WO2018225955A1 - 전류 감지 장치 - Google Patents

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WO2018225955A1
WO2018225955A1 PCT/KR2018/005139 KR2018005139W WO2018225955A1 WO 2018225955 A1 WO2018225955 A1 WO 2018225955A1 KR 2018005139 W KR2018005139 W KR 2018005139W WO 2018225955 A1 WO2018225955 A1 WO 2018225955A1
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current
core
coil
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substrate
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함승진
박진영
손종만
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엘에스산전 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a current sensing device.
  • a circuit breaker opens and closes a circuit.
  • the breaker is then placed on the circuit between the power supply and the load.
  • the breaker connects the circuit or breaks the circuit.
  • the breaker analyzes the current flowing on the circuit. This allows the breaker to connect the circuit if the current in the circuit is a normal current. On the other hand, if the current in the circuit is an abnormal current, the breaker breaks the circuit.
  • such a breaker includes a current sensing device for detecting the current in the circuit.
  • a current transformer As a current sensing device, a current transformer is generally used. However, in a high-capacity circuit breaker with a large load current, since the current transformer includes an iron core, there is a problem of self saturation against large currents and heat generation due to iron loss. Rogousuki coil is used.
  • the current sensing device using the Rogousuki coil has an air core made of an insulating material such as plastic surrounding the circuit and a current wound by the magnetic field of the circuit wound around the core core. It includes a flowing coil.
  • the current sensing device may calculate the amount of current flowing through the circuit based on the voltage signal induced by the magnetic field generated around the circuit, based on the electromagnetic induction phenomenon.
  • the performance of the current sensing device according to the prior art as described above cannot be secured uniformly. That is, the performance of the current sensing device may vary depending on the manufacturing environment of the current sensing device. This is because a manufacturing process such as winding a coil on the core core is performed manually. As a result, the reliability of the current calculated by the current sensing device is low, and further, the circuit breaker may malfunction.
  • the output signal is only a few micro volts ( ⁇ V) when the rated voltage is low, so that the amplification circuit part needs to be installed and the output signal is picked up when external noise is disturbed. There was a difficult problem.
  • One object of the present invention is to provide a current sensing device capable of minimizing manual procedures in the manufacturing process.
  • Another object of the present invention is to provide a current sensing device that can ensure a uniform product performance.
  • Still another object of the present invention is to provide a current sensing device capable of preventing a malfunction of a circuit breaker provided with a current sensing device according to the present invention.
  • a current sensing device including: a substrate unit including at least two base substrates stacked along one direction and passing a circuit along the one direction; And a core part formed on at least one of the base substrates and spaced apart from the coil part between the coil part surrounding the circuit and the base substrates and surrounding the circuit.
  • the coil portion may include a first coil portion configured to cancel a portion of the magnetic field generated in the circuit and a second coil portion configured to generate a current derived from the rest of the magnetic field. have.
  • the current sensing device may further include a compensation unit configured to apply a compensation current for compensating a part of the magnetic field to the second coil unit.
  • the second coil unit may be further configured to output a voltage corresponding to the induced current and the compensation current.
  • the current sensing device based on the oscillation unit and the voltage configured to apply a power supply current for driving the first coil unit, a calculation unit configured to calculate the current flowing on the circuit It may further include.
  • the assembly of the core and the coil printed circuit board is manufactured in the structure in which the coil portion is formed in the substrate portion, the assembly of the core and the coil printed circuit board can be easily manufactured.
  • the magnetic field applied to the assembly of the core and the coil printed circuit board from the core addition circuit may be strengthened.
  • the current sensing device cancels a part of the magnetic field generated in the circuit and compensates it with the compensation current, thereby preventing saturation due to the magnetic field.
  • the reliability of the current detection signal (current detection data) detected by the current sensing device can be improved. Furthermore, a malfunction due to the current detection signal in the breaker can be prevented.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the electrical configuration of the current sensing device according to the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing the physical configuration of the current sensor of the current sensing device according to the present invention in an assembled state
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing an exploded view of the assembly of the current sensor shown in FIG.
  • Figure 4 is a plan view showing the assembly of the core and coil printed circuit board of the current sensor which is the main part of the current sensing device according to the present invention
  • FIG. 5 is a rear view of the assembly of the core and coil printed circuit board showing the back of the assembly of FIG.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a current sensing device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial cutaway perspective view showing a part of an internal configuration of the assembly of the core and coil printed circuit board of FIG. 4;
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 7 showing an internal configuration of an assembly of a core and coil printed circuit board according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a block diagram showing an electrical configuration of a current sensing device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view partially showing an internal configuration of an assembly of a core and a coil printed circuit board of a current sensing device according to a second embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a cross-sectional view partially illustrating an internal configuration of an assembly of a core and a coil printed circuit board of a current sensing device according to a third embodiment of the present disclosure.
  • expressions such as “having”, “may have”, “comprises” or “can include” refer to the presence of a corresponding feature, such as a component such as a numerical value, a function, an action or a part, It does not exclude the presence of additional features.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a current sensing device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the current sensing device 100 may be disposed on the circuit 10.
  • the circuit 10 may be a power circuit of a power grid.
  • the circuit 10 connects the power supply 20 and the load 30, and a current may flow from the power supply 20 to the load 30 along the circuit 10.
  • the primary current may be defined as the current flowing on the circuit 10.
  • the current sensing device 100 may include a current sensor 110 and a controller 160.
  • the current sensor 110 may detect the secondary current based on the primary current. At this time, as the primary current flows on the circuit 10, a magnetic field may be generated around the circuit 10. Through this, a magnetic field may be applied to the current sensor 110. In addition, the current sensor 110 may detect the secondary current in response to the magnetic field. Here, the current sensor 110 may generate a secondary current from the magnetic field according to the electromagnetic induction phenomenon. That is, the secondary current may be defined as a current derived from the magnetic field.
  • the controller 160 may calculate the primary current based on the secondary current.
  • the controller 160 may detect a voltage based on the secondary current.
  • the controller 160 may calculate the primary current from the voltage.
  • the controller 160 stores the parameters of the current sensor 110 in advance, and may calculate the primary current using the same.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a current sensor 110 according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an exploded perspective view showing an exploded view of the current sensor 110 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 4 is a plan view illustrating an assembly 230 of a core and a coil printed circuit board among current sensors 110 according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a core and coil print according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the current sensor 110 includes a power supply unit 220, an assembly 230, an insulation member 240, and an enclosure of a core and a coil printed circuit board ( enclosure) (250).
  • the circuit 10 may pass through the current sensor 110 in one direction.
  • the power supply unit 220, the core 230 and the assembly 230 and the insulating member 240 of the coil printed circuit board may be disposed parallel to each other in one direction and stacked.
  • the power supply unit 220 may include a power current transformer (also called a power CT), and may include an iron core and a secondary winding wound around the iron core.
  • a power current transformer also called a power CT
  • the iron core of the power supply unit 220 may allow the circuit 10 to penetrate. Accordingly, the power supply unit 220 may be arranged to surround the circuit 10. Through this, the magnetic field generated in the circuit 10 may be applied to the power supply unit 220. At this time, the power supply unit 220 may generate a power supply current based on a current induced by the magnetic field according to predetermined parameters. The power supply unit 220 may supply the power current to the control unit 160. Therefore, the control unit 160 may be operated by consuming the power current supplied from the power supply unit 220.
  • the assembly 230 of the core and coil printed circuit board may pass the circuit 10 along one direction.
  • the assembly 230 of the core and the coil printed circuit board may surround the circuit 10. Through this, the magnetic field generated by the current flowing in the circuit 10 may be applied to the assembly 230 of the core and coil printed circuit board.
  • the assembly 230 of the core and coil printed circuit board may generate a secondary current induced by the magnetic field in proportion to the amount of current flowing through the circuit 10.
  • the assembly 230 of the core and the coil printed circuit board may transmit the secondary current to the control unit 160.
  • the controller 160 may calculate a primary current (that is, a primary current amount) indicating an amount of current flowing in the circuit 10 based on the secondary current.
  • the assembly 230 of the core and coil printed circuit board may be composed of an assembly of a core and a printed circuit board of coil (PCB of coil).
  • the assembly 230 of the core and coil printed circuit board may be implemented in a ring shape of a circular or polygonal.
  • the assembly 230 of the core and the coil printed circuit board may include a substrate unit 410, a coil unit 420, and a core unit 430 as illustrated in FIGS. 4 and 5. have.
  • the substrate unit 410 may support the coil unit 420 and the core unit 430.
  • the substrate portion 410 may be formed of an electrically insulating material.
  • the substrate 410 may be formed in a flat plate structure.
  • the substrate unit 410 may be formed in a single layer, or may be formed in multiple layers.
  • the substrate portion 410 may be provided with a through hole portion in the center thereof to allow the circuit 10 to pass along one direction.
  • the surface of the substrate unit 410 may be defined as a plane perpendicular to the one direction.
  • the substrate portion 410 may include a shielding portion (not shown).
  • the shielding portion may be provided to shield the assembly 230 of the core and coil printed circuit board from external noise in the substrate portion 410.
  • the shield may be applied to the side of the substrate 410 and may be connected to ground.
  • the shield may be formed from a coating film of copper and / or lead.
  • the coil unit 420 may generate the secondary current from the magnetic field applied.
  • the coil unit 420 may include a plurality of conductive pads formed in a straight line having a predetermined length on the top and bottom surfaces of the substrate unit 410, respectively.
  • the coil unit 420 may surround the circuit 10.
  • the coil unit 420 may be formed on the surface of the substrate unit 410, and may be formed to penetrate the substrate unit 410.
  • the coil part 420 may include a plurality of conductive pad parts 422 and a plurality of connection parts (aka via hole portions) 423.
