KR20050033733A

KR20050033733A - 마이콤용 레귤레이터

Info

Publication number: KR20050033733A
Application number: KR1020030069581A
Authority: KR
Inventors: 김병희; 박인자
Original assignee: 텍사스 인스트루먼트 코리아 주식회사
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-04-13
Also published as: TWI259947B; WO2005033918A1; CN1784645A; TW200513834A; KR100537721B1; CN100576144C

Abstract

본 발명은 마이콤용 레귤레이터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마이콤용 레귤레이터는 상용 교류 입력 전압을 정류하여 출력하는 정류 수단과, 상기 정류 수단의 출력 전압을 소정 주기로 단속적으로 스위칭하여 출력하는 스위칭부와, 상기 스위칭부로부터 출력된 교류 전압을 평활하여 직류 전압으로 변환시켜 마이콤으로 출력하는 평활 수단과, 상기 마이콤에 의해 제어되며 상기 스위칭부를 단속적으로 ON/OFF 시키기 위한 펄스 폭 변조 신호를 상기 스위칭부로 출력하는 펄스폭 변조 신호 발생부를 포함한다. 본 발명에 마이콤용 레귤레이터는 소모 전력이 낮고 역률이 개선되는 효과가 있다.

Description

마이콤용 레귤레이터 {REGULATOR FOR MICOM}

본 발명은 마이콤용 레귤레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소모 전력이 낮고 역률이 개선된 마이콤용 레귤레이터에 관한 것이다.

가전 기기를 비롯한 모든 시스템에는 기본적으로 마이콤이 내장되며, 이 마이콤의 동작을 위한 별도의 전원 공급 장치, 즉 레귤레이터(regulator)가 구비된다.

종래의 마이콤용 레귤레이터에는 트랜스포머를 이용하는 방식과, 캐피시터 전압 분할 회로(capacitive divided circuit)를 이용하는 방식이 있다.

전자는 전원부로부터 입력되는 정격 전압을 트랜스포머를 이용하여 소정의 직류 전압으로 조정하여 마이콤에 제공하는 방식이나, 이 경우 부피가 커지고 전력 소모가 많으며 비용이 높다는 문제점이 있다.

한편, 후자인 캐피시터 전압 분할 회로를 이용하는 방식은 트랜스포머가 필요없기 때문에 회로가 간단해지고 비용이 절감된다는 장점이 있어 최근에 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래의 캐패시터 전압 분할 회로를 이용한 마이콤용 레귤레이터(100)의 구성을 개략적으로 도시한 회로도이다.

도 1을 참조하면, 상기 마이콤용 레귤레이터(100)는 상용 교류 전원(AC)의 입력단에 일단이 연결되어 있는 제1 캐패시터(C1)와, 상기 제1 캐패시터(C1)의 타단에 애노드 단자가 연결되어 있는 제1 다이오드(D1)와, 상기 제1 다이오드(D1)의 캐소드 단자에 일단이 연결되고 타단은 접지된 제2 캐패시터(C2)와, 상기 제1 다이오드(D1)의 에노드 단자에 공통으로 캐소드 단자가 연결되는 제2 다이오드(D2)와, 상기 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 일단이 연결되고 타단은 접지된 제3 캐패시터(C3)와, 상기 제3 캐패시터(C3)와 병렬 연결된 제1 저항(R1)을 포함한다.

여기서, 마이콤(1)은 상기 제2 캐패시터(C2)와 병렬 연결되어 상기 제2 캐패시터(C2)의 양단에 걸리는 전압(VO)을 구동 전압으로서 공급받는다. 이때, 구동 전압은 상기 제1 캐패시터(C1) 및 상기 제2 캐패시터(C2)의 크기의 비에 의하여 결정되며, 220V의 상용 교류 전원하에서 상기 레귤레이터(100)의 자체 소모 전력이 100㎽를 초과하는 것이 일반적이다.

또한, 상기 레귤레이터(100)는 용량성 소자인 복수 개의 캐패시터로 구성되기 때문에, 마이콤(1)으로 공급되는 전압 및 전류의 위상차가 커서 매우 나쁘다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 자체 소모 전력이 낮고 마이콤에 인가되는 전력의 역률이 개선된 마이콤용 레귤레이터를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적 및 장점 이외에 다른 목적 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 통하여 명백해 질 것이다.

