KR101033699B1 - 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로 - Google Patents

누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로에 관한 것으로, 특히 전원선로의 전류 변동을 감지하여 영상전류를 검출하는 영상변류기(ZCT); 상기 영상변류기를 통해 입력된 신호의 전압이 기준 전압보다 클 경우 트립 신호를 출력시키는 집적 회로(IC); 상기 집적 회로에서 출력되는 상기 트립 신호가 게이트 단자에 인가됨으로써 턴온되는 실리콘제어정류기(SCR); 상기 실리콘제어정류기가 턴온됨에 따라 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시키는 트립코일; 상기 영상 변류기와 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단 사이에 직렬 연결되는 제1 고주파 제거 소자; 및 상기 제1 고주파 제거 소자와 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단 사이에서 분기하여 상기 집적 회로에 병렬 연결되는 제1 콘덴서;를 포함하며, 상기 제1 고주파 제거 소자 및 상기 제1 콘덴서가 LC 공조 회로를 형성함으로써 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단으로 유입되는 고주파 신호를 제거하는 것을 특징으로 한다.

Description

누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로{Circuit for preventing a earth leakage circuit breaker from miss-operating by High frequency}
본 발명은 누전차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누전차단기로 유입되는 고주파 신호에 의해 누전차단기가 오동작하는 것을 방지하기 위한 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로에 관한 것이다.
일반적으로 누전차단기는 전기선로 등에서 절연이 불완전하여 누전될 때, 전기선로에 공급되는 전기를 차단하여 전기선로에서 인체에 대한 감전사고 및 누전에 의한 화재, 아크에 의한 전기기계기구의 손상을 방지하기 위한 장치로서, 그 종류로는 전압동작형과 전류동작형이 있다.
소용량 누전차단기는 대부분 전류동작형으로 그 원리는 영상변류기(ZCT: Zero Current Transformer)와 같은 전류센서에서 누전시 영상전류를 검출한 다음 상기 검출된 전류를 차동증폭기로 증폭하여 트립장치를 차단함으로써 전류를 차단시킨다.
도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 누전차단기의 회로 구성을 상세히 설명한다. 통상의 누전차단기는 분전반의 출력단에 연결되며, 분전반과 부하 사이의 전원선로(1a, 1b)에는 트립코일(3)에 의해 작동되는 트립스위치(2)가 직렬로 연결됨과 동시에 누전차단기의 각 구성부에 공급될 전류를 정류하는 정류기(4)가 연결된다.
또한, 전원선로(1a, 1b)의 일측이 영상변류기(5)를 관통하도록 설치되어 전원선로(1a, 1b)상의 전류변동을 감지하게 된다. 즉, 전원에서 부하측으로 통하는 전원선로(1a, 1b)에서 회로가 정상인 경우에는 영상변류기(5)에 발생한 자속이 서로 상쇄되어 전류가 발생하지 않으나, 회로에 전류의 누전이 발생하면 영상변류기(5)의 철심에 누전 전류에 의한 자속이 발생되어 2차 권선에 전류가 유기되고 저항(R1)에 의해 전압으로 전환된다.
상기 저항(R1)에 의해 전환된 전압은 집적 회로(IC) 내에서 검출증폭기(6)를 통해 증폭되고, 검출증폭기(6)에서는 상기 전환된 전압과 기준전압을 비교한다. 비교 결과, 상기 저항에 의해 전환된 전압이 기준전압보다 큰 전압인 경우 콘덴서(C1)에 저장된다. 이때, 콘덴서(C1)에 저장된 전압의 크기가 래치회로(7)의 문턱전압(threshold voltage)보다 커지게 되면 래치회로(7)는 트립신호를 발생시키게 되고, 이 신호는 실리콘제어정류기(SCR)의 게이트(GATE) 단에 트리거 신호로 인가되어 실리콘제어정류기(SCR)를 턴온(turn on)시킨다. 이에 따라 트립코일(3)은 트립스위치(2)를 작동시켜 전류를 차단시키게 된다. 한편, 정전압 발생기(8)는 검출증폭기(6)와 래치회로(7) 등에 구동전압을 공급한다.
그러나, 이러한 종래의 누전차단기는 인버터 부하나 주파수 변환기 등에 의한 고주파 신호가 전원선로를 통해 유입되거나, 무전기 또는 방송파 등에 의해 상기 영상변류기(5)에 고주파가 유도될 수 있다.
이와 같이, 누전차단기 회로 내에 고주파가 유입될 경우, 회로 내의 모든 경로에서 고주파가 유도되어 누전차단기가 오동작할 수가 있다. 특히, 집적 회로(IC)의 내부회로 및 인쇄 회로 기판(PCB)의 패턴 상에 고주파가 유도됨으로써 실리콘제어정류기(SCR)의 게이트 단에 전압이 발생되어 누전차단기가 오동작하게 된다.
