KR200167170Y1 - 펄스폭 변조회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 펄스폭변환회로에 관한 것으로, 종래에는 충방전콘덴서의 용량이 변화되면 펄스폭이 변화되므로 정확한 계량을 할 수 없는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 기준전압을 발생하는 기준전압발생부와; 상기 기준전압과 정전압을 입력받아 이를 레퍼런스클럭에 의해 선택하여 충방전을 제어하는 충방전제어부와; 상기 충방전제어부의 제어신호에 의해 충전 또는 방전을 수행하는 충방전부와; 방전모드일 때 상기 충방전부의 방전신호를 입력받아 그에 따른 펄스신호를 출력하는 펄스발생부로 구성함으로써 충방전콘덴서의 용량이 펄스폭 변조장치의 특성에 영향을 미치는 것을 해소하는 펄스폭변조회로를 제공하는 것을 목적으로 한다,

Description

펄스폭 변조회로{PLUSE WIDTH MODULATION CIRCUIT}

본 고안은 펄스폭 변조회로에 관한 것으로 특히, 전자식 전력량계측장치에 있어서 온도에 따라 충방전콘덴서의 용량이 변화함으로 인해 발생하는 펄스폭의 변화를 방지하는 펄스폭 변조회로에 관한 것이다.

도1은 일반적인 전자식 전력량 계측장치의 블록 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 부하(11)에 교류전원(AC)을 인가하여 부하(11)를 동작시키는 교류전원부(10)와; 상기 교류전원부(10)로부터 부하(10)에 공급되는 전압을 검출하여 그 검출신호(Ev)를 출력하는 변압기(12)와; 상기 교류전원부(10)로부터 부하(10)에 공급되는 전류를 검출하여 그 검출신호(Ei)를 출력하는 변류기(13)와; 상기 변압기(12) 및 변류기(13)로부터 검출신호(Ev),(Ei)를 입력받아 전압과 전류의 곱에 비례하는 전력신호(Ep)로 변조하는 승산기(14)와; 상기 승산기(14)로부터 출력된 전력신호(Ep)를 입력받아 그 전력신호(Ep)에 비례하는 주파수(F)로 변조하는 적분기(15)와; 상기 적분기(15)로부터 출력된 주파수(F)를 입력받아 부하(11)가 사용한 전력량에 비례한 펄스(D)값을 적산하여 출력하는 계수기(16)와; 상기 계수기(16)에서 적산되어 출력된 펄스(D)값을 표시하는 표시기(17)와; 전원을 공급하는 전원회로(18)로 구성되며, 이와같은 일반적인 전자식 전력량계측장치의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 변압기(12) 및 변류기(13)는 교류전원부(10)에서 부하(11)에 공급되는 전압과 전류를 검출하여 각기 검출신호(Ev),(Ei)를 출력하고, 이 검출신호(Ev),(Ei)는 승산기(14)에 입력되어 전압과 전류의 곱에 비례하는 전력신호(Ep = KEvEi)로 변조되어 출력되며, 이 전력신호(Ep)는 적분기(15)에서 그 전력신호(Ep)에 비례하는 주파수(F)로 변조되어 출력되고, 상기 주파수(F)를 입력받은 계수기(16)는 부하(11)가 사용한 전력량에 비례하는 펄스(D)값을 적산하여 계수신호를 출력하며, 상기 계수기(16)로부터 출력된 계수신호는 표시기(17)에 표시되어 요금산정의 기준값이 된다.

도2는 상기 승산기(14)의 블록구성도로서, 이에 도시된 바와같이 변압기(12)의 검출신호(Ev)를 입력받아 펄스(D)폭을 그 검출신호(Ev)에 비례하는 펄스(D)폭으로 변조하는 펄스폭변조회로(20)와; 상기 펄스폭변조회로(20)로부터 출력된 펄스(D)와 변류기(13)의 검출신호(Ei)를 스위칭하여 곱해진 형태의 신호(Epi)로 출력하는 스위치(21)와; 상기 스위치(21)에 의해 출력된 신호(Epi)를 입력받아 필터링하여 전력신호(Ep)를 출력하는 필터부(22)로 구성되며, 이와같이 구성된 승산기(14)의 동작을 도3의 타이밍도를 참조하여 설명한다.

상기 승산기(14)의 펄스폭변조회로(20)는 변압기(12)로부터 검출신호(Ev)를 입력받아 이 검출신호(Ev)에 비례하는 펄스(D)폭으로 변조하며, 이를 수식으로 표현하면 아래의 식(1)과 같다.

