KR100965285B1 - 원격전력제어장치 - Google Patents

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KR100965285B1
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정원용
전영철
이명우
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정창영
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는, 전원공급장치로부터 부하장치로 흐르는 전류를 검출하여 상기 전류의 과전류 여부를 판단하는 과전류 판단부; 상기 판단 결과, 상기 전류가 정상상태의 전류인 것으로 판단되는 경우, 상기 전류를 증폭하여 출력하는 신호 증폭부; 및 상기 증폭된 신호 및 선정된(predetermined) 레퍼런스 신호(reference signal) 간의 크기 비교를 통해 마이크로프로세서로 입력되는 입력전류의 유무를 판단하고, 상기 증폭된 신호의 적분파형을 이용하여 과전류 차단시간을 측정하는 마이크로프로세서를 포함한다.
회로차단기, 계전기, 소신호, 모스펫, 부하전류, 차단특성곡선, 트립포인트, 과전류차단시간

Description

원격전력제어장치{REMOTE SOLID STATE POWER CONTROLLER}
본 발명은 직류용 회로차단기와 계전기의 기능을 통합한 제어장치인 원격전력제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직류전원회로의 온 오프를 제어하여 부하에서 발생하는 과부하로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있도록 전원을 차단하고, TTL 레벨의 소신호로 원격전력제어가 가능하며, 전원소스와 부하 사이에 직접 연결하여 사용함으로써 선로저항에 의한 전압강하를 낮추고 전력손실을 방지할 수 있는 원격전력제어장치에 관한 것이다.
대규모 DC 전력 시스템에서는 기존의 전자기적 회로차단기가 현재 산업 전 분야에 널리 사용되며, 회로차단기(circuit breaker)와 계전기(relay)로 대표된다. 도 1은 종래의 전자기적 회로차단기를 도시한 도면이다.
회로차단기와 계전기는 부하의 특성에 따라 접점이 개폐(開閉)될 때 접점에 대전류가 흘러 아크(arc)와 노이즈(noise)가 발생하는데, 이로 인해 접점이 용착되어 수명이 단축됨은 물론이고 노이즈로 인해 타 장비의 오동작을 유발하여 큰 환경문제로 대두되고 있다. 회로차단기를 사용하는 회로에서는 전원공급장치에서 부하장치까지 전원을 공급하기 위하여 전원분배장치 및 제어장치를 경유하고 있으므로 전선의 과다 사용이 발생하고 전선에 의한 전압강하로 이어져 전력손실이 발생하며, 때로는 화재를 유발하기도 한다.
따라서, 최근에 고 신뢰성, 원격제어능력, 과부하와 단락전류 보호, 적은 열손실(dissipation) 등의 장점을 가지고 있는 원격전력제어기(Remote Solid State Power Controller: 이하, RSSPC)를 미국의 DDC(Data Device Corporation)와 LEACH 등 선진국 회사에서는 이미 개발하여 종래의 전자기적 회로차단기 시장을 공략하고 있다.
RSSPC는 회로차단기와 계전기의 기능을 통합한 제어장치로서 빠른 응답시간과 진동에 영향을 거의 받지 않는 반도체 소자를 사용하고 있기 때문에 반영구적이고, 소신호에 의한 원격제어가 가능하기 때문에 전선에 의한 전력손실을 방지할 수 있다.
현대사회에 있어서 자동차는 인간생활에서 없어서는 안 될 필수품으로 자리매김하고 있고, 군사장비에서는 장갑차, 전차, 군함 등이 국방 전력에 중요한 임무를 수행하고 있다. 이러한 자동차나 장갑차와 같이 이동하는 장치는 배터리에 의해 엔진이 가동되고, 그 곳에서 발생하는 전력을 직류로 변환하여 각종 전자장치로 전력을 공급한다.