  • the conductive pad portions 422 may be formed on the top and / or bottom surfaces of the substrate portion 410.
  • the plurality of connection parts 423 may mechanically and electrically connect the pair of conductive pad parts 422 corresponding to the top and bottom surfaces of the substrate part 410, respectively.
  • the core unit 430 may provide a magnetic path through which a magnetic field formed around the circuit 10 may move.
  • the core unit 430 may be mounted on the substrate unit 410.
  • the core unit 430 may surround the circuit 10.
  • the core part 430 may be spaced apart from the coil part 420. That is, the core part 430 may not contact the coil part 420.
  • the core part 430 may be composed of an iron core having a thin thickness of 0.1-0.5 mm and a high permeability compared to air according to a preferred embodiment.
  • the coil portion 420 since the core portion 430 is composed of an iron core having a high permeability, the coil portion 420 has a large voltage (for example, several millivolts or more) in comparison with a minute induction voltage of only a few microvolts when the core portion 430 is formed of an air core. There is no need for an amplification circuit for amplifying the minute detection signal induced in the.
  • the core unit 430 may be implemented, for example, in the form of a ring of circular or polygonal shape.
  • the coil part 420 may be wound around the core part 430. That is, the core part 430 may be disposed in the inner regions of the conductive pad parts 422 between the front and rear conductive pad parts 422 of the substrate part 410.
  • the core portion 430 may include a plurality of pairs of connection portions 423. ) May be disposed between.
  • the insulating member 240 may be disposed between the power supply unit 220 and the assembly 230 of the core and the coil printed circuit board. Through this, the insulating member 240 may electrically insulate the power supply unit 220 and the assembly 230 of the core and the coil printed circuit board from each other.
  • the insulating member 240 may be formed of an insulating material.
  • the insulating member 240 may allow the circuit 10 to penetrate along the one direction. In addition, the insulating member 240 may surround the circuit 10.
  • the enclosure 250 may accommodate the power supply unit 220, the assembly 230 of the core and the coil printed circuit board, and the insulating member 240.
  • the enclosure 250 may support the power supply unit 220, the assembly 230 and the insulation member 240 of the core and the coil printed circuit board.
  • the enclosure 250 may allow the passage of the circuit 10 along the one direction.
  • Such an enclosure 250 may include a first enclosure 251 and a second enclosure 253.
  • the first enclosure 251 may be disposed to face the power source 20, and the second enclosure 253 may be disposed to face the load 20.
  • the first enclosure 251 and the second enclosure 253 may be combined with each other in one direction.
  • the first enclosure 251 and the second enclosure 253 may be fastened with each other in the power supply 220, the core 230 and the assembly 230 of the printed circuit board and the outer region of the insulating member 240. have.
  • primary current may flow from the power supply 20 to the load 30 along the circuit 10. Accordingly, based on the primary current, a magnetic field may be generated around the circuit 10.
  • the magnetic field may be applied to the power supply unit 220 of the current sensor 110 and the assembly 230 of the core and the coil printed circuit board.
  • the magnetic field may be applied to the coil unit 420 of the assembly 230 of the core and the coil printed circuit board.
  • the power supply unit 220 may generate a power current from the magnetic field and supply the power current to the control unit 160.
  • the assembly 230 of the core and coil printed circuit board may generate a secondary current from the magnetic field, and output a voltage corresponding to the secondary current to the control unit 160.
  • the core part 430 may provide a magnetic movement path of the magnetic field applied to the coil part 420. In this way, the control unit 160 operates by the power supply current, and may calculate the amount of the primary current based on the voltage.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a current sensing device according to a first embodiment of the present invention.
  • the current sensing device 600 may include a current sensor 610 and a controller 660.
  • the circuit 10 connects the power supply 20 and the load 30, and a current may flow from the power supply 20 to the load 30 along the circuit 10.
  • the primary current may be defined as the current flowing on the circuit 10.
  • the current sensor 610 may include a power supply unit 620 and an assembly 630 of a core and a coil printed circuit board.
  • the power supply unit 620 and the assembly 630 of the core and the coil printed circuit board may be arranged parallel to each other along one direction.
  • the power supply unit 620 and the assembly 630 of the core and the coil printed circuit board may pass the circuit 10 along one direction.
  • the power supply unit 620 and the assembly 630 of the core and the coil printed circuit board may surround the circuit 10. Through this, the magnetic field generated in the circuit 10 may be applied to the power supply unit 620 and the assembly 630 of the core and the coil printed circuit board.
  • the power supply unit 620 may generate a power current from the magnetic field and supply the power current to the control unit 660.
  • the assembly 630 of the core and coil printed circuit board may generate a secondary current from the magnetic field.
  • the assembly 630 of the core and coil printed circuit board may include a burden load 635 that provides a current detection signal as a voltage signal.
  • the burden load 635 may provide a voltage formed at both ends of the burden load 935 to the control unit as an input signal for current measurement corresponding to the secondary current.
  • the burden load 635 may be composed of a resistor or a capacitor having a predetermined resistance value.
  • the control unit 660 may be operated using the power supply current of the power supply unit 620.
  • the controller 660 may calculate the amount of primary current flowing in the circuit 10 based on the secondary current.
  • the controller 660 may include a signal processor 680 and a calculator 690.
  • the signal processor 680 may convert the analog detection signal of the secondary current output by the current sensor 610 into a digital signal.
  • the calculator 690 may calculate the amount of the primary current flowing in the circuit 10 based on the digital signal of the secondary current. In other words, the calculator 690 may calculate the primary current based on the digital voltage signal corresponding to the secondary current.
  • the controller 660 stores the parameters of the current sensor 610 in advance, and the calculator 690 may calculate the primary current using the same. Meanwhile, the controller 660 maps and stores the voltage represented by the digital voltage signal and the amount of the primary current to each other, and the calculator 690 selects the primary current corresponding to the voltage. The quantity (value) of the said primary current can be output by doing so.
  • FIG. 7 is a partial cutaway perspective view of the internal configuration of the assembly of the core and coil printed circuit board of FIG. 4.
  • 8 is a cross-sectional view showing an internal configuration of an assembly 630 of a core and a coil printed circuit board according to an exemplary embodiment of the present invention. 8 illustrates a cross section taken along line AA ′ in FIG. 7.
  • an assembly 630 of a core and a coil printed circuit board may include a substrate portion 710, a coil portion 720, and a core portion 730.
  • FIG. 7 illustrates a state in which the substrate portion 710 and the coil portion 720 are removed from a portion of the assembly 630 of the core and coil printed circuit board.
  • the assembly 630 of the core and coil printed circuit board may be implemented as a printed circuit board.
  • the substrate unit 710 may support the coil unit 720 and the core unit 730.
  • the substrate portion 710 may be formed of an electrically insulating material.
  • the substrate unit 710 may include a plurality of base substrates 711 and 713.
  • the base substrates 711 and 713 may be stacked in one direction.
  • each of the base substrates 711 and 713 may have a flat plate structure.
  • each of the base substrates 711 and 713 may be formed in a single layer or may be formed in multiple layers.
  • the base substrates 711 and 713 may include a first base substrate 711 and second base substrates 713 mounted on both sides (top and bottom surfaces of FIG. 7) of the first base substrate 711. have.
  • the coil unit 720 may generate a secondary current from an applied magnetic field.
  • the coil unit 720 may be mounted on the substrate unit 710.
  • the coil unit 720 may be formed of a conductive material such as, for example, copper.
  • the coil part 720 may include conductive pad parts 722 and connection parts 723.
  • the conductive pad portions 722 may be mounted (printed) on the surface of the substrate portion 710.
  • the conductive pad parts 722 may be mounted on the opposite side of the first base substrate 711 from the second base substrates 713.
  • the connecting portions 723 may pass through the substrate portion 710.
  • the connection parts 723 may connect the corresponding conductive pad part 722 of the upper base substrate 713 and the corresponding conductive pad part of the lower base substrate 713 in FIG. 8.
  • connection parts 723 may pass through the first base substrate 711 and the second base substrate 713.
  • any two of the connection portions 723 are connected to both ends of one of the conductive pad portions 722 on one side of the substrate portion 710, and on the other side of the substrate portion 710.
  • Each of the conductive pad portions 722 may be connected to both ends of the other.
  • the core part 730 may be formed of an iron core to enhance a magnetic field applied to the coil part 720.
  • the core unit 730 may generate a large induced voltage to the coil unit 720 in preparation for the core core, and thus, an amplifier circuit unit for amplifying the induced voltage is unnecessary.
  • the core unit 730 may be mounted on the substrate unit 710.
  • the core unit 730 may be implemented, for example, in a ring shape.
  • the core part 730 may be inserted into an inner region of the substrate part 710. As illustrated in FIG. 7, the core part 730 may penetrate the first base substrate 711.
  • the core part 730 may be spaced apart from the conductive pad parts 722 by the boundary between the second base substrates 713, and the first base substrate 711 and the second base substrate 713 by the boundary. It may be spaced apart from the connecting portions 723.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a current sensing device according to a second embodiment of the present invention.
  • the current sensing device 900 may include a current sensor 910 and a controller 960.
  • the circuit 10 connects the power supply 20 and the load 30, and a current may flow from the power supply 20 to the load 30 along the circuit 10.
  • the primary current may be defined as the current flowing on the circuit 10.
  • the first magnetic field may be defined as a magnetic field generated in the circuit 10 based on the primary current.
  • the current sensor 910 may include a power supply unit 920 and an assembly 930 of a core and a coil printed circuit board.
  • the power supply unit 920 and the assembly 930 of the core and the coil printed circuit board may be stacked side by side in the one direction.
  • the power supply unit 920 and the assembly 930 of the core and the coil printed circuit board may pass the circuit 10 along the one direction.
