KR101038341B1

KR101038341B1 - 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기

Info

Publication number: KR101038341B1
Application number: KR1020110019382A
Authority: KR
Inventors: 최원호; 이하한
Original assignee: 주식회사 아이티파워; 주식회사 범한
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2011-06-01

Abstract

본 발명은 노이즈 차단 변압기에 관한 것으로, 전원에서 부하로 유입되는 고주파 노이즈 및 부하에서 전원으로 유입되는 고주파 노이즈를 차단하는 변압기로서, 전원에서 기 설정된 노이즈 대역의 전압 또는 전류를 통과시키고 다른 대역의 전압 또는 전류를 차단하는 전원 차단부, 상기 전원 차단부를 통과한 전압 또는 전류를 상기 기 설정된 대역의 전압 또는 전류에 대해서 2차적으로 필터링하는 노이즈 대역 필터, 상기 노이즈 대역 필터에서 필터링된 전압 또는 전류를 증폭한 후 상기 전압 또는 전류를 검출하는 노이즈 검출부,상기 노이즈 검출부로부터 검출된 전압 또는 전류 신호를 받아 그 신호의 크기를 산출하고 상기 산출된 크기에 따라 노이즈 차단도를 출력하는 마이컴, 상기 마이컴으로부터 산출된 신호의 크기 값과 노이즈 차단도를 표시하는 노이즈 표시부를 더 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 노이즈 표시부를 구비하여 노이즈 차단 효과를 간단하면서도 쉽게 표현할 수 있으며, 임피던스 매칭부를 구비하여 전원 임피던스와 입출력 임피던스를 자동으로 정합함으로써 노이즈 차단 변압기를 보다 안정적으로 구동할 수 있는 효과가 있다.

Description

노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기{A Noise Cut Transformer with Noise Display Unit and Impedance Matching Unit}

본 발명은 노이즈 차단 변압기에 관한 것으로, 더 자세하게는 노이즈 표시 및 노이즈 차단 상태를 표시할 수 있고, 그에 따라 임피던스를 자동적으로 정합할 수 있는 노이즈 차단 변압기에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b은 전원(입력)에서 부하(출력)로 유입되는 고주파 노이즈 및 부하(출력)에서 발생하여 전원 측(입력)으로 유입되는 고주파 노이즈를 차단하는 단상 및 삼상 노이즈 차단 변압기(Noise cut transformer, NCT)를 도시한 도면이다. 상기 도 1에 도시한 노이즈 차단 변압기의 차단주파수 대역은 약 10kHz 이상에서 10MHz 이하로서 이러한 대역에서 평균 -80dB의 감쇄율을 보인다.

이러한 감쇄율은 전기적 노이즈의 차단효과 정도를 의미하며, 이는 Network Analyzer와 같은 고가의 정밀 측정 장비를 이용하여 입출력 간 주파수에 따른 신호전달 비율(감쇄율의 역수)을 측정하고, 측정된 데이터를 수치로 표현하거나 이를 이용하여 그래프로 표시하는 방법이 사용되었다.

그러나, Network Analyzer로 측정한 감쇄율은 측정기준 조건(예컨데, 입,출력 임피던스 50옴)에서의 감쇄율이며 실제로 노이즈 차단 변압기를 사용하면 입,출력에 연결되는 전원 혹은 부하의 임피던스 환경과 상황에 따라 전달비가 달라지기 때문에 노이즈 차단 효과가 반감되거나 혹은 오히려 증가되는 현상이 발생한다.

따라서 설치환경에서의 노이즈 차단 변압기의 전기적 노이즈 차단효과를 확인할 수 있는 방법은 직접 오실로스코프와 같은 계측장비로 입력의 노이즈과 출력의 노이즈를 측정하거나 노이즈 차단기 설치 후 노이즈의 의해 벌어진 가시적이며 직관적인 이상 현상을 관찰하는 방법이 가능하였다.

한편, 기존의 노이즈측정기는 보통 음향노이즈용으로 측정 가능 대역은 음향 대역인 3~20kHz로 한정되어 노이즈 차단 변압기의 기 설정된대역인 10kHz~10MHz와 많은 차이가 있어 실제 제품 적용이 어려운 문제가 있었다. 또한, 라디오 주파수 대역이 70MHz~150MHz 대역으로 매우 높기 때문에 노이즈 차단 변압기의 차단주파수와 차이가 있어 제품 적용상 문제점이 있었다.

