KR100279918B1 - 전자석 구동 장치 - Google Patents

Abstract

전자석 구동 장치는 전자석의 코일(3)과 직렬로 접속된 스위칭 소자(1); 스위칭 소자를 턴온시키는 데 사용되는 펄스 신호를 선정된 사이클로 발생하는 펄스 신호 발생 회로(16); 스위치부와 스위치 소자가 온 상태에 있고 전자석의 코일에 전원 전압이 인가되는 상태로부터 스위치부가 턴 온되고 스위치 소자가 턴 오프될 때회생 전류가 흐르게 하고, 스위치부와 스위칭 소자가 턴 오프될 때 전력 흡수 소자로 하여금 전자석의 코일을 통해 흐르는 전류를 즉시 감소시키게 하는 회생 회로(4), 및 전원 전압의 인가에 의해 스위칭부를 턴 온시키고 전원 전압의 인가가 정지된 후 선정된 주기의 시간이 경과할 때까지 스위치부를 온 상태로 유지하는 지연 회로(11)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자석 구동 장치

본 발명은 부하, 예를 들면 전기 자동차에 대한 전원 공급의 스위칭 온 또는 오프(the switching on or off)를 제어하는데 사용되는 릴레이(a relay)를 구동시키는 전자석 구동 장치에 관한 것이다.

제8도 내지 제17도를 참조로 종래 기술이 서술된다. 제8도는 종래 기술에서의 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 제9도는 전자석 구동 장치의 타이명도로, 제9(a)도는 스위치의 상태를 나타내고, 제9(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제9(c)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내고, 제9(d)도는 콘택트의 상태를 나타낸다. 제10도는 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제10(a)도는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 스위치의 상태를 나타내고, 제10(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제10(c)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내고, 제10(d)도는 콘택트의 상태를 나타낸다. 제11도는 종래의 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 제12도는 전자석 구동 시스템의 타이밍도로, 제12(a)도는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 바뀐 스위치의 상태를 나타내고, 제12(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제12(c)도는 제2 트랜지스터의 상태를 나타내고, 제12(d)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내고, 제12(e)도는 콘택트의 상태를 나타낸다. 제13도는 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제13(a)도는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 변하고 다시 온 상태로 변하는 스위치의 상태를 나타내고, 제13(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제13(c)도는 제2 트랜지스터의 상태를 나타내고, 제13(d)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제13(e)도와 제13(f)도는 콘택트의 상태를 나타낸다. 제14도는 제8도와 관련된 종래 기술에서 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도이다.

제15도는 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제15(a)도는 스위치의 상태를 나타내고, 제15(b)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내고, 제15(c)도는 콘택트의 상태를 나타내며, 제16도는 제11도와 관련된 다른 종래 기술에서 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 제17도는 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제17(a)도는 스위치의 상태를 나타내고, 제17(b)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제17(c)도는 콘택트의 상태를 나타낸다.

전기 자동차 또는 산업 장비에는 이미 전자석 구동 장치가 사용되고 있는데, 여기서 콘택트를 접속하거나 접점분리시키기 위한 플런저(a plunger)가 부하에 대한 전원의 공급을 스위치 온 또는 오프하는 것을 제어하기 위한 릴레이 내의 전자석에 의해 구동된다.

이와 같은 유형의 종래의 전자석 구동 장치의 한 가지 예가 제8도에 도시된다. 상기 전자석 구동 장치는 릴레이의 콘택트 U를 접속하거나 또는 접점분리시키기 위해 제공된다. 상기 전자석 구동 장치는 전자석의 코일 X와 직렬로 접속되어 스위칭 소자로서의 역할을 하는 전계 효과 트랜지스터 A, 선정된 사이클로 트랜지스터 A를 구동시키고 턴 온시키는데 사용하기 위한 펄스 신호를 발생하는 펄스 신호 발생 회로 B, 및 전력 흡수 소자로서의 역할을 하는 다이오드 C로 구성되고 코일 X와 병렬로 접속되어 상기 전계 효과 트랜지스터 A가 오프 상태일 때 회생 전류의 흐름을 허용하게 되어있는 회생 회로 D로 구성된다. 특히, 스위치 Z는 전원 Y와 코일 X 사이에 제공된다.

다음에, 상술된 전자석 구동 장치의 동작이 서술된다. 제9(a)도에 도시된 바와 같이, 스위치 Z가 온 상태에 있을 때, 전압이 전원 Y에서 코일 X에 인가되어, 코일 X를 통한 전류의 흐름을 허용한다. 따라서, 코일 X가 여기된다. 제9(c)도에 도시된 바와 같이, 코일 X를 통해 흐르는 전류는, 펄스 신호 발생 회로 B로부터 수신된 제9(b)도에 도시된 펄스 신호에 의해 선정된 사이클로 턴 온될 때 트랜지스터 A가 구동되는 스위치 온/오프 또는 소위 초핑 동작(chopping operations)의 결과로 실질적으로 일정하게 유지된다. 만일 트랜지스터 A가 온 상태에 있으면, 전류가 코일 X로 흘러, 코일 X가 여기된다. 이때, 제9(d)도에 도시된 바와 같이, 콘택트 U가 턴 온되거나 또는 온 상태로 유지되어, 전류는 전원 V에서 부하 W로 흐른다. 트랜지스터 A가 턴 오프되면, 코일 X를 통해 흐르는 전류가, 코일 X에서 발생된 역기전력을 전원으로 사용하여 다이오드 C를 통해 흐름으로써 회생된다. 따라서, 트랜지스터 A가 오프 상태일 때에도, 코일 X가 여기되어, 콘택트 U를 턴 온시키거나 또는 제9(d)도에 도시된 바와 같이 콘택트 U를 온 상태로 유지하게 된다. 결국, 전류는 전원 V에서 부하 W로 흐른다.

이와 대조적으로, 스위치 Z가 제10(a)도에서 시간 T1에서와 같이 턴 오프되면, 코일 X를 통해 흐르는 전류는 제10(c)도에 도시된 바와 같이 점차 감소한다. 이와 동시에, 전자석의 자력도 역시 점차 감소한다. 전류가 제10(c)도에 도시된 바와 같이 선정된 값 I1 미만의 값으로 감소하면, 약간의 지연 (예를 들어, 시간 T1으로부터 10msec)후 제10(d)도의 시간 T2에서와 같이 콘택트 U가 접점분리되어, 전원 V에서 부하 W로의 전류의 흐름이 차단된다.

제14도 및 제15도에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 다른 전자석 구동 장치가 서술될 것이다. 제14도에서, 제8도에 도시된 바와 같은 종래 기술에서의 구성요소와 실질적으로 동일한 특징을 갖는 구성요소는 펄스 신호 발생 회로를 생략하는 것을 제외하고 참조번호가 동일하다.

제14도의 장치의 동작에서, 전압이 코일 X에 인가될 때, 직류 전류가 회생 없이 흐른다. 만일 전원 Y가 턴 오프하면, 회생 전류가 회생 다이오드 D를 통해 흐른다. 제15도에 도시된 바와 같이, 콘택트 U를 턴 오프하기 위한 시간 주기는 시간 T1으로부터 10msec이다.

동일한 종류의 종래의 전자석 구동 장치의 제2 실시예가 제11도에 도시된다. 이와 같은 전자석 구동 장치는 릴레이의 콘택트 U를 접속시키거나 또는 접점분리시키기 위하여 제공된다. 상기 전자석 구동 장치는 전자석의 코일 X와 직렬로 접속된 제1 전계 효과 트랜지스터 A; 선정된 사이클로 트랜지스터 A를 구동시키고 턴온시키기 위해 사용되는 펄스 신호를 발생하는 펄스 신호 발생 회로 B; 상호 병렬로 접속된 제2 트랜지스터 E 및 제너 다이오드 F와 직렬로 접속된 다이오드 C를 구비하고 코일 X와 병렬로 접속되어, 전계 효과 트랜지스터 A가 오프 상태일 때 회생 전류의 흐름을 허용하게 되어있는 회생 회로 D; 및 제2 트랜지스터 E의 스위칭 온 또는 오프를 제어하는 제3 트랜지스터 G로 구성된다. 특히, 스위치 Z는 전원 Y와 코일 X 간에 제공된다.

