KR20170124375A - 고조파 필터 보호용 유해 고주파 제거장치 - Google Patents

Abstract

두 개의 필터를 통과하여 유해한 고주파를 최대한 제거함으로써 고조파필터 구성요소인 콘덴서의 수명 연장과 전원품질을 보호하여 고조파필터의 내구성을 증진시켜 전자제품 품질의 향상과 전기설비사고를 미연에 방지하여 전력품질의 신뢰성을 확보 있는 본 발명으로 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치가 개시된다.
본 발명에 따른 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치는, 내부에 유해 고주파 제거필터부(100)를 구비하고, 한 측에 전원 입력단(접속부)으로 형성된 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치에 있어서, 상기 유해 고주파 제거필터부(100)는, 유해한 고주파를 클램핑하는 기능을 하는 클램핑부(110), 유해한 고주파를 제거하는 기능을 하는 제1필터부(120), 상기 제1필터부(120)의 뒷단에 연결되고, 상기 제1필터부(120)의 출력신호에 포함된 유해한 고주파를 추가 제거하는 기능을 하는 제2필터부(130) 및 상기 제2필터부(130)의 뒷단에 연결되어, 상기 제2필터부(130)의 출력신호에 포함된 유해한 고주파 및 상기 클램핑된 유해한 고주파를 감쇠시키는 기능을 하는 소거부(140)를 포함한다.

Description

고조파 필터 보호용 유해 고주파 제거장치{A HIGH FREQUENCY REMOVAL UNIT FOR PROTECTING HARMONICS FILTER DEVICE}

본 발명은 고조파 필터장치에 유해한 고주파의 유입을 차단하여 필수 구성요소인 콘덴서의 수명을 보호하며 나아가 고조파 필터 장치의 내구성을 증진시키기 위한 것이다.

입력신호의 유해한 고주파를 제거하기 위한 회로를 갖는 고조파 필터 보호용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, MOV 및 유해한 고주파를 제거 가능한 필터로 구비된 두 개의 필터부를 통해, 전원에 함유되어 있는 유해한 고주파를 더 효과적으로 제거할 수 있는 고조파 필터 보호용 유해 고주파 제거장치에 관한 것이다.

최근의 부하설비는 첨단화, 자동화 되면서 과거에 사용하던 설비들에 비해 전원품질에 민감한 장비들이다. 현대의 산업설비들은 마이크로프로세서 등 전자 제어방식을 채택하고 있으며, 특히 부품의 소형화와 자체 소비전력의 극소화로 컨트롤 전압과 전류가 최소화되어 공급 전원품질에 성능이 민감하며 또한 전력제어를 위해 전원품질에 민감한 전자소자들로 구성되어 있다.

그리고 전반적인 전력계통의 효율에 대한 관심 증가와 함께 가변속 전동기의 구동장치 같은 기기의 사용이 증가하고 있는 추세이다. 이러한 기기들은 사용 중에 고조파 발생이 필연적이며, 발생한 고조파는 전원계통 측으로 유입되어 전원품질을 왜곡시켜 전원설비에 각종 문제를 일으키며, 또한 손실저감을 위한 역률 개선용 콘덴서를 설치한 계통에서는 계통조건을 변화시켜 고조파를 확대하여 장해를 일으킬 가능성도 있다.

계통상에는 수 많은 종류의 설비들이 연계되어 운용되고 있으며 이러한 설비들이 가동중에 불특정 설비의 오작동은 계통 전체에 대한 파급사고로 나타날 수 있다.

이러한 원인으로 전기사용 장소의 전원품질에 대한 인식이 높은 수준에 이르고 있으며, 양질의 전원을 요구하고 있는 추세이다. 따라서 고조파 장해에 대한 경제적이고 효과적인 대처 방안이 요구되고 있는 실정이다.

고조파 필터는 잘 알려진 바와 같이 전원에 함유되어 있는 고조파를 여과하는 것으로 전자전력소자 및 제어장치 등 부하설비에 악영향을 미치는 고조파를 차단하는데 필요한 장치로서, 전원품질의 많은 관심을 가지고 있는 전력회사 및 전기를 사용하는 수용가들의 필수 구성요소 중의 하나로 자리 매김하고 있으며, 상당수의 고조파 관련법규 또한 고조파 필터장치의 중요성을 보여주고 있다.

