KR101733294B1 - 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그 - Google Patents

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Abstract

반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그는 상부 블레이드 및 하부 블레이드를 포함하는 플러그; 및 상기 상부 블레이드 및 상기 하부 블레이드 각각이 삽입되어 회전하도록 구비된 상부 가이드부 및 하부 가이드부, 상기 플러그가 회전됨에 따라 온오프되는 인터로크 스위치, 직류 전원을 상기 플러그로 공급하거나 차단하도록 온오프되는 반도체 스위치, 및 상기 인터로크 스위치가 온됨에 따라 상기 직류 전원이 인가되어 상기 반도체 스위치를 온시키고, 부하전류를 감지하여 임계값 이상인 경우 상기 반도체 스위치를 오프시키는 드라이버를 포함하는 콘센트;를 포함한다.

Description

반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그{DC Socket-Plug with Semiconductor Switch}
본 발명은 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그에 관한 것으로, 특히, 플러그를 콘센트에 삽입 및 분리할 때 발생하는 아크를 억제할 수 있는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그에 관한 것이다.
일반적으로, 직류는 교류와 달리 전류 영점이 존재하지 않으므로 차단시 지속적으로 발생하는 아크 전류에 의해 화재가 야기되어 인명 및 재산적 손실이 발생할 가능성이 높다.
예를 들면, 기존 교류에서 사용되는 플러그와 콘센트를 직류에서 사용하는 경우, 접속이 끊어질 때, 매우 큰 아크 전류가 발생하여 플러그와 콘센트의 전극을 융착시키는 사고가 빈번히 발생한다.
또한, 유도성 부하에서 발생되는 역기전력이 플러그 전극에 유도되어 아크 전압을 생성하므로 플러그를 잡고 조작하는 사용자의 안전을 위협할 수 있다. 이는 많은 장점을 갖고 있음에도 불구하고 직류 배전망의 보급을 저해하고 있는 중요한 요인 중의 하나이다.
따라서, 직류용 콘센트-플러그에서 플러그를 콘센트에 삽입하거나 분리하는 경우에 콘센트 전극과 플러그 전극 사이의 아크 발생을 억제할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
JP 2009-0146779 A
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 플러그의 삽입 및 분리시 발생하는 아크를 안전하게 억제할 수 있는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 부하단락 또는 과전류 등에 의한 고장 발생시 이를 감지하여 전류를 차단하는 동시에 사용자에게 알람할 수 있는 부착형 직류형 콘센트-플러그를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 플러그의 잘못된 삽입 및 회전판의 오동작 등 원하지 않는 동작을 사전에 방지할 수 있는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상부 블레이드 및 하부 블레이드를 포함하는 플러그; 및 상기 상부 블레이드 및 상기 하부 블레이드 각각이 삽입되어 회전하도록 구비된 상부 가이드부 및 하부 가이드부, 상기 플러그가 회전됨에 따라 온오프되는 인터로크 스위치, 직류 전원을 상기 플러그로 공급하거나 차단하도록 온오프되는 반도체 스위치, 및 상기 인터로크 스위치가 온됨에 따라 상기 직류 전원이 인가되어 상기 반도체 스위치를 온시키고, 부하전류를 감지하여 임계값 이상인 경우 상기 반도체 스위치를 오프시키는 드라이버를 포함하는 콘센트;를 포함하는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 드라이버는, 상기 직류 전원을 상기 드라이버용 직류 전압으로 감압하여 공급하는 전압 레귤레이터; 상기 전압 레귤레이터로부터 공급되는 전압에 의해 세트되어 상기 반도체 스위치를 온시키는 RS 래치; 상기 감지된 부하전류의 극성을 반전시키는 반전기; 및 상기 반전된 부하전류를 상기 임계값과 비교하여, 상기 반전된 부하전류가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 반도체 스위치를 오프시키도록 상기 RS 래치를 리셋시키는 비교기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 드라이버는 상기 전압 레귤레이터의 출력과 상기 RS 래치의 출력단 사이에 부저 및 발광 다이오드 중 적어도 하나가 연결되고, 상기 반도체 스위치가 오프되면, 이상상태를 알람하는 알람부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 콘센트는 상기 직류 전원의 양단에 병렬로 연결되며 다이오드 및 저항으로 이루어지고, 상기 반도체 스위치가 오프되는 경우, 유도성 부하에서 발생되는 역기전력을 억제하는 환류 회로부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 콘센트는, 상기 플러그의 플러그 전극이 삽입되는 콘센트 전극, 및 회전을 위한 중심축을 이루는 샤프트가 관통하여 구비되는 회전판; 및 상기 회전판의 일면에 구비되어 상기 회전판의 회전에 따라 상기 인터로크 스위치의 스위치 바를 온오프시키는 걸쇠를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 콘센트는, 상기 회전판과 상기 콘센트의 케이스 전면 사이에 배치되는 외부 회전판; 및 상기 외부 회전판과 상기 회전판 사이에서 상기 샤프트의 둘레에 배치되어 상기 플러그가 삽입되는 경우 가압되고 상기 플러그가 제거되는 경우 복원되는 탄성 부재;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 외부 회전판은 상기 콘센트의 케이스 전면 측에 적어도 하나의 고정 돌기가 형성되고, 상기 콘센트는 상기 콘센트의 케이스 전면의 상기 고정 돌기에 대응하는 위치에 고정 홀이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부 가이드부 및 상기 하부 가이드부는 매립 형태 또는 외부 돌출 형태로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 콘센트는 상기 상부 블레이드 및 상기 하부 블레이드 각각이 삽입되며 상기 상부 가이드 및 상기 하부 가이드와 각각 연통하는 상부 삽입홈 및 하부 삽입홈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그는 회전형 콘센트에 의한 인터록킹 동작에 의해 반도체 스위치를 온오프함으로써, 플러그가 콘센트에 완전히 삽입된 후에 직류 전원이 공급되거나 플러그가 콘센트로부터 분리되기 전에 직류 전원을 차단하여 전극 간에 발생하는 아크를 억제할 수 있고 사용자의 안정성을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명은 부하전류가 일정값 이상인지를 감지하여 일정값 이상인 경우, 반도체 스위치를 오프시킴으로써, 부하단락 또는 과전류 등에 의한 고장시에 직류 전원을 효과적으로 차단할 수 있고, 사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 부하단락 또는 과전류 등에 의한 고장발생시 부저 또는 LED 등에 의해 알람함으로써, 사용자가 고장 발생을 쉽게 인식하여 신속하게 조치하도록 알람할 수 있다.
