WO2023113154A1 - 아날로그 출력 회로 및 이를 구비한 인버터 - Google Patents

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    • H03F2200/444—Diode used as protection means in an amplifier, e.g. as a limiter or as a switch

Definitions

  • the present invention relates to an analog output circuit and an inverter having the same, and more particularly, to an analog output circuit implemented to prevent an abnormal output occurring in a transient state of power ON/OFF and an inverter including the same.
  • the inverter includes an analog output circuit having an analog output function. That is, in the inverter, the output frequency command of the inverter and the state values of various inverters are converted into analog signals and output through a terminal of an analog output circuit (hereinafter referred to as an "analog output terminal"), and output from these analog output terminals The analog output signal is transferred to the upper controller or external device.
  • analog output terminal is in the range of 0 V (volt) to EV (volt) (where E is a real number of 1 or more) (eg, 0 V to 4 V).
  • 1 shows an output circuit of a bi-directional output inverter.
  • such a bi-directional output inverter includes an operational amplifier (Op-Amp) in an analog output circuit (hereinafter, referred to as “first prior art”) for bi-directional output.
  • the operational amplifier (Op-Amp) amplifies the unidirectional signal input to terminal A based on the offset signal of terminal B, and outputs the amplified bidirectional analog signal to terminal C (ie, analog output terminal).
  • the analog output signal is output in the form of a bi-directional signal, it is amplified by the Op-Amp during a transient state of power ON or OFF (in particular, a transient state of OFF) at the analog output terminal (C). Abnormal output may occur. According to this abnormal output, a signal of wrong information is transmitted to the upper controller or external device connected to the analog output terminal (C), and thus, a serious problem may occur in the inverter system or external system.
  • an object of the present invention is to provide an analog output circuit technology for preventing the generation of abnormal output during a transient state of power ON/OFF.
  • Another object of the present invention is to provide an analog output circuit technology capable of preventing the occurrence of an abnormal output during a power ON/OFF transient state more conveniently using low-cost components.
  • An analog output circuit for solving the above problems is to amplify the difference between the first input terminal to which the output voltage line is connected and the second input terminal to which the offset voltage line is connected to -E 1 V ( Volt) to E 2 V (volts) (however, E 1 and E 2 are real numbers greater than or equal to 1)
  • a circuit comprising: a first switch unit having one end connected to the first and second input terminals and the other end connected to ground to switch between the one end and the other end; and a control unit generating a control signal for controlling switching of the first switch unit.
  • the first switch unit may act to apply the output voltage and the offset voltage to the first and second input terminals, respectively, when in an OFF state, and act to bring the first and second input terminals to a ground state when in an ON state.
  • the first switch unit may be for unidirectional signal transmission in the range of 0 V to E V (where E is a real number greater than 0) when in an ON state.
  • the control unit may generate the control signal when the power of the power supply unit of the electronic device is turned on and may not generate the control signal when the power supply unit of the electronic device is turned off.
  • the first switch unit may be in the OFF state when the control signal is input, and may be in the ON state when the control signal is not input.
  • the operational amplifier may include a first power terminal receiving a first power supply of a positive (+) voltage and a second power terminal receiving a second power supply of a negative (-) voltage.
  • An analog output circuit includes a second switch unit connected to a line of the first power terminal and switching whether or not to supply the first power according to the control signal of the control unit; and a third switch unit connected to a line of the second power terminal and switching whether or not to supply the second power according to the control signal of the control unit.
  • Each of the second and third switch units may be implemented as a photo coupler.
  • the control signal acts as an input to the light emitting element of each photo coupler of the second and third switch units, and the light receiving element of the photo coupler of the second switch unit is connected to a line of the first power terminal, and the A light receiving element of the photo coupler of the second switch unit may be connected to a line of the second power terminal.
  • the second and third switch units act to input the first and second power sources to the operational amplifier when the control signal is input, and the second and third switch units act to input the control signal when the control signal is not input.
  • the first and second power sources may act to be cut off.
  • the electronic device may be an inverter.
  • An inverter is an inverter including an analog output circuit for outputting a bidirectional analog signal.
  • the analog output circuit amplifies the difference between the first input terminal to which the output voltage line is connected and the second input terminal to which the offset voltage line is connected, -E 1 V (volt) to E 2 V (volt) range (however, E 1 and E 2 are real numbers greater than or equal to 1) of an operational amplifier outputting a bidirectional analog signal from an output terminal (Op-Amp); a first switch unit having one end connected to the first and second input terminals and the other end connected to ground to switch between the one end and the other end; and a control unit generating a control signal for controlling the switching of the first switch unit, wherein when the first switch unit is in an OFF state, the output voltage and the offset voltage are applied to first and second input terminals, respectively. and when in an ON state, the first and second input terminals may act to be in a ground state.
  • the present invention configured as described above has an advantage of preventing abnormal output from occurring in the analog output circuit during a transient state of power ON/OFF.
  • the present invention has the advantage of being able to more conveniently and quickly prevent the occurrence of abnormal output during a power ON/OFF transient state by using low-cost parts.
  • 1 shows an output circuit of a bi-directional output inverter.
  • FIG. 2 shows an example of an analog output circuit of a bidirectional output inverter in which a means for preventing abnormal output is implemented.
  • FIG 3 shows an analog output circuit 100 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG 4 shows the structure of an inverter 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows an example of various circuits (CS1, CS2, CS3, CS4) connected around the Op-Amp 110.
  • FIG. 6 shows a signal flow when power is turned off in FIG. 5 . At this time, the signal flow is indicated by a dotted arrow.
  • FIG. 7 shows a voltage diagram measured in a power OFF transient state when the analog output circuit 100 includes only the first switch unit 120 .
  • FIG. 8 shows a state in which the second and third switch units 130 and 140 are additionally connected in FIG. 5 .
  • FIG. 9 shows a voltage diagram measured in a power-off transient state when the analog output circuit 100 includes all of the first to third switch units 120, 130, and 140.
  • inverter 100 analog output circuit
  • terms such as “or” and “at least one” may represent one of the words listed together, or a combination of two or more.
  • “A or B” and “at least one of A and B” may include only one of A or B, or may include both A and B.
  • 'first' and 'second' may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the above terms.
  • the above terms should not be interpreted as limiting the order of each component, and may be used for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a 'first element' may be named a 'second element'
  • a 'second element' may also be named a 'first element'.
  • FIG. 2 shows an example of an analog output circuit of a bidirectional output inverter in which a means for preventing abnormal output is implemented.
  • the analog output circuit of the inverter further including a switch unit (SW) at the C terminal of the op-amp (hereinafter referred to as "op-amp").
  • op-amp a switch unit at the C terminal of the op-amp
  • the switch unit (SW) switches between the C terminal and the D terminal, and at this time, the D terminal corresponds to the analog output terminal.
  • the added switch unit (SW) needs to switch the analog output signal of the bidirectional signal, it can be implemented only by using a fairly expensive switch, which causes a problem of increasing manufacturing cost.
  • the switch unit (SW) has to handle a bi-directional signal whose operation range is considerably wide. Accordingly, since the voltage drop due to the contact resistance component of the switch unit (SW) in the ON state occurs considerably, the second prior art has a problem in that calibration of the switch unit (SW) must be performed. do.
  • FIG 3 shows an analog output circuit 100 according to one embodiment of the present invention.
  • the present invention proposes a technique for simultaneously solving the above-described first and second conventional techniques. That is, the present invention proposes an analog output circuit 100 capable of preventing the occurrence of abnormal output in a transient state of power ON/OFF using low-cost components more conveniently.
  • the analog output circuit 100 is a circuit included in the electronic device, and may have a function of generating various analog output signals related to the operating state of the corresponding electronic device and outputting them to an upper controller or an external device through an interface.
  • the electronic device to which the analog output circuit 100 is applied may include the inverter 1, and other various home appliances and industrial controllers, but is not limited thereto.
