KR101186932B1 - 방호장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

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신규범
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 전자기 펄스로부터 부하기기를 보호하는 것이 가능한 방호장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원선로 상에 흐르는 전자기 펄스로부터 부하기기를 보호하기 위한 방호장치는 상기 전원선로와 상기 부하기기를 전기적으로 연결시키거나 차단시키도록 형성되는 스위칭부, 상기 전원선로 상에 흐르는 전류를 기준시간 간격으로 검출하는 센서부 및 상기 검출된 전류의 펄스폭에 따라 상기 스위칭부를 제어하도록 형성되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방호장치 및 이의 제어방법{PROTECTION APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR THE PROTECTON APPARATUS}
본 발명은 전자기 펄스로부터 부하기기를 보호하는 것이 가능한 방호장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
현대사회에서는 디지털 기반의 전자기기의 사용이 급증하고 있으며, 이러한 전자기기는 우리의 생활에 많은 영향력을 미치고 있다. 따라서, 이러한 전자기기들이 장해를 일으키는 경우, 이들을 복구하기 비용 및 전자기기들을 이용한 서비스의 중단으로 인해, 사회적으로 막대한 손실을 초래할 수 있다.
특히, 고도의 보안을 요구하는 통신기기 및 통신설비에 대해 전자기 펄스(EMP, Electromagnetic Pulse)로 인한 장해가 발생하는 경우에는 국가적인 혼란을 야기할 수 있으므로, 이에 대한 보호대책 수립이 필요하다.
한편, 전자기 펄스(EMP)는 핵 전자기 펄스(고고도 전자기 펄스, HEMP, High Altitude Electromagnetic Pulse) 및 비핵 전자기 펄스(낙뢰 또는 전자폭탄 펄스 등)로 구분할 수 있다.
핵 전자기 펄스는 30km이상의 고고도에서 핵이 폭발시 발생하는 전자기 펄스로, 상승시간에 따라 다시 단펄스, 중펄스, 장펄스의 세가지 전자기 펄스로 구분할 수 있다. 또한, 핵 전자기 펄스 중 장펄스는 1초에서 수백초의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스로서, 장거리 전송선로와 전자기기의 전원선로에 치명적인 영향을 가함에도 불구하고, 장펄스로부터 전자기기를 효과적으로 보호할 수 있는 방법이 없었다.
따라서, 종래에는 장펄스로부터 전자기기를 보호하기 위하여, 전원선로를 지중매설하여, 핵 전자기 펄스가 전원선로에 결합되는 양을 줄이는 방법을 사용하였으나, 이는 기존의 전원선로를 교체해야하고, 전원선로를 구성할 때 비용이 많이 소모되는 문제가 있었다.
본 발명의 일 목적은 전원선로에 포함된 장펄스에 해당하는 전자기 펄스로부터 전자기기를 보호하는 것이 가능한 방호장치 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전원선로 상에 흐르는 전자기 펄스로부터 부하기기를 보호하기 위한 방호장치는 상기 전원선로와 상기 부하기기를 전기적으로 연결시키거나 차단시키도록 형성되는 스위칭부, 상기 전원선로 상에 흐르는 전류를 기준시간 간격으로 검출하는 센서부 및 상기 검출된 전류의 펄스폭에 따라 상기 스위칭부를 제어하도록 형성되는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부를 통해 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인 경우, 상기 전원선로와 상기 부하기기의 전기적인 연결을 차단시키도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부에 전원을 공급하도록 형성되는 전원 공급부를 포함하고, 상기 전원 공급부는 상기 전원선로와 상기 스위칭부의 전기적인 연결이 차단되더라도 상기 제어부에 계속적으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 전원선로와 계속하여 전기적으로 연결되는 제1 연결부 및 상기 제어부의 제어에 의하여, 선택적으로 상기 전원선로와 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함하고, 상기 전원 공급부는 상기 제1 연결부 측에 배치되어, 상기 전원선로로부터 공급되는 전원을 기 설정된 방식으로 변환하여 상기 제어부로 공급하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전원 공급부의 일단은 상기 전원선로를 통해 흐르는 전자기 펄스 전류로부터 상기 전원 공급부를 보호하기 위한 캐패시터와 직렬 연결되고, 상기 캐패시터에는 상기 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키기 위한 방전저항이 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전원 공급부는 상기 부하기기로 비상전원을 공급하기 위한 비상 전원공급기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부를 통해 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스이면, 상기 비상 전원공급기와 상기 부하기기를 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부에 의해 검출되는 전류를 기 설정된 수준의 전압으로 변환하는 펄스신호 처리회로, 