KR820000378B1 - Low frequenc inverter - Google Patents
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Abstract
Description
제 1a 도는 DC-DC 콘버터의 계통도, (b)는 본 발명을 설명하는 계통도. (c)는 본 발명중 직류 소거 회로의 원리도.1a is a schematic diagram of a DC-DC converter, and (b) is a schematic diagram illustrating the present invention. (c) is a principle diagram of a direct current canceling circuit of the present invention;
제 2 도는 본 발명의 한 실시예를 나타낸 회로도.2 is a circuit diagram illustrating one embodiment of the present invention.
제 3 도는 제 2 도의 각 부분 파형도.3 is a partial waveform diagram of FIG.
제 4 도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 회로도.4 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.
본 발명은 DC 전원으로부터 필요한 저주파 전력신호를 얻는 DC-AC 저주파 인버터(Low Frequeuce Inverter)에 관한 것이다.The present invention relates to a DC-AC Low Frequeuce Inverter which obtains the required low frequency power signal from a DC power supply.
일반적으로 직류 전원으로부터 낮은 주파수의 전력신호를 얻고져 할 때 사용 변압기의 크기는 주파수에 반비례하여 커지므로 사용주파수가 낮으면 여러가지 이유에서 변압기의 크기는 커진다.In general, when a low frequency power signal is obtained from a DC power supply, the size of the transformer used increases in inverse proportion to the frequency. Therefore, when the operating frequency is low, the size of the transformer increases for various reasons.
그리고 그 무게 또한 크게 증가하여 제품 원가도 상승하게 된다.In addition, the weight also increases significantly, resulting in a rise in product costs.
본 발명은 이와 같은 제 결점을 제거하고져 DC-AC인 버터를 소형화하고 경량화 하며 또한 원가를 절감화하고져 발명된 것이다.The present invention has been invented by eliminating such drawbacks and miniaturizing and reducing the butter of DC-AC and reducing the cost.
우선 본 발명의 원리를 이해하기 위하여 DC-DC 콘버터의 동작 계통도를 제 1a 도에 도시하였다.First, in order to understand the principle of the present invention, a schematic diagram of a DC-DC converter is shown in FIG.
그 구성은 제 1a 도에 도시된 바와 같이 반송파 발생기(1), 증폭부(2), 변전부(3), 검파기(4)로 구성되어 있으며 그의 작동은 다음과 같다. 반송파 발생기(1)에서는 사용 변압기의 크기를 줄이기 위하여 10KHz-100KHz 정도의 높은 주파수를 발진하고, 이 발진된 신호에 의해 증폭부(2)는 DC 전원을 단속(Switching)하여 반송파와 같은 주파수의 구형파 펄스를 만들고, 이 구형파 펄스는 변전부(3)에서 필요한 전압으로 조절되며 검파기(4)에서는 반송파 성분과 그 고조파 성분을 제거하여 필요한 직류 전압을 얻는다.The configuration is composed of a
본 발명의 기본 구성 원리는 제 1b 도, 제 2 도, 제 4 도에 도시된 바와 같이 반송파 발생기(11,31,41), 저주파 신호발생기(12,32,42), 게이트 회로(13,33,41의 게이트 u8), 증폭부(14,34,44), 변전부(15,35,45), 검파기(16,36,46), 직류소거회로(17,37,47)의 순서로 구성시킨 것을 특징으로 하는 저주파 인버터이며 그의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.The basic construction principle of the present invention is the
제 1b 도에 있어서, 반송파 발생기(11)에서는 변전부(15)의 크기를 대폭적으로 줄이기 위하여 높은 주파수를 사용하는데 너무 주파수가 높을 경우 철심의 손실이 커지고 스위칭 손실이 증가하게 되어 현재의 기술수준으로 10KHz-100KHz 정도의 반송파를 주로 사용하고 있다.In FIG. 1B, in the
본 원의 반송파 발생기(11)에서도 상기와 같은 정도의 주파수 반송파 신호를 발생시킨다. 이 반송파는 게이트회로(13)에 연결되며, 저주파 신호발생기(12)에서 발생된 저주파 신호에 의하여 제어를 받게 된다. 즉 반송파 신호는 게이트회로(13)에서 저주파 신호에 의하여 단속된다. 다시 말하면, 저주파 신호의 하이레벨(High Level)부분에서는 게이트회로(13)의 출력단에 반송파가 나타나며 저주파 신호의 로우레벨(Low Level)부분에서는 게이트회로(13)의 출력단에 반송파 신호가 나타나지 않는다.The
따라서 반송파 신호는 저주파 신호에 의해 단속된 상태가 되어 증폭부(14)에 연결된다.Therefore, the carrier signal is interrupted by the low frequency signal and is connected to the
여기서는 DC 전원에서 변전부(15)를 통하여 흐르는 전류를 입력된 반송파에 따라 적은 손실로 단속을 행하여 반송파 주파수와 같은 주파수의 전력 펄스를 얻게 되며, 변전부(15)의 2차측에 필요한 전압으로 조절되어 나타난다.In this case, the current flowing through the transformer 15 in the DC power supply is interrupted with a small loss according to the input carrier to obtain a power pulse having the same frequency as the carrier frequency, and adjusted to the voltage required for the secondary side of the transformer 15. Appears.
