KR20080090004A

KR20080090004A - 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로

Info

Publication number: KR20080090004A
Application number: KR1020070032922A
Authority: KR
Inventors: 박의순
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-10-08
Also published as: KR100919207B1

Abstract

본 발명은 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로에 있어서 변압기의 소형화와 엔코더 종류에 무관하게 안정적으로 출력전압을 제어할 수 있는 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로를 제공하려는 것으로서, 반도체 스위치를 가지며 교류 입력 전압을 제공하는 1차 측 회로 부; 상기 1차 측 회로 부에 접속되는 1차 권선과, 다수의 전압 출력을 가지지만 소형의 외형을 가지고 어느 전압 출력으로부터 피드백하여도 다수의 전압 출력을 안정되게 제어될 수 있도록 하나의 권선으로 이루어진 2차 권선을 갖는 단권형 변압기; 상기 단권형 변압기의 단일 권회된 2차 권선에 접속되고 서로 연동되게 접속되어 부하에 전압과 전류를 공급하는 다수의 2차 측 회로 부; 입력이 상기 다수의 2차 측 회로 부 중 어느 하나에 피드 백 접속되고 출력이 상기 1차 측 회로 부의 상기 반도체 스위치에 접속되어, 출력전압을 피드백하여 상기 1차 측 회로 부의 반도체 스위치를 펄스 폭 제어하는 펄스 폭 제어신호를 발출하는 피드백 및 보상 부;를 포함하여 구성된다.

인버터, 동기 옵션 보드, 변압기, 소형화, 전원회로, 출력전압 안정화

Description

인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로{A SWITCHING MODE POWER SUPPLY CIRCUIT OF A SYNCHRONIZED OPTION BOARD FOR AN INVERTER}

도 1은 종래기술에 따른 동기 옵션 보드 구성을 보여주는 블록 도이고,

도 2는 종래기술에 따른 단일 출력 전원 제공용 전원 회로의 세부 구성을 보여주는 블록 도이며,

도 3은 종래기술에 따른 복수 출력 전원 제공용 전원 회로의 세부 구성을 보여주는 블록 도이고,

도 4는 본 발명에 따른 복수 출력 전원 제공용 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로의 세부 구성을 보여주는 블록 도이며,

도 5는 본 발명에 따른 변압기의 세부 권선 구성을 보여주는 권선 도이다.

*도면의 주요부에 대한 부호의 설명

1: 동기 옵션 회로 보드 2: 전원회로 부

3: 동기 옵션 부 4: 메인 연결부

5: 입출력 부 21: 1차 측 회로 부

22: 단권 출력 변압기 22-1: 다 권 출력 변압기

22a: 1차 권선 22b: 2차 권선

22c: 바이어스 권선 23: 2차 측 회로 부

24: 피드백(feedback) 및 보상 회로 부

25: 바이어스(bias) 전압 부

본 발명은 인버터에 관한 것으로 특히, 인버터의 동기 옵션 회로 보드 중 전원 회로에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 관련되는 인버터의 동기 옵션 회로 보드(1)는 전원회로 부(2)와, 동기 옵션 부(3), 메인 연결부(4) 및 입출력 부(5)를 포함하여 구성된다.

상기에서 전원회로 부(2)는 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply, 통상 SMPS로 약칭됨)로 구성되어, 인버터의 동기 옵션 부(3)와 입출력 부(5)에서 필요로 하는 전원을 제공한다.

동기 옵션 부(3)는 입력된 엔코더(ENCODER, 미도시)로부터의 정보(통상 속도검출을 위한 펄스 신호)를 수신하여 처리(예컨대 전동기의 속도를 연산하여 출력)하고, 메인 연결부(4)는 동기 옵션 부(3)에서 처리된 정보를 인버터 본체(미도시)에 제공한다.

본 발명은 바로 상기 인버터의 동기 옵션 회로 보드(1)중 전원회로 부(2)에 관한 것이다.

한편, 종래기술에 따른 단일 출력 전원 제공용 전원 회로의 세부 구성을 블 록도로서 보여주는 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에 있어서, 종래기술에 따른 단일 출력 전원 제공용 전원 회로는 크게 1차 측 회로 부(21)와, 단권 출력 변압기(22)와, 2차 측 회로 부(23)와, 피드백(feedback) 및 보상 회로 부(24)를 포함하여 구성된다.

