KR101307863B1

KR101307863B1 - 서지 보호 장치

Info

Publication number: KR101307863B1
Application number: KR1020110057311A
Authority: KR
Inventors: 송재철; 전태원
Original assignee: 인덕대학교 산학협력단; (주)에스엠텍
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-09-12
Also published as: KR20120138045A

Abstract

본 발명은 서지 보호 장치에 관한 것으로, 이상 유무를 나타내는 표시부를 구비한 서지 보호 장치에 있어서, 전원이 입력되는 제1입력단자, 상기 제1입력단자에 연결되어 상기 제1입력단자의 전류를 상기 표시부로 도통시키는 제2입력단자, 상기 서지 보호 장치에 전원 인가 여부 및 이상 상태 유무를 표시하는 표시부, 상기 제1입력단자를 통하여 일정 수준 이상의 전원이 유입되면 접지시키는 서지 보호부를 포함하여 구성하되, 상기 표시부에 일정 수준의 전압이 인가되도록 인버터-버퍼(IC1)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 서지 보호 장치에 따르면, 서지 유입 시 이상유무를 표시하는 표시부를 구비하여 쉽게 이상상태를 판별할 수 있으며, 열 감응성 수지가 충진된 케이스부가 구비되어 대용량 서지 유입 시에도 서지 보호 장치의 내부 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 입력단자가 상기 케이스부 내부에 위치하여 노출에 의한 부식이나 파손을 방지할 수 있어 내구성이 향상되는 효과가 있다.

Description

서지 보호 장치{SURGE PROTECTOR}

본 발명은 서지 보호 장치에 관한 것으로, 구체적으로 LED를 포함한 표시부에 정전압을 인가하여 표시부의 고장을 방지할 수 있는 서지 보호 장치에 관한 것이다.

국내의 급격한 기후 변화로 인하여 야기되는 서지로부터 전자장치를 보호하기 위하여 전력 인입부에는 통상 서지보호장치가 설치된다.

그러나, 한전 배전선로 상에는 뇌서지 및 개폐서지로부터 보호할 수 있는 피뢰기와 가공지선이 설치되지만, 개별 수용가 단위에는 유입되는 서지를 보호할 장치의 공급이 부족하다. 게다가, 전기 설비 및 가전제품이 점차로 소형화, 고기능화 되면서 민감한 전자 제품 사용 빈도가 늘어나면서 서지 유입 시 예상되는 피해가 증가할 것으로 예상된다.

이에 수용가 단위의 서지 보호 장치로 전력량 계에 서지 보호장치를 설치하는 것이 필요하게 되었다.

이에 서지보호장치로 차단형 소자로 금속 산화물 바리스터(Metal Oxide Varistor, 이하 ‘MOV’라 한다.), 온도퓨즈, 정전압 다이오드를 이용하여 이상과전압 및 과도전류를 차단하도록 설계한 제품이 제시되었다. 그러나, 이 제품은 서지보호장치의 내외부가 밀폐되지 않아 습기에 취약하며, 제품의 절연성, 난연성에 대한 보완이 없어 직격뢰 등의 대용량 서지 발생 시 화재 위험성이 있었다.

