KR20050022280A - 전기 아크 방전 보호 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전압 출력 영역에서 비정상적인 현상에 의해 발생된 아크 방전을 방지하기 위한 전기 아크 방전 보호 장치를 개시한다. 이러한 전기적인 아크 방전 보호 장치의 전압 변환 유닛은 고전압 출력 영역에서 고전압 아크 방전 신호를 수신한 후에, 수신된 신호를 저전압 아크 방전 신호로 변환시킨다. 전위를 판정하여 비정상적인 주파수 신호를 필터링하기 위해 필터 유닛이 제공되고, 정류 유닛은 비정상적인 주파수 신호를 수신하여 정류한 후에 아크 웨이브 클러터를 출력한다. 터치 제어 유닛은 아크 웨이브 클러터를 검출하고 트리거 신호를 출력하여 제어 유닛 또는 구동 유닛의 동작을 정지시키고, 그에 따라 아크 방전 동안 주변 구성요소에 축적된 열에 의해 야기된 스파크 또는 버닝을 방지하는 목적을 달성할 수 있다.

Description

전기 아크 방전 보호 장치{ELECTRIC ARC DISCHARGE PROTECTION DEVICE}
본 발명은 전기 아크 방전에 의해 발생된 비정상적인 현상을 검출할 수 있고, 고전압 영역에서의 고전압 출력을 정지시키도록 제어 신호를 트리거할 수 있는 고전압 영역에서 사용되는 보호 장치에 관한 것이다.
소위 "아크 방전(Arc Discharge)" 현상은 두 전극이 일정 거리만큼 이격될 때까지 고전압을 갖는 이들 두 전극이 서로를 향해 푸쉬될 때 두 전극 사이에서 아크 전기 스파크를 발생시키는 상태를 나타낸다. 이러한 상태는, 번개가 순식간에 사라져서(fleets) 두 전극 사이에서 스파크가 오랫동안 유지되어 열이 축적되는 경우를 제외하고, 뇌운에서 발생하는 번개와 매우 유사하다.
전기 회로 영역에서, 아크 방전은 대개 전자 구성요소의 기능을 손상시키고, 전자 회로에서 불균형을 야기한다. 더 심각하게도, 아크 방전은 우리의 생명과 안전을 위협할 수 있다. (냉음극선관, 음이온 발생기 및 TV 화상관(TV picture tube)과 같은) 전형적인 고전압 출력 로딩 장치를 예로 들면, 아크 방전 현상은 로딩 장치가 고전압을 수신하기 전에 불량 접속, 온도 및 습도 변화, 또는 전기 회로에서의 일부 구성요소의 손상으로 인해 발생한다. 그러므로, 제조업자가 로딩 장치에 대한 손상을 회피하기 위해서 아크 방전이 발생하는 위치에 아크 방전 보호 장치를 설치하는 것은 시급한 연구 및 개발 과제이다. 현재의 설계 및 구성요소에 집중된 아크 방전 문제점에 대한 솔루션은 전형적인 고전압 변압기(high-voltage transformer) 및 세라믹 전압 변압기의 승압 장치(step-up device)를 포함하며, 이들 아크 방전 보호 장치를 아래에서 설명한다.
1. 도 1을 참조하면, 일반 고전압 변압기 또는 세라믹 변압기가 도시되어 있다. 이 변압기는 단독으로 고정형 동작 주파수를 가지며, 제어 유닛(11)은 제어 주파수를 제공하기 때문에, 이들 두 주파수의 교번 동작으로 AC 고전압이 발생된다. 또한, 승압 유닛(13)의 출력단이 파손되거나 부적절한 접속 또는 다른 미지의 요인으로 인해 작은 갭을 가질 경우에, 아크 방전이 발생하게 된다. 이러한 아크 현상은 고전압 아크 상태에 속하며, 이는 주변 구성요소의 수명에 직접적으로 영향을 미치게 되며, 부하(14)에 간접적으로 영향을 미칠 것이다. 따라서, 이러한 변압기는 대개 전기 누설 보호 장치(30)와 함께 제공된다. 이러한 전기 누설 보호 장치 내에 설치된 단락 보호를 위한 전기 누설 스위치는 아크 방전이 발생할 때 전기적으로 접속된다. 하지만, 일반적으로, 이러한 전기 누설 보호 장치(30)는 전기 아크의 스퍼트(spurt) 방향으로 충분한 플라이 아크(fly arc) 거리를 확보하기 위해서 보다 작은 진동을 갖는 기계 장치 상에만 설치될 수 있다. 따라서, 전기 누설 보호 장치(30)는 큰 기계적인 진동 또는 강한 교번 자기장을 갖는 위치에서는 권장되지 않는다. 이러한 전기 누설 보호 장치(30)의 설치를 위해서는 수분 및 먼지와 같은 해로운 요인을 고려해야 하고, 부가적인 먼지 방지 수단(anti-dust protection measure)을 고려해야 한다. 이러한 전형적인 아크 방전 보호 장치는 적용성이 떨어질 뿐만 아니라 설치 비용이 많이 든다.
