KR100284530B1

KR100284530B1 - 전자식스위치회로

Info

Publication number: KR100284530B1
Application number: KR1019980001071A
Authority: KR
Inventors: 정영춘
Original assignee: 정영춘
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1998-01-15
Publication date: 2001-03-15
Also published as: KR19990065675A

Abstract

본 발명은 기계식 접점 스위치를 대체하기 위한 전자식 스위치에 관한 것으로, 특히 가정 및 빌딩용 조명, 전기용품의 전기를 ON/OFF 할 수 있는 종래의 스위치와 완벽한 호환성을 갖는 2배선식 전자 스위치에 관한 것이다.

일반적으로 전자공학 기술의 발달로 거의 모든 전자제품과 전자기기들의 제어 스위치들이 소프트 터치 방식으로 바뀌고 있다. 그러나 종래의 스위치는 기계적 접점 스위치와 완벽한 호환성이 있는 전자 스위치회로 구성이 용이하지 않았고 전자 릴레이(SSR)와 같은 교류 회로용 스위치가 상용화되어 있으나 별도의 직류 또는 교류의 제어 전원과 결선이 필요하였다.

따라서 본 발명은 T1,T2의 단자에 병렬로 트라이액(1)을 연결하고, 트라이액(1)의 게이트와 애노드 사이에 브릿지 정류 회로(2)를 구성시키고 브릿지 정류회로(2)의 플러스 단자와 마이너스 단자 사이에 병렬로 전계 효과 트랜지스터(3)를 연결하고 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트를 제어할 수 있는 수단과 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트 전원 유지 수단을 구비한 회로를 통해 부하에 대해 직렬 배선된 2가닥만의 배선을 종래의 기계식 접점 스위치와 똑 같은 결선이 가능하고, 저렴하고 완벽한 호환성을 갖는다. 또한 수동에 의한 소프트 터치식 ON/OFF 는 물론 각종 센서에 의해 자동으로 ON/OFF를 가능하게 된다.

Description

전자식 스위치 회로

전자공학 기술의 발달로 거의 모든 전자제품과 전자기기들의 제어 스위치들이 소프트 터치 방식으로 바뀌고 있으며, 이러한 기술적 추세는 전자 감성시대의 기능과 디자인 변화 욕구에 대한 충족은 물론 편리성을 만족시키기 위한 것이다. 또한 무접점 전자 스위치는 기계적 소음을 발생시키지 않아 전기적 노이즈 발생이 거의 없고 화재 예방에도 유리하며, 전등 기구 등의 전기 용품 수명 연장 효과도 기대할 수 있다.

그러나 이러한 종래의 기술로는 기계적 접점 스위치와 완벽한 호환성이 있는 전자 스위치회로 구성이 용이하지 않았고 전자 릴레이(SSR)와 같은 교류 회로용 스위치가 상용화되어 있으나 별도의 직류 또는 교류의 제어 전원과 결선이 필요하였다. 즉, 종래에는 도 1에서와 같은 교류 전기 회로에 있어서 부하(12)를 ON/OFF하기 위한 기계식 접점 스위치(15)를 대체하기 위해 직렬 결선용 단자(T1,T2)와 같은 두가닥식(2Wire) 전자식 스위치가 있다.

또한 이와 같은 기계식 접점 스위치를 전자화 하기 위해 개발된 종래의 교류회로용 전자 스위치류들은 도2와 같이 직렬 결선용 단자(T1,T2) 외에도 트라이액이나 전자파워소자(1)를 구동시키기 위한 직류전원 구동회로(14)를 필요로 하고 별도제어용 전원 입력 결선(140,141)이 필요하였다. 따라서 가정이나 빌딩용 법용 전기 스위치를 대체하기에는 현실적인 실용성이 거의 없었다.

또 이와 같은 스위치 구조로는 일반적인 전기 회로용 스위치와 똑같은 결선이 불가능하고, 다른 종래의 기술로는 너무 고가의 코스트 때문에 사용화의 현실성이 없었다.

본 발명의 목적은 부하에 대해 직렬 배선된 2가닥만의 배선을 종래의 기계식 접점 스위치와 똑 같은 결선이 가능하고, 저렴하고 완벽한 호환성을 갖는 전자식 스위치 회로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수동에 의한 소프트 터치식 ON/OFF 는 물론 각종 센서에 의해 자동으로 ON/OFF를 가능하게 하는 전자 스위치 회로를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 기계식 접점 스위치 회로도,

도 2는 종래의 전자 스위치 개념도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회로도,

도 4 및 도 5는 본 발명의 동작상태를 나타낸 회로도,

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1 - 트라이액(Triac) 2 - 브릿지 정류회로

