KR20090006146U - 디씨/에이씨 인버터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 단락 보호 안전장치를 가지는 DC/AC 인버터에 관한 것으로서, 릴레이와 스위치의 조합을 가지고 단락 발생 시에 신속하게 DC/AC 인버터 및 외부 부하를 보호할 수 있음을 특징으로 한다. 본 고안은 외부 부하의 단락여부에 따라 DC입력 전원에 대한 연결 온/오프를 수행하는 DC입력 릴레이와, 상기 DC입력 릴레이로부터 공급되는 DC입력 전원을 AC스위칭 변환하는 SMPS와, 상기 SMPS에서 출력되는 전압을 승압 변환하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머에서 승압된 전압을 정류 및 증폭하여 외부 부하로 출력하는 FET출력부와, 상기 외부 부하의 단락여부에 따라 외부 부하에 대한 연결 온/오프를 수행하는 AC출력 릴레이와, 상기 외부 부하의 단락을 감지하는 단락 감지부와, 상기 단락 감지될 경우에 구동되는 포토커플러와, 상기 단락 감지부에서 부하의 단락이 감지되면, 상기 외부 부하와의 차단을 위해 상기 AC출력 릴레이를 오프시키며 아울러 포토커플러를 구동시키는 2차측 출력스위치와, 상기 포토커플러 구동이 이루어지면, 상기 DC입력 전원과의 차단을 위해 상기 DC입력 릴레이를 오프시키는 1차측 입력스위치를 포함한다.

Description

디씨/에이씨 인버터{DC/AC Inverter}

본 고안은 단락 보호 안전장치를 가지는 디씨/에이씨(DC/AC) 인버터에 관한 것으로서, 릴레이와 스위치의 조합을 가지고 단락 발생 시에 신속하게 DC/AC 인버터 및 외부 부하를 보호할 수 있음을 특징으로 한다.

최근에 자동차 내에서 AC사용 가전기기(게임기, 휴대폰 충전기, Note book PC 등)의 사용필요에 따라 DC전압을 AC전압으로 변환하는 기기인 DC/AC 인버터 의 사용이 늘어나고 있다. 특히 RV(레저용 차량)에서는 기본 장비로 장착되는 경향이다.

도 1은 일반적인 DC/AC 인버터의 블록도로서, SMPS(20), 트랜스포머(30), FET 출력부(50)로 구성된다. 도 1의 DC/AC 인버터(10)의 동작을 간단히 살펴보면, SMPS(20)으로 입력되는 DC입력 전압을 20KHZ ~ 100KHZ 스위칭 펄스로 AC변환한 후, 트랜스포머(30)를 거쳐 승압 변환한다. 그 후, FET출력부(50)를 통해 정류 및 증폭되어 AC전원의 외부 부하로 출력된다.

이러한 DC/AC 인버터에 있어서 부하과전류 및 부하단락에 의한 DC/AC 인버터 내부 부품 파괴는 심각한 결과를 초래하고 화재사고로까지 발전할 수 있는 문제이 므로 DC/AC 인버터에 대한 보호장치가 요구된다.

현재 사용되는 DC/AC인버터의 부하과전류 및 부하단락에 대한 보호방치로서 퓨즈(FUSE)를 이용하는 방법이 있다. 퓨즈(FUSE)를 이용한 부하과전류 및 부하단락에 대한 보호방법은, DC/AC인버터의 AC출력부에 직렬로 퓨즈(FUSE)를 설치하고 부하과전류 및 부하단락 시 퓨즈의 정상사용 전류보다 많은 과전류가 흐를 때 퓨즈를 단선시키고, 이 퓨즈의 단선이 출력전압의 차단, 내부회로 보호로서 동작하도록 한다.

그러나 퓨즈를 이용하는 이러한 방법은 부하의 과전류 또는 부하단락에 의한 과전류에 의해 퓨즈 단선이 일어나면 DC/AC 인버터의 재구동을 위해서는 퓨즈의 교환이 요구되고 정확한 퓨즈용량이 아니면 인버터 내부부품 파괴를 수반하기 쉽다.

또한, 순간적인 이상동작 발생 시에 퓨즈가 단선되어 기기를 보호한다 하더라도, 배선상 거리가 있고 단선까지의 시간적인 차이로 인해서 전자기기들의 손상을 발생시킬 수 있다.

본 고안은 AC구동의 외부 부하의 단락이나 이상증상이 발생하였을 때 차량 내의 퓨즈에 의존하지 않고 신속히 DC/AC 인버터 내의 단락방지 안전장치를 구동함으로써, 기기보호는 물론 외부 부하의 소손이나 오동작을 미연에 방지하도록 한다.

