KR102215950B1 - 전압-제한기 모니터링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예를 들면, 서지 어레스터와 같은 전압-제한기 장치를 통해 흐르는 에러 전류를 식별하는 방식으로, 전압-제한기 장치의 작동 상태를 모니터링하기 위한 회로 구성체 및 관련 방법을 제공하고, 장치의 상태에서의 열화를 나타내는 것을 입증할 수 있고, 적은 에러 전류만이 예를 들면, 전류 서지에 대항하여 회로 보호 동안에, 포티지 제한기 장치의 요구된 작동을 여전히 허용하는 방식임에도 불구하고, 특히 제공 또는 이러한 모니터링에 유리하다는 것을 입증한다.

Description

전압-제한기 모니터링{VOLTAGE-LIMITER MONITORING}

본 발명은 전압-제한 장치의 모니터링에 관한 것이고, 특히, 예를 들면 서지 전류와 같은 전류 레벨 및/또는 높은 전압을 잠재적으로 손상시키는 것에 대항하여 회로 보호를 제공하도록 배치된 장치의 모니터링에 관한 것이다.

전압 제한 장치는 보통, 원치 않은 전압 값이 회로 내에서, 또는 특정 장치에서 발생하는 것을 방지하도록 채용될 것이다. 이하에 추가로 논의되는 하나의 구성에 있어서, 전압 제한기는 보호된 회로가 높은 전압을 경험하는 것을 방지하기 위해 서지 전류(에너지)를 흡수하도록 배치되는 서지 어레스터(surge arrester)와 같은 회로/장치 보호 장치를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 서지 전류의 흡수는 회로의 다른 부분에서 발생하는 전압을 제한한다. 즉, 장치는 보통, 장치의 단자부에서의 트리거-전압 값의 출현에 의해 작동되고, 그 다음에, 회로를 통해 유효 서지 전류를 우회시키는 것에 의해 회로 내에 발생하는 전압을 제한하려고 시도한다.

회로 및/또는 회로 장치의 요구된 작동 범위를 초과하는 전압 및 전류 값이 발생할 수도 있는 환경에서, 전기 회로가 작동되도록 요구되는 많은 상황이 존재한다. 이러한 초과 전압/전류는 내부적으로는, 아마도 회로 장치 또는 소자의 실패를 통해 발생할 수도 있고, 또는 외부적으로는, 회로/장치가 손상되고, 또는 실제로 파괴되는 전압/전류에서의 이러한 서지를 제공할 수 있다. 이러한 외부적으로 발생된 서지의 예는 회로 상의 낙뢰로부터 발생하는 것이다. 이러한 위험은 특히, 적어도 부분적으로 외부 환경에서 작동하는 회로/장치에서 만연하다.

다양한 형태의 전압 제한 장치는 이용가능하고, 민감한 회로 및 회로 소자를 적어도 어느 정도 보호하는 역할을 한다. 이러한 장치는 초과 전압/전류를 "흡수"하는 역할을 하고, 이에 의해 이러한 초과 전압/전류가 민감한 회로 및 장치/소자를 손상시키는 것을 방지한다. 이러한 장치의 예는 과도 전압 억제기(Transient Voltage Suppressor; TVS), 즉, 소위 트랜솝(Transorb)과 같은 서지 어레스터, 장치, 및 또한 배리스터 장치를 포함한다.

예를 들어, TVS 장치를 고려한 기술 문헌은 예를 들면, TVS 장치의 설계 제한을 너머서 경험된 피크 서지, 또는 열에너지의 방산을 방지하는 빈발 서지의 발생에 의해 응력을 받는 것을 통해 실패로 이어지지 않는 한, 저하 상태임에도 불구하고 그들은 계속해서 기능할 것이다.

전압 제한 장치는 사실상 희생될 수 있고, 사용에 의해 열화되는 경향이 있으며, 일련의 서지를 흡수한 후에, 전압 제한 장치는 결국 완전히 실패할 수 있다. 이러한 열화 동안에, 그리고 물론 그 후에, 장치는 보호하도록 채용된 회로/장치의 작동에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 처리 제어 루프 내에 채용될 때, 열화된 서지 어레스터는 잘못된 판독의 생성을 야기할 수 있다.

서지 어레스터 장치의 작동 상태의 모니터링은 잠재적인 열화를 식별하는 수단으로서 알려져 있다. 방대한 기존의 모니터링 구성체는 서지 어레스터가 열화됨에 따라 전도되는 전류로 인해 발생되는 서지 어레스터의 가열의 측정을 통해 이러한 모니터링을 제공하려고 시도한다. 그러나, 열화된 장치 내에 방산된 열에 따른 이러한 알려진 구성체의 의존에 의해, 이러한 알려진 구성체의 민감성은 제한되고, 또한 이러한 알려진 구성체가 확실히 채용될 수 있는 상황의 범위를 제한하는 역할을 할 수 있다.

