KR101835636B1 - 과전류를 검출하기 위한 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 과전류를 검출하기 위한 디바이스(1)이며, 이는 전류 미터(UR), 제 1 카운터(ZI), 및 스위치(SW)를 갖고, 전류 미터(UR)는 디바이스(1)를 통과하는 전류(I)를 측정하고, 스위치(SW)는 디바이스(1)를 통과하는 전류 흐름을 중단시킬 수 있고, 전류 미터(UR)가 제 1 전류 임계치(Iref,1)를 초과하는 전류(I)를 측정하는 경우, 제 1 카운터(ZI)는 제 1 방향(+)으로 제 1 증분(INC1)만큼 변하고, 전류 미터(UR)가 제 2 전류 임계치(Iref,2)를 초과하는 전류(I)를 측정하는 경우, 제 1 카운터(ZI)는 제 1 방향(+)으로 제 2 증분(INC2)분 만큼 변하고, 제 2 전류 임계치(Iref,2)는 제 1 전류 임계치(Iref,1)보다 양적으로 더 크고, 제 2 증분(INC2)은 제 1 증분(INC1) 보다 양적으로 더 크고, 카운터의 변화 후에, 제 1 카운터(ZI)는 제 1 카운터 임계치(ZI,MAX)와 비교되고, 카운터 임계치(ZI,MAX)에 도달하거나 초과하는 경우, 스위치(SW)는 전류 흐름이 중단되도록 연속적으로 작동되고, 그렇지 않으면, 스위치(SW)는 전류 흐름이 중단되도록 미리 결정된 시간(toff) 동안 작동된다.

Description

과전류를 검출하기 위한 디바이스{Device for detecting overcurrent}
과전류를 검출하기 위한 다수의 디바이스가 종래 기술로부터 알려져 있다.
이런 맥락에서 발생하는 하나의 어려움은 가상 단락 회로로부터 진정한 단락 회로를 구분하는 것이다. 가상 단락 회로는 용량성 부하의 결과로서 발생하며, 이는 특히 스위치-온 시에 단락 회로와 유사하게 거동한다. 즉, 용량성 부하가 적절히 방전될 때까지 상당한 전류가 흐를 수 있다.
이런 이유로, 과거에는 이러한 가상 단락 회로를 식별하기 위한 시도가 자주 이루어졌다.
예를 들어, 전자 보호 디바이스는 과전류에 따라 제어 가능 스위치를 스위치 오프하고 출력에서 전압의 변화에 따라 그것을 재차 스위치 온하는 DE 10 2012 103 551 A1로부터 알려졌다.
이 디바이스의 단점은, 우선 동작하고, 과전류의 가정 시에 스위치 오프하고, 오직 재폐로 조건에 의존하여 특정 시간 이후에 연결을 인에이블하는 것이다. 그 결과, 용량성 부하를 방전하기 위해 불필요하게 긴 시간이 종종 요구된다. 또한, "이력적(historical)" 값의 저장이 요구되므로, 식별이 상대적으로 복잡하다. 또한, 이러한 어레인지먼트에서, 스위치의 개방 시에, 용량성 부하는 병렬 저항성 부하를 통해 방전되어서, 용량성 (부분적) 부하는 그럼에도 일부 상황에서 단락 회로로서 부정확하게 식별될 수 있다는 문제가 종종 있을 수 있다. 특히, 거기서 청구되는 디바이스는, 용량성 부하를 스위칭 온하게 될 때 문제가 있다고 판명되었는데, 그 이유는, 스위치-오프 조건이 스위치-온 시에 이미 충족되고, 그에 따라 어떠한 이력적 전압 값도 비교를 위해 이용 가능하지 않기 때문이다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점 중 하나 이상을 방지하는, 단락 회로를 검출하기 위한 개선되고 비용-효과적인 디바이스를 제공하는 것이다.
이 목적은, 독립 청구항의 특징에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속청구항에서 표시된다.
하기에서, 본 발명은 바람직한 실시예를 토대로 첨부 도면을 참조하여 추가로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 개요를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 흐름도를 도시한다.