따라서, 기존의 노이즈 차단 변압기를 실제 제품에 적용하여도 효과적으로 노이즈를 차단할 수 없었고 상기 노이즈 차단 변압기를 실제 제품에 설치 후에 유지보수가 어려운 문제점이 있었다. 또한, 노이즈 차단 변압기가 정상 작동하는지 여부를 점검하는 데도 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 노이즈 차단 변압기의 노이즈 차단 효과를 시각화 할 수 있을 뿐만 아니라, 노이즈 차단 변압기의 입출력 임피던스를 매칭할 수 있는 노이즈 차단 변압기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기는, 전원에서 부하로 유입되는 고주파 노이즈 및 부하에서 전원으로 유입되는 고주파 노이즈를 차단하는 변압기로서, 전원에서 기 설정된 노이즈 대역의 전압 또는 전류를 통과시키고 다른 대역의 전압 또는 전류를 차단하는 전원 차단부, 상기 전원 차단부를 통과한 전압 또는 전류를 상기 기 설정된 대역의 전압 또는 전류에 대해서 2차적으로 필터링하는 노이즈 대역 필터, 상기 노이즈 대역 필터에서 필터링된 전압 또는 전류를 증폭한 후 상기 전압 또는 전류를 검출하는 노이즈 검출부,상기 노이즈 검출부로부터 검출된 전압 또는 전류 신호를 받아 그 신호의 크기를 산출하고 상기 산출된 크기에 따라 노이즈 차단도를 출력하는 마이컴, 상기 마이컴으로부터 산출된 신호의 크기 값과 노이즈 차단도를 표시하는 노이즈 표시부를 더 포함하여 구성된다.

또한, 상기 노이즈 대역 필터는 10kHz에서 10MHz의 대역의 노이즈만을 통과시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노이즈 검출부는, 증폭된 노이즈 전압 또는 노이즈 전류 크기의 최대값을 검출하여 직류화 시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노이즈 표시부는, 색변화에 의하여 노이즈 크기 및 노이즈 차단도를 표시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노이즈 표시부는, 색변화를 복수의 LED로 표시하되, 상기 노이즈 크기 또는 상기 노이즈 차단도에 따라 상기 복수의 LED(Light emitted diode) 각각에 흐르는 전류를 제어하여 색변화를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또 다른 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기는, 전원에서 부하로 유입되는 고주파 노이즈 및 부하에서 전원으로 유입되는 고주파 노이즈를 차단하는 변압기로서, 전원에서 기 설정된 노이즈 대역의 전압 또는 전류를 통과시키고 다른 대역의 전압 또는 전류를 차단하는 전원 차단부, 상기 전원 차단부를 통과한 전압 또는 전류를 상기 기 설정된 대역의 전압 또는 전류에 대해서 2차적으로 필터링하는 노이즈 대역 필터, 상기 노이즈 대역 필터에서 필터링된 전압 또는 전류를 증폭한 후 상기 전압 또는 전류를 검출하는 노이즈 검출부, 상기 노이즈 검출부로부터 검출된 전압 또는 전류 신호를 받아 그 신호의 크기를 산출하고 상기 산출된 크기에 따라 노이즈 차단도를 출력하는 마이컴,상기 마이컴으로부터 산출된 전압의 크기, 전류의 크기 및 노이즈 차단도에 따라 전원의 임피던스와 상기 변압기의 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부를 더 포함하여 구성된다.

또한, 상기 임피던스 매칭부는, 주파수 대역을 선택받아 전압, 전류 또는 전력 중 하나 이상 노이즈를 차단할 항목을 선택받는 제1단계, 상기 임피던스 매칭부에서 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 매칭하는 제2단계, 상기 제1단계에서 선택된 노이즈를 차단할 항목에 대하여, 상기 제2단계에 따라 임피던스가 매칭된 상태에서의 입력 노이즈 값과 출력 노이즈 값을 저장하고, 이에 대하여 차단 비율을 산출한 후, 이 값을 저장하는 제3단계, 상기 제2단계 및 제 3단계를 일정횟수 반복한 후 상기 제3단계에서 저장된 차단 비율 값들 중 가장 큰 값을 산출하는 제4단계, 상기 제4단계에서 산출된 차단 비율에 따라 상기 임피던스 매칭부가 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 매칭하는 제5단계로 임피던스 매칭을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 임피던스 매칭부는, 복수의 캐패시터 또는 복수의 인덕터가 병렬연결되고, 상기 복수의 캐패시터 또는 상기 복수의 인덕터 각각에 스위치가 직렬로 연결되되, 상기 스위치가 상기 전원 전압의 크기가 0이 되는 시간에 스위칭 되도록 상기 마이컴이 상기 전원 전압의 크기가 0이 되는 시간보다 일정시간 전에 상기 임피던스 매칭부에 개폐신호를 보내는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기에 따르면 노이즈 표시부를 구비하여 노이즈 차단 효과를 간단하면서도 쉽게 표현할 수 있으며, 임피던스 매칭부를 구비하여 전원 임피던스와 입출력 임피던스를 자동으로 정합함으로써 노이즈 차단 변압기를 보다 안정적으로 구동할 수 있는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 단상 및 3상 노이즈 차단 변압기의 구조도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기의 구조도를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 노이즈 전압을 통과시키기 위한 전원차단부의 회로도의 일 실시예 및 그에 따른 출력 전압을 도시한 도면이다.
도 4는 노이즈 전류를 통과시키기 위한 전원차단부의 회로도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 노이즈 대역 필터 중 전원차단부를 통과한 전압 또는 전류를 증폭하는 회로의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명에 따른 노이즈 대역 필터 중 일 실시예를 도시한 도면이며, 도 6b는 도 6a 회로의 주파수 특성을 도시한 도면이다.
도 7은 노이즈 대역 필터의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 노이즈 검출부의 증폭회로를 도시한 도면이다.
도 9a는 노이즈 검출부의 교류-직류 변환회로를 도시한 도면이고, 도 9b는 도 9a회로의 파형 변화를 도시한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 노이즈 표시부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 노이즈 표시부의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 노이즈 표시부(500)로의 신호전달 흐름을 도시한 도면이다.
도 13은 상기 도 10a 및 도 10b에 따른 노이즈 표시부(500)의 LED 색 변화 회로를 도시한 도면이다.
도 14는 상기 도 11a 및 도 11b에 따른 노이즈 표시부(500)에 동작도를 도시한 도면이다.
도 15는 마이컴에서의 노이즈 차단 성능 판단의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 16은 임피던스 매칭부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 17은 임피던스 매칭부의 임피던스 매칭방법을 도시한 순서도이다.
도 18은 영전압 감지부의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도 19는 영전압 감지부의 출력 파형을 도시한 도면이다.
도 20은 릴레이 구동부의 일 실시예를 도시한 도면이다.

