KR20020087583A - Step down AC regulator and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동 강압 조정기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력 전원으로 정밀한 전압이 요구되는 분야에 있어 입력 전압이 기준 전압 이상으로 상승될 경우 강압하여 항상 일정한 전압이 출력되도록 보상해 주기 위한 자동 강압 조정기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic step-down regulator and a control method thereof, and more particularly, in a field in which a precise voltage is required as an input power supply, when the input voltage rises above the reference voltage, it is stepped down to compensate for a constant voltage output. It relates to an automatic step-down regulator for and a control method thereof.
종래의 교류 전압 제어를 위한 자동 전압 조정기는, 도 1에 도시된 바와 같이 멀티탭 변압기(T)를 기본 구성으로 하여 입력 전압(Vi)의 변동에 관계없이 일정한 전압(Vo)이 출력되도록 하고 있는 바, 간단히 동작을 설명하면 입력 전압(Vi)의 변동을 검출하고, 그 검출된 변동값에 근거하여 변압기(T) 2차측 멀티탭을 트라이액(Triac)과 같은 반도체 스위칭 소자(S)를 이용하여 단속하므로써, 일정한 전압이 출력되도록 하는 것이다.As shown in FIG. 1, a conventional automatic voltage regulator for controlling an AC voltage has a multi-tap transformer T as a basic configuration such that a constant voltage Vo is output regardless of a change in an input voltage Vi. When the operation is briefly described, a change in the input voltage Vi is detected, and the transformer T secondary-side power strip is interrupted using a semiconductor switching element S such as a triac based on the detected change value. Thus, a constant voltage is output.
그런데, 상기와 같은 종래의 자동 전압 조정기에 의하면, 정밀한 전압 제어를 위해서는 탭수 및 그 탭수에 대응하여 반도체 스위칭 소자의 수가 증가하게 되고, 탭 절환을 위한 반도체 스위치 소자의 단속 동작이 입력 전압이 '0'이 되는 순간에 이루어져야 하므로 응답 시간이 제한됨과 아울러 출력 전압이 입력 전압 변동에 대해 이산(離散)적으로 제어되는 단점이 있었다.However, according to the conventional automatic voltage regulator as described above, the number of semiconductor switching elements increases according to the number of taps and the number of taps for precise voltage control, and the intermittent operation of the semiconductor switch element for tap switching causes the input voltage to be '0. Because the response time is limited, the output voltage is controlled discretely with respect to the input voltage fluctuation.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 입력 교류 전압이 기준 전압 이상으로 상승될 경우 자동 강압 보상하여 부하단에 인가되는 교류 전력이 항상 일정한 전압이 되도록 함으로서 전력 절감을 이룰 수 있도록 하되, 그 강압 보상 시 정밀한 선형적인 전압 제어를 가능토록 하고, 사이즈 저감, 효율 향상 및 입력 전압에 따른 빠른 응답 시간을 구현하도록 된 자동 강압 조정기 및 그 자동 강압 조정기 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and its object is to automatically compensate for voltage drop when the input AC voltage rises above the reference voltage so that the AC power applied to the load is always a constant voltage. Provides an automatic step-down regulator and its method of controlling the step-down regulator, which enable precise linear voltage control when compensating the step-down, and realize size reduction, efficiency improvement and fast response time according to the input voltage. I would like to.
도 1은 종래의 멀티탭 변압기를 도입한 자동 전압 조정기의 회로도이고,1 is a circuit diagram of an automatic voltage regulator incorporating a conventional multi-tap transformer,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 강압 조정기의 회로도이고,2 is a circuit diagram of an automatic step-down regulator according to an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 강압 조정기의 회로도이고,3 is a circuit diagram of an automatic step-down regulator according to another embodiment of the present invention,
도 4는 도 2의 단상에 대한 자동 강압 조정기를 3상(U,V,W)에 대한 자동 강압 조정기에 응용 적용한 회로도이고,4 is a circuit diagram in which the automatic step-down regulator for the single phase of FIG. 2 is applied to the automatic step-down regulator for three phases (U, V, W),
도 5는 도 2의 주요 부분의 파형도이고,5 is a waveform diagram of the main part of FIG.
도 6은 도 2의 제어부의 AC 초퍼부를 제어하기 위한 펄스폭변조 제어 신호 파형도이고,6 is a pulse width modulation control signal waveform diagram for controlling the AC chopper of the control unit of FIG.
도 7은 도 2의 본 발명에서 초기 구동시 제어부에서 수행되는 시퀀스 로직을 설명하는 신호 파형도이고,FIG. 7 is a signal waveform diagram illustrating sequence logic performed by a controller during initial driving of the present invention of FIG. 2.
