KR200255366Y1

KR200255366Y1 - 아날로그 입력장치

Info

Publication number: KR200255366Y1
Application number: KR2020010022972U
Authority: KR
Inventors: 박환기
Original assignee: 주식회사 오토닉스
Priority date: 2001-07-28
Filing date: 2001-07-28
Publication date: 2001-12-13

Abstract

아날로그 입력장치가 개시된다. 외부제어에 의해 크기가 조절되는 전력제어신호에 응답하여 부하로 인가되는 전력을 조절하는 전기 시스템에서, 전력제어신호를 발생하는 본 고안에 따른 아날로그 입력장치는 제1 내지 제4단자, 제1 내지 제4단자들 중 적어도 두 개의 단자와 연결되고, 상기 외부제어에 상응하는 크기의 제어신호를 연결된 단자들을 통해 출력하는 입력조정부 및 상기 제1 내지 제4단자를 통해 상기 입력조정부와 연결되며, 상기 입력조정부로부터 발생되는 제어신호에 상응하는 크기의 상기 전력제어신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 4개의 최소의 단자수를 만으로 또한 외부의 별도 조작없이, 직류 전압, 직류 전류, 가변 저항기 제어또는 스위치 제어 등 다양한 입력 형태를 선택하여 전력제어신호를 생성할 수 있어 사용상의 편의를 제공할 수 있다.

Description

아날로그 입력장치{Analog input apparatus}

본 고안은 부하로 인가되는 전력의 크기를 제어하기 위한 아날로그 입력장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동화 기계나 산업용 기계 등에서 SCR 또는 인버터 등을 이용하여 부하로 인가되는 전력을 제어한다. 여기서, SCR 또는 인버터를 제어할 제어신호를 전력제어신호라 하며, 이 전력제어신호는 외부로부터 전류 조절, 전압 조절, 볼륨 조절 또는 스위치의 온/오프에 상응하여 발생될 수 있다.

한편, 종래에는 전력제어신호를 제어하는 방식 즉, 전류 조절, 전압 조절, 저항 조절 또는 스위치 제어 방식에 따라 각각의 입력 단자들을 필요로 하였다. 이처럼, 하나의 전력제어신호 발생 장치를 전류 조절, 전압 조절, 저항 조절 또는 스위치 제어 방식에 모두 적용하기 위해 적어도 5개의 입력 단자들이 필요하였다. 예컨대, 공급전원에 연결되는 단자, 접지전원에 연결되는 단자, 전압 입력 단자, 전류 입력 단자, 및 저항 연결 단자를 필요로 한다. 이 때, 전압 입력 단자와 전류 입력 단자는 동일한 입력 단자로 할 수 있으나, 이 경우 별도의 조작을 필요로 한다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 외부와 연결되는 핀의 수를 최소화하면서 제어의 형태를 전압, 전류, 저항, 스위치 등으로 다양화할 수 있는 전력제어신호 발생장치에 관한 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 아날로그 입력장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2a~도 2d는 도 1에서 입력조정부(6)의 제어신호 발생 방법에 따라 입력조정부(6)와 제1 내지 제4단자(1~4)들 간의 회로 연결을 설명하는 도면들이다.

도 3a 및 도 3d는 도 2c에 도시된 1KΩ의 볼륨의 저항 크기를 최저로 하여 제2단자(2)가 제1단자(1)에 연결된 경우, 입/출력부(11)의 등가회로를 나타낸다.

도 4a 내지 도 4c는 도 2c에 도시된 1KΩ의 볼륨의 저항 크기를 최대로 하여 제2단자(2)가 제3단자(3)에 연결된 경우, 입/출력부(11)의 등가회로를 나타낸다.

상기 과제를 이루기 위해, 외부제어에 의해 크기가 조절되는 전력제어신호에 응답하여 부하로 인가되는 전력을 조절하는 전기 시스템에서, 전력제어신호를 발생하는 본 고안에 따른 아날로그 입력장치는 제1 내지 제4단자, 제1 내지 제4단자들 중 적어도 두 개의 단자와 연결되고, 상기 외부제어에 상응하는 크기의 제어신호를 연결된 단자들을 통해 출력하는 입력조정부 및 상기 제1 내지 제4단자를 통해 상기 입력조정부와 연결되며, 상기 입력조정부로부터 발생되는 제어신호에 상응하는 크기의 상기 전력제어신호를 출력하는 출력부를 포함하여 구성된다.

이하, 본 고안에 따른 아날로그 입력장치를 다음과 같이 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 아날로그 입력장치를 설명하기 위한 블록도이다. 본 발명에 따른 아날로그 입력장치는 입력조정부(6)와, 제1 내지 제4단자(1~4) 및 제어신호 출력부(10)를 포함하는 입/출력부(11)를 포함하여 구성된다. 설명의 편의를 위해, 도 1에는 제어부(5), 트랜스포머(9), 전원(8), 트라이액(12) 및 부하(LOAD,7)를 함께 도시하였다.

도 1을 참조하여, 입력조정부(6)는 제1 내지 제4단자(1~4)들 중 적어도 두 개의 단자와 연결되고, 외부제어에 상응하는 크기의 제어신호를 연결된 단자들을 통해 출력한다. 입력조정부(6)에서는 소정의 직류 전압 또는 직류 전류를 제어신호로서 발생할 수 있다. 또한, 입력조정부(6)는 가변저항기 또는 스위치로 이루어져, 가변저항기의 저항 크기를 가변하여 또는 스위치를 온/오프함에 따른 제어신호를 발생할 수 있다. 이러한 제어신호 발생 방법에 따른 입력조정부(6)에 대한 설명은 도 2a~도 2d를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

출력부(10)는 제1 내지 제4단자(1~4)를 통해 입력조정부(6)와 연결되며, 입력조정부(6)로부터 발생되는 제어신호에 상응하는 크기의 전력제어신호(Vout)를 출력한다. 출력부(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4저항(R1~R4)과 커패시턴스(C1)를 포함하여 구성된다. 여기서, 제1저항(R1)은 전원보호저항이며, 제2저항(R2)은 입력임피던스를 낮추기 위한 저항이다. 또한, 제4저항(R4)과 커패시턴스(C1)를 통해 제어부(5)로 입력되는 전력제어신호(Vout)의 잡음이 제거된다. 출력부(10)에 대한 구체적인 설명은 도 2a~도 2d를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

제어부(5)는 트랜스포머(9)를 통해 전원(8)으로부터 동작에 필요한 전원을 공급받고, 출력부(10)에서 발생되는 전력제어신호(Vout)에 응답하여 트라이액(12)의 온/오프를 제어하는 신호를 발생한다. 결국, 부하(7)로는 트라이액(12)의 온/오프 동작에 상응하는 크기의 전력이 전달된다.

도 2a~도 2d는 도 1에서 입력조정부(6)의 제어신호 발생 방법에 따라 입력조정부(6)와 제1 내지 제4단자(1~4)들 간의 회로 연결을 설명하는 도면들이다. 도 2a는 입력조정부(6)가 소정의 직류 전압을 제어신호로서 발생할 경우, 그리고, 도 2b는 입력조정부(6)가 소정의 직류 전류를 제어신호로서 발생할 경우의 회로 연결을 각각 나타낸다. 또한, 도 2c는 입력조정부(6)가 가변 저항기로 구성될 때, 그리고, 도 2d는 입력조정부(6)가 스위치로 구성될 때의 회로 연결을 각각 나타낸다. 이하, 설명의 편의를 위해, 제1저항(R1)은 10Ω, 제2저항(R2)은 10KΩ, 제3저항(R3)은 250Ω, 제4저항(R4)은 1KΩ인 것으로 하며, 소정의 직류 전압은 1~5V이고, 소정의 직류 전류는 4~20mA인 것으로 한다.

먼저, 도 1 및 도 2a를 참조하여, 입력조정부(6)가 외부 제어에 응답하여 1~5V의 직류 전압을 발생하는 경우, 입력조정부(6)는 제어부(5)와 연결되는 제2단자(2)와 접지전원(GND)과 연결되는 제4단자(4) 사이에 연결된다. 입력임피던스는 제2저항(R2)과 제3저항(R3)에 의해 결정되나, 제3저항(R3)은 제2저항(R2)에 비해 그 크기가 매우 적으므로 입력임피던스에 영향을 주지 않는다. 결국, 입력조정부(6)는 제2단자(2)를 통해 1~5V의 직류전압을 인가하며, 이는 출력부(10)의 제4저항(R4) 및 커패시터(C1)에 의해 잡음이 제거된 후 전력제어신호(Vout)로서 제어부(5)로 인가된다.

도 1 및 도 2b를 참조하여, 입력조정부(6)가 외부 제어에 응답하여 4~20mA의 직류 전류를 발생하는 경우, 입력조정부(6)는 도시된 바와 같이 제3단자(3)와 제4단자(4) 사이에 연결된다. 결국, 입력조정부(6)는 제3단자(3)를 통해 4~20mA의 전류를 인가하며, 이 때, 제3저항(R3)의 양단에 걸리는 전압이 제2저항(R2), 제4저항(R4) 및 커패시터(C1)에 의해 잡음제거된 후 전력제어신호(Vout)로서 제어부(5)로 인가된다. 입력조정부(6)가 최소 전류 4mA를 발생하면 V=R*I에 의해, 전력제어신호(Vout)는 1V의 크기를 갖게되며, 최대 전류 20mA를 발생하면 5V의 크기를 갖게된다.

도 1 및 도 2c를 참조하여, 입력조정부(6)가 외부 제어에 의해 크기가 가변되는 1KΩ의 가변저항기인 경우, 일측은 제1단자(1)에 연결되고, 타측은 제3단자(3)에 연결되고, 저항 조절 단자는 제2단자(2)에 연결된다. 즉, 저항 조절 단자를 조절하여 제1단자(1)와 제2단자(2) 사이 및 제2단자(2)와 제3단자(3)의 저항 크기를 가변시킴으로써, 전력제어신호(Vout)의 크기가 1~5V의 값을 가지도록 제어한다. 이에 대해서는 도 3a 및 도 3b와 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

계속해서, 도 1 및 도 2d를 참조하여, 입력조정부(6)가 외부제어에 의해 온/오프되는 스위치인 경우, 입력조정부(6)는 도시된 바와 같이 일단이 제1단자(1)에 연결되고 타단이 제2단자(2)에 연결된다. 따라서, 스위치가 온되면 5V의 전력제어신호(Vout)가 제어부(5)로 인가되도록 한다.

결국 도 1에 도시된 시스템은 1~5V 사이의 값을 갖는 전력제어신호(Vout)가 제어부(5)로 인가되며, 제어부(5)는 인가되는 전력제어신호(Vout)의 크기에 상응하여 트라이액(12)을 제어함으로써 부하(7)로 공급되는 전력의 크기를 제어할 수 있다. 여기서, 입력 조정부(6)는 사용자의 편의에 따라 전압, 전류 또는 저항의 크기가 조절되는 구성이거나 또는 스위치로 구성될 수 있다.

이상에서와 같이, 도 1에 도시된 출력부(10)를 통해 입력조정부(6)가 어떠한 구성을 가지던지 4개의 최소화된 단자들(1~4)을 통해 전력제어신호(Vout)가 생성되도록 할 수 있다.

도 3a는 도 2c에 도시된 1KΩ의 가변저항기의 저항 크기를 최저로 하여 제2단자(2)가 제1단자(1)에 연결된 경우, 입/출력부(11)의 등가회로를 나타낸다. 이 경우, 제어부(5)로 인가되는 전력제어신호(Vout)의 크기는 다음 수학식 1과 같이 구해진다.

여기서, VR은 가변 저항기의 저항 크기 즉,1K옴이고, Vcc는 공급전원 5V이다. 수학식 1을 참조하면, 가변 저항기의 저항값을 최저로 하면, 약 1V의 크기를 갖는 전력제어신호(Vout)가 제어부(5)로 인가된다.

도 4a는 도 2c에 도시된 1KΩ의 가변저항기의 저항 크기를 최대로 하여 제2단자(2)가 제3단자(3)에 연결된 경우, 입/출력부(11)의 등가회로를 나타낸다. 도 4c를 참조하여, 제어부(5)로 인가되는 전력제어신호(Vout)의 크기는 다음 수학식 2과 같이 구해진다.

여기서, Rx는 병렬연결된 가변저항기와 제2저항(R2)의 저항값을 나타낸다. 수학식 2를 참조하면, 가변 저항기의 저항값을 최저로 하면, 약 5V의 크기를 갖는 전력제어신호(Vout)가 제어부(5)로 인가된다.

결국, 가변저항기의 저항값을 최저~최대로 변환하여 전력제어신호(Vout)가 1~5V 사이의 값을 갖도록 제어할 수 있다.

본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 실용신안등록청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 아날로그 입력장치에 따르면, 4개의 최소의 단자수 만으로 또한 외부의 별도 조작 없이, 전압 제어, 전류 제어, 저항 제어 또는 스위치와 같은 다양한 입력 형태 중 어느 것이라도 해당 단자에 입력을 연결하여 전력제어신호를 생성시킬 수 있는 사용의 편의를 제공할 수 있다.

Claims

외부제어에 의해 크기가 조절되는 전력제어신호에 응답하여 부하로 인가되는 전력을 조절하는 전기 시스템에서, 상기 전력제어신호를 발생하는 아날로그 입력장치에 있어서,

제1 내지 제4단자;

상기 제1 내지 제4단자들 중 적어도 두 개의 단자와 연결되고, 상기 외부제어에 상응하는 크기의 제어신호를 연결된 단자들을 통해 출력하는 입력조정부; 및

상기 제1 내지 제4단자를 통해 상기 입력조정부와 연결되며, 상기 입력조정부로부터 발생되는 제어신호에 상응하는 크기의 상기 전력제어신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 입력장치.
제1항에 있어서, 상기 출력부는

상기 제1단자와 공급 전원 사이에 연결되는 제1저항;

일측이 상기 제2단자와 연결되고, 타측이 상기 전기 시스템 사이에 연결되어 상기 전기 시스템으로 상기 전력제어신호를 인가하는 제2저항;

상기 제2단자와 상기 제3단자 사이에 연결된 제3저항;

상기 제3단자와 접지 전원과 연결된 상기 제4단자 사이에 연결된 제4저항; 및

상기 제2저항의 타측과 상기 제4단자의 사이에 연결된 커패시터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아날로그 입력장치.
전력조정기 또는 모터 구동용 인버터 등 아날로그 입력장치의 구성으로서, 전원보호저항 제1저항(R1)의 일측을 +5V 전원에 연결하고, 제2저항(R2)의 일측을 제2단자에 연결하고 타측을 제3단자에 연결하고, 제3저항(R3)의 일측을 제3단자에 연결하고 타측을 제4단자와 회로의 GND에 연결하고, 제4저항(R4)의 일측을 제2단자에 연결하고 타측을 제어부에 연결하고, 커패시터(C1)의 일측을 제어부에 연결하고 타측을 회로의 GND에 연결해서 이루어 진 것을 특징으로 하는 전력조정기 또는 모터 구동용 인버터 등 아날로그 입력장치.
제 3항에 있어서, 입력조정부가 외부 제어에 응답하여 DC 1∼5V의 전압을 발생하는 경우, 입력조정부는 제2저항(R2)의 일측과 제4저항(R4)을 거쳐서 제어부와 연결되는 제2단자와 회로의 GND와 연결되는 제4단자 사이에 연결되고, 상기 DC 1∼5V의 직류전압은 제4저항(R4) 및 커패시터(C1)에 의해 잡음이 제거된 후 전력 제어신호(Vout)로서 제어부에 인가되게 한 것을 특징으로 하는 전력조정기 또는 모터 구동용 인버터 등 아날로그 입력장치.
제3항에 있어서, 입력조정부가 외부 제어에 응답하여 DC 4∼20mA의 전류를 발생하는 경우, 입력조정부는 제3저항(R3)의 일측과 연결되는 제3단자와제3저항(R3)의 타측과 회로의 GND에 연결된 제4단자 사이에 연결되고, 제3저항(R3) 양단에는 DC 4∼20mA의 전류에 비례한 전압 1∼5V가 발생되어 이 전압이 제2저항(R2)과 제4저항(R4)을 거쳐 커패시터(C1)에 의해 잡음이 제거된 후 전력제어신호(Vout)로서 제어부에 인가되게 한 것을 특징으로 하는 전력조정기 또는 모터 구동용 인버터 등 아날로그 입력장치.
제3항에 있어서, 입력조정부가 외부 제어에 의해 크기가 가변되는 1KΩ의 볼륨(가변저항기)인 경우, 일측은 제1저항(R1)을 거쳐서 +5V(Vcc)와 연결된 제1단자에 연결되고, 타측은 제3단자에 연결되어 제3저항(R3)을 거쳐 회로의 GND에 연결되고, 저항크기 조절단자는 제2단자에 연결되고, +5V(Vcc)가 볼륨(가변저항기)과 제1저항(R1) 및 제3저항(R3)을 거치면서 제3저항(R3) 양단에는 항상 1V의 전압이 발생되며, 저항 크기 조절단자를 조절하여 볼륨(가변저항기) 값을 최소로 하였을 때는 전력제어신호(Vout)에 1V의 전압이, 최대로 하였을 때는 5V의 전압이 발생하여 1∼5V의 값으로 제어부에 인가되게 한 것을 특징으로 하는 전력조정기 또는 모터 구동용 인버터 등 아날로그 입력장치.