KR101124291B1 - 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치 및 그 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세히는 릴레이 회로를 구성하는 코일에 대한 전원의 인가여부에 따라 물리접점이 상호 접촉하다서 분리되는 과정에서 발생하는 스파크로 인하여 물리접점이 융착되거나 열화되는 것을 방지하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치 및 그 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치는 릴레이 구동전원 차단시 릴레이 접점부에 흐르는 전류를 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위치로 우회시킴으로써, 릴레이 접점부의 접점이 서로 분리되면서 발생하는 스파크를 방지할 수 있어 기존 릴레이 접점부의 융착에 따른 문제점을 해결하는 효과가 있다.

Description

릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치 및 그 방법{Device for preventing spark of relay module and method thereof}
본 발명은 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치 및 그 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세히는 릴레이 회로를 구성하는 코일에 대한 전원의 인가여부에 따라 물리접점이 상호 접촉하다 분리되는 과정에서 발생하는 스파크로 인하여 물리접점이 융착되거나 열화되는 것을 방지하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치 및 그 방법에 대한 것이다.
일반적으로 릴레이는 입력되는 전류에 의하여 온/오프가 제어되는 것으로서, 자동 온/오프 제어가 필요한 제품에 널리 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 릴레이 모듈을 도시한 도면으로서, 코일(3)과 물리적인 접점부를 포함하여 구성되며, 상기 접점부는 코일에 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장에 의해 가동접점(1)이 물리적으로 동작하여, 상기 가동접점(1)이 고정접점(2)과 접촉하는 경우 상기 릴레이 모듈과 연결된 전기회로를 폐로하여 상기 전기회로의 부하를 동작시키고, 상기 가동접점(1)이 상기 고정접점(2)과 분리되는 경우 상기 전기회로를 개로하여 부하를 정지시킬 수 있다.
도 2는 상기 릴레이 모듈을 구동시키는 종래의 릴레이 구동회로를 나타내는 회로도이다.
상기 릴레이 구동 회로는 소정의 입력 수단을 통하여 외부로부터 입력되는 제어 명령에 따라 소정 크기로 기 설정된 하이/로우 신호 중에서 해당하는 신호를 출력하는 마이컴(10)과, 상기 마이컴(10)으로부터 출력되는 신호에 의하여 턴온(Turn on)/턴오프(Turn off)가 제어되는 릴레이 구동부(Tr)와, 부하(R)와 전원 발생부(30) 사이에 형성된 링크(Link)의 도중에 접속되어 있으며 상기 릴레이 구동부(Tr)로부터 출력되는 신호에 따라 접점부의 접속이 제어되는 릴레이 모듈(LY)를 포함한다.
상기 릴레이 구동부(Tr)는 바람직하게 베이스단자(B)가 마이컴(10)의 출력 단자와 접속되어 있고, 에미터 단자(E)는 접지 접속되어 있고, 콜렉터 단자(C)는 상기 릴레이 모듈(LY)의 일측 입력 단자와 접속되어 있는 트랜지스터를 사용한다.
상기 릴레이 구동 회로의 동작을 보다 상세하게 하기에서 설명한다.
상기 마이컴(10)이 입력 수단을 통하여 외부로부터 입력되는 제어 신호(부하의 동작을 원하지 않는 소정신호)를 기준으로 하여 로우(Low) 신호를 출력하면 상기 릴레이 구동부(Tr)의 베이스 단자(B)에 로우 신호가 입력되어 콜렉터 단자(C)와 베이스 단자(B) 사이에 역바이어스가 걸리게 되고 에미터 단자(E)와 베이스 단자(B) 사이에 역바이어스가 걸리게 되어 릴레이 구동부(Tr)가 턴 오프 되고, 이로인하여 외부동작 전원 입력 단자(Vcc)로부터 입력된 신호의 통전 경로가 차단되어릴레이 모듈(LY)의 접점부는 오프된다.
상기한 바와 같은 릴레이 모듈(LY) 접점부의 오프에 의하여 전원 발생부(30)에서 발생된 동작 전원은 부하(R)로 인가되지 않게 되어 상기 부하(R)는 동작을 하지 않게 된다.