2. 도 2를 참조하면, 변압기가 도시되어 있다. 상기 변압기는 승압 유닛(13)을 구성하기 위해 압전판(piezoelectric plate)을 이용한다. 승압 유닛(13)은 변압기(압전판)(131), 회로 기판(133), 변압기(압전판)(131) 및 회로 기판(133)을 결합시키기 위한 배선 위치부(132), 및 회로 기판(133)의 구성요소를 부하(14)와 접속(plugging)시킴에 따라 정의된 삽입 위치부(134)를 구비한다. 예를 들면, 아크 방전의 원인은 (1) 온도 및 습도 변화로 인한 배선 위치부(132)에서의 파손 또는 접속 불량; (2) 노화 또는 고장에 의해 야기된 변압기(압전판)(131)의 파손; (3) 삽입 위치부(134)의 노화 또는 부적절한 사용으로 인해 야기된 메일(male)형 커넥터 및 피메일(female)형 소켓 사이의 작은 갭; 및 (4) 부하(14)에 의해 발생된 전기 연결 상태를 포함한다. 전술한 요인으로 인해 출력단으로부터 출력된 고전압에 대해 아크 방전 신호가 발생된다. 도 2에서, 아크 방전 신호는 아크 편향 장치(arc deflection device)(40)에 의해 수신되고, 아크 방전이 그라운딩으로 가이드되지만, 이 장치는 아크 방전 신호를 완전히 제거할 수 없으며, 따라서 전체 회로의 동작을 제어할 수 없다. 승압 유닛(13)에는 불량 접속 또는 온도 및 습도의 변화로 인해 아크 방전 신호가 여전히 남아있게 된다. 또한, 그라운딩으로의 유도 과정에서, 회로 기판(133)에 결합된 변압기(압전판)(131)는 계속해서 전기를 승압 및 방전시키기 때문에, 아크 방전을 야기한다. 열 축적 또는 스파크로 인해 연소(burning)가 발생할 수 있다. 상기 설명에 비추어 보면, 종래기술에 따른 아크 방전 보호 장치는 아크 방전을 완전히 방지할 수 없고, 많은 제한 사항을 가짐에 따라 이러한 종래의 아크 장치는 대중적이지 않다. 본 발명의 발명자는 불안전한 상태가 발생할 때 아크 방전에 따른 회로 기판 또는 다른 전자 구성요소에 대한 손상을 방지하기 위해서 전체 회로의 동작을 중지시킬 수 있는 완전한 아크 방전 보호 장치를 고안하였다. 본 발명에 의하면, 아크 방전을 방지할 수 있는 목적을 효과적으로 달성할 수 있다.
본 발명의 주목적은 비정상적인 상태로 인해 아크 방전이 야기될 때, 제어 신호를 검출 및 트리거하여 고전압 출력 영역에서의 고전압 출력을 중지시키기 위한 보호 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 고전압 출력 영역에서의 비정상적인 상태로 인해 발생된 아크 방전에 초점을 둔다. 고전압 출력 영역의 고전압 아크 방전 신호가 아크 방전 보호 장치의 전압 변환 유닛에 의해 수신된 후, 신호는 저전압 아크 방전 신호로 변환된다. 전위를 판단하여 비정상적인 주파수 신호를 필터링하기 위해 필터 유닛이 제공되고, 정류 유닛은 비정상적인 신호를 수신하여 정류한 후 아크 웨이브 클러터(arc wave clutter)를 출력한다. 터치 제어 유닛은 제어 유닛 또는 구동 유닛의 동작을 중지시키기 위해 아크 웨이브 클러터를 검출하고 트리거 신호를 출력하여, 그에 따라 아크 방전 동안 주변 구성요소에서의 열 축적에 의해 야기된 스파크 또는 연소를 방지하는 목적을 달성한다. 따라서, 본 발명은 아크 방전 발생 여부를 판단하기 위해 로직 회로를 직접적으로 이용하고, 아크 방전이 검출되면 고전압 출력 영역을 즉시 인터럽트한다. 본 발명에 따라 구성요소를 어셈블링하는데 저비용이 소요되어, 경제적인 요구조건을 보다 효율적으로 만족시킬 수 있다.
