KR20020013259A - 위상차를 이용한 위상 조정 장치 - Google Patents

위상차를 이용한 위상 조정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 위상차를 이용한 위상 조정장치는, 일정 위상차를 갖는 신호를 각각 검출하여 출력하는 위상차 발생수단과; 상기 위상차 발생수단으로부터 위상차를 갖는 위상신호 각각을 입력받아 출력하는 제 1 및 제 2입력버퍼와; 상기 제 1 및 제 2입력버퍼의 출력 위상신호를 각각 조정하여 출력하는 제 1 및 제 2위상 조정부와; 상기 제 1 및 제 2 입력버퍼로부터 출력되는 위상신호를 반전하여 그 반전된 값의 가변범위로 다른 위상신호를 가변하기 위해 상기 제 1 및 제 2위상 조정부로 각각 출력하는 위상 가변수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 위상 가변수단은 제 1 및 제 2입력버퍼의 출력 위상신호를 각각 180도 반전시키는 제 1 및 제 2 반전증폭부와, 상기 180도 반전된 위상신호를 가변하여 상기 위상 조정부의 출력 위상신호를 조정하는 가변저항으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이 같은 본 발명에 의하면, 소정의 위상차를 갖는 정현파 신호를 사용하여 다른 위상의 반전된 값과 그 가변범위를 통해서 출력되는 위상신호를 손쉽게 조절할 수 있고, 최대 위상 조절 범위를 반전증폭기 및 가변저항을 사용하여 서로 다른 위상신호의 이득을 조정하여 결정할 수 있도록 함과 아울러, 가변저항으로 입력되는 위상 지연 및 리드를 자유롭게 조정할 수 있도록 한 것이다.

Description

위상차를 이용한 위상 조정 장치{Phase adjusting device using phase difference}
본 발명은 위상조정장치에 관한 것으로, 특히 서로 다른 위상차를 갖는 두 신호의 위상신호를 미세하게 조정하면서 위상의 지연 및 리드를 자유롭게 조정할 수 있도록 있도록 한 위상차를 이용한 위상 조정 장치에 관한 것이다.
종래에는 위상을 변화시키기 위해 저항과 콘덴서로 이루어진 회로로 사용하게 된다. 이러한 저항과 콘덴서를 이용한 위상 조정회로는 도 1에 도시된 바와 같으며, 도 1의 (a)는 위상 지연회로이며, 도 1의 (b)는 위상 리드회로이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 입력신호가 인가되는 저항(R21)과, 상기 저항(R21)을 통과한 신호를 충, 방전하는 콘덴서(C21)로 이루어진 구성이다.
이러한, 회로 구성에서의 위상(Degree) 변화는 저항(R21) 및 콘덴서(C21)에 의한 차단 주파수가 입력신호의 주파수 보다 크면 위상변화는 작고, 차단 주파수가 입력신호의 주파수 보다 작으면 위상 변화는 커진다.
즉, 저항(R21) 및 콘덴서(C21)가 적분회로로 구성되며, 그 위상 변화는 arctan(-F/Fc) = arctan(F/Fc)이다. 여기서, F는 입력신호의 주파수이며, Fc는 회로의 차단 주파수이다.
이러한 위상 지연회로에서 저항(R21) 값을 조절하면 위상변화는 도 2에 도시된 바와 같이 비 선형 특성을 갖게 되며, 이와 같은 위상 지연회로는 입력신호의 주파수와 온도변화에 따라 위상이 변화는 문제점을 갖고 있다.
도 1의 (b)는 위상 리드회로로서, 입력되는 신호를 충,방전하는 콘덴서(C22)와, 상기 콘덴서(C22)에 병렬로 연결된 저항(R22)으로 구성된다.
이러한 회로에서의 위상 변화는 콘덴서(C22) 및 저항(R22)이 미분회로를 구성하고 있어, 그 위상 변화는 arctan(Fc/F)이다. 여기서, F는 입력신호의 주파수(95Hz~105Hz)이고, Fc는 회로의 차단주파수이다.
