KR101898117B1 - 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기 - Google Patents

교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기 Download PDF

Info

Publication number
KR101898117B1
KR101898117B1 KR1020170065268A KR20170065268A KR101898117B1 KR 101898117 B1 KR101898117 B1 KR 101898117B1 KR 1020170065268 A KR1020170065268 A KR 1020170065268A KR 20170065268 A KR20170065268 A KR 20170065268A KR 101898117 B1 KR101898117 B1 KR 101898117B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
switch
output
filter
input
Prior art date
Application number
KR1020170065268A
Other languages
English (en)
Inventor
박시우
장철호
최영균
조찬용
Original Assignee
박시우
주식회사 태일시스템
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박시우, 주식회사 태일시스템 filed Critical 박시우
Priority to KR1020170065268A priority Critical patent/KR101898117B1/ko
Priority to PCT/KR2018/005917 priority patent/WO2018217039A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101898117B1 publication Critical patent/KR101898117B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M2001/0003—
    • H02M2001/0064—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명은 두 개의 교류 스위치를 이용하여 구조가 간단하고 비용이 저렴한 자동 전압 조정기를 구현하고 이의 출력전압을 매우 정밀하게 제어할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 연속되는 펄스 형태로 입력되는 교류전압을 평활하여, 입력전압에 비하여 레벨은 낮지만 그 입력전압과 동일한 형태의 교류전압을 생성하여 출력하는 LC 필터; 제1제어신호에 따라 상기 입력전압을 스위칭하여 상기 연속되는 펄스 형태로 입력되는 교류전압을 생성하여 상기 LC 필터에 공급하는 제1교류 스위치; 및 제1교류 스위치가 턴오프되는 주기마다 제2제어신호에 따라 스위칭 동작하여, 상기 LC 필터의 인덕터에 흐르던 전류를 서서히 감소시키기 위한 폐루프를 제공하는 제2교류 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기{AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR HAVING AC SWITCH}
본 발명은 교류 스위치를 이용하여 출력전압을 정밀하게 제어하는 기술에 관한 것으로, 특히 두 개의 교류 스위치를 이용하여 구조가 간단하고 비용이 저렴한 자동 전압 조정기를 구현하고 이의 출력전압을 매우 정밀하게 제어할 수 있도록 한 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기에 관한 것이다.
자동 전압 조절기(AVR : Automatic Voltage Regulator)는 입력 전압의 변동에 관계없이 항상 출력전압을 일정하게 유지시켜주는 장치이다. 입력 전압의 변동에 민감한 전기, 전자 설비에 있어서 입력 전압이 갑자기 상승되거나 하강되는 변화는 설비 자체에 문제를 초래할 뿐만 아니라 해당 설비로 생산되는 제품의 품질 저하와 같은 2차적인 문제를 발생시킬 수 있다.
종래 기술에 의한 자동 전압 조절기는 변압기에 다수의 탭을 만들어 두고 요구 전압에 따라 탭을 절환하여 요구된 전압이 출력되도록 하고 있다. 그런데, 이와 같은 탭 절환 방식을 이용하는 경우 탭 변환 시간이 많이 걸리고 탭과 탭 사이의 전압은 만들 수가 없기 때문에 선형적인 출력 전압의 안정성을 만들어 낼 수는 문제점이 있다.
근래 들어, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 전압의 급강하 또는 급상승으로부터 민감한 부하를 보호하기 위한 순간전압 강하 보상기 (Dynamic Voltage Restorer)가 제안되었다. 그런데, 이와 같은 순간전압 강하 보상기는 간접 교류-교류 전력 변환을 사용하므로, 직접 교류-교류 전력 변환에 대비하여 많은 전력 반도체 소자를 사용하여 비용 상승을 유발시키고, 많은 손실이 발생되며 효율이 낮은 등의 문제점이 있다. 또한, 이와 같은 자동 전압 조절기는 에너지 저장 소자인 직류-링크 커패시터를 사용하므로, 제품의 크기가 증가되고 유지보수가 어려운 문제점이 있었다.
최근 들어, 이와 같은 문제점들을 개선하기 위한 교류 초퍼형 자동 전압 조정기 (공개특허 2013-0062695)가 제안되었다.