도 8은 도 2의 본 발명에서 입력교류전압을 변압기의 제 2권선을 통해 바이패스(bypass)할 경우의 시퀸스 로직을 설명하는 신호 파형도이다.FIG. 8 is a signal waveform diagram illustrating sequence logic when the input AC voltage is bypassed through the second winding of a transformer in the present invention of FIG. 2.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
100 : AC 초퍼부 200 : 여파부100: AC chopper part 200: filter part
300 : 전압 보상부 400 : 제어부300: voltage compensation unit 400: control unit
S1.S2,S3,S4 : 반도체 스위치 SW1,SW2 : 스위치S1.S2, S3, S4: Semiconductor Switch SW1, SW2: Switch
L : 인덕터 C : 캐패시터L: Inductor C: Capacitor
T : 변압기T: transformer
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동 강압 조정기는, 교류 입력 전압을 단속(斷續)하는 단속 수단; 상기 단속 수단의 출력 전압을 여파하는 여파 수단; 상기 여파 수단의 출력 전압에 따라 상기 교류 입력 전압을 강압 보상하여 출력측으로 유도하는 전압 보상 수단; 상기 단속 수단의 출력단과 상기 여파 수단의 입력단 간의 전류 통로를 단속하는 제 1 스위치; 상기 전압 보상 수단으로부터 상기 여파 수단을 통해 환류되는 전류의 통로를 형성하고 그 전류 통로를 단속하는 제 2 스위치; 및 상기 전압 보상 수단의 출력 전압을 설정된 지령치와 비교하여 그 결과에 따라 상기 단속 수단의 단속 동작을 제어하고, 상기 제 1 및 제 2 스위치의 단속 동작을 제어하는 제어 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하고, 상기 단속 수단은 상기 교류 입력 전압의 전원 양단에 상호 직렬 연결된 2개의 양방향 스위칭부로 구성하고, 상기 전압 보상 수단은 상기 여파 수단의 출력 전압이 양단에 연결되는 제 1 권선과 상기 교류 입력 전압단이 일측에 연결되고 타측은 상기 출력측에 연결되는 제 2 권선을 구비하는 변압기로 구성함이 바람직하다.In order to achieve the above object, the automatic step-down regulator according to the present invention includes an interruption means for interrupting the AC input voltage; Filtering means for filtering the output voltage of said interrupting means; Voltage compensating means for step-down compensating the AC input voltage to the output side according to the output voltage of the filtering means; A first switch for interrupting a current path between an output end of the interrupting means and an input end of the filter means; A second switch which forms a passage of current returned from the voltage compensating means through the filtering means and interrupts the current passage; And control means for comparing the output voltage of the voltage compensating means with a set command value and controlling the interruption operation of the interruption means and controlling the interruption operation of the first and second switches according to the result. And the interrupting means comprises two bidirectional switching units connected in series with both ends of the AC input voltage, and the voltage compensating means includes a first winding and an AC input voltage terminal having an output voltage of the filter means connected to both ends. It is preferably configured as a transformer having a second winding connected to one side and the other side connected to the output side.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동 강압 조정기의 제어 방법은, 상기와 같이 구성된 본 발명의 전압 조정기에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 스위치를 개방하는 단계와, 상기 제 2 스위치와 상기 제 1 스위치를 순차적으로 온시키는 단계와, 상기 제 2 스위치를 오프하여 개방하는 단계와, 상기 단속 수단의 단속 동작을 제어하는 단계를 순차적으로 수행하여 초기 구동하는 제 1 단계; 상기 초기 구동 후, 교류 입력 전압의 보상 중지를 위한 특정 모드의 선택 시, 상기 단속 수단의 단속 동작의 제어를 정지하는 단계와, 상기 제 2 스위치를 온시키는 단계와, 상기 제 1 스위치를 오프시키는 단계를 순차적으로 수행하여 상기 제 1 권선에 유기된 전류를 상기 여파수단과 상기 제 2 스위치를 차례로 통하여 환류시키는 제 2 단계; 및 상기 선택된 특정 모드의 해제 시, 상기 제 1 스위치를 온시키는 단계와, 상기 제 2 스위치를 오프시키는 단계와, 상기 단속 수단의 단속 동작을 제어하는 단계를 순차적으로 수행하여 정상 운행 토록 하는 제 3 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a control method of an automatic step-down regulator according to the present invention includes the steps of: opening the first and second switches in the voltage regulator of the present invention configured as described above; A first step of initially driving by sequentially turning on the first switch, turning off and opening the second switch, and controlling the interruption operation of the interruption means sequentially; After the initial driving, in the selection of a specific mode for stopping the compensation of the AC input voltage, stopping control of the interruption operation of the interruption means, turning on the second switch, and turning off the first switch. Performing a step sequentially to reflux current induced in the first winding through the filter means and the second switch in sequence; And performing a normal operation by sequentially turning on the first switch, turning off the second switch, and controlling an interruption operation of the interruption means when the selected specific mode is released. Characterized in that it comprises a step.