D = kEv +-------------------식(1)

상기 펄스폭변조회로(20)에서 변조된 출력신호(D)에 따라 스위치(14)가 변류기(13)의 검출신호(Ei)를 스위칭하면 도3d와 같이 펄스(D)폭과 상기 검출신호(Ei)가 곱해진 형태의 신호(Epi)로 출력되고, 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

Epi = EiD

= Ei(kEv +) ------------------- (식 2)

여기서, k는 비례상수이고는 상수이다.

상기 스위치(21)에 의해 스위칭되어 출력된 신호(Epi)는 필터부(22)에서 필터링되어 전력신호(Ep)로 출력되며, 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

Ep = Epi dt

= kEvEi dt + kEi dt -------식(3)

상기 식(3)에서 두 번째항은 전류신호(Ei)가 사인파이므로 적분하면 '0' 이되어,

Ep = kEvEi dt = kEvEi ---------식(4)

상기 식(4)에서 승산기(14)의 최종출력인 전력신호(Ep)는 전류 검출신호(Ei)와 전압 검출신호(Ev)에 비례함을 알 수 있다

도4는 상기 펄스폭변조회로(20)의 회로도로서, 이에 도시된 바와같이 기준클럭(CLKref)에 따라 전류원(40),(41)을 절환하는 스위치(42)와; 상기 스위치(42)의 스위칭에 따라 출력된 신호를 반전단자(-)에 입력받아 반전증폭하여 신호(Vc)를 출력하는 반전증폭부(43)와; 상기 반전증폭부(43)에서 출력된 신호(Vc)를 비반전단자(+)에 입력받고 변압기(12)에서 출력된 검출신호(Ev)를 반전단자(-)에 입력받아 차동 증폭하는 비교기(45)와; 상기 비교기(45)에서 출력된 신호와 기준클럭(CLKref)를 입력받아 노아 조합하는 노아게이트(46)로 구성한다.

상기 반전증폭부(43)는 비반전단자(+)가 접지된 연산증폭기(44)의 출력단과 반전단자(-) 사이에 콘덴서(C40)를 접속하여 구성하며, 이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 도5의 타이밍도를 참조하여 설명한다.

도5a에 도시된 바와 같이 일정폭의 간격으로 펄스(D)를 반복하여 기준클럭(CLKref)을 발생할 때 이 기준클럭(CLKref)이 고전위이면 스위치(42)는 '가'와 '다'의 접점을 연결하고, 이에따라 전류원(41)에서 발생하는 전류가 상기 스위치(42)를 통해 충방전콘덴서(C40)를 충전하고, 이에따라 연산증폭기(44)의 출력전압(Vc)이 최저포화상태(-Es)로 되고, 반대로, 기준클럭(CLKref)이 저전위가 되면 상기 스위치(42)는 '나'와 '다'의 접점이 서로 연결되며, 이때 전류원(40)에 의해 충방전콘덴서(C40)는 방전되어 연산증폭기(44)의 출력전압(Vc)은 최대포화상태(+Es)로 된다.

이때, 상기 전류원(40),(41)이 충분히 크다면 연산증폭기(44)의 출력전압(Vc)은 도5b에 도시된 바와 같은 파형으로 출력되고,이때 비교기(45)는 반전단자(-)에 입력되는 입력전압(Ev)과 비반전단자(+)에 입력되는 입력전압(Vc)를 비교하여, 연산증폭기(44)의 출력전압(Vc)이 입력전압(Ev)보다 큰 경우에는 저전위를 출력하고, 연산증폭기(44)의 출력전압(Vc)이 입력전압(Ev)보다 작을 경우에는 고전위를 출력한다.

이에따라, 노아게이트(46)는 상기 비교기(45)의 출력신호와 기준클럭(CLKref)을 입력받아 노아 조합하여 도5c에 도시된 바와 같이, 비교기(45)의 출력신호가 저전위이고 기준클럭(CLKref)이 저전위일때만 고전위가 되는 펄스(D)를 출력하며,이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

Vc = I1t/C ------------------ 식(5)

여기서, t는 시간, C는 충방전콘덴서의 용량이다.

Ev + Es = I1Dt/C --------------- 식(6)

여기서, Dt는 펄스(D)의 빗금친 부분(고전위)의 시간이다.

