KR102007397B1

KR102007397B1 - 과전류 및 과전압 보호 장치를 포함하는 인터페이스 유닛

Info

Publication number: KR102007397B1
Application number: KR1020120065339A
Authority: KR
Inventors: 김진하
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2019-08-05
Also published as: EP2677616B1; EP2677616A1; US20130335865A1; CN103515923B; CN103515923A; KR20130142270A; US9300127B2

Abstract

본 발명은 인터페이스 장치를 통해 연결된 전자제품 사이의 그라운드 전위차에 의해 발생되는 과전류 또는 과전압을 차단하여 제품의 손상 및 화재의 위험을 방지할 수 있는 인터페이스 유닛을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 제1전자제품 및 제2전자제품을 연결하는 인터페이스 유닛은 상기 제1전자제품에 구비되어 상기 제2전자제품과 연결되는 제1인터페이스 장치, 상기 제2전자제품에 구비되며, VCC 라인 및 그라운드 라인에 의해 상기 제1인터페이스 장치와 연결되는 제2인터페이스 장치 및 상기 그라운드 라인에 설치되어 상기 그라운드 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 그라운드 과전류 차단부를 포함한다.

Description

과전류 및 과전압 보호 장치를 포함하는 인터페이스 유닛{INTERFACE UNIT HAVING OVER CURRENT AND OVER VOLTAGE PROTECTION DEVICE}

본 발명은 서로 다른 전자제품을 연결하는 인터페이스 유닛에 있어서, 각 전자제품의 그라운드 전위차에 의해 발생되는 과전류 및 과전압을 방지하는 인터페이스 유닛에 관한 발명이다.

일반적으로, 전자제품 사이의 연결을 위해서는 이들을 연결하기 위한 USB, HDMI 등의 인터페이스 장치를 사용하는바, 각 전자제품에 구비되는 인터페이스 장치는 전원을 공급하는 VCC 라인, 데이터를 주고받는 데이터 라인, 그라운드를 연결하는 그라운드 라인에 의해 연결된다.

인터페이스 장치의 배선에 오류가 있거나, 데이터 라인이나 VCC 라인의 접속 오류가 있거나 쇼트가 발생한 경우 등 다양한 원인에 의해 과전류가 발생하면 인터페이스 장치 및 전자제품에 손상을 줄 수 있고, 화재의 위험을 초래할 수 있다.따라서, 기존에는 VCC 라인에 과전류 방지 장치를 설치하여 과전류의 흐름을 차단하였다.

그러나, VCC 라인에 과전류 방지 장치가 설치되어 있더라도, 그라운드 라인에 발생하는 과전류는 차단할 수가 없다. 인터페이스 장치를 통해 연결된 두 전자제품의 전원 소스가 상이하거나, 옥외 안테나 등을 구비하여 서지(surge)에 노출되는 경우 등 다양한 원인에 의해 그라운드 라인에 전위차가 발생될 수 있다. 그라운드 전위차는 과전류를 발생시키고, 이로 인해 두 전자제품 간의 커넥터가 발열되며, 장치의 파손 및 화재의 위험이 초래된다.

따라서, 그라운드 전위차에 의한 과전류 또는 과전압을 방지할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 인터페이스 장치를 통해 연결된 전자제품 사이의 그라운드 전위차에 의해 발생되는 과전류 또는 과전압을 차단하여 제품의 손상 및 화재의 위험을 방지할 수 있는 인터페이스 유닛을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 제1전자제품 및 제2전자제품을 연결하는 인터페이스 유닛은 상기 제1전자제품에 구비되어 상기 제2전자제품과 연결되는 제1인터페이스 장치; 상기 제2전자제품에 구비되며, VCC 라인 및 그라운드 라인에 의해 상기 제1인터페이스 장치와 연결되는 제2인터페이스 장치;및 상기 그라운드 라인에 설치되어 상기 그라운드 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 그라운드 과전류 차단부를 포함한다.

상기 인터페이스 유닛은 상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 걸리는 전압을 미리 설정된 기준치 이하로 유지시키는 과전압 보호부를 더 포함할 수 있다.

상기 과전압 보호부는, 미리 설정된 크기의 전압을 클램핑(clamping)하는 전압 클램핑 수단을 포함할 수 있다.

상기 전압 클램핑 수단은, 제너 다이오드이고, 상기 제너 다이오드의 캐소드가 상기 VCC 라인에 연결되고, 상기 제너 다이오드의 애노드가 상기 그라운드 라인에 연결되는 것으로 할 수 있다.

상기 인터페이스 유닛은 상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부를 더 포함할 수 있다.

상기 인터페이스 유닛은 상기 VCC 라인에 설치되어 미리 설정된 크기 이상의 전압이 입력되면 상기 VCC 라인을 통한 전원의 연결을 차단하는 능동 스위치를 더 포함할 수 있다.

