KR20090002327U - 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한디씨-에이씨 인버터 - Google Patents

디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한디씨-에이씨 인버터 Download PDF

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Abstract

본 고안은 디씨-에이씨(DC-AC) 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한 디씨-에이씨 인버터에 관한 것으로, DC전압을 AC 전압으로 변환시켜 출력하는 스위칭부와 스위칭부를 제어하는 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치로서, 스위칭부의 출력 단자에 연결되어, 누설전류를 감지하여, 출력 전압을 발생시키는 누설전류 감지부와, 누설전류 감지부의 출력 전압을 인가받아, 누설전류 감지 신호를 발생시키는 신호 변환부와, 신호 변환부의 누설전류 감지 신호를 인가받아, 전원차단 신호를 발생시키는 전원차단 구동부 및 전원차단 구동부의 전원차단 신호를 인가받아, 마이크로 콘트롤러 유닛을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 MCU 제어부를 포함하며, 마이크로 콘트롤러 유닛은 MCU 제어부의 제어신호에 따라, 스위칭부의 동작을 오프(off)시키는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한 디씨-에이씨 인버터가 제공된다.

Description

디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한 디씨-에이씨 인버터{DC-AC inverter electric shock protection apparatus and DC-AC inverter having the same}
본 고안은 디씨-에이씨(DC-AC) 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한 디씨-에이씨 인버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비절연형 디씨-에이씨 인버터에서 입력측 접지와 출력 단자가 연결되어 발생될 수 있는 감전 사고를 방지하기 위한 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한 디씨-에이씨 인버터에 관한 것이다.
최근 자동차 내에서 AC사용 가전기기(게임기, 휴대폰 충전기, Note book PC 등)의 사용이 늘어남에 따라 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 디씨-에이씨 인버터의 사용 역시 늘어나고 있다. 특히 RV(레저용 차량)에서는 기본 장비로 장착되는 경향이다.
도 1은 일반적인 절연형 디씨-에이씨 인버터의 개략적인 블록도 이며, 도 2는 일반적인 비절연형 디씨-에이씨 인버터의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 절연형 디씨-에이씨 인버터는 SMPS(Switching Mode Power Supply)(10), 트랜스포머(20), 정류 및 직류고압부(30), H-브리지 스위칭부(40) 및 마이크로 콘트롤러 유닛(MCU)(미도시)을 포함한다. 절연형 디씨-에이씨 인버터의 동작을 간단히 살펴보면, DC저전압은 SMPS(10)를 거쳐 20KHZ ~ 100KHZ 스위칭 펄스로 변환된 후, 트랜스포머(20)를 거쳐 승압 변환된다. 그 다음에, 승압된 전원은 정류 및 직류고압부(30)를 거쳐 DC 200V ~ 300V 로 변환되고, 이러한 전압을 H-브리지 스위칭부(40)에서 사각파 AC 전압으로 변환되어 부하로 출력된다.
일반적으로 절연형 디씨-에이씨 인버터는 트랜스포머(20)를 기준으로 입력측 접지(Gin)과 출력측 접지(Gout)는 분리되어 있다. 이와 같이, 입력측 접지와 출력측 접지가 분리되어 있으므로, 고전압이 흐르는 출력측의 어느 한 선이 감전 상태에 있더라도, 입력측 접지(Gin)과 출력측 접지(Gout)가 독립적이어서 감전 사고가 발생하지 않게 된다. 그러나 절연형 디씨-에이씨 인버터는 대용량으로 갈수록 효율이 낮아지며, 이에 따라 인버터 기기의 발열량도 많아지고, 또한 회로구성이 복잡해지며 이에 가격이 올라가는 문제점이 있다.
도 2를 참조하면, 비절연형 디씨-에이씨 인버터는 SMPS(Switching Mode Power Supply)(10), 트랜스포머(20), 정류 및 직류고압부(30), H-브리지 스위칭부(40) 및 마이크로 콘트롤러 유닛(MCU)(미도시)을 포함하며, 입력측 접지와 출력측 접지가 동일하다.