이와 같이, DC 전력을 사용하는 시스템에서 전원을 제어하는 장치로는 회로차단기, 계전기, 또는 퓨즈를 주로 사용하고 있다. 일부 생산설비나 산업용 설비에는 SSR(Solid State Relay)을 사용하기도 하지만 그 기능은 계전기와 유사하여 전력제어 용도로서의 한계가 있다.
이러한 이유로 주요 선진국은 RPC(Remote Power Controller)나 RSSPC와 같이 소신호에 의한 전력제어가 가능하고 전류차단특성을 가진 장치를 개발하여 군사장비와 산업용 설비에 적용하고 있다. 하지만, 외국제품의 가격이 비싸 산업 전반으로의 확대는 서서히 진행되고 있는 추세이다.
원격전력제어기는 군사장비의 전원계통에 전력을 제어하기 위한 핵심적인 장치로써 해외에서는 이미 상용화를 하여 제품에 적용하고 있고, 지속적으로 대용량의 제품을 개발하는 추세이다. 특히, 선진 외국회사에서는 독점적 지위 확보를 위하여 기술 이전을 기피하고 있다.
또한, 원격전력제어기는 미국의 DDC사에서 제작하여 공급하는 제품으로서 국방부 전투력 증강계획에 의해 양산이 될 경우에는 독점적 시장점유로 국내 기술발전을 저해함은 물론이고 원가 경쟁력 저하, 외화 유출이 우려되고 있는 실정이다. 따라서, 원격전력제어장치의 국산화 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 전자회로에 의해 동작되는 차단기로써 전원공급장치와 부하장치 사이에 연결되어 전선(배선)을 보호하고, 일반 회로차단기와는 달리 마이크로프로세서와 같은 제어장치와 연결하여 TTL 및 CMOS 신호와 인터페이스 할 수 있는 원격전력제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 TTL 및 CMOS 신호와 호환이 가능한 2개의 상태(STATUS)출력을 가지고 있으며 모스펫(MOSFET)의 동작과 부하전류의 동작 상태를 모니터링 할 수 있는 원격전력제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제어전압(VBIAS)을 외부로부터 공급받아 구동되는 제어신호와 상태(STATUS)신호를 조합하여 원격전력제어장치의 작동 상태 및 직류전원의 동작 상태를 모니터링 할 수 있는 원격전력제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는, 전원공급장치로부터 부하장치로 흐르는 전류를 검출하여 상기 전류의 과전류 여부를 판단하는 과전류 판단부; 상기 판단 결과, 상기 전류가 정상상태의 전류인 것으로 판단되는 경우, 상기 전류를 증폭하여 출력하는 신호 증폭부; 및 상기 증폭된 신호 및 선정된(predetermined) 레퍼런스 신 호(reference signal) 간의 크기 비교를 통해 마이크로프로세서로 입력되는 입력전류의 유무를 판단하고, 상기 증폭된 신호의 적분파형을 이용하여 과전류 차단시간을 측정하는 마이크로프로세서를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는, 상기 부하장치에의 전원공급을 제어하는 모스펫(MOSFET)을 포함하고, 상기 과전류 판단부는, 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류가 정상상태의 전류인지 과전류인지를 판단하는 아날로그 신호 비교회로이고, 상기 판단 결과 상기 전류가 정상상태의 전류인 경우 상기 전류를 상기 신호 증폭부로 인가하고, 상기 판단 결과 상기 전류가 과전류인 경우 상기 모스펫의 게이트에 인가되는 게이트전압을 차단하여 상기 신호 증폭부의 회로 동작을 오프(off)하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치에서, 상기 마이크로프로세서는, 상기 신호 증폭부를 통해 상기 마이크로프로세서에 인가되는 증폭된 신호를 상기 레퍼런스 신호와 비교하여 상기 증폭된 신호의 크기가 상기 레퍼런스 신호의 크기보다 큰 경우, 상기 마이크로프로세서에 전류가 인가되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는, 상기 증폭된 신호의 크기가 상기 레퍼런스 신호의 크기보다 큰 경우, 상기 