KR20060012102A - 전자제어식 스위치 - Google Patents

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KR20060012102A
KR20060012102A KR1020040060826A KR20040060826A KR20060012102A KR 20060012102 A KR20060012102 A KR 20060012102A KR 1020040060826 A KR1020040060826 A KR 1020040060826A KR 20040060826 A KR20040060826 A KR 20040060826A KR 20060012102 A KR20060012102 A KR 20060012102A
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이희태
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베스티안파트너스(주)
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Abstract

본 발명은 스위치에 관한 것으로, 특히 리모콘 및/또는 타이머로 스위치를 온/오프할 수 있는 전자제어식 스위치에 관한 것이다. 본 발명은, 스위치부, 상기 스위치부를 제어하는 스위치부 제어회로, 및 상기 스위치 제어회로에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치를 포함하는 전자제어식 스위치에 있어서, 상기 전원공급장치는 상기 스위치부가 오프되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-오프시 전원공급부, 및 상기 스위치부가 온되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되어 상기 스위치부를 통과하는 교류전원을 분기하고, 상기 분기된 교류전원의 전압이 상기 스위치부를 통과하는 교류전원의 전류크기에 반비례하도록 제어하고, 상기 제어된 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-온시 전원공급부를 포함하는 전자제어식 스위치를 제공한다.
본 발명에 따른 전자제어식 스위치는 소비자가 부하의 소비전력을 일일이 고려할 필요없이 광범위한 소비전력의 부하에 적용될 수 있다.

Description

전자제어식 스위치{ELECTRONICALLY CONTROLLED SWITCH}
본 발명은 스위치에 관한 것으로, 특히 리모콘 및/또는 타이머로 스위치를 온/오프할 수 있는 전자제어식 스위치에 관한 것이다.
종래에 있어서, 스위치는 대부분 기계식이였기 때문에 사용자가 전원을 온/오프하기 위해서는 직접 스위치를 터치하여야만 했다. 그러나, 근래에 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 리모콘 및/또는 타이머를 이용하여 스위치를 온/오프할 수 있는 전자제어식 스위치가 많이 등장하였고, 이러한 추세는 앞으로 더욱 가속될 전망이다.
이러한 전자제어식 스위치는 스위치 온/오프를 제어할 수 있는 제어회로를 내장하고 있다. 그런데, 상기 제어회로는 스위치의 온/오프 상태와는 상관없이 리모콘 및/또는 타이머 등을 통한 사용자의 스위치 조작 신호를 언제나 수신할 수 있는 상태로 있어야 한다. 따라서, 전자제어식 스위치에서는 제어회로가 스위치 온/오프에 상관없이 언제나 구동 가능 상태에 있도록 하는 항구적인 직류전원을 구비하는 것이 필수적이다.
전자제어식 스위치의 초창기에는 항구적인 직류전원을 위해 별도의 건전지 또는 충전 전지를 이용하였다. 그러나, 건전지는 그 수명이 다할 때마다 사용자가 교체해야 한다는 문제점이 있었다. 이에 대해, 충전 전지는 스위치가 온되었을 때 흐르는 전원으로부터 일정량의 전원을 충전하였다가 스위치가 오프되었을 때 이를 제어회로의 구동을 위해 사용할 수 있어서 전술한 건전지의 문제점은 해결할 수 있었다. 그러나, 충전 전지의 경우에는 스위치가 너무 오랫동안 오프되어 있으면 충전 전지가 완전히 방전되어 스위치 제어회로가 제대로 구동될 수 없다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 별도의 건전지 또는 충전 전지를 사용하지 않고도 스위치 제어회로용 직류전원을 확보할 수 있는 기술이 개발되었다. 이에 대하여 도 2를 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 종래 기술에 따른 전자제어식 스위치를 나타내는 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전자제어식 스위치(S)는 스위치부(100), 제어회로(200), 및 직류전원공급장치(300)를 포함하여 구성된다. 스위치부(100)는 부하(L)에 전원 Vs를 공급/차단하는 역할을 하고, 제어회로(200)는 리모콘 및/또는 타이머 등을 통한 사용자의 스위치 조작 신호를 수신하여 스위치부(100)를 온/오프하는 역할을 한다. 그리고, 직류전원공급장치(300)는 제어회로(200)에 항구적인 직류전원을 공급하는 역할을 한다.
