KR200212794Y1 - An apparatus for controlling of asymetric bipolar output using a single power source - Google Patents
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Abstract
본 고안은 비대칭 바이폴라 출력 제어장치에 관한 것으로, 특히 단일전원을 이용한 것을 특징으로 하며, 하나의 입력 변압기 및 정류부를 포함하는 음(-)의 주 전원부와, 상기 음의 주 전원부에 연결되며 제 1 쵸퍼(chopper) 및 상기 제 1 쵸퍼에 의해 전압을 충전하기 위한 콘덴서를 포함하는 양(+)의 주 전원부와, 상기 음의 주 전원부와 양의 주 전원부를 선택하여 출력하기 위해 제 2 쵸퍼와 다이오드를 포함하는 전원 선택부와, 상기 전원 선택부에 의해 선택된 전원과 조합하여 비대칭 바이폴라 출력을 얻기위해 4개의 쵸퍼를 포함하는 출력 인버터부를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to an asymmetric bipolar output control device, in particular characterized by using a single power supply, a negative main power supply including a single input transformer and rectifier, and connected to the negative main power supply and the first A positive main power supply unit including a chopper and a capacitor for charging a voltage by the first chopper, and a second chopper and a diode for selecting and outputting the negative main power supply unit and the positive main power supply unit. And an output inverter unit including four choppers to obtain an asymmetric bipolar output in combination with the power source selected by the power source selector.
본 고안에 의한 단일전원을 이용한 비대칭 바이폴라 출력제어 장치는 동일 용량에 대해 회로의 주요 중복 부픔을 제거함으로써 시스템의 크기와 안정성을 대폭 향상시킬 수 있다.The asymmetric bipolar output control device using a single power supply according to the present invention can greatly improve the size and stability of the system by eliminating the main overlapping portion of the circuit for the same capacity.
Description
본 고안은 비대칭 바이폴라 출력 제어장치에 관한 것으로, 특히 단일전원을 이용한 것을 특징으로 한다. 단일전원을 일반적으로 Asymetric bipolar 전력변환장치는 도 1 과 같이 구성한다.The present invention relates to an asymmetric bipolar output control device, in particular characterized by using a single power supply. In general, an Asymetric bipolar power converter having a single power supply is configured as shown in FIG. 1.
비대칭 바이폴라(Asysmetric bipolar) 전원장치는 일정 주파수내에 음과 양의 전압이 일정 듀티(duty) 비율로 출력하는 전원장치로서, 상기 듀티비는 가변할 수 있다.An asymmetric bipolar power supply is a power supply that outputs a positive and negative voltage at a certain duty ratio within a predetermined frequency, and the duty ratio may vary.
도 1 은 종래의 일반적인 비대칭 바이폴라 전력 변환장치로서, 크기가 서로 다른 출력을 만들기 위해 두 개의 전원장치를 사용한다. 그러나 이와 같이 이중 전원장치를 사용하는 경우, 두 전원장치의 용량은 둘 다 최대 통유율에 대해 설계가 되어야 하므로 매우 비효율적이다. 뿐만 아니라 스위칭 소자로 사용되는 반도체 소자의 내압 정격은 두 전원장치에 의한 전압값의 합으로서, 실제 출력되는 전압에 사용되는 소자에 비해 높은 크기의 내압을 갖는 소자가 필요하게 된다.1 is a conventional general asymmetric bipolar power converter, which uses two power supplies to produce outputs of different sizes. However, in the case of using a dual power supply in this way, the capacity of both power supplies is very inefficient since both must be designed for the maximum flow rate. In addition, the breakdown voltage rating of the semiconductor device used as the switching element is the sum of the voltage values by the two power supply devices, the device having a higher breakdown voltage than the device used for the actual output voltage is required.
따라서 본 고안의 목적은 상기 종래기술의 문제점을 해결함과 동시에 종래의 비대칭 바이폴라 출력 제어장치보다 시스템의 구성이 간단하고 정격설계가 용이한 단일전원을 갖는 비대칭 바이폴라 출력 제어장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an asymmetric bipolar output control device having a single power supply having a simpler system configuration and easier design than a conventional asymmetric bipolar output control device while solving the problems of the prior art.
도 1 은 종래의 비대칭 바이폴라 출력제어장치의 회로도.1 is a circuit diagram of a conventional asymmetric bipolar output control device.
