KR20100078757A - Ｃｐｕ 및 메모리 전원 보호 회로 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

원전용 다기능 디지털 루프 제어기의 CPU 및 메모리 전원 보호 회로 및 방법이 개시된다. 본 발명은 원전용 다기능 디지털 루프 제어기의 CPU 및 메모리에 공급되는 전압 및 전류를 모니터링하여 과도한 전압 및 전류가 발생할 경우 스위치를 오프 (Off) 시켜 디바이스가 파손되거나 프로그램이 삭제되거나 또는 잘못된 데이터의 저장을 방지하여 장비의 신뢰성을 향상시켜 안정적인 동작을 확보할 수 있도록 한다.
Figure P1020080137105
원전용 다기능 디지털 루프 제어기, 전원 보호 회로, 과전압, 과전류

Description

ＣＰＵ 및 메모리 전원 보호 회로 및 그 방법 {CPU AND MEMORY POWER PROTECTION CIRCUIT AND METHOD THEROF}
본 발명은 원전용 다기능 디지털 루프 제어기의 CPU 및 메모리 전원을 보호하는 회로에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 원전용 다기능 디지털 루프 제어기의 CPU 및 메모리에 공급되는 전압 및 전류를 모니터링하여 과도한 전압 또는 전류가 발생하는 경우 스위치를 오프시켜 디바이스가 파손되거나 프로그램이 삭제되거나 또는 잘못된 데이터가 저장되는 것을 방지하여 장비의 신뢰성을 향상시키고 안정적인 동작을 확보하는 회로 및 그 방법에 관한 것이다.
원전용 장비 또는 전력량계, AC 모터 등의 대용량 전원을 사용하는 장비에서는 고도의 신뢰성 및 안전성이 요구된다. 그러므로, 기존의 원전용 장비는 과도 전압에 의한 전기적 충격으로부터 핵심 부품을 보호하기 위하여 이상 전압이 발생하는 경우 CPU 를 리셋시켜서 정상적인 전압에서 CPU 가 동작하도록 하나, 전원 자체를 차단하지는 않으므로 비정상적인 전원이 계속적으로 인가되는 문제가 있었다. 전원 자체가 차단되지 않고 비정상적인 전원이 계속적으로 인가되는 경우에 메모리에 기록하는 과정에서 오류가 발생할 수 있으며 내부에 저장된 데이터가 삭제될 수도 있다. 또한, CPU 의 경우는 프로그램 메모리가 손상되어서 프로그램이 삭제되거나 오동작을 일으킬 수도 있다. 한편, 기존의 전원 보호 회로는 시스템 전원과 별도의 전원을 사용하지 않아 메인 전원이 불안정한 경우에 전원 보호 회로의 동작 또한 불안정할 수도 있다.
큰 전압이 인가되는 경우 또는 허용 전류 이상의 전류가 흐르는 경우 메인 파워의 퓨즈, 바리스타 (varistor) 등에 의해 장비가 보호된다. 그러나, 외부적인 전기 충격이 아닌 보드 내부에서의 불량에 의한 과도 전압, 전류 등이 발생할 경우 보드의 동작에 심각한 문제를 발생시킬 수도 있다 (예를 들어, 5 V 를 사용하는 IC 에 내부적인 쇼트로 인해 12 V 가 인가되는 경우 문제가 발생할 수도 있다).
특히 직렬 EEPROM 의 경우 쓰기 동작 중 전원이 불안정하게 되면 쓰기 동작의 오류가 발생하거나 내부에 저장된 데이터가 삭제될 수 있으며, CPU 의 프로그램 메모리가 손상되어 프로그램이 삭제되거나 오동작을 일으킬 수도 있다. 그러므로, CPU 및 EEPROM 메모리의 경우 장애가 발생하여도 영향을 받으면 안되며 장애 제거시 즉시 원 상태로 복귀하여야 한다.
