KR102139074B1 - 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비상전원 라인이 설치되지 않았거나 비상 발전기를 구비하지 아니한 소규모 다세대 주택 또는 도시형 생활주택 등에서 정전 유무와 관계없이 화재 시에는 화재 경보 부저와 비상등을 동작시키고 화재 유무와 관계없이 정전 시에는 비상등을 점등시킴으로써 비상상황에 대응하는 경보를 수행함으로써 주민의 안전을 도모하고 비상 부하 연결 라인의 단선이나 단락 등의 사고에도 배터리를 안전하게 보호하고 화재 등의 2차 사고를 방지할 수 있도록 한 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반에 관한 것으로서, 분전반에서 분기되는 상시전원을 정전압 레귤레이팅하여 배터리 충전전원을 발생시키도록 구성된 충전회로부; 상기 충전회로부의 배터리 충전전원에 의해 충전되는 배터리; 및 화재 발생 시에 또는 상기 상시전원의 정전 시에 상기 배터리의 전원을 공급받아 화재 경보 부저 및 비상등을 동작시키도록 제어하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 건물 내에 설치된 화재 감지기로부터 감지 신호가 발생될 때 턴 온 되어 상기 화재 경보 부저를 동작시키도록 구성된 화재 감지 스위칭소자(Q6)와, 상기 화재 감지 스위칭소자(Q6)가 턴 온 될 때 다이오드(FR5)에 의해 배터리 전압이 인가되어 턴 온 되며 턴 온 시에 상기 배터리 전원을 상기 비상등에 스위칭하여 공급하는 비상 동작 스위칭소자(Q7)와, 상기 충전회로부의 입력단에 병렬 접속되는 발광부와 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자에 접지측으로 역 바이어스(bias) 접속되는 스위칭부가 쌍을 이루어 구성되며 상기 상시전원의 차단 시에 상기 스위칭부가 오프되면서 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)를 턴 온 시키는 제1 포토 커플러(PC1)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 화재 발생 시에는 화재 감지 스위칭소자와 비상 동작 스위칭소자의 2단 스위칭에 의해 화재 경보 부저와 비상등을 동작시킴으로써 정전 여부와 관계없이 화재 발생 상황을 정확하게 경보할 수 있으며, 정전 시에는 제1 포토 커플러와 비상 동작 스위칭소자의 동작에 의해 비상등을 동작시킴으로써 주민들이 화재가 동반되지 않은 정전 상황임을 인지할 수 있도록 하여 비상 상황에 따라 주민들이 안전하게 대피하고 대응할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반{DISTRIBUTION BOARD WITH BUILT-IN BATTERY HAVING ENHANCED SAFETY IN CASE OF EMERGENCY}
본 발명은 배터리를 내장한 분전함에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비상전원 라인이 설치되지 않았거나 비상 발전기를 구비하지 아니한 소규모 다세대 주택 또는 도시형 생활주택 등에서 정전 유무와 관계없이 화재 시에는 화재 경보 부저와 비상등을 동작시키고 화재 유무와 관계없이 정전 시에는 비상등을 점등시킴으로써 비상상황에 대응하는 경보를 수행함으로써 주민의 안전을 도모하고 비상 부하 연결 라인의 단선이나 단락 등의 사고에도 배터리를 안전하게 보호하고 화재 등의 2차 사고를 방지할 수 있도록 한 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반에 관한 것이다.
일반적으로, 아파트나 빌딩 등과 같은 대형 건물은 분전반에 상시전원 라인과 별도로 비상전원 라인이 인입되거나 자체적으로 비상 발전기를 구비한다. 상시전원이 차단되는 경우, 비상전원이 투입되거나 비상 발전기가 가동되어 건물 내 비상등을 점등시킴으로써, 비상 상황이 동반되는 정전 상황에서도 입주민이 안전하게 대피할 수 있도록 하고 있다. 또한, 소방 법령에 의거하여 대형 건물에는 반드시 화재 감지기가 설치되어야 하며, 화재를 감지하는 경우 화재 경보 벨을 동작시켜 건물 내 사람들이 안전하게 대피할 수 있도록 해야 한다.
