KR20010033215A - 펄스 폭 변조 신호를 이용해 부하의 전력에 영향을 주는방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속적인 스위치-온 신호의 설정값을 포함하는 펄스 폭 변조 신호(13)를 이용해 부하(10)의 전력에 영향을 주기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따라, 연속적인 스위치 온 신호가 중단 신호(U1, U2)를 이용해 종료되고 상기 연속적인 스위치 온 신호 다음에 펄스 폭 변조 신호(13)의, 스위치 오프 인터벌(Ta)을 포함하는 하나 이상의 기본 주기 시간(Tg)을 가지는 클록 위상(Tp)이 오게 된다. 연속적인 스위치 온 신호로서 제공된 펄스 폭 변조 신호(13)를 수시로 중단함으로써 전력 변경 동안에만 상기 부하(10)에서 발생하는 부하(10)의 동작값의 검출이 가능해진다.

Description

펄스 폭 변조 신호를 이용해 부하의 전력에 영향을 주는 방법 및 장치{Method for influencing the electrical power of a load with a pulse width modulated signal}

필링겐 쉬벤닝겐(Villingen-Schwenningen) 소재의 넥카르(Neckar) 출판사, 엘. 레쯔바흐(L. Retzbach)저, 1982년 제 2 판, "속도 제어기"라는 서적에 펄스 폭 변조 신호를 이용해 직류 전기 모터의 전력에 영향을 주는 방법이 공지되어 있다. 상기 서적의 21 - 24 쪽에는 펄스 폭 변조기를 포함하는 속도 제어기 원리(speed regulator principle)가 서술되어 있다. 변조기로서 표시된 비교기는 직류 전기 모터의 전력의 목표값을 나타내는 직류 전압과 톱니파 전압 발전기(sawtooth voltage generator)가 제공하는 교류 전압을 비교한다. 직류 전압이 교류 전압 신호를 넘어 상승하는 시간이 예를 들어, 스위치 온 시간(switch on time)을 결정한다. 상기 펄스 폭 변조 신호의 발생시에 전술한 서적에서 설명되지 않은 2개의 특수한 경우들이 발생할 수 있다. 이 특수한 경우가 발생하는 경우는 직류 전압이 발전기에 의해 제공되는 톱니파형 전압의 위 또는 아래에 지속적으로 위치하게 되는 경우이다. 이들 중 어느 한 동작 모드에 해당될 경우에 스위치 온 시간이 더 이상 발생하지 않는다. 그런 경우에 이 전기 모터는 더 이상 전류를 공급받지 않게 된다. 그 외의 동작의 경우에는 펄스 폭 변조 신호가 연속적인 스위치 온 시간으로 넘어가게 되므로, 이 전기 모터는 계속적으로 온전히 전류를 공급받게 된다.

전기 모터에서의 과부하에 대한 보호와 과전류의 발생에 대한 최종단 회로(end stage circuit)의 보호는 83과 84 쪽에 서술된 모터 전류의 검출을 통해 이루어진다. 상기 스위치 온 시간 동안, 최종단 스위치의 스위칭 구간(switching path)에서 발생하는 전압 강하의 평가가 이루어지게 된다.

본 발명은 독립항의 전제부에 따른 펄스 폭 변조 신호를 이용해 부하의 전력에 영향을 주기 위한 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 실현하는 회로의 블록도.

도 2는 흐름도의 일부를 도시하는 도면.

도 3은 연속적인 스위치 온 신호의 제공시의 신호 그래프.

도 4는 도 3에 도시된 신호 그래프의 부분 확대도.

본 발명의 목적은 상기 부하의 동작값의 검출을 가능하게 만드는, 연속적인 스위치 온 시간의 설정값을 포함하는 펄스 폭 변조 신호를 이용해 부하의 전력에 영향을 주기 위한 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적은 독립항에 제공된 특징들을 통해 달성된다.

본 발명에 따른 방법이 가지는 장점으로는 연속적인 스위치 온 시간의 제공시에 특수한 경우로서 펄스 폭 변조 신호가 발생할 수 있다는 것이며, 또한 부하에 제공되는 전력에서의 적어도 단시간 동안의 변화를 통해서만 검출될 수 있는 이 부하의 동작값이 검출될 수 있다는 것이다. 그러한, 동작값은 예를 들어 전류 변화량이며, 이 경우 이 전류 변화량은 상기 부하에 제공되는 전력의 변경시에 발생한다.