또한, 서지 어레스터 장치에서 감지되는 전압에 의해 모니터링하는 일부 형태의 장치를 실행하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이러한 알려진 장치의 민감성 및 또한 정확도는 불리하게 제한되고, 제어 루프와 같은 회로 내에 채용될 때, 전압은 측정된 전류에 의해 달라질 것이다. 또한, 외부 전력 공급원이 이러한 알려진 모니터링 구성체/장치를 위해 채용되고, 이는 알려진 모니터링 구성체의 복잡성에 더해, 상업적인 제한 소자를 실험할 수 있다.

(특허문헌 1) : 국제공개공보 WO2005/031931 A1 호
(특허문헌 2) : 미국 특허공보 US6,124,714 A 호

본 발명은 모니터링 구성체 및 관련 방법의 제공을 통해 알려진 이러한 구성체 및 방법 이상의 이점을 갖는 전압-제한 장치의 모니터링을 제공하려고 한다.

본 발명의 제 1 관점에 따르면, 전압-제한기에 직렬-연결되도록 배치된 저항을 통과하는 전류를 감지하는 것에 의해, 전압-제한기를 통과하는 전류를 모니터링하도록 배치된 전압-제한기 모니터를 제공하고, 이 모니터는 저항기를 가로질러서 발생하는 전압을 제한하도록 저항기에 작동적으로 연결된 전압 제한 수단을 더 포함한다.

전압 제한기를 통과하는 전류에 관련된 전류 모니터링의 사용을 통해, 단지 작은 전류가 장치를 통과할 때에도, 전압-제한기 장치의 열화를 감지 가능하다는 것이 입증되는 한에 있어서 본 발명은 유익하다. 특히, 이는 전압 제한기의 열화가 확실히 식별될 수 있는 작동 상태의 범위를 확대하는데 유익하다. 본 발명은 심지어 전압 제한기를 통과하는 작은 전류가 전압 제한기가 채용되는 회로 및/또는 회로 내에서 발생하는 신호에 악영향을 미칠 수 있는 상황에서 유리하게 작동할 수 있다.

특히, 제한 장치와 직렬의 적정 값의 저항의 사용은 전류 감지에 요구되지만, 제한 장치가 그 기능을 수행하는 것을 방지하는 한에 있어서, 그 문제점 및 제한부를 가져온다. 전류 감지의 이러한 문제점 및 제한부는 이러한 적정 값 저항의 사용을 허용하지만, 제한 장치의 작동에 영향을 미치는 일 없이, 회로 장치를 잠재적인 손상 전압 레벨에 노출되지 않게 함으로써, 본 발명에 의해 유리하게 극복된다.

또한, 본 발명은 저항을 가로질러서 발생하는 전압을 제한하도록 작동적으로 연결된 전압 제한 수단의 사용을 통해, 높은 값의 저항이 채용될 수 있는 한에 있어서 유리하다는 것을 입증한다. 특히, 이는 예를 들면, 신호-대-잡음 비 레벨이 요구된 레벨의 감지에 적합하다는 것을 보장하도록, 작은 전류 값에 대한 사용에 유리하다는 것을 입증한다.

유리하게, 전압 제한 수단은 스위칭 수단을 포함할 수 있다. 특히, 상기 스위칭 수단은 저항기와 병렬인 다이오드 스위치 수단을 포함할 수 있다.

하나의 특정 예에 있어서, 전압 제한 수단은 저항기와 병렬로 연결된 백-투-백 다이오드 쌍(back-to-back diode pair)을 포함할 수 있다.

이러한 회로 구성체는 본 발명에 직면된 문제점에 대한 특히 간단하고 신뢰성있는 해결책을 제공한다.

인식된 바와 같이, 전압-제한기 모니터는 예를 들면, 과도 전압 억제기와 같은 서지 어레스터와 같지만, 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 전압 제한-장치의 작동을 모니터링하도록 배치될 수 있다.

또한, 모니터는 직렬 연결된 저항을 통해 전류를 감지하도록 배치된 감지 회로를 포함할 수 있다. 감지 회로는 높은 입력 임피던스의 연산 증폭기, 또는 다른 복잡한 집적 회로를 유리하게 포함할 수 있다.

본 발명의 추가의 유리한 특징으로서, 모니터는 전압-제한기가 채용되는 회로로부터 전력을 수용하도록 배치될 수 있다.

