KR20050016197A

KR20050016197A - 전력 변환 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20050016197A
Application number: KR1020040062006A
Authority: KR
Inventors: 아사노히로아끼
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2005-02-21
Also published as: US20050036250A1; JP2005057965A

Abstract

전력 변환 장치는 전원부터 공급되는 전력을 다른 형태로 변환하고 그 전력을 출력 라인에 출력한다. 이 장치는 누전 검출기와 모의 누전 발생기를 구비한다. 누전 검출 신호가 소정의 시간내에 출력되고, 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 누전 검출 신호의 출력이 정지되는 경우, 제어부는 전력부가 전력을 계속해서 출력하게 한다. 그 신호가 소정의 시간내에 출력되지 않거나 또는 그 신호의 출력이 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되지 않는 경우, 제어부는 전력부를 정지시킨다. 따라서, 이 장치는 누전 검출기의 이상을 검출하고 그 검출기가 정상 상태에 있는 경우에는 중단 없이 전력을 계속해서 공급한다.

Description

전력 변환 장치 및 그 제어 방법 {POWER CONVERTER APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 전력 변환 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 누전 검출기를 구비한 전력 변환 장치에 관한 것이다.

누전 보호 기능을 갖는 통상적인 가정용 콘센트는 도 5 에 나타낸 바와 같은 회로 구성을 구비한다. 누전 보호 기능을 갖는 콘센트는 누전 차단기 (36) 를 통합한다. 누전 차단기 (36) 은 소위 영상변류기 (ZCT) 라 하는 센서 (32), 그 센서 (32) 의 검출 전압을 증폭하는 증폭기 (33), 및 브레이커 접점을 개방시키는 트립 코일 (35) 을 구비한다. 콘센트 (31) 는, 의도적으로 모의 누전상태를 발생시키기 위하여, 저항 (37) 과 푸시버튼 스위치 (38) 가 직렬접속된 누전 회로 (39) 를 구비한다. 푸시버튼 스위치 (38) 가 눌러지면, 콘센트 (31) 은 누전이 발생하는 경우와 동일한 상태가 된다. 만일 누전 차단기 (36) 가 정상이면, 트립 코일 (35) 이 작동되어 브레이커 접점 (34) 을 개방시킨다. 누전 차단기 (36) 가 정상인 것을 체크한 이후에, 브레이커 접점 (34) 을 폐쇄 상태로 복귀시킨다.

그러나, 콘센트 (31) 는 사용자가 푸시 버튼 스위치 (38) 를 조작하여 누전 차단기 (36) 가 정상적으로 작동하는지를 확인할 필요가 있다. 따라서, 사용자가 누전 차단기 (36) 를 점검하지 않으면, 누전 차단기 (36) 가 고장난 경우에도 고장난채 방치될 수도 있다. 따라서, 누전이 실제로 발생하였을 때, 누전 차단기 (36) 가 효과적으로 기능하지 않을 수도 있다.

이 문제를 해결하기 위하여, 누전 차단기가 정상인지를 자동적으로 체크하는 장치가 제안되고 있다(예를 들어, 일본 특개평 제 6-88368 호 공보 및 제 9-46886 호 공보). 상기 제 6-88368 호 공보는 비데 변기 시트용 누전 브레이커 체크 장치를 제안한다. 체크 장치는 상용 AC 전원 라인에 접속되며, 접점과 모의 누전 수단으로 이루어지는 누전 브레이커를 구비한다. 접점은 AC 전원 라인을 단절하는 누전이 있는 경우에 개방된다. 모의 누전 수단은 상용 AC 전원 라인에서 모의 누전을 생성한다. 체크 장치는 그 변기 시트를 사용하는 횟수를 누적하는 카운팅 수단과 그 누적된 값이 소정의 값을 초과하는 경우에 테스트 신호를 모의 누전 수단에 전송하는 누전 테스트 수단을 구비한다. 체크 장치는 판정부를 포함하는 변기 시트 제어기를 구비한다. 누전 테스트 수단이 누전 브레이커를 체크하는 경우, 그 판정부는 브레이커 접점의 동작 상태를 나타내는 모니터 신호들을 해독하고, 누전 브레이커가 정상 또는 이상인지를 판정한다. 그 후, 판정부는 판정 결과를 표시한다.

상기 공보 제 9-46886 호는 누전 차단 수단을 구비하는 누전 방지 장치, 모의 동작부, 및 차단 동작 검출기를 개시하고 있다. 누전 차단 수단은 장치내의 누전의 발생에 응답하여 장치로의 전기 공급을 차단한다. 모의 동작부는 누전 차단 수단을 점검하기 위한 점검명령의 수신시에 누전 차단 수단을 모의동작시킨다. 차단 동작 검출기는 누전 차단 수단의 동작을 검출한다. 또한, 누전 방지 장치는 장치의 구동에 따라 자동적으로 점검 명령을 모의 동작부에 전송하는 제어 수단을 구비한다. 제어 수단은 차단 동작 검출기의 검출에 기초하여 누전 차단 수단의 상태를 자동적으로 점검한다.

상기 공보 제 6-88368 호 및 제 9-46886 호에 개시된 장치들에서, 누전 차단기는 사용자가 점검을 실행하지 않더라도 자동적으로 점검된다. 그러나, 장치로의 전기 공급은 누전 차단기가 정상인 경우에도 장치들에서 일시적으로 정지된다. 그 후, 장치로의 전기 공급은 누전 차단기의 개방된 브레이커 접접이 폐쇄된 이후에 재개된다. 즉, 종래의 장치들에서는, 장치로의 전기 공급이 불필요하게 중단된다. 또한, 개방된 브레이커 접점을 폐쇄 상태로 복귀시켜야 한다.