도 2a 와 도 2b 는 본 고안에 의한 단일 전원을 이용한 비대칭 바이폴라 출력제어장치의 회로도.2A and 2B are circuit diagrams of an asymmetric bipolar output control apparatus using a single power supply according to the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 단일전원을 이용한 비대칭 바이폴라 출력 제어장치는 다음과 같은 구성요소를 갖는다.Asymmetric bipolar output control apparatus using a single power supply according to the present invention for achieving the above object has the following components.
즉, 하나의 입력 변압기 및 정류부를 포함하는 음(-)의 주 전원부와,That is, a negative main power supply including one input transformer and a rectifier,
상기 음의 주 전원부에 연결되며 제 1 쵸퍼(chopper) 및 상기 제 1 쵸퍼에 의해 전압을 충전하기 위한 콘덴서를 포함하는 양(+)의 주 전원부,A positive main power supply connected to said negative main power supply and including a first chopper and a capacitor for charging voltage by said first chopper,
상기 음의 주 전원부와 양의 주 전원부를 선택하여 출력하기 위해 제 2 쵸퍼와 다이오드를 포함하는 전원 선택부,A power selector including a second chopper and a diode to select and output the negative main power supply and the positive main power supply;
상기 전원 선택부에 의해 선택된 전원과 조합하여 비대칭 바이폴라 출력을 얻기위해 4개의 쵸퍼를 포함하는 출력 인버터부를 포함하여 이루어진다.And an output inverter comprising four choppers to obtain an asymmetric bipolar output in combination with the power selected by the power selector.
상기 양의 주 전원부의 상기 제 1 쵸퍼는 하나의 다이오드와 직렬 연결되며, 코일을 통해 상기 콘덴서와 병렬 연결되는 것이 바람직하다.Preferably, the first chopper of the positive main power supply unit is connected in series with one diode and connected in parallel with the capacitor through a coil.
또한 상기 전원 선택부의 제 2 쵸퍼와 다이오드는 서로 병렬 연결되며, 상기 다이오드와 양의 주 전원부의 콘덴서는 직렬 연결되고, 상기 제 1 쵸퍼와 제 2 쵸퍼는 서로 병렬 연결되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the second chopper and the diode of the power selector are connected in parallel with each other, the diode and the capacitor of the positive main power supply are connected in series, and the first chopper and the second chopper are connected in parallel with each other.
또한 상기 출력 인버터부의 쵸퍼는, 두개의 쵸퍼 제 3 및 제 4 쵸퍼와 제 5 및 제 6 쵸퍼가 서로 직렬 연결되며, 상기 제 3 및 제 4 쵸퍼와 제 5 및 제 6 쵸퍼간에는 직렬연결된 저항 및 코일을 통해 병렬 연결되는 것이 바람직하다.In addition, in the chopper of the output inverter unit, two choppers third and fourth choppers and fifth and sixth choppers are connected in series with each other, and a resistor and a coil connected in series between the third and fourth choppers and the fifth and sixth choppers. It is preferable to be connected in parallel via.
또한 상기 양의 주 전원부는 제 1 쵸퍼가 하나의 다이오드와 직렬 연결되며 코일을 통해 상기 콘덴서와 병렬 연결되고,In addition, the positive main power supply unit is a first chopper is connected in series with one diode and in parallel with the capacitor through a coil,
상기 전원 선택부의 제 2 쵸퍼와 다이오드는 서로 병렬 연결되며 상기 다이오드와 양의 주 전원부의 콘덴서는 직렬 연결되며 상기 제 1 쵸퍼와 제 2 쵸퍼는 서로 병렬 연결되고,The second chopper and the diode of the power selector are connected in parallel to each other, the diode and the capacitor of the positive main power supply are connected in series, the first chopper and the second chopper are connected in parallel to each other,
상기 출력 인버터부의 쵸퍼는, 두개의 쵸퍼 제 3 및 제 4 쵸퍼와 제 5 및 제 6 쵸퍼가 서로 직렬 연결되며, 상기 제 3 및 제 4 쵸퍼와 제 5 및 제 6 쵸퍼간에는 직렬연결된 저항 및 코일을 통해 병렬 연결되는 것이 바람직하다.In the chopper of the output inverter unit, two choppers third and fourth choppers and fifth and sixth choppers are connected in series with each other, and a resistor and a coil connected in series between the third and fourth choppers and the fifth and sixth choppers. It is preferable to be connected in parallel.
더욱 바람직하게는, 큰 크기(high)의 양의 전압을 출력하고자 하는 경우, 상기 전원 선택부의 제 2 및 제 3 및 제 6 쵸퍼를 동시에 온(on) 시키며,More preferably, when a large amount of positive voltage is to be output, the second, third and sixth choppers of the power selector are simultaneously turned on.
