KR20030044280A - 과부하 검출 회로 차단기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과부하 검출 회로 차단기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자적으로 과부하를 검출하며 회로 차단 장치의 과부하 검출 규격을 사용자가 조절할 수 있도록 외부에 조절 스위치를 구비한 회로 차단기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 과부하 검출 회로 차단기는 가변 저항을 이용하여 기준 전압을 변경하거나, 가변 저항 또는 가변 캐패시터를 이용하여 전압의 충전 시간을 조절함으로써 과부하 검출 규격을 조절한다. 본 발명의 따른 회로 차단기는 과부하의 유무를 전자적으로 검출하므로 바이메탈에 의해 기계적으로 과부하를 검출할 때보다 효과적으로 과부하 유무를 검출할 수 있으며, 하나의 회로 차단기가 다양한 과부하 검출 규격에 맞게 사용될 수 있는 장점이 있다.

Description

과부하 검출 회로 차단기{Circuit Breaker for Detecting Overload}

본 발명은 회로 차단기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자적으로 과부하를 검출하여, 과부하가 발생할 경우 소스에서 부하로 공급되는 회로를 차단하는 과부하 검출 회로 차단기에 관한 것이다.

일반적으로 화재나, 감전 사고 예방을 위해서 가정에서는 배선용 차단기와 누선 차단기를 사용한다. 배선용 차단기는 전선을 보호하기 위한 목적에 사용되는 것이다. 부하를 사용하는 중에 전류가 정격 이상으로 초과되면, 차단기 내부에 흐르는 전류가 정상 전류보다 높게 되어 열이 발생하고, 이 열에 의하여 내부의 바이메탈이 만곡되어 회로가 차단되며, 더 이상 전자 제품 등의 부하에 전원이 공급되지 않는다. 또한, 부하 측에서 전동 공구나 다른 금속 물건에 의하여 상간에 단락이 발생하는 경우에도 회로가 차단된다. 이 경우에는 순간적으로 고전류가 발생하기 때문에 바이메탈이 열을 받아 전자 제품 등의 부하가 동작하기 전에 내부의 자석을 동작시키고, 따라서 전자 제품으로 전원이 공급되지 않는다. 이와 같은 고전류는 많은 자기장을 발생시키게 되고, 그에 따라 전자 제품 내부의 자석이 동작되는 것이다. 누선 차단기는 이러한 배선용 차단기의 기능뿐만 아니라, 사용자가 전자 제품을 사용하는 중에 감전되었을 때, 이를 회로적으로 감지하여 전원을 차단함으로써 사용자를 보호하는 기능을 한다.

과부하로 인한 피해로부터 전자 제품을 보호하기 위하여 회로 차단기에 구비되어 과부하 검출에 이용되는 바이메탈은 열팽창 계수가 서로 다른 2 종류의 금속판을 압연법으로 붙인 것이다.

바이메탈은 온도의 변화에 따라 두 금속판의 팽창 정도가 다르기 때문에 온도의 변화에 따라 만곡된다. 이러한 바이메탈은 비교적 작은 온도 변화에 대단히 큰 변위로 만곡되기 때문에, 온도계로서 사용하거나 온도 변화를 검출하여 자동적으로 작동하는 스위치로서 가정용 전자 제품에 널리 사용된다.

과부하 검출 기능을 갖는 회로 차단기에서, 바이메탈은 과전류가 흘러서 금속판의 온도가 상승하는 경우 저 팽창 금속 쪽으로 휘는 특성을 이용하여 회로를 차단한다.

바이메탈에 사용되는 저팽창 금속으로는 열팽창이 대단히 작은 합금이 사용되고, 고팽장 금속으로는 니켈-크롬-철 합금, 니켈-망간-철 합금 또는 망간-구리-니켈 합금 등이 사용된다.

특히, 미국에서는 과부하 회로 차단기의 규격으로 120V. 15A 또는 20A의 교류 전원을 사용하는 경우에, 정격 전류의 135%에 해당하는 전류가 흐르면 1시간 이내에 회로가 차단되고, 정격 전류의 200%에 해당하는 전류가 흐르면 4분 이내에 회로가 차단될 수 있도록 규정하고 있다.

바이메탈을 이용한 과부하 검출은 정해진 시간, 예컨대 4분 내지 1시간 동안 과전류의 변화 상태를 계속적으로 검출하여야 하므로 과부하 검출 동작 및 과부하 검출 회로의 테스트에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있다. 또한 과부하 보호 회로를 사용하는 기간에 따라 과전류에 의한 바이메탈의 만곡 정도가 쉽게 변하기 때문에, 시간이 지남에 따라 과부하 보호 회로의 동작 특성이 변하기 쉽다. 결국, 시간이 지남에 따라 과부하 검출회로에 의한 과부하 검출 동작이 제대로 이루어지기 어려워진다. 또한 , 과부하 검출에 의하여 바이메탈이 만곡되어 그에 따라 회로가 차단된 후에는, 이후의 과부하 검출 동작을 위하여 만곡된 바이메탈이 원래의 위치로 복귀되어야 하는데, 이 때 바이메탈의 복귀에 많은 시간이 소요되기 때문에, 과부하 검출 회로의 연속적인 검출 동작을 위한 경제적, 시간적 손실이 많은 문제점이 있다.

또한, 과부하 검출용 회로 차단기는 사용되는 용도에 따라 규격이 다르다. 예컨대, 전력 소모가 크지 않은 가정의 방에는 15A 규격의 회로 차단기가 사용되며, 방보다 비교적 전력 소모가 큰 거실에서는 20A 규격의 회로 차단기가 사용되는 것이 일반적이며, 전력 소모가 큰 공장 등에서는 더 높은 규격의 과부하 검출 회로 차단기가 사용된다.

바이메탈을 사용하여 과부하를 검출할 경우, 상기 용도에 따른 규격을 맞추기 위해 각각 다른 바이메탈이 사용되어야 한다. 따라서, 15A 규격에 맞춰진 회로 차단기는 다른 규격의 회로 차단기로 활용될 수 없었다.

이와 같이 바이메탈을 이용한 과부하 검출 회로 차단기는 과부하 검출 동작에 정확성을 기하기 어려울뿐만 아니라, 다양한 규격의 회로 차단기로 동작할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 바이메탈을 사용하지 않고, 전자적으로 과부하를 검출하며 다양한 과부하 검출 규격의 회로 차단기로 동작할 수 있는 과부하 검출용 회로 차단 장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 회로 차단 장치 외부에 조절 스위치를 구비하여 사용자의 조절 스위치 조작에 따라 다양한 과부하 검출 규격의 회로 차단기로 동작할 수 있는 회로 차단기를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전류 검출 신호의 충전 시간을 조절하여 다양한 규격의 회로 차단 장치로 동작할 수 있는 과부하 검출용 회로 차단 장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 과부하로 인식하는 설정 레벨을 조절하여 다양한 규격의 회로 차단 장치로 동작할 수 있는 과부하 검출용 회로 차단 장치를 제안하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과부하 검출 회로 차단기 장치의 전체 구성을 도시한 블록도,

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 검출부의 상세 구성을 도시한 도면,

도 2b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출부의 회로 구성을 도시한 도면,

도 2c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출부의 회로 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 변환부의 상세 구성을 도시한 블록도,

도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정류부의 상세 회로를 도시한 도면,

도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정류부의 상세 회로를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 분배부의 회로 구성을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레벨 제한부의 상세 구성을 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 버퍼부의 회로 구성을 도시한 도면,

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 과부하 지시 신호 생성부의 상세 구성을 도시한 블록도,

