KR20130124715A - Ac zero crossing detect circuit and power converter comprising the same circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 변환기로 입력되는 교류 전원으로부터 하드웨어 회로를 이용하여 디지털 신호로 변환시켜 제로 크로싱을 감지하는 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로 및 이를 포함하는 전력 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to a zero crossing detection circuit of an AC power supply, and more particularly, to a zero crossing detection circuit of an AC power supply that converts an AC power input into a power converter into a digital signal using a hardware circuit to detect zero crossing. It relates to a power converter comprising.
교류(AC) 전원을 이용하는 전력 변환기의 경우 전파 정류된 AC 전압을 측정하여 계통의 위상 정보를 구하게 된다. 한편, 계통(220V 또는 110V)에서 변환하여 사용하는 경우 에너지 변환 효율을 높이기 위하여 역률 보상(Power Factor Correction; PFC) 기능을 수행하게 되며 이때 계통의 위상정보를 이용하여 전류와 전압의 PFC 알고리즘(algorithm)을 적용하게 된다.In the case of a power converter using an AC power source, the system rectifies the system phase information by measuring the rectified AC voltage. On the other hand, in the case of converting and using the system (220V or 110V), power factor correction (PFC) function is performed to increase energy conversion efficiency, and at this time, the PFC algorithm of current and voltage using the system phase information is performed. ) Is applied.
또한, 직류 교류 변환(DC to AC) 인버터의 경우에도 계통의 위상정보를 이용하여 리딩(Leading) 위상을 주어 계통에 역으로 에너지를 전달하게 되며, 이때에도 역시 계통 AC 전압을 측정하여 알고리즘에 이용한다.In addition, DC to AC inverters also use the system's phase information to provide leading phases to transfer energy back to the system. In this case, the system's AC voltage is also measured and used in algorithms. .
이때, 위상검출을 위해 일반적으로 사용하는 방식이 제로 크로싱(Zero-cross detect)(영교차) 방식이다. 즉, AC 전파 정류를 통해 도 1에 도시된 바와 같은 전파 정류된 파형을 얻어내고, 상기 전파 정류된 신호의 전압이 특정 전압 이하로 내려갈 경우 이때의 위상(Phase)을 검출하는 방식이다. 상기에서 검출된 위상 정보를 이용하여 위상 각, 주기, 주파수 등의 데이터를 얻어내고 이를 제어에 활용하게 된다.In this case, a method generally used for phase detection is a zero-cross detect (zero crossing) method. That is, a method of obtaining a full wave rectified waveform as shown in FIG. 1 through AC full wave rectification and detecting a phase at this time when the voltage of the full wave rectified signal falls below a specific voltage. Using the detected phase information, data such as phase angle, period, and frequency are obtained and used for control.
그러나, 이러한 방식을 사용할 경우 마이콤(Micom)(예컨대, MCU(Micro Controller Unit))에서는 수십 마이크로 초(㎲) 내지 수백 마이크로 초 정도의 주기를 가지는 아날로그 대 디지털 변환(ADC) 수행과 그 데이터를 처리하는 로직(Logic) 수행이 필요하다. 이렇게 될 경우 불가피하게 MCU의 부하(Load)가 커짐으로 인해 고성능의 MCU를 사용하여야 하는 단점이 있다.However, when using this method, Micom (eg, microcontroller unit) performs analog-to-digital conversion (ADC) and processes its data with periods ranging from tens of microseconds to hundreds of microseconds. It is necessary to perform logic. In this case, the load of the MCU is inevitably increased, which requires a high performance MCU.
한편, 제로 크로싱 감지 회로에 관한 기술로서 대한민국등록특허공보 제10-0327440호 "제로-크로싱 감지회로(주식화사 하이닉스반도체)"(문헌 1)에는 입력 전압에 실린 노이즈 레벨에 따라 스레스 홀드 전압을 가변하여 아날로그 입력에 동기된 안정된 디지탈 신호를 얻을 수 있는 제로 크로싱 감지 회로가 개시된다.Meanwhile, as a technology related to a zero crossing sensing circuit, Korean Patent Publication No. 10-0327440 "Zero-crossing sensing circuit (Hynix Semiconductor Co., Ltd.") (document 1) applies a threshold voltage according to a noise level of an input voltage. A zero crossing sensing circuit is disclosed that can vary and obtain a stable digital signal synchronized with an analog input.