그러므로, 유리하게 본 발명의 모니터는 회로로부터 요구된 전력을 구하도록 배치될 수 있어서, 개별 외부 전력원은 필요로 하지 않는다.

이러한 예에 있어서, 전압 강하 장치는 감지 회로에 전력을 공급하기 위해 요구된 전압 차를 제공하도록 보호되는 회로 내에 채용될 수 있다. 일례로서, 전압 강하 장치는 적어도 2개의 직렬 연결된 다이오드 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 수의 이러한 장치는 다른 전압 강하 수단뿐만 아니라, 필요에 따라서 채용될 수 있다.

또한, 이러한 전압 강하 장치의 적절한 선택 및 선정을 통해, 센서는 전압-제한 장치를 채용하는 회로의 작동에 임의의 악영향을 미치는 일 없이, 요구된 전력을 구하도록 배치될 수 있다.

특히, 전압 강하를 제공하는 전류 경로는 표류 누설 없이 전류 루프 내에서부터 유리하게 제공될 수 있다.

물론, 저항은 임의의 적절한 형태를 취할 수 있고, 특정 실시예에서, 작은 전류의 모니터링을 위한 적절하게 높은 값의 저항기를 유리하게 포함한다.

추가의 특징부로서, 인디케이터 수단은 전압 제한기 수단의 열화를 나타내는 역할을 하는 전압 제한기를 통한 전류가 감지될 때에 관해서, 시각적 표시를 제공하기 위해서 센서 내에 포함될 수 있다. 인디케이터는 시각적, 음성, 전기, 무선 등과 같지만, 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 신호를 제공하도록 임의의 적절한 구성체/장치를 포함할 수 있다.

또한, 추가의 또는 대안의 인디케이터 수단은 전압 제한기의 최종 실패를 나타내도록 제공될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 이러한 인디케이터 수단은 예를 들면, 발광 다이오드 장치와 같은 하나 이상의 시각적 인디케이터 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 또다른 관점에 따르면, 회로 내에 작동적으로 연결된 전압-제한기를 모니터링하고, 전압 제한기에 직렬-연결된 저항을 통과하는 전류를 감지하는 것에 의해 전압-제한기를 통과하는 전류를 감지하는 단계를 포함하며, 전압이 문턱 값을 초과할 때에 저항을 가로질러서 발생하는 전압을 제한하는 단계를 더 포함하는 방법이 제공된다.

상기와 같이, 그리고 본 발명의 방법에 의해 전압-제한기를 통과하는 전류에 대한 전류 모니터링의 사용을 통해, 본 발명은 전압 제한기 장치가 열화되기 시작하고, 어쩌면 계속해서 열화될 때, 작은 전류만을 흐르게 하는 경우에도, 전압 제한 장치의 열화를 검출 가능하게 한다.

또한, 저항을 가로질러서 발생하는 전압을 한정하도록 작동적으로 연결된 전압 제한 수단의 본 발명의 방법에서의 사용을 통해, 높은 값의 저항은 작은 전류 값에 대한 사용에 특히 유익하고, 신호-대-잡음 비 레벨이 요구된 레벨의 감지에 적합하다는 것을 보장하는 것을 입증하는 방법 내에 채용된다.

유리하게, 저항을 가로지르는 전압은 스위칭 수단에 의해 제한될 수 있다. 특히, 상기 스위칭 수단은 저항과 병렬인 다이오드 스위치 수단을 포함할 수 있다.

인식되는 바와 같이, 전압-제한 모니터링은 예를 들면, TVS와 같은 서지 어레스터와 같지만, 이에 한정되지 않은 임의의 적절한 전압 제한 장치의 작동을 모니터링하도록 배치될 수 있다.

방법은 전압 제한기가 채용되는 회로로부터의 전력에 의해 모니터에 전력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 방법은 요구된 작동 전력을 구하는 단계를 포함할 수 있고, 그에 따라 개별 외부 전력원은 필요로 하지 않는다.

그 다음에, 방법은 요구된 전력을 제공하도록 전압-제한기를 채용하는 회로 내의 전압을 강하시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 모니터는 임의의 적절한 전력원으로부터 전력이 공급될 수 있고, 이러한 전력원은 예를 들면, 자체 배터리 공급원과 같은 개별 전력원을 포함할 수 있다. 또한, 방법은 장치의 열화를 나타내는 역할을 하는 전압-제한 장치를 통한 전류가 식별될 때 바람직하게 시각적인 표시를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

게다가, 또는 대응적으로, 방법은 전압-제한기의 실패의 바람직하게 시각적인 표시를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

그러므로, 인식되는 바와 같이, 본 발명은 회로 내에 전압 제한의 단계와, 상기 기술한 바와 같은 모니터링 단계를 포함하는 방법을 포함할 수 있다.

