KR101214868B1 - 누전감지 ｉｃ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기 - Google Patents

누전감지 ｉｃ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 누전차단기의 내부에 구성된 누전감지 IC의 전원을 누전이 발생했을 경우에만 공급되도록 하여 누전감지IC에 항시 전원이 공급됨으로써 발생되는 대기전력이 차단되도록 구성된 누전차단기에 관한 것이다.
보다 자세하게는, 누전감지 IC의 전원을 스위칭하기 위한 반도체 스위치를 포함하는 전원스위칭모듈이 상기 누전감지 IC에 별도 또는 외장형으로 장착된 누전차단기에 관한 것이다.
본 발명은 각상의 전원라인의 누설전류를 감지하여 누전시에 전원라인을 오픈시키는 누전차단기에 있어서, 각상의 전원라인을 관통시켜 상기 전원라인을 통해 부하로 들어갔다가 나오는 전류의 미세전류의 차이를 검출하는 영상변류기; 상기 전원라인에서 전원을 공급받아 누전을 제어하는 누전감지IC; 상기 전원라인에서 상기 누전감지IC로 공급되는 전원을 개폐하는 반도체 스위치가 구성된 전원스위칭모듈; 상기 영상변류기에서 검출된 미세전류를 미세전압으로 변환하는 전류/전압변환부; 및 상기 미세전압의 크기가 설정된 전압 이상인 경우에 상기 반도체 스위치에 문턱전압 이상의 전압이 인가되어 통전되도록, 상기 전류/전압변환부에서 변환된 미세전압이 중첩되어 상기 반도체 스위치로 인가되도록 별도전압을 생성하는 별도전압 생성회로부;를 포함하여 구성된 누전감지 ＩＣ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기를 제시한다.
본 발명은 누전이 발생되는 경우로 판단시에만 전원이 누전감지IC에 공급되어 누전감지IC가 누전을 제어하기 위한 동작을 수행함으로 종래처럼 항시로 누전감지IC에 전원이 공급되면서 발생되는 대기전력이 차단하여 불필요한 전력을 절감할 수 있게 된다.

Description

누전감지 ＩＣ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기{The circuit breaker with function to prevent power consumption and standby power via power switching control by semiconductor of earth leakage control IC}
본 발명은 누전차단기의 내부에 구성된 누전감지 IC의 전원을 누전이 발생했을 경우에만 공급되도록 하여 누전감지IC에 항시 전원이 공급됨으로써 발생되는 대기전력이 차단되도록 구성된 누전차단기에 관한 것이다.
보다 자세하게는, 누전감지 IC의 전원을 스위칭하기 위한 반도체 스위치를 포함하는 전원스위칭모듈이 상기 누전감지 IC에 별도 또는 외장형으로 장착된 누전차단기에 관한 것이다.
전기를 사용하다가 보면 선로나 기기의 노후나 기타 원인 등으로 뜻하지 않게 누전사고가 발생되는 일이 있다. 이에 영상변류기(ZCT)가 내장된 누전차단기를 선로에 설치하여 누전을 검출하고 누전시 누전차단기 내부의 차단메카니즘을 통하여 부하로 흐르는 선로를 오픈시키도록 구성되고 있다.
도 1은 누전(GR)을 검출하기 위한 종래의 영상변류기(ZCT)를 나타내며, 도시된 바처럼 영상변류기는 각상의 상선라인(R상, S상, T상)이 모두 영상변류기를 관통하도록 구성되어, 1차측 3상 전원으로부터 유기되는 1차측 전원의 제로 위상을 2차측 권취코일을 통해 소전압으로 검출하여 누전여부를 판단하게 된다.
즉, 상기 영상변류기의 권취코일이 감겨진 코어의 동공부를 관통하는 3상 전원(R, S, T)은 위상이 120도의 차이를 가지고 있으며, 상기 3상 전원 중 어느 하나의 전원전압의 위상이 영상일 경우 나머지 두 전원전압의 위상의 합은 영전압이 되며, 영상변류기는 이러한 각상의 전원전압의 파형에서 벡터합을 통해 누전여부를 판단하게 된다.
