KR20070090740A - 교류전원을 이용한 전력제어방법과 이를 수행하기 위한시스템 및 이 시스템을 이용한 전원공급장치 - Google Patents

교류전원을 이용한 전력제어방법과 이를 수행하기 위한시스템 및 이 시스템을 이용한 전원공급장치 Download PDF

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Abstract

상용교류전원에서 직접 저전압의 교류전원을 공급하는 경우에 교류전원의 전력레벨 대비 0％~100％까지 안정적으로 제어가 가능하여 최적의 효율을 지니며, 집적화가 가능하도록 하기 위한 교류전원을 이용한 전력제어방법이 개시된다. 본 발명은 입력되는 교류전원에서 제어기준전압을 검출하고, 소전력제어시에는 상기 제어기준전압보다 전압레벨이 낮은 전력부분을 스위칭 온(On)시켜 출력시키며, 대전력제어시에는 상기 제어기준전압보다 전압레벨이 높은 전력부분을 스위칭 온(On)시켜 출력 시킨다.

Description

교류전원을 이용한 전력제어방법과 이를 수행하기 위한 시스템 및 이 시스템을 이용한 전원공급장치{METHOD FOR SWITCHING LOW-POWER USING AC AND SYSTEM FOR PERFORMING THE SAME AND POWER SUPPLY FOR USING THE SYSTEM}
본 발명은 상용교류전원에서 직접 저전압의 교류전원을 공급하는 경우에 교류전원의 전력레벨 대비 0％~100％까지 안정적으로 제어가 가능하여 최적의 효율을 지니며, 집적화가 가능하도록 하기 위한 교류전원을 이용한 전력제어방법과 이를 수행하기 위한 시스템 및 이 시스템을 이용한 전원공급장치에 관한 것이다.
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 교류전원의 1주기 마다 온/오프를 반복하는 방법으로 전력을 제어하는 것이다.
이러한 주기제어방식은 전원노이즈측면에서 우수하나 교류전원의 제로베이스 즉, 한 주기가 진행되어 전압이 0인 지점을 찾기 위한 별도의 회로가 요구되어 경제성이 낮으므로 고가형의 기기에서는 활용될 수 있으나, 공급되는 교류전원에 비 하여 제어되는 비율이 낮은 저전력 제어에서는 균일한 전원을 공급하기 못하게 되는 단점이 있다.
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.
즉, 종래의 주기제어방식과 위상제어방식은 시간에 따른 전압의 위상을 기준으로 하여 전원을 온/오프 시키는 제어를 수행하는 반면에 본 발명에서 제시되는 새로운 방식은 전압의 크기를 기준으로 전원을 온/오프 시키는 제어를 수행하게 된다.
기술적 과제
본 발명은 상기의 주기제어방식과 위상제어방식의 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 공급되는 교류전원을 균일하고 안정하게 제어하며, 교류전원을 제어하여 필요한 전력을 공급하는 경우에 최적의 효율과 경제성을 가지도록 초소형으로 회로를 구성할 수 있도록 하기 위한 교류전원을 이용한 전력제어방법을 제공하는 데 제 1 목적이 있다.
또한 본 발명의 제 2 목적으로 낮은 레벨의 전압을 자주 빈번하게 공급함으로서 부하에 과전압이 인가되지 않도록 하기 위한 집적화용 회로로 이루어진 전력제어시스템을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 제 3 목적은 집적화용 회로로 이루어진 전력제어시스템을 이용한 전원공급장치를 제공하는 것이다.
기술적 해결방법
상기의 제 1 목적을 수행하기 위한 본 발명은,
입력되는 교류전원이 형성하는 정현파의 1주기중 양(+)의 정방향파 및 음(-)의 부방향파에서 설정된 기준전압레벨보다 적은 각각 2번의 전압레벨만을 통과시키도록 제어하는 소전력제어; 및 상기 입력되는 교류전원이 형성하는 정현파의 1주기중 양(+)의 정방향파 및 음(-)의 부방향파에서 설정된 기준전압레벨보다 적은 각각 2번의 전압레벨만을 통과시키기 않도록 제어하는 대전력제어가 가능하도록 제어되는 교류전원을 이용한 전력제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 제 2목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 교류전원의 정현파 파형을 전파정류하기 위한 브릿지다이오드(D1~D4)로 구성된 정류부;
정류부에 결합되어 제어기준전압을 설정하고, 설정된 제어기준에 따른 신호를 출력시키기 위한 전압레벨검출부;
전압레벨검출부에서 설정된 제어기준전압의 크기에 따라 입력되는 교류전원의 스위칭 동작을 제어시켜주기 위한 위상 판단부;
전압레벨 검출부 및 위상판단부에 접속되어 소전력제어시에는 제어기준전압보다 전압레벨이 낮은 전력부분을 스위칭 온(On)시켜 출력시키며, 대전력제어시에는 제어기준전압보다 전압레벨이 높은 전력부분을 스위칭 온(On)시켜 출력 시키기 위한 전력제어부; 및
전력제어부의 출력측에 접속되어 출력 전원에 과전류가 흐르게 되면 공급을 차단하는 보호 회로의 역활을 수행하는 과전류검출부를 포함하는 교류전원을 이용한 전력 제어시스템을 제공하는 것이다.