다음에, 상술된 전자석 구동 장치의 동작이 설명된다. 제1 종래기술의 실시예와 유사하게, 스위치 Z가 온 상태일 때, 전원 Y에서 코일 X에 전압이 인가되어, 코일 X를 통한 전류의 흐름을 허용한다. 따라서,코일 X가 여기된다. 제1종래 기술의 실시예에서와 같이, 코일 X를 통해 흐르는 전류는 초핑 동작의 결과로 일정하게 유지된다. 트랜지스터 A가 오프 상태인 동안, 코일 X를 통해 흐르는 전류는, 코일 X에서 발생된 역기전력을 전원으로 사용하여 회생 회로 D를 통해 흐름으로써 회생된다. 따라서, 스위치 Z가 온 상태인 동안, 코일 X가 여기되어 콘택트 U를 턴 온시키게 된다. 결국, 전류는 전원 V에서 부하 W로 흐른다.

스위치 Z가 제12(a)도의 시간 T3에서와 같이 턴 오프되면, 펄스 신호 발생 회로 B의 동작이 제12(b)도에 도시된 바와 같이 정지되어, 제1 트랜지스터 A를 턴 오프시키게 된다. 또한, 만일 스위치 Z가 턴 오프되면, 제3 트랜지스터 G도 역시 턴 오프되어, 제12(c)도에 도시된 바와 같이 제2 트랜지스터 E를 턴 오프시킨다. 이때, 코일 X에 저장된 에너지는 회생 회로 D를 형성하는 제너 다이오드 F와 다이오드 C에 전류가 흐르게 한다. 제너 다이오드 F는, 스위치 Z가 턴 오프될 때 코일 X에 저장된 에너지를 급속히 소비하고, 역기전력에 의해 코일 X를 통해 흐르는 전류가 제12(d)도에 도시된 바와 같이 즉시 감소한다. 따라서, 스위치 Z가 턴오프될 때, 코일 X를 통해 흐르는 전류가 즉시 감소하여, 제12(e)도의 시간 T4에서와 같이 콘택트 U가 즉시 턴 오프된다. 결국, 전원 V에서 부하 W로의 전류의 흐름이 중단된다. 시간 T3과 시간 T4 (예를 들어, 0.5msec) 간의 시간 간격은 종래 기술의 실시예에서 시간 T1과 시간 T2 간의 시간 간격보다 짧다. 따라서, 제2 종래 기술의 실시예는 접점분리 속도 면에서 제1 종래 기술의 실시예에 비해 향상된다.

제16도 및 제17도에 도시된 바와 같이, 다른 종래 기술의 구동 장치가 설명된다. 제16도에서, 제11도에 도시된 종래 기술의 구성요소의 그것과 실질적으로 동일한 특징을 갖는 구성요소는 펄스 신호 발생 회로를 생략하는 것을 제외하고 참조번호가 동일하다.

전압이 코일 X에 인가될 때의 제16도의 장치의 동작에서, 직류 전류가 회생없이 흐른다. 만일 전원 Y가 턴 오프하면, 회생 전류가 회생 다이오드 D와 제너다이오드 F를 통해 흐른다. 제17도에 도시된 바와 같이, 콘택트 U를 턴 오프시키기 위한 시간 주기는 시간 T1으로부터 0.5msec이다.

상술된 제1 종래 기술의 전자석 구동 장치에서, 코일 X를 통해 흐르는 전류는 스위치 Z가 턴 오프될 때 코일 X에서 발생된 역기전력을 전원으로 사용하여 다이오드 C를 통해 흐름으로써 회생된다. 그러나, 전류는 바로 즉시 감소하지 않고 잠시 동안 다이오드 C에 의해 코일 X를 통해 계속 흐른다. 결국, 전자석이 온 상태로 유지되어 릴레이 콘택트의 접점분리 지연의 위험성을 초래할 수 있다. 더 상세하게, 코일 X를 통해 흐르는 전류는 유연하게 감소하여, 전자석의 자력도 역시 유연하게 감소한다. 따라서, 릴레이의 콘택트의 접점분리 속도가 느려져, 분리 능력이 낮아진다. 이와 같이, 접점분리 속도가 느린 경우, 부하 W의 회로에서 발생된 단락 회로(short circuit) 때문에 콘택트를 즉시 접점분리시킬 필요가 있을 때에도, 콘택트가 잠시 동안 접점분리되지 않기 때문에 위험한 상태의 위험성이 존재한다. 더 상세하게, 예를 들어, 전기 자동차가 차량 사고를 당하거나 또는 산업 장치에 사고가 생긴 경우에, 전원인 모터의 회로에 제공된 릴레이가 즉시 접점분리되지 않는 한 단락 회로로 인한 위험스러운 상태가 발생할 것이다.

제2 종래 기술의 실시예의 전자석 구동 장치에서, 제너 다이오드 F는스위치 Z가 턴 오프될 때 코일 X에 저장된 에너지를 즉시 소비하고, 역기전력에 의해 코일 X를 통해 흐르는 전류는 즉시 감소한다. 따라서, 전자석이 즉시 턴 오프될 수 있다. 다른 말로 표현하면, 코일 X를 통해 흐르는 전류는 즉시 감소하고, 전자석의 자력도 역시 즉시 감소한다. 따라서, 릴레이의 콘택트의 접점분리 속도가 향상되어, 분리 능력이 향상되게 된다.

그러나, 이런 전자석 구동 장치에서는, 전원 전압 인가를 스위칭 온 또는 오프를 제어하기 위한 스위치 Z로서 콘택트 스위치 또는 반도체 스위치가 사용된다. 콘택트 스위치의 경우, 물리적 충격으로 인한 스위치의 순간적인 잘못된 스위칭 오프의 위험성이 존재한다. 또한, 반도체 스위치의 경우, 스위치를 구동시키는데 사용된 신호에 의해 유발된 외부 노이즈 또는 오류 동작으로 인해 스위치의 순간적인 잘못된 스위칭 오프의 위험성이 존재한다. 더 상세하게, 이와 같은 전자석 구동 장치가 전기 자동차 등과 함께 사용되는 경우, 스위치 Z가 콘택트 스위치일 때 전기 자동차의 구동 결과로 인한 진동에 의해 콘택트가 순간적으로 접점분리될 수 있다. 또한, 스위치 Z가 반도체 스위치인 경우, 전기 자동차의 구동과 연관된 외부 환경의 진동에 의해 유발된 외부의 노이즈에 의해 스위치가 순간적으로 중단될 수 있다.

상술된 바와 같이, 스위치 Z의 의도되지 않은 턴 오프가 존재하더라도, 전자석의 순간적이고 잘못된 스위칭 오프의 위험이 존재하게 되어, 릴레이의 콘택트가 비정상적으로 동작하게 된다.

더 상세하게, 제13도에 도시된 바와 같이, 스위치 Z가 어떤 이유로 시간 T5에서 의도되지 않게 턴 오프될 때와, 스위치 Z가 턴 오프된 직후 시간 T7 (예를 들어, T5로부터 1msec후)에서 다시 턴 온되는 경우에도, 코일 X를 통해 흐르는 전류는 제13(d)도에 도시된 바와 같이 즉시 감소한다. 제13(e)도에 도시된 바와 같이, 콘택트 U는 시간 T5와 시간 T7 사이의 시간 T6(예를 들어, T5로부터 0.5msec후)에서 접점분리된다.

콘택트 U를 온 상태로 유지하는 전류가 콘택트 U를 접속하는데 필요한 전류보다 큰 값으로 설정된 경우, 만일 선정된 값 I1보다 크고 제13(e)도에 도시된 바와 같이 다시 전원을 턴 온시키는데 필요한 전류가 흐르면, 콘택트 점 U가 턴 온된다. 이와 대조적으로, 만일 콘택트 점 U를 온 상태로 유지하는 전류보다 큰 전류가 콘택트 점 U를 접속하는데 필요하면, 콘택트 점 U는 제13(d)도에 도시된 전류의 흐름에 의해 접속되지 않는다. 결국, 콘택트 점 U는 제13(f)도에 도시된 바와 같이 시간 T6후 오프 상태로 계속 유지된다.

따라서, 본 발명은 배경 기술에서의 상기 단점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 전자석을 필요시 즉시 턴 오프할 수 있고 전원 공급이 순간적으로 중단되더라도 전자석이 잘못 턴 오프되는 것을 방지할 수 있는 전자석 구동 장치를 제공하는 것이다.