또한, 본 발명은 플러그의 상부 및 하부의 구조 변경, 고정용 돌기 및 탄성 부재를 갖는 외부 회전판을 추가로 구비함으로써, 사용자가 플러그를 극성이 반대로 삽입할 가능성을 배제할 수 있고, 원하지 않은 조건에서 회전판이 회전되어 인터로킹이 발생하지 않도록 할 수 있어 사용자의 편의성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그의 개념적 회로도이다.
도 2는 도 1의 드라이버의 세부 구성의 일예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그의 인터록킹을 위한 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에서 회전판에 설치된 걸쇠와 인터로크 스위치의 연동 구조로서, (a) 인터로크 스위치 오프 상태 및 (b) 인터로크 스위치 온 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그의 결합 구조로서, (a) 매립 형태 가이드인 경우의 구성도, (b) 외부 돌출 형태 가이드인 경우의 구성도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그의 구성으로서, (a) 회전판의 분해 사시도 및 (b) 회전판과 인터로크 스위치의 연동 관계를 나타낸 사사도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그의 결합 구조로서, (a) 매립 형태 가이드인 경우의 구성도, (b) 외부 돌출 형태 가이드인 경우의 구성도, (c) 외부 돌출 형태 가이드인 경우의 조립상태의 구성도, 및 (d) 콘센트 케이스 전면부와 외부 회전판의 세부구조를 나타낸 구성도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그에서, (a) 외부 회전판의 정면도, (b) 콘센트 케이스의 정면도, 및 (c) 플러그의 정면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그의 동작 상태를 나타내는 도면으로서, (a) 플러그가 콘센트에 삽입되기 전 상태, (b) 플러그가 콘센트에 삽입된 직후의 상태, 및 (c) 플러그가 콘센트의 가이드에 따라 회전되어 완전 체결된 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명은 기존 교류에서 사용하는 것과 같은 단순한 콘센트-플러그에 직렬로 단방향 반도체 스위치(Semiconductor switch)를 전기적으로 연결시키고, 플러그의 삽입 및 분리시 반도체 스위치 온-오프 동작이 기구학적 인터로크에 의하여 동기되도록 구성한 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그에 관한 것이다. 여기서, 플러그를 삽입하거나 분리하기 전에 기구학적 인터로크 동작에 의하여 콘센트 전극과 직렬로 연결된 반도체 스위치가 항상 오프 상태가 되도록 함으로써 직류 전원이 인가되지 않은 상태에서 안전하게 플러그의 분리 및 삽입이 되도록 하여 콘센트-플러그의 전극이 아크 전류에 의하여 융착 소손되는 것을 방지하고 사용자의 안전을 도모할 수 있다. 더욱이, 사용자가 일부러 반도체 스위치를 조작할 필요 없이, 플러그의 삽입 및 분리시 기구학적인 연동장치에 의하여 자동적으로 반도체 스위치가 조작되도록 함으로써 사용자의 편리성을 도모할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그를 보다 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그(100)는 콘센트 전극(112), 플러그 전극(122), 인터로크 스위치(SW1), 반도체 스위치(SW2), 및 드라이버(130)를 포함한다.
콘센트 전극(112)은 직류형 콘센트 내에서 직류 전원(Vdc)에 연결되며, 플러그 전극(122)이 삽입되면, 부하로 직류 전원을 전달할 수 있다.
플러그 전극(122)은 부하에 연결되며, 직류형 플러그의 외부로 돌출 형성되어 콘센트 전극(112)에 삽입될 수 있다.