본 발명은 도면을 참조하여 아래에서 추가로 상세히 설명된다. 상이한 태양이 설명되며, 이들 각각은 개별적으로 또는 조합하여 활용될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 즉, 임의의 태양은, 그것이 단순 대안으로서 명시적으로 묘사되지 않으면, 본 발명의 상이한 실시예와 함께 이용될 수 있다.
또한, 간편함을 위해, 아래에서 단지 하나의 엔티티에 대한 참조가 일반적으로 이루어질 것이다. 그러나 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 발명은 또한 여러 개의 관련 엔티티를 가질 수 있다. 그러므로 단어의 단수 표현의 이용은, 적어도 하나의 엔티티가 단일 실시예에서 이용된다는 취지의 표시로서만 이해될 것이다.
예를 들어, 도 1에 포함된 본 발명의 일 실시예에서, 과전류를 검출하기 위한 디바이스(1)는 전류 미터(UR), 제 1 카운터(ZI) 및 스위치(SW)를 갖는다. 더 양호한 개요를 제공하기 위해, 디바이스(1)는 예에서 점선 프레임에 의해 둘러싸인다.
전류 미터(UR)는 디바이스(1)를 통과하는 전류(I)를 측정한다. 유도 자기장(예를 들어, 로고스키(Rogowski) 코일, 홀(Hall) 센서)을 통해서든, 또는 션트 레지스터(R) 등을 이용한 전류 측정을 통해서든, 임의의 타입의 전류 측정이 원칙적으로 이 목적을 위해 가능하다.
스위치(SW)는 디바이스(1)를 통과하는 전류 흐름을 중단할 수 있다. 원칙적으로, 임의의 타입의 스위치, 예를 들어, 기계적 스위치 또는 전기 스위치, 예컨대 제어된 (전계-효과) 트랜지스터가 여기서 이용될 수 있다.
전류 미터(UR)가 제 1 전류 임계치(Iref . 1)를 초과하는 전류(I), 즉, I>Iref . 1를 측정한 경우, 제 1 카운터(ZI)는 제 1 방향으로 제 1 증분(INC1)만큼 변경된다. 본 예에서, 예를 들어, 제 1 증분은 1이고, 방향은 부가(addition) "+"에 대응한다고 가정된다. 또한, 제 1 전류 임계치(Iref,1)는 예를 들어, 디바이스(1)가 설계된 정격 전류 값의 1.1배에 대응한다고 가정된다.
그러나 예를 들어, 지시가 차감에 대응하는 다른 등가의 구현이 또한 선택될 수 있다는 것이 당업자에게 쉽게 자명하다.
전류 미터(UR)가 제 1 전류 임계치(Iref . 1)를 초과하는 전류(I)를 측정한 경우, 제 1 카운터(ZI)는 제 1 방향(+)으로 제 1 증분(INC2)만큼 변경된다. 제 2 임계치(Iref,2)는 제 1 임계치(Iref,1)보다 양적으로 더 크고, 제 2 증분(INC2)은 제 1 증분(INC1)보다 양적으로 더 크다. 본 예에서, 예를 들어, 제 1 증분은 1이고, 방향은 부가 "+"에 대응한다고 가정된다. 이 예에서, 제 2 증분은 예를 들어, 5라고 가정된다. 또한, 제 2 전류 임계치(Iref,2)는 예를 들어, 디바이스(1)가 설계된 정격 전류 값의 1.5배에 대응한다고 가정된다.
카운터의 변화 이후, 제 1 카운터(ZI)는 카운터 임계치(Zref)와 비교되고, 카운터 임계치(Zref)에 도달되거나 초과되는 경우, 스위치(SW)는 전류 흐름이 중단되도록 연속적으로 작동된다. 그렇지 않으면, 스위치(SW)는 전류 흐름이 중단되도록 미리 결정된 시간(toff) 동안 작동된다.