특히, 방법은 처리 제어 루프와 같은 제어 회로 및 긴급 차단 시스템에 대해 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 제한 장치 내에서의 에러 전류의 출현을 통해. 효율적인 "루프 값"의 열화의 보호를 준비하는 것을 허용하고, 실패 장치의 일반적인 작동 상태 "건강"의 표시를 제공한다. 이러한 표시는 실패가 발생할 때를 나타내는 역할을 하는 예측 방식으로 유리하게 채용될 수 있다. 그러므로, 인식되는 바와 같이, 본 발명의 것과 같은 모니터 구성체, 및 관련 방법은 전압 제한 수단이 전압 제한기에서 서지 발생시에 저항을 우회시키는 역할을 하도록 유리하게 배치될 수 있다.

이러한 우회는 전압 제한기가 그 기능을 수행하도록 하는 것을 돕고, 저항기를 가로질러서 발달하는 잠재적인 손상 전압을 방지한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 오직 예시에 의해 이하에 추가로 설명된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단순화된 회로 구성의 개략도,
도 2는 회로 및 제어 장치로부터 모니터링하기 위한 전력의 순화를 포함하고, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 단순화된 회로 구성의 개략도,
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단순화된 회로 구성의 개략도로서, 회로 및 제어 장치로부터 모니터링하기 위한 전력의 순화를 포함하는 도면.

이하에 지적된 바와 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 실시예의 작동은 처리 제어 회로 구성의 4㎃ 내지 20㎃ 아날로그 입력 및 출력 루프 내에서 채용된 것과 같은 서지 어레스터의 형태의 전압-제한 장치의 문맥 내에 있다. 이러한 구성은 디지털 입력/출력 신호를 위한 배터리 파워의 공급을 허용할 수 있다. 그러나, 이는 단지 본 발명의 많은 예시 중 하나의 예시가 되고, 본 발명의 개념은 다른 구성을 위해, 실제로, 광범위한 다른 회로 보호 시나리오 내에서 채용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

그러나, 4㎃ 내지 20㎃ 루프가 함께 사용되는 도시된 실시예는 특히, 본 발명에 의해 제공된 유익한 민감성 및 정확도를 나타낸다. 이러한 일례에서는, 전압-제한 장치 내에서 흐르는 에러 전류가 문턱 값을 초과하면, 모니터링 장치는 이러한 전류를 나타내도록 배치될 수 있다. 이러한 루프를 위해, 이러한 문턱 값, 즉 모니터링을 위한 알람 지점은 예를 들면 대략 100㎂까지 내려갈 수 있다. 이러한 -레벨은 루프의 작동 범위의 대략 1%를 나타내도록 유리하게 선택될 수 있다. 이러한 작동 범위의 퍼센티지 값은 보통, 루프 제어 장치의 공차에 대응한다. 바람직한 값은 100㎂이다. 또한, 이러한 상황에서, 열화의 검출이 100㎂의 에러 전류 값에서 발생할 것임을 고려하면, 이러한 값의 에러 전류가 25㎽ 초과로 소산될 것 같지 않기 때문에, 열분석은 물론, 용이하게 이용되지 않을 것이다.

이상 장치를 통해 전류 값을 감지하는 것에 의한 모니터링은 유리하게 이러한 제한을 겪지 않는다.

먼저, 도 1을 참조하면, 서지 전류/전압이 예를 들면, 낙뢰에 의해 제어 루프(10) 내에 발생할 수도 있는 환경에서 작동하는 현장 장치(12)와 제어 장치(14) 사이에서의 제어/데이터 신호의 교환을 위해 배치된 제어 루프(10)가 도시된다. 루프(10)는 제어 장치(14)를 현장 장치(12)에 연결하는 역할을 하고, 이러한 제어 장치(14)는 보통, 프로그램 가능 로직 제어기(programmable logic controller; PLC), 분산형 제어 시스템(distributed control system; DCS), 또는 긴급 차단(emergency shutdown; ESD) 시스템을 포함할 수 있다.

이러한 서지 전류에 대해 보호하기 위해서, 본 예에서는 과도 전압 억제기(TVS)(16)의 형태의 서지 어레스터가 루프(10) 내에서 임의의 이러한 서지의 에너지를 흡수하도록 채용되고, 서지가 현장 장치(12), 또는 제어 장치(14)에서 나타나고, 어쩌면 이들 장치를 손상시키거나 파괴하는 것을 방지한다. 그러므로, 전압 제한기(16) 및 이와 관련된 모니터는 나타낸 실시예의 현장 장치(12) 또는 제어 장치(14), 또는 요구된다면, 양자에 근접하여 위치될 수 있다.