그리고, 마이컴(10)이 외부로부터 입력되는 제어 신호(부하의 동작을 요구하는 소정의 신호)에 따라 하이(High) 신호를 출력하면 상기 릴레이 구동부(Tr)의 베이스 단자(B)에 하이 신호가 입력되어 콜렉터 단자(C)와 베이스 단자(B) 사이에 역바이어스가 걸리게 되고 에미터 단자(E)와 베이스 단자(B) 사이에 순바이어스가 걸리게 되어 릴레이 구동부(Tr)가 턴 온 되고, 이로 인하여 외부 동작 전원 입력 단자(Vcc)로부터 입력된 신호의 통전 경로가 형성되어 릴레이 모듈(LY)의 접점부는 온된다. 그리고, 상기한 바와 같은 릴레이 모듈(LY) 접점부의 접속에 의하여 전원 발생부(30)에서 발생된 동작 전원은 부하(R)로 인가되어 상기 부하(R)는 동작을 하게 된다.
그러나, 상술한 릴레이 구동회로는 상기한 릴레이 모듈(LY) 접점부의 온/오프 과정에서 접점부에 포함된 가동접점이 고정접점에서 분리되어 떨어질때, 접점 간극이 최소가 되는 부분에서 순간적으로 전류치가 증가하여 스파크가 발생하게 되며, 지속적인 온/오프 과정에서 발생하는 상기 스파크로 인하여 상기 가동접점과 고정접점이 녹아 서로 붙게되는 상기 접점부의 융착이 발생하여 부품이 파손되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 접점부의 융착을 방지하기 위해 접점부의 면적을 넓게 구성하여 이를 극복하고자 하나, 이는 비용상승의 원인이 되며 상기 릴레이 구동회로를 포함하는 제품의 크기를 증가시켜 제품 효율성을 저하시키는 문제점이 있다.
더하여, 접점부의 면적을 넓히는 것만으로 지속적인 스파크에 의한 융착을 견디는데 한계가 있으며, 이로 인해 릴레이 구동회로의 수명은 극히 한정될 수 밖에 없는 문제점이 있다. 이외에도, 상기 접점부 사이의 아크로 인한 스파크 발생과 더불어 열이 발생하므로, 지속적인 온/오프 동작으로 인해 화재의 위험을 안고 있는 문제점이 있다.
또한, 상기한 바와 같은 종래의 릴레이 구동 회로에 있어서 소정의 전기적 요인에 의하여 상기 릴레이 구동부(Tr)를 구성하는 트랜지스터가 쇼트(Short)되는 경우가 발생하게 되면 상기 릴레이 구동부(Tr)는 계속해서 턴온 상태를 유지하게 되고, 이로 인하여 상기 릴레이 모듈(LY)의 접점부가 계속해서 접속된 상태를 유지하게 되는 것이므로 부하(R)로 전원 발생부(30)로부터 출력되는 신호가 계속해서 인가되어 상기 릴레이 구동 회로를 포함하는 제품이 오동작을 하게 되는 문제점이 발생되었고 특히 상기 부하(R)가 열원일 경우에는 부하(R)가 계속해서 동작하게 되어 화재의 위험이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 선행기술문헌으로서 한국공개특허 제2007-0075447호에 따르면, 메인 릴레이와 병렬 연결된 보조 릴레이를 더 구성하여 메인 릴레이의 온/오프시에 먼저 턴온되어, 보조 릴레이와 연결된 저항에 의해 세류 전원을 우회시키는 구성에 대하여 기술하고 있다.
그러나, 본 공개특허는 보조 릴레이 구성을 추가하여야 되므로 비용이 증가하고, 보조 릴레이 제어로 인한 회로 구성이 복잡해지는 문제점을 가지고 있다.
또한, 상기한 문제점을 해결하기 위한 다른 선행기술문헌으로, 한국공개특허 제2010-0040819호에 따르면, 릴레이 접촉단자에서 발생하는 전류를 감지하는 센서와, 상기 센서의 감지신호에 의해 릴레이를 구동하는 반도체 소자를 제어하는 별도의 구동부를 더 포함하는 구성으로서, 역시 기존 릴레이 구동회로에서 센서와 구동부를 더 포함하는 구성으로 인해 회로 복잡도와 비용이 증가하며, 센서에 의한 구동부의 반응속도를 보장하기 어려워 스파크를 효율적으로 방지하는데 어려움이 있다.
