼 고가여서 일반인들이 접근할 수 있는 시장성을 갖추지 못하고 있다. 또한 이러한 복잡한 장치들은 계통 전압의 주파수 및 레벨이 상이한 환경에서 정상적으로 동작할 수 없기 때문에, 전력 환경을 고려하여 제품 제작을 별도로 진행해야하는 어려움이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 변압기의 제2 권선에 입력되는 교류 전원을 단속함으로써 승압 및 강압 모두 가능하여 사용자가 원하는 레벨로의 출력 전압이 가능한 출력 전압 조정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 스위칭 소자의 PWM 제어시 발생하는 역기전력을 전원이 입력된 도선으로 다시 환류시킴으로써 전기적 안성성이 향상됨과 동시에 전력 손실을 저감할 수 있는 출력 전압 조정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 출력 전압 조정기는 상기한 목적을 달성하기 위해, 서로 여자되게 코어에 감겨진 제1 권선 및 제2 권선을 포함하며, 상기 제1 권선은 교류 전원 입력측의 일측 도선에 연결된 일측이 입력단이 되고 타측이 출력단이 되도록 연결된 변압기; 상기 제2 권선의 일측 및 타측에 각각 연결된 제1 및 제2 노드(a1, a2)와 전원 입력측의 일측 도선(P상) 및 타측 도선(N상) 사이에 상기 제2 권선에 입력되는 전류의 방향을 전환 가능하게 스위칭 소자들을 포함한 회로를 연결하고, 상기 제2 권선에 전원을 입력하는 스위칭 소자가 PWM 제어될 있게 형성된 전압조절부; 상기 전압조절부로부터 상기 제2 권선에 입력되는 전압을 평활하는 전압평활부; 전원 출력측에 연결되어 출력전압을 측정하는 출력전원 측정부; 및 상기 출력전원 측정부로부터 측정된 출력전압과 설정된 기준설정전압을 비교하여 승압이 필요한 경우에는 상기 제2 권선에 상기 제1 권선과 180도 역상인 전류 또는 강압이 필요한 경우에는 상기 제2 권선에 상기 제1 권선과 동일 위상의 전류가 입력되도록 상기 전압 조절부를 제어하며, 상기 제2 권선에 전원을 입력하는 상기 전압 조절부의 스위칭 소자에 PWM 제어신호를 송출하여 상기 제2 권선에 입력되는 전압을 PWM 제어함으로써 입력전압의 변동에 관계없이 기준설정전압에 일치하는 출력전압이 출력되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 전압조절부는 상기 제2 권선의 일측 및 타측에 연결된 제1 또는 제2 노드(a1 및 a2)와 전원 입력측의 일측 도선(P상) 또는 타측 도선(N상) 사이에 구비되어, 동작 모드 및 상기 제1 권선에 입력되는 교류전원의 위상에 따라 제1 또는 제2 노드(a1 또는 a2)와 상기 일측 도선(P상) 또는 타측 도선(N상)을 선택적으로 연결시키도록 상기 제어부에 의해 스위칭 제어되는 복수의 스위칭 소자를 포함하되, 상기 각 스위칭 소자에는 상기 스위칭 소자의 PWM 제어시 발생하는 역기전력을 입력측의 전원 도선으로 피드백하는 스위칭 소자가 역방향으로 병렬 연결된다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전압조절부는, 전류입력단이 상기 제1 노드(a1)에 연결되고 전류출력단이 전원 입력측의 일측 도선에 연결된 제1 스위칭 소자(S1); 상기 제1 스위칭 소자(S1)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제1 노드(a1)에 연결되고, 전류입력단이 전원 입력측의 일측 도선에 연결된 제2 스위칭 소자(S2); 전류입력단이 상기 제1 노드(a1)에 연결되고 전류출력단이 전원 입력측의 타측 도선에 연결된 제3 스위칭 소자(S3); 상기 제3 스위칭 소자(S3)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제1 노드(a1)에 연결되고, 전류입력단이 전원 입력측의 타측 도선에 연결된 제4 스위칭 소자(S4); 전류입력단이 상기 제2 노드(a2)에 연결되고 전류출력단이 전원 입력측의 일측 도선에 연결된 제5 스위칭 소자(S5); 상기 제5 스위칭 소자(S5)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제2 노드(a2)에 연결되고, 전류입력단이 전원입력측의 일측 도선에 연결된 제6 스위칭 소자(S6); 전류입력단이 상기 제2 노드(a2)에 연결되고 전류출력단이 전원 입력측의 타측 도선에 연결된 제7 스위칭 소자(S7); 및 상기 제7 스위칭 소자(S7)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제2 노드(a2)에 연결되고, 전류입력단이 전원 입력측의 타측 도선에 연결된 제8 스위칭 소자(S8)를 포함하며, 상기 전원 입력측의 일측 및 타선 도선에 전류출력단이 연결된 제1, 제3, 제5, 제7 스위칭 소자(S1, S3, S5, S7) 각각에는 전류출력단으로부터 상기 전원 입력측의 일측 및 타선 도선에 전류가 출력되도록 다이오드(D1, D3, D5. D7)가 연결되고, 상기 전원 입력측의 일측 및 타선 도선에 전류입력단이 연결된 제2, 제4, 제6, 제8 스위칭 소자(S2, S4, S6, S8) 각각에는 상기 전원 입력측의 일측 및 타선 도선에서 상기 전류입력단으로 전류가 입력되도록 다이오드(D2, D4, D6. D8)가 연결된다.
여기서, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 제2 권선으로 전원을 입력하는 상기 제2, 제4, 제6, 또는 제8 스위칭 소자(S2, S4, S6, S8) 가 PWM 제어될 때, 각각에 병렬연결된 제1, 제3, 제5, 또는 제7 스위칭 소자(S1, S3, S5, S7)가 온(0n)되어 PWM 동작에 따라 발생하는 역기전력을 전원 입력측으로 피드백한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 전압조절부는, 전류입력단이 제1 공통노드(CN1)에 연결되고 전류출력단에 전원 입력측의 일측 도선에 전류가 출력되도록 다이오드(D1)가 직렬 연결된 제1 스위칭 소자(S1); 상기 제1 스위칭 소자(S1)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제1 공통노드(CN1)에 연결되며, 전류입력단에 전원 입력측의 일측 도선으로부터 전류가 입력되도록 다이오드(D2)가 직렬 연결된 제2 스위칭 소자(S2)와, 전류입력단이 제2 공통노드(CN2)에 연결되고 전류출력단에 전원 입력측의 타측 도선에 전류가 출력되도록 다이오드(D3)가 직렬 연결된 제3 스위칭 소자(S3);, 상기 제3 스위칭 소자(S3)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제2 공통노드(a1)에 연결되며, 전류입력단에 전원 입력측의 타측 도선으로부터 전류가 입력되도록 다이오드(D4)가 직렬 연결된 제4 스위칭 소자(S4)를 포함하고, 상기 제1 공통노드(CN1)에서 출력된 전류가 상기 제1 노드(a1) 또는 상기 제2 노드(a2)로 입력되어 상기 제2 권선을 거쳐 상기 제2 공통노드(CN2)에 입력되도록 하거나, 상기 제2 공통노드(CN2)에서 출력된 전류가 상기 제1 노드(a1) 또는 상기 제2 노드(a2)로 입력되어 상기 제2 권선을 거쳐 상기 제1 공통노드(CN1)에 입력되도록, 상기 제1 노드(a1)와 상기 제1 및 제2 공통노드(CN1, CN2) 사이 및 상기 제2 노드(a2)와 상기 제1 및 제2 공통노드(CN1, CN2) 사이에 설치된 복수의 전력제어 반도체소자를 포함하며, 상기 복수의 전력제어 반도체소자는, 상기 제1 노드(a1)와 상기 제1 공통노드(CN1) 사이에 서로 역방향으로 병렬로 연결된 제1 및 제2 전력제어 반도체소자(SR1, SR2); 상기 제1 노드(a1)와 상기 제2 공통노드(CN2) 사이에 서로 역방향으로 병렬로 연결된 제3 및 제4 전력제어 반도체소자(SR3, SR4); 상기 제2 노드(a2)와 상기 제1 공통노드(CN1) 사이에 서로 역방향으로 병렬로 연결된 제5 및 제6 전력제어 반도체소자(SR5, SR6); 및 상기 제2 노드(a2)와 상기 제2 공통노드(CN2) 사이에 서로 역방향으로 병렬로 연결된 제7 및 제8 전력제어 반도체소자(SR7, SR8)를 포함한다.