상기 변환된 전압을 기준 전압과 비교하여, 상기 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인지 판정하는 비교기, 상기 판정결과에 따라, 기 설정된 시간을 카운트하도록 활성화 되는 타이머 및 상기 타이머가 활성화되는 것에 응답하여, 상기 전원선로와 상기 부하기기의 전기적인 연결이 차단되도록 상기 스위칭부를 단락시키는 제어신호를 생성하기 위하여, 턴-온(turn-on)되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부는 상기 전원선로와 상기 부하기기를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 마그네틱 개폐기, 상기 제어부의 제어에 근거하여, 상기 마그네틱 개폐기를 구동시키는 구동 코일 및 상기 제어부에 의해 생성되는 제어신호에 근거하여, 상기 구동 코일을 구동시키는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위치는 상기 타이머가 상기 기 설정된 시간을 카운팅 하는 동안 턴-온(turn-on)되고, 상기 릴레이는 상기 스위치가 턴-온(turn-on) 되는 것에 응답하여, 개방 상태가 되어 상기 구동 코일로 동작전류가 흐르는 것을 차단하며, 상기 마그네틱 개폐기는 상기 동작전류가 차단되는 것에 근거하여, 개방되어 상기 전원선로와 상기 부하기기의 전기적인 연결을 차단시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위치는 상기 타이머에 의한 상기 카운트가 완료되는 것에 근거하여, 턴-오프(turn-off)되고, 상기 릴레이는 상기 스위치가 턴-오프(turn-off)되는 것에 응답하여, 온 상태가 되어, 상기 구동 코일로 동작전류가 흐르는 것을 허용하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마그네틱 개폐기는 상기 전원선로와 계속하여 전기적으로 연결되는 제1 연결부 및 상기 제어부의 제어에 의하여, 선택적으로 상기 전원선로와 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함하고, 상기 구동 코일은 상기 제1 연결부 측에 배치되어, 상기 전원선로와 상기 마그네틱 개폐기의 전기적인 연결이 차단되는 것과 별개로 상기 전원선로를 통해 공급되는 전원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 구동 코일의 일단은 상기 전원선로를 통해 흐르는 전자기 펄스 전류로부터 상기 구동 코일을 보호하기 위한 캐패시터 및 상기 캐패시터와 상기 구동 코일의 인덕터 성분에 의한 진동성 파형을 상쇄시키기 위한 보상 저항이 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 캐패시터에는 상기 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키기 위한 방전저항이 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전원선로 상에 흐르는 전류에 포함된 기 설정된 시간 미만의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스로부터 상기 부하기기를 보호하기 위한 단?중 펄스 보호부를 포함하고, 상기 센서부는 상기 단?중 펄스 보호부를 통과한 전류를 기준시간 간격으로 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 센서부는 상기 단?중 펄스 보호부의 후단에 흐르는 공통모드의 전류를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전원선로 상에 흐르는 전자기 펄스로부터 부하기기를 보호하기 위한 방호장치의 제어방법은 전원선로 상에 흐르는 전류를 기준시간 간격으로 검출하는 단계, 상기 검출된 전류 상에 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스가 포함되었는지 판별하는 단계 및 판별결과에 따라, 상기 전원선로와 상기 부하기기를 전기적으로 연결하는 스위칭부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어하는 단계에서는 상기 검출된 전류 상에 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스가 포함된 경우, 상기 전원선로와 상기 부하기기의 전기적인 연결이 차단되도록 상기 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기가 턴개방되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 판별하는 단계에서는 상기 검출된 전류를 기 설정된 수준의 전압으로 변환하는 단계 및 변환된 전압을 기준전압과 비교하여 상기 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인지 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 판별결과, 상기 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인 경우, 기준시간을 카운팅하는 타이머가 활성화되고, 상기 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기는 상기 기준시간이 카운팅되는 동안 개방되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 타이머에 의해 상기 카운팅이 완료되면, 상기 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기는 단락되어, 상기 전원선로와 상기 부하기기를 전기적으로 다시 연결되는 것을 특징으로 한다