즉, 정상시에는 상선라인(R상, S상, T상)을 통해 부하로 들어갔다가 나오는 전류의 벡터합이 같으므로 아무런 문제가 없으나, 누전이 발생시에는 부하로 들어갔다가 나오는 전류가 차이가 나므로 그 차이만큼의 전류가 누설전류로서 상기 영상변류기를 통해 검출이 되는 것이다.
도 2a, 2b는 종래기술에 따른 누전차단기의 내부에 구성된 회로도를 나타내며, 누전차단기에 공급되는 상시전원을 전파정류회로를 통해 정류시켜 사용하는 누전차단기를 도시한 것이다.
도 2a에 도시된 바를 참조하여 누전차단기의 내부의 회로구성도를 보면, 누전차단기로 공급되어 전파정류된 전원은 누전감지IC(10)를 구동하는 제어전원으로 입력되고, 이에 상기 누전감지IC(10)는 영상변류기(ZCT)에서 검출되는 미세한 출력전압으로부터 누전발생의 유무를 판정하게 된다.
도시된 상태에서는 브릿지회로에 의해 상시전원라인인 L1과 L2는 서로 통전이 되지 않기 때문에 솔레노이드 코일, 다시 말해 트립코일(30)은 자화되지 않은 상태를 갖게 된다.
도 2b를 참조할 때, 누전감지IC(10)에서 영상변류기를 통해 검출된 미세전압을 통해 누전상태를 판정하게 되는 경우에 누전차단기 내부의 솔레노이드 코일, 또는 트립코일(30)에 전압이 인가되면서 자화되면서 상시전원과 연결된 누전차단기의 접점을 차단하도록 사이리스터(SCR, 20))에 게이트신호를 보내게 된다.
다시 말해, 상기 누전감지IC(10)에서 영상변류기를 통해 검출된 미세전압을 통해 누전이라고 판정해서 게이트신호가 사이리스터(SCR)로 보내지면, 사이리스터(20)가 스위칭되면서 L1과 L2의 상시전원라인이 통전되어 도시된 바처럼 트립코일(30)에 전압이 인가되게 되고, 이를 통해 트립장치(미도시)가 구동되면서 누전차단기의 접점이 오픈되게 된다.
다만, 상기 누전감지IC(10)에는 영상변류기에서 검출되는 미세전압을 통해 누전발생여부를 판정하기 위하여 항상 온(on)상태를 유지하게 되는데, 이에 누전감지IC(10)에는 누전제어를 위한 온상태를 유지하기 위해 전원이 항시로 공급이 되고 있으며, 결국 누전이 발생되지 않은 경우에도 항상 누전감지IC(10)를 통해 대기전력이 소모되는 문제점이 발생하게 된다.
즉, 대부분의 가정이나 건물 등에는 분전반 등이 설비되어 있으며, 이에 장착되는 항시로 누전차단기의 누전감지IC에 공급되는 전원때문에 대기전력으로 소모되는 전력량은 상당할 수밖에 없으므로, 결국 발전용량의 불필요한 낭비를 초래하게 되는 문제점을 갖게 된다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 누전감지IC가 누전이 발생되는 경우로 판단시에만 동작하도록 하여, 종래처럼 항시로 누전감지IC에 전원이 공급되면서 발생되는 대기전력이 차단되도록 구성된 누전차단기를 제시하는 것을 목적으로 한다.
다시 말해, 영상변류기에서 검출되는 미세전류의 크기가 설정된 특정전류값 이상인 경우에 누전이 발생되는 경우로 판단하여, 이러한 경우에만 누전감지IC에 전원이 공급되도록 구성함으로써 누전감지IC의 대기전력을 차단하도록 구성된 누전차단기를 제시하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 각상의 전원라인의 누설전류를 감지하여 누전시에 전원라인을 오픈시키는 누전차단기에 있어서, 각상의 전원라인을 관통시켜 상기 전원라인을 통해 부하로 들어갔다가 나오는 전류의 미세전류의 차이를 검출하는 영상변류기; 상기 전원라인에서 전원을 공급받아 누전을 제어하는 누전감지IC; 상기 전원라인에서 상기 누전감지IC로 공급되는 전원을 개폐하는 반도체 스위치가 구성된 전원스위칭모듈; 상기 영상변류기에서 검출된 미세전류를 미세전압으로 변환하는 전류/전압변환부; 및 상기 미세전압의 크기가 설정된 전압 이상인 경우에 상기 반도체 스위치에 문턱전압 이상의 전압이 인가되어 통전되도록, 상기 전류/전압변환부에서 변환된 미세전압이 중첩되어 상기 반도체 스위치로 인가되도록 별도전압을 생성하는 별도전압 생성회로부;를 포함하여 구성된 누전감지 ＩＣ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기를 제시한다.