증폭된 신호의 파형을 출력하는 신호 출력부를 더 포함하고, 상기 신호 출력부로부터 출력되는 상기 증폭된 신호의 파형은 상기 부하장치에 대한 부하전류 동작상태를 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치에서, 상기 마이크로프로세서는, 상기 신호 증폭부로부터 입력받은 상기 증폭된 신호를 선정된 RC 시정수 값에 따라 지연시켜 적분 신호를 생성하는 신호 적분부; 및 상기 신호 적분부로부터 출력되는 상기 적분 신호가 일정 레벨 이상인 경우, 상기 적분 신호의 파형을 통해 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 차단시점을 검출하는 신호 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치에서, 상기 신호 검출부는, 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 과부하에 대한 차단 특성곡선(T-C Curve)을 유지하고, 상기 차단시점에 대응하여 상기 차단 특성곡선상에 트립 포인트(trip point)를 설정하는 트립 포인트 설정부; 및 상기 트립 포인트 및 상기 차단 특성곡선을 이용하여 과전류 차단시간을 측정하는 과전류 차단시간 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는, 상기 판단 결과, 상기 전류가 과전류인 것으로 판단되는 경우, 상기 원격전력제어장치의 동작상태를 유지하는 상태 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 원격전력제어장치에 따르면, 차세대 보병장갑차의 원격전력제어기 개발을 통하여 기 확보한 저전압 대전류 계통의 설계 및 제작기술, 방열기술, 센서기술 등의 핵심기술을 계속 유지 및 발전시키고 I2T에 의한 과전류 차단 알고리즘 설계기술, 저전압 대전류 제어 최적화 설계기술, 고효율 열전도 방열설계 기술, 소신호에 의한 대전력 원격제어 기술, 군사부품의 신뢰성 시험평가 기술 등과 같은 핵심기술을 보유할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 원격전력제어장치에 따르면, 높은 수입대체효과 및 외화 절감효과를 기대할 수 있으며, 또한 국내 기술로 개발하고 확보한 기술을 바탕으로 차기 개발사업과, 기 개발하여 전력화된 장비 중에서 계전기의 접점 문제로 전투력 저하가 우려되는 장비에 대체 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 본 발명의 원격전력제어장치 개발을 통하여 확보한 핵심기술을 이용하여 저가형 교류제어용으로 개발하면 제품의 성능향상과 회로차단기와 계전기, 및 전자접촉기의 중앙 집중식 전력관리가 가능하고 국내 및 국외에 대한 가격 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 블록 다이어그램은 하이 사이드(High side)와 로우 사이드(Low side)로 전기적으로 분리된다. 상기 하이 사이드 측의 파워 인(POWER IN)단자와 파워 아웃(POWER OUT)단자가 전원공급장치와 부하장치 사이에 연결되며, 상기 로우 사이드의 제어신호에 의하여 전력을 온 오프 할 수 있다. 상기 로우 사이드의 제어신호는 TTL 및 CMOS 레벨의 신호가 결합되어 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 제어측과 구동측 간에 전기적으로 절연이 되어 상호 영향을 미치지 않도록 구현될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 낮은 대기전력과 모스펫을 사용함으로써 전압강하를 줄일 수 있다.
상기 모스펫은 출력의 상승 및 하강신호를 제어하고, 단자의 아킹(arcing)을 방지하며, 전자파 간섭(EMI: Electro Magnetic Interference)를 최소화할 수 있다. 또한, 상기 모스펫은 상기 부하장치의 트랜지언트(transient) 유발을 최소화하고 선형성 출력의 상승 및 하강시간으로 용량성 부하에서 전류 과도현상을 방지할 수도 있다.
