KR101853724B1 - 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛 - Google Patents

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이정용
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Abstract

본 발명은 보조전원장치의 트랜지스터 모듈의 구동을 보다 효과적으로 제어하여 양질을 전원을 안정적으로 공급할 수 있도록 하는 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛에 관한 것으로서, 외부에서 공급되는 고압의 직류전원을 정전압·정주파수의 교류전원으로 변환시키는 전동차 보조전원장치의 트랜지스터 모듈에 베이스 구동신호를 제공하는 베이스 드라이브 유닛에 있어서, 상기 트랜지스터 모듈을 구동하기 위한 제어신호를 기지정된 입력수단으로부터 수신하는 광신호 수신부; 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전원으로 변환한 후 정류하여 일정 레벨의 직류 출력 전압을 생성하는 1차 전원전압 생성부; 및 상기 1차 전원전압 생성부에서 생성된 직류 출력 전압을 전달받아 상기 트랜지스터 모듈을 구동하기 위한 ON 펄스신호용 전원 및 OFF 펄스신호용 전원을 각각 개별적으로 생성하는 2차 전원전압 생성부;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛{Base Drive Unit for Auxiliary Power Supply of Rail Motor}
본 발명은 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보조전원장치의 트랜지스터 모듈의 구동을 보다 효과적으로 제어하여 양질을 전원을 안정적으로 공급할 수 있도록 하는 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛에 관한 것이다.
전기에너지를 이용하는 전동차는 주전원과 보조전원장치가 구비되어 주전원은 전동차를 견인하는데 주로 사용되고, 보조전원장치는 전동차의 제어회로, 조명장치, 냉난방장치 등과 같이 열차의 구동에 직접적으로 관련이 없는 기기에 전원을 공급한다.
보조전원장치는 전차선으로부터 팬터그래프를 통하여 공급받은 직류전원을 전력용 반도체소자를 이용하여 정전압, 정주파수의 교류전원으로 변환시키는 역할을 한다.
팬터그래프를 통해 공급받은 DC 1500V의 직류전원을 1차로 강하시켜 DC 770V로 만들고, 도1에 예시된 바와 같이, 베이스 드라이브 유닛(BDU)을 통해 트랜지스터 모듈(각 모듈별 트랜지스터 다수개를 병렬 운전) 12개의 조합으로 각 트랜지스터 모듈별 30도의 위상차를 가지고 동작하여 직류전원을 교류전원으로 변환시킨다.
인버터 기능을 하는 베이스 드라이브 유닛은 피구동소자인 트랜지스터 모듈의 특성에 맞게 설계되어야 하며, 병렬운전에 있어서는 트랜지스터 베이스 전류의 균등한 분담이 중요하다.
특히, 온도 변화 등의 요인으로 부하 요구량이 증가하는데 따른 충분한 전류가 지속적이고 안정적으로 공급되어야 한다.
도2는 종래의 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛을 도시하는 회로도이다.
도2를 참조하면, 24V DC가 24+ 라인과 24- 라인에 입력되어 C1, C2를 거치면서 평활화와 노이즈를 감쇄시키고, T1과 C5가 병렬 공진회로를 구성하여 발생된 공진주파수로 Q1, Q2 트랜지스터를 교번적으로 동작하여 1X, 1U를 통해 1차로 구형파 전원을 공급하고, 공급된 구형파 전원을 T2 트랜스의 1차 2차 권선비에 따라 3종류의 전원을 출력하는 2 Trans식 로이어방식(DC to DC forward Converter)을 사용한다.
T2 트랜스포머에서 출력되는 전원은 DS1 다이오드를 거치면서 전파 정류되고 C11, C12를 거치면서 평활화와 노이즈 감쇠가 되어 제어회로용 전원으로 공급된다. 그리고 DS2 다이오드를 거치면서 전파 정류되고 C13을 거치면서 평활화되어 ON 펄스신호용 전원으로 공급되며, DS3 다이오드를 거치면서 전파 정류되고 C14를 거치면서 평활화되어 OFF 펄스신호용 전원으로 공급된다.
