KR970005827B1 - 소프트-스타트(soft-start) 무접점 릴레이 회로 - Google Patents

소프트-스타트(soft-start) 무접점 릴레이 회로 Download PDF

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이정봉
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소프트-스타트(SOFT-START) 무접점 릴레이 회로
제1도는 본 발명에 따른 무접점 릴레이 회로의 블럭도.
제2도는 본 발명에 따른 무접점 릴레이 회로의 상세도.
제3도는 본 발명에 따른 무접점 릴레이 회로의 각단 입출력 파형도로서
(a)도는 무접점 릴레이의 양단 전압 파형도.
(b)도는 부하에 인가되는 전압 파형도.
(c)도는 IC1의 (+)입력단자 파형도.
(d)도는 IC2의 (+)입력단자 파형도.
(e)도는 IC2의 출력단자 파형도.
(f)도는 SCR(Th)의 게이트 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 충전회로 20 : 소프트 스타트 회로
20a : 위상검출부 20b : 분압회로
20c : 제1비교기(IC1) 20d : 충방전회로
20e : 제2비교기(IC2) 30 : 무접점 릴레이(SSR)
40 : 부하 R1,R2,R3,R4,R5: 저항
C2,C3: 콘덴서 D1,D2: 다이오드
VR : 가변저항
본 발명은 소프트-스타트(SOFT-START) 무접점 릴레이에 관한 것으로서, 특히 무접점 릴레이(이하 SSR이라 함) 구동시 부하에 공급되는 전압을 0볼트(V)에서 입력 전원 전압까지 순차적으로 부하에 전원이 공급되도록 하여 돌입전류 및 과전류에 의한 부하의 파손 또는 소손 등을 예방할 수 있도록 하는 무접점 릴레이 제어회로에 관한 것이다.
일반적으로 SSR이란 입력과 출력이 완전히 절연분리되어 있으며 유접점 릴레이와 동일한 기능을 갖고 있으나 기계적인 움직임이 없는 고체화된 릴레이의 명칭으로 불리워지는바 SSR에는 크게 분류하여 두가지 종류가 있으며, 그 하나는 스위치를 ON시키는 순간에 바로 동작되는 NON-ZERO방식과 전압이 ZERO볼트 부근에서만 ON되는 ZVS(ZERO VOLT SWITCH)방식이 있다.
그런데 이러한 종래 SSR은 부하의 종류 및 사용목적에 따라서는 0볼트부터 전압을 서서히 증가시켜서 돌입전류를 억제하는 기능을 가진 릴레이를 필요로 하는 곳이 많다. 즉, 일반적인 전기제품은 부하에 전원이 인가되는 순간, 높은 전압이 부하에 집중되므로 부하의 종류에 따라서는 순간적인 높은 전압으로 인하여 부하의 전체 또는 부하에 장치된 비교적 내구력이 약한 부품이 장·단기적으로 파손되는 등 부하의 수명단축이 되는 원인이 되었고 이런 결점을 해결하고자 전원회로를 개켸하는 스위치 또는 릴레이를 제외한 부하에 공급되는 전압을 서서히 상승시켜 주는 소프트-스타트(SOFT-START)제어장치를 별도로 부착하여 사용하고 있는 실정이다.
그런데 기존에 사용되는 소프트-스타트 장치는 자체장치를 구동시키기 위하여 별도로 자체의 소모전원을 필요로 함에 따라 구조가 복잡해지므로 제작 비용이 상승하는 문제점이 있으며, 개폐접점이 서로 변환되지 않아야 하고 110V~440V범위에서의 넓은 범위영역에서의 사용이 되지 않는 관계로 안정된 스위치 또는 릴레이라고 할 수 없다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 임의로 설정해 놓은 시간동안 자동으로 전압을 0볼트부터 입력전원전압까지 서서히 증가시켜서 사용기기(부하)에 충격을 주지 않으며, 또한 돌입전류를 억제하여 사용부하기기를 보호할 수 있도록하여 릴레이 및 소프트-스타트 장치를 필요로 하는 곳에는 별도의 장치를 부착하지 않고도 스위치, 릴레이, 소프트-스타트의 모든 역할을 동시에 수행할 수 있도록 하는 무접점 릴레이 회로를 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 트랜지스터(Q), 포토카풀러(PC) 및 다이리스터(Th)를 포함하는 무접점 릴레이의 회로에 있어서, 상기 다이리스터(Th)양단에 인가되는 전압을 축적하여 보유하는 충전회로(10)와 상기 충전회로(10)의 충전전압으로 구동되고 무접점 릴레이의 포토카플러(PC)의 의 동작에 따라 소정시간 동안 상기 다이리스터(Th)를 서서히 승압시킬 수 있는 소프트-스타트 회로(20)를 구비하여서 된 것이다.