상기 단점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 전자석 구동 장치는 전자석의 코일과 직렬로 접속된 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자를 턴 온시키는데 사용되는 펄스 신호를 선정된 사이클로 발생하는 펄스 신호 발생 회로; 스위치부와 전력 흡수 소자를 구비하는 병렬 회로와 직렬로 접속된 다이오드; 상기 스위치부와 스위칭 소자가 온 상태에 있고 전원 전압이 상기 전자석의 코일에 인가되는 상태로부터 상기 스위치부가 턴 온되고 상기 스위칭 소자가 턴 오프될 때 회생 전류의 흐름을 허용하고, 상기 스위치부와 상기 스위칭 소자가 턴 오프될 때 상기 전력 흡수 소자에 의해 상기 전자석의 상기 코일을 통해 흐르는 상기 회생 전류를 즉시 감소시키는 회생 회로; 및 전원 전압의 인가에 의해 상기 스위치부를 턴 온시키고 전원 전압의 인가가 정지된 후 선정된 주기의 시간이 경과할 때까지 상기 스위치부를 온 상태로 유지하는 지연 회로를 구비한다.

본 발명에 따른 전자석 구동 장치에서, 상기 스위치 부는 상기 전력 흡수 소자와 병렬로 전속된 트랜지스터; 상기 트랜지스터의 베이스와 콜렉터간에 접속된 포토트랜지스터; 및 상기 포토트랜지스터의 스위칭 온 또는 오프를 제어하기 위해 광을 방출하는 발광 다이오드를 구비한다.

본 발명에 따른 전자석 구동 장치에서, 전자석의 코일과 직렬로 접속된 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자를 턴 온시키는데 사용되는 펄스 신호를 선정된 사이클로 발생하는 펄스 신호 발생 회로; 스위치부와 전력 흡수 소자로 구성된 병렬 회로와 직렬로 접속된 다이오드를 구비하고, 상기 스위칭 소자가 오프 상태에 있을 때 회생 전류가 흐르도록 코일과 병렬로 접속된 회생 회로; 상기 트랜지스터의 스위칭 온 또는 오프를 제어하기 위해 트랜지스터의 베이스와 콜렉터간에 접속된 포토트랜지스터; 포토트랜지스터의 스위칭 온 또는 오프를 제어하기 위해 광을 방출하는 발광 다이오드; 및 전원의 인가가 정지된 후 선정된 주기의 시간이 경과할 때까지 발광 다이오드에 전류를 계속 공급하는 지연 회로를 구비한다.

본 발명에 따른 전자석 구동 장치에서, 지연 회로는 전원 전압의 인가 동안 충전될 수 있으며, 상기 전원 전압의 인가가 정지된 후 선정된 주기의 시간이 경과할 때까지 상기 스위치부에의 전류를 방전시킬 수 있는 캐패시터와, 상기 캐퍼시터와 병렬로 접속된 제너 다이오프를 구비한다.

본 발명에 따른 전자석 구동 장치에서, 지연 회로는 전원 전압의 인가 동안 충전될 수 있으며, 상기 전원 전압의 인가가 정지된 후 선정된 주기의 시간이 경과할 때까지 상기 스위치부로 전류를 방전시킬 수 있는 캐패시터를 구비하고, 상기 전자석 구동 장치는 전원 전압이 선정된 전압보다 높으면 상기 캐패시터에 소정의 충전 전압을 인가하지만, 상기 전원 전압이 선정된 전압보다 낮으면 캐패시터에 전압을 인가하지 않는 전원 전압 검출 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전자석 구동 장치는 기준 전압을 출력하는 기준 전압 회로, 및 상기 기준 전압을 캐패시터 양단의 전압과 비교하고 상기 스위치부의 스위칭 온 또는 오프를 제어하는 제어 신호를 출력하는 비교기를 구비한다.

제1도는 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 회로도.

제2도는 본 발명의 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제2(a)도는 동작 과정 동안 온 상태(on state)에서 오프 상태(off state)로 변하는 스위치의 상태를 나타내고, 제2(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제2(c)도는 제2 트랜지스터의 상태를 나타내며, 제2(d)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제2(e)도는 콘택트의 상태를 나타내는 도면.

제3도는 본 발명의 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제3(a)도는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 변하고 다시 온 상태로 변하는 스위치의 상태를 나타내고, 제3(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제3(c)도는 제2 트랜지스터의 상태를 나타내며, 제3(d)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제3(e)도는 콘택트의 상태를 나타내는 도면.

제4도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도.

제5도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도.

제6도는 본 발명의 변형에 따른 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도.

제7도는 본 발명의 변형에 따른 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도.

제8도는 종래기술에서 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도.

제9도는 종래 기술의 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제9(a)도는 스위치의 상태를 나타내고, 제9(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제9(c)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제9(d)도는 콘택트의 상태를 나타내는 도면.

제10도는 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제10(a)도는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 스위치의 상태를 나타내며, 제10(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내며, 제10(c)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제10(d)도는 콘택트의 상태를 나타내는 도면.

제11도는 종래의 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도.

제12도는 종래기술의 전자석 구동 시스템의 타이밍도로, 제12(a)도는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 바뀐 스위치의 상태를 나타내고, 제12(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제12(c)도는 제2 트랜지스터의 상태를 나타내고, 제12(d)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제12(e)도는 콘택트의 상태를 나타내는 도면.

제13도는 종래 기술의 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제13(a)도는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 변하고 다시 온 상태로 변하는 스위치의 상태를 나타내고, 제13(b)도는 펄스 신호의 상태를 나타내고, 제13(c)도는 제2 트랜지스터의 상태를 나타내고, 제13(d)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제13(e)도와 제13(f)도는 콘택트의 상태를 나타내는 도면.

제14도는 종래의 다른 전자석 구동 장치의 회로도.

제15도는 종래의 다른 전자석 구동 장치의 타이밍도.

제16도는 종래의 다른 전자석 구동 장치의 회로도.

제17도는 종래의 다른 전자석 구동 장치의 타이밍도.

제18도 내지 제21도는 본 발명의 변형 실시예의 회로도.

제22도는 타이머 회로를 갖는 본 발명의 회로도.

제23도와 제24도는 본 발명의 변형 실시예의 회로도.

제25도 및 제26도는 본 발명의 다른 변형 실시예의 타이밍도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1 트랜지스터 2 : 전원

3 : 코일 4 : 회생 회로

5 : 제2 트랜지스터 6 : 제1 제너 다이오드

7 : 다이오드 8 : 포토커플러

9 : 발광 다이오드 10 : 포토트랜지스터

11 : 지연 회로 12 : 충전 저항

13 : 방전 저항 14 : 제2 제너 다이오드

15 : 캐패시터 16 : 펄스 신호 발생 회로

17 : 스위치 18 : 기준 전압 회로

19 : 비교기 20 : 내부 전원 회로

21 : 전원 전압 검출 회로 23 : 전계 효과 트랜지스터

24 : 스위치부

본 발명의 제1 실시예에 따른 전자석 구동 장치가 제1도 내지 제3도를 참조로 서술될 것이다.

제1도는 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도이고, 제2도는 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제2(a)도는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 변하는 스위치의 상태를 나타내고, 제2(b)도는 펄스 신호 (스위칭 소자에서 게이트와 소스간의 전압)의 상태를 나타내고, 제2(c)도는 제2 트랜지스터의 상태를 나타내고, 제2(d)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제2(e)도는 콘택트의 상태를 나타낸다. 제3도는 전자석 구동 장치의 타이밍도로, 제3(a)는 동작 과정 동안 온 상태에서 오프 상태로 변하고 다시 온 상태로 변하는 스위치의 상태를 나타내는 도면, 제3(b)도는 펄스 신호 (스위칭 소자에서 게이트와 소스간의 전압)의 상태를 나타내고, 제3(c)도는 제2 트랜지스터의 상태를 나타내고, 제3(d)도는 코일을 통해 흐르는 전류의 상태를 나타내며, 제3(e)도는 콘택트의 상태를 나타낸다.

이 전자석 구동 시스템은 릴레이의 콘택트 U를 접점분리시키고 접속시키기 위해 제공된다.

