KR20170015016A - 교류 전력 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부하에 대한 교류 전력 공급을 제어하기 위한 교류 전력 제어 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 마이크로컨트롤러에 의해 전력 공급을 제어할 수 있고, 한 곳에서 여러 부하에 대한 전력 공급을 제어하고, 전력 제어 정보를 전력선을 통해 전송하는 교류 전력 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 교류 전력 제어 장치는 교류 전원과 다수의 부하 사이에 연결되어 각각의 부하에 공급되는 전력을 독립적으로 제어하는 장치다. 교류 전력 제어 장치는 하나의 마스터 제어 장치와 병렬 연결된 다수의 슬레이브 제어 장치로 구성된다. 교류 전력 제어 장치는 교류 전원의 입력 교류 전압을 전력 제어 정보가 포함된 마스터 교류 전압으로 변환하여 병렬 연결된 다수의 슬레이브 제어 장치에 공급하는 마스터 제어 장치 및 상기 마스터 제어 장치의 마스터 교류 전압을 상기 전력 제어 정보에 의해 출력 교류 전압으로 변환하여 부하에 공급하는 병렬 연결된 다수의 상기 슬레이브 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

교류 전력 제어 장치 {AC power control devices}
본 발명은 부하에 대한 교류 전력 공급을 제어하기 위한 교류 전력 제어 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 한 곳에서 여러 부하에 대한 전력 공급을 제어하고, 전력 제어 정보를 전력선을 통해 전송하고, 마이크로컨트롤러에 의해 전력 공급을 제어할 수 있는 교류 전력 제어 장치에 관한 것이다.
최근 들어 가정, 사무실, 공장 등에서 이미 설치되어있는 전력선을 이용한 통신 방법이 많이 개발되고 있다. 별도의 통신 케이블의 설치 공사 없이 모든 가전제품, 조명 등을 하나의 통신망에 두고, 전력 공급을 관리하고 통제할 수 있다. 그러나 많은 데이터의 송수신을 목적으로 하는 기존의 전력선을 이용한 통신은 많은 설치비와 고도의 기술이 필요하게 되는데, 이를 조명 장치 같은 간단한 부하의 온(on) 오프(off) 제어에 이용한다면 효율이 많이 떨어진다. 따라서 설치가 간단하고 비용이 적게 들고 한 곳에서 통제할 수 있는 교류 전력 제어 장치의 개발이 요구된다.
한 장소에서 여러 장소에 위치한 부하에 대한 교류 전력 공급을 제어하고자 할 때, 한 곳에 중앙 제어 장치를 두고, 각각의 부하에 개별 제어 장치를 두는 구조를 생각할 수 있다. 중앙 제어 장치가 부하에 대한 전력 제어 정보를 전력선을 통해 전송하면, 개별 제어 장치는 전력선에서 전력 제어 정보를 추출하여 부하에 대한 전력 공급을 제어한다.
본 발명에서는 마이크로컨트롤러에 의해 전력 공급을 제어할 수 있는 중앙 제어 장치와 개별 제어 장치에 대한 구체적인 실시 방법을 제시한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전력 제어 정보를 전송하기 위하여 선로를 추가하지 않고, 이미 설치되어 있는 전력선을 사용하는 것이다. 또한 교류 전원에 전력 제어 정보를 포함하는 높은 주파수의 신호 파형을 중첩시키는 방식을 사용하지 않고, 트라이액 스위치 소자를 사용하여 위상 제어된 교류 전압을 사용하는 것이다. 위상 제어된 교류 전압은 전력 제어 정보을 전송할 때만 사용한다. 전력 제어 정보를 전송하지 않는 대부분의 시간 동안에는 교류 전원의 전압을 그대로 부하에 공급한다. 전력 제어 정보을 처리하기 위하여 마이크로컨트롤러를 사용한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단은 교류 전원과 다수의 부하 사이에 연결되고, 각각의 부하에 공급되는 전력을 독립적으로 제어하는 교류 전력 제어 장치를 만드는 것이다.