한편, 소규모 다세대 주택이나 도시형 생활주택 등의 공동세대에는 비상전원 라인이 인입되지 않거나 비상 발전기를 설치하지 않은 경우가 빈번하게 존재한다. 이 경우, 대한민국 특허등록 제10-2066948호에 개시된 바와 같이 분전반에 배터리를 설치하고 평상시에는 상시전원을 이용하여 배터리를 충전하다가 정전 시에는 배터리에 저장된 전원으로 비상등과 같은 비상 부하를 동작시킨다.
그런데, 배터리를 내장한 분전반에서 정전이 동반되지 않는 화재 발생 시에는 비상등이 점등되지 않는 문제가 있다. 만약, 화재 경보 벨이 작동하지 않는다면 피난이 늦어져 인명 피해가 발생될 수 있다.
또한, 비상등은 정전과 같은 비상 상황에서만 점등되는 조명기구로서, 비상 부하에 연결된 전기 라인이 단선되거나 단락되는 경우가 발생될 수 있다. 단선의 경우, 배터리의 전원이 단선 지점까지 공급되어 누전에 의한 배터리 용량 소모와 감전사고 등이 유발될 수 있다. 단락의 경우, 직류 전원인 배터리가 순간적으로 완전 방전되는 등의 문제가 발생될 수 있다. 나아가, 배터리가 순간적으로 방전되면서 고온의 열이 발생하여 화재 등의 2차 사고가 발생될 수 있다.
대한민국 특허등록 제10-2066948호
본 발명은 배터리를 내장한 분전반에 적용되어 화재 발생 시에는 정전 유무와 관계없이 화재 경보 부저와 비상등을 함께 동작시키고 화재 유무와 관계없이 정전 시에는 비상등을 점등시킴으로써 비상상황에 따라 주민들이 안전하게 대응할 수 있도록 하며 비상 부하 연결 라인의 단선이나 단락 등의 사고에도 배터리를 안전하게 보호하고 화재 등의 2차 사고를 예방할 수 있도록 한 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반은, 분전반에서 분기되는 상시전원을 정전압 레귤레이팅하여 배터리 충전전원을 발생시키도록 구성된 충전회로부; 상기 충전회로부의 배터리 충전전원에 의해 충전되는 배터리; 및 화재 발생 시에 또는 상기 상시전원의 정전 시에 상기 배터리의 전원을 공급받아 화재 경보 부저 및 비상등을 동작시키도록 제어하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 건물 내에 설치된 화재 감지기로부터 감지 신호가 발생될 때 턴 온 되어 상기 화재 경보 부저를 동작시키도록 구성된 화재 감지 스위칭소자(Q6)와, 상기 화재 감지 스위칭소자(Q6)가 턴 온 될 때 다이오드(FR5)에 의해 배터리 전압이 인가되어 턴 온 되며 턴 온 시에 상기 배터리 전원을 상기 비상등에 스위칭하여 공급하는 비상 동작 스위칭소자(Q7)와, 상기 충전회로부의 입력단에 병렬 접속되는 발광부와 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자에 접지측으로 역 바이어스(bias) 접속되는 스위칭부가 쌍을 이루어 구성되며 상기 상시전원의 차단 시에 상기 스위칭부가 오프되면서 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)를 턴 온 시키는 제1 포토 커플러(PC1)을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반은, 상기 충전회로부는 과충전 방지회로부를 포함하며, 상기 과충전 방지회로부는 반전 단자에 제너 다이오드(ZD1)가 접속되고 비반전 단자에 상기 배터리의 양극 단자와 연결되는 가변저항(VR1)이 접속되는 과충전 방지용 비교기(U2)와, 상기 과충전 방지용 비교기(U2)의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭소자(Q1)와, 상기 상시전원을 정전압으로 정류하여 배터리를 충전하되 상기 스위칭소자(Q1)가 턴 온 될 때 출력단에 역 바이어스 접속된 쇼트키 다이오드(SD1)에 의해 출력이 차단되는 정전압 레귤레이터(U1)을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반은, 상기 충전회로부는 과방전 방지회로부를 포함하며, 상기 과방전 방지회로부는 반전 단자에 상기 비상등 부하의 양전압단과 연결되는 가변저항(VR3)이 접속되고 비반전 단자에 DC 5V의 VCC 단자가 접속되는 과방전 방지용 비교기(U3)와, 상기 과방전 방지용 비교기(U3)의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭소자(Q2)와, 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자와 상기 스위칭소자(Q2) 사이에 역 바이어스 방향으로 접속되며 상기 스위칭소자(Q2)가 턴 온 될 때 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 턴 온 동작을 강제로 차단시켜 상기 배터리의 방전을 방지하는 쇼트키 다이오드(SD4)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반은, 상기 비상등의 부전압단과 접지 사이에 직렬 연결되어 상기 비상등에 인가되는 부하전류를 