KR102641127B1 - 전압-전류 센서 검증 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전압 발생기와 전류 발생기의 접지를 별도로 구성함으로써 전압 발생기의 전압 성분이 전류 발생기를 향해 흐르는 것을 원천적으로 차단하고, 전압-전류 센서가 목표 범위 내에서 선형적으로 오차없이 검출 결과를 출력하는지 여부를 쉽게 검출할 수 있도록 한 전압-전류 센서 검증 장치에 관한 것이다.
본 발명은 전압과 전류를 각각 검출하는 전압-전류 센서를 검증하기 위한 전압-전류 센서 검증 장치에 있어서, 상기 전압-전류 센서에 소정 전류를 공급하며 접지 측은 제1 접지단에 접속되는 전류 발생기; 상기 전압-전류 센서에 소정 전압을 공급하며 접지 측은 상기 제1 접지단과 다른 제2 접지단에 접속되는 전압 발생기; 상기 전압-전류 센서의 출력단에 직렬 연결되며 상기 전압-전류 센서의 센싱값과 비교하기 위한 기준 전압 센싱값과 기준 전류 센싱값을 출력하는 기준 센서; 상기 전류 발생기와 상기 전압 발생기에 각각 동기화된 소정 주파수의 신호를 공급하는 파형 발생기; 및 상기 전압-전류 센서의 출력과 상기 기준 센서의 출력을 입력받아 상기 전압-전류 센서의 출력 특성을 검증하는 분석장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 파형 발생기를 이용하여 전압 발생기와 전류 발생기에 각각 동기화 된 별도 채널의 주파수 신호를 제공하고, 전압 발생기와 전류 발생기의 접지를 별도로 구성하여 피측정 전압 성분이 전류 발생기를 향해 흐르는 것을 원천적으로 차단함으로써, 전압 측정값과 전류 측정값에 대한 안정적인 평가와 검증을 수행할 수 있으며, 전압-전류 센서 검증을 위한 시뮬레이션 장치 등이 불필요하고 매우 간소한 구성 및 공정과 저렴한 비용으로 전압-전류 센서의 검증이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

전압-전류 센서 검증 장치{VOLTAGE-CURRENT SENSOR VERIFICATION APPARATUS}
본 발명은 전압-전류 센서를 검증하고 평가하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전압 발생기와 전류 발생기의 접지를 별도로 구성함으로써 전압 발생기의 전압 성분이 전류 발생기를 향해 흐르는 것을 원천적으로 차단하고, 전압-전류 센서가 목표 범위 내에서 선형적으로 오차없이 검출 결과를 출력하는지 여부를 쉽게 검출할 수 있도록 한 전압-전류 센서 검증 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전압-전류 센서는 다양한 산업군에서 사용되고 있다. 전압-전류 센서는 전류가 지나는 경로에 설치하여 유도 결합된 검지 수단에 의해 부하에 흐르는 전류를 검출하며, 용량 결합된 검지 수단에 의해 부하에 인가되는 전압을 검출하는 수단이다. 예를 들어, 전압-전류 센서는 반도체 제조공정이나 디스플레이 제조공정에서 사용되는 고주파 전력 공급 장치에 사용된다.
도 1은 고주파 전력 공급 장치에서 전압-전류 센서의 출력 특성을 검증하고 출력을 캘리브레이션(calibration) 하는 시스템을 예시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 고주파 전력 공급 장치(110)는 고주파로 발진되는 전력을 출력하는 장치로서, 도시하지 않은 플라즈마 부하에 고주파 전원을 공급한다. 플라즈마 부하는 챔버 내로 고주파 전원이 투입되면 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 공급받아 플라즈마를 일으키고 Etching, CVD(Chemical Vapor Deposition), Ashing 등의 공정을 진행하는 장치이다. 통상적으로 고주파 전력 공급 장치(110)의 발진 주파수를 제어하거나 플라즈마 부하 간의 임피던스를 매칭 제어하는 것으로서 공정을 진행한다.
이때, 전원단과 부하 간의 임피던스가 일치하지 않는 부정합(Mismatching) 상태가 소정 기간 유지되거나 점화(Ignition) 단계 등과 같이 부하가 급변하는 환경이 발생되면, 부하측으로부터 반사파가 유입되어 고주파 전력 공급 장치를 구성하는 부품들의 손상이 야기될 수 있다. 따라서 플라즈마 부하 측으로 전달되는 전압, 전류, 위상 등을 상시 모니터링 해야 한다. 이를 위해 전압-전류 센서(120)가 사용된다.
