KR910003789B1 - 전원장치 - Google Patents

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KR910003789B1 KR1019870014298A KR870014298A KR910003789B1 KR 910003789 B1 KR910003789 B1 KR 910003789B1 KR 1019870014298 A KR1019870014298 A KR 1019870014298A KR 870014298 A KR870014298 A KR 870014298A KR 910003789 B1 KR910003789 B1 KR 910003789B1
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요오이찌 후지타니
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산켄 덴끼 가부시끼가이샤
고다니 고오이찌
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Abstract

내용 없음.

Description

전원장치
제 1 도는 본 발명의 실시예에 관한 전원장치를 보여주는 회로도.
제 2 도는 제 1 도의 각 부의 전압을 보여주는 파형도.
제 3 도는 제 1 도의 입력 전류의 파형도.
제 4 도는 제 1 도의 필터회로 후단의 전류를 보여주는 파형도.
제 5 도는 제 1 도의 제어신호형성회로를 상세하게 보여주는 블록도.
제 6 도는 제 5 도 각 부의 전압파형도.
제 7 도는 변형예인 전원장치의 일부를 보여주는 회로도.
제 8 도는 다른 변형예인 전원장치의 일부를 보여주는 회로도.
제 9 도는 서로 다른 변형예인 전원장치의 일부를 보여주는 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,2 : 전원단자 3,7 : 리액터
5 : 필터회로 12 : 정류회로
13,14 : 직류라인 15 : 인버터스위치회로
16 : 출력트랜스 23 : 출력정류회로
25,26 : 직류출력단자 27,27a : 전류검출기
28 : 입력전압검출회로 31 : 출력전압검출회로
34 : 제 1 의 전파정류회로 35 : 제 1 의 오차증폭기
36 : 제 2 의 전파정류회로 37 : 계수회로(승산기)
38 : 제 2 의 오차증폭기 39 : 기준전압원
40 : 전압비교기 41 : 톱니파 발생회로
42 : 스위치제어신호형성회로 43:로우패스필터
50 : 구형파발생회로 51: NOT회로
52 : 트리거펄스발생회로 53: 트리거형플립플롭
100,100a : 인버터회로 101: 제어회로
i1,i2 : 전류
본 발명은 주파수변환 또는 전기적 절연을 도모하기 위한 인버터를 포함하는 전원장치에 관한 것이다.
인버터의 직류전원은 일반적으로 정류회로로 구성되어 있다. 이 정류회로를 상용 교류전원으로 접속하였을 경우, 입력전압은 정현파이지만, 입력전류는 반드시 정현파로 되지 않고 또한 역율이 1로 되지는 않는다.
정류회로의 입력전류파형을 정현파에 근사하도록 만들고 또한 역율을 1에 가깝도록 만들기 위하여, 정류회로의 입력 또는 출력전원라인에 리엑터를 접속하고, 이 리액터보다 후단에서 전원라인 사이를 스위치로 검출회로(28)가 접속되어 있다. 이 입력전압검출회로(28)는 트랜스 1차권선(29)와 2차권선(30)으로 이루어진다. 물론 , 전압검출회로(28)는 분압저항으로 구성하여도 무방하다. 인버터회로(100)의 출력교류전압에 대응하는 직류출력전압을 검출하기 위하여 직류출력단자(25)(26)에 출력전압검출회로(31)가 접속되어 있다. 이 출력전압검출회로(31)는 분압저항(32),(33)으로 이루어진다.
전류검출기(27)는 제 1 의 전파정류회로(34)를 통하여 제 1 의 오차증폭기(35)의 한쪽 입력단자(반전입력단자)에 접속된다. 입력전압검출회로(28)의 출력 라인은 제 2 의 전파정류회로(36)와 계수회로, 즉 승산기(37)를 통하여 제 1 의 오차증폭기(35)의 다른 입력단자(비반전입력단자)에 접속된다. 제 1 의 오차증폭기(35)는 리플성분을 포함하는 전류 i2와 정현파전압과의 차에 대응한 출력을 발생한다.
출력전압을 일정하게 유지하도록 인버터스위치회로(15)를 제어하기 위하여, 출력전압검출회로(31)의 출력라인이 제 2 의 오차증폭기(38)의 하나의 입력단자(반전입력)로 접속되고, 이 오차증폭기(38)의 다른 입력단자(반전입력)에 기준전압원(39)이 접속되어 있다. 이 제 2 의 오차증폭기(38)는 검출전압과 기준전압과의 차에 대응한 출력전압을 발생하고, 승산기 (37)로 보낸다. 승산기(37)는 제 2 의 전파정류회로(36)로부터 주어지게 되는 기준정현파 파형의 진폭에 제 2 의 오차증폭기(38)의 출력을 곱한 값을 제 1 의 오차증폭기(35)의 비반전입력단자로 보낸다.