상기 직류전원공급장치(300)는, 스위치부(100)와 병렬로 연결되어 스위치부(100)가 오프되었을 때 제어회로(200)로 직류전원을 공급하는 스위치-오프 시 전원공급부(330), 및 스위치부(100)와 직렬로 연결되어 스위치부(100)가 온되었을 때 제어회로(200)로 직류전원을 공급하는 스위치-온 시 전원공급부(360)를 포함하여 구성된다.
이렇게 구성된 직류전원공급장치(300)의 동작을 스위치부(100)가 오프된 경우와 온된 경우로 나누어 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스위치부(100)가 오프된 경우에, 스위치-오프 시 전원공급부(330)에는 SW와 COM 양단으로부터 전원이 공급된다. 이 때 스위치-온 시 전원공급부(360)에는 전원이 공급되지 않으므로 휴게 상태가 된다. 스위치-오프 시 전원공급부(330)의 입력 저항(R11)은 충분히 크므로, 전자제어식 스위치(S)에 연결되는 부하(L)를 구동시키지는 않지만 제어회로(200)를 구동시키기에는 충분한 미세 전류가 스위치-오프 시 전원공급부(330)로 입력된다. 입력된 미세 전류는 직류차단 커패시터 C11에 의해 직류성분이 차단된 후, 트랜스포머(335)에 의해 강압된다. 이렇게 강압된 전원은 내부의 정류회로(337) 및 평활회로(339)를 통과하여 정류/평활된 다음 제어회로(200)에 Vcc로 공급된다.
그 다음, 스위치부(100)가 온되는 경우는 본 발명이 해결하고자하는 문제점과 밀접한 관계가 있다. 따라서, 도 3을 더욱 참조하여, 전자제어식 스위치에 연결되는 부하(L)의 소비전력이 커서 스위치부(100)를 통과하는 전류가 큰 경우와 그 반대의 이유로 인해 스위치부(100)를 통과하는 전류가 작은 경우로 다시 나누어서 자세히 살펴보겠다.
도 3은 스위치-온 시 전원공급부(360)의 중요부분에서의 전압 파형 그래프이다.
부하(L)의 소비전력이 커서 스위치부(100)를 통과하는 전류가 큰 경우에는, 스위치부(100)를 통과한 교류전원이 리미터회로(363)에 공급되고, 리미터회로(363)는 교류전원을 적절한 크기의 구형파로 클리핑한다(도 3의 파형31 참조). 클리핑된 구형파는 트랜스포머(365)에 의해 승압되고, 정류회로(367)에 의해 정류되고(도 3의 파형33 참조), 레귤레이터(369)에 의해 평활된 다음, 제어회로(200)에 Vcc로 공급된다(도 3의 파형35 참조).
이와 같이, 스위치부(100)를 통과하는 전류가 큰 경우에는 리미터회로(363)에 충분한 양의 전류가 공급되기 때문에, 스위치-온 시 전원공급부(360)는 충분한 전력의 Vcc를 제어회로(200)에 공급할 수 있다. 따라서, 제어회로(200)는 정상동작을 할 수 있다.
그러나, 부하(L)의 소비전력이 적어서 스위치부(100)를 통과하는 전류가 적은 경우에는, 스위치부(100)를 통과하는 전류가 그 양이 적어서 리미터회로(363)에 공급되더라도 제대로 클리핑되지 않는다(도 3의 파형32 참조). 이는 이후 트랜스포머(365), 정류회로(67) 및 레귤레이터(69)에 공급되는 전력이 충분하지 않게 된다는 것을 의미한다. 따라서, 스위치-온 시 전원공급부(360)는 충분한 전력의 Vcc를 제어회로(200)에 공급할 수 없고, 제어회로(200)는 오동작을 하게 된다(도 3의 파형34 및 36 참조).
