KR102445966B1

KR102445966B1 - 아크 방지 차단기

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Publication number: KR102445966B1
Application number: KR1020200163826A
Authority: KR
Inventors: 강희복
Original assignee: 주식회사 에프램
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-09-20
Also published as: KR20220075580A

Abstract

Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700), CLK 발생부 (701), 아크 Sensor부 (702), Switch 제어부 (710)로 구성된다.
S_1 신호 입력 Transistor (706)는 아크 Sensor부 (702) 의 S_1 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.
S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는 아크 Sensor부 (702) 의 S_2 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.
상기 S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는, 상기 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 다른 정해진 값의 Sensing Detection Voltage 특성을 생성하기 위해, 복수개의 Transistor를 직렬로 연결하여 구성하거나 병렬로 연결하여 전류 구동 능력에서 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 차이가 나도록 하는 것을 특징으로 한다.
전기 아크(ARC) 사고는 전선이나 전기제품의 손상, 전선의 절연파괴 또는 부적절한 설치, 접속결함, 노화현상 등이 원인이 되어 발생한다. 전기화재의 약 80%가 아크(ARC)로 인한 것이다.
누전차단기는 사람의 감전을 위해, 배선용 차단기는 장비의 보호를 위해 설치되지만, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 해 준다.

Description

아크 방지 차단기 {An Arc Fault Circuit Interrupter}

전기화재는 기존의 누전 혹은 배선용 차단기가 설치 되어 있는 곳에서도 발생하는데 이러한 기존의 차단기는 위험한 전기 아크(ARC) 사고를 감지 하는 기능이 없기 때문이다.

전기 아크(ARC) 사고는 전선이나 전기제품의 손상, 전선의 절연파괴 또는 부적절한 설치, 접속결함, 노화현상 등이 원인이 되어 발생한다. 전기화재의 약 80%가 아크(ARC)로 인한 것이다.

누전차단기는 사람의 감전을 위해, 배선용 차단기는 장비의 보호를 위해 설치되지만, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크(ARC) 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 해 준다.

고 전압의 교류 전원에서 저 전압의 직류 전원으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서 통상 변압 회로(100)는 회로의 구성에 많은 면적과 비용을 유발하는 회로 영역이 된다.

따라서 저 비용의 회로를 구성하는데 있어서 방해 요인으로 작용하게 된다. 한편, 제너 다이오드(Zener diode)(104)회로 영역은 정 전압의 출력 전압 특성을 확보하기 위해 정류 회로(102)의 출력 단자에 병렬로 배치하여 사용하게 된다.

최근에는 통신 분야의 system transients와 lightning-induced transients로부터 시스템을 보호해주는 써지 보호 역할과, 이동 통신 단말기, 노트북 PC, 전자수첩, PDA등의 정전 기에 대하여 회로를 보호해주는 ESD(electrostatic discharge) protection의 역할로서 PN 바리스터(Varistor)가 필요하다.

각종 정보기기, 제어기기 등 전기를 사용하는 제품에 갑작스런 전압의 변화(surge) 가전제품에 대한 기기 손상을 방지하기 위한 써지 흡수소자로서 사용 된다. 또한 발전소, 변전소, 송전소 같은 전력 기기 분야에서 낙뢰로부터 설비를 안전하게 보호하기 위한 전력용 피뢰기의 핵심 소자에 이르기까지 다양한 부분에 사용된다.

이에 따라 이들 장비에 발생하는 전원서지, 낙뇌서지 등으로부터 시스템을 보호하기 위한 필요성이 그 어느 때보다도 강하게 요구되고 있다.

전력 계통에 설치되는 전자기기들을 이러한 과도 외부 서지로부터 파괴, 또는 오동작하지 않도록 서지를 차단하기 위해서는 서지 보호 장치(Surge Protection Device: SPD, Voltage Transient Management System: VTMS, or Transient Voltage Surge Suppressor: TVSS)를 설치한다. 또한, 전력 계통에 설치되는 전자기기들은 이상 전류, 이상 전압 혹은 누설 전류와 같은 각종 고장 사고에 의한 재해를 방지할 수 있는 감지(Sensing) 보호 장치를 설치하여야 한다.

특히, 전선 등의 결함으로 인하여 아크가 발생되었을 때 이를 감지하여 회로의 전류를 차단시키는 아크차단기 AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter)는 아크 재해를 방지하는 전기안전장치이다.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖는다.

첫째, 통상 변압 회로(100) 영역의 구성을 제거하여 통상 변압 회로(100) 영역에서 차지하는 면적을 제거하여 저 비용 회로의 구현이 가능하게 하는 특징을 갖는다.

둘째, Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부, CLK 발생부 및 Capacitive Sensor부로 구성되게 하는 특징을 갖는다.

셋째, 전원이 공급되고 있는 동안에 CLK의 일정 주파수 주기에 대응하여 증폭 동작과 Precharge 동작을 주기적으로 반복되는 특징을 갖는다.

넷째, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 하는 특징을 갖는다.

고 전압의 교류 및 직류 전원에서 저 전압의 직류 전원으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서, 통상 변압 회로(100)의 구성을 제거하여 통상 변압 회로(100) 구성에서 차지하는 많은 면적을 제거하여 저 비용의 회로를 구성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700), CLK 발생부 (701) 및 아크 Sensor부 (702), Switch 제어부 (710)로 구성된다.

S_1 신호 입력 Transistor (706)는 아크 Sensor부 (702) 의 S_1 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.

S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는 아크 Sensor부 (702) 의 S_2 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.

상기 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 다른 정해진 값의 Sensing Detection Voltage 특성을 생성하기 위해 복수개의 Transistor를 직렬로 연결하여 구성하거나 병렬로 연결하여 전류 구동 능력에서 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 차이가 나도록 하는 것을 특징으로 한다.

전기 아크 사고는 전선이나 전기제품의 손상, 전선의 절연파괴 또는 부적절한 설치, 접속결함, 노화현상 등이 원인이 되어 발생한다. 전기화재의 약 80%가 아크(ARC)로 인한 것이다.

누전차단기는 사람의 감전을 위해, 배선용 차단기는 장비의 보호를 위해 설치되지만, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 해 준다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 통상 변압 회로(100) 영역의 구성을 제거하여 통상 변압 회로(100) 영역에서 차지하는 면적을 제거하여 저 비용 회로의 구현이 가능하도록 한다.

둘째, Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부, CLK 발생부, 아크 Sensor부 (702) 로 구성됨을 특징으로 하는 효과를 제공한다.

셋째, 전원이 공급되고 있는 동안에 CLK의 일정 주파수 주기에 대응하여 증폭 동작과 Precharge 동작을 주기적으로 반복됨을 특징으로 하는 효과를 제공한다.

넷째, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 하는 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 통상의 전압 변환 회로의 구성도.
도 2는 본 발명의 반파 정류 VDD 전원 발생 회로의 구성도
도 3은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 구성도.
도 4은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 동작 파형도.
도 5는 본 발명 아크 Sensor부 (702) 의 상세 회로도.
도 6은 본 발명 아크 차단기 AFCI의 상세 회로도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 통상의 전압 변환 회로의 구성도이다.

교류 입력 전원(100)에서 저 전압의 직류 전원의 전압으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서 통상 변압회로(101), 정류 회로(102), 및 제너 다이오드(Zener diode)(104)의 회로 영역으로 구성된다. 통상 변압 회로(100)는 고 전압의 입력 전원을 저 전압으로 변환하는 회로 영역이다.

정류 회로(102)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 반파 혹은 전파 정류 다이오드로 구성된 회로 영역이다. 통상 변압 회로(100)는 회로의 구성에 많은 면적과 비용을 유발하는 회로 영역이 된다.

따라서 저 비용의 회로를 구성하는데 있어서 방해 요인으로 작용하게 된다.

한편, 제너 다이오드(Zener diode)(104)회로 영역은 정 전압의 출력 전압 특성을 확보하기 위해 정류 회로(102)의 출력 단자(103)에 병렬로 배치하여 사용하게 된다.

정류 회로(102)의 출력 단자(103)는 최종 출력 제1 전력 공급 단자(105)로 사용된다.

도 2는 본 발명의 반파 정류 VDD 전원 발생 회로의 구성도이다.

본 발명의 교류 입력 전원에서 저 전압의 직류 전원의 전압으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서, 교류 입력 전원(200)의 한쪽 전극(201)은 반파 정류 회로의 한쪽 입력 단에 연결된다.

교류 입력 전원(200)의 다른 쪽 전극(202)은 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.

교류 입력 전원(200)의 한쪽 전극(201)은 Diode D4의 Anode 전극에 연결된다.

Diode D4의 Cathode 전극은 전류 제한 소자인 저항 R1의 한쪽 단자에 연결된다.

저항 R1의 다른 쪽 단자(204)는 Zener diode (206)의 Cathode 와 Diode D5의 Anode 전극에 공통으로 연결된다.

상기 Zener diode (206)의 Anode 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.

상기 D5의 Cathode 전극에는 저 전압 출력 단자인 VDD 전원 단자가 연결된다.

VDD 전원 단자는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 VDD 전원 단자에 연결된다.

도 3은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 구성도이다.

Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700), CLK 발생부 (701), 아크 Sensor부 (702) 및 Switch 제어부 (710) 로 구성된다.

상기 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)는 out- 단자의 precharge transistor (703), out+ 단자의 precharge transistor (704), Latch 증폭부 (705), S_1 신호 입력 Transistor (706), S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707) 및 활성화 제어 Transistor (708) 로 구성된다.

상기 precharge transistor (703) 와 precharge transistor (704)는 out- 단자와 out+ 단자를 High 전압으로 Precharge 시키는 사용되는 Transistor 이다.

Latch 증폭부 (705)는 out- 단자와 out+ 단자를 증폭시키기 위한 회로이다.

또한, 상기 S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는, 상기 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 다른 정해진 값의 Sensing Detection Voltage 특성을 생성하기 위해, 복수개의 Transistor를 직렬로 연결하여 구성하거나 병렬로 연결하여 전류 구동 능력에서 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 차이가 나도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 활성화 제어 Transistor (708)는 CLK 신호가 High 일 때는 동작을 활성화 시키고, CLK 신호가 Low 일 때는 Precharge 시키는 동작을 수행한다.

상기 CLK 발생부 (701)는 전원을 인가하면 자체적으로 일정 주기의 clock 신호인 CLK 을 발생함을 특징으로 하는 회로 Block이다.

상기 아크 Sensor부 (702) 는 온도 Sensor, 영상 변류기(ZCT)를 포함하는 자기 Sensor, 가스 Sensor 등 각종 Sensor 신호를 발생하는 Sensor 회로 Block이다.

상기 아크 Sensor부 (702)의 2개의 출력 단자는 상기 S_1 신호와 상기 S_2 신호에 각각 연결된다.

상기 Switch 제어부 (710)의 2개의 입력 단자는 상기 S_1 신호와 상기 S_2 신호에 각각 연결된다.

도 4는 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 동작 파형도이다.

상기 CLK 발생부 (701)의 CLK 신호가 Low인 구간에서는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)가 비활성화 되어 Precharge 동작을 수행한다.

한편, 상기 CLK 발생부 (701)의 CLK 신호가 High인 구간에서는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)가 활성화 되어 정상 증폭 동작을 수행한다.

본 발명의 회로는 전원이 공급되고 있는 동안에 CLK의 일정 주파수 주기에 대응하여 증폭 동작과 Precharge 동작을 주기적으로 반복됨을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명 아크 Sensor부 (702) 의 상세 회로도이다.

전기화재는 기존의 누전 혹은 배선용 차단기가 설치 되어 있는 곳에서도 발생하는데 이러한 기존의 차단기는 위험한 전기 아크(스파크) 사고를 감지 하는 기능이 없기 때문이다.

전기 아크(스파크) 사고는 전선이나 전기제품의 손상, 전선의 절연파괴 또는 부적절한 설치, 접속결함, 노화현상 등이 원인이 되어 발생한다. 전기화재의 약 80%가 아크(ARC)로 인한 것이다.

누전차단기는 사람의 감전을 위해, 배선용 차단기는 장비의 보호를 위해 설치되지만, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크(스파크) 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 해 준다.

본 발명 아크 Sensor부 (702)의 아크(ARC) 전류 감지 회로의 구성은 다음과 같다.

변류기 CT(Current Transformer)인 CT(800)는 1차의 아크(ARC) 부하 전류를 2차 아크(ARC) 감지 출력 전류로 변환하는 전류 변환 Coil 소자이다.

CT(800)의 2차 아크(ARC) 감지 출력 단자는 노드 N1(801) 단자와 노드 N2(802) 단자에 각각 연결된다.

노드 N1(801) 단자와 노드 N2(802) 단자 사이에는 다이오드(Diode) D1(803)과 D2(804)가 직렬로 연결되어 있다.

즉, 다이오드(Diode) D2(804)의 Anode 단자는 노드 N2(802) 단자에 연결되고, 다이오드(Diode) D2(804)의 Cathode 단자는 다이오드(Diode) D1(803)의 Anode 단자에 연결되고, 다이오드(Diode) D1(803)의 Cathode 단자는 노드 N1(801) 단자에 연결된다.

노드 N1(801) 단자와 노드 N2(802) 단자 사이에는 D1(803)과 D2(804)의 반대 극성 방향으로 다이오드(Diode) D3(805)과 D4(806)가 직렬로 연결되어 있다.

즉, 다이오드(Diode) D3(805)의 Anode 단자는 노드 N1(801) 단자에 연결되고, 다이오드(Diode) D3(805)의 Cathode 단자는 다이오드(Diode) D4(806)의 Anode 단자에 연결되고, 다이오드(Diode) D4(806)의 Cathode 단자는 노드 N2(802) 단자에 연결된다.

다이오드(Diode) D1(803), D2(804), D3(805) 및 D4(806)는 노드 N1(801) 단자와 노드 N2(802) 단자 사이의 전압을 일정 크기 이하로 제한하기 위한 동작을 목적으로 한다.

캐패시터(Capacitor) C1(807)의 한쪽 단자는 노드 N1(801)에 연결되고 다른 쪽 단자는 노드 N3(808) 에 연결된다.

캐패시터(Capacitor) C1(807)는 아크(ARC) 전류의 고주파 성분을 통과(Pass)시키기 위한 하이 패스 (High Pass) 필터 (Filter) 동작을 수행함을 목적으로 한다.

다이오드(Diode) D5(809)의 Anode 단자는 상기 노드 N2(802) 단자에 연결되고, 상기 다이오드(Diode) D5(809)의 Cathode 단자는 노드 N3(808) 단자에 연결된다.

다이오드(Diode) D6(810)의 Anode 단자는 노드 N3(808) 단자에 연결되고, 다이오드(Diode) D6(810)의 Cathode 단자는 노드 N4(811) 단자에 연결된다.

다이오드(Diode) D5(809)과 D6(810)는 통과된 아크(ARC)의 고주파 신호에 대해 정류 동작을 수행하여 직류 맥동 신호로 변환하는 동작을 목적으로 한다.

캐패시터(Capacitor) C2(812)의 한쪽 단자는 노드 N2(802)에 연결되고 다른 쪽 단자는 노드 N4(811) 에 연결된다.

저항 R1(813)의 한쪽 단자는 노드 N2(802)에 연결되고 다른 쪽 단자는 노드 N4(811) 에 연결된다.

캐패시터(Capacitor) C2(812)와 저항 R1(813)은 직류로 정류된 아크(ARC) 맥류(Ripple Curren) 신호를 평활화하기 위한 동작을 목적으로 한다.

노드 N4(811) 단자와 노드 N2(802) 단자는 아크 Sensor부 (702)의 2개의 출력 신호 단자에 해당된다.

따라서 노드 N4(811) 단자는 상기 S_1 신호 단자에 연결되고, 노드 N2(802) 단자는 상기 S_2 신호 단자에 각각 연결된다.

도 6은 본 발명 아크 차단기 AFCI의 상세 회로도이다.

아크 차단기 AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter)는 누전차단기 (ELCB: Earth Leakage Circuit Breaker)와 아크 화재 방지 차단기 기능을 구현함을 특징으로 한다.

즉, 아크 차단기 AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter)는 누전차단기의 누전 차단 구동부를 이용하여 ELCB 기능과 아크 화재 방지 차단기 기능을 동시(Dual)에 구현하는 기술이다.

누전차단기(900)는 통상의 교류(AC) 혹은 직류(DC) 전원의 누전차단기 구조를 특징으로 한다.

누전차단기(900)는 누전 전류를 감지하는 영상 변류기 (ZCT), 전원을 트립 (Trip) 차단시키기 위한 구동부인 트립 코일 (Trip Coil) 구동부 혹은 누전 전류 감지 및 구동 제어부, 바이메탈 부하 과전류 차단부, 혹은 자계 단락 과전류 순시 차단부로 구성됨을 특징으로 한다.

누전차단기(900)는 교류(AC) 전원의 누전 전류를 감지하여 차단하거나 혹은 직류(DC) 전원의 누전 전류를 감지하여 차단하는 기능을 포함한다.

상기 교류(AC) 전원은 3상 혹은 단상 전원을 포함한다.

누전차단기(900)의 2개의 전원 입력 단에는 제1 전원선인 T1 및 중성선인 N1이 각각 연결된다.

누전차단기(900)의 2개의 부하 단에는 제1 부하선인 TL1 및 부하 중성선인 NL1이 각각 연결된다.

제1 전원선인 T1에 제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902)의 한쪽 단자가 연결된다.

제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902)의 다른 쪽 단자는 제1 전파 정류 입력 단인 노드 N904 가 연결된다.

부하 중성선인 NL1에 제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)의 한쪽 단자가 연결된다.

제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)의 다른 쪽 단자는 제2 전파 정류 입력 단인 노드 N908 가 연결된다.

제2 실시예로써,

중성선인 N1에 제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902)의 한쪽 단자가 연결될 수도 있고, 제1 부하선인 TL1에 제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)의 한쪽 단자가 연결될 수도 있다.

또한, 제2 실시 예로써, 상기 제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902) 와 제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)는 한 개의 저항 소자로 통합되어 구성될 수도 있다.

상기 제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902) 와 제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)는 누전차단기(900) 에서 누전 전류를 감지하고 트립(Trip) 동작할 수 있는 가상 누전 전류를 발생 시키기 위한 전류 제한 저항 소자이다.

즉, 한 실시 예로써, 30mA 규격의 누전차단기(900)에서, 만약 구동소자(912)가 활성화(ON) 되어 전류가 흐를 때, 상기 제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902) 와 제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)를 통해서 흐르는 가상 누전 전류는 30mA 이상의 전류가 된다.

교류(AC) 전원의 정류 회로는 반파 혹은 전파 정류 회로로 구성되고, 직류(DC) 전원은 정류 회로를 생략할 수도 있다.

전파 정류 회로는 다이오드 D1, D2, D3, D4 소자로 구성된다.

다이오드 D1의 P형 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결되고, 다이오드 D1의 N형 단자는 노드 N904에 연결된다.

다이오드 D2의 P형 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결되고, 다이오드 D2의 N형 단자는 노드 N908에 연결된다.

다이오드 D3의 P형 단자는 노드 N904에 연결되고, 다이오드 D3의 N형 단자는 노드 N910에 연결된다.

다이오드 D4의 P형 단자는 노드 N908에 연결되고, 다이오드 D4의 N형 단자는 노드 N910에 연결된다.

상기 전파 정류 회로의 제1 음극 직류 출력 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.

상기 전파 정류 회로의 제2 양극 직류 출력 단자는 노드 N910 에 연결된다.

노드 N910는 저항 소자인 R3(916)의 한쪽 단자에 되고, 구동소자(912)의 Anode 단자에 공통으로 연결된다.

저항 소자인 R3(916)의 다른 쪽 단자는 AFCI 제어부 (922)의 전원 공급 단자는 노드 N918에 연결된다.

상기 구동소자(912) 소자는 실리콘 제어 정류기 SCR (Silicon-controlled rectifier) 혹은 N형 MOS (Metal Oxide Semiconductor) FET (Field Effect Transistor) 소자를 포함한다.

상기 구동소자(912) 소자의 Gate 단자는 AFCI 제어부 (922)의 트리거(Trigger) 신호 출력 단자인 노드 N914에 연결된다.

상기 구동소자(912) 소자의 Cathode 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.

택트(Tact) 혹은 누름(Push) 버튼 스위치 (Button Switch) 구조이고, 동작 시험 검증 버튼 (Test Button) 스위치 소자인 TB(920)의 2 단자는 상기 노드 N914과 상기 노드 N918에 각각 연결된다.

동작 시험 검증 버튼 (Test Button) 스위치 소자인 TB(920)가 활성화(ON) 되면 상기 구동소자(912) 소자의 Gate 단자인 노드 N914 단에 구동 트리거(Trigger) 신호 전류가 유입되어 상기 구동소자(912) 가 활성화 되면 누전차단기(900) 가 트립(Trip) 차단 동작하게 된다.

아크 화재 전류를 감지할 수 있는 아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)인 CT(924) 가 제1 부하선인 TL1 에 관통하도록 구성된다.

아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)인 CT(924)의 2개의 출력 신호선은 AFCI 제어부 (922) 에 입력 신호단에 연결된다.

다른 실시 예로써, 아크 화재 전류를 감지할 수 있는 아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)인 CT(924)는 제1 전원선인 T1 에 관통하거나 다른 위치의 다른 전원선, 부하 전원선, 중성선, 혹은 부하 중성선 중에서 한 개의 선에 관통하여 아크(ARC) 전류 신호를 감지할 수 있도록 구성할 수도 있다.

AFCI 제어부 (922) 는 아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)인 CT(924)로부터 아크 화재 전류 신호 혹은 다른 종류의 센서(Sensor) 감지 신호를 감지하여 증폭하고, 구동소자(912) 소자의 구동 트리거(Trigger) 출력을 제어하고, 유선 USB, Ethernet, 혹은 무선 Bluetooth, WIFI 인터넷 네트워크(Network) 통신을 수행하는 회로부 등을 포함한다.

100 입력 전원
101 변압 회로
102 정류 회로
104 제너 다이노드(Zener diode)
105 제1 전력 공급 단자
200 입력 전원

Claims

누전차단기와 아크 화재 방지 차단기 기능을 동시(Dual)에 구현하는 아크 차단기 (AFCI) 장치에서,
누전차단기(900)는 교류(AC) 전원의 누전 전류를 감지하여 차단하거나 혹은 직류(DC) 전원의 누전 전류를 감지하여 차단하는 기능을 포함하고,
상기 누전차단기(900)의 2개의 전원 입력 단에는 제1 전원선인 T1 및 중성선인 N1이 각각 연결되고,
상기 누전차단기(900)의 2개의 부하 단에는 제1 부하선인 TL1 및 부하 중성선인 NL1이 각각 연결되고,
상기 제1 전원선인 T1에 제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902)의 한쪽 단자가 연결되고,
상기 제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902)의 다른 쪽 단자는 제1 전파 정류 입력 단인 노드 N904 가 연결되고,
부하 중성선인 NL1에 제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)의 한쪽 단자가 연결되고,
상기 제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)의 다른 쪽 단자는 제2 전파 정류 입력 단인 노드 N908 가 연결되고,
상기 제1 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R1(902) 와 상기 제2 가상 누전 차단 전류 유발 저항 소자인 R2(906)는 상기 누전차단기(900) 에서 누전 전류를 감지하고 트립(Trip) 동작할 수 있는 가상 누전 전류를 발생 시키기 위한 전류 제한 저항 소자이고,
전파 정류 회로는 다이오드 D1, D2, D3, 및 D4 소자로 구성되고,
상기 다이오드 D1의 P형 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결되고, 상기 다이오드 D1의 N형 단자는 상기 노드 N904에 연결되고,
상기 다이오드 D2의 P형 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결되고, 상기 다이오드 D2의 N형 단자는 상기 노드 N908에 연결되고,
상기 다이오드 D3의 P형 단자는 상기 노드 N904에 연결되고, 상기 다이오드 D3의 N형 단자는 노드 N910에 연결되고,
상기 다이오드 D4의 P형 단자는 상기 노드 N908에 연결되고, 상기 다이오드 D4의 N형 단자는 상기 노드 N910에 연결되고,
상기 노드 N910는 저항 소자인 R3(916)의 한쪽 단자와 구동소자(912)의 Anode 단자에 공통으로 연결되고,
상기 저항 소자인 R3(916)의 다른 쪽 단자는 AFCI 제어부 (922)의 전원 공급 단자는 노드 N918에 연결되고,
상기 구동소자(912) 소자는 실리콘 제어 정류기 SCR (Silicon-controlled rectifier) 혹은 N형 MOS (Metal Oxide Semiconductor) FET (Field Effect Transistor) 소자를 포함하고,
상기 구동소자(912) 소자의 Gate 단자는 상기 AFCI 제어부 (922)의 트리거(Trigger) 신호 출력 단자인 노드 N914에 연결되고,
상기 구동소자(912) 소자의 Cathode 단자는 공통의 접지 단자인 GND에 연결되고,
택트(Tact) 혹은 누름(Push) 버튼 스위치 (Button Switch) 구조이고, 동작 시험 검증 버튼 (Test Button) 스위치 소자인 TB(920)의 2 단자는 상기 노드 N914과 상기 노드 N918에 각각 연결되고,
상기 동작 시험 검증 버튼 (Test Button) 스위치 소자인 TB(920)가 활성화(ON) 되면 상기 구동소자(912) 소자의 Gate 단자인 상기 노드 N914 단에 구동 트리거(Trigger) 신호 전류가 유입되어 상기 구동소자(912) 가 활성화 되면 상기 누전차단기(900) 가 트립(Trip) 차단 동작하게 되고,
아크 화재 전류를 감지할 수 있는 아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)인 CT(924) 가 상기 제1 부하선인 TL1 에 관통하도록 구성되고,
상기 아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)인 CT(924)의 2개의 출력 신호선은 상기 AFCI 제어부 (922)에 입력 신호단에 연결되고,
상기 AFCI 제어부 (922)는 상기 아크 검출용 전류변환기(Current Transformer; CT)인 CT(924)로부터 아크 화재 전류 신호를 감지하여 증폭하고, 혹은 상기 구동소자(912) 소자의 구동 트리거(Trigger) 출력을 제어하는 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 차단기 (AFCI) 장치.