본 발명의 목적은 서지 보호 장치에 이상 유무 발생시 이를 표시할 수 있는 표시부를 구비할 뿐만 아니라, 대용량의 서지 유입 시에도 내부 온도를 일정하게 유지시켜 서지 보호 장치가 소손 또는 파괴되는 것을 방지할 수 있는 서지 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 서지 보호 장치는, 이상 유무를 나타내는 표시부를 구비한 서지 보호 장치에 있어서, 전원이 입력되는 제1입력단자, 상기 제1입력단자에 연결되어 상기 제1입력단자의 전류를 상기 표시부로 도통시키는 제2입력단자, 상기 서지 보호 장치에 전원 인가 여부 및 이상 상태 유무를 표시하는 표시부, 상기 제1입력단자를 통하여 일정 수준 이상의 전원이 유입되면 접지시키는 서지 보호부를 포함하여 구성하되, 상기 표시부에 일정 수준의 전압이 인가되도록 인버터-버퍼(IC1)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 표시부는, 상기 서지 보호 장치에 전원 인가 여부를 표시하는 제1LED, 상기 서지 보호 장치의 이상 유무를 표시하는 제2LED, 상기 제2LED에 정전압을 공급하기 위한 인버터-버퍼(IC1)를 포함하여 구성하되, 상기 제1입력단자에는 상기 제1LED 및 인버터-버퍼(IC1)의 전원단자(VDD)가 연결되며, 상기 제1LED와 상기 인버터-버퍼(IC1) 사이에 정전압을 유지하기 위하여 상호 병렬 연결된 콘덴서와 제너다이오드가 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2입력단자는 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 입력단자가 연결되고,

상기 인버터-버퍼(IC 1)의 출력단자에는 서지 보호 장치(10)의 이상 유무를 표시하는 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)가 연결되며, 상기 인버터-버퍼(IC 1)는 기준치 이상의 전압이 입력되면 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 전원단자에 입력되는 전압이 출력되며, 기준치 미만의 전압이 입력되면 0V 내지 0.1V 사이의 전압이 출력되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 입력 단자에는 정전압을 유지하기 위하여 상호 병렬 연결된 저항과 제너다이오드가 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1입력단자와 상기 제2입력단자의 후단에 과도전류 전파를 억제하기 위한 저항을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1입력단자 후단에 온도퓨즈가 더 구비되며, 상기 온도퓨즈는 순간적으로 유입되는 과전류를 차단할 수 있는 속단퓨즈인 것을 특징으로 한다.

또한, 서지 보호 장치가 외부에 노출되어 손상되는 것을 방지할 수 있는 케이스부를 더 포함하되, 상기 케이스부 내부에는 주제, 경화제가 혼합되어 상온 경화되며 서지 보호 장치의 내부 온도가 일정온도 이상 올라가는 것을 방지하는 열 감응성 수지가 충진된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1입력단자 및 제2입력단자는 상기 케이스부의 내부에 위치한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 서지 보호 장치에 따르면, 서지 유입 시 이상유무를 표시하는 표시부를 구비하여 쉽게 이상상태를 판별할 수 있으며, 열 감응성 수지가 충진된 케이스부가 구비되어 대용량 서지 유입 시에도 서지 보호 장치의 내부 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 입력단자가 상기 케이스부 내부에 위치하여 노출에 의한 부식이나 파손을 방지할 수 있어 내구성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 서지 보호 장치의 구성도를 도시한 도면이다.
도 2 본 발명에 따른 서지 보호 장치의 표시부의 회로도를 도시한 도면이다.
도 3은 인버터-버퍼의 입력단자와 출력단자 사이의 등가 회로도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 서지 보호 장치의 서지 보호부의 회로도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 서지 보호 장치의 케이스부를 도시한 도면이다.

본 발명은 서지 보호 장치의 이상유무를 표시할 수 있는 표시부를 구비한 서지 보호장치에 관한 것으로, 상기 서지보호장치의 서지 보호부 및 인입단자가 열감응성 수지가 충진된 외함에 위치시켜 서지보호장치의 내습성, 절연성 및 난연성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 표시부에 인버터-버퍼를 구비하여 상기 표시부의 오동작을 방지할 수 있는 서지보호장치에 관한 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 서지 보호 장치(10)의 일 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 서지 보호 장치(10)의 구성도를 도시한 도면이다. 도 1에 따르면 본 발명에 따른 서지 보호 장치(10)는 제1입력단자(100), 제2입력단자(200), 표시부(300), 서지 보호부(400) 및 케이스부(500)을 포함하여 구성된다.