이러한 문제점을 해결하기 위한 한 방편으로, 본 기술분야에서의 당업자는, 도 4에 도시된 바와 같이, 단순히 리미터(363) 내부의 다이오드를 직렬로 중복 연결함으로써 리미터(363) 양단의 전압(Va)을 크게 하여, 부하(L)의 소비전력이 적어서 리미터(363)에 공급되는 전류가 적더라도 스위치-온 시 전원공급부(360) 내부로 충분한 전력의 교류전원이 입력되도록 하는 회로 설계를 고려해볼 수 있을 것이다.
그러나, 이러한 회로 설계는 부하(L)의 소비전력이 큰 경우에는 사용할 수가 없다. 왜냐하면, 이러한 회로 설계의 전자제어식 스위치(S)에 소비전력이 큰 부하(L)를 연결하면, 리미터(363)에 공급되는 전류가 너무 많아져서 리미터(363)에서의 소비전력이 너무 커지게 하고, 이로 인해 리미터(363) 등의 스위치-온시 전원공급부(360)가 발열이 심하여 타버릴 수 있기 때문이다.
이러한 문제점들로 인해, 종래에 있어서는 소비자가 전자제어식 스위치를 구입할 때는 소비자가 사용할 부하의 소비전력을 일일이 따져서 거기에 적합한 전자제어식 스위치를 구입해야 하고, 일단 구입한 전자제어식 스위치는 소비전력이 다른 부하에는 사용할 수 없다는 불편함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 소비전력이 서로 다른 다양한 부하에 대해 적용가능한 전자제어식 스위치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 스위치부, 상기 스위치부를 제어하는 스위치부 제어회로, 및 상기 스위치 제어회로에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치를 포함하는 전자제어식 스위치에 있어서, 상기 전원공급장치는, 상기 스위치부가 오프되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-오프시 전원공급부, 및 상기 스위치부가 온되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되어 상기 스위치부를 통과하는 교류전원을 분기하고, 상기 분기된 교류전원의 전압이 상기 스위치부를 통과하는 교류전원의 전류크기에 반비례하도록 제어하고, 상기 제어된 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-온시 전원공급부를 포함하는 전자제어식 스위치를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 스위치부, 상기 스위치부를 제어하는 스위치부 제어회로, 및 상기 스위치 제어회로에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치를 포함하는 전자제어식 스위치에 있어서, 상기 전원공급장치는, 상기 스위치부가 오프되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되는 교류전원을 그 전압크기에 상관없이 일정 전압 크기의 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-오프시 전원공급부, 및 상기 스위치부가 온되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되어 상기 스위치부를 통과하는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-온시 전원공급부를 포함하는 전자제어식 스위치를 제공한다.
이하, 도 5 내지 도 9를 참조하여, 상기의 목적을 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 전자제어식 스위치(S)를 나타내는 회로도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자제어식 스위치(S)는 스위치부(1000), 제어회로(2000), 및 직류전원공급장치(3000)를 포함하여 구성된다. 스위치부(1000)는 부하(L)에 전원 Vs을 공급/차단하는 역할을 하고, 제어회로(2000)는 리모콘 및/또는 타이머 등을 통한 사용자의 스위치 조작 신호를 수신하여 스위치부(1000)를 온/오프하는 역할을 한다. 그리고, 직류전원공급장치(3000)는 제어회로(2000)에 항구적인 직류전원을 공급하는 역할을 한다.
상기 직류전원공급장치(3000)는, 스위치부(1000)와 병렬로 연결되어 스위치부(1000)가 오프되었을 때 제어회로(2000)로 직류전원 Vcc를 공급하는 스위치-오프 시 전원공급회로(3300), 및 스위치부(1000)와 직렬로 연결되어 스위치부(1000)가 온되었을 때 제어회로(2000)로 직류전원 Vcc를 공급하는 스위치-온 시 전원공급부(3600)를 포함하여 구성된다.
이렇게 구성된 직류전원공급장치(3000)의 동작을 스위치부(1000)가 오프된 경우와 온된 경우로 나누어 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 6을 더욱 참조하여 AC-DC SMPS(Switched Mode Power Supply) 타입의 스위치-오프 시 전원공급부(3300)에 대해 살펴보겠다.
