KR100367818B1 - 유도성 부하의 개폐시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도성 부하를 개폐함에 있어서 발생할 수 있는 유해파와 개폐 회로 즉,릴레이 접점 또는 반도체 소자의 결함발생률을 현저히 저하시키고 신뢰성을 높이는 방법을 제공하는 것이다.

Description

유도성 부하의 개폐시키는 방법{Load Switching System}

본 발명은 부하를 개폐 하는 모든 제어기류에 적용하며 특히 개폐 시 유해한 노이즈를 발생시키고 돌입전류에 의한 개폐소자의 접점불량을 일으키기 쉬운 유도성 부하의 개폐에 있어서 그 발생 요인을 효과적으로 제거 함으로서 개폐 회로의 수명과 신뢰성을 향상시키는 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

일반적으로 부하 개폐에 적용 되는 소자들로는 기계적인 접점을 갖는 계전기와 또는 무접점용으로 반도체 소자들이 사용된다. 그 중 가장 범용성 있게 사용 되는 것은 계전기로서 접점 역률이 높아 효율이 좋은반면 물리적인 결함 뿐만 아니라 개폐시 스파크 노이즈와 불꽃 발생으로 2차적으로 여러가지 결함을 일으키고 아울러 자체의 수명저하로 이어진다.

반도체 소자는 그에 비해 제로크로스 제어를 구현하기가 용이하므로 방사되는 유해한 잡음을 없애고 물리적인 결함이 없는 반면 부하전류가 높아 짐에 따라 손실전력이 발생 방열문제가 대두 되어 역시 쉽게 적용하기에는 무리가 따르게 되며 그에 따라 신뢰성있는 설계를 위하여 부하전류에 비하여 비교적 큰 전력의 소자를 사용 하여야 하므로 제조원가의 상승으로 적용이 어려운 점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 방법들이 갖는 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로 반도체 소자와 계전기를 병용 사용하여 두 소자의 장점만을 적극 활용하여 유도성 부하에서도 개폐시 방사 노이즈를 없애고 계전기의 접점의 수명을 극대화 시켜 신뢰성을 높이도록 한 것이다.

트라이액(Triac)과 계전기를 병렬로 연결 하고 부하를 구동하기 위한신호가 입력 되면 우선 트라이액을 전원전압의 제로크로스(Zero Cross)지점에서 터언 온(Turn on)시켜서 안정적으로 부하를 구동 한 후 일정한 시간이 지연 된 시점에서 계전기를 도통시키게 되면 계전기는 트라이액의 터언온시의 양단자전압 Vtm 이 불과 2V 내외이므로 거의 0전위 상태에서 통전을 개시 할 수가 있게 되는 것이다. 일단 계전기가 통전 되면 일반적으로 유통되는 계전기들의 접점 저항이 불과 100mΩ내외이므로 대부분의 부하전류가 계전기의 접점을 통해 흐르게 되고 트라이액을 통하는 전류는 극히 낮아지므로 트라이액은 비교적 낮은 규격의 소자로 구성이 가능하며 방열을 위한 방열판등이 필요 없게 된다. 부하구동을 해제할때는 반대로 계전기를 먼저 끊고 일정의 지연시간이 흐른 후 트라이 액을 제로크로스지점에서 터언 오프(Turn off) 시켜서 역시 노이즈 방사와 불꽃 발생등의 물리적인 결함들을 원천적으로 해결하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명동작을 설명하기 위한 도면

도 2는 본 발명을 실시하기 위하여 중앙처리장치와 구성하여 보인 회로도

도 3은 본 발명을 실시하기 위하여 시간지연회로를 부가하여 구성한 회로도

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.

도1은 본 발명의 동작 방식에 대하여 설명한 도면이고 도2는 중앙처리장치(CPU)를 이용하여 목적으로 하는 동작을 구현하는 방법을 제시한 도면이고 도3은 시간지연회로를 부가하여 구성한 회로도이다.

