KR930011850B1 - 위상제어회로용 다중화장치 - Google Patents

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데이톤 블루머 밀톤
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제너럴 일렉트릭 캄파니
샘슨 헬프고트
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Abstract

내용 없음.

Description

위상제어회로용 다중화장치
제1a도는 위상제어회로의 개요도.
제1b도는 제1a도의 장치에 대한 상세도.
제2도는 제1a도 및 제1b도의 회로에서 발생하는 세개의 시간-관련 신호 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 :
Figure kpo00002
궤한 게이트 제어회로수단 42 : 게이트 구동 및
Figure kpo00003
제어수단
본 발명은 전원에 의해 부하로 전달된 전기에너지의 제어에 관한 것으로, 특히, 부하와 전원에 직렬인 적어도 한개의 전력-제어 스위칭 수단과, 적어도 한개의 스위칭 수단을 적절히 활성화시키는 제어회로간에 요구되는 부품 및 상호접속의 수를 감소시키기 위한 신규한 다중화장치에 관한 것이다.
AC전원으로부터 부하에 의해 소비된 전력을 제어하기 위해 위상-제어회로를 사용하는 것이 공지되어 있다. 이와 같은 전력-제어회로의 형태는 각 전원 파형의 반사이클 동안만 전원 양단에 부하를 접속시킨다. 램프 조광기 회로내의 가변 저항과 같은 것으로 부하의 물리적 특성(개방 루프 제어회로)에 의해 영향을 받지 않는 외부적인 파라미터나 자체-보정응답(폐루프 제어회로)를 얻기 위한 부하로 부터의 궤한 정보에 응답하여 부하 접속시간 간격의 주기를 제어하는 것이 공지되어 있다. 또한, 전원 양단에 부하와 직렬인 적어도 한개의 전력-스위치 솔리드 스테이트 장치를 갖는 개방루프 또는 폐루프 부하 제어회로를 구성시키며, 순방향 위상-제어상태나 역방향 위상제어상태로 적어도 한개의 전력-스위칭 장치를 동작시키는 것이 공지되어 있다.
순방향 위상-제어상태에서, 전력-스위칭 장치는 특정 라인 전압 파형 반사이클이 시작되는 각 라인 전압 제로 교차점 후의 일정한 시간동안 비도통 상태로 존재하며, 논제로 라인-라인전압이 존재하는 라인전압 파형 반사이클 동안의 시간에서 도통상태(턴-온)로 제어되며, 차순의 라인-라인 전압체로 교차점에서 도통상태가 제거된다(턴-오프). 도통의 종단은(전력-스위칭 장치가 SCR 또는 이와 유사한 것인 경우)자체-변환작용에 의해 이루어지나, (적어도 한개의 전력-스위칭 장치가 절연게이트 트랜지스터(IGT), 바이폴라 접합 트랜지스터, 전력 MOSFET 및 이와 유사한 것과 같이 제어가능한 턴-오프장치인 경우)제어회로에 의해 제공된 턴-오프 작용이 이루어질수 있다. 역방향-위상-제어상태에서, 적어도 한개의 전력 스위칭 장치(본 출원의 양도인에게 양도되고 본원에서 참조로 인용될 현재 계류중인 미합중국 특허출원 제529,296호 내에 상세히 설명되어 있으며 청구되어 있다)는 각 라인 전압제로 교차점에서 도통상태로 제어되며, 그후의 시간간격동안 도통상태로 남아 있으며(개방루프나 폐루프 입력에 응답하여), 논제로 전압이 부하양단에 존재하는 동안 도통상태로 제거되며, 차순의 라인전압 제로 교차가 발생할때까지 비도통상태로 남아 있는다. 턴-오프 상태로 구동될 수 있는 전력-스위칭 장치만이 역방향-위상-제어회로내에 사용할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
부하 제어회로의 임의의 형태는 적어도 다음을 요구한다.
1) 라인 전압 제로 교차점의 발생을 결정하는 수단, 상기 제로 교차 수단은 라인 전압 파형의 정방향 진행제로 교차점과 부방향 진행 제로 교차점을 결정하는 한쌍의 입력신호를 필요로 한다.
2) 턴온 및/또는 턴-오프 신호를 적어도 한개의 스위칭 장치에 접속시키는 수단.
3) 회로 공통 접속부
사용자에게 큰 신뢰성과 낮은 가격을 제공하기 위해, 제어회로와 부하/스위칭 장치 조합간에 부품의 수와 상호 접속부의 수를 최소로 감소시키는 것이 바람직하다. 유사한 이유로, 집적 회로형태로 제어회로를 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 특히, 특정 부하 파라미터 크기가 초과되어 부하의 가속화된 파손이 발생하기 쉬운 경우 부하의 폐루프 제어를 제공하는 것이 바람직하며, 부하 파라미터의 궤한제어는 부하 및/또는 스위칭 장치와 스위칭 장치 제어회로 자체간에 적어도 한개의 부가적인 상호접속을 필요로한다. 또한 적어도 한개의(전형적으로 다수의)부가적인 상호접속을 필요로하는 제5자체에서 제어회로로 동작전력을 제공하는 것이 바람직하다. 다른 필요한 그리고/또는 바람직한 특성은 부하/스위칭 장치 및 스위칭 제어회로간에 상호 접속의 수를 접속시키며, 감소된 스위칭 전압 변환을(
Figure kpo00004
)이 스위칭 처리에 의해 야기된 전자적 간섭을 감소시키고 스위칭 장치 한계를 초과(스위칭 장치의 가속화된 파손 때문에)하는 것을 방지하기 위해 요구되며, 스위칭 장치 제어-도통-회로 전압 및/또는 전류의 조정은 턴-온 스위칭 장치가 포화상태에 존재하는 것을 보장하는데 필요하며, 그러므로 가속화된 파손율을 야기시키는 소비된 과도전력은 필요하지 않게 된다. 예로. 비-재생 전력 반도체의 제어된 스위칭을 계류중인 미합중국 특허출원 제499,579호에 언급되어 있으며, 전력 스위칭 반도체내의 과도한 제5비 방지는 본 출원의 양도인에게 양도되고, 본원에서 참조될 미합중국 특허출원 제499,590호에 언급되어 있다. 전력-스위칭 반도체 제어회로가 그와같은 부가적인 특징을 포함할때, 요구된 그들 사이의 상호접속의 수와 이상적인 부품의 수(저항, 캐패시터 등등)가 중요하게 된다.