스위치부(1000)가 오프되면, 스위치-오프 시 전원공급부(3300)에는 SW와 COM 양단으로부터 교류전원이 공급된다. 이 때, 스위치-온 시 전원공급부(3600)에는 전원이 공급되지 않으므로 휴게 상태가 된다. 입력된 교류전원은 브리지 정류회로(3310)에 의해 정류되고 커패시터(C61)에 의해 평활되어 제 1 직류전원으로 된다. 제 1 직류전원은 PWM(Pulse Width Modulation) 회로(3330)에 입력되어 펄스형 교류전원으로 변환된다. 펄스형 교류전원은 트랜스포머(3350)에 의해 강압된다. 강압된 교류전원은 다이오드-커패시터 정류회로(3370)에 의해 다시 제 2 직류전원으로 된다. 제 2 직류전원의 전압은 기준전압다이오드(3383)에 의한 기준전압과 비교되고, 상기 비교결과는 포토 다이오드(3385)에 의해 포토 트랜지스터(3387)로 전달되어 PWM 회로(3330)를 피드백 제어한다. PWM 회로(3330)는 상기 비교결과를 기초로 펄스형 교류전원의 펄스폭을 조절하고, 이는 전자제어식 스위치(S)에 연결되는 부하(L)의 소비전력에 상관없이 스위치-오프 시 전원공급부(3300)가 일정한 전압크기의 직류전원(Vcc)을 제어회로(2000)에 공급할 수 있도록 한다.
이제, 본 발명에 따른 스위치-온 시 전원공급부(3600)에 대해 살펴보겠다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스위치-온 시 전원공급부(3600)는 스위치부(1000)가 온되었을 때 제어회로(2000)에 공급할 직류전원 Vcc의 소스로 사용하기 위해 스위치부(1000)를 통과하는 교류전원의 일부를 분기하는 전원분기부(3610)를 구비한다. 상기 전원분기부(3610)에는 상기 분기된 교류전원을 직류전원으로 정류하는 AC-DC 정류부(3630)가 연결된다. 그리고, 상기 AC-DC 정류부(3630)에는 상기 AC-DC 정류부의 출력전압에 상관없이 일정전압을 출력하는 DC-DC 컨버터(3650)가 연결된다.
상기 전원분기부(3610)는 스위치부(1000)를 통과하는 교류전원의 일부를 분기하기 위해 브리지 정류회로(3613) 및 전류검출식 전압제어회로(3615)를 포함하여 구성된다. AC-DC 정류부(3630)로 공급되는 전원분기부(3610) 양단의 전압 Vc는 브리지 정류회로(3613) 및 전류검출식 전압제어회로(3615)의 상호 작용에 의해 결정된다. 그러므로, 이하에서는 전류검출식 전압제어회로(3615) 및 이의 양단 전압 Vxy에 대해서 먼저 살펴본 후에, 전원분기부(3610) 전체의 양단 전압 Vc에 대해 살펴보겠다.
전류검출식 전압제어회로(3615)는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 전류검출회로(3615-1), 제 1 비교회로(3615-3), 제 2 비교회로(3615-5), 및 출력회로(3615-7)를 포함하여 구성된다. 이들은 다른 회로구성으로도 구현될 수 있을 것이나, 도 7a와 같이 전류검출회로(3615-1)는 저항 Rdet로 구성되고, 제 1 비교회로(3615-3) 및 제 2 비교회로(3615-5)는 OP 앰프 및 저항의 조합으로 구성되고, 출력회로(3615-7)는 파워 MOSFET(3615-71) 및 제너 다이오드(3615-73)로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 회로구성에 대해 더 구체적으로 살펴보면, 상기 전류검출회로(3615-1)의 Rdet는 전류검출식 전압제어회로(3615)로 입력되는 전류 Ixy의 크기를 검출하여 이를 전압으로 변환한다. 