  • the power supply unit 920 and the assembly 930 of the core and the coil printed circuit board may surround the circuit 10. Through this, the first magnetic field may be applied to the power supply unit 920 and the assembly 930 of the core and the coil printed circuit board.
  • the power supply unit 920 may generate a power supply current from the first magnetic field and supply the power supply current to the control unit 960.
  • the assembly 930 of the core and coil printed circuit board may generate a secondary current by the voltage induced from the first magnetic field.
  • the assembly 930 of the core and coil printed circuit board includes an assembly 931 of the first core and coil printed circuit board (hereinafter, abbreviated as first assembly) 931 and the second core and coil printed circuit board. Assembly (hereinafter abbreviated as second assembly) 933.
  • the first assembly 931 may generate a second magnetic field based on the power current applied from the control unit 960. Through this, part of the first magnetic field may be canceled by the second magnetic field.
  • the second assembly 933 may generate a secondary current based on a current derived from the rest of the first magnetic field and a compensation current applied from the control unit 960.
  • This second assembly 933 may include a burden load 935.
  • the burden load 935 may provide a voltage formed at both ends of the burden load 935 to the control unit 960 as an input signal for current measurement corresponding to the secondary current.
  • the burden load 935 may be composed of a resistor or a capacitor having a predetermined resistance value.
  • the control unit 960 may operate using the power current of the power supply unit 920.
  • the controller 960 may calculate a primary current flowing in the circuit 10 based on the secondary current.
  • the controller 960 may include a compensator 970, a signal processor 980, and a calculator 990.
  • the compensation unit 970 may apply a compensation current to the current sensor 910.
  • the compensation unit 970 may include an oscillator 971, a comparison unit 973, and a feedback control unit 975.
  • the oscillator 971 may apply a power supply current to the first assembly 931.
  • the oscillator 971 may generate a triangular wave or a square wave and apply it to the first assembly 931 as the power current having a phase difference of 180 degrees with the primary current flowing through the circuit 10. This is to generate the magnetic field in the opposite direction to the magnetic field formed by the primary current by the power supply current to partially cancel each other.
  • the second magnetic field generated in the first assembly 931 by the power supply current output by the oscillator 971 may at least partially cancel the first magnetic field generated by the primary current flowing in the circuit 10. Can be. This partial cancellation can reduce the output voltage of the current sensor 910 corresponding to the amount of primary current flowing in the circuit 10, and therefore compensation is required.
  • the comparison unit 973 may determine a compensation current for compensating a part of the first magnetic field.
  • the comparator 973 may compare the current output voltage output from the current sensor 910 with the previous output voltage to determine a corresponding compensation current.
  • the comparison unit 973 compares the current output voltage output from the current sensor 910 with the previous output voltage, and feeds back the output of the compensation current corresponding to the difference value between the current output voltage and the previous output voltage.
  • the control unit 975 may request.
  • the feedback control unit 975 may apply the corresponding compensation current to the second assembly 933 in response to a request of the comparing unit 973.
  • the signal processor 980 may convert an analog voltage signal into a digital signal as the output voltage provided from the current sensor 610. In this case, the signal processor 980 may output the voltage signal converted into a digital signal to the calculator 990.
  • the calculator 990 may calculate the amount of primary current flowing in the circuit 10 based on the digital signal as the voltage signal.
  • the controller 960 stores the parameters of the current sensor 910 in advance, and the calculator 990 may output the amount (value) of the primary current using the same. That is, the controller 960 maps and stores the voltage value of the digital signal and the value of the primary current, and the calculator 990 selects the value of the primary current corresponding to the voltage value. The calculation can be performed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an internal configuration of an assembly 930 of a core and coil printed circuit board according to a second embodiment.
  • the assembly 930 of the core and coil printed circuit board according to the second embodiment may include a substrate portion 1010, a coil portion 1020, and a core portion 1030.
  • the substrate unit 1010 may support the coil unit 1020 and the core unit 1030.
  • the substrate portion 1010 may be formed of an electrically insulating material.
  • the substrate unit 1010 may include a plurality of base substrates 1011, 1013, and 1015.
  • the base substrates 1011, 1013, and 1015 may be stacked in one direction.
  • each base substrate 1011, 1013, 1015 may be formed in a flat plate structure.
  • each of the base substrates 1011, 1013, and 1015 may be formed in a single layer or may be formed in multiple layers.
  • the base substrates 1011, 1013, and 1015 may include the first base substrate 1011, the second base substrates 1013 mounted on both sides (top and bottom surfaces of FIG. 10) of the first base substrate 1011, and
  • the third base substrates 1015 may be mounted on the second base substrates 1013, respectively.
  • the coil unit 1020 may generate a secondary current from an applied magnetic field.
  • the coil unit 1020 may be mounted on the substrate unit 1010.
  • the coil unit 1020 may be formed of a conductive material such as, for example, copper.
  • the coil unit 1020 may include a first coil unit 1021 and a second coil unit 1025.
  • the first coil part 1021 performs the function of the coil part (secondary winding) of the first assembly 931 of FIG. 9, and the second coil part 1023 is the second assembly 933 of FIG. 9. Can perform the function of the coil unit (secondary winding).
  • the first coil part 1021 may include first conductive pad parts 1022 and first connection parts (aka first via hole parts) 1023.
  • the first conductive pad portions 1022 may be mounted (printed) on the surface of the second base substrate 1013.
  • the first conductive pad portions 1022 may be disposed between the second base substrates 1013 and the third base substrate 1015.
  • the first connectors 1023 may pass through the first base substrate 1011 and the second base substrate 1013.
  • the first connection portions 1023 may connect the first conductive pad portions 1022.
  • any two of the first connecting portions 1023 may have a first conductive pad on one side (top side in FIG. 10) of the second base substrate 1013, in particular, the upper side of the two second base substrates.
  • a first conductive pad connected to both ends of any one of the portions 1022 and on the other side (the bottom in FIG. 10) of the second base substrate 1013, in particular the lower one of the two second base substrates. It may be connected to both ends of either one of the parts (1022).
  • the second coil portion 1025 includes second conductive pad portions 1026 (specific reference 722 of FIG. 7) and second connecting portions 1027 (specific reference numeral 723 of FIG. 7). can do.
  • the second conductive pad portions 1026 may be mounted (printed) on the surface of the third base substrate 1015.
  • the second connectors 1027 may penetrate the first base substrate 1011, the second base substrates 1013, and the third base substrates 1015.
  • the second connection portions 1027 may connect the second conductive pad portions 1026.
  • any two of the second connecting portions 1027 may be formed on one surface (the upper surface in FIG. 10) of the third base substrate (the upper one of the two third base substrates in FIG. 10) 1015.
  • Each of the second conductive pad portions 1026 may be connected to both ends of a corresponding one.
  • the core part 1030 may be formed of an iron core to reinforce the magnetic field applied to the coil part 1020.
  • the core unit 1030 may generate a relatively large induced voltage that does not require amplification of the signal to the coil unit 1020 in contrast to the core core 1030.
  • the core portion 1030 may be mounted on the substrate portion 1010.
  • the core unit 1030 may be implemented, for example, in a ring shape. In this case, the core part 1030 may be inserted into an inner region of the substrate part 1010. Here, the core part 1030 may penetrate the first base substrate 1011.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an assembly 930 of a core and coil printed circuit board according to a third embodiment.
  • the assembly 930 of the core and coil printed circuit board according to the third embodiment may include an assembly 931 of the first core and the coil printed circuit board (hereinafter, abbreviated as a first assembly) 931 and a second core. And an assembly 933 of the coil printed circuit board (hereinafter, abbreviated as a second assembly) and an isolation unit 1180.
  • the first assembly 931 and the second assembly 933 may be implemented with respective printed circuit boards.
  • the first assembly 931 may include a first substrate portion 1110, a first coil portion 1120, and a first core portion 1130.
  • the first substrate part 1110 may include base substrates 1111 and 1113, and the first coil part 1120 may include first conductive pad parts 1121 and first connection parts 1123.
  • the second assembly 933 may include a second substrate portion 1150, a second coil portion 1160, and a second core portion 1170.
  • the second substrate portion 1150 may include base substrates 1151 and 1153, and the second coil portion 1160 may include second conductive pad portions 1161 and second connection portions 1163.
  • the first assembly 931 and the second assembly 933 are the assembly 630 of the core and coil printed circuit board according to the first embodiment. ), So detailed description is omitted.
  • the isolation unit 1180 may be disposed between the assembly 931 of the first core and the coil printed circuit board and the assembly 933 of the second core and the coil printed circuit board.
  • the isolation unit 1180 may insulate the first assembly 931 and the second assembly 933 from each other.
  • the isolation portion 1180 may be formed of a material having electrical insulation.
  • the assembly 930 of the core and coil printed circuit board may further include other core parts (not shown) and other isolation parts (not shown).
  • the other core portion may be disposed between the first substrate portion 1110 and the second substrate portion 1150.
  • the first assembly 931 may not include the first core portion 1130
  • the second assembly 933 may not include the second core portion 1170.
  • Other isolation portions may be disposed between the first assembly 931 and the other core portion and between the other core portion and the second assembly 933. The other isolation portions can prevent contact between the first assembly 931 and the other core portion and contact between the other core portion and the second assembly 933.
  • a first magnetic field may be generated about the circuit 10.
  • the magnetic field may be applied to the power supply unit 920 of the current sensor 910 and the assembly 930 of the core and the coil printed circuit board.
  • the power supply unit 920 may supply power derived from the first magnetic field to the control unit 960.
  • the controller 960 may apply the power current to the first assembly 931.
  • the first assembly 931 may generate a second magnetic field based on the power current. Through this, part of the first magnetic field may be canceled by the second magnetic field. And the rest of the first magnetic field may be applied to the second assembly 933.