상기 전원스위칭모듈에는, 상기 미세전압과 별도전압의 중첩된 전압이 문턱전압이상 인가되면서 통전되며, 그라운드와 접지된 NPN타입 반도체스위치; 상기 그라운드 접지된 NPN타입 반도체스위치와 연결되면서 상기 NPN타입 반도체스위치가 통전되지 않는 경우에 베이스전압과 에미터전압이 동전위를 형성하게 되어 턴오프상태를 유지하는 PNP타입 반도체스위치;가 구성되면서, 상기 NPN타입 반도체스위치로 중첩된 전압이 문턱전압이상으로 인가되어 통전된 경우에는, 상기 PNP타입 반도체 스위치의 그라운드로 연결된 베이스전압이 에미터전압보다 전위차가 0.6V 이상 낮아지면서 상기 PNP타입 반도체 스위치가 통전되면서 누전감지IC에 전원이 공급되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 별도전압 생성회로부에는, 상기 누전감지IC로 공급되는 전원라인과 병렬연결되어 그라운드로 이어진 병렬라인; 상기 반도체스위치에 인가되는 전압의 크기를 낮추도록 상기 병렬라인 상에 장착된 저항; 및 상기 반도체 스위치에 상기 반도체 스위치의 문턱전압 이상의 전압이 인가되도록 상기 별도전압의 크기를 변환하기 위하여 저항과 그라운드 사이에 장착된 가변저항;을 포함하여, 상기 병렬라인의 저항과 가변저항 사이에 위치하는 노드(N)를 상기 미세전압이 인가되는 전선라인과 직렬연결하면서, 상기 노드(N)에서의 전압이 상기 전류/전압변환부에서 변환된 미세전압과 중첩되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 병렬라인상에서 가변저항과 병렬연결되어 상기 반도체 스위치로 과전압이 인가되지 못하도록 구성된 다이오드; 및 상기 병렬라인상에서 가변저항과 병렬연결되어 상기 별도전압의 파형에서 노이즈를 필터링하는 콘덴서;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명인 누전감지 ＩＣ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기를 통해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
첫 번째로, 본 발명은 누전이 발생되는 경우로 판단시에만 전원이 누전감지IC에 공급되어 누전감지IC가 누전을 제어하기 위한 동작을 수행함으로 종래처럼 항시로 누전감지IC에 전원이 공급되면서 발생되는 대기전력이 차단하여 불필요한 전력을 절감할 수 있게 된다.
두 번째로, 누전이 발생되는 경우를 규정된 누설전류 또는 누설전압기준값의 일정%이상인 경우에 전원스위칭 모듈의 반도체 스위치에 문턱전압이 인가되면서 턴온되도록 함으로써 누전발생 징후가 있는 경우에 미리 누전감지IC에 전원을 공급하도록 구성할 수 있게 된다.
세 번째로, 본 발명은 영상변류기에서 검출되는 미세전류를 미세전압으로 변환시키고 별도로 구성한 별도전압 생성회로부를 통해 생성된 별도전압을 미세전압과 중첩시켜서 전원스위칭모듈의 반도체 스위치가 통전가능한 문턱전압 이상이 인가되면 반도체스위치가 작동되도록 구성함으로써, 비록 ZCT를 통해 2차측으로 유기된 전압이 미세전압일지라도 누전이 발생되는 경우로 판단되는 미세전압인 경우에 별도전압과 중첩되어 반도체스위치의 문턱전압을 넘어서는 전압을 생성하도록 함으로써 누전감지IC에 전원이 공급되어 누전감지IC가 누전을 제어하기 위한 동작을 수행하도록 구성할 수 있다.
네 번째로, 본 발명은 상기 전원스위칭모듈에 장착되는 각종 반도체스위치의 문턱전압의 크기의 다양성에 따라 상기 반도체 스위치의 문턱전압 이상의 전압이 인가되도록 상기 가변저항을 통해 별도전압의 크기를 조정하도록 함으로써 반도체 스위치가 바뀌더라도 쉽게 가변저항을 통해 반도체 스위치에 문턱전압 이상의 전압이 인가되도록 구성할 수 있다.
