KR960010755B1

KR960010755B1 - 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로

Info

Publication number: KR960010755B1
Application number: KR1019940011265A
Authority: KR
Inventors: 박선순; 구태홍
Original assignee: 코오롱엔지니어링 주식회사; 김일두
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1994-05-24
Publication date: 1996-08-08
Also published as: KR950033493A

Abstract

내용 없음.

Description

포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로

제1도는 종래의 홀소자를 이용한 직류전합 측정회로의 회로도이고,

제2도는 홀소자의 입출력 특성도이고,

제3도는 종래의 포토 트랜지스터를 이용한 직류전압 특정회로의 회로도이고,

제4도는 종래의 포토 트랜지스터를 이용할때의 온도변화에 따른 출력변화를 나타낸 도면이고,

제5도는 이 발명의 실시예에 따른 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로의 회로도이고,

제6도는 이 발명의 실시예에 따른 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로의 입출력 선형 특성도이다.

* 도면의 주요부분에 대하 부호의 설명

Rs : 입력저항 Ro : 출력저항

Rc : 풀업저항 51 : 포토 트랜지스터부

52 : 증폭기

이 발명은 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 직류전압을 측정하는데 있어서 입출력간의 선형성 및 온도특성이 우수한 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압측정회로에 관한 것이다.

최근 산업계에는 전기, 잔자기기의 보급이 확대되고 있으며, 또한 전기, 전자설비의 복잡성은 더욱 가중되고 있다. 이에 따라 전기, 전자기기 및 전기, 전자 설비를 효과적으로 제어하기 위해서 전자회로를 이용한 제어기의 구성이 필수적이다.

여러가지 많은 전기, 전자기기와 전기, 전자 설비를 제어하기 위하여 상기한 제어기는 기기 또는 설비 각부의 직류전압 정보를 필요로 한다.

이러한 직류전압 정보는 직류전압 측정회로를 이용하여 상기한 전기, 전자기기 및 전기, 전자 설비로부터 전기적인 절연상태에서 얻어질 수 있어야 한다. 또한 제어기가 상기한 기기 또는 설비를 정밀하게 제어하기 위해서는, 직류전압 측정회로로부터 얻어지는 직류전압 정보가 우수한 선형성 및 온도특성을 갖는 것이 요구되고, 또한 동작영역 및 주파수 대역이 넓어야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 직류전압 측정회로에 대하여 설명한다.

제1도는 종래의 홀소자를 이용한 직류전압 측정회로의 회로도이다.

제1도에 도시되어 있듯이 종래의 홀소자를 이용한 직류전압 측정회로의 구성은, 직류전압 신호선(V_DC)에 연결되어 있는 저항(Rs)과, 저항(Rs)에 연결되어 있는 도선의 주변에 위치하고 있는 홀소자(10)로 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 종래의 홀소자를 이용한 직류전압 측정회로의 동작은 다음과 같다.

직류전압 신호(V_DC)가 인가되면 저항(Rs)을 거쳐서 전류 I_F가 흐르게 된다. 상기한 전류IF는 전압 V_DC에 비례하는 값을 가지며, 전류I_F가 흐르는 도선의 코어에는 전류IF에 비례하는 자속이 발생된다.

이와 같이 자속이 발생하게 되면, 홀소자(10)에세는 홀효과에 의해서 상기한 자속에 비례하는 직류전압 Vh가 얻어진다.

이 경우에, 직류전압 V_DC와 홀소자(10)의 출력전압 Vh간의 관계는 다음의 식(1)로서 주어진다.

Vh=Kh N1 Ic=Kh N1 Vdc/Rs=Kv V_DC.......................................(1)

여기에서, Ic는 일정값을 갖는 전류이고, N1은 1차 권선수이고, Kh는 홀소자의 상수값이고, Kv=Kh N1/Rs이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 홀소자를 이용한 직류전압 측정회로는, 전압을 측정하는 경우에 홀소자의 비선형성, 홀소자의 온도특성과 과다한 1차 권선에 의한 협소한 주파수 대역등의 문제를 내포하고 있으며, 또한 센서의 크기가 크고 가격이 고가인 단점이 있다.

