KR20150128431A - 전원차단장치 - Google Patents

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KR20150128431A
KR20150128431A KR1020140055801A KR20140055801A KR20150128431A KR 20150128431 A KR20150128431 A KR 20150128431A KR 1020140055801 A KR1020140055801 A KR 1020140055801A KR 20140055801 A KR20140055801 A KR 20140055801A KR 20150128431 A KR20150128431 A KR 20150128431A
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이남호
정상훈
정현규
김종열
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한국원자력연구원
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    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
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    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
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    • G05F3/222—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only with compensation for device parameters, e.g. Early effect, gain, manufacturing process, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
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Abstract

본 발명은 전원공급장치로부터 인가되는 전원을 차단하고, 남은 전기를 방전시키는 전원차단장치에 관한 것으로, 전원공급장치로부터 전원이 입력되는 제1 입력단과, 상기 입력단에 입력된 전원이 전자소자로 출력되는 출력단, 그리고 전원차단신호가 입력되는 제2 입력단을 구비하는 전원차단장치에 있어서, 상기 전원차단신호에 근거하여 온 또는 오프되는 스위치부, 상기 제1 입력단에 에미터가 연결되고, 상기 출력단에 콜렉터가 연결되는 제1 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 상기 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되거나 상기 전자소자로 출력되지 않도록, 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 전원차단부 및 상기 출력단에 에미터가 연결되고, 그라운드에 콜렉터가 연결되는 제2 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 잔류 전하가 방전되지 않거나 방전되도록, 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 방전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전원차단장치{POWER-OFF APPARATUS}
본 발명은 전원공급장치로부터 인가되는 전원을 차단하고, 남은 전기를 방전시키는 전원차단장치에 관한 것이다.
높은 선량의 펄스방사선이 전자소자에 입사되면 강한 에너지로 인해 원자 내의 전자가 분리되어 대량의 전자-정공 쌍들(Electron/Hole Pairs)이 생성되고 인가된 바이어스에 의해 전자소자에서 원치 않는 전류의 흐름이 발생한다. 이로 인하여 소자 내의 데이터 값이 변하는 업셋(Upset) 현상으로 오류를 일으키거나, 전자소자 내의 기생 사이리스터(Thyristor)가 동작하는 래치-업(Latch-up) 현상이 발생하여 소자가 망가진다.
펄스방사선 검출기는 위와 같은 현상을 방지하기 위해 펄스 방사선을 실리콘 센서를 이용하여 전압으로 변환 후 전압 값이 기준치 이상을 넘어서면 신속하게 검출 신호를 발생하는 회로이다. 예를 들어, 펄스방사선 검출기는 평상시에는 하이(High) 신호를 출력하다가, 펄스 방사선이 검출되는 경우에는 로우(Low) 신호를 출력한다.
전원차단장치는 펄스 방사선에 의하여 전자소자에 업셋(Upset), 래치-업(Latch-up) 현상이 방생하는 것을 방지하기 위하여, 펄스방사선 검출기의 검출 신호에 근거하여 전자소자에 전달되는 전원을 차단하여 상기 전자소자를 보호한다.