제1입력단자(100)에는 전원이 입력되며, 제2입력단자(200)는 상기 제1입력단자(100)에 연결되어 서지 보호 장치(10)의 이상 유무를 표시하기 위한 전류를 표시부(300)의 입력단자로 도통시킨다. 제1입력단자(100) 및 제2입력단자(200)는 후술하는 바와 같이 표시부(300) 및 서지 보호부(400)에 모두 연결된다.

표시부(300)는 본 발명에 따른 서지 보호 장치(10)의 이상유무를 표시하기 위한 것으로 도 2에 구체적인 회로도가 도시되어 있다. 도 2에는 설명의 편의상 3상 전원을 기준으로 설명하나 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 당업자의 창작가능한 범위 내에서 단상 및 3상 이상의 전원에도 적용될 수 있음은 물론이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 표시부(300)는 제1LED(LED 1, LED 2, LED 3), 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6) 및 인버터-버퍼(IC 1)를 포함한다.

제1입력단자(100)에는 서지 보호 장치(10)의 전원공급상태를 표시하는 제1LED(LED 1, LED 2, LED 3) 및 인버터-버퍼(IC 1)의 전원(VDD)단자가 차례로 연결된다. 인버터-버퍼(IC 1)의 전원(VDD)단자로 유입되는 서지 전압을 방지하고 정전압을 유지하기 위하여 상호 병렬 연결된 콘덴서(C1)와 제너다이오드(ZD1)가 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 전원(VDD)단자에 연결될 수 있다.

제2입력단자(200)에는 인버터-버퍼(IC 1)의 입력단자가 연결되며, 인버터-버퍼(IC 1)의 출력단자에는 서지 보호 장치(10)의 이상 유무를 표시하는 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)가 연결된다. 상기 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)에 과도한 전압이 인가되는 것을 방지하기 위하여 저항(R10, R11, R12)을 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 입력 단자(3, 5, 7, 9, 11, 14)로 유입되는 서지 전압을 방지하고 정전압을 유지하기 위하여 상호 병렬 연결된 저항(R1, R2, R3)과 제너다이오드(ZD2, ZD3, ZD4)가 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 입력 단자(3, 5, 7, 9, 11, 14)에 연결될 수 있다.

인버터-버퍼(IC 1)의 입력단자(3)와 출력단자(2) 사이에는 도 3에 도시한 바와 같이 버퍼가 구비된 등가회로로 표시할 수 있으며, 상기 버퍼로 인하여 상기 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)에 정전압이 인가되며, 입력과 반대 상태의 신호가 출력된다. 다시 말하면, 인버터-버퍼(IC 1)의 입력이 기준 전압 이하이면, 인버터-버퍼(IC 1)의 전원(VDD)단자에 입력되는 전압이 출력되며, 기준 전압 이상이면, 0 V 내지 0.1 V 사이의 전압이 출력된다.

또한, 상기 인버터-버퍼(IC 1)에서, 입력단자(5) 및 출력단자(4), 입력단자(7) 및 출력단자(6), 입력단자(9) 및 출력단자(10), 입력단자(11) 및 출력단자(12), 입력단자(14) 및 출력단자(15)의 쌍도 상기 입력단자(3)와 출력단자(2)와 동일한 등가회로로 나타낼 수 있다.

또한, 상기 제2입력단자(200)의 입력신호를 분기하여 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 2개 이상의 입력으로 받은 후 다시 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 2개 이상의 출력을 결합하여 상기 저항 및 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)에 연결되도록 구성할 수도 있다. 한편, 제1입력단자(100) 및 제2입력단자(200) 각각에는 과도전류의 전파를 억제하기 위하여 각각 저항(R4, R5, R6, R7, R8, R9)이 더 구비될 수 있다.