전압-전류 센서(120)는 고주파 전력 공급 장치(110)의 동작 주파수에 따라 목표 범위 내에서 선형적으로 오차 없이 검출 결과를 출력할 필요가 있다. 도 1은 전압-전류 센서(120)의 오차를 검증하기 위한 시스템으로서, 오차들은 조정되어야 하며 때때로 오차가 큰 전압-전류 센서는 폐기되어야 한다.
도 1을 참조하면, 기준 센서(130)는 전압-전류 센서(120)의 오차 여부를 검증하기 위한 기준 센싱값을 출력하는 장치이다. 카운터 매처(140)는 실제 플라즈마 부하와 유사한 환경을 시뮬레이션 하기 위한 가상 부하이다. 실제 플라즈마 부하는 임피던스가 급변하는 부하이다. 이러한 환경을 가상으로 구현하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 카운터 매처(140)는 인덕터(L1, L2) 및 커패시터(C1, C2)가 조합된 회로 구성을 가질 수 있다. 그리고 입출력단에 직렬 연결되는 제1 가변 커패시터(C1) 또는 병렬 연결되는 제2 가변 커패시터(C2)를 다양하게 변경시킴으로써 실제 부하의 임피던스 변화와 유사한 환경을 생성한다.
컨트롤러(150)는 고주파 전력 공급 장치(110)의 출력을 제어하며, 카운터 매처(140)의 임피던스를 다양하게 가변시킴에 따르는 전압-전류 센서(120) 출력을 모니터링 한다. 컨트롤러(150)는 전압-전류 센서(120)의 출력들을 기준 센서(130)의 출력들과 비교하여 전압-전류 센서(120)의 양품 여부 및 오차값을 검증한다. 그리고, 전압-전류 센서(120)의 오차값에 따라 검출 전압, 전류, 위상의 캘리브레이션 값을 생성하여 저장한다.
하지만, 이와 같은 전압-전류 센서 검증 시스템은 복잡하며 카운터 매처(140)를 구성하는데 상당한 비용을 요구한다. 또한, 카운터 매처(140)가 실제 플라즈마 부하 환경을 구현하기 위해 매우 정밀한 모터(가변 커패시터 동작을 위한 모터) 동작 범위를 실현해야 하는데, 여기에 상당한 어려움이 뒤따른다. 또한, 고주파 전력 공급장치(110)의 전원 주파수 오차에 대한 고려가 필요하며, 전원 주파수가 다를 경우 새로운 검증 프로세스를 구성해야 하는 등의 문제가 있다.
이에 전압-전류 센서를 검증하기 위한 간소화 된 검증 장치의 필요성이 대두되고 있다. 전압 센서와 전류 센서가 각각에 대한 다양한 검증 장치가 개시되어 있다. 예를 들어, 전압 발생원과 기준 전압 센서를 이용하여 전압 센서를 검증할 수 있다. 마찬가지로 전류 발생원과 기준 전류 센서를 이용하여 전류 센서를 검증할 수 있다. 그러나 전압-전류 센서는 유도 결합된 전류 검출 수단과 용량 결합된 전압 검출 수단을 함께 구비하고 있어, 전압 소스와 전류 소스가 상호 영향을 미치는 등의 문제가 있어 전압-전류 센서 검증 장치의 상용화가 지연되고 있다.
