KR101251831B1 - 보호 회로 및 이를 포함하는 절연 저항 측정 장치 - Google Patents

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    • H01H75/10—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of power reset mechanism having only electromagnetic release

Abstract

본 발명은 인가되는 전류가 미리 정해진 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 정전류 제어부 및 제1 정전류 제어부와 병렬로 연결되어 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 제1 정전류 제어부로 인가되는 전류가 우회되도록 제어하여 전류 제어를 수행하는 제2 정전류 제어부를 포함하는 보호 회로로 고전압이 인가되어도 정전류 제어를 수행하여 절연 저항을 용이하게 측정할 수 있다.

Description

보호 회로 및 이를 포함하는 절연 저항 측정 장치{Protection circuit and insulation resistance measuring apparatus comprising the same}
본 발명은 보호 회로 및 이를 포함하는 절연 저항 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피검사체의 절연 저항을 측정하는 보호 회로 및 이를 포함하는 절연 저항 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 절연 저항 측정 장치는 피검사체에 직류 전압을 일정 시간 동안 인가한 후, 피검사체에 흐르는 전류를 측정하여 피검사체의 절연 저항을 측정한다.
그러나, 절연 저항 측정 장치를 이용하여 피검사체의 절연 저항을 측정할 경우, 피검사체에 쇼트(short)와 같은 고장이 발생하면, 절연 저항 측정 장치로 과대한 전류가 인가되어 절연 저항 측정 장치가 파괴되어 버리는 경우가 있다.
이를 위해 종래에는 절연 저항 측정 장치에 복수의 제한 저항이 병렬로 접속되는 전류 제한 회로를 부가하여 피검사체의 절연 저항을 측정하는 방식을 사용하였고, 이러한 종래의 방식을 사용하여 피검사체에 쇼트가 발생하여도 절연 저항 측정 장치가 파괴되는 것을 방지하였다.
그러나, 상기와 같은 종래의 절연 저항 측정 장치는 피검사체로 인가되는 전압의 레벨이 변화하면, 그에 따라 제한 저항의 개수 및 종류를 교체해야 하고, 이러한 교체 작업으로 인해 번거로움이 발생하는 문제가 있었다.
특히, 고전압이 인가될 경우에는 전류 제한 회로를 부가하여도 절연 저항 측정 장치가 파괴될 가능성이 커지고, 제조 비용도 증가하는 문제가 있었다.
본 발명의 사상은 고전압이 인가되어도 정전류 제어하여 절연 저항을 용이하게 측정할 수 있는 보호 회로 및 이를 포함하는 절연 저항 측정 장치를 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 보호 회로는 인가되는 전류가 미리 정해진 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 정전류 제어부; 상기 제1 정전류 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전류가 우회되도록 제어하여 전류 제어를 수행하는 제2 정전류 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제1 정전류 제어부는 게이트로 인가되는 전압에 따라 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류를 조절하여 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 스위치를 포함한다.
또한, 상기 제1 정전류 제어부는 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제1 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제1 해제 스위치를 더 포함한다.
그리고, 상기 제1 정전류 제어부는 상기 제1 스위치의 게이트로 전압을 인가하는 제1 커플러; 상기 제1 스위치의 소스와 연결되고, 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류에 따라 전위차를 발생시키는 제1 전압 검출소자를 더 포함한다.
이때, 상기 제1 스위치는 게이트가 상기 제1 해제 스위치의 컬렉터와 연결되고, 소스가 상기 제1 해제 스위치의 베이스와 연결된다.
한편, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 상기 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압을 분배하는 복수 개의 분배 소자를 포함한다.
그리고, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 복수 개의 분배 소자 사이의 접속점과 게이트가 연결되어 상기 게이트로 인가되는 전압이 미리 정해진 제2 기준 전압 이상이면, 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류가 우회되어 드레인 및 소스 간에 흐르도록 제어하고, 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 미리 정해진 제2 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제2 스위치를 더 포함한다.
아울러, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 제2 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제2 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제2 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제2 해제 스위치를 더 포함한다.