서지 보호부(400)는 제1입력단자(100)에서 유입되는 과전류를 억제하기 위한 것으로, 제1입력단자(100)에 연결된 선로에는 온도퓨즈(210)가 연결되며, 상기 온도퓨즈(210)와 중성선 단자(N) 사이에 제1바리스터(220)가 연결된다. 상기 온도퓨즈(210)는 순간적으로 유입되는 과전류를 차단하기 위한 속단퓨즈일 수 있다. 제2입력단자(200)에 연결된 선로는 상기 온도퓨즈(210)와 상기 바리스터(220) 사이에 연결된다. 또한, 중성선 단자(N)와 접지단자(G) 사이에 제2바리스터(230)가 더 구비될 수 있다. 상기 제1바리스(220) 및 제2바리스터(230)는 산화아연바리스터(Metal Oxide Varistor,이하 ‘MOV’라 한다.)인 것이 바람직하며, 특히 상기 제1바리스터(220)은 유입될 것으로 예상되는 서지의 특성을 감안하여 선택될 수 있다.

예시적으로, 인입선로에 뇌격(직격뢰) 발생 시 약 200kA의 전류파고치가 발생한다고 가정하면, 계통접지를 통해 약 50%의 전류가 빠져나가게 된다. 보호레벨 Ⅳ로 뇌격전류 100kA가 유입된 경우이므로

뇌격전류(10/350us, 직격뢰 파형)는 100kA 가 된다.

전력 측에 유출되는 전체전류를

이라 하고, 건물(전주에 설치, 1종 접지저항) 접지저항

를 10Ω으로, 저압 피뢰장치의 제한전압이 낮으므로 내부저항

를 0Ω으로, 계통접지저항(변압기 2종 접지저항)

을 65Ω으로, 뇌격전류(10/350us, 직격뢰 파형)

을 100kA으로, 전력측에 유출하는 전체전류를

으로 가정하면 필요한 MOV는 다음과 같은 과정을 거쳐 계산할 수 있다.

우선, 전력 측에 유출하는 전체전류

을 계산하면,

= 13.3kA (10/350us)이고, 13.3kA는 3상에 유출되는 전체 전류이므로 한 상당 전류로 계산하면, 13.3 ÷ 3 = 4.5kA (10/350us) 즉, 각 상당 ClassⅠ 4.5kA가 된다. ClassⅠ의 충격파형을 살펴보면 ClassⅡ의 약 25배의 에너지를 가지므로, 위의 값을 ClassⅡ로 환산하면, 4.5kA × 25 = 112.5kA즉, 각 상당 ClassⅡ 112.5kA가 된다.

케이스부(500)는 도 5에 도시한 바와 같이 내부에 열 감응성 수지(510, 도면 미도시)가 충진되어 본 발명에 따른 서지 보호 장치(10)에서 발생되는 열을 외부로 방출하며, 서지 보호 장치(10)가 외부에 노출되어 손상되는 것을 방지한다. 서지 보호 장치(10)의 기밀, 수밀 및 절연용 재료로 열 감응성 수지(510)를 사용할 수 있다. 상기 열 감응성 수지(510)는 주제, 경화제를 섞어 상온 경화되며, 제품 경화 시 일정온도 이상의 발열현상이 발생되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 경화 전 적절한 점도를 유지해 제품 몰딩 시 기포 발생이 적으며, 일정 이상의 절연내력 및 난연성을 지니는 것이 바람직하다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이 서지 보호 장치(10)의 제1입력단자(100) 및 제2입력단자(200)는 상기 케이스부(500)의 내부에 존재하는 것이 바람직하다.

다음은 본 발명에 따른 서지 보호 장치(10)의 작동원리에 대해서 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이 제1입력단자(110)에는 온도퓨즈(210)가 구비되어 과전류 인입을 방지할 수 있다. 이 경우 과전류가 서지 보호 장치(10) 내부에 인입되는 것을 신속히 차단하기 위하여 상기 온도퓨즈(210)은 속단퓨즈인 것이 바람직하다. 한편, 제1입력단자(110)을 통하여 지속적으로 전원이 공급되는 상태라면 도 3에 도시한 바와 같이 제1LED(LED 1, LED 2, LED 3)에 전류가 공급되어 점등되므로 표시부(300)는 정상상태임을 표시한다. 전원이 공급되고 있지 않다면 상기 제1LED(LED 1, LED 2, LED 3)는 소등된다.