상기와 같이 구성된 본 발명은 도로조명, 제조공장, 작업장, 슈퍼마켓등의 산업용 집단조명 및 관공서등의 사무실 조명등에 적용되어 높은 조도가 요구되지 않는 시간대에 조명장치에 입력되는 입력전압을 적절히 강압하여 전력절감을 이룰 수 있는 장치로서, 이를 위해 상기 단속 수단으로서의 AC 초퍼와 상기 전압 보상 수단으로서의 직렬보상 변압기를 추가하여 AC쵸퍼에서는 절감하고자 하는 입력전압의 양에 해당되는 보상전압을 발생시키게 되며 이는 변압기를 통해 입력교류전압에 보상되고 출력전압이 강압되어 전력절감을 이루게 된다. 따라서 입력전압의 변동범위내에서도 항상 일정한 전압을 출력하는 양질의 전압제어가 가능하며, 응답시간 및 효율이 우수한 장점을 지니게 된다. 이러한 직렬보상방식의 교류 초퍼의 제어에 있어서는 스위치가 모두 꺼진 상태에서의 직렬보상변압기 1차측에 높은 전압이 발생될 수 있으므로 AC쵸퍼의 스위치를 보호하기 위한 대책이 필요한 바, 본 발명은 변압기의 2차측에 주전류가 흐르게 되므로 항상 입력전원측으로 전류를 궤환시켜 줄 수 있도록 스위치를 동작시켜 주기 위한 펄스폭변조방식(Pulse Width Modulation)이 창작되어 도입되었으며, 그 방법은 초기구동시와 바이패스 시의 적절한 시퀀스(Sequence) 로직을 구현하여 변압기 1차측의 고전압발생으로부터 스위치소자를 완전히 보호할 수 있도록 하고, 입력전압의 극성과 PWM 인가파형의 극성에 따라 각 스위치에 인가되는 펄스폭변조방식을 적절히 구성되도록 하여 전류의 흐름을 유지할 수 있도록 한다.The present invention configured as described above is applied to industrial lighting such as road lighting, manufacturing plants, workshops, supermarkets, and office lighting such as government offices, so as to properly reduce the input voltage input to the lighting device at a time when high illumination is not required. In order to achieve this, an AC chopper as the interrupting means and a series compensating transformer as the voltage compensating means are added to the AC chopper to generate a compensating voltage corresponding to the amount of input voltage to be saved. This compensates for the input alternating voltage and the output voltage is stepped down to achieve power savings. Therefore, it is possible to control high-quality voltage that always outputs a constant voltage even within the fluctuation range of input voltage, and has the advantage of excellent response time and efficiency. In the control of the AC compensator of the series compensation method, since a high voltage may be generated on the primary side of the serial compensating transformer when all the switches are turned off, measures to protect the AC chopper switch are required. Since the main current flows to the vehicle side, the Pulse Width Modulation was created and introduced to operate the switch so that the current can be fed back to the input power side at all times. Implement proper sequence logic to completely protect the switch element from the high voltage generation on the transformer primary side, and configure the pulse width modulation method applied to each switch according to the polarity of input voltage and the polarity of PWM applied waveform. To keep the current flowing.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 강압 조정기 및 그 제어 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the automatic step-down regulator and its control method according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 강압 조정기의 회로도로서, 교류 입력 전압(Vi)을 단속하여 초핑(chopping)하는 단속 수단으로서의 AC초퍼부(100); 상기 AC 초퍼부(100)의 출력 전압(VIO)을 여파하는 여파부(200); 상기 여파부(200)를 통해 여파된 전압(Vfo)만큼 상기 교류 입력 전압을 강압 보상하여 출력 전압(Vo)으로 만드는 전압 보상부(300); 상기 AC 초퍼부(100)의 출력단과 상기 여파부(200)의 입력단 간의 전류 통로를 단속하는 제 1 스위치(SW1); 상기 전압 보상부(300)로부터 상기 여파부(200)를 통해 환류되는 전류 통로를 형성하고 그 전류 통로를 단속하는 제 2 스위치(SW2); 및 상기 전압 보상부(300)의 출력 전압(Vo)을 설정된 지령치와 비교하여 그 결과에 따라 상기 AC 초퍼부(100) 단속 동작을 제어하고, 상기 제 1 및 제 2 스위치(SW1,SW2)의 단속 동작을 제어하는 제어부(400)로 구성되어 있다.2 is a circuit diagram of an automatic step-down regulator according to an embodiment of the present invention, an AC chopper unit 100 as an intermittent means for intercepting and chopping an AC input voltage Vi; A filter unit 200 for filtering the output voltage V IO of the AC chopper unit 100; A voltage compensator 300 for step-down compensating the AC input voltage by the voltage V fo filtered through the filter part 200 to produce an output voltage Vo; A first switch (SW1) for controlling a current path between an output terminal of the AC chopper unit 100 and an input terminal of the filter unit 200; A second switch (SW2) for forming a current path that flows back from the voltage compensator (300) through the filter unit (200) and intercepts the current path; And compares the output voltage Vo of the voltage compensator 300 with a set command value and controls the AC chopper unit 100 intermittent operation according to the result, and controls the first and second switches SW1 and SW2. It is comprised by the control part 400 which controls an interruption operation.