  • the control unit 960 may apply a compensation current to compensate for a part of the first magnetic field to the second assembly 933. This allows the second assembly 933 to generate a secondary current based on the current and compensation current derived from the rest of the first magnetic field. In this case, the second assembly 933 may output the voltage corresponding to the secondary current to the control unit 960. Through this, the controller 960 may calculate the primary current based on the voltage.
  • the assembly 930 of the core and coil printed circuit board may further include an isolation unit (not shown) that is different from the assembly (not shown) of the third core and coil printed circuit board. It may include.
  • An assembly (not shown) of the third core and the coil printed circuit board may sense a current of either the positive or negative pole of the DC circuit, and the first assembly 931 and the second assembly 933 may be a DC circuit. The current of either of the positive electrode or the negative electrode of the other can be detected. Through this, the current sensor 910 of the current sensing device can detect the amount of current of the temporary DC circuit.
  • the assembly of the third core and the coil printed circuit board may include an oscillation circuit.
  • the assembly of the third core and the coil printed circuit board may be implemented as a printed circuit board.
  • the assembly of the third core and the coil printed circuit board may be implemented similarly to the assembly 630 of the core and the coil printed circuit board according to the first embodiment.
  • the assembly of the third core and the coil printed circuit board may be stacked on at least one of the first assembly 931 or the second assembly 933.
  • the other isolation portion may be disposed between at least one of the first assembly 931 or the second assembly 933 and the assembly of the third core and the coil printed circuit board.
  • the other isolator may isolate the assembly of the first assembly 931 and the second assembly 933 and the third core and the coil printed circuit board from each other.
  • the other isolation portion may be formed of a material having electrical insulation.
  • the coil unit 420, 720, 1020, 1120, 1160 is formed on the substrate unit 410, 710, 1010, 1110, 1150, and the core 230 and the assembly of the coil printed circuit board 230. , 630, 930 are manufactured.
  • the assemblies 230, 630, 930 of the core and coil printed circuit board can be automatically manufactured by the manufacturing machine, and the characteristics of the current sensor can be made uniform.
  • the assemblies 230, 630, and 930 of the core and coil printed circuit board include core parts 430, 730, 1030, 1130, and 1170 that are formed of iron cores having high permeability
  • the core parts 430, 730, 1030, 1130, and 1170 may enhance the magnetic field applied from the circuit 10 to the assemblies 230, 630, and 930 of the core and coil printed circuit boards, and may provide a large induced voltage in preparation for the configuration using an air core. You can get it. Therefore, the amplification circuit section for amplifying the current detection signal (the voltage signal that the current sensor finally outputs) is unnecessary, and it is easy to separate the current detection signal even if there is interference of external noise.
  • the current sensing devices 100, 600, and 900 cancel a part of the magnetic field generated by the circuit 10 and compensate for this by the compensation current, thereby avoiding magnetic saturation.
  • the performance of the current sensing device (100, 600, 900) can be secured uniformly. . Accordingly, the reliability of the current calculated by the current sensing devices 100, 600, and 900 may be improved. In addition, malfunctions may be prevented in, for example, the monitoring and control of a power circuit, the breaking operation of the breaker, and the like based on the output signals of the current sensing devices 100, 600, 900 in the breaker.

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Abstract

본 발명에 따른 전류 감지 장치는, 일 방향을 따라 적층되는 적어도 두 개의 베이스 기판들을 포함하고, 상기 일 방향을 따라 회로를 통과시키는 기판 부, 상기 베이스 기판들 중 적어도 어느 하나에 형성되고, 상기 회로를 둘러싸는 코일 부 및 상기 베이스 기판들 사이에서 상기 코일 부로부터 이격되어 배치되고, 상기 회로를 둘러싸는 코어 부를 포함할 수 있다.

Description

전류 감지 장치
본 발명은 전류 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차단기(Circuit Breaker)는 회로를 개폐한다. 이 때 차단기는 전원과 부하 사이의 회로 상에 배치된다. 그리고 차단기는 회로를 연결하거나, 회로를 차단한다. 여기서, 차단기는 회로 상에 흐르는 전류를 분석한다. 이를 통해, 회로의 전류가 정상 전류이면, 차단기는 회로를 연결한다. 한편, 회로의 전류가 이상 전류이면, 차단기는 회로를 차단한다.
이를 위해, 상기와 같은 차단기는 회로의 전류를 검출하기 위한 전류 감지 장치를 포함한다.
이러한 전류 감지 장치로서 일반적으로 변류기(Current Transformer)가 많이 사용된다. 그러나, 부하전류가 큰 대용량 차단기에 있어서, 변류기는 철심(iron core)를 포함하므로, 대 전류에 대해서 자기 포화되는 특성과 철 손으로 인한 열 발생의 문제점이 있어, 대용량 차단기에는 비교적 자기 포화 특성이 없는 로고우스키 코일이 사용된다.
이러한 로고우스키 코일을 사용하는 종래기술에 따른 전류 감지 장치는 회로를 둘러싸는 플라스틱과 같은 절연 재로 만들어진 공 심 코어(air core) 및 상기 공 심 코어에 감겨서 상기 회로의 자기장에 의해 유도되는 전류가 흐르는 코일을 포함한다. 전류 감지 장치는 전자기 유도 현상에 기반하여, 회로의 주변에 생성되는 자기장에 의해 유도되는 전압 신호를 근거로 상기 회로에 흐르는 전류 량을 산출할 수 있다.
그런데, 상기와 같은 종래기술에 따른 전류 감지 장치의 성능이 균일하게 확보되지 못하는 문제점이 있다. 즉 전류 감지 장치의 제작 환경에 따라, 전류 감지 장치의 성능이 다를 수 있다. 이는, 공 심 코어에 코일을 감는 등의 제작 공정이 수동으로 이루어지기 때문이다. 이로 인하여, 전류 감지 장치에서 산출된 전류에 대한 신뢰도가 낮으며, 나아가 차단기가 오동작할 수 있다.
또한 종래기술에 따른 전류 감지 장치는 공 심 코어를 사용하므로 정격전압이 낮은 경우 출력신호가 수 마이크로 볼트(μV)에 불과하여, 증폭 회로부가 부설되어야 하는 문제점과 외부 노이즈 혼신 시 출력신호를 골라내는 것이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 일 목적은 제작 공정에서 수동 절차를 최소화할 수 있는 전류 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 제품 성능이 균일하게 확보될 수 있는 전류 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 검출된 전류 검출 신호에 대한 신뢰도가 향상될 수 있는 전류 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 본 발명에 따른 전류 감지 장치가 설치된 차단기의 오 동작을 방지할 수 있는 전류 감지 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적들을 달성하는 본 발명에 따른 전류 감지 장치는, 일 방향을 따라 적층되는 적어도 두 개의 베이스 기판들을 포함하고, 상기 일 방향을 따라 회로를 통과시키는 기판 부; 상기 베이스 기판들 중 적어도 어느 하나에 형성되고, 상기 회로를 둘러싸는 코일 부 및 상기 베이스 기판들 사이에서 상기 코일 부로부터 이격되어 배치되고, 상기 회로를 둘러싸는 코어 부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따르면, 상기 코일 부는, 상기 회로에서 생성되는 자기장의 일부를 상쇄시키도록 구성된 제 1 코일 부 및 상기 자기장의 나머지로부터 유도되는 전류를 발생하도록 구성된 제 2 코일 부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 양상에 따르면, 상기 전류 감지 장치는, 상기 자기장의 일부를 보상하기 위한 보상 전류를 상기 제 2 코일 부에 인가하도록 구성된 보상 부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일 양상에 따르면, 상기 제 2 코일 부는, 상기 유도되는 전류와 보상 전류에 상응하는 전압을 출력하도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따르면, 상기 전류 감지 장치는, 상기 제 1 코일 부를 구동시키기 위한 전원 전류를 인가하도록 구성된 발진 부 및 상기 전압에 기반하여, 상기 회로 상에 흐르는 전류를 산출하도록 구성된 산출 부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따르면, 기판 부에 코일 부가 형성된 구조로 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리가 제조됨에 따라, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리가 용이하게 제조될 수 있다.
이때 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리가 코어 부를 포함함에 따라, 코어 부가 회로로부터 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리에 인가되는 자기장을 강화시킬 수 있다.
아울러, 전류 감지 장치가 회로에서 생성되는 자기장의 일부를 상쇄시키고 이를 보상 전류로 보상함으로써, 자기장에 따른 포화를 방지할 수 있다. 이를 통해, 전류 감지 장치의 제작 공정에서 수동 절차가 최소화되면서도, 전류 감지 장치의 성능이 균일하게 확보될 수 있다.
이에 따라, 전류 감지 장치에 의해 검출된 전류 검출 신호(전류 검출 데이터)에 대한 신뢰도가 향상될 수 있다. 나아가, 차단기에서 전류 검출 신호에 따른 오동작이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 감지 장치의 전기적 구성을 보여주는 블록 도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전류 감지 장치 중 전류 센서의 물리적 구성을 조립 상태에서 보여주는 사시 도이며,
도 3은 도 2에 도시한 전류 센서의 조립 체를 분해하여 보여주는 분해 사시 도이고,
도 4는 본 발명에 따른 전류 감지 장치의 주요부인 전류 센서 중 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리를 보여주는 평면도이며,
도 5는 도 4의 어셈블리의 배면을 보여주는 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리의 배면 도이고,
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전류 감지 장치의 전기적 구성을 보여주는 블록 도이며,
도 7은 도 4의 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리의 내부 구성을 부분 절단하여 보여주는 부분 절단 사시 도이고,
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리의 내부 구성을 보여주는 도7의 A-A'선 단면도이며,
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전류 감지 장치의 전기적 구성을 보여주는 블록 도이고,
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전류 감지 장치 중 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리의 내부 구성을 부분 절단하여 보여주는 단면도이고,
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전류 감지 장치 중 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리의 내부 구성을 부분 절단하여 보여주는 단면도이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징, 예컨대 수치, 기능, 동작 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서 사용된 "제 1"또는 "제 2" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 감지 장치(100)의 전기적 구성을 도시하는 블록 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 감지 장치(100)는 회로(10) 상에 배치될 수 있다. 여기서 회로(10)는 전력계통(grid)의 전력회로일 수 있다. 이 때 회로(10)는 전원(20)과 부하(30)를 연결하며, 회로(10)를 따라 전원(20)으로부터 부하(30)로 전류가 흐를 수 있다. 여기서, 1차 전류가 회로(10) 상에서 흐르는 전류로 정의될 수 있다. 이러한 전류 감지 장치(100)는 전류 센서(sensor unit)(110)와 제어 부(160)를 포함할 수 있다.
