KR101456569B1

KR101456569B1 - 서지 보호 장치

Info

Publication number: KR101456569B1
Application number: KR20140055295A
Authority: KR
Inventors: 김정환
Original assignee: 진화전기통신주식회사
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2014-11-13

Abstract

본 발명은 서지 보호 장치에 관한 것이다. 본 서지 보호 장치는, 입력 신호가 입력되는 제1 및 제2 입력단자, 출력 신호가 출력되는 제1 및 제2 출력단자, 입력 신호에 유입된 서지를 TVS 다이오드와 저항을 이용하여 흡수 차단하는 TVS 다이오드부, TVS 다이오드부에서 출력되는 신호에 포함된 서지를 바리스터를 이용하여 억제하는 바리스터부, 및 바리스터부에서 출력되는 신호에 포함된 서지를 서지 어레스터를 사용하여 차단하여 제1 및 제2 출력 단자로 출력하는 서지 어레스터부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 입력 신호에 유입된 서지를 효과적으로 흡수 및 차단하여, 전자 기기의 파손 및 오동작을 방지할 수 있다.

Description

서지 보호 장치{Surge protector}

본 발명은 서지 보호 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력 신호에 유입되는 서지를 흡수 차단하여 전자 기기를 보호할 수 있는 서지 보호 장치에 관한 것이다.

일반적으로 임펄스, 스파이크, 노이즈 등으로 불리는 서지(surge)는 매우 짧은 시간 동안 나타났다가 사라지는 고전압 대전류의 전기적인 동요현상을 의미한다. 즉, 서지는 여러 가지 발생원인으로 전력계통의 전원선, 통신선, 신호선 등의 도체를 통하여 발생, 침입하는 이상 과전압이라 할 수 있다.

서지의 발생 원인으로는, 번개와 같은 강한 충격성 전기로 인한 동전류 현상, 근접한 고압 송전선과 유도체에 의한 유도 전자파, 주위의 강한 RF 송신탑과 근접한 전기전자 유도체의 유도현상, 고주파 용접기와 같은 강한 ARC에 의한 유도 잡음, 스위치 온/오프 작동으로 인한 개폐 서지, 및 마찰정전기로 인한 피해 현상 등이 있다.

아날로그 시대에는 고압계통 피뢰기만 설치해도 큰 문제가 없었으나, 디지털 시대로 진입하면서 많은 부분들이 반도체 소자로 대체되면서, 낙뢰, 번개, 전력계통 사고 또는 전기기기의 스위치 작동, 인접 부하의 변동 등에 의해 발생하는 서지에 극히 민감하게 영향을 받아서 기기의 오동작이나 성능저하 및 파손이 발생할 수 있다.

즉, 서지의 발생으로 전기회로나 전자회로에 전기 방해, 자기 방해, 정전기 방해, 전자파 방해 등과 같은 장애가 나타나서, 디지털 기기에 치명적인 손상을 초래하거나, 프로그램의 오동작을 유발할 수 있으며, 누적된 서지의 영향으로 시스템이나 구성 부품에 전기적인 절연 열화 등과 같이 많은 피해를 초래할 수 있다.

따라서, 서지의 발생으로 인한 전기 기기, 전자 부품, 소프트웨어 등의 손상이나 오동작을 방지하기 위하여, 다양한 발생 원인과 크기에 따라 적절하게 서지를 흡수 및 차단할 수 있는 서지 보호 장치가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 입력 신호에 유입되는 서지를 흡수 차단하여 전자 기기나 부품 등을 안전하게 보호하고 오작동을 방지할 수 있는 서지 보호 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서지 보호 장치는, 입력 신호가 입력되는 제1 및 제2 입력단자, 출력 신호가 출력되는 제1 및 제2 출력단자, 상기 입력 신호에 유입된 서지를 TVS 다이오드와 저항을 이용하여 흡수 차단하는 TVS 다이오드부, 상기 TVS 다이오드부에서 출력되는 신호에 포함된 서지를 바리스터를 이용하여 억제하는 바리스터부, 및 상기 바리스터부에서 출력되는 신호에 포함된 서지를 서지 어레스터를 사용하여 차단하여 상기 제1 및 제2 출력 단자로 출력하는 서지 어레스터부를 포함한다.

