KR20030035518A - 서지 보호 회로 및 이를 갖는 교류-직류 전원 장치 - Google Patents

서지 보호 회로 및 이를 갖는 교류-직류 전원 장치 Download PDF

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Abstract

서지 보호 회로 및 이를 갖는 교류-직류 전원 장치가 개시된다. 이 회로는 입력 전압 또는 입력 전류가 갖는 전자기 방해성 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 결과를 출력하는 라인필터 및 라인필터의 양단에 연결되어 서지성 잡음 전압 또는 잡음 전류를 제거하고, 잡음 전압이나 잡음 전류를 제거한 전압 또는 전류를 출력하는 어레스터들을 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 일반적인 전자기기에 유입될 수 있는 서지성 이상 전압 또는 이상 전류를 어레스터를 사용하여 흡수하므로 전자기기의 파손을 방지할 수 있고, 라인필터의 양단에 어레스터들을 연결하므로 소자가 안전하여 세계적인 안전규격항목을 충족하면서 이중절연을 만족하고, 스파크 갭을 사용하지 않음으로써 방전에 의한 소음을 원칙적으로 제거하고, 원가를 절감시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Description

서지 보호 회로 및 이를 갖는 교류-직류 전원 장치{Surge protective circuit and AC-DC power supply apparatus having this circuit}
본 발명은 일반적인 전자기기에서 서지 보호 회로에 관한 것으로서, 특히 라인필터 양단에 어레스터를 연결하여 전자기기를 보호하는 서지 보호 회로에 관한 것이다.
종래에는 서지보호를 위하여 라인-라인 간 바리스터(varistor)를 배치하여 차동 모드(Differential Mode)에서 서지 발생 시 이를 흡수하게 하고, 라인-접지 간 바리스터를 배치하여 공통 모드(Common Mode)에서 서지 발생 시 이를 흡수하게 하였다. 또는 라인-접지간에 바리스터와 함께 스파크 갭(spark gap)을 추가하여 바리스터의 값을 줄일 수 있도록 하거나, 라인필터(line filter) 양단에 스파크 갭을 추가하여 방전을 유도하거나, 라인-접지 간 바리스터와 어레스터(arrestor)를 추가하여 서지를 흡수하였다.
그러나 바리스터는 내부 커패시턴스 값에 의해 전자기 방해(Electromagnetic Interference,EMI) 특성을 저하시키고, 낙뢰 유입시 유기되는 전압에 따라 소자가 타게 되면 화재를 발생시킬 우려가 있다. 따라서, 유럽의 일부국가 안전규격에서는 이를 사용하지 못하도록 하고 있다. 또한 라인필터 양단에 스파크 갭을 설치할 경우, 라인필터의 "L" 값과 스파크 갭의 크기에 따라 정확한 상관계수를 찾기가 힘들다.
게다가 스파크 갭을 사용할 때 낙뢰가 유입되면 기기 내에서 방전에 의한 소음이 발생하여 사용자가 놀라게 되는 문제점이 있었다. 그리고, 바리스터와 어레스터를 함께 사용할 때는 이에 따른 원가상승도 문제가 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 적어도 하나의 라인필터를 갖는 전자기기에서 발생되는 서지성 이상 전압 또는 이상 전류로부터 그 전자기기를 안전하고 소음을 제거하면서 간단히 보호할 수 있는 서지 보호 회로 및 이를 갖는 교류-직류 전원 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 서지 보호 회로의 바람직한 일 실시예의 회로도이다.
도 2는 본 발명에 의한 서지 보호 회로의 다른 실시예의 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 의한 서지 보호 회로를 갖는 교류-직류 전원 장치의 실시예의 회로도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
2 : 제 1 서지 보호부 4 : 제 2 서지 보호부 6 : 제 N 서지 보호부
10 : 입력부 12 : 전자기 방해 잡음 제거부
14 : 정류부
CN : 입력 커넥터 F : 퓨즈 R : 저항
C1,C2,C3,C4 및 C5 : 커패시터들 LF1,LF2 및 LF3 : 라인필터들
AR1,AR2,AR3 및 AR4 : 어레스터들
TH : 서미스터 BD : 브리지 다이오드
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 서지 보호 회로는, 입력 전압 또는 입력 전류가 갖는 전자기 방해성 잡음을 제거하고, 상기 잡음이 제거된 결과를 출력하는 라인필터 및 상기 라인필터의 양단에 연결되어 서지성 잡음 전압 또는 잡음 전류를 제거하고, 상기 잡음 전압이나 상기 잡음 전류를 제거한 전압 또는 전류를 출력하는 어레스터들을 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 서지 보호 회로의 실시예 들의 각 구성 및 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 서지 보호 회로의 바람직한 일 실시예의 회로도로서, 라인필터(LF1) 및 어레스터들(AR1 및 AR2)로 구성된다.
라인필터(LF1)의 양단(L1 및 L2)은 라인필터의 입력측과 출력측을 연결하고, 라인필터(LF1) 양단(L1 및 L2)의 각각에 어레스터들(AR1 및 AR2)이 연결된다. 전자기기에 포함될 수 있는 라인필터(LF1)는 두 라인들(L1 및 L2)을 통해 인가되는 교류 전압 또는 교류 전류의 특정 주파수 성분을 감쇠시켜 잡음 전압 또는 잡음 전류를 억제하기 위해 사용된다. 라인필터(LF1)는 감개에 코일을 권선하여 만들어지므로, 시작점과 끝점에 존재하는 인덕턴스 "L"에 의해 양 끝점에 전위차가 존재하게된다. 따라서 이 전위차에 서지 전압이 더해져 라인간의 균형을 깨뜨리게 된다.