종래의 전원차단장치는 펄스방사선 검출기의 출력이 로우(Low)로 변하면 전원차단장치 내부의 사이리스터를 동작시키고, 전원을 바이패스 시켜 전자소자를 보호한다. 펄스방사선 통과 후 전자소자를 정상적으로 동작시키기 위해서는 전원차단장치의 신호가 오프(off) 되어야 한다. 그런데 사이리스터의 경우 한번 트리거 되면, 사이리스터가 오프(off) 되기 위해서는 역 전압이 인가되거나 전원이 완전히 차단되어야 하므로 추가 회로가 필요하고 초기상태로 복구되는 시간이 증가한다. 따라서 고준위 에너지 펄스 방사선으로부터 전자소자를 보호하기 위해 실시간으로 전원을 차단하고 복구되어야 하는 시스템에 적용하기는 부적합하다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로 고속으로 전원을 차단할 수 있는 전원차단장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예는 전원차단장치에 관한 것이다. 전원공급장치로부터 전원이 입력되는 제1 입력단과, 상기 입력단에 입력된 전원이 전자소자로 출력되는 출력단, 그리고 전원차단신호가 입력되는 제2 입력단을 구비하는 전원차단장치에 있어서, 상기 전원차단장치는, 상기 전원차단신호에 근거하여 온 또는 오프되는 스위치부, 상기 제1 입력단에 에미터가 연결되고, 상기 출력단에 콜렉터가 연결되는 제1 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 상기 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되거나 상기 전자소자로 출력되지 않도록, 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 전원차단부 및 상기 출력단에 에미터가 연결되고, 그라운드에 콜렉터가 연결되는 제2 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 잔류 전하가 방전되지 않거나 방전되도록, 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 방전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전원차단부는, 상기 스위치부가 오프 되는 경우, 상기 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되지 않도록 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 전압을 인가하고, 상기 스위치부가 온 되는 경우, 상기 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되도록 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 전압을 인가하지 않는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 방전부는, 상기 스위치부가 오프 되는 경우, 상기 출력단을 그라운드와 연결하여 잔류 전하들이 방전되도록 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 전압을 인가하지 않고, 상기 스위치부가 온 되는 경우 상기 출력단과 그라운드가 연결되지 않도록 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스 및 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스 중 적어도 하나에 인가되는 전압은 상기 제1 입력단으로부터 전달되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전원차단신호는, 펄스방사선을 탐지하도록 형성되는 펄스방사선 탐지장치에 의하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 펄스방사선 탐지장치는, 펄스방사선이 탐지되면 상기 전원차단신호로 하이(high) 신호를 생성하고, 그렇지 않으면 상기 전원차단신호로 로우(low) 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위치부는, 상기 전원차단신호에 근거하여 온 또는 오프되는 포토 커플러로 이루어진 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 포토 커플러가 동작하도록 상기 전원차단신호를 증폭하고, 증폭된 전원차단신호를 상기 포토 커플러로 출력하는 증폭부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명과 관련된 다른 일 실시 예에 따른 전원차단장치는, 전원공급장치로부터 공급되는 전원을 전자소자에 전달하며, 전원차단신호에 근거하여 상기 전원을 선택적으로 차단하는 전원차단장치에 있어서, 상기 전원차단신호를 수신하고, 상기 수신된 전원차단신호를 증폭하는 증폭부, 상기 증폭된 전원차단신호에 근거하여 온 또는 오프되는 포토 커플러를 구비하는 스위치부, 상기 전원공급장치로부터 상기 전원이 입력되는 입력단과, 상기 전원을 상기 전자소자로 출력하는 출력단을 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 선택적으로 상기 전원을 상기 전자소자에 전달하거나 차단하는 전원차단부 및 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라, 잔류 전하들이 방전되도록 선택적으로 상기 출력단과 그라운드를 연결하는 방전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 입력단은 양전원 입력단 및 음전원 입력단을 구비하고, 상기 출력단은 상기 양전원 입력단에 대응하는 양전원 출력단 및 상기 음전원 입력단에 대응하는 음전원 출력단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전원 차단부는, 상기 양전원 입력단에 에미터가 연결되고, 상기 양전원 출력단에 콜렉터가 연결되는 제1 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 상기 양전원 