부가적인 가격 및 부가적인 파손율은 전 부하 제어장치의 가격 및/또는 신뢰성을 우선적으로 결정하게 된다. 예로, 한쌍의 전력-스위칭 반도체용 짐적회로 구동수단을 갖는 폐루프 램프 제어회로는 회로를 완성시키기 위해 10개의 외부저항과 12개의 상호접속을 요할 수 있다. 스위칭 장치 제어(집적)회로에 외부적인 부품의 수를 감소시키고 제어(집적)회로와 전력-스위칭 장치 및 부하간에 상호 접속의 수를 감소시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 적어도 한개의 스위칭 장치의 도통을 제어하기 위한 제어회로를 가지며, AC전원으로 부터 부하를 통한 전류의 흐름을 제어하기 위해 부하에 접속된 적어도 한개의 전력 스위칭 장치를 상호 접속하기 위한 다중화장치는 제1,제2신호를 비교하고 상기 제1신호에 응답하여 상기 제2신호 보다 작고, 큰 제1, 제2출력상태중의 하나를 제공하는 수단과, 상기 제1신호처럼 공통의, 미리 선택된 극성을 갖는 전원 AC신호 파형의 두개의 반사이클을 제공하기 위한 전파정류수단과, 제1제어회로 수단 출력의 상태에 응답하여 제1,제2기준 레벨중의 하나로 상기 제2신호를 제공하기 위한 스위치 수단과, 다른 제어회로 수단 출력의 상태에 응답하여 알려진 인수로 제1신호를 감쇄시키기 위한 수단을 포함한다. 그러므로, 다중화 장치는 스위칭 장치의 관련된 한개의 접속된 적어도 한개의 저항 소자와 관련하여 동작하며, 상호접속 및 외부소자의 큰 수를 요구함이 없이 다수의 다른 회로 파라미터를 조정한다. 다중화장치는 또한 적어도 한개의 제어회로, 비교, 정류기, 스위치 및 감쇠수단에 동작전위를 제공하기 위한 전력 공급수단을 포함한다.
양호한 실시예에서, 정류기 수단은 제1비교기와 한쌍의 스위치 수단을 사용한다. 다수의 스위치 수단 각각은 적어도 한개의 제어-도통장치로 현실화되며, 집적 반도체 회로로 제어회로수단을 갖는 다중화장치의 집적의 완성을 용이하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 AC전원으로부터 부하저항에 공급된 적어도 한개의 에너지 파라미터를 제어하는 위상-제어회로 내의 적어도 한개의 전력-스위칭장치와 스위칭장치 제어수단간에 상호접속 및 소자의 수를 감소시키는 신규한 다중화 회로를 제공하는 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이다.
제1a도 및 제1b도에 대해, 본 발명에 따른 다중화 수단의 양호한 실시예(10)는, AC전원(16)의 제1, 제2라인단자 L1,L2간에 위치하며, 부하저항 RL을 갖는 부하(14)와 직렬로 접속된 최소한 한개의 전력 스위치 수단(12)의 도통 및 비도통의 시간 간격을 제어하기 위한 제어회로수단(11)에 접속되어 있다. 전력-스위칭수단(12)은 한쌍의 전력-스위치 장치(12a-1)(12a-2)로 이루어지는데, 각 스위칭 장치는 다이오드 및 그와 유사한 것과 같은 역방향-도통소자와 병렬인 제어-도통-회로를 가지며, 직렬 접속된 전력 스위칭 장치(12a)간의 공통접점은 회로공통 전위 접속부(12-1)에 접속되어 있다. 전력 스위칭 장치는 스위칭 제어입력(123)에서의 신호상태에 응답하여 스위칭 회로노드(12-2b)로 또는 상기 노드로부터 스위칭 회로노드(12-a)를 접속 또는 비접속시키도록 작용한다. 제어회로수단(11)은 제1입력단자(11-1)에서 온/오프 제어수단(수단(10)(11)을 갖는 동일한 집적회로내에 포함된 부하 파라미터 세팅/조정수단(도시되지 않음)으로 부터의)를 수신하며, 단지(11-2)에서 여러가지 다중화 수단(10) 입력 및 출력에 응답하며, 출력단자(11-3)에서 스위칭 장치 제어신호를 제공한다. 부하 세팅 회로부(도시되지 않음)는 개방루프 또는 폐루프형태일 수 있으며, 분리단자에서 집적 다중화/제어회로로 입력이 제공되는 것이 요구된다.
