KR100386815B1

KR100386815B1 - 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로 및 이를 구비한회로차단기

Info

Publication number: KR100386815B1
Application number: KR10-2001-0036744A
Authority: KR
Inventors: 김천연; 반기종; 김동섭
Original assignee: 휴먼엘텍 주식회사; 김천연
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-06-09
Also published as: KR20010086604A

Abstract

본 발명은 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로 및 이를 구비한 회로 차단기에 관한 것이다.

도전선에 구비되어 과부하 발생 시에 트립 신호에 따라 전기 제품의 동작을 차단하기 위한 트립부와, 과부하 발생을 외부에 표시하기 위한 표시부를 포함하는 배선 시스템에 있어서, 본 발명의 과부하 검출 회로는 도전선에 흐르는 부하 전류의 변화량을 전압으로 변환하는 전류 변화량 검출부와, 상기 전류 변화량 검출부의 전압을 정류하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류된 전압을 일정 크기로 레벨로 제한하는 레벨 조절부와, 상기 레벨 조절부로부터 제공된 전압을 충전하는 적분부와, 레퍼런스 전압을 발생하는 레퍼런스 전압 발생부와, 상기 적분부에 충전된 전압과 레퍼런스 전압을 비교하여 과부하 발생 시에 과부하 발생을 나타내는 트립 신호를 출력하는 비교부를 포함한다. 본 발명은 레벨 조절부에 의하여 조광기에 의한 과부하 검출 오류를 차단할 수 있으며, 바이메탈을 사용하지 않음으로써 신속하고 정확한 전자적인 과부하 검출이 가능하다.

Description

전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로 및 이를 구비한 회로 차단기{OVERLOAD CIRCUIT INTERRUPTER IN CAPABLE OF ELECTRICAL TRIPPING AND CIRCUIT BREAKER WITH THAT}

본 발명은 배전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 조광기(dimmer)에 의한 오동작을 방지하고, 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로(Overload Circuit Interrupter: OLCI) 및 이를 구비한 회로 차단기에 관한 것이다.

도시, 산업 또는 상업 지대와 같은 특정 지역의 배전반에는 일반적으로 600 볼트 또는 그 이하의 저전압 네트워크가 사용된다. 특히, 네트워크의 케이블은 지하에 매설되어 있는데, 일반적으로 한 지점 이상에서 유입되도록 설계된다. 이와 같은 케이블은 열적인 열화(Thermal degradation), 노화, 습기 또는 쥐나 다람쥐 등의 동물에 의한 손상 등 다양한 원인에 의한 결함이 발생할 수 있다. 이러한 원인으로부터 네트워크를 보호하기 위하여 회로 차단기(Circuit breaker)를 구비하는데, 결함이 발생한 케이블을 절연시키고 네트워크의 장애를 최소화하기 위하여 퓨즈(Fuse) 같이 케이블을 단절시킬 수 있는 단절 장치가 케이블 양단에 요구된다. 케이블 단절 장치는 고전압, 저 임피던스(Impedance) 결함과 같이 상간(Phase-to-phase) 결함에 안전하게 작용할 수 있는 장치이다.

일반적으로 화재나 감전 사고 예방을 위해서 가정에서는 배선용 차단기와 누전 차단기를 사용한다. 배선용 차단기는 전선을 보호하기 위한 목적에 사용되는 것이다. 첫째는, 부하(Load)를 사용하는 중에 전류가 정격 이상으로 초과되면, 차단기 내부에 흐르는 전류가 정상 전류보다 높게 되어 열이 발생하고, 이 열에 의하여 내부의 바이메탈(Bimetal)이 만곡되어 전기 기구의 동작을 차단시킨다. 둘째는, 부하 측에서 전동 공구나 다른 금속 물건에 의하여 상간에 단락이 발생하는 경우로서, 이 경우에는 순간적으로 고전류가 발생하기 때문에 바이메탈이 열을 받아 전기 기구가 동작되기 전에 내부의 자석을 동작시키고, 상기 전기 기구의 동작을 차단시킨다. 이와 같은 고전류는 많은 자기장을 발생시키게 되고, 그에 따라 전기 기구 내부의 자석이 동작되는 것이다. 누전 차단기는 이러한 배선용 차단기의 기능뿐만 아니라, 사용자가 전기 기기를 사용하는 중에 감전되었을 때, 이를 회로적으로 감지하여 전원을 차단함으로써 사용자를 보호하는 기능을 구비한다.

과열 및 파손으로부터 전기 제품을 보호하기 위하여 회로 차단기에 구비되는 과부하 검출 회로에 사용되는 바이메탈은 열팽창 계수가 서로 다른 2 종류의 금속판을 압연법으로 붙인 것으로, 온도의 변화에 따라 두 금속판의 팽창 정도가 다르기 때문에 온도에 따라 만곡되도록 한 것이다. 이러한 바이메탈은 비교적 작은 온도 변화에 대하여도 대단히 큰 변위로 변환되기 때문에, 온도계로서 사용하거나 온도 변화를 검출하여 자동적으로 작동하는 스위치로서 가정용 전기 기기 등에 널리 사용된다. 즉, 과부하 검출 회로는 전기 회로에 과전류가 흘러서 금속판의 온도가 상승하는 경우에 저팽창재 쪽으로 휘는 특성을 이용하여 회로를 차단하는 것으로서, 바이메탈에 사용되는 저팽창재는 열팽창이 대단히 작은 합금이 사용되고, 고팽창재는 니켈-크롬-철 합금, 니켈-망간-철 합금 또는 망간-구리-니켈 합금 등이 이용되고 있다. 특히, 미국에서는 과부하 보호 회로의 규격으로서 120V, 15A 또는 20A의 교류 전원을 사용하는 경우에, 정격 전류의 135%에 해당하는 전류가 흐르면 1시간 이내에 회로가 차단되고, 정격 전류의 200%에 해당하는 전류가 흐르면 4분 이내에 회로가 차단될 수 있도록 규정하고 있다.