한국공개특허 제2007-0075447호 한국공개특허 제2010-0040819호
본 발명은 릴레이 모듈의 물리적인 접점부를 통해 릴레이 모듈과 연결된 부하로 전원이 공급되는 상태에서 상기 접점부를 오프시킬 경우 상기 접점부에 공급되는 전류를 우회시켜 릴레이 모듈에 구성된 접점부의 온/오프 동작에서 물리접점 사이의 아크로 인해 발생하는 스파크를 방지하도록 간단한 소자만으로 구성된 스파크 방지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 릴레이 모듈의 물리접점에서 발생하는 스파크를 방지하여 물리접점의 면적을 작게 구성할 수 있어 회로 구성 비용을 감소시키고, 스파크로 인한 물리접점의 마모 또는 파손에 의한 제품의 수명이 감소되는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.
더하여, 본 발명은 스파크 방지 회로부에 이상이 발생하더라도 전체 시스템에 영향을 미치지 않도록 하여 시스템 수명을 연장하고, 기존 릴레이 회로에서 트랜지스터의 고장으로 인하여 릴레이 모듈과 연결된 부하가 오동작하는 것을 방지하도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동전원에 의해 동작되는 코일과 상기 코일의 동작에 따라 선택적으로 개폐되는 릴레이 접점부가 구비된 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치는, 상기 릴레이 구동전원으로부터 전압을 충전하는 전압 충전부와, 전압충전부의 전류흐름을 일방향으로 제한하며 상기 릴레이 구동전원의 차단시 상기 전압충전부의 방전 시간을 결정하는 방전 제한부와, 상기 릴레이 접점부와 병렬 연결되고, 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 전압 충전부에 충전된 전압에 의해 상기 릴레이 접점부의 개방 동작 기간 이상의 상기 방전시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위치부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 반도체 스위치부는 상기 전압충전부의 충전전원에 따라 발광하는 발광소자와, 상기 발광소자로부터 발광된 빛을 수광하여 발광시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 스위칭 소자는 한쌍의 반도체 소자에 의해 양방향 도통되는 것을 특징으로 하며, 상기 반도체 소자는 MOSFET, FET, BJT, CMOS 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
더하여, 상기 반도체 스위치부는 광에 따라 동작하는 포토 커플러와, 상기 포토 커플러에 의해 동작하는 반도체 스위칭 소자로 구성될 수도 있다.
이외에도, 상기 반도체 스위치부는 병렬 연결된 상기 릴레이 접점부 사이에 구성된 적어도 하나 이상의 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이 구동전원에 의해 동작되는 코일과 상기 코일의 동작의 따라 선택적으로 개폐되는 릴레이 접점부가 구비된 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치는, 상기 코일의 일단과 연결된 릴레이 구동전원과 일단이 연결된 저항 소자와, 일단이 상기 저항 소자의 타단과 직렬 연결되어 상기 릴레이 구동전원이 제공하는 전류에 대하여 순방향을 가지는 다이오드 소자와, 일단이 상기 다이오드 소자의 타단과 연결되며, 접지에 연결된 상기 코일의 타단에 연결되는 커패시터 소자와, 입력단이 상기 다이오드 소자의 양단에 병렬 연결되고 스위치단이 상기 릴레이 접점부와 병렬 연결되어 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 커패시터 소자에 충전된 전압이 방전되는 방전시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위치를 포함할 수 있다.
이때, 상기 방전시간은 상기 저항소자의 저항값과 커패시터 소자의 커패시턴스값에 의해 결정될 수 있다.
또한, 입력단이 상기 다이오드 소자의 양단에 병렬 연결되고 스위치단이 상기 코일에 의해 구동하는 추가 릴레이 접점부와 병렬 연결되어 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 커패시터 소자에 충전된 전압에 의해 소정의 시간동안 상기 추가 릴레이 접점부 사이를 연결하는 추가 반도체 스위치를 더 포함할 수 있다.
더하여, 상기 반도체 스위치는 상기 커패시터 소자의 충전전원에 따라 발광하는 발광소자와, 상기 발광소자로부터 발광된 빛을 수광하여 상기 방전시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이때, 상기 반도체 스위칭 소자는 한쌍의 반도체 소자에 의해 양방향 도통될 수 있으며, 상기 반도체 소자는 MOSFET, FET, BJT, CMOS 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한, 상기 반도체 스위치는 광에 따라 동작하는 포토 커플러와, 상기 포토 커플러에 의해 동작하는 반도체 스위칭 소자로 구성될 수 있다.