일 실시 예에 있어서, 상기 센싱부에 의하여 장펄스가 감지되는 것에 근거하여, 상기 부하기기로 비상전원이 공급되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 검출하는 단계에서는 상기 전원선로 상에 흐르는 전류에 포함된 기 설정된 시간 미만의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스로부터 상기 부하기기를 보호하기 위한 단?중 펄스 보호부를 통과한 전류를 검출하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭부를 제어하는 제어부는 상기 전원선로와 상기 마그네틱 개폐기의 전기적인 연결이 차단되더라도 상기 전원선로로부터 계속적으로 전원을 공급받도록, 상기 부하기기와 상기 전원선로의 전기적인 연결과 무관한 상기 마그네틱 개폐기의 전단에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치 및 이의 제어방법은 전원선로를 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류에 장펄스에 해당하는 전자기 펄스가 검출되는 경우, 전원선로와 부하기기의 전기적인 연결을 차단함으로써, 부하기기로 전자기 펄스가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치 및 이의 제어방법은 단펄스 및 중펄스 보호회로를 통과한 전류를 검출함으로써, 부하기기를 단펄스, 중펄스 및 장펄스에 해당하는 모든 전자기 펄스로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치의 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치의 제어방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치 및 이의 제어방법은 전원선로를 통해 유입되고, 전자기기(또는 부하기기)에 결함을 초래하는 전자기 펄스로부터 전자기기를 보호하기 위한 것으로서, 이하에서는 전자기기를 보호하는 방법에 대하여, 이하, 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치의 블록도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치를 설명하기 위한 개념도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치의 제어방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방호장치(100)는 전원선로에 포함된 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스로부터 부하기기(300)를 보호하기 위한 구성으로, 스위칭부(110), 센서부(또는 검출부, 120), 제어부(130) 및 전원공급부(140)를 포함할 수 있다.
여기에서, 전원선로는 상기 방호장치(100) 및 부하기기(300)에 전원(또는 전력)을 공급하는 선로로서, 외부의 전원 공급장치로부터 공급되는 전원을 운반하는 역할을 한다. 예를 들어, 도 1을 살펴보면, 상기 외부의 전원 공급장치로부터 공급되는 전원은 식별부호 '200'과 같은 입력단자로 입력될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 전원선로를 식별부호 '200'이라고 표현하기로 한다.
또한, 상기 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스는 파두장이 수백 ms(millisecond)이고, 파미장이 수백 초(second)이며, 상기 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스는 약 1 초(second)에서 수백 초(second)의 펄스폭을 갖는다.
이하에서는, 상기 '기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스'를 편의상 '장펄스'로 표현한다.
또한, 파두장이 수십ns(nanosecond) 파미장이 수백 ns(nanosecond)인 전자기 펄스 전류는 단펄스로, 파두장이 수μs(microsecond)에서 파미장이 수 ms(millisecond)인 전자기 펄스 전류는 중펄스로 표현될 수 있다.
도 1을 살펴보면, 스위칭부(110)는 전원선로(200)와 부하기기(300)를 전기적으로 연결시키거나 차단시키도록 형성된다.
즉, 상기 스위칭부(110)는 제어부(130)의 제어에 근거하여, 개방(open)되거나 단락(short)되어, 상기 전원선로(200)를 통해 공급되는 전원을 상기 부하기기(300)로 전달하거나, 차단하는 역할을 할 수 있다.
또한, 도 3을 살펴보면, 상기 스위칭부(110)는 전원선로(200)로부터 공급되는 전원을 부하기기(300)로 연결시키거나, 차단시키는 마그네틱 개페기(111), 제어부(130)의 제어에 근거하여, 마그네틱 개폐기(111)를 구동시키는 구동 코일(112), 제어부(130)에 의해 생성되는 제어신호에 근거하여, 상기 구동 코일(112)을 구동시키는 릴레이(113)를 포함할 수 있다(한편, 상기 릴레이(113)는 제어부(130)의 구성요소로서 포함되는 것이 가능하며, 제어부(130)의 구성요소로서 포함되는 경우에도, 릴레이(113)의 역할은 동일하다).
상기 마그네틱 개폐기(111)는 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 전원선로(200)측에 배치되어, 상기 전원선로(200)와 전기적으로 계속적으로 연결되는 제1 연결부(111a) 및 제어부(130)의 제어에 의하여, 선택적으로 상기 전원선로(200)와 전기적으로 연결되는 제2 연결부(111b)를 포함한다.