이어서 광(Optical) Fiber를 통해 입력되는 신호는 SIG로 입력되어 IC1을 거치면서 정형화되고 Q3, Q4를 통해 ON/OFF 펄스에 따라 FET와 트랜지스터를 구동할 수 있는 신호로 변경된다. 이 신호는 트랜지스터 Q6, Q8을 거쳐 FET Q5, Q7을 구동하여 최종적으로 트랜지스터 모듈 출력용 신호를 출력하게 된다.
그러나 상술한 종래의 베이스 드라이브 유닛은 전원부가 센터탭을 이용한 자려 공진방식인데 전동차의 열악한 운용 환경에서 주변 온도나 부품의 열화에 의해 공진주파수가 변하게 되며, 특히 트랜스포머의 경우 장기간 사용에 따른 열화로 인해 그 특성과 안정성이 점차 떨어지고 부하에 따라 출력 전압이 변동되는 문제점이 있다.
또한, 전원부 출력 방식이 다이오드를 이용한 전파정류 방식이라 출력전압의 리플과 노이즈가 발생하여 양질의 전원을 공급하지 못하는 문제점이 있다.
그리고 보조전원장치에서 12개의 베이스 드라이브 유닛을 통해 트랜지스터 모듈 12개의 조합으로 각 트랜지스터 모듈별 30도의 위상차를 가지고 동작하여 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 광(Optical) Fiber 신호의 이상 또는 트랜지스터 모듈의 고장이 발생할 경우 이상이 발생한 부분을 찾기 어려운 문제점이 있다.
KR 10-2014-0062388 A KR 10-1793658 B1 KR 10-1477447 B1 KR 10-1317212 B1
앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전동차의 열악한 운용 환경에서 주변 온도나 부품의 열화에서도 안정적인 전원공급이 가능하고, ON/OFF 펄스 출력 파형의 개선 및 리플과 노이즈 발생을 억제하여 양질을 전원을 안정적으로 공급할 수 있도록 하는 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 광신호의 이상 또는 트랜지스터 모듈의 고장이 발생할 경우 이상이 발생한 부분을 파악하여 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 외부에서 공급되는 고압의 직류전원을 정전압·정주파수의 교류전원으로 변환시키는 전동차 보조전원장치의 트랜지스터 모듈에 베이스 구동신호를 제공하는 베이스 드라이브 유닛에 있어서, 상기 트랜지스터 모듈을 구동하기 위한 제어신호를 기지정된 입력수단으로부터 수신하는 광신호 수신부; 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전원으로 변환한 후 정류하여 일정 레벨의 직류 출력 전압을 생성하는 1차 전원전압 생성부; 및 상기 1차 전원전압 생성부에서 생성된 직류 출력 전압을 전달받아 상기 트랜지스터 모듈을 구동하기 위한 ON 펄스신호용 전원 및 OFF 펄스신호용 전원을 각각 개별적으로 생성하는 2차 전원전압 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 1차 전원전압 생성부는, 직류 입력 전압에서 발생 가능한 과전압, 과전류, 돌입전류, 역전류, 노이즈 및 서지 입력 중 적어도 하나를 방지하는 전원보호회로와, 상기 전원보호회로를 통과한 직류 입력 전압을 스위칭하여 일정 레벨의 직류 출력 전압으로 변환하는 SMPS 전원회로와, 상기 직류 입력 전압을 일정한 ON-OFF 시간 비율로 나누기 위한 스위칭신호를 생성하여 상기 SMPS 전원회로에 인가하는 PWM 컨트롤러와, 상기 광신호 수신부에 수신된 제어신호를 정형화하고 ON/OFF 펄스에 따라 트랜지스터를 구동하는 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호로 변환하여 출력하는 신호처리 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 SMPS 전원회로는, 상기 전원보호회로를 통과한 직류 입력 전압을 상기 PWM 컨트롤러의 ON-OFF 시간 비율 제어에 따라 스위칭하는 FET 회로와, 상기 FET 회로에서 스위칭된 입력 전원을 교류 형태의 전원으로 변환하는 트랜스포머와, 상기 교류 형태의 전원을 정류 및 필터링하여 직류 출력 전압으로 변환하는 정류필터와, 전동차에서 사용되는 부하의 증감에 따라 상기 PWM 컨트롤러의 ON-OFF 시간 비율을 조절하는 피드백 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2차 전원전압 생성부는, 상기 SMPS 전원회로로부터 공급되는 전원을 일정 레벨 낮추어 제1정전압을 출력하는 제1스텝다운 레귤레이터와, 상기 제1스텝다운 레귤레이터의 출력단과 연결되어 상기 제1정전압이 다이오드-인덕터-저항을 통해 ON 펄스신호용 전원으로 공급되도록 하는 ON 펄스신호용 전원회로와, 상기 SMPS 