  • FIG 4 shows the structure of an inverter 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the inverter 1 receives power from the AC power source 2 and drives the induction motor 3, as shown in FIG. Voltage and frequency required for control may be varied and provided to the induction motor 3 .
  • the inverter 1 can realize its purpose through a PWM technique that generates a voltage by calculating a phase voltage fundamental wave that can be output.
  • the inverter 1 includes a converter unit 31, an initial charging resistor 32, an initial charging switch 33, a DC link capacitor 34, a regenerative braking unit 36, and an inverter unit 37. ), a current detection unit 38, a temperature detection unit 39, a main control unit 10, and a pulse width modulation (PWM) control unit 20 and the like.
  • PWM pulse width modulation
  • the converter unit 31 is a component that rectifies AC power and converts it into DC.
  • the converter unit 31 may be generally composed of a diode, or may be composed of an SCR-diode connected to a silicon controlled rectifier (SCR) of the precharge switch 33. .
  • SCR silicon controlled rectifier
  • the pre-charge resistor 32 and the pre-charge switch 33 are components for preventing an inrush current from being applied to the DC link capacitor 34 when power is applied. That is, when power is applied, the initial charge switch 33 is turned off, the inrush current is suppressed by the initial charge resistor 32, and after the inrush current is suppressed, the initial charge switch 33 is turned on. -on) to separate the initial charging resistor 32 from the circuit.
  • the precharge switch 33 may be composed of a magnetic contactor (MC), and may be composed of a silicon controlled rectifier (SCR) connected to a diode of an upper leg of the converter unit 31. may be
  • the DC link capacitor 34 may smooth the DC voltage rectified by the converter unit 31, and the inverter unit 37 may convert the DC voltage charged in the DC link capacitor 34 into an AC voltage.
  • the inverter unit 37 may be composed of a plurality of control switching elements.
  • the control switching element may be a transistor, a metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), or a gate turn-off thyristor. (gate turn-off thyristor, GTO).
  • the inverter unit 37 may output an AC voltage of magnitude and frequency modulated by PWM of variable frequency.
  • the regenerative braking unit 36 may consume regenerative energy through the resistor DB R when the increased DC voltage due to regenerative operation or the like is greater than the set voltage.
  • the current detector 38 may detect current flowing in each phase of U, V, and W and provide the detected current to the main control unit 10 . Also, the temperature detection unit 39 may detect the temperature of the switching element of the inverter unit 37 and provide the detected temperature to the main control unit 10 .
  • the main control unit 10 may collect various types of information such as the DC voltage and phase current of the inverter 1 and command various operations.
  • the PWM control unit 20 generates a PWM waveform by using the voltage command (V*) and the frequency command (F*) input from the main control unit 10, and uses this to generate a switching element and regeneration of each phase of the inverter unit 37.
  • a gate voltage may be applied to the switch of the braking unit 36 .
  • the main control unit 10 can receive a communication command including an operation command and a frequency command from an external upper controller (not shown), and PWM this. It can be provided to the control unit 20.
  • main control unit 10 and the PWM control unit 20 are shown and described as being configured separately, they may be configured as one on one board. That is, it is also possible for the main control unit 10 , which performs the functions of the PWM control unit 20 , to directly transmit the gate voltage to the inverter unit 37 .
  • the inverter 1 may further include an analog output circuit 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the analog output circuit 100 may generate various analog output signals related to the operating state of the inverter 1 and transmit them to an upper controller or an external device through an interface.
  • the external device may be a programmable logic controller (PLC), a voltage meter, or a current meter, but is not limited thereto.
  • PLC programmable logic controller
  • the operation of the analog output circuit 100 may be controlled by the main controller 10 .
  • the analog output circuit 100 can output an analog output signal having a bi-directional signal through the analog output terminal C, and the analog output terminal C is the above-described analog output signal. interface can be connected.
  • the analog output circuit 100 includes an operational amplifier (Op-Amp) 110, a first switch unit 120, and a second switch unit 130. ), a third switch unit 140 and a control unit 150 may be included.
  • the controller 150 generates a control signal for a switching operation of each of the switch units 120, 130, and 140 in the analog output circuit 100, and is the above-described main controller 10 or the processor and It may be separately implemented with an MCU including a memory.
  • the Op-Amp 110 has a first power terminal supplied with a first power supply (V S + ') of positive (+) voltage and a second power supply terminal supplied with a second power supply (V S - ') of negative (-) voltage. contains a section That is, in the Op-Amp 110, two differential inputs are input to the first and second input terminals A' and B', and these first and second power supplies V S + ', VS - ' The difference between these differential inputs is amplified and output to the output terminal (C').
  • the differential inputs input to the first and second input terminals A' and B' may be unidirectional analog signals, and the signals output to the output terminal C' may be bidirectional analog signals.
  • an output voltage of a one-way analog signal of 0 V to E V may be output from the first terminal (A), and the line of the first terminal (A) is connected to the first input terminal ( A') can be connected.
  • the one-way analog signal input to the first terminal A is a signal related to the operating state of the inverter 1, and may be a voltage output from the MCU of the main control unit 10.
  • the circuit of CS1 may be provided between the first terminal A and the first input terminal A'. Accordingly, the unidirectional analog signal applied to the first terminal (A) may be processed (changed) to be suitable for the Op-Amp 110 by CS1 and then input to the first input terminal (A').
  • a voltage having a positive value may be output from the second terminal B, and a line of the second terminal B may be connected to the second input terminal B'.
  • the signal input to the second terminal (B) is a signal acting as a differential reference signal for the one-way analog signal of the first terminal (A), and may be an offset voltage of a certain magnitude.
  • the circuit of CS2 may be provided between the second terminal (B) and the first input terminal (B'). Accordingly, the signal applied to the second terminal (B) may be processed (changed) to be suitable for the Op-Amp 110 by CS2 and then input to the second input terminal (B').
  • the Op-Amp 110 amplifies the voltage difference between the signals input to the first and second input terminals A' and B', respectively, in the range of -E 1 V (volt) to E 2 V (volt) (however, E 1 and E 2 are real numbers of 1 or more) bi-directional analog signals can be output to the output terminal (C').
  • FIG. 5 shows an example of various circuits (CS1, CS2, CS3, CS4) connected around the Op-Amp 110. However, in FIG. 5 , the first switch unit 120 to the third switch unit 120 , 130 , and 140 are not connected.
  • various circuits for assisting the function of the op-amp 110 may be connected to the op-amp 110.
  • CS1 and CS2 may include circuits and diode elements connected to resistance elements around the first and second input terminals A' and B' to affect the input signals.
  • CS3 is a circuit for feeding back the output of the output terminal C' to the first input terminal A' or the second input terminal B'.
  • CS3 may be connected between the output terminal (C') and the first input terminal (A') of the Op-Amp (110) or between the output terminal (C') and the second input terminal (B') of the Op-Amp (110). It may include a resistance element, a diode element, and the like.
  • CS4 is a circuit connected to the periphery of the output terminal C'.
  • CS4 is connected between the output terminal (C') of the Op-Amp (110) and the analog output terminal (C), and can affect the analog signal output from the output terminal (C') of the Op-Amp (110).
  • ESD electrostatic discharge
  • one end D is connected to the first and second terminals A and B, and the other end D' is connected to the ground, and one end D and the other end D' are connected to each other. switching between them.
  • one end D of the first switch unit 120 may be connected to the first and second input terminals A' and B', respectively.
  • the first switch unit 120 is turned OFF, the output voltage and the offset voltage are applied to the first and second input terminals A' and B', respectively.
  • the first switch unit 120 is in an ON state, the first and second input terminals A' and B' act to be in a ground state.
  • control unit 150 may generate a control signal for controlling switching of the first switch unit 120 and transmit it to the control terminal D′′ of the first switch unit 120 .
