KR20240049199A - 전류 센서 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전류 센서 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 션트 저항과 같은 직접 연결 방식과 달리, 자기장 세기 검출을 통해 도선에 흐르는 전류의 양을 검출하는 센서를 제작하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전류 센서 제작 방법은 (a) 기설정 형상의 부스바를 제작하는 단계와, (b) 부스바의 일단을 기준으로, 제1 거리가 이격되는 지점에 전류 센서의 초기 위치를 설정하고, 제2 거리가 이격되는 지점에 상기 전류 센서의 수정 위치를 설정하는 단계 및 (c) 부스바의 단면을 기준으로, 상부에 배치되는 전류 센서가 배치되는 기준 높이를 설정하는 단계를 포함한다.

Description

전류 센서 제작 방법{METHOD FOR MAKING CURRENT SENSOR}

본 발명은 전류 센서 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 션트 저항과 같은 직접 연결 방식과 달리, 자기장 세기 검출을 통해 도선에 흐르는 전류의 양을 검출하는 센서를 제작하는 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따르면, 션트(Shunt) 저항 또는 CT 센서를 사용하여 전류를 측정한다. 션트 저항은 온도 변화에 민감하고 대전류에 적합하지 않은 단점이 있따. CT 센서의 경우 자기장 검출 방식과 유사하게 유도 기전력 기반의 전류 측정 방식을 적용하는 것인데, 크기의 최소화와 관련한 단점이 있다.

자기장 센서는 홀센서, MR센서, 플럭스 게이트 센서 및 MI센서와 같이 IC 센서 형태의 다양한 제품으로 출시되고 있으며 소형화 및 고정밀 센서 응용에 대한 장점이 있다. 자기장 센서는 소전류에도 적용이 가능하며, 50A 급 이상의 중전류, 대전류 센서 모듈 제작이 가능하다.

중/대전류 센서 모듈 제작에 있어, 정확도를 향상시키기 위해서는 온도에 따른 센서의 편차를 줄여야 하고, 제작에 따른 편차도 개선하여야 하며, Differential 입력 적용시 Offset 문제도 개선해야 할 필요성이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 자기장 세기 검출을 위해 측정하고자 하는 전류가 흐르는 도선에 자기 센서 검출부를 포함한 부스바 형태의 부품을 체결하여 제작 편차를 줄이고, 이격거리 편차 및 저향열을 최소화함으로써, 전류 센서의 온도 편차, 오프셋, 자기장 검출 범위 제한 및 센서 교정의 편의성 측면에서 개선되며 소형화 및 저가격화의 장점을 갖는 전류 센서를 제작하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전류 센서 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 션트 저항과 같은 직접 연결 방식과 달리, 자기장 세기 검출을 통해 도선에 흐르는 전류의 양을 검출하는 센서를 제작하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전류 센서 제작 방법은 (a) 기설정 형상의 부스바를 제작하는 단계와, (b) 부스바의 일단을 기준으로, 제1 거리가 이격되는 지점에 전류 센서의 초기 위치를 설정하고, 제2 거리가 이격되는 지점에 상기 전류 센서의 수정 위치를 설정하는 단계 및 (c) 부스바의 단면을 기준으로, 상부에 배치되는 전류 센서가 배치되는 기준 높이를 설정하는 단계를 포함한다.

상기 (b) 단계는 상기 초기 위치 및 기준 높이에서 일정 전류 인가에 따른 자기장 크기를 측정하고, 상기 자기장 크기 변화가 기준 범위 내로 일정한 영역을 확인한다.

상기 (b) 단계는 상기 기준 높이에 추가 높이를 더한 높이에서의 자기장 크기를 측정하고, 상기 자기장 크기가 기준 범위 내로 일정한 영역을 확인한다.

상기 (b) 단계 및 (c) 단계는 상기 전류 센서의 자기장 감지 범위에 따라, 위치에 따른 유도 자기장 세기를 측정하고, 상기 수정 위치 및 기준 높이를 고려하여 센서 위치 결정을 수행한다.

상기 (b) 단계는 상기 제1 거리 및 제2거리가 이격되는 각각의 지점을 상기 전류 센서의 중간 위치로 두고, 해당 중간 위치로부터 상, 하, 좌, 우, 기설정 거리가 이격된 지점에서의 평균, min, max, 편차 데이터를 이용하여 부스바 전류 센서의 정확도 향상 결과를 확인한다.

상기 (b) 단계 및 (c) 단계는 상기 부스바의 사이즈 변경 사양을 고려하여, 상기 전류 센서의 위치 및 기준 높이를 재설정한다.

