KR20010095613A - 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TV 세트, 모니터 오실로스코프 등의 음극선관을 사용하는 고전압 장치의 고전압을 공급해 주는 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기에 관한 것으로, DC 전압 공급원(DC input)으로부터 DC 전압을 공급받아서 기준 전압을 발생하는 기준 전압원(7)과; DC 전압 공급원으로부터 공급되는 전류를 조절해 주는 전류 조절기(8)와; 상기 전류 조절기(8)의 출력을 입력받아서 전력을 증폭해 주는 전력 증폭기(1)와; 상기 전력 증폭기(1)로부터 전력을 공급받아서 전압을 승압시켜 주는 것으로, 압전체로 이루어진 압전체 변압기(4)와; 상기 압전체 변압기(4)의 출력 전압을 감지하는 정궤환 루프 안테나(13)와; 상기 정궤환 안테나(13)를 통해 입력되는 압전체 변압기(4)의 출력 전압을 정궤환시켜서 피드백시켜 주는 정궤환 루프(3)와; 상기 정궤환 루프(3)의 출력 전압을 전치 증폭시켜서 상기 전력 증폭기(1)로 입력시켜 주는 전치 증폭기(2)와; 상기 압전체 변압기(4)의 출력 전압을 정류시켜서 출력해 주는 정류기(5)와; 상기 정류기(5)의 출력 전압을 부궤환시켜 피드백시켜서, 상기 전류 조절기(8)와 기준 전압원(7)으로 입력시켜 주는 부궤환 루프(6)로 이루어진다.
Description
본 발명은 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TV 세트, 모니터 오실로스코프 등의 음극선관을 사용하는 고전압 장치의 고전압을 공급해 주는 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 변환기에는 승압을 위해 변압기가 사용되는데, 이 변압기는 규소 강판을 코어로 하고, 그 주변에 코일을 감은 권선형 변압기이다.
이러한 전력 변압기에 사용되는 권선형 변압기를 이용할 때에 발생하는 문제점은 아래와 같다.
1. 권선형 변압기의 규소 강판과 구리선의 불완전한 절연 상태로 인해 열이 발생하며, 이로 인해 승압 효율이 떨어지고, 외부로부터 흡수되는 수분으로 인하여 절연 상태가 더 악화되는 문제점이 있었다.
2. 외부 혹은, 임의의 부위에서 발생하는 쇼트로 인한 단락으로 전력 변환기 내 변압기가 발화할 위험성이 있다.
이는 권선형 변압기가 연소하기 쉬운 특성을 갖고 있기 때문이다.
3. 종종 전자 장애를 일으키기 쉽다.
4. 열 발생으로 인한 승압 전압의 제한으로 높은 소비 전력을 필요로 한다.
5. 권선형 변압기는 낮은 입력 전압에서 높은 출력으로 변압하기 위해 큰 부피를 필요로 한다. 이는 휴대용 전자 용품에 적합하지 않다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 권선형 변압기가 안고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강한 내식성, 낮은 열 발생과 전자 장애를 일으키지 않는 비금속 변압기를 사용한 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 변환 효율을 높여서 소비 전력이 적은 전력 변환기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
변압기의 단락으로 인한 발화 위험이 없으면서, 휴대용으로 적합하도록 얇고 작은 부피와 가벼운 무게를 갖는 전력 변환기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기의 구체적인 실시예를 나타낸 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
1 : 전력 증폭기 2 : 전치 증폭기
3 : 정궤환 루프 4 : 압전체 변압기
5 : 정류기 6 : 부궤환 루프
7 : 기준 전압원 8 : 전류 조절기
9 : 인버터 AC 출력부 10 : 인버터 DC 출력부
11 : 압전체 변압기 구동부 12 : 압전체 변압기 발생부
13 : 정궤환 루프 안테나