전력 스위칭 장치는 모듈로(12)내에 패키지되며, 한쌍의 스위칭 장치 전압 샘플 저항소자(12b-1)(12b-2)를 포함하는데, 상기 저한소자 각각은 저항 R을 가지며, 노드(12-2a 또는 12-2b)와 모듈로 출력(12-4a 또는 12-4b) 사이에 접속된다. 스위칭 장치 모듈로(12)는 제어회로 정동작 전위 +V가 제공되는 공통 전위단자(12-1)와 단자(12-5)(제1b도)간에 접속된 전원 필터 캐패시터(12c)를 포함한다. 스위칭 수단(12a-1)(12a-2) 각각은 절연 게이트 트랜지스터(12a-1a 또는 12a-2a)로 제5루어지며, 각각은 다른 장치의 게이트 단자와 병렬로 접속되며, 모듈로 제어입력(12-3)에 접속된 게이트 단자와, 회로 공통 전위단자(12-1)에 병렬로 접속된 에미터 전극과, 스위칭 모듈로 노드(12-2a 또는 12-2b)중의 하나에 접속된 콜렉터 전극을 갖는다. 연관 역-도통 다이오드(12a-1b 또는 12a-2b)는 각 스위칭 장치의 제어-도통 애노드-캐소드 회로 양단 즉, 각 IGT의 에미터-콜렉터 회로 양단에 형성된다. 그러므로, 제어회로(수단(10)(11)의 조합)와 스위칭 모듈로(12)간에 4개의 상호접속이 요구되며, 두개의 외부저항(소자(12b-1)(12b-2)이 기본적인 위상제어회로에 요구되며, 제어회로 동작전위가 부하-에너지화수단(16)으로부터 제공된다면 부가적인 상호접속 및 한개의 부가적인 외부소자(캐패시턴스 12)가 요구된다. 폐루프 온-오프 신호를 제어수단입력(11-1)에 제공하기 위해 다른 상호 접속이 요구될 수 있다.
저항성 소자의 단자(12-4a)(12-4b)에서의 유용한 정보로부터 다수의 신호(제어수단(11)에 의해 요구되는)를 제공하기 위한 다중화 수단(10)은 전력 모듈로 제1샘플링 출력단자(12-4a)에 결합된 다중화 수단 제1입력단자(10-4a)에 결합된 +입력(20a)인 비반전 입력, 전력 모듈로 제2샘플링 출력단자(12-4b)에 결합된 다중화 수단 제2입력단자(10-4b)에 결합된 -입력(12b)인 반전 입력을 갖는다. 제1,제2스위치 수단(22)(24)은 각각 단일-극점, 이중-드로우(throw) 형태이며, 다중화 수단 샘플 입력단자(10-4b 또는 10-4a)에 각각 결합된 제1선택 가능 접촉단자(22a 또는 24a)를 갖는다. 이들 제1두개의 스위치 수단의 제2선택가능 단자(22b 또는 24b)는 다중화 수단 샘플입력단자(10-4a 또는 10-4b) 각각의 양단에 결합된다. 제1스위치수단(22)의 공통단자(22c)는 회로공통전위에 결합되며, 제2스위치 수단(24)의 공통단자(24b)는 제2비교기 수단(26)의 제1입력(26a)에 접속된다. 제1,제2스위치 수단(22)(24)의 스위치-위치-제어입력(22d)(24d)은 제1비교기 수단(20)의 출력(20c)에 병렬로 함께 결합되며, 제1,제2스위치수단(22)(24)은 제1비교기 수단 출력(20c)에서의 논리레벨에 응답하여 제2비교기 입력(26a) 또는 공통전위로 다중화 수단 샘플 입력단자(10-4a 또는 10-4b) 각각에 교대로 접속시키기 위한 이중-극점, 이중-드로우 스위치 수단으로 구성된다.
다른 스위칭 수단(28)은 폐회로에 접속된 제1선택 가능한 단자(28)와, 저항크기 R'의 다른 저항소자(30)을 통해 회로 공통 전위로 접속된 제2선택 가능단자(28b)와 제2비교기 반전입력(26a)에 접속된 공통접속부(28c)를 갖는다. 공통단자(28c)는 스위치 수단 제어입력(28d)에서의 논리 A신호에 응답하여 개방회로단자(28a)와 션트 저항단자(28b)간에 제어될때, 단자(28'd)(회로 공통전위에 접속될)와 단자(28'c)(저항130)에 직렬로 접속되며, 비교기 입력(26a)에 접속됨)간에 제어-도통회로를 가진 제어-도통장치(28')가 사용되었으며, 제어입력(28'd)에는 논리 A신호가 인가되었다.
제2비교기(26)의 비반전+입력(26b)는 한쌍의 기준전압 Vr1및 Vr2중의 선택된 한개를 수신한다. 기준 전압 Vr1(종래 공지된 수단(도시되지 않음)에 의해 제공됨)은 스위치 수단(32)의 제1선택 가능단자(32a)에서 제공된 제1정극성 전압이다. 제1기준전압 Vr1은 스위치 장치(12)가 도통되기 시작하는 라인-라인전위로 세트되는데, 상기 전위는 제5 크기 즉 0볼트와 장치(12a)의 최소 예견 순방향-도통전압 드록사이의 값을 갖는다. 제2기준전위 Vr2는 제1기준전압 Vr1의 크기보다 더 큰 크기로 제2스위치 수단 선택 가능단자(32b)에서 제공된 다른 정극성 전압이다. 제2기준 전압은 도통 스위칭 장치가 원하는 전압포화 모드내에 존재하는가 원하지 않는 활성-선형 모드내에 존재하는가를 결정하기 위해 전력-스위칭 장치 ＂포화＂전압의 원하는 레벨로 세트되는데, 전형적인 Vr2크기는 IGT 스위칭 장치(12a-1a)(12a-2a)에 대해 약 3볼트이다. 두개의 기준전압중의 선택된 한개가 스위치 수단 제어입력(32d)에 제공된 기준-전압-스위치 논리 B신호의 상태에 응답하여 스위치 수단 공통단자(32c)에 제공된다. 단일-극점, 이중-드로우스위칭 소자의 임의의 형태가 스위치 수단(22,24 및 또는32)에 이용될 수 있지만 완전한 솔리드 스테이트 스위칭 수단이 각 수단(22,24,32)에 이용하는 것이 바람직하며, 집적 반도체회로내에 완전히 집적시킬 수 있는 한개의 가능한 스위치 수단 구성은 제1b도에 도시되어 있다.
