KR101748852B1 - 단락 감지 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전압을 출력하는 레귤레이터의 단락 감지 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 레귤레이터의 출력단에 단락이 발생하면 저항 및 다이오드로 구성된 회로를 통해 출력을 자동으로 OFF 시킬 수 있도록 하는 단락 감지 회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 단락 감지 회로는 전압을 공급하는 전압원; 상기 전압원으로부터 입력단자로 입력전압을 입력받아 출력단자로 출력전압을 출력하되, 인에이블 단자에 입력되는 전압에 의해 상기 출력을 ON/OFF하는 레귤레이터; 상기 전압원에 병렬로 연결되는 제1저항; 상기 제1저항에 일단이 직렬로 연결되는 제1정류기; 및 상기 제1정류기의 타단과 상기 인에이블 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2저항; 을 포함하고, 상기 출력 단자에 상기 제1정류기와 상기 제2저항의 중간점(B)이 연결되며, 상기 출력전압에 단락이 발생하면 상기 단락에 의한 영전압이 상기 인에이블 단자에 입력되도록 한다.

Description

단락 감지 회로{SHORT DETECTION CIRCUIT}

본 발명은 정전압을 출력하는 레귤레이터의 단락 감지 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 레귤레이터의 출력단에 단락이 발생하면 저항 및 다이오드로 구성된 회로를 통해 출력을 자동으로 OFF 시킬 수 있도록 하는 단락 감지 회로에 관한 것이다.

정전압을 출력하는 레귤레이터는 다양한 전기 및 전자-기계 장치에 레귤레이트된(regulated) 전압을 제공하는 전력 공급 장치로서 이용되고 있다.

이러한 레귤레이터는 DC 전압을 입력 받아 그보다 낮은 정전압을 출력하는 것이 일반적인데 출력단에 단락(Short)이 발생하면 상기 레귤레이터가 파손되기 때문에 이를 방지하기 위해서는 단락을 감지하여 레귤레이터를 보호하는 회로가 필요하다.

이러한 단락 감지 및 보호 회로가 내장된 레귤레이터도 있지만 보통의 레귤레이터에는 별도의 단락 감지 및 보호 회로가 구성되어야 했다.

기존에는 레귤레이터 출력에 퓨즈(Fuze)추가하여 단락이 발생하면 출력단의 연결이 끊어지도록 하는 방법이 적용되었으나 이는 단락 상황이 해제되었을 경우 자동으로 정상상태로 복구되지 못하는 단점이 있었다.

한국등록특허 제10-1186896호 한국등록특허 제10-1394272호

이에, 본 발명은 간단한 회로를 구성하여 레귤레이터 출력단에 단락이 발생하면 출력이 OFF 되도록 하고 단락이 해제되면 출력이 다시 ON 되도록 할 수 있는 단락 감지 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 단락 감지 회로는 전압을 공급하는 전압원; 상기 전압원으로부터 입력단자로 입력전압을 입력받아 출력단자로 출력전압을 출력하되, 인에이블 단자에 입력되는 전압에 의해 상기 출력을 ON/OFF하는 레귤레이터; 상기 전압원에 병렬로 연결되는 제1저항; 상기 제1저항에 일단이 직렬로 연결되는 제1정류기; 및 상기 제1정류기의 타단과 상기 인에이블 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2저항; 을 포함하고, 상기 출력 단자에 상기 제1정류기와 상기 제2저항의 중간점(B)이 연결되며, 상기 출력전압에 단락이 발생하면 상기 단락에 의한 영전압이 상기 인에이블 단자에 입력되도록 한다.