그러나, 이러한 방법들도 마찬가지로 아날로그 입력 전압의 문턱 전압에 상응하여 디지털 신호를 출력하므로 MCU의 부하가 커질 수밖에 없는 문제점이 있다.However, these methods also output a digital signal corresponding to the threshold voltage of the analog input voltage, there is a problem that the load of the MCU will have to increase.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 교류 전원을 이용하는 전력 변환기에서 교류 전원을 디지털 PWM(펄스폭 변조) 신호로 변환시켜 출력함으로써 입력 전원의 제로 크로싱을 감지할 수 있는 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로 및 이를 포함하는 전력 변환기를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to improve the above problems, the AC converter converts the AC power to a digital PWM (pulse width modulation) signal in the power converter using the AC power to detect the zero crossing of the input power It is an object of the present invention to provide a zero crossing sensing circuit of a power supply and a power converter including the same.
또한, 본 발명은, 교류 전원을 이용하는 전력 변환기에서 교류 전원을 디지털 PWM(펄스폭 변조) 신호로 변환시켜 MCU로 출력함으로써, MCU의 처리 부하를 줄일 수 있는 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로 및 이를 포함하는 전력 변환기를 제공함에 그 목적이 있다.In addition, the present invention, by converting the AC power to a digital PWM (pulse width modulation) signal in the power converter using the AC power supply to the MCU, the zero crossing detection circuit of the AC power that can reduce the processing load of the MCU and includes the same Its purpose is to provide a power converter.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.In order to achieve the above-described object of the present invention and to achieve the specific effects of the present invention described below, the characteristic structure of the present invention is as follows.
본 발명의 일 측면에 따르면, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로는, 입력되는 교류 전원을 브릿지 정류 회로에 의해 전파 정류하여 부하로 공급하는 전력 변환기에서, 상기 입력되는 교류 전원의 제로 크로싱을 감지하기 위한 회로에 있어서, 상기 브릿지 정류 회로로 공급되는 상기 교류 전원을 병렬로 분기하여 반파 정류하는 다이오드; 상기 다이오드에 의해 반파 정류된 신호를 전압 강하시키는 제1 저항; 및 상기 제1 저항에 의해 전압 강하된 신호를 입력받아 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, the zero crossing detection circuit of the AC power, in the power converter for full-wave rectifying the input AC power by the bridge rectifier circuit to supply the load, for detecting the zero crossing of the input AC power A circuit comprising: a diode for branching the AC power supplied to the bridge rectifier circuit in parallel to half-wave rectification; A first resistor for voltage dropping the half-wave rectified signal by the diode; And a PWM converter configured to receive the signal dropped by the first resistor and output the signal as a PWM signal.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 상기 PWM 변환된 신호를 공급받는 회로와 상기 전력 변환기의 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 절연 기능을 더 제공한다Preferably, the PWM converter further provides an insulation function for electrically separating the circuit receiving the PWM converted signal and the circuit of the power converter.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp) 및 비교기 중에서 선택된 어느 하나를 포함하여 구성한다.Preferably, the PWM converter comprises one selected from an octo-coupler, a buffer, an op amp, and a comparator.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 트랜지스터의 기준 전압을 공급하는 전원부; 및 콜렉터 단자로 상기 전원부의 전원을 공급받고, 베이스 단자로 입력되는 상기 반파 정류된 신호에 따라 입력 교류 전원의 위상에 대응되는 PWM 형태의 전압 제어 신호를 이미터 단자로 출력시키는 트랜지스터를 포함한다.Preferably, the PWM conversion unit, the power supply for supplying a reference voltage of the transistor; And a transistor receiving power from the power supply unit to a collector terminal and outputting a PWM control signal corresponding to a phase of an input AC power source to an emitter terminal according to the half-wave rectified signal input to a base terminal.
바람직하게는, 상기 PWM 형태의 전압 제어 신호는 MCU(마이크로 컨트롤 유닛)의 입력 신호로 공급된다.Preferably, the PWM type voltage control signal is supplied as an input signal of the MCU (micro control unit).