따라서, 누전차단기에서 고주파가 유도되거나 전원선로를 통해 고주파가 유입되더라도 집적 회로나 인쇄 회로 기판 등이 영향을 받지 않고 정상 동작하도록 하는 누전차단기에서의 고주파 방지 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 누전차단기의 영상변류기에서 유도되는 고주파 신호에 의해 누전차단기가 오동작하는 것을 방지하기 위한 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 누전차단기에서 전원선로를 통해 유입되는 고주파 신호에 의해 누전차단기가 오동작하는 것을 방지하기 위한 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로는, 전원선로의 전류 변동을 감지하여 영상전류를 검출하는 영상변류기(ZCT); 상기 영상변류기를 통해 입력된 신호의 전압이 기준 전압보다 클 경우 트립 신호를 출력시키는 집적 회로(IC); 상기 집적 회로에서 출력되는 상기 트립 신호가 게이트 단자에 인가됨으로써 턴온되는 실리콘제어정류기(SCR); 상기 실리콘제어정류기가 턴온됨에 따라 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시키는 트립코일; 상기 영상 변류기와 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단 사이에 직렬 연결되는 제1 고주파 제거 소자; 및 상기 제1 고주파 제거 소자와 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단 사이에서 분기하여 상기 집적 회로에 병렬 연결되는 제1 콘덴서;를 포함하며, 상기 제1 고주파 제거 소자 및 상기 제1 콘덴서가 LC 공조 회로를 형성함으로써 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단으로 유입되는 고주파 신호를 제거하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 고주파 제거 소자는 비드(BEAD), 코일 및 3단자 콘덴서(EMI 필터) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회로는 상기 영상 변류기와 상기 집적 회로의 제2 입력 신호 연결단 사이에 직렬 연결되는 제2 고주파 제거 소자; 및 상기 제2 고주파 제거 소자와 상기 집적 회로의 제2 입력 신호 연결단 사이에서 분기하여 상기 집적 회로에 병렬 연결되는 제2 콘덴서;를 더 포함하며, 상기 제2 고주파 제거 소자 및 상기 제2 콘덴서가 LC 공조 회로를 형성함으로써 상기 집적 회로의 제2 입력 신호 연결단으로 유입되는 고주파 신호를 제거하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제2 고주파 제거 소자는 비드(BEAD), 코일 및 3단자 콘덴서(EMI 필터) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 회로는 상기 집적 회로의 입력 신호 연결단과 VCC 입력단의 사이에 연결되어 양방향으로 집적 회로 기준 전압의 바이어스를 유지시켜주는 다이오드;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 누전차단기의 영상변류기에서 고주파 신호가 유도되더라도 집적 회로의 입력 신호 연결단에서 고주파를 제거시킴으로써 SCR이 고주파 신호에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 누전차단기에서 전원선로를 통해 고주파 신호가 유입되더라도 집적 회로의 VCC 입력단에서 고주파를 제거시킴으로써 SCR이 고주파 신호에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 누전차단기의 회로도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로도.
본 발명은 누전차단기에서 영상변류기에 의해 고주파가 유도되거나 전원선로를 통해 고주파가 유입되더라도 집적 회로나 인쇄 회로 기판 등이 영향을 받지 않고 정상 동작하도록 하는 누전차단기에서의 고주파 방지 회로를 제안한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에서는 영상변류기로부터 집적 회로의 입력 신호 연결단 사이에 고주파 차단 소자를 구비하여 통과시킴으로써 영상변류기를 통해 유도되어 집적 회로의 신호 입력단으로 유입되는 고주파 신호를 제거한다. 이때, 바람직하게는 상기 고주파 차단 소자로서 불필요한 노이즈를 흡수하고 고주파를 제거하는 비드(BEAD), 코일(인덕터), 3단자 콘덴서(EMI 필터) 중에서 어느 하나의 소자를 사용한다.
한편, 본 발명에서는 상기 영상변류기와 상기 집적 회로 사이에서 콘덴서가 병렬 연결되고, 상기 콘덴서의 입력단에서 분기하여 상기 고주파 제거 소자가 상기 집적 회로의 입력 신호 연결단과 직접 연결된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 고주파 제거 소자가 집적 회로의 입력 신호 연결단에 바로 연결됨으로써 고주파 신호를 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 상기 집적 회로의 VCC 입력단에도 고주파 제거 소자를 추가로 구비함으로써, 전원선로를 통해 유입되어 상기 VCC 입력단으로 입력되는 고주파 신호를 제거한다. 이때에도, 바람직하게는 상기 고주파 차단 소자로서 불필요한 노이즈를 흡수하고 고주파를 제거하는 비드(BEAD), 코일(인덕터), 3단자 콘덴서(EMI 필터) 중에서 어느 하나의 소자를 사용한다.