인터로크 스위치(SW1)는 직류 전원(Vdc)에 일측(A 접점)이 연결되고, 타측(B 접점)은 드라이버(130)에 연결되고, 후술하는 바와 같이 플러그가 콘센트에 삽입되어 회전함에 따라 온오프된다. 이러한 인터로크 스위치(SW1)는 기구학적 인터로크에 의해 기계적으로 동작하는 스위치로서, 드라이버(130)에 직류 전원을 인가하거나 차단하여 반도체 스위치(SW2)를 온오프 시키는 기능을 갖는다.
반도체 스위치(SW2)는 직류 전원(Vdc)의 음극과 콘센트 전극(112) 사이에 직렬로 연결되며, 인터로크 스위치(SW1)에 의해 구동되는 드라이버(130)를 통하여 온오프된다. 이와 같이 반도체 스위치(SW2)는 드라이버(130)의 구동에 따라 온오프 됨에 따라 직류 전원을 플러그로 공급하거나 차단할 수 있다. 즉, 반도체 스위치(SW2)가 오프 상태인 경우, 직류 전원(Vdc)과 콘센트 전극(112)이 차단되어 직류 전원을 플러그 전극(122)으로 공급하지 않는다. 또한, 반도체 스위치(SW2)가 온 상태인 경우, 직류 전원(Vdc)과 콘센트 전극(112)이 연결되어 직류 전원을 플러그 전극(122)으로 공급한다. 여기서, 반도체 스위치(SW2)는 전력용 FET, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), IGCT(Integrated Gate Controlled Thyristor) 등의 전력용 반도체 스위치일 수 있다.
도 1에서, 점선의 화살표로 표시한 부분은 플러그의 조작과 인터로크 스위치(SW1) 간의 기계적 인터로크를 나타낸다. 즉, 플러그 전극(122)을 콘센트 전극(112)에 삽입하거나 분리시킬 때, 기구학적 인터로크에 의하여 인터로크 스위치(SW1)를 온/오프시키고, 그 결과로 반도체 스위치(SW2)를 온/오프시킬 수 있다. 이러한 구성에 의해, 플러그 전극(122)이 콘센트 전극(112)에 완전히 삽입된 후에 직류 전원을 공급하거나, 플러그 전극(122)을 콘센트 전극(112)으로부터 분리하기 전에 직류 전원을 차단할 수 있으므로, 전극간 아크의 발생을 억제할 수 있다.
드라이버(130)는 인터로크 스위치(SW1)가 온됨에 따라 직류 전원(Vdc)이 인가되어 반도체 스위치(SW2)를 온시키고, 부하전류를 감지하여 임계값 이상인 경우 반도체 스위치(SW2)를 오프시킨다.
이때, 드라이버(130)는 션트저항(RS)으로 부하전류(iL)를 검출하여 검출된 부하전류신호(iLsense)가 임계값(iLimit)을 넘으면 자동적으로 반도체 스위치(SW2)를 오프시킬 수 있다. 후술하는 바와 같이, 드라이버(130)는 반도체 스위치(SW2)를 오프시킴과 동시에 부저 또는 LED 등을 통하여 경보신호(Alarm)를 발생시킬 수 있다.
이와 같은 드라이버(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전압 레귤레이터(132), 반전기(134), 비교기(136), 및 RS 래치(138)를 포함할 수 있다.
전압 레귤레이터(132)는 인터로크 스위치(SW1)의 B 접점에 연결될 수 있다. 이러한 전압 레귤레이터(132)는 플러그 전극(122)으로부터의 기계적 인터록 동작에 의해 인터로크 스위치(SW1)가 온되면, 직류 전원(Vdc)을 드라이버용 직류 전압으로 감압하여 공급할 수 있다. 이때, 전압 레귤레이터(132)는 입력단(In)을 통하여 직류 전원(Vdc)을 입력받고 드라이버(130)에 필요한 직류 전압으로 감압하여 출력단(Out)을 통하여 드라이버(130)로 공급할 수 있다.
반전기(134)는 션트저항(RS)에 의해 감지된 부하전류의 극성을 반전시킬 수 있다. 여기서, 션트저항(RS)으로부터 검출된 부하전류(-iLsense)는 음수이므로, 반전기(134)는 검출된 부하전류를 반전시켜 양의 부하전류(iLsense)로 변환시킨다. 이때, 반전기(134)는 변환된 양의 부하전류(iLsense)를 비교기(136)의 비반전 단자(+)로 출력한다.
비교기(136)는 반전된 부하전류(iLsense)를 임계 전류값(iLimit)과 비교하여, 그 결과를 RS 래치(138)로 출력할 수 있다. 여기서, 비교기(136)의 반전 단자(-)에는 임계 전류값(iLimit)이 입력될 수 있다.
이때, 비교기(136)는 정상 상태로서 부하전류(iLsense)가 임계 전류값(iLimit)보다 작으면 로-레벨을 출력할 수 있다. 또한, 비교기(136)는 과부하 또는 부하 단락 등과 같이 고장에 의한 비정상 상태로서 부하전류(iLsense)가 임계 전류값(iLimit) 이상이면, 하이-레벨을 출력함으로써, 반도체 스위치(SW2)를 오프시키도록 RS 래치(138)를 리셋시킬 수 있다.