그러나, 이러한 바이메탈을 이용하는 종래의 과부하 검출 회로에서는 정해진 시간, 예컨대 4분 내지 1시간 동안 과전류의 변화 상태를 계속적으로 검출하여야 하기 때문에, 과부하 검출 동작 및 과부하 검출 회로의 테스트에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 과부하 보호 회로를 사용하는 기간에 따라 과전류에 의한 바이메탈의 만곡 정도가 쉽게 변하기 때문에, 시간이 지남에 따라 과부하 보호 회로의 동작 특성이 변하기 쉽다. 결국, 시간이 지남에 따라 과부하 검출 회로에 의한 과부하 검출 동작이 제대로 이루어지기 어려워진다. 또한, 과부하 검출에 의하여 바이메탈이 만곡되어 그에 따라 회로가 차단된 후에는, 이후의 과부하 검출 동작을 위하여 만곡된 바이메탈이 원래의 위치로 복귀되어야 하는데, 이 때바이메탈의 복귀에 많은 시간이 소요되기 때문에, 과부하 검출 회로의 연속적인 검출 동작을 위한 경제적, 시간적 손실이 많은 것이 사실이다.

또한, 조광기(dimmer)가 설치된 경우에 종래의 과부하 검출 회로는 전기 회로의 부하에 의한 과전류와 조광기의 동작에 의한 구동 전류를 판별하지 못함으로써, 오동작을 일으키는 경우가 많았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기구적인 트립을 위한 바이메탈을 사용하지 않고, 과부하에 의한 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로 및 이를 구비한 회로 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 연속적인 과부하 검출 동작 및 순간적인 회로 차단이 가능하고, 과부하 검출 동작의 테스트에 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수 있는 과부하 검출 회로 및 이를 구비한 회로 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 조광기에 의한 구동 전류와 과전류를 구별함으로써, 조광기의 동작에 의한 오동작을 방지할 수 있는 과부하 검출 회로 및 이를 구비한 회로 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 과부하 검출에 따라 전기 제품이 차단되고, 과부하 발생을 외부에 표시하는 동시에 과부하 검출 회로를 초기 상태로 환원시킴으로써, 자동으로 스탠바이 상태로 복귀될 수 있는 과부하 검출 회로 및 이를 구비한 회로 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과부하 검출 회로가 구비된 회로 차단기의 블록도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과부하 검출 회로의 내부 블록도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과부하 검출 회로의 상세한 회로도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과부하 검출 회로를 구비한 회로 차단기에 있어서, 셋 신호 및 리셋 신호를 제공하는 표시부의 구성도.

도 5a 및 도 5b는 조광기를 사용하지 않는 경우에 있어서, 적분부의 커패시터 전단과 후단에서의 전압 파형을 각각 나타낸 도면.

도 6a 및 도 6b는 조광기를 사용하는 경우에 있어서, 적분부의 커패시터 전단과 후단에서의 전압 파형을 각각 나타낸 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭)

100: 과부하 검출부 200: 트립부

300: 표시부 110: 전류 변화량 검출부

120: 과부하 판단부 122: 정류부

124: 레벨 조절부 126: 적분부

130: 트립 신호 발생부 132: 바이어스 전압 발생부

134: 레퍼런스 전압 발생부 136: 비교부

140: 방전 제어부 310: 표시 제어부

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로는 도전선에 구비되어 과부하 발생 시에 트립 신호에 따라 전기 제품의 동작을 차단하기 위한 트립부와, 과부하 발생을 외부에 표시하기 위한 표시부를 포함하는 배선 시스템에 있어서, 도전선에 흐르는 부하 전류의 변화량을 전압으로 변환하는 전류 변화량 검출부와, 상기 전류 변화량 검출부의 전압을 정류하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류된 전압을 일정 크기로 레벨로 제한하는 레벨 조절부와, 상기 레벨 조절부로부터 제공된 전압을 충전하는 적분부와, 레퍼런스 전압을 발생하는 레퍼런스 전압 발생부와, 상기 적분부에 충전된 전압과 레퍼런스 전압을 비교하여 과부하 발생 시에 과부하 발생을 나타내는 트립 신호를 출력하는 비교부를 포함할 수 있다.

상기 전류 변화량 검출부는 전류 변환기(CT)일 수 있다.

상기 정류부는 전류 변화량 검출부의 일 측면에 캐소드 단자가 연결되고, 애노드 단자가 접지되는 제 1 다이오드와, 애노드 단자가 접지되고, 캐소드 단자가 전류 변화량 검출부의 다른 일 측면에 캐소드 단자가 연결되는 제 2 다이오드와, 애노드 단자가 상기 제 1 다이오드의 애노드 단자에 연결되는 제 3 다이오드와, 애노드 단자가 상기 제 2 다이오드의 캐소드 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제 3 다이오드의 캐소드 단자에 연결되어 레벨 조절부로 이어지는 제 4 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 레벨 조절부는 정류부의 출력 노드와 접지 사이에 연결되는 저항과, 정류부의 출력 노드에 연결되는 제 1 커패시터와, 컬렉터 단자에 전원이 인가되고, 상기 제 1 커패시터를 통하여 정류된 전압을 베이스 단자로 제공받으며, 에미터 단자와 접지 사이에 제 2 커패시터가 연결되는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 베이스 단자와 접지 사이에 병렬로 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 적분부는 레벨 조절부 트랜지스터의 에미터 단자에 애노드 단자가 연결된 다이오드와, 상기 다이오드의 캐소드 단자에 연결된 제 1 저항과, 상기 제 1 저항과 접지 사이에 각각 병렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터와 제 2 저항과, 상기 제 1 저항과 접지 사이에 직렬로 연결된 제 3 저항과 제 4 저항을 포함하고, 상기 제 3 저항과 제 4 저항 사이의 노드를 통하여 과부하 지시 신호를 비교부로 제공할 수 있다.