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되거나 상기 전자소자로 출력되지 않도록, 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 제1 전원차단부 및 상기 음전원 입력단에 에미터가 연결되고, 상기 음전원 출력단에 콜렉터가 연결되는 제2 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 상기 음전원 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되거나 상기 전자소자로 출력되지 않도록, 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 제2 전원차단부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서,상기 제1 달링턴 트랜지스터는 pnp형 트랜지스터이고, 상기 제2 달링턴 트랜지스터는 npn형 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 방전부는, 상기 양전원 출력단에 에미터가 연결되고, 그라운드에 콜렉터가 연결되는 제3 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 잔류 전하가 방전되지 않거나 방전되도록, 상기 제3 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 제1 방전부 및 상기 음전원 출력단에 에미터가 연결되고, 상기 그라운드에 콜렉터가 연결되는 제4 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 잔류 전하가 방전되지 않거나 방전되도록, 상기 제4 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 제2 방전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제3 달링턴 트랜지스터는 pnp형 트랜지스터이고, 상기 제4 달링턴 트랜지스터는 npn형 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스 및 상기 제3 달링턴 트랜지스터의 베이스 중 적어도 하나에 인가되는 전압은 상기 양전압 입력단으로부터 전달되고, 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스 및 상기 제4 달링턴 트랜지스터의 베이스 중 적어도 하나에 인가되는 전압은 상기 음전압 입력단으로부터 전달되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원차단장치는 전원차단신호에 기초하여 전자소자의 전원을 고속으로 차단하고 방전할 수 있다. 종래의 사이리스터를 사용하면 전자소자의 전원을 복구시키는데 별도의 회로가 필요하였지만, 본 발명에서는 전원차단신호에 따라 실시간으로 전원을 차단하고 복구시킬 수 있고 방전기능을 추가하여 잔류전원을 고속으로 방전시킬 수 있다.
또한, 펄스방사선이 발생한 순간 전자소자에 공급되는 전원을 차단하고 방전을 수행함으로써 전자소자가 망가지는 것을 방지하고, 펄스방사선이 사라짐과 동시에 전자소자에 다시 전원을 공급함으로써 전자소자가 다시 작동되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원차단장치의 기능을 설명하기 위한 블록도
도 2는 종래 기술에 따른 전원차단장치를 나타내는 회로도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원차단장치를 나타내는 회로도
도 4는 도 3에서 설명한 전원차단장치의 모의실험 결과를 나타내는 도면
도 5는 도 4를 확대한 확대도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원차단장치의 기능을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1은 전원차단장치(200)의 기본원리에 대해서 설명한다. 전원차단장치(200)는 전원공급장치(100)와 전자소자(400) 사이에 위치하며 동작은 다음과 같다.
먼저, 전원공급장치(100)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 전자소자(400)에 해당되는 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급장치(100)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
전자소자(400, 또는 전자장치)는 전원공급장치(100)로부터 공급되는 전원을 이용하여 작동하는 부품으로, 독립된 고유의 기능을 가지고 있는 구성요소를 의미한다. 전자소자(400)는 진공관, 트랜지스터와 같은 능동소자에서부터 저항, 콘덴서와 같은 수동소자를 포함한다.
펄스방사선장치(300)는 펄스방사선을 검출하고, 검출 여부에 근거하여 전원차단신호를 생성한다. 예를 들어, 펄스방사선이 검출되지 않는 정상상태인 경우, 하이(High) 신호를 출력하고, 펄스방사선이 검출되는 비정상상태인 경우, 로우(Low) 신호를 출력할 수 있다.
예를 들어, 펄스방사선장치(300)는, 모스펫(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSPET)을 구비하고, 방사선량에 비례하여 변화하는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 측정할 수 있다. 그리고 펄스방사선장치(300)는 문턱 전압(VT)의 변위 값을 방사선 준위 값으로 변환할 수 있다. 문턱 전압(VT)의 변위 값과 방사선 준위 값은 선형 비례 관계이므로, 일차 식에 변위 값을 대입하는 것으로 방사선 준위 값을 산출할 수 있다. 이때, 펄스방사선장치(300)는 산출된 방사선 준위 값이 기준 값보다 높은 경우 비정상상태이므로 로우(Low) 신호를 출력하고, 그렇지 않은 경우 정상상태이므로 하이(High) 신호를 출력한다. 이는, 펄스방사선장치(300)의 일 실시 예에 해당하며, 실시 예에 따라 다양한 펄스방사선장치(300)가 적용될 수 있다.
