KR101556551B1 - 속류 방지를 위한 ｄｃ 선로용 서지 보호 장치 - Google Patents

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Abstract

과도 전압이 부하로 인가되는 것을 방지하는 서지 보호 장치에 있어서, 고정 DC 전압이 인가되는 전압선과 접지선 사이에 연결되는 가스방전관; 가스방전관과 병렬로 연결되어 고정 DC 전압을 인가받는 릴레이; 제 1 단자는 전압선에 연결되고, 제 2 단자는 고정 DC 전압을 인가받는 릴레이의 동작에 의해 접지선에 연결되는 트라이액; 및 트라이액의 게이트 단자와 전압선 사이에 연결되는 커패시터를 포함하되, 전압선과 접지선 사이에 과도 전압이 입력된 경우, 가스방전관은 과도 전압에 의해 개통되고, 트라이액은 게이트 단자로 입력되는 과도 전류에 의해 개통되는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치가 개시된다.

Description

속류 방지를 위한 ＤＣ 선로용 서지 보호 장치 {SURGE PROTECTING APPARATUS FOR PROTECTING FOLLOW CURRENT IN DC LINE}
본 발명은 DC 선로를 통해 과도 전압이 부하로 인가되는 것을 방지하고, 속류를 차단하는 서지 보호 장치에 관한 것이다.
전자 통신기술의 발전으로 산업 플랜트 및 일반 가정에서도 디지털 전기 전자기기가 매우 광범위하게 사용되고 있으나 이들은 서지에 대한 내성이 약해 낙뢰와 같은 과도 전압 발생시 기기가 소손될 수 있다는 문제점이 있다.
이러한 과도 전압에 의한 소손을 방지하기 위해 서지 보호 장치가 사용되고 있는데, 서지 보호 장치는 KS C IEC 61643 규격에 정의되고 있으며, 서지 억제기(suppressor)라고도 한다.
서지 보호 장치는 과도 전압이나 노이즈를 감쇠시키는 장치로써 저압(예를 들어, AC 1000V 이하)의 전력선이나 전화선, 데이터 네트워크, CCTV 회로, 케이블 TV 회로 및 전자장비에 연결된 전력선과 제어선 등에 나타나는 매우 짧은 순간의 위험한 과도 전압을 감쇠시키도록 설계된 장치이다.
일본 특허공개공보 제2012-506687호
본 발명의 일 실시예에 따른 DC 선로용 서지 보호 장치는 부하로 인가되는 과도 전압을 효율적으로 차단하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 선로용 서지 보호 장치는 서지 보호 장치로 흐르는 속류 전류를 효율적으로 차단하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 선로용 서지 보호 장치는 서지 보호 장치의 제한 전압을 낮추는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치는,
과도 전압이 부하로 인가되는 것을 방지하는 서지 보호 장치에 있어서, 고정 DC 전압이 인가되는 전압선과 접지선 사이에 연결되는 가스방전관; 상기 가스방전관과 병렬로 연결되어 상기 고정 DC 전압을 인가받는 릴레이; 제 1 단자는 상기 전압선에 연결되고, 제 2 단자는 상기 고정 DC 전압을 인가받는 릴레이의 동작에 의해 상기 접지선에 연결되는 트라이액; 및 상기 트라이액의 게이트 단자와 상기 전압선 사이에 연결되는 커패시터를 포함하되, 상기 전압선과 접지선 사이에 상기 과도 전압이 입력된 경우, 상기 가스방전관은 상기 과도 전압에 의해 개통되고, 상기 트라이액은 상기 게이트 단자로 입력되는 과도 전류에 의해 개통될 수 있다.
상기 과도 전압에 의해 생성되는 과도 전류는, 상기 전압선으로부터 상기 개통된 가스방전관 및 상기 개통된 트라이액을 통해 상기 접지선으로 흐를 수 있다.
상기 릴레이의 구동 전압은, 상기 트라이액이 개통된 경우, 상기 트라이액의 도통 전압보다 클 수 있다.
상기 릴레이는, 상기 트라이액이 개통된 경우, 상기 트라이액의 도통에 의해 상기 릴레이가 턴오프되어 상기 제 2 단자와 상기 접지선 사이의 연결을 차단할 수 있다.