비절연형 DC/AC 인버터는 절연형 방식에 비해 효율이 좋으며 발열량 또한 낮다. 그리고 같은 접지이기 때문에 회로 구성이 쉬우며 가격이 낮다는 장점이 있다. 대용량일수록 비절연형 DC/AC 인버터가 사용되고 있다. 그러나 입력측과 출력측 접지(Gc)가 동일하기 때문에, 고전압이 흐르는 출력의 어느 한 선이 감전 상태가 된다면 인체를 통하여 접지(Gc)로 루프가 형성되므로 감전 상황에 놓이게 되며, 더구나 차량일 경우는 입력 그라운드와 자동차 그라운드와 같기 때문에 더욱 위험한 상황이 발생한다.
본 고안은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 자동차 내에서 사용하는 디씨-에이씨 인버터에서 입력측 접지와 고전압 출력측의 어느 한 선과 연결됨으로써 전류가 흐를 때, 이를 감지하여 디씨-에이씨 인버터의 동작을 멈춤으로 감전사고를 방지하기 위한 것이다.
상기 본 고안의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치에 따르면, DC전압을 AC 전압으로 변환시켜 출력하는 스위칭부와 상기 스위칭부를 제어하는 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치로서, 상기 스위칭부의 출력 단자에 연결되어, 누설전류를 감지하여, 출력 전압을 발생시키는 누설전류 감지부; 상기 누설전류 감지부의 출력 전압을 인가받아, 누설전류 감지 신호를 발생시키는 신호 변환부; 상기 신호 변환부의 누설전류 감지 신호를 인가받아, 전원차단 신호를 발생시키는 전원차단 구동부; 및 상기 전원차단 구동부의 전원차단 신호를 인가받아, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 MCU 제어부를 포함하며, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛은 상기 MCU 제어부의 제어신호에 따라, 상기 스위칭부의 동작을 오프(off)시킨다.
상기 누설전류 감지부는 상기 스위칭부의 출력 단자에 연결된 영상 변류기를 포함한다.
상기 신호 변환부는 상기 누설전류 감지부의 출력 전압을 증폭하기 위한 증폭기를 포함한다.
상기 전원차단 구동부는 래치 회로를 포함한다.
상기 MCU 제어부는 상기 전원차단 구동부의 전원차단 신호에 따라, 상기 제어신호를 발생시키는 스위칭 소자를 포함한다.
상기 신호 변환부 및 상기 전원차단 구동부의 동작 전압을 제공하는 전원부를 더 포함한다.
상기 전원부, 상기 신호 변환부 및 상기 전원차단 구동부는 단일 칩으로 구성된다.
본 고안의 디씨-에이씨 인버터에 따르면, DC 전압을 승압하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 출력된 DC 전압을 AC 전압으로 변환시켜 출력하는 스위칭부; 상기 스위칭부를 제어하는 마이크로 콘트롤러 유닛; 상기 스위칭부의 출력 단자에 연결되어, 누설전류를 감지하여, 출력 전압을 발생시키는 누설전류 감지부; 상기 누설전류 감지부의 출력 전압을 인가받아, 누설전류 감지 신호를 발생시키는 신호 변환부; 상기 신호 변환부의 누설전류 감지 신호를 인가받아, 전원차단 신호를 발생시키는 전원차단 구동부; 및 상기 전원차단 구동부의 전원차단 신호를 인가받아, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 MCU 제어부를 포함하며, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛은 상기 MCU 제어부의 제어신호에 따라, 상기 스위칭부의 동작을 오프(off)시키는 것을 특징으로 하며, 상기 트랜스포머의 입력측 접지와 출력측 접지는 동일하다.