상기 능동 스위치가 전압을 입력받는 전압 입력단은 상기 과전압 보호부의 출력단에 연결된다.

상기 과전압 보호부의 출력단에는 일정한 저항값을 갖는 저항소자가 연결된다.

상기 능동 스위치는, 상기 능동 스위치의 전압 입력단을 통해 미리 설정된 크기 이상의 전압이 입력되면 상기 VCC 라인에 흐르는 전류의 흐름을 차단한다.

상기 능동 스위치는, 트랜지스터 및 FET(Field Effect Transistor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부를 더 포함할 수 있다.

상기 그라운드 과전류 차단부 및 상기 VCC 과전류 차단부는, 퓨즈(fuse) 및 폴리 스위치 중 적어도 하나를 각각 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 서로 다른 전원부를 갖는 제1전자제품 및 제2전자제품을 연결하는 인터페이스 유닛은 상기 제1전자제품에 구비되는 제1인터페이스 장치; 상기 제2전자제품에 구비되며, VCC 라인 및 그라운드 라인에 의해 상기 제1인터페이스 장치와 연결되는 제2인터페이스 장치; 상기 그라운드 라인에 설치되어 상기 그라운드 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 그라운드 과전류 차단부; 및 상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부;를 포함한다.

상기 인터페이스 유닛은 상기 VCC 라인과 상기 그라운드 라인에 연결되어 상기 VCC 라인에 걸리는 전압을 미리 설정된 기준치 이하로 유지시키는 과전압 보호부를 더 포함할 수 있다.

상기 능동 스위치가 전압을 입력받는 전압 입력단은 상기 과전압 보호부의 출력단에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 호스트 장치와 상기 호스트 장치에 연결된 화상형성장치를 포함하는 화상형성시스템은 상기 호스트 장치에 구비되어 상기 화상형성장치와 연결되는 제1인터페이스 장치; 상기 화상형성장치에 구비되며, VCC 라인 및 그라운드 라인에 의해 상기 제1인터페이스 장치와 연결되는 제2인터페이스 장치;및 상기 그라운드 라인에 설치되어 상기 그라운드 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 그라운드 과전류 차단부를 포함한다.

상기 화상형성시스템은 상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 걸리는 전압을 미리 설정된 기준치 이하로 유지시키는 과전압 보호부를 더 포함할 수 있다.

상기 과전압 보호부는, 상기 VCC 라인 및 상기 그라운드 라인에 연결된다.

상기 화상형성시스템은 상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부를 더 포함할 수 있다.

상기 화상형성시스템은 상기 VCC 라인에 설치되어 미리 설정된 크기 이상의 전압이 입력되면 상기 VCC 라인을 통한 전원의 연결을 차단하는 능동 스위치를 더 포함할 수 있다.

상기 과전압 보호부의 출력단에는 일정한 저항값을 갖는 저항소자가 연결될 수 있다.

상기 능동 스위치는, 상기 능동 스위치의 전압 입력단을 통해 미리 설정된 크기 이상의 전압이 입력되면 상기 VCC 라인에 흐르는 전류의 흐름을 차단할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 인터페이스 유닛에 의하면, 전자제품 사이의 그라운드 전위차에 의해 발생되는 과전류 또는 과전압을 차단하여 제품의 손상 및 화재의 위험을 방지할 수 있다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 유닛의 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 유닛을 간략한 회로 구성으로 나타낸 회로 구성도가 도시되어 있다.
도 3에는 과전류 차단부의 일 예로서 퓨즈의 구성을 나타낸 구성도가 도시되어 있다.
도 4에는 과전류 차단부의 일 예로서 폴리 스위치의 구성을 나타낸 구성도가 도시되어 있다.
도 5에는 VCC 라인에 설치되는 과전류 차단부를 더 포함하는 인터페이스 유닛에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 6에는 도 5의 제어 블록도에 관한 간략한 회로 구성도가 도시되어 있다.
도 7에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터페이스 유닛에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 8에는 도 7의 제어 블록도에 관한 간략한 회로 구성도가 도시되어 있다.
도 9에는 VCC 라인에 설치되는 VCC 과전류 차단부를 더 포함하는 인터페이스 유닛에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 10에는 도 9에 도시된 제어 블록도에 관한 간략한 회로 구성도가 도시되어 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인터페이스 유닛의 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 12에는 도 11의 제어 블록도에 관한 간단한 회로 구성도가 도시되어 있다.
도 13에는 VCC 과전류 차단부를 더 포함하는 인터페이스 유닛의 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 14에는 도 13의 제어 블록도에 관한 간략한 회로 구성도가 도시되어 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 인터페이스 유닛의 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 유닛의 제어 블록도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 유닛을 간략한 회로 구성으로 나타낸 회로 구성도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 유닛(100)은 제1전자제품(10)과 제2전자제품(20)을 연결하는 것으로 하며, 제1전자제품(10) 측에 구비되는 제1인터페이스 장치(110), 제2전자제품(20)에 구비되는 제2인터페이스 장치(120) 및 제1인터페이스 장치(110)와 제2인터페이스 장치(120)의 그라운드를 연결하는 그라운드 라인(113)에 설치되는 그라운드 과전류 차단부(130)를 포함한다.