누전 차단기가 전기 모터의 변속 구동에 사용되는 인버터 장치에 부착되는 경우에, 일본 특개평 제 6-88368 호 공보 또는 제 9-46886 호 공보에 개시된 장치를 누전 검출기에 이상이 있는지를 검출하는데 사용하면, 전기 모터는 기동된 후 즉시 정지되고, 잠시 후에 재기동된다. 따라서, 전기 모터는 불필요하게 정지 및 재기동된다. 전기 장치의 전원에 대하여, DC/DC 변환기 및 AC/DC 변환기와 같은, 인버터 장치 이외의 전력 변환기를 이용하는 경우에, 동일한 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 누전 검출기의 이상을 검출하고 누전 검출기가 정상 상태인 경우에 전력을 중단 없이 계속해서 공급하는 전력 변환 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 그 장치를 제어하는 방법과도 관련된다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전력 변환 장치를 제공한다. 이 장치는 전원으로부터 공급된 전력을 다른 형태로 변환하고, 그 전력을 출력 라인에 출력한다. 이 장치는 스위칭 소자를 갖는 전력부를 구비한다. 출력 라인은 전력부에 접속된다. 전력부는 전원으로부터 공급된 전력을 다른 형태로 변환하고 그 전력을 스위칭 소자의 ON/OFF 동작에 의해 출력 라인에 출력한다. 누전 검출기는 출력 라인의 누전을 검출하고 누전 검출 신호를 출력한다. 모의 누전 발생기는 출력 라인의 모의 누전 상태를 발생시킨다. 판정부는 누전 검출 신호가 모의 누전 발생기의 소정 시간의 동작 이내에 출력되는지 판정하고, 누전 검출 신호의 출력이 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되는 지를 판정한다. 제어부는 판정부의 판정에 기초하여 전력부를 제어한다. 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되고 누전 검출 신호의 출력이 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되는 경우에, 제어부는 전력부가 계속해서 전력을 출력하게 한다. 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되거나 또는 누전 검출 신호의 출력이 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되지 않는 경우, 제어부는 전력부를 정지시킨다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전력 변환 장치를 제어하는 방법을 제공한다. 이 장치는 전원으로부터 공급되는 전력을 다른 형태로 변환하고 그 전력을 출력 라인에 출력한다. 이 방법은 출력 라인의 누전을 검출하고 누전 검출 신호를 출력한다. 출력 라인의 모의 누전 상태가 소정 시간 동안에 발생된다. 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되고 누전 검출 신호의 출력이 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되는 경우에, 출력 라인으로의 전력 출력을 지속한다. 출력 라인으로의 전력출력은, 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되지 않거나 또는 누전 검출 신호의 출력이 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되지 않은 경우에 정지된다.

본 발명의 다른 양태 및 이점은 발명의 원리들을 예를 들어 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 알 수 있다.

본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 도면과 함께 바람직한 실형태의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 인버터 장치 (10) 를 도 1(a) 및 도 2 를 참조하여 설명한다. 인버터 장치 (10) 는 배터리 (20) 의 DC 출력을 AC 출력으로 변환한다. 도 1(a) 은 이 실시형태에서 인버터 장치 (10) 인, 전력 변환 장치의 개략도이다. 도 2 는 누전이 검출되는 경우에 수행되는 동작들을 설명하는 흐름도이다.

도 1(a) 에 나타낸 바와 같이, 인버터 장치 (10) 의 부분을 형성하는 인버터부 (11) 는 이 실시형태에서 전력부 (12), 구동 회로 (13), 및 제어부 (14) 를 구비한다. 출력 라인들 (15a 및 15b) 은 전력부 (12) 에 접속되어 있다. 전력부 (12) 로부터의 전류는 출력 라인 (15a) 으로부터 출력 라인 (15b) 으로 흐르거나 또는 가역 방식에 의해 역방향으로 흐른다. 또한, 인버터 (10) 는 출력 라인 (15a 및 15b) 의 누전을 검출하는 누전 검출기 (16), 및 출력 라인 (15b) 에 모의 누전 상태를 발생시키는 모의 누전 발생기 (17) 를 구비한다.

전력부 (12) 는 DC-DC 변환기 (18) 및 DC-AC 인버터 (19) 를 구비한다. DC-DC 변환기 (18) 는 도시하지 않은 한 쌍의 스위칭 소자, 승압 트랜스, 및 정류 회로를 구비한다. DC-DC 변환기 (18) 는 배터리 (20) 로부터 공급되는 DC 전압을 승압하고 그 승압한 DC 전압 (예를 들어, 100 볼트로 승압된 DC 전압) 을 DC-AC 인버터 (19) dp 공급한다. DC-AC 인버터 (19) 는 H-브리지 회로 (미도시) 를 구비하며, DC-DC 변환기 (18) 에 의해 승압된 DC 전압을 AC 전압으로 변환한다. 즉, 전력부 (12) 는 이 실시형태에서 배터리 (20) 인, 전원으로부터 공급된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고, 이 AC 전력을 출력한다. DC-DC 변환기 (18) 및 DC-AC 인버터 (19) 는 예를 들어 공지된 구조를 갖는다.

DC-DC 변환기 (18) 및 DC-AC 인버터 (19) 는 몇몇 스위칭 소자들 (MOS 트랜지스터 등) 을 구비한다. 스위칭 소자들의 게이트들은 구동 회로 (13) 에 접속되어 있다. 구동 회로 (13) 는 제어부 (14) 에 접속되어 있다. 그 구동 회로 (13) 는 DC-DC 변환기 (18) 에서 DC 전압을 승압하고, 그 DC 전압을 DC-AC 인버터 (19) 에서 AC 전압으로 변환하기 위하여, 제어부 (14) 로부터의 제어 신호들에 기초하여 각 스위칭 소자의 ON/OFF 상태를 제어한다.