도 9a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적분부의 회로 구성을 도시한 도면,

도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적분부의 회로 구성을 도시한 도면,

도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기준 전압 발생부의 회로 구성을 도시한 도면,

도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비교부의 회로 구성을 도시한 도면,

도 12a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 과부하 규격 레벨 조절을 위한 회로 구성을 도시한 도면,

도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과부하 규격 레벨 조절을 위한 회로 구성을 도시한 도면,

도 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과부하 규격 레벨 조절을 위한회로 구성을 도시한 도면,

도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스위칭부의 상세한 회로 구성을 도시한 도면,

도 14a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전 제어부의 상세 구성을 도시한 회로도,

도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방전 제어부의 회로 구성을 도시한 회로도,

도 14c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방전 제어부의 회로 구성을 도시한 회로도,

도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과부하 검출용 회로 차단 장치의 전체 회로도,

도 16은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회로 차단기의 외부 구성을 도시한 것,

도 17은 조절 스위치가 구비되는 미드 하우징의 외관을 도시한 것,

도 18a는 본 발명의 일 실시예에 따른 과부하 검출 규격 조절을 위한 조절 스위치의 일례를 도시한 도면,

도 18b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과부하 검출 규격 조절을 위한 조절 스위치의 일례를 도시한 도면,

도 19는 전류 검출부에서 출력되는 전류 검출 신호 파형의 일례를 도시한 도면,

도 20은 정류부에서 출력하는 정류 신호 파형의 일례를 도시한 도면,

도 21은 본 발명의 레벨 제한부에서 출력하는 신호 파형의 일례를 도시한 도면,

도 22는 적분부에서 출력하는 신호 파형의 일레를 도시한 도면.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 과부하 검출 회로 차단기는 소스에서 부하로 전력을 전달하는 도전선에 결합되어 과부하가 발생할 경우 상기 도전선을 차단하는 과부하 검출 회로 차단기에 있어서, 사용자에 의해 상태가 조절되는 조절 스위치; 상기 도전선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 전류 검출부에서 출력하는 신호를 정류하고 과부하 판단에 적절한 신호가 되도록 신호의 레벨을 변환하는 신호 변환부; 상기 신호 변환부에서 출력하는 신호를 적분하고, 적분된 신호를 기준 전압과 비교하여 과부하 지시 신호를 출력하는 과부하 지시 신호 생성부; 상기 조절 스위치의 상태에 따라 상기 과부하 지시 신호 생성부의 과부하 검출 규격 레벨을 조절하는 레벨 조절부; 및 상기 과부하 지시 신호가 출력될 경우, 이를 수신하여 상기 도전선을 차단하는 스위칭부를 포함할 수 있다.

상기 전류 검출부는 상기 도전선에 흐르는 전류의 변화량을 검출하여 이에 비례하는 신호를 출력하는 전류 변환기를 포함할 수 있다.

상기 전류 검출부는 상기 도전선에 병렬로 연결된 저항을 설치하여 저항에 흐르는 전류의 크기를 검출하는 션트 회로를 포함할 수 있다.

상기 신호 변환부는, 상기 전류 검출부의 출력 신호를 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력 신호를 미리 설정한 비율로 분배하는 신호 분배부; 상기 신호 분배부의 출력 신호가 미리 설정한 기준 레벨을 넘어설 경우, 상기 기준 레벨로 출력 신호 레벨을 제한하는 레벨 제한부; 및 상기 레벨 제한부의 출력 신호를 버퍼링하는 버퍼부를 포함할 수 있다.

상기 정류부는 전파 정류를 수행하는 4개의 다이오드 또는 반파 정류를 수행하는 1개의 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 신호 분배부는 캐패시터와 저항을 포함하며, 상기 캐패시터 및 상기 저항의 임피던스에 따라 신호를 분배할 수 있다.

상기 레벨 제한부는 제너 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 버퍼부는 상기 레벨 제한부의 출력 신호가 베이스로 입력되고, 상기 베이스로 입력된 신호를 버퍼링하여 컬렉터에 출력하는 이극 접합 트랜지스터를 포함할 수 있다.

상기 과부하 지시 신호 생성부는, 상기 신호 변환부의 출력 신호를 축적하는 적분부; 과부하라고 판단되는 미리 설정한 기준 전압을 발생시키는 기준 전압 발생부; 및 상기 기준 전압 발생부의 출력 전압과 상기 적분부의 출력 전압을 비교하여 과부하 지시 신호를 생성하는 비교부를 포함할 수 있다.

상기 적분부는 저항과 캐패시터를 포함하며, 상기 캐패시터에 상기 신호 변환부의 출력신호를 충전시킬 수 있다.

상기 기준 전압 발생부는 바이어스 전원과 상기 바이어스 전원의 전압을 분배하는 하나 이상의 전압 분배 저항을 포함할 수 있다.

상기 비교부는 상기 적분부의 출력 신호와 상기 기준 전압 발생부의 출력 신호를 입력으로 하는 OP 앰프를 포함할 수 있다.

상기 레벨 조절부는 상기 과부하 지시 신호 생성부의 적분 시간을 조절하여 과부하 검출 레벨을 조절할 수 있다.

또한, 상기 레벨 조절부는 상기 과부하 지시 신호 생성부의 상기 기준 전압을 조절하여 과부하 검출 레벨을 조절할 수도 있다.

상기 적분 시간의 조절은 상기 캐패시터로 가변 캐패시터를 이용하여 상기 가변 캐패시터의 용량을 조절하는 것일 수 있다.

상기 적분 시간의 조절은 상기 저항으로 가변 저항을 이용하여 상기 가변 저항의 크기를 조절하는 것일 수 있다.

상기 기준 전압의 조절은 상기 바이어스 전원과 연결된 저항을 가변 저항으로 하여 상기 가변 저항을 조절하여 출력되는 기준 전압을 조절하는 것일 수 있다.

상기 조절 스위치는 미리 설정된 과부하 검출 레벨을 사용자가 선택할 수 있도록 외부에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명은 과부하 또는 아크 결함 및 접지 결함을 포함하는 다른 원인에 의해 상기 도전선이 차단될 경우, 상기 과부하 지시 신호 생성부에 적분된 신호를 방전하는 방전 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 방전 제어부는 회로의 차단 신호를 게이트 단자에 입력받으며, 상기 회로 차단 신호를 입력받을 경우 턴-온 되어 상기 캐패시터를 접지시키는 SCR을 포함할 수 있다.

상기 방전 제어부는 회로 차단 신호가 입력될 경우, 상기 캐패시터를 접지시키는 최소한 두 개의 트랜지스터를 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 과부하 검출 리셉터클은 소스에서 부하로 전력을 전달하는 도전선에 결합되어 과부하가 발생할 경우 상기 도전선을 차단하는 과부하 검출 리셉터클에 있어서, 사용자에 의해 상태가 조절되는 조절 스위치; 상기 도전선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 전류 검출부에서 출력하는 신호를 정류하고 과부하 판단에 적절한 신호가 되도록 신호의 레벨을 변환하는 신호 변환부; 상기 신호 변환부에서 출력하는 신호를 적분하고, 적분된 신호를 기준 전압과 비교하여 과부하 지시 신호를 출력하며, 과부하 지시 신호 생성부; 상기 조절 스위치의 상태에 따라 상기 과부하 지시 신호 생성부의 과부하 검출 레벨을 조절하는 레벨 조절부; 및 상기 과부하 지시 신호가 출력될 경우, 이를 수신하여 상기 도전선을 차단하는 스위칭부를 포함할 수 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 과부하 검출 회로 차단기의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과부하 검출용 회로 차단기의 전체 구성을 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회로 차단 장치는 전류 검출부(104), 신호 변환부(106), 과부하 지시 신호 생성부(108), 조절 스위치(110), 방전 제어부(112), 스위칭부(114) 및 과부하 규격 레벨 조절부(116)를 포함할 수 있다.

