KR100305688B1 - 교류파형의 위상검출장치 및 그 방법 - Google Patents

교류파형의 위상검출장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교류파형의 변동에 무관하게 현재시각에서의 상(위상각)을 간단한 하드웨어 및 소프트웨어로 정확하게 검출할 수 있도록 함으로서, 파형변동에 의한 오동작을 방지할 수 있으며, 또한 부하변동이 심한 산업현장등의 열악한 환경에서도 정확한 상검출이 가능한 교류파형의 위상검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 입력전압의 변동에 관계없이 현재시각에서의 위상각을 정확히 계산할 수 있으므로 변동부하가 심한 산업현장에 적용할 수 있고 상검출을 위한 회로구성이 단순하므로 자체의 오동작 가능성을 줄일 수 있으며, 뿐만아니라 상검출을 위한 방법이 종래의 방법과 같이 하드웨어적으로만 고정되는 것이 아니라 본 발명에서는 소프트웨어를 부가함으로서 보다 정확한 상검출을 위한 알고리즘이 개선되며 차후를 위한 확장성도 우수한 것이다.

Description

교류파형의 위상검출장치 및 그 방법
본 발명은 교류파형의 위상검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 교류파형의 변동에 무관하게 현재시각에서의 상(위상각)을 간단한 하드웨어 및 소프트웨어로 정확하게 검출할 수 있도록 함으로서, 파형변동에 의한 오동작을 방지할 수 있으며, 또한 부하변동이 심한 산업현장등의 열악한 환경에서도 정확한 상검출이 가능한 교류파형의 위상검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전원등의 교류파형에 대한 상(위상각)의 검출장치가 이용되는 분야로는 UPS등의 전원변환기, 액티브필터, 저전압보상기등의 특수목적 보상장치 및 복조회로, 동기신호발생회로등으로, 상기 교류파형의 상검출장치는 산업체의 각종분야에 적용된다.
도 1은 종래 교류파형에 대한 위상검출장치의 블록구성도로서, 도 1을 참조하면, 종래 교류파형에 대한 위상검출장치는 입력되는 교류파형과 임의의 기준파를 서로 비교함에 따라 출력되는 에러전압의 정보를 가지고 VCO의 입력으로 사용하여 안정된 발진이 일어날 수 있도록 궤환시키는 방법을 사용하고 있다.
도 1은 산업계 전반에 걸쳐 상검출방법으로 많이 사용하고 있는 PLL의 블록도로서, 이는 입력되는 입력전원(Vi)과 기준전원(Vr)을 위상비교기(11)인 멀티플렉서를 이용하여 곱하고, 이 출력값인 에러전압을 저대역통과필터(12)를 이용하여 평균을 취한후 이 값을 VCO(13)의 입력으로 인가하면, 상기 VCO에서는 발진주파수(위상)가 변환되는 것이다. 이때, 다시 변환된 VCO(13)의 출력을 기준전원으로 이용함으로써 입력전원과의 에러를 줄여나가게 되고 입력전원과 기준전원의 주파수가 같고 위상이 90도 차이가 날 때 에러치가 "0"이 되면서 안정된 발진을 하게 되며, 여기서 상기 VCO 출력치를 환산하여 입력전압의 상을 검출하게 되는 것이다.
그러나, 이와같은 종래 상검출방법은 입력전원이 안정화되어 크기가 변하지 않는 경우에는 정확한 검출결과를 얻을 수 있지만, 입력전원의 상태가 불안정하거나 심한 경우에는 순간 저전압 또는 순간전압 상승등의 현상이 발생되는데, 이 경우에는 에러치가 변하게 되어 정확한 상검출이 불가능해지는 문제점이 있었던 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 교류파형의 변동에 무관하게 현재시각에서의 상(위상각)을 간단한 하드웨어 및 소프트웨어로 정확하게 검출할 수 있도록 함으로서, 파형변동에 의한 오동작을 방지할 수 있으며, 또한 부하변동이 심한 산업현장등의 열악한 환경에서도 정확한 상검출이 가능한 교류파형의 위상검출장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 교류파형에 대한 위상검출장치의 블럭구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 교류파형의 위상검출장치의 블록구성도이다.
도 3은 교류파형에 대한 위상검출의 설명을 위한 교류파형도이다.
도 4는 본 발명에 따른 교류파형의 위상검출방법을 보이는 플로우챠트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
21 : 전압분배회로부 22 : 포토커플러
23 : 리미트회로부 24 : 프로세서
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 교류의 입력전원을 후단에서 요구하는 크기로 분압하여 출력하는 전압분배회로부; 상기 전압분배회로부와 다음단간의 접지를 분리시키고 상기 전압분배회로부로부터의 분배된 전압을 다음단으로 결합시키는 포토커플러; 상기 포토커플러를 통한 전압을 소정 레벨로 리미팅시킴에 의한 로직신호를 후단의 프로세서로 제공하는 리미트회로부; 상기 리미트회로부로부터의 로직레벨이 상승시각을 기준시각으로 하여 이 상승시각에서 하강시각까지의 하이레벨 유지시간을 산출하고, 상기 하이레벨 유지시간과 반주기시간간의 차시간을 2로 나누어 상승시간을 구하며, 상기 상승시간과 하이레벨 유지시간을 더하여 하강시간를 구하여, 이 하강시간을 이용하여 위상각을 검출하는 프로세서; 를 구비함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 기술적인 수단으로써, 본 발명의 방법은 교류의 입력전원을 후단에서 요하는 크기로 분압하는 전압분배회로부와, 상기 전압분배회로부와 다음단간의 접지를 분리시키고 상기 분배된 전압을 다음단으로 결합시키는 포토커플러와, 상기 포토커플러를 통한 전압을 소정레벨로 리미팅시키는 리미트회로부와, 