KR102257317B1 - 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치에 관한 것으로서, 제 1 전원을 부하에 연결하기 위한 제 1 스위치; 제 1 전원에 이상이 발생하는 경우 제 2 전원을 상기 부하에 연결하기 위한 제 2 스위치; 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 동작을 제어하는 스위칭 제어부; 상기 스위칭 제어부에 전원을 공급하는 제어전원; 상기 제어전원의 동작을 감지하는 바이패스 제어부; 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 제 1 전원을 부하에 연결하는 바이패스 스위치;를 포함하고, 상기 바이패스 제어부는 상기 제어전원의 동작을 감지하는 제어전원 감지부와 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 바이패스 스위치의 여자를 소거하는 여자 소거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치{Source transfer switch with automatic bypass function}
본 발명은 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치에 관한 것으로서, 전원 절체 스위치의 안정성을 증대하도록 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치에 관한 것이다.
종래의 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)나 전원 절체 스위치(STS: Source Transfer Switch)의 경우 무순단 절체를 위하여 자동 절체 스위치(ATS: Automatic Transfer Switch)로 릴레이나 MC(Magnetic Contact) 및 다이리스터(Thyristor) 등 전력변환 소자를 이용한 절체 방식으로 구성되어 있으며 더 나아가 2가지 이상의 스위치를 병렬로 혼용해서 사용하고 있다.
종래의 이중화 전원을 출력에 끊김 없이 무순단으로 전원을 공급하고자 하는 자동 절체 스위치의 경우 무순단 절체를 위하여 입력과 출력을 연결하는 스위치 및 내부의 제어신호를 발생하여 주는 스위칭 제어부는 입력전원 또는 출력전원을 공급받아 스위치를 제어하며 전원 절체 스위치(STS: Source Transfer Switch)의 경우 온/오프(On/Off) 신호에 따라서 이중화 전원 중 정상적인 전원을 출력으로 공급하여 부하가 정전으로 인해 정지되지 않도록 하고 있다.
그러나 스위칭 제어부가 내부 이상 및 스위칭 제어부에 공급되는 전원 등에 이상이 발생하는 경우 STS를 구성하는 스위치가 제대로 동작하지 않고 모두 오프(OFF)되는 경우가 발생하게 되고, 또한 STS의 전력스위치와 병렬로 구성되어 있는 릴레이나 MC 등이 있는 경우에도 릴레이나 MC 등의 코일 여자를 담당하는 제어회로가 이상이 발생할 경우 모두 오픈(Open)되어 부하에 전원을 공급하지 못하게 된다.
이러한 원인으로 인하여 부하에 전원을 공급하지 못하는 경우 STS의 목적을 달성하지 못하고 오히려 STS가 부하에 전원을 공급하지 못하게 하는 외란으로 작용하여 제품으로서의 신뢰성을 잃게 되며, ATS의 경우에는 고속 절체가 이루어지지 못하여 반도체, 바이오, 화학, 첨단제품을 생산하는 자동제어 시스템의 망실 발생으로 제품의 불량, 재가동시 준비 작업에 따른 작업 지연 등 막대한 피해를 초래하는 문제점이 있다.
특허출원 제10-2018-0087494호는 전원 절체 스위치에 관한 것으로서 반도체 제조 공정 설비에 공급되는 무정전 전원 공급 장치의 출력 전원이 불안정한 경우 안정적인 예비전원을 무순단으로 공급하기 위하여 구동제어부에 의해서 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자를 온(On) 또는 오프(Off)하여 무정전 전원 공급 장치 또는 예비전원을 반도체 제조 공정 설비에 공급하고 있으나, 상기 구동제어부의 동작에 이상이 발생하는 경우 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자가 모두 오프(Off)되어 상기 반도체 제조 공정 설비에 전원이 공급될 수 없다는 문제점이 있다.
