KR910001696Y1 - 교직(交直) 변환장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

교직(交直) 변환장치
제1도는 본 고안의 한 실시예의 전체 구성도.
제2도는 본 고안의 장치로 제어되는 출력전류 Id를 나타낸 파형도.
제3도는 파형 검출회로의 다른 종류의 예를 나타낸 구성도.
제4도는 포토 커플러의 변환효율을 나타낸 특성도.
제5도는 제3도의 파형 검출 회로로 얻어진 입력전원의 전압 파형도.
제6도는 종래의 교직 변환장치의 전체 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
25. 26 : 파형 검출회로 30 : 저항 한류(限流)임피이던스
31 : 정류기(정류회로) 32 : 포토 커플러(photo coupIer)
33 : 발광 다이오우드(발광소자) 34 : 포토 트랜지스터(수광소자)
36 : 저항
본 고안은 역률(力率)을 개선하기 위하여 입력전압 파형에 의거하여 출력전류를 제어하는 교직 변환장치의 개량에 관한 것이다.
종래에 인버어터 장치등 직류 전원으로 이용되는 교직 변환장지에는 예를들면 1983년도의 전기 4학회 북육지부 연합대회(電氣四學會北陸支部連合大會)에서의 논문집에 실린 초퍼에 의한 단상 정류회로의 역률 개선(地下亘高橋 勳)에서 볼 수 있는 바와같이 트랜스를 통해서 입력교류 전압과 비슷한 정현파(正弦波)를 꺼내어 그 정현파를 전파정류한 맥류파형으로 출력전류를 추종 제어하므로서 높은 역률을 얻을 수 있게한 것이 있다.
제6도는 이와같은 종류의 종래의 교직 변환장치의 구성을 나타내고 있다. 교류전원(1)에 접속된 주회로는 브리지 전파형 정류기(2). 고조파 제거용 필터(3), 직류리엑터(4). 스위칭소자(다이오우드(6) 그리고 평활콘덴서(7)를 구비하고 있다.
전파정류기(2)로 부터의 출력전류(Id)는 스위칭 소자(5)를 ON OFF하므로서 가감 제어된다.
이 출력 전류(Id)를 교류전원(1)으로부터의 입력전압(li)의 전파정류 파형을 지닌 기준치를 추종 제어하도록하면 입력전류(1)의 파형을 정현파로 하여 교직 변환장치의 역률을 거의 1로 할 수 있다.
이와같은 전류 추종 제어를 하기 위하여 정전압 제어회로(8)와 전류 추종회로(9)가 설치되어 있다. 그 정전압 제어회로(8)의 전단(前段)에는 파형 검출회로(11)가 설치되어 있다.
그 파형 검출회로(11)는 입력전압(Ii)의 파형을 검출하기 위한 트랜스(12)를 구비하며 그 트랜스(12)의 1차측이 교류전원(1)에 접속되고 2차쪽은 중점이 접지되는 동시에 전파정류기(13)에 접속되어 있다.
그 전파정류기(13)의 다음단에 설치한 접지저항(14)으로 전파정류 신호(VD)를 꺼내어 그 전파정류 신호(VD)를 정전압 제어회로(8)의 승산기(16)에 부여하고 있다.
한편 저항(17)의 양끝에서 얻어지는 출력전압(VI)과 미리 정한 출력 전압기준(VI)으로 감산기(18)에서 편차신호를 생성한다.
그 편차신호가 이득 조절기(19)를 통과하게 하므로서 편차신호(Ve)를 생성한다.
이 편차신호(Ve)와 정류 신호(VD)를 승산기(16)에서 승산하여 입력전압(VI)의 전파 정류파형과 비슷한 맥류파형을 지닌 출력 전류기준 (Id *)을 형성한다.
또한 전류 추종회로(9)에서는 출력전류기준 (Id *)과 전류검출기(21)에서 검출한 출력전류(Id)가 감산기(22)에 의해 편차신호를 생성한다.
그 편차신호를 히스테리시스를 지닌 비교기(23)에 입력한다.
비교기(23)의 출력신호로 스위칭 소자(5)를 온(on) 또는 오프(off)시킨다.
이로서 출력전압(VI)은 일정하게 제어되는 동시에 출력전류(Id)는 전술한 맥류 파형으로 제어되어 장치의 역률은 거의 1로 유지된다.