상기 레퍼런스 전압 발생부는 전원과 접지 사이에 연결되고, 제어 단자를 통하여 레퍼런스 전압을 비교부로 제공하는 가변 저항과, 상기 가변 저항의 제어 단자와 접지 사이에 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 비교부는 적분부의 과부하 지시 신호를 비반전 입력 단자로 제공받고, 레퍼런스 전압을 반전 입력 단자로 제공받는 OP 앰프를 포함할 수 있다.

상기 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로는 과부하 발생으로 인하여 배선 시스템이 차단된 후에, 적분부에 충전된 전압을 순간적으로 방전시키는 방전 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 방전 제어부는 적분부의 커패시터와 연결된 제 1 저항과, 에미터 단자가 접지되고, 컬렉터 단자가 상기 제 1 저항에 연결되며, 직렬 연결된 제 2 및 제 3 저항과 다이오드를 통하여 표시부의 리셋 신호를 베이스 단자로 제공받는 제 1 트랜지스터와, 에미터 단자가 접지되고, 컬렉터 단자가 상기 제 2 저항과 제 3 저항 사이의 노드에 연결되는 제 2 트랜지스터와, 상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자에 직렬 연결되어 표시부의 셋 신호를 제공하는 제 4 및 제 5 저항과, 상기 제 4 저항과 제 5 저항 사이의 노드와 접지 사이에 연결된 제 6 저항을 포함하되, 상기 리셋 신호는 표시부를 구성하는 저항에 있어서, 저항 양단의 노드 중 전위가 높은 노드로부터 제공되고, 셋 신호는 전위가 낮은 노드로부터 제공될 수 있다.

상기 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로는 적분부의 과부하 지시 신호와 결합하여 비교부의 비반전 입력단에 바이어스 전압을 제공하는 바이어스 전압 발생부를 더 포함할 수 있다.

상기 바이어스 전압 발생부는 전원과 접지 사이에 직렬로 연결되는 제 1 저항 및 제 2 저항과, 상기 제 1 저항과 제 2 저항 사이의 노드에 애노드 단자가 연결되고, 비교부의 비반전 입력 단자에 캐소드 단자가 연결되는 다이오드와, 상기 다이오드의 애노드 단자와 접지 사이에 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 전자적인 트립이 가능한 회로 차단기는 도전선에 연결되어 과부하 발생을 검출하는 과부하 검출부와, 도전선에 연결되어 상기 과부하 검출부의 트립 신호에 따라 회로의 동작을 차단하는 트립부와, 상기 과부하 검출부의 트립 신호에 따라 과부하 발생을 외부에 표시하는 표시부를 포함하되, 상기 과부하 검출부는 도전선에 흐르는 부하 전류의 변화량을 전압으로 변환하는 전류 변화량검출부와, 상기 전류 변화량 검출부의 전압을 정류하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류된 전압을 일정 크기로 레벨로 제한하는 레벨 조절부와, 상기 레벨 조절부로부터 제공된 전압을 충전하는 적분부와, 레퍼런스 전압을 발생하는 레퍼런스 전압 발생부와, 상기 적분부에 충전된 전압과 레퍼런스 전압을 비교하여 과부하 발생 시에 과부하 발생을 나타내는 트립 신호를 출력하는 비교부를 포함할 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과부하 검출 회로가 구비된 회로 차단기의 블록도를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 회로 차단기는 상 도전선(HOT)과 중립 도전선(NEU)에 구비되어 도전선에서 과부하에 의한 과전류를 검출하는 과부하 검출부(100)와, 과부하 검출부(100)의 과부하 출력 신호(OLCI OUT)에 따라 상 도전선(HOT) 및 중립 도전선(NEU)에 흐르는 전류를 차단함으로써 회로 차단기의 동작을 차단하는 트립부(200) 및 과부하 출력 신호(OLCI OUT)에 따라 과부하 발생을 외부에 표시하는 표시부(300)를 포함한다. 이 때, 본 발명의 회로 차단기는 표시부(300)의 동작에 따라 과부하 검출부(100)에 서로 다른 레벨의 셋 신호(OLCI SET) 및 리셋 신호(OLCI RESET)가 제공되어, 과부하 검출부(100)를 초기화시킬 수 있다.