또한, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 제2 스위치의 소스와 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류에 따라 전위차를 발생시키는 제2 전압 검출소자를 더 포함한다.
여기서, 상기 제2 기준 전류의 값은 상기 제1 기준 전류의 값보다 큰 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의한 절연 저항 측정 장치는 피검사체의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 피검사체에서 출력되는 전류가 미리 정해진 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 정전류 제어부 및 상기 제1 정전류 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전류가 우회되도록 제어하여 전류 제어를 수행하는 제2 정전류 제어부를 포함하는 보호 회로; 상기 보호 회로에서 출력되는 전류를 인가받아 상기 피검사체의 전류를 측정하는 전류 측정 회로를 포함하고, 상기 보호 회로는 복수 개가 직렬로 연결된다.
여기서, 상기 제1 정전류 제어부는 게이트로 인가되는 전압에 따라 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류를 조절하여 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 스위치; 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제1 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제1 해제 스위치를 포함한다.
또한, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 상기 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압을 분배하는 복수 개의 분배 소자를 포함한다.
게다가, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 복수 개의 분배 소자 사이의 접속점과 게이트가 연결되어 상기 게이트로 인가되는 전압이 미리 정해진 제2 기준 전압 이상이면, 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류가 우회되어 드레인 및 소스 간에 흐르도록 제어하고, 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 미리 정해진 제2 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제2 스위치를 더 포함한다.
그리고, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 제2 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제2 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제2 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제2 해제 스위치를 더 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연 저항 측정 장치는 피검사체의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 장치에 있어서, 상기 피검사체에서 출력되는 전류가 미리 정해진 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 정전류 제어부 및 상기 제1 정전류 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전류가 우회되도록 제어하여 전류 제어를 수행하는 제2 정전류 제어부를 포함하는 보호 회로; 상기 보호 회로에서 출력되는 전류를 인가받아 상기 피검사체의 전류를 측정하는 전류 측정 회로를 포함하고, 상기 보호 회로는 복수 개가 서로 마주보는 방향으로 연결된다.
여기서, 상기 피검사체로 극성이 서로 다른 전압을 인가하기 위해 극성이 반전된 복수 개의 전원 회로를 포함한다.
이때, 상기 복수 개의 전원 회로는 병렬로 연결된다.
또한, 상기 복수 개의 전원 회로에서 극성이 서로 다른 전압을 선택적으로 상기 피검사체에 인가하기 위해 턴 온 또는 턴 오프 동작하는 전원 스위치 회로를 포함하고, 상기 전원 스위치 회로는 일단이 복수 개의 전원 회로 중에서 하나와 선택적으로 연결되는 제1 전원 스위치 회로; 일단이 상기 제1 전원 스위치 회로의 타단과 접지 중에서 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 피검사체와 연결되는 제2 전원 스위치 회로를 포함한다.
그리고, 상기 제1 정전류 제어부는 게이트로 인가되는 전압에 따라 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류를 조절하여 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 스위치; 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제1 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제1 해제 스위치를 포함한다.
덧붙여, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 상기 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압을 분배하는 복수 개의 분배 소자를 포함한다.
또한, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 복수 개의 분배 소자 사이의 접속점과 게이트가 연결되어 상기 게이트로 인가되는 전압이 미리 정해진 제2 기준 전압 이상이면, 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류가 우회되어 드레인 및 소스 간에 흐르도록 제어하고, 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 미리 정해진 제2 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제2 스위치를 더 포함한다.
그리고, 상기 제2 정전류 제어부는 상기 제2 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제2 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제2 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제2 해제 스위치를 더 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 보호 회로 및 이를 포함하는 절연 저항 측정 장치에 따르면, 고전압이 인가되어도 정전류 제어를 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
즉, 저전압에서 고전압까지의 다양한 전압이 인가되어도 간단하고 안전하게 정전류 제어를 수행할 수 있는 장점이 있다.
이로 인해, 피검사체에서 쇼트와 같은 고장이 발생하여도 절연 저항 측정 장치로 과대한 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 피검사체가 콘덴서와 같은 용량성 부하인 경우에도 정전류를 이용하여 충/방전할 수 있기 때문에 충/방전 시간이 단축되는 장점이 있다.
