KR100732511B1 - 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원선 및 신호선 단선 감지 장치에 관한 것으로서, 케이블에 의해 시스템으로부터 원격지에 설치되어 센싱 등을 수행하는 구성에서 부가적인 단선 감지선을 구비하지 않고서도 전원선과 신호선의 단선을 감지하는 장치에 관한 것이며, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성으로는, 케이블 내의 전원선 또는 신호선의 단선시 상기 원격보드와 시스템 사이의 임피던스 증가에 의한 VDD를 소정 범위 이내의 인식 가능한 직류 전원으로 바이어스시켜 출력하는 DC 바이어스부;와, DC 바이어스부에서 출력되는 직류전원을 AD변환하여 단선 판단 가능한 소정 범위내의 디지털 단선 데이터로 변환시켜주는 AD 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 원격보드내의 출력 IC가 오픈 드레인 또는 오픈 컬렉터형 출력 IC인 경우에는 출력 IC의 출력단에 구비되어 출력 IC에 의한 출력이 오프일 때 GND에 의한 오픈상태를 인식가능한 H(하이) 상태로 변환시키는 풀업 저항;과, 원격보드의 오픈 컬렉터 또는 오픈 드레인형 출력 IC측의 출력단에 구비되어, 상기 전원선 또는 신호선의 단선시 하이(H) 임피던스가 출력되도록 하고, 단선시 상기 원격보드에서 상기 시스템측의 DC 바이어스부로의 임피던스가 무한대가 되도록 하는 임피던스 분리용 버퍼;가 더 구비될 수 있다.

Description

전원선 및 신호선의 단선 감지 장치{APPARATUS FOR DETECTING BREAKING OF POWER LINE AND SIGNAL LINE}

도 1은 종래의 오픈 콜렉터 또는 오픈 드레인 출력형 IC의 전원선 및 신호선 단선 감지 장치를 나타낸 회로도이다.

도 2는 본 발명에 따른 오픈 콜렉터 또는 오픈 드레인 출력형 IC의 전원선 및 신호선 단선 감지 장치에 관한 회로도이다.

도 3은 오픈 콜렉터 또는 오픈 드레인 출력형 IC가 아닌 경우 본 발명에 따라 전원선 및 신호선의 단선을 감지하기 위한 단선 감지 장치를 나타내기 위한 회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

200: 원격보드 201: 출력 IC

202: 풀업 저항 204: 임피던스 분리용 버퍼

210: 시스템 211: DC 바이어스 회로부

212: MCU 213: ADC 변환부

본 발명은 전원선 및 신호선 단선 감지 장치에 관한 것으로서, 특히 원격지에 설치되어 센싱 등을 수행하는 원격보드와 케이블 등으로 연결되어 제어 명령 등의 처리를 수행하는 시스템과의 사이에 부가적인 단선 감지선을 구비하지 않고서도 전원선과 신호선의 단선을 감지하는 장치에 관한 것이다.

최근 저전력 IC의 보편화와 배터리 기술의 발전, 통신을 통한 업무 편리성 제고에 대한 고객의 요구가 늘어나면서 배터리로 동작되는 소형 저전력 응용 제품군이 해외 및 국내에서 선보이고 있으며, 이러한 소형 저전력 응용 제품군의 한가지 예로서 자동 개폐문에서 상단의 출입감지 센서를 구성하는 원격보드와 이에 케이블로 연결되어 자동 개폐문의 개폐 동작을 처리하는 제어 시스템을 들 수 있다.

이런 제품군의 가장 중요한 점은 상기 제품군에 속하는 각 제품은 배터리하나로 수년간 동작하며 동시에 각자의 기능상 저하 및 고장이 없어야 한다는 것이다. 그러나 상기 제품군들은 사용 환경이나 사용자의 부주의로 고장이 발생하는데, 그중에서 데이터검출 등 시스템에 중요한 역할을 하는 IC(집적회로)가 원격 보드내에 구비되어 케이블에 의해 시스템으로부터 원격지에 위치될 때, 케이블내의 전원선이나 신호선의 단선 및 케이블 안의 전선 중 다른 하나라도 단선이 되었을 경우 이를 상위측 시스템이 인지하여 신속히 유지보수가 가능토록 하는 것이 중요하다.