본 발명의 다른 측면에 따르면, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로는, 입력되는 교류 전원을 브릿지 정류 회로에 의해 전파 정류하여 부하로 공급하는 전력 변환기에서, 상기 입력되는 교류 전원의 제로 크로싱을 감지하기 위한 회로에 있어서, 상기 브릿지 정류 회로로 공급되는 상기 교류 전원을 병렬로 분기하여 전압 강하시키는 제1 저항; 상기 제1 저항에 의해 전압 강하된 신호를 반파 정류하는 다이오드; 및 상기 다이오드에 의해 반파 정류된 신호를 입력받아 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, the zero crossing detection circuit of the AC power source, in the power converter for full-wave rectifying the input AC power by the bridge rectifier circuit to supply the load, for detecting the zero crossing of the input AC power A circuit, comprising: a first resistor for branching the AC power supplied to the bridge rectifier circuit in parallel to drop the voltage; A diode for half-wave rectifying the signal dropped by the first resistor; And a PWM converter which receives the half-wave rectified signal by the diode and outputs the signal as a PWM signal.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 상기 PWM 변환된 신호를 공급받는 회로와 상기 전력 변환기의 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 절연 기능을 더 제공한다Preferably, the PWM converter further provides an insulation function for electrically separating the circuit receiving the PWM converted signal and the circuit of the power converter.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp) 및 비교기 중에서 선택된 어느 하나를 포함하여 구성한다.Preferably, the PWM converter comprises one selected from an octo-coupler, a buffer, an op amp, and a comparator.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 트랜지스터의 기준 전압을 공급하는 전원부; 및 콜렉터 단자로 상기 전원부의 전원을 공급받고, 베이스 단자로 입력되는 상기 반파 정류된 신호에 따라 입력 교류 전원의 위상에 대응되는 PWM 형태의 전압 제어 신호를 이미터 단자로 출력시키는 트랜지스터를 포함한다.Preferably, the PWM conversion unit, the power supply for supplying a reference voltage of the transistor; And a transistor receiving power from the power supply unit to a collector terminal and outputting a PWM control signal corresponding to a phase of an input AC power source to an emitter terminal according to the half-wave rectified signal input to a base terminal.
바람직하게는, 상기 PWM 형태의 전압 제어 신호는 MCU(마이크로 컨트롤 유닛)의 입력 신호로 공급된다.Preferably, the PWM type voltage control signal is supplied as an input signal of the MCU (micro control unit).
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로를 포함하는 전력 변환기는, 입력되는 교류 전원을 전파 정류하여 부하로 공급하는 브릿지 정류 회로; 상기 브릿지 정류 회로로 공급되는 상기 교류 전원을 병렬로 분기하여 반파 정류하는 다이오드; 상기 다이오드에 의해 반파 정류된 신호를 전압 강하시키는 제1 저항; 및 상기 제1 저항에 의해 전압 강하된 신호를 입력받아 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환부를 포함한다.According to still another aspect of the present invention, a power converter including a zero crossing detection circuit of an AC power supply includes: a bridge rectifier circuit for full-wave rectifying and supplying an input AC power to a load; A diode for branching and rectifying the AC power supplied to the bridge rectifier circuit in parallel; A first resistor for voltage dropping the half-wave rectified signal by the diode; And a PWM converter configured to receive the signal dropped by the first resistor and output the signal as a PWM signal.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 상기 PWM 변환된 신호를 공급받는 회로와 상기 전력 변환기의 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 절연 기능을 더 제공한다Preferably, the PWM converter further provides an insulation function for electrically separating the circuit receiving the PWM converted signal and the circuit of the power converter.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp) 및 비교기 중에서 선택된 어느 하나를 포함하여 구성한다.Preferably, the PWM converter comprises one selected from an octo-coupler, a buffer, an op amp, and a comparator.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 트랜지스터의 기준 전압을 공급하는 전원부; 및 콜렉터 단자로 상기 전원부의 전원을 공급받고, 베이스 단자로 입력되는 상기 반파 정류된 신호에 따라 입력 교류 전원의 위상에 대응되는 PWM 형태의 전압 제어 신호를 이미터 단자로 출력시키는 트랜지스터를 포함한다.Preferably, the PWM conversion unit, the power supply for supplying a reference voltage of the transistor; And a transistor receiving power from the power supply unit to a collector terminal and outputting a PWM control signal corresponding to a phase of an input AC power source to an emitter terminal according to the half-wave rectified signal input to a base terminal.
바람직하게는, 상기 PWM 형태의 전압 제어 신호는 MCU(마이크로 컨트롤 유닛)의 입력 신호로 공급된다.Preferably, the PWM type voltage control signal is supplied as an input signal of the MCU (micro control unit).
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로를 포함하는 전력 변환기는, 입력되는 교류 전원을 전파 정류하여 부하로 공급하는 브릿지 정류 회로; 상기 브릿지 정류 회로로 공급되는 상기 교류 전원을 병렬로 분기하여 전압 강하시키는 제1 저항; 상기 제1 저항에 의해 전압 강하된 신호를 반파 정류하는 다이오드; 및 상기 다이오드에 의해 반파 정류된 신호를 입력받아 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환부를 포함한다.According to still another aspect of the present invention, a power converter including a zero crossing detection circuit of an AC power supply includes: a bridge rectifier circuit for full-wave rectifying and supplying an input AC power to a load; A first resistor for branching the AC power supplied to the bridge rectifier circuit in parallel to drop the voltage; A diode for half-wave rectifying the signal dropped by the first resistor; And a PWM converter which receives the half-wave rectified signal by the diode and outputs the signal as a PWM signal.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 상기 PWM 변환된 신호를 공급받는 회로와 상기 전력 변환기의 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 절연 기능을 더 제공한다Preferably, the PWM converter further provides an insulation function for electrically separating the circuit receiving the PWM converted signal and the circuit of the power converter.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp) 및 비교기 중에서 선택된 어느 하나를 포함하여 구성한다.Preferably, the PWM converter comprises one selected from an octo-coupler, a buffer, an op amp, and a comparator.
