KR20150089416A - 트리거 제어 알고리즘을 이용한 통신신호 계통의 서지보호 시스템과 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신신호 계통의 서지보호 시스템에 관한 것으로서, 통신신호 라인으로부터 분기되는 입력부; 상기 입력부에 인가된 서지(surge)를 방호하는 복수의 병렬 서지보호기; 상기 서지보호기를 절환하여 출력부로 출력하는 전환부 및 상기 서지보호기들로부터 상태정보를 받아 상기 전환부를 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 서지보호기는 입력 라인에 쌍방향 다이오드가 병렬로 2개 연결되어 있고, 상기 쌍방향 다이오드 사이 및 접지와는 각각 제너 다이오드가 연결되어 분기되며, 상기 컨트롤러는 상기 서지보호기의 상태정보를 확인하여 상기 서지보호기의 점검 및 교체신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

Description

트리거 제어 알고리즘을 이용한 통신신호 계통의 서지보호 시스템과 그 방법{Surge protect system of communication signal line using trigger control algorithm and method thereof}

본 발명은 타이머 체크 알고리즘을 이용한 통신신호 계통의 서지(surge)보호 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 트리거 회로와 램프를 사용하여 서지보호기의 고장여부를 확인할 수 있는 시스템과 그 방법에 관한 것이다.

반도체 기술을 이용한 컴퓨터 및 통신기기 등은 미약한 서지전류에 의한 기기의 손상은 물론 계통에 침입하는 미약한 노이즈에 의해서 기능장애를 일으키기도 하며, 이는 장비의 수명에 따른 직접적 비용뿐 아니라 서비스 중단에 따른 간접적인 피해까지 야기한다.

첨단 반도체 집적회로를 사용하는 시스템 하드웨어들은 낙뢰, 과전압 또는 정전기 등으로 인하여 발생되는 서지에 의하여 소손, 오작동 또는 고장 등이 발생한다. 이러한 서지로부터 시스템을 안전하게 운영하고 지속적인 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 이러한 목적을 위하여 과전압보호기를 설치하여 서지로 인한 피해를 최대한 줄이고 있지만 아직까지 안전성을 확보하고 있지 못하다.

현재 많은 곳에서 과전압보호기를 설치 사용하고 있다. 그러나 보호기기의 설치 이후에는 장비의 관리가 제대로 이루어 지지 않아 장비 등이 피해에 노출되어 있다. 이러한 피해를 줄이기 위하여 과전압보호기의 유지보수가 필요하지만 현실적으로 설치되어 있는 모든 과전압보호기에 대하여 항시 감시하기란 매우 어려운 실정이다.

서지보호기는 크게 전원용, 통신신호용 및 CCTV용으로 구분되는데, 전원용의 경우에는 보호기기가 고장 나면 제품 자체에 설치되어 있는 램프 등으로 확인할 수 있고, 이상과전압 침입 횟수 등을 표기하는 기술이 개발되어 있다. 그러나 통신신호용 과전압 보호기에는 이러한 기능이 개발되어 있지 않아 보호기기를 설치한 이후 사실상 관리가 되지 않아 서지전류 유입으로 인한 보호 장비의 고장 및 오작동 등을 일으키는 문제가 발생하고 있다. 이로 인하여 장비보호라는 주 기능에 대한 신뢰도에 악영향을 끼치고 있는 실정이다.

특허문헌 1에 자동전환이 가능한 서지보호기의 이중화 보호시스템이 제시되어 있으나, 서지보호기의 실시간 확인과 이상여부를 손쉽게 판단할 수 있는 구체적인 알고리즘이 제시되어 있지 못하다.

1. 한국 등록특허 제10-1333547호

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 실시간 확인과 이상여부를 손쉽게 판단할 수 있는 이중화 서지보호기의 구체적인 알고리즘을 제공하고자 한다.