상기 교류 전력 제어 장치(100)는 교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)을 전력 제어 정보가 포함된 마스터 교류 전압(VACM)으로 변환하여 병렬 연결된 다수의 슬레이브 제어 장치(120)에 공급하는 마스터 제어 장치(110); 및 상기 마스터 제어 장치(110)의 마스터 교류 전압(VACM)을 상기 전력 제어 정보에 의해 출력 교류 전압(VOUT)으로 변환하여 부하(300)에 공급하는 병렬 연결된 다수의 상기 슬레이브 제어 장치(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스터 제어 장치(110)는 교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)을 입력 직류 전압(VDCM)으로 변환하는 정류 회로로 구성되는 직류 전원부(111); 상기 입력 직류 전압(VDCM)의 값을 감지하여 제어부(114)의 아날로그 입력 신호(AINM)로 변환하는 전압 분배 회로로 구성되는 전원 신호 감지부(112); 상기 입력 교류 전압(VAC)을 제어 장치 전압(VCCM)으로 변환하는 시중에서 흔히 구할 수 있는 직류 전원 장치로 구성되는 제어 전원부(113); 상기 제어 장치 전압(VCCM)에 의해 구동되고, 상기 아날로그 입력 신호(AINM)를 입력받아 상기 입력 교류 전압(VAC)의 영 전압(영 위상) 시점과 주기를 검출하여 시간 계산에 사용하고, 제어 출력 신호(OUTM)를 교류 전원 스위치부(115)로 출력하는 제어부(114); 상기 입력 교류 전압(VAC)을 전력 제어 정보가 포함된 마스터 교류 전압(VACM)으로 변환하고, 상기 제어 출력 신호(OUTM)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 제어되는 스위치 회로로 구성되는 교류 전원 스위치부(115); 및 사용자와의 인터페이스를 제공하는 사용자 입출력 장치(116)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬레이브 제어 장치(120)는 상기 마스터 제어 장치(110)의 마스터 교류 전압(VACM)을 입력 직류 전압(VDCS)으로 변환하는 정류 회로로 구성되는 직류 전원부(121); 상기 입력 직류 전압(VDCS)의 값을 감지하여 제어부(124)의 아날로그 입력 신호(AINS)로 변환하는 전압 분배 회로로 구성되는 전원 신호 감지부(122); 상기 입력 직류 전압(VDCS)을 제어 장치 전압(VCCS)으로 변환하는 정전압 회로로 구성되는 제어 전원부(123); 상기 제어 장치 전압(VCCS)에 의해 구동되고, 상기 아날로그 입력 신호(AINS)를 입력받아 상기 마스터 교류 전압(VACM)의 영 전압(영 위상) 시점과 주기를 검출하여 시간 계산과 전력 제어 정보 추출에 사용하고, 제어 출력 신호(OUTS)를 교류 전원 스위치부(125)로 출력하는 제어부(124); 및 상기 마스터 교류 전압(VACM)을 출력 교류 전압(VOUT)으로 출력하고, 상기 제어 출력 신호(OUTS)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 제어되는 스위치 회로로 구성되는 교류 전원 스위치부(125)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 교류 전력 제어 장치는 교류 전원과 다수의 부하 사이에 설치하여 각각의 부하에 공급되는 전력을 독립적으로 제어할 수 있다. 제어를 위한 별도의 선로가 필요하지 않으며, 이미 설치되어 있는 전력선을 전력 제어 정보 전송에 사용함으로써 교류 전력 제어 시스템을 쉽게 구현할 수 있다.
도1 : 교류 전력 제어 장치의 개념도.
도2 : 마스터 제어 장치의 개념도.
도3 : 슬레이브 제어 장치의 개념도.
도4 : 마스터 제어 장치를 실시한 회로도.
도5 : 슬레이브 제어 장치를 실시한 회로도.
도6 : (a) 전력 제어 정보가 포함된 마스터 교류 전압.
(b) 전력 제어 정보가 포함된 아날로그 입력 신호.
(c) 낮은 전압 상태의 시간 폭과 비트 값.