특허출원 제10-2018-0165436호는 과전류 보호 전원 절체 스위치에 관한 것으로서 반도체 제조 공정 설비 일부에서 단락 사고가 발생하더라도 나머지 반도체 제조 공정 설비에는 안정적인 예비전원을 무순단으로 공급하기 위하여 구동제어부에 의하여 제 1 스위칭 소자를 오프(Off)하고 제 2 스위칭 소자를 온(On)하기 위하여 제 2 스위치 소자의 SCR 스위치, FET 양방향 스위치가 순차적으로 턴온되도록 하고 있으나, 상기 구동제어부의 동작에 이상이 발생하는 경우 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자가 모두 오프(Off)되어 상기 반도체 제조 공정 설비에 전원이 공급될 수 없다는 문제점이 있다.
특허출원 제10-2018-0087494호 특허출원 제10-2018-0165436호
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 이중화 전원 중 양질의 전원을 부하에 공급하는 전원 절체 스위치가 오프(Off)되어 부하에 공급되는 전원이 차단되는 경우 자동적으로 설정된 전원을 부하에 신속하게 연결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스위칭 제어부의 기능이 상실되는 것을 감지하여 자동적으로 전원을 부하에 신속하게 연결함으로써 전원 절체 스위치의 안정성을 증대하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.
본 발명은 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치에 관한 것으로서, 제 1 전원을 부하에 연결하기 위한 제 1 스위치; 제 1 전원에 이상이 발생하는 경우 제 2 전원을 상기 부하에 연결하기 위한 제 2 스위치; 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 동작을 제어하는 스위칭 제어부; 상기 스위칭 제어부에 전원을 공급하는 제어전원; 상기 제어전원의 동작을 감지하는 바이패스 제어부; 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 제 1 전원을 부하에 연결하는 바이패스 스위치;를 포함하고, 상기 바이패스 제어부는 상기 제어전원의 동작을 감지하는 제어전원 감지부와 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 바이패스 스위치의 여자를 소거하는 여자 소거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어전원 감지부는 저항소자(R1, R2)를 통하여 상기 제어전원의 전압을 감지하고, 상기 여자 소거부는 저항소자(Re)를 통하여 상기 바이패스 스위치의 여자를 소거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 스위칭 제어부에 소정의 시간 동안 전원을 공급하는 전원 유지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 바이패스 스위치는 릴레이 스위치인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이중화 전원을 부하에 연결하는 전원 절체 스위치를 위한 자동 바이패스 회로에 관한 것으로서, 이중화 전원을 부하에 연결하는 스위칭 제어부에 전원을 연결하는 제어전원의 동작을 감지하는 전압 감지부; 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 제 1 전원을 부하에 연결하는 바이패스 스위치; 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 바이패스 스위치의 여자를 소거하는 여자 소거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 스위칭 제어부에 소정의 시간 동안 전원을 공급하는 전원 유지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 바이패스 스위치는 릴레이 스위치인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 효과는 이중화 전원 중 양질의 전원을 부하에 공급하는 전원 절체 스위치가 오프(Off)되어 부하에 공급되는 전원이 차단되는 경우 자동적으로 설정된 전원을 부하에 신속하게 연결하는 것을 가능하게 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 효과는, 스위칭 제어부의 기능이 상실되는 것을 감지하여 자동적으로 전원을 부하에 신속하게 연결함으로써 전원 절체 스위치의 안정성을 증대하는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치가 상시전원과 예비전원에 연결되는 전체적인 구성도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치가 상시전원과 예비전원에 연결되는 구체적인 회로도를 도시한다.
도 3은 상시전원이 부하에 인가되기 시작할 때 또는 상시전원이 정상적으로 동작할 때 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 동작을 도시한다.
도 4는 상시전원에 이상이 발생하는 경우 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 동작을 도시한다.
도 5는 제어전원에 이상이 발생하는 경우 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 동작을 도시한다.
도 6은 본 발명의 이중화 제어전원을 구비한 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 구성도를 도시한다.
