KR200367018Y1 - 교류전압 제어회로 - Google Patents

Abstract

본 고안의 제어회로(40)는 절전장치(100)의 주전원(A)과 제어회로 스위치(B)가 모두 ON상태에 있는 동안 출력전압이 OUT1 내지 OUT5중 어느 하나의 출력값이 되도록 하고, 제어회로(40)내부의 비교기, CPU 등의 동작에 의해 그 출력값을 일정하게 유지시키는 기능을 한다. 또한, 입력전압이나 입력전류가 과도하게 크거나 부족할 경우 전압이나 전류를 차단함으로써 절전장치(100)를 이상전압 및 이상전류로부터 보호할 수 있다.

Description

교류전압 제어회로{A Control Circuit for AC Voltage}

본 발명은 교류 입력전압의 변동에 관계없이 일정한 전압이 출력되도록 제어하는 교류전압 제어회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방전등용 절전장치에 사용되는 교류전압 제어회로에 관한 것이다.

형광등, 수은등, 나트륨등, 메탈등 등과 같이, 그 내부에 채워져 있는 기체를 통해 방전을 일으킨 후에 그 방전으로 얻은 빛을 이용하는 조명기기를 총칭하여 방전등이라 부르고 있다. 이러한 방전등은 방전개시를 위해서는 일반적으로 220V 또는 100V와 같은 소정의 전압을 필요로 하지만, 일단 방전이 이루어져 방전등이 점등된 후에 방전을 유지시키기 위하여는 이보다 낮은 전압을 가하여도 방전등이무리없이 발광할 수 있다. 예컨대 한꺼번에 1400∼1500개의 나트륨등을 사용하는 대형 광고판의 경우에 방전유지단계에서 최초전압의 80∼90% 정도의 전압을 가하여주어도 되며 이 경우 큰 절전효과를 나타낼 수 있다.

이러한 절전효과를 나타내는 절전장치로서, 방전등을 점화할 때 일단 220V (또는 100V)를 공급하여 방전을 개시한 후, 방전이 다 이루어진 후에는 이보다 낮은 전압, 즉 최소유지전압(방전등이 사람이 필요로 하는 조도 및/또는 휘도로 발광할 수 있도록 인가되는 최소전압)을 가하여줌으로써 절전효과를 발휘하는 절전장치가 공지되어 있고, 도1은 이러한 절전장치의 종래예를 나타낸다.

도1에 도시된 방전등용 절전장치(100)에는 권취방향이 상이한 한쌍의 코일(C1,C2)이 있고, 그 중간에는 절연체(INS)가 위치하고 있는데, 이들 한쌍의 코일(C1,C2)은 감극성을 가진 복권변압기로서의 역할을 수행하게 되며, 코일(C1,C2)에는 유도전압이 발생된다. 회로내에는 제1 및 제2 스위치(S1,S2)가 있고 2차 코일(C2)에는 다수의 탭(T1,T2,T3,T4)이 설치되어 있다. 한 쌍의 단자 (P1,P2)는 점선으로 도시된 바와 같이 외부 전원(E)에 연결되고 다른 한 쌍의 단자(P3,P4)는 방전등(L)에 연결된다.

방전등을 점화하려고 하는 최초의 단계에서는 제1 스위치(S1)가 닫혀있고 제2 스위치(S2)는 개방되어 있는데, 이 때 외부로부터 인가된 1차 전압에 의해 방전등(L)이 점등되면 제1 및 제2 스위치(S1,S2)와 연결된 타이머(14)에 의해 제2 스위치(S2)가 다수의 탭(T1,T2,T3,T4) 중에서 어느 하나의 탭과 연결되고 제1 스위치(S1)는 개방된다. 그 후, 코일(C1,C2)에서 유도된 유도전압을 방전등(L)에 전달하여 지속적인 점등을 유지하게 되며, 코일(C1,C2)에서 유도된 유도전압은 1차 전압보다 낮으므로 절전효과를 얻을 수 있다.

한편, 이와 같은 방전등용 절전장치에 있어서도 절전장치(100)에 입력되는 입력전압의 변동에 관계없이 일정한 출력전압을 안정적으로 공급할 수 있는 전압조정기가 필요하다. 종래의 자동 전압 조정기(AVR)는 멀티탭 변압기, 스위치 등을 기본구성으로 하고 출력전압의 변동을 감지하고 그 감지된 변동 출력전압에 따라 변압기의 멀티탭을 반도체 스위칭 소자 등을 이용하여 단속함으로써 일정 전압이 출력되도록 하고 있다.

