KR20090011461A - 전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치 - Google Patents

전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상신호 라인, 제어신호 라인, 전원라인과 접지전위차 발생에 의해 유입되는 모든 과도서지로부터 영상기기 시스템을 보호하기 위한 것이다.
영상기기에 사용되어지는 각각의 영상신호 라인, 제어신호 라인, 전원라인용 서지보호장치가 사용되어 질 경우 각각의 회로에서 발생 되는 서로 다른 접지 임피던스의 차이로 인하여 서지가 인입되거나 낙뢰가 도래하였을 때 전위차가 발생하여 서지보호의 목적을 완벽하게 달성할 수 없는 문제점이 있다.
이 문제점을 개선하기 위하여 전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치를 발명하였다.
본 발명에 따른 전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치는 영상신호 라인, 제어신호 라인, 전원라인 서지보호장치를 1개의 PCB에 회로를 통합하여 원보드(ONE-board)화 시켜 동일 접지를 사용함으로써 동일한 접지 임피던스를 각각의 영상신호 라인, 제어신호 라인, 전원라인에 제공하여 보다 개선된 접지의 등전위화를 이루어 모든 서지 유입경로로부터 영상기기 시스템의 첨단기기를 포함한 각종 통신의 장애 및 오동작으로부터 영상기기 시스템을 보호한다.
서지, 영상신호, 제어신호, 전원 라인, 서지 보호, 접지, 공통접지, 일체형, 영상 기기, 전위차

Description

전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치 {Zero voltage difference multiful surge protector for CCTV system}
본 발명은 영상기기 시스템의 서지 보호장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 영상기기 시스템에 연결된 영상신호 라인, 제어신호 라인, 전원라인과 서로 다른 영상신호, 제어신호, 전원라인의 접지 임피던스 차이로 발생된 전위차로부터 유입되는 서지로부터 영상기기 시스템을 동시에 보호하며 전원접지와 통신접지를 통합하여 등전위화를 위한 영상기기 시스템의 서지 보호장치에 관한 것이다.
최근, 건축 및 산업설비의 고집적화 및 자동화 추세에 따라, 정보, 통신, 신호 및 영상 시스템 등에 고전압에 취약한 컴퓨터, CPU, 마이크로 프로세서를 포함한 반도체 기기의 설치가 빠르게 증가 되고 있어 공급전력의 품질이 매우 중요시되고 있다.
그리고, 이러한 계통 및 장비에는 서지 전압 또는 전류와 같은 전기적 과도현상이 산발적으로 침입하여 전자부품 및 전자장비의 고장 또는 파손, 운용 소프트웨어의 오동작 등이 빈번하게 야기되어 왔으며 이는 계통 또는 장비의 운용 면에서 대단히 중요한 문제가 되고 있다. 따라서, 낙뢰, 개폐서지 등과 같은 과도전류이상현상 및 서지의 침입으로부터 이러한 장비들을 보호하기 위하여 서지보호장치의 설치는 필수적이다.
즉, 전원, 신호, 정보, 통신회로 및 선로에 대한 보호대책으로 과도전류 이상현상 및 서지를 흡수하고 접지로 배출하여, 계통 및 장비를 보호하는 서지보호장치를 선정하여 적절한 위치에 설치할 필요가 있다.
또한, 보안 및 안전에 대한 중요성이 점차 강조되고 있고, 사고의 사전예방, 사후 검증을 위하여 영상기기를 많은 곳에 적용하고 있는 추세이다. 영상기기 시스템은 카메라를 통해 영상신호를 입력받고, 제어신호로 카메라의 위치와 화상의 원근을 제어하며 전원라인을 통해 전원을 공급받게 되어있다. 이러한 영상기기 시스템은 실내에 놓이는 경우도 있지만, 많은 경우에 실외에 설치되며, 이때 낙뢰 등에 의한 서지로 인해 많은 피해를 입게 된다. 따라서, 이러한 서지로부터 영상기기 시스템을 적절하게 보호하기 위한 장치의 중요성이 부가되고 있는 추세이다.
그리하여, 최근 실외에 설치되는 대부분의 영상기기 시스템에는 서지보호장치가 설치되어 지고 있으며, 뚜렷한 기준 없이 설치자의 임의대로 영상신호 라인, 제어 신호 라인, 전원라인의 서지보호장치가 각각 따로 설치되고, 접지 또한 전원접지와 통신접지를 구분하여 시설되어 지고 있다.
