KR20180105135A - 교류 전류를 차단하기 위한 회로 - Google Patents

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KR20180105135A
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잔 요한슨
헨릭 보그
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블릭스트 테크 에이비
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Abstract

본 발명은 교류 전류를 차단하기 위한 회로(100)로에 관한 것으로서, 상기 회로(100)는: 교류 전류(AC)를 수신하도록 배열되는 입력부(input)(102); 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에게 상기 교류 전류(AC)를 제공하도록 배열되는 출력부(output)(104); 상기 입력부(102)와 상기 출력부(104) 사이에 결합되는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108); 상기 입력부(102)와 상기 출력부(104) 사이에 결합되는 임피던스 네트워크(Z); 제어기(110) 및 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)에 공통되는 기준 접지(112)에 결합되는 제어기(110)를 포함하고, 상기 제어기(100)는 상기 기준 접지(112)와 상기 임피던스 네트워크(Z)의 노드 사이의 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)을 측정하도록 그리고 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 배열되어서, 측정된 상기 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 제공되는 상기 교류 전류(AC)의 차단을 제어한다.

Description

교류 전류를 차단하기 위한 회로
본 발명은 교류 전류(AC)를 차단하기 위한 회로에 관한 것이다.
교류 전류(AC)를 차단하기 위한 회로는 당 업계에 알려져 있다.
하나의 해결책은 인가된 전류가 공칭값(nominal value), 즉 과전류보다 큰 경우 전류를 차단하는 것으로 잘 알려진 퓨즈이다. 과전류로 인해 퓨즈의 금속 와이어 또는 스트립이 녹으면 인가된 전류가 차단된다.
당 업계에 알려진 다른 해결책은 과전류에 의해 야기되는 손상으로부터 전기적 부하들(electrical loads)을 포함하는 전기 회로들을 보호하도록 배열되는 회로 차단기(circuit breaker)이다. 퓨즈와 달리, 회로 차단기는 정상 작동을 재개하기 위해 수동으로 또는 자동으로 재설정될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은 선행 기술의 문제점들과 결점들을 해결하거나 완화하는 해결책을 제공하는 것이다.
앞선 그리고 추가적인 목적들은 독립항의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 유리한 구현 형태들은 종속항들 및 다른 실시예들에 의해 정의된다.
교류 전류를 차단하기 위한 회로로서, 상기 회로는:
교류 전류(AC)를 수신하도록 배열되는 입력부(input);
적어도 하나의 전기적 부하에게 상기 교류 전류(AC)를 제공하도록 배열되는 출력부(output);
상기 입력부와 상기 출력부 사이에 결합되는 적어도 하나의 제어가능한 스위치;
상기 입력부와 상기 출력부 사이에 결합되는 임피던스 네트워크(Z);
제어기 및 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치에 공통되는 기준 접지에 결합되는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는 상기 기준 접지와 상기 임피던스 네트워크(Z)의 노드 사이의 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)을 측정하도록 그리고 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 제어하도록 배열되어서, 측정된 상기 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기적 부하에 제공되는 상기 교류 전류(AC)의 차단을 제어하는, 교류 전류 차단을 위한 회로.
본 발명의 실시예들은 선행 기술의 문제점들과 결점들을 해결하거나 완화하는 해결책을 제공하는 효과를 갖는다.
첨부된 도면들은 본 발명의 다른 실시예들을 설명하고 명확히 하기 위한 것으로:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로를 도시한다;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로를 도시한다;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로를 도시한다;
도 4a-c는 본 발명의 실시예들에 따른 회로들을 도시한다;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(controller)를 도시한다; 및
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 네트워크를 도시한다;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로를 도시한다;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터 네트워크를 도시한다;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지스터 네트워크를 도시한다;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 회로(combining circuit)를 도시한다;
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열을 도시한다; 및
도 12a-c는 몇 가지 에너지 하베스팅(energy harvesting) 방법들을 도시한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 앞서 언급된 그리고 다른 목적들은 교류 전류를 차단하기 위한 회로로 달성되며, 상기 회로는:
교류 전류를 수신하도록 배열되는 입력부(input);
적어도 하나의 전기적 부하에게 교류 전류를 제공하도록 배열되는 출력부(output);
입력부와 출력부 사이에 결합되는 적어도 하나의 제어가능한 스위치;
입력부와 출력부 사이에 결합되는 임피던스 네트워크;
제어기(controller) 및 적어도 하나의 제어가능한 스위치에 공통되는 기준 접지(reference ground)에 결합되는 제어기를 포함하고,
제어기는 기준 접지와 임피던스 네트워크의 노드 사이의 적어도 하나의 측정 전압을 측정하도록 그리고 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 제어하도록 배열되어서, 측정된 적어도 하나의 측정 전압의 값에 기초하여 적어도 하나의 전기적 부하에 제공되는 교류 전류의 차단을 제어한다.
적어도 하나의 제어가능한 스위치 및 임피던스 네트워크는 입력부 및 출력부 사이에 직렬로 결합된다. 임피던스 네트워크에서 측정 전압을 측정함으로써, 제어기는 과전류(overcurrent) 및/또는 단락(short circuit)을 검출할 수 있고, 그러므로 적어도 하나의 전기적 부하 및 회로들 상의 손상을 회피하기 위해 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 개방할 수 있다.
교류 전류(alternating current, AC)를 차단하기 위한 회로의 제1 양상의 일 실시예에서, 회로는 제어기와 적어도 하나의 제어가능한 스위치 사이에 결합되는 드라이버 회로(driver circuit)를 더 포함하고, 드라이버 회로는 적어도 하나의 제가능한 스위치를 제어하기 위해 제어기에 의해 사용되는 제어 신호들을 증폭시키도록 배열된다.
제어기로부터의 제어 신호들은 종종 너무 낮은 전압 또는 전류를 갖는데, 이는 적어도 하나의 스위치가 원하는 대로 열리거나 닫히지 않음을 의미한다. 드라이버 회로는 제어기에 의해 전송된 제어 신호들을 증폭함으로써 이 문제를 해결한다.
AC를 차단하기 위한 회로의 앞서 언급된 양상의 다른 실시예에서, 회로는 서로 직렬로 결합되고 입력부과 출력부 사이에 배열되는 제1 제어가능한 스위치 및 제2 제어가능한 스위치를 포함한다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 임피던스 네트워크는 제1 제어가능한 스위치 및 제2 제어가능한 스위치 사이에 결합된다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제어기는 임피던스 네트워크의 제1 노드와 기준 접지 사이의 제1 측정 전압 및 임피던스 네트워크의 제2 노드와 기준 접지 사이의 제2 측정 전압을 측정하도록, 그리고, 측정된 제1 측정 전압 및 측정된 제2 측정 전압의 값에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 제어하도록 더 배열된다. 제1 노드 및 제2 노드는 임피던스 네트워크의 상이한 노드들이다.
