KR101454294B1 - 신호 선택적 방호장치 - Google Patents

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권준혁
이진호
신규범
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명에 따른 신호 선택적 방호장치는 신호입력부, 필터부 및 신호출력부를 포함한다. 상기 신호입력부에서 고고도 전자기파(High altitude ElectroMagnetic Pulse)의 과도성분을 1차적으로 제거하고, 상기 필터부는 상기 신호입력부에서 제거되지 못한 잔여 과도성분을 2차적으로 제거한다. 따라서, 본 발명은 입력단에 입력되는 신호에 포함된 고고도 전자기파(High altitude ElectroMagnetic Pulse)를 효과적으로 차단하여 전기, 전자 및 통신기기가 손상되는 것을 방지하기 때문에 안정적인 장비 운용이 가능하다.

Description

신호 선택적 방호장치 {SIGNAL-SELECTIVE PROTECTION DEVICE}
본 발명은 고고도 전자기파(HEMP: High altitude ElectroMagnetic Pulse)의 유입에 따라 전기, 전자, 통신 기기의 성능 및 기능에 장애가 발생하는 것을 방지하기 위한 방호장치에 관한 것이다.
고고도 핵폭발에 따른 고출력 전자기파(HEMP: High-altitude ElectroMagnetic Pulse)는 현대사회의 다양한 종류의 정보통신 장비와 이들 장비를 통해 상호 연동 운용되고 있는 체계를 손상시킨다. 또한, 이들 장비 및 체계의 손상은 사회 전반에 걸쳐 혼란을 야기할 수 있으며, 국가 안전시스템 전반으로 파급되어 막대한 피해를 끼친다.
또한, 최근 전기·전자산업과 정보통신 기술의 발달에 따라 디지털 회로들이 소형화·집적화되고, 동작 클럭 속도가 빨라지고 있으며, 전자 장비들이 고감도의 특성을 보유하고 있기 때문에 고출력 전자기파(HEMP: High-altitude ElectroMagnetic Pulse)에 의한 전자부품의 손상 및 장비의 성능이나 기능장애가 심각하다.
이에 각 나라에서는 고출력 전자기파(HEMP: High-altitude ElectroMagnetic Pulse)의 방호대책에 관련된 기술 수준을 마련하고, 다양한 가이드라인과 실무 메뉴얼을 작성하여 대비하고 있다. 우리나라에서도 고출력 전자기파(HEMP: High-altitude ElectroMagnetic Pulse)의 방호시설 구축에 많은 힘을 쏟고 있지만, 관련 기술의 미흡과 방호장치 국산화 미비, 과도한 비용 등의 문제로 어려움을 겪고 있다.
종래에는 낙뢰 등과 같은 서지로부터 전기, 전자, 통신기기를 보호하기 위하여 GDT(Gas Discharge Tube) 또는 MOV(Metal Oxide Varistor)등의 서지 보호소자를 선로에 병렬로 연결하여 방호장치를 구축하였다. 이는 낙뢰에 대한 서지 방호용으로는 사용 가능하지만, 고출력 전자기파(HEMP: High-altitude ElectroMagnetic Pulse)에 대해서는 효과적인 방호를 기대하기 어려웠다.
따라서, 고출력 전자기파(HEMP: High-altitude ElectroMagnetic Pulse)를 효과적으로 차단하고, 고출력 전자기파(HEMP: High-altitude ElectroMagnetic Pulse) 방호성능에 대한 기준으로 널리 적용되고 있는 미국 군사표준서(MIL-STD-188-125-1)에 규정된 요구조건을 만족시킬 수 있는 방호장치가 필요하다.