이러한 회로에서도, 차단주파수가 입력신호의 주파수 보다 크면 위상 변화는 크고, 차단주파수가 입력신호의 주파수 보다 작으면 위상 변화는 작다. 이러한 회로에서도 동일하게 입력신호의 주파수에 의해서 위상이 변화는 단점이 있다.
도 3은 위상 리드회로에서 저항값의 변화에 따른 위상 변화 그래프를 나타내는 도면으로서, 저항값의 변화에 따라 위상이 비 선형성을 갖게 된다.
그러나, 이와 같은 위상 지연 및 리드회로는 각각 개별적으로 적용하고 있으며, 각 회로에 적용되는 콘덴서(C21,C22)가 온도에 따라 변화가 심하기 때문에 차단주파수가 변화되는 현상이 발생한다. 이로 인해 설정된 위상에 변화가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 입력신호의 주파수 변화에 따른 위상 설정값의 변화가 발생하여, 위상 변화로 인해 위상이 비 선형성 특성을 갖게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 90도의 위상차를 갖는 신호를 사용하여 위상을 손쉽게 조절할 수 있도록, 최대 위상 조절범위를 반전증폭기 및 가변저항을 사용하여 서로 다른 위상신호의 이득을 조정하여 그 가변범위를 결정할 수 있도록 함과 아울러, 입력되는 위상의 지연 및 리드를 가변저항으로 자유롭게 조정할 수 있도록 한 위상차를 이용한 위상 조정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1의 (a)는 종래 위상 조정 회로에 있어, 위상 지연회로 구성도.
(b)는 종래 위상 조정 회로에 있어, 위상 리드회로 구성도.
도 2는 종래 위상 지연회로에 대한 시험 파형도.
도 3은 종래 위상 리드회로에 대한 시험 파형도.
도 4는 본 발명에 따른 위상차를 이용한 위상 조정장치의 실시예를 나타내는 블럭 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 위상차를 이용한 위상 조정장치의 회로 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
M1...마그네트 L1~L4...코일
100...위상차 발생부 101...제 1입력버퍼
102...제 2입력버퍼 103...제 1위상 조정부
104...제 2위상 조정부 105...제 2위상 가변수단
105a...제 1반전증폭부 105b...제 2위상 가변부
106...제 1위상 가변수단 106a...제 2반전증폭부
106b...제 1위상 가변부 VR1,VR2...가변저항
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 위상차를 이용한 위상 조정 장치는,
일정 위상차를 갖는 신호를 각각 검출하여 출력하는 위상차 발생수단과;
상기 위상차 발생수단으로부터 위상차를 갖는 위상신호 각각을 입력받아 출력하는 제 1 및 제 2입력버퍼와;
상기 제 1 및 제 2입력버퍼의 출력 위상신호를 각각 조정하여 출력하는 제 1 및 제 2위상 조정부와;
상기 제 1 및 제 2 입력버퍼로부터 출력되는 위상신호를 반전하여 그 반전된 값의 가변범위로 다른 위상신호를 가변하기 위해 상기 제 1 및 제 2위상 조정부로 각각 출력하는 위상 가변수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상차 발생수단은 회전하는 자성체와 그 자성체의 자극을 측정하기 위한 코일로 이루어져, 상기 코일로부터 90도의 위상차를 갖는 위상신호를 각각 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상차 발생수단은 입력되는 하나의 위상신호와 그 위상신호를 미분하여 90도의 위상차를 갖는 다른 위상신호를 발생시켜 각각 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위상 가변수단은 제 1 입력버퍼의 출력 위상신호를 반전시키는 제 1반전증폭부와, 상기 제 1 반전증폭부에 의해 반전된 위상신호를 가변하여 상기 제 2위상 조정부로 출력하는 제 2위상 가변부로 이루어진 제 2위상 가변수단과; 상기 제 2입력버퍼의 출력 위상신호를 반전시키는 제 2반전증폭부와, 상기 제 2반전증폭부에 의해 반전된 위상신호를 가변하여 상기 제 1위상 조정부로 출력하는 제 1위상 가변부로 이루어진 제 1위상 가변수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2 반전증폭부는 입력 위상신호를 180도 반전시키는 연산증폭기로 구성하고, 제 1 및 제 2 위상 가변부는 가변저항으로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1 및 제 2위상 가변부는 위상 가변수단의 가변 범위에 따라 제 1 및 제 2입력버퍼로부터 입력되는 위상신호를 지연 및 리드시켜 출력하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 위상차를 이용한 위상 조정장치의 실시예를 나타내는 블럭 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 위상차를 이용한 위상 조정장치의 회로 구성도이다.