누전 검출기 (16) 는 영상 변류기 (ZCT;21) 및 증폭기 (22) 를 구비한다. 출력 라인 (15a,15b) 인 1 차 도체들은, ZCT (21) 의 링 코어 (21a) 를 통하여 연장되어 있다. 증폭기 (22) 는, 누전 전류에 비례하여, 도시하지 않은 검출 코일에서 발생된 전압을 증폭하고, 그 증폭된 전압을 제어부 (14) 에 전송한다.

모의 누전 발생기 (17) 는 저항 (23) 및 릴레이 (24) 에 의해 형성된다. 저항 (23) 은 누전 검출기 (16) 를 스트래들(straddle)하도록 릴레이 (24) 의 브레이커 접점 (24a) 을 통하여 출력 라인 (15b) 에 병렬로 접속되어 있다. 즉, 저항 (23) 의 일단은 브레이커 접점 (24a) 을 통하여 전력부 (12) 와 누전 검출기 (16) 사이의 출력 라인 (15b) 의 부분에 접속되어 있다. 저항 (23) 의 타단은 전력부 (12) 에 대하여 누전 검출기 (16) 의 반대측에 있는 동일한 출력 라인 (15b) 의 부분에 접속되어 있다. 브레이커 접점 (24a) 은 릴레이 (24) 가 여기되는 경우에 폐쇄되며, 릴레이 (24) 가 여기해제되는 경우에 개방된다. 폐쇄되는 경우에, 브레이커 접점 (24a) 은 전기를 흐르게 할 수 있다.

제어부 (14) 는 도시하지 않은 중앙처리장치 (CPU) 및 메모리를 구비하는 마이크로프로세서이다. 이 마이크로프로세서는 제어기로서 기능한다. 메모리는 DC-DC 변환기 (18) 및 DC-AC 인버터 (19) 를 구동하는데 요구되는 여러 제어 프로그램들을 저장한다. 또한, 메모리는 소정의 시간 동안에 모의 누전 발생기 (17) 를 작동시키는 제어 프로그램, 및 누전이 누전 검출기 (16) 로부터의 출력에 기초하여 발생하는지를 판정하고 누전 검출기 (16) 가 있는지를 판정하는 프로그램을 저장한다. 소정 시간은 누전을 검출하는데 필요한 최소 시간 보다 더 긴 시간으로 설정되어 있다. 소정 시간은 필요에 따라 변경될 수 있다.

누전 발생의 판정은 제어부 (14) 에 프로그램으로서 형성되는 판정 회로 (25) 에 의해 수행된다. 그 판정 회로 (25) 는, 증폭기 (22) 의 출력 전압이 소정의 값 이상인 경우에 누전상태에 있다고 판정한다.

제어부 (14) 는, 모의 누전 발생기 (17) 가 작동을 개시한 이후에 소정 시간이내에 누전 검출 신호가 누전 검출기 (16) 로부터 출력되는지를 판정하고, 누전 검출기 (16) 가 작동 정지 명령의 출력에 기초하여 누전 검출 신호를 출력하는 것을 정지했는지를 판정하는 판정부를 구성한다. 판정부는, 누전 검출기 (16) 가 소정의 시간 이내에 누전 검출 신호를 출력하고 작동 정지 명령의 출력에 기초하여 누전 검출 신호의 출력을 정지하는 경우에, 누전 검출기 (16) 가 정상인지를 판정한다. 판정부는 누전 검출기 (16) 가 소정의 시간 이내에 누전 검출 신호를 출력하지 않거나 또는 작동 정지 명령의 출력에 기초하여 누전 검출 신호의 출력을 정지하지 않는 경우에, 누전 검출기 (16) 가 이상인지를 판정한다.

제어부 (14) 는 모의 누전 발생기 (17) 를 작동 및 정지시키는 제어 프로그램에 기초하여, 도시되지 않은 출력 회로를 통하여 릴레이 (24) 에 접속되어 있다. 전력부 (12) 의 기동시에, 제어부 (14) 는 릴레이 (24) 의 여기 명령 즉, 모의 누전 발생기 (17) 의 작동 명령을 출력한다. 그 후, 작동 명령이 출력된 경우로부터 소정 시간이 경과한 이후에, 제어부 (14) 는 릴레이 (24) 의 여기해제 명령 즉, 모의 누전 발생기 (17) 의 작동 정지 명령을 출력한다.

전력부 (12) 의 기동 이후에, 누전 검출기 (16) 가 판정부의 판정에 기초하여 정상이라고 판정되면, 제어부 (14) 는 전력부 (12) 로부터의 출력을 지속한다. 한편, 누전 검출기 (16) 가 이상이라고 판정된 경우, 제어부 (14) 는 전력부 (12) 로부터이 출력을 정지하도록 전력부 (12) 를 제어한다.

이하, 상술한 바와 같이 형성된 인버터 장치 (12) 의 동작들을 설명한다.

도시하지 않은 기동 스위치가 스위치 온되면, DC-DC 변환기 (18) 의 스위칭 소자의 ON/OFF 상태는, 배터리 (20) 의 전압보다 더 높은 전압이 DC-DC 변환기 (18) 로부터 DC-AC 인버터 (19) 로 공급되도록 제어된다. 또한, DC-AC 인버터 (19) 의 스위칭 소자의 ON/OFF 상태는, DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 출력 라인들 (15a, 15b) 에 전송하도록 제어된다.