이를 위해, 본 발명에 따라 연속적인 스위치 온 신호가 중단 신호를 통해 종료되게 되고, 연속적인 스위치 온 신호 다음에 스위치 오프 인터벌을 포함하는 펄스 폭 변조 신호의 하나 이상의 기본 주기 기간(base period duration)을 가지는 클록 위상(clock phase)이 오게된다.

본 발명에 따른 방법이 가지는 장점으로는 펄스 폭 변조되는 신호를 이용해 전력에 영향을 주는 범위에서 한 편으로는 적어도 거의 모든 전력을 이용할수 있고, 다른 한 편으로는 적어도 단시간의 전력 변화가 부하에 발생한다는 것이며, 이 경우 이 단시간의 변화는 예를 들어 상기 부하의 동작값의 검출에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 다른 구성 및 개선 형태들이 종속항에 제공되어 있다.

본 발명에 따른 방법의 특히 유리한 구성에 따르면, 바람직하게는 펄스 폭 변조되는 신호를 발생시키는, 프로그램에 의해 제어가능한 신호 처리 장치가 프로그램 전체 실행(running-through) 후에 중단 신호를 발생시킨다. 이러한 조치를 이용해 상기 프로그램의 흐름(flow of program)이 간단하게 실현될 수 있다. 특히, 중단 신호의 발생 기능을 가지는 신호 처리 장치의 프로그램이 정확하게 한 시점에서 상기 부하의 전력에 영향을 주도록 하며, 이 때, 그 시점은 신호 처리 장치가 전력 변화의 효과를 예상할 수 있는 시점이다. 이로 인해, 나머지 프로그램 흐름의 불필요한 정지를 피할 수 있다.

다른 유리한 구성에 따르면 상기 중단 신호는 외부의 질의 신호(inquiry signal)에 기초하여 발생하게 된다. 이런 조치를 이용해 목적한 연속적인 스위치 온 시간에 영향을 주는 것이 가능해지며, 이 경우 외부의 질의 신호는 바람직하게는 부하의 동작값을 검출하는 장치에 의해 제공된다.

다른 유리한 구성에 따르면, 연속적인 스위치 온 신호에 이어지는 클록 위상의 인터벌은 펄스 폭 변조 신호의 기본 주기 기간의 정수배가 된다.

본 발명에 따른 방법에 의하면, 클록 위상 동안 발생하는 스위치 오프 인터벌의 범위에서 측정값의 검출이 가능해진다. 그러한 측정값은 예를 들어 부하에 흐르는 전류의 변화량(modification)이 된다. 이 전류 변화량은 전류 회로에 위치하는 유도 소자(inductive component)에서, 예를 들어, PCB의 인덕턴스를 수반하는 스트립 컨덕터(strip conductor)에서 전류 변화량에 비례하는 유도 전압 강하를 야기시킨다. 적분기(integrator)를 이용해 전류 변화량으로부터 절대 전류(absolute current)를 추론할 수 있다.

도 1에는 에너지 원(11)으로부터 전류를 제공받는 부하(10)가 도시되어 있다. 이 부하(10)는 에너지 원(11)과 연결되어 있으며, 스위치(12)를 구비하고 있다. 이 스위치(12)는 펄스 폭 변조되는 신호(13)에 의해 제어되며, 이 스위치를 제어하는 신호(13)는 전력 프리셋 신호(power preset signal; 15)와 전력 리미트 신호(power limit signal; 16)에 기초하여 신호 처리 장치(14)에 의해 발생된다. 이 전력 리미트 신호(16)는 전류 검출 장치(17)에 의해 제공되며, 이 전류 검출 장치는 상기 스위치(12)와 부하(10)를 통해 흐르는 전류(i)를 검출한다. 이 전류 검출 장치는 전류(i)가 관류하는 유도 소자(18)에서 발생하는 유도 전압(Ui)을 평가한다. 또한 상기 전류 검출 장치(17)는 제 1 중단 신호를 신호 처리 장치(14)에 제공한다.

도 1에 도시된 블록도를 이용해 하기의 방법이 실현될 수 있다.

