KR20170119248A - 아날로그 신호 검출회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안정화 시간이 불요하고 저렴하게 제작 가능하며 급격히 변화하는 아날로그 신호에 대해서도 신뢰성 있게 신호 검출이 가능한 아날로그 신호 검출회로를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 입력되는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 따라서 개수가 변화하는 복수의 기준 전압을 발생시켜 복수의 기준 전압 출력단을 통해 출력하는 기준 전압 분배기; 아날로그 신호의 전압과 상기 기준 전압 분배기가 출력하는 복수의 기준 전압을 각각 비교하는 복수의 비교기; 아날로그 신호의 주파수에 따라 변화하는 펄스 간 폭을 가진 복수의 펄스 신호를 발생시켜 출력하는 복수의 펄스 발생기; 및 복수의 펄스 발생기로부터의 펄스 신호들을 합쳐서 출력하는 컴바이너(COMBINER) 회로 부;를 포함한다.

Description

아날로그 신호 검출회로{ANALOG SIGNAL DETECTING CIRCUIT}
본 발명은 아날로그 신호 검출회로에 관한 것으로, 특히 아날로그 신호의 크기와 주파수를 동시에 검출하여 비정상 신호를 신뢰성 있게 검출할 수 있는 아날로그 신호 검출회로에 관한 것이다.
본 발명은 누전차단기나 회로차단기 용으로서 누전전류나 단락전류와 같은 사고전류의 아날로그 신호를 신뢰성 있게 검출할 수 있는 아날로그 신호 검출회로에 관한 것으로서, 이러한 아날로그 신호 검출회로에 있어서 종래기술의 예를 도 1과 도 2를 참조하여 설명한다.
종래기술의 일 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 구성을 보여주는 블록 도인 도 1을 참조할 수 있는 바와 같이, 종래기술에 따른 아날로그 신호 검출회로는 아날로그-디지털 변환 부(10), RMS 검출기(20), 주파수 검출기(30) 및 신호 처리기(40)를 포함한다.
아날로그-디지털 변환 부(10)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
RMS 검출기(20)는 미리 결정된 시간동안 아날로그-디지털 변환 부(10)가 출력한 디지털 신호에 대해서 실효치 즉 제곱 평균 제곱근(Root Mean Square) 값 즉 제곱 값의 평균을 취하고 이러한 제곱의 평균 값에 다시 루트(root)를 취한 값을 산출한다.
주파수 검출기(30)는 아날로그-디지털 변환 부(10)가 출력한 디지털 신호의 로직 하이(high) 즉 1 또는 로직 로우(low) 즉 0의 미리 결정된 시간 동안의 개수를 계수(count)하고 시간으로 나누어서 주파수를 산출할 수 있으며, 산출한 주파수를 근거로 다음의 잘 알려진 주기와 주파수 관계 식을 이용하여 주기를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
여기서 T는 주기이고 f는 주파수이다.
RMS 검출기(20)가 검출한 실효치(아날로그 신호의 크기)와 주파수 검출기(30)가 검출한 주파수 및 주기는 후단의 신호 처리기(40)에 전달되어 전달된 아날로그 신호의 크기(실효치)와 주파수를 근거로 신호 처리기(40)에서 미리 설정된 기준 값과 비교 처리될 수 있다.
그러나 상술한 종래기술의 일 예는 누전 차단기에 적용하기에는 가격이 비싸고 크기가 작지 않아 부적합한 문제가 있다.
또한 RMS 검출기(20)는 정확한 신호의 값을 검출하기 위해서 안정화 시간이 필요한 데, 누전 차단기나 회로 차단기는 규격으로 정해진 미리 결정된 순시 동작시간 내에 회로를 차단해야 하는 바, 상기 안정화 시간으로 인해 요구되는 순시 동작 시간내에 누전 전류나 단락 전류에 대한 차단에 실패할 수 있는 문제도 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같은 종래기술의 다른 예에 따른 아날로그 신호 검출회로는 변류기(1)와 피크 검출 회로(2)를 포함하는 구성을 가진다.
변류기(1)는 아날로그 신호로서 회로를 통해 흐르는 전류를 검출하여 피크 검출 회로(2)에 제공한다.
피크 검출 회로(2)는 반파 정류기 및 캐패시터를 포함하게 구성되어, 검출한 전류를 정류하고 평활한 직류 평활 값을 미리 결정된 이상 결정 기준 값과 비교하고, 해당 이상 결정 기준 값을 상기 직류 평활 값이 초과하면, 트립 제어 신호를 트립 기구(3a)에 출력한다.