그리고, 상기 TVS 다이오드부, 상기 바리스터부, 및 상기 어레스터부를 수용하며, 상기 제1 및 제2 입력단자와 상기 제1 및 제2 출력 단자 및 접지가 연결되는 접지단이 구비된 연결단자가 배치된 케이스를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서지 보호 장치는, 입력 신호에 포함된 서지 전압을 억제하여 출력하는 다수의 서지 보호기, 일면에 연결 단자가 배치되며, 상기 다수의 서지 보호기를 수용하는 케이스, 및 상기 다수의 서지 보호기 각각과 상기 연결 단자를 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함한다.

본 발명에 따르면, 다양한 발생 원인에 따라 입력 신호에 유도되는 서지를 효과적으로 흡수 및 제거하여 전자기기나 부품 등의 파손이나 오동작을 방지하여 안정적으로 동작하도록 한다. 또한, 필요에 따라 복수의 서지 보호기를 하나의 케이스에 착탈 가능하게 결합하여 다양한 용도에 활용할 수 있다. 특히, 철도 신호 회로 및 각종 유사 공급 장치의 신호 회로의 보호에 효과적으로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호기의 외형을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호기의 배면도 및 평면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 장치의 외형을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호 장치의 배면도, 그리고
도 5는 서지 보호 회로에 대한 회로 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호기의 외형을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 서지 보호기의 배면도 및 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 서지 보호기(100)의 케이스(101) 내부에는 입력 신호에 유입되는 서지를 흡수 및 차단하기 위한 서지 보호 회로부가 설치되며, 케이스(101)에 결합되거나 일체로 형성된 고리형태의 손잡이부(110)가 구비되어 있어, 서지 보호기(100)를 커넥터 등에 착탈시 사용할 수 있다.

케이스(101)의 배면에는 입력 신호가 입력되는 입력단과 출력 신호가 출력되는 출력단 및 접지 연결을 위한 접지단을 포함하는 연결단자(120)가 배치되어 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 서지 보호기가 다수 장착되는 서지 보호 장치의 외형을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 서지 보호 장치(200)는 본체의 전면에 배치된 도어(210)를 개방하여, 내부에 배치된 커넥터(미도시)에 복수의 서지 보호기(100)를 착탈 가능하게 결합할 수 있는 구조이다.

서지 보호 장치(200)의 배면에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 각각의 서지 보호기의 연결단자(120)와 커넥터를 통해 전기적으로 연결되는 본체 연결단자(220)가 배치되어 있다.

이와 같은 본체 연결단자(220)에 입력 신호와 출력 신호 및 접지를 연결하여, 여러 가지 용도에 활용할 수 있다.

도 5는 서지 보호기에 설치되는 서지 보호 회로부에 대한 회로 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 서지 보호 회로부는 TVS 다이오드부(150), 바리스터부(160) 및 서지 어레스터부(170)를 포함할 수 있다. 제1 입력단자(IN1)과 제2 입력단자(IN2)를 통해 입력 신호가 입력되고, 제1 출력단자(OUT1)과 제2 출력단자(OUT2)를 통해 출력 신호가 출력된다.

TVS 다이오드부(150)는 저항 R1, 저항 R2, TVS 다이오드 D1, TVS 다이오드 D2를 포함한다.

TVS(Transient Voltage Suppression) 다이오드는 정전기 방전(electrostatic discharge)이나 유도부하 스위칭(inductive load switching) 혹은 유도 방전(induced lightning) 등에서 발생하는 전기적 과도상태로부터 약한 회로를 보호하기 위해 사용하는 소자이다. TVS 다이오드는 천이하는 전압을 클랩핑하고 전류를 외부로 누출시켜 라인과 라인, 라인과 접지 사이를 보호하는 역활을 수행할 수 있다. TVS 다이오드는 크기가 작고 반응 시간이 극히 짧으며(수 nano sec), 보호 수준이 낮아서 민감한 전자 장비를 보호하는데 적합하다.

TVS 다이오드부(150)에서, 저항 R1은 일단은 제1 입력단(IN1)에 연결된다. TVS 다이오드 D1의 일단은 저항 R1에 연결되고, 타단은 접지단에 연결된다. TVS 다이오드 D2는 일단은 접지단에 연결된다. 저항 R2는 일단은 제2 TVS 다이오드에 타단에 연결되고, 타단은 제2 입력단(IN2)에 연결된다.

바리스터부(160)는 바리스터 RV1, 바리스터 RV2, 바리스터 RV3, 바리스터RV4, 바리스터 RV5, 바리스터 RV6, 코일 L1, 코일 L2를 포함한다.