한편, 일단이 상기 다이오드 소자의 일단과 연결되며, 타단이 접지에 연결된 부가 저항소자를 더 포함할 수 있다.
이외에도, 상기 반도체 스위치는 병렬 연결된 상기 릴레이 접점부 사이에 구성된 적어도 하나 이상의 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 릴레이 구동전원에 의해 동작되는 코일과 상기 코일의 동작의 따라 선택적으로 개폐되는 릴레이 접점부를 구비한 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 방법은, 전압충전부가 상기 릴레이 구동전원으로부터 전압을 충전하는 제 1단계와, 상기 릴레이 구동전원의 차단시 방전제한부가 상기 전압충전부의 전류흐름을 일방향으로 제한하며, 상기 전압충전부의 방전 시간을 결정하는 제 2단계와, 상기 릴레이의 접점부와 병렬 연결된 반도체 스위치부가 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 전압 충전부에 충전된 전압에 의해 상기 릴레이 접점부의 개방 동작 기간 이상의 상기 방전시간동안 상기 릴레이 접점부를 연결하는 제 3단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치는 릴레이 구동전원 차단시 릴레이 접점부에 흐르는 전류를 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위치로 우회시킴으로써, 릴레이 접점부의 접점이 서로 분리되면서 발생하는 스파크를 방지할 수 있어 기존 릴레이 접점부의 융착에 따른 문제점을 해결하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 스파크의 융착을 방지함으로써 상기 릴레이 접점부를 구성하는 접점의 면적을 기존보다 줄일 수 있을 뿐 아니라 간단한 회로소자만으로 구성되어, 릴레이 모듈의 구성에 있어서 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있는 동시에 릴레이 모듈의 수명을 향상시키는 효과가 있다.
더하여, 본 발명에 따른 스파크 방지 장치를 구성하는 상기 반도체 스위치가 파손되는 경우에도 상기 릴레이 구동전원에 의한 상기 릴레이 접점부의 온/오프 제어에 전혀 영향을 주지 않으므로, 릴레이를 포함하는 전체 시스템 구성의 수명을 연장시킬 수 있으며 부하가 오동작하는 것을 방지하는 효과가 있다.
이외에도, 스파크가 발생하면 안되는 위험지역에 대해서도 본 발명에 따른 스파크 방지 회로에 의해 제어되는 릴레이 모듈을 용이하게 적용하여, 릴레이 모듈의 활용성을 넓히는 효과가 있다.
도 1은 릴레이 모듈에 대한 구성도.
도 2는 종래 릴레이 모듈을 구동하기 위한 릴레이 구동 회로의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치에 대한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치에 포함된 반도체 스위치의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치에 포함된 반도체 스위치의 실시예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치의 다른 실시예를 도시한 도면.
본 발명은 코일과 물리적인 릴레이 접점부로 구성된 릴레이 모듈에서, 상기 코일에 인가된 전원에 의해 자기장이 발생되면 상기 릴레이 접점부의 가동접점과 고정접점이 접촉되었다가, 상기 코일에 인가된 전원이 차단되는 경우 상기 가동접점과 고정접점이 분리되는 순간 스파크가 발생하며, 상기 스파크로 인하여 릴레이 접점부를 구성하는 상기 가동접점과 고정접점이 녹아 붙어 융착이 발생하는 것을 방지하는 스파크 방지 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치는 기존 릴레이 구동회로에서 발생하는 접점부의 스파크 방지 뿐만 아니라, 마이컴과 트랜지스터로 구성된 기존 릴레이 구동회로를 간단한 회로소자만으로 구성하여 장치 구성 비용과 효율성을 높일 수 있다.
또한, 기존 릴레이 구동회로에서 구성요소에 이상이 발생하면 직접적으로 릴레이 모듈의 오동작과 연계되는 반면, 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치는 구성요소에 이상이 발생하더라도 릴레이 접점부의 개폐에 영향을 미치지 않아 릴레이 모듈의 개폐에 따라 동작하는 부하의 오동작을 방지할 수 있다.
상술한 바를 참고로 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치의 상세 구성을 도 3을 통해 상세히 살펴보기로 한다.
