KR20210155463A - 회로 보호 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20210155463A
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

퓨즈를 빠르게 용단하여 과전류로부터 회로를 효과적으로 보호할 수 있는 회로 보호 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 회로 보호 장치는 제1 전원으로부터 퓨즈를 통해 공급되는 전류를 감지하고, 감지된 전류의 크기가 기준 값을 초과할 때 제어 신호를 출력하는 과전류 감지부 및 제2 전원으로부터 공급되는 전하를 저장하며 상기 제어 신호에 응답하여 상기 저장된 전하에 의해 발생하는 추가 전류를 상기 퓨즈로 공급하는 용단 전류 공급부를 포함할 수 있다.

Description

회로 보호 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CIRCUIT PROTECTION}
본 발명은 회로 보호 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 퓨즈를 빠르게 용단하여 과전류로부터 회로를 효과적으로 보호할 수 있는 회로 보호 장치 및 방법에 관한 것이다.
직류 시스템에서 단락사고에 의해 발생한 과전류는 직류 시스템의 고장원인이 된다.
직류 전류는 영점이 존재하지 않고, 낮은 임피던스로 인하여 단락사고 발생 시 높은 di/dt로 전류가 급격하게 증가할 수 있다.
따라서 직류 시스템에서 단락사고가 발생하였을 때 회로를 보호하기 위해서 수ms 이내에 회로를 차단할 필요가 있다.
과전류로부터 직류 시스템을 보호하기 위하여 일반적으로 직류 차단기 또는 퓨즈를 사용한다.
퓨즈는 사고 지점과 보호하고자 하는 시스템을 전기적으로 완벽하게 분리할 수 있다는 장점을 가지고 있으며 가장 간단한 회로 보호 방법이다.
하지만 퓨즈는 완전히 용단되기 위해 필요한 시간이 길다는 단점이 있으며, 수십 ms 내에 용단되기 위해서는 퓨즈 정격 전류의 수십 배 이상의 전류가 흘러야 한다.
이에 퓨즈가 용단되는 시점에는 이미 부하에 감당할 수 없을 정도의 과전류가 흐르게 된다.
종래의 퓨즈들은 단독으로 사용되었으며 보호하고자 하는 대상에 따라 용단시간이 다르다. 직류 시스템의 경우 빠른 용단을 위하여 열적 한계(Thermal limit)가 낮고 동작 시간이 짧은 반도체 퓨즈(Semiconductor Fuse)를 사용한다. 하지만 반도체 퓨즈 역시 수십 ms의 동작 시간이 걸리게 된다.
종래의 직류 시스템에 사용되었던 반도체 퓨즈는 싸이리스터, 다이오드 등의 반도체 소자들의 소손을 방지하기 위하여 사용되는 퓨즈이기 때문에 싸이리스터나 다이오드보다 낮은 열적 한계 값을 가지며, 그 값은 소자 정격 전류의 5-6배의 전류가 10ms 동안 흐르는 정도에 해당한다.
반면 근래 대다수의 전력변환장치에 스위칭을 위하여 사용되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 반도체 소자들은 소자 정격 전류의 5-6배의 전류가 10ms동안 흐르게 되면 쉽게 소손되기 때문에 전력변환장치의 고장을 초래할 수 있다.
따라서 IGBT나 MOSFET을 이용하는 직류 시스템에서 퓨즈를 단독으로 사용하는 경우 용단 속도가 빠른 반도체 퓨즈일지라도 전력변환장치의 반도체 소자들을 소손시킬 수 있어 더욱 큰 사고로 이어지게 되며 추가적인 경제적 손실을 발생시키게 된다.