여기서, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 제2 또는 제4 스위칭 소자(S2, S4)가 PWM 제어되고 이에 대응하여 상기 제2, 제4, 제6, 또는 제8 전력제어 반도체소자(SR2, SR4, SR6, SR8)가 온(ON)되어 제2 권선의 일측 또는 타측으로 전원이 입력될 때, 상기 제2 또는 제4 스위칭 소자(S2, S4) 각각에 병렬 연결된 제1 또는 제3 스위칭 소자(S1, S3)가 온(ON)되고, 제2, 제4, 제6, 또는 제8 전력제어 반도체소자(SR2, SR4, SR6, SR8) 각각에 병렬연결된 제1, 제3, 제5, 또는 제7 전력제어 반도체소자(SR1, SR3, SR5, SR7)가 온(ON)되어 PWM 동작에 따라 발생하는 역기전력을 전원 입력측으로 피드백한다.
본 발명에 의하면, 전원 출력측에 연결되어 출력전압을 측정하는 출력전원 측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 출력전원 측정부로부터 측정된 출력전압을 설정된 기준설정전압과 비교하여 승압 또는 강압이 일어나도록 상기 전압조절부를 제어한다.
본 발명에 의하면, 상기 제어부에 기준설정전압 등 작동에 필요한 조건 등을 설정하는 설정부를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 제어부의 제어신호에 따라, 상기 출력전원 측정부로부터 측정된 출력전원 및 상기 제어부의 설정값 등을 시각적으로 디스플레이하기 위한 표시부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 출력 전압 조정기에 의하면, 입력 전압에 관계 없이 사용자가 원하는 레벨로의 출력 전압 조정이 가능하게 되며(슬라이닥스 기능), 사용자가 원하는 전압으로 출력전압을 설정한 경우 출력전압이 입력전압의 변동에 관계없이 항상 일정하고 정밀하게 유지되도록 하는 것이(자동전압 조정 기능) 가능하게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 스위칭 소자의 PWM 제어시 발생하는 역기전력을 전원이 입력된 도선으로 다시 환류시킴으로써 전기적 안성성이 향상됨과 동시에 전력 손실을 저감할 수 있게 된다.
도 1은 단권 변압기를 이용한 종래 전압조정기의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 출력 전압 조정기의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 전압 조정기의 개략적인 회로도이다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 출력 전압 조정기의 개략적인 회로도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 출력 전압 조정기를 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 출력 전압 조정기의 개략적인 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 출력 전압 조정기는, 크게 변압기(Transformer), 출력전원 측정부(200), 전압조절부(300), 전압평활부(400) 및 제어부(500)를 포함한다. 상기 변압기는 바람직하게는 토로이달 변압기로 이루어지며, 아래에서는 토로이달 변압기(100)를 사용한 예를 실시예로 하여 설명한다.
토로이달 변압기(100)는 서로 여자되게 토로이달 코어에 감겨진 제1 권선(110)과 제2 권선(120)을 포함한다.
제1 권선(110)은 전원 입력측의 일측 도선, 예컨대 P상 전원선에 연결된다. P상 전원선에 연결된 일측이 입력단이 되며, 타측은 출력단이 되어 전원 출력측을 이루며 부하와 연결된다.
제2 권선(120)의 양측은 전압 평활부(400)에 연결되고, 전압평활부(400)는 전압조절부(300)에 연결된다.
토로이달 변압기(100)는 토로이달 코어(자성체)에 제1 권선(110) 및 제2 권선(120)을 이루도록 도선(통상 동선을 사용한다)을 코일 형태로 감아 제조되는데, 주위물체의 영향을 받지 않고 누설 자속이 적으며, 효율이 좋은 장점이 있다. 또한, 코일 조립체의 길이가 짧아져 사용되는 재료가 절감되므로 제작가격이 저렴하며, 부피가 작기 때문에 출력 전압 조정기의 전체 크기를 작게 할 수 잇는 장점이 있다.
첨부된 도면의 본 발명의 실시예는 변압기의 바람직한 실시예로서, 토로이달 변압기(100)를 예시하고 있으나, 이에 제한하지 않으며, 코어에 제1 권선(110)과 제2 권선(120)을 감아 형성한 일반적인 변압기를 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면 토로이달 변압기(100)의 제1 권선(110)에서는, 제1 권선(110)에 흐르는 전류와 대비하여 제2 권선(120)에 흐르는 전류의 위상에 따라 강압 또는 승압 보상이 일어난다. 본 발명의 실시예에 의하면 전압조절부(300)에 의하여 제2 권선(120)에 입력되는 전류의 방향을 전환할 수 있도록 구성되고, 전압조절부(300)에 의하여 상기 제2 권선에 상기 제1 권선에 흐르는 전류와 역상(위상차=180도)인 전류가 흐르도록 하여 승압이 일어나게 하거나, 동상(위상차=0도)인 전류가 흐르도록 하여 강압이 일어나도록 한다.
출력전원 측정부(200)는 부하에 연결된 전원 출력측에 연결되어 출력되는 출력전압(Vo)의 크기를 측정하는 기능을 수행한다.
출력전원 측정부(200)는 전원 출력측의 양 도선 즉, P상 전원선 및 N상 전원선에 양단이 연결된 제1 권선(212)과 제1 권선(212)에 여자되게 설치된 제2 권선(214)을 포함하는 전원측정용 변압기(210)와, 제2 권선(214)의 일단에 직렬 연결된 저항(R201)과, 제2 권선(214)에 순차적으로 병렬 연결된 저항(R202), 다이오드(D203) 및 커패시터(C204)를 포함한다.