바리스터(varistor)는 양 끝에 가해지는 전압에 의해서 저항값이 변하는 비선현 반도체 저항소자로서, 배리어블 레지스터(variable resistor)의 약칭이다. 바리스터의 기본적인 작동은 클램핑 전압(clamping voltage)에 도달하게 되면 동작 전의 하이 임피던스(high impedance)가 μsec 속도로 로우 임피던스(low impedance)로 변하여 순간적으로 서지를 열화시킬 수 있다. 바리스터는 전류용량도 대단히 크며, 클램핑 가변전압의 범위가 넓으며, 부품의 가격도 저가여서 대중적으로 널리 사용되고 있다.

바리스터부(160)에서, 바리스터 RV1은 제1 입력단(IN1) 및 저항 R1의 연결 노드와 접지단 사이에 연결되고, 바리스터 RV2는 접지단과 저항 R2 및 제2 입력단(IN2)의 연결 노드 사이에 연결된다. 코일 L1은 일단은 제1 입력단(IN1) 및 저항 R1의 연결 노드에 연결되고, 타단은 제1 출력단(OUT1)에 연결되며, 코일 L2는 일단은 저항 R2 및 제2 입력단(IN2)의 연결 노드에 연결되고, 타단은 제2 출력단(OUT2)에 연결된다. 바리스터 RV3은 제1 출력단(OUI1)과 접지단 사이에 연결되고, 바리스터 RV4는 바리스타 RV3에 병렬 연결된다. 그리고, 바리스터 RV5는 접지단과 제2 출력단(OUI2)과 접지단 사이에 연결되고, 바리스터 RV6은 바리스타 RV5에 병렬 연결된다.

서지 어레스터부(170)는 서지 어레스터 U1, 서지 어레스터 U2, 서지 어레스터 U3을 포함한다.

서지 어레스터(surge arrester)는 낙뢰 등으로 인한 과전압과 정상적인 회로 전압을 초과하여 유입되는 서지 전압으로부터 회로를 보호하는 기능을 수행한다. 서지 어레스터는 높은 서지 내량과 낮은 정전용량을 보유하기 때문에 고속의 데이터 통신을 수반하는 선로에 적합하다.

서지 어레스터부(170)에서, 서지 어레스터 U1은 제1 출력단(OUT1)과 접지단 사이에 연결되고, 서지 어레스터 U2는 접지단과 제2 출력단(OUT2) 사이에 연결되며, 서지 어레스터 U3는 제1 출력단(OUT1)과 제2 출력단(OUT2) 사이에 연결된다.

이와 같은 회로 구성에 의해, 입력 신호에 유입되는 서지를 효과적으로 흡수 차단함으로써, 서지 보호 장치에 연결된 디지털 기기를 서지로부터 안정적으로 보호할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 서지 보호 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