본 발명의 교류 전력 제어 장치(100)는 교류 전원(200)과 다수의 부하(300) 사이에 연결되어 각각의 부하에 공급되는 전력을 독립적으로 제어하는 장치다. 교류 전력 제어 장치(100)는 하나의 마스터 제어 장치(110)와 병렬 연결된 다수의 슬레이브 제어 장치(120)로 구성된다. 교류 전원(200)은 마스터 제어 장치(110)에 전력을 공급하고, 마스터 제어 장치(110)는 슬레이브 제어 장치(120)에 전력을 공급하고, 슬레이브 제어 장치(120)는 부하(300)에 전력을 공급한다.
먼저 교류 전력 제어 장치(100)의 개념에 대하여 도1, 도2 및 도3을 참조하여 구조와 기능을 설명한다.
교류 전력 제어 장치(100)는
교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)을 전력 제어 정보가 포함된 마스터 교류 전압(VACM)으로 변환하여 병렬 연결된 다수의 슬레이브 제어 장치(120)에 공급하는 마스터 제어 장치(110); 및
상기 마스터 제어 장치(110)의 마스터 교류 전압(VACM)을 상기 전력 제어 정보에 의해 출력 교류 전압(VOUT)으로 변환하여 부하(300)에 공급하는 병렬 연결된 다수의 상기 슬레이브 제어 장치(120)를 포함한다.
상기 마스터 제어 장치(110)는
교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)을 입력 직류 전압(VDCM)으로 변환하는 정류 회로로 구성되는 직류 전원부(111);
상기 입력 직류 전압(VDCM)의 값을 감지하여 제어부(114)의 아날로그 입력 신호(AINM)로 변환하는 전압 분배 회로로 구성되는 전원 신호 감지부(112);
상기 입력 교류 전압(VAC)을 제어 장치 전압(VCCM)으로 변환하는 시중에서 흔히 구할 수 있는 직류 전원 장치로 구성되는 제어 전원부(113);
상기 제어 장치 전압(VCCM)에 의해 구동되고, 상기 아날로그 입력 신호(AINM)를 입력받아 상기 입력 교류 전압(VAC)의 영 전압(영 위상) 시점과 주기를 검출하여 시간 계산에 사용하고, 제어 출력 신호(OUTM)를 교류 전원 스위치부(115)로 출력하는 제어부(114);
상기 입력 교류 전압(VAC)을 전력 제어 정보가 포함된 마스터 교류 전압(VACM)으로 변환하고, 상기 제어 출력 신호(OUTM)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 제어되는 스위치 회로로 구성되는 교류 전원 스위치부(115); 및
사용자와의 인터페이스를 제공하는 사용자 입출력 장치(116)를 포함한다.
상기 슬레이브 제어 장치(120)는
상기 마스터 제어 장치(110)의 마스터 교류 전압(VACM)을 입력 직류 전압(VDCS)으로 변환하는 정류 회로로 구성되는 직류 전원부(121);
상기 입력 직류 전압(VDCS)의 값을 감지하여 제어부(124)의 아날로그 입력 신호(AINS)로 변환하는 전압 분배 회로로 구성되는 전원 신호 감지부(122);
상기 입력 직류 전압(VDCS)을 제어 장치 전압(VCCS)으로 변환하는 정전압 회로로 구성되는 제어 전원부(123);
상기 제어 장치 전압(VCCS)에 의해 구동되고, 상기 아날로그 입력 신호(AINS)를 입력받아 상기 마스터 교류 전압(VACM)의 영 전압(영 위상) 시점과 주기를 검출하여 시간 계산과 전력 제어 정보 추출에 사용하고, 제어 출력 신호(OUTS)를 교류 전원 스위치부(125)로 출력하는 제어부(124); 및
상기 마스터 교류 전압(VACM)을 출력 교류 전압(VOUT)으로 출력하고, 상기 제어 출력 신호(OUTS)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 제어되는 스위치 회로로 구성되는 교류 전원 스위치부(125)를 포함한다.