도 1에는, 과부하 검출용에 한정된 회로 차단 장치의 블록도를 도시하였으나, 본 발명에 의한 기술적 사상이 과부하 검출은 물론 아크 결함 및 접지 결함 검출을 함께 수행하는 회로 차단기에도 적용될 수 있음은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

전류 검출부(104) 소스에서 부하로 흐르는 전류의 크기를 검출하며, 전류의 크기에 비례하는 전류 검출 신호를 전압 또는 전류의 형태로 출력하는 기능을 한다.

도 1에는, 전류 검출부(104)가 상도전선 상에 연결되어 전류의 양을 검출하는 경우를 도시하였으나, 상도전선과 중성선에 모두 연결되어 전류의 크기를 검출할 수도 있으며, 중성선 상에 연결되어 전류의 크기를 검출하는 경우도 모두 포함할 수 있을 것이다.

또한, 직접적으로 전류의 크기를 검출하는 구성은 물론 전류의 크기를 직접 검출하지 않고, 전류의 변화량을 검출한 후 그로부터 전류의 크기를 예측하는 구성도 본 발명의 범주에 속할 수 있음은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 전류 검출부(104)로 전류 변환기를 사용할 수 있다.

전류 변환기는 전류의 크기를 검출하는 장치는 아니고 전류의 변화량을 검출하는 장치이나, 도전선 상에 흐르는 전류가 교류이므로 전류의 변화량은 전류의 크기에 비례하는 바, 전류의 변화량을 검출하는 전류 변환기가 전류 검출부(104)를 구성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도전선 상에 분로를 설치하여 분로에 흐르는 전류의 크기를 검출하는 션트(shunt) 회로가 전류 검출부(104)를 구성할 수도 있다.

신호 변환부(106)는 상기 전류 검출부(104)에서 출력되는 전류 검출 신호를과부하를 판단하기에 적절한 신호로 변환하는 기능을 한다. 신호 변환부(106)는 전류 검출 신호를 정류하며, 회로의 안정을 위해 지나치게 높은 신호의 레벨을 억제하는 역할을 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 신호 변환부(106)는 트랜지스터, 저항, 다이오드 등의 소자를 이용하여 전류 검출부(104)에서 출력되는 아날로그 신호를 직접 변환하는 회로로 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 신호 변환부(106)는 상기 전류 검출부(104)에서 출력되는 전류 검출 신호를 A/D 컨버터 등을 이용해 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 논리 회로를 이용하여 변환하는 회로로 구성될 수도 있을 것이다.

과부하 지시 신호 생성부(108)는 상기 신호 변환부(106)에서의 출력 신호를 수신하여 과부하가 발생하였는지 여부를 판단하고, 일정 시간동안 과부하가 발생할 경우, 회로를 차단하도록 하는 과부하 지시 신호를 출력한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 과부하 지시 신호 생성부(108)는 신호 변환부(106)에서의 출력 신호를 계속적으로 적분하고, 적분된 신호가 기 설정된 레벨을 초과할 경우, 과부하 지시 신호를 출력하도록 동작할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 신호의 적분 수단으로 캐패시터 또는 이를 이용한 아날로그 적분회로가 사용될 수 있으며, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 디지털 적분기가 상기 적분 수단으로 사용될 수도 있을 것이다. 단 디지털 적분기가 사용되려면 신호 변환부(106)에서 전류 검출 신호를 디지털 신호로 변환하는 작업이 선행되어야 할 것이다.

방전 제어부(112)는 과부하 등으로 인해 회로가 차단될 경우, 상기 적분된 신호를 모두 방전 시켜 초기 상태로 전환하는 기능을 한다. 적분된 신호를 방전시키지 않으면, 사용자가 회로를 다시 연결할 경우 신호가 어느 정도 적분된 상태에서 다시 과부하를 검출하여 오동작을 할 수 있는 문제점이 있기 때문이다.

회로 차단기가 과부하뿐만 아니라 아크 결함, 접지 결함 등을 함께 검출하는 장치일 경우, 과부하로 인한 회로 차단 이외의 아크 결함 또는 접지 결함에 의한 회로 차단 이후에도 적분된 신호를 방전시키도록 동작하는 것이 바람직하다.

조절 스위치(110)는 본 발명의 따른 과부하 검출용 회로 차단기가 다양한 과부하 규격으로 사용될 수 있도록, 과부하 검출 규격을 사용자가 조작할 수 있도록 한 스위치이다. 사용자의 스위치 조작 정보는 과부하 규격 레벨 조절부(116)로 전달된다.

과부하 규격 레벨 조절부(116)는 상기 조절 스위치(110)에 설정 상태에 따라 과부하로 검출하는 레벨을 조절한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 적분되는 신호의 시간 간격을 조절하여 과부하 검출 규격을 조절할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 과부하로 인식하는 미리 설정된 기준 신호의 레벨을 조절하여 과부하 검출 규격을 조절할 수도 있다.

스위칭부(114)는 상기 과부하 지시 신호를 수신할 경우, 소스에서 부하로 전력이 공급되지 않도록 회로를 차단하는 기능을 한다. 도 1에는 스위칭부(114)가 상도전 상에 연결되어 상도전선을 차단하는 경우를 도시하였으나, 중성선을 차단하는 경우 또는 상도전선과 중성선을 모두 차단하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 스위칭부(114)는 과부하 지시 신호를 수신할 경우 솔레노이드를 턴온 시키고, 솔레노이드의 자기 신호에 의해 스위치의 위치를 바꾸어 회로를 차단할 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 검출부(104)의 상세 구성을 도시한 도면이다. 도 2a는 전류 변환기를 이용하여 전류를 검출하는 경우를 도시한 것이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 전류 변환기는 상도전선의 전류의 변화량을 검출하는 코일(200)과 이에 병렬로 연결된 저항으로 구현될 수 있다.

코일(200)은 패러데이 법칙에 따라 상도전선에 흐르는 전류의 변화량을 검출하고 이에 비례하는 전류 검출 신호를 출력한다. 코일이 상도전선이 아닌 중성선에 연결되어 전류의 변화량을 검출할 수 있음은 전술한 바 있다. 상도전선에 흐르는 전류가 교류이므로 전류의 변화량은 전류의 크기에 비례하는 값이라고 할 수 있다.

코일(200)에 병렬로 연결된 저항(202)은 코일(200)에서 출력되는 신호를 감쇠시키고, 임피던스 매칭을 제공하는 기능을 한다. 따라서, 저항(202)은 본 발명에 따른 회로 차단기의 본질적인 기능에 영향을 미치지는 않는다. 저항(202)으로 인해 너무 큰 전류가 상도전선에 흘러 코일에 과도한 전압이 걸리는 경우, 이로 인한 회로의 불안정성을 억제할 수 있는 효과가 있다.

코일은 패러데이 법칙에 따라 전류의 변화량에 비례하는 전압을 출력하므로, 도 2a에 도시된 전류 검출부(104)에서 출력되는 전류 검출 신호는 전압의 형태로 출력될 것이다.

도 2b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출부(104)의 회로 구성을 도시한 도면이다.

도 2b에 도시된 전류 검출 회로는 션트(Shunt) 방식에 의해 전류량을 검출하는 회로이다. 션트 방식은 병렬 저항을 통해 전류가 흐르는 경로를 분리하여 분리된 경로에서의 전류의 크기를 검출하여 전류량을 측정하는 방법이다.

