KR20160148556A

KR20160148556A - 갈바닉 절연 세라믹 기반 전압 센서

Info

Publication number: KR20160148556A
Application number: KR1020167030632A
Authority: KR
Inventors: 가레스 제이. 놀스; 윌리엄 엠. 브래들리; 로스 버드
Original assignee: 큐오알테크, 인크.
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-12-26
Also published as: EP3127172B1; JP6685922B2; JP2017518481A; EP3127172A4; EP3127172A1; US20200271698A1; WO2015153798A1

Abstract

갈바닉식으로 절연된 전압 센서는 변조 회로에 결합된 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리를 포함하도록 제공된다. 변조 회로는 측정될 소스 전압 신호를 수신하고, 변압기 어셈블리의 공진 주파수와 동일한 주파수에 있는 신호를 변조하며, 변압기 어셈블리에 변조된 신호를 전송한다. 변압기 어셈블리는 변압기 이득에 따른 변조된 신호와 동일한 출력 신호를 생성한다. 출력 신호는 그 후 분석을 위해 소스 전압 신호를 재생성하도록 복조되고 필터링된다.

Description

갈바닉 절연 세라믹 기반 전압 센서{GALVANIC ISOLATED CERAMIC BASED VOLTAGE SENSORS}

본 출원은 2014년 4월 1일에 출원된, 미국 가출원번호 제61/973,583호의 이익을 주장하며, 이는 참조로서 여기에 포함된다.

본 발명은 아날로그 타입 또는 낮은 주파수 디지털 타입의 전압 파형들을 모니터링, 트래킹, 또는 송신할 수 있는 갈바닉으로 절연된 절연된 장치에 관한 것이다.

갈바닉 절연을 필요로하는 어플리케이션들은 산업용 센서, 의료용 트랜스듀서, 보조 컨버터, 배터리 충전기, 초퍼, 및 주체 전력의 스위치모드 전력 공급장치들을 포함한다. 운전자 안전 및 신호 품질은 절연된 상호연결로 보증된다. 이러한 절연된 상호연결은 종종 전압 레벨을 모니터링하는 능력을 제공하도록 절연 증폭기들을 포함한다.

일부 기기들 및 센서들을 위해, 저-레벨 DC 및 AC 전압 레벨들은 높은 공통의-모드 노이즈라도 정확하게 모니터링 되어야만 한다. 전압 센서들은 전기 시스템 내에서 전압 레벨들의 모니터링을 용이하게 한다. 그것들은 부족전압 또는 과전압을 식별하고, 그것들의 절연 능력은 전압 레벨이 모니터링 되게 연결된 전자기기의 다른 일부를 보호하도록 사용될 수 있다. 이같은 장치들은 흔히

공칭 전압으로부터의 어떤 변화의 발생을 탐지하고, 전자 시스템 내에서 전자적으로 연결된 서브회로들 또는 또는 구성요소들 사이에 전자적 절연을 제공하며, 진단에 도움이 되도록 과전압/부족전압 상태들을 모니터링하고, 부드러운 시작 구성요소(SSCs)에 스트레스나 대미지가 될 수 있는 전압 상태들을 표시한다. AC 전압 레벨을 측정하는 이같은 장치들은, 전력 요구 컨트롤, 전원 장애 검출, 하중 감지, 안전 개폐, 및 모터 과부하 컨트롤과 같은 어플리케이션에 사용된다. DC 전압들을 측정하는 전기 전압 센서들은 에너지 관리 컨트롤 시스템(EMCS), 레일 모니터링 시스템, 빌딩 컨트롤 시스템(BCS), 오류 검출, 데이터 수집, 및 온도 컨트롤에 사용된다. 그것들은 또한 전력 측정, 분석, 및 제어에 사용된다.

비-절연 전압 증폭기/센서를 설계하는 것은 간단하다. 종래 기술들은 전압 디바이더 네트워크 또는 캐퍼시터 디바이더 네트워크 중 어느 하나를 사용하여 AC 또는 DC 전압 중 어느 하나로부터 DC 전압으로 이동되는 비-절연 전압 레벨을 얻는 단순한 방법들을 교시하고 있다(주로 저전류 어플리케이션용). 예를 들면, 레지스터 디바이더 네트워크는 모니터링 될 포텐셜의 양극 및 음극에 직접적으로 연결될 수 있다. 이러한 접근시, 전압 디바이더의 적당하게 선택된 세컨드 레그의 출력 전압은, 예컨대 로우패스 필터 안에 공급하는 전압 폴로어 배열에서 op-앰프로 구성되는, 아날로그-디지털 컨버터에 공급된다. 이의 더 복합적인 버전은 일반화된 그라운드 루프 배열에 관한 참고문헌 [1]로 제공된다. 이같은 설계가 언급하는 문제는, 비-절연 증폭기/센서를 이용할 때 심각한 장비 문제들 및/또는 인간 안전성 직면들이 존재할 수 있다는 것이다. 이같은 우려는 전기 설계자들이 장비가 전기적으로 절연되는 것을 보증하도록 절연 단계를 추가하게 만든다. 전기 절연을 제공하는 것은 그라운드 루프들을 제거하고, 또한 데이터 수집 시스템의 공통-모드 범위가 증가되며, 싱글 시스템 그라운드와 관련된 신호 그라운드를 이동시키는 레벨을 가능하게 한다. 이는 또한 다른, 더 민감성, 전자 공학, 또는 심지어 사용자에 대한 그것의 바운더리를 가로질러 전송될 고-전압 및 과도 전압을 방지하도록 전기 시스템의 기능을 향상시킨다. 예를 들면, 전압 신호 및 저항성의 디바이더 네트워크 사이의 변압기 절연 결합을 추가함으로써, op-앰프의 레일 핀들의 그라운드 및 파워 서플라이에 보호 다이오드들을 추가함으로써 기능을 향상시킨다. 이같은 절연 변압기들은 와인딩들 사이의 높은 전압의 어떤 발생을 견디도록 프라이머리 및 세컨더리 사이에 절연을 구비하도록 종종 설계된다.

이같은 절연된 전압 모니터링/레벨 전환을 가능하게 하기 위해서는 좀 더 복잡한 방법론이 요구된다. 존재하는 방법론은 전압-차지 컨버터인 제1 스테이지 및 차지 검출기인 제2 스테이지를 구비하는 것이다. 이같은 절연 전압 변압기에서, 참고문헌 [2]의 것과 같은 마그네틱 결합 전련 스테이지 또는 참고문헌 [3]의 것과 같은 전환된 캐퍼시터(SC) 결합 회로가 절연 전압 센싱을 제공하도록 이용될 수 있다.

흔히 사용되는 두가지 종류의 전압 센서들이 존재하는데, 이들은 '인-라인' 전압 센서 타입 또는 비-침입 타입 중 하나이다. 양 타입의 전압 센서는 마그네틱 결합 효과를 사용하여 전류 흐름을 측정하도록 이용될 수 있다. 보통, 이같은 전압 센서들은 호올 효과(Hall Effect)를 사용하는 것을 기반으로 한다. 이들 센서는, 모니터링 되는 이익의 전압 소스에 의해 야기되는 바와 같이 틈이 있는 마그네틱 변압기의 프라이머리 와인딩의 전류를 통해 프라이머리 및 세컨더리 회로 사이에 갈바닉 절연을 가지고서 직류, 교류, 및 임펄스 전압을 측정할 수 있다. 결국, 이것은 마그넷 회로(의 프라이머리 와인딩)에 자속(magnetic flux)을 초래한다. 틈이 있는 마그네틱 변압기는 이 자속을 나른다. 이러한 에어 갭 내에 배치된 호올 효과 조사는 이 유속에 비례하는, 그러므로 이익의 전압 소스에 비례하는 전압을 제공한다.

참고문헌 [4] 및 참고문헌 [5]에 기술된 바와 같이 종래 기술은 전환된-캐퍼시터(SC) 결합 회로를 이용함으로써 얻어지는 절연된 전압 센서를 제공하는 두번째 방법을 설명한다. 종래 기술은 적절한 캐퍼시터들의 게이트 조절 충전 및 방전에 의해 캐퍼시터에서 비례하는 충전으로 변환되는 입력 차등 신호를 활용한다. 그 후 충전은 높은 입력 저항 내에서 차등을 두는 증폭기에 의해 검출된다. 절연 배리어는 캐퍼시터들의 배열 및 게이팅 스위치들의 어레이에 의해 수립된다. 참고문헌 [6]은 이같은 회로의 간단한 버전을 설명한다.

광-절연기들은 흔히 절연 전압에 사용되어 왔지만, 이같은 광 장치들은 온도 저하의 문제를 잘-해결하였다. 그들이 생산하는 측정 신호들은 직선모양이 아니게 될 수 있다는 다른 문제가 존재한다. 선으로 만드는 피드백이 바람직한 리니어 성능을 얻도록 절연된 측 상에 추가되지만, 이는 출력 측 상에 있는 op 앰프를 작동시키기 위한 절연된 파워 서플라이를 필요로 한다. 이들 장치들이 포토닉에 따라 측정 변질이 야기된다는 점에서, 광-절연기들은 미사일 및 우주 어플리케이션들에 대한 다른 문제점들을 갖는다.

