KR20170057368A - 전압 부존재의 검증을 위한 시스템 - Google Patents

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Abstract

전압 부존재의 검증을 위한 시스템은 제 1 임피던스, 제 1 임피던스에 전기적으로 연결된 진폭 리미터, 제 1 임피던스 및 진폭 리미터에 전기적으로 연결된 제 2 임피던스; 제 2 임피던스에 전기적으로 연결된 버랙터 회로; 제 2 임피던스 및 버랙터 회로에 전기적으로 연결된 절연 커패시터; 버퍼를 통하여 절연 회로에 연결된 전압 감지 회로를 갖는 포락선 회로, 및 RF 발진기를 포함한다. 진폭 리미터는 버랙터 회로에 인가되는 전압을 제한하도록 구성된다. RF 발진기는 버퍼 및 포락선 회로에 대하여 변조된 회로를 생성하기 위해 버랙터 회로와 상호 작용하도록 구성된다. 포락선 회로는 전압 감지 회로에 대한 신호를 복조하도록 구성된다.

Description

전압 부존재의 검증을 위한 시스템 {A SYSTEM FOR THE VERIFICATION OF THE ABSENCE OF VOLTAGE}
본 발명은 전반적으로 전압 감지 시스템들에 관한 것으로 보다 구체적으로 진폭 변조 기술들을 이용하는 전압 감지 시스템들에 관한 것이다.
전기 인스톨/장비에 작업을 수행하기 앞서서, 작업자들은 장비가 전기적으로 안전한 상태에 있는지를 검증하는 것이 요구된다. 그렇지 않으면 증명될 때까지, 작업자는 장비가 전기가 통한다고 가정하여 적절한 개인 보호 장비(PPE: personal protective equipment)를 이용하는 것을 포함하여 모든 필요한 예방 조치들을 취해야 한다. 전기적으로 안전한 작업 상태의 검증의 일부는 전압의 부존재에 대한 테스트를 포함한다. 이 테스트는 적절하게 정격된(rated) 전압 테스터, 일반적으로 휴대용 전압계 또는 멀티-계측기를 이용하여 훈련되고 및 자격이 있는 전기 기사에 의해 수행된다. 전기 기사는 먼저 그의 계측기(meter)를 그것이 적절하게 동작하는 것을 확실히 하기 위해 알고 있는, 전기가 통하는 소스에 대해 테스트한다. 그런다음 그/그녀는 위상-대-위상(phase-to-phase) 및 위상-대-접지(phase-to-ground)를 계측함으로써 해당 전기 장비에 전압이 없다는 것을 검증한다. 마지막으로, 그는 그의 계측기가 여전히 적절하게 기능하고 있고 그리고 테스트 동안에 손상되지 않았다는 것을 확실히 하기 위해 알고 있는, 전기가 통하는 소스에 대해 그의 계측기를 재-테스트한다. 비록 전압 검증은 NFPA 70E 필수요건이고 최상의 실행으로 간주되지만, 작업자들이 테스트의 실제 부분들 동안에 전압 테스터를 이용할 때 전기가 통하는 회로들 및 도전체들에 노출되기 때문에 테스트 그 자체는 여전히 위해 요소를 제공한다.
주 (단일- 또는 멀티-위상 AC 또는 DC) 전압의 존재를 감지하고 그리고 부존재를 검증하고 및 특정 전기 컴파트먼트에서의 전압의 상태를 명확히(positively) 표시할 수 있는 영구 인스톨 디바이스가 이 유형의 애플리케이션에 유용할 것이다.
신호의 부존재를 검증하기 위한 핵심 단계들 중 하나는 디바이스/테스터가 알고 있는 전압 유닛을 감지할 수 있는지를 검증하기(테스터를 테스트하기) 위한 체크를 수행하는 것이다. 한가지 다른 단계는 유닛이 실제로 신호를 측정을 하고 있는지 및 부지중에 연결해제되지 않았는지를 검증하는 것 (연결성(connectivity) 테스트)이다.
전압의 부존재를 검증하기 위한 시스템은제 1 임피던스, 상기 제 1 임피던스에 전기적으로 연결된 진폭 리미터; 상기 제 1 임피던스 및 상기 진폭 리미터에 전기적으로 연결된 제 2 임피던스; 상기 제 2 임피던스에 전기적으로 연결된 버랙터 회로; 상기 제 2 임피던스 및 버랙터 회로에 전기적으로 연결된 절연 커패시터; 버퍼를 통하여 상기 절연 회로에 연결된 전압 감지 회로를 갖는 포락선 회로, 및 RF 발진기를 포함한다. 상기 진폭 리미터는 상기 버랙터 회로에 인가되는 전압을 제한하도록 구성된다. 상기 RF 발진기는 상기 버퍼 및 포락선 회로에 대하여 변조된 회로를 생성하기 위해 상기 버랙터 회로와 상호 작용하도록 구성된다. 상기 포락선 회로는 상기 전압 감지 회로에 대한 신호를 복조하도록 구성된다.
도 1은 전압 부존재의 검증을 위한 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 시스템과 유사하지만, 버랙터 다이오드들과 직렬인 인덕터를 추가한 전압 부존재의 검증을 위한 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2의 시스템과 유사하지만, 전하-펌프 회로(charge-pump circuit)를 추가한 전압 부존재의 검증을 위한 시스템의 개략도이다.
도 4는 도 3의 시스템과 유사하지만, 전력선으로부터 접지로의 추가의 고 임피던스 경로를 추가한 전압 부존재의 검증을 위한 시스템의 개략도이다.
도 5는 상기의 시스템들이 3-상(three-phase) 전력선에 적용될 수 있는 지를 보여준다.
도 1은 전압 부존재의 검증을 위한 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 시스템(10)은 전력선(101)(본 출원에서, 전력선은 시스템(10)에 의해 검출될 전압 소스이다), 진폭 리미터(104), 버랙터 회로(107), 절연 커패시터(110), RF 발진기 회로(112), 및 포락선 감지 회로(115)를 포함한다.
진폭 리미터(104)는 버랙터 회로(107)에 인가될 신호의 진폭을 제한한다.