이하에서는 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기에 대한 일 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기(10)의 구조도를 도시한 도면이다. 상기 도면에 따르면, 본 발명에 따른 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기(10)는 노이즈 차단 변압기(100), 전원 차단부(200), 노이즈 대역 필터(300), 노이즈 검출부(400), 노이즈 표시부(500), 사용자 입력부(600), 마이컴(700), 릴레이 구동부(800) 및 임피던스 매칭부(900)를 포함하여 구성된다.

노이즈 차단 변압기(100)는 전원(입력)에서 부하(출력)로 유입되는 고주파 노이즈 및 부하(출력)에서 발생하여 전원 측(입력)으로 유입되는 고주파 노이즈를 차단하는 변압기로서, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 단상 또는 3상 변압기일 수 있다.

전원 차단부(200)는 전원에서 기 설정된 노이즈 대역의 전압 또는 전류를 통과시키고 나머지 대역의 전압 또는 전류는 차단한다. 기 설정된 노이즈 대역은 후술할 사용자 입력부(600)를 통하여 사용자로부터 입력받은 값이거나 반복된 실험에 의하여 설정된 값일 수 있다.

상기에서 설명한 나머지 대역의 전압 또는 전류는 주로 전원 전압 및 전원 전류를 의미한다. 전원 전압은 단상인 경우 220V, 3상인 경우 380V의 전압일 수 있으며, 국내의 경우 60Hz의 주파수를 갖는다. 상기 전원 전압 및 전원 전류는 노이즈 검출부에 전달되지 않아야 한다. 이를 위하여 도 3a에 도시한 회로를 사용하였다. 도 3a에는 전원 전압을 제거하기 위한 회로도를 도시하였다.

도 3a에 도시한 바와 같이 60Hz에서 C1 및 C2의 임피던스의 합은 R1, C3 및 L1의 임피던스의 합보다 매우 커서 전원 전압 및 전원 전류 대부분이 C1과 C2에 인가되며, 이로 인하여 변압기 T1의 1차측에는 매우 작은 전원전압의 일부만이 인가된다. 상기와 같은 조건을 충족시키기 위하여 C1 및 C2는 등가 직렬 저항이 매우 낮아야 한다. 이를 위하여 C1 및 C2 모두 병렬 연결된 복수의 캐패시터로 채택할 수 있다.

변압기 T1은 내부에 누설 인덕턴스와 철손을 포함하고 있는데 이 인덕턴스는 회로에서 직렬 연결된 성분이므로 매우 작은 값을 가져야 한다. 여기서 철손이란 시간적으로 변화하는 자기화력 때문에 열이 발생하여 생기는 철심의 전력 손실을 의미하는 것으로 이력 손실과 맴돌이 전류 손실로 구성된다.

상기 변압기 T1은 1차 측에서 2차 측으로 노이즈 전압/전류를 전달해야 하므로 1,2차측간 고주파수 결합율이 높은 것이 바람직하다. 또한, 철손을 줄이기 위하여 열팽창 계수가 높고 주파수 특성이 우수한 코어를 사용하는 것이 바람직하며, 턴수비를 낮추면서도 1,2차측 간 결합율을 높이기 변압기의 1차측 코일과 2차측 코일을 매우 근접시키고 층으로 구분하는 것이 바람직하다. 구체적으로 1차측 코일과 2차측 코일의 간극은 1mm 내외인 것이 바람직하다.

T1의 2차측에 사용된 저항 R1과 교류저항 Z1은 전원에 ON/OFF 서지 전압과 같은 빈번하게 발생하는 이상 전압을 차단한다. 교류저항 Z1은 AC전압의 폭이 10V를 넘어서지 않도록 하는 반도체로서 양방향 서지 어레스트 소자인 것이 바람직하다. 저항 R1은 교류저항 Z1의 용량을 고려하여 선정하는 것이 바람직하다. C3와 L1은 C1과 C2에 의하여 제거된 전원전압을 다시 한번 필터링한다.