검출하는 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9)를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반은, 상기 비상등의 부전압단이 궤환되어 베이스 단자에 인입되며 상기 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9) 양단의 전압에 의해 턴 온 되어 배터리 전압을 접지측으로 바이패스시키는 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3)와, 상기 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3)가 턴 온 될 때 베이스 단자에 인가되는 전위가 소멸되어 턴 오프 되면서 배터리 전압을 접지측으로 바이패스시키는 제2 단락전류 검출용 스위칭소자(Q4)와, 상기 제2 단락전류 검출용 스위칭소자(Q4)의 도통 라인에 병렬 접속되는 발광부와 상기 배터리의 양전압단과 접지 사이에 설치되는 스위칭부가 쌍을 이루어 구성되는 제2 포토 커플러(PC2)와, 베이스 단자가 상기 제2 포토 커플러(PC2)와 접지 사이에 접속되어 상기 제2 포토 커플러(PC2)의 턴 온 동작에 의해 턴 온 되며 턴 온 시에 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자에 동작 전원을 인가하는 부하전류 규제용 스위칭소자(Q5)를 더 포함하며, 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)는 PNP 트랜지스터로 구성되고, 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자와 상기 부하전류 규제용 스위칭소자(Q5)의 콜렉터 단자 사이에는 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 바이어스 전압을 규제하는 저항(R30)이 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반은, 상기 충전회로부를 구성하는 정전압 레귤레이터의 DC 입력단과 상기 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3) 사이에 설치되는 커패시터(C13)와, 상기 커패시터(C13)에 병렬 접속되는 저항(R22)을 더 포함한다.
본 발명의 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반에 따르면, 화재 발생 시에는 화재 감지 스위칭소자와 비상 동작 스위칭소자의 2단 스위칭에 의해 화재 경보 부저와 비상등을 동작시킴으로써 정전 여부와 관계없이 화재 발생 상황을 정확하게 경보할 수 있으며, 정전 시에는 제1 포토 커플러와 비상 동작 스위칭소자의 동작에 의해 비상등을 동작시킴으로써 주민들이 화재가 동반되지 않은 정전 상황임을 인지할 수 있도록 하여 비상 상황에 따라 주민들이 안전하게 대피하고 대응할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 비상 부하 연결 라인에 단선이 발생되거나 비상등이 탈거된 무부하 상태에서 배터리의 전력 공급을 즉각 차단하여 단선 지점 또는 비상등 연결 소켓까지의 누전이나 감전사고를 방지할 수 있으며, 단선이 복구 되는대로 비상 부하가 자동으로 재작동 될 수 있도록 하여 안전 동작을 보장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 비상 부하 연결 라인에 단락이 발생된 경우 비상등 부하 부전압단의 전압을 이단 스위칭소자와 포토 커플러를 이용하여 검출하고 비상동작 스위칭소자의 베이스단 전압을 규제하여 단락 시에도 배터리의 조기 방전 및 이상 방전을 방지하고 배터리를 안전하게 보호하여 화재 등의 2차 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반을 예시한 블록도,
도 2는 본 발명에서 컨트롤러의 회로 구성을 예시한 회로도,
도 3은 본 발명에서 과충전 방지회로부를 예시한 회로도,
도 4는 본 발명에서 과방전 방지회로부를 예시한 회로도,
도 5는 본 발명에서 비상등 라인의 단선 및 단락 사고형태를 예시한 회로도, 및
도 6은 본 발명에서 비상등 라인의 단선 및 단락을 검출하는 회로 구성을 예시한 회로도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반을 예시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 분전반(100)은 상용전원을 인입하여 공동세대 내 각 가정 또는 세대 내 각 부하에 분배하는 패널로서, 상용전원의 인입단에는 메인 차단기가 설치되고, 각각의 분기라인에는 분기 차단기가 설치된다. 여기서, 본 발명의 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반은 기존의 분전반에 도 1과 같은 비상 동작 회로부(200)를 더 포함한다.