상기 변환된 전압은 제 1 비교회로(3615-3)의 OP앰프의 (-) 단자로 입력된다. 제 1 비교회로(3615-3)의 OP 앰프의 (+) 단자에는 제어회로(2000)에 공급되는 직류전압 Vcc가 기준전압으로 입력된다. 상기 제 1 비교회로(3615-3)의 OP 앰프의 출력은 제 2 비교회로(3615-5)의 OP 앰프의 (-) 단자로 입력된다. 제 2 비교회로(3615-5)의 OP 앰프의 (+) 단자에는 상기 출력회로(3615-7)의 출력전압이 입력된다. 상기 제 2 비교회로(3615-5)의 OP 앰프의 출력은 출력회로(3615-7)의 파워MOSFET(3615-71)의 게이트 단자에 입력된다. 그리고, 파워MOSFET(3615-71)의 드레인(D) 및 게이트(G) 단자 사이에는 제너 다이오드(3615-73)가 연결되어 파워MOSFET(3615-71)의 동작을 더욱 안정화하도록 구성될 수도 있다. 상기 출력회로(3615-7)의 출력단이 되는 파워MOSFET(3615-71)의 드레인(D)-소스(S) 양단은 전류검출회로(3615-1)와 직렬로 연결된다. 따라서, 전류검출식 전압제어회로(3615)의 양단의 전압 Vxy는 파워 MOSFET(3615-71)의 드레인(D)-소스(S) 전압 Vds와 전류검출회로(3615-1) 양단 전압 Vdet의 합으로 이루어진다. 하지만, 전류검출회로(3615-1)의 저항 Rdet는 매우 작기 때문에, Ixy에 의해 Rdet에서 생성되는 Vdet는 Vds에 대해 무시할 수 있을 만큼 작으므로, 실질적인 전류검출식 전압제어회로(3615)의 양단의 전압 Vxy는 Vds와 같다.
이와 같이 구성된 전류검출식 전압제어회로(3615)는 브리지 정류회로(3613)의 출력단에 연결된다. 따라서, 검류검출식 전압제어회로(3615)로 입력되는 전류 Ixy는 브리지 정류회로(3613)로 인해 언제나 x단자에서 y단자로 흐르게 된다. Ixy의 전류 크기는 스위치부(1000)에 연결되는 부하(L)의 소비전력에 따라 가변적이다. 그러므로, 이하에서는 전자제어식 스위치(S)에 연결되는 부하(L)의 소비전력이 큰 경우와 작은 경우를 나누어 상기 전류검출식 전압제어회로(3615)의 동작에 대해 살펴보겠다.
부하(L)의 소비전력이 크면 Ixy의 전류 크기는 커진다. 따라서, 전류검출회로(3615-1)에 검출되는 전압 Vdet도 커지게 된다. 이는 부하(L)의 소비전력 변화에 따른 Ixy의 전류의 변화가 전류검출회로(3615-1)에 의해 전압 Vdet로 검출된다는 것을 의미한다. Vdet는 제 1 비교회로(3615-3)에 대해 반대 극성으로 입력되므로, 전압 Vdet가 커짐에 따라 제 1 비교회로(3615-3)의 출력은 작아진다. 제 1 비교회로(3615-3)의 출력은 다시 제 2 비교회로(3615-5)에 대해 반대극성으로 입력된다. 따라서, 제 1 비교회로(3615-3)의 출력이 작아짐에 따라 제 2 비교회로(3615-5)의 출력은 커진다. 제 2 비교회로(3615-5)의 출력은 다시 출력회로(3615-7)의 파워MOSFET(3615-71)의 게이트 단자(G)로 입력된다. 게이트 단자(G)에 입력되는 전압이 커지므로 파워 MOSFET(3615-71)의 드레인(D) 및 소스(S) 양단의 전압 Vds는 작아지게 된다. 따라서, 전술한 바와 같이 전류검출식 전압제어회로(3615)의 양단 전압 Vxy는 Vdet와 거의 같으므로, 전류검출식 전압제어회로(3615)의 양단 전압 Vxy는 Ixy의 전류크기가 큼에도 불구하고 작게 된다.
