KR20220009890A

KR20220009890A - 모터 열 보호 디바이스 및 그 동작 방법

Info

Publication number: KR20220009890A
Application number: KR1020210092217A
Authority: KR
Inventors: 장지 저우; 레이 스; 잉 스; 빙 솽; 하이쥔 자오; 원화 왕; 솽 쑨; 쓰위 류
Original assignee: 슈나이더 일렉트릭 인더스트리스 에스에이에스
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2022-01-25
Also published as: CN113949039A; KR102595761B1; US11843287B2; US20220021279A1; EP3944445A1

Abstract

모터 열 보호 디바이스 및 그 동작 방법이 개시된다. 모터 열 보호 디바이스는 파워 공급을 위해 모터의 파워 서플라이를 이용하고, 모터가 파워 오프된 후 시간을 측정하도록 구성되는 커패시터 타이밍 회로; 모터가 파워 온된 후 커패시터 타이밍 회로의 출력 전압을 판독하는 판독 동작을 수행하고, 출력 전압에 따라 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간을 결정하도록 구성되는 파워-오프 시간 결정 유닛; 및 모터가 파워-오프 시간에 따라 파워 온될 때의 잔여 축열 및 모터가 파워 오프될 때의 축열을 계산하도록 구성되는 축열 계산 유닛을 포함한다.

Description

모터 열 보호 디바이스 및 그 동작 방법{MOTOR THERMAL PROTECTION DEVICE AND OPERATION METHOD THEREOF}

본 개시내용은 모터 열 보호 디바이스(motor thermal protection device) 및 모터 열 보호 디바이스의 동작 방법에 관한 것이다.

산업 공정들은 전기 기계 장비의 지속적인 동작을 종종 필요로 하고, 모터 과열이나 온도 제어 실패로 인해 야기되는 사고가 수시로 발생한다. 모터 열 보호 디바이스들을 사용하면 모터가 과열될 때 모터가 자동으로 파워 오프되게 하여, 모터 및 회로 내의 전기 기계 장비를 보호할 수 있다. 현재의 모터 열 보호 디바이스는 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열(remaining heat accumulation)을 알 수 없기 때문에 모터의 누적 축열을 정확하게 추적 및 모니터링하고 모터의 열 상태를 실시간으로 판단할 수 없다. 모터의 누적 축열이 오퍼레이터의 경험에 기초하여 판단되는 경우, 낮은 정확도로 인해 불필요한 사고들이 발생할 수 있고, 또한 모터의 축열을 완전히 냉각시키기에 충분한 시간(일반적으로, 적어도 50분) 동안 대기한 후에도 모터의 사용이 허용되지 않을 수 있다.

본 개시내용은 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열을 결정할 수 있는 모터 열 보호 디바이스 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

본 개시내용의 일 양태에 따르면, 파워 공급을 위해 모터의 파워 서플라이(power supply)를 이용하는 모터 열 보호 디바이스(motor thermal protection device)로서, 모터가 파워 오프된 후 시간을 측정하도록 구성되는 커패시터 타이밍 회로; 모터가 파워 온된 후 커패시터 타이밍 회로의 출력 전압을 판독하는 판독 동작을 수행하고, 출력 전압에 따라 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간을 결정하도록 구성되는 파워-오프 시간 결정 유닛; 및 모터가 파워-오프 시간에 따라 파워 온될 때의 잔여 축열(heat accumulation) 및 모터가 파워 오프될 때의 축열을 계산하도록 구성되는 축열 계산 유닛을 포함하는 모터 열 보호 디바이스가 제공된다.

본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 모터 열 보호 디바이스의 동작 방법이 제공된다. 모터 열 보호 디바이스는 파워 공급을 위해 모터의 파워 서플라이를 이용한다. 모터 열 보호 디바이스는 커패시터 타이밍 유닛, 파워-오프 시간 결정 유닛 및 축열 계산 유닛을 포함하며, 방법은, 커패시터 타이밍 유닛에 의해, 모터가 파워 오프된 후 시간을 측정하는 단계; 파워-오프 시간 결정 유닛에 의해, 모터가 파워 온된 후 커패시터 타이밍 회로의 출력 전압을 판독하는 판독 동작을 수행하고, 파워-오프 시간 결정 유닛에 의해, 출력 전압에 따라 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간을 결정하는 단계; 및 축열 계산 유닛에 의해, 모터가 파워-오프 시간에 따라 파워 온될 때의 잔여 축열 및 모터가 파워 오프될 때의 축열을 계산하는 단계를 포함한다.

본 개시내용의 실시예에 따르면, 모터가 파워 온될 때, 모터 열 보호 디바이스는 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될 때까지의 냉각 시간을 획득함으로써, 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열을 획득하고, 모터가 파워 온될 때의 기간(이하, 모터의 파워 온 기간으로서 지칭됨) 동안 임의적으로 모터의 누적 축열을 실시간으로 계산하여, 모터의 과열로 인해 모터 및 회로 내의 다른 전기 기계 장비가 손상되는 것을 보호할 수 있다.

본 개시내용의 양태들, 특징들 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 실시예들의 다음 설명을 통해 더 명확하고 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스 내의 커패시터 타이밍 회로의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스 내의 커패시터 타이밍 회로의 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스의 동작 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스 내의 커패시터 타이밍 회로의 개략적인 회로 모듈도이다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스의 진단 동작의 흐름도이다.
도 7은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스의 캘리브레이션 동작의 흐름도이다.

이하, 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조하여 본 개시내용이 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 개시내용은 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 제한되지 않고, 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있다. 설명되는 실시예들은 단지 본 개시내용을 철저하고 완전하게 하고, 본 개시내용의 개념을 본 기술분야의 통상의 기술자에게 완전히 전달하기 위해 사용된다. 설명되는 다양한 실시예들의 특징들은 명시적으로 배제되거나 문맥에 따라 배제되어야 하지 않는 한, 서로 결합되거나 대체될 수 있다.

모터 열 보호를 위해, 산업계에서는 설치가 용이하고 비용이 저렴한 열 과부하 계전기들이 종종 사용된다. 그러나, 전통적인 열 과부하 계전기들은 모터가 파워 온될 때 모터의 마지막 파워-오프부터 파워-온까지의 파워-오프 시간을 알 수 없으므로, 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열을 획득할 수 없고, 이에 따라 시간 경과에 따른 모터의 누적 축열을 실시간으로 정확하게 계산할 수 없다. 이러한 열 과부하 계전기들은 모터들 및 회로들 내의 전기 기계 장비의 안전한 사용을 보장하기에 충분하지 않다.

본 개시내용은 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열을 획득하도록 구성되고 시간 경과에 따른 모터의 누적 축열을 실시간으로 계산할 수 있는 모터 열 보호 디바이스를 제안한다. 모터 열 보호 디바이스는 커패시터 충방전의 원리를 이용하여 커패시터의 방전 시간을 획득함으로써 모터의 파워-오프부터 파워-온까지의 파워-오프 시간을 획득하는 커패시터 타이밍 회로를 포함한다. 모터 열 보호 디바이스는 방열 원리에 따라 파워-오프 시간에 기초하여 파워-오프부터 파워-온까지의 모터의 방열을 계산하여, 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열을 획득할 수 있고, 그 후 시간 경과에 따른 모터의 누적 축열을 실시간으로 계산할 수 있으며, 모터가 결과적으로 실시간 축열에 기초하여 보호될 수 있고, 예를 들어, 모터가 과열되었다고 판단될 때 모터는 파워 오프된다. 본 개시내용의 실시예들에 따르면, 커패시터 타이밍 회로는 모터가 파워 오프되어 모터 열 보호 디바이스의 파워-오프로 이어질 때 시간 측정을 수행할 수 있어, 종래 기술에서 모터가 파워 오프된 후에 시간이 측정될 수 없다는 문제를 해결할 수 있다.