다른 접근방법은 압전 효과들을 이용하는 것으로 발표되었다. 압전 전압 절연장치들은 광섬유 케이블에 압전 장치를 부착함으로써 증명되었다. 참고문헌 [7]에서 ABB 기업은 고-전압 흐름을 에 대한 접근 방식을 소개했는데, 여기서, 브래그 격자 광 섬유는 전통적인 압전 디스크의 방사상의 방향을 따라 기계적으로 고정된다. 파장 시프트 변조는 한 쌍의 전극들에 대해 인가된 소스 전압의 기능으로서 정반대의 압전 효과로 얻어진다. 복조 방식은 전압 파형 진폭을 도출하도록 하는 소스 스펙트럼 특징에 기반하여 부착 섬유 브래그 센서를 위해 도입된다. 이러한 종래 기술은 케이블에 결합된 압전 장치에 도입된 변형 및 측정될 높은 전기장에 따른 변형의 기능으로서 광섬유 케이블 특성의 변화에 의해 전압 레벨을 암시하는 예시이다. 참고문헌 [8], [9], [10]을 참고하라. 피조-광(piezo-optical) 전압 절연 장치들은 전압 센서들로서 많은 심각한 단점들을 가지며, 그들은 섬유 및 압전 장치들의 밀접한 결합의 보증에 의존하며, 그들은 압전 장치가 절연되는 것을 필요로 하며, 그들은 오직 높은 전기장의 상황에서 전압을 측정할 수 있다. 고전압(HV) 소스 및 전기적 스트레인 게이지 사이의 노이즈 결합으로 인해 부정확하게 될 수 있으며, 이들 장치들은 미리 생성된 스트레인 결합 작동의 모델을 가지는 것에 의존한다. 가장 큰 문제점은 이들 광섬유 결합 전압 센서들은 단지 낮은 주파수를 측정할 수 있으며, 높은 전압용이고, 대부분의 어플리케이션들에 유용하지 않게 만들어진다.

참고문헌 [11]은 광섬유 케이블에 대한 필요를 없앤 절연 전압 센서로서 압전 변압기를 도입한다. 자기 변압기와 마찬가지로, 압전 변압기는 비 전극 영역에 의해 분리된 프라이머리 전극 캐퍼시터 및 세컨더리 전극 캐퍼시터를 구비한다. 이 장치는 모니터링 되거나 전송되는 전압 신호의 지식을 얻도록 변압기의 출력 측 전기적 신호를 수행하며, 여기서 이 전압 신호는 상기 변압기의 프라이머리 사이드 상의 구동 전압으로서 기능한다. 프라이머리 및 세컨더리 캐퍼시터들은 비-전극 영역에 의해 분리되기 때문에, 입력 및 출력 신호들은 갈바닉 절연이다. 사실, 이같은 세라믹 절연은 전압 센서에 기반하여 비슷한 마그네턱 변압기보다 더 큰 절연을 갖도록 설계될 수 있다.

참고문헌 [11]은 공진 장치가 일부 중요한 단점들을 갖는 것으로서, 이같은 압전 변압기가 작동하는 것의 설계를 식별한다. 낮은 주파수에서, 전압 신호들은 공진에서 작동하도록 설계된 압전 변압기를 자극하기에 충분하지 않게 될 수 있으며, 따라서 변압기가 물리적으로 커지게 된다(긴 파장에 의해 결정됨). 참고문헌 [11]은 또한 높은 기계적인 성질 계수를 가지기 때문에, 공진 압전 변압기는 그 공진 주파수에 인접한 주파수의 범위 내에 있는 전압 신호들을 감지하거나 전송할 수 있는 좁은 대역의 변압기라는 단점들을 발견한다. 공진 압변압기들은 높은 주파수를 수행하기 때문에, 이같은 전압 센서들은 단순히 낮은 주파수 및 근처 dc 전압 신호들을 측정할 수 없게 된다. 참고문헌 [11]은 또한 이같은 공진 변압기 전압 센서는 프라이머리 및 세컨더리 사이의 정확한 이득을 요구하게 된다는 문제를 발견한다. 이러한 이유들로, 심각한 문제가 존재함에도 불구하고, 전압 센서들을 기초로 직접 결합된 압변압기의 종래 기술은 '비-공진' 설계에 집중하고 있다.

전압 센서들에 기반한 비-공진 압변압기가 지닌 문제들 중 하나는 그것들이 단지 낮은 에너지 효율 및 낮은 전기 용량 이득을 보여준다는 것이다. 그것들은 또한 기계적인 사전-응력을 지탱하는 하우징을 필요로 한다. 이같은 하우징들은 출력에서 전기적 부하의 변화에 대한 보상을 위해 전부하 상태를 조절하는 수단을 필요로 하여, 매우 복잡하게 될 수 있다. 변압기의 동작은 이제 사전-응력을 지닌 강성에 의존하기 때문에, 하우징은 이제 하중 계측 기능을 통합할 필요가 있다. 결과적으로 전압 센서는 단지 낮은 에너지 효율 및 낮은 이득 전기 용량의 기능을 하며, 또한 그것의 적용성을 제한한다.

[1] Parag V. Acharya and Fred H. Boettner, US Patent US 20130027238 A1 , (2013) [2] Paul Horowitz and Winfield Hill, "The Art of Electronics 2nd Ed. ," (1989)

[3] Xueuing Qui, US Patent number 5,361 ,037 ( 1994)

[4] Josef Nossek, US Patent number 4,354, 169 (1982)

[5] Xueuing Qui, US Patent number 5,361 ,037 (1993)

[6] Pentti Mannonen, US Patent number 6,549,056 (2003)

[7] M Pacheco, F. Mendoza Santoyo, A Mendez and L A Zenteno, "Piezoelectric-modulated optical fibre Bragg grating high-voltage sensor," Measurement Science and Technology Volume 10, Number 9 (1999)

[8] K Kawamura et al, 'Development of a high voltage sensor using a piezoelectric transducer and a strain gage,' IEEE Trans. Instrum. Meas. 37 564-8

[9] M Pacheco et al, 'Piezoelectric-modulated optical fibre Bragg grating high-voltage sensor,' Meas. Science and Technology 09/1999; 10:777-782

[10] M Mozafari et al, 'Design and fabrication of piezo-optical Fabry-Perot voltage sensor,' Avionics, Fiber-Optics and Photonics Technology Conference, 2008

[11] A Carazo, "Novel Piezoelectric Transducers for High Voltage Measurements,' Ph.D. Thesis, Universitat Politecnica De Catalunya, 2000

[12] Svetlana Bronstein and Sam Ben-Yaakov, "Design Considerations for Achieving ZVS in a Half Bridge Inverter that Drives a Piezoelectric Transformer with No Series Inductor,"

DOI : 10.1 109/PSEC2002.1022516 In proceeding of: Power Electronics Specialists Conference, 2002. pesc 02. 2002 IEEE 33rd Annual, Volume 2, (2012)

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 목적은, 광, 마그네틱 변압기 또는 전환된 전기 용량의 결합 부품들을 필요로 하지 않고, 절연된 방식으로 아날로그 또는 디지털 전압 신호 정보를 모니터링 또는 전송할 수 있는 압변압기 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다른 목적은, 광, 마그네틱 변압기 또는 전환된 전기 용량의 결합 부품들을 필요로 하지 않고, 절연된 방식으로 아날로그 또는 디지털 전압 신호 정보를 모니터링 또는 전송할 수 있는 아날로그 압변압기 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 추가적인 목적은, 어떤 추가적인 구성요소들 또는 보충의 파워 서플라이를 필요로 하지 않고, 근처 dc보다 낮게 될 수 있고 상측 단부에서 MHz 범위로 될 수 있는 광대역폭에 걸쳐 절연된 방식으로 아날로그 전압 신호 정보를 모니터링 또는 전송할 수 있는 압변압기 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다른 목적은, 어떤 추가적인 구성요소들 또는 보충의 파워 서플라이를 필요로 하지 않고, 2MHz보다 적은 대역폭에서 디지털 전압 신호 정보를 절연된 방식으로 모니터링 또는 전송할 수 있는 압변압기 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 또 다른 목적은, 절연된 방식으로 아주 낮은 전력 전압 신호를 정확하게 모니터링 또는 전송할 수 있는 절연된 압변압기 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 더욱 다른 목적은, 매우 높은 갈바닉 절연 및 무시할만한 전기 용량의 결합을 지닌 전압 신호를 정확하게 모니터링 또는 전송할 수 있는 압변압기 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다른 목적은, 전용 측정 장치, 절연 또는 피드백 회로망을 포함하지 않고, 고도로 효과적인 절연된 전압 파형 모니터링을 제공하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다른 목적은, 낮은 주위에서 높은 주위 온도 까지를 포함하는 아주 넓은 온도 범위에 걸쳐 작동할 수 있는 압변압기 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시예의 다른 목적은, 낮은 주위 온도에 이르기까지 포함할 수 매우 넓은 온도 범위에 걸쳐 작동할 수 있는 전압 절연 장치, 모니터기 또는 전송기 중 적어도 하나의 압변압기 회로인것이다.