도 4를 참조하면, 자성체(M1) 및 코일(L1~L4)로 이루어져 두 개의 코일(L2,L4)의 직교 위상신호(RVG0,RVG90)를 각각 출력하는 위상차 발생부(100)와; 상기 위상차 발생부(100)로부터 출력되는 직교 위상신호를 각각 입력받는 제 1 및 제 2입력버퍼(101)(102)와; 상기 제 1 및 제 2입력버퍼(101)(102)로부터 출력되는 각 위상신호를 조정하여 조정된 위상(PS_RVG0)(PS_RVG90)으로 각각 출력하는 제 1및 제 2위상 조정부(103)(104)와; 상기 제 1입력버퍼(101)의 출력 위상신호를 반전시킨 후 반전된 위상을 가변하여 제 2위상 조정부(104)의 위상을 변화시키는 제 2위상 가변수단(105)과, 상기 제 2입력버퍼(102)의 출력 위상신호를 반전시킨 후 그 반전된 위상신호를 가변하여 제 1위상 조정부(103)의 위상을 변화시키는 제 1위상 가변수단(106)으로 구성된다.
여기서, 상기 제 2위상 가변수단(105)은 상기 제 1입력버퍼(101)의 출력 위상신호를 반전시키는 제 1반전증폭부(105a)와, 제 1반전증폭부(105a)에 의해 반전된 위상신호를 조절하여 상기 제 2위상 조정부(104)로 출력하는 제 2위상 가변부(105b)로 구성된다.
제 1위상 가변수단(106)은 상기 제 2입력버퍼(102)의 출력 위상신호를 반전하는 제 2반전증폭부(106a) 및 상기 제 2반전증폭부(106a)에 의해 반전된 위상신호를 가변하여 제 1위상 조정부(103)로 출력하는 제 1위상 가변부(106b)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 위상차를 이용한 위상 조정장치에 대하여 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 위상차 발생부(100)는 자이로 시스템 또는 회전하는 자성체(M1)에서 자극을 측정하기 위해 코일(L1~L4)을 사용하게 되는 데, 이러한 코일(L1~L4)의 부착 위치에 대한 기계적인 오차를 전기적인 회로로 보상하기 위하여 상기 코일(L2)(L4)로부터 출력되는 위상신호를 제 1 및 제 2입력버퍼(101)(102)에서 각각 입력받는다. 이때, 코일 L2로부터 출력되는 위상(RVG0)과 코일 L4로부터 출력되는 위상(RVG90)은 90도의 위상차를 갖는 정현파신호이다.
여기서, 제 1 및 제 2입력버퍼(101)(102)는 입력 위상신호를 감쇠없이 받기 위해 입력 임피던스를 최대로 하여 입력받게 된다.
이를 위해서, 상기 제 1입력버퍼(101)는 입력 위상신호(RVG0)를 연산증폭기(OP1)로 비반전증폭하여 제 2위상 가변수단(105) 및 제 1위상 조정부(103)로 각각 출력하고, 상기 제 2입력버퍼(102)는 입력 위상신호(RVG90)를 연산증폭기(OP4)로 비반전증폭하여 제 1위상 가변수단(106) 및 제 2위상 조정부(104)로 출력하게 된다.
상기 제 2위상 가변수단(105)은 제 1반전증폭부(105a) 및 제 2위상 가변부(105b)로 구성되어, 제 1반전 증폭부(105a)는 입력되는 위상신호(RVG0)을 반전 증폭하며 제 2위상 가변부(105b)는 제 1반전 증폭부(105a)의 위상신호를 가변한 후 제 2위상 조정부(104)로 출력한다.
