KR101253035B1

KR101253035B1 - 전류 감지 장치

Info

Publication number: KR101253035B1
Application number: KR1020120032930A
Authority: KR
Inventors: 이원호
Original assignee: 대성전기공업 주식회사
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-04-10

Abstract

본 발명에 따른 전류 감지 장치는 전원부, 저전류 감지부, 대전류 감지부, 스위칭부 및 제어부를 포함한다. 상기 전원부는 전류 공급라인을 통해 전류를 공급한다. 상기 저전류 감지부는 상기 전류 공급라인과 병렬 연결된 제1 병렬 라인 상에 구비되며, 제1 저항값을 갖는 제1 션트저항을 포함한다. 상기 대전류 감지부는 상기 전류 공급라인과 병렬 연결된 제2 병렬 라인 상에 구비되며, 상기 제1 저항값보다 작은 제2 저항값을 갖는 제2 션트저항을 포함한다. 상기 스위칭부는 상기 제2 병렬 라인 상에 구비되어 상기 대전류 감지부와 직렬로 연결된다. 상기 제어부는 상기 제1 션트저항에 유기되는 제1 전압값을 검출하여 상기 제1 전압값 및 상기 제1 저항값에 근거하여 제1 전류값을 산출하고, 상기 제1 전류값이 기준치 이상인 경우, 상기 대전류 감지부에 상기 전류가 흐르도록 상기 스위칭부를 온시키고, 상기 제2 션트저항에 유기되는 제2 전압값을 검출하여 상기 제2 전압값 및 상기 제2 저항값에 근거하여 제2 전류값을 산출한다. 이에 의하여, 대전류량과 저전류량을 정확하게 측정할 수 있는 하나의 전류 감지 회로를 구성할 수 있고, 상대적으로 저가의 부품만을 이용함으로써 제조비용을 줄일 수 있다.

Description

전류 감지 장치{ELECTRIC CURRENT SENSING DEVICE}

본 발명은 전류 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전류 및 대전류를 감지할 수 있는 전류 감지 장치에 관한 것이다.

전자기기 또는 자동차용 전장장치는 과전류로부터 배터리를 포함하는 전원장치 및 관련회로의 보호하기 위해 부하로 흐르는 전류량을 감지하는 기능이 필수적이다. 회로에 흐르는 과전류를 감지하고 정밀한 측정을 위하여, 전류 감지 장치는 큰 전류량과 작은 전류량을 모두 감지할 수 있어야 한다.

일반적으로, 대전류(DC. 10A ~ 100A) 측정을 위한 전류측정 방식 및 장치소자로서 CT(Current Transformer)를 이용하는 방식과 션트 저항(Shunt Resistor)을 이용하는 방식이 있고, 저전류(DC. 100mA 이하) 측정을 위해서는 주로 션트 저항을 이용하는 방식이 사용되고 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 전류 감지 장치의 개략적인 구성도이다. 도 1a는 저전류 측정을 위한 션트 저항(20a)과 대전류 측정을 위한 CT(30a)를 구비한 전류 감지 장치(10a)로서, 상기 두 가지 방식을 혼합하여 사용하게 되면 저전류 측정을 위한 션트 저항에 의해 전류량이 제한되고 대전류가 흐르게 되면 션트 저항의 열파괴가 일어난다.

도 1b를 참조하면, 저전류 측정을 위한 션트 저항(20b)과 대전류 측정을 위한 션트 저항(30b)을 구비한 전류 감지 장치(10b)로서, 이와 같이 서로 다른 션트 저항을 사용하게 되면, 대전류용 션트 저항의 낮은 저항값으로 인하여 저전류 측정이 불가능 하게 되는 문제점이 발생한다.

상기한 바와 같은 문제점으로 인하여, 특히, 자동차용 전장기기에서의 대전류와 저전류의 동일선로의 전류측정은 실용화된 장치가 없는 상태이고 대전류 또는 저전류 중 어느 한가지의 전류측정만 측정 가능한 장치가 이용되고 있다.

한편, 대전류용 CT와 저전류용 CT를 조합한 회로의 경우, 대전류와 저전류의 측정이 모두 가능하나 CT소자가 고가인 문제점이 있다. 특히, 저전류용 CT는 기술적으로 대전류용 CT와 함께 구성하기가 어렵고 고가의 소자라는 문제점이 있다.

즉, 종래 기술에 의하면, 크고 작은 전류가 흐르는 회로선로에서 정확한 대전류값과 저전류값을 동일선로에서 측정하기 위해서는 각 전류의 측정을 위한 회로를 따로 구성하거나 고가의 구성요소를 이용해야 하는 문제점이 있다.