제1전자제품(10)을 호스트(host)로 하고, 제2전자제품(20)을 슬레이브(slave)로 하는 경우, 제1전자제품(10)은 PC, 노트북 등의 호스트 장치 일 수 있고, 제2전자제품(20)은 제1전자제품(10)과 연결되어 데이터를 주고 받는 TV, 프린터, 복합기, 오디오, 비디오 등 일 수 있다. 상기 제품은 예시에 불과하고 이 외에도 다양한 전자제품들이 제1전자제품 또는 제2전자제품일 수 있다.

또한, 제1전자제품과 제2전자제품이 반드시 호스트와 슬레이브로 구분되어야 하는 것을 아니다.

먼저, 제1전자제품(10)은 제1전원부(30)로부터 전원을 공급받는다. 제1전원부(30)는 제1전자제품(10)에 AC 전원을 공급하고, 접지가 되어 있다. 제1전원부(30)의 접지를 GND11으로 표시한다.

접지의 종류는 크게 신호 그라운드(Signal Ground:SG), 프레임 그라운드(Frame Ground:FG) 및 어스(Earth)로 분류할 수 있다. 신호 그라운드는 외부로 신호를 입출력할 때의 신호선에 대한 기준점(일반적으로 0V) 또는 귀환로를 나타내고, 프레임 그라운드는 장치의 케이스나 프레임, 새시 등에 의해 접지되는 것을 의미하며, 어스는 대지에 접지시키는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 접지는 상기 접지 중 어느 것이라도 사용될 수 있고, 도 2의 접지 회로 기호는 하나의 실시예를 나타낸 것에 불과하다. 제1전원부(30)의 접지(GND11)는 제1전원부(30)의 종류에 따라 어스일 수도 있고, 프레임 그라운드일 수도 있다.

제1전원부(30)로부터 AC 전원이 공급되면 제1전자제품(10)에 구비된 제1전원변환부(11)가 AC 전원을 DC 전원으로 변환한다. 제1전원변환부(11)는 SMPS(Switching Mode Power Supply)로 구현될 수 있는바, SMPS는 AC 라인 주파수(50Hz-60Hz)를 DC로 변환하여 높은 주파수로 변경(수십kHz-수백kHz)한다.

제1전자제품(10) 자체에도 접지가 요구되는데, 제1전자제품(10)의 접지는 제1전원변환부(11)의 접지를 통해 이루어질 수 있다. 제1전원변환부(11) 접지의 일 실시예를 설명하면, 제1전원변환부(11)의 내부에는 접지선이 있고 이 접지선은 제1전원변환부(11)의 덮개부분과 연결되어 있다. 이 부분은 다시 제1전자제품(10)의 케이스에 제1전원변환부(11)를 고정하는 나사홀 부분과 연결되어 제1전원변환부(11)가 접지된다. 제1전원변환부(11)의 접지는 GND12로 표시하며, 상술한 접지는 프레임 그라운드(FG)에 해당한다.

제2전자제품(20)은 제1전자제품(10)과 다른 별도의 전원소스를 갖는바, 제1전원부(30)와 다른 제2전원부(40)로부터 전원을 공급받는다. 제2전원부(40) 역시 제2전자제품(20)에 AC 전원을 공급하며, 접지되어 있다. 제2전원부(40)의 접지는 GND21이라 표시하며, GND21은 제2전원부(40)의 종류에 따라 어스일 수도 있고 프레임 그라운드 일 수도 있다.

제2전자제품(20)에도 SMPS 등의 제2전원변환부(21)가 구비되어 제2전원부(40)로부터 공급된 AC 전원을 DC 전원으로 변환하며, 제2전자제품(20)의 접지 역시 제2전원변환부(21)의 접지를 통해 이루어질 수 있다. 제2전원변환부(21)의 접지는 GND22로 표시하며, 당해 실시예에서는 제1전원변환부의 접지(GND12)와 마찬가지로 제2전원변환부(21)의 접지도 프레임 그라운드(FG)인 것으로 한다.

제1전자제품(10)과 제2전자제품(20)은 각각에 구비된 제1인터페이스 장치(110) 및 제2인터페이스 장치(120)를 통해 서로 연결된다. 제1인터페이스 장치(110) 및 제2인터페이스 장치(120)는 USB(Universal Serial Bus), HDMI(High Definition Multimedia Interface) 등 각 전자제품의 사양에 맞는 적절한 인터페이스 장치를 통해 구현되며, 두 전자제품을 연결할 수 있는 것이면 되고 그 종류에 제한이 없다.