대부분의 전력전자소자를 사용하는 기기에서 생성되는 고조파는 각종 전기설비사고를 미연에 방지하기 위하여 전력품질의 신뢰성을 확보하는 위해 고조파 장해에 대한 경제적이고 효과적인 대처방안이 요구되고 있다.

전원계통의 정현파 전압에 비선형 저항특성을 갖는 전기기기가 접속되면 이 기기에 흐르는 전류는 왜형파가 된다. 그 전류는 정격 주파수의 기본파와 기본 주파수의 정수배가 되는 주파수 성분, 즉 고조파 성분으로 분해된다. 이러한 비선형 저항을 가지는 기기는 고조파 전류 발생원으로 생각할 수 있다. 이 같은 고조파 발생원이 회로에 접속되어 있으면 그 곳에서 유출되는 고조파 전류는 송?배전 계통을 통하여 발전소 측으로 유입된다. 송?배전 계통의 각 스텝 임피던스에 고조파 전압을 발생시키고, 고조파 전압은 기본파 전압에 중첩하여 전압파형을 왜형파로 만든다. 이러한 왜형파 전압은 회로에 접속된 모든 전기기기에 다시 유입된다.

이와 같이 고조파가 기기로 유입되면서 전자기기의 수명, 효율, 성능의 저하 및 오작동을 유발하며 지속적이고 전류성분이 큰 고조파는 다른 기기나 선로에 미치는 영향이 매우 크다.

고조파 전류가 발생하여 발생원 측에서 공급전원 측으로 유출되고 있는 경우, 고조파 유출전류를 저감하기 위한 억제대책이 필수적이다.

고조파 유출전류의 억제방법은 기기에서 발생하는 고조파 전류를 저감시키는 방법과 기기에서 발생한 고조파 전류를 수용가 구내의 접지설비로 분류시켜 외부로 유출시키는 방법이 있다.

따라서 고조파 억제 대책으로 다양한 방안이 모색되고 있는 가운데 계통측에서 고조파 장해의 주된 요인이 되는 5차, 7차, 9차 등 고조파 전류를 억제 및 제거하기 위해 구성요소인 콘덴서와 리액터 조합으로 이루어진 고조파 필터가 대체적인데 이 구성요소인 콘덴서의 경우 온도에 민감하게 작용되고 있다.

콘덴서 수명의 경우 대략 40˚C에서 평균 5만시간정도이나, 온도가 1˚C 상승 시 마다 1000시간씩 자체수명이 단축되고 있다. 만약 고조파 필터에 유해한 고주파가 유입된다면 콘덴서의 임피던스는 낮아지면서 전류가 더 많이 흐르게 되며 비록 임피던스는 낮아졌지만 통과 전류의 자승에 비례한 발열(I²R)이 일어나 열화현상으로 컨덴서의 수명이 현저하게 단축된다. 주지하는 바와 같이 근 전력전자기기의 디지털화에 따른 비선형부화화로 전원에 유해한 고주파가 혼입되는 필연적인 환경으로 그 대책이 필요한 실정이다.

본 발명은 위의 고조파 필터에서 내구성 증진을 목표하여 전기한 바와 같이 유해한 고주파를 최대한 제거해주는 기능을 하는 유해한 고주파 제거 필터부를 구비한 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치에 관한 것이다.

KR 10-1159457

본 발명의 목적은 고조파 필터 장치 앞단에 1.5KHz ~ 10MHz 범위의 유해한 고주파 제거 가능한 필터를 설치하여 유해 고주파를 1차적으로 제거 또는 감소시켜 주고 완전히 제거하지 못하였던 유해 고주파를 제1필터부(120) 출력단에 제2필터부(130)를 구비함으로써 제1필터부(120)에서 미쳐 제거되지 못한 유해한 고주파를 한번 제거 또는 감소시켜 줌으로써 안정적이고 체계적으로 유해한 고주파제거율을 높이는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 유해 고주파 제거필터부(100)에서 유해한 고주파를 최대한 감소시켜 준다. 기존의 고조파필터가 발열로 인해 콘덴서의 수명이 크게 단축되어 고조파필터의 수명 및 기능의 저하를 초래한다면 전자기기에서부터 전력망까지 악영향을 끼치기 때문에, 본 보호기에 의해 전력의 오염을 방지함으로 양질의 전원품질을 기대할 수 있으며, 전력계통이 안정적으로 유지될 수 있다.