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 따른 무접점 릴레이 회로의 블록도로서, 교류 전원 전압(E)이 인가되는 부하(40)의 일측에는 충전회로(10)가 직렬로 연결되어 있고, 상기 부하(40)의 일측에는 무접점 릴레이(30)가 전원단(E)에 대해 병렬로 접속되며, 상기 충전회로(10)와 무접점 릴레이(30) 사이에 소프트-스타트 회로(20)가 연결되되 본 발명인 소프트-스타트 회로(20)의 구성을 설명하면 공지한 무접점 릴레이 회로(30)의 한극으로부터 저항(R1)과 저항(R2) 그리고 저항(R3)이 직렬연결되고 무접점 릴레이 회로(300의 다른 극선으로부터 인입되는 극선에 저항(R5)와 저항(R4)가 직렬로 연결되되 저항(R1)과 저항(R4)사이에 다이오드(D1)가 접속되고 저항(R2)와 저항(R3)사이와 저항(R4)와 저항(R5)사이에 제1비교기(20C)가 각각 접속되며 다이오드(D1)와 콘덴서(C3)사이에 저항(R6)이 직렬로 연결되며 다이오드(D2)와 다이오드(D1)사이에 콘덴서(C2)의 +극과 다이오드(D1)이 콘덴서(C2)의 -극과 다이오드(D2)가 직렬로 연결되며 저항(R6)과 콘덴서(C3)사이와 콘덴서(C2)와 다이오드(D2)사이에 각각 제2비교기(20e)의 -극과 접속되게 회로를 구성한다. 그리고 공지한 무접점 릴레이 회로(30)의 다이오드(D3)와 다이오드(D2)사이에 가변저항(VR)을 병렬연결하여 본 발명상의 소프트 스타트 회로(20)가 구성된다. 상기와 같이 구성된 본 발명상의 소프트 스타트 회로(20)와 공지한 충전회로(10) 및 공지한 무접점 릴레이 회로(30)가 직렬 연결된 본 발명상의 소프트 스타트 무접점 릴레이 회로의 동작개요를 설명하면 먼저 부하(40)에 교류전원전압(E)이 인가되는 상태에서 SSR(30)이 최초 OFF상태라고 가정하면 SSR(30) 양단(A점과 B점)에는 부하(40)의 내부고유저항을 통한 교류전압(E)이 인가되어 충전회로(10)에 전원이 충전됨으로서 소프트-스타트 회로(20)가 SSR(30)을 구동하기 시작하여 부하(40)에 0볼트부터 전원전압까지 가변저항(VR)의 조정에 의하여 임의로 설정해 놓은 시간동안 전원이 서서히 공급된다.
이때 부하(40)에 공급되는 전압은 0볼트부터 전원전압까지 서서히 승압하지만 SSR(30) 양단에 인가되는 전압은, 즉 충전회로에 공급되는 전압은 부하(40)에 인가되는 전압에 반비례하여 전원전압부터 0볼트까지 서서히 강압하여 소프트-스타트 회로(20) 작동이 완전히 끝나면 0볼트로 된다. 이때 SSR(30) 양단 전압이 0볼트가 되면 충전회로(10)에 전원공급이 자동 중단되므로 소프트-스타트 회로(30)는 더 이상 작동하지 않고 SSR(30)은 완전히 ON 상태가 되어 전원전압(E)이 그대로 부하(40)에 공급되어진다.