이러한 구성에 의하여, 제1 권선(212)과 제2 권선(214) 간의 권선비에 따라 전압이 유도되고(예컨대, 권선비가 40/1인 경우, 제1 권선측에 AC 220V이면, 제2 권선측에 AC 5.5V가 유도됨), 저항(R201)(R202)에 의해 분압된 전압이 저항(R202), 다이오드(D203), 커패시터(C204)의 양단에 걸리고, 다이오드(D203)에 의해 반파 정류되고, 커패시터(C204)에 노이즈 성분이 제거되어 제어부(500)로 입력된다. 따라서 제어부(500)는 출력전압을 측정할 수 있다. 출력전원 측정부(200)는 공지의 다른 전압 측정 회로가 사용될 수 있다.
출력전원 측정부(200)는 출력전압(Vo)의 첨두치 또는 실효값을 측정하거나, 이들에 대해 일정시간 단위로 평균치를 구하는 방식으로 출력전압(Vo)의 크기를 결정하도록 구성될 수 있으며, 전원 출력측으로 출력되는 출력전압(Vo)이외에 출력전류 및 출력전력도 측정할 수도 있다.
전압조절부(300)는 전원 입력측과 연결되어 토로이달 변압기(200)의 제2 권선(120)에 입력되는 교류전원을 단속하되, 전류 방향을 전환할 수 있도록 구성된다. 또한, 입력 전원을 펄스폭모듈(PWM) 변환하여 제2 권선에 입력되는 강압 및 승압 제어 전압의 크기를 제어한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압조절부(300)는 제1 내지 제8 스위칭 소자(S1 내지 S8)와, 제1 내지 제8 다이오드(D1 내지 D8)를 포함하여 형성된다. 제1 및 제8 스위칭 소자(S1 및 S8)는 예컨대, BJT, Power MOSFET, IGBT 등이 이용될 수 있다.
먼저, 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 내지 S4)는 제2 권선의 일측에 연결된 제1 노드(a1)에서 P상 전원선 및 N상 전원선 사이에서의 전원 입출력을 제어하기 위해 설치된다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 제1 및 제3 스위칭 소자(S1, S3)의 전류입력단이 제2 권선의 일측에 연결된 제1 노드(a1)에 연결되며, 제1 및 제3 스위칭 소자(S1, S3)의 전류출력단은 각각 전원 입력측의 일측 도선 예컨대, P상 전원선과, 타측 도선 예컨대, N상 전원선에 연결된다. 제1 및 제3 스위칭 소자(S1, S3)의 전류출력단에는 P상 전원선 및 N상 전원선으로 전류가 출력되도록 제1 및 제3 다이오드(D1, D3)이 직렬로 연결된다. 따라서 제1 및 제3 스위칭 소자(S1, S3)는 제2 권선의 일측으로 출력되는 전류를 각각 P상 전원선, N상 전원선으로 출력하는 기능을 할 수 있다.
제2 및 제4 스위칭 소자(S2, S4)는 각각 제1 및 제3 스위칭 소자(S1, S3)에 역방향으로 병렬 연결된다. 따라서 제2 및 제4 스위칭 소자(S2, S4)는 전류출력단이 제2 권선의 일측에 연결된 제1 노드(a1)에 연결되며 전류입력단이 P상 전원선 및 N상 전원선에 연결된다. 제2 및 제4 다이오드(D2, D4)는 제2 및 제4 스위칭 소자(S2, S4)의 전류입력단에 P상 전원선 및 N상 전원선으로부터 전류가 입력될 수 있도록 직렬로 연결된다. 따라서 제2 및 제4 스위칭 소자(S2, S4)는 각각 P상 전원선 및 N상 전원선으로부터 전원을 입력받아 제1 노드(a1)로 출력하는 기능을 한다.
제5 내지 제8 스위칭 소자(S5 내지 S8)는 제2 권선의 타측에 연결된 제2 노드(a2)에서 P상 전원선 및 N상 전원선 사이에서의 전원 입출력을 제어하기 위해 설치된다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 제5 및 제7 스위칭 소자(S5, S7)의 전류입력단이 제2 권선의 타측에 연결된 제2 노드(a2)에 연결되며, 제5 및 제7 스위칭 소자(S5, S7)의 전류출력단은 각각 P상 전원선과, N상 전원선에 연결된다. 제5 및 제7 스위칭 소자(S5, S7)의 전류출력단에는 P상 전원선 및 N상 전원선으로 전류가 출력되도록 제5 및 제7 다이오드(D5, D7)이 직렬로 연결된다. 따라서 제5 및 제7 스위칭 소자(S5, S7)는 제2 권선의 타측으로 출력되는 전류를 각각 P상 전원선, N상 전원선으로 출력하는 기능을 할 수 있다.
제6 및 제8 스위칭 소자(S6, S8)는 각각 제5 및 제7 스위칭 소자(S5, S7)에 역방향으로 병렬 연결된다. 따라서 제6 및 제8 스위칭 소자(S6, S8)는 전류출력단이 제2 권선의 타측에 연결된 제2 노드(a2)에 연결되며 전류입력단이 P상 전원선 및 N상 전원선에 연결된다. 제6 및 제8 다이오드(D6, D8)는 제6 및 제8 스위칭 소자(S6, S8)의 전류입력단에 P상 전원선 및 N상 전원선으로부터 전류가 입력될 수 있도록 직렬로 연결된다. 따라서 제6 및 제8 스위칭 소자(S6, S8)는 각각 P상 전원선 및 N상 전원선으로부터 전원을 입력받아 제2 노드(a2)로 출력하는 기능을 한다.
제1 내지 제8 스위칭 소자(S1 내지 S8)은 제어부(500)에 연결되어 동작이 제어되며, 포토커플러(Photo Coupler, PC)(미도시) 등과 같이 전기적으로 절연된 소자를 이용하여 제어부(500)로부터 전기적으로 절연된 신호를 받을 수도 있게 연결된다.
따라서 제어부(500)는 제3 및 제6 스위칭 소자(S3 및 S6)와 제4 및 제5 스위칭 소자(S4 및 S5)의 온/오프(ON/OFF) 제어에 의해 상기 제2 권선측에 상기 제1 권선측과 180도(°) 역상인 전류를 흘려서 제1 권선(110)측의 출력전압을 승압시키거나, 제1 및 제8 스위칭 소자(S1 및 S8)와 제2 및 제7 스위칭 소자(S2 및 S7)의 온/오프(ON/OFF) 제어에 의해 상기 제2 권선측에 상기 제1 권선측과 동상인 전류를 흘려서 제1 권선(110)측의 출력전압을 강압시킬 수 있다.
도 3 에 도시된 전압조절부(300)의 승압 및 강압시의 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 의하면, 승압 모드인 경우에는, 제2 권선(120)에 제1 권선(110)과 반대되는 위상의 전류가 흐르도록 제어한다. 단자 P로부터 입력되는 제1 권선(110)측을 기준으로 볼 때, 도 3에서 승압인 경우에는 제1 권선(110)측 입력단의 교류전류의 위상이 '+' 인 경우 또는 '-'인 경우에 따라 달리 동작한다.