바람직하게는, 상기 PWM 변환부는, 트랜지스터의 기준 전압을 공급하는 전원부; 및 콜렉터 단자로 상기 전원부의 전원을 공급받고, 베이스 단자로 입력되는 상기 반파 정류된 신호에 따라 입력 교류 전원의 위상에 대응되는 PWM 형태의 전압 제어 신호를 이미터 단자로 출력시키는 트랜지스터를 포함한다.Preferably, the PWM conversion unit, the power supply for supplying a reference voltage of the transistor; And a transistor receiving power from the power supply unit to a collector terminal and outputting a PWM control signal corresponding to a phase of an input AC power source to an emitter terminal according to the half-wave rectified signal input to a base terminal.
바람직하게는, 상기 PWM 형태의 전압 제어 신호는 MCU(마이크로 컨트롤 유닛)의 입력 신호로 공급된다.Preferably, the PWM type voltage control signal is supplied as an input signal of the MCU (micro control unit).
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 교류 전원을 이용하는 전력 변환기에서 교류 전원을 디지털 PWM(펄스폭 변조) 신호로 변환시켜 MCU로 출력함으로써, MCU의 처리 부하를 줄일 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the AC converter converts the AC power into a digital PWM (pulse width modulation) signal and outputs the MCU, thereby reducing the processing load of the MCU.
즉, 입력되는 교류 전원을 디지털 PWM 파형으로 변환시켜 MCU로 공급하고, MCU의 IPWM 기능을 사용함으로써 MCU의 부하를 줄일 수 있다.That is, by converting the input AC power into a digital PWM waveform and supplying it to the MCU, by using the MCU's IPWM function can reduce the load on the MCU.
또한, 본 발명에 따르면 에지(edge) 트리거(trigger) 기능을 이용하여, 인터럽트(interrupt) 기능을 사용함으로써 MCU의 부하를 줄일 수 있다.In addition, according to the present invention, by using an edge trigger function, an interrupt function can be used to reduce the load of the MCU.
아울러, 본 발명에 따르면, 하드웨어적인 트리거 신호로도 이용 가능함으로 제로 크로싱에 맞추어 제어되는 주문형 반도체 집적 회로(ASIC) 등의 신호로도 활용이 가능한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, since it can be used as a hardware trigger signal, there is an advantage that it can be used as a signal such as an application-specific semiconductor integrated circuit (ASIC) controlled to zero crossing.
도 1은 종래의 전파 정류된 교류 전원의 제로 크로싱 감지를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 PWM 파형 생성에 의한 제로 크로싱 감지를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제로 크로싱 감지 회로를 포함한 전력 변환기를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제로 크로싱 감지 회로를 포함한 전력 변환기를 나타내는 도면이다.1 is a graph illustrating a zero crossing detection of a conventional full-wave rectified AC power supply.
2 is a graph illustrating zero crossing detection by PWM waveform generation according to the present invention.