큰 크기의 음의 전압을 출력하고자 하는 경우, 상기 전원 선택부의 제 2 및 제 4 및 제 5 쵸퍼를 동시에 온(on) 시키며,In order to output a large negative voltage, the second, fourth and fifth choppers of the power selector are simultaneously turned on.
작은 크기(low)의 양의 전압을 출력하고자 하는 경우, 상기 전원 선택부의 제 2 쵸퍼를 오프(off) 시키고 제 3 및 제 6 쵸퍼를 동시에 온(on) 시키며,In order to output a small positive voltage, the second chopper of the power selector is turned off and the third and six choppers are turned on at the same time.
작은 크기(low)의 음의 전압을 출력하고자 하는 경우, 상기 전원 선택부의 제 2 쵸퍼를 오프(off) 시키고 제 4 및 제 5 쵸퍼를 동시에 온(on) 시키는 것이 바람직하다.When it is desired to output a small negative voltage, it is preferable to turn off the second chopper of the power supply selector and to turn on the fourth and fifth choppers at the same time.
도 1 은 종래의 비대칭 바이폴라 출력제어장치의 회로도이며, 도 2a 및 도 2b 는 본 고안에 의한 단일 전원을 이용한 비대칭 바이폴라 출력제어장치의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a conventional asymmetric bipolar output control device, Figures 2a and 2b is a circuit diagram of an asymmetric bipolar output control device using a single power supply according to the present invention.
이하 도면을 참조하여 본 고안에 의한 단일 전원을 이용한 비대칭 바이폴라 출력제어장치의 동작원리에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation principle of the asymmetric bipolar output control apparatus using a single power supply according to the present invention will be described.
먼저, 음의 주전원은 정류기 출력전압으로 하고, 양의 전압을 발생키 위해 제1 쵸퍼(Q14)를 이용하여 콘덴서(C30)에 전압을 충전시킴으로서 바이폴라 출력을 위한 두 가지 전원을 구성한다. 상기 콘덴서에 충전된 전압은 제어 가능하다.First, the negative main power is used as the rectifier output voltage, and two power sources for the bipolar output are configured by charging a voltage to the capacitor C30 using the first chopper Q14 to generate a positive voltage. The voltage charged in the capacitor can be controlled.
상기 두 가지 전원은 제2 쵸퍼(Q13)과 다이오드(D43)에 의해 출력 인버터의 직류링크(DC-link)에 순차적으로 공급된다.The two powers are sequentially supplied to the DC-link of the output inverter by the second chopper Q13 and the diode D43.
이 때 출력 인버터에서 큰 전압을 공급하고자 할 경우, 제2 쵸퍼를 ON하여 출력 인버터의 입력전압을 높은 전압으로 공급하면 된다. 이때 다이오드 D43에 의해 낮은 전압원은 아무런 작용을 하지 못한다.In this case, when a large voltage is to be supplied from the output inverter, the second chopper is turned on to supply the input voltage of the output inverter at a high voltage. At this time, the low voltage source does not work by the diode D43.
또한 출력전압으로 낮은 전압을 공급코자 할 경우에는 제2 쵸퍼를 OFF하면 인버터 전단에는 다이오드 D43을 통해 낮은 전압이 인가되게 되므로 출력전압에는 낮은 전압이 나타나게 된다.In the case of supplying a low voltage as an output voltage, when the second chopper is turned off, a low voltage is applied to the output voltage through the diode D43 in front of the inverter, so that a low voltage appears in the output voltage.
비대칭 바이폴라 동작을 위해서는 제2 쵸퍼(Q13)와 쵸퍼 Q11, Q12, Q7, Q8의 스위칭을 적절히 조합한다.For asymmetric bipolar operation, the second chopper Q13 and the switching of the choppers Q11, Q12, Q7 and Q8 are appropriately combined.
먼저, 양의 전압으로 작은 전압, 음의 전압으로 큰 전압을 인가하고자 할 경우는, 쵸퍼 Q13을 ON시킨 상태에서 Q7과 Q12을 ON 시키고, 쵸퍼 Q13을 OFF시킨 상태에서 Q11과 Q8을 ON시킨다.First, to apply a small voltage with a positive voltage and a large voltage with a negative voltage, turn on Q7 and Q12 with the chopper Q13 turned on, and turn on Q11 and Q8 with the chopper Q13 turned off.