단일-극점, 이중-드로우 스위치 수단은 제1,제2제어도통소자(34)(36)로 이루어지는데, 각각은 스위치 수단 공통단자(32c)에 함께 결합된 제어-도통-회로의 한개의 단자를 가지며, 스위치 수단 제1선택 가능단자(32a)(장치(34))나 제2선택가능단자(32b)(장치(36))중의 하나에 접속된 남아 있는 제어-도통 회로단자를 갖는다. 도통제어입력(34a)(공통단자(32c)와 제1선택가능단자(32a)간에 접속된 장치(34)의)은 스위치 수단 제어입력(32d)에 직접 접속되는 반면 남아 있는 제어-도통 장치 제어입력(36a)은 스위치 수단 제어입력(32a)에 접속된 입력을 갖는 논리 인버터 수단(37)의 출력에 접속된다. 제어입력(32d)에서의 제1논리레벨에 응답하여, 제어-도통장치(34 또는 36)중의 하나 즉, 장치(34)는 그의 제어입력에서 가능신호레벨 즉, 입력(34)에서의 고논리레벨을 수신하며 선택가능제5중의 하나 즉 제1선택 가능단자(32a)를 공통단자(32c)에 접속시키도록 도통된다. 다른 장치 즉 장치(36)는 그의 제어입력 즉 입력(36a)에서 저논리레벨(인버터(37)의 작용에 의한)을 수신하여 비도통상태로 되며 다른 선택가능한 단자 즉 제2선택가능한 단자(32b)를 공통단자(32c)로부터 분리시킨다. 역으로, 제어입력(32d)에서의 저논리레벨에 응답하여, 처음에 비도통상태에 있던 장치 즉 장치(36)는 제2선택 가능한 입력(32b)을 공통단자(32c)에 접속시키는 도통상태로 스위치되는 반면, 다른장치 즉 장치(34)는 동작 불가능하게 되며 제1선택 가능단자(32a)를 공통단자(32c)로부터 분리시킨다. 인버터와 한쌍의 제어-도통장치로 이루어진 동일한 스위치 수단은 스위치 수단(22)(24) 각각에 이용될 수 있다.
게이트 제어회로 수단(11)(체인 형태의 선으로 도시됨)은 다중화 수단(10)을 포함하는 동일한 집적회로의 부분이다. 정동작 전위 +V(비교기(20),(26), 인버터수단(27) 및 게이트 제어수단(11) 모두에 의해 요구되는)를 제공하기 위해, 다중화수단(10)은 외부 필터 캐패시터(12c)와 관련하여 AC라인-라인 전압으로부터의 원하는 극성(즉, 정극성)의 DC전압을 제공하는 수단(38)을 포함한다. 수단(38)은 다이오드(38a)(38b)와 같은 한쌍의 단방향-도통장치로 이루어지는데, 상기 다이오드 각각은 단자(10-4a 또는 10-4b)중의 하나에 접속된 애노드와 정동작 전압 +V각 공급되는 집적회로의 필터 캐패시터 단자(10-5)에 함께 결합된 캐소드를 갖는다. 공지된 제어다이오드(38c)나 다른 회로와 같은 수단이 필요하다면 조정 동작전위 +V에 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
제어회로 수단(11)은 두개의 입력을 갖는 AND게이트(40)를 포함하는데, 제어회로(저논리 ＂오프＂레벨 즉, 각 0볼트 및 고논리 ＂온＂레벨 즉, +V 볼트간에 입력(11-1)을 고정시키기 위해 개방루프나 폐루프 제어수단의 출력에 접속시키기 위한)의 온/오프 제어단자(11-1)에 제5 제1입력(40a)을 갖는다.
제2게이트 이력(40b)는 다른 제어회로 수단 입력(11-2b)에 접속되며, 상기 입력(11-2b)는 전압 Vz, L이 나타나는 다중화 수단의 제2비교기 출력(10-2b)에 접속된다. 게이트 출력(40c)은 게이트 제5
Figure kpo00005
제어수단(44)의 제1 또는 턴온/턴오프 제어입력(44a)에 접속되는데, 상기 수단은 상기 출원 제499,579호에 언급되어 있다. 이와같은 수단은 다중화 수단 출력(10-2a)에서 Vx 신호를 수신하기 위해 입력(11-2a)에 접속된 제2 또는
Figure kpo00006
궤한정보 입력(42b)을 갖는다.
수단 출력(44c)는 IGT 게이트 전압 Vg를 집적회로 단자(10-3)에 공급하기 위해 제어회로 수단 출력(11-3)에 접속되며, 따라서, 입력(42a)(42b)에서의 신호에 응답하여 스위칭 장치 모듈(12)의 제어입력단자(12-3)에 접속된다. 출력(42c)은 제3비교기 수단(50)의 반전, -입력(50a)에 접속되는, 상기 제3비교기 수단(50)은 또한 실제적으로 일정한 기준전압 Vr(IGT(12a-1a)(12a-2a)가 도통상태에 존재하는 도통 임계 전압 Vth와 동일)을 수신하는 비반전, +입력(50b)을 갖는다. 제3비교기 출력(50c)은 NOR게이트의 남아 있는 입력(44b)에 접속되며, 다중화 수단 입력(10-2d)과 스위치 수단(32)의 제어입력(32d)으로의 도입을 위해 제어 회로 수단 출력(11-2d)에서 논리 B신호를 제공한다. NOR게이트 출력(44c)은 제어회로 수단 출력(11-2c)에 논리 A신호를 제공하여, 다중화 수단 입력(10-2c) 및 제어-도통수단(28')의 제어전극(28d)에 결합시킨다.