입력단을 통해 제1 권선(110)측에 입력되는 입력 교류전원 P상이 '+' 위상일 경우, 제어부(500)는 제3 및 제6 스위칭 소자(S3 및 S6)를 온(ON)하여 제6 다이오드(D6)를 통하여 입력된 P상의 반주기 '+' 위상의 전류가 제6 스위칭 소자(S6) -> 제2 인덕터(L2) -> 제2 권선(120) -> 제1 인덕터(L1) -> 제3 스위칭 소자(S3) -> 제3 다이오드(D3)를 거쳐 N상으로 흐르게 제어하다. 이때 제1 권선(110)측의 출력전압을 조절하기 위하여 제어부(500)는 제6 스위칭 소자(S6)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 송출하며, 펄스폭변조(PWM) 온(ON) 신호가 제6 스위칭 소자(S6)의 단락(short) 상태임을 가정할 때 온(ON)되는 폭이 클수록 제1 권선(110)을 통하여 출력되는 전압이 높아지게 된다.
또한, 제어부(500)에서는 제6 스위칭 소자(S6)가 작동하는 동안 제6 스위칭 소자(S6)에 병렬 연결된 제5 스위칭 소자(S5)를 온(ON)시킴으로써 제5 스위칭 소자(S5)를 통하여 제6 스위칭 소자(S6)의 펄스폭변조(PWM) 동작 시 발생하는 역기전력을 교류 입력전원 P상으로 피드백(feedback)한다. 이로 인해 역기전력에 의해 발생하는 전기적 충격이 해소되며 역기전력이 입력 전원 즉, P상 전원으로 환류되므로 전력 손실을 절감할 수 있다.
제어부(500)는 P상이 '+' 위상인 조건에서의 승압 동작시 작동하는 제3, 제5, 제6 스위칭 소자(S3, S5, S6)을 제외한 제1, 제2, 제4 제7, 제8 스위칭 소자(S1, S2, S4, S7, S8)는 오프(OFF) 상태를 유지시킨다.
입력단을 통해 제1 권선(110)측에 입력되는 교류전원 P상이 '-' 위상인 경우, 즉 교류전원에서 N상의 위상이 '+'일 경우, 제어부(500)는 제4 및 제5 스위칭 소자(S4 및 S5)를 온(ON)하여 제4 다이오드(D4)를 통하여 입력된 N상의 반주기 '+' 위상의 전류가 제4 스위칭 소자(S4) -> 제1 인덕터(L1) -> 제2 권선(120) -> 제2 인덕터(L2) -> 제5 스위칭 소자(S5) -> 제5 다이오드(D5)를 거쳐 P상으로 흐르게 제어한다. 이때 제1 권선(110)측의 출력전압을 조절하기 위하여 제어부(500)는 제4 스위칭 소자(S4)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 송출하며, 펄스폭변조(PWM) 온(ON) 신호가 제4 스위칭 소자(S4)의 단락(short) 상태임을 가정할 때 온(ON)되는 폭이 클수록 제1 권선(110)을 통하여 출력되는 전압이 높아지게 된다.
또한, 제어부(500)에서는 제4 스위칭 소자(S4)가 작동하는 동안 제4 스위칭 소자(S4)에 병렬 연결된 제3 스위칭 소자(S3)를 온(ON)시킴으로써 제4 스위칭 소자(S4)의 펄스폭변조(PWM) 동작시 발생하는 역기전력을 교류 입력전원 N상으로 피드백(feedback)한다.
제어부는 N상이 '+' 위상인 조건에서의 승압 동작시 작동하는 제3, 제4, 제5 스위칭 소자(S3, S4, S5)을 제외한 나머지 스위칭 소자는 오프(OFF) 상태를 유지한다.
다음으로 강압 모드인 경우, 제2 권선(120)에 제1 권선(110)과 동일한 위상의 전류가 흐르도록 제어한다. 강압인 경우와 같이, 단자 P로부터 입력되는 제1 권선(110)측을 기준으로 볼 때, 제1 권선(110)측 입력단의 교류전류의 위상이 '+' 인 경우 또는 '-'인 경우에 따라 달리 동작한다.
입력단을 통해 제1 권선(110)측으로 입력되는 입력 교류전원 P상이 '+' 위상일 경우, 제어부(500)는 제2 및 제7 스위칭 소자(S2 및 S7)를 온(ON)하여 제2 다이오드(D2)를 통하여 입력된 P상의 반주기 '+' 위상의 전류가 제2 스위칭 소자(S2) -> 제1 인덕터(L1) -> 상기 제2 권선(120) -> 제2 인덕터(L2) -> 제7 스위칭 소자(S7) -> 제7 다이오드(D7)를 거쳐 N상으로 흐르게 제어한다. 이때 제1 권선(110)측의 출력전압을 조절하기 위하여 제어부(500)는 제2 스위칭 소자(S2)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 송출하며, 펄스폭변조(PWM) 온(ON) 신호가 제2 스위칭 소자(S2)의 단락(short) 상태임을 가정할 때 온(ON)되는 폭이 클수록 제1 권선(110)을 통하여 출력되는 전압이 높아지게 된다.
또한, 제어부(500)에서는 제2 스위칭 소자(S2)가 작동하는 동안 제2 스위칭 소자(S2)에 병렬 연결된 제1 스위칭 소자(S1)를 온(ON)시킴으로써 제2 스위칭 소자(S2)의 펄스폭변조(PWM) 동작시 발생하는 역기전력을 교류 입력전원 N상으로 피드백(feedback)한다.
제어부는 P상이 '+' 위상인 조건에서의 강압 동작시 작동하는 제1, 제2 및 제7 스위칭 소자(S1, S2, S7)를 제외한 나머지 스위칭 소자는 오프(OFF) 상태를 유지시킨다.
입력단을 통해 제1 권선(110)측으로 입력되는 교류전원 P상이 '-' 위상 즉, N상의 위상이 '+'인 경우, 제어부(500)는 제1 및 제8 스위칭 소자(S1 및 S8)를 온(ON)하여 제8 다이오드(D8)를 통하여 입력된 N상의 반주기 '+' 위상의 전류가 제8 스위칭 소자(S8) -> 제2 인덕터(L2) -> 제2 권선(120) -> 제1 인덕터(L1) -> 제1 스위칭 소자(S1) -> 제1 다이오드(D1)를 거쳐 P상으로 흐르게 되며, 이때 제1 권선(110)측의 출력전압을 조절하기 위하여 제어부(500)는 제8 스위칭 소자(S8)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 송출하며, 펄스폭변조(PWM) 온(ON) 신호가 제8 스위칭 소자(S8)의 단락(short) 상태임을 가정할 때 온(ON)되는 폭이 클수록 제1 권선(110)을 통하여 출력되는 전압이 높아지게 된다.