RS 래치(138)는 전압 레귤레이터(132)로부터 공급되는 전압에 의해 세트되어 반도체 스위치(SW2)를 온시키고, 비교기(136)에 의해 리셋되어 반도체 스위치(SW2)를 오프시킬 수 있다. 여기서, RS 래치(138)는 저항-커패시터(Rt-Ct)로 구성되는 미분회로에 의하여 발생되는 정펄스가 세트 단자(S)로 입력되고, 비교기(136)의 출력이 리셋 단자(R)를 통하여 입력되며, 출력 단자(Q)를 통하여 현재의 상태를 출력할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, RS 래치(138)는 최초 인터로크 스위치(SW1)가 온되면, 전압 레귤레이터(132)에 의해 공급되는 전원을 미분회로(Ct-Rt)를 통하여 입력받아 세트되고, 출력 단자(Q)로 하이-레벨을 출력한다. 여기서, 반도체 스위치(SW2)는 오프 상태이므로 부하전류는 임계값 이하이고, 따라서 비교기(136)가 로-레벨을 출력함으로써, RS 래치(138)는 세트 상태를 유지할 수 있다.
이때, RS 래치(138)가 출력 단자(Q)를 통하여 하이-레벨을 출력하면, 반도체 스위치(SW2)의 게이트 구동저항(RG)을 통하여 반도체 스위치(SW2)가 온됨으로써, 직류 전원(Vdc)이 콘센트 전극(112)을 통하여 플러그 전극(122)으로 공급될 수 있다.
이와 같은 상태에서, 비교기(136)가 비정상 상태를 감지하여 하이-레벨을 출력하면, RS 래치(138)는 리셋되어 출력 단자(Q)를 통하여 로-레벨을 출력한다. 여기서, 한번 리셋된 RS 래치(138)는 세트 단자(S)에 다시 정펄스를 가하지 않는 한 출력 단자(Q)의 상태가 바뀌지 않는다.
이때, RS 래치(138)가 출력 단자(Q)를 통하여 로-레벨을 출력하면, 반도체 스위치(SW2)의 게이트 전압도 로-레벨 상태가 되어 반도체 스위치(SW2)가 오프됨으로써, 직류 전원(Vdc)은 콘센트 전극(112)과 연결이 차단되어 전원 공급을 차단할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그(100)는 알람부(140) 및 환류 회로부(150)를 더 포함할 수 있다.
알람부(140)는 전압 레귤레이터(132)의 출력과 RS 래치(138)의 출력단(Q) 사이에 연결될 수 있다. 이러한 알람부(140)는 LED(142) 및 부저(144) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 알람부(140)는 RS 래치(138)의 상태에 따라 동작하는데, 정상 상태로서, RS 래치(138)가 하이-레벨을 출력하면, 전압 레귤레이터(132)의 출력단(Out)과 RS 래치(138)의 출력단(Q) 사이의 전압차가 발생하지 않아 동작하지 않는다.
이와 같은 상태에서, 비정상 상태가 되어 RS 래치(138)가 로-레벨을 출력하면, 전압 레귤레이터(132)의 출력단(Out)과 RS 래치(138)의 출력단(Q) 사이의 전압차가 발생하여 LED(142) 및 부저(144)가 동작하여 이상 상태를 알람할 수 있다.
환류 회로부(freewheel branch)(150)는 직류 전원(Vdc)의 양단에 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 환류 회로부(150)는 다이오드(DF) 및 더미저항(RD)으로 이루어질 수 있다. 이때, 환류 회로부(150)는 반도체 스위치(SW2)가 오프되는 경우, 유도성 부하에 의해 발생되는 역기전력을 억제하여 차단을 용이하게 할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 직류형 플러그가 콘센트에 삽입되거나 분리되는 경우, 사용자의 안전을 도모할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5b를 참조하여 직류형 콘센트(110)와 직류형 플러그(120)에 의한 인터록킹 구조 및 동작을 설명한다. 구체적으로, 사용자가 플러그를 콘센트에 삽입 또는 분리시키는 조작을 할 때, 반도체 스위치(SW2)가 기계적으로 적절히 연동됨으로써, 직류 전원이 인가되지 않은 상태에서 플러그의 삽입과 분리가 이루어지도록 하기 위한 기구적 동작을 설명한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그(100)의 기구학적 인터로크는 플러그를 콘센트에 삽입하고 회전시키는 원리를 적용한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 직류형 콘센트(110)는 회전판(111), 샤프트(113), 및 걸쇠(114)를 포함한다.
회전판(111)은 콘센트 전극(112) 및 샤프트(113)가 관통되는 홀이 형성되며, 홀을 통하여 콘센트 전극(112) 및 샤프트(113)가 삽입 고정될 수 있다.
샤프트(113)는 회전판(111)의 중심에 배치되어 회전을 위한 중심축을 이룰 수 있다.