저항과 콘덴서를 직렬 구성한 회로는 적분 동작을 하게 되며 고역의 신호는 억제하고 저역의 신호는 통과시키는 저역필터(LPF)의 동작을 수행할 수 있다. 구형파 신호가 큰 부분, 즉 고주파의 영역은 잘 추적하지 못하고 변화가 적은 부분, 저주파 영역은 잘 통과하는 특성을 가지고 있다. 또한, 상기 콘덴서의 C값이 클수록 전달함수(gain)가 적어지므로 입력신호를 잘 통과시키지 못한다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 전자회로에 의해 동작되는 차단기이며, 상기 전원공급장치와 상기 부하장치 사이에 연결되어 전선을 보호하고, 일반 회로차단기와는 달리 마이크로프로세서와 연결하여 TTL 및 CMOS 신호와 인터페이스 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 상기 전원공급장치로부터 상 기 부하장치로 흐르는 전류를 검출하여 상기 전류의 과전류 여부를 판단하는 과전류 판단부를 포함한다. 상기 원격전력제어장치에 전류가 인가됨으로써 전체적인 시스템이 동작 상태가 된다. 이러한 경우 정확한 전류값이 센싱되어 상기 마이크로프로세서의 입력으로 들어간다면 시스템 과부하 없이 안정적으로 동작할 수 있다.
하지만, 순간전류가 인가됨에 따라 과전류가 발생하는 경우 상기 시스템에는 큰 무리가 올 수 있다. 이러한 문제를 사전에 해결하기 위하여 상기 원격전력제어장치는 상기 과전류 판단부를 포함하고 이를 통해 과부하를 미연에 방지할 수 있다.
상기 과전류 판단부는 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류를 검출하여 상기 전류의 과전류 여부를 판단한다. 상기 판단 결과, 상기 전류가 정상상태의 전류인 경우 상기 원격전력제어장치는 동작하게 되고, 상기 전류가 과전류 또는 비정상상태의 전류인 경우 상기 모스펫의 온 오프를 제어하는 게이트 드라이버로의 전류의 흐름을 막음으로써 시스템 과부하를 방지할 수 있다.
상기 원격전력제어장치는 상기 전류가 정상상태의 전류인 것으로 판단되는 경우, 상기 전류를 증폭하여 출력하는 신호 증폭부를 포함한다. 상기 신호 증폭부는 차동증폭기로 구현될 수 있다.
즉, 상기 전류가 정상상태의 전류인 경우 상기 전류를 상기 신호 증폭부로 인가하고, 상기 전류가 과전류인 경우 상기 모스펫의 게이트에 인가되는 게이트전압을 차단하여 상기 신호 증폭부의 회로 동작을 오프할 수 있다.
상기 과전류 판단부는 상기 마이크로프로세서의 앞단에 위치하여 상기 마이크로프로세서로 입력되는 전류의 과전류 여부를 판단하는 아날로그 신호 비교회로로 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 상기 판단 결과, 상기 전류가 과전류인 것으로 판단되는 경우, 상기 원격전력제어장치의 동작상태를 유지하는 상태 저장부를 포함하도록 구현될 수 있다. 상기 상태 저장부는 래치(latch)회로로 구현될 수 있다. 상기 래치회로는 전력소자에서 내재한 동적 스위칭에 의한 손상과 발진을 방지하고 초기화 이후에 전선의 냉각과 상기 원격전력제어장치의 안정적 동작을 유도할 수 있다.
상기 마이크로프로세서는 상기 증폭된 신호 및 선정된(predetermined) 레퍼런스 신호(reference signal) 간의 크기 비교를 통해 상기 마이크로프로세서로 입력되는 입력전류의 유무를 판단하고, 상기 증폭된 신호의 적분파형을 이용하여 과전류 차단시간을 측정할 수 있다.
상기 마이크로프로세서는 상기 신호 증폭부를 통해 상기 마이크로프로세서에 인가되는 증폭된 신호를 상기 레퍼런스 신호와 비교하여 상기 증폭된 신호의 크기가 상기 레퍼런스 신호의 크기보다 큰 경우, 상기 마이크로프로세서에 전류가 인가되는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 상기 증폭된 신호의 크기가 상기 레퍼런스 신호의 크기보다 큰 경우, 상기 증폭된 신호의 파형을 출력하는 신호 출력부를 포함하도록 구현될 수 있다.