도시된 바와 같이 릴레이 구동전원에 의해 동작되는 코일(120)과 상기 코일(120)의 동작에 따라 선택적으로 개폐되는 릴레이 접점부(110)로 구성된 릴레이 모듈(100)에서 상기 릴레이 구동전원의 전원 인가 상태에서 전원 차단 상태로 변경되는 경우 상기 릴레이 접점부(110)에 구성된 가동접점(112)이 고정접점(111)에서 분리되어 발생하는 스파크를 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치(200)는 전압 충전부(220)와, 방전제한부(210) 및 반도체 스위치부(230)를 포함할 수 있다.
우선, 상기 전압 충전부(220)는 상기 릴레이 구동전원으로부터 전압을 충전하며, 상기 방전 제한부(210)는 전압충전부(220)의 충전전원을 일방향으로 제한할 수 있다.
또한, 상기 반도체 스위치부(230)는 상기 릴레이 접점부(110)와 병렬 연결되고, 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 전압 충전부(220)에 충전된 전압에 의해 상기 방전시간동안 상기 릴레이 접점부(110) 사이를 연결한다.
상술한 바와 같은 구성을 통해 본 발명에 따른 스파크 방지 장치의 동작 순서를 설명하면, 우선 상기 릴레이 구동전원에 의해 전원이 인가되면 상기 릴레이 접점부에 구성된 가동접점(112)이 고정접점(111)에 접촉하여 온(ON)상태가 되며, 상기 릴레이 접점부(110)의 일단에 연결된 부하전원으로부터 전원을 제공받아 동작하는 부하에 전원이 인가될 수 있다.
이때, 상기 전압충전부(220)는 상기 릴레이 구동전원으로부터 전압을 제공받아 지속적으로 충전할 수 있다.
이후, 상기 릴레이 구동전원으로부터 전원이 차단되면 상기 코일(120)의 자기장이 소멸되어 상기 릴레이 접점부(110)의 가동접점(112)과 고정접점(111)이 분리된 오프(OFF)상태가 되는데, 이때 상기 가동접점(112)과 고정접점(111) 사이에서 발생하는 스파크를 방지하기 위하여 상기 릴레이 구동전원으로부터 전원이 차단되는 동시에 상기 전압충전부(220)에 충전된 전압이 방전되기 시작하며, 상기 방전제한부(210)는 상기 전압충전부(220)에서 방전되는 충전전원에 의해 제공되는 전류가 상기 릴레이 접점부(110) 사이에 병렬 연결된 반도체 스위치부(230)로 제공되도록 전류흐름의 방향을 제한한다.
이에 따라, 상기 릴레이 접점부(110)에 병렬 연결된 상기 반도체 스위치부(230)는 상기 전압충전부(220)로부터 제공되는 충전전원의 인가에 의해 상기 릴레이 접점부(110) 사이를 연결하며, 상기 릴레이 접점부(110)를 통해 도통되는 부하전원의 전류가 상기 반도체 스위치부(230)를 통해 도통되도록 할 수 있다.
즉, 상기 릴레이 구동전원의 전원이 차단되는 순간 상기 릴레이 접점부(110)를 통해 흐르는 전류를 상기 반도체 스위치부(230)를 통해 도통하도록 우회시켜 상기 릴레이 접점부(110)에 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
이를 통해, 상기 릴레이 구동전원의 차단에 의해 상기 릴레이 접점부(110)의 접점이 상호 분리되더라도 전류가 순간 우회함으로 스파크가 발생하지 않으며, 이를 통해 용이하게 상기 릴레이 접점부(110)의 융착을 방지할 수 있다.
이때, 상기 방전제한부(210)의 다이오드(D1)는 상기 릴레이 구동전원의 차단시 상기 전압충전부(220)의 방전 방향을 결정할 수 있고, 상기 방전제한부(210)의 저항(R1)과 전압충전부(220)의 용량에 의해 상기 전압충전부(220)의 방전 시간을 결정할 수 있다. 한편, 상기 방전 시간은 상기 릴레이 접점부의 개방(오프상태) 동작 기간 이상으로 결정되는 것이 바람직하다.
상술한 구성을 토대로 상기 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치에 포함된 각 구성요소의 상세 회로 구성에 대한 실시예를 도 3을 참고로 설명하면, 우선 상기 릴레이 모듈의 코일(120)은 일단이 상기 릴레이 구동전원과 연결되며, 타단이 접지와 연결될 수 있다.