전원회로로부터 공급되는 전원을 일정 레벨 낮추어 제2정전압을 출력하는 제2스텝다운 레귤레이터와, 상기 제2스텝다운 레귤레이터의 출력단과 연결되어 상기 제2정전압이 다이오드-인덕터-저항을 통해 OFF 펄스신호용 전원이 역방향 바이어스로 공급되도록 하는 OFF 펄스신호용 전원회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2차 전원전압 생성부는, 메모리, 레지스터, 연산회로 및 제어회로를 내포하여 입력되는 소정 신호를 해독하여 연산 및 제어 동작을 수행하는 MPU(마이크로 프로세싱 유닛)을 더 포함하며, 상기 MPU는 상기 제1스텝다운 레귤레이터와 전기적으로 연결되어 베이스 드라이브 유닛의 초기 기동시 상기 제1스텝다운 레귤레이터의 턴온(Turn-On) 타이밍을 조절하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 신호처리 제어회로에서 출력되는 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호는 저항과 제너다이오드를 거쳐 일정 레벨로 변형된 상태로 상기 MPU에 입력되고, 상기 트랜지스터 모듈의 B단자 출력은 저항과 제너다이오드를 거쳐 일정 레벨로 변형된 상태로 상기 MPU에 입력되며, 상기 MPU는 연산회로 및 제어회로를 통해 상기 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호 및 B단자 출력의 이상 여부를 감지하여 이상 발생시 고장신호를 기지정된 고장표시램프로 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2차 전원전압 생성부(500)는, 상기 ON 펄스신호용 전원회로의 출력단에 연결되는 제1전계효과 트랜지스터와, 상기 OFF 펄스신호용 전원회로의 출력단에 연결되는 제2전계효과 트랜지스터를 더 포함하며, 상기 신호처리 제어회로에서 출력되는 ON 펄스신호는 상기 제1전계효과 트랜지스터에 인가되어 상기 트랜지스터 모듈에 ON 펄스신호용 전원이 공급되도록 하고, 상기 신호처리 제어회로에서 출력되는 OFF 펄스신호는 상기 제2전계효과 트랜지스터에 인가되어 상기 트랜지스터 모듈에 OFF 펄스신호용 전원이 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 전동차의 열악한 운용 환경에서 주변 온도나 부품의 열화에서도 출력 전압의 변동이 없고 부하가 변동되더라도 전원 공급을 안정적으로 유지할 수 있는효과가 있다.
둘째, ON/OFF 펄스 출력 파형의 개선 및 리플과 노이즈 발생을 억제하여 양질을 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
셋째, DC 공급 전원의 변동이나 서지, 역전류, 과전압, 기동시 돌입전류에 대한 내부 소자를 보호할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 광신호의 이상 또는 트랜지스터 모듈의 고장이 발생할 경우 이상이 발생한 부분을 육안으로 식별하여 유지 보수의 편의성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 회로를 설계함에 있어 부피가 큰 트랜스포머, 방열판 등이 무게 중심의 하부에 위치하도록 구성하여 기구적 물성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도1은 베이스 드라이브 유닛(BDU)에 대한 개념을 설명하기 위한 예시도이고,
도2는 종래의 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛을 도시하는 회로도이고,
도3은 본 발명의 실시예에 따른 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛을 개략적으로 나타낸 블록도이고,
도4는 본 발명의 실시예에 따른 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛을 도시하는 블록다이어그램이고,
도5는 본 발명의 1차 전원전압 생성부에 대한 구성을 구체적으로 나타낸 회로도이고,
도6은 본 발명의 2차 전원전압 생성부에 대한 구성을 제1실시예에 따라 구체적으로 나타낸 회로도이고,
도7은 본 발명의 2차 전원전압 생성부에 대한 구성을 제2실시예에 따라 구체적으로 나타낸 회로도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛은, 도3에 도시된 바와 같이, 크게 광신호 수신부(100)와 1차 전원전압 생성부(300) 및 2차 전원전압 생성부(500)를 포함하는 구성으로서, 외부에서 공급되는 고압의 직류전원을 정전압·정주파수의 교류전원으로 변환시키는 전동차 보조전원장치의 트랜지스터 모듈(700)에 베이스 구동신호를 제공한다.
