KR920000483B1 - 단상주파수 변환회로 - Google Patents

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내용 없음.

Description

단상주파수 변환회로

제1도는 본 발명의 실시예를 표시한 요부전자 회로도.

제2도는 영 크로스 출력의 설명도.

제3도는 제13도에 표시된 회로를 사용하여 60HZ의 출력을 얻을때의 설명도.

제4도는 다른 주파수의 출력을 얻을 때의 설명도.

제5도는 1사이클의 출력파형의 확대설명도.

제6도는 모우드 마다의 포토커플러의 온/오프 상태를 표시한 설명도.

제7도, 제8도는 제1도에 표시한 제어부의 주요 동작을 표시한 동작설명도.

제9도는 출력주파수의 정수와 데이터를 표시한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 10 : 사이리스터 소자 2, 14 : 트랜지스터

19 : 단상부하

본 발명은 주파수 변환회로에 있어서, 특히 단상출력회로에 관한 것이다. 일반적으로 종래의 주파수 변환회로로서는, 일본국 특공소 62-42472호 공보에 기재되어 있었다. 이 공보에 기재된 것은, 맥류의 통전 방향을 전환시키는 회로의 스위칭 소자를 모두 사이리스터소자(thyristor elements)로 구성한 것이며, 사이리스터 소자의 점호 타이밍(ignition timing)을 제어하여 원하는 주파수를 얻는 것이었다.

이와 같은 종래의 기술에서는 사이리스터 소자의 온/오프 특성을 이용하고 있으므로, 인가되는 맥류의 영크로스(Zero Cross)시에 자동적으로 오프 상태로 되는 특성을 가지고 있었다.

따라서, 부하에의 통전 방향의 전환은 이 영크로스점으로 행하여지는 것이 일반적인 것으로, 이 주파수 변환회로에서 출력되는 교류의 주파수는 이용되는 교류 전원의 주파수의 정수 분의 1로 되는 것이고, 주파수 가변시의 연속성이 나쁘며, 부하에 이상 진동이 발생하거나, 부하가 록(lock)상태로 되어 버리는 문제점이 있었다.

또, 주파수 변환회로를 트랜지스터 소자등으로 구성한 경우는 임의의 주파수 출력이 가능하게 되는바, 각각의 트랜지스터 소자 마다에, 온/오프의 제어회로 및 제어용의 독립 전원이 필요하게 되며, 회로의 대형화 및 복잡화를 방지할 수 없는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점에 감안하여 본 발명은 간단한 회로구성으로 임의의 주파수 출력을 가능하게 하는 주파수 변환회로를 제공하는 것이다. 본 발명은 교류를 정류한 후의 맥류가 인가되고, 이 맥류의 단상부하로의 통전 방향을 전환하도록된 단상주파수 변환회로에 있어서, 사이리스터 소자의 캐소우드단자를 트랜지스터의 콜렉터 단자에 접속한 직렬회로를 병렬로 2회로 접속하고, 각각의 직렬회로의 캐소우드단자와 콜렉터 단자와의 접속점 사이에 단상부하를 접속하는 것이다.

이와 같이 구성된 주파수 변환회로에서는, 이용하는 교류의 반사이클분의 스위칭을 사이리스터로 행하고, 이 반사이클내에서의 온/오프를 트랜지스터로 제어함으로서, 이 반사이클 내를 다시 분할하여 교류주파수의 분주비를 정(+)의 실수로 설정할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다. 제1도는, 요부전회로도이다. 도면중(1)은 사이리스터 소자이며, 캐소우드 단자를 트랜지스터(2)의 콜렉터 단자에 접속하여 있다. 사이리스터소자(1)의 게이트 단자에는 포토커플러(3)을 가지는 점호회로(ignition circuit)가 구비되어 있다. 또한, (4), (5)는 사이리스터소자(1) 및 포토커플러(3)의 자기바이어스 저항이다. 트랜지스터(2)의 베이스 단자에는 드라이브용(driving)의 트랜지스터(6) 및 포토커플러(7)로 되는 바이어스 회로가 구비되어 있다. 또는, (8), (9)는 각각 베이스 저항이다. (10)은 사이리스터소자이고, 사이리스터소자(1)과 동일한 점호회로를 가지고 있다.