또한, 제어부(500)에서는 제8 스위칭 소자(S8)가 작동하는 동안 제8 스위칭 소자(S8)에 병렬 연결된 제7 스위칭 소자(S7)를 온(ON)시킴으로써 제8 스위칭 소자(S8)의 펄스폭변조(PWM) 동작시 발생하는 역기전력을 교류 입력전원 N상으로 피드백(feedback)한다.
제어부(500)는 N상이 '+' 위상인 조건에서의 강압 작동시 동작하는 제1, 제7, 제8(S1, S7, S8)을 제외한 나머지 스위칭 소자는 오프(OFF) 상태를 유지시킨다.
한편, 승압 및 강압의 각 모드에서 P상과 N상의 위상(+/-)을 판별하기 위하여 제어부(500)는 P상 및 N상 전원이 반파 정류되어 출력되는 제2 다이오드(또는 제6 다이오드(D6)) 및 제4 다이오드(D4)(또는 제8 다이오드(D8))의 출력 신호를 입력받는다. P상이 '+' 위상일 때는 제2 다이오드(D2)와 제6 다이오드(D6)에서 '+'신호가 발생하며, N상이 '+'일 때는 제4 다이오드(D4)와 제8 다이오드(D8)에서 '+'신호가 발생하므로, 제어부(500)는 이를 토대로 P상과 N상의 위상(+/-)을 판별하여 제1 내지 제8 스위칭 소자(S1 내지 S8)의 동작을 제어할 수 있다.
전압평활부(400)는 제2 권선(120)의 양단과 전압 조절부(300) 사이에 연결된다. 전압평활부(400)는 도 3 에 도시된 바와 같이 제2 권선(120)에 병렬로 연결된 커패시터(C)와, 커패시터(C)의 일단으로 일단이 연결된 1제1 인덕터(L1)와, 커패시터(C)의 타단으로 일단이 연결된 제2 인덕터(L2)를 포함한다. 제1 인덕터(L1)는 제1 노드(a1)와 제3 노드(a3) 사이에 위치하고, 커패시터(C)는 제2 노드(a2)와 제4 노드(a4) 사이에 위치한다. 따라서, 교류전류의 위상에 제1 인덕터(L1)-커패시터(C) 또는 제2 인덕터(L2)-커패시터(C)가 LC필터로서 기능을 한다. 전압평황부(400)는 전압조절부(300)에 의해 만들어진 PWM 전압을 평활하여 안정화된 교류파형으로 제2 권선(120)에 입력되도록 한다.
제어부(500)는 출력전원 측정부(200)로부터 측정된 출력전압(Vo)을 사용자가 기설정한 기준설정전압(Vref)과 비교하여, 그 결과에 따라 전압조절부(300)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 제어부(500) ATmega, PIC 등과 같은 마이크로프로세서로 구성될 수 있다.
여기서, 기준설정전압(Vref)은 사용자가 원하는 출력전압으로, 제어부(500) 자체에 내장된 메모리에 미리 저장해 두거나, 별도의 설정부(600)를 통하여 설정하여 제어부(500)에 입력될 수 있도록 할 수 있다.
제어부(500)는 기설정된 기준설정전압(Vref)과 출력전원 측정부(200)에 의해 측정된 출력전압(Vo)을 비교하여 승압 또는 강압의 필요성 여부를 판단한 후, 전압조절부(300)로의 전원 입력 여부를 단속하며, 전압조절부(300)에서 작동될 PWM 제어 폭을 결정하고, 이에 대응되는 PWM 제어신호로 전압조절부(300)의 제1 및 제8 스위칭 소자(S1 및 S8)를 제어한다.
본 발명의 실시예에 의하면 설정부(600)를 더 포함한다. 설정부(600)는 사용자가 제1 권선(110)의 출력단으로 출력을 원하는 전압값 즉, 기준설정전압(Vref)을 설정하거나 현재시간, 시간대에 따라 출력전압을 달리 설정할 경우 해당 시간과 해당 시간의 전압값 등을 설정할 수 있게 한다. 설정부(600)는 각종 설정값을 입력 키나 스위치류, 가변저항 등의 장치를 이용하여 직접 입력하거나, 외부로부터 유/무선 통신(예컨대, RS485, RS232C, WiFi, CDMA 통신 등) 수단을 통하여 원격으로 입력받을 수 있도록 구성되며, 이를 통하여 입력된 설정값을 제어부(500)로 송출한다.
본 발명의 실시예에 의하면 표시부(700)를 더 포함한다. 표시부(700)는 제어부(500)의 제어신호에 따라 출력전원 측정부(200)로부터 측정된 출력전원을 비롯하여, 입력 전원, 현재 시각, 현재 시간 또는 현재 설정값 등 절전상태 등에 관한 정보를 시각적으로 디스플레이하는 기능을 수행한다. 이러한 표시부(700)는, 입력된 영상 신호를 디스플레이할 수 있는 액정 표시소자(LCD, Liquid Crystal Display), 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode) 또는 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel) 등의 영상 표시모듈로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 출력 전압 조정기를 개략적으로 도시한 부분 회로도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 출력 전압 조정기는, 전압조절부(300')를 제외한 모든 구성요소들은 전술한 본 발명의 일 실시예와 동일하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전압조절부(300')는 제1 내지 제4 스위칭 소자(S1 및 S4)와, 제1 내지 제4 다이오드(D1 내지 D4), 제1 내지 제8 전력제어 반도체소자(SR1 내지 SR8)를 포함하여 구성된다. 여기서 제1 및 제8 전력제어 반도체소자(SR1 및 SR8)는 예컨대, BJT, Power MOSFET, IGBT 등이 이용될 수 있다.
먼저, 제1 내지 제 4 스위칭 소자(S1 내지 S4)의 연결 관계를 살펴본다.
제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2)가 서로 역방향으로 병렬 연결되는 데, 제1 스위칭 소자(S1)의 전류입력단 및 제2 스위칭 소자(S2)의 전류출력단이 제1 공통노드(CN1)에 연결되고, 제1 스위칭 소자(S1)의 전류출력단 및 제2 스위칭 소자(S2)의 전류입력단이 전원입력측의 일측 도선 예컨대 P상 전원선에 연결된다. 이때 제1 스위칭 소자(S1)의 전류출력단에는 제1 다이오드(D1)가 P상 전원선으로 전류가 출력되도록 직렬 연결되며, 제2 스위칭 소자(S2)의 전류입력단에는 제2 다이오드(D2)가 P상 전원선으로부터 전류가 입력되도록 직렬 연결된다. 제1 및 제2 스위칭 소자(S1, S2)는 제1 공통노드(CN1)와 P상 전원선의 사이의 전원 입출력을 제어한다.
