KR200386731Y1 - 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로 - Google Patents

휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로 Download PDF

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Abstract

본 고안은 엘리베이터의 제어 회로에 포함되는 인버터 드라이버 회로에 관한 것으로, 특히 인버터의 특성이 변경되더라도 휴지시간(dead time)을 적절하게 조절하여 인버터 회로가 손상되지 않도록 구동할 수 있는 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로에 관한 것이다.
본 고안의 휴지시간(dead time) 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로는, 펄스 신호를 입력으로 하는 발광다이오드(LED)와 상기 발광다이오드의 빛에 의하여 온(On) 또는 오프(Off)되는 포토트랜지스터(Photo TR)로 구성되는 포토커플러와, 상기 포토트랜지스터(Photo TR)의 컬랙터단과 에미터단에 각각 연결되는 분압저항(R1, R2)과, 상기 포토트랜지스터(Photo TR)의 에미터단에 연결되어 상기 에미터단에 연결된 분압저항(R2)에 걸리는 전압이 소정 레벨 이상인 경우에만 동작하는 레벨기준소자와, 상기 레벨기준소자의 출력 전압에 따라 교대로 온(On) 또는 오프(Off)되는 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)와, 상기 포토트랜지스터(Photo TR)와 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)에 전원을 공급하는 전압전원(Vin)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로{inverter driver circuit for regulating dead time}
본 고안은 엘리베이터의 제어 회로에 포함되는 인버터 드라이버 회로에 관한 것으로, 특히 인버터의 특성이 변경되더라도 휴지시간(dead time)을 적절하게 조절하여 인버터 회로가 손상되지 않도록 구동할 수 있는 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로에 관한 것이다.
엘리베이터 등 자동제어가 필요로 하는 장치에는 인버터(inverter) 회로와 상기 인버터(inverter) 회로를 구동하는 인버터 드라이버(driver) 회로가 포함되어 있다. 상기 인버터 드라이버(driver) 회로는 상기 인버터가 정상적으로 동작할 수 있도록 소정의 펄스 신호를 인가한다.
도 1은 종래의 인버터(inverter) 회로와 상기 인버터(inverter)를 구동하는 인버터 드라이버(driver) 회로의 연결 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 인버터(inverter) 회로는 입력전원(Vin)(1)의 플러스(+)단과 마이너스(-)단 사이에 한쌍의 스위칭 소자인 제1 소자(2)와 제2 소자(3)가 연결되어 있고, 상기 제1 소자(2)와 제2 소자(3) 사이의 출력단에 소정의 부하(R)(4)가 연결되어 있다.
상기 한쌍의 제1 소자(2)와 제2 소자(3)는 소정의 드라이버 회로(5)로부터 인가되는 펄스 신호에 의하여 교대로 작동하여 상기 소정의 부하(4)에 출력신호를 전달한다. 상기 한쌍의 제1 소자(2)와 제2 소자(3)가 서로 교대로 동작해야 하는 것은 인버터(inverter) 회로에서 반드시 필요하다.
상기 제1 소자(2)와 제2 소자(3)가 교대로 동작할 수 있도록 상기 인버터 드라이버 회로(5)가 출력하는 펄스신호와 상기 펄스신호에 의한 상기 제1 소자(2)와 제2 소자(3)의 온(on)/오프(off) 상태가 도 2에 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인버터 드라이버 회로(5)는 소정시간(도 2에서 a로 표기함)동안 하이(high)로 유지되다가 소정시간(도 2에서 b로 표기함) 동안 로우(low)를 유지하는 파형을 가지는 펄스를 상기 한쌍의 제1 소자(2)와 제2 소자(3)에 인가한다.
상기 펄스신호에 따라 상기 제1 소자(2)와 제2 소자(3)는 교대로 온/오프를 반복한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 펄스신호가 소정시간(도 2에서 a로 표기함) 동안 하이(high)로 유지하는 동안에, 상기 제1 소자(2)는 온(on) 상태를 유지하고 상기 제2 소자(3)는 오프(off) 상태를 유지한다.
그리고 상기 펄스신호가 소정시간(도 2에서 b로 표기함) 동안 로우(low)로 유지하는 동안에, 상기 제1 소자(2)는 오프(off) 상태를 유지하고 상기 제2 소자(3)는 온(on) 상태를 유지한다.