본 발명의 다른 목적은 적어도 하나의 압변압기 회로 실시예인데, 이는 극도로 방사형 내성 전압 절연기 또는 절연된 전압 센서를 제공한다.

적어도 하나의 실시예에서, 갈바닉식으로 절연된 전압 센서는 적어도 하나의 제1 및 제2 별개의 갈바닉식으로 절연된 출력 및 적어도 하나의 입력을 포함하는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리를 구비한다. 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 기계적인 공진 주파수와 같은 주파수를 갖는 변조 캐리어 신호를 생성한다. 변조 회로는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 제1 갈바닉식으로 절연된 출력에 결합된 제1 입력을 구비하고 변조 캐리어 신호를 수신하는 것으로 제공된다. 변조 회로는 또한 소스 전압 신호를 수신하고, 변조 회로 출력 신호를 생성하도록 변조 캐리어 신호와 함께 소스 전압 신호를 변조한다. 변조 회로는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 적어도 하나의 입력에 연결되어 변조 회로 출력 신호를 이에 전송하며, 그로인해 압전 변압기 어셈블리 내에서 내부 자려-발진 회로를 형성한다. 하나 또는 이상의 복조 장치들은 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 하나 또는 이상의 출력들에 결합되며, 여기서 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 압전 변압기 어셈블리 신호를 출력하는데, 이는 변조된 전압 소스 신호에 비례한다.

일 실시예에서, 갈바닉식으로 절연된 전압 센서는 적어도 하나의 제1 및 제2 별개의 갈바닉식으로 절연된 출력들 및 적어도 하나의 입력을 포함하는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리를 구비한다. 시작 회로는 변압기 작동을 개시하도록 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리와 작용하게 결합된다. 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 기계적인 공진 주파수와 동일한 주파수를 구비한 변조 캐리어 신호를 생성한다. 변조 회로는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 제1 갈바닉식으로 절연된 출력에 결합된 제1 입력으로 제공되며, 변조 캐리어 신호를 수신한다. 변조 회로는 또한 소스 전압 신호를 수신하고, 변조 회로 출력 신호를 생성하도록 변조 캐리어 신호를 지닌 소스 전압 신호를 변조한다. 변조 회로는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 적어도 하나의 입력에 연결되어 변조 회로 출력 신호를 이에 전송하며, 그로인해 압전 변압기 어셈블리 내에서 내부 자려-발진 회로를 형성한다. 하나 또는 이상의 복조 장치들은 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 하나 또는 이상의 출력들에 결합되며, 여기서 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 변조된 전압 소스 신호에 비례하는 압전 변압기 어셈블리를 출력한다.

본 발명의 더욱 다른 실시예에서, 전압 센서는 적어도 하나의 제1 및 제2 별개의 갈바닉식으로 절연된 출력들 및 적어도 하나의 입력을 구비한 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리를 포함한다. 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 기계적인 공진 주파수와 동일한 주파수를 구비한 변조 캐리어 신호를 생성한다. 리니어 부스트 회로는 소스 전압 신호를 수신하고 소스 전압 신호를 증폭시키도록 제공된다. 시작 회로는 변압기 작동을 개시하도록 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리에 선택적으로 결합된다. 변조 회로는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 제1 갈바닉식으로 절연된 출력에 결합된 제1 입력을 구비하고, 변조 캐리어 신호를 수신한다. 변조 회로는 리니어 부스트 회로로부터 증폭된 소스 전압 신호를 수신하고, 변조 회로 출력 신호를 생성하도록 변조 캐리어 신호와 함께 증폭된 소스 전압 신호를 변조한다. 변조 회로는 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 적어도 하나의 입력에 결합되어 변조 회로 출력 신호를 전송하며, 그로인해 압전 변압기 어셈블리 내에서 내부 자려-발진 회로를 형성한다. 하나 또는 이상의 복조 장치들은 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 하나 또는 이상의 출력들에 결합되며, 이는 변조된 전압 소스 신호에 비례하는 압전 변압기 어셈블리 신호를 출력한다.

본 발명에 따르면 전술한 목적을 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연된 전압 센서를 보여준다.
도 2a는 압전 변압기를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연된 전압 센서를 도시한다.
도 2b는 압전 서브변압기를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연된 전압 센서를 묘사한다.
도 3은 본 발명의 절연된 전압 센서의 다른 실시예를 보여주는데, 절연된 전압 센서는 시작 회로를 포함한다.
도 4는 변조 회로의 구성요소들을 묘사하는 본 발명의 절연된 전압 센서의 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 절연된 전압 센서의 또 다른 실시예를 묘사한다.
도 6은 본 발명의 절연된 전압 센서의 다른 실시예를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 절연된 전압 센서의 더욱 다른 실시예를 보여준다.
도 7b는 본 발명의 절연된 전압 센서의 추가적인 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 절연된 전압 센서의 다른 실시예를 묘사한다.
도 9는 본 발명의 절연된 전압 센서의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 10은 본 발명의 절연된 전압 센서의 다른 실시예를 묘사한다.
도 11은 본 발명의 절연된 전압 센서의 더욱 다른 실시예를 보여준다.
도 12는 본 발명의 절연된 전압 센서의 다른 실시예를 보여준다.
도 13은 본 발명의 절연된 전압 센서의 다른 실시예를 도시한다.
도 14는 본 발명의 절연된 전압 센서의 다른 실시예를 묘사한다.
도 15는 본 발명의 절연된 전압 센서의 일부 실시예들에 사용된 시작 회로의 예시를 도시한다.
도 16은 본 발명의 절연된 전압 센서의 일부 실시예들에 사용된 복조 장치의 예시를 묘사한다.
도 17은 본 발명의 절연된 전압 센서의 일부 실시예들에 사용된 압전 변압기 어셈블리의 예시를 도시한다.
도 18은 본 발명의 절연된 전압 센서의 일부 실시예들에 사용된 압전 번압기 어셈블리의 다른 예시이다.
도 19는 본 발명의 절연된 전압 센서의 일부 실시예들에 사용된 압전 변압기 어셈블리의 다른 예시를 보여준다.

본 발명은 갈바닉 절연 방식(galvanic isolated fashion)으로 모니터링되거나 전송되는 외부 전압 신호를 조절하도록 내부 자려-발진 압전 변압기 회로(internal self-oscillating piezoelectric transformer circuit)를 활용하는 전압 센서(50)에 대한 것이다. 도 2a를 참조하면 압전 압전 변압기 어셈블리(100)는 기계적으로 일체형인 단일 장치인데, 이는 공통의 프라이머리 사이드(primary side)로서 작동하는 공통의 입력 측(input side)을 모두 공유하는 둘 또는 그 이상의 별개의(distinct) 갈바닉 절연 서브변압기를 포함한다. 도 2a를 참조하면, 압전 변압기 어셈블리(100)의 영역(102)은 이같은 서브변압기를 형성한다. 전송된 갈바닉 절연 신호는, 출력 서브변압기들로 일반적으로 언급되는, 하나 또는 그 이상의 보조변압기의 세컨더리 사이드(secondary side)에 복조(demodulated)된다. 도 2를 참조하면, 압전 압전 변압기 어셈블리(100)의 영역(103)은 이같은 보조변압기를 형성한다. 도 2 및 도 6을 참조하면, 하나 또는 그 이상의 이들 변압기들은 내부 자려-발진 압전 변압기 회로의 필수 부분이다. 상기 내부 자려-발진 압전 변압기 회로의 서브변압기들은 출력 서브변압기들과 다르게 된다. 모든 압전 재료들에 의해 나타난 역효과는 압전 변압기 어셈블리(100)의 서브변압기들 모두의 세컨더리 사이드들이 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리(100)의 공진 주파수인 공통의 공진 주파수에서 사인 곡선 반응(sinusoidal response)을 초래하는 것을 야기한다. 이러한 공통의 사인 곡선 주파수는 온도, 하중 또는 압력에 의해 어떻게 변화하는지와 별개로 항상 압전 변압기 어셈블리(100)의 공진 주파수가 되어야만 한다. 도 1을 참조하면, 이러한 공통의 공진 주파수는 외부 전압 신호(21)를 변조하기 위한 변조 회로(modulation circuit, 18)에 의해 사용된다. 섀넌의 정리(Shannon's theory)에 따르면 외부 전압 신호(21)는 그것의 대역폭(bandwidth)이 변조 주파수의 1/20보다 적은 조건으로 그대로 재건될 수 있다. 도 11을 참조하면, 자려-발진 서브변압기들을 포함하는 것으로서, 자려-발진 변조기 회로(18)는 낮은 Ghz의 변조 대역폭을 제공하는 것으로서 광대역 갭 스위치들(gap switches)을 사용하여 실행될 수 있으므로, 발명은 압전 변압기 어셈블리(100)의 기계적 공진(mechanical resonance)에 의해 단독으로 검출되는 절연 전압 센싱(sensing)을 실행할 수 있으며, 이는 MHz 범위 내에서 될 수 있다.