이러한 단선 감지를 위한 종래의 단선 감지 장치와 방법을 아래의 예를 통해설명하고자 한다.

도1에서는 시스템(110)과 원격 보드(100)가 케이블에 의해 서로 원격으로 연결되어 있는 것을 나타내고 있는데, 원격 보드(100)내의 출력 IC 는 오픈 콜렉터 또는 오픈 드레인 출력형 IC가 사용되고 있다.

참고로 오픈 콜렉터 또는 오픈 드레인 출력형 IC란 출력으로 H(HIGH) 임피던스 값을 출력하기 위해 콜렉터나 드레인측에 풀업(PULL-UP) 저항이 배치되지 않는 것을 의미하고, 대신 IC의 외부에 풀업기능을 하는 별도의 풀업 저항을 구성해주는 타입의 출력 IC를 의미한다.

이러한 오픈 콜렉터 또는 오픈 드레인 출력형 IC가 구비된 원격보드(100)는 전원선, 신호선을 포함하는 케이블로 시스템과 연결되어, 전원선을 통해 전원을 공급받을 수도 있고, 신호선을 통해 원격보드(100)에서 감지된 각종 센싱 신호를 컴퓨터 단말기와 같은 개념의 시스템(110)측으로 출력할 수 있으며, 케이블 내에는 케이블의 단선을 감지하기 위한 단선 감지선(120)이 더 구성된다.

시스템의 구성에 있어서는 도 1에서 원격보드(100)단선 감지에 관한 것을 설명하기 위해 원격 보드(100)와의 연결 구성 주변만 일부 나타내고 있는데, 도시된 바와 같이 원격보드(100)측으로 전원을 공급하는 VDD 와 GND, 원격보드로부터 입력받는 TEST POINT(111), 그리고 원격보드(100)로부터의 출력신호선 단선 감지를 위해 BROKEN SENSOR로 표기한 단선 감지부(112) 등으로 구성된다.

대략 이상과 같은 시스템(110)과 원격보드(100)의 구성에서 단선 검출이 이루어지는 과정은 다음과 같다.

원격보드의 IC(101)가 출력을 발생하지 않는 경우 TEST POINT(111)는 H(HIGH)를 감지하고, 원격보드의 IC(101)가 특정 상황을 감지하여 동작하는 정상적인 경우에는 경우는 상기 TEST POINT(111)는 L(LOW)를 감지하는데, 만약 케이블의 단선이 발생하면, 케이블 내의 단선 감지선(120) 또한 단선이 되고, 단선 감지선(120)의 단선을 단선 감지부(112)에서 H의 단선감지신호로 감지한다.

이상과 같은 구성과 동작 과정을 갖는 종래의 단선 감지 장치는 원격보드와시스템간을 연결하는 케이블 내의 단선 감지선의 단선에 의해 간접적으로 케이블의 단선을 감지할 뿐, 만약 단선 감지선은 끊어지지 않고 전원선이나 신호선만 단선되었을 경우에는 정상적으로 단선을 감지하지 못하는 문제가 있었다.

즉, 종래의 단선 감지 장치는 케이블안의 단선 감지선만 단선되기보다는 케이블 전체가 단선이 될 가능성이 크다는 가정하에서 이루어진 구성이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 따라 오픈 콜렉터 또는 오픈 드레인 출력형 IC의 전원선 및 신호선이 단선된 것을 감지하는 경우 상기 전원선이나 신호선이 단선된 경우에도 단선 감지선이 단선되 않은 경우에는 IC의 전원선이나 신호선의 단선을 감지하지 못한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 단선 검출용 IC를 구동하기 위한 최소한으로 전원선과 신호선만을 이용하고, 추가적인 단선 감지선이 삽입되지 않고서도 전원선 이나 신호선이 단선될 경우 이를 시스템이 인지하여 즉시 유지보수하기 위한 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치를 제공함에 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 반드시 단선 감지선이 단선되지 않더라도 신호선 및 전원선의 단선을 감지할 수 있도록 하여 전방위로 단선을 감지할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명은,