이에 본 발명의 일 목적은 미국 군사표준서(MIL-STD-188-125-1)에 규정된 요구조건에 따라 고고도 전자기파(High altitude ElectroMagnetic Pulse)에 포함된 과도성분에 의하여 신호 선로에 발생할 수 있는 과도전압 및 과도전류를 제거할 수 있는 신호 선택적 방호장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 목적은 입력단에 입력되는 신호에 따라 다른 동작을 수행하여, 과도성분이 포함된 신호는 제거하고 상기 과도성분이 포함되지 않은 신호는 왜곡되지 않고 출력되도록 하는 신호 선택적 방호장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 신호 선택적 방호장치는, 특정 주파수보다 높은 주파수를 갖는 제1 신호 및 상기 특정 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 제2 신호 중 적어도 하나의 신호가 입력되는 입력단, 상기 입력단과 연결되어 상기 제1 및 제2 신호 중 일부를 출력하도록 구성되는 신호출력부, 상기 입력단 및 상기 신호출력부 사이를 연결하고, 비활성화상태에서, 상기 제1 신호가 수신되어 기 설정된 기준전압 이상의 전압이 걸리면 상기 제1 신호의 전류를 통과시킬 수 있는 활성화상태로 전환되며, 상기 제2 신호만 수신되면 상기 비활성화상태를 유지하여 상기 제2 신호가 상기 신호출력부로 전달되도록 상기 제2 신호의 전류를 차단하는 제1 차단소자, 비활성화상태에서, 상기 제1 차단소자와 직렬로 연결되어 상기 제1 차단소자의 활성화상태로의 전환에 근거하여, 활성화상태로 전환되며 상기 제1 신호의 전류를 통과시키는 제2 차단소자 및 상기 제2 차단소자에 연결되어, 상기 제2 차단소자를 통과한 상기 제1 신호의 전류를 접지시키는 접지부를 포함한다.
또한, 상기 제1 차단소자는 GDT(Gas Discharge Tube)이고, 상기 제2 차단소자는 GDT(Gas Discharge Tube)일 수 있다.
또한, 상기 입력단에 상기 제1 신호가 입력되면, 상기 제1 차단소자에 상기 제2 차단소자보다 더 큰 전압이 걸리도록, 상기 제2 차단소자에 병렬로 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 차단소자에 병렬로 연결되는 제1 분압저항 및 상기 제2 차단소자에 병렬로 연결되는 제2 분압저항을 더 포함하고, 상기 입력단에 상기 제2 신호가 입력되면, 상기 제1 및 제2 차단소자에 같은 크기의 전압이 걸리도록 상기 제1 및 제2 분압저항이 같은 크기의 저항값을 갖도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1 차단소자 및 상기 신호출력부 사이에 연결되어, 상기 접지부에서 상기 제1 신호의 잔여전류가 접지되지 않은 경우에, 상기 잔여전류의 값을 기 설정된 기준전류값 이하로 낮춰주는 필터부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터부는 MOV(Metal Oxide Varistor)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터부는 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)에 병렬로 연결되어 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)를 통과한 상기 잔여전류의 값이 상기 기 설정된 기준전류값을 초과하는 경우에 동작하도록 하는 트라이악 소자를 더 포함하고, 상기 트라이악 소자와 직렬로 연결되어, 상기 잔여전류에 의한 전기에너지를 축적하여 상기 트라이악 소자에 제공하는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터부는 상기 트라이악 소자와 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)사이에 직렬로 연결되어, 상기 트라이악 소자의 파손을 방지하기 위하여 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)에 걸리는 전압크기를 기 설정된 전압크기로 낮추는 인덕터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터부는 상기 필터부에 전달된 상기 제1 신호가 기 설정된 주파수 이하의 성분만을 포함하여 통과하도록 하는 저역통과필터를 포함하고, 상기 저역통과필터는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치는 입력단에 연결된 차단소자가 신호에 포함된 과도성분의 대부분을 제거한다. 상기 차단소자에 의해 과도성분이 충분히 제거되지 않더라도 필터부가 2차적으로 상기 과도성분을 제거하기 때문에 상기 과도성분은 효과적으로 차단될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치는 고고도 전자기파(High altitude ElectroMagnetic Pulse)의 과도성분을 효과적으로 제거하여, 전자, 전기 및 통신기기의 보호하고 안정적인 장비운용을 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치의 회로도이다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시 예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명과 관련된 신호 선택적 방호장치에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 신호 선택적 방호장치는 높은 레벨의 전자기펄스에 의한 과도전압 및 과도전류를 차단하여 시설 내부 기기를 보호하기 위한 것으로, 전화선을 그 적용대상으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치의 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치에 입력된 신호가 출력되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 상기 신호 선택적 방호장치(100)는 신호입력부(110), 필터부(120) 및 신호출력부(130)를 포함한다.
상기 신호는 전화선용 신호 및 높은 레벨의 전자기펄스 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함한다. 상기 전화선용 신호 및 상기 높은 레벨의 전자기펄스 신호는 특정 주파수와 신호의 세기에 의하여 분류된다. 즉, 상기 특정 주파수보다 높은 주파수를 가지면서 회로에 과도전압 및 과도전류를 발생시킬 수 있는 세기를 갖는 신호를 상기 높은 레벨의 전자기펄스 신호라 한다. 또한, 상기 특정 주파수보다 낮은 주파수를 가지면서 상기 회로에 과도전압 및 과도전류를 발생시키지 못할 정도로 세기가 약한 신호를 상기 전화선용 신호라 한다.
