KR20190010141A - High efficiency power controller using micro-processor and multy-switch - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high efficiency power controller using multiple switches and a microprocessor. The high efficiency power controller using multiple switches and a microprocessor is provided to improve the performance of an electric product and extend a lifespan thereof while reducing the power consumption of an electric device used by a consumer through an efficient output control on the input voltage of a transformer by means of multiple switches using a triac for zero-crossing and a microprocessor controlling the same. For the above, the high efficiency power controller using multiple switches and a microprocessor of the present invention includes: a toroidal core, a circular wound core, which is provided between an input power and an output power and includes one current winding and a plurality of excitement windings; and multiple switches which are installed to change an excitement circuit in the excitement windings of the toroidal core wherein the multiple switches are controlled by the microprocessor applying a switching signal for the conversion of the excitement circuit at the peak point of a voltage waveform by detecting the waveform of an input voltage.

Description

마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기{HIGH EFFICIENCY POWER CONTROLLER USING MICRO-PROCESSOR AND MULTY-SWITCH}[0001] HIGH EFFICIENCY POWER CONTROLLER USING MICRO-PROCESSOR AND MULTI-SWITCH [0002]

본 발명은 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ZERO-CROSSING용 트라이악을 이용한 다중 스위치 방식 및 이를 제어하는 마이크로 프로세서를 매개로 변압기 입력 전압에 대한 효율적인 출력 제어가 이루어질 수 있도록 한 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches, and more particularly, to a multi-switch method using a zero-crossing triac and an efficient output control for a transformer input voltage through a microprocessor And more particularly, to a high efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches.

일반적으로, 가정용 자동 전력 제어기로는 Auto-Transformer라 불리우는 단권 변압기가 널리 사용되고 있는데, 상기 단권 변압기는 소정 입력 전압을 사용자가 요구하는 전압으로 조정하여 출력시키는 기능을 수행하게 된다.      Generally, a single-phase transformer called an auto-transformer is widely used as an automatic power controller for a home. The single-phase transformer adjusts a predetermined input voltage to a voltage required by a user and outputs the adjusted voltage.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 자동 전력 제어기는 전압 변환용 여자 권선의 TAP 전환 시 과도한 여자 돌입 전류에 의해 여자 권선의 절연 파괴에 따른 소손 및 스위치 접점의 소손 등이 빈번하게 일어나는 문제점이 발생하게 되었으며, 이에 전력의 품질이 저하되고, 화재의 위험에 노출되기도 하는 문제점이 발생하게 되었다.      However, in the conventional automatic power controller as described above, when the TAP of the excitation coil for voltage conversion is excessively changed by the inrush current, the burnout due to the insulation breakdown of the excitation winding and the burnout of the switch contact frequently occur , The electric power quality is deteriorated, and the electric power is exposed to the risk of fire.

국내 실용신안등록 제20-0432285호Domestic Utility Model Registration No. 20-0432285 국내 공개특허공보 제10-2012-0097360호Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0097360

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 ZERO-CROSSING용 트라이악을 이용한 다중 스위치 방식 및 이를 제어하는 마이크로 프로세서를 매개로 변압기 입력 전압에 대한 효율적인 출력 제어를 통해 수용가가 사용하는 전기기기의 소비전력을 절감함과 아울러 전기 제품의 성능 향상 및 수명 연장이 이루어질 수 있도록 한 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a multi-switch method using a ZERO-CROSSING TRIAC, And to provide a high efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches that can reduce the power consumption of the electric equipment used by the customer through control, and improve the performance and life of the electric product.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기는, 입력전원 및 출력전원 사이에는 한 개의 전류권선 및 다수 개의 여자권선이 포함된 원형 권철심인 토로이달 코아가 구비되고, 상기 토로이달 코아의 여자권선에는 여자회로의 변경을 위한 다중 스위치가 설치되며, 상기 다중 스위치는 입력 전압의 파형을 검출하여 전압 파형의 최고점에서 여자회로의 변환을 위한 스위칭 신호를 인가하는 마이크로 프로세서에 의해 제어되도록 구성된 것을 특징으로 한다.      According to an aspect of the present invention, there is provided a high-efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches according to the present invention. The high efficiency power controller includes a toroidal transformer having a current winding and a plurality of excitation windings, A plurality of switches for changing the excitation circuit are provided in the excitation winding of the toroidal core, and the multiple switches detect a waveform of the input voltage and generate a switching signal for converting the excitation circuit at the highest point of the voltage waveform The microprocessor being controlled by the microprocessor.