본 발명의 목적은 기계식 개폐기 및 차단기에 유해한 고주파 제거 필터부(100)를 부착하여 고조파 필터의 수명을 증가시킨다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치는, 내부에 유해 고주파 제거필터부(100)를 구비하고, 양측에 전원입력단과 부하로의 출력단이 형성된 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치에 있어서, 상기 유해 고주파 제거필터부(100)는, 유해한 고주파를 클램핑하는 기능을 하는 클램핑부(110), 유해한 고주파를 제거하는 기능을 하는 제1필터부(120), 상기 제1필터부(120)의 뒷단에 연결되어, 상기 제1필터부(120)의 출력신호에 포함된 유해한 고주파를 추가 제거하는 기능을 하는 제2필터부(130) 및 상기 제2필터부(130)의 뒷단에 연결되어, 상기 제2필터부(130)의 출력신호에 포함된 유해한 고주파 및 상기 클램핑된 유해한 고주파를 감쇠시키는 기능을 하는 소거부(140)를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 제1필터부(120)는, 제1인덕턴스소자(121) 및 상기 클램핑부와 병렬 연결된 제1커패시터(122)로 이루어지고, 유해한 고주파를 제거하는 기능을 할 수 있다.

이 때, 상기 제2필터부(130)는, 상기 제1필터부(120)의 출력단과 연결되어, 제 1 접점(P)을 기준으로 제2인덕턴스소자(131), 제3인덕턴스소자(133) 및 제2커패시터(132)로 구성되며, 상기 제1필터부(120)에서 제거된 유해한 고주파를 추가적으로 제거하는 기능을 할 수 있다.

이 때, 상기 클램핑부(110)는 상기 제1필터부(120)의 제1커패시터(122)와 병렬로 연결되며, 1단 또는 수단으로 구성된 하이브리드MOV(Metal Oxide Varistor)일 수 있다.

이 때, 상기 제2인덕턴스소자(131) 및 상기 제3인덕턴스소자(133)는 각각 평활 초크코일일 수 있다.

이 때, 상기 제2인덕턴스소자(131) 및 상기 제3인덕턴스소자(133)는 각각 나노결정(nanocrystaline)토로이드 코어 재료일 수 있다.

이 때, 상기 소거부(140)는 제2필터부(130)의 출력단에 연결되고, 서로 직렬 연결된 저항(141), TVSS용 다이오드(143) 및 발광 다이오도(145)로 이루어지고, 상기 발광다이오드(145)는, 상기 소거부(140)에 전류가 흐르는지를 검출하는 기능을 할 수 있다.

이 때, 상기 TVSS용 다이오드(143)는 역기전력이 발생 했을 때 발광다이오드(145)의 손상을 방지할 수 있다.

이 때, 상기 제1필터부(120)의 제1인덕턴스소자(121)에 직렬 연결되는 퓨즈부(150)를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 퓨즈부(150)는 온도퓨즈로 될 수 있다.

이 때, 상기 클램핑부(110)에 직렬 연결되는 제4인덕턴스소자(160)를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제4인덕턴스소자(160)는 역기전력이 발생했을 때 손실을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 고조파 필터 장치에 유해한 고주파의 유입을 차단하여 내부에 존재하는 콘덴서의 수명을 보호하여 나아가 고조파 필터 장치의 내구성을 증진시켜 준다.

본 발명의 실시예에 따르면, 고조파 필터 장치 앞단에 1.5KHz ~ 10MHz 범위의 유해한 고주파 제거가 가능한 필터를 설치하여 유해한 고주파를 1차적으로 제거 또는 감소시켜 줌으로 완전히 제거하지 못하였던 유해한 고주파를 제1필터부(120) 출력단에 제2필터부(130)를 구비함으로써 제1필터부(120)에서 미쳐 제거되지 못한 유해한 고주파를 한번 더 제거 또는 감소시켜 줌으로써 안정적이고 체계적으로 유해한 고주파 제거율을 높인다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유해한 고주파 제거 필터부(100)에서 유해한 고주파를 최대한 감소시켜 준다. 기존의 고조파필터가 발열로 인해 콘덴서의 수명이 크게 단축되어 고조파필터의 수명 및 기능의 저하를 초래한다면 전기 전자제품에서부터 전력망까지 악영향을 끼치기 때문에, 제품 품질의 향상과 전력의 오염을 방지하여 양질의 전기품질을 제공하며, 전력계통이 안정적으로 유지될 수 있다.