본 발명의 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반은 비상전원으로서 충전 가능한 배터리를 적용한다. 배터리에 충전전원을 공급하기 위하여 분전반에서 하나의 독립라인을 분기하여 비상 동작 회로부(200)에 공급한다. 비상 동작 회로부(200)에 공급되는 전원을 상시 공급되는 상용전원으로서 이하 '상시전원'으로 칭한다.
도 1을 참조하면, 비상 동작 회로부(200)는 EMC 필터(210)와, 충전회로부(220)와, 배터리(230)와, 컨트롤러(240)와, 화재 경보 부저(250)를 포함한다.
EMC 필터(210)는 전원에 포함되는 전자기 노이즈를 여과하며, 여기에 배리스터 등 서지 전압을 방지하기 위한 수단이 더 포함될 수 있다.
충전회로부(220)는 교류 상용전원을 직류 전원으로 정류하고 정전압 레귤레이팅하여 배터리(230)의 충전전원을 발생시킨다. 충전회로부(220)는 과충전 회로 및 과방전 회로를 포함할 수 있으며, 도 3 및 4를 참조하여 후술한다.
화재 감지기(300)는 건물의 각 층 별로 설치될 수 있으며, 화재 감지기(300)의 감지 신호는 컨트롤러(240)에 전달된다. 비상등(400)은 건물의 각 층에 설치되는 비상구 유도라인에 설치될 수 있으며, 공동 주택의 경우 각 세대 내에 설치되어 화재나 정전 시에 대피로를 안내할 수 있도록 한다.
컨트롤러(240)는 화재 발생 시에 또는 상시전원의 정전 시에 배터리(230)의 전원을 공급받아 화재 경보 부저(250) 및 비상등(400)을 동작시킨다. 또한, 컨트롤러(240)는 비상등 부하의 연결 라인에서 단선이나 단락이 발생되는 경우, 배터리(230)의 전력 공급을 차단하여 배터리를 보호하는 동작을 수행한다.
이하 도 2 내지 4의 회로도를 참조하여 충전회로부(220) 및 컨트롤러(240)가 화재 발생 시, 정전 시, 과충전 시, 과방전 시, 부하 단선 시, 부하 단락 시 등에 동작되는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에서 컨트롤러의 회로 구성을 예시한 회로도이고, 도 3은 본 발명에서 과충전 방지회로부를 예시한 회로도이고, 도 4는 본 발명에서 과방전 방지회로부를 예시한 회로도이고, 도 5는 본 발명에서 비상등 라인의 단선 및 단락 사고형태를 예시한 회로도이고, 도 6은 본 발명에서 비상등 라인의 단선 및 단락을 검출하는 회로 구성을 예시한 회로도이다.
화재 발생 시의 회로 동작
도 2를 참조하면, 화재가 발생되는 경우 센서 접점(SENSOR)이 On 되며, 배터리(230)의 양전압단에 연결된 화재 감지 스위칭소자(Q6)가 턴 온되면서 화재 경보 부저(BZ)에 배터리 전원이 투입되어 경보가 발령된다.
배터리(230)의 양전압단과 비상등(L)의 양전압단 사이에 연결되는 비상 동작 스위칭소자(Q7)는 평상시 턴 오프 상태에 있게 된다. 도 2를 참조하면, 화재 감지 스위칭소자(Q6)가 턴 온 되는 경우, 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자와 화재 감지 스위칭소자(Q6)의 콜렉터 단자 사이에 접속된 다이오드(FR5)에 의해 비상동작 스위칭소자(Q7)가 턴 온 된다. 따라서 비상등(L)이 점등된다. 화재 감지기(300)에서 화재 감지 신호가 발생되는 경우, 정전 유무와 관계없이 화재 경보 부저(250, BZ)와 비상등(400, L)이 동작될 수 있다.
정전 시의 회로 동작
도 3의 회로를 참조하면, 상시전원을 정류한 DC 입력단에 제1 포토 커플러(PC1)의 발광부가 병렬 접속된다. 제1 포토 커플러(PC1)의 스위칭부는 도 2의 회로에서와 같이 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자에 접지측으로 역 바이어스(bias) 접속된다. 상시전원이 공급되는 경우 제1 포토 커플러(PC1)는 On 상태를 유지하며, 상시전원이 차단되는 경우 제1 포토 커플러(PC1)가 Off 되면서 비상 동작 스위칭소자(Q7)에 배터리(230)의 양전압이 인가된다. 즉, 상시전원이 차단되는 경우에도 비상 동작 스위칭소자(Q7)가 턴 온 되면서 비상등(L)을 점등시킨다.