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 통신신호 계통의 서지보호 시스템은, 통신신호 라인으로부터 분기되는 입력부; 상기 입력부에 인가된 서지(surge)를 방호하는 복수의 병렬 서지보호기; 상기 서지보호기를 절환하여 출력부로 출력하는 전환부 및 상기 서지보호기들로부터 상태정보를 받아 상기 전환부를 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 서지보호기는 입력 라인에 쌍방향 다이오드가 병렬로 2개 연결되어 있고, 상기 쌍방향 다이오드 사이 및 접지와는 각각 제너 다이오드가 연결되어 분기되며, 상기 컨트롤러는 상기 서지보호기의 상태정보를 확인하여 상기 서지보호기의 점검 및 교체신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 상태정보는 서지의 전압 또는 전류와 서지 횟수를 측정하여 상기 서지보호기에 흡수된 서지 에너지를 계산한 값과 기준값을 비교하여 서지보호기의 정상여부를 판단한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 서지보호기는 트리거 회로를 더 포함하여, 상기 서지보호기에 열감지소자를 부착하고, 체크 버튼을 누르면, 서지에 의하여 상기 서지보호기에 발생한 열에 의해 상기 열감지소자의 특성이 변하여 표시되는 램프색이 변하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예로서, 통신신호 계통의 서지보호 방법은, 통신신호 계통의 서지보호 시스템의 컨트롤러가 서지보호기의 제1 라인의 상태를 체크하는 단계; 상기 제1 라인에 유입된 서지의 전류 또는 전압을 기준값과 비교하는 단계; 상기 유입된 서지의 전류 또는 전압이 기준값보다 작으면 상기 제1 라인을 유지하며, 상기 유입된 서지의 전류 또는 전압이 기준값보다 크면 제2 라인으로 절환하고 상기 제1 라인의 램프를 교체로 표시하는 단계; 및 상기 제2 라인에 대하여 상기 제1 라인과 같은 방법으로 상태를 체크하고 유입된 값과 기준값을 비교하여 절환 또는 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 저전압 DC에 적용 가능한 병렬 구조형 보호체계로서, 서지보호장치의 소손이나 고장으로 인한 통신/신호 라인의 왜곡 또는 보호설비의 기능이 정지되는 상황을 미연에 방지 가능하여 가동률이 크게 향상시킬 수 있다.

종래의 기술은 별도의 옵션장치를 이용하여 장치마다 확인해야 하는 번거로움이 있지만, 본 발명은 서지보호장치 내부에 MCU를 삽입하여 실시간으로 동작을 감지하고 신호의 이상 유무를 판단하여 병렬화된 라인을 자동으로 절환하므로 유지 보수를 위한 인원 및 시간이 절감되어 유지 보수 비용을 크게 절약할 수 있다.

또한, 개별적인 건물 환경에 맞춘 지능형 시스템으로 언제 어디서나 쉽고 편리하게 감시가 가능하며, 장비에 설치되어 있는 서지보호장치의 상태를 실시간으로 확인하여 이상여부를 손쉽게 판단할 수 있고, 기존의 구축되어 있는 DIN Rail 등에 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 서지보호 시스템의 블록 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 서지보호 시스템의 회로도의 일 실시예.
도 3은 본 발명에 따른 서지보호 시스템의 회로의 작용예.
도 4는 본 발명에 따른 실시간 상태감지 및 절환을 위한 MCU 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 트리거 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 트리거 제어 알고리즘.
도 7은 과전압 보호 성능 측정예.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 않고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.

본 발명은 서지보호기를 병렬로 어레이를 구성하여 가동율을 향상시키고 교체가 용이하여 유지 보수가 용이한 장점이 있다. 또한 과도전압을 제한하고 서지전류 흡수하여 통신신호 I계통의 안전성과 신뢰성을 향상시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 서지보호 시스템의 블록 개념도로서, 입력부(input)와 입력을 서지보호기 1(path 1) 또는 서지보호기 2(path 2)로 절환하여 출력부(output)로 출력하는 전환부(switch) 및 상기 서지보호기들로부터 상태정보를 받아 상기 전환부를 제어하는 컨트롤러(MCU)로 구성된다. 본 블록 개념도에서는 서지보호기를 병렬로 2개 설치한 것을 예시하였으나, 이는 예시적인 것으로 병렬로 복수개 설치할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 서지보호 시스템의 회로도의 일 실시예이고, 도 3은 회로의 동작관계를 예시적으로 보여준다. 서지보호기는 입력 라인에 쌍방향 다이오드가 병렬로 2개 연결되어 있고, 상기 쌍방향 다이오드 사이 및 접지에는 각각 제너 다이오드가 연결되어 분기된다. 본 발명은 MCU에 의한 서지보호기의 상태감시를 통한 ATS(automatic transfer switch) 방식의 자동 절환시스템으로 정상상태에서는 라인 1(line 1)을 통해 장비를 보호하고, 라인 1의 서지보호부에서 이상 발생 시 라인 2(line 2)를 통해 장비를 보호하게 된다. 라인 2가 동작하게 되면 MCU를 통해 교체 및 점검신호를 발생시켜 라인 1의 서지보호기의 교체가 이루어지도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 실시간 상태감지 및 절환을 위한 MCU 회로도를 보여준다. 본 발명에 따른 MCU는 서지보호장치 내부에 삽입하여 실시간으로 동작을 감지하고 신호의 이상 유무를 판단하여 병렬화된 라인을 자동으로 절환한다. 본 발명의 MCU는 서지의 전압 또는 전류와 서지 횟수를 측정하여 흡수된 서지 에너지를 계산한다. 계산값과 기준값을 비교하여 서지보호기의 잔여 수명을 예측함으로써 교체시기를 알려줄 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 서지보호기의 상태를 확인할 수 있는 기술이다. 종래의 서지보호 기술은 서지의 침입을 막아주는 기능만 할뿐, 침입으로 인한 고장 유무를 확인 할 수 없어 차후 문제 발생 시 효과적인 대책 수립이 어려웠다. 즉, 기존의 통신신호용 서지보호기는 육안으로는 작동 여부를 판단하기가 어려워 장비를 이용한 전류 측정으로 고장 유무를 확인하였기 때문에, 고장이 발생하여도 사용자가 알 수 없어, 서지보호기의 수명이 다하였는데도 그 교체시기를 놓쳐 장비에 피해를 야기한 사례가 늘어나고 있다.