상기 신호 출력부로부터 출력되는 상기 증폭된 신호의 파형은 상기 부하장치에 대한 부하전류 동작상태를 나타낼 수 있다. 상기 신호 출력부는 상태(STATUS)신호를 출력하는 상태신호 출력부를 포함할 수 있다. 이하에서 상기 부하장치에 대한 부하전류 동작상태에 대해 보다 상세히 설명한다.
상기 마이크로프로세서는 상기 신호 증폭부로부터 입력받은 상기 증폭된 신호를 선정된 RC 시정수 값(τ)에 따라 지연시켜 적분 신호를 생성하고, 상기 적분 신호가 일정 레벨 이상인 경우, 상기 적분 신호의 파형을 통해 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 차단시점을 검출할 수 있다.
상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 차단시점은 수학식 1을 통해 구현될 수 있다.
VC(t) = E + (VO - E)e-t/τ
수학식 1에서 VC(t)는 상기 원격전력제어장치에서의 기준전압이고, VO는 초기전압이며, e는 오일러 계수(Euler Numer)를 의미한다. t는 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 차단시점을 의미한다.
상기 마이크로프로세서는 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 과부하에 대한 차단 특성곡선을 유지한다. 상기 마이크로프로세서는 상기 차단시점에 대응하여 상기 차단 특성곡선상에 트립 포인트(trip point)를 설정하여 과전류 차단시간을 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 컨트롤 및 인에이블 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 컨트롤 및 배틀 회로도이다.
상기 제어신호는 제어전압(VBIAS)을 외부로부터 공급받아 구동되는 것으로서 도 3에 도시된 바와 같이, 입력단자인 컨트롤 코맨드(Control Command)와 인에이블(Enable) 신호로 구성될 수 있다. 상기 컨트롤 코맨드 신호가 "H"이고 상기 인에이블 신호가 "L"인 경우, 상기 제어신호는 옵토커플러(Opto Coupler)를 활성화하여 상기 원격전력제어장치를 구동시킬 수 있다.
또한, 상기 제어신호는 도 4에 도시된 바와 같이, 입력단자인 컨트롤 코맨드(Control Command)와 배틀 쇼트 컨트롤(Battle Short Control) 신호로 구성될 수도 있다. 상기 컨트롤 코맨드 신호가 "H"인 경우, 상기 컨트롤 코맨드 신호는 옵토커플러를 활성화하여 상기 원격전력제어장치를 구동시킬 수 있다.
상기 배틀 쇼트 컨트롤 신호가 "L"인 경우, 상기 원격전력제어장치는 정상적으로 상기 부하장치에 대한 부하전류를 검출할 수 있다. 또한, 상기 배틀 쇼트 컨트롤 신호가 "H"인 경우, 상기 원격전력제어장치는 상기 부하전류의 제어신호를 차단하여 상기 원격전력제어장치에 과전류가 흘러도 전력을 차단하지 않도록 할 수 있다.
이러한 기능은 상기 부하장치의 기동 특성이 상기 원격전력제어장치의 차단 특성과 맞지 않을 때 사용하며, 일시적으로 차단기능을 중단시키고 상기 부하장치 에 전원이 공급된 이후에 중단된 차단기능을 해제하고자 할 때 사용된다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 TTL 및 CMOS 신호와 호환이 가능한 2개의 상태(STATUS)출력을 포함하며 모스펫(MOSFET)의 동작과 부하전류의 동작 상태를 모니터링 할 수 있도록 구현될 수 있다. 상기 원격전력제어장치는 상기 파워(Power), 상기 컨트롤 코맨드(Control Command), 및 상기 인에이블(Enable) 신호를 입력받아 상기 원격전력제어장치의 온 오프, 상기 부하장치의 온 오프, 및 상기 상태(STATUS)신호를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상태1 신호(STATUS 1)가 상기 부하장치의 부하전류가 정격전류의 5% 미만인 경우에는 "H", 상기 부하장치의 부하전류가 정격전류의 15% 이상인 경우에는 "L"가 되도록 구현될 수 있다.