본 고안에 따르면, 디씨-에이씨 인버터를 비절연형으로 구성하여, 효율 향상, 발열량 감소 및 회로 구성의 간소화를 이루는 동시에, 비절연형의 문제점이었던 감전 사고 발생을 방지하기 위하여, 감전방지 장치를 구비함으로써 보호 기능이 추가되어 제품의 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 디씨-에이씨 인버터의 개략적인 블록도이며, 도 4는 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치의 블록도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 디씨-에이씨 인버터는 SMPS(Switching Mode Power Supply)(100), 트랜스포머(200), 정류 및 직류고압부(300), H-브리지 스위칭부(400), 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치(500) 및 마이크로 콘트롤러 유 닛(MCU; Micro Controller Unit)(600)을 포함한다.
SMPS(100)는 DC 입력 전압(본 실시예의 경우, DC 12V)을 20KHZ ~ 100KHZ 스위칭 펄스로 변환시켜 출력한다. SMPS(100)에서 출력된 전압은 트랜스포머(200)를 거쳐 승압 변환된다. 트랜스포머(200)에서 출력된 전압은 정류 및 직류 고압부(300)를 거쳐 DC 200V ~ 300V로 출력되고, 정류 및 직류 고압부(300)에서 출력된 전압은 H-브리지 스위칭부(400)에서 사각파 AC 전압으로 변환되어 부하(700)로 출력된다.
디씨-에이씨 인버터 내의 최종 출력단인 H-브리지 스위칭부(400)는 H-브리지 스위칭 제어회로(410)와 H-브리지 스위칭 회로(450)를 포함하며, H-브리지 스위칭 제어회로(410)는 MCU(600)로부터 H-브리지 PWM 신호를 인가받아 H-브리지 스위칭 회로(450)를 구동시켜 AC 전압을 출력한다.
H-브리지 스위칭 회로(450)는 일반적으로 4개의 스위칭 소자를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 배수(예컨대, 8개, 12개, 16개 등)로 구성될 수 있다. 상기 H-브리지 스위칭 회로(450)은 4개의 스위칭소자를 이용하여 'X'자 형태의 스위칭 동작으로 사각파 형태의 AC파형을 출력한다. 예를 들어, 제1구간 및 제2구간으로 나뉘어 AC 출력이 이루어진다고 할 때, 제1구간에서는 제1스위치(S1) 및 제4스위치(S4)를 온(ON)시키며, 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)를 오프(OFF)시킨다. 제2구간에서는 제1스위치(S1) 및 제4스위치(S4)를 오프(OFF)시키며, 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)를 온(ON)으로 하여 제1구간, 제2구간에서 사각파 형태의 AC 파형 을 출력한다.
본 발명에 따른 디씨-에이씨 인버터는 입력측 접지와 출력측 접지를 연결하여 동일한 접지(GND)로 사용하는 비절연형 디씨-에이씨 인버터이므로, 고전압이 흐르는 출력의 어느 한 선과 입력측 접지가 연결되어 전류가 흐르면, 사용자는 감전 상황에 놓이게 되는데, 이를 방지하기 위하여 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치(500)가 구비된다.
디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치(500)는 전원부(510), 누설전류 감지부(530), 신호 변환부(550), 전원차단 구동부(570) 및 MCU 제어부(590)를 포함한다.
전원부(510)는 정류 및 직류 고압부(300)의 출력 단자에 연결되어, 정류 및 직류 고압부(300)에서 출력되는 DC 고전압을 인가받아, 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치(500)에 동작전원을 제공한다. 즉, 전원부(510)는 신호 변환부(550) 및 전원차단 구동부(570)에 내부 동작 전원을 공급한다.
누설전류 감지부(530)는 H-브리지 스위칭부(400)의 출력 단자에 연결되어, 누설전류를 감지하고, 누설전류가 감지되면, 소정의 출력 전압을 발생시킨다. 누설 전류 감지부(530)는 누설전류를 감지할 수 있는 회로 예를 들면, 영상 변류기를 포함한다. 누설전류 감지부(530)에서 누설 전류를 감지하는 원리는 다음과 같다.