교류 전력 제어 장치는 하나의 마스터 제어 장치가 다수의 슬레이브 제어 장치를 제어하는 구조를 갖는다. 부하에 대한 전력 제어는 마스터 제어 장치에 내장된 전력 제어 정보에 의해 자동으로 이루어질 수 있고, 사용자 입력에 의해 수동으로 이루어질 수 있다. 사용자와 관계없이 모두 자동으로 전력 제어가 이루어지는 경우, 상기 사용자 입출력 장치(116)는 포함하지 않을 수 있다. 마스터 제어 장치의 제어 전원부(113)는 충분한 전류를 공급할 수 있도록 시중에서 흔히 구할 수 있는 직류 전원 장치를 사용하고, 슬레이브 제어 장치의 제어 전원부(123)는 필요한 최소의 전류를 공급할 수 있는 정전압 회로를 설계하여 사용한다.
그리고 교류 전력 제어 장치(100)의 구체적인 실시에 대하여 도4 및 도5를 참조하여 구조와 기능을 설명한다.
마스터 제어 장치(110)의 직류 전원부(111)는 브리지 다이오드(BM)로 구성된다. 상기 브리지 다이오드의 입력은 교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)에 의해 구동되고, 상기 브리지 다이오드의 출력인 입력 직류 전압(VDCM)은 마스터 제어 장치(110)의 전원 신호 감지부(112)를 구동한다.
상기 전원 신호 감지부(112)는 전원 신호 감지 제1저항(R1M), 전원 신호 감지 제2저항(R2M)과 전원 신호 감지 제너 다이오드(ZBM)로 구성된다. 상기 전원 신호 감지 제2저항의 양단 전압은 아날로그 입력 신호(AINM)를 나타내고 마스터 제어 장치(110)의 제어부(114)에 입력된다.
아날로그 입력 신호의 전압은 제어부의 입력 허용 범위의 내에 있어야 하며, 이에 따라 전압 분배기의 원리를 이용하여 전원 신호 감지 제1저항의 저항값, 전원 신호 감지 제2저항의 저항값 그리고 전원 신호 감지 제너 다이오드의 제너 전압값을 정한다. 아날로그 입력 신호의 전압의 최대값은 전원 신호 감지 제너 다이오드의 제너 전압값으로 결정된다. 전원 신호 감지 제1저항의 저항값은 소비 전류를 고려하여 정하고, 전원 신호 감지 제2저항의 저항값은 아날로그 입력 신호의 파형을 고려하여 정한다.
상기 제어부(114)는 전원(VCCM, GNDM) 단자, 상기 아날로그 입력 신호(AINM)에 사용하는 아날로그 입력 단자와 제어 출력 신호(OUTM)에 사용하는 디지털 출력 단자를 포함하는 마이크로컨트롤러(XM)로 구성된다. 상기 마이크로컨트롤러(XM)는 마스터 제어 장치(110)의 교류 전원 스위치부(115)를 제어한다.
마이크로컨트롤러는 시중에서 흔히 구할 수 있는 범용 마이크로컨트롤러를 사용한다. 마이크로컨트롤러는 프로그램을 저장하고 실행한다. 프로그램은 전력 제어 정보를 포함할 수 있으며, 제어 출력 신호를 통해 교류 전원 스위치부를 제어한다. 프로그램은 아날로그 입력 신호를 처리하여 교류 전원의 영 전압(영 위상) 시점과 주기를 추출하고 시간을 계산한다.
상기 교류 전원 스위치부(115)는 트라이액 드라이버(TDM), 드라이버 저항(RDM), 트라이액 저항(RTM)과 트라이액(TM)으로 구성된다. 상기 제어 출력 신호(OUTM)에 의해 상기 트라이액이 온 상태 또는 오프 상태로 제어되도록 구성된다.
트라이액 드라이버는 입력과 출력 사이에 절연 상태를 갖는 포토커플러 형식의 드라이버를 사용한다. 제어 출력 신호가 높은 전압인 경우, 드라이버 입력 단자 사이에 전류가 흐르고 드라이버 출력 단자 사이에 온 상태가 되면, 트라이액 역시 온 상태가 된다. 따라서 교류 전원은 트라이액을 통해 출력된다. 제어 출력 신호가 낮은 전압인 경우, 드라이버 입력 단자 사이에 전류가 차단되고 드라이버 출력 단자 사이에 오프 상태가 되면, 트라이액 역시 오프 상태가 된다. 따라서 교류 전원은 트라이액을 통해 출력되지 못한다. 트라이액을 통해 출력되는 전압은 슬레이브 제어 장치를 구동하는 마스터 교류 전압(VACM)을 나타내며, 전력 제어 정보가 포함된다.