본 고안은 외부 부하의 단락여부에 따라 DC입력 전원에 대한 연결 온/오프를 수행하는 DC입력 릴레이와, 상기 DC입력 릴레이로부터 공급되는 DC입력 전원을 AC스위칭 변환하는 SMPS와, 상기 SMPS에서 출력되는 전압을 승압 변환하는 트랜스포머와, 상기 트랜스포머에서 승압된 전압을 정류 및 증폭하여 외부 부하로 출력하는 FET출력부와, 상기 외부 부하의 단락여부에 따라 외부 부하에 대한 연결 온/오프를 수행하는 AC출력 릴레이와, 상기 외부 부하의 단락을 감지하는 단락 감지부와, 상기 단락 감지될 경우에 구동되는 포토 커플러와, 상기 단락 감지부에서 부하의 단락이 감지되면, 상기 외부 부하와의 차단을 위해 상기 AC출력 릴레이를 오프시키며 아울러 포토커플러를 구동시키는 2차측 출력스위치와, 상기 포토커플러 구동이 이루어지면, 상기 DC입력 전원과의 차단을 위해 상기 DC입력 릴레이를 오프시키는 1차측 입력스위치를 포함한다.

상기 단락 감지부는, 상기 FET출력부에 과전류감지저항을 병렬 연결하여, 상기 과전류감지저항에 흐르는 전류의 양에 의하여 단락 여부를 결정함을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 부하의 단락 상태가 아닌 정상 상태인 경우에는, 상기 DC입력 릴레이 및 AC입력 릴레이를 온(on)시켜, 상기 DC입력 전원과 외부 부하와의 연결을 이루도록 한다.

상기 포토커플러는, 상기 단락 감지부에서 부하의 단락이 감지되면 발광되는 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드를 통해 발광되는 빛을 수렴하여 상기 1차측 입력스위치에 전달하는 포토TR을 포함한다.

본 고안은 스위치와 릴레이를 조합하여 우선적으로 DC입력 전원, 외부 부하에 대한 연결 자체를 신속히 차단(off)함으로써, 이상 증상이 반복될 때 누적되는 손상으로부터 화재, 기기 파손 등을 피할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 2는 본 고안의 실시 예에 따른 DC/AC인버터의 블록도이다.

DC입력 릴레이(10)는 SMPS로 입력되는 DC입력 전원과 연결 온/오프 릴레이를 수행한다. 1차측 입력 스위치(90)는 상기 DC입력 릴레이를 제어하여, 정상 동작일 때는 DC입력이 SMPS(20)로 연결되도록 DC입력 릴레이(10)를 온(on)으로 제어하며, 단락 등의 부하 이상 상태가 발생하였을 경우에는 DC입력 전원이 SMPS(20)에 입력되지 않도록 DC입력 릴레이(10)를 오프(off)로 하여 차단한다.

SMPS(20)는 입력되는 DC전압을 20KHz ~ 100KHz 스위칭 펄스로 AC변환하여 트랜스포머(30)로 제공하며, 트랜스포머(30)는 이를 승압 변환하여 AC출력 릴레이(40)로 제공한다. 상기 AC출력 릴레이(40)는 SMPS(30)에서 출력되는 AC를 외부 부하에 대해 연결할지를 결정하는 온/오프 릴레이를 수행하는데, 이를 위하여 SMPS(30)에서 출력되는 AC전원을 FET출력부(50)로 제공할지에 대한 온/오프를 수행한다.

2차측 출력 스위치(70)는 AC출력 릴레이(40)를 제어하여 정상 동작일 때는 변환된 AC출력이 FET출력부(50)로 전달되도록 AC출력 릴레이(40)를 온(on)으로 제어하며, 단락 등의 부하 이상 상태가 발생하였을 경우에는 AC출력이 FET출력부(50)로 제공되지 않도록 AC출력 릴레이(40)를 오프(off)로서 차단한다.

단락 감지부(60)는 외부 부하의 단락을 감지하는데, FET출력부(50)에 연결된 외부 부하에서 단락 등이 이상상태가 발생하는지를 감지한다. 상기 단락 감지부에서 단락을 감지하면, DC입력 릴레이(10)를 오프시켜 DC입력 전원으로부터 차단하 며, 아울러 AC출력 릴레이(40)를 오프시켜 외부 부하로부터 차단하는 제어가 이루어진다. 상기 단락 감지는 다양한 방법으로 이루어질 수 있는데, 예컨대, FET출력부(50)에 병렬 연결된 과전류감지저항을 두어, 상기 과전류감지저항을 흐르는 저항의 크기 비교를 통해 단락 여부를 감지할 수 있다.

상기 단락 감지부(60)에서 단락 감지를 검출한 2차측 출력스위치(70)는 우선, 외부 부하와의 차단을 위해 AC출력 릴레이(40)를 오프시키는 제어를 수행한다.