도 1은 종래 기술에 의한 교류 초퍼형 자동 전압 조정기의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이 교류초퍼(110), 변압기(120), 바이패스 회로(130), 전압 검출부(140), 극성 검출부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
교류 초퍼(110)는 입력전압(Vi)을 소정 비율의 교류전력으로 변환하여 출력한다. 변압기(120)는 상기 교류초퍼(110)의 출력전압(VC)을 보상전압(VCO)으로 변환하여 출력한다. 바이패스 회로(130)는 상기 보상전압(VCO)의 위상을 위상을 결정한다. 전압 검출부(140)는 자동전압조절기(100)로 입력되는 입력전압(Vi)을 검출하여 그 검출된 입력전압(Vi)을 디지털신호로 변환하여 출력한다. 극성 검출부(150)는 자동전압조절기(100)로 입력되는 입력전압(Vi)의 극성을 검출한다. 제어부(160)는 상기 전압검출부(140)를 통해 검출된 입력전압(Vi)에 따라 상기 교류 초퍼(110)의 제1 내지 제4 스위치(S1-S4)의 구동신호의 듀티비(duty ratio)를 제어한다.
이와 같은 자동전압조절기(100)의 경우, 입력전압(Vi)의 극성에 따라 4개의 스위치(S1-S4)를 제어하는 방법이 달라져서 총 8가지의 제어 모드가 필요하다. 아래의 표는 제어부(160)에 의한 상기 8 가지 제어 모드의 스위칭 패턴을 나타낸 것이다.
Figure 112017050435560-pat00001
이와 같이 종래의 교류 초퍼형 자동 전압 조정기는 입력 전압의 극성에 따라 스위치들을 턴온시키거나 턴오프시키게 되어 있어 그에 따른 제어 과정이 복잡하고, 입력전압의 극성 판별에 오류가 발생하면 제어 모드에도 오류가 발생되어 출력전압을 일정하게 유지하는데 어려움이 있다.
또한, 종래 기술에 의한 교류 초퍼형 자동 전압 조정기는 다수의 스위칭 전력 반도체가 사용되어 구조가 복잡하고 입력 전압의 극성을 판단하여 그에 따른 조합의 스위칭 제어신호를 생성해야 하는 등 제어과정이 복잡한 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 두 개의 교류 스위치를 이용하여 구조가 간단하고 비용이 저렴한 자동 전압 조정기를 구현하고 전력 보상을 실시간으로 정밀하게 제어하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기는 연속되는 펄스 형태로 입력되는 교류전압을 평활하여, 입력전압에 비하여 레벨은 낮지만 그 입력전압과 동일한 형태의 교류전압을 생성하여 출력하는 LC 필터; 제1제어신호에 따라 상기 입력전압을 스위칭하여 상기 연속되는 펄스 형태로 입력되는 교류전압을 생성하여 상기 LC 필터에 공급하는 제1교류 스위치; 상기 제1교류 스위치가 턴오프되는 주기마다 제2제어신호에 따라 스위칭 동작하여, 상기 LC 필터의 인덕터에 흐르던 전류를 서서히 감소시키기 위한 폐루프를 제공하는 제2교류 스위치; 상기 LC 필터로부터 공급되는 전압을 승압 또는 감압하여 상기 입력전압의 변동에 관계없이 목표로 하는 레벨의 출력전압을 출력하는 직렬 트랜스포머; 상기 입력전압의 레벨이 목표레벨 보다 낮거나 높을 때 제3제어신호에 따라 스위칭 동작하여, 상기 LC 필터로부터 상기 트랜스포머의 1차코일에 공급되는 전압의 위상을 180도 차이로 전환시켜 출력전압이 승압되거나 감압되게 하는 출력전압 제어부; 및 상기 입력전압의 변동에 관계없이 상기 출력전압이 항상 목표 레벨로 출력되도록 하기 위하여, 상기 입력전압과 상기 출력전압을 근거로 상기 제1 내지 제3제어신호를 생성함과 아울러 이들의 듀티비를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 두 개의 스위칭 전력 반도체만으로 교류 초퍼를 구성할 수 있고, 입력 전압의 극성에 무관하게 1개의 스위치에 인가되는 펄스폭변조신호의 듀티비만 결정하는 것에 의해 입력전압이 목표전압을 추종하게 되므로 단순한 제어과정을 통해 항상 안정된 상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제어신호로 사용되는 펄스폭변조신호의 듀티비의 분해능을 조절하여 출력전압을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 교류 초퍼형 자동 전압 조정기의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기의 블록도이다.
도 3의 (a) 내지 (d)는 도 2 각부의 파형도이다.
도 4는 제1교류스위치 및 제2교류스위치에 공급되는 제어신호의 타이밍도이다.
도 5는 제어부의 상세 블록도이다.