아울러, 상기 집적 회로의 출력단과 실리콘제어정류기의 게이트 단자 사이에 제너 다이오드를 더 구비함으로써, 상기 집적 회로로부터 출력되는 트립 신호가 일정 전압 이상일 경우에만 상기 실리콘제어정류기가 턴온되도록 전압을 클립시키게 된다.
한편, 상기 집적 회로의 기준 전압 입력단에는 저항 및 콘덴서를 병렬 연결함으로써, 상기 영상변류기를 통해 유입되는 고주파 성분을 바이어스 시킨다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상세한 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 하기에는 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 누전차단기는 기본적으로 전원선로(R, L)의 전류 변동을 감지하여 영상전류를 검출하는 영상변류기(Zero Current Transformer; ZCT)(31), 상기 영상변류기(31)로부터 입력받은 신호의 전압이 기준 전압보다 클 경우 트립 신호를 출력시키는 집적 회로(Integrated Circuit; IC)(21), 상기 집적 회로(21)에서 출력되는 상기 트립 신호가 게이트(GATE) 단자에 인가됨으로써 턴온되는 실리콘제어정류기(Silicon Controlled Rectifier; SCR)(15) 및 상기 실리콘제어정류기(15)가 턴온됨에 따라 여자되는 전류에 의해 트립스위치(미도시)를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 차단시키는 트립코일(TRIP COIL; 11)로 구성된다.
이때, 상기 전원선로는 분전반에서 부하로 연결되며, 본 발명의 실시예에 따라 도 2에 도시된 누전차단기가 분전반의 출력단에 설치된다. 또한, 상기 분전반과 부하 사이의 전원선로에는 트립코일(11)에 의해 작동되는 트립스위치(미도시)가 직렬로 연결됨과 동시에 도시된 바와 같이 전원선로에서 누전차단기의 각 구성부로 전류를 공급한다.
또한, 전원선로의 일측이 영상변류기(31)를 관통하도록 설치되어 전원선로 상의 전류변동을 감지하게 된다. 즉, 전원에서 부하측으로 통하는 전원선로에서 회로가 정상인 경우에는 영상변류기(31)에 발생한 자속이 서로 상쇄되어 전류가 발생하지 않으나, 회로에 전류의 누전이 발생하면 영상변류기(31)의 철심에 누전 전류에 의한 자속이 발생되어 2차 권선에 전류가 유기되고, 상기 유기된 전류에 의해 집적 회로(21)에서 트립신호를 출력하여 실리콘제어정류기(15)의 게이트를 트리거하여 실리콘제어정류기(15)를 턴온시킨다. 이와 같이 상기 실리콘제어정류기(15)가 턴온됨에 따라 트립코일(11)에서 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시키게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로 구성 및 동작을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 전원선로(R, L)로부터 누전차단기 회로 내로 전류가 공급되면, 공급된 신호는 차례로 직렬 연결된 트립코일(11), 제1 다이오드(D1; 12), 제1 저항(R1; 14) 및 제1 비드(BD1; 19)를 거쳐 집적 회로(21)의 VCC 단(8번 핀)으로 유입된다. 이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 제1 비드(19)는 전원선로를 통해 유입되는 고주파를 제거함으로써, 상기 고주파가 상기 집적 회로(21)의 VCC 단으로 유입되는 것을 방지한다.
상기 트립코일(11) 및 제1 다이오드(12)의 전후단에는 각각 금속산화배리스터(Metal Oxide Varistor; MOV1, MOV3)(10, 13)가 상기 전원선로와 병렬로 연결된다. 상기 금속산화배리스터(10, 13)는 차단형 소자로서 상기 전원선로를 통해 누전차단기 회로로 입력되는 이상 과전압을 소자의 제한 전압으로 한정시킴으로써 서지 전압에 대한 보호를 하게 된다.
상기 트립코일(11)은 상술한 바와 같이 실리콘제어정류기(15)가 턴온(turn on)됨에 따라 여자되는 전류에 의해 트립스위치(미도시)를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시킨다. 상기 제1 다이오드(12)는 누전차단기 회로 내로 공급되는 전류를 정류시킨다.
한편, 전원선로에 누전이 발생하지 않은 정상적인 상태일 경우, 상기 실리콘제어정류기(15)는 턴오프(turn off) 된 상태이므로, 입력 전류는 제1 저항(14) 및 제1 비드(19)를 통해 집적 회로(21)의 VCC 단(8번 핀)으로 입력된다.