여기에서는 트립부(200)의 전단에 위치한 상 도전선(HOT1)과 중립도전선(NEU1), 트립부(200)의 후단에 위치하는 상 도전선(HOT2)과 중립 도전선(NEU2) 및 과부하 검출부(100)의 후단에 위치하는 상 도전선(HOT3)과 중립 도전선(NEU3)을 각각 다른 기호로 도시하였지만, 이들 도전선 사이에 단락이나 특별한 연결 구성의 변경이 없는 한 모두 상 도전선(HOT) 및 중립 도전선(NEU)으로 표현할 수 있다. 또한, 중립 도전선(NEU)은 과부하 검출 회로 내의 접지 단자(Ground)에 함께 연결되어 구성될 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과부하 검출 회로의 내부 블록도를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 과부하 검출 회로(100)는 전류 변화량 검출부(110)에서 상 도전선(HOT)에 흐르는 전류의 변화량을 전압으로 변환한다. 과부하 판단부(120)는 전류 변화량 검출부(110)를 통하여 제공되는 전압을 이용하여 과부하 발생 여부를 판단한다. 과부하 판단부(120)는 전류 변화량 검출부(110)의 출력 전압을 정류하는 정류부(122), 정류부(122)를 통하여 정류된 전압을 일정 레벨로 제한하는 레벨 조절부(124) 및 과부하 발생 여부를 판단하기 위하여, 일정 레벨로 제한된 전압을 충전하여 과부하 지시 신호(Overload indicative signal)를 발생하는 적분부(126)를 포함한다. 레벨 조절부(124)는 과부하에 의한 전류와 조광기에 의한 구동 전류를 구별할 수 있도록 정류된 전압을 일정 레벨로 감소시킨다. 트립 신호 발생부(130)는 적분부(126)의 과부하 지시 신호(Overload indicative signal)를 미리 정해진 레퍼런스 전압(Reference voltage)과 비교하는 비교부(136)를 포함하고, 과부하 지시 신호가 레퍼런스 전압보다 큰 경우에 회로 차단기를 트립시키고, 표시부(300)를 통하여 과부하 발생을 표시하기 위한 트립 신호(OLCI OUT)를 발생한다. 따라서, 트립 신호 발생부(130)는 비교부(136)에 바이어스 전압(Bias voltage)을 제공하는 바이어스 전압 발생부(132) 및 레퍼런스 전압을 제공하는 레퍼런스 전압 발생부(134)를 포함할 것이다.

이 때, 과부하 검출 회로(100)는 과부하 발생으로 회로 차단기가 트립되거나 표시부(300)에 과부하 발생이 표시되는 경우에, 셋 신호(OLCI SET) 및 리셋 신호(OLCI RESET)를 이용하여 적분부(126)에 충전된 전압을 방전시킬 수 있는 방전 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과부하 검출 회로의 상세한 회로도를 나타낸 것이다. 도 3을 참조하여, 본 발명의 과부하 검출 회로의 구성 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.

전류 변화량 검출부(110)는 상 도전선에 흐르는 부하 전류의 변화량을 검출하여 전압으로 변환하는 CT(Current Transformer)로 이루어질 수 있다.

과부하 판단부(120)는 전류 변화량 검출부(110)를 통하여 제공된 전압을 이용하여 과부하 지시 신호(Overload indicative signal)를 발생하기 위하여, 정류부(122), 레벨 조절부(124) 및 적분부(126)를 포함한다. 정류부(122)는 CT(110)에 연결되어 전압을 전파 정류(Full wave rectify)하는 복수의 다이오드(D10, D11, D12, D13)를 포함할 수 있다. 제 1 다이오드(D10)의애노드(Anode) 단자는 접지되고, 캐소드(Cathode) 단자는 CT(110)의 일 측에 연결된다. 제 2 다이오드(D13)의 애노드 단자는 접지되고, 캐소드 단자는 CT(110)의 다른 일 측에 연결된다. 제 3 다이오드(D11)의 애노드 단자는 제 1 다이오드(D10)의 애노드 단자에 연결되고, 제 4 다이오드(D12)의 애노드 단자는 제 2 다이오드(D13)의 캐소드 단자에 연결되며, 제 3 및 제 4 다이오드(D11, D12)의 캐소드 단자는 서로 연결된다. 본 발명에서는 복수의 다이오드(D10, D11, D12, D13)를 이용한 전파 정류를 예로 들어 설명하였지만, 하나 또는 두 개의 다이오드를 이용하여 반파 정류하는 경우도 가능할 것이다.

레벨 조절부(124)는 정류부(122) 다이오드(D11, D12)의 캐소드 단자와 접지 사이에 연결된 저항(R9), 컬렉터(Collector) 단자에 전원(+26V)이 인가되고 베이스(Base) 단자가 커패시터(C10)를 통하여 저항(R9)에 연결되며, 에미터(Emitter) 단자가 커패시터(C11)를 통하여 접지에 연결되는 트랜지스터(Q1) 및 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자와 접지 사이에 연결된 제너 다이오드(D14)를 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기 트랜지스터(Q1)를 이극 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor: BJT)로 사용하였지만, MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터와 같은 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다. 레벨 조절부(124)로 인가된 전압은 저항(R9)과 커패시터(C10)를 통하여 일정 크기의 레벨로 변경되고, 버퍼(Buffer) 역할을 하는 트랜지스터(Q1)를 통하여 정해진 레벨의 전압이 적분부(126)로 제공된다. 제너 다이오드(D14)는 전기 제품의 동작 과정에서 발생하는 급격한 전류의 변동에 의한 피크 전압을 제한함으로써, 과부하 검출회로(100)를 보호하고 적분부(126)의 순간적인 충전에 의한 오동작을 방지하는 역할을 한다.

여기에서, 조광기(dimmer)를 사용하는 경우에 발생하는 높은 피크(Peak) 값의 구동 전류를 과부하에 의한 전류로 오인하지 않도록 하기 위하여, 커패시터(C10)는 인가되는 전압을 일정 레벨로 제한한다. 특히, 조광기와 같은 전기 기구에 의한 구동 전류는 과부하에 의한 전류보다 높은 피크 값을 가지기 때문에, 과부하에 의한 전류와 동일한 레벨로 조정하고, 조정된 레벨에 따라 과부하 발생 여부를 판단함으로써 조광기의 사용에 따른 오동작을 방지할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 조광기(dimmer)를 사용하지 않는 경우에 있어서, 커패시터(C10)의 전단과 후단에 해당하는 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2)에서의 전압 파형을 각각 나타낸 것이고, 도 6a 및 도 6b는 조광기를 사용하는 경우에 있어서 커패시터(C10)의 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2)의 전압 파형을 각각 나타낸 것이다.