대한민국 특허등록 제10-1976256호 대한민국 특허공개 제10-2015-0097677호 대한민국 특허공개 제10-2016-0135498호 대한민국 특허공개 제10-2020-0023433호
본 발명은 전압 센싱값과 전류 센싱값을 개별적으로 출력하는 전압-전류 센서를 평가하고 검증하기 위한 전압-전류 센서 검증 장치를 제공하기 위한 것으로서, 전압 발생기와 전류 발생기의 접지를 별도로 구성함으로써 피측정 전압 성분이 전류 발생기를 향해 흐르는 것을 원천적으로 차단하고, 전류 발생기에서 접지로 흐르는 전류에 대한 저항성분을 전압 발생기에서 부하 측에 걸리는 저항성분에 비해 월등히 작게 함으로써 피측정 전류 성분이 전압 발생기에 영향을 미치는 것을 방지하고, 매우 간소한 구성으로 전압-전류 센서의 평가와 검증을 수행할 수 있도록 한 전압-전류 센서 검증 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 전압과 전류를 각각 검출하는 전압-전류 센서를 검증하기 위한 전압-전류 센서 검증 장치에 있어서, 상기 전압-전류 센서에 소정 전류를 공급하며 접지 측은 제1 접지단에 접속되는 전류 발생기; 상기 전압-전류 센서에 소정 전압을 공급하며 접지 측은 상기 제1 접지단과 다른 제2 접지단에 접속되는 전압 발생기; 상기 전압-전류 센서의 출력단에 직렬 연결되며 상기 전압-전류 센서의 센싱값과 비교하기 위한 기준 전압 센싱값과 기준 전류 센싱값을 출력하는 기준 센서; 상기 전류 발생기와 상기 전압 발생기에 각각 동기화된 소정 주파수의 신호를 공급하는 파형 발생기; 및 상기 전압-전류 센서의 출력과 상기 기준 센서의 출력을 입력받아 상기 전압-전류 센서의 출력 특성을 검증하는 분석장치를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 전류 발생기는 상기 파형 발생기의 제1 채널 신호를 공급받아 피측정 전류를 발생시키는 전류원과, 상기 전류원의 출력을 증폭시키는 제1 증폭기와, 상기 제1 증폭기의 출력을 소정 비로 강압하여 부하 측으로 출력하는 제1 트랜스포머와, 상기 제1 트랜스포머의 2차측에서 부하 측과 상기 제1 접지단 사이에 접속되는 제1 부하저항을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 제1 부하저항의 저항값은 상기 제1 증폭기의 임피던스에 기초하여 상기 제1 트랜스포머의 권선비에 따라 결정된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 전압 발생기는 상기 파형 발생기의 제2 채널 신호를 공급받아 피측정 전압을 발생시키는 전압원과, 상기 전압원의 출력을 증폭시키는 제2 증폭기와, 상기 제2 증폭기의 출력을 소정 비로 승압하여 부하 측으로 출력하는 제2 트랜스포머와, 상기 제2 트랜스포머의 2차측에서 부하 측과 상기 제2 접지단 사이에 접속되는 제2 부하저항을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 제2 부하저항의 저항값은 상기 제2 증폭기의 임피던스에 기초하여 상기 제2 트랜스포머의 권선비에 따라 결정된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 전류 발생기와 상기 전압 발생기 사이에는 상기 제2 부하저항과 직렬 연결되는 제3 부하저항이 접속되는 전압-전류 센서 검증 장치.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 제3 부하저항은 상기 제2 부하저항보다 큰 저항값을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 제3 부하저항의 저항값은 50옴의 10배 이상의 값을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 기준 센서는 상기 전압-전류 센서의 출력단에 접속되어 상기 기준 전류 센싱값을 출력하는 전류 기준 센서와, 상기 전압-전류 센서의 출력단에 접속되어 상기 기준 전압 센싱값을 출력하는 전압 기준 센서를 포함하며, 상기 전류 기준 센서의 접지 측은 상기 제1 접지단에 공통 접속되고, 상기 전압 기준 센서의 접지 측은 상기 제2 접지단에 공통 접속된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압-전류 센서 검증 장치는, 상기 전압-전류 센서의 접지 측은 상기 제2 접지단에 공통 접속된다.
본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치에 따르면, 파형 발생기를 이용하여 전압 발생기와 전류 발생기에 각각 동기화 된 별도 채널의 주파수 신호를 제공하고, 전압 발생기와 전류 발생기의 접지를 별도로 구성하여 피측정 전압 성분이 전류 발생기를 향해 흐르는 것을 원천적으로 차단함으로써, 전압 측정값과 전류 측정값에 대한 안정적인 평가와 검증을 수행할 수 있으며, 전압-전류 센서 검증을 위한 시뮬레이션 장치 등이 불필요하고 매우 간소한 구성 및 공정과 저렴한 비용으로 전압-전류 센서의 검증이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전류 발생기에서 접지로 흐르는 전류에 대한 저항성분을 전압 발생기에서 부하 측에 걸리는 저항성분에 비해 월등히 작게 함으로써 피측정 전류 성분이 전압 발생기에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 고주파 전력 공급 장치에서 전압-전류 센서의 출력 특성을 검증하고 출력을 캘리브레이션(calibration) 하는 시스템을 예시한 블록도,
도 2는 도 1에서 카운터 매처의 구성을 예시한 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 전압-전류 센서 검증 장치를 예시한 구성도,
도 4는 본 발명에서 전류 발생기를 예시한 도면,
도 5는 본 발명에서 전압 발생기를 예시한 도면, 및
도 6은 본 발명에서 센서 분석장치를 예시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치는 하나의 센서에서 전압과 전류를 모두 검출하는 전압-전류 센서의 출력 특성을 검증하는 장치이다. 본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치는 전압과 전류의 크기, 위상, 주파수를 조정하여 부하를 모사함으로써 전압-전류 센서의 스미스차트 상의 임의의 임피던스 특성을 검증할 수 있다. 본 발명은 전압 발생원과 전류 발생원을 개별적으로 구비하며, 이하에서 구체적으로 설명하는 바와 같이 피측정 전압이 전류 발생원에, 그리고 피측정 전류가 전압 발생원에 영향을 미치는 것을 억제하는 수단을 구비한다.