도 7(a), 도 7(b)는 본 발명의 자동 바이패스 기능의 동작모드를 나타내는 타이밍도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 다른 일실시예의 구체적인 회로도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 또 다른 일실시예의 구체적인 회로도를 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.
반도체 제조 공정뿐만 아니라, 바이오 및 화학 공정 등에서 사용되는 전원은 중요한 부하에 끊기지 않고 항상 공급되도록 하여 전체 공정에 공급되는 전원의 안정성을 유지해야 한다.
본 발명에서는 무순단 전원 절체 스위치의 경우 최악의 조건에서도 입력 전원을 부하에 공급하여야 하기 때문에 제어전원의 고장시에도 항상 부하에는 정상 전압이 공급될 수 있도록 한다. 무순단 전원 절체 스위치의 경우 매우 민감한 부하에 공급되는 전원에 특히 많이 사용되고 있으며 전원 안정성을 위하여 무정전 전원 공급 장치 또는 상전원을 이용하며 평상시에는 무정전 전원 공급 장치를 통하여 전원을 공급하고 있으며 무정전 전원 공급 장치의 이상이나 수리시에는 예비전원인 상전원으로 절체하여 전원을 안정하게 공급한다.
도 1은 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치가 상시전원과 예비전원에 연결되는 전체적인 구성도를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치에 관한 것으로서, 상시전원(10)을 부하에 연결하기 위한 제 1 스위치(S1), 상기 상시전원(10)에 이상이 발생하는 경우 예비전원(20)을 상기 부하에 연결하기 위한 제 2 스위치(S2), 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)의 동작을 제어하는 스위칭 제어부(40), 상기 스위칭 제어부(40)에 전원을 공급하는 제어전원(30), 상기 제어전원(30)의 동작을 감지하는 바이패스 제어부(200), 상기 제어전원(30)에 이상이 발생하는 경우 상기 상시전원(10)을 부하에 연결하는 바이패스 스위치(100)를 포함하고 있다.
상기 제어전원(30)은 상시전원(10) 또는 예비전원(20)으로부터 전원을 공급받아 상기 스위칭 제어부(40)에 전원을 공급하며, 상기 바이패스 제어부(200)는 상기 제어전원(30)의 동작을 감지하는 제어전원 감지부(210)와 상기 제어전원(30)에 이상이 발생하는 경우 상기 바이패스 스위치(100)의 여자를 소거하는 여자 소거부(220)를 포함하고 있다.
도 2는 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치가 상시전원과 예비전원에 연결되는 구체적인 회로도를 도시한다.
도 2를 참조하면, 바이패스 스위치(100)는 단자 ⓐ, 단자 ⓑ, 단자 ⓒ를 인터록 방식으로 제어하고 바이패스 제어부(200)의 전압 감지부(210)인 저항 R1, R2를 통하여 제어전압을 감지하며, 제어전원(30)이 상실되는 경우 여자 소거부(220)에 의하여 바이패스 스위치(100)의 여자를 즉시 소거하여 단자 ⓒ가 단자 ⓐ에 2 msec 내에 연결되도록 한다.
다이오드 D1은 캐패시터 C의 에너지가 바이패스 스위치(10)와 바이패스 제어부(200)로 흐르는 것을 차단하여 캐패시터 C에 의한 홀드업타임(hold-up time)의 영향을 제거하고 제어전원(30)이 상실되는 경우에 다이오드 D1과 캐패시터 C를 통하여 스위칭 제어부(40)는 홀드업 타임(Hold-up Time) 동안 동작이 유지되도록 하여 바이패스 제어부(200)의 여자 소거 속도를 증대함으로써 바이패스 스위치(100)의 무순단 절체 동작을 충족시킬 수 있게 된다.
제어전원(30)이 상실되는 경우에는 단자 ⓒ가 단자 ⓐ에 연결되고 단자 ⓒ가 단자 ⓑ에는 연결되지 않고, 제어전원(30)이 정상적으로 동작하는 경우에는 단자 ⓒ가 단자 ⓑ에 연결되도록 한다.
상기 전압 감지부(210)인 저항 R1, R2를 통하여 제어전압의 정상 또는 상실 여부를 감지함에 따라 션트 레귤레이터 TL과 발광 다이오드 D3가 온(On) 또는 오프(Off) 상태로 전환될 수 있다.
보조전원(300)은 션트 레귤레이터 TL, 발광 다이오드 D3, 트랜지스터 Tr2의 동작과 함께 전류 제한을 통한 부품 파괴 방지를 위해 사용되고, 트랜지스터 Tr2는 스위치 소자로서 션트 레귤레이터 TL와 포토 커플러(D3, Tr1)의 동작 상태에 따라 온(On) 또는 오프(Off) 상태로 전환되며, 트랜지스터 Tr2가 온(On) 상태로 전환되는 경우 저항 Re를 통해서 바이패스 스위치(100)의 여자 상태가 강제로 소거되도록 한다.
제어전원(30)이 상실되는 경우, 바이패스 제어부(200)의 각 소자의 상태를 구체적으로 살펴보면, 상기 전압 감지부(210)인 저항 R1, R2를 통하여 제어전원(30)의 상실 여부가 감지되어 션트 레귤레이터 TL이 오프(Off) 상태가 되고, 포토 커플러(D3, Tr1)도 오프(Off) 상태가 되며, 보조전원(300)과 저항 R3에 의하여 트랜지스터 Tr2가 온(On) 상태로 전환되게 되어 저항 Re를 통해서 바이패스 스위치(100)의 여자 상태가 신속하게 소거된다.
도 3은 상시전원이 부하에 인가되기 시작할 때 또는 상시전원이 정상적으로 동작할 때 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 동작을 도시한다.
도 3을 참조하면, 상시전원(10)과 예비전원(20)이 공급되지 않은 제품 설치시 초기 상태에는 제어전원(30)이 스위칭 제어부(40)에 전원을 공급하지 못하여 부하(50)에 상시전원(10)과 예비전원(20)이 모두 공급되지 못하는 상태이고, 상시전원(10)이 공급되기 시작하면 제어전원(30)에도 전원이 공급되고 전압 감지부(210)인 저항 R1, R2를 통하여 제어전원(30)의 전압이 감지되어 션트 레귤레이터 TL과 포토 커플러(D3, Tr1)가 온(On) 상태가 되어 트랜지스터 Tr2와 저항 Re는 비활성 상태로 유지된다.
바이패스 스위치(100)의 단자 ⓒ는 단자 ⓑ와 연결되어 상시전원(10) 또는 예비전원(20)이 부하(50)에 공급될 수 있도록 무순단 절체 스위치의 기능이 활성화된다.
결국 상시전원(10) 또는 예비전원(20) 중 어느 하나의 전원을 스위칭 제어부(40)가 온(On) 또는 오프(Off)하여 부하(50)에 공급할 수 있는 상태에서 상시전원(10)에 이상이 없을 경우 제 1 스위치(S1)를 스위칭 제어부(40)가 온(On)하여 상시전원(10)이 부하(50)에 공급되는 상태가 된다.
도 4는 상시전원에 이상이 발생하는 경우 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 동작을 도시한다.
도 4를 참조하면, 상시전원(10)에 저전압 또는 과전압으로 인한 이상이 발생하는 경우 스위칭 제어부(40)가 이를 판단하여 제 1 스위치(S1)를 오프(Off)하고 제 2 스위칭(S2)를 온(On)하여 예비전원(20)을 부하(50)로 공급하게 된다. 이 때 전압 감지부(210)인 저항 R1, R2를 통하여 제어전원(30)의 전압이 감지되어 션트 레귤레이터 TL과 포토 커플러(D3, Tr1)가 온(On) 상태가 되어 트랜지스터 Tr2과 저항 Re는 비활성 상태로 유지된다.
본 발명의 바이패스 스위치(100)는 제어전원(30)이 정상적으로 공급되고 있는 경우에는 상시전원(10)과 예비전원(20) 중 어느 하나의 전원이 항상 부하(50)에 공급될 수 있도록 하여 무순단 절체 스위치 내에서 동작하게 된다.
도 5는 제어전원에 이상이 발생하는 경우 본 발명의 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 동작을 도시한다.
도 5를 참조하면, 제어전원(30)에 이상이 발생하여 스위칭 제어부(40)가 제 1 스위치(S1)와 제 2 스위치(S2)를 온(On) 또는 오프(Off)하는 기능을 상실하고 제 1 스위치(S1)와 제 2 스위치(S2)가 모두 오프(Off)된 경우 부하(50)에 전원이 공급되지 아니하여 자동적으로 바이패스 제어부(200)의 트랜지스터 Tr2가 온(On)되어 저항 Re를 통하여 바이패스 스위치(100)의 여자 상태를 즉시 소거함에 따라 단자 ⓒ가 상시전원(10)과 연결되어 있는 단자 ⓐ와 연결되어 상시전원(10)이 단자 ⓐ와 단자 ⓒ를 통하여 부하(50)로 공급된다.
션트 레귤레이터 TL은 감지된 전압이 설정값 이하인 경우 오프(Off)되고 감지된 전압이 설정값 이상인 경우 온(On)되는 특성을 가지며, 도 5에 도시된 경우는 제어전원에 이상이 발생하는 경우로서 감지된 전압이 설정값 이하가 되어 오프(Off) 상태가 되고, 저항 R3는 포토 커플러(D3, Tr1)와 트랜지스터 Tr2의 전류를 제한하여 소자 파괴를 방지하기 위한 소자이다.
포토 커플러(D3, Tr1)는 포토 다이오드 D3에 전류가 흐르면 포토 트랜지스터 Tr1를 온(On)되도록 하고 전류가 흐르지 않으면 오프(Off)되도록 하므로, 제어전원에 이상이 발생하면 션트 레귤레이터 TL은 오프(Off) 상태가 되어 보조전원(300)과 저항 R3에 의해 제한된 전류가 포토 다이오드 D3로 흐르지 않으며 이에 따라 포토 트랜지스터 Tr1은 오프(Off) 상태가 되고, 트랜지스터 Tr2의 베이스 또는 게이트에 전류 또는 전압이 형성되어 온(On) 상태가 되어 저항 Re가 동작하게 되므로, 바이패스 스위치(100)의 여자가 신속히 소거된다.
또한 상기 트랜지스터 Tr2는 바이폴러 접합트랜지스터(BJT: Bipolar Junction Transistor) 또는 전계효과트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
또한 이러한 상황을 사용자에게 바로 알려주는 경보시스템을 구성하면 사용자는 경보 상황을 바로 판단하여 STS를 바로 교체할 수도 있어 부하(50)에는 항상 전원이 공급되어 시스템에는 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
반도체 공정과 같은 전원에 매우 민감한 시스템에서는 STS의 신뢰성이 매우 중요하며 이중 전원 절체를 위하여 사용된 STS가 고장이 발생하는 경우 전원 사고가 항상 발생할 수 있다.
평균 무고장 시간(MTBF: Mean Time Between Failures)이 높게 설계된 STS의 경우에도 MTBF가 무한대가 될 수는 없기 때문에 이상이 발생할 수밖에 없는데, 이렇게 이상이 발생하는 경우에도 전원이 부하에 공급될 수 있는 방법이 필요하며 본 발명에서는 바이패스 스위치(100)와 바이패스 제어부(200)를 통하여 이를 구현할 수 있다.
이를 위하여 바이패스 스위치(100)로서 사용될 수 있는 릴레이는 여자 코일에 인가되는 전압에 따라 단자 ⓒ는 단자 ⓐ와 연결되거나 단자 ⓑ와 연결되는데, 상기 여자 코일에 인가되는 전압이 없으면 단자 ⓒ는 단자 ⓐ와 연결되고 상기 여자 코일에 전압이 인가되면 단자 ⓒ는 단자 ⓑ와 연결된다.
도 6은 본 발명의 이중화 제어전원을 구비한 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치의 구성도를 도시한다.
도 6을 참조하면, 일반적으로 전원 공급이 매우 중요한 반도체 제조 공정 등에서 상시전원(10)은 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)로 연결하고 예비전원(20)에는 한전전원이나 발전기를 연결하고 있다.
2개의 제어전원(30)은 상기 상시전원(10)과 예비전원(20)으로부터 교류 전원을 공급받아서 직류 전원으로 변환하여 2개의 제어전원(30) 중 어느 하나로부터 스위칭 제어부(40)에 전원 공급하며, 상기 스위칭 제어부(40)는 안정된 전원 공급에 의해서 제 1 스위치(S1)와 제 2 스위치(S2)를 온(On) 또는 오프(Off)할 수 있게 된다.
이 때, 스위칭 제어부(40)에 공급되는 전원은 캐패시터 C에도 공급되어 2개의 제어전원(30)이 모두 오프(Off)되는 경우에도 상기 캐패시터 C의 충전 전압이 일정 시간(hold-up time) 동안 유지되어 상기 스위칭 제어부(40)의 오동작 발생을 상기 일정 시간 동안 지연시키게 된다.
또한 상기 2개의 제어전원(30)은 각각 다이오드 D2를 통하여 바이패스 제어부(200)에 선택적으로 연결되고, 상기 2개의 제어전원(30) 중 어느 하나라도 전원이 공급되면 단자 ⓑ와 단자 ⓒ가 연결되도록 통상적인 전원 절체 스위치로서 동작하도록 한다. 또한 상기 다이오드 D1과 D2는 스위칭 제어부(40)에 공급되는 전원과 바이패스 제어부(200)에 공급되는 전원을 서로 디커플링(decoupling)시킬 수 있다.
만약, 2개의 제어전원(30)으로부터 모두 전원이 공급되지 못하면 바이패스 제어부(200)가 동작하여 여자 코일 R의 여자를 신속히 소거하도록 하여 바이패스 스위치(100)의 단자 ⓐ와 단자 ⓒ가 연결됨으로써 자동적으로 부하(50)에는 상시전원(10)이 공급될 수 있으므로, 2개의 제어전원(30)에 모두 이상이 발생하더라도 부하(50)에 항상 전원이 공급될 수 있어 제품의 신뢰도를 극대화시킬 수 있다.
또한 다이오드 D1, D2, 캐패시터 C, 바이패스 제어부(200)를 통하여 바이패스 스위치(100)를 온(On)/오프(Off)하기 위한 코일 R의 제어 시간과 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)의 제어 시간을 조절할 수 있으며, 예를 들면 바이패스 스위치(100)의 전환 시간에 따른 캐패시터 C의 용량을 조절함으로써 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)가 모두 오프(Off)되는 시간과 바이패스 스위치(100)가 초기화되는 시간의 간격을 최소화할 수 있다.
도 7(a), 도 7(b)는 본 발명의 자동 바이패스 기능의 동작모드를 나타내는 타이밍도를 도시한다.
도 7(a)는 캐패시터 C를 구비하고 있는 경우이고, 도 7(b)는 캐패시터 C를 구비하지 않고 있는 경우로서 먼저 도 7(a)를 참조하면, 제어전원(30)에 이상이 발생하여 전원이 공급되지 못하는 경우 다이오드 D1과 캐패시터 C에 의하여 스위칭 제어부(40)에 공급되는 전압이 설정된 일정 시간 동안 방전되면서 유지되는 모습을 방전곡선 ①이 나타내고 있고, 방전곡선 ②는 제어전원(30)에 이상이 발생하여 다이오드 D2를 통하여 바이패스 제어부(200)에 전원이 공급되지 못하여 전압이 떨어지는 모습을 나타내고 있다.