먼저, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 정류부(122)를 통하여 커패시터(C10)에 인가되는 제 1 노드(N1) 전압은 최저 0 V에서 최고 16.9V 사이에서 나타나며, 16.7V의 피크-피크(Peak to Peak) 값을 가진다. 이러한 제 1 노드(N1) 전압이 커패시터(C10)를 통과한 경우에는 5V와 20V 사이에서 나타나며, 14.7V의 피크-피크 값을 가진다. 이와 같이, 조광기를 사용하지 않는 경우에는 커패시터(C10)에 의하여 적은 폭은 전압 상승이 나타날 수 있다.

반면에, 도 6a와 같이 조광기를 사용하는 경우에 제 1 노드(N1)에서의 전압은 최저 20 V에서 최고 약 47.6V 까지 28.6V의 피크-피크 값을 가지는 것을 볼 수 있다. 그러나, 이러한 높은 피크 값을 가지는 전압이 커패시터(C10)를 통과하여 제 2 노드(N2)에서는 도 6b에 도시된 바와 같이 최저 4V에서 최고 19.6V 사이의 전압이 나타나며, 15.6V의 피크-피크 값을 가지는 것을 볼 수 있다. 즉, 조광기를 사용하는 경우에 제 1 노드(N1)에서 발생하는 전압이 커패시터(C10)를 통과한 제 2 노드(N2)에서는 조광기를 사용하지 않는 경우와 비슷한 레벨 및 피크-피크 값의 전압으로 나타나는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명의 과부하 검출 회로는 조광기에 의한 구동 전류로부터 발생할 수 있는 오동작을 방지하고, 조광기를 사용하거나 사용하지 않는 경우에 동일한 레벨 및 진폭을 갖는 전압을 대상으로 과부하 발생 여부를 판단할 수 있다.

적분부(126)는 트랜지스터(Q1)의 에미터 단자에 직렬로 연결된 다이오드(D15)와 저항(R10), 저항(R10)과 접지 사이에 병렬로 연결된 복수의 커패시터(C12, C13)와 저항(R11) 및 저항(R11)과 접지 사이에 연결된 복수의 저항(R12, R13)으로 이루어진다. 복수의 커패시터(C12, C13)는 트랜지스터(Q1)를 통하여 인가된 전압을 충전하고, 여기(C12, C13)에 충전되는 전압이 일정 레벨에 도달하면 과부하 지시 신호(Overload indicative signal)를 비교부(136)로 제공하여, 회로를 차단시킬 수 있는 트립 신호(OLCI OUT)를 발생할 수 있도록 한다. 이 때, 트랜지스터(Q1)를 통하여 제공된 전압을 충전하기 위한 커패시터를 복수로 사용하지 않고, 하나만 사용할 수도 있다. 다이오드(D15)는 트랜지스터(Q1)를 통하여커패시터(C12, C13)에 충전된 전압이 역류하는 것을 막아주고, 저항(R10)은 전기 제품의 순간적인 전류 변화에 의하여 커패시터(C12, C13)에 전압이 충전되는 것을 차단하는 역할을 한다. 커패시터(C12, C13)와 병렬로 연결된 저항(R11)은 커패시터(C12, C13)에 전압이 충전되는 시간 및 방전되는 시간을 결정한다. 그리고, 나머지 저항(R12, R13)은 비교부(136)에 인가되는 전류를 제한하고, 입력 임피던스를 낮추어 비교부(136)의 오동작을 방지하는 역할을 한다. 커패시터(C12, C13)에 전압이 충전되면 저항(R12)을 통하여 과부하 지시 신호(Overload indicative signal)가 트립 신호 발생부(130)로 제공된다.

트립 신호 발생부(130)는 과부하 판단부(120)로부터 과부하 지시 신호를 제공받아 레퍼런스 전압과 비교하여, 과부하 발생 여부를 판단하는 비교부(136), 비교부(136)에 바이어스 전압 및 레퍼런스 전압을 각각 제공하는 바이어스 전압 발생부(132)와 레퍼런스 전압 발생부(134)를 포함한다. 비교부(136)는 OP 앰프(Operational amplifier)로 이루어질 수 있다. 즉, 적분부(126)의 과부하 지시 신호(Overload indicative signal)는 비교부(136)를 구성하는 OP 앰프의 비반전 입력 단자(+)에 인가된다. 그에 따라, OP 앰프(136)는 레퍼런스 전압 발생부(134)로부터 반전 입력 단자(-)에 인가되는 레퍼런스 전압과 과부하 지시 신호를 비교하여, 과부하 지시 신호가 레퍼런스 전압보다 큰 경우에 회로를 차단하기 위한 트립 신호(OLCI OUT)를 발생한다.

