KR100974232B1 - 전력 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전력 제어 장치는 제어신호에 따라 개폐되어 부하로의 전원 공급 여부를 결정하는 스위칭부, 상기 부하에 흐르는 전류를 감지하여 전류감지신호를 출력하는 전류 감지부, 상기 스위칭부와 상기 부하 사이에 설치된 분기 저항, 상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값을 기 설정된 허용 전류의 값과 비교하여 상기 스위칭부를 제어하는 제1 제어신호를 출력하는 과전류 검출부 및 외부로부터 입력받은 동작신호와 상기 전류감지신호에 따라 상기 스위칭부를 제어하는 제2 제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 디지털 방식으로 조작이 가능한 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 TTL(Transistor to Transistor Logic) 레벨의 소전력 신호로 대전력을 제어를 할 수 있고, 부하장치의 전력소모 상태 점검이 가능하여 능동적인 전력관리가 가능한 전력 제어 장치가 제공되는 효과가 있다.

전력 제어, 스위칭, 전류 감지, 분기 저항, 과전류 검출

Description

전력 제어 장치{POWER CONTROL APPARATUS}

본 발명은 전력 제어 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 디지털 방식으로 조작이 가능한 전력 제어 장치에 관한 것이다.

현재 산업계에 일반적으로 사용되고 있는 계전 방식에 따르면, 회로차단기-계전기-스위치 등으로 블록 구성되어 계전 및 회로보호의 기능을 구현한다. 그러나 이러한 계전 방식에 따르면, 연결구조가 다소 복잡하다는 문제점과, 능동적인 전력관리를 위해서는 연결된 부하의 전력소모 상태를 인지하기 위한 특수한 추가 구성을 해야 하는 문제점이 있다. 이하에서는 도 1을 참조하여 종래의 전력 제어 장치의 동작 원리 및 문제점들을 상세히 살펴본다.

도 1은 종래의 전력 제어 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 전력 제어 장치는 전원(10), 스위치(12), 회로차단기(14), 계전기(16), 전류센서(18) 및 부하(20)로 구성된다.

이러한 종래의 전력 제어 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저 사용자가 스위치(12)를 조작하여 계전기(16)에 동작신호를 제공한다. 계전기(16)는 스위치(12)로부터 제공되는 동작신호에 따라 회로차단기(14)와 전류센서(18) 사이를 도 통시킨다. 부하(20)는 전원(10)을 회로차단기(14), 계전기(16) 및 전류센서(18)를 차례로 통해 제공받아 구동한다. 회로차단기(14)는 부하(20)에 과전류가 흐를 경우 차단기능을 수행하여, 부하(20)로 제공되는 전원(10)을 차단시킨다. 전류센서(18)는 옵션으로 설치된다. 즉, 전류센서(18)는 부하(20)에 흐르는 전류를 감지하고 이에 대한 전류감지신호를 별도의 표시장치(도면 중에 도시되지 않음)로 제공한다. 표시장치는 전류센서(18)로부터 제공되는 전류감지신호에 대응하는 전류값을 표시하여 사용자가 볼 수 있도록 한다.

그러나 이와 같은 종래의 전력 제어 장치에 따르면, 부하(20)에 과전류가 흐를 경우 회로차단기(14)가 부하(20)로 제공되는 전원(10)을 차단시키기 때문에, 이후 부하(20)에 전원(10)을 다시 제공하기 위해서는 사용자가 차단기(14)를 직접 조작해야 하는 불편함이 수반되는 결점이 있다. 또한, 일반적으로 과전류를 차단하는 회로차단기(14)의 부피가 크기 때문에, 과전류 차단장치의 전체 부피가 상승하게 되는 문제점이 있다. 또한 구성이 다소 복잡하여 동작의 안정성이 저하되고, 제품의 제조비용이 높은 문제점이 있다.