또한, 기동 스위치를 온으로 스위칭하면 누전 검출기 (16) 에 이상이 있는지를 체크하는 동작을 개시한다. 다음으로, 그 동작을 도 2 의 흐름도를 참조하여 설명한다.

단계 S1 에서, 제어부 (14) 는 작동명령을 모의 누전 발생기 (17) 로 전송한다. 즉, 릴레이 (24) 에 여기 명령을 전송한다. 그 후, 브레이커 접점이 폐쇄되면, 저항 (23) 은 출력 라인 (15a) 에 ZCT (21) 를 바이패스하는 전기경로를 형성한다. 즉, 출력 라인 (15b) 는 모의 방식으로 단락되며, 이는 모의 누전 상태를 형성한다. 모의 누전 상태가 발생하는 경우, 출력 라인들 (15a, 15b) 을 통하여 흐르는 전류값들 사이에 차이가 발생하고, 누전 전류에 대응하는 전압이 ZCT (21) 의 2 차 코일에 발생된다. 그 후, 증폭기 (22) 에 의해 증폭된 신호를 판정 회로 (25) 로 전송한다.

단계 S2 에서, 제어부 (14) 는 누전 검출 신호가 출력되는지 즉, 누전이 판정 회로 (25) 에 의해 검출되는 지를 판정한다. 누전이 검출되는 경우, 제어부 (14) 는 단계 S3 으로 진행한다. 단계 S3 에서, 제어부 (14) 는 소정 시간이 경과했는지를 판정한다. 단계 S3 에서 소정 시간이 경과하지 않았다고 판정되면, 제어부 (14) 는 단계 S2 로 복귀한다. 만일 소정 시간이 경과했다고 판정되면, 제어부 (14) 는 단계 S4 로 진행하고 작동 정지 명령을 모의 누전 발생기 (17) 에 출력한다. 즉, 제어부 (14) 는 릴레이 (24) 로 소자 명령 신호를 전송한다. 릴레이 (24) 가 소자 명령을 수신하는 경우, 브레이커 접점 (24a) 은 개방되고 모의 누전 상태가 해제된다.

그 후, 제어부 (14) 는 단계 S5 로 진행하고 누전이 판정 회로 (25) 에 의해 검출되는지를 판정한다. 누전이 단계 S5 에서 검출된다고 판정되면, 제어부 (14) 는 단계 S6 로 진행하여 출력부 (12) 의 출력을 정지시킨다. 이는 모의 누전이 정지되더라도 누전이 검출되는 경우, 실제 누전이 존재하기 때문이다. 따라서, 위험을 방지하기 위하여 전력부 (12) 의 출력을 정지한다.

한편, 단계 S5 에서 누전이 검출되지 않은 경우, 제어부 (14) 는 단계 S7 로 진행하여 전력부 (12) 의 출력을 지속하고, 누전 검출기 (16) 의 이상 유무를 체크하는 동작을 종료한다. 이는 누전이 모의 누전이 발생되는 상태에서 검출되고 누전이 모의 누전이 정지되는 경우에 검출되지 않는 경우에, 누전 검출기 (16) 가 정상이기 때문이다.

누전이 단계 S2 에서 검출되지 않는 경우, 제어부 (14) 는 단계 S8 로 진행하여 모의 누전 발생기 (17) 가 작동 개시한 경우로부터 소정 시간이 경과했는지를 판정한다. 만일 소정 시간이 경과되지 않았으면, 제어부 (14) 는 단계 S2 로 복귀한다. 만일 소정 시간이 경과되었으면, 제어부 (14) 는 단계 S6 으로 진행하고 전력부 (12) 의 출력을 정지시킨다. 이는 모의 누전이 발생되는 경우로부터 소정 시간이 경과되더라도 누전이 검출되지 않는 경우, 누전 검출기 (16) 에 이상이 있을 가능성이 높기 때문이다. 따라서, 이 경우에도 전력부 (12) 의 출력이 지속되면, 누전 검출기 (16) 는, 누전이 실제로 발생한 경우에 누전을 검출하지 못 할 수도 있다.

누전 검출기 (16) 의 이상 유무를 체크한 이후에, 누전 검출기 (16) 가 정상으로 판정되면, 전력부 (12) 로부터의 AC 전압의 출력을 지속한다. 실제 누전이 발생한 경우 즉, 누전 검출기 (16) 가 모의 누전 발생기 (17) 가 작동하지 않는 경우에 누전을 검출하는 경우, 제어부 (14) 는 구동 명령을 구동 회로 (14) 로 전송하는 것을 정지하고, 전력부 (12) 로부터의 전력 (AC 전압) 의 출력을 정지시킨다.

바람직한 실시형태는 이하의 이점을 제공한다.

(1) 인버터 장치 (10) 는 전력부 (12), 누전 검출기 (16), 및 모의 누전 발생기 (17) 를 구비한다. 전력부 (12) 는 스위칭 소자의 ON/OFF 동작에 의해 배터리 (20) 로부터 공급되는 전력을 변환한다. 누전 검출기 (16) 는 전력부 (12) 에 접속된 출력 라인 (15b) 의 누전을 검출한다. 모의 누전 발생기 (17) 는 출력 라인 (15b) 에 모의 누전 상태를 발생시킨다. 인버터 장치 (10) 는 판정부 및 제어부 (14) 를 구비한다. 판정부는 모의 누전이 발생한 경우에 누전 검출기 (16) 가 정상적으로 작동하는지를 판정한다. 만일 누전 검출기 (16) 가 정상인 경우, 제어부 (14) 는 전력부 (12) 의 출력을 지속하고, 만일 누전 검출기 (16) 가 이상인 경우에, 제어부 (14) 는 전력부 (12) 의 출력을 정지시킨다. 따라서, 누전 검출기 (16) 의 이상의 유무는 모의 누전을 검출하는 동시에 만일 누전 검출기 (16) 가 정상인 경우에는 전기 공급을 중단시키지 않고 체크될 수 있다. 그 결과, 누전 차단기를 구비한 종래의 장치와는 달리, 전기 공급의 불필요한 중단 및 누전 차단기의 복귀 동작이 제거된다.