한편, 정상상태의 경우, 펄스방사선장치(300)는 하이(High) 신호를 출력한다. 전원차단장치(200)에 하이(High) 신호가 입력될 때에는 고속 전원공급장치(200)에서 출력된 전원을 전자소자(400)에 전달한다.
펄스방사선장치(300)에서 펄스방사선을 탐지한 경우 로우(Low) 신호를 출력하게 되며 수백 us에서 수십 ms가량 유지한다. 이때, 전원차단장치(200)에 로우(Low) 신호가 입력되며 고속 전원공급장치(200)에서 공급되는 전원을 차단하여 전자소자(300)에 전원이 공급되지 않도록 하고, 잔류 전원을 방전한다.
도 2는 종래 기술에 따른 전원차단장치를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 전원차단장치는 다이오드, 인덕터, 커패시터, BJT, 사이리스터 로 구성된다.
PWR_IN은 전원공급장치(100)에서 전원을 공급받는 단자이며 LOAD는 전자소자(400)와 연결되어 전원을 공급하는 단자이다. IN은 펄스방사선검출기의 출력을 받는 단자이며, 전원차단신호를 수신한다. 즉, PWR_IN은 제1 입력단이고, LOAD는 출력단이며, IN은 제2 입력단에 해당한다.
정상상태의 경우 펄스방사선 탐지장치(300)에서는 하이(High) 신호를 출력하므로 IN 또한 하이(High) 신호가 입력된다. 이때, Q1의 베이스 전압 또한 하이(High)가 되므로 Q1가 동작하지 않아 Q1 콜렉터 전압이 로우(Low)가 된다. Q1 콜렉터 전압이 로우(Low)가 되면 사이리스터의 게이트(Gate)는 동작하지 않으므로 PWR_IN을 통해 입력된 전원이 그대로 Load로 이동하여 전자소자(400)에 전원을 공급한다.
펄스방사선 탐지장치(300)에서 펄스방사선을 탐지한 경우 로우(Low) 신호를 출력하게 되며, NED_B 단자가 로우(Low)로 변한다. 이로 인하여 Q1의 베이스에 Low 전압이 인가되고 Q1의 콜렉터에 High 전압이 걸리게 된다. 따라서 사이리스터의 Gate에 High가 인가되므로 사이리스터가 트리거 되어 전원공급회로에서 PWR_IN을 통해 공급되는 전원을 그라운드(GND)로 방출시켜 Load에 전원이 공급되지 못하게 한다. Load에 전원이 공급되지 못하면 전자소자(400)는 Latch-up 상태를 유지할 수 없어 Burn-out을 방지할 수 있다.
단, 사이리스터를 Off시키기 위해서는 역전압을 인가하거나 전원을 완전히 차단해야 하므로 추가 회로가 필요하고 초기상태로 복구되는 시간이 증가한다.
본 발명은 종래의 전원차단장치의 문제점인 전원 복구 문제를 해결하기 위해 사이리스터 대신 포토 커플러와 달링턴 트랜지스터를 이용하여 펄스방사선 검출장치에서 발생하는 전원차단신호에 따라 ±20V 전원을 고속으로 차단 및 방전시키고 복구시키는 고속 전원차단장치를 제안하는 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원차단장치(200)는 달링턴 트랜지스터, BJT 트랜지스터 포토커플러, 저항으로 구성되며 ±20V 전원에서 동작한다.