이때, 상기 구동 코일(112)은 상기 제1 연결부(111a) 측에 배치되어, 상기 전원선로(200)와 상기 마그네틱 개폐기(111)의 전기적인 연결이 차단되는 것과 별개로, 상기 전원선로(200)를 통해 공급되는 전원을 항상 공급받을 수 있다.
또한, 상기 스위칭부(110)는 전자기 펄스 전류로부터 상기 구동 코일(112)을 보호하기 위하여, 보호부(170a)를 더 포함할 수 있다.
상기 보호부(170a)는 캐패시터(capacitor, 171a)와 상기 구동 코일(112)의 인덕터 성분에 의한 진동성 파형을 상쇄시키기 위한 보상 저항(173a)을 포함할 수 있고, 상기 캐패시터(171a)와 상기 보상 저항(173a)은 직렬연결될 수 있다.
또한, 상기 캐패시터(171a)에는 상기 캐패시터(171a)에 충전된 전압을 방전시키기 위한 방전 저항(172a)이 상기 캐패시터(171a)와 병렬로 연결될 수 있다.
다음으로, 센서부(120)에 대하여, 살펴보면, 도 1 및 도 3에 도시된 것과 같이, 센서부(120)는 전원선로(200) 상에 흐르는 전류를 검출한다.
상기 센서부(120)는 상기 전원선로(200)상에 흐르는 전류를 계속적으로 검출할 수 있다.
또한, 상기 전원선로(200) 상에 흐르는 전류는 제어부(130)에 구비되는 것이 가능한 펄스신호처리 회로(131)에 의한 제어 및 상기 센서부(120)를 통해 기준시간 간격으로 검출할 수 있으며, 상기 기준시간 간격은 사용자의 선택 또는 제어부(130)의 제어에 의하여, 제어되는 것이 가능하다.
상기 센서부(120)는 홀센서(hall sensor) 형태의 센서를 적용할 수 있으며, 전원선로 양단을 동시에 관통시켜, 공통모드(common mode)전류를 검출하도록 구성될 수 있다.
다음으로, 제어부(130)는 상기 센서부(120)에 의해 검출된 전류의 펄스폭에 따라 상기 스위칭부(110)를 제어한다.
상기 제어부(130)는 상기 센서부(130)를 통해 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인 경우, 즉, 상기 검출된 전류가 장펄스인 경우, 전원선로(200)를 통해 흐르는 전류가 부하기기(300)로 전달되는 것을 차단시키도록, 상기 스위칭부(110)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(130)의 구성을 도 5와 함께, 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 제어부(130)는 펄스신호 처리회로(131), 비교기(132), 타이머(133), 스위치(134)를 포함할 수 있다.
상기 펄스신호 처리회로(131)는 상기 센서부(120, 도 1 및 도 3 참조)를 통해 검출되는 전류를 기 설정된 수준의 전압으로 변환할 수 있다.
즉, 상기 펄스신호 처리회로(131)는 상기 검출되는 전류를 비교대상 전압(기준 전압)과 비교하기 위하여, 전류레벨을 전압레벨로 변환하는 역할을 한다.
비교기(132)는 상기 펄스신호 처리회로(131)를 통해 변환된 전압을 장펄스에 상응하는 기준 전압과 비교하여, 상기 검출된 전류가 장펄스 인지 판정한다.
상기 비교기(132)는 연산 펄스신호 처리회로(operational amplifier:op amp)소자로 구성될 수 있다.
다음으로, 타이머(133)는 상기 비교기(132)에서 상기 검출된 전류의 전압레벨과 상기 기준 전압의 전압레벨을 비교한 결과에 따라, 활성화된다.
즉, 타이머(133)는 비교기(132)에서 상기 검출된 전류가 장펄스로 판별된 경우, 활성화되고, 기 설정된 시간의 카운팅을 시작한다.
그리고, 스위치(134)는 상기 타이머가 활성화되는 것에 응답하여, 상기 전원선로(200, 도 1 참조)와 부하기기(300, 도 1 참조)의 전기적인 연결이 차단되도록 하는 제어신호를 생성한다. 상기 제어신호는 상기 타이머(133)가 기 설정된 시간을 카운팅 하는 동안 상기 스위치(134)가 턴-온(turn-on)됨으로써, 생성된다.
또한, 상기 스위치(134)가 턴-온(turn-on)되는 경우, 상기 스위칭부(110)의 마그네틱 개폐기(111)를 개방하여, 상기 전원선로(200)와 부하기기(300)가 전기적으로 연결되는 것을 차단한다.