3 is a diagram illustrating a power converter including a zero crossing sensing circuit according to a first embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a power converter including a zero crossing sensing circuit according to a second embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the following detailed description is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined only by the appended claims, along with the full range of equivalents to which such claims are entitled. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
본 발명은 교류 전원을 이용하는 전력 변환기에서 역률 개선 등의 다양한 용도록 사용하기 위한 제로 크로싱(영교차) 검출을 위해 공급되는 교류 데이터의 정보를 디지털 PWM(pulse width modulation) 파형으로 변환시켜 출력한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 변환된 PWM 파형은 MCU 등의 입력 신호 등으로 공급될 수 있으며, MCU에서는 IPWM(Input PWM), GPIO(General Purpose Input and Outputs)/ADC(Analog-to-digital converter) 트리거 채널(trigger channel) 등 모든 MCU의 입력 부분에 사용될 수 있도록 하여 MCU의 부하를 줄일 수 있다. 또한, 에지 트리거(Edge Trigger) 기능을 이용하여, 인터럽트(Interrupt) 기능으로 사용함으로써 MCU의 부하를 줄이는 방법으로도 응용이 가능하다. 아울러, 하드웨어(H/W) 적인 트리거(Trigger) 신호로도 이용가능 하여 제로 크로싱에 맞추어 제어되는 ASIC의 제어 신호로도 활용이 가능하다.The present invention converts and outputs the information of the AC data supplied for zero crossing (zero crossing) detection for use in various applications such as power factor correction in a power converter using an AC power source into a digital pulse width modulation (PWM) waveform. In this case, according to an embodiment of the present invention, the converted PWM waveform may be supplied to an input signal such as an MCU. In the MCU, IPWM (Input PWM), GPIO (General Purpose Input and Outputs) / ADC (Analog-to- It can be used for all MCU inputs such as digital converters and trigger channels to reduce the load on the MCU. In addition, it can be applied as a method of reducing the load on the MCU by using the edge trigger function as an interrupt function. In addition, it can be used as a hardware (H / W) trigger signal, and can also be used as a control signal of an ASIC controlled for zero crossing.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 PWM 파형 생성에 의한 제로 크로싱 감지를 나타내는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 도시된 전압 사인파(V_SINE) 신호는 전파 정류된 입력 전원으로서, 통상적인 60Hz, 220V 교류 전원을 전파 정류시킨 신호 파형이다.2 is a graph illustrating zero crossing detection by PWM waveform generation according to the present invention. Referring to FIG. 2, the illustrated voltage sine wave (V_SINE) signal is a full-wave rectified input power source, and is a signal waveform obtained by full-wave rectification of a typical 60 Hz, 220 V AC power source.
한편, 도 1의 종래의 전파 정류된 신호의 전압 레벨을 비교하여 제로 크로싱을 검출하는 방법과는 달리 본 발명에서는 상기 V_SINE 신호로부터 도 2의 하단에 도시된 바와 같이 디지털 PWM 형태의 전압 제어 신호(V_CONT_SIG)를 생성한다. 이와 같이, 전력 변환기의 전파 정류된 입력 교류 전원을 PWM 신호로 변환시키면, 상기 PWM 신호의 펄스를 이용하여 위상을 정보를 산출하거나, PFC 기능을 수행할 수 있다. 또한, MCU의 IPWM 제어 신호로 사용이 가능하여, MCU의 별도의 ADC 로직이 필요 없게 된다. 이에 따라, MCU의 로드 부담이 현저히 줄어든다.On the other hand, unlike the method of detecting the zero crossing by comparing the voltage level of the conventional full-wave rectified signal of FIG. 1 in the present invention from the V_SINE signal as shown in the lower portion of FIG. V_CONT_SIG) is created. As such, when the full-wave rectified input AC power of the power converter is converted into a PWM signal, phase information may be calculated using a pulse of the PWM signal, or a PFC function may be performed. It can also be used as an MCU's IPWM control signal, eliminating the need for a separate ADC logic. This significantly reduces the load on the MCU.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제로 크로싱 감지 회로를 상세히 설명한다.Hereinafter, a zero crossing sensing circuit according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제로 크로싱 감지 회로를 포함한 전력 변환기를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 전력 변환기는 교류 전원(301), 브릿지 정류부(302) 및 부하(LOAD)(303)(예컨대, PCB 기판)로 구성되며, 이때 본 발명의 실시예에 따른 제로 크로싱 감지 회로는 다이오드(304), 제1 저항(R1; 305), 제2 저항(R2; 306) 및 PWM 생성부(310)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 PWM 생성부(310)는 용도에 따라 광 절연 소자(옥토 커플러; octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp), 비교기 등으로 변경 활용이 가능하며, 도 3에서는 상기 PWM 생성부(310)를 트랜지스터(TR; 311), VDC(312) 및 제4 저항(R4; 313) 등으로 구성하였다.3 is a diagram illustrating a power converter including a zero crossing sensing circuit according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the power converter includes an