제1 및 제2 측정 전압들을 모두 사용함으로써, 제어기는 단락(제1 측정 전압) 및 과전류(제2 측정 전압)를 모두 검출할 수 있다. 이로써, 개선된 검출이 가능하다. 더 나아가, 제1 및 제2 측정 전압들은 적어도 하나의 부하의 전력 소비 패턴을 결정하고 및/또는 적어도 하나의 전기적 부하의 유형을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 임피던스 네트워크는 제1 제어가능한 스위치와 제2 제어가능한 스위치 사이에 결합되는 제한/지연 회로를 포함하고, 제한/지연 회로는 교류 전류의 변화들의 속도를 제한/지연하도록 배열된다.
제한/지연 회로가 과전류를 제한/지연하므로 제한/지연 회로를 사용하여 전류가 손상 레벨들에 도달하기 전에 과전류를 감지하고 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 개방하는 것이 가능하다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제한/지연 회로는 인덕터를 포함한다. 제한/지연은 일 실시예에 따른 초크 코일(choke coil)이다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 제어가능한 스위치는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)이다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제1 제어가능한 스위치 및 제2 제어가능한 스위치는 입력부와 출력부 사이에 반대로(in opposite) 결합된다.
반대 방향으로 결합된 제1 및 제2 FET를 가지고 교류 전류가 양 방향으로 막힌다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 기준 접지는 적어도 하나의 전기적 부하에 대한 접지와 상이하다.
언급된 전기적 구성요소들이 230 및 110 볼트와 같은 고전압에 적응될 필요가 없기 때문에, 부하에 대한 접지와 상이한 기준 접지를 가짐으로써 보다 작고 저렴한 전기적 구성요소들이 사용될 수 있다. 더 나아가, 교류 전류를 차단하기 위한 현재의 회로는 종래의 회로 차단기들에 결합 및 장착될 수 있다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제어기는,
적어도 하나의 전기적 부하의 전력 소모 패턴을 모니터링하도록,
적어도 하나의 전기적 부하의 모니터링된 전력 소모 패턴에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 제어하도록 더 배열된다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제어기는,
모니터링된 전력 소모 패턴에 기초하여 적어도 하나의 전기적 부하의 유형을 결정하도록 더 배열된다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제어기는,
적어도 하나의 전기적 부하의 결정된 유형에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 제어하도록 더 배열된다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제어기는,
적어도 하나의 전기적 부하에 대한 모니터링된 전력 소모 패턴 및 결정된 유형들 중 하나를 다른 제어기 또는 시스템에 전송하도록 더 배열된다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제어기는,
적어도 하나의 전기적 부하와 관련된 적어도 하나의 지시 및 적어도 하나의 정보 요소 중 어느 하나를 수신하도록,
적어도 하나의 지시 및 적어도 하나의 정보 요소 중 어느 하나에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치를 제어하도록 더 배열된다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 제어기는 적어도 하나의 지시 요소 및 적어도 하나의 정보 요소 중 적어도 어느 하나의 표시(indication)를 포함하는 통신 신호들을 수신하도록 배열된 무선 수신 수단 및 유선 수신 수단 중 어느 하나를 포함한다. 이는 제어기가 무선 수신 수단 만을, 유선 수신 수단을, 또는 무선 및 유선 수신 수단을 포함할 수 있음을 의미한다.
AC를 차단하기 위한 회로의 언급된 양상의 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 전기적 부하는 가정용 기기 및 전기 히터 중 어느 하나이다. 전기적 부하는 AC를 차단하기 위한 회로의 출력부에 연결된 임의의 전기 장치일 수 있고 그리고 AC가 공급되도록 구성된다.
본 발명의 추가적인 적용들 및 이점들은 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 교류 전류를 차단하기 위한 회로(100)를 개략적으로 도시한다. 회로(100)는 하나 이상의 전기적 부하들(200a, 200b, ... 200N)(인덱스 n = a, b, ..., N을 가짐)에 결합된다. 교류 전류(AC)는 회로(100)의 입력부(102)에 공급되며 그리고 회로(100)의 출력부(104)를 통해 부하들(200a, 200b, ... 200N)에게 포워딩된다. 전류는 일 실시예에서 이른바 메인 교류 전류(mains alternating current)라고 불린다. 부하들(200a, 200b, ... 200N)은 그러므로 가정용 기기들 및/또는 전기 히터들 및/또는 다른 가정용 전자 기기들일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 교류 전류를 차단하기 위한 회로(100)의 다른 실시예를 도시한다. 회로(100)는 전류를 수신하도록 배열되는 입력부(102) 및 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 전류를 제공하도록 배열되는 출력부(104)를 포함한다. 회로(100)는 입력부(102)와 출력부(104) 사이에 결합되는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 더 포함한다. 게다가, 회로(100)는 제어기(110) 및 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)에 공통되는 기준 접지(reference ground)(112)에 결합되는 제어기(110)를 더 포함한다. 제어기(110)는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 배열되는데, 이는 출력부(104)를 통해 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에게 제공되는 전류의 차단을 제어하기 위함이다. 기준 접지(112)는 현재 회로 차단기(100)에서의 하나 이상의 전압차들을 측정하기 위한 기준 전위로서 사용되고 기능한다.
적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)는 릴레이(relay), 사이리스터(thyristor), 트라이액(triac), 게이트 턴오프 사이리스터(gate turn off thyristor), 트랜지스터 및 다른 유형의 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier)를 포함하는 그룹에서 임의의 것일 수 있다.
적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)의 제어는 도 2에 도시된 바와 같은 제어기(110)와 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108) 사이에 결합된 제어 수단(130)을 사용하여 수행될 수 있다. 제어 수단(130)은 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 열고(open) 및 닫기(close) 위하여 예컨대 상이한 레벨들을 가질 수 있는 제어 신호들, 예컨대 하나 이상의 상이한 제어 전압들 또는 전류들을 전달할 수 있다. 과전류가 검출되면 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)가 개방되고 그럼으로써 인가된 전류를 차단한다.
도 3은 본 발명에 따른 교류 전류를 차단하기 위한 회로(100)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서의 회로(100)는 2개의 제어가능한 스위치들, 즉 도 3에 도시된 바와 같이 서로 직렬로 연결되고 입력부(102)와 출력부(104) 사이에 배열되는 제1 제어가능한 스위치(106) 및 제2 제어가능한 스위치(108)를 포함한다. 스위치들(106, 108)은 일 실시예에서 입력부(102)와 출력부(104) 사이에 직렬로 반대로 연결되는(opposite coupled) 전계 효과 트랜지스터들(Field Effect Transistors, FETs)이다. FET는 한 방향으로 전류를 막으며, 이런 이유로 이 실시예에서 2개의 FET들은 전류의 방향에 대해 반대 방향으로 결합된다. FET들은 빠른 스위칭 시간(스위치를 열거나 또는 닫기 위한 기간)을 갖는데, 이는 과전류가 검출될 때 FET들을 통과하는 전류가 매우 빠르게 차단될 수 있고 그렇게 함으로써 출력부(104)에 결합된 회로들 및 부하들에 대한 손상을 제한하거나 제거함을 의미한다. 바람직하게는, 2개의 FET들은 일 실시예에서 공통 게이트 전압을 사용하는 동일한 제어 수단으로 제어되고 그렇게 함으로써 아키텍처를 단순화한다. 도 3의 예시는 제어기(110)가 별도의 제어 수단(130)을 통해 스위치들(106, 108)을 제어하는 것을 도시한다. 그러나, 제어기(110)는 또한 상술한 바와 같이 공통 제어 수단(130)을 통해 스위치들(106, 108)을 제어할 수도 있다.
