KR20050046149A - 위상제어장치 및 이를 이용한 위상제어방법 - Google Patents

Abstract

교류 출력 전압을 가변하는 위상제어장치에 있어서, 전압 출력의 위상을 마이크로 프로세서의 타이머 또는 카운터의 동작에 의해 트라이악 또는 SCR의 구동 출력을 제어하며, 부하에 걸리는 출력전압의 상승 또는 하강을 급속하게 하지 않고 시간의 경과에 따라 증가 또는 감소하도록 하여 상기 부하의 전류 위상 차 또는 과 전류에 의한 가속 또는 감속 불능 상태를 방지하는 위상제어장치가 개시된다.

Description

위상제어장치 및 이를 이용한 위상제어방법{Phase control apparatus and Phase control method using the same}

본 발명은 위상제어를 통하여 교류 전압을 제어하여 가변 출력전압을 얻을 수 있는 위상제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로프로세서를 사용하여 사이리스터(SCR), 또는 트라이악의 구동출력을 제어함으로써 이들에 의해 스위칭되는 출력 전압을 가변할 수 있는 위상제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

종래의 위상제어 회로는 출력을 온(ON)하는 경우 또는 설정전압을 급상승시키는 경우 설정된 전압을 곧바로 출력하여 팬(fan) 등의 유동성 모터 부하에서 모터의 로터에 유기되는 전류와 모터의 전압간에 위상차가 발생하여 모터의 기동이 되지 않는 경우가 빈발하여 모터의 소손 또는 운전이 되지 않는 경우가 발생한다.

또한, 실내에 사용하는 팬 등은 위상제어시 나타나는 전자음 또는 모터의 진동 등으로 소음이 증가하는 문제가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 팬 부하 등의 유동성 부하의 위상 제어시 출력전압과 전류의 위상 차에 의해 발생되는 과도현상과 급격한 기동전류 증가를 방지하여 보다 안정된 구동을 할 수 있는 위상제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실내에서 사용시 나타나는 전자음 또는 모터의 진동 등의 소음을 감소시키는 위상제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 특징은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 발명에 따르면, 교류 출력 전압을 가변하는 위상제어장치에 있어서, 전압 출력의 위상을 마이크로 프로세서의 타이머 또는 카운터의 동작에 의해 트라이악 또는 SCR의 구동 출력을 제어하며, 부하에 걸리는 출력전압의 상승 또는 하강을 급속하게 하지 않고 시간의 경과에 따라 증가 또는 감소하도록 하여 부하의 전류 위상 차 또는 급격한 기동전류에 의한 가속 또는 감속 불능 상태를 회피하도록 하는 위상제어장치가 개시된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 교류 공급전원을 저전압으로 변환하는 트랜스포머; 트랜스포머를 통하여 인가되어 전원으로부터 제어전원을 생성하는 제어전원부; 공급전원의 제로전압을 검출하기 위한 제로전압 검출부; 가변전압 출력제어 또는 온·오프 시분할 제어를 선택하기 위한 제어방식 선택스위치; 외부 또는 내부 전압의 피드 백 신호를 공급하기 위한 비교전압 입력부; 출력전압 또는 온·오프주기를 설정하기 위한 설정전압 입력부; 마이크로프로세서용 주파수 입력부; 광응용 소자를 사용한 구동부; 구동부로부터의 출력신호가 인가되어 부하에 인가되는 전압을 제어하는 출력소자; 및 설정전압 입력부에서 설정된 설정값과 비교전압 입력부로부터 인가되는 비교값을 읽어 들여 이들 간의 차를 연산하여 에러값을 계산하고 PI 또는 PID 연산을 하여 결과 값을 얻은 후, 제어방식 선택스위치의 선택에 의해 가변전압 출력제어 또는 온·오프 시분할 제어를 수행하여 출력제어신호를 구동부에 인가하고 구동부에 의해 출력소자를 제어함으로써 부하에 걸리는 출력전압의 급격한 상승이나 하강을 방지하도록 하는 마이크로프로세서를 포함하는 위상제어장치가 개시된다.

