KR19980042047A - 기계적 스위치용 아크(arc) 방지 회로 - Google Patents

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KR19980042047A
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토마스 에스. 니시히라
데이비드 에이 블로
스테펀 에이 칼레보다
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빈센트 알, 페트레카
허브벨 인코포레이티드
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Abstract

본원에는 전력을 부하에 공급하도록 스위칭 릴레이를 제어하는 디바이스가 개시되어 있다. 상기 스위칭 릴레이는 통상 전력 공급원의 핫 레그(hot leg)를 상기 부하에 선택적으로 연결시킨다. 상기 부하는 상기 통상 전력 공급원의 뉴트럴 와이어(neutral wire)에 연결되어 있다. 상기 디바이스는 건물이 사용되고 있는지의 여부를 검출하는 감지기를 포함한다. 상기 건물이 사용되고 있는 상기 부하가 전력 차단되어 있다는 것을 상기 감지기가 나타내는 경우, 상기 디바이스는 영 교차(zero crossing)용 선 전압(line voltage)을 감시한다. 영 교차를 검출한 경우, 차후의 영 교차에 소요되는 시간이 측정 및 저장된다. 그 후, 상기 디바이스는 상기 릴레이의 접점을 폐쇄하기 위한 지연 시간을 뺀 영 교차사이의 시간만큼 대기하고 상기 릴레이의 접점 폐쇄를 개시한다. 마찬가지로, 상기 건물이 미리 결정된 시간동안 사용되고 있지 않고 상기 부하가 전력공급되어 있다고 상기 감지기가 검출한 경우, 상기 선 전압은 영 교차용으로 감시되고 차후의 영 교차에 소요되는 시간이 측정 및 저장된다. 그 후, 상기 디바이스는 상기 릴레이의 접점을 개방하기 위한 지연시간을 뺀 영 교차사이의 시간만큼 대기하고, 상기 릴레이의 접 개방을 개시한다. 따라서, 상기 릴레이 접점이 실제로 개방 또는 폐쇄되는 경우, 상기 선전압은 접지 레벨 상태에 있다. 그러므로, 비록 상기 부하가 높은 돌입(in-rush) 전류 또는 킥백(kick-back) 전력을 지니지만, 상기 릴레이 접점은 손상받을 것 같지 않다.

Description

기계적 스위치용 아크(arc) 방지 회로
[발명의 분야]
본 발명은 자동 전력 스위칭 회로의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로 기술하면, 본 발명은 전력 스위칭 회로에서 릴레이 접점사이의 아크(arc)에 대한 손상을 방지하는 분야에 관한 것이다.
[발명의 배경]
전력을 조명 시스템에 제공하는 회로는 방이나 건물 입구의 통로에 인접한 곳과 같은 용이하게 접근가능한 장소에 배치된 벽 스위치에 의해 제어되는 것이 통상적이다. 이러한 배치는 사람이 건물로 들어간 경우 건물용 조명 시스템을 작동시키고 건물밖으로 나간 경우 상기 시스템을 작동시키지 않게 하는 것을 허용한다. 난방, 환기, 또는 냉 난방(heating, ventilation or air conditioning ; HVAC) 시스템에 전력을 제공하는 회로는 항상 또는 작업시간내내 상업 건물에서 전력공급받는 것이 통상적이다. 그러나, 종종 상기 조명 및/또는 HVAC 시스템은 비교적 장시간 동안 사용되지 않는 건물에서 전력공급된 상태에 있으므로써, 에너지를 낭비한다. 그 이외에도, 허가받지 않은 사람들이 어둠을 틈타서 종종 비공개 건물에 들어가려고 시도한다. 그러므로, 에너지를 절약하고 보안성을 높이기 위하여 사람이 건물에 들어갈 때 조명 및/또는 HAVC 시스템이 자동적으로 전력 공급되고 건물이 비게 된 이후의 시간에 조명 및/또는 HVAC 시스템이 자동적으로 전력차단되도록 조명 및/또는 HVAC 시스템을 제어하는 것이 바람직스럽다. 건물내에 사람이 존재하는지를 검출하여 조명 및 HVAC 회로를 제어하는 점유 감지기가 공지되어 있다.
그러나, 이러한 조명 및/또는 HVAC 시스템이 전력 공급받는 경우 상기 시스템에 의해 소비되는 에너지를 최소화시키려고 의도된 그러한 조명 및/또는 HVAC 시스템에 조입되는 기법은 때때로 기계적 공극 스위치, 로커(rocker) 스위치 및 점유 감지기 및 기타 스위칭 시스템에 흔히 이용되는 스위칭 릴레이에 불리할 수 있는 효과를 야기시킨다. 예를 들면, 순시 시동, 고출력 전자 안정 저항은 형광 조명 시스템에서 점차 흔해지고 있다. 이러한 전자 안정저항은 스위치 폐쇄시 높은 돌입(in-rush) 전류의 특성이 부여되고 스위치 개방시 높은 킥백(kick-back) 전력의 특성이 부여된다. 높은 돌입 전류 및 높은 킥백 전력 모두는 스위치 접점에 손상을 주어, 결과적으로는 스위칭 릴레이가 너무 이르게 고장날 수 있다. 예를 들면, 높은 돌입전류는 스위칭 및 릴레이 접점 모두가 용융되게 하고 높은 킥백 전력은 스위칭 및 릴레이 접점이 서서히 손상되게 한다.
종종, 상기 조명 및/또는 HVAC 시스템을 자동 제어하에 두도록 현존하는 건물 또는 기타 구조물에서 수동 스위치를 점유 스위치로 대체시키는 것이 바람직하다. 일반적으로, 건물의 전기 시스템에 대한 접근은 벽 및 천장에 미리 존재해 있던 스위치 박스에 한계를 둔다. 건물이 지워질 때 단지 2개의 와이어만이 스위치 박스내로 공급되는 것이 전형적이다. 이들은 통상 AC 전력 공급원으로부터 스위치로 연장된 핫 레그(hot leg), 및 상기 스위치로부터 부하로 연장된 한 와이어를 포함한다. 일반적으로, 부하는 회로를 완성시키도록 상기 통상 전력 공급원의 뉴트럴 레그(neutral leg)에 접속되어 있다. 그러므로, 상기 스위치가 폐쇄되는 경우, 상기 핫 레그로부터 상기 스위치 및 부하를 통해 상기 뉴트럴 레그로 전류가 흐른다.
변압기 및 스위칭 릴레이를 포함하는 스위칭 회로는 높은 돌입 전류 및 높은 킥백 전력의 효과를 완화시킬 수 있다. 그러나, 변압기는 통상 전력 공급원의 뉴트럴 레그 및 핫 레그에의 접속을 필요로 한다. 상기 뉴트럴 레그를 상기 스위치 박스로 연장시키는 것은 구조물의 전기 시스템에 대한 제한된 접근에 기인하여 시간을 소비하고 비용을 들게할 수 있다. 예를 들면, 벽이 뚫여질 필요가 있을 수 있고, 천장이 제거될 필요가 있을 수 있으며, 상기 뉴트럴 레그가 현존하는 도관을 통해 취출될 필요가 있을 수 있다. 그러므로, 변압기를 포함하는 그러한 회로는 일반적으로 사용될 수 없다.