트립 기구(3a)가 상기 트립 제어 신호에 의해 폐로 위치(closing position)로 동작하면, 트립 기구(3a)에 연동하는 차단 기구(switching mechanism, 일명 개폐기구)(3b)가 회로를 차단하는 위치로 트립(trip) 동작하여 부하를 누전 전류나 단락 전류와 같은 이상 전류(사고 전류)로부터 보호할 수 있게 된다.
그러나 도 2에 개시된 바와 같은 종래기술의 다른 일 예에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 낙뢰 등의 원인으로 짧은 시간에 급격히 큰 검출 전류가 아날로그 신호로서 회로에 유입되는 경우 피크 검출 회로(2)가 해당 검출 전류를 정류 및 평활하지 못하는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 안정화 시간이 불요하고 저렴하게 제작 가능하며 급격히 변화하는 아날로그 신호에 대해서도 신뢰성 있게 신호 검출이 가능한 아날로그 신호 검출회로를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 아날로그 신호 검출회로에 있어서,
입력되는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 따라서 개수가 변화하는 복수의 기준 전압을 발생시켜 출력하는 기준 전압 분배기;
상기 아날로그 신호의 전압과 상기 기준 전압 분배기가 출력하는 복수의 기준 전압을 각각 비교하는 복수의 비교기;
상기 아날로그 신호의 주파수에 따라 변화하는 펄스 간 폭을 가진 복수의 펄스 신호를 발생시켜 출력하는 복수의 펄스 발생기; 및
상기 복수의 펄스 발생기로부터의 펄스 신호들을 합쳐서 출력하는 컴바이너(COMBINER) 회로 부;를 포함하는 본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 상기 아날로그 신호의 최소 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기에 제공하는 최소값 검출회로 부; 및 상기 아날로그 신호의 최대 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기에 제공하는 최대값 검출회로 부;를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 양상에 따라서, 상기 펄스 발생기는, 상기 비교기의 출력신호를 시간지연시켜 출력하는 지연 회로 부; 및 대응되는 상기 비교기의 출력신호를 입력받는 제 1 입력단과 상기 지연 회로 부가 출력하는 지연 출력신호를 입력받는 제 2 입력단을 가지며, 대응되는 상기 비교기의 출력신호의 논리 값과 상기 지연 회로 부의 출력신호의 논리 값이 서로 다를 때 펄스 신호를 발생시키는 배타 논리 합 회로 부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 상기 컴바이너 회로 부에 접속되며 상기 컴바이너 회로 부가 출력하는 펄스 신호의 평균값을 출력하는 평균 회로 부를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 상기 평균 회로 부가 출력하는 평균값을 미리 결정된 누전차단기의 트립 기준 값과 비교하여 트립 제어신호의 발출 여부를 결정하는 판단 회로 부를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 상기 평균 회로 부와 상기 판단 회로 부 사이에 설치되고, 상기 평균 회로 부가 출력하는 평균값을 미리 결정된 시간 지연하여 상기 판단 회로 부에 출력하는 지연 회로 부를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 상기 컴바인 회로 부가 출력하는 펄스 신호를 근거로, 펄스 신호의 개수를 계수하고 시간으로 나누어서 아날로그 신호의 주파수를 산출하거나 펄스 신호의 개수에 미리 결정된 비례계수를 곱하여 아날로그 신호의 크기를 산출하는 신호 처리기를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 기준 전압 분배기는, 입력되는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 비례하는 개수의 기준 전압을 발생시키게 구성된다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따라서, 상기 아날로그 신호의 주파수가 낮을수록, 상기 복수의 펄스 발생기들은 펄스 간 폭이 넓은 복수의 펄스 신호를 발생시킨다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는 기준 전압 분배기와 복수의 비교기 및 복수의 펄스 발생기를 포함하므로, 기준 전압 분배기를 통해서 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 비례하는 개수의 복수의 기준 전압을 발생시켜, 대응 개수의 비교기와 아날로그 신호의 값을 비교하여 출력함으로써 안정화 시간지연 없이 아날로그 신호의 크기에 비례하는 개수의 펄스 신호를 출력할 수 있고, 복수의 기준 전압에 대응하는 복수의 펄스 발생기를 통해서 펄스 간 폭을 아날로그 신호의 주파수에 따라서 변화되게 발출함으로써 아날로그 신호의 주파수를 반영한 펄스 신호를 출력할 수 있으며, 이는 결국 후단의 신호 처리부 또는 판단 회로 부에서 정상 신호와 노이즈를 명확히 구별하여 검출 대상 아날로그 신호만을 정확히 처리할 수 있으므로, 누전 차단기 또는 회로 차단기와 같은 응용 분야에서 회로 상의 감시 대상 누전전류 또는 사고전류의 발생을 정확히 판별할 수 있게 되고, 따라서 누전 차단기 또는 회로 차단기의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 상기 아날로그 신호의 최소 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기에 제공하는 최소값 검출회로 부; 및 상기 아날로그 신호의 최대 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기에 제공하는 최대값 검출회로 부;를 더 