이 경우에 상기 제1 소자(2)와 제2 소자(3)는 인가되는 펄스신호에 의하여 정확하게 교대로 온/오프를 반복해야 하다. 상기 제1 소자(2)와 제2 소자(3)가 정확하게 교대로 온/오프되지 않으면 인버터 회로와 주변 회로들은 버닝(burning)되어 손상된다.
그런데, 일반적인 소자들은 온(on) 상태에서 오프(off) 상태로 전환될 때 일정시간 지연되는 오프 딜레이 타임(off delay time)을 가진다. 따라서 상기 펄스신호가 하이(high)에서 로우(low)로 변경될 때, 상기 제1 소자(2)는 고유의 소자특성에 기인하여 소정의 시간(도 2에서 c로 표기함) 동안 온(on) 상태를 더 유지하다가 오프(off) 상태로 전환된다.
상기와 같이 제1 소자(2)가 소정 시간(도 2에서 c로 표기함) 동안 온(on) 상태를 더 유지하기 때문에, 상기 제1 소자(2)와 제2 소자(3)는 상기 소정 시간(도 2에서 c로 표기함) 동안 모두 온(on) 상태를 유지한다. 결과적으로 상기 인버터 회로는 버닝(burning)되어 손상되고, 주변 회로들도 영향을 받아 상기 인버터 회로와 상기 인버터 드라이버 회로를 포함하고 있는 자동 제어회로가 전체적으로 손상되는 문제점이 발생한다.
본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 인버터 소자들의 특성이 변경되더라도 상기 인버터를 구동하는 인버터 드라이버에서 상기 인버터의 안전한 동작 범위를 조절함으로써, 소자 특성에 상관없이 상기 인버터를 손상시키지 않고 구동할 수 있는 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 고안인 휴지시간(dead time) 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로는, 펄스 신호를 입력으로 하는 발광다이오드(LED)와 상기 발광다이오드의 빛에 의하여 온(On) 또는 오프(Off)되는 포토트랜지스터(Photo TR)로 구성되는 포토커플러와, 상기 포토트랜지스터(Photo TR)의 컬랙터단과 에미터단에 각각 연결되는 분압저항(R1, R2)과, 상기 포토트랜지스터(Photo TR)의 에미터단에 연결되어 상기 에미터단에 연결된 분압저항(R2)에 걸리는 전압이 소정 레벨 이상인 경우에만 동작하는 레벨기준소자와, 상기 레벨기준소자의 출력 전압에 따라 교대로 온(On) 또는 오프(Off)되는 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)와, 상기 포토트랜지스터(Photo TR)와 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)에 전원을 공급하는 전압전원(Vin)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분압저항(R2)에 걸리는 전압을 상기 레벨기준소자의 스레스홀드(threshold) 전압 레벨보다 크고 상기 전압전원의 인가전압보다 작게 함으로써, 레벨기준소자를 정상적으로 구동하면서 휴지 시간(dead time)을 만들어 내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레벨기준소자의 스레스홀드(threshold) 전압 레벨을 2.4V로 하고, 상기 전압전원의 인가전압을 10V로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 포토커플러의 오프 딜레이 타임을 상기 인버터의 오프 딜레이 타임보다 더 길게 함으로써, 소정 범위의 휴지 시간(dead time)을 만들어 내는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 고안인 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로에 관한 작용 및 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 고안인 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안인 인버터 드라이버 회로는 발광다이오드(LED)(21)와 포토트랜지스터(Photo TR)(23)로 구성되는 포토커플러(20)와, 상기 포토커플러(20)의 컬랙터단과 에미터단에 각각 연결되는 분압저항(R1, R2)(30, 40)과, 상기 포토트랜지스터(20)의 에미터단에 연결되는 레벨기준소자(50)와, 상기 레벨기준소자(50)의 출력전압에 따라 교대로 온(ON) 또는 오프(OFF)되는 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)(60, 70)와 상기 포토트랜지스터(20)와 상기 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)(60, 70)에 전원을 공급하는 전압전원(Vin)(10)을 포함하여 이루어져 있다.
