KR20230144749A - 누설 전류 감지 제어 구조 내장 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

전기자동차(EV) 충전기 혹은 에너지 저장 장치(ESS) 충전기 등에서 별도의 누전 차단 기구 혹은 아크 차단기 (AFCI)를 포함하고 있다.
종래의 충전 시스템은 누전 차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI) 와 별도로 전자접촉기 (MC)를 분리 설치하게 되어 자재비가 상승하고 전체 충전 시스템 부피가 증가하는 문제점을 제거하기 위해서, 본 발명에서는 별도의 누전 차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI)는 분리 설치하지 않고, 전자접촉기 (MC) 하나만을 이용해서 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지 시에 전자접촉기 (MC)를 연결 혹은 차단 제어 하여 충전 전류 공급을 차단해서 감전 사고나 화재 발생 사고를 예방할 수 하는 기술이다.
즉, 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하여 제어하는 구조가 주(Main) PCB 기판 (501) 내에 내장(Embedded)되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

누설 전류 감지 제어 구조 내장 충전 시스템 {An Residual Current Detection Control Embedded Charging System}
전기자동차(EV) 충전기 혹은 에너지 저장 장치(ESS) 충전기 등에서 별도의 누전 차단 기구 혹은 아크 차단기 (AFCI)를 포함하고 있다.
종래의 충전 시스템은 누전 차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI) 와 별도로 전자접촉기 (MC)를 분리 설치하게 되어 자재비가 상승하고 전체 충전 시스템 부피가 증가하는 문제점을 제거하기 위해서, 본 발명에서는 별도의 누전 차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI)는 분리 설치하지 않고, 전자접촉기 (MC) 하나만을 이용해서 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지 시에 전자접촉기 (MC)를 연결 혹은 차단 제어 하여 충전 전류 공급을 차단해서 감전 사고나 화재 발생 사고를 예방할 수 하는 기술이다.
즉, 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하여 제어하는 구조가 주(Main) PCB 기판 (501) 내에 내장(Embedded)되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
고 전압의 교류 전원에서 저 전압의 직류 전원으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서 통상 변압 회로(100)는 회로의 구성에 많은 면적과 비용을 유발하는 회로 영역이 된다.
따라서 저 비용의 회로를 구성하는데 있어서 방해 요인으로 작용하게 된다. 한편, 제너 다이오드(Zener diode)(104)회로 영역은 정 전압의 출력 전압 특성을 확보하기 위해 정류 회로(102)의 출력 단자에 병렬로 배치하여 사용하게 된다.
최근에는 통신 분야의 system transients와 lightning-induced transients로부터 시스템을 보호해주는 써지 보호 역할과, 이동 통신 단말기, 노트북 PC, 전자수첩, PDA등의 정전 기에 대하여 회로를 보호해주는 ESD(electrostatic discharge) protection의 역할로서 PN 바리스터(Varistor)가 필요하다.
각종 정보기기, 제어기기 등 전기를 사용하는 제품에 갑작스런 전압의 변화(surge) 가전제품에 대한 기기 손상을 방지하기 위한 써지 흡수소자로서 사용 된다. 또한 발전소, 변전소, 송전소 같은 전력 기기 분야에서 낙뢰로부터 설비를 안전하게 보호하기 위한 전력용 피뢰기의 핵심 소자에 이르기까지 다양한 부분에 사용된다.
이에 따라 이들 장비에 발생하는 전원서지, 낙뇌서지 등으로부터 시스템을 보호하기 위한 필요성이 그 어느 때보다도 강하게 요구되고 있다.
전력 계통에 설치되는 전자기기들을 이러한 과도 외부 서지로부터 파괴, 또는 오동작하지 않도록 서지를 차단하기 위해서는 서지 보호 장치(Surge Protection Device: SPD, Voltage Transient Management System: VTMS, or Transient Voltage Surge Suppressor: TVSS)를 설치한다. 또한, 전력 계통에 설치되는 전자기기들은 이상 전류, 이상 전압 혹은 누설 전류와 같은 각종 고장 사고에 의한 재해를 방지할 수 있는 감지(Sensing) 보호 장치를 설치하여야 한다.
특히, 전선 등의 결함으로 인하여 아크가 발생되었을 때 이를 감지하여 회로의 전류를 차단시키는 아크차단기 AFCI (Arc Fault Circuit Interrupter)는 아크 재해를 방지하는 전기안전장치이다.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖는다.