본 발명의 특징에 따른 마이콤용 레귤레이터는 상용 교류 입력 전압을 정류하여 출력하는 정류 수단과, 상기 정류 수단의 출력 전압을 소정 주기로 단속적으로 스위칭하여 출력하는 스위칭부와, 상기 스위칭부로부터 출력된 교류 전압을 평활하여 직류 전압으로 변환시켜 마이콤으로 출력하는 평활 수단과, 상기 마이콤에 의해 제어되며 상기 스위칭부를 단속적으로 ON/OFF 시키기 위한 펄스 폭 변조 신호를 상기 스위칭부로 출력하는 펄스폭 변조 신호 발생부를 포함한다.

상기 특징에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 마이콤용 레귤레이터는 상기 정류 수단의 출력 전압을 입력받아 적정 크기로 변환하여 상기 평활 수단으로 출력하며, 소정 기간 경과 후 상기 마이콤으로부터 전송되는 제어 신호에 의하여 비활성화되는 직렬 레귤레이터를 더 포함한다.

또한, 상기 특징에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 평활 수단은 캐패시터를 포함하며, 상기 소정 기간은 상기 캐패시터에 전하 충전이 완료되는 시점이다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이콤용 레귤레이터의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시된 구성도를 보다 세부적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 상기 마이콤용 레귤레이터(200)는 상용 교류 전원(AC)의 입력단에 애노드 단자가 결합된 다이오드(D)와, 상기 다이오드(D)의 캐소드 단자에 일단이 연결된 스위칭부(10)와, 상기 스위칭부(10)의 타단에 연결되고 상기 스위칭부(10)에 펄스 폭 변조 신호를 공급하는 PWM 콘트롤러(Pulse Width Modulation Controller)(14)와, 상기 다이오드(D)의 캐소드 단자에 연결되고 초기 동작시 상기 마이콤(16)에 구동 전원을 제공하는 직렬 레귤레이터(12)와, 상기 스위칭부(10)와 상기 직렬 레귤레이터(12)에 일단이 공통으로 연결되고 타단은 접지된 캐패시터(C)를 포함한다. 여기서, 상기 스위칭부(10), 직렬 레귤레이터(12) 및 캐패시터(C)에 공통으로 연결되는 노드(이하, 출력 노드)(17)의 전압이 마이콤(16)에 구동 전압으로서 공급된다.

상기 다이오드(D)는 정류 수단으로서 상용 교류 전원(AC)로부터 입력되는 교류 전압을 반파 정류하여 스위칭부(10) 및 직렬 레귤레이터(12)에 공급한다.

상기 직렬 레귤레이터(12)는 초기 동작시 상기 다이오드(D)로부터 반파 정류된 교류 전압을 입력받아 상기 마이콤(16)에 구동 전압을 공급하며, 소정 기간이 경과된 후에는 상기 마이콤(16)으로부터 전송되는 소정의 제어 신호에 의하여 비활성화된다.

상기 직렬 레귤레이터(12)의 세부 구성에 대한 일례를 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 직렬 레귤레이터(12)는 다이오드(D)의 캐소드 단자에 일단이 공통으로 연결된 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)과, 상기 제1 저항(R1)의 타단에 콜렉터 단자가 연결되고 출력 노드(17)에 에미터 단자가 연결되며 상기 제2 저항(R2)의 타단에 베이스 단자가 연결되는 제1 바이폴라 트랜지스터(Q1)와, 상기 제1 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 일단이 연결된 제3 저항(R3)과, 상기 제3 저항(R3)의 타단에 콜렉터 단자가 연결되고 에미터 단자는 접지된 제2 바이폴라 트랜지스터(Q2)와, 상기 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자에 일단이 연결되고 타단은 마이콤의 일출력단에 연결된 제4 저항(R4)로 구성된다.

여기서, 상기 직렬 레귤레이터(12)의 출력 전압은 출력 노드(17)를 통하여 마이콤(16)에 구동 전압으로서 공급된다. 또한, 마이콤(16)으로부터 전송되는 비활성화 제어 신호는 상기 제4 저항(R4)를 통하여 상기 제2 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자로 입력되어 직렬 레귤레이터(12)의 동작을 OFF시킨다.

이제 도 2로 돌아가서, 상기 캐패시터(C)는 평활 수단으로서 상기 스위칭부(10) 및 상기 직렬 레귤레이터(12)로부터 공급되는 교류 신호를 입력받아 이를 평활시켜 마이콤(16)으로 공급한다.