그러나, 다이액(diac) 및/또는 트라이액(triac) 디바이스를 포함하는 전자 스위칭 회로는 상기 뉴트럴 레그없이 이용될 수 있다. 그러나, 트레이액 및 다이액 디바이스는 여러 상업 건물에서 현재 사용되고 있는 감응 통신 및 컴퓨터 장비에 불리할 수 있는 전자 잡음 및 무선 주파수 간섭을 만들어 내는 경향이 있다. 그 이외에도, 다이액 및 트라이액 디바이스는 전기 시스템에서 생길 수 있는 10,000 볼트 정도로 높은 서지(surge) 전압 및 전류에 의해 손상을 받을 수 있다. 더구나, 부하가 전력 공급되든 전력차단되든, 이러한 디바이스는 계속 전력을 취출하는 열을 발생시킨다. 대다수 사람들은 접촉으로 분명히 촉지할 수 있는, 지속적인 가열 상태에 있는 스위치 패널로 향할 마음이 선호되지 않는다.
그러므로, 제 3의 뉴트럴 AC와이어를 필요로 하지 않으며 다이액 또는 트라이액을 이용하지 않고, 높은 돌입 전류 및 높은 킥백 전력의 특성이 부여되는 부하하에서 신뢰성있게 기능을 발휘할 수 있는, 조명 및/또는 HVAC 시스템을 자동적으로 스위칭하는 수단이 필요하다.
본 발명의 한 목적은 벽을 뚫거나 천장을 제거할 필요가 없이 용이하게 설치될 수 있는 스위칭 릴레이를 제어하는 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 한 목적은 제 3의 뉴트럴 AC 와이어를 필요로 하지 않으며 다이액 또는 트라이액을 이용하지 않고, 높은 돌입전류 및 높은 킥백 전력의 특성이 부여되는 부하하에서도 신뢰성있게 기능을 발휘할 수 있는 스위칭 릴레이를 제어하는 디바이스를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 블록 다이어그램을 간단히 예시한 도면.
도 2는 통상 전력 공급원의 핫 레그상에 걸린 선 접압에 대한 파형도.
도 3은 도 1에 예시된 회로의 동작을 위한 흐름도.
도 4는 본 발명에 회로도를 상세히 예시한 도면.
[발명의 개요]
본 발명은 조명 또는 HVAC 시스템과 같은 부하에 전력을 선택적으로 공급받도록 스위칭 릴레이를 제어하는 디바이스이다. 상기 릴레이는 상기 부하에 통상 전력 공급원의 핫 레그를 선택적으로 연결시킴으로써 전력을 공급한다. 상기 부하는 상기 통상 전력 공급원의 튜트럴 와이어에 연결될 수 있다. 그러므로, 상기 스위칭 릴레이는 상기 뉴트럴 와이어 없이 현존하는 건물 또는 기타 구조물의 전기 시스템내에 조입될 수 있다. 따라서, 상기 디바이스는 벽을 뚫거나 천장을 제거할 필요성없이 용이하게 설치될 수 있다.
상기 디바이스는 건물이 사용되고 있는지를 검출하는 감지기를 포함한다. 건물이 사용되고 있으며 부하가 전력차단되어 있다고 상기 감지기가 나타내는 경우, 상기 디바이스는 영 교차(zero crossing)을 위해 통상 전력 공급원의 핫 레그상에 걸린 AC 선 전압을 감시한다. 영 교차를 검출한 경우, 차후의 영 교차에 소요되는 시간이 측정 및 저장된다. 그 후, 상기 디바이스는 스위치 릴레이의 접점을 폐쇄하기 위한 지연 시간을 뺀 영 교차사이의 시간만큼 대기하고, 상기 릴레이의 접점 폐쇄를 개시한다. 그러므로, 영 교차사이의 시간을 측정함으로써, 상기 디바이스는 장래의 영 교차가 생길 때를 예측하고, 상기 접점이 실제로 폐쇄될 때 선 전압이 접지 레벨이나 그 근방에 있도록 상기 릴레이의 접점 폐쇄를 개시한다.
상기 핫 레그상에 걸린 전압이 영 이상으로 상승하거나 영미만으로 강하하는 경우, 상기 릴레이의 폐쇄된 접점을 통한 전류는 점차로 증가한다. 그러므로, 상기 부하가 높은 돌입 전류의 특성이 부여되는 디바이스를 포함하더라도 단지 낮은 레벨의 전류만이 폐쇄시 릴레이 접점을 통해 흐른다. 단지 상기 접점들이 완전히 폐쇄된 후에만 상기 전류는 전압 레벨에 따라 증가한다.
마찬가지로, 건물이 미리 결정된 시간동안 사용되지 않고 부하가 전력공급된다고 상기 감지기가 검출하는 경우, 상기 선 전압은 영 교차를 위해 다시 감시되고 차후의 영 교차에 소요되는 시간이 측정 및 저장된다. 그 후, 상기 디바이스는 상기 릴레이의 접점을 개방하기 위한 지연 시간을 뺀 영 교차사이의 시간만큼 대기하고, 상기 릴레이의 접점들의 개방을 개시한다. 그러므로, 상기 영 교차사이의 시간을 측정함으로써, 상기 디바이스는 장래의 영 교차가 생길 때를 예측하고 상기 릴레이의 접점들이 실제로 개방될 때 상기 선 접압이 접지 레벨에나 그 근방에 있도록 상기 릴레이의 접점들의 개방을 개시한다.
상기 선 전압이 영에 가까울 때 상기 릴레이의 접점들을 통한 전류가 적기 때문에, 상기 릴레이의 접점들은 전류 레벨이 낮을 경우 개방된다. 따라서, 비록 상기 부하가 높은 킥백 전력의 특성이 부여되는 디바이스를 포함하더라도, 상기 릴레이의 접점들은 손상될 것 같지 않다.
[실시예]
도 1은 통상 전력 공급원의 핫 레그(1)가 제어 회로(2)의 VIN 단자에 연결되어 있는 본 발명의 블록 다이어그램을 간단히 예시한 것이다. 상기 제어 회로(2)의 접지 단자는 접지에 연결되어 있다. 상기 통상 전력 공급원의 핫 레그(1)는 또한 릴레이(3)의 제 1극에 연결되어 있다. 상기 릴레이(3)의 제 2극은 부하(4)의 제 1단자에 연결되어 있다. 통상 전력 공급원의 뉴트럴 레그(5)는 상기 부하(4)의 제 2단자에 연결되어 있다. 감지기(6)는 상기 제어 회로(2)의 한 입력에 연결되어 있다. 상기 제어 회로(2)의 출력은 상기 릴레이(3)의 제어 단자에 연결되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 감지기(6)는 이 감지기(6)의 근방에서 사람이나 사람들의 존재를 검출한다. 사람이나 사람들이 감지기의 근방에 있다는 것을 상기 감지기(6)가 검출한 경우, 상기 감지기(6)는 상기 제어 회로(2)에 이러한 상태를 나타낸다. 상기 부하(4)가 전력차단되는 경우, 상기 제어 회로(2)는 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 선접압을 감시하고 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 선 접압이 영축을 교차하는 경우 상기 부하(4)에 전력을 공급하도록 상기 릴레이(3)를 작동시킨다. 상기 릴레이 접점들이 폐쇄되도록 개시되는 경우 및 상기 접점들이 실제로 폐쇄된 경우 사이에는 지연 시간이 있기 때문에, 상기 제어 회로(2)는 상기 선 전압이 실제로 영에 도달되기 조금전에 상기 릴레이 접점들을 폐쇄하도록 개시한다. 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 전압이 영에 가깝게 되는 경우와 릴레이 접점들의 폐쇄를 동기시키는 것은 상기 릴레이 접점들을 통해 상기 부하(4)로 흐르는 돌입전류를 최소화시키고, 큰 돌입 전류에 기인하여 생길 수 있는 아크현상 및 상기 릴레이에 대한 손상을 최소화시킨다. 상기 접점들이 완전히 폐쇄된 후에는, 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 전업 레벨이 영보다 높게 상승하거나 영보다 낮게 강하함에 따라 상기 릴레이 접점들을 통한 전류는 점진적으로 증가된다.