상기 1차 측 회로 부(21)는 상용 교류 전원을 입력하는 입력단과, 상기 단 출력 변압기(22)의 1차 권선에 접속되는 출력단과, 상기 입력단과 출력단 사이에 접속되어 입력회로를 통전 또는 차단하는 반도체 스위치를 포함하여 구성되어, 상기 반도체 스위치의 온/오프에 따라서 입력회로를 통전 또는 차단하여 상기 상용 교류 전원으로부터의 전기 에너지를 단 출력 변압기(22)의 1차 권선을 통해 출력한다.

단 출력 변압기(22)는 1차 권선과 중간 탭 및 출력이 하나인 2차 권선으로 구성되는 변압기이다.

2차 측 회로 부(23)는 다이오드(D)로 이루어진 정류회로 및 캐패시터(CO)로 이루어진 평활회로를 포함하여 구성되고 교류 입력을 직류 출력으로 변환하여 제공하는 컨버터(CONVERTER)로 구성되어 직류 출력전압(Vo)을 제공한다.

상기 컨버터의 토폴로지(TOPOLOGY)로서 1차측 회로 부(21)가 ON일 때 2차 측 회로 부(23)도 ON이되는 ON-ON 타입의 토폴로지로서 포워드 컨버터(Forward Converter), 하프 브릿지 컨버터(Half Bridge Converter), 풀 브릿지 컨버터(Full Bridge Coverter), 푸시-풀 컨버터(Push Pull Converter)가 있다. 1차측 회로 부(21)가 ON일 때 2차 측 회로 부(23)는 OFF상태인 ON-OFF 타입의 토폴로지로서 플 라이 백(Fly-Back), 링일 초크 코일 컨버터(Ringing Choke Coil Converter)가 있다.

도 2의 종래기술은 ON-OFF 타입의 플라이 백 토폴로지를 이용한 것으로서, 이러한 플라이 백 컨버터에서 단 출력 변압기(22)는 커플링 인덕터(coupling inductor)로서 동작하여 상기 포워드 컨버터에 비하여 안정된 출력전압을 얻을 수 있는 특성이 있다.

상기 피드백(feedback) 및 보상 회로 부(24)는 일정한 출력전압을 출력하도록 상기 반도체 스위치(Q)의 스위칭 듀티 비(duty rate)를 피드백되는 출력전압에 따라서 조정하여 제공함으로써 전원회로를 피드백 제어한다. 또한 피드백(feedback) 및 보상 회로 부(24)는 반도체 스위치(Q)의 스위칭을 제어하는 드라이브 및 보상 부와, 상기 2차 측 회로 부(23)의 출력전압을 검출하여 제공하는 출력전압 센싱(SENSING) 부를 포함하여 구성되며, 상기 드라이브 및 보상 부와 상기 전압 센싱 부간은 광 접속(photo coupling)을 이용함으로써 노이즈(noise)를 절연할 수 있는 효과를 가진다.

한편, 종래기술에 따른 복수 출력 전원 제공용 전원 회로의 세부 구성을 블록 도로서 보여주는 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3에 따른 종래기술의 실시 예는 복수 출력 전원 제공용 전원 회로로서 도 2에 따른 종래기술에 비하여 반도체 스위치(Q)의 초기 시동전압을 제공하는 바이어스 전압 부(25)가 추가적으로 마련되었다는 점과, 다 권 변압기(22-1)의 2차 권선이 다수의 서로 다른 2차 권선으로 이루어져 있고 상기 2차 권선으로부터 유기되 는 전압을 반도체 스위치(Q)의 초기 시동전압 즉 바이어스 전압으로 제공하는 바이어스 권선을 갖는 변압기라는 점과, 상기 다수의 2차 권선에 접속되고 서로 독립적인 다수의 2차 측 회로 부(23)을 가지는 점에서 차이점을 가진다. 따라서, 설명의 중복을 회피하기 위해서 도 2와 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.

도 3에 있어서, 다 권 변압기(22-1)는 상기와 같이 상기 2차 권선으로부터 유기되는 바이어스 전압제공용 바이어스 권선(도 3의 부호 22-1의 해당 부분 중 탭(T)을 기준으로 좌측 하부 코일)을 가지며, 이러한 바이어스 권선을 통해서 2차 권선으로부터 전압을 유기한다.

도 3에 있어서, 바이어스 전압 부(25)는 상기 2차 권선으로부터 유기된 교류전압을 다이오드(Dbias)에 의해 정류하고 캐패시터(Cbias)를 통해 평활하여 즉, 컨버팅(converting)하여 반도체 스위치(Q)에 시동전압으로서 제공한다.