VDD와 GND를 제공하는 전원선과 신호선 등을 포함하는 케이블에 의해 시스템으로부터 원격지에 배치되어 각종 센싱 정보를 상기 시스템으로 송신하는 IC를 구비한 원격보드와의 단선 상태를 검출하기 위한 장치에 있어서,

상기 케이블 내의 전원선 또는 신호선의 단선시 상기 원격보드와 시스템 사이의 임피던스 증가에 의한 VDD를 소정 범위 이내의 인식 가능한 직류 전원으로 바이어스시켜 출력하는 DC 바이어스부;와,

상기 DC 바이어스부에서 출력되는 직류전원을 AD변환하여 단선 판단 가능한 소정 범위내의 디지털 단선 데이터로 변환시켜주는 AD 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 원격보드내의 출력 IC가 오픈 드레인 또는 오픈 컬렉터 출력형 IC일 때는 상기 원격보드의 오픈 컬렉터 또는 오픈 드레인형 출력 IC측의 출력단에 구비되어, 상기 전원선 또는 신호선의 단선시 하이(H) 임피던스가 출력되도록 하고, 단선시 상기 원격보드에서 상기 시스템측의 DC 바이어스부로의 임피던스가 무한대가 되도록 하는 임피던스 분리용 버퍼;가 DC 바이어스부의 전단에 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 AD 변환부에서 변환되어 출력되는 디지털 단선 데이터를 입력받아 소정 기준값과 비교하여 단선 여부를 최종 판단하는 제어부;가 더 구비될 수 있으며, DC 바이어스부는 상기 전원선과 GND 사이에 동등한 저항값을 갖는 두개의 저항을 직렬로 연결하고, 그 두 저항간의 중간 연결지점에서 VDD/2로 바이어스된 직류 전원이 상기 AD 변환부로 입력되도록 구성된다.

이하, 도 2를 참고하여 본 발명에 따른 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치의 실시예를 상세히 설명한다.

원격보드의 출력 IC(201)는 시스템(210)과 연결된 케이블안의 VDD 및 GND로부터 전원을 공급받고, 원격보드내 IC(201)의 출력신호는 임피던스 분리를 위한 임피던스 분리용 버퍼(204)를 거쳐서 시스템(210)으로 입력된다.

이때, 원격보드의 출력 IC(201)는 오픈드레인 혹은 오픈컬렉터형 출력을 발생하는 형태로서, 원격보드의 출력 IC(201)의 출력단자(OUT)에 풀업 저항(202)이 필요하다.

풀업 저항(202)는 출력 IC(201)의 출력이 OFF 일때는 OPEN 상태가 되어 HIGH도 LOW도 아닌 상태가 됨에 따라 스위치 상태를 감지하지 못하게 되는 것을 방지하기 위한 것이며, 이렇듯 출력 IC의 출력단자에 풀업 저항을 달아주는 것은 OPEN 상태를 HIGH 또는 LOW로 처리해주기 위함이다.

원격보드의 IC(201)는 동작상태에서 출력단자(OUT)로 L(LOW)를 출력하고, 이외의 경우에는 상기 풀업저항(202)의 영향으로 H를 출력한다. 상기 원격보드의 IC(201)의 출력 신호 L 및 H 는 NOT 게이트를 하나 사용함으로써 NOT 게이트 중심으로 양쪽 회로의 임피던스가 분리됨과 동시에 IC 출력로직을 반전시킨다.

그리고, 전류 안정부(203)는, 상기 IC(201)에 전력을 공급하는 전원의 스위칭 시, 상기 IC(201)의 정상적인 동작을 위하여 부족한 전류를 보충함으로써, 전류부족으로 인한 상기 IC(201)의 오동작을 방지한다.

만약 원격보드의 IC(201)가 오픈드레인 혹은 오픈컬렉터의 형태로 신호를 출 력하는 것이 아니라면, 출력신호는 H 아니면 L로 결정되므로 상기 풀업저항(202)은 필요없을 것이며, 또한 상기 원격보드의 IC(201)의 출력단자(OUT)에서 바라보는 상기 풀업저항(202)을 상기 시스템측 직류 바이어스용 저항(211)과 분리하기 위한 버퍼도 필요없을 것이다.