그리고, 보호 회로 전체가 프로팅 상태이기 때문에 피검사체의 절연 저항과 같은 미소한 신호를 측정하는데 있어서도 절연 불량에 의한 누설 전류의 영향으로 오차가 발생하는 문제점을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 보호 회로의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 절연 저항 측정 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연 저항 측정 장치의 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 보호 회로의 구성도 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 절연 저항 측정 장치의 구성도를 나타낸다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 보호 회로(10)는 피검사체(5) 및 피검사체(5)의 전류를 측정하는 전류 측정 회로(55) 사이에 위치하여 전류 측정 회로(55)로 인가되는 전류를 일정하게 제어하는 수단이다.
이에 따라, 보호 회로(10)의 입력(In)은 피검사체(5)와 직렬로 연결되고, 보호 회로(10)의 출력(Out)은 전류 측정 회로(55)와 직렬로 연결된다.
이러한 보호 회로(10)의 구성 요소에 대하여 설명하면, 보호 회로(10)는 제1 정전류 제어부(10a) 및 제2 정전류 제어부(10b)를 포함하여 구성된다.
제1 정전류 제어부(10a)는 입력(In)에서 인가되는 전류가 미리 정해진 제1 기준 전류(Iref1)가 되도록 전류 제어를 수행하는 수단으로서, 제1 커플러(12a), 제1 스위치(14a), 제1 전압 검출소자(16a) 및 제1 해제 스위치(18a)를 포함한다.
이 중에서 제1 커플러(12a)는 전원 공급원(11)에서 출력되는 전압(V1)을 제1 스위치(14a)의 게이트(gate)로 인가하는 수단으로서, 1차측에 전류가 인가되면 발광 소자가 빛을 발생하고, 발생된 빛에 의해 전압을 발생시키는 포토 커플러(photo coupler, PC)와 같은 반도체 소자로 구성될 수 있다.
또한, 제1 커플러(12a)는 1차측과 2차측이 절연된 직류/직류 컨버터(DC/DC converter)로 구성될 수 있다.
상기와 같이 보호 회로(10)에 제1 커플러(12a)를 마련한 이유는 1차측과 2차측을 절연시키기 위해서이다. 즉, 도 2에서와 같이 복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n)를 직렬로 연결할 경우, 1차측의 접지와 2차측의 접지가 절연되어 있지 않으면, 2차측의 전류가 1차측으로 새어 나와 전류 측정 회로(55)에서 전류를 정확하게 측정할 수 없기 때문이다.
제1 스위치(14a, FET1)는 게이트로 인가되는 전압에 따라 드레인(drain) 및 소스(source) 간에 흐르는 전류를 조절하여 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 제1 기준 전류(Iref1)가 되도록 전류 제어를 수행한다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1 스위치(14a)는 게이트로 인가되는 전압이 제1 스위치(14a)의 설정 전압 이상이면, 턴 온(turn on) 동작하여 드레인(drain) 및 소스(source) 간에 전류가 흐르게 한다. 그러다가, 제1 스위치(14a)의 게이트로 인가되는 전압이 영 전압(0v)에 가깝게 되면, 제1 스위치(14a)의 드레인(drain) 및 소스(source) 간에 흐르는 전류는 점점 줄어들어 드레인 및 소스 간에는 전류가 흐르지 않게 된다. 제1 스위치(14a)는 상기 동작을 반복함으로써 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 제1 기준 전류(Iref1)가 되도록 전류 제어를 수행하는 것이다.
이러한 제1 스위치(14a)는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구성될 수 있으며, 이외에 BJT(Bipolar Junction Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수도 있다.
제1 전압 검출소자(16a)는 제1 스위치(14a)의 소스와 연결되고, 제1 스위치(14a)의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류에 따라 전위차를 발생시키는 수단으로서, 저항(R11)으로 구성된다. 저항(R11)은 일단이 제1 스위치(14a)의 소스 및 제1 해제 스위치(18a)의 베이스(base)의 접속점과 연결되고, 타단은 접지와 연결된다.