즉, (11)은 포터커플러이며, (12), (13)은 자기바이어스 저항이다. (14)는 트랜지스터이며, 트랜지스터(2)와 동일한 바이어스회로를 가지고 있다. 즉, (15)는 드라이브용 트랜지스터이며, (16)은 포토커플러이고, (17), (18)은 베이스 저항이다. 이들의 사이리스터소자(1), (10) 및 트랜지스터(2), (14)는 포토커플러(3), (11), (6), (15)가 온 상태인때 온 상태로 된다. (19)는 단상부하, 예로 단상 모우터 등이며, 일단을 사이리스터소자(1)의 캐소우드 단자와 트랜지스터(2)의 콜렉터 단자와의 접속점에 접속하고 타단을 사이리스터(10)의 캐소우드 단자와 트랜지스터(14)의 콜렉터 단자와의 접속 점에 접속하여 있다. (20)은 정전압 회로이며, +Vcc의 전압을 출력하고, 이 전압은 트랜지스터(6), (15) 및 포토커플러(7), (16)의 전원전압으로 된다. 또한, 이 정전압 회로는 정류부, 평활부 및 안정화부를 가지고 있다. (21)은 전파정류회로이고, 정류다이오드를 4개 브리지형상으로 결선하여 있다.

이 정류회로(21)로 정류된 맥류는 사이리스터소자(1), (10)의 애노우드 단자 및 트랜지스터(2), (14)의 에미터 단자사이에 인가되어 있다. (22)는 쌍방향성 포터커플러이고, 이용하는 교류전원의 출력단자 사이에 접속되어 있다. 이 포터커플러(22)의 출력은 발광부에 사용하는 발광 다이오우드의 동작 전압을 고려하면, 제2b도와 같이된다. (또한, (a)는 이용하는 교류전원의 출력파형이다)이 출력파형을 인버터소자(23)으로 반전시킨 출력 (c)로 표시한 파형)이 제어부(마이컴 등)(24)에 공급된다.

이 출력은 이용하는 교류전원의 영 크로스 출력에 해당된다. 제어부(24)는 단자 F에서 입력하는 주파수 신호에 의하여 부하(19)에 공급하는 전력의 주파수를 제어하는 것이며, 구체적으로는 포터커플러(3), (7), (11), (16)의 발광부의 점등을 버퍼(buffer)(25)에 의하여 행하는 출력주파수를 정한다. 이하, 본 발명에 의한 주파수 변환의 구체적인 예를 설명한다. 단, 이용하는 교류전원의 주파수를 60HZ, 출력하는 주파수를 60HZ, 40HZ, 30HZ, 24HZ, 20HZ의 5단계로 설정하여, 이하의 설명을 한다. 제3도는 60HZ의 출력을 얻을 때의 설명도이다. 도면중 (d)는 전파 정류회로(21)의 맥류출력을 표시하고, (e)는 교류전원의 영 크로스 출력을 표시하며, (f)는 60HZ의 출력을 얻기위한 포터커플러(A)3, (B)7, (C)11, (D)16의 온 출력을 표시하며, (g)는 부하(19)에 인가되는 전압을 표시하고 있다. 이 (g)의 실선화설표 및 점선화살표는 각각 제1도에 표시한 부하(19)의 실선화살표 및 점선화살표의 방향에 전류가 흐르도록 인가하는 전압의 방향을 표시하고 있다. 즉, 제3도에 표시한 화살표의 방향에 전압이 인가된 때에 제1도에 표시한 화살표의 방향으로 전류가 흐른다.

따라서, 60HZ의 출력을 얻을 때에는 (e)에 표시한 영 크로스 출력에 맞추어서 전류의 통전 방향을 변경하면 좋다. 이때, 부하에는 교류전원의 정격 전압과 동일한 전압이 인가된다. 제3도중의 (h), (i)는 출력주파수가 60HZ로 인가하는 평균전압을 변경할때이며, 영 크로스때(시각 t0),에서 T1, 시간후(시각 t1)에 전압의 인가를 차단하고, 또한 T0시간후(시각 t2)에서 전압의 인가를 복귀시키는 것이다. 이와 같은 전압파형을 인가하기 위하여는 예로 포토커플러(C)(사이리스터소자(11))을 온 상태로 한 대로, 포터커플러(B)(트랜지스터 2)의 온/오프를 시각 t0, t1, t2, t3에 맞추어서 제어하면 좋다. 시간 T1 + T0 + T2는 60HZ의 반사이클분의 시간이며, T1와 T2와의 시간은 부하(19)의 효율이나 출력들의 특성에 의하여 설정하면 좋다. 다음에 제4도는 40HZ의 출력을 얻을때의 설명도이며, 좌측에서 두 번째의 맥류의 후반의 통전방향을 점선화살표의 방향으로 한다.