과충전 시의 회로 동작
도 3을 참조하면, 과충전 방지회로부는 반전 단자에 제너 다이오드(ZD1)가 접속되고 비반전 단자에 배터리(230)의 양극 단자와 연결되는 가변저항(VR1)이 접속되는 과충전 방지용 비교기(U2)와, 과충전 방지용 비교기(U2)의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭소자(Q1)와, 상시전원을 정전압으로 정류하여 배터리를 충전하되 스위칭소자(Q1)가 턴 온 될 때 출력단에 역 바이어스 접속된 쇼트키 다이오드(SD1)에 의해 출력이 차단되는 정전압 레귤레이터(U1)을 포함한다.
배터리(230)의 충전 전압이 가변저항(VR1)의 저항값에 의해 설정된 전압에 도달할 때, 과충전 방지용 비교기(U2)에서 출력이 발생된다. 그리고 스위칭소자(Q1)가 턴 온 되면서 과충전 상태를 표시하는 적색 LED(LED1)가 점등된다. 쇼트키 다이오드(SD1)와 가변저항(VR2)에 의해 설정된 전압이 정전압 레귤레이터(U1)의 접지단에 인가되면서 정전압 레귤레이터(U1)의 출력이 차단되어 배터리(230)의 충전이 중단된다.
과방전 시의 회로 동작
도 4를 참조하면, 과방전 방지회로부는 반전 단자에 비상등(L) 부하의 양전압단과 연결되는 가변저항(VR3)이 접속되고 비반전 단자에 DC 5V의 VCC 단자가 접속되는 과방전 방지용 비교기(U3)와, 과방전 방지용 비교기(U3)의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭소자(Q2)와, 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자와 스위칭소자(Q2) 사이에 역 바이어스 방향으로 접속되며 스위칭소자(Q2)가 턴 온 될 때 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 턴 온 동작을 강제로 차단시켜 배터리(230)의 방전을 방지하는 쇼트키 다이오드(SD4)를 포함한다.
배터리(230) 양단의 전압이 가변저항(VR3)의 저항값에 의해 설정된 전압 이하로 강하될 때, 과방전 방지용 비교기(U3)에서 출력이 발생된다. 그리고 스위칭소자(Q2)가 턴 온 되면서 과방전 상태를 표시하는 적색 LED(LED3)가 점등된다. 스위칭소자(Q2)가 턴 온 될 때 도 2이 회로도에서 배터리(230)의 양전압단이 쇼트키 다이오드(SD4)에 의해 도 4의 스위칭소자(Q2)를 따라 바이패스 되므로, 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 턴 온 동작을 강제로 차단하여 배터리(230)가 완전 방전되는 것을 방지할 수 있다.
부하 단선 시의 회로 동작
한편, 도 5의 회로도는 같이 배터리(230)에서 비상등(400)으로 연결되는 라인을 등가로 표시한 회로도이다. 만약, 비상등(400)으로의 부하 연결 라인이 단선된다면 등가 회로도에서 스위치 B 또는 스위치 C가 개방된 상태를 의미할 것이다. 또한, 비상등(400)이 소켓에서 탈거된 무부하 상태에서도 동일한 등가 회로로 나타낼 수 있을 것이다. 만약, 도 5의 등가 회로도에서 스위치 A가 폐쇄된 상태라면 부하 연결 라인이 단락된 상태를 의미할 것이다.
한편, 도 5에서 전류계(260) 및 전압계(270)는 본 발명의 비상 동작 회로부(200)가 단선 및 단락 상태에서 정상 작동하는지를 실험할 때 부하 전류 및 전압을 측정하기 위한 수단이다.
비상 부하 라인이 단선되는 경우, 단선 부위를 통해 또는 단선 부위가 금속물에 접촉되어 누전이 발생될 수 있으며, 인체가 접촉하는 경우 감전사고가 발생될 수 있다. 본 발명은 이러한 비상 부하 라인의 단선 시에 배터리(230) 전력 공급을 원천적으로 차단하여 누전이나 감전 등을 방지하는 회로 구성을 제시한다.
도 2에 도시한 바와 같이 비상등(400, L)의 부전압단과 접지 사이에는 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9)가 직렬 연결된다. 따라서 도 6과 같이 비상 부하에 흐르는 전류를 검출하는 등가 회로를 얻을 수 있다.