참조번호 1은 전원(2)의 전원 전압 Vin이 인가되는 전자석의 코일(3)과 직렬로 접속된 제1 전계 효과 트랜지스터 (스위칭 소자)를 가리킨다. 상기 제1 전계 효과 트랜지스터는 전원(2)에서 코일(3)로의 전류의 공급을 스위칭 온 또는 오프하는 것을 제어할 수 있다.

참조번호 4는 스위치부(24)와 전력 흡수 소자에 대응하는 제1 제너 다이오드(6)를 구비한 병렬 회로와 직렬로 접속된 다이오드(7)로 구성된다.

스위치부(24)는 포토커플러(8)와 제2 트랜지스터(5)로 구성된다. 포토커플러(8)는 발광 다이오드(9)와, 그 스위칭 동작이 발광 다이오드(9)로부터 방출된 광에 의해 제어되는 포토트랜지스터(10)로 구성된다.

더 상세하게, 다이오드(7)는 그 애노드가 제2 트랜지스터(5)의 에미터에는 물론 제1 제너 다이오드(6)의 애노드에 접속된다. 회생 회로(4)는 코일(3)과 병렬로 접속된다. 발광 다이오드(9)는 애노드가 나중에 서술될 지연 회로(11)의 방전 저항(13)의 한 단에 접속된다. 발광 다이오드(9)의 캐소드는 접지된다. 포토트랜지스터(10)는 에미터가 제2 트랜지스터(5)의 베이스에 접속되며, 콜렉터가 제2 트랜지스터(5)의 콜렉터에 접속된다. 제2 트랜지스터의 콜렉터는 또한 제1 제너 다이오드(6)의 캐소드에 접속된다.

참조번호 11은 충전 저항(12), 방전 저항(13), 제2 제너 다이오드(14), 및 캐패시터(15)로 구성된 지연 회로를 가리킨다. 더 상세하게, 충전 저항(12)은 한 단이 코일(3)에 접속되고, 다른 단이 방전 저항(13)의 다른 단에 접속된다. 제2 제너 다이오드(14)는 그 캐소드가 방전 저항(13)의 다른 단은 물론 충전 저항(12)에 접속된다. 제2 제너 다이오드(14)의 애노드는 접지된다. 캐패시터(15)는 그 일단이 접지되고, 다른 단이 제2 제너 다이오드(14)의 캐소드에 접속된다. 간단히 말하여, 캐패시터(15)는 제2 제너 다이오드(14)와 병렬로 접속된다.

참조번호 16은 전원(2)으로부터 전원 전압 Vin의 수신시 동작하고 제1 트랜지스터(1)의 게이트에 접속된 펄스 신호 발생 회로를 가리킨다. 제2(b)도 및 제3(b)도에 도시된 바와 같이, 펄스 신호 발생 회로(16)는 선정된 사이클로 제1 트랜지스터(1)를 구동시키고 턴 온시키는 펄스 신호를 발생한다.

참조번호 17은 콘택트 스위치 또는 반도체 스위치로 구성되고 전원(2)에서 코일(3), 지연 회로(11), 및 펄스 신호 발생 회로(16)로의 전원 전압 Vin의 인가를 스위칭 온 또는 오프하는데 사용되는 스위치를 가리킨다.

다음에, 상기 회로 구성을 갖는 전자석 구동 장치의 동작이 설명된다. 스위치(17)가 턴 온되면, 전원 전압 Vin이 전원(2)에서 코일(3), 지연 회로(11), 및 펄스 신호 발생 회로(16)로 각각 인가된다. 초기에, 펄스 신호 발생 회로(16)가 여기 전류를 증가시키기 위해 듀티비(the duty ratio)를 증가시킴에 따라, 콘택트 U를 순간적으로 턴 온시키도록 구동력이 증가된다. 일단 콘택트 U가 턴 온되면, 극히 작은 양의 여기 전류만이 콘택트 U를 온 상태로 유지하는데 필요하다. 따라서, 펄스 신호 발생 회로(15)는 에너지를 절약하기 위해 듀티비를 감소시킨다. 초기의 코일 여기 전류는 선정된 전류 I1 (접점분리 전류)보다 항상 크다.

지연 회로(11)의 캐패시터(15)는, 캐패시터(15) 양단의 전압이 제2 제너 다이오드(14)의 제너 전압과 같게 될 때까지 충전 저항(12)을 거쳐 전하로 충전된다. 만일 캐패시터(15) 양단의 전압이 캐패시터(15)의 충전 과정 동안 발광 다이오드(9)의 동작 전압보다 높으면, 발광 다이오드(9)는 광을 방출한다. 포토트랜지스터(10)는 이와 같이 방출된 광에 의해 턴 온되고, 이는 제2 트랜지스터(5)를 턴 온시킨다.

제2(a)도에 도시된 바와 같이, 만일 스위치(17)가 턴 온되면, 펄스 신호 발생 회로(16)는 이전에 설명된 일련의 동작과 동시에 동작하고, 제2(b)도에 도시된 바와 같이 선정된 사이클로 제1 트랜지스터(1)를 구동시키고 턴 온시키는 펄스 신호(예를 들어, 주파수가 20KHz이고, 이는 코일 인덕턴스와 저항에 좌우됨)를 출력한다. 결국, 제1 트랜지스터(1)의 스위칭 온 또는 오프가 제어됨으로써 코일(3)로 흐르는 전류가 소정의 값으로 실질적으로 유지되도록 초핑 방법으로 제어된다. 더 상세하게, 제1 트랜지스터(1)가 온 상태인 동안에, 전류가 전원(2)에서 코일(3)로 공급됨으로써 전자석을 턴 온시킨다. 이와 대조적으로, 제1 트랜지스터(1)가 오프 상태인 동안, 코일(3)을 통해 흐르는 전류는, 코일(3)에서 발생된 역기전력을 전원으로 사용하여 이전에 상술된 바와 같은 방법으로, 온 상태에 있는 제2 트랜지스터(5)와 다이오드(7)로 구성된 직렬 회로를 통해 회생된다. 상술된 일련의 동작을 통해, 스위치(17)가 온 상태인 동안에 코일(3)이 여기된다. 제2(e)도에 도시된 바와 같이, 콘택트 U가 턴 온됨으로써 전류가 전원 V에서 부하 W로 흐른다.

다음에, 스위치(17)가 제2(a)도의 시간 T8에서와 같이 턴 오프되면, 펄스 신호 발생 회로(16)의 동작이 제2(b)도에 도시된 바와 같이 정지되게 되어, 제1 트랜지스터(1)를 턴 오프시킨다. 이 일련의 동작과 동시에, 캐패시터(15)에 저장된 전하가 방전 저항(13)을 통해 방전된다. 따라서, 캐패시터(15) 양단의 전압은 제2 제너 다이오드(14)의 제너 전압으로부터 제로로 감소한다. 캐패시터(15) 양단의 전압이 발광 다이오드(9)의 동작 전압보다 높은 한, 발광 다이오드(9)는 계속 광을 방출함으로써 포토트랜지스터(10)를 턴 온시킨다. 이와 연관하여, 제2 트랜지스터(5)는 온 상태 (제2(c)도)로 유지된다. 이 때, 제2(d)도에 도시된 바와 같이, 코일(3)에 저장된 에너지는, 제2 트랜지스터(5)와 다이오드(7)로 구성되고 코일(3)과 병렬로 접속된 직류 회로를 통해 전류를 계속 흐르게 한다. 결국, 제2(e)도에 도시된 바와 같이, 전자석이 여전히 온 상태로 유지된다.

제2(c)도의 시간 T9로 표시된 바와 같이, 스위치(17)가 턴 오프된 후 만일 선정된 주기의 시간 T10 (예를 들어, 코일 인덕턴스와 저항에 따른 1.5msec)이 경과되고 캐패시터(15) 양단의 전압이 발광 다이오드(9)의 동작 전압보다 작게 되면, 발광 다이오드(9)는 광을 방출하는 것을 정지하고, 포토트랜지스터(10)를 턴 오프시킨다. 결국, 제2(c)도에 도시된 바와 같이, 제2 트랜지스터(5)가 턴 오프되어, 코일(3)에 저장된 에너지는, 제1 제너 다이오드(6)와 다이오드(7)로 구성되고 코일(3)과 병렬로 접속된 직렬 회로에 전류를 흐르게 함으로써 소비된다. 제1 제너 다이오드(6)는 코일(3)에 저장된 에너지를 즉시 소비하고, 이로 인해 코일(3)을 통해 흐르는 전류가 즉시 감소하여 전자석을 턴 오프시킨다. 예를 들어, 제2(e)도에 도시된 바와 같이, 전자석을 턴 온시키는 시간 주기는 시간 T8에서부터 2msec이다.