일 실시예에서, 회로(100)는 제어기(110)와 제어가능한 스위치들(106, 108) 사이에 결합된 적어도 하나의 드라이버 회로(114)를 포함한다. 드라이버 회로(114)는 제어 수단(130)을 통해 스위치들(106, 108)을 제어하기 위하여 제어기(110)에 의해 사용되는 제어 신호들을 증폭하도록 배열된다. 이것은 예컨대, 제어가능한 스위치에 전달되는 제어 전압 및 전류 중 어느 하나가 부스팅되어야 할 경우에 필요할 수 있다. 예를 들어, 드라이버 회로(114)는 10-15 볼트로 공급되도록 구성될 수 있으며 이 전압을 FET의 게이트 측으로 전달할 수 있다.
기준 접지(112)가 도 3에서 300으로 표시된 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 대한 접지와 다르다는 것이 또한 도 3에 기재되어 있다. 적어도 하나의 전기적 부하(200n)는 종종 공통 접지(common ground)를 가지며 현재의 해결책에서 공통 접지는 기준 접지(112)와 상이하다.
도 4a는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)와 입력부(102) 사이에 결합된 임피던스 네트워크(Z)를 포함하는 경우에 교류 전류를 차단하기 위한 회로(100)의 또 다른 실시예를 도시한다. 제어기(110)는 임피던스 네트워크(Z)에서 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)을 측정하도록 그리고 적어도 하나의 측정된 측정 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 배치된다. 다시 말해, 제어기(110)는 측정된 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 제공되는 교류 전류(AC)의 차단을 제어한다. 적어도 하나의 측정된 측정 전압(V1; V2)은 임피던스 네트워크(Z)에서의 노드와 기준 접지(112) 사이의 전위차(difference in potential)로서 측정된다. 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)은 단락 및/또는 과전류를 검출하기 위해 제어기(110)에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)을 사용함으로써 적어도 하나의 전기적 부하(200n) 및 회로들이 보호될 수 있다.
임피던스 네트워크(Z)는 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)이 네트워크 Z에서 측정/검출/제공될 수 있도록 구성될 수 있다. 하나의 해결책은 측정 전압(measuring voltage)이 측정되는 측정 저항기(measuring resistor)(도 4a에 도시되지 않음)를 갖는 것이다. 측정 저항기의 저항(resistance)에 대한 기준값은 AC 주전원(AC mains)에 대해 예컨대 110 또는 230 볼트보다 낮거나 또는 예컨대 약 0.01 옴(Ohm)일 수 있다. 측정 전압은 비교기(도 4a에 도시되지 않음)에서 임계 전압과 비교될 수 있으며, 그리고 측정 전압이 임계 전압을 초과하는 경우, 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)는 과전류가 회로들/구성요소들 및/또는 출력부(104)에 연결된 적어도 하나의 전기적 부하를 손상시키는 것을 방지하기 위하여 개방 위치를 취하도록 제어된다. 이런 이유로, 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)은 과전류 검출을 위해 사용된다.
도 4a에 도시된 실시예에서, 제어기(110)는 기준 접지(112)와 임피던스 네트워크(Z)에서의 제1 노드 사이의 전압차인 제1 측정 전압(V1)을 측정하도록 그리고 기준 접지(112)와 임피던스 네트워크(Z)에서의 제2 노드 사이의 전압차인 제2 측정 전압(V2)을 측정하도록 더 배열될 수 있다. 제1 측정 전압(V1) 및 제2 측정 전압(V2)의 일 예시가 도 6에 도시된다.
제어기(110)는 제1 측정된 측정 전압(V1)의 값 및 제2 측정된 측정 전압(V2)의 값에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 구성된다. 제1 측정된 측정 전압(V1)은 출력부(104)에 연결된 부하의 변화와 관련될 수 있고 그럼으로써 단락(short circuit)을 나타낼 수 있다. 제2 측정된 측정 전압(V2)은 본 회로(100)를 통과하는 전류에 정비례할 수 있고 그럼으로써 과전류를 나타낼 수 있다.
도 4a에 도시된 회로(100)의 실시예에서, 임피던스 네트워크(Z)는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)와 입력부(102) 사이에 결합된다. 그러나, 임피던스 네트워크(Z)는 대신 몇몇 실시예들에서 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)와 출력부(104) 사이에 결합될 수 있다. 그러한 일 실시예에 따른 회로(100)가도 4b에 도시된다. 도 4a에 도시된 실시예와 동일한 방식으로, 도 4b에 도시된 실시예에서의 제어기(110)는 임피던스 네트워크(Z)의 노드와 기준 접지(112) 사이의 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)을 측정하도록 그리고 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 배열되어서, 측정된 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 제공되는 교류 전류(AC)의 차단을 제어한다.
도 4b에 도시된 임피던스 네트워크(Z)는 도 4a를 참조하여 상술한 바와 같이 하나 이상의 측정 전압(V1; V2)이 임피던스 네트워크(Z)에서 측정될 수 있도록 구성되어야 한다. 이런 이유로, 도 4b에 도시된 제어기(110)는 제1 측정 전압(V1), 제2 측정 전압(V2), 또는 제1 측정 전압(V1)과 제2 측정 전압(V2) 모두를 측정하도록 배열될 수 있으며, 그리고 제어기(110)는 제1 측정된 측정 전압(V1)의 값 및/또는 제2 측정된 측정 전압(V2)의 값에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이 도 4a를 참조하여, 제1 측정된 측정 전압(V1)은 예컨대 단락 회로를 나타낼 수 있고 제2 측정된 측정 전압(V2)은 예컨대 과전류를 나타낼 수 있다.
도 4c는 제1 제어가능한 스위치(106)와 제2 제어가능한 스위치(108) 사이에 결합된 임피던스 네트워크(Z)를 갖는 2개의 제어가능한 스위치(106, 108)를 포함하는 이 특별한 경우에서의 교류 전류를 차단하기 위한 회로(100)의 또 다른 실시예를 도시한다. 그러므로, 제어기(110)는 임피던스 네트워크(Z)에서 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)을 측정하도록 그리고 측정된 측정 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 제1 제어가능한 스위치(106) 및 제2 제어가능한 스위치(108)를 제어하도록 배열된다. 적어도 하나의 측정된 측정 전압(V1; V2)은 임피던스 네트워크(Z)에서의 노드와 기준 접지(112) 사이의 전위차로서 측정된다. 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)은 단락 회로 및/또는 과전류를 검출하기 위해 제어기(110)에 의해 사용될 수 있다. 그러므로, 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)을 사용함으로써 적어도 하나의 전기적 부하(200n) 및 회로들이 보호될 수 있다.