비상등 부하가 단선되거나 무부하인 경우 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9) 양단에 인가되는 전압은 0(zero)V에 가깝게 되므로, 비상 동작 스위칭소자(Q7)가 Off 되어 배터리(230)의 출력단에서 방전을 방지할 수 있다.
여기서, 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9), 2개의 다이오드를 직렬 연결하여 부하전류 검출 수단을 마련한 것은, 검출 감도를 높게 하기 위함이다. 예를 들어, 제1 다이오드(FR8)의 내부 저항에 의한 양단 전압이 500mV이고 제2 다이오드(FR9)의 내부 저항에 의한 양단 전압이 500mV라고 할 때, 2개의 다이오드를 직렬 연결함으로써 1V의 전압 강하가 발생되어 좀 더 높은 감도로 부하전류를 검출할 수 있게 된다.
부하 단락 시의 회로 동작
도 4의 회로도를 참조하면, 도 2에서 비상등(L)의 부전압단이 궤환되어 베이스 단자에 인입되며 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9) 양단의 전압에 의해 턴 온 되어 배터리 전압을 접지측으로 바이패스시키는 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3)와, 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3)가 턴 온 될 때 베이스 단자에 인가되는 전위가 소멸되어 턴 오프 되면서 배터리 전압을 접지측으로 바이패스시키는 제2 단락전류 검출용 스위칭소자(Q4)와, 제2 단락전류 검출용 스위칭소자(Q4)의 도통 라인에 병렬 접속되는 발광부와 배터리의 양전압단과 접지 사이에 설치되는 스위칭부가 쌍을 이루어 구성되는 제2 포토 커플러(PC2)와, 베이스 단자가 제2 포토 커플러(PC2)와 접지 사이에 접속되어 제2 포토 커플러(PC2)의 턴 온 동작에 의해 턴 온 되며 턴 온 시에 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자에 동작 전원을 인가하는 부하전류 규제용 스위칭소자(Q5)를 포함하는 단락 동작 방지 회로가 개시되어 있다.
그리고, 도 2에서와 같이 비상 동작 스위칭소자(Q7)는 PNP 트랜지스터로 구성되고, 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자와 부하전류 규제용 스위칭소자(Q5)의 콜렉터 단자 사이에는 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 바이어스 전압을 규제하는 저항(R30)이 연결된다.
도 2 및 4의 회로도를 참조하면, 비상 부하 연결 라인에서 단락이 발생되는 경우, 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9) 양단에는 소정 전압이 발생된다. 이 전압에 의해 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3)가 턴 온 되고, 배터리 전압이 접지측으로 바이패스 된다. 제2 단락전류 검출용 스위칭소자(Q4)는 평상 시 On 상태를 유지하다가, 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3)의 턴 온 동작에 의해 턴 오프 된다. 이때 비로소 제2 포토 커플러(PC2)의 발광부가 발광하면서 도 2의 스위칭부가 On 된다. 부하전류 규제용 스위칭소자(Q5)가 턴 온 되면서, 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자에 연결된 저항(R30)에 의해 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 양단 전압에 바이어스가 걸리면서 부하전류를 규제하게 된다. 저항(R30)의 저항값을 선택함에 따라 비상 동작 스위칭소자(Q7)를 통해 흐르는 전류를 정격전류의 20% 수준으로 규제할 수 있다. 따라서 비상등 부하 측에서 단락이 발생하여도 배터리가 조기 방전되거나 이상 방전되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 배터리의 정격용량이 급격하게 소모되거나 이상 방전에 의한 과열로 화재가 발생되는 현상을 방지할 수 있다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 분전반 200 : 비상 동작 회로부
210 : EMC 필터 220 : 충전회로부
230 : 배터리 240 : 컨트롤러
250 : 화재 경보 부저 260 : 전류계
270 : 전압계 300 : 화재 감지기
400 : 비상등

Claims (6)

  1. 분전반에서 분기되는 상시전원을 정전압 레귤레이팅하여 배터리 충전전원을 발생시키도록 구성된 충전회로부;
    상기 충전회로부의 배터리 충전전원에 의해 충전되는 배터리; 및
    화재 발생 시에 또는 상기 상시전원의 정전 시에 상기 배터리의 전원을 공급받아 화재 경보 부저 및 비상등을 동작시키도록 제어하는 컨트롤러