도 2b에서는 상도전과 병렬로 연결된 저항(204)이 상기 병렬 저항의 역할을 한다. 도 2b에서는 상도전선에 병렬 저항을 연결하는 구성을 도시하였으나, 중성선에 병렬 저항을 연결하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

상도전선에 병렬로 저항(204)을 연결하면 상도전선 고유의 임피던스와 병렬 저항의 크기의 비에 따라 전류가 병렬 저항으로 흐른다. 따라서, 상도전선에 흐르는 전류의 크기와 병렬 저항(204)에 흐르는 전류의 크기는 비례 관계에 있으므로, 병렬 저항에 흐르는 전류의 크기 정보가 과부하를 판단하는 정보로 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 전류 검출부(104)는 로고스키 센서로 구성되어 전류 변환기와 유사하게 전류의 변화량에 비례하는 신호를 전압으로 출력할 수도 있다.

도 19는 전류 검출부(104)에서 출력되는 전류 검출 신호 파형의 일례를 도시한 것이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 전류 검출부(104)는 전류를 시간에 따라 미분한 값을 전압으로 출력하며, 과부하 발생 시 상당히 큰 피크값을 출력하는 것을 확인할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 변환부(106)의 상세 구성을 도시한 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호 변환부(106)는 정류부(300), 신호 분배부(302), 레벨 제한부(304) 및 버퍼부(306)를 포함할 수 있다.

정류부(300)는 상기 전류 검출 신호를 정류하는 기능을 한다. 직접적으로 전류의 크기를 측정하는 션트(Shunt) 방식의 경우 소스에서 부하로 공급되는 전류가 교류이므로 정류 과정이 필요하며, 전류의 시간에 따른 변화량 정보를 검출하는 전류 변환기의 경우에도 여전히 교류 신호가 출력되므로 정류 과정이 필요하다. 정류부(300)는 일반적인 다이오드를 이용하여 구현될 수 있으며, 반파 정류를 하는 경우와 전파 정류를 하는 경우가 모두 정류부(300)의 범주에 속할 수 있을 것이다.

신호 분배부(302)는 상기 정류부(300)의 출력 신호를 일정 비율로 분배하여 신호를 감쇠시키며, 신호의 직류 성분을 제거하는 기능을 한다. 상기 정류부(300)의 출력 신호는 경우에 따라 대단히 클 수 있고, 이러한 신호는 회로 소자에 영향을 주므로 미리 신호의 일부를 감쇠시키는 것이다. 신호의 분배는 저항을 이용한전압 분배를 통해 구현될 수도 있으나, 직류 성분의 제거를 위해 저항과 바이패스 캐패시터가 결합된 분배 회로로 구현되는 것이 바람직하다.

레벨 제한부(304)는 상기 신호 분배부(302)의 분배 신호가 미리 설정된 기준 레벨을 초과할 경우 이를 상기 기준 레벨로 제한하는 기능을 한다. 신호 분배부(302)에서 정류 신호의 감쇠를 수행하더라도, 회로의 영향을 미칠 수 있는 크기의 신호가 입력될 수 있으므로, 일정 레벨 이하의 신호만이 입력되도록 하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 레벨 제한부(304)는 제너 다이오드로 구현될 수 있을 것이다.

버퍼부(306)는 안정적인 신호의 공급을 위해 상기 레벨 제한부(304)의 출력 신호를 버퍼링하는 역할을 한다. 버퍼부(306)는 일반적인 에미터 팔로워(Follower) 회로를 이용하여 구현될 수 있으며, 다른 버퍼링 회로로도 다양하게 구현될 수 있음은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정류부(300)의 상세 회로를 도시한 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류부(300)는 4개의 다이오드(D41, D42, D43, D44)로 구현될 수 있을 것이다. 도4a에서, D42와 D43은 교류 신호 중 양의 값을 가지는 신호를 통과시키며, D41과 D44는 교류 신호 중 음의 값을 가지는 신호를 양의 값으로 전환시켜 전파 정류를 수행한다.

도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정류부(300)의 상세 회로를 도시한 도면이다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 전류 검출부(104)에 하나의 다이오드(D45)만을 연결하면, 반파 정류된 신호가 출력된다. 도 4b와 같이 회로를 구성할 경우, 양의 값을 가지는 교류는 통과하나 음의 값을 가지는 교류는 정류 회로를 통과하지 못해, 양의 값을 가지는 교류만이 출력될 것이다.

도 20은 정류부(300)에서 출력하는 정류 신호 파형의 일례를 도시한 도면이다.

도 20은 전파 정류를 한 경우의 파형을 도시한 것으로서, 도 20에 도시된 바와 같이, 도 19에 도시된 파형 중 음의 값을 가지는 부분이 같은 절대값의 양의 값을 가지도록 파형이 변환되었다는 것을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 분배부(302)의 구성을 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 신호 분배부(302)는 두 개의 저항(R50,R51)과 캐패시터(C50)를 포함할 수 있다. 도 5에서, 저항 및 캐패시터의 값은 분배 비율에 따라 정해진다.

신호는 캐패시터(C50)와 저항(R51)의 값에 따라 분배된다. 도 5에서, 캐패시터(C50) 대신에 일반적인 전압 분배 방식인 저항을 이용할 수도 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 직류 성분의 제거를 위해 캐패시터(C50)를 이용하여 신호를 분배하는 것이 바람직하다.

신호 분배부(302)에서 출력되는 분배 신호는 정류부(300)에서 출력되는 정류신호에서 직류 성분이 제거되고, 캐패시터(C50) 및 저항(R51) 값의 비율에 따라 크기가 감소된 신호이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레벨 제한부(304)의 상세 구성을 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 제한부(304)는 병렬로 연결된 저항(R60) 및 제너 다이오드(ZD60)를 포함할 수 있다.

신호 분배부(302)에서 출력되는 분배 신호에 대한 전압은 저항(R60)에 걸린다. 이때 제너 다이오드(D60)는 규격에 맞는 전압 이상의 전압이 걸릴 경우 이를 규격 전압으로 제한한다. 예를 들어, 제너 다이오드의 규격 전압이 20V이고 분배 신호가 25V일 경우, 제너 다이오드(ZD60)는 20V의 전압만이 걸리도록 하는 것이다. 따라서, 이 경우 저항(R60)에서 측정하는 전압은 20V가 된다. 회로의 안정을 위해 신호 분배부(302)에서 정류 신호를 일정 비율로 감쇠시키기는 하나, 과부하가 심하게 발생할 경우 감쇠된 신호라도 회로에 영향을 미칠 수 있으므로, 레벨 제한부(304)에서 회로로 입력될 수 있는 전압 레벨을 제한하도록 한다. 상기 제너 다이오드의 규격 전압은 과부하의 검출에 영향을 미치지 않는 값이어야 한다.

본 실시예에서는 제너 다이오드를 이용하여 전압 레벨을 제한하는 경우를 설명하였으나, 제너 다이오드 이외에 회로의 안정을 위해 다른 레벨 제한 수단을 사용하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 21은 본 발명의 레벨 제한부(304)에서 출력하는 신호 파형의 일례를 도시한 도면이다.

도 21에 도시된 바와 같이, 도 20에서 각각 다른 피크값을 가지는 파형이 피크값이 일정하도록 레벨이 제한되었음을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 버퍼부(306)의 회로 구성을 도시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버퍼부(306)는 에미터가 접지된 이극 접합 트랜지스터(Q70)로 구현될 수 있다.

레벨 제한부(304)에서 출력되는 레벨 제한 신호는 트랜지스터(Q70)의 베이스 단자로 입력된다. 트랜지스터(Q70)의 컬렉터는 바이어스 전압(Vcc)과 연결되어 있으며, 에미터는 캐패시터와 연결되어 접지되어 있다. 이와 같은 회로는 에미터 팔로워(Emitter Follower)로서, 베이스에 인가되는 전압과 동일한 전압이 에미터 단자에도 인가된다.