(2) 릴레이 (24) 의 브레이커 접점 (24a) 이 폐쇄되는 경우, 모의 누전 발생기 (17) 의 저항 (23) 은 전력부 (12) 와 누전 검출기 (16) 사이의 출력 라인 (15b) 의 부분을 전력부 (12) 에 대하여 누전 검출기 (16) 의 반대측에 있는 동일한 출력 라인 (15b) 의 부분에 접속하는 전기 경로를 형성한다. 따라서, 모의 누전 발생기 (17) 를 통한 전류도 또한 출력 라인 (15b) 을 통하여 장치 (부하) 에 출력된다. 따라서, 누전 검출기 (16) 의 이상 유무는 인버터부 (11)(전력부 (12)) 의 부하를 증가시키지 않고 검출된다.

(3) 모의 누전 발생기 (17) 는 적어도 전력부 (12) 가 기동되는 경우에 소정 시간동안 작동된다. 따라서, 누전은 적어도 전력부 (12) 가 기동되는 경우에 발생되고, 누전 검출기 (16) 의 이상 유무가 검출된다. 그 결과, 사용자가 누전을 검출하기 위하여 특별한 조작을 수행하지 않더라고, 누전 검출기 (16) 의 이상 유무를 자동적으로 검출한다.

(4) 바람직한 실시형태를 차량용 인버터 장치 (10) 에 적용한다. 차량용 인버터 장치 (10) 는 긴 기간동안 사용되지 않으므로, 전력부 (12) 의 기동시에 누전 검출기 (16) 를 점검하면 누전 검출기 (16) 의 신뢰성을 충분히 유지할 수 있다.

(5) 누전 검출기 (16) 에 ZCT (21) 를 이용하면 다른 센서들과 비교하여 누전의 검출이 용이하게 된다.

(6) 마이크로컴퓨터는 소정 시간 동안에 모의 누전 발생기 (17) 를 작동시키는 작동 수단과 누전 검출기 (16) 의 이상 유무를 판정하는 판정부를 구성한다. 이는 부품 개수를 감소시키고, 소정 시간의 설정을 용이하게 한다.

(7) 전력부 (12) 는 AC 전압을 출력한다. 따라서, 바람직한 실시형태의 전력 변환 장치는 차량용 인버터 장치에 적합하다.

본 발명은 이하의 형태들로 구현될 수도 있다.

도 1(b) 에 나타낸 바와 같이, 모의 누전 발생기 (17) 의 저항 (23) 의 일단은 릴레이 (24) 의 브레이커 접점 (24a) 을 통하여 전력부 (12) 와 누전 검출기 (16) 사이의 출력 라인 (15a) 의 부분에 접속될 수도 있으며, 저항 (23) 의 타단은 전력부 (12) 에 대하여 누전 검출기 (16) 의 반대측에 있는 다른 출력 라인 (15b) 의 부분에 접속될 수도 있다. 이 경우, 모의 누전 발생기 (17) 는, 그 작동 동안에, 다른 라인 (15b) 을 이용하여 출력 라인 (15a) 을 접속하는 동시에 누전 검출기 (16) 를 스트래들링한다. 또한, 도 1(c) 에 나타낸 바와 같이, 저항 (23) 의 일단은 전력부 (12) 에 대하여 누전 검출기 (16) 의 반대측에 있는 출력 라인 (15a) 의 부분에 접속될 수도 있고, 저항 (23) 의 타단은 릴레이 (24) 의 브레이커 접점 (24a) 을 통하여 전력부 (12) 와 누전 검출기 (16) 사이의 다른 출력 라인 (15b) 의 부분에 접속될 수도 있다.

도 1(b) 및 도 1(c) 에 나타낸 실시형태들에서, 릴레이의 브레이커 접점 (24a) 이 폐쇄된 경우, 전력부 (12) 를 포함하는 전기 경로의 폐쇄 루프는 출력 라인 (15a, 15b) 이 장치 (부하) 에 접속되지 않은 경우에도 형성된다. 따라서, 장치 (부하) 가 출력 라인들 (15a, 15b) 에 접속된 경우에도, 누전 검출기 (16) 의 이상 유무를 검출한다.

전력 변환 장치는 차량용 인버터 장치 (10) 로 제한적용되지 않고, 전원으로서 배터리 (20) 를 사용하는 다른 인버터 장치 또는 AC 전압을 AC-DC 변환기에 의해 DC 전압으로 변환한 후 그 DC 전압을 DC-AC 인버터 (19) 에 의해 AC 전압으로 변환하는 인버터 장치에 적용될 수도 있다.

바람직한 실시형태는 단상 교류용 인버터 장치에 제한적용되지 않고 3상 교류용 인버터 장치에 적용될 수도 있다.

누전 검출기 (16) 는 ZCT (21) 를 사용할 필요는 없다. 예를 들어, 누전 검출기 (16) 는 분로 저항형 전류센서 또는 홀소자형 전류센서를 사용할 수도 있다. 전력 변환 장치가 DC 전력을 출력하는 경우, 홀소자형 전류센서를 사용하는 것이 바람직하다. ZCT (21) 를 사용하는 경우, 단일 ZCT (21) 에 의해 누전을 검출 할 수 있다. 그러나, 분로 저항형 전류센서 또는 홀소자형 전류센서를 사용하는 경우, 누전을 정확하게 검출하기 위하여 각 출력 라인에 전류 센서를 제공해야 한다.