본 발명에 따른 단락 감지 회로는 상기 입력 단자와 접지 사이에 연결되는 제1커패시터; 및 상기 인에이블 단자와 접지 사이에 연결되는 제2커패시터; 를 더 포함하고, 상기 제2커패시터의 충방전 시간이 상기 제1커패시터의 충방전 시간보다 짧은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 단락 감지 회로는 상기 중간점(B)에 일단이 연결되고, 접지에 타단이 연결되는 제2정류기; 를 더 포함하고, 상기 제2정류기에 의해 상기 인에이블 단자에 기설정된 전압 이하의 전압이 입력되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제2정류기는 제너 다이오드인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1저항에 흐르는 전류가 기설정된 값 이하가 되도록 상기 제1저항 및 제2저항의 저항값이 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 단락 감지 회로는 단락상태를 이용하여 즉각적으로 레귤레이터의 출력을 OFF시킬 수 있도록 하며 단락상태가 해제됨과 동시에 출력을 다시 ON시킬 수 있어 레귤레이터의 손상은 방지하고 쉽게 정상동작으로 복귀될 수 있도록 한다.

또한 복잡한 제어시스템 없이 레귤레이터 출력의 ON/OFF 제어가 가능하여 부품의 수를 줄여 회로의 가격을 낮추고 공간을 절약할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락 감지 회로의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락 상태에서 단락 감지 회로의 동작을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락 상태와 정상상태에서의 신호 파형도이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락 감지 회로의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 단락 감지 회로(100)는 크게 전압을 공급하는 전압원(110), 상기 전압원(110)으로부터 전압을 입력받아 정전압을 출력하며, 인에이블 전압에 의해 정전압 출력을 ON/OFF하는 레귤레이터(120) 및 단락 감지 및 보호를 위한 수동소자들로 구성된다.

상기 레귤레이터(120)는 상기 전압원(110)으로부터 전압을 입력받는 입력 단자(121), 정전압을 출력하는 출력 단자(122), 상기 정전압 출력을 ON/OFF 제어하기 위한 전압을 입력받는 인에이블 단자(123)를 포함한다.

상기 인에이블 단자(123)에 기설정된 전압 이상의 전압이 입력되면 상기 레귤레이터(120)는 상기 출력 단자(122)에 정전압을 출력하고, 상기 인에이블 단자(123)에 상기 기설정된 전압 이하의 전압이 입력되면 상기 레귤레이터(120)는 상기 출력 단자(122)의 정전압 출력을 OFF한다.

따라서 상기 인에이블 단자(123)에 입력되는 전압값을 조정하면 상기 레귤레이터(120)의 출력을 ON/OFF 제어할 수 있다.

상기 레귤레이터(120)의 정전압 출력은 다른 회로의 전압원으로 사용되며 예컨대 로직회로와 같은 소신호 회로에 전압원으로 사용된다.

이때 상기 정전압 출력을 전압원으로 이용하는 회로에서 문제가 발생하여 상기 정전압 출력과 접지가 단락되면, 상기 레귤레이터(120)의 출력 단자(123)에 단락에 의한 과도 전류로 인해 손상이 발생하여 상기 레귤레이터(120)가 파손될 가능성이 있다.

이러한 상기 레귤레이터(120) 출력의 단락에 의한 파손을 막기 위해 상기 레귤레이터(120)의 각 입력 단자, 출력 단자 및 인에이블 단자(121, 122, 123)에 수동 소자들을 이용한 회로를 구성하여 단락을 감지하여 보호하는 기능을 구현한다.

도 1을 참조하면 상기 수동 소자들을 이용한 단락 감지 및 보호회로는 상기 전압원(110)에 병렬로 연결되는 제1저항(10), 상기 제1저항(10)에 일단이 직렬로 연결되는 제1정류기(20), 상기 제1정류기(20)의 타단과 상기 인에이블 단자(123) 사이에 직렬로 연결되는 제2저항(30), 상기 제1정류기(20)와 상기 제2저항(30)의 중간점(B)에 일단이 연결되고, 접지에 타단이 연결되는 제2정류기(40), 상기 입력 단자(121)와 접지 사이에 연결되는 제1커패시터(50) 및 상기 인에이블 단자(123)와 접지 사이에 연결되는 제2커패시터(60)를 포함하고, 상기 출력 단자(122)에 상기 중간점(B)이 연결되어 있다.

상기 도 1의 회로에서 상기 출력 단자(122)에 상기 중간점(B)이 연결되어 있는 부분이 상기 단락 감지 회로(100)의 가장 중요한 부분으로 상기 출력 단자(122)에서 출력되는 전압에 단락이 발생하면 상기 단락에 의한 영전압(0V)이 상기 인에이블 단자(123)에 입력되도록 하여 상기 레귤레이터(120)의 정전압 출력을 OFF 시켜 단락에 의한 상기 레귤레이터(120)의 소손을 방지하도록 한다.