즉, 정상 경우에 흐르는 스위치-오프 조건이 생성된다. 연속적인 스위치-오프는, 단락 회로가 확실하게 식별되는 경우에만 개시된다. 과전류의 모든 다른 경우에는, 단-기간 중단만이 존재한다.
제어는 능동 작동("개방(open)") 또는 수동 무작용("폐쇄하지 않음(do not close)")일 수 있고, 스위치(SW)의 타입에 의존한다. 즉, 스위치(SW)는 개방기로서 또는 폐쇄기로서 설계될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 전류 미터(UR)가 일시적인 중단에 이어서, 제 1 전류 임계치(Iref,1)를 초과하지 않는 전류(I)를 측정하는 경우, 제 1 카운터(ZI)는 제 2 방향으로 제 3 증분(INC3)만큼 변경되며, 제 2 방향은 제 1 방향과 상이하다. 본 예에서, 예를 들어, 제 3 증분은 또한 1이고, 방향은 서브스트랙션 "-"에 대응한다고 가정한다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 디바이스(1)는 동작의 시작시에, 제 1 카운터(Z1)를 미리 결정된 카운터 값으로 설정하는 카운터용 설정 수단을 더 포함한다. 예를 들어, 제 1 카운터(ZI)는 0으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같은 대응하는 방법이 이어서 구현될 수 있다.
제 1 단계(25)에서, 제 1 카운터는 미리 결정된 (초기) 값으로 설정된다.
그 후, 단계(50)에서, 스위치(SW)는 전류가 부하(V)로 흐르도록 작동된다. 미리 결정된 시간(ton)이 경과한 후(단계 75), 제 1 카운터가 미리 결정된 (초기)값과 동일하지 않은지 여부가 단계(100)에서 확인된다. 여기서 미리 결정된 (초기)값이 0이라고 가정한다.
카운터가 미리 결정된 (초기)값과 동일하지 않으면, 제 1 카운터(ZI)는 제 3 증분(INC3) - 예를 들어, 초기값으로 1-만큼 감소된다.
이어서, 또는 제 1 카운터가 미리 결정된 (초기) 값에 대응할 때, 단계(200)에서 전류(I)가 측정된다.
측정된 전류(I)는 단계(300)에서, 제 1 전류 임계치(Iref,1)와 비교된다. 이 예에서, 제 1 전류 임계치는 예를 들어, 디바이스를 통과하는 공칭 전류의 1.1 배에 대응한다고 가정된다.
측정된 전류(I)가 제 1 전류 임계치(Iref,1)보다 작으면, 프로세스는 단계(100)로 리턴한다.
측정된 전류(I)가 제 1 전류 임계치(Iref,1)보다 더 큰 경우, 제 1 카운터(ZI)는 단계(400)에서, 제 1 증분 (INC1) - 이 예에서, 초기값으로 1-만큼 증가된다.
측정된 전류(I)는 단계(500)에서, 제 2 전류 임계치(Iref,2)와 비교된다.
측정된 전류(I)가 제 2 전류 임계치(Iref,2)보다 더 큰 경우, 제 1 카운터(ZI)는 단계(550)에서, 제 2 증분 (INC2) - 이 예에서, 초기값으로 5-만큼 증가된다.
이어서, 또는 측정된 전류(I)가 제 2 전류 임계치(Iref,2)보다 더 작을 때, 미리 결정된 시간이 단계(600)(선택적)에서 대기되거나 또는 단계(650)에서 즉시 스위치(SW)를 작동하여 그것이 개방되게 한다.
이제 단계(700)에서, 제 1 카운터가 특정한 제 1 카운터 임계치(ZI,MAX)에 도달했는지를 확인할 수 있다. 현재의 경우, 이 값은 예를 들어, 40일 수 있다.
값이 도달되면, 스위치는 재차 스위칭 온되지 않고 프로세스가 종료된다.
한편, 제 1 카운터 임계치(ZI,MAX)가 도달되지 않은 경우, 단계 (800)에서, 미리 결정된 시간(toff)이 대기되고, 그 후 프로세스는 단계(200)로 진행한다.
오버슈팅의 조건은 등가로 다른 조건으로 또한 대체될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다.