상기 가스방전관의 개통 전압은, 상기 트라이액이 개통된 경우, 상기 트라이액의 도통 전압의 크기보다 클 수 있다.
상기 가스방전관은, 상기 트라이액이 개통된 경우, 상기 트라이액의 도통에 따라 상기 가스 방전관의 개통이 차단되어 상기 가스방전관을 통해 흐를 수 있는 속류가 차단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC 선로용 서지 보호 장치는 부하로 인가되는 과도 전압을 효율적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 선로용 서지 보호 장치는 서지 보호 장치로 흐르는 속류 전류를 효율적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 선로용 서지 보호 장치는 서지 보호 장치의 제한 전압을 낮출 수 있다.
도 1은 일반적인 서지 보호 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치의 전압선에 인가되는 전압의 크기에 따른 가스방전관, 트라이액 및 릴레이의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 실시예에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.
도 1은 일반적인 서지 보호 장치(10)를 도시하는 도면이다. 일반적인 서지 보호 장치(10)는 고정 DC 전압(Vc)이 인가되는 전력선(11)과 접지선(12) 사이에 연결된 가스방전관(13)를 포함한다. 가스방전관(13)은 불활성 가스를 세라믹 용기에 봉입하고 합금 전극을 사용한 방전관이다.
가스방전관(13)의 개통 전압을 고정 DC 전압(Vc)보다 크게 설정한 경우, 고정 DC 전압(Vc)에 의한 고정 DC 전류(Ic)는 부하(14)로만 흐르게 된다. 그러나, 과도 전압(Vs) 등이 전압선(11)에 인가되어 가스방전관(13)의 양단에 걸리는 전압의 크기가 가스방전관(13)의 개통 전압보다 크게 되는 경우, 가스방전관(13)은 개통되고 고정 DC 전압(Vc)에 의한 고정 DC 전류(Ic)와 과도 전압(Vs)에 의한 과도 전류(Is) 모두 가스방전관(13)을 통해 흐르게 된다. 이에 따라 과도 전류(Is)가 부하(14)로 흐르게 되는 것이 방지된다.
그러나, 일반적인 서지 보호 장치(10)의 가스 방전관(13)은 과도 전압(Vs)이 인가되어 개통된 뒤에, 과도 전압(Vs)이 사라지더라도 고정 DC 전압(Vc)에 의해 계속 개통될 수 있다는 문제점이 있다. 이에 의해 고정 DC 전압(Vc)에 의한 고정 DC 전류(Ic)가 계속적으로 가스방전관(13)을 통해 흐를 수 있는데 이를 속류 전류라 한다.
가스방전관(13)으로 속류 전류가 흐르게 되면 부하(14)의 일시적인 정전상태를 초래할 수 있다. 이러한 현상은 특히 영점이 교차되는 교류 선로보다 항상 일정한 DC 전압이 유지되는 DC 선로에서 발생하기 쉬우므로, 이를 방지하기 위해 개통 전압이 고정 DC 전압(Vc)보다 매우 높은 가스 방전관(13)이 사용될 수 있다. 그러나, 이 경우에는 서지 보호 장치(10)의 제한 전압 역시 높아져 과전압을 효율적으로 차단하지 못할 수 있다는 문제점도 존재한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치(100)를 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치(100)는 전압선(110), 접지선(120), 가스방전관(130), 트라이액(140), 커패시터(150) 및 릴레이(160)를 포함할 수 있다.
전압선(110)과 접지선(120) 사이에는 고정 DC 전압(Vc)이 인가되며, 전압선(110)과 접지선(120)에는 고정 DC 전압(Vc)을 위한 전압원이 연결될 수 있다.
가스방전관(130)은 전압선(110)과 접지선(120) 사이에 연결된다. 가스방전관(130)의 개통 전압은 고정 DC 전압(Vc)보다 높게 설정될 수 있다, 이에 따라 고정 DC 전압(Vc)이 인가된 가스방전관(130)으로는 고정 DC 전압(Vc)에 의한 고정 DC 전류(Ic)가 흐르지 못한다.