또한, 제1인터페이스 장치(110) 및 제2인터페이스 장치(120)도 접지가 되는바, 제1인터페이스 장치(110)의 접지는 GND13으로 표시하고, 제2인터페이스 장치(120)의 접지는 GND23으로 표시한다.

제1인터페이스 장치(110) 및 제2인터페이스 장치(120)는 제1전자제품(100)과 제2전자제품(200)의 전원을 연결하는 VCC 라인(111), 데이터를 송수신하는 데이터 라인(112) 및 접지 연결을 위한 그라운드 라인(113)으로 연결된다. 따라서, 제1전자제품(100)과 제2전자제품(200)은 전원 및 그라운드를 공유하게 된다.

이 때, 그라운드 라인(113)에는 전위차가 발생하지 않는 것이 정상이나, 서로 연결된 두 전자제품이 서로 다른 전원소스(전원부)를 사용하거나 옥외 안테나를 구비하여 서지(surge)에 노출될 경우 등 다양한 원인에 의해 그라운드 전위차가 발생할 수 있다.

그라운드 전위차가 발생하면, 그 양이 수 볼트에 불과하더라도 수십 암페어의 과전류가 발생되어 인터페이스 장치를 가열시키고 이로 인해 화재의 위험이 초래된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 유닛(100)은 그라운드 라인(113)에 흐르는 과전류를 차단하는 그라운드 과전류 차단부(130)를 포함한다.

그라운드 과전류 차단부(130)는 각종 퓨즈(fuse)나 폴리 스위치 등으로 구현될 수 있는바, 회로에 흐르는 과전류를 차단할 수 있는 것이면 되고 그 종류에 제한은 없다. 다만, 일 실시예로서 도 2 및 후술할 도면의 회로 구성도에는 폴리 스위치를 표시하였다.

이하, 그라운드 과전류 차단부(130)의 구성 및 동작에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3에는 과전류 차단부의 일 예로서 퓨즈의 구성을 나타낸 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 과전류 차단부의 일 예로서 폴리 스위치의 구성을 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

퓨즈는 도선에 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 사용되는 일종의 자동 차단기로서, 도선에 흐르는 전류가 미리 설정된 차단 전류 이상일 경우에 전류회로를 차단하며, 과전류에 의해 발생하는 열에 의해 그 자체가 녹아 도선이 끊어지게 하는 형태가 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라운드 과전류 차단부(130)가 퓨즈(130a)로 구현될 경우, 퓨즈(130a)의 하우징(131a)의 양 측단에 구비된 단자(132a,133a)를 통해 그라운드 라인(113)이 통과하고, 하우징(131a)의 내부에 구비된 가용체(134a)는 그라운드 라인(113)에 차단 전류 이상의 전류가 일정 시간 이상 통전될 경우 하우징(131a) 내부에서 발생되는 열에 의해 용단되어 전류회로를 차단한다.

폴리 스위치는 온도 상승에 따라 전기저항이 급증하는 성질을 갖는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 폴리머를 이용한 것이다. PTC 폴리머는 상온에서의 저항률이 충분히 낮으므로 회로에서의 전류 흐름이 통상적인 상태를 유지하지만, 회로에 과전류가 흐르는 경우, 이러한 높은 전류에 의해 PTC 폴리머에 주울(Joule) 열이 발생하고, PTC 폴리머의 온도가 상승하여 저항률이 상승하므로, PTC 특성이 발현되어 전류가 흐르지 않게 된다. 또한, PTC 폴리머는 이후 전류가 정상이 되면 다시 온도가 하강하여 저항률이 낮아지므로, 통상적인 전류 흐름을 보장하게 된다. 따라서, PTC 폴리머를 사용한 폴리 스위치는 지속적으로 반복 사용될 수 있다는 장점이 있다.

도 4를 참조하면, 폴리 스위치(130b)는 PTC 폴리머(131b)의 양 측에 전극(132b,133b)이 부착되고, 각 전극이 전기기기와 전기적으로 연결됨으로써 전기기기에 흐르는 과전류를 차단하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 그라운드 과전류 차단부(130)가 폴리 스위치(130b)로 구현될 경우, PTC 폴리머(131b)의 양 측에 부착된 전극(132b,133b)이 그라운드 라인(113)과 전기적으로 연결됨으로써 그라운드 라인(113)에 흐르는 과전류를 차단한다.

그라운드 과전류 차단부(130)가 전류의 흐름을 차단하게 하도록 하는 차단 전류의 크기는 인터페이스 장치의 종류, 용도 및 설치 위치 등을 고려하여 미리 설정할 수 있다.