즉, 스위칭부(110, 도 1 및 도 3 참조)의 릴레이(113)는 상기 스위치(134, 도 5 참조)와 연결되어, 상기 스위치(134)가 턴-온(turn-on)되는 것에 응답하여, 개방된다.
또한, 이와 같이, 상기 릴레이(113)의 접점이 개방되는 경우, 스위칭부(110)의 구동 코일(112)로 동작전류가 흐르는 것이 차단되므로, 마그네틱 개폐기(111)는 상기 동작전류가 차단되는 것에 근거하여, 접점이 개방되어, 상기 전원선로와 부하기기(300)의 전기적인 연결을 차단할 수 있다.
즉, 상기 스위칭부(110)의 마그네틱 개폐기(111)는 상기 타이머(133)가 기 설정된 시간을 카운팅 하는 동안, 개방(또는 턴-오프)되어, 상기 부하기기로 장펄스가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
한편, 상기 타이머(133, 도 5 참조)에 의해 상기 기 설정된 시간을 카운팅하는 것이 완료되면, 상기 스위치(134, 도 5 참조)는 턴-오프(turn-off)되고, 상기 릴레이(113)는 상기 스위치(134)가 턴-오프(turn-off)되는 것에 응답하여, 다시 온 상태로 전환되어, 구동 코일(112, 도 3 참조)로 동작전류가 흐르는 것을 허용한다.
그리고, 상기 구동 코일(112)로 동작전류가 유입되면 상기 마그네틱 개폐기(111)는 단락(또는 턴-온)되어, 전원선로(200)를 통해 전달되는 전원이 부하기기(300)로 전달되도록 상기 전원선로(200)와 부하기기(300)를 전기적으로 연결한다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 상기 스위칭부(110)는 상기 타이머(113)에 의해 기 설정된 시간이 카운팅되는 동안, 개방(또는 턴-오프)되어, 상기 전원선로(200)와 부하기기(300)의 전기적인 연결을 차단한다.
다음으로, 전원 공급부(140, 도 1 참조)에 대하여 살펴보면, 전원 공급부(140)는 제어부(130)에 전원을 공급한다.
도 3을 참조하면, 상기 전원 공급부(140)는 상기 마그네틱 개폐기(111)의 제1 연결부(111a) 측에 연결되어, 상기 마그네틱 개폐기(111)와 상기 전원선로(200)의 전기적인 연결이 차단되는 경우에도, 제어부(130)에 계속하여 전원을 공급한다.
또한, 상기 전원 공급부(140)의 전원공급기(141)는 상기 전원선로로(200)로부터 공급되는 전원을 기 설정된 방식으로 변환하여, 제어부(130)로 동작전원을 공급할 수 있다.
여기에서, 기 설정된 방식은 일 예로서, 교류전원을 직류전원으로 변환하는 것을 의미할 수 있으며, 이 경우, 상기 전원 공급기(141)는 AC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
한편, 상기 전원 공급부(140)는 상기 전원선로(200)와 상기 부하기기(300)의 전기적인 연결이 차단되는 경우, 상기 부하기기(300)의 연속적인 동작을 보장하기 위하여, 비상 전원공급기(142)를 더 포함할 수 있다.
상기 비상 전원공급기(142)는 상기 센서부(120)를 통해 검출된 전류가 장펄스인 경우, 상기 제어부(130)의 제어에 근거하여, 상기 부하기기(300)와 전기적으로 연결되어, 상기 부하기기(300)로 동작전원을 공급할 수 있다.
한편, 상기 전원 공급부(140)는 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 전원선로(200)를 통해 흐르는 전자기 펄스 전류로부터 상기 전원 공급부(140)를 보호하기 위하여, 보호부(170b)를 더 포함할 수 있다.
상기 보호부(170b)는 상기 전원 공급부(170)와 직렬 연결되는 캐패시터(171b)를 포함할 수 있다. 상기 캐패시터(171b)에는 상기 캐패시터(171b)에 충전된 전압을 방전시키기 위한 방전저항(172b)이 병렬연결될 수 있다.
또한, 보호부(170b)는 상기 전원 공급부(140)의 양단에 연결되는 MOV(Metal Oxide Varistor)소자(173b)를 더 포함할 수 있으며, 상기 MOV소자(173b)는 전자기 펄스 과도전압으로부터 상기 전원 공급부(140)를 보호할 수 있다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 따른 방호장치는 전원선로와 부하기기의 전기적인 연결을 선택적으로 차단함으로써, 전원선로를 통해 유입되는 장펄스로부터 부하기기를 보호할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 방호장치(100)는 도 2 및 도 4에 도시된 것과 같이, 단펄스 및 중펄스 중 적어도 하나로부터 부하기기(300)를 보호하는 단?중펄스 보호부(150)를 더 포함할 수 있다.