이와 같은 전자석 구동 장치에서, 만일 전원(2)으로부터의 전압의 인가가 비의도적이고 순간적으로 중단되는 것이 발생하더라도, 지연 회로(11)는 선정된 주기의 시간 T10이 경과할 때까지 발광 다이오드(9)로 전류를 계속 흐르게 하고, 발광다이오드(9)는 광을 계속 방출한다. 따라서, 포토트랜지스터(10)가 온 상태로 유지되고, 제2 트랜지스터(5)도 역시 온 상태로 유지된다. 결국, 제2 트랜지스터(5)가 턴온되더라도, 회생 전류가 코일(3)에 인가될 수 있다. 코일(3)이 계속 여기됨으로써 전자석을 턴 온시킨다. 또한, 선정된 시간 주기 T10이 경과한 후, 코일(3)에서 발생된 역기전력을 전원으로 사용하며 코일(3)에 흐르는 전류가 회생 회로(4)의 제1 제너다이오드(6)를 통해 흐름으로써 회생되고, 이와 같이 회생 전류는 즉시 감소한다.

이와 대조적으로, 제3(a)도에 도시된 바와 같이, 만일 스위치(17)가 시간 T8에서 턴 오프되고, 시간 주기 T10이 경과하기 전에 만일 시간 T11 (예를 들어, 시간 T8으로부터 1msec)에서 다시 턴 온되면, 제2 트랜지스터(5)는 제2(c)도에 도시된 바와 같이 온 상태로 유지된다. 따라서, 제2(d)도에 도시된 바와 같이, 전원(2)에서 코일(3)로의 전류의 공급이 재개될 때까지 회생 전류가 흐르게 됨으로써 코일(3)에 에너지를 공급하게 된다. 콘택트 U는 온 상태로 유지되고, 전원 V에서 부하 W로 전류가 흐른다.

결국, 전자석이 즉시 턴 오프될 수 있고, 스위치(17)의 순간적인 접점분리가 존재하더라도 전자석이 잘못 턴 오프되는 것이 방지될 수 있다.

제2 제너 다이오드(14)와 병렬로 접속된 캐패시터(15) 양단의 전압은, 전원 전압 Vin의 편차가 존재하더라도 제너 전압으로 유지된다. 따라서, 캐패시터(15)에 저장된 전하의 양이 안정되게 되어 전압의 인가가 정지된 후에 발광 다이오드(9)로 방출된 전하의 양도 역시 일정하게 됨으로써, 일정한 방전 주기를 갖게 된다. 따라서, 발광 다이오드(9)가 필요에 따라 캐패시터(15)의 캐패시턴스를 설정함으로써 광을 계속 방출하는 선정된 시간 주기를 제어하는 것이 가능하다.

제4도는 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 제4도에서, 제1 실시예에서의 구성요소의 그것과 실질적으로 동일한 특징을 갖는 구성요소는 참조번호가 동일하고, 다른 구성요소만이 도시된다.

제1 실시예에서의 구성요소 이외에, 제2 실시예의 전자석 구동 장치에는 기준 전압을 출력하기 위한 기준 전압 회로(18), 캐패시터(15) 양단의 전압과 기준 전압을 비교하고 발광 다이오드(9)의 발광 상태를 제어하기 위한 발광 제어 신호를 출력하는 비교기(19), 및 비교기(19)를 구동시키고 기준 전압 회로(18)를 활성화시키기 위한 내부 전원 전압 Vf을 출력하는 내부 전원 회로(20)가 제공된다.

더 상세하게, 비교기(19)는 비반전 입력 단자가 캐패시터(15)의 다른 단자에 접속되고, 비반전 출력 단자가 기준 전압 회로(18)에 접속된다. 비교기(19)의 출력 단자는 저항을 통해 발광 다이오드(9)의 애노드에 접속된다. 비교기(19)는 캐패시터(15) 양단의 전압을 기준 전압과 비교한다. 만일 캐패시터(15) 양단의 전압이 기준 전압보다 높으면, 비교기(19)는 발광 다이오드(9)에 “하이-레벨” 발광 제어 신호를 출력한다. 이와 대조적으로, 만일 캐패시터(15) 양단의 전압이 기준 전압보다 낮으면, 비교기(19)는 발광 다이오드(9)에 “로우-레벨” 발광 제어 신호를 출력한다.

방전 저항(13)은 한 단에 접지되고, 캐패시터(15)의 다른 단자에 그 다른 단이 접속된다. 간단히 말하면, 방전 저항(13)은 캐패시터(15)와 병렬로 접속된다.

내부 전원 회로(20)는, 스위치(17)가 턴 오프되더라도 스위치(17)가 온 상태에 있는 동안에는 그것에 저장된 에너지에 의해 잠시 동안 내부 전원 전압 Vf을 계속 출력한다. 따라서, 스위치(17)가 턴 오프되더라도, 비교기(19)와 기준 전압 회로(18)로 하여금 잠시 동안 계속 동작하게 할 수 있다.

다음에, 상술된 전자석 구동 장치의 동작이 설명된다. 제1 실시예의 경우에서와 같이, 스위치(17)가 턴 온될 때, 전원(2)의 전원 전압 Vin이 코일(3), 지연 회로(11), 및 펄스 신호 발생 회로(16)에 각각 인가된다. 지연 회로(11)의 캐패시터(15)는 충전 저항(12)을 거쳐 충전된다. 만일 캐패시터(15) 양단의 전압이 캐패시터(15)의 충전 과정 동안 기준 전압 회로(18)의 기준 전압보다 높게 되면, 비교기(19)는 “하이-레벨” 발광 제어 신호를 출력하여, 발광 다이오드(9)가 광을 방출하게 된다. 이때 포토트랜지스터(10)가 턴 온되고, 제2 트랜지스터(5)도 역시 턴 온된다.

제1 실시예의 경우에서와 같이, 스위치(17)가 온 상태에 있는 동안, 펄스 신호 발생 회로(16)가 동작하고 상술된 일련의 동작과 동시에 펄스 신호를 발생한다. 제1 트랜지스터(1)가 턴 온 또는 오프됨으로써 코일(3)에 흐르는 전류가 초핑 방법으로 제어되고, 실질적으로 일정한 값으로 유지된다. 결국, 전자석이 온 상태로 유지된다.

다음에, 스위치(17)가 턴 오프되면, 펄스 신호 발생 회로(16)의 동작이 정지되고, 제1 트랜지스터(1)가 턴 오프된다. 일련의 동작과 동시에, 캐패시터(15)에 저장된 전하가 방전 저항(13)을 통해 방전된다. 따라서, 캐패시터(15) 양단의 전압은 제2 제너 다이오드(14)의 제너 전압으로부터 제로로 감소한다. 캐패시터(15) 양단의 전압이 기준 전압 회로(18)의 기준 전압보다 큰 동안에는, 비교기(19)는 출력 단자에서 발광 다이오드(9)로 “하이-레벨” 발광 제어 신호를 출력하여, 발광 다이오드(9)가 광을 계속 방출한다. 포토트랜지스터(10)가 턴 온되고, 이는 제2 트랜지스터(5)를 온 상태로 유지한다. 이때, 코일(3)에 저장된 에너지는 제2 트랜지스터(5)와 다이오드(7)로 구성되고 코일(3)과 병렬로 접속된 직렬 회로를 통해 전류를 계속 흐르게 함으로써 전자석이 온 상태로 유지된다.

스위치(17)가 오프 상태인 동안 만일 전정된 시간이 경과하고 캐패시터(15) 양단의 전압이 기준 전압 회로(18)의 기준 전압보다 낮아지면, 비교기(19)는 그 출력 단자에서 발광 다이오드(9)로 “로우-레벨” 발광 제어 신호를 출력하여, 발광 다이오드(9)가 광을 방출하는 것을 정지한다. 결국, 포토트랜지스터(10)가 턴 오프되고, 이는 제2 트랜지스터(5)를 오프 상태가 되게 한다. 코일(3)에 저장된 에너지는 제1 제너 다이오드(6)와 다이오드(7)로 구성된 직렬 회로로 전류가 흐름으로써 소비되고, 코일(3)과 병렬로 접속된다. 제1 제너 다이오드(6)는 코일(3)을 통해 흐르는 전류의 결과로서 코일(3)에 저장된 에너지를 즉시 소비함으로써 전자석을 턴 오프시킨다.