도 5에는 VCC 라인에 설치되는 과전류 차단부를 더 포함하는 인터페이스 유닛에 관한 제어 블록도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 제어 블록도에 관한 회로 구성도가 도시되어 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 유닛은 그라운드 라인(113) 뿐만 아니라 VCC 라인(111)에 설치되는 VCC 과전류 차단부(140)를 더 포함할 수 있다.

제품 내 단락이 발생하면 VCC 라인(111)에서도 과전류가 발생할 수 있는바, VCC 라인(111)에서 발생한 과전류 역시 발열로 인한 제품 손상 및 화재를 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 유닛은 VCC 라인(111)에 VCC 과전류 차단부(140)가 설치될 수 있다.

VCC 과전류 차단부(140)를 제외한 구성은 앞서 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같다. VCC 과전류 차단부(140)는 단락 사고 등으로 인해 VCC 라인(111)에 발생되는 과전류를 차단하는 역할을 하고, 그라운드 과전류 차단부(130)와 마찬가지로 퓨즈, 폴리 스위치 등의 과전류 차단 소자에 의해 구현될 수 있다.

도 7에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터페이스 유닛에 관한 제어 블록도가 도시되어 있고, 도 8에는 이에 관한 간략한 회로 구성도가 도시되어 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인터페이스 유닛(100)은 도 1 및 도 2에서 설명한 인터페이스 유닛에서 과전압으로부터 인터페이스 장치를 보호하는 과전압 보호부(150)를 더 포함한다. 과전압 보호부(150)를 제외한 구성은 앞서 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같다.

과전압 보호부(150)는 VCC 라인(111)에 발생하는 VCC 과전압으로부터 인터페이스 장치(110,120)를 보호하는바, 과전압 보호부(150)는 전극 양단에 걸리는 전압과 전류에 따라 변화하는 가변저항형 부품인 배리스터(varistor), 전극을 일정 간격으로 밀착시켜서 양단에 인가되는 전압에 따라 방전을 유도하는 가스 튜브, 일정한 전압을 클램핑(clamping)하는 전압 클램핑 소자, 고속 데이터용으로 적합한 SCR 및 P형 반도체소자인 TransZorb 소자 등을 이용하여 구현될 수 있다. 당해 실시예에서는 전압 클램핑 소자 중 하나인 제너 다이오드를 사용하는 것으로 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제너 다이오드의 캐소드는 VCC 라인(111)에 연결되고, 애노드는 그라운드 라인(113)에 연결된다. 제너 다이오드는 PN 접합의 항복(breakdown) 영역에서 동작 특성이 나타나도록 제작된 다이오드로서, PN 반도체의 도핑레벨을 변화시켜 일정 항복 전압(또는 제너 전압)을 갖도록 제작된다. 따라서, 제너 다이오드는 역방향으로 항복 전압 이상의 전압이 발생하면 역방향으로 전류를 흘려 보내고 항복 전압 크기의 정전압이 제너 다이오드에 걸리게 된다. 즉, 당해 실시예에서는 A노드에서 B노드 방향으로 전류가 흐르게 된다.

앞서 설명한 바와 같이, 두 전자제품의 그라운드에 전위차가 발생하면 과전류가 흐르게 되고, 과전류의 흐름을 막기 위해 그라운드 과전류 차단부(130)가 그라운드 라인(113)을 차단시킨다. 그라운드 라인(113)이 차단되면 그라운드 전위차가 VCC 전위차를 발생시킬 수 있는바, 이로 인해 과전압이 발생하더라도 과전압 보호부(150)에 의해 인터페이스 장치(110,120)의 손상을 막을 수 있다.

구체적인 동작을 설명하면, VCC 과전압이 발생하여 VCC 라인(111)에 항복 전압 이상의 전압이 걸리면 제너 다이오드가 동작하여 역방향(A노드에서 B노드 방향)으로 전류를 흘려 보내고 제너 다이오드에 항복 전압 크기의 정전압이 걸리면서 과전압이 다른 장치, 특히 인터페이스 장치를 손상시키는 것을 방지한다. 제너 다이오드의 항복 전압은 인터페이스 유닛의 설계 시에 적절한 크기로 미리 설정할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 제너 다이오드 외에도 일정한 전압을 클램핑 할 수 있는 다른 전압 클램핑 수단을 과전압 보호부에 적용할 수 있다.

또한, 과전압 보호부(150)는 그라운드 라인(113)의 차단 외에도 서지 발생 등 다른 원인에 의해 인터페이스 장치에 정격 전압 이상의 전압이 발생하게 되는 경우에도 동작하여 과전압으로부터 인터페이스 장치를 보호할 수 있다.