도 3은 본 발명에 따른 전압-전류 센서 검증 장치를 예시한 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치는 전압-전류 센서(330)의 출력 특성을 검증하기 위한 장치로서, 전류 발생기(310)와, 전압 발생기(320)와, 전류 기준 센서(340)와, 전압 기준 센서(345)와, 파형 발생기(350)와, 도 6에 도시된 분석장치(600)를 포함한다.
전류 발생기(310)는 피측정 전류를 발생시키는 장치로서, 전압-전류 센서(330)에 소정 전류를 공급한다. 도시한 바와 같이, 전류 발생기(310)의 접지 측은 제1 접지단(312)에 접속된다.
전압 발생기(320)는 피측정 전압을 발생시키는 장치로서, 전압-전류 센서(330)에 소정 전압을 공급한다. 도시한 바와 같이, 전압 발생기(320)의 접지 측은 제1 접지단(312)과 다른 제2 접지단(322)에 접속된다.
전류 기준 센서(340)는 전압-전류 센서(330)의 출력단에 직렬 연결되며 전압-전류 센서(330)의 전류 센싱값과 비교하기 위한 기준 전류 센싱값을 출력한다. 전류 기준 센서(340)의 접지 측은 제1 부하저항(R1)을 매개로 하여 전류 기준 센서 접지단(342)에 접속된다. 전류 기준 센서 접지단(342)은 제1 접지단(312)에 공통 접속되어 동일한 접지를 구성한다.
전압 기준 센서(345)는 전압-전류 센서(330)의 출력단에 직렬 연결되고 전류 기준 센서(340)와는 병렬 연결되며, 전압-전류 센서(330)의 전압 센싱값과 비교하기 위한 기준 전압 센싱값을 출력한다. 전압 기준 센서(345)의 접지 측은 전압 기준 센서 접지단(347)에 접속된다. 전압 기준 센서 접지단(347)은 제2 접지단(322)에 공통 접속되어 동일한 접지를 구성한다.
전류 기준 센서(340)와 전압 기준 센서(345)는 이미 검증이 완료된 센서들로서, 각각 오차가 적은 전압 센서 및 전류 센서로 선택된다.
파형 발생기(350)는 전류 발생기(310)와 전압 발생기(320)에 각각 동기화된 소정 주파수의 신호를 공급하는 장치이다. 파형 발생기(350)는 2개의 출력 포트를 구비하며, 하나의 출력 포트로는 전류 발생기(310)로 공급되는 제1 채널 신호를 출력하며, 다른 하나의 출력 포트로는 전압 발생기(320)로 공급되는 제2 채널 신호를 출력한다. 예를 들어, 파형 발생기(350)는 두 채널을 통해 동기화 된 동일한 주파수 신호(370kHz 내지 480kHz)를 공급하는 듀얼 펑션 제너레이터(Dual Function Generator), 전류 발생기(310)와 전압 발생기(320)에 각기 연결되며 동일한 주파수 신호를 공급하기 위해 동기화 된 2개의 단일 펑션 제너레이터, 직접 디지털 파형 합성기(Direct Digital Synthesizer, DDS) 중 어느 하나일 수 있다.
분석장치(600)는 전압-전류 센서(330)의 출력과 전류 기준 센서(340) 및 전압 기준 센서(345)의 출력을 입력받아 전압-전류 센서의 출력 특성을 분석하고 검증하는 장치이다. 분석 장치(600)는 전류 기준 센서(340)와 전압 기준 센서(345)에 기반하여 검증 대상이 되는 전압-전류 센서(330)들이 오차 범위 이내의 산포를 갖도록 관리할 수 있다.