  • the corresponding control signal may also be transmitted to the control terminals of the second and third switch units 130 and 140 .
  • the operation may be more preferable in the following manner. That is, when a specific control signal is generated by the control unit 150, the control signal is transmitted to the first to third switch units 120, 130, and 140 so that the first switch unit 120 is in an OFF state and the first switch unit 120 is in an OFF state.
  • the 2 and 3 switch units 130 and 140 are in an ON state, and when the control unit 150 does not generate a corresponding control signal (in particular, when the corresponding control signal is not naturally generated according to power OFF), the corresponding control signal is not transferred to the first to third switch units 120, 130, and 140, so that the first switch unit 120 may be in an ON state and the second and third switch units 130 and 140 may be in an OFF state.
  • control unit 150 may generate a control signal only when power of a power supply unit (not shown) such as a switching mode power supply (SMPS) of the inverter 1 is supplied (ie, turned ON), and When the power of the supply unit is cut off (ie, turned OFF), the control signal is not generated naturally.
  • a power supply unit such as a switching mode power supply (SMPS) of the inverter 1
  • SMPS switching mode power supply
  • each differential input can be input as it is to the input terminals A' and B', and accordingly, a bidirectional analog signal amplified by these differential inputs can be output from the output terminal C'.
  • the first switch unit 120 is in an ON state as a default state, and the first and second input terminals (A', B') become grounded, and accordingly, no signal is output to the output terminal (C').
  • the first switch unit 120 transmits an analog signal only in an ON state, and in this case, the corresponding analog signal has a unidirectional signal ranging from 0 V to E V. Accordingly, the first switch unit 120 may be implemented as a switch for transmitting a one-way analog signal in the range of 0 V to E V.
  • FIG. 6 shows a signal flow when power is turned off in FIG. 5 . At this time, the signal flow is indicated by a dotted arrow.
  • the first switch unit 120 by the operation of the first switch unit 120, problems of the first prior art can be improved, and abnormal output such as offset output generated during a transient state of power ON/OFF can be prevented.
  • the first switch unit 120 can be implemented as a switch for transmitting a one-way analog signal corresponding to a very low-cost part, unlike the switch unit (SW) for transmitting a bidirectional analog signal of the second prior art, manufacturing cost can be reduced. There are benefits to savings.
  • FIG. 7 shows a voltage diagram measured in a power OFF transient state when the analog output circuit 100 includes only the first switch unit 120 .
  • FIG. 9 shows a voltage diagram measured in a power OFF transient state when the analog output circuit 100 includes all of the first to third switch units 120, 130, and 140.
  • the lower diagram is an enlarged portion of the OFF transient state portion (rectangular box portion) of the upper diagram.
  • CH3 is the voltage of the first power terminal part of the Op-Amp 110 supplied with power of VS +
  • CH4 is the voltage of the Op -Amp 110 supplied with power of VS -
  • the voltage of the second power terminal part, CH1 represents the voltage of the output terminal (C') part of the Op-Amp (110), respectively.
  • FIG. 8 shows a state in which the second and third switch units 130 and 140 are additionally connected in FIG. 5 . However, in FIG. 8 , the first switch unit 120 and the controller 150 are omitted.
  • the present invention may further include second and third switches 130 and 140 .
  • the second switch unit 130 is connected to the line of the first power terminal of the Op-Amp 110 to which the first power supply (V S + ') is supplied (ie, the line to which VS + is supplied), Depending on the control signal of the controller 150, whether or not to supply the first power source VS + ' is switched.
  • the third switch unit 140 is connected to the line of the second power terminal of the Op-Amp 110 to which the second power supply (V S - ') is supplied (ie, the line to which VS - is supplied), Depending on the control signal of the control unit 150, whether or not to supply the second power source VS - ' is switched.
  • the second and third switch units 130 and 140 should be implemented as devices to solve the problem of power supply unbalancing between the VS + power supply and the VS - power supply. Accordingly, the second and third switch units 130 and 140 may be implemented as a photo coupler, which is an element that can reliably cut off the VS + power and the VS - power when the power is turned off.
  • the photocoupler is a transmission element that transfers an input electrical signal and an output electrical signal through light.
  • This photo coupler is a packaged device of a light emitting element and a light receiving element, and transmits a signal from the light emitting element to the light receiving element using light, so that the light emitting element and the light receiving element can be electrically insulated.
  • control signal of the control unit 150 acts as an input to the light emitting elements 131 and 141 of each photo coupler of the second and third switch units 130 and 140 .
  • the light receiving element 132 of the photo coupler of the second switch unit 130 is connected to the line of the first power terminal of the Op-Amp 110
  • the light receiving element of the photo coupler of the second switch unit 150 ( 142) is connected to the line of the second power terminal of the Op-Amp (110).
  • the control unit 150 controls to generate a control signal, and as this control signal is input, the second and third switch units 130 and 140 are turned on, and the first and second switch units 130 and 140 are turned on.
  • the second power supplies (V S + ', VS - ') may be respectively input to the first and second power terminals of the Op-Amp 110 . That is, when a control signal is generated in the control unit 150 according to power ON, the corresponding control signal is transmitted to each light emitting element 131, 141 of the photo coupler of the second and third switch units 130 and 140, and each light is emitted. Optical signals are generated from the elements 131 and 141, respectively.
  • the light receiving element 132 of the photo coupler of the second switch unit 130 receives the light signal of the light emitting element 131 and connects (turns ON) between the terminal of VS + and the first power terminal,
  • the first power (V S + ') may be applied to the first power terminal of the Op-Amp 110 .
  • the light receiving element 142 of the photo coupler of the third switch unit 140 receives the optical signal of the light emitting element 141 and connects (turns on) between the terminal of VS - and the second power terminal, Power (V S - ') may be applied to the second power terminal of the Op-Amp (110).
  • the control unit 150 when the power of the power supply unit is turned off, the control unit 150 naturally does not generate a control signal, and as the control signal is not transmitted, the second and third switch units 130 and 140 return to the default state. In the OFF state, the input of the first and second power supplies (V S + ' and VS - ' ) to the first and second power terminals of the Op-Amp 110, respectively, may be blocked. That is, as the control signal of the control unit 150 is not generated according to the power off, the optical signal is not generated from each light emitting element 131 or 141 of the photo coupler of the second and third switch units 130 and 140. .
  • the light receiving element 132 of the photo coupler of the second switch unit 130 blocks (OFF) between the terminal of VS + and the first power terminal while not receiving the optical signal, and thus the first power supply.
  • the input of the first power supply (V S + ') to the terminal is cut off.
  • the light receiving element 142 of the photo coupler of the third switch unit 140 blocks (OFF) the connection between the terminal of VS - and the second power terminal while not receiving the optical signal, and accordingly, to the second power terminal.
  • the input of the second power supply (V S - ') of is blocked.
  • the second and third switch units 130 and 140 are each implemented as photo couplers, the following advantages are obtained. 1) The input/output is completely electrically insulated, and the blocking effect of the first and second power supplies (V S + ', VS - ' ) when the power is turned off is great. 2) Since the signal transmission is unidirectional, there is no effect on the input from the output. 3) The response speed is very fast, and the mounting density can be increased because it is small and light. 4) It has semi-permanent life, high reliability, and is strong against noise because it transmits signals using light.
  • the second and third switch units 130 and 140 are implemented as photo couplers, respectively, during the power ON/OFF transient state of the power supply unit (particularly, during the OFF transient state)
  • the first and second power sources (V S + ', VS - ') respectively supplied to the first and second power terminals of the Op-Amp 110 are cut off more quickly and accurately by the ON/OFF operation of the corresponding photocoupler. Accordingly, the above-described power supply unbalancing problem can be solved.