또 다른 본 발명의 다른 실시예에서, 디바이스(1)는 재차 전류 미터(UR), 제 1 카운터(ZI), 제 2 카운터(ZU), 전압계(USW) 및 스위치(SW)를 갖는다. 연관된 방법은 도 3를 참조하여 설명될 것이다.
전류 미터(UR)는 디바이스(1)를 통과하는 전류(I)를 측정한다. 유도 자기장(예를 들어, 로고스키(Rogowski) 코일, 홀(Hall) 센서)에 의해서든, 또는 션트 레지스터(R) 등을 이용한 전류 측정을 의해서든, 임의의 타입의 전류 측정이 원칙적으로 이 목적을 위해 가능하다.
스위치(SW)는 디바이스(1)를 통과하는 전류 흐름을 중단할 수 있다. 원칙적으로, 임의의 타입의 스위치, 예를 들어, 기계적 스위치 또는 전기 스위치, 예컨대 제어된 (전계-효과) 트랜지스터가 여기서 이용될 수 있다.
또한, 디바이스는 스위치(SW)를 통해 전압을 측정하는 전압계(USW)를 이용한다. 스위치(SW)는 이상적인 경우에 단락 회로를 나타내므로, 스위치(SW)가 폐쇄될 때 전압이 0이어야하므로, 스위치(SW)의 개방 상태에서 전압을 측정하는 것으로 충분하다.
그러나 스위치(SW)의 타입에 따라서, 예를 들어, 스위치(SW) 그 자체가 낮은 저항을 나타내어, 예를 들어, 전류 측정은 폐쇄된 스위치를 션트 레지스터(R)로서 이용할 수 있다는 가정을 할 수 있다. 이러한 경우는, 예를 들어, 반도체 스위치(예를 들어, 제어된 (전계-효과) 트랜지스터)를 이용할 때 발생할 수 있다.
그러므로 이전에 설명된 분할은 실제 구현을 제한하는 것이 아니라 기능적인 것으로 이해되어야 한다.
단계(S100)에서 전류 미터가 제 1 임계치(Iref,1)를 초과하는 전류(I)를 측정하는 경우(단계 S150), 제 1 카운터(ZI)는 제 1 방향으로 제 1 증분(INC1) 만큼 단계(S200)에서 변경되고, 스위치는 단계(S300)에서 작동되어서 전류 흐름이 중단되게 된다.
명백히, 도 2에 따른 몇 개의 전류 임계치가 또한 제공될 수 있다. 2개 이상의 임계치와의 실제 비교는 또한 하나의 프로세싱 단계에서 구현될 수 있다.
카운터의 변화 이후, 단계(S400)에서 제 1 카운터(ZI)는, 제 1 카운터 임계치(ZI,MAX)와 비교되고, 제 1 카운터 임계치(ZI,MAX)가 도달되거나 초과되는 경우, 스위치는 전류 흐름이 중단되도록 연속적으로 작동되고 프로세스는 종결된다.
그렇지 않으면, 제 2 카운터(ZU)는 단계(S700)에서 제 3 방향(+)으로 제 2 증분(INC2) 만큼 변경된다. 제 2 증분(INC2)은 예를 들어, 전압계에 의해 측정된 전압에 대응할 수 있다.
이 목적을 위해, 스위치(USW)의 전압은 네트워크 측 상의 실제 전원 전압(UN)과 비교된다는 가정이 또한 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 네트워크 상에서 전압의 임의의 변동(fluctuation)이 더 잘 고려될 수 있다.
재차, 제 2 증분(INC2)은 또한 편차의 크기에 의존할 수 있다. 예를 들어, (예상된 또는 측정된) 소스 전압(UN)의 95%가 초과되었다고 비교가 밝혀내면, 제 2 카운터(ZU)는 제 1 값(예를 들어, 100)만큼 증분될 수 있는 반면에, (예상된 또는 측정된) 소스 전압(UN)의 95%가 미달되는 경우, 제 2 카운터(ZU)는 제 2 값(예를 들어, 10)만큼 증분된다.