제1 실시예의 경우에서와 같이, 상기 설명된 구성을 갖는 전자석 구동 장치는 고장 없이 소정 시간에 즉시 전자석을 턴 오프시킬 수 있다.

또한, 제1 실시예의 경우에서와 같이, 필요에 따라 캐패시터(15)의 캐패시턴스를 설정함으로써 발광 다이오드(9)가 계속 광을 방출하는 선정된 시간 주기를 제어할 수 있다.

발광 다이오드(9)의 광의 방출은 방전후 감소하는 캐패시터(15) 양단의 전압에 의해서가 아니라, 기준 전압과 캐패시터(15) 양단의 전압간의 비교 결과에 따라 비교기(19)에 의해 출력되는 발광 제어 신호에 의해 제어된다. 다른 말로 표현하면, 캐패시터(15) 양단 전압이 점차 감소하더라도, 비교기(19)는 캐패시터(15) 양단의 전압이 기준 전압보다 높은 동안에는, “하이-레벨” 발광 제어 신호를 출력하여, 발광다이오드(9)가 광을 방출한다. 만일 캐패시터(15) 양단의 전압이 기준 전압보다 낮게 되면, 비교기(19)가 “로우-레벨” 발광 제어 신호를 출력함으로써 발광 다이오드(9)의 발광을 중단시킨다. 결국, 발광 다이오드(9)의 발광 상태는 기준 전압에 대해 제어될 수 있고, 따라서 발광 다이오드(9)가 광을 계속 방출하는 선정된 시간 주기의 정확도가 향상될 수 있다.

제5도 내지 제7도는 전자석 구동 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 제5도 내지 제7도에서, 제2 실시예의 구성요소의 그것과 실질적으로 동일한 특징을 갖는 구성요소는 참조번호가 동일하고, 다른 구성요소만이 도시된다.

전자석 구동 장치에 제2 제너 다이오드(14)가 구비되어 있는 제2 실시예와 정반대로, 제3 실시예에 따른 전자석 구동 장치에는 전원 전압 검출 회로(21)가 제공된다.

더 상세하게, 전원 전압 검출 회로(21)는 내부 전원 회로(20)를 안정한 전원으로서 사용하여 구동되고, 전원(2)으로부터의 전압의 인가 상태를 검출한다. 전원 전압 Vin의 인가가 존재할 때, 전원 전압 검출 회로(21)는 내부 전원 회로(20)로부터 출력된 내부 전원 전압 Vf로 구성되며 소정의 전압을 갖는 “하이-레벨” 충전 제어 신호를 출력한다. 이와 대조적으로, 전원 전압 Vin의 인가가 존재하지 않을 때, 전원 전압 검출 회로(21)는 소정의 전압을 갖는 “로우-레벨” 충전 제어 신호를 출력한다. 이 전원 전압 검출 회로(21)는 펄스 신호 발생 회로(16)와 충전 저항(12)의 각 단자에 접속된다.

다음에, 상술된 전자석 구동 장치의 동작이 서술된다. 스위치(17)가 턴 온되면, 전원 전압 검출 회로(21)는 전원(2)으로부터의 전압의 인가 상태를 검출하고, 소정의 전압을 갖는 “하이-레벨” 충전 제어 신호를 출력한다. “하이-레벨” 충전 제어 신호는 캐패시터(15) 양단에 인가되고, 캐패시터(15) 양단의 전압이 “하이-레벨” 충전 제어 신호의 전압과 같게 될 때까지 캐패시터(15)가 충전 저항(12)을 통해 충전된다. 캐패시터(15)의 충전의 과정 동안, 캐패시터(15)의 충전된 전압이 비반전 입력 단자에 접속된 기준 전압 회로(18)의 기준 전압보다 높게 될 때 비교기(19)는 그 출력 단자로부터 “하이-레벨” 발광 제어 신호를 출력한다. “하이-레벨” 발광 제어 신호가 발광 다이오드(9)에 인가되어, 발광 다이오드(9)는 광을 방출한다. 결국, 포토트랜지스터(10)가 턴 온되고, 이는 제2 트랜지스터(5)를 턴 온시킨다.

제2 실시예에의 경우에서와 같이, 스위치(17)가 온 상태에 있는 동안, 펄스 신호 발생 회로(16)가 동작하고 상술된 일련의 동작과 동시에 펄스 신호를 발생한다. 제1 트랜지스터(1)가 턴 온 또는 오프됨으로써 코일(3)을 통해 흐르는 전류는 초핑 방법으로 제어되고 실질적으로 일정한 값으로 유지된다. 결국, 전자석이 온 상태로 유지된다.

다음에, 스위치(17)가 턴 오프되면, 전원 전압 검출 회로(21)는 전원(2)으로부터의 전압의 인가 상태를 검출하고, 소정의 전압을 갖는 “로우-레벨” 충전 제어 신호를 출력한다. 펄스 신호 발생 회로(16)의 동작은 정지되고, 제1 트랜지스터(1)가 턴 오프된다. 일련의 동작과 동시에, 캐패시터(15)에 저장된 전하가 방전 저항(13)을 통해 방전된다. 따라서, 캐패시터(15) 양단의 전압은 “하이-레벨” 충전 제어 신호의 전압으로부터 제로로 감소한다. 제2 실시예의 경우에서와 같이, 전자석이 온 상태로 유지된다.

스위치(17)가 오프 상태에 있는 동안 만일 선정된 시간이 경과하고, 캐패시터(15) 양단의 전압이 기준 전압보다 낮아지면, 제1 제너 다이오드(6)와 다이오드(7)로 구성되고 제2 실시예에서와 같이 코일(3)과 병렬로 접속된 직렬 회로에 전류를 흐르게 함으코써 코일(13)에 저장된 에너지가 소비된다. 제1 제너 다이오드(6)는 코일(3)을 통해 흐르는 전류가 즉시 감소한 결과 코일(3)에 저장된 에너지를 즉시 소비함으로써 전자석을 턴 오프시킨다.

제2 실시예와 유사하게, 상술된 구성을 갖는 전자석 구동 장치는 고장 없이 소정 시간에 즉시 전자석을 턴 오프시킬 수 있다.

또한, 제1 및 제2 실시예에서와 같이, 기준 전압에 대해 발광 다이초드(9)의 발광 상태를 제어할 수 있기 때문에, 발광 다이오드(9)가 광을 계속 방출하는 선정된 시간 주기의 정확도를 향상시킬 수 있다.

캐패시터(15)의 충전 상태는 가변 전원 전압 Vin에 의해서가 아니라, 전원(2)으로부터의 전압의 인가 상태에 따라 전원 전압 검출 회로(21)에 의해 출력되는 소정의 전압을 갖는 충전 제어 신호에 의해 제어된다. 따라서, 전원 전압 Vin의 편차가 존재하더라도, 캐패시터(15)에 저장된 전하의 양이 일정하게 됨으로써 전원의 인가가 정지된 후에도 발광 다이오드(9)로 방전되는 전하의 양이 일정하게 된다. 결국, 방전 주기가 일정하게 된다. 따라서, 필요에 따라 캐패시터(15)의 캐패시턴스를 설정함으로써 발광 다이오드(9)가 광을 계속 방출하는 선정된 시간 주기를 제어하는 것이 가능하게 된다.

제1 내지 제3 실시예의 각각에서 전압의 인가가 정지된 후 선정된 주기의 시간이 경과할 때까지 비록 전원(2)으로부터의 전압의 인가 동안 방전되고 발광 다이오드(9)에 전류를 방전시킬 수 있는 캐패시터(15)가 지연 회로(11)에 제공될지라도, 본 발명은 이와 같은 유형의 지연 회로에 한정되지 않는다. 지연 회로는 전원(2)과는 다른 전원과 제22도에 도시된 것과 같은 타이머 회로로 형성될 수 있다.

제1 및 제2 실시예 모두에서 비록 지연 회로(11)의 캐패시터(5)가 제2 제너 다이오드(14)와 병렬로 접속되어 있지만, 제2 제너 다이오드(14)는 예를 들어, 발광 다이오드(9)가 계속 광을 방출하는 선정된 시간 주기를 극히 엄격하게 제어할 필요가 없는 경우에는 캐패시터(15)와 병렬로 접속되지 않을 수도 있다. 이 경우, 부품의 수가 감소될 수 있다.