트랜지스터(Q70)의 에미터 단자에 연결된 캐패시터(C70)는 바이패스 캐패시터의 역할을 하여 출력되는 신호 중 노이즈에 해당하는 직류 신호를 제거하는 기능을 한다

따라서, 트랜지스터(Q70)의 에미터 단자에는 레벨 제한 신호에서 직류 성분이 제거된 버퍼 출력 신호가 출력될 것이다. 버퍼부(306)를 통해 보다 안정적인 레벨 제한 신호를 회로로 공급할 수 있게 된다. 캐패시터(C70)가 없더라도 버퍼부(306)로서의 기능을 할 수 있으며, 이 경우에는 레벨 제한 신호와 동일한 신호가 버퍼 출력 신호로서 출력될 것이다.

도 7에는 이극 접합 트랜지스터를 이용하여 버퍼부(306)를 구현하는 예를 설명하였으나, FET(Field Effect Transistor)를 이용하여 버퍼부(306)를 구현하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 과부하 지시 신호 생성부(108)의 상세 구성을 도시한 블록도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과부하 지시 신호 생성부(108)는 적분부(800), 기준 전압 발생부(802) 및 비교부(804)를 포함할 수 있다.

적분부(800)는 신호 변환부(106)에서 출력되는 버퍼 출력신호를 계속적으로 적분하고 이 값을 비교부(804)에 입력한다. 과부하가 아닌 정상 전류가 흐를때는 작은 값이 적분되며, 과부하에 의한 전류가 흐를 때에는 큰 값이 적분될 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적분부(800)는 저항과 캐패시터로 이루어지는 적분회로로 구현될 수 있을 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 디지털 방식으로 과부하를 검출할 경우 디지털 카운터로 적분부(800)를 구현할 수도 있을 것이다.

기준 전압 발생부(802)는 과부하 상태라고 판단되는 미리 설정된 전압을 발생시켜 이를 비교부(804)로 입력한다. 본 발명의 일 실시예에 ??르면, 기준 전압 발생부(802)는 바이어스 전압을 분배시켜, 미리 설정한 전압을 출력하도록 구현될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 독립 전원을 이용하여 기준 전압 발생부(802)를 구현할 수도 있을 것이다.

비교부(804)는 상기 적분부(800)에서 출력되는 적분신호와 기준 전압발생부(802)에서 출력되는 기준 전압을 비교하여 적분신호의 값이 더 클 경우 과부하 지시 신호를 출력하는 기능을 한다

본 발명의 일 실시예에 따르면 비교부(804)는 OP 앰프 또는 OP 앰프가 집적된 회로로 구현될 수 있을 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 디지털 발식으로 과부하를 검출할 경우, 디지털 논리회로를 이용하여 비교부(804)를 구현할 수도 있을 것이다.

도 9a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 적분부(800)의 회로 구성을 도시한 도면이다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적분부(800)는 저항(R90)과 캐패시터(C90)로 구현될 수 있다.

버퍼 출력신호(C90)는 계속적으로 캐패시터(C90)에 충전된다. 이때 충전이 되는 속도는 저항(R90)과 캐패시터(C90)를 곱한 값에 의해 정해진다. 저항과 캐패시터의 값을 곱한 값이 작은 경우 비교적 빠른 속도로 충전이 되며, 그 반대의 경우에는 늦은 속도로 충전이 된다.

도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적분부(800)의 회로 구성을 도시한 도면이다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적분부(800)는 도 9a에 도시된 회로에 세 개의 저항(R92, R93, R94)을 더 포함할 수 있다.

도 9b에서, 저항(R91)과 캐패시터(C91)는 도 9a의 경우와 마찬가지로 버퍼 출력 신호를 충전하는 기능을 하며, R92, R93 및 R94는 캐패시터의 충전되는 전압을 분배하는 기능을 한다. 전압의 분배 비율은 R93의 저항값 및 R94의 저항값에 따라 결정된다. 따라서, 도 9b에 도시된 적분부(800)에서 출력되는 신호는 캐패시터(C91)에 충전된 전압에서 분배 비율에 따라 감소된 전압이 적분 신호로 출력될 것이다.

따라서, 도 9b에 포함된 R92, R93, R94는 적분 동작에 본질적인 영향을 미치는 소자는 아니며, 충전된 신호를 일정 비율로 감쇠시킬 필요가 있을 경우 사용될 것이다.

도 22는 적분부(800)에서 출력하는 신호 파형의 일레를 도시한 도면이다.

도 22에 도시된 바와 같이, 시간이 지남에 따라 출력 파형이 계속적으로 증가하고 있는 것을 확인할 수 있다.

도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기준 전압 발생부(802)의 회로 구성을 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 기준 전압 발생부(802)는 바이어스 전원(Vcc)과 연결된 두 개의 전압 분배 저항(R100, R101)으로 구현될 수 있다. 두 개의 저항(R100, R101)값은 R101에 미리 설정된 기준 전압이 되도록 설정된다. 도 10에서 저항(R101)대신 제너 다이오드가 사용될 수도 있다.

도 10에서는 전압 분배를 이용하여 기준 전압을 발생하는 구성을 설명하였으나, 독립 전원에 의해서도 기준 전압 발생부(802)가 구현될 수 있다는 것은 위에서 설명한 바 있다.

도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비교부(804)의 회로 구성을도시한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 비교부(804)는 OP 앰프로 구현될 수 있다.

도 11에서, 적분부(800)에서 출력되는 적분 신호는 OP 앰프의 비반전 입력단자로 입력되며, 기준 전압 발생부(802)에서 출력되는 기준 전압 신호는 OP 앰프의 반전 입력단자로 입력된다.

OP 앰프는 적분 신호의 전압이 기준 전압 신호보다 작을 경우에는 출력 전압을 생성하지 않으며, 적분 신호의 전압이 기준 전압 신호보다 클 경우에만 출력 전압을 생성한다. OP 앰프의 출력 전압은 과부하 지시 신호로서 스위칭부(114)에 입력된다.

도 12a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 과부하 규격 레벨 조절을 위한 회로 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 변환부(106)의 출력신호가 적분부(800)에 축적되는 시간을 조절하여 과부하 규격 레벨을 조절하도록 한다.

도 12a에 도시된 회로는 적분부(800)의 일례를 나태낸 것이며, 도 12a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 가변 캐패시터(C120)를 이용하여 캐패시터의 용량 조절을 통해 과부하 규격 레벨을 조절한다. 사용자가 가변 캐패시터(C120)의 용량을 작게 조절하면, 과부하 규격 레벨이 낮아지며, 가변 캐패시터(C120)의 용량을 크게 조절하면 과부하 규격 레벨이 높아진다.

도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과부하 규격 레벨 조절을 위한회로 구성을 도시한 도면이다.

도 12b의 도시된 회로는, 도 12a와 마찬가지로, 신호 변환부(106)의 출력 신호가 적분부(800)에 축적되는 시간을 조절하여 과부하 규격레벨을 조절하도록 한다.

도 12a에서는 캐패시터의 용량을 조절하여 충전 시간을 조절하였으나, 도 12b에서는 저항(111)의 크기를 조절하여 충전 시간을 조절하는 구성을 제안한다.

도 12a에 도시된 바와 같이, 신호 변환부(106)의 출력신호가 충전되는 캐패시터(C111)와 연결된 저항을 가변 저항(R111)으로 하며, 사용자가 조절 스위치(110)를 조작하여 가변 저항의 값을 크게 하면 과부하 규격 레벨이 낮아지며, 가변 저항의 값을 작게 하면 과부하 규격 레벨이 높아진다.

