KR20050040718A - 직류 전원 회로 및 이 직류 전원 회로를 이용한 누전차단기 - Google Patents

직류 전원 회로 및 이 직류 전원 회로를 이용한 누전차단기 Download PDF

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KR20050040718A
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Abstract

본 발명은 광범위한 사용 전압의 범위에 있어서 부하인 누전 검출 회로로의 공급 전류를 안정적으로 일정 전류를 유지할 수 있는 직류 전원 회로 및 이것을 사용한 누전차단기를 제공하는 것을 과제로 하며, 이를 위한 수단으로서,
정류 회로의 출력에 컬렉터를 접속한 제 1 트랜지스터와, 이 제 1 트랜지스터의 이미터와 부하 회로 사이에 접속된 제 1 저항과, 제 1 트랜지스터의 컬렉터와 베이스 사이에 접속된 제 2 저항과, 제 1 트랜지스터의 베이스와 이미터 사이에 그 이미터-컬렉터 회로를 접속한 제 2 트랜지스터와, 이 제 2 트랜지스터의 이미터와 베이스 사이에 접속된 제 3 저항과, 제 2 트랜지스터의 베이스와 부하 회로 사이에 접속된 정전압 다이오드에 의해 정전류 회로를 구성하고, 상기 제 1 및 제 2 양 트랜지스터의 출력 전류를 상기 제 1 저항을 통하여 부하 회로에 공급한다.

Description

직류 전원 회로 및 이 직류 전원 회로를 이용한 누전차단기{DC power source circuit and ground-fault circuit interrupter using DC power source circuit}
본 발명은, 예를 들면, 누전차단기와 같이 교류 회로에서 사용되는 기기에 내장된 전자 회로에 급전하기 위한 직류 전원 회로에 관한 것이다.
(종래 기술)
누전차단기의 일반적인 구성을 도 4에 도시한다. 도 4의 누전차단기(1)는, 전원측 단자(2)에 접속되는 교류 급전 회로 및 부하측 단자(3)에 접속되는 전동기 등의 부하 회로를 포함한 급전 회로에 있어서의 누전을 감시하고, 누전이 검출되면, 이 계통을 차단하여 급전 회로를 누전으로부터 보호하는 기기이다.
이 때문에, 누전차단기(1)에는, 급전 회로의 개폐를 행하는 개폐 접점(8)과, 급전 회로의 누전 전류를 검출하기 위해 급전 회로에 삽입된 영상변류기(5)와, 그 출력 신호로부터 누전의 유무를 판정하는 전자 회로로 구성된 누전 검출 회로(6)와, 누전 검출 회로(6)의 누전 검출 신호에 의해 구동되어 급전 회로의 개폐 접점(8)을 차단하기 위한 분리장치(7)와, 급전 회로로부터 얻어지는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 누전 검출 회로(6) 및 분리장치(7)에 공급하는 직류 전원 회로(4)를 구비하고 있다.
이 전원 회로(4)는, 3상 또는 단상의 교류 전원 전압을 정류하여 직류로 변환하고, 또한 누전 검출 회로(6) 등이 동작할 수 있는 전압까지 강하시켜서 안정화하는 기능을 갖고 있다.
직류 전원 회로의 종래 기술의 일예를 도 5에 도시한다. 이 종래의 전원 회로는, 3상 교류 전압을 정류 회로(41)에서 정류하여 직류 전압으로 변환한 후에, 정전류 회로(43)가 누전 검출 회로(6) 및 분리장치(7)에 가하는 전압을 낮은 전압치가 되도록 정전류 제어하고 있다.
정전류 회로(43)는, 트랜지스터(Tr1), 정전압 다이오드(ZD1), 저항(r1, r2)으로 구성되어 있다. 트랜지스터(Tr1)는, 베이스 전압이, 정전압 다이오드(ZD1)의 제너 전압에 의해 결정된 일정 전압으로 되기 때문에, 정류 전압(Vi)의 크기에 관계없이 이미터로부터 출력하는 전류(Ie)를 일정하게 유지하도록 제어한다. 부하에 공급되는 전류(I)는, 수학식 1로 정의되는 바와 같이, 트랜지스터(Tr1)의 이미터측을 흐르는 전류(Ie)와 정전압 다이오드(ZD1)측을 흐르는 전류(Ib)의 합이 된다(수학식 1 참조).