상기와 같이 구성된 회로에 대하여 주파수 특성을 나타내면 도 3b에 도시한 바와 같다. 도 3b에 도시한 바와 같이 전원 차단부(200)을 거친 출력 전압은 60Hz에서 감쇄비가 커지는 것을 알 수 있었다.

도 4의 회로는 노이즈 전류를 제거하기 위한 회로도를 도시하였다. 입력 측에 변류기가 구비되어 전류가 전압으로 변환되는 점을 제외하는 도 3a에 도시한 회로와 그 구조가 동일하다. 도 4에 도시된 변류기는 예시적으로 10:1의 변환비율을 가질 수 있다. 변류기의 비율과 측정 범위는 노이즈 차단 변압기(100)의 용량에 따라 다르게 선정될 수 있다.

상기 도 3a 또는 도 4에 도시한 전원 차단부(200)에서 출력되는 신호는 전원주파수를 제외한 나머지 성분들로서 크게 고조파 신호와 노이즈 신호가 있다. 고조파 신호는 보통 전원 주파수의 2~20배 까지에 해당하는 주파수를 가지는 신호로서 약 1.2kHz 이하의 신호들로 구성된다. 다시 말하면 이들 중 전원주파수인 60Hz와 배수를 이루는 주파수성분 즉, 120Hz 180Hz ... 로 이어지는 주파수 군만이 고조파 신호에 해당하고 그 이외의 신호는 물론 노이즈신호이나 노이즈 차단 변압기(100)의 차단영역이 아니기 때문에 고려하지 않는다. 즉, 10kHz이하의 고조파 신호는 노이즈 검출 결과 출력에 영향을 주지 않고, 10kHz이상의 고조파는 일반적으로 거의 나타나지 않기 때문에 10kHz이상 1Mhz 대역의 고조파 신호와 노이즈 신호가 전원 차단부(200)를 통과한다. 다시 말하면, 노이즈 대역 필터(300)는 10kHz에서 1MHz의 대역의 노이즈만을 통과시키고 이외의 노이즈는 차단시키는 기능을 가져야 한다.

노이즈 대역 필터(300)는 상기 전원 차단부(200)를 통과한 전압 또는 전류를 증폭하고 상기 기 설정된 노이즈 대역의 전압 또는 전류만 통과하도록 2차적으로 필터링한다.

도 5는 상기 전원 차단부(200)를 통과한 전압 또는 전류를 증폭하는 회로의 일 실시예를 도시한 도면이다. 전원차단부(200)에서 출력되는 노이즈신호는 매우 작은 크기이며 임피던스에 민감하기 때문에 입력임피던스가 매우 커야하고, 직류 임피던스 성분을 제거되어야 한다. 게다가 입력되는 노이즈만을 검출하여 신호처리에 충분한 전력을 가지는 신호로 변환이 필요하다. 도 5의 회로는 매우 높은 입력 임피던스를 가지고 있으며 낮은 오프셋(offset) 전압을 가지며, 전원에 포함된 노이즈를 효율적으로 제거할 수 있다. 이를 위하여 도 5에 도시된 회로를 상기 전원차단부(200)에 도시한 회로의 출력에 연결하여 노이즈신호를 신호처리에 적합한 크기로 약 10배 증폭하여 출력한다.

노이즈 대역 필터(300)는 상기 증폭 기능 이외에 일정 대역의 노이즈만 통과시키고 이외의 신호는 차단 시켜야 한다. 상기 일정 대역은 10kHz에서 10MHz인 것이 바람직하다. 이를 위한 일 실시예로 도 6a에 도시한 회로가 채택될 수 있다. 도 6a에 도시한 회로는 OPAMP를 이용한 공지의 Buttorworth 4차 대역통과 필터로서 도 6b에 도시한 그래프와 같은 주파수 특성을 가진다. 이때, 도 7에 도시한 바와 같이 필요에 따라서 도 6a의 회로를 복수개 구비하되 상기 복수 회로 각각의 R, C 값을 달리하여 복수의 통과대역을 갖는 다수의 필터를 병렬연결하여 구성할 수도 있다.

노이즈 검출부(400)는 상기 노이즈 대역 필터(300)를 통하여 필터링된 노이즈 전압 및 노이즈 전류를 증폭한 후 이를 검출한다. 상기 전압 또는 전류를 증폭함으로써 매우 작은 크기를 갖는 노이즈에 대해서도 크기 값을 용이하게 검출할 수 있다.

노이즈 검출부(400)에서 노이즈의 크기를 측정하기 전에 일단 필터링에 의하여 기 설정된대역으로 필터링 되어진 신호를 크기를 측정하기 쉽도록 한번 더 증폭이 필요하다. 바람직한 실시예로 증폭된 신호는 그 크기를 약 5V 정도로 맞춘다. 증폭회로는 공지의 OPAMP 증폭기를 이용한 도 8의 회로를 사용한다. 도 8에 도시한 회로의 출력(A부분)은 교류인 노이즈이다.