도 1은 먼저 외부 전압 신호(21)를 변조시키고 그 후에 압전 변압기 어셈블리(100)의 복수의 뚜렷한, 상호간에 절연된 압전 서브변압기들의 공통 입력 측의 전기적 흥분(electrical excitation) 신호(33)로서 변조된 신호를 사용하는 전압 센서(50)의 실시예를 도시한다. 하나 또는 그 이상의 이들 변압기들은 복조 장치 및 필터 스테이지(40)에 연결된 출력 전극들(10a 및 10b)을 구비한다. 압전 변압기 어셈블리(100) 내의 하나 또는 그 이상의 자려-발진 서브변압기들은 자려-발진 회로의 일부를 구성하는 것으로서 변조 회로(18)에 연결된 출력 전극들(5a 및 5b)를 구비한다. 본 실시예에서, 전극들(10a, 10b, 5a, 및 5b) 중 아무것도 공통 그라운드(common ground, 22)에 연결되지 않는다. 변조 회로(18)는 자려-발진 서브변압기들의 제2 탭(taps)에서 생성된 갈바닉 절연 사인 곡선 신호를 사용하여 외부 전압(21)을 변조하도록 작동한다. 언급된 바와 같이, 사인 곡선 신호는 서브변압기가 자려-발진 서브변압기들로 사용되는 것과 무관하게 압전 변압기 어셈블리(100)의 기계적 주파수에서 존재한다. 전압 신호(21)에 의해 이 사인 곡선 신호를 변조함으로써 하이 사이드(33) 및 로우 사이드(35)의 신호가 변조되는, 또한 어셈블리(100)의 기계적 공진을 구비한 결과는, 서브변압기들의 공통의 모든 프라이머리 사이드의 각각의 전극들(7a 및 7b)에 연결된다. 일반적으로 변조 출력 신호 로우 사이드(35)는 공통 그라운드(22)에 연결되지만, 이것은 특정 실시예에서의 경우가 되지 않을 수 있다. 이는 기계적 공진에서 존재하기 때문에, 모든 출력 서브변압기들의 공통의 프라이머리 사이드에 인가된 전력(power)은 상기 서브변압기들의 세컨더리 사이드들에 대한 최대에 가까운 전력 트랜스퍼를 구비한다. 자재 부문(materialc section), 전극 구조(electro geometry) 및 장소(placement)를 포함하는, 압전 변압기 어셈블리(100)의 디자인은, 변조 신호(35)에 관련한 변조 신호(33) 및 전극(10b)에서의 출력 포텐셜(output potential)에 관련한 전극(10a)에서의 출력 포텐셜 사이에서의 고정 송신 이득(transmission gain)을 결정하게 된다. 이득을 갖는 전송된 변조 신호는 그 후 복조 장치 및 필터 스테이지(40) 안으로 입력으로서 작동한다. 복조 및 필터 스테이지 출력 전압 신호(107)는, 입력 전압 신호(21)로부터 갈바닉적으로 절연되는 고정 이득에 따른 외부 전압 신호(21)의 복제품(replica)이다.

도 2b와 함께 도 2a는 도 1의 실시예를 제공하는데, 여기서 변압기 어셈블리(100)는 자려-발진 서브변압기(102) 및 출력 서브변압기(103)를 포함한다. 이러한 실시예에서 서브변압기들의 공통의 입력(제1) 측은, 전기적(전극) 단자들(electrical(electroded) terminal, 7a 및 7b)을 지닌 압전 재료로 제조된 캐퍼시터(capacitor, 1)이며, 이것은 압전 변압기 어셈블리(100)의 모든 서브변압기들을 위한 공통의 프라이머리 사이드로서 작동한다. 출력 서브변압기(103)의 세컨더리 사이드는, 전기적(전극) 단자들(10a 및 10b)를 지닌 압전 재료로 제조된 캐퍼시터(2)이다. 자려-발진 서브변압기(102)의 세컨더리 사이드는, 전기적(전극) 단자들(5a 및 5b)을 지닌 압전 재료로 제조된 캐퍼시터(3)이다. 비록 특정한 구성들 및 폴링 스킴(poling scheme)은 같은 극성(polarity)을 갖기 위해 단자들(7a 및 5a)을 필요로 하는 것으로 이어질 수 있을지라도, 평범한 상황 하에서 이들은 반대 극성을 유사하게 구비하기 위해 단자들(7b 및 5b)을 강요하는 반대 극성을 구비해야만 한다. 단자들(10a 및 10b)의 극성 중 하나의 선택은 외부 전압 신호(21)의 극성을 유지하게 되고, 다른 선택은 외부 전압 신호(21)의 극성을 변환(invert)하게 된다. 여기에 설명된 실시예에서, 변압기 조립체는 세라믹 재질들로 구성된다. 하지만, 당업자는 변압기 어셈블리가 다른 압전 재료들로 구성될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

전극들(5a 및 5b)은 변조 회로(18)의 입력들(30 및 34)에 연결된다. 전압 입력들은 압변압기(piezotransformer)의 세컨더리 사이드로부터 취해지기 때문에, 필연적으로 그들은 압전 변압기 조립체(100)의 기계적 양식의(modal) 주파수가 구동 신호(7b)에 관련한 구동 신호(7a)에 의해 자극되는 것은 어느 것이든지 대응하는 주파수가 되어야만 한다. 압변압기 어셈블리(100)의 배열은 어셈블리의 기계적인 공진 주파수가 소스 전압 신호(source voltage signal, 21)의 대역폭보다 상당히 크다는 것이다. 이는 자려-발진 서브변압기(3)의 로우 사이드 신호(5b)에 관련한 자려-발진 서브변압기(3)의 하이 사이드 출력 전압 신호(5a)가, 변조 캐리어 신호로서 언급된 소스 전압 신호(21)의 대역폭보다 상당히 큰 주파수의 사인 곡선이 되는 것을 야기시킨다. 교화적인 예시로서, 소스 전압 파형(22)에 관련한 소스 전압 파형(21)은 400Hz의 최대 대역폭을 가질 수 있으며, 압전 변압기 어셈블리(100)의 특성은 100KHz의 제1 기계적인 공진 주파수를 가지도록 선택된다. 일부 실시예에서, 변조 회로(18)는 갈바닉 절연 트랙되거나 전송될 외부 전압 신호(21)의 그라운드에 공통된 그라운드(22)를 지닌 3-입력 포트 회로이다. 신호들(5a 및 5b) 한 쌍은 이제 외부 전압 신호(21)를 위한 변조 캐리어 신호로서 사용될 충분한 주파수이다. 변조 회로(18)는 2-출력 포트 회로이며, 이들 출력들(33 및 35)의 전위차(potential difference) 전압은 압전 변압기 어셈블리(100)의 공통 입력(1)의 양극 및 음극 단자들에 연결된다. 변조 회로(18)의 공통 입력(1)에서 전압 파형 출력 전압의 주파수 △Vdrive(= 33 - 35(변조 회로 출력 신호로서 언급됨))는 변조 캐리어 주파수 △Vmodulation(= 5a - 5b)에 의해 결정되는데, 물리학적 법칙에 의해, 이는 압전 변압기 어셈블리(100)의 기계적인 주파수로 정확히 되어야만 하며, 캐퍼시터(1)의 구동 주파수는 시간, 온도, 압력, 또는 하중 상태와 관계없이, 압전 변압기 어셈블리(100)의 기계적인 주파수와 항상 동일하다. 물리학적 법칙에 의해서, 외부 압변압기의 전극들(7a 및 7b)을 가로질러 나타나는 이러한 사인 곡선적인 변조된 신호(변조 회로 출력 신호)는 외부 변압기 이득에 따른 외부 서브변압기(2)의 세컨더리 사이드에서 전극들(10a 및 10b)을 가로질러 재현(recreated)된다. 전형적으로 추가 필터를 지닌 표준 복조기(standard demodulator, 40)는, 동일한 외부 서브변압기 이득에 따른 외부 전압 신호(21)을 재현하게 된다.