본 발명은 디지털 방식으로 조작이 가능한 전력 제어 장치를 공급하는 것을 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 전력 제어 장치의 구성을 단순화시켜 제조비용을 저감시키고, 동작의 안정성을 향상 시키는 것을 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 제품이 갖는 부피를 감소시켜 제품의 소형 경량화를 가능케 하는 것을 기술적 과제로 한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 제어 장치는 제어신호에 따라 개폐되어 부하로의 전원 공급 여부를 결정하는 스위칭부, 상기 부하에 흐르는 전류를 감지하여 전류감지신호를 출력하는 전류 감지부, 상기 스위칭부와 상기 부하 사이에 설치된 분기 저항, 상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값을 기 설정된 허용 전류의 값과 비교하여 상기 스위칭부의 개폐를 제어하는 제1 제어신호를 상기 스위칭부로 출력하는 과전류 검출부 및 외부로부터 입력받은 동작신호와 상기 전류감지신호에 따라 상기 스위칭부의 개폐를 제어하는 제2 제어신호를 상기 스위칭부로 출력하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 TTL(Transistor to Transistor Logic) 레벨의 소전력 신호에 의하여 구동되는 마이 크로프로세서(Microprocessor)인 것이 바람직하다.

상기 스위칭부는 상기 전원을 상기 부하로 공급하는 전계효과 트랜지스터부 및 상기 전계효과 트랜지스터부의 제어 단자에 연결되어 상기 제1 및 제2 제어신호에 따라 상기 전계효과 트랜지스터부의 개폐를 제어하는 스위치 구동부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 과전류 검출부는 상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값이 상기 허용 전류의 값보다 큰 경우 상기 스위칭부를 턴오프시키고, 상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값이 상기 허용 전류의 값과 같거나 작은 경우 상기 스위칭부를 턴온시키는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 부하에 흐르는 전류의 값이 소프트웨어에 기 설정된 전류의 값보다 큰 경우 상기 스위칭부를 턴오프시키고, 상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값이 상기 기 설정된 전류의 값과 같거나 작은 경우 상기 스위칭부를 턴온시키는 것이 바람직하다.

상기 전류 감지부는 도선 주변의 자계의 세기에 기초하여 상기 도선에 흐르는 전류를 측정하는 것이 바람직하다.

상기 전류 감지부가 감지한 전류량을 표시하는 표시부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 디지털 방식으로 조작이 가능한 전력 제어 장치가 제공되는 효과가 있다.

또한, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 TTL(Transistor to Transistor Logic) 레벨의 소전력 신호로 대전력을 제어를 할 수 있고, 부하장치의 전력소모 상태 점검이 가능하여 능동적인 전력관리가 가능한 전력 제어 장치가 제공되는 효과가 있다.

또한, 전력 제어 장치의 구성이 단순화되어 제조비용이 저감되고, 동작의 안정성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 제품이 갖는 부피가 감소되어 제품의 소형 경량화가 가능한 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 장치를 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 이를 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 장치(30)는 스위칭부(310), 전류 감지부(320), 분기 저항(Rs), 과전류 검출부(330) 및 제어부(340)를 포함하여 구성된다.

스위칭부(310)는 후술할 과전류 검출부(330)로부터 입력받은 제1 제어신호(CON1) 및 제어부(340)로부터 입력받은 제2 제어신호(CON2)에 따라 개폐됨으로써 부하(20)로의 전원 공급 여부를 결정한다. 이러한 스위칭부(310)는 전계효과 트랜지스터부(TU) 및 스위치 구동부(312)를 포함하여 구성될 수 있다. 전계효과 트랜지스터부(TU)는 전원(10)을 부하(20)로 공급하는 스위치의 기능을 한다. 이러한 전계효과 트랜지스터부(TU)는 복수개의 전계효과 트랜지스터들을 연결하여 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 이들 트랜지스터의 수는 4개가 될 수 있다. 스위치 구동부(312)는 전계효과 트랜지스터부의 제어 단자에 연결되어 제1 및 제2 제어신호(CON1, CON2)에 따라 전계효과 트랜지스터부(TU)의 개폐를 제어한다.

전류 감지부(320)는 부하(20)에 흐르는 전류를 감지하여 후술할 제어부(340)로 전류감지신호(SEN)를 출력한다. 이러한 전류 감지부(320)는 홀 효과(Hall Effect)를 이용하여 전류를 감지하는 것이 바람직하다. 홀 효과란 도선 주변의 자계의 세기에 따라 상기 도선에 흐르는 전류의 크기가 변하는 현상이다.

분기 저항(Rs)은 전계효과 트랜지스터부(TU)의 소오스 단자와 부하(20) 사이에 설치되어 있다. 이러한 분기 저항(Rs)을 흐르는 전류는 후술할 과전류 검출부(330)가 제 1 제어신호(CON1)를 생성하는 기초 자료가 된다.