걸쇠(114)는 회전판(111)의 일면에 구비되며, 단부에 홈이 형성될 수 있다. 여기서, 걸쇠(114)의 홈에 인터로크 스위치(160)의 스위치 바(162)가 삽입될 수 있다. 이때, 회전판(111)의 회전에 따라 걸쇠(114)는 상하로 움직일 수 있다. 이러한 걸쇠(114)의 움직임에 따라 인터로크 스위치(160)의 스위치 바(162)도 상하로 연동하여 움직일 수 있다. 따라서, 이러한 걸쇠(114)는 회전판(111)의 회전에 따라 인터로크 스위치(160)의 스위치 바(162)를 온오프시킬 수 있다.
이러한 회전판(111)은 도 1 및 도 2의 인터로크 스위치(SW1)와 연동하는데, 이때, 인터로크 스위치(SW1)는 도 3에 도시된 바와 같은 슬라이드형 기계 스위치일 수 있다. 이와 같은 슬라이드형 인터로크 스위치(160)는 스위치 바(162), A 접점(164), 및 B 접점(166)을 포함한다.
스위치 바(162)는 걸쇠(114)의 홈에 삽입되어 회전판(111)의 회전에 의한 걸쇠(114)의 움직임과 연동하여 상하로 움직일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, A 접점(164)은 직류 전원(Vdc) 및 콘센트 전극(112)에 연결되고, B 접점(166)은 드라이버(130)에 연결될 수 있다.
이때, 걸쇠(114)의 움직임에 따라 스위치 바(162)가 상측에 위치하면, 인터로크 스위치(160)는 개방 상태가 되어 A 접점(164)과 B 접점(166)은 연결되지 않는다. 또한, 걸쇠(114)의 움직임에 따라 스위치 바(162)가 하측에 위치하면, 인터로크 스위치(160)는 단락 상태가 되어 A 접점(164)과 B 접점(166)이 연결된다.
이와 같이 구성된 회전판(111)의 걸쇠(114)와 인터로크 스위치(160)의 기계적 인터록킹 동작을 설명하면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 회전판(111)이 샤프트(113)를 중심으로 시계방향으로 회전하여 회전판(111) 위에 표시된 화살표가 "오프(O)"의 위치에 도달하면, 걸쇠(114)는 스위치 바(162)를 위로 끌어 당겨서 인터로크 스위치(160)는 "오프(O)" 된다.
반대로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 회전판(111)이 샤프트(113)를 중심으로 반시계 방향으로 회전하여 회전판(111) 위에 표시된 화살표가 "온(C)"의 위치에 도달하면, 걸쇠(114)는 스위치 바(162)를 아래로 끌어당겨서 인터로크 스위치(160)는 "온(C)" 된다.
한편, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 직류형 플러그(120)는 콘센트 케이스(110a) 내에 상술한 바와 같은 회전판(111) 및 인터로크 스위치(160)가 내장되며, 콘센트 케이스(110a)의 전면에는 직류형 플러그(120)를 삽입하기 위한 플러그 삽입구(115)가 형성될 수 있다.
이때, 플러그 삽입구(115)는 직류형 플러그(120)의 삽입, 회전 및 고정을 위해 상부 삽입홈(116a) 및 상부 가이드(116b)가 상부에 형성되고, 하부 삽입홈(117a) 및 하부 가이드(117b)가 하부에 형성될 수 있다. 여기서, 상부 삽입홈(116a) 및 하부 삽입홈(117a)은 상부 가이드(116b) 및 하부 가이드(117b)와 각각 연통하여 형성될 수 있다. 또한, 상부 삽입홈(116a) 및 하부 삽입홈(117a)은 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)의 형상 및 크기와 거의 유사하게 형성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 상부 삽입홈(116a) 및 하부 삽입홈(117a)은 직류형 플러그(120)의 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)가 삽입되고, 상부 가이드(116b) 및 하부 가이드(117b)는 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)가 회전하도록 가이드할 수 있다.
이때, 상부 가이드(116b) 및 하부 가이드(117b)의 일단은 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)가 더 이상 회전하지 못하도록 억제하는 스톱퍼 기능을 할 수 있다. 또한, 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)가 상부 삽입홈(116a) 및 하부 삽입홈(117a)을 통해서만 삽입됨으로써, 직류형 플러그(120)는 정해진 상태로만 직류형 콘센트(110)에 삽입될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 직류형 플러그(120)는 플러그 전극(122), 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)를 포함한다.
플러그 전극(122)은 외부로 돌출 형성되어 콘센트 전극(112)에 삽입될 수 있다.