도 6a 내지 6g는 입력전압이 보상처리되어 목표전압의 레벨에 추종하는 것을 나타낸 실험결과의 파형도이다.
도 7은 교류스위치의 다른 실시예를 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이 자동 전압 조정기(200)는 LC 필터(210), 제1교류 스위치(220), 제2교류 스위치(230), 트랜스포머(240), 출력전압 제어부(250), 바이패스 처리부(260), 서지전압 처리부(270) 및 제어부(280)를 포함한다.
LC 필터(210)는 도 3의 (a)와 같은 사인파 형태의 입력전압(Vi)이 제1교류 스위치(220)에 의해 스위칭되어 도 3의 (c)와 같이 연속되는 펄스 형태로 입력되는 교류전압(VL)을 평활하여, 도 3의 (d)와 같이 입력전압(Vi)보다 레벨은 낮지만 동일한 형태의 교류전압(Vc)으로 변환하여 출력한다.
제1교류 스위치(220)는 도 3의 (b)와 같은 제어신호(CTL1)에 따라 도 3의 (a)와 같은 입력전압(Vi)을 스위칭하여 도 3의 (c)와 같이 연속되는 펄스 형태의 교류전압을 LC필터(210)에 공급하는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 제1교류 스위치(220)는 브릿지 다이오드 형태로 연결된 다이오드(D1-D4)와 트랜지스터(Q1)를 구비하되, 다이오드(D1),(D2)의 연결노드가 입력전압(Vi)의 일측단자(AC_L)에 연결되고, 다이오드(D3),(D4)의 연결노드가 LC 필터(210)의 인덕터(L)의 일측 단자에 연결되고, 다이오드(D2),(D4)의 연결노드가 트랜지스터(Q1)의 일측 단자에 연결되고, 다이오드(D1),(D3)의 연결노드가 트랜지스터(Q1)의 타측 단자에 연결된다.
트랜지스터(Q1)는 LC 필터(210)에 흐르는 전류량을 제어하기 위한 것으로, 제어부(280)로부터 공급되는 도 3의 (b)와 같은 펄스폭변조신호 형태의 제어신호(CTL1)에 의해 스위칭 동작한다. 즉, 트랜지스터(Q1)는 상기 제어신호(CTL1)가 '하이'로 공급될 때 턴온된다. 입력전압(Vi)의 정극성 구간에서 트랜지스터(Q1)가 턴온되는 경우 그 입력전압(Vi)이 다이오드(D2), 트랜지스터(Q1) 및 다이오드(D3)를 통해 LC 필터(210)의 인덕터(L)에 공급된다. 그리고, 입력전압(Vi)의 부극성 구간에서 트랜지스터(Q1)가 턴온되는 경우에는 그 입력전압(Vi)이 다이오드(D1), 트랜지스터(Q1) 및 다이오드(D4)를 통해 LC 필터(210)의 인덕터(L)에 공급된다.
제2교류 스위치(230)는 제1교류 스위치(220)의 트랜지스터(Q1)가 턴오프될 때 인덕터(L)에 흐르던 전류를 서서히 감소시키기 위한 폐루프를 제공하는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 제2교류 스위치(230)는 브릿지 다이오드 형태로 연결된 다이오드(D5-D8)와 트랜지스터(Q2)를 구비하되, 다이오드(D5),(D6)의 연결노드가 인덕터(L)의 일측 단자에 연결되고 다이오드(D7),(D8)의 연결노드가 LC 필터(210)의 커패시터(C)의 타측 단자에 연결되고, 다이오드(D6),(D8)의 연결노드가 트랜지스터(Q2)의 일측 단자에 연결되고, 다이오드(D5),(D7)의 연결노드가 트랜지스터(Q2)의 타측 단자에 연결된다.
트랜지스터(Q2)는 상기 폐루프를 형성하기 위하여, 제어부(280)로부터 공급되는 펄스폭변조신호 형태의 제어신호(CTL2)에 의해 스위칭 동작한다. 즉, 트랜지스터(Q2)는 상기 제어신호(CTL2)가 '하이'로 공급될 때 턴온된다. 입력전압(Vi)의 정극성 구간에서 트랜지스터(Q2)가 턴온되는 경우 그 인덕터(L)의 전류가 다이오드(D6), 트랜지스터(Q2) 및 다이오드(D7)를 통해 LC 필터(210)의 커패시터(C)의 타측 단자에 공급된다. 그리고, 입력전압(Vi)의 부극성 구간에서 트랜지스터(Q2)가 턴온되는 경우에는 인덕터(L)의 전류가 다이오드(D5), 트랜지스터(Q2) 및 다이오드(D8)를 통해 LC 필터(210)의 커패시터(C)의 타측 단자에 공급된다.