퓨즈의 긴 용단 시간에 의한 직류 시스템의 손상을 줄이기 위하여, 퓨즈의 용단 시간을 단축시켜야 할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 퓨즈를 빠르게 용단하여 과전류로부터 회로를 효과적으로 보호할 수 있는 회로 보호 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 회로 보호 장치는 제1 전원으로부터 퓨즈를 통해 공급되는 전류를 감지하고, 감지된 전류의 크기가 기준 값을 초과할 때 제어 신호를 출력하는 과전류 감지부 및 제2 전원으로부터 공급되는 전하를 저장하며 상기 제어 신호에 응답하여 상기 저장된 전하에 의해 발생하는 추가 전류를 상기 퓨즈로 공급하는 용단 전류 공급부를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 과전류 감지부는 상기 제1 전원과 상기 퓨즈 사이에 접속될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 과전류 감지부는, 상기 제1 전원과 상기 퓨즈 사이에 접속되는 션트 레지스터, 상기 션트 레지스터의 양단 전압에 대응하는 제1 전압을 출력하는 차동 증폭기, 상기 제1 전압과 기준 전압의 차전압에 대응하는 제2 전압을 출력하는 비교 증폭기 및 상기 제2 전압에 따라 상기 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 용단 전류 공급부는, 상기 제2 전원으로부터 공급되는 상기 전하를 저장하는 추가 전류 생성부 및 상기 제어 신호에 응답하여 상기 퓨즈, 상기 과전류 감지부 및 상기 추가 전류 생성부를 통하는 전류 루프를 생성하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 추가 전류 생성부는, 상기 제2 전원을 직류 전원으로 변환하는 절연 컨버터 및 상기 직류 전원으로부터 공급되는 상기 전하를 저장하는 커패시터를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 스위칭부는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 퓨즈와 상기 추가 전류 생성부를 접속시키는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 스위칭부는, 상기 퓨즈와 상기 스위칭 소자 사이에 접속되는 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 회로 보호 장치의 회로 보호 방법은 제1 전원으로부터 부하로 흐르는 과전류를 차단하며, 제2 전원으로부터 공급되는 전하를 저장하는 단계, 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 감지하는 단계, 상기 전류의 크기가 소정의 값을 초과할 때 제어 신호를 생성하는 단계 및 상기 제어 신호에 응답하여 상기 저장된 전하를 퓨즈로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 회로 보호 장치 및 방법은 퓨즈를 빠르게 용단하여 과전류로부터 회로를 효과적으로 보호할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회로 보호 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 과전류 감지부를 보다 상세하게 나타내는 회로도이다.
도 3는 도 1에 도시된 추가 전류 생성부를 보다 상세하게 나타내는 회로도이다.
도 4은 도 1에 도시된 스위칭부를 보다 상세하게 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 1에 도시된 회로 보호 장치에서 전류 및 전압 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회로 보호 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회로 보호 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 회로 보호 장치를 나타내는 블록도이다.
도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 회로 보호 방법을 설명하기 위한 플로우 차트(flow chart)이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 회로 보호 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 회로 보호 장치(100)는 퓨즈(F), 과전류 감지부(110) 및 용단 전류 공급부(130)를 포함할 수 있다.
퓨즈(F)와 과전류 감지부(110)는 제1 전원(Vs)과 부하(200) 사이에 직렬로 접속될 수 있다.
구체적으로, 과전류 감지부(110)는 제1 노드(N1)를 통해 제1 전원(Vs)에 접속될 수 있다. 과전류 감지부(110)와 퓨즈(F)는 제2 노드(N2)를 통해 접속될 수 있다. 퓨즈(F)는 제3 노드(N3)를 통해 부하(200)에 접속될 수 있다.
과전류 감지부(110)는 제1 전원(Vs)으로부터 퓨즈(F)를 통해 부하(200)로 공급되는 전류(If)를 감지하고 감지된 전류(If)의 크기가 소정의 기준 값을 초과할 때 제어 신호(CS)를 용단 전류 공급부(130)로 출력할 수 있다.
다시 말해, 과전류 감지부(110)는 퓨즈(F)로 과전류가 공급될 때 과전류를 감지하여 제어 신호를 용단 전류 공급부(130)로 출력할 수 있다.
과전류 감지부(110)의 구체적인 구조 및 동작은 도 2를 통해 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 과전류 감지부를 보다 상세하게 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 과전류 감지부(110)는 션트 레지스터(R), 차동 증폭기(111), 비교 증폭기(113) 및 게이트 드라이버(115)를 포함할 수 있다.
션트 레지스터(R)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 접속될 수 있다.
다시 말해, 션트 레지스터(R)는 제1 전원(Vs)과 퓨즈(F) 사이에 접속될 수 있다.