첫째, 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하여 제어하는 구조가 주(Main) PCB 기판 (501) 내에 내장(Embedded)되어 구성되는 특징을 갖는다.
둘째, Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부, CLK 발생부 및 Capacitive Sensor부로 구성되게 하는 특징을 갖는다.
셋째, 전원이 공급되고 있는 동안에 CLK의 일정 주파수 주기에 대응하여 증폭 동작과 Precharge 동작을 주기적으로 반복되는 특징을 갖는다.
넷째, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 하는 특징을 갖는다.
고 전압의 교류 및 직류 전원에서 저 전압의 직류 전원으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서, 통상 변압 회로(100)의 구성을 제거하여 통상 변압 회로(100) 구성에서 차지하는 많은 면적을 제거하여 저 비용의 회로를 구성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700), CLK 발생부 (701) 및 아크 Sensor부 (702), Switch 제어부 (710)로 구성된다.
S_1 신호 입력 Transistor (706)는 아크 Sensor부 (702) 의 S_1 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.
S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는 아크 Sensor부 (702) 의 S_2 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.
상기 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 다른 정해진 값의 Sensing Detection Voltage 특성을 생성하기 위해 복수개의 Transistor를 직렬로 연결하여 구성하거나 병렬로 연결하여 전류 구동 능력에서 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 차이가 나도록 하는 것을 특징으로 한다.
전기 아크 사고는 전선이나 전기제품의 손상, 전선의 절연파괴 또는 부적절한 설치, 접속결함, 노화현상 등이 원인이 되어 발생한다. 전기화재의 약 80%가 아크(ARC)로 인한 것이다.
누전차단기는 사람의 감전을 위해, 배선용 차단기는 장비의 보호를 위해 설치되지만, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 해 준다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하여 제어하는 구조가 주(Main) PCB 기판 (501) 내에 내장(Embedded)되어 제어하는 특징을 갖는다.
둘째, Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부, CLK 발생부, 아크 Sensor부 (702) 로 구성됨을 특징으로 하는 효과를 제공한다.
셋째, 전원이 공급되고 있는 동안에 CLK의 일정 주파수 주기에 대응하여 증폭 동작과 Precharge 동작을 주기적으로 반복됨을 특징으로 하는 효과를 제공한다.
넷째, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 하는 것을 특징으로 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 통상의 전압 변환 회로의 구성도.
도 2는 종래 기술의 충전 시스템 구성도
도 3은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 구성도.
도 4은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 동작 파형도.
도 5는 본 발명의 누설 전류 감지 제어 구조 내장(Embedded) 충전 시스템 구성도.
도 6은 본 발명의 플러그 PCB 의 5-Pin 배치 상세 구성도.
도 7은 본 발명의 플러그 PCB 의 8-Pin 배치 상세 구성도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 통상의 전압 변환 회로의 구성도이다.
교류 입력 전원(100)에서 저 전압의 직류 전원의 전압으로 변환하는 전압 변환 장치에 있어서 통상 변압회로(101), 정류 회로(102), 및 제너 다이오드(Zener diode)(104)의 회로 영역으로 구성된다. 통상 변압 회로(100)는 고 전압의 입력 전원을 저 전압으로 변환하는 회로 영역이다.
정류 회로(102)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 반파 혹은 전파 정류 다이오드로 구성된 회로 영역이다. 통상 변압 회로(100)는 회로의 구성에 많은 면적과 비용을 유발하는 회로 영역이 된다.
따라서 저 비용의 회로를 구성하는데 있어서 방해 요인으로 작용하게 된다.
한편, 제너 다이오드(Zener diode)(104)회로 영역은 정 전압의 출력 전압 특성을 확보하기 위해 정류 회로(102)의 출력 단자(103)에 병렬로 배치하여 사용하게 된다.
정류 회로(102)의 출력 단자(103)는 최종 출력 제1 전력 공급 단자(105)로 사용된다.
도 2는 종래 기술의 충전 시스템 구성도이다.
전기자동차 (Electric Vehicle (EV)) 혹은 에너지 저장 장치 (Energy Storage System (ESS)) 등의 충전 시스템에서 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지해서 충전 전류 공급을 차단해서 감전 사고나 화재 발생 사고를 예방할 수 있는 안전 장치가 필요하게 된다.