슬레이브 제어 장치(120)의 직류 전원부(121)는 브리지 다이오드(BS)로 구성된다. 상기 브리지 다이오드의 입력은 상기 마스터 제어 장치(110)의 마스터 교류 전압(VACM)에 의해 구동되고, 상기 브리지 다이오드의 출력인 입력 직류 전압(VDCS)은 슬레이브 제어 장치(120)의 전원 신호 감지부(122)와 제어 전원부(123)를 구동한다.
상기 전원 신호 감지부(122)는 전원 신호 감지 제1저항(R1S), 전원 신호 감지 제2저항(R2S)과 전원 신호 감지 제너 다이오드(ZBS)로 구성된다. 상기 전원 신호 감지 제2저항의 양단 전압은 아날로그 입력 신호(AINS)를 나타내고 슬레이브 제어 장치(120)의 제어부(124)에 입력된다.
아날로그 입력 신호의 전압은 제어부의 입력 허용 범위의 내에 있어야 하며, 이에 따라 전압 분배기의 원리를 이용하여 전원 신호 감지 제1저항의 저항값, 전원 신호 감지 제2저항의 저항값 그리고 전원 신호 감지 제너 다이오드의 제너 전압값을 정한다. 아날로그 입력 신호의 전압의 최대값은 전원 신호 감지 제너 다이오드의 제너 전압값으로 결정된다. 전원 신호 감지 제1저항의 저항값은 소비 전류를 고려하여 정하고, 전원 신호 감지 제2저항의 저항값은 아날로그 입력 신호의 파형을 고려하여 정한다.
상기 제어 전원부(123)는 제너 저항(RZS), 제너 다이오드(ZS)와 제너 전압 커패시터(CZS)로 구성된다. 상기 제너 전압 커패시터의 양단 전압은 제어 장치 전압(VCCS)를 나타내고 상기 제어부(124)를 구동한다.
입력 직류 전압이 제너 다이오드의 제너 전압보다 큰 고전압 구간에서 제너 다이오드의 양단 전압은 제너 전압으로 고정되고, 이 제너 전압은 제너 전압 커패시터를 충전하고 동시에 제어부를 구동한다. 입력 직류 전압이 제너 다이오드의 제너 전압보다 작은 저전압 구간에서는 고전압 구간에서 충전된 제너 전압 커패시터의 전압으로 제어부를 구동한다.
상기 제어부(124)는 전원(VCCS, GNDS) 단자, 상기 아날로그 입력 신호(AINS)에 사용하는 아날로그 입력 단자와 제어 출력 신호(OUTS)에 사용하는 디지털 출력 단자를 포함하는 마이크로컨트롤러(XS)로 구성된다. 상기 마이크로컨트롤러(XS)는 슬레이브 제어 장치(120)의 교류 전원 스위치부(125)를 제어한다.
마이크로컨트롤러는 시중에서 흔히 구할 수 있는 범용 마이크로컨트롤러를 사용한다. 마이크로컨트롤러는 프로그램을 저장하고 실행한다. 프로그램은 전력 제어 정보를 포함할 수 있으며, 제어 출력 신호를 통해 교류 전원 스위치부를 제어한다. 프로그램은 아날로그 입력 신호를 처리하여 마스터 교류 전압의 영 전압(영 위상) 시점과 주기를 추출하고 시간을 계산하고 전력 제어 정보를 추출한다.
상기 교류 전원 스위치부(125)는 트라이액 드라이버(TDS), 드라이버 저항(RDS), 트라이액 저항(RTS)과 트라이액(TS)을 포함하고, 상기 제어 출력 신호(OUTS)에 의해 상기 트라이액이 온 상태 또는 오프 상태로 제어되도록 구성된다.