본 발명의 목적, 구조, 혁신적인 특징 및 성능을 보다 용이하게 이해할 수 있도록, 본 발명의 상세한 설명을 위한 첨부된 도면과 함께 바람직한 실시예를 이용한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 아크 방전 보호 장치(20)는 고전압 출력 영역에서 비정상적인 현상에 의해 발생된 아크 방전을 방지하는데 이용된다. 이러한 고전압 출력 영역은 전력을 공급하기 위한 전원 유닛(10), 전압 분배 신호를 제공하기 위한 제어 유닛(11), 전력 공급 및 전압 분배 신호를 수신하여 전압을 변환하기 위한 구동 유닛(12), 변환 이후 전압을 수신하여 수신된 전압을 고전압으로 변환하기 위한 승압 유닛(13), 및 승압 유닛(13)의 고전압 출력단에 결합된 부하(14)(냉음극선관 또는 음이온 발생기와 같은 고전압 구동을 이용하는 전자 제품을 이름)를 구비한다. 전력 공급, 전압 분배, 전압 변환 및 고전압 출력 영역에서의 고전압 구동 원리는 종래기술이고, 본 발명의 기술적인 특징이 아니기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 아크 방전 보호 장치(20)는 고전압 출력 영역으로부터 방출된 고전압 아크 방전 신호를 갖는다. 본 발명의 실시예의 승압 유닛(13)은 변압기(131) 및 회로 기판(133)을 구비하고 있다. 아크 방전을 갖는 위치부는 (파손시) 변압기(131), (배선 위치부가 온도 및 습도의 변화로 인해 노화 또는 파손시) 변압기(131)와 회로 기판(133) 사이의 배선 위치부(132) 및 (삽입 위치부(134)의 노화 또는 부적절한 이용에 의한 메일(male)형 플러그 및 피메일(female)형 소켓 사이에서 발생된 갭으로 인한) 회로 기판(133)과 부하(14) 사이의 삽입 위치부(134)로 이루어진다. 전술한 요인중 어느 하나가 발생하면, 고전압 아크 방전 신호가 고전압 출력 영역에서 발생될 것이다. 이후, 다수의 저항으로 이루어진 전압 분할 회로의 전압 변환 유닛(21)이 전술한 아크 방전 신호에 연결된 후, 상기 신호는 저전압 아크 방전 신호로 변환되며, 필터 유닛(22)은 전술한 전압 변환 유닛(21)으로부터 저전압 아크 방전 신호를 수신하고, 전위(2d)를 판단하여 비정상적인 주파수 신호(2c)를 선택한다. 상기 비정상적인 주파수 신호(2c)는 다이오드 및 커패시터로 이루어진 정류 회로의 정류 유닛(23)에 의해 수신된다. 정류 이후, 아크 방전 웨이브 클러터가 출력된다. 콘택트 제어 유닛(contact control unit)(24)의 실리콘 제어형 정류기 또는 플립플롭이 아크 웨이브 클러터를 검출한 후, 터치 제어 유닛(24)이 동작 중지 및 아크 방전 방지를 위해서 제어 유닛(11) 또는 구동 유닛(12)에 트리거 신호를 출력하게 된다.
전술한 필터 유닛은 저역 통과 필터(22a), 고역 통과 필터(22b) 또는 저역 통과 필터(22a) 및 고역 통과 필터(22b)로 이루어진 대역 제거 필터(22c)가 될 수 있다. 도 3, 5 및 7은 이들 회로의 설명도를 각각 나타내고, 도 4, 6 및 8은 각 실시예에 대한 스펙트럼(x축은 진폭, y축은 주파수를 나타냄)의 설명도를 나타낸다. 고전압 출력 영역의 정상적인 동작 상태에서는, 고전압 동작 주파수(2a)뿐만 아니라 약간의 웨이브 클러터가 여전히 발생한다. 그러면, 웨이브 유닛(22)은 웨이브 클러터(2b)를 선택하도록 주파수 및 전위(2d)를 제공함으로써 출력 파형 및 효율이 소정 레벨에서 유지될 수 있다.
전술한 고전압 출력 영역의 어느 위치에서도 부하(14)가 손상 또는 파손으로 인한 고전압 구동에 의한 전기 방전 현상을 야기하지 않으면, 필터 유닛(22)에 의해 판단된 전위(2d)를 초과하는 비정상적인 주파수 신호(2c)는 필터 유닛(22)을 통과하여 정류 유닛(23)으로 들어간다. 정류 유닛이 아크 웨이브 클러터로 향하는 비정상적인 주파수 신호(2c)를 정류한 후, 터치 제어 유닛(24)은 신호를 검출 및 트리거하여 제어 유닛(11) 또는 구동 유닛(12)을 정지시킨다. 그 결과, 고전압 변환 및 출력을 즉시 중지시킬 수 있으므로 아크 방전을 더 이상 발생시키지 않는다. 물론, 주변 구성요소는 열을 축적하거나 스파크를 발생시키지 않아서 연소 또는 사고 발생을 방지할 수 있다.