포함하므로, 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 차이 즉 아날로그 신호의 크기를 결정할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로에 있어서, 상기 복수의 펄스 발생기는 각각, 지연 회로 부 및 배타 논리 합 회로 부를 포함하므로, 지연 회로 부의 시간 지연만큼의 펄스 폭을 가진 펄스 신호를 제공할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 컴바이너 회로 부가 출력하는 펄스 신호의 평균값을 출력하는 평균 회로 부를 더 포함하므로, 일시적 노이즈에 의한 영향이 최소화될 수 있고 후단의 판별 회로에서 아날로그 신호에 대한 평가 즉 누전 유무 판단, 사고전류 여부의 판단이 신뢰성을 가질 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는 판단 회로 부를 더 포함하므로, 평균 회로 부가 출력하는 평균값을 미리 결정된 누전차단기의 트립 기준 값과 비교하여 트립 제어신호의 발출 여부를 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 평균 회로 부가 출력하는 평균값을 미리 결정된 시간 지연하여 상기 판단 회로 부에 출력하는 지연 회로 부를 더 포함하므로, 일시적 노이즈의 혼입에 따른 급격한 아날로그 신호의 변화에 따른 누전 검출 또는 회로상 고장전류의 검출에 있어서 오동작을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 상기 컴바인 회로 부가 출력하는 펄스 신호를 근거로, 펄스 신호를 개수를 계수하고 시간으로 나누어서 아날로그 신호의 주파수를 산출하거나 펄스 신호의 개수에 미리 결정된 비례계수를 곱하여 아날로그 신호의 크기를 산출하는 신호 처리기를 더 포함하므로, 아날로그 신호의 크기와 주파수를 각각 별도로 검출할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로에 있어서, 상기 기준 전압 분배기는, 입력되는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭이 클수록 많은 개수의 기준 전압을 발생시키게 구성되므로, 크기가 큰 아날로그 신호에 대해서는 많은 기준 전압과 비교를 통해서 해당 아날로그 신호의 특성을 반영한 펄스 신호가 발생될 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로에 있어서, 상기 아날로그 신호의 주파수가 낮을수록, 상기 복수의 펄스 발생기들은 펄스 간 폭이 넓은 복수의 펄스 신호를 발생시키므로, 아날로그 신호의 주파수를 반영한 펄스 신호를 출력할 수 있으며, 이는 결국 후단의 신호 처리부 또는 판단 회로 부에서 정상 신호와 노이즈를 명확히 구별하여 검출 대상 아날로그 신호만을 정확히 처리할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 종래기술의 일 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 구성을 보여주는 블록 도이고,
도 2는 종래기술의 다른 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 구성을 보여주는 블록 도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 구성을 보여주는 블록 도이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로를 포함하는 누전 차단기의 회로 구성을 보여주는 블록 도이며,
도 5는 서로 다른 2개의 아날로그 신호의 크기를 검출하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 컴바이너 회로 부 및 평균 회로 부의 출력 파형을 보여주는 파형 도이고,
도 6은 서로 다른 2개의 아날로그 신호의 주파수를 검출하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 컴바이너 회로 부 및 평균 회로 부의 출력 파형을 보여주는 파형 도이다.
상술한 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도 3 내지 도 6을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 구성을 보여주는 블록 도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로를 포함하는 누전 차단기의 회로 구성을 보여주는 블록 도이며, 도 5는 서로 다른 2개의 아날로그 신호의 크기를 검출하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 컴바이너 회로 부 및 평균 회로 부의 출력 파형을 보여주는 파형 도이고, 도 6은 서로 다른 2개의 아날로그 신호의 주파수를 검출하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 컴바이너 회로 부 및 평균 회로 부의 출력 파형을 보여주는 파형 도이다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로(일명 아날로그 신호 검출기)(200)는, 기준 전압 분배기(230), 복수의 비교기(240), 복수의 펄스 발생기(250) 및 컴바이너(COMBINER) 회로 부(260)를 포함한다.
기준 전압 분배기(230)는 입력되는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 따라서 개수가 변화하는 복수의 기준 전압을 발생시켜 복수의 기준 전압 출력단을 통해 출력하는 회로 부이다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로(200)는 최소값 검출회로 부(210)과 최대값 검출회로 부(220)을 더 포함할 수 있다.
최소값 검출회로 부(210)는 상기 아날로그 신호의 최소 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기(230)에 제공한다.