3 - 전계 효과 트랜지스터 4 - 트랜스포머

5 - AC-DC콘버터 10 - OFF 버튼 스위치

101 - ON 버튼 스위치 13 - 게이트 구동 전원 회로

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 T1,T2의 단자에 병렬로 트라이액을 연결하고, 트라이액의 게이트와 애노드 사이에 브릿지 정류 회로를 구성시키고 브릿지 정류회로의 플러스 단자와 마이너스 단자 사이에 병렬로 전계 효과 트랜지스터를 연결하고 전계 효과 트랜지스터의 게이트를 제어할 수 있는 수단과 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전원 유지 수단을 구비한 회로를 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회로도로서, 도시된 바와 같이 T1과 T2에 On - Off 제어용 파워트라이액(1)을 병렬로 연결하고, 트라이액의 애노드와 게이트 사이에 브릿지 정류회로(2)를 구성하고, 브릿지 회로(2)의 직류 출력 단자와 병렬로 전계효과 트랜지스터(F.E.T)(3)를 연결하고, 전계효과 트랜지스터(3)의 게이트는 브릿지 정류회로(2) 출력의 플러스 전원 측과 저항(6)으로 연결하고, 또 제너다이오드(7)로 전계 효과 트랜지스터 게이트와 소오스(S)사이를 연결한다.

또한 전계효과 트랜지스터(3)의 게이트와 소오스(S)사이에 병렬 순방향으로 S.C.R(8)을 연결하고 S.C.R(8)의 게이트와 소오스(S)사이에 저항(91)을 연결하고, S.C.R(8)의 게이트와 드레인(D)사이에 저항(9)을 연결하고, 전계효과 트랜지스터(3) 게이트(G)와 S.C.R(8)의 게이트사이에 버턴식 접점스위치(10)와 저항성 센서(11)를 병렬로 연결한다. 그리고 S.C.R(8) 게이트와 소오스(S) 사이에 버턴식 접점 스위치(101)를 연결한다. 버턴식 접점 스위치(10)(101)의 버턴 스위치는 마이크로 메탈 접점 스위치나 전도성고무 접점 등의 스위치를 사용할 수 있다. 한편, T1 또는 T2의 선로에 직렬로 트랜스포머(4)의 1차측 권선을 연결하고 2차측 권선 단자 전압을 정류하고 평활하는 AC-DC 컨버터 회로(5)를 트랜스포머(4)의 2차측과 병렬로 연결하고 AC-DC컨버터 회로(5)의 출력 전압 플러스(+)를 전계효과 트랜지스터(3)의 게이트(G)에 연결하고 마이너스(-)를 소오스(S)측에 연결한다. 이와 같이 구성된 본 발명의 스위치 회로에 대한 On Off기능에 대해 상세히 설명한다.

AC전원(12)과 부하(13)에 직렬로 본 발명의 전자 스위치 회로 T1,T2를 도 4에서와 같이 접속한다.

이와 같이 연결된 전자 스위치 회로의 On 버튼 스위치(101)를 터치하면 초기에 On 상태에 놓여 있던 S.C.R(8)의 게이트에 부 바이어스 신호가 인가되므로 Off상태가 된다. S.C.R(8)이 Off되면 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트가 개방되므로 저항(6)과 제너다이오드(7)에 의한 분할 전압이 전계효과 트랜지스터의 게이트에 인가된다. 따라서 전계효과 트랜지스터(3)가 순간 도통(On)되고 브릿지 정류회로(2)가 폐회로(Close)로 되므로 트라이액(1)의 게이트에 저항(Ra)을 통해 트라이액 애노드측 턴-온 전압이 인가되고, 트라이액(1)이 도통(On)된다.

트라이액(1)이 도통되면 전자 스위치회로 T1,T2가 On된 것이므로 부하에 전류가 흐르게 된다.

한편, 트라이액(1)이 도통(On)되고 부하 회로 전류가 흐르게 되면 스위치 회로와 직렬로 연결된 트랜스포머(4)의 1차측에 전류가 흐르게 되고, 트랜스포머(4)의 2차측에 전압이 유도되며 이 전압이 AC-DC컨버터(5)로 정류되고, 이 전압이 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트에 계속 인가되므로 전계 효과 트랜지스터(3)의 도통(On)상태가 유지된다.

이 전압은 전계 효과 트랜지스터(3)의 정상적인 턴-온이 가능한 8-12V를 유지시킨다.

전계효과 트랜지스터(3)의 턴-온 순간과 유지 과정을 좀더 자세히 설명한다.

전계효과 트랜지스터(3)는 본 발명의 전자 스위치 회로의 최초 턴-온순간에 저항(6)과 제너다이오드(7)의 분배 전압으로 턴-온 되지만 전계 효과 트랜지스터(3)가 턴-온 된 뒤에는 소오스(S), 드레인(D)사이의 전압이 거의 소멸되므로 더 이상 저항(6)과 제너다이오드(7)만으로는 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전압을 얻을 수 없다. 그러므로 전자 스위치 회로가 턴-온 된 뒤에는 트랜스포머(4)의 전압에 의해 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트 전압이 계속 유지 될 수 있도록 설계되어 있다.