임피던스 네트워크(Z)는 도 4a를 참조하여 상술한 바와 같이 하나 이상의 측정 전압(V1; V2)이 임피던스 네트워크(Z)에서 측정될 수 있도록 구성되어야 한다. 이런 이유로, 도 4c에 도시된 제어기(110)는 제1 측정 전압(V1), 제2 측정 전압(V2), 또는 제1 측정 전압(V1)과 제2 측정 전압(V2) 모두를 측정하도록 배열될 수 있으며, 그리고 제어기(110)는 제1 측정된 측정 전압(V1)의 값 및/또는 제2 측정된 측정 전압(V2)의 값에 기초하여 제1 제어가능한 스위치(106) 및 제2 제어가능한 스위치(108)를 제어할 수 있다. 도 4a를 참조하여 상술한 바와 같이, 제1 측정된 측정 전압(V1)은 예컨대 단락 회로를 나타낼 수 있고 제2 측정된 측정 전압(V2)은 예컨대 과전류를 나타낼 수 있다.
추가적인 일 실시예에서, 임의의 기술된 실시예들에 따라 배치된 임피던스 네트워크(Z)는 제한/지연 회로(도 6 참조)를 포함한다. 제한/지연 회로는 예컨대 과전류와 같은 전류의 변화들의 속도를 제한/지연하도록 배열된다. 과전류가 출력부(104)에 연결된 적어도 하나의 전기적 부하 또는 회로들에 도달하기 전에 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 통한 제어기(110)가 과전류를 검출하기 위한 그리고 전류를 차단하기 위한 시간을 갖는 것이 제한/지연의 선호되는 순서이다. 과부하(overload)라고도 알려진 과전류는 종종 단락들, 전기적 부하들의 오버로딩(overloading), 전기적 부하들의 불일치 및 전기 장치 고장들로 인해 발생한다.
제한/지연 회로를 제공하기 위한 여러 가지 상이한 해결책들이 있다. 하나의 해결책에서, 제한/지연 회로는 도 6에서 L1로 도시된 인덕터를 포함한다.
도 6은 입력부(102)와 출력부(104) 사이의 전류에 대해 반대 방향으로 직렬로 결합된 제1 FET(106) 및 제2 FET(108)를 포함하는 실시예를 도시한다. 2개의 FET들은 게이트 전압과 동일한 제어 전압을 사용하여 동일한 제어 수단(130)에 의해 제어된다. 회로(100)는 그리고 제1 측정 전압(V1)과 제2 측정 전압(V2)이 측정되는 곳과 FET들의 사이에 결합되는 임피던스 네트워크(Z)를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 임피던스 네트워크(Z)는 인덕터(L1)와 병렬로 결합된 제1 저항기(R1)를 포함한다. 제1 저항기(R1) 및 인덕터(L1)는 제2 저항기(R2)와 직렬로 함께 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 제2 저항기(R2)는 생략될 수 있다. 제1 전압(V1)은 제1 노드의 전위와 기준 접지(112) 사이에서 (전위차로서) 이용가능하고/측정되고/검출된다. 제1 노드는 제1 저항기(R1) 및 인덕터(L1)의 병렬 결합과 제1 제어가능 스위치(106)의 사이에 위치된다. 기준 접지(112)는 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 대한 기준 전압과는 여기서 다를 수 있는데, 이는 제로/중성점 전압(zero/neutral voltage), 접지된/그라운딩된 중성점 전압(earthed/grounded natural voltage), 보호용(protective) 접지된/그라운딩된 전압, 다른 위상 및/또는 적어도 하나의 부하(200n)가 연결되는 네트워크의 다른 적합한 기준 전위일 수 있다. 제1 전압(V1)은 출력부(104)에 연결된 부하의 변화와 관련되며, 따라서 단락을 나타낸다.
제2 전압(V2)은 제2 노드와 기준 접지(112) 사이에서(전위차로서) 이용가능하고/측정된다. 기준(112)은 상술한 바와 같이 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 대한 기준 전압과 상이하다. 제2 노드는 제1 저항기(R1) 및 인덕터(L1)의 병렬 결합과 제2 저항기(R2)의 사이에 위치한다. 이런 이유로, 제2 전압(V2)은 제2 저항기(R2)를 통해 획득되고, 그리고 제2 저항기(R2)를 통해 그리고 또한 교류 차단 회로(100)를 통해 흐르는 전류에 정비례하고, 과전류를 나타낸다. 제2 전압(V2)은 그러므로 적어도 하나의 부하(200n)의 전력 소비를 모니터링하는 데에 또한 적합하며 그리고 전력 소비 패턴을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 저주파에서, 교류 전류(AC)는 인덕터(L1) 및 제2 저항기(R2)를 통과하는데 즉, 인덕터(L1)가 본질적으로 지름길(shortcut)이며, 이는 그 경우에 제1 및 제2 전압들이 동일한 관계 즉, V1 = V2를 제공한다. 출력부(104)에 연결된 하나 이상의 부하가 빠르게 변하는 경우(고주파 신호로 보여질 수 있음), 인덕터(L1)는 높은 임피던스를 가지며 그리고 전류 브레이크(current brake) 또는 스토퍼(stopper)로서 동작한다. 인덕터(L1) 상의 전압은 이와 같이 주파수와 관련되므로, 주파수가 증가함에 따라 임피던스가 증가하기 때문에 매우 높을 수도 있다. 이 경우, 제1 저항기(R1)는 전압이 너무 높아지는 것을 방지하는 전류 분로(current shunt)로서 동작한다. 일 실시예에 따르면, 예컨대 제너 기능(Zener functionality)을 갖는 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 적어도 하나의 보호 회로(protection circuit)는 인덕터(L1) 및 제1 저항기(R1)와 병렬로 결합된다.
본 발명의 추가적인 적용들은 적어도 하나의 전기적 부하의 전력 소비 및 적어도 하나의 전기적 부하의 제어와 관련될 수 있다.
일 실시예에서, 제어기(110)는 적어도 하나의 전기적 부하(200n)의 전력 소비 패턴을 모니터링하도록 그리고 적어도 하나의 전기적 부하(200n)의 모니터링된 전력 소비 패턴에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 배열된다. 전력 소비 패턴은 위에 기술된 측정/검출/제공된 적어도 하나의 전압(V1; V2)을 사용하고 분석함으로써 모니터링될 수 있다. 그렇게 함으로써, 제어기(110)는 부하의 유형에 따라 부하에 공급되는 전류를 조정할 수 있다. 예를 들어, 안전상의 이유들로 부하를 운전정지(shut down)하거나 더 많거나 적은 양의 전류를 제공하는 것이다. 또한, 제어기(110)는 전력 소비 패턴이 비합리적인 경우 즉, 전력 소비 패턴이 예컨대 과도현상들(transients), 단계들 또는 다른 갑작스런 변화들을 포함하여 예기치 못하거나 및/또는 불리한 것으로 보이면 교류 전류의 차단이 이뤄지도록 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하기 위해 배열될 수 한다.