기존 전압 감시 IC 의 경우 이상 전압이 발생할 경우 CPU 를 리셋시켜서 정상적인 전압에서 CPU 가 동작하도록 하나 전원 자체를 차단하지는 않으므로 비정상적인 전원이 계속적으로 인가되게 된다. 본 발명은 비정상적인 전압뿐만 아니라 전류에 대한 감시를 통해서 비정상적인 전류 또는 비정상적인 전압의 인가시에 CPU 및 메모리에 공급되는 입력 전원을 차단하여 IC 및 데이터를 보호하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, CPU 및 메모리 전원 보호 회로는, 입력 전 원의 전류를 측정하고 비례적인 전압 값으로 변환하여 출력하는 전류 센서 IC, 출력된 전압 값을 증폭하여 기준 값과 비교하고 출력된 전압 값이 기준 값을 초과하는 경우 제 1 시그널을 전달하는 비교기, 입력 전원이 설정 값을 초과하는 경우 제 2 시그널을 전달하는 전압 감시 디바이스, 비교기 및 전압 감시 디바이스와 연결되어 스위치를 제어하는 스위치 제어 로직, 및 스위치 제어 로직의 제어에 따라 입력 전원을 차단하는 스위치를 포함한다.
바람직하게, 전원 보호 회로의 스위치 제어 로직은 비교기로부터 제 1 시그널을 전달 받거나 또는 전압 감시 디바이스로부터 제 2 시그널을 전달 받는 경우 스위치를 오프 (off) 시킨다.
바람직하게, 전원 보호 회로의 기준 값 및 설정 값은 변경이 가능하다.
바람직하게, 전원 보호 회로는 전류 센서 IC 로부터의 출력된 전압 값을 증폭하여 비교기 및 A/D 컨버터로 전달하는 증폭기를 더 포함하고, A/D 컨버터는 증폭된 전압 값을 디지털 시그널로 변환한다.
바람직하게, 전원 보호 회로는 전압 감시 디바이스 및 A/D 컨버터와 연결되어 비교기 및 스위치 제어 로직의 동작을 감시하고, 이상이 발생하는 경우 외부 디바이스로 상태를 알려주는 μCPU 를 더 포함한다.
바람직하게, 전원 보호 회로는 독립적인 전원을 사용하여 동작하여, 장비의 메인 전원에 영향을 받지 않게 된다.
또한, CPU 및 메모리 전원 보호 방법은 입력 전원의 전류를 측정하고 비례적인 전압 값으로 변환하여 출력하는 단계, 출력된 전압 값을 증폭하여 기준 값과 비 교하고 출력된 전압 값이 기준 값을 초과하는 경우 제 1 시그널을 전달하는 단계, 입력 전원이 설정 값을 초과하는 경우 제 2 시그널을 전달하는 단계, 및 제 1 시그널을 전달 받거나 또는 제 2 시그널을 전달 받은 경우 스위치를 오프시켜 입력 전원을 차단하는 단계를 포함한다.
바람직하게 전원 보호 방법의 기준 값 및 상기 설정 값은 변경이 가능하다.
또한, 바람직하게 전원 보호 방법은 제 2 시그널 또는 증폭된 전압 값을 감시하고, 이상이 발생하는 경우 외부 디바이스로 상태를 알려주는 단계를 더 포함한다.
바람직하게 전원 보호 방법은 독립적인 전원을 사용하여, 장비의 메인 전원에 영향을 받지 않게 된다.
본 발명은 원전용 장비와 같이 고도의 신뢰성 및 안전성이 요구되는 장비에서 과도 전압 및 과도 전류에 의한 전기적 충격으로부터 핵심 부품을 보호하는 것을 그 효과로 한다. 또한, 기존의 전압 감시 IC 의 경우 이상 전압이 발생하는 경우 CPU 를 리셋시켜 정상적인 전압에서 CPU 가 동작하도록 하나 전원 자체를 차단하지 않으므로 비정상적인 전원이 계속적으로 인가되는데 비해, 본 발명은 비정상적인 전압 뿐만 아니라 전류에 대한 감시를 통해서 비정상적인 전류 및 전압의 인가시에 CPU 및 메모리에 공급되는 전원을 완전히 차단하여 IC 및 데이터를 보호하게 된다.