바람직한 실시형태는, 전력 변환 장치로서 기능하는, AC 전력을 출력하는 인버터 장치로 적용될 필요는 없고, DC-DC 변환기 및 AC-DC 변환기와 같이 DC 전력을 출력하는 전력 변환 장치에 적용될 수도 있다. 이 경우, 누전 검출기 (16) 는 ZCT (21) 대신에 홀소자형 전류 센서를 사용한다.

모의 누전 발생기 (17) 는 소정의 사이클 마다 소정 시간 동안 작동될 수도 있다. 예를 들어, 제어부 (14) 는 내장된 타이머에 의해 시간을 측정하여, 소정의 사이클 마다 소정의 시간 동안에 모의 누전 발생기 (17) 를 작동시키는 작동 명령을 출력한다. 이 경우, 모의 누전은 소정의 사이클 마다 발생되고, 누전 검출기 (16) 의 이상 유무가 검출된다. 소정의 사이클은 전력 변환 장치의 사용상태에 따라 설정된다. 따라서, 사용자가 누전을 검출하기 위한 조작을 하지 않더라도, 누전 검출기 (16) 의 이상 유무를 자동적으로 검출한다. 모의 누전이 소정의 사이클 마다 발생되므로, 누전 검출기 (16) 의 이상 유무는, 일단 전력 변환 장치가 기동되어 긴 시간 동안 계속해서 사용되는 경우에도 주기적 및 자동적으로 검출된다.

소정의 사이클은 전력부 (12) 의 기동에 상관 없이 설정될 수도 있거나 또는 전력부 (12) 의 기동에 기초하여 설정될 수도 있다. 소정의 사이클이 전력부 (12) 의 기동에 기초하여 설정되는 경우, 누전은 기동 시점에서 검출되는 것이 바람직하다. 그러나, 누전은 기동 시점에서 누전을 검출하지 않고 기동 이후에 소정의 사이클 마다 검출될 수도 있다.

모의 누전 발생기 (17) 를 형성하는 릴레이 (24) 대신에, 도 4 에 나타낸 포토 커플러 (26) 또는 반도체와 같은 무접점 스위치를 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 릴레이 (24) 와 같은 접점 스위치와 비교하여, 모의 누전 발생기 (17) 의 수명이 연장된다.

소정 시간 동안 모의 누전 발생기 (17) 를 작동시키는 작동 수단은 소프트웨어 대신에 하드웨어에 의해 구성될 수도 있다. 예를 들어, 전력부 (12) 의 기동시에 카운팅을 개시하는 타이머는 작동 수단으로서 제공되며, 전력부 (12) 의 기동 명령에 기초하여 스위칭되는 자기유지 (self-holding) 릴레이는 릴레이 (24) 로서 제공된다. 타이머의 정상 폐쇄 접점은, 저항 (23) 및 릴레이 (24) 가 접속되는 회로에 직렬로 접속된다. 이 구조에 의해, 릴레이 (24) 는 모의 누전 발생기 (17) 가 작동을 개시하도록 전력부 (12) 의 기동시에 여기된다. 타이머가 소정의 값을 카운트하는 경우, 릴레이 (24) 는 모의 누전 발생기 (17) 가 작동을 정지하도록 여기해제된다.

누전 검출기 (16) 의 이상 유무를 판정하는 판정부는 마이크로컴퓨터 대신에 하드웨어를 사용하여 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 비교기 (27), 배타적 논리합 회로 (28), 및 RS 플립-플롭 회로 (29) 인 래치 회로를 제공한다. 비교기 (27) 는 증폭기 (22) 의 출력을 기준 전압 (Vr) 과 비교한다. 증폭기 (22) 의 출력이 기준 전압 (Vr) 이상이면, 비교기 (27) 는 H 레벨의 신호를 출력한다. 비교기 (27) 의 출력 및 회로 (30) 의 출력은 배타적 논리합 회로 (28) 로 입력된다. 회로 (30) 는, 릴레이 (24) 가 온 (여기됨) 되는 경우에 H 레벨의 신호를 출력하고 릴레이 (24) 가 오프 (여기해제됨) 되는 경우에 L 레벨의 신호를 출력한다. RF 플립-플롭 회로 (29) 의 세트 단자 (S) 는 전원이 턴 온되는 경우에 펄스 신호를 수신하고, RS 플립-플롭 회로 (29) 의 리셋 단자 (R) 는 배타적 논리합 회로 (28) 로부터의 출력을 수신한다. RS 플립-플롭 회로 (29) 가 래치해제 상태 (세트 상태) 에 있는 경우, 제어부 (14) 는 제어 명령 신호를 구동 회로 (13) 에 출력할 수 있다. 한편, RS 플립-플롭 회로 (29) 는 래치된 상태 (리셋 상태) 에 있는 경우, 제어부 (14) 는 제어 명령 신호를 구동 회로 (13) 에 전송할 수 없다. 따라서, 전원이 턴 온 되는 경우, RS 플립-플롭 회로 (29) 는 전력부 (12) 의 출력이 허용되도록 래치해제된다. 그 후, H 레벨의 신호를 배타적 논리합 회로 (28) 로부터 리셋 단자 (R) 로 전송하는 경우, RS 플립-플롭 회로 (29) 는 전력부 (12) 의 출력이 정지되도록 리셋된다.