이런 점에 있어서 제어기(110)는 모니터링된 전력 소비 패턴에 기초하여 적어도 하나의 부하(200n)의 유형을 결정하도록 더 배열될 수 있다. 부하의 각 유형은 식별될 수 있는 고유한 전력 소비 패턴을 갖는다. 상술한 바와 같이, 측정/검출/제공된 적어도 하나의 전압(V1; V2)을 사용하고 분석함으로써 적어도 하나의 부하(200n)의 유형이 결정될 수 있다. 이런 이유로, 이 해결책에서 제어기(110)는 또한 부하의 유형을 결정하거나 또는 식별하기 위한 능력을 갖는데, 이는 결정되거나 식별된 부하의 유형에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)가 제어될 수 있음을 의미한다.
또 다른 실시예에서 제어기(110)는 적어도 하나의 전기적 부하(200n)와 관련된 적어도 하나의 명령(instruction, I) 및 적어도 하나의 정보 요소(information element, IE) 중 어느 하나를 수신하도록 배열된다. 그러한 일 실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 여기서 제어기(110)는 적어도 하나의 정보 요소(IE) 및 적어도 하나의 명령(I) 중 어느 하나에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 더 배열된다. 그러므로, 제어기(110)는 적어도 하나의 정보 요소(IE) 및 적어도 하나의 명령(I) 중 적어도 어느 하나의 표시를 포함하는 통신 신호들을 수신하도록 배열되는 무선 수신 수단(304a) 및 유선 수신 수단(304b) 중 어느 하나를 포함한다. 언급된 명령(I)은 예컨대 제어기(110)에 대한 작업 상수나 변수 및/또는 작업 모드를 정의하는 것과 같은 내부 원시 기능(internal primal functioning) 및/또는 외부 수신 명령(external incoming instruction)일 수 있다. 정보 요소(IE) 및 명령(I)은 알려진 통신 프로토콜들의 제어 시그널링으로 전송될 수 있다. 예를 들어, 3GPP 또는 WiFi 또는 ITU 표준들이 이 점에 있어서 사용될 수 있다.
제어기(110)는 또한 적어도 하나의 전기적 부하를 제어하기 위하여 정보 요소(IE) 및 명령(I)을 적어도 하나의 전기적 부하(200n)의 모니터링된 전력 소비 패턴 및 적어도 하나의 전기적 부하의 결정된 유형 중 어느 하나와 함께 결합하도록 구성될 수도 있다.
제어기(110)는 추가적인 처리를 위해 적어도 하나의 전기적 부하(200n)의 모니터링된 전력 소비 패턴 및/또는 적어도 하나의 전기적 부하(200n)의 결정된 유형을 다른 제어기들 또는 제어 장치들에게 전송하기 위한 유선/무선 통신 수단 전송을 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 도 5에 도시된 것과 같은 독립실행형 장치(standalone device)일 수 있지만, 다른 실시예에서는 예컨대 제어기(110)의 상이한 기능들이 공간적으로 상이한 위치들에 위치된 경우인 분산 시스템(distributed system)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 제어기(110)는 마스터 컨트롤러(master controller) 및 복수의 슬레이브 컨트롤러들(slave controllers)(도면들에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 인텔리전스(intelligence)는 마스터 컨트롤러에 위치될 수 있으며, 이는 말하자면 적절한 통신 수단을 통해 무선 및/또는 유선으로 슬레이브 컨트롤러를 제어한다.
제어기(110)는 마이크로 컨트롤러일 수 있으며 그리고 통신을 관리하고 적어도 하나의 제어가능한 스위치 및/또는 슬레이브 컨트롤러들을 제어하기 위한 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 게다가, 통상의 기술자는 본 제어기(110)가 본 해결책을 수행하기 위해 예컨대 기능, 수단, 유닛, 요소 등의 형태로 다른 필수적인 능력들을 포함할 수 있음을 인식한다. 다른 이러한 수단, 유닛, 요소 및 기능의 예시는: 프로세서, 메모리, 버퍼, 제어 로직(control logic), 송신기, 수신기, 인코더, 디코더, 레이트매처(rate matcher), 역레이트 매처(de-rate matcher), 맵핑 유닛(mapping unit), 멀티플라이어(multiplier), 결정 유닛, 선택 유닛, 스위치, 인터리버(interleaver), 역인터리버(de-interleaver), 변조기(modulator), 역변조기(demodulator), 입력, 출력, 안테나, 증폭기, 수신 유닛, 송신 유닛, DSP, TCM 디코더, 전력 공급 유닛, 전력 공급기(power feeder), 통신 인터페이스, 통신 프로토콜 등이며, 이들은 본 해결책을 수행하기 위해 함께 적절히 배열된다.
특히, 본 제어기(110)의 프로세서 또는 프로세서들은 예컨대 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU)의 하나 이상의 인스턴스(instance), 처리 유닛(processing unit), 처리 회로(processing circuit), 프로세서, 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 마이크로프로세서, 마이크로 컨트롤러, 또는 명령들을 해석하고 실행할 수 있는 다른 처리 로직을 포함할 수 있다. 따라서, "프로세서"라는 표현은 예컨대 위에서 언급된 것들의 임의의 것, 일부 또는 전부, 또는 다른 알려진 프로세서와 같은 복수의 처리 회로들을 포함하는 처리 회로망(processing circuitry)을 나타낼 수 있다. 처리 회로망은 콜(call) 처리 제어, 사용자 인터페이스 제어 또는 그밖에 유사한 것과 같은 장치 제어 기능들 및 데이터 버퍼링을 포함하는 데이터의 입력, 출력 및 처리를 위한 데이터 처리 기능들을 더 수행할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 트랜지스터 네트워크(120)가 제어기(110)와 함께 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)의 결합된 제어를 제공하는 회로(100)에 추가될 수 있다. 도 7은 제어기(110) 및 트랜지스터 네트워크(120) 모두가 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하는 데에 사용되는 그러한 실시예에 따른 회로(100)를 도시한다. 여기서 회로(100)는 본 명세서에 기술된 실시예들 중 어느 하나에 따른 제어기(110)를 포함한다. 회로는 또한 적어도 하나의 트랜지스터(TTN1; TTN2)를 포함하는 트랜지스터 네트워크(120)를 포함한다. 트랜지스터 네트워크(120)는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 배열되어서, 임피던스 네트워크(Z)의 적어도 하나의 노드의 적어도 하나의 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 제공되는 교류 전류(AC)의 차단을 제어한다. 회로(100)는 제어기(110) 및 트랜지스터 네트워크(120)의 사용에 의해 적어도 하나의 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)의 결합된 제어를 제공하도록 배열되는 결합 회로(combining circuit)를 더 포함한다. 이로써, 제어기(110)와 트랜지스터 네트워크(120)를 모두 사용하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)의 결합된 제어가 제공된다. 트랜지스터 네트워크(120)는 제어기(110)와 동일한 기준 접지(112)에 결합될 수 있다.