상기 포토커플러(20)는 펄스신호를 입력으로 하여 동작하는 발광다이오드(21)와 상기 발광다이오드(21)로부터 방사되는 빛에 의하여 온(on) 또는 오프(off)되는 포토트랜지스터(23)로 구성된다. 상기 포토커플러(20)는 상기 발광다이오드(21)와 포토트랜지스터(23)가 전기적으로 절연되고 빛을 이용하여 신호를 송수신하기 때문에 잡음에 강하고, 출력 쪽의 신호가 입력 쪽으로 되돌아가는 일이 없는 등의 장점이 있다.
상기 포토트랜지스터(23)의 컬랙터단과 전압전원(10)의 플러스(+)단 사이에는 소정의 저항값을 가지는 분압저항 R1(30)이 연결되고, 에미터단과 전압전원(10)의 마이너스(-)단 사이에는 소정의 저항값을 가지는 분압저항 R2(40)가 연결되어 있다.
그리고, 상기 포토트랜지스터(23)의 에미터단과 상기 분압저항 R2(40)의 일단 사이에는 소정의 전압 레벨 이상이 인가된 경우에만 동작하는 레벨기준소자(IC)(50)가 연결되어 있다. 상기 레벨기준소자(50)는 상기 분압저항 R2(40)의 양단 사이에 걸리는 전압이 소정 전압 이상인 경우에만 동작한다.
상기 레벨기준소자(50)는 고유의 소자특성에 기인하여 스레스홀드 전압 레벨(THRESHOLD LEVEL)보다 더 큰 전압 레벨이 인가된 경우에는 동작하고, 그 이하인 경우에는 동작하지 않는다.
상기 레벨기준소자(50)에 인가되는 전압은 상기 분압저항 R2(40)의 양단에 걸리는 전압인데, 이와 같은 레벨기준소자(50)에 인가되는 전압은 아래 식 1에 의하여 결정된다.
VR2 = (Vin * R2/(R1 + R2)) (식 1)
즉, 상기 레벨기준소자(50)에 인가되는 전압(VR2)은 전압분배법칙에 따라 분압저항 R1(30)과 R2(40)에 의하여 결정된다.
한편, 상기 레벨기준소자(50)가 동작하기 위해서는 상기 레벨기준소자(50)에 인가되는 전압이 상기 레벨기준소자의 스레스홀드 전압 레벨(THRESHOLD LEVEL)보다 더 커야한다.
상기 레벨기준소자(50)에 인가되는 전압이 스레스홀드 전압 레벨(THRESHOLD LEVEL)보다 더 커서 정상적으로 동작하면, 상기 레벨기준소자(50)의 출력전압은 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)(60, 70)에 입력된다. 따라서, 상기 한쌍의 트랜지스터(60, 70)는 교대로 온(ON) 또는 오프(OFF)된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 인버터 드라이버 회로에 관한 파형을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 포토커플러(20)의 발광다이오드(21)에 도 3에 도시된 펄스신호를 입력하면, 상기 발광다이오드(21)는 빛을 발산하고, 상기 빛에 의하여 상기 포토트랜지스터(23)는 턴온(Turn-on)된다.
상기 포토트랜지스터(23)가 턴온됨에 따라 상기 분압저항 R1(30)과 R2(40)에 걸리는 전체 전압은 전압전원(10)에서 인가한 전압과 같다. 이때 상기 발광다이오드(21)에 인가되는 펄스 중 하이(high)에서 로우(low)로 떨어지는 하나의 신호에 대한 상기 포토트랜지스터(23)의 출력신호는 도 4에 도시된 바와 같이 소정 각도의 슬로프(slope)를 가진다. 즉, 소정의 오프 딜레이 타임(off delay time)을 가지면서 파형이 변한다.
상기 포토커플러(20)의 오프 딜레이 타임(off delay time)은 본 고안인 인버터 드라이버 회로가 구동할 인버터의 오프 딜레이 타임(off delay time)보다 더 긴 특성을 갖도록 선택하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 포토커플러(20)의 오프 딜레이 타임(off delay time) 중에서 소정의 시간만큼 휴지시간을 마련해야 하기 때문에, 상기 포토커플러(20)의 오프 딜레이 타임(off delay time)은 상기 인버터의 오프 딜레이 타임(off delay time)보다 더 길게 하여야 한다.
