KR20240039997A - 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스 및 방법 - Google Patents

전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스 및 방법 Download PDF

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Abstract

전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스 및 방법이 제공된다. 상기 방법은: 단방향 통과 회로의 입력 단자를 제1 장비에 전기적으로 연결하고 상기 단방향 통과 회로의 출력 단자를 제2 장비에 전기적으로 연결하는 단계; 상기 출력 단자 그리고 저항을 포함하는 회생 저항 회로에 과전압 체크 회로를 전기적으로 연결하는 단계; 상기 과전압 체크 회로에 의해 상기 출력 단자의 전압을 검출하는 단계; 그리고 전압 임계값보다 큰 상기 전압에 반응하여 과전압 체크 회로에 의해 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.

Description

전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스 및 방법 {Electronic device and method for protecting equipment from voltage surge damage}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2022년 9월 20일에 출원된 미국 임시특허출원 일련번호 63/408,111에 대한 우선권 이익을 주장한다. 위에서 언급한 특허 출원의 전체가 본원에 참조로 포함되며 본 명세서의 일부가 된다.
기술분야
본 개시는 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
물류 자동화는 컨베이어 시스템에서 서로 다른 모터들이 서로 다른 시각들에서 중지하거나 시작할 수 있는 정밀한 프로세스이다. 모터가 갑자기 정지할 때에, 전력 라인의 전압이 급상승하여 그 전력 라인이나 모터 제어기에 손상을 줄 수 있다. 모터용의 전용 파워 서플라이는 전압 서지가 장비로 되돌아가는 것을 방지하기 위한 내장된 보호 기능을 구비하며, 모터 제어기에 대한 전압 서지는 보다 완만한 정지를 구성함으로써 방지될 수 있다. 그러나, 보호 기능이 내장되지 않은 기존 파워 서플라이들이 사용되거나 긴급한 모터 제동이 필요한 때와 같이 이러한 조정이 실용적이지 않은 경우들이 존재한다. 따라서, 전원 서지에 대비하는 별도의 보호 디바이스가 필요하다.
본 개시는 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 본 개시는 전압 검출 결과에 따라 전압 서지로부터 장비를 보호할 수 있다.
본 발명은 단방향 통과 회로, 회생 저항 (regenerative resistor) 회로 및 과전압 체크 회로를 포함하는, 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스에 관한 것이다. 상기 단방향 통과 회로는 제1 장비에 전기적으로 연결된 입력 단자 및 제2 장비에 전기적으로 연결된 출력 단자를 포함한다. 상기 회생 저항 회로는 저항을 포함한다. 상기 과전압 체크 회로는 상기 출력 단자와 상기 회생 저항 회로에 전기적으로 연결되며, 상기 과전압 체크 회로는 상기 출력 단자의 전압을 검출하고, 전압 임계값보다 커진 상기 전압에 반응하여 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결시킨다.
본 개시의 일 실시예에서, 상기 회생 저항 회로는, 상기 과전압 체크 회로, 상기 출력 단자 및 상기 저항에 연결된 스위치를 더 포함하고, 상기 과전압 체크 회로는 상기 스위치를 턴 온(turn on)함으로써 상기 출력 단자와 상기 저항을 전기적으로 연결한다.
본 개시의 일 실시예에서, 상기 스위치는 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전자 디바이스는, 상기 과전압 체크 회로에 전기적으로 연결된 써멀 보호 회로를 더 포함하고, 상기 써멀 보호 회로는 상기 저항의 온도를 검출하고, 상기 과전압 체크 회로는 온도 임계값 미만인 온도에 응답하여 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결시킨다.
본 개시의 일 실시예에서, 상기전자 디바이스는 상기 과전압 체크 회로에 전기적으로 연결된 클램프 전압 선택 회로를 더 포함하고, 상기 과전압 체크 회로는 상기 클램프 전압 선택 회로로부터의 명령에 따라 상기 전압 임계값을 설정한다.
본 개시의 일 실시예에서, 상기 제1 장비는 파워 서플라이를 포함하고 상기 제2 장비는 모터를 포함한다.
본 개시는 다음을 포함하는 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 보호 방법은: 단방향 통과 회로의 입력 단자를 제1 장비에 전기적으로 연결하고 상기 단방향 통과 회로의 출력 단자를 제2 장비에 전기적으로 연결하는 단계; 상기 출력 단자 그리고 저항을 포함하는 회생 저항 회로에 과전압 체크 회로를 전기적으로 연결하는 단계; 상기 과전압 체크 회로에 의해 상기 출력 단자의 전압을 검출하는 단계; 그리고 전압 임계값보다 큰 상기 전압에 반응하여 과전압 체크 회로에 의해 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
상술한 바에 따르면, 본 발명은 단순히 전력 소스와 보호 장비 사이에 전자 디바이스를 구성함으로써 전압 서지로부터 장비를 보호할 수 있다.
전술한 내용을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 도면과 함께 여러 실시예들이 다음과 같이 상세하게 설명된다.
첨부 도면들은 본 개시 내용에 대한 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하고, 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따라 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
본 개시를 보다 이해하기 쉽게 하기 위해, 본 개시의 구현의 예로서 몇몇 실시예들이 아래에서 설명된다. 더욱이, 동일한 참조 번호를 갖는 요소/컴포넌트/단계는 적절한 경우 도면 및 실시예에서 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 사용된다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따라 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스(100)의 개략도를 도시한다. 상기 전자 디바이스(100)는 장비(10)와 장비(20) 사이에 구성될 수 있으며, 장비(10)는 파워 서플라이를 포함할 수 있고 장비(20)는 모터 제어 카드와 같은 전기 부하를 포함할 수 있다. 전자 디바이스(100)는 장비(20)의 정지에 초래된 전압 서지 손상으로부터 장비(10)를 보호할 수 있다.
전자 디바이스(100)는 단방향 통과 회로(110), 과전압 체크 회로(120), 회생 저항 회로(130), 클램프 전압 선택 회로(140) 및 써멀 보호 회로(150)를 포함할 수 있다. 단방향 통과 회로(110)의 입력 단자는 장비(10)에 전기적으로 연결될 수 있고, 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자는 장비(20)에 전기적으로 연결될 수 있다. 단방향 통과 회로(110)는 장비(10)에서 장비(20)로만 신호가 전달될 수 있도록 신호(예: 전원 전류 또는 전압)의 방향을 제한할 수 있다. 장비(20)로부터의 신호는 단방향 통과 회로(110)를 통해 장비(10)로 전송될 수 없다. 전력을 공급받는 장비(20)에 전압 서지가 발생할 때에, 그 전력 서지는 단방향 통과 회로(110)를 통과할 수 없다. 일 실시예에서, 단방향 통과 회로(110)는 오링(ORing) 다이오드로 구현될 수 있다.