상기 리미트회로부로부터의 로직신호에 기초해서 프로세서에서 수행되는 교류파형의 위상검출방법에 있어서, 상기 리미트회로부로부터의 로직레벨이 상승시각을 기준시각으로 하여 이 상승시각부터 하강시각까지의 하이레벨 유지시간을 산출하는 제1단계; 상기 제1단계에서 구한 하이레벨 유지시간과 교류파형의 반주기시간 사이의 차시간을 2로 나누어 상승시간을 구하는 제2단계; 상기 제2단계에서 구한 상승시간과 하이레벨 유지시간을 더하여 하강시간를 구하는 제3단계; 상기 제3단계에서 구한 하강시간을 위상각으로 환산하여 상을 검출하는 제4단계; 로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 교류파형의 위상검출장치에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 교류파형의 위상검출장치의 블록구성도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 교류파형의 위상검출장치는 교류의 입력전원(Vi)을 후단에서 요구하는 크기로 분압하여 출력하는 전압분배회로부(21)와, 상기 전압분배회로부(21)와 다음단간의 접지를 분리시키고 상기 전압분배회로부(21)로부터의 분배된 전압을 다음단으로 결합시키는 포토커플러(22)와, 상기 포토커플러(22)를 통한 전압을 소정 레벨로 리미팅시킴에 의한 로직신호를 후단의 프로세서로 제공하는 리미트회로부(23)와, 상기 리미트회로부(23)로부터의 로직레벨이 상승시각(t1)을 기준시각으로 하여 이 상승시각(t1)에서 하강시각(t2)까지의 하이레벨 유지시간(△t)을 산출하고, 상기 하이레벨 유지시간(△t)과 반주기(2/T)시간간의 차시간(T/2-△t)을 2로 나누어 상승시간(t1)을 구하며, 상기 상승시간(t1)과 하이레벨 유지시간(△t)을 더하여 하강시간(t2)을 구하여, 이 하강시간(t2)을 이용하여 위상각을 검출하는 프로세서(24)로 구성한다.
또한, 상기 프로세서(24)는 리미트회로부(23)로부터 제공되는 로직신호의 하강시각(t2), 즉 현재시각에서의 상을 하기 수학식1에 의해 구한다.
Figure 1019970072398_B1_M0001
여기서, 0.5( T over 2 -△t) + △t는 t1이다.
도 3은 교류파형에 대한 위상검출의 설명을 위한 교류파형도이고, 도 4는 본 발명에 따른 교류파형의 위상검출방법을 보이는 플로우챠트이다.
이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명을 설명하면, 먼저, 도 2에 도시한 전압분배회로부(21)에서는 임의의 주파수를 갖는 교류전원을 후단에서 요구되는 크기의 전압으로 분배하여 포토커플러(22)를 통해 리미트회로부(23)로 제공한다.
상기 포토커플러(22)는 상기 전압분배회로부(21)의 전원측과 리미트회로부(23)의 제어측간의 접지를 분리시킴과 동시에 상기 전압분배회로부(21)로부터의 전압을 상기 리미트회로부(23)로 결합시킨다.
상기 리미트회로부(23)에서는 슈미트트리거등으로 구성되는데, 이는 상기 포토커플러(22)를 통해 제공되는 전압을 사전에 설정된 소정레벨로 리미트시킴에 따라 생성되는 로직신호를 프로세서(24)로 제공하면, 상기 프로세서(24)에서는 도 4에 도시한 플로우챠트에 보인 바와같은 흐름으로 현재시각, 즉 로직신호의 하강시각(t2)에서의 상을 검출하는데, 이를 하기에 구체적으로 설명한다.
먼저, 제1단계(41,42)에서는 상기 리미트회로부(21)로부터의 로직레벨이 로우레벨("0")에서 하이레벨("1")로 상승하는 상승시각(t1)을 기준시각으로 하여 이 상승시각(t1)부터 상기 로직신호가 하이레벨에서 로우레벨로 하강하는 하강시각(t2)까지의 시간, 즉 상기 로직신호가 하이레벨로 유지되는 하이레벨 유지시간(△t)을 산출한다.
제2단계(43)에서는 상기 제1단계(42)에서 구한 하이레벨 유지시간(△t)과 입력되는 교류파형의 반주기(2/T)시간 사이의 차시간(T/2-△t)을 2로 나누면 상기 입력되는 교류파형이 제로크로싱되는 시점부터 상기 로직신호가 로우레벨에서 하이레벨로 상승하는 시점까지의 상승시간(t1)을 구할 수 있다.
제3단계(44)에서는 상기 제2단계(43)에서 구한 상승시간(t1)과 하이레벨 유지시간(△t)을 더하여 제로크로싱되는 시점부터 상기 로직신호가 하이레벨에서 로우레벨로 하강하는 시점까지의 하강시간(t2)를 구한다.
제4단계(45)에서는 상기 제3단계(44)에서 구한 하강시간(t2)을 위상각으로 환산하여 상을 검출하는데, 이 환산식은 하기 수학식2와 같다.
Figure 1019970072398_B1_M0002
여기서, 1/f*0.5는 교류파형의 반주기에 해당하는 시간으로, 만약 60Hz의 교류파형이라면, 상기 1/f*0.5는 8.33msec가 된다.
상기한 본 발명에 의하면, 입력전압의 변동에 관계없이 현재시각에서의 위상각을 정확히 계산할 수 있으므로 변동부하가 심한 산업현장에 적용할 수 있고 상검출을 위한 회로구성이 단순하므로 자체의 오동작 가능성을 줄일 수 있으며, 뿐만아니라 상검출을 위한 방법이 종래의 방법과 같이 하드웨어적으로만 고정되는 것이 아니라 본 발명에서는 소프트웨어를 부가함으로서 보다 정확한 상검출을 위한 알고리즘이 개선되며 차후를 위한 확장성도 우수한 것이다.
상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 교류파형의 변동에 무관하게 현재시각에서의 상(위상각)을 간단한 하드웨어 및 소프트웨어로 정확하게 검출할 수 있도록 함으로서, 파형변동에 의한 오동작을 방지할 수 있으며, 또한 부하변동이 심한 산업현장등의 열악한 환경에서도 정확한 상검출이 가능한 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능한다.