최대값 검출회로 부(220)는 상기 아날로그 신호의 최대 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기(230)에 제공한다.
기준 전압 분배기(230)는 예컨대 마이크로 컴퓨터와 같은 연산회로 부와 전압 분배 회로 부를 포함할 수 있다.
예컨대 복수의 기준 전압들에 있어서 제 1 기준 전압 값과 인접한 제 2 기준 전압 값 간의 전압 차이 값이 일정한 값으로 미리 결정된 상태, 예를 들어 1볼트이고, 상기 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭이 6.3볼트라면, 기준 전압 값은 다음 식에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00002
여기서 N은 기준 전압 개수로서 자연수이고,
Figure pat00003
는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭이며,
Figure pat00004
는 기준 전압 간의 차이 값(예를 들어 상기와 같이 1볼트)이다.
따라서 인접 기준 전압 값 간의 전압 차이 값이 1볼트이고 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭이 6.3볼트인 경우, 상기 식 (1)에 대입하면, 기준 전압 개수는 7개가 된다.
도 5에 도시한 예에 있어서 2개의 아날로그 신호 즉 Vin_a와 Vin_b 중 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭이 작은 아날로그 신호 Vin_a에 대해서, 기준 전압 분배기(230)는 3개의 기준 전압 신호 즉, Vth1_a, Vth2_a, Vth3_a를 발출한다.
도 5에 도시한 예에 있어서 2개의 아날로그 신호 즉 Vin_a와 Vin_b 중 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭이 큰 아날로그 신호 Vin_b에 대해서, 기준 전압 분배기(230)는 5개의 기준 전압 신호 즉, Vth1_b, Vth2_b, Vth3_b, Vth4_b, Vth5_b를 발출한다.
상기 전압 분배 회로 부는 바람직한 일 실시 예에 따라서 일정한 기준 전압 원에 직렬로 접속되는 복수의 직렬 저항들과 해당 직렬 저항들 각각의 양단에서 인출되는 기준 전압 출력단 및 기준 전압 출력단의 선택 회로를 포함하게 구성될 수 있다.
복수의 비교기(240)는 상기 기준 전압 분배기(230)의 복수의 기준 전압 출력단에 접속되는 기준 전압 입력단과 상기 아날로그 신호를 입력하는 신호 입력단을 가지며, 상기 아날로그 신호의 전압과 상기 기준 전압 분배기(230)가 출력하는 복수의 기준 전압을 각각 비교한다.
특히 복수의 비교기(240) 중 상기 기준 전압 분배기(230)로부터 기준 전압 입력단을 통해 기준 전압 신호를 받은 비교기(240)만이 신호 입력단을 통해 입력되는 상기 아날로그 신호와 상기 기준 전압 신호를 비교할 수 있으며 출력신호를 출력할 수 있다.
복수의 펄스 발생기(250)는 상기 복수의 비교기(240)의 출력단에 각각 대응하게 접속되는 입력단을 가지며, 상기 아날로그 신호의 주파수에 따라 변화하는 펄스 간 폭을 가진 복수의 펄스 신호를 발생시켜 출력한다.
즉, 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이, 크기(전압 최대값과 전압 최소값 간차이 값)가 같고 서로 다른 주파수를 가진 2개의 아날로그 신호, 즉 Vin_f1와 Vin_f2에 대해서, 2개의 아날로그 신호의 크기가 같으므로 기준 전압 분배기(230)는 2개의 아날로그 신호에 대해서 각각 3개의 기준 전압을 발생시킨다. 또한 도 6을 참조할 수 있는 바와 같이, 주파수가 높은 아날로그 신호 Vin_f1에 대해서 복수의 펄스 발생기(250)는 펄스 간 폭이 짧은 펄스 신호를 출력하는 것을 볼 수 있고, 주파수가 낮은 아날로그 신호 Vin_f2에 대해서 복수의 펄스 발생기(250)는 펄스 간 폭이 아날로그 신호 Vin_f2의 펄스 간 폭보다 긴 펄스 신호를 출력하는 것을 볼 수 있다.
복수의 펄스 발생기(250)는 각각 지연 회로 부(250a) 및 배타 논리 합 회로 부(250b)를 포함하게 구성될 수 있다.
지연 회로 부(250a)는 상기 비교기(240)의 출력신호를 시간지연시켜 출력한다.
배타 논리 합 회로 부(250b)는 대응되는 상기 비교기(240)의 출력신호를 입력받는 제 1 입력단과 상기 지연 회로 부(250a)가 출력하는 지연 출력신호를 입력받는 제 2 입력단을 가진다.