도 12a와 도 12b에서는 각각 캐패시터의 용량을 조절하는 경우와 저항의 크기를 조절하는 경우를 설명하였으나, 캐패시터의 용량과 저항의 크기를 함께 조절하여 과부하 규격 레벨을 조절하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

또한 도12a와 도12b에 도시된 회로는 적분 회로의 일례이며, 다른 적분 회로를 사용하여 적분 신호가 축적되는 시간을 조절하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과부하 규격 레벨 조절을 위한 회로 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 비교부(804)로 입력되는 기준 전압의값을 조절하여 회로 차단기의 과부하 규격 레벨을 조절한다.

도 12c에 도시된 바와 같이, 과부하 규격 레벨 조절을 위한 기준 전압 발생부는 바이어스 전압에 연결되는 하나의 가변 저항(R122)으로 구성된다. 도 12c에서, 가변 저항(R122)의 설정에 따라 기준 전압 신호가 전달되는 노드에 걸리는 전압이 달라진다. 사용자가 조절 스위치(110)를 조작하여 기준 전압 신호가 크게 출력되도록 가변 저항을 조절하면 과부하 규격 레벨은 높아지게 되며, 기준 전압 신호가 작게 출력되도록 가변 저항을 조절하면 과부하 규격 레벨을 낮아진다.

이와 같이, 본 발명에 따른 회로 차단기는 저항의 크기 또는 캐패시터의 용량을 조절하여 회로 차단기의 과부하 검출 규격을 조절할 수 있게 함으로써, 하나의 회로 차단기가 과부하 검출 규격이 각각 다른 다양한 환경에 사용될 수 있다.

도 13은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스위칭부(114)의 상세한 회로 구성을 도시한 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부(114)는 스위치(1300), 솔레노이드(1302), SCR(1304)과 상기 SCR(1304)의 게이트 단자에 연결되는 캐패시터(C130)와 저항(R130)을 포함할 수 있다.

도 13에서, 과부하가 검출될 때 출력되는 과부하 지시 신호는 SCR(1304)의 게이트 단자로 입력된다. SCR(1304)의 게이트 단자에 연결된 저항(R130)과 캐패시터(C130)는 신호의 안정적인 공급을 위한 소자이며, 회로의 기능에 영향을 미치는 소자는 아니다.

SCR(1304)은 초기 상태에서는 전류를 도통시키지 않으나, 일정 전압 이상이인가되면 전류를 도통시키는 기능을 하는 소자이다.

따라서, 과부하 지시 신호가 입력되지 않는 경우, SCR(1304)이 연결되어 있는 노드는 개방되어 있는 상태이며, 솔레노이드(1302)는 어떠한 전압도 인가되지 않아 동작하지 않는다.

과부하 지시 신호 생성부(108)로부터 과부하 지시 신호가 입력되면, SCR(1304)은 회로를 연결시키며, 솔레노이드(1302)로 과부하 지시 신호가 입력된다. 솔레노이드에 전류가 흐르면, 솔레노이드(1302)는 자석으로 동작하며 따라서 스위치(1330)의 위치는 솔레노이드(1302)쪽으로 옮겨지고 소스와 부하를 연결하는 도전선은 차단된다.

도 13에서는 SCR(1304)을 이용하여 과부하 지시 신호가 입력될 때 회로가 연결되는 구성을 도시하였으나, SCR(1304)은 하나의 NPN 트랜지스터와 하나의 PNP 트랜지스터가 연결된 형태로 대체될 수도 있다.

도 14a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전 제어부(112)의 상세 구성을 도시한 회로도이다.

도 14a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방전 제어부(112)는 두 개의 트랜지스터(Q140,Q141)와 다수의 저항(R140, R141, R142)을 포함할 수 있다.

도 14a에서, 하나의 트랜지스터(Q140)는 상도전선에서 스위칭부(114)의 후단으로부터 전력을 공급받고, 또 다른 트랜지스터(Q141)는 상도전선에서 스위칭부(114)의 전단으로부터 전력을 공급받는 경우를 도시하였으나, 도 14와는달리 상도전선과 트랜지스터 사이에 전압 분배나 기타의 신호 변환 회로를 거친 후에 전력을 공급받는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

회로가 차단되지 않은 상태에서는 상도전선에서 스위칭부(114)의 후단으로도 전력이 공급되므로 트랜지스터(Q140)의 베이스에는 전압이 인가된다. 트랜지스터 베이스에 연결되어 있는 세 개의 저항(R140, R141, R142)는 인가되는 전압을 분배하는 기능을 한다.

트랜지스터(Q140)의 베이스에 전압이 인가되면 트랜지스터(Q140)은 동작을 하며, 트랜지스터(Q140)의 컬렉터 단자에는 이미터 단자와 동일한 0V의 전압이 걸리게 된다.

따라서, 또 다른 트랜지스터(Q141)의 베이스 단자에는 트랜지스터(Q140)의 컬렉터 단자와 연결되어 있으므로, 소스와 연결되어 있다고 하더라도 0V의 전압이 인가되고 트랜지스터(Q141)은 비동작 모드에 있게 된다.

따라서, 회로가 차단되지 않은 상태에서는 적분부(800)와 방전회로는 끊어진 상태가 되므로 방전회로에 의해 영향을 받지 않는다.

그러나, 회로가 차단되면, 트랜지스터(Q140)의 베이스 단자에는 전압이 인가되지 않으며 트랜지스터(Q140)은 비동작 모드가 된다. 이때, 트랜지스터(Q140)의 컬렉터 단자는 접지된 이미터 단자에 의해 영향을 받지 않으므로, 회로 차단에 의해 영향을 받지 않는 소스로부터 전압이 공급되며, 트랜지스터(Q140)의 컬렉터 단자와 연결되어 있는 트랜지스터(Q141)의 베이스 단자로 전압이 인가된다.

따라서, 트랜지스터(Q141)는 동작모드가 되며, 적분부(800)는 접지와 연결이 된다. 따라서, 적분부(800)에 포함되어 있는 캐패시터에 충전된 전압은 순간적으로 방전이 된다.

도 14b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방전 제어부(112)의 회로 구성을 도시한 회로도이다.

도 14b에 도시된 바와 같이, 방전 제어부(112)는 트랜지스터가 아닌 SCR(1400)을 이용하여 구현될 수도 있다.

도 14b에서, 회로에 과부하, 아크 결함, 접지 결함 등이 발생하여 회로 차단 신호가 생성되면, 이 신호는 SCR(1400)의 게이트 단자에 입력된다. 전술한 바와 같이, SCR(1400)은 게이트 단자에 일정 전압이 인가되면 회로를 연결시키는 기능을 한다.

SCR(1400)의 게이트 단자에 연결되어 있는 저항(R145)과 캐패시터(C140)는 회로의 안정을 위해 연결된 소자이며, 회로의 기능에 영향을 미치는 소자는 아니므로, 저항(R145)과 캐패시터(C140)가 없더라도 회로의 기능이 바뀌지는 않는다.

회로 차단 신호가 입력되어 SCR(1400)이 턴-온 되면 적분부(800)의 캐패시터는 접지되며, 따라서 방전이 이루어진다.

도 14c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방전 제어부(112)의 회로 구성을 도시한 회로도이다.

도 14c는 회로 차단기가 과부하뿐만 아니라 아크 결함 및 접지 결함을 검출하는 장치일 때 보다 안정적으로 방전을 하기 위한 회로를 도시한 것이다.

도 14c에 도시된 바와 같이, 도 14b에 도시된 방전 회로가 아크 결함 검출부, 접지 결함 검출부, 과부하 검출부마다 연결되어 있다.

