KR20070088302A - Method for controlling low-voltage using waves ac and system for performing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 교류전원을 이용한 저전압 제어방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로 특히 상용교류전원에서 직접 저전압의 직류전원을 공급하도록 함으로서 교류전원의 전력레벨 대비 0%~100%까지 안정적으로 제어가 가능하여 최적의 효율을 지니며, 시스템의 소형화가 가능하도록 하기 위한 교류전원의 파형을 이용한 저 전압 제어방법과 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a low voltage control method using an AC power source and a system for performing the same. In particular, it is possible to stably control up to 0% to 100% of the AC power level by supplying a low voltage DC power directly from a commercial AC power source. The present invention relates to a low voltage control method using waveforms of an AC power supply and a system for performing the same, to have an optimal efficiency and to make the system compact.
일반적으로 교류전원을 이용한 전력제어는 크게 주기제어방식과 위상제어방식을 이용하고 있다. 주기제어는 전압이 제로일 때 즉, 도 1A에서 보는 바와 같이 사인파를 형성하며 진행하는 교류전원이 한 주기가 진행되어 전압이 0인 A점에 이르면 온/오프 제어가 수행된다. 만약 공급되는 교류전원의 50%를 공급하기 위해서는 주기제어방식에서는 1주기씩 온 및 오프를 반복하는 방법으로 전력을 제어하는 것이다.In general, power control using an AC power source mainly uses a cycle control method and a phase control method. In the period control, when the voltage is zero, that is, as shown in FIG. 1A, when the AC power supplying a sine wave progresses for one period and reaches the point A where the voltage is 0, on / off control is performed. In order to supply 50% of the supplied AC power, in the cycle control method, the power is controlled by repeating on and off by one cycle.
이러한 주기제어방식은 전원노이즈측면에서 우수하나 교류전원의 제로베이스 즉, 한 주기가 진행되어 전압이 0인 지점을 찾기 위한 회로 등이 요구되어 경제성 이 낮으므로 고가형의 기기에서는 활용될 수 있으나, 공급되는 교류전원에 비하여 제어되는 비율이 낮은 전력제어에서 균일한 전원을 공급하기 못하게 되는 단점이 있다.Although this cycle control method is excellent in terms of power noise, it can be used in high-priced equipment because it is economically low because a zero base of AC power, that is, a circuit for finding a point where voltage is zero after one cycle is required, is low. There is a disadvantage in that it is impossible to supply a uniform power in the power control ratio is low compared to the AC power that is controlled.
예를 들면, 110V/220V 상용전원으로 12V로 동작하는 할로겐 램프를 주기제어방식으로 전력 제어하는 경우에는 온 되는 한 주기동안의 전력으로 할로겐 램프가 파손되어 버리기 때문에, 변압기나 스위칭방식의 전원공급기를 사용하고 있었다.For example, if the halogen lamp operating at 12V using the 110V / 220V commercial power supply is controlled by the cycle control method, the halogen lamp will be damaged by the power for one cycle, so the transformer or the switching power supply is used. I was using
또한, 위상제어방식은 도 1B에서 보는 바와 같이, 공급되는 교류전원의 위상을 가변시켜서 부하에 공급되는 전력을 제어하기 때문에 방식이 간단하여 산업 전반에 활용되나, 전압이 높은 부분에서 스위칭 온/오프가 이루어지게 되어 노이즈가 크고 공급되는 교류전원의 50% 이하의 제어에서 안정하지 못한 단점과 역시 균일한 전원을 공급하기 못하게 되는 단점이 있다.In addition, as shown in FIG. 1B, the phase control method is used throughout the industry because the method is simple because it controls the power supplied to the load by varying the phase of the supplied AC power, but switching on / off in a high voltage part. There is a disadvantage that the noise is large and not stable in the control of less than 50% of the supplied AC power and also can not supply a uniform power.
즉, 종래의 주기 제어방식 및 위상 제어방식은 시간에 따른 위상을 기준으로 하여 전원을 On/Off시키는 제어를 수행하는 반면에, 본 발명에서 제시된 새로운 방식은 전압을 기준으로 전원을 On/Off시키는 제어를 수행하게 된다.That is, the conventional cycle control method and the phase control method perform the control to turn on / off the power on the basis of the phase over time, while the new method proposed in the present invention is to turn on / off the power on the basis of voltage. Control will be performed.