단?중펄스 보호부(150)는 기 설정된 시간 미만의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스에 의해 발생하는 과도신호 또는 과도전압으로부터 부하기기(300)를 보호하기 위하여, 상기 단펄스 및 중펄스를 억제하거나 제거한다.
한편, 본 발명에 따른 방호장치(100)가 도 2 및 도 4에 도시된 것과 같이, 단?중펄스 보호부(150)를 포함하는 경우, 센서부(120)는 상기 단?중펄스 보호부(150)를 통과한 전류를 검출한다.
즉, 본 발명에 따른 방호장치(100)의 센서부(120)는 상기 단?중펄스 보호부(150)를 통과한 전류를 검출함으로써, 전원선로를 통해 유입되는 단펄스 및 중펄스가 모두 제거된 후의 전류에서 장펄스를 검출할 수 있다.
한편, 센서부(120)는 상기 단?중펄스 보호부(150)의 양단에 흐르는 공통모드의 전류를 검출한다.
또한, 본 발명에 따른 방호장치(100)는 도 2 및 도 4에 도시된 것과 같이, EMI필터부(160)를 더 포함할 수 있고, 상기 EMI필터(electro magnetic interference filter)부(160)는 부하기기(300)로 유입되는 불필요한 전자기 신호 또는 전자기 잡음을 제거하는 역할을 수행한다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 따른 방호장치는 전원선로를 흐르는 전자기 펄스 전류를 검출하고, 검출된 전류에 장펄스에 해당하는 경우, 전원선로와 부하기기의 전기적인 연결을 물리적으로 차단함으로써, 부하기기로 전자기 펄스가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
이하에서는, 위에서 살펴본 방호장치를 이용하여, 장펄스를 검출하는 방호장치의 제어방법에 대하여, 첨부된 도면과 함께 살펴본다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 본 발명에 따른 방호장치의 제어방법은 전원선로 상에 흐르는 장펄스를 검출하기 위하여, 전원선로 상에 흐르는 전자기 펄스 전류를 검출하는 단계가 진행된다(S610).
이 경우, 전원선로와 부하기기는 도 1 내지 도 4에서 살펴본 것과 같이, 스위칭부의 마그네틱 개폐기를 이용하여, 전기적으로 연결되어 있다.
또한 상기 검출하는 단계(S610)에서는 전원선로 상에 흐르는 전자기 펄스 전류에 포함된 기 설정된 시간 미만의 펄스폭을 갖는 즉, 단펄스 및 중펄스 중 적어도 하나로부터 부하기기를 보호하기 위한 단?중펄스 보호부(도 2 및 도 4 참조)를 통과한 전류를 검출할 수 있다.
또한, 상기 검출하는 단계(S610)에서는 상기 전원선로상에 흐르는 전류를 일정시간 간격으로 검출하거나, 연속적으로 검출할 수 있다.
한편, 상기 S610 단계에서, 상기 전원선로를 통해 흐르는 전류가 검출되면, 다음으로, 상기 검출된 전류 상에 기 설정된 시간이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스 즉, 장펄스가 포함되었는지 판별하는 단계가 진행된다(S620).
상기 판별하는 단계(S620)를 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 판별하는 단계(S620)에서는 도 7에 도시된 것과 같이, 상기 검출된 전류를 기준전압과 변환하기 위하여, 전류레벨을 전압레벨로 변환하는 단계(또는 검출된 전류를 기 설정된 수준의 전압으로 변환하는 단계, S621)가 진행된다.
그리고, 상기 S621 단계를 통해, 상기 검출된 전류가 전압레벨로 변환되면, 상기 검출된 전류의 전압레벨을 기준 전압과 비교하여, 상기 검출된 전류가 장펄스에 해당하는지 판별하는 단계가 진행된다(S622).
따라서, 상기 판별결과에 따라, 제어부는 전원선로와 부하기기를 전기적으로 연결하는 스위칭부를 제어하는 단계가 진행된다(S630).
