KR102347086B1 - 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치에 있어서, 전원을 공급하는 콘센트(310); 상기 콘센트(310)와 연결된 교류 전원선(311,312)을 통해 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)로 전원을 공급하는 내부전원 장치(200); 및 상기 내부전원 장치(200)와 연결되고, 전원단 입구에 배치되는 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100); 를 포함하며; 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)는, MIT 3단자 트랜지스터(10)와 전류센서(16)와 과전류 제어회로(20)와 MIT 트랜지스터 구동회로(30)와 과온도 검출회로(40) 및 MIT 온도센서(50)로 이루어지며; 상기 전류센서(16)는 전류센서의 출력 신호를 기 설정된 값과 비교하고 설정 값 보다 큰 전류가 검출되면 과전류 제어회로(20)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며; 상기 MIT 온도센서(50)는 일정(一定) 온도 이상에서 절연체에서 금속으로 순간적으로 성질이 변화하고 상기 과온도 검출회로(40)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며; 상기 출력된 제어전압(Vc)은 상기 제어전압(Vc)은 MIT 트랜지스터 구동회로(30)를 통하여 MIT 트랜지스터(10)를 차단시키는 것을 특징으로 하는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치를 제안하고자 한다.
Description
본 발명은 금속-절연체 순간전이 소자를 이용하여 과전류 및/또는 과온도 보호 장치에 관한 것이다. 특히 가전 또는 산업용 전기기기의 전원단 입구에 배치하여 과전류 및/또는 과온도를 검출하는 금속-절연체 순간전이(MIT: Metal-Insulator Transition) 센서를 이용한 보호 장치에 관한 것이다.
현재 전력변환장치에서는 주 스위치 소자로 전력용 반도체 소자를 사용하여 수명이 길고, 출력전압의 응답 속도가 빠르며 소비 전력이 비교적 적다. 또한 충격에 강하며 소형화 및 박막화에 유리한 장점이 있다. 특히 에너지 절약과 환경문제가 대두되면서 전원공급장치는 가정용 및 산업용으로 다양한 용도로 사용하고 있다. 일반적으로 각종 가전장치, 산업용 장치, 모터제어 장치, 전원공급장치, 조명장치, 배터리 충전장치 및 유도가열 장치 등의 시스템에서 과전류 및/또는 과온도(Overheat)가 발생하는 경우, 시스템이 소손되거나, 과열로 인하여 화재가 나는 문제점이 있었다.
또한, 각종 가전장치, 산업용 장치, 모터제어 장치, 전원공급장치, 조명장치, 배터리 충전장치 및 유도가열 장치 등은 대체적으로 밀폐형 구조의 방열 케이스에 내장되기 때문에 발열문제를 해결해야 하며, 정상적인 동작을 위하여 과전류 및/또는 과온도 발생을 방지하는 시스템의 설계가 요구되고 있다.
관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-1999-0002140호, 공개일 1999. 01. 15. (이하 [특허문헌1] 이라함)에서는 교환기에 과전압/과전류 보호용 전원공급장치를 제안하였다. 상기 [특허문헌1]에서는 교류전원을 정류하여 교환시스템의 메인전원에 공급하는 정류회로부를 구비한 전원공급장치에서 과전압 보호용 인터페이스 회로와 비교기, 절체회로부를 통하여 교환 시스템에서 과전압 및 과전류 보호를 하는 것을 제안하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1687358호, 공고일 2016. 12. 16. (이하 [특허문헌2] 이라함)에서는 LED 컨버터 보호회로를 공개하였다. 상기 [특허문헌2]에서는 LED 모듈부의 입력단 또는 출력단에서 과전압 또는 과전류가 감지되는 경우 보호회로를 구동시켜 LED 모듈부 양단의 전압을 안정화하고 전류 상한치를 제어함으로써 LED가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, LED 모듈이 손상되거나 개별 LED에 문제가 발생할 경우 LED 컨버터로의 과전압이나 과전류 유입을 차단하고 LED 컨버터의 PWM(펄스폭 변조) 구동손실을 절감할 수 있는 LED 컨버터 보호회로를 제안하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1813262호, 공고일 2018. 01. 02. (이하 [특허문헌3] 이라함)에서는 히스테리시스를 사용하여 과전압, 과전류 및 과온도로부터 무선-커플된 전력 장치들을 보호하는 장치 및 방법을 공개하였다. 상기 [특허문헌3]에서는 히스테리시스 특성을 갖는 비교기를 사용하여 과전압 또는 과전류로부터 전력소자를 보호하고, 온도에 따라서 저항 값이 변하는 써미스터 사용하여 과온도로부터 전력소자를 보호하는 장치를 제안하였다.
하지만 상기 [특허문헌1] 내지 [특허문헌3]에서는 가정용 또는 산업용 전기기기의 전원단에 배치되어 간단하게 시스템을 과전류 및/또는 과온도로부터 보호하며, 동시에 전력공급을 차단하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 가정용 또는 산업용 전기기기의 전원단에 배치되어 전류를 검출하며, 전원단 또는 열이 발생하는 주요부위에 온도를 검출하고 일정(一定)전류 이상에서 과전류 발생을 검출하고, 일정(一定)온도 이상에서 과온도 발생을 검출하고, 전원공급을 차단하기 위한 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호장치를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 가전 또는 산업용 전기기기(300)에 전원단에 배치시키며, 첫째, 전류센서(16), 과전류 제어회로(20), 1개 또는 복수의 MIT 온도센서(50, 50-1 내지 50-5), 과온도 검출회로(40), MIT 트랜지스터 구동회로(30), MIT 트랜지스터(10)를 이용하는 장치를 제공하며, 둘째, 전류센서(16), 과전류 제어회로(20), 1개 또는 복수의 MIT 온도센서(50, 50-1 내지 50-5), 과온도 검출회로(40), 전류센서(16), 릴레이 구동회로(70), 릴레이(Relay)(60)를 이용하는 장치를 구체적인 과제의 해결 수단으로 한다. 더불어 비교기(25)를 이용한 과전류 제어회로(20), 1개 또는 복수의 MIT 온도센서(50, 50-1 내지 50-5)와 제1 N형 트랜지스터(11)를 사용한 과온도 검출회로(40)를 제안하고, 제2 N형 트랜지스터(76), 제1 P형 트랜지스터(71) 및 대기전력 저감부(72)로 구성된 릴레이 구동회로(70)를 제안하고 본 발명의 구체적인 실시를 위하여 과온도 검출회로(40) 및 릴레이 구동회로(70)를 과제의 해결수단으로 한다. 즉, 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치에 있어서, 전원을 공급하는 콘센트(310); 상기 콘센트(310)와 연결된 제1 및 제2 교류 전원선(311,312)을 통해 가전 또는 산업용 전기기기(300)로 전원을 공급하는 내부전원 장치(200); 및 상기 내부전원 장치(200)와 연결되고, 전원단 입구에 배치되는 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100); 를 포함하며; 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)는, 릴레이(60)와 전류센서(16)와 과전류 제어회로(20)와 릴레이 구동회로(70)와 과온도 검출회로(40) 및 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50)로 이루어지며; 상기 전류센서(16)는, 상기 제1 교류 전원선(311)과 나란히 전자파 측정도선(15)을 배치하고, 상기 제1 교류 전원선(311)에서 발생하는 전자파를 바탕으로 전류를 측정하고, 상기 전류센서의 출력 신호를 기 설정된 값과 비교하고 설정 값 보다 큰 전류가 검출되면 과전류 