본 개시내용의 실시예들에 따르면, 모터 열 보호 디바이스는 또한 진단 동작 및 캘리브레이션 동작도 수행할 수 있다. 진단 동작은 대개 모터 열 보호 디바이스를 일상적으로 사용하는 동안 필요에 따라 사용자에 의해 수행되며, 모터 열 보호 디바이스에 결함이 있는지 여부를 진단하여 모터가 과열될 때 모터가 적시에 파워 오프되지 못하는 것을 방지할 수 있다. 캘리브레이션 동작은 대개 모터 열 보호 디바이스가 공장에서 출고될 때 제조업체에 의해 수행되며, 모터 열 보호 디바이스에 포함된 커패시터들의 커패시턴스 값들을 캘리브레이션하는 데 사용되어, 사용자가 캘리브레이션된 커패시턴스 값들에 기초하여 관련된 계산들을 수행하여, 획득된 잔여 축열 및 누적 축열이 더 정확하게 되도록 한다.

도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스(100)의 개략적인 회로 모듈도이다. 모터 열 보호 디바이스(100)는 파워 공급을 위해 모터의 파워 서플라이를 이용한다. 따라서, 모터가 파워 오프될 때, 모터 열 보호 디바이스의 다양한 컴포넌트들도 파워 공급을 잃게 된다. 예를 들어, 모터 열 보호 디바이스(100)는 입력 파워 라인을 통해 모터의 파워 서플라이에 의해 제공되는 입력 전압을 수신하고, 입력 전압은 필요한 변환 후에 각각의 회로 유닛에 제공된다.

모터 열 보호 디바이스(100)는 커패시터 타이밍 회로(101)를 포함한다. 커패시터 타이밍 회로(101)는 모터가 파워 오프된 후 시간을 측정하도록 구성된다. 구체적으로, 커패시터 타이밍 회로(101)는 커패시터 충방전의 원리에 따라 커패시터 타이밍 회로(101)에 포함된 커패시터(예를 들어, 도 2의 커패시터(C)) 및 방전 저항기(예를 들어, 도 2의 제1 저항기(R1))를 통해 시간 측정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 모터의 파워-온 기간 동안, 커패시터 타이밍 회로(100) 내의 커패시터(C)는 최대 커패시터 전압까지 충전될 수 있고, 모터가 파워 오프될 때의 기간(이하, 모터의 파워 오프 기간으로서 지칭됨) 동안, 커패시터(C)가 방전될 수 있다. 특정 시간 기간(즉, 방전 시간) 후에 모터가 다시 파워 온되는 경우, 방전 시간 후 커패시터 양단에 남아 있는 전압을 나타내는 커패시터 타이밍 회로(101)로부터 출력되는 출력 전압(V_thermal)이 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 다시 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간(T_off)을 계산하는 데 사용될 수 있다.

모터 열 보호 디바이스(100)는 파워-오프 시간 결정 유닛(102)을 추가로 포함한다. 파워-오프 시간 결정 유닛(102)은 모터가 파워 온된 후에 커패시터 타이밍 회로(101)의 출력 전압(V_thermal)을 판독하는 판독 동작을 수행하고, 출력 전압(V_thermal)에 따라 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간(T_off)을 결정하도록 구성된다.

모터 열 보호 디바이스(100)는 축열 계산 유닛(103)을 추가로 포함한다. 축열 계산 유닛(103)은 모터가 파워-오프 시간 결정 유닛(102)에 의해 결정되는 파워-오프 시간(T_off)에 따라 파워 온될 때의 잔여 축열 THS(0) 및 모터가 파워 오프될 때의 축열 THS_last를 계산한다. 모터가 파워 오프될 때의 축열 THS_last는 모터 열 보호 디바이스(100)의 메모리(도시 생략)에 저장된 값일 수 있으며, 이는 모터의 마지막 파워-온 기간 동안 모터 열 보호 디바이스(100)에 의해 계산되고 저장되는 모터가 파워 오프될 때의 누적 축열과 가장 가까운 값을 나타낸다. 메모리는 모터 열 보호 디바이스(100) 내부에 제공되거나 모터 열 보호 디바이스(100) 외부에 제공되는 메모리일 수 있으며, 모터 열 보호 디바이스(100)로부터 판독되는 데이터 또는 이에 기입되는 데이터가 있을 수 있다.

본 개시내용의 위에서 언급된 실시예에 따르면, 방전 시간 후에 커패시터 타이밍 회로(101)의 출력 전압(V_thermal)에 따라 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될 때까지의 모터의 파워-오프 시간을 계산함으로써, 모터의 파워-온 기간 동안 잔여 축열 THS(0)이 획득될 수 있고, 따라서 모터의 파워-온 기간 동안 시간 경과에 따라 누적되는 누적 축열이 실시간으로 계산될 수 있다. 이와 동시에, 누적 축열이 모터가 트립하는 조건을 충족시키는지 여부가 미리 설정된 모터 트립 기준에 따라 판단될 수 있고, 누적 축열이 모터가 트립하는 조건을 충족시킬 때, 모터가 파워 오프되도록 모터를 트립시키기 위한 대응하는 액션들이 취해지며, 이에 따라 모터의 과열로 인해 모터 및 회로 내의 전기 기계 장비가 손상되는 것을 방지한다.

본 개시내용의 모터 열 보호 디바이스(100)의 각각의 유닛은 다양한 특정 회로들에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 파워-오프 시간 결정 유닛(102) 및 축열 계산 유닛(103)은 동일한 마이크로-제어 유닛(micro-control unit)(MCU)에 의해 구현될 수 있고, MCU는 또한 누적 축열이 모터가 트립하는 조건을 충족시키는지 여부 판단 및 모터 트립 제어 등과 같은 본 개시내용의 다른 계산 또는 제어 기능들을 구현할 수 있다. 도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스(100) 내의 커패시터 타이밍 회로(101)의 개략적인 회로도이다. 도 2의 커패시터 타이밍 회로(101)의 구체적인 구조는 다른 적절한 구조들에 의해 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

도 2를 참조하면, 커패시터 타이밍 회로(101)는 파워 서플라이 유닛(201), 커패시터(C), 제1 저항기(R1), 반도체 스위치 모듈(202), 충전 단자 및 출력 단자를 포함한다.

모터가 파워 온될 때, 파워 서플라이 유닛(201)은 모터의 파워 서플라이에 의해 제공되는 입력 전압(V_in)을 수신하고, 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자(3)에 인가될 전압(V_out)(예를 들어, 10V)을 출력한다. 반도체 스위치 모듈(202)은 제1 단자(1), 제2 단자(2) 및 제어 단자(3)를 포함한다. 이 실시예의 구성에서, V_out은 반도체 스위치 모듈(202)의 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이의 도통을 제어하고, 이 때, 커패시터(C)는 파워-오프 시간 결정 유닛(102)에 의해 제공되는 커패시터 충전 전압(V_charge)(예를 들어, 3V)을 통해 충전될 수 있다. 이 실시예에서, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)은 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analog converter)(DAC)를 통해 커패시터 타이밍 회로(101)에 커패시터 충전 전압(V_charge)을 제공할 수 있고, 커패시터(C)는 수 밀리초 내에 최대 커패시터 전압(E)까지 충전될 수 있다.