상기 AC 초퍼부(100)는 상기 교류 입력 전압(Vi)의 전원 양단(+,-)에 상호 직렬 연결된 제 1 및 제 2 스위칭부(110,120)로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 스위칭부(110,120)의 공통 연결점이 출력단이 형성되어 있다. 상기 제 1 양방향 스위칭부(110)는 상기 전원의 양극(+)에 전류 유입단이 연결된 제 1 반도체 스위치(S1)와, 상기 제 1 반도체 스위치(S1)의 전류 유출단에 전류 유출단이 연결된 제 2 반도체 스위치)S2)와, 상기 제 1 및 제 2 반도체 스위치(S1,S2)의 전류 유입단과 전류 유출단 사이에 각기 역병렬 연결된 제 1 및 제 2 다이오드(D1,D2)로 구성되어 있다. 상기 제 2 양방향 스위칭부(120)는 상기 제 2 반도체 스위치(S2)의 전류 유입단에 전류 유입단이 연결된 제 3 반도체 스위치(S3)와, 상기 제 3 반도체 스위치(S3)의 전류 유출단에 전류 유출단이 연결되고 전류 유입단은 상기 전원의 음극(-)에 연결된 제 4 반도체 스위치(S4)와, 상기 제 3 및 제 4 반도체스위치(S3,S4)의 전류 유입단과 전류 유출단 사이에 각기 역병렬 연결된 제 3 및 제 4 다이오드(D3,D4)로 구성되어 있다.The AC chopper unit 100 includes first and second switching units 110 and 120 connected in series to both ends (+,-) of the AC input voltage Vi, and the first and second switching units ( The common connection point of 110 and 120 has an output terminal. The first bidirectional switching unit 110 includes a first semiconductor switch S1 having a current inlet connected to a positive pole of the power supply, and a current outlet connected to a current outlet of the first semiconductor switch S1. A second semiconductor switch S2) and first and second diodes D1 and D2 connected in anti-parallel, respectively, between the current inlet and the current outlet of the first and second semiconductor switches S1 and S2. . The second bidirectional switching unit 120 may include a third semiconductor switch S3 connected to a current inflow terminal of the second semiconductor switch S2, and a current outlet of the third semiconductor switch S3. A current inflow end is connected, and a current inflow end is connected between the fourth semiconductor switch S4 connected to the cathode (-) of the power supply, and between the current inflow end and the current outflow end of the third and fourth semiconductor switches S3 and S4. It is composed of third and fourth diodes D3 and D4 connected in anti-parallel, respectively.
상기 여파부(200)는 상기 제 1 및 제 2 스위칭부(110,120)의 공통 연결점에 일측이 연결된 캐패시터(C)와, 상기 캐패시터(C)의 타측에 일단이 연결되고 타단은 상기 전원의 음극(-)에 연결된 인덕터(L)가 구비된 L-C 필터로 구성되어 있다.The filter unit 200 has a capacitor (C) having one side connected to a common connection point of the first and second switching units (110, 120) and one end connected to the other side of the capacitor (C), and the other end of the negative electrode of the power source ( It consists of an LC filter with an inductor (L) connected to-).
상기 전압 보상부(300)는 상기 캐패시터(C)에 병렬 연결된 제 1 권선과, 상기 AC 초퍼(100) 후단의 상기 전원의 양극(+)에 일단이 연결되고 타단은 출력단이 되는 제 2 권선을 포함하는 변압기(T)로 구성되어 있다.The voltage compensator 300 includes a first winding connected in parallel to the capacitor C and a second winding having one end connected to the positive pole (+) of the power supply behind the AC chopper 100 and the other end being an output terminal. It consists of the transformer T included.