다섯 번째로, 본 발명의 전원스위칭모듈은 미세전압차를 통해 누전을 감지하는 누전차단기의 내부의 누전감지IC에 내장 또는 외장될 수 있어서 간편하게 원가비용을 절감하면서 손쉽게 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 누전(GR)을 검출하기 위한 종래의 영상변류기(ZCT)를 나타내는 도면이다.
도 2a, 2b는 종래기술에 따른 누전차단기의 내부에 구성된 회로도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 누전감지IC의 전원을 온오프하는 전원스위칭모듈이 포함된 누전차단기의 회로도이다.
도 4는 본 발명에 의한 전원스위칭모듈에 포함된 반도체스위치를 구동시키기 위한 중첩전압파형의 생성상태를 도시한 상태도이다.
이하, 본 발명인 누전차단기 내부의 누전감지 IC의 전원을 제어하여 대기전력을 차단하는 저소비전력형 누전차단기에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 누전감지IC의 전원을 온오프하는 전원스위칭모듈이 포함된 누전차단기의 회로도이다.
도시된 바를 참조하면, 본 발명의 누전차단기에는 각상의 전원라인의 누설전류를 감지하여 누전시에 전원라인(100)을 오픈시키기 위하여, 각상의 전원라인을 관통시켜 상기 전원라인을 통해 부하로 들어갔다가 나오는 전류의 미세전류의 차이를 검출하는 영상변류기(ZCT, 200)와 상기 전원라인에서 전원을 공급받아 누전을 제어하는 누전감지IC(300)가 필수적으로 구성된다.
일반적으로, 영상변류기(ZCT,200)는 가정용/산업용 또는 단상용/3상용 등의 누전차단기에 따라 누전의 판단시에 기준이 되는 누설기준전압이 설정되어 있으며, 구체적인 예를 들면, 가정용 누전차단기의 경우는 우리나라의 경우 미세전류의 차이가 5mA, 15mA, 30mA 등으로 설정하고 있다.
이에 더하여, 상기 전원라인(100)에서 상기 누전감지IC(300)로 공급되는 전원을 개폐하는 반도체 스위치(TR1, TR2)가 구성된 전원스위칭모듈(400)이 구성된다. 상기 전원스위칭모듈(400)은 상기 누전감지IC(300)에 내장 또는 외장될 수 있어서 간편하게 원가비용을 절감하면서 손쉽게 제작할 수 있다.
상기 반도체 스위치(TR1, TR2)는 FET, SCR, TRIAC 등의 다양한 스위치로 대체될 수 있으며, 이는 당업자의 입장에서 자명할 것이다.
또한, 본 발명에는 상기 영상변류기(200)에서 검출된 미세전류를 미세전압으로 변환하는 전류/전압변환부(500)가 구성된다.
또한, 상기 미세전압의 크기가 설정된 전압 이상인 경우에 상기 반도체 스위치(TR2, 400b)에 상기 반도체 스위치의 문턱전압 이상의 전압이 인가되어 통전되도록, 상기 전류/전압변환부에서 변환된 미세전압이 중첩되어 상기 반도체 스위치(TR2, 400b)로 인가되도록 별도전압을 생성하는 별도전압 생성회로부(600)가 더 구성된다.
상기 문턱전압이란 반도체 스위치가 트리거 되도록 인가하는 바이어스 전압으로서, 반도체 스위치가 작동되는 최소한의 전압값을 의미한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 별도전압 생성회로부(600)에는 상기 누전감지IC(300)로 공급되는 전원라인과 병렬연결되어 그라운드로 이어진 병렬라인(610)이 형성되며, 상기 반도체스위치(TR2, 400b)에 인가되는 전압의 크기를 낮추도록 상기 병렬라인 상에 저항(620)이 장착된다.
다시 말해, 전원라인의 100~240V의 전압의 크기를 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압의 크기에 맞추어 0.5~0.8V의 크기로 낮추게 된다.
또한, 상기 전원스위칭모듈(400)에 장착되는 각종 반도체 스위치의 문턱전압의 크기를 맞추도록 별도전압 생성회로부(600)에서 생성되는 별도전압의 크기를 변환하기 위하여 저항(620)과 그라운드 사이에 가변저항(630)이 장착된다.
