KR102659922B1 - 본질 안전 회로부 (intrinsically safe circuitry) - Google Patents

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Abstract

스파크를 방지하기 위한 회로. 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트; 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 전원 - 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -; 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트; 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 전류 방향을 갖는 제1 전력 흡수 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -; 및 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 스위치를 갖는 회로.

Description

본질 안전 회로부 (INTRINSICALLY SAFE CIRCUITRY)
본 발명은 회로부에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 본질 안전 회로(intrinsically safe circuit)를 제공하는 컴포넌트들을 갖는 회로부에 관한 것이다.
코일 또는 솔레노이드가 비활성화될 때 코일 또는 전력 저장 요소에 저장된 에너지가 스파크를 겪지 않도록 하기 위해, 다이오드들이 전형적으로 코일과 병렬로 배치된다. 병렬 다이오드들은 코일에 걸친 전압을 클램핑하여, 회로에서 스파크가 발생하는 것을 방지한다. 그러나, 이 프로세스는 전원차단되고(de-energized) "안전"해지기 위해 최대 500 밀리초가 걸린다. 따라서, 본질적으로 안전하고 적시에 비활성화되는 회로에 대한 필요성이 존재한다.
전술한 바를 고려하면, 본 개시내용의 목적은 본질 안전 회로를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 개시내용의 제1 예시적인 실시예는 회로를 제공하며, 회로는: 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 전원 - 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 전류 방향을 갖는 제1 전력 흡수 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -, 및 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 스위치를 포함한다.
회로는 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제2 전류 방향을 갖는 제2 전류 방향성 컴포넌트를 추가로 포함하며, 제2 전류 방향성 컴포넌트의 제2 전류 방향은 제1 전류 방향성 컴포넌트의 제1 전류 방향에 대응하고, 제2 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 전류 방향성 컴포넌트는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결된다. 회로는 제3 전류 방향을 갖는 제3 전류 방향성 컴포넌트를 추가로 포함하며, 제3 전류 방향성 컴포넌트는 전원에 직렬로 전기적으로 연결되고, 여기서 제3 전류 방향성 컴포넌트는 전원의 극성을 유지한다. 적어도 하나의 스위치는 전력 저장 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 적어도 하나의 스위치는 2개의 스위치들일 수 있으며, 2개의 스위치들은 전력 저장 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함한다. 제1 스위치는 제1 전원 단부 및 제1 전력 저장 단부에 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 스위치는 제2 전력 저장 단부 및 제2 전원 단부에 전기적으로 연결되며, 제1 스위치 및 제2 스위치는 전력 저장 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트와 직렬이다. 회로는 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 구성된 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 스위치는 추가로 전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 적어도 하나의 스위치는 전원이 턴오프될 때 개방 위치에 있도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 스위치는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 스위치일 수 있다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트의 제1 전류 방향은 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향에 대응함 -, 및 제4 전류 방향성 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향과 반대인 제5 전류 방향을 갖는 제5 전류 방향성 컴포넌트 - 제5 전류 방향성 컴포넌트는 제5 전류 방향성 컴포넌트가 제1 전압 임계치에 도달할 때 전류 방향을 전환시키도록 구성됨 - 를 포함할 수 있다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트의 제1 전류 방향은 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향에 대응함 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터, 및 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함할 수 있으며, 제4 전류 방향성 컴포넌트, 제1 커패시터, 및 제1 저항기는 직렬로 연결된다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터, 및 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함할 수 있으며, 제1 커패시터 및 제1 저항기는 직렬로 연결된다.
다음을 포함하는 방법이 제공된다; (a) 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트를 제공하는 단계, (b) 전력 저장 컴포넌트에 연결된 전원을 제공하는 단계 - 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -, (c) 전력 저장 컴포넌트에 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트를 제공하는 단계, (d) 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 전류 방향을 갖는 제1 전력 흡수 컴포넌트를 제공하는 단계 - 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -, 및 (e) 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 스위치를 제공하는 단계.
방법은 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제2 전류 방향을 갖는 제2 전류 방향성 컴포넌트를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 제2 전류 방향성 컴포넌트의 제2 전류 방향은 제1 전류 방향성 컴포넌트의 제1 전류 방향에 대응하고, 제2 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 전류 방향성 컴포넌트는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결된다. 방법은 제3 전류 방향을 갖는 제3 전류 방향성 컴포넌트를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 제3 전류 방향성 컴포넌트는 전원에 직렬로 전기적으로 연결되고, 여기서 제3 전류 방향성 컴포넌트는 전원의 극성을 유지한다. 적어도 하나의 스위치는 전력 저장 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 적어도 하나의 스위치는 2개의 스위치들일 수 있으며, 2개의 스위치들은 전력 저장 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함한다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트의 제1 전류 방향은 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향에 대응함 -, 및 제4 전류 방향성 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향과 반대인 제5 전류 방향을 갖는 제5 전류 방향성 컴포넌트 - 제5 전류 방향성 컴포넌트는 제5 전류 방향성 컴포넌트가 제1 전압 임계치에 도달할 때 전류 방향을 전환시키도록 구성됨 - 를 포함할 수 있다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트의 제1 전류 방향은 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향에 대응함 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터, 및 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함할 수 있으며, 제4 전류 방향성 컴포넌트, 제1 커패시터, 및 제1 저항기는 직렬로 연결된다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터, 및 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함할 수 있으며, 제1 커패시터 및 제1 저항기는 직렬로 연결된다.
스파크를 방지하는 방법이 제공된다. 방법은 다음을 포함한다: (a) 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 갖는 전원에 의해, 회로에 전력을 공급하는 단계 - 회로는, (i) 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트, (ii) 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트, (iii) 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 전류 방향을 갖는 제1 전력 흡수 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -, 및 (iv) 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 스위치를 포함함 -, (b) 회로로부터 전원을 분리하는 단계, 및 (c) 전류가 제1 전력 흡수 컴포넌트의 전류 방향으로 제1 전력 흡수 컴포넌트를 통해 흐르도록 허용하는 적어도 하나의 스위치를 개방하는 단계.
회로는 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 구성된 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 제어기는 전원으로부터 회로를 분리하도록 작동가능할 수 있다. 전력 저장 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트는 전원으로부터의 전압의 상부 극단 및 하부 극단 중 적어도 하나를 제한하도록 동작가능할 수 있다. 적어도 하나의 스위치의 개방은 전력 저장 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트에 걸친 전압을 야기할 수 있다. 전력 저장 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트에 걸친 전압은 제1 전력 흡수 컴포넌트의 제1 전압 임계치에 도달하여, 전력 저장 컴포넌트로부터 제1 전력 흡수 컴포넌트를 통한 전류의 흐름을 허용할 수 있다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트의 제1 전류 방향은 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향에 대응함 -, 및 제4 전류 방향성 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향과 반대인 제5 전류 방향을 갖는 제5 전류 방향성 컴포넌트 - 제5 전류 방향성 컴포넌트는 제5 전류 방향성 컴포넌트가 제1 전압 임계치에 도달할 때 전류 방향을 전환시키도록 구성됨 - 를 포함할 수 있다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트의 제1 전류 방향은 제4 전류 방향성 컴포넌트의 제4 전류 방향에 대응함 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터, 및 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함할 수 있으며, 제4 전류 방향성 컴포넌트, 제1 커패시터, 및 제1 저항기는 직렬로 연결된다. 제1 전력 흡수 컴포넌트는: 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터, 및 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함할 수 있으며, 제1 커패시터 및 제1 저항기는 직렬로 연결된다.
본 개시내용의 제2 예시적인 실시예는 회로를 제공하며, 회로는: 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 전원 - 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 전류 방향을 갖는 제1 전력 흡수 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -, 및 적어도 2개의 스위치들 - 제1 스위치는 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제2 스위치는 전원에 전기적으로 연결됨 - 을 포함한다.
본 개시내용의 제3 예시적인 실시예는 회로를 제공하며, 회로는: 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 전원 - 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -, 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결된 제1 저항기, 및 전력 저장 컴포넌트 및 전원에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 스위치를 포함한다.
본 개시내용의 제4 예시적인 실시예는 회로를 제공하며, 회로는: 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 전원 - 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트, 제1 전류 방향성 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결된 제1 저항기 - 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 저항기는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -, 및 전력 저장 컴포넌트 및 전원에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 스위치를 포함한다.
본 개시내용의 제5 예시적인 실시예는 회로를 제공하며, 회로는: 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 전원 - 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트, 제1 전류 방향성 컴포넌트에 직렬로 전기적으로 연결된 제1 저항기, 제1 저항기에 병렬로 전기적으로 연결된 제1 커패시터 - 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 저항기는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -, 및 전력 저장 컴포넌트 및 전원에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 스위치를 포함한다.