또한, 상태2 신호(STATUS 2)는 상기 모스펫의 온 오프 상태를 나타내는 신호로서 상기 모스펫이 온 상태이면 "L", 상기 모스펫이 오프 상태이면 "H"가 되도록 구현될 수 있다.
또한, 상기 제어신호와 상기 상태(STATUS)신호를 조합하여 상기 원격전력제어장치의 동작 상태를 모니터링 할 수도 있다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 상태 코드(STATUE CODE) 테이블을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 상태 코드 테이블은 제어신호, 상태1 신호(STATUS 1), 및 상태2 신호(STATUS 2)에 대응하는 원격전력제어장치의 제어 및 동작 상태를 유지한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어신호가 "L"이고, 상기 상태1 신호가 "L"이며, 상기 상태2 신호가 "H"인 경우 상기 부하장 치가 온 상태이고 상기 원격전력제어장치에서 이상이 발생하였음을 알 수 있다.
또한, 상기 제어신호가 "H"이고, 상기 상태1 신호가 "H"이며, 상기 상태2 신호가 "L"인 경우 상기 부하장치가 오프 상태이고 상기 원격전력제어장치가 차단(trip) 상태임을 알 수 있다. 상기 상태1 신호는 상기 부하장치에 대한 부하전류가 정격전류의 10%를 초과하는 경우의 로직 상태이고, 상기 상태2 신호는 상기 모스펫 스위치의 동작 상태를 나타내는 로직 상태이다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 상술한 바와 같이, 외부로부터 상기 제어전압(VBIAS, 예를 들어, 5V)을 공급받아 제어회로(Control Circuit)에 전원을 공급하고, 상기 하이 사이드의 제어회로에 전원을 공급하기 위하여 전기적으로 절연된 트랜스와 푸쉬 풀 방식(push-pull method)의 DC/DC 컨버터를 사용하여 2개의 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 상기 전원공급장치와 상기 부하장치(Load) 사이에 연결되며, 상기 모스펫에 의해 상기 부하장치에의 전원을 온 오프 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 회로를 차단하는 기능은 상기 원격전력제어장치에 연속적으로 공급되는 전류가 정격전류의 110% 미만인 경우에는 상기 회로를 차단하지 않고, 상기 원격전력제어장치에 연속적으로 공급되는 전류가 정격전류의 145% 이상인 경우에는 상기 회로를 차단하는 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 차단 특성곡선을 도 시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 차단 특성곡선은 최대 정격전류의 1000%까지의 특성을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 과부하에 대한 차단 특성곡선을 유지한다. 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 과부하 보호기능은 상기 부하장치에 흐르는 전류를 감지하여 상기 부하장치의 열용량을 추적하고 과열로부터 상기 부하장치를 보호하는 것이다.
상기 열용량이 100%에 도달했을 때 과부하 트립이 발생하게 되며, 상기 열용량은 상기 과부하에 대한 차단 특성곡선에서의 I2T 값으로 산출될 수 있다. 예를 들어, 상기 과부하에 대한 차단 특성곡선에 의해 상기 부하장치에 대한 연속 구동시간이 결정될 수 있다. 상기 연속 구동시간을 넘은 시간까지도 상기 부하장치로 계속적으로 전류가 흐르는 경우 사고가 발생할 수 있다.