마찬가지로, 상기 부하(4)가 전력공급되고 있고 상기 감지기(6)가 미리 결정된 시간동안 감지기근방에서 어떠한 사람도 검출하지 못한 경우, 상기 제어 회로(2)는 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 전압 파형이 영축을 교차할 때 상기 부하(4)를 전력차단하도록 상기 릴레이(3)를 작동시킨다. 다시, 상기 릴레이 접점들이 개방되도록 개시되는 경우 및 상기 릴레이 접점들이 실제로 개방된 경우 사이에는 지연 시간이 있기 때문에, 상기 제어 회로(2)는 상기 선 접압이 실제로 영에 이르기 조금전에 상기 릴레이 접점들을 개방하도록 개시된다. 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 전압이 영에 가까워진 경우와 상기 릴레이 접점들의 개방을 동기시키는 것은 상기 릴레이 접점들의 개방시 상기 릴레이에서 소비되는 킥백 전력을 최소화시켜, 높은 킥백 전력에 기인하여 생길 수 있는 아크현상 및 어떠한 손상도 최소화시킨다.
도 2는 상기 통상 공급원의 핫 레그(1) 상에 걸린 선 전압에 대한 전압 파형을 예시한 것이다. 상기 선 전압은 시간(T0, T1, T2, T3, T4, T5)에서 영축과 교차한다. T0 및 T1 사이의 주기동안 상기 부하(4)가 전력차단된 상태로부터 전력공급받는다고 상기 제어회로(2)가 결정한 경우, 상기 제어 회로(2)는 차후의 영 교차의 발생을 예측하도록 T1 및 T2 사이의 시간 주기와 같은 연속적인 영 교차사이의 시간 주기를 측정한다.
상기 제어 회로(도 1)가 상기 릴레이(3)로 하여금 폐쇄하게 하는 제어 신호를 발생시키는 시간 및 상기 릴레이 접점들이 실제로 폐쇄된 시간사이에는 고유시간 지연(△T)가 존재한다. 이러한 시간 지연(△T)은 측정될 수 있으며 릴레이 스위치의 제조업자에게 특징으로 부여되는 것이 전형적이다. 상기 시간 지연(△T)은 T3 및 T4 사이의 시간 주기로 도 2에 표시된 선 전압 그래프상에 일부시간으로서 도시되어 있다. 따라서, 상기 선 전압 파형이 다음 영 교차와 상기 릴레이 접점의 폐쇄를 동기시키기 위하여, 상기 제어회로(2)는 다음 영 교차 이전에 시간(△T)에서 상기 릴레이 접점들의 폐쇄를 개시한다. 상기 접점들이 실제로 폐쇄된 경우, 상기 선 접압은 시간(T4)에서 다음 영 교차에 도달한다. 상기 릴레이 접점들을 통한 전류의 크기는 상기 선 접압이 영미만으로 강하함에 따라 점차로 증가한다. 상기 릴레이 접점들은 시간(T2 또는 T5)에서와 같은 어느 영 교차에서 폐쇄되도록 만들어질 수 있다는 점이 자명해질 것이다.
마찬가지로, 상기 제어 회로(2)가 폐쇄된 상태로부터 상기 릴레이 접점들을 개방하도록 개시되는 경우 및 상기 릴레이 접점들이 실제로 개방된 경우 사이에는 측정가능한 고유의 시간지연(△T')이 존재한다. 상기 릴레이 접점들을 개방시키기 위한 이러한 시간지연(△T')은 상기 릴레이 접점들을 폐쇄시키기 위한 시간지연과 반드시 동일할 필요가 없다. 그러므로, 상기 릴레이 접점들이 폐쇄된 위치로부터 개방되려고 할 때, 상기 제어 회로(2)는 영 교차가 상기 릴레이 접점들을 개방시키기 위한 시간지연과 동일한 시간을 발생시킬 것이라고 예측되기 전에 상기 릴레이 접점들의 개방을 개시한다. 상기 릴레이 접점들은 또한 상기 선 전압의 어느 한 영 교차에도 폐쇄되도록 만들어질 수 있다는 점이 자명일 것이다.
도 3은 도 1에 예시된 회로의 동작에 대한 흐름도를 예시한 것이다. 도 1 및 도 3 모두의 참조는 상기 흐름도를 충분히 이해하는데 필요하다. 개시 블록(10)으로부터 프로그램 순서가 판단블록(12)으로 이동한다. 상기 판단 블록(12)에서, 감지기(6)로부터의 표시를 기초로 하여, 사람이 상기 감지기(6)의 근방에서 검출되는지의 여부를 상기 제어 회로(2)가 결정한다. 사람이 검출되는 경우, 프로그램 순서는 카운터/타이머가 영과 같은 미리 결정된 값으로 초기화되는 블록(14)으로 이동한다. 상기 카운터/타이머는 정규 주기를 갖는 각각의 클록 신호 펄스에 대해 증분되는 디지탈 프로세서의 레지스터인 것이 바람직스럽지만, 종래의 집적 회로 카운터일 수 있다. 일단 상기 카운터/타이머가 초기화되는 경우, 프로그램 순서는 상기 제어 회로(2)가 상기 핫 레그(1)상에 걸린 선 접압 파형의 다음 영 교차를 대기하는 블록(16)으로 이동한다. 이러한 영 교차가 검출된 후에 프로그램 순서는 상기 타이머/카운터가 한번씩 증분되는 블록(18)으로 이동한다. 그 후, 프로그램 순서는 다음 영 교차가 생겼는지를 상기 제어 회로(2)가 결정하는 판단 블록(20)으로 이동한다. 다음 영 교차가 생기지 않은 경우, 상기 카운터/타이머는 영 교차가 검출될 때까지 각각의 클록 펄스에 대해 한 번씩 증분된다.
일단 영 교차가 판단 블록(20)에서 검출되는 경우, 프로그램 순서는 다수의 클록 신호 펄스로 표시되는, 상기 릴레이 접점들을 폐쇄시키기 위한 미리 측정 및 저장된 시간 지연이, 상기 카운터/타이머가 판단 블록(20)에서 증분된 시간의 수에서 감산되는 판단 블록(22)으로 이동한다. 그 후, 프로그램 순서는 상기 카운터/타이머가 미리 결정된 초기값으로 하향 계수할 때까지 상기 카운터/타이머가 각각의 클록 펄스에 대해 한 번씩 감분되는 블록(24)으로 이동한다. 일단 상기 카운터/타이머가 판단 블록(26)에서 결정된 바와 같은 이러한 값으로 하향 계수하는 경우, 프로그램 순서는 상기 제어 회로(2)가 폐쇄하도록 상기 릴레이(3)를 작동시키는 블록(28)으로 이동한다. 상기 릴레이 접점들을 폐쇄시키기 위한 시간 지연이 허용된 영 교차사이의 시간으로부터 감산되었기 때문에, 상기 릴레이 접점들은 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 선 접압 파형이 영 교차에 도달할 때 실제로 폐쇄된다. 제어 신호가 상기 릴레이에 인가되어 블록(28)에서 상기 접점들을 폐쇄시키는 동작을 개시한 후에, 프로그램 순서는 블록(32)으로 이동하여, 어떠한 사람도 상기 감지기(6)에 의해 검출되지 않는 미리 결정된 시간 주기를 대기한 후에 상기 릴레이 접점들을 개방시키기 위한 순서를 개시한다.
판단 블록(12)을 참조하면, 상기 감지기(6)가 감지기 근방에서 사람을 검출하지 못하는 경우, 프로그램 순서는 상기 릴레이 접점들이 폐쇄되어 있는지를 상기 제어 회로(2)가 결정하는 판단 블록(30)으로 이동한다. 상기 릴레이 접점들이 폐쇄되어 있지 않은 경우, 프로그램 순서는 판단 블록(12)으로 복귀하고 사람이 상기 감기지(6)에 의해 검출될 때까지 상기 릴레에 접점들이 개방 상태로 된다.