특정 상황에서, 전형적으로 초저 강도(very low strength) 전압 신호를 추적(tracking)할 때, 신호 소스(21)는 변조 프로세스를 개시하기에 충분하지 않게 될 수 있고, 전압 센서(50)를 스타트업(start-up)하는 것에 의지하게 될 수 없다. 도 3은 절연된 전압 센서가 작동하는 것을 보장하는 방법을 제공한다. 시작 회로(start circuit, 20)는 모니터링 되기 위해 전압 소스 신호(21)로부터 그것의 전력을 취하는 것이 추가된다. 시작 회로 출력은, 공통의 입력(1)을 가로질러 초기의 0이 아닌 포텐셜 △Vdrive을 포함하는 것에 따라서 공통 입력(1)의 양극 종점(termination, 7a)에 연결된다. 압전 변압기(100)의 다층 구성을 위해서, 장소(7b)를 공통으로 참조하여 전극들 한 쌍을 포함하는 장소(7a)에서 시작 회로(20)의 출력이 단지 하나의 이러한 전극에 연결되기만 하면 된다. 절연된 전압 센서 장치(50)의 작동을 개시하도록, 시작 회로에 의해 제공된 전압은 전극(5a) 또는 전극(10a)에 연결될 수 있다. 시작 회로(20)는 공통의 입력(1)을 가로지르는 포텐셜 △Vdrive을 야기시기에 충분한 사인 곡선적 전압 파형 △Vmodulate(= 5a - 5b)을 야기하도록, 압전 변압기 어셈블리(100)에 충분한 에너지를 제공한다. 구체적인 기계적 모드 즉, 장치(50)의 작동을 위한 공진 주파수는 시작 회로(20)의 구동 신호 출력 파형이 근천의 공진 모드와 결합하지 않도록 선택된 공진에 합리적으로 가까이에 있는 주파수를 갖는다고 단순히 보장함으로써 선택될 수 있다. 장치(50)의 대부분의 활용을 위해서, 선택된 주파수는 근본적인 주파수가 되지만; 더 높은 모드는 디지털 신호 소스(21)의 절연된 송신과 같은 적용들을 위해 변조 회로(18) 안으로 더 높은 주파수 사인 곡선적 변조 입력을 개발하는 목적을 위해 선택될 수 있다.

도 4에 설명된 본 발명의 실시예에 따르면, 변조 회로(18)는 두 개의 서로 연결된 서브회로들로 구성되는데, 주파수 생성 스위치 서브회로(frequency generating swith subcircuit, 32)와, 연결 및 신호 조절 서브회로(connection and signal conditioning subcircuit, 19)로 구성된다. 절연된 방식에서 모니터링 또는 추적될 외부 전압 신호(21)는, 주파수 생성 서브회로(32)에 연결되고, 공통의 그라운드(22)를 공유한다. 신호 조절 서브회로(19)는 포트들(30 및 34)을 진입하는 사인 곡선적 신호 △Vmodulate를 조절하는데, 결과적으로 조절된 신호는 △Vmodulate로서 같은 주파수에 있게 된다. 이를 통해 조절된 신호는 그 후 그라운드(22)를 참고하여 주파수 생성 스위치 회로(32) 안에 구동 캐리어 신호로서 주입된다. 주파수 생성 스위치 회로(32)의 출력은 또한 공통의 입력(1)의 단자들(7a 및 7b)에 연결되기 전에 연결 및 신호 조절 서브회로(19)의 다른 일부에 의해 조절된다.

도 5는 도 4의 장치의 실시예인데, 여기서 연걸 및 신호 조절 서브회로(19)는 전극(5b)에 연결된 입력 포트(34)를 지닌 패시브 회로(74)로 구성되는 제1 파트, 및 주파수 생성 스위치 서브회로(32)의 논-그라운드 출력 및 전극(7a)을 지닌 제2 파트(73)를 구비한다. 이러한 배열에 의해서 패시브 회로(74)는, 고주파 주입 신호(high frequency injection signal)를 압전 변압기 조립체(100)의 기계적인 공진 주파수로 정확하게 주파수 생성 스위치 서브회로(32) 안으로 제공한다. 시작 회로(20)는, 장치(50)의 시작에 따른 시작 회로(20)의 전압 기여(contribution)가, 교점(node, 33)에 보여지는 것처럼, 불필요해지고 따라서 제거되도록 구성된다. 시작 회로(20)로서 기능하기에 적절하고, 일단 자립하는(self-sustaining) 내부 소스 폴로워(source follower)가 작동하고 나면 자동적으로 폐쇄하게 되는 회로들의 예시들이 이하에서 더 설명된다.

도 6은 도 4의 장치의 실시예인데, 여기서 연결 및 신호 조절 서브회로(19)는 단자(5b) 및 단자(11b) 사이에 각기,배치된 패시브 회로들(74a 및 74b)로 구성된 제1 파트, 및 주파수 생성 스위치 서브회로(32)의 각각의 입력 포트들(31b 및 31a)을 구비한다. 이러한 배열에 의해서, 패시브 회로(19)는 압전 변압기 어셈블리(100)의 기계적인 공진 주파수에서 사인 곡선적 주파수를 구비하는 입력 포트들(31a 및 31b)에서 주파수 생성 스위치 서브회로(32) 안으로 고주파 주입을 제공한다. 연결 및 신호 조절 서브회로(19)는 입력 포트(30a 및 30b) 및 공통의 프라이머리 사이드(1)의 하이 사이드(7a)와 로우 사이드(7b) 사이에 배치된 패시브 회로(73a 및 73b)로 구성되는 제2 파트를 구비한다. 이전의 회로들 및 도면들에서와 같이, 스위칭 풀-브릿지 회로로 구성되는 주파수 생성 스위치 회로(32)의 제일 단순한 실시예에 비례한 것으로, 이는 설명의 목적을 위해 그것의 제일 단순한 형태로 나타난다. 시작 회로(20)는, 장치(50)의 시작 이후에 시작 회로(20)의 전압 기여가, 교점(33a)으로 보여지는 것처럼, 불필요해지게 되고, 따라서 제거될 수 있도록 구성된다. 시작 회로(20)로서 기능하기에 적절하고, 일단 자립하는 내부 소스 폴로워가 작동하고 나면 자동적으로 폐쇄하게 되는, 회로들의 예시들이 이하에서 더 설명된다.

도 7a는 도 5에 설명된 본 발명의 실시예를 제공하며, 이하의 차이를 지니는데, (i) 패시브 회로(74)를 대체하는 신호 조절 회로(75)는 주파수 생성 스위치 회로(32)의 입력 포트(31) 및 자려-발진 서브변압기(3)의 로우사이드 출력(5b) 사이에 개입되고; (ii) 자려-발진 서브변압기(3)의 제3의 하이사이드 출력(5b)은 공통 그라운드(22)에 연결된다. 이러한 구성에서 전자 흐름 순환(electron flow loop, 22, 5a, 5b, 31, 33, 7a, 7b, 22)은 압전 변압기 어셈블리(100)의 기계적인 공진 주파수로 공진하는 폐쇄된 자기-공진(self-resonant) 서브회로를 형성하는데, 여기서 이러한 공진 선택은 시작 회로(20)에 의해 결정되거나, 이러한 시작 회로(20)의 공백시 압전 변압기 어셈블리(100)의 기본적인 첫전째 공진을 불이행하게 된다. 신호 조절 회로(75)는 전압 소스 신호(22)로부터 그것의 전력을 얻는다.

도 7b는 도 5에 의해 설명된 본 발명의 실시예를 제공하는데, 이는 외부 전력 소스(55)가 곧 신호 조절 회로(75)에 전력을 공급하게 사용되는 경우를 제외하고 도 7a에 설명된 것과 동일하다.

도 8은 장치(50)의 작동을 개시하거나 유지하는데에 소스 전압 파형(21)의 신호 강도가 너무 낮은 상황들을 위해 설계된, 도 1의 변형을 제공한다. 본 실시예는 리니어 부스트 회로(linear bost circuit, 81)가 소스 전압 신호(21) 및 변조 회로(18) 사이에 개입되는 차이와 함께, 도 1에 의해 설명된 것과 동일하다. 시작 회로(20)는 또한 리니어 부스트 회로(81)에 의해 부스트된다.

도 9는 작거나 아주 큰 신호 전압 파형들을 모니터링하는데 적용할 수 있는 본 발명의 실시예를 제공하는데, 여기서 소스 전압(21)은 시작 회로(20)가 스위치 회로(31)에서 전자 흐름을 가능하는 것으로서 정확히 기능을 하는 것이 가능하게 하기에 불충분하게 될 수 있다. 시작 회로(20)는 외부 전압 소스(82)에 의해 전력이 공급되는 리니어 부스트 회로(81)와 같은 추가적인 증폭 이전-단계(amplification pre-stage)에 의해 부스트된다. 리니어 부스트 회로(81)의 교점(83)에 있는 출력은 시작 회로(20)가 자려-발진 서브변압기(3)의 출력(5b)에 충분한 전력을 제공하는 것으로서 공통의 서브변압기 입력(1)을 전기적으로 자극하게 할 수 있는 충분한 에너지를 제공하도록 선택될 수 있다. 리니어 부스트 회로(81)는 또한, 도 5에 설명된 것처럼 자기-구동(self-drive) 작동을 유지하는 것으로서 충분한 전류를 공급하는 것을 지속하는 것을 돕는 것에 관한 외부 전압 신호 입력(21)을 부스트하도록 유지할 수 있다.