트라이액 드라이버는 입력과 출력 사이에 절연 상태를 갖는 포토커플러 형식의 드라이버를 사용한다. 제어 출력 신호가 높은 전압인 경우, 드라이버 입력 단자 사이에 전류가 흐르고 드라이버 출력 단자 사이에 온 상태가 되면, 트라이액 역시 온 상태가 된다. 따라서 마스터 교류 전압(VACM)은 트라이액을 통해 출력된다. 제어 출력 신호가 낮은 전압인 경우, 드라이버 입력 단자 사이에 전류가 차단되고 드라이버 출력 단자 사이에 오프 상태가 되면, 트라이액 역시 오프 상태가 된다. 따라서 마스터 교류 전압(VACM)은 트라이액을 통해 출력되지 못한다. 트라이액을 통해 출력되는 전압은 부하를 구동하는 출력 교류 전압(VOUT)을 나타낸다.
이제 교류 전력 공급을 제어하는 전력 제어 정보를 처리하는 프로그램에 대하여 도6을 참조하여 설명한다.
먼저 마스터 제어 장치(110)의 출력인 마스터 교류 전압(VACM)에 전력 제어 정보를 포함시키는 방법에 대해 설명한다. 상기 마스터 교류 전압(VACM)은 교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)의 반주기 마다 비트 값이 포함되도록 만든다. 하나의 비트 값(비트 0)이 포함된 상기 마스터 교류 전압(VACM)은 상기 입력 교류 전압과 같은 파형으로 만들고, 다른 비트 값(비트 1)이 포함된 상기 마스터 교류 전압(VACM)은 상기 입력 교류 전압의 순시값이 영 전압(영 위상)인 시점부터 일정 전압(일정 위상)인 시점까지의 시간 동안 상기 입력 교류 전압과 차단되고 이후 시점부터 상기 입력 교류 전압과 같은 파형으로 만드는 방법을 사용한다.
한편 슬레이브 제어 장치(120)의 입력인 상기 마스터 교류 전압(VACM)에 포함된 전력 제어 정보를 추출하는 방법에 대해 설명한다. 상기 마스터 교류 전압(VACM)의 반주기 마다 나타나는 낮은 전압 상태의 시간을 계산하여 비트 값을 추출하도록 만든다. 상기 낮은 전압 상태의 시간이 일정 시간보다 작으면 하나의 비트 값(비트 0)으로 해석하고, 상기 낮은 전압 상태의 시간이 일정 시간보다 크면 다른 비트 값(비트 1)으로 해석하는 방법을 사용한다.
전력 제어 정보를 전송하지 않는 대부분의 시간 동안, 마스터 제어 장치는 비트 0으로만 이루어진 비트 열을 전송한다. 이때, 교류 전원의 전압은 마스터 제어 장치와 슬레이브 제어 장치를 경유하여 원래 전압 파형 그대로 부하에 공급된다. 전력 제어 정보를 전송하는 짧은 시간 동안, 마스터 제어 장치는 비트 1을 시작 비트로 하는 전력 제어 정보를 나타내는 비트 열을 전송한다. 이때, 마스터 제어 장치에 의해 위상 제어된 교류 전원의 전압은 슬레이브 제어 장치를 경유하여 부하에 공급된다. 부하는 이 짧은 시간 동안 위상 제어된 교류 전원의 전압 파형으로 구동된다.