본 발명에 따르면, 자기장 측정 센서를 포함한 부스바 형태의 부품을 적용함으로써, 제작으로 인한 센서의 감도 편차를 최소화하는 것이 가능하다.

종래 기술에 따르면, 자기장 측정 센서 적용에 있어서 Differential 입력 방식을 선택 시 오프셋이 발생되며 이를 해결하여야 하는 반면, 본 발명의 실시예에 따르면 부스바 제작시 편차를 최소화하여 측정하고자 하는 전류 도선과 2개 이상의 자기장 측정 센서 검출부와의 이격거리 편차를 최소화하여 오프셋을 줄이는 것이 가능한 효과가 있다.

종래 기술에 따르면 중/대전류 센서 측정 시 주변 환경 온도 변화 및 전류 도선에서 발생되는 저항열로 인해 발생되는 온도 편차를 보정하는 알고리즘 적용이 필요하였던 반면, 본 발명에 따르면, 전류 도선의 저항열을 최소화할 수 있는 부스바 제작 방식을 적용함으로써, 주변 환경 온도 변화에 편차는 Differential 입력을 적용함으로써 전술한 문제점을 해결하는 것이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전류 센서의 위치 및 형상을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예예 따른 부스바 단면 기준 센서의 높이를 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예예 따른 자기장 측정 그래프를 도시한다.
도 5및 도 6은 본 발명의 실시예예 따른 센서 위치에 따른 유도 자기장을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예예 따른 센서 중간 위치에서 상, 하, 좌, 우 이격된 위치에서의 평균, min, max, 편차 데이터를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예예 따른 전류 센서 위치 선정에 따른 편차 데이터를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예예 따른 부스바 전류 15A, 70A에서의 높이에 따른 자기장 세기 분포 그래프를 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예예 따른 부스바에 흐르는 전류 세기와 무관하게 동일한 자기장 측정 범위를 가지는 센서의 적용을 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예예 따른 자기장 감지 위치 및 상/하 부스바의 이격 높이 변화에 따른 자기장 세기 변화 그래프를 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 시스템을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자기장 측정 센서를 포함한 부스바 형태의 부품을 적용하여, 제작으로 인한 센서의 감도 편차를 최소화한다. 부스바 제작 시에는 가공이 아닌 프레스 또는 금형 제작 방식을 적용한다.

부스바 제작시 가공이 아닌 프레스 또는 금형 제작 방식을 적용한다.

자기장 측정 센서 검출부를 부스바의 굴곡부 중앙 하부, 측정 전류 도선에 가까운 면에 배치하여, 측정하고자 하는 전류 도선에 자기장 측정 센서 부스바 체결 시 항상 일정한 이격 거리를 갖도록 제작한다.

측정하고자 하는 전류 도선에서 인가된 자기장은 자기장 측정 센서 검출부에 항상 일정하게 측정된다.

종래 기술에 따르면, 자기장 측정 센서 적용에 있어서 Differential 입력 방식을 선택 시 오프셋이 발생되며 이를 해결하여야 하는 반면, 본 발명의 실시예에 따르면 부스바 제작시 편차를 최소화하여 측정하고자 하는 전류 도선과 2개 이상의 자기장 측정 센서 검출부와의 이격거리 편차를 최소화하여 오프셋을 줄이는 것이 가능하다. 종래 기술에 따르면 중/대전류 센서 측정 시 주변 환경 온도 변화 및 전류 도선에서 발생되는 저항열로 인해 발생되는 온도 편차를 보정하는 알고리즘 적용이 필요하였던 반면, 본 발명의 실시예에 따르면, 전류 도선의 저항열을 최소화할 수 있는 부스바 제작 방식을 적용함으로써, 주변 환경 온도 변화에 편차는 Differential 입력을 적용함으로써 전술한 문제점을 해결하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 션트 저항과 같은 직접 연결 방식과 달리, 자기장의 세기를 검출하여 도선에 흐르는 전류의 양을 검출하는 전류 센서 제작 방법을 제안한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자기장 세기 검출을 위해 측정하고자 하는 전류가 흐르는 도선에 자기 센서 검출부를 포함한 부스바 형태의 부품을 체결하여 제작 편차를 줄이고, 이격거리 편차 및 저향열을 최소화함으로써, 전류 센서의 온도 편차, 오프셋, 자기장 검출 범위 제한 및 센서 교정의 편의성 측면에서 개선되며 소형화 및 저가격화의 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전류 센서의 위치 및 형상을 도시한다.

기설정 형상의 부스바의 일단을 기준으로, 27mm 이격되는 지점에 초기 위치가 설정되고, 17.8mm가 이격되는 지점에 수정 위치가 설정된다.