한편, 상기 방전제한부(210)는 상기 코일의 일단과 연결된 릴레이 구동전원과 일단이 연결된 저항 소자(R1)와, 일단이 상기 저항 소자(R1)의 타단과 직렬 연결되어 상기 릴레이 구동전원이 제공하는 전류에 대하여 순방향을 가지는 다이오드 소자(D1)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 전압충전부(220)는 일단이 상기 다이오드 소자(D1)의 타단과 연결되며, 접지에 연결된 상기 코일의 타단에 연결되는 커패시터 소자(C1)로 구성될 수 있다.
더하여, 상기 반도체 스위치부(230)는 입력단이 상기 다이오드 소자(D1)의 양단에 병렬 연결되고 스위치단이 상기 릴레이 접점부(110)와 병렬 연결되는 반도체 스위치(SW1)로 구성될 수 있다.
상기와 같은 회로 구성을 토대로 상술한 상기 릴레이 접점부(110)의 스파크 방지 기능을 상세히 설명하면, 상기 릴레이 구동전원으로부터 전원이 인가되면 상기 코일(120)의 자기장에 의해 상기 릴레이 접점부(110)가 온상태가 되고, 상기 부하전원으로부터 제공된 전류가 상기 릴레이 접점부(110)를 통해 도통되어 상기 부하(300)에 전원이 인가된다.
이때, 상기 커패시터 소자(C1)는 상기 릴레이 구동전원으로부터 전압을 제공받아 충전할 수 있다.
이후, 상기 릴레이 구동전원의 전원이 차단되는 경우 상기 커패시터 소자(C1)에 충전된 충전전원이 방전되며, 상기 다이오드 소자(D1)는 상기 충전전원이 상기 반도체 스위치(SW1)로 제공될 수 있도록, 상기 충전전원에 의한 전류가 상기 다이오드 소자(D1)의 역방향으로 흐르는 것을 차단할 수 있다.
또한, 상기 릴레이 구동전원의 차단에 의해 상기 릴레이 접점부(110)가 오프되는 경우 상기 반도체 스위치(SW1)가 상기 충전전원을 인가받아 상기 릴레이 접점부(110) 사이를 연결하며, 상기 부하전원으로부터 제공되는 전류가 상기 반도체 스위치(SW1)를 통해 도통되도록 할 수 있다.
이에 따라, 상기 릴레이 구동전원 차단시에도 상기 릴레이 접점부(110)로 흐르던 전류가 순간 우회함으로, 상기 릴레이 접점부(110)의 가동접점(112)과 고정접점(111)이 분리되더라도 스파크가 발생하지 않는다.
한편, 상기 반도체 스위치(SW1)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 커패시터 소자의 충전전원에 따라 발광하는 발광소자(231)와, 상기 발광소자(231)로부터 발광된 빛을 수광하여 발광시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위칭 소자(232)로 구성될 수 있다.
이에 따라, 상기 발광소자(231)는 상기 커패시터 소자에 충전된 충전전원에 의해 발광하게 되며, 상기 반도체 스위칭 소자(232)는 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 발광소자(231)로부터 발광된 빛을 수광하여 상기 커패시터 소자에 충전된 전압이 방전되는 방전시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하여 상기 부하전원으로부터 제공된 전류를 도통시킴으로써 상기 부하에 전원이 인가되도록 할 수 있다.
이때, 상기 반도체 스위칭 소자는 도 5에 도시된 바와 같이 한쌍의 MOSFET(233)으로 구성할 수 있으며, 상기 MOSFET의 게이트가 상기 발광소자로부터 발광된 빛을 수광하여 상기 한쌍의 MOSFET(233)을 통해 양방향으로 전류가 흐를 수 있도록 함으로써 스위치처럼 이용할 수 있다.
또한, 상기 MOSFET을 이용함으로써 비교적 대전류까지도 순간적으로 흘려 줄 수 있다.
이때, 상기 반도체 스위칭 소자(232)는 상기 MOSFET 이외에도 FET, BJT, CMOS 등으로도 구성될 수도 있다.
이렇게 포토 다이오드(231)와 수광에 따라 동작하는 한쌍의 MOSFET(233)로 구성되는 포토 커플링 방식의 단일 소자를 이용할 수도 있으나, 포토 커플러와 반도체 스위칭 소자를 분리 구성할 수도 있다.