R1∼8: 저항 C1∼4: 캐패시터
D1∼4: 다이오드 ZD1: 제너 다이오드
V1∼2: 트랜지스터 Q1: MOSFET
Q2: FET L1: 인덕터
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, DC 전압 공급원으로부터 DC 전압을 공급받아서 기준 전압을 발생하는 기준 전압원과; DC 전압 공급원으로부터 공급되는 전류를 조절해 주는 전류 조절기와; 상기 전류 조절기의 출력을 입력받아서 전력을 증폭해 주는 전력 증폭기와; 상기 전력 증폭기로부터 전력을 공급받아서 전압을 승압시켜 주는 것으로, 압전체로 이루어진 압전체 변압기와; 상기 압전체 변압기의 출력 전압을 감지하는 정궤환 루프 안테나와; 상기 정궤환 안테나를 통해 입력되는 압전체 변압기의 출력 전압을 정궤환시켜서 피드백시켜 주는 정궤환 루프와; 상기 정궤환 루프의 출력 전압을 전치 증폭시켜서 상기 전력 증폭기로 입력시켜 주는 전치 증폭기와; 상기 압전체 변압기의 출력 전압을 정류시켜서 출력해 주는 정류기와; 상기 정류기의 출력 전압을 부궤환시켜 피드백시켜서, 상기 전류 조절기와 기준 전압원으로 입력시켜 주는 부궤환 루프로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기를 제공한다.
(실시예)
본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기의 구성 및 작용을 본 발명의 일 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.
첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기의 구성을 나타낸 블록도, 도 2는 본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기의 구체적인 실시예를 나타낸 회로도이다.
본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기의 구성은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, DC 전압 공급원(DC input)으로부터 DC 전압을 공급받아서 기준 전압을 발생하는 기준 전압원(7)과; DC 전압 공급원으로부터 공급되는 전류를 조절해 주는 전류 조절기(8)와; 상기 전류 조절기(8)의 출력을 입력받아서 전력을 증폭해 주는 전력 증폭기(1)와; 상기 전력 증폭기(1)로부터 전력을 공급받아서 전압을 승압시켜 주는 것으로, 압전체로 이루어진 압전체 변압기(4)와; 상기 압전체변압기(4)의 출력 전압을 감지하는 정궤환 루프 안테나(13)와; 상기 정궤환 안테나(13)를 통해 입력되는 압전체 변압기(4)의 출력 전압을 정궤환시켜서 피드백시켜 주는 정궤환 루프(3)와; 상기 정궤환 루프(3)의 출력 전압을 전치 증폭시켜서 상기 전력 증폭기(1)로 입력시켜 주는 전치 증폭기(2)와; 상기 압전체 변압기(4)의 출력 전압을 정류시켜서 출력해 주는 정류기(5)와; 상기 정류기(5)의 출력 전압을 부궤환시켜 피드백시켜서, 상기 전류 조절기(8)와 기준 전압원(7)으로 입력시켜 주는 부궤환 루프(6)로 이루어진다.
도 2에서 트랜지스터 V2를 가지는 전력 증폭기(1)에서 인덕터 L1의 한 쪽은 트랜지스터 V2의 컬렉터와 연결되고, 다른 한 쪽은 전류 조절기(8)와 연결되며, 다이오드 D2와 캐패시터 C1은 전력 증폭기(1)의 출력 쪽에 병렬로 연결된다.
전력 증폭기(1)의 출력단은 압전체 변압기 구동부(11)의 전극과 연결된다.
전치 증폭기(2)는 저항 R2, 다이오드 D1, 트랜지스터 V1으로 이루어지며, A+ 점에서 저항 R3을 통해 들어 온 DC 입력은 트랜지스터 V1의 컬렉터와 트랜지스터 V2의 베이스와 연결된다.
정궤환 루프(3)는 저항 R1과 안테나(13)로 이루어지며 안테나는 압전체 변압기(4) 발생부(12) 쪽에 위치한다.
정류기(5)는 다이오드 D3,4와 캐패시터 C3,4로 이루어진다. 부궤환 루프(6)는 저항 R7,8로 이루어진 전압 분배기와 캐패시터 C2로 이루어진다.