모터가 파워 오프될 때, 모터의 파워 서플라이는 입력 전압(V_in) 제공을 중지하고, 파워 서플라이 유닛(201)은 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자(3)에 인가될 전압(V_out)의 출력을 중지하고, 반도체 스위치 모듈(202)은 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이에서 도통되지 않는다. 이 때, 커패시터(C) 및 제1 저항기(R1)는 방전 회로를 형성하고, 커패시터(C)는 제1 저항기(R1)를 통해 방전된다. 커패시터(C)는 모터가 파워 온될 때 최대 커패시터 전압(E)까지 충전되고 이를 유지할 수 있으므로, 방전 시작 시 커패시터(C) 양단의 초기 전압은 최대 커패시터 전압(E)이 될 수 있다. 커패시터 충방전의 원리에 따르면, 모터가 파워 오프된 이후 방전 시간 t 후, 커패시터(C) 양단의 잔여 전압(즉, 커패시터 타이밍 회로(101)의 출력 전압)(V_thermal) 및 모터가 파워 오프될 때의 커패시터(C) 양단의 전압 및 방전 시간 t는 다음 방정식 (1)을 충족시킨다.

여기서, E는 모터가 파워 오프될 때의 커패시터(C) 양단의 전압, 예를 들어, 최대 커패시터 전압이고, t는 방전 시간이고, V_thermal은 방전 시간 t가 경과된 후 커패시터(C) 양단의 잔여 전압이고, Tau1은 커패시터(C)의 커패시턴스 값과 제1 저항기(R1)의 저항 값의 곱과 동일한 시상수이다.

파워-오프로부터 파워-오프 시간(T_off)이 경과된 후 모터가 다시 파워 온될 때, 파워 서플라이 유닛(201)은 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자(3)에 인가될 전압(V_out)을 출력할 수 있다. 이때, V_out은 반도체 스위치 모듈(202)의 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이의 도통을 제어하고, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)은 커패시터 타이밍 회로(101)의 출력 전압(V_thermal)을 그것의 출력 단자로부터 판독하기 위해 판독 동작을 수행하여, 모터의 잔여 축열을 계산할 수 있다. 또한, 판독 동작 동안, 충전 단자로부터의 커패시터(C)의 방전으로 인해 출력 단자로부터 판독되는 출력 전압(V_thermal)의 값이 불충분하게 정확하게 되는 것을 방지하기 위하여, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)은 (예를 들어, 충전 단자를 일시 중지함으로써) 충전 단자를 고-저항 입력 상태로 설정한 후, 판독 동작을 수행하여 커패시터 타이밍 회로(101)로부터 판독되는 출력 전압(V_thermal)이 충분히 정확한 것을 보장한다. 또한, 판독 동작이 완료된 후, 충전 단자는 고-저항 입력 상태로부터 충전 전압 입력 상태로 재설정될 수 있으며, 즉, 커패시터 충전 전압(V_charge)이 위에서 설명된 바와 같이 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 통해 제공되어, 커패시터(C)가 충전되고, 이에 따라 그 양단의 전압이 최대 커패시터 전압(E)에서 유지된다. 이러한 방식으로, 모터가 다시 파워 오프되는 경우, 커패시터(C)가 초기 전압으로서 최대 커패시터 전압(E)에서 방전되기 시작할 것이다.

앞서 언급된 바와 같이, 커패시터(C)의 방전 시간(t)은 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간(T_off)에 대응할 수 있다. 따라서, 파워-오프 시간(T_off)을 계산하는 데 사용되는 방정식 (2)는 방정식 (1)의 변형일 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)은 커패시터 타이밍 회로(101)로부터 판독되는 출력 전압(V_thermal)으로부터 방정식 (2)에 따라 파워-오프 시간(T_off)을 계산한다.

그 후, 축열 계산 유닛(103)은 파워-오프 시간 결정 유닛(102)으로부터 파워-오프 시간(T_off)을 획득하고, 파워-오프 시간(T_off)에 따라 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열 THS(0)를 계산하며, 모터의 잔여 축열 THS(0)를 계산하는 데 사용되는 방식은 방정식 (3)과 같을 수 있다.

여기서, THS(0)은 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열이고, THS_last는 모터가 파워 오프될 때의 축열로서, 모터 열 보호 디바이스(100)의 메모리(도시 생략)로부터 직접 판독될 수 있고, Tau2는 모터의 열 과부하 레벨에 비례하고 모터의 방열 용량에 의해 결정되며 실험들을 통해 결정될 수 있는 시상수이다.

모터가 파워 온될 때의 잔여 축열 THS(0)를 계산함으로써, 모터의 누적 축열이 실시간으로 추적 및 모니터링될 수 있다. 따라서, 축열 계산 유닛(103)은 방정식 (4)에 따라 방정식 (3)을 통해 계산된 잔여 축열 THS(0)에 기초하여 모터의 파워-온 기간 동안 시간 t의 경과에 따라 누적되는 누적 축열을 계산할 수 있다.

여기서, t는 모터가 파워 온된 이후 경과된 시간이고, THS(t)는 모터가 파워 온된 이후 시간 t가 경과된 후의 모터의 누적 축열이고, THS(0)은 방정식 (3)을 통해 계산된 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열이고, I는 모터의 전류이고, Tau2는 모터의 열 과부하 레벨에 비례하는 시상수이다.

일부 실시예들에서, 모터의 누적 축열은 매 하나의 시간 간격마다 계산될 수 있고, 누적 축열을 계산하기 위한 시간 간격들은 필요에 따라 100밀리초, 150밀리초 등으로 설정될 수 있고, 계산된 값은 열 보호 디바이스(100)의 메모리에 저장된다. 매 시간 간격마다 계산된 누적 축열의 새로운 값은 업데이트된 값으로서 사용되어 이전 시간 간격에서 계산되어 메모리에 저장된 누적 축열의 값을 오버라이트하여, 누적 축열의 최신 값이 항상 메모리에 저장되게 한다. 임의적으로, 일부 경우들에서는, 빈번하게 메모리로부터 데이터를 판독하거나 메모리에 데이터를 기입하면 메모리의 수명을 손상시킬 것이라는 점을 고려하여, 모터가 막 파워 오프되려고 하거나 열 트립되려고 하는 것을 검출할 때에만 메모리에 누적 축열의 현재 값을 저장하는 것도 가능하다. 또한, 미리 설정된 모터 트립 기준에 따라 모터가 트립하는 조건을 충족시키는지 여부를 판단하기 위해 매 시간 간격마다 계산된 누적 축열의 새로운 값이 사용된다. 다양한 미리 설정된 모터 트립 기준들이 있을 수 있으며, 일례에서는, 매 시간 간격마다 계산된 누적 축열의 새로운 값이 누적 축열의 미리 결정된 임계 값과 비교될 수 있고, 누적 축열의 새로운 값이 누적 축열의 미리 결정된 임계 값을 초과하는 경우, 모터가 트립하는 조건이 충족된다고 결정되며, 다른 예에서는, 매 시간 간격마다 계산된 누적 축열의 새로운 값이 적절하게 환산된 후 누적 축열의 미리 결정된 임계 값과 비교되고, 누적 축열의 새로운 값이 누적 축열의 미리 결정된 임계 값을 초과하는 경우, 모터가 트립하는 조건이 충족된다고 결정되며, 예를 들어, 누적 축열의 새로운 값이 모터의 열용량으로 환산되고, 열용량 >= 1인 경우, 모터가 트립하는 조건이 충족된다고 결정된다. 본 개시내용은 이에 대한 제한들을 설정하지 않으며, 미리 설정된 모터 트립 기준은 또한 임의의 다른 적절한 기준일 수 있다.