기술적 과제Technical challenge
본 발명은 상기의 주기제어방식과 위상제어방식의 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 입력단과 부하 사이에 온/오프 스위칭 동작만으로 변환 손실없이 공급되는 교류전원을 균일하고 안정하게 제어하여 저 전력의 직류전원으로 변환하게 된다. 그러므로 반도체와 저항으로만 간단하게 상용 교류전원으로부터 고효율의 직류전원을 공급할 수 있어 최적의 효율과 경제성을 가지며, 하나의 집적회로로 전력제어장치를 구현할 수 있게 하기 위한 교류전원을 이용한 저 전압 제어방법을 제공하는 데 제 1목적이 있다.The present invention has been invented to solve the shortcomings of the above-described periodic control method and phase control method, and by controlling ON / OFF switching operation between the input terminal and the load, the AC power supplied without conversion loss is uniformly and stably controlled. Convert to DC power. Therefore, it is possible to supply high-efficiency DC power from commercial AC power only with semiconductor and resistor, so it has optimal efficiency and economic efficiency, and low voltage control method using AC power to realize power control device with one integrated circuit. The primary purpose is to provide
또한 본 발명의 제 2 목적으로 상기한 제1 목적을 수행하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.It is also a second object of the present invention to provide a system for performing the first object.
기술적 해결방법Technical solution
상기의 제 1 목적을 수행하기 위한 본 발명은,The present invention for performing the above first object,
입력된 교류전원을 전파정류하기 위한 전파 정류단계;A full-wave rectifying step for full-wave rectifying the input AC power;
전파 정류된 교류전원의 파형에서 전압레벨에 따라 설정된 제어전압보다 전압레벨이 낮은 저전압 부분은 스위칭 온(On)시키고, 제어전압보다 전압레벨이 높은 고전압 부분은 스위칭 오프(Off)시켜 전파 정류된 교류전원의 한주기에서 설정된 제어전압보다 전압레벨이 낮은 4번의 출력전원을 발생시키도록 스위칭 동작하는 스위칭 단계;In the waveform of full-wave rectified AC power, the low voltage part whose voltage level is lower than the control voltage set according to the voltage level is switched on, and the high voltage part whose voltage level is higher than the control voltage is switched off, so A switching step of switching to generate four output powers having a voltage level lower than a control voltage set in one cycle of the power supply;
스위칭 단계에서 출력된 저전압부분을 직류로 변환하여 출력하는 직류전원 출력단계로 이루어진다.It is composed of a DC power output step of converting the low voltage portion output in the switching step to a DC output.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 스위칭 단계로 과전류가 인가하게 되면 스위칭단계의 동작을 차단하는 과전류검출단계를 포함하며, 스위칭 단계의 출력 전압이 이상전압일 경우에 스위칭단계의 동작을 차단하는 과전압검출단계를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, if an overcurrent is applied to the switching step, the overcurrent detection step of blocking the operation of the switching step, and the overvoltage for blocking the operation of the switching step when the output voltage of the switching step is an abnormal voltage A detection step.
본 발명의 저전압 제어방법에서는 입력된 교류전원의 양(+)의 정방향에서 제어전압보다 전압레벨이 낮은 2번의 출력을 발생시키며, 입력된 교류전원의 음(-)의 부방향에서도 제어전압보다 전압레벨이 낮은 2번의 출력을 발생시키도록 스위칭 동작한다.In the low voltage control method of the present invention, two outputs having a voltage level lower than the control voltage are generated in the positive (+) positive direction of the input AC power, and the voltage is lower than the control voltage even in the negative (-) negative direction of the input AC power. Switching is performed to generate two outputs with low levels.
본 발명의 저전압 제어방식은 상용 교류전원을 직류전원으로 변환함에 있어서, 교류전원의 입력단과 부하사이에서 스위칭 온/오프 동작으로만으로 직류전원의 변환이 이루어진다. 그러므로 변환손실이 적으며 부하가 동작하지 않으면 전력의 소모도 거의 없다. 즉, 교류전원과 부하사이를 입력되는 교류파형의 크기를 기준으로 스위칭 온/오프 시키는 방법을 채택하여 효율이 높으며 스위칭이 빈번하지 않아 노이즈 발생도 적다.In the low voltage control method of the present invention, in converting a commercial AC power source to a DC power source, the DC power source is converted only by switching on / off operation between the input terminal of the AC power source and the load. Therefore, the conversion loss is small and there is little power consumption if the load is not operated. That is, by adopting the method of switching on / off based on the magnitude of the AC waveform input between the AC power and the load, the efficiency is high and the switching is not frequent so there is little noise.