한편, 부하(L)의 소비전력이 작으면 Ixy의 전류 크기는 작아진다. 따라서, 전류검출회로(3615-1)에 검출되는 전압 Vdet도 작아지게 되고, 제 1 비교회로(3615-3)의 출력은 커지게 된다. 그리고, 제 2 비교회로(3615-5)의 출력은 작아진다. 따라서, 게이트 단자(G)에 입력되는 전압이 작아지므로 파워 MOSFET(3615-71)의 드레인(D) 및 소스(S) 양단의 전압 Vds는 커지게 된다. 따라서, 전술한 바와 같이 전류검출식 전압제어회로(3615)의 양단 전압 Vxy는 Vdet와 거의 같으므로, 전류검출식 전압제어회로(3615)의 양단 전압 Vxy는 Ixy의 전류크기가 작음에도 불구하고 크게 된다.
이를 정리하면, 전류검출식 전압제어회로 양단에서의 전류 Ixy 및 전압 Vxy는 반비례하게 된다(도 7b 참조). 이러한 특징은 본 발명에 있어 아주 중요한 역할을 하는 바, 이에 대해 도 9를 더욱 참조하면서 설명하겠다.
즉, 전자제어식 스위치(S)에 소비전력이 큰 부하(L)가 연결되어 전류 Ixy가 커지더라도 전압 Vxy는 작아진다(도 9의 파형91 참조). 이는 전원분기부(3610)에서 소비되는 전력이 적게 하여, 전원분기부(3610)의 발열을 줄일 수 있도록 한다. 한편, 전자제어식 스위치(S)에 소비전력이 적은 부하(L)가 연결되어 전류 Ixy가 작아지더라도 전압 Vxy는 커진다(도 9의 파형92 참조). 이는 전원분기부(3610)가 교류전원으로부터 충분한 전력을 분기하여 AC-DC 정류부(3630) 및 DC-DC 컨버터(3650)로 공급할 수 있도록 한다. 따라서, 안정된 전압의 직류전원이 제어회로(2000)에 공급될 수 있다. 이러한 특징은 본 발명에 따른 전자제어식 스위치(S)가 소비전력이 서로 다른 다양한 부하에 대해 자유롭게 사용될 수 있도록 한다.
이제, 전원분기부(3610) 양단 전압 Vc에 대해 살펴보면, 전류검출식 전압제어회로(3615) 양단 전압 Vxy는 브리지 정류회로(3613)를 통해 전원분기부(3610) 양단 전압 Vc로 나타난다. 따라서, 도 9의 Vc 그래프에서 도시된 바와 같이, 전원분기부(3610) 양단 전압 Vc는 전류검출식 전압제어회로(3615) 양단 전압 Vxy가 교류형태로 변환된 파형을 갖게 된다(도 9의 파형93 및 94 참조).
이상에서 전원분기부(3610)의 구성 및 동작에 대해 살펴보았다. 이제 다시 도 5를 참조하여 스위치-온 전원공급부(3600)의 AC-DC 정류부(3630) 및 DC-DC 컨버터(3650)에 대해 살펴보면 다음과 같다.
AC-DC 정류부(3630)에는 상기 전원분기부(3610)의 양단 전압 Vc이 입력된다. 상기 AC-DC 정류부(3630)는 다른 여러 회로 구성으로 구현될 수 있을 것이나, 쇼트키 다이오드를 사용한 브리지 정류회로로서 구현하는 것이 바람직하다. 상기 AC-DC 정류부(3630)는 전원분기부의 양단 전압 Vc를 정류하여 도 9의 파형95 및 96과 같은 전압 Vd를 출력한다.
그리고, DC-DC 컨버터(3650)에는 AC-DC 정류부(3630)의 출력 Vd가 입력된다. DC-DC 컨버터(3650)는 PWM 회로(3651)를 통해 DC-DC 컨버터(3650)에 입력되는 전압 Vd의 크기가 변하더라도 언제나 일정한 크기의 Vcc를 출력하도록 구성된다. 이에 대해 도 8을 더욱 참조하면서 살펴보면, DC-DC 컨버터(3650)에 입력되는 Vd는 먼저 커패시터 C81에 의해 평활되고, PWM 회로(3651) 및 인덕터 L81에 의해 펌핑된 다음, 쇼트키 다이오드(3653) 및 커패시터 C83에 의해 다시 평활된 후 Vcc로 출력된다. 상기 Vcc는 제어회로(2000)에 공급되는 한편 PWM 회로(3651)의 Vout 단자에 다시 피드백된다. PWM 회로(3651)는 피드백된 Vcc가 일정 기준치보다 높으면 펌핑을 줄이고, 일정기준치보다 낮으면 펌핑을 늘린다. 즉, PWM 회로는 전압 Vd가 변하더라도 DC-DC 컨버터(3650)가 항상 일정한 크기의 Vcc를 제어회로(2000)로 출력할 수 있도록 한다(도 9의 파형97 및 98 참조).