트랜지스터 네트워크(120)는 교류 전류의 차단이 매우 신속하게 이뤄질 수 있도록 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하기 위해 배열될 수 있다. 그렇게 함으로써, 스위칭을 트리거링(triggering)하는 전류로 인한 회로(100) 자체 및/또는 부하들(200n)의 손상들에 대한 위험이 매우 낮다. 트랜지스터 네트워크(120)에 의해 제공되는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)의 제어는 제어기(110)와 같은 프로세서를 포함하는 제어기 회로(controller circuit)에 의해 제공되는 제어보다 예컨대 100-1000배 더 빠른 스위칭을 초래한다. 제어기(110)는 반면에 교류 전류(AC)의 차단이 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 대해 낮은 전력 소비로, 예컨대 제어가 트랜지스터 네트워크(120)에 의해서만 제공될 때 교류 전류(AC)의 차단을 트리거링할 전력 소비보다 더 낮은 전력 소비로 트리거링되도록 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하기 위해 배열될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)의 결합된 제어에 의해, 트랜지스터 네트워크(120) 및 제어기(110) 모두를 사용하여, 교류 전류(AC)의 차단은 매우 신속하게 그리고 이미 매우 낮은 전력 소비들로 모두 이뤄질 수 있다.
도 8 및 도 9는 몇몇 실시예들에 대해 트랜지스터 네트워크(120)를 보다 상세하게 개략적으로 도시한다. 도 9에 도시된 실시예는 2개의 제어가능한 스위치(106, 108)를 포함하는 반면, 도 8에 도시된 실시예는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 포함한다. 도 8 및 도 9에 도시된 실시예들의 트랜지스터 네트워크(120)는 상술한 바와 같이 임피던스 네트워크(Z)의 적어도 하나의 노드의 적어도 하나의 전압(V1; V2)에 기초하여 교류 전류(AC)의 차단이 제어되도록 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하기 위해 배열된 2개의 트랜지스터(TTN1; TTN2)를 포함한다.
몇몇 실시예들에서 트랜지스터 네트워크(120)는 자율 네트워크(autonomous network)로서 기능할 수 있다. 자율 네트워크는 적어도 하나의 전압(V1; V2)만을 기초로 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 독립적으로 제어하도록 배열된다. 트랜지스터 네트워크(120)는 따라서 그 자체로 제어될 필요가 없으며, 몇몇 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)의 제어를 수행하기 위해 전압이 외부적으로 공급될 필요 또한 없다.
몇몇 실시예들에 따른 본 명세서에서 기술된 트랜지스터 네트워크(120)는 또한 전압 비교기 회로들, 즉 적어도 하나의 전압 비교에 기초하여 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하는 회로들로서 기능하도록 배열될 수 있다.
트랜지스터 네트워크(120)는 적어도 하나의 트랜지스터(TTN1; TTN2)의 제어 입력(controlling input)과 직렬로 결합된 적어도 하나의 저항기(RTN1; RTN2)을 포함할 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 트랜지스터 네트워크(120)는 2개의 저항기들(RTN1, RTN2)을 포함할 수 있고, 하나의 저항기(RTN1; RTN2)는 2개의 트랜지스터들(TTN1, TTN2) 중의 각각 하나의 제어 입력과 직렬로 연결된다.
보다 상세하게는, 도 8에 도시된 바와 같이, 임피던스 네트워크(Z)와 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108) 사이에 위치된 기준 접지(112) 노드, 및 제1 트랜지스터(TTN1)의 제어 입력의 사이에 제1 저항기(RTN1)가 결합된다. 2개의 제어가능한 스위치들(106, 108)을 갖는 도 9에 도시된 실시예에서, 임피던스 네트워크(Z)와 제2 제어가능한 스위치(108) 사이에 위치된 기준 접지(112) 노드와 제1 트랜지스터(TTN1)의 제어 입력 사이에 제1 저항기(RTN1)가 결합될 수 있다. 더 나아가, 제1 트랜지스터(TTN1)의 이미터/소스(emitter/source)는 적어도 하나의 전압(V1; V2)에 대응하는 전위를 갖는 임피던스 네트워크(Z)의 적어도 하나의 노드에 결합될 수 있다. 제1 트랜지스터(TTN1)의 콜렉터/드레인(collector/drain)은 드라이버 및/또는 논리 회로를 통해 아마도 직접적으로 또는 간접적으로 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)에 결합된다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 임피던스 네트워크(Z)의 노드 예컨대 적어도 하나의 전압(V1; V2)을 제공하는 제1 노드, 및 제2 트랜지스터(TTN2)의 제어 입력의 사이에 제2 저항기(RTN2)가 결합될 수 있다. 더 나아가, 제2 트랜지스터(TTN2)의 이미터/소스는 임피던스 네트워크(Z)와 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108) 사이에 위치된 기준 접지(112) 노드에 결합된다. 2개의 제어가능한 스위치들을 갖는 도 9에 도시된 실시예에서, 제2 트랜지스터(TTN2)의 이미터/소스는 임피던스 네트워크(Z)와 제2 제어가능한 스위치(108) 사이에 위치된 기준 접지(112) 노드에 결합된다. 제2 트랜지스터(TTN2)의 콜렉터/드레인은 드라이버 및/또는 로직 회로를 통해 아마도 직접적으로 또는 간접적으로 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)에 결합된다.
본 명세서에 기술된 하나 이상의 트랜지스터(TTN1; TTN2)는 베이스 핀(base pin)을 제어 입력으로서 갖는 양극성 접합 트랜지스터들(bipolar junction transistor, BJT)일 수 있고, 또는 게이트 핀(gate pin)을 제어 입력으로서 갖는 전계 효과 트랜지스터들(FET)일 수도 있다. 더 나아가, 전계 효과 트랜지스터들이 또한 소스 핀(source pin)과 드레인 핀(drain pin)을 포함하는 한편, 양극성 접합 트랜지스터들은 또한 이미터 핀(emitter pin)과 콜렉터 핀(collector pin)을 포함한다.
적어도 하나의 저항기(RTN1; RTN2)는 적어도 하나의 트랜지스터(TTN1; TTN2)가 과전류로부터 보호되도록 충분히 높은 값을 갖는 저항을 가질 수 있다. 적어도 하나의 저항기(RTN1; RTN2)는 또한 적어도 하나의 트랜지스터(TTN1; TTN2)가 그의 선형 영역/모드에서 동작하는 시간 기간을 감소시키기에 충분히 낮은 값을 갖는 저항을 가질 수도 있다.