도 9에는 VCC 라인(111)에 설치되는 VCC 과전류 차단부를 더 포함하는 인터페이스 유닛에 관한 제어 블록도가 도시되어 있고, 도 10에는 이에 관한 간략한 회로 구성도가 도시되어 있다. VCC 과전류 차단부(140)를 제외한 구성은 앞서 도 7 및 도 8에서 설명한 바와 같다.

앞서 설명한 바와 같이, 인터페이스 장치의 배선에 오류가 있거나, 데이터 라인(112)이나 VCC 라인(111)의 접속 오류가 있거나 쇼트가 발생한 경우 등 다양한 원인에 의해 VCC 라인(111)에 과전류가 발생할 수 있다. 이 역시 인터페이스 장치 등의 부품에 손상을 줄 수 있고, 화재의 위험 역시 초래할 수 있으므로 인터페이스 유닛(100)은 VCC 라인(111)에 설치되어 VCC 라인(111)에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부(140)를 더 포함하여 인터페이스 장치를 보호한다. VCC 과전류 차단부(140)는 퓨즈, 폴리 스위치 등에 의해 구현될 수 있고, 미리 설정된 차단 전류 이상의 과전류가 흐르면 VCC 라인(111)에서의 전류의 흐름을 차단한다.

도 9 및 도 10에 도시된 인터페이스 유닛(100)에 의하면 그라운드 전위차에 의한 과전류, 과전압 및 제품내 단락에 의한 과전류로부터 인터페이스 장치를 보호할 수 있다.

도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인터페이스 유닛의 제어 블록도가 도시되어 있고, 도 12에는 그에 관한 간단한 회로 구성도가 도시되어 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인터페이스 유닛(100)에서 과전압 보호부(150)는 VCC 라인(111)에 설치되는 능동 스위치(160)를 더 포함할 수 있다. 능동 스위치(160)를 제외한 구성은 앞서 도 7 및 도 8에서 설명한 바와 같다.

능동 스위치(160)는 전원회로를 능동적으로 온/오프 할 수 스위치로서, 트랜지스터(TR), 전계효과 트랜지스터(FET) 등의 스위칭 소자를 이용하여 구현될 수 있는바, 도 11의 실시예에서는 능동 스위치(160)가 P채널형 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)에 의해 구현된 것으로 한다.

MOFET은 입력전압에 의해서 트랜지스터의 두 단자(소스, 드레인) 사이에 흐르는 전류가 조절되는 소자로서, MOFET 에서는 전류가 소스와 드레인 사이의 채널 영역을 통해서만 흐른다.

이 때, P채널형 MOFET는 음의 게이트-소스 전압이 걸려야 채널을 형성할 수 있고, 채널을 형성할 수 있는 최대 게이트-소스 전압을 문턱전압(threshold voltage)이라 한다. 예를 들어 P채널형 FET의 문턱전압을 -1V로 하고, 소스 전압이 5V 인 경우에는, 4V 이하의 게이트 전압이 걸려야 채널이 형성되어 전류가 흐르고(스위치 온) 4V를 초과하는 게이트 전압이 걸리면 채널이 소멸되어 전류가 흐르지 않는다(스위치 오프).

도 12에 도시된 바와 같이, MOFET가 VCC 라인(111)에 설치되고 MOFET의 전압 입력단자, 즉 게이트(G)가 제너 다이오드의 애노드 쪽에 연결되며, 제너 다이오드의 애노드 쪽에는 소정의 저항값을 갖는 저항소자가 연결된다. 소스(S) 및 드레인(D)의 위치는 유동적인 것으로서, 인터페이스 장치에 걸리는 전압 조건에 따라 제1인터페이스 장치(10) 쪽이 소스가 될 수도 있고, 제2인터페이스 장치(20) 쪽이 소스가 될 수도 있다.

앞서 설명한 다양한 원인에 의해 VCC 과전압이 발생되면 제너 다이오드가 동작하여 항복 전압 만큼의 정전압을 클램핑(clamping)하는바, 발생된 과전압 중 제너 다이오드에서 클램핑되는 전압을 제외한 나머지 전압은 MOFET의 게이트 전압이 되므로, MOFET의 문턱전압을 최대한 작게 조절하면 제너 다이오드의 용량을 작게 할 수 있다.

또한, 그라운드 과전류 차단부(130)와 연계하여 설명하면, 그라운드 전위차가 발생하여 그라운드 과전류 차단부(130)가 그라운드 라인(113)에서의 전류의 흐름을 차단하는 경우, VCC 전위차가 발생할 수 있는바, 과전압 보호부(150)의 제너 다이오드에서 항복 전압만큼 클램핑하고 능동 스위치(160)를 동작시켜 전류의 흐름을 차단함으로써 과전압으로 인한 인터페이스 장치(110,120)의 손상을 막을 수 있다.