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어식 스위치에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 범위는 상기 실시예에 한정되지 않고, 첨부된 특허청구범위의 합리적 해석에 의해 결정되어야 할 것이다.
상술한 본 발명에 따른 전자제어식 스위치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 전자제어식 스위치는 스위치가 온된 경우에 스위치를 흐르는 전류를 검출하여, 전류가 크면 전자제어식 스위치 내의 직류전원공급장치로 입력되는 전압을 작게 하여 직류전원공급장치에서 발생되는 열을 작게 하고, 전류가 작으면 직류전원공급장치로 입력되는 전압을 크게 하여 직류전원공급장치가 안정된 전압의 직류전원을 출력할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명에 따른 전자제어식 스위치는 소비자가 부하의 소비전력을 일일이 고려할 필요없이 광범위한 소비전력의 부하에 적용될 수 있다.
도 1은 부하가 연결된 전자제어식 스위치의 일반적 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전자제어식 스위치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 2의 스위치-온 시 전원공급부의 중요부분에서의 전압 파형 그래프이다.
도 4는 도 3에서의 리미터 회로의 한 변형예이다.
도 5는 본 발명에 따른 전자제어식 스위치를 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 5에서의 스위치-오프 시 전원공급부를 나타내는 회로도이다.
도 7a는 도 5에서의 전류검출식 전압제어회로를 나타내는 회로도이다.
도 7b는 도 7a의 전류검출식 전압제어회로의 양단의 전압-전류 특성 그래프이다.
도 8은 도 5의 DC-DC 컨버터를 나타내는 회로도이다.
도 9는은 도 5의 스위치-온 시 전원공급부의 중요부분에서의 전압 파형 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1000: 스위치부 2000: 제어회로
3000: 직류전원공급장치 3300: 스위치-오프시 전원공급부
3600: 스위치-온시 전원공급부 3610: 전원분기부
3615: 전류검출식 전압제어회로 3630: AC-DC 정류부
3650: DC-DC 컨버터

Claims (12)

  1. 스위치부; 상기 스위치부를 제어하는 스위치부 제어회로; 및 상기 스위치 제어회로에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치를 포함하는 전자제어식 스위치에 있어서, 상기 전원공급장치는
    상기 스위치부가 오프되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-오프시 전원공급부; 및
    상기 스위치부가 온되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되어 상기 스위치부를 통과하는 교류전원을 분기하고, 상기 분기된 교류전원의 전압이 상기 스위치부를 통과하는 교류전원의 전류크기에 반비례하도록 제어하고, 상기 제어된 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-온시 전원공급부를 포함하는 전자제어식 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치-온시 전원공급부는
    상기 스위치부를 통과하는 교류전원을 분기하고, 상기 분기된 교류전원의 전압이 상기 스위치부를 통과하는 교류전원의 전류크기에 반비례하도록 제어하는 전원분기부;
    상기 전원분기부에 연결되어, 상기 전원분기부로부터의 교류전원을 직류전원으로 정류하는 AC-DC 정류부; 및
    상기 AC-DC 정류부에 연결되어, 상기 AC-DC 정류부로부터의 직류전원을 그 전압 크기에 상관없이 일정 크기의 전압이 되도록 제어하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 DC-DC 컨버터를 포함하는 전자제어식 스위치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전원분기부는
    상기 스위치부를 통과하여 상기 전원분기부에 입력되는 교류전원을 정류하는 브리지 정류 회로; 및
    상기 브리지 정류회로에 연결되어, 상기 브리지 정류회로에서 출력되는 전류 크기를 검출하고, 상기 전원분기부 양단의 교류전원의 전압크기가 상기 감지된 전류 크기와 반비례하도록 제어하는 전류검출식 전압제어회로를 포함하는 전자제어식 스위치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전류검출식 전압제어회로는 전류검출회로, 제 1 비교회로, 제 2 비교회로, 및 출력회로를 포함하여 구성되고,