도 10은 결합 회로(150)의 실시예를 보다 상세히 도시한다. 일 실시예에 따라 결합 회로(150)는 트랜지스터 네트워크(120) 및 제어기(110)로부터 제어 신호들을 각각 수신하는 제1 IN1 및 제2 IN2 입력을 포함할 수 있다. 결합 회로(150)는 제1 IN1 및 제2 IN2 입력 사이에 각각 직렬로 결합된 제1 RIN1 및 제2 RIN2 저항기와, 그리고 제1 RIN1와 제2 RIN2 저항기 사이의 노드에 결합된 출력부(output)를 포함할 수 있다. 이로써, 도 7에 도시된 바와 같이, 결합된 제어 신호는 결합 회로(150)의 출력부에 의해 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)에 제공된다. 적어도 하나의 드라이버 회로(114)는 결합 회로(150)와 제어가능한 스위치들(106, 108) 사이에 결합될 수 있다(도 7에 도시되지 않음). 상술한 바와 같이, 드라이버 회로(114)는 제어 수단(130)을 통해 스위치들(106, 108)을 제어하기 위해 사용되는 제어 신호들을 증폭하도록 구성된다.
상술한 바와 같이, 임피던스 네트워크(Z)는 또한 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)와 출력부(104) 사이에 결합될 수도 있다. 따라서, 도 7-9에 도시된 것들에 대응하고 상술되었지만, 임피던스 네트워크(Z)가 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)와 출력부(104) 사이에 대신 결합된 실시예들이 함께 본 발명의 범위 내에 또한 포함된다. 이들 실시예들은 임피던스 네트워크(Z)가 다르게 즉, 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)와 출력부(104)사이에 위치한다는 차이점을 가지고 도 7-9에 도시된 각각의 실시예에 대해 상술된 것에 대응하여 기능한다.
도 11은 본 발명의 일 양상에 따른 교류 전류(AC) 차단 배열(alternating current AC breaking arrangement)(500)을 개략적으로 도시한다. 교류 전류(AC) 차단 배열(500)은 본 명세서에 기술된 실시예들 중 어느 하나에 따른 입력부(102), 출력부(104) 및 교류 전류 차단 회로(100)를 포함한다. 하나 이상의 전기적 부하(200n)는 출력부(104)에 결합된다. 더 나아가, 교류 전류(AC) 차단 배열(500)은 에너지 하베스팅을 수행하고 교류 전류 차단 회로(100)를 구동하기 위한 전력을 제공하도록 배열된 전원 공급 회로(400)를 포함한다. 기본적으로, 전원 공급 회로(400)는 교류 전류(AC)로부터 전력을 추출하고/뽑아내도록 배치되고, 그리고 나서 추출된 전력을 전원 공급이 필요한 회로 및/또는 장치에 제공하도록 배열된다. 예를 들어, 교류 전류 차단 회로(100)는 교류 전류 차단 회로(100)에 포함된 구성요소들을 구동하기 위해 추출된 전력을 여기서 제공받을 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서 회로(100)에 포함된 제어기(110)는 운용을 위해 전력을 필요로 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 전원 공급 회로(400)는 제1 패러사이트 배열(410)을 포함하는데, 이는 고전원 부하 패러사이트 전압 배열(high power load parasite voltage arrangement)로도 표시될 수 있고, 교류 전류(AC)로부터 제1 패러사이트 전압(first parasite voltage)(Vpar1)을 추출하도록 배열된다. 제1 패러사이트 배열(410)은 교류 전류(AC)로부터 제1 패러사이트 전압(Vpar1)을 생성하도록 배열된 변압기(411)를 포함할 수 있다. 변압기(411)는 교류 전류 주위에 생성된 자기장과 유도(induction)를 이용하여 제1 패러사이트 전압(Vpar1)을 생성하는데 적합한, 예컨대 철심(iron core) 및 적어도 하나의 코일을 포함하는, 본질적으로 모든 종류의 자기 변압기(magnetic transformer)일 수 있다. 변압기(411)는 교류 전류가 그 코어 및/또는 일차 코일 권선(primary coil winding)을 통해 흐르도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 변압기는 교류 전류(AC)를 전달하는 도체 주변에 놓인 링 형태의 유닛/코어/권선으로서 적어도 부분적으로 배열될 수 있다.
전원 공급 회로(400)는 또한 제2 패러사이트 배열(420)을 포함하는데, 이는 저전력 부하 패러사이트 전압 배열(low power load parasite voltage arrangement)로도 지칭될 수 있고, 교류 전류(AC)으로부터 제2 패러사이트 전압(second parasite voltage)(Vpar2)을 추출하도록 배열된다. 교류 전류(AC)에 대응하는 전압의 진폭의 부분을 추출함으로써(도 12a-b에 개략적으로 도시된 바와 같이) 및/또는 교류 전류(AC)에 대응하는 전압의 사이클의 시간 지속 부분을 추출함으로써(도 12c에 개략적으로 도시된 바와 같이) 제2 패러사이트 전압(Vpar2)을 추출하도록 제2 패러사이트 배열(420)이 배열될 수 있다. 도 12a-c에서, 전압 신호들로부터 추출된 부분들은 점선으로 표시되어있다. 통상의 기술자에 의해 인식되는 바와 같이, 에너지 하베스팅을 목적으로 전압 신호들의 부분들을 추출하기 위해 사용할 수 있는 다수의 다른 방법들이 있다. 청구된 전원 공급 회로(400)는 이러한 가능한 방법들 중 하나 이상에 따라 부분들을 추출하도록 구성될 수 있다.
전원 공급 회로(400)는 또한 제1 패러사이트 전압(Vpar1) 및 제2 패러사이트 전압(Vpar2)을 결합하도록 배열된 전압 결합기(voltage combiner)(430)를 포함한다. 전압 결합기(430)는 이러한 이유로 그들의 입력들이 제1 및 제2 패러사이트 전압(Vpar1, Vpar2)이 공급되는 제1 및 제2 패러사이트 배열(410, 420)에 각각 결합되는 2개의 정류 다이오드들(431; 432)을 포함할 수 있다. 2개의 정류 다이오드들(431; 432)의 출력들은 결합된 패러사이트 전압(Vpar_comb)을 형성하도록 함께 결합되는데, 이는 교류 전류 차단 회로(100)에 제공된다.
일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 패러사이트 배열(410, 420)은 심플렉스(simplex) 또는 듀플렉스(duplex) 모드에서 서로 통신(440)하도록 배열될 수 있어서, 제1 및 제2 패러사이트 배열(410, 420) 중 하나는 슬레이브 유닛으로 간주되는 제1 및 제2 패러사이트 배열(410, 420) 중 다른 하나를 제어하도록 배열된 마스터 유닛으로 간주된다. 또한, 정보는 교류 전류 차단 회로(100)의 제어기(110)에 통신(440)될 수 있다. 제어기(110)에 제공된 정보는 예컨대 전력 소비 및/또는 부하 정보를 포함할 수 있다. 제어기(110)는 그리고 나서 제어기(110)를 위한 활성(active) 및 대기(standby) 모드 사이에서 스위칭하기 위해 이 정보를 사용할 수 있다.
