KR101036287B1 - 위상 감지 회로 및 다상 전원을 사용하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다상 전원의 위상 순서를 감지하는 위상 감지 회로 및 이 회로를 통하여 역상에 따른 고장을 방지하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 미리 정해진 위상차에 따라 적어도 두개의 입력단을 통해 전기적 신호를 입력받는 입력부; 입력부에 입력된 전기적 신호들을 감지하는 신호 감지부; 입력부와 신호 감지부를 전기적으로 분리시키는 전기적 분리부; 감지된 전기적 신호들 간에 위상차가 유지되고 있는지 여부를 판별하는 위상 상태 판별부; 및 감지된 전기적 신호들 간에 위상차가 유지되면, 전기적 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 감지 회로를 제공한다. 본 발명에 따르면, 입력 전원의 기준 전위가 서로 다르더라도 위상을 감지할 수가 있으며, 역상이 발생할 때마다 빠르게 전원을 차단시킬 수 있어 고장 발생을 미연에 방지하고, 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.

3상 전원, 위상 감지, isolation, 옵토 커플러

Description

위상 감지 회로 및 다상 전원을 사용하는 장치 {Circuit for detecting phase, and apparatus using for multi-phase}

본 발명은 위상 감지 회로 및 다상 전원을 사용하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다상 전원의 위상 순서를 감지하는 위상 감지 회로 및 이 회로를 통하여 역상에 따른 고장을 방지하는 장치에 관한 것이다.

대부분의 국가들은 전력으로 단상 전원이 아닌 다상 전원을 사용한다. 그 이유는 단상 전원에 비해 다상 전원의 맥동이 적고 전력의 공급이 용이하기 때문이다.

다상 전원 중에서 가장 보편적으로 사용되는 전원은 3상 전원이다. 3상 전원은 3개의 정현파 전압의 진폭과 주파수가 같고 위상만 서로 120도 차이가 난다.

냉난방 시스템으로 이용되는 시스템 에어컨이나 공기 조화기와 같이 3상 전원을 사용하는 장치의 경우, 전원으로부터 공급되는 전압에 역상이 발생하면 고장이 일어나며, 그 수명을 단축시키는 결과를 초래한다. 따라서, 위상 감지 회로는 반드시 구비되어야 한다.

그런데, 종래의 위상 감지 회로는 입력 전원과 감지 회로의 동일한 기준 전 위를 사용하여 위상 순서를 감지하기 때문에, 입력 전원과 감지 회로가 서로 다른 전위를 가질 경우 정상적으로 작동하지 않는다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 입력 전원과 감지 회로를 서로 전기적으로 분리(isolation)시키는 위상 감지 회로 및 다상 전원을 사용하는 장치를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 미리 정해진 위상차에 따라 적어도 두개의 입력단을 통해 전기적 신호를 입력받는 입력부; 상기 입력부에 입력된 전기적 신호들을 감지하는 신호 감지부; 상기 입력부와 상기 신호 감지부를 전기적으로 분리시키는 전기적 분리부; 상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되고 있는지 여부를 판별하는 위상 상태 판별부; 및 상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되면, 상기 전기적 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 감지 회로를 제공한다.

바람직하게는, 상기 전기적 분리부는 상기 입력부로부터 수신한 전기적 신호를 빛 신호로 변환하며 상기 변환된 빛 신호를 전기적 신호로 변환시켜 상기 신호 감지부로 전송하는 제1 아이솔레이터, 또는 미리 정해진 거리만큼 떨어져 위치하는 제1 코일과 제2 코일을 구비하며 상기 입력부로부터 수신한 전기적 신호를 상기 제1 코일을 통해 상기 신호 감지부와 연결되는 상기 제2 코일로 전송하는 제2 아이솔레이터를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 전기적 분리부는 상기 입력부로부터 수신한 전기적 신호가 미리 정해진 전압보다 큰 경우 상기 전기적 신호를 접지로 바이패스시키는 회로 보호부를 더욱 포함한다.

바람직하게는, 상기 위상 감지 회로는 상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되지 못하면, 전원에 이상이 발생한 사실을 외부로 통지하는 이상 상황 통지부를 더 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 위상 감지 회로는 상기 통지된 사실을 수신하면 상기 전기적 분리부를 제어하여 상기 입력부로부터 상기 신호 감지부로 전송되는 전기적 신호를 차단시키는 전원 차단부를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 입력부는 3개의 입력단을 구비하며, 중성선에 접속하는 입력단을 더욱 구비한다.