이러한 제1 전압 검출소자(16a)는 제1 스위치(14a)의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 제1 기준 전류(Iref1)를 초과하면, 전위차가 상승하여 하기에서 설명할 제1 해제 스위치(18a)를 턴 온 동작시킨다.
제1 해제 스위치(18a, TR1)는 제1 스위치(14a)의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 제1 기준 전류(Iref1)를 초과하면, 턴 온 동작하여 제1 스위치(14a)의 전류 제어를 해제시키는 역할을 수행한다.
보다 자세하게 설명하면, 제1 스위치(14a)의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 제1 기준 전류(Iref1)를 초과하면, 제1 전압 검출소자(16a)의 전위차는 상승하여 제1 해제 스위치(18a)의 베이스(base)로 인가된다. 그리고, 제1 해제 스위치(18a)의 베이스로 인가되는 전압이 제1 해제 스위치(18a)의 설정 전압 이상이면, 제1 해제 스위치(18a)는 턴 온 동작하여 제1 스위치(12a)의 게이트로 인가되는 전압은 영 전압(0v)에 가깝게 감소된다. 이러한 동작에 의해 제1 해제 스위치(18a)는 제1 스위치(12a)의 전류 제어를 해제시킨다.
상기와 같은 제1 해제 스위치(18a)는 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 구성될 수 있으며, 이외에 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수도 있다.
제2 정전류 제어부(10b)는 제1 정전류 제어부(10a)와 병렬로 연결되어 제1 정전류 제어부(10a)로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 제1 정전류 제어부(10a)로 인가되는 전류가 우회되도록 제어하여 전류 제어를 수행하는 수단으로서, 분배 소자(12b), 제2 스위치(14b), 제2 전압 검출소자(16b) 및 제2 해제 스위치(18b)를 포함하여 구성된다.
이 중에서 분배 소자(12b)는 제1 정전류 제어부(10a)로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 제1 정전류 제어부(10a)로 인가되는 전압을 분배하는 수단으로서, 복수 개의 저항(R21, R22)으로 구성된다.
보다 상세하게 설명하면, 분배 소자(12b)는 제1 스위치(14a)의 드레인 및 소스 간의 전압이 제1 기준 전압 이상이면(즉, 제1 스위치(14a)의 정격 전압(대략 1500V)을 초과하는 전압이 가해지면), 복수 개의 저항(R21, R22)은 인가되는 전압을 분배한다.
여기서, 과도한 전류가 보호 회로(10)로 인가되면 제1 및 제2 스위치(12a)(12b)의 전류 제어 기능은 손상되므로 복수 개의 저항(R21, R22)은 보호 회로(10)로 낮은 전류(대략 0.1% 미만의 전류)가 흐르도록 큰 저항 값을 가진다.
이때, 복수 개의 저항(R21, R22) 값은 분배 전압(Vm) = 제1 스위치(12a)의 드레인 및 소스 간의 전압 * R22/(R21+R22)로 설정될 수 있다.
제2 스위치(14b, FET2)는 게이트(gate)가 복수 개의 저항(R21, R22)의 접속점과 연결되고, 게이트로 인가되는 전압이 미리 정해진 제2 기준 전압(제2 스위치(14b)의 설정 전압) 이상이면, 제1 스위치(14a)의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류가 우회되어 제1 스위치(14b)의 드레인 및 소스 간에 흐르도록 제어한다.
또한, 제2 스위치(14b)는 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 미리 정해진 제2 기준 전류(Iref2)가 되도록 전류 제어를 수행한다.
보다 자세하게 설명하면, 제2 스위치(14b)의 게이트(gate)로 인가되는 전압은 복수 개의 분배 소자(12b)에서 분배된 전압으로서, 분배된 전압이 제2 기준 전압 이상이면, 제2 스위치(14b)의 게이트로 인가되는 전압도 커지게 된다. 이때, 제2 스위치(14b)의 게이트로 인가되는 전압이 제2 기준 전압 이상이 되면, 제2 스위치(14b)는 턴 온 동작하여 제1 스위치(14a)의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류가 제2 스위치(14b)의 드레인 및 소스 간으로 흐르게 되는 것이다. 이때, 제2 기준 전류(Iref2)는 제1 기준 전류(Iref1)보다 크므로 제1 스위치(14a)로는 전류가 흐르지 않게 된다.