전압비교기(40)의 한쪽 입력단자(반전입력)는 로우패스필터(43)을 통하여 제 1 의 오차증폭기(35)의 출력단자로 접속되고, 다른 입력단자(비반전입력)는 톱니파발생회로(41)로 접속되어 있다. 이 비교기(40)는 양입력의 비교출력을 2값 형식으로 출력한다.
비교기(40)의 출력단자에 접속된 스위치제어 신호형성회로(42)는, 비교기(40)의 출력에 기인하여 스위치 Q1-Q2의 제어신호를 형성한다. 이 제어신호형성회로(42)의 출력라인은 도시하지 않았지만 각 스위치 Q1-Q4의 제어단자(게이트)에 접속되어 있다. 제어신호 형성회로(42)는 제 5 도에서와 같이 구형파발생회로(50), NOT회로(51), 트리거펄스발생회로(52) 및 트리거 T-플립플롭(53)으로 형성된다. 구형파발생회로(50)는 제 2 도(b)에서 보여 주는 제 1 의 스위치 Q1을 온, 오프 제어하기 위한 고정의 구형파펄스를 발생한다. NOT회로(51)는 구형파 발생회로(50)에 접속되고, 제 2 도 (c)에서 보여주는제3의 스위치 Q3을 제어하는 구형파를 발생한다. 구형파발생회로(50)는 톱니파발생회로(41)에도 접속되어 있다. 이 톱니파발생회로(41)는 제 2 도(b)의 구형파 발생회로 (50)의 출력파형으로 동기하여 제 2 도(a)에서 보여주는 톱니파 A2를 발생한다. 즉, 제 2 도(b)의 펄스의 앞 가장자리와 뒷쪽가장자리와에 응답하여 이 톱니파 발생회로(41)는 톱니파A2를 발생한다.
비교기(40)는 제 2 도(a)에서 보여주는 신호 A1과 톱니파 A2의 비교에 기인하여 제 6 도(a)에서 보여주는 비교출력을 발생한다. 비교기(40)에 접속된 트리거펄스 발생회로(52)는 제 6 도(a)에서 보여주는 비교출력 펄스의 앞가장자리에 응답해서 제 6 도(b)의 트리거펄스를 발생한다.
트리거형플립플롭(53)의 트리거 입력단자 T에 트리거펄스발생회로(52)로부터 제 6 도(b)의 트리거펄스가 입력할때마다 출력단자 Q,
Figure kpo00001
의 상태가 변화하고, 제 6 도(c)에서 보여주는 스위치 제어신호를 Q출력단자로부터 제 2 의 스위치Q2에 전달하고, 제 6 도(d)에서 보여주는 스위치제어신호를
Figure kpo00002
출력단자로부터 제 4 의 스위치 Q4에 전달한다.
제 1 도의 회로의 각부의 정수는 다음과 같다. 리액터(3) 및 (7) 의 인덕턴스치는 같이 100μH이고, 콘덴서(4)의 정전용량치는 10μF이며, 톱니파발생회로(41)로부터 발생하는 제 2 도(a)의 톱니파 A2의 주파수는 100KHz이다.
다음에 제 1 도의 회로의 동작을 설명한다.
제 1 도의 회에서는, 정류회로(12)의 출력(13),(14) 사이에 50Hz의 교류전원 전압의 전파정류파형을 묘사하기 위한 콘덴서는 접속되지 않고 있다. 따라서, 인버터스위치회로(15)에는 입력단자(1),(2)의 교류전원전압과 리액터(3) 및 (7)에 축적된 에너지에 기인하는 전압과의 화를 정류회로(12)에서 전파정류한 전압이 인가된다.
인버터스위치회로(15)의 스위치 Q1-Q4가 온, 오프 제어되면, 정류회로(12)의 입력측 및 출력측의 전류도이에 추종하여 변화한다.
인버터 스위치회로(15)의 스위치 Q1-Q4의 온, 오프주파수는 50KHz이며, 입력단자(1),(2)의 전원 주파수(50Hz) 보다도 충분히 높으므로, 제 1 도의 리엑터(7)를 흐르는전류 (i2)는 스위치Q1-Q4의 온,오프제어에 대응하여 제 4 도에서와 같이 높은 주파수의 리플을 포함한 근사정현파로 된다. 그러나 , 콘덴서(4)를 가지고 있으므로 고주파성분이 제거되고, 입력전류(i1)은 제 3 도에서와 같이 리플을 포함하지 않은 근사정현파로 된다.