제1a도, 제1b도 및 제2도에 대해, 양호한 다중화 수단(10)은 제어회로수단(11)과 스위칭 장치 모듈(12)과 관련하여 다음 방법을 따라 동작한다. 초기 시간 t0에 앞서, 동작 전위 +V를 제공하기 위해 조정기 다이오드(38c)의 제어전압 즉, 약 +15볼트로 세트된 최대 전압 +V로 필터 캐패시터(12c)를 충전시키도록 정류기(38)를 도통시키기 위해 충분한 라인 사이클이 발생된다. 시간 t0에서, 스위칭 장치(12a) 즉, IGT(12a-1a)(12a-2a)는 ＂오프＂상태에 있다.
제1비교기 출력(20c)은 그의 반전입력(20b)에서의 전위가 비반전 입력(20a)에서의 전위보다 더이상 더 높은 정이 되지 않을 때 고논리 레벨로 스위치된다. 출력(20c) 및 제어입력(22d)(24d)에서의 고논리 레벨에 응답하여 스위치 수단(22)(24)은 공통단자(22c)(24c)를 제1선택 가능한 단자(22a)(24a)에 접속시키도록 동작한다. 라인 L2단자 전위는 단자(10-4b)(12-4b)가 스위치 수단(220의 작용에 의해 공통전위에 결합될때 저항(12b-2)양단에 나타난다.
이와 같은 전압은 현재-도통된 다이오드(12a-2b)양단의 도통전압 드롭으로 제한된다. 회로 공통 및 라인 L2전위에 대해, 라인 L1단자에서의 증가하는 정방향 진행 전위는 다중화 수단 출력(10-2a)에서 Vx 전압으로 나타난다. 제로 교차시간 t0바로 후의 임의의 시간에서, 전압 Vx는 제2비교기 입력(26)에서의 전압제5 작고, 상기 비교기 입력에서의 전압은 정극성의 기준전압 Vr1또는 Vr2중의 하나와 같다. 그러므로, 제2비교기 출력(26c) 전압은 제로 교차시간 t0에서 저논리 레벨로부터 고논리 레벨로 스이치 하며, 만일 온/오프 제어 입력(11-1)이 부하가 ＂온＂상태로 되는 것을 나타내는 고논리 레벨일 경우, AND게이트 입력(40a)(40b)은 게이트 출력(40c)가 각 라인-라인 전위 제로 교차시간 t0,t'0,t''0등등에서 고논리 레벨에 존재하는 것처럼 고논리 레벨이 된다.
게이트 출력(40c) 및 입력(42a)에서의 고논리 레벨 및 입력(42b)에서의 저레벨에 ㅡ응답하여, 출력(42c)은 비교적 높은 전위 레벨(동작 전위 +V와 동일한)로 스위치 된다. 따라서, 스위칭 모듈 제어 전압 Vg은 정 고논리 레벨로 존재하며, 정 애노드(콜렉터/드레인)전압을 갖는 전력 모듈장치(12a-1a 또는 12a-2a)중의 하나를 도통상태로 스위칭 한다. 출력(42c)에서의 고논리 레벨은 제3비교기 입력(50a)에서 나타나며, 제3비교기 제2입력(50b)에서의 기준전압 Vr(스위칭 장치 도통 입계전압 Vth와 동일)보다 크며, 제3비교기 출력(50c)을 저논리 레벨에 존재하도록 한다.
이와같은 저논리 레벨은 제3스위치 수단 제어입력(32d)에 인가되는 논리 B전압으로서 나타나며, 제어 도통 장치(36)를 도통시켜 제2비교기 비반전 입력(26b)에 제2기준전압 Vr2가 인가되도록 한다(한편 다른 제어-도통장치(34)는 그의 제어전극(34a)에서 저논리 레벨을 수신하며 비도통상태로 존재한다). 제3비교기 출력(44a)에서 AND게이트 출력(40c)으로부터의 고논리 레벨을 수신하며, 그에 응답하여 NOR게이트 출력(44c)은 제어-도통장치(28')의 제어입력(28'd)에서 논리 A신호에 대한 저논리 레벨을 제공한다. 그러므로, 제오-도통장치(28')는 비통상태에 있고, 저항소자(30)는 입력(26)과 회로 공통전위 사이에 결합되지 않는다.
그러므로, 정방향 진행 제로-교차 시간 t0후 즉시 AC 라인-라인 전압 정현파형(60)의 초기 정극성 부분(60a) 동안, 부하(14)는 전원(16)양단 접속되며, 부하전류는 제2a도의 빗금친 부분으로 도시된 바와같이 흐른다. 동시에, 정확한 전파정류기(비교기(20)와 스위치 수단(22)(24)에 의해 형성된)의 출력에서의 전압 Vx는 정현파의 초기 부분(64a)으로서 정극성 방향으로 증가하기 시작한다(제2b도).
또한, 논리B신호가 저논리 레벨로 존재하기 때문에, 스위치 수단(32)은 제2c도의 파형의 부분(66)으로 도시된 바와 같이 스위치 수단(32)으로부터 더높은 크기의 기준전압 Vr2를 제2비교기 입력(26b)에 제공하도록 동작한다. 장치(12a-1a 또는 12a-2a)중의 도통되는 하나의 관련된 노드(12-2a 또는 12-2b)중의 하나에서의 전압이 제2b도내의 파형부분(64) 동안 도시된 바와같이 Vr2에 의해 세트된 최대 ＂포화＂전압보다 더크지 않는한, 게이트 신호 Vg는 고논리 레벨로 남게 되며, 입력(11-1)에서의 전압이 고논리 레벨＂온＂상태로 남게 된다면 도통 스위칭 장치(12a)는 도통상태로 계속 유지된다. 만일 도통 IGT의 애노드 전압이 ＂온＂제어 레벨이 입력(11-1)에 존재하는 동안 제2기준전압 Vr2에 의해 세트된 전압을 초과한다면, 제2비교기(26)의 출력(26c)은 고논리 레벨로 스위치되어 게이트 출력(40c)및 입력(42a)에 저논리 레벨을 제공하며, 제어된-턴-오프 시퀸스의 시작을 야기하며, 따라서 스위칭 장치가 보호된다. 비록 도통 IGT애노드 전압이 제2기준전압 Vr2를 초과하지 않을 지라도, 입력(11-1)이 시간 t1에서 저논리 레벨 ＂오프＂제어상태로 떨어질때, 게이트 출력(40c)은 입력(42a)에서 저논리 레벨을 제공하며, 이는 제어된-턴-오프시퀸의 시작을 야기한다.