상기 레귤레이터(120)의 출력 전압에 단락이 발생하지 않는 정상 상태인 경우 맨처음 상기 전압원(110)에서 전압이 공급되기 시작하는 시점에는 상기 인에이블 단자(123)에 상기 전압원(110)에서 공급되는 전압이 제1저항(10)과 제2저항(30)을 거쳐 입력되어 상기 레귤레이터(120)의 출력 단자(122)에 정전압을 출력한다.

상기 출력 단자(122)에 정전압이 출력되면, 상기 중간점(B)에 상기 정전압이 걸리게 되고, 이러한 상기 정전압이 제2저항(30)을 거쳐 상기 인에이블 단자(123)에 입력되어 상기 레귤레이터(120)의 출력을 ON으로 유지시킨다.

상기 제1정류기(20)는 상기 정전압 출력이 상기 중간점(B)를 거쳐 상기 전압원(110)으로 연결된 부분에서 역전류가 흐르지 않도록 하기 위해 적용되었다.

이와 반대로 상기 전압원(110)으로부터 공급되는 전압이 상기 제1저항(10) 및 제1정류기(20)를 거쳐 상기 출력 단자(122)에 걸리게 되는데 이때 흐르는 전류가 상기 출력 단자(122)에 영향을 주지 않을 정도로 작게 하기 위해 상기 제1저항(10) 및 제2저항(30)의 저항값을 설정한다.

또한 상기 제1 및 제2저항(10,30)의 저항값은 상기 인에이블 단자(123)에 입력되는 전류값의 기준에 의해서도 설정되어야 한다. 일반적으로 레귤레이터의 인에이블 단자에는 미세한 전류만 흐르도록 하기 위해 기설정된 전류값 기준이 있기 때문에 이를 고려하여 상기 제1 및 제2저항(10,30)의 저항값을 설정하여야 한다.

예를 들어 상기 레귤레이터(120)의 인에이블 단자(123)의 최대 허용 전류가 10mA이고, 상기 출력 단자(122)에 최대 허용 역전류가 2mA라고 가정하고, 상기 전압원(110)에서 공급되는 전압이 10V, 상기 출력 단자(122)에서 출력되는 정전압이 3.3V일 때, 먼저 상기 인에이블 단자(123)의 전류 기준 10mA를 고려하면, 상기 제1저항(10) 및 상기 제2저항(30)의 합이 1㏀이상이 되어야 한다.

다음으로 상기 제1저항(10)을 거쳐 상기 출력 단자(122)로 흐르는 전류가 2mA 미만이 되기 위해서는 상기 제1저항(10)의 저항값이 5㏀ 이상이 되어야 한다.

설계 마진을 고려하여 상기 제1저항(10)의 저항값을 10㏀으로 설정하면 상기 출력 단자(122)에 흐르는 전류는 1mA가 되어 상기 전압원(110)의 전압은 상기 출력 단자(122)에 영향을 주지 않게 된다.

상기 제2저항(10)의 저항값은 상기 출력 단자(122)의 정전압인 3.3V에 의해 상기 제2저항(10)에 흐르는 전류값이 상기 인에이블 단자(123)의 전류 기준 10mA를 넘지 않도록 결정되어야 하므로 330Ω 이상 값에서 결정될 수 있다.

한편 상기 제2정류기(40)는 상기 인에이블 단자(123)에 기설정된 전압 이하의 전압이 입력되도록 하기 위해 적용된 소자로 예컨데 제너 다이오드(Zener Diode)와 같은 정전압 소자가 적용되는 것이 바람직하다.

제너 다이오드는 양단에 역방향으로 기설정된 전압 이상의 전압이 걸리게 되면 더이상 전압이 상승되지 않도록 하는 소자로써 상기 인에이블 단자(123)에 입력되는 전압이 기설정된 전압 이하로만 입력될 수 있도록 해준다.