또한, 제 3목적을 수행하기 위한 본 발명은 전력제어시스템의 출력단에 변압기를 접속하고 변압기의 출력측에 공지의 정류 및 평활회로 또는 정전압정류기를 접속시켜, 전력제어시스템을 통하여 검출된 일정 전력레벨의 교류전원을 변압기를 통하여 전압을 변화시키며, 정류 및 평활회로 또는 정전압정류기를 통하여 직류로 변환시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 전원단 부하사이에 접속되어 직접적인 스위칭동작으로 전원을 공급하여 손실이 가장 적고 간단한 구성을 갖게 된다.
도 1A와 B는 일반적인 전력 제어에 사용되는 주기제어방식과 위상제어방식을 설명하기 위한 파형도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력제어방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력제어시스템의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력제어시스템을 구성한 회로의 실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력제어시스템에서 전압레벨이 낮은 소전력을 출력시킬 경우의 파형도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전력제어시스템에서 전압레벨이 높은 대전력을 출력 시킬 경우의 파형도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전력제어 시스템에서 소전력 출력 제어시 출력되는 전압들의 파형을 보여주기 위한 다양한 파형도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전력제어 시스템에서 대전력 출력 제어시 출력되는 전압들 파형을 보여주기 위한 다양한 파형도이다.
도 9는 본 발명에 다른 전력제어시스템을 이용하여 전원 공급기를 구성한 일실시예를 보여주기 위한 블럭도이다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 2는 본 발명에 따른 전력제어방법을 설명하기 위한 파형도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전력제어시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전력제어시스템을 구성한 회로의 실시예이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 전력제어시스템에서 전압레벨이 낮은 소전력을 출력시킬 경우의 파형도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전력제어시스템에서 전압레벨이 높은 대전력을 출력시킬 경우의 파형도이며, 도 7은 본 발명에 다른 전력제어시스템을 이용하여 전원 공급기를 구성한 일실시예를 보여주기 위한 블럭도이다.
본 발명에 따른 전력제어방법은 도 2에서 보는 바와 같이 입력되는 교류전원의 정현파 파형에서 전력레벨을 설정한 다음, 출력단에서 필요한 전력이 입력되는 교류전원의 전력레벨 대비 50％이하인 소전력부분에서는 입력되는 교류전원의 양 (+)의 정방향파와 음(-)의 부방향파에서 설정된 전력레벨보다 낮을 경우에만 스위칭 온(On)시켜 통과시키도록 제어한다.
또한, 출력단에서 필요한 전력이 입력되는 교류전원의 전력레벨 대비 50％이상인 고전력부분에서는 위상을 반전시켜 입력되는 교류전원의 양(+)의 정방향파와 음(-)의 부방향파에서 설정된 전력레벨보다 높을 경우에만 스위칭 온(On)시켜 통과시키도록 제어한다.
그러므로, 전체적인 전력제어에 있어서, 전력레벨이 낮은 부분에서 교류전원의 온/오프가 이루어지도록 제어함으로서 전압이 높은 부분에서 온/오프가 이루어지는 위상제어방식에 비하여 파생되는 스위칭 노이즈가 적고, 교류전원의 1주기 즉, 양(+)의 정방향파와 음(-)의 부방향파에서 4번의 스위칭이 이루어 짐으로서 주기제어방식에 비하여 전압레벨이 고른 출력이 이루어 지는 것이다.