본 발명을 통해 해결하고자 하는 과제는, 동일선상의 회로선로에서 대전류량과 저전류량을 정확하게 측정할 수 있는 전류 감지 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전류 감지 장치는 전원부, 저전류 감지부, 대전류 감지부, 스위칭부 및 제어부를 포함한다. 상기 전원부는 전류 공급라인을 통해 전류를 공급한다. 상기 저전류 감지부는 상기 전류 공급라인과 병렬 연결된 제1 병렬 라인 상에 구비되며, 제1 저항값을 갖는 제1 션트저항을 포함한다. 상기 대전류 감지부는 상기 전류 공급라인과 병렬 연결된 제2 병렬 라인 상에 구비되며, 상기 제1 저항값보다 작은 제2 저항값을 갖는 제2 션트저항을 포함한다. 상기 스위칭부는 상기 제2 병렬 라인 상에 구비되어 상기 대전류 감지부와 직렬로 연결된다. 상기 제어부는 상기 제1 션트저항에 유기되는 제1 전압값을 검출하여 상기 제1 전압값 및 상기 제1 저항값에 근거하여 제1 전류값을 산출하고, 상기 제1 전류값이 기준치 이상인 경우, 상기 대전류 감지부에 상기 전류가 흐르도록 상기 스위칭부를 온시키고, 상기 제2 션트저항에 유기되는 제2 전압값을 검출하여 상기 제2 전압값 및 상기 제2 저항값에 근거하여 제2 전류값을 산출한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 입력단은 상기 저전류 감지부 및 상기 대전류 감지부의 전단에 병렬 연결되고, 제2 입력단은 상기 저전류 감지부 및 상기 대전류 감지부의 후단에 병렬 연결되며, 출력단은 상기 제어부에 연결된 차동 증폭기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 스위칭부가 오프된 상태에서 상기 차동 증폭기로부터 출력되는 제1 출력 전압값 및 상기 제1 저항값에 근거하여 상기 제1 전류값을 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 스위칭부가 온된 상태에서 상기 차동 증폭기로부터 출력되는 제2 출력 전압값이 및 상기 제2 저항값에 근거하여 상기 제2 전류값을 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 션트저항은 10mA(밀리암페어) 이하의 직류전류를 감지하기 위한 제1 저항값을 가지고, 상기 제2 션트저항은 10A(암페어) 이상의 직류전류를 감지하기 위한 제2 저항값을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 기준치는 상기 제1 션트저항에 의해 측정될 수 있는 전류 범위의 최대치 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 저전류용 션트 저항과 대전류용 션트 저항을 이용하여, 대전류량과 저전류량을 정확하게 측정할 수 있는 하나의 전류 감지 회로를 구성할 수 있고, 상대적으로 저가의 부품만을 이용함으로써 제조비용을 줄일 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 전류 감지 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 감지 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 제어부의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 감지 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 감지 장치(100)는 전원부(110), 저전류 감지부(120), 대전류 감지부(130), 스위칭부(140) 및 제어부(150)를 포함한다. 부가적으로, 상기 전류 감지 장치(100)는 차동 증폭기(160)를 더 포함할 수 있다.

전원부(110)는 전류 공급라인(111)을 통해 전류를 부하(200)에 공급한다. 예컨대, 전원부(110)는 차량용 배터리일 수 있으며, 부하(200)는 모터, 조명, 통신장치 등을 포함할 수 있다.

저전류 감지부(120)는 상기 전류 공급라인(111)과 병렬 연결된 제1 병렬 라인(121) 상에 구비되며, 제1 저항값을 갖는 제1 션트저항(미도시)을 포함한다. 전원부(110)로부터 인출되는 전류 공급라인(111)은 제1 병렬 라인(121)과 제2 병렬 라인(131)로 분기되며, 제1 병렬 라인(121) 상에는 저전류 감지부(120)가 구비된다. 저전류 감지부(120) 내에 구비된 제1 션트저항은 작은 전류량 측정을 위한 것이다. 제1 션트저항에서의 전압 강하량을 이용하여 제1 병렬 라인(121)을 통과하는 전류량을 계산할 수 있다. 제1 션트저항은 저전류 감지용이므로 큰 저항값을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제1 션트저항은 10mA(밀리암페어) 이하의 직류전류를 감지하기 위한 제1 저항값을 가질 수 있고, 제1 저항값은 100Ω일 수 있다.

대전류 감지부(130)는 상기 전류 공급라인(111)과 병렬 연결된 제2 병렬 라인(131) 상에 구비되며, 상기 제1 저항값보다 작은 제2 저항값을 갖는 제2 션트저항(미도시)을 포함한다. 대전류 감지부(130) 내에 구비된 제2 션트저항은 큰 전류량 측정을 위한 것이다. 제2 션트저항에서의 전압 강하량을 이용하여 제2 병렬 라인(131)을 통과하는 전류량을 계산할 수 있다. 제2 션트저항은 대전류 감지용이므로 제1 션트저항보다 현저하게 낮은 저항값을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 제2 션트저항은 10A(암페어) 이상의 직류전류를 감지하기 위한 제2 저항값을 가질 수 있고, 제2 저항값은 1mΩ일 수 있다.