상기한 제 2목적을 수행하기 위한 본 발명은,The present invention for performing the second object,
상용교류전원을 인가받아 이를 전파정류하기 위한 정류부;Rectifier for receiving full-wave rectification of the commercial AC power;
정류부의 출력단에 접속되어 부하가 필요로 하는 설정된 제어전압을 검출하기 위한 전압레벨검출부;A voltage level detecting unit connected to an output terminal of the rectifying unit for detecting a set control voltage required by a load;
전압레벨검출부의 출력단에 접속되어 설정된 제어전압에 따라 스위칭 동작하여 전파정류된 교류전원의 한주기에서 설정된 제어전압보다 전압레벨이 낮은 4번의 출력을 발생시키도록 동작하는 전원스위칭부; 및A power supply switching unit connected to an output terminal of the voltage level detection unit and operating to switch according to a set control voltage to generate four outputs having a voltage level lower than a set control voltage in one period of the full-wave rectified AC power supply; And
전원스위칭부의 출력을 직류로 변환하기 위한 직류변환부로 구성된다.It is composed of a direct current converter for converting the output of the power supply switching unit to direct current.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전원스위칭부의 출력단에는 전원스위칭부의 출력전류에서 과전류를 검출하여 전원스위칭부로 인가되는 전원의 공급을 차단하는 과전류검출부가 더 포함되며, 전원스위칭부의 출력단에는 과전압등 이상전압이 인가되면 전원스위칭부의 동작을 차단하는 이상전압검출부를 더 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the output terminal of the power switching unit further includes an overcurrent detection unit for detecting an overcurrent in the output current of the power switching unit to cut off the supply of the power applied to the power switching unit, the output terminal of the power switching unit over-voltage or more The apparatus further includes an abnormal voltage detection unit that blocks the operation of the power supply switching unit when a voltage is applied.
도 1A와 B는 일반적인 전력 제어에 사용되는 주기제어방식과 위상제어방식을 설명하기 위한 파형도이다.1A and B are waveform diagrams for explaining a period control method and a phase control method used in general power control.
도 2는 본 발명에 따른 저 전압제어방법의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.2 is a waveform diagram illustrating the operation of the low voltage control method according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 저 전압제어방법을 구현하기 위한 시스템의 블럭도이다.3 is a block diagram of a system for implementing a low voltage control method according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 저전압 제어시스템을 구현한 회로의 제 1 실시예이다.4 is a first embodiment of a circuit implementing the low voltage control system according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 에 따른 저전압 제어시스템을 구현한 회로의 제 2 실시예이다.5 is a second embodiment of a circuit implementing the low voltage control system according to the present invention.
도 6은 도 4 및 도 5의 시스템을 통과한 전원의 출력파형을 보여주기 위한 파형도이다.6 is a waveform diagram illustrating an output waveform of a power supply passing through the systems of FIGS. 4 and 5.
발명의 실시를 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도 2는 본 발명에 따른 저 전압제어방법의 동작을 설명하기 위한 파형도이고, 도 3은 본 발명에 따른 저 전압제어방법을 구현하기 위한 시스템의 블럭도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 저전압 제어시스템을 구현한 회로의 제 1 실시예이고,도 5는 본 발명에 따른 에 따른 저전압 제어시스템을 구현한 회로의 제 2 실시예이며, 도 6은 도 4 및 도 5의 시스템을 통과한 전원의 출력파형을 보여주기 위한 파형도이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of the low voltage control method according to the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a system for implementing the low voltage control method according to the present invention. 4 is a first embodiment of a circuit implementing the low voltage control system according to the present invention, FIG. 5 is a second embodiment of a circuit implementing the low voltage control system according to the present invention, and FIG. 4 and 5 are waveform diagrams for showing output waveforms of a power supply passing through the system of FIG.