먼저, 광신호 수신부(100)는 상기 트랜지스터 모듈(700)을 구동하기 위한 제어신호를 기지정된 입력수단으로부터 수신한다. 이러한 광신호 수신부(100)는 해당 기술분야에서 일반적으로 속하는 구성에 해당하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 1차 전원전압 생성부(300)는 직류 입력 전압을 구형파 형태의 전원으로 변환한 후 정류하여 일정 레벨의 직류 출력 전압을 생성하는 것으로, 도4에 도시된 바와 같이, 전원보호회로(310)와 SMPS 전원회로(350) 및 PWM 컨트롤러(330) 그리고 신호처리 제어회로(370)를 포함한다.
여기서, 상기 전원보호회로(310)는 직류 입력 전압에서 발생 가능한 과전압, 과전류, 돌입전류, 역전류, 노이즈 및 서지 입력 중 적어도 하나를 방지하기 위한 것으로서, 도5에 구체적으로 도시된 바와 같이, 자동복귀형 퓨즈(RT1)와 돌입전류 방지용 서미스터(L5)와 역전류 방지용 다이오드(D22)와 서지 보호용 TVS 다이오드(D25) 및 노이즈 필터회로(U0)를 포함한다.
상기 자동복귀형 퓨즈(RT1)는 PTC 서미스터로 회로에 과전류, 과전압이 흐를 때 이를 차단시켜 주는 역할을 하며, 원인 제거시 다시 자동 복귀된다.
상기 돌입전류 방지용 서미스터(L5)는 부하가 연결되었을 때 순간적으로 전류가 증가하여 회로가 손상되는 것을 방지한다.
상기 역전류 방지용 다이오드(D22)는 24+ 라인과 24- 라인에 전원이 잘못 연결되었을 때 회로가 손상되는 것을 방지한다.
상기 서지 보호용 TVS 다이오드(D25)는 24+ 라인에 정격 전원 이상으로 입력되거나 노이즈, 정전기에 의한 서지에 의해 회로가 손상되는 것을 방지한다.
상기 노이즈 필터회로(U0)는 입력 전원의 평활화와 노이즈를 감쇄시킨다.
그리고 상기 SMPS 전원회로(350)는 상기 전원보호회로(310)를 통과한 직류 입력 전압을 스위칭하여 일정 레벨의 직류 출력 전압으로 변환하는 것으로, 도5에 구체적으로 도시된 바와 같이, FET 회로(U1)와 트랜스포머(T1)와 정류필터(U2) 및 피드백 회로(U8)를 포함한다.
상기 FET 회로(U1)는 상기 전원보호회로(310)를 통과한 직류 입력 전압을 PWM 컨트롤러(330)의 ON-OFF 시간 비율 제어에 따라 스위칭한다.
상기 트랜스포머(T1)는 상기 FET 회로(U1)에서 스위칭된 입력 전원을 교류 형태의 전원으로 변환한다.
상기 정류필터(U2)는 상기 교류 형태의 전원을 정류 및 필터링하여 직류 출력 전압으로 변환한다.
상기 정류필터(U2)의 출력단에는 TVS 다이오드(D26, D28)가 연결되어 SMPS 전원회로(350)에서 출력된 전압이 정격 전원 이상이거나 노이즈, 정전기 등에 의한 서지에 의해 회로가 손상되는 것을 방지한다.