바람직하게, 상기 원형 철심인 토로이달 코아의 원주상에는 한 개의 전류권선 및 세 개의 TAP를 가진 여자 권선이 구성되고, 상기 여자 권선의 TAP 상호 간의 전압은 5볼트[V]가 적용되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.      Preferably, an excitation winding having one current winding and three TAPs is formed on the circumference of the toroidal core, which is the circular iron core, and the voltage between the TAPs of the excitation winding is 5 volts [V] do.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, ZERO-CROSSING용 트라이악을 이용한 다중 스위치 방식 및 이를 제어하는 마이크로 프로세서를 매개로 변압기 입력 전압에 대한 출력 제어를 행함에 따라, 보다 안정적으로 토로이달 코아를 이용한 자동전력 제어기를 제공하여 기존 제품에 비해 효율이 월등히 높은 고효율 전력 제어기를 구현할 수 있는 효과가 있게 되며, 이를 통해 전기 제품에 맞는 적절한 전력 공급을 통해 전기 제품을 보호하고, 동손 및 철손의 동시 감소를 통한 전기 기기의 효율 향상으로 소비전력을 절감할 수 있는 효과도 있게 되는 것이다.According to the present invention as described above, the output control of the transformer input voltage is performed through the multi-switch method using the ZERO-CROSSING TRIAC and the microprocessor controlling the transformer, so that the toroidal core It provides a high efficiency power controller with much higher efficiency compared to existing products by providing an automatic power controller that uses the power supply. By this, it is possible to protect the electric product through proper power supply suitable for the electric product, So that the power consumption can be reduced.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기의 여자회로 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기의 동작에 따른 입력전압에 대한 출력전압의 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 1 schematically shows a configuration of a high-efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches according to the present invention,
FIG. 2 is a view showing a configuration of an excitation circuit of a high-efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches according to the present invention;
FIG. 3 is a diagram illustrating a state of an output voltage with respect to an input voltage according to an operation of a high efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches according to the present invention.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면, 도 2는 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기의 여자회로 구성을 나타내는 도면, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기의 동작에 따른 입력전압에 대한 출력전압의 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a high-efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches according to the present invention, FIG. 2 is a view illustrating a configuration of a negative- FIG. 3 is a diagram illustrating a state of an output voltage with respect to an input voltage according to an operation of a high efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches according to the present invention.

먼저, 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기는, ZERO-CROSSING용 트라이악을 이용한 다중 스위치 방식 및 이를 제어하는 마이크로 프로세서를 매개로 변압기 입력 전압에 대한 효율적인 출력 제어가 이루어지도록 구현된다.First, a high-efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches according to the present invention is implemented to perform efficient output control on a transformer input voltage through a multi-switch method using a tri- do.

이를 위해, 본 발명에 따른 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기는, 고효율을 위해 원형 권철심인 토로이달 코아(50)를 사용한 단권 변압기에서, 한 개의 전류 권선(30) 및 트라이악을 이용한 다중 스위치(S 1 내지 S 8)로 분리된 세 개의 여자 권선(31,32,33)을 포함하여 구성되며, 해당 변압기의 전압 조정은 상기 전류 권선(30) 및 여자 권선(31,32,33)의 연결방법에 따라, 동압, 승압 및 감압이 가능함은 물론, 필요 시 바이-패스(By-Pass) 회로가 구비되어 구성된다.To this end, a high-efficiency power controller using a microprocessor and multiple switches according to the present invention uses a current winding 30 and a triac in a single-winding transformer using a toroidal core 50, which is a circular winding core, And three excitation windings 31, 32, 33 separated by multiple switches S 1 to S 8. The voltage regulation of the corresponding transformer is controlled by the current winding 30 and the excitation windings 31, Pressure and depressurized, and if necessary, a bypass circuit is provided.

상기 여자 권선(31,32,33)의 여자 회로 전환용 스위치인 트라이악을 사용한 다중 스위칭 방식의 제어는 여자 회로 변환 시 발생하는 여자 돌입 전류를 최소화 하기 위하여 전압 파형에 대한 동기화를 통해 제어되며, 이를 위해 전압 파형 검출을 위해 사용되는 PLL(Phase Locked Loop)이 마이크로 프로세서(100)에 내장되어 구성된다.The control of the multiple switching system using the triac, which is the exciting circuit switching switch of the exciting windings 31, 32 and 33, is controlled through synchronization with the voltage waveform to minimize the inrush current generated in the exciting circuit conversion, To this end, a PLL (Phase Locked Loop) used for voltage waveform detection is built in the microprocessor 100.