정상 도통 주기의 단부 즉 게이트 입력(40a)이 논리 제로 레벨로 스위치 되는 시간 t1에 응답하거나 제2기준전압 Vr2에 의해 세트된 전압보다 더크며, 게이트 입력(40b)에서 논리 제로 레벨을 야기시키는 스위칭 장치 애노드 전압에 응답하여 AND게이트 출력(40c)는 논리 제로 레벨로 떨어진다. 수단(42)은 출력(42c)에서 게이트 구동신호의 제어된-턴-오프 감소를 제공한다.
이와 같은 제어된-턴-오프 작용의 시작에서, NOR게이트(44)의 두개의 입력을 논리 제로 레벨로 되며, 게이트 출력(44c)에서 고논리 레벨을 제공한다. 고논리 레벨로 되는 논리 A신호에 응답하여, 제어-도통장치(28')는 도통되고 Vx 신호 노드로부터 저항소자(30)의 단자를 공통전위에 접속시킨다.
그러므로, 분압기(현재 도통상태에 있는 전렬 스위칭 장치(12a-1a 또는 12a-2a)중의 하나와 관련된 샘플링 저항(12b-1 또는 12b-2)중의 한개와 저항소자(30)등으로 이루어진)는 노드 전압상에 전압 Vx 를 제공하도록 작용한다.
그러므로, 입력(26a)에서의 전압 Vx은 부분(68a)에서 처럼, 방정식 Vx=
Figure kpo00007
VA에 따라 크기가 갑자기 강하된다.
상기식에서 VA는 도통 스위칭 장치의 애노드 전압이다.
초기 턴-오프 동작은 샘플링 저항(12b-1)(12b-2)과 분할저항(30)을 통해 입력(42b)으로 제한된
Figure kpo00008
정보에 응답하여 Vg 전압 크기를 감소시켜 출력(46c) 전압의 점차적인 감소를 야기시키는 수단(42)에 의해 행해진다. 이는 스위칭 장치(12a)중의 도통된 하나가 제어턴-오프되는 것을 초래한다.
이와 같은 점차적인, 제어된 턴-오프 동작은 점선부분(62a)(제2a도)에 의해 도시되는데, 하강에지는 제어-턴-오프 수단(42)이 존재하지 않는 경우 발생하는 급격한 턴-오프 에지(62a')로 대치된다.
그러므로, 수단(42)에 대해 먼저 설정된 최대
Figure kpo00009
치에 의해 결정되는 시간간격 τ는 턴 오프가 완성될 때까지 턴-오프 시작부터 요구되는데, 시간 t1에서 시작되는 정상턴-오프 동안,(저논리＂오프＂레벨로 떨어지는 입력(11-1)에서의 제어전압에 응답하여)스위칭 장치중의 도통되는 것은 시간 t1+τ까지 완전히 턴-오프되지 않는다.
이때, 스위칭 장치 게이트 제어전압 Vg는 스위칭 장치 도통 임계전압과 동일하며, 이는 제3비교기 입력단자(50b)에서의 기준전압 Vr과 실제적으로 같다.
시간 t1에 앞선 어떤 시간에서, 도통장치의 애노드 전압이 기준전압 Vr2에 의해 세트된 레벨을 초과한다면 동일한 동작이 발생한다. 그러므로, 턴-오프 시작후의 임의의 시간간격 τ, 즉, 시간 t1+τ에서만이, 제3비교기 출력(50c) 전압이 저논리 레벨에서 고논리 레벨로 상승되며, 이따라 두개의 동시 스위칭 동작이 발생하게 된다. 제1스위칭 동작은 NOR게이트 출력(44c)에서 존재하며 저논리 레벨 A신호를 제공하고 장치(28')를 도통으로부터 제거하는 저논리 레벨에 의해 야기된다.
이에 의해 분할 저항소자(30)는 다중화 수단 출력(10-2a) 및 회로 공통 전위간에 더이상 접속되지 않는다. 제어입력(32d)에서의 고논리 레벨 B신호에 응답하는 제2동작은 제3스위치로 하여금 낮은 크기의 제1기준전압 Vr1신호를 제2비교기의 비-반전 입력(26b)에 결합시키도록 한다.
그러므로, 제2비교기 기준전압(V26b)은 부분(66a) 동안 Vr2레벨에서 계속되며, 제2부분(66b)의 시작에서 기준레벨 Vr1으로 떨어지는 반면, 제2비교기 입력(26a) 전압은 부분(68)에 도시된 바와 같이, 다이오드(38c)의 제너전압에 의해 설정된 동작전위 +V 레벨, 즉 약 15볼트로 선형적으로 상승한다.
전압 Vx는 전원전압이 시간 t'0에서 부-극성 전원파형 반사이클로 들어가는 제로 교차점에 접근하는 부분(70)(제2b도) 동안 라인-라인 반사이클 파형이 더낮은 전압으로 감소될 때까지 저항(12)의 작용에 의해 부분(64b)으로 도시된 바와같이, 제너다이오드(38c) 전압으로 유지된다(실제적으로 제너다이오드(38c) 전압과 도통 다이오드(38)의 도통 전압 합에 제2스위치 수단(24)을 통해 임의의 부가적인 전압 드롭을 플러스한 값이다).