차동 증폭기(111)의 입력 단자들은 션트 레지스터(R)의 양단에 접속될 수 있으며, 출력 단자는 비교 증폭기(113)의 입력 단자들 중 어느 하나에 접속될 수 있다.
차동 증폭기(111)는 션트 레지스터(R)의 양단 전압에 대응하는 제1 전압(V1)을 비교 증폭기(113)로 출력할 수 있다.
비교 증폭기(113)의 입력 단자들 중 어느 하나는 차동 증폭기(111)의 출력 단자에 접속될 수 있고, 입력 단자들 중 다른 하나는 기준 전압원에 접속될 수 있으며, 출력 단자는 게이트 드라이버(115)에 접속될 수 있다.
비교 증폭기(113)는 제1 전압(V1)과 기준 전압(Vref)의 차전압에 대응하는 제2 전압(V2)을 게이트 드라이버(115)로 출력할 수 있다.
게이트 드라이버(115)는 제2 전압(V2)의 극성에 따라 제어 신호(CS)를 생성할 수 있다.
다시 말해, 게이트 드라이버(115)는 제1 전압(V1)이 기준 전압(Vref) 보다 커서 제2 전압(V2)이 낮은 전압 값, 예를 들어, 0[V]을 가질 때, 용단 전류 공급부(130)가 동작하도록 제어 신호(CS)를 용단 전류 공급부(130)로 출력할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 용단 전류 공급부(130)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 과전류 감지부(110)와 퓨즈(F)에 병렬로 접속될 수 있다.
용단 전류 공급부(130)는 과전류 감지부(110)로부터 출력되는 제어 신호(CS)에 응답하여 추가 전류(Iblow)를 퓨즈(F)로 공급할 수 있다.
여기서, 추가 전류(Iblow)는 용단 전류 공급부(130)에 저장된 전하에 의해 발생할 수 있으며, 상기 전하는 제2 전원(도 3의 Va)으로부터 공급될 수 있다.
다시 말해, 용단 전류 공급부(130)는 제2 전원(Va)으로부터 공급되는 전하를 저장할 수 있으며, 제어 신호(CS)에 응답하여 저장된 전하를 퓨즈(F)로 흐르게 할 수 있다.
용단 전류 공급부(130)는 추가 전류 생성부(131)와 스위칭부(133)를 포함할 수 있다.
추가 전류 생성부(131)와 스위칭부(133)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N4) 사이에 직렬로 접속될 수 있다.
추가 전류 생성부(131)는 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이에 접속될 수 있다.
추가 전류 생성부(131)는 제2 전원(Va)으로부터 공급되는 전하를 저장할 수 있으면, 스위칭부(133)에 의해 제1 노드(N1) 내지 제4 노드(N4)를 포함하는 전류 루프(current loop) 형태의 전류 패스(current path)가 생성될 때 저장된 전하를 이용해 추가 전류(Iblow)를 공급할 수 있다.
추가 전류 생성부(131)의 구체적인 구조 및 동작은 도 3에서 보다 상세하게 설명되며, 스위칭부(133)의 구체적인 구조 및 동작은 도 4에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 3는 도 1에 도시된 추가 전류 생성부를 보다 상세하게 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 추가 전류 생성부(131)는 제2 전원(Va), 절연 컨버터(135) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 제2 전원(Va)은 교류 전원 또는 직류 전원일 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 제2 전원(Va)은 제1 전원(Vs)과 동일한 전원일 수 있다.
제2 전원(Va)이 교류 전원일 때, 절연 컨버터(135)는 AC-DC 컨버터(AC to DC converter)로 구성될 수 있다.
반대로, 제2 전원(Va)이 직류 전원일 때, 절연 컨버터(135)는 DC-DC 컨버터(DC to DC converter)로 구성될 수 있다.
제2 전원(Va)은 외부 전원 또는 배터리로 구현될 수 있다.
절연 컨버터(135)는 제2 전원(Va)을 변환하여 커패시터(C)로 공급할 수 있다. 다시 말해, 절연 컨버터(135)는 제2 전원(Va)을 직류 전원으로 변환하여 커패시터(C)를 충전시킬 수 있다.