이러한 본 발명에 따른 전력제어방법은 도 3에서 보는 바와 같이, 상용 교류전원의 출력단에 상용 교류 전원을 정파 정류하기 위한 정류부(100)가 형성되고, 정류부(100)의 출력측에는 사인파 파형의 전압레벨을 검출하는 전압 레벨 검출부(110)가 형성된다. 전압 레벨 검출부(120)의 출력측에는 검출된 전압레벨에 따라 스위칭 동작을 온/오프 시켜주기 위한 위상 판단부(120)가 형성된다. 위상 판단부(120)는 입력되는 교류전원의 위상이 전압 레벨 검출부(110)에서 설정된 전압레벨보다 클 경우에는 저전원의 출력을 방지하고, 입력되는 교류전원의 위상이 전압 레벨 검출부(110)에서 설정된 전압레벨보다 작을 경우에는 대전원의 출력을 방지함으로서 저전압 레벨에서 전력제어가 이루어지도록 동작된다.
전압 레벨 검출부(110)의 출력측에는 입력된 교류전원을 출력측에서 필요한 전력레벨만 통과시키도록 스위칭 시키기 위한 전력제어부(130)가 형성된다. 전력제어부(130)에는 출력 전압에 과전류가 흐르게 되면 공급을 차단하는 보호회로의 역활을 수행하는 과전류검출부(140)가 접속되고, 과전류검출부(140)는 교류 전원을 전파 정류하기 위한 제 2 정류부(150)와 접속되어 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명은 입력되는 교류 전원의 10％만이 필요로 하는 전력이라고 가정하면(입력되는 교류전원이 100V이며 필요로 하는 전력은 10V라면) 종래의 전력제어방식같이 100％전력을 통과 시켰다가 불통시키는 시간을 10배로 주어 제어함으로서 출력되는 전력의 평활도가 현저히 저하된 전력제어가 아니고 전압 레벨 검출부(120)에서 20％이하 저 전압의 전력레벨이 검출될 때 까지 전력 제어부(110)에서 이 범위의 전압은 통과시켰다가 이 범위 이상의 전압레벨은 0으로 불통을 시키는 시간과 통과시간을 반복하면 10％전력을 공급하게 되는 방식임으로 전력공급의 평탄도가 현저히 개선된 전력를 공급하는 방식으로 많은 부분의 활용에서 변압기를 대체할 수 있는 방식인 것이다.
본 발명에 따른 전력제어 시스템은 도 4에서 보는 바와 같이 회로로서 구현이 가능한데 도 4의 회로는 트라이 액(Triac)이나 에스 씨알(SCR)과 같은 동작을 위한 홀딩회로(Holding Circuit)가 없는 단순회로로 구성된 스위칭 회로로 구성된다.
정류부(100)는 상용 교류전원의 출력단에 접속되어 상용 교류 전원을 전파 정류하기 위한 브릿지 다이오드(D1~D4)로 구성된다.
전압 레벨 검출부(110)의 구성을 살펴보면, 정류부(100)의 브릿지 다이오드(D1~D4)의 출력측에 접속된 가변저항(R1)의 양단에 평활용 저항(R2,R3)이 접속된다. 가변저항(VR1)은 직렬로 접속되는 한쌍의 저항들(R3,R4)과 역시 직렬로 접속되는 다른 한쌍의 저항들(R5,R6)사이에 신호를 출력하도록 구성된다. 한쌍의 저항들(R3,R4)의 사이에는 PNP형의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단이 접속되며, 다른 한쌍의 저항들(R5,R6)의 사이에는 NPN형의 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스단이 접속된다.
전력제어부(130)의 구성을 살펴보면, 전압 레벨 검출부(110)의 제 2 트랜지스터(Q2)의 에미터단에 PNP형의 제 3 트랜지스터(Q3)의 베이스단이 접속되며, 제 3 트랜지스터(Q2)의 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되며, 제 3 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단은 다수의 저항들(R9,R10,R11)을 통하여 브릿지 다이오드(D1~D4)의 타측 출력단과 접속된다. 전압 레벨 검출부(110)의 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에는 저항(R8)을 통하여 PNP형의 제 5 트랜지스터(Q5)의 베이스단이 접속되며, 제 5 트랜지스터(Q5)의 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되며, 제 5 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단은 다수의 저항들(R13,R16)을 통하여 브릿지 다이오드(D1~D4)의 타측 출력단과 접속된다. 제 3트랜지스터(Q3)의 콜렉터단에 접속된 저항들(R9,R10,R11)중 저항(R9) 및 저항(R10)의 사이에 제 4 트랜지스터(Q4)의 베이스단이 접속되며, 제 4 트랜지스터(Q4)의 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되며, 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터단은 다수의 저항들(R14,R15)을 통하여 브릿지 다이오드(D1~D4)의 타측 출력단과 접속된다. 제 5트랜지스터(Q5)의 콜렉터단에 접속된 저항들(R13,R16)사이에 제 6 트랜지스터(Q6)의 베이스단이 접속되며, 제 6 트랜지스터(Q6)의 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되며, 제 6 트랜지스터(Q6)의 콜렉터단은 다수의 저항들(R17,R18)을 통하여 브릿지 다이오드(D1~D4)의 타측 출력단과 접속된다. 제 6트랜지스터(Q6)의 콜렉터단에 접속된 저항들(R17,R18)사이에서 다이오드(D14)를 통하여 그리고, 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터단에 접속된 저항들(R14,R15)사이에서 다이오드(D13)를 통하여 제 9 트랜지스터(Q9)의 베이스단이 접속되며, 제 9 트랜지스터(Q9)의 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속된다. 제 9 트랜지스터(Q9)의 콜렉터단은 저항(R25)을 통하여 부하단(AC3,AC4)에 전원을 스위칭 하기 위한 제 10트랜지스터(Q10)의 베이스단에 입력되도록 구성된다.