또한, 본 발명은 미리 정해진 위상차에 따라 적어도 두개의 입력단을 통해 전기적 신호를 입력받는 입력부, 상기 입력부에 입력된 전기적 신호들을 감지하는 신호 감지부, 상기 입력부와 상기 신호 감지부를 전기적으로 분리시키는 전기적 분리부, 상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되고 있는지 여부를 판별하는 위상 상태 판별부, 및 상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되면, 상기 전기적 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 위상 감지 회로를 포함하며, 모터로 구동하는 것을 특징으로 하는 다상 전원을 사용하는 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 입력 전원과 감지 회로를 전기적으로 분리시킴으로써 기준 전위가 서로 다르더라도 위상을 감지할 수가 있다. 또한, 상기에 따라 역상이 발생할 때마다 빠르게 전원을 차단시킬 수 있어 고장 발생을 미연에 방지하고, 다상 전원을 사용하는 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위상 감지 회로를 개략적으로 도시한 블록도이다. 본 실시예에 따른 위상 감지 회로(100)는 입력부(110), 전기적 분리부(120), 신호 감지부(130), 위상 상태 판별부(140), 이상 상황 통지부(150), 전원 차단부(160) 및 출력부(170)를 포함한다.

입력부(110)는 3상 교류전원의 이상 여부를 감지할 수 있도록 3상 4선식으로 구성된다. 입력부(110)가 3상 4선식인 이유는 중성선(N)을 포함하기 때문이다.

전기적 분리부(120)는 입력부(110)와 신호 감지부(130)를 전기적으로 분리시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 입력부(110)는 입력 전원으로부터 신호를 입력받는다. 그리고, 신호 감지부(130)는 입력된 신호의 위상을 감지한다. 따라서, 전기적 분리부(120)는 입력부(110)와 신호 감지부(130)를 전기적으로 분리시킴으로써 기준 전위가 동일한지 여부에 관계없이 위상 감지 회로(100)가 위상 감지 기능 을 수행할 수 있게 한다.

전원 및 접지 등의 문제로 전기 충격이 시스템으로 전달될 경우 전체 시스템이 고장날 수 있으며, 이 경우 하나의 통신 포트 때문에 전체 시스템이 멈추게 되는 현상이 발생할 수 있다. 전기적 분리부(120)는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 유사시 내부 시스템을 보호할 수 있으며, 신호 왜곡이나 통신선로 임피던스 매칭시 장애가 발생하더라도 해결 가능하다.

전기적 분리부(120)는 아이솔레이터(isolator)로 구현될 수 있다. 아이솔레이터는 입력과 출력 사이에 적절한 완충 장치로써 삽입되며, 입력단(input)과 출력단(output)을 전기적으로 분리 차단시키는 기능을 한다. 이러한 아이솔레이터는 작은 양의 써지, 노이즈, 접지 문제, 전원 문제 등으로 인한 여러가지 충돌 사항을 해결하는 데에 사용된다.

아이솔레이션(isolation)은 통신을 위해 통신 신호를 전달하는 신호부(signal part) 또는 선로를 통해 전원 신호를 전달하는 전원부(power part)에 필요하다. 본 실시예에서는 이 점을 고려하여 전기적 분리부(120)를 옵티컬 아이솔레이터(optical isolator) 특히 옵토 커플러(opto coupler)로써 구현한다. 옵토 커플러는 전기적 신호를 빛 신호로 변환하여 전달하고 다시 빛 신호를 전기 신호로 재생시키는 부품이다. 따라서, 전기적 분리부(120)를 옵토 커플러로써 구현한다면 통신 선로와 통신 장치 간에 전기적인 분리를 실현할 수 있다. 도 2는 본 실시예에 따른 위상 감지 회로의 일실시 예시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 전기적 분리부(120)는 옵토 커플러로써 입력부(110)와 신호 감지부(130) 사이에 구비될 수 있 다.

한편, 전기적 분리부(120)를 전원부에 해당하는 트랜스포머 아이솔레이터(transformer isolator)로써 구현하는 것도 가능하다. 이 경우 트랜스포머 아이솔레이터는 코일을 포함하는 구성을 가질 수 있다.

한편, 신호의 왜곡, 전원 충돌, 임피던스 등의 문제일 경우에는 아이솔레이터가 장애 해결에 바람직하다. 그런데, 장비의 회로가 자주 파손되는 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 전기적 분리부(120)가 써지 프로텍터를 더 포함하는 것이 바람직하다. 써지 프로텍터(surge protector)는 장비 주변에 야기되는 임펄스, 노이즈, 써지 등 장비가 견딜 수 없는 신호가 통신 선로를 통해 들어오게 되는 경우 이를 접지로 바이패스(bypass)시켜 등전위를 유지시켜서 전기적 충격으로부터 장비의 파손을 방지한다.