커패시터(C)는 절연 컨버터(135)로부터 공급되는 전하를 저장할 수 있다.
다시 말해, 커패시터(C)는 절연 컨버터(135)에 의해 변환된 직류 전원에 의해 공급되는 전하를 저장하여 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이의 전위차(Vc)를 발생시킨다.
도 4은 도 1에 도시된 스위칭부를 보다 상세하게 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 스위칭부(133)는 다이오드(D)와 스위칭 소자(SE)를 포함할 수 있다.
도 4에서 스위칭부(133)에 다이오드(D)를 도시하였으나, 스위칭부(133)에서 다이오드(D)가 필수적이지는 않다. 즉, 다이오드(D)는 보다 향상된 성능을 위해 선택적으로 스위칭부(133)에 포함될 수 있다.
다이오드(D)는 제3 노드(N3)와 스위칭 소자(SE) 사이에 접속될 수 있다.
다이오드(D)는 제3 노드(N3)로부터 제4 노드(N4)로 흐르는 전류만 통과시키며, 반대 방향의 전류는 차단시킬 수 있다.
다시 말해, 다이오드(D)는 용단 전류 공급부(130)에 의해 생성되는 추가 전류(Iblow)가 제1 노드(N1)로 공급될 수 있도록 만든다.
스위칭 소자(SE)는 제어 신호(CS)에 응답하여 제3 노드(N3)와 제 노드(N4)를 접속시킬 수 있다.
다시 말해, 스위칭 소자(SE)는 제어 신호(CS)에 응답하여 퓨즈(F)와 추가 전류 생성부(131)를 접속시킬 수 잇다.
스위칭 소자(SE)의 게이트 단자는 과전류 검출부(110)에 접속되며, 제어 신호(CS)를 공급받을 수 있다.
스위칭 소자(SE)의 소스 단자는 제3 노드(N3)에 접속될 수 있으며, 드레인 단자는 제4 노드(N4)에 접속될 수 있다.
스위칭 소자(SE)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등과 같은 반도체 스위칭 소자로 구성될 수 있다.
도 4에서는 스위칭 소자(SE)가 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 일 실시 예일뿐 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 예를 들어, 하나의 스위칭 소자(SE) 대신 복수의 IGBT들 및/또는 복수의 MOSFET들이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 구성될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 회로 보호 장치에서 전류 및 전압 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 5(a)는 퓨즈를 통해 흐르는 전류(If)의 변화를 나타내고, 도 5(b)는 제1 전원(Vs)으로부터 공급되는 전류(Is)를 나타내며, 도 5(c)는 추가 전류 생성부(131)의 커패시터(C)의 양단 전압(Vc)을 나타낸다.
정상구간(a)에서는, 즉, 과전류가 흐르지 않을 때에는 커패시터(C)의 양단 전압(Vc)이 충전 상태를 유지할 수 있다.
이후, 단락사고 구간(b)에서는 제1 전원(Vs)으로부터 공급되는 전류(Is)가 증가할 수 있다. 도 5에서는 회로 보호 장치(100)의 동작을 설명하기 위해 전류(Is)가 점진적으로 증가하는 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 실제 단락사고에서의 전류 변화를 모사하는 것은 아니다.
전류(Is)가 증가하여 기준 전류(Iref)를 초과하면, 과전류 감지부(110)에서 과전류를 감지하고 제어 신호(CS)를 용단 전류 공급부(130)로 출력할 수 있다.
용단 전류 공급부(130)는 제어 신호(CS)에 응답하여 커패시터(C)에 저장된 전하에 의해 발생되는 추가 전류(Iblow)를 퓨즈(F)로 공급할 수 있다.
이에 따라, 퓨즈(F)로 공급되는 전류(If)는 제1 전원으로부터 공급되는 전류(Is)와 회로 보호 장치(100)로부터 공급되는 전류(Iblow)가 합한 것으로서 단시간에 크게 증가함으로써 퓨즈(F)의 용단 속도를 가속시킬 수 있다.
퓨즈용단 후(C)에는 퓨즈(F)가 용단되어 제1 전원(Vs)으로부터 공급되는 전류(Is)가 차단되며 이에 따라 과전류 감지부(110)도 제어 신호(CS)를 출력하지 않으므로 용단 전류 공급부(130)로부터 공급되는 추가 전류(Iblow)도 소멸될 수 있다.