또한, 도1에 도시된 종래의 방전등용 절전장치에는 상기 언급한 자동 전압 조정기가 부가되어야 할뿐 아니라, 절전장치 회로내를 흐르는 전압 및 전류가 적정값보다 더 높거나 낮은 경우를 방지하는 이상전압 보호장치 및 과전류 차단장치 등이 더 포함된다. 더욱이, 도1에 도시되었듯이 종래 절전장치는 스위치(S1,S2)와 연결된 타이머(14)를 더 포함하고 있을 뿐 아니라, 그 외에도 필요에 따라 절전장치 회로내의 전압 또는 전류를 사용자에게 알려주는 디스플레이 장치 등도 부가되고 있다. 결국 실제로 사용되는 방전등용 절전장치(100)는 도1에 도시된 기본 회로구성 외에도 많은 부가 회로들이 절전장치(100)의 입력측 또는 출력측에 개별적으로 더 설치되기 때문에 절전장치 전체의 부피가 증가하고 제작원가도 늘어나게 된다. 또한 각종 부가 회로들이 개별적으로 설치되기 때문에 사용자 입장에서 절전장치의 유지 및 관리를 함에 있어서도 불편한 점이 뒤따른다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 전압 조정기보다 높은 절전효과를 가지는 전압 조정기를 포함하고 또한 타이머, 이상전압 보호장치, 과전류 차단장치, 각종 모니터링 장치 등을 모두 포함함으로써, 절전장치의 회로구조를 단순화하고 절전장치의 부피감소 및 제작원가 절감을 얻을 수 있고 사용자 입장에서도 쉽고 편리하게 유지 및 관리할 수 있는 교류전압 제어회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 방전등용 절전장치를 나타내는 도면,

도2는 본 고안의 교류전압 제어회로가 설치된 방전등용 절전장치를 나타내는 도면,

도3은 본 고안의 교류전압 제어회로의 내부 블록도,

도4는 본 고안의 교류전압 제어회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

도2는 본 고안에 따른 교류전압 제어회로(40)가 설치된 방전등용 절전장치 (100)를 나타낸다. 도1과 비교할 때, 도1에서의 스위치(S1), 한쌍의 코일(C1,C2)로 이루어진 변압기, 및 다수의 탭(T1~T4)에 연결가능한 스위치(S2)는 도2에서 각각 릴레이 접점(S1), 변압기(20), 및 접점(35)에 대응한다. 그러나 상기 스위치, 변압기 등의 구체적 구현수단은 기존의 어느 방식으로도 구현가능하며, 예컨대 도2의 본 고안에 있어서 릴레이 접점(35) 대신에 도1에서와 마찬가지로 스위치(S2)를 사용하여도 무방할 것이다.

도2에 도시된 바와 같이, 교류전압 제어회로(40)는 방전등용 절전장치(100)의 입력전압, 입력전류, 및 출력전압을 입력받고 이들 입력값에 따라 릴레이(30)의 접점(35)을 제어함으로써 절전장치(100)가 목표하는 출력전압을 출력할 수 있도록 제어한다. 도시된 것처럼, 제어회로(40)의 입력전압 단자 및 입력전류 단자는 절전장치(100)의 입력단에 각각 병렬 및 직렬로 연결되어 있고, 제어회로(40)의 출력전압 단자는 절전장치(100)의 출력단에 병렬로 연결되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이 도1의 종래 절전장치(100)에는 시간에 따라 스위치(S1,S2)를 순차적으로 개폐하기 위해 사용되는 타이머(14)를 비롯하여 절전장치(100)를 이상전압이나 과전류로부터 보호하는 장치등이 별도로 더 설치되어 있으나, 도2의 본 고안에서는 타이머, 이상전압 보호장치, 과전류 차단장치 등이 모두 제어회로(40)내에 포함되어 있다.

도3은 교류전압 제어회로(40)의 내부구성을 블록도로 나타낸 것이다.

절전장치(100)의 입력단으로부터 입력되는 전압(VI)은 제어회로(40)내의 전압디스플레이(1)로 전달되어 사용자에게 절전장치(100)의 현재 입력전압 상황을 보여준다. 전압디스플레이(1)는 아날로그나 디지털중 어느 방식으로 구현되어도 무방하다.