여기서, 상기 제1교류 스위치(220)의 트랜지스터(Q1)와 제2교류 스위치(230)의 트랜지스터(Q2)는 스위치 소자로서, 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor)로 구현된 것을 예로 하였다. 하지만, 본 스위치가 이 트랜지스터로 한정되는 것이 아니라 다양한 종류의 트랜지스터나 다양한 종류의 스위치가 사용될 수 있다.
트랜스포머(240)는 상기 LC 필터(210)로부터 공급되는 전압을 승압 또는 감압하여 입력전압(Vi)의 변동에 관계없이 항상 목표로 하는 레벨의 출력전압(Vo)이 출력되도록 하는 역할을 한다.
출력전압 제어부(250)는 상기 입력전압(Vi)의 레벨이 목표레벨 보다 낮거나 높을 때 제어신호(CTL3)에 따라 스위칭 동작하여, 상기 LC 필터(210)로부터 공급되는 전압을 트랜스포머(240)의 1차코일의 제1탭(t1)에 연결하거나 제3탭(t3)에 연결하여 출력전압(Vo)을 승압하거나 감압하는 역할을 한다.
이를 위해 상기 출력전압 제어부(250)는 스위치(SW1)를 구비한다. 상기 1차코일의 제1탭(t1)과 제3탭(t3)은 중간탭인 제2탭(t2)을 기준으로 서로 대향되는 위치에 있다. 이에 따라, 제어신호(CTL3)에 의해 상기 스위치(SW1)의 가동단자(a)가 고정단자(b)에 연결될 때와 고정단자(c)에 연결될 때 트랜스포머(240)의 1차코일에 공급되는 전압의 위상차는 180도가 된다.
이에 따라, 입력전압(Vi)의 레벨이 목표 레벨보다 낮을 때 스위치(SW1)의 가동단자(a)가 고정단자(b)에 연결되어 LC 필터(210)로부터 공급되는 전압이 트랜스포머(240)의 1차코일의 제1탭(t1)에 전달되므로 LC 필터(210)의 전압(Vc)이 입력전압(Vi)에 더해진다. 그리고, 입력전압(Vi)의 레벨이 목표 레벨보다 높을 때에는 가동단자(a)가 고정단자(d)에 연결되어 LC 필터(210)로부터 공급되는 전압이 트랜스포머(240)의 1차코일의 제3탭(t3)에 전달되므로 입력전압(Vi)에서 상기 전압(Vc)이 감산된다.
따라서, 입력전압(Vi)의 변동에 관계없이 항상 출력전압(Vo)을 목표로 하는 레벨로 출력할 수 있게 된다.
상기 스위치(SW1)의 종류는 특별하게 한정되는 것이 아니라 다양한 종류의 교류 스위치로 구현할 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체, 기계식 접점 스위치(릴레이) 중에서 어느 하나를 이용하여 구현할 수 있다.
상기와 같이 트랜스포머(240)를 통해 보상 출력되는 출력전압(Vo)의 최대 레벨은 이 트랜스포머(240)의 권선비에 의해 결정되며, 최대 레벨 이하의 범위에서는 제어부(280)로부터 스위치(SW1)에 공급되는 펄스폭변조신호(PWM: Pulse Width Modulation) 형태의 제어신호(CTL3)의 듀티비(duty ratio)에 의해 결정된다.
바이패스 처리부(260)는 자동 전압 조정기(200)에 이상이 발생될 때 트랜스포머(240)의 2차권선의 양단을 단락시켜 출력전압(Vo)을 바이패스시키는 역할을 한다.
이를 위해 상기 바이패스 처리부(260)는 스위치(SW2)를 구비하는데, 이 스위치(SW2)는 제어부(280)로부터 공급되는 제어신호(CTL4)에 의해 스위칭될 수 있다. 다른 예로써, 상기 스위치(SW2)는 릴레이(도면에 미표시)의 b접점 스위치로 구현되어 전원이 차단될 때 자동으로 단락되어 출력전압(Vo)을 바이패스시킬 수 있다.