상기 피드백 회로(U8)는 전동차에서 사용되는 부하의 증감에 따라 상기 PWM 컨트롤러(330)의 ON-OFF 시간 비율을 조절함으로써 항상 일정한 전압이 공급될 수 있도록 한다.
그리고 상기 PWM 컨트롤러(330)는 상기 직류 입력 전압을 일정한 ON-OFF 시간 비율로 나누기 위한 스위칭신호를 생성하여 상기 SMPS 전원회로(350)에 인가한다.
그리고 상기 신호처리 제어회로(370)는 상기 광신호 수신부(100)에 수신된 제어신호를 정형화하고 ON/OFF 펄스에 따라 트랜지스터를 구동하는 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호로 변환하여 출력한다. 즉, 상기 제어신호는 신호처리 제어회로(370)의 신호입력단(SIG_IN)에 입력되어 싱글타이머(IC1)를 거치면서 정형화되고 트랜지스터(Q3, Q4)를 통해 ON/OFF 펄스에 따라 FET와 트랜지스터를 구동할 수 있는 신호로 변경되는 것이다. 변경된 신호는 ON 펄스 시 후술할 2차 전원전압 생성부(500)의 트랜지스터(Q6)과 그 주변회로에 의해 전계효과트랜지스터(Q12)를 구동하여 트랜지스터 모듈(700)에 ON 펄스신호용 전원을 공급한다. 또한 상기 변경된 신호는 OFF 펄스 시 트랜지스터(Q8)과 그 주변회로에 의해 전계효과트랜지스터(Q13)를 구동하여 트랜지스터 모듈(700)에 OFF 펄스신호용 전원을 공급한다. 광신호가 없을 때에는 OFF 펄스신호용 전원을 트랜지스터 모듈(700)에 공급하는 상태를 유지한다.
다음으로, 2차 전원전압 생성부(500)는 상기 1차 전원전압 생성부(300)에서 생성된 직류 출력 전압을 전달받아 상기 트랜지스터 모듈(700)을 구동하기 위한 ON 펄스신호용 전원 및 OFF 펄스신호용 전원을 각각 개별적으로 생성하는 것으로, 도4에 도시된 바와 같이, 제1스텝다운 레귤레이터(530)와 ON 펄스신호용 전원회로(540)와 제2스텝다운 레귤레이터(550)와 OFF 펄스신호용 전원회로(560)와 MPU(520)를 포함한다.
상기 제1스텝다운 레귤레이터(530)는 상기 SMPS 전원회로(350)로부터 공급되는 전원을 일정 레벨 낮추어 제1정전압을 출력한다.
상기 ON 펄스신호용 전원회로(540)는, 도6에 구체적으로 도시된 바와 같이, 상기 제1스텝다운 레귤레이터(530)의 출력단과 연결되어 상기 제1정전압이 다이오드(D27)-인덕터(L2)-저항(R31)을 통해 ON 펄스신호용 전원으로 공급되도록 한다. 즉, 제1스텝다운 레귤레이터(530)와 다이오드(D27), 인덕터(L2)를 거치면서 ON 펄스신호용 전원으로 만들어지고 커패시터(C18, C13)를 거치면서 평활화 및 노이즈 감쇄가 이루어져 제1전계효과 트랜지스터(Q12)에 연결된다.
그리고 출력전류의 조절이 가능한 ON 펄스신호용 전원회로(540)는 광신호 수신부(100)를 통해 입력되는 제어신호의 ON 펄스 신호 시 사용되는 전원을 공급하며, ON 펄스 시 트랜지스터 모듈(700)에 흐르는 전류의 양을 포텐션미터(VR1)을 이용하여 조절할 수 있다. ON 펄스 시 전류의 양은 전동차의 제작사에 따라 다르므로 전류의 양을 조절하여 적용이 가능하게 한다.
상기 제2스텝다운 레귤레이터(550)는 상기 SMPS 전원회로(350)로부터 공급되는 전원을 일정 레벨 낮추어 제2정전압을 출력한다.