먼저, 전력 변환기에 공급되는 AC 전원(예컨대, 60Hz, 220V)은 브릿지 정류부(302)(예컨대, 풀 브릿지(full bridge) 정류 회로)에서 전파 정류되며, 이때의 신호 파형은 도 1 또는 도 2의 상단과 같은 정류된 파형이 출력된다. 상기 전파 정류된 파형은 부하(LOAD)(303)(편의상 제3 저항(R3)으로 도시된)로 공급된다. 이때, 상기 브릿지 정류부(302)와 부하(303) 사이에는 다양한 회로들이 추가될 수 있으나 설명의 편의상 생략하기로 한다.First, AC power (eg, 60 Hz, 220 V) supplied to the power converter is full-wave rectified by the bridge rectifier 302 (eg, a full bridge rectifier circuit), and the signal waveform at this time is shown in FIG. 1 or 2. The rectified waveform such as the top is output. The full wave rectified waveform is supplied to a load LOAD 303 (shown as a third resistor R3 for convenience). In this case, various circuits may be added between the
한편, 본 발명의 실시예에 따라 상기 브릿지 정류부(302)로 입력되는 신호는 병렬로 분기하여 다이오드(304)로 입력된다. 상기 다이오드(302)에서는 입력된 AC 전원을 반파 정류시켜, 제1 저항(305)으로 공급한다. 제1 저항(305)에서는 제2 저항(306)과의 저항비에 따라 입력 전압 레벨을 강하시킨다. 이때, 예컨대 제1 저항(305)은 10MΩ. 제2 저항(306)은 100kΩ으로 설정할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the signal input to the
이와 같이, 제1 저항(305)에서 전압 강하된 반파 정류 신호는 PWM 생성부(310)로 공급된다. 이때, 상기 PWM 생성부(310)는 상술한 바와 같이 다양한 회로로 구현할 수 있으며, 도시된 바와 같이 트랜지스터(311), VDC(312), 제4 저항(313) 등으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 저항(305)에서 전압 강하된 반파 정류 신호는 상기 PWM 생성부(310)의 상기 트랜지스터(311)의 베이스(base) 단자로 입력된다.As such, the half-wave rectified signal dropped in the
따라서, 상기 PWM 생성부(310)에서는 반파 정류된 신호를 디지털 PWM 신호로 변환시킨다. 즉, 상기 PWM 생성부(310)의 상기 트랜지스터(311)의 베이스로 입력되는 신호가 포지티브(positive) 신호일 경우, 상기 트랜지스터(311)의 콜렉터 단자로 공급되는 VDC(312) 전원이 이미터 단자를 통해 제4 저항(313)으로 공급된다. 이에 따라, 상기 'V_CONT_SIG 신호'는 5V의 신호가 출력된다. 반면, 상기 트랜지스터(311)의 베이스로 입력되는 신호가 0V 일 경우, 상기 트랜지스터(311)의 콜렉터 단자로 공급되는 VDC(312) 전원이 트랜지스터(311)에 이미터 단자로 흐르지 못함으로 상기 'V_CONT_SIG 신호'는 0V의 신호가 출력된다. 이에 따라, 상기 V_CONT_SIG 신호는 전력 변환기로 공급되는 교류 전원의 위상에 따라 도 2의 하단과 같은 PWM 신호를 출력시키게 된다.Therefore, the
한편, 상기 PWM 생성부(310)는 상기 PWM 신호가 출력되는 회로와 상기 전력 변환기 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 기능을 추가로 수행할 수 있으며, 교류 신호의 영향이 없도록 기능할 수 있다. 예컨대, 상기 PWM 생성부(310)는 상술한 바와 같이 그 용도에 따라 옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), Op Amp, 비교기 등으로 변경 활용이 가능하다.The
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제로 크로싱 감지 회로를 포함한 전력 변환기를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 회로는 상기 도 3의 회로와 거의 유사하며, 다이오드(304)와 제1 저항(305)의 위치만 변경된다.4 is a diagram illustrating a power converter including a zero crossing sensing circuit according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the circuit according to the second embodiment is almost similar to the circuit of FIG. 3, and only the positions of the
상기 두 회로의 차이점을 설명하면 다음과 같다.The difference between the two circuits is as follows.
도 3에 도시된 제1 실시예에서와 같이 교류 전원에서 다이오드(304)를 통해 먼저 반파 정류한 후 제1 저항(305)을 통해 입력 전압을 강하시킬 경우, 전압 강하 전 신호를 정류시키므로 다이오드의 손실이 줄어들게 되어 정확도가 높아지는 장점이 있다. 그러나, 상대적으로 높은 전압의 신호를 정류하여야 하므로 다이오드의 내압이 커야하며 이에 따라 소자 비용이 증가하게 된다.As in the first embodiment shown in FIG. 3, when the AC voltage is first half-wave rectified through the
반면, 도 4에 도시된 제2 실시예에서와 같이 교류 전원에서 제1 저항(305)을 통해 먼저 입력 전압을 강하시킨 후, 다이오드(304)를 통해 먼저 반파 정류시킬 경우, 전압 강하 후에 신호를 정류시키므로 다이오드의 내압이 작은 소자를 사용할 수 있으며, 이에 따라 소자 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.On the other hand, as in the second embodiment shown in FIG. 4, when the input voltage is first lowered through the
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
301 : 교류 전원 202 : 브릿지 정류부
303 : 부하 304 : 다이오드
305 : 제1 저항 306 : 제2 저항
310 : PWM 생성부 311 : 트랜지스터
312 : VDC 313 : 제4 저항301: AC power source 202: bridge rectifier
303: Load 304: Diode
305: first resistor 306: second resistor
310: PWM generator 311: transistor
312: VDC 313: fourth resistor
Claims (20)
상기 브릿지 정류 회로로 공급되는 상기 교류 전원을 병렬로 분기하여 반파 정류하는 다이오드;
상기 다이오드에 의해 반파 정류된 신호를 전압 강하시키는 제1 저항; 및
상기 제1 저항에 의해 전압 강하된 신호를 입력받아 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환부를 포함하는, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로.