제2입력단자(120)는 제1입력단자(110)에 입력되는 전류를 상기 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)에 도통시켜 서지 보호 장치(10)의 정상 동작 유무를 표시하도록 한다. 즉, 제1입력단자(110)에 과전류가 인입되어 온도퓨즈(210)가 단선되면 제2입력단자(120)에는 전류가 거의 인입되지 않아 인버터-버퍼(IC 1)는 VDD 단자에 입력되는 전압을 출력하여 상기 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)의 양단에 전위차가 발생하여 점등되므로 표시부(300)는 이상상태임을 표시한다. 반대로 온도퓨즈(210)이 단선상태가 아니면 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 출력단자에서 0V의 전압을 출력하여 상기 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)의 양단에 전위차가 발생하지 않으므로 소등되어 표시부(300)는 정상상태임을 표시한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

100: 제1입력단자 200: 제2입력단자
300: 표시부 400: 서지 보호부
500: 케이스부

Claims

이상 유무를 나타내는 표시부를 구비한 서지 보호 장치에 있어서,
전원이 입력되는 제1입력단자;
상기 제1입력단자에 연결되어 상기 제1입력단자의 전류를 상기 표시부로 도통시키는 제2입력단자;
상기 서지 보호 장치에 전원 인가 여부 및 이상 상태 유무를 표시하는 표시부;
상기 제1입력단자를 통하여 일정 수준 이상의 전원이 유입되면 접지시키는 서지 보호부;
를 포함하여 구성하되,
상기 표시부에 일정 수준의 전압이 인가되도록 인버터-버퍼(IC1)를 더 포함하되,
상기 표시부는,
상기 서지 보호 장치에 전원 인가 여부를 표시하는 제1LED;
상기 서지 보호 장치의 이상 유무를 표시하는 제2LED;
상기 제2LED에 정전압을 공급하기 위한 인버터-버퍼(IC1);
를 포함하여 구성하되,
상기 제1입력단자에는 상기 제1LED 및 인버터-버퍼(IC1)의 전원단자(VDD)가 연결되며, 상기 제1LED와 상기 인버터-버퍼(IC1) 사이에 정전압을 유지하기 위하여 상호 병렬 연결된 콘덴서와 제너다이오드가 연결된 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제2입력단자는 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 입력단자가 연결되고,
상기 인버터-버퍼(IC 1)의 출력단자에는 서지 보호 장치(10)의 이상 유무를 표시하는 제2LED(LED 4, LED 5, LED 6)가 연결되며,
상기 인버터-버퍼(IC 1)는 기준치 이상의 전압이 입력되면 상기 인버터-버퍼(IC 1)의 전원단자에 입력되는 전압이 출력되며, 기준치 미만의 전압이 입력되면 0V 내지 0.1V 사이의 전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제3항에 있어서,
상기 인버터-버퍼(IC 1)의 입력 단자에는 정전압을 유지하기 위하여 상호 병렬 연결된 저항과 제너다이오드가 연결된 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1입력단자와 상기 제2입력단자의 후단에 과도전류 전파를 억제하기 위한 저항을 더 구비한 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1입력단자 후단에 온도퓨즈가 더 구비되며, 상기 온도퓨즈는 순간적으로 유입되는 과전류를 차단할 수 있는 속단퓨즈인 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1항에 있어서,
서지 보호 장치가 외부에 노출되어 손상되는 것을 방지할 수 있는 케이스부를 더 포함하되,
상기 케이스부 내부에는 주제, 경화제가 혼합되어 상온 경화되며 서지 보호 장치의 내부 온도가 일정온도 이상 올라가는 것을 방지하는 열 감응성 수지가 충진된 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1입력단자 및 제2입력단자는 상기 케이스부의 내부에 위치한 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.