사용자는 전압선택 스위치(2)를 조작하여 사용자가 원하는 목표 출력전압을 설정할 수 있다. 예컨대, 절전장치(100)로 입력되는 전압이 220V일 때 사용자는 스위치(2)를 사용하여 절전장치(100)가 출력할 목표전압을 200V 또는 210V 등 임의의 값으로 설정할 수 있다. 또한 예기치 못한 이유로 인해 절전장치(100)가 감당할 수 없을 정도의 큰 전압이 절전장치(100)내의 회로에 인가되는 것을 방지하기 위해, 사용자는 최대허용가능 범위의 전압값을 과전압 설정장치(3)을 통해 설정할 수 있다. 마찬가지로 사용자는 부족전압 설정장치(4)를 사용하여 최소 허용가능한 전압값을 설정할 수 있다. 사용자는 과전압 설정장치(3) 및 부족전압 설정장치(4)를 직접 조작하여 절전장치(100)의 허용가능 전압범위를 설정할 수도 있고, 선택적으로는, 설정장치(3,4)가 자동적으로 그 값을 설정하거나 혹은 고정값으로 설정되어 있을 수 있다.

절전장치(100)의 출력단으로부터 제어회로(40)내로 입력되는 전압(VO)은 전압비교기(9), 과전압 비교기(10), 부족전압 비교기(11)로 각각 입력된다. 전압비교기(9)에서 출력전압(VO)은 사용자가 설정한 목표 출력전압과 비교되고, 두 전압의 비교결과에 따라 CPU(16)는 출력전압(VO)이 OUT1~OUT5중 어느 하나의 값으로 출력되도록 제어한다. 도3의 OUT1~OUT5의 각 출력의 온-오프는 도2에서의 릴레이(30)의 각각의 접점(35)의 개폐에 따라 결정된다. 본 실시예에서는, 도3의 OUT1 출력은 도2의 접점(35)중 Ry1 접점이 닫힌 상태에서의 출력을 의미하고, 마찬가지로 도3의 OUT2 출력 내지 OUT5 출력은 도2에서의 Ry2 내지 Ry5 접점중 각 하나만이 닫혀있을 때의 출력을 의미한다. 예컨대, 제어회로(40)의 초기구동단계에서, 만일 사용자가 210V를 출력전압으로 설정했다면 릴레이 접점(35)중 Ry2를 제외한 나머지 접점은 모두 열리고 Ry2만 닫혀있는 상태가 되어 절전장치(100)는 210V를 출력할 것이다.

도3의 바이패스 출력은 절전장치(100)의 입력전압이 변압기(20)를 거치지 않고 출력단으로 곧바로 출력되는 것을 의미한다. 또한 본 실시예에서는 OUT1 내지 OUT5 출력이 각각 215V, 210V, 205V, 200V, 195V의 전압값이 되도록 설정되어 있고, 따라서 이때의 각 OUT 출력단은 ±2.5V의 오차를 가진다고 말할 수 있다.

과전압 비교기(10)는 과전압 설정장치(3)에서 설정된 전압값과 출력전압(VO)을 비교하여, 출력전압(VO)이 설정값을 초과하면 CPU(16)의 제어에 의해 방전등용절전장치(100)의 전원을 오프하거나 회로를 차단시킬 수 있다. 마찬가지로, 부족전압 비교기(11)는 부족전압 설정장치(4)에서 설정된 전압값과 출력전압(VO)을 비교한다.

절전장치(100)의 입력단으로부터 제어회로(40)로 입력되는 입력전류(I)는 전류디스플레이(5)에 표시되고, 사용자는 절전장치(100)의 현재 입력전류 상황을 알 수 있다. 전류디스플레이(5)는 아날로그나 디지털중 어느 방식으로 구현되어도 무방하다.

과전류 비교기(13)는, 과전류 설정장치에서 설정된 전류값과 입력전류(I)값을 비교하고 그 결과를 CPU(16)에 전달한다. 전류 비교결과, 절전장치(100)에 유입되는 전류가 절전장치(100)가 수용할 수 있는 전류범위를 벗어난다고 판단되면 CPU(16)는 절전장치(100)로 유입되는 전류를 차단함으로써 절전장치(100) 및 제어회로(40)를 과전류로부터 보호한다.