도 14b에서는 각 검출부가 생성하는 회로 차단 신호가 공통적으로 입력되는 구성을 도시한 것이나, 도 14c는 각 검출부마다 방전 회로가 연결되도록 구성된다. 도 14b에서, SCR(1400)에 이상이 생길 경우, 과부하, 아크 결함, 접지 결함 중 어떠한 원인에 의해 회로가 차단되더라도 방전 회로로서의 기능을 할 수 없다. 그러나, 도 14c와 같이 각 검출부마다 방전회로를 연결하면, 예를 들어 접지 결함 검출부와 연결되는 SCR(1404)에 이상이 생기더라도, 다른 원인에 의해 회로가 차단되면 방전 회로로서 기능을 할 수 있는 바, 도 14b의 경우보다 안정적으로 충전된 전압을 방전시킬 수 있는 장점이 있다.

도 14a, 14b 및 14c에서는 두 개의 트랜지스터 또는 SCR을 이용하여 방전 제어부(112)를 구성하는 경우를 설명하였으나, 이는 바람직한 일 실시예에 불과하며 기타 다른 방식을 이용하여 회로의 차단 시 캐패시터에 충전된 전압을 방전시키는 회로를 구성하는 것은 당업자에게 있어 용이할 것이다.

도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 과부하 검출용 회로 차단 장치의 전체 회로도를 도시한 것이다.

도 15에서, 상도전선에 연결된 전류 변환기(CT1)는 상도전선에 흐르는 전류의 변화량을 검출하고, 이에 비례하는 전압을 출력한다. 전류 변환기(CT1)와 병렬로 연결된 저항(R1)은 전류 변환기(CT1)에서 출력하는 전압을 감쇠시킨다.

전류 변환기(CT1)와 연결된 네 개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)는 전류 변환기의 출력 전압을 정류한다. 도 15에서는 4개의 다이오드를 사용하므로 전파 정류가 이루어지며, 반파 정류를 하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 위에서 설명하였다.

두 개의 저항(R2,R3)과 캐패시터(C1)는 신호 분배부(302)를 구성한다. 다이오드를 통해 정류된 신호는 캐패시터(C1)의 임피던스와 저항(R3)의 크기의 비에 따라 분배된다. 캐패시터(C1)는 직류 신호를 제거하는 바이패스 캐패시터의 역할도 한다.

분배된 신호는 제너 다이오드(ZD1)에 인가된다. 전술한 바와 같이, 제너 다이오드는 회로의 보호를 위해 규정된 전압 이상의 전압이 인가될 경우, 이를 규정된 전압의 크기로 제한하는 기능을 한다.

제너 다이오드(ZD1)의 출력 전압은 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 입력된다. 트랜지스터(Q1)는 에미터 팔로워(Emitter Follower)로 동작하며, 베이스 단자에 입력 전압은 컬렉터 단자로 출력된다. 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자에 연결된 캐패시터(C2)는 바이패스 캐패시터로 동작하여 출력되는 직류 성분을 제거하며, 다이오드(D5)는 역류를 방지하는 기능을 한다.

다이오드(D5)의 캐소드 단자에 연결된 저항(R4)과 이와 병렬로 연결된 캐패시터(C3)는 적분 기능을 수행하는 소자이다. 캐패시터에는 상기 트랜지스터(Q1)에서 출력하는 전압이 계속적으로 축적된다. 이때 축적 시간은 저항(R4)의 크기와 캐패시터(C3)의 용량에 의해 결정된다.

캐패시터의 출력 전압이 전달되는 세 개의 저항(R5, R6, R7)은 전압 분배의기능을 한다. 따라서 OP 앰프의 비반전 입력단자에는 저항(R5, R6)의 크기의 비에 따라 분배된 전압이 입력된다.

OP 앰프의 반전 입력단자에는 바이어스 전압(Vcc)에서 가변 저항(R8)에 의해 분배된 전압이 입력되며, 이 전압은 과부하를 판단하는 기준 전압이다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 가변 저항을 조절함으로써 기준 전압을 변경할 수 있으며, 이를 통해 다양한 과부하 규격에 맞는 회로 차단기로서 동작할 수 있다.

OP 앰프는 비반전 입력 단자에 입력되는 전압과 반전 입력 단자에 입력되는 전압을 비교하여 비반전 입력 단자에 입력되는 전압, 즉 캐패시터에 충전되는 전압이 더 클 경우에는 과부하 지시 신호를 출력한다.

캐패시터(C3)와 연결된 SCR1은 방전 제어 소자로서 동작한다. SCR1의 게이트 단자에 회로 차단을 알리는 트리거 신호가 입력되면, SCR1은 캐패시터(C3)와 접지를 연결시킨며, 캐패시터(C3)에 충전된 전압은 방전된다.

SCR1의 게이트 단자에 연결되어있는 저항(R9)과 캐패시터(C4)는 신호의 안정적인 공급을 위한 소자이며, 회로의 기능에 영향을 미치지는 않는다.

도 16은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회로 차단기의 외부 구성을 도시한 것이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 차단기의 외부는 탑(Top) 하우징(1600), 바틈(Bottom) 하우징(1602) 및 미드(Mid) 하우징(1604)으로 구성될 수 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 과부하의 규격을 조절하기 위한 조절스위치(1606)는 미드 하우징(1604)에 구비되는 것이 바람직하다. 그러나 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 탑 하우징 및 바틈 하우징에 조절 스위치가 설치되더라도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

전술한 바와 같이, 조절 스위치는 적분 회로에 연결되어 신호가 축적되는 시간을 조절함으로써 과부하 검출 규격을 조절할 수 있으며, 기준 전압을 발생하는 회로에 연결되어 기준 전압을 조절함으로써 과부하 검출 규격을 조절할 수도 있다.

도 17은 조절 스위치가 구비되는 미드 하우징의 외관을 도시한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 회로 차단기가 소형이므로 조절 스위치는 드라이버로 조작하도록 구현되는 것이 바람직하다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과하며, 사용자가 손으로 조작하도록 조절 스위치를 구현하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 18a는 본 발명의 일 실시예에 따른 과부하 검출 규격 조절을 위한 조절 스위치의 일례를 도시한 도면이다. 도 18a에 도시된 바와 같이, 조절 스위치는 기존의 과부하 검출 규격인 15A, 30A 등을 불연속적으로 맞출 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다. 검출 규격을 불연속적으로 맞추지 않고, 연속적으로 임의로 사용자가 맞추게 할 경우, 사고의 위험성이 있기 때문이다.

도 18b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 과부하 검출 규격 조절을 위한 조절 스위치의 일례를 도시한 도면이다. 도 18b에 도시된 바와 같이, 방, 거실, 사무실 등과 같이 회로 차단기의 사용 용도를 조절 스위치에 표시하여, 용도에 맞게 과부하 검출 규격을 조절하도록 구현될 수도 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이다. 특히, 상기의 바람직한 실시예는 배전반에 설치되는 회로 차단기를 예로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적인 특징은 콘센트단에 설치되는 리셉터클에도 활용될 수 있다는 점은 통상의 지식을 가진 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 과부하 검출용 회로 차단기에 의하면, 과부하의 유무를 전자적으로 검출하므로 바이메탈에 의해 기계적으로 과부하를 검출할 때보다 효과적으로 과부하 유무를 검출할 수 있으며, 하나의 회로 차단기가 다양한 과부하 검출 규격에 맞게 사용될 수 있는 장점이 있다.

회로 차단기에서 과부하 검출 규격을 조절할 수 없으면, 각 규격에 맞는 회로 차단기를 별도의 라인에서 생산하여야 하므로, 본 발명의 따른 회로 차단기는 생산 비용을 크게 절감할 수 있는 효과도 있다.