만약, 제2 스위치(14b)의 게이트로 인가되는 전압이 영 전압(0V)에 가깝게 되면, 제2 스위치(14b)의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류는 점점 줄어들게 되어 드레인(drain) 및 소스(source) 간에는 전류가 흐르지 않게 된다. 상기 동작을 반복함으로써 제2 스위치(14b)는 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 제2 기준 전류(Iref2)가 되도록 전류 제어를 수행한다.
상기와 같은 제2 스위치(14b)는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구성될 수 있으며, 이외에 BJT(Bipolar Junction Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수도 있다.
제2 전압 검출소자(16b)는 제2 스위치(14b)의 소스와 연결되고, 제2 스위치(14b)의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류에 따라 전위차를 발생시키는 수단으로서, 저항(R23)으로 구성된다.
저항(R23)은 일단이 제2 스위치(14b)의 소스 및 제2 해제 스위치(18b)의 베이스(base)의 접속점과 연결되고, 타단은 접지와 연결된다.
이러한 제2 전압 검출소자(16b)는 제2 스위치(14b)의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 제2 기준 전류(Iref2)를 초과하면, 전위차가 상승하여 하기에서 설명할 제2 해제 스위치(18b)를 턴 온 동작시킨다.
제2 해제 스위치(18b, TR2)는 제2 스위치(14b)로 흐르는 전류가 제2 기준 전류(Iref2)를 초과하면, 턴 온 동작하여 제2 스위치(14b)의 전류 제어를 해제시킨다.
보다 자세하게 설명하면, 제2 스위치(14b)의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 제2 기준 전류(Iref2)를 초과하면, 제2 전압 검출소자(16b)의 전위차는 상승하여 제2 해제 스위치(18b)의 베이스(base)로 인가된다. 그리고, 제2 해제 스위치(18b)의 베이스로 인가되는 전압이 제2 해제 스위치(18b)의 설정 전압 이상이면, 제2 해제 스위치(18b)는 턴 온 동작하여 제2 스위치(14b)의 게이트로 인가되는 전압을 영 전압(0v) 가까이 감소시킨다. 이러한 동작에 의해 제2 해제 스위치(18b)는 제2 스위치(14b)의 전류 제어를 해제시킨다.
상기와 같은 제2 스위치(14b)는 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 구성될 수 있으며, 이외에 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수도 있다.
그리고, 제2 기준 전류(Iref2)의 크기는 제1 기준 전류(Iref1)의 크기보다 크게 설정되어 제1 스위치(14a)로 고전압(제1 스위치(14a)의 정격 전압을 초과하는 전압)이 인가되면, 제1 스위치(14a)는 턴 오프 동작시키고, 제2 스위치(14b)는 턴 온 동작시켜 제2 스위치(14b)로 전류가 흐르게 함으로써 보호 회로(10)의 손상을 방지한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 절연 저항 측정 장치의 구성도를 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이, 절연 저항 측정 장치(1)는 복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n) 및 전류 측정 회로(55)를 포함하여 구성된다.
이하, 기능이 동일한 구성은 도 1에 도시한 보호 회로에서 설명하였으므로 생략하기로 한다.
복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n)는 직렬로 연결되는데, 보호 회로(10)로 제1 스위치(14a)의 정격 전압(Vmax)을 초과하는 고전압(Vmeas)이 인가된 경우, 고전압(Vmeas) ≥ 제1 스위치(14a)의 정격 전압(Vmax) × 보호 회로의 개수(n)가 되도록 연결한다.
만약, 2개의 보호 회로를 직렬로 연결한 경우를 예를 들어 설명하면, 동일하게 설정된 정전류 제어부라고 할지라도 저항, 스위치 등의 부품 특성 차에 따라 정전류 값이 약간 다르게 된다.