검파기(16)에서는 반송파 및 그의 고조파 성분을 제거하여 저주파의 구형파 신호를 얻는다.The
이 저주파의 구형파 신호는 단일극성, 즉 직류가 중첩된 상태이다. 만일 부하측에 순수한 교류를 공급코져 한다면 직류 소거회로(17)를 연결하여 직류분을 제 거시켜야 한다.This low-frequency square wave signal has a single polarity, i.e., a direct current superimposed. If pure AC is supplied to the load side, the direct
상기 직류 소거회로(17)은 교류 부하시에 중요한 역활을 한다. 제 1c 도는 본 발명중 직류 소거회로(17)의 원리도로서 작동 상태는 다음과 같다.The
변전부(27)의 2차측에는 저주파 신호에 의해 단속된 반송파 펄스가 나타나고 다이오드(21),(22) 및 콘덴서(23)에 의해 검파된다.On the secondary side of the
일반적인 소신호 검파기에서는 직류 성분을 제거하기 위하여 저항을 사용한다.In general, small signal detectors use a resistor to remove direct current.
그 예로는 라디오 수신기의 AM검파기가 그것이다.An example is the AM detector of a radio receiver.
그러나 저항을 사용하게 되면 삽입된 저항이 부하와 교류적으로 직렬로 연결되는 결과가 되어 부하측에 100%에 가까운 전력을 모두 공급할 수 없어 효율이 크게 저하한다.However, the use of resistors results in the inserted resistors being connected in series with the load in alternating current, which can not supply nearly 100% of the power to the load side, greatly reducing the efficiency.
본 발명에서는 직류 소거용 저항대신 스위칭 소자, 즉 트랜지스터, 사이리스터(SCR), 릴레이 등을 연결하여 반송파 펄스 신호가 존재하는 저주파 신호의 반주기 동안은 결합 콘덴서(25)을 거쳐 부하에 전류가 흐르고 이때 결합콘덴서(25)는 도면과 같이 전원측에는 정(+) 그리고 부하측에는 부(-) 전위로 충전된다. 그 후 반송파 펄스 신호가 존재하지 않는 나머지 반주기 동안은 스위칭 소자(24)가 단락되도록 되어 있어 결합 콘덴서(25)에 충전되었던 전하는 스위칭 소자(24)와 부하(26)를 거쳐 흐르는데 이때 전류의 방향은 앞의 반주기 때와 반대 방향이 되고 전류의 세기는 같다. 따라서 부하측에 완전한 교류 전력을 공급할 수 있게 된다.In the present invention, the current flows through the
상기와 같이 기술된 원리에 의하여 고주파를 반송파로 이용하여 펄스 변압기의 크기를 대폭 줄일 수 있는 인버터를 만들 수 있다. 제 2 도는 본 발명의 한 실시예로서 그의 동작 파형도는 제 3 도에 도시된 바와 같다.According to the principle described above, it is possible to make an inverter that can greatly reduce the size of the pulse transformer by using a high frequency as a carrier wave. 2 is an embodiment of the present invention, the operation waveform thereof is as shown in FIG.
