KR20200108707A - 전자접촉기의 코일 구동 장치 - Google Patents

전자접촉기의 코일 구동 장치 Download PDF

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KR20200108707A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치는 입력되는 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 입력 전력 처리부, 상기 입력 전력 처리부가 출력하는 진류전력의 전압 레벨을 검출하는 입력 전압 검출부, 상기 입력 전압 검출부가 검출한 전압 레벨을 이용하여 코일에 흐르는 전류 제어를 위한 제어신호를 출력하는 제어부 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 스위칭하여 코일에 흐르는 전류를 통전 또는 차단하는 스위칭부를 포함하고 상기 제어부는 상기 스위칭부와 전기적으로 연결되어 상기 코일의 노이즈를 차단하는 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자접촉기의 코일 구동 장치{COIL CONTROL DEVICE OF MAGNETIC CONTACTOR}
본 발명은 전자접촉기의 코일 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전자접촉기(electronic magnetic contactor)는 빌딩, 공장, 선박 등의 시스템에서 전기접속 경로에 접속되어 부하로 전력을 공급하거나 차단하는 장치로 부하가 소손되는 것을 방지한다. 전자접촉기는 전자석의 원리를 이용하여 접점을 개폐하는 기기로서, 코일에 일정 전력을 인가하여 전류가 흐를 때에는 접점이 접촉하고, 전류가 흐르지 않을 때에는 접점이 떨어지게 된다.
기존 방식은 아날로그의 부품수가 많다는 점에서 회로가 복잡하고 동작 시 오차가 누적되었으며 제조시 불량 발생률이 높다는 문제점이 존재하였다. 종래기술은 이를 개선하기 위해 PWM 신호를 발생하기 위한 기존 아날로그 방식의 주요 부들을 동작 제어부(140)와 PWM 제어기(150)로 대체하여 고장 및 불량 발생률을 줄이고 소비전력을 최소화하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 전자접촉기의 코일 구동장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 전자접촉기의 코일 구동 장치는 입력 전력 처리부(110), 입력 전압 검출부(120), 정전압부(130), 동작 제어부(140), PWM 제어기(150), 스위칭부(160) 및 서지흡수부(170)를 포함한다.
입력 전력 처리부(110)는 입력단자(112)와 입력 필터부(114) 및 정류부(116)로 구성되며, 상기 입력 필터부(114)는 입력단자(112)로부터 입력되는 전력에서 서지전압을 흡수하고, 잡음을 제거한다.
입력 전압 검출부(120)는 상기 정류부(116)가 출력하는 직류전력의 전압 레벨을 검출한다.
정전압부(130)는 정류부(116)에서 출력된 직류전력을 입력받고, 입력받은 직류전력의 전압을 분압하여 정전압을 발생시킨다. 상기 정전압부(230)가 발생하는 정전압으로 각 부가 구동된다.
동작 제어부(140)는 비교 판단부(142)와 시간 결정부(144)로 구성되며, 상기 입력 전압 검출부(120)가 검출한 전압 레벨과 기 설정된 기준전압 레벨을 비교하고, 그 비교결과에 따라 제어신호를 발생시킨다.
PWM 제어기(150)는 코일(300)에 흐르는 전류를 피드백 받아 그 피드백된 전류와 상기 동작 제어부(140)에서 발생한 제어신호에 따라 상기 코일(300)에 흐르는 전류가 제어되도록 PWM 신호의 펄스폭을 조절하여 조절된 PWM신호를 출력한다. 상기 PWM 제어기(150)는 PWM 제어 전용IC이다.
스위칭부(160)는 상기 PWM 제어기(150)가 발생하는 제어신호에 따라 스위칭하여 상기 코일(300)에 흐르는 전류가 통전 또는 차단되도록 한다.
서지 흡수부(180)는 코일(300)에 흐르는 전류가 통전 또는 차단됨에 따라 발생하는 역기전력을 흡수한다.