상기 제어하는 단계(S630)에서는 판별결과, 상기 검출된 전류가 장펄스에 대응되는 경우, 전원선로와 부하기기를 전기적으로 연결시키는 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기를 단락시키는 제어신호를 생성한다.
따라서, 상기 제어하는 단계에서는 상기 전원선로 상에서 장펄스가 검출되는 경우, 스위칭부를 개방시켜, 상기 장펄스로부터 부하기기를 보호할 수 있다.
한편, 상기 제어하는 단계(S630)에서는 상기 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 장펄스인 경우, 기준시간을 카운팅하는 타이머가 활성화된다. 그리고, 상기 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기는 상기 기준시간이 카운팅되는 동안 개방되어, 전원선로와 부하기기의 전기적인 연결을 차단한다.
그리고, 상기 제어하는 단계(S630)에서는 상기 타이머에 의해 상기 기준시간의 카운팅이 완료되면, 상기 전원선로와 상기 부하기기가 전기적으로 연결되도록 상기 스위칭부의 마그네틱 개폐기를 단락시키는 제어신호를 생성한다.
따라서, 상기 부하기기와 상기 전원선로는 상기 기준시간의 카운팅이 완료되면 다시 전기적으로 연결되어, 상기 부하기기는 상기 전원선로로부터 전원을 공급받을 수 있다.
한편, 상기 방호장치의 제어방법은 상기 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기가 상기 제어신호에 의해 개방되는 것에 근거하여, 상기 부하기기로 비상전원이 공급되는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 부하기기는 상기 비상전원이 공급되는 단계를 통해서, 상기 전원선로와의 전기적인 연결이 차단되는 경우에도, 계속적으로 전원을 공급받을 수 있다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치 및 이의 제어방법은 전원선로를 흐르는 전자기 펄스 전류를 검출하고, 검출된 전류에 장펄스에 해당하는 전자기 펄스가 검출되는 경우, 전원선로와 부하기기의 전기적인 연결을 차단함으로써, 부하기기로 전자기 펄스가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 방호장치 및 이의 제어방법은 단펄스 및 중펄스 보호회로를 통과한 전류를 검출함으로써, 부하기기를 단펄스, 중펄스 및 장펄스에 해당하는 모든 전자기 펄스로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
100: 방호장치 110: 스위칭부
120: 센서부 130: 제어부
140: 전원 공급부 150: 단?중펄스 보호부
160: EMI필터부 170a, 170b: 보호부

Claims (23)

  1. 전원선로 상에 흐르는 전자기 펄스로부터 부하기기를 보호하기 위한 방호장치에 있어서,
    상기 전원선로와 상기 부하기기를 전기적으로 연결시키거나 차단시키도록 형성되는 스위칭부;
    상기 전원선로 상에 흐르는 전류에 포함된 기 설정된 시간 미만의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스로부터 상기 부하기기를 보호하기 위한 단?중 펄스 보호부;
    상기 전원선로 상에 흐르는 전류 중 상기 단?중 펄스 보호부를 통과한 전류를 기준시간 간격으로 검출하는 센서부; 및
    상기 센서부를 통해 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인 경우, 상기 전원선로와 상기 부하기기의 전기적인 연결을 차단시키도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에 전원을 공급하도록 형성되는 전원 공급부를 포함하고,
    상기 전원 공급부는
    상기 전원선로와 상기 스위칭부의 전기적인 연결이 차단되더라도 상기 제어부에 계속적으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭부는
    상기 전원선로와 계속하여 전기적으로 연결되는 제1 연결부 및
    상기 제어부의 제어에 의하여, 선택적으로 상기 전원선로와 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함하고,
    상기 전원 공급부는
    상기 제1 연결부 측에 배치되어, 상기 전원선로로부터 공급되는 전원을 기 설정된 방식으로 변환하여 상기 제어부로 공급하는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전원 공급부의 일단은 상기 전원선로를 통해 흐르는 전자기 펄스 전류로부터 상기 전원 공급부를 보호하기 위한 캐패시터와 직렬 연결되고,
    상기 캐패시터에는 상기 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키기 위한 방전저항이 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전원 공급부는
    상기 부하기기로 비상전원을 공급하기 위한 비상 전원공급기를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 센서부를 통해 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스이면, 상기 비상 전원공급기와 상기 부하기기를 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 센서부에 의해 검출되는 전류를 기 설정된 수준의 전압으로 변환하는 펄스신호 처리회로,
    상기 변환된 전압을 기준 전압과 비교하여, 상기 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인지 판정하는 비교기,
    상기 판정결과에 따라, 기 설정된 시간을 카운트하도록 활성화 되는 타이머 및