분명히, 몇몇 전류 임계치가 또한 제공될 수 있다. 2개 이상의 임계치와의 실제 비교는 또한 하나의 프로세싱 단계에서 구현될 수 있다.
카운터의 변화 이후, 제 2 카운터(ZU)는 이어지는 단계(S800)에서, 제 2 카운터 임계치(ZU,MAX)와 비교되고, 제 2 카운터 임계치(ZU,MAX)가 도달되거나 초과되는 경우, 스위치(SW)는 전류 흐름이 중단되도록 연속적으로 작동되고 프로세스는 종결된다.
그렇지 않으면, 단계(S900)에서 대기가 수행되고, 프로세스는 단계(50)로 리턴한다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 전류 미터가 전류 흐름의 일시적인 중단에 이어서, 제 1 전류 임계치(Iref,1)를 초과하지 않는 전류(I)를 단계(100)에서 측정하는 경우, 제 1 카운터(ZI)는 단계(S1000)에서, 제 2 방향으로 제 3 증분(INC3)만큼 변경된다. 제 2 방향은 제 1 방향과 상이하다. 또한, 단계(S1100)에서, 제 2 카운터(ZU)는 제 4 방향으로 제 4 증분(INC4)만큼 변화되고, 제 4 방향은 제 3 방향과 상이하다.
카운터의 타입에 의존하여, 단계(S950 및 S1050)에서의 확인은 예를 들어, 카운터 오버플로우 등을 피하기 위해 2개의 "리턴(return)" 동작(S1000 및 S1100)에 선행할 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 디바이스(1)는 단계(S25)에서 동작의 시작시에, 제 1 카운터(ZI)를 미리 결정된 카운터 값으로 설정하는 카운터용 설정 수단을 더 포함한다. 예를 들어, 제 1 카운터(ZI) 및 제 2 카운터(ZU)는 각각 0으로 설정될 수 있다.
개별 단계가 또한 다른 합리적인 방식으로 쉽게 그룹핑되거나 또는 서브-단계로 통합하거나 또는 여러 서브-단계로 분할될 수 있다. 따라서, 설명된 단계는 예시적이다. 도 2 및 도 3과 관련하여 논의된 양상은 또한 각각의 다른 실시예에서 사용될 수 있다.
상술된 단계 및 수단은 제어 유닛(SE)의 컴포넌트일 수 있거나 동일한 것에 의해 실행될 수 있다. 제어 유닛은 예를 들어, 마이크로제어기 또는 ASIC 또는 FPGA일 수 있다.
디바이스 1
전류 미터 UR
전압계 USW
스위치 SW
제 1/제 2 전류 임계치 Iref,2, Iref,1
제 1/제 2 카운터 ZI, ZU
제 1/제 2 카운터 임계치 ZI,MAX ,ZU,MAX
미리 결정된 시간 toff
임계치 Uref
전류 I
션트 레지스터 R
컴퓨팅 유닛 SE
부하 V
제 1/제 2/제 3/제 4 증분 INC1, INC2, INC3, INC4

Claims (8)

  1. 과전류를 검출하는 디바이스로서,
    · 전류 미터, 제 1 카운터, 및 스위치를 포함하고,
    · 상기 전류 미터는 상기 디바이스를 통과하는 전류를 측정하고, 상기 스위치는 상기 디바이스를 통과하는 전류 흐름을 중단시킬 수 있고,
    · 상기 전류 미터가 제 1 전류 임계치를 초과하는 전류를 측정하는 경우, 상기 제 1 카운터는 제 1 방향으로 제 1 증분만큼 변하고,
    · 상기 전류 미터가 제 2 전류 임계치를 초과하는 전류를 측정하는 경우, 상기 제 1 카운터는 상기 제 1 방향으로 제 2 증분 만큼 변하고, 상기 제 2 전류 임계치는 상기 제 1 전류 임계치보다 양적으로 더 크고, 상기 제 2 증분은 상기 제 1 증분보다 양적으로 더 크고,
    · 상기 카운터의 변화 후에, 상기 제 1 카운터는 제 1 카운터 임계치와 비교되고, 상기 제 1 카운터 임계치에 도달하거나 초과하는 경우, 상기 스위치는 상기 전류 흐름이 중단되도록 연속적으로 작동되고, 그렇지 않으면, 상기 스위치는 상기 전류 흐름이 중단되도록 미리 결정된 시간 동안 작동되는,
    과전류를 검출하기 위한 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류 미터가 상기 전류 흐름의 일시적인 중단에 이어서, 상기 제 1 전류 임계치를 초과하지 않는 전류를 측정하는 경우, 상기 제 1 카운터는 제 2 방향으로 제 3 증분만큼 변하고, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 상이한,
    과전류를 검출하기 위한 디바이스.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 과전류를 검출하기 위한 디바이스의 동작의 시작 시에 상기 제 1 카운터를 미리 결정된 카운터 값으로 설정하는 카운터용 설정 수단을 더 포함하는,
    과전류를 검출하기 위한 디바이스.