서지전압 처리부(270)는 제1교류 스위치(220)와 제2교류 스위치(230)의 데드타임(dead-time) 동안에 LC 필터(210)의 인덕터(L)에 흐르던 전류에 의해 발생되는 전압 VL(Ldi/dt)을 받아들여 적절히 처리한 후 내부 전원이나 팬 구동전압 등으로 공급하는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 서지전압 처리부(270)는 상기 트랜지스터(Q1)의 양측 단자에 각기 연결된 다이오드(D9),(D10), 상기 트랜지스터(Q2)의 양측 단자에 각기 연결된 다이오드(D11),(D12), 상기 다이오드(D9),(D10),(D11),(D12)를 통해 공급되는 전압을 충전하기 위한 커패시터(Cx) 및 상기 커패시터(Cx)에 충전된 전압을 내부 전원이나 팬 구동전압 등으로 공급하는데 적당한 형태로 가공하여 출력하는 전원공급장치(271)을 구비한다. 상기 전원공급장치(271)는 SMPS(Switched Mode Power Supply)로 구현될 수 있다.
다이오드(D9),(D10)는 제1교류 스위치(220)의 데드타임 동안에 LC 필터(210)의 인덕터(L)에 흐르던 전류에 의해 발생되는 전압 VL(Ldi/dt)을 받아들여 커패시터(Cx)에 공급하는 역할을 한다. 마찬가지로, 다이오드(D11),(D12)는 제2교류 스위치(230)의 데드타임 동안에 LC 필터(210)의 인덕터(L)에 흐르전 전류에 의해 발생되는 전압 VL(Ldi/dt)을 받아들여 커패시터(Cx)에 공급하는 역할을 한다. 전원공급장치(271)는 상기 커패시터(Cx)에 충전된 전압을 적절히 가공하여 내부 전원이나 팬 구동전압 등으로 공급하는 역할을 한다.
제어부(280)는 입력전압(Vi)의 변동에 관계없이 출력전압(Vo)이 항상 목표 레벨로 출력되도록 하기 위하여, 상기 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo)을 근거로 상기 제어신호(CTL1),(CTL2)의 듀티비를 제어하는 역할을 한다.
제어부(280)는 상기 제어신호(CTL1),(CTL2)를 출력함에 있어서, 도 4에서와 같이 서로 교번되는 주기에 출력한다. 도 4는 제어신호(CTL1),(CTL2)의 각 한 주기를 나타낸 파형도이다. 제어부(280)로부터 상기 제어신호(CTL1)가 출력되어 상기 트랜지스터(Q1)가 턴온될 때, 입력전압(Vi)이 상기 제1교류 스위치(220) 및 LC 필터(210)의 인덕터(L)를 통해 커패시터(C)에 충전되고, 제어부(280)로부터 상기 제어신호(CTL2)가 출력되어 상기 트랜지스터(Q2)가 턴온될 때, 제2교류 스위치(230)가 LC 필터(210)와 함께 폐루프를 형성한다. 이에 따라, 인덕터(L)에 흐르던 전류가 서서히 감소된다. 상기 트랜지스터(Q1),(Q2)가 동시에 턴온되는 것을 방지하기 위하여 도 4에서와 같이 제어신호(CTL1)의 구간(TCTL1)과 제어신호(CTL2)의 구간(TCTL2)의 사이에 데드타임구간(Tdt)을 추가하였다.
제어부(280)는 상기 제어신호(CTL1)의 주기를 설정함에 있어서 보상하고자 하는 전압의 레벨에 따라 설정하고, 이의 듀티비를 설정함에 있어서 입력전압(Vi)이 목표 레벨보다 낮을 때 다음의 [수학식 1]에 따라 설정하고, 입력전압(Vi)이 목표 레벨보다 높을 때에는 다음의 [수학식 2]에 따라 설정한다.
Figure 112017050435560-pat00002
Figure 112017050435560-pat00003
상기 [수학식 1] 및 [수학식 2]에서 n은 트랜스포머(240)의 권선비이고, D는 제어신호(CTL1),(CTL2)의 듀티비이다.
도 4는 제어부(280)의 구현예를 나타낸 상세 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 출력전압 검출부(281), 에러전압 연산기(282), 비례적분 제어기(283), 제1제어신호 출력부(284), 전압 비교부(285) 및 제2제어신호 출력부(286)을 구비한다.
출력전압 검출부(281)는 자동전압 조정기(200)에서 출력되는 출력전압(Vo)을 검출하여 그에 따른 출력전압 검출신호를 출력한다.
에러전압 연산기(282)는 상기 출력전압 검출신호와 전압지령신호(RMS)를 비교하여 그에 따른 에러전압을 출력한다.