이때, 고전압이 인가될 경우, 정전류 값이 작은 보호 회로에서 전류 제어를 수행하게 되며, 보호 회로의 입력과 출력 간에는 고전압이 인가된다. 그리고, 제2 정전류 제어부(10a)가 제1 스위치(14a)의 정격 전압을 초과하지 않도록 동작하며, 제2 스위치(14b)의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류는 정전류 값이 큰 다른 보호 회로로 인가되어 고전압을 분담하도록 함으로써 전압 밸런스를 맞추는 것이다.
따라서, 상기와 같이 복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n)가 직렬로 접속된 경우에는 고전압이 분산되어 스위치의 정격 전압 이하로 제어되도록 하는 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연 저항 측정 장치의 구성도를 나타낸다.
도 3에 도시한 바와 같이, 절연 저항 측정 장치는 복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n), 전류 측정 회로(55), 전원 회로(75) 및 전원 스위치 회로(85)를 포함하여 구성된다.
복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n)는 서로 마주보는 방향으로 연결된다. 일례로, 4개의 보호 회로가 나란히 직렬로 연결된 경우, 제1 보호 회로(10)의 입력은 피검사체(5)와 연결되고, 제1 보호 회로(10)의 출력(Out)은 제2 보호 회로(20)의 입력(In)과 연결되고, 제2 보호 회로(20)의 출력(Out)은 제3 보호 회로(30)의 출력(Out)과 연결된다. 또한, 제3 보호 회로(30)의 입력(In)은 제4 보호 회로(40)의 출력(Out)과 연결되고, 제4 보호 회로(40)의 입력(In)은 전류 측정 회로(55)와 연결된다.
이와 같이, 복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n)를 서로 마주보는 방향으로 연결함으로써 충/방전과 같이 정방향 및 역방향의 양방향 전류가 인가되거나 교류 전압이 인가되어도 전류 제어를 수행할 수 있게 된다.
보다 자세하게 설명하면, 도 2에서의 복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n)는 입력에서 출력 방향으로만 전류 제어를 수행한다. 그 이유는 제1 및 제2 스위치(14a)(14b)의 드레인 및 소스 간에 병렬로 접속된 기생 다이오드를 이용하여 출력에서 입력의 반대 방향으로는 전류를 무제한으로 흘려 버리기 때문이다. 이에 따라, 직류 전압의 극성을 바꾸는 경우, 교류 전압과 같이 극성이 서로 바뀌는 경우나 피검사체(5)가 콘덴서일 경우에는 충/방전으로 인해 전류의 방향이 바뀌는 경우에도 전류 제어를 수행하기 위해 복수 개의 보호 회로(10 ~ 10n)를 서로 마주보는 방향으로 연결하는 것이다.
상술한 바와 같이, P 방향으로 전류가 흐르는 경우에는 제1 및 제2 보호 회로(10)(20)가 동작하여 전류 제어를 수행하고, Q 방향으로 전류가 흐르는 경우에는 제3 및 제4 보호 회로(30)(40)가 동작하여 전류 제어를 수행하게 된다.
그리고, 절연 저항 측정 장치(1)는 피검사체(5)로 극성이 서로 다른 전압을 인가하기 위해 극성이 반전된 복수 개의 전원 회로(75)를 더 포함하여 구성되는데, 이러한 복수 개의 전원 회로(75)는 병렬로 연결된다.
도 3에서와 같이 복수 개의 전원 회로(75)는 제1 및 제2 전원 회로(Ps_N, Ps_P)를 포함하는데, 제1 및 제2 전원 회로(Ps_N, Ps_P)는 극성이 서로 반전된 상태이다. 일례로, 제1 전원 회로(Ps_N)는 피검사체(5)로 (-) 전압이 인가되도록 연결되고, 제2 전원 회로(Ps_P)는 피검사체(5)로 (+) 전압이 인가되도록 연결되기 때문에 복수 개의 전원 회로(Ps_N, Ps_P)를 이용하여 피검사체(5)로 (-) 전압 및 (+) 전압을 용이하게 교대로 인가할 수 있다.