도3의 타이머(14) 및 타이머 선택 스위치(8)는 도1의 종래의 타이머(14) 및 스위치(도시생략)와 동일한 기능을 하며, 종래의 타이머가 절전장치 회로내에 개별적으로 설치되어 있는 반면, 본 고안에서는 타이머 및 타이머 선택 스위치를 제어회로(40)내에 설치하고 있다.

상기와 같은 본 고안의 제어회로(40)는, 전압비교기(9)에서 출력전압(VO)과 목표 출력전압을 비교하고, 두 전압의 비교결과 출력전압(VO)이 목표 전압값보다 허용오차 범위 이상으로 크거나 작다고 판정되면, CPU(16)는 릴레이(30)의 접점(35)의 개폐를 제어하여 출력전압(VO)이 허용오차 범위 이내로 출력되도록 한다.예를 들어, 현재의 절전장치(100)의 입력전압이 220V이고 사용자가 목표 출력전압을 210V로 설정한 경우를 가정한다. 목표 출력전압을 210V로 설정하였기 때문에, 작동의 초기 단계에서는, 릴레이 접점(35)중 Ry2를 제외한 나머지 접점은 모두 열려 있고 Ry2만 닫혀 있는 상태가 된다. 이 때 실제의 입력전압이 220V에 미달하여 입력되는 등의 상황이 발생하면, 릴레이 접점(35)이 Ry2가 연결되어 있음에도 불구하고, 절전장치(100)에서 실제 출력되는 전압(VO)은 210V이 아니라 그보다 낮은 전압(예컨대, 205V라고 가정한다)을 출력할 것이다. 그러면, 비교기(9)는 실제 출력전압(VO)이 목표전압보다 5V 낮다고 판단하고, CPU(16)는 출력전압을 5V만큼 더 높이기 위해 접점(Ry2)을 열고 접점(Ry1)을 닫도록 제어함으로써 결과적인 출력전압(VO)값이 210V로 유지되도록 한다. 또한 반대로, 목표 출력전압이 210V이고 실제 출력전압이 215V인 경우에는 CPU(16)는 출력전압을 5V 낮추기 위해 접점(Ry2)을 열고 접점(Ry3)을 닫음으로써 210V의 출력이 유지되도록 제어한다.

이상과 같은 본 고안의 제어회로(40)의 동작을 타이밍도로 나타내면 도4의 그래프로 나타낼 수 있다. 그래프에서, 주 전원(A)은 절전장치(100)에 공급되는 전원을 의미하고 제어회로 스위치(B)는 제어회로(40)의 동작개시를 의미한다. 주전원(A) 및 제어회로 스위치(B)의 온-오프는, 절전장치(100) 및 제어회로(40)에 스위치가 부착되어 이 스위치의 동작에 의해 주전원과 제어회로 스위치가 온-오프될 수도 있지만, 그러한 스위치가 없는 경우에는, 절전장치(100)의 입력단에 입력전압이 인가된 상태가 주전원(A)의 온(ON) 상태이고 입력전압이 인가되지 않으면 오프(OFF) 상태가 되며, 제어회로(40)에 대해서도 마찬가지로 생각할 수 있다.

주전원(A)의 온-오프와 제어회로 스위치(B)의 온-오프 상태의 조합은 4가지 경우가 있으며, 도4의 그래프는 이 4가지 상태에 대해 타이머(T)와 제어회로의 출력(OUT)이 각각 어떻게 작동하는지를 보여준다. 우선, t1에서 절전장치(100)에 전압이 인가되면(즉, 주전원(A)이 ON 되면), 아직 제어회로 스위치(B)는 ON상태가 아니기 때문에 출력전압(VO)은 바이패스 출력(OUT0)이 될 것이다. 그 후, 사용자가 t2에서 제어회로 스위치(B)를 ON상태로 켜면, 제어회로(40)내의 타이머(T)가 동작하기 시작하고, 타이머에 설정된 일정 시간(t)이 지난 후 t3에서 타이머(T)의 동작에 의해 절전장치(100)는 절전모드로 들어간다. 즉 절전장치(100)의 출력전압(VO)은 OUT1 내지 OUT5 출력중 사용자가 미리 선택한 하나의 출력값이 된다. t3~t4 동안 절전장치(100)는 계속해서 절전모드에 있고, 이 기간 동안에, 도3과 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 제어회로(40)내에서는 출력전압(VO)과 목표 출력전압을 비교기(9)에서 일정 간격으로 계속 비교하고 입력전압(VI)이 변동되어도 CPU(16)의 제어에 의해 출력전압(VO)을 일정한 값으로 유지시켜 출력한다.