본 개시내용의 제6 예시적인 실시예는 회로를 제공하며, 회로는: 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 전원 - 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 전류 방향을 갖는 제1 전력 흡수 컴포넌트 - 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 제1 전력 흡수 컴포넌트는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기, 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터 - 제1 저항기 및 제1 커패시터는 전력 저장 컴포넌트에 병렬로 전기적으로 연결됨 -, 및 제1 커패시터에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 스위치를 포함한다.
이하에서 본 개시내용의 실시예들을 설명할 것이지만, 본 개시내용은 설명된 실시예들에 제한되지 않으며 본 발명의 다양한 수정들이 기본 원리에서 벗어나지 않고서 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 개시내용의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들을 수행하기에 적합한 예시적인 회로의 제1 실시예의 개략도이다.
도 2는 예시적인 회로의 제2 실시예의 개략도이다.
도 3은 예시적인 회로의 제3 실시예의 개략도이다.
도 4는 도 3의 회로의 전압 측정치들의 그래프이다.
도 5는 예시적인 회로의 제4 실시예의 개략도이다.
도 6은 도 5의 회로의 전압 측정치들의 그래프이다.
도 7은 예시적인 회로의 제5 실시예의 개략도이다.
도 8은 도 7의 회로의 전압 측정치들의 그래프이다.
도 9는 예시적인 회로의 제6 실시예의 개략도이다.
도 10은 도 9의 회로의 전압 측정치들의 그래프이다.
도 11은 예시적인 회로의 제7 실시예의 개략도이다.
도 12는 도 11의 회로의 전압 측정치들의 그래프이다.
처음에, 유사한 도면 부호들은 동일한 구조적 요소들, 부분들 또는 표면들을 여러 도면들에 걸쳐 일관되게 식별하기 위한 것으로서, 그러한 요소들, 부분들 또는 표면들은 전체 서면 명세서에 의해 추가로 기술되거나 설명될 수 있고, 본 상세한 설명은 필수 부분이라는 것을 분명히 이해해야 한다. 달리 지시되지 않는 한, 도면들은 명세서와 함께 읽히도록 의도되며(예를 들어, 크로스-해칭, 부품들의 배열, 비율, 정도 등), 본 발명의 전체 서면 설명의 일부분으로 간주되어야 한다. 하기 설명에서 사용되는 바와 같이, 용어 "수평", "수직", "좌측", "우측", "위" 및 "아래"는 물론 그의 형용사 및 부사 파생어들(예컨대, "수평으로", "우향으로", "상향으로" 등)은 단순히 특정 도면이 독자에 향할 때 예시된 구조의 배향을 지칭한다. 유사하게, 용어 "내향으로" 및 "외향으로"는 일반적으로 적절한 경우 그의 신장 축 또는 회전 축에 대한 표면의 배향을 지칭한다.
아래에 제시되는 상세한 설명은 본 발명의 다양한 구성들에 대한 설명으로 의도되며 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 구성들을 나타내는 것으로 의도되지 않는다. 그러나, 본 발명이 본 명세서에 제시된 구체적인 상세사항들에 제한되지 않으며 이들 구체적인 상세사항들 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
이제 도면들, 보다 상세하게는 도 1을 참조하면, 예시적인 회로가 제공되는데, 그 제1 실시예는 일반적으로 100으로 표시된다. 회로(100)는 전원(110), 전력 저장 컴포넌트(120), 제1 다이오드(130), 제2 다이오드(131), 제3 다이오드(132), 제너 다이오드(140), 극성 보호 다이오드(150), 제1 스위치(160), 및 제2 스위치(161)를 광범위하게 포함하는 것으로 도시된다. 전원(110)은 교류(AC) 전원 또는 직류(DC) 전원일 수 있다. 전원(110) 및 전력 저장 컴포넌트(120)는 대응하는 양의 단자 및 음의 단자를 갖는다.
제1 다이오드(130)는 제너 다이오드(140)와 직렬로 전기적으로 결합되며, 이들은 전력 저장 컴포넌트(120)와 병렬로 전기적으로 결합된다. 제1 다이오드(130) 및 제너 다이오드(140) 각각은 애노드 및 캐소드를 포함하며, 제1 다이오드(130)의 애노드는 제너 다이오드(140)의 애노드와 전기적으로 연결된다. 제1 다이오드(130), 제2 다이오드(131), 제3 다이오드(132), 및 극성 보호 다이오드(150)(전류 방향성 컴포넌트들로도 지칭됨)는 하나의 방향으로 전류의 흐름을 허용하는 회로 컴포넌트들이다. 다이오드는 또한 애노드로부터 캐소드로 전류의 흐름을 허용한다. 제너 다이오드(140)는 특정 방향으로(예를 들어, 제너 다이오드(140)의 애노드에서 캐소드로) 전류를 안내하는 회로 컴포넌트이며, 제너 다이오드(140)에 걸친 전압에 기초하여 전류의 방향을 변경하도록 구성된다. 또한, 전력 저장 컴포넌트(120)는 에너지를 저장하는 회로 컴포넌트이다. 전력 저장 컴포넌트(120)의 실시예들은 코일, 솔레노이드, 권선, 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 컴포넌트를 포함한다.
제1 스위치(160) 및 제2 스위치(161)는 제1 위치에서 전류의 흐름을 허용하고, 전원(110)의 단자들에서 스파크가 발생하는 것을 방지하기 위해 전력 저장 컴포넌트(120)의 단자들로부터 전원(110)을 분리하도록 구성된다. 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(161)는 또한 전원(110)과 독립적으로 동작되거나 전원(110)으로부터 전력을 수신하는 제어기들에 의해 제어될 수 있다. 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(161)는 양극성 트랜지스터, 파워 다이오드, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 실리콘 제어 정류기(SCR), 트라이액(triode for alternating current switch, "TRIAC"), 다이액(diode AC switch, "DIAC"), 게이트 턴오프 사이리스터(gate turn off thyristor, "GTO"), 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 스위치일 수 있다.
제2 다이오드(131) 및 제3 다이오드(132)는 전원(110)과 제1 및 제2 스위치들(160, 161) 사이에서 서로 병렬로 전기적으로 결합되는 리던던트 다이오드 쌍일 수 있다. 또한, 제1 다이오드(130) 및 전력 저장 컴포넌트(120)와 병렬로 연결된, 제2 다이오드(131) 및 제3 다이오드(132)는 제1 다이오드(130)와 동일한 방향으로 전류를 허용한다. 캐소드 측이 전원(110)의 양의 단부에 가장 가깝기 때문에, 전류는 전원(110)의 양의 단부로부터 제2 다이오드(131) 및 제3 다이오드(132)를 통해 흐르지 않는다. 제2 다이오드(131) 및 제3 다이오드(132)는 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(161)가 고장나는 경우 전원(110)으로부터의 전력 저장 컴포넌트(120) 사이의 스파크를 방지함으로써 회로(100)를 돕는다.
극성 보호 다이오드(150)는 회로(100)에서 원치 않는 극성 변화를 금지함으로써 회로(100)에 극성 보호를 제공한다. 극성 보호 다이오드(150)는 또한 전원(110)의 음의 단자에 전기적으로 결합된다. 전원 극성 보호 다이오드(150)가 또한 애노드가 가장 가깝도록 전원(110)의 양의 단부에 인접하게 위치될 수 있는 경우 다이오드의 캐소드 또는 음의 단부는 음의 단부에 인접하고 음의 단부를 향해 안내된다.
초기에, 실제로, 회로(100)는 전원(110)에 의해 에너지를 공급받는다. 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(161)가 폐쇄 위치에 있는 상태에서, 전력 저장 컴포넌트(120)는 에너지를 공급받고 전력을 저장한다. 제1 다이오드(130) 및 제너 다이오드(140)는 전형적인 다이오드보다 더 높은 값에서 전력 저장 컴포넌트(120)의 감쇠 전압을 클램핑하는 전력 흡수 컴포넌트일 수 있다. 이와 같이, 전력 저장 컴포넌트(120)를 통하는 전류는 더 빠른 속도로 감쇠될 것이다.