이때, 다이오드(D)가 회로 보호 장치(100)를 통해 제1 전원(Vs)으로부터 부하(200)로 흐를 수 있는 전류를 차단할 수 있다.
도 6는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 회로 보호 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 복수의 회로 보호 장치(100-1, 100-2)가 하나의 시스템에 함께 구현될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 양방향 직류 시스템에서는 복수의 제1 전원들(Vs-1, Vs-2)이 존재하며, 효과적으로 회로를 보호하기 위해서는 복수의 회로 보호 장치들(100-1, 100-2)이 구비되는 것이 바람직할 수 있다.
퓨즈(F)는 복수의 회로 보호 장치들(100-1, 100-2)이 공유함으로써 복수의 회로 보호 장치(100-1, 100-2) 중에서 어느 하나에 의해 퓨즈(F)가 용단되면 전체 시스템이 보호될 수 있다.
제1 회로 보호 장치(100-1)는 주로 시스템 전체에서 좌측에서 우측으로 흐르는 전류를 감지하여 회로를 보호하며, 제2 회로 보호 장치(100-2)는 주로 시스템 전체에서 우측에서 좌측으로 흐르는 전류를 감지하여 회로를 보호할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 회로 보호 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 복수의 회로 보호 장치들(100-1, 100-2)이 도 6에 도시된 방식과 다른 방식으로 하나의 시스템에 구현될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 양방향 직류 시스템에서 복수의 회로 보호 장치들(100-1, 100-2)이 완전히 별개로 구비될 수 있다.
복수의 회로 보호 장치들(100-1, 100-2) 각각은 각 퓨즈(F-1, F-2)를 통해 흐르는 전류를 감지하고 과전류가 감지되면 추가 전류를 각 퓨즈(F-1, F-2)로 공하여 각 퓨즈(F-1, F-2)를 용단시킬 수 있다.
도 6과 도 7에서 복수의 회로 보호 장치들(100-1, 100-2)의 기능, 구조 및 동작은 도 1에 도시된 회로 보호 장치(100)와 크게 다르지 않으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 회로 보호 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8의 회로 보호 장치(100')와 도 1의 회로 보호 장치(100)는 퓨즈(F)와 과전류 감지부(110, 110')의 연결 구조를 제외하면 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 퓨즈(F)와 과전류 감지부(110')는 제1 전원(Vs)과 부하(200) 사이에 직렬로 접속될 수 있다.
구체적으로, 퓨즈(F)는 제1 전원(Vs)과 접속되는 제1 노드(N1)와 과전류 감지부(110') 사이에 접속될 수 있으며, 과전류 감지부(110')는 부하(200)와 접속되는 제3 노드(N3)와 퓨즈(F) 사이에 접속될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 퓨즈(F)와 과전류 감지부(110')가 배열되어도 과전류 감지부(110')가 퓨즈(F)를 통해 흐르는 전류(If)를 감지할 수 있어 회로 보호 장치(100')가 정상적으로 동작할 수 있다.
다만, 도 8에 도시된 회로 보호 장치(100')에서는 퓨즈(F)가 용단된 이후 과전류 감지부(110')가 제3 노드(N3)에 전기적으로 접속되며 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이의 전위차는 제1 전원(Vs)의 크기에 대응할 수 있다.
이에 따라, 제3 노드(N3)에 접속되어 있는 과전류 감지부(110')의 차동 증폭기의 공통 모드 전압(Common-Mode Voltage)이 제1 전원(Vs)보다 커야 한다는 제한 조건이 발생할 수 있다.
공통 모드 전압이 높을수록 소자의 단가가 높아지기 때문에 회로 보호 장치(100')의 제조 단가가 높아질 수 있다.
도 1에 도시된 회로 보호 장치(100)에서는 퓨즈(F)가 용단된 이후 과전류 감지부(110)가 제1 노드(N1)에 전기적으로 접속되며 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4)의 전위차는 커패시터(C)에 충전된 전위차(Vc)에 대응할 수 있다.