통상 I≒Ie, Ie>Ib의 관계가 되도록 저항(r1, r2)의 값이 선정되어 있기 때문에, 전류(I)의 값은, 수학식 2로부터 분명한 바와 같이, 트랜지스터(Tr1)의 베이스-이미터 사이 전압(Ve)과 이 회로에 삽입된 정전압 다이오드(ZD1)의 제너 전압(VZ1)이 거의 동등하게 되기 때문에, 정전압 다이오드(ZD1)의 제너 전압(VZ1 )과 제어 저항(r2)에 의해 결정된다. 또한, 저항(r1)과 정전압 다이오드(ZD1)를 흐르는 전류는 수학식 3과 같이 된다.
I = Ie + Ib
Ie = Ve/r2 = VZ1/r2
Ib = (Vi - Vb)/r1
상기 각 수학식에 있어서, I : 부하 전류, Ie : 저항(r2)을 흐르는 전류, Ib : 저항(r1) 및 정전압 다이오드(ZD1)를 흐르는 전류, Vi : 정류 전압, Vb : 트랜지스터(Tr1)의 베이스 전압, Ve : 저항(r2)의 단자 전압이다.
이 전원 회로(4)의 출력 전류는, 컨덴서(C2), 분리장치(7) 및 누전 검출 회로(6)에 공급된다. 누전 검출 회로(6)가, 누전을 검출한 때에 누전 검출 신호를 사이리스터(TH)에 게이트 신호로서 주면, 이 사이리스터(TH)가 온 되어 분리장치(7)의 트립 코일(TC)을 구동함으로서 분리 기구(71)를 작동시켜 개폐 접점(8)의 도시하지 않은 투입기구를 분리하여 차단한다. 또한, 정전압 다이오드(ZD2)는, 트립 코일(TC)을 구동하는데 필요한 전압을 확보하기 위해 마련한 것이다.
이 종래 회로는, 사용 전압이 1OOV, 또는 20OV 등으로 고정되어 있는 경우와 같이 사용 전압의 범위가 좁은 경우, 또는 부하 전류(I)가 수A 이상의 비교적 큰 경우는, 사용 전압이 변하여도 부하 전류(I)를 안정적으로 거의 일정하게 유지할 수 있지만, 실제로 누전차단기로 사용하는 경우는, 사용 전압의 범위가 100V 내지 4OOV로 넓고, 또한 누전 검출 회로 등의 요구하는 전류는 수㎃로 작다. 그리고, 상기 정전류 회로의 정전압 다이오드(ZD1)를 흐르는 전류(Ib)는, 수백㎂ 오더로 작지만, 부하 전류(I)가 작은 경우는 무시할 수 없게 된다.
이 때문에, 종래의 회로를 전압이 10OV 내지 40OV의 범위에서 사용한 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 트랜지스터(Tr1)의 출력 전류(Ie)는 일정하게 할 수 있더라도, 저항(r1)과 정전압 다이오드(ZD1)의 회로를 흐르는 전류(Ib)는, 전압 증가에 비례하여 증가하기 때문에 Ib와 Ie의 합이 되는 부하 전류(I)는 도 6에 도시한 바와 같이 전압의 증가와 함께 증가한다.
누전 검출 회로(6)에 공급되는 전류가 이와 같이 변화하면, 여기에 사용되는 아날로그 증폭 회로나 콤퍼레이터(도시 생략)의 동작 조건이 변하고, 누전 검출 특성이 사용 전압에 의해 변하여 안정된 검출 정밀도를 얻을 수 없게 된다.
이와 같은, 부적합함을 해소하기 위해, 사용 전압이 대폭적으로 변하여도 비교적 안정된 전류를 공급할 수 있는 정전류 전원 회로로서 특허 문헌 1에 나타난 바와 같은 전원 회로가 제안되어 있다.