그러나, 특히 본 발명의 문맥 내에서, TVS(16)와 같은 전압-제한 장치는 하나 이상의 서지를 흡수한 후에, 최종적인 실패 이전에, 시간이 지남에 따라 열화되는 희생 장치일 수 있다. 이러한 열화 및 부분적인 실패의 결과로서, TVS(16)는 적은 에러 전류를 전도하기 쉬워질 것이다. 이러한 전류의 존재는 루프(10)의 요구된 작동에 악영향을 줄 수 있어서, 그들의 존재가 이상적으로 식별되어야 한다.

TVS(16)가 누설되기 시작할 때, 루프(10)로부터의 전류를 빼앗지만, 이러한 누설 에러가 루프 내에 있는 효과는 처리 폐쇄 루프 내에서의 보상으로 인해 즉시 인지될 것이다. 예를 들면, 상기 언급된 것들에 제한되지는 않지만, 이들과 같은 상이한 가능 제어 장치를 고려해볼 때, 전형적으로 DCS 사용자는 루프 제어 지점이 이동되었다는 알람을 수용하지만, 현장 장치가 존재하는 플랜트는 계속해서 작동할 것이고, 전형적으로, 그 다음에 조사는 인지된 문제를 인식하도록 플랜트에서 개시되어야 할 것이다.

그러나, PLC 사용자는 루프가 작동을 정지하거나, 고장 레벨로 열화될 때까지 이러한 에러를 인지하지 못할 것이다.

아날로그 입력 루프의 경우에는, 에러가 보다 신속하게 인지될 것이고, 예를 들면 DCS 사용자의 경우에는 사정거리 외에서 알람이 발생할 수도 있다. 그러나 사용은 ESD와 관련하여 보다 문제가 많아서, 플랜트-차단 절차가 개시될 것이다. 이러한 차단은 치명적이고 및/또는 비용이 많이 든다는 것을 나타내고, 그에 따라 본 발명에 의해 제공된 바와 같은 분석법의 사용은 특히 매력적임을 나타낸다.

이러한 분석 감지를 제공하기 위해서, 도 1의 본 발명의 나타낸 실시예는 TVS(16)가 실패하기 시작하면, TVS(16) 내에서 흐르는, 어쩌면 보다 적은 에러 전류를 알아내는 역할을 하는 모니터링/감지 구성체(18)를 제공한다. 특히 유익하고 간단한 방식으로 이를 달성하기 위해, 본 발명의 감지 구성체(18)는 TVS(16)와 직렬-연결된 저항기(20)와 같은 저항을 채용하고, 그에 따라 에러 전류가 TVS(16) 내에서 흐르기 때문에, 이 에러 전류는 또한 저항기(20)를 통해 흐를 것이다.

그러나, 인식되어야 하는 바와 같이, 적은 에러 전류 값에 관련되고, 특히 관련된 신호-대-잡음 비를 고려하는 요구된 민감성 및 정확도 면에서, 높은 값은 저항기(20)를 위해 선택되어야 한다. 그러나 결국, 서지 전류가 직렬-연결된 저항기(20) 및 TVS(16)를 통과하는 한에 있어서 서지가 발생될 때, 이러한 높은 값은 문제가 많다는 것을 나타낼 수 있다. 높은 저항값으로 인해, 큰 전압은 저항기 및/또는 이 저항기에 연결된 감지 구성체의 나머지 부분을 손상시키기만 할 수도 있는 저항기(20)를 가로질러서 발전될 것이지만, 그 다음에 서지와 관련된 많은 에너지는 TVS(16) 내에서 흡수되는 것보다는 간단히 현장 장치(12)에 전달될 것이다.

그러나, 작은 값의 저항기가 TVS(16) 내에서의 서지 에너지의 요구된 흡수를 허용하고, TVS(16)의 단자부를 가로질러서 작은 전압을 발전시킬 것이지만 (그리고, 감지 구성체의 나머지 부분을 그렇게 손상시키지 않을 것이지만), 작은 저항 값이 열화된 TVS(16) 내에서 에러 전류를 알아내는 초기 단계에 완전히 부적절할 것이기 때문에, 작은 값의 저항기의 선택은 실행 가능한 대안이 아니다.