전원 스위치 회로(85)는 복수 개의 전원 회로(75)에서 극성이 서로 다른 전압을 선택적으로 피검사체(5)에 인가하기 위해 턴 온 또는 턴 오프 동작하는 제1 및 제2 전원 스위치 회로(85a, 85b)로 구성된다.
제1 전원 스위치 회로(85a)는 일단이 복수 개의 전원 회로(Ps_N, Ps_P) 중에서 하나와 선택적으로 연결된다. 즉, 제1 전원 스위치 회로(85a)는 일단이 제1 전원 회로(Ps_N)와 연결될 수 있으며 제2 전원 회로(Ps_P)와 연결될 수도 있다.
제2 전원 스위칭 회로(85b)는 일단이 제1 전원 스위치 회로(85a)의 타단과 접지 중에서 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 피검사체(5)와 연결된다.
상기와 같은 전원 스위치 회로(85)의 동작에 대해 구체적으로 설명하면, 제1 전원 스위치 회로(85a)는 제1 전원 스위치 회로(85a)의 (-) 전압을 피검사체(5)로 인가하기 위해서는 제1 전원 회로(Ps_N) 방향으로 턴 온 동작하고, 제2 전원 스위치 회로(85b)는 제1 전원 스위치 회로(85a) 방향으로 턴 온 동작한다.
또한, 제1 전원 스위치 회로(85a)는 제2 전원 회로(Ps_P)의 (+) 전압을 피검사체(5)로 인가하기 위해서는 제2 전원 회로(Ps_P) 방향으로 턴 온 동작하고, 제2 전원 스위치 회로(85b)는 제1 전원 스위치 회로(85a) 방향으로 턴 온 동작한다.
이러한 동작을 통해서 피검사체(5)로 (+) 전압 및 (-) 전압을 교대로 인가할 수 있기 때문에 직류 전압의 극성을 바꾸는 경우, 교류 전압과 같이 극성이 서로 바뀌는 경우나 피검사체(5)가 콘덴서일 경우에는 충/방전으로 인해 전류의 방향이 바뀌는 경우에도 전류 제어를 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
1. 절연 저항 측정 장치 5. 피검사체
10. 보호 회로 10a, 10b. 제1 및 제2 정전류 제어부
12a. 제1 커플러 12b. 분배 소가
14a, 14b. 제1 및 제2 스위치 16a, 16b. 제1 및 제2 전압 검출소자
18a. 18b. 제1 및 제2 해제 스위치 55. 전류 측정 회로
75. 전원 회로 85. 전원 스위치 회로

Claims (24)

  1. 인가되는 전류가 미리 정해진 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 정전류 제어부;
    상기 제1 정전류 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전류가 우회되도록 제어하여 전류 제어를 수행하는 제2 정전류 제어부를 포함하는 보호 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 정전류 제어부는,
    게이트로 인가되는 전압에 따라 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류를 조절하여 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 스위치를 포함하는 보호 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 정전류 제어부는,
    상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제1 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제1 해제 스위치를 더 포함하는 보호 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 정전류 제어부는,
    상기 제1 스위치의 게이트로 전압을 인가하는 제1 커플러;
    상기 제1 스위치의 소스와 연결되고, 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류에 따라 전위차를 발생시키는 제1 전압 검출소자를 더 포함하는 보호 회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 스위치는,
    게이트가 상기 제1 해제 스위치의 컬렉터와 연결되고,
    소스가 상기 제1 해제 스위치의 베이스와 연결되는 보호 회로.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 상기 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압을 분배하는 복수 개의 분배 소자를 포함하는 보호 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 복수 개의 분배 소자 사이의 접속점과 게이트가 연결되어 상기 게이트로 인가되는 전압이 미리 정해진 제2 기준 전압 이상이면, 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류가 우회되어 드레인 및 소스 간에 흐르도록 제어하고, 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 미리 정해진 제2 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제2 스위치를 더 포함하는 보호 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 제2 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제2 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제2 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제2 해제 스위치를 더 포함하는 보호 회로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 제2 스위치의 소스와 연결되고, 상기 제2 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류에 따라 전위차를 발생시키는 제2 전압 검출소자를 더 포함하는 보호 회로.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 기준 전류의 값은,
    상기 제1 기준 전류의 값보다 큰 보호 회로.