예컨데 상기 정전압(110)에서 공급되는 전압이 불안정하여 순간적으로 과전압이 걸리는 경우, 상기 제2정류기(40)는 이로 인해 상기 인에이블 단자(123)가 손상되는 것을 막아주는 역할을 하게 된다.

한편 상기 제1 및 제2커패시터(50,60)는 상기 입력 단자(121)와 상기 인에이블 단자(122)에 입력되는 전압이 과도하게 튀는 것을 방지하기 위해 적용된 것으로 상기 제2커패시터(60)의 충방전 시간이 상기 제1커패시터(50)의 충방전 시간보다 짧도록 선택되어야 한다. 이는 후술하는 도 2에서 자세하게 기술하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락 상태에서 단락 감지 회로의 동작을 나타낸 도이다.

도 2를 참조하면 상기 출력 단자(122)에서 출력되는 전압에 단락이 발생하면 상기 출력 전압의 전위는 접지의 전위와 같아지며 상기 출력 단자(122)와 연결된 상기 중간점(B)의 전위도 접지와 같은 영전위(0V)로 떨어지게 된다.

이때 상기 제1 및 제2커패시터(50,60)에 기충전 되었던 전압은 상기 제1 및 제2저항(10,30)을 통해 방전되는데 방전에 걸리는 시간은 커패시터 값과 저항값에 따라 달라지게 된다.

도 2에 화살표로 표시된 것과 같이 상기 제2커패시터(60)에 충전되었던 전압은 상기 제2저항(30)을 통해 방전이 되고, 상기 제1커패시터(50)에 충전되었던 전압은 상기 제1저항(10)을 통해 방전이 되는데, 상기 제2커패시터(60)에 충전되었던 전압은 상기 인에이블 단자(123)에 걸리는 전압이기 때문에 최대한 빠르게 방전이 되어야 상기 인에이블 단자(123)의 전압이 0V로 떨어져 상기 레귤레이터(120)의 출력 전압이 OFF되게 된다.

또한 상기 제1커패시터(50)에 충전되었던 전압은 상기 제1저항(10)을 통해 방전되는데 상기 전압원(110)을 통해 공급되는 전압이 있기 때문에 일정 시간동안 방전되다가 다시 상기 전압원(110)의 전압에 의해 충전된다.

다만 방전되는 동안에는 상기 전압원(110)에서 공급되는 전압의 레벨을 떨어뜨리게 될 수 있으므로 상기 제1커패시터(50)의 전압은 최대한 느리게 방전되어야 전압을 느리게 떨어뜨려 그 영향을 줄일 수 있다.

따라서 상기 제1커패시터(50)의 방전시간이 상기 제2커패시터(60)의 방전시간보다 충분히 길도록 상기 제1 및 제2커패시터(50,60)의 값을 선정하는 것이 바람직하다.

상기 레귤레이터(120)의 출력 전압에 발생했던 단락이 해제되면 상기 중간점(B)에는 상기 전압원(110)에서 공급되는 전압이 걸리게 되고 이 전압이 상기 인에이블 단자(123)에 입력되어 상기 레귤레이터(120)는 ON 되어 다시 정상적으로 상기 출력 단자(123)에 정전압을 출력하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단락 상태와 정상상태에서의 신호 파형도이다.

도 3에 나타난 파형은 위에서부터 순서대로 상기 레귤레이터(120)의 입력 전압, 인에이블 전압, 출력 전압이다.

먼저 상기 전압원(110)을 통해 전압이 공급되면 상기 공급된 전압은 상기 제1커패시터(50)에 서서히 충전되어 상기 레귤레이터(120)의 입력 전압이 된다.

상기 입력 전압은 제1저항(10), 제1정류기(20) 및 제2저항(30)을 통해 상기 인에이블 단자(123)에 인에이블 전압으로 입력된다. 따라서 상기 인에이블 전압은 상기 입력 전압과 동일한 형태의 파형을 갖게 된다.

상기 인에이블 전압이 상승함과 동시에 상기 레귤레이터(120)는 출력 단자(122)에 정전압 출력을 ON하게 되는데 선형 방식의 레귤레이터의 경우 입력 전압이 상승되면 선형적으로 출력 전압도 상승하게 되어 상기 출력 단자(122)에서 출력되는 출력 전압 역시 상기 입력 전압과 동일한 형태의 파형을 보인다.