전원차단장치(200)는 전원이 입력되는 입력단과 출력단을 포함한다. 그리고, 입력단은 양전압 입력단(PIN+) 및 음전압 입력단(PIN-) 중 적어도 하나를 포함하고, 출력단은 양전압 출력단(POUT+) 및 음전압 출력단(POUT-) 중 적어도 하나를 포함한다. 양전압 입력단(PIN+)은 양전압 출력단(POUT+)에 대응하고, 음전압 입력단(PIN-)은 음전압 출력단(POUT-)에 대응한다. 적어도 하나의 입력단과 상기 적어도 하나의 입력단에 대응하는 적어도 하나의 출력단을 구비할 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 입력단과 2개의 출력단을 구비한 전원차단장치(200)를 예로 들어 설명한다. 다만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않으며, 다양한 개수의 입력단과 출력단을 구비할 수 있다.
한편, 양전압 입력단(PIN+) 및 음전압 입력단(PIN-)에는 각각 ±20V의 전원이 공급되고 5Vdc에는 +5V전원이 공급된다.
IN 단자는 펄스방사선 검출장치(300)의 출력과 연결된다. 펄스방사선 검출장치(300)는 평상시에는 전원차단신호로 하이(High) 신호에 해당하는 +5V의 신호를 인가하고, 펄스방사선이 검출되는 경우에는 전원차단신호로 로우(Low) 신호에 해당하는 0V의 신호를 인가할 수 있다.
한편, 전원차단장치(200)는 증폭부(210), 스위치부(230), 전원 차단부(250, 252), 방전부(270, 272)를 구비한다.
증폭부(210)는 IN 단자로부터 수신되는 전원차단신호를 증폭하는 부분이다. 스위치부(230)에 포함된 포터 커플러(예를 들어, 'HMA121')의 동작 전류는 약 5mA로 매우 큰 정류를 필요로 한다. 따라서, 전원차단신호를 증폭하여 스위치부(230)로 전달한다.
스위치부(230)는 전원차단장치(200)의 동작을 결정하는 스위치로 정상적인 상태(예를 들어, 전원차단신호가 하이(High))일 때 온(on)된다. 이와 달리, 비정상적인 상태(예를 들어, 전원차단신호가 로우(Low))일 때 오프(off)된다.
예를 들어, IN 단자에 하이(High) 신호가 인가되면, Q3는 Off 상태에 있고 Q5의 베이스 전압이 0V가 되므로 Q5도 Off 되어 포토 커플러의 입력에 5V가 인가되어 포토커플러가 On이 된다.
한편, 전원차단장치(200)는 전원차단 및 방전기능을 하는 장치로써 정상동작시에는 전원을 그대로 출력단으로 전달하지만 전원차단신호가 인가될 경우 전원 차단부(R1, Q2, R5, Q4, R6, Q9을 포함하는 250)에 의해 전원이 차단되고 방전부(R16, Q8, R12, Q10을 포함하는 270)에 의해 잔류 전하들을 그라운드(GND)로 방전시킨다. 방전부(270)를 이용하면, 적용 전에 비해 방전속도를 수십 배 이상 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 포토 커플러가 On이 되면 Q2의 Base 전압이 낮아지므로 Q2가 동작하고 Q4의 베이스 전압이 상승한다. Q4는 Off 상태가 되고 저항 R6에 의해 Q9의 베이스 전압이 낮아지므로 Q9가 On이 되어 POUT+에 +20V를 공급한다. Q8은 On이 되므로 Q10의 베이스가 하이(High)가 되어 Q10은 Off된다. -20V 또한 +20V와 반대의 동작으로 POUT-에 -20V를 공급한다.