반면, 전원선로에 누전이 발생하여 상기 실리콘제어정류기(15)가 턴온(turn on) 될 경우, 입력 전류는 트립코일(11) 및 제1 다이오드(12)를 거쳐 실리콘제어정류기(15)를 통해 흐르게 되므로, 이때 트립코일(11)에서 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시킨다. 상기 제1 저항(14)과 제1 비드(19) 사이에는 추가로 전해 콘덴서(C1; 16)가 전원선로와 병렬로 연결될 수 있다.
이와 같이, 집적 회로(21)의 VCC 입력단(8번 핀)에 본 발명의 실시예에 따라 제1 비드(19)를 구비함으로써 전원선로를 통해 유입된 고주파가 집적 회로(21)의 VCC 입력단으로 유입되어 실리콘제어정류기(15)가 오동작 되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 전원선로의 일측이 영상변류기(31)를 관통하도록 설치되어 전원선로 상의 전류변동을 감지하게 된다. 즉, 전원에서 부하측으로 통하는 전원선로에서 전류의 누전이 발생하면 영상변류기(31)의 철심에 누전 전류에 의한 자속이 발생되어 2차 권선에 전류가 유기되고, 상기 유기된 전류가 집적 회로(21)의 신호 입력단(1번 핀)으로 입력된다. 이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 집적 회로(21)의 신호 입력단(1번 핀)에는 제2 비드(BD2; 20)가 추가로 구비됨으로써 집적 회로(21)의 입력 기준 전압인 1번 핀에 유도된 고주파 신호가 집적 회로(21) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 영상변류기(31)와 상기 집적 회로(21)의 사이에는 제2 저항(R2; 29)이 직렬 연결되고, A 저항(RA; 30)이 병렬 연결된다. 여기서, 상기 A 저항(30)에 의해 상기 영상변류기(31)의 2차 권선에 유기된 전류는 전압으로 전환된다. 아울러, 상기 영상변류기(31)와 상기 집적 회로(21)의 사이에는 제2 다이오드(D2; 28), 제5 콘덴서(C5; 24) 및 제6 콘덴서(C6; 25)가 병렬 연결될 수 있다.
한편, 상기 집적 회로(21)의 1번 핀 입력측과 3번 핀 입력측 사이에는 B 저항(RB; 26) 및 제7 콘덴서(C7; 27)가 병렬로 연결되어, 상기 영상변류기(31)를 통해 유입되는 고주파 성분을 바이어스(bias) 시킨다. 이때, 상기 B 저항(26)은 선택적으로 추가되거나 제거될 수 있다.
이와 같이, 영상변류기(31)에서 유기된 전류가 집적 회로(21)의 신호 입력단(1번 핀)으로 입력되면, 상기 집적 회로(21) 내에서는 검출증폭기(미도시)를 통해 입력 신호를 증폭시키고, 검출증폭기에서는 상기 입력된 신호의 전압을 기준전압과 비교한다. 비교 결과, 상기 입력된 전압이 기준전압보다 큰 전압인 경우 이를 제4 콘덴서(C4; 23)에 저장된다. 이때, 제4 콘덴서(23)에 저장된 전압의 크기가 집적 회로(21) 내부에서 5번 핀과 7번 핀 사이에 구성된 래치회로(미도시)의 문턱전압(threshold voltage)보다 커지게 되면 래치회로는 트립신호를 발생시켜 7번 핀으로 출력시키게 되고, 이 신호는 실리콘제어정류기(15)의 게이트(GATE) 단에 트리거 신호로 인가되어 실리콘제어정류기(15)를 턴온(turn on)시킨다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 트립코일(11)은 트립스위치(미도시)를 작동시켜 전원선로에서 부하로 전송되는 전류를 차단시키게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라 상기 집적 회로(21)의 래치회로 출력 신호(즉, 7번 핀 출력)는 제너 다이오드(Zener Diode; ZD1)(17)와 제8 콘덴서(C8; 32)로 분기된다. 이때, 상기 제너 다이오드(17)의 역방향으로 입력되는 상기 래치회로의 출력 신호가 상기 실리콘제어정류기(15)의 게이트 단으로 인가된다. 상기 제너 다이오드(17)는 상기 실리콘제어정류기(15)의 게이트 단에 인가되는 전압이 일정 전압 이상일 경우에만 상기 실리콘제어정류기(15)를 턴온 시킬 수 있도록 전압을 클립시키는 역할을 하게 된다. 상기 집적 회로(21)의 6번 핀 출력에는 제3 콘덴서(C3; 22)가 연결되어 래치회로 출력 신호와 합쳐져 제너 다이오드(17)의 입력단에 연결된다. 또한, 상기 제너 다이오드(17)의 출력단과 상기 실리콘제어정류기(15)의 게이트 단 사이에는 제2 콘덴서(C2; 18)가 추가로 구비될 수 있다.