  • the present invention configured as described above can prevent the occurrence of abnormal output in the analog output circuit during the transient state of power ON/OFF, and in particular, can prevent the occurrence of abnormal output more conveniently and quickly by using low-cost parts. There is an advantage to being
  • the present invention relates to an analog output circuit and an inverter having the same, and it is possible to provide an analog output circuit implemented to prevent an abnormal output occurring in a transient state of power ON/OFF and an inverter including the same for industrial use. There is a possibility.

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Abstract

본 발명은 아날로그 출력 회로 및 이를 구비한 인버터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 출력 회로는 출력 전압의 선로가 연결된 제1 입력단 및 옵셋 전압의 선로가 연결된 제2 입력단 사이의 차이를 증폭하여 양방향 아날로그 신호를 출력단에서 출력하는 연산 증폭기(operational amplifier, Op-Amp)를 포함하는 전자장치의 아날로그 출력 회로로서, 일단이 상기 제1 및 제2 입력단과 각각 연결되고 타단이 접지와 연결되어 상기 일단 및 상기 타단의 사이를 스위칭하는 제1 스위치부; 및 상기 제1 스위치부의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부;를 포함한다.

Description

아날로그 출력 회로 및 이를 구비한 인버터
본 발명은 아날로그 출력 회로 및 이를 구비한 인버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전원 ON/OFF의 과도 상태 시에 발생하는 이상 출력을 방지하도록 구현된 아날로그 출력 회로 및 이를 구비한 인버터에 관한 것이다.
인버터는 아날로그 출력 기능을 가지는 아날로그 출력 회로를 포함한다. 즉, 인버터에서, 인버터의 출력 주파수 지령 및 각종 인버터의 상태 값이 아날로그 신호로 전환되어 아날로그 출력 회로의 단자(이하, "아날로그 출력 단자"라 지칭함)를 통해 출력되며, 이러한 아날로그 출력 단자에서 출력되는 아날로그 출력 신호는 상위 제어기로 또는 외부 디바이스로 전달된다.
한편, 아날로그 출력 회로의 출력 단자(이하, "아날로그 출력 단자"라 지칭함)가 0 V(볼트) 내지 E V(볼트) 범위(단, E는 1이상의 실수)(가령, 0 V 내지 4 V)의 단방향 신호가 아닌, -E1 V(볼트) 내지 E2 V(볼트) 범위(단, E1 및 E2는 1이상의 실수)(가령, -4 V 내지 4 V)의 양방향 신호를 출력하는 인버터(이하, "양방향 출력 인버터"라 지칭함) 제품이 개발되고 있다.
도 1은 양방향 출력 인버터의 출력 회로를 나타낸다.
이러한 양방향 출력 인버터는, 도 1에 도시된 바와 같이, 양방향 출력을 위해 연산 증폭기(operational amplifier, Op-Amp)를 아날로그 출력 회로(이하, "제1 종래 기술"이라 지칭함)에 포함한다. 이때, 연산 증폭기(Op-Amp)는 A 단자로 입력되는 단방향 신호를 B 단자의 옵셋 신호를 기반으로 증폭하며, 증폭된 양방향 아날로그 신호를 C 단자(즉, 아날로그 출력 단자)로 출력한다.
하지만, 제1 종래 기술의 경우, 아날로그 출력 신호가 양방향 신호 형태로 출력되면서, 전원 ON 또는 OFF의 과도 상태(특히, OFF의 과도 상태) 시에 Op-Amp에서 증폭되어 아날로그 출력 단자(C)에서 출력되는 이상 출력이 발생될 수 있다. 이러한 이상 출력에 따라 아날로그 출력 단자(C)에 연결된 상위 제어기 또는 외부 디바이스로 잘못된 정보의 신호가 전달되며, 이에 따라 인버터 시스템 또는 외부 시스템에는 심각한 문제가 야기될 수 있다.
다만, 상술한 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 기 공개된 기술에 해당하는 것은 아니다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전원 ON/OFF의 과도 상태 시의 이상 출력 발생을 방지하기 위한 아날로그 출력 회로 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 저가 부품을 이용하여 보다 간편하게 전원 ON/OFF 과도 상태 시의 이상 출력 발생을 방지할 수 있는 아날로그 출력 회로 기술을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 출력 회로는 출력 전압의 선로가 연결된 제1 입력단 및 옵셋 전압의 선로가 연결된 제2 입력단 사이의 차이를 증폭하여 -E1 V(볼트) 내지 E2 V(볼트) 범위(단, E1 및 E2는 1이상의 실수)의 양방향 아날로그 신호를 출력단에서 출력하는 연산 증폭기(operational amplifier, Op-Amp)를 포함하는 전자장치의 아날로그 출력 회로로서, 일단이 상기 제1 및 제2 입력단과 각각 연결되고 타단이 접지와 연결되어 상기 일단 및 상기 타단의 사이를 스위칭하는 제1 스위치부; 및 상기 제1 스위치부의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부;를 포함한다.
상기 제1 스위치부는 OFF 상태가 되면 상기 출력 전압 및 상기 옵셋 전압이 제1 및 제2 입력단에 각각 인가되도록 작용하고, ON 상태가 되면 상기 제1 및 제2 입력단이 접지 상태가 되도록 작용할 수 있다.
상기 제1 스위치부는 ON 상태 시 0 V 내지 E V 범위(단, E는 0보다 큰 실수)의 단방향 신호 전달용일 수 있다.
상기 제어부는 상기 전자장치의 전원 공급부의 전원이 ON될 경우에 상기 제어 신호를 발생시키고 상기 전원 공급부의 전원이 OFF될 경우에 상기 제어 신호를 미 발생시킬 수 있다.
상기 제1 스위치부는 상기 제어 신호의 입력 시에 상기 OFF 상태가 되고, 상기 제어 신호의 미 입력 시에 상기 ON 상태가 될 수 있다.
상기 연산 증폭기는 양(+)전압의 제1 전원을 공급받는 제1 전원단과 음(-)전압의 제2 전원을 공급받는 제2 전원단을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 출력 회로는, 상기 제1 전원단의 선로에 연결되어 상기 제어부의 상기 제어 신호에 따라 상기 제1 전원의 공급 여부를 스위칭하는 제2 스위치부; 및 상기 제2 전원단의 선로에 연결되어 상기 제어부의 상기 제어 신호에 따라 상기 제2 전원의 공급 여부를 스위칭하는 제3 스위치부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 및 제3 스위치부는 각각 포토 커플러로 구현될 수 있다.
상기 제어 신호는 상기 제2 및 제3 스위치부의 상기 각 포토 커플러의 발광 소자의 입력으로 작용하고, 상기 제2 스위치부의 상기 포토 커플러의 수광 소자는 상기 제1 전원단의 선로에 연결되며, 상기 제2 스위치부의 상기 포토 커플러의 수광 소자는 상기 제2 전원단의 선로에 연결될 수 있다.
상기 제2 및 제3 스위치부는 상기 제어 신호의 입력 시에 상기 제1 및 제2 전원이 상기 연산 증폭기에 각각 입력되도록 작용하고, 상기 제2 및 제3 스위치부는 상기 제어 신호의 미 입력 시에 상기 제1 및 제2 전원이 차단되도록 작용할 수 있다.
상기 전자장치는 인버터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터는 양방향 아날로그 신호를 출력하는 아날로그 출력 회로를 포함하는 인버터이다.