전술한 종래의 장치에 있어서는 입력전압(VI)의 파형을 검출하는데 있어 트랜스를 사용했었다.
그러므로 트랜스를 설치하기 위한 많은 스페이스가 필요하여 장치 전체가 대형화되고 또한 코스트가 높아진다는 문제점이 있었다.
본 고안의 목적은 장치전체를 소형이며 저렴하게 제공할 수 있는 교직 변환장치를 제공하는데 있다.
본 고안은 입력교류 전원의 전압 파형을 파형 검출회로에서 검출하여 검출한 파형에 의거하여 출력전류를 제어하는 교직 변환장치에 있어서, 파형 검출회로를 입력교류 전원에 직렬로 접속시킨 한류 임피이던스, 정류회로와 포토 커플러의 발광소자. 직류 전원에 직렬로 접속된 포토 커플러의 수광소자. 및 신호 검출용 저항을 포함하여 구성된다.
파형검출 회로는 트랜스를 구비하지 않고 구성되어 있다.
그러므로 트랜스를 설치하기 위한 스페이스가 필으없으므로 소형으로 구성된다.
지금부터 제1도를 참조로 하여 본 고안의 한 실시예에 대하여 설명하기로 하겠다. 제1도에서 제6도와 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략하기로 한다.
제1도에 도시한 주회로에서 콘덴서(7)에 병렬로 스위칭 레귤레이터(24)가 접속되어 있다.
이 스위칭 레귤레이터(24)는 나중에 설명하는 정전압 제어회로(8)와 전류 추종회로(9)중 각각의 소자(연산증폭기)에 공급하는 직류전압(V+, V-)을 생성시키기 위한 것이다.
파형 검출회로(25)는 입력전압 Vi의 파형을 검출하기 위한 것으로 교류전원(1)에 전류 제한용 저항(한류 임피이던스)(30)를 통하여 접속된 전파 정류기(31)를 구비한다.
이 전파 정류기(31)의 다음 단계에는 포토 커플러(32)의 발광 다이오우드(33)가 접속되어 있다.
포토 커플러(32)의 포토 트렌지스터(34) 한쪽끝이 전원(35)에 접속되는 동시에 포토 트랜지스터(34)의 다른쪽끝이 저항(36)을 통하여 접지되어 있다.
이로써 발광 다이오우드(33)에는 입력전압(Vi)의 전파정류 파형에 따른 전류가 흐르고 그 전류는 일정한 변화효율로 포토 트렌지스터(34)와 저항(36)을 흐르는 전류로 변환된다.
변환된 전류의 변화가 저항(36)의 한쪽끝에서 전압으로 검출되어 나중에 설명할 포토 cds 커플러(42)의 cds(44)에 부여된다.
즉 cds(44)에는 입력전압(Vi)의 전파정류 파형에 따른 신호가 부여된다.
한편 주회로에서 검출된 출력전압(VI)은 저항(39)(40)에서 분압되어 비교증폭기(41)의 한쪽 입력단자에 가해진다.
이 비교증폭기(41)의 다른쪽 입력단자에는 제너 다이오우드(42)로 설정된 출력전압 기준(VL *)이 입력된다.
이로써 비교증폭기(41)로 부터는 전술한 두 입력의 편차신호(Ve)가 출력된다.
이 편차신호(Ve)는 포토 cds커플러(42)의 발광 다이오우드(43)에 가해진다.
이 발광 다이오우드(43)로부터의 발광 신호가 cds(44)로 수신된다.
그리고 이 cds(44)에는 앞에서 설명한 바와같이 입력전압(Vi)의 전파정류형에 따른 신호가 부여되어 있다.
그러므로 이 cds(44)와 다음 단계의 증폭기(51)에서는 입력전압(Vi)에 편차신호(Ve)가 승산되어 입력전압(Vi)의 전파정류 파형을 지닌 출력전류 기준 (Id *)이 형성된다.
이어서 이 출력전류 기준 (Id *)은 다음 단계의 전류추종 회로(9)에 입력된다.
그 출력전류 기준(Id *)은 증폭율이 다른 한쌍의 증폭기(52)(53)에 부여된다.