이 실시예에서, 전류는 전원(110)의 양의 단부로부터, 제1 스위치(160)(폐쇄 위치의)를 통해, 그리고 이어서 전력 저장 컴포넌트(120)로 통과할 것이다. 제1 다이오드(130), 제2 다이오드(131) 및 제3 다이오드(132)의 방향으로 인해, 전류는 각각의 각자의 다이오드의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로 흐르지 않는다. 전원(110)이 턴온되고 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(161)가 폐쇄 위치에 있을 때, 전력 저장 컴포넌트(120)는 포텐셜 에너지를 얻을 것이고 전류는 제2 스위치(161)(폐쇄 위치의), 극성 보호 다이오드(150)를 통해, 그리고 이어서 전원(110)의 음의 단부로 흐를 것이다. 제너 다이오드(140)는 전원(110)이 턴오프될 때 제너 다이오드(140)의 방향으로 인해 제1 다이오드(130)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 전력 저장 컴포넌트(120) 내의 전위는 전원(110)이 회로(100)로부터 분리될 때 소멸되어야 할 것이다. 전력이 턴오프될 때, 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(161)는 개방 위치에 있게 되어, 전력 저장 컴포넌트(120)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 이와 같이, 전류는 전력 저장 컴포넌트(120)로부터 전원(110)으로 흐를 수 없을 것이다. 이어서 전류는 제너 다이오드(140)의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로, 제1 다이오드(130)를 통해, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(120)의 단부(122)로 흐르게 되어, 전력 저장 컴포넌트(120)에 저장된 전위를 소멸시킬 것이다. 제1 스위치(160) 또는 제2 스위치(161) 중 하나가 고장나는 경우, 전류는 전력 저장 컴포넌트(120)의 단부(121)로부터, 제너 다이오드(140)로, 제1 다이오드(130)로, 그리고 다시 전력 저장 컴포넌트(120)의 단부(122)로 흐른다. 제1 스위치(160) 및 제2 스위치(161) 둘 모두가 개방되지 못하는 경우, 전류는 단부(121)로부터 제2 다이오드(131) 및 제3 다이오드(132)를 통해 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(120)의 단부(122)로 순환 방식으로 흐를 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 예시적인 회로가 제공되는데, 그 제2 실시예는 일반적으로 200으로 표시된다. 회로(200)는 전원(210), 전력 저장 컴포넌트(220), 제1 다이오드(230), 제2 다이오드(231), 제3 다이오드(232), 제너 다이오드(240), 극성 보호 다이오드(250), 제1 스위치(260), 제1 저항기(270), 및 제2 저항기(271)를 광범위하게 포함하는 것으로 도시된다. 전원(210)은 교류(AC) 전원 또는 직류(DC) 전원일 수 있다. 전원(210) 및 전력 저장 컴포넌트(220)는 대응하는 양의 단자 및 음의 단자를 갖는다.
제1 다이오드(230)는 제너 다이오드(240)와 직렬로 전기적으로 결합되며, 이들은 전력 저장 컴포넌트(220)와 병렬로 전기적으로 결합된다. 제1 다이오드(230), 제2 다이오드(231), 제3 다이오드(232), 및 제너 다이오드(240)는 전력 저장 컴포넌트(220) 및 전원(210)에 병렬로 있다. 제1 다이오드(230) 및 제너 다이오드(240) 각각은 애노드 및 캐소드를 포함하며, 제1 다이오드(230)의 애노드는 제너 다이오드(240)의 애노드와 전기적으로 연결된다. 제1 다이오드(230), 제2 다이오드(231), 제3 다이오드(232), 및 극성 보호 다이오드(250)는 하나의 방향으로 전류의 흐름을 허용하는 회로 컴포넌트들이다. 제너 다이오드(240)는 특정 방향으로(예를 들어, 제너 다이오드(240)의 애노드에서 캐소드로) 전류를 안내하는 회로 컴포넌트이며, 제너 다이오드(240)에 걸친 전압에 기초하여 전류의 방향을 변경하도록 구성된다. 더욱이, 전력 저장 컴포넌트(220)는 코일, 솔레노이드, 권선, 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 컴포넌트와 같은 에너지를 저장하는 회로 컴포넌트이다.
제1 스위치(260)는 전력 저장 컴포넌트(220)의 단자들에서 스파크가 발생하는 것을 방지하기 위해 전력 저장 컴포넌트(220)의 단자들로부터 전원(210)을 분리하도록 구성된다. 제1 스위치(260)는 양극성 트랜지스터, 파워 다이오드, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 실리콘 제어 정류기(SCR), 트라이액("TRIAC"), 다이액("DIAC"), 게이트 턴오프 사이리스터("GTO"), 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 스위치일 수 있다.
제1 스위치(260)가 전원(210)의 음의 단자로부터 전력 저장 컴포넌트(220)를 분리하는 N-채널 MOSFET 스위치인 실시예에서, MOSFET 스위치는 매우 적은 전력을 소비하며 이차 전력을 필요로 하지 않는다. 대안적인 실시예에서, 제1 스위치(260)는 전원(210)의 양의 단자로부터 전력 저장 컴포넌트(220)를 분리하는 P-채널 MOSFET일 수 있다. 전력이 연결될 때, MOSFET 스위치는 폐쇄 위치로 변경되어 전력 저장 컴포넌트(220)에 전력을 제공한다. 전력이 회로(200)로부터 분리될 때, MOSFET 스위치는 개방 위치로 변경되어, 전력 저장 컴포넌트(220) 내의 전력이 제너 다이오드(240)를 통해 감쇠되는 것을 방지하며, 이때 제너 다이오드(240)의 감쇠 전압은 전형적인 다이오드보다 높은 값이다. 이와 같이, 전력 저장 컴포넌트(220)를 통하는 전류는 더 빨리 감쇠될 것이다. 제1 스위치(260)는 전원(210)으로부터 전력 저장 컴포넌트(220)의 외부 단자들로의 전력을 분리하여, 전력 저장 컴포넌트(220)의 단자들에서 스파크가 발생하는 것을 방지한다.
이 실시예에서, 전류는 전원(210)의 양의 단부로부터, 극성 보호 다이오드(250)를 통해, 그리고 이어서 전력 저장 컴포넌트(220)로 통과할 것이다. 제1 다이오드(230), 제2 다이오드(231) 및 제3 다이오드(232)의 방향으로 인해, 전류는 각각의 각자의 다이오드의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로 흐르지 않는다. 전원(210)이 턴온되고 제1 스위치(260)가 폐쇄 위치에 있을 때, 전력 저장 컴포넌트(220)는 포텐셜 에너지를 얻을 것이고 전류는 제1 스위치(260)(폐쇄 위치의)를 통해 그리고 이어서 전원(210)의 음의 단부로 흐를 것이다. 제너 다이오드(240)는 전원(210)이 턴오프될 때 제너 다이오드(240)의 방향으로 인해 제1 다이오드(230)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 전력 저장 컴포넌트(220) 내의 전위는 전원(210)이 회로(200)로부터 분리될 때 소멸되어야 할 것이다. 전력이 턴오프될 때, 제1 스위치(260)는 개방 위치에 있게 되어, 전력 저장 컴포넌트(220)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 이와 같이, 전류는 전력 저장 컴포넌트(220)로부터 전원(210)으로 흐를 수 없을 것이다. 이어서 전류는 제너 다이오드(140)의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로, 제1 다이오드(230)를 통해, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(220)의 단부(222)로 흐르게 되어, 전력 저장 컴포넌트(220)에 저장된 전위를 소멸시킬 것이다. 제1 스위치(260)가 고장나는 경우, 전류는 전력 저장 컴포넌트(220)의 단부(221)로부터, 제2 다이오드(231) 및 제3 다이오드(232)를 통해, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(220)의 단부(222)로 순환 방식으로 흐른다.
제2 다이오드(231) 및 제3 다이오드(232)는 전원(210)과 전력 저장 컴포넌트(220) 사이에서 병렬로 전기적으로 결합되는 리던던트 다이오드 쌍일 수 있다. 제2 다이오드(231) 및 제3 다이오드(232)는 제1 스위치(260)가 고장나는 경우 전원(210)으로부터의 전력 저장 컴포넌트(220) 사이의 스파크를 방지함으로써 회로(200)를 돕는다.
극성 보호 다이오드(250)는 또한 회로(200)에서 원치 않는 극성 변화를 금지함으로써 회로(200)에 극성 보호를 제공한다. 극성 보호 다이오드(250)는 또한 전원(210)의 양의 단자에 전기적으로 결합된다.
초기에, 회로(200)는 전원(210)에 의해 에너지를 공급받는다. 제1 스위치(260)가 폐쇄 위치에 있는 상태에서, 전력 저장 컴포넌트(220)는 에너지를 공급받고 전력을 저장한다. 제1 다이오드(230) 및 제너 다이오드(240)는 전형적인 다이오드보다 더 높은 값에서 전력 저장 컴포넌트(220)의 감쇠 전압을 클램핑하는 전력 흡수 컴포넌트일 수 있다. 이와 같이, 전력 저장 컴포넌트(220)를 통하는 전류는 더 빠른 속도로 감쇠될 것이다.
역전압 보호:
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 예시적인 회로가 제공되는데, 그 제3 실시예는 일반적으로 300으로 표시된다. 회로(300)는 전원(310), 전력 저장 컴포넌트(320), 제1 다이오드(330), 제2 다이오드(331), 제너 다이오드(340), 제1 스위치(350), 제2 스위치(351), 제1 저항기(360), 제2 저항기(361), 제3 저항기(362), 제4 저항기(363), 제5 저항기(364), 및 접지 단자(380)를 광범위하게 포함하는 것으로 도시된다.