바람직하게, 제로전압 검출부로부터 출력되는 제로전압 검출신호의 출력전압을 온·오프하기 위한 출력전압 온오프 스위치를 더 포함하며, 출력전압 온오프 스위치 오프된 상태에서는 출력제어신호를 오프하여 출력소자를 오프하고 PID 연산 결과를 초기화한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 교류 공급전원을 저전압으로 변환하는 트랜스포머를 통하여 인가되어 전원으로부터 제어전원을 생성하는 제어전원부와, 공급전원의 제로전압을 검출하기 위한 제로전압 검출부와, 외부 또는 내부 전압의 피드 백 신호를 공급하기 위한 비교전압 입력부와, 출력전압 또는 온·오프주기를 설정하기 위한 설정전압 입력부와, 마이크로프로세서용 주파수 입력부와, 광응용 소자를 사용한 구동부와, 상기 구동부로부터의 출력신호가 인가되어 부하에 인가되는 전압을 제어하는 출력소자 및 마이크로프로세서를 포함하는 위상제어장치에 적용하며, 마이크로프로세서는 설정전압 입력부에서 설정된 설정값과 비교전압 입력부로부터 인가되는 비교값을 읽어 들여 이들 간의 차를 연산하여 에러값을 계산하고 이 결과를 PI 또는 PID 연산을 하여 결과값을 얻는 단계; 주파수 입력부로부터 발진되어 공급되는 주파수입력으로 마이크로프로세서 내부의 카운터를 동작시키고, 제로전압 검출부로부터 출력되는 제로전압 입력신호에 의해 위상타이머를 리셋시키는 단계; 결과값을 상기 출력제어신호가 온되는 시간의 위상 각으로 환산하여 연산하는 단계; 연산된 위상 각과 이전 루프에서 연산된 위상 각을 비교하여 일정한 값 이상이 되면, 출력전압 변동 타이머를 동작시켜 출력전압의 급변을 제한하고, 출력전압의 변동속도를 제한하고, 연산된 위상 각을 메모리에 저장하는 단계; 연산된 위상 각을 위상타이머와 비교하여 출력제어신호의 온 위상 각이 되었는지 비교하여 온 해야 하는 위상 각이 되면 출력제어신호를 온 하고, 그렇지 않은 경우 이전 상태를 유지하는 단계를 포함하는 위상제어방법이 개시된다.

바람직하게, 출력제어신호의 오프는 출력제어신호의 온 위상 각보다 일정한 시간 후에 또는 입력전원이 제로전압이 되기 전에 오프되도록 위상타이머를 감시하여 출력제어신호의 오프 위상 각이 되면 출력제어신호를 오프한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 교류 공급전원을 저전압으로 변환하는 트랜스포머를 통하여 인가되어 전원으로부터 제어전원을 생성하는 제어전원부와, 공급전원의 제로전압을 검출하기 위한 제로전압 검출부와, 외부 또는 내부 전압의 피드 백 신호를 공급하기 위한 비교전압 입력부와, 출력전압 또는 온·오프주기를 설정하기 위한 설정전압 입력부와, 마이크로프로세서용 주파수 입력부와, 광응용 소자를 사용한 구동부와, 구동부로부터의 출력신호가 인가되어 부하에 인가되는 전압을 제어하는 출력소자 및 마이크로프로세서를 포함하는 위상제어장치에 적용하며, 마이크로프로세서는 설정전압 입력부에서 설정된 설정값과 비교전압 입력부로부터 인가되는 비교값을 읽어 들여 이들 간의 차를 연산하여 에러값을 계산하고 이 결과를 PI 또는 PID 연산을 하여 결과값을 얻는 단계; 설정된 시간을 분할하여 출력을 온·오프하며, 한 주기가 되면 마이크로프로세서 내부에 설정된 온·오프 주기타이머를 리셋하는 단계; 출력제어신호가 온되어 있는 시간을 상기 온·오프 주기타이머로 감시하여 출력제어신호가 온 주기이면 출력제어신호를 온하며, 그렇지 않은 경우 이전 상태를 유지하는 단계; 및 온·오프 주기타이머의 주기에서 출력제어신호의 온 시간을 제외한 시간동안 오프되도록 출력제어신호의 오프 주기를 감시하여 오프 주기이면 출력제어신호를 오프하는 단계를 포함하는 위상제어방법이 개시된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 위상제어장치를 나타내는 회로도이다.

도시된 바와 같이, 교류 공급전원(100)을 저전압으로 변환하는 트랜스포머(105), 트랜스포머(105)를 통하여 인가되어 마이크로 프로세서(120)에 공급되는 제어전압을 생성하는 제어전원부(110) 및 공급전원의 제로전압을 검출하기 위한 제로전압 검출부(115)를 포함한다.