본 발명에 따른 저전압제어방법은 도 2에서 보는 바와 같이, 입력되는 교류전원을 전파정류한 다음 전파 정류된 정현파 파형에서 통과시킬 전원의 크기에 따라 설정된 제어전압보다 낮은 저전압 부분은 스위칭 온(On)시키고, 설정된 제어전압보다 높은 고전압 부분은 스위칭 오프(Off)되도록 전압제어를 수행한다. 그러므로 전압이 낮은 부분에서 교류전원의 온/오프가 이루어지도록 제어함으로서 전압이 높은 부분에서 온/오프가 이루어지는 위상제어방식에 비하여 파생되는 스위칭 노이즈가 적게 된다.In the low voltage control method according to the present invention, as shown in FIG. 2, the low voltage portion lower than the control voltage set according to the magnitude of the power to be passed through the full-wave rectified sinusoidal waveform after the full-wave rectified AC power is switched on. The voltage control is performed so that the high voltage portion higher than the set control voltage is switched off. Therefore, by controlling the AC power to be turned on / off in the low voltage part, the switching noise is reduced compared to the phase control method in which on / off is performed in the high voltage part.
본 발명에 따른 저전압제어방법을 수행하기 위한 시스템은 도 3에서 보는 바와 같이, 상용교류전원을 인가받아 이를 전파정류하기 위한 브릿지 회로로 구성된 정류부(110)를 포함하며, 정류부(110)의 출력단에는 부하가 필요로 하는 설정된 제어전압을 검출하기 위한 전압레벨검출부(120)가 접속된다. 또한, 전압레벨검출부(120)의 출력단에는 설정된 제어전압에 따라 스위칭 동작하여 전파 정류된 교류전원의 한주기에서 설정된 제어전압보다 전압레벨이 낮은 4번의 출력을 발생시키도록 동작하는 전원스위칭부(130)가 접속되며, 전원스위칭부(130)의 출력측에는 전원스위칭부(130)에서 출력된 전원을 직류로 변환하기 위한 직류변환부(140)가 접속된다.As shown in FIG. 3, the system for performing the low voltage control method according to the present invention includes a rectifying
또한, 전원스위칭부(120)의 출력단에는 전원스위칭부(120)의 출력전류중 과전류를 검출하여 전원스위칭부(130)로 인가되는 전원의 공급을 차단하는 과전류검 출부(150)가 접속되며, 전원스위칭부(130)의 출력단에는 과전압등 이상전압이 인가되면 전원스위칭부(130)의 스위칭동작을 차단하는 이상전압검출부(160)가 접속된다.In addition, the output terminal of the
이러한 본 발명에 따른 저전압제어방법을 수행하기 위한 시스템은 상용교류전원의 입력단과 부하사이에 접속되어 입력되는 상용 교류전원의 사인파 파형의 전압레벨을 검출하고, 부하가 필요로 하는 설정된 제어전압보다 낮은 전압레벨만 통과되도록 입력된 상용교류전원을 스위칭 온/오프 시키는 제어를 수행한다. 즉, 부하가 필요로 하는 전원이 상용교류전원중 10%라고 가정하면(입력되는 상용교류전원이 100V라면 부하가 필요로 하는 전원은 10V) 종래의 전력제어방식같이 100%전력을 통과 시켰다가 불통시키는 시간을 10배로 주어 제어하여, 부하로 출력되는 전원의 평활도가 현저히 저하된 전력제어가 아니라, 본 발명에 따른 시스템에서는 20%이하의 저전압의 레벨까지의 전압은 스위칭 온시키며, 20% 이상의 고전압레벨은 스위칭 오프시켜, 스위칭 온 및 스위칭 오프를 반복하는 방법에 의하여 상용 교류전원의 10%의 전원만을 직류변환하여 공급함으로서 평활도가 현저히 개선된 저전압 제어방법이다.The system for performing the low voltage control method according to the present invention detects the voltage level of the sinusoidal waveform of the commercial AC power input and is connected between the input terminal and the load of the commercial AC power supply, and is lower than the set control voltage required by the load. Controls switching on / off the commercial AC power input to pass only the voltage level. In other words, assuming that the power required by the load is 10% of the commercial AC power supply (if the commercial AC power input is 100V, the power required by the load is 10V). It is not a power control in which the smoothness of the power outputted to the load is significantly reduced by controlling the time given by 10 times, and the voltage up to a low voltage level of 20% or less is switched on in the system according to the present invention, and the high voltage is 20% or more. The level is a low-voltage control method in which smoothness is remarkably improved by switching DC and supplying only 10% of the power of a commercial AC power supply by switching off the level and repeating switching on and off.