스위칭부(140)는 상기 제2 병렬 라인(131) 상에 구비되어 대전류 감지부(130)와 직렬로 연결된다. 스위칭부(140)는 대전류 감지부(130)의 전단에 구비되어 대전류 감지부(130)에 공급되는 전류를 차단하거나 공급한다. 스위칭부(140)는 기본적으로 오프 상태를 가지며, 제어부(150)의 제어신호에 의해 온 또는 오프될 수 있다. 즉, 제어부(150)로부터 온 제어신호가 입력되기 전까지 스위칭부(140)는 개방 상태를 유지하여 전류는 대전류 감지부(130)로 흐르지 않고 저전류 감지부(120)로 흐르게 된다. 예컨대, 스위칭부(140)는 전자식 스위치인 릴레이(relay)로 구현될 수 있다.

제어부(150)는 상기 제1 션트저항에 유기되는 제1 전압값을 검출하여 상기 제1 전압값 및 상기 제1 저항값에 근거하여 제1 전류값을 산출한다. 스위칭부(140)가 오프 상태이므로, 전류는 저전류 감지부(120)로 흐르게 된다. 제어부(150)는 저전류 감지부(120)로부터의 제1 전압값과 제1 저항값을 옴의 법칙에 대입하여 제1 전류값을 산출한다.

제어부(150)는 산출된 제1 전류값이 기준치 이상인 경우, 상기 대전류 감지부(130)에 상기 전류가 흐르도록 상기 스위칭부(140)를 온시킨다. 스위칭부(140)가 온되면 제2 션트저항이 제1 션트저항보다 낮기 때문에 전류는 대부분 대전류 감지부(130)를 통해 흐른다. 즉, 제어부(150)는 저전류 감지부(120)에 흐르는 전류가 크다고 판단된 경우, 상기 대전류 감지부(130)에 전류가 흐르도록 하는 것이다. 상기 기준치는 상기 제1 션트저항에 의해 측정될 수 있는 전류 범위의 최대치 이상이어야 한다. 예컨대, 제1 션트저항이 10mA(밀리암페어) 이하의 직류전류를 감지하기 위한 제1 저항값을 가진다면, 상기 기준치는 10mA(밀리암페어) 일 수 있다.

제어부(150)는 상기 제2 션트저항에 유기되는 제2 전압값을 검출하여 상기 제2 전압값 및 상기 제2 저항값에 근거하여 제2 전류값을 산출한다. 스위칭부(140)가 온 상태이므로, 전류는 대전류 감지부(130)로 흐르게 된다. 제어부(150)는 대전류 감지부(130)로부터의 제2 전압값과 제2 저항값을 옴의 법칙에 대입하여 제2 전류값을 산출한다.

제어부(150)는 전자제어장치(ECU: Electronic Control Unit) 또는 마이크로제어장치(MCU: Micro Control Unit)를 포함할 수 있고, 수치 연산, 신호 증폭, 노이즈 필터링을 위한 구성을 더 포함하거나 외부에 별개의 구성으로 마련되어 서로 연결될 수 있다.

차동 증폭기(160)는 제1 입력단(161), 제2 입력단(162), 출력단(163)을 포함하며, 저전류 감지부(120) 및 대전류 감지부(130)에 병렬로 연결된다. 제1 입력단(161)은 저전류 감지부(120) 및 대전류 감지부(130)의 전단에 병렬 연결되고, 제2 입력단(162)은 저전류 감지부(120) 및 대전류 감지부(130)의 후단에 병렬 연결되며, 출력단(163)은 상기 제어부(150)에 연결된다.

스위칭부(140)가 오프된 상태인 경우, 차동 증폭기(160)는 저전류 감지부(120) 양단의 전위차에 비례하여 증폭한 출력을 제어부(150)에 제공하고, 스위칭부(140)가 온된 상태인 경우, 차동 증폭기(160)는 대전류 감지부(130) 양단의 전위차에 비례하여 증폭한 출력을 제어부(150)에 제공한다.

이에 의하여, 대전류량과 저전류량을 정확하게 측정할 수 있는 하나의 전류 감지 회로를 구성할 수 있고, 상대적으로 저가의 부품만을 이용함으로써 제조비용을 줄일 수 있다.

도 3은 도 2의 제어부의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 제어부(150)는 스위칭부(140)의 온/오프 상태를 감지한다(S110). 스위칭부(140)는 기본적으로 오프 상태를 가지며, 제어부(150)의 제어신호에 의해 온 또는 오프될 수 있다.