상기 아날로그 출력 회로는, 출력 전압의 선로가 연결된 제1 입력단 및 옵셋 전압의 선로가 연결된 제2 입력단 사이의 차이를 증폭하여 -E1 V(볼트) 내지 E2 V(볼트) 범위(단, E1 및 E2는 1이상의 실수)의 양방향 아날로그 신호를 출력단에서 출력하는 연산 증폭기(operational amplifier, Op-Amp); 일단이 상기 제1 및 제2 입력단과 각각 연결되고 타단이 접지와 연결되어 상기 일단 및 상기 타단의 사이를 스위칭하는 제1 스위치부; 및 상기 제1 스위치부의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부;를 포함할 수 있으며, 상기 제1 스위치부는 OFF 상태가 되면 상기 출력 전압 및 상기 옵셋 전압이 제1 및 제2 입력단에 각각 인가되도록 작용하고, ON 상태가 되면 상기 제1 및 제2 입력단이 접지 상태가 되도록 작용할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 전원 ON/OFF의 과도 상태 시에 아날로그 출력 회로에서의 이상 출력 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 저가 부품을 이용하여 보다 간편하고 빠르게 전원 ON/OFF 과도 상태 시의 이상 출력 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 양방향 출력 인버터의 출력 회로를 나타낸다.
도 2는 이상 출력을 방지하기 위한 수단이 구현된 양방향 출력 인버터의 아날로그 출력 회로에 대한 일 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 출력 회로(100)를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(1)의 구조를 나타낸다.
도 5는 Op-Amp(110) 주변에 연결되는 다양한 회로(CS1, CS2, CS3, CS4)에 대한 일 예를 나타낸다.
도 6은 도 5에서 전원 OFF 시의 신호 흐름을 나타낸다. 이때, 신호 흐름은 점선의 화살표로 표시하였다.
도 7은 아날로그 출력 회로(100)가 제1 스위치부(120)만 포함한 경우에 전원 OFF 과도 상태 시에 측정한 전압 다이어그램을 나타낸다.
도 8은 도 5에서 제2 및 제3 스위치부(130, 140)가 추가 연결된 모습을 나타낸다.
도 9는 아날로그 출력 회로(100)가 제1 내지 제3 스위치부(120, 130, 140)를 모두 포함한 경우에 전원 OFF 과도 상태 시에 측정한 전압 다이어그램을 나타낸다.
<도면 부호>
1: 인버터 100: 아날로그 출력 회로
110: 연산 증폭기(Op-Amp) 120: 제1 스위치부
130: 제2 스위치부 140: 제3 스위치부
150: 제어부
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다", "마련하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, "또는", "적어도 하나" 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나"는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, "예를 들어" 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 이상 출력을 방지하기 위한 수단이 구현된 양방향 출력 인버터의 아날로그 출력 회로에 대한 일 예를 나타낸다.
상술한 제1 종래 기술의 문제를 해결하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 연상 증폭기(Op-Amp)의 C 단자에 스위치부(SW)를 더 포함하는 인버터의 아날로그 출력 회로(이하, "제2 종래 기술"이라 지칭함)가 제안될 수 있다. 이러한 제2 종래 기술에서, 스위치부(SW)는 C 단자와 D 단자의 사이를 스위칭(switching)하며, 이때, D 단자가 아날로그 출력 단자에 해당한다.
하지만, 추가된 스위치부(SW)는 양방향 신호의 아날로그 출력 신호를 스위칭(switching)해야 하므로 상당히 고가의 스위치를 이용해야만 구현될 수 있으며, 이에 따라 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 발생한다. 또한, 제2 종래 기술에서, 스위치부(SW)는 그 동작 범위가 상당히 넓은 양방향 신호를 다루어야 한다. 이에 따라, 스위치부(SW)는 ON 상태 시 접점 저항 성분으로 인한 전압 강하가 상당히 많이 일어나게 되므로, 제2 종래 기술은 스위치부(SW)에 대한 보정 작업(Calibration)이 필히 수행되어야 하는 문제가 발생한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 출력 회로(100)를 나타낸다.
이에 따라, 본 발명은 상술한 제1 및 제2 종래 기술을 동시에 해결하기 위한 기술을 제안한다. 즉, 본 발명은 저가 부품을 이용하여 보다 간편하게 전원 ON/OFF의 과도 상태 시의 이상 출력 발생을 방지할 수 있는 아날로그 출력 회로(100)를 제안한다. 이때, 아날로그 출력 회로(100)는 전자장치에 포함되는 회로로서, 해당 전자장치의 동작 상태 등에 관한 다양한 아날로그 출력 신호를 생성하여 인터페이스를 통해 상위 제어기 또는 외부 디바이스로 출력하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 아날로그 출력 회로(100)가 적용된 전자장치로는 인버터(1)를 포함할 수 있으며, 그 외에 다양한 가전기기, 산업용 제어기기 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(1)의 구조를 나타낸다.
한편, 아날로그 출력 회로(100)가 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(1)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 교류전원(2)으로부터 전원을 인가받아 유도 전동기(3)의 구동 제어를 위해 필요한 전압과 주파수를 가변하여 유도 전동기(3)에 제공할 수 있다. 이때, 인버터(1)는 출력할 수 있는 상전압 기본파를 연산하여 전압을 생성하는 PWM 기법을 통해 그 목적을 구현할 수 있다. 구체적으로, 인버터(1)는 컨버터부(31), 초기충전저항(32), 초기충전 스위치(33), 직류 링크(DC link) 캐패시터(34), 회생제동부(36), 인버터부(37), 전류검출부(38), 온도검출부(39), 메인 제어부(10), 및 펄스폭변조(pulse width modulation, PWM) 제어부(20) 등을 포함할 수 있다.
컨버터부(31)는 교류전원을 정류하여 직류로 변환하는 구성이다. 예를 들어, 컨버터부(31)는 일반적으로 다이오드(diode)로 구성될 수 있으며, 초기충전 스위치(33)의 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier, SCR)와 연결된 SCR-diode 형태로 구성될 수도 있다.
초기충전저항(32)과 초기충전 스위치(33)는 전원 인가 시 돌입전류가 직류 링크 캐패시터(34)로 인가되는 것을 방지하기 위한 구성이다. 즉, 전원 인가 시 초기충전 스위치(33)가 턴오프(turn-off)되어 초기충전저항(32)에 의해 돌입전류가 억제되며, 돌입전류가 억제된 이후 초기충전 스위치(33)가 턴온(turn-on)되어 초기충전저항(32)을 회로에서 분리할 수 있다. 예를 들어, 초기충전 스위치(33)는 전자접촉기(magnetic contactor, MC)로 구성될 수 있으며, 컨버터부(31)의 상부 레그의 다이오드에 연결된 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier, SCR)로 구성될 수도 있다.
직류 링크 캐패시터(34)는 컨버터부(31)에 의해 정류된 직류전압을 평활화할 수 있으며, 인버터부(37)는 직류 링크 캐패시터(34)에 충전된 직류전압을 교류전압으로 변환할 수 있다. 이때, 인버터부(37)는 복수의 제어 스위칭 소자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 스위칭 소자는 트랜지스터, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor, MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT), 또는 게이트 턴-오프 사이리스터(gate turn-off thyristor, GTO)로 구성될 수 있다. 인버터부(37)는 가변주파수의 PWM에 의해 변조된 크기와 주파수의 교류전압을 출력할 수 있다.
회생제동부(36)는 회생운전 등의 이유로 상승한 직류전압이 설정된 전압보다 큰 경우, 회생에너지를 저항(DB R)으로 소비시킬 수 있다.
전류검출부(38)는 U, V, W의 각 상에 흐르는 전류를 검출하여 메인 제어부(10)에 제공할 수 있다. 또한, 온도검출부(39)는 인버터부(37)의 스위칭 소자의 온도를 검출하여 메인 제어부(10)에 제공할 수 있다.
메인 제어부(10)는 인버터(1)의 직류전압 및 상전류 등 각종 정보를 수집하고 각종 운전을 지령할 수 있다. PWM 제어부(20)는 메인 제어부(10)로부터 입력된 전압지령(V*)과 주파수지령(F*)을 이용하여 PWM 파형을 생성하고 이를 이용하여 인버터부(37)의 각 상의 스위칭 소자 및 회생제동부(36)의 스위치에 게이트 전압을 인가할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(1)에서, 메인 제어부(10)는 외부의 상위 제어기(미도시)로부터 운전지령과 주파수지령을 포함하는 통신지령을 수신할 수 있고 이를 PWM 제어부(20)에 제공할 수 있다.