판단 블록(30)에서 상기 릴레이 접점들이 폐쇄되어 있다고 상기 제어 회로(2)가 결정하는 경우나 상기 릴레이 접점들이 블록(28)에서 폐쇄되어 있는 경우, 프로그램 순서는 어떠한 사람들도 대기 주기동안 상기 감지기(6)에 의해 검출되지 않는다고 상기 제어 회로(2)가 결정하는 판단 블록(32)으로 이동한다. 상기 대기 주기는 어떠한 사람들도 상기 감지기(6)에 미리 검출되지 않은 후에 부하(4)가 전력공급받는 것이 바람직한 미리 결정된 시간주기이지만, 30초 내지 30분이 되도록 선택가능한 것이 바람직스럽다. 그러므로, 사람이 단지 짧은 시간 주기동안에만 상기 감지기(6)의 근방에서 벗어나 경우, 상기 부하(4)는 불필요하게 전력차단되지 않거나, 사람이 감지기 부근에 있지만 상기 감지기(6)가 감지기 근방에서 사람을 순간적으로 검출하지 못하는 경우(예컨대, 주위 잡음 감지기가 순간적으로 극히 조용한 사람을 검출하지 못하는 경우), 상기 부하(4)는 잘못 전력차단되지 않는다. 사람이 대기 주기내에 검출되는 경우, 대기 주기는 재개된다.
상기 감지기(6)가 미기 결정된 시간동안 감지기 부근에서 사람을 검출하지 못하는 후에는, 프로그램 순서는 상기 카운터/타이머가 영으로 초기화되는 블록(34)으로 이동한다. 그 후, 프로그램 순서는 상기 제어 회로(2)가 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 선 접압 파형의 영 교차를 대기하는 블록(36)으로 이동한다. 일단 상기 영 교차가 검출되는 경우, 프로그램 순서는 상기 카운터/타이머가 증분되는 블록(38)으로 이동한 다음에 다음 영 교차가 생겼는지를 상기 제어 회로(2)가 결정하는 블록(40)으로 이동한다. 상기 카운터/타이머는 다음 영 교차가 검출될 때까지 각각의 클록 신호 펄스에 대해 한 번씩 증분된다.
일단 다음 영 교차가 판단 블록(40)에서 검출되는 경우, 프로그램 순서는 다수의 클록 신호 펄스로 표시되는, 릴레의 접점들을 개방시키기 위한 미리 측정 및 저장된 시간 지연이, 상기 카운터/타이머가 판단 블록(38)에서 증분된 시간의 수에서 감산되는 판단 블록(42)으로 이동한다. 그 후, 프로그램 순서는 상기 카운터/타이머가 영으로 하향계수할 때까지 상기 카운터/타이머가 한번씩 감분되는 블록(44)으로 이동한다. 일단 블록(46)에서 결정된 바와 같이 상기 카운터/타이머가 영으로 하향 계수인 경우, 프로그램 순서는 상기 제어 회로(2)가 폐쇄하도록 상기 릴레이를 작동시키는 블록(48)으로 이동한다. 상기 접점들을 개방시키기 위한 시간 지연이 허용된 영 교차사이의 시간에서 감산되었기 때문에, 상기 릴레이의 접점들은 상기 핫 레그(1) 상에 걸린 선 접압 파형이 영에 도달할 때까지 실제로 개방된다. 상기 릴레이 접점들이 블록(48)에서 개방되도록 개시된 후에, 프로그램 순서는 판단 블록(12)으로 복귀한다.
상기 부하(4)가 전력 공급받는 경우, 상기 부하(4)를 통한 전류는 상기 핫 레그(1)에 걸린 선 접압 파형과 동상인 것이 이상적이다. 그러므로, 상기 릴레이 접점들이 폐쇄상태에서 개방 상태로 전이하는 경우, 상기 핫 레그(1)에는 영전압이 존재하며 영전류가 상기 접점들을 통해 흐른다. 다행히도, 높은 돌입 전류 및 높은 킥백 전력의 특성이 부여되는 형광 조명 시스템에서 사용되는 전자 안정 저항은 상기 부하(4)를 통한 전류가 상기 선 접압 파형과 동상으로 폐쇄되도록 저항성 임피던스로 지니는 경향이 있다. 그러나, 다른 부하들은 상기 부하(4)를 통한 전류가 상기 선 접압과 이상이도록 반응성 성분을 지니는 부하 임피던스로 특징이 부여될 수 있다. 그러한 반응성 부하들을 스위칭할 경우 상기 킥백 전력을 최소화시키기 위하여, 블록(42)에서 상기 카운터/타이머에 저장된 값으로 이루어지는 조정은 상기 릴레이 접점들이 영 교차 조금전이나 후에 개방되도록 변경될 수 있다. 그러나, 상기 릴레이 접점들을 폐쇄시키기 전에는 부하 전류가 초기에 영이기 때문에, 상기 릴레이 접점들을 폐쇄시킬 경우 그러한 조정을 이룰 필요가 전혀 없다.
도 4는 본 발명의 회로도를 상세히 예시한 것이다. 도 4에 예시된 회로와 유사한 회로는 미국, 캘리포니아, 인 알라메다, 슈트 104, 사우스 루프 로드 1350에 소재하는 Unesco Services, Inc로부터 모델번호 IWS-ZP-277V 하에서 입수가능하다. 감지기(200)는 3개의 단자를 지니며 전계 효과 트랜지스터(148), 레지스터(149) 및 주파수 발생 발진기(150)를 포함한다. 상기 감지기(200)는 적외선 감지기이다. 그러나, 상기 감지기(200)는 주위 잡음 감지기, 이동 감지기, 고휘도 감지기, 수동 스위치, 전자 타이머, 또는 그와 유사한 것일 수 있다고 이해될 것이다. 상기 트랜지스터(148)의 드레인은 상기 감지기의 제 1단자에 연결되어 있으며 상기 트랜지스터(148)의 소오스는 상기 감지기(200)의 제 2단자에 연결되어 있다. 상기 트랜지스터(148)의 게이트는 상기 레지스터(149)의 제 1단자에 및 상기 주파수 발생 발진기(150)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 레지스터(149)의 제 2단자 및 상기 주파수 발생 발진기(150)의 제 2단자는 상기 감지기(200)의 제 3단자에 연결되어 있다.
상기 감지기(200)의 제 1단자는 캐패시티(147 ; 47μF)의 제 1단자에 및 6볼트의 전압 공급원에 연결되어 있다. 상기 캐패시터의 제 2단자는 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 감지기(200)의 제 3단자는 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 감지기(200)의 제 2단자는 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 감지기(200)의 제 2단자는 레지스터(146 ; 47KΩ)의 제 1단자에 및 증폭기(145 ; TLC 271)의 비반전 입력에 연결되어 있다. 상기 레지스터(146)의 제 2단자는 상기 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 증폭기의 반전 입력은 레지스터(142 ; 22 메가 오옴)의 제 1단자에 및 레지스터(143 ; 51KΩ)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 레지스터(143)의 제 2단자는 캐패시터(144; 10μF)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 캐패시터(144)의 제 2단자는 접지 노드에 연결되어 있다.
상기 레지스터(142)의 제 2단자는 상기 증폭기(145)의 출력에 및 캐패시터(141 ; 1μF)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 캐패시터(141)의 제 2단자는 레지스터(140 ; 1 메가오옴)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 레지스터(140)의 제 2단자는 레지스터(139 ; 2.2 메가오옴)의 제 1단자, 캐패시터(138 ; 0.033μF)의 제 1단자, 레지스터(137 ; 10 메가오옴)의 제 1단자 및 제어기(100)의 RA1 입력에 연결되어 있다. 상기 캐패시터(138)의 제 2단자 및 상기 레지스터(137)의 제 2단자는 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 레지스터(139)의 제 2단자는 상기 제어기(100)의 RAO 입력에 연결되어 있다.
상기 감지지(200)에 의해 발생되는 신호의 레벨은 수 밀리볼트 정도지만, 상기 증폭기(145)는 수백 밀리볼트 정도이도록 상기 레벨을 증가시킨다. 상기 제어기(100)의 RA1 입력은 논리 저(low)레벨 전압에서 대략 1볼트의 논리 고(high)레벨 전압으로 전이시키기 위한 입력 한계값을 지닌다. 사람이 감지기 부근에서 검출되는지에 대하여 상기 감지기(200)로부터의 표시를 수신하기 위하여, 상기 제어기의 RAO 핀은 상기 캐패시터(138)를 방전시키도록 논리 저레벨 전압으로 세트된 다음에, 상기 RAO 핀이 부동 상태로 세트된다. 다음에, 상기 증폭기(145)으로 부터의 출력 신호는 대략 16밀리초의 주기 동안 상기 캐패시터(138)를 충전하도록 허용된다. 상기 1 밀리초 주기의 종료시, 상기 제어기(100)의 RA1 핀은 상기 캐패시터(138) 양단에 결린 전압이 1볼트 한계 전압을 초과했는지를 결정하도록 감지된다.
상기 캐패시터(138) 양단에 걸린 전압이 상기 한계 전압을 초과하지 못한 경우, 상기 RAO 핀은 논리 고레벨 전압으로 세트되고 상기 캐패시터(138)을 상기 한계 전압으로 충전시키는데 소용되는 시간은 프로세서 클록 사이클에 대하여 측정되어 저장된다. 상기 16 미리초의 주기후에 상기 캐패시터(138) 양단에 걸린 전압이 상기 한계 전압을 초과하는 경우, 상기 RAO 핀은 논리 저레벨 전압으로 세트되고 상기 캐패시터를 방전시키기 위한 시간은 클록 사이클에 대하여 측정되어 저장된다. 그러므로, 단일 값는 사람이 감지기 부근에서 검출되는지에 대하여 상기 제어기(100)가 상기 감지기(200)로부터의 표시를 수신할 때마다 저장된다.
상기 제어기(100)는 사람이 감지기 부근에서 검출되는지에 대하여 상기 감지기(200)로부터의 표시를 주기적이고도 반복적으로 수신한다. 그러므로, 일련의 저장된 값이 얻어진다. 상기 제어기(100)는 어떤 일정값(고역 필터링) 또는 어떤 장해 신호(glitch)를 제거하도록 상기 일련의 값에 관한 디지탈 필터링 처리를 이행하는 것이 바람직스럽다. 이는 그런한 발생에 의해 야기되는 조명 또는 HVAC 시스템의 잘못된 스위칭을 방지한다. 상기 필터링 처리는 종래의 유한 임펄스 응답 디지탈 필터링 방법에 의한다.
그 후, 상기 제어기(100)는 사람이나 사람이나 상기 감지기(200)의 부근에 있는지를 결정하도록 디지탈방식으로 필터링된 값을 기준값에 비교한다. 상기 기준 값으로 7개의 프로세서 사이클인 것이 전형적이지만, 다소 프로세서 클록 주파수 및 원하는 감도에 의존할 수 있다. 상기 저항된 값이 상기 기준 값을 초과하는 경우, 검출 이벤트가 생긴다(즉, 상기 감지기(200)의 부근에 사람이 존재한다는 것이 표시된다).
상기 제어기(100)는 PIC 16C 54-RC/P 집적 회로 제어기인 것이 바람직스럽지만, 또 다른 제어 회로일 수 있다. 상기 제어기(100)의 VSS 핀은 접지에 연결되어 있다. 상기 제어기(100)의 VDD핀은 3볼트 공급원에 및 캐패시터(100 ; 100μF)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 캐패시터(110)의 제 2단자는 접지 노드에 연결되어 있다. 레지스터(112 ; 20 KΩ)의 제 1단자는 3볼트 공급원에 연결되어 있다. 상기 레지스터(112)의 제 2단자는 캐패시터(111 ; 100pF)의 제 1단자에 및 상기 제어기(100)의 OSCI 입력에 연결되어 있다. 상기 캐패시터(111)의 제 2단자는 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 레지스터(112) 및 캐패시터(111)는 상기 제어기(100)의 내부 클록 주파수를 설정한다.
상기 3볼트 공급원은 레지스터(101 ; 39 KΩ)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 레지스터(101)의 제 2단자는 캐패시터(102 ; 47μF)의 제 1단자에 및 발광 다이오드(103)의 애노드에 연결되어 있다. 상기 다이오드(103)의 캐소드는 상기 제어기(100)의 RB3핀에 연결되어 있다. 상기 캐패시터(102)의 제 2단자는 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 다이오드(103)는 섬광 작용에 의해 사람이 감지기(200)의 근방에서 감지되었다는 것을 나타낸다. 상기 레지스터(101) 및 캐패시터(102)는, 상기 다이오드(103)가 오프 상태인 경우에 상기 캐패시터(102)가 충전되고 상기 다이오드(103)의 조명시 상기 다이오드(103)를 통해 방전되기 때문에 상기 다이오드(103)의 밝은 조명을 제공한다.
상기 제어기의 RBO핀은 조정가능한 레지스터(104 ; 2 메가오옴)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 조정가능한 레지스터(104)의 제 2단자는 캐패시터(106 ; 0.0015μF)의 제 1단자에 및 상기 제어기(100)의 RB2 핀에 연결되어 있다. 상기 캐패시터(106)의 제 2단자는 상기 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 조정가능한 레지스터(104)의 제 3단자는 레지스터(105 ; 47 KΩ)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 레지스터(105)의 제 2단자는 상기 제어기(100)의 RB1 핀에 연결되어 있다.
상기 조정가능한 레지스터(104)는 상기 감지기(200)가 감지기 근방에서 더 이상 사람을 검출하지 못하는 시간 및 전력 공급받는 부하가 전력차단되어 있다는 것을 상기 제어기(100)가 결정하는 시간사이의 대기(wait) 주기를 제어한다. 상기 제어기(100)는 우선 상기 RB2 핀에 논리 저레벨 전압을 가함으로써 상기 캐패시터(106)를 방전시킨다. 그 후, 상기 제어기(100)는 상기 RBO 핀으로부터 상기 조정가능한 레지스터(104)의 전체 저항을 통해 상기 캐패시터(106)을 충전시키고 대략 1볼트의 한계 전압으로 상기 캐패시터를 충전시키는데 소요되는 시간이 측정 및 저장된다. 다음으로, 상기 캐패시터(106)는 다시 방전된다. 그 후, 상기 캐패시터(106)는 핀(RB1)으로부터 상기 조정가능한 레지스터(104)의 저항 일부 및 상기 레지스터(105)를 통해 충전된다. 상기 한계 전압으로 상기 캐패시터(106)를 충전시키는데 소요되는 시간이 측정 및 저장된다. 그 후, 상기 저장된 시간들은 시간들의 비가 대기 주기를 결정하도록 비교된다. 상기 대기 주기는 상기 조정가능한 레지스터(104)를 조정함으로써 30초 내지 30분 이도록 조정될 수 있는 것이 바람직스럽다.
상기 제어기(100)의 RB6 핀은 스위치(107)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 제어기(100)의 RB7 핀은 스위치(108)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 제어기의 RB5 핀은 상기 스위치 (107)의 제 2단자, 상기 스위치(108)의 제 2단자 및 레지스터(109 ; 1 메가오옴)의 제 1단자에 연결되어 있다. 레지스터(R4)의 제 2단자는 접지 노트에 연결되어 있다.
상기 스위치(107)는 사람이 상기 감지기(200)의 근방에서 감지되더라도 상기 제어기(100)가 전력차단된 부하를 전력공급하는 것을 방지한다. 상기 스위치(107)는 상기 스위치(107)기 폐쇄되는 동안 상기 부하가 전력공급되는 것을 방지한다. 이러한 능력이 종종 활용되고 비용을 감소시킬 것이라고 예기치 못하기 때문에, 상기 스위치(107)는 도체가 접점들을 가로질러 놓여지는 경우에만 폐쇄되는 접점들을 인쇄 회로 보드상에 제공함으로써 형성되는 것이 바람직스럽지만, 그러나 기계적 스위치 조립체는 필요한 경우에 사용될 수 있다. 폐쇄시, 상기 스위치(108)는 전력 차단된 부하를 전력 공급하여, 상기 대기 주기 이상동안 어떠한 사람도 상기 감지기(200)의 근방에서 검출되지 않더라도 상기 제어기(100)가 상기 부하를 전력차단하는 것을 방지한다. 그러므로, 상기 스위치(108)는 상기 부하를 수동으로 전력 공급하는데 사용될 수 있다. 바람직스럽게는, 상기 스위치(108)는 폐쇄된 상태로 있도록 설정될 수 있고 그러므로 순시-온(monentary-on) 스위치가 아닌 것이 바람직스럽다. 상기 스위치(107, 108)의 상태는 매 16 밀리초마다 상기 제어기(100)에 의해 샘플링되는 것이 바람직스럽다.
상기 제어기(100)의 RB4핀은 전계 효과 트랜지스터(126 ; ZVNL 100 A)의 게이트에 연결되어 있다. 상기 트랜지스터(126)의 소오스는 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 트랜지스터(126)의 드레인은 레지스터(129 ; 1 메가오옴)의 제 1단자, 바이폴라 트랜지스터(130 ; MPSA 25)의 베이스 및 다이오드(127 ; IN 914)의 캐소드에 연결되어 있다. 상기 레지스터(129)의 제 2단자는 28볼트 공급원 및 상기 트랜지스터(130)의 콜렉터에 연결되어 있다. 상기 트랜지스터(130)의 에미터는 상기 다이오드(127)의 애노드 및 캐패시터(128 ; 10μF)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 캐패시터(128)의 제 2단자는 릴레이(135 ; OMRON C6CU - 1117P - US)의 코일이 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 릴레이(135)의 코일의 제 2단자는 상기 접지 노드에 연결되어 있다.
본원에 기술된 바와 같이 선 접압의 영 교차시 상기 부하가 전력 공급되거나 전력 차단될 것이라는 것을 상기 제어기(100)가 결정하는 경우, 상기 릴레이(135)의 접점들의 상태는 상기 제어기(100)의 RB4핀으로부터 상기 트랜지스터(126) 및 상기 캐패시터(128)를 통해 제어된다. 상기 트랜지스터(126, 130), 상기 레지스터(129) 및 상기 다이오드(127)는 상기 RB4핀의 3볼트 전이를 상기 캐패시터(128) 상의 26볼트 전이로 변환시킨다. 상기 릴레이(135)는 쌍안경 래칭 형태인 것이 바람직스럽고(즉, 상기 릴레이(135)의 개방 또는 폐쇄 상태는 릴레이 코일에 전류가 흐를때 유지됨) 상기 릴레이 접점들의 상태를 변화시키는 데에는 상기 릴레이의 코일에 적은 전류가 흐르는 것을 필요로 한다. 그러므로, 상기 캐패시터(128)를 26볼트로 충전시키거나 26볼트로부터 상기 캐패시터(128)를 방전시키는 것은 상기 릴레이 접점들의 상태를 변화시키는데 충분한 전류를 제공한다. 상기 릴레이(135)의 코일의 인가된 전압은 상기 릴레이(135)의 코일의 비례 용량의 범위를 넘는 것이 바람직스럽다. 그러나, 상기 전압은 상기 릴레이(135)에 대한 손상을 방지하도록 제한된 기간동안 인가된다.
이러한 과전압으로 상기 릴레이(135)의 코일을 구동시킴으로써, 상기 접점들의 상태는 신속하게 변화하여 최소한의 접점 되튀기를 초래시키도록 보장받는다.
통상 공급원으로부터의 핫 레그는 레지스터(133 ; 110 VAC 공급원에 대하여는 226 KΩ 이거나 277 VAC 공급원에 대하여는 549 KΩ 임)의 제 1단자, 상기 릴레이의 제 1접점 및 레지스터(136 ; 22 메가오옴)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 릴레이(135)의 제 2접점은 부하 (도시되지 않음)에 연결된다. 상기 레지스터(136)의 제 2단자는 상기 제어기(100)의 RICC 입력에 연결되어 있다. 상기 레지스터(133)의 제 2단자는 다이오드(131 ; IN 914)의 캐소드 및 다이오드(132 ; IN 914)의 애노드에 연결되어 있다. 상기 다이오드(131)의 애노드는 상기 접지 노드에 연결되어 있다. 상기 다이오드(132)의 캐소드는 다이오드(125 ; IN 914)의 캐소드, 제너 다이오드(120 ; IN 5251)의 캐소드 및 캐패시터(119 ; 220μF)의 제 1단자에 연결되어, 28 볼트 공급원 노드를 형성한다.
상기 다이오드(125)의 애노드 및 다이오드(124 ; IN 914)의 캐소드는 접지에 연결되어 있다. 상기 다이오드(120)의 애노드는 상기 제어기(100)의 -MCLR 입력, 레지스터(121 ; 1 메가오옴)의 제 1단자, 캐패시터(122 ; 10μF)의 제 1단자 및 다이오드(123 ; IN 914)의 애노드에 연결되어 있다. 상기 다이오드(123)의 캐소드는 3볼트 공급원에 연결되어 있다. 상기 다이오드(124)의 애노드, 상기 캐패시터(122)의 제 2단자, 상기 레지스터(121)의 제 2단자 및 상기 캐패시터(119)의 제 2단자가 상기 접지 노드에 연결되어 있다.
28 볼트 공급원 노드는 레지스터(118 ; 5.1 메가오옴)의 제 1단자 및 바이폴라 트랜지스터(2N 5089)의 콜렉터에 연결되어 있다. 상기 레지스터(118)의 제 2단자는 레지스터(117 ; 2.2 메가오옴)의 제 1단자, 상기 트랜지스터(115)의 베이스 및 캐패시터(116 ; 10μF)의 제 1단자에 연결되어 있다. 상기 레지스터(117)의 제 2단자 및 상기 캐패시터(116)의 제 2단자는 상기 접지노드에 연결되어 있다. 상기 트랜지스터(115)의 에미터는 레지스터(114 ; 18KΩ)의 제 1단자에 연결되어 증폭기(145)에 전력을 공급하는 6볼트 공급원 노드를 형성한다. 상기 레지스터(114)의 제 2단자는 제너 다이오드(113 ; IN 4683)의 캐소드에 연결되어, 3볼트 공급원 노드를 형성한다. 상기 제너 다이오드의 제 2단자는 상기 접지 노드에 연결되어 있다.
도 4에 예시된 회로용 전력은 지면 접지로의 접지 누설에 기인하여 상기 레지스터(133)를 통한 전류로부터 발생된다. 상기 다이오드(124, 125, 132, 133)는 상기 공급 전압을 정류하고 상기 제너 다이오드(120)는 28 볼트 공급전압을 발생시키도록 상기 정류된 전압을 조절한다. 28 볼트 공급원 노드에 걸린 전압은 3 볼트 공급원, 상기 다이오드(123) 양단에 걸린 전압 강하 및 상기 제너 다이오드(120) 양단에 걸린 전압 강하의 합이다. 상기 캐패시터(119)는 전압 공급된 바이패스 캐패시터로서 사용된다. 6볼트 공급 전압은 상기 레지스터(117, 188), 상기 캐패시터(116) 및 상기 트랜지스터(115)에 의해 28볼트 공급원으로부터 발생된다. 3볼트 공급 전압은 상기 레지스터(114) 및 상기 제너 다이오드(113)에 의해 상기 6볼트 공급원으로부터 발생된다. 상기 다이오드(124)는 회로의 접지 노드로부터 지면 접지로의 전류 경로를 제공한다.
상기 제어기의 리세트 핀(-MCLR)은 상기 전압 공급원이 안정되고 상기 -MCLR 핀의 전압 레벨을 충분히 높여 상기 제어기(100)를 작동시킬 수 있도록 충분한 전류가 상기 제너 다이오드(120)를 통해 흐를때까지 논리 저레벨 전압상태에 있다. 상기 다이오드(123)는 상기 -MCLR 핀에 걸린 전압이 상기 다이오드(123) 양단에 걸린 전압 강하 보다 3볼트를 초과하는 것을 방지한다.
상기 제어기(100)는 상기 릴레이(135)의 접점들의 개방 또는 폐쇄가 선 접압 파형의 영 교차와 일치하게 하기 위해 통상 공급원의 선 접압 파형의 영 교차를 감지하도록 RICC 핀에 걸린 전압을 감시한다. 상기 제어기(100)는 실제 접점 폐쇄 또는 개방 작용이 영 교차에서 생기도록 영 교차 이전의 적당한 시간동안 상기 릴레이(134)를 여자시키기 시작한다. 일단 상기 릴레이 접점들이 폐쇄 또는 개방 상태이라는 것을 제어기(100)가 결정한 경우, 상기 제어기(100)는 상기 제어기(100)의 클록 사이클에 대하여 상기 RICC 핀을 통해 통상 공급원 파형의 주기를 측정한다. 상기 제어기(100)는 영 교차 사이의 클록 사이클의 수를 계수함으로써 영 교차 사이의 시간을 측정한다. 이러한 시간은 60㎐ 통상 공급원에 대하여 대략 8.33 밀리초이다. 그 후, 상기 제어기(100)는, 상기 릴레이 접점들을 폐쇄 또는 개방시키기 시작하기 위해 차후의 영 교차후의 시간을 결정하도록 적정시 상기 릴레이 접점들을 폐쇄 또는 개방시키기 위한 지연 시간을 영 교차 사이의 시간으로부터 감산된다.
릴레이 폐쇄 시간은 대략 2.4 밀리초이도록 평가되며 개별 지연 사이의 변화는 0.5 밀리초 미만이도록 평가된다. 릴레이 개방 시간은 그에 필적할만하게 평가된다. 이들 시간들은 8.33 밀리초의 공급 전압 파형에 대한 절반 사이클 시간과 비교하는 것이 선호적이다. 예를 들면, 릴레이가 영 교차 이전의 0.5 밀리초나 영 교차후의 0.5 밀리초에서 폐쇄되는 경우, 상기 릴레이에서 소비되는 에너지는 상기 릴레이 접점들이 최대 선 접압의 시간에서 폐쇄된 경우에 소비되는 에너지의 대략 0.5% 미만이라고 예상된다. 따라서, 선 접압이 영축을 교차하기 전이나 후에 상기 릴레이 접점들이 오차 마진내에서 개방 또는 폐쇄되리라고 예상되지만, 이는 디바이스 성능에 지대한 영향을 주리라고는 예상되지 않는다.
본 발명은 지금까지 본 발명의 구성 및 작용의 원리들을 이해하기 용이하도록 세부 내용을 기재한 특정의 실시예에 대해 기술되었다. 본 발명의 특정 실시예 및 그의 세부내용에 대한 그러한 언급은 본원에 첨부된 특허청구의 범위를 제한하려고 의도된 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고서 예시를 위해 기술된 실시예에서 여러가지 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 실시예에 개시된 하나이상의 시간 주기 또는 성분값이 변경될 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 차후의 영 교차를 예측하는 다른 수단이 사용될 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 통상 공급원 파형의 임의 배수의 절반 사이클(예를 들면, 완전 사이클)에 걸쳐 시간이 측정될 수 있거나 영 교차나 수배의 영 교차사이의 경과 시간의 수를 평균냄으로써 시간이 계산될 수 있다. 또한, 캐패시터는 영 교차사이의 주기동안 일정비율로 충전되고 영 교차후에 동일 비율로 방전되어 차후의 영 교차를 예측할 수 있다. 변형적으로는, 차후의 영 교차는 AC 파형의 전압 레벨을 감지함으로써 예측할 수 있고, 상기 전압 레벨이 영 볼트에 접근함에 따라 상기 전압 레벨이 미리 결정된 레벨에 이르는 경우, 영 교차가 생길 정확한 시간은 AC 파형의 첨두값 및 주파수의 숙지를 기초로 예상될 수 있다.
그러므로, 본 발명에 의하면, 스위칭 릴레이가 뉴트럴 와이어 없이 현존하는 건물 또는 기타 구조물의 전기 시스템내에 조입될 수 있기 때문에 스위칭 릴레이를 제어하는 디바이스가 벽을 뚫거나 천장을 제거할 필요없이 용이하게 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 스위칭 릴레이 제어 디바이스는 핫 레그상에 걸린 전압이 영 이상으로 상승하거나 영 미만으로 강하하는 경우라도 단지 낮은 레벨의 전류만이 폐쇄시 릴레이 접점들을 통해 흐르고 단지 릴레이 접점들이 완전히 폐쇄된 후에만 상기 전류가 전압 레벨에 따라 증가하기 때문에, 부하가 높은 돌입 전류의 특성이 부여되는 디바이스를 포함하더라도 신뢰성 있게 기능을 발휘할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 스위칭 릴레이 제어 디바이스는 선전압이 영에 가까울 때 릴레이 접점들을 통한 전류가 적음에 기인하여 릴레이 접점들이 전류 레벨이 낮을 경우 개방되기 때문에, 부하가 높은 킥백 전력의 특성이 부여되는 디바이스를 포함하더라도 신뢰성있게 기능을 발휘할 수 있다.

Claims (21)

  1. 부하에 전력을 선택적으로 제공하는 장치에 있어서,
    a. AC 공급 전압의 제 1의 영 교차 및 상기 AC 공급 전압의 제 2의 영 교차사이의 시간을 측정하는 수단; 및
    b. 상기 시간 측정 수단에 연결된 스위칭 릴레이의 상태 변화를 개시하는 수단으로서, 제 3의 영 교차후의 시간동안 상기 스위칭 릴레이의 상태 변화를 개시하는 수단을 포함하며, 상기 제 3의 영 교차후의 시간이 상기 스위칭 릴레이의 상태를 변화시키기 위한 지연 시간을 뺀 상기 제 1의 영 교차 및 상기 제 2의 영 교차사이의 시간과 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭 릴레이는 코일을 지니는 쌍안정 스위칭 릴레이이며, 상기 스위치 릴레이의 상태 변하를 개시하는 수단은 상기 코일을 통해 캐패시터를 적절히 충전 또는 방전시키고 상기 코일이 연장된 기간동안 견딜 수 있는 전압을 초과하는 전압이 단기간동안 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 시간 측정 수단은 상기 AC 공급 전압의 제 2의 영 교차전 및 상기 AC 공급 전압의 제 1의 영 교차후에 생기는 클록 펄스의 제 1개수를 계수하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 지연 시간은 클록 펄스의 제 2개수로 표시되며 상기 제 3의 영 교차후의 시간은 상기 클록 펄스의 제 1개수에서 상기 클록 펄스의 제 2개수를 감산함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 건물이 사용되고 있는지를 결정하는 감지기를 부가적으로 포함하며 상기 개시 수단은 건물이 사용되고 있다는 것을 결정한 후에 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 변화하도록 상기 스위칭 릴레이를 개시하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 건물이 비워있는지를 결정하는 수단을 부가적으로 포함하며 상기 개시 수단은 건물이 미리 결정된 시간동안 사용되고 있지 않는다는 것을 결정한 후에 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 변화하도록 상기 스위칭 릴레이를 개시하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 제 2의 영 교차 및 상기 제 3의 영 교차는 동일한 영 교차인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 4항에 있어서, 하나 이상의 영 교차는 상기 제 1의 영 교차 및 상기 제 2의 영 교차사이에서 생기는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 부하에 전력을 선택적으로 제공하는 방법에 있어서,
    a. 전력 차단된 부하가 전력공급받는지를 결정하는 단계;
    b. AC 공급 전압의 제 1의 영 교차의 발생을 감지하는 단계;
    c. 상기 제 1의 영 교차 및 상기 AC 공급 전압의 제 2의 영 교차사이의 경과시간을 측정하는 단계;
    d. 상기 AC 공급 전압의 제 3의 영 교차를 감지하는 단계; 및
    e. 상기 제 3의 영 교차후의 시간동안 스위칭 릴레이의 폐쇄를 개시하는 단계로서, 상기 제 3의 영 교차후의 시간이 상기 스위칭 릴레이를 폐쇄하기 위한 지연 시간을 뺀 경과 시간과 동일한 것을 특징으로 하는 단계
    를 포함하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 경과 시간 측정 단계는,
    a. 개시 수로 계수를 초기화시키는 단계; 및
    b. 상기 제 1의 영 교차 및 상기 제 2의 영 교차시이에 생기는 클록 신호의 각각이 펄스에 대해 상기 계수를 증분시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 스위칭 릴레이의 폐쇄를 개시하는 단계는,
    a. 상기 계수로부터 상기 스위칭 릴레이를 폐쇄하기 위한 지연 시간을 나타내는 수를 감산하는 단계;
    b. 상기 제 3의 영 교차후에 발생하는 클록 신호의 각각의 펄스에 대해 상기 계수를 감분하는 단계 ; 및
    c. 상기 개시 수에 이르는 경우 상기 스위칭 릴레이의 폐쇄를 개시하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 스위칭 릴레이의 폐쇄를 개시하는 단계는 상기 스위칭 릴레이의 코일 양단에 전압을 인가하는 단계를 포함하고 상기 코일은 연속 인가된 전압을 견디도록 비율이 정해지며 상기 코일 양단에 인가된 전압은 상기 연속인가된 전압보다 크고 제한된 기간동안 지속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 제 2의 영 교차 및 상기 제 3의 영 교차는 동일한 영 교차인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 하나 이상의 영 교차는 상기 제 1의 영 교차 및 상기 제 2의 영 교차사이에 생기는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 부하에 전력을 선택적으로 제공하는 방법에 있어서,
    a. 전력 공급된 부하가 전력차단되는 지를 결정하는 단계;
    b. AC 공급 전압의 제 1의 영 교차 발생을 감지하는 단계;
    c. 상기 제 1의 영 교차 및 상기 AC 공급 전압의 제 2의 영 교차사이의 경과 시간을 측정하는 단계;
    d. 상기 AC 공급 전압의 제 3의 영 교차를 감지하는 단계; 및
    e. 상기 제 3의 영 교차후의 시간동안 스위칭 릴레이의 개방을 개시하는 단계
    를 포함하며, 상기 제 3의 영 교차후의 시간은 상기 스위칭 릴레이를 개방하기 위한 지연 시간을 뺀 경과시간과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 경과 시간을 측정하는 단계는,
    a. 개시 수로 계수를 초기화시키는 단계; 및
    b. 상기 제 1의 영 교차 및 상기 제 2의 영 교차사이에 생기는 클록 신호의 각각의 펄스에 대해 상기 계수를 증분시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 스위칭 릴레이의 개방을 개시하는 단계는,
    a. 상기 계수로부터 상기 스위칭 릴레이를 개방하기 위한 지연 시간을 나타내는 수를 감산하는 단계;
    b. 상기 제 3의 영 교차후에 생기는 클록 신호의 각각의 펄스에 대해 상기 계수를 감분시키는 단계; 및
    c. 상기 개시 수에 이르는 경우 상기 스위칭 릴레이의 개방을 개시하는 단계
    를 포함하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 스위칭 릴레이의 개방을 개시하는 단계는 상기 스위칭 릴레이의 코일 양단을 인가하는 단계를 포함하며 상기 코일은 연속 인가된 전압을 견디도록 비율이 정해지고 상기 코일 양단에 인가된 전압은 상기 연속 인가된 전압보다 크며 제한된 기간동안 지속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 제 2의 영 교차 및 상기 제 3의 영 교차는 동일한 영 교차인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 17항에 있어서, 하나 이상의 영 교차는 상기 제 1의 영 교차 및 상기 제 2의 영 교차사이에 생기는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 부하에 전력을 선택적으로 제공하는 장치에 있어서,
    a. AC 공급원으로부터의 전력을 상기 부하로 선택적으로 제공하는 스위칭 릴레이로서, 개방 상태 및 폐쇄 상태를 지니는 스위칭 릴레이;
    b. 건물이 사용되고 있는지를 감지하는 감지기;
    c. 상기 스위칭 릴레이 및 상기 감지기를 연결된 제어기 회로로서,
    (1) AC 전압의 영 교차를 검출하는 수단;
    (2) 상기 AC 전압의 2개의 영 교차사이의 시간을 특정하는 수단;
    (3) 상기 스위칭 릴레이에 연결되어 상기 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 변화하도록 상기 스위칭 릴레이를 개시하는 제 1수단으로서, 폐쇄 지연 시간이 상기 스위칭 릴레이가 상기 개방 상태로부터 상기 폐쇄 상태로 변화하기 위한 시간이며, 상기 스위칭 릴레이가 상기 개방 상태이고 건물이 사용되고 있다는 것을 상기 감지기가 감지하는 경우, 영 교차가 상기 개방 상태로부터 상기 폐쇄 상태로 변화하도록 상기 스위칭 릴레이를 개시하기 전에 검출된 후의 폐쇄 지연 시간을 뺀 2개의 영 교차사이의 시간을 대기하는 것을 특징으로 하는 상기 스위칭 릴레이를 개시하는 수단 ; 및
    (4) 상기 스위칭 릴레이에 연결되어 상기 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 변화하도록 상기 스위칭 릴레이를 개시하는 제 2수단으로서, 개방 지연 시간이 상기 스위칭 릴레이가 상기 개방 상태로부터 상기 폐쇄 상태로 변화하기 위한 시간이며, 상기 스위칭 릴레이가 폐쇄상태에 있고 건물이 미리 결정된 시간동안 사용되고 있지 않다는 것을 상기 감지기가 감지한 경우, 영 교차가 상기 폐쇄 상태로부터 상기 개방상태로 변화하도록 상기 스위칭 릴레이를 개시하기 전에 검출된 후의 개방 지연 시간을 뺀 2개의 영 교차사이의 시간을 대기하는 것을 특징으로 하는 상기 스위칭 릴레이를 개시하는 제 2수단
    을 포함하는 제어기 회로
    를 포함하는 장치.
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