제2도는 본 고안에 따른 소프트-스타트 회로(20)의 상세도로서, 충전회로(10)는 SSR(30)의 양단 전압을 충전하는 콘덴서(C1)와 상기 콘덴서(C1)에 병렬 접속되어 충전전압을 일정하게 유지시키는 제너다이오드(ZD)로 이루어진다. 그리고, 소프트-스타트 회로(20)는 SSR(30)의 양단의 위상을 검출하는 위상검출부(20a)와 상기 충전회로(10)의 방전전압을 분압하는 분압회로(20b)와 상기 위상검출부(20a) 및 분압회로(20b)의 출력신호를 상호 비교하여 소정신호를 발생하는 제1비교기(COMPARATOR)(IC1)(20C)와 상기 SSR(30) 양단 전압을 소정 시정수로서 발생하는 충전 및 방전하는 중방전회로(20d)의 전압을 서로 비교하여 SSR(30)의 다이리스터(Th)를 점호시키는 제2비교기(20e)를 포함하여 이루어진다.
여기에 통상적인 SSR(30)은 다이리스터(Th)와 저항(R7~R10) 및 트랜지스터(Q), 다이오드(D3) 그리고 트라이악(TC), 절류회로(BD)가 상호 연계구성되어 이루어진다. 제3도는 제2도에 도시된 상세회로도의 각단 입출력 파형도이다. 상기와 같이 구성된 본 발명회로의 동작상태를 첨부한 도면 제2도 내지 제3도에 의해 상세히 설명하면, 먼저 제2도에서의 SSR(30)인 포토카플러(PC)의 발광다이오드(LED)에 ON신호가 없을 경우 트라이악(TC)이 OFF상태이므로 다이리스터(Th) 양단에 전원전압이 인가되어 이는데 이때 제3도의 (a)와 같은 전류는 소프트-스타트 회로(20)의 위상검출부(20a)인 저항(R1)과 다이오드(D1)를 통하여 충전회로(10)의 콘덴서(C1)에 제너다이오드(ZD)의 전위만큼 충전이 되어 스프트-스타트 회로(20)를 수동시킬 수 있는 대기 상태가 된다.
이때 SSR(30)인 포토카플러(PC)의 발광다이오드(LED)에 제어입력전압이 인가되면 저항(R7)을 통하여 트랜지스터(Q)의 베이스로 흐르던 전류가 저항(R7)과 다이오드(D3) 및 포토카플러(PC)의 포토트랜지스터(PTR)로 순차적으로 흐르게 됨으로서 트랜지스터(Q)의 콜렉터 전류가 차단되어 저항(R8)을 통하여 다이리스터(Th)의 게이트로 전류가 흐름에 따라 다이리스터(Th)는 TURN-ON이 소프트-스타트 회로(20)인 충방전회로(20d)의 콘덴서(C2)와 가변저항(VR) 및 포터카플러(PC)의 포토트랜지스터(PTR)로 전류가 흐르게 되어 콘덴서(C2)의 (-)단자, 즉 제2비교기(20e)의 (-)입력단자 전위는 충전회로(10)인 콘덴서(C1)의 충전전위와 같게 되어 제2비교기(20e)의 출력은 최저레벨이 되므로 SSR(30)의 저항(R8)을 통하여 다이리스터(Th)의 게이트로 전류가 흐르지 못하고 제2비교기(20e)의 출력단자로 전류가 흘러서 상기 다이리스터(Th)는 TURN-OFF상태를 계속 유지하게 된다(제3도의 (e)).