  11. 피검사체의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 장치에 있어서,
    상기 피검사체에서 출력되는 전류가 미리 정해진 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 정전류 제어부 및 상기 제1 정전류 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전류가 우회되도록 제어하여 전류 제어를 수행하는 제2 정전류 제어부를 포함하는 보호 회로;
    상기 보호 회로에서 출력되는 전류를 인가받아 상기 피검사체의 전류를 측정하는 전류 측정 회로를 포함하고,
    상기 보호 회로는 복수 개가 직렬로 연결되는 절연 저항 측정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 정전류 제어부는,
    게이트로 인가되는 전압에 따라 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류를 조절하여 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 스위치;
    상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제1 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제1 해제 스위치를 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 상기 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압을 분배하는 복수 개의 분배 소자를 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 복수 개의 분배 소자 사이의 접속점과 게이트가 연결되어 상기 게이트로 인가되는 전압이 미리 정해진 제2 기준 전압 이상이면, 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류가 우회되어 드레인 및 소스 간에 흐르도록 제어하고, 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 미리 정해진 제2 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제2 스위치를 더 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 제2 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제2 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제2 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제2 해제 스위치를 더 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  16. 피검사체의 절연 저항을 측정하는 절연 저항 측정 장치에 있어서,
    상기 피검사체에서 출력되는 전류가 미리 정해진 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 정전류 제어부 및 상기 제1 정전류 제어부와 병렬로 연결되어 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 미리 정해진 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전류가 우회되도록 제어하여 전류 제어를 수행하는 제2 정전류 제어부를 포함하는 보호 회로;
    상기 보호 회로에서 출력되는 전류를 인가받아 상기 피검사체의 전류를 측정하는 전류 측정 회로를 포함하고,
    상기 보호 회로는 복수 개가 서로 마주보는 방향으로 연결되는 절연 저항 측정 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 피검사체로 극성이 서로 다른 전압을 인가하기 위해 극성이 반전된 복수 개의 전원 회로를 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수 개의 전원 회로는,
    병렬로 연결된 절연 저항 측정 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수 개의 전원 회로에서 극성이 서로 다른 전압을 선택적으로 상기 피검사체에 인가하기 위해 턴 온 또는 턴 오프 동작하는 전원 스위치 회로를 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전원 스위치 회로는,
    일단이 복수 개의 전원 회로 중에서 하나와 선택적으로 연결되는 제1 전원 스위치 회로;
    일단이 상기 제1 전원 스위치 회로의 타단과 접지 중에서 하나와 선택적으로 연결되고, 타단이 상기 피검사체와 연결되는 제2 전원 스위치 회로를 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 정전류 제어부는,
    게이트로 인가되는 전압에 따라 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류를 조절하여 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제1 스위치;
    상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제1 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제1 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제1 해제 스위치를 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압이 상기 제1 기준 전압 이상이면, 상기 제1 정전류 제어부로 인가되는 전압을 분배하는 복수 개의 분배 소자를 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 복수 개의 분배 소자 사이의 접속점과 게이트가 연결되어 상기 게이트로 인가되는 전압이 미리 정해진 제2 기준 전압 이상이면, 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르던 전류가 우회되어 드레인 및 소스 간에 흐르도록 제어하고, 상기 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 미리 정해진 제2 기준 전류가 되도록 전류 제어를 수행하는 제2 스위치를 더 포함하는 절연 저항 측정 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제2 정전류 제어부는,
    상기 제2 스위치의 드레인 및 소스 간에 흐르는 전류가 상기 제2 기준 전류를 초과하면, 턴 온 동작하여 상기 제2 스위치의 전류 제어를 해제시키는 제2 해제 스위치를 더 포함하는 절연 저항 측정 장치.
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