상기 특정 주파수는 약 수 kHz의 음성 주파수로 설정될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 상기 높은 레벨의 전자기펄스 신호를 제1 신호라 하고, 상기 전화선용 신호를 제2 신호라 한다.
도 2를 참조하면, 상기 신호입력부(110)는 입력단을 통하여 신호를 입력받는다(S1). 상기 신호는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 포함한다.
상기 입력단에 입력되는 신호에 상기 제1 신호가 포함되면, 상기 신호입력부(110)는 활성화된다(S2). 상기 신호입력부(110)가 활성화되면, 상기 신호입력부(110)에 포함된 소자들은 회로에 과도전압 및 과도전류를 발생시키는 과도성분을 제거하기 위한 동작을 수행한다.
상기 신호입력부(110)는 상기 제1 신호의 과도성분을 1차적으로 제거한다(S3). 상기 신호입력부(110)에 포함된 상기 소자들은 상기 제1 신호의 과도성분의 대부분을 제거한다. 다만, 상기 소자들의 동작특성이나 장애발생 여부에 따라 상기 과도성분의 적어도 일부가 상기 필터부(120)로 전달될 수 있다. 이 경우, 상기 필터부(120)가 상기 과도성분의 적어도 일부를 2차적으로 제거한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 필터부(120)로 전달된 상기 제1 신호의 과도성분의 적어도 일부에 해당하는 성분을 잔여성분이라 한다.
상기 필터부(120)는 상기 신호입력부(110)로부터 신호를 수신한다(S4).
상기 신호에 상기 제1 신호의 잔여성분이 포함된 경우, 상기 필터부(120)는 활성화된다(S5).
상기 필터부(120)가 활성화되면 상기 신호입력부(110)로부터 수신한 신호에 포함된 상기 잔여성분을 2차적으로 제거하여, 상기 잔여성분의 전류값을 기 설정된 기준전류값 이하의 크기로 감소시킨다(S6).
상기 필터부(120)가 수신한 신호에 상기 제1 신호의 잔여성분이 포함되지 않은 경우, 상기 필터부(120)는 상기 신호를 신호출력부(130)로 전달한다.
상기 신호입력부(110)에 입력된 신호가 상기 제2 신호만을 포함하는 경우, 상기 신호입력부(110)는 활성화되지 않는다. 상기 신호입력부(110)는 비활성화상태를 유지하면서 상기 신호를 상기 필터부(120)로 전달한다. 상기 필터부(120)는 상기 신호를 수신하고(S7), 비활성화상태를 유지하면서 상기 신호를 상기 신호출력부(130)로 전달한다.
이 후, 상기 신호출력부(130)는 상기 필터부(120)로부터 수신한 신호를 출력단을 통하여 출력한다(S8).
상기 신호입력부(110)에 입력되는 신호에 과도성분이 포함되었는지에 따라, 상기 신호입력부(110)가 활성화되고, 상기 신호입력부(110)는 활성화되어 상기 신호의 과도성분을 제거한다. 다만, 상기 신호입력부(110)를 통과한 신호에 포함된 잔여성분이 상기 필터부(120)로 전달된 경우라도 상기 잔여성분은 상기 필터부(120)에 의하여 2차적으로 제거될 수 있다. 따라서, 상기 신호에 과도성분이 포함되더라도, 상기 신호 선택적 방호장치(100)에서 효과적으로 제거될 수 있기 때문에 고고도 전자기파에 의한 장비의 고장사고를 예방할 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 상기 신호입력부(110), 상기 필터부(120) 및 상기 신호출력부(130)에 포함된 소자들의 종류와 역할 및 연결관계에 대하여 살펴본다.
상기 신호입력부(110)는 제1 및 제2 신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 입력받는 입력단 L(111) 및 입력단 N(112)을 포함한다.
또한, 상기 신호입력부(110)는 상기 제1 신호의 과도성분을 제거하기 위한 복수 개의 차단소자를 포함한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치에서 상기 복수 개의 차단소자는 제1, 제2 및 제3 차단소자(113, 114, 115)를 포함한다.
상기 제1, 제2 및 제3 차단소자(113, 114, 115)는 상기 제1 신호의 과도성분을 제거할 수 있는 정전압 소자일 수 있다. 본 명세서에서는 상기 제1, 제2 및 제3 차단소자(113, 114, 115)가 GDT(Gas Discharge Tube)소자인 경우에 대하여 설명한다.