상기 제 1 스위치(SW1)는 상기 제 1 및 제 2 스위칭부(110,120)의 공통 연결점과 상기 캐패시터(C) 간의 연결선 상에 설치되어 그 연결선을 통해 흐르는 전류를 단속하도록 구성되어 있고, 상기 제 2 스위치(SW2)는 상기 제 1 스위치(SW1)와 상기 캐패시터(C)의 공통 연결점과 상기 전원의 음극(-) 사이의 연결선 상에 설치되어 그 연결선을 통해 흐르는 환류 전류를 단속하도록 구성되어 있으며, 특히 상기 제 2 스위치(SW2)는 래치(Latch) 형태의 전자 접촉기로 구성함이 바람직하다.The first switch SW1 is provided on a connection line between the common connection point of the first and second switching units 110 and 120 and the capacitor C and is configured to interrupt a current flowing through the connection line. The switch SW2 is provided on a connection line between the common connection point of the first switch SW1 and the capacitor C and the negative electrode (-) of the power supply, and is configured to interrupt the reflux current flowing through the connection line. In particular, the second switch SW2 is preferably configured as a magnetic contactor in the form of a latch.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 강압 조정기의 회로도로서, 도 2와 비교하여 상기 여파부(200)와 상기 전압 보상부(300)의 각 구성 소자간 연결 관계에만 차이가 있고 그외의 구성 및 연결관계는 모두 동일한 바, 동 도면을 보면, 상기 제 1 및 제 2 스위치(SW1,SW2)의 공통 연결점에 인덕터(L)의 일단이 연결되어 있고, 그 인덕터(L)의 타단과 상기 전원의 음극(-) 간에 캐패시터(C)가 연결되어 있으며, 상기 캐패시터(C)에 병렬로 변압기(T)의 제 1 권선이 연결되어 있고, 그변압기(T)의 제 2 권선의 일단은 상기 전원의 음극(-)에 연결되고 타단은 출력단을 형성하고 있다.3 is a circuit diagram of the automatic step-down regulator according to another embodiment of the present invention, there is a difference only in the connection relationship between the components of the filter unit 200 and the voltage compensator 300 compared to FIG. The configuration and the connection relationship are all the same. Referring to the drawings, one end of the inductor L is connected to the common connection point of the first and second switches SW1 and SW2, and the other end of the inductor L and the A capacitor C is connected between the negative pole of the power supply, and a first winding of the transformer T is connected in parallel to the capacitor C, and one end of the second winding of the transformer T is connected to the capacitor C. It is connected to the negative (-) of the power supply and the other end forms an output terminal.
이와 같이, 상기 전압 보상부(300)의 상기 변압기(T)의 위치를 상기 전원의 음극(-) 측으로 옮기게 되면 그 변압기(T)를 단권 변압기로 채택할 수 있어 가격 절감을 이룰 수 있다.As such, when the position of the transformer T of the voltage compensator 300 is moved to the negative (−) side of the power source, the transformer T may be adopted as a single winding transformer, thereby achieving cost reduction.
도 4는 도 2의 단상에 대한 자동 강압 조정기를 3상(U,V,W)에 대한 자동 강압 조정기에 응용 적용한 회로도로서, 각 U,V, 및 W상 전원 라인과 접지사이에 상기 제 1 및 제 2 양방향 스위칭부(110,120)의 구성과 동일한 2개의 양방향 스위칭부가 직렬 연결된 3상 스위칭 레그가 각각 설치되어 있고, 각 레그의 암과 접지사이에 도 2의 여파부(200)와 같은 3상 L-C필터가 설치되어 있으며, 상기 각 L-C필터의 출력 신호를 상기 각 상의 전원 라인의 출력단으로 유도하기 위하여 도 2의 전압 유도부(300)와 같은 3상 변압기가 각각 설치되어 있다.FIG. 4 is a circuit diagram in which the automatic step-down regulator for the single phase of FIG. 2 is applied to the automatic step-down regulator for three phases (U, V, and W). And two three-phase switching legs in which two bidirectional switching units identical to the configurations of the second bidirectional switching units 110 and 120 are connected in series, respectively, between the arm and the ground of each leg, such as the filter unit 200 of FIG. 2. An LC filter is provided, and a three-phase transformer such as the voltage induction part 300 of FIG. 2 is provided to guide the output signal of each LC filter to the output terminal of the power line of each phase.
이어, 본 발명에 따른 자동 강압 조정기의 제어 방법을 설명토록 하되, 그 방법은 상기와 같이 구성된 본 발명의 장치에 적용되므로 그 동작과 병행하여 설명토록 한다.Subsequently, the control method of the automatic step-down regulator according to the present invention will be described, but the method will be described in parallel with the operation because it is applied to the apparatus of the present invention configured as above.
본 발명에 의하면, 입력교류전압(Vi)에 변동이 발생하여 기준전압(Vref) 이상으로 상승될 경우, 상기 제어부(400)는 설정된 지령전압과 검출된 출력전압의 차이에 의거하여 보상전압 지령치를 발생시키고, 그 발생된 보상전압 지령치에 의거하여 펄스폭변조(PWM)방식으로 상기 AC 초퍼부(100)의 해당 반도체 스위치(S1-S4)를 온/오프 제어하여 상기 입력교류전압(Vi)을 직접 초핑(chopping) 함으로써, 상기 AC 초퍼부(100)로부터 초핑된 전압(VIO)이 출력되도록 하고, 그 초핑된 전압(VIO)은 상기 여파부(200)를 통해 여파되어 상기 입력교류전압(Vi)의 변동값에 해당되는 보상전압(Vfo)으로 만들어진 후, 이 보상 전압(Vfo)은 상기 전압 보상부(300)의 상기 변압기(T)의 1차측에서 2차측으로 유도되어 상기 제 2 권선에서 상기 입력교류전압(Vi)이 상기 보상전압(Vfo) 만큼 강압된 후 출력되도록 하는 것으로서, 이하 그 동작을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.According to the present invention, when a change occurs in the input AC voltage (Vi) and rises above the reference voltage (Vref), the control unit 400 is based on the difference between the set command voltage and the detected output voltage command value. The semiconductor switch S1-S4 of the AC chopper unit 100 on / off by a pulse width modulation (PWM) method based on the generated compensation voltage command value to control the input AC voltage Vi. By directly chopping, the chopped voltage V IO is output from the AC chopper unit 100, and the chopped voltage V IO is filtered through the filter unit 200 to provide the input AC voltage. then made of the compensation voltage (V fo) corresponding to the variation of the (Vi), a compensation voltage (Vfo) is induced to the secondary side from the primary side of the transformer (T) of the voltage compensation unit 300, the first In the two windings, the input alternating voltage Vi is stepped down by the compensation voltage Vfo. After the output, the operation will be described in more detail below.