원격보드의 IC(201)측 출력단에는 임피던스 분리용 버퍼(204)가 구비되는데, 이 버퍼는 로직 반전이 아닌 일반적인 버퍼나 연산 증폭기(op-amp)를 사용하여도 기능상 동일하며, 임피던스 분리용 버퍼(204)의 용도는 원격보드(200)에서 보이는 임피던스와 시스템 내의 AD 컨버터에서 보이는 임피던스를 분리하기 위함인데, 더 구체적인 기능으로는 원격 보드(200)와 시스템(210)간에 연결된 전원선이나 신호선의 단선시 임피던스가 무한대가 되도록 하여 하이(HIGH) 임피던스가 출력되도록 하기 위함이다. 이 하이(H) 임피던스 출력은 전원선이나 신호선의 단선을 감지한 단선 감지 신호로서의 역할을 수행하게 된다.

시스템(210)에는 원격 보드(200)에 전원을 공급하기 위한 VDD 전원선과 GND가 구비되는데, VDD와 GND 사이에는 두 저항의 직렬 연결에 의해 DC 바이어스부(211)가 구성되며, DC 바이어스부(211)는 임피던스 분리용 버퍼(204)와 시스템(210) 사이에서 케이블 내의 전원선 또는 신호선의 단선이 발생했을 때 임피던스 분리용 버퍼에서 출력된 하이 임피던스에 의한 VDD를 인식가능한 범위 이내의 직류전원으로 바이어스시켜주기 위한 구성이다.

DC 바이어스부(211)에 사용된 두 개의 직렬 저항은 배터리로 동작되는 저전력 시스템의 경우에 그 저항값이 너무 작으면 상시 전류가 많이 흘러 배터리의 소 모가 심해지므로, 바람직한 저항값 범위는 2㏁이며, 2㏁으로 설정하면 상시 전류도 0.25A 이하로 낮출 수 있을 뿐만 아니라 기능상의 저하도 없어진다.

DC 바이어스부(211)를 구성하는 두 저항소자 사이의 연결점에는 DC 바이어스부(211)에 의해 VDDD/2로 바이어스된 단선 감지 신호 출력이 후단의 ADC 변환부(213)으로 인가되도록 연결되고, 이 연결지점을 단선 감지점이라고 지칭할 때, ADC 변환부(213)는 DC 바이어스부(211)의 단선 감지점에서 출력되는 직류전원 VDD/2를 AD(Analog Digital)변환하여 단선 판단 가능한 소정 범위내의 단선 데이터, 구체적인 예로 12bit 분해능을 가진 AD 컨버터에 의해 16진수의 0x7FF 근처의 값을 갖는다.

참고로 예를 들어서 ADC 변환부(213)가 0V ~10V의 입력을 아날로그로 입력받을 수 있고 디지털 값으로 8비트를 낼 수 있다면, 0V는 0x00로, 10V는 0xFF로 변환시키며, 10V의 1/2인 5V의 출력에 대해서는 0x7f로 변환시킬 수 있다.

그러므로, AD 변환부(213)가 0 ~ VDD의 전압을 ADC 입력으로 받으면 출력가능한 디지털값 레인지는 0x0000 ~0xFFF가 되며, 그러므로 단선을 감지한 VDD/2는 당연히 0x07FF가 된다.

ADC 변환부(213)에서 디지털 데이터로 변환된 단선 감지 신호는 시스템(210)내에 임베디드(EMBEDED) 타입으로 구비된 MCU(212)에서 최종적으로 실질적인 단선 감지가 파악되는데, MCU(212)는 주기적 또는 항상 단선 감지점의 전압을 AD 변환한 값을 모니터링하여 기준값 ± α 사이 단선 감지 데이터들을 감시하고 있게 되며, MCU(212)는 단선 상황을 감지한 즉시 일체 또는 별도로 마련된 디스플레이 화면(미 도시)이나 부저(미도시) 등을 통해 알려주는 것이 가능해진다.