상기 GDT(Gas Discharge Tube)는 대단히 적은 정전용량(1pF ~ 3pF)을 갖는 크로우버(Crowber)소자로 일종의 전압제어 스위치의 동작으로 표현할 수 있다. 즉, 상기 GDT(Gas Discharge Tube)에 동작을 위한 최소한의 전압인 방전개시전압 이하의 전압이 걸리면 상기 GDT(Gas Discharge Tube)는 극히 적은 용량의 커패시턴스로만 동작한다(비활성화상태).
상기 GDT(Gas Discharge Tube)에 방전개시전압 이상의 전압이 걸리게 되면, 양 전극 사이에는 방전이 개시되어, 아주 짧은 시간 내에 약 10~30V의 전압을 유지하게 된다(활성화상태). 이 상태에서 상기 GDT(Gas Discharge Tube)를 흐르는 전류가 상기 방전을 지속하는데 필요한 방전유지전류(약 10mA)이하가 되면 상기 방전이 종료되고 다시 정상상태로 되돌아온다.
상기 입력단 L(111)에는 상기 제1 차단소자(113)의 일단이 연결되고, 상기 제1 차단소자(113)의 타단과 접지 사이에는 상기 제1 차단소자와 직렬로 제2 차단소자(114)가 연결된다. 마찬가지로, 상기 입력단 N(112)에는 제3 차단소자(115)의 일단이 연결되고, 상기 제2 차단소자(114)와 상기 제1 차단소자(113)의 접점에 상기 제3 차단소자(115)의 타단이 연결된다.
또한, 상기 제1 차단소자(113)에는 제1 분압저항(117)이, 상기 제2 차단소자에는 제2 분압저항(118)이, 상기 제3 차단소자(115)에는 제3 분압저항(119)이 각각 병렬로 연결된다. 그리고, 상기 제2 차단소자(114)에는 커패시터가(116) 병렬로 연결된다.
상기 제1 신호는 상기 입력단 L(111)과 접지 사이 또는 상기 입력단 N(112)과 접지 사이로 입력되며, 상기 제2 신호는 상기 입력단 L(111)과 상기 입력단 N(112) 사이로 입력된다.
상기 제1 신호가 상기 입력단 L(111)과 접지 사이 입력된 경우에는 상기 제1 차단소자(113) 및 상기 제2 차단소자(114)가 순차적으로 활성화된다. 또한, 상기 제1 신호가 상기 입력단 N(112)과 접지 사이 입력된 경우에는 상기 제3 차단소자(115) 및 상기 제2 차단소자(114)가 순차적으로 활성화된다. 즉, 제1 신호가 어느 입력단을 통해 입력되는지에 따라 직렬로 연결된 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114) 또는 상기 제3 및 제2 차단소자(115, 114)가 선택적으로 활성화되게 된다. 이하에서는, 상기 제1 신호가 상기 입력단 L(111)과 접지 사이로 입력된 경우, 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 중점을 두어 상기 제1 신호의 과도성분 제거동작에 대하여 상세히 설명한다.
상기 입력단 L(111)과 접지 사이로 상기 제1 신호가 입력되면, 상기 제1 신호에 포함된 과도성분에 의하여 직렬로 연결된 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 과도전압이 걸린다.
상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)는 비활성화상태에서 극히 적은 용량의 커패시턴스로 동작하므로, 상기 제1 신호의 높은 주파수로 인하여 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)의 임피던스 값이 낮아진다. 이 때, 상기 제1 차단소자(113)의 임피던스 값은 상기 제2 차단소자(114)에 병렬로 연결된 상기 커패시터(116)로 인하여 상기 제2 차단소자(114) 및 상기 커패시터(116)의 합성 임피던스 값보다 더 큰 값을 가진다. 따라서, 상기 제1 신호의 과도전압은 직렬로 연결된 상기 제1 차단소자(113) 및 상기 제2 차단소자(114)에 나뉘어 걸리게 되며, 상기 제1 차단소자(113)에 더 큰 전압이 걸리게 된다.
상기 제1 차단소자(113)에 걸리는 전압은 상기 제1 차단소자(113)를 활성화할 수 있는 기 설정된 기준전압 이상의 크기를 갖는다. 즉, 상기 제1 차단소자(113)에는 상기 과도전압의 대부분에 해당하는 큰 전압이 걸리므로, 상기 제1 차단소자(113)에 걸리는 전압은 상기 제1 차단소자(113)의 기 설정된 기준전압보다 큰 값을 가진다. 상기 기 설정된 기준전압은 상기 제1 차단소자를 활성화하기 위한 상기 제1 차단소자(113)의 방전개시전압일 수 있다.
상기 제1 차단소자(113)가 활성화되면, 상기 제1 차단소자(113)에서는 방전이 개시되고, 상기 제1 차단소자(113)는 단락상태가 된다. 상기 제1 차단소자(113)가 단락상태가 되면, 상기 과도전압의 대부분은 상기 제1 차단소자(113)와 직렬로 연결된 상기 제2 차단소자(114)에 걸리게 된다. 즉, 상기 제1 차단소자(113)가 활성화되면 상기 제2 차단소자(114)에는 상기 제2 차단소자(114)의 방전개시전압 이상의 전압이 걸리기 때문에 상기 제2 차단소자(114)가 활성화상태로 전환된다.
이와 같이, 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)가 순차적으로 활성화상태로 전환되면, 상기 제1 신호에 따른 과도전류가 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)를 통과하여 접지로 흐른다. 따라서, 상기 제1 신호에 포함된 과도성분은 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 의하여 제거된다.
이 후, 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114) 내에서 상기 과도전류값이 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)의 방전을 유지시키는 전류값 이하로 떨어지면 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)는 순차적으로 다시 비활성화상태로 전환된다.
상기 제2 신호가 상기 입력단 L(111)과 상기 입력단 N(112) 사이에 입력되면, 상기 제2 신호의 낮은 주파수로 인하여 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)는 큰 임피던스 값을 갖는다. 즉, 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)는 개방회로와 등가가 된다.
상기 제1 차단소자(113)에는 상기 제1 분압저항(117)이, 상기 제2 차단소자(114)에는 상기 제2 분압저항(118)이 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제1 분압저항(117)과 상기 제2 분압저항(118)은 실질적으로 같은 크기의 저항값을 갖는다. 따라서, 상기 제2 신호의 전압이 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 같은 크기로 나뉘어 걸리게 된다.
과도성분은 과도전압을 유발하기 때문에, 과도성분을 포함하지 않은 상기 제2 신호에 의해 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 걸리는 전압은 크지 않다. 또한, 상기 제1 분압저항(117) 및 상기 제2 분압저항(118)은 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 걸리는 전압이 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 같은 크기로 나뉘어 걸리도록 한다. 따라서, 상기 제1 차단소자(113)에 걸리는 전압은 상기 제1 차단소자(113)의 방전개시전압보다 작으며, 상기 제2 차단소자(114)에 걸리는 전압은 상기 제2 차단소자(114)의 방전개시전압보다 작다. 즉, 상기 입력단에 상기 제2 신호가 입력되더라도 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)는 비활성화상태를 유지하게 된다.
상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)는 개방회로와 등가이고, 상기 제1 분압저항(117) 및 상기 제2 분압저항(118)은 수백 kΩ의 큰 저항값을 가지기 때문에 상기 제2 신호의 전류의 대부분은 상기 필터부(120)로 전달되게 된다.
일반적으로, 신호의 과도성분을 제거하는 차단소자의 방전개시전압 크기가 작으면 비교적 작은 크기의 과도성분에서도 활성화되기 때문에, 효과적으로 상기 과도성분의 제거가 가능하다. 다만, 상기 방전개시전압의 크기가 너무 작을 경우, 그대로 통과되어야 할 전화선 신호에 대하여도 동작하여 상기 전화선 신호를 제거하기 때문에 문제가 된다. 또한, 대부분의 신호에 대해서 동작할 수 있기 때문에 잦은 동작으로 인한 상기 차단소자에 고장이 유발된다.
본 발명에 따른 신호 선택적 방호장치는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 제1 차단소자(113)와 상기 제2 차단소자(114)를 직렬연결한다. 따라서, 상기 입력단에 과도성분이 포함된 신호가 입력되면, 상기 제1 차단소자(113)의 방전개시전압과 상기 제2 차단소자(114)의 방전개시전압 각각에 따라 순차적으로 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)가 활성화된다. 또한, 상기 입력단에 과도성분이 포함되지 않은 신호가 입력되면, 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)는 하나의 소자처럼 동작한다. 즉, 상기 제1 차단소자(113)의 방전개시전압과 상기 제2 차단소자(114)의 방전개시전압의 합을 새로운 방전개시전압으로 하는 하나의 차단소자처럼 동작한다. 따라서, 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 의해 상기 과도성분이 포함되지 않은 신호는 차단되지 않고 상기 필터부(120)로 전달된다.
상기 신호입력부(110)와 상기 필터부(120)는 차폐격벽으로 분리되어 있으며, 상기 차폐격벽에는 관통형 터미널T1, T2(141, 142)가 존재한다. 상기 관통형 터미널T1, T2(141, 142)는 상기 차폐격벽의 차폐성능을 유지하면서 상기 필터부(120)로 신호를 전달한다.
상기 필터부(120)는 상기 신호입력부(110)를 통과한 상기 제2 신호 또는 상기 신호입력부(110)에서 과도성분의 대부분이 제거된 상태의 상기 제1 신호를 전달받는다.
다만, 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)의 느린 반응속도로 인하여 상기 제1 신호의 과도성분의 대부분이 제거되지 못하고 상기 필터부(120)로 전달될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 차단소자(113, 114)에 장애가 발생한 경우, 상기 제1 신호의 과도성분의 제거되지 못한 채 상기 필터부(120)로 전달될 수 있다. 이를 위하여, 상기 필터부(120)는 상기 신호입력부(110)에서 제거하지 못한 상기 제1 신호의 잔여성분을 2차적으로 제거하는 역할을 수행한다.
상기 필터부(120)는 MOV(Metal Oxide Varistor)를 포함할 수 있다. 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)는 산화아연의 알맹이로 구성되어 있으며, 가변 저항의 성질을 가진다. 또한, 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)는 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)를 통과한 신호의 전압을 clamp전압 이하의 전압으로 유지시켜 주는 clamping 동작을 수행한다. 큰 에너지 수준의 수용능력을 가지고, GDT(Gas Discharge Tube)처럼 도통에 따른 시간지연이나 갑작스런 전류 변화가 거의 없다는 것이 MOV(Metal Oxide Varistor)의 장점이다.
도 3을 참조하면, MOV(Metal Oxide Varistor)(122)는 상기 신호입력부(110)로부터 전달되는 신호가 입력되는 상기 필터부(120)의 입력노드(121) 일단과 접지 사이에 연결된다. 상기 입력노드(121)에는 상기 신호입력부(110)로부터 전달된 상기 제2 신호가 입력될 수 있다. 또한, 상기 신호입력부(110)에 의해서도 제거되지 못한 상기 제1 신호의 잔여성분이 입력될 수 있다.
상기 입력노드(121)에 상기 제1 신호의 잔여성분이 입력되면, 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)에는 상기 제1 신호의 잔여성분에 따른 과도전압이 걸린다. 또한, 상기 과도전압은 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)의 clamp전압 이상의 크기를 갖는다. 따라서, 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)는 clamping 동작을 수행하고, 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)를 통과한 상기 제1 신호의 잔여전압은 상기 clamp전압 이하의 크기로 떨어지게 된다.
상기 입력노드(121)에 상기 제2 신호가 입력되면, 상기 제2 신호는 과도성분을 포함하지 않기 때문에 상기 제2 신호의 전압이 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)에 걸리더라도 clamping동작을 수행하지 않는다. 즉, 상기 제2 신호에 의하여 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)에 걸리는 전압은 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)의 clamp전압보다 크기가 작다. 따라서, 상기 제2 신호는 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)를 동작시키지 않고 상기 필터부(120)를 그대로 통과하게 된다.
상기 필터부(120)는 상기 제1 신호의 잔여전류값이 상기 필터부(120) 내에서 기 설정된 기준전류값을 초과하지 않도록 한다. 그러나, 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)를 통과한 상기 제1 신호의 잔여전류값은 상기 기준전류값 보다는 큰 값을 가진다. 따라서, 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122) 후단에 트라이악 소자(123)를 더 포함하여 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)를 통과한 상기 제1 신호의 잔여전류값을 낮춘다. 이 때, 상기 기 설정된 기준전류값은 상기 필터부(120)내에서 특정 크기의 부하가 존재한다고 가정한 경우, 상기 특정 크기의 부하를 통과하는 전류값을 의미한다. 즉, 상기 기준전류값은 상기 특정 크기의 부하값에 대응되어 결정된다. 예를 들어, 상기 기준전류값은 2Ω이라는 특정 부하값에서 약 1A의 값을 가질 수 있다.
상기 트라이악 소자(123)는 용량이 작기 때문에 비교적 작은 에너지를 가지는 과도성분을 억제할 수 있는 반도체 소자이다. 상기 트라이악 소자(123)는 상기트라이악 소자(123)동작을 위한 최소한의 전압이 공급되어야 동작할 수 있다. 상기 최소한의 전압 크기는 상기 트라이악 소자(123)에 따라 달라진다.
상기 트라이악 소자(123)를 동작시키기 위하여 상기 최소한의 전압을 제공하는 커패시터(124)를 상기 트라이악 소자(123)에 직렬로 연결한다. 상기 커패시터(124)는 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)를 통과한 상기 제1 신호의 잔여성분에 의하여 전기에너지를 축적하고 상기 트라이악 소자(123)에 제공함으로써 상기 트라이악 소자(123)를 동작시킨다.
상기 트라이악 소자(123)는 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)와 병렬로 연결되어 있어 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)와 같은 크기의 전압이 걸리게 된다. 다만, 상기 트라이악 소자(123)는 기 설정된 크기 이상의 전압이 주어지는 경우 파손되는 특성이 있다. 따라서, 상기 트라이악 소자(123)의 파손을 방지하기 위하여 상기 트라이악 소자(123)에 기 설정된 크기 미만의 전압이 걸리도록 하는 인덕터(125)를 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)와 상기 트라이악 소자(123) 사이 직렬로 연결한다. 즉, 상기 인덕터는 상기 제1 신호의 잔여성분에 의하여 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)(122)에 걸리는 전압을 상기 기 설정된 크기 미만의 전압으로 낮추어 상기 트라이악 소자(123)가 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 한다. 상기 기 설정된 전압크기는 상기 트라이악 소자(123)의 특성에 의하여 결정된다.
상기 필터부(120)는 상기 트라이악 소자(123)의 후단에 저역통과필터(Low Pass Filter)를 더 포함할 수 있다. 상기 저역통과필터(Low Pass Filter)는 상기 트라이악 소자(123)를 통과한 상기 제1 신호의 잔여성분에 포함된 고주파를 갖는 과도성분을 차단한다. 즉, 상기 제1 신호의 잔여성분이 기 설정된 주파수 이하의 주파수를 갖는 성분만을 포함해서 상기 필터부(120)를 통과하도록 한다. 따라서, 상기 저역통과필터(Low Pass Filter)를 통과한 상기 제1 신호의 잔여전류값은 상기 기준전류값 이하로 낮아지게 된다. 또한, 상기 저역통과필터(Low Pass Filter)는 상기 제2 신호가 왜곡되지 않고 통과할 수 있도록 한다.
상기 저역통과필터(Low Pass Filter)는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함한다. 도 3을 참조하면, 상기 저역통과필터(Low Pass Filter)는 두 개의 커패시터(126, 128)와 두 개의 공통모드 인덕터(127, 129)를 포함한다. 구체적으로, 상기 제1 신호의 잔여성분이 상기 커패시터(126)를 통과하면, 상기 잔여성분의 고주파수 성분을 갖는 잔여전압이 제거된다. 또한, 상기 공통모드 인덕터(127)를 통과한 상기 잔여성분의 잔여전류는 과도성분이 제거되기 때문에 상기 공통모드 인덕터(127) 후단에서는 급격한 전류변화가 발생하지 않게 된다. 마찬가지로, 상기 커패시터(128)는 상기 잔여성분의 고주파수 성분을 갖는 잔여전압을, 상기 공통모드 인덕터(129)는 상기 잔여성분의 고주파수 성분을 갖는 잔여전류를 제거하는 역할을 수행한다.
상기 기 설정된 크기의 주파수는 상기 저역통과필터(Low Pass Filter)에 포함되는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터 소자값이 어떤 값으로 결정되는지에 따라 달라진다. 따라서, 상기 저역통과필터(Low Pass Filter)를 설계함에 있어, 적절한 커패시터 및 인덕터의 소자값을 선택하여 상기 기 설정된 주파수 크기를 조절할 수 있다.
이와 같이, 상기 필터부(120)는 상기 신호입력부(110)에서 미처 제거하지 못하였던 상기 제1 신호의 잔여성분을 효과적으로 제거하여 상기 필터부(120)를 통과하는 신호의 전류가 기 설정된 기준전류값 이하값이 되도록 한다. 또한, 상기 제2 신호가 왜곡되지 않고 상기 신호출력부(130)로 전달될 수 있도록 한다.