또한, 마이크로프로세서(120)에는 제로전압 검출부(115)로부터 출력되는 제로전압 검출신호 S1의 출력전압을 온·오프하기 위한 출력전압 온오프 스위치(122), 가변전압 출력제어 또는 온·오프 시분할 제어를 선택하기 위한 제어방식 선택스위치(124), 외부 또는 내부 전압의 피드 백 신호를 마이크로프로세서(120)에 공급하기 위한 비교전압 입력부(126), 출력전압 또는 온·오프주기를 설정하기 위한 설정전압 입력부(130) 및 마이크로프로세서용 주파수 입력부(135)가 연결된다.

마이크로프로세서(120)의 출력단에는 출력제어신호 S3이 출력되어 포토트라이액과 같은 광응용 소자를 사용한 구동부(140)에 인가되고, 구동부(140)로부터의 출력신호는 SCR 또는 트라이악으로 구성된 최종 출력용 소자(145)를 구동하여 모터 또는 열선 등의 부하(150)에 인가되는 전압을 제어한다.

즉, 부하(150)는 출력제어신호 S3의 신호에 따라 공급전원(100)의 위상 각 조절에 의한 출력용 소자(145)의 온·오프로 전압이 조절된다.

이와 같은 구성을 갖는 위상제어장치의 위상제어방법에 대해 도 2 내지 도 4의 플로우챠트를 참조하여 설명한다.

출력전압 온오프 스위치(122)가 온 또는 오프되었는지를 판단하여(단계 S21) 출력전압 온오프 스위치(122)가 오프된 상태에서는 출력제어신호 S3을 오프하여(단계 S22) 출력소자(145)를 오프하며, PID 연산 결과를 초기화한다(단계 S23).

출력전압 온오프 스위치(122)가 온된 상태에서는 제어하고자 설정전압 입력부(130)에서 설정된 설정값을 마이크로프로세서(120)가 읽어오며(단계 S24), 이와 함께 비교전압 입력부(126)로부터 인가되는 비교값을 읽어 들여(단계 S25) 설정값과 비교값의 차를 연산하여 에러값을 계산하고(단계 S26). 이 결과를 PI 또는 PID 연산을 하여 결과 값을 얻는다(단계 S27).

이어 제어방식 선택스위치(124)의 선택에 의해 가변전압 출력제어를 할 것이지 또는 시분할 제어를 할 것인지를 선택한다(단계 S28).

도 3을 참조하여 가변전압 출력제어를 하는 경우를 설명하면, 주파수 입력부(135)의 크리스탈 등으로부터 발진되어 마이크로프로세서(120)에 공급되는 주파수입력 S2를 마이크로프로세서(120) 내부에서 2^N으로 분할하여 동작하는 카운터를 동작시키고, 이를 제로전압 입력신호 S1에 의해 리셋되는 위상타이머를 동작시킨다(단계 S31).

이어 단계 S27에서 연산된 결과를 출력제어신호 S3의 온되는 시간의 위상 각으로 환산하는 연산을 수행한다(단계 S32).

이 결과가 이전 루프에서 연산된 위상 각의 결과 값과 비교하여 전압이 급변하는 위상 각으로 계산되면(단계 S33), 출력전압이 급변하는 것을 의미하므로 출력전압의 급변을 제한하기 위한 출력전압 변동 타이머를 동작시키고(단계 S34), 출력전압이 타이머의 주기마다 조금씩 증가 또는 감소하도록 위상 각을 조금씩 변동하게 제한하여 출력전압 변동속도를 제한하고(단계 S35), 결과 값을 메모리에 저장한다(단계 S36). 반면에, 전압이 크게 변동하지 않는 결과 값이면 출력전압 상승속도 제한 루프를 수행하지 않고 결과 값을 메모리에 저장한다.

이렇게 계산된 위상 각을 위상타이머와 비교하여 출력제어신호 S3의 온 위상 각이 되었는지 비교하고(단계 S37), 출력제어신호 S3을 온 해야 하는 위상 각이 되면 출력제어신호 S3을 온 하고(단계 S38), 그렇지 않은 경우 이전 상태를 유지한다. 출력제어신호 S3의 오프는 출력제어신호의 온 위상각보다 일정한 시간 후에 또는 입력전원(100)이 제로전압이 되기 전에 오프되도록 하며, 이를 위해 위상타이머를 감시하여 출력제어신호 S3의 오프 위상 각이 되면(단계 S39) 출력제어신호 S3을 오프하고 다음 루프를 수행한다(단계 S40).