제 1위상 가변수단(106)은 제 2반전 증폭부(106a) 및 제 1위상 가변부(106b)로 구성되어, 제 2반전 증폭부(106a)는 입력되는 위상신호(RVG90)을 반전증폭하며, 제 1위상 가변부(106b)는 제 2반전증폭부(106a)의 위상신호를 가변한 후 제 1위상 조정부(102)로 출력한다.
즉, 상기 제 1 반전증폭부(105a) 및 제 2반전증폭부(106a)는 각각 연산증폭기(OP2)(OP5)를 갖고 입력되는 위상신호(RVG0,RVG90)를 반전증폭하게 되며, 그 반전증폭된 위상신호는 상기 연산증폭기(OP2)(OP5)의 입/출력단에 각각 접속된 제 1 및 제 2위상 가변부(105b)(106b)의 가변저항(VR2)(VR1)에 의해 위상이 변화게 된다.
여기서, 상기 제 1반전증폭부(105a)는 입력위상 RVG0을 180도 반전된 위상신호를 출력하므로 가변저항(VR2)의 조정에 의한 위상 변이는 0도에서 180 사이가 된다.
그리고, 상기 제 2반전증폭부(106a)에서는 입력위상 RVG90 신호를 180도 반전된 위상으로 출력하므로 가변저항(VR1)의 조정에 의한 위상 변이는 90도에서 270도 사이가 된다.
이러한, 상기 제 1반전증폭부(105a)에 의해 반전된 위상신호는 상기 제 1반전증폭부(105a)의 입/출력 단에 접속된 제 2위상 가변부(105b)의 가변저항(VR2) 에 의해 위상이 변화되어 제 2위상 조정부(104)로 출력된다.
그리고, 상기 제 2반전증폭부(106a)에 의해 반전증폭된 위상신호는 제 2반전증폭부(106a)의 입/출력단에 접속된 제 1가변저항(VR1)을 통해서 제 1위상 조정부(104)로 출력된다.
그러면, 제 1위상 조정부(103)는 입력 위상신호에 위상 변화를 조정하기 위해 제 1입력버퍼(101)의 출력 위상신호와 제 1위상 가변부(106b)의 출력신호에 따라 내부의 연산증폭기(OP3)를 통해 위상 조정된 신호(PS_RVG0)를 출력하게 되며, 제 2위상 조정부(104)는 입력 위상신호에 위상 변화를 주기 위하여 제 2입력버퍼(102)와 제 2위상 가변부(105b)의 출력신호에 따라 내부의 연산증폭기(OP6)를 통해서 위상 조정된 신호(PS_RVG90)를 출력하게 된다.
이러한 위상차를 이용한 위상 조정회로의 동작을 도 5를 참조하여 상세하게 설명하면, 제 1 및 제 2입력버퍼(101)(102)에 입력되는 신호(RVG0,RVG90)는 서로90도의 위상차를 갖고 출력된다. 이는 수학식 1과 같다.
RVG0 = A sin(2πft)
RVG90 = B cos(2πft)
여기서, f는 입력주파수이며, A,B는 입력신호의 진폭이다.
그리고, 제 1 및 제 2위상 가변부(105b)(106b)의 가변저항(VR1)(VR2)의 중앙에서 출력되는 전압을 구하기 위하여 각 가변저항(VR1)(VR2)의 중앙을 중심으로 비반전신호(VR_a), 반전신호(VR_b)로 분리하고, 수학식 2와 같이 설정한다.
VR_a + VR_b = 100KΩ,
그리고, 가변저항(VR1)(VR2)으로부터 출력되는 값은 제 1 및 제 2위상 조정부(103)(104)의 저항(R7,R8)(R15,R17)에 의한 이득변화로 나타난다. 이는 수학식 3과 같이 설정해 준다.
그러면, 수학식 1,2,3으로부터 제 1 및 제 2 위상 조정부(103)(104)에 대한 출력신호 PS_RVG0, PS_RVG90는 수학식 4와 같다.
