KR20180038279A

KR20180038279A - 위상 온 제어장치

Info

Publication number: KR20180038279A
Application number: KR1020160129188A
Authority: KR
Inventors: 임금성
Original assignee: 주식회사 모스트파워; 임금성
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-16
Also published as: KR102044799B1

Abstract

본 발명은 입력되는 교류 전압으로부터 0°위상 시점 및 180°위상 시점을 감지하는 제로 크로싱 감지부와, 0°위상 시점 및 180°위상 시점에서는 오프 동작을 수행하고, 0°위상 시점 과 180°위상 시점 사이의 제1시점 및 180°위상 시점과 360°위상 시점 사이의 제2시점에 온 동작을 수행하는 제1 AC 양방향 스위치와, 부하와 전압 분배가 가능하도록 저항값을 가지되, 상기 부하의 저항값보다 매우 큰 저항값을 가지는 전압 공급부 및 상기 제1 AC 양방향 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 위상 온 제어장치에 관한 것으로서, 별도의 임펄스 노이즈 필터 없이도 위상 온 제어시에 부하 쪽으로 임펄스 노이즈나 과전류가 발행하지 않도록 함으로써, 효율적으로 위상 온 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

위상 온 제어장치{Phase-On Control Apparatus}

본 발명은 위상 온 제어장치(phase-on control apparatus)에 관한 것으로서, 구체적으로는 위상 온 제어시 발생되는 임펄스 노이즈(impulse noise)의 제거가 가능한 위상 온 제어장치에 관한 것이다.

위상 제어(phase control)는 AC 전원 신호에서 특정 위상에서 전류를 패스시키거나 차단하는 제어를 의미하며, 이러한 위상 제어는 평균 전압을 낮추거나 평균 전력을 조절하는 데 이용된다.

위상 제어에는 위상 온 제어(phase-on control)와 위상 오프 제어(phase-off control)의 2가지 방식이 있다.

도 1은 위상 온 제어의 타이밍 도이며, 도 2는 위상 오프 제어의 타이밍 도이다.

도 1을 참조하면, 위상 온 제어 시에는 교류 전압의 1/2 싸이클(cycle)에서 0° ~ 90°의 위상을 비례적으로 분할 제어하여 전압 신호를 출력하도록 구성되며, 90° ~ 180°의 위상 영역에서는 항상 전압 신호를 출력하도록 구성된다. 도 1에서는 44 ms, 216 ms, 388 ms, 603 ms에서 각각 위상 온 제어를 개시하고 있으며, 해당 싸이클 내에서 각 시점 이후의 전압 신호는 모두 패스되도록 구성되어 있다.

즉, 위상 온 제어는 전압 신호를 패스(pass)하는 시점의 위상을 설정하여 전압 신호의 패스 영역이나 그 크기를 제어하며, 이를 통해 원하는 평균 전압이나 평균 전력을 얻도록 구성된다.

한편, 도 2를 참조하면, 위상 오프 제어 시에는 교류 전압의 1/2 싸이클에서 0° ~ 90°의 위상 영역에서는 전압 신호를 항상 출력하고, 90° ~ 180°의 위상 영역에서는 전압 신호를 비례적으로 분할 제어하여 출력하도록 구성된다. 도 2에서는 130 ms, 302 ms, 474 ms, 646 ms에서 각각 위상 오프 제어를 개시하고 있으며, 해당 싸이클 내에서 각 시점까지의 전압 신호가 모두 패스되도록 구성되어 있다.

이와 같이 위상 온 제어 방식이든 위상 오프 제어 방식이든 각각 위상 온 시점이나 위상 오프 시점을 조절하여 전압 신호의 패스 영역을 설정하므로, 어떠한 방식을 사용하든 같은 결과를 가져온다.

그런데, 위상 온 제어 방식이나 위상 오프 제어 방식은 각각 단점을 갖고 있다.

먼저 위상 온 제어 방식의 경우, 위상 온(phase-on) 시점에 큰 전압이 갑작스럽게 걸리기 때문에 임펄스 노이즈(impulse noise)를 유발하는 단점이 있다.

그리고 위상 오프 제어 방식에서는 부하(load)가 저항성 부하가 아닌 유도성 부하인 경우 유도성 킥백(inductive kickback) 현상을 유발하는 문제점이 있다.