전류 센서(110)는 1차 전류에 기반하여, 2차 전류를 검출할 수 있다. 이 때 회로(10) 상에서 상기 1차 전류가 흐름에 따라, 회로(10)를 중심으로 자기장이 생성될 수 있다. 이를 통해, 전류 센서(110)에, 자기장이 인가될 수 있다. 그리고 전류 센서(110)는 자기장에 대응하여, 2차 전류를 검출할 수 있다. 여기서, 전류 센서(110)는 전자기 유도 현상에 따라, 자기장으로부터 2차 전류를 발생할 수 있다. 즉 2차 전류는 자기장으로부터 유도되는 전류로 정의될 수 있다.
제어 부(160)는 2차 전류에 기반하여, 1차 전류를 산출할 수 있다. 이 때 제어 부(160)는 2차 전류에 기반하여, 전압을 검출할 수 있다. 그리고 제어 부(160)는 전압으로부터 1차 전류를 산출할 수 있다. 여기서, 제어 부(160)는 전류 센서(110)의 파라미터들을 미리 저장하고 있으며, 이를 이용하여 1차 전류를 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전류 센서(110)를 도시하는 사시 도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전류 센서(110)를 분해하여 도시하는 분해 사시 도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전류 센서(110) 중 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)를 도시하는 평면도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)를 도시하는 배면 도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전류 센서(110)는 전원 부(220), 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230), 절연 부재(240) 및 외 함(enclosure)(250)를 포함할 수 있다. 이 때 회로(10)가 일 방향을 따라 전류 센서(110)를 관통할 수 있다. 여기서, 전원 부(220), 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230) 및 절연 부재(240)가 일 방향을 따라 상호에 평행하게 배치되어 적층될 수 있다.
전원 부(220)는 전력 변류기(power current transformer, 일명 power CT)로 구성될 수 있으며 그에 따라 철심(iron core)과 해당 철심에 권선되는 2차 권선을 포함할 수 있다.
전원 부(220)의 상기 철심은 회로(10)가 관통하도록 허용할 수 있다. 그에 따라 전원 부(220)는 회로(10)를 둘러싸게 배치될 수 있다. 이를 통해, 전원 부(220)에, 회로(10)에서 생성된 자기장이 인가될 수 있다. 이 때 전원 부(220)는 미리 정해진 파라미터들에 따라, 상기 자기장에 의해 유도되는 전류에 기반하여, 전원 전류를 발생할 수 있다. 그리고 전원 부(220)는 상기 전원 전류를 제어 부(160)에 공급할 수 있다. 따라서, 제어 부(160)는 전원 부(220)가 공급하는 전원 전류를 소모하여 작동될 수 있다.
코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)는 일 방향을 따라 회로(10)를 통과시킬 수 있다. 그리고 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)는 회로(10)를 둘러쌀 수 있다. 이를 통해, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)에, 회로(10)에 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장이 인가될 수 있다. 이 때 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)는 상기 회로(10)에 흐르는 전류 량에 비례하게 상기 자기장에 의해서 유도되는 2차 전류를 발생할 수 있다. 그리고 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)는 2차 전류를 제어 부(160)에 전달할 수 있다. 이를 통해, 제어 부(160)가 2차 전류에 기반하여, 상기 회로(10)에 흐르는 전류 량을 나타내는 1차 전류(다시 말해 1차 전류 량)를 산출할 수 있다. 예를 들면, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)는 코어(core)와 코일 인쇄 회로 기판(printed circuit board of coil; PCB of coil)의 조립 체(assembly)로 구성될 수 있다. 여기서, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)는, 예컨대 원형 또는 다각형의 링(ring) 형태로 구현될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 기판 부(410), 코일 부(420) 및 코어 부(430)를 포함할 수 있다.
기판 부(410)는 코일 부(420)와 코어 부(430)를 지지할 수 있다. 여기서, 기판 부(410)는 전기적 절연성 재료로 형성될 수 있다. 그리고 기판 부(410)는 평판 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판 부(410)는 단층으로 형성될 수 있으며, 다층으로 형성될 수도 있다. 또한 기판 부(410)는 일 방향을 따라 회로(10)를 통과시킬 수 있도록 중앙에 관통 구 부(through hole portion)가 구비될 수 있다. 여기서, 기판 부(410)에서 표면이 상기 일 방향에 수직한 평면으로 정의될 수 있다. 이러한 기판 부(410)는 차폐 부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 차폐 부는 기판 부(410)에서 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)를 외부의 노이즈로부터 차폐시키기 위해 제공될 수 있다. 이를 위해, 차폐 부는 기판(410)의 측면에 도포될 수 있고 접지와 연결될 수 있다. 차폐 부는 구리 및/또는 납의 코팅 막으로 형성될 수 있다.
코일 부(420)는 인가되는 상기 자기장으로부터 상기 2차 전류를 발생할 수 있다. 이를 위해, 코일 부(420)는 기판 부(410)의 상면과 저면에 각각 일정 길이의 직선 형으로 형성되는 복수의 도전 패드(conductive pad)를 포함할 수 있다. 이 때 코일 부(420)는 회로(10)를 둘러쌀 수 있다. 그리고 코일 부(420)는 기판 부(410)의 표면에 형성될 수 있으며, 기판 부(410)를 관통하게 형성될 수 있다. 이러한 코일 부(420)는 복수의 도전 패드 부(422)들과 복수의 연결 부(일명 via hole portion)(423)를 포함할 수 있다. 도전 패드 부(422)들은 기판 부(410)의 상기 상면 및/또는 저면에 형성될 수 있다. 복수의 연결 부(423)는 각각 기판 부(410)의 상면 및 저면의 대응하는 한 쌍의 도전 패드 부(422)를 서로 기계적 및 전기적으로 연결할 수 있다.
코어 부(430)는 회로(10)의 둘레에 형성되는 자기장이 이동할 수 있는 자기 통로를 제공할 수 있다. 이를 위해, 코어 부(430)는 기판 부(410)에 장착될 수 있다. 이 때 코어 부(430)는 회로(10)를 둘러쌀 수 있다. 그리고 코어 부(430)는 코일 부(420)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 즉 코어 부(430)는 코일 부(420)와 접촉하지 않을 수 있다. 여기서, 코어 부(430)는 바람직한 실시 예에 따라서 두께가 0.1-0.5 mm로 얇고 공기에 비해 투자율이 높은 철심(iron core)으로 구성될 수 있다. 본 발명에 있어서 코어 부(430)가 투자율이 높은 철심으로 구성되므로, 공심 코어로 구성할 때 수 마이크로 볼트에 불과한 미소한 유도 전압 대비하여 큰 전압(예컨대 수 밀리 볼트 이상)이 코일 부(420)에 유도되어 미소한 검출 신호를 증폭하기 위한 증폭 회로가 불필요하다.
또한 코어 부(430)는, 예컨대 원형 또는 다각형의 링 형태로 구현될 수 있다. 이러한 코어 부(430)에 코일 부(420)가 감겨지게 구성될 수 있다. 즉 코어 부(430)는 기판 부(410)의 전면과 후면의 도전 패드 부(422) 사이에서 도전 패드 부(422)들의 내측 영역에 배치될 수 있다. 예를 들면, 복수의 연결 부(423)들이 기판 부(410)의 상면과 저면의 도전 패드 부(422)들의 양 단 부들을 연결하는 경우, 코어 부(430)는 복수 쌍의 연결 부(423)들 사이에 배치될 수 있다.
절연 부재(240)는 전원 부(220)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230) 사이에 배치될 수 있다. 이를 통해, 절연 부재(240)가 전원 부(220)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)를 상호로부터 전기적으로 격리시킬 수 있다. 여기서, 절연 부재(240)는 절연성 물질로 형성될 수 있다. 그리고 절연 부재(240)는 상기 일 방향을 따라 회로(10)의 관통을 허용할 수 있다. 또한 절연 부재(240)는 회로(10)를 둘러쌀 수 있다.