즉, 출력파형의 반사이클을 1.5배하는 것에 의하여 60/1,5=40HZ의 출력주파수를 얻을 수 있다. 이때의 포토커플러(A), (B), (C), (D)의 ON 상태는 제4j도에 표시한 바와 같이 제어하면 좋다. 또한, 제3i도에 표시한 경우와 동일하게 비통전시간 T0를 설치하여 부하에 인가하는 평균전압을 부하의 효율에 맞추어서 조절하면 좋다. 제4i, m, n도는 각각 30HZ, 24HZ, 20HZ의 출력을 얻을때의 출력파형이다. 제4도에 표시한 여러 가지의 주파수 출력을 얻기 위하여는 이용하는 교류전원의 사이클 중의 파형의 조합을 변경하면 좋다.

제5도는 이 1사이클(제3i도))을 확대한 것이고, 부하에의 전류통전시간을 T1, 비통전시간을 T0(전술한 시간)로 하면 1사이클 중은 T1→T0→T1→T1→T0→T1로 분할할 수 있고, 각각의 시간에 있어서의 포토커플러의 온 상태의 조합을 I 모우드→II모우드→I모우드→III모두드→IV모우드→III모우드(각각의 모우드 상태는 제6도 참조)로 분해할 수 있다. 이 도면은 60HZ의 출력을 얻는것인바, 제4도에 표시한 다른 주파수 출력과 비교한 경우, 출력주파수가 상이하여도 시간 T1→T0→T1이 항상 반복되는 점은 동일한 것이다. 따라서, I모우드→IV모우드의 출력순번을 바꾸는 것에 의하여 상이한 주파수의 출력을 얻을 수 있다. 예로, 40HZ의 출력을 얻을 경우, 시간은 T1→T0→T1→T1→T0→T1→T1→T0→T1(1주기분)에 대하여 모우드는 I→II→I→I→II→III→III→IV→IV(1주기분)으로 된다.

제7도, 제8도는 상기와 같은 출력을 얻기위한 동작 설명도 즉, 제1도에 표시한 제어부(24)의 동작 설명도이다. 또한, 제9도는 주파수 마다의 데이터이고, T0, T1의 시간에 의하여 부하에 인가되는 평균전압이 정하여지며, m는 1주기의 종료를 표시한 영 크로스 출력의 카운트 수이고, n은 반주기중의 모우드의 카운트수이다. 즉, n은 소정의 카운트수에 된때에 부하로의 통전방향을 실선화살표의 방향에서 점선화살표의 방향에 전환하고, m이 소정의 카운트수에 된때에 통전 방향을 점선화살표 방향에서 실선화살표의 방향에 전환하는 것이다. 이와 같은 영 크로스 출력의 카운트수로 1주기의 종료를 검지함으로 주파수의 전환은 항상 영 크로스 출력에 맞추어서 행할 수 있다. 먼저, 스텝 S1으로 기동처리와 정수설정을 행한다.

(F-1, M=0, N=0)

스텝 S2로 단자 F에 부여되는 주파 신호를 입력하고, 이 주파수에 의한 데이터(Fm, m, T0, T1)FM 제9도의 테이블에서 이해한다. 다음에 스텝 S3으로 반사이클 중의 최초의 모우드 출력이 항상 영 크로스 출력과 동기하여 행하여지도록 영 크로스 출력의 유무를 판단한다.

영 크로스 출력이 있었을때는 스텝 S4로 M, N에 1을 가산하여 모우드가 다음의 모우드로 옮기는 것과, 새로운 반사이클이 시작하는 것을 설정한다. 다음에 스텝 S5로 “N

n”를 판단한다. 즉, 출력파형이 실선 화살표측 “정(플러스)출력”인가 또는 점선 화살표측 “부(마이너스)출력”인가를 판단하고, “N

n”인때는 스텝 S6을 플래그(flag)를 F=0(마이너스 출력을 표시한다)로 바꿔쓴다. 따라서, 이 플래그 F의 값에 의하여 I모우드 출력(플러스 출력)인가 Ⅲ모우드(마이너스 출력)인가가 결정되고, 또한 출력된다. 그후, 스텝 S7로 이 출력이 T1시간 유지된다. 타임업(time up)후에 스텝 S8로 N=N+1이 되며, 다음의 모우드 출력으로 옮긴다. 스텝S9로 다음의 모우드가 Ⅱ모우드(플러스 출력)인가 Ⅳ모우드(마이너스 출력)인가가 결정되고 또한 출력된다. 그후, 스텝 S10으로 이 출력이 T0시간 유지된다. 타임업 후에 스텝 S11로 N=N+1이 되어서 다음의 모우드 출력으로 옮긴다. 이때, 스텝 S12로 “N

n”인가 아닌가 즉 출력을 마이너스 출력으로 전환하는가 아닌가를 판단하고, “N

n”인때에는 “F=0”로 한다. 그후, 스텝 S13으로 I모우드 출력(플러스 출력)인가 Ⅲ모우드(마이너스 출력)인가가 결정되고, 또한 출력된다.