이들 한쌍의 증폭기(52)(53)로부터의 출력신호는 각각 1쌍의 비교기(54)(55)의 한쪽 입력단자에 부여된다. 이들 한쌍의 비교기(54)(55)의 다른쪽 입력단자에는 주회로의 전류 검출기(21)에서 검출한 검출신호가 부여된다.
즉 주회로에 흐르는 출력전류(Id)는 저항으로 구성된 전류검출기(21)로 검출된다.
그리고 검출된 신호는 전류 추종회로(9)의 증폭기(56)에서 증폭된후 한쌍의 비교기(54)(55)의 다른쪽 입력단자에 부여된다. 이들 한쌍의 비교기(54)(55)로부터 각각 2개의 입력신호에 의거하여 편차 신호가 나오고 이들 한쌍의 편차신호가 다음 단계의 플립플롭 회로(57)에 입력된다.
이 플립플롭 회로로 부터의 출력신호에 의하여 주회로의 스위칭소자(5)가 온 또는 오프된다.
그리고 이 전류 추종회로(9)의 기능은 제6도에 나타낸 바와같이 출력전류기준 (Id *)과 출력전류(Id)의 편차신호를 히스테리시스를 지닌 비교기에 입력하여 이 비교기의 출력으로 스위칭 소자(5)를 온 또는 오프 시키는 것과 마찬가지이다.
제2도는 스위칭 소자(5)의 온 또는 오프로 제어되는 출력전류(Id)를 나타낸다.
이 출력전류(Id)는 도면에서 알 수 있는 바와같이 출력전류(Id *) 파형을 중심으로 하여 증폭기(52)(53)의 출력 레벨의 차이에 따라 정해지는 일정 범위내를 진동하는 파형이 된다.
이로써 주회로의 입력전원(I)은 입력전압(Ii)과 비슷한 교류 파형이 된다.
또한 종래에는 제6도에서의 트렌스(12)를 다른 회로의 전원과 병용하기도 했었다. 이 경우에는 입력전압으로 부터의 검출파형에 굴곡이 생기기도 했다.
그러나 본 실시예에서는 트랜스를 통하지 않고 전술한 입력전압의 파형을 검출하도록 했으므로 당연히 트랜스가 다른 회로의 전원과 병용되지 않으므로 전술한 검출 파형에 트랜스를 겸용하므로써 생기는 굴곡이 발생할 우려가 없다.
제3도는 제1도에 도시한 파형 검출회로(25)의 다른 구성예를 나타낸 것이다.
제3도에 나타낸 파형 검출회로(26)는 포토 커플러(32)의 변환효율이 비직선성이기 때문에 생기는 검출신호파형의 굴곡을 개선하기 위한 것이다.
즉 포토 커플러의 변환효율 "n"은 제4도에 나타낸 바와같이 비직선적인 특성이 있다.
이 특성으로 인하여 제1도에 나타낸 파형 검출회로(25)와 같이 하나의 포토 커플러(32)를 이용한 경우에는 저항(36)으로 얻어지는 출력신호가 굴곡되는 것을 막을수 없다.
이것을 막기 위하여 제3도의 파형검출회로(26)에서는 특성이 동일한 두개의 포토 커플러(32)(62)를 이용하므로서 파형의 개선을 꾀하고 있다.
즉, 제3도에서 제1포토커플러(32)의 포토 트랜지스터(34)에 직렬로 제2 포토 커플러(62)의 발광 다이오우드(63)를 접속시키고 있다.
제2 포토 커플러(62)의 포토 트랜지스터(64)를 제1포토커플러(32)의 발광 다이오우드(33)에 병렬로 접속시키고 있다.
또한 제1 발광 마이오우드(33)에 직렬로 접속된 저항(65)은 발진방지용이다.
그밖의, 제1도의 직류 전원회로(25)에 있어서의 부재와 동등한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략하기로 한다.
전술한 구성의 파형 검출회로(26)에서는 입력전압(Ii)의 파형에 따른 전류가 저항(65)과 제1발광 다이오우드(33) 에 흐른다.
제1발광 다이오우드(33)에 흐르는 전류가 교환효율(n)로 제1 포토 트랜지스터(34), 제2 발광 다이오우드(63)그리고 저항(36)에 흐르는 전류로 변환된다.
제2 방광 다이오우드(63)에 흐르는 전류는 변환효율(n)로 제2 포토 트랜지스터(64)에 흐르는 전류로 변환되어 제1 발광 다이오우드(33)를 흐르는 저류가 가감 제어된다.