여기서, 위상판단부(120)는 전압 레벨 검출부(110)의 가변저항(VR1)과 접속된 다이오드(D11)와 저항(R20, R21)을 통하여 제 7 트랜지스터(Q7)의 베이스단이 접속되고, 제 7트랜지스터(Q7)의 콜렉터단은 다이오드(D12) 및 저항(R8)를 통하여 제 4트랜지스터(Q4) 및 제 8트랜지스터(Q8)의 베이스단에 접속되며, 제 8트랜지스터(Q8)의 콜렉터단은 제 6 트랜지스터(Q6)의 베이스단에 접속되도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전력제어회로에서는 AC1, AC2단자를 통하여 상용교류전원이 인가되면, 정현파를 이루며 진행하는 교류전원이 정류부(100)의 브릿지 다이오드(D1~D4)를 통하여 전파정류된 파형으로 변환된다. 브릿지 다이오드(D1~D4)를 통하여 전파 정류된 파형은 전압 레벨 검출부(110)의 가변저항(VR1)의 값에 따라서 스위칭 될 교류 전원파형의 전압레벨이 설정된다.
가변저항(VR1)에서 설정된 값보다 큰 전력레벨을 가진 전파 정류된 파형이 입력되면 전압레벨검출부(110)내의 가변저항(VR1)의 출력측에 접속된 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴 온되고 이에 따라 전력제어부(130)내의 제 5 트랜지스터(Q5)가 턴 온되며, 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단에 접속된 제 6트랜지스터(Q6)도 턴온된다. 제 6 트랜지스터(Q6)가 턴온됨에 따라 트랜지스터(Q5)의 콜렉터단에 접속된 제 6트랜지스터(Q6)도 턴온된다. 제 6트랜지스터(Q6)의 턴온에 따라 전력제어부(130)의 저항(R19)에 유지된 전원이 다이오드(D14)를 통하여 스위칭 트랜지스터(Q9)의 베이스단에 인가되어 제 9트랜지스터(Q9)가 턴온되고 이에 따라 제 10트랜지스터(Q10)가 턴온 되어 출력단자(AC3,AC4)를 통하여 가변저항(VR1)에서 설정된 값(제어기준전압)보다 큰 전압레벨을 가진 전원만 출력시키는 것이다. 즉, 도 2에서 보는 바와 같이, 가변저항(VR1)을 통하여 설정된 제어기준전압보다 큰 전압레벨을 가진 대전력이 출력되는 것이다. 이때 전압레벨검출부(110)의 제 1 트랜지스터(Q1)가 동작되면 제 2 트랜지스터(Q1)역시 턴온되어 전력제어부(130)의 제 3 트랜지스터(Q3)를 턴오프된다.
여기서, 부하단에서 필요한 전압레벨이 입력된 전원의 전압레벨의 비율대비 50％이하인 소전력일 경우에는 즉, 전압 레벨 검출부(110)의 가변저항(VR1)의 값이 입력된 교류전원의 전압 레벨의 비율대비 50％이하인 소전력만을 통과시키도록 설정되어 있다면, 가변저항(VR1)을 통하여 저항들(R3~R6)로 인가된 전원은 상대적으로 미약하므로 전압레벨검출부(110)의 제 1 트랜지스터(Q1)는 동작되지 않고, 제 2 트랜지스터(Q2)역시 동작하지 않는다. 따라서, 전력제어부(130)의 제 3트랜지스터 (Q3)는 턴온된다. 제 3트랜지스터(Q3)가 턴온됨에 따라 제 4트랜지스터(Q4)가 턴온되는 데, 제 4 트랜지스터(Q4)의 턴온에 따라 전력제어부(130)의 저항(R19)에 유지된 전원이 다이오드(D13)를 통하여 제 9 트랜지스터(Q9)의 베이스단에 인가되어 제 9트랜지스터(Q9)가 턴온되고 이에 따라 제 10트랜지스터(Q10)가 턴온 되어 출력단자(AC3,AC4)를 통하여 가변저항(VR1)에서 설정된 값(제어기준전압)보다 전압레벨이 작은 소전력만 출력시키는 것이다.