따라서, 상기 집적 회로(21)의 출력 전압이 일정 전압 이상이 되어, 제너 다이오드(17)를 통과하게 되면, 상기 실리콘제어정류기(15)의 게이트 단에 트리거되어 상기 실리콘제어정류기(15)를 턴온 시키게 된다. 상기 실리콘제어정류기(15)가 턴온됨에 따라 트립코일(11)에 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시켜 누전차단기의 기능을 수행하게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 누전차단기는 전원선로를 통해 고주파 신호가 유입되더라도 집적 회로(21)의 VCC 입력단에서 제1 비드(19)에 의해 고주파를 제거시킴으로써 실리콘제어정류기(15)가 고주파 신호에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 누전차단기의 영상변류기(31)에서 고주파 신호가 유도되더라도 집적 회로(21)의 입력 신호 연결단(1번 핀)에서 제2 비드(20)에 의해 고주파를 제거시킴으로써 실리콘제어정류기(15)가 고주파 신호에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 도시된 바와 같이 상기 영상변류기(31)와 상기 집적 회로(21) 사이에서 제5 콘덴서(24)가 병렬 연결되고, 상기 제5 콘덴서(24)의 입력단에서 분기하여 상기 제2 비드(20)가 상기 집적 회로(21)의 입력 신호 연결단(1번 핀)과 직접 연결된다. 이와 같이, 본 발명에 따라 상기 제2 비드(20)가 상기 제5 콘덴서(24)의 전단에 연결되는 것이 아니라 상기 제5 콘덴서(24)의 다음 단에서 상기 집적 회로(21)의 입력 신호 연결단에 바로 연결됨으로써 고주파 신호를 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
실제로 동일한 조건에서 실험한 결과, 상기 제2 비드(20)를 상기 제5 콘덴서(24)의 전단에 연결하거나 상기 제2 비드(20)를 제거하였을 경우, 고주파 신호 발생 장치(예컨대, 무전기)를 회로에 근접시키자 회로가 오동작하였다. 그러나, 본 발명에 따라 상기 제2 비드(20)를 상기 집적 회로(21)의 입력 신호 연결단에 바로 연결하였을 경우 고주파 신호가 완전히 차단되어 회로가 정상 동작하였다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 고주파 제거를 위해 집적 회로의 입력 신호 연결단(1번 핀) 또는 VCC 입력단(8번 핀)에 고주파 제거 소자로서 각각 비드(BEAD)를 사용하였으나, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따라 코일(인덕터)(33, 34) 또는 3단자 콘덴서(EMI 필터)(35, 36)가 사용될 수 있다. 아울러, 집적 회로의 1번 핀과 8번 핀의 입력단뿐만 아니라 2번 핀 및 7번 핀에도 상기한 고주파 제거 소자들을 추가로 설치할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따라 전원선로(R, L)로부터 누전차단기 회로 내로 전류가 공급되면, 공급된 신호는 트립코일(11)을 지나 브릿지 다이오드(40)로 입력된다. 상기 브릿지 다이오드(40)에서는 전원선로로부터 입력된 교류 신호를 직류로 변환하여 회로 내로 공급하는 역할을 한다.
상기 직류 변환된 신호는 저항(14)을 거쳐 집적 회로(21)의 VCC 단(8번 핀)으로 유입된다. 이때, 상기 도 5에는 도시하지 않았으나 본 발명의 실시예에 따라 상기 집적 회로(21)의 VCC 단에 상기 도 2 내지 도 4에서 상술한 바와 같이 비드 또는 코일 또는 3단자 콘덴서 등을 추가하여 전원선로를 통해 유입되는 고주파를 제거할 수 있다.
상기 브릿지 다이오드(40)를 통해 정류된 신호는 각각 금속산화배리스터(MOV)(13)가 상기 전원선로와 병렬로 연결된다. 상기 금속산화배리스터(13)는 상술한 바와 같이 상기 전원선로를 통해 누전차단기 회로로 입력되는 이상 과전압을 소자의 제한 전압으로 한정시킴으로써 서지 전압에 대한 보호를 하게 된다.
상기 트립코일(11)은 상술한 바와 같이 실리콘제어정류기(15)가 턴온(turn on)됨에 따라 여자되는 전류에 의해 트립스위치(미도시)를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시킨다.
한편, 전원선로에 누전이 발생하지 않은 정상적인 상태일 경우, 상기 실리콘제어정류기(15)는 턴오프(turn off) 된 상태이므로, 입력 전류는 저항(14)을 통해 집적 회로(21)의 VCC 단(8번 핀)으로 입력된다.