이러한 서지전압 및 라인필터의 전위차를 없애기 위해, 라인필터(LF1)의 양단(L1 및 L2)에 어레스터들(AR1 및 AR2)이 마련된다. 일반적으로 어레스터는 전력선의 낙뢰, 전력선과 통신선의 접촉 또는 유도에 의한 충격전압, 그밖에 이상 고전압이 걸렸을 때 선로나 통신기기등을 전기적 위해로부터 보호하는 역할을 한다. 따라서 라인필터(LF1)의 양단(L1 및 L2)에 연결된 어레스터들(AR1 및 AR2)은 유기된 모든 전압을 소멸시킴으로써 서지성 전압 또는 전류로부터 전자기기를 보호한다. 또한 어레스터는 구조상 절연되어 있어서 내부 커패시턴스 값을 가지고 있지 않으므로 전자기방해(Electromagnetic Interference,EMI) 특성 변화를 일으키지 않는다.
도 2는 본 발명에 의한 서지 보호 회로의 다른 실시예의 블럭도로서, 제1, 제2, ···및 제N(여기서 N은 2이상의 양의 정수) 서지 보호부들(2,4, ···및 6)로 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 서지 보호 회로는 적어도 2개의 서지 보호부들을 직렬로 연결하여 가질 수 있다. 이 때 제1, 제2, ···및 제 N(여기서 N은 2이상의 양의 정수) 서지 보호부들(2,4, ···및 6) 중의 하나인 제n 서지 보호부(1≤n≤N)는 도 1에 의한 서지 보호 회로와 동일한 구성을 갖고 동일한 동작을 수행한다. 예를 들어 제1 서지 보호부(2)는 라인필터 및 라인필터의 양단에 각각 연결된 어레스터들로 구성된다. 입력단자 IN을 통해 전압 또는 전류가 입력되면, 제1 서지 보호부(2)는 서지성 잡음 전압 또는 잡음 전류를 흡수하고, 서지성잡음 전압 또는 잡음 전류가 흡수된 전압 또는 전류를 출력한다. 제1 서지 보호부(2)에서 출력된 전압 또는 전류는 제2 서지 보호부(4)로 입력되고, 동일하게 제N-1 서지 보호부에서 출력된 전압 또는 전류는 제N 서지 보호부(6)로 입력된다. 제N 서지 보호부(6)는 서지성 잡음 전압 또는 잡음 전류를 흡수하고 그 결과를 출력단자 OUT1을 통해 출력한다.
도 2에 도시된 바와 같이 서지 보호부가 둘 이상이 연결됨에 따라, 두 라인들(L1 및 L2)을 통해 인가되는 교류 전압 또는 교류 전류의 서지성 잡음이 더욱 효과적으로 흡수 될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 서지 보호 회로가 교류-직류 전원장치에 적용될 경우, 교류-직류 전원 장치 구성 및 동작을 다음과 같이 살펴본다.
도 3은 본 발명에 의한 서지 보호 회로를 갖는 교류-직류 전원 장치의 실시예의 회로도로서, 교류 입력부(10), 전자기 방해 잡음 제거부(12) 및 정류부(14)로 구성된다.
교류 입력부(10)는 교류 전압 또는 교류 전류가 입력되는 입력 커넥터(CN), 입력 커넥터(CN)의 세 라인들(L1, L2 및 G) 중 L1 라인과 연결되는 일측을 갖는 퓨즈(F) 및 퓨즈(F)의 타측과 입력 커넥터(CN)의 L2 라인사이에 연결되는 저항(R)으로 구성된다. 이때 입력 커넥터(CN)의 G 라인은 접지로 연결된다.
전자기 방해 잡음 제거부(12)는 저항(R)과 병렬로 연결되는 커패시터(C1), 커패시터(C1)와 병렬로 연결되는 입력측을 갖는 라인필터(LF2), 라인필터(LF2)의 양단에 연결되는 어레스터들(AR3 및 AR4), 라인필터(LF2)의 출력측에 병렬로 직렬연결되는 커패시터들(C2 및 C3), 커패시터들(C2 및 C3)에 병렬로 연결되는 입력측을 갖는 라인필터(LF3) 및 라인필터(LF3)의 출력측에 병렬로 연결되는 커패시터(C4)로 구성된다. 이 때, 라인필터(LF2)의 출력측에 병렬로 연결되는 커패시터들(C2 및 C3)의 연결점은 기준전위, 즉 접지와 연결된다.
정류부(14)는 커패시터(C4)의 일측과 연결되는 온도 보상용 서미스터(TH), 교류 전압 또는 교류 전류를 정류하는 역할을 하는 브리지 다이오드(BD) 및 브리지 다이오드(BD)를 통해 정류된 전압 또는 전류를 평활화 하는 전해 콘덴서(C5)로 구현될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 도 3에 도시된 본 발명에 의한 서지 보호 회로를 갖는 교류-직류 전원 장치의 동작을 살펴본다.
교류 전압이나 교류 전류가 교류 입력부(10)를 통해 인가되면 라인필터들(LF2 및 LF3)은 특정 주파수의 잡음 전압 또는 잡음 전류를 제거한다. 두 라인들(L1 및 L2)간에 연결된 커패시터들(C1 및 C4)은 차동 모드(Differential Mode)의 잡음 전압 또는 잡음 전류를 바이패스(by-pass)하고, 두 라인들(L1 및 L2)의 사이에 직렬로 연결된 커패시터들(C2 및 C3)은 공통모드(Common Mode)의 잡음 전압 또는 잡음 전류를 바이패스(by-pass)한다. 이때 어레스터들(AR3 및 AR4)은 서지 전압 또는 전류를 흡수하여 전자기기를 보호하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 라인필터(LF2)의 양 끝점에 발생하는 전위차를 제거하기도 한다.
전자기 방해 잡음 제거부(12)를 통해 잡음이 제거된 전압 또는 전류는 정류부(14)로 출력되어 직류로 정류되고, 직류로 정류된 결과는 출력단자(OUT2)를 통해출력된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 서지 보호 회로 및 이를 갖는 교류-직류 전원 장치는 일반적인 전자기기에 유입될 수 있는 서지성 이상 전압 또는 이상 전류를 어레스터를 사용하여 흡수하므로 전자기기의 파손을 방지할 수 있고, 라인필터의 양단에 어레스터들을 연결하므로 소자가 안전하여 세계적인 안전규격항목을 충족하면서 이중절연을 만족하고, 스파크 갭을 사용하지 않음으로써 방전에 의한 소음을 원칙적으로 제거하고, 원가를 절감시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (4)