이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에서의 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기의 작용에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Next, the operation of the microprocessor and the high efficiency power controller using multiple switches according to the present invention will be described in detail.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 프로세서(100)의 입력 전압의 파형을 검출하여 파형의 최고점에서 여자회로(31,32,33) 변환을 위한 다중 스위치(S 1 내지 S 8)를 동작시키게 되는데, 이때에는 여자 회로 변환에 따른 여자 돌입 전류가 최소치가 되는 원리가 적용된다.First, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the microprocessor 100 detects a waveform of an input voltage, and detects multiple switches S 1 to S 8). At this time, the principle that the excitation current in accordance with the excitation circuit conversion becomes the minimum value is applied.

상기 마이크로 프로세서(100)를 이용한 트라이악과 릴레이 스위치로 구성된 다중 스위치(S 1 내지 S 8)를 사용한 여자회로(31,32,33)의 연결상태에 대하여 설명하면, 상기 마이크로 프로세서(100)는 입력 전압(10)의 파형 분석 및 다중 스위치(S 1 내지 S 8)의 제어를 위해 PLL(Phase Locked Loop)이 내장되어 제공되므로, 입력 전압(10) 및 출력 전압(20)의 정보를 취득하여 분석한 후, 소정 프로그램의 구동을 통해 상기 다중 스위치(S 1 내지 S 8)에 대한 동작명령을 내리게 되며, 이에 상기 다중 스위치(S 1 내지 S 8)는 마이크로 프로세서(100)의 제어에 따라 선택적으로 동작이 이루어지게 된다.The connecting state of the exciting circuits 31, 32 and 33 using the multiple switches S 1 to S 8 composed of a triac and a relay switch using the microprocessor 100 will be described. A phase locked loop (PLL) is provided for the waveform analysis of the voltage 10 and the control of the multiple switches S 1 to S 8 so that the information of the input voltage 10 and the output voltage 20 is acquired and analyzed (S 1 to S 8) through the driving of a predetermined program, and the multiple switches S 1 to S 8 are selectively operated according to the control of the microprocessor 100 An operation is performed.

본 발명에서, 원형 철심인 토로이달 코아(50)의 원주상에는 한 개의 전류권선(30) 및 세 개의 TAP를 가진 여자 권선(31,32,33)이 구성되고, 상기 여자 권선(31,32,33)의 TAP 상호 간의 전압은 5볼트[V]가 적용되는데, 상기 여자 권선(31,32,33)의 개수 및 여자 권선(31,32,33) 상호 간의 전압은 다양한 설계 변경이 가능함은 물론이다.In the present invention, excitation windings 31, 32 and 33 having one current winding 30 and three TAPs are formed on the circumference of the toroidal core 50 which is a circular iron core, and the excitation windings 31, 32, 33 and the voltages between the exciting windings 31, 32, 33 are variable in design, as a matter of course, to be.

여기에서, 상기 출력전압(20)이 강압되는 과정에 대해 설명하면, 상기 마이크로 프로세서(100)의 명령을 받은 다중 스위치 S 1 및 S 5가 CLOSE 됨에 따라 출력 전압(20)은 입력 전압(10)에 비해 -5[V]가 되게 되고, 상기 다중 스위치 S 1 및 S 6이 Close 됨에 따라 출력 전압(20)은 입력 전압(10)에 비해 -10[V]가 되게 되며, 상기 다중 스위치 S 1 및 S 7이 CLOSE 됨에 따라 상기 출력 전압(20)은 입력 전압(10)에 비해 -15[V]가 되도록 조정된다.The output voltage 20 is converted into the input voltage 10 by the multiple switches S 1 and S 5 receiving the command of the microprocessor 100 CLOSE, The output voltage 20 becomes -10 [V] compared to the input voltage 10 as the multiple switches S 1 and S 6 are closed, and the multiple switches S 1 And S 7 are CLOSE, the output voltage 20 is adjusted to be -15 [V] with respect to the input voltage 10.