또한, 본 발명의 목적은 이상 발생 원인 제거시 즉시 구동이 가능하여 높은 신뢰성을 구현하는 것이다.
본 발명은 원전용 다기능 디지털 루프 제어기의 CPU 및 메모리에 공급되는 전압 및 전류를 모니터링하여 과도한 전압 또는 전류가 발생하는 경우 스위치를 오프시켜 디바이스가 파손되거나 프로그램이 삭제되거나 또는 잘못된 데이터가 저장되는 것을 방지하여 장비의 신뢰성을 향상시키고 안정적인 동작을 확보하는 회로 및 그 방법에 관한 것이다.
도 1 은 예시적인 CPU 및 메모리 전원 보호 회로 (10) 를 나타낸다. 일 실시형태에서, 전원 보호 회로 (10) 에 약 3 내지 5 V 의 입력 전원 (20) 이 입력된다. 입력 전원 (20) 은 전류부 (30) 와 전압 감시 디바이스 (40) 로 전달되게 된다. 전류부 (30) 는 입력되는 전류를 전압으로 변환하여 증폭시키고 이를 기준 값과 비교하는 역할을 하게 된다. 전압 감시 디바이스 (40) 는 전압을 감시하며 설정된 전압 이상의 전압이 인가되는 경우 시그널을 발생하는 역할을 하게 된다.
일 실시형태에서, 전류부 (30) 는 전류 센서 저항 (50 및 70), 전류 센서 IC (60), 증폭기 (80), 기준값 (90) 및 비교기 (100) 를 포함한다. 전류 센서 저항 (50) 은 전류 센서 IC 가 전류를 측정할 수 있도록 매우 작은 저항으로 구성된다. 전류 센서 저항 (50) 은 전류 센서 IC (60) 와 연결되며, 입력 전원 (20) 으로 전압이 인가되면 전류 센서 IC (60) 가 전류를 측정하게 된다. 일 실시형태에서, 측정된 전류 값은 약 0 mA 를 초과하며 약 100 mA 이하의 값을 가지게 된 다. 본 발명은 수 mA 의 전류를 정확하게 측정하는 것을 목적으로 한다.
전류 센서 IC (60) 는 측정된 수 mA 의 전류 값을 정의된 범위 (일 실시형태에서, 약 1 V) 내에서 비례적인 전압 값으로 변환하여 출력한다. 출력된 전압 값은 보다 정확한 비교를 위해서 증폭기 (80) 에서 증폭된다. 증폭된 값은 비교기 (100) 로 입력되며 비교기 (100) 는 증폭기 (80) 의 출력 값과 기준 값 (90) 을 비교하여 증폭기 (80) 의 출력 값이 기준 값 (90) 을 초과하는 경우 시그널을 스위치 제어 로직 (110) 에 전달한다.
비교기 (100) 에 입력되는 기준 값 (90) 은 증폭기의 출력 전압과 비교하기 위한 기준 전압으로 적용하고자 하는 레벨에 따라서 변경이 가능하다. 수 mA 의 전류 값이 증폭기 (80) 에 의해서 증폭되어 기준 값 (90) 과 비교되므로 고정밀도로 전압을 비교할 수 있는 효과를 갖는다.
앞서 설명한 것과 같이, 전류부 (30) 는 입력 전원 (20) 의 전류를 측정하여 전압으로 변환하고, 변환된 전압값이 기준 값 (90) 보다 큰 경우에는 시그널을 스위치 제어 로직 (110) 에 전달한다.
한편, 전압 감시 디바이스 (40) 는 입력 전원 (20) 을 입력받아 설정된 전압 이상의 전압이 인가되는 경우 시그널을 스위치 제어 로직 (110) 에 전달한다. 일 실시형태에서, 입력 전원 (20) 이 설정된 전압 이하의 전압이 인가되는 경우 시그널이 스위치 제어 로직 (110) 에 전달되도록 설정할 수도 있다. 또한 일 실시형태에서, 입력 전원 (20) 이 설정된 전압 이하 또는 이상인 경우 모두 시그널이 스위치 제어 로직 (110) 에 전달되도록 설정할 수도 있다.