  1. 입력 전압 또는 입력 전류가 갖는 전자기 방해성 잡음을 제거하고, 상기 잡음이 제거된 결과를 출력하는 라인필터; 및
    상기 라인필터의 양단에 연결되어 서지성 잡음 전압 또는 잡음 전류를 제거하고, 상기 잡음 전압이나 상기 잡음 전류를 제거한 전압 또는 전류를 출력하는 어레스터들을 구비하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 서지 보호 회로는
    상기 라인필터의 입력측에 연결되는 제1 커패시터; 및
    상기 라인필터의 출력측에 직렬로 연결되는 제2 커패시터 및 제3 커패시터를 구비하고,
    상기 제2 커패시터와 제3 커패시터의 연결점은 접지 되는 것을 특징으로 하는 서지 보호 회로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 서지 보호 회로는
    상기 라인필터의 출력측에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 다른 라인필터; 및
    상기 다른 라인필터의 양단에 연결되어 서지성 잡음 전압 또는 잡음 전류를 제거하고, 상기 잡음 전압이나 상기 잡음 전류를 제거한 전압 또는 전류를 출력하는 다른 어레스터들을 구비하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 회로.
  4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 서지 보호 회로를 갖는 교류-직류 전원 장치에 있어서,
    외부로부터 입력한 교류 전압이나 교류 전류를 상기 서지 보호 회로로 출력하는 교류 입력부; 및
    상기 서지 보호 회로로부터 입력한 상기 잡음 전압이나 상기 잡음 전류가 제거된 상기 전압 또는 상기 전류를 정류하고, 정류된 결과를 출력하는 정류부를 구비하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 회로를 이용하는 교류-직류 전원 장치.
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