전원접지와 통신접지를 구분하여 시설하는 서지보호의 측면에서 아주 위험한 시설방식이다.
한편, 도1은 전원접지와 통신접지를 구분하여 시설한 개별접지방식의 개략적인 구성도 이다.
도1을 참고하면, 현재 영상기기 시스템이 시설된 많은 현장에서 도1과 같은 접지 방식을 사용하고 있다. 전원라인(A)를 통해 전원이 전원장비(C)에 공급되며 이 전원라인을 타고 서지가 유입되면, 전원장비(C)에 설치된 전원라인 서지보호장치에 의해 서지는 접지로 배출되어진다. 그러나 장비(C)의 접지저항이 10Ω 인데 반해 통신장비(E)의 접지저항이 5Ω 이라면 전원장비(C)의 전원라인 서지보호장치에 의해 전원접지로 배출된 서지가 임피던스가 더 낮은 통신장비(E)의 접지로 흘러들어가 장비 또는 계통에 피해를 입힌다. 여기에서, 통신라인(B)에 서지보호장치를 설치하였다 하더라도, 서지보호장비 및 소자의 특성상 서지에 의한 손실을 입게 된다.
이러한 전원접지와 통신접지를 따로 시설하는 개별접지는 전술한 전위차(접지저항의 차이)에 의해 유입되는 서지로부터 매우 위험한 구조이며, 모든 접지를 하나로 통합하는 공통접지로 재시설하여야 하나, 현장상황의 특수성과 접지공사비용의 과다함으로 쉽게 공사가 이루어질 수 없는 문제점이 있다.
한편, 도 2는 종래의 기술에 따른 서지보호장치를 구비한 영상기기 시스템의 개략적인 구성도이다.
도2를 참고하면, 종래의 기술에 따른 서지보호장치를 구비한 영상기기 시스템은 감시제어부(1)가 전원 라인과 제어신호 라인 및 영상신호 라인이 각각의 서지보호부와(제어신호서지보호부(2), 영상신호 서지보호부(3), 전원라인 서지보호부(4)) 연결되어 있고, 각각의 서지보호부는(2),(3),(4) 다시 전원 라인과 제어신호 라인 및 영상신호 라인이 영상기기 카메라(3)에 연결되어 있으며, 각각의 서지보호부(제어신호 서지보호부(2), 영상신호 서지보호부(3), 전원라인 서지보호부(4))는 각각의 전원접지 또는 통신접지에 접속되어 있다.
따라서, 영상기기 카메라(5)가 피사체를 촬영하여 영상신호를 입력하면, 영상신호 라인을 통해 영상신호 서지보호부(3)에 전달되고, 다시 감시제어부(1)로 전달되는데, 이 때 상기 영상신호 라인에 인가되는 서지를 보호하도록 되어있으며, 제어신호 라인은 감시제어부(1)에서 제어신호를 입력하면 제어신호 서지보호부(2)를 거쳐 영상기기 카메라(5)에 전달되고, 이때 제어신호 서지보호부(2)에서 제어신호 라인에 인가되는 서지를 보호하며, 전원 라인은 전원 라인 서지보호부(4)를 직렬로 거 치면서 전원 라인에 인가되는 서지를 보호하게 되어있다.
그러나, 종래의 영상기기용 서지보호장치는 영상신호 라인, 제어신호 라인 및 전원 라인의 서지보호를 모두 하고는 있지만, 각각의 서지보호장치를 사용하고 각각 다른 접지(전원 접지, 통신접지)에 접속함으로써 전위차에 의한 서지유입에 대한 대책이 전무하며, 제어신호 라인 서지보호장치, 영상신호 라인 서지보호장치, 전원라인 서지보호장치를 각각의 제품 설치로 인한 비용 상승 및 설치공간 과다필요 등의 문제점이 있으며, 또한 전원 서지보호부(4)의 경우 직렬로 접속되어 서지보호부의 고장 발생시 영상기기로의 전원이 차단되어 영상기기 구동이 전혀 될 수 없는 문제점이 있다.