도 7은 특허 문헌 1에 나타난 전원 회로를 도시한 것이다. 이 도 7의 전원 회로(43)는 2개의 트랜지스터(Tr1, Tr2)와 3개의 저항(r1 내지 r3 )에 의해 정전류 회로를 구성하고 있다. 그 밖의 구성은 도 5의 종래의 회로와 거의 같다.
이 도 7의 종래의 전원 회로에서는, 사용 전압이 낮은 때는, 저항(r2, r3)을 흐르는 전류가 작고, 저항(r3)의 전압 강하가 작기 때문에, 트랜지스터(Tr2)의 베이스 전위가 낮고, 이것이 오프 되어있다. 이로써, 트랜지스터(Tr1)의 베이스 전위가 높아지며, 이것이 온 되고, 이 트랜지스터(Tr1)와 저항(r3)을 통하여 누전 검출 회로(6)에 부하 전류가 공급된다.
사용 전압이 높은 경우에는, 저항(r2, r3)을 흐르는 전류가 증대하여, 저항(r3)의 전압 강하가 커지기 때문에, 트랜지스터(Tr2)의 전위가 상승하고, 이 트랜지스터(Tr2)가 온 되고, 트랜지스터(Tr1)가 오프 된다. 이 경우는, 저항(r1 )과 트랜지스터(Tr2)를 통하여 부하 전류가 공급되게 되고, 저항(r1)의 값을 높은 전압에 대응하여 선택하여 둠으로서, 부하 전류(I)를 제한하여 전압이 낮은 때의 부하 전류와 같은 정도의 크기로 정돈할 수 있다.
따라서 이 도 7의 종래 회로에 의하면, 사용 전압이 100V 내지 400V의 범위에서 변화하여도, 누전 검출 회로(6)에 거의 일정한 전류를 공급할 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특개2OOO-357446호 공보
상기 도 7의 종래의 전원 회로는, 사용 전압에 따라(실제로는 전류에 응하여) 2개의 트랜지스터의 어느 한쪽을 동작(온)시켜서 소정의 정전류 제어를 행하고 있는데, 2개의 트랜지스터로부터 회로 정수가 다른 전류 공급로를 통하여 부하(누전 검출 회로)에 전류 공급이 행하여지기 때문에, 넓은 사용 전압 범위의 전역에 있어서 정확하게 일정 전류를 공급하는 것이 곤란하다. 따라서 이 종래 회로에 있어서도, 사용 전압에 의해 누전 검출 특성이 변동하는 것을 완전하게 제거할 수는 없는 것이다.
본 발명은, 이와 같은 종래 회로에 있어서의 문제점을 해결하기 위해, 넓은 사용 전압의 범위에서도 부하인 누전 검출 회로에의 공급 전류를 안정적으로 일정 전류로 유지할 수 있는 직류 전원 회로 및 이것을 사용한 누전차단기를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로로부터 이 정류 회로의 출력 전압보다도 낮은 전압의 일정한 전류를 부하인 제어 회로에 공급하는 정전류 회로를 구비한 직류 전원 회로에 있어서, 상기 정전류 회로가, 상기 정류 회로의 출력에 컬렉터를 접속한 제 1 트랜지스터와, 이 제 1 트랜지스터의 이미터와 부하 회로의 사이에 접속된 제 1 저항과, 제 1 트랜지스터의 컬렉터와 베이스의 사이에 접속된 제 2 저항과, 제 1 트랜지스터의 베이스와 이미터 사이에 그 이미터-컬렉터 회로를 접속한 제 2 트랜지스터와, 이 제 2 트랜지스터의 이미터와 베이스의 사이에 접속된 제 3 저항과, 제 2 트랜지스터의 베이스와 부하 회로의 사이에 접속된 정전압 다이오드를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 양 트랜지스터의 출력 전류를 상기 제 1 저항을 통하여 부하 회로에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 누전차단기는, 이와 같은 전원 회로를 조립하고, 이 전원 회로로부터 누전차단기 내의 누전 검출 회로에 일정 전류를 공급하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 전원 회로의 정류 회로의 교류측에 저항을 통하여 누전차단기의 교류 주회로를 접속하고, 정류 회로 직류측에 평활 컨덴서를 접속하도록 하는 것이 좋다. 또한, 3상 교류용의 누전차단기의 경우는, 상기 정류 회로 교류측의 각 상에 값이 동등한 저항을 접속하도록 한다.