도 1과 같이 종래기술은 PWM 제어기(150)를 이용한 디지털 방식을 통해 아날로그 부품의 다수를 대체하여 기존 방식에 따른 문제는 해결하였으나, 코일(300)에서 발생하는 노이즈로 인한 문제점이 존재한다.
구체적으로 전자접촉기의 코일 구동 장치(100)가 동작하는 동안 코일(300)에서 역기전력에 따른 노이즈(N)가 발생한다. 노이즈(N)는 스위칭부(160)를 거쳐 PWM 제어기(150)에 전달되어 직접적인 물리적 데미지를 가하게 된다. 그 결과, 전자접촉기의 코일 구동 장치(100)는 노이즈(N)로 인해 오동작 하거나 소손될 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서 전자접촉기의 코일 구동을 위한 아날로그 부품의 수를 줄이는 동시에 코일에서 발생하는 노이즈로 인한 오동작과 소손을 예방할 수 있는 전자접촉기의 코일 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 하드웨어의 변경 없이 코일 구동에 있어 원하는 성능을 구현할 수 있는 전자접촉기의 코일 구동 장치를 제공하는 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치는 입력되는 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 입력 전력 처리부, 상기 입력 전력 처리부가 출력하는 진류전력의 전압 레벨을 검출하는 입력 전압 검출부, 상기 입력 전압 검출부가 검출한 전압 레벨을 이용하여 코일에 흐르는 전류 제어를 위한 제어신호를 출력하는 제어부 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 스위칭하여 코일에 흐르는 전류를 통전 또는 차단하는 스위칭부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 스위칭부와 전기적으로 연결되어 상기 코일의 노이즈를 차단하는 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 입력 전압 검출부가 검출한 전압 레벨을 기 설정된 기준 레벨과 비교하여 비교 결과에 따른 PWM 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러를 더 포함하고 상기 게이트 드라이버는 상기 PWM 신호를 증폭하여 상기 스위칭부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 게이트 드라이버는 포토 커플러(photo coupler) 인 것을 특징으로 한다.
상기 구동 장치는 상기 코일의 양단에 병렬로 연결되는 플라이휠부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라이휠부는 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치는 제어부를 통해 기존의 아날로그 부품을 대체하여 구동 장치를 소형화 할 수 있다.
본 발명에서는 제어 신호가 게이트 드라이버를 통해 스위칭부에 전달되는 구조로 인해 코일에서 발생하는 노이즈는 게이트 드라이버에 의해 차단되는 바, 구동 장치의 오동작과 소손을 예방할 수 있으며 코일 구동에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 제어부는 마이크로 컨트롤러를 포함하여 구동 장치의 구성 변경 없이 소프트웨어의 수정만으로 원하는 성능을 구현할 수 있는 바, 하나의 구동 장치를 이용하여 다른 사양을 갖는 여러 전자접촉기의 코일을 구동할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치의 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치는 기존의 아날로그 부품을 대체하여 장치를 소형화 하는 동시에 코일에서 발생하는 노이즈로 인한 구동 장치의 오동작과 소손을 예방하여 코일 구동에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 본 발명은 구동 장치의 구성 변경 없이 소프트웨어의 수정만으로 원하는 성능을 구현할 수 있는 바, 하나의 구동 장치를 이용하여 다른 사양을 갖는 여러 전자접촉기의 코일을 구동할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치(200)에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치(200)는 입력 전력 처리부(210), 입력 전압 검출부(220), 정전압부(230), 제어부(240), 스위칭부(250) 및 플라이휠부(260)를 포함할 수 있다.
입력 전력 처리부(210)는 구동 장치(200)에 입력되는 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력한다. 구체적으로 입력 전력 처리부(210)는 입력단자(212), 입력필터부(213) 및 정류부(214)를 포함할 수 있다.
입력필터부(213)는 입력단자(212)로 입력되는 전력의 서지전압 및 기타 노이즈를 흡수하고 잡음을 제거한다. 입력필터부(213)는 EMC필터일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며 입력필터부(213)는 구동 장치(200)를 통한 코일(300) 구동 시 방해가 될 수 있는 전자파 간섭(EMI, Electromagnetic Interference)을 차단할 수 있는 다른 종류의 필터로 구현될 수 있다.