제3도는 종래의 포토 트랜지스터를 이용한 직류전압 측정회로의 회로도이다.

제3도에 도시되어 있듯이 종래의 포토 트랜지스터를 이용한 직류전압 측정회로의 구성은, 직류전압 신호선(V_DC)에 연결되어 있는 입력저항(Rs)과, 입력저항(Rs)에 애노드가 연결되어 있는 발광 다이오드(D31)와, 발광 다이오드(D31)에 광학적으로 연결되어 있는 포토 트랜지스터(T13)와, 포토 트랜지스터(T31)의 에미터 단자에 연결되어 있는 출력저항(R₀)으로 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 종래의 포토 트랜지스터를 이용한 직류전압 측정회로의 동작은 다음과 같다.

제3도에서, 전류 I_F는 직류전압 V_DC에 비례하게 되며, 발광다이오드(D31)는 상기한 전류 I_F의 양에 비례하는 빛을 발하게 되고, 포토트랜지스터(T31)의 컬렉터 단자와 에미터 단자에는 상기한 발광다이오드(D31)로부터 방출되는 광량에 비례하는 전류가 흐르게 된다.

이 회로에서, 출력 직류전압(V₀)은 다음의 식(2)와 같이 측정된다.

Vo=I_ERo

=Kf I_FRo

=Kf Ro V_DC/Rs

=Kv V_DC........................................................(2)

여기에서, I_E는 포토 트랜지스터(T31)의 에미터 전류이고, Kf는 전류 I_F와 전류 I_E간의 이득(온도의 함수)이고, Rs는 입력저항값이고, Ro는 출력저항값이고, Kv=Kf Ro/Rs이다.

그러나, 상기한 종래의 포토 트랜지스터를 이용한 직류전압 측정회로는, 전류 IF와 전류 I_E간의 특성이 상당히 비선형적이고, 제4도에 도시되어 있는 바와 같이, 온도특성 또한 좋지 않은 단점이 있다. 그리고, 트랜지스터 전류이득(I_F-I_E간의 이득) 역시 온도의 함수이며, 또한 각 트랜지스터마다 일정한 값을 갖지 않는 단점이 있다.

따라서 이 발명의 목적은 상기한 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 직류전압을 측정하는데 있어서 입출력간의 선형성 및 온도특성이 우수한 포토트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 직류전압 신호선에 연결되어 있는 입력저항과, 상기한 입력저항을 흐르는 전류를 빛으로 변환한 뒤에 이를 전류로 변환하여 출력하는 한쌍의 포토 커플러로 이루어진 포토 트랜지스터부와, 상기한 포토 트랜지스터부에 입력단 및 출력단에 되먹임 연결되어 있으며, 상기한 포토 트랜지스터부의 한쌍의 포토 커플러를 흐르는 전류의 양이 갈아지도록 하기 위한 증폭기와, 상기한 포토 트랜지스터부의 출력단에 연결되어 있는 출력저항으로 이루어진다.

상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 이 발명을 용이하게 실시 할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

제5도는 이 발명의 실시예에 따른 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로의 회로도이다.

제5도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로의 구성은, 직류전압 신호선(V_DC)에 연결되어 있는 입력저항(Rs)과, 입력저항(Rs)에 연결되어 있는 포토 트랜지스터부(51)와, 포토트랜지스터부(51)에 반전 입력단자 및 비반전 입력단자가 연결되어 있으며 출력단자가 포토 트랜지스터부(51)에 피드백 연결되어 있는 증폭기(52)과, 포토 트랜지스터부(51)에 연결되어 있는 출력저항(Ro)과, 전류제한용 다이오드(D51,D52)와 풀업저항(Rc)으로 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로의 작용은 다음과 같다.