즉, 위상 오프제어의 경우에는 유도성 킥백이 발생한다는 문제점이 있고, 위상 온 제어의 경우에는 부하 쪽으로 임펄스 노이즈 및 과전류가 발생한다는 문제점이 있다

유도성 킥백 제거의 어려움으로 인해 일반적으로 위상 온 제어방식이 사용되지만, 위상 온 제어로 인해 부하쪽으로 발생하는 임펄스 노이즈 및 과전류를 제거하기 위해 임펄스 노이즈 필터를 별도로 구비해야 하는 문제점이 있었다.

10-0378629

본 발명은 임펄스 노이즈를 효율적으로 제거할 수 있는 위상 온 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적에 따른 위상 온 제어장치는, 입력되는 교류 전압으로부터 0°위상 시점 및 180°위상 시점을 감지하는 제로 크로싱 감지부와, 0°위상 시점 및 180°위상 시점에서는 오프 동작을 수행하고, 0°위상 시점 과 180°위상 시점 사이의 제1시점 및 180°위상 시점과 360°위상 시점 사이의 제2시점에 온 동작을 수행하는 제1 AC 양방향 스위치와, 부하와 전압 분배가 가능하도록 저항값을 가지되, 상기 부하의 저항값보다 매우 큰 저항값을 가지는 전압 공급부 및 상기 제1 AC 양방향 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

상술한 위상 온 제어 장치에 따르면, 별도의 임펄스 노이즈 필터 없이도 위상 온 제어시에 부하 쪽으로 임펄스 노이즈나 과전류가 발행하지 않도록 함으로써, 효율적으로 위상 온 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 별도의 임펄스 노이즈 필터없이도 효율적으로 위상 온 제어를 수행함으로써, 절전 제어에 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 위상 온 제어의 타이밍 도이다.
도 2는 위상 오프 제어의 타이밍 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 온 제어장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 공급부의 세부 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 온 제어장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 공급부의 세부 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 온 제어장치(100)는 AC 양방향 스위치 SW₀(110), 전압 공급부(130), 제로 크로싱(zero-crossing) 감지부(140) 및 제어부(150)를 포함하여 이루어진다.

도 3 에서는 본 발명에 따른 일실시예로서 단상인 경우를 도시하였으나, 본 발명은 단상에 한정되지 않고, 다상의 경우에도 적용될 수 있다.

위상 온 제어 장치(100)는 위상 온 제어 회로에 적용되며, 위상 온 제어 동작에 의해 유발되는 임펄스 노이즈를 제거하여 원활한 위상 온 제어를 수행하도록 구성된다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 일반적인 위상 온 제어를 하기 위해서는, 첫번째 제로 크로싱 시점(위상이 0°인 시점)으로부터 제1시점 까지 부하 쪽으로 출력 전압이 0이 되도록 제어하고, 상기 제1시점에서부터 두번째 제로 크로싱 시점(위상이 180°인 시점) 까지는 부하 쪽으로 교류전압이 출력되도록 한다.

한편, 두번째 제로 크로싱 시점(위상이 180°인 시점)으로부터 제2시점 까지 부하 쪽으로 출력 전압이 0이 되도록 제어하고, 상기 제2시점에서부터 세번째 제로 크로싱 시점(위상이 360°인 시점) 까지는 부하 쪽으로 교류전압이 출력되도록 함으로써, 하나의 사이클을 완성한다.

도 3에 도시된 위상 온 제어장치에서, 제로 크로싱 감지부(140)는 입력되는 교류 신호로부터 제로 크로싱 시점(위상이 0°인 시점)을 감지하면, 감지된 정보를 제어부(150)으로 전달한다.

제어부(150)에서 제로 크로싱 감지 정보를 수신하면, AC 양방향 스위치(110)가 오프 되도록 제어 하고, 전압 공급부(130)의 AC 양방향 스위치(SW₂)를 온이 되도록 제어한다.

따라서, 입력된 전압은 전압 공급부(130)의 저항(R₂)와 부하(10) 사이에 분배가 된다. 이때, 전압 공급부(130)의 저항(R₂)이 부하(10)보다 매우 큰 저항값을 가지므로, 대부분의 전압 강하는 전압 공급부(130)의 저항(R₂)에서 일어나게 되고, 부하(10)에는 0에 근접하는 매우 작은 전압만이 인가된다.