도1에 의하여 본 발명을 설명하면 트라이액은 정현파의 제로크로스 즉, 0 전위에서 개폐동작을 하도록 하여 외부로 방출하는 일체의 잡음과 급격한 에너지 변화에 따른 물리적 문제점들을 원천적으로 해소토록 하는 것이다. 제로크로스 지점에서의 ON/OFF동작은 이미 공지되어 실용되고 있는 여러가지 방법들에 의하여 용이하게 구현된다. 본 실시 예에서는 제로크로스 검출회로가 내장 되어 있는 포토 커플러 PC를 사용하고 있다.

일단 트라이액이 터언 온 하면 트라이액의 양단전압 Vtm은 공지되어 있는 바와 같이 약 2V 내외가 되며 전류는 부하에 의하여 제한되는 값으로 흐르게 된다. 유도성 부하의 종류에 따라 바뀌지만 트라이액이 제로크로스를 검출하고 터언 온 한 시점부터 부하에 의한 역기전력이 충분히 소멸된 시간 tr 만큼 지연 시킨 후에 계전기를 구동하여 접점을 통전 시킨다. 지연시간 tr 은 부하의 종류에 따라 조건이 바뀌지만 일반적으로는 약 100ms 정도로 실용 될 수 있다. 계전기는 고전압에서 통전을 개시 하는 것이 아니라 트라이액에서 이미 역기전력과 전압을 흡수한 상태 이후에 통전을 개시하게 되므로 급격한 에너지 변화에 따른 물리적인 2차 결함요인들이 제거 된 상태에서 작동 하게 되며 일단 계전기의 접점이 통전 하게 되면 트라이 액으로 흐르던 부하전류를 이번에는 상대적으로 접점저항이 극히 낮은 계전기가 대부분 흡수 하므로 트라이액은 손실전력이 떨어져 방열 대책이 필요 없게 된다. 부하전류를 차단할 때는 반대로 계전기를 먼저 off 시키고 tf 만큼 지연시킨 후 트라이액을 제로크로스 지점에서 터언 오프 시킨다.

도2는 제어회로에서 CPU가 채용 되어 있을 때 CPU로 동작 시퀀스를 구현했을 때의 실시 예이다.

도3은 비교적 단순하고 CPU가 없는 상태의 것으로 임의 시간지연회로를 부가 하여 도1에서 설명한 동작을 구현한 실시 예이다.

이를 도면에 의하여 설명하면 부하 구동 신호가 입력 되면 다이오드(D1)을 통하여 콘덴서(C2)가 급속히 충전 되고 저항(R1)으로 전류 제한이 되어 제 1 트랜지스터(Q2)의 베이스에 인가 된다. 같은 순시에 입력신호는 저항(R2)를 통하여 콘덴서(C3)을 충전시키게 되므로 CR시정수 만큼 지연된 후 제 2 트랜지스터 (Q3)을 드라이브 할 수 있는 전류까지 상승 하게 된다. 즉, 제 1 트랜지스터(Q2)는 저항(R2)와 콘덴서(C3)의 시정수 만큼 앞서서 포토커플러(PC)를 구동하게 되고 포토 커플러(PC)는 구동된후 내장 되어 있는 제로크로스 검출 회로에 의하여 0전위를 검출하여 트라이액(Q1)을 터언 온하게 된다. CR 시정수에 의하여 지연된 시간 후 제 2 트랜지스터(Q3)이 동작하고 계전기 (K1)이 구동하게 된다.