PID 제어기(283)는 상기 에러전압을 근거로 출력전압이 상기 전압지령신호(RMS)를 따르도록 PID 제어(Proportional Integral Derivative control)를 수행한다.
제1제어신호 출력부(284)는 상기 PID 제어기(283)의 제어에 따른 듀티비를 갖는 상기 제어신호(CTL1),(CTL2)를 출력한다.
전압 비교부(285)는 자동전압 조정기(200)에 입력되는 입력전압(Vi)과 상기 전압지령신호(RMS)를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력한다.
제2제어신호 출력부(286)는 상기 비교신호에 따라, 상기 스위치(SW1)의 가동단자(a)가 고정단자(b)와 연결되도록 제어신호(CTL3)의 로직을 하이(또는 로우)로 출력하거나 스위치(SW1)의 가동단자(a)가 고정단자(c)와 연결되도록 제어신호(CTL3)의 로직을 로우(또는 하이)로 출력한다.
제1제어신호 출력부(284)로부터 출력되는 제어신호(CTL2)의 구간은 1 주기의 스위칭 구간(TCTL) 중에서 제어신호(CTL1)의 구간과 데드타임(Tdt)의 구간을 제외한 구간에 해당되므로 다음의 [수학식 3]으로 결정된다.
Figure 112017050435560-pat00004
한편, 도 6a 내지 6g는 입력전압(Vi)이 본 발명에 따른 자동 전압 조정기(200)에 의해 보상처리되어 목표전압의 레벨에 추종하는 것을 나타낸 실험결과의 파형도로서 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 6a는 입력전압(Vi)이 목표전압(223V)보다 낮은 187V(CH1)로 입력되는 경우 상기와 같은 보상 경로 즉, LC 필터(210), 제1교류 스위치(220), 트랜스포머(240), 출력전압 제어부(250) 및 제어부(280)에 의해 보상전압(36.6V)(CH4)로 보상처리되어 출력전압(Vo)이 223V(CH2)로 출력되는 것을 나타낸 것이다.
도 6b는 입력전압(Vi)이 목표전압(223V)보다 낮은 200V(CH1)로 입력되는 경우 상기와 같은 보상 경로에 의해 보상전압(17.5V)(CH4)로 보상처리되어 출력전압(Vo)이 223V(CH2)로 출력되는 것을 나타낸 것이다.
도 6c는 입력전압(Vi)이 목표전압(223V)보다 낮은 210V(CH1)로 입력되는 경우 상기와 같은 보상 경로에 의해 보상전압(16.2V)(CH4)로 보상처리되어 출력전압(Vo)이 224(CH2)로 출력되는 것을 나타낸 것이다.
도 6d는 입력전압(Vi)이 목표전압(223V)으로 입력되는 경우 보상처리되지 않아 즉, 보상전압(0.00V)(CH2)으로 보상처리되어 입력전압(223V)이 그대로 출력전압(Vo= 223V)으로 이 출력되는 것을 나타낸 것이다.
한편, 도 7은 상기 제1교류 스위치(220) 및 상기 제2교류 스위치(230)의 다른 실시예를 나타낸 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 제1교류입력단자(AC1)와 공통노드(CN)의 사이에 병렬 연결된 다이오드(D13)와 트랜지스터(Q3); 및 제2교류입력단자(AC2)와 상기 공통노드(CN)의 사이에 병렬 연결된 다이오드(D14)와 트랜지스터(Q4)를 구비한다.