회생 저항 회로(130)는 스위치(131) 및 그 스위치(131)와 전기적으로 연결된 저항(132)을 포함할 수 있다. 저항(132)은 접지에 연결될 수 있다. 스위치(131)는 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자와 과전압 체크 회로(120)를 전기적으로 연결할 수 있다. 스위치(131)는 과전압 체크 회로(120)에 의해 제어되어 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자를 저항(132)에 전기적으로 연결하거나 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자를 저항(132)으로부터 분리할 수 있다.
일 실시예에서, 스위치(131)는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)를 포함할 수 있다. MOSFET의 소스는 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자와 저항(132) 중 하나에 연결될 수 있고, MOSFET의 드레인은 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자와 저항(132) 중 다른 하나에 연결될 수 있다. 예를 들어, MOSFET의 드레인이 저항(132)에 연결되면 MOSFET의 소스는 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자에 연결될 수 있다. MOSFET의 게이트는 과전압 체크 회로(120)를 연결할 수 있다. 과전압 체크 회로(120)는 MOSFET를 턴온하여 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자를 저항(132)에 전기적으로 연결하고, MOSFET를 턴오프(turn off)하여 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자를 저항(132)으로부터 분리할 수 있다.
과전압 체크 회로(120)는 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자의 전압을 검출할 수 있다. 상기 전압이 문턱 전압보다 크면, 과전압 체크 회로(120)는 스위치(131)를 턴온 시켜 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자를 저항(132)에 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 과전압 전력은 저항(132)에 의해 소모될 수 있다. 전압이 문턱 전압 이하인 경우, 과전압 체크 회로(120)는 스위치(131)를 턴오프시켜 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자를 저항(132)으로부터 분리할 수 있다.
클램프 전압 선택 회로(140)는 과전압 체크 회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 클램프 전압 선택 회로(140)는 DIP 스위치를 포함할 수 있다. 클램프 전압 선택 회로(140)는 사용자에 의해 작동되고 이에 따라 과전압 체크 회로(120)에 명령을 전달할 수 있다. 과전압 체크 회로(120)는 클램프 전압 선택 회로(140)로부터의 명령에 따라 전압 문턱값을 설정할 수 있다.
써멀 보호 회로(150)는 과전압 체크 회로(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 써멀 보호 회로(150)는 저항(132)의 온도를 검출할 수 있다. 저항(132)의 온도가 임계 온도 미만인 경우, 써멀 보호 회로(150)는 과전압 체크 회로(120)에 명령을 전송하여 과전압 체크 회로(120)가 스위치(131)를 제어하도록 허용할 수 있어서, 출력 단자의 전압이 전압 임계값을 초과할 때 과전압 체크 회로(120)에 의해 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자를 저항(132)에 연결시킨다. 즉, 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자는 저항(132)이 과열되지 않는다면 저항(132)에 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 저항(132)의 온도가 임계 온도 이상인 경우, 써멀 보호 회로(150)는 과전압 체크 회로(120)에게 스위치(131)를 턴 오프시켜 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자를 저항(132)으로부터 분리하도록 명령할 수 있다. 따라서, 저항기(132)는 과열되지 않을 것이다.
과전압 체크 회로(120)는 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자의 전압과 저항(132)의 온도 모두에 따라 스위치(131)를 턴 온 또는 턴 오프할 수 있다. 일 실시예에서, 과전압으로부터 장비(10)를 보호하는 것은 저항기(132)를 과열로부터 보호하는 것보다 우선순위가 높을 수 있다. 따라서, 과전압 체크 회로(120)는 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자의 전압이 전압 임계값과 같거나 낮은 경우에만, 저항(132)의 온도가 임계 온도보다 큰 것에 반응하여 스위치(131)를 턴 오프시키는 것으로 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 저항기(132)를 과열로부터 보호하는 것은 장비(10)를 과전압으로부터 보호하는 것보다 우선순위가 높을 수 있다. 따라서, 과전압 체크 회로(120)는 저항(132)의 온도가 온도 임계 값보다 낮은 경우에만, 단방향 통과 회로(110)의 출력 단자의 전압이 전압 임계값보다 큰 것에 반응하여 스위치(131)를 턴온하는 것으로 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 방법의 흐름도를 도시한 것으로, 상기 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 전자 디바이스(100)에 의해 구현될 수 있다. 단계 S201에서, 단방향 통과 회로의 입력 단자를 제1 장비에 전기적으로 연결하고 상기 단방향 통과 회로의 출력 단자를 제2 장비에 전기적으로 연결한다. 단계 S202에서, 상기 출력 단자 그리고 저항을 포함하는 회생 저항 회로에 과전압 체크 회로를 전기적으로 연결한다. 단계 S203에서, 상기 과전압 체크 회로에 의해 상기 출력 단자의 전압을 검출한다. 단계 S204에서, 전압 임계값보다 큰 상기 전압에 반응하여 과전압 체크 회로에 의해 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결한다.
정리하면, 본 발명의 전자 디바이스는 보호 장비와 전력 소스 사이에 단방향 통과 회로를 구성할 수 있다. 상기 전자 디바이스는 단방향 통과 회로의 출력 단자의 전압을 검출하고, 검출된 전압이 임계 전압보다 큰 경우 출력 단자를 저항에 연결할 수 있다. 따라서, 전압 서지는 장비가 아닌 접지로 향할 수 있다. 전력 서지를 접지로 보내는 저항은 써멀 보호 회로에 의해 소손되지 않도록 보호될 수 있다.
본 개시의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 상기 개시된 실시예에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 전술한 내용을 고려하여, 본 개시 내용은, 수정들 및 변형들이 다음의 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 속하는 경우 이와 같은 수정들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.