먼저, 상기 제 1 스위치(SW1)가 온(ON)되어 있고 상기 제 2 스위치(SW2)가 오프(OFF)되어 있는 상태가 정상 운전 상태인 바, 이와 같은 정상 운전 상태에서 도 5의 (a)와 같이 입력교류전압(Vi)이 기준전압(Vref) 이상으로 상승될 시, 상기 AC 초퍼부(100)의 각 반도체 스위치(S1-S4)의 온/오프 제어 과정을 설명하면 다음과 같다.First, the state in which the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned off is a normal operation state. As described above, when the input AC voltage Vi rises above the reference voltage Vref, the on / off control process of each semiconductor switch S1-S4 of the AC chopper unit 100 will be described.
상기 제어부(400)는, 도 5의 (a)와 같은 상기 입력교류전압(Vi)의 정(+)의 반주기 동안은 도 6과 같이 상기 제 2 및 제 4 반도체 스위치(S2,S4)는 온(ON) 상태를 유지토록 하면서 상기 제 1 반도체 스위치(S1)와 상기 제 3 반도체 스위치(S3)를 교번하여 온/오프되도록 펄스폭변조(PWM) 방식으로 제어하고, 이어 상기 입력교류전압(Vi)의 부(-)의 반주기 동안은 상기 제 1 및 제 3 반도체 스위치(S1,S3)는 온 상태를 유지토록 하면서 상기 제 2 반도체 스위치(S2)와 상기 제 4 반도체 스위치(S4)를 교번하여 온/오프되도록 펄스폭변조(PWM) 방식으로 제어함으로써, 상기 AC 초퍼부(100)를 통해 상기 교류입력전압(Vi)의 정/부(+/-) 구간이 직접 초핑된 펄스 신호로서 도 5의 (b)와 같은 교류 펄스폭변조 보상전압(VIO)이 만들어져 출력되도록 한다.The controller 400 turns on the second and fourth semiconductor switches S2 and S4 as shown in FIG. 6 during a half period of the positive (+) of the input AC voltage Vi as shown in FIG. While maintaining the ON state, the first semiconductor switch S1 and the third semiconductor switch S3 are controlled in a pulse width modulation (PWM) manner so as to be alternately turned on / off, and then the input alternating current Vi The second and fourth semiconductor switches S2 and S4 alternate with each other while the first and third semiconductor switches S1 and S3 are kept on during the negative half period of By controlling in a pulse width modulation (PWM) manner to turn on / off, the positive / negative (+ /-) section of the AC input voltage (Vi) directly through the AC chopper unit 100 as a pulse signal chopped Figure 5 AC pulse width modulation compensation voltage (VIO) as shown in (b) is generated and output.
이후, 상기 AC 초퍼부(100)로부터 출력된 상기 도 5의 (b)와 같은 교류 펄스폭변조 보상전압(VIO)은 상기 여파부(200)를 통해 여파되어 도 5의 (c)와 같이 입력전압 변동치에 해당하는 정현파 교류 보상전압(Vfo)으로 변환되고, 그 정현파 교류 보상전압(Vfo)은 상기 전압 보상부(300)의 상기 변압기(T)의 1차측 권선으로부터 2차측 권선으로 유도되어 상기 교류 입력전압(Vi)을 상기 정현파 교류 보상전압(Vfo) 만큼 강압 보상해 줌으로써. 출력 전압(Vo)이 도 7의 (d)와 같이 기준전압(Vref) 레벨로 일정하게 유지된다. 이때, 상기 변압기(T)로부터 일정 전류가 회생되어 전력 절감을 이룬다.Thereafter, the AC pulse width modulation compensation voltage VIO as shown in FIG. 5B output from the AC chopper unit 100 is filtered through the filter unit 200 and input as shown in FIG. 5C. The sinusoidal AC compensation voltage Vfo corresponding to the voltage variation value is converted, and the sinusoidal AC compensation voltage Vfo is induced from the primary winding of the transformer T of the voltage compensator 300 to the secondary winding. By step-compensating AC input voltage Vi by the sinusoidal AC compensation voltage Vfo. The output voltage Vo is kept constant at the reference voltage Vref level as shown in FIG. At this time, a constant current is regenerated from the transformer T to achieve power saving.
