KR200312734Y1 - 전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치에 관한 것이다.

전류제어(4∼20mA)회로의 동작은 기기자체동작전원과 명령신호를 전부 전류로 전달하며, 단일선로를 이용하고 있다. 따라서 제어기기에 대한 신호왜곡을 방지하기 위해서는 고정밀전류의 센싱(sensing)을 위하여 소자나 회로가 복잡하여지면서 원가상승이 되고 있다.

본 고안은 정전압의 회로가 간략하며 내부적으로는 양 전원을 사용하는 효과를 같이 볼 수 있도록 정전원 부에는 일반적인 Tr(Transistor)와 제너다이오드(Zener Diode)로 회로를 구성하여 약 6.8Volt를 유지하게 하였으며 입력이 35Volt까지 상승하여도 6.8Volt는 유지하고, 음전원부는 정밀 제너다이오드로서 1.2Volt로 구성된 전원회로를 이용하므로서 고가의 전원회로와 정전압회로가 없이도 정밀한 전원공급이 가능하도록 하였다.

Description

전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치{Electric supplying system for small electronic equipment}

본 고안은 전류 제어기기용 전원공급장치, 특히 전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치에 관한 것이다.

전류를 이용한 제어기기는 전류 원에서 전원도 공급받고 또한 명령도 전류로 받기 때문에 즉, 단일선로를 이용하여 전원도 공급받고 신호도 전달받는 것이다. 그러므로 장거리(최장 1Km)에서도 전달받고자하는 전류가 왜곡되지 않고 수신되기 위해서는 정밀한 전류를 센싱하여야 되는데 강한 전류로 제어하기에는 소자나 회로가 복잡해지고 가격이 높아질 수밖에 없다. 그러므로 적은 전류원(4∼20mA)으로 제어하게되는데 이 전류 원으로 구동해야하는 회로는 기본적인 Digital회로(Micom,Memoyr, LCD)와, Motor, A/D 컨버터, D/A 컨버터, Analog 회로 등의 전원을 공급하여야한다. 이러한 회로는 세계적으로 수많은 공장자동화에 사용되어지고 있다.

기존회로는 0∼4mA 범위의 전류 값에 해당하는 즉, 5Volt을 기준으로 설명하면 0∼4mA의 전압변환 0.8Volt의 범위를 A/D변환 할 때 무시하거나 이를 이용하기 위해 복잡한 회로를 사용하여야 되었고, 또한 기기의 전원을 전류 원에서 공급받는데 있어 양 전원을 사용 할 수 없으므로 별도의 전원회로를 내장하여야하므로 원가도 상승하고 부피도 커지게 된다.

더불어 회로의 복잡성 때문에 정밀도 또한 결여되는 단점이 있다.

또한 전류 원의 전압은 약 24Volt로서 규정상 10Volt 이내로 유지하여 주어야되는바 약 10Volt의 정전압회로가 필요하다.

본 고안은 기존의 정전압회로와 전원회로에 대한 고가의 소자나 회로의 설치없이도 전류원으로 부터 고정밀 전원의 공급이 가능한 전류센싱장치와 그 전원회로를 제공하고자 한다.

또한 복잡한 회로나 소자의 설치를 간략화하여 회로간 편차의 발생을 없애고, 소형화하는 동시에 원가가 획기적으로 절감된 전류센싱장치 및 그 전원회로를 제공하고자 한다.

도 1 은 본 고안의 전체적인 구성을 보여주는 블록도임.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,2:(+)(-)전류원공급선 10:정전원부 20:음전원부 30: 전류센싱저항센서부 40:OP앰프 50:노이즈제거회로 60: LPF

본 고안은 전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치를 간략하게 구성하는 동시에 내부적으로는 양 전원을 사용하는 효과를 같이 볼 수 있도록 구성한 전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로는 도1에 도시하듯이 기존의 (+)(-)전류원공급선(1)(2)의 사이에 정전원부(10), 음전원부(20) 그리고 전류센싱저항센서부(30)을 직렬배치토록하면서, 음전원부(20)은 OP앰프(40)와 신호연결하는 동시에 상기한 OP앰프는 또다른 노이즈제거회로(50)와 연결토록 하여 OP앰프의 출력선이 LPF(60)와 연결토록하였다.