도 4는 본 발명에서 전류 발생기를 예시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 전류 발생기(310)는 전류원(410)과, 제1 증폭기(420)와, 제1 트랜스포머(430)와, 제1 부하저항(R1)을 포함한다.
전류원(410)은 파형 발생기(350)의 제1 채널 신호를 공급받아 피측정 전류를 발생시킨다. 제1 증폭기(420)는 100W 급 증폭기로서, 전류원(410)의 출력을 증폭시킨다. 제1 트랜스포머(430)는 제1 증폭기(420)와 부하 측(즉, 전압-전류 센서 측)을 전기적으로 절연시키고 제1 증폭기(420)의 출력을 소정 비(예를 들어 10:1)로 강압하여 출력한다. 제1 트랜스포머(430)의 2차측과 제1 접지단(312) 사이에는 제1 부하저항(R1)이 설치된다.
도 3을 참조하면, 전류 기준 센서 접지단(342)은 제1 접지단(312)과 동일한 접지이며, 전류 기준 센서(340)와 전류 기준 센서 접지단(342) 사이에는 제1 부하저항(R1)이 접속된다. 이를 등가회로로 나타내면 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 부하저항(R1)이 제1 트랜스포머(430)의 2차측 부하저항으로 작용하는 것으로 나타낼 수 있다. 예컨대, 제1 부하저항(R1)의 저항값은 5옴이다.
제1 부하저항(R1)의 저항값은 제1 증폭기(420)의 임피던스에 기초하여 제1 트랜스포머(430)의 권선비에 따라 결정된다. 즉, 제1 부하저항(R1)의 저항값은 제1 증폭기(420)의 임피던스 50옴에 기초하여 결정되며, 제1 트랜스포머(430)의 권선비 10:1의 비례 관계에 따라 5옴이 된다. 제1 부하저항(R1)은 전류 발생기(310)에 의해 공급되는 전류의 부하(load)에 해당한다.
도 5는 본 발명에서 전압 발생기를 예시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 전압 발생기(320)는 전압원(510)과, 제2 증폭기(520)와, 제2 트랜스포머(530)와, 제2 부하저항(R2)을 포함한다.
전압원(410)은 파형 발생기(350)의 제2 채널 신호를 공급받아 피측정 전압을 발생시킨다. 제2 증폭기(520)는 50W 급 증폭기로서, 전압원(510)의 출력을 증폭시킨다. 제2 트랜스포머(530)는 제2 증폭기(520)와 전압-전류 센서(330) 측을 전기적으로 절연시키고 제2 증폭기(520)의 출력을 소정 비(예를 들어 1:5.5)로 승압하여 출력한다. 제2 트랜스포머(530)의 2차측과 제2 접지단(322) 사이에는 제2 부하저항(R2)이 설치된다.
도 3을 참조하면, 제3 접지단(327) 및 전압-전류 센서 접지단(332)은 제2 접지단(322)과 동일한 접지이며, 전압 발생기(320)와 제3 접지단(327) 사이에는 제2 부하저항(R2)이 접속된다. 이를 등가회로로 나타내면 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 부하저항(R2)이 제2 트랜스포머(530)의 2차측 부하저항으로 작용하는 것으로 나타낼 수 있다. 예컨대, 제2 부하저항(R2)의 저항값은 275옴이다.
제2 부하저항(R2)의 저항값은 제2 증폭기(520)의 임피던스에 기초하여 제2 트랜스포머(530)의 권선비에 따라 결정된다. 즉, 제2 부하저항(R2)의 저항값은 제2 증폭기(520)의 임피던스 50옴에 기초하여 결정되며, 제2 트랜스포머(530)의 권선비 1:5.5의 비례 관계에 따라 275옴이 된다.
전류 발생기(310)와 전압 발생기(320) 사이에는 제2 부하저항(R2)과 직렬 연결되는 제3 부하저항(R3)이 접속된다. 제3 부하저항(R3)은 전압 발생기(320)에서 발생할 수 있는 전류가 전류 발생기(310)에 영향을 미치지 않도록, 전류 발생기(310)와 전압 발생기(320)를 서로 분리시키기 위한 전압 인가 저항이다. 제3 부하저항(R3)은 제2 부하저항(R2)에 비해 상당히 큰 저항값을 갖는다. 따라서 전압 발생기(320)에서 발생할 수 있는 전류는 제3 부하저항(R3)이 아닌 제2 부하저항(R2)를 통해 제3 접지단(327)으로 흐르게 된다. 예컨대, 제3 부하저항(R3)의 저항값은 1500옴일 수 있다. 바람직하게는, 제3 부하저항(R3)은 50옴의 10배 이상일 수 있다.