100 : 교류 전력 제어 장치
110 : 마스터 제어 장치
120 : 슬레이브 제어 장치
111, 121 : 직류 전원부
112, 122 : 전원 신호 감지부
113, 123 : 제어 전원부
114, 124 : 제어부
115, 125 : 교류 전원 스위치부
116 : 사용자 입출력 장치
200 : 교류 전원
300 : 부하
VAC : 입력 교류 전압
VACM : 마스터 교류 전압
VOUT : 출력 교류 전압
VDCM, VDCS : 입력 직류 전압
VCCM, VCCS : 제어 장치 전압
AINM, AINS : 아날로그 입력 신호
OUTM, OUTS : 제어 출력 신호
GNDM, GNDS : 기준점

Claims (3)

  1. 교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)을 전력 제어 정보가 포함된 마스터 교류 전압(VACM)으로 변환하여 병렬 연결된 다수의 슬레이브 제어 장치(120)에 공급하는 마스터 제어 장치(110); 및
    상기 마스터 제어 장치(110)의 마스터 교류 전압(VACM)을 상기 전력 제어 정보에 의해 출력 교류 전압(VOUT)으로 변환하여 부하(300)에 공급하는 병렬 연결된 다수의 상기 슬레이브 제어 장치(120)를 포함하고,
    상기 마스터 제어 장치(110)는
    교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)을 입력 직류 전압(VDCM)으로 변환하는 정류 회로로 구성되는 직류 전원부(111);
    상기 입력 직류 전압(VDCM)의 값을 감지하여 제어부(114)의 아날로그 입력 신호(AINM)로 변환하는 전압 분배 회로로 구성되는 전원 신호 감지부(112);
    상기 입력 교류 전압(VAC)을 제어 장치 전압(VCCM)으로 변환하는 직류 전원 장치로 구성되는 제어 전원부(113);
    상기 제어 장치 전압(VCCM)에 의해 구동되고, 상기 아날로그 입력 신호(AINM)를 입력받아 상기 입력 교류 전압(VAC)의 영 전압(영 위상) 시점과 주기를 검출하여 시간 계산에 사용하고, 제어 출력 신호(OUTM)를 교류 전원 스위치부(115)로 출력하는 제어부(114);
    상기 입력 교류 전압(VAC)을 전력 제어 정보가 포함된 마스터 교류 전압(VACM)으로 변환하고, 상기 제어 출력 신호(OUTM)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 제어되는 스위치 회로로 구성되는 교류 전원 스위치부(115); 및
    사용자와의 인터페이스를 제공하는 사용자 입출력 장치(116)를 포함하고,
    상기 슬레이브 제어 장치(120)는
    상기 마스터 제어 장치(110)의 마스터 교류 전압(VACM)을 입력 직류 전압(VDCS)으로 변환하는 정류 회로로 구성되는 직류 전원부(121);
    상기 입력 직류 전압(VDCS)의 값을 감지하여 제어부(124)의 아날로그 입력 신호(AINS)로 변환하는 전압 분배 회로로 구성되는 전원 신호 감지부(122);
    상기 입력 직류 전압(VDCS)을 제어 장치 전압(VCCS)으로 변환하는 정전압 회로로 구성되는 제어 전원부(123);
    상기 제어 장치 전압(VCCS)에 의해 구동되고, 상기 아날로그 입력 신호(AINS)를 입력받아 상기 마스터 교류 전압(VACM)의 영 전압(영 위상) 시점과 주기를 검출하여 시간 계산과 전력 제어 정보 추출에 사용하고, 제어 출력 신호(OUTS)를 교류 전원 스위치부(125)로 출력하는 제어부(124); 및
    상기 마스터 교류 전압(VACM)을 출력 교류 전압(VOUT)으로 출력하고, 상기 제어 출력 신호(OUTS)에 의해 온 상태 또는 오프 상태로 제어되는 스위치 회로로 구성되는 교류 전원 스위치부(125)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 전력 제어 장치(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    마스터 제어 장치(110)의 직류 전원부(111)는 브리지 다이오드(BM)를 포함하고, 상기 브리지 다이오드의 입력은 교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)에 의해 구동되고, 상기 브리지 다이오드의 출력인 입력 직류 전압(VDCM)은 마스터 제어 장치(110)의 전원 신호 감지부(112)를 구동하고;