그러므로, 시간 t'0에서의 제로 교차점 바로전, 전압 Vx는 제로 크기 레벨로 다시되며, 다른 제2비교기 입력(V26b)에서의 전압은 Vr1레벨로 다시된다. 시간 t'0에서의 부방향 진행 제로 교차점에서, 제1비교기 입력(20a)(20b)의 극성반전은 제1, 제2스위치 수단(22)(24)으로 하여금 다중화 수단 입력(10-4b)을 회로 공통 전위로 접속시키는 동작을 하게 하고(스위치 수단(22)을 통해), 다른 샘플링 전압 입력단자(Vr10-4b)를 제2스위치 수단 공통단자(24c)로 접속시키게 하며, 다른 라인 단자(12-2a) 및 회로 공통 전위단자(10-1)(12-1)에 대해 정극성 신호로 전압 Vx를 공급하게 한다. 제2,제3비교기(26)(50), 게이트(40)44) 및 수단(42)의 동작은 정극성 반사이클 동안 그들의 동작을 계속한다. 그에 의해 초기 도통 부분(72)(제2a도)는 Vx부분(64')(제2b도) 및 V26b부분(66')(제2c도)을 따라 시간 t'1까지 정상적으로 발생한다. 만일 현재 도통되는 스위칭 장치(12a-2a)애노드 전압이 제2기준 Vr2레벨을 초과하지 않고, 정상 턴-오프 동작이 시간 t'1에서 발생한다면, 급격한 도통종단 에지(72a')는 발생하지 않으며, 대신 선형 턴-오프 에지(72a)가 제공된다. 그에의해, 도통은 시간주기 τ'의 부분(66a')후의 선형적으로 증가하는 부분(68')의 단부에서의 시간 t1'+τ'에서 멈춘다. 시간 간격τ 및 τ'는 필요하지는 않지만 동일할 수 있으며, 각 시간 간격 주기는
Figure kpo00010
의 선택된 최대치에 응답하며, 스위치 장치 애노드 전압은 제어된-턴-오프 동작의 초기에 존재한다. 그후, 기준전압 Vr1은 부분(66b')에 도시된 바와 같이, 제2비교기의 비반전 입력에 제공되는 반면, 제2비교기의 반전입력은 실제적으로 일정한 전압부분(64')을 본다. 이는 전원 파형 반사이클이 시간 t0'에서 다음의 정방향 진행 제로 교차점의 준비로 하강부분(70')을 제공하기 위해 진폭이 감소될 때 종단된다. 그러므로, 전체의 전원 파형 사이클 부분이 제어수단(11)과 협동하는 다중화수단(10)과 함께 완성되어 전원(16) 파형의 시간 t0,t0',t0''에서의 제로 교차를 검출하여, 전력 스위칭 장치의 애노드 전압을 도통상태로 조정하며, 도통장치가 포화상태에서 제거되는 경우 턴-오프 동작을 제공하며, 정상 ＂턴-오프＂시간 t1이나 이에 앞선 임의의 시간에서 그러나 관련된 제로 교차후에 제어된 턴-오프 동작을 제공한다. 여기에서 장치(12a-1a 또는 12a-2a)중의 도통되는 것의 애노드에서의 감소되는 전압은 먼저 선정된 최대
Figure kpo00011
치로 제한되며, 각 전원파형 반사이클의 남은 부분중의 비교적 큰 부분동안 전원 캐패시턴스에 전하를 공급하며, 차순의 파형 제로 교차를 검출하고, 전원 파형의 차순의 반사이클내에 동작을 위해 제어 및 다중화 수단을 자동적으로 준비한다.
최소한 한개의 전력 스위칭 장치를 제어하기 위해 AC 전원 양단의 부하에 직렬로 집적회로 제어수단에 이용하기 위한 다중화 장치의 양호한 실시예가 상세히 언급되었지만 본 기술분야에 숙련된 사람에게는 많은 변형이 가능하다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위의 영역내에서는 언급된 실시예에 국한되지 않고 상기 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (23)

  1. AC전원으로부터의 전류흐름을 제어하기 위해 부하에 접속된 전력 스위칭 모듈을, 보조 ＂온＂ 제어신호가 제공될때만 상기 스위칭 모듈의 도통을 제어하는 제어회로 수단을 상호 접속하기 위한 다중화장치로서, 제1,제2다중화장치 단자와, 각각 상기 제1,제2장치 단자간, 부하전원 직렬회로의 제1, 제2마주하는 단부간에 접속된 제1,제2저항 소자와, 상기 제1,제2장치 단자간에 미리 선택된 공통 극성을 갖는 제1신호로서 AC 신호 파형의 두개의 반 사이클을 제공하기 위한 제1수단과, 미리 선택된 극성과 상기 스위칭 모듈의 포화 전압보다 크지 않도록 선택된 논제로 크기를 갖는 제1기준전위를 제공하기 위한 수단과, 상기 제1신호가 제1기준전위의 논-제로 크기보다 적은 크기인 제1상태에서 상기 제어회로 수단에 턴-온 구동신호를 제공하여, 상기 제어회로 수단으로 하여금 각 전원신호 파형 반사이클 동안 상기 제로-교차신호 및 상기 보조 ＂온＂ 제어신호 모두의 존재에 응답하여 상기 스위칭 모듈을 도통시키기 위한 도통신호를 제공하도록 하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어 회로용 다중화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1수단이 상기 제1,제2장치 단자에 각각 접속된 제1,제2입력과, 다른 입력에서의 전위보다 더 큰 전위를 갖는 상기 입력중의 하나에 응답하여 제1,제2상태중의 하나로 신호를 제공하는 출력을 갖는 제1비교기와, 제1비교기 출력 제1,제2상태에 응답하여 제1,제2선택가능한 단자간에서 접속되도록 제어되는 동통단자를 갖는 한쌍의 스위치 수단으로 이루어지며 이루어지며, 상기 제1스위치 수단의 제1선택가능한 단자 및 제2스위치 수단의 제2선택 가능한 단자가 상기 제1,제2단자중의 하나와 병렬로 접속되며, 상기 제1스위치 수단의 제2선택 가능한 단자와 상기 제2장치 스위치 수단의 제1선택가능한 단자가 상기 장치 단자의 다른 하나와 병렬로 접속되며, 상기 스위치 수단중에 한개의 공통단자와 회로 공통 전위에 접속되며, 상기 제1신호가 남아 있는 스위치 수단 공통단자에 제공되는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 턴-온 구동수단이 상기 제1신호를 수신하는 제1입력과, 상기 기준전위를 수신하는 제2입력과, 상기 제1입력에서의 신호 크기가 상기 제2입력에서의 기준전위의 크기보다 적은 상기 제1상태에서 상기 턴-온 구동신호가 제공되는 출력을 갖는 제2비교기를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 장치에 동작전위를 제공하기 위해 제1,제2단자를 상기 장치에 