이때 충방전 회로(20d)의 콘덴서(C2)와 가변저항(VR)으로 설정해 놓은 시정수에 따라서 콘덴서(C2)가 한정된 용량에 도달할때까지 계속 충전이 되므로 제1비교기(20e)의 (-)단자에는 전위가 점점 낮아지게 되며, 콘덴서(C2)에서의 충전이 완료되면 제2비교기(20e)의 (-)단자전위는 0볼트가 된다. 한편 상기와 같이 동작이 이루어지는 동안에 제2비교기(20e) 출력단자에는 제3도의 (e)와 같은 펄스가 SSR(30)의 다이리스터(Th)의 게이트를 제어하여 트라이악(TC)을 서서히 점호시켜서 부하(40)를 서서히 동작시킨다. 이때 소프트-스타트 회로(20)인 제1비교기(20c)의 (+)입력단자에는 위상검출부(20a)의 저항(R1,R2,R3)을 통하여 위상검출된 제3도의 (c)와 같은 파형이 공급되고, 상기 제1비교기(20c)의 출력단자, 즉 제2비교기(20e)의 (+)입력단자에는 제3도의 (d)와 같은 파형이 공급되어진다. 한편 소프트-스타트 동작이 완전히 끝나면 SSR(30)의 다이리스터(Th) 양단의 전압은 0볼트이기 때문에 충전회로(10)의 콘덴서(C1)에는 더 이상 충전이 되지 않으며, 따라서 스프트-스타트 회로를 구동할 수 없게 되어 제2비교기(20e)의 출력은 정지되고 SSR(30)인 다이리스터의 게이트는 위상제어없이 정상적으로 턴온(Turn-on)되어 부하(40)에는 전원전압(E)이 그대로 공급된다. 또한 스프트-스타트 회로(20)인 위상검출부(20a)의 콘덴서(C2)에 남아 있던 전하는 저항(R4)→저항(R5)→다이오드(D2)를 통하여 방전되어 재충전 대기상태로 있게 된다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 SSR전단에 충전회로와 스프트-스타트 회로를 부가하여 별도의 직류전원공급 장치없이 SSR에 포함되는 다이리스터가 턴-오프되어 있는 동안에 상기 다이리스터 양단에 인가되어 있는 전원을 콘덴서에 충전시켰다가 소프트-스타트 회로를 구동시키느 것으로서 종래 스위치, 또는 릴레이의 역할에만 사용되었던 SSR에 본 발명회로인 스프트-스타트 회로를 부가하여 스프트-스타트 회로를 구동함에 있어 별다른 구동전류가 필요없이 모타의 기동, 전열장치 및 조명기기의 돌입전류 억제 등의 용도에 사용하여 초기전압의 입력시 돌입전류에 약한 백열전등, 전동기, 변압기 등을 과전류로부터 보호하여 기기의 수명연장은 물론 신뢰성 향상에 기여할 수 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 트랜지스터(Q), 포토카플러(PC) 및 다이리스터(Th)를 포함하는 소프트 스타트 무접점 릴레이 회로를 구성함에 있어서 상기 소프트 스타트 회로는 공지한 무접점 릴레이 회로(30)의 한극선으로부터 저항(S1)과 저항(R2) 그리고 저항(R3)이 직렬연결되고 무접점 릴레이 회로(30)의 다른 극선으로부터 인입되는 선에 저항(R5)와 저항(R4)가 직렬로 연결되되 저항(R1)과 저항(R4) 사이에 다이오드(D1)가 접속되고 저항(R2)와 저항(R3) 사이와 저항 (R4)와 저항(R5) 사이에 제1비교기(20C)가 각각 접속되며 다이오드(D1)와 콘덴서(C3) 사이에 저항(R6)이 직렬로 연결되며 다이오드(D2)와 다이오드(D1) 사이에 콘덴서(C2)의 +극과 다이오드(D1)이 콘덴서(C2)의 -극과 다이오드(D2)가 직렬로 연결되며 저항(R6)과 콘덴서(C3)사이와 콘덴서(C2)와 다이오드(D2) 사이에 각각 재2비교기(20e)가 접속되되 제2비교기(20e)의 +극이 저항(R6)과 콘덴서(C3)사이에 -극이 콘덴서(C2)의 -극과 제2비교기(20e)의 -극과 접속되게 회로를 구성한다. 그리고 공지한 무접점 릴레이 회로(30)의 다이오드(D3)와 다이오드(D2) 사이에 가변저항(VR)을 병렬연결하여 본 발명상의 소프트 스타트 회로(20)가 구성됨을 특징으로 하는 소프트 스타트 무접점 릴레이 회로.
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