외 함(250)는 전원 부(220), 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230) 및 절연 부재(240)를 수용할 수 있다. 그리고 외 함(250)는 전원 부(220), 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230) 및 절연 부재(240)를 지지할 수 있다. 또한 외 함(250)는 상기 일 방향을 따라 회로(10)의 관통을 허용할 수 있다. 이러한 외 함(250)은 제 1 외 함(251)와 제 2 외 함(253)를 포함할 수 있다. 제 1 외 함(251)는 전원(20)을 대향하게 배치되고, 제 2 외 함(253)는 부하(20)를 대향하게 배치될 수 있다. 그리고 제 1 외 함(251)와 제 2 외 함(253)는 일 방향을 따라 상호와 결합될 수 있다. 여기서, 제 1 외 함(251)와 제 2 외 함(253)은 전원 부(220), 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230) 및 절연 부재(240)의 외측 영역에서 상호와 체결될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 1차 전류가 회로(10)를 따라 전원(20)으로부터 부하(30)로 흐를 수 있다. 이에 따라, 상기 1차 전류에 기반하여, 자기장이 회로(10)를 중심으로 생성될 수 있다. 이 때 상기 자기장이 전류 센서(110)의 전원 부(220)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)에 인가될 수 있다. 여기서, 상기 자기장이 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)의 코일 부(420)에 인가될 수 있다. 전원 부(220)는 자기장으로부터 전원 전류를 발생하여, 제어 부(160)에 공급할 수 있다. 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230)는 자기장으로부터 2차 전류를 발생하여, 2차 전류에 상응하는 전압을 제어 부(160)로 출력할 수 있다. 여기서, 코어 부(430)가 코일 부(420)에 인가되는 자기장의 자기 이동 경로를 제공할 수 있다. 이를 통해, 제어 부(160)가 상기 전원 전류에 의해 동작함으로써, 전압에 기반하여, 상기 1차 전류의 양을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전류 감지 장치의 전기적 구성을 보여주는 블록 도이다.
도 6을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 전류 감지 장치(600)는 전류 센서(610)와 제어 부(660)를 포함할 수 있다. 이 때 회로(10)는 전원(20)과 부하(30)를 연결하며, 회로(10)를 따라 전원(20)으로부터 부하(30)로 전류가 흐를 수 있다. 여기서, 1차 전류가 회로(10) 상에서 흐르는 전류로 정의될 수 있다.
전류 센서(610)는 전원 부(620)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)를 포함할 수 있다. 이 때 전원 부(620)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)는 일 방향을 따라 상호에 평행하게 배열될 수 있다. 그리고 전원 부(620)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)는 일 방향을 따라 회로(10)를 통과시킬 수 있다. 또한 전원 부(620)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)는 회로(10)를 둘러쌀 수 있다. 이를 통해, 전원 부(620)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)에, 회로(10)에서 생성된 자기장이 인가될 수 있다. 전원 부(620)는 자기장으로부터 전원 전류를 발생하여, 제어 부(660)에 공급할 수 있다. 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)는 자기장으로부터 2차 전류를 발생할 수 있다. 제1 실시 예에 따르면, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)는 전류 검출 신호를 전압신호로서 제공하는 부담 부하(635)을 포함할 수 있다. 부담 부하(635)은 상기 2차 전류에 상응하게 부담 부하(935)의 양단에 형성되는 전압을 전류 측정을 위한 입력신호로서 상기 제어 부에 제공할 수 있다. 여기서, 부담 부하(635)은 미리 결정된 저항 값을 가진 저항 또는 캐패시터로 구성될 수 있다.
제어 부(660)는 전원 부(620)의 전원 전류를 이용하여, 작동될 수 있다. 그리고 제어 부(660)는 상기 2차 전류에 기반하여, 회로(10)에 흐르는 1차 전류의 양을 산출할 수 있다. 제2 실시 예에 따르면, 제어 부(660)는 신호 처리 부(680)와 산출 부(690)를 포함할 수 있다.
신호 처리 부(680)는 전류 센서(610)가 출력하는 2차 전류의 아날로그 검출 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
산출 부(690)는 상기 2차 전류의 상기 디지털 신호에 기반하여, 회로(10)에 흐르는 상기 1차 전류의 양을 산출할 수 있다. 다시 말해서 산출 부(690)는 상기 2차 전류에 상응하는 디지털 전압 신호를 근거로 상기 1차 전류를 산출할 수 있다. 여기서, 제어 부(660)는 전류 센서(610)의 파라미터들을 미리 저장하고 있으며, 산출 부(690)가 이를 이용하여 1차 전류를 산출할 수 있다. 한편, 제어 부(660)는 상기 디지털 전압 신호가 나타내는 전압과 상기 1차 전류의 양을 상호에 매핑(mapping)하여 저장하고 있으며, 산출 부(690)가 상기 전압에 대응하여 1차 전류를 선택하는 것에 의해 상기 1차 전류의 양(값)을 출력할 수 있다.
도 7은 도 4의 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리의 내부 구성을 부분 절단하여 보여주는 부분 절단 사시 도이다. 그리고 도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)의 구성을 내부 구성까지 보여주는 단면도이다. 이 때 도 8은 도 7에서 A-A'를 따라 절단된 단면을 도시하고 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)는 기판 부(710), 코일 부(720) 및 코어 부(730)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 7은 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)의 일부 영역에서 기판 부(710)와 코일 부(720)가 제거된 상태를 도시하고 있다. 예를 들면, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)는 인쇄 회로 기판으로 구현될 수 있다.
기판 부(710)는 코일 부(720)와 코어 부(730)를 지지할 수 있다. 여기서, 기판 부(710)는 전기적 절연성 재료로 형성될 수 있다. 이러한 기판 부(710)는 복수의 베이스 기판(711, 713)들을 포함할 수 있다. 베이스 기판(711, 713)들은 일 방향을 따라 적층될 수 있다. 여기서, 각각의 베이스 기판(711, 713)은 평판 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 베이스 기판(711, 713)은 단층으로 형성될 수 있으며, 다층으로 형성될 수도 있다. 이러한 베이스 기판(711, 713)들은 제 1 베이스 기판(711)과 제 1 베이스 기판(711)의 양 측면들(도 7에서 상면과 저면)에 장착되는 제 2 베이스 기판(713)들을 포함할 수 있다.
코일 부(720)는 인가되는 자기장으로부터 2차 전류를 발생할 수 있다. 이를 위해, 코일 부(720)는 기판 부(710)에 장착될 수 있다. 여기서, 코일 부(720)는 예컨대 구리와 같은 도전성 재료로 형성될 수 있다. 이러한 코일 부(720)는 도전 패드 부(722)들과 연결 부(723)들을 포함할 수 있다. 도전 패드 부(722)들은 기판 부(710)의 표면에 장착(인쇄)될 수 있다. 여기서, 도전 패드 부(722)들은 제 2 베이스 기판(713)들에서 제 1 베이스 기판(711)의 반대 편에 장착될 수 있다. 연결 부(723)들은 기판 부(710)를 관통할 수 있다. 그리고 연결 부(723)들은 도 8에서 상부 베이스 기판(713)중 대응하는 도전 패드 부(722)와 하부 베이스 기판(713)의 대응하는 도전 패드 부를 연결할 수 있다. 여기서, 연결 부(723)들은 제 1 베이스 기판(711)과 제 2 베이스 기판(713)들을 관통할 수 있다. 예를 들면, 연결 부(723)들 중 어느 두 개가 기판 부(710)의 일 면에서 도전 패드 부(722)들 중 어느 하나의 양 단 부에 연결되고, 기판 부(710)의 타 면에서 도전 패드 부(722)들 중 다른 하나의 양 단 부에 각각 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 양상에 따라서 코어 부(730)는 철심으로 구성되어 코일 부(720)에 인가되는 자기장을 강화시킬 수 있다. 이를 통해, 코어 부(730)는 공심 코어로 구성하는 것에 대비하여 큰 유도 전압을 코일 부(720)에 발생시킬 수 있고, 따라서 유도 전압을 증폭하기 위한 증폭 회로부가 불필요하게 된다. 이를 위해, 코어 부(730)는 기판 부(710)에 장착될 수 있다. 그리고 코어 부(730)는, 예컨대 링 형태로 구현될 수 있다. 이 때 코어 부(730)는 기판 부(710)의 내측 영역에 삽입될 수 있다. 여기서, 도 7을 참조할 수 있는 바와 같이, 코어 부(730)는 제 1 베이스 기판(711)을 관통할 수 있다. 이를 통해, 코어 부(730)는 제 2 베이스 기판(713)들을 경계로 도전 패드 부(722)들로부터 이격될 수 있으며, 제 1 베이스 기판(711)과 제 2 베이스 기판(713)들을 경계로 연결 부(723)들로부터 이격될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전류 감지 장치의 전기적 구성을 보여주는 블록 도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 전류 감지 장치(900)는 전류 센서(910)와 제어 부(960)를 포함할 수 있다. 이 때 회로(10)는 전원(20)과 부하(30)를 연결하며, 회로(10)를 따라 전원(20)으로부터 부하(30)로 전류가 흐를 수 있다. 여기서, 1차 전류가 회로(10) 상에서 흐르는 전류로 정의될 수 있다. 그리고 제 1 자기장이 상기 1차 전류에 기반하여, 회로(10)에서 생성되는 자기장으로 정의될 수 있다.
전류 센서(910)는 전원 부(920)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)를 포함할 수 있다. 이 때 전원 부(920)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 일 방향을 따라 상호에 나란하게 배열되어 적층될 수 있다. 그리고 전원 부(920)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 상기 일 방향을 따라 회로(10)를 통과시킬 수 있다. 또한 전원 부(920)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 회로(10)를 둘러쌀 수 있다. 이를 통해, 전원 부(920)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)에, 제 1 자기장이 인가될 수 있다. 전원 부(920)는 제 1 자기장으로부터 전원 전류를 발생하여, 제어 부(960)에 공급할 수 있다. 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 제 1 자기장으로부터 유도된 전압에 의해 2차 전류를 발생할 수 있다. 제 2 실시 예에 따르면, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 제 1 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(이하 제1 어셈블리로 약칭함)(931)와 제 2 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(이하 제2 어셈블리로 약칭함)(933)를 포함할 수 있다.
제 1 어셈블리(931)는 제어 부(960)로부터 인가되는 전원 전류에 기반하여, 제 2 자기장을 발생할 수 있다. 이를 통해, 제 1 자기장의 일부가 제 2 자기장에 의해 상쇄될 수 있다.