그러므로, Dt = C(Ev + Es)/I1 =CEv/I1 + CEc/I1 --------식(7)

여기서, 상기 식(7)은 상기 식(2)와 동일한 식이므로 비례상수 k는 C/I1임을 알 수 있다

즉, 비례상수 k는 충방전콘덴서(C40)의 용량에 따라 결정되며, 상기 충방전콘덴서(C40)의 용량은 온도에 따라 불안정하여 결국 비례상수 k가 온도에 따라 변화한다.

이상에서 설명한 바와 같이 종래 전자식 전력량계측장치의 펄스폭변조회로는 충방전콘덴서의 용량이 변화되면 펄스폭이 변화되므로 정확한 계량을 할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 충방전콘덴서의 용량이 펄스폭 변조회로의 특성에 영향을 미치는 것을 해소하기 위한 펄스폭 변조회로를 제공하는 것을 목적으로 한다,

도1은 일반적인 전자식 전력량계측장치의 블록구성도.

도2는 도1에 있어서 승산기의 블록구성도.

도3은 도2에 있어서의 각 부분의 타이밍도.

도4는 도2에 있어서의 펄스폭 변조회로도.

도5은 도4에 있어서의 각부분의 타이밍도.

도6은 본 고안 펄스폭 변조회로의 구성을 보인 회로도.

도7은 도6에 있어서 각 부분의 타이밍도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

60: 충방전제어부 61: 충방전부

62: 기준전압발생부 63:펄스발생부

64:전류원 65,66: 스위치

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 기준전압을 발생하는 기준전압발생부와; 상기 기준전압과 정전압을 입력받아 이를 레퍼런스클럭에 의해 선택하여 충방전을 제어하는 충방전제어부와; 상기 충방전제어부의 제어신호에 의해 충전 또는 방전을 수행하는 충방전부와; 방전모드일 때 상기 충방전부의 방전신호를 입력받아 그에 따른 펄스신호를 출력하는 펄스발생부로 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 의한 펄스폭변조회로에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도6은 본 고안 펄스폭변조회로에 대한 일실시예의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 기준전압을 발생하는 기준전압발생부(62)와; 상기 기준전압과 정전압(+Es)을 입력받아 이를 레퍼런스클럭(CLKref)에 의해 선택하여 충방전을 제어하는 충방전제어부(60)와; 상기 충방전제어부(60)의 제어신호에 의해 충전 또는 방전을 수행하는 충방전부(61)와; 방전모드일 때 상기 충방전부(61)의 방전신호(VC)를 입력받아 그에 따른 펄스신호(D)를 출력하는 펄스발생부(63)로 구성한다.

상기 충방전제어부(60)는 레퍼런스클럭(CLKref)에 의해 상기 전류원(64)과 기준전압 발생부(62)의 출력 단자중 어느 하나로 절환되는 제2 스위치(65)와, 상기 레퍼런스클럭(CLKref)에 따라 전원전압(+Es) 단자나 펄스발생부(63)의 입력단자중 어느 하나로 절환되는 제3 스위치(66)로 구성한다.

상기 스위치(65)는 충전 모드시 기준전압 발생부(62)의 출력 단자에 접속되고 방전 모드시 전류원(64)의 출력단자에 접속된다.

상기 스위치(66)는 충전모드시 전원전압(+Es) 단자에 접속되고 방전 모드시 펄스출력부(63)의 입력단자에 접속된다.

상기 충방전부(61)는 충방전콘덴서(C60)의 정측단자(+)가 스위치(66)에 접속되고 충방전콘덴서(C60)의 부측단자(-)는 스위치(65)에 접속된다.

상기 펄스발생부(63)는 일측이 접지된 저항(R61)을 상기 충방전제어부(60)의 방전제어신호의 출력단에 접속하여, 이 접속점을 반전단자(-)에 0.7V가 인가된 연산증폭기(67)의 비반전단자(+)에 접속된다.

상기 기준전압발생부(62)는 일측이 부바이어스전압(-Es)이 인가된 저항(R60)을 상기 충방전제어부(60)의 충전 제어신호 출력단에 접속하여, 이 접속점에 변압기(12)의 검출신호(Ev)가 인가되도록 구성한다.

이와 같이 구성한 본 고안의 실시예의 동작을 도7의 타이밍도를 참조하여 설명한다.