전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 각각의 접지계통을 한개로 통합하여 영상기기의 영상신호 라인, 제어신호 라인, 전원 라인과 전위차 발생으로 인해 유입되는 모든 서지를 차단할 수 있으며 개선된 접지의 등전위화를 이룰 수 있는 일체형 서지보호장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 영상신호, 제어신호, 전원라인에 따로 시설되는 서지보호장치를 통합 일체화하여, 작업시간을 단축하고 필요 공간을 최소화하여 저비용 창출을 제공하며, 직렬형의 전원보호용 서지보호부(4)를 병렬형으로 개선하여 전원 서지보호부(4)의 고장 및 이상 시에도 영상기기의 운용에는 이상이 없는 서지 보호장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 영상기기용 일체형 서지보호장치는 영상신호 라인, 제어신호 라인, 전원 라인 및 접지 전위차에 의해 유입되는 모든 서지를 차단하며, 전원접지와 통신접지를 등전위화 함으로써 영상기기시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 영상기기용 일체형 서지보호장치는 영상신호 라인 서지보호 부, 제어신호 라인 서지보호부 및 전원 라인 서지보호부를 통합 일체형화 하여 설치 및 작업 효율을 높이고, 협소한 설치공간에도 설치가 용이하게 함으로써, 여러 환경에서도 영상기기 시스템을 효과적으로 보호할 수 있으며, 서지보호부(30) 중 전원부를 병렬형태로 설치하여 전원라인 서지보호장치의 고장 시에도 시스템의 운용에는 이상이 없으므로, 서지보호장치의 고장으로 인한 시스템 저해요인을 효과적으로 예방하여 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 영상기기용 서지보호장치는 1)카메라에서 촬영하여 영상신호 라인을 통해 입력되는 영상신호를 보호하는 영상신호 서지보호부 2)감시 제어부(10)에서 인가하는 제어신호를 전달하는 제어라인을 보호하는 제어신호 서지보호부 3)영상기기에 공급되는 전원라인을 보호하는 전원라인 서지보호부를 통합 일체형화 하여 동일 접지를 사용함으로써, 전원접지와 통신접지를 등전위화 하여 각각의 라인에 의해 인가되는 서지 및 전위차에 의해 유입되는 모든 서지를 동시에 보호하는 서지보호부(30)로 구성되어 있다.
위와 같이 영상신호 라인 서지보호부, 제어신호 라인 서지보호부, 전원 라인 서지보호부를 하나의 인쇄회로기판(PCB)에 구현하여 제품을 소형, 경량화하고 특히 전원 라인 서지보호부를 병렬로 구성하여 서지보호의 안정성을 증대시킴은 물론 영상기기 시스템의 신뢰성에도 기여한다.
따라서, 본 발명에 따른 영상기기보호용 일체형 서지보호장치는 제어신호 라인, 영상신호 라인, 전원 라인의 서지보호를 일체형화 하고 동일한 접지를 사용하여 제어신호 라인, 영상신호 라인, 전원 라인과 전위차에 의해 유입되는 모든 서지로부터 영상기기 시스템을 안전하게 보호할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도3은 본 발명에 따른 서지보호장치의 개략적인 구성도로써, 영상기기 시스템의 감시제어부(10)와 영상기기 카메라(20)간의 일체형 서지보호부(30)를 적용하여 제어 신호 라인, 영상신호 라인 및 전원 라인과 전위차에 의해 유입되는 모든 서지로부터 시스템을 보호한다. 또한 전원 라인 보호부는 병렬로 접속되어 서지보호장치의 고장이나 기타 불능 상황에서도 시스템의 안정성, 지속성을 가지며 동일한 접지를 이용함으로써 전위차에 의한 서지 유입까지 완벽하게 보호하게 된다.
도4는 일체형 서지보호부의 개략적인 회로도로써, 제어신호 라인 서지보호부(31), 영상신호 라인 서지보호부(32), 전원라인 서지보호부(33)가 하나로 결합 되어 동일한 접지를 가지며, 전원 라인 서지보호부는 병렬타입의 구조를 가진다.
5는 상기 회로에 대한 구체적인 회로도로써, 회로의 기능을 설명하면 다음과 같다.
서지를 보호하는 장치에 사용되는 소자들로는, 1)가스충전형 보호소자를 이용한 서지보호장치, 2)바리스터 등을 이용하는 서지보호장치, 3)억제형 다이오드 등을 이용하는 서지보호장치 및 4)이들 보호소자가 복합적으로 이용되는 복합 서지보호장치 등이 있으며 구체적으로는 다음과 같다.