반대로, 펄스방사선 검출장치(300)가 동작하여 전원차단장치(200)의 IN 단자에 0V가 인가되면 Q3의 베이스 전압이 0이 되어 Q3가 On이 된다. Q3가 On이 되면 Q5의 베이스 전압이 하이(High)가 되고 Q5의 콜렉터 전압이 로우(Low)가 되어 포토커플러가 Off된다. 포토 커플러가 Off되면 Q2의 베이스에 +20V가 인가되어 Q2가 Off된다. Q2가 Off되면 Q4의 베이스 전압이 로우(Low)가 되어 Q4가 동작하고 Q9의 베이스에 하이(High)가 인가되어 Q9가 Off된다. Q9가 Off되면 POUT+에 +20V가 인가되지 못한다. Q9의 베이스 전압이 하이(High)가 되면 Q8의 베이스 전압 또한 하이(High)가 되므로 Q8이 Off되고 Q10의 베이스 전압이 로우(Low)가 되어 Q10이 동작한다. Q10이 동작하면 POUT+과 그라운드(GND)가 연결되어 POUT+에 남아있던 잔류 전원들이 그라운드(GND)로 방전된다.
마찬가지로, PIN-에 입력된 음전원은 이에 대응하는 제2 전원 차단부(R11, Q7, R10, Q6, R8, Q11을 포함하는 252) 및 제2 방전부(R14, Q12, R15, Q13을 포함하는 272)에 의하여 POUT-에 전달되거나, 차단되어 방전될 수 있다.
즉, 전원 차단부는 양전원 입력단(PIN+)으로 양전원을 인가받아 전자소자(400)에 선택적으로 양전원을 차단하는 제1 전원 차단부(250)와, 음전원 입력단(PIN-)으로 음전원을 인가받아 전자소자(400)에 선택적으로 음전원을 차단하는 제2 전원 차단부(252)를 포함할 수 있다.
또한, 방전부는 양전원 출력단(POUT+)에 잔류하는 전하들을 방전시키도록 형성되는 제1 방전부(270)와, 음전원 출력단(POUT-)에 잔류하는 전하들을 방전시키도록 형성되는 제2 방전부(272)를 포함할 수 있다.
도 4는 도 3에서 설명한 전원차단장치의 모의실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 3의 회로를 검증하기 위해 시뮬레이션을 진행하였다. 부하로 10uF의 커패시터와 500Ω의 저항을 적용한 시뮬레이션 결과, 전원차단장치(200)가 정상적으로 동작함을 보인다.
전원차단신호(또는 '입력')가 하이(High)일 때에는 ±20V의 전원이 출력됨을 보이고(+전원, -전원), 전원차단신호가 로우(Low)로 변하면 출력전압 또한 0V로 수렴함을 보인다.
도 5는 도 4를 확대한 확대도이다.
도 5는 도 4의 확대도이며, 부하로 10uF의 커패시터와 500Ω의 저항을 적용한 시뮬레이션 결과, 종래 기술에 따른 전원차단장치에 의하면 20V에서 1V까지 감소하는데 걸리는 방전시간이 12.4ms가 걸렸으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원차단장치에 의하면 27us가 걸리는 것을 보인다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 전원공급장치로부터 전원이 입력되는 제1 입력단과, 상기 입력단에 입력된 전원이 전자소자로 출력되는 출력단, 그리고 전원차단신호가 입력되는 제2 입력단을 구비하는 전원차단장치에 있어서,
    상기 전원차단신호에 근거하여 온 또는 오프되는 스위치부;
    상기 제1 입력단에 에미터가 연결되고, 상기 출력단에 콜렉터가 연결되는 제1 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 상기 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되거나 상기 전자소자로 출력되지 않도록, 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 전원차단부; 및
    상기 출력단에 에미터가 연결되고, 그라운드에 콜렉터가 연결되는 제2 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 잔류 전하가 방전되지 않거나 방전되도록, 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 방전부를 포함하는 전원차단장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전원차단부는,
    상기 스위치부가 오프 되는 경우, 상기 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되지 않도록 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 전압을 인가하고,
    상기 스위치부가 온 되는 경우, 상기 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되도록 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 전압을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 방전부는,
    상기 스위치부가 오프 되는 경우, 상기 출력단을 그라운드와 연결하여 잔류 전하들이 방전되도록 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 전압을 인가하지 않고,