도 3에 있어서, 다 권 변압기(22-1)의 2차 권선은 다수의 서로 다른 권선으로 이루어져 있고, 다수의 2차 측 회로 부(23)는 다수의 상기 2차 권선에 접속되고 서로 연동하지 않고 독립적으로 동작한다.

도 3에 있어서 피드백 및 보상 회로 부(24)로 피드백되는 출력은 다수의 독립적 2차 측 회로 부(23) 중 어느 하나이나, 상기 피드백되는 2차 측 회로 부(23) 중 어느 하나의 출력 이외의 다른 2차 측 회로 부에서 부하인 엔코더(미도시)로 전 원이 공급되게 접속되는 경우, 상기 엔코더의 부하량이 크면 상기 다 권 변압기(22-1)의 2차 측 회로 부(23)의 출력전압은 전체적으로 불안정해지게 되는 문제점이 발생된다.

또한, 상기 엔코더의 부하량이 커서 다 권 변압기(22-1)의 2차 권선을 모두 굵게 권선하고 권회 수를 증가시킨다면, 변압기의 크기가 커지고 따라서 동기 옵션 회로 보드의 크기도 커져야 하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 종래기술이 갖는 상기 문제점을 해소하는 것으로서, 부하량이 큰 부하를 다수의 2차 측 회로 부 중 어느 곳에 접속하더라도 출력 전압이 일정하게 유지될 수 있고, 변압기를 소형화할 수 있어 동기 옵션 회로 보드의 크기를 증가시킬 필요가 없는 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 본 발명의 목적은, 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로에 있어서,

교류 입력전압을 제공하는 입력 회로로서, 상기 입력 회로를 통전 또는 차단하게 제어하게 접속되는 반도체 스위치를 가지는 1차 측 회로 부;

상기 1차 측 회로 부에 접속되는 1차 권선과, 다수의 전압 출력을 가지지만 소형의 외형을 가지고 어느 전압 출력으로부터 피드백하여도 다수의 전압 출력을 안정되게 제어할 수 있도록 하나의 권선으로 이루어진 2차 권선을 갖는 단권 출력 변압기;

상기 단권 출력 변압기의 상기 단일 권선으로 이루어진 2차 권선에 서로 연 동되게 접속되어, 부하에 전압과 전류를 공급하는 다수의 2차 측 회로 부; 및

입력이 상기 다수의 2차 측 회로 부 중 어느 하나에 피드 백 접속되고 출력이 상기 1차 측 회로 부의 상기 반도체 스위치에 접속되어, 상기 2차 측 회로 부 중 어느 하나의 출력전압을 피드백하여, 상기 출력전압에 따라서 상기 1차 측 회로 부의 반도체 스위치의 듀티 비를 조정하여 상기 2차 측 회로 부의 출력전압을 일정하게 조정하도록 상기 반도체 스위치의 스위칭을 펄스 폭 제어하는 펄스 폭 제어신호를 발출하는 피드백 및 보상 부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성과 그 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 복수 출력 전원 제공용 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로의 세부 구성을 블록 도로서 보여주는 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4에 있어서, 본 발명에 따른 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로는 크게 1차 측 회로 부(21)와, 단권 출력 변압기(22)와, 다수의 2차 측 회로 부(23) 및 피드백 및 보상 부(24)를 포함하여 구성된다.

1차 측 회로 부(21)는 교류 입력전압을 제공하는 입력 회로로서, 상용 교류 전원을 입력하는 입력단과, 상기 단권 출력 변압기(22)의 1차 권선에 접속되는 출력단과, 상기 입력단과 출력단 사이에 접속되어 입력회로를 통전 또는 차단하는 반도체 스위치를 포함하여 구성되어, 상기 반도체 스위치의 온/오프에 따라서 입력회 로를 통전 또는 차단하여 상기 상용 교류 전원으로부터의 전기 에너지를 단권 출력 변압기(22)의 1차 권선을 통해 출력한다. 본 발명에서는 상기 2차 측 회로 부(23)에 상기 플라이 백 컨버터(FLY-BACK CONVERTER)를 이용함으로 상기 1차 측 회로 부(21)가 ON 즉 상기 반도체 스위치(Q)가 ON일 때 상기 1차 권선에 전기 에너지를 저장했다가, 상기 1차 측 회로 부(21)가 OFF 즉 상기 반도체 스위치(Q)가 OFF일 때 상기 1차 권선에 저장된 전기 에너지를 2차 권선을 통해 전달한다.