입력신호가 low 가 되면 이번에는 반대로 제 1 트랜지스터(Q2)는 콘덴서(C2)에 축적 되어 있던 전하가 저항(R1)에 의하여 지연되게 되며 제 2 트랜지스터(Q3)은 콘덴서(C3)에 축적되어 있던 전하가 다이오드(D2)를 통하여 외부 회로로 빠져나가고 제 2 트랜지스터(Q3)의 베이스와 에미터로 급격하게 방전 되므로 트랜지스터(Q2)보다 앞서서 OFF하게 된다. 한편 제 1 트랜지스터(Q2)는 기동할 때 와는 반대로 제 1 트랜지스터(Q2)는 콘덴서(C2)와 저항(R1)에 의한 시정수 만큼 지연 된 후 OFF하게 되어 도1에서 설명한 동작이 구현된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 비교적 낮은 코스트로 무접점 반도체의 제로크로스 작동과 계전기의 높은 접점역률등 장점만을 취합하여 구성할 수 있게 되므로 기존에 빈번하게 문제시 되던 유도성 부하의 개폐로 인한 여러가지 문제점들을 일소 시킬수 있게 된다. 여기에 적용되는 트라이액은 단독으로 부하 구동용으로 사용될 경우 T1-T2간 드롭전압 Vtm 이 2V나 되므로 손실전력이 커져 방열문제를 특별히 고려 하여야 하고 부하전류에 비해 충분히 손실전력을 감당 할 수 있는 것을 선택 하여야 하므로 고가의 것이 될 수 밖에 없으나 본 발명에서는 터언 온과 터언 오프시 불과 1∼200ms의 극히 짧은 순시만 부하를 감당하게 되므로 소자 선정이 상당히 자유로워 진다. 계전기 또한 단독으로 사용 될경우 유도성 부하에서는 특별히 돌입전류와 역기전력에 의한 불꽃발생으로 인한 접점의 융착 때문에 부하전류에 비하여 상대적으로 큰 것을 선정 하여야 하는 어려운 문제가 있고, 그렇다고 하더라도 스파크등에 의한 접점의 산화가 급속히 이루어져 제품 불량으로 이어지는 현상을 피할 수 없게 된다. 본 발명에서는 부하가 유도성이라고 하더라도 계전기의 선택은 역기전력이 없고 더욱이 개폐를 거의 0전위에서 하게 되므로 연속통전 시견딜 수 있는 전류용량만 고려 해도 되므로 비교적 소형의 것으로 구성해도 되며 신뢰성이 올라가게 된다. 더욱이 제로크로스 개폐를 계전기에서도 구현 가능하므로 개폐시 잡음등의 유해파를 외부로 방사 하지 않게 된다.

Claims (1)

1. 순다이오드가 저항과 직렬로 연결되며 제 1 트랜지스터를 구동시키는 제 1 펄스회로부와, 역다이오드가 저항과 병렬로 연결되며 제 2 트랜지스터를 구동시키는 제 2 펄스회로부와, 상기 제 1 트랜지스터의 동작으로 0 전위를 검출하는 포토커플러와, 검출된 0 전위에 의해 터언 온되는 트라이액와, 상기 제 2 트랜지스터에 의해 동작되는 계전기를 포함하는 회로장치로 신호를 처리하는 방법에 있어서,

   입력신호에 의해 제 1 트랜지스터(Q2)가 구동되고 포토커플러(PC)에서 0 전위가 검출되는 단계;

   제 2 제어회로부의 C3R2시정수 만큼 지연된 입력신호에 의해 제 2 트랜지스터(Q3)가 구동되는 단계;

   상기 검출된 0전위에 의해 트라이액(Q1)가 터언 온되는 단계;

   상기 트라이액(Q1)과 병렬 접속되는 계전기(K1)가 상기 제 2 펄스회로부의 C3R2 시정수 만큼 지연되어 작동되는 단계;

   입력신호가 차단될 경우 제 2 펄스회로부의 방전에 의해 제 2 트랜지스터(Q3)가 오프되는 단계;

   상기 제 2 트랜지스터(Q3)가 오프된 후, 제 1 펄스회로부의 C2R1시정수 만큼 지연되어 제 1 트랜지스터(Q2)가 오프되는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도성 부하를 개폐시키는 방법.