  4. 과전류를 검출하기 위한 디바이스로서,
    · 전류 미터, 제 1 카운터, 제 2 카운터, 전압계 및 스위치를 포함하고,
    · 상기 전류 미터는 상기 디바이스를 통과하는 전류를 측정하고, 상기 스위치는 상기 디바이스를 통과하는 전류 흐름을 중단시킬 수 있고, 상기 전압계는 상기 스위치를 통한 전압을 측정하고,
    · 상기 전류 미터가 제 1 임계치를 초과하는 전류를 측정하는 경우, 상기 제 1 카운터는 제 1 방향으로 제 1 증분만큼 변하고, 상기 스위치는 상기 전류 흐름이 중단되도록 작동되고,
    · 상기 카운터의 변화 후에, 상기 제 1 카운터가 제 1 카운터 임계치와 비교되고, 상기 제 1 카운터 임계치에 도달하거나 초과하는 경우, 상기 스위치는 상기 전류 흐름이 중단되도록 연속적으로 작동되고, 그렇지 않으면, 상기 제 2 카운터는 상기 전압계에 의해 측정된 전압에 대응하는 제 2 증분만큼 제 3 방향으로 변하고, 상기 카운터의 변화 후에, 상기 제 2 카운터는 제 2 카운터 임계치와 비교되고, 상기 제 2 카운터 임계치에 도달하거나 초과하는 경우, 상기 스위치는 상기 전류 흐름이 중단되도록 연속적으로 작동되고, 그렇지 않으면, 상기 스위치는 미리 결정된 시간 이후, 상기 전류 흐름이 더 이상 중단되지 않도록 작동되는,
    과전류를 검출하기 위한 디바이스.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전류 흐름의 일시적인 중단에 이어서, 상기 전류 미터가 상기 제 1 임계치를 초과하지 않는 전류를 측정하는 경우, 상기 제 1 카운터는 제 2 방향으로 제 3 증분만큼 변하고, 상기 제 2 방향은 상기 제 1 방향과 상이하고, 상기 제 2 카운터는 제 4 방향으로 제 4 증분 만큼 변하고, 상기 제 4 방향은 상기 제 3 방향과 상이한,
    과전류를 검출하기 위한 디바이스.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 과전류를 검출하기 위한 디바이스의 동작의 시작 시에 상기 제 1 카운터를 미리 결정된 카운터 값으로 설정하는 제 1 카운터용 설정 수단을 더 포함하는,
    과전류를 검출하기 위한 디바이스.
  7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    동작의 시작 시에 상기 제 2 카운터를 미리 결정된 카운터 값으로 설정하는 제 2 카운터용 설정 수단을 더 포함하는,
    과전류를 검출하기 위한 디바이스.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 과전류를 검출하기 위한 디바이스의 동작의 시작 시에 상기 제 2 카운터를 미리 결정된 카운터 값으로 설정하는 제 2 카운터용 설정 수단을 더 포함하는,
    과전류를 검출하기 위한 디바이스.
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