다음으로, 양의 전압으로 큰 전압, 음으로 작은 전압을 인가하고자 할 경우는, 쵸퍼 Q13을 OFF시킨 상태에서 Q7과 Q12을 ON 시키고, 쵸퍼 Q13을 ON시킨 상태에서 Q11과 Q8을 ON시킨다.Next, to apply a large voltage and a negative voltage with a positive voltage, turn on Q7 and Q12 with the chopper Q13 turned off, and turn on Q11 and Q8 with the chopper Q13 turned on.
본 고안에 의한 단일전원을 이용한 비대칭 바이폴라 전원장치는 다음과 같은 효과를 가지고 있다.Asymmetric bipolar power supply using a single power supply according to the present invention has the following effects.
첫째, 본 고안에 의한 단일전원을 이용한 비대칭 바이폴라 전원장치는 양의 전원 듀티(duty)가 거의 100%가 되거나 음으로 듀티가 거의 100%가 되더라도, 입력 변압기의 정격은 기존 시스템의 음의 전원을 공급키 위한 변압기와 같다. 그리고 항상 양의 듀티와의 조합시의 출력전력은 음의 듀티를 100%로 한 경우보다도 작으므로 입력변압기는 항상 안정적으로 동작하며, 용량 설계가 용이하다. 따라서 본 고안에 의한 단일전원을 이용한 비대칭 바이폴라 전원 회로 장치는 기존 회로장치에 비해 고주파 변압기와 정류기부 1 셋트를 제거할 수 있다.First, in the asymmetric bipolar power supply using a single power supply according to the present invention, even if the positive power duty is almost 100% or the negative duty is almost 100%, the rating of the input transformer is negative. Same as the transformer for the supply key. In addition, since the output power when combined with the positive duty is always smaller than when the negative duty is set to 100%, the input transformer always operates stably, and the capacity design is easy. Therefore, the asymmetric bipolar power supply circuit device using a single power supply according to the present invention can remove one set of the high frequency transformer and the rectifier unit compared to the existing circuit device.
둘째, 반도체 소자의 정격은 음의 출력전압을 제어하기 위한 직류링크 전압에 대해서만 견디면 된다. 따라서 반도체의 선택과 가격 측면에서 유리하다. 뿐만 아니라 반도체의 내압이 작은 것을 사용할 수 있게 함으로써 전기적으로 시스템을 매우 안정적이게 한다. 일반적으로 내압이 높으면 반도체의 역저지 전하량이 커서 암 쇼트 전류(Arm-short current)가 많이 흐르게 되기 때문이다.Second, the rating of the semiconductor device only needs to withstand the DC link voltage for controlling the negative output voltage. Therefore, it is advantageous in terms of semiconductor selection and price. In addition, by making it possible to use a small withstand voltage of the semiconductor it makes the system very stable electrically. In general, when the breakdown voltage is high, a large amount of arm short current flows due to a large amount of reverse blocking charge of the semiconductor.
셋째, 기존의 회로는 음의 전압과 양의 전압이 고정되어 있으며, 프리 휠링(Free-wheeling) 모드 발생이 어려운 반면에, 본 회로는 제2 쵸퍼 Q13의 ON/OFF에 대해 Q11-Q8, Q7-Q12 혹은 Q7-Q12, Q11-Q8의 조합을 변경함으로써 음 전압을 크게 하거나 양의 전압을 크게하는 것이 자유롭다. 물론 이때에도 종래기술에 의해 상기와 같이 구사하기 위해서는 입력단 변압기가 모두 최대용량크기로 설계 제작이 되어야 하는 반면에 본 고안의 비대칭 바이폴라 회로에서는 용량 설계가 변하지 않는다. 즉, 항상 입력단 변압기는 1개로 최대용량을 공급하도록 하면 된다.Third, the conventional circuit is fixed in negative voltage and positive voltage, and it is difficult to generate free-wheeling mode, whereas the present circuit is Q11-Q8, Q7 for ON / OFF of the second chopper Q13. It is free to increase the negative voltage or increase the positive voltage by changing the combination of Q12 or Q7-Q12 and Q11-Q8. Of course, even in this case, the input stage transformers have to be designed and manufactured to have the maximum capacity in order to use the conventional technology as described above. That is, it is only necessary to always supply the maximum capacity with one input stage transformer.
결론적으로, 본 고안에 의한 단일전원을 이용한 비대칭 바이폴라 출력제어 장치는 동일 용량에 대해 회로의 주요 중복 부품을 제거함으로써 시스템의 크기와 안정성을 대폭 향상시킬 수 있다.In conclusion, the asymmetric bipolar output control device using a single power supply according to the present invention can greatly improve the size and stability of the system by eliminating the main redundant components of the circuit for the same capacity.
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