신호 감지부(130)는 입력부(110)로부터 인가된 교류전원을 각 상 별로 감지하는 기능을 수행한다. 신호 감지부(130)는 적어도 하나의 저항, 다이오드, 커패시터, 게이트 회로(gate circuit) 등을 포함한다. 바람직하게는, 신호 감지부(130)는 적어도 하나의 포토 커플러(photo-coupler)를 더욱 포함한다. 신호 감지부(130)가 포토 커플러를 더욱 포함한다면 역상 외 결상도 감지할 수가 있다. 포토 커플러는 발광 다이오드와 포토 트랜지스터로 구성되며, 발광 다이오드에 전류가 흐르면 발광 다이오드로부터 빛이 발생되어 포토 트랜지스터가 발광 다이오드의 발광 신호에 따라 동작한다. 포토 커플러는 예컨대 TLP421를 사용할 수 있다.

위상 상태 판별부(140)는 감지된 신호의 위상 상태를 판별하는 기능을 수행 한다. 이러한 위상 상태 판별부(140)는 마이컴을 포함하여 구현될 수 있다. 이하 도 3을 참조하여 위상 상태 판별부(140)의 기능 수행에 대해서 설명한다.

(a)는 각 상의 전압 파형을 나타내고, (b) ~ (d)는 위상 상태 판별부(140)로 입력되는 각 상의 신호를 나타낸다. (a)에서 각 상의 전압은 진폭과 주파수가 동일한 정현파이며, 서로 같은 위상차(즉, 120도)가 있음을 알 수 있다. 이하에서는 편의상 3상을 각각 A상, B상, C상으로 구분한다.

(b)에 도시된 바와 같이 A상 입력으로는 A상 전압의 감시 결과가 입력되는데, 플러스 성분의 A상 전압이 인가되면 A상 입력으로 로우 레벨의 신호가 입력되고, 마이너스 성분의 A상 전압이 인가되면 A상 입력으로 하이 레벨의 신호가 입력된다. 한편, (c)와 (d)는 각각 B상 전압 및 C상 전압의 감시 결과이며, (b)의 경우와 마찬가지로 인가되는 B상 전압, C상 전압이 플러스 성분인지 또는 마이너스 성분인지에 따라 위상 상태 판별부(140)로 입력되는 신호의 레벨이 달라진다.

(a) ~ (d)에 도시된 파형은 3상 전원이 정상적으로 인가되었을 때의 파형이다. 만약 3상 전원 중에 하나 이상의 상이 미결선되면 미결선된 상의 파형은 (b) ~ (d)처럼 하이 레벨과 로우 레벨로 변하지 않고 하이 레벨을 유지하게 된다. 또한, 3상 전원 중에 하나 이상의 상이 중성선인 N상과 오결선되면 (b) ~ (d)에 도시된 것과 동일한 형태의 파형이 위상 상태 판별부(140)로 입력되지 않는다. 이는 3상 전원에 기타 다른 오류가 있을 때에도 마찬가지다.

따라서, 위상 상태 판별부(140)는 입력되는 신호와 정상일 때의 신호를 서로 비교함으로써 3상 전원에 이상이 있는지를 확인할 수 있다.

이상 상황 통지부(150)는 위상 상태 판별부(140)가 3상 전원에 이상이 있는 것으로 판별하면 이 사실을 전원 차단부(160)에 통지하는 기능을 수행한다.

전원 차단부(160)는 이상 상황 통지부(150)로부터 이상 발생 사실을 수신하면 전기적 분리부(120)를 제어하여 전원이 차단되도록 한다.

출력부(170)는 위상 상태 판별부(140)가 3상 전원에 이상이 없는 것으로 판별하면 전원 신호를 출력시키는 기능을 수행한다.

위상 감지 회로(100)는 3상 전원을 사용하는 장치에서 위상의 순서가 바뀔 경우 고장을 일으킬 수 있는 장치에 적용될 수 있다. 본 실시예에 따른 위상 감지 회로(100)는 3상 전원의 위상 순서를 감지하여 역상(위상 순서가 바뀜) 입력시 장치 내부로 공급되는 전원을 차단하여 장치를 보호하기 위한 회로로써 입력 전원과 감지 회로가 서로 전기적으로 분리된 경우에 적용 가능하다.