본 발명의 한 실시예를 제 2 도와 제 3 도에 따라 설명하면 다음과 같다. 구성은 제 1b 도의 계통도와 같으며 특징은 저주파 신호의 (+)측과 (-)측을 분리시켜 각각 반송파를 교대로 단속 제어하여 출력단에서는 독립되고 위상이 180。 다른 두 가지의 저주파 구형파 신호를 얻어 이 두 구형파를 서로 반대극성으로 연결하고 직류 소거회로에 의해 결합시킨 것으로 비교적 큰 전력의 DC-AC 인버터에 사용할 수 있도록 설계한 것이다.An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3 as follows. The configuration is similar to the schematic diagram of FIG. 1b, and the characteristic is to separate the (+) side and the (-) side of the low frequency signal, and control the carriers alternately. The two square waves are connected to each other in opposite polarity and combined by a direct current elimination circuit and designed to be used in a relatively large power DC-AC inverter.
제 2 도의 반송파 발생기(31)에서는 10KHz-100KHz인 반송파가 제 3a 도와 같이 발생되고 이것은 게이트회로(33)의 게이트(U6),(U7)의 입력단자에 접속된다.In the carrier generator 31 of FIG. 2, a carrier wave of 10 KHz-100 KHz is generated as shown in FIG. 3A, which is connected to the input terminals of the gates U 6 and U 7 of the gate circuit 33. In FIG.
제 2 도의 저주파 신호발생기(32)에서는 본 발명의 인버터 출력측에서 얻고져 하는 저주파 주파수와 같은 주파수의 신호를 얻도록 하고 듀티(Duty)가 50%로 되도록 하기 위하여 얻고져 하는 주파수보다 2배의 주파수를 제 2 도의 인버터(U3),(U4) 및 저항(R3), 콘덴서(C2)를 이용하여 발진하고 이것을 플립플롭(U5)에 의해 1/2로 체감하여 플립플롭(U5)의단자에 듀티(Duty)가 50%고 위상이 180。 다른 제 3b,c 도와 같은 두 구형파 신호가 나오게 한다. 이것은 게이트회로(33)의 게이트 입력단자에 각각 접속되어서 반송파 발생기(31)에서 들어오는 반송파를 제 3d,e 도와 같이 단속 제어한다.In the low frequency signal generator 32 of FIG. 2, the frequency of the frequency equal to the low frequency obtained from the inverter output side of the present invention is obtained, and the frequency twice that of the obtained frequency to make the duty 50%. Is oscillated by using the inverters U 3 , U 4 , resistor R 3 , and capacitor C 2 of FIG. 2 and immersed in half by flip-flop U 5 to flip the flip-flop U. 5 ) of The two square wave signals having the same duty (50% duty and 180 ° out of phase 3b, c) are outputted at the terminal. It is connected to the gate input terminal of the gate circuit 33, respectively, and performs the intermittent control of the carrier wave coming from the carrier generator 31 as in the 3d, e diagram.
이 신호는 각각 증폭부(34)에 입력된다.These signals are input to the amplifier 34, respectively.