이 때, OP 앰프(136)의 비반전 입력 단자(+)에는 바이어스 전압 발생부(132)가 연결되어 바이어스 전압이 인가된다. 바이어스 전압 발생부(132)는 전원(+26V)과 접지 사이에 직렬로 연결되는 저항(R14, R15), 두 저항(R14, R15) 사이의 노드에 애노드 단자가 연결되고, OP 앰프(136)의 비반전 입력 단자(+)에 캐소드 단자가 연결되는 다이오드(D16)와, 다이오드(D16)의 애노드 단자와 접지 사이에 연결되는 커패시터(C14)로 이루어진다. 저항(R14, R15)은 전원(+26V)을 분배하여 바이어스 전압을 발생하고, 커패시터(C14)는 노이즈 제거를 위해 사용된다. 다이오드(D16)는 적분부(126)에 충전된 전압이 바이어스 전압 발생부(132)에 유입되는 것을 차단하기 위한 것이다. 따라서, 과부하가 발생되지 않은 경우에는 커패시터(C12, C13)에 바이어스 전압 이상의 전압이 충전되지 않아 바이어스 전압 발생부(132)의 바이어스 전압이 OP 앰프의 비반전 입력 단자(+)에 인가될 것이다. 반면에, 회로에 과부하가 걸려서 커패시터(C12, C13)에 충전된 전압이 바이어스 전압 이상인 경우에는 커패시터(C12, C13)에 충전된 전압이 OP 앰프의 비반전 입력 단자(+)에 인가되어 레퍼런스 전압과 비교될 것이다.

OP 앰프(136)의 반전 입력 단자(-)에는 적분부(126)에서 발생된 과부하 지시 신호(Overload indicative signal)와 비교하기 위하여 레퍼런스 전압 발생부(134)에서 발생되는 레퍼런스 전압이 인가된다. 레퍼런스 전압 발생부(134)는 전원(+26V)과 접지 사이에 연결된 가변 저항(VR1)과, 가변 저항(VR1)과 접지 사이에 연결된 커패시터(C15)로 이루어지고, 가변 저항(VR1)에 의한 레퍼런스 전압 입력 단자가 OP 앰프(136)의 반전 입력 단자(-)에 연결된다. 따라서, 가변 저항(VR1)의 저항 값을 조절함으로써 OP 앰프(136)의 반전 입력 단자(-)에 인가되는 레퍼런스 전압을 조절할 수 있다. 결국, 전기 제품에 과부하에 의한 전압이 검출되는 경우에 적분부(126)의 커패시터(C12, C13)에 충전되고, 커패시터(C12, C13)에 충전된 과부하 지시 신호가 레퍼런스 전압보다 큰 경우에는 OP 앰프(136)의 출력 단자를 통하여 회로를 차단시킬 수 있는 트립 신호(OLCI OUT)가 발생될 것이다. 트립 신호(OLCI OUT)는 트립부(200)로 제공되어 과부하가 발생한 전기 제품의 동작을 차단시키고, 표시부(300)로 제공되어 LED(Light Emitting Diode)와 같은 발광 장치를 통하여 과부하 발생을 외부에 표시할 수 있다.

한편, 바이메탈의 만곡을 이용하여 과부하를 검출하는 종래의 경우에는, 과부하의 검출에 의하여 바이메탈이 만곡되고 그에 따라 회로가 차단된 후에는 만곡된 바이메탈이 복귀할 때까지 과부하 검출 회로의 동작이 중단되기 때문에, 그에 따라 지속적인 과부하 검출 동작이 제대로 이루어질 수 없었다. 본 발명의 과부하 검출 회로(100)는 커패시터(C12, C13)에 충전된 전압에 의하여 전기 제품의 트립을 제어하고, 과부하에 의하여 회로가 차단된 후에도 커패시터(C12, C13)에 충전된 전압을 즉시 방전함으로써 연속적인 과부하 검출 동작이 가능하도록 방전 제어부(140)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 과부하에 의한 회로의 차단을 바이메탈의 만곡에 의하지 않고, 커패시터(C12, C13)의 충전에 따라 회로의 동작을 제어하고, 회로가 차단된 후에도 즉시 과부하 검출 동작을 재개할 수 있도록 커패시터(C12, C13)에 충전된 전압을 방전함으로써, 과부하 검출 및 검출 재개 동작을 신속하게 수행할 수 있다. 또한, 과부하 검출 회로의 테스트 과정에 소요되는 테스트 시간을 단축시켜서 경제적 비용이나 시간을 절감할 수 있다.

방전 제어부(140)는 표시부(300)를 구성하는 저항 양단의 셋 신호(OLCI SET)및 리셋 신호(OLCI RESET)를 이용하여 커패시터(C12, C13)의 방전을 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과부하 검출 회로를 구비한 회로 차단기에 있어서, 셋 신호 및 리셋 신호를 제공하는 표시부(300)의 구성도를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 표시부(300)는 과부하 발생을 외부에서 인식할 수 있도록 발광 장치의 동작을 제어하는 표시 제어부(310)를 포함할 것이다. 표시 제어부(310)는 과부하 발생을 외부에 표시하기 위하여 LED와 같은 발광 장치와, 발광 장치의 온/오프를 제어할 수 있는 제어 회로를 포함할 것이다. 이러한 표시 제어부(310)는 상 도전선(HOT)에 연결된 저항(R300)을 통하여 전원을 제공받을 것이다. 즉, 과부하가 발생하여 표시부(300)에 전원이 제공되어 발광 장치가 턴-온되는 경우에 저항(R300) 양단에 전압 차가 발생하여 리셋 신호(OLCI RESET)의 전위가 셋 신호(OLCI SET)의 전위보다 높아질 것이다. 반면에, 과부하가 검출되지 않아 발광 장치가 턴-온되지 않는 경우에는 표시부(300)에 전원이 인가되지 않기 때문에, 리셋 신호(OLCI RESET)와 셋 신호(OLCI SET)의 전위가 동일할 것이다.