제6도에 도시된 바와 같이, 스위치부(24)는 제1 내지 제3 실시예에 사용된 제2 트랜지스터(5)로서 배가되는 포토트랜지스터(10)로 구성될 수 있다. 이 경우, 코일(3)에 상대 전류가 인가되는 경우, 제1 내지 제3 실시예에서 사용된 제2 트랜지스터(5)는 생략될 수 있고, 여기서 부품의 수가 감소될 수 있다.

제7도에 도시된 바와 같이, 스위치부(24)는 제1 내지 제3 실시예에서 사용된 포토트랜지스터(10)를 사용하지 않고 포토다이오드(22)로 구성될 수 있다. 이 경우, 포토다이오드(22)는 발광 다이오드(9)의 광의 방출 결과로서 전압을 발생함으로써 전계 효과 트랜지스터(23)를 턴 온시킨다.

제18도 내지 제21도는 제1 실시예의 제1도에 도시된 회로도에 근거한 변형 실시예를 도시한다. 제18도에서, 회생 회로 스위칭부의 접속부가 변형되어 있다. 제19도에서, 스위칭 소자는 전원(2)의 양극에 배치된다. 제20도에서, 회생 회로 스위칭부의 접속부는 변형되어 있고, 스위칭 소자는 전원(2)의 양극에 배치된다. 이들 회로도 역시 제2도와 제3도에 도시된 타이밍도에 트레이스된다. 특히, 포토커플러(8)가 제1도에 도시된 회로도에 항상 제공되는 것은 아니다. 제20도과 관련된 상세한 회로도가 제21도에 도시되어 있다. 이들 실시예에서,회생된 회로 전류가 흐를 때, 회로도의 회생 회로는 동일한 구성을 갖는다.

제21도의 장치의 동작은 다음과 같다. 전원 전압이 인가되면, 베이스 전류가 저항(13)을 통해 전원으로부터 인가되어, 코일 전류가 스위칭 동작에서 제어되도록 트랜지스터(5)를 턴 온시킨다. 전원 전압의 인가가 정지되면, 캐패시터(15)에 저장된 전하가 트랜지스터(5)의 베이스 전류로서 인가된다. 따라서, 트랜지스터(5)가 선정된 시간 주기로 턴 온되어 코일 전류의 감쇠를 억제한다.

전원 전압 인가의 정지로부터 선정된 주기의 시간이 경과한 후, 캐패시터(15)에 저장된 전하가 감소된다. 따라서, 트랜지스터(5)를 턴 온 상태로 유지하는 베이스 전류를 트랜지스터(5)에 공급하는 것은 불가능하다. 이때, 트랜지스터(5)는 턴 오프하고 코일 전류는 제너 다이오드(6)를 통해 급속히 감쇠된다.

트랜지스터(5)를 FET로 교체할 수 있다. 만일 FET가 사용되면, 전하는 캐패시터(15)에 저장된다. 따라서, 전원 전압의 인가가 정지된 후 선정된 주기의 시간이 경과하기 전에, FET의 게이트에 전압을 공급하여 선정된 주기의 시간에 FET를 턴 온시킬 수 있다. 선정된 주기의 시간이 경과한 후, FET를 턴 오프시키도록 게이트에 인가된 전압을 감소시키도록 캐패시터(15)에 저장된 전하가 방전된다. 일반적으로, 포토커플러(8)는 값이 비싸기 때문에 FET가 제조 비용을 감소시키도록 사용된다.

변형 실시예의 개념은 또한 본 발명의 제2및 제3실시예에도 적용할 수 있다.

다음 다른 실시예는 또한 본 발명의 목적을 달성한다.

제23도 및 제24도는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서 제1도에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예의 구성요소의 그것과 실질적으로 동일한 구성요소는 스위치부(24)로부터의 포토커플러(8)와 펄스 신호 발생 회로(16)를 생략한 것을 제외하고는 참조번호가 동일하다.

제23도 및 제24도에서 장치의 동작은 동일하다. 전원(2)으로부터의 전압의 인가가 정지되면, 회생 전류는 스위치부(24)와 회생 다이오드(7)를 통해 흘러 코일 전류의 감쇠를 억제한다. 그 후, 선정된 주기의 시간이 경과한 후, 회생 전류가 제너 다이오드(6)를 통해 흘러 코일 전류를 급속히 감쇠시키도록 스위치부(24)가 턴 오프한다.

제25도는 스위치(17)의 정상적인 턴 오프 상태에서 전자석 구동 장치의 타이밍도를 도시한다. 본 발명의 제1 실시예와 유사하게, 시간 주기 T10′는 시간 T8′로 부터 1.5msec이다.

제26도는 전원으로부터 전압 인가의 비의도적이고 순간적인 중단시 전자석 구동 장치의 타이명도를 도시한다. 본 발명의 제1 실시예와 유사하게, 시간 주기 T11′는 시간T8′로부터 1msec이다. 일반적으로, 포토커플러(8)는 값이 비싸기 때문에, 광커플러(8)는 제조 비용을 감소시키기 위해 생략된다.

이들 실시예에서, 스위칭 주파수와 지연 시간은 20kHz와 1.5msec로 설정되어 있다. 그러나,본 발명은 이들 값에 한정되어 있지 않다. 이들 값은 전자석 코일의 인덕턴스와 저항을 고려하여 변할 수 있다. 전자석 코일의 저항이 인덕턴스의 그것보다 낮을 때, 코일의 저항에 의해 소비된 에너지는 작고, 코일에 저장된 에너지는 큰 코일 인덕턴스로 인해 크다. 따라서, 오프 상태(회생 모드)에서 시간 처리에 근거하여 회생 전류의 감쇠량이 증가된다. 즉, 스위칭 주파수가 작고 지연 시간은 긴 시간 주기로 설정되도록, 코일 전류가 스위칭을 턴 오프한 것에서부터 전자석을 접점분리시키는 전류에 도달하는 시간이 길어지게 된다.

또한, 전자석의 열 생성이 문제를 일으키지 않는 상태에서, 만일 전자석을 보유하는 코일의 평균 전류가 커지게 되면, 스위칭 주파수는 작고 지연 시간은 긴 시간 주기로 설정되도록, 코일 전류가 스위칭을 턴 오프한 것에서부터 전자석을 접점 분리시키는 전류에 도달하는 시간이 길어지게 된다.