먼저, 바리스터 등을 이용하는 서지보호장치로서, 바리스터는 일정 전압 이하에는 절연체이며, 일정 전압 이상에서는 순간적으로 도체가 된다. 외부에서 입력되는 낙뢰 서지는 바리스터를 통해 접지로 배출되어 진다. 즉, 바리스터는 공급된 전압이 일정 전압보다 증가하면 순간 도체가 되고 공급된 전압이 일정 전압 이하로 떨어지면 다시 절연체가 된다. 이러한 방법으로 전압 제한 역할을 수행하게 되며 바리스터는 수 nano-sec 범위에서 매우 빠르게 동작한다.
본 장치의 전원라인 보호용 서지보호부는 바리스터를 사용하였고,AC220~240V의 정격전압인 경우에는 300~320V의 바리스터를 사용하는 것이 바람직하며 개당 20KA의 서지보호용량을 가지는 바리스터를 사용하였다.
다음으로, 가스충전형 보호소자는 약 10KA 까지의 서지전류를 방전 할 수 있으나, 반응속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 이보다 큰 서지전류는 대체적으로 신호, 영상라인에서는 발생하지 않는데, 그 이유는 접속케이블 단면적이 상대적으로 작고, 과도 이상전류를 충전시킬 수 있는 용량을 갖지 않기 때문이다.
다음으로, 극히 빠른 반응동작의 억제형 다이오드(SAD) 서지보호 소자를 사용한 서지보호 장치가 있다. 이것은 수 pico-sec로 반응 동작하며 일종의 제너 다이오드의 성질이 있으나, 고압에 약한 특성이 있다.
마지막으로, 전술한 보호소자를 복합적으로 사용하여 서지를 보호하는 복합 보호회로가 있다. 이러한 복합 보호회로는 개별보호소자(가스 충전형 보호소자, 바리스터, 억제형 다이오드 등)의 장점을 활용하고 단점을 보완한 것으로, 이 소자들은 병렬회로로 직접 접속될 수 있다.
이와 같이, 억제형 다이오드(SAD)는 가장 빠른 반응속도를 가진 서지보호소자이며 서지전압 발생시 가장 먼저 반응한다. 복합보호회로에서는 기준치 이상의 서지 전압 인입시 억제형 다이오드가 파손되기 이전에 가스충전형 보호소자가 반응하여 고압성분을 감쇄시킨다. 즉 가스충전형 보호소자의 고압에는 강하고 반응속도는 느린 특징과 억제형 다이오드의 고압에는 약하고 반응속도는 빠른 특징을 결합하여, 서로 장단점을 보완하여 서지보호 복합회로가 구성된다.
따라서, 본 전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치는 전술한 바와 같이 여러 서지보호장치 중에서 바리스터, 가스충전형 보호소자 및 억제형 다이오드등을 복합회로로 사용하여 구현된다.
도4를 참조하면, 여기서 제어신호 라인 서지보호부(31)는 제어신호 라인에 서지가 유입되는 경우 1차적으로 가스충전형 보호소자(GT1, GT2)를 통하여 서지가 접지로 배출되고, 2차적으로 억제형 다이오드(SAD1,SAD2,SAD3,SAD4)를 통하여 접지로 배출되므로 항상 제어신호 라인을 보호하게 된다.
한편, 영상신호 라인 서지보호부(32)는 영상신호라인 및 쉴드 라인에 서지가 유입되는 경우 1차적으로 가스충전형 보호소자(GT3,GT4)를 통하여 서지가 접지로 배출되며, 2차적으로 브리지 다이오드(BD) 및 억제형 다이오드(SAD5,SAD6)을 통해 서지가 접지로 배출되므로 영상신호 라인을 보호한다.
한편, 전원 라인 서지보호부는(33) 영상기기 시스템에 공급되는 전원라인에 상(H)중성선(N), 접지(G)에 각각 병렬로 각각 연결되고, 상(H)과 중성선(N)에 병렬로 바리스터(V1)가 연결되며, 상(H)과 접지(G)에도 바리스터가 병렬로 연결되고(V2), 중성선(N)과 접지(G)에도 바리스터(V3)가 병렬로 연결되고, 상(H)과 바리스터(V1,V2)사이에는 퓨즈가 삽입되어 바리스터의 용량 초과로 인한 열화 시 화재예방을 도모한다.