한편, 메인 제어부(10)와 PWM 제어부(20)가 별도로 구성되는 것으로 도시 및 설명하였으나, 이들은 하나의 보드에 하나의 구성될 수도 있다. 즉, PWM 제어부(20)의 기능을 통합 수행하는 메인 제어부(10)가 인버터부(37)에 직접 게이트 전압을 전송하는 것도 가능하다.
특히, 인버터(1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 출력 회로(100)를 더 포함할 수 있다. 이러한 아날로그 출력 회로(100)는 인버터(1)의 동작 상태 등에 관한 다양한 아날로그 출력 신호를 생성하여 인터페이스를 통해 상위 제어기 또는 외부 디바이스로 전달할 수 있다. 예를 들어, 외부 디바이스는 PLC(Programmable Logic Controller), 전압 미터, 전류 미터 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 아날로그 출력 회로(100)의 동작은 메인 제어부(10)에 의해 제어될 수 있다. 특히, 인버터(1)가 양방향 출력 인버터이므로, 아날로그 출력 회로(100)는 양방향 신호를 가지는 아날로그 출력 신호를 아날로그 출력 단자(C)를 통해 출력할 수 있으며, 해당 아날로그 출력 단자(C)는 상술한 인터페이스에 연결될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 출력 회로(100)는, 연산 증폭기(operational amplifier, Op-Amp)(110), 제1 스위치부(120), 제2 스위치부(130), 제3 스위치부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 아날로그 출력 회로(100)에 각 스위치부(120, 130, 140)의 스위칭(switching) 동작을 위한 제어 신호를 생성하는 것으로서, 상술한 메인 제어부(10)이거나, 프로세서 및 메모리를 포함하는 MCU 등으로 별도 구현될 수 있다.
Op-Amp(110)는 양(+)전압의 제1 전원(VS +')을 공급받는 제1 전원단과 음(-)전압의 제2 전원(VS -')을 공급받는 제2 전원단을 포함한다. 즉, Op-Amp(110)는 2개의 차동 입력이 제1 및 제2 입력단(A', B')으로 입력되며, 이들 제1 및 제2 전원(VS +', VS -')을 이용하여 이들 차동 입력의 차이를 증폭하여 출력단(C')으로 출력한다. 이때, 제1 및 제2 입력단(A', B')에 입력되는 차동 입력은 단방향 아날로그 신호일 수 있으며, 출력단(C')에 출력되는 신호는 양방향 아날로그 신호일 수 있다.
가령, 제1 단자(A)에서 0 V 내지 E V(단, E는 0보다 큰 실수)의 단방향 아날로그 신호의 출력 전압이 출력될 수 있으며, 이러한 제1 단자(A)의 선로가 제1 입력단(A')에 연결될 수 있다. 이때, 제1 단자(A)에 입력되는 단방향 아날로그 신호는 인버터(1)의 동작 상태 등에 관한 신호로서, 메인 제어부(10)의 MCU에서 출력되는 전압일 수 있다. 특히, 제1 단자(A)와 제1 입력단(A')의 사이에 CS1의 회로가 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 단자(A)에 인가되는 단방향 아날로그 신호는 CS1에 의해 그 크기 등이 Op-Amp(110)에 적합하게 가공(변경)되어 제1 입력단(A')에 입력될 수 있다.
또한, 제2 단자(B)에서 양의 값을 가지는 전압이 출력될 수 있으며, 이러한 제2 단자(B)의 선로가 제2 입력단(B')에 연결될 수 있다. 이때, 제2 단자(B)에 입력되는 신호는 제1 단자(A)의 단방향 아날로그 신호에 대한 차동 기준 신호로 작용하는 신호로서, 일정한 크기의 옵셋 전압일 수 있다. 특히, 제2 단자(B)와 제1 입력단(B')의 사이에 CS2의 회로가 구비될 수 있다. 이에 따라, 제2 단자(B)에 인가되는 신호는 CS2에 의해 그 크기 등이 Op-Amp(110)에 적합하게 가공(변경)되어 제2 입력단(B')에 입력될 수 있다.
Op-Amp(110)는 제1 및 제2 입력단(A', B')에 각각 입력되는 신호의 전압 차이를 증폭하면서, -E1 V(볼트) 내지 E2 V(볼트) 범위(단, E1 및 E2는 1이상의 실수)의 양방향 아날로그 신호를 출력단(C')에 출력할 수 있다.
도 5는 Op-Amp(110) 주변에 연결되는 다양한 회로(CS1, CS2, CS3, CS4)에 대한 일 예를 나타낸다. 다만, 도 5에서, 제1 스위치부(120) 내지 제3 스위치부(120, 130, 140)는 연결되지 않은 상태이다.
도 5를 참조하면, Op-Amp(110)에는 Op-Amp(110)의 기능을 보조하기 위한 다양한 회로(CS1, CS2, CS3, CS4)가 연결될 수 있다.
즉, CS1 및 CS2는 상술한 바와 같이 제1 및 제2 입력단(A', B')의 주변에, 저항 소자 연결되어 그 입력 신호에 영향을 주는 회로로서 및 다이오드 소자 등을 포함할 수 있다. 또한, CS3는 출력단(C')의 출력을 제1 입력단(A') 또는 제2 입력단(B')으로 피드백(feedback)하기 위한 회로이다. 이러한 CS3는Op-Amp(110)의 출력단(C')과 제1 입력단(A')의 사이 또는 Op-Amp(110)의 출력단(C')과 제2 입력단(B')의 사이에 연결될 수 있으며, 저항 소자 및 다이오드 소자 등을 포함할 수 있다. 또한, CS4는 출력단(C')의 주변에 연결되는 회로이다. 이러한 CS4는 Op-Amp(110)의 출력단(C')과 아날로그 출력 단자(C)의 사이에 연결되어 Op-Amp(110)의 출력단(C')에서 출력되는 아날로그 신호에 영향을 줄 수 있으며, 정전기 방전(Electro static discharge, ESD)을 보호하기 위한 ESD 소자 등을 포함할 수 있다.
제1 스위치부(120)는 일단(D)이 제1 및 제2 단자(A, B)와 각각 연결되고 타단(D')이 접지와 연결되며, 일단(D) 및 타단(D')의 사이를 스위칭(switching) 한다. 물론, 제1 스위치부(120)의 일단(D)은 제1 및 제2 입력단(A', B')과 각각 연결될 수도 있다. 가령, 제1 스위치부(120)는 OFF 상태가 되면 출력 전압 및 옵셋 전압이 제1 및 제2 입력단(A', B')에 각각 인가되도록 작용한다. 또한, 제1 스위치부(120)는 ON 상태가 되면 제1 및 제2 입력단(A', B')이 접지 상태가 되도록 작용한다.
이때, 제어부(150)는 제1 스위치부(120)의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 생성하여, 제1 스위치부(120)의 제어 단자(D'')로 전달할 수 있다. 또한, 해당 제어 신호는 제2 및 제3 스위치부(130, 140)의 제어 단자로도 전달될 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 스위치부(120, 130, 140)의 ON 상태 및 OFF 상태를 제어하기 위한 각 제어 신호를 생성하는 방식으로 동작하기 보다는 다음의 방식으로 동작이 더 바람직할 수 있다. 즉, 제어부(150)에서 특정의 제어 신호를 생성하는 경우, 해당 제어 신호가 제1 내지 제3 스위치부(120, 130, 140)에 전달되어 제1 스위치부(120)는 OFF 상태가 되고 제2 및 3 스위치부(130, 140)는 ON 상태가 되며, 제어부(150)에서 해당 제어 신호를 생성하지 않는 경우(특히, 전원 OFF에 따라 자연히 해당 제어 신호를 생성하지 않는 경우), 해당 제어 신호가 제1 내지 제3 스위치부(120, 130, 140)에 미 전달되어 제1 스위치부(120)는 ON 상태가 되고 제2 및 3 스위치부(130, 140)는 OFF 상태가 될 수 있다.