In a power converter for full-wave rectifying the input AC power by the bridge rectifier circuit to supply to the load, the circuit for detecting the zero crossing of the input AC power,
A diode for branching and rectifying the AC power supplied to the bridge rectifier circuit in parallel;
A first resistor for voltage dropping the half-wave rectified signal by the diode; And
And a PWM converting unit configured to receive a signal dropped by the first resistor and output the signal as a PWM signal.
상기 PWM 변환된 신호를 공급받는 회로와 상기 전력 변환기의 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 절연 기능을 더 제공하는, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로.
The method according to claim 1, wherein the PWM converter,
And providing an isolation function for electrically separating the circuit receiving the PWM converted signal from the circuit of the power converter.
옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp) 및 비교기 중에서 선택된 어느 하나를 포함하여 구성하는, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로.
The method according to claim 1, wherein the PWM converter,
An alternating current zero crossing sensing circuit comprising any one selected from an octo-coupler, a buffer, an op amp and a comparator.
트랜지스터의 기준 전압을 공급하는 전원부; 및
콜렉터 단자로 상기 전원부의 전원을 공급받고, 베이스 단자로 입력되는 상기 반파 정류된 신호에 따라 입력 교류 전원의 위상에 대응되는 PWM 형태의 전압 제어 신호를 이미터 단자로 출력시키는 트랜지스터를 포함하는, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로.
The method according to claim 1, wherein the PWM converter,
A power supply unit supplying a reference voltage of the transistor; And
And a transistor configured to receive a power supply of the power supply unit through a collector terminal and output a voltage control signal having a PWM type corresponding to a phase of an input AC power supply to an emitter terminal according to the half-wave rectified signal input to a base terminal. Zero crossing detection circuit of the power supply.
The zero crossing sensing circuit of claim 4, wherein the PWM type voltage control signal is supplied as an input signal of a microcontrol unit (MCU).
상기 브릿지 정류 회로로 공급되는 상기 교류 전원을 병렬로 분기하여 전압 강하시키는 제1 저항;
상기 제1 저항에 의해 전압 강하된 신호를 반파 정류하는 다이오드; 및
상기 다이오드에 의해 반파 정류된 신호를 입력받아 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환부를 포함하는, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로.
In a power converter for full-wave rectifying the input AC power by the bridge rectifier circuit to supply to the load, the circuit for detecting the zero crossing of the input AC power,
A first resistor for branching the AC power supplied to the bridge rectifier circuit in parallel to drop the voltage;
A diode for half-wave rectifying the signal dropped by the first resistor; And
And a PWM converting unit for receiving a half-wave rectified signal by the diode and outputting the signal as a PWM signal.
상기 PWM 변환된 신호를 공급받는 회로와 상기 전력 변환기의 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 절연 기능을 더 제공하는, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로.
The method of claim 6, wherein the PWM converter,
And providing an isolation function for electrically separating the circuit receiving the PWM converted signal from the circuit of the power converter.
옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp) 및 비교기 중에서 선택된 어느 하나를 포함하여 구성하는, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로.
The method of claim 6, wherein the PWM converter,
An alternating current zero crossing sensing circuit comprising any one selected from an octo-coupler, a buffer, an op amp and a comparator.
트랜지스터의 기준 전압을 공급하는 전원부; 및
콜렉터 단자로 상기 전원부의 전원을 공급받고, 베이스 단자로 입력되는 상기 반파 정류된 신호에 따라 입력 교류 전원의 위상에 대응되는 PWM 형태의 전압 제어 신호를 이미터 단자로 출력시키는 트랜지스터를 포함하는, 교류 전원의 제로 크로싱 감지 회로.