상기 부하장치의 열량에 관계없이 설정된 동작 지연시간 이후부터 과전류를 감지하기 시작하여 동작시간 이상 상기 과전류가 계속적으로 인가되는 경우 트립이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 원격전력제어장치는 사고 발생시 상시전류보다 큰 이상전류가 흐르는 것을 검출하여, 상기 이상전류에 보다 빠르게 동작하도록 상기 이상전류의 제곱에 반비례하는 시간에 차단신호를 송출하도록 제어할 수 있다. 이러한 경우, 상기 차단신호에 따라 선로를 차단하여 사고구간을 계통으로부터 분리시킬 수 있다.
상기 차단 특성곡선에서의 "ALWAYS TRIP"영역은 상기 부하장치에 흐르는 전류가 과부하 상태이며 시스템 보호를 위하여 시스템 동작을 멈춰야 한다는 것을 의미한다. 상기 차단 특성곡선에서의 "NEVER TRIP"영역은 시스템의 동작을 멈추면 안된다는 것을 의미한다.
예를 들어, 200%의 전류가 인가되었음에도 불구하고 1초에서 해당 선로가 차단되지 않는다면 상기 원격전력제어장치는 과부하에 대한 전력 차단기능이 불확실하다는 것을 의미한다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 래치(latch)회로는 상술한 바와 같이, 센서로부터 과전류가 검출되면 상기 모스펫을 안정적으로 오프하기 위해 사용되며, 상기 컨트롤 코맨드(Control Command)의 제어신호와 상기 제어전압(VBIAS)에 의해 해제가 가능하다. 상기 래치회로는 과부하 조건이 검출되었을 경우 상기 원격전력제어장치의 전력회로를 차단하고, 그 상태를 유지할 수 있다.
상기 마이크로프로세서에서 신호가 차단되는 순간을 확인하고 차단시간을 구현한 결과 자칫 예기치 못한 주변 회로의 임피던스 등과 같은 다른 영향으로 시스템 동작을 결정짓는데 불안정한 상태를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 상기 래치회로를 통해 상기 불안정한 상태를 방지할 수 있다.
슬루 컨트롤(Slew Control)은 출력전압의 상승시간과 하강시간을 결정해주는 단자로서 상기 하이 사이드의 파워 서플라이(Power Supply)의 리턴(return)단자에 연결되어야 한다. 또한, 이 회로는 용량성, 유도성 부하에서 과도현상을 억제하는데 주요한 역할을 수행한다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 상기 제어신호에 따라 상기 부하장치를 온 오프 하고, 그 동작 상태를 모니터링 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 작동 상태를 시간별로 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치는 상기 원격전력제어장치의 작동 상태에 대한 신호 파형을 통해 상기 원격전력제어장치의 입력 및 출력 간의 드랍(drop)전압, 과전류 차단시간, 출력전압 상승 및 하강 시간 등을 측정할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 원격전력제어장치의 작동 상태에 대한 신호 파형을 통해 T1 내지 T2는 출력전압 지연시간이고, T2 내지 T3는 출력전압 상승시간이며, T1 내지 T4는 전원 온시 상태1 지연시간 및 상태2 지연시간임을 알 수 있다. 또한, T4 내지 T5는 상태1 상승시간 및 상태2 하강시간이고, T9 내지 T9.5는 상태1 하강시간 및 상태2 상승시간임을 알 수 있다.
또한, T7 내지 T8은 출력전압 하강시간이고, T6 내지 T9는 전원 오프시 상태1 지연시간 및 상태2 지연시간이며, T11 내지 T12는 차단시 출력전압 하강시간이고, T11 내지 T13은 차단시 상태1 지연시간 및 상태2 지연시간임을 알 수 있다. 또한, T11은 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 차단시점임을 알 수 있다.