Claims (4)

  1. 교류의 입력전원(Vi)을 후단에서 요구하는 크기로 분압하여 출력하는 전압분배회로부(21);
    상기 전압분배회로부(21)와 다음단간의 접지를 분리시키고 상기 전압분배회로부(21)로부터의 분배된 전압을 다음단으로 결합시키는 포토커플러(22);
    상기 포토커플러(22)를 통한 전압을 소정 레벨로 리미팅시킴에 의한 로직신호를 후단의 프로세서로 제공하는 리미트회로부(23);
    상기 리미트회로부(23)로부터의 로직레벨이 상승시각(t1)을 기준시각으로 하여 이 상승시각(t1)에서 하강시각(t2)까지의 하이레벨 유지시간(△t)을 산출하고, 상기 하이레벨 유지시간(△t)과 반주기(2/T)시간간의 차시간(T/2-△t)을 2로 나누어 상승시간(t1)을 구하며, 상기 상승시간(t1)과 하이레벨 유지시간(△t)을 더하여 하강시간(t2)을 구하여, 이 하강시간(t2)을 이용하여 위상각을 검출하는 프로세서(24); 를 구비함을 특징으로 하는 교류파형의 위상검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로세서(24)는 리미트회로부(23)로부터 제공되는 로직신호의 하강시간(t2), 즉 현재시간에서의 상을
    Figure 1019970072398_B1_M0003
    식에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 교류파형의 위상검출장치.
  3. 교류의 입력전원(Vi)을 후단에서 요하는 크기로 분압하는 전압분배회로부(21)와, 상기 전압분배회로부(21)와 다음단간의 접지를 분리시키고 상기 분배된 전압을 다음단으로 결합시키는 포토커플러(22)와, 상기 포토커플러(22)를 통한 전압을 소정레벨로 리미팅시키는 리미트회로부(23)와, 상기 리미트회로부(23)로부터의 로직신호에 기초해서 프로세서(24)에서 수행되는 교류파형의 위상검출방법에 있어서,
    상기 리미트회로부(21)로부터의 로직레벨이 상승시각(t1)을 기준시각으로 하여 이 상승시각(t1)부터 하강시각(t2)까지의 하이레벨 유지시간(△t)을 산출하는 제1단계(41,42);
    상기 제1단계(42)에서 구한 하이레벨 유지시간(△t)과 교류파형의 반주기(2/T)시간 사이의 차시간(T/2-△t)을 2로 나누어 상승시간(t1)을 구하는 제2단계(43);
    상기 제2단계(43)에서 구한 상승시간(t1)과 하이레벨 유지시간(△t)을 더하여 하강시간(t2)를 구하는 제3단계(44);
    상기 제3단계(44)에서 구한 하강시간(t2)을 위상각으로 환산하여 상을 검출하는 제4단계(45);
    로 이루어짐을 특징으로 하는 교류파형의 위상검출방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제4단계(45)에서는 상기 하강시간(t2)에서의 위상각을
    Figure 1019970072398_B1_M0004
    식에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 교류파형의 위상검출방법.
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