제어회로(20)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며; 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50)는 일정(一定) 온도 이상에서 절연체에서 금속으로 순간적으로 성질이 변화하는 MIT 온도센서로서, 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)의 온도 중에서 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 온도 정보를 검출하고, 상기 과온도 검출회로(40)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며; 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 열이 발생하는 복수의 주요부위에 병렬로 배치되어 특정(特定) 부분의 온도가 과온도인지 여부를 검출하는 복수의 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 더 포함하며, 상기 과온도 검출회로(40)는, 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50) 및 상기 복수의 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)에서 과온도가 발생하는지 여부를 판단하여 과온도가 검출되면 제어전압(Vc)을 출력하며, 상기 과전류 제어회로(20)나 과온도 검출회로(40)로부터 출력된 제어전압(Vc)은 릴레이 구동회로(70)를 통하여 릴레이(60)를 통해 상기 제1 및 제2 교류 전원선(311,312)의 연결을 차단시키며, 상기 제2 교류 전원선(312)에 배치된 상기 릴레이(60)의 A접점(60-1) 및 B접점(60-2)의 이동을 수행하는 릴레이 구동코일(61); 상기 릴레이 구동코일(61)의 일단(一段)과 접속되는 제1 P형 트랜지스터(71)의 콜렉터(C) 단자; 상기 릴레이 구동코일(61)의 타단(他段)과 접속되는 접지(Ground) 단자; 상기 제1 P형 트랜지스터(71)의 베이스(Base) 단자와 전기적으로 신호를 구동하기 위한 제2 N형 트랜지스터(76); 상기 제1 P형 트랜지스터(71) 및 상기 제2 N형 트랜지스터(76)의 동작을 위한 제어전압(Vcc); 상기 제2 N형 트랜지스터(76)와 상기 제어전압(Vcc) 사이에 배치되어 과전류를 방지하기 위한 제12 저항(75); 및 상기 제2 N형 트랜지스터(76)의 컬렉터(Collector) 단자와 과전류 방지하기 위한 제12 저항(75) 사이의 접점과 상기 제1 P형 트랜지스터(71)의 베이스(Base) 단자 사이에 배치된 대기전력 저감부(72); 를 더 포함하며, 상기 대기전력 저감부(72)는 구동 다이오드(73) 및 구동 커패시터(74)로 구성되어 상기 릴레이(60) 구동을 위한 릴레이 구동코일(61)의 대기 전력을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 첫째, 기존의 전류센서가 아닌 전류센서를 사용하기 때문에 전력 손실이 거의 없으며 빠르고 정확하게 과전류를 검출할 수 있으며, 둘째, 기존의 NTC 써미스터가 아닌 MIT 온도센서를 사용하기 때문에 화재가 발생하기 전의 온도(약 70도) 부근에서 급격하게 금속-절연체 순간전이 현상을 사용하기에 빠르고 정확하게 과온도를 검출할 수 있으며, 셋째, MIT 트랜지스터를 사용하기 때문에 전력손실이 거의 없으며, 과전류 및/또는 과온도가 발생하는 경우 빠르게 주 전원을 차단하는 장점이 있으며, 넷째, MIT 온도센서를 복수의 주요부위 또는 열방지가 필수적인 부분에 용이하게 선택적으로 부착할 수 있으며, 다섯째, MIT 온도센서를 아주 단순한 병렬연결을 통하여 온도센서 배열을 할 수 있으며, 여섯째 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 과전류 및/또는 과온도가 발생하는 경우 주 전원의 전력공급이 차단되며, 과전류 및/또는 과온도 문제가 해결되는 경우 다시 주 전원을 복귀하는 매우 상승된 효과가 발생한다.
도 1(a)은 기존의 NTP 서미스터를 나타내며, 도 1(b)는 금속-절연체 순간전이(MIT) 온도소자를 나타내며,
도 2는 기존의 NTP 서미스터의 온도에 따른 저항값 변화 특성을 나타내며,
도 3은 금속-절연체 순간전이(MIT) 온도소자의 온도에 따른 저항값 변화 특성을 나타내며,
도 4는 본 발명에 따른 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치의 개념도를 나타내며,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 MIT 온도센서 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 MIT 온도센서 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 과온도 검출회로를 나타내며,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 과온도 검출회로를 나타내며,
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 전류센서용 센서부의 PCB 사진이며,
도 14는 본 발명의 일실시예의 전류센서를 이용하여 60Hz 교류전류를 측정한 데이터 및 그래프이며,
도 15는 본 발명의 일실시예의 전류센서로 측정된 전류별 전압 특성 그래프이며,
도 16은 본 발명의 릴레이 구동회로를 나타낸다.
도 2는 기존의 NTP 서미스터의 온도에 따른 저항값 변화 특성을 나타내며,
도 3은 금속-절연체 순간전이(MIT) 온도소자의 온도에 따른 저항값 변화 특성을 나타내며,
도 4는 본 발명에 따른 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치의 개념도를 나타내며,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 MIT 온도센서 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 MIT 온도센서 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 과온도 검출회로를 나타내며,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 과온도 검출회로를 나타내며,
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타내며,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 전류센서용 센서부의 PCB 사진이며,
도 14는 본 발명의 일실시예의 전류센서를 이용하여 60Hz 교류전류를 측정한 데이터 및 그래프이며,
도 15는 본 발명의 일실시예의 전류센서로 측정된 전류별 전압 특성 그래프이며,
도 16은 본 발명의 릴레이 구동회로를 나타낸다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 과전류 및/또는 과온도 보호장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 이하에 설명되는 본 발명의 특정한 구조 또는 기능들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위해 예시된 것으로서, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 1(a)은 기존의 NTP 서미스터를 나타내며, 도 1(b)는 금속-절연체 순간전이(MIT) 온도소자를 나타낸다. 도 1(a)의 기존의 NTP(Negative Temperature Coefficient of Resistance) 서미스터는 온도가 상승하면 저항값이 감소하고, 온도가 감소하면 저항값이 상승하는 부(Negative) 저항 특성을 가지며, 일반적으로 Co, Mn, Ni, Cu. Fe 등의 물질을 2종류 이상 혼합하여 만든다. 이러한 도 1(a)는 일본 TDK社의 NTC Thermistors 데이터시트 “NTCG Series (SMD, Pb Free) NTCG06/10/16/20 Types,” (2009년 5월 발행)의 자료이다. 현재 기존의 NTP 서미스터는 저가형의 온도센서로 사용하고 있다.
도 1(b)는 본 발명에서 사용하는 금속-절연체 순간전이(MIT) 온도센서 소자를 나타낸다. 도 1(b)는 한국전자통신연구원(ETRI) 김현탁 박사팀에서 발명한 소자이며, 본 특허에서는 상기 금속-절연체 순간전이(MIT) 온도센서 소자를 이용하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 2는 기존의 NTP 서미스터의 온도에 따른 저항값 변화 특성을 나타낸다. 기존의 저가형 온도센서로서 가장 많이 사용하는 소자가 바로 NTP 서미스터이다. 하지만 기존의 NTC 서미스터의 경우, 화재발생 시작 온도인 약 70도 부근에서 저항값의 변화가 급격하게 변하기 보다는 완만하게 변화하는 문제점이 있으며, 상기 기존의 NTP 서미스터의 특성이 서로 상이하여 화재가 발생하는 온도를 정확하게 검출하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
도 3은 금속-절연체 순간전이(MIT) 온도소자의 온도에 따른 저항값 변화 특성을 나타낸다. 무엇보다 기존의 NTC 서미스터와 비교하면, 상기 NTC 서미스터는 상온 25[℃] 이상에서 저항값의 변화가 크지 않으며, 실질적으로 가전 또는 산업용 전기기기에서 화재가 발생하기 시작하는 약 70[℃]의 온도에서 저항 값의 변화를 명확하게 감지하기 어렵다는 문제점이 있었다. 하지만, 본 특허에서 사용하는 MIT 온도센서는 약 70[℃](정확하게 67[℃])의 온도에서 급격하게 저항 값이 매우 급격하게 감소되는 특징이 있다. 이를 통하여 화재가 발생하기 시작하는 직전 온도에서 정확하게 온도상승을 감지할 수 있으며, 이러한 특성을 적극 이용하여 가전 또는 산업용 전기기기에서 화재 및 폭발을 사전에 예방하는 기능을 실현 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치의 개념도를 나타낸다. 상기 도 4는 가전 또는 산업용 전기기기(예: 가전장치, 산업용 장치, 모터제어 장치, 전원공급장치, 조명장치, 배터리 충전장치 및 유도가열 장치 등)의 전원단 입구에 MIT(Metal Insulator Transition) 과전류 및 과온도 보호 장치(100)를 배치하여 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 과전류 및 과온도를 검출하여 보호하는 것을 나타내며, 내부전원 장치(200)를 통하여 안정적으로 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에 내부전원 공급(210)을 지속적으로 하는 시스템을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 MIT 온도센서 과온도 보호 장치를 나타낸다. 제안된 과온도 보호장치는 상기 MIT(Metal-Insulator Transition) 온도센서를 사용하는 기술적 특징으로 한다. MIT 온도센서는 무엇보다 화재가 발생하기 직전의 온도인 약 70도(정확하게 67도)의 온도에서 저항값의 변화가 급격하게 발생하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 따라서 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에 내부전원 공급(210)을 안정적으로 하며, 온도검출은 MIT 온도센서(50)가 담당한다. 상기 MIT 온도센서(50)는 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 열이 발생하는 주요 부분에 선택적으로 부착할 수 있거나, 아니면 전원단에 배치되는 것을 기술적 특징으로 한다. 콘센트(310)를 통하여 전원이 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에 공급되는 경우, 내부전원 장치(200)와 상기 콘센트(310) 사이에는 MIT 과온도 보호 장치(100)를 배치하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 상기 MIT 과온도 보호 장치(100)는 상기 MIT 온도센서(50)로부터 온도를 검출하고, 상기 검출된 온도는 과온도 검출회로(40)를 통하여 화재가 발생하는 과온도인 약 70도 이상인지 여부가 판단된다. 화재가 발생하는 과온도 이상이면, 상기 과온도 검출회로(40)는 출력신호를 발생하고, MIT 트랜지스터 구동회로(30)를 통하여 MIT 트랜지스터(10)에 신호를 발생시켜, 상기 콘센트(310)로부터 공급되는 주 전원을 차단하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
상기 MIT 트랜지스터(10)는 반도체 트랜지스터와 달리, 인렛(Inlet : I), 아웃렛(Outlet : O), 콘트롤(Control : C)의 3 단자로 구성된다. 여기서, 인렛은 입력단자로, 아웃렛은 출력단자로, 콘트롤은 제어단자이며, 기존의 전력용 반도체 스위치와 달리 전력소모가 매우 적은 특징이 있으며, 빠르게 동작하는 것을 기술적 특징으로 한다. 무엇보다 상기 MIT 트랜지스터(10)의 콘트롤 단자(C 단자)에 전류가 흐르면 콘트롤 단자(C 단자)와 아울렛 단자(O 단자) 사이에서 MIT 현상이 일어나, 인렛 단자(I 단자)에서 아울렛 단자(O 단자)로 MIT에 의해 생기는 큰 전류가 급격하게 흐른다. 무엇보다 상기 MIT 트랜지스터(10)는 턴온(Turn-on)시 불연속 점프현상이 나타나며 절연체(혹은 반도체)-금속 전이(MIT) 현상을 이용하여 절연체와 금속 간을 스위칭하는 소자인 것을 기술적 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 MIT 온도센서 과온도 보호 장치를 나타낸다. 무엇보다 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 열이 발생하는 복수의 주요부위 또는 열방지가 필수적인 부분에 제1 내지 제5 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 병렬로 배치하는 것을 기술적 특징으로 한다.
무엇보다 상기 제1 내지 제5 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 병렬로 배치함을 통하여 특정(特定) 부분의 온도가 과온도(약 70도 이상) 상태이면, 그 부분의 특정(特定) MIT 온도센서의 저항값이 급격하게 감소하며, 이로 인하여 궁극적으로 MIT 트랜지스터(10)가 차단되어 상기 콘센트(310)로부터 공급되는 주 전원을 차단하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 과온도 검출회로를 나타내며, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 과온도 검출회로를 나타낸다. 도 7에서는 단지 1개의 MIT 온도센서(50)를 사용하는 경우이며, 도 8에서는 복수의 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 사용하는 경우이다. 그 동작을 설명하면, 상기 과온도(약 70도) 이상에서는 MIT 온도센서(50, 50-1 내지 50-5)의 저항값은 급격하게 감소된다. 일반적으로 과온도 부근에서 400[kΩ]에서 50[Ω]으로 급격하게 저항값 감소가 이루어진다. 이를 통하여 제어회로 작동전압(Vcc)은 과온도 이상에서 제1 N형 트랜지스터(11)를 턴온(Turn on)하게 되고, 제3 저항(R3)에 제어전압(Vc)이 인가되어 제1 다이오드(D1)를 통하여 출력되는 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 MIT 온도센서(50, 50-1 내지 50-5)는 과온도(약 70도) 이상에서 저항값이 급격하게 변화하는 소자이므로 상기 과온도 검출회로(40)의 구성이 매우 간단하게 되는 것을 기술적 특징으로 한다. 따라서 본 발명의 가장 큰 특징은 MIT 온도센서(50, 50-1 내지 50-5)의 일단(一端)은 상기 제1 N형 트랜지스터(11)의 콜렉터(C) 단자에 배치되고, MIT 온도센서(50, 50-1 내지 50-5)의 타단(他端)은 상기 제1 N형 트랜지스터(11)의 베이스(B) 단자에 연결된다. 상기 제1 N형 트랜지스터(11)의 콜렉터(C) 단자에는 제어회로 작동전압(Vcc)이 인가되고, 상기 제1 N형 트랜지스터(11)의 이미터(E) 단자는 제3 저항(R3) 및 제1 커패시터(C1)에 접속된다. 따라서 과온도가 발생하는 경우 상기 제1 N형 트랜지스터(11)의 이미터(E) 단자에서는 제어전압(Vc)이 발생하며 제1 다이오드(D1)를 통하여 출력되는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타낸다. 제안된 과전류 및 과온도 보호장치는 상기 전류센서 및 MIT 온도센서를 복합적으로 사용하는 기술적 특징으로 한다. 무엇보다 과전류 검출을 위하여 일반적으로 사용되는 저항 전류센서, 홀소자 기반 전류센서, 자성체 전류센서를 사용하지 않으며, 전류센서(16)를 사용하는 것이 가장 큰 특징이다. 이는 상기 전류센서(16)의 단순한 조합이 아니라 이를 통하여 향상된 특성을 발휘할 수 있기 때문이다. 구체적으로 상기 전류센서(16)는 도 13 내지 도 15를 통하여 보다 세부적으로 그 특징을 설명할 것이다. 이러한 상기 전류센서(16)는 실질적으로 첫째, 매우 간단하며, 둘째, 에너지의 소모가 없으며, 셋째, 전류측정 정밀도가 매우 높고, 넷째, 가격이 저렴하며, 다섯째, 비접촉 방식으로 전류의 검출이 가능한 매우 상승된 효과가 있다.
상기 전류센서(16)는 제1 교류 전원선(311)과 나란히 전자파 측정도선(15)을 배치하고, 제1 교류 전원선(311)에서 발생하는 전자파를 직접 유도기전력 현상을 바탕으로 측정하는 전류센서로서, 기존의 전류센서 보다 작고 단순하며, 전력 차단기에 적용될 경우 높은 신뢰도를 갖는 소형의 차단기가 제공될 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다. 무엇보다, 페라이트 비드(21)를 사용하여 고주파 노이즈를 차단하는 경우, 외부 노이즈가 심한 경우에도 제1 교류 전원선(311)의 전류를 안정적으로 센싱할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 전류센서(16)는 비접촉 방식으로 특별한 손실이 없이 전류검출을 빠르고 정확하게 검출하며, 상기 MIT 온도센서(50)는 무엇보다 화재가 발생하기 직전의 온도인 약 70도(정확하게 67도)의 온도에서 저항값의 변화가 급격하게 발생하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 따라서 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에 내부전원 공급(210)을 안정적으로 하며, 전류검출은 전류센서(16)가 담당하며, 온도검출은 MIT 온도센서(50)가 담당한다. 전류센서(16)는 전원단에 배치되어 과전류를 검출하며, 상기 MIT 온도센서(50)는 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 열이 발생하는 주요 부분에 선택적으로 부착할 수 있거나, 아니면 전원단에 배치되는 것을 기술적 특징으로 한다. 콘센트(310)를 통하여 전원이 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에 공급되는 경우, 내부전원 장치(200)와 상기 콘센트(310) 사이에는 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)를 배치하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
상기 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)에서 보다 구체적으로 상기 전류센서(16) 및 과전류 제어회로(20)를 설명하면, 제1 교류 전원선(311)과 나란히 전자파 측정도선(15)을 배치하고, 제1 교류 전원선(311)에서 발생하는 전자파를 직접 유도기전력 현상을 바탕으로 전류를 측정한다. 상기 전자파 측정도선(15)에서 측정된 교류 전류에 일부 노이즈는 페라이트 비드(21)가 감소시킨다. 상기 교류 전류값은 비교기(25), 과전류 센서 저항(22) 및 과전류 센서 커패시터(23)을 통하여 미분값을 측정하며, 순간적으로 과전류를 검출하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
따라서 제1 교류 전원선(311)에서 과전류가 발생하면, 상기 전류센서(16) 및 과전류 제어회로(20)를 통하여 과전류 정보가 제어전압(Vc)을 생성하게 된다. MIT 온도센서(50)에서 과온도가 발생하는 경우, 과온도 검출회로(40)를 통하여 과온도 정보가 제어전압(Vc)을 생성하게 된다. 상기 과전류 또는 상기 과온도로부터 생성된 제어전압(Vc)은 MIT 트랜지스터 구동회로(30)를 통하여 MIT 트랜지스터(10)를 동작시켜 차단시키며, 제2 교류 전원선(312)의 연결을 차단시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타낸다.
무엇보다 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 열이 발생하는 복수의 주요부위 또는 열방지가 필수적인 부분에 제1 내지 제5 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 병렬로 배치하는 것을 기술적 특징으로 한다.
무엇보다 상기 제1 내지 제5 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 병렬로 배치함을 통하여 특정(特定) 부분의 온도가 과온도(약 70도 이상) 상태이면, 그 부분의 특정(特定) MIT 온도센서의 저항값이 급격하게 감소하며, 이로 인하여 궁극적으로 MIT 트랜지스터(10)가 차단되어 상기 콘센트(310)로부터 공급되는 주 전원을 차단하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 상기 도 10의 세부적인 동작은 앞에서 설명한 도 9와 같다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타낸다. 제안된 과전류 및 과온도 보호장치는 상기 전류센서 및 MIT 온도센서를 복합적으로 사용하는 기술적 특징으로 한다. 무엇보다 과전류 검출을 위하여 일반적으로 사용되는 저항 전류센서, 홀소자 기반 전류센서, 자성체 전류센서를 사용하지 않으며, 전류센서(16)를 사용하는 것이 가장 큰 특징이다. 이는 상기 전류센서(16)의 단순한 조합이 아니라 이를 통하여 향상된 특성을 발휘할 수 있기 때문이다. 상기 전류센서(16)는 제1 교류 전원선(311)과 나란히 전자파 측정도선(15)을 배치하고, 제1 교류 전원선(311)에서 발생하는 전자파를 유도 기전력 현상을 바탕으로 측정하는 전류센서로서, 기존의 전류센서 보다 작고 단순하며, 전력 차단기에 적용될 경우 높은 신뢰도를 갖는 소형의 차단기가 제공될 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다. 무엇보다, 페라이트 비드(21)를 사용하여 고주파 노이즈를 차단하는 경우, 외부 노이즈가 심한 경우에도 제1 교류 전원선(311)의 전류를 안정적으로 센싱할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 전류센서(16)는 비접촉 방식으로 특별한 손실이 없이 전류검출을 빠르고 정확하게 검출하며, 상기 MIT 온도센서(50)는 무엇보다 화재가 발생하기 직전의 온도인 약 70도(정확하게 67도)의 온도에서 저항값의 변화가 급격하게 발생하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 따라서 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에 내부전원 공급(210)을 안정적으로 하며, 전류검출은 전류센서(16)가 담당하며, 온도검출은 MIT 온도센서(50)가 담당한다. 전류센서(16)는 전원단에 배치되어 과전류를 검출하며, 상기 MIT 온도센서(50)는 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 열이 발생하는 주요 부분에 선택적으로 부착할 수 있거나, 아니면 전원단에 배치되는 것을 기술적 특징으로 한다. 콘센트(310)를 통하여 전원이 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에 공급되는 경우, 내부전원 장치(200)와 상기 콘센트(310) 사이에는 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)를 배치하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
상기 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)에서 보다 구체적으로 상기 전류센서(16) 및 과전류 제어회로(20)를 설명하면, 제1 교류 전원선(311)과 나란히 전자파 측정도선(15)을 배치하고, 제1 교류 전원선(311)에서 발생하는 전자파를 직접 유도기전력 현상을 바탕으로 전류를 측정한다. 상기 전자파 측정도선(15)에서 측정된 교류 전류에 일부 노이즈는 페라이트 비드(21)가 감소시킨다. 상기 교류 전류값은 비교기(25), 과전류 센서 저항(22) 및 과전류 센서 커패시터(23)을 통하여 미분값을 측정하며, 순간적으로 과전류를 검출하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
따라서 제1 교류 전원선(311)에서 과전류가 발생하면, 상기 전류센서(16) 및 과전류 제어회로(20)를 통하여 과전류 정보가 제어전압(Vc)을 생성하게 된다. MIT 온도센서(50)에서 과온도가 발생하는 경우, 과온도 검출회로(40)를 통하여 과온도 정보가 제어전압(Vc)을 생성하게 된다. 상기 과전류 또는 상기 과온도로부터 생성된 제어전압(Vc)은 릴레이 구동회로(70)를 통하여 릴레이(Relay)(60)를 동작시켜 차단시키며, 제2 교류 전원선(312)의 연결을 차단시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 과전류 또는 상기 과온도로부터 생성된 제어전압(Vc)은 릴레이 구동회로(70)를 통하여 릴레이 구동코일(61)을 여자(勵磁)하게 된다. 여자(勵磁)된 상기 릴레이 구동코일(61)은 상기 릴레이(Relay)(60)를 릴레이(Relay) A접점(60-1)에서 B접점(60-2)으로 전환시킴을 통하여 상기 콘센트(310)로부터 공급되는 주 전원을 차단하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
또한 상기 릴레이 구동코일(61)과 병렬로 제11 저항(61) 및 LED(63)을 통하여 릴레이(60)가 동작하는 경우 상기 LED(63)가 발광(發光)함을 통하여 릴레이(60)의 동작여부를 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전류센서 및 MIT 온도센서의 과전류 및 과온도 보호 장치를 나타낸다.
무엇보다 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 열이 발생하는 복수의 주요부위 또는 열방지가 필수적인 부분에 제1 내지 제5 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 병렬로 배치하는 것을 기술적 특징으로 한다.
무엇보다 상기 제1 내지 제5 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 병렬로 배치함을 통하여 특정(特定) 부분의 온도가 과온도(약 70도 이상) 상태이면, 그 부분의 특정(特定) MIT 온도센서의 저항값이 급격하게 감소하며, 이로 인하여 궁극적으로 MIT 트랜지스터(10)가 차단되어 상기 콘센트(310)로부터 공급되는 주 전원을 차단하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 상기 도 12의 세부적인 동작은 앞에서 설명한 도 11과 같다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 전류센서(16)의 원리에 대하여 설명하면, 맥스웰의 전자기 제3법칙인 패러데이 법칙은 변하는 자기장은 전기장을 만들고, 맥스웰의 제4법칙은 시간에 따라 변하는 전기장은 자기장을 만든다. 교류전류는 변하는 자기장을 만들고 변하는 자기장 속에 금속 도체를 놓으면 유도전류가 생성된다. 이 유도전류는 맥스웰패러데이 법칙에 따라 자기장의 수직 방향에서 형성된다. 이 법칙에 의하면 시간에 따라 변하는 교류가 흐르는 전력도선 옆에 나란히 전력도선에서 나오는 전자파를 측정하는 측정도선을 배치하면 유도전류를 측정할 수 있다.
교류 전원선(311,312)에 나란히 배치된 측정도선을 전자파 전류센서라고 한다. 이 측정도선으로 어느 정도 긴 1차원 도선, 2차원 평면 및 3차원 도체관 중 어느 하나로 구성할 수 있다. 그리고 측정도선은 인덕턴스를 갖는 코일이 아니고 인덕턴스가 없는 도체를 의미하는 바, '비코일성의 측정도선'이라고 할 수 있다.
더불어 이 전류센서를 응용하면, 센서의 작은 신호를 증폭하여 비교기에 입력시켜서 설정 전류와 비교하여 설정 값 보다 큰 값이 나오면 제어신호를 발생하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 13의 (a)는 단일의 굴곡부를 갖는 단일 굴곡형 전류센서용 센서부(170)의 PCB 사진이고, 도 13의 (b)는 이중의 굴곡부를 갖는 전류센서용 센서부(180)의 PCB 사진을 나타낸다.
본 실시예의 전류센서용 센서부(160)에 대하여 상술하면, 도 9(a)에서 보는 바와 같이, 2차원 평면 위에 제1 입출력단자(171a) 및 제2 입출력단자(171b)를 갖는 전력도선(173)과 제1 입출력단자(172a) 및 제2 입출력단자(172b)를 갖는 측정도선(174)이 나란히 배치된 전류센서용 센서부가 도시되어 있다. 2개의 인접한 도선(173,174)에, 굴곡이 있는 것은 굴곡 패턴(175) 부분에 자기장을 강하게 모으거나 제한된 면적의 영역 내에서 길이를 길게 하기 위함이다.
도 13(b)는 전력도선의 제1 또는 제2 입출력단자(181a, 182b)에서 멀어지는 방향에서 가까워지는 방향으로 ‘S’ 자 형태 또는 ‘ㄹ’ 자 형태와 같이 굴곡지게 전력도선(184)과 나란히 배치된 것을 나타내며, 전류센서용 센서부의 길이와 크기는 전류의 크기에 의존하므로 굴곡 패턴(185)부분에 자기장을 더 강하게 모으거나 제한된 면적의 영역 내에서 길이를 길게 하기 위하여 이중으로 굴곡 패턴을 형성한 것을 나타낸다.
여기서 측정도선은 전력도선에서 얼마의 이격거리를 두고 떨어져 있으며, 바람직하게는 그 이격거리 사이에는 절연물로 채워질 수 있다. 상기 절연물이란 공기, 절연 개스(혹은 SF6 가스), 순수한 물, 절연물질, 고분자 비닐 절연물질, 혹은 고체결정 절연물질을 포함한다. 고체결정 절연물질은 세라믹 재료를 포함한다.
상기 전류센서(16)는 가정용 또는 산업용 전자기기(300)에 교류전류를 검출하는 것을 목적으로 하며, 제1 입출력단과 제2 입출력단 간에 교류전류가 흐를 수 있도록 상기 제1 입출력단과 제2 입출력단 양단에 전압차를 갖는 전력도선에서의 교류전류를 측정하는 교류전류용 전류센서로서, 상기 제1 입출력단과 제2 입출력단 사이에 있는 전력도선과 일정 거리만큼 전기적 절연물로 이격되어 나란히 배치된 비코일성의 측정도선을 포함하는 전류센서용 센서부 및 상기 제1 입출력단과 제2 입출력단 사이에 있는 전력도선에 흐르는 교류에 의해 발생된 자기장으로부터 상기 측정도선에 유기된 유도 기전력을 측정하여 교류 전류를 검출하는 수단을 포함하는 전류센서를 나타내며, 상기 전류센서(16)에서 전자파전자파(15)을 포함하는 도선을 측정도선이라 하며, 제1 교류 전원선(311)을 전력도선이라 할 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일실시예의 전류센서를 이용하여 60Hz 교류전류를 측정한 데이터 및 그래프를 나타내며, 도 14(a)는 60Hz 교류전류 제안된 전류센서를 이용하여 측정된 전압의 전류 의존성 데이터를 나타낸다. 도 14(b)는 도 10(a)의 데이터로 그려진 그래프이며, 가로축의 교류전류 증가에 따라 세로축의 유도전압이 대체로 비례적으로 증가하는 직선성의 특성을 나타내고 있다.
도 15를 참조하면, 전류센서로 측정된 전류별 전압 특성 그래프를 나타내며, 본 발명의 일실시예에 따른 전류센서를 실험한 실험예로, 교류전력 전류가 증가함에 따라 측정된 센서의 전압도 함께 증가하는 것을 나타내고 있다. 증폭기에 단일 전원을 인가하여 마이너스 부분 신호는 제거되고 플러스 부분만 측정된 것을 나타낸다. 따라서 단방향 증폭기로 측정된 전류센서 신호의 교류전류 의존성을 더욱 명확히 나타내고 있다.
도 16은 본 발명의 릴레이 구동회로를 나타낸다. 과온도 발생하는 경우 상기 과온도 검출회로(40)에서 제어전압(Vc)이 생성되며, 상기 제어전압(Vc)은 릴레이 구동회로(70)를 통해서 릴레이(60)를 동작시키는 세부회로를 나타낸다. 상기 제어전압(Vc)은 제2 N형 트랜지스터(76)를 구동시키며, 이는 대기전력 저감부(72)를 통하여 제1 P형 트랜지스터(71)를 구동시키는 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 제1 P형 트랜지스터(71)의 이미터(E) 단자는 제어회로 작동전압(Vcc)에 연결되는 것을 기술적 특징으로 하며, 상기 제1 P형 트랜지스터(71)의 콜렉터(C) 단자는 릴레이 구동코일(61)과 연결되어 있다. 따라서 상기 제어전압(Vc)은 제2 N형 트랜지스터(76) 및 상기 제1 P형 트랜지스터(71)를 동작시켜서 상기 릴레이 구동코일(61)을 여자(勵磁)하게 된다. 여자(勵磁)된 상기 릴레이 구동코일(61)은 상기 릴레이(Relay)(60)를 릴레이(Relay) A접점(60-1)에서 B접점(60-2)으로 전환시킴을 통하여 상기 콘센트(310)로부터 공급되는 주 전원을 차단하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
또한 상기 릴레이 구동코일(61)과 병렬로 제11 저항(61) 및 LED(63)을 통하여 릴레이(60)가 동작하는 경우 상기 LED(63)가 발광(發光)함을 통하여 릴레이(60)의 동작여부를 확인할 수 있다.
무엇보다 상기 대기전력 저감부(72)는 구동 커패시터(74) 및 구동 다이오드(73)가 직렬로 연결되는 것을 기술적 특징으로 한다. 무엇보다 상기 대기전력 저감부(72)는 상기 제1 P형 트랜지스터(71)의 베이스(B) 전압이 영"0"에서 구동된다. 이 경우 상기 제2 N형 트랜지스터(76)가 동작함을 통해서 상기 제1 P형 트랜지스터(71)의 베이스(B)에는 전압이 영"0"으로 인가된다. 따라서 구동 커패시터(74) 및 구동 다이오드(73)는 상기 제1 P형 트랜지스터(71)에서 지속적으로 전력손실을 억제하면서, 릴레이(60)를 동작시키는 것을 기술적 특징으로 한다. 따라서 상기 구동 커패시터(74) 및 구동 다이오드(73)로 구성된 대기전력 저감부(72)를 통하여 상기 릴레이(60)의 동작에서 구동시 대기되는 전력손실을 줄일 수 있는 상승된 효과가 발생한다.
본 발명에서는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치에 있어서, 전원을 공급하는 콘센트(310); 상기 콘센트(310)와 연결된 교류 전원선(311,312)을 통해 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)로 전원을 공급하는 내부전원 장치(200); 상기 내부전원 장치(200)와 연결되고, 전원단 입구에 배치되는 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)를 포함하며; 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)는 MIT 3단자 트랜지스터(10)와 전류센서(16)와 과전류 제어회로(20)와 MIT 트랜지스터 구동회로(30)와 과온도 검출회로(40) 및 MIT 온도센서(50)로 이루어지며; 상기 전류센서(16)는 전류센서의 출력 신호를 기 설정된 값과 비교하고 설정 값 보다 큰 전류가 검출되면 과전류 제어회로(20)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며; 상기 MIT 온도센서(50)는 일정(一定) 온도 이상에서 절연체에서 금속으로 순간적으로 성질이 변화하고 상기 과온도 검출회로(40)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며; 상기 출력된 제어전압(Vc)은 상기 제어전압(Vc)은 MIT 트랜지스터 구동회로(30)를 통하여 MIT 트랜지스터(10)를 차단시키는 것을 특징으로 하는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치를 제안한다.
또한, 본 발명에서는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치에 있어서, 전원을 공급하는 콘센트(310); 상기 콘센트(310)와 연결된 교류 전원선(311,312)을 통해 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)로 전원을 공급하는 내부전원 장치(200); 상기 내부전원 장치(200)와 연결되고, 전원단 입구에 배치되는 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)를 포함하며; 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)는 릴레이(60)와 전류센서(16)와 과전류 제어회로(20)와 릴레이 구동회로(70)와 과온도 검출회로(40) 및 MIT 온도센서(50)로 이루어지며; 상기 전류센서(16)는 전류센서의 출력 신호를 기 설정된 값과 비교하고 설정 값 보다 큰 전류가 검출되면 과전류 제어회로(20)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며; 상기 MIT 온도센서(50)는 일정(一定) 온도 이상에서 절연체에서 금속으로 순간적으로 성질이 변화하고 상기 과온도 검출회로(40)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며; 상기 출력된 제어전압(Vc)은 상기 제어전압(Vc)은 릴레이 구동회로(70)를 통하여 릴레이(60)를 차단시키는 것을 특징으로 하는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치를 제안한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 다양한 변형에 의하여 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치에 적용시킬 수 있으며, 기술적으로 용이하게 변형시키는 기술의 범주도 본 특허의 권리범위에 속하는 것으로 인정해야 할 것이다.
10 : MIT(Metal Insulator Transition) 트랜지스터
11 : N형 트랜지스터
15 : 전자파 측정 도선
16 : 전류센서
20 : 과전류 제어회로
21 : 페라이트 비드
22 : 과전류 센서 저항
23 : 과전류 센서 커패시터
25 : 비교기
30 : MIT(Metal Insulator Transition) 트랜지스터 구동회로
40 : 과온도 검출회로
50 : MIT(Metal Insulator Transition) 온도센서
50-1 : 제1 외부 MIT 온도센서
50-2 : 제2 외부 MIT 온도센서
50-3 : 제3 외부 MIT 온도센서
50-4 : 제4 외부 MIT 온도센서
50-5 : 제5 외부 MIT 온도센서
60 : 릴레이(Relay)
60-1 : 릴레이(Relay) A접점
60-2 : 릴레이(Relay) B접점
61 : 릴레이 구동코일
62 : 제11 저항
63 : LED(Light Emitting Diode)
70 : 릴레이 구동회로
71 : P형 트랜지스터
72 : 대기전력 저감부
73 : 구동 다이오드
74 : 구동 커패시터
75 : 제12 저항
76 : N형 트랜지스터
100 : MIT(Metal Insulator Transition) 과전류 및 과온도 보호 장치
160 : 전류센서용 센서부
170 : 단일 굴곡형 전류센서용 센서부
171 : 단일 굴곡형 전력도선 단자
171a : 단일 굴곡형 전력도선 제1 단자
171b : 단일 굴곡형 전력도선 제2 단자
172 : 단일 굴곡형 측정도선 단자
172a : 단일 굴곡형 측정도선 제1 단자
172b : 단일 굴곡형 측정도선 제2 단자
173 : 단일 굴곡형 전력도선
174 : 단일 굴곡형 측정도선
175 : 단일 굴곡형 굴곡 패턴
180 : 이중 굴곡형 전류센서용 센서부
181 : 이중 굴곡형 전력도선 단자
181a : 이중 굴곡형 전력도선 제1 단자
181b : 이중 굴곡형 전력도선 제2 단자
182 : 이중 굴곡형 측정도선 단자
182a : 이중 굴곡형 측정도선 제1 단자
182b : 이중 굴곡형 측정도선 제2 단자
183 : 이중 굴곡형 전력도선
184 : 이중 굴곡형 측정도선
185 : 이중 굴곡형 굴곡 패턴
200 : 내부전원 장치
210 : 내부전원 공급
300 : 가정용 또는 산업용 전기기기
310 : 콘센트
311 : 제1 교류 전원선
312 : 제2 교류 전원선
C1 : 제1 커패시터
D1 : 제1 다이오드
D2 : 제2 다이오드
D3 : 제3 다이오드
R1 : 제1 저항
R2 : 제2 저항
R3 : 제3 저항
Vc : 제어전압
Vcc : 제어회로 작동전압
11 : N형 트랜지스터
15 : 전자파 측정 도선
16 : 전류센서
20 : 과전류 제어회로
21 : 페라이트 비드
22 : 과전류 센서 저항
23 : 과전류 센서 커패시터
25 : 비교기
30 : MIT(Metal Insulator Transition) 트랜지스터 구동회로
40 : 과온도 검출회로
50 : MIT(Metal Insulator Transition) 온도센서
50-1 : 제1 외부 MIT 온도센서
50-2 : 제2 외부 MIT 온도센서
50-3 : 제3 외부 MIT 온도센서
50-4 : 제4 외부 MIT 온도센서
50-5 : 제5 외부 MIT 온도센서
60 : 릴레이(Relay)
60-1 : 릴레이(Relay) A접점
60-2 : 릴레이(Relay) B접점
61 : 릴레이 구동코일
62 : 제11 저항
63 : LED(Light Emitting Diode)
70 : 릴레이 구동회로
71 : P형 트랜지스터
72 : 대기전력 저감부
73 : 구동 다이오드
74 : 구동 커패시터
75 : 제12 저항
76 : N형 트랜지스터
100 : MIT(Metal Insulator Transition) 과전류 및 과온도 보호 장치
160 : 전류센서용 센서부
170 : 단일 굴곡형 전류센서용 센서부
171 : 단일 굴곡형 전력도선 단자
171a : 단일 굴곡형 전력도선 제1 단자
171b : 단일 굴곡형 전력도선 제2 단자
172 : 단일 굴곡형 측정도선 단자
172a : 단일 굴곡형 측정도선 제1 단자
172b : 단일 굴곡형 측정도선 제2 단자
173 : 단일 굴곡형 전력도선
174 : 단일 굴곡형 측정도선
175 : 단일 굴곡형 굴곡 패턴
180 : 이중 굴곡형 전류센서용 센서부
181 : 이중 굴곡형 전력도선 단자
181a : 이중 굴곡형 전력도선 제1 단자
181b : 이중 굴곡형 전력도선 제2 단자
182 : 이중 굴곡형 측정도선 단자
182a : 이중 굴곡형 측정도선 제1 단자
182b : 이중 굴곡형 측정도선 제2 단자
183 : 이중 굴곡형 전력도선
184 : 이중 굴곡형 측정도선
185 : 이중 굴곡형 굴곡 패턴
200 : 내부전원 장치
210 : 내부전원 공급
300 : 가정용 또는 산업용 전기기기
310 : 콘센트
311 : 제1 교류 전원선
312 : 제2 교류 전원선
C1 : 제1 커패시터
D1 : 제1 다이오드
D2 : 제2 다이오드
D3 : 제3 다이오드
R1 : 제1 저항
R2 : 제2 저항
R3 : 제3 저항
Vc : 제어전압
Vcc : 제어회로 작동전압
Claims (19)
- 삭제
- 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치에 있어서,
전원을 공급하는 콘센트(310);
상기 콘센트(310)와 연결된 제1 및 제2 교류 전원선(311,312)을 통해 가전 또는 산업용 전기기기(300)로 전원을 공급하는 내부전원 장치(200); 및
상기 내부전원 장치(200)와 연결되고, 전원단 입구에 배치되는 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100);
를 포함하며;
상기 MIT 과전류 및 과온도 보호 장치(100)는, 릴레이(60)와 전류센서(16)와 과전류 제어회로(20)와 릴레이 구동회로(70)와 과온도 검출회로(40) 및 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50)로 이루어지며;
상기 전류센서(16)는, 상기 제1 교류 전원선(311)과 나란히 전자파 측정도선(15)을 배치하고, 상기 제1 교류 전원선(311)에서 발생하는 전자파를 바탕으로 전류를 측정하고, 상기 전류센서의 출력 신호를 기 설정된 값과 비교하고 설정 값 보다 큰 전류가 검출되면 과전류 제어회로(20)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며;
상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50)는 일정(一定) 온도 이상에서 절연체에서 금속으로 순간적으로 성질이 변화하는 MIT 온도센서로서, 상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)의 온도 중에서 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 온도 정보를 검출하고, 상기 과온도 검출회로(40)를 통해 제어전압(Vc)을 출력하며;
상기 가전 또는 산업용 전기기기(300)에서 열이 발생하는 복수의 주요부위에 병렬로 배치되어 특정(特定) 부분의 온도가 과온도인지 여부를 검출하는 복수의 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)를 더 포함하며,
상기 과온도 검출회로(40)는, 상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50) 및 상기 복수의 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)에서 과온도가 발생하는지 여부를 판단하여 과온도가 검출되면 제어전압(Vc)을 출력하며,
상기 과전류 제어회로(20)나 과온도 검출회로(40)로부터 출력된 제어전압(Vc)은 릴레이 구동회로(70)를 통하여 릴레이(60)를 통해 상기 제1 및 제2 교류 전원선(311,312)의 연결을 차단시키며,
상기 제2 교류 전원선(312)에 배치된 상기 릴레이(60)의 A접점(60-1) 및 B접점(60-2)의 이동을 수행하는 릴레이 구동코일(61);
상기 릴레이 구동코일(61)의 일단(一段)과 접속되는 제1 P형 트랜지스터(71)의 콜렉터(C) 단자;
상기 릴레이 구동코일(61)의 타단(他段)과 접속되는 접지(Ground) 단자;
상기 제1 P형 트랜지스터(71)의 베이스(Base) 단자와 전기적으로 신호를 구동하기 위한 제2 N형 트랜지스터(76);
상기 제1 P형 트랜지스터(71) 및 상기 제2 N형 트랜지스터(76)의 동작을 위한 제어전압(Vcc);
상기 제2 N형 트랜지스터(76)와 상기 제어전압(Vcc) 사이에 배치되어 과전류를 방지하기 위한 제12 저항(75); 및
상기 제2 N형 트랜지스터(76)의 컬렉터(Collector) 단자와 과전류 방지하기 위한 제12 저항(75) 사이의 접점과 상기 제1 P형 트랜지스터(71)의 베이스(Base) 단자 사이에 배치된 대기전력 저감부(72);
를 더 포함하며,
상기 대기전력 저감부(72)는 구동 다이오드(73) 및 구동 커패시터(74)로 구성되어 상기 릴레이(60) 구동을 위한 릴레이 구동코일(61)의 대기 전력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 제2항에 있어서,
상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50) 및 상기 복수의 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)는 상기 과온도에서 400[kΩ]에서 50[Ω]으로 급격하게 감소하는 것을 특징으로 하는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치.
- 삭제
- 청구항 제2항에 있어서,
상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50) 및 상기 복수의 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)는 67도의 온도에서 과온도로 판단하는 것을 특징으로 하는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 제2항에 있어서,
상기 MIT 과전류 및 과온도 보호장치(100)의 내부에 위치하는 MIT 온도센서(50) 및 상기 복수의 MIT 온도센서(50-1 내지 50-5)가 약 70도 이상의 온도에서 과온도로 판단했고, 다시 온도가 정상온도로 내려가는 경우, 상기 제1 및 제2 교류 전원선(311,312)의 연결을 복귀시켜서 상기 내부전원 장치(200)에 전원을 정상적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치. - 삭제
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190130637A KR102347086B1 (ko) | 2019-10-21 | 2019-10-21 | 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치 |
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|---|---|
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Family
ID=75728200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190130637A KR102347086B1 (ko) | 2019-10-21 | 2019-10-21 | 금속-절연체 순간전이 소자를 이용한 보호 장치 |
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| KR101796146B1 (ko) * | 2013-07-05 | 2017-11-10 | 한국전자통신연구원 | 임계전류 공급용 소자를 포함하는 금속-절연체 전이 트랜지스터 시스템 |
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| KR19990002140A (ko) | 1997-06-19 | 1999-01-15 | 윤종용 | 교환기에서 과전압/과온도 보호용 전원공급장치 |
| KR101813262B1 (ko) | 2011-05-17 | 2018-01-02 | 삼성전자주식회사 | 히스테리시스를 사용하여 과전압, 과전류 및 과온도로부터 무선-커플된 전력 장치들을 보호하는 장치 및 방법 |
| KR101687358B1 (ko) | 2014-05-21 | 2016-12-16 | 이민진 | 엘이디 컨버터 보호회로 |
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2019
- 2019-10-21 KR KR1020190130637A patent/KR102347086B1/ko active IP Right Grant
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| KR101796146B1 (ko) * | 2013-07-05 | 2017-11-10 | 한국전자통신연구원 | 임계전류 공급용 소자를 포함하는 금속-절연체 전이 트랜지스터 시스템 |
| KR101981640B1 (ko) * | 2018-12-11 | 2019-08-30 | 한국전자통신연구원 | 교류 전자파를 측정하는 전류센서와 이를 이용한 차단기 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |