KR20030015161A

KR20030015161A - 아크 방지 회로

Info

Publication number: KR20030015161A
Application number: KR1020020048063A
Authority: KR
Inventors: 브라얀릴레스텐렐; 패터슨제레미크라이스틴; 프라이찰스데이비드; 헨리오토 헤르만주니어.
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 코포레이션
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2003-02-20
Also published as: EP1286429A3; EP1286429A2; US20030054683A1; BR0203169A; CA2397032A1; JP2003115231A

Abstract

전기 커넥터가 전원과 부하사이에서 동일 라인을 따라 접속된 장접점 및 단접점을 포함하므로써, 전기 커넥터들이 결합해제될 때 아크가 방지된다. 단접점은 전원과 부하사이에서 저저항 경로를 포함하고, 그래서 커넥터들이 완전히 결합될 때 대부분의 전류를 전송한다. FET 와 같은 전자소자 또는 PTC 저항이 장접점에 접속되어 있다, 단접점이 접속해제될 때, 상기 전자소자는 단접점에서 아크가 발생하는 것을 막을수 있도록 충분한 전류를 전송하기 시작한다. 장접점이 뒤이어 접속해제될 때, 장접점의 전기 에너지가 아크발생임계값 이하로 감소될수 있도록 전자소자를 통한 전류는 급격히 감소된다.

Description

아크 방지 회로{ARC PREVENTION CIRCUITS}

상당한 양의 파워를 전송하는 접점(contact)들은 접속해제될 때 아크(arc)가 발생한다. 접점들이 입게되는 아크 손상의 정도는 많은 중요하지 않은 다른 요인들에 의해서 뿐만 아니라 그들의 물리적 구조, 부하전류, 공급전압, 분리속도, 부하의 특성(저항성(resistive), 용량성(capacitive), 유도성(inductive))들에도 의존한다.

미래 자동차 시스템은 부하 전류 및 결합 배선손실(associated wiring loss)들을 줄이기 위해 42 볼트의 전압을 이용할 것으로 기대된다. 이러한 증가된 전압은 12 볼트에서 작동하도록 설계된 현 커넥터에 상당한 아크 손상을 입힐수 있다. 파국적인 커넥터 고장이 일어날 가능성을 피하기 위해, 자동차 생산자들은 상당히 여러번 핫 교체(hot-swap) 될수 있는 새로운 커넥터 디자인을 요구하고 있다. 구체적 요구사항이 아직 확립된 것은 아니지만, 최소 20 싸이클(cycle) 정도가 현재 고려되고 있다.

파워 유틸리티 분야에는 아크가 신속히 소멸되게 할수 있는 많은 기술들이 공지되어 있고, 릴레이에 관한 산업분야에서는 커넥터 및 접점들의 아크 손상을 최소화 할수 있는 많은 기술들이 공지되어 있다. 이런 기술들은 James D. Cobine 의 Gaseous Conductors , Kenneeth E. Pitney 의 Ney Contact Manual 과 같은 문헌들에서 발견할수 있다. 이러한 방법들의 대부분은 자동차, 컴퓨터 및 이들의 응용분야에서 사용되는 것과 같은 통상적인 소형 전기 커넥터에서는 실용적이지 않다. 상기 방법들중 어느 것도 아크가 발생하는 것을 막지는 못한다. 사실, 이러한 소형의 파워 커넥터에서는 전류 인터럽트(interrupt) 용도에 맞게 정격되어 있는 접점조차도 정격 전류가 충분히 자주 또는 충분히 천천히 인터럽트되는 것에 의해 파괴된다. 커넥터가 접속해제 될 때 마다 아크가 발생하고 손상을 입히기 때문에 커넥터들은 수명이 제한되어 있다.

본 발명의 목적은 아크가 발생하는 것을 막기 위한 것이다. 이는 접점에 수명을 단축시키는 손상을 입히는 것을 방지한다. 본 발명의 다른 목적은 통상적인 커넥터에 포함될수 있는 수단에 의해 상기의 목적을 달성하는 데 있다.

본 발명의 당초 목적은 42 볼트 자동차 커넥터를 위한 것이지만, 본 발명의 응용분야가 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 어떠한 파워 커넥터에도 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 이 회로는 전기 스위치 및 릴레이에도 적용되어 질수 있다.

도 1 은 FET가 포함된 아크 방지 회로를 도시하고 있다.

도 2 는 두 커넥터들이 접속해제될 때의 FET V_DS및 I_DS에 대한 그래프이다.( 도면에서 #1 은 FET V_DS이고, #2 는 I_DS이다)

도 3 은 V_G및 V_OUT의 그래프이다.(도면에서 #1 은 FET V_G이고, #2는 Load V_OUT이다)

도 4 는 본 발명의 다른 실시예로서, 단접점과 PTC(positive temperature coefficient) 저항이 사용된 장접점을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5 는 통상 개방 릴레이(normally open relay)를 채용한 본 발명의 또다른 실시예로서의 아크 방지 회로를 도시하고 있다.(짧은 센서 핀이 결합해제될 때, 회로는 릴레이를 개방하여 부하/커넥터에 파워를 제거한다. 따라서, 커넥터내에서 아크는 발생하지 않는다. 짧은 센서 핀이 우연히 재접속되는 것을 방지하기 위해, 2 초의 프로그램가능한 "Power On" 시간지연이 병합된다.

전기 커넥터 조립체(electrical connector assembly)는 전원에 접속된 제 1 커넥터 및 부하(load)에 접속된 제 2 전기 커넥터를 포함한다. 제 2 전기 커넥터는 단접점(short contact)과 장접점(long contact)를 포함한다. 장접점과 단접점 양자 모두는 동일 라인상에서 전원에 접속된다. 장접점과 단접점 양자 모두가 제 1 전기 커넥터에 접속될때, 단접점은 전원과 부하사이에서 낮은 저항 경로를 형성한다. 커넥터가 결합해제되는 경우, 단접점은 장접점이 접속해제되기 전에 제 1 커넥터로부터 접속해제된다. 전자소자(electronic component)는 장접점에 접속되고, 단접점이 접속해제될 때, 단접점에 아크가 일어나기 전에 전류를 전송하기 위해 턴온(turn on)된다. 장접점이 제 2 커넥터로부터 접속해제될 때, 장접점에 의해 전송되는 전기 에너지가 아크발생임계치(arcing threshold)이하로 감소될수 있도록 장접점이 제 1 커넥터에 접속 상태를 유지하는 동안 전자소자를 통한 전류는 감소된다.

- 아크의 발생

본 발명이 아크를 방지하는 방법에 관한 설명을 이해하기에 앞서, 아크가 발생하는 접점에 관한 몇가지의 물리적 기본 원리를 알아야 할 필요가 있다. 아크가 일어나기 위해서는 갖추어져야할 여러 조건들이 있다. 아크는 전극들 사이의 기체상의 이온화된 경로(gaseous ionized path)을 요구한다. 표준상태의 기온 및 기압(STP)에서, 공기에 상기 경로가 형성되기 위해서는 300V 이상의 전압을 필요로 한다. 또한, 진성아크(true arc)가 유지되기 위해서는, 이온화된 경로로 흐르는 적어도 100mA 의 전류가 구비될 것이 추가로 요구된다.

분리된 전극사이에서 아크가 발생되기 위해서는 높은 전압이 요구되기 때문에, 임계전압 300 V 이하의 전압에서는 아크가 발생되지 않을 것처럼 보인다. 전압이 STP 상태의 공기에 인가될 때, 이미 분리되어 있는 접점에 대해서는 맞는 이야기이다. 그러나, 전류를 전송하는 동안, 분리되는 접점들에게는 올바르지 않다. 전류를 전송하던 접점이 분리될 때, 최후로 분리되는 접점의 미소부분(microscopic points)은 과열되고, 갭(gap)으로 몇몇 금속입자들을 방출한다. 이러한 '시드 이온(seed ion)' 들에 의해서, 도전 경로가 형성되고, 아크가 형성될 수 있다. 이것이 전압이 300 볼트 이하에서 접점이 접속해제되는 경우에도, 접점 분리시에 아크가 형성될수 있는 이유이다. 실제로는, 금속 이온들이 방출되기 시작하는 것과진성아크가 형성되는 것 사이에 몇가지의 단 중간 단계들이 존재한다. 이러한 단계에서는 에너지가 낮기 때문에, 통상적인 파워 접점에 유의미한 문제들을 일으키지는 않는다.

진성아크는 접점에 손상을 입히는 매우 높은 온도를 가지고 있다(아크 채널내에서는 10000 ℃ 정도에 이른다). 진성아크가 형성되기 위해서는 전극사이에 9 볼트 이상의 전위차가 요구된다. 만약, 접점들이 조금 더 분리될 때까지, 전위차가 그 아크발생 전위에 도달하지 못하게 되면, 미소 도전경로(microscopic conduction path)는 파괴되어, 아크는 형성될 수 없다. 이것이 본 발명에 채용된 기본적인 원리이다.

- 회로(the circuit)

본 발명의 기본적인 동작은 첫째로, 분리되는 동안 FET 가 분리되는 제 1 전원 접점 쌍(통상적으로는 양극 전원 라인)에 대해 분로를 형성하는 것이 가능한 접속을 형성한다. 둘째로, 분리되는 접촉 쌍 사이에서 아크가 발생할 만큼 전위차가 커지기 전에, FET 는 적절하게 턴온(turn on)되어야 한다. 이것은 10 볼트 보다 작은 값에서 이루어 진다. 셋째로, FET 는 부하전류가 제 2 접점 쌍(통상적으로 접지 또는 복귀 라인)이 분리되기 전에 0 까지 감소 될수 있도록 턴오프(turn off) 되어야 한다. 도 1 의 개략도는 이것이 본 발명에 의해 달성되는 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 1 은, 전형적인 전원 V1, 부하 R1, L1, 및 이들 사이를 서로 연결하는 배선과 같은 일정한 배선 및 소자들이, 커넥터를 포함하는 표준 42 볼트 전기 시스템(standard 42 volts electrical system)에서 채용된 것을 도시하고 있다. 단독으로 사용된다면, 개방되는 제 1 접점에는 아크가 발생하고 상당한 손상이 발생할 것이다. 부하는 4 Ω의 저항 및 15 mH 인덕터을 포함하고 있다. 저항은 10 A 조금 넘어서는 전류가 통하는 부하를 대표한다. 인덕터(inductor)는 전형적인 자동차 배선에서 존재하는 것으로 여겨지는 필연적인 인덕턴스(inductance)를 대표한다.

도 1 에 도시된 일정한 다른 소자들은 SPICE 소프트웨어가 제어하는 것을 가능하게하고, 회로의 여러 부분을 측정하는 것을 가능하게 하기 위해 포함된다. 이러한 예가, 전위차계(potentiometers), 저항에 부착된 전류 측정 프로브(probes), 및 다양한 전압 측정 포인트를 구동하는 전압원 V2, V3, V4 이다.

전위차계는 시물레이션(simulation) 동안 분리될 접점을 대표한다. 접점들이 다른 길이를 갖고 있는 것에 주목해야 한다. 먼저 분리되는 것이 보증되도록 접점들중 하나는 나머지 접점들보다 짧다. 길이의 차이는 0.05 인치(inch) 정도인데, 본 발명은 이 치수에 한정되지 않는다. 전위차계는 과도기 시물레이션(transient simulation) 동안 SPICE 소프트웨어를 더 안정화시키기 때문에 스위치를 대신하여 사용된다. 통상적으로, 스위치가 갑자기 개방되는 것과 같은 불연속적인 상태에서 SPICE 는 솔루션(solution)을 도출하지 못한다. 이러한 전위차계들은 100K 소자이고, 접점이 개방되는 것을 나타내기 위해 1 nanosecond 에서 0 Ω 에서 100K Ω까지 변화한다.

다른 배선 및 소자들은 부하에 상당한 크기의 인덕턴스가 존재하는 경우에만본 발명에서 필요로 한다. 쇼트키 다이오드(schottky diode)는 인덕턴스에 의해 유도된 진동 및 어떠한 과전압도 신속히 클램프(clamp)한다. 본 실시예에서 선택된 쇼트키 다이오드는 100 V 및 20 A 에 정격된 MBR20100 쇼트키 다이오드이다. 본 발명에 반드시 상기의 특정된 소자가 사용될 필요는 없다. SPICE 라이브러리(library)에 사용될 수 있을 만큼 적당한 성능을 가진 소자이기만 하면 된다. 많은 경우, 이러한 다이오드는 고유도성 부하에 통합된 부분으로 포함된다. 이러한 다이오드를 필요로 하지 않을 수도 있다. 0.1 Ω저항 R5 는 시물레이션 동안 다이오드를 통한 전류를 모니터하기 위한 장소뿐만 아니라 배선 저항을 나타낸다. 이것은 본 회로에 의도적으로 배치한 소자는 아니다.

추가의 배선 및 소자들은 본 발명의 구성요소들을 포함한다, 첫째, "FET_Contact" 로 표시된 것은 소자(X4)이다. 이것은 커넥터에 부가된 추가의 접점을 나타내는 다른 전위차계이다. 소자(X2; Pos_Contact)가 결합된 부하측으로부터 절반쯤 분리된 후, FET_접점(FET_Contact)은 좌측( 소스(source), 분리되는 전원접점(X2; Pos_Contact) 측)과의 접속을 제공한다. 이 추가된 접점은 제 1 전원 접점(X2) 가 개방된 후에도 닫힌 상태를 유지해야 하기 때문에, 더 길어야 한다. 접속해제 동작 시작기간 동안 접속이 개방된 곳이 단지 하나의 전원 접점(X2)이기 위해서는, 그라운드, 또는 복귀 접점(X3)은 FET_접점(X4)과 길이가 대략적으로 같아야 한다.

또한, 0.1 Ω저항 R3 는 시물레이션 동안 FET 를 통한 전류를 모니터(monitor)하기 위해 제공된 장소뿐만 아니라 배선저항을 나타낸다. 본 회로에서 의도적으로 배치한 요소는 아니다. IRF150 N-채널 MOSFET는 100 V 전압 및 10 A 전류에 정격되고, 0.055 Ω의 저항을 가진다. 이것은 전원측과 전원 접점(X2)의 부하측 사이에 접속되는 데, 전원측에는 접점(X4)를 통해 접속된다. 본 발명에서 반드시 상기 특정소자가 요구되는 것은 아니다. SPICE 라이브러리에서 이용될수 있는 적절한 성능을 가진 소자이기만 하면 된다. 본 발명을 채용한 어떠한 제품에 사용되는 소자라도 커넥터가 다루는 전류 및 전압에 정격될 필요가 있다.

25K Ω저항(R2) 및 0.001 ㎌ 커패시터(C1)는 FET 에 게이트 전압(gate voltage)을 제공한다. 커패시터에는 R2 를 통해 부하 전압이 충전되기 시작한다. 접점(X2)가 개방될 때, FET 드레인 전압(drain voltage)은 접지 전위로 떨어진다. 분리 단자들이 FET 에 의해 단락(short)되도록, C1 에 충전된 전하는 FET가 턴온되도록 게이트 전압을 제공한다. 부하전압이 0 으로 떨어질 때, 상기 커패시터는 R2 를 통해 방전된다. 본 회로와 관련하여 채용된 대표적 가정과 소자치들은 표 1 및 표 2 에 정리되어 있다.

스태거 커넥터(staggered connector)를 위한 시간 차이 계산
속도	△L(Delta Length)
속도	0.050 inches	0.012inches
2 inches/minute(0.033 inches/sec)	1500 ms	354 ms
1 meter/sec(39.370 inches/sec)	1.270 ms	0.300 ms

R1 & C1 을 위한 시상수(time constant)
R2	25,000 ohms
C1	0.001 μfd
시상수	25.00 ㎲

온도 상승(temperature rise)입력 에너지(input energy)= 0.06 Joules히트싱크(heat sink)두께 = 2.00E-03 meter폭 = 1.00E-02 meter길이 = 1.00E-02 meter부피 = 2.00E-07 cubic meters밀도 = 8940 kg/meter질량 = 1.79E-03 kg비열(specific heat) = 384.9 J/kg℃온도상승(T_Rise)= Joules/(mass_kg*specific_heat)온도상승= 0.087℃

-동적 작동

-커넥터의 접속해제시

커넥터가 결합된 때는 정동작 상태(quiescet stste)가 성립된다. 이 정동작상태에서는 모든 접점들이 닫혀있다. 전소스전압(full source voltage)이 부하에 걸린다. 또한, 커패시터(C1) 및 FET 의 모든 단자들에 전 소스전압이 인가된다. 이러한 상태에서는 FET가 턴오프 된 상태를 유지하지만, 전원 접촉 쌍(X2)가 FET 에 대해 분로(分路)를 형성하고, 부하 전류를 전송한다.

접점(X2)이 개방될 때, FET 드레인(접점(X4)를 통해 소스에 여전히 결합된) 및 게이트(C1에 접속된) 전압이 소스 전압 상태를 유지하는 반면, 부하전압 및 FET 소스 단자는 0 로 떨어지기 시작한다. 이것은 FET 내부의 역전류방지 다이오드(reverse current protection diode)와 협력하여 쇼트키 다이오드(X3)가 부하 인덕턴스에 의해 유기된 서지 전압(surge voltage)을 클램프(clamp)할 때이다.

FET 소스 전압은 V_GS가 FET 를 턴온할 수 있는 레벨에 도달할 때까지 급격히 감소한다. 본 예에서, 이는 개방된 전원 접점 쌍(X2)에 걸리는 전압이 약 8 볼트일 때 일어난다(도 2 참조). 전압이 아크발생임계치 이하가 되기 때문에, 아크가 일어나지 않는다. FET 는 감소된 전류를 부하에 전송하는 역활을 맡게 된다.

도 3 은 FET 게이트 전압이 어떻게 강하되는 가를 도시하고 있는 데, FET 는 약 300 ㎲(microseconds) 내에 턴오프된다. 이 시간지연(time delay)은 R2 및 C1 의 시상수(time constant)로부터 예상되는 것보다 더 길다. 이것은 부하전압이 더디게 감소하기 때문인데, 따라서, R2 는 C1을 그라운드(ground)가 아닌 강하전압(falling voltage)으로 끌어당장다. 본 회로는 자신의 시상수를 효과적으로 연장할 수 있다. 상기에서 언급한 다이오드와 함께 이러한 더딘 턴오프가 유도성 부하 조차도 도면에 도시된 것과 같은 편평하게(smoothly) 전압강하 하는 것을 가능하게 한다.

부하전류가 약 100 mA(milliamperes) 이하가 된 후에, FET_접점(X4) 및 그라운드 접점(X3) 는 아크가 발생될 가능성 없이 접속해제될 수 있다. 1 m/s 와 같은 매우 빠른 접속해제 속도에서 조차도, 300 ㎲ 지연은 0.012 의 길이차를 필요로 하는 데, 이 길이는 통상적인 스태거 커넥터(staggered connector)들에 채용되는 길이보다 작다. 300 ㎲ 지연후에는 전류가 흐르지 않는 상태인 정동작 상태가 성립되기 때문에, 길이차가 더 큰 것은 아무런 문제가 되지 않는다.

전체 접속해제 과정 동안, 모든 접점들을 통과하는 전류 및 모든 접점에 걸리는 전압은 접점들이 분리될 때의 공지된 아크발생 임계치인 9 V 및 0.1 A 보다 낮게 유지된다. 따라서, 아크는 발생하지 않을 것이다. 또한, 본 실시예에 있어서, FET의 짧은 동작상태(active state)동안 FET에서 소비될 필요가 있는 전체에너지는 60 mJ(milli-Joules) 보다 작다. 이것은 2mm×100mm×10mm 의 구리 조각을 0.1℃ 상승시키기에도 부족한 에너지이다. 따라서, 본 회로는 아크를 방지할수 있을 뿐 아니라, 커넥터에 쉽게 적용될 수 있다.

-커넥터가 결합될 때

본 발명의 작동에 있어서 중요 부분인 접속해제 동안의 작동을 이해하는 것과 아울러, 결합과정에서 오류(faults)가 존재하지 않도록 하는 것이 필요하다. 결합 동작에서, 장접점들(X3 및 X4)이 첫번째로 접속된다. 그라운드 접점(X3)은 접속된 유닛 사이에서 발생할 수 있는 ESD(electrostatic discharge, 정전기 방전)외에는, 그라운드 접점(X3) 에 전위가 걸리지 않는다. FET 접점(X4)을 통해 흐르는전류는 턴오프된 FET 를 통한 누설 전류(leakage current)로만 이루어 진다. 이러한 상태 하에서는 아크제거회로(arc elimination circuitry) 내의 소자에 아크 손상이 발생할 수 없다.

전원 접점(X2)이 닫힐 때, 전력(power)은 부하 및 아크제거회로에 흐른다. 게이트 전압은 R2, C1 때문에 소스 전압에 대해 지연되기 때문에, FET는 오프 상태를 유지하게 된다. 비록 FET가 턴온되는 경우라도, 전원 접점은 FET에 대해 분로를 형성하므로, 어떤 의미있는 전류를 전송할 수는 없다. 1 ms 보다 작은 시간 후에,커패시터(C1)는 충전되지만 FET 게이트 단자 전압은 소스 단자 전압 또는 그 보다 약간 낮게 유지되고, FET 가 턴오프 되면서 회로소자는 정동작 상태에 들어간다. 커넥터가 접속해제될 때까지, 모든 소자가 이 조건에서 유지된다.

-다른 조건들

파워는 접속해제 동작 중 제어된 매우 작은 시간동안 FET에서만 소비될 수 있고, 접속 동작 중에 의미있는 파워도 소비하지 않기 때문에, 회로는 불안정한 모드(mode)에 진입하지 않는다. 접속해제 동작 중에는 동적작동이 매우 짧고, 회로는 다른 모든 시간에는 근본적으로 오프상태이다. 시물레이션은 각 조건하에서도 작동된다. 부분 결합 상태에서의 정지뿐 아니라 매우 빠른 그리고 매우 더딘 접속/접속해제속도도 구해질 수 있다. 회로소자에 손상을 입히는 조건이 발견되지 않을 것이다.

가능한 오류 조건을 추가로 찾기 위해서 FET 접점(X4) 및 그라운드 접점(X3)의 상대적 길이를 변화시켜 보았다. 예상했된대로, 어떤 상반된 조건들이 발생되지 않는 것을 시물레이션로부터 관찰되었다. 결론적으로, 본 발명에서는 상기 두 접점이 동일하거나, 서로에 대해 다른 길이를 가질 것을 요구하지는 아니다. 접점들중의 가장 짧은 하나가 부하전류가 충분히 감소되어 약 100mA 까지 감소될 때까지 분리되지 않아야 한다는 것이 필요하다. 그러나, 통상적으로 실시되는 방법에서는, 그라운드 접점이 제일 먼저 접속되고 가장 나중에 접속해제 되도록 설계되는 것이 기대된다. 즉 그라운드 접점이 가장 장 접점이 될 것이다.

-패키지(package)화 할때의 고려사항

반도체 소자는 오직 순간적인 피크 전류(peak current) 및 전압만을 다루기 위해 필요하다. 의미있는 파워가 소비되지 않는다. 커패시터를 제외한 회로소자들은 스마트 파워 소자(smart power device)들이 이미 생산되어 지는 것 처럼 단일 패키지(package) 형태로 쉽게 제조되어 질 수 있다. 커패시터는 전자공학 분야 및 IC 분야에서 공지된 것과 같은 회로 변형 기술에 의해 소자치수를 축소시킬 수 있으나, 이것이 본 발명에서 중요한 것은 아니다. 충분히 작아 질수 있다면, 커패시터 또한 소자 IC 에 통합되어 질수 있다. 그렇지 않더라도, 이것은 여전히 소형 소자이고, 소형 능동 소자 IC 와 함께 통상적 파워 커넥터내에 쉽게 패키지(package)될수 있다.

-아크 제거 회로의 추가적인 응용 분야

본 실시예에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 42 V 자동차응용기구등에서 필요로 하는 파워 커넥터(power connector)에 적용되어진다. 그러나 응용 분야가 이에 한정 되는 것은 아니다. 다른 장치들을 위한 파워 커넥터들도 본 발명으로부터 직접적인 이익을 얻을수 있을 것이다. 또한, 본 발명에 관해 개시된 실시예에는 특정한 타입의 전류-42 V DC 전원- 및 하나의 특정 극성(polarity) 타입을 위한 것이다. 이것과 동일한 타입의 회로는 다른 전압 및 전류, 다른 DC 극성하에서 작동되도록 쉽게 변형될수 있음이 명백하다. 또한 AC 회로에 동일한 방지작용을 제공하도록 변형되어 질수 있다.

최종적으로, 이것과 동일한 솔루션이 릴레이(relay), 스위치 및 전류 전송 회로를 중단시켜야만 하는 다른 어떠한 소자에도 적용되어 질 수 있다. 사실, 릴레이 및 스위치는 오직 전자회로만을 필요로 한다. 상기 소자들에서 접속부들의 양 절반부들이 동일한 물리적 위치를 유지하고 있기 때문에 추가적인 접점이 요구되지는 않는다. 접속부의 절반부들을 분리하는 것이 서로로부터 물리적으로 떼어놓는 것이 되는 응용장치에서만 더 긴 FET 접점을 추가하는 것이 요구된다.

도 4 에 도시된 다른 실시예에서는 제일먼저 접속되고 마지막으로 분리되는 접점(make first, break last contact)에 온도 의존성 저항 R(T) 을 도입하고 있다. 보통 접점이 결합해제될 때, 전류는 제일 먼저 접속되고 마지막으로 분리되는 접점을 통해 흐른다. 이 때의 저항은 낮다. 전류에 의해 저항이 가열될 때, 저항값은 증가하고 전류는 감소한다. 제일 먼저 접속되고 마지막으로 분리되는 접점이 분리될 때는, 회로의 저항이 아크가 억제될 수 있을 만큼 충분히 높게 된다. 결합하는 과정 중에는 아주 짧은 시간동안 아크가 발생할수 있다(즉, 저항이 가열되는데는 일정 시간이 필요하다). 전류 부하에 의존하는 저항을 대신하여 POLYSWITCH(등록상표)가 사용되어 질수도 있다.

도 5 는 또다른 대안적 실시예를 도시하고 있다. 짧은 핀(short pin; 제일먼저 분리됨)이 전기 회로에 접속된다. 이 짧은 핀이 결합해제 될 때, 짧은 핀은 전기 회로가 커넥터들내에 유지되는 부하 핀들에 대해 파워를 차단할 수 있게 한다. 회로가 릴레이를 개방하고, 이것은 짧은 센서 핀이 결합해제 될 때 부하/커넥터에 대해 파워를 제거하므로, 따라서, 커넥터내에서 아크는 제거될 것이다. 짧은 센서핀이 우연히 재접속하게 되는 것을 막기 위해, 2 초의 프로그램가능한(programmable) "Power On" 시간지연(time delay)이 병합된다(incorporated). 그러나, 실험은 이 시간지연 회로가 불필요하다는 것을 나타내고 있다. 이 회로는 하나의 유닛으로 다수의 부하 및 센서핀들을 핸드링 할 수 있을 것이다. 도 5 에서 도시된 것과 같은 접근은 다음과 같은 장점들을 보여준다.