본 개시내용의 위에서 설명된 실시예들은 커패시터 충방전의 원리에 의해 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될까지의 파워-오프 시간을 획득할 수 있고, 이에 의해 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열을 획득한 후, 잔여 축열을 초기 값으로서 사용하여 모터의 누적 축열을 실시간으로 계산 및 추적할 수 있고, 누적 축열의 값이 미리 설정된 모터 트립 기준에 따라 모터가 트립하는 조건을 충족시킨다고 판단될 때, 모터가 파워 오프되어야 한다고 결정된다. 이 경우, 모터를 파워 오프하기 위해 사용자에 의해 허용되는 파워-오프 동작이 자동으로 수행될 수도 있고(예를 들어, MCU에 의해 제어됨), 알람 메시지가 사용자에게 전송되어(예를 들어, 알람 조명을 턴온시키거나, 알람 경보음을 울리는 등) 사용자가 파워-오프 동작을 수동으로 수행하게 할 수도 있다. 이러한 방식으로, 모터의 누적 축열이 실시간으로 추적 및 모니터링될 수 있고, 모터의 과열로 인해 모터 및 다른 전기 기계 장비가 손상되는 것이 방지될 수 있다.

본 개시내용의 실시예로서, 커패시터 타이밍 회로(101) 내의 반도체 스위치 모듈(202)은 다양한 구조들을 가질 수 있고, 커패시터 타이밍 회로(101)는 일부 보조 소자들도 포함할 수 있다. 도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스(100) 내의 커패시터 타이밍 회로(101)의 개략적인 회로도를 도시한다.

예로서, 도 3을 참조하면, 반도체 스위치 모듈(202)은 직렬로 연결되는 적어도 하나의 MOS 트랜지스터, 예를 들어, T1 및 T2를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 MOS 트랜지스터 각각은 제어 단자, 제1 단자 및 제2 단자를 포함한다. 파워 서플라이 유닛에 의해 출력되는 전압(V_out)을 수신할 때, 각각의 MOS 트랜지스터의 제어 단자는 자신의 제1 단자와 제2 단자 사이의 도통을 제어하고, 개개의 MOS 트랜지스터들의 제어 단자들은 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자로서 함께 연결된다. 직렬로 연결되는 적어도 하나의 MOS 트랜지스터의 제1 MOS 트랜지스터의 제1 단자는 반도체 스위치 모듈(202)의 제1 단자로서 커패시터(C)의 제1 단자에 연결되고, 직렬로 연결되는 적어도 하나의 MOS 트랜지스터의 마지막 MOS 트랜지스터의 제2 단자는 반도체 스위치 모듈(202)의 제2 단자로서 충전 단자 및 출력 단자에 연결된다. 이 예의 구성에서, 파워 서플라이 유닛(201)은 T1 및 T2의 제어 단자들에 인가될 전압(V_out)을 출력할지 여부를 제어할 수 있으므로, T1 및 T2가 동시에 턴온 또는 턴오프되고, 이에 따라 커패시터(C)의 충방전을 제어할 수 있다. 본 개시내용은 반도체 스위치 모듈(202)의 특정 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 개시내용은 MOS 트랜지스터들의 수를 제한하지 않으며, 이는 하나의 MOS 트랜지스터 또는 2개 이상의 MOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. MOS 트랜지스터들의 타입에도 제한이 없으며, 이는 NMOS 트랜지스터들만 포함하거나, PMOS 트랜지스터들만 포함하거나, 둘 다를 포함할 수 있고, MOS 트랜지스터들의 타입들은, 위에서 설명된 관련된 기능들이 실현될 수 있는 한, 일반 MOS 트랜지스터들, 기생 다이오드들이 있는 MOS 트랜지스터들 등을 포함할 수 있다.

예로서, 도 3을 참조하면, 커패시터 타이밍 회로(101)는 제2 저항기(R2), 제3 저항기(R3) 및 제4 저항기(R4)와 같은 일부 보조 소자들도 포함할 수 있다. 제2 저항기(R2)는 반도체 스위치 모듈(202)을 보호한다. 예를 들어, 파워 서플라이 유닛이 모터의 파워-오프 기간 동안 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자에 인가될 전압(V_out)을 출력하지 않는 때, 제2 저항기(R2)의 존재는 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자가 플로팅되는 것을 방지할 수 있다. 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 충전 단자를 통해 커패시터(C)를 충전할 때, 제3 저항기(R3)의 존재는 과도한 충전 전류로 인해 커패시터(C)가 손상되는 것을 보호할 수 있다. 제4 저항기(R4)의 존재는 커패시터(C)의 방전 속도를 가속화할 수 있다. 예를 들어, 제4 저항기(R4)의 저항 값은 작게 설정될 수 있으므로, 도 5 및 도 7과 관련하여 후술하는 바와 같이, 커패시터(C)가 더 짧은 방전 시간에 커패시턴스 값 캘리브레이션에 사용되는 더 명확하고 쉽게 관찰할 수 있는 방전량을 갖게 한다.

도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스의 동작 방법의 흐름도이다. 동작 방법은 커패시터 타이밍 회로(101), 파워-오프 시간 결정 유닛(102) 및 축열 계산 유닛(103)을 포함하는 모터 열 보호 디바이스(100)(도 1 내지 도 3에 도시된 모터 열 보호 디바이스(100) 등)를 사용하여 구현될 수 있다. 동작 방법은 단계들(S401-S403)을 포함한다. 단계(S401)에서, 모터가 파워 오프된 후, 커패시터 타이밍 회로(101)에 의해 시간 측정이 수행되며, 단계(S402)에서, 모터가 파워 온된 후, 커패시터 타이밍 회로(101)의 출력 전압(V_thermal)을 판독하는 판독 동작이 파워-오프 시간 결정 유닛(102)에 의해 수행되고, 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될까지의 파워-오프 시간(T_off)이 출력 전압(V_thermal)에 따라 파워-오프 시간 결정 유닛(102)에 의해 결정되며, 단계(S403)에서, 판독 동작이 완료된 후, 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열 THS(0)이 파워-오프 시간 및 모터가 파워 오프될 때의 축열에 따라 축열 계산 유닛에 의해 계산된다.

상기 실시예들은, 모터가 파워 오프된 후, 커패시터 타이밍 회로(101) 내의 커패시터(C)가 방전 저항기(R1)를 통해 방전되어 파워-오프 후의 시간 측정을 실현하는 것을 설명하였다. 일부 시나리오들에서는, 모터의 정상 동작 동안 모터를 파워 오프할 필요 없이, 모터 열 보호 디바이스, 특히, 커패시터 타이밍 회로(101)에 결함이 있는지 여부를 진단하는 것이 바람직하며, 이는 모터 열 보호 디바이스(100)의 결함 및 보호 조치들을 적시에 취하지 않는 것으로 인해 모터 또는 회로 내의 전기 기계 장비가 손상되는 상황을 피하는 데 유리하다.

이하에서는, 모터의 파워-온 동안 모터를 파워 오프할 필요 없이 커패시터(C)의 충방전을 제어함으로써 모터 열 보호 디바이스에 결함이 있는지 여부를 진단할 수 있는 본 개시내용의 또 다른 실시예가 설명된다. 도 5는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스(100) 내의 커패시터 타이밍 회로(101)의 개략적인 회로도이다. 도 5의 커패시터 타이밍 회로(101)의 특정 구조는 다른 적절한 구조들에 의해 대체될 수 있다는 것에 유의하도록 한다.