과전류 검출부(330)는 분기 저항(Rs)을 흐르는 전류의 값을 기 설정된 허용 전류의 값과 비교하여 스위칭부(310)로 제1 제어신호(CON1)를 출력한다. 이러한 과전류 검출부(330)의 동작을 보다 상세히 설명한다. 하나의 예로, 과전류 검출부(330)는 1) 분기 저항(Rs)을 흐르는 전류의 값이 회로에 이미 입력되어 있는 허용 전류의 값보다 큰 경우, 부하(20)에 과전류가 흐르는 것으로 판단하고 스위칭부(310)를 턴오프시켜 부하(20)로 더 이상의 과전류가 흐르지 못하게 하고, 2) 분기 저항(Rs)을 흐르는 전류의 값이 회로에 이미 입력되어 있는 허용 전류의 값과 같거나 작은 경우, 부하(20)에 정상전류가 흐르는 것으로 판단하고 스위칭부(310) 가 턴온 상태를 유지하도록 한다.

제어부(340)는 외부로부터 입력받은 동작신호와 전류 감지부(320)로부터 입력받은 전류감지신호(SEN)에 따라 스위칭부(310)로 제2 제어신호(CON2)를 출력한다. 이러한 제어부(340)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 TTL(Transistor to Transistor Logic) 레벨의 소전력 신호에 의하여 구동되는 마이크로프로세서(Microprocessor)로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 제어부(340)를 마이크로프로세서로 구성함으로써, 계전 동작 및 과전류 상태에서의 회로 차단 동작을 마이크로프로세서에 입력된 소프트웨어를 이용하여 디지털 형식으로 실행할 수 있다. 이러한 제어부(340)의 동작을 상세히 설명한다. 하나의 예로, 제어부(340)는 1) 부하(20)에 흐르는 전류의 값이 마이크로프로세서의 소프트웨어에 이미 설정되어 있는 전류의 값보다 큰 경우, 스위칭부(310)를 턴오프시켜 부하(20)로 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 하고, 2) 부하(20)에 흐르는 전류의 값이 마이크로프로세서의 소프트웨어에 이미 설정되어 있는 전류의 값과 같거나 작은 경우, 부하(20)에 정상전류가 흐르는 것으로 판단하고 스위칭부(310)가 턴온 상태를 유지하도록 한다.

한편, 전류 감지부(320)가 감지한 전류량을 외부에 표시하는 표시부(도시하지 않음)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이를 통하여, 부하장치의 전력소모 상태 점검이 가능하여 능동적인 전력관리가 가능해 진다.

이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 동작을 계전 모 드, 과전류 회로 보호 모드 및 부하 상태 표시 모드로 나누어 시간의 흐름 순으로 설명한다.

<계전 모드>

도 3을 참조하면, 마이크로프로세서로 구성된 제어부(340)에 동작신호가 입력되면 전계효과 트랜지스터부(TU)로 게이트(Gate)신호가 출력되어 계전 기능이 수행됨으로써 연결된 부하(20)로 전원(10)이 공급된다.

<과전류 회로 보호 모드>

1. 소프트웨어에 의한 과전류 회로 보호

도 3을 참조하면, 부하(20)로 도통된 전원(10)으로 인하여 전류 감지부(320)는 부하(20)에 흐르는 전류를 검출하고, 전류 감지부(320)의 출력값인 전류감지신호(SEN)는 제어부(340)인 마이크로프로세서로 입력되어 소프트웨어적인 과전류 보호 동작를 위한 정보로 사용된다. 전류 감지부(320)에서 획득된 전류 값이 소프트웨어에 설정된 값보다 큰 경우, 마이크로프로세서는 제2 제어신호(CON2)를 출력하여 전계효과 트랜지스터부(TU)로 출력되는 게이트 신호를 차단함으로써 회로 차단의 기능을 한다.

2. 하드웨어에 의한 과전류 회로 보호

도 3을 참조하면, 분기 저항(Rs)을 통해 획득한 전류의 값은 과전류 검출부(330)에 입력된다. 과전류 검출부(330)는 입력된 전류의 값과 미리 설정된 허용 전류의 값과 비교하여 입력된 전류의 값이 허용 전류의 값보다 큰 경우, 스위치 구동부(312)에 직접 신호를 주어 게이트 신호를 차단함으로써 회로 차단의 기능을 한다. 이 경우, 과전류 검출부(330)가 스위치 구동부(312)로 주는 신호가 제1 제어신호(CON1)이다.