-솔루션이 실행가능하고, 경제적인 솔루션이 될수있다.

-회로는 커넥터에서 아크를 완전히 제거할 만큼 충분히 빠르게 반응한다.

-기존의 소자들을 이용할 수 있다.

-완전 자동화되고 프로그램할수 있다.

-기존의 커넥터 다자인과 함께 사용될 수 있다.

본 발명에 의하면 첫째, 아크가 단지 제한되는 것이 아니라 제거된다. 본 발명은 접점의 손상을 줄이는 것이라기 보다 방지하는 것이다. 둘째, 본 발명은 회로 인터럽션에 전적으로 안전한 커넥터를 생산하기 위하여 종래의 커넥터안에 통합되어 질수 있다. 또한, 본 발명은 스위치 및 릴레이들에도 통합되어 질수 있다.

Claims

전원에 접속된 제 1 커넥터; 및 동일 라인상에서 양자 모두가 상기 전원에 접속가능한 장접점과 단접점을 구비하는, 부하에 접속된 제 2 커넥터;를 포함하고,

상기 단접점은, 상기 장접점과 상기 단접점 모두가 상기 제 1 커넥터에 접속된 때에는 상기 전원과 상기 부하사이에서 저저항 경로를 형성하고, 상기 커넥터들이 결합해제될 때는 상기 장접점이 접속해제 되기 전에 상기 제 1 커넥터로부터 접속해제 가능하며,

상기 장접점에는 전자소자가 접속되고, 상기 단접점이 접속해제될 때 아크가 상기 단접점에서 일어나기 전에 전류를 전송하도록 턴온되며, 상기 전자소자를 통한 전류는 상기 장접점이 상기 제 1 커넥터에 접속된 상태를 유지하는 동안 감소됨으로써, 상기 장접점이 상기 제 2 커넥터로부터 접속해제될 때 상기 장접점에 의해 전송되는 전기 에너지가 아크발생 임계치 이하로 감소되는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터 조립체.
결합 전기 커넥터들의 접점사이에서 아크를 방지하는 방법에 있어서,

양자 모두가 단일 라인을 따라 전원에 접속되는 장접점 및 단접점을 하나의 전기 커넥터에 제공하는 단계;

상기 결합 커넥터들이 결합해제 하되, 상기 단접점이 상기 장접점에 선행하여 접속해제하는 단계;

상기 장접점과 전기 부하사이에 접속되도록 상기 하나의 커넥터내에 전자소자를 배치하는 단계;

상기 단접점의 완전 접속해제에 선행하여 상기 장접점을 통해 상기 전원과 상기 전기 부하사이의 모든 전류가 전송되도록 상기 전자소자를 활성화시키는 단계; 및

상기 전자소자를 통한 전류가 아크발생 임계레벨 이하로 감소된 후에 상기 장 접점이 접속해제하는 단계로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 방법.
전기커넥터들이 결합해제될 때 아크를 방지하기 위한 회로로서,

전원과 부하사이에 동일 라인을 따라 접속된 장접점 및 단접점을 포함하고,

상기 장접점에는 소자가 직렬로 접속되고,

상기 소자는 상기 단접점에서 아크를 방지하기 위해 단접점이 접속해제될 때는 충분한 전류를 전송하고, 상기 전원과 상기 부하사이에 오직 장접점이 접속된 경우에 전송전류를 감소시킴으로써 상기 장접점에 의해 전송되는 전기 에너지를 상기 장접점이 접속해제되기 전에 아크발생 임계레벨 이하로 감소시키는 것을 특징으로 하는 회로.