정상동작일 경우 즉 누설전류가 발생하지 않는 경우, AC 출력측 양단간에 흐르는 입,출력 전류는 같다. 그러나 인체의 한 부분이 출력측의 어느 한 선과 접촉이 되어 누설 전류가 발생을 할 경우, 출력측의 어느 한 선에 흐르는 전류는 인체 를 통하여 접지(GND)로 흐르게 되어, AC 출력측 양단간에 흐르는 입,출력 전류 값이 다르게 되고, 그 결과 AC 출력측에 흐르는 전류값이 달라져서, 영상 변류기의 자기장 변화로 인해 전압이 발생한다.
신호 변환부(550)는 누설전류 감지부(530)에 누설 전류 감지 시 발생하는 출력 전압을 인가받아, 누설전류 감지 신호를 발생시킨다. 전원차단 구동부(570)는 신호 변환부(550)에서 출력된 누설전류 감지 신호를 인가받아, 전원차단 신호를 발생시킨다.
MCU 제어부(590)는 전원차단 구동부(570)에서 출력된 전원차단 신호를 인가받아, 마이크로 콘트롤러 유닛(MCU)(600)을 제어하기 위한 제어신호를 출력한다. 즉, MCU 제어부(590)는 전원차단 신호를 인가받으면, 마이크로 콘트롤러 유닛(600)으로 하여금 H-브리지 스위칭부(400)의 동작을 오프시키도록 하는 제어신호(즉, H-브리지 스위칭 구동 차단 신호)를 생성하고, 이러한 H-브리지 스위칭 구동 차단 신호를 마이크로 콘트롤러 유닛(600)에 인가한다.
마이크로 콘트롤러 유닛(600)는 MCU 제어부(590)에서 출력된 H-브리지 스위칭 구동 차단 신호를 인가받으면, H-브리지 스위칭부(400)의 동작을 오프(OFF)시켜서, AC 전압이 더 이상 출력되지 않도록 하여, 감전을 방지하게 된다.
도 5는 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치를 포함한 디씨-에이씨 인버터의 상세 회로도이다.
도 5를 참조하면, 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치(500)의 누설전류 감지 부(530)는 H-브리지 스위칭회로(450)의 출력 단자에 연결된 영상 변류기(531)와 영상 변류기(531)에 연결된 저항(R1)과 캐패시터(C1)로 구성되어, 사람이 인지할 수 있는 누설 전류 약 4 ~ 5mA의 전류를 감지하면, 전압이 발생한다.
신호 변환부(550)는 누설 전류 감지부(530)와 연결되어 있는 두 개의 다이오드(D1, D2) 및 증폭기(551)를 포함한다. 누설전류 감지부(530)에서 발생된 전압은 다이오드와 증폭기(551)를 통하여 펄스 신호를 증폭하여 누설전류 감지 신호가 발생시킨다.
전원차단 구동부(570)는 래치 회로(571)를 포함하며, 증폭기(551)로부터 누설 전류 감지 신호가 수신되면, 래치 회로(571)를 통하여 전원 차단 신호를 발생시킨다. 본 실시예의 경우, 전원부(510), 신호 변환부(550) 및 전원차단 구동부(570)는 단일 칩으로 구현된다.
MCU 제어부(590)는 스위칭 소자 즉, 트랜지스터(TR1) 및 저항(R2, R3)을 포함한다. 전원차단 구동부(570)에서 출력된 전원 차단 신호가 MCU 제어부(590)에 인가되면, 트랜지스터(TR1)이 구동되어, 마이크로 콘트롤러 유닛(600)은 0V 전압을 인가받게 되며, 전원 차단 신호가 발생하지 않을 경우 마이크로 콘트롤러 유닛(600)은 5V 전압을 인가받는다.