위상 감지 회로(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 3상 전원을 반파 정류하고 저항과 제너다이오드로 전압을 낮춘 후에 로직 회로로 상태 신호를 공급한다. 이때, 위상 감지 회로(100)는 옵토 커플러와 같은 전기적 분리부(120)를 사용하여 입력 전원과 감지 회로를 서로 분리시킴으로써 기준 전위가 서로 다르더라도 위상을 감지할 수가 있다. 이때의 전기적 분리부(120)는 1차측에서 3상 전원을 감지하여 2차측으로 신호를 전달한다.

한편, 본 실시예에서 위상 감지 회로(100)를 사용하는 장치는 모터로 구동하는 동력 장치로 정의할 수 있다. 모터로 구동하는 동력 장치는 예컨대, 에어컨, 공기 조화기, 송풍기 등이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 3상 전원의 이상 여부를 판별하는 위상 감지 회로와 이 회로를 통하여 유사시 전원을 차단시키는 다상 전원을 사용하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 입력 전원과 감지 회로를 전기적으로 분리시킴으로써 기준 전위가 서로 다르더라도 언제나 위상을 감지할 수가 있다. 이러한 효과는 장치의 고장 발생을 방지시킬 수 있으며, 수명도 연장시킬 수가 있다.

본 발명에 따른 위상 감지 회로는 에어컨, 공기 조화기, 송풍기 등과 같이 모터로 구동하는 동력 장치에 적용될 수 있다. 소비자의 경우 이러한 장치를 한번 구입하면 오랫동안 사용하고자 하므로, 본 발명은 이러한 소비자의 욕구를 충족시켜 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위상 감지 회로를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2는 본 실시예에 따른 위상 감지 회로의 일실시 예시도이다.

도 3은 본 실시예에 따라 3상 전원의 위상 상태를 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 위상 감지 회로 110 : 입력부

120 : 전기적 분리부 130 : 신호 감지부

140 : 위상 상태 판별부 150 : 이상 상황 통지부

160 : 전원 차단부 170 : 출력부

Claims (7)

1. 미리 정해진 위상차에 따라 적어도 두개의 입력단을 통해 전기적 신호를 입력받는 입력부;

   상기 입력부에 입력된 전기적 신호들을 감지하는 신호 감지부;

   상기 입력부와 상기 신호 감지부를 전기적으로 분리시키는 전기적 분리부;

   상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되고 있는지 여부를 판별하는 위상 상태 판별부; 및

   상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되면, 상기 전기적 신호를 출력하는 출력부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 감지 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기적 분리부는 상기 입력부로부터 수신한 전기적 신호를 빛 신호로 변환하며 상기 변환된 빛 신호를 전기적 신호로 변환시켜 상기 신호 감지부로 전송하는 제1 아이솔레이터, 또는 미리 정해진 거리만큼 떨어져 위치하는 제1 코일과 제2 코일을 구비하며 상기 입력부로부터 수신한 전기적 신호를 상기 제1 코일을 통해 상기 신호 감지부와 연결되는 상기 제2 코일로 전송하는 제2 아이솔레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 감지 회로.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전기적 분리부는 상기 입력부로부터 수신한 전기적 신호가 미리 정해진 전압보다 큰 경우 상기 전기적 신호를 접지로 바이패스시키는 회로 보호부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 감지 회로.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되지 못하면, 전원에 이상이 발생한 사실을 외부로 통지하는 이상 상황 통지부

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 감지 회로.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 통지된 사실을 수신하면 상기 전기적 분리부를 제어하여 상기 입력부로부터 상기 신호 감지부로 전송되는 전기적 신호를 차단시키는 전원 차단부

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 감지 회로.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 입력부는 3개의 입력단을 구비하며, 중성선에 접속하는 입력단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 감지 회로.
7. 미리 정해진 위상차에 따라 적어도 두개의 입력단을 통해 전기적 신호를 입 력받는 입력부, 상기 입력부에 입력된 전기적 신호들을 감지하는 신호 감지부, 상기 입력부와 상기 신호 감지부를 전기적으로 분리시키는 전기적 분리부, 상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되고 있는지 여부를 판별하는 위상 상태 판별부, 및 상기 감지된 전기적 신호들 간에 상기 위상차가 유지되면, 상기 전기적 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 위상 감지 회로

   를 포함하며,

   모터로 구동하는 것을 특징으로 하는 다상 전원을 사용하는 장치.

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