도 8에 도시한 회로의 A부분에서 출력된 신호는 도 9a에 도시한 회로의 A부분에 입력되어 그 크기를 측정한다. 출력된 신호의 크기를 측정하기 위하여 사용한 방법은 A 부분에서 출력된 교류 신호 크기의 최대 값을 검출하여 직류화 시키는 방법이다. 이를 위하여 사용된 교류-직류 변환회로는 도 9a와 같고 이에 따른 파형 변화는 도 9b와 같다. 도 9a의 회로는 교류 형태의 노이즈{도 9b의 (a)}를 반파정류하고{도 9b의 (b)} 그때의 피크 전압을 커패시터에 충전함으로서 피크전압에 해당하는 직류 신호를 출력한다{도 9b의 (c)}.

노이즈 표시부(500)는 상기 노이즈 검출부(400)를 통하여 증폭된 전압 또는 전류에 따라 노이즈 발생여부를 표시할 수 있다.

노이즈 표시부(500)는 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이 노이즈의 발생 여부 및 노이즈 크기를 LED로 표현할 수 있다. 예컨데, 노이즈가 존재하지 않는 경우 LED가 녹색으로 발광되다 노이즈가 점점 커지면 주황색으로 발광되고 더 커지면 빨간색으로 발광되는 것이다. 이러한 색변화에 대한 임계값은 후술할 사용자 입력부(600)를 통하여 입력되거나 반복적인 실험값에 의하여 미리 설정된 값일 수 있다. 또 다른 실시예로 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이 주파수 대역별로 노이즈의 크기를 표시하는 실시예가 있을 수 있다. 이러한 실시예에서는 주파수 대역별로 노이즈 크기 값이 실시간으로 저장되고 표시되어야 하므로 상기 노이즈 검출부(400)에서 증폭된 전압 또는 전류 값은 마이컴(700)에서 주파수 대역마다 노이즈 값 및 노이즈 차단성능 값을 계산 후 상기 주파수 대역마다 노이즈 표시부(500)를 통하여 상기 노이즈 값 및 노이즈 차단성능 값을 출력할 수 있다.

도 12는 노이즈 표시부(500)로의 신호전달 흐름을 도시한 도면이다. 도 5에서 도시한 바와 같이 노이즈 표시부(500)는 전압형 노이즈만을 측정하여 그 크기를 표현할 수도 있으며, 노이즈전류를 포함시켜 그 크기를 표현할 수도 있다. 노이즈전류 크기를 포함하는 경우에는 노이즈 전력도 산출할 수 있다.

또한, 도 2에서 도시한 바와 같이 마이컴(700)에서 입력전압(전력)과 노이즈전압(전력)을 비교하여 차단도를 판단할 수 있다. 상기 마이컴(700)에서 계산된 노이즈 차단도는 노이즈 표시부(500)의 LED를 통하여 사용자가 식별할 수 있도록 LED의 색, 그래프 또는 숫자로 표시할 수 있다. 상기 노이즈 차단도의 기준 값은 도 2에 도시된 사용자 입력부(600)를 통하여 입력된 사용자 대역에서 입력된 값일 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 노이즈 표시부(500)를 채택하는 경우에는 복수의 대역에서 노이즈 차단도를 표시할 수 있다.

도 13은 상기 도 10a 및 도 10b에 따른 노이즈 표시부(500)의 LED 색 변화 회로를 도시한 도면이다.

전술한 노이즈 검출부에 포함된 도 9a의 회로의 출력은 직류 노이즈 전압의 크기이다. 상기 노이즈 전압의 크기에 따라 복수의 LED 각각의 전류의 크기를 조절하게 된다. 즉, 직류전류의 크기에 따라 적색 LED와 녹색 LED로 흐르는 전류의 크기를 조절하게 된다. 도 13에 이 회로를 나타내었다. 구체적으로, 도면에 도시한 바와 같이 R9과 R5의 저항비, R2와 R3의 저항비, R6과 R7의 저항비 및 다이오드 Z3의 제너전압과 다이오드 Z2의 제너전압 비로 적색 LED와 녹색 LED로 흐르는 전류의 크기를 조절한다.

노이즈가 없을 때는 녹색 LED에 전류가 흐르고 적색 LED는 꺼지면서 전체적으로 2색 LED는 녹색빛을 발광한다. 입력 노이즈 크기가 커지게 되면 노이즈 대역 필터(300)에서 출력되는 직류 전압이 높아지면서 적색 LED가 점점 밝아지며 녹색 LED가 어두워지며 2색 LED는 주황색 빛을 발광한다. 노이즈가 매우 커지면 녹색 LED는 꺼지고 적색 LED가 완전히 밝아지면서 전체적으로 적색 빛을 발광한다.

도 14는 상기 도 11a 및 도 11b에 따른 노이즈 표시부(500)에 동작도를 도시한 도면이다. 도면에 도시한 바와 같이 노이즈 표시부(500)는 노이즈 검출부(400)를 통과한 신호가 각 대역마다 대역 필터(500)를 거쳐 아날로그/디지탈(A/D)변환된다. 상기 변환된 신호는 노이즈 크기에 따라 8개의 LED의 온오프를 결정할 수 있다. 더 바람직하게는 8개의 LED 모두 노이즈 크기에 따라 밝기가 변하여 세부적인 노이즈의 크기를 표시할 수도 있다.