도 10은 작거나 아주 큰 신호 전압 파형들을 모니터링하는데 적용할 수 있는 본 발명의 실시예를 제공하는데, 여기서 소스 전압(21)은 장치(50)의 자려-발진 서브회로망(subcircuitry)이 개시하는 것이 가능하도록 하기에 불충분하게 될 수 있다. 시작 회로(20)는 외부 전압 소스(82)에 의해 공급된 추가적인 증폭 이전-단계(81)에 의해 곧 부스트된다. 리니어 부스트 회로(81)의 출력 포트(83)는 곧 장치(50)의 자려-발진 서브회로망이 개시하는 것을 가능하게 하는 것으로서 강한 전력 특징들을 충분하게 제공한다. 리니어 부스트 회로(81)는 또한 자려-발진 서브회로망의 적절한 작동을 유지하는 것으로서 충분한 전류를 공급하게 유지하는 것을 돕도록 센서 입력(21)을 부스트하는 것을 유지하는데 이용될 수 있다. 신호 조절 회로(75)는 증폭 이전-단계(81)로부터 그것의 전력을 얻거나, 배터리 또는 수퍼 캐퍼시터와 같은, 독립된(independent) 전력 소스(19)로부터 그것의 전력을 얻을 수 있다.

도 11은 도 5에 설명된 바와 같은 갈바닉 절연된 전압 센서(50)의 실시예를 제공한다. 본 실시예에서 패시브 회로(74)는 쇼트 회로(short circuit)로 구성되고, 패시브 반응 회로(73)는 인덕터(inductor)로 구성된다. 본 실시예는 주파수 생성 스위치 회로(32)의 하프-브릿지 구현(half-bridge implementation)에 대해 전도성이 있다. 갈바닉 절연 전압 센서(50)의 유사한 제2 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 패시브 회로 장치들(74a 및 74b) 및 패시브 반응 회로(73a 및 73b)에 대한 두번째 서브회로 선택들을 형성함으로써 얻어진다. 이러한 실시예는 주파수 생성 스위치 회로(32)의 풀-브릿지 구현에 대해 전도성이 된다.

도 12는 도 1에 설명된 바와 같은 갈바닉 절연 전압 센서(50)의 로우 파트 카운트 실시예를 제공한다. 본 실시예에서 패시브 회로(74)는 쇼트 회로로 구성되고, 패시브 반응 회로(73)는 인덕터로 구성된다. 본 실시예에서 주파수 생성 스위치 회로(32)는 n-채널 MOSFET 장치(41b) 및 p-채널 MOSFET 장치(41b)로 구성되는 하프-브릿지 트랜지스터 회로이다. 그 입력 전력은 외부 전압 신호 입력(21)이고, 게이트 드라이브는 포트(31)에서 발진 서브변압기(102)의 세컨더리 사이드(3)의 로우사이드 출력(5b)을 게이트에 연결함으로써 제공되며, 그리고 출력은 인덕터(73)에 연결되는데, 이는 발진 서브변압기(102)의 세컨더리 사이드의 하이 사이드 출력(5a) 및 공통의 프라이머리 사이드(1)의 하이 사이드(7a) 사이에 개입된다. 트랜지스터 장치들의 다른 선택은 번갈아 생기는 실시예들을 제공한다.

도 13은 패시브 반응 회로(73)가 이제 쇼트 회로로 구성된다는 것을 제외하고, 도 12와 동일한 갈바닉 절연 전압 센서(50)의 로우 파트 카운트 실시예를 제공하는데, 서브변압기들의 공통의 입력 측의 구동 캐리어 파장 자극(wave excitation)은 곧 전력 하프-브릿지에 의해 제공되는 교점(56)에서 (전압 소스 신호) 변조된 구형 웨이브 펄스 트레인 파형(square wave pulse train waveform)이다. 구형 웨이브 펄스 트레인과 함께 보조변압기들의 입력(프라이머리) 측을 구동하기 때문에 세라믹의 포텐셜 크랙 개시로 인한 본 실시예는 단시간 동안 또는 낮은 듀티 사이클 어플리케이션에 이용된다.

도 14는 도 11 및 도 12에 설명된 것과 유사한 기능을 하는 다음의 차이들을 지닌 갈바닉 절연된 전압 센서(50)의 로우 파트 카운트 실시예를 제공하는데: (i) 쇼트 회로(74)를 대체하는 액티브 신호 조절 회로(75)는 자려-발진 서브변압기의 로우사이드 전자적인 단자(5b) 및 트랜지스터 하프-브릿지(32)의 게이트 신호 포트(31) 사이에 개입되고; (ii) 자려-발진 서브변압기의 하이사이드 단자(5a)는 공통의 그라운드(22)에 연결된다. 액티브 신호 조절 회로(75)는 그 전력을 전압 신호 소스(21), 리니어 부스트 회로(81)(미도시), 또는 배터리나 수퍼 캐퍼시터와 같은 독립적인 전력 소스(19)로부터 얻는다. 갈바닉 절연 전압 센서(50)의 세컨드 로우 파트 카운트 풀-브릿지 실시예는 이제 도 6의 74a 및 74b를 대체하는 신호 조절 회로(75)에 유사한 연결들 및 도 6에 설명된 바와 같이, 주파수 생성 스위치 회로(32)의 풀-브릿지 구현을 형성함으로써 얻어질 수 있다.

도 15는 로우 파트 카운트인 도 3의 시작 회로(20)의 예시를 제공한다. 본 실시예를 위해서 MOSFET(203)은 디플리션형(depletion) n-채널 또는 디플리션형 p-채널로 선택된다. MOSFET(203)은 교점(21)에서 외부 전압 신호에 연결되는 소스 단자(205) 및 노드(33)에 연결되는 드레인 단자(206)를 구비한다. MOSFET(203)의 게이트 단자(204)는 저항기(resistor, 201) 및 캐퍼시터(202)에 의해 형성된 연속된 RC 회로의 두 요소들 사이의 연결에서 종료되는데, 이는 외부 신호(21) 하이사이드 전압 및 공통의 그라운드(22) 사이에 자체적으로 배치된다. 디플리션 모드 MOSFET 장치들은 채널이 게이트 단자(204) 및 소스 단자(206) 사이의 제로 전압 V_Gs로 균등하게 존재하도록 도핑(doped)된다. 채널을 제어(control)하기 위해서, 음 전압(negative voltage)은 n-채널 장치를 위해 게이트에 인가되어, 채널을 감소시키며(depleting), 이는 장치를 통해 전자 흐름을 핀치 오프(pinches off)한다. 유사하게 양 전압(positive voltage)은 p-채널 장치를 위해 게이트에 인가된다. 스타트업시, 전압 신호(21) 및 그라운드(22) 사이에 충전 흐름이 존재하지 않으므로, MOSFET 장치는 변압기 서브회로(102)의 섹션(1)의 제1 단자(7a)에 연결된 교점(33) 안에 직접적으로 Vcc로부터 흐르는 충전을 할 수 있게 폐쇄된다. 이는 공통의 그라운드(22)에 참고된 자려-발진 서브변압기의 세컨더리의 하이사이드 단자(7a)에서 펄스 전압 파형을 야기시킨다. 변압기 서브회로(102)는 압전 재질들로 구성되기 때문에, 파형(33)은 변압기(102)의 출력 측에서 논-제로 사인 곡선적 전압 파형의 원인이 된다. 이러한 파형의 전력은 서플라이(supply)에 전체적으로 의존하는(dependent)데, 여기서 서플라이는 신호(21) 즉, Vcc = V신호(21)이며, 또는 불충분한 경우, 외부 파원 소스(82)에 의해 제공된다. 시작 회로의 RC 타임 유지에 의해 결정된 바와 같이, Vg는 장치의 게이트에서 전압을 증가시킨다. 올바르게 선택된 RC 요소들은 디플리션 MOSFET 장치가 Vcc 및 교점(33) 사이의, 작은 역치하의 누설(subthreshold leakage)로부터 떨어진 교점(33)을 통하여 다른 어떤 전류 흐름을 방지하는 것으로서 개방되게끔 하는 원인으로서 충분한 양 전압을 제공한다.