다시 말해, 상기 가변저항(630)은 누전차단기에 설정된 누설기준전압의 몇 %가 감지되었을 경우에 반도체스위치(TR2, 400b)로 문턱전압이상의 전압이 인가되도록 셋팅하는지 여부 또는 각종 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압의 크기의 다양성에 따라 상기 반도체 스위치에 반도체스위치의 문턱전압 이상의 전압이 인가되도록 상기 별도전압의 크기를 변환하기 위하여 구성된다.
상기 전류/전압변환부에서 변환된 미세전압과 중첩되도록 상기 미세전압이 인가되는 전선라인과 직렬연결되도록 상기 저항(620)과 가변저항(630) 사이에서 위치하는 노드(N)가 구성되어, 별도전압과 미세전압의 중첩전압을 형성하게 된다.
보다 자세하게는, 상기 병렬라인(610)의 저항(620)과 가변저항(630) 사이에 위치하는 노드(N)를 상기 미세전압이 인가되는 전선라인과 직렬연결하면서, 상기 노드(N)에서의 전압이 상기 전류/전압변환부에서 변환된 미세전압과 중첩되도록 구성하게 된다.
또한 상기 별도전압 생성회로부(600)에는 상기 병렬라인(610)상에서 가변저항과 병렬연결되어 상기 반도체 스위치로 과전압이 인가되지 못하도록 구성된 다이오드(650)가 구성된다.
즉, 반도체스위치(TR2)에 반도체스위치(TR2)의 문턱전압의 크기를 넘어서는 전압이 인가되지 않도록 상기 다이오드(650)가 장착되어, 상기 다이오드(650)의 자체 통전전압 이상의 전압, 이를 테면 0.6V라면 0.6V이상의 과전압이 반도체스위치(TR2, 400b)에 인가되지 못하도록 하여 반도체스위치(TR2, 400b)을 보호하게 된다.
또한, 상기 병렬라인(610)상에서 가변저항(630)과 병렬연결되어 상기 별도전압 생성회로부(600)에서 생성된 별도전압의 파형에서 발생된 노이즈를 필터링하는 콘덴서(660)가 더 포함될 수 있다.
또한, 도시된 저항(Rb)의 역할은 반도체 스위치(TR2,400b)로 인가되는 중첩된 전압의 크기가 너무 커지므로 인해, 영상변류기(ZCT, 200)에서 검출되는 미세전압의 크기가 변함에 따라 발생되는 전원감지IC(300)의 Vref의 비선형성을 개선하기 위해 장착된다.
이하, 본 발명의 누전감지IC의 전원을 온오프하는 전원스위칭모듈의 구동원리를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 누전차단기의 작동원리는 평시, 다시 말해 누전 발생징후가 없는 경우에는 누전감지IC(300)에 전원이 공급되지 않아 동작하지 않고, 만약 누전 발생징후가 있는 경우에는 누전감지IC(300)에 전원이 공급되면서 작동하도록 구성된다.
즉, 종래의 누전차단기에는 평상시에도 누전감지IC(300)에는 계속적으로 전원이 공급되면서 이에 따라 저항(Rp)를 통한 대기전력이 소모되면서 전력이 무의미하게 소모되고 있다.
이러한 전력소모를 방지하고자, 본 발명의 경우는 상기 전원라인에서 상기 누전감지IC(300)로 공급되는 전원을 개폐하는 반도체 스위치(TR1, TR2)가 구성된 전원스위칭모듈(400)을 별도로 구성하고 있다.
상기 반도체스위치(TR2)는 작동이 시작되는 문턱전압을 가지고 있는데, 이러한 문턱전압 이상의 전압이 인가되지 않으면 반도체 스위치(TR1, TR2)은 구동하지 않는다.
도 3을 참조할 때, 전원스위칭모듈(400)에 구성된 반도체스위치(TR2, 400b)에는 상기 영상변류기(200)에서 검출된 미세전류를 전류/전압변환부(500)을 통해 변환시킨 미세전압이 인가된다.
그러나, 상기 변환된 미세전압의 크기는 상기 반도체스위치(TR2, 400b)을 구동하기에는 너무 미약하여 문턱전압에 이르지를 못한다.