정류부(214)는 입력필터부(213)에서 출력되는 전력을 정류하여 직류전력으로 출력한다.
입력 전압 검출부(220)는 입력 전력 처리부(210)에서 출력되는 직류전력의 전압 레벨을 검출한다.
정전압부(230)는 입력 전력 처리부(210)에서 출력하는 직류전력을 입력 받아서 정전압을 발생시킨다. 구체적으로 정전압부(230)는 정류부(214)가 출력하는 직류전력을 분압하여 정전압으로 출력한다. 정전압부(230)가 출력하는 정전압에 의해 제어부(240)가 구동된다. 제2 정전압부(231)는 후술하는 제어부(240)의 마이크로 컨트롤러(241)를 구동하기 위한 전압을 출력한다.
제어부(240)는 입력 전압 검출부(220)가 검출한 전압 레벨을 이용하여 코일(300)에 흐르는 전류 제어를 위한 제어신호를 출력한다. 구체적으로 제어부(240)는 입력 전압 검출부(220)가 검출한 전압 레벨을 기 설정된 기준 레벨과 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 제어신호를 출력한다.
제어부(240)는 마이크로 컨트롤러(MCU: Micro Controller Unit)(241) 및 게이트 드라이버(gate driver)(242)를 포함할 수 있다.
마이크로 컨트롤러(241)는 입력 전압 검출부(220)가 검출한 전압 레벨을 기 설정된 기준 레벨과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 제어신호를 생성하여 게이트 드라이버(242)에 전달한다.
마이크로 컨트롤러(241)의 제어신호 생성과 관련, 이하 구체적으로 설명한다.
마이크로 컨트롤러(241)는 입력 전압 검출부(220)가 검출한 전압 레벨이 기 설정된 기준 레벨보다 큰 경우에는 상기 제어신호로서 흡인신호를 출력한다.
상기 흡인신호는 전자접촉기 접점의 접촉을 위해 코일(300)에 전류가 흐르도록 하기 위한 신호에 해당한다. 마이크로 컨트롤러(241)는 초기에 상기 접점이 접촉되기 전까지는 큰 전류(예를 들면 250mA)가 흐르도록 하는 흡인신호를 출력하고 접촉이 된 이후에는 접촉 상태를 유지하기만 하면 되므로 상대적으로 낮은 전류(예를 들면 30~60mA)가 흐르도록 하는 흡인신호를 출력한다.
마이크로 컨트롤러(241)는 입력 전압 검출부(220)가 검출한 전압 레벨이 기 설정된 기준 레벨보다 작은 경우에는 상기 제어신호로서 석방신호를 출력한다. 상기 석방신호는 전자접촉기 접점의 접촉을 해제하기 위해 코일(300)에 흐르는 전류를 차단하기 위한 신호이다.
상기 제어신호는 PWM신호일 수 있다. 상기 기 설정된 기준 레벨은 구동 대상인 코일(300)의 사양 내지 성능에 따라 변경될 수 있다.
게이트 드라이버(242)는 마이크로 컨트롤러(241)로부터 상기 제어신호를 전달받아 스위칭부(250)로 전달한다. 일 실시예에 의하면 게이트 드라이버(242)는 상기 제어신호를 증폭하여 스위칭부(250)로 전달할 수 있다. 일 실시예에 의하면 게이트 드라이버(242)는 코일(300)에서 발생하는 노이즈를 차단하기 위해 절연 게이트 드라이버로 구현될 수 있다.
일 실시예에 의하면 게이트 드라이버(242)는 포토 커플러(Photo Coupler)로 구현될 수 있다. 포토 커플러(photo coupler)는 회로 간을 전기적으로 절연한 상태에서 전기 신호를 전달하는 목적으로 발광소자와 수광소자를 광학적으로 결합하여 하나의 패키지에 내장한 광복합 소자를 말한다.