접속시키는 전원공급수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전원 공급수단이 또한 상기 제어회로 수단에 동작전위를 제공하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전원 공급수단이 변동하는 DC 전위를 제공하기 위해 상기 제1,제2단자에서의 AC 신호를 정류하는 수단과, 실제적으로 일정한 DC 전위를 제공하기 위해 변동하는 DC 전위를 필터링하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어 회로용 다중화 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 정류수단이 단방향으로 도통되는 한쌍의 반도체 소자를 구비하며, 상기 필터링 수단이 필터 캐패시턴스를 구비하는 것을, 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  8. 제7항에 있어서, 필터 캐패시턴스가 물리적으로 상기 스위칭 모듈내에 위치하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  9. 제6항에 있어서, 동작전위의 크기를 조정하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 스위칭 모듈이 상기 제어회로 수단으로부터의 상기 제어신호에 응답하여 포화된 도통상태로 제어된 적어도 한개의 스위칭 장치를 포함하며, 상기 장치가 상기 적어도 한개의 스위칭 장치의 도통상태를 조정하여 만일 상기 적어도 한개의 스위칭 장치가 포화된 전압 도통상태를 떠나는 경우 상기 도통신호를 제거하도록 하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어 회로용 다중화 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어회로 수단이 도통 및 비도통 상태로 상기 스위칭 모듈을 제어하는 레벨로 존재하는 상기 제어회로 수단으로부터 제어신호에 응답하여 제1,제2상태의 제1논리신호를 제공하며, 상기 조정수단이 상기 적어도 한개의 스위칭 소자의 포화전압 크기를 갖는 제2전위원과, 상기 제1논리신호의 상기 제1,제2상태의 존재에 응답하여 기준전위로서 상기 제2비교기 제2입력에 상기 제1,제2기준전위중의 하나를 접속시키는 다른 스위치 수단으로 이루어지며, 상기 제2비교기 출력이 상기 기준 전위를 초과하는 포화 전압 크기에 응답하여 제2상태로 변화하여, 상기 적어도 한개의 스위칭 장치가 비도통-상태로 제어되도록 야기하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다른 스위치 수단이 상기 제1,제2기준전위와 상기 제1비교기 제2입력간에 결합된 제어회로내에 흐르는 전류를 제어하는 제어입력을 갖는 한쌍의 제어-도통장치와, 제1기준전위에 접속된 장치의 제어입력에 직접 제1논리 신호를 인가하고, 제2기준전위에 접속된 장치의 제어입력에 논리 반전신호를 인가시키기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제어회로 수단이 상기 보조수단이 상기 보조 신호를 더 이상 수신하지 않는 상태나 상기 적어도 한개의 스위칭 장치가 포화된 도통전압 상태를 떠나는 상태중의 먼저 발생하는 것에 응답하여 상기 스위칭 모듈을 통해 흐르는 전류의 도통상태를 점차적으로 턴-오프시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어회로 수단은 상기 먼저 발생하는 상태에 응답하여 제2논리신호를 발생하며 상기 제1신호의 크기 증가에 응답하여 상기 스위칭 모듈을 턴오프시키며, 상기 턴-오프 수단이 상기 제2논리신호의 시작에 응답하여 상기 제어회로 수단에 제공된 상기 제1신호의 크기를 감소시키고, 선정된 최대치로 상기 스위칭 모듈내의
    Figure kpo00002
    변화를 제한시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 감쇠수단이 상기 정류기 수단의 출력에 결합된 제1단부와 제2단부를 갖는 저항성 소자와, 상기 임피던스 소자중의 적어도 한개와 결합하여 상기 제1호의 크기를 감소시키기 위해 상기 제2논리신호에 응답하여 상기 저항성 소자 제2단부를 공통전위에 접속시키기 위한 부가 스위치 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 스위칭 모듈의 점차적인 턴-오프가 멈춘후의 각 전원 파형 반사이클의 나머지 동안 상기 제1기준전위를 상기 제2비교기에 인가시키기 위한 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 장치를 동작전위를 제공하기 위해 상기 장치 제1,제2단자에 결합된 전원공급 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전원 공급수단이 또한 상기 제어회로 수단에 동작전위를 제공하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 전원공급수단이 변동 DC 전위를 제공하기 위해 상기 제1,제2장치 단자에서 AC 신호를 정류시키기 위한 수단과 실제적으로 일정한 DC 전위를 제공하기 위해 변동 DC 전위를 필터링하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 정류수단이 단방향으로 도통되는 반도체 소자를 구비하여, 상기 필터링수단이 필터 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  21. 제20항에 있어서, 필터 캐패시턴스가 물리적으로 상기 스위칭 모듈내에 위치하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  22. 제19항에 있어서, 동작전위의 크기를 조정하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 제1,제2저항소자 각각이 실제적으로 동일한 저항크기 R인 것을 특징으로 하는 위상제어회로용 다중화 장치.
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