    상기 타이머가 활성화되는 것에 응답하여, 상기 전원선로와 상기 부하기기의 전기적인 연결이 차단되도록 상기 스위칭부를 턴-오프(turn-off)시키는 제어신호를 생성하기 위하여, 턴-온(turn-on)되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭부는
    상기 전원선로와 상기 부하기기를 전기적으로 연결시키거나 차단시키는 마그네틱 개폐기,
    상기 제어부의 제어에 근거하여, 상기 마그네틱 개폐기를 구동시키는 구동 코일 및
    상기 제어부에 의해 생성되는 제어신호에 근거하여, 상기 구동 코일을 구동시키는 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위치는
    상기 타이머가 상기 기 설정된 시간을 카운팅 하는 동안 턴-온(turn-on)되고,
    상기 릴레이는
    상기 스위치가 턴-온(turn-on) 되는 것에 응답하여, 오프 상태가 되어 상기 구동 코일로 동작전류가 흐르는 것을 차단하며,
    상기 마그네틱 개폐기는
    상기 동작전류가 차단되는 것에 근거하여, 턴-오프(turn-off)되어 상기 전원선로와 상기 부하기기의 전기적인 연결을 차단시키는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스위치는
    상기 타이머에 의한 상기 카운트가 완료되는 것에 근거하여, 턴-오프(turn-off)되고,
    상기 릴레이는
    상기 스위치가 턴-오프(turn-off)되는 것에 응답하여, 온 상태가 되어, 상기 구동 코일로 동작전류가 흐르는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 마그네틱 개폐기는 상기 전원선로와 계속하여 전기적으로 연결되는 제1 연결부 및
    상기 제어부의 제어에 의하여, 선택적으로 상기 전원선로와 전기적으로 연결되는 제2 연결부를 포함하고,
    상기 구동 코일은
    상기 제1 연결부 측에 배치되어, 상기 전원선로와 상기 마그네틱 개폐기의 전기적인 연결이 차단되는 것과 별개로 상기 전원선로를 통해 공급되는 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 구동 코일의 일단은 상기 전원선로를 통해 흐르는 전자기 펄스 전류로부터 상기 구동 코일을 보호하기 위한 캐패시터 및
    상기 캐패시터와 상기 구동 코일의 인덕터 성분에 의한 진동성 파형을 상쇄시키기 위한 보상 저항이 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 캐패시터에는
    상기 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키기 위한 방전저항이 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 단?중 펄스 보호부의 양단에 흐르는 공통모드의 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 방호장치.
  16. 전원선로 상에 흐르는 전자기 펄스로부터 부하기기를 보호하기 위한 방호장치의 제어방법에 있어서,
    상기 전원선로 상에 흐르는 전류에 포함된 기 설정된 시간 미만의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스로부터 상기 부하기기를 보호하기 위한 단?중 펄스 보호부를 통과한 전류를 기준시간 간격으로 검출하는 단계;
    상기 검출된 전류 상에 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스가 포함되었는지 판별하는 단계; 및
    판별결과, 상기 검출된 전류 상에 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스가 포함된 경우, 상기 전원선로와 상기 부하기기의 전기적인 연결을 차단시키기 위하여, 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기가 개방되도록 상기 스위칭부를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방호장치의 제어방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 검출된 전류 상에서 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스가 포함되면, 상기 부하기기로 비상전원이 공급되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방호장치의 제어방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 판별하는 단계에서는
    상기 검출된 전류를 기 설정된 수준의 전압으로 변환하는 단계 및
    변환된 전압을 기준전압과 비교하여 상기 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인지 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방호장치의 제어방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 판별결과, 상기 검출된 전류가 기 설정된 시간 이상의 펄스폭을 갖는 전자기 펄스인 경우,
    기준시간을 카운팅하는 타이머가 활성화되고,
    상기 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기는 상기 기준시간이 카운팅되는 동안 개방되는 것을 특징으로 하는 방호장치의 제어방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 타이머에 의해 상기 카운팅이 완료되면, 상기 스위칭부에 포함된 마그네틱 개폐기는 단락되어, 상기 전원선로와 상기 부하기기를 전기적으로 다시 연결되는 것을 특징으로 하는 방호장치의 제어방법.








  22. 삭제
  23. 삭제
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