상기와 같은 포토 커플링 방식을 이용하면, 상기 릴레이 접점부와 스파크 제거를 위한 스파크 방지 장치(200)를 전기적으로 분리할 수 있게 되는데, 사용 중 과전류 등에 의해 상기 반도체 스위치(SW1)에 이상이 생기더라도 릴레이 모듈을 포함하는 전체 시스템에 영향을 미치지 않아 시스템 수명을 연장하고, 부하가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 도 3에 도시된 바와 같이 상기 입력단이 상기 다이오드 소자(D1)의 양단에 병렬 연결되고 스위치단이 상기 코일에 의해 구동하는 추가 릴레이 접점부(130)와 병렬 연결되어 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 커패시터 소자(C1)에 충전된 전압에 의해 소정의 시간동안 상기 추가 릴레이 접점부 사이를 연결하는 추가 반도체 스위치(SW2)가 더 구성될 수 있으며, 기능 및 동작은 상기 반도체 스위치(SW1)와 동일하다.
또한, 상기 커패시터 소자(C1)의 방전시간은 상기 커패시터 소자(C1)의 커패시턴스 값과 상기 저항소자(R1)의 저항값에 따라 조절하여, 시정수를 달리할 수 있다.
더하여, 상기 릴레이 구동전원의 전원인가 여부를 결정하는 스위치 소자(140)를 상기 저항과 릴레이 구동전원 사이에 연결하여, 상기 스위치 소자(140)의 개폐여부에 따라 상기 릴레이 구동전원을 선택적으로 인가할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치의 다른 실시예를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이 도 3에 구성된 스파크 방지 장치에 일단이 상기 다이오드 소자의 일단과 연결되며, 타단이 접지에 연결된 부가 저항소자(R2)를 더 구성할 수 있다.
이때, 상기 부가 저항소자(R2)는 연결되는 전압충전부의 커패시터(C1)의 용량을 줄일 수 있어 시스템 구성의 안정성을 높이고 비용을 줄일 수 있다.
또한, 상기 반도체 스위치(SW1)와 병렬 연결된 상기 릴레이 접점부 및 상기 반도체 스위치(SW1) 사이에 적어도 하나 이상의 퓨즈(600)를 더 구성할 수 있으며, 상기 퓨즈는 부하 쪽에 생기는 쇼크를 차단하여 부품을 보호할 수 있다. 상기 추가 반도체 스위치(SW2)에도 동일하게 상기 퓨즈(600)를 적용할 수 있다.
상술한 구성을 토대로, 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치는 릴레이 구동전원 차단시 릴레이 접점부에 흐르는 전류를 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위치로 우회시켜, 릴레이 접점부가 오프되더라도 상기 릴레이 접점부에서 발생하는 스파크에 의한 융착을 용이하게 방지할 수 있다.
또한 상기 스파크의 융착을 방지함으로써, 상기 릴레이 접점부를 구성하는 가동접점과 고정접점의 면적을 기존보다 줄일 수 있어, 릴레이 모듈의 구성에 있어서 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있는 동시에 릴레이 모듈의 수명을 향상시킬 수 있다.
더하여, 본 발명에 따른 스파크 방지 장치를 구성하는 상기 반도체 스위치가 파손되는 경우에도 상기 릴레이 구동전원에 의한 상기 릴레이 접점부의 온/오프 제어에 전혀 영향을 주지 않으므로, 상기 반도체 스위치의 이상이 발생하더라도 부하가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.
이외에도, 스파크가 절대로 발생하면 안되는 지역에 대해서, 상기 반도체 스위치의 이상여부를 감지하는 감지회로를 상기 반도체 스위치에 연결하여, 위험지역에서도 본 발명에 따른 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치를 용이하게 적용할 수 있다.