사용자 입력부(600)는 전술한 바와 같이 전원 차단부(200)의 노이즈 대역 값 및 노이즈 표시부(500)에 표시된 노이즈 차단도의 기준 값을 사용자로 부터 입력 받는 것이다. 사용자와의 통신은 공지의 유선 또는 무선 통신 수단이 이용될 수 있다.

마이컴(700)은 전술한 바와 같이 노이즈 표시부(500)에 표시될 노이즈 크기 및 노이즈 차단도를 산출한다.

또한, 마이컴(700)에서의 노이즈 차단도 산출은 노이즈 차단 변압기(100)의 입력측 노이즈의 크기와 출력 측 노이즈의 크기를 비교하여 그 차이를 판단하고 이를 저장하며 저장된 값 중 가장 큰 값을 찾아 산출한다.

도 15는 마이컴(700)에서의 노이즈 차단 성능 판단의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다. 노이즈 검출부(400)에서 출력되는 입출력 전압/전류 신호를 A/D(Analog-Digital)컨버터를 통하여 디지털 신호로 변환하고 마이컴(700)은 상기 변환된 신호에 대하여 그 크기에 대한 입출력 비율을 산출한다(도 15에서 x 부분). 입출력 비율은 도 15에 도시한 바와 같이 노이즈 전압 차단치, 노이즈 전류 차단치 및 노이즈 전력차단치의 3가지 출력을 가지며 노이즈 표시부(500)에 3가지 중 하나 이상에 대하여 차단성능이 표시될 수 있다.

차단 성능은 하기 수학식 1 내지 수학식 3에 의하여 산출된다. 하기 수학식 1 내지 수학식 3에서 산출된 결과는 입, 출력의 차단 비율로서 표시되며 단위는 dB이며, V, I, P는 각각 노이즈 전압, 노이즈 전류 및 노이즈 전력을 의미한다.

필요한 대역을 사용자가 선택하여 지정하면 노이즈 전압, 전류, 전력 차단도는 대역별로 구할 수 있으며 사용자가 지정한 대역과 지정한 표시(전압, 전류, 전력)에 따라 마이컴 내부 혹은 외부에 구비된 저장용 메모리(710)에 출력 값이 저장될 수 있다.

릴레이 구동부(800)은 상기 출력 값(대역별 노이즈 전압, 전류, 전력의 차단도) 및 상기 저장용 메모리(710)에 저장된 값에 따라 후술할 임피던스 매칭부(900)의 내부 스위치(s1, s2, s3, s4, s5)의 온/오프를 제어하여 임피던스를 매칭한다.

임피던스 매칭부(900)는 도 16과 같은 릴레이 스위치 혹은 자기 스위치와 커패시터 혹은 인덕터에 의한 조합회로로 구성되어 있다. 도 16의 s1 내지 s5의 스위치들은 전술한 바와 같이 마이컴(700)의 신호를 받은 릴레이 구동부(800)에 의하여 온/오프가 제어된다. 도 16에 도시한 임피던스 매칭부(900)는 5개의 스위치를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 당업자의 필요에 따라 스위치의 개수를 변경할 수 있음은 물론이다.

한편, 노이즈 차단 변압기(100)의 입력 임피던스 및 출력임피던스와 전원의 노이즈대역의 임피던스 간 매칭 정도는 노이즈 차단 변압기(100)의 노이즈 차단도에 의하여 알 수 있다. 따라서, 노이즈 차단 변압기(100)의 임피던스 매칭 기준을 단순히 노이즈 차단 변압기(100)의 노이즈 차단도에 의하여 판단 가능하다.

또한 노이즈에 의하여 전원의 임피던스가 변하면, 주변 전력망이 변동되거나 전체 전력의 10% 정도에 해당하는 전력이 손실되는 것이 일반적이다. 따라서, 노이즈에 의하여 임피던스가 변화된 전원이 노이즈 차단 변압기(100)에 인가되는 경우 정상 상태에 도달하는 시간을 약 1~2분 이내로 하여야 한다.

따라서 제어의 목적은 도 17과 같은 임피던스 매칭 방법을 통하여 주어진 상황에서 최대로 노이즈 차단 변압기(100)의 노이즈 차단 성능을 최대로 발휘할 수 있도록 스위치 s1 내지 s5의 온/오프 상태를 제어하면 된다.

구체적인 제어방법은 다음과 같다. 즉, 사용자로부터 관심주파수 대역을 선택 받고(S100), 사용자로부터 전압, 전류, 전력 중에서 하나 이상 노이즈를 차단할 항목을 선택 받는다(S200).

S100과 S200의 과정을 수행 후 스위치 s1 내지 s5의 상태를 나타내는 하기 표 1에 도시한 변수 N의 값을 0으로 초기화시키고 이에 따라 상기 스위치를 제어한다(S300). 여기서 N은 임피던스 변경을 위한 스위치 S1~S5의 온/오프 상태를 의미한다. 표 1에 나타난 스위치 S1~S5의 상태도는 설명의 편의를 위하여 일 실시예를 도시한 것이며, 사용자의 설정 또는 반복적 실험에 따라 그 상태 변경이 가능하다.