다음에 스텝 S14로 “M

m” 즉, 반사이클의 종료의 모우드로 1주기분의 출력이 종료되었나 아닌가를 판단하고, 1주기분의 출력이 종료된 때에는 스텝 S15로 F=1, M=0, N=0로 한후, 스텝 S2에 되돌아가고, 아닌때에는 스텝 S3에 되돌아가서 영 크로스 출력에 의한 타임업까지 스텝 S13으로 결정한 모우드의 출력을 유지한다. 또한, 상기의 실시예로는 반사이클의 개시와 출력을 유지한다. 또한, 상기의 실시예로는 반사이클의 개시와 종료의 모우드로 플러스 출력으로 되는가 마이너스 출력으로 되는가를 판단하고, 반사이클의 끝의 모우드 마다에 1주기분의 출력이 종료되었나 아닌가를 판단하고 있는바, 출력 주파수를 본 실시예의 주파수이외에 설정하는 경우는 이것에 한정되는 것이 아니다.

본 발명은 교류를 정류한 후의 맥류가 인가되고, 이 맥류의 단상부하에의 통전방향을 전환하도록 된 단상주파수 변환회로에 있어서, 사이리스터 소자에 캐소우드 단자를 트랜지스터의 콜렉터 단자에 접속한 직렬회로를 병렬로 2회로를 접속하고, 각각의 직렬 회로의 캐소우드 단자와 콜렉터 단자와의 접속점 사이에 단상부하를 접속함으로, 사이리스터 소자로 제어된 통전전류를 트랜지스터로 촙핑(CHOPPING)하여 반사이클의 출력을 복수시간 마다에 분할할 수 있다. 따라서, 사이리스터 소자를 사용하여도, 전부를 트랜지스터로 구성한 경우와 동일한 동작을 얻을 수 있고, 사이리스터 소자를 사용한 경우, 원가의 절감 및 트랜지스터에 비교하여 점호 회로용의 독립전원이 불필요하게 되어 회로의 간편화가 도모될 수 있다.

Claims (1)

1. 펄스폭변조(PWM)를 위한 고속 스위칭 트랜지스터와 기본주파수를 위한 저속 스위칭 사이리스터를 이용하는 브릿지 회로와, 상기 브릿지회로에 공급되는 입력교류전압의 주파수와는 다른 주파수를 갖는 출력 교류전압을 부하에 공급하는 변환기구(인버터)에 있어서, 상기 인버터는 입력 교류전원의 전파를 정류하며, 맥동전압의 정류된 출력을 공급하기 위한 정류회로(21)와, 콜렉터 단자로부터 에미터 단자로 전류를 온/오프 스위칭 하기 위한 상기트랜지스터가 각각 콜렉터 단자와 에미터 단자 그리고, 베이스 단자를 갖고 있는 온/오프 스위칭용 트랜지스터(2), (14)와, 애노드단자로부터 캐소모드 단자로 전류를 온/오프 스위칭하기 위한 사이리스터(1), (10)는 각각 애노드 단자와 캐소우드단자 및 게이트 단자를 가지며, 상기 트랜지스터의 스위칭 속도보다 낮은 온/오프 스위칭 속도를 가지는 사이리스터와 하나의 트랜지스터의 콜렉터 단자는 하나의 사이리스터의 캐소우드 단자에 연결되고, 하나의 트랜지스터의 에미터 단자는 상기 정류회로(21)로부터의 정류된 출력의 음극측에 연결되고, 하나의 사이리스터의 애노우드 단자는 정류회로부터의 정류된 출력의 양극측에 연결된 각각 하나의 트랜지스터와 하나의 사이리스터로 각각 구성된 복수의 브리지회로 아암과, 상기한 복수의 브리지회로 아암은 브리지 회로로부터 상호 병렬로 접속되어 있고, 상기 사이리스터가 온 상태에 있을때에 트랜지스터가 온과 오프상태 사이를 반복적으로 스위칭하고, 소요 주파수에 따라서 부하에 교류 출력전압을 공급하도록 사이리스터의 게이트 단자에 전기신호를 공급하고, 트랜지스터의 베이스단자에 전기신호를 공급하기 위한 제어수단과, 상기 브리지회로에 공급된 입력교류 전압의 각 반파주기로 영 크로스 신호를 발생시키기 위한 영 크로스 신호 발생기와, 상기한 제어수단은 시간의 기간에 따라서 상기한 영 크로스 신호와 후속의 영 크로스 신호간에 복수의 전원부로 시간의 기간동안 맥동전압을 분할하는 수단과, 소요 주파수에 따라서 상기한 각각의 복수의 전원부의 극성을 상기한 부하로 변환하는 수단과로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 단상주파수 변환회로.

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