본 발명에 따른 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로는 특징적으로 상기 1차 측 회로 부에 접속되는 1차 권선과, 다수의 전압 출력을 가지지만 소형의 외형을 가지고 어느 전압 출력으로부터 피드백하여도 다수의 전압 출력을 안정되게 제어할 수 있도록 하나의 권선으로 이루어진 2차 권선을 갖는 단권 출력 변압기(22)를 포함한다.

종래기술에서는 상기 다수의 전압 출력 중 피드 백하는 전압 출력에 부하량이 큰 엔코더가 접속되지 않고 다른 전압 출력에 접속될 경우 다수의 전압 출력이 전체적으로 불안정해지게 되는 즉, 출력전압이 낮아지는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에서는 2차 권선이 단일 권선으로 구성되어 있고, 이러한 2차 권선에 공통 접속되고 서로 연동되게 접속되는 다수의 2차 측 회로(23)의 어느 하나에서 출력을 피드백하여 보상하기 때문에, 이러한 2차 권선에 어느 위치에 접속된 2차 측 회로 부(23)로부터 출력전압을 상기 부하량이 큰 부하로서 엔코더에 공급하여도 출력전압이 불안정해지는 예컨대 낮아지는 현상을 제거할 수 있다.

상기 다수의 2차 측 회로 부(23)는 단권 출력 변압기(22)의 상기 단일 권선 으로 이루어진 2차 권선에 공통적으로 서로 연동되게 접속되어, 부하, 예컨대 엔코더에 전압과 전류를 공급한다.

피드백 및 보상 부(24)는 입력이 상기 다수의 2차 측 회로 부 중 어느 하나(도 4상 최하 측 2차 측 회로 부)에 피드 백 접속되고 출력이 1차 측 회로 부(21)의 반도체 스위치(Q)에 접속되어, 상기 2차 측 회로 부 중 어느 하나의 출력전압을 피드백하여, 상기 출력전압에 따라서 상기 1차 측 회로 부(21)의 반도체 스위치(Q)의 듀티 비를 조정하여 2차 측 회로 부(23)의 출력전압을 일정하게 조정하도록 반도체 스위치(Q)의 스위칭을 펄스 폭 제어하는 펄스 폭 제어신호를 발출 한다.

종래기술과 마찬가지로 상기 피드백 및 보상 부(24)는 반도체 스위치(Q)의 스위칭을 제어하는 드라이브 및 보상 부와, 상기 다수의 2차 측 회로 부(23) 중 어느 하나의 출력전압을 검출하여 제공하는 출력전압 센싱(SENSING) 부를 포함하여 구성되고, 상기 드라이브 및 보상 부와 상기 출력전압 센싱 부간의 신호 전달은 광 접속 부(PHOTO COUPLER)에 의해 이루어져서 노이즈에 대해 절연가능하다.

한편, 본 발명에 따른 동기 옵션 보드의 전원 회로에 있어서, 단권 출력 변압기(22)는 도 4의 1차 측 회로 부(21)에 접속되는 1차 권선(22a)과, 다수의 전압 출력을 가지지만 소형의 외형을 가지고 어느 전압 출력으로부터 피드백하여도 다수의 전압 출력을 안정되게 제어할 수 있도록 하나의 권선으로 이루어진 2차 권선(22b)를 포함하여 구성되며, 추가적으로 단권 출력 변압기(22)는 2차 권선(22b)으로부터 교류전압을 유기하여 도 4의 반도체 스위치(Q)의 시동시 바이어스 전압으로서 제공하는 바이어스 권선(22c)을 포함한다.

도 5에서 1차 권선(22a) 중 부호 Vin은 1차 권선에 인가되는 입력전압 즉, 상용 교류 전원으로부터 인가되는 교류 입력 전압을 의미하고 숫자 1, 2는 각각 1차 권선(22a)의 입력단을 나타내고 검고 굵은 점과 코일은 자속의 입력방향과 실질적 1차 권선을 나타낸다. 도 5에서 2차 권선(22b) 중 Vo1, Vo2, Vo3는 각각 2차 권선의 출력전압을 나타내며, 숫자 6 내지 10은 각각 2차 권선의 출력단을 나타내고 검고 굵은 점과 코일은 각각 출력 인출 단에서 본 자속의 입력방향과 실질적 2차 권선 즉 단일 권선으로 이루어진 2차 권선을 나타낸다.