여기서, 도 6에서 보는 바와 같이 전압 레벨 검출부(110)에서 설정된 전압레벨이 클 경우에(대전력 출력시)에는, 전압레벨검출부(110)의 가변저항(VR1) 및 다이오드(D11)를 통하여 위상판단부(120)의 제 7트랜지스터(Q7)의 베이스단에 신호가 인가되어 제 7 트랜지스터(Q7)가 턴온되어 이에 따라 전력제어부(130)의 제 4트랜지스터(Q4)의 베이스단에 인가되는 전원을 차단하여 제 4트랜지스터(Q4)를 턴오프시켜 가변저항(VR1)에서 설정된 값(제어기준전압)보다 전압레벨이 작은 소전력의 출력을 방지한다. 이때 위상판단부(120)의 제 8트랜지스터(Q8)는 턴오프된다.
또한, 도 5에서 보는 바와 같이 전압 레벨 검출부(110)에서 설정된 전압레벨이 작을 경우에(소전력 출력시)에는, 전압레벨검출부(110)의 가변저항(VR1) 및 다이오드(D11)를 통하여 위상판단부(120)의 제 7트랜지스터(Q7)의 베이스단에 신호가 인가되지 않아 제 7 트랜지스터(Q7)가 턴오프 되고, 제 8트랜지스터(Q8)이 턴온되어 전력제어부(130)의 제 6 트랜지스터(Q6)의 베이스단에 인가되는 전원을 차단하여 제 6 트랜지스터(Q6)를 턴오프시켜 가변저항(VR1)에서 설정된 값(제어기준전압)보다 전압레벨이 큰 대전력의 출력을 방지한다.
본 발명에 따르면, 도 6에서 보는 바와 같이 전압레벨검출부(110)의 가변저항(VR1)을 통하여 설정된 제어기준전압보다 큰 전압레벨만을 스위칭하기 위한 대전력 제어시에는 전력제어부(130)의 제 1, 제 5 및 제 6트랜지스터(Q1,Q5,Q6)가 동작되어 교류전원의 양(+)의 정방향파 즉, 상파의 중앙부분과 음(-)의 부방향파 즉, 하파의 중앙부분만이 스위칭된다.
반대로, 전압레벨검출부(110)의 가변저항(VR1)을 통하여 설정된 제어기준전압보다 적은 전압레벨만을 스위칭하기 위한 소전력 제어시에는 전력제어부(130)의 제 3 및 제 4 트랜지스터(Q3,Q4)가 동작되어 교류전원의 양(+)의 정방향파 즉, 상파의 중앙부분과 음(-)의 부방향파 즉, 하파의 측면부분만이 스위칭된다.
즉, 소전력 제어시에는 가변저항(VR1)을 통하여 설정된 제어기준전압보다 적은 전압레벨이 입력되어 제 1 트랜지스터(Q1)는 턴오프되고, 저항(R7)을 통한 제 3 트랜지스터(Q3)가 턴온되어 저항(R11,R9)을 통하여 제 4트랜지스터(Q4)가 턴온됨으로 저항(R14)와 다이오드(D13)를 통하여 제 9트랜지스터(Q9)를 턴온시키게 된다. 그러므로, 가변저항(VR1)의 조정 값에 따라 교류 반파형마다 도 7에서의 파형도에서와 같이 출력이 제어되어 전력제어가 0％에서 100％까지가 조정되는데 이 모드는 저전압을 필요로하는 경우와 저전압중심의 조절이 필요할 경우에 적합한 동작이 된다.
도 7의 출력 모드는 높은 전압에서 스위칭이 일어나게 되므로 낮은 전압을 주로 필요로하거나 낮은 전압의 전력제어가 중심인 경우에 적합하다.
반대로, 가변저항(VR1)을 통하여 설정된 제어기준전압보다 큰 전압레벨이 입 력되어 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴온 되고 저항(R8)을 통하여 제 5트랜지스터(Q5)가 턴온되게 되면 저항(R13)을 통하여 제 6트랜지스터(Q6)를 턴온시켜 저항(R17)을 통하고 다이오드(D14)를 통하여 제 9트랜지시터(Q9)를 턴온시키게 되면 가변저항(VR1)의 조정 값에 따라 교류 반파형마다 도 8에서의 파형도에서와 같이 출력이 제어되어 전력제어가 0％에서 100％까지가 조정된다.