다음으로 본 발명의 전자 스위치 회로의 턴-오프(Turn-Off)과정을 설명한다.

도 5에 있어서도 Off 버턴 스위치(10)를 터치하면 S.C.R(8)이 도통(On)되어 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트 전압이 부바이어스측으로 소실되고, 전계효과 트랜지스터(3)는 오프(Off)된다. 따라서 브릿지 정류회로(2)는 오픈(Open)되므로 트라이액(1)의 게이트에도 애노드 전압이 더 이상 인가되지 않으므로 트라이액(1)은 오프(Off)된다. 그러므로 스위치 회로 T1,T2는 Off상태가 되어 부하(13)에 는 전류가 흐르지 않게 되며, T1,T2양단에 걸린 전압은 저항(Ra)과 저항(6), 그리고 저항(Rc)을 통해 S.C.R(8)을 계속 On상태로 유지시키는 역할을 하므로 전자 스위치 회로(T1,T2)는 계속 Off상태가 유지된다.

본 발명의 전자 스위치 회로에 있어서 저항성 센서(11) 또는 멀티 콘트롤에 의한 On-Off기능을 설명한다.

On-Off버튼 스위치(10,101)와 병렬로 저항성 센서(11)를 각각 연결하고, 각 센서의 저항 값이 수십 Ω정도와 같은 거의 도통 상태로 내려가면 S.C.R(8)을 On 또는 Off시킬 수 있게 된다. 센서는 온도, 빛, 습도, 개스 등과 같은 대상에 작용하는 각종 저항성 센서를 이용할 수 있다. 또는 센서 대신에 On-Off 버튼 스위치(10,101)와 병렬로 외부 로직(H-L)스위치를 연결하여 멀티콘트롤을 할 수 있으므로 가정 자동화(HA), 인텔리젠트 빌딩 제어에 매우 간단하게 이용할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 전자 스위치 회로는 2 가닥의 배선만으로 종래의 기계식 접점 스위치와 동일한 결선이 가능할 뿐만 아니라 센서나 멀티 스위치를 부가시켜서 용이하게 제어기능을 확대할 수 있고, 다음과 같이 또다른 특징과 장점들을 제공한다.

전자 스위치가 On상태에 있더라도 부하(13)를 제어하거나 부하 회로 선로가 순간 끊길 경우, 또는 전원(12)이 정전이 되면 전자 스위치는 자동으로 Off가 된다. 그러므로 램프 교환이라든지, 전기 수리 중 스위치를 Off시키는 것을 잊더라도 안전하다. 또한 스위치 On-Off시 부하에 흐르는 돌입 전류(Rush Current)를 트랜스포머(4)의 1차측 코일 리액턴스에 의해 평활(Smothlize)시킬 수 있어 전기 부하의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

T1,T2의 단자에 병렬로 트라이액(1)을 연결하고, 트라이액(1)의 게이트와 애노드 사이에 브릿지 정류 회로(2)를 구성시키고 브릿지 정류회로(2)의 플러스 단자와 마이너스 단자 사이에 병렬로 전계 효과 트랜지스터(3)를 연결하고 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트를 제어할 수 있는 수단과 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트 전원 유지 수단을 구비한 회로를 특징으로 하는 전자 스위치 회로.
제 1 항에 있어서, 전계 효과 트랜지스터(3)의 게이트 제어 수단은 브릿지 정류회로(2)의 플러스 단자와 마이너스 단자 사이에 저항(6)과 제너다이오드(7)를 병렬로 연결하고, 저항(6)과 제너다이오드(7)의 직렬 연결 사이에 전계효과 트랜지스터(3) 게이트를 연결하고 전계효과 트랜지스터(3)의 게이트와 소오스(S)사이에 순방향으로 S.C.R(8)을 연결하고 S.C.R의 게이트와 플러스 단자 사이에 저항(9)을 연결하고, 또 마이너스 단자 사이에 저항(91)을 연결하고 S.C.R(8)의 애노드와 게이트 사이에 버튼스위치(10)를 병렬 연결하고, S.C.R(8)의 게이트와 캐소드 사이에 버튼 스위치(101)를 연결하여 구성된 회로를 특징으로 하는 전자 스위치 회로.
제 2 항에 있어서, 버튼 스위치(10,101)와 병렬로 센서(11) 또는 외부 스위치를 연결할 수 있는 회로를 특징으로 하는 전자 스위치 회로.
제 1 항에 있어서, 전계효과 트랜지스터(3)의 게이트전원 유지수단은 트라이액(1)의 애노드 또는 캐소드 사이에 트랜스포머(4)의 1차측 코일을 직렬로 연결하고 트랜스포머(4)의 2차측 전압을 정류 평활하여 DC로 출력하는 AC-DC콘버터(5)를 연결하고 콘버터(5)의 플러스 출력 전압을 전계효과 트랜지스터(3) 게이트에 연결하고 마이너스를 소오스(S)에 연결하여서 구성된 회로를 특징으로 하는 전자 스위치 회로.