그후는 전술한 바와 마찬가지로 루우프 형상으로 제어된다.
그리고 교류전원 전압의 입상(rising edge) 초기에 있어서 정류회로(3l)의 출력은 작고 제1포토 커플러(32)의 출력도 작다.
이상태에서는 제1 포토 트랜지스터(34)의 출력전류가 작아서 제2 발광 다이오우드(63)의 출력도 작게되며, 제1 포토 트랜지스터(64)의 도통률이 낮게 억제되어 정류회로(31)의 출력은 거의 제1 발광 다이오우드(33)에 의존하여 제1 포토 커플러(32)의 출력은 제2 포토 커플러(62)에 의한 제한을 거의 받지않고 입상한다.
따라서 교류전원 전압이 크게됨에 따라 정류회로(31)의 출력이 증가하고 제1포토 커플러(32)의 발광다이오우드(33)에 흐르는 전류도 증가하기 때문에 제2 포토 트랜지스터(64)의 도통률이 상승하여 정류회로(31)의 출력중 제2 포토 트랜지스터(64)에 할당되는 비율이 증가하여 제1 발광 다이오우드(33)에 흐르는 전류의 증가비율이 저하 한다.
따라서 제1 포토 트랜지스터(34)의 출력의 증가비율이 감소하여 교류전원 전압의 피크부분에서는 제2 포토커플러(62)에 의해 제1 포토 커플러(32)의 출력은 낮게 억제된다.
또한 교류 전원 전압의 입하(falling edge)에서는 다시 제1 포토 트랜지스터(34)의 출력전류가 작게되기 때문에 제2 발광 다이오우드(63) 출력이 작아지고, 제2포토 트랜지스터(64)의 도통률이 저하되어 전파정류기(31)의 출력은 거의 제1발광 다이오우드(33)로 흐르게 되며, 제1포토 커플러(32)의 출력은 제2포토 커플러(62)에 의한 제한을 거의 받지않고 입하된다.
따라서 본 구성에 따른 제1 포토 커플러(32)의 출력에 있어서, 교류 전원전압의 값이 작은 상태에서는 제한을 작게하고 교류전원전압의 값이 커짐에 따라 제한을 크게하도록 제2 포토 커플러(62)에서 부귀환(negative feedback)이 걸리기 때문에 교류전원 전압의 입상 및 입하부분에서의 제1포토 커플러(32)의 출력저하 및 교류전류전압의 피크부분에서의 제l 포토 커플러(32)의 출력상승에 의한 파형 왜곡을 제거하여 정현파에 가까운 출력을 얻을 수 있게 된다.
여기서 두개의 포토 커플러(32)(65)로서 특성이 동일한 것을 이용했으므로 저항(36)의 한쪽끝에서 얻어지는 신호의 파형은 제5도에 실선으로 나타낸 것에서 파선으로 나타낸 바와같이 입력전압(li)의 파형과 보다 근접한 정현파 형상의 것으로 개선된다.
본 고안에 의하면 입력전압의 파형을 검출하는 파형검출 회로를 트랜스를 사용하지 않고 구성하도록 했으므로 장치전체가 소형이며 가격이 저렴한 것을 제공할 수 있다.

Claims (1)

  1. 교류전원의 교류파형을 정류회로로 정류하여 직류로 변환하는 주회로, 입력교류 전원의 전압파형을 검출하는 파형검출회로(26) 및 파형검출회로(26)로 검출한 교류전원의 전압파형에 의거하여 상기 주회로의 출력전류를 제어하여 교류전원으로부터 주회로로의 입력전류의 파형을 제어하는 역률 개선회로를 구비한 교직변환 장치에 있어서, 파형검출회로(26)가 전파정류회로(31), 신호검출용 저항(36), 제1 및 제2 포토 커플러를 구비하며, 제1포토 커플러(32)의 발광소자(33)과 제2포토 커플러(62)의 수광소자(34)의 병렬회로가 정류회로(31)에 접속되고, 제1 포토 커플러(32)의 수광소자(34)와 제2 포토 커플러(62)의 발광소자(63) 그리고 상기 신호검출용 저항(36)이 직렬로 접속된 것을 특징으로 하는 교직 변환장치.
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