제 1 도의 회로를 동작시킬 경우에는, 톱니파발생회로(41)로부터 제 2 도(a)에서 보여주는 톱니파 2와 , 제 2 도(b)의 제 1 의 스위치 Q1의 제어신호와, 제 2 도(c)의 제 3 의 스위치Q3의 제어신호르 서로 동기시켜서 고정적으로 발생시킨다. 그리고, 제 2 도(b),(c)의 제 1 및 제 3 의 스위치 Q1, Q3의 제어신호에 대하여 180°보다도 큰 위상차를 갖는 제 2 도(d),(e)의 제어신호를 형성하고, 이것들을 제 2 및 제 4 의 스위치Q2, Q4에 가한다.
제 2 도(d),(e)의 제어신호는 제 1 의 오차증폭기(35) 및 비교기(40)에 기인하여 형성된다. 오차증폭기(35)의 한 입력단자에 제 2 도(f)에서 보여주는 리플을 포함하는 전류 검출신호 F1을 입력하고, 다른 입력단자에 승산기 (37)로부터 제 2 도(f)에서 보여주는 기준정현파 F2가 입력되면 오차증폭기 (35)의 출력단자에 접속된 로우패스필터(43)의 출력단에 입력전류(i2)의 정보와 출력전압의 정보를 포함한 신호 A1이 얻어진다. 제 2 도(a)에서와 같이 신호 A1과 톱니파발생회로(41)로부터 얻어지는 제 2 도(a)의 톱니파 A2가 비교기(40)에서 비교되면, 신호 A1을 톱니파 A2가 횡단할때 마다 비교기(40)의 출력이 전환된다.
즉 신호 A1보다도 톱니파 A2가 높아지는 t1-t2, t3-t4 등의 기간에 비교기(40)의 출력이 고레벨로 되며, 제 6 도(a)의 파형이 얻어진다. 제어신호형성회로(42)는비교기(40)의 출력에 기인하여 제 5 도 및 제 6 도에서 설명한 바와같이 제 2 도(d),(e)에서 나타내는 제 2 및 제 4 의 스위치 Q2, Q4의 제어신호를 형성한다. 즉 t1에서 비교기(40)의 출력이 반전하는 것에 응답하여 제 2 의 스위치 Q2의 제어신호를 저레벨로 되돌려 놓고, 역으로 제 4 의 스위치 Q4의 제어신호를 고레벨로 반전시킨다. t3시점에서 다시 비교기(40)의 출력이 고레벨로 전환했을때에 제 2 의 스위치 Q2의 제어신호를 고레벨로 전환시키고, 제 4 의 스위치 Q4의 제어신호를 저레벨로 전환시킨다. 톱니파 A2가 신호 A1의 레벨을 높은쪽으로부터 낮은 방향으로 향하여 횡단하는 t2,t4 등의 시점은 제 2 및 제 4 의 스위치 Q2,Q4의 제어신호와는 관계가 없다.
t0-t1, t4-t5기간에는 제 1 및 제 2 스위치 Q1,Q2가 함께 온 상태로 되므로, 직류라인(13),(14) 사이가 이 스위치 Q1,Q2에서 단락된다. 이결과, 리엑터(7)를 통하여 흘러들어가는 전류(i2)가 제 2 도의 t0-t1에서와 같이 증대한다. t1-t2기간으로 되면, 제 2 의 스위치 Q2가 오프로 되기 때문에 단락이 해제되고, 제 1 의 스위치 Q1과 출력트랜스(16)의 1차권선(17) 과 제 4 의 트렌지스터 Q4로 이루어지는 회로가 형성되므로, 전류(i2)는 감소한다. 더욱이, 이때 교류전원전압과 리엑터(3) 및 (7)의 전압의 합계가 정류회로(12)로 입력한다. 따라서, 인버터회로(100)의 입력전압은 교류전원전압을 정류한 전압보다도 리액터의 전압분만큼 높아지게 된다.
t2-t3에서 제 3 의 스위치 Q3와 제 4 의 스위치 Q4가 동시에 온 상태로 되면 재차 단락회로가 형성되고, 전류(i2)는 다시 증대한다. 그러나, t3에서 제 4 의 스위치 Q4가 오프로되면, 제 3 의 스위치 Q3와 1차권선(17)과 제 2 의 스위치 Q2로 이루어지는 회로가 형성되고, 다시 전류(i2)는 감소한다. 교류전원전압은 정현파에서 변화하고, 이것을 기준으로하여 오차증폭기(35)로 보내지게되므로, 전류(i2)도 정현파전압에 따라 변화한다. 인버터스위치회로(15)가 출력전압을 발생하지 않는 t0-t1, t2-t3, t4-t5 등의 기간일지라도, 스위치 Q1-Q4에서 단락회로가 형성되어 있으므로, 리엑터(3) 및 (7)을 통하여 전류가 흐른다. 이 때문에 입력전류(i2)의 진폭이 제어되고, 이 파형을 정현파와 거의 흡사하게 할 수가 있다. 제 1 의 오차증폭기(35)로 검출전류(i2)와 비교하기 위한 기준정현파가 전류단자(1),(2)의 전압에 기인하여 형성되어 있으므로 입력전압과 입력전류를 동상으로 하여 역률을 1로 할 수도 있다.