전기화재는 기존의 누전 혹은 배선용 차단기가 설치 되어 있는 곳에서도 발생하는데 이러한 기존의 차단기는 위험한 전기 아크(스파크) 사고를 감지 하는 기능이 없기 때문이다.
전기 아크(스파크) 사고는 전선이나 전기제품의 손상, 전선의 절연파괴 또는 부적절한 설치, 접속결함, 노화현상 등이 원인이 되어 발생한다. 전기화재의 약 80%가 아크(ARC)로 인한 것이다.
누전차단기는 사람의 감전을 위해, 배선용 차단기는 장비의 보호를 위해 설치되지만, 아크(ARC) 차단기는 전기화재의 주 원인이 되는 전기 아크(스파크) 사고 발생할 시, 이를 감지하고 전원을 차단하여 전기 화재를 사전에 예방함으로써 재산 및 인명 보호를 가능케 해 준다.
변류기 CT(Current Transformer)는 1차의 아크(ARC) 부하 전류를 2차 아크(ARC) 감지 출력 전류로 변환하는 전류 변환 Coil 소자이다.
통상 충전 시스템에서는 별도의 누전 차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI)를 주 제어 시스템과 분리해서 별도의 장치로 구성되어 있다.
주 제어 시스템은 주(Main) PCB (Printed Circuit Board) 기판 (201)내에 전자 접촉기 제어를 위한 MCU 제어부 (202)로 구성된다.
MCU 제어부 (202) 신호는 전자접촉기 (MC)의 릴레이 (Relay) 코일 (Coil) 의 전류를 제어해서 주 전원 접촉 단자의 ON 혹은 OFF 를 제어하게 된다.
연결 접속부는 전기 자동차 (EV) 혹은 에너지 저장 장치 (ESS)의 연결 Socket 으로 구성되어 배터리 관리 시스템(Battery Management System(BMS))의 접속 플러그 (Plug)를 통하여 상호 연결하도록 하는 장치로 구성된다.
따라서 종래의 충전 시스템은 누전 차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI) 와 별도로 전자접촉기 (Magnetic Contactor (MC))를 분리 설치하게 되어 자재비가 상승하고 전체 충전 시스템 부피가 증가하는 문제점이 발생하게 된다.
도 3은 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 구성도이다.
Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 Block 구성은 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700), CLK 발생부 (701), 아크 Sensor부 (702) 및 Switch 제어부 (710) 로 구성된다.
상기 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)는 out- 단자의 precharge transistor (703), out+ 단자의 precharge transistor (704), Latch 증폭부 (705), S_1 신호 입력 Transistor (706), S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707) 및 활성화 제어 Transistor (708) 로 구성된다.
상기 precharge transistor (703) 와 precharge transistor (704)는 out- 단자와 out+ 단자를 High 전압으로 Precharge 시키는 사용되는 Transistor 이다.
Latch 증폭부 (705)는 out- 단자와 out+ 단자를 증폭시키기 위한 회로이다.
S_1 신호 입력 Transistor (706)는 아크 Sensor부 (702) 의 S_1 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.
S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는 아크 Sensor부 (702) 의 S_2 신호를 입력 시키기 위한 Transistor 소자이다.
또한, 상기 S_2 신호 입력 Sensing Detection Voltage 생성 Transistor (707)는, 상기 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 다른 정해진 값의 Sensing Detection Voltage 특성을 생성하기 위해, 복수개의 Transistor를 직렬로 연결하여 구성하거나 병렬로 연결하여 전류 구동 능력에서 S_1 신호 입력 Transistor (706)와 차이가 나도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 활성화 제어 Transistor (708)는 CLK 신호가 High 일 때는 동작을 활성화 시키고, CLK 신호가 Low 일 때는 Precharge 시키는 동작을 수행한다.
상기 CLK 발생부 (701)는 전원을 인가하면 자체적으로 일정 주기의 clock 신호인 CLK 을 발생함을 특징으로 하는 회로 Block이다.
상기 아크 Sensor부 (702) 는 온도 Sensor, 영상 변류기(ZCT)를 포함하는 자기 Sensor, 가스 Sensor 등 각종 Sensor 신호를 발생하는 Sensor 회로 Block이다.