또한 전체시스템에 대한 전류공급은 (+)전류원공급선(1)의 말단에 LDO(Low DropOut)전원레귤레이터(60)과 연결토록 하여 무효한 전원의 낭비를 막도록 구성하였다.

본 고안에서 정전원부(10)에는 일반적인 Tr(Transistor)와 제너다이오드(Zener Diode)로 회로를 구성하여 약 6.8Volt를 유지하게 하였으며 입력이 35Volt까지 상승하여도 6.8Volt는 유지된다.

본 고안에서 정전원부(20)는 전류 원의 기기의 전압이 통상 24Volt로 유지하고 있다. 이 전원은 기기의 사용 목적에 따라 가스에 노출 될 수 있기 때문에 가급적 전압을 낮은 상태로 유지되어야하는 규정이 있는데 이런 규정을 따르기 위해 10Volt미만으로 유지 될 수 있게 하여야하는바 너무 낮으면 내부에서 사용하는 Motor를 구동 할 수 없기 때문에 약 6∼8Volt는 유지되어야한다. 그래서 본 고안회로에서는 6.8Volt로 유지되게 설계하였으며 원리는 제너다이오드의 특성을 이용하여 Tr의 순 저항의 변화를 이용한 것으로 정전압의 특성을 활용한 것이다.

본 고안에서 음전원부(20)는 정밀 제너다이오드로서 1.2Volt로 구성된 전원회로이다. 고안된 회로의 특징은 양 전원을 사용하는 효과를 보면서 정밀도는 매우 높게 유지할 수 있는 것이 특징이며 또한 회로의 간략화로 원가는 기존의 50%정도로 절약할 수 있다. 즉, 음전원부는 단순하게 OP앰프의 부 전원을 공급하여 센싱전압이 부 전압이라 하여도 OP앰프의 동작을 정밀하게 해주는 목적이 있으며 이 음전원은 정밀 제너다이오드로서 1.2Volt를 유지하여준다. 즉 음전원부는 센싱전압의 부(-)전압을 증폭 조절하기 위한 회로이다.

도시하듯이 전류 센싱를 모든 회로의 동작전류를 모아서 저항을 통해 외부의 (-)전원공급선(2)에 연결하고 (-)전원공급선에 연결된 최종 단에서 전류를 센싱함으로서 아주 적은 변화에도 센서의 동작은 매우 민감하게 동작하게 하였으며, 회로의 간략화를 위해 0∼4mA의 범위에서는 센싱하지 않게 하였으며 4mA에서부터 전류의 흐름을 센싱 할 수 있도록 "0"볼트 전위 조절회로를 첨부하였으며 고안된 회로의 기능은 필요 없는 부분의 전류를 센싱하지 않게 하여 4mA를 기준으로 A/D의 변환이 "0"부터 시작하게 하여 A/D 컨버터의 활용을 높이기 위한 회로이다.

본고안에서 노이즈제거회로(50)는 이 회로에 통신모뎀을 추가하여 사용하더라도 이러한 통신신호가 전류 센싱에 영향을 주지 않게 하여 정밀도를 유지하기 위한 회로이다. 여기에서 사용되는 OP Amp는 소모전류가 아주 작아야된다. 기존회로에서는 가격이 매우 높은 부품을 사용할 수밖에 없으나 본 고안에서는 일반적인 부품정도로 사용하여도 되고 정밀도가 유지되는 장점이 있는데 이는 양 전원을 공급받는 회로를 채택하였기 때문이다.

본 고안에서 "0"전위조절회로(70)는 회로구성상 -1.2Volt에 전류 센싱 값을 더한 전압이 검출되는데 1.2Volt를 같이 증폭할 경우 오차는 물론 2차 측에서 사용하는데 문제가 된다.

여기서는 저항으로 +1.2Volt를 인가 -1.2Volt를 상쇄시켜 실제 2차 측에서 사용하는 센싱값만 검출 할 수 있게 한 것이 두드러진 특징인데 중요한 것은 인가되는 +1.2Volt 또한 같은 전류 원에서 만들어진 전압인데 이 전압은 Low Drop IC에 의해 만들어지고 또한 출력오차가 0.2%이하이므로 사용상 정밀도는 매우 안정적이다.