부스바의 사이즈는 전류 용량(70A급, 100A 급, 200A 급)에 따라 변경되며, 전류 용량 증가만큼 단면적이 비례되어 증가되는 경우, 부스바의 사이즈 변경에 따라 전류 센서의 최적 위치는 재설정된다. 예컨대, 70A 급에서 140A 급으로 증가되고 단면적이 2배가 되는 경우, 길이와 두께는 1.414배(sqrt(2))가 된다.

전술한 바와 같이, 부스바의 사이즈는 전류 용량(70A급, 100A 급, 200A 급)에 따라 변경되며, 전류 용량 증가만큼 단면적이 비례되어 증가되는 경우, 부스바의 사이즈 변경에 따라 전류 센서의 최적 위치가 재설정된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전류 용량과 무관하게 단일 동작 범위 센서로 적용함에 따라, 선형성과 교정 오차를 줄여 특성이 우수한 전류 센서를 제공하는 것이 가능하다.

센서의 동작 범위 설정과 무관하게 허용 전류 용량에 맞는 부스바의 단면적(길이를 고정할 경우) 사이즈를 변경하여야 하며, 전술한 도 1은 70A 급의 부스바 사이즈를 도시한다.

차동 부스바 구조가 140A 이상의 전류 용량을 해결할 수 있는 방안이 될 수 있으나, 차동 부스바 구조가 아닌 싱글 부스바 구조에서도 허용 전류 용량을 고려하여 부스바 단면적 변경 시 전류 센서의 최적 위치를 재설정한다.

도 2는 본 발명의 실시예예 따른 부스바 단면 기준 센서의 높이를 도시한다.

부스바를 자른 단면(xy평면상의 단면)을 기준으로, 상부에 PCB가 배치되고, 그 상부에 센서가 배치된다. 센서가 배치되는 기준 센서 높이는 1.875mm로 설정된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예예 따른 자기장 측정 그래프를 도시한다.

도 3은 초기 위치 27mm, 기준 높이 18.75mm에서 20A 전류 인가에 따른 자기장 성분을 도시하고, 자기장 B_x을 측정한 그래프를 도시한다.

X좌표가 0에서 15mm인 범위에서의 자기장 B_x를 확인하면, X좌표가 6mm보다 크고 10mm보다 작은 범위일 때, 자기장 B_x가 일정함을 확인할 수 있다.

도 4는 h= 1.875+h'일 때 자기장 B_x을 측정한 그래프를 도시한다.

h'이 2mm이고, X좌표가 6mm보다 크고 10mm보다 작은 범위일 때, 자기장 B_x가 일정함을 확인할 수 있으며, h'이 2mm인 지점, 즉 h가 3.875mm 부근에서 편차가 최소가 됨을 확인할 수 있다.

도 5및 도 6은 본 발명의 실시예예 따른 센서 위치에 따른 유도 자기장을 도시한다.

도 5를 참조하면, 전류 15A에서의 센서의 h 높이와 수평 위치에 따른 자기장 세기 분포를 도시하며, 전류 센서의 자기장 감지 범위에 따라 센서의 위치 최적화에 활용할 수 있다.

도 6을 참조하면, h=2mm, h=13mm 에서의 센서 위치 6~8mm에서의 자기장 세기 변화를 도시한다.

도 7은 본 발명의 실시예예 따른 센서 중간 위치에서 상, 하, 좌, 우 이격된 위치에서의 평균, min, max, 편차 데이터를 도시한다.

초기 위치 대비 수정위치인 지점의 센서 중간 위치를 기준으로, 상, 하, 좌, 우 1mm 떨어진 곳에서의 평균, Min, Max, 편차 데이터를 도시한다.

전류 센서 수정 위치 선정을 통해, 편차 데이터를 2.4%에서 1.25%로 줄일 수 있으며, 부스바 전류 센서의 정밀도 및 정확도 향상이 가능한 효과를 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예예 따른 전류 센서 위치 선정에 따른 편차 데이터를 도시한다.

기설정 형상의 부스바의 일단을 기준으로, 27mm 이격되는 지점에 초기 위치가 설정되고, 17.8mm가 이격되는 지점에 수정 위치가 설정된다.

초기 위치에서의 중앙, 상, 하, 좌, 우 전체의 평균, Min, Max, 편차 데이터를 측정하고, 수정 위치에서의 중앙, 상, 하, 좌, 우 전체의 평균, Min, Max, 편차 데이터를 측정한다.

도 9는 본 발명의 실시예예 따른 부스바 전류 15A, 70A에서의 높이에 따른 자기장 세기 분포 그래프를 도시한다.