또한, 퓨즈 뒷단에 다이오드와 저항을 이용하여 발광형 다이오드를 삽입하여 바리스터(V1,V2)의 열화시 퓨즈의 ON, OFF 상태를 디스플레이화 하여 상태점검을 할 수 있으며, 중성선(N)과 접지(G) 사이에도 발광형 다이오드를 삽입하여 중성선(N)과 접지(G)간의 전압 상승시(누전) 상태표시를 나타낸다.
이는 바리스터가 전원선에 병렬로 설치되어 전술한 바리스터의 특징대로 일정 전압 이하에서는 절연체의 특성을 가지고, 일정 전압 이상의 서지 유입시 순간적으로 도체의 특성을 가져, 순간적으로 서지전류를 접지로 배출하는 회로를 구현하고 있다.
따라서, 도4와 도5를 참조하면 전술한 제어신호 라인 서지보호부, 영상신호라인 서지보호부, 전원라인 서지보호부가 도5와 같이 하나의 인쇄회로기판에 구현되어 동일한 접지를 사용함으로써 전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치가 서지를 접지로 배출하였을 때 전위차에 의하여, 접지를 매개체로 역으로 서지가 유입되는 서지 유입경로를 완전 차단할 수 있으며 기존의 제어신호 라인, 영상신호 라인, 전원 라인을 통하여 유입되는 서지도 완벽하게 보호할 수 있다.
도1 현재 영상기기가 시설 되어진 현장에 전원접지와 통신접지를 따로 시설한 개략적인 구성도이다.
도2 종래의 기술에 따른 서지보호장치를 구비한 영상기기 시스템의 개략적인 구성도이다.
도3 본 발명에 의한 서지보호장치를 구비한 영상기기 시스템의 개략적인 구성도이다.
도4 본 발명에 따른 전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치의 개략적인 회로도이다.
도5 본 발명에 따른 전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치의 구체적인 회로도이다.

Claims (5)

  1. 영상기기 시스템에 유입되는 영상신호 라인, 제어신호 라인, 전원 라인 및 전위차에 의해 유입되는 모든 서지로부터 영상기기 시스템을 보호하기 위한 것으로,
    영상신호 라인 서지보호장치, 제어신호 라인 서지보호장치, 전원라인 서지보호장치를 하나의 인쇄회로기판으로 일체형화(30);
    상기 영상신호 라인 서지보호부(32), 제어신호 라인 서지보호부(31), 전원라인 서지보호부(33)의 접지 회로를 통합 동일화(30);
    상기 전원라인 서지보호부(33)의 접속방식을 병렬화;
    된 전위차 해소 영상기기보호용 일체형 서지보호장치
  2. 제1항에 있어서,
    기존에 분리되어 사용되던 영상신호 라인 서지보호부, 제어신호 라인 서지보호부, 전원 라인 서지보호부를 하나의 인쇄회로기판으로 일체형 화 시킨 소형화, 경량화 개선 회로(30)
  3. 제 1항에 있어서,
    기존에 분리되어 설치, 시설되던 영상신호 라인 서지보호부, 제어신호 라인 서지보호부, 전원 라인 서지보호부의 접지를 동일화 함으로써 전위차에 의한 서지유입 방지 개선 회로(30)
  4. 제 1항에 있어서,
    전원 라인 서지보호부를 전원 라인에 병렬로 접속하여 서지보호장치의 고장시에도 시스템의 운용에 지장을 주지 않는 개선 회로
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전원라인 서지보호부는 전원 연결단자(H) 입력 부위에 연결되는 퓨즈(F1);
    상기 퓨즈의 타측과 중성선 사이에 병렬 연결되는 바리스터(V1);
    상기 퓨즈의 타측과 접지(GND)사이에 병렬 연결되는 바리스터(V3);
    중성선과 접지(GND)사이에 병렬 연결되는 바리스터(V2);
    상기 퓨즈의 타측과 중성선 사이에 연결되는 발광 다이오드(LED1);
    중성선과 접지(GND)사이에 연결되는 발광 다이오드(LED2); 및
    상기 퓨즈의 타측과 중성선 사이에 병렬 연결되는 콘덴서(C1);
    를 포함하여 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 서지보호장치
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