상기 OFF 펄스신호용 전원회로(560)는 상기 제2스텝다운 레귤레이터(550)의 출력단과 연결되어 상기 제2정전압이 다이오드(D10)-인덕터(L4)-저항(R28, R29)을 통해 OFF 펄스신호용 전원이 역방향 바이어스로 공급되도록 한다. 즉, 제2스텝다운 레귤레이터(550)와 다이오드(D10), 인덕터(L4)를 거치면서 OFF 펄스신호용 전원으로 만들어지고 커패시터(C23, C14)를 거치면서 평활화 및 노이즈 감쇄가 이루어져 OFF 펄스신호용 전원이 역방향 바어이스로 제2전계효과 트랜지스터(Q13)에 연결된다. 그리고 저항(R28, R29)에 의해 OFF 펄스신호용 전원전압이 결정된다.
제어회로용 전원회로는 도6의 실시예에서와 같이 정전압 레귤레이터(510)가 SMPS 전원회로(350)의 출력 전원을 그대로 사용할 수 있다.
뿐만 아니라, 상황에 따라서는 도7의 실시예에서와 같이 제3스텝다운 레귤레이터(570)와 제어회로용 전원회로(580)를 사용함으로써, 내부 제어전원 및 정전압 레귤레이터(510)에 전원을 공급한다. 즉, 제3스텝다운 레귤레이터(570)와 제너다이오드(D8)와 인덕터(L3)를 거치면서 제어전원용 전원으로 만들어지고 커패시터(C17, C11)를 거치면서 평활화 및 노이즈 감쇄가 이루어져 내부 제어전원 및 정전압 레귤레이터(510)에 공급된다. 그리고 저항(R26, R27)에 의해 제어전원용 전원전압이 결정된다.
여기서, 출력 펄스 개선용 커패시터(C11, C13)는 등가저항이 낮은 Low ESR 커패시터를 적용하여 트랜지스터 모듈의 ON/OFF 펄스 출력파향의 에지 부분에서 리플, 노이즈, 발진 등을 감쇄시켜 출력 파형을 개선할 수 있다. 또한 커패시터(C35)는 라이징 시 발생하는 슈팅 현상을 완화시키는 기능을 한다.
상기 MPU(520)는 메모리, 레지스터, 연산회로 및 제어회로를 내포하여 입력되는 소정 신호를 해독하여 연산 및 제어 동작을 수행한다.
여기서, 상기 MPU(520)는 상기 제1스텝다운 레귤레이터(530)와 전기적으로 연결되어 베이스 드라이브 유닛의 초기 기동시 상기 제1스텝다운 레귤레이터(530)의 턴온(Turn-On) 타이밍을 조절함으로써 ON/OFF 펄스전원이 서로 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 도6 및 도7에 도시된 바에 따르면, 상기 신호처리 제어회로(370)에서 출력되는 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호는 저항(R56)과 제너다이오드(ZD5)를 거쳐 일정 레벨로 변형된 상태로 상기 MPU(520)에 입력되는 것이 바람직한데, 60Hz 출력 주파수 및 전압 레벨을 검사하여 ON/OFF 펄스 신호의 이상 유무를 확인하는 기능을 한다.
또한, 상기 트랜지스터 모듈(700)의 B단자 출력은 저항(R23)과 제너다이오드(ZD4)를 거쳐 일정 레벨로 변형된 상태로 상기 MPU(520)에 입력되는 것이 바람직한데, ON/OFF 펄스 신호의 주파수 및 전압 레벨을 검사하여 트랜지스터 모듈(700) 출력의 이상 유무를 확인하는 기능을 한다.
덧붙여, 상기 MPU(520)는 ON/OFF 펄스 신호나 트랜지스터 모듈 출력의 이상 감지 시 트랜지스터 모듈(700)을 보호하기 위해 상술한 제1, 2스텝다운 레귤레이터의 전원을 차단할 수 있다.
이때, 상기 MPU(520)는 연산회로 및 제어회로를 통해 상기 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호 및 B단자 출력의 이상 여부를 감지하여 이상 발생시 고장신호를 기지정된 고장표시램프(LD2)로 출력할 수 있게 된다. 고장표시램프(LD2)는 이상 증상에 따라 램프의 점멸 상태를 달리하여 표시할 수 있다.