도 5를 참조하면, 도 2 및 도 3의 파워 서플라이 유닛(201)과 상이하게, 도 5의 파워 서플라이 유닛(201)은 인에이블 단자를 추가로 포함하고, 인에이블 단자의 전압은 모터 열 보호 디바이스(100)의 제어 유닛(도시 생략)에 의해 제공될 수 있다. 제어 유닛은 MCU에 의해 구현될 수 있으며, 예를 들어, 파워-오프 시간 결정 유닛(102) 및 축열 계산 유닛(103)과 동일한 MCU를 공유할 수 있다. 인에이블 단자는 파워 서플라이 유닛(201)이 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자(3)에 인가될 전압(V_out)을 출력할 수 있는지 여부를 제어하도록 구성된다. 즉, 모터의 파워 서플라이가 모터 열 보호 디바이스(100)에 파워를 공급하는 경우에도, 인에이블 단자의 제어에 기초하여 커패시터 타이밍 회로(100)가 파워 오프될 수 있다. 파워-오프 시간 결정 유닛(102) 및 축열 계산 유닛(103)과 같은 다른 유닛들에 대한 파워 공급은, 모터의 파워 서플라이가 파워 오프되지 않는 한, 파워 서플라이 유닛(201)에 의해 영향을 받지 않으며, 이들 유닛들에는 여전히 파워가 공급된다는 점에 유의하도록 한다.

본 실시예에서는, 예를 들어, 도 5에 도시된 파워 서플라이 유닛(201)의 회로가 사용될 수 있다. 파워 서플라이 유닛(201)은 인에이블 단자, NMOS 트랜지스터(T3), PMOS 트랜지스터(T4) 및 저항기들(R5 및 R6)을 포함한다. 예를 들어, 인에이블 단자가 하이-레벨 전압(예를 들어, 3V)으로 설정될 때에는, 파워 서플라이 유닛(201)이 PMOS 트랜지스터(T4)를 통해 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자(3)에 전압(V_out)을 인가할 수 있고, 반도체 스위치 모듈(202)이 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이에서 도통되도록 설정될 수 있다. 이 실시예에서, V_in은 모터의 파워 서플라이의 전압의 필요한 변환 후에 제공되는 전압이다. V_out은 V_in과 동일하거나 동일하지 않을 수 있으며, V_out의 크기가 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자를 손상시키지 않고 구동하기에 충분한 한, 본 개시내용은 이에 대한 제한들을 설정하지 않는다. 한편, 인에이블 단자가 로우-레벨 전압(예를 들어, 0V)으로 설정될 때에는, 파워 서플라이 유닛(201)이 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자(3)에 인가될 전압(V_out)을 출력하지 않도록 제어되고, 반도체 스위치 모듈(202)이 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이에서 도통되지 않도록 설정될 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 모터의 파워-온 동안, 모터를 파워 오프할 필요 없이, 반도체 스위치 모듈(202)의 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이의 도통 또는 비도통이 인에이블 단자에 의해 제어될 수도 있다.

도 6은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스(100)의 진단 동작의 흐름도이다. 진단 동작은 모터의 파워-온 기간 동안 도 5에 도시된 바와 같은 모터 보호 디바이스(100)에 의해 수행될 수 있다. 도 6을 참조하면, 진단 동작은 단계들(S601-S606)을 포함한다. 단계(S601)에서, 인에이블 단자가 반도체 스위치 모듈(202)이 도통되도록 설정되고, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 커패시터(C)를 최대 커패시터 전압(E)까지 충전하기 위해 충전 동작을 수행한다. 예를 들어, 인에이블 단자는 모터 열 보호 디바이스(100)의 제어 유닛에 의해 하이-레벨 전압(예를 들어, 3V)으로 설정되어, 반도체 스위치 모듈(202)의 제어 단자에 파워 서플라이 유닛(201)의 출력 전압(V_out)이 인가되고, 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이에서 도통되고, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 커패시터(C)를 최대 커패시터 전압(E)까지 충전하기 위해 충전 동작을 수행할 수 있으며, 단계(S602)에서, 인에이블 단자가 반도체 스위치 모듈(202)이 도통되지 않도록 설정되고, 따라서 커패시터(C)가 미리 결정된 방전 시간(t_pre) 동안 방전된다. 예를 들어, 모터 열 보호 디바이스(100)의 제어 유닛은 인에이블 단자를 로우-레벨 전압(예를 들어, 0V)으로 설정하여, 반도체 스위치 모듈(202)의 제1 단자(1)와 제2 단자(2)가 도통되지 않고, 커패시터(C)는 제1 저항기(R1)를 통해 방전되고, 미리 결정된 방전 시간(t_pre)은 1초 내지 2초의 범위로 설정될 수 있어, 방전이 미리 결정된 방전 시간(t_pre)에 도달하기 전에 모터의 파워 장애로 인해 진단 동작을 완료하지 못하는 것을 피할 수 있으며, 단계(S603)에서, 인에이블 단자가 반도체 스위치 모듈(202)이 도통되도록 설정되고, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 판독 동작을 수행한다. 예를 들어, 전술한 바와 유사하게, 인에이블 단자가 모터 열 보호 디바이스(100)의 제어 유닛에 의해 하이-레벨 전압(예를 들어, 3V)으로 설정되어, 반도체 모듈(202)이 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이에서 도통되고, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 미리 결정된 방전 시간(t_pre)이 경과한 후에 커패시터 타이밍 회로(101)의 출력 전압(V_thermal)을 판독할 수 있으며, 단계(S604)에서, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 방정식 (1)에 따라 최대 커패시터 전압(E) 및 미리 결정된 방전 시간(t_pre)에 기초하여 커패시터(C)의 이론적인 출력 전압(즉, 출력 전압의 이론적인 값)(V_theory)을 미리 결정된 방전 시간(t_pre) 후 계산할 수 있으며, 단계(S605)에서, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 이론적인 출력 전압(V_theory)과 판독 동작을 통해 획득되는 출력 전압(V_thermal)을 비교한다. 비교하는 많은 방식들이 있는데, 예를 들어, 이론적인 출력 전압(V_theory)과 출력 전압(V_thermal) 사이의 차이가 비교될 수 있거나, 또는 이론적인 출력 전압(V_theory)에 대한 차이의 백분율 비율이 비교될 수 있다. 단계(S606)에서, 단계(S605)에서의 비교에 따라 모터 열 보호 디바이스에 결함이 있는지 여부가 결정된다. 예를 들어, 미리 설정된 결함 진단 기준에 따라 모터 열 보호 디바이스(100)에 결함이 있는지 여부가 판단될 수 있다. 다수의 미리 설정된 결함 진단 기준들이 있는데, 예를 들어, 출력 전압(V_thermal)과 이론적인 출력 전압(V_theory) 사이의 차이가 이론적인 출력 전압의 특정 비례 범위(예를 들어, ±5%)를 초과할 때, 모터 열 보호 모듈(100)에 결함이 있다고 결정되며, 본 개시내용은 이에 대한 제한들을 설정하지 않고, 임의의 다른 적절한 진단 기준들이 사용될 수도 있다.