증폭부(34)에서는 고주파 구형파 단속 소자인 트랜지스터(Q7)을 적은 손실로 동작시키기 위하여 트랜지스터(Q1Q2Q5) 및 저항(R4R5R6)으로 구성된 여진기(Driver)가 필요하며 그 동작은 NPN 트랜지스터와 PNP 트랜지스터로 구성된 트랜지스터(Q1Q2)의 베이스에 입력된 고주파 펄스열(pulse train)중 로우레벨(Low Level)에서는 트랜지스터(Q2)가 도통하여 트랜지스터(Q7)을 차단하고, 하이레벨(High Level)에서는 트랜지스터(Q1)이 도통되어 트랜지스터(Q7)을 도통하도록 하였다. 이때 게이트 회로(33)에서 들어온 신호가 미약하여 트랜지스터(Q1) 을 충분히 도통시키지 못하므로 저항(R5)의 양단에 나타나는 신호를 트랜지스터(Q5)에서 전류 증폭하여 트랜지스터(Q7)의 베이스에 미터간에 충분한 여진(Drive) 전류를 흘려서 트랜지스터(Q7)가 하이레벨(High Level)동안 충분히 도통하도록 하였다.In the amplifier 34, an exciter including a transistor Q 1 Q 2 Q 5 and a resistor R 4 R 5 R 6 is provided to operate the transistor Q 7 , which is a high frequency square wave interrupting element, with little loss. required and the operation is the transistor (Q 2) is conductive and the transistors (Q 7 low level (low level) of the high frequency pulse train (pulse train) is input to the base of the transistor (Q 1 Q 2) consisting of a NPN transistor and the PNP transistor ) Is turned off, and at high level, transistor Q 1 is turned on so that transistor Q 7 is turned on. At this time, since the signal input from the gate circuit 33 is weak, the transistor Q 1 is not sufficiently conducted, so the signal appearing at both ends of the resistor R 5 is amplified by the transistor Q 5 to amplify the base of the transistor Q 7 . Sufficient drive current was passed between the meters to allow the transistor Q 7 to conduct sufficiently during the high level.
제 2 도 증폭부(34)중 다이오드(D1)은 트랜지스터(Q7)이 고주파 펄스열에 따라 전류를 단속하는 순간에 제 2 도 변전부(35)중 펄스 트랜스(T1)의 유도 성분에 의하여 높은 전압의 역기전압이 발생하여 트랜지스터(Q7)을 파괴시킬 위험을 방지하기 위하여 트랜지스터(Q7)의 콜랙터와 에미터 사이에 접속되었으며 제 2 도 증폭부(34)중 다이오드(D3)는 높은 전압의 역기전압이 공급전압(Vcc)의 2배를 초과치 않도록 제한하기 위하여 접속한 것이다.The diode D 1 of the second diagram amplifying unit 34 is connected to the inductive component of the pulse transformer T 1 of the second diagram transformer 35 at the instant when the transistor Q 7 interrupts the current according to the high frequency pulse train. of a high voltage by a negative base voltage generated it was connected between the collector and the emitter of the transistor (Q 7) in order to avoid the risk of destroying a transistor (Q 7), the second FIG amplifier section 34 diode (D 3 ) Is connected to limit the counter voltage of high voltage not to exceed 2 times of supply voltage (Vcc).
이와 같이 되어 고주파 구형파 단속 소자인 트랜지스터(Q7)은 DC 전원(Vcc)로부터 변전부(35)중 고주파 펄스트랜스(T1)을 거쳐 구형파 전류가 흐르도록 단속하여 고전력 펄스를 발생시킨다. 이 고전력 펄스는 변전부(35)에서 적정 전압으로 바뀌고, 검파기(36)의 다이오드(D5,D6)와 다른쪽 다이오드(D7,D8)에 의해서 검파되어 저주파의 구형파 신호를 얻는다. 이때 파형은 제 3f 도와 같이 완전한 교류로 생각하기 쉬우나 실제로 직류 소거회로 없이는 부하에 전류를 흐르게 할 수 없다. 직류 소거회로(37)의 스위칭 소자로서는 트랜지스터(Q9)와 (Q10)을, 그리고, 베이스단은 변전부(35)의 펄스 변압기 2차측에 각각 중간탭을 설치 구성하였다.In this way, the transistor Q 7 , which is a high frequency square wave interrupting element, is interrupted so that a square wave current flows from the DC power supply Vcc through the high frequency pulse transformer T 1 of the substation part 35 to generate a high power pulse. This high-power pulse is converted to an appropriate voltage in the transformer section 35 and detected by the diodes D 5 and D 6 of the detector 36 and the other diodes D 7 and D 8 to obtain a low-frequency square wave signal. It is easy to think of the waveform as a complete alternating current as shown in Figure 3f, but it is impossible to actually flow current to the load without the DC erase circuit. Transistors Q 9 and Q 10 are used as switching elements of the DC erasing circuit 37, and the base end is provided with intermediate taps on the secondary side of the pulse transformer of the transformer section 35, respectively.