일 실시형태에서, 스위치 제어 로직 (110) 은 비교기 (100) 및 전압 감시 디바이스 (40) 와 연결된다. 앞서 설명한 것과 같이, 기준 전류 이상의 전류가 흐르는 경우는 비교기 (100) 에서 시그널 (이하, 제 1 시그널이라 칭함) 이 스위치 제어 로직 (110) 에 전달되고, 기준 전압 이상의 전압이 인가되는 경우는 전압 감시 디바이스 (40) 에서 시그널 (이하, 제 2 시그널이라 칭함) 이 스위치 제어 로직 (110) 에 전달된다. 스위치 제어 로직 (110) 은 제 1 시그널 또는 제 2 시그널을 입력받는 경우 스위치 (170) 를 오프시켜 CPU 및 메모리 (150) 에 인가되는 전원을 차단한다. 과도한 전압 및 전류가 인가되어도 스위치 (170) 가 오프되므로 CPU 및 메모리 (150) 가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한 스위치 (170) 의 동작은 하드웨어로 처리되어 빠르게 동작하며 과도 전류 및 전압에 신속하게 대응할 수 있다.
한편 일 실시형태에서, 증폭기 (80) 의 출력은 A/D 컨버터 (120) 로 입력된다. A/D 컨버터 (120) 는 입력된 아날로그 시그널을 디지털 시그널로 변환하여 μCPU (130) 에 전달한다. μCPU (130) 는 A/D 컨버터 (120) 로부터 디지털 시그널을 입력받고, 전압 감시 디바이스 (40) 로부터 제 2 시그널을 입력받는다. μCPU (130) 는 입력값들에 기초하여 비교기 (100) 및 스위치 제어 로직 (110) 이 정상적으로 동작하는지 감시한다. 또한, μCPU (130) 는 외부 인터페이스 (140) 와 연결되어, 이상이 발생하는 경우 외부 인터페이스 (140) 에 장애가 발생했음을 알려준다. 일 실시형태에서, μCPU (130) 는 스위치 (170) 가 오프되는 경우에 메인 CPU 및 외부 인터페이스 (140) 에 스위치 (170) 가 오프되었음을 알려 준다.
한편, 전원 보호 회로 (10) 는 시스템 전원과는 별도의 전원 (예를 들어, 배터리) (160) 을 사용하여 메인 전원에 관계없이 동작이 가능하다. 그러므로, 시스템의 메인 전원에 영향을 받지 않고 독립적으로 전압 및 전류 감시 동작을 수행할 수 있어, 장비의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 안정적인 동작을 확보할 수 있게 된다. 또한, 이용되는 μCPU 는 초 저전력 마이크로 CPU 이므로 별도의 배터리 전원만으로도 충분히 오랫동안 구동이 가능한 저전력 소모 회로이다.
도 2 는 예시적인 전류부 (30) 의 동작 흐름도를 나타낸다. 일 실시형태에서, 전류부 (30) 는 전류 센서 저항 (50 및 70), 전류 센서 IC (60), 증폭기 (80), 기준값 (90) 및 비교기 (100) 를 포함한다. 단계 210 에서, 입력 전원 (20) 이 전류 센서 저항 (50) 을 통과해서 로드로 입력된다. 단계 220 에서, 전류 센서 저항 (50) 과 연결된 전류 센서 IC (60) 가 전류를 정의된 범위 내의 비례적인 전압 값으로 변환하여 출력한다. 예를 들어, 전류 센서 IC (60) 가 측정한 전류 값이 0 mA 와 100 mA 사이의 범위에 존재하는 경우, 정의된 범위를 1 V 로 정의할 수 있고, 측정한 전류 값이 50 mA 인 경우 전류 센서 IC (60) 의 출력 전압 값은 0.5 V 가 된다. 단계 230 에서, 출력된 전압 값이 증폭기 (80) 를 통해서 증폭되어 비교기 (100) 에 입력된다. 단계 240 에서, 비교기 (100) 가 증폭기 (80) 의 출력값과 기준 값 (90) 을 비교하고 증폭기의 출력값이 기준 값 (90) 을 초과하는 경우 시그널 (제 1 시그널) 을 스위치 제어 로직 (110) 에 전달하게 된다. 즉, 전류부 (30) 는 입력되는 전류를 전압으로 변환하여 증폭시키 고 이를 기준 값과 비교하고, 고 전류가 발생하는 경우에 제 1 시그널을 스위치 제어 로직 (110) 에 전달한다.