유해한 고주파 제거 필터부(100)를 부착하여 유해 고주파를 제거하여 고조파 필터의 기능손실을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 유해한 고주파제거필터부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어 유해한 고주파제거필터부의 구성요소를 나타내는 회로이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어, 유해한 고주파제거필터부의 로우패스필터의 간소화된 회로이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 있어, 유해 고주파 제거필터부의 로우패스필터의 증명을 보여주는 간소화된 회로이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.

본 발명은 한측에 전원 입력단(접속부)을 갖추며 유해 고주파 제거필터부(100)를 포함하여 구성되는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치에 관련한 것이며, 유해 고주파 제거필터부(100)를 제외한 나머지 구성요소에 대하여는, 공지의 구성요소를 포함하여 적용하는데 있어 제한이 없다.

본 발명의 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치는, 그 입력단에 유해 고주파 제거필터부(100)를 장착하며, 이 유해한 고주파제거필터부(100)를 통하여 고조파 필터에 특정주파수 이상의 유해한 고주파가 유입되지 못하도록 제거 또는 감퇴시키는 기능을 한다.

상기 특정주파수는 바람직하게는 1.5KHz ~ 10MHz 범위 일 수 있다. 다만, 앞에서 언급한 특정주파수가 1.5KHz ~ 10MHz 범위에 한정되는 것은 아니다.

유해 고주파 제거필터부(100)는, 전원입력단(접속부)에서 입력되는 전원신호에 포함된 유해한 고주파를 유도하여 제거하거나 또는 최소화하여 고조파 필터에는 유해한 고주파가 전달되지 않도록 하여 발열을 방지하는 기능을 하며, 클램핑부(110), 제1필터부(120), 제2필터부(130), 소거부(140)를 주요 구성요소로 갖는다. 실시예 따라서는 유해 고주파 제거필터부(100)는 1.5KHz ~ 10MHz 범위의 유해한 고주파를 제거해준다. 입력된 전원에 혼입된 1.5KHz 이하의 신호 같은 경우 그대로 고조파 제거필터로 전해진다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 발명의 유해 고주파 제거필터부의 블록도이다. 도 1을 참조하여 설명하면 입력신호(50)에 특정주파수 이상의 유해한 고주파가 들어오면, 그 전압신호는 클램핑부(110)에 의해 클램핑된다. 클램핑이 되는 순간 1단 또는 수단으로 연결된 MOV(Metal Oxide Varistor)의 임피던스는 매우 낮아지며 전류발생기의 역할을 하여 회로에 전류가 흐르게 된다.

Viristor (MOV:Metal Oxide Varistor)는 서지(Surge)와 같은 큰 전압이 전자회로 및 전자기기로 유입될 때 안전한 레벨(Level)로 전압을 제한(Clamping)하여 회로 및 전자기기를 보호하는 비선형 특성을 가지는 소자이다. 주로 전원 입력부에서 볼 수 있으며 전원뿐만 아니라 신호선에도 사용 가능하다. 크기와 제거가능 전류용량은 비례하며 일반적으로 보호할 기기와 병렬로 사용되고 있다. High Transiant Voltage에 노출되면 Varistor가 안전한 전압 Level로 Clamping하고 제거한 Energy를 열로 소모한다.

클램핑부(110)는 파괴적인 과도현상 발생시에 대응하는 기능을 제공한다. 클램핑은 입력전압신호를 설정된 안전한 레벨까지만 제한하는데, 이를 구현하는 소자로 MOV(Metal Oxide Varistor), Gas, Tube, Tvs등이 사용될 수 있지만 MOV가 클램핑 특성의 신뢰도가 높아 가장 많이 사용되는 추세이다.