이를 극복하기 위하여, 본 발명은 별도로 구성한 별도전압 생성회로부(600)를 통해 생성된 별도전압을 미세전압과 중첩시켜서 전원스위칭모듈(400)의 반도체 스위치(TR2, 400b)로 통전가능한 문턱전압 이상이 인가되도록 구성하고 있다.
즉, 미세전압의 크기를 별도전압과 중첩시켜 중첩된 전압을 반도체 스위치(TR2, 400b)에 인가하여 반도체스위치(TR2, 400b)가 작동되도록 구성함으로써, 비록 ZCT를 통해 2차측으로 유기된 전압이 미세전압일지라도 누전이 발생되는 경우로 판단되는 미세전압인 경우에 별도전압과 중첩되어 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압을 넘어서는 전압을 생성하도록 함으로써 누전감지IC(300)에 전원이 공급되어 누전감지IC(300)가 누전을 제어하기 위한 동작을 수행하게 된다.
보다 자세하게 설명하면, 전원스위칭모듈(400)의 PNP타입 반도체스위치(TR1, 400a)의 베이스가 그라운드와 접지된 NPN타입 반도체스위치(TR2, 400b)와 연결된다.
따라서, 그라운드와 접지된 NPN타입 반도체스위치(TR2, 400b)가 동작하지 않는 경우에는 도시된 바처럼 PNP타입 반도체스위치(TR1, 400a)의 베이스전압과 에미터전압은 동전위를 형성하면서 동작을 하지 않으므로 누전감지IC(300)에는 전원이 공급되지 않는다.
이 때, 전원스위칭모듈(400)의 반도체 스위치(TR2, 400b)로 중첩된 전압이 문턱전압이상으로 인가되어 반도체 스위치(TR2, 400b)가 통전된 경우에는, 반도체 스위치(TR2, 400b)가 통전되면서 반도체스위치(TR1, 400a)의 그라운드와 연결되는 베이스에 의해 베이스전압이 에미터전압보다 전위차가 0.6V 이상 낮아지면서 반도체스위치(TR1, 400a)가 통전되면서 누전감지IC(300)에 전원이 공급되어 누전감지IC가 누전을 제어하기 위한 동작을 수행하게 된다.
본 발명의 경우, 누전이 발생되는 경우로 판단되는 미세전압의 크기는 누설기준에 해당하는 전류가 흐를때, 이를 테면 30mA의 누설전류가 누설기준인 경우에, 그에 대한 50%인 15mA가 감지될 경우에 해당하는 미세한 누설전압이 발생되는 경우에 상기 별도전압 생성회로부(600)에서 생성된 별도전압과 중첩시키는 경우 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압이 되도록 설정할 수 있다.
결국, 평상시에는 반도체스위치(TR2, 400b)로 문턱전압이상의 전압이 인가되지 않으면서 반도체 스위치(TR1, TR2)는 턴오프상태를 유지하게 되고, 이에 전원라인에서 상기 누전감지IC(300)로 공급되는 전원이 차단되며, 반대로 미세전압의 크기가 별도전압과 중첩되면서 반도체스위치(TR2, 400b)로 문턱전압이상의 전압이 인가되는 경우에는 반도체 스위치(TR1, 400a)는 턴온상태를 유지하게 되고, 이에 전원라인에서 상기 누전감지IC(300)로 전원이 공급되도록 구성되는 것이다.
또한, 본 발명의 경우 전원스위칭모듈(400)에 장착되는 반도체 스위치(TR2, 400b)의 문턱전압에 따라 상기 별도전압 생성회로부(600)에서 생성되는 별도전압의 크기를 가변저항(630)을 통해 변환하도록 구성된다.
다시 말해, 상기 가변저항(630)을 통해 생성되는 별도전압의 크기는 각종 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압에 따라 0.5~0.8V로 적절하게 변환되어 생성될 수 있다.
또한, 본 발명의 경우, 상기 전원스위칭모듈(400)에 장착되는 각종 반도체 스위치(TR2, 400b)의 문턱전압의 크기를 맞추도록 별도전압 생성회로부(600)에서 생성되는 별도전압의 크기를 변환하기 위하여 저항(620)과 그라운드 사이에 가변저항(630)이 장착된다.