한편, 상기 2차 전원전압 생성부(500)는, 앞서 이미 언급한 바와 같이, 상기 ON 펄스신호용 전원회로(540)의 출력단에 연결되는 제1전계효과 트랜지스터(Q12)와, 상기 OFF 펄스신호용 전원회로(560)의 출력단에 연결되는 제2전계효과 트랜지스터(Q13)를 더 포함할 수 있다.
이에, 상기 신호처리 제어회로(370)에서 출력되는 ON 펄스신호는 상기 제1전계효과 트랜지스터(Q12)에 인가되어 상기 트랜지스터 모듈(700)에 ON 펄스신호용 전원이 공급될 수 있으며, 상기 신호처리 제어회로(370)에서 출력되는 OFF 펄스신호는 상기 제2전계효과 트랜지스터(Q13)에 인가되어 상기 트랜지스터 모듈(700)에 OFF 펄스신호용 전원이 공급될 수 있는 것이다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 전동차의 열악한 운용 환경에서 주변 온도나 부품의 열화에서도 출력 전압의 변동이 없고 부하가 변동되더라도 전원 공급을 안정적으로 유지할 수 있는효과가 있다.
둘째, ON/OFF 펄스 출력 파형의 개선 및 리플과 노이즈 발생을 억제하여 양질을 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
셋째, DC 공급 전원의 변동이나 서지, 역전류, 과전압, 기동시 돌입전류에 대한 내부 소자를 보호할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정에서 광신호의 이상 또는 트랜지스터 모듈의 고장이 발생할 경우 이상이 발생한 부분을 육안으로 식별하여 유지 보수의 편의성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 회로를 설계함에 있어 부피가 큰 트랜스포머, 방열판 등이 무게 중심의 하부에 위치하도록 구성하여 기구적 물성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 광신호 수신부
300: 1차 전원전압 생성부
310: 전원보호회로
330: PWM 컨트롤러
350: SMPS 전원회로
370: 신호처리 제어회로
500: 2차 전원전압 생성부
510: 정전압 레귤레이터
520: MPU
530: 제1스텝다운 레귤레이터
540: ON 펄스신호용 전원회로
550: 제2스텝다운 레귤레이터
560: OFF 펄스신호용 전원회로
570: 제3스텝다운 레귤레이터
580: 제어회로용 전원회로
700: 트랜지스터 모듈

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 외부에서 공급되는 고압의 직류전원을 정전압·정주파수의 교류전원으로 변환시키는 전동차 보조전원장치의 트랜지스터 모듈(700)에 베이스 구동신호를 제공하는 베이스 드라이브 유닛에 있어서,
    상기 트랜지스터 모듈(700)을 구동하기 위한 제어신호를 기지정된 입력수단으로부터 수신하는 광신호 수신부(100);
    직류 입력 전압을 구형파 형태의 전원으로 변환한 후 정류하여 일정 레벨의 직류 출력 전압을 생성하는 것으로, 직류 입력 전압에서 발생 가능한 과전압, 과전류, 돌입전류, 역전류, 노이즈 및 서지 입력 중 적어도 하나를 방지하는 전원보호회로(310)와, 상기 전원보호회로(310)를 통과한 직류 입력 전압을 스위칭하여 일정 레벨의 직류 출력 전압으로 변환하는 SMPS 전원회로(350)와, 상기 직류 입력 전압을 일정한 ON-OFF 시간 비율로 나누기 위한 스위칭신호를 생성하여 상기 SMPS 전원회로(350)에 인가하는 PWM 컨트롤러(330)와, 상기 광신호 수신부(100)에 수신된 제어신호를 정형화하고 ON/OFF 펄스에 따라 트랜지스터를 구동하는 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호로 변환하여 출력하는 신호처리 제어회로(370)를 포함하는 1차 전원전압 생성부(300); 및