따라서, 표시부(300)의 저항(R300)에 전류가 흐를 때 리셋 신호(OLCI RESET)는 높은 전압을 유지하고, 셋 신호(OLCI SET)는 상대적으로 낮은 전압을 유지할 것이다. 그에 따라, 제 1 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자에는 직렬 연결된 저항(R19, R18) 및 다이오드(D17)를 통하여 리셋 신호(OLCI RESET)가 인가된다. 제 2 트랜지스터(Q3)의 컬렉터 단자는 두 저항(R19, R18) 사이의 노드에 연결된다. 셋신호(OLCI SET)는 직렬 연결된 저항(R20, R21)을 통하여 제 2 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자에 인가되며, 두 저항(R20, R21) 사이의 노드에는 또 다른 저항(R22)이 연결되어 접지로 이어진다. 그리고, 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q2, Q3)의 에미터 단자는 모두 접지로 이어진다.

여기에서, 셋 신호(OLCI SET)에 의하여 제 2 트랜지스터(Q3)가 턴-온될 정도로 저항 값(R20, R21, R22)을 설정한다. 이렇게 하면, 과부하가 검출되지 않아 표시부(300)에 전원이 인가되지 않는 경우에 제 2 트랜지스터(Q3)가 턴-온되어 컬렉터 단자와 에미터 단자 사이의 전압은 거의 제로에 가까워질 것이다. 그에 따라, 제 1 트랜지스터(Q2)는 턴-오프되어 적분부(136)의 커패시터(C12, C13)에 정상적으로 전압이 충전되어 정상적인 과부하 검출 동작이 이루어질 것이다. 반면에, 과부하 검출 회로(100)를 통하여 과부하가 검출되면 표시부(300)에 전류가 흘러서 저항 양단의 전압 차가 발생할 것이다. 따라서, 셋 신호(OLCI SET)는 리셋 신호(OLCI RESET)에 비하여 일정 전압이 낮아진 레벨을 유지하게 되어 제 2 트랜지스터(Q3)는 턴-온되지 않을 것이다. 그러나, 리셋 신호(OLCI RESET)가 인가되는 제 1 트랜지스터(Q2)는 턴-온되기 때문에, 적분부(126)의 커패시터(C12, C13)에 충전된 전압은 제 1 트랜지스터(Q2)를 통하여 방전될 것이다.

즉, 과부하 검출에 의하여 회로가 차단되고, 표시부(300)에 과부하 검출을 나타내는 신호가 표시되면, 적분부(126)의 커패시터(C12, C13)에 충전된 전압이 방전 제어부(140)를 통하여 자동적으로 방전되기 때문에, 관리자에 의한 별도의 방전 과정 없이 연속적인 과부하 검출 동작이 가능하다.

상술한 같이, 본 발명의 과부하 검출 회로 및 이를 구비한 회로 차단기에 따르면, 과부하 검출을 위하여 바이메탈과 같은 기구적인 트립 장치를 필요로 하지 않고 전자적인 트립이 가능하기 때문에, 보다 정확하고 신속한 과부하 검출이 가능하다. 그에 따라, 과부하 검출 및 테스트에 소요되는 시간이나 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 과부하 검출 회로는 조광기(dimmer)의 사용에 의한 과부하 검출의 오동작을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 과부하 검출 회로를 구비한 회로 차단기는 과부하 검출에 의하여 회로가 차단되는 경우에, 회로의 차단 및 표시부의 동작과 동시에 과부하 검출 회로에 충전된 전압을 방전시킴으로써, 과부하 검출 회로를 신속하게 초기화시킬 수 있어서 연속적인 과부하 검출이 가능한 장점이 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 과부하 검출 회로 및 이를 구비한 회로 차단기의 바람직한 실시 예를 상세하게 기술하였지만, 그 내용은 하기 청구범위에 기술된 본 발명의 분야에만 한정되지 않는다. 또한, 상기 기술 분야에 있어서, 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 범위 내에서 이를 다양하게 변경하거나 수정하는 것이 자명할 것이다.

Claims

도전선에 구비되어 과부하 발생 시에 트립 신호에 따라 전기 제품의 동작을 차단하기 위한 트립부와, 과부하 발생을 외부에 표시하기 위한 표시부를 포함하는 배선 시스템에 있어서,

도전선에 흐르는 부하 전류의 변화량을 전압으로 변환하는 전류 변화량 검출부;

상기 전류 변화량 검출부의 전압을 정류하는 정류부;

상기 정류부에서 정류된 전압을 일정 크기의 레벨로 제한하는 레벨 조절부;

상기 레벨 조절부로부터 제공된 전압을 충전하는 적분부;

레퍼런스 전압을 발생하는 레퍼런스 전압 발생부; 및

상기 적분부에 충전된 전압과 레퍼런스 전압을 비교하여 과부하 발생 시에 트립 신호를 출력하는 비교부

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제1항에 있어서,

상기 전류 변화량 검출부는

전류 변환기(CT)인 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제1항에 있어서,

상기 정류부는

전류 변화량 검출부의 일 측면에 캐소드 단자가 연결되고, 애노드 단자가 접지되는 제1 다이오드;

애노드 단자가 접지되고, 캐소드 단자가 전류 변화량 검출부의 다른 일 측면에 캐소드 단자가 연결되는 제2 다이오드;

애노드 단자가 상기 제1 다이오드의 애노드 단자에 연결되는 제 3 다이오드; 및

애노드 단자가 상기 제2 다이오드의 캐소드 단자에 연결되고, 캐소드 단자가 상기 제3 다이오드의 캐소드 단자에 연결되어 레벨 조절부로 이어지는 제4 다이오드

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제1항에 있어서,

상기 레벨 조절부는

정류부의 출력 노드와 접지 사이에 연결되는 저항;

정류부의 출력 노드에 연결되는 제1 커패시터;

컬렉터 단자에 전원이 인가되고, 상기 제 1 커패시터를 통하여 정류된 전압을 베이스 단자로 제공받으며, 에미터 단자와 접지 사이에 제2 커패시터가 연결되는 트랜지스터; 및