도 3은 또한 전원(310)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(370) 및 제2 다이오드(331)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(371)를 갖는 회로(300)를 예시한다. 전원(310)은 교류(AC) 전원 또는 직류(DC) 전원일 수 있다. 전원(310) 및 전력 저장 컴포넌트(320)는 대응하는 양의 단자 및 음의 단자를 갖는다.
제1 다이오드(330)는 제너 다이오드(340)와 직렬로 전기적으로 결합되며, 이들은 전력 저장 컴포넌트(320) 및 제5 저항기(364)와 병렬로 전기적으로 결합된다. 제1 다이오드(330) 및 제너 다이오드(340) 각각은 애노드 및 캐소드를 포함하며, 제1 다이오드(330)의 애노드는 제너 다이오드(340)의 애노드와 전기적으로 연결된다. 제1 다이오드(330) 및 제2 다이오드(331)는 하나의 방향으로 전류의 흐름을 허용하는 회로 컴포넌트들이다. 제너 다이오드(340)는 특정 방향으로(예를 들어, 제너 다이오드(340)의 애노드에서 캐소드로) 전류를 안내하는 회로 컴포넌트이며, 제너 다이오드(340)에 걸친 전압에 기초하여 전류의 방향을 변경하도록 구성된다. 더욱이, 전력 저장 컴포넌트(320)는 코일, 솔레노이드, 권선, 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 컴포넌트와 같은 에너지를 저장하는 회로 컴포넌트이다. 제5 저항기(364)는 전력 저장 컴포넌트(320)의 부하 저항기일 수 있다.
제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)는 전력 저장 컴포넌트(320)의 단자들에서 스파크가 발생하는 것을 방지하기 위해 전력 저장 컴포넌트(320)의 단자들로부터 전원(310)을 분리하도록 구성된다. 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)는 양극성 트랜지스터, 파워 다이오드, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 실리콘 제어 정류기(SCR), 트라이액("TRIAC"), 다이액("DIAC"), 게이트 턴오프 사이리스터("GTO"), 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 스위치일 수 있다.
제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)가 N-채널 MOSFET 스위치들인 실시예에서, 제1 스위치(350)는 전원(310)으로의 전류의 복귀 경로에 있는 역전압 보호 MOSFET이다. 전원(310)으로의 전류의 복귀 경로 내에 역전압 보호 MOSFET을 갖는 것은 N-채널 MOSFET 또는 P-채널 MOSFET의 사용을 허용한다. 이 실시예에서, 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)는 전원(310)의 음의 단자로부터 전력 저장 컴포넌트(320)를 분리한다. 대안적인 실시예에서, P-채널 MOSFET이 사용될 수 있는 반면, 역전압 보호 MOSFET은 회로(300)의 전원(310) 옆에 위치된다. 이 실시예에서, 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)는 전원(310)의 양의 단자로부터 전력 저장 컴포넌트(320)를 분리한다.
이 실시예에서, 전력이 연결될 때, 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)는 폐쇄 위치로 변경되어, 전력 저장 컴포넌트(320)에 전력을 제공한다. 회로(300)로부터 전력이 분리될 때, 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)는 개방 위치로 변경되어, 전력 저장 컴포넌트(320) 내의 전력이 전원(310)으로 다시 감쇠되는 것을 방지한다.
제1 저항기(360)는 회로(300)의 입력에 올바른 극성(예를 들어, DC 회로에서)이 인가될 때 제1 스위치(350)를 턴온시킨다. 제2 저항기(361)는 회로(300)로의 전력이 제거될 때 제1 스위치(350)를 빠르게 턴오프시킨다. 역 극성 전압이 회로(300)에 인가되는 경우, 역전압 보호 MOSFET은 오프 상태를 유지하고 전압이 회로(300)의 나머지 부분으로 안내되는 것을 억제한다.
이 실시예에서, 전류는 전원(310)의 양의 단부로부터, 그리고 이어서 전력 저장 컴포넌트(320)로 통과할 것이다. 제1 다이오드(330) 및 제2 다이오드(331)의 방향으로 인해, 전류는 각각의 각자의 다이오드의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로 흐르지 않는다. 전원(310)이 턴온되고 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)가 폐쇄 위치에 있을 때, 전력 저장 컴포넌트(320)는 포텐셜 에너지를 얻을 것이고 전류는 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)(폐쇄 위치의)를 통해 그리고 이어서 전원(310)의 음의 단부로 흐를 것이다. 제너 다이오드(340)는 전원(310)이 턴오프될 때 제너 다이오드(340)의 방향으로 인해 제1 다이오드(330)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 전력 저장 컴포넌트(320) 내의 전위는 전원(310)이 회로(300)로부터 분리될 때 소멸되어야 할 것이다. 전력이 턴오프될 때, 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)는 개방 위치에 있게 되어, 전력 저장 컴포넌트(320)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 이와 같이, 전류는 전력 저장 컴포넌트(320)로부터 전원(310)으로 흐를 수 없을 것이다. 이어서 전류는 제너 다이오드(340)의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로, 제1 다이오드(330)를 통해, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(320)의 단부(322)로 흐르게 되어, 전력 저장 컴포넌트(320)에 저장된 전위를 소멸시킬 것이다. 제1 스위치(350) 또는 제2 스위치(351) 중 하나가 고장나는 경우, 전류는 전력 저장 컴포넌트(320)의 단부(321)로부터, 제너 다이오드(340)로, 제1 다이오드(330)로, 그리고 다시 전력 저장 컴포넌트(320)의 단부(322)로 흐른다. 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351) 둘 모두가 개방되지 못하는 경우, 전류는 단부(321)로부터 제2 다이오드(331)를 통해 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(320)의 단부(322)로 순환 방식으로 흐를 것이다.
역전압 보호 MOSFET은 전형적인 다이오드와 비교할 때 더 낮은 순방향 전압 강하의 이점을 갖는다. 전형적인 다이오드는 순방향 전도 방향에서 전형적인 다이오드에 걸쳐 0.3 내지 0.7V 강하를 가질 수 있다. MOSFET은 선택되는 디바이스의 유형에 따라 전형적인 다이오드의 전압 강하의 대략 1/100을 가질 수 있다. 이와 같이, MOSFET은 전원(310)으로부터의 더 많은 입력 전압이 부하(예를 들어, 전력 저장 컴포넌트(320))에 인가되도록 허용한다. 회로(300)는 더 빠른 개방 응답 및 더 적은 전력 소멸을 제공한다.
제2 다이오드(331)는 전원(310)과 전력 저장 컴포넌트(320) 사이에서 병렬로 전기적으로 결합되는 리던던트 다이오드일 수 있다. 제2 다이오드(331)는 제2 스위치(351)가 고장나는 경우 전원(310)으로부터의 전력 저장 컴포넌트(320) 사이의 스파크를 방지함으로써 회로(300)를 돕는다.
초기에, 회로(300)는 전원(310)에 의해 에너지를 공급받는다. 제1 스위치(350) 및 제2 스위치(351)가 폐쇄 위치에 있는 상태에서, 전력 저장 컴포넌트(320)는 에너지를 공급받고 전력을 저장한다. 제1 다이오드(330) 및 제너 다이오드(340)는 전형적인 다이오드보다 더 높은 값에서 전력 저장 컴포넌트(320)의 감쇠 전압을 클램핑하는 전력 흡수 컴포넌트일 수 있다. 이와 같이, 전력 저장 컴포넌트(320)를 통하는 전류는 더 빠른 속도로 감쇠될 것이다.
도 4를 참조하면, 라인(390)은 일정 기간에 걸쳐 회로(300)의 전력 저장 컴포넌트(320)에 걸친 전류를 나타낸다. 라인(391)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(300)의 전원(310)에 걸쳐 전압 측정 도구(370)에 의해 측정된 전압을 나타낸다. 라인(392)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(300)의 제2 다이오드(331)에 걸쳐 전압 측정 도구(371)에 의해 측정된 전압을 나타낸다.
에너지 흡수 및 소멸 디바이스들:
이제 도 5 및 도 6을 참조하면, 예시적인 회로가 제공되는데, 그 제4 실시예는 일반적으로 400으로 표시된다. 회로(400)는 전원(410), 전력 저장 컴포넌트(420), 제1 다이오드(430), 극성 보호 다이오드(440), 제1 스위치(450), 제1 저항기(460), 제2 저항기(461), 제3 저항기(462), 제4 저항기(463), 및 접지 단자(480)를 광범위하게 포함하는 것으로 도시된다.
도 5는 또한 전원(410)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(470) 및 제1 다이오드(430)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(471)를 갖는 회로(400)를 예시한다. 전원(410)은 교류(AC) 전원 또는 직류(DC) 전원일 수 있다. 전원(410) 및 전력 저장 컴포넌트(420)는 대응하는 양의 단자 및 음의 단자를 갖는다. 전력 저장 컴포넌트(420)는 코일, 솔레노이드, 권선, 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 컴포넌트와 같은 에너지를 저장하는 회로 컴포넌트이다. 제1 다이오드(430) 및 극성 보호 다이오드(440)는 하나의 방향으로 전류의 흐름을 허용하는 회로 컴포넌트들이다.
제1 스위치(450)는 전력 저장 컴포넌트(420)의 단자들에서 스파크가 발생하는 것을 방지하기 위해 전력 저장 컴포넌트(420)의 단자들로부터 전원(410)을 분리하도록 구성된다. 제1 스위치(450)는 양극성 트랜지스터, 파워 다이오드, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 실리콘 제어 정류기(SCR), 트라이액("TRIAC"), 다이액("DIAC"), 게이트 턴오프 사이리스터("GTO"), 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 스위치일 수 있다.
제4 저항기(463)는 회로(400)의 전력 저장 컴포넌트(420)와 병렬로 전기적으로 결합된다. 제4 저항기(463)는 전원(410)이 턴오프될 때 전력 저장 컴포넌트(420)에 저장된 에너지를 소멸시킨다. 이 실시예에서, 전원(410)이 회로(400)의 입력으로부터 제거된 후 전력 저장 컴포넌트(420)에 걸친 피크 전압은 대략 하기와 같다: -Vin(전원(410)의 전압) * R스너버(제4 저항기(463)의 저항 값) / R부하(제3 저항기(462)의 저항 값). 제3 저항기(462)는 전력 저장 컴포넌트(420)의 부하 저항기일 수 있다. 예를 들어, 전력 저장 컴포넌트(420)가 200 옴의 저항(제3 저항기(462))을 갖고, 400 옴 스너버 저항기(제4 저항기(463))가 전력 저장 컴포넌트(420)와 병렬로 전기적으로 연결되고, 24 Vdc 입력 전원(전원(410))이 회로(400)로부터 제거되는 경우, 전력 저장 컴포넌트(420) 및 제4 저항기(463)에 걸친 피크 전압은 대략 -48V이다. 제4 저항기(463)는 제너 다이오드, 과도 전압 억제(TVS) 다이오드, 또는 다른 유사한 디바이스들보다 더 견고하고 덜 손상되는 경향이 있을 수 있다. 또한 다이오드와 같은 반도체 디바이스와는 달리 제4 저항기(463)와 연관되는 스위칭 시간은 없다.
이 실시예에서, 전류는 전원(410)의 양의 단부로부터, 극성 보호 다이오드(440)를 통해, 그리고 이어서 전력 저장 컴포넌트(420)로 통과할 것이다. 제1 다이오드(430)의 방향으로 인해, 전류는 제1 다이오드(430)의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로 흐르지 않는다. 전원(410)이 턴온되고 제1 스위치(450)가 폐쇄 위치에 있을 때, 전력 저장 컴포넌트(420)는 포텐셜 에너지를 얻을 것이고 전류는 제1 스위치(450)(폐쇄 위치의)를 통해 그리고 이어서 전원(410)의 음의 단부로 흐를 것이다. 전력 저장 컴포넌트(420) 내의 전위는 전원(410)이 회로(400)로부터 분리될 때 소멸되어야 할 것이다. 전력이 턴오프될 때, 제1 스위치(450)는 개방 위치에 있게 되어, 전력 저장 컴포넌트(420)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 이와 같이, 전류는 전력 저장 컴포넌트(420)로부터 전원(410)으로 흐를 수 없을 것이다. 이어서 전류는 제4 저항기(463)로 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(420)의 단부(422)로 흐르게 되어, 전력 저장 컴포넌트(420)에 저장된 전위를 소멸시킬 것이다. 제1 스위치(450)가 고장나는 경우, 전류는 전력 저장 컴포넌트(420)의 단부(421)로부터, 제1 다이오드(430)를 통해, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(420)의 단부(422)로 순환 방식으로 흐른다.
이 실시예에서, 전력이 연결될 때, 제1 스위치(450)는 폐쇄 위치로 변경되어, 전력 저장 컴포넌트(420)에 전력을 제공한다. 회로(400)로부터 전력이 분리될 때, 제1 스위치(450)는 개방 위치로 변경되어, 전력 저장 컴포넌트(420) 내의 전력이 전원(310)으로 다시 감쇠되는 것을 방지한다.
제2 다이오드(430)는 전원(410)과 전력 저장 컴포넌트(420) 사이에서 병렬로 전기적으로 결합되는 리던던트 다이오드일 수 있다. 제2 다이오드(430)는 제1 스위치(450)가 고장나는 경우 전원(410)으로부터의 전력 저장 컴포넌트(420) 사이의 스파크를 방지함으로써 회로(400)를 돕는다.
극성 보호 다이오드(440)는 또한 회로(400)에서 원치 않는 극성 변화를 금지함으로써 회로(400)에 극성 보호를 제공한다. 극성 보호 다이오드(440)는 또한 전원(410)의 양의 단자에 전기적으로 결합된다.
도 6을 참조하면, 라인(490)은 일정 기간에 걸쳐 회로(400)의 전력 저장 컴포넌트(420)에 걸친 전류를 나타낸다. 라인(491)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(400)의 전원(410)에 걸쳐 전압 측정 도구(470)에 의해 측정된 전압을 나타낸다. 라인(492)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(400)의 제1 다이오드(430)에 걸쳐 전압 측정 도구(471)에 의해 측정된 전압을 나타낸다.
이제 도 7 및 도 8을 참조하면, 예시적인 회로가 제공되는데, 그 제5 실시예는 일반적으로 500으로 표시된다. 회로(500)는 전원(510), 전력 저장 컴포넌트(520), 제1 다이오드(530), 제2 다이오드(531), 극성 보호 다이오드(540), 제1 스위치(550), 제1 저항기(560), 제2 저항기(561), 제3 저항기(562), 제4 저항기(563), 및 접지 단자(580)를 광범위하게 포함하는 것으로 도시된다.
도 7은 또한 전원(510)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(570) 및 제1 다이오드(530)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(571)를 갖는 회로(500)를 예시한다. 전원(510)은 교류(AC) 전원 또는 직류(DC) 전원일 수 있다. 전원(510) 및 전력 저장 컴포넌트(520)는 대응하는 양의 단자 및 음의 단자를 갖는다. 전력 저장 컴포넌트(520)는 코일, 솔레노이드, 권선, 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 컴포넌트와 같은 에너지를 저장하는 회로 컴포넌트이다. 제1 다이오드(530), 제2 다이오드(531), 및 극성 보호 다이오드(540)는 하나의 방향으로 전류의 흐름을 허용하는 회로 컴포넌트들이다.
제1 스위치(550)는 전력 저장 컴포넌트(520)의 단자들에서 스파크가 발생하는 것을 방지하기 위해 전력 저장 컴포넌트(520)의 단자들로부터 전원(510)을 분리하도록 구성된다. 제1 스위치(550)는 양극성 트랜지스터, 파워 다이오드, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 실리콘 제어 정류기(SCR), 트라이액("TRIAC"), 다이액("DIAC"), 게이트 턴오프 사이리스터("GTO"), 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 스위치일 수 있다.
제4 저항기(563)는 전원(510)이 턴오프될 때 전력 저장 컴포넌트(520)에 저장된 에너지를 소멸시킨다. 회로(500)는 회로(400)와 유사하지만, 다만 직렬로 제4 저항기(563)에 전기적으로 결합되는 제2 다이오드(531)를 포함한다. 제2 다이오드(531)는 제너 다이오드 회로 설계와 유사한 역 차단 다이오드일 수 있다. 제2 다이오드(531)는 전력 저장 컴포넌트(520)에 인가되고 있는 전압이 제4 저항기(563)에 또한 인가되는 것을 방지한다.
이 실시예에서, 전력이 연결될 때, 제1 스위치(550)는 폐쇄 위치로 변경되어, 전력 저장 컴포넌트(520)에 전력을 제공한다. 전원(510)으로부터의 입력 전압이 회로(500)로부터 제거될 때, 제1 스위치(550)는 개방 위치로 변경되고 전력 저장 컴포넌트(520)의 전압 극성은 방향을 반전시킨다. 이어서 제2 다이오드(531)는 순방향 바이어스되어, 전력 저장 컴포넌트(520)에 저장된 에너지가 제4 저항기(563)(스너버 저항기)를 통해 흐르고 전원(510)으로는 다시 흐르지 않도록 한다.
이 실시예에서, 전류는 전원(510)의 양의 단부로부터, 극성 보호 다이오드(540)를 통해, 그리고 이어서 전력 저장 컴포넌트(520)로 통과할 것이다. 제1 다이오드(530) 및 제2 다이오드(531)의 방향으로 인해, 전류는 각자의 다이오드들의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로 흐르지 않는다. 전원(510)이 턴온되고 제1 스위치(550)가 폐쇄 위치에 있을 때, 전력 저장 컴포넌트(520)는 포텐셜 에너지를 얻을 것이고 전류는 제1 스위치(550)(폐쇄 위치의)를 통해 그리고 이어서 전원(510)의 음의 단부로 흐를 것이다. 전력 저장 컴포넌트(520) 내의 전위는 전원(510)이 회로(500)로부터 분리될 때 소멸되어야 할 것이다. 전력이 턴오프될 때, 제1 스위치(550)는 개방 위치에 있게 되어, 전력 저장 컴포넌트(520)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 이와 같이, 전류는 전력 저장 컴포넌트(520)로부터 전원(510)으로 흐를 수 없을 것이다. 이어서 전류는 제2 다이오드(531), 제4 저항기(563)로, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(520)의 단부(522)로 흐르게 되어, 전력 저장 컴포넌트(520)에 저장된 전위를 소멸시킬 것이다. 제1 스위치(550)가 고장나는 경우, 전류는 전력 저장 컴포넌트(520)의 단부(521)로부터, 제1 다이오드(530)를 통해, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(520)의 단부(522)로 순환 방식으로 흐른다.
제1 다이오드(530)는 전원(510)과 전력 저장 컴포넌트(520) 사이에서 병렬로 전기적으로 결합되는 리던던트 다이오드일 수 있다. 제1 다이오드(530)는 제1 스위치(550)가 고장나는 경우 전원(510)으로부터의 전력 저장 컴포넌트(520) 사이의 스파크를 방지함으로써 회로(500)를 돕는다.
극성 보호 다이오드(540)는 또한 회로(500)에서 원치 않는 극성 변화를 금지함으로써 회로(500)에 극성 보호를 제공한다. 극성 보호 다이오드(540)는 또한 전원(510)의 양의 단자에 전기적으로 결합된다.
도 8을 참조하면, 라인(590)은 일정 기간에 걸쳐 회로(500)의 전력 저장 컴포넌트(520)에 걸친 전류를 나타낸다. 라인(591)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(500)의 전원(510)에 걸쳐 전압 측정 도구(570)에 의해 측정된 전압을 나타낸다. 라인(592)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(500)의 제1 다이오드(530)에 걸쳐 전압 측정 도구(571)에 의해 측정된 전압을 나타낸다.
이제 도 9 및 도 10을 참조하면, 예시적인 회로가 제공되는데, 그 제6 실시예는 일반적으로 600으로 표시된다. 회로(600)는 전원(610), 전력 저장 컴포넌트(620), 제1 다이오드(630), 제2 다이오드(631), 극성 보호 다이오드(640), 제1 스위치(650), 제1 저항기(660), 제2 저항기(661), 제3 저항기(662), 제4 저항기(663), 커패시터(665), 및 접지 단자(680)를 광범위하게 포함하는 것으로 도시된다.
도 9는 또한 전원(610)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(670) 및 제1 다이오드(630)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(671)를 갖는 회로(600)를 예시한다. 전원(610)은 교류(AC) 전원 또는 직류(DC) 전원일 수 있다. 전원(610) 및 전력 저장 컴포넌트(620)는 대응하는 양의 단자 및 음의 단자를 갖는다. 전력 저장 컴포넌트(620)는 코일, 솔레노이드, 권선, 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 컴포넌트와 같은 에너지를 저장하는 회로 컴포넌트이다. 제1 다이오드(630), 제2 다이오드(631), 및 극성 보호 다이오드(640)는 하나의 방향으로 전류의 흐름을 허용하는 회로 컴포넌트들이다.
제1 스위치(650)는 전력 저장 컴포넌트(620)의 단자들에서 스파크가 발생하는 것을 방지하기 위해 전력 저장 컴포넌트(620)의 단자들로부터 전원(610)을 분리하도록 구성된다. 제1 스위치(650)는 양극성 트랜지스터, 파워 다이오드, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 실리콘 제어 정류기(SCR), 트라이액("TRIAC"), 다이액("DIAC"), 게이트 턴오프 사이리스터("GTO"), 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 스위치일 수 있다.
이 실시예에서, 전력이 연결될 때, 제1 스위치(650)는 폐쇄 위치로 변경되어, 극성 보호 다이오드(640)를 통해 그리고 이어서 전력 저장 컴포넌트(620)에 전류를 제공한다. 제1 다이오드(630)의 방향으로 인해, 전류는 제1 다이오드(630)의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로 흐르지 않는다. 전원(610)이 턴온되고 제1 스위치(650)가 폐쇄 위치에 있을 때, 전력 저장 컴포넌트(620)는 포텐셜 에너지를 얻을 것이고 전류는 제1 스위치(650)(폐쇄 위치의)를 통해 그리고 이어서 전원(610)의 음의 단부로 흐를 것이다. 전력 저장 컴포넌트(620) 내의 전위는 전원(610)이 회로(600)로부터 분리될 때 소멸되어야 할 것이다. 전원(610)으로부터의 전력이 회로(600)로부터 제거될 때, 제1 스위치(650)는 개방 위치로 변경되고 전원(610)으로부터 전력 저장 컴포넌트(620)를 분리한다. 전력이 턴오프될 때, 제1 스위치(650)는 개방 위치에 있게 되어, 전력 저장 컴포넌트(620)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 이와 같이, 전류는 전력 저장 컴포넌트(620)로부터 전원(610)으로 흐를 수 없을 것이다. 이어서 전류는 제2 다이오드(631), 제4 저항기(633)로, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(620)의 단부(622)로 흐르게 되어, 전력 저장 컴포넌트(620)에 저장된 전위를 소멸시킬 것이다. 제1 스위치(650)가 고장나는 경우, 전류는 전력 저장 컴포넌트(620)의 단부(621)로부터, 제1 다이오드(630)를 통해, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(620)의 단부(622)로 순환 방식으로 흐른다. 회로(600)는 회로(500)와 유사하지만, 다만 병렬로 제4 저항기(663)(블리드 저항기(bleed resistor))에 전기적으로 결합되는 커패시터(665)를 포함한다. 제2 다이오드(631)(차단 다이오드)는 전원(610)으로부터 전력 저장 컴포넌트(620)에 전력이 인가되고 있는 동안 커패시터(665)가 에너지를 저장하는 것을 방지한다.
회로(600)가 턴오프될 때, 방전된 커패시터(665)는 전력 저장 컴포넌트(620)로부터 방출되는 에너지를 저장하도록 구성되어, 어큐뮬레이터로서 작용한다. 제4 저항기(663)는 또한 커패시터(665)가 에너지의 일부를 저장하고 있는 동안 전력 저장 컴포넌트(620)로부터 방출된 에너지의 일부를 소멸시킨다. 커패시터(665) 및 제4 저항기(663)의 크기는 전력 저장 컴포넌트(620)에 걸친 피크 전압을 결정한다. 나중에, 전력 저장 컴포넌트(620)가 턴오프 사이클에서 거의 방전될 때, 제4 저항기(663)는 다음 사이클을 준비하기 위해 둘 다 완전히 방전될 때까지 커패시터(665) 및 전력 저장 컴포넌트(620) 내에 저장된 전하를 천천히 블리딩/소멸시킨다.
제4 저항기(663)는 회로(500)의 제4 저항(563)에 비해 더 높은 저항을 가질 수 있다. 제2 다이오드(631)는 또한 커패시터(665)가 전원(610)의 입력 전압 레벨까지 충전되어야 할 수 있으므로 전류 돌입을 방지한다. 돌입은 모든 전류가 전력 저장 컴포넌트(620)를 충전하는 데 이용가능하지는 않을 것이기 때문에 회로(600)의 개방을 늦출 것이다.
제1 다이오드(630)는 전원(610)과 전력 저장 컴포넌트(620) 사이에서 병렬로 전기적으로 결합되는 리던던트 다이오드일 수 있다. 제1 다이오드(630)는 제1 스위치(650)가 고장나는 경우 전원(610)으로부터의 전력 저장 컴포넌트(620) 사이의 스파크를 방지함으로써 회로(600)를 돕는다.
극성 보호 다이오드(640)는 또한 회로(600)에서 원치 않는 극성 변화를 금지함으로써 회로(600)에 극성 보호를 제공한다. 극성 보호 다이오드(640)는 또한 전원(610)의 양의 단자에 전기적으로 결합된다.
도 10을 참조하면, 라인(690)은 일정 기간에 걸쳐 회로(600)의 전력 저장 컴포넌트(620)에 걸친 전류를 나타낸다. 라인(691)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(600)의 전원(610)에 걸쳐 전압 측정 도구(670)에 의해 측정된 전압을 나타낸다. 라인(692)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(600)의 제1 다이오드(630)에 걸쳐 전압 측정 도구(671)에 의해 측정된 전압을 나타낸다.
스위칭 디바이스들:
이제 도 11 및 도 12를 참조하면, 예시적인 회로가 제공되는데, 그 제7 실시예는 일반적으로 700으로 표시된다. 회로(700)는 전원(710), 전력 저장 컴포넌트(720), 제1 다이오드(730), 제2 다이오드(731), 제3 다이오드(732), 제4 다이오드(733), 극성 보호 다이오드(740), 제너 다이오드(745), 제1 스위치(750), 제1 저항기(760), 제2 저항기(761), 제3 저항기(762), 커패시터(765), 및 접지 단자(780)를 광범위하게 포함하는 것으로 도시된다.
도 11은 또한 전원(710)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(770) 및 제2 다이오드(731)에 걸친 전압을 측정하기 위한 전압 측정 도구(771)를 갖는 회로(700)를 예시한다. 전원(710)은 교류(AC) 전원 또는 직류(DC) 전원일 수 있다. 전원(710) 및 전력 저장 컴포넌트(720)는 대응하는 양의 단자 및 음의 단자를 갖는다.
제1 다이오드(730)는 제너 다이오드(745)와 직렬로 전기적으로 결합되며, 이들은 전력 저장 컴포넌트(720)와 병렬로 전기적으로 결합된다. 제1 다이오드(730) 및 제너 다이오드(745) 각각은 애노드 및 캐소드를 포함하며, 제1 다이오드(730)의 애노드는 제너 다이오드(745)의 애노드와 전기적으로 연결된다. 제1 다이오드(730), 제2 다이오드(731), 제3 다이오드(732), 제4 다이오드(733), 및 극성 보호 다이오드(740)는 하나의 방향으로 전류의 흐름을 허용하는 회로 컴포넌트들이다. 제너 다이오드(745)는 특정 방향으로(예를 들어, 제너 다이오드(745)의 애노드에서 캐소드로) 전류를 안내하는 회로 컴포넌트이며, 제너 다이오드(745)에 걸친 전압에 기초하여 전류의 방향을 변경하도록 구성된다. 더욱이, 전력 저장 컴포넌트(720)는 코일, 솔레노이드, 권선, 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 컴포넌트와 같은 에너지를 저장하는 회로 컴포넌트이다. 제3 저항기(762)는 전력 저장 컴포넌트(720)의 부하 저항기일 수 있다.
이 실시예에서, 전력이 연결될 때, 제1 스위치(750)는 폐쇄 위치로 변경되어, 전력 저장 컴포넌트(720)에 전력을 제공한다. 제1 다이오드(730) 및 제2 다이오드(731)의 방향으로 인해, 전류는 각자의 다이오드들의 캐소드 단부로부터 애노드 단부로 흐르지 않는다. 전원(710)이 턴온되고 제1 스위치(750)가 폐쇄 위치에 있을 때, 전력 저장 컴포넌트(720)는 포텐셜 에너지를 얻을 것이고 전류는 제4 다이오드(733), 제1 스위치(750)(폐쇄 위치의), 극성 보호 다이오드(740)를 통해, 그리고 이어서 전원(710)의 음의 단부로 흐를 것이다. 전력 저장 컴포넌트(720) 내의 전위는 전원(710)이 회로(700)로부터 분리될 때 소멸되어야 할 것이다. 전원(710)으로부터의 전력이 회로(700)로부터 제거될 때, 제1 스위치(750)는 개방 위치로 변경되고 전원(710)으로부터 전력 저장 컴포넌트(720)를 분리한다. 전력이 턴오프될 때, 제1 스위치(750)는 개방 위치에 있게 되어, 전력 저장 컴포넌트(720)로의 전류의 흐름을 방지할 것이다. 이와 같이, 전류는 전력 저장 컴포넌트(720)로부터 전원(710)으로 흐를 수 없을 것이다. 이어서 전류는 제너 다이오드(745), 제1 다이오드(730)로, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(720)의 단부(722)로 흐르게 되어, 전력 저장 컴포넌트(720)에 저장된 전위를 소멸시킬 것이다. 제1 스위치(750)가 고장나는 경우, 전류는 전력 저장 컴포넌트(720)의 단부(721)로부터, 제4 다이오드(733), 커패시터(765), 제3 다이오드(732)를 통해, 그리고 이어서 다시 전력 저장 컴포넌트(720)의 단부(722)로 순환 방식으로 흐른다.
제1 스위치(750)는 전력 저장 컴포넌트(720)의 단자들에서 스파크가 발생하는 것을 방지하기 위해 전력 저장 컴포넌트(720)의 단자들로부터 전원(710)을 분리하도록 구성된다. 제1 스위치(750)는 양극성 트랜지스터, 파워 다이오드, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 실리콘 제어 정류기(SCR), 트라이액("TRIAC"), 다이액("DIAC"), 게이트 턴오프 사이리스터("GTO"), 포토 트랜지스터들을 채용하는 광 아이솔레이터들, 릴레이들 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 스위치일 수 있다.
제1 스위치(750)는 부하 전도 경로 및 제어 요소를 포함한다. 제1 스위치(750)가 MOSFET인 실시예에서, MOSFET의 소스 및 드레인 단자들은 부하 전도 경로에 있고 MOSFET의 게이트 단자는 제어 요소이다. 제1 스위치(750)가 릴레이인 실시예에서, 릴레이의 접점들은 부하 전도 경로이고, 전력 저장 컴포넌트(720)는 제어 요소이다. 제1 스위치(750)가 SCR인 실시예에서, SCR은 SCR의 게이트 단자에 전압을 인가함으로써 턴온되고 SCR의 애노드 및 캐소드 단자들은 전도 경로가 된다.
SCR은, SCR의 제어 게이트에 더 이상 전압이 인가되지 않더라도, SCR의 애노드 및 캐소드 단자들을 통해 전류가 흐르는 것을 중지할 때까지 전도성을 유지하는 래칭 디바이스이다. SCR이 턴오프되도록 강제하기 위해 회로(700)에 음의 전압 극성을 인가함으로써 SCR은 턴오프될 수 있다. 이 실시예에서, 이 기능은 도 11에 도시된 바와 같이 포인트들 R2, D2, 및 CforceSCRoff를 포함하는 네트워크에 의해 예시된다. 이 네트워크는 SCR의 애노드 단자에 순간적인 음의 전압 스파이크를 인가하며, 이는 회로(700)를 강제로 오프시킨다. 네트워크는 회로(700)로부터 전력이 제거된 후 SCR을 즉시 차단하도록 제공된다. 네트워크가 없다면, 전력 저장 컴포넌트(720)에 저장된 에너지/전압은 전력이 회로(700)의 입력으로부터 제거된 후 회로(700)의 입력에 존재할 수 있으며, 그러면 SCR이 필요한 격리를 제공할 수 없게 될 것이다.
제2 다이오드(731)는 전원(710)과 전력 저장 컴포넌트(720) 사이에서 병렬로 전기적으로 결합되는 리던던트 다이오드일 수 있다. 제2 다이오드(731)는 제1 스위치(750)가 고장나는 경우 전원(710)으로부터의 전력 저장 컴포넌트(720) 사이의 스파크를 방지함으로써 회로(700)를 돕는다.
극성 보호 다이오드(740)는 또한 회로(700)에서 원치 않는 극성 변화를 금지함으로써 회로(700)에 극성 보호를 제공한다. 극성 보호 다이오드(740)는 또한 전원(710)의 음의 단자에 전기적으로 결합된다.
초기에, 회로(700)는 전원(710)에 의해 에너지를 공급받는다. 제1 스위치(750)가 폐쇄 위치에 있는 상태에서, 전력 저장 컴포넌트(720)는 에너지를 공급받고 전력을 저장한다. 제1 다이오드(730) 및 제너 다이오드(745)는 전형적인 다이오드보다 더 높은 값에서 전력 저장 컴포넌트(720)의 감쇠 전압을 클램핑하는 전력 흡수 컴포넌트일 수 있다. 이와 같이, 전력 저장 컴포넌트(720)를 통하는 전류는 더 빠른 속도로 감쇠될 것이다.
도 12를 참조하면, 라인(790)은 일정 기간에 걸쳐 회로(700)의 전력 저장 컴포넌트(720)에 걸친 전류를 나타낸다. 라인(791)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(700)의 전원(710)에 걸쳐 전압 측정 도구(770)에 의해 측정된 전압을 나타낸다. 라인(792)은 일정 기간에 걸쳐서 회로(700)의 제2 다이오드(731)에 걸쳐 전압 측정 도구(771)에 의해 측정된 전압을 나타낸다.
명확성을 위해 별개의 실시예들의 맥락에서 설명된 본 개시내용의 소정 특징들이 또한 단일 실시예에서 조합되어 제공될 수 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결함을 위해 단일 실시예의 맥락에서 설명된 본 개시내용의 다양한 특징들은 또한 별개로 또는 임의의 적합한 하위조합으로 제공될 수 있다.
본 개시내용은 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 고려한다. 따라서, 개선된 집게 자극형 모터(claw pole motor)의 형태들이 도시되고 설명되었고, 다수의 대안들이 논의되었지만, 당업자는 하기의 청구범위에 의해 정의되고 구별된 바와 같이, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서 다양한 추가적인 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (30)

  1. 스파크를 방지하기 위한 회로로서,
    제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트;
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 전원 - 상기 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -;
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트;
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 전류 방향을 갖는 제1 전력 흡수 컴포넌트 - 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는 상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 병렬 연결되며, 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트는 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트와 전기적으로 직렬 연결되며, 상기 전류 방향은 상기 제1 전류 방향과 반대이고, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는 상기 전류 방향으로의 전류 흐름을 허용하되 상기 제1 전류 방향으로의 전류 흐름을 방지하도록 작동가능함 -;
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제2 전류 방향을 갖는 제2 전류 방향성 컴포넌트 - 상기 제2 전류 방향성 컴포넌트의 제2 전류 방향은 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제1 전류 방향에 대응하고, 상기 제2 전류 방향성 컴포넌트 및 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트는 상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 병렬 연결됨 -;
    제3 전류 방향을 갖는 제3 전류 방향성 컴포넌트 - 상기 제3 전류 방향성 컴포넌트는 상기 전원에 전기적으로 직렬 연결되고, 상기 제3 전류 방향성 컴포넌트는 상기 제2 전원 단부로부터 상기 제1 전원 단부로의 전류 흐름을 방지함 -;
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 스위치 - 상기 제1 스위치는 상기 제1 전원 단부와 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트 사이에 전기적으로 직렬 연결되고, 상기 제1 스위치는 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트와 상기 제2 전류 방향성 컴포넌트 사이에 전기적으로 직렬 연결됨 -; 및
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 직렬 연결된 제2 스위치 - 상기 제2 스위치는 상기 제2 전력 저장 단부 및 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트에 전기적으로 연결되며, 상기 제2 스위치는 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트와 상기 제2 전류 방향성 컴포넌트 사이에 전기적으로 직렬 연결됨 -;
    를 포함하고,
    상기 전원이 턴온되고 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 폐쇄 위치에 있는 경우에, 상기 전력 저장 컴포넌트는 포텐셜 에너지를 얻고 그리고 전류는 폐쇄 위치에 있는 상기 제2 스위치, 상기 제3 전류 방향성 컴포넌트를 통해, 그리고 이어서 상기 전원의 상기 제2 전원 단부로 흐르고,
    상기 전원이 턴오프되고 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 개방 위치에 있는 경우에, 상기 전력 저장 컴포넌트로의 전류의 흐름을 방지하고, 상기 전류는 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트의 상기 전류 방향으로, 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트를 통해, 그리고 이어서 상기 전력 저장 컴포넌트의 상기 제1 전력 저장 단부로 흐르고,
    상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치 중 하나가 개방되지 못하는 경우에, 상기 전류는 상기 전력 저장 컴포넌트의 상기 제2 전력 저장 단부로부터, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트로, 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트로, 그리고 다시 상기 전력 저장 컴포넌트의 상기 제1 전력 저장 단부로 흐르는, 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위치는 상기 제1 전원 단부 및 상기 제1 전력 저장 단부에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 스위치는 상기 제2 전력 저장 단부 및 상기 제2 전원 단부에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 전력 저장 컴포넌트 및 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트와 직렬인, 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치 중 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 구성된 제어기를 추가로 포함하는, 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위치는 추가로 상기 전원에 전기적으로 연결되는, 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 스위치는 상기 전원이 턴오프될 때 개방 위치에 있도록 구성되는, 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 스위치는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 스위치인, 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는,
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제1 전류 방향은 상기 제4 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제4 전류 방향에 대응함 -; 및
    상기 제1 전류 방향성 컴포넌트에 전기적으로 직렬 연결되고 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제1 전류 방향과 반대인 제5 전류 방향을 갖는 제5 전류 방향성 컴포넌트 - 상기 제5 전류 방향성 컴포넌트는 상기 제5 전류 방향성 컴포넌트가 제1 전압 임계치에 도달할 때 전류 방향을 전환시키도록 구성됨 - 를 포함하는, 회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는,
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제1 전류 방향은 상기 제4 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제4 전류 방향에 대응함 -;
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터; 및
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함하며, 상기 제4 전류 방향성 컴포넌트, 상기 제1 커패시터, 및 상기 제1 저항기는 병렬로 연결되는, 회로.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는,
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터; 및
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함하며, 상기 제1 커패시터 및 상기 제1 저항기는 직렬로 연결되는, 회로.
  14. 방법으로서,
    (a) 제1 전력 저장 단부 및 제2 전력 저장 단부를 갖는 전력 저장 컴포넌트를 제공하는 단계;
    (b) 상기 전력 저장 컴포넌트에 연결된 전원을 제공하는 단계 - 상기 전원은 제1 전원 단부 및 제2 전원 단부를 가짐 -;
    (c) 상기 전력 저장 컴포넌트에 연결되고 제1 전류 방향을 갖는 제1 전류 방향성 컴포넌트를 제공하는 단계;
    (d) 상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 전류 방향을 갖는 제1 전력 흡수 컴포넌트를 제공하는 단계 - 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트 및 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는 상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 병렬 연결되고, 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트는 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트와 전기적으로 직렬 연결되며, 상기 전류 방향은 상기 제1 전류 방향과 반대이며, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는 상기 전류 방향으로의 전류 흐름을 허용하고 상기 제1 전류 방향으로의 전류 흐름을 방지하도록 작동 가능함 -;
    (e) 상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제2 전류 방향을 갖는 제2 전류 방향성 컴포넌트를 제공하는 단계 - 상기 제2 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제2 전류 방향은 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제1 전류 방향에 대응하고, 상기 제2 전류 방향성 컴포넌트와 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트는 상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 병렬 연결됨 -;
    (f) 제3 전류 방향을 갖는 제3 전류 방향성 컴포넌트를 제공하는 단계 - 상기 제3 전류 방향성 컴포넌트는 상기 전원에 전기적으로 직렬 연결되며, 상기 제3 전류 방향성 컴포넌트는 상기 제2 전원 단부로부터 상기 제1 전원 단부로의 전류 흐름을 방지함 -;
    (g) 상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 스위치를 제공하는 단계 - 상기 제1 스위치는 상기 제1 전원 단부와 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트 사이에 전기적으로 직렬 연결되고, 상기 제1 스위치는 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트와 상기 제2 전류 방향성 컴포넌트 사이에 전기적으로 직렬 연결됨 -; 및
    (h) 상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 직렬 연결된 제2 스위치를 제공하는 단계 - 상기 제2 스위치는 상기 제2 전력 저장 단부에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 전력 저장 컴포넌트 및 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트와 직렬이며, 상기 제2 스위치는 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트와 상기 제2 전류 방향성 컴포넌트 사이에 전기적으로 직렬 연결됨 -;
    를 포함하고,
    상기 전원이 턴온되고 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 폐쇄 위치에 있는 경우에, 상기 전력 저장 컴포넌트는 포텐셜 에너지를 얻고 그리고 전류는 폐쇄 위치에 있는 상기 제2 스위치, 상기 제3 전류 방향성 컴포넌트를 통해, 그리고 이어서 상기 전원의 상기 제2 전원 단부로 흐르고,
    상기 전원이 턴오프되고 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 개방 위치에 있는 경우에, 상기 전력 저장 컴포넌트로의 전류의 흐름을 방지하고, 상기 전류는 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트의 상기 전류 방향으로, 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트를 통해, 그리고 이어서 상기 전력 저장 컴포넌트의 상기 제1 전력 저장 단부로 흐르고,
    상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치 중 하나가 개방되지 못하는 경우에, 상기 전류는 상기 전력 저장 컴포넌트의 상기 제2 전력 저장 단부로부터, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트로, 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트로, 그리고 다시 상기 전력 저장 컴포넌트의 상기 제1 전력 저장 단부로 흐르는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는,
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제1 전류 방향은 상기 제4 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제4 전류 방향에 대응함 -; 및
    상기 제1 전류 방향성 컴포넌트에 전기적으로 직렬 연결되고 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제1 전류 방향과 반대인 제5 전류 방향을 갖는 제5 전류 방향성 컴포넌트 - 상기 제5 전류 방향성 컴포넌트는 상기 제5 전류 방향성 컴포넌트가 제1 전압 임계치에 도달할 때 전류 방향을 전환시키도록 구성됨 - 를 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1 전력 흡수 컴포넌트는,
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결되고 제4 전류 방향을 갖는 제4 전류 방향성 컴포넌트 - 상기 제1 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제1 전류 방향은 상기 제4 전류 방향성 컴포넌트의 상기 제4 전류 방향에 대응함 -;
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 커패시터; 및
    상기 전력 저장 컴포넌트에 전기적으로 연결된 제1 저항기를 포함하며, 상기 제4 전류 방향성 컴포넌트, 상기 제1 커패시터, 및 상기 제1 저항기는 병렬로 연결되는, 방법.
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