제3 스위칭 소자(S3)와 제4 스위칭 소자(S4)가 서로 역방향으로 병렬 연결되는 데, 제3 스위칭 소자(S3)의 전류입력단 및 제4 스위칭 소자(S4)의 전류출력단이 제2 공통노드(CN2)에 연결되고, 제3 스위칭 소자(S3)의 전류출력단 및 제4 스위칭 소자(S4)의 전류입력단이 전원입력측의 타측 도선 예컨대 N상 전원선에 연결된다. 이때 제3 스위칭 소자(S3)의 전류출력단에는 제3 다이오드(D3)가 N상 전원선으로 전류가 출력되도록 직렬 연결되며, 제4 스위칭 소자(S4)의 전류입력단에는 제4 다이오드(D4)가 N상 전원선으로부터 전류가 입력되도록 직렬 연결된다. 제3 및 제4 스위칭 소자(S3, S4)는 제2 공통노드(CN2)와 N상 전원선의 사이의 전원 입출력을 제어한다.
제1 공통노드(CN1)와 제1 노드(a1) 또는 제2 노드(a2) 사이, 제2 공통노드(CN1)와 제1 노드(a1) 또는 제2 노드(a2) 사이에는 제1 공통노드(CN1) 또는 제2공통노드(CN2)로 입력된 P상 전원 또는 N상 전원이 제1 또는 제2 노드(a1 또는 a2)로 입력되어 제2 권선을 거친 후 제2 공통노드(CN2) 또는 제1 공통노드(CN2)로 출력되도록 전류 흐름을 제어하기 위한 제1 내지 제8 전력제어 반도체소자(SR1 내지 SR8)가 구비된다.
구체적으로, 제1 전력제어 반도체소자(SR1)는 전류입력단이 제1 노드(a1)에 전류출력단이 제1 공통노드(CN1)에 연결되고, 제2 전력제어 반도체소자(SR2)는 전류출력단이 제1 노드(a1)에, 전류출력단이 제1 공통노드(CN1)에 연결되도록, 제1 및 제2 전력제어 반도체소자(SR1, SR2)는 역방향으로 서로 병렬 연결된다.
그리고, 제3 전력제어 반도체소자(SR3)는 전류입력단이 제1 노드(a1)에, 전류출력단이 제2 공통노드(CN2)에 연결되고, 제4 전력제어 반도체소자(SR4)는 전류출력단이 제1 노드(a1)에, 전류출력단이 제2 공통노드(CN2)에 연결되도록, 제3 및 제4 전력제어 반도체소자(SR3, SR4)가 서로 역방향으로 병렬 연결된다.
그리고, 제5 전력제어 반도체소자(SR5)는 전류입력단이 제2 노드(a2)에, 전류출력단이 제1 공통노드(CN1)에 연결되고, 제6 전력제어 반도체소자(SR2)는 전류출력단이 제2 노드(a2)에 전류입력단이 제1 공통노드(CN1)에 연결되도록, 제5 및 제6 전력제어 반도체소자(SR5, SR6)는 역방향으로 서로 병렬 연결된다.
그리고, 제7 전력제어 반도체소자(SR7)는 전류입력단이 제2 노드(a2)에 전류출력단이 제2 공통노드(CN2)에 연결되고, 제8 전력제어 반도체소자(SR8)는 전류출력단이 제2 노드(a2)에, 전류출력단이 제2 공통노드(CN2)에 연결되도록, 제7 및 제8 전력제어 반도체소자(SR7, SR8)가 역방향으로 서로 병렬 연결된다.
이러한 도 4 에 도시된 전압조절부(300') 구성에 따른 동작을 살펴보면 다음과 같다.
승압 모드인 경우, 제2 권선(120)에 흐르는 전류가 제1 권선(110)측에 흐르는 전류와 역상이 되도록 전류 흐름이 제어된다.
먼저, 입력단을 통해 제1 권선(110)측으로 입력되는 교류전원 P상이 '+' 위상일 경우, 제어부(500)는 제2 및 제3 스위칭 소자(S2 및 S3)와 제3 및 제6 전력제어 반도체소자(SR3 및 SR6)를 온(ON)하여 제2 다이오드(D2)를 통하여 입력된 P상의 반주기 '+' 위상의 전류가 제2 스위칭 소자(S2) -> 제6 전력제어 반도체소자(SR6) -> 제2 인덕터(L2) -> 제2 권선(120) -> 제1 인덕터(L1) -> 제3 전력제어 반도체소자(SR3) -> 제3 스위칭 소자(S3) -> 제3 다이오드(D3)를 거쳐 N상으로 흐르게 제어한다. 이때 제1 권선(110)측의 출력전압을 조절하기 위하여 제어부(500)는 제2 스위칭 소자(S2)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 송출하며, 펄스폭변조(PWM) 온(ON) 신호가 제2 스위칭 소자(S2)의 단락(short) 상태임을 가정할 때 온(ON)되는 폭이 클수록 제1 권선(110)을 통하여 출력되는 전압이 높아지게 된다.
또한, 제어부(500)에서는 제2 스위칭 소자(S2)가 작동하는 동안 병렬 연결된 제1 스위칭 소자(S1) 및 제6 전력제어 반도체소자(SR6)에 병렬연결된 제5 전력제어 반도체소자(SR5)를 온(ON)시킴으로써 제2 스위칭 소자(S2)의 펄스폭변조(PWM) 동작에 의하여 발생하는 역기전력 교류 입력전원 P상으로 피드백(feedback)한다.
P상이 '+' 위상인 조건에서의 승압 동작시 작동하는 제1 내지 제3 스위칭 소자(S1 내지 S3) 및 제3, 제5, 제6 전력제어 반도체소자(SR3, SR5, SR6)를 제외한 나머지 스위칭 소자 및 전력제어 반도체소자는 OFF 상태를 유지한다.
입력단을 통해 제1 권선(110)측으로 입력되는 교류전원 P상이 '-' 위상 즉, N상의 위상이 '+'인 경우, 제어부(500)는 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)와 제4 및 제5 전력제어 반도체소자(SR4, SR5)를 온(ON)하여 제4 다이오드(D4)를 통하여 입력된 N상의 반주기 '+' 위상의 전류가 제4 스위칭 소자(S4) -> 제4 전력제어 반도체소자(SR4) -> 제1 인덕터(L1) -> 제2 권선(120) -> 제2 인덕터(L2) -> 제5 전력제어 반도체소자(SR5) -> 제1 스위칭 소자(S1) -> 제1 다이오드(D1)를 거쳐 P상으로 흐르게 제어한다. 이때 제1 권선(110)측의 출력전압을 조절하기 위하여 제어부(500)는 제4 스위칭 소자(S4)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 송출하며, 펄스폭변조(PWM) 온(ON) 신호가 제4 스위칭 소자(S4)의 단락(short) 상태임을 가정할 때 온(ON)되는 폭이 클수록 제1 권선(110)을 통하여 출력되는 전압이 높아지게 된다.
또한, 제어부(500)에서는 제4 스위칭 소자(S4)가 작동하는 동안 병렬 연결된 제3 스위칭 소자(S3)와 제4 전력제어 반도체소자(SR4)와 병렬 연결된 제3 전력제어 반도체소자(SR3)를 온(ON)시킴으로써 제4 스위칭 소자(S4)의 펄스폭변조(PWM) 동작시 발생할 수 있는 역기전력을 교류 입력전원 N상으로 피드백(feedback)한다.