본 발명은 비정상적인 상태로 인해 아크 방전이 야기될 때, 제어 신호를 검출 및 트리거하여 고전압 출력 영역에서의 고전압 출력을 중지시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 고전압 출력 영역에서의 비정상적인 상태로 인해 발생된 아크 방전에 초점을 둔다. 고전압 출력 영역의 고전압 아크 방전 신호가 아크 방전 보호 장치의 전압 변환 유닛에 의해 수신된 후, 신호는 저전압 아크 방전 신호로 변환된다. 전위를 판단하여 비정상적인 주파수 신호를 필터링하기 위해 필터 유닛이 제공되고, 정류 유닛은 비정상적인 신호를 수신하여 정류한 후 아크 웨이브 클러터(arc wave clutter)를 출력한다. 터치 제어 유닛은 제어 유닛 또는 구동 유닛의 동작을 중지시키기 위해 아크 웨이브 클러터를 검출하고 트리거 신호를 출력하여, 그에 따라 아크 방전 동안 주변 구성요소에서의 열 축적에 의해 야기된 스파크 또는 연소를 방지하는 목적을 달성한다. 따라서, 본 발명은 아크 방전 발생 여부를 판단하기 위해 로직 회로를 직접적으로 이용하고, 아크 방전이 검출되면 고전압 출력 영역을 즉시 인터럽트한다. 본 발명에 따라 구성요소를 어셈블링하는데 저비용이 소요되어, 경제적인 요구조건을 보다 효육적으로 만족시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전기 누설 보호 장치의 구조도.
도 2는 종래기술에 따른 아크 편향 장치의 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 저역 통과 웨이브 필터의 회로 블록도.
도 4는 도 3의 스펙트럼의 설명도.
도 5는 본 발명에 따른 고역 통과 웨이브 필터의 회로 블록도.
도 6은 도 5의 스펙트럼의 설명도.
도 7은 본 발명에 따른 대역 제거 필터의 회로 블록도.
도 8은 도 7의 스펙트럼의 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 전원 유닛
11: 제어 유닛
12: 구동 유닛
14: 부하
21: 전압 변환 유닛
22a: 저역 통과 필터
23: 정류 유닛
24: 터치 제어 유닛

Claims (5)

  1. 전력을 공급하기 위한 전원 유닛, 전압 분배 신호를 제공하기 위한 제어 유닛, 상기 전력 공급 및 전압 분배 신호를 수신하기 위한 구동 유닛, 변환 이후 상기 전압을 수신하고 상기 전압을 고전압으로 변환시키기 위한 승압 유닛, 및 상기 승압 유닛에 결합된 고전압 출력을 갖는 부하를 구비하고, 고전압 출력 영역에서 비정상적인 현상에 의해 발생된 아크 방전을 제거하기 위한 전기 아크 방전 보호 장치에 있어서,
    상기 고전압 출력 영역으로부터 방출된 고전압 아크 방전 신호를 수신하고, 상기 고전압 아크 방전 신호를 저전압 아크 방전 신호로 변환시키기는 전압 변환 유닛;
    상기 전압 변환 유닛의 상기 저전압 아크 방전 신호를 수신하여, 전위를 판단하고 비정상적인 주파수 신호를 필터링하는 필터 유닛;
    상기 필터 유닛의 상기 비정상적인 주파수 신호를 수신하여, 정류를 수행한 후에 아크 웨이브 클러터를 출력하는 정류 유닛; 및
    상기 아크 방전을 방지하기 위해서 상기 제어 유닛과 상기 구동 유닛의 그룹으로부터 선택된 하나의 동작을 정지시키도록, 상기 아크 웨이브 클러터를 검출하고 트리거 신호를 출력하는 터치 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 아크 방전 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필터 유닛은,
    저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 또는 저역 통과 필터 및 고역 통과 필터로 이루어진 대역 제거 필터인 것을 특징으로 하는 전기 아크 방전 보호 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압 변환 유닛은,
    다수의 저항으로 이루어진 전압 분할 회로를 이용하는 것을 특징으로 하는 전기 아크 방전 보호 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정류 유닛은,
    다이오드 및 커패시터로 이루어진 정류 회로인 것을 특징으로 하는 전기 아크 방전 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 터치 제어 유닛은,
    실리콘 제어형 정류기 또는 플립플롭인 것을 특징으로 하는 전기 아크 방전 보호 장치.
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