비교기 (27) 는 누전이 검출되는 경우에 H 레벨의 신호를 출력한다. 누전은 누전 검출기 (16) 가 정상인 경우 그리고 실제 누전 또는 모의 누전이 있는 경우에 검출된다. 릴레이 (24) 는 모의 누전이 발생되는 경우에 온 되므로, 회로 (30) 로부터 H 레벨의 신호를 출력한다. 따라서, 누전 검출기 (16) 가 정상인 경우, 배타적 논리합 회로 (28) 의 출력은 L 레벨이다. 모의 누전이 발생되지 않는 경우 릴레이 (24) 가 오프되므로, 회로 (30) 로부터 L 레벨의 신호를 출력한다. 이 때, 누전 검출기 (16) 가 정상이면, 비교기 (27) 는 L 레벨의 신호를 출력하고, 배타적 논리합 회로 (28) 의 출력은 L 레벨로 유지된다. 따라서, 누전 검출기 (16) 가 정상이면, 비교기 (27) 및 회로 (30) 의 출력이 변경되더라도, 배타적 논리합 회로 (28) 는 L 레벨의 신호를 출력하고, RS 플립-플롭 회로 (29) 의 출력은 H 레벨로 유지된다. 따라서, 전력부 (12) 로부터의 출력이 지속된다. 만일 누전 검출기 (16) 에 이상이 있으면, 비교기 (27) 는 H 레벨의 신호를 출력하는 동시에 회로 (30) 로부터 L 레벨의 신호를 출력하거나 또는 L 레벨의 신호를 출력하는 동시에 회로 (30) 로부터 H 레벨의 신호를 출력한다. 그 결과, H 레벨의 신호를 배타적 논리합 회로 (28) 로부터 RS 플립-플롭 회로 (29) 의 리셋 단자 (R) 로 전송한다. 그 후, RS 플립-플롭 회로 (29) 의 출력은 L 레벨이 되고, 전력부 (12) 의 출력은 정지된다.

모의 누전 발생기 (17) 의 작동은 자동적으로 수행될 필요는 없다. 예를 들어, 자동 작동 이외에, 모의 누전 발생기 (17) 는 수동으로 작동되도록 설계될 수도 있다. 다른 방법으로, 모의 누전 발생기 (17) 는 수동으로만 작동되도록 설계될 수도 있다. 모의 누전 발생기 (17) 가 수동으로 그리고 자동적으로 작동되는 구조에서, 예를 들어 수동 스위치는 릴레이 (24) 의 브레이커 접점 (24a) 에 병렬로 접속된다. 모의 누전 발생기 (17) 가 수동으로만 작동되는 구조에서, 예를 들어 수동 스위치는 릴레이 대신에 저항 (23) 에 직렬로 접속된다.

차량용 인버터 장치 (10) 로부터 출력된 AC 전압은 100V 일 필요는 없고, 가전 제품에 사용되는 AC 전압의 다른 레벨 (예를 들어, 110V, 200V) 일 수도 있다.

본 발명의 예 및 실시형태는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되며, 본 발명은 여기에 주어진 상세한 설명으로 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물 내에서 변경될 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 누전 검출기의 이상 유무를 체크할 수 있고, 정상 상태인 경우에는 전력공급을 중단하지 않고 전력공급을 계속할 수 있다.

도 1(a) 는 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 도면.

도 1(b) 는 본 발명의 변경된 실시형태를 나타내는 도면.

도 1(c) 는 본 발명의 변경된 실시형태를 나타내는 도면.

도 2 는 누전 (ground fault) 검출 동작을 나타내는 흐름도.

도 3 은 본 발명의 변경된 실시형태에 따른 판정부의 구성을 나타내는 블록도.

도 4 는 본 발명의 변경된 실시형태를 나타내는 도면.

도 5 는 누전 검출 기능 체킹 장치를 구비한 종래의 콘센트 (outlet) 를 나타내는 도면.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 인버터 장치 11 : 인버터부

12 : 전력부 13 : 구동 회로

14 : 제어부 15a, 15b : 출력 라인

16 : 누전 검출기 17 : 모의 누전 발생기

18 : DC-DC 변환기 19 : DC-AC 인버터

20 : 배터리 21 : 영상변류기

22 : 증폭기 23 : 저항

24 : 릴레이 25 : 판정 회로

Claims

전원으로부터 공급되는 전력을 다른 형태로 변환하고 그 전력을 출력라인에 출력하며,

스위칭 소자를 갖는 전력부로서, 상기 출력 라인은 상기 전력부에 접속되고, 상기 전력부는 전원으로부터 공급된 전력을 다른 형태로 변환하고 그 전력을 상기 스위칭 소자의 ON/OFF 동작에 의해 상기 출력 라인에 출력하는, 전력부; 및

상기 출력 라인의 누전을 검출하고 누전 검출 신호를 출력하는 누전 검출기를 구비하는 전력 변환 장치로서,

상기 출력 라인에 모의 누전 상태를 발생시키는 모의 누전 발생기;

누전 검출 신호가 상기 모의 누전 발생기의 소정 시간의 작동 이내에 출력되는지를 판정하고, 상기 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 상기 누전 검출 신호의 출력이 정지되는지를 판정하는 판정부; 및