도 3 은 예시적인 전압 감시 디바이스 (40) 의 동작 흐름도를 나타낸다. 단계 310 에서, 입력 전원 (20) 이 전압 감시 디바이스 (40) 로 입력된다. 단계 320 에서, 전압 감시 디바이스 (40) 는 입력 전원 (20) 을 기준 전압값과 비교하고 입력 전원 (20) 이 기준 전압값을 초과하는 경우 시그널 (제 2 시그널) 을 스위치 제어 로직 (110) 에 전달하게 된다. 한편, 일 실시형태에서 입력 전원 (20) 이 기준 전압값 이하의 값인 경우에 시그널을 스위치 제어 로직 (110) 에 전달하도록 설정할 수도 있다. 즉, 전압 감시 디바이스 (40) 는 입력 전원 (20) 을 기준 전압값과 비교하고, 고 전압이 발생하는 경우에 제 2 시그널을 스위치 제어 로직 (110) 에 전달한다.
도 4 는 예시적인 μCPU 의 동작 흐름도를 나타낸다. 단계 410 에서, 증폭기 (80) 를 통과한 아날로그 시그널이 A/D 컨버터 (120) 를 통과하여 디지털 시그널로 변환된다. 단계 420 에서, μCPU (130) 에 전압 감시 디바이스 (40) 의 출력 값과 A/D 컨버터 (120) 를 통과한 디지털 시그널이 입력된다. 단계 430 에서, μCPU (130) 는 입력 값들에 기초하여 비교기 (100) 와 스위치 제어 로직 (110) 이 정상적으로 동작하는지 확인하고, 이상이 발생하는 경우 외부 인터페이스 (140) 에 장애가 발생했음을 알려준다. 또한, μCPU (130) 는 스위치 (170) 가 오프되는 경우 메인 CPU 또는 외부 인터페이스에 스위치가 오프되었음을 통지할 수도 있다.
도 5 는 예시적인 스위치부의 동작 흐름도를 나타낸다. 스위치부는 스위치 제어 로직 (110) 및 스위치 (170) 를 포함한다. 단계 510 에서, 스위치 제어 로직 (110) 은 비교기 (100) 에서 출력되는 시그널 (제 1 시그널) 및 전압 감시 디바이스 (40) 의 출력 시그널 (제 2 시그널) 을 입력받는다. 단계 520 에서, 제 1 시그널 또는 제 2 시그널이 입력된 경우 스위치 제어 로직 (110) 은 스위치 (170) 를 오프시킨다. 단계 530 에서, 스위치 (170) 가 오프되어 CPU 및 메모리 (150) 에 전달되는 전원을 차단한다. 한편, 스위치 (170) 의 동작은 하드웨어로 처리되어 빠르게 동작하여 과도 전류 및 과도 전압에 신속하게 대응할 수 있다. 또한, 시스템 전원과는 별도의 전원 (160) 을 사용하므로 시스템 전원에 관계없이 동작이 가능하여, 시스템 전원이 불안정한 경우에도 과도 전류 및 과도 전압을 안전하게 차단하게 된다.