도 7을 참조하면, 도 3의 (b)와 같은 제어신호를 이용하여 트랜지스터(Q3)와 트랜지스터(Q4)를 동시에 턴온시키면 제1교류입력단자(AC1)와 제2교류입력단자(AC2)가 도통 상태가 되어 상기 제1교류 스위치(220) 또는 제2교류 스위치(230)와 동일한 기능을 수행할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
200 : 자동전압 조정기 210 : LC 필터
220 : 제1교류 스위치 220 : 제2교류 스위치
240 : 트랜스포머 250 : 출력전압 제어부
260 : 바이패스 처리부 270 : 서지전압 처리부
280 : 제어부

Claims (6)

  1. 연속되는 펄스 형태로 입력되는 교류전압을 평활하여, 입력전압에 비하여 레벨은 낮지만 그 입력전압과 동일한 형태의 교류전압을 생성하여 출력하는 LC 필터;
    제1제어신호에 따라 상기 입력전압을 스위칭하여 상기 연속되는 펄스 형태로 입력되는 교류전압을 생성하여 상기 LC 필터에 공급하는 제1교류 스위치;
    상기 제1교류 스위치가 턴오프되는 주기마다 제2제어신호에 따라 스위칭 동작하여, 상기 LC 필터의 인덕터에 흐르던 전류를 서서히 감소시키기 위한 폐루프를 제공하는 제2교류 스위치;
    상기 LC 필터로부터 공급되는 전압을 승압 또는 감압하여 상기 입력전압의 변동에 관계없이 목표로 하는 레벨의 보상전압을 출력하는 트랜스포머;
    상기 입력전압의 레벨이 목표레벨 보다 낮거나 높을 때 제3제어신호에 따라 스위칭 동작하여, 상기 LC 필터로부터 상기 트랜스포머의 1차코일에 공급되는 전압의 위상을 180도 차이로 전환시켜 출력전압이 승압되거나 감압되게 하는 출력전압 제어부; 및
    상기 입력전압의 변동에 관계없이 상기 출력전압이 항상 목표 레벨로 출력되도록 하기 위하여, 상기 입력전압과 상기 출력전압을 근거로 상기 제1 내지 제3제어신호를 생성함과 아울러 이들의 듀티비를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1교류 스위치는
    브릿지 다이오드 형태로 연결된 제1 내지 제4 다이오드; 및
    상기 제2,4 다이오드의 연결노드와 상기 제1,3 다이오드의 연결노드에 양측 단자가 각기 연결되고, 상기 제1제어신호에 의해 스위칭되는 제1트랜지스터를 구비하되,
    상기 제1,2다이오드의 연결노드가 상기 입력전압의 일측 단자에 연결되고,
    상기 제3,4다이오드의 연결노드가 상기 LC 필터의 인덕터의 일측 단자에 연결된 것을 특징으로 하는 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2교류 스위치는
    브릿지 다이오드 형태로 연결된 제5 내지 제8 다이오드; 및
    상기 제6,8 다이오드의 연결노드와 상기 제5,7 다이오드의 연결노드에 양측 단자가 각기 연결되고, 상기 제2제어신호에 의해 스위칭되는 제2트랜지스터를 구비하되,
    상기 제5,6다이오드의 연결노드가 상기 LC 필터의 인덕터의 일측 단자에 연결되고,
    상기 제7,8다이오드의 연결노드가 상기 LC 필터의 커패시터의 타측 단자에 연결된 것을 특징으로 하는 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 출력전압 제어부는
    가동단자가 상기 LC 필터의 출력단자에 연결되고,
    제1고정단자가 상기 트랜스포머의 1차코일의 제1탭에 연결되고,
    제2고정단자가 상기 트랜스포머의 1차코일의 제3탭에 연결된 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자동 전압 조정기는
    상기 제1교류스위치의 데드타임(dead-time) 동안에 LC 필터의 인덕터에 흐르전 전류에 의해 발생되는 전압을 받아들이기 위해 상기 제1교류 스위치 측에 연결된 제9,10 다이오드;
    상기 제2교류스위치의 데드타임(dead-time) 동안에 LC 필터의 인덕터에 흐르전 전류에 의해 발생되는 전압을 받아들이기 위해 상기 제2교류 스위치 측에 연결된 제11,12다이오드;
    상기 제9,10 다이오드 및 제11,12 다이오드를 통해 공급되는 전압을 충전하기 위한 커패시터; 및
    상기 커패시터에 충전된 전압을 가공하여 내부 전원이나 팬 구동전압으로 공급하는 전원공급장치를 구비한 서지전압 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 자동전압 조정기에서 출력되는 출력전압을 검출하여 그에 따른 출력전압 검출신호를 출력하는 출력전압 검출부;
    상기 출력전압 검출신호와 전압지령신호를 비교하여 그에 따른 에러전압을 출력하는 에러전압 연산기;
    상기 에러전압을 근거로 상기 출력전압이 상기 전압지령신호를 따르도록 PID 제어(Proportional Integral Derivative control)를 수행하는 PID 제어기;
    상기 PID 제어기의 제어에 따른 듀티비를 갖는 상기 제1,2제어신호를 출력하는 제1제어신호 출력부;
    상기 입력전압과 상기 전압지령신호를 비교하여 그에 따른 비교신호를 출력하는 전압 비교부; 및
    상기 전압 비교부에서 출력되는 비교신호에 따라 상기 제3제어신호를 생성하여 출력하는 제2제어신호 출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기.