MOV가 입력전압을 클램핑하는 원리는 MOV임피던스와 라인임피던스의 상관관계에 의한 전압분배에 의한 것이다. 평상시에는 MOV임피던스가 매우 크기 때문에 라인임피던스에 의한 전압강하가 크지 않지만, 유해한 고주파신호와 같은 높은주파수성분과 동주파수와 함께 큰 전압레벨을 갖는 신호가 입력된다면, MOV의 임피던스가 비선형적으로 낮아져 유해한 고주파전류가 크게 흐르게 되는데 라인임피던스로 인한 전압강하의 변화폭이 달라지고 만약 라인 임피던스가 작아지게 되면 결과적으로 유해한 고주파전압에 대한 클램핑이 일어나게 되는 것이다. 따라서, MOV 단독으로 클램핑부(110)가 동작하는 것이 아니라, 라인임피던스와의 상호관계에서 동작하는 것이므로, 라인임피던스가 크다면, MOV의 존재에도 불구하고, 전압 클램핑의 효과를 얻을 수 없음을 염두해두어야 한다.

제1필터부(120)와 제2필터부(130)는 서로 연결되어있으며, 유해한 고주파를 제거하는 기능을 하고 있다. 제1필터부(120)의 뒷단, 즉 출력단과 제2필터부(130)의 앞단, 즉 입력단이 서로 연결되있는데, 제1필터부(120)에서 주어진 차단주파수 보다 높은 주파수를 갖는 신호성분을 제거하고, 낮은 주파수 성분을 통과시킨 후, 제1필터부(120)에서 완벽히 제거되지 못한 유해한 고주파성분을 제2필터부(130)에서 추가적으로 제거시켜준다. 이때 주어진 차단주파수는 이후 설명된다.

더욱 자세히 도2는 발명의 실시예의 유해한 고주파제거필터부의 회로도이다. 도1및 도2를 참조하여 설명하면, 제1필터부(120)는 제1인덕턴스소자(121)와 제1커패시터(122)로 이루어진 LC회로필터로 높은 유해한 고주파 성분에 대해 인덕터는 높은 임피던스를 가지며, 커패시터는 낮은 임피던스를 가지기 때문에 유해한 고주파성분은 커패시터를 통해 흘러나가 버리게 되므로 저주파성분만을 남아 있게 한다.

이 때, 필터링의 경계가 되는 차단주파수는 실제 발생하는 링잉 과도현상을 분석해보고 문제가 되는 유해한 고주파의 주파수대역을 파악하여 결정해야 한다. 결정 후, LC회로필터가 결정 된 차단주파수를 형성할 수 있도록 L, C의 크기를 결정하여 구성하여야 한다. 이후에 설명하는 제2필터부(130)는 추가적으로 유해한 고주파성분을 여과할 수 있으므로, 제1필터부(120)에서의 차단주파수를 너무 낮게 설정할 필요가 없어 L, C 등의 구성요소의 물리적 크기가 너무 크지 않게 구성될 수 있다.

제2필터부(130)는 제1필터부(120)의 출력단에 연결되며, 제 1접점(P)을 기준으로 제2인덕턴스소자(131)와 제3인덕턴스소자(133) 및 제2커패시터(132)로 이루어진다. 즉, 제2인덕턴스소자(131)와 제3인덕턴스소자(133)는 직렬로 연결되며, 사이의 제1접점(P)을 기준으로 제2커패시터(132)가 연결된다. 제2필터부(130)의 차단주파수는 제1필터부(120)의 차단주파수보다 낮게 설정되어야 한다. 이로써 제1필터부(120)를 통과한 후 제2필터부(130)를 차례로 통과한 신호는 단계적이고 체계적인 필터링을 통해 보다 안정적이고 신뢰성있게 유해한 고주파 제거를 할 수 있다.

구체적으로 상기 제1필터부(120)와 제2필터부(130)에 구성요소인 인덕턴스소자는 자기코어인 나노크리스탈라인 토로이드 코어 또는 연자성재료로 된 동축 무정형 토로이드 인덕터 일 수 있다. 특히 나노크리스탈라인(Nanocrystalline)은 Fe, Si, B로 구성된 금속물질을 빠른 용융 담금질로 얻은 비정질 금속에 Cu와 Nb, By를 소량 넣어 결정화 온도보다 높은 온도에서 합금 열처리 하여 얻은 약 10나노미터 크기의 입자이다. 나노크리스탈라인 코어(Nanocrystalline Core)는 높은 포화자속밀도(Bs:1.25T), 높은 투자율(초기투자율:50,000~100,000.최대:600,000), 넓은주파수 범위(50Hz~200KHz.최대:500KHz), 보자력(Hc:1.6A/m이하 Br/Bs:0.2~0.85)로 최고의 자성 재료이다. 또한, 우수한 온도 특성을 가지고 있다. -40~+150˚C의 온도특성과 투자율 변화가 ±10%미만으로 적으며, 높은 570˚C의 퀴리온도를 가지고 있으며, 기계적 스트레스인 외부의 충격 또는 물리적 힘에 특성의 변화가 10^-6 미만으로 거의 없어 고효율의 노이즈 감소 부품에 요구 사항을 충족 시킬 수 있는 최고의 자성 부품 재료로 볼 수 있다.