이때, 제어부(150)는 인버터(1)의 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등과 같은 전원 공급부(미도시)의 전원이 공급될 경우(즉, ON될 경우)에만 제어 신호를 생성할 수 있으며, 전원 공급부의 전원이 차단될 경우(즉, OFF될 경우)에는 자연히 제어 신호를 미 발생시킨다.
즉, 전원 공급부의 전원이 ON될 경우, 제어부(150)는 제어 신호가 생성되도록 제어하므로, 제1 스위치부(120)가 OFF 상태가 되면서 제1 및 제2 입력단(A', B')의 저항이 거의 무한대로 되면서 각 차동 입력이 입력단(A', B')에 그대로 입력될 수 있으며, 이에 따라 이들 차동 입력을 증폭한 양방향 아날로그 신호가 출력단(C')에서 출력될 수 있다.
반면, 전원 공급부의 전원이 OFF될 경우, 제어부(150)에 의한 제어 신호가 자연히 생성되지 않게 되므로, 제1 스위치부(120)가 기본 상태(default)로서 ON 상태가 되면서 제1 및 제2 입력단(A', B')이 접지 상태가 되며, 이에 따라 출력단(C')에 신호가 출력되지 않게 된다.
특히, 제1 스위치부(120)는 ON 상태 시에만 아날로그 신호를 전달하게 되며, 이 경우에 해당 아날로그 신호는 0 V 내지 E V 범위의 단방향 신호를 가지게 된다. 이에 따라, 제1 스위치부(120)는 0 V 내지 E V 범위의 단방향 아날로그 신호 전달용의 스위치로 구현될 수 있다.
도 6은 도 5에서 전원 OFF 시의 신호 흐름을 나타낸다. 이때, 신호 흐름은 점선의 화살표로 표시하였다.
도 6을 참조하면, 인버터(1)의 전원 ON/OFF 과도 상태 시 전원 차단이 되어 있더라도, Op-Amp(110)에 내장된 ESD(Electro Static Discharge) 소자를 통해 Op-Amp(110)의 출력단(C')의 아날로그 신호가 그대로 출력되는 'self-powering' 특성으로 인한 옵셋 출력 현상이 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 제1 스위치부(120)에 대한 ON/OFF 제어를 통해 옵셋이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전원 ON/OFF의 과도 상태 시에 Op-Amp(110)의 제1 및 제2 입력단(A', B')으로 입력되는 입력 신호가 발생할 경우, 제1 스위치부(120)에 대한 ON/OFF 제어 신호를 사용하여 그 입력 신호를 0V로 잡아주도록 하여 해당 옵셋을 방지할 수 있다.
본 발명은 이러한 제1 스위치부(120)의 동작에 의해, 제1 종래 기술의 문제점을 개선하여, 전원 ON/OFF의 과도 상태 시에 발생하는 옵셋 출력 등의 이상 출력을 방지할 수 있다. 특히, 제1 스위치부(120)는 제2 종래 기술의 양방향 아날로그 신호 전달용인 스위치부(SW)와 달리, 매우 저가의 부품에 해당하는 단방향 아날로그 신호 전달용 스위치로 구현될 수 있으므로, 제조 비용을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
도 7은 아날로그 출력 회로(100)가 제1 스위치부(120)만 포함한 경우에 전원 OFF 과도 상태 시에 측정한 전압 다이어그램을 나타낸다. 반면, 도 9는 아날로그 출력 회로(100)가 제1 내지 제3 스위치부(120, 130, 140)를 모두 포함한 경우에 전원 OFF 과도 상태 시에 측정한 전압 다이어그램을 나타낸다. 도 7 및 도 9에서, 아래쪽의 다이어그램은 위쪽 다이어그램 중 OFF 과도 상태 부분(사각 박스 부분)을 확대한 것이다.
도 7 및 도 9에서, CH3은 VS +의 전원을 공급받는 Op-Amp(110)의 제1 전원단 부분의 전압을, CH4은 VS -의 전원을 공급받는 Op-Amp(110)의 제2 전원단 부분의 전압을, CH1은 Op-Amp(110)의 출력단(C') 부분의 전압을 각각 나타낸다.
도 7을 참조하면, 전원 ON/OFF 과도 상태 시(특히, OFF 과도 상태 시), Op-Amp(110)의 제1 및 제2 전원단에 공급되는 VS + 전원 및 VS - 전원 사이의 부하량에 따라 그 각 전압 slop가 달라진다. 이러한 VS + 전원 및 VS - 전원 사이의 전원 언밸런싱(unbalancing) 문제로 인해, Op-Amp(110)의 출력단(C')의 출력이 - 방향 또는 + 방향의 한 방향으로 제한 전압까지 쏠리는 이상 출력이 발생할 수 있다.
도 8은 도 5에서 제2 및 제3 스위치부(130, 140)가 추가 연결된 모습을 나타낸다. 다만, 도 8에서 제1 스위치부(120) 및 제어부(150)는 생략되었다.
이러한 문제를 개선하기 위해, 도 3 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제2 및 제3 스위치(130, 140)를 더 포함할 수 있다.
즉, 제2 스위치부(130)는 제1 전원(VS +')이 공급되는 Op-Amp(110)의 제1 전원단의 선로(즉, VS +가 공급되는 선로)에 연결되어, 제어부(150)의 제어 신호에 따라 제1 전원(VS +')의 공급 여부를 스위칭(switching) 한다. 마찬가지로, 제3 스위치부(140)는 제2 전원(VS -')이 공급되는 Op-Amp(110)의 제2 전원단의 선로(즉, VS -가 공급되는 선로)에 연결되어, 제어부(150)의 제어 신호에 따라 제2 전원(VS -')의 공급 여부를 스위칭(switching) 한다.
다만, 제2 및 제3 스위치부(130, 140)는 VS + 전원 및 VS - 전원 사이의 전원 언밸런싱(unbalancing) 문제를 해결하기 위한 소자로 구현되어야 한다. 이에 따라, 제2 및 제3 스위치부(130, 140)는 전원 OFF 시 VS + 전원 및 VS - 전원을 확실하게 차단할 수 있는 소자인 포토 커플러(Photo Coupler)로 구현될 수 있다.
이때, 포토 커플러는 입력 전기 신호와 출력 전기 신호를 광으로 전달하는 전달하는 소자이다. 이러한 포토 커플러는 발광 소자와 수광 소자가 패키지화 된 소자로서, 광을 이용하여 발광 소자에서 수광 소자로 신호를 전달하므로, 발광 소자와 수광 소자 간을 전기적으로 절연시킬 수 있다
구체적으로, 제어부(150)의 제어 신호는 제2 및 제3 스위치부(130, 140)의 각 포토 커플러의 발광 소자(131, 141)의 입력으로 작용한다. 또한, 제2 스위치부(130)의 포토 커플러의 수광 소자(132)는 Op-Amp(110)의 제1 전원단의 선로에 연결되며, 제2 스위치부(150)의 포토 커플러의 수광 소자(142)는 Op-Amp(110)의 제2 전원단의 선로에 연결된다.
이때, 전원 공급부의 전원이 ON될 경우, 제어부(150)는 제어 신호가 생성되도록 제어하고, 이러한 제어 신호가 입력되면서 제2 및 제3 스위치부(130, 140)는 ON 상태가 되면서 제1 및 제2 전원(VS +', VS -')이 Op-Amp(110)의 제1 및 제2 전원단에 각각 입력될 수 있다. 즉, 전원 ON에 따라 제어부(150)에서 제어 신호가 생성되면, 해당 제어 신호는 제2 및 제3 스위치부(130, 140)의 포토 커플러의 각 발광 소자(131, 141)에 전달되면서 각 발광 소자(131, 141)에서 각각 광 신호가 발생하게 된다.