도 13에는 VCC 과전류 차단부를 더 포함하는 인터페이스 유닛의 제어 블록도가 도시되어 있고, 도 14에는 이에 관한 간략한 회로 구성도가 도시되어 있다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인터페이스 유닛(100)은 VCC 라인(111)에 설치되는 VCC 과전류 차단부(140)를 포함할 수 있는바, VCC 과전류 차단부(140)에 관한 구성은 전술한 실시예에서와 동일하고, 도 14의 회로 구성도에서는 폴리 스위치를 적용한 것으로 한다.

여기서, 능동 스위치(160)와 VCC 과전류 차단부(140)의 설치 위치는 서로 바뀔 수 있다. 능동 스위치(160)에서 전원 회로를 차단하지 않았더라도, VCC 과전류 차단부(140)의 차단 전류보다 큰 과전류가 VCC 라인(111)에 흐르면 VCC 과전류 차단부(140)에 의해 전류의 흐름이 차단되고, 반대의 경우 VCC 과전류 차단부(140)에서 전류의 흐름을 차단하지 않더라도 능동 스위치(160)에서 전원 회로를 차단할 수 있다. 즉, 도 13 및 도 14의 실시예에 따른 인터페이스 유닛은 그라운드 과전류 차단부(130), 과전압 보호부(150), VCC 과전류 차단부(140), 능동 스위치(160)를 모두 적용함으로써 과전류, 과전압 차단 기능의 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 제너 다이오드의 항복 전압, 능동 스위치부의 문턱 전압 및 VCC 과전류 차단부의 차단 전류를 상호 적절하게 설정함으로써, 제조 단가를 절감하거나 회로가 가장 효율적으로 작동하도록 할 수 있다.

또한, 능동 스위치와 VCC 과전류 차단부를 통합하여 하나의 모듈로 구성함으로써 장치의 소형화를 도모하는 것도 가능하다.

상기 도 1 내지 도 14에서 설명한 실시예에서는 인터페이스 유닛(100)에 제2인터페이스 장치(120)가 포함되는 것으로 하였으나, 본 발명의 실시예는 인터페이스 유닛(100)이 제2인터페이스 장치(120)를 포함하지 않는 경우도 포함한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 전자제품 시스템은 상기 도 1내지 도 14에서 설명한 제1전자제품(10), 제2전자제품(20) 및 인터페이스 유닛(100)을 포함할 수 있고, 제1전자제품(10) 및 제2전자제품(20)은 앞서 설명한 바와 같이 PC, 노트북, TV, 프린터, 복합기, 오디오, 비디오 등의 전자제품 중에서 각각 선택될 수 있다. 다만, 상기 전자제품들은 예시에 불과하고 이 외에도 인터페이스 유닛에 의해 상호 연결되어 데이터를 주고받을 수 있는 전자제품이면 제1전자제품 및 제2전자제품이 될 수 있다.

전술한 실시예의 도면에는 인터페이스 유닛(100)의 각종 소자, 즉 그라운드 과전류 차단부, 과전압 보호부 및 VCC 과전류 차단부가 호스트 제품인 제1전자제품(10) 측에 설치되는 것으로 하였으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하고, 상기 소자들의 설치 위치에는 제한이 없으며, 제2전자제품(20) 측에 설치되는 것도 가능하다.

100 : 인터페이스 유닛
110 : 제1인터페이스 장치 120 : 제2인터페이스 장치
130 : 그라운드 과전류 차단부 140 : VCC 과전류 차단부
150 : 과전압 보호부 160 : 능동 스위치