반면, 전원선로에 누전이 발생하여 상기 실리콘제어정류기(15)가 턴온(turn on) 될 경우, 입력 전류는 트립코일(11) 및 브릿지 다이오드(40)를 거쳐 실리콘제어정류기(15)를 통해 흐르게 되므로, 이때 트립코일(11)에서 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시킨다. 상기 저항(14)과 집적 회로(21) 사이에는 추가로 전해 콘덴서(16)가 전원선로와 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 전원선로의 일측이 영상변류기(31)를 관통하도록 설치되어 전원선로 상의 전류변동을 감지하게 된다. 즉, 전원에서 부하측으로 통하는 전원선로에서 전류의 누전이 발생하면 영상변류기(31)의 철심에 누전 전류에 의한 자속이 발생되어 2차 권선에 전류가 유기되고, 상기 유기된 전류가 집적 회로(21)의 신호 입력단(1번 핀)으로 입력된다. 이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 집적 회로(21)의 신호 입력단(1번 핀)에는 비드(38) 또는 코일 또는 3단자 콘덴서가 추가로 구비됨으로써 집적 회로(21)의 입력 기준 전압인 1번 핀에 유도된 고주파 신호가 집적 회로(21) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 영상변류기(31)와 상기 집적 회로(21)의 사이에는 2개의 저항(29, 30)이 각각 직렬 및 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 상기 직렬 연결된 저항(30)에 의해 상기 영상변류기(31)의 2차 권선에 유기된 전류는 전압으로 전환된다. 아울러, 상기 영상변류기(31)와 상기 집적 회로(21)의 사이에는 다이오드(28), 콘덴서(24, 25)가 병렬 연결될 수 있다.
한편, 상기 집적 회로(21)의 1번 핀과 3번 핀의 사이에는 콘덴서(39)가 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 제4 실시예에 따라 상기 집적 회로(21)의 입력 신호 연결단(1번 핀)과 VCC 입력단(8번 핀)의 사이에는 다이오드(37)가 연결되어 기준 전압(VCC)의 바이어스를 (+) 방향과 (-) 방향으로 잡아주는 역할을 한다.
이와 같이, 영상변류기(31)에서 유기된 전류가 집적 회로(21)의 신호 입력단(1번 핀)으로 입력되면, 상기 집적 회로(21) 내에서는 검출증폭기(미도시)를 통해 입력 신호를 증폭시키고, 검출증폭기에서는 상기 입력된 신호의 전압을 기준전압과 비교한다. 비교 결과, 상기 입력된 전압이 기준전압보다 큰 전압인 경우 이를 제4 콘덴서(C4; 23)에 저장된다. 이때, 제4 콘덴서(23)에 저장된 전압의 크기가 집적 회로(21) 내부에서 5번 핀과 7번 핀 사이에 구성된 래치회로(미도시)의 문턱전압(threshold voltage)보다 커지게 되면 래치회로는 트립신호를 발생시켜 7번 핀으로 출력시키게 되고, 이 신호는 실리콘제어정류기(15)의 게이트(GATE) 단에 트리거 신호로 인가되어 실리콘제어정류기(15)를 턴온(turn on)시킨다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 트립코일(11)은 트립스위치(미도시)를 작동시켜 전원선로에서 부하로 전송되는 전류를 차단시키게 된다.
또한, 상기 집적 회로(21)의 6번 핀 출력에는 콘덴서(22)가 연결되어 래치회로 출력 신호와 합쳐져 실리콘제어정류기(15)의 게이트단에 연결된다. 또한, 상기 집적 회로(21)의 7번 핀 출력단과 상기 실리콘제어정류기(15)의 게이트 단 사이에는 콘덴서(18)가 추가로 구비될 수 있다.
따라서, 상기 집적 회로(21)의 출력 전압이 일정 전압 이상이 되면, 상기 실리콘제어정류기(15)의 게이트 단에 트리거되어 상기 실리콘제어정류기(15)를 턴온 시키게 된다. 상기 실리콘제어정류기(15)가 턴온됨에 따라 트립코일(11)에 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시켜 누전차단기의 기능을 수행하게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 누전차단기는 전원선로를 통해 고주파 신호가 유입되더라도 집적 회로(21)의 VCC 입력단에서 제1 고주파 제거 소자(비드, 코일, EMI 필터 등)에 의해 고주파를 제거시킴으로써 실리콘제어정류기(15)가 고주파 신호에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 누전차단기의 영상변류기(31)에서 고주파 신호가 유도되더라도 집적 회로(21)의 입력 신호 연결단(1번 핀)에서 제2 고주파 제거 소자(비드, 코일, EMI 필터 등)에 의해 고주파를 제거시킴으로써 실리콘제어정류기(15)가 고주파 신호에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 고주파 차단 기능이 부가된 누전차단기의 회로도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따라 전원선로(R, L)로부터 누전차단기 회로 내로 전류가 공급되면, 공급된 신호는 트립코일(41)을 지나 브릿지 다이오드(42)로 입력된다. 상기 브릿지 다이오드(42)에서는 전원선로로부터 입력된 교류 신호를 직류로 변환하여 회로 내로 공급하는 역할을 한다.