이에 따라, 제2 스위치부(130)의 포토 커플러의 수광 소자(132)는 발광 소자(131)의 광 신호를 수신하면서 VS +의 단자와 제1 전원단의 사이를 연결(ON)함으로써, 제1 전원(VS +')이 Op-Amp(110)의 제1 전원단에 인가될 수 있다. 동시에, 제3 스위치부(140)의 포토 커플러의 수광 소자(142)는 발광 소자(141)의 광 신호를 수신하면서 VS -의 단자와 제2 전원단 사이를 연결(ON)함으로써, 제2 전원(VS -')이 Op-Amp(110)의 제2 전원단에 인가될 수 있다.
반면, 전원 공급부의 전원이 OFF될 경우, 제어부(150)는 자연히 제어 신호를 미 발생시키고, 제어 신호가 미 전달됨에 따라 제2 및 제3 스위치부(130, 140)는 기본 상태(default)로 OFF 상태가 되면서 제1 및 제2 전원(VS +', VS -')이 Op-Amp(110)의 제1 및 제2 전원단에 각각 입력되는 것이 차단될 수 있다. 즉, 전원 OFF에 따라 제어부(150)의 제어 신호가 미 발생되면서, 제2 및 제3 스위치부(130, 140)의 포토 커플러의 각 발광 소자(131, 141)에서 광 신호가 발생하지 않게 된다.
이에 따라, 제2 스위치부(130)의 포토 커플러의 수광 소자(132)는 광 신호를 수신하지 못하면서 VS +의 단자와 제1 전원단의 사이를 차단(OFF)하며, 이에 따라 제1 전원단으로의 제1 전원(VS +') 입력이 차단된다. 동시에, 제3 스위치부(140)의 포토 커플러의 수광 소자(142)도 광 신호를 수신하지 못하면서 VS -의 단자와 제2 전원단 사이를 차단(OFF)하며, 이에 따라 제2 전원단으로의 제2 전원(VS -') 입력이 차단된다.
제2 및 제3 스위치부(130, 140)가 각각 포토 커플러로 구현됨에 따라, 다음과 같은 이점을 가지게 된다. 1) 입출력 간이 전기적으로 완전히 절연되어, 전원 OFF 시의 제1 및 제2 전원(VS +', VS -')의 차단 효과가 크다. 2) 신호 전달이 단방향이므로 출력으로부터 입력에 대한 영향이 없다. 3) 응답속도가 매우 빠르며, 소형 및 경량이므로 실장 밀도를 높일 수 있다. 4) 수명이 반영구적이고, 높은 신뢰성을 가지며, 광을 이용해 신호를 전달을 하므로 잡음에 강하다.
특히, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 및 제3 스위치부(130, 140)가 각각 포토 커플러로 구현됨에 따라, 전원 공급부의 전원 ON/OFF 과도 상태 시(특히, OFF 과도 상태 시)에 해당 포터 커플러의 ON/OFF 동작에 의해 Op-Amp(110)의 제1 및 제2 전원단에 각각 공급되는 제1 및 제2 전원(VS +', VS -')이 보다 빠르고 정확하게 차단될 수 있으며, 이에 따라 상술한 전원 언밸런싱(unbalancing) 문제가 해결될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 전원 ON/OFF의 과도 상태 시에 아날로그 출력 회로에서의 이상 출력 발생을 방지할 수 있으며, 특히 저가 부품을 이용하여 보다 간편하고 빠르게 해당 이상 출력 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 아날로그 출력 회로 및 이를 구비한 인버터에 관한 것으로서, 전원 ON/OFF의 과도 상태 시에 발생하는 이상 출력을 방지하도록 구현된 아날로그 출력 회로 및 이를 구비한 인버터를 제공할 수 있으므로, 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (9)

  1. 출력 전압의 선로가 연결된 제1 입력단 및 옵셋 전압의 선로가 연결된 제2 입력단 사이의 차이를 증폭하여 양방향 아날로그 신호를 출력단에서 출력하는 연산 증폭기(operational amplifier, Op-Amp)를 포함하는 전자장치의 아날로그 출력 회로로서,
    일단이 상기 제1 및 제2 입력단과 각각 연결되고 타단이 접지와 연결되어 상기 일단 및 상기 타단의 사이를 스위칭하는 제1 스위치부; 및
    상기 제1 스위치부의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제1 스위치부는 OFF 상태가 되면 상기 출력 전압 및 상기 옵셋 전압이 제1 및 제2 입력단에 각각 인가되도록 작용하고, ON 상태가 되면 상기 제1 및 제2 입력단이 접지 상태가 되도록 작용하는 아날로그 출력 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는 ON 상태 시 단방향 신호 전달용인 아날로그 출력 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전자장치의 전원 공급부의 전원이 ON될 경우에 상기 제어 신호를 발생시키고 상기 전원 공급부의 전원이 OFF될 경우에 상기 제어 신호를 미 발생시키며,
    상기 제1 스위치부는 상기 제어 신호의 입력 시에 상기 OFF 상태가 되고, 상기 제어 신호의 미 입력 시에 상기 ON 상태가 되는 아날로그 출력 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연산 증폭기는 양(+)전압의 제1 전원을 공급받는 제1 전원단과 음(-)전압의 제2 전원을 공급받는 제2 전원단을 포함하며,
    상기 제1 전원단의 선로에 연결되어 상기 제어부의 상기 제어 신호에 따라 상기 제1 전원의 공급 여부를 스위칭하는 제2 스위치부; 및
    상기 제2 전원단의 선로에 연결되어 상기 제어부의 상기 제어 신호에 따라 상기 제2 전원의 공급 여부를 스위칭하는 제3 스위치부;
    를 더 포함하는 아날로그 출력 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 스위치부는 각각 포토 커플러로 구현된 아날로그 출력 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 제2 및 제3 스위치부의 상기 각 포토 커플러의 발광 소자의 입력으로 작용하고,
    상기 제2 스위치부의 상기 포토 커플러의 수광 소자는 상기 제1 전원단의 선로에 연결되며,
    상기 제2 스위치부의 상기 포토 커플러의 수광 소자는 상기 제2 전원단의 선로에 연결되는 아날로그 출력 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전자장치의 전원 공급부의 전원이 ON될 경우에 상기 제어 신호를 발생시키고 상기 전원 공급부의 전원이 OFF될 경우에 상기 제어 신호를 미 발생시키며,
    상기 제2 및 제3 스위치부는 상기 제어 신호의 입력 시에 상기 제1 및 제2 전원이 상기 연산 증폭기에 각각 입력되도록 작용하고,
    상기 제2 및 제3 스위치부는 상기 제어 신호의 미 입력 시에 상기 제1 및 제2 전원이 차단되도록 작용하는 아날로그 출력 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자장치는 인버터인 아날로그 출력 회로.
  9. 양방향 아날로그 신호를 출력하는 아날로그 출력 회로를 포함하는 인버터로서,
    상기 아날로그 출력 회로는,
    출력 전압의 선로가 연결된 제1 입력단 및 옵셋 전압의 선로가 연결된 제2 입력단 사이의 차이를 증폭하여 양방향 아날로그 신호를 출력단에서 출력하는 연산 증폭기(operational amplifier, Op-Amp);
    일단이 상기 제1 및 제2 입력단과 각각 연결되고 타단이 접지와 연결되어 상기 일단 및 상기 타단의 사이를 스위칭하는 제1 스위치부; 및
    상기 제1 스위치부의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제1 스위치부는 OFF 상태가 되면 상기 출력 전압 및 상기 옵셋 전압이 제1 및 제2 입력단에 각각 인가되도록 작용하고, ON 상태가 되면 상기 제1 및 제2 입력단이 접지 상태가 되도록 작용하는 인버터.
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