상기 입력 전압, 인에이블 전압 및 출력 전압의 상승 파형 형태는 같지만 전압 레벨을 각각 설계에 따라 다르다.

정상적으로 동작이 이어지다가 상기 도 3에 표시된 단락 시점이 되면 상기 인에이블 전압은 상기 제2커패시터(60)에 충전된 전압이 0V로 방전될 때까지 떨어지게 된다.

상기 인에이블 전압이 떨어짐과 동시에 상기 출력 전압 역시 떨어지게 되며 상기 입력 전압은 도 2에서 설명한 것처럼 상기 제1커패시터(50)에서 일부 전압이 방전되어 떨어지다가 다시 상기 전압원(110)에서 공급되는 전압에 의해 원래 전압 레벨로 복귀하게 된다.

단락이 계속되면 상기 인에이블 전압과 상기 출력 전압은 계속 0V가 되며, 상기 단락 상태가 해제되어 상기 도 3에 표시된 정상 시점이 되면 상기 인에이블 전압은 다시 상기 입력 전압에 의해 상승하게 되고 상기 인에이블 전압이 상승함과 동시에 상기 출력 전압도 상승하게 되는데 이때 상기 입력 전압은 상기 중간점(B)에 걸리는 상기 출력 단자(122)의 전위에 의해 상기 제1커패시터(50)의 전압이 상기 제1저항(10)에 의해 일부 방전되었다가 다시 충전되어 도 3의 그래프처럼 전압이 떨어졌다가 다시 상승하게 된다.

이처럼 상기 단락 감지 회로(100)의 적용으로 상기 레귤레이터(120)의 출력에 단락이 발생하면 이를 감지하여 상기 레귤레이터(120)의 동작을 중지시켜 손상을 방지할 수 있도록 하고 단락상태가 해제되면 바로 상기 레귤레이터(120)가 정상동작이 이루어지도록 할 수 있게 되어 상기 레귤레이터(120)를 안전하게 정상적으로 사용할 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 단락 감지 회로 110 : 전압원
120 : 레귤레이터 121 : 입력 단자
122 : 출력단자 123 : 인에이블 단자
10 : 제1저항 20 : 제1정류기
30 : 제2저항 40 : 제2정류기
50 : 제1커패시터 60 : 제2커패시터

Claims (5)

1. 전압을 공급하는 전압원;
   상기 전압원으로부터 입력단자로 입력전압을 입력받아 출력단자로 출력전압을 출력하되, 인에이블 단자에 입력되는 전압에 의해 상기 출력을 ON/OFF하는 레귤레이터;
   상기 전압원에 병렬로 연결되는 제1저항;
   상기 제1저항에 일단이 직렬로 연결되는 제1정류기;
   상기 제1정류기의 타단과 상기 인에이블 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2저항;
   상기 입력 단자와 접지 사이에 연결되는 제1커패시터; 및
   상기 인에이블 단자와 접지 사이에 연결되는 제2커패시터; 를 포함하고,
   상기 출력 단자에 상기 제1정류기와 상기 제2저항의 중간점(B)이 연결되며,
   상기 출력전압에 단락이 발생하면 상기 단락에 의한 영전압이 상기 인에이블 단자에 입력되도록 하며,
   상기 제2커패시터의 충방전 시간이 상기 제1커패시터의 충방전 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 단락 감지 회로.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 중간점(B)에 일단이 연결되고, 접지에 타단이 연결되는 제2정류기; 를 더 포함하고,
   상기 제2정류기에 의해 상기 인에이블 단자에 기설정된 전압 이하의 전압이 입력되는 것을 특징으로 하는 단락 감지 회로.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2정류기는 제너 다이오드인 것을 특징으로 하는 단락 감지 회로.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1저항에 흐르는 전류가 기설정된 값 이하가 되도록 상기 제1저항 및 제2저항의 저항값이 설정되는 것을 특징으로 하는 단락 감지 회로.

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