본 발명에 따른 저전압 제어를 수행하기 위한 시스템은 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 회로로서 구현이 가능한데 도4의 실시예 1은 정류부(110)로서 상용교류전원이 인가되는 AC1, AC2단자에 상용교류전원을 전파정류하기 위한 브릿지 회로(D1~D4)가 접속되며, 브릿지회로(D1~D4)의 양측 출력단에는 전압레벨검출부(120)가 접속된다. 브릿지회로(D1~D4)에서 전파 정류된 교류전원이 출력되는 양출력단 사이 에 저항들(R1,R2)이 직렬 접속되며, 저항들(R1,R2)사이에는 각각 전압을 일정하게 유지시키기 위한 제너다이오드(ZD1) 및 저항값이 변화되는 가변저항(VR1)이 직렬 접속되고, 가변저항(VR1)에는 가변저항(VR1)의 설정값에 따라 스위칭 신호를 전달하기 위한 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단이 접속되며, 제 1 트랜지스터(Q1)의 에미터단은 직접 시스템의 출력단에 접속되고 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단은 저항(R3)을 통하여 시스템의 다른 출력단에 접속되어 전압레벨검출부(120)가 구성된다.The system for performing low voltage control according to the present invention can be implemented as a circuit as shown in FIGS. 4 and 5.
또한, 전원스위칭부(130)는 전압레벨검출부(120)를 구성하는 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단과 저항(R3)의 사이에 접속된 저항(R4)을 통하여 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단이 접속되며, 제 2 트랜지스터(Q2)의 에미터단은 직접 시스템의 출력단에 접속되고 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단은 직렬 접속된 저항들(R5, R6)을 통하여 시스템의 다른 출력단에 접속되고, 제 2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단에 직렬 접속된 저항들(R5, R6)사이에 PNP 형인 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단이 접속되며, 제 5 트랜지스터(Q5)의 에미터단은 직접 시스템의 출력단에 접속되고 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단은 직렬 접속된 저항들(R7, R8)을 통하여 시스템의 다른 출력단에 접속되도록 구성된다. 또한, 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단에 직렬 접속된 저항들(R7, R8)사이에 제 4 트랜지스터(Q4)의 베이스단이 접속되며, 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터단은 저항(R9)를 통하여 시스템의 출력단에 접속되고 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터단은 직접 시스템의 다른 출력단에 접속되고, 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터과 저항(R9)사이에 제 6 트랜지스터(Q6)의 베이스단이 접속되며, 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단은 저항(R12)를 통하여 시스템의 출력단에 접속되고 제 6 트랜지스터(Q6)의 콜렉터단은 직접 시스템의 다른 출력단에 접속되도록 구성된다.The power
그리고, 직류전원부(140)는 전원스위칭부(130)의 출력단에 병렬접속된 저항(R14) 및 콘덴서(C1)로 구성되어 전원스위칭부(130)의 출력을 평활시켜 직류로 변환시킨다.In addition, the DC
또한, 과전류검출부(150)는 전원스위칭부(130)의 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단과 저항(R12)사이에서 분기하여 저항(R13)을 통하여 제 7 트랜지스터(Q7)의 베이스단이 접속되며, 제 7 트랜지스터(Q7)의 콜렉터단은 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 접속되고 제 7 트랜지스터(Q7)의 에미터단은 시스템의 출력단에 접속되도록 구성된다.In addition, the
그리고, 이상전압검출부(160)는 직류 전원을 출력시키기 위한 출력단 DC1 및 DC2사이에 직렬접속된 저항들(R10, R11)사이에서 분기하여 PNP형의 제 3 트랜지스터(Q3)의 베이스단이 접속되며, 제 3 트랜지스터(Q3)의 콜렉터단은 전원스위칭부(130)의 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단에 접속되고 제 3 트랜지스터(Q3)의 에미터단은 시스템의 출력단에 접속되도록 구성된다.The