포토 커플러(photo coupler)로 구현된 게이트 드라이버(242)는 빛을 이용하여 발광소자와 수광소자를 통해 신호를 전달하므로, 신호가 없는 상태에서는 입력단에 연결되는 마이크로 컨트롤러(241)와 출력단에 연결되는 스위칭부(250)는 물리적으로 절연된다. 따라서 게이트 드라이버(242)는 구동 장치(200)의 동작에 따라 코일(300)에서 발생하는 노이즈가 마이크로 컨트롤러(241)에 미치는 영향을 보다 효과적으로 예방할 수 있다.
스위칭부(250)는 제어부(240)가 출력하는 제어신호에 따라 스위칭 하여 코일(300)에 흐르는 전류를 통전 또는 차단한다. 구체적으로 스위칭부(250)는 상기 제어신호가 흡인신호인 경우 코일(300)에 전류가 흐르도록 턴 온되며 석방신호인 경우 코일(300)에 전류가 흐르지 않도록 턴 오프된다. 스위칭부(250)는 MOSFET 또는 BJT로 구현될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며 스위칭부(250)는 게이트 전극(제어 단자)에 입력되는 신호를 이용하여 스위칭 동작을 할 수 있는 다른 종류의 트랜지스터로 구현될 수도 있다.
플라이휠부(260)는 코일(300)에서 발생하는 역기전력을 흡수한다.
구체적으로 플라이휠부(260)는 코일(300)의 양단에 병렬로 연결되며, 코일(300)에 흐르는 전류가 차단됨에 따라 발생하는 역기전력에 의한 전류가 구동 장치(200) 내의 다른 소자에 영향을 미치지 않도록 루프를 형성한다.
플라이휠부(260)는 쇼트키 다이오드로 구현될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며 플라이휠부(260)는 순방향 전압이 낮고 스위칭 속도가 빠른 다른 종류의 다이오드로 구현될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치(200)는 마이크로 컨트롤러(241)를 이용하여 제어신호를 생성하는 바, 종래 PWM 제어기를 사용하는 경우에 비해 사용되는 아날로그 부품이 감소한다. 따라서 소모되는 전력이 낮아진다.
또한 종래기술은 코일(300)의 사양이나 특성에 따라 장치 내부의 구성을 다른 용량이나 수치값을 갖는 구성으로 변경하여야 하는 반면, 본 발명의 경우 마이크로 컨트롤러(241)에 기 설정된 값들을 소프트웨어 측면에서 수정하면 해당 코일(300)에 대한 성능을 구현할 수 있다. 따라서 하나의 구동 장치(200)로 다른 사양을 갖는 여러 전자접촉기의 코일(300)을 구동할 수 있어 범용성이 제고되며 유지 보수가 용이하다.
또한 본 발명은 마이크로 컨트롤러(241)가 생성하는 제어신호가 게이트 드라이버(242)를 통해 스위칭부(250)로 전달되는 구조를 갖고 있는 바, 코일(300)에서 발생하는 역기전력에 의한 노이즈는 마이크로 컨트롤러(241)에 영향을 미치지 못하도록 차단된다. 따라서 코일(300)의 노이즈로 인한 오작동과 소손을 사전에 차단할 수 있어 구동 장치(200)의 코일(300) 구동에 대한 신뢰성이 확보된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 입력 전력 처리부(210)에서 입력필터부(213)는 EMC필터로 구현되었으며 정류부(214)는 4개의 다이오드로 구현되었다. 정전압부(230)는 2개의 저항, 1개의 커패시터, 2개의 제너 다이오드로 구현되었다. 제2 정전압부(231)는 전압 레귤레이터로 구현되었다. 제2 정전압부(231)가 출력하는 전압은 3.3V에 한정되는 것은 아니며 마이크로 컨트롤러(MCU)(241)의 사양에 맞는 전압을 출력하는 레귤레이터로 구현될 수 있다.