또한, 상기 출력전압(20)이 승압되는 과정에 대해 설명하면, 상기 마이크로 프로세서(100)의 명령을 받은 다중 스위치 S 8 및 S 2가 CLOSE 됨에 따라 출력 전압(20)은 입력 전압(10)에 비해 +5[V]가 되게 되고, 상기 다중 스위치 S 8 및 S 3이 Close 됨에 따라 출력 전압(20)은 입력 전압(10)에 비해 +10[V]가 되게 되며, 상기 다중 스위치 S 8 및 S 4가 CLOSE 됨에 따라 상기 출력 전압(20)은 입력 전압(10)에 비해 +15[V]가 되도록 승압되어, 부하 측으로 보다 안정적인 전원공급이 이루어질 수 잇게 된다.The output voltage 20 is increased to the input voltage 10 as the multiple switches S 8 and S 2 received by the microprocessor 100 are closed. The output voltage 20 becomes +10 [V] with respect to the input voltage 10 as the multiple switches S 8 and S 3 are closed, and the multiple switches S 8 and S 3 become + S 4 is CLOSE, the output voltage 20 is boosted to +15 [V] with respect to the input voltage 10, so that stable power supply to the load side can be achieved.

이때, 상기 입력 전압(10)이 요구하는 출력 전압(20)과 비슷한 경우에는 상기 다중 스위치 S 1 및 S 4가 CLOSE 되면서 바이-패스(By-Pass) 회로를 구성하게 되므로, 상기 입력 전압(10) 및 출력 전압(20)은 동압을 유지할 수 있게 된다.At this time, when the input voltage 10 is similar to the required output voltage 20, the multiple switches S 1 and S 4 are CLOSE and constitute a bypass circuit. Therefore, the input voltage 10 And the output voltage 20 can maintain the dynamic pressure.

이에 따라, 본 발명에서의 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기는 소프트웨어 PLL을 응용하여 마이크로 프로세서(100)가 입력 전압(10)의 파형을 분석한 후 전압 파형 크기의 최대치에서 트라이악과 릴레이 스위치로 구성된 여자회로 변환용 다중 스위치(S 1 내지 S 8)를 동작시키게 됨에 따라, 여자 돌입 전류를 최소화 하여 여자 권선 및 스위치 접점을 보호하면서 보다 안정적으로 자동 전력제어를 조정할 수가 있게 되는 것이다.Accordingly, the high efficiency power controller using the microprocessor and the multiple switches according to the present invention can be realized by applying a software PLL so that the microprocessor 100 analyzes the waveform of the input voltage 10 and then, at the maximum value of the voltage waveform size, (S 1 to S 8) constituted by the excitation coil and the excitation coil, the excitation current can be minimized and the excitation winding and the switch contact can be protected while adjusting the automatic power control more stably.

한편, 본 발명에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시예들이 돌출 된다고 하더라도 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 내에 속하게 됨은 물론이다.      While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the scope of the appended claims.

10: 입력 전압, 11: 입력 전류,
20: 출력 전압, 21: 부하 전류,
30: 전류 권선, 31,32,33: 여자 권선,
S 1 내지 S 8: 다중 스위치, 50: 토로이달 코아,
100: 마이크로 프로세서.10: input voltage, 11: input current,
20: output voltage, 21: load current,
30: current winding, 31, 32, 33: excitation winding,
S 1 to S 8: multiple switches, 50: toroidal core,
100: Microprocessor.

Claims (2)

입력전원 및 출력전원 사이에는 한 개의 전류권선 및 다수 개의 여자권선이 포함된 원형 권철심인 토로이달 코아가 구비되고,
상기 토로이달 코아의 여자권선에는 여자회로의 변경을 위한 다중 스위치가 설치되며,
상기 다중 스위치는 입력 전압의 파형을 검출하여 전압 파형의 최고점에서 여자회로의 변환을 위한 스위칭 신호를 인가하는 마이크로 프로세서에 의해 제어되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기.A toroidal core, which is a circular winding core including a single current winding and a plurality of excitation windings, is provided between the input power source and the output power source,
In the excitation winding of the toroidal core, multiple switches for changing the excitation circuit are provided,
Wherein the plurality of switches are configured to be controlled by a microprocessor that detects a waveform of an input voltage and applies a switching signal for switching an excitation circuit at a highest point of a voltage waveform. 제 1항에 있어서,
상기 원형 철심인 토로이달 코아의 원주상에는 한 개의 전류권선 및 세 개의 TAP를 가진 여자 권선이 구성되고, 상기 여자 권선의 TAP 상호 간의 전압은 5볼트[V]가 적용되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 프로세서와 다중 스위치를 이용한 고효율 전력 제어기.The method according to claim 1,
Wherein a current winding and an excitation winding having three TAPs are formed on the circumference of the toroidal core, which is the circular iron core, and the voltage between the TAPs of the excitation winding is 5 volts [V] And high efficiency power controller using multiple switches.
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