한편, 도 2의 단계 S28에서 온오프 시분할 제어방식을 선택한 경우에는 정해진 시간, 예를 들어, 약 2분을 분할하여 출력을 온·오프하며, 한 주기가 되면(단계 S41) 마이크로프로세서 내부에 설정된 온·오프주기 타이머를 리셋한다(단계 S42).

온 되는 시간은 도 1의 단계 S27에서 연산된 결과에 따라 0에서 100% 주기까지의 시간 분할로 나누어 온·오프되도록 출력제어신호 S3을 출력한다.

즉, 단계 S27에서 연산된 결과와 출력제어신호 S3의 온되어 있는 시간을 온·오프 주기타이머로 감시하여 출력제어신호 S3이 온 주기이면(단계 S43) 출력제어신호 S3을 온하며(단계S44), 그렇지 않은 경우 이전 상태를 유지한다.

또한, 출력제어신호 S3의 오프는 온·오프 주기타이머의 주기에서 출력제어신호 S3의 온 시간을 제외한 시간동안 오프되도록 하며, 출력제어신호의 오프 주기를 감시하여 오프 주기이면(단계 S45) 출력제어신호를 오프하고(단계S46), 그렇지 않은 경우 이전 상태를 유지한다.

이러한 온·오프 시분할 제어 동작의 일 예로 0 % 일 때는 오프상태를 유지하며, 50% 일 때는 1분 온 그리고 1분 오프, 100%일 때는 계속 온 등의 동작을 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 국한되어서는 안되며, 이하에 서술되는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 팬 부하 등의 유동성 부하의 위상 제어시 출력전압과 전류의 위상 차에 의해 발생되는 과도현상을 방지하여 보다 안정된 구동을 제공한다는 이점이 있다.

또한, 마이크로프로세서에 공급되는 발진회로의 발진주파수를 사용함으로서 보다 정확한 시기에 출력소자를 구동하기 위한 게이트신호를 온·오프 할 수 있다.

더욱이, 모터의 소음 등이 발생할 경우 시간에 따른 온·오프 제어에 의해 팬 소음을 줄여 주거나, 외부의 입력신호를 받아 피드백 회로를 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 위상제어장치를 나타내는 회로도이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 위상제어방법을 보여주는 플로우챠트이다.

Claims (6)

1. 교류 출력 전압을 가변하는 위상제어장치에 있어서,

   전압 출력의 위상을 마이크로 프로세서의 타이머 또는 카운터의 동작에 의해 트라이악 또는 SCR의 구동 출력을 제어하며, 부하에 걸리는 출력전압의 상승 또는 하강을 급속하게 하지 않고 시간의 경과에 따라 증가 또는 감소하도록 하여 상기 부하의 전류 위상 차 또는 급격한 기동전류에 의한 가속 또는 감속 불능 상태를 회피하도록 하는 것을 특징으로 하는 위상제어장치.
2. 교류 공급전원을 저전압으로 변환하는 트랜스포머;

   상기 트랜스포머를 통하여 인가되어 전원으로부터 제어전원을 생성하는 제어전원부;

   상기 공급전원의 제로전압을 검출하기 위한 제로전압 검출부;

   가변전압 출력제어 또는 온·오프 시분할 제어를 선택하기 위한 제어방식 선택스위치;

   외부 또는 내부 전압의 피드 백 신호를 공급하기 위한 비교전압 입력부;

   출력전압 또는 온·오프주기를 설정하기 위한 설정전압 입력부;

   마이크로프로세서용 주파수 입력부;

   광응용 소자를 사용한 구동부;