대응되는 상기 비교기(240)의 출력신호의 논리 값과 상기 지연 회로 부(250a)의 출력신호의 논리 값이 서로 다를 때, 배타 논리 합 회로 부(250b)는 하이(HIGH)의 논리 값을 가진 펄스 신호를 발생시킨다.
최초 상기 비교기(240)의 출력신호의 논리 값이 1인 펄스 폭이 거의 없는 단 펄스 신호이지만, 상기 비교기(240)의 출력신호의 논리 값이 로우(LOW) 즉 O(ZERO)이 될 때 상기 지연 회로 부(250a)의 출력신호는 지연시간 후 1이 되며 이에 배타 논리 합 회로 부(250b)는 지연시간 동안 논리 값 1의 출력을 유지하게 된다.
따라서 복수의 펄스 발생기(250)가 출력하는 펄스 신호는 지연 회로 부(250a)의 지연시간만큼의 펄스 폭을 가진 펄스 신호가 된다.
이와 같이 지연시간만큼의 펄스 폭을 가진 펄스 신호를 발생시키는 목적은 후단의 신호 처리시 펄스 폭이 거의 없는 단 펄스 신호들은 인식과 처리가 곤란하므로 확실한 인식과 처리가 가능하도록 일정이상의 펄스 폭을 가진 신호로 만들어주기 위함이다.
컴바이너 회로 부(260)는 상기 복수의 펄스 발생기(250)의 출력단들에 접속되는 입력단을 가지며, 상기 복수의 펄스 발생기(250)로부터의 펄스 신호들을 합쳐서 출력한다 즉, 상기 복수의 펄스 발생기(250)로부터의 펄스 신호들을 합성한다.
컴바이너 회로 부(260)에 의해서 합쳐진 펄스 신호들은 도 5 또는 도 6에 컴바이너 출력으로 표시된 펄스 신호들 모두와 같으며, 복수의 펄스 발생기(250)의 각각의 출력단들로부터 출력되는 펄스 신호는 도 5 또는 도 6에 컴바이너 출력으로 표시된 펄스 신호들 각각과 같다.
도 5에 도시된 예를 참조할 수 있는 바와 같이, 컴바이너 회로 부(260)가 출력하는 펄스 신호는 신호 Vin_a에 대해서 6개이고 신호 Vin_b에 대해서 10개이다. 신호 Vin_a에 대해서 3개의 기준 전압이 발생되고, 신호 Vin_b에 대해서 5개가 발생되는 바, 컴바이너 회로 부(260)가 출력하는 펄스 신호의 개수는 기준 전압 발생 수의 2배가 된다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로(200)는 평균 회로 부(270)를 더 포함할 수 있다.
평균 회로 부(270)는 상기 컴바이너 회로 부(260)의 출력단에 접속되는 입력단을 가진다.
또한 평균 회로 부(270)는 상기 컴바이너 회로 부(260)가 출력하는 펄스 신호의 평균값을 출력한다. 여기서 평균 회로 부(270)가 출력하는 펄스 신호의 평균값은 일정 시간동안의 펄스 신호의 값을 합산한 후 시간으로 나눈 값으로 아날로그 값이다.
도 5에 있어서 신호 Vin_a와 신호 Vin_b에 대해서, 예컨대 펄스 출력의 크기가 1(볼트)로서 일정하고 1주기의 시간이 6초로서 서로 같다고 가정하면,
신호 Vin_a의 평균값 1은 다음 식과 같이 산출될 수 있다.
평균값 1=(1×6)/6=1
신호 Vin_b의 평균값 2는 다음 식과 같이 산출될 수 있다.
평균값 2=(1×10)/6≒1.67
이와 같이 신호 Vin_b의 평균값 2가 신호 Vin_a의 평균값 1보다 큼을 알 수 있고, 이는 도 5의 평균값 1의 파형과 평균값 2의 파형 비교를 통해서도 확인할 수 있다.
한편 도 6에 있어서 크기(최대값과 최소값 간 차이 값)는 서로 같고 주파수가 서로 다른 신호 Vin_f1와 신호 Vin_f2에 대해서, 예컨대 펄스 출력의 크기가 1(볼트)로서 일정하고, 신호 Vin_f1의 1 주기가 6초이고 신호 Vin_f2의 1 주기가 12초라고 가정하면,
6초의 시간 동안 신호 Vin_f1의 평균값 1은 다음 식과 같이 산출될 수 있다.
평균값 1=(1×6)/6=1
같은 시간 동안 신호 Vin_f2의 평균값 2는 다음 식과 같이 산출될 수 있다.
평균값 2=(1×4)/6≒0.67
이와 같이 신호 Vin_f2의 평균값 2가 신호 Vin_f1의 평균값 1보다 작음을 알 수 있고, 이는 도 6의 평균값 1의 파형과 평균값 2의 파형 비교를 통해서도 확인할 수 있다.