도 8의 출력모드는 고전력 제어부분에서는 좋은 제어를 보이며 도 7과 같은 저전력 제어에서는 높은 전압의 펄스형태의 스위칭 동작으로 바람직하지 않다.
결론적으로, 도 7의 출력제어는 저전압부분의 제어특성이 좋으며 도 8의 출력제어는 고전압제어 특성이 좋음으로 0％에서 100％까지의 제어가 필요한 경우에 위상판단부(120)는 다이오드(D11)를 통하여 가변저항(VR1)의 제어값을 검출하여 저항(R20)을 통하여 제 7트랜지스터 및 제 8트랜지스터(Q8)의 동작을 제어하여 도 7 및 도 8의 출력모드중 가변저항(VR1)의 설정값에 따라 바람직한 제어를 취하게 된다.
즉, 위상판단부(120)는 가변저항(VR1)의 값에 따라 저 전력제어경우는 도 7의 파형이 출력되도록 제어하며, 고전력 제어 경우는 도 8의 파형이 출력되도록 제 7 및 제 8트랜지스터(Q7,Q8)의 동작을 제어하여 제 4 및 제 5트랜지스터(Q4,Q5)중 어느 하나의 트랜지스터만 동작하도록 하는 것이다.
위상판단부(120)를 구성하는 저항(R21)은 도 7의 출력제어와 도 8의 출력제어의 절체시기를 조절한다는 의미로 고정값으로 되어도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 전력제어시스템에서 과전류검출부(140)는 출력단자와 연결된 제 11트랜지스터(Q11)에 흐르는 전류가 과다할 경우는 이 전압에 의하여 제 12트랜지스터(Q12)가 턴 온 되면서 전력제어부(130)의 제 9 트랜지스터(Q9)를 턴 오프시켜 전류의 출력을 제한하여 과전류로부터 회로를 보호하는 동작을 한다.
이와 같은 본 발명의 장점은 도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이, 기존의 전력제어와 비교하면 크게 부각된다. 도 1에서 보는 바와 같은 주기제어는 입력 교류전압의 전력레벨이 제로(0)일때 On/Off가 이루어짐으로 파생되는 스위칭 노이즈는 작지만 입력되는 교류전원의 전력레벨의 50％를 출력시키기 위해서는 1주기만 통과시키고 나머지 1주기는 통과시키지 않음으로 전압변동폭이 가장 크다.
또한, 위상제어는 전력레벨이 최대(PEAK)일 때 스위칭 On이 이루어짐으로 파생되는 스위칭 노이즈는 가장 크지만, 입력되는 교류전원의 전력레벨의 50％를 출력시키기 위해서는 1주기중 양(+)의 정방향파의 1/2과 음(-)의 부방향파에서 1/2을 고르게 통과시킴으로서 주기제어와 비교하여 4배나 고르게 전력레벨을 출력시키는 장점이 있다.
본 발명은 도 2에서 보는 바와 같이 입력되는 교류전원의 전력레벨의 50％이하인 소전력을 출력시키기 위해서는 교류전원의 구성하는 정현파의 1주기중 양(+)의 정방향파의 2번과 음(-)의 부방향파에서 레벨검출부(110)를 통하여 설정된 기준전압레벨보다 적은 2번의 전압레벨만을 고르게 통과시거나, 출력단에서 50％이상인 대전력이 필요할 경우에는 교류전원의 구성하는 정현파의 1주기중 양(+)의 정방향파의 2번과 음(-)의 부방향파에서 레벨검출부(110)를 통하여 설정된 기준전압레벨보다 적은 2번의 전압레벨만을 통과시키기 않음으로서 스위칭 노이즈는 클 수 있으 나, 출력되는 전력레벨을 보면 위상제어보다 2배 고르게 전달하는 장점과 위에서 설명한 바와 같이 간단한 회로로 구성이 가능하여 경제성 역시 좋으며 출력 전력레벨이 적을 경우에 더욱 우수한 장점이 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이 출력되는 전력레벨이 낮을 수록 그 장점이 큼으로 저전압으로 제어된 출력을 정류하여 저전압 직류공급기로 활용할 경우는 지금까지 교류전압을 낮추어 직류로 변환하는 방법중에 가장 효율이 높은 초소형 전원공급기로의 가능성이 부각된다. 즉, 본 발명에 따른 전력제어시스템을 집적회로로 구현하는 경우 10mm 입방체로도 3V ∼ 12V 정도의 저전압에 수십 와트(W)까지의 출력이 가능하게 된다.