전압 검출부(220)는 2개의 저항으로 구현되었다. 전압 검출부(220)는 정전압부(230)가 출력하는 정전압을 2개의 저항을 이용하여 분배하며 하단의 저항에 걸리는 전압이 마이크로 컨트롤러(241)에 인가된다.
마이크로 컨트롤러(241)는 제2 정전압부(231)에서 출력하는 전압을 이용하여 구동되고 전압 검출부(220)를 통해 인가되는 전압의 레벨을 기 설정된 전압 레벨과 비교하여 비교 결과에 따라 제어신호(PWM신호)를 생성하여 게이트 드라이버(242)로 출력한다.
게이트 드라이버(242)는 포토 커플러(photo coupler)로 구현되었다. 게이트 드라이버(242)는 마이크로 컨트롤러(241)의 제어 신호를 스위칭부(250)에 전달한다.
일 실시예에 의하면 게이트 드라이버(242)는 마이크로 컨트롤러(241)의 제어 신호를 증폭하여 전달할 수 있다.
스위칭부(250)는 게이트 드라이버(242)로부터 제어신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프한다. 스위칭부(250)는 MOSFET으로 구현되었다.
플라이휠부(260)는 코일(300)에서 발생하는 역기전력을 흡수한다. 플라이휠부(260)는 다이오드로 구현되었다.
코일(300)에서 발생하는 노이즈(N)와 관련하여 이하 구체적으로 설명한다. 코일(300)의 동작이 OFF되는 경우 즉, 전류가 차단되는 경우에는 인덕터(L) 성분의 존재로 인하여 역기전력이 발생한다. 상기 역기전력의 일부는 플라이휠부(260)에 의해 흡수되나, 스위칭부(250)에 존재하는 기생 커패시터로 인해 구동 장치(200)의 각 구성에 전달되어 노이즈로 작용할 수 있다.
종래기술과 달리 본 발명에 따른 전자접촉기의 코일 구동 장치(200)는 제어 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러(241)와 상기 제어신호를 전달받는 스위칭부(250) 사이에 게이트 드라이버(242)가 존재한다.
게이트 드라이버(242)는 포토 커플러로 구현되어 마이크로 컨트롤러(241)와 스위칭부(250)를 물리적으로 절연한다. 따라서 코일(300)의 OFF동작시 발생하는 역기전력에 따른 노이즈(N)는 게이트 드라이버(242)에 의해 차단되므로 구동 장치(200)의 오동작과 소손을 사전에 예방할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
200: 전자접촉기의 코일 구동 장치
210: 입력 전력 처리부
220: 입력 전압 검출부
230: 정전압부
240: 제어부
250: 스위칭부
260: 플라이휠부
300: 코일

Claims (5)

  1. 입력되는 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 입력 전력 처리부;
    상기 입력 전력 처리부가 출력하는 진류전력의 전압 레벨을 검출하는 입력 전압 검출부;
    상기 입력 전압 검출부가 검출한 전압 레벨을 이용하여 전자접촉기의 코일에 흐르는 전류 제어를 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어신호에 따라 스위칭 하여 상기 코일에 흐르는 전류를 통전 또는 차단하는 스위칭부를 포함하고
    상기 제어부는,
    상기 스위칭부와 전기적으로 연결되어 상기 코일의 노이즈를 차단하는 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자접촉기의 코일 구동 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입력 전압 검출부가 검출한 전압 레벨을 기 설정된 기준 레벨과 비교하여 비교 결과에 따른 PWM 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러를 더 포함하고
    상기 게이트 드라이버는 상기 PWM 신호를 증폭하여 상기 스위칭부로 전달하는 것을 특징으로 하는 전자접촉기의 코일 구동 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버는 포토 커플러(photo coupler) 인 것을 특징으로 하는 전자접촉기의 코일 구동 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 코일의 양단에 병렬로 연결되는 플라이휠부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자접촉기의 코일 구동 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 플라이휠부는 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 하는 전자접촉기의 코일 구동 장치.
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