도 16은 본 발명 도 1의 적절한 복조 및 필터 회로(40)의 예시를 제공한다. 본 실시예는 구성 요소의 최소 숫자를 지닌 본 발명의 복조/필터를 구현하는 것에 대한 패시브 요소 솔루션을 제공한다. 복조/필터 실시예는 이러한 풀 웨이브 다이오드 정류기(diode rectifier) 및 RC 필터를 이용한다. 본 실시예에서 제1단자(10a) 및 제2 단자(10b)는 교점의 입력들에서 풀 웨이브 다이오드 브릿지(15)의 두-와이어 입력에 연결되는데, 두 와이어 출력은 캐퍼시터(16) 및 저항기(17)에 의해 형성된 평행한 RC 회로를 가로 질러 연결된다. 음 단자(10b)는 유동적이고, 전압 센서의 높은 갈바닉 절연을 보증하도록 공통의 그라운드(22)에 연결되지 않는다. 전압 센서의 효과적인 대역폭은 요소들(16 및 17)의 선택에 의해 결정된다. 결과로 초래된 외부 전압 신호(21)의 절연된 카피는 V(meas)(107)에 의해 정해진다. 변압기의 이득에 따라, 중복(duplicating)(21)에서 신호(107)의 정확도(accuracy)는, 측정 파형 신호를 댐핑(damp)하지 않도록 용량(capacitance)이 선택되어야 하는 것을 필요로 하며; 게다가, 결과로 초래된 RC 상수(constant)는 컷오프 주파수(=1/RC) 이하의 최소한의 감쇠(attenuation)를 확인해야만 한다. 요소들의 동일한 최소한의 숫자를 필요로하는 확실한 변형은, 풀 웨이브 정류기(15)의 출력에 연결된 RC 디바이더 네트워크(divider network)를 이용하게 된다. 종래의 다른 복조/필터 서브회로 실시예들은 압전 변압기 어셈블리(100)의 출력 ac 신호의 복조/필터에 이용될 수 있는데; 예를 들면, 추가적인 신호 이득 및 저지 대역(stopband) 특징들을 도입하도록 액티브 로우 패스 필터 디자인을 결합시킨다.

도 17은 압전 변압기 어셈블리(100)의 평평한 평면 실시예의 평면도를 제공하는데, 이는 전극 영역들 및 비전극 영역들 사이에서 교대하는 동심원들로 구성된다. 압전 변압기 어셈블리(100)는 하부측이 그것의 상부측(도시됨)과 동일하도록 대칭적으로 전극화된다. 디스크와 같은 그 평면 형상은 또한 환형, 구형, 타원형 또는 다른 평평한 기하학적 구조를 가질 수 있으며, 각각은 교대로 전극화되고 비전극화되는 유사한 시리즈의 중첩된 영역들을 특징으로 한다.

도 18은 비-도전층(6a 및 6b)에 의해 제3 압전체(3)로 분리된, 단일체의(monolithic) 층 또는 다층인, 두 압전 장치들(1 및 2)로 구성되는 압전 변압기 어셈블리(100)의 실시예를 제공한다. 압전 장치들 및 근처에 동일한 평면 풋프린트(footprint)를 공유하는 비-도전 층들은 하우징(400) 내에 개재되는데, 이는 개재된 압전체들(1, 2 및 3)상에 고정 또는 가변성 전부하(variable preload)를 포함한다.

도 19는 진한 원형 와셔로 구성되는 압전 변압기 어셈블리(100)의 실시예를 제공하는데, 단면은 A-A 절단면이다. 공통의 입력(1)은 하나의 단일체 압전체로 구성되고, 출력(2)은 다층 압전체로 구성되며, 자려-발진 장치(3)는 비도전성 링들(6a 및 6b)에 의해 1 및 2로부터 분리된 하나의 층 압전체(3)로 구성된다. 압전 장치들 및 비전도성 층들은 근처에 동일한 평면 풋프린트를 공유한다.

도 1 내지 도 19에 도시된 장치 및 그 실시예들은, 도 6에 예시된 바와 같이, 다른 장치 또는 회로에 분리된 참고 신호를 제공하도록, 하나 또는 이상의 추가적인 갈바닉 절연된 자려-발진 전극화된 서브변압기들을 더 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 19에 도시된 장치 및 그 실시예들은, 다중 참고 신호들 또는 컨트롤 신호들을 다중 장치들에 제공하도록, 하나 또는 이상의 갈바닉 절연된 출력 서브변압기들을 더 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 19에 도시된 장치 및 그 실시예들은 작은 신호(저전력) 전압 측정 및/또는 추적을 위한 저전력 트랜지스터 (이미터-이득-콜렉터 토폴로지(emitter-gain-colloector topology)) 장치들로 구성된 주파수 생성 스위치 회로를 구비할 수 있는 반면에, MOSFET (소스-게이트-드레인 토폴로지(source-gate-drain topology) 장치는 일반적으로 고전력 전압 측정 및/또는 추적을 위해 이용될 수도 있다. 번갈아 생기는 주파수 생성 회로(32)는, 낮은 입력 전압 선형성(linearity)를 향상시키는 수퍼 소스 폴로워 회로(super source follower circuit) 또는 향상된 안정성을 제공하는 다른 구성의 회로 아키텍처(architecture)와 같이 사용될 수도 있다. 서브회로들의 변형들은, 작은 신호 전압을 모니터링 및/또는 추적하기 위해 저전력 트랜지스터 장치를 이용할 때 사용될 수 있다. 도 2a/2b 및 그 실시예들의 자기-구동 서브회로 명백한 변형들 때문에, AC 전압 측정과는 아주 다르게 DC 전압 변동(fluctuation)의 모니터링은, 단지 하나의 트랜지스터 스위치 장치를 사용하여 달성될 수 있다.

첨부 도면들은 본 발명의 실시예 및 프로토타입 예시들을 도시한다. 이러한 설명에 기반하여, 종래의 일반적인 기술 중 하나는 이러한 타입의 물건들을 위한 전형적인 관용들을 반영하기 위해 제조 동안에 발생하게 되는 것을 나타내게 된다.

위에 사용된 바와 같이, "실질적으로", "일반적으로", 및 다른 단어들의 정도는 그렇게 수정된 특징으로부터 허용되는 변형을 지시하도록 의도된 상대적인 한정어이다. 이는 절대적인 값 또는 변경된 특징에 제한되도록 의도되는 것은 아니지만, 그 정반대보다 물리적 또는 기능성의 특징들을 더 가지며, 바람직하게는 그러한 물리적 또는 기능성의 특징에 접근하거나 근접해진다. "실질적으로"는 또한 구성요소들을 제조하기 위해 존재하는 제조상의 허용 오차의 존재를 반영하기 위해 사용된다.

하지만, 본 발명은 여기에 설명된 실시예들의 설명이 철저하게 완성되도록 제공되기 보다는, 많은 상이한 형태들로 구체화될 수 있고, 여기서 설명하는 실시예들 및 프로토타입 예시들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 이해해야만 하며; 당업자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하게 될 것이다. 첨부 도면들은 본 발명의 실시예 및 프로토타입 예시들을 도시한다. 당업자라면, 이러한 설명에 기초하여, "같은", "동일한" 및 다른 유사한 단어들의 사용은 이러한 타입의 제품들에 대한 전형적인 허용 오차를 반영하는 제조 동안에 발생하게 되는 차이들을 포함하는 것을 이해할 것이다.