부스바 전류 15A, 70A 에서의 높이에 따른 자기장 세기 분포 그래프가 도시되며, 전류 센서의 자기장 측정 범위에 따라 최적 위치 선정이 필요하다.

도 10은 본 발명의 실시예예 따른 부스바에 흐르는 전류 세기와 무관하게 동일한 자기장 측정 범위를 가지는 센서의 적용을 도시한다.

부스바 전류 세기 변화에 따라 자기장 측정 범위를 달리 제작해야 되는 문제가 발생될 수 있는 바, 본 발명의 실시예에 따르면, 부스바 전류를 도 10에 도시한 바와 같이 적용하고, 자기장 세기의 차동 입력을 통해 부스바에서 흐르는 전류의 세기와 무관하게 동일한 자기장 측정 범위를 갖는 센서의 적용이 가능하다.

도 11은 본 발명의 실시예예 따른 자기장 감지 위치 및 상/하 부스바의 이격 높이 변화에 따른 자기장 세기 변화 그래프를 도시한다.

도 11을 참조하면, 부스바 전류 70A의 경우, 센서의 자기장 감지 위치와 상/하 부스바의 이격 높이 변화에 따른 자기장 세기 변화 그래프를 도시한다.

예를 들어 1mT 이내 전류 센서 감지 범위를 갖는 센서를 적용하기 위해서는, 센서 위치가 2mm인 경우 부스바 높이를 10mm이하로 선택하여 적용한다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 12를 참조하면, 컴퓨터 시스템(1300)은, 버스(1370)를 통해 통신하는 프로세서(1313), 메모리(1330), 입력 인터페이스 장치(1350), 출력 인터페이스 장치(1360), 및 저장 장치(1340) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1300)은 또한 네트워크에 결합된 통신 장치(1320)를 포함할 수 있다. 프로세서(1310)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU)이거나, 또는 메모리(1330) 또는 저장 장치(1340)에 저장된 명령을 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1330) 및 저장 장치(1340)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(read only memory) 및 RAM(random access memory)를 포함할 수 있다. 본 기재의 실시예에서 메모리는 프로세서의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서와 연결될 수 있다. 메모리는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체이며, 예를 들어, 메모리는 읽기 전용 메모리(read-only memory, ROM) 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)를 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 구현된 방법으로서 구현되거나, 컴퓨터 실행 가능 명령이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서 구현될 수 있다. 한 실시예에서, 프로세서에 의해 실행될 때, 컴퓨터 판독 가능 명령은 본 기재의 적어도 하나의 양상에 따른 방법을 수행할 수 있다.

통신 장치(1320)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은, 본 발명의 실시예를 위해 특별히 설계되어 구성된 것이거나, 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등일 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 통해 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (6)

1. (a) 기설정 형상의 부스바를 제작하는 단계;
   (b) 상기 부스바의 일단을 기준으로, 제1 거리가 이격되는 지점에 전류 센서의 초기 위치를 설정하고, 제2 거리가 이격되는 지점에 상기 전류 센서의 수정 위치를 설정하는 단계; 및
   (c) 상기 부스바의 단면을 기준으로, 상부에 배치되는 상기 전류 센서가 배치되는 기준 높이를 설정하는 단계
   를 포함하는 전류 센서 제작 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계는 상기 초기 위치 및 기준 높이에서 일정 전류 인가에 따른 자기장 크기를 측정하고, 상기 자기장 크기 변화가 기준 범위 내로 일정한 영역을 확인하는 것
   인 전류 센서 제작 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계는 상기 기준 높이에 추가 높이를 더한 높이에서의 자기장 크기를 측정하고, 상기 자기장 크기가 기준 범위 내로 일정한 영역을 확인하는 것
   인 전류 센서 제작 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계 및 (c) 단계는 상기 전류 센서의 자기장 감지 범위에 따라, 위치에 따른 유도 자기장 세기를 측정하고, 상기 수정 위치 및 기준 높이를 고려하여 센서 위치 결정을 수행하는 것
   인 전류 센서 제작 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계는 상기 제1 거리 및 제2거리가 이격되는 각각의 지점을 상기 전류 센서의 중간 위치로 두고, 해당 중간 위치로부터 상, 하, 좌, 우, 기설정 거리가 이격된 지점에서의 평균, min, max, 편차 데이터를 이용하여 부스바 전류 센서의 정확도 향상 결과를 확인하는 것
   인 전류 센서 제작 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계 및 (c) 단계는 상기 부스바의 사이즈 변경 사양을 고려하여, 상기 전류 센서의 위치 및 기준 높이를 재설정하는 것
   인 전류 센서 제작 방법.