제 2 어셈블리(933)는 제 1 자기장의 나머지로부터 유도되는 전류와 제어 부(960)로부터 인가되는 보상 전류에 기반하여, 2차 전류를 발생할 수 있다. 이러한 제 2 어셈블리(933)는 부담 부하(935)를 포함할 수 있다. 부담 부하(935)는 상기 2차 전류에 상응하게 부담 부하(935)의 양단에 형성되는 전압을 전류 측정을 위한 입력신호로서 상기 제어 부(960)에 제공할 수 있다. 여기서, 부담 부하(935)는 미리 결정된 저항 값을 가진 저항 또는 캐패시터로 구성될 수 있다.
제어 부(960)는 전원 부(920)의 전원 전류를 이용하여, 작동할 수 있다. 그리고 제어 부(960)는 상기 2차 전류에 기반하여, 회로(10)에 흐르는 1차 전류를 산출할 수 있다. 제 2 실시 예에 따르면, 제어 부(960)는 보상 부(970), 신호 처리 부(980) 및 산출 부(990)를 포함할 수 있다.
보상 부(970)는 전류 센서(910)에 보상 전류를 인가할 수 있다. 이러한 보상 부(970)는 발진 부(971), 비교 부(973) 및 피드백 제어 부(975)를 포함할 수 있다. 발진 부(971)는 제 1 어셈블리(931)에 전원 전류를 인가할 수 있다.
여기서, 발진 부(971)는 회로(10)를 흐르는 상기 1차 전류와 위상 차가 180 도만큼 있는 상기 전원 전류로서 삼각파 또는 구형 파를 발생시켜 제 1 어셈블리(931)에 인가할 수 있다. 이는 상기 1차 전류에 의해 형성되는 자기장과 방향이 반대인 자기장을 상기 전원 전류에 의해 발생시켜 서로 부분적으로 상쇄되도록 하기 위함이다.
발진 부(971)가 출력하는 상기 전원 전류에 의해 제 1 어셈블리(931)에서 발생하는 상기 제2 자기장은 회로(10)에 흐르는 1차 전류에 의해 발생하는 상기 제1 자기장을 적어도 부분적으로 상쇄할 수 있다. 이러한 부분적 상쇄는 회로(10)에 흐르는 1차 전류의 양에 상응하는 전류 센서(910)의 출력 전압을 감소시킬 수 있으며, 따라서 이에 대한 보상이 필요하다.
비교 부(973)는 제 1 자기장의 일부를 보상하기 위한 보상 전류를 결정할 수 있다. 이 때 비교 부(973)는 전류 센서(910)로부터 출력되는 현재의 출력 전압을 이전의 출력 전압과 비교하여 대응한 보상 전류를 결정할 수 있다. 여기서, 비교 부(973)는 전류 센서(910)로부터 출력되는 현재의 출력 전압을 이전의 출력 전압과 비교하여, 현재의 출력 전압과 이전의 출력 전압의 차이 값에 대응한 보상 전류의 출력을 피드백 제어 부(975)에 요구할 수 있다.
피드백 제어 부(975)는 비교 부(973)의 요구에 응답하여 상기 대응한 보상 전류를 제 2 어셈블리(933)에 인가할 수 있다.
신호 처리 부(980)는 전류 센서(610)로부터 제공된 상기 출력 전압으로서 아날로그 전압 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이 때 신호 처리 부(980)는 디지털 신호로 변환된 상기 전압 신호를 산출 부(990)에 출력할 수 있다.
산출 부(990)는 상기 전압 신호로서 디지털 신호에 기반하여, 회로(10)에 흐르는 1차 전류의 양을 산출할 수 있다. 여기서, 제어 부(960)는 전류 센서(910)의 파라미터들을 미리 저장하고 있으며, 산출 부(990)가 이를 이용하여 상기 1차 전류의 양(값)을 출력할 수 있다. 즉, 제어 부(960)는 상기 디지털 신호의 전압 값과 상기 1차 전류의 값을 상호에 매핑하여 저장하고 있으며, 산출 부(990)가 상기 전압 값에 대응하는 상기 1차 전류의 값을 선택하는 것으로 상기 산출이 수행될 수 있다.
도 10은 제 2 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)의 내부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 기판 부(1010), 코일 부(1020) 및 코어 부(1030)를 포함할 수 있다.
기판 부(1010)는 코일 부(1020)와 코어 부(1030)를 지지할 수 있다. 여기서, 기판 부(1010)는 전기적 절연성 재료로 형성될 수 있다. 이러한 기판 부(1010)는 복수의 베이스 기판(1011, 1013, 1015)들을 포함할 수 있다. 베이스 기판(1011, 1013, 1015)들은 일 방향을 따라 적층될 수 있다. 여기서, 각각의 베이스 기판(1011, 1013, 1015)은 평판 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 베이스 기판(1011, 1013, 1015)는 단층으로 형성될 수 있으며, 다층으로 형성될 수도 있다. 이러한 베이스 기판(1011, 1013, 1015)들은 제 1 베이스 기판(1011), 제 1 베이스 기판(1011)의 양 측면들(도 10에서 상면과 저면)에 장착되는 제 2 베이스 기판(1013)들 및 제 2 베이스 기판(1013)들에 각각 장착되는 제 3 베이스 기판(1015)들을 포함할 수 있다.
코일 부(1020)는 인가되는 자기장으로부터 2차 전류를 발생할 수 있다. 이를 위해, 코일 부(1020)는 기판 부(1010)에 장착될 수 있다. 여기서, 코일 부(1020)는 예컨대 구리와 같은 도전성 재료로 형성될 수 있다. 이러한 코일 부(1020)는 제 1 코일 부(1021)와 제 2 코일 부(1025)를 포함할 수 있다. 이 때 제 1 코일 부(1021)가 도 9의 제 1 어셈블리(931)중 코일 부(2차 권선)의 기능을 수행하고, 제 2 코일 부(1023)가 도 9의 제 2 어셈블리(933)중 코일 부(2차 권선)의 기능을 수행할 수 있다.
제 1 코일 부(1021)는 제 1 도전 패드 부(1022)들과 제 1 연결 부(일명 제 1 비아 홀 부)(1023)들을 포함할 수 있다. 제 1 도전 패드 부(1022)들은 제 2 베이스 기판(1013)의 표면에 장착(인쇄)될 수 있다. 여기서, 제 1 도전 패드 부(1022)들은 제 2 베이스 기판(1013)들과 제 3 베이스 기판(1015) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 연결 부(1023)들은 제 1 베이스 기판(1011)과 제 2 베이스 기판(1013)들을 관통할 수 있다. 그리고 제 1 연결 부(1023)들은 제 1 도전 패드 부(1022)들을 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 1 연결 부(1023)들 중 어느 두 개가 제 2 베이스 기판(1013, 특히 2개의 제 2 베이스 기판 중 상 측의 것)의 일 면(도 10에서 상면)에서 제 1 도전 패드 부(1022)들 중 어느 하나의 양 단 부에 연결되고, 제 2 베이스 기판(1013, 특히 2개의 제 2 베이스 기판 중 하 측의 것)의 타 면(도 10에서 저면)에서 제 1 도전 패드 부(1022)들 중 어느 하나의 양 단 부에 각각 연결될 수 있다.
제 2 코일 부(1025)는 제 2 도전 패드 부(1026)들(구체적인 구성은 도 7의 부호 722 참조)과 제 2 연결 부(1027)들(구체적인 구성은 도 7의 부호 723 참조)을 포함할 수 있다. 제 2 도전 패드 부(1026)들은 제 3 베이스 기판(1015)의 표면에 장착(인쇄)될 수 있다. 제 2 연결 부(1027)들은 제 1 베이스 기판(1011), 제 2 베이스 기판(1013)들 및 제 3 베이스 기판(1015)들을 관통할 수 있다. 또한 제 2 연결 부(1027)들은 제 2 도전 패드 부(1026)들을 연결할 수 있다. 예를 들면, 제 2 연결 부(1027)들 중 어느 두 개가 제 3 베이스 기판(도 10에서 2개의 제 3 베이스 기판 중 상 측의 것)(1015)의 일 면(도 10에서 상면)에서 제 2 도전 패드 부(1026)들 중 어느 하나의 양단 부에 연결되고, 제 3 베이스 기판 도 10에서 2개의 제 3 베이스 기판 중 하 측의 것) (1015)의 타 면(도 10에서 저면)에서 제 2 도전 패드 부(1026)들 중 대응하는 어느 하나의 양단 부에 각각 연결될 수 있다.
코어 부(1030)는 철 심으로 구성되어 코일 부(1020)에 인가되는 자기장을 강화시킬 수 있다. 이를 통해, 코어 부(1030)는 공심 코어로 구성하는 것에 대비하여 코일 부(1020)에 신호의 증폭이 불필요한 비교적 큰 유도 전압을 발생시킬 수 있다. 이를 위해, 코어 부(1030)는 기판 부(1010)에 장착될 수 있다. 그리고 코어 부(1030)는, 예컨대 링 형태로 구현될 수 있다. 이 때 코어 부(1030)는 기판 부(1010)의 내측 영역에 삽입될 수 있다. 여기서, 코어 부(1030)는 제 1 베이스 기판(1011)을 관통할 수 있다.
도 11은 제 3 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)를 도시하는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 제 1 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(이하 제 1 어셈블리로 약칭함)(931), 제 2 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(이하 제 2 어셈블리로 약칭함)(933) 및 격리 부(1180)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 어셈블리(931)와 제 2 어셈블리(933)가 각각의 인쇄 회로 기판으로 구현될 수 있다.