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 저전압 제어를 수행하기 위한 시스템의 실시예 1에서는 AC1, AC2단자를 통하여 상용교류전원이 인가되면, 정류부(110)를 구성하는 브릿지 정류기(D1~D4)에 의하여 입력되는 교류전원을 전파정류한다. 전파 정류된 교류전원은 전압레벨검출부(120)의 저항저항들(R1,R2) 및 전압을 일정하게 유지시키기 위한 제너다이오드(ZD1) 및 저항값이 변화되는 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 제어전압값에 따라 제 1 트랜지스터(Q1)를 스위칭 온/오프시키게 된다. 즉, 정류부(110)에서 전파정류된 전원이 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 전압레벨값보다 크다면 제 1 트랜지스터(Q1)가 스위칭 온되고, 제 1 트랜지스터(Q1)가 스위칭 온됨에 따라 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)를 스위칭 오프상태로 전환시키며, 제 2 트랜지스터(Q2)가 스위칭 오프되면 순차적으로 PNP형의 제 5트랜지스터(Q5), 제 4트랜지스터(Q4) 및 제 6트랜지스터(Q6)도 동작되지 않는다. 따라서, 전원스위칭부(130)은 전압레벨검출부(120)의 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 제어전압값보다 전압레벨이 큰 전파정류된 전원은 출력되지 않는다.In
반대로, 정류부(110)에서 전파정류된 전원이 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 전압레벨값보다 작다면 제 1 트랜지스터(Q1)는 스위칭 오프되고, 이에 따라 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)는 스위칭 온되며, 제 2 트랜지스터(Q2)가 스위칭 온됨에 따라 저항(R5)를 통하여 PNP형의 제 5트랜지스터(Q5)를 스위칭 온시킨다. 제 5 트랜지스터(Q5)가 스위칭 온됨에 따라 제 5트랜지스터(Q5)를 통과한 전류는 저항(R7)을 통하여 제 4트랜지스터(Q4)에 인가되어 증폭되고 제 6트랜지스터(Q6)를 온시켜 전파정류된 전원을 직류변환부(140)에 인가시켜 병렬 접속된 저항(R14) 및 콘덴서(C1)에 의하여 평활시켜 직류전원을 출력시키게 된다. 따라서, 전압레벨검출부(120)의 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 제어전압값보다 전압레벨이 작은 전원만이 직류전원으로 변환되어 출력되게 된다.On the contrary, when the power rectified by the
이와 같이, 전압레벨검출부(120)의 저항들(R1, R2) 및 가변저항(VR1)에 의하여 설정된 제어전압값보다 전압레벨이 작은 전원만이 직류전원으로 변환되어 출력되는 과정에서, 직류출력단자(DC2)에서 출력전류가 과도하게 되면 즉, 전원스위칭부(130)의 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단을 통하여 저항(R12)에 인가되는 전류가 과도하면, 과전류검출부(150)의 제 7 트랜지스터(Q7)가 동작되어 전원스위칭부(130)의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 인가되는 전류를 차단시켜 전원스위칭부(130)의 동작을 정지시키게 되어 출력단이 단락되어도 회로를 보호하게 된다.As such, in the process of converting and outputting only the power having a voltage level smaller than the control voltage value set by the resistors R1 and R2 and the variable resistor VR1 of the
그리고, 직류전원이 출력되는 과정에서 이상전압이 발생되면, 이상전압은 이상전압검출부(160)의 저항(R11)을 통하여 PNP형의 제 3 트랜지스터(Q3)를 동작시키게 되고, 제 3 트랜지스터(Q3)는 전원스위칭부(130)의 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단에 인가되는 전류를 차단시켜 전원스위칭부(130)의 동작을 정지시키게 되어 과전압등 이상전압의 출력을 방지하게 된다.When an abnormal voltage is generated in the process of outputting the DC power, the abnormal voltage operates the third transistor Q3 of the PNP type through the resistor R11 of the
이와 같은 저전압제어를 수행하고 나면 도 6A 및 도 6B에서 보는 바와 같이 전파정류된 교류전원의 한 주기에서 설정된 제어전압값보다 낮은 전압레벨을 갖는 4번의 출력이 반복된다. 이러한 본 발명에 따른 저전압 제어방법은 입력전원과 출력전원간의 전압강하가 클 경우는 종래의 방식들과 비교할 수 없는 장점을 가지게 된다. 예를 들어 부하에 공급되는 전원이 교류전원의 10%정도라고 가정하면(입력전원의 전압이 100V인 경우 출력전원의 전압은 10V) 도 1A의 주기제어방법에서는 교류전원의 한주기만 통과시키고 나머지 9주기는 통과시키지 않게 되어(스위칭 온 및 오프 시간 비율이 1:10) 막대한 스위칭 노이즈나 평활의 어려움 및 부하의 피해등의 단점을 가지게 되는 데 비하여 본 발명의 방법에서는 스위칭 온과 스위칭 오프의 전압 레벨이 15~20(전압에 따라 가변) 및 0을 가지게 되어 스위칭 온 및 오프 전압간의 레벨차이가 심하지 않아 출력 전압레벨의 고른 장점 및 부하에 부드러운 전력공급을 하게 되는등의 장점이 있다.After the low voltage control is performed, four outputs having a voltage level lower than the control voltage value set in one cycle of the full-wave rectified AC power supply are repeated as shown in FIGS. 6A and 6B. The low voltage control method according to the present invention has an advantage that can not be compared with conventional methods when the voltage drop between the input power and the