기준 전압원(7)은 저항 R5,6과 제너 다이오드 ZD1으로 이루어진다.
전류 조절기는 FET 트랜지스터 Q2와 저항 R4,9로 이루어진 비교 전압 증폭기 MOSFET 트랜지스터 Q1으로 이루어진 전류 증폭기로 구성된다.
Q2의 게이트는 분배기 R7,8의 상호 연결점과 연결된다. Q2의 드레인은 Q1의 게이트와 연결되고, A+ 점을 지나 저항 R4를 통해 들어온 DC입력과도 연결된다. Q1의 소스는 A+ 점과 연결되고, Q1의 드레인은 인덕터 L1과 연결된다.
A+ 점을 통해 들어온 입력 전력은 트랜지스터 Q1과 인덕터 L1을 지나 압전체 변압기(4)의 발생부(12)에 출력 AC 전압을 발생시킨다.
출력 전압이 발생되는 동안 안테나(13)에서도 AC 전압이 발생한다. 안테나 신호의 극성에 따라 전치 증폭기(2)와 트랜지스터 V1은 반주기의 출력 전압을 발생시키며, 트랜지스터 V2를 개폐시킨다. 이 때, 트랜지스터는 매번 안테나 신호의 값을 증가시킨다.
이는 궤환이 정(正)임을 의미한다. 이를 고려해 볼 때 압전체 변압기는 공진 장치로써 압전체 변압기(4), 전치증폭기 내의 V1, 트랜지스터 V2와 인덕터 L1으로 발진자를 이루며, 압전체 변압기(4)의 공진 주파수와 같은 주파수에서 작동한다.
PT에 의해 발생된 안정된 상태의 AC 전압은 정류기(5)에 의해 DC 전압으로 변환된다.
일부 전압은 분배기 R7,8에 의해 분배되고, 분배된 이후의 전압이 참조 전압이 된다.
참조 전압은 제너 다이오드 ZD1, 저항 R5,6에 의해 생성된 기준 전압과 비교하며, 이 때의 결과인 비교 전압이 B점에 나타난다.
이 전압은 트랜지스터 Q2의 게이트에 적용되고 증폭되며, 트랜지스터 Q1의 게이트에 적용된다.
트랜지스터 Q1을 통해 들어온 전류와 압전체 변압기 구동부로 들어간 전력은 비교 전압의 값에 의해 결정된다.
참조 전압과 기준 전압은 비교 전압의 값을 결정한다. 기준 전압이 불변일 때 차조 전압에 의해 비교 전압의 값이 결정되며, 참조 전압은 압전체 변압기의 출력 전압 값과 비례한다.
압전체 변압기의 출력 전압이 증가함으로 인해 참조 전압이 증가하고, 그 결과로 비교 전압이 증가하고 트랜지스터 Q1을 통해 들어온 전류는 감소한다.
이로 인해 압전체 변압기의 출력 전압이 감소하며, 구동부에 들어온 입력 전력이 떨어진다.
이는 부궤환 루프가 압전체 변압기를 안정화시켜 주며, 기준 전압에 의해 안정화 상태가 결정된다.
가변 저항 R6으로 이 상태를 변화시킬 수 있으며, 요구하는 안정화된 출력전압을 출력점 9, 10에서 얻을 수 있다.
도 2에서 다이오드 D1은 안테나 13에서 발생한 음의 극성의 전압으로부터 트랜지스터 V1을 보호하고, 다이오드 D2는 인덕터 L1으로 인해 발생하는 초과되는 전압으로부터 트랜지스터 V2를 보호한다.
캐패시터 C1은 압전체 변압기(4)의 공진 주파수와 같게 자동 발진기를 조절하기 위해 사용된다.
캐패시터 C2는 출력 전압의 안정화 작업시 발생하는 오차를 최소화시켜 준다. 캐패시터 C4는 AC, DC 출력 상호간의 간섭을 감소시켜 준다.
한편, 본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기는 일반적 인쇄 회로 기판 위에 제작된다.