한편, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상용 교류 전원으로부터 교류 입력전압(VIN)과 같이 입력되면, 직류성분 제거용 캐패시터(Cin)에 의해 혹시 포함되어 있을 직류성분이 제거되고 단권 출력 변압기(22)의 1차 권선에 인가된다. 이때 상기 1차 권선에 교류 입력전압(VIN)의 인가 또는 차단은 반도체 스위치(Q)의 ON/OFF에 의해서 제어된다. 단권 출력 변압기(22)의 1차 권선에 인가된 교류 입력전압(VIN)이 인가됨에 따라 단권 출력 변압기(22)의 단일 권선으로 된 2차 권선에 2차 유도 전압이 유기된다. 2차 권선에 유기된 유도 전압은 다수의 2차 측 회로 부(23)에서 각각의 다이오드 및 대응되는 캐패시터들(D1, C1),(D2, C2),(D3, C3)로 구성되는 플라이-백 컨버터에 의해서 직류로 변환되고 직류 출력전압(VO1, VO2, VO3)을 출력한다. 본 발명에 따라서 다수의 2차 측 회로 부(23)는 단권 출력 변압기(22)의 상기 단일 권선으로 이루어진 2차 권선에 공통적으로 서로 연동되게 접속되어 있기 때문에, 다수의 2차 측 회로 부(23) 중 어느 것의 출력단에 부하량이 큰 부하를 접속하여도 또한 어떤 출력단의 출력전압을 피드백하여도 피드백 및 보상 부(24)에 의해 출력전압을 피드백하여 반도체 스위치(Q)의 한 스위칭 사이클 중 ON되는 비율 즉 듀티비를 조정하여 상기 반도체 스위치(Q)의 스위칭을 제어하면 다수의 2차 측 회로 부(23)는 일정한 출력전압이 유지될 수 있게 된다. 즉, 피드백 및 보상 부(24)는 예컨대 미리 설정된 프로그램에 따라서 상기 출력전압이 설정된 기준전압보다 낮을 경우에 듀티 비를 증가시키고 상기 출력전압이 설정된 기준전압보다 높은 경우에는 듀티 비를 감소시켜 펄스 폭 변조신호를 반도체 스위치(Q)에 제공하여 스위칭을 제어한다.

단권 출력 변압기(22)의 바이어스 권선은 2차 권선으로부터 교류전압을 유기하여 부호 미지정한 다이오드 및 캐패시터로 구성되는 컨버터 회로를 이용하여 직류로 변환한 다음 반도체 스위치(Q)의 시동시 바이어스 전압으로서 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로는 2차 권선이 단일 권선으로 이루어지고 이러한 단일 권선에 공통으로 다수의 전원 회로 출력이 접속되며 이들 다수의 전원 회로 출력 중 어느 하나로부터 피드 백하여 출력전압을 보상하도록 반도체 스위치의 스위칭을 듀티비 제어하는 구성이므로, 다수의 전원 회로 출력 중 어느 곳에 부하량이 큰 엔코더의 부하가 접속되더라도 출력전압이 일정하게 유지될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로는 단권 출력 변압기를 가지므로 1차 측 권선은 물론 2차 측 즉 출력 측 권선이 단권으로 구성되어 변 압기의 크기가 작아 이를 포함하는 동기 옵션 보드의 크기 또한 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Claims

인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로에 있어서,

교류 입력전압을 제공하는 입력 회로로서, 상기 입력 회로를 통전 또는 차단하게 제어하게 접속되는 반도체 스위치를 가지는 1차 측 회로 부;

상기 1차 측 회로 부에 접속되는 1차 권선과, 다수의 전압 출력을 가지지만 소형의 외형을 가지고 어느 전압 출력으로부터 피드백하여도 다수의 전압 출력을 안정되게 제어할 수 있도록 하나의 권선으로 이루어진 2차 권선을 갖는 단권 출력 변압기;

상기 단권 출력 변압기의 상기 단일 권선으로 이루어진 2차 권선에 공통적으로 접속되고 서로 연동되게 접속되어, 부하에 전압과 전류를 공급하는 다수의 2차 측 회로 부; 및

입력이 상기 다수의 2차 측 회로 부 중 어느 하나에 피드 백 접속되고 출력이 상기 1차 측 회로 부의 상기 반도체 스위치에 접속되어, 상기 2차 측 회로 부 중 어느 하나의 출력전압을 피드백하여, 상기 출력전압에 따라서 상기 1차 측 회로 부의 반도체 스위치의 듀티 비를 조정하여 상기 2차 측 회로 부의 출력전압을 일정하게 조정하도록 상기 반도체 스위치의 스위칭을 펄스 폭 제어하는 펄스 폭 제어신호를 발출하는 피드백 및 보상 부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 부하는 엔코더(ENCODER)인 것을 특징으로 하는 인버터용 동기 옵션 보드의 전원 회로.