모터의 파워-온 기간 동안 모터 열 보호 디바이스에 결함이 있는지 여부를 진단하는 것 외에도, 본 실시예는 커패시터 타이밍 회로(101) 내의 커패시터(C)의 캘리브레이션 동작을 구현할 수도 있다. 예를 들어, 모터 열 보호 디바이스(100)가 공장에서 출고될 때, 제조업체는 커패시터 타이밍 회로(101) 내의 커패시터(C)의 커패시턴스 값을 캘리브레이션하여, 공장에서 출고된 후에 사용되는 동안 위에서 설명된 바와 같은 다양한 관련된 계산들을 위한 기초로서 사용될 수 있는 캘리브레이션된 커패시턴스 값을 획득할 수 있으며, 예를 들어, 캘리브레이션된 커패시턴스 값은 위에서 설명된 바와 같이 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간의 캘리브레이션 공정에 사용된다. 도 5를 여전히 참조하면, 모터 열 보호 디바이스가 모터에 연결되고 모터가 파워 온될 때의 기간 동안, 또는 모터 열 보호 디바이스가 모터에 연결되지 않고 모터 열 보호 디바이스가 외부 파워 서플라이에 의해 파워가 공급될 때의 기간 동안, 반도체 스위치 모듈(202)은 인에이블 단자에 의해 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이에서 도통되도록 제어되고, 반도체 스위치 모듈(202)의 제1 단자(1)와 제2 단자(2) 사이에서 도통을 유지하면서, 충전 단자를 충전 전압 입력 상태로 설정하여 커패시터(C)가 충전되고, 충전 단자를 고-저항 입력 상태로 설정하여 커패시터(C)가 제1 저항기(R1) 및 제4 저항기(R4)를 통해 방전된다. 임의적으로, 제4 저항기(R4)의 저항 값은 제1 저항기(R1)의 저항 값보다 훨씬 작게 설정될 수 있으므로, 커패시터(C)는 주로 제4 저항기(R4)로부터 방전되고, 이에 따라 더 짧은 방전 시간에 더 명확하고 쉽게 관찰할 수 있는 방전량을 갖게 한다. 이 경우, R1의 저항값이 제4 저항기(R4)의 저항값보다 훨씬 크기 때문에, R1을 통한 방전량은 무시될 수 있다. 이러한 방식으로, 열 보호 디바이스가 모터에 연결되고 모터가 파워 온될 때, 또는 열 보호 디바이스가 모터에 연결되지 않고 외부 파워 서플라이에 의해 파워가 공급될 때, 커패시터 타이밍 회로(101) 내의 커패시터(C)는 인에이블 단자 및 제어 충전 단자의 상태 설정에 의해 충전 또는 방전하도록 제어될 수 있으며, 그 후 커패시터(C)의 커패시턴스 값이 캘리브레이션될 수 있다.

도 7은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 모터 열 보호 디바이스(100)의 캘리브레이션 동작의 흐름도이다. 캘리브레이션 동작은 도 5에 도시된 모터 열 보호 디바이스(100)에 의해 이것이 모터에 연결되고 모터가 파워 온 될때의 기간 동안, 또는 이것이 모터에 연결되지 않고 외부 파워 서플라이에 의해 파워가 공급될 때의 기간 동안 수행될 수 있다. 단계(S701)에서, 단계(S601)와 유사하게, 인에이블 단자가 반도체 스위치 모듈(202)이 도통되도록 설정되고, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 커패시터(C)를 최대 커패시터 전압(E)까지 충전하기 위해 충전 동작을 수행하며, 단계(S702)에서, 충전 단자가 고-저항 입력 상태로 설정되어 커패시터(C)가 미리 결정된 방전 시간(t_pre) 동안 방전될 수 있으며, 미리 결정된 방전 시간(t_pre)은 필요에 따라, 예를 들어, 1초, 2초 등으로 설정될 수 있지만, 커패시터(C)가 0으로 방전되는 데 필요한 시간을 초과할 수 없고, 임의적으로, 미리 결정된 방전 시간(t_pre)은 커패시터(C)가 최대 커패시터 전압(E)의 절반으로 방전되는 이론적인 방전 시간으로서 설정될 수 있으므로, 캘리브레이션 정확도를 향상시킬 수 있으며, 단계(S703)에서, 커패시터(C)가 미리 결정된 방전 시간(t_pre) 동안 방전된 후, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 미리 결정된 방전 시간(t_pre) 후에 커패시터 타이밍 회로(101)의 출력 전압(V_thermal)을 판독하기 위해 판독 동작을 수행하며, 단계(S704)에서, 파워-오프 시간 결정 유닛(102)이 반도체 스위치 모듈이 도통되지 않을 때의 커패시터(C) 양단의 전압(예를 들어, 최대 커패시터 전압(E)), 미리 결정된 방전 시간(t_pre), 출력 전압(V_thermal) 및 제1 저항기(R1)와 제4 저항기(R4)의 병렬 회로의 저항 값에 기초하여 방정식 (1)의 변형으로서 다음 방정식 (5)에 따라 커패시터(C)의 캘리브레이션된 커패시턴스 값을 결정할 수 있다.

여기서, R은 R1과 R4의 병렬 회로의 저항 값이며, R4가 저항 값에서 R1보다 훨씬 작을 때, R은 R4와 대략 동일하다.

모터 열 보호 디바이스가 공장에서 출고될 때, 단계들(S701 내지 S704)을 수행하여 커패시터(C)의 캘리브레이션된 커패시턴스 값이 획득될 수 있고, 캘리브레이션된 커패시턴스 값은 커패시터의 파워-오프 시간을 계산하기 위한 기초로서 사용될 수 있으며, 이는 모터의 누적 축열을 실시간으로 더 정확하게 모니터링하는 데 유리할 것이다.

본 개시내용의 실시예들은 저항기들(R1-R6)의 저항 값들, 커패시터(C)의 커패시턴스 값, 전압들(V_in, V_out 및 V_charge)의 전압 값들, 및 MOS 트랜지스터(T1-T4)의 타입들에 대한 특정 제한들을 두지 않으며, 본 개시내용의 실시예들에서 설명되는 기능들이 실현될 수 있는 한, 본 개시내용의 보호 범위로부터 벗어나지 않고 임의의 적절한 값이 사용될 수 있다는 것에 유의하도록 한다.

또한, 누설 전류를 감소시키기 위해, 본 개시내용의 커패시터 타이밍 회로에 포함된 커패시터(C)는 탄탈 커패시터(tantalum capacitor)들, 전해 커패시터(electrolytic capacitor)들 및 누설 전류가 작은 다른 커패시터들을 사용할 수 있다.

본 개시내용의 실시예들에 따른 모터 열 보호 디바이스 및 그 동작 방법에 있어서, 모터가 파워 오프될 때부터 모터가 파워 온될때 까지의 파워-오프 시간이 커패시터 충방전의 원리에 따라 획득되고, 모터가 파워 온될 때의 잔여 축열이 모터 열 모델을 사용하여 획득되어, 시간 경과에 따른 모터의 누적 축열이 실시간으로 추적 및 모니터링될 수 있으며, 누적 축열이 미리 설정된 기준을 충족시킬 때 모터가 파워 오프되어, 모터의 과열로 인해 모터 및 회로 내의 전기 기계 장비가 손상되는 것을 보호할 수 있다. 이와 동시에, 본 개시내용의 실시예들에 따르면, 모터의 파워-온 기간 동안 모터 열 보호 디바이스에 대해 진단 동작 또한 수행되어 모터 열 보호 디바이스에 결함이 있는지 여부를 결정할 수 있고, 모터 열 보호 디바이스 내의 커패시터에 대해 캘리브레이션 동작 또한 수행되어 공장 출고시 그에 포함된 커패시터의 커패시턴스 값을 캘리브레이션할 수 있다.

본 개시내용에서 설명되는 하드웨어 컴퓨팅 디바이스의 전체 또는 컴포넌트들은 FPGA, ASIC, SOC, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들 또는 이들의 임의의 조합을 포함하되, 이에 제한되지 않는 다양한 적절한 하드웨어 수단들에 의해 구현될 수 있다.

본 개시내용에 포함된 회로들, 수단들, 장치들, 디바이스들 및 시스템들의 블록도들은 단지 예시적인 예들일 뿐이며, 블록도들에 도시된 방식으로 연결, 배열 및 구성되어야 함을 요구하거나 암시하도록 의도되지 않는다. 본 기술분야의 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 이러한 회로들, 수단들, 장치들, 디바이스들 및 시스템들은 원하는 목적이 달성될 수 있는 한 어떤 방식으로든 연결, 배열 및 구성될 수 있다.