본 발명은 도 5와 같은 트리거 회로를 사용하여 서지보호기 상태를 확인할 수 있다. 서지보호기가 견딜 수 있는 한계 이상의 서지가 유입되면 서지보호기에서 열이 발생하게 된다. 서지보호기에 열감지소자(REL 2)를 부착하여 발생한 열에 의해 상기 열감지소자의 특성이 변하면서 체크 버튼(CHK_power 2)을 누르면 램프(LED 6) 색에 따라 고장 유무를 판단할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 트리거 제어 알고리즘의 일 실시예를 나타낸 것으로서, 서지보호기에 걸리는 전압을 체크하여 단락된 경우는 파손으로 처리하고 정상 전압이 걸리는 경우는 정상상태로 간주한다.

제어방법의 또 다른 실시 형태는 서지 전압이나 전류를 체크하여 실시하는 방법으로, 통신신호 계통의 서지보호 시스템의 컨트롤러가 서지보호기의 제1 라인의 상태를 체크하는 단계; 상기 제1 라인에 유입된 서지의 전류 또는 전압을 기준값과 비교하는 단계; 상기 유입된 서지의 전류 또는 전압이 기준값보다 작으면 상기 제1 라인을 유지하며, 상기 유입된 서지의 전류 또는 전압이 기준값보다 크면 제2 라인으로 절환하고 상기 제1 라인의 램프를 교체로 표시하는 단계 및 상기 제2 라인에 대하여 상기 제1 라인과 같은 방법으로 상태를 체크하고 유입된 값과 기준값을 비교하여 절환 또는 유지하는 단계를 포함한다.

도 7은 IEC61643-21 규정에서 권장하는 1.2/50㎲ 개방전압을 갖는 임펄스를 본 발명에 따른 서지보호기의 각 단자에 가하여 시험한 예를 보여 준다.

Claims (5)

1. 통신신호 라인으로부터 분기되는 입력부; 상기 입력부에 인가된 서지(surge)를 방호하는 복수의 병렬 서지보호기; 상기 서지보호기를 절환하여 출력부로 출력하는 전환부 및 상기 서지보호기들로부터 상태정보를 받아 상기 전환부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 서지보호 시스템에 있어서,
   상기 서지보호기는 입력 라인에 쌍방향 다이오드가 병렬로 2개 연결되어 있고, 상기 쌍방향 다이오드 사이 및 접지와는 각각 제너 다이오드가 연결되어 분기되며,
   상기 컨트롤러는 상기 서지보호기의 상태정보를 확인하여 상기 서지보호기의 점검 및 교체신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 통신신호 계통의 서지보호 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 상태정보는 서지의 전압 또는 전류와 서지 횟수를 측정하여 상기 서지보호기에 흡수된 서지 에너지를 계산한 값과 기준값을 비교하여 서지보호기의 정상여부를 판단한 것을 특징으로 하는 통신신호 계통의 서지보호 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 서지보호기는 트리거 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신신호 계통의 서지보호 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 트리거 회로는 상기 서지보호기에 열감지소자를 부착하고, 체크 버튼을 누르면, 서지에 의하여 상기 서지보호기에 발생한 열에 의해 상기 열감지소자의 특성이 변하여 표시되는 램프색이 변하는 것을 특징으로 하는 통신신호 계통의 서지보호 시스템.
5. 통신신호 계통의 서지보호 시스템의 컨트롤러가 서지보호기의 제1 라인의 상태를 체크하는 단계;
   상기 제1 라인에 유입된 서지의 전류 또는 전압을 기준값과 비교하는 단계;
   상기 유입된 서지의 전류 또는 전압이 기준값보다 작으면 상기 제1 라인을 유지하며, 상기 유입된 서지의 전류 또는 전압이 기준값보다 크면 제2 라인으로 절환하고 상기 제1 라인의 램프를 교체로 표시하는 단계; 및
   상기 제2 라인에 대하여 상기 제1 라인과 같은 방법으로 상태를 체크하고 유입된 값과 기준값을 비교하여 절환 또는 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신신호 계통의 서지보호 방법.
   

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