단계 S110에서 스위칭부(140)가 오프 상태인 경우, 제어부(150)는 차동 증폭기(160)로부터 출력되는 제1 출력 전압값 및 제1 저항값에 근거하여 제1 전류값을 산출한다(S120). 스위칭부(140)가 오프 상태이므로, 전류는 저전류 감지부(120)로 흐르게 된다. 제어부(150)는 저전류 감지부(120)로부터의 제1 전압값과 제1 저항값을 옴의 법칙에 대입하여 제1 전류값을 산출한다.

다음으로, 제어부(150)는 산출된 제1 전류값이 기준치 이상인지 여부를 판별한다(S130). 상기 기준치는 상기 제1 션트저항에 의해 측정될 수 있는 전류 범위의 최대치 이상이어야 한다.

단계 S130에서 산출된 제1 전류값이 기준치 이하인 경우, 제어부(150)는 제1 전류값이 현재 부하에 공급되고 있는 전류의 전류값으로 판단한다(S140).

단계 S130에서 산출된 제1 전류값이 기준치 이상인 경우, 제어부(150)는 대전류 감지부(130)에 전류가 흐르도록 스위칭부(140)를 온시킨다(S150). 제어부(150)는 저전류 감지부(120)에 흐르는 전류가 크다고 판단된 경우, 상기 대전류 감지부(130)에 전류가 흐르도록 하는 것이다.

단계 S110에서 스위칭부(140)가 온 상태인 경우, 또는 단계 S150에 의하여 스위칭부(140)가 온 상태가 된 경우, 제어부(150)는 차동 증폭기(160)로부터 출력되는 제2 출력 전압값 및 제2 저항값에 근거하여 제2 전류값을 산출한다(S160). 제어부(150)는 대전류 감지부(130)로부터의 제2 전압값과 제2 저항값을 옴의 법칙에 대입하여 제2 전류값을 산출한다.

다음으로, 제어부(150)는 단계 S160에서 산출된 제2 전류값이 현재 부하에 공급되고 있는 전류의 전류값으로 판단한다(S170).

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 전류 감지 장치는 저전류용 션트 저항과 대전류용 션트 저항을 이용하여, 대전류량과 저전류량을 정확하게 측정할 수 있는 하나의 전류 감지 회로를 구성할 수 있고, 상대적으로 저가의 부품만을 이용함으로써 제조비용을 줄일 수 있다.

100: 전류 감지 장치 110: 전원부
111: 전류 공급라인 120: 저전류 감지부
121; 제1 병렬 라인 130: 대전류 감지부
131: 제2 병렬 라인 140: 스위칭부
150: 제어부 160: 차동 증폭기
200: 부하

Claims

전류 공급라인을 통해 전류를 공급하는 전원부;
상기 전류 공급라인과 병렬 연결된 제1 병렬 라인 상에 구비되며, 제1 저항값을 갖는 제1 션트저항을 포함하는 저전류 감지부;
상기 전류 공급라인과 병렬 연결된 제2 병렬 라인 상에 구비되며, 상기 제1 저항값보다 작은 제2 저항값을 갖는 제2 션트저항을 포함하는 대전류 감지부;
상기 제2 병렬 라인 상에 구비되어 상기 대전류 감지부와 직렬로 연결된 스위칭부; 및
상기 제1 션트저항에 유기되는 제1 전압값을 검출하여 상기 제1 전압값 및 상기 제1 저항값에 근거하여 제1 전류값을 산출하고, 상기 제1 전류값이 기준치 이상인 경우, 상기 대전류 감지부에 상기 전류가 흐르도록 상기 스위칭부를 온시키고, 상기 제2 션트저항에 유기되는 제2 전압값을 검출하여 상기 제2 전압값 및 상기 제2 저항값에 근거하여 제2 전류값을 산출하는 제어부를 포함하는 전류 감지 장치.
제1항에 있어서,
제1 입력단은 상기 저전류 감지부 및 상기 대전류 감지부의 전단에 병렬 연결되고, 제2 입력단은 상기 저전류 감지부 및 상기 대전류 감지부의 후단에 병렬 연결되며, 출력단은 상기 제어부에 연결된 차동 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 스위칭부가 오프된 상태에서 상기 차동 증폭기로부터 출력되는 제1 출력 전압값 및 상기 제1 저항값에 근거하여 상기 제1 전류값을 산출하는 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 스위칭부가 온된 상태에서 상기 차동 증폭기로부터 출력되는 제2 출력 전압값이 및 상기 제2 저항값에 근거하여 상기 제2 전류값을 산출하는 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 션트저항은 10mA(밀리암페어) 이하의 직류전류를 감지하기 위한 제1 저항값을 가지고, 상기 제2 션트저항은 10A(암페어) 이상의 직류전류를 감지하기 위한 제2 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 기준치는 상기 제1 션트저항에 의해 측정될 수 있는 전류 범위의 최대치 이상인 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치.