이와 같이 평균 회로 부(270)에 의해 얻는 평균값은 감시대상 아날로그 신호의 크기를 신뢰성 있게 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로(200)는 신호 처리기(280)를 더 포함할 수 있으며, 신호 처리기(280)는 도 3에 도시된 바와 같이 컴바이너 회로 부(260)에 접속되되 평균 회로 부(270)와 병렬로 접속될 수 있다.
신호 처리기(280)는, 평균 회로 부(270)에 의해 얻는 아날로그 평균값 대신 디지털 신호로서 감시 대상 아날로그 신호의 크기와 주파수를 얻기 위해 제공될 수 있다.
신호 처리기(280)는 상기 컴바인 회로 부(260)가 출력하는 펄스 신호를 근거로, 펄스 신호를 개수를 계수하고 시간으로 나누어서 아날로그 신호의 주파수를 산출하거나 펄스 신호의 개수에 미리 결정된 비례계수를 곱하여 아날로그 신호의 크기를 산출할 수 있다.
이러한 기능을 수행하기 위해서, 신호 처리기(280)는 컴바인 회로 부(260)가 출력하는 펄스 신호를 인식하기 위한 비교기와, 해당 비교기의 출력신호를 계수하기 위한 카운터 회로와, 카운터 회로의 출력을 시간으로 나누어서 주파수를 산출하는 연산처리용 마이크로 컴퓨터를 포함할 수 있으며, 해당 마이크로 컴퓨터는 상기 카운터 회로의 출력에 미리 결정된 상기 비례계수를 곱하여 아날로그 신호의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로는 도 4를 참조할 수 있는 바와 같이 판단 회로 부(일명 판별기)(290)를 더 포함할 수 있다.
판단 회로 부(290)는 상기 평균 회로 부(270)가 출력하는 평균값을 미리 결정된 누전차단기의 트립 기준 값과 비교하여 트립 제어신호의 발출 여부를 결정한다.
이를 위해서 판단 회로 부(290)는 비교기와 신호 발생기 회로 부를 포함하게 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로는 상기 평균 회로 부와 상기 판단 회로 부 사이에 설치되고, 상기 평균 회로 부가 출력하는 평균값을 미리 결정된 시간 지연하여 상기 판단 회로 부에 출력하는 지연 회로 부(미 도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 지연 회로 부가 상기 평균 회로 부(270)와 상기 판단 회로 부(290) 사이에 설치되었을 때, 판단 회로 부(290)는 현재 입력되는 평균 회로 부(270)의 출력 신호와 상기 지연 회로 부의 출력 신호를 비교하는 또 다른 비교기를 더 포함 할 수 있다.
이러한 또 다른 비교기는 현재 입력되는 평균 회로 부(270)의 출력 신호와 상기 지연 회로 부의 출력 신호를 비교하여 같은 경우 이는 평균 회로 부(270)의 출력 신호가 일정하게 유지되고 있는 것으로 신뢰할 만한 출력 신호인 것이고, 따라서 판단 회로 부(290)는 현재 입력되는 평균 회로 부(270)의 출력 신호를 트립 기준 값과 비교하여 트립 제어신호의 발출 여부를 결정한다.
평균 회로 부(270)의 출력 신호와 상기 지연 회로 부의 출력 신호가 다르다면 노이즈 신호가 유입된 것으로 현재 입력되는 평균 회로 부(270)의 출력 신호는 신뢰할 수 없으므로 판단 회로 부(290)는 현재 입력되는 평균 회로 부(270)의 출력 신호를 트립 기준 값과 비교하지 않고 버린다.
도 4에 있어서 부호 1은 감시 대상 전력회로에 설치되어 회로 상을 흐르는 전류량에 비례하는 전압신호를 상기와 같은 감시대상 아날로그 신호로서 제공하는 변류기(Current Transformer, 일명 CT)이다.
도 4에 있어서 부호 3a는 누전 차단기 또는 회로 차단기의 트립(자동 회로 차단) 동작을 트리거(trigger)하는 트립 기구(trip mechanism)을 지시하고, 예컨대 잘 알려진 바와 같이 전자석과 전자석에 의해 가동되는 아마추어(armature)를 포함하게 구성될 수 있다.
도 4에 있어서 부호 3b는 누전 차단기 또는 회로 차단기의 개폐기구(switching mechanism)으로서 잘 알려진 바와 같이 실제로 회로를 개폐하는 가동접촉자 및 접점과, 가동접촉자를 회로 개방위치로 구동하는 구동기구로서 샤프트(shaft), 링크(link), 트립 스프링 등을 포함하게 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 아날로그 신호 검출회로의 동작을 도 3 및 도 4를 주로 참조하고 도 5 내지 도 6을 보조적으로 참조하여 설명한다.