스위칭 트랜지스터(Q9,Q10)을 고효율로 구동시키기 위해 다이오드(D9,D10)에 의해 각각 (+)극성으로 정류되게 하고 저항(R10), 콘덴소(C5) 및 저항(R11), 콘덴서(C6)을 사용하여 시정수를 적당히 조절하며 각각 반대 쪽 스위칭 트랜지스터(Q9,Q10)의 베이스 단자에 펄스 변압기 2차측 중간탭을 연결하였다.In order to drive the switching transistors Q 9 and Q 10 with high efficiency, the diodes D 9 and D 10 are respectively rectified in the positive polarity, and the resistor R 10 , the condensate C 5 , and the resistor R are 11 ) Using the capacitor (C 6 ), the time constant was adjusted appropriately, and the middle tap of the secondary side of the pulse transformer was connected to the base terminal of the opposite switching transistor (Q 9 , Q 10 ), respectively.
콘덴서(C3)에 전압이 걸려있는 반주기 동안은 트랜지스터(Q10)이 단락되어 콘덴서(C3)에 충전되어 있는 전압은 부하(38)을 거쳐 트랜지스터(Q10)을 경유해서 흐르게 되고 콘덴서(C4) 양단에 전압이 걸리는 나머지 반주기 동안은 스위칭 트랜지스터(Q9)가 단락(도통)상태가 되어 콘덴서(C4)에 걸려 있는 전압은 부하(38)을 거쳐 직류소거용 트랜지스터(Q9)를 경유하여 흐를 수 있게 되므로 부하(38)에는 완전한 양 방향성 교류가 공급된다.During the half cycle in which the voltage is applied to the capacitor C 3 , the transistor Q 10 is short-circuited, and the voltage charged in the capacitor C 3 flows through the
제 4 도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서 간단한 구성으로도 비교적 적은 전력을 얻을 수 있는 인버터에 관한 것이며 반송파 발생기겸 게이트 회로(41), 저주파 신호발생기(42), 증폭부(44), 변전부(45), 검파기(46), 직류소거회로(47)로 구성되어 있으며 그의 작동은 다음과 같다.4 shows another embodiment of the present invention, which relates to an inverter capable of obtaining relatively low power even with a simple configuration, and includes a carrier generator and gate circuit 41, a low frequency signal generator 42, an amplifier 44, It consists of a
반송파 발생기겸 게이트회로(41)은 두 가지 기능 즉, 반송파 신호발생기능(제 2 도의 반송파 발생기(31))과 게이트 기능(제 2 도의 게이트 회로(33))을 갖고 있으며, 게이트(U8), 인버터(U9)의 저항(R14,R15) 콘덴서(C7)에 의해서 정궤환시켜 발진된 일반적인 발진기 회로인데(U8)을 게이트로 사용하여 저주파 신호 발생기(42)와 연결되는 입력단자가 하이레벨(High Level)이 될 경우만 반송파 신호가 발진되 도록 되어 있다. 저주파 신호 발생기(42)에서는 인버터(U10)와 (U11) 및 저항(R16,R17) 및 콘덴서(C8)에 의해서 정궤환시킨 일반적인 발진기 회로로 구성되어 있으며 이 출력이 반송파 발생기겸 게이트회로(41)의 게이트(U8)의 입력단자에 연결되어 반송파 발생 회로를 동작시켰다가 또 반주기 동안 즉, 로우레벨(Low Level)일 경우는 반송파 발생회로를 정지시켜서 반송파 발생을 제어한다.The carrier generator and gate circuit 41 has two functions, that is, a carrier signal generation function (carrier generator 31 in FIG. 2) and a gate function (gate circuit 33 in FIG. 2), and the gate U 8 . It is a general oscillator circuit oscillated by forward feedback by resistors R 14 and R 15 capacitor C 7 of inverter U 9 , which is connected to low frequency signal generator 42 using U 8 as a gate. Only when the terminal is at a high level, the carrier signal is oscillated. The low frequency signal generator 42 is composed of a general oscillator circuit positively feedbacked by an inverter U 10 and U 11 and resistors R 16 and R 17 and a capacitor C 8. The output is a carrier generator. The carrier generation circuit is operated by being connected to the input terminal of the gate U 8 of the gate circuit 41, and the carrier generation circuit is controlled by stopping the carrier generation circuit during the half cycle, i.e., low level.