상기 판정부의 판정에 기초하여 상기 전력부를 제어하는 제어부로서, 상기 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되고, 상기 누전 검출 신호의 출력이 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되는 경우에, 전력부가 계속해서 전력을 출력하게 하며, 상기 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되지 않거나 또는 누전 검출 신호의 출력이 상기 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되지 않은 경우에, 전력부를 정지시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 누전 검출기는 상기 출력 라인에 배치되며, 상기 모의 누전 발생기는, 그 작동 동안에, 상기 전력부와 상기 누전 검출기 사이의 출력 라인의 부분을 상기 전력부에 대하여 상기 누전 검출기의 반대측에 있는 출력 라인의 부분에 접속하는 전기 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 출력 라인은 한 쌍의 출력 라인 중 하나이며, 상기 누전 검출기는 상기 출력 라인들에 배치되며, 상기 모의 누전 발생기는, 그 작동 동안에, 전력부와 누전 검출기 사이의 출력 라인들 중 하나의 부분을 상기 전력부에 대하여 상기 누전 검출기의 반대측에 있는 출력 라인들 중 하나의 부분에 접속하는 전기 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 모의 누전 발생기의 작동 동안에 형성된 전기 경로는, 상기 전력부와 상기 누전 검출기 사이의 출력 라인들 중 하나의 부분을, 상기 전력부에 대하여 상기 누전 검출기의 반대측에 있는 동일한 출력 라인의 부분에 접속하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 모의 누전 발생기의 작동 동안에 형성된 전기 경로는, 상기 전력부와 상기 누전 검출기 사이의 출력 라인들 중 하나의 부분을, 상기 전력부에 대하여 상기 누전 검출기의 반대측에 있는 다른 출력 라인의 부분에 접속하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 모의 누전 발생기는 상기 전기 경로를 개방 또는 폐쇄하는 스위치를 구비하며, 상기 모의 누전 발생기는, 그 작동 동안에, 전력이 흐르도록 스위치를 폐쇄하는 것을 특징을 하는 전력 변환 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 모의 누전 발생기는, 그 작동 동안에, 상기 출력 라인에 전기 경로를 형성하며, 상기 전기 경로는 상기 누전 검출기를 스트래들(straddle)하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 출력 라인은 한 쌍의 출력 라인 중 하나이며,

상기 모의 누전 발생기는, 그 작동 동안에, 상기 출력 라인들 중 하나를 다른 출력 라인에 접속하는 동시에 상기 누전 검출기를 스트래들링하여 상기 전력부를 구비하는 폐쇄 루프 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 누전 검출기는 영상변류기 및 증폭기 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모의 누전 발생기는 적어도 상기 전력부의 기동시 소정 시간 동안에 작동하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모의 누전 발생기는 소정의 사이클 마다 소정 시간 동안 작동하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전력부는 직류를 교류로 변환하거나 또는 교류를 직류로 변환하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부 및 상기 판정부로서 기능하는 컴퓨터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 판정부는 비교기, 배타적 논리합 회로, 및 래치 회로에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
공급된 전력을 다른 형태로 변환하고 그 전력을 한 쌍의 출력 라인에 출력하며,

DC-DC 타입, DC-AC 타입, AC-DC 타입 및 AC-AC 타입의 변환기들 및 인버터들 중 하나 이상을 구비하는 전력부; 및

상기 출력 라인들의 누전을 검출하고 누전 검출 신호를 출력하며, 상기 출력 라인들에 배치되는 누전 검출기를 구비하는 전력 변환 장치로서,

전기 경로로서, 적어도 상기 전력부의 기동시 소정 시간 동안에, 상기 전력부와 상기 누전 검출기 사이의 출력 라인들 중 하나의 부분을 상기 전력부에 대하여 상기 누전 검출기의 반대측에 있는 출력 라인들 중 하나의 부분에 접속하는 전기 경로; 및

상기 전력부를 제어하는 제어기로서, 상기 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되고 상기 누전 검출 신호의 출력이 상기 전기 경로가 개방될 때 정지되는 경우, 전력부가 계속해서 전력을 출력하게 하며, 상기 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되지 않거나 또는 상기 누전 검출 신호의 출력이 상기 전기 경로가 개방될 때 정지되지 않는 경우, 상기 전력부로부터의 전력의 출력을 정지시키는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
전원으로부터 공급되는 전력을 다른 형태로 변환하고 그 전력을 출력라인에 출력하는 전력 변환 장치를 제어하는 방법으로서,

상기 출력 라인의 누전을 검출하고 누전 검출 신호를 출력하는 단계를 포함하며,

소정 시간 동안 상기 출력 라인에 모의 누전 상태를 발생시키는 단계;

상기 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되고 상기 누전 검출 신호의 출력이 상기 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되는 경우, 전력을 상기 출력 라인에 계속해서 출력하는 단계; 및

상기 누전 검출 신호가 소정 시간 이내에 출력되지 않거나 또는 상기 누전 검출 신호의 출력이 상기 모의 누전 발생기가 작동을 정지할 때 정지되지 않는 경우, 전력을 상기 출력 라인에 출력하는 것을 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 출력 라인은 한 쌍의 출력 라인 중 하나이며, 각 출력 라인의 누전은 상기 출력 라인의 검출부에서 검출되며, 상기 모의 누전 상태는 전력이 상기 검출부를 스트래들하도록 전력을 흐르게 하여 출력 라인들 중 하나에서 발생되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 출력 라인은 한 쌍의 출력 라인 중 하나이며, 각 출력 라인의 누전은 출력 라인의 검출부에서 검출되며, 상기 모의 누전 상태는, 상기 검출부보다 전원에 더 가까운 출력 라인들 중 하나의 부분으로부터 상기 전원에 대하여 상기 검출부의 반대측에 있는 다른 출력 라인의 부분으로 전력을 흐르게 하거나 또는 그 반대 방향으로 전력을 흐르게 하여 발생되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.
제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모의 누전 상태는 적어도 상기 장치의 기동시 소정 시간 동안에 발생되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.
제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 모의 누전 상태는 소정의 사이클 마다 소정 시간 동안에 발생되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 제어 방법.