    상기 전원 신호 감지부(112)는 전원 신호 감지 제1저항(R1M), 전원 신호 감지 제2저항(R2M)과 전원 신호 감지 제너 다이오드(ZBM)을 포함하고, 상기 전원 신호 감지 제2저항의 양단 전압은 아날로그 입력 신호(AINM)를 나타내고 마스터 제어 장치(110)의 제어부(114)에 입력되고;
    상기 제어부(114)는 전원(VCCM, GNDM) 단자, 상기 아날로그 입력 신호(AINM)에 사용하는 아날로그 입력 단자와 제어 출력 신호(OUTM)에 사용하는 디지털 출력 단자를 포함하는 마이크로컨트롤러(XM)를 포함하고, 상기 마이크로컨트롤러(XM)는 마스터 제어 장치(110)의 교류 전원 스위치부(115)를 제어하고;
    상기 교류 전원 스위치부(115)는 트라이액 드라이버(TDM), 드라이버 저항(RDM), 트라이액 저항(RTM)과 트라이액(TM)을 포함하고, 상기 제어 출력 신호(OUTM)에 의해 상기 트라이액이 온 상태 또는 오프 상태로 제어되도록 구성되고,
    슬레이브 제어 장치(120)의 직류 전원부(121)는 브리지 다이오드(BS)를 포함하고, 상기 브리지 다이오드의 입력은 상기 마스터 제어 장치(110)의 마스터 교류 전압(VACM)에 의해 구동되고, 상기 브리지 다이오드의 출력인 입력 직류 전압(VDCS)은 슬레이브 제어 장치(120)의 전원 신호 감지부(122)와 제어 전원부(123)를 구동하고;
    상기 전원 신호 감지부(122)는 전원 신호 감지 제1저항(R1S), 전원 신호 감지 제2저항(R2S)과 전원 신호 감지 제너 다이오드(ZBS)을 포함하고, 상기 전원 신호 감지 제2저항의 양단 전압은 아날로그 입력 신호(AINS)를 나타내고 슬레이브 제어 장치(120)의 제어부(124)에 입력되고;
    상기 제어 전원부(123)는 제너 저항(RZS), 제너 다이오드(ZS)와 제너 전압 커패시터(CZS)를 포함하고, 상기 제너 전압 커패시터의 양단 전압은 제어 장치 전압(VCCS)를 나타내고 상기 제어부(124)를 구동하고;
    상기 제어부(124)는 전원(VCCS, GNDS) 단자, 상기 아날로그 입력 신호(AINS)에 사용하는 아날로그 입력 단자와 제어 출력 신호(OUTS)에 사용하는 디지털 출력 단자를 포함하는 마이크로컨트롤러(XS)를 포함하고, 상기 마이크로컨트롤러(XS)는 슬레이브 제어 장치(120)의 교류 전원 스위치부(125)를 제어하고;
    상기 교류 전원 스위치부(125)는 트라이액 드라이버(TDS), 드라이버 저항(RDS), 트라이액 저항(RTS)과 트라이액(TS)을 포함하고, 상기 제어 출력 신호(OUTS)에 의해 상기 트라이액이 온 상태 또는 오프 상태로 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교류 전력 제어 장치(100).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    마스터 제어 장치(110)의 출력인 마스터 교류 전압(VACM)에 전력 제어 정보를 포함시키는 방법에 있어서;
    상기 마스터 교류 전압(VACM)은 교류 전원(200)의 입력 교류 전압(VAC)의 반주기 마다 비트 값이 포함되도록 만들고,
    하나의 비트 값(비트 0)이 포함된 상기 마스터 교류 전압(VACM)은 상기 입력 교류 전압과 같은 파형으로 만들고,
    다른 비트 값(비트 1)이 포함된 상기 마스터 교류 전압(VACM)은 상기 입력 교류 전압의 순시값이 영 전압(영 위상)인 시점부터 일정 전압(일정 위상)인 시점까지의 시간 동안 상기 입력 교류 전압과 차단되고 이후 시점부터 상기 입력 교류 전압과 같은 파형으로 만드는 방법을 사용하고,
    슬레이브 제어 장치(120)의 입력인 상기 마스터 교류 전압(VACM)에 포함된 전력 제어 정보를 추출하는 방법에 있어서;
    상기 마스터 교류 전압(VACM)의 반주기 마다 나타나는 낮은 전압 상태의 시간을 계산하여 비트 값을 추출하도록 만들고,
    상기 낮은 전압 상태의 시간이 일정 시간보다 작으면 하나의 비트 값(비트 0)으로 해석하고,
    상기 낮은 전압 상태의 시간이 일정 시간보다 크면 다른 비트 값(비트 1)으로 해석하는 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 교류 전력 제어 장치(100).
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WO2019103217A1 (ko) * 2017-11-27 2019-05-31 주식회사 윌링스 전력변환시스템 및 이의 데이터 보상방법

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