본발명은 구성부품이 집적화 회로가 가능한 방식이며 on/off 동작만의 제어방식이고 그 스위칭 동작이 빈번하지 않은 방식으로 최고의 효율로 가능하여 많은 부분에서 변압기가 없는 전압 강압기나 전력제어기소자로 사용될 것이다.
또한, 도 8에서 보는 바와 같이 입력교류전원을 본 발명에 따른 전력제어시스템의 출력단에 소형의 변압기(310)을 접속시키고, 변압기(310)의 출력단에 공지의 정류평활회로 또는 정전압회로(320)를 연결시켜 전원공급장치를 구성할 수 있는 데 이럴 경우에는 부품의 수가 경감되어 경제성이 향상된 전원공급장치를 구성시킬 수 있다.
전력제어시스템에서의 전력레벨의 검출 및 스위칭 동작으로 일정 전력레벨 이하의 전압만 도통시켜 공급하고 소형의 변압기(310)를 통하여 전압을 변화시키며, 변화된 전압을 공지의 정류평활회로 또는 정전압회로(320)을 통하여 직류로 변 환시키는 동작을 수행하는 전원공급장치의 경우에는 부품의 수가 경감되어 경제성이 향상된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전력제어시스템은 교류전압의 전압파형에 대하여 전력레벨제어를 수행시키는 스위칭 방식으로 효율이높고 안정하게 전력제어 제어할수 있고 교류전원의 전력레벨의 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.
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.

Claims (10)

  1. 입력되는 교류전원이 형성하는 정현파의 1주기중 양(+)의 정방향파 및 음(-)의 부방향파에서 설정된 기준전압레벨보다 적은 각각 2번의 전압레벨만을 통과시키도록 제어하는 소전력제어; 및 상기 입력되는 교류전원이 형성하는 정현파의 1주기중 양(+)의 정방향파 및 음(-)의 부방향파에서 설정된 기준전압레벨보다 적은 각각 2번의 전압레벨만을 통과시키기 않도록 제어하는 대전력제어가 가능하도록 제어되는 교류전원을 이용한 전력제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소전력제어는 입력되는 교류전원을 전파정류하는 단계; 상기 전파 정류된 교류전원에서 제어기준전압을 설정시키는 단계; 상기 설정된 제어기준전압보다 적은 전압레벨을 가진 전원만을 스위칭시키도록 제어하여 상기 입력된 교류전원의 양(+)의 정방향파 및 음(-)의 부방향의 파형중에서 상기 설정된 제어기준전압보다 전압레벨이 낮은 측면 부분만이 통과되도록 제어함을 특징으로 하는 교류전원을 이용한 전력 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 대전력제어는 입력되는 교류전원을 전파정류하는 단계; 상기 전파 정류된 교류전원에서 제어기준전압을 설정시키는 단계; 상기 전파정류된 교류전원중 상기 설정된 제어기준전압보다 큰 전력레벨만을 통과시키도록 제어함으로서, 상기 입력된 교류전원의 양(+)의 정방향파 및 음(-)의 부방향의 파형 중에서 상기 설정된 제어기준전압보다 전압레벨이 높은 중앙 부분만이 통과되도록 제어함을 특징으로 하는 교류전원을 이용한 전력 제어방법.