한편, 단선 감지 여부를 판단하는 상기 MCU(212)는 주기적으로 상기 단선 감지점의 전압을 AD 변환하여 그 변환값이 기준값-a 와 기준값+a 사이에 존재하면 전원선 및 신호선의 단선을 판단하는 것이 가능하다. 단선 감지 신호를 출력하는 상기 직류 바이어스용 회로(211)는 2MΩ의 저항을 사용는 경우 최소 전류를 공급하게 되므로 저전력을 요구하는 상기 시스템에 적합하며, 상기 시스템(210)의 임베디드 MCU(212)는 내부에 ADC 포함하는 경우가 많이 있으므로, 펌웨어만으로 단선 감지가 가능하다.

상기 기준값에 대한 오차 a는 사용되는 저항값의 허용오차와 동일하므로, 사용목적에 따라 정밀한 저항을 사용한다면, 본 발명은 더욱 정밀하게 상기 원격보드내 IC(201)의 전원선 및 신호선의 단선을 감지하게 된다.

한편, 도 3은 원격보드의 출력 IC가 오픈 콜렉터 또는 오픈 드레인 출력형 IC가 아닌 경우 본 발명에 따라 전원선 및 신호선의 단선을 감지하기 위한 단선 감지 장치를 나타내기 위한 회로도를 나타낸 것으로서, 본 발명에 의한 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치는 상기 원격보드의 IC(201)가 오픈컬렉터나 오픈드레인 출력이 아니라면 출력이 H 아니면 L로 결정되므로 도 3에 도시한 바와 같이 풀업저항이 필요가 없으며, 또한 출력단에서 바라다 보이는 풀업저항(202)이 시스템측 DC 바이어스용 저항(211)과 혼합되어 생기는 현상을 방지하기 위한 임피던스 분리용 버퍼(204) 또한 필요가 없다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하 였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치 및 그 방법은, 오픈드레인 또는 오픈컬렉터 출력형 IC의 신호선 단선 및 전원선 단선을 케이블에 추가적인 전선을 첨가하지 않고도 시스템이 인지토록 하여 고장진단 및 복구를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. VDD와 GND를 제공하는 전원선과 신호선 등을 포함하는 케이블과, 이 케이블에 의해 시스템으로부터 원격지에 배치되어 각종 센싱 정보를 상기 시스템으로 송신하는 출력 IC를 구비한 원격보드가 구비되며, 상기 시스템과 원격보드 사이의 단선 상태를 검출하기 위한 단선 검출 장치에 있어서,

   상기 케이블 내의 전원선 또는 신호선의 단선시 상기 원격보드와 시스템 사이의 임피던스 증가에 의한 VDD를 소정 범위 이내의 인식 가능한 직류 전원으로 바이어스시켜 출력하는 DC 바이어스부;와,

   상기 DC 바이어스부에서 출력되는 직류전원을 AD변환하여 단선 판단 가능한 소정 범위내의 디지털 단선 데이터로 변환시켜주는 AD 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   원격보드내의 출력 IC가 오픈 드레인 또는 오픈 컬렉터 출력형 IC일 때,

   상기 출력 IC의 출력단에 구비되어, 상기 출력 IC에 의한 출력이 오프일 때 상기 출력 IC의 출력이 없는 상태를 인식가능한 H(하이) 또는 L(로우) 상태로 변환시키는 풀업 저항;과,

   상기 원격보드의 오픈 컬렉터 또는 오픈 드레인형 출력 IC측의 출력단에 구비되어, 상기 전원선 또는 신호선의 단선시 하이(H) 임피던스가 출력되도록 하고, 단선시 상기 원격보드에서 상기 시스템측의 DC 바이어스부로의 임피던스가 무한대가 되도록 하는 임피던스 분리용 버퍼;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 AD 변환부에서 변환되어 출력되는 디지털 단선 데이터를 입력받아 소정 기준값과 비교하여 단선 여부를 최종 판단하는 제어부;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 DC 바이어스부는 상기 전원선과 GND 사이에 동등한 저항값을 갖는 두개의 저항을 직렬로 연결하고, 그 두 저항간의 중간 연결지점에서 VDD/2로 바이어스된 직류 전원이 상기 AD 변환부로 입력되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 두 저항은 각각 2㏁의 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 전원선 및 신호선의 단선 감지 장치.

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