바람직하게는 프로그램에 의해 제어될 수 있는 신호 처리 장치(14)가 전력 프리셋 신호(15)에 따라 펄스 폭 변조 신호(13)를 발생시키며, 이 경우 이 신호는 연속적인 시간에서 상기 스위치(12)를 완전하게 스위칭 온하거나 스위칭 오프시킨다. 이 펄스 폭 변조 신호(13)는 상기 부하(10)의 스위치(12)에 의해 에너지 원(11)으로부터 제공되는 평균 전압을 이용한다. 상기 부하(10)에 제공되는 평균적인 전압의 변경은 상기 부하(10)를 통해 흐르는 평균 전류(i)에 작용한다. 그러므로, 펄스 폭 변조 신호(13)를 통해 부하(10)에 제공되는 전력이 영향을 받을 수 있다. 이 부하(10)가 예를 들어 전기 모터가 된다면, 펄스 폭 변조 신호(13)를 이용해 예를 들어 속도를 설정값에서 변함없이 유지할 수 있다. 그 대신에, 상기 모터 전류의 검출을 통해 전기 모터에 의해 제공되는 토크의 변함없이 유지하는 것도 가능하다.

상기 스위치(12)가 펄스 폭 변조 신호(13)에 의해 계속적으로 스위칭 온되면, 상기 부하(10)의 최대 전력이 발생하게 된다. 그러한 연속적인 스위치 온 신호는 완전한 컷오프 신호와 마찬가지로, 펄스 폭 변조 신호(13)의 특수한 경우이다. 부하(10)에 대한 정해지지 않은 시간에 결정된 온전한 전류 공급이 모든 경우에서 가능한 것은 아니다. 그런 경우의 발생은, 전력이 적어도 단시간 변화(short time modification)를 가질 수밖에 없는 부하(10)의 동작값이 검출될 때, 이루어진다. 상기 전류 검출 장치(17)는 유도 소자(18)에서 발생하는 유도 전압 강하(Ui)를 평가한다. 전류(i)를 유도하는 라인의 유도 터미널(inductive terminal)이 이용될 수도 있다. 스트립 컨덕터에 인쇄된 라인은 예를 들어 충분한 인덕턴스를 갖는다. 이 유도 전압(Ui)은 인덕턴스에 비례하며 상기 시간 후에 전류의 유도량(derivation)에 비례한다. 상기 전류 검출 장치에 들어 있는 전류 변화량을 합산하는 적분기는 전류(i)에 비례하는 신호를 제공한다. 설정된 문턱값과의 비교를 통해 전력 리미트 신호(16)는 신호 처리 장치(14)에 제공된다. 이 전력 리미트 신호(16)는 과전류의 존재를 신호화하여 상기 부하(10)가 완전히 컷오프될 때까지 펄스 폭 변조 신호(13)를 변경하기 위한 신호 처리 장치(14)를 동작시킨다.

펄스 폭 변조 신호(13)의 연속적인 스위치 온 신호가 존재할 때 적어도 단시간 제공되는 전력 변화가 본 발명에 따라 가능하기 위해서는, 연속적인 스위치 온 시간이 중단 신호로 종료되고, 이 연속적인 스위치 온 시간 다음에 스위칭 오프 시간을 포함하는 하나 이상의 기본 주기 기간을 가지는 클록 위상이 오게된다. 이 중단 신호는 예를 들어 외부 중단 신호로서(U1) 전류 검출 장치(17)에 의해 제공된다.

도 2에는 흐름도로서 상기 중단 신호를 제공하기 위한 다른 방법이 도시되어 있다. 이 중단 신호는 예를 들어 신호 처리 장치(14) 내에서 이루어지는 프로그램 전체 실행에서 발생한다. 이 프로그램은 시작(21)에서 출발하며 지시(instruction; 22)와 질의(inquiry; 23)를 지나 프로그램의 종료에 위치하는 지시(24)로 이어지며, 이 경우 이것은 프로그램에 의해 제어되는 중단 신호(U2)를 발생시킨다. 이 지시(24) 후에 시작(21)으로의 복귀(return)가 이루어진다. 도 2에 도시된 흐름도의 범위에서 펄스 폭 변조 신호(13) 자체 역시 발생될 수 있다. 프로그램에 의해 제어되는 중단 신호(U2)의 실현하는 중요한 장점은 프로그램에 의해 제어되는 중단 신호(U2)의 제공이 정상적인 프로그램 진행 내에서 이루어진다는데 있다. 외부의 중단 신호(U1)에서 필요로 하는 프로그램에 대한 간섭(intervention)이 사라진다.