상기 직류 변환된 신호는 저항(45, 46)을 거쳐 집적 회로(53)의 VCC 단(8번 핀)으로 유입된다. 이때, 상기 도 6에는 도시하지 않았으나 본 발명의 실시예에 따라 상기 집적 회로(53)의 VCC 단에 상기 도 2 내지 도 5에서 상술한 바와 같이 비드 또는 코일 또는 3단자 콘덴서 등을 추가하여 전원선로를 통해 유입되는 고주파를 제거할 수 있다.
상기 브릿지 다이오드(42)를 통해 정류된 신호는 금속산화배리스터(MOV)(43)가 상기 전원선로와 병렬로 연결된다. 상기 금속산화배리스터(43)는 상술한 바와 같이 상기 전원선로를 통해 누전차단기 회로로 입력되는 이상 과전압을 소자의 제한 전압으로 한정시킴으로써 서지 전압에 대한 보호를 하게 된다.
상기 트립코일(41)은 상술한 바와 같이 실리콘제어정류기(44)가 턴온(turn on)됨에 따라 여자되는 전류에 의해 트립스위치(미도시)를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시킨다.
한편, 전원선로에 누전이 발생하지 않은 정상적인 상태일 경우, 상기 실리콘제어정류기(44)는 턴오프(turn off) 된 상태이므로, 입력 전류는 저항(45, 46)을 통해 집적 회로(53)의 VCC 단(8번 핀)으로 입력된다.
반면, 전원선로에 누전이 발생하여 상기 실리콘제어정류기(44)가 턴온(turn on) 될 경우, 입력 전류는 트립코일(41) 및 브릿지 다이오드(42)를 거쳐 실리콘제어정류기(44)를 통해 흐르게 되므로, 이때 트립코일(41)에서 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시킨다. 상기 저항(46)과 집적 회로(53) 사이에는 추가로 전해 콘덴서(47)가 전원선로와 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 전원선로의 상기 회로의 일측이 영상변류기(58)를 관통하도록 설치되어 전원선로 상의 전류변동을 감지하게 된다. 즉, 전원에서 부하측으로 통하는 전원선로에서 전류의 누전이 발생하면 영상변류기(58)의 철심에 누전 전류에 의한 자속이 발생되어 2차 권선에 전류가 유기되고, 상기 유기된 전류가 집적 회로(21)의 신호 입력단(1번 핀)으로 입력된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 집적 회로(53)의 두 신호 입력단(1번 핀 및 2번 핀)에는 각각 비드(54, 55) 또는 코일 또는 3단자 콘덴서가 추가로 구비됨으로써 집적 회로(53)의 입력 기준 신호가 유입되는 1번 핀 및 2번 핀에 유도된 고주파 신호가 집적 회로(53) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 상기 집적 회로(53)의 1번 핀으로는 제1 비드(55) 및 제5 콘덴서(51)가 LC 공조 회로를 구성하게 되어 영상변류기(58)를 통해 유입되는 고주파 신호가 상기 집적 회로(53)의 1번 핀으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 집적 회로(53)의 2번 핀으로는 제2 비드(54) 및 제6 콘덴서(52)가 LC 공조 회로를 구성하게 되어 영상변류기(58)를 통해 유입되는 고주파 신호가 상기 집적 회로(53)의 2번 핀으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 영상변류기(58)와 상기 집적 회로(53)의 사이에는 저항(57) 및 콘덴서(56)가 각각 병렬 연결될 수 있다.
이와 같이, 영상변류기(58)에서 유기된 전류가 집적 회로(53)의 신호 입력단(1번 핀)으로 입력되면, 상기 집적 회로(53) 내에서는 검출증폭기(미도시)를 통해 입력 신호를 증폭시키고, 검출증폭기에서는 상기 입력된 신호의 전압을 기준전압과 비교한다. 비교 결과, 상기 입력된 전압이 기준전압보다 큰 전압인 경우 이를 제4 콘덴서(C4; 50)에 저장된다. 이때, 제4 콘덴서(50)에 저장된 전압의 크기가 집적 회로(53) 내부에서 5번 핀과 7번 핀 사이에 구성된 래치회로(미도시)의 문턱전압(threshold voltage)보다 커지게 되면 래치회로는 트립신호를 발생시켜 7번 핀으로 출력시키게 되고, 이 신호는 실리콘제어정류기(44)의 게이트(GATE) 단에 트리거 신호로 인가되어 실리콘제어정류기(44)를 턴온(turn on)시킨다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 트립코일(41)은 트립스위치(미도시)를 작동시켜 전원선로에서 부하로 전송되는 전류를 차단시키게 된다.