한편, 상기 정상 운전 상태(즉, SW1은 온되고 SW2는 오프된 상태)에서, 본 발명을 그대로 초기 구동하거나 또는 입력교류전압(Vi)을 상기 변압기(T)의 제 2권선을 통해 바이패스(bypass)할 경우, 상기 전압 보상부(300)의 상기 변압기(T)의 제 2 권선으로부터 제 1 권선측에 유기되는 에너지에 의해 상기 AC 초퍼부(100)의 상기 반도체 스위치(S1-S4)들이 소손되므로, 그 소손 방지를 위한 본 발명의 제어 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.On the other hand, in the normal operation state (ie, SW1 is on and SW2 is off), the present invention is initially driven as it is, or the input AC voltage Vi is bypassed through the second winding of the transformer T. In case of bypass, the semiconductor switches S1-S4 of the AC chopper unit 100 are driven by energy induced from the second winding of the transformer T of the voltage compensator 300 to the first winding side. Since the burnout is described, the control method of the present invention for preventing the burnout will be described below.
도 7은 본 발명의 초기 구동시 상기 제어부(400)에서 수행되는 시퀀스 로직으로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 스위치(SW1,SW2)가 개방된 상태에서 초기 전원(Power)이 인가되면, 상기 제 2 스위치(SW2)와 상기 제 1 스위치(SW1)를 순차적으로 온시키고, 이어 상기 제 2 스위치(SW2)를 오프하여 개방한 후, 상기 AC 초퍼(100)의 각 반도체 스위치(S1-S2)를 제어하기 위한 PWM 신호를 출력하여 상술된 바와 같이 상기 AC 초퍼(100)의 단속 동작을 제어함으로서, 정상 상태의 동작으로 진입토록 한다.FIG. 7 is sequence logic performed by the controller 400 during initial driving of the present invention. As shown in the figure, initial power (Power) in a state in which the first and second switches SW1 and SW2 are opened. ), The second switch SW2 and the first switch SW1 are sequentially turned on, and then the second switch SW2 is turned off and opened, and then each semiconductor of the AC chopper 100 is opened. By outputting a PWM signal for controlling the switches (S1-S2) to control the intermittent operation of the AC chopper 100 as described above, to enter the operation of the steady state.
즉, 전원(Power)의 초기 투입시에 상기 제 1 및 제 2 스위치(SW1,SW2)가 개방된 상태에서 먼저 상기 제 2 스위치(SW2)를 투입하여 그 제 2 스위치(SW2) 양단의 전압을 0으로 만들게 되면 이때 상기 변압기(T)를 통해 2차측에서 1차측으로 유기된 전류는 상기 제 1 스위치(SW1)가 개방되어 있기 때문에 상기 AC 초퍼부(100)측으로는 흐르지 않고 상기 여파부(200)와 상기 제 2 스위치(SW2)를 통해 환류되어 회생되며, 이후 상기 제 1 스위치(SW1)를 투입하여 상기 AC 쵸퍼부(100)를 상기 여파부(200)를 매개로 상기 전압 보상부(300)와 연결하고, 상기 제 2 스위치(SW2)를 개방한 후 PWM 신호를 출력하여 상기 AC 초퍼부(100)의 각 반도체 스위치(S1-S4)를 제어함으로서, 상기 반도체 스위치 소자(S1-S4)를 보호한다.That is, when the power is initially turned on, the second switch SW2 is first introduced while the first and second switches SW1 and SW2 are open, and the voltage across the second switch SW2 is reduced. If it is made 0, the current induced from the secondary side to the primary side through the transformer T does not flow to the AC chopper part 100 side because the first switch SW1 is open, and thus the filter part 200 ) And the second switch SW2 is refluxed and regenerated, after which the first switch SW1 is inserted to regenerate the AC chopper unit 100 via the filter unit 200. ), And by opening the second switch SW2 and outputting a PWM signal to control each semiconductor switch S1-S4 of the AC chopper unit 100, the semiconductor switch elements S1-S4. To protect.