output power is large. For example, suppose that the power supplied to the load is about 10% of the AC power (the output power is 10V when the voltage of the input power is 100V). In the cycle control method of FIG. 1A, only one cycle of the AC power passes and the remaining 9 The period is not passed (switching on and off time ratio is 1:10), which has disadvantages such as enormous switching noise, difficulty in smoothing, and damage to load, whereas in the method of the present invention, the voltage level of switching on and switching off is reduced. This has 15 to 20 (variable according to voltage) and 0, so the level difference between the switching on and off voltage is not so severe that there is an advantage of even output voltage level and smooth power supply to the load.
본 발명의 이러한 장점은 상용의 교류전원전압에서 직접적으로 낮은 직류전압이 필요한 경우에 강점을 가지게 되어 상용전원으로 저 전압의 직류전력기구들의 전원공급이 용이하여 많은 활용이 이루어질 수 있다.This advantage of the present invention has strengths when a direct low DC voltage is required in commercial AC power supply voltage, and can be easily utilized as a power supply for DC power devices of low voltage as a commercial power supply.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 도 5에서 보는 바와 같이, 도 4의 실시예와 동작 원리는 동일하나, 직류 변환부(140)의 구성을 전원스위칭부(130)의 출력단에 변압기(T1)의 1차측을 접속하고 변압기(T1)의 2차측에 브릿지 정류기(D5~D8)를 접속시켜, 전압레벨의 검출 및 스위칭 동작으로 일정 전압레벨 이하의 전압만 도통시켜 공급하고 변압기(T1)를 통하여 전압을 변화시키며, 브릿지 정류기(D5~D8)를 통하여 직류로 변환시키도록 동작한다.In addition, in another embodiment of the present invention, as shown in Figure 5, the operation principle is the same as the embodiment of Figure 4, the transformer T1 to the output terminal of the
도 5에서는 직류전원공급을 함에 있어 상용전원과 부하사이에 절연이 이루어지도록 절연용 변압기(T1)를 채택하는 구조로, 변압기(T1)에 인가되는 전원의 주파수는 60Hz가 아니라, 스위칭 동작을 통하여 120Hz나 240Hz이상의 주파수가 됨으로 동일전력을 전달하는 트랜스의 크기가 적어지고 효율은 높아지게 된다.In FIG. 5, an insulation transformer T1 is adopted to insulate between a commercial power supply and a load in supplying DC power, and the frequency of the power applied to the transformer T1 is not 60 Hz, but through a switching operation. The frequency above 120Hz or 240Hz decreases the size of the transformer that delivers the same power and increases the efficiency.
이와 같은 본 발명의 장점은 도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이, 기존의 전력제어와 비교하면 크게 부각된다. 도1에서 보는 바와 같은 주기제어는 입력교류전 압의 전압레벨이 제로(0)일때 On/Off가 이루어짐으로 파생되는 스위칭 노이즈는 작지만 입력되는 교류전원의 전압레벨의 50%를 출력시키기 위해서는 1주기만 통과시키고 나머지 1주기는 통과시키지 않음으로 전압변동폭이 가장 크다.As described above, the advantages of the present invention are greatly highlighted in comparison with the conventional power control. As shown in FIG. 1, the periodic control passes through only one cycle in order to output 50% of the AC level of the input AC power, although switching noise is small, which is derived by turning on / off when the voltage level of the input AC voltage is zero. The maximum voltage fluctuation range is obtained because the remaining cycle is not passed.