상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)는 직류형 플러그(120)를 직류형 콘센트(110)에 삽입 고정하기 위한 것으로, 외부로 돌출 형성될 수 있다. 여기서, 상부 블레이드(124)는 하부 블레이드(126)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 구성에 의해 사용자가 직류형 플러그(120)를 반대로 삽입하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 상부 블레이드(124)가 하부 블레이드(126)보다 큰 것으로 도시되고 설명되었으나, 이에 한정되지 않고, 상부 블레이드(124)와 하부 블레이드(126)가 서로 상이한 크기 또는 형상을 갖는 비대칭 형태로 구비할 수 있고, 따라서 콘센트 전극(112)과 플러그 전극(122)의 극성이 반대로 삽입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 직류형 플러그(120)가 삽입되는 플러그 삽입구(115)는 매립 형태나 외부 돌출 형태로 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 직류형 콘센트(110)의 플러그 삽입구(115)가 매립 형태인 경우, 상부 삽입홈(116a) 및 하부 삽입홈(117a)과 연통하는 상부 가이드(116b) 및 하부 가이드(117b)는 각각 플러그 삽입구(115)의 외주변을 따라 콘센트 케이스(110a) 안측에 형성될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 직류형 콘센트(110)의 플러그 삽입구(1151)가 돌출 형태인 경우, 플러그 삽입구(1151)의 외주변을 두껍게 형성하고, 외측으로 돌출 형성함으로써, 직류형 플러그(120)의 삽입을 더 용이하게 유도할 수 있다. 이때, 상부 삽입홈(1161a) 및 하부 삽입홈(1171a)과 연통하는 상부 가이드(1161b) 및 하부 가이드(1171b)는 각각 플러그 삽입구(1151)의 외주변을 따라 콘센트 케이스(110a) 외측 또는 안측에 형성될 수 있다.
이와 같은 구조에 의해 직류형 플러그(120)의 각도가 "오프(O)"의 위치에 있는 경우에만 플러그 전극(122)을 콘센트 전극(112)에 삽입할 수 있다.
이하, 도 6a 내지 7d를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그(100)에 의한 인터록킹 구조 및 동작을 설명한다. 여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그(100)는 콘센트 전극(112)과 인터로그 기구 세트를 콘센트 케이스(110a) 내에 설치하였을 때, 의도하지 않게 회전판(111)이 회전하지 않도록 하기 위하여 추가적으로 외부 회전판(1110)을 추가한 것이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 직류형 콘센트(110)는 탄성 부재(118) 및 외부 회전판(1110)을 더 포함할 수 있다.
외부 회전판(1110)은 회전판(111)과 콘센트 케이스(110a)의 전면 사이에 배치될 수 있다. 이러한 외부 회전판(1110)은 콘센트 케이스(110a)의 전면 측에 적어도 하나의 고정 돌기(1112)가 형성될 수 있다.
이러한 고정 돌기(1112)는 도 7a에 도시된 바와 같은 콘센트 케이스(110a)의 전면에 형성된 고정 홀(119)에 삽입될 수 있다.
즉, 외부 회전판(1110)은 고정 돌기(1112)가 형성되고, 콘센트 케이스(110a)의 전면에 대응하는 위치에 고정 홀(119)이 형성됨으로써, 외부 회전판(1110)의 고정 돌기(1112)가 콘센트 케이스(110a)의 고정 홀(119)에 삽입되면, 회전판(111)의 의도하지 않은 회전을 방지할 수 있다.
여기서, 회전판(111)은 콘센트 전극(112)과 샤프트(113)가 삽입되는 전극 관통홀(1114) 및 샤프트 관통홀(1116)이 형성될 수 있다.
이때, 탄성 부재(118)는 회전판(111)과 외부 회전판(1110) 사이에 샤프트(113)의 둘레에 배치될 수 있다. 여기서, 샤프트(113)는 회전판(111)에서 외부 회전판(1110)까지 연장 형성될 수 있다.
이러한 탄성 부재(118)는 직류형 플러그(120)가 삽입되는 경우 가압되고 직류형 플러그(120)가 제거되는 경우 복원될 수 있다. 예를 들면, 탄성 부재(118)는 압축 스프링일 수 있다. 즉, 직류형 플러그(120)가 삽입되는 경우, 탄성 부재(118)는 가압되어 외부 회전판(1110)이 콘센트 케이스(110a) 내측으로 밀려날 수 있다. 이때, 탄성 부재(118)의 탄성력에 의해 외부 회전판(1110)은 직류형 플러그(120)의 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)를 콘센트 케이스(110a) 내벽에 밀착시킬 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 외부 회전판(1110)이 부가된 회전판(111)과 인터로크 스위치(160)와의 연동은 직류형 플러그(120)가 외부 회전판(1110)을 콘센트 케이스(110a) 안측으로 밀어 넣으면, 고정 돌기(1112)가 콘센트 케이스(110a)의 고정 홀(119)로부터 분리되어 고정 상태가 해제될 수 있다.