도 6은 본 발명에서 센서 분석장치를 예시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 분석장치(600)는 파형 발생기(350)로부터 주파수, 전압, 전류를 입력받는다. 주파수는 파형 발생기(350)의 두 채널을 통해 공급되는 신호의 주파수이다. 전압은 파형 발생기(350)에서 전압 발생기(320)로 공급되는 신호의 진폭에 대응하는 값으로서, 이 진폭이 전압 발생기(320)에 의해 피측정 전압으로 변환되는 값, 즉 피측정 전압값에 대응하는 값이다. 전류는 파형 발생기(350)에서 전류 발생기(310)로 공급되는 신호의 진폭에 대응하는 값으로서, 이 진폭이 전류 발생기(310)에 의해 피측정 전류로 변환되는 값, 즉 피측정 전류값에 대응하는 값이다.
도 6을 참조하면, 분석장치(600)는 전압-전류 센서(330)에서 출력되는 전류 검출값(iL)과 전압 검출값(vL)을 수신한다. 또한, 분석장치(600)는 전류 기준 센서(340)로부터 기준 전류 센싱값(iS)을 수신하며, 전압 기준 센서(345)로부터 기준 전압 센싱값(vS)을 수신한다. 분석장치(600)는 전류 검출값(iL)과 전압 검출값(vL)을 각각 기준 전류 센싱값(iS) 및 기준 전압 센싱값(vS)과 비교하여 전압-전류 센서(330)의 출력 특성을 검증한다. 파형 발생기(350)에서 출력되는 신호의 주파수를 가변하는 것으로서 다양한 전원 주파수 범위에서의 전압-전류 센서(330) 출력 특성을 검증할 수 있다. 검증 결과는 센서 특성 표시부(610)를 통해 텍스트로 또는 파형 형태로 화면 출력될 수 있다. 또한, 전압-전류 센서(330)의 전압 특성이 불안정할 경우 제1 상태 표시기(620)가 적색으로 점등되는 것으로서 경고할 수 있다. 마찬가지로 전압-전류 센서(330)의 전류 특성이 불안정할 경우 제2 상태 표시기(630)가 적색으로 점등되는 것으로서 경고할 수 있다.
전술한 본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치에 따르면, 파형 발생기(350)를 이용하여 전류 발생기(310)와 전압 발생기(320)에 각각 동기화 된 별도 채널의 주파수 신호를 제공한다. 그리고 전류 발생기(310)와 전압 발생기(320)의 접지를 별도로 구성한다. 전류 발생기(310)의 접지 측인 제1 접지단(312)은 전류 기준 센서(340)의 전류 기준 센서 접지단(342)과 공통 접지된다. 전압 발생기(320)의 접지 측인 제2 접지단(322)은 제1 접지단(312)과는 다른 독립된 접지단으로서, 전압 전류 센서(330)의 전압-전류 센서 접지단(332) 및 전압 기준 센서(345)의 전압 기준 센서 접지단(347)과 공통 접지된다. 이에 따라 피측정 전압 성분이 전류 발생기(310)를 향해 역으로 침입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다. 따라서 독립된 전류 측정이 가능하다.
또한, 본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치에 따르면, 도 4의 등가회로에서 나타낸 바와 같이 전류 발생기(310)에서 제1 접지단(312) 측으로 흐르는 전류에 대한 저항성분(R1)이, 도 5의 등가회로에서 나타낸 바와 같이 전압 발생기(320)에서 부하 측에 걸리는 저항성분(R2)에 비해 월등히 작아, 피측정 전류 성분이 전압 발생기에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치에 따르면, 하나의 센서로 전압과 전류를 모두 측정하는 전압-전류 센서에 대하여 전압 측정값과 전류 측정값 각각을 독립적으로 평가하고 검증할 수 있으며, 향상된 검증 안정성을 제공할 수 있다. 본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치가 배경 기술에서 언급된 바와 같은 고주파 전력 공급 장치에 적용될 경우, 배경 기술의 카운터 매처나 캘리브레이션 시스템은 불필요하다. 또한, 본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치는 고주파 전력 공급 장치 이외에도 전압-전류 센서가 적용되는 다양한 산업분야에서도 활용될 수 있다. 본 발명의 전압-전류 센서 검증 장치에 따르면, 전압-전류 센서 검증을 위한 시뮬레이션 시스템을 사용할 필요가 없어지며, 매우 간소한 구성 및 공정과 저렴한 비용으로 전압-전류 센서의 검증이 가능하도록 할 수 있다.
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
310 : 전류 발생기 312 : 제1 접지단
320 : 전압 발생기 322 : 제2 접지단
330 : 전압-전류 센서 332 : 전압-전류 센서 접지단
340 : 전류 기준 센서 342 : 전류 기준 센서 접지단
345 : 전압 기준 센서 347 : 전압 기준 센서 접지단
350 : 파형 발생기 410 : 전류원
420 : 제1 증폭기 430 : 제1 트랜스포머
510 : 전압원 520 : 제2 증폭기
530 : 제2 트랜스포머 600 : 분석장치
610 : 센서 특성 표시부 620 : 제1 상태 표시기
630 : 제2 상태 표시기

Claims (10)

  1. 전압과 전류를 각각 검출하는 전압-전류 센서를 검증하기 위한 전압-전류 센서 검증 장치에 있어서,
    상기 전압-전류 센서에 소정 전류를 공급하며 접지 측은 제1 접지단에 접속되는 전류 발생기;
    상기 전압-전류 센서에 소정 전압을 공급하며 접지 측은 상기 제1 접지단과 다른 제2 접지단에 접속되는 전압 발생기;
    상기 전압-전류 센서의 출력단에 직렬 연결되며, 상기 전압-전류 센서의 센싱값과 비교하기 위한 기준 전압 센싱값을 출력하고 그 접지측은 상기 제2 접지단에 공통 접속되는 전압 기준 센서와, 상기 전압-전류 센서의 센싱값과 비교하기 위한 기준 전류 센싱값을 출력하고 그 접지측은 상기 제1 접지단에 공통 접속되는 전류 기준 센서를 포함하는 기준 센서;
    상기 전류 발생기와 상기 전압 발생기에 각각 동기화된 소정 주파수의 신호를 공급하는 파형 발생기; 및
    상기 전압-전류 센서의 출력과 상기 기준 센서의 출력을 입력받아 상기 전압-전류 센서의 출력 특성을 검증하는 분석장치
    를 포함하는 전압-전류 센서 검증 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 발생기는 상기 파형 발생기의 제1 채널 신호를 공급받아 피측정 전류를 발생시키는 전류원과, 상기 전류원의 출력을 증폭시키는 제1 증폭기와, 상기 제1 증폭기의 출력을 소정 비로 강압하여 부하 측으로 출력하는 제1 트랜스포머와, 상기 제1 트랜스포머의 2차측에서 부하 측과 상기 제1 접지단 사이에 접속되는 제1 부하저항을 포함하는 전압-전류 센서 검증 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부하저항의 저항값은 상기 제1 증폭기의 임피던스에 기초하여 상기 제1 트랜스포머의 권선비에 따라 결정되는 전압-전류 센서 검증 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 발생기는 상기 파형 발생기의 제2 채널 신호를 공급받아 피측정 전압을 발생시키는 전압원과, 상기 전압원의 출력을 증폭시키는 제2 증폭기와, 상기 제2 증폭기의 출력을 소정 비로 승압하여 부하 측으로 출력하는 제2 트랜스포머와, 상기 제2 트랜스포머의 2차측에서 부하 측과 상기 제2 접지단 사이에 접속되는 제2 부하저항을 포함하는 전압-전류 센서 검증 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 부하저항의 저항값은 상기 제2 증폭기의 임피던스에 기초하여 상기 제2 트랜스포머의 권선비에 따라 결정되는 전압-전류 센서 검증 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전류 발생기와 상기 전압 발생기 사이에는 상기 제2 부하저항과 직렬 연결되는 제3 부하저항이 접속되는 전압-전류 센서 검증 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 부하저항은 상기 제2 부하저항보다 큰 저항값을 갖는 전압-전류 센서 검증 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 부하저항의 저항값은 50옴의 10배 이상의 값을 갖는 전압-전류 센서 검증 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전압-전류 센서의 접지 측은 상기 제2 접지단에 공통 접속되는 전압-전류 센서 검증 장치.
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