    상기 1차 전원전압 생성부(300)에서 생성된 직류 출력 전압을 전달받아 상기 트랜지스터 모듈(700)을 구동하기 위한 ON 펄스신호용 전원 및 OFF 펄스신호용 전원을 각각 개별적으로 생성하는 것으로, 상기 SMPS 전원회로(350)로부터 공급되는 전원을 일정 레벨 낮추어 제1정전압을 출력하는 제1스텝다운 레귤레이터(530)와, 상기 제1스텝다운 레귤레이터(530)의 출력단과 연결되어 상기 제1정전압이 다이오드(D27)-인덕터(L2)-저항(R31)을 통해 ON 펄스신호용 전원으로 공급되도록 하는 ON 펄스신호용 전원회로(540)와, 상기 SMPS 전원회로(350)로부터 공급되는 전원을 일정 레벨 낮추어 제2정전압을 출력하는 제2스텝다운 레귤레이터(550)와, 상기 제2스텝다운 레귤레이터(550)의 출력단과 연결되어 상기 제2정전압이 다이오드(D10)-인덕터(L4)-저항(R28,R29)을 통해 OFF 펄스신호용 전원이 역방향 바이어스로 공급되도록 하는 OFF 펄스신호용 전원회로(560)를 포함하는 2차 전원전압 생성부(500);를 포함하며,
    상기 SMPS 전원회로(350)는,
    상기 전원보호회로(310)를 통과한 직류 입력 전압을 상기 PWM 컨트롤러(330)의 ON-OFF 시간 비율 제어에 따라 스위칭하는 FET 회로(U1)와,
    상기 FET 회로(U1)에서 스위칭된 입력 전원을 교류 형태의 전원으로 변환하는 트랜스포머(T1)와,
    상기 교류 형태의 전원을 정류 및 필터링하여 직류 출력 전압으로 변환하는 정류필터(U2)와,
    전동차에서 사용되는 부하의 증감에 따라 상기 PWM 컨트롤러(330)의 ON-OFF 시간 비율을 조절하는 피드백 회로(U8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 2차 전원전압 생성부(500)는,
    메모리, 레지스터, 연산회로 및 제어회로를 내포하여 입력되는 소정 신호를 해독하여 연산 및 제어 동작을 수행하는 MPU(520)을 더 포함하며,
    상기 MPU(520)는 상기 제1스텝다운 레귤레이터(530)와 전기적으로 연결되어 베이스 드라이브 유닛의 초기 기동시 상기 제1스텝다운 레귤레이터(530)의 턴온(Turn-On) 타이밍을 조절하는 것을 특징으로 하는 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신호처리 제어회로(370)에서 출력되는 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호는 저항(R56)과 제너다이오드(ZD5)를 거쳐 일정 레벨로 변형된 상태로 상기 MPU(520)에 입력되고,
    상기 트랜지스터 모듈(700)의 B단자 출력은 저항(R23)과 제너다이오드(ZD4)를 거쳐 일정 레벨로 변형된 상태로 상기 MPU(520)에 입력되며,
    상기 MPU(520)는 연산회로 및 제어회로를 통해 상기 ON 펄스신호와 OFF 펄스신호 및 B단자 출력의 이상 여부를 감지하여 이상 발생시 고장신호를 기지정된 고장표시램프(LD2)로 출력하는 것을 특징으로 하는 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 2차 전원전압 생성부(500)는,
    상기 ON 펄스신호용 전원회로(540)의 출력단에 연결되는 제1전계효과 트랜지스터(Q12)와,
    상기 OFF 펄스신호용 전원회로(560)의 출력단에 연결되는 제2전계효과 트랜지스터(Q13)를 더 포함하며,
    상기 신호처리 제어회로(370)에서 출력되는 ON 펄스신호는 상기 제1전계효과 트랜지스터(Q12)에 인가되어 상기 트랜지스터 모듈(700)에 ON 펄스신호용 전원이 공급되도록 하고,
    상기 신호처리 제어회로(370)에서 출력되는 OFF 펄스신호는 상기 제2전계효과 트랜지스터(Q13)에 인가되어 상기 트랜지스터 모듈(700)에 OFF 펄스신호용 전원이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 전동차 보조전원장치용 베이스 드라이브 유닛.
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