다음으로 상기 S200에서 선택된 항목의 입력 노이즈와 출력 노이즈를 저장하고(S400), 상기 수학식 1 내지 수학식 3에 의하여 차단비율을 계산후 계산된 차단비율을 저장용 메모리(710)내에 변수 dB(N)으로 저장한다(S500).

다음으로 일정횟수 S300 내지 S500의 과정을 반복한다(S600). 즉, S300 내지 S500의 과정을 반복하면서 상기 스위치 S1~S5의 상태를 바꾸면서 입력 노이즈, 출력 노이즈 및 차단 비율 값을 계산한다. 일 실시예로 표 1에 도시한 바와 같이 반복횟수에 따라 N 값을 달리하여 S1 내지 S5의 스위치 상태를 변경할 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위하여 반복횟수를 5회로 정하였으나(N=5), 사용자의 설정 또는 반복적 실험에 따라 변경 가능하다. 상기 S300 내지 S500의 과정을 5회 반복하면 저장된 dB(N)의 값 중 가장 큰 값을 가지는 N을 구하여 이를 N에 저장하고, 이에 따라 릴레이 구동부(800)는 스위치 s1 내지 s5를 온/오프 시킨다(S700).

N	s1	s2	s3	s4	s5
0	off	off	off	off	off
1	on	off	off	off	off
2	off	on	off	off	off
3	off	off	on	off	off
4	off	off	off	on	off
5	on	on	off	off	off
6	on	off	on	off	off
7	on	off	off	on	off
8	off	on	on	off	off
9	off	on	off	on	off
10	off	off	on	on	off
11	on	on	on	off	off
12	on	off	on	on	off
13	off	on	on	on	off
14	on	on	off	on	off
15	on	on	on	on	off
16	on	off	off	off	on
17	off	on	off	off	on
18	off	off	on	off	on
19	off	off	off	on	on
20	on	on	off	off	on
21	on	off	on	off	on
22	on	off	off	on	on
23	off	on	on	off	on
24	off	on	off	on	on
25	off	off	on	on	on
26	on	on	on	off	on
27	on	off	on	on	on
28	off	on	on	on	on
29	on	on	off	on	on
30	on	on	on	on	on

한편, 릴레이 구동부(800)는 임피던스 매칭부(900) 내의 스위치 s1 내지 s5들을 구동하기 위해서는 스위치 구동을 위한 전류증폭 및 영전위 전압에서 온/오프 구동을 위한 영전압 동기가 필요하다. 영전압 동기는 스위칭 시 발생하는 서지 노이즈를 최소화하기 위하여 필요하다. 스위치 구동을 위한 전류증폭은 공지의 증폭기를 이용하여 구현이 가능하므로 구체적인 설명은 생략한다.

릴레이를 사용하여 온/오프 하는 경우 온 동작 시 지연 시간이 존재하기 때문에 전원 전압이 0의 크기를 갖는 시점을 정확히 검출한다고 하여도 상기 릴레이가 지연시간만큼 늦게 동작하기 때문에 서지(surge)전압이 발생될 수 있다. 따라서 이를 방지 하기 위하여 전원 전압이 0의 크기를 갖는 시점보다 일정 시간 앞서 이를 검출하는 영전압 감지부(810)가 필요하다. 영전압 감지부(810)의 일 실시예는 도 18에 도시하였다.

도 18의 회로는 도 19에 도시한 바와 같이 전원 전압이 0의 크기를 갖는 시점 전후로 일정 시간동안만 일정 크기의 신호가 출력되는 회로이다. 도 18의 출력 신호는 마이컴(700)으로 전송되어 마이컴(700)을 통하여 상기 릴레이 구동부(800)가 상기 스위치 s1 내지 s5를 정확한 시간에 스위칭 하도록 한다. 즉, 도 19에 도시한 바와 같이, 실제 0전위 지점보다 릴레이의 동작 지연 시간을 고려한 만큼 앞에서 스위칭이 시작되기 때문에 이 펄스의 상승 에지에 맞추어 마이컴(700)은 릴레이 구동부(800)에 상기 스위치 s1 내지 s5의 온/오프를 제어하게 된다.

릴레이 구동부(800)는 릴레이 구동을 위하여 마이컴(700)으로부터 출력되는 전류를 증폭하며 그 회로는 도 20과 같다. 도 20과 같은 구동회로는 스위치 s1 내지 s5에 각각 하나 씩 구비되어 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

100: 노이즈 차단 변압기 200: 전원 차단부
300: 노이즈 대역 필터 400: 노이즈 검출부
500: 노이즈 표시부 600: 사용자 입력부
700: 마이컴 800: 릴레이 구동부
900: 임피던스 매칭부