도 4에 있어서 감시할 전력 회로 상에 설치된 변류기(1)로부터 회로 상의 전류량에 비례하는 전압신호로서 상기 감시 대상의 아날로그 신호(해당 아날로그 신호는 도 3에 있어서 신호원(Vin)으로 표시됨)가 인가되면, 최소값 검출회로 부(210)는 상기 아날로그 신호의 최소 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기(230)에 제공하고, 최대값 검출회로 부(220)는 상기 아날로그 신호의 최대 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기(230)에 제공한다.
기준 전압 분배기(230)는 최소값 검출회로 부(210)와 최대값 검출회로 부(220)로부터 입력되는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 따라서 개수가 상기 식(1)과 같이 결정되는 복수의 기준 전압을 발생시켜 복수의 기준 전압 출력단을 통해 출력한다.
이에 결정된 개수에 대응하는 개수의 비교기(240)가 발출되는 기준 전압과 상기 아날로그 신호를 비교한다.
여기서 복수의 비교기(240) 중 상기 기준 전압 분배기(230)로부터 기준 전압 입력단을 통해 기준 전압 신호를 받은 비교기(240)만이 신호 입력단을 통해 입력되는 상기 아날로그 신호와 상기 기준 전압 신호를 비교할 수 있으며 출력신호를 출력한다.
이에 복수의 펄스 발생기(250)는 상기 복수의 비교기(240)에 대응하는 개수로 마련되며, 상기 복수의 비교기(240)의 출력신호에 따라서 즉, 예컨대 비교기(240)의 출력신호가 논리 값 하이(HIGH)일 때 펄스 신호를 출력한다.
또한 복수의 펄스 발생기(250)는 상기 아날로그 신호의 주파수에 따라 변화하는 펄스 간 폭을 가진 복수의 펄스 신호를 발생시켜 출력한다.
도 6을 참조할 수 있는 바와 같이, 예컨대 크기(전압 최대값과 전압 최소값 간차이 값)가 같고 서로 다른 주파수를 가진 2개의 아날로그 신호중 즉 Vin_f1와 Vin_f2에 대해서, 크기가 같으므로 기준 전압 분배기(230)는 2개의 아날로그 신호에 대해서 동일하게 3개의 기준 전압을 발생시키고, 주파수가 높은 아날로그 신호 Vin_f1에 대해서 복수의 펄스 발생기(250)는 펄스 간 폭이 짧은 펄스 신호를 출력하며, 주파수가 낮은 아날로그 신호 Vin_f2에 대해서 복수의 펄스 발생기(250)는 펄스 간 폭이 아날로그 신호 Vin_f2의 펄스 간 폭보다 긴 펄스 신호를 출력한다.
이에 컴바이너 회로 부(260)는 상기 복수의 펄스 발생기(250)로부터의 펄스 신호들을 합쳐서 출력한다 다시 말해, 상기 복수의 펄스 발생기(250)로부터의 펄스 신호들을 합성하여 출력한다.
평균 회로 부(270)는 상기 컴바이너 회로 부(260)가 출력하는 펄스 신호의 평균값을 출력한다. 여기서 평균 회로 부(270)가 출력하는 펄스 신호의 평균값은 일정 시간 동안의 펄스 신호의 값을 합산한 후 시간으로 나눈 값으로 아날로그 값이다.
그러면, 도 4의 판단 회로 부(290)는 상기 평균 회로 부(270)가 출력하는 평균값을 미리 결정된 누전차단기의 트립 기준 값과 비교하여 트립 제어신호의 발출 여부를 결정한다.
도 4의 상기 평균 회로 부(270)가 출력하는 평균값이 상기 트립 기준 값 이상이라면, 판단 회로 부(290)는 트립 제어신호를 발출한다.
이에 트립 기구(3a)가 트리거함에 따라서 개폐기구(3b)가 동작하여 개폐기구(3b)에 포함되는 가동접촉자가 대응하는 고정접촉자로부터 분리됨에 의해서 회로가 자동으로 차단(트립)된다.
이에 누전 전류 또는 단락전류와 같은 사고전류로부터 부하가 보호될 수 있다.
도 4의 상기 평균 회로 부(270)가 출력하는 평균값이 상기 트립 기준 값 미만이라면, 판단 회로 부(290)는 트립 제어신호를 발출하지 않는다.