상기 마이콤(16)은 상기 마이콤용 레귤레이터(200)의 초기 동작시에는 상기 직렬 레귤레이터(12)로부터 구동 전원을 공급받지만, 소정 기간이 경과한 후에 상기 직렬 레귤레이터를 비활성화시킨 후에 상기 스위칭부(10)로부터 구동 전원을 공급받는다. 여기서, 상기 소정 기간은 상기 직렬 레귤레이터(12)로부터 공급되는 전원에 의하여 상기 캐패시터(C)에 전하 충전이 완료되는 시점이 바람직하다.

상기 PWM 콘트롤러(14)는 상기 마이콤(16)에 의하여 제어되며 상기 스위칭부(10)를 단속적으로 ON/OFF시키기 위한 펄스 폭 변조 신호를 출력한다.

상기 스위칭부(10)는 상기 PWM 콘트롤러(14)로부터 입력되는 펄스 폭 변조 신호에 응답하여 ON/OFF됨으로써 상기 다이오드(D)로부터 출력되는 반파 정류된 교류 전압을 단속적으로 스위칭하여 상기 캐패시터(C)로 출력한다.

상기 스위칭부(10)의 세부 구성에 대한 일례를 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 스위칭부(10)는 상기 다이오드(D)의 캐소드 단자에 드레인 단자가 연결되고 상기 PWM 콘트롤러(14)의 출력단에 게이트 단자가 연결된 모오스 트랜지스터(M)와, 일단은 상기 모오스 트랜지스터(M)의 소오스 단자에 연결되고 타단은 상기 캐패시터(C)에 연결된 제5 저항(R5)과, 일단은 상기 모오스 트랜지스터(M)의 게이트 단자에 연결되고 타단은 접지된 제6 저항(R6)으로 구성된다.

여기서, 상기 모오스 트랜지스터(M)는 게이트 단자를 통하여 입력되는 펄스 폭 변조 신호의 진폭값의 변화에 응답하여 ON/OFF됨으로써 드레인 단자를 통하여 입력되는 반파 정류된 교류 전압을 단속적으로 스위칭하여 소오스 단자로 출력한다. 또한, 이 출력된 전압은 제5 저항(R5)을 통하여 소정값 만큼 강하되어 캐패시터로 출력된다.

전술한 구성을 갖는 마이콤용 레귤레이터(200)의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 동작 초기에는 직렬 레귤이터(12)로부터 출력되는 구동 전압이 상기 마이콤(16)으로 공급된다. 그 이유는, 동작 초기에는 마이콤(16)에 구동 전압이 공급되지 않으므로 상기 마이콤(16)의 제어하에서 동작하는 PWM 콘트롤러(14) 및 스위칭부(10)가 정상적으로 동작할 수 없기 때문이다.

상기 직렬 레귤레이터(12)로부터 구동 전압이 공급되는 동안 캐패시터(14)에 에너지(즉, 전하)가 충전되며, 이 충전이 완료되면 상기 마이콤(16)은 상기 직렬 레귤레이터(12)를 비활성화시킨다. 그 이유는, 상기 직렬 레귤레이터는 복수 개의 저항을 포함하기 때문에 소모 전력이 크고 효율이 떨어지기 때문이다.

그 이후에는 상기 스위칭부(10)로부터 출력되는 구동 전압이 상기 마이콤(16)으로 공급된다.

도 4는 도 3의 구성도를 기초로 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.

본 시뮬레이션 과정에서 R1 = 1㏁, R2 = 50㏁, R3 = 1㏀, R4 = 100㏀, R5 = 9.5㏀, R6 = 500㏀, C = 5㎌, AC는 340V, 60Hz로 설정되었다.

먼저, 도 4(a)는 PWM 콘트롤러(14)에서 출력되는 펄스 폭 변조 신호의 파형도이다. 도 4(a)를 참조하면, 상기 펄스 폭 변조 신호는 구형 펄스로서 진폭은 6V, 주기는 대략 0.017s이며, t ≥0.3s 영역에서 정상적인 파형을 나타낸다.

도 4(b)는 출력 노드(17)에서 측정된 출력 전압(Vo)의 파형도이다. 도 4(b)를 참조하면, 출력 전압(Vo)은 0s≤t≤0.3s 영역에서 작은 리플을 형성하면서 점진적으로 증가하고, t≥0.3s 영역에서는 2.5V를 기준으로 작은 리플을 형성하면서 안정된 값을 나타내고 있다.