직류출력전압검출회로(31)의 검출치가 변화하면, 제 2 의 오차증폭기(38)의 출력레벨이 변화하고, 승산기(37)의 출력레벨, 즉 기준정현파의 진폭이 변화하고, 제 1 의 오차증폭기(35)의 출력레벨도 변화하고, 단락 시간폭 α 즉 인버터의 출력전압폭이 변화하여 전압이 조정된다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 다음과 같은 변형이 가능한 것이다. (가) 제 7 도에서와 같이, 정류회로(12)의 출력쪽으로 리엑터(7)을 이동시켜도 무방하다. 즉, 고주파성분제거필터(5)를 리액터(3)와 콘덴서(4)로 이루어지는 제 1 의 부분(5a)과, 리엑터(7)로 이루어지는 제 2 의 부분(5b)으로 분할해도 무방하다.
(나) 제 8 도에서와 같이, 2개의 리엑터(3),(7)과 콘덴서(4)로 이루어지는 필터(5)의 전부를 정류회로(12)의 출력라인 (13),(14)으로 접속하여도 무방하다. 이 경우에는 제 1 도의 전류검출기(27) 대신에 직류를 검출할 수 있는 직류전류검출기(27a)를 콘덴서(4)와 인버터회로(100)사이에 결합시킨다.
또한 , 제 8 도의 경우에는 전류검출기(27a)의 출력이 이미 정류회로(12)에서 전파정류된 것으로 되어 있으므로, 제 1 도의 제 1 의 전파정류회로(34)를 생략하여 전류검출기(27a)의 출력을 오차증폭기(35)로 접속한다.
더욱이, 제 1 도 및 제 7 도의 회로에서도 전류검출기(27) 대신에 정류회로(12)의 출력쪽에 제 8 도와 똑같은 전류검출기 (27a)를 접속하여도 좋다.
(다) 제 9 도에서와 같이, 한쌍의 스위치 Q1,Q2를 트랜스(16)의 1차권선(17)의 양단과 정류회로(12)의 출력라인(14)사이에 접속하고, 1차권선의 센터텝을 정류회로(12)의 한쪽 출력라인(13)에 접속하는 병렬형 인버터회로(100a)에도 적용할 수 있다.
이 경우에도 한쌍의 트렌지스터 Q1,Q2를 서로 온, 오프함으로써 직류-교류변환이 달성되고, 한쌍의 트렌지스터 Q1,Q2를 동시에 온으로 해둠으로써 입력전류의 파형제어가 달성된다.
(라)교류전원단자(1),(2) 대신에 3상 교류전원단자를 마련하고 , 정류회로(12)를 3상 전파정류회로로 해두고, 인터버스위치회로(15)를 3상 인버터회로로 해두는 경우에도 물론 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면 , 인버터회로(100)의 직류전원으로서 작용하는 정류회로(12)의 입력전류의 파형개선과 인버터의 제어 양쪽을 간단한 회로구성으로 달성할 수가 있다.

Claims (2)

  1. 교류전원단자 (1,2)와, 이 교류전원단자(1,2)에 접속된 정류회로(12)와, 직류를 교류로 변환하기 위한 다수의 스위치(Q1-Q4)를 포함하고, 정류회로(12)에 접속되어 있는 인버터(100)와, 교류전원단자(1,2)와 정류회로 (12) 사이 또는 정류회로(12)와 인버터(100) 사이의 전원라인에 직렬로 접속된 리액터 (3,7)와, 교류전원단자(1,2)를 통하여 흐르는 전류를 정현파에 근사시키도록 인버터(100)에 대향한 직류압력라인(13,14)사이를 인버터의 스위치(Q1-Q4)에 의하여 간헐적으로 단락시키는 동시에 , 인버터(100)로부터 교류출력전압이 얻어지도록 인버터의 스위치(Q1-Q4)를 제어하는 회로(101)로 이루어진 전원장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어회로(101)가 스위치제어신호형성회로(42)와, 출력전압검출회로(31)와, 제 1 전파정류회로(34)와, 제 2 전파정류회로(36)와, 승산기(37)와, 오차증폭기(35,38)와, 로우패스필터(43)와, 전압비교기(40)와 톱니파발생회로(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
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