KR1020170065268A 2017-05-26 2017-05-26 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기 KR101898117B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170065268A KR101898117B1 (ko) 2017-05-26 2017-05-26 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기
PCT/KR2018/005917 WO2018217039A1 (ko) 2017-05-26 2018-05-24 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170065268A KR101898117B1 (ko) 2017-05-26 2017-05-26 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101898117B1 true KR101898117B1 (ko) 2018-09-12

Family

ID=63592964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170065268A KR101898117B1 (ko) 2017-05-26 2017-05-26 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101898117B1 (ko)
WO (1) WO2018217039A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111669029A (zh) * 2020-07-14 2020-09-15 西南交通大学 一种电力电子变压器系统故障重构方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090085009A (ko) * 2009-07-06 2009-08-06 추상우 자동탭 조정기능을 갖는 전기절감장치
KR20110132907A (ko) * 2010-06-03 2011-12-09 오현택 파형개선과 전력절감기능을 가지는 고효율자동전압조정기
KR20130062695A (ko) * 2011-12-05 2013-06-13 이인환 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기
KR20150109028A (ko) * 2014-03-19 2015-10-01 금종관 자동전압조절장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5343229B2 (ja) * 2009-05-13 2013-11-13 新電元工業株式会社 インバータ
KR101341086B1 (ko) * 2012-08-13 2013-12-12 주식회사 거명하이텍 출력전압 조절이 가능한 전압 자동 조정기
KR101230017B1 (ko) * 2012-12-14 2013-02-05 (주)테스 아이지비티를 이용한 자동 전압 조정기
KR101453647B1 (ko) * 2013-01-22 2014-10-22 최인석 출력 전압 조정기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090085009A (ko) * 2009-07-06 2009-08-06 추상우 자동탭 조정기능을 갖는 전기절감장치
KR20110132907A (ko) * 2010-06-03 2011-12-09 오현택 파형개선과 전력절감기능을 가지는 고효율자동전압조정기
KR20130062695A (ko) * 2011-12-05 2013-06-13 이인환 교류 쵸퍼를 구비한 직렬전압보상 기반 자동전압조절기
KR20150109028A (ko) * 2014-03-19 2015-10-01 금종관 자동전압조절장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111669029A (zh) * 2020-07-14 2020-09-15 西南交通大学 一种电力电子变压器系统故障重构方法
CN111669029B (zh) * 2020-07-14 2023-05-05 西南交通大学 一种电力电子变压器系统故障重构方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018217039A1 (ko) 2018-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11848603B2 (en) Auxiliary power supply apparatus and method for isolated power converters
US8310845B2 (en) Power supply circuit with a control terminal for different functional modes of operation
US9685860B2 (en) Buck-boost converter and method for regulation
CN108512428B (zh) 隔离式电压转换器及其控制方法
US5077652A (en) Dual feedback loop DC-to-AC converter
US10110124B2 (en) Control circuit and control method for switching regulator and switching regulator with the same
US8929106B2 (en) Monotonic pre-bias start-up of a DC-DC converter
US8300437B2 (en) Multi-output DC-to-DC conversion apparatus with voltage-stabilizing function
KR101637650B1 (ko) 직류-직류 변환기
US9966864B2 (en) Electronic apparatus and control method of electronic apparatus
CA2728337A1 (en) Method and apparatus for power converter for class d audio power amplifiers
EP1138110A1 (en) Llc converter, and method for controlling an llc converter
US11695333B2 (en) Hybrid switched capacitor converters with real-time control of switching state duration, and associated methods
CN110460230B (zh) 功率因数校正控制器、离线转换器及其方法
CN101030729A (zh) 用于功率变换与调节的方法和装置
KR20200040673A (ko) Pfc 버스트 모드 제어 기능이 있는 스위치 모드 전원 공급 장치
Chang et al. Design of a highly accuracy PSR CC/CV AC–DC converter based on a cable compensation scheme without an external capacitor
US10491124B2 (en) BiFRED converter and a method of driving an output load
US20230074022A1 (en) Power converter topologies with power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
TWI556078B (zh) 動態電壓恢復器與其瞬變電壓控制機制
KR101898117B1 (ko) 교류 스위치를 구비한 자동 전압 조정기
KR20200071616A (ko) 전력 변환 효율이 개선된 전력 변환 장치
US20230076369A1 (en) Unidirectional power converters with power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
Rufer et al. Non-Isolated DC-DC converters for high power applications-control of the capacitive voltage divider
KR20200078110A (ko) 양극성 펄스 전원 공급 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant