KR102573357B1 - 과전류 제한을 위한 전기회로 장치 - Google Patents

과전류 제한을 위한 전기회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과전류 제한을 위한 전기회로 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기회로 장치는, 부하에 소정의 전원을 공급하는 전원 공급기; 상기 전원 공급기와 부하 사이에 배치되며, 상기 부하에 상기 전원 공급기의 전원을 공급 여부를 제어하는 메인 스위치부; 상기 메인 스위치부와 전기적으로 연결되고, 상기 메인 스위치부에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 과전류 제한부; 및 상기 과전류 제한부를 통해 상기 메인 스위치부의 동작을 제어하는 온오프 전원부를 포함할 수 있다.

Description

과전류 제한을 위한 전기회로 장치{ELECTRIC CIRCUIT DEVICE FOR LIMITING OVER-CURRENT}
본 발명은 과전류 제한을 위한 전기회로 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기회로 장치에서 과전류를 제한하고 전원 공급의 온/오프를 제어할 수 있는 과전류 제한을 위한 전기회로 장치에 관한 것이다.
전기회로나 전자회로에서 부하나 회로에 이상 현상이 발생하는 경우, 전기회로에 과전류가 흐르는 상황이 발생한다. 이렇게 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 과전류 제한 회로를 이용하여 일정 이상의 전류가 흐르지 않도록 제한하거나 휴즈를 사용하여 차단한다. 또한, 과전류를 센싱하여 일정 전류 이상이 되면 스위치를 오프함으로써, 전류가 흐르는 것을 차단하여 전기회로를 보호한다.
도 1은 종래에 트랜지스터를 이용한 전류 제한 회로를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 입력전압원(10)에서 인가된 전압원은 전력증폭기(20)의 전압원으로 사용된다. 전력증폭기(20)는 신호전원(50)의 신호전압 Vsn의 전력을 증폭하여 부하(40)에 공급한다.
이러한 종래의 전류 제한 회로가 작동되는 것에 대해 설명한다. 도 1의 전류 제한 회로에 부하가 단락되거나 일정 이상의 부하가 회로에 걸리는 경우, 제1 트랜지스터(Q1)를 통해 부하(40)에 흐르는 전류가 일정 이상의 크기로 증가할 수 있다. 그리고 직렬로 저항(Rs)을 연결하면 전류가 클 경우에 저항(Rs)에 걸리는 전압이 증가한다.
이렇게 저항(Rs)에 걸리는 전압이 증가함에 따라 회로 보호를 위한 제2 트랜지스터(Q2)가 턴온되며, 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스에 흐르는 전류를 감소시켜 제1 트랜지스터(Q1)에 흐르는 전류를 제한한다.
그런데, 이러한 종래의 전류 제한 회로에서 전류 제한을 위해 제2 트랜지스터(Q2)가 동작하려면, 저항(Rs)에 걸리는 전압이 대략 0.6V 이상이 걸려야 한다. 이 정도의 큰 전압이 저항(Rs)에 걸릴 정도로 부하전류가 큰 시스템이라 하더라도 저항(Rs)에 걸리는 전압으로 인해, 전체 시스템에 큰 손실이 발생할 수 있으며, 그로인한 시스템의 효율저하가 커지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 과전류 제한을 위하나 전기회로가 동작할 때, 전류 센싱으로 인한 손실을 최소화하면서 최대 전류를 제한하고, 전류 제한을 위한 회로에 스위치의 온/오프 동작을 할 수 있는 과전류 제한을 위한 전기회로 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기회로 장치는, 부하에 소정의 전원을 공급하는 전원 공급기; 상기 전원 공급기와 부하 사이에 배치되며, 상기 부하에 상기 전원 공급기의 전원을 공급 여부를 제어하는 메인 스위치부; 상기 메인 스위치부와 전기적으로 연결되고, 상기 메인 스위치부에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 과전류 제한부; 및 상기 과전류 제한부를 통해 상기 메인 스위치부의 동작을 제어하는 온오프 전원부를 포함할 수 있다.
상기 메인 스위치부는, 드레인 단자가 상기 전원 공급기에 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 상기 부하에 전기적으로 연결된 메인 스위치; 및 상기 메인 스위치와 상기 부하 사이에 배치된 메인 센싱저항을 포함할 수 있다.
상기 과전류 제한부는, 상기 메인 스위치가 오프되도록 동작하는 과전류 스위치; 및 상기 메인 스위치의 온오프를 제어하는 온오프 스위치를 포함할 수 있다.
상기 과전류 스위치는, 드레인 단자가 상기 메인 스위치의 게이트 단자와 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 상기 메인 스위치의 소스 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 온오프 스위치는, 게이트 단자가 상기 온오프 전원부와 전기적으로 연결되고, 드레인 단자가 상기 메인 스위치의 게이드 단자와 전기적으로 연결되며, 소스 단자가 상기 메인 스위치의 소스 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 과전류 스위치의 게이트 단자와 상기 온오프 스위치의 드레인 단자는 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 의하면, 전원 공급기에서 공급되는 전류가 일정 전류 이하로 유지되도록 제한하고, 과전류가 발생하여 공급되더라도 일정 이상의 전류가 흐르지 않도록 제한하여 전원 공급기를 보호할 수 있다.
또한, 스위치를 통해 전류가 회로에 흐르지 않도록 함으로써, 전원 공급기를 보호하여 전기회로 장치가 파괴되는 것을 방지하여 재사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래에 트랜지스터를 이용한 전류 제한 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한을 위한 전기회로 장치의 회로의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한을 위한 전기회로 장치에서, 전원 공급기의 입력전압이 100V, 부하의 등가저항 20Ω인 상태에서 신호전원(Vsn)의 파형 변동에 따른 부하전류(is)에 대한 시뮬레이션 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한을 위한 전기회로 장치에서, 전원 공급기의 입력전압이 100V, 부하의 등가저항이 시간에 따라 변동될 때 메인 스위치의 전류 시뮬레이션 파형을 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한을 위한 전기회로 장치의 회로의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한을 위한 전기회로 장치(100)에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한을 위한 전기회로 장치(100)는, 전원 공급기(110), 메인 스위치부(120), 과전류 제한부(130), 부하부(140) 및 온오프 전원부(150)를 포함한다.
전원 공급기(110)는, 부하부(140)에 전원을 공급한다.
메인 스위치부(120)는, 전원 공급기(110)와 부하부(140) 사이에 배치된다. 이러한 메인 스위치부(120)는, 메인 스위치(Q1) 및 메인 센싱저항(R1)을 포함한다.
메인 스위치(Q1)는 MOSFET 스위치가 이용될 수 있으며, 메인 스위치(Q1)는 드레인 단자가 전원 공급기(110)와 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 부하부(140) 측에 전기적으로 연결된다. 그리고 메인 스위치(Q1)의 게이트 단자는 과전류 제한부(130)와 전기적으로 연결된다.
이러한 메인 스위치(Q1)는 온오프 전원부(150)로부터 수신된 신호에 의해 동작된다. 이러한 메인 스위치(Q1)는 온오프 전원부(150)에서 온(on) 신호가 수신되는 경우, 온(on) 동작을 수행함에 따라 전원 공급기(110)와 부하부(140)가 전기적으로 연결된다.
따라서 부하부(140)에 전원 공급기(110)의 전원이 공급되며, 온오프 전원부(150)의 신호에 따라 메인 스위치(Q1)가 오프(off)되면 부하부(140)와 전원 공급기(110)의 전기적인 연결이 차단된다.
메인 스위치(Q1)가 온(on)된 상태에서 부하부(140)가 과부하 상태가 되거나 단락에 의해 과전류가 발생하면, 메인 센싱저항(R1)을 통해 과전류가 감지될 수 있으며, 감지된 신호가 과전류 제한부(130)에 전송된다. 여기서, 메인 센싱저항(R1)은, 메인 스위치(Q1)의 소스와 부하부(140) 사이에 배치될 수 있다.
과전류 제한부(130)는, 메인 스위치(Q1)를 제어하고, 과전류를 제한한다. 과전류 제한부(130)는, 과전류 스위치(Q2), 온오프 스위치(Q3), 제1 스위치 저항(Rs), 제2 스위치 저항(R3) 및 온오프 저항(R4)을 포함한다.
과전류 스위치(Q2)는, 드레인 단자가 VDD에 연결되며, 소스 단자가 기준점 D에 연결될 수 있다. 그리고 과전류 스위치(Q2)의 게이트 단자는 메인 스위치부(120)에 연결되며, 구체적으로 메인 스위치(Q1)의 게이트 단자와 전기적으로 연결된다. 또한, 과전류 스위치(Q2)의 게이트 단자는 온오프 스위치(Q3)의 드레인 단자에 전기적으로 연결된다.
온오프 스위치(Q3)는, 드레인 단자가 VDD에 연결되며, 소스 단자가 기준점 D에 연결될 수 있다. 그리고 온오프 스위치(Q3)의 게이트 단자는 온오프 전원부(150)와 전기적으로 연결된다. 이러한 온오프 스위치(Q3)는, 메인 스위치(Q1)의 온오프를 제어하는 역할을 한다. 이때, 온오프 스위치(Q3)의 제어전원은 VDD이며, 신호의 기준점은 D이다.
이때, 메인 스위치부(120)와 과전류 제한부(130)는 전기적으로 연결되며, 메인 스위치(Q1)의 기준점 A 및 B는 각각 과전류 제한부(130)의 기준점 C 및 D에 연결된다.
제1 스위치 저항(Rs)은, 과전류 스위치(Q2)의 소스 단자와 기준점 D 사이에 배치되고, 전류를 조정하는 역할을 한다.
제2 스위치 저항(R3)은, 과전류 스위치(Q2)의 드레인 단자와 VDD 사이에 배치된다. 그리고 온오프 저항(R4)은, 온오프 스위치(Q3)의 드레인 단자와 VDD 사이에 배치된다.
온오프 전원부(150)에서 온오프 스위치(Q3)의 게이트 단자에 전압이 인가되면(예컨대, 15V), 온오프 스위치(Q3)가 턴 온(on)되며, 온오프 스위치(Q3)의 드레인 단자 및 소스 단자 사이의 전압이 낮아진다.
과전류 스위치(Q2)의 드레인 단자 및 소스 단자가 메인 스위치(Q1)의 게이트 단자 및 소스 단자에 각각 연결됨에 따라 메인 스위치(Q1)는 오프된다.
그리고 온오프 전원부(150)에서 온오프 스위치(Q3)가 오프되도록 전압(예컨대, 0V)을 인가하면, 온오프 스위치(Q3)는 오프된다. 따라서 과전류 스위치(Q2), 메인 스위치(Q1), 메인 센싱저항(R1), 제1 스위치 저항(Rs)의 작용에 의해 메인 스위치(Q1)의 전류가 전류 제한 값이 도달하지 않는 경우, 메인 스위치(Q1)는 턴 온(on)된다.
이때, 제인 스위치의 전류가 전류 제한 값에 도달하는 경우, 메인 스위치(Q1)는 드레인 단자 및 소스 단자 사이의 최대 전류가 전류 제한 최대값으로 제한된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한을 위한 전기회로 장치에서, 전원 공급기의 입력전압이 100V, 부하의 등가저항 20Ω인 상태에서 신호전원(Vsn)의 파형 변동에 따른 부하전류(is)에 대한 시뮬레이션 파형을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 온오프 전원부(150)의 신호전원(Vsn)이 15V 이면, 메인 스위치(Q1)는 오프되며, 메인 스위치(Q1)의 드레인 전류가 0A가 된다. 따라서 부하부(140)에 전류가 공급되지 않는 것을 확인할 수 있다.
그리고 신호전원(Vsn)이 0V 이면, 메인 스위치(Q1)는 턴 온(on)되며, 메인 스위치(Q1)의 드레인 단자 및 소스 단자 사이의 전압은 거의 0V가 되고, 부하부(140)에 전원 공급기(110)의 전원이 공급된다. 이때, 메인 스위치(Q1)의 드레인 전류는 부하 전류이며, 신호전원(Vsn)이 0V일 경우 0A이고, 신호전원(Vsn)이 15V일 경우 5A이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 제한을 위한 전기회로 장치에서, 전원 공급기의 입력전압이 100V, 부하의 등가저항이 시간에 따라 변동될 때 메인 스위치의 전류 시뮬레이션 파형을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 신호전원(Vsn)이 0V이면 메인 스위치(Q1)는 턴 온(on)된다. 이때, 부하부(140)의 저항이 20Ω이면 메인 스위치(Q1)는 턴 온(on)되어 출력전류가 약 5A이고, 부하부(140)의 저항이 50Ω이면 메인 스위치(Q1)의 출력전류가 약 2A이다. 여기서, 부하부(140)의 저항이 0.001Ω으로 단락되는 경우, 메인 스위치(Q1)의 출력전류는 과전류 제한값인 10A로 제한된다.
상기와 같이, 본 실시예에 따른 전기회로 장치(100)는, 과전류를 제한하고, 전원 공급기(110)에서 공급되는 것을 제어할 수 있다. 구체적으로, 온오프 전원부(150)의 신호전원의 전압으로 메인 스위치(Q1)의 온오프를 제어하여, 부하부(140)에 공급되는 전원을 제어할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 과전류를 제한할 때 메인 센싱저항(R1)을 매우 낮게 설정하여 센싱되는 전압이 낮도라도 과전류 제한을 할 수 있어 전력 손실을 낮출 수 있다.
즉, 온오프 전원부(150)에서 신호전원이 오프 신호로 발생하면, 과전류 제한부(130)를 통해 메인 스위치(Q1)가 오프되어 부하부(140)에 전원이 공급되지 않는다. 그리고 온오프 전원부(150)에서 신호전원이 온 신호로 발생하면, 과전류 제한부(130)를 통해 메인 스위치(Q1)가 턴 온(on)되어 부하부(140)에 전원 공급기(110)의 전원이 공급될 수 있다.
메인 스위치(Q1)가 턴 온(on)된 상태에서 부하부(140)의 오동작이나 단락현상이 발생하여, 메인 스위치(Q1)의 전류가 일정 이상으로 흐르는 경우, 메인 스위치부(120)의 메인 센싱저항(R1)을 통해 과전류가 센싱된다. 그에 따라 과전류 제한부(130)에 신호가 전달되어 과전류 제한부(130)는 메인 스위치(Q1)의 과전류를 제한하도록 동작한다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
100: 전기회로 장치
110: 전원 공급기
120: 메인 스위치부
130: 과전류 제한부
140: 부하부
150: 온오프 전원부
Q1: 메인 스위치
Q2: 과전류 스위치
Q3: 온오프 스위치
R1: 메인 센싱저항
Rs: 제1 스위치 저항
R3: 제2 스위치 저항
R4: 온오프 저항

Claims (6)

  1. 부하에 소정의 전원을 공급하는 전원 공급기; 상기 전원 공급기와 부하 사이에 배치되며, 상기 부하에 상기 전원 공급기의 전원의 공급 여부를 제어하는 메인 스위치부; 상기 메인 스위치부와 전기적으로 연결되고, 상기 메인 스위치부에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 과전류 제한부; 및 상기 과전류 제한부를 통해 상기 메인 스위치부의 동작을 제어하는 온오프 전원부를 포함하되,
    상기 메인 스위치부는, 드레인 단자가 상기 전원 공급기에 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 상기 부하에 전기적으로 연결된 메인 스위치; 및 상기 메인 스위치와 상기 부하 사이에 배치된 메인 센싱저항을 포함하고,
    상기 과전류 제한부는, 상기 메인 스위치가 오프되도록 동작하는 과전류 스위치; 및 상기 메인 스위치의 온오프를 제어하는 온오프 스위치를 포함하고,
    상기 과전류 스위치는, 드레인 단자가 상기 메인 스위치의 게이트 단자와 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 제1 스위치 저항을 통해 상기 메인 스위치의 소스 단자와 전기적으로 연결되고,
    상기 온오프 스위치는, 게이트 단자가 상기 온오프 전원부와 전기적으로 연결되고, 드레인 단자가 상기 메인 스위치의 게이드 단자와 전기적으로 연결되며, 소스 단자가 상기 메인 스위치의 소스 단자와 전기적으로 연결되고,
    상기 과전류 스위치의 게이트 단자와 상기 온오프 스위치의 드레인 단자는 전기적으로 연결되고,
    상기 온오프 전원부에서 상기 온오프 스위치의 게이트 단자에 상기 온오프 스위치가 턴 온(ON) 되도록 하는 전압에 인가되면, 상기 온오프 스위치의 드레인 단자 및 소스 단자 사이의 전압이 낮아지면서 상기 메인 스위치는 오프(OFF)되고,
    상기 온오프 전원부에서 상기 온오프 스위치의 게이트 단자에 상기 온오프 스위치가 오프(OFF) 되도록 하는 전압이 인가되면, 상기 과전류 스위치, 상기 메인 스위치, 상기 메인 센싱저항, 제1 스위치 저항의 작용에 의해 상기 메인 스위치의 전류가 전류 제한 값에 도달하지 않은 경우 상기 메인 스위치는 턴 온(ON)되고,
    상기 메인 스위치의 전류가 전류 제한 값에 도달하는 경우, 상기 메인 스위치는 드레인 단자 및 소스 단자 사이의 최대 전류가 전류 제한 최대값으로 제한되도록 제어하는,
    전기회로 장치.
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