상기 신호출력부(130)는 상기 필터부(120)로부터 전달받은 신호를 출력단을 이용하여 출력시킨다. 상기 필터부(120)와 상기 신호출력부(130)를 연결하는 지점에는 관통형 커패시터(143, 144)가 연결되어 있는데, 상기 관통형 커패시터(143, 144)는 상기 필터부(120)에서 전달되는 신호에 포함된 고주파 노이즈를 최종적으로 제거하는 역할을 수행한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치는 전화선 신호의 감쇠는 최소화하면서 10MHz 이상의 고주파수 전자파 대역에 대해서는 80dB 이상의 전자파를 차단할 수 있는 삽입손실 특성을 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 선택적 방호장치는 입력단으로 과도성분을 포함한 신호가 입력되면, 신호입력부에서 1차적으로, 필터부에서 2차적으로 상기 과도성분을 제거한다. 따라서, 상기 과도성분이 효과적으로 제거될 수 있으며, 상기 입력단에 과도성분이 포함되지 않은 신호가 왜곡되지 않고 통과할 수 있다. 또한, 미국 군사표준서(MIL-STD-188-125-1)에 규정된 요구조건에 따라 상승시간이 20ns 이하이면서 500∼550ns의 펄스폭을 가진 HEMP PCI(Pulsed current injection) 단펄스 전류를 규정된 크기로 인가하면 출력단 2Ω부하에 1A 이하의 잔류전류가 흐를 수 있도록 과도성분을 차단할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 특정 주파수보다 높은 주파수를 갖는 제1 신호 및 상기 특정 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 제2 신호 중 적어도 하나의 신호가 입력되는 입력단;
    상기 입력단과 연결되어 상기 제1 및 제2 신호 중 일부를 출력하도록 구성되는 신호출력부;
    상기 입력단 및 상기 신호출력부 사이를 연결하고, 비활성화상태에서, 상기 제1 신호가 수신되어 기 설정된 기준전압 이상의 전압이 걸리면 상기 제1 신호의 전류를 통과시킬 수 있는 활성화상태로 전환되며, 상기 제2 신호만 수신되면 상기 비활성화상태를 유지하여 상기 제2 신호가 상기 신호출력부로 전달되도록 상기 제2 신호의 전류를 차단하는 제1 차단소자;
    비활성화상태에서, 상기 제1 차단소자와 직렬로 연결되어 상기 제1 차단소자의 활성화상태로의 전환에 근거하여, 활성화상태로 전환되며 상기 제1 신호의 전류를 통과시키는 제2 차단소자;
    상기 제2 차단소자에 연결되어, 상기 제2 차단소자를 통과한 상기 제1 신호의 전류를 접지시키는 접지부; 및
    상기 입력단에 상기 제1 신호가 입력되면, 상기 제1 차단소자에 상기 제2 차단소자보다 더 큰 전압이 걸리도록 상기 제2 차단소자에 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 선택적 방호장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차단소자는 GDT(Gas Discharge Tube)이고, 상기 제2 차단소자는 GDT(Gas Discharge Tube)인 것을 특징으로 하는 신호 선택적 방호장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차단소자에 병렬로 연결되는 제1 분압저항 및 상기 제2 차단소자에 병렬로 연결되는 제2 분압저항을 더 포함하고,
    상기 입력단에 상기 제2 신호가 입력되면, 상기 제1 및 제2 차단소자에 같은 크기의 전압이 걸리도록 상기 제1 및 제2 분압저항이 같은 크기의 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 신호 선택적 방호장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차단소자 및 상기 신호출력부 사이에 연결되어, 상기 접지부에서 상기 제1 신호의 잔여전류가 접지되지 않은 경우에, 상기 잔여전류의 값을 기 설정된 기준전류값 이하로 낮춰주는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 선택적 방호장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 필터부는 MOV(Metal Oxide Varistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 선택적 방호장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 필터부는,
    상기 MOV(Metal Oxide Varistor)에 병렬로 연결되어 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)를 통과한 상기 잔여전류의 값이 상기 기 설정된 기준전류값을 초과하는 경우에 동작하도록 하는 트라이악 소자를 더 포함하고,
    상기 트라이악 소자와 직렬로 연결되어, 상기 잔여전류에 의한 전기에너지를 축적하여 상기 트라이악 소자에 제공하는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 선택적 방호장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 필터부는,
    상기 트라이악 소자와 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)사이에 직렬로 연결되어, 상기 트라이악 소자의 파손을 방지하기 위하여 상기 MOV(Metal Oxide Varistor)에 걸리는 전압크기를 기 설정된 전압크기로 낮추는 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 선택적 방호장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 필터부는,
    상기 필터부에 전달된 상기 제1 신호가 기 설정된 주파수 이하의 성분만을 포함하여 통과하도록 하는 저역통과필터를 포함하고,
    상기 저역통과필터는 적어도 하나의 인덕터 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 선택적 방호장치.
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