반송파 발생기겸 게이트회로(41)의 출력 반송파 펄스열은 증폭부(44)의 트랜지스터(Q11,Q12)의 베이스에 접속되어 증폭하고 트랜지스터(Q13)에 의해 트랜지스터(Q14)가 구동된다. 트랜지스터(Q14)는 DC 전원으로부터 변전부(45)의 1차측을 통해 흐르는 전류를 반송파 펄스열에 따라 스위칭을 행하면 변전부(45)의 2차측에서는 적정전압으로 조절된다.The output carrier pulse train of the carrier generator and the gate circuit 41 is connected to the base of the transistors Q 11 and Q 12 of the amplifier 44 and amplified, and the transistor Q 14 is driven by the transistor Q 13 . The transistor Q 14 switches the current flowing through the primary side of the
펄스 신호가 나타나고 검파기(46)의 다이오드(D12,D13)에서 (+)방향의 전위를 검파하고 초코코일(L3)과 콘덴서(C11)에 의해 반송파와 그 고조파 성분을 바이패스 시켜서 저주파의 구형파 신호를 얻게되는데 이 구형파 신호는 단일극성 즉, 직류 성분이 중첩된 상태이므로 교류 부하에는 공급할 수 없다.A pulse signal appears and the potential of the positive direction is detected by the diodes D 12 and D 13 of the
완전한 양 방향성 교류 구형파을 얻기 위해서 직류 소거회로(47)에 연결되며, 직류 소거회로(47)에서는 부하(38)과 직결로 콘덴서(C12)을 삽입하고 그 앞단 즉 콘덴서(C11) 양단을 반송파가 없는 저주파의 반주기 동안 도통시켜서 콘덴서(C12)에 앞서 반주기동안 충전되었던 전하를 도통된 트랜지스터(Q15)을 거쳐 부하(38)을 따라 흘려서 방전시킨다. 직류 소거트랜지스터(Q15)를 구동시키기 위해 변전부(45)의 2차측에 중간탭을 마련하고 다이오드(D15)를 이용하여 (-)전압을 얻고, 이것으로 콘덴서(C10) 및 저항(R23)의 시정수를 조절하여 반송파 세력이 없어지면 저항(R23)을 통하여 콘덴서(C10)에 충전된 전하를 즉시 방전시켜서 전위가 0으로 떨어지도록 되어 있으며, 반송파 신호가 들어오는 반주기 동안은 여기서 얻는 (-)전위를 이용하여 트랜지스터(Q15)를 역 바이어스 상태로 하여 비 도통 상태로 만든다.It is connected to the DC canceling circuit 47 to obtain a full bidirectional AC square wave. In the DC canceling circuit 47, the capacitor C 12 is inserted in direct connection with the
한편 다이오드(D14)를 이용하여 (+)방향의 전압을 얻고 이것을 콘덴서(C9)에 저장하였다가 반송파가 없는 반주기 동안 트랜지스터(Q15)의 베이스에 (+) 바이어스 전류를 공급하여 직류소거 트랜지스터(Q15)를 도통시켜서 앞의 반주기 동안 콘덴서(C12)에 충전되었던 전하가 직류소거 트랜지스터(Q15)를 지나 부하를 거쳐 방전하게 된다.On the other hand, a diode (D 14 ) is used to obtain a voltage in the (+) direction, and the voltage is stored in the capacitor (C 9 ), and then a (+) bias current is supplied to the base of the transistor (Q 15 ) for half a period without carrier waves to remove DC. Through the transistor Q 15 , the charge that has been charged in the capacitor C 12 during the previous half cycle is discharged through the load through the DC eliminating transistor Q 15 .
이러한 동작이 반복되어 부하에는 완전한 교류 구형파를 공급할 수 있게 된다.This operation is repeated to supply a complete AC square wave to the load.
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