이하에 본 발명을 도면에 도시한 실시예에 관해 설명한다.
[실시예 1]
도 1에 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 이 도 1에 있어서, 종래 회로와 동일한 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
종래의 전원 회로와 다른 것은, 정전류 회로(42)를 트랜지스터(Tr1, Tr2), 제 1 정전압 다이오드(ZD1) 및 저항(r1 내지 r3)에 의해 구성하고 있는 것이다.
정전류 회로(42)에 있어서의 트랜지스터(Tr1)는, 컬렉터를 정류 회로(41)의 출력에, 이미터를 저항(r2)을 통하여 부하 회로에 접속하고, 컬렉터-베이스 사이에 저항(r1)을 접속하고 있다. 트랜지스터(Tr2)는, 그 이미터-컬렉터 회로를 트랜지스터(Tr1)의 베이스-이미터 사이에 접속하고, 그 이미터-베이스 사이에 저항(r3)을 접속하고 있다. 그리고 트랜지스터(Tr2)의 베이스와 저항(r2)의 부하 회로측 단과의 사이에 정전압 다이오드(ZD1)를 접속하여 정전류 회로(42)가 구성된다. 트랜지스터(Tr2)는, 트랜지스터(Tr1)와 달리 저항(r1)이 100kΩ 이상의 고저항으로 선택되어 있기 때문에, 이미터-컬렉터 사이의 부담 전압(손실)이 낮아지고, 소용량의 소자로 충분하게 된다. 또한, 저항(r3)의 저항치는, 트랜지스터(Tr2)의 이미터-컬렉터 사이의 온 저항치(10OΩ 정도)보다 충분히 큰 수1OkΩ으로 선택되어 있기 때문에, 이 저항(r3)과 정전압 다이오드(ZD1)를 통하여 부하 회로에 흐르는 전류는 무시할 수 있을 정도로 작은 것으로 된다.
여기서 제어되는 부하 전류(I)는, 종래와 마찬가지로, 상기 수학식 1로 정의된다. 그러나 종래와 달리, 전류 제어 저항(r2)에는 제 1 트랜지스터(Tr1)의 베이스 측으로 흐르는 전류(Ib)가 유입하도록 제 2 트랜지스터(Tr2)를 추가하였기 때문에, 도 2에 도시한 바와 같이 정류 전압(Vi)에 비례하여 전류(Ib)가 변화하게 된다. 이것은, 트랜지스터(Tr2)의 베이스 전위가 정전압 다이오드(ZD1)에 의해 일정하게 유지되고 있기 때문이다.
이와 같이, 전류(Ib)가 전압(Vi)의 변화에 비례하여 변화함으로서, 트랜지스터(Tr1)의 베이스 전위는, 전류(Ib)의 증가와 함께 저항(r1)의 전압 강하가 증대하기 때문에 반비례적으로 저하되고, 트랜지스터(Tr1)의 이미터 전류(Ie)는 도 2에 도시한 바와 같이 정류 전압(Vi)의 변화에 대해 반비례적으로 변화하게 된다.
이와 같이 전류(Ie와 Ib)는, 입력의 전압(Vi)의 변화에 대해 상보적인 변화를 나타내기 때문에, Ie와 Ib의 합이 되는 부하 회로의 누전 검출 회로(6)에 공급되는 전류(I)는, 입력 전압(Vi)의 변화에 영향 없이 일정하게 된다(도 2 참조).
따라서 본 실시예에 의하면, 사용 전압이 100부터 400V로 대폭적으로 변화하여도 누전 검출 회로(6)에의 공급 전류를 일정하게 할 수 있기 때문에, 사용 전압이 변화하여도 누전 검출 특성을 안정시킬 수 있다. 또한, 공급 전류가 일정하기 때문에 누전 검출 회로(6)의 소비 전력도 일정하게 되고, 누전차단기에 있어서 이것의 발열을 고려할 필요가 없어진다.
[실시예 2]
도 3에 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다.