110: 릴레이 접점부 111: 고정접점
112: 가동접점 120: 코일
130: 추가 릴레이 접점부 140: 스위치 소자
200: 스파크 방지 장치 210: 방전 제한부
220: 전압 충전부 230: 반도체 스위치부
231: 발광소자 232: 반도체 스위칭 소자
233: 한 쌍의 MOSFET 300: 부하
600: 퓨즈

Claims (16)

  1. 릴레이 구동전원에 의해 동작되는 코일과 상기 코일의 동작에 따라 선택적으로 개폐되는 릴레이 접점부가 구비된 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치에 있어서,
    상기 릴레이 구동전원으로부터 전압을 충전하는 전압 충전부;
    전압충전부의 전류흐름을 일방향으로 제한하며, 상기 릴레이 구동전원의 차단시 상기 전압충전부의 방전 시간을 결정하는 방전 제한부; 및
    상기 릴레이 접점부와 병렬 연결되고, 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 전압 충전부에 충전된 전압에 의해 상기 릴레이 접점부의 개방 동작 기간 이상의 상기 방전시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위치부를 포함하되,
    상기 반도체 스위치부는,
    광에 따라 동작하는 포토 커플러; 및
    상기 포토 커플러에 의해 동작하는 반도체 스위칭 소자
    로 구성된 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 스위치부는
    상기 전압충전부의 충전전원에 따라 발광하는 발광소자; 및
    상기 발광소자로부터 발광된 빛을 수광하여 발광시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위칭 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 반도체 스위칭 소자는 한쌍의 반도체 소자에 의해 양방향 도통되는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 소자는 MOSFET, FET, BJT, CMOS 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 스위치부는 병렬 연결된 상기 릴레이 접점부 사이에 구성된 적어도 하나 이상의 퓨즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  7. 릴레이 구동전원에 의해 동작되는 코일과 상기 코일의 동작의 따라 선택적으로 개폐되는 릴레이 접점부가 구비된 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치에 있어서,
    상기 코일의 일단과 연결된 릴레이 구동전원과 일단이 연결된 저항 소자;
    일단이 상기 저항 소자의 타단과 직렬 연결되어 상기 릴레이 구동전원이 제공하는 전류에 대하여 순방향을 가지는 다이오드 소자;
    일단이 상기 다이오드 소자의 타단과 연결되며, 접지에 연결된 상기 코일의 타단에 연결되는 커패시터 소자; 및
    입력단이 상기 다이오드 소자의 양단에 병렬 연결되고 스위치단이 상기 릴레이 접점부와 병렬 연결되어 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 커패시터 소자에 충전된 전압이 방전되는 방전시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위치를 포함하되,
    상기 방전시간은 상기 저항소자의 저항값과 커패시터 소자의 커패시턴스값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    입력단이 상기 다이오드 소자의 양단에 병렬 연결되고 스위치단이 상기 코일에 의해 구동하는 추가 릴레이 접점부와 병렬 연결되어 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 커패시터 소자에 충전된 전압에 의해 소정의 시간동안 상기 추가 릴레이 접점부 사이를 연결하는 추가 반도체 스위치
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 반도체 스위치는
    상기 커패시터 소자의 충전전원에 따라 발광하는 발광소자; 및
    상기 발광소자로부터 발광된 빛을 수광하여 상기 방전시간동안 상기 릴레이 접점부 사이를 연결하는 반도체 스위칭 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 반도체 스위칭 소자는 한쌍의 반도체 소자에 의해 양방향 도통되는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 반도체 소자는 MOSFET, FET, BJT, CMOS 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 반도체 스위치는
    광에 따라 동작하는 포토 커플러; 및
    상기 포토 커플러에 의해 동작하는 반도체 스위칭 소자
    로 구성된 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  14. 청구항 7에 있어서,
    일단이 상기 다이오드 소자의 일단과 연결되며, 타단이 접지에 연결된 부가 저항소자
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  15. 청구항 7에 있어서,
    상기 반도체 스위치는 병렬 연결된 상기 릴레이 접점부 사이에 구성된 적어도 하나 이상의 퓨즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 장치.
  16. 릴레이 구동전원에 의해 동작되는 코일과 상기 코일의 동작의 따라 선택적으로 개폐되는 릴레이 접점부를 구비한 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 방법에 있어서,
    전압충전부가 상기 릴레이 구동전원으로부터 전압을 충전하는 제 1단계;
    상기 릴레이 구동전원의 차단시 방전제한부가 상기 전압충전부의 전류흐름을 일방향으로 제한하며, 상기 전압충전부의 방전 시간을 결정하는 제 2단계;
    상기 릴레이의 접점부와 병렬 연결된 반도체 스위치부가 상기 릴레이 구동전원 차단시 상기 전압 충전부에 충전된 전압에 의해 상기 릴레이 접점부의 개방 동작 기간 이상의 상기 방전시간동안 상기 릴레이 접점부를 연결하는 제 3단계를 포함하되,
    상기 방전시간은 상기 저항소자의 저항값과 커패시터 소자의 커패시턴스값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 릴레이 모듈을 위한 스파크 방지 방법.
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