110 : 손잡이부 120 : 연결핀
150 : TVS 다이오드부 160: 바리스터부
170 : 서지 어레스터부

Claims

입력 신호가 입력되는 제1 및 제2 입력단자;
출력 신호가 출력되는 제1 및 제2 출력단자;
상기 입력 신호에 유입된 서지를 TVS 다이오드와 저항을 이용하여 흡수 차단하는 TVS 다이오드부;
상기 TVS 다이오드부에서 출력되는 신호에 포함된 서지를 바리스터를 이용하여 억제하는 바리스터부; 및
상기 바리스터부에서 출력되는 신호에 포함된 서지를 서지 어레스터를 사용하여 차단하여 상기 제1 및 제2 출력 단자로 출력하는 서지 어레스터부를 포함하며,
상기 TVS 다이오드부는, 상기 제1 입력단자에 일단이 연결된 제1 저항; 상기 제1 저항의 타단에 일단이 연결되며, 타단은 접지단이 연결되는 제1 TVS 다이오드; 상기 제1 TVS 다이오드의 타단에 일단이 연결되는 제2 TVS 다이오드; 및 상기 제2 TVS 다이오드의 타단에 일단이 연결되며, 타단은 상기 제2 입력단자에 연결되는 제2 저항을 포함하고,
상기 바리스터부는, 상기 제1 입력단자 및 상기 제1 저항이 연결된 제1 노드와, 상기 접지단 사이에 연결되는 제1 바리스터; 상기 접지단과, 상기 제2 입력단자 및 상기 제2 저항이 연결된 제2 노드 사이에 연결되는 제2 바리스터; 상기 제1 노드에 일단이 연결되고, 타단은 상기 제1 출력단자에 연결되는 제1 코일; 상기 제2 노드에 일단이 연결되고, 타단은 상기 제2 출력단자에 연결되는 제2 코일; 상기 제1 코일의 타단과 상기 접지단 사이에 연결되는 제3 바리스터; 상기 제3 바리스터에 병렬 연결되는 제4 바리스터; 상기 제2 코일의 타단과 상기 접지단 사이에 연결되는 제5 바리스터; 및 상기 제5 바리스터에 병렬 연결되는 제6 바리스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1항에 있어서,
상기 TVS 다이오드부, 상기 바리스터부, 및 상기 어레스터부를 수용하며, 상기 제1 및 제2 입력단자와 상기 제1 및 제2 출력 단자 및 접지가 연결되는 접지단이 구비된 연결단자가 배치된 케이스를 더 포함하는 서지 보호 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 서지 어레스터부는,
상기 제1 출력단자와 상기 접지단 사이에 연결되는 제1 서지 어레스터;
상기 접지단과 상기 제2 출력단자 사이에 연결되는 제2 서지 어레스터; 및
상기 제1 출력단자와 상기 제2 출력단자 연결되는 제3 서지 어레스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
입력 신호에 유입된 서지를 흡수 차단하는 다수의 서지 보호기;
일면에 연결단자가 배치되며, 상기 다수의 서지 보호기를 수용하는 본체; 및
상기 다수의 서지 보호기 각각과 상기 연결단자를 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하며,
상기 서지 보호기는,
입력 신호가 입력되는 제1 및 제2 입력단자;
출력 신호가 출력되는 제1 및 제2 출력단자;
상기 제1 입력단자에 일단이 연결된 제1 저항; 상기 제1 저항의 타단에 일단이 연결되며, 타단은 접지단이 연결되는 제1 TVS 다이오드; 상기 제1 TVS 다이오드의 타단에 일단이 연결되는 제2 TVS 다이오드; 및 상기 제2 TVS 다이오드의 타단에 일단이 연결되며, 타단은 상기 제2 입력단자에 연결되는 제2 저항을 구비하여, 상기 제1 및 제2 입력단자에 유입된 서지를 흡수 차단하는 TVS 다이오드부;
상기 제1 입력단자 및 상기 제1 저항이 연결된 제1 노드와, 상기 접지단 사이에 연결되는 제1 바리스터; 상기 접지단과, 상기 제2 입력단자 및 상기 제2 저항이 연결된 제2 노드 사이에 연결되는 제2 바리스터; 상기 제1 노드에 일단이 연결되고, 타단은 상기 제1 출력단자에 연결되는 제1 코일; 상기 제2 노드에 일단이 연결되고, 타단은 상기 제2 출력단자에 연결되는 제2 코일; 상기 제1 코일의 타단과 상기 접지단 사이에 연결되는 제3 바리스터; 상기 제3 바리스터에 병렬 연결되는 제4 바리스터; 상기 제2 코일의 타단과 상기 접지단 사이에 연결되는 제5 바리스터; 및 상기 제5 바리스터에 병렬 연결되는 제6 바리스터를 구비하여, 상기 TVS 다이오드부에서 출력되는 신호에 포함된 서지를 억제하는 바리스터부; 및
상기 제1 출력단자와 상기 접지단 사이에 연결되는 제1 서지 어레스터; 상기 접지단과 상기 제2 출력단자 사이에 연결되는 제2 서지 어레스터; 및 상기 제1 출력단자와 상기 제2 출력단자 연결되는 제3 서지 어레스터를 구비하여, 상기 바리스터부에서 출력되는 신호에 포함된 서지를 차단하여 상기 제1 및 제2 출력단자로 출력하는 서지 어레스터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제6항에 있어서,
상기 서지 보호기는 상기 본체의 전면에 구비된 도어를 개방하여, 상기 커넥터에 착탈 가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
삭제
제6항에 있어서,
상기 서지 보호기는, 상기 제1 및 제2 입력단자와 상기 제1 및 제2 출력단자, 및 상기 접지단이 구비된 연결단자가 배치된 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제9항에 있어서,
상기 서지 보호기는, 상기 케이스에 결합되거나 일체로 형성된 고리형태의 손잡이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.