다시 말해, 상기 가변저항(630)은 누전차단기에 설정된 누설기준전압의 몇 %가 감지되었을 경우에 반도체스위치(TR2, 400b)로 문턱전압이상의 전압이 인가되도록 셋팅하는지 여부에 따라 상기 별도전압 생성회로부(600)에서 생성되는 별도전압의 크기를 가변저항(630)을 통해 변환하도록 구성된다.
예를 들면, 누전차단기의 누설기준전압이 100~200mV인 경우에, 이에 대한 50%정도인 50~100mV에서 상기 반도체 스위치(TR2, 400b)에 문턱전압이상의 전압이 인가되도록 가변저항(630)을 통해 별도전압의 크기를 조정할 수 있다.
다시말해, 누설기준전압값을 기준으로 누전차단기의 영상변류기(200, ZCT)에서 검출되는 미세전압이 누설기준전압값의 일정%이상일 경우에 상기 반도체 스위치(TR2, 400b)에 문턱전압 이상의 전압이 인가되도록, 누설기준전압값의 일정%이상으로 검출된 미세전압과 별도전압이 중첩되면서 반도체스위치(TR2, 400b)에 문턱전압 이상의 전압이 인가될 수 있도록, 가변저항(630)을 이용하여 변환가능한 별도전압을 생성하게 된다.
따라서, 누전감지IC(400)의 동작 가능한 범위를 누설기준전압값의 일정%이상으로 임의로 바꾸는 경우라도, 반도체스위치(TR2, 400b)에 인가되는 전압은 가변저항을 통해 조정된 별도전압을 통해 조정가능하게 구성할 수 있다.
따라서, 누전이 발생되는 경우를 규정된 누설전류 또는 누설전압기준값의 일정%이상인 경우에 전원스위칭 모듈(400)의 반도체 스위치(TR2, 400b)에 문턱전압이 인가되면서 반도체스위치(TR1, 400a)가 턴온되도록 함으로써 누전발생 징후가 있는 경우에 미리 누전감지IC(400)에 전원을 공급하도록 구성할 수 있게 된다.
또는, 상기 전원스위칭모듈(400)에 장착되는 각종 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압의 크기의 다양성에 따라 상기 반도체 스위치(TR2, 400b)의 문턱전압 이상의 전압이 인가되도록 상기 가변저항(630)을 통해 별도전압의 크기를 조정하게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 전원스위칭모듈에 포함된 반도체스위치(TR2, 400b)를 구동시키기 위한 중첩전압파형의 생성상태를 도시한 상태도이다.
도시된 바의 (b)는 영상변류기(200)를 통해 감지된 미세전압파형을 나타내며, (a)는 별도전압 생성회로부(600)에서 생성된 별도전압의 파형을 나타내며, (c)는 미세전압과 별도전압의 중첩파형을 나타내고 있다.
즉, 미세전압의 크기는 매우 작기 때문에, 이러한 미세전압으로는 전원스위칭모듈(400)의 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압에 도달할 수 없다. 따라서, 별도전압을 생성하고 중첩함으로써 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압에 도달하도록 구성하게 되는 것이다.
이에, 누전이 발생되지 않아 미세전압의 크기가 0 인 상태에서는 반도체스위치(TR2, 400b)에 인가되는 전압은 문턱전압이상의 전압이 인가되지 않으면서 반도체 스위치(TR1, 400a)는 턴오프상태를 유지하게 되고, 이에 전원라인에서 상기 누전감지IC(300)로 공급되는 전원이 차단된다.
반대로, 영상변류기에서 검출된 미세전압의 크기가 일정한 값, 이를테면 기준설정전압의 50%~80% 등을 나타내는 경우라면, 이러한 미세전압의 크기가 별도전압과 중첩되면서 문턱전압에 도달하도록 할 수 있다.
이 경우는 미세전압의 크기가 별도전압과 중첩되면서 반도체스위치(TR2, 400b)로 문턱전압이상의 전압이 인가되므로 반도체 스위치(TR1, 400a)는 턴온상태를 유지하게 되고, 이에 전원라인에서 상기 누전감지IC(300)로 전원이 공급되도록 구성되는 것이다.
이때, 상기 별도전압의 크기는 별도전압 생성회로부(600)의 가변저항(620)을 이용하여 별도전압값을 조정하여 구성하게 된다.