상기 아크 Sensor부 (702)의 2개의 출력 단자는 상기 S_1 신호와 상기 S_2 신호에 각각 연결된다.
상기 Switch 제어부 (710)의 2개의 입력 단자는 상기 S_1 신호와 상기 S_2 신호에 각각 연결된다.
도 4는 본 발명의 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM Latch 증폭 회로의 동작 파형도이다.
상기 CLK 발생부 (701)의 CLK 신호가 Low인 구간에서는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)가 비활성화 되어 Precharge 동작을 수행한다.
한편, 상기 CLK 발생부 (701)의 CLK 신호가 High인 구간에서는 Sensing Detection Voltage 생성 strong-ARM 증폭부 (700)가 활성화 되어 정상 증폭 동작을 수행한다.
본 발명의 회로는 전원이 공급되고 있는 동안에 CLK의 일정 주파수 주기에 대응하여 증폭 동작과 Precharge 동작을 주기적으로 반복됨을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 누설 전류 감지 제어 구조 내장(Embedded) 충전 시스템 구성도이다.
종래의 충전 시스템은 누전 차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI) 와 별도로 전자접촉기 (MC)를 분리 설치하게 되어 자재비가 상승하고 전체 충전 시스템 부피가 증가하는 문제점을 제거하기 위해서, 본 발명에서는 별도의 누전 차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI)는 분리 설치하지 않고, 전자접촉기 (MC) 하나만을 이용해서 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지 시에 전자접촉기 (MC)를 연결 혹은 차단 제어 하여 충전 전류 공급을 차단해서 감전 사고나 화재 발생 사고를 예방할 수 하는 기술이다.
즉, 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하여 제어하는 구조가 주(Main) PCB 기판 (501) 내에 내장(Embedded) 되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 충전 시스템은 주(Main) PCB 기판 (501), 전자접촉기 (MC), 영상변류기 (ZCT), 및 연결 접속부로 구성된다.
상기 주(Main) PCB 기판 (501)은 플러그 PCB (502), Slot 연결부 (503), MCU 처리부 (504), 및 Relay 제어부 (505)로 구성된다.
상기 플러그 PCB (502)는 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하고 처리하여 출력하는 회로를 포함한다.
상기 플러그 PCB (502)는 5-Pin 혹은 기타 8-Pin 등 구조의 플러그 (Plug) 형태의 PCB(Printed Circuit Board)를 포함한다.
상기 플러그 PCB (502)의 5-Pin 혹은 기타 8-Pin 등 구조는 상기 Slot 연결부 (503)에 삽입하여 상기 주(Main) PCB 기판 (501)의 연결 패드 (Pad) 단자와 납땜으로 연결(Soldering) 접합하는 것을 특징으로 한다.
상기 Slot 연결부 (503)는 상기 플러그 PCB (502)의 5-Pin 혹은 기타 8-Pin 등 구조가 삽입할 수 있도록 1개 이상 직사각형 형태의 관통 구멍 구조를 형성한다.
상기 주(Main) PCB 기판 (501)에는 상기 플러그 PCB (502)의 5-Pin 혹은 기타 8-Pin 등 구조가 상호 연결 될 수 있는 연결 패드 (Pad) 단자가 형성된다.
상기 플러그 PCB (502)의 5-Pin 구조는 5개 Pin 으로 구성되고, 각각의 Pin 번호는 P1, P2, P3, P4, P5 라고 제1 실시 예로써 정의하고, 각각의 Pin 배치 순서 혹은 기능 등의 변경은 재정의가 가능함을 특징으로 한다.
상기 플러그 PCB (502)는 상기 S_1 신호와 상기 S_2 신호를 포함한다.
상기 P1과 P2 Pin은 상기 S_1 신호와 상기 S_2 신호에 각각 연결된다.
상기 P1과 P2 Pin은 외부의 영상 변류기 (ZCT) 혹은 아크 전류(Arc Fault Current) 센서 신호선(W1, W2)과 연결된다.
상기 P3 Pin은 상기 주(Main) PCB 기판 (501)의 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.
상기 P4 Pin의 출력 단자는 기판 연결 신호선 (W4)에 연결된다.
상기 P4 Pin의 출력 신호는 Active High 혹은 Active Low의 출력 파형을 특징으로 한다.