제1 및 제2 패러사이트 배열의 결합 사용은 이들이 서로를 매우 잘 보완하기 때문에 매우 유리하다. 제1 패러사이트 배열(410)은 변압기(411)가 강한 전류 동안 제1 패러사이트 전압(Vpar1)을 생성하기에 적절하기 때문에 보다 높은 전력 즉, 더 강한 AC 전류들 대해 잘 작동한다. 그러나, 제2 패러사이트 배열(420)에 의해 사용되는 전압 추출 방법들이 제2 패러사이트 배열(420)의 가열을 일으킬 수 있고 및/또는 전류/전압 과도현상들 및/또는 필터링되어야 하는 단계들을 야기할 수 있기 때문에, 제2 패러사이트 배열(420)은 강한 전류들에 대해 열악하게 작동한다. 이러한 강한 전류들을 필터링하는 것은 오늘날 보통 교류 차단기에 적합하지 않는 부피가 큰 필터(bulky filter)를 요구한다. 제2 패러사이트 배열(420)은 보다 낮은 전력 즉, 보다 약한 AC 전류들에 대해 잘 작동한다. 반면에, 제1 패러사이트 배열(410)은 전류가 충분히 강하지 않으면 교류 전류(AC)로부터 유용한 전압을 종종 추출할 수 없다.
일 실시예에 따르면, 제1 패러사이트 배열(410)은 주로 강한 전류 기간들 동안 제1 패러사이트 전압(Vpar1)을 추출하는데 주로 사용되고, 제2 패러사이트 배열(420)은 주로 약한 전류 기간들 동안 제2 패러사이트 전압(Vpar2)을 추출하는데 주로 사용된다. 따라서, 본 실시예에 따라 수행되는 바와 같이, 이러한 두 추출 방법들이 결합될 때, 신뢰성 있고 유용한 결합된 패러사이트 전압(Vpar_comb)은 하나 이상의 부하들(200n)이 전력 소비하는 경우의 본질적으로 모든 조건 동안에 교류 전류(AC) 차단 회로(100)에 전원 공급원으로서 제공될 수 있다.
제1 및 제2 패러사이트 전압(Vpar1, Vpar2)이 하나 이상의 부하와 직렬인 교류 전류(AC)로부터 추출되기 때문에, 전원 공급 회로(400)는 전류가 하나 이상의 능동 부하에게 제공될 때 교류 전류 차단 회로(100)에 전력을 항상 제공할 수 있을 것이다. 또한, 하나 이상의 부하가 비활성 상태일 때, 누설 전류(Ileak)는 부하에서 접지/지면(ground/earth)으로 여전히 흐르며, 이는 종종 제1 패러사이트 전압(Vpar1)을 생성하기에 충분하다. 따라서, 본질적으로 모든 조건 동안에 하나 이상의 부하(200n)가 전력을 소비하지 않을 때에도, 신뢰성 있고 유용한 결합된 기생 전압(Vpar_comb)이 교류 전류(AC) 차단 회로(100)에 전원 공급원으로서 제공될 수 있다.

Claims (15)

  1. 교류 전류를 차단하기 위한 회로(100)로서, 상기 회로(100)는:
    교류 전류(AC)를 수신하도록 배열되는 입력부(input)(102);
    적어도 하나의 전기적 부하(200n)에게 상기 교류 전류(AC)를 제공하도록 배열되는 출력부(output)(104);
    상기 입력부(102)와 상기 출력부(104) 사이에 결합되는 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108);
    상기 입력부(102)와 상기 출력부(104) 사이에 결합되는 임피던스 네트워크(Z);
    제어기(110) 및 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)에 공통되는 기준 접지(112)에 결합되는 제어기(110)를 포함하고,
    상기 제어기(100)는 상기 기준 접지(112)와 상기 임피던스 네트워크(Z)의 노드 사이의 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)을 측정하도록 그리고 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 배열되어서, 측정된 상기 적어도 하나의 측정 전압(V1; V2)의 값에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 제공되는 상기 교류 전류(AC)의 차단을 제어하는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(110)와 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108) 사이에 결합되는 드라이버 회로(114)를 더 포함하고, 상기 드라이버 회로(114)는 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하기 위해 상기 제어기(110)에 의해 사용되는 제어 신호들을 증폭시키도록 배열되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    서로 직렬로 결합되고 상기 입력부(102)와 상기 출력부(104) 사이에 배열되는 제1 제어가능한 스위치(106) 및 제2 제어가능한 스위치(108)를 포함하는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 임피던스 네트워크(Z)는 상기 제1 제어가능한 스위치(106)와 상기 제2 제어가능한 스위치(108) 사이에 결합되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(110)는 상기 임피던스 네트워크(Z)의 제1 노드와 상기 기준 접지(112) 사이의 제1 측정 전압(V1) 및 상기 임피던스 네트워크(Z)의 제2 노드와 상기 기준 접지(112) 사이의 제2 측정 전압(V2)을 측정하도록, 그리고, 측정된 상기 제1 측정 전압(V1) 및 측정된 상기 제2 측정 전압(V2)의 값에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록 더 배열되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임피던스 네트워크(Z)는 상기 제1 제어가능한 스위치(106)와 상기 제2 제어가능한 스위치(108) 사이에 결합되는 제한/지연 회로를 포함하고, 상기 제한/지연 회로는 상기 교류 전류(AC)의 변화들의 속도를 제한/지연하도록 배열되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제한/지연 회로(116)는 인덕터를 포함하는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  8. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)인, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  9. 청구항 8에 있어서, 청구항 3 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 종속한 때,
    상기 제1 제어가능한 스위치(106) 및 상기 제2 제어가능한 스위치(108)는 상기 입력부(102)와 상기 출력부(104) 사이에 반대로(in opposite) 결합되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  10. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 접지(112)는 상기 적어도 하나의 전기적 부하(200n)에 대한 접지와 상이한, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  11. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(110)는,
    상기 적어도 하나의 전기적 부하(200n)의 전력 소모 패턴을 모니터링하도록,
    상기 적어도 하나의 전기적 부하(200n)의 모니터링된 상기 전력 소모 패턴에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록
    더 배열되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기(110)는,
    모니터링된 상기 전력 소모 패턴에 기초하여 상기 적어도 하나의 전기적 부하(200n)의 유형을 결정하도록
    더 배열되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어기(110)는,
    결정된 상기 유형에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록
    더 배열되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  14. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(110)는,
    상기 적어도 하나의 전기적 부하(200n)와 관련된 적어도 하나의 지시(I) 및 적어도 하나의 정보 요소(IE) 중 어느 하나를 수신하도록,
    상기 적어도 하나의 지시(I) 및 상기 적어도 하나의 정보 요소(IE) 중 어느 하나에 기초하여 상기 적어도 하나의 제어가능한 스위치(106; 108)를 제어하도록
    더 배열되는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어기(110)는 상기 적어도 하나의 지시(I) 요소 및 상기 적어도 하나의 정보 요소(IE) 중 적어도 어느 하나의 표시를 포함하는 통신 신호들을 수신하도록 배열된 무선 수신 수단(304a) 및 유선 수신 수단(304b) 중 어느 하나를 포함하는, 교류 전류 차단을 위한 회로(100).
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