    상기 전류검출회로는 상기 브리지 정류회로에서 출력되는 전류크기를 검출하여 이에 비례하는 전압을 출력하고, 상기 전류검출회로의 입력단은 상기 출력회로의 출력단과 직렬로 연결되고,
    상기 제 1 비교회로는 상기 스위치부 제어회로에 공급되는 직류전원전압을 기준전압으로 하여 상기 전류검출회로의 출력전압과 비교하여, 상기 전류검출회로의 출력전압에 반비례하는 전압을 출력하고,
    상기 제 2 비교회로는 상기 제 1 비교회로의 출력전압을 상기 출력회로의 출력전압과 비교하여, 상기 제 1 비교회로의 출력전압에 반비례하는 전압을 출력하고,
    상기 출력회로는 상기 제 2 비교회로의 출력전압을 입력받아서 상기 제 2 비교회로의 출력전압에 반비례하는 전압을 출력함으로써, 상기 전류검출회로에서 검출된 전류크기에 반비례하는 전압을 출력하고,
    상기 전류검출식 전압제어회로의 출력전압은 상기 출력회로의 출력전압과 상기 전류검출회로의 입력전압의 합인 것을 특징으로 하는 전자제어식 스위치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력회로의 출력전압이 상기 전류검출회로의 입력전압보다 매우 커서, 상기 전류검출식 전압제어회로의 출력전압은 상기 출력회로의 출력전압과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 전자제어식 스위치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 비교회로 각각은 OP 앰프를 포함하여 구성되고, 상기 출력회로는 파워 MOSFET를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자제어식 스위치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파워 MOSFET의 드레인-소스 전압이 상기 출력회로의 출력전압인 것을 특징으로 하는 전자제어식 스위치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 출력회로는 상기 파워MOSFET의 동작을 안정화시키기 위한 제너다이오드를 더욱 포함하고, 상기 제너다이오드는 상기 파워MOSFET의 게이트와 드레인 단자 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자제어식 스위치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치-오프시 전원공급부는 AC-DC SMPS(Switched Mode Power Supply)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자제어식 스위치.
  10. 스위치부; 상기 스위치부를 제어하는 스위치부 제어회로; 및 상기 스위치 제어회로에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치를 포함하는 전자제어식 스위치에 있어서, 상기 전원공급장치는
    상기 스위치부가 오프되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되는 교류전원을 그 전압크기에 상관없이 일정 전압 크기의 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-오프시 전원공급부; 및
    상기 스위치부가 온되었을 때, 상기 전자제어식 스위치로 공급되어 상기 스위치부를 통과하는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 스위치부 제어회로에 공급하는 스위치-온시 전원공급부를 포함하는 전자제어식 스위치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 스위치-오프시 전원공급부은 그 출력전압의 크기가 기정의된 기준전압과 비교된 후 다시 조정되는 피드백 루프를 갖는 것을 특징으로 하는 전자제어식 스위치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 스위치-오프시 전원공급부는
    상기 스위치-오프시 전원공급부에 입력되는 교류전원을 제 1 직류전원으로 변환하는 제 1 정류회로;
    상기 제 1 직류전원을 펄스형 교류전원으로 변환하는 PWM 회로;
    상기 펄스형 교류전원을 승압하는 트랜스포머;
    상기 승압된 펄스형 교류전원을 제 2 직류전원을 변환하는 제 2 정류회로; 및
    상기 제 2 직류전원의 전압크기를 기정의된 기준전압과 비교하여 그 결과를 상기 PWM으로 전송하는 비교회로를 포함하고,
    상기 비교결과를 기초로 하여, 상기 PWM 회로는 제 2 직류전원의 전압이 기준전압보다 크면 상기 펄스형 교류전원의 펄스폭을 줄이고 제 2 직류전원의 전압이 기준전압보다 작으면 상기 펄스형 교류전원의 펄스폭을 늘리는 것을 특징으로 하는 전자제어식 스위치.
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