제5도에서, 포토 트랜지스터부(51)의 내부에 있는 2개의 포토 트랜지스터는 한 패키지내에서 전기적, 기하학적으로 대칭인 구조를 이루고 있다. 따라서 온도가 변화하는 경우에서 조차 2개의 포토 트랜지스터의 전기적 특성이 거의 일치하게 된다.

이 경우에, 포토 트랜지스터부(51)의 제1 포토 트랜지스터를 흐르는 전류 Ic₁는 다음과 같이 구해진다.

Ic₁=K_FIF₁....................................(3)

위에서와 마찬가지로 포토 트랜지스터부(51)의 제2 포토 트랜지스터를 흐르는 전류 Ic₂는 다음과 같이 구해진다.

Ic₂=K_FI_F2....................................(4)

또한, 증폭기(52)의 반전 입력단자와 비반전 입력단자의 양단간에 걸리는 전압 Vi는 다음과 같이 구해진다.

Vi=V_c2-V_c1=(V_cc-I_c2R_c)-(V_cc-I_c1R_c).....................(5)

위 식(5)을 정리하면,

Ui=(I_c1-I_c2)R_c.......................................................(6)

식 (3)~(4)를 식(6)에 대입하면,

Vi=K_FR_C(I_F1-I_F2)..................................................(7)

식(7)에서 전류 I_F2의 값은 식(8)로 주어진다.

I_F2=(A Vi-V_D)/Ro................................................(8)

여기에서, A는 증폭기(52)의 이득이고, V_D는 포토 트랜지스터부(52)의 발광다이오드의 순방향 전압이다.

상기한 식(7)과 식(8)로부터 다음의 식(9)를 얻을 수가 있다.

I_F2=(A K_FR_CI_F1-V_D)/(A K_FR_o+R_o).....................(9)

식(9)에서 증폭기(52)의 이득 A는 108 이상의 큰값을 가지므로 식(9)는 오차를 갖지 않고, 식(10)과 식(11)로 단순화시킬 수가 있다.

I_F2=I_F1................................................................(10)

Vo=V_DCRo/Rs....................................................(11)

식(11)을 고찰한다면, 출력 직류전압(Vo)은 단순히 출력저항(Ro) 및 입력저항(Rs)의 비로서 측정될 수 있으므로 입출력간의 선형성이 우수하고, 또한 온도에 따라 변하는 K_F가 소거되므로 온도특성이 좋은 것을 알 수가 있다.

이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 입출력간의 선형성 및 온도특성이 우수한 효과를 갖는 포토 트랜지스터 접합에 의한 직류전압 측정회로를 제공할 수가 있다. 이 발명의 이러한 효과는 직류전압의 측정을 위한 센서분야에서 이용될 수 있다.

Claims

직류전압 신호선에 연결되어 있는 입력저항과, 상기한 입력저항을 흐르는 전류를 빛으로 변환한 뒤에 이를 전류로 변환하여 출력하는 한쌍의 포토 커플러를 이루어진 포토 트랜지스터부와, 상기한 포토 트랜지스터부에 입력단 및 출력단에 되먹임 연결되어 있으며, 상기한 포토 트랜지스터부의 한쌍의 포토 커플러를 흐르는 전류의 양이 감아지도록 하기 위한 증폭기와, 상기한 포토 트랜지스터부의 출력단에 연결되어 있는 출력저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로.
제1항에 있어서, 상기한 출력저항을 흐르는 전류의 양을 제한하기 위한 전류제한용 다이오드를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로.
제1항에 있어서, 상기한 증폭기의 반전 입력단자 및 비반전 입력단자에 연결되어 있는 노드의 전위를 풀업시키기 위한 풀업저항을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로.
제1항에 있어서, 상기한 포토 트랜지스터부는 한 패키지내에서 전기적, 기하학적으로 대칭인 구조를 이루고 있는 한쌍의 포토 커플러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토 트랜지스터 결합에 의한 직류전압 측정회로.