아울러, 포토커플러(80)를 구동시켜 1차측 입력스위치(90)에 단락이 감지되었음을 알려준다. 즉, 단락 감지를 검출한 2차측 출력스위치(70)는 2차측에 위치한 포토커플러 내의 발광다이오드(81)를 발광하게 되고 이를 수렴한 1측에 위치한 포토커플러 내의 포토TR(82)이 이를 수렴하여 구동함으로써 1차측 입력스위치(90)는 단락 감지를 알 수 있다. 상기 포토커플러(80)를 통해 2차측 출력스위치(70)에서 1차측 입력스위치(90)로 단락 감지를 통보하는 이유는 2차측의 발광다이오드(81)와 1차측의 포토TR(82)이 서로 떨어져 절연되어 있기 때문에 DC/AC인버터의 단락이 발생되어도 영향을 받지 않기 때문이다.

1차측 입력스위치(90)는 단락으로 인한 포토TR의 구동을 검출하면 DC입력 전원과의 차단을 위해 DC입력 릴레이(10)를 오프시켜 차단하는 제어를 수행한다.

본 고안은 상기 설명한 구성 블록과 같이 스위치와 릴레이를 조합의 동작에 의하여 단락 시에 입력 전원과 부하 전원을 차단하여 이상증상이 반복될 때 누적되는 손상으로부터 화재, 기기파손 등을 피할 수 있는데, 간단한 동작 예를 설명하 면, DC전원 인가하고 부하측에 단락(쇼트)이나 과부하의 이상 증상이 있는지 단락 감지부(70)에서 확인한다. 이상 증상이 없을 경우 AC출력 릴레이(40)를 온(on)시켜 외부 부하로 AC 출력을 내보내도록 작동한다.

반면에, 출력전류 체크 중에 과전류로 인한 단락을 감지할 때는, 2차측 출력스위치(70)는 AC출력 릴레이(40)를 오프(off)시켜 외부부하와의 연결을 차단하여 외부 부하를 보호한다. 동시에 포토커플러(80) 내의 발광다이오드(81) 점등, 포토TR(82)의 수렴을 통해, 1차측 입력스위치(90)로 하여금 DC입력 릴레이(10)를 오프(off)함으로서 DC/AC 인버터를 보호한다.

상술한 본 고안의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 고안의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 고안의 실용신안등록청구범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

도 1은 일반적인 디씨/에이씨(DC/AC) 인버터의 블록도이다.

도 2는 본 고안의 실시 예에 따른 DC/AC인버터의 블록도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: DC입력 릴레이 20: SMPS

30: 트랜스포머 40: AC출력 릴레이

50: FET출력부 60: 단락감지부

70: 2차측 출력스위치 80: 포토커플러

90: 1차측 입력스위치

Claims (4)

1. 외부 부하의 단락여부에 따라 DC입력 전원에 대한 연결 온/오프를 수행하는 DC입력 릴레이;

   상기 DC입력 릴레이로부터 공급되는 DC입력 전원을 AC스위칭 변환하는 SMPS;

   상기 SMPS에서 출력되는 전압을 승압 변환하는 트랜스포머;

   상기 트랜스포머에서 승압된 전압을 정류 및 증폭하여 외부 부하로 출력하는 FET출력부;

   상기 외부 부하의 단락여부에 따라 외부 부하에 대한 연결 온/오프를 수행하는 AC출력 릴레이;

   상기 외부 부하의 단락을 감지하는 단락 감지부;

   상기 단락 감지될 경우에 구동되는 포토 커플러;

   상기 단락 감지부에서 부하의 단락이 감지되면, 상기 외부 부하와의 차단을 위해 상기 AC출력 릴레이를 오프시키며, 아울러 상기 포토커플러를 구동시키는 2차측 출력스위치;

   상기 포토커플러 구동이 이루어지면, 상기 DC입력 전원과의 차단을 위해 상기 DC입력 릴레이를 오프시키는 1차측 입력스위치;를 포함하는 디씨/에이씨 인버터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단락 감지부는, 상기 FET출력부에 과전류감지저항을 병렬 연결하여, 상기 과전류감지저항에 흐르는 전류의 양에 의하여 단락 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 디씨/에이씨 인버터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 외부 부하의 단락 상태가 아닌 정상 상태인 경우에는, 상기 DC입력 릴레이 및 AC입력 릴레이를 온(on)시켜, 상기 DC입력 전원과 외부 부하와의 연결을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 디씨/에이씨 인버터.
4. 제1항에 있어서,

   상기 포토커플러는,

   상기 단락 감지부에서 부하의 단락이 감지되면 발광되는 발광 다이오드;

   상기 발광 다이오드를 통해 발광되는 빛을 수렴하여 상기 1차측 입력스위치에 전달하는 포토TR;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨/에이씨 인버터.

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