펄스 폭 변조되는 신호에 대한 본 발명에 따른 방법의 영향을 도 3과 도 4에 도시된 시간에 따라 변하는 신호 그래프를 이용해 설명한다.

도 3에는 시간에 따라 변하는 펄스 폭 변조되는 신호(13)가 도시되어 있으며, 이 경우 종축에서의 "1"은 스위치(12)가 스위칭 온되어 있음을 의미하는 반면, "0"은 상기 스위치(12)가 스위칭 오프되어 있음을 의미한다. 펄스 폭 변조 신호(13)가 연속적인 스위치 온 신호로서 발생하는 동작 모드가 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 중단 신호(U1, U2)가 발생할 때, 연속적인 스위치 온 신호가 종료된다. 이는 시점(Tu1, Tu2, Tu3)에서 발생한다. 중단된 연속적인 스위치 온 신호는 도 3에서 Ted로 표시된 스위치 온 시간을 갖는다. 이 스위치 온 시간(Ted) 다음에 클록 위상(Tp)이 오게된다.

도 4에는 도 3과 관련하여 확대 도시한 클록 위상(Tp)이 도시되어 있다. 상기 클록 위상(Tp) 내에 펄스 폭 변조 신호(13)의 적어도 하나의 스위치 오프 인터벌(Ta)이 발생한다. 그 하나의 스위치 오프 인터벌(Ta) 후에 펄스 폭 변조 신호(13)가 다시 연속 신호로 넘어간다. 스위치 오프 인터벌(Ta)과 스위치 온 시간(Te)으로 이루어진 도 4에 기입된 펄스 폭 변조 신호(13)의 기본 주기 기간(Tg)으로부터 스위치 오프 인터벌(Ta)만을 볼 수 있는데, 왜냐하면 스위치 온 시간(Te)이 이미 연속적인 스위치 온 신호의 발생에 가산될 수도 있기 때문이다. 바람직하게는 상기 클록 위상(Tp)에 다수의 기본 주기 기간(Tg)이 들어 있다. 이러한 조치를 이용해 얻어지는 장점으로는 비교적 고주파의 클록킹(clocking)을 포기할 필요 없이 상기 부하에 속하는 전력의 충분한 변경이 얻어질 수 있다는 것이다. 그러므로, 스위치 오프 인터벌(Ta)은 불변의 최소값으로 정해진다. 클록 위상(Tp)이 기본 주기(Tg)의 정수배가 되는 경우, 프로그램 기술적인 시각에서 특히 간단한 실현이 이루어질 수 있다.

Claims (9)

1. 연속적인 스위치 온 신호의 설정값을 포함하는 펄스 폭 변조 신호를 이용해 부하(10)의 전력에 영향을 주는 방법에 있어서,

   상기 연속적인 스위치 온 신호는 중단 신호(U1, U2)에 의해 종료되고, 상기 연속적인 스위치 온 신호 다음에 펄스 폭 변조 신호(13)의, 스위치 오프 인터벌(Ta)을 포함하는 하나 이상의 기본 주기 기간(Tg)을 가지는 클록 위상이 오는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호(U2)는 펄스 폭 변조 신호(13)를 발생시키는 신호 처리 장치(14)에서 진행되는 프로그램에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 중단 신호(U2)가 각각의 프로그램 전체 실행 후에 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 중단 신호(U1)가 외부 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클록 위상(Tp)의 주기가 펄스 폭 변조되는 신호(13)의 기본 주기 기간(Tg)의 정수배인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부하(10)의 동작값의 검출이 펄스 폭 변조 신호(13)의 스위치 오프 인터벌(Ta)의 범위에서 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 동작값으로서 부하(10)를 통해 흐르는 전류(i)의 전류 변경이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 전류(i)가 흐르는 유도 소자(18)에서 유도 전압 강하의 검출을 통한 전류 변경이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 유도 소자(18)가 인쇄 회로에 배열된 스트립 컨덕터인 것을 특징으로 하는 방법.