N상이 '+' 위상인 조건에서의 승압 동작시 작동하는 제1, 제3, 제4 스위칭 소자(S1, S3, S4) 및 제3, 제4, 제5 전력제어 반도체소자(SR3, SR4, SR5)를 제외한 나머지 스위칭 소자 및 전력제어 반도체소자는 OFF 상태를 유지한다.
다음으로 강압 모드인 경우, 제2 권선(120)에 흐르는 전류가 제1 권선(110)측에 흐르는 전류와 동일 위상이 되도록 전류 흐름이 제어된다.
입력단을 통해 제1 권선(110)측으로 입력되는 교류전원 P상이 '+' 위상인 경우, 제어부(500)는 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)와 제2 및 제7 전력제어 반도체소자(SR2, SR7)를 온(ON)하여 P상으로부터 제2 다이오드(D2)를 통하여 입력된 P상의 반주기 '+' 위상의 전류가 제2 스위칭 소자(S2) -> 제2 전력제어 반도체소자(SR2) -> 제1 인덕터(L1) -> 제2 권선(120) -> 제2 인덕터(L2) -> 제7 전력제어 반도체소자(SR7) -> 제3 스위칭 소자(S3) -> 제3 다이오드(D3)를 거쳐 N상으로 흐르게 제어한다. 이때 제1 권선(110)측의 출력전압을 조절하기 위하여 제어부(500)는 제2 스위칭 소자(S2)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 송출하며, 펄스폭변조(PWM) 온(ON) 신호가 제2 스위칭 소자(S2)의 단락(short) 상태임을 가정할 때 온(ON)되는 폭이 클수록 제1 권선(110)을 통하여 출력되는 전압이 높아지게 된다.
또한, 제어부(500)에서는 제2 스위칭 소자(S2)가 작동하는 동안 병렬 연결된 제1 스위칭 소자(S1) 및 제2 전력제어 반도체소자(SR1)와 병렬 연결된 제1 전력제어 반도체소자(SR1)를 온(ON)시킴으로써, 제2 스위칭 소자(S2)의 펄스폭변조(PWM) 동작시 발생하는 역기전력을 교류 입력전원 P상으로 피드백(feedback)한다.
P상이 '+' 위상인 조건에서의 승압 동작시 작동하는 제1 내지 제3 스위칭 소자(S1, S2, S3), 제1, 제2, 제7 전력제어 반도체소자(SR1, SR2, SR7)을 제외한 나머지 스위칭 소자 및 전력제어 반도체소자는 OFF 상태를 유지한다.
입력단을 통해 제1 권선(110)측 입력 교류전원 P상이 '-' 위상 즉, N상의 위상이 '+'인 경우, 제어부(500)는 제1 및 제4 스위칭 소자(S1 및 S4)와 제1 및 제8 전력제어 반도체소자(SR1 및 SR8)를 온(ON)하여 제4 다이오드(D4)를 통하여 입력된 N상의 반주기 '+' 위상의 전류가 제4 스위칭 소자(S4) -> 제8 전력제어 반도체소자(SR8) ->제2 인덕터(L2) -> 제2 권선(120) -> 제1 인덕터(L1) -> 제1 전력제어 반도체소자(SR1) -> 제1 스위칭 소자(S1) -> 제1 다이오드(D1)를 거쳐 P상으로 흐르게 되며, 이때 제1 권선(110)측의 출력전압을 조절하기 위하여 제어부(500)는 제4 스위칭 소자(S4)에 펄스폭변조(PWM) 신호를 송출하며, 펄스폭변조(PWM) 온(ON) 신호가 제4 스위칭 소자(S4)의 단락(short) 상태임을 가정할 때 온(ON)되는 폭이 클수록 제1 권선(110)을 통하여 출력되는 전압이 높아지게 된다.
또한, 제어부(500)에서는 제4 스위칭 소자(S4)가 작동하는 동안 병렬연결된 제3 스위칭 소자(S3)와 제8 전력제어 반도체소자와 병렬연결된 제7 전력제어 반도체소자(SR7)를 온(ON)시킴으로써 제4 스위칭 소자(S4)의 펄스폭변조(PWM) 동작에 의하여 발생하는 역기전력을 교류 입력전원 N상으로 피드백(feedback)한다.
N상이 '+' 위상인 조건에서의 승압 동작시 작동하는 제1, 제3, 제4 스위칭 소자(S1, S3, S4) 및 제1, 제7, 제8 전력제어 반도체소자(SR1, SR7, SR8)을 제외한 나머지 스위칭 소자 및 전력제어 반도체소자는 오프(OFF) 상태를 유지한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전압조절부(300')에서, 제어부(500)는 승압 및 강압의 각 모드에서 P상과 N상의 위상(+/-)을 판별하기 위하여 P상 및 N상 전원이 반파 정류되어 출력되는 제2 다이오드(D2) 및 제4 다이오드(D4)의 출력 신호를 입력받는다. P상이 '+' 위상일 때는 제2 다이오드(D2)에서 '+'신호가 발생하며, N상이 '+'일 때는 제4 다이오드(D4)에서 '+'신호가 발생하므로, 제어부(500)는 이를 토대로 P상과 N상의 위상(+/-)을 판별하여 각 모드에 따라 제1 및 제4 스위칭 소자(S1 및 S4) 및 제1 및 제8 전력제어 반도체소자(SR1 및 SR8)의 동작을 제어한다.