상기 기판 연결 신호선 (W4)은 Pull-up 저항 (R1) 및 콘덴서 소자 (C1)와 연결하는 것을 포함한다.
상기 Pull-up 저항 (R1) 및 콘덴서 소자 (C1)는 상기 기판 연결 신호선 (W4)의 전달 신호 특성의 제어를 목적으로 한다.
상기 P4 Pin은 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지 기준 설정 값을 판정하는 출력 신호 단자로써 기판 연결 신호선 (W4)를 통해 상기 MCU 처리부 (504)의 입력 신호 단자에 연결된다.
상기 MCU 처리부 (504)는 MCU(microcontroller unit) 장치와 제어 처리 설정 프로그램으로 구성된다.
상기 제어 처리 설정 프로그램에는, 상기 기판 연결 신호선 (W4)의 Active High 혹은 Active Low의 전달 특성 파형을 인식한 후, 각종 설정 조건 혹은 전달 특성 신호 노이즈 (Noise) 제거를 처리하기 위한 활성화 시간 (Debounce Time) 설정, 혹은 재 투입 시간 설정 등의 처리 프로그램을 포함한다.
상기 MCU 처리부 (504)의 제어 신호선 (W5)는 상기 Relay 제어부 (505)의 입력 단자에 연결된다.
상기 Relay 제어부 (505)의 출력 신호선 (W6)는 상기 전자접촉기 (MC)의 릴레이 (Relay) 구동 전자석 코일 (Coil) 에 연결된다.
상기 Relay 제어부 (505)의 제어 구동 신호는 상기 전자접촉기 (MC)의 연결 혹은 차단 동작을 제어한다.
상기 전자접촉기(MC)는 전자석에 의해 접점을 동작시켜, 회로의 개폐를 담당하고 있는 기기이다.
외부에서 여자를 위한 구동 신호를 제공함으로써 내부 코일이 여자 하고, 이 전자력에 의해 전기자동차(Electric Vehicle (EV)) 혹은 ESS 시스템에 전원을 공급하거나 차단한다.
상기 P5 Pin은 상기 주(Main) PCB 기판 (501)의 전원 단자인 VDD에 연결되고, 상기 VDD 전압은 3.3V, 1.8V 등을 포함한다.
따라서, 본 발명의 기술은 별도의 누전차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI)를 분리 설치하지 않고, 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하여 상기 전자접촉기 (MC)의 개폐를 이용하여, 일반 누전차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI)의 연결 혹은 차단 동작 기능을 부수적으로 구현하는 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 플러그 PCB 의 5-Pin 배치 상세 구성도이다.
1개의 센서를 포함하는 제1 실시 예로써 5-Pin 배치 플러그 PCB 구조이다.
P1과 P2 Pin은 Sensor부 신호 선이 연결된다.
P3 Pin은 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.
P4 Pin은 출력 신호와 연결된다.
P5 Pin은 전원 공급 VDD에 연결된다.
센서 종류는 영상 변류기(Zero-phase Current Transformer (ZCT)) 혹은 아크 전류 감지 (Arc Fault Detection) 센서를 포함한다.
도 7은 본 발명의 플러그 PCB 의 8-Pin 배치 상세 구성도이다.
2개의 센서를 포함하는 제2 실시 예로써 8-Pin 배치 플러그 PCB 구조이다.
P1과 P2 Pin은 Sensor부 (1) 신호 선이 각각 연결된다.
P3과 P4 Pin은 Sensor부 (2) 신호 선이 각각 연결된다.
P5 Pin은 출력 신호(1)와 연결된다.
P6 Pin은 출력 신호(2)와 연결된다.
P7 Pin은 공통의 접지 단자인 GND에 연결된다.
P8 Pin은 전원 공급 VDD에 연결된다.
다른 2개 이상의 센서 종류는 영상 변류기(Zero-phase Current Transformer (ZCT)) 혹은 아크 전류 감지 (Arc Fault Detection) 센서를 포함한다.