버랙터 회로(107)는 두개의 대향하는 버랙터 다이오드들(108)을 포함한다. 버랙터 다이오드들은 전압 제어 커패시터들로서 역할을 하여 그것의 정전 용량은 버랙터 다이오드에 걸쳐 인가되는 역 전압이 축소될 때 증가한다. 결과적으로, 역 전압이 축소될 때 RF 발진기 회로(112)에 대한 임피던스 경로도 그러하다. 따라서, 발진기의 저항기(113) 회로는 일정하게 있기 때문에(및 전압 분배기가 저항기(113)와 버랙터 회로(107) 사이에 생성되기 때문에), 변조된 신호가 버랙터 회로(107)에 걸쳐 인가되는 전압을 반사하는 포락선 감지 회로(115)에 대하여 생성된다.
포락선 감지 회로(115)는 시스템(10)의 감지된 전압에 의존하는 출력을 갖는 복조기로서 동작한다. 포락선 감지 회로(115)의 출력 전압을 모니터링함으로써, 그리고 베이스(base) 또는 캘리브레이션(calibration) 크기를 알게 됨으로써, 그래서 전압이 전력 신호로부터 존재하는지 여부를 결정할 수 있다.
절연 커패시터(isolation capacitor)(110)는 RF 발진기 회로(112) 및 포락선 감지 회로(115)를 진폭 리미터(104) 및 버랙터 회로(107)로부터의 저 주파수 및 DC 신호들로부터 격리시킨다.
도 1은 어떻게 전력 신호(121)가 시스템(10)내 다양한 지점들에서 변형될 것인지를 보여준다. 도 1은 전력 신호(121)를 나타내는 변형되지않은 사인파(sine wave)를 도시한다. 진폭 제한 회로(104)는 그런다음 전력 신호의 피크 전압을 제한하여, 진폭 제한 전압(122)을 생성한다. 진폭 변조된 신호(123)가 RF 진동 회로(112) 및 버랙터 회로(107)로부터 생성된다. 진폭 변조 회로(123)는 그런다음 포락선 감지 회로(105)에 의해 전압 감지 신호(124)로 변화된다.
이런 시스템의 감도는 도 2에 도시된 바와 같이 특정 전압 레벨(예컨대 영 볼트) 주변에서 최적화될 수 있다. 도 2는 도 1의 시스템(10)과 유사하지만, 그러나 버랙터 회로(207)에서 추가된 인덕터(208)를 갖는 전압 부존재 검증을 위한 시스템(20)을 도시한다. 추가된 인덕터(208)는 공진 주파수에서 쇼트 회로(short circuit)로서 동작하는 공진 회로를 생성한다. 일 실시예에서, 공진 주파수는 RF 진동 회로(112)에 의해 생성된 신호와 동일한 주파수이다. 시스템(20)의 감도는 RF 진동 회로(112) 및 버랙터 회로(207)(추가된 인덕터를 갖는)에 의해 생성된 LCR 회로의 Q 인자(factor)를 조정함으로써 더 최적화될 수 있다.
전압 표시자들의 부존재는 디바이스가 적절하게 기능하는지를 나타내는데 도움을 주는 다양한 테스트들을 수행하는데 필요로 할 수 있다. 이들 테스트들은 자동으로 또는 수동으로(유저에 의해 개시되는) 수행될 수 있다. 도 3은 도 2의 시스템에 전하-펌프 회로(316)를 추가한 전압 부존재의 검증을 위한 시스템(30)을 도시한다. 전하-펌프 회로(316)는 시스템(30)이 감지하도록 의도된 전압에 유사한 전압을 제공할 수 있다. 전하-펌프 회로(316)로부터의 전압의 감지는 시스템이 의도된 대로 동작하도록 수립하는데 도움이 될 것이다.
다른 테스트는 전력선(101)과 시스템의 나머지간에 연속성에 대한 테스트를 포함할 수 있다. 도 4는 시스템이 전력선(101)으로부터 접지(417)로의 독립적인 고 임피던스 경로를 추가한다는 것을 제외하고는 도 3의 시스템(30)과 유사한 전압 부존재 검증을 위한 시스템(40)을 도시한다. 독립적인 고 임피던스 경로(417)의 추가는 전하 펌프 회로(316)에 대하여 전압 분배기로서 역할을 한다. 만약 전하 펌프 회로(316)로부터 감지된 전압이 분할되지 않으면, 그러면 그것은 시스템(40)의 나머지가 전력선(101)에 연결되지 않았다고 판정될 수 있다.
상기의 시스템들은 도 5에 도시된 바와 같은 3-상 전력선과 적용될 수 있다. 전압의 부존재를 명확히 표시하기 위해 별개의 전원이 시스템을 동작시키기 위해 사용될 수 있다. 전압 부존재의 명확한 표시가 디스플레이상에 또는 출력 신호로서 표시될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템은 테스트 또는 푸시 버튼(push button)을 이용하거나 또는 시스템으로 발송된 테스트 요청 신호를 통하여 활성화될 수 있다(도 5는 푸시 버튼을 이용하는 실시예를 도시한다). 시스템이 활성화된 후, 그것은 일련의 테스트들 예컨대 전하 펌프 회로를 통한 동작 테스트 및 연속성을 위한 테스트를 통하여 운용될 수 있다.
일부 고장 저항 요건들을 충족시키기 위해 및 발명의 기능에 고도의 확신을 제공하기 위해, 시스템의 기능들은 두개의 독립적인 분기 회로들로 분할될 수 있다. 하나는 전압 감지 기능을 수행하는 것이고 다른 하나는 다양한 상태들을 제공함으로써 그리고 전압-감지 분기 회로들이 의도된 대로 기능하는지를 모니터링함으로써 시스템 기능을 테스트하기 위한 것이다. 다양한 상태들은 각각의 위상에 연결성 테스트, 각각의 위상에 디바이스의 전압 테스트가능성, 및 다른 자가 테스트 기능들을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들 및 애플리케이션들이 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 본 출원에 개시된 정밀한 구성 및 조성물들에 제한되지 않고 설명된 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 수정예들, 변화들, 및 변형예들이 전술한 것으로부터 명확할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (5)