본 발명은 수 mA 의 전류를 전류 센서 저항을 이용하여 정확하게 측정하고 대응되는 전압을 증폭하는 기술을 포함한다. 또한, 수 mA 의 전류에 대응하는 전압을 증폭기를 사용하여 증폭하여 기준 값과 비교하기 때문에 고정밀도로 비교할 수 있다. 또한, 비정상적인 저압뿐만 아니라 전류에 대한 감시를 통해서 CPU 및 메모리를 보호할 수 있다. 또한, 초 저전력 마이크로 CPU 를 이용하고 이용되는 소자의 값들이 작으므로 별도의 배터리 전원만으로도 충분히 오랫동안 구동이 가능한 저전력 소모 회로이다.
본 발명은 다양한 방식에 의해서 구현될 수도 있다. 또한, 개시된 실시형태의 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 수행 또는 사용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시형태에 대한 다양한 변형은 당업자에게는 용이하게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나는 것 없이 다른 실시형태에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에서 설명된 실시형태로 제한하려는 것이 아니라, 여기에 개시된 원리 및 신규한 특성에 부합되는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
도 1 은 예시적인 CPU 및 메모리 전원 보호 회로를 나타낸다.
도 2 는 예시적인 전류부의 동작 흐름도를 나타낸다.
도 3 은 예시적인 전압 감시 디바이스의 동작 흐름도를 나타낸다.
도 4 는 예시적인 μCPU 의 동작 흐름도를 나타낸다.
도 5 는 예시적인 스위치부의 동작 흐름도를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 입력 전원의 전류를 측정하고 비례적인 전압 값으로 변환하여 출력하는 전류 센서 IC;
    상기 출력된 전압 값을 증폭하여 기준 값과 비교하고 상기 출력된 전압 값이 상기 기준 값을 초과하는 경우 제 1 시그널을 전달하는 비교기;
    상기 입력 전원이 설정 값을 초과하는 경우 제 2 시그널을 전달하는 전압 감시 디바이스;
    상기 비교기 및 상기 전압 감시 디바이스와 연결되어 스위치를 제어하는 스위치 제어 로직; 및
    상기 스위치 제어 로직의 제어에 따라 상기 입력 전원을 차단하는 스위치를 포함하는, 전원 보호 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 로직은 상기 비교기로부터 상기 제 1 시그널을 전달 받거나 또는 상기 전압 감시 디바이스로부터 상기 제 2 시그널을 전달 받는 경우 상기 스위치를 오프 (off) 시키는, 전원 보호 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 값 및 상기 설정 값은 변경이 가능한, 전원 보호 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 센서 IC 로부터의 상기 출력된 전압 값을 증폭하여 상기 비교기 및 A/D 컨버터로 전달하는 증폭기를 더 포함하고,
    상기 A/D 컨버터는 상기 증폭된 전압 값을 디지털 시그널로 변환하는, 전원 보호 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전압 감시 디바이스 및 상기 A/D 컨버터와 연결되어 비교기 및 스위치 제어 로직의 동작을 감시하고 이상이 발생한 경우 외부 디바이스로 상태를 알려주는 μCPU 를 더 포함하는, 전원 보호 회로.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 보호 회로는 독립적인 전원을 사용하여 동작하는, 전원 보호 회로.
  7. 입력 전원의 전류를 측정하고 비례적인 전압 값으로 변환하여 출력하는 단계;
    상기 출력된 전압 값을 증폭하여 기준 값과 비교하고 상기 출력된 전압 값이 상기 기준 값을 초과하는 경우 제 1 시그널을 전달하는 단계;
    상기 입력 전원이 설정 값을 초과하는 경우 제 2 시그널을 전달하는 단계; 및
    상기 제 1 시그널을 전달 받거나 또는 상기 제 2 시그널을 전달 받은 경우 스위치를 오프시켜 상기 입력 전원을 차단하는 단계를 포함하는, 전원 보호 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기준 값 및 상기 설정 값은 변경이 가능한, 전원 보호 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 시그널 또는 상기 증폭된 전압 값을 감시하고 이상이 발생한 경우 외부 디바이스로 상태를 알려주는 단계를 더 포함하는, 전원 보호 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 한에 있어서,
    상기 전원 보호 방법은 독립적인 전원을 사용하는, 전원 보호 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014209397A1 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Intel Corporation A power detector circuit

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