제 1 어셈블리(931)는 제 1 기판 부(1110), 제 1 코일 부(1120) 및 제 1 코어 부(1130)를 포함할 수 있다. 제 1 기판 부(1110)는 베이스 기판(1111, 1113)들을 포함하고, 제 1 코일 부(1120)는 제 1 도전 패드 부(1121)들과 제 1 연결 부(1123)들을 포함할 수 있다. 제 2 어셈블리(933)는 제 2 기판 부(1150), 제 2 코일 부(1160) 및 제 2 코어 부(1170)를 포함할 수 있다. 제 2 기판 부(1150)는 베이스 기판(1151, 1153)들을 포함하고, 제 2 코일 부(1160)는 제 2 도전 패드 부(1161)들과 제 2 연결 부(1163)들을 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)에서 제 1 어셈블리(931)와 제 2 어셈블리(933)는 제 1 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)와 각각 유사하므로, 상세한 설명을 생략한다.
격리 부(1180)는 제 1 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(931)와 제 2 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(933) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 격리 부(1180)는 제 1 어셈블리(931)와 제 2 어셈블리(933)를 상호로부터 격리시킬 수 있다. 여기서, 바람직한 양상에 따라서 격리 부(1180)는 전기적 절연성을 가진 재료로 형성될 수 있다.
제 3 실시 예에 따르면, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 다른 코어 부(도시되지 않음)와 다른 격리 부(도시되지 않음)들을 더 포함할 수 있다. 다른 코어 부는 제 1 기판 부(1110)와 제 2 기판 부(1150) 사이에 배치될 수 있다. 이 때 제 1 어셈블리(931)가 제 1 코어 부(1130)를 포함하지 않을 수 있으며, 제 2 어셈블리(933)가 제 2 코어 부(1170)를 포함하지 않을 수도 있다. 다른 격리 부들은 제 1 어셈블리(931)와 다른 코어 부 사이 및 다른 코어 부와 제 2 어셈블리(933) 사이에 배치될 수 있다. 다른 격리 부들은 제 1 어셈블리(931)와 다른 코어 부의 접촉 및 다른 코어 부와 제 2 어셈블리(933)의 접촉을 방지할 수 있다.
도 9에 도시한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전류 감지 장치의 동작을 간략히 설명한다.
도 9를 참조할 수 있는 바와 같이, 1차 전류가 회로(10)를 따라 전원(20)으로부터 부하(30)로 흐를 수 있다. 이에 따라, 1차 전류에 기반하여, 제 1 자기장이 회로(10)를 중심으로 생성될 수 있다. 이 때 자기장이 전류 센서(910)의 전원 부(920)와 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)에 인가될 수 있다. 전원 부(920)는 제 1 자기장으로부터 유도된 전원을 제어 부(960)에 공급할 수 있다. 제어 부(960)는 제 1 어셈블리(931)에 상기 전원 전류를 인가할 수 있다. 제 1 어셈블리(931)는 상기 전원 전류에 기반하여, 제 2 자기장을 발생할 수 있다. 이를 통해, 제 1 자기장의 일부가 제 2 자기장에 의해 상쇄될 수 있다. 그리고 제 1 자기장의 나머지가 제 2 어셈블리(933)에 인가될 수 있다. 제어 부(960)는 제 2 어셈블리(933)에 제 1 자기장의 일부를 보상하기 위한 보상 전류를 인가할 수 있다. 이를 통해, 제 2 어셈블리(933)가 제 1 자기장의 나머지로부터 유도되는 전류와 보상 전류에 기반하여, 2차 전류를 발생할 수 있다. 이 때 제 2 어셈블리(933)는 상기 2차 전류에 상응하는 전압을 제어 부(960)로 출력할 수 있다. 이를 통해, 제어 부(960)가 상기 전압에 기반하여, 1차 전류를 산출할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 다른 실시 예에 따르면, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(930)는 제 3 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(도시되지 않음)와 다른 격리 부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제 3 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(도시되지 않음)는 직류 회로의 양극 또는 음극 중 어느 하나의 전류를 감지할 수 있고, 제 1 어셈블리(931) 및 제 2 어셈블리(933)는 직류 회로의 양극 또는 음극 중 나머지 어느 하나의 전류를 감지할 수 있다. 이를 통해, 전류 감지 장치의 전류 센서(910)가 가 직류 회로의 전류 량을 검출할 수 있다. 이를 위해, 제 3 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리는 발진 회로를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 3 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리는 인쇄 회로 기판으로 구현될 수 있다. 여기서, 제 3 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리는 제 1 실시 예에 따른 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(630)와 유사하게 구현될 수 있다. 그리고 제 3 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리는 제 1 어셈블리(931) 또는 제 2 어셈블리(933) 중 적어도 어느 하나에 적층될 수 있다. 다른 격리 부는 제 1 어셈블리(931) 또는 제 2 어셈블리(933) 중 적어도 어느 하나와 제 3 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리 사이에 배치될 수 있다. 그리고 다른 격리 부는 제 1 어셈블리(931) 및 제 2 어셈블리(933)와 제 3 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리를 상호로부터 격리시킬 수 있다. 여기서, 다른 격리 부는 전기적 절연성을 가진 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 기판 부(410, 710, 1010, 1110, 1150)에 코일 부(420, 720, 1020, 1120, 1160)가 인쇄 형성된 구조로 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230, 630, 930)가 제조된다. 따라서, 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230, 630, 930)가 제조기계에 의해서 자동으로 제조될 수 있고, 전류 센서의 특성이 균일해질 수 있다. 이 때 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230, 630, 930)가 투자율이 높은 철심으로 구성되는 코어 부(430, 730, 1030, 1130, 1170)를 포함함에 따라, 코어 부(430, 730, 1030, 1130, 1170)가 회로(10)로부터 코어 및 코일 인쇄회로기판의 어셈블리(230, 630, 930)에 인가되는 자기장을 강화시킬 수 있고, 공심 코어를 사용하는 구성에 대비하여 큰 유도전압을 얻을 수 있다. 따라서 전류 검출 신호(전류 센서가 최종 출력하는 전압 신호)를 증폭하기 위한 증폭 회로부가 불필요하고, 외부 노이즈의 혼신이 있어도 전류 검출 신호를 분리하는 것이 용이하다. 아울러, 전류 감지 장치(100, 600, 900)가 회로(10)에서 생성되는 자기장의 일부를 상쇄시키고 이를 보상 전류로 보상함으로써, 자기 포화를 회피할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 특징에 따라서, 전류 감지 장치(100, 600, 900)의 제작 공정에서 수동 절차가 최소화되면서도, 전류 감지 장치(100, 600, 900)의 성능이 균일하게 확보될 수 있다. 이에 따라, 전류 감지 장치(100, 600, 900)에서 산출된 전류에 대한 신뢰도가 향상될 수 있다. 나아가, 차단기에서 전류 감지 장치(100, 600, 900)의 출력신호를 기반으로 한 예컨대 전력회로의 감시 및 제어, 차단기의 차단 동작 등에 있어서 오동작이 방지될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

Claims (8)

  1. 회로 상에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 감지 장치에 있어서,
    일 방향을 따라 적층되는 적어도 두 개의 베이스 기판들을 포함하고, 상기 일 방향을 따라 회로를 통과시키는 기판 부;
    상기 베이스 기판들 중 적어도 어느 하나에 형성되고, 상기 회로를 둘러싸는 코일 부;
    상기 베이스 기판들 사이에서 상기 코일 부로부터 이격되어 배치되고, 상기 회로를 둘러싸는 코어 부;를 포함하고,
    상기 코일 부는, 상기 회로에서 생성되는 자기장의 일부를 상쇄시키도록 구성된 제 1 코일 부; 및
    상기 자기장의 나머지로부터 유도되는 전류를 발생하도록 구성된 제 2 코일 부를 포함하며,
    상기 전류 감지 장치는 상기 자기장의 일부를 보상하기 위한 보상 전류를 상기 제 2 코일 부에 인가하도록 구성된 보상 부를 더 포함하고,
    상기 제 2 코일 부는,
    상기 유도되는 전류와 보상 전류에 상응하는 전압을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 코일 부를 구동시키기 위한 전원 전류를 인가하도록 구성된 발진 부; 및
    상기 전압에 기반하여, 상기 회로 상에 흐르는 전류를 산출하도록 구성된 산출 부를 더 포함하는 전류 감지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 부는,
    상기 제 1 코일 부가 형성되는 제 1 기판 부; 및
    상기 제 1 기판 부에 적층되고, 상기 제 2 코일 부가 형성되는 제 2 기판 부를 포함하는 전류 감지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코어 부는,
    상기 제 1 기판 부에 삽입되는 제 1 코어 부; 및
    상기 제 2 기판 부에 삽입되는 제 2 코어 부를 포함하는 전류 감지 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 코어 부는 상기 제 1 기판 부와 제 2 기판 부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 감지 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 부는,
    상기 코어 부가 삽입되는 제 1 베이스 기판;
    상기 제 1 베이스 기판의 양 측면들에 각각 장착되고, 상기 제 1 코일 부가 형성되는 제 2 베이스 기판들; 및
    상기 제 2 베이스 기판들에 각각 장착되고, 상기 제 2 코일 부가 형성되는 제 3 베이스 기판들을 포함하는 전류 감지 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 코일 부는,
    상기 베이스 기판들에서 상기 일 방향에 수직하게 정의되는 표면들 중 적어도 어느 두 개에 형성되는 복수의 도전 패드 부; 및
    상기 베이스 기판들 중 적어도 어느 하나를 상기 일 방향을 따라 관통하여, 상기 도전 패드 부들을 연결하는 복수의 연결 부를 포함하는 전류 감지 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 코어 부는,
    상기 도전 패드 부들 각각의 양 단 부들 사이에서, 상기 도전 패드 부들의 내측 영역에 대응하여 배치되는 전류 감지 장치.
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