    상기 스위치부가 온 되는 경우 상기 출력단과 그라운드가 연결되지 않도록 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스 및 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스 중 적어도 하나에 인가되는 전압은 상기 제1 입력단으로부터 전달되는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전원차단신호는,
    펄스방사선을 탐지하도록 형성되는 펄스방사선 탐지장치에 의하여 생성되는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 펄스방사선 탐지장치는,
    펄스방사선이 탐지되면 상기 전원차단신호로 하이(high) 신호를 생성하고, 그렇지 않으면 상기 전원차단신호로 로우(low) 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 전원차단신호에 근거하여 온 또는 오프되는 포토 커플러로 이루어진 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 포토 커플러가 동작하도록 상기 전원차단신호를 증폭하고, 증폭된 전원차단신호를 상기 포토 커플러로 출력하는 증폭부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  9. 전원공급장치로부터 공급되는 전원을 전자소자에 전달하며, 전원차단신호에 근거하여 상기 전원을 선택적으로 차단하는 전원차단장치에 있어서,
    상기 전원차단신호를 수신하고, 상기 수신된 전원차단신호를 증폭하는 증폭부;
    상기 증폭된 전원차단신호에 근거하여 온 또는 오프되는 포토 커플러를 구비하는 스위치부;
    상기 전원공급장치로부터 상기 전원이 입력되는 입력단과, 상기 전원을 상기 전자소자로 출력하는 출력단을 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 선택적으로 상기 전원을 상기 전자소자에 전달하거나 차단하는 전원차단부; 및
    상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라, 잔류 전하들이 방전되도록 선택적으로 상기 출력단과 그라운드를 연결하는 방전부를 포함하는 전원차단장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 입력단은 양전원 입력단 및 음전원 입력단을 구비하고,
    상기 출력단은 상기 양전원 입력단에 대응하는 양전원 출력단 및 상기 음전원 입력단에 대응하는 음전원 출력단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 전원 차단부는,
    상기 양전원 입력단에 에미터가 연결되고, 상기 양전원 출력단에 콜렉터가 연결되는 제1 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 상기 양전원 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되거나 상기 전자소자로 출력되지 않도록, 상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 제1 전원차단부; 및
    상기 음전원 입력단에 에미터가 연결되고, 상기 음전원 출력단에 콜렉터가 연결되는 제2 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 상기 음전원 입력단에 입력된 전원이 상기 전자소자로 출력되거나 상기 전자소자로 출력되지 않도록, 상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 제2 전원차단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 달링턴 트랜지스터는 pnp형 트랜지스터이고, 상기 제2 달링턴 트랜지스터는 npn형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 방전부는,
    상기 양전원 출력단에 에미터가 연결되고, 그라운드에 콜렉터가 연결되는 제3 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 잔류 전하가 방전되지 않거나 방전되도록, 상기 제3 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 제1 방전부; 및
    상기 음전원 출력단에 에미터가 연결되고, 상기 그라운드에 콜렉터가 연결되는 제4 달링턴 트랜지스터를 구비하며, 상기 스위치부가 온 또는 오프 됨에 따라 잔류 전하가 방전되지 않거나 방전되도록, 상기 제4 달링턴 트랜지스터의 베이스에 선택적으로 전압을 인가하는 제2 방전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제3 달링턴 트랜지스터는 pnp형 트랜지스터이고, 상기 제4 달링턴 트랜지스터는 npn형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 달링턴 트랜지스터의 베이스 및 상기 제3 달링턴 트랜지스터의 베이스 중 적어도 하나에 인가되는 전압은 상기 양전압 입력단으로부터 전달되고,
    상기 제2 달링턴 트랜지스터의 베이스 및 상기 제4 달링턴 트랜지스터의 베이스 중 적어도 하나에 인가되는 전압은 상기 음전압 입력단으로부터 전달되는 것을 특징으로 하는 전원차단장치.
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