The method of claim 6, wherein the PWM converter,
A power supply unit supplying a reference voltage of the transistor; And
And a transistor configured to receive a power supply of the power supply unit through a collector terminal and output a voltage control signal having a PWM type corresponding to a phase of an input AC power supply to an emitter terminal according to the half-wave rectified signal input to a base terminal. Zero crossing detection circuit of the power supply.
The zero crossing sensing circuit of claim 9, wherein the PWM control voltage control signal is supplied as an input signal of a microcontrol unit (MCU).
상기 브릿지 정류 회로로 공급되는 상기 교류 전원을 병렬로 분기하여 반파 정류하는 다이오드;
상기 다이오드에 의해 반파 정류된 신호를 전압 강하시키는 제1 저항; 및
상기 제1 저항에 의해 전압 강하된 신호를 입력받아 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환부를 포함하는, 전력 변환기.
A bridge rectifier circuit for full-wave rectifying the input AC power to supply the load to a load;
A diode for branching and rectifying the AC power supplied to the bridge rectifier circuit in parallel;
A first resistor for voltage dropping the half-wave rectified signal by the diode; And
And a PWM converter which receives the signal dropped by the first resistor and outputs the signal as a PWM signal.
상기 PWM 변환된 신호를 공급받는 회로와 상기 전력 변환기의 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 절연 기능을 더 제공하는, 전력 변환기.
The method according to claim 11, wherein the PWM converter,
And providing an isolation function for electrically separating the circuitry receiving the PWM converted signal from the circuitry of the power converter.
옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp) 및 비교기 중에서 선택된 어느 하나를 포함하여 구성하는, 전력 변환기.
The method according to claim 11, wherein the PWM converter,
A power converter comprising any one selected from an octo-coupler, a buffer, an op amp and a comparator.
트랜지스터의 기준 전압을 공급하는 전원부; 및
콜렉터 단자로 상기 전원부의 전원을 공급받고, 베이스 단자로 입력되는 상기 반파 정류된 신호에 따라 입력 교류 전원의 위상에 대응되는 PWM 형태의 전압 제어 신호를 이미터 단자로 출력시키는 트랜지스터를 포함하는, 전력 변환기.
The method according to claim 11, wherein the PWM converter,
A power supply unit supplying a reference voltage of the transistor; And
And a transistor receiving power from the power supply unit to a collector terminal, and outputting a voltage control signal of a PWM type corresponding to a phase of an input AC power source to an emitter terminal according to the half-wave rectified signal input to a base terminal. converter.
The power converter of claim 14, wherein the PWM control voltage control signal is supplied as an input signal of a microcontrol unit (MCU).
상기 브릿지 정류 회로로 공급되는 상기 교류 전원을 병렬로 분기하여 전압 강하시키는 제1 저항;
상기 제1 저항에 의해 전압 강하된 신호를 반파 정류하는 다이오드; 및
상기 다이오드에 의해 반파 정류된 신호를 입력받아 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환부를 포함하는, 전력 변환기.
A bridge rectifier circuit for full-wave rectifying the input AC power to supply the load to a load;
A first resistor for branching the AC power supplied to the bridge rectifier circuit in parallel to drop the voltage;
A diode for half-wave rectifying the signal dropped by the first resistor; And
And a PWM converter which receives the half-wave rectified signal by the diode and outputs the signal as a PWM signal.
상기 PWM 변환된 신호를 공급받는 회로와 상기 전력 변환기의 회로를 전기적으로 분리시키기 위한 절연 기능을 더 제공하는, 전력 변환기.
The method of claim 16, wherein the PWM converter,
And providing an isolation function for electrically separating the circuitry receiving the PWM converted signal from the circuitry of the power converter.
옥토 커플러(octo-coupler), 버퍼(buffer), 연산 증폭기(Op Amp) 및 비교기 중에서 선택된 어느 하나를 포함하여 구성하는, 전력 변환기.
The method of claim 16, wherein the PWM converter,
A power converter comprising any one selected from an octo-coupler, a buffer, an op amp and a comparator.
트랜지스터의 기준 전압을 공급하는 전원부; 및
콜렉터 단자로 상기 전원부의 전원을 공급받고, 베이스 단자로 입력되는 상기 반파 정류된 신호에 따라 입력 교류 전원의 위상에 대응되는 PWM 형태의 전압 제어 신호를 이미터 단자로 출력시키는 트랜지스터를 포함하는, 전력 변환기.
The method of claim 16, wherein the PWM converter,
A power supply unit supplying a reference voltage of the transistor; And
And a transistor receiving power from the power supply unit to a collector terminal, and outputting a voltage control signal of a PWM type corresponding to a phase of an input AC power source to an emitter terminal according to the half-wave rectified signal input to a base terminal. converter.
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