이에 트립 기구(3a)도 동작하지 않고 따라서 개폐기구(3b)도 동작하지 않으므로 가동접촉자가 대응하는 고정접촉자에 접촉된 상태를 유지함에 의해서 회로를 통해서 정상적으로 전원으로부터 부하 측으로 전력이 공급된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 아날로그 신호 검출회로는, 기준 전압 분배기를 통해서 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 비례하는 개수의 복수의 기준 전압을 발생시켜, 대응 개수의 비교기와 아날로그 신호의 값을 비교하여 출력함으로써 안정화 시간지연 없이 아날로그 신호의 크기에 비례하는 개수의 펄스 신호를 출력할 수 있고, 복수의 기준 전압에 대응하는 복수의 펄스 발생기를 통해서 펄스 간 폭을 아날로그 신호의 주파수에 따라서 변화되게 발출함으로써 아날로그 신호의 주파수를 반영한 펄스 신호를 출력할 수 있으며, 이는 결국 후단의 신호 처리부 또는 판단 회로 부에서 정상 신호와 노이즈를 명확히 구별하여 검출 대상 아날로그 신호만을 정확히 처리할 수 있으므로, 누전 차단기 또는 회로 차단기와 같은 응용 분야에서 회로 상의 감시 대상 누전전류 또는 사고전류의 발생을 정확히 판별할 수 있게 되고, 따라서 누전 차단기 또는 회로 차단기의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
1: 변류기 2: 피크 검출 회로
3a: 트립 기구 3b: 개폐기구
10: 아날로그-디지털 변환 부 20: RMS 검출기
30: 주파수 검출기 40: 신호 처리기
200: 아날로그 신호 검출회로 210: 최소값 검출회로 부
220: 최대값 검출회로 부 230: 기준 전압 분배기
240: 비교기 250: 펄스 발생기
260: 컴바이너(COMBINER) 회로 부
270: 평균 회로 부 280: 신호 처리기
290: 판단 회로 부

Claims (9)

  1. 아날로그 신호 검출회로에 있어서,
    입력되는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 따라서 개수가 변화하는 복수의 기준 전압을 발생시켜 출력하는 기준 전압 분배기;
    상기 아날로그 신호의 전압과 상기 기준 전압 분배기가 출력하는 복수의 기준 전압을 각각 비교하는 복수의 비교기;
    상기 아날로그 신호의 주파수에 따라 변화하는 펄스 간 폭을 가진 복수의 펄스 신호를 발생시켜 출력하는 복수의 펄스 발생기; 및
    상기 복수의 펄스 발생기로부터의 펄스 신호들을 합쳐서 출력하는 컴바이너(COMBINER) 회로 부;를 포함하는 아날로그 신호 검출회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 신호의 최소 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기에 제공하는 최소값 검출회로 부; 및
    상기 아날로그 신호의 최대 전압 값을 검출하여 상기 기준 전압 분배기에 제공하는 최대값 검출회로 부;를 더 포함하는 아날로그 신호 검출회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 발생기는,
    상기 비교기의 출력신호를 시간지연시켜 출력하는 지연 회로 부; 및
    대응되는 상기 비교기의 출력신호를 입력받는 제 1 입력단과 상기 지연 회로 부가 출력하는 지연 출력신호를 입력받는 제 2 입력단을 가지며, 대응되는 상기 비교기의 출력신호의 논리 값과 상기 지연 회로 부의 출력신호의 논리 값이 서로 다를 때 펄스 신호를 발생시키는 배타 논리 합 회로 부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호 검출회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컴바이너 회로 부에 접속되며, 상기 컴바이너 회로 부가 출력하는 펄스 신호의 평균값을 출력하는 평균 회로 부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호 검출회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 평균 회로 부가 출력하는 평균값을 미리 결정된 누전차단기의 트립 기준 값과 비교하여 트립 제어신호의 발출 여부를 결정하는 판단 회로 부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호 검출회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 평균 회로 부와 상기 판단 회로 부 사이에 설치되고, 상기 평균 회로 부가 출력하는 평균값을 미리 결정된 시간 지연하여 상기 판단 회로 부에 출력하는 지연 회로 부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호 검출회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컴바인 회로 부가 출력하는 펄스 신호를 근거로, 펄스 신호의 개수를 계수하고 시간으로 나누어서 아날로그 신호의 주파수를 산출하거나 펄스 신호의 개수에 미리 결정된 비례계수를 곱하여 아날로그 신호의 크기를 산출하는 신호 처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호 검출회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전압 분배기는,
    입력되는 아날로그 신호의 최소 전압 값과 최대 전압 값 간의 전압 폭에 비례하는 개수의 기준 전압을 발생시키게 구성된 것을 특징으로 하는 아날로그 신호 검출회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 신호의 주파수가 낮을수록, 상기 복수의 펄스 발생기들은 펄스 간 폭이 넓은 복수의 펄스 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호 검출회로.
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