본 발명에 따르면, 심지어 전원 전압의 인가의 순간적이고 의도하지 않은 중단이 존재하더라도, 선정된 주기의 시간이 경과할 때까지 지연 회로가 스위치부를 온 상태로 계속 유지한다. 코일을 통해 흐르는 전류는 코일에서 발생된 역기전력을 전원으로서 사용하여 스위치부를 통해 흐름으로써 회생되게 되어 코일에 에너지를 계속 공급하게 된다. 결국, 전자석이 온 상태로 유지될 수 있게 된다. 또한, 선정된 주기의 시간이 경과한 후, 코일을 통해 흐르는 전류는 코일에서 발생된 역기전력을 전원으로 사용하여 회생 회로의 전력 흡수 소자로 흐름으로써 회생된다. 다음에, 이와 같이 회생 전류는 즉시 감소한다. 결국, 전자석의 구동이 소정 시간에 즉시 종료될 수 있고, 코일 전류가 즉시 감쇠될 수 있다. 이와 같은 이유로, 릴레이의 콘택트 접점분리 속도가 향상될 수 있으며, 릴레이의 분리 능력도 역시 향상된다. 또, 전원 전압의 비의도적이고 순간적인 중단이 존재하더라도, 전자석이 잘못 접점분리되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명에 따르면, 스위치부는 전력 흡수 소자와 병렬로 접속된 트랜지스터, 트랜지스터의 베이스와 콜렉터간에 접속된 포토트랜지스터, 및 포토트랜지스터의 스위칭 온 또는 오프를 제어하기 위해 광을 방출하는 발광 다이오드로 구성된다. 이와 같은 구성에 의해, 전원 전압의 인가의 중단이 존재하더라도 회생 전류를 트랜지스터를 구동시키기 위한 베이스 전류로서 사용할 수 있는 효과가 달성될 수 있어, 트랜지스터를 구동시키기 위한 개별적인 전원의 필요 없이 트랜지스터가 동작하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전원 전압의 인가의 순간적이고 비의도적인 중단이 존재하더라도, 선정된 주기의 시간이 경과할 때까지 지연 회로가 발광 다이오드에 전류를 계속 공급함으로써, 발광 다이오드를 발괄 상태로 유지한다. 결국, 포토트랜지스터가 온 상태로 유지되어, 트랜지스터를 턴 온시킨다. 이때, 회생 전류가 코일로 흐르고, 코일은 계속 여기된 상태로 유지된다. 또한, 선정된 주기의 시간이 경과한 후, 코일에서 발생된 역기전력을 전원으로써 사용하여, 회생 회로의 전력 흡수 소자로 흐르게 함으로써 코일을 통해 흐르는 전류가 회생된다. 이때, 이와 같이 회생 전류는 즉시 감소한다 결국, 전자석의 구동은 소정 시간에 즉시 종료될 수 있고, 코일 전류가 즉시 감쇠될 수 있다. 이와 같은 이유로, 릴레이의 콘택트 접점분리 속도가 향상될 수 있고, 릴레이의 분리 능력이 향상될 수 있다. 또한, 전원 전압의 순간적이고 비의도적인 중단이 존재하더라도, 전자석이 잘못 접점분리되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전원 전압의 편차가 존재하더라도 제너 다이오드와 병렬로 접속된 캐패시터 양단의 전압이 제너 전압으로 유지된다. 이와 같은 구성에 의해, 일정한 전하량을 갖는 캐패시터의 충전 효과가 달성될 수 있으므로 전압의 인가가 중단된 후에도 발광 다이오드 쪽으로 일정한 전류가 흐르게 되는 결과가 된다. 따라서, 방전 주기가 일정하게 된다. 결국, 필요에 따라 캐패시터의 캐패시턴스를 설정함으로써 발광 다이오드가 광을 계속 방출하는 선정된 주기의 시간이 제어될 수 있다.

본 발명에 따르면, 캐패시터의 충전 상태는 가변 전원 전압에 의해 제어되지 않고, 전원 전압의 인가 상태에 따라 전원 전압 검출 회로에 의해 출력되는 일정한 전압을 갖는 충전 제어 신호에 의해 제어된다. 이와 같은 구성에 의해, 일정한 전하량을 갖는 캐패시터의 충전 효과가 달성될 수 있으므로 전압의 인가가 중단된 후에도 발광 다이오드 쪽으로 일정한 전류가 흐르게 되는 결과가 된다. 따라서, 방전 주기가 일정하게 된다. 결국, 필요에 따라 캐패시터의 캐패시턴스를 설정함으로써 발광 다이오드가 광을 계속 방출하는 선정된 주기의 시간이 제어될 수 있다.

본 발명에 따르면, 발광 다이오드의 발광 상태는 방전후 감소하는 캐패시터 양단의 전압에 의해서가 아니라, 기준 전압과 캐패시터 양단의 전압간의 비교 결과에 따라 비교기에 의해 출력되는 발광 제어 신호에 의해 제어된다. 이와 같은 구성에 의해, 캐패시터 양단의 전압이 점차 감소하더라도, 발광 제어 신호를 사용함으로써 발광 다이오드의 발광을 순간적으로 제어할 수 있는 효과가 달성된다. 따라서, 발광 다이오드가 광을 계속 방출하는 선정된 시간 주기의 정확도가 향상될 수 있다.

Claims (6)

1. 전자석 구동 장치에 있어서, 전자석의 코일에 직렬 접속된 스위칭 소자와; 소정의 주기로 스위칭 소자를 구동시켜 온 상태로 하기 위한 펄스 신호를 발생시키는 펄스 신호 발생 회로와; 트랜지스터와 전력 흡수 소자와의 병렬 회로에 다이오드가 직렬 접속되고, 이 직럴 접속된 회로에 상기 코일이 병렬 접속되어, 상기 스위칭 소자가 오프 상태일 때 회생 전류가 흐르게 되어 있는 회로와; 상기 트랜지스터를 온/오프 제어하기 위하여 상기 트랜지스터의 베이스와 콜렉터와의 사이에 접속된 포토트랜지스터와; 상기 포토트랜지스터를 온/오프 제어하도록 발광하는 발광 다이오드와; 전원 전압의 인가 정지 후에도 소정 시간이 경과할 때까지는 발광 다이오드에 전류를 계속해서 공급하는 지연 회로를 포함하며, 상기 지연 회로에 의해 전원 전압의 인가 정지 후에 소정 시간까지 상기 포토트랜지스터에 의해 구동되는 상기 트랜지스터의 턴 오프를 지연시키고, 이 지연 시간 경과 후에는 상기 포토트랜지스터에 의해 구동되는 상기 트랜지스터를 턴 오프시켜서, 회생 전류를 상기 전력 흡수 소자를 통하여 급속히 감소시키게 하는 것을 특징으로 하는 전자석 구동 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 지연 회로는 상기 전자석 구동 장치로 상기 전압을 인가하는 동안 충전될 수 있으며, 상기 전자석 구동 장치에의 상기 전압의 인가가 정지된 후 소정 시간이 경과할 때까지 상기 발광 다이오드로 전류를 방전시킬 수 있는 캐패시터와, 상기 캐패시터와 병렬로 접속된 제너 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자석 구동 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 지연 회로는 상기 전자석 구동 장치로 상기 전압을 인가하는 동안 충전될 수 있으며, 상기 전자석 구동 장치에의 상기 전압의 인가가 정지된 후 소정 시간이 경과할 때까지 상기 발광 다이오드로 전류를 방전시킬 수 있는 캐패시터를 구비하고, 상기 전자석 구동 장치는, 전원 전압이 소정 전압보다 높으면 상기 캐패시터에 소정 충전 전압을 인가하고, 상기 전원 전압이 소정 전압보다 낮으면 상기 캐패시터에의 전압의 인가를 종료하기 위한 전원 전압 검출 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자석 구동 장치.
4. 제2항에 있어서, 기준 전압을 출력하기 위한 기준 전압 회로, 및 상기 기준 전압을 상기 캐패시터 양단의 전압과 비교하고, 상기 발광 다이오드의 온 또는 오프를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하기 위한 비교기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자석 구동 장치.
5. 전자석 구동 장치에 있어서, 코일을 구비한 전자석; 스위치부와 전력 흡수 소자와의 병렬 회로에 다이오드가 직렬 접속되고, 이 직렬 접속된 회로에 상기 코일이 병렬 접속되어, 상기 전자석 구동 장치에의 전압의 인가가 정지될 때 회생 전류의 흐름을 허용하는 회로; 및 상기 전자석 구동 장치에의 상기 전압의 인가가 정지된 후 소정 시간이 경과할 때까지 상기 스위치부의 턴 오프를 지연시키기 위한 지연 회로를 포함하고, 상기 지연 회로에 의해 전원 전압의 인가 정지 후 상기 소정 시간까지는 상기 스위치부를 통하여 회생 전류가 흐르도록 하고, 상기 소정 시간 경과 후에는 상기 스위치부를 턴 오프시켜서 회생 전류를 상기 전력 흡수 소자를 통하여 급속히 감소시키게 하는 것을 특징으로 하는 전자석 구동 장치.
6. 전자석 구동 장치에 있어서, 코일을 구비한 전자석; 스위치부와 전력 흡수 소자와의 병렬 회로에 상기 코일이 직렬 접속되고, 이 직렬 접속된 회로에 다이오드가 병렬 접속되어, 상기 전자석 구동 장치에의 전압의 인가가 정지될 때 회생 전류의 흐름을 허용하는 회로; 및 상기 전자석 구동 장치에의 상기 전압의 인가가 정지된 후 소정 시간이 경과할 때까지 상기 스위치부의 턴 오프를 지연시키기 위한 지연 회로를 포함하고, 상기 지연 회로에 의해 전원 전압의 인가 정지 후 상기 소정 시간까지는 상기 스위치부를 통하여 회생 전류가 흐르도록 하고, 상기 소정 시간 경과 후에는 상기 스위치부를 턴 오프시켜서 회생 전류를 상기 전력 흡수 소자를 통하여 급속히 감소시키게 하는 것을 특징으로 하는 전자석 구동 장치.

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