이런 상태에서는 직류형 플러그(120)의 회전에 의해 회전판(111)이 샤프트(113)를 중심으로 회전할 수 있다. 따라서, 회전판(111)의 걸쇠(114)의 움직임에 따라 인터로크 스위치(160)가 온오프될 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 직류형 콘센트(110)의 콘센트 케이스(110a)의 전면은 고정 홀(119)이 구비될 수 있다. 이러한 고정 홀(119)은 외부 회전판(1110)의 고정 돌기(1112)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
도 7c 및 도 7d에 도시된 바와 같이, 직류형 콘센트(110)가 조립된 상태에서, 외부 회전판(1110)이 구비된 회전판(111)의 회전 중심축을 이루는 샤프트(113)는 콘센트 케이스(110a)의 프레임에 고정될 수 있다. 여기서, 외부 회전판(1110)은 탄성 부재(118)의 탄성력에 의해 콘센트 케이스(110a)의 내측 면에 밀착될 수 있다. 이때, 외부 회전판(1110)의 고정 돌기(1112)는 콘센트 케이스(110a) 전면의 고정 홀(119)에 삽입되어 고정됨으로써 의도하지 않은 회전에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
이하, 도 8a 내지 도 9c를 참조하여, 직류형 콘센트(110)와 직류형 플러그(120)의 결합시 동작을 설명한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 외부 회전판(1110)은 정면에서 본 경우, 콘센트 전극(112)이 샤프트(113)를 중심으로 상하로 수직하게 배치될 수 있다. 이때, 고정 돌기(1112)는 콘센트 전극(112)과 대략 수직한 방향으로 샤프트(113)를 중심으로 좌우에 배치될 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 콘센트 케이스(110a)는 정면에서 본 경우, 상부 삽입홈(1161a) 및 하부 삽입홈(1171a)이 상하로 배치될 수 있다. 여기서, 고정 홀(119)은 고정 돌기(1112)에 대응하는 위치, 즉, 플러그 삽입구(1151)의 좌우측에 형성될 수 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 직류형 플러그(120)는 정면에서 본 경우, 플러그 전극(122)이 상하로 수직하게 배치될 수 있다. 여기서, 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)는 직류형 플러그(120)의 상하에 배치될 수 있다.
이와 같이 구성된 직류형 콘센트(110)에 직류형 플러그(120)를 체결하는 과정을 설명하면, 먼저, 도 9a에 도시된 바와 같이, 직류형 플러그(120)를 삽입하기 이전에는, 외부 회전판(1110)과 콘센트 케이스(110a)의 전면이 탄성 부재(118)에 의해 밀착되어 고정 돌기(1112)가 고정 홀(119)에 삽입 고정된다. 이때, 외부 회전판(1110)은 회전이 불가능하다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 플러그 전극(122)이 콘센트 전극(112)에 삽입되는 순간에는, 직류형 플러그(120)의 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)가 플러그 삽입구(1151)의 상부 삽입홈(1161a) 및 하부 삽입홈(1171a)에 삽입될 수 있다. 이와 같이, 직류형 플러그(120)는 "오프(O)" 위치에서 직류형 콘센트(110)에 삽입될 수 있다. 이때, 콘센트 전극(112)은 직류 전원(Vdc)이 인가되지 않은 상태이기 때문에, 콘센트 전극(112)과 플러그 전극(122) 사이에 돌입 전류의 문제는 발생하지 않는다.
직류형 플러그(120)를 직류형 콘센트(110)로 더 누르면, 외부 회전판(1110)은 탄성 부재(118)의 압축에 의해 눌리면서, 고정 돌기(1112)가 고정 홀(119)에서 분리될 수 있다. 이때, 외부 회전판(1110) 및 회전판(111)은 회전가능한 상태이다.
계속하여, 도 9c에 도시된 바와 같이, 직류형 플러그(120)를 반시계 방향으로 회전시켜, 콘센트 케이스(110a)의 전면에 표시된 화살표가 "온(C)"의 위치에 도달하면, 인터로크 스위치(160)가 "온(C)" 되면서 콘센트 전극(112)을 통하여 플러그 전극(122)에 직류 전원(Vdc)이 공급될 수 있다.
이때, 직류형 플러그(120)는 상부 블레이드(124) 및 하부 블레이드(126)가 콘센트 케이스(110a) 내측의 상부 가이드(1161b) 및 하부 가이드(1171b)에 위치되고, 탄성 부재(118)의 탄성력에 따라 외부 회전판(1110)에 의해 고정될 수 있다. 따라서, 직류형 플러그(120)는 직류형 콘센트(110)로부터 분리되지 않고 잠금상태를 유지할 수 있다.