위상 0°~ 180°사이에서 위상 온 제어를 위해, 제어부(150)는 위상 0°~ 180°사이의 일정한 시점에서 AC 양방향 스위치(110)를 온이 되도록 제어한다. 이때, 제어부(150)는 전압 공급부(130)의 AC 양방향 스위치(SW₂)가 오프가 되도록 제어한다.

따라서, 제어부(150) 제어에 따라, 위상 0°~ 180°사이의 일정한 시점으로부터 위상 180°가 되는 시점까지는 교류 전압이 부하에 인가된다.

상기와 같이, AC 양방향 스위치(110)가 오프인 동안 AC 양방향 스위치(110)와 병렬로 연결된 전압 공급부(130)에 높은 전압을 유지하도록 하고, 위상 온 제어를 위해 AC 양방향 스위치(110)가 온이 되는 순간 전압 공급부(130)의 AC 양방향 스위치(SW₂)가 오프가 되도록 함으로써, 갑작스런 전압의 변화에 의해 부하 쪽으로 발생되는 과전류 및 임펄스 노이즈를 제거하거나 최소화 시킬 수 있게 된다.

또한, 제로 크로싱 감지부(140)가 입력되는 교류 신호로부터 다음 제로 크로싱 시점(위상이 180°인 시점)을 감지하면, 감지된 정보를 제어부(150)으로 전달한다.

제어부(150)에서 제로 크로싱 감지 정보를 수신하면, AC 양방향 스위치(110)가 오프 되도록 제어 하고, 동시에 전압 공급부(130)의 AC 양방향 스위치(SW₂)를 온이 되도록 제어한다.

따라서, 입력된 전압은 전압 공급부(130)의 저항(R₂)와 부하 사이에 분배가 된다. 이때, 전압 공급부(130)의 저항(R₂)이 부하보다 매우 큰 저항값을 가지므로, 대부분의 전압 강하는 전압 공급부(130)의 저항(R₂)에서 일어나게 되고, 부하에는 0에 근접하는 매우 작은 전압만이 인가된다.

한편, 위상 180°~ 360°사이에서 위상 온 제어를 위해, 제어부(150)는 위상 180°~ 360°사이의 일정한 시점에서 AC 양방향 스위치(110)를 온이 되도록 제어하고, 동시에 전압 공급부(130)의 AC 양방향 스위치(SW₂)는 오프가 되도록 제어한다.

따라서, 제어부(150) 제어에 따라, 위상 180°~ 360°사이의 일정한 시점으로부터 위상 360°가 되는 시점까지는 교류 전압이 부하에 인가된다.

상기와 같이, 위상 180°~ 360°사이에서도, AC 양방향 스위치(110)가 오프인 동안 AC 양방향 스위치(110)와 병렬로 연결된 전압 공급부(130)에 높은 전압을 유지하도록 하고, 위상 온 제어를 위해 AC 양방향 스위치(110)가 온이 되는 순간 전압 공급부(130)의 AC 양방향 스위치(SW₂)가 오프가 되도록 함으로써, 갑작스런 전압의 변화에 의해 부하 쪽으로 발생되는 과전류 및 임펄스 노이즈를 제거하거나 최소화 시킬 수 있게 된다.

110: AC 양방향 스위치 SW₀
130: 전압 공급부
10 : 부하
140: 제로 크로싱 감지부
150: 제어부

Claims

입력되는 교류 전압으로부터 0°위상 시점 및 180°위상 시점을 감지하는 제로 크로싱 감지부;
0°위상 시점 및 180°위상 시점에서는 오프 동작을 수행하고, 0°위상 시점 과 180°위상 시점 사이의 제1시점 및 180°위상 시점과 360°위상 시점 사이의 제2시점에 온 동작을 수행하는 제1 AC 양방향 스위치;
부하와 전압 분배가 가능하도록 저항값을 가지되, 상기 부하의 저항값보다 매우 큰 저항값을 가지는 전압 공급부; 및
상기 제1 AC 양방향 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 제어부
를 포함하여 이루어지는 위상 온 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 전압 공급부는 상기 제1 AC 양방향 스위치와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 위상 온 제어장치.
제2항에 있어서,
상기 전압 공급부는 제2 AC 양방향 스위치와 저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상 온 제어장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 AC 양방향 스위치는, 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 제1 AC양방향 스위치가 온 동작을 수행하는 시점에 오프 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 위상 온 제어장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 AC 양방향 스위치는, 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 제1 AC양방향 스위치가 오프 동작을 수행하는 시점에 온 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 위상 온 제어장치.