상기 트랜지스터의 베이스 단자와 접지 사이에 병렬로 연결되는 다이오드

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제1항에 있어서,

상기 적분부는

레벨 조절부 트랜지스터의 에미터 단자에 애노드 단자가 연결된 다이오드;

상기 다이오드의 캐소드 단자에 연결된 제1 저항;

상기 제 1 저항과 접지 사이에 각각 병렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터와 제2 저항; 및

상기 제1 저항과 접지 사이에 직렬로 연결된 제3 저항과 제4 저항

을 포함하고,

상기 제3 저항과 제4 저항 사이의 노드를 통하여 과부하 지시 신호를 비교부로 제공하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제1항에 있어서,

상기 레퍼런스 전압 발생부는

전원과 접지 사이에 연결되고, 제어 단자를 통하여 레퍼런스 전압을 비교부로 제공하는 가변 저항; 및

상기 가변 저항의 제어 단자와 접지 사이에 연결된 커패시터

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제1항에 있어서,

상기 비교부는

적분부의 과부하 지시 신호를 비반전 입력 단자로 제공받고, 레퍼런스 전압을 반전 입력 단자로 제공받는 OP 앰프

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제1항에 있어서,

과부하 발생으로 인하여 배선 시스템이 차단된 후에, 적분부에 충전된 전압을 순간적으로 방전시키는 방전 제어부

를 더 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제8항에 있어서,

상기 방전 제어부는

적분부의 커패시터와 연결된 제1 저항;

에미터 단자가 접지되고, 컬렉터 단자가 상기 제1 저항에 연결되며, 직렬 연결된 제2 및 제3 저항과 다이오드를 통하여 표시부의 리셋 신호를 베이스 단자로 제공받는 제1 트랜지스터;

에미터 단자가 접지되고, 컬렉터 단자가 상기 제2 저항과 제3 저항 사이의 노드에 연결되는 제2 트랜지스터;

상기 제2 트랜지스터의 베이스 단자에 직렬 연결되어 표시부의 셋 신호를 제공하는 제4 및 제5 저항; 및

상기 제4 저항과 제5 저항 사이의 노드와 접지 사이에 연결된 제6 저항

을 포함하되,

상기 리셋 신호는 표시부를 구성하는 저항에 있어서, 저항 양단의 노드 중 전위가 높은 노드로부터 제공되고, 셋 신호는 전위가 낮은 노드로부터 제공되는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제1항에 있어서,

적분부의 과부하 지시 신호와 결합하여 비교부의 비반전 입력단에 바이어스 전압을 제공하는 바이어스 전압 발생부

를 더 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제10항에 있어서,

상기 바이어스 전압 발생부는

전원과 접지 사이에 직렬로 연결되는 제1 저항 및 제2 저항;

상기 제1 저항과 제2 저항 사이의 노드에 애노드 단자가 연결되고, 비교부의 비반전 입력 단자에 캐소드 단자가 연결되는 다이오드; 및

상기 다이오드의 애노드 단자와 접지 사이에 연결되는 커패시터

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
도전선에 연결되어 과부하 발생을 검출하는 과부하 검출부;

도전선에 연결되어 상기 과부하 검출부의 트립 신호에 따라 회로의 동작을 차단하는 트립부; 및

상기 과부하 검출부의 트립 신호에 따라 과부하 발생을 외부에 표시하는 표시부

를 포함하되,

상기 과부하 검출부는

도전선에 흐르는 부하 전류의 변화량을 전압으로 변환하는 전류 변화량 검출부,

상기 전류 변화량 검출부의 전압을 정류하는 정류부,

상기 정류부에서 정류된 전압을 일정 크기로 레벨로 제한하는 레벨 조절부,

상기 레벨 조절부로부터 제공된 전압을 충전하는 적분부,

레퍼런스 전압을 발생하는 레퍼런스 전압 발생부, 및

상기 적분부에 충전된 전압과 레퍼런스 전압을 비교하여 과부하 발생 시에 과부하 발생을 나타내는 트립 신호를 출력하는 비교부

를 포함하는 전자적인 트립이 회로 차단기.
도전선에 구비되어 과부하 발생 시에 트립 신호에 따라 전기 제품의 동작을 차단하기 위한 트립부와, 과부하 발생을 외부에 표시하기 위한 표시부를 포함하는 배선 시스템에 있어서,

도전선에 흐르는 부하 전류의 변화량을 전압으로 변환하는 전류 변화량 검출부;

상기 전류 변화량 검출부의 출력 신호를 일정 레벨의 전압으로 변환하고, 변환된 전압을 충전함으로써 과부하 지시 신호를 제공하는 과부하 지시 신호 발생부; 및

상기 과부하 지시 신호와 레퍼런스 전압을 비교하여 트립 신호를 발생하는 트립 신호 발생부

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제13항에 있어서,

상기 과부하 지시 신호 발생부는

상기 전류 변화량 검출부의 전압을 정류하는 정류부;

상기 정류부에서 정류된 전압을 일정 크기로 레벨로 제한하는 레벨 조절부; 및

상기 레벨 조절부로부터 제공된 전압을 충전하는 적분부

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.
제13항에 있어서,

상기 트립 신호 발생부는

레퍼런스 전압을 발생하는 레퍼런스 전압 발생부; 및

상기 적분부에 충전된 전압과 레퍼런스 전압을 비교하여 과부하 발생 시에 과부하 발생을 나타내는 트립 신호를 출력하는 비교부

를 포함하는 전자적인 트립이 가능한 과부하 검출 회로.