이 실시예 2의 전원 회로는, 실시예 1의 전원 회로의 정류 회로(41)의 입력측에 입력 저항(r11, r12, r13)을 추가한 것으로, 그 밖의 구성은 실시예 1과 같다.
이들의 저항(r11, r12, r13)은, 전부 동등한 저항치로 선택되어 있고, 트랜지스터(Tr1), 및 저항(r1)의 부담 전압을 저감시키기 때문에 이들 소자의 전력 손실(발열)을 경감하도록 작용한다. 또한, 저항(r11, r12, r13)은, 정류 회로(41)의 출력에 접속된 평활용의 컨덴서(C1)와 필터 회로를 구성하고. 침입하는 스파이크 형상의 서지 전압을 흡수하고, 누전 검출 회로(6) 등을 서지 전압으로부터 보호하는 작용을 한다.
이 결과, 트랜지스터(Tr1) 및 저항(r1)은 소자를 소형으로 할 수 있고, 누전 검출 회로(6) 등의 전자 회로에 대한 서지 업소버 등의 전용의 부품이 불필요하게 되고, 전원 회로를 소형이면서 염가의 것으로 할 수 있다.
본 발명과 같이 직류 전원 회로를 구성하면, 제 1 트랜지스터로부터 부하에 공급하는 전류와 제 2 트랜지스터로부터 공급하는 전류가 정류 회로의 직류 출력 전압의 변화에 수반하여 상보적으로 증감하고, 부하에 공급하는 전류를 정류의 회로 출력 전압의 크기에 관계없이 일정하게 할 수 있다. 따라서 이 직류 전원 회로를 구비한 누전차단기에 있어서는, 누전 검출 회로의 누전 검출 특성을 넓은 사용 전압의 범위에서 안정시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 직류 전원 회로를 도시한 회로 구성도.
도 2는 본 발명의 직류 전원 회로의 전압-전류 특성을 도시한 그래프도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 직류 전원 회로를 도시한 회로 구성도.
도 4는 일반적인 누전차단기를 도시한 전기적 구성도.
도 5는 종래의 직류 전원 회로를 도시한 회로 구성도.
도 6은 종래의 직류 전원 회로의 전압-전류 특성을 도시한 그래프도.
도 7은 다른 종래의 직류 전원 회로를 도시한 회로 구성도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
4 : 직류 전원 회로 5 : 영상변류기
6 : 누전 검출 회로 7 : 분리장치
41 : 정류 회로 42 : 정전류 회로

Claims (3)

  1. 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로로부터 이 정류 회로의 출력 전압보다도 낮은 전압의 일정한 전류를 부하인 제어 회로에 공급하는 정전류 회로를 구비한 전원 회로에 있어서,
    상기 정전류 회로가, 상기 정류 회로의 출력에 컬렉터를 접속한 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터의 이미터와 부하 회로의 사이에 접속된 제 1 저항과, 제 1 트랜지스터의 컬렉터와 베이스의 사이에 접속된 제 2 저항과, 제 1 트랜지스터의 베이스와 이미터의 사이에 그 이미터-컬렉터 회로를 접속한 제 2 트랜지스터와, 상기 제 2 트랜지스터의 이미터와 베이스의 사이에 접속된 제 3 저항과, 제 2 트랜지스터의 베이스와 부하 회로의 사이에 접속된 정전압 다이오드를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2의 양 트랜지스터의 출력 전류를 상기 제 1 저항을 통하여 부하 회로에 공급하는 것을 특징으로 하는 직류 전원 회로.
  2. 제 1항에 기재된 직류 전원 회로를 누전차단기에 조립하고,
    상기 직류 전원 회로로부터 상기 누전차단기 내의 누전 검출 회로에 일정 전류를 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 누전차단기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 직류 전원 회로의 정류 회로의 교류측에 저항을 통하여 누전차단기의 교류 주회로를 접속하고, 정류 회로 직류측에 평활 컨덴서를 접속한 것을 특징으로 하는 누전차단기.
KR1020040084213A 2003-10-29 2004-10-21 직류 전원 회로 및 이 직류 전원 회로를 이용한 누전차단기 KR20050040718A (ko)

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