도 8은 본 발명에서 입력교류전압(Vi)을 상기 변압기(T)의 제 2권선을 통해 바이패스(bypass)할 경우의 시퀸스 로직으로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 초기 구동 후 정상 운전 상태에서, 교류 입력 전압(Vi)의 보상 중지를 위한 바이패스 스위치(Bypass SW)가 인가되어 바이 패스 모드의 선택 시, 먼저 상기 AC 초퍼부(100)의 각 반도체 스위치(S1-S4)를 제어하는 PWM 출력을 정지시키고, 상기 제 2 스위치(SW2)를 온시키고, 그리고 상기 제 1 스위치(SW1)를 오프시키는 제어 과정을 순차적으로 수행하여 상기 제 2 스위치(SW2)를 통해 상기 변압기(T)의상기 제 1 권선에 유기된 전류를 접지측으로 흘리도록 한다. 이어, 상기 바이패스 스위치(Bypass SW)를 통한 상기 선택된 바이패스 모드의 해제시, 먼저 상기 제 1 스위치(SW1)를 온시키고, 상기 제 2 스위치(SW2)를 오프시킨 후, 상기 PWM 신호를 출력하여 상기 AC 초퍼부(100)의 각 반도체 스위치(S1-S4)를 제어하는 제어 과정을 순차적으로 수행하여 정상 운행 상태로 재진입토록 한다.FIG. 8 is a sequence logic in the case of bypassing the input alternating current Vi through the second winding of the transformer T in the present invention, and as shown in FIG. In the normal operation state, when the bypass switch Bypass SW is applied to stop the compensation of the AC input voltage Vi, the semiconductor switches S1-S4 of the AC chopper unit 100 are first selected when the bypass mode is selected. Stopping the PWM output for controlling the control, turn on the second switch (SW2), and turn off the first switch (SW1) in sequence to perform the transformer through the second switch (SW2) The current induced in the first winding of T) is allowed to flow to the ground side. Subsequently, when the selected bypass mode is released through the bypass switch Bypass SW, the first switch SW1 is first turned on, the second switch SW2 is turned off, and the PWM signal is output. By sequentially performing the control process for controlling each semiconductor switch (S1-S4) of the AC chopper unit 100 to re-enter the normal operating state.
즉, 상기와 같은 정상 상태의 운전 중에 바이패스(bypass)가 필요한 경우, 상기 바이패스 스위치(Bypass SW)의 상태를 검출하여, 먼저 제 8도에 나타나는 것과 같이 PWM 출력을 정지한 후에 상기제 2 스위치(SW2)를 투입하여 환류회로를 구성한 다음 상기 제 1 스위치(SW1)를 개방토록 하고, 이후 바이패스가 불필요해 져 상기 바이패스 스위치를 개방하면 역순으로 먼저 상기 제 1 스위치(SW1)를 투입한 후 상기 제 2 스위치(SW2)를 개방하고 이후 PWM 출력을 상기 AC 초퍼부(100)의 상기 각 반도체 소자(S1-S4)인가토록 한다. 이때 바이패스 중에 전원이 차단되었다 재 투입되는 경우에도 바이패스 상태가 유지될 수 있도록 상기 제 2 스위치(SW2)는 랫치(Latch)형태의 전자 접촉기를 사용한다.That is, when bypass is required during the normal operation as described above, the state of the bypass switch (Bypass SW) is detected and the PWM output is stopped first as shown in FIG. After the switch SW2 is inserted to configure the reflux circuit, the first switch SW1 is opened, and since the bypass is not necessary, the first switch SW1 is first introduced in the reverse order when the bypass switch is opened. After that, the second switch SW2 is opened, and then the PWM output is applied to each of the semiconductor devices S1-S4 of the AC chopper unit 100. In this case, the second switch SW2 uses a latch type magnetic contactor so that the bypass state can be maintained even when the power is cut off and re-powered during the bypass.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동 강압 조정기 및 그 제어 방법에 의하면, AC 쵸퍼와 보조 변압기로 구성되는 새로운 방식을 사용하여 입력교류전압이 기준전압 이상으로 상승할 경우 그 전압을 보상하여 가준전압 레벨로 출력함으로써 전력의 절감을 이룰 수 있음은 물론, 기존의 탭절환방식에 비해 응답시간이 우수하게되고, 효율이 더욱 높은 장점을 지니게 된다. 또한, 기존의 탭절환방식에 있어서는 전압변동범위가 정밀하게 요구될수록 많은 탭과 반도체 스위치 소자가 필요하였으나 본 발명의 경우 고정된 반도체 스위치 소자수로 정밀한 전압제어가 가능하고 용량에 비례하여 증가되는 변압기의 크기 및 중량이 제거되어 교류전력절감장치의 크기를 기존의 방식에 비해 대폭 줄일 수 있는 장점을 지닌다. 본 발명에 따른 자동 강압 조정기의 제어 방법에 의해 AC 쵸퍼의 스위칭 소자를 보호하면서 안정적인 동작이 가능한 효과가 창출된다.As described in detail above, according to the automatic step-down regulator according to the present invention and a control method thereof, when the input AC voltage rises above the reference voltage by using a new method composed of an AC chopper and an auxiliary transformer, the voltage is compensated by the provisional voltage. By outputting at the level, power can be saved, and response time is improved and efficiency is higher than that of the conventional tap-changing method. In addition, in the conventional tap-changing method, as the voltage fluctuation range is precisely required, more taps and semiconductor switch elements are required, but in the case of the present invention, a precise voltage control is possible with a fixed number of semiconductor switch elements and the transformer is increased in proportion to the capacity. Its size and weight are eliminated, and the size of the AC power saving device can be significantly reduced compared to the conventional method. The control method of the automatic step-down regulator according to the present invention creates the effect that can be stable operation while protecting the switching element of the AC chopper.
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