커패시터(C)에 충전된 전위차(Vc)는 제1 전원(Vs)에 비해 매우 낮기 때문에 과전류 감지부(110)의 차동 증폭기의 공통 모드 전압이 낮아도 된다.
즉, 도 1에 도시된 회로 보호 장치(100)의 제조 단가가 낮을 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 회로 보호 방법을 설명하기 위한 플로우 차트(flow chart)이다.
도 9를 참조하면, 회로 보호 장치(100)는 제2 전원(Va)으로부터 공급되는 전하를 커패시터(C)에 저장할 수 있다(S100).
회로 보호 장치(100)는 퓨즈(F)로 흐르는 전류(If)를 감지할 수 있다(S200).
회로 보호 장치(100)는 퓨즈(F)로 흐르는 전류(If)의 크기와 소정의 값(Iref)을 비교할 수 있다(S300).
퓨즈(F)로 흐르는 전류(If)의 크기가 소정의 값(Iref)을 초과하지 않으면(S300의 '아니오' 브랜치), 회로 보호 장치(100)는 시스템을 정상적이라고 판단하고 계속하여 퓨즈(F)로 흐르는 전류(If)를 감지할 수 있다.
퓨즈(F)로 흐르는 전류(If)의 크기가 소정의 값(Iref)을 초과하면 회로 보호 장치(100), 구체적으로, 과전류 감지부(110)는 제어 신호(CS)를 생성할 수 있다(S400).
회로 보호 장치(100), 구체적으로, 용단 전류 공급부(130)는 제어 신호(CS)에 응답하여 커패시터(C)에 저장된 전하에 의해 생성되는 추가 전류(Iblow)를 퓨즈(F)로 공급할 수 있다(S500).
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 100'; 회로 보호 장치
110, 110'; 과전류 감지부
130; 용단 전류 공급부
131; 추가 전류 생성부
133; 스위칭부
200; 부하

Claims (8)

  1. 제1 전원으로부터 퓨즈를 통해 공급되는 전류를 감지하고, 감지된 전류의 크기가 기준 값을 초과할 때 제어 신호를 출력하는 과전류 감지부; 및
    제2 전원으로부터 공급되는 전하를 저장하며 상기 제어 신호에 응답하여 상기 저장된 전하에 의해 발생하는 추가 전류를 상기 퓨즈로 공급하는 용단 전류 공급부를 포함하는 회로 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과전류 감지부는 상기 제1 전원과 상기 퓨즈 사이에 접속되는 회로 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 과전류 감지부는,
    상기 제1 전원과 상기 퓨즈 사이에 접속되는 션트 레지스터;
    상기 션트 레지스터의 양단 전압에 대응하는 제1 전압을 출력하는 차동 증폭기;
    상기 제1 전압과 기준 전압의 차전압에 대응하는 제2 전압을 출력하는 비교 증폭기; 및
    상기 제2 전압에 따라 상기 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버를 포함하는 회로 보호 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용단 전류 공급부는,
    상기 제2 전원으로부터 공급되는 상기 전하를 저장하는 추가 전류 생성부; 및
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 퓨즈, 상기 과전류 감지부 및 상기 추가 전류 생성부를 통하는 전류 루프를 생성하는 스위칭부를 포함하는 회로 보호 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추가 전류 생성부는,
    상기 제2 전원을 직류 전원으로 변환하는 절연 컨버터; 및
    상기 직류 전원으로부터 공급되는 상기 전하를 저장하는 커패시터를 포함하는 회로 보호 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 퓨즈와 상기 추가 전류 생성부를 접속시키는 스위칭 소자를 포함하는 회로 보호 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 퓨즈와 상기 스위칭 소자 사이에 접속되는 다이오드를 더 포함하는 회로 보호 장치.
  8. 제1 전원으로부터 부하로 흐르는 과전류를 차단하기 위한 회로 보호 장치의 회로 보호 방법에 있어서,
    제2 전원으로부터 공급되는 전하를 저장하는 단계;
    상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 감지하는 단계;
    상기 전류의 크기가 소정의 값을 초과할 때 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 저장된 전하를 퓨즈로 공급하는 단계를 포함하는 회로 보호 방법.
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