Claims (30)

1. 소스에서 부하로 전력을 전달하는 도전선 상에 결합되어 과부하가 발생할 경우 상기 도전선을 차단하는 과부하 검출 회로 차단기에 있어서,

   사용자에 의해 상태가 조절되는 조절 스위치;

   상기 도전선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;

   상기 전류 검출부에서 출력하는 신호를 정류하고 과부하 판단에 적절한 신호가 되도록 신호의 레벨을 변환하는 신호 변환부;

   상기 신호 변환부에서 출력하는 신호를 적분하고, 적분된 신호를 기준 전압과 비교하여 과부하 지시 신호를 출력하는 과부하 지시 신호 생성부;

   상기 조절 스위치의 상태에 따라 상기 과부하 지시 신호 생성부의 과부하 검출 규격 레벨을 조절하는 레벨 조절부; 및

   상기 과부하 지시 신호가 출력될 경우, 이를 수신하여 상기 도전선을 차단하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전류 검출부는 상기 도전선에 흐르는 전류의 변화량을 검출하여 이에 비례하는 신호를 출력하는 전류 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전류 검출부는 상기 도전선에 병렬로 연결된 저항을 설치하여 저항에 흐르는 전류의 크기를 검출하는 션트 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전류 검출부는 로고스키 코일 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 신호 변환부는,

   상기 전류 검출부의 출력 신호를 정류하는 정류부;

   상기 정류부의 출력 신호를 미리 설정한 비율로 분배하는 신호 분배부;

   상기 신호 분배부의 출력 신호가 미리 설정한 기준 레벨을 넘어설 경우, 상기 기준 레벨로 출력 신호 레벨을 제한하는 레벨 제한부; 및

   상기 레벨 제한부의 출력 신호를 버퍼링하는 버퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 정류부는 전파 정류를 수행하는 4개의 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
7. 제5항에 있어서,

   상기 정류부는 반파 정류를 수행하는 1개의 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
8. 제5항에 있어서,

   상기 신호 분배부는 캐패시터와 저항을 포함하며, 상기 캐패시터 및 상기 저항의 임피던스에 따라 신호를 분배하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
9. 제5항에 있어서,

   상기 레벨 제한부는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
10. 제1항에 있어서,

    상기 버퍼부는 상기 레벨 제한부의 출력 신호가 베이스로 입력되고, 상기 베이스로 입력된 신호를 버퍼링하여 컬렉터에 출력하는 이극 접합 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
11. 제1항에 있어서,

    상기 과부하 지시 신호 생성부는

    상기 신호 변환부의 출력 신호를 축적하는 적분부;

    과부하라고 판단되는 미리 설정한 기준 전압을 발생시키는 기준 전압 발생부; 및

    상기 기준 전압 발생부의 출력 전압과 상기 적분부의 출력 전압을 비교하여 과부하 지시 신호를 생성하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
12. 제11항에 있어서,

    상기 적분부는 저항과 캐패시터를 포함하며, 상기 캐패시터에 상기 신호 변환부의 출력신호를 충전시키는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
13. 제11항에 있어서,

    상기 기준 전압 발생부는 바이어스 전원과 상기 바이어스 전원의 전압을 분배하는 하나 이상의 전압 분배 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
14. 제11항에 있어서,

    상기 비교부는 상기 적분부의 출력 신호와 상기 기준 전압 발생부의 출력 신호를 입력으로 하는 OP 앰프를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
15. 제1항에 있어서,

    상기 레벨 조절부는 상기 과부하 지시 신호 생성부의 적분 시간을 조절하여 과부하 검출 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
16. 제1항에 있어서,

    상기 레벨 조절부는 상기 과부하 지시 신호 생성부의 상기 기준 전압을 조절하여 과부하 검출 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
17. 제12항 또는 제15항에 있어서,

    상기 적분 시간의 조절은 상기 캐패시터로 가변 캐패시터를 이용하여 상기 가변 캐패시터의 용량을 조절하는 것임을 특징으로 하는 회로 차단기.
18. 제12항 또는 제15항에 있어서,

    상기 적분 시간의 조절은 상기 저항으로 가변 저항을 이용하여 상기 가변 저항의 크기를 조절하는 것임을 특징으로 하는 회로 차단기.
19. 제13항 또는 제16항에 있어서,

    상기 기준 전압의 조절은 상기 바이어스 전원과 연결된 저항을 가변 저항으로 하여 상기 가변 저항을 조절하여 출력되는 기준 전압을 조절하는 것임을 특징으로 하는 회로 차단기.
20. 제1항에 있어서,

    상기 조절 스위치는 미리 설정된 과부하 검출 레벨을 사용자가 선택할 수 있도록 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
21. 제1항에 있어서,

    과부하 또는 아크 결함 및 접지 결함을 포함하는 다른 원인에 의해 상기 도전선이 차단될 경우, 상기 과부하 지시 신호 생성부에 적분된 신호를 방전하는 방전 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
22. 제12항 제21항에 있어서,

    상기 방전 제어부는 회로의 차단 신호를 게이트 단자에 입력받으며, 상기 회로 차단 신호를 입력받을 경우 턴-온 되어 상기 캐패시터를 접지시키는 SCR을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
23. 제12항 또는 제21항에 있어서,

    상기 방전 제어부는 회로 차단 신호가 입력될 경우, 상기 캐패시터를 접지시키는 최소한 두 개의 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기.
24. 소스에서 부하로 전력을 전달하는 도전선에 결합되어 과부하가 발생할 경우 상기 도전선을 차단하는 과부하 검출 리셉터클에 있어서,

    사용자에 의해 상태가 조절되는 조절 스위치;

    상기 도전선에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;

    상기 전류 검출부에서 출력하는 신호를 정류하고 과부하 판단에 적절한 신호가 되도록 신호의 레벨을 변환하는 신호 변환부;

    상기 신호 변환부에서 출력하는 신호를 적분하고, 적분된 신호를 기준 전압과 비교하여 과부하 지시 신호를 출력하며, 과부하 지시 신호 생성부;

    상기 조절 스위치의 상태에 따라 상기 과부하 지시 신호 생성부의 과부하 검출 레벨을 조절하는 레벨 조절부; 및

    상기 과부하 지시 신호가 출력될 경우, 이를 수신하여 상기 도전선을 차단하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리셉터클.
25. 제24항에 있어서,

    상기 레벨 조절부는 상기 과부하 지시 신호 생성부의 적분 시간을 조절하여 과부하 검출 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 리셉터클.
26. 제24항에 있어서,

    상기 레벨 조절부는 상기 과부하 지시 신호 생성부의 상기 기준 전압을 조절하여 과부하 검출 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 리셉터클.
27. 제24항에 있어서,

    상기 과부하 지시 신호 생성부는

    상기 신호 변환부의 출력 신호를 축적하는 적분부;

    과부하라고 판단되는 미리 설정한 기준 전압을 발생시키는 기준 전압 발생부; 및

    상기 기준 전압 발생부의 출력 전압과 상기 적분부의 출력 전압을 비교하여 과부하 지시 신호를 생성하는 비교부를 포함하며,

    상기 적분부는 저항과 캐패시터를 포함하여 상기 캐패시터에 상기 신호 변환부의 출력신호를 충전시키는 것을 특징으로 하는 리셉터클.
28. 제25항 또는 제27항에 있어서,

    상기 적분 시간의 조절은 상기 캐패시터로 가변 캐패시터를 이용하여 상기 가변 캐패시터의 용량을 조절하는 것임을 특징으로 하는 리셉터클.
29. 제25항 또는 제27항에 있어서,

    상기 적분 시간의 조절은 상기 저항으로 가변 저항을 이용하여 상기 가변 저항의 크기를 조절하는 것임을 특징으로 하는 리셉터클.
30. 제26항에 있어서,

    상기 기준 전압의 조절은 기준 전압 발생부에 가변 저항을 연결하여 상기 가변 저항의 크기를 조절하는 것임을 특징으로 하는 리셉터클.