또한, 위상제어는 전압레벨이 최대(PEAK)일 때 스위칭 온이 이루어짐으로 파생되는 스위칭 노이즈는 가장 크지만, 입력되는 교류전원의 전압레벨의 50%를 출력시키기 위해서는 1주기중 양(+)의 정방향파의 1/2과 음(-)의 부방향파에서 1/2을 고르게 통과시킴으로서 주기제어와 비교하여 4배나 고르게 전압레벨을 출력시키는 장점이 있다.In addition, phase control has the highest switching noise due to switching on when the voltage level is PEAK, but in order to output 50% of the voltage level of the AC power input, Evenly passing 1/2 of the forward wave and 1/2 of the negative sub-direction wave has the advantage of outputting the voltage level four times more evenly than the period control.
본 발명은 도 2에서 보는 바와 같이 입력되는 교류전원의 전압레벨의 50%를 출력시키기 위해서는 1주기중 양(+)의 정방향파의 2번과 음(-)의 부방향파에서 2번을 고르게 통과시킴으로서 스위칭 노이즈는 클 수 있으나, 출력되는 전압레벨을 보면 위상제어보다 2배 고르게 전달하는 장점과 위에서 설명한 바와 같이 간단한 회로로 구성이 가능하여 경제성 역시 좋으며 출력 전압레벨이 적을 경우에 더욱 우수한 장점이 있다.As shown in FIG. 2, in order to output 50% of the voltage level of the AC power input as shown in FIG. 2, 2 times of the positive positive wave and 2 of the negative negative wave are evenly distributed during one cycle. The switching noise can be large by passing it, but the output voltage level is 2 times more uniform than the phase control, and it can be configured with a simple circuit as described above, so it is economical and it is more advantageous when the output voltage level is low. have.
본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이 출력되는 전압레벨이 낮을 수록 그 장점이 큼으로 저전압으로 제어된 출력을 정류하여 저전압 직류공급기로 활용할 경우는 지금까지 교류전압을 낮추어 직류로 변환하는 방법중에 가장 효율이 높으며(80%~95% 정도) 초소형 전원공급기로의 가능성이 부각되며 부하가 없는 대기전력 소모는 BJT 회로로는 0.1W 이하가 가능하며 C-MOS FET 경우는 0.01W 이하로 가능하게 된다. 즉, 도 4및 도 5의 저전압제어시스템을 집적회로로 구현하는 경우 10mm 입방 체로도 3V ~ 12V 정도의 저전압에 수십와트(W)까지의 출력이 가능하게 된다.As described above, the lower the output voltage level is, the greater the advantages are. Therefore, when the rectified output is controlled to a low voltage and used as a low voltage DC supply, the most efficient method of converting to DC by lowering the AC voltage until now. It is high (about 80% to 95%), and the possibility of a very small power supply is highlighted, and standby power consumption without load can be 0.1W or less in a BJT circuit, and 0.01W or less in a C-MOS FET. That is, when the low voltage control system of FIGS. 4 and 5 is implemented as an integrated circuit, even up to several tens of watts (W) can be output at a low voltage of about 3V to 12V with a 10mm cube.
상술한 바와 같이 본 발명은 교류전압의 전압파형에 대하여 전압레벨제어를 수행시키는 스위칭 방식으로 효율이 높고 안정하게 저전압 제어를 수행할수 있고 교류전원의 전압레벨의 50%이하의 제어가 불안한 위상제어나 균일한 제어가 이루어지지 않는 주기제어의 단점을 해소할 수 있으며, 상용교류전압에서 바로 낮은 직류전압을 만드는 전원공급기를 초소형으로 구현할 수 있는 효과 뿐만 아니라. 저항과 트랜지스터만으로 구성된 회로임으로 소형 IC화가 가능한 방식으로 집적화가 높아 효율이 높고 안전한 회로를 설계하여 집적화시켜 경제성을 갖는 전력제어장치를 구현할 수 있다.As described above, the present invention is a switching method that performs voltage level control on the voltage waveform of AC voltage, which can perform low voltage control with high efficiency and stability, and control of phase below 50% of the voltage level of AC power is unstable. It can solve the shortcomings of periodic control that is not uniform control, and it is possible not only to realize the small size of the power supply which makes low DC voltage directly from the commercial AC voltage. It is a circuit consisting of only a resistor and a transistor, so it can be integrated into a small IC, so that a highly efficient and safe circuit can be designed and integrated to realize an economic power control device.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내 에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto and may be improved or modified by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
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