본 기술분야의 통상의 기술자는 위에서 설명된 특정 실시예들이 제한들이 아니라 단지 예들에 불과하다는 점을 이해해야 한다. 본 개시내용의 실시예들은 첨부된 청구범위 또는 그 균등물들의 범위 내에 있는 한, 즉, 본 개시내용에 의해 보호되는 청구범위의 범위에 속하는 한, 설계 요구 사항들 및 다른 요인들에 따라 본 개시내용의 실시예들에 대해 다양한 수정들, 조합들, 부분 조합들 및 대체들이 이루어질 수 있다.

Claims

파워 공급을 위해 모터의 파워 서플라이(power supply)를 이용하는 모터 열 보호 디바이스(motor thermal protection device)로서,
상기 모터가 파워 오프된 후 시간을 측정하도록 구성되는 커패시터 타이밍 회로;
상기 모터가 파워 온된 후 상기 커패시터 타이밍 회로의 출력 전압을 판독하는 판독 동작을 수행하고, 상기 출력 전압에 따라 상기 모터가 파워 오프될 때부터 상기 모터가 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간을 결정하도록 구성되는 파워-오프 시간 결정 유닛; 및
상기 모터가 상기 파워-오프 시간에 따라 파워 온될 때의 잔여 축열(remaining heat accumulation) 및 상기 모터가 파워 오프될 때의 축열을 계산하도록 구성되는 축열 계산 유닛
을 포함하는, 모터 열 보호 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 커패시터 타이밍 회로는 파워 서플라이 유닛, 커패시터, 제1 저항기, 반도체 스위치 모듈, 충전 단자 및 출력 단자를 포함하고,
상기 파워 서플라이 유닛은 상기 모터의 파워 서플라이에 의해 파워가 공급되어 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자에 인가될 전압을 출력하고, 상기 모터가 파워 오프된 후, 상기 파워 서플라이 유닛은 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자에 인가될 출력 전압의 출력을 중지하고,
상기 반도체 스위치 모듈은 제1 단자, 제2 단자 및 제어 단자를 포함하고, 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자는 상기 파워 서플라이 유닛에 의해 출력되는 전압을 수신할 때 상기 반도체 스위치 모듈의 제1 단자와 제2 단자가 도통되도록 제어하고, 상기 반도체 스위치 모듈의 제1 단자는 상기 커패시터의 제1 단자에 연결되고, 상기 반도체 스위치 모듈의 제2 단자는 상기 충전 단자 및 상기 출력 단자에 연결되고,
상기 커패시터의 제2 단자는 접지되고,
상기 제1 저항기의 제1 단자는 상기 커패시터의 제1 단자에 연결되고, 상기 제1 저항기의 제2 단자는 접지되고,
상기 파워-오프 시간 결정 유닛은 상기 충전 단자 및 상기 출력 단자에 연결되고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛은 상기 모터가 파워 온된 후 상기 출력 단자를 통해 상기 판독 동작을 수행하고, 상기 판독 동작이 완료된 후 상기 충전 단자를 통해 상기 커패시터 타이밍 회로에 커패시터 충전 전압을 제공하는 충전 동작을 수행하는, 모터 열 보호 디바이스.
제2항에 있어서,
상기 파워-오프 시간 결정 유닛의 판독 동작은 상기 충전 단자가 고-저항 입력 상태로 설정될 때 상기 출력 단자로부터 상기 커패시터 타이밍 회로의 출력 전압을 판독하는 동작을 포함하고,
상기 파워-오프 시간 결정 유닛의 충전 동작은 상기 충전 단자가 충전 전압 입력 상태로 설정될 때 상기 충전 단자에 상기 커패시터 충전 전압을 제공하는 동작을 포함하는, 모터 열 보호 디바이스.
제3항에 있어서,
상기 파워 서플라이 유닛은 상기 파워 서플라이 유닛이 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자에 인가될 전압을 출력할 수 있는지 여부를 제어하도록 구성되는 인에이블 단자를 포함하는, 모터 열 보호 디바이스.
제4항에 있어서,
상기 커패시터 타이밍 회로는 제2 저항기를 추가로 포함하고,
상기 제2 저항기의 제1 단자는 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자에 연결되고, 상기 제2 저항기의 제2 단자는 접지되는, 모터 열 보호 디바이스.
제4항에 있어서,
상기 커패시터 타이밍 회로는 제3 저항기를 추가로 포함하고,
상기 제3 저항기의 제1 단자는 상기 반도체 스위치 모듈의 제2 단자에 연결되고, 상기 제3 저항기의 제2 단자는 상기 충전 단자에 연결되는, 모터 열 보호 디바이스.
제4항에 있어서,
상기 커패시터 타이밍 회로는 제4 저항기를 추가로 포함하고,
상기 제4 저항기의 제1 단자는 상기 반도체 스위치 모듈의 제2 단자에 연결되고, 상기 제4 저항기의 제2 단자는 접지되는, 모터 열 보호 디바이스.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터의 파워-온 기간 동안, 상기 모터 열 보호 디바이스는,
상기 인에이블 단자가 상기 반도체 스위치 모듈이 도통되도록 설정되고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 커패시터를 최대 커패시터 전압까지 충전하기 위해 상기 충전 동작을 수행하는 동작;
상기 인에이블 단자가 상기 반도체 스위치 모듈이 도통되지 않고 상기 커패시터가 미리 결정된 방전 시간 동안 방전되도록 설정되는 동작;
상기 인에이블 단자가 상기 반도체 스위치 모듈이 도통되도록 설정되고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 판독 동작을 수행하는 동작;
상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 최대 커패시터 전압 및 상기 미리 결정된 방전 시간에 기초하여 상기 미리 결정된 방전 시간 동안 방전된 후 상기 커패시터의 이론적인 출력 전압을 결정하는 동작;
상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 이론적인 출력 전압과 상기 판독 동작을 통해 획득되는 출력 전압을 비교하는 동작;
상기 비교에 따라 상기 모터 열 보호 디바이스에 결함이 있는지 여부를 결정하는 동작
을 수행하도록 추가로 구성되는, 모터 열 보호 디바이스.
제7항에 있어서,
상기 모터의 파워-온 기간 동안, 상기 모터 열 보호 디바이스는,
상기 인에이블 단자가 상기 반도체 스위치 모듈이 도통되도록 설정되고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 커패시터를 최대 커패시터 전압까지 충전하기 위해 상기 충전 동작을 수행하는 동작;
상기 충전 단자가 고-저항 입력 상태로 설정되어 상기 커패시터가 미리 결정된 방전 시간 동안 방전되는 동작;
상기 커패시터가 상기 미리 결정된 방전 시간 동안 방전된 후, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 판독 동작을 수행하는 동작;
상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 최대 커패시터 전압, 상기 미리 결정된 방전 시간, 상기 판독 동작을 통해 획득되는 출력 전압 및 상기 제1 저항기와 상기 제4 저항기의 병렬 회로의 저항 값에 기초하여 캘리브레이션된 커패시터의 커패시턴스 값을 결정하는 동작
을 수행하도록 추가로 구성되는, 모터 열 보호 디바이스.
제2항에 있어서,
상기 반도체 스위치 모듈은 직렬로 연결되는 적어도 하나의 MOS 트랜지스터를 포함하고,
상기 적어도 하나의 MOS 트랜지스터의 각각의 MOS 트랜지스터는 제어 단자, 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고,