상기 전원공급장치, 테스트 대상이 되는 상기 원격전력제어장치, 및 상기 부하장치를 서로 연동하여 상기 과부하에 대한 차단 특성곡선을 해석하고 상기 부하장치의 부하전류에 따른 지연시간(delay time)을 측정할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따르면, 직류전원회로의 온 오프를 제어하여 부하에서 발생하는 과부하로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있도록 전원을 차단하고, TTL 레벨의 소신호로 원격전력제어가 가능하며, 전원소스와 부하 사이에 직접 연결하여 사용함으로써 선로저항에 의한 전압강하를 낮추고 전력손실을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 종래의 전자기적 회로차단기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 컨트롤 및 인에이블 회로도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 컨트롤 및 배틀 회로도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 상태 코드(STATUE CODE) 테이블을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 차단 특성곡선을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 원격전력제어장치의 작동 상태를 시간별로 도시한 도면.

Claims (7)

  1. 전원공급장치로부터 부하장치로 흐르는 전류를 검출하여 상기 전류의 과전류 여부를 판단하는 과전류 판단부;
    상기 판단 결과, 상기 전류가 정상상태의 전류인 것으로 판단되는 경우, 상기 전류를 증폭하여 출력하는 신호 증폭부; 및
    상기 증폭된 신호 및 선정된(predetermined) 레퍼런스 신호(reference signal) 간의 크기 비교를 통해 마이크로프로세서로 입력되는 입력전류의 유무를 판단하고, 상기 증폭된 신호의 적분파형을 이용하여 과전류 차단시간을 측정하는 마이크로프로세서
    를 포함하되,
    RC 시정수를 이용하여 I2t 특성 곡선에 준하는 과전류 차단을 수행하는 것을 특징으로 하는 원격전력제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원격전력제어장치는 상기 부하장치에의 전원공급을 제어하는 모스펫(MOSFET)을 포함하고,
    상기 과전류 판단부는,
    상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류가 정상상태의 전류인지 과전류인지를 판단하는 아날로그 신호 비교회로이고, 상기 판단 결과 상기 전류가 정상상태의 전류인 경우 상기 전류를 상기 신호 증폭부로 인가하고, 상기 판단 결과 상기 전류가 과전류인 경우 상기 모스펫의 게이트에 인가되는 게이트전압을 차단하여 상기 신호 증폭부의 회로 동작을 오프(off)하는 것을 특징으로 하는 원격전력제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는,
    상기 신호 증폭부를 통해 상기 마이크로프로세서에 인가되는 증폭된 신호를 상기 레퍼런스 신호와 비교하여 상기 증폭된 신호의 크기가 상기 레퍼런스 신호의 크기보다 큰 경우, 상기 마이크로프로세서에 전류가 인가되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 원격전력제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원격전력제어장치는 상기 증폭된 신호의 크기가 상기 레퍼런스 신호의 크기보다 큰 경우, 상기 증폭된 신호의 파형을 출력하는 신호 출력부를 더 포함하고,
    상기 신호 출력부로부터 출력되는 상기 증폭된 신호의 파형은 상기 부하장치에 대한 부하전류 동작상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 원격전력제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는,
    상기 신호 증폭부로부터 입력받은 상기 증폭된 신호를 선정된 RC 시정수 값 에 따라 지연시켜 적분 신호를 생성하는 신호 적분부; 및
    상기 신호 적분부로부터 출력되는 상기 적분 신호가 일정 레벨 이상인 경우, 상기 적분 신호의 파형을 통해 상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 차단시점을 검출하는 신호 검출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격전력제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신호 검출부는,
    상기 전원공급장치로부터 상기 부하장치로 흐르는 전류의 과부하에 대한 차단 특성곡선(T-C Curve)을 유지하고, 상기 차단시점에 대응하여 상기 차단 특성곡선상에 트립 포인트(trip point)를 설정하는 트립 포인트 설정부; 및
    상기 트립 포인트 및 상기 차단 특성곡선을 이용하여 과전류 차단시간을 측정하는 과전류 차단시간 측정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격전력제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원격전력제어장치는 상기 판단 결과, 상기 전류가 과전류인 것으로 판단되는 경우, 상기 원격전력제어장치의 동작상태를 유지하는 상태 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격전력제어장치.
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