100 입력 전원
101 변압 회로
102 정류 회로
104 제너 다이노드(Zener diode)
105 제1 전력 공급 단자
200 입력 전원

Claims (1)

  1. 누설 전류 감지 제어 구조 내장(Embedded) 충전 시스템에서,
    충전 시스템은 주(Main) PCB 기판 (501), 전자접촉기 (MC), 영상변류기 (ZCT), 및 연결 접속부로 구성되고;
    상기 주(Main) PCB 기판 (501)은 플러그 PCB (502), Slot 연결부 (503), MCU 처리부 (504), 및 Relay 제어부 (505)로 구성되고;
    상기 플러그 PCB (502)는 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하고 처리하여 출력하는 회로를 포함하고;
    상기 플러그 PCB (502)는 5-Pin 구조의 플러그 (Plug) 형태의 PCB(Printed Circuit Board)를 포함하고;
    상기 플러그 PCB (502)의 5-Pin 구조는 상기 Slot 연결부 (503)에 삽입하여 상기 주(Main) PCB 기판 (501)의 연결 패드 (Pad) 단자와 납땜으로 연결(Soldering) 접합하는 것을 특징으로 하고;
    상기 Slot 연결부 (503)는 상기 플러그 PCB (502)의 5-Pin 구조가 삽입할 수 있도록 1개 이상 직사각형 형태의 관통 구멍 구조를 형성하고;
    상기 주(Main) PCB 기판 (501)에는 상기 플러그 PCB (502)의 5-Pin 구조가 상호 연결 될 수 있는 연결 패드 (Pad) 단자가 형성되고;
    상기 플러그 PCB (502)의 5-Pin 구조는 5개 P1, P2, P3, P4, P5 Pin 으로 구성되고;
    상기 P1과 P2 Pin은 외부의 영상 변류기 (ZCT) 혹은 아크 전류(Arc Fault Current) 센서 신호선(W1, W2)과 연결되고;
    상기 P3 Pin은 상기 주(Main) PCB 기판 (501)의 공통의 접지 단자인 GND에 연결되고;
    상기 P4 Pin의 출력 단자는 기판 연결 신호선 (W4)에 연결되고;
    상기 P4 Pin의 출력 신호는 Active High 혹은 Active Low의 출력 파형을 특징으로 하고;
    상기 기판 연결 신호선 (W4)은 Pull-up 저항 (R1) 및 콘덴서 소자 (C1)와 연결하는 것을 포함하고;
    상기 Pull-up 저항 (R1) 및 콘덴서 소자 (C1)는 상기 기판 연결 신호선 (W4)의 전달 신호 특성의 제어를 목적으로 하고;
    상기 P4 Pin은 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지 기준 설정 값을 판정하는 출력 신호 단자로써 기판 연결 신호선 (W4)를 통해 상기 MCU 처리부 (504)의 입력 신호 단자에 연결되고;
    상기 MCU 처리부 (504)는 MCU(microcontroller unit) 장치와 제어 처리 설정 프로그램으로 구성되고;
    상기 제어 처리 설정 프로그램에는, 상기 기판 연결 신호선 (W4)의 Active High 혹은 Active Low의 전달 특성 파형을 인식한 후, 전달 특성 신호 노이즈 (Noise) 제거를 처리하기 위한 활성화 시간 (Debounce Time) 설정, 혹은 재 투입 시간 설정의 처리 프로그램을 포함하고;
    상기 MCU 처리부 (504)의 제어 신호선 (W5)는 상기 Relay 제어부 (505)의 입력 단자에 연결되고;
    상기 Relay 제어부 (505)의 출력 신호선 (W6)는 상기 전자접촉기 (MC)의 릴레이 (Relay) 구동 전자석 코일 (Coil) 에 연결되고;
    상기 Relay 제어부 (505)의 제어 구동 신호는 상기 전자접촉기 (MC)의 연결 혹은 차단 동작을 제어하고;
    상기 P5 Pin은 상기 주(Main) PCB 기판 (501)의 전원 단자인 VDD에 연결되고;
    별도의 누전차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI)를 분리 설치하지 않고, 누설 전류 (Residual Current)를 감지하거나 아크 전류(Arc Fault Current)를 감지하여 상기 전자접촉기 (MC)의 개폐를 이용하여, 일반 누전차단기 (RCD) 혹은 아크 차단기 (AFCI)의 연결 혹은 차단 동작 기능을 부수적으로 구현하는 것을 특징으로 하는 누설 전류 감지 제어 구조 내장(Embedded) 충전 시스템.
KR1020220043795A 2022-04-08 2022-04-08 누설 전류 감지 제어 구조 내장 충전 시스템 KR20230144749A (ko)

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