Claims

적어도 하나의 제1 및 제2 별개의 갈바닉식으로 절연된 출력 및 적어도 하나의 입력을 구비한 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리로서, 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 기계적인 공진 주파수와 같은 주파수를 갖는 변조 캐리어 신호를 생성하는, 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리;
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 제1 갈바닉식으로 절연된 출력에 결합된 제1 입력을 구비한 변조 회로로서, 상기 변조 회로에 의해 생성되는 변조 캐리어 신호를 초래하며, 상기 변조 회로는 소스 전압 신호를 수신하여 변조 회로 출력 신호를 생성하는 변조 캐리어 신호를 지닌 소스 전압 신호를 변조하며, 상기 변조 회로는 변조 회로 출력 신호에 연결되어 이를 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 적어도 하나의 인풋에 전송하여서, 상기 변조 회로 및 상기 압전 변압기 어셈블리를 포함하는 내부 자려-발진 회로를 형성하는, 변조 회로; 및
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 하나 또는 이상의 출력에 연결되는 하나 또는 이상의 복조 장치를 포함하며,
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 캐리어 변조된 전압 소스 신호에 비례하는 압전 변압기 어셈블리 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 전압 센서.
제1항에 있어서,
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 공통의 프라이머리 사이드를 공유하는 적어도 하나의 제1 및 제2 갈바닉적으로 절연된 서브변압기들을 포함하며, 제1 서브변압기는 내부 자려-발진 회로로부터 캐리어 신호를 공급하도록 상기 변조 회로에 연결된 그 출력의 일부를 구비하며, 제2 서브변압기는 상기 복조 장치들 중 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전압 센서.
제2항에 있어서,
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 공통의 프라이머리 사이드는 상기 변조 회로의 출력에 연결되는 제1 및 제2 전극들로 제공되는 전기 용량의 섹션을 포함하고, 제1 트랜스변압기의 세컨더리 사이드는 상기 복조 장치의 입력에 연결되는 제1 및 제2 전극들을 구비한 전기 용량의 섹션을 포함하며, 제2 서브변압기의 세컨더리 사이드는 상기 변조 회로의 입력에 연결되는 제1 및 제2 전극들을 구비한 전기 용량의 섹션을 포함하는, 전압 센서.
적어도 하나의 제1 및 제2 별개의 갈바닉식으로 절연된 출력 및 적어도 하나의 입력을 구비한 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리로서, 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 기계적인 공진 주파수와 같은 주파수를 갖는 변조 캐리어 신호를 생성하는, 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리;
트랜스포머 작동을 개시하기 위해 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리에 영향을 미치게 연결되는 시작 회로;
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 제1 갈바닉식으로 절연된 출력에 결합된 제1 입력을 구비한 변조 회로로서, 변조 캐리어 신호를 수신하며, 상기 변조 회로는 소스 전압 신호를 수신하여 변조 회로 출력 신호를 생성하는 변조 캐리어 신호를 지닌 소스 전압 신호를 변조하며, 상기 변조 회로는 변조 회로 출력 신호에 연결되어 이를 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 적어도 하나의 인풋에 전송하여서, 상기 변조 회로 및 상기 압전 변압기 어셈블리의 조합을 포함하는 내부 자려-발진 회로를 형성하는, 변조 회로; 및
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 하나 또는 이상의 출력에 연결되는 하나 또는 이상의 복조 장치를 포함하며,
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 변조된 전압 소스 신호에 비례하는 압전 변압기 어셈블리 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 전압 센서.
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 공통의 프라이머리 사이드를 공유하는 적어도 하나의 제1 및 제2 갈바닉적으로 절연된 서브변압기들을 포함하며, 제1 서브변압기는 내부 자려-발진 회로로부터 캐리어 신호를 공급하도록 상기 변조 회로에 연결된 그 출력의 일부를 구비하며, 제2 서브변압기는 상기 복조 장치들 중 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는, 전압 센서.
제5항에 있어서,
공통의 프라이머리 사이드는 상기 변조 회로의 출력에 연결되는 제1 및 제2 전극들로 제공되는 전기 용량의 섹션을 포함하고, 제2 서브변압기의 세컨더리 사이드는 상기 복조 장치의 입력에 연결된 제1 및 제2 전극들을 구비한 전기 용량의 섹션을 포함하며, 제1 서브변압기의 세컨더리 사이드는 상기 변조 회로의 입력에 연결된 제1 및 제2 전극들을 구비한 전기 용량의 섹션을 포함하는, 전압 센서.
제6항에 있어서,
상기 변조 회로는 소스 전압 신호를 수신하는 주파수 생성 스위치 서브회로, 및 변조 캐리어 신호를 수신하는 연결 및 신호 조절 서브회로를 포함하는, 전압 센서.
제6항에 있어서,
상기 변조 회로는,
소스 전압 신호를 수신하는 주파수 생성 스위치 서브회로;
제1 서브변압기의 세컨더리 사이드에 연결된 입력, 및 주파수 생성 스위치 회로의 하나 또는 이상의 입력들에 연결된 출력을 구비한 패시브 회로; 및
주파수 생성 스위치 회로의 입력에, 그리고 상기 압전 변압기 어셈블리의 공통 프라이머리 사이드에, 연결되는 입력을 구비한 패시브 반응 회로를 포함하는, 전압 센서.
제8항에 있어서,
패시브 회로는 쇼트 회로이고, 패시브 반응 회로는 인덕터인 것을 특징으로 하는, 전압 센서.
제9항에 있어서,
주파수 생성 스위치 회로는 하프 브릿지 회로를 포함하는, 전압 센서.
제8항에 있어서,
패시브 반응 회로는 쇼트 회로이고, 패시브 반응 회로는 쇼트 회로이며, 주파수 생성 스위치 서브회로는 하프 브릿지 회로를 포함하는, 전압 센서.
제4항에 있어서,
상기 변조 회로는,
소스 전압 신호를 수신하는 주파수 생성 스위치 서브회로;
그라운드에 연결된 제1 갈바닉적으로 절연된 출력의 제2 부분을 지닌 제1 갈바닉적으로 절연된 출력의 제1 부분에 결합된 입력, 및 주파수 생성 스위치 회로의 입력에 연결된 출력을 구비한 신호 조절 회로; 및
주파수 생성 스위치 회로의 입력에 연결된 입력 및 공통의 프라이머리 사이드에 결합된 출력을 구비한 패시브 반응 회로를 포함하는, 전압 센서.
제12항에 있어서,
신호 조절 회로는 소스 전압 신호 및 외부 전력 소스 중 하나에 의해 작동되는, 전압 센서.
제12항에 있어서,
패시브 반응 회로는 인덕터이고, 주파수 생성 스위치 서브회로는 하프 브릿지 회로를 포함하는, 전압 센서.
적어도 하나의 제1 및 제2 별개의 갈바닉식으로 절연된 출력 및 적어도 하나의 입력을 구비한 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리로서, 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 기계적인 공진 주파수와 같은 주파수를 갖는 변조 캐리어 신호를 생성하는, 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리;
소스 전압 신호를 수신하고 소스 전압 신호를 증폭시키는 리니어 부스트 회로;
트랜스포머 작동을 개시하기 위해 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리에 영향을 미치게 연결되는 시작 회로;
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 제1 갈바닉식으로 절연된 출력에 결합된 제1 입력을 구비한 변조 회로로서, 변조 캐리어 신호를 수신하며, 상기 변조 회로는 증폭된 소스 전압 신호를 생성하여 변조 회로 출력 신호를 생성하는 변조 캐리어 신호를 지닌 증폭된 소스 전압 신호를 변조하며, 상기 변조 회로는 변조 회로 출력 신호에 연결되어 이를 상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 적어도 하나의 인풋에 전송하여서, 상기 변조 회로 및 상기 압전 변압기 어셈블리를 포함하는 내부 자려-발진 회로를 형성하는, 변조 회로; 및
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리의 하나 또는 이상의 출력에 연결되는 하나 또는 이상의 복조 장치를 포함하며,
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 변조된 전압 소스 신호에 비례하는 압전 변압기 어셈블리 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 전압 센서.
제15항에 있어서,
상기 기계적으로 일체형인 압전 변압기 어셈블리는 공통의 프라이머리 사이드를 구비한 적어도 하나의 제1 및 제2 갈바닉식으로 절연된 서브변압기를 포함하며, 상기 시작 회로는 상기 프라이머리 사이드에 연결되고, 제1 서브변압기는 상기 변조 회로에 연결되는 상기 변조 회로에 결합되며, 제2 서브변압기는 상기 복조 장치들 중 하나에 결합되는 것을 특징으로 하는, 전압 센서.
제16항에 있어서,
공통의 프라이머리 사이드는 제1 및 제2 전극들로 제공되는 전기 용량의 섹션을 포함하고, 제2 서브변압기의 세컨더리 사이드는 상기 복조 장치의 입력에 결합된 제1 및 제2 전극들을 구비한 전기 용량의 섹션을 포함하며, 제1 서브변압기의 세컨더리 사이드는 상기 변조 회로에 연결된 제1 및 제2 전극들을 구비한 전기 용량의 섹션을 포함하는, 전압 센서.
제17항에 있어서,
상기 변조 회로는,
증폭된 소스 전압 신호를 수신하는 주파수 생성 스위치 서브회로;
제1 서브변압기의 세컨더리 사이드의 제1 및 제2 전극들 중 하나에 결합된 입력, 및 주파수 생성 스위치 회로의 입력에 연결된 출력을 구비한 패시브 회로; 및
주파수 생성 스위치 회로의 출력에 연결된 입력 및 제1 변압기의 세컨더리 사이드의 제1 및 제2 전극들 중 하나를 구비하고, 공통의 프라이머리 사이드의 제1 및 제2 전극들 중 하나에 연결된 입력을 구비한 패시브 반응 회로를 포함하는, 전압 센서.
제16항에 있어서,
상기 변조 회로는,
증폭된 소스 전압 신호를 수신하는 주파수 생성 스위치;
제1 서브변압기의 세컨더리 사이드의 제1 및 제2 전극들 중 하나에 결합된 입력 및 주파수 생성 스위치 회로의 입력에 연결된 출력을 구비한 신호 조절 회로; 및
주파수 생성 스위치 회로의 출력에 연결된 입력 및 공통의 프라이머리 사이드의 입력 단자에 연결된 출력을 구비하고, 공통의 프라이머리 사이드의 다른 입력이 그라운드에 연결되는 패시브 반응 회로를 포함하는, 전압 센서.
제19항에 있어서,
신호 조절 회로는 소스 전압 신호 및 외부 전력 소스 중 하나에 의해 전력으로 움직이는 것을 특징으로 하는, 전압 센서.
제4항에 있어서,
상기 시작 회로는 일단 변압기 작동이 개시되면 자동적으로 멈추기 위한 수단을 포함하는, 전압 센서.
제4항에 있어서,
상기 시작 회로는 자려-발진 회로를 개시하도록 자동적으로 켜지고, 일단 변압기 작동이 개시되면 자동적으로 멈추는 것을 특징으로 하는, 전압 센서.