   상기 구동부로부터의 출력신호가 인가되어 부하에 인가되는 전압을 제어하는 출력소자; 및

   상기 설정전압 입력부에서 설정된 설정값과 상기 비교전압 입력부로부터 인가되는 비교값을 읽어 들여 이들 간의 차를 연산하여 에러값을 계산하고 PI 또는 PID 연산을 하여 결과 값을 얻은 후, 상기 제어방식 선택스위치의 선택에 의해 가변전압 출력제어 또는 온·오프 시분할 제어를 수행하여 출력제어신호를 상기 구동부에 인가하고 상기 구동부에 의해 상기 출력소자를 제어함으로써 부하에 걸리는 출력전압의 급격한 상승이나 하강을 방지하도록 하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제로전압 검출부로부터 출력되는 제로전압 검출신호의 출력전압을 온·오프하기 위한 출력전압 온오프 스위치를 더 포함하며, 상기 출력전압 온오프 스위치 오프된 상태에서는 상기 출력제어신호를 오프하여 상기 출력소자를 오프하고 PID 연산 결과를 초기화하는 것을 특징으로 하는 위상제어장치.
4. 교류 공급전원을 저전압으로 변환하는 트랜스포머를 통하여 인가되어 전원으로부터 제어전원을 생성하는 제어전원부와, 상기 공급전원의 제로전압을 검출하기 위한 제로전압 검출부와, 외부 또는 내부 전압의 피드 백 신호를 공급하기 위한 비교전압 입력부와, 출력전압 또는 온·오프주기를 설정하기 위한 설정전압 입력부와, 마이크로프로세서용 주파수 입력부와, 광응용 소자를 사용한 구동부와, 상기 구동부로부터의 출력신호가 인가되어 부하에 인가되는 전압을 제어하는 출력소자 및 마이크로프로세서를 포함하는 위상제어장치에 적용하며,

   상기 마이크로프로세서는 상기 설정전압 입력부에서 설정된 설정값과 상기 비교전압 입력부로부터 인가되는 비교값을 읽어 들여 이들 간의 차를 연산하여 에러값을 계산하고 이 결과를 PI 또는 PID 연산을 하여 결과값을 얻는 단계;

   상기 주파수 입력부로부터 발진되어 공급되는 주파수입력으로 상기 마이크로프로세서 내부의 카운터를 동작시키고, 상기 제로전압 검출부로부터 출력되는 제로전압 입력신호에 의해 위상타이머를 리셋시키는 단계;

   상기 결과값을 상기 출력제어신호가 온되는 시간의 위상 각으로 환산하여 연산하는 단계;

   상기 연산된 위상 각과 이전 루프에서 연산된 위상 각을 비교하여 일정한 값 이상이 되면, 출력전압 변동 타이머를 동작시켜 출력전압의 급변을 제한하고, 출력전압의 변동속도를 제한하고, 상기 연산된 위상 각을 메모리에 저장하는 단계;

   상기 연산된 위상 각을 상기 위상타이머와 비교하여 상기 출력제어신호의 온 위상 각이 되었는지 비교하여 온 해야 하는 위상 각이 되면 상기 출력제어신호를 온 하고, 그렇지 않은 경우 이전 상태를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 출력제어신호의 오프는 출력제어신호의 온 위상 각보다 일정한 시간 후에 또는 상기 입력전원이 제로전압이 되기 전에 오프되도록 상기 위상타이머를 감시하여 상기 출력제어신호의 오프 위상 각이 되면 상기 출력제어신호를 오프하는 것을 특징으로 하는 위상제어방법.
6. 교류 공급전원을 저전압으로 변환하는 트랜스포머를 통하여 인가되어 전원으로부터 제어전원을 생성하는 제어전원부와, 상기 공급전원의 제로전압을 검출하기 위한 제로전압 검출부와, 외부 또는 내부 전압의 피드 백 신호를 공급하기 위한 비교전압 입력부와, 출력전압 또는 온·오프주기를 설정하기 위한 설정전압 입력부와, 마이크로프로세서용 주파수 입력부와, 광응용 소자를 사용한 구동부와, 상기 구동부로부터의 출력신호가 인가되어 부하에 인가되는 전압을 제어하는 출력소자 및 마이크로프로세서를 포함하는 위상제어장치에 적용하며,

   상기 마이크로프로세서는 상기 설정전압 입력부에서 설정된 설정값과 상기 비교전압 입력부로부터 인가되는 비교값을 읽어 들여 이들 간의 차를 연산하여 에러값을 계산하고 이 결과를 PI 또는 PID 연산을 하여 결과값을 얻는 단계;

   설정된 시간을 분할하여 출력을 온·오프하며, 한 주기가 되면 상기 마이크로프로세서 내부에 설정된 온·오프 주기타이머를 리셋하는 단계;

   상기 출력제어신호가 온되어 있는 시간을 상기 온·오프 주기타이머로 감시하여 상기 출력제어신호가 온 주기이면 출력제어신호를 온하며, 그렇지 않은 경우 이전 상태를 유지하는 단계; 및

   상기 온·오프 주기타이머의 주기에서 상기 출력제어신호의 온 시간을 제외한 시간동안 오프되도록 상기 출력제어신호의 오프 주기를 감시하여 오프 주기이면 상기 출력제어신호를 오프하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상제어방법.