상기 파워 서플라이 유닛에 의해 출력되는 전압을 수신할 때, 상기 적어도 하나의 MOS 트랜지스터의 각각의 MOS 트랜지스터의 제어 단자는 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 도통을 제어하고,
상기 적어도 하나의 MOS 트랜지스터의 개개의 MOS 트랜지스터의 개개의 제어 단자는 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자로서 함께 연결되고,
상기 직렬로 연결되는 적어도 하나의 MOS 트랜지스터의 제1 MOS 트랜지스터의 제1 단자는 상기 커패시터의 제1 단자에 상기 반도체 스위치 모듈의 제1 단자로서 연결되고, 상기 직렬로 연결되는 적어도 하나의 MOS 트랜지스터의 마지막 MOS 트랜지스터의 제2 단자는 상기 충전 단자 및 상기 출력 단자에 상기 반도체 스위치 모듈의 제2 단자로서 연결되는, 모터 열 보호 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 축열 계산 유닛은 미리 결정된 시간 간격들에서의 잔여 축열에 기초하여 상기 모터의 누적 축열을 추가로 계산하고, 상기 누적 축열이 상기 누적 축열의 임계 값을 초과할 때 상기 모터가 파워 오프하게 하는, 모터 열 보호 디바이스.
파워 공급을 위해 모터의 파워 서플라이를 이용하고, 커패시터 타이밍 유닛, 파워-오프 시간 결정 유닛 및 축열 계산 유닛을 포함하는 모터 열 보호 디바이스의 동작 방법으로서,
상기 커패시터 타이밍 유닛에 의해, 상기 모터가 파워 오프된 후 시간을 측정하는 단계;
상기 파워-오프 시간 결정 유닛에 의해, 상기 모터가 파워 온된 후 상기 커패시터 타이밍 회로의 출력 전압을 판독하는 판독 동작을 수행하고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛에 의해, 상기 출력 전압에 따라 상기 모터가 파워 오프될 때부터 상기 모터가 파워 온될 때까지의 파워-오프 시간을 결정하는 단계; 및
상기 축열 계산 유닛에 의해, 상기 모터가 상기 파워-오프 시간에 따라 파워 온될 때의 잔여 축열 및 상기 모터가 파워 오프될 때의 축열을 계산하는 단계
를 포함하는, 동작 방법.
제12항에 있어서,
상기 커패시터 타이밍 회로는 파워 서플라이 유닛, 커패시터, 제1 저항기, 반도체 스위치 모듈, 충전 단자 및 출력 단자를 포함하고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛은 상기 커패시터 타이밍 회로의 충전 단자 및 출력 단자에 연결되고,
상기 파워 서플라이 유닛은 상기 모터의 파워 서플라이에 의해 파워가 공급되어 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자에 인가될 전압을 출력하고, 상기 모터가 파워 오프된 후, 상기 파워 서플라이 유닛은 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자에 인가될 출력 전압의 출력을 중지하고,
상기 반도체 스위치 모듈은 제1 단자, 제2 단자 및 제어 단자를 포함하고, 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자는 상기 파워 서플라이 유닛에 의해 출력되는 전압을 수신할 때 상기 반도체 스위치 모듈의 제1 단자와 제2 단자가 도통되도록 제어하고, 상기 반도체 스위치 모듈의 제1 단자는 상기 커패시터의 제1 단자에 연결되고, 상기 반도체 스위치 모듈의 제2 단자는 상기 충전 단자 및 상기 출력 단자에 연결되고,
상기 커패시터의 제2 단자는 접지되고,
상기 제1 저항기의 제1 단자는 상기 커패시터의 제1 단자에 연결되고, 상기 제1 저항기의 제2 단자는 접지되고,
상기 파워-오프 시간 결정 유닛은 상기 출력 단자를 통해 상기 판독 동작을 수행하고,
상기 방법은, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛에 의해, 상기 판독 동작이 완료된 후 상기 충전 단자를 통해 상기 커패시터 타이밍 회로에 커패시터 충전 전압을 제공하는 충전 동작을 수행하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 판독 동작은 상기 충전 단자가 고-저항 입력 상태로 설정될 때 상기 출력 단자로부터 상기 커패시터 타이밍 회로의 출력 전압을 판독하는 동작을 포함하고,
상기 충전 동작은 상기 충전 단자가 충전 전압 입력 상태로 설정될 때 상기 충전 단자에 상기 커패시터 충전 전압을 제공하는 동작을 포함하는, 동작 방법.
제13항에 있어서, 상기 파워 서플라이 유닛은 상기 파워 서플라이 유닛이 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자에 인가될 전압을 출력할 수 있는지 여부를 제어하도록 구성되는 인에이블 단자를 포함하고,
상기 방법은,
상기 모터의 파워-온 기간 동안,
상기 인에이블 단자를 상기 반도체 스위치 모듈이 도통되도록 설정하고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 커패시터를 최대 커패시터 전압까지 충전하기 위해 상기 충전 동작을 수행하는 단계;
상기 인에이블 단자를 상기 반도체 스위치 모듈이 도통되지 않고 상기 커패시터가 미리 결정된 방전 시간 동안 방전되도록 설정하는 단계;
상기 인에이블 단자를 상기 반도체 스위치 모듈이 도통되도록 설정하고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 판독 동작을 수행하는 동작;
상기 파워-오프 시간 결정 유닛에 의해, 상기 최대 커패시터 전압 및 상기 미리 결정된 방전 시간에 기초하여 상기 미리 결정된 방전 시간 동안 방전된 후 상기 커패시터의 이론적인 출력 전압을 결정하는 단계;
상기 이론적인 출력 전압과 상기 판독 동작을 통해 획득되는 출력 전압을 비교하는 단계;
상기 비교에 따라 상기 모터 열 보호 디바이스에 결함이 있는지 여부를 결정하는 단계
를 추가로 포함하는, 동작 방법.
제13항에 있어서, 상기 파워 서플라이 유닛은 상기 파워 서플라이 유닛이 상기 반도체 스위치 모듈의 제어 단자에 인가될 전압을 출력할 수 있는지 여부를 제어하도록 구성되는 인에이블 단자를 포함하고, 상기 커패시터 타이밍 회로는 제4 저항기를 추가로 포함하고, 상기 제4 저항기의 제1 단자는 상기 반도체 스위치 모듈의 제2 단자에 연결되고, 상기 제4 저항기의 제2 단자는 접지되고,
상기 방법은,
상기 모터의 파워-온 기간 동안,
인에이블 단자를 상기 반도체 스위치 모듈이 도통되도록 설정하고, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛이 상기 커패시터를 최대 커패시터 전압까지 충전하기 위해 상기 충전 동작을 수행하는 단계;
상기 충전 단자를 고-저항 입력 상태로 설정하여 상기 커패시터가 미리 결정된 방전 시간 동안 방전되는 단계;
상기 커패시터가 상기 미리 결정된 방전 시간 동안 방전된 후, 상기 파워-오프 시간 결정 유닛에 의해, 상기 판독 동작을 수행하는 단계;
상기 파워-오프 시간 결정 유닛에 의해, 상기 최대 커패시터 전압, 상기 미리 결정된 방전 시간, 상기 판독 동작을 통해 획득되는 출력 전압 및 상기 제1 저항기와 상기 제4 저항기의 병렬 회로의 저항 값에 기초하여 상기 커패시터의 캘리브레이션된 커패시턴스 값을 결정하는 단계
를 추가로 포함하는, 동작 방법.
제12항에 있어서,
상기 축열 계산 유닛에 의해, 미리 결정된 시간 간격들에서의 잔여 축열에 기초하여 상기 모터의 누적 축열을 추가로 계산하고, 상기 축열 계산 유닛에 의해, 상기 누적 축열이 상기 누적 축열의 임계 값을 초과할 때 상기 모터가 파워 오프하게 하는 단계
를 추가로 포함하는, 동작 방법.