트라이액(140)은 제 1 단자, 제 2 단자 및 게이트 단자를 포함한다. 트라이액(140)의 제 1 단자는 전압선(110)에 연결되고, 제 2 단자는 릴레이(160)의 동작에 의해 접지선(120)에 연결된다. 게이트 단자에는 전압선(110)과 연결된 커패시터(150)가 연결되고, 트라이액(140)은 커패시터(150)를 통해 들어오는 전류에 의해 개통될 수 있다. 고정 DC 전압(Vc)에 의한 고정 DC 전류(Ic)는 커패시터(150)를 통해 흐를 수 없으므로, 고정 DC 전압(Vc)이 인가되어 있는 상태에서 트라이액(140)은 개통되지 않는다.
릴레이(160)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이에 연결된다. 릴레이(160)의 구동을 위한 개통 전압은 고정 DC 전압(Vc)보다 낮게 설정될 수 있으며, 이에 따라 전압선(110)에 고정 DC 전압(Vc)이 인가되는 경우, 릴레이(160)는 스위치를 도 2의 COM 단자와 NO 단자를 연결시켜, 트라이액(140)의 제 2 단자와 접지선(120)을 연결시킬 수 있다. 저항(170)은 릴레이(160)에 직렬로 연결되어 릴레이(160)의 구동을 위한 구동 전류가 릴레이(160)로 흐르게 한다.
이하에서는 도 2와 도 3을 함께 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치(100)의 전압선(110)에 인가되는 전압의 크기에 따른 각 소자의 동작에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, 가스방전관(130)의 개통 전압은 고정 DC 전압(Vc)보다 높고, 릴레이(160)의 개통 전압은 고정 DC 전압(Vc)보다 낮으므로, 전압선(110)에 고정 DC 전압(Vc)이 인가된 경우, 가스방전관(130)은 개통되지 않으며(OFF), 릴레이(160)는 개통(ON)되어 트라이액(140)의 제 2 단자와 접지선(120)을 연결시킨다.
고정 DC 전압(Vc)에 의한 고정 DC 전류(Ic)는 트라이액(140)의 게이트 단자와 연결된 커패시터(150)를 통해 흐르지 못하므로 트라이액(140) 역시 개통되지 못한다(OFF).
이에 따라 고정 DC 전압(Vc)에 의한 고정 DC 전류(Ic)는 릴레이(160)에 병렬로 연결되는 부하(미도시)로 흐르게 된다.
다음으로, 전압선(110)에 과도 전압(Vs)이 인가된 경우, 가스방전관(130)에는 과도 전압(Vs)과 고정 DC 전압(Vc) 모두가 인가되어 개통(ON)된다. 이에 따라 과도 전압(Vs)에 의한 과도 전류는 가스방전관(130)을 통해 접지선(120)으로 흐를 수 있다.
전압선(110)에 고정 DC 전압(Vc)만이 인가되다가 과도 전압(Vs)이 추가로 인가되는 경우, 갑작스럽게 상승하는 전압에 의해 발생하는 전류는 커패시터(150)를 통해 흘러 트라이액(140)의 게이트 단자로 들어가고, 트라이액(140) 역시 개통(ON)된다.
릴레이(160)는 트라이액(140)의 제 2 단자와 접지선(120)을 연결시키고 있는 상태(ON)였으므로, 과도 전압(Vs)에 의해 생성된 과도 전류 중 가스방전관(130)을 통해 흐르고 남은 전류는 트라이액(140)을 통해 접지선(120)으로 흐를 수 있다.
즉, 과도 전압(Vs)에 의해 발생된 과도 전류는 모두 가스방전관(130)과 트라이액(140)을 통해 접지선(120)으로 흐르므로, 과도 전류는 부하로 흐르지 못한다.
과도 전류가 트라이액(140)을 통해 접지선(120)으로 흐르면, 전압선(110)과 트라이액(140) 및 접지선(120)은 모두 단락상태가 되고, 트라이액(140)의 양단의 전압은 트라이액(140)의 도통 전압(Vt)만이 나타나고, 이에 따라 트라이액(140)과 병렬로 연결된 가스방전관(130) 양단에도 트라이액(140)의 양단과 동일한 전압이 인가된다.