<부하 상태 표시 모드>

제어부(340)인 마이크로프로세서는 입력된 동작신호 및 전류 감지부(320)에 의해 획득된 전류감지신호(SEN)를 상태신호로 출력하여 표시부(도시하지 않음)에 표시함으로써 부하(20) 상태 표시의 기능을 하게 된다.

도 4에 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 장치의 회로 차단 특성이 나타나 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 장치는 동작특성에 의해 ‘A’와 같은 마진을 갖고 전원(30)을 단속한다. 이때 도 4 세로축의 100%는 부하(36)의 정격전류를 의미한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 1)디지털 방식으로 조작이 가능한 전력 제어 장치가 제공되는 효과가 있고, 2) CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 TTL(Transistor to Transistor Logic) 레벨의 소전력 신호로 대전력을 제어를 할 수 있고, 부하장치의 전력소모 상태 점검이 가능하여 능동적인 전력관리가 가능한 전력 제어 장치가 제공되는 효과가 있고, 전력 제어 장치의 구성이 단순화되어 제조비용이 저감되고, 동작의 안정성이 향상되는 효과가 있고, 제품이 갖는 부피가 감소되어 제품의 소형 경량화가 가능한 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 종래의 전력 제어 장치를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 장치를 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 제어 장치를 구체적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회로 차단특성을 나타낸 도면이다.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

10: 전원 20: 부하

30: 전력 제어 장치 310: 스위칭부

312: 스위치 구동부 320: 전류 감지부

330: 과전류 검출부 340: 제어부

350: 구동전원 공급부 TU: 전계효과 트랜지스터부

SEN: 전류감지신호 CON1: 제1전류제어신호

CON2: 제2 전류제어신호

Claims (7)

1. 제어신호에 따라 개폐되어 부하로의 전원 공급 여부를 결정하는 스위칭부;

   상기 부하에 흐르는 전류를 감지하여 전류감지신호를 출력하는 전류 감지부;

   상기 스위칭부와 상기 부하 사이에 설치된 분기 저항;

   상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값을 기 설정된 허용 전류의 값과 비교하여 상기 스위칭부의 개폐를 제어하는 제1 제어신호를 상기 스위칭부로 출력하는 과전류 검출부; 및

   외부로부터 입력받은 동작신호와 상기 전류감지신호에 따라 상기 스위칭부의 개폐를 제어하는 제2 제어신호를 상기 스위칭부로 출력하는 제어부를 포함하여 구성되고,

   상기 과전류 검출부가 출력하는 제1 제어신호는

   상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값이 상기 허용 전류의 값보다 큰 경우 상기 스위칭부를 턴오프시키고, 상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값이 상기 허용 전류의 값과 같거나 작은 경우 상기 스위칭부를 턴온시키는 신호이고,

   상기 제어부가 출력하는 제2 제어신호는

   상기 부하에 흐르는 전류의 값이 소프트웨어에 기 설정된 전류의 값보다 큰 경우 상기 스위칭부를 턴오프시키고, 상기 분기 저항을 흐르는 전류의 값이 상기 기 설정된 전류의 값과 같거나 작은 경우 상기 스위칭부를 턴온시키는 신호인 것을 특징으로 하는, 전력 제어 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제어부는

   CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 TTL(Transistor to Transistor Logic) 레벨의 소전력 신호에 의하여 구동되는 마이크로프로세서(Microprocessor)인, 전력 제어 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 스위칭부는

   상기 전원을 상기 부하로 공급하는 전계효과 트랜지스터부; 및

   상기 전계효과 트랜지스터부의 제어 단자에 연결되어 상기 제1 및 제2 제어신호에 따라 상기 전계효과 트랜지스터부의 개폐를 제어하는 스위치 구동부를 포함하는, 전력 제어 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,

   상기 전류 감지부는

   도선 주변의 자계의 세기에 기초하여 상기 도선에 흐르는 전류를 측정하는, 전력 제어 장치.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 전류 감지부가 감지한 전류량을 표시하는 표시부를 더 포함하는, 전력 제어 장치.

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