이를 시간별로 살펴보면, t1은 제어전원(30)으로부터 바이패스 제어부(200)에 전원이 공급되지 못하여 방전곡선 ②에 따라 전압이 감소된 후, 바이패스 스위치(100), 즉 릴레이의 단자 ⓒ가 단자 ⓑ에서 떨어지는 시작점이다.
t2는 바이패스 스위치(100), 즉 릴레이의 단자 ⓒ가 단자 ⓑ에서 떨어지고 단자 ⓒ가 단자 ⓐ와 연결되기 위하여 이동하기 시작하는 시점이며, t3는 단자 ⓒ가 단자 ⓐ와 연결된 시점이고 t4는 제 1 스위치(S1)와 제 2 스위치(S2)가 모두 오프(Off)된 시점이다.
상기 시간별 구간에서 부하(50)로 공급되는 전원이 끊어지는 시간은 t2 ~ t3 구간이며, 스위칭 제어부(40)에 인가되는 전원 공급을 일정 시간 유지하기 위한 캐패시터 C의 용량을 적절히 설정하면 상기 전원이 끊어지는 t2 ~ t3 구간의 시간을 최소화할 수 있다.
도 7(b)를 참조하면, 스위칭 제어부(40)에 인가되는 전원 공급을 일정 시간 유지하기 위한 캐패시터 C가 없는 경우, 제어전원(30)으로부터 바이패스 제어부(200)에 전원이 공급되지 못하여 방전곡선 ④에 따라 전압이 감소되면 스위칭 제어부(40)에 공급되는 전압도 방전곡선 ③에 따라 감소된다.
이를 시간별로 살펴보면, t5는 제어전원(30)으로부터 바이패스 제어부(200)에 전원이 공급되지 못하여 방전곡선 ④에 따라 전압이 감소된 후, 제 1 스위치(S1)와 제 2 스위치(S2)가 모두 오프(Off)되는 시점이고, t6는 바이패스 스위치(100), 즉 릴레이의 단자 ⓒ가 단자 ⓑ에서 떨어지는 시작점이며, t7은 바이패스 스위치(100), 즉 릴레이의 단자 ⓒ가 단자 ⓑ에서 떨어지고 단자 ⓒ가 단자 ⓐ와 연결되기 위하여 이동하기 시작하는 시점이고, t8은 단자 ⓒ가 단자 ⓐ와 연결된 시점이다.
상기 시간별 구간에서 부하(50)로 공급되는 전원이 끊어지는 시간은 t5 ~ t8 구간이며, 바이패스 스위치(100)로서 릴레이의 절체 시간이 통상적으로 5~20 msec라는 것을 고려하면 무순단 절체 시간을 보장하는 것이 어려우므로, 이러한 동작 모드에서는 부하(50)에 공급되는 전원이 끊어져 시스템이 셧다운(shut-down)됨을 알 수 있다.
결국 본 발명의 캐패시터 C의 용량을 조절함으로써 바이패스 스위치(100)로서 릴레이의 전환 시간이 다른 다양한 제품을 사용하더라도 기존 회로에 영향을 최소화할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 바이패스 제어부의 다른 일실시예의 구체적인 회로도를 도시한다.
도 8을 참조하면, 바이패스 제어부(200)는 저항 R1, R2에 의하여 제어전원(30)의 전압 상실을 감지하고 션트 레귤레이터 TL은 저항 R1, R2에 의하여 감지된 전압이 설정값 이하인 경우에 오프(Off)되고 설정값 이상인 경우에는 온(On)되는 특성에 의하여 제어전원(30)의 전압이 상실되어 오프(Off) 상태가 된다.
저항 R3는 트랜지스터 Tr1, Tr2의 전류 제한용으로서 소자 파괴를 방지하고, 트랜지스터 Tr1은 베이스에 전류가 흐르면 온(On) 상태가 되고 베이스에 전류가 흐르지 않으면 오프(Off) 상태가 되므로, 제어전원(30)의 전압이 상실되면 션트 레귤레이터 TL이 오프(Off)되고, 보조전원(300)과 저항 R3에 의하여 트랜지스터 Tr1의 베이스에 전류가 흐르게 되어 온(On) 상태가 된다.