  1. 전압의 부존재를 검증하기 위한 시스템에 있어서,
    전원에 연결된 제 1 임피던스;
    상기 제 1 임피던스에 전기적으로 연결된 진폭 리미터;
    상기 제 1 임피던스 및 상기 진폭 리미터에 전기적으로 연결된 제 2 임피던스;
    상기 제 2 임피던스에 전기적으로 연결된 버랙터 회로(varactor circuit);
    상기 제 2 임피던스 및 상기 버랙터 회로에 전기적으로 연결된 절연 커패시터(isolation capacitor);
    상기 절연 커패시터에 전기적으로 연결된 RF 발진기;
    상기 RF 회로 및 상기 절연 커패시터에 전기적으로 연결된 포락선 회로; 및
    상기 포락선 회로에 연결된 전압 감지 회로를 포함하되, 상기 진폭 리미터는 상기 버랙터 회로에 걸쳐 인가된 전압을 제한하도록 구성되고, 상기 RF 발진기는 상기 포락선 회로에 대한 변조된 신호를 생성하기 위해 상기 버랙터 회로와 상호 작용하도록 구성되고, 상기 포락선 회로는 상기 전압 검출기에 대한 신호를 복조하도록 구성되는, 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 포락선 회로는 버퍼를 통하여 상기 RF 발진기 및 상기 절연 커패시터에 전기적으로 연결되는, 시스템.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 버랙터 회로는 공진 회로를 생성하도록 구성된 인덕터를 포함하는, 시스템.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 시스템에 의해 검출되도록 의도된 전압과 유사한 전압을 생성하도록 구성된 전하 펌프 회로를 더 포함하는, 시스템.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 전하 펌프 회로에 대하여 전압 분배기를 생성하도록 구성된 상기 전하 펌프 회로에 대한 접지로의 독립적인 고 임피던스 경로를 더 포함하는, 시스템.
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