먼저, 도7a와 같은 기준클럭(CLKref)을 입력받은 충방전제어부(60)는 그 기준클럭(CLKref)이 고전위인 구간(T0)일 때 스위치(65),(66)는 각기 '가'접점과 '다'접점으로 절환되고, 이에따라 스위치(66),충방전콘덴서(C60),스위치(65) 및 기준전압발생부(62)로 전류루프가 형성되어 충전모드가 된다.

이때, 충방전콘덴서(C60)에 흐르는 전류를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

Ix = ( Ev + Es )/ R1 ----------식(8)

이에따라, 상기 기준클럭(CLKref)이 고전위인 시간동안에 충방전콘덴서(C60)에 인가되는 콘덴서전압(Ec)은 도7b와 같이 나타나고, 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

Ec = IxT1/C = T1(Ev + Es)/(CR1) -------식(9)

반대로, 기준클럭(CLKref)이 고전위에서 저전위로 천이되면 충방전제어부(60)의 스위치(65),(66)가 각기 '다'접점과 '나'접점으로 절환되어 전류원(64),스위치(65),충방전콘덴서(C60),스위치(66) 및 펄스발생부(63)로 전류루프가 형성되고, 이에따라 방전모드가 되므로 상기 충방전콘덴서(C60)는 도7b와 같이 콘덴서전압(Ec)을 방전한다.

이에따라, 상기 방전전압(Ec)을 입력받은 펄스발생부(63)의 비교기(67)는 자체의 정측입력단자(+)에 상기 방전전압(Ec)이 입력되며, 이때 상기 비교기(67)에 입력된 방전전압(Ec)이 0.7V 이상이면 도7c의 빗금친 부분과 같이 고전위를 출력하고, 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

Ec = IsD/C

D = CEc/Is = T1(Ev + Es)/(IsR1)

즉, 상기 식에서 보는 바와같이 펄스(D)는 콘덴서(C60)의 용량에 관계없이 안정적으로 출력되며, 또한 입력전압(Ev)에 비례하는 펄스(D)를 출력하게 된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 고안은 기준클럭이 고전위인 동안에 입력전압에 비례하는 전류로 충방전콘덴서를 충전하고, 이 충전된 전압을 일정전류로 방전시켜, 그 방전되는 동안의 시간을 펄스폭으로 출력하여 콘덴서의 용량에 관계없는 즉, 온도에 대해 안정적인 동작특성을 가지도록 하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 기준전압을 발생하는 기준전압발생부와; 상기 기준전압과 정전압을 입력받아 이를 레퍼런스클럭에 의해 선택하여 충방전을 제어하는 충방전제어부와; 상기 충방전제어부의 제어신호에 의해 충전 또는 방전을 수행하는 충방전부와; 방전모드일 때 상기 충방전부의 방전신호를 입력받아 그에 따른 펄스신호를 출력하는 펄스발생부로 구성한 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조회로.
2. 제1 항에 있어서, 충방전제어부는 레퍼런스클럭에 의해 상기 전류원과 기준전압 발생부의 출력 단자중 어느 하나로 절환되는 제2 스위치와, 상기 레퍼런스클럭에 따라 전원전압(+Es) 단자나 펄스발생부의 입력단자중 어느 하나로 절환되는 제3 스위치로 구성한 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조회로.
3. 제2 항에 있어서, 제2 스위치는 충전 모드시 기준전압 발생부의 출력단자에 접속되고 방전 모드시 제1 전류원의 출력단자에 접속되도록 구성한 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조회로.
4. 제2 항에 있어서, 제3 스위치는 충전모드시 전원전압(+Es) 단자에 접속되고 방전 모드시 펄스출력부의 입력단자에 접속되도록 구성한 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조회로.
5. 제1 항에 있어서, 충방전부는 충방전콘덴서의 정측단자가 제3 스위치에 접속되고 충방전콘덴서의 부측단자는 제2 스위치에 접속되도록 구성한 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조회로
6. 제1 항에 있어서, 펄스발생부는 일측이 접지된 제1 저항을 상기 충방전제어부의 방전제어신호의 출력단에 접속하여, 이 접속점을 반전단자에 0.7V가 인가된 연산증폭기의 비반전단자에 접속되도록 구성한 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조회로.
7. 제1 항에 있어서, 기준전압발생부는 일측이 부바이어스전압(-Es)이 인가된 제2 저항을 상기 충방전제어부의 충전 제어신호 출력단에 접속하여, 이 접속점에 변압기의 검출신호가 인가되도록 구성한 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조회로.