트랜지스터 Tr2의 베이스에도 전류가 흐르고 온(On) 상태가 되어 저항 Re가 동작하게 되고, 저항 Re의 동작으로 바이패스 스위치(100)의 여자가 신속히 소거되도록 한다.
또한 상기 트랜지스터 Tr2는 바이폴러 접합트랜지스터(BJT: Bipolar Junction Transistor) 또는 전계효과트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)로 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 바이패스 제어부의 또 다른 일실시예의 구체적인 회로도를 도시한다.
도 9를 참조하면, 바이패스 제어부(200)는 제너 다이오드 ZD에 의하여 제어전원(30)의 전압 상실을 감지하고, 저항 R1, R2는 제너 다이오드 ZD와 트랜지스터 Tr3의 전류 제한을 위하여 사용되고, 저항 R3는 트랜지스터 Tr2, Tr3의 전류 제한용으로서 소자 파괴를 방지한다.
제어전원(30)의 전압 상실을 감지하면 트랜지스터 Tr3의 베이스에 전류가 형성되지 않아 오프(Off) 상태가 되어 보조전원(300)과 저항 R3에 의해 트랜지스터 Tr2의 베이스 또는 게이트에 전류 또는 전압이 형성되어 온(On) 상태가 되어 저항 Re가 동작하게 된다. 저항 Re의 동작으로 바이패스 스위치(100)의 여자가 신속히 소거되도록 한다.
10: 상시전원
20: 예비전원
30: 제어전원
40: 스위칭 제어부
50: 부하
100: 바이패스 스위치
200: 바이패스 제어부
210: 전압 감지부
220: 여자 소거부
300: 보조전원

Claims (7)

  1. 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치에 있어서,
    제 1 전원을 부하에 연결하기 위한 제 1 스위치;
    제 1 전원에 이상이 발생하는 경우 제 2 전원을 상기 부하에 연결하기 위한 제 2 스위치;
    제 1 스위치 및 제 2 스위치의 동작을 제어하는 스위칭 제어부;
    상기 스위칭 제어부에 전원을 공급하는 제어전원;
    상기 제어전원의 동작을 감지하는 바이패스 제어부;
    상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 제 1 전원을 부하에 연결하는 바이패스 스위치;를 포함하고,
    상기 바이패스 제어부는 상기 제어전원의 동작을 감지하는 제어전원 감지부와 상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 바이패스 스위치의 여자를 소거하는 여자 소거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어전원 감지부는 저항소자(R1, R2)를 통하여 상기 제어전원의 전압을 감지하고,
    상기 여자 소거부는 저항소자(Re)를 통하여 상기 바이패스 스위치의 여자를 소거하는 것을 특징으로 하는 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치.

  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 스위칭 제어부에 소정의 시간 동안 전원을 공급하는 전원 유지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치.

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 릴레이 스위치인 것을 특징으로 하는 자동 바이패스 기능을 갖는 전원 절체 스위치.

  5. 이중화 전원을 부하에 연결하는 전원 절체 스위치를 위한 자동 바이패스 회로에 있어서,
    이중화 전원을 부하에 연결하는 스위칭 제어부에 전원을 연결하는 제어전원의 동작을 감지하는 전압 감지부;
    상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 제 1 전원을 부하에 연결하는 바이패스 스위치;
    상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 바이패스 스위치의 여자를 소거하는 여자 소거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 바이패스 회로.

  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어전원에 이상이 발생하는 경우 상기 스위칭 제어부에 소정의 시간 동안 전원을 공급하는 전원 유지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 바이패스 회로.

  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 릴레이 스위치인 것을 특징으로 하는 자동 바이패스 회로.
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