  4. 입력되는 교류전원의 정현파 파형을 전파정류하기 위한 브릿지다이오드(D1~D4)로 구성된 정류부(100);
    상기 정류부(100)에 결합되어 제어기준전압을 설정하고, 설정된 제어기준에 따른 신호를 출력시키기 위한 전압레벨검출부(110);
    상기 전압레벨검출부(120)에서 설정된 제어기준전압의 크기에 따라 입력되는 교류전원의 스위칭 동작을 제어시켜주기 위한 위상 판단부(120);
    상기 전압레벨 검출부(110) 및 위상판단부(120)에 접속되어 소전력제어시에는 상기 제어기준전압보다 전압레벨이 낮은 전력부분을 스위칭 온(On)시켜 출력시키며, 대전력제어시에는 상기 제어기준전압보다 전압레벨이 높은 전력부분을 스위칭 온(On)시켜 출력 시키기 위한 전력제어부(130); 및
    상기 전력제어부(130)의 출력측에 접속되어 출력 전원에 과전류가 흐르게 되면 공급을 차단하는 보호 회로의 역활을 수행하는 과전류검출부(140)를 포함하는 교류전원을 이용한 전력 제어시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전압레벨검출부(110)는 상기 정류부(100)의 브릿지 다이오드(D1~D4)의 출력측에 접속된 가변저항(R1)의 양단에 평활용 저항(R2,R3)이 접속되며, 상기 가변저항(VR1)의 출력측은 직렬로 접속되는 한쌍의 저항들(R3,R4) 과 직렬로 접속되는 또 다른 한쌍의 저항들(R5,R6)사이에 신호를 출력하도록 구성되며, 상기 한쌍의 저항들(R3,R4)의 사이에는 PNP형의 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스단이 접속되며, 상기 다른 한쌍의 저항들(R5,R6)의 사이에는 NPN형의 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스단이 접속되어 구성됨을 특징으로 하는 교류전원을 이용한 전력 제어시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 전력제어부(130)는 상기 전압 레벨 검출부(110)의 제 2트랜지스터(Q2)의 에미터단에 베이스단이 접속되며, 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되며, 콜렉터단은 다수의 저항들(R9,R10,R11)을 통하여 브릿지 다이오드(D1~D4)의 타측 출력단과 접속된 PNP형의 제 3 트랜지스터(Q3); 상기 제 3트랜지스터(Q3)의 콜렉터단에 접속된 저항들(R9,R10,R11)중 저항(R9) 및 저항(R10)의 사이에 베이스단이 접속되며, 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되며, 콜렉터단은 다수의 저항들(R14,R15)을 통하여 브릿지다이오드(D1~D4)의 타측 출력단과 접속된 제 4 트랜지스터(Q4); 상기 전압 레벨 검출부(110)의 제 1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단에는 저항(R8)을 통하여 베이스단이 접속되며, 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되며, 콜렉터단은 다수의 저항들(R13,R16)을 통하여 브릿지다이오드(D1~D4)의 타측 출력단과 접속된 PNP형의 제 5 트랜지스터(Q5); 상기 제 5트랜지스터(Q5)의 콜렉터단에 접속된 저항들(R13,R16)사이에 베이스단이 접속되며, 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되며, 콜렉터단은 다수의 저항들(R17,R18)을 통하여 브릿지다이오 드(D1~D4)의 타측 출력단과 접속된 제 6 트랜지스터(Q6); 상기 제 6트랜지스터(Q6)의 콜렉터단에 접속된 저항들(R17,R18)사이에서 다이오드(D14)를 통하여 그리고, 상기 제 4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터단에 접속된 저항들(R14,R15)사이에서 다이오드(D13)를 통하여 베이스단이 접속되며, 에미터단은 브릿지다이오드(D1~D4)의 일측 출력단과 접속되고, 콜렉터단은 저항(R25)을 통하여 부하단(AC3,AC4)에 전원을 스위칭 하기 위한 제 10트랜지스터(Q10)의 베이스단에 접속된 제 9 트랜지스터(Q9)로 구성됨을 특징으로 하는 교류전원을 이용한 전력 제어시스템.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 위상판단부(120)는 상기 전압 레벨 검출부(110)의 가변저항(VR1)과 접속된 다이오드(D11)와 저항(R20,R21)을 통하여 제 7트랜지스터(Q7)의 베이스단이 접속되고, 상기 제 7트랜지스터(Q7)의 콜렉터단은 다이오드(D12) 및 저항(R8)를 통하여 상기 전력제어부(130)의 제 4트랜지스터(Q4) 및 제 8트랜지스터(Q8)의 베이스단에 접속되며, 상기 제 8트랜지스터(Q8)의 콜렉터단은 상기 전력제어부(130)의 제 6트랜지스터(Q6)의 베이스단에 접속되도록 구성됨을 특징으로 하는 교류전원을 이용한 전력 제어시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 위상판단부(120)의 저항(R20)과 직렬이 되고, 저항(R21)과는 병렬로 콘덴서(C1)가 접속되는 것을 특징으로 하는 교류전원을 이용한 전력 제어시스템.
  9. 제 7항 또는 제 8항 에 있어서, 상기 위상판단부(120)의 저항(R21)은 가변저항임을 특징으로 하는 교류전원을 이용한 전력 제어시스템.
  10. 상기 전력제어시스템의 출력단에 변압기(310)를 접속하고 상기 변압기(310)의 출력측에 공지의 정류 및 평활회로 또는 정전압정류기(320)를 접속시켜, 상기 전력제어시스템을 통하여 검출된 일정 전력레벨의 교류전원을 상기 변압기(310)를 통하여 전압을 변화시키며, 상기 정류 및 평활회로 또는 정전압정류기(320)를 통하여 직류로 변환시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
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