본 발명은 높은-값 저항기(20)의 단자부를 가로질러서 이 저항기(20)와 함께 병렬로 작동하는 전압 제한 스위치 구성체(22, 24)의 채용을 통해 저항기(20)의 사용을 유리하게 허용한다. 도 1의 나타낸 실시예에 있어서, 이 전압 제한 스위치 구성체는 한 쌍의 백-투-백 다이오드(22, 24)를 포함한다. 이하에 설명되는 바와 같이, 다이오드 쌍(22, 24)은 서지 전압이 저항기(20)를 가로질러서 발전할 때 켜지도록 배치되고, 일단 켜지면 (순방향 바이어스된) 방대한 서지 전류가 다이오드(22 또는 24) 중 하나를 거쳐서, 그리고 TVS(16)로 우회되며, 서지와 관련된 에너지는 현장 장치로 전달되는 것보다 필요에 따라 흡수될 수 있다. 다이오드 쌍(22, 24)은 저항기(20)를 가로질러서 나타나는 전압을 순방향 바이어스 전압(0.7V 내지 1.2V)으로 제한하고, 또한 감지 구성체의 나머지 부분에 대한 손상을 방지하는 역할을 한다. 인식되는 바와 같이, 다이오드(22)는 서지 전류가 다이오드(20)를 통해 작동되는 것과 비교해서 역방향으로 있을 때 작동되도록 배치된다.

따라서, 본 발명의 모니터링 구성체에 의해, 예를 들면 잠재적인 서지에 대한 적절한 보호가 루프(10)에 제공될 수 있고, 비-서지(즉, 정상 작동) 동안에도, 감지 구성체는 전압 제한기를 통한 적은 에러 전류를 검출하기에 충분히 민감하고, TVS(16)의 열화의 조기 표시를 제공한다.

도시된 바와 같이, 저항기(20)에 흐르는 에러 전류는 높은 입력 임피던스 연산 증폭기를 바람직하게 채용하는 전류 센서(26)에 의해 감지된다. 이하에 추가로 설명하는 바와 같이, 감지 구성체는 TVS(16) 내의 에러 전류가 예를 들면, 100㎂의 문턱 값을 초과하면 열화의 표시를 제공하는 역할을 한다.

이제 도 2를 참조하면, 루프 자체로부터, 특히 제어 장치로부터 감지 구성체를 위한 요구된 입력 전력을 구하기 위한 특징부를 포함하는 본 발명의 제 2 실시예가 도시된다. 이러한 실시예에 있어서, 감지는 도시된 바와 같이 회로의 상부 부분에 제공된다.

이러한 제 2 실시예는 제어 장치(32)로부터 현장 장치(34)로의 제어 인터페이스를 제공하는 제어 루프(30)와 관련하여 다시 도시되고, 이 루프(30)는 도 1의 실시예와 같이, TVS(36)에 직렬-연결된 저항기(38), 이 저항기(38)에 병렬로 연결된 백-투-백 다이오드 쌍(40, 42)을 포함하고, 저항기(38)를 가로질러서 발생하는 전압을 제한하고, 모든 서지 전류를 TVS(36)로, 그리고 이 TVS(36), 따라서 저항기(38)를 통해 흐르는 에러 전류를 결정하도록 배치된 전류 센서(44)로 전달하는 역할을 하는 감지 구성체에 연결되는 TVS(36)와 같지만 이에 한정되지 않는 서지 어레스터를 포함한다.

그러나, 도시된 바와 같이, 추가의 회로 소자가 포함되고, 이 회로 소자에 의해, 감지 구성체는 루프(30)로부터, 특히 이 루프(30)의 제어 장치(32) 측으로부터 효율적으로 수집을 통해 전력을 획득한다.

이러한 추가의 소자는 모니터에 전력을 공급하기 위한 전위차를 생성하는 전압 강하를 제공하는 역할을 하는 직렬-연결 다이오드(48, 50)를 포함하고, 루프(30)에 연결된 전압 강하 구성체(46)를 포함한다. 추가의 다이오드(52)가 보호를 제공하고, 다이오드의 극성과 관계없이 임의의 서지 전류를 허용하며, 수집 회로를 완성하도록 포함된다. 이러한 구성의 다이오드는 서지 어레스팅 작동에 바람직하지 않은 효과를 주지 않는다.

인디케이팅 수단(54)은 사용자가 TVS(36)의 상태를 모니터링하게 한다. 지적된 바와 같이, 이러한 인디케이팅 수단은 모니터링의 가청, 시각적, 무선, 전기 신호 표시를 제공하든, 실제로 이들의 임의의 조합을 제공하든, 임의의 적절한 구성요소를 포함할 수 있다. 하나의 특정 예에 있어서, 인디케이팅 수단은 모니터링의 상태/결과의 요구된 표시를 제공하기 위해, 켜짐, 꺼짐 또는 다양한 이들의 출력으로 배치된 LED를 포함할 수 있다.