상기 분압저항 R1(30)과 R2(40)에 걸리는 전체 전압 중에 분압저항 R2(40)에 걸리는 전압(레벨기준소자에 입력되는 전압)은 상기 식 1에 의하여 결정된다. 이 때, 상기 분합저항 R1(30)과 R2(40)의 결정은 상기 레벨기준소자(50)의 스레스홀드 전압 레벨(THRESHOLD LEVEL)을 고려하여 결정한다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 레벨기준소자(IC)(50)가 동작(ON)이 될 수 있을 정도로 상기 분압저항 R1(30)과 R2(40)를 결정하여 상기 레벨기준소자(50)에 인가되는 전압(분압저항 R2(40)에 걸리는 전압) VR2가 상기 스레스홀드 전압 레벨(THRESHOLD LEVEL)보다 더 크게 해야 한다. 본 고안에서는 상기 레벨기준소자(50)의 스레스홀드 전압 레벨(THRESHOLD LEVEL)을 2.4V로 하고 상기 분압저항 R2(40)가 초과할 수 없는 상기 전압전원의 인가전압은 10V로 한다.
이 때, 휴지 시간은 도 4에 표시한 Tdead 시간만큼 마련된다. 즉, 포토커플러(20)의 특성에 따른 소정의 오프 딜레이 타임(off delay time)(도 4에서 Tdoff로 표시함) 중에 상기 레벨기준소자(50)가 미작동(off)되는 시간 동안은 휴지 시간이 된다.
한편, 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 분압저항 R1(30)과 R2(40)의 저항값을 변경하게 되면, 상기 분압저항 R2(40)에 걸리는 전압(레벨기준소자에 걸리는 전압)인 VR2가 상하로 이동하게 되고, 결과적으로 상기 휴지시간 Tdead를 변경할 수 있다.
상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 고안인 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로에 의하면, 레벨기준소자를 동작시킬 수 있는 범위 내에서 인버터 드라이버 회로에 포함되는 한쌍의 저항 값을 변경하여 적절한 휴지시간(dead time)을 만들어 낼 수 있기 때문에, 인버터에 포함되어 교대로 온/오프되는 소자들이 동시에 온 또는 오프되는 경우를 방지하여 인버터 회로 및 주변 회로의 손상을 막을 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 인버터 회로 및 드라이버 회로의 개략도이다.
도 2는 일반적인 인버터 회로 및 드라이버 회로의 동작 파형도이다.
도 3은 본 고안에 따른 드라이버 회로의 구성도이다.
도 4는 본 고안에 따른 드라이버 회로에 관한 동작 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1, 10 : 전압전원 2 : 제1 소자
3 : 제2 소자 4 : 부하
5 : 드라이버 회로 20 : 포토커플러
21 : 발광다이오드 23 : 포토트랜지스터
30 : 분압저항 R1 40 : 분압저항 R2
50 : 레벨기준소자 60, 70 : 한쌍의 트랜지스터

Claims (4)

  1. 인버터(Inverter) 드라이버 회로에 있어서,
    펄스 신호를 입력으로 하는 발광다이오드(LED)와 상기 발광다이오드의 빛에 의하여 온(On) 또는 오프(Off)되는 포토트랜지스터(Photo TR)로 구성되는 포토커플러와;
    상기 포토트랜지스터(Photo TR)의 컬랙터단과 에미터단에 각각 연결되는 분압저항(R1, R2)과;
    상기 포토트랜지스터(Photo TR)의 에미터단에 연결되어 상기 에미터단에 연결된 분압저항(R2)에 걸리는 전압이 소정 레벨 이상인 경우에만 동작하는 레벨기준소자와;
    상기 레벨기준소자의 출력 전압에 따라 교대로 온(On) 또는 오프(Off)되는 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)와;
    상기 포토트랜지스터(Photo TR)와 한쌍의 트랜지스터(Q1, Q2)에 전원을 공급하는 전압전원(Vin)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분압저항(R2)에 걸리는 전압은 상기 레벨기준소자의 스레스홀드(threshold) 전압 레벨보다 크고 상기 전압전원의 인가전압보다 작은 것을 특징으로 하는 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 레벨기준소자의 스레스홀드(threshold) 전압 레벨은 2.4V이고, 상기 전압전원의 인가전압은 10V인 것을 특징으로 하는 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 포토커플러의 오프 딜레이 타임은 상기 인버터의 오프 딜레이 타임보다 더 긴 것을 특징으로 하는 휴지시간 조절이 가능한 인버터 드라이버 회로.
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