마이크로 콘트롤러 유닛(600)은 OV 전압을 인가받으면, 디씨-에이씨 인버터에 누설 전류가 흐르는 것을 판단하게 되고, H-브리지 스위칭부(400)의 동작을 제어하는 H-브리지 PWM 신호를 오프(OFF)시킨다. 그 결과, H-브리지 스위칭부(400)의 동작은 멈추게 되고, 누설 전류는 더 이상 흐르지 않게 되어, 감전 상태가 해소된다.
이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한 디씨-에이씨 인버터의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 실용신안등록청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 일반적인 절연형 디씨-에이씨 인버터의 개략적인 블록도이다.
도 2는 일반적인 비절연형 디씨-에이씨 인버터의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 디씨-에이씨 인버터의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치의 블록도이다.
도 5는 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치를 포함한 디씨-에이씨 인버터의 상세 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: SMPS 200: 트랜스포머
300: 정류 및 직류 고압부 400: H-브리지 스위칭부
410: H-브리지 스위칭 제어회로 450: H-브리지 스위칭회로
500: 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치 510: 전원부
530: 누설전류 감지부 550: 신호변환부
570: 전원차단 구동부 590: MCU 제어부
600: MCU 700: 부하

Claims (8)

  1. DC전압을 AC 전압으로 변환시켜 출력하는 스위칭부와 상기 스위칭부를 제어하는 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함하는 디씨-에이씨(DC-AC) 인버터 감전 방지 장치에 있어서,
    상기 스위칭부의 출력 단자에 연결되어, 누설전류를 감지하여, 출력 전압을 발생시키는 누설전류 감지부;
    상기 누설전류 감지부의 출력 전압을 인가받아, 누설전류 감지 신호를 발생시키는 신호 변환부;
    상기 신호 변환부의 누설전류 감지 신호를 인가받아, 전원차단 신호를 발생시키는 전원차단 구동부; 및
    상기 전원차단 구동부의 전원차단 신호를 인가받아, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 MCU 제어부를 포함하며,
    상기 마이크로 콘트롤러 유닛은 상기 MCU 제어부의 제어신호에 따라, 상기 스위칭부의 동작을 오프(off)시키는 것을 특징으로 하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 누설전류 감지부는,
    상기 스위칭부의 출력 단자에 연결된 영상 변류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 변환부는,
    상기 누설전류 감지부의 출력 전압을 증폭하기 위한 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원차단 구동부는 래치 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 MCU 제어부는,
    상기 전원차단 구동부의 전원차단 신호에 따라, 상기 제어신호를 발생시키는 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호 변환부 및 상기 전원차단 구동부의 동작 전압을 제공하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전원부, 상기 신호 변환부 및 상기 전원차단 구동부는 단일 칩으로 구성되는 것을 특징으로 하는 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치.
  8. DC 전압을 승압하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머에서 출력된 DC 전압을 AC 전압으로 변환시켜 출력하는 스위칭부;
    상기 스위칭부를 제어하는 마이크로 콘트롤러 유닛;
    상기 스위칭부의 출력 단자에 연결되어, 누설전류를 감지하여, 출력 전압을 발생시키는 누설전류 감지부;
    상기 누설전류 감지부의 출력 전압을 인가받아, 누설전류 감지 신호를 발생시키는 신호 변환부;
    상기 신호 변환부의 누설전류 감지 신호를 인가받아, 전원차단 신호를 발생 시키는 전원차단 구동부; 및
    상기 전원차단 구동부의 전원차단 신호를 인가받아, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 MCU 제어부를 포함하며,
    상기 마이크로 콘트롤러 유닛은 상기 MCU 제어부의 제어신호에 따라, 상기 스위칭부의 동작을 오프(off)시키는 것을 특징으로 하며, 상기 트랜스포머의 입력측 접지와 출력측 접지는 동일한 것을 특징으로 하는 디씨-에이씨 인버터.
KR2020070014730U 2007-09-03 2007-09-03 디씨-에이씨 인버터 감전 방지 장치 및 이를 포함한 디씨-에이씨 인버터 KR200447775Y1 (ko)

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