가스방전관(130)의 개통 전압과 릴레이(160)의 개통 전압은 트라이액(140)의 도통 전압(약 0.7V)보다 높으므로 가스방전관(130)은 개통되지 않은 상태(OFF)로 변환된다. 또한, 릴레이(160)도 개통되지 않은 상태(OFF)로 변환되어 스위치를 도 2의 NC 단자와 COM 단자를 연결시켜 트라이액(140)의 제 2 단자와 접지선(120) 사이의 연결을 차단한다. 일반적으로 과도 전압(Vs)은 수 마이크로 초 동안만 인가되므로, 릴레이(160)가 개통된 상태(ON)에서 개통되지 않은 상태(OFF)로 변환되는 지연 시간 동안 과도 전압(Vs)에 의한 과도 전류는 모두 가스방전관(130)과 트라이액(140)을 통해 흐를 수 있다.
이후, 과도 전압(Vs)이 완전히 제거되고 고정 DC 전압(Vc)만이 전압선(110)에 인가되면, 가스방전관(130)과 트라이액(140)은 모두 개통되지 않은 상태(OFF)에 있고, 릴레이(160)만이 개통(ON)되어 트라이액(140)의 제 2 단자와 접지선(120)을 연결시킨다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치(100)는 과도 전압(Vs)에 의한 과도 전류를 효율적으로 차단하면서, 릴레이(160)의 동작에 따라 속류 전류 역시 차단하고, 트라이액(140)에 인가되는 전압(Vt)을 이용하여 가스방전관(130)과 릴레이(160)의 개통을 차단하므로 서지 보호 장치(100)의 제한 전압을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 서지 보호 장치(100)는 인덕터(182), TVS 다이오드(184) 및 스누버 회로(186)를 더 포함할 수 있다.
인덕터(182)는 제 1 단자와 제 2 단자를 포함하며, 인덕터(182)의 제 1 단자와 제 2 단자는 전압선(110) 사이에 연결된다. 인덕터(182)는 전압선(110)에 과도 전압(Vs)이 인가된 경우, 과도 전압(Vs)을 1차적으로 차단한다.
TVS 다이오드(184)는 커패시터(150)에 직렬로 연결될 수 있으며, 과도 전압(Vs)이 안가되어 커패시터(150)를 통해 과도 전류가 흐르게 될 때, 트라이액(140)의 게이트 단자로 흐르는 과도 전류를 안정화시킨다.
스누버 회로(186)는 트라이액(140)을 통해 접지선(120)으로 흐르는 과도 전류를 완충하는 기능을 수행한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 서지 보호 장치
110: 전압선
120: 접지선
130: 가스방전관
140: 트라이액
150: 커패시터
160: 릴레이
170: 저항
182: 인덕터
184: TVS 다이오드
186: 스누버 회로

Claims (6)

  1. 과도 전압이 부하로 인가되는 것을 방지하는 서지 보호 장치에 있어서,
    고정 DC 전압이 인가되는 전압선과 접지선 사이에 연결되는 가스방전관;
    상기 가스방전관과 병렬로 연결되어 상기 고정 DC 전압을 인가받는 릴레이;
    제 1 단자는 상기 전압선에 연결되고, 제 2 단자는 상기 고정 DC 전압을 인가받는 릴레이의 동작에 의해 상기 접지선에 연결되는 트라이액; 및
    상기 트라이액의 게이트 단자와 상기 전압선 사이에 연결되는 커패시터를 포함하되,
    상기 전압선과 접지선 사이에 상기 과도 전압이 입력된 경우, 상기 가스방전관은 상기 과도 전압에 의해 개통되고, 상기 트라이액은 상기 게이트 단자로 입력되는 과도 전류에 의해 개통되되,
    상기 릴레이의 구동 전압은,
    상기 트라이액이 개통된 경우, 상기 트라이액의 도통전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과도 전압에 의해 생성되는 과도 전류는,
    상기 전압선으로부터 상기 개통된 가스방전관 및 상기 개통된 트라이액을 통해 상기 접지선으로 흐르는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이는,
    상기 트라이액이 개통된 경우, 상기 트라이액의 도통에 의해 상기 릴레이가 턴오프되어 상기 제 2 단자와 상기 접지선 사이의 연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스방전관의 개통 전압은,
    상기 트라이액이 개통된 경우, 상기 트라이액의 도통전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스방전관은,
    상기 트라이액이 개통된 경우, 상기 트라이액의 도통에 따라 상기 가스 방전관의 개통이 차단되어 상기 가스방전관을 통해 흐를 수 있는 속류가 차단되는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
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