= - G1 sin(2πft + Φ1)
= - G2 sin(2πft + Φ2)
상기의 수학식 4에서 입력신호의 진폭 A,B가 같으면 위상변화의 최대값은 P1,P2에 의해 결정된다. 이러한 P1,P2에 의한 각 위상의 변화폭±26°정도이다.
이러한 위상의 변화폭은 가변저항(VR1,VR2)에 의해 출력되는 위상 각각에 대해 위상 지연 및 리드의 조정할 수 있으며, 또 제 1 및 제 2위상 조정부(103,104)는 가변저항(VR1,VR2)으로부터 출력되는 신호 및 피드백되는 신호에 대한 위상 변화의 최대값을 저항(R8/R7)(R17/R15)의 이득값으로 입력되는 위상(RVG0,RVG90)을 조정할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로, 소정의 위상차를 발생시켜 주기 위한 회로를 미분회로로 구성하고, 하나의 신호와 그 신호를 미분한 다른 신호를 이용하여 90도의 위상차를 발생시키고, 상기한 본 발명의 입력버퍼,위상조정부, 반전증폭부, 위상가변부를 각각 두어 위상신호를 조정하게 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 위상차를 이용한 위상 조정장치는 전체적인 회로 구성에서 콘덴서가 마련되지 않기 때문에 온도에 따른 위상 변화가 없고 입력 위상신호의 주파수 변화에 따른 위상 설정값의 변화가 발생하지 않으며, 또한 위상의 지연 및 리드를 손쉽게 가변저항으로 조절할 수 있어, 미세한 위상 조정과 위상의 지연 및 리드를 간단하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 일정 위상차를 갖는 신호를 각각 출력하는 위상차 발생수단과;
    상기 위상차 발생수단으로부터 위상차를 갖는 위상신호 각각을 입력받아 출력하는 제 1 및 제 2입력버퍼와;
    상기 제 1 및 제 2입력버퍼의 출력 위상신호를 각각 조정하여 출력하는 제 1 및 제 2위상 조정부와;
    상기 제 1 및 제 2 입력버퍼로부터 출력되는 위상신호를 반전하여 그 반전된 값의 가변범위로 다른 위상신호를 가변하기 위해 상기 제 1 및 제 2위상 조정부로 각각 출력하는 위상 가변수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차를 이용한 위상 조정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위상차 발생수단은 회전하는 자성체와 그 자성체의 자극을 측정하기 위한 코일로 이루어져, 상기 코일로부터 90도의 위상차를 갖는 위상신호를 각각 검출하는 것을 특징으로 하는 위상차를 이용한 위상 조정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위상차 발생수단은 입력되는 하나의 위상신호와 그 위상신호를 미분하여 90도의 위상차를 갖는 다른 위상신호를 발생시켜 각각 출력하는 것을 특징으로하는 위상차를 이용한 위상 조정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 위상 가변수단은 제 1 입력버퍼의 출력 위상신호를 반전시키는 제 1반전증폭부와, 상기 제 1 반전증폭부에 의해 반전된 위상신호를 가변하여 상기 제 2위상 조정부로 출력하는 제 2위상 가변부로 이루어진 제 2위상 가변수단과; 상기 제 2입력버퍼의 출력 위상신호를 반전시키는 제 2반전증폭부와, 상기 제 2반전증폭부에 의해 반전된 위상신호를 가변하여 상기 제 1위상 조정부로 출력하는 제 1위상 가변부로 이루어진 제 1위상 가변수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상차를 이용한 위상 조정장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반전증폭부는 입력 위상신호를 180도 반전시키는 연산증폭기로 구성하고, 제 1 및 제 2 위상 가변부는 가변저항으로 구성된 것을 위상차를 이용한 위상 조정장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2위상 가변부는 위상 가변수단의 가변 범위에 따라 제 1 및 제 2입력버퍼로부터 입력되는 위상신호를 지연 및 리드시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 위상차를 이용한 위상 조정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170035213A (ko) * 2015-09-22 2017-03-30 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기 및 상기 무선 전력 송신기의 제어 방법

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KR20170035213A (ko) * 2015-09-22 2017-03-30 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기 및 상기 무선 전력 송신기의 제어 방법

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