여기서, 상기 0s ≤t ≤0.3s 영역의 출력 전압(Vo)은 직렬 레귤레이터(12)로부터 출력된 것이며, t≥0.3s 영역의 출력 전압(Vo)은 스위칭부(10)로부터 출력된 것이다.

즉, t=0.3s에서 상기 직렬 레귤레이터(12)가 비활성화되고 그 후에는 스위칭부(10)로부터 출력되는 전압이 상기 마이콤(16)으로 공급되었다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이콤용 레귤레이터와 종래 기술의 마이콤용 레귤레이터의 역률을 계산하여 정리한 도표이다.

참고로, 종래 기술의 마이콤용 레귤레이터의 역률 계산시 그 회로도는 도 1을 기초로 하였으며, C1 = 0.025㎌, C2= 5㎌, C3 = 5㎌, R1 = 25㏀, AC는 340V, 60Hz로 설정되었다.

도 5를 참조하면, 마이콤으로 공급되는 피상 전력, 평균 전력 및 역률을 측정 및 계산한 결과, 종래 기술에 따른 마이콤용 레귤레이터의 경우 각각 54mV, 0.6mV, 0.01로 나타났고, 본 발명에 따른 마이콤용 레귤레이터의 경우 각각 36mV, 23mV, 0.639로 나타났다.

즉, 본 발명에 따를 경우 종래 기술에 비하여 피상 전력이 감소하고 역률이 현저하게 개선됨을 알 수 있다. 그 이유는, 마이콤(16)으로 공급되는 구동 전원의 전압 및 전류가 실질적으로 동위상을 갖기 때문이다.

본 발명에 따르면, 상용 교류 전원으로부터 입력되는 전압이 스위칭부를 통하여 단속적으로 공급되고, 마이콤으로 공급되는 전압 및 전류가 실질적으로 동위상을 갖기 때문에 역률이 현저히 향상되며, 이로써 소모 전력이 낮아지는 효과를 얻을 수 있다.

이상으로, 본 발명을 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으나, 이 분야의 당업자라면 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한도에서 변경될 수 있음을 이해할 것이다. 즉, 본 발명은 첨부된 청구 범위 내에서 변경 가능하므로, 전술한 예시적인 실시예로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다.

도 1은 종래의 캐패시터 전압 분할 회로를 이용한 마이콤용 레귤레이터의 구성을 개략적으로 도시한 회로도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이콤용 레귤레이터의 구성을 개략적으로 도시한 구성도.

도 3은 도 2에 도시된 구성도를 보다 세부적으로 나타낸 도면.

도 4는 도 3의 구성도를 기초로 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이콤용 레귤레이터와 종래 기술의 마이콤용 레귤레이터의 역률을 계산하여 정리한 도표.

< 도면 부호의 주요 부분에 대한 설명 >

10 : 스위칭부

12 : 직렬 레귤레이터

14 : PWM 콘트롤러

16 : 마이콤

Claims

마이콤용 레귤레이터에 있어서,

상용 교류 입력 전압을 정류하여 출력하는 정류 수단과,

상기 정류 수단의 출력 전압을 소정 주기로 단속적으로 스위칭하여 출력하는 스위칭부와,

상기 스위칭부로부터 출력된 교류 전압을 평활하여 직류 전압으로 변환시켜 마이콤으로 출력하는 평활 수단과,

상기 마이콤에 의해 제어되며 상기 스위칭부를 단속적으로 ON/OFF 시키기 위한 펄스 폭 변조 신호를 상기 스위칭부로 출력하는 펄스폭 변조 신호 발생부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이콤용 레귤레이터.
제1항에 있어서,

상기 정류 수단의 출력 전압을 입력받아 적정 크기로 변환하여 상기 평활 수단으로 출력하며, 소정 기간 경과 후 상기 마이콤으로부터 전송되는 제어 신호에 의하여 비활성화되는 직렬 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이콤용 레귤레이터.
제1항에 있어서,

상기 스위칭부는 모오스(MOS) 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이콤용 레귤레이터.
제2항에 있어서,

상기 평활 수단은 캐패시터를 포함하며,

상기 소정 기간은 상기 캐패시터에 전하 충전이 완료되는 시점인 것을 특징으로 하는 마이콤용 레귤레이터.