사용자에 의해 또는 기타 다른 이유로 인해 t4에서 제어회로 스위치(B)가 OFF가 되면, 타이머(T)는 동작을 멈추고 출력전압(VO)은 바이패스 출력이 되어, 절전장치(100)에 인가되는 입력전압(VI)은 출력전압(VO)으로서 그대로 출력된다. 그 후 t5에서 주전원(A)도 OFF가 되면, 즉 절전장치(100)에 어떠한 전압도 인가되지 않으므로 출력전압(VO)도 역시 제로가 될 것이다.

또 다른 경우로서, 주전원(A)보다 제어회로 스위치(B)가 먼저 ON되는 상황을 가정할 수 있다. 즉, t6에서 제어회로 스위치(B)가 먼저 ON이 된다. 그러나 절전장치(100)가 OFF이므로 출력전압(VO)은 여전히 제로이고, t7에서 절전장치(100)가 ON되면, 타이머(T)가 동작하기 시작하여 절전모드로 들어가기 전까지는 바이패스 출력(OUT0)이 출력된다. 타이머의 동작개시 후 t시간이 지나면 절전모드가 되어 절전장치(100)의 출력전압(VO)은 OUT1 내지 OUT5 출력중 사용자가 미리 선택한 하나의 출력값이 된다. t8~t9 동안 절전장치(100)는 절전모드에서 동작하고, t3~t4 동안의 동작과 마찬가지로, 제어회로(40)는 출력전압(VO)과 목표 출력전압을 비교기(9)에서 일정 간격으로 비교하고 입력전압(VI)이 변동되더라도 CPU(16)의 제어에 의해 출력전압(VO)을 일정값으로 유지시켜 출력한다. 그 후, t9에서 주전원(A)이 OFF되면, 제어회로 스위치(B)가 ON상태이더라도 출력전압(VO)은 제로가 된다.

이상의 설명과 같이, 본 고안의 제어회로(40)는 절전장치(100)의 주전원(A)과 제어회로의 스위치(B)가 모두 ON상태에 있는 동안 출력전압이 OUT1 내지 OUT5중 어느 하나의 출력값이 되도록 하고, 제어회로(40)내부의 비교기, CPU 등의 동작에 의해 그 출력값을 일정하게 유지시키는 기능을 한다. 또한, 입력전압이나 입력전류가 과도하게 크거나 부족할 경우 전압이나 전류를 차단함으로써 절전장치(100)를 이상전압 및 이상전류로부터 보호할 수도 있다.

지금까지 구체적 실시예를 중심으로 본 고안의 구성을 설명하였으나, 본 명세서에 기재된 기술사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 형태의 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 고안의 상세한 설명 및 첨부 도면은 본 고안의 기술사상을 한정하는 것이 아니라 단지 예시하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (2)

1. 방전등용 절전장치에 사용되는 교류전압 제어회로에 있어서, 상기 교류전압 제어회로는:

   상기 방전등용 절전장치의 출력단의 전압을 입력받는 제1 전압단자;

   상기 방전등용 절전장치의 전류를 입력받는 전류단자;

   상기 제1 전압단자의 입력전압 및 소정 목표 출력전압을 비교하는 제1 비교기;

   상기 제1 전압단자의 입력전압 및 소정 허용가능 전압을 비교하는 제2 비교기;

   상기 전류단자의 입력전류 및 소정 허용가능 전류를 비교하는 제3 비교기;

   상기 제1, 제2, 및 제3 비교기에 연결되어, 제1 비교기의 전압비교의 결과에 따라 방전등용 절전장치의 출력전압을 제어하고, 제2 비교기의 전압비교 및 제3 비교기의 전류비교의 결과에 따라 절전장치를 이상전압 및 이상전류로부터 보호하도록 제어하는 중앙제어장치;

   상기 중앙제어장치의 제어에 의해 방전등용 절전장치의 출력전압을 변환시키는 스위칭 수단; 및

   상기 중앙제어장치에 연결된 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전압 제어회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 교류전압 제어회로가,

   상기 방전등용 절전장치의 입력단의 전압을 입력받는 제2 전압단자;

   상기 제2 전압단자의 전압값을 디스플레이하는 전압디스플레이 수단; 및

   상기 전류단자의 전류값을 디스플레이하는 전류디스플레이 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류전압 제어회로.