전술한 본 발명에 따른 출력 전압 조정기에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100 : 토로이달 변압기, 200 : 출력전원 측정부,
300,300' : 전압조절부, 400 : 전압평활부,
500 : 제어부, 600 : 설정부,
700 : 표시부

Claims (10)

  1. 서로 여자되게 코어에 감겨진 제1 권선 및 제2 권선을 포함하며, 상기 제1 권선은 교류 전원 입력측의 일측 도선에 연결된 일측이 입력단이 되고 타측이 출력단이 되도록 연결된 변압기;
    상기 제2 권선의 일측 및 타측에 각각 연결된 제1 및 제2 노드(a1, a2)와 전원 입력측의 일측 도선(P상) 및 타측 도선(N상) 사이에 상기 제2 권선에 입력되는 전류의 방향을 전환 가능하게 스위칭 소자들을 포함한 회로를 연결하고, 상기 제2 권선에 전원을 입력하는 스위칭 소자가 PWM 제어될 있게 형성된 전압조절부;
    상기 전압조절부로부터 상기 제2 권선에 입력되는 전압을 평활하는 전압평활부;
    전원 출력측에 연결되어 출력전압을 측정하는 출력전원 측정부;
    상기 출력전원 측정부로부터 측정된 출력전압과 설정된 기준설정전압을 비교하여 승압이 필요한 경우에는 상기 제2 권선에 상기 제1 권선과 180도 역상인 전류 또는 강압이 필요한 경우에는 상기 제2 권선에 상기 제1 권선과 동일 위상의 전류가 입력되도록 상기 전압 조절부를 제어하며, 상기 제2 권선에 전원을 입력하는 상기 전압 조절부의 스위칭 소자에 PWM 제어신호를 송출하여 상기 제2 권선에 입력되는 전압을 PWM 제어함으로써 입력전압의 변동에 관계없이 기준설정전압에 일치하는 출력전압이 출력되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압조절부의 각 스위칭 소자에는, 스위칭 소자의 PWM 제어시 발생하는 역기전력을 전원 입력측의 전원 도선으로 피드백하는 스위칭 소자가 역방향으로 병렬 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압조절부는
    전류입력단이 상기 제1 노드(a1)에 연결되고 전류출력단이 전원 입력측의 일측 도선에 연결된 제1 스위칭 소자(S1); 상기 제1 스위칭 소자(S1)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제1 노드(a1)에 연결되고, 전류입력단이 전원 입력측의 일측 도선에 연결된 제2 스위칭 소자(S2); 전류입력단이 상기 제1 노드(a1)에 연결되고 전류출력단이 전원 입력측의 타측 도선에 연결된 제3 스위칭 소자(S3); 상기 제3 스위칭 소자(S3)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제1 노드(a1)에 연결되고, 전류입력단이 전원 입력측의 타측 도선에 연결된 제4 스위칭 소자(S4); 전류입력단이 상기 제2 노드(a2)에 연결되고 전류출력단이 전원 입력측의 일측 도선에 연결된 제5 스위칭 소자(S5); 상기 제5 스위칭 소자(S5)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제2 노드(a2)에 연결되고, 전류입력단이 전원입력측의 일측 도선에 연결된 제6 스위칭 소자(S6); 전류입력단이 상기 제2 노드(a2)에 연결되고 전류출력단이 전원 입력측의 타측 도선에 연결된 제7 스위칭 소자(S7); 및 상기 제7 스위칭 소자(S7)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제2 노드(a2)에 연결되고, 전류입력단이 전원 입력측의 타측 도선에 연결된 제8 스위칭 소자(S8)를 포함하며,
    상기 전원 입력측의 일측 및 타선 도선에 전류출력단이 연결된 제1, 제3, 제5, 제7 스위칭 소자(S1, S3, S5, S7) 각각에는 전류출력단으로부터 상기 전원 입력측의 일측 및 타선 도선에 전류가 출력되도록 다이오드(D1, D3, D5. D7)가 연결되고, 상기 전원 입력측의 일측 및 타선 도선에 전류입력단이 연결된 제2, 제4, 제6, 제8 스위칭 소자(S2, S4, S6, S8) 각각에는 상기 전원 입력측의 일측 및 타선 도선에서 상기 전류입력단으로 전류가 입력되도록 다이오드(D2, D4, D6. D8)가 연결된 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 제2 권선으로 전원을 입력하는 상기 제2, 제4, 제6, 또는 제8 스위칭 소자(S2, S4, S6, S8) 가 PWM 제어될 때, 각각에 병렬연결된 제1, 제3, 제5, 또는 제7 스위칭 소자(S1, S3, S5, S7)가 온(0n)되어 PWM 동작에 따라 발생하는 역기전력을 전원 입력측으로 피드백하는 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 전압조절부는,
    전류입력단이 제1 공통노드(CN1)에 연결되고 전류출력단에 전원 입력측의 일측 도선에 전류가 출력되도록 다이오드(D1)가 직렬 연결된 제1 스위칭 소자(S1); 상기 제1 스위칭 소자(S1)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제1 공통노드(CN1)에 연결되며, 전류입력단에 전원 입력측의 일측 도선으로부터 전류가 입력되도록 다이오드(D2)가 직렬 연결된 제2 스위칭 소자(S2)와, 전류입력단이 제2 공통노드(CN2)에 연결되고 전류출력단에 전원 입력측의 타측 도선에 전류가 출력되도록 다이오드(D3)가 직렬 연결된 제3 스위칭 소자(S3);, 상기 제3 스위칭 소자(S3)에 역방향으로 병렬 연결되어 전류출력단이 상기 제2 공통노드(a1)에 연결되며, 전류입력단에 전원 입력측의 타측 도선으로부터 전류가 입력되도록 다이오드(D4)가 직렬 연결된 제4 스위칭 소자(S4)를 포함하고,
    상기 제1 공통노드(CN1)에서 출력된 전류가 상기 제1 노드(a1) 또는 상기 제2 노드(a2)로 입력되어 상기 제2 권선을 거쳐 상기 제2 공통노드(CN2)에 입력되도록 하거나, 상기 제2 공통노드(CN2)에서 출력된 전류가 상기 제1 노드(a1) 또는 상기 제2 노드(a2)로 입력되어 상기 제2 권선을 거쳐 상기 제1 공통노드(CN1)에 입력되도록, 상기 제1 노드(a1)와 상기 제1 및 제2 공통노드(CN1, CN2) 사이 및 상기 제2 노드(a2)와 상기 제1 및 제2 공통노드(CN1, CN2) 사이에 설치된 복수의 전력제어 반도체소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 전력제어 반도체소자는,
    상기 제1 노드(a1)와 상기 제1 공통노드(CN1) 사이에 서로 역방향으로 병렬로 연결된 제1 및 제2 전력제어 반도체소자(SR1, SR2);
    상기 제1 노드(a1)와 상기 제2 공통노드(CN2) 사이에 서로 역방향으로 병렬로 연결된 제3 및 제4 전력제어 반도체소자(SR3, SR4);
    상기 제2 노드(a2)와 상기 제1 공통노드(CN1) 사이에 서로 역방향으로 병렬로 연결된 제5 및 제6 전력제어 반도체소자(SR5, SR6); 및
    상기 제2 노드(a2)와 상기 제2 공통노드(CN2) 사이에 서로 역방향으로 병렬로 연결된 제7 및 제8 전력제어 반도체소자(SR7, SR8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 제2 또는 제4 스위칭 소자(S2, S4)가 PWM 제어되고 이에 대응하여 상기 제2, 제4, 제6, 또는 제8 전력제어 반도체소자(SR2, SR4, SR6, SR8)가 온(ON)되어 제2 권선의 일측 또는 타측으로 전원이 입력될 때, 상기 제2 또는 제4 스위칭 소자(S2, S4) 각각에 병렬 연결된 제1 또는 제3 스위칭 소자(S1, S3)가 온(ON)되고, 제2, 제4, 제6, 또는 제8 전력제어 반도체소자(SR2, SR4, SR6, SR8) 각각에 병렬연결된 제1, 제3, 제5, 또는 제7 전력제어 반도체소자(SR1, SR3, SR5, SR7)가 온(ON)되어 PWM 동작에 따라 발생하는 역기전력을 전원 입력측으로 피드백하는 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어부는 기준설정전압 설정을 포함한 작동에 필요한 조건을 설정하는 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  9. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어부의 제어신호에 따라, 상기 출력전원 측정부로부터 측정된 출력전원 및 상기 제어부의 설정값을 시각적으로 디스플레이하기 위한 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 전압 조정기.
  10. 삭제
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