또한, 상기 집적 회로(53)의 6번 핀 출력에는 콘덴서(49)가 연결되고, 상기 집적 회로(53)의 7번 핀 출력단과 상기 실리콘제어정류기(44)의 게이트 단 사이에는 콘덴서(48)가 추가로 구비될 수 있다.
따라서, 상기 집적 회로(53)의 출력 전압이 일정 전압 이상이 되면, 상기 실리콘제어정류기(44)의 게이트 단에 트리거되어 상기 실리콘제어정류기(44)를 턴온 시키게 된다. 상기 실리콘제어정류기(44)가 턴온됨에 따라 트립코일(41)에 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시켜 누전차단기의 기능을 수행하게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 누전차단기는 영상변류기(58)에서 고주파 신호가 유도되더라도 집적 회로(53)의 입력 신호 연결단(1번 핀 및 2번 핀)에서 각각 제1 및 제2 고주파 제거 소자(비드, 코일, EMI 필터 등)와 콘덴서가 LC 공조 회로를 구성하여 고주파를 제거시킴으로써 실리콘제어정류기(53)가 고주파 신호에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1a, 1b : 전원선로 2 : 트립스위치
3 : 트립코일 4 : 정류기
5 : 영상변류기(ZCT) 6 : 검출증폭기
7 : 래치회로 8 : 정전압 발생기
10, 13 : 금속산화배리스터(MOV) 11, 41 : 트립코일
12, 28, 37 : 다이오드(D) 14, 26, 29, 30 : 저항(R)
15 : 실리콘제어정류기(SCR) 16 : 전해 콘덴서(C)
17 : 제너 다이오드(ZD)
18, 22, 23, 24, 25, 27, 32, 39 : 콘덴서(C)
19, 20, 38 : 비드(BD) 21 : 집적 회로(IC)
31 : 영상 변류기(ZCT) 33, 34 : 코일
35, 36 : 3단자 콘덴서 40, 42 : 브릿지 다이오드
51, 52 : 콘덴서(C) 54, 55 : 비드(BD)

Claims (5)

  1. 전원선로의 전류 변동을 감지하여 영상전류를 검출하는 영상변류기(ZCT);
    상기 영상변류기를 통해 입력된 신호의 전압이 기준 전압보다 클 경우 트립 신호를 출력시키는 집적 회로(IC);
    상기 집적 회로에서 출력되는 상기 트립 신호가 게이트 단자에 인가됨으로써 턴온되는 실리콘제어정류기(SCR);
    상기 실리콘제어정류기가 턴온됨에 따라 여자되는 전류에 의해 트립스위치를 동작시킴으로써 상기 전원선로를 부하로부터 차단시키는 트립코일;
    상기 영상 변류기와 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단 사이에 직렬 연결되는 것으로, 비드(BEAD), 코일 및 3단자 콘덴서(EMI 필터) 중에서 선택된 어느 하나로 구성되는 제1 고주파 제거 소자; 및
    상기 제1 고주파 제거 소자와 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단 사이에서 분기하여 상기 집적 회로에 병렬 연결되는 제1 콘덴서;를 포함하며,
    상기 제1 고주파 제거 소자 및 상기 제1 콘덴서가 LC 공조 회로를 형성함으로써 상기 집적 회로의 제1 입력 신호 연결단으로 유입되는 고주파 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 회로는,
    상기 영상 변류기와 상기 집적 회로의 제2 입력 신호 연결단 사이에 직렬 연결되는 제2 고주파 제거 소자; 및
    상기 제2 고주파 제거 소자와 상기 집적 회로의 제2 입력 신호 연결단 사이에서 분기하여 상기 집적 회로에 병렬 연결되는 제2 콘덴서;를 더 포함하며,
    상기 제2 고주파 제거 소자 및 상기 제2 콘덴서가 LC 공조 회로를 형성함으로써 상기 집적 회로의 제2 입력 신호 연결단으로 유입되는 고주파 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 고주파 제거 소자는,
    비드(BEAD), 코일 및 3단자 콘덴서(EMI 필터) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회로는,
    상기 집적 회로의 입력 신호 연결단과 VCC 입력단의 사이에 연결되어 양방향으로 집적 회로 기준 전압의 바이어스를 유지시켜주는 다이오드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누전차단기의 고주파 오동작 방지 회로.

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