물론, 앞서 기술한 바와 같이 전원스위칭모듈(400)의 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압의 크기가 다양할 수 있으므로, 미세전압과 중첩되는 별도전압의 생성값을 가변저항(630)을 통해 조정하여 반도체스위치(TR2, 400b)의 문턱전압의 크기를 맞추도록 구성할 수 있다.
이상 본 발명의 상세한 설명에서는 도시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 구성은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
100: 전원라인 200: 영상변류기
300: 누전감지IC 400: 전원스위칭모듈
400a,400b: 반도체스위치
500: 전류/전압변환부 600: 별도전압 생성회로부
610: 병렬라인 620: 저항
630: 가변저항
650: 다이오드 660: 콘덴서

Claims (4)

  1. 각상의 전원라인의 누설전류를 감지하여 누전시에 전원라인을 오픈시키는 누전차단기에 있어서,
    각상의 전원라인을 관통시켜 상기 전원라인을 통해 부하로 들어갔다가 나오는 전류의 미세전류의 차이를 검출하는 영상변류기;
    상기 전원라인에서 전원을 공급받아 누전을 제어하는 누전감지IC;
    상기 전원라인에서 상기 누전감지IC로 공급되는 전원을 개폐하는 반도체 스위치가 구성된 전원스위칭모듈;
    상기 영상변류기에서 검출된 미세전류를 미세전압으로 변환하는 전류/전압변환부; 및
    상기 미세전압의 크기가 설정된 전압 이상인 경우에 상기 반도체 스위치에 문턱전압 이상의 전압이 인가되어 통전되도록, 상기 전류/전압변환부에서 변환된 미세전압이 중첩되어 상기 반도체 스위치로 인가되도록 별도전압을 생성하는 별도전압 생성회로부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 누전감지 ＩＣ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전원스위칭모듈에는,
    상기 미세전압과 별도전압의 중첩된 전압이 문턱전압이상 인가되면서 통전되며, 그라운드와 접지된 NPN타입 반도체스위치;
    상기 그라운드 접지된 NPN타입 반도체스위치와 연결되면서 상기 NPN타입 반도체스위치가 통전되지 않는 경우에 베이스전압과 에미터전압이 동전위를 형성하게 되어 턴오프상태를 유지하는 PNP타입 반도체스위치;가 구성되면서,
    상기 NPN타입 반도체스위치로 중첩된 전압이 문턱전압이상으로 인가되어 통전된 경우에는, 상기 PNP타입 반도체 스위치의 그라운드로 연결된 베이스전압이 에미터전압보다 전위차가 0.6V 이상 낮아지면서 상기 PNP타입 반도체 스위치가 통전되면서 누전감지IC에 전원이 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 누전감지 ＩＣ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 별도전압 생성회로부에는,
    상기 누전감지IC로 공급되는 전원라인과 병렬연결되어 그라운드로 이어진 병렬라인;
    상기 반도체스위치에 인가되는 전압의 크기를 낮추도록 상기 병렬라인 상에 장착된 저항; 및
    상기 반도체 스위치에 상기 반도체 스위치의 문턱전압 이상의 전압이 인가되도록 상기 별도전압의 크기를 변환하기 위하여 저항과 그라운드 사이에 장착된 가변저항;을 포함하여,
    상기 병렬라인의 저항과 가변저항 사이에 위치하는 노드(N)를 상기 미세전압이 인가되는 전선라인과 직렬연결하면서, 상기 노드(N)에서의 전압이 상기 전류/전압변환부에서 변환된 미세전압과 중첩되도록 구성된 것을 특징으로 하는 누전감지 ＩＣ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 병렬라인상에서 가변저항과 병렬연결되어 상기 반도체 스위치로 과전압이 인가되지 못하도록 구성된 다이오드; 및
    상기 병렬라인상에서 가변저항과 병렬연결되어 상기 별도전압의 파형에서 노이즈를 필터링하는 콘덴서;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 누전감지 ＩＣ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기.
KR1020120051642A 2012-05-15 2012-05-15 누전감지 ｉｃ의 전원공급을 반도체방식으로 제어하여 누전 비발생시 소비전력과 대기전력을 차단한 누전차단기 KR101214868B1 (ko)

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