Claims

제1전자제품 및 제2전자제품을 연결하는 인터페이스 유닛에 있어서,
상기 제1전자제품에 연결 가능한 제1인터페이스 장치;
상기 제2전자제품에 연결 가능하고, VCC 라인 및 그라운드 라인에 의해 상기 제1인터페이스 장치와 연결되는 제2인터페이스 장치;및
제 1 인터페이스 장치 및 상기 제 2 인터페이스 장치 사이의 상기 그라운드 라인에 설치되어 상기 제 인터페이스 장치 및 상기 제 2 인터페이스 장치 사이의 상기 그라운드 라인의 그라운드 전위차에 의해 상기 그라운드 라인에 발생하는 과전류를 차단하는 그라운드 과전류 차단부를 포함하는 인터페이스 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 걸리는 전압을 미리 설정된 기준치 이하로 유지시키는 과전압 보호부를 더 포함하는 인터페이스 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 과전압 보호부는,
상기 VCC 라인 및 상기 그라운드 라인에 연결되는 인터페이스 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 과전압 보호부는,
미리 설정된 크기의 전압을 클램핑(clamping)하는 전압 클램핑 수단을 포함하는 인터페이스 유닛.
제 4 항에 있어서,
상기 전압 클램핑 수단은, 제너 다이오드이고,
상기 제너 다이오드의 캐소드가 상기 VCC 라인에 연결되고, 상기 제너 다이오드의 애노드가 상기 그라운드 라인에 연결되는 것으로 하는 인터페이스 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부를 더 포함하는 인터페이스 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 VCC 라인에 설치되어 미리 설정된 크기 이상의 전압이 입력되면 상기 VCC 라인을 통한 전원의 연결을 차단하는 능동 스위치를 더 포함하는 인터페이스 유닛.
제 7 항에 있어서,
상기 능동 스위치가 전압을 입력받는 전압 입력단은 상기 과전압 보호부의 출력단에 연결되는 인터페이스 유닛.
제 8 항에 있어서,
상기 과전압 보호부의 출력단에는 일정한 저항값을 갖는 저항소자가 연결되는 인터페이스 유닛.
제 9 항에 있어서,
상기 능동 스위치는,
상기 능동 스위치의 전압 입력단을 통해 미리 설정된 크기 이상의 전압이 입력되면 상기 VCC 라인에 흐르는 전류의 흐름을 차단하는 인터페이스 유닛.
제 10 항에 있어서,
상기 능동 스위치는,
트랜지스터 및 FET(Field Effect Transistor) 중 적어도 하나를 포함하는 인터페이스 유닛.
제 2 항에 있어서,
상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부를 더 포함하는 인터페이스 유닛.
제 6 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 그라운드 과전류 차단부 및 상기 VCC 과전류 차단부는,
퓨즈(fuse) 및 폴리 스위치 중 적어도 하나를 각각 포함하는 인터페이스 유닛.
화상 형성 장치에 있어서,
VCC 라인 및 그라운드 라인을 포함하고, 호스트 장치에 연결 가능한 제2인터페이스 장치;및
상기 화상 형성 장치에 연결 가능한 제 1 인터페이스 장치 및 상기 호스트 장치에 연결 가능한 상기 제 2 인터페이스 장치 사이의 상기 그라운드 라인에 설치되어 상기 화상 형성 장치에 연결 가능한 상기 제 인터페이스 장치 및 상기 호스트 장치에 연결 가능한 상기 제 2 인터페이스 장치 사이의 상기 그라운드 라인의 그라운드 전위차에 의해 상기 그라운드 라인에 발생하는 과전류를 차단하는 그라운드 과전류 차단부를 포함하는 화상 형성 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 걸리는 전압을 미리 설정된 기준치 이하로 유지시키는 과전압 보호부를 더 포함하는 화상형성장치.
제 15 항에 있어서,
상기 과전압 보호부는,
상기 VCC 라인 및 상기 그라운드 라인에 연결되는 화상형성장치.
제 15 항에 있어서,
상기 과전압 보호부는,
미리 설정된 크기의 전압을 클램핑(clamping)하는 전압 클램핑 수단을 포함하는 화상형성장치.
제 17 항에 있어서,
상기 전압 클램핑 수단은, 제너 다이오드이고,
상기 제너 다이오드의 캐소드가 상기 VCC 라인에 연결되고, 상기 제너 다이오드의 애노드가 상기 그라운드 라인에 연결되는 것으로 하는 화상형성장치.
제 14 항에 있어서,
상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부를 더 포함하는 화상형성장치.
제 15 항에 있어서,
상기 VCC 라인에 설치되어 미리 설정된 크기 이상의 전압이 입력되면 상기 VCC 라인을 통한 전원의 연결을 차단하는 능동 스위치를 더 포함하는 화상형성장치.
제 20 항에 있어서,
상기 능동 스위치가 전압을 입력받는 전압 입력단은 상기 과전압 보호부의 출력단에 연결되는 화상형성장치.
제 21 항에 있어서,
상기 과전압 보호부의 출력단에는 일정한 저항값을 갖는 저항소자가 연결되는 화상형성장치.
제 22 항에 있어서,
상기 능동 스위치는,
상기 능동 스위치의 전압 입력단을 통해 미리 설정된 크기 이상의 전압이 입력되면 상기 VCC 라인에 흐르는 전류의 흐름을 차단하는 화상형성장치.
제 23 항에 있어서,
상기 능동 스위치는,
트랜지스터 및 FET(Field Effect Transistor) 중 적어도 하나를 포함하는 화상형성장치.
제 15 항에 있어서,
상기 VCC 라인에 설치되어 상기 VCC 라인에 흐르는 과전류를 차단하는 VCC 과전류 차단부를 더 포함하는 화상형성장치.
제 19 항 또는 제 25 항에 있어서,
상기 그라운드 과전류 차단부 및 상기 VCC 과전류 차단부는,
퓨즈(fuse) 및 폴리 스위치 중 적어도 하나를 각각 포함하는 화상형성장치.