Claims (7)

  1. 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스로서, 상기 전자 디바이스는:
    제1 장비에 전기적으로 연결된 입력 단자 및 제2 장비에 전기적으로 연결된 출력 단자를 포함하는 단방향 통과 회로;
    저항을 포함하는 회생 저항 회로; 그리고
    상기 출력 단자와 상기 회생 저항 회로에 전기적으로 연결된 과전압 체크 회로를 포함하며, 상기 과전압 체크 회로는 상기 출력 단자의 전압을 검출하고, 전압 임계값보다 커진 상기 전압에 반응하여 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결하는, 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회생 저항 회로는:
    상기 과전압 체크 회로, 상기 출력 단자 및 상기 저항에 연결되는 스위치를 포함하고, 상기 과전압 체크 회로는 상기 스위치를 턴 온 (turn on)시킴으로써 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결하는, 전기 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위치는 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터를 포함하는, 전자 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 과전압 체크 회로에 전기적으로 연결되어, 상기 저항의 온도를 검출하는 써멀 보호 회로를 더 포함하고,
    상기 과전압 체크 회로는 온도 임계값보다 낮은 온도에 반응하여 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결하는, 전자 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 과전압 체크 회로에 전기적으로 연결되는 클램프 전압 선택 회로를 더 포함하고, 상기 과전압 체크 회로는 상기 클램프 전압 선택 회로로부터의 명령에 따라 상기 전압 임계값을 설정하는, 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 설비는 파워 서플라이를 포함하고, 상기 제2 설비는 모터를 포함하는, 전자 디바이스.
  7. 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하는 방법으로, 상기 보호 방법은:
    단방향 통과 회로의 입력 단자를 제1 장비에 전기적으로 연결하고 상기 단방향 통과 회로의 출력 단자를 제2 장비에 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 출력 단자 그리고 저항을 포함하는 회생 저항 회로에 과전압 체크 회로를 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 과전압 체크 회로에 의해 상기 출력 단자의 전압을 검출하는 단계; 그리고
    전압 임계값보다 큰 상기 전압에 반응하여 과전압 체크 회로에 의해 상기 출력 단자를 상기 저항에 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는, 보호 방법.
KR1020230038626A 2022-09-20 2023-03-24 전압 서지 손상으로부터 장비를 보호하기 위한 전자 디바이스 및 방법 KR20240039997A (ko)

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