또한, 커패시터는 알루미늄 전해, 탄탈륨, 세라믹, 적층 세라믹, 필름, 슈퍼, 마일러 폴리프로필렌, 가변용량 커패시터 등 많은 종류의 커패시터가 있지만 본 발명에서는 높은 정밀도와 100KHz이하의 주파수에서 거의 용량의 변화가 없는 폴리프로필렌 커패시터를 사용하는 것이 바람직하며, 커패시터의 용량이 클수록 고조파발생 확률이 높아지기 때문에 커패시터의 용량은 적당한 것이 가장 좋다. 제2필터부의 제2인덕턴스소자(131) 및 제3인덕턴스소자(133)은 평활초크코일로 구성될 수도 있는데, 고조파성분에 대해서 높은 인덕턴스를 갖게 되어 유해한 고주파 및 유해한 고주파의 리플성분에 대한 잡음을 제거할 수 있다.

본 발명의 유해 고주파 제거필터부의 인덕턴스 소자는 제1커패시터(122) 및 제2커패시터(132)와 함께 충전 방전을 반복하면서, 그 과정에서 잔여에너지를 발생시킨다. 소거부(140)에서는 전술한 잔여에너지 및 제1필터부(120)와 제2필터부(130)를 통해 전달된 신호를 열방산을 통해 소산시키는 역할을 하므로 소거부(140)의 저항(141)은 탄소형 저항소자로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 전술한 소거부(140)에서는 소거부(140)의 저항과 직렬연결되며, 전류가 흐르는지를 검출하는 기능을 하는 발광다이오드(145)를 더 포함할 수 있다. 소거부(140)에 흐르는 전류는 곧 전원신호에서 받은 유해한 고주파가 존재하며, 이러한 유해한 고주파가 소거부(140)에서 처리되는 과정을 의미한다. 따라서 유해한 고주파제거필터부(100)가 정상적으로 작동하고 있다는 것을 시각적으로 보여주기 위하여, 발광다이오드(145)를 적용한다는 것인데, 이러한 전류를 검출하기 위해 별도의 전류계 등을 배제한다는 것이 아니다. 또한, 역기전력이 발생 했을 때 발광다이오드(145) 손상을 방지하기 위하여 TVSS용 다이오드(143)을 적용 할 수 있다.

또한, 본 발명의 유해한 고주파제거필터부(100)는 제1필터부(120)의 제1인덕턴스와 직렬로 연결된 퓨즈부(150)를 더 포함할 수 있다. 퓨즈부(150)는 유해 고주파 제거필터부(100) 진입부에 규정 값 이상의 과도한 전류를 차단하기 위한 한 장치로, 과전류가 흐를 경우 과전류에 의해 발생하는 열로, 지정된 온도조건을 넘으면 전기회로를 자동적으로 오프(off)가 되게 하는 온도퓨즈를 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 유해한 고주파제거필터부(100)는 클램핑부(110)에 직렬로 연결된 제4인덕턴스소자(160)를 더 포함할 수 있다. 제4인덕턴스소자(160)는 제1커패시터(122)와 병렬을 이루어 로우패스필터 회로를 구성하기 때문에 유해한 고주파제거필터부(100)에 역기전력으로 인해 전류가 거꾸로 흐를 때 손실을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 유해 고주파 제거필터부(100)는 통상적으로 라인(Line)에서 뉴트럴라인(Neutral Line)으로 연결될 수 있다.

더욱 자세히 도 3은 본 발명의 일실시예의 유해 고주파 제거필터부의 로우패스필터의 간소화된 회로이다. 도 3을 참조하여 설명하면 L(inductance) 및 C(capacitance)로 이루어진 LC 회로 필터로 L(inductance)는 주파수가 올라갈수록 통과가 잘 안되는 특성을 가지며, C(capacitance)는 주파수가 올라갈수록 통과가 잘되는 특성을 가지는 소자이다.