이와 같이, 플러그 전극(122)이 콘센트 전극(112)에 완전히 삽입된 상태에서 인터로크 스위치(160)를 통하여 직류 전원(Vdc)이 공급됨으로써, 콘센트 전극(112)과 플러그 전극(122) 사이에 돌입 전류의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 직류형 플러그(120)가 직류형 콘센트(110)에 잠긴 상태에서 직류형 플러그(120)를 빼는 경우, 우선, 직류형 플러그(120)를 시계 방향으로 회전시켜서 콘센트 케이스(110a)의 전면에 표시된 화살표가 "오프(O)"의 위치에 도달하면, 회전판(111)의 걸쇠(114)가 스위치 바(162)를 위로 끌어당겨, 인터로크 스위치(160)가 "오프(O)" 된다. 따라서, 콘센트 전극(112)과 플러그 전극(122)이 전기적으로 차단된 상태가 된다. 이 상태에서 직류형 플러그(120)를 뒤로 잡아 빼면, 콘센트 전극(112)과 플러그 전극(122) 사이에는 아크가 발생하지 않고 분리될 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그
110 : 직류형 콘센트 110a : 콘센트 케이스
111 : 회전판 112 : 콘센트 전극
113 : 샤프트 114 : 걸쇠
115 : 플러그 삽입구 116a,1161a : 상부 삽입홈
116b,1161b : 상부 가이드 117a,1171a : 하부 삽입홈
117b,1171b : 하부 가이드 118 : 탄성 부재
119 : 고정 홀 1110 : 외부 회전판
1112 : 고정 돌기 1114 : 전극 관통홀
1116 : 샤프트 관통홀 1151 : 돌출형 플러그 삽입구
120 : 직류형 플러그 122 : 플러그 전극
124 : 상부 블레이드 126 : 하부 블레이드
130 : 드라이버 132 : 전압 레귤레이터
134 : 반전기 136 : 비교기
138 : RS 래치 140 : 알람부
142 : LED 144 : 부저
150 : 환류 회로부 160 : 인터로크 스위치
162 : 스위치 바 164 : A 접점
166 : B 접점 SW1 : 인터로크 스위치
SW2 : 반도체 스위치

Claims (9)

  1. 상부 블레이드 및 하부 블레이드를 포함하는 플러그; 및
    상기 플러그가 삽입되는 적어도 하나의 삽입구가 일면에 구비되고, 상기 삽입구의 일면에 적어도 하나의 홈이 형성된 콘센트;를 포함하되,
    상기 콘센트는,
    상기 플러그의 플러그 전극이 삽입되는 콘센트 전극을 포함하고, 상기 플러그의 회전에 따라 두 점 사이를 이동하는 걸쇠가 형성된 회전판;
    상기 회전판과 상기 삽입구 사이에 배치되고, 상기 삽입구 방향의 일면에 적어도 하나의 돌기가 형성된 외부 회전판;
    상기 플러그의 회전축의 연장선에 위치하고, 상기 회전판 및 외부 회전판의 회전축을 관통하는 샤프트;
    상기 회전판 및 상기 외부 회전판 사이에서 상기 샤프트의 둘레에 배치되고, 상기 회전판이 상기 콘센트의 상기 삽입구 내면으로 향하도록 탄성을 형성하는 탄성 부재;
    슬라이드 바가 상기 걸쇠에 연결되어, 상기 걸쇠의 이동에 따라서 온 또는 오프되는 인터로크 스위치;
    상기 플러그 전극과 연결되고, 상기 인터로크 스위치의 온 또는 오프에 기반하여 직류 전원을 상기 플러그로 공급하거나 차단하는 반도체 스위치;
    상기 인터로크 스위치가 온 됨에 따라 상기 직류 전원이 인가되어 상기 반도체 스위치를 온시키고, 상기 인가된 직류 전원의 부하전류를 감지하여 임계값 이상인 경우 상기 반도체 스위치를 오프시키는 드라이버; 및
    상기 삽입구의 내부면에 형성되고, 상기 플러그의 삽입 및 상기 상부 블레이드 및 상기 하부 블레이드 각각이 삽입된 상태에서 상기 플러그의 회전을 안내하는 상부 가이드부 및 하부 가이드부;를 포함하고,
    상기 외부 회전판에 형성된 상기 돌기는 상기 탄성 부재의 탄성에 기반하여 상기 홈에 삽입된 상태에서 상기 플러그의 회전을 방지하고, 상기 삽입된 플러그에 압력이 가해지는 경우 상기 외부 회전판이 상기 회전판 방향으로 이동 및 상기 돌기가 상기 적어도 하나의 홈으로부터 분리되며, 상기 돌기가 분리된 상태의 상기 플러그 회전에 따라서 상기 회전판 및 상기 외부 회전판을 회전하여 상기 걸쇠를 이동시키는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 드라이버는,
    상기 직류 전원을 상기 드라이버용 직류 전압으로 감압하여 공급하는 전압 레귤레이터;
    상기 전압 레귤레이터로부터 공급되는 전압에 의해 세트되어 상기 반도체 스위치를 온시키는 RS 래치;
    상기 감지된 부하전류의 극성을 반전시키는 반전기; 및
    상기 반전된 부하전류를 상기 임계값과 비교하여, 상기 반전된 부하전류가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 반도체 스위치를 오프시키도록 상기 RS 래치를 리셋시키는 비교기를 포함하는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 드라이버는 상기 전압 레귤레이터의 출력과 상기 RS 래치의 출력단 사이에 부저 및 발광 다이오드 중 적어도 하나가 연결되고, 상기 반도체 스위치가 오프되면, 이상상태를 알람하는 알람부를 더 포함하는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘센트는 상기 직류 전원의 양단에 병렬로 연결되며 다이오드 및 저항으로 이루어지고, 상기 반도체 스위치가 오프되는 경우, 유도성 부하에서 발생되는 역기전력을 억제하는 환류 회로부를 더 포함하는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 가이드부 및 상기 하부 가이드부는 매립 형태 또는 외부 돌출 형태로 이루어지는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 콘센트는 상기 상부 블레이드 및 상기 하부 블레이드 각각이 삽입되며 상기 상부 가이드 및 상기 하부 가이드와 각각 연통하는 상부 삽입홈 및 하부 삽입홈을 더 포함하는 반도체 스위치 부착형 직류형 콘센트-플러그.
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