본 고안에서 OP앰프(40)의 동작은 전류를 전압으로 변환하여 A/D 컨버터에 공급하기 위한 회로인데 여기서는 A/D 컨버터의 Reference전압에 맞게 조절하는 기능이 첨가되어있는 것이다.

이 회로는 아주 작은 센싱전압을 A/D 컨버터에 그대로 공급하면 변환된 값이 아주 작아서 변환오차를 많이 나게 하므로 이러한 오차도 줄이고 또한 최대 출력 값과 A/D 컨버터의 Reference의 전압과 동일하게 만들어주는 기능을 한다. 기존의 회로에서는 A/D 컨버터의 변환 값이 12bit 기준 4095개인데 0∼4mA부분을 무시하고 상한 일부를 무시하고 사용하기 때문에 실질적으로 사용되는 A/D값은 75%정도인데 반해 고안회로에서는 98%이상 사용 할 수 있게 OP앰프회로에서 상한과 하한 폭을 조절하여 주는 기능을 한다.

본 고안에서 LPF회로는 회로자체에서 발생될 수 있는 내부잡음을 억제 또는 걸러주는 기능으로 A/D 컨버터의 입력에 아주 깨끗한 신호만을 공급하기 위한 회로이며, 이 회로를 지나 출력된 신호는 최종 목적한 아나로그신호가 되는 것이다.

본 고안에서 LDO(Low Drop Output)전원부는 회로전체(Digital회로 포함)전원을 공급하는 전원부로서 DC3.3Volt를 출력하여주는데 LDO를 사용한 것은 전류 원의 전원의 소모를 최소화하기이한 목적이다. 이 출력은 센싱회로의 -1.2Volt를 상쇄시키는데 아주 정밀한 전원이 필요한데 여기서 공급하여주고 또한 A/D 컨버터와 디지털회로에도 전원을 공급하여 전체적으로 전원의 안정을 도모하여 전반적인 시스템의 정밀도를 높일 수가 있다.

이상 본 고안은 기존에 장거리 전류신호제어를 위하여 고가의 소자나 회로의 별도설치가 불가피하면서도 목적한 만큼의 정밀제어가 어렵고, 특히 원가의 상승은 물론 부피가 커지는 문제점을 최소화 하는데 있었다.

본 고안은 전류 센싱를 모든 회로의 동작전류를 모아서 저항을 통해 외부의 음전원공급선(2)에 연결하고 음전원공급선에 연결된 최종 단에서 전류를 센싱함으로서 아주 적은 변화에도 센서의 동작은 매우 정확하면서도 원가는 기존의 50%정도로 절약할 수 있다.

Claims (3)

1. 기존의 (+)(-)전류원공급선(1)(2)의 사이에 정전원부(10), 음전원부(20) 그리고 전류센싱저항센서부(30)을 직렬연결하며,

   상기한 음전원부(20)는 OP앰프(40)와 신호연결하는 동시에 상기한 OP앰프는 또다른 노이즈제거회로(50)과 언결토록 하여 불필요한 노이즈의 입력을 차단토록 하여 그 출력선이 LPF(60)와 연결토록하며,

   상기한 (-)전류원공급선(2)은 모든 회로의 동작전류를 모아서 외부의 음전원공급선(2)에 연결하고 음전원공급선에 연결된 최종 단에서 전류를 센싱토록 하는 "0"전위조절회로(70)를 설치하여 상기한 노이즈제거회로(50)와 신호연결토록하며,

   상기한 (+)전류원공급선(1)은 LDO전원부를 매개로 다른 회로에도 전원공급이 가능토록 구성한 전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   정전원부(20)는 6∼8Volt는 유지하도록 제너다이오드와 Tr의 순 저항의 변화를 이용하는 것을 특징으로 하는 것을 전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   음전원부(20)는 정밀 제너다이오드에 의하여 1.2Volt로 구성하되, OP앰프의 부 전원을 공급하여 센싱전압이 부 전압이라 하여도 OP앰프의 동작을 정밀하도록 하는 것을 특징으로 하는 전류원을 전원으로 공급받는 전류센싱장치.