이제 도 3을 참조하면, 루프 자체로부터, 특히 제어 장치 측으로부터의 감지 구성체를 위해 요구된 입력 전력을 구하기 위한 특징부를 다시 포함하는 본 발명의 추가의 실시예가 도시된다. 그러나, 도 2에 도시된 제 2 실시예에 비해, 도 3의 실시예는 도시되는 바와 같이, 회로의 하부 부분 내에서 감지를 채용한다.

이러한 추가의 실시예는 제어 장치(62)로부터 현장 장치(64)로의 제어 인터페이스가 제공되는 제어 루프(60)에 대해 다시 도시되고, 이러한 루프(60)는 TVS(66)에 직렬-연결된 저항기(68), 이 저항기(68)에 병렬로 연결된 백-투-백 다이오드 쌍(70, 72)을 포함하고, 저항기(68)를 가로질러서 발생하는 전압을 제한하고, 모든 서지 전류를 TVS(66)로, 그리고 이 TVS(66) 및 따라서 저항기(68)를 통해 흐르는 에러 전류를 결정하도록 배치된 전류 센서(74)로 전달하는 역할을 하는 감지 구성체에 연결되는 TVS(66)와 같지만, 이에 한정되지 않는 서지 어레스터를 포함한다. 추가의 실시예의 감지 및 서지 보호 작동은 이전 실시예에 대해 설명되는 것이 수행된다.

그러나, 도시된 바와 같이, 추가의 회로 소자가 포함되고, 이 회로 소자에 의해, 감지 구성체는 루프(60)로부터, 그리고 특히 루프(60)의 제어 장치(62)로부터 효율적으로 수집을 통해 전력을 획득한다.

이러한 추가의 요소는 모니터에 전력을 공급하기 위해 전위차를 생성하도록 전압 강하를 제공하는 역할을 하는 직렬-연결된 다이오드(78, 80 및 82)를 포함하고, 전압 강하 구성체(76)로부터 전류 센서(74)로의 전력 공급 라인에 연결되는 전압-강하 구성체(76)를 포함한다. 추가의 다이오드(84 및 86)는 후방 서지 보호를 제공하고, 극성과 관계없이 서지 보호를 제공하도록 포함된다. 이러한 구성의 다이오드는 서지-어레스팅 작동에 바람직하지 않은 영향을 주지 않는다.

인디케이터 수단(88)은 사용자가 TVS(66)의 상태를 모니터링하게 한다. 지적된 바와 같이, 이러한 인디케이팅 수단은 모니터링의 가청, 시각적, 무선, 전기 신호 표시를 제공하든, 실제로 이들의 임의의 조합을 제공하든, 임의의 적절한 구성요소를 포함할 수 있다. 하나의 특정 예에 있어서, 인티케이팅 수단은 모니터링의 상태/결과의 요구된 표시를 제공하기 위해, 켜짐, 꺼짐 또는 다양한 이들의 출력으로 배치된 LED를 포함할 수 있다.

그러나, 하나의 가능한 대안예로서, 외부 전력 공급원이 모니터의 제어/센스/표시 회로에 전력을 공급하도록 제공될 수 있다.

이러한 설계 고려사항은 본 발명의 분석 회로를 위한 루프로부터 전력의 수집에 특히 유리하다는 것을 증명할 수 있고, 제어 루프의 정확도에 영향을 미치지 않는다.

그러므로, 인식되는 바와 같이, 본 발명은 전압-제한 장치가 부분적으로 실패될 때 적은 에러 전류를 검출하는 방식으로, 그리고 예를 들면, 낙뢰가 발생할 때 서지 어레스팅이 상당한 에너지를 흡수하는 것을 방지하지 않는 방식으로, 전압-제어 장치를 채용하고 있는 회로를 보호하기 위한 실제적인 해결책을 제공한다.

그러므로, 본 발명은 전압-제한 장치에서의 열화, 그리고 차후에 장치의 완전한 실패의 표시를 제공한다. 이러한 표시는 전기 신호, 가청, 시각적, 무선, 및 릴레이 수단과 같지만, 이에 한정되지 않는 적절한 수단에 의해 제공될 수 있다. 하나의 특정 예는 하나 이상의 LED 인디케이터를 포함한다. 각각의 장치는 각 요구된 상이한 표시, 즉 열화 또는 실패를 제공할 수 있고, 일반적인 장치는 상태, 즉 장치의 열화 또는 실패에 응답하는 상이한 출력 패턴을 제공하도록 채용 및 배치될 수 있다.