Claims

전원에서 부하로 유입되는 고주파 노이즈 및 부하에서 전원으로 유입되는 고주파 노이즈를 차단하는 변압기로서,
전원에서 기 설정된 노이즈 대역의 전압 또는 전류는 통과시키고 다른 대역의 전압 또는 전류는 차단하는 전원 차단부;
상기 전원 차단부를 통과한 전압 또는 전류를 상기 기 설정된 대역의 전압 또는 전류에 대해서 2차적으로 필터링하는 노이즈 대역 필터;
상기 노이즈 대역 필터에서 필터링된 전압 또는 전류를 증폭한 후 상기 전압 또는 전류를 검출하는 노이즈 검출부;
상기 노이즈 검출부로부터 검출된 전압 또는 전류 신호를 받아 그 신호의 크기를 산출하고 상기 산출된 크기에 따라 노이즈 차단도를 출력하는 마이컴;
상기 마이컴으로부터 산출된 신호의 크기 값과 노이즈 차단도를 표시하는 노이즈 표시부;
를 더 포함하여 구성되는 노이즈 표시부 및 임피던스 매칭부를 구비한 노이즈 차단 변압기.
제 1항에 있어서,
상기 노이즈 대역 필터는 10kHz에서 10MHz의 대역의 노이즈만을 통과시키는 것을 특징으로 하는 노이즈 표시부 및 임피던스 자동 정합장치를 구비한 노이즈 차단 변압기.
제1항에 있어서,
상기 노이즈 검출부는,
증폭된 노이즈 전압 또는 노이즈 전류 크기의 최대값을 검출하여 직류화 시키는 것을 특징으로 하는 노이즈 표시부 및 임피던스 자동 정합장치를 구비한 노이즈 차단 변압기.
제1항에 있어서,
상기 노이즈 표시부는,
색변화에 의하여 노이즈 크기 및 노이즈 차단도를 표시하는 것을 특징으로 하는 노이즈 표시부 및 임피던스 자동 정합장치를 구비한 노이즈 차단 변압기.
제4항에 있어서,
상기 노이즈 표시부는,
색변화를 복수의 LED로 표시하되, 상기 노이즈 크기 또는 상기 노이즈 차단도에 따라 상기 복수의 LED(Light emitted diode) 각각에 흐르는 전류를 제어하여 색변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 노이즈 표시부 및 임피던스 자동 정합장치를 구비한 노이즈 차단 변압기.
전원에서 부하로 유입되는 고주파 노이즈 및 부하에서 전원으로 유입되는 고주파 노이즈를 차단하는 변압기로서,
전원에서 기 설정된 노이즈 대역의 전압 또는 전류를 통과시키고 다른 대역의 전압 또는 전류를 차단하는 전원 차단부;
상기 전원 차단부를 통과한 전압 또는 전류를 상기 기 설정된 대역의 전압 또는 전류에 대해서 2차적으로 필터링하는 노이즈 대역 필터;
상기 노이즈 대역 필터에서 필터링된 전압 또는 전류를 증폭한 후 상기 전압 또는 전류를 검출하는 노이즈 검출부;
상기 노이즈 검출부로부터 검출된 전압 또는 전류 신호를 받아 그 신호의 크기를 산출하고 상기 산출된 크기에 따라 노이즈 차단도를 출력하는 마이컴;
상기 마이컴으로부터 산출된 전압의 크기, 전류의 크기 및 노이즈 차단도에 따라 전원의 임피던스와 상기 변압기의 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 매칭시키는 임피던스 매칭부;
를 더 포함하여 구성되는 노이즈 표시부 및 임피던스 자동 정합장치를 구비한 노이즈 차단 변압기.
제6항에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는,
주파수 대역을 선택받아 전압, 전류 또는 전력 중 어느 하나 이상으로부터 노이즈를 차단할 항목을 선택받는 제1단계;
상기 임피던스 매칭부에서 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 매칭하는 제2단계;
상기 제1단계에서 선택된 노이즈를 차단할 항목에 대하여, 상기 제2단계에 따라 임피던스가 매칭된 상태에서의 입력 노이즈 값과 출력 노이즈 값을 저장하고, 이에 대하여 차단 비율을 산출한 후, 이 값을 저장하는 제3단계;
상기 제2단계 및 제 3단계를 일정횟수 반복한 후 상기 제3단계에서 저장된 차단 비율 값들 중 가장 큰 값을 산출하는 제4단계;
상기 제4단계에서 산출된 차단 비율에 따라 상기 임피던스 매칭부가 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 매칭하는 제5단계;
로 임피던스 매칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 노이즈 표시부 및 임피던스 자동 정합장치를 구비한 노이즈 차단 변압기.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 임피던스 매칭부는,
복수의 캐패시터 또는 복수의 인덕터가 병렬연결되고, 상기 복수의 캐패시터 또는 상기 복수의 인덕터 각각에 스위치가 직렬로 연결되되,
상기 스위치가 상기 전원 전압의 크기가 0이 되는 시간에 스위칭 되도록 상기 마이컴이 상기 전원 전압의 크기가 0이 되는 시간보다 일정시간 전에 상기 임피던스 매칭부에 개폐신호를 보내는 것을 특징으로 하는 노이즈 표시부 및 임피던스 자동 정합장치를 구비한 노이즈 차단 변압기.