압전체 변압기는 PZT(납-지르코늄-티타늄)의 압전 세라믹 소재로 만들어진 긴 직사각형의 판상 구조로 이루어진다.
압전체 변압기는 길이 80mm, 폭 14mm, 두께 1.4mm의 대략 42kHz의 주파수에서 작동하는 2차 진동 모드를 가지는 일반적으로 잘 알려진 로젠(Rosen's) 형태이다.
안테나는 압전체 변압기 발생부 중심 부근의 인쇄 회로 기판(PCB) 위의 폭 방향으로 2mm 두께의 줄무늬 모양으로 배열된다.
출력부(10)에는 10㏁의 부하 저항이 걸리며, 출력부(9)에는 복수 정류기와연결되어 200㏁의 부하 저항이 걸린다.
복수 정류기는 6개의 정류기가 직렬로 추가 연결된다. 상기와 같은 조건의 부하 저항이 걸릴 때 200㏁에는 +10kV 전압이, 10㏁ 저항에는 -2kV의 출력 전압이 발생하고, 이 때 DC 입력 전압은 12V 정도, 혹은 이보다 낮아야 한다.
변환기의 총 효율은 최고 88%이며, 압전체 변압기의 효율은 91%이다.
압전체 변압기의 표면 온도는 -1∼+2이고, 출력부 9, 10에서 단락시 입력 전류에 주목할 만한 특별한 변화는 없다.
이 변환기의 입력, 출력 인자는 오실로스코프, 모니터, TV 등의 음극선관의 고전압 공급 장치에 적용할 수 있는 값이다.
본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기는 위에서 서술한 바와 같은 내용을 통해 잘 알려진 유사한 장치와 비교해 볼 때, 입출력 특성이 보다 더 나음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기는 높은 절연성과 내식, 내습성을 갖고 있으며, 변압기에 구리선 코일을 사용하지 않으므로 전자파 장애가 발생하지 않고, 낮은 온도에서 작동하므로 높은 변환 효율을 가지며, 소비 전력이 적으면서, 단락시 발화 위험이 없다.
그리고, 얇고 가벼운 무게를 가지므로 오늘날 전자제품의 요구 사항에 적합하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있는 것이다.
Claims (2)
- DC 전압 공급원(DC input)으로부터 DC 전압을 공급받아서 기준 전압을 발생하는 기준 전압원(7)과; DC 전압 공급원으로부터 공급되는 전류를 조절해 주는 전류 조절기(8)와; 상기 전류 조절기(8)의 출력을 입력받아서 전력을 증폭해 주는 전력 증폭기(1)와; 상기 전력 증폭기(1)로부터 전력을 공급받아서 전압을 승압시켜 주는 것으로, 압전체로 이루어진 압전체 변압기(4)와; 상기 압전체 변압기(4)의 출력 전압을 감지하는 정궤환 루프 안테나(13)와; 상기 정궤환 안테나(13)를 통해 입력되는 압전체 변압기(4)의 출력 전압을 정궤환시켜서 피드백시켜 주는 정궤환 루프(3)와; 상기 정궤환 루프(3)의 출력 전압을 전치 증폭시켜서 상기 전력 증폭기(1)로 입력시켜 주는 전치 증폭기(2)와; 상기 압전체 변압기(4)의 출력 전압을 정류시켜서 출력해 주는 정류기(5)와; 상기 정류기(5)의 출력 전압을 부궤환시켜 피드백시켜서, 상기 전류 조절기(8)와 기준 전압원(7)으로 입력시켜 주는 부궤환 루프(6)로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기.
- 제 1항에 있어서, 상기 압전체 변압기가 회로상에서 놓이는 곳에 압전체 변압기의 길이 방향에 수직 방향의 줄무늬 형태로 안테나(13)가 놓이는 것을 특징으로 하는 압전체 변압기를 이용한 전력 변환기.
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Cited By (2)
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| KR100975569B1 (ko) * | 2008-05-08 | 2010-08-13 | (주)아이엠 | 압전 변압기를 이용한 고전압 발생 장치 |
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