일반적으로, 도 3의 제1인덕턴스소자(121) 및 제1인덕턴스소자(121)에 병렬로 연결된 제1커패시터(122)로 구성된 회로인 제1필터부(120)를 2차 로우패스필터, 제2인덕턴스소자(131) 및 제3인덕턴스소자(133)는 직렬로 연결되고 제 1 접점(P)을 기준으로 제2커패시터(132)와 연결되어 구성된 회로인 제2필터부(130)를 3차 로우패스필터라고 한다.

더욱 자세히 도 4는 본 발명의 일실시예의 유해 고주파 제거필터부의 로우패스필터의 증명을 보여주는 간소화된 회로이다.

도 4의 2차 로우패스필터를 증명해 보면,

이 때,

위의 식을 라플라스 변환을 하면,

를 입력전압,

를 출력전압이라고 하면,

,(S=jw)

따라서, 저주파는 통과시키며, 유해한 고주파를 제거하는 로우패스필터임을 증명하였다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

전원입력단(접속부) 또는 고조파필터 입력단 : 10
부하이력단: 11
신호입력 : 50
제1접점 : P
고주파제거필터부 : 100
클램핑부 : 110
제1필터부 : 120
제1인덕턴스소자 : 121
제1커패시터 : 122
제2필터부 : 130
제2인덕턴스소자 : 131
제2커패시터 : 132
제3인덕턴스소자 : 133
소거부 : 140
저항 : 141
TVSS용 다이오드 : 143
발광다이오드 : 145
퓨즈부 : 150
제4인덕턴스소자 : 160

Claims (12)

1. 내부에 유해 고주파 제거필터부(100)를 구비하고, 한측에 전원입력단(접속부)로 형성된 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치에 있어서,
   상기 유해 고주파 제거필터부(100)는, 유해한 고주파를 클램핑하는 기능을 하는 클램핑부(110);
   유해한 고주파를 제거하는 기능을 하는 제1필터부(120);
   상기 제1필터부(120)의 뒷단에 연결되어, 상기 제1필터부(120)의 출력신호에 포함된 유해한 고주파를 추가 제거하는 기능을 하는 제2필터부(130); 및
   상기 제2필터부(130)의 뒷단에 연결되어, 상기 제2필터부(130)의 출력신호에 포함된 유해한 고주파 및 상기 클램핑된 유해한 고주파를 감쇠시키는 기능을 하는 소거부(140)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1필터부(120)는,
   제1인덕턴스소자(121) 및 상기 클램핑부와 병렬 연결된 제1커패시터(122)로 이루어지고, 유해한 고주파를 제거하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2필터부(130)는, 상기 제1필터부(120)의 출력단과 연결되어, 제 1 접점(P)을 기준으로 제2인덕턴스소자(131), 제3인덕턴스소자(133) 및 제2커패시터(132)로 구성되며, 상기 제1필터부(120)에서 제거된 유해한 고주파를 추가적으로 제거하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 클램핑부(110)는 상기 제1필터부(120)의 제1커패시터(122)와 병렬로 연결되며, 하이브리드MOV(Metal Oxide Varistor)인 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2인덕턴스소자(131) 및 상기 제3인덕턴스소자(133)는 각각 평활초크코일인 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2인덕턴스소자(131) 및 상기 제3인덕턴스소자(133)는 각각 나노결정(nanocrystaline)토로이드 코어 재료인 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 소거부(140)는 제2필터부(130)의 출력단에 연결되고, 서로 직렬 연결된 저항(141), TVSS용 다이오드(143) 및 발광다이오드(145)로 이루어지고, 상기 발광다이오드(145)는 상기 소거부(140)에 전류가 흐르는지를 검출하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 TVSS용 다이오드(143)는 역기전력이 발생 했을 때 발광다이오드(145)의 손상을 방지하지 위한 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1필터부(120)의 제1인덕턴스소자(121)에 직렬연결되는 퓨즈부(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 퓨즈부(150)는 온도퓨즈로 된 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
    
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 클램핑부(110)에 직렬 연결되는 제4인덕턴스소자(160)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제4인덕턴스소자(160)는 역기전력이 발생했을 때 손실을 방지하기 위한 것을 특징으로 하는 고조파 필터용 유해 고주파 제거장치.
    
    

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