Claims (27)

1. 전압-제한기에 직렬-연결되도록 구성된 저항을 통과하는 전류를 감지함으로써 상기 전압-제한기를 통과하는 전류를 모니터링하도록 구성된 전압-제한기 모니터에 있어서,
   상기 전압-제한기 모니터는, 상기 저항을 가로질러서 발생하는 전압을 제한하도록 상기 저항에 작동적으로 연결된 전압 제한 수단을 더 포함하고,
   상기 전압 제한 수단은, 상기 전압-제한기에서 서지 발생시에 저항을 우회시키도록 구성되며,
   상기 전압 제한 수단은, 상기 저항과 병렬인 다이오드 스위치 수단을 포함하는
   전압-제한기 모니터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전압 제한 수단은 상기 저항과 병렬로 연결된 백-투-백 다이오드 쌍을 포함하는
   전압-제한기 모니터.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 전압-제한기는 서지 어레스터이고,
   상기 서지 어레스터의 작동을 모니터링하도록 구성되는
   전압-제한기 모니터.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 직렬-연결된 저항을 통과하는 전류를 감지하도록 구성된 감지 회로를 포함하는
   전압-제한기 모니터.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 전압-제한기가 채용되는 회로로부터 전력을 수용하도록 구성되는
   전압-제한기 모니터.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 전압-제한기를 채용하는 상기 회로 내에 전압 강하 요소를 포함하는
   전압-제한기 모니터.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전압 강하 요소는 적어도 2개의 직렬-연결된 다이오드 장치를 포함하는
    전압-제한기 모니터.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압-제한기의 열화를 나타내는 역할을 하는 상기 전압-제한기를 통한 전류가 식별될 때에 대해 표시를 제공하도록 구성된 인디케이팅 수단을 포함하는
    전압-제한기 모니터.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압-제한기의 실패를 나타내도록 구성된 인디케이팅 수단을 포함하는
    전압-제한기 모니터.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항은 저항기를 포함하는
    전압-제한기 모니터.
14. 회로 내에 작동적으로 연결된 전압-제한기를 모니터링하는 방법에 있어서,
    상기 전압-제한기에 직렬-연결된 저항을 통과하는 전류를 감지하는 것에 의해 상기 전압-제한기를 통과하는 전류를 감지하는 단계를 포함하고,
    문턱 값을 초과하는 전압에 대한 전압 제한 수단을 이용하여, 상기 문턱 값이 초과되면 상기 저항을 가로질러서 위치된 다이오드 스위치 수단을 켜는 것에 의해, 상기 저항을 가로질러서 발생하는 상기 전압을 제한하는 단계를 포함하며,
    상기 전압-제한기에서 서지 발생시에 상기 전압 제한 수단에 의해 상기 저항을 우회시키는 단계를 포함하는
    전압-제한기 모니터링 방법.
15. 삭제
16. 삭제
17. 제 14 항에 있어서,
    회로 보호 장치의 형태의 전압-제한기를 모니터링하기 위한
    전압-제한기 모니터링 방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    서지 어레스터의 형태의 전압-제한기를 모니터링하기 위한
    전압-제한기 모니터링 방법.
19. 제 14 항에 있어서,
    상기 모니터링에 요구되는 작동 전력은, 상기 전압-제한기가 채용되는 상기 회로로부터 공급되는
    전압-제한기 모니터링 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 모니터링을 위한 작동 전력은, 상기 전압-제한기가 채용되는 상기 회로 내의 전압을 강하시킴으로써 얻어지는
    전압-제한기 모니터링 방법.
21. 제 14 항에 있어서,
    상기 저항을 통과하는 전류를 감지하는 단계는 상기 전류가 문턱 값을 초과할 때를 감지하는 단계를 포함하는
    전압-제한기 모니터링 방법.
22. 제 14 항에 있어서,
    상기 전압-제한기의 실패 또는 상기 전압-제한기의 열화를 나타내는 역할을 하는 전압-제한기를 통한 전류가 식별될 때, 상기 전압-제한기를 통과하는 감지된 전류의 표시를 제공하는 단계를 포함하는
    전압-제한기 모니터링 방법.
23. 제 14 항에 있어서,
    상기 전류를 감지하는 단계는 상기 전압-제한기에 직렬-연결된 저항기를 통한 전류를 감지하는 단계를 포함하는
    전압-제한기 모니터링 방법.
24. 제 1 항에 기재된 상기 전압-제한기 모니터 및 전압-제한기를 포함하는
    회로 보호 구성체.
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