    를 포함하며,
    상기 컨트롤러는 건물 내에 설치된 화재 감지기로부터 감지 신호가 발생될 때 턴 온 되어 상기 화재 경보 부저를 동작시키도록 구성된 화재 감지 스위칭소자(Q6)와, 상기 화재 감지 스위칭소자(Q6)가 턴 온 될 때 다이오드(FR5)에 의해 배터리 전압이 인가되어 턴 온 되며 턴 온 시에 상기 배터리 전원을 상기 비상등에 스위칭하여 공급하는 비상 동작 스위칭소자(Q7)와, 상기 충전회로부의 입력단에 병렬 접속되는 발광부와 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자에 접지측으로 역 바이어스(bias) 접속되는 스위칭부가 쌍을 이루어 구성되며 상기 상시전원의 차단 시에 상기 스위칭부가 오프되면서 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)를 턴 온 시키는 제1 포토 커플러(PC1)을 포함하며,
    상기 비상등의 부전압단과 접지 사이에 직렬 연결되어 상기 비상등에 인가되는 부하전류를 검출하는 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9)와, 상기 비상등의 부전압단이 궤환되어 베이스 단자에 인입되며 상기 제1 다이오드(FR8) 및 제2 다이오드(FR9) 양단의 전압에 의해 턴 온 되어 배터리 전압을 접지측으로 바이패스시키는 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3)와, 상기 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3)가 턴 온 될 때 베이스 단자에 인가되는 전위가 소멸되어 턴 오프 되면서 배터리 전압을 접지측으로 바이패스시키는 제2 단락전류 검출용 스위칭소자(Q4)와, 상기 제2 단락전류 검출용 스위칭소자(Q4)의 도통 라인에 병렬 접속되는 발광부와 상기 배터리의 양전압단과 접지 사이에 설치되는 스위칭부가 쌍을 이루어 구성되는 제2 포토 커플러(PC2)와, 베이스 단자가 상기 제2 포토 커플러(PC2)와 접지 사이에 접속되어 상기 제2 포토 커플러(PC2)의 턴 온 동작에 의해 턴 온 되며 턴 온 시에 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자에 동작 전원을 인가하는 부하전류 규제용 스위칭소자(Q5)를 더 포함하며,
    상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)는 PNP 트랜지스터로 구성되고, 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자와 상기 부하전류 규제용 스위칭소자(Q5)의 콜렉터 단자 사이에는 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 바이어스 전압을 규제하는 저항(R30)이 연결되는 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전회로부는 과충전 방지회로부를 포함하며,
    상기 과충전 방지회로부는 반전 단자에 제너 다이오드(ZD1)가 접속되고 비반전 단자에 상기 배터리의 양극 단자와 연결되는 가변저항(VR1)이 접속되는 과충전 방지용 비교기(U2)와, 상기 과충전 방지용 비교기(U2)의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭소자(Q1)와, 상기 상시전원을 정전압으로 정류하여 배터리를 충전하되 상기 스위칭소자(Q1)가 턴 온 될 때 출력단에 역 바이어스 접속된 쇼트키 다이오드(SD1)에 의해 출력이 차단되는 정전압 레귤레이터(U1)을 포함하는 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전회로부는 과방전 방지회로부를 포함하며,
    상기 과방전 방지회로부는 반전 단자에 상기 비상등 부하의 양전압단과 연결되는 가변저항(VR3)이 접속되고 비반전 단자에 DC 5V의 VCC 단자가 접속되는 과방전 방지용 비교기(U3)와, 상기 과방전 방지용 비교기(U3)의 출력에 의해 턴 온 되는 스위칭소자(Q2)와, 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 베이스 단자와 상기 스위칭소자(Q2) 사이에 역 바이어스 방향으로 접속되며 상기 스위칭소자(Q2)가 턴 온 될 때 상기 비상 동작 스위칭소자(Q7)의 턴 온 동작을 강제로 차단시켜 상기 배터리의 방전을 방지하는 쇼트키 다이오드(SD4)를 포함하는 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전회로부를 구성하는 정전압 레귤레이터의 DC 입력단과 상기 제1 단락전류 검출용 스위칭소자(Q3) 사이에 설치되는 커패시터(C13)와, 상기 커패시터(C13)에 병렬 접속되는 저항(R22)을 더 포함하는 비상시 안전을 강화한 배터리 내장형 분전반.
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