KR102154635B1

KR102154635B1 - 코일 구동 장치

Info

Publication number: KR102154635B1
Application number: KR1020190104663A
Authority: KR
Inventors: 선종국; 조우진; 고재형
Original assignee: 엘에스일렉트릭(주)
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2020-09-10
Also published as: US11791081B2; CN114342034A; JP7252412B2; EP4024416A4; JP2022545484A; WO2021040184A1; US20220293322A1; EP4024416A1

Abstract

본 발명은, 입력 전압을 감지하는 입력전압 감지부, 코일에 구동 전류를 공급하기 위해 스위칭 동작하는 스위치부, 상기 스위치부의 스위칭 동작을 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하는 PWM 회로부, 상기 PWM 신호가 조절되게 임피던스 값을 가변하여, 상기 구동 전류를 제한하는 임피던스 조절부 및 상기 입력 전압을 기반으로 상기 임피던스 조절부가 상기 임피던스 값을 가변시켜, 상기 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio) 및 주파수 중 적어도 하나를 조절하는 제어부를 포함하는 코일 구동 장치입력 전압을 감지하는 입력전압 감지부, 코일에 구동 전류를 공급하기 위해 스위칭 동작하는 스위치부, 상기 스위치부의 스위칭 동작을 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하는 PWM 회로부, 상기 PWM 신호가 조절되게 임피던스 값을 조절하여, 상기 구동 전류를 제한하는 임피던스 조절부 및 상기 입력 전압을 기반으로, 상기 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio) 및 주파수 중 적어도 하나가 조절되게 상기 임피던스 값이 가변되도록 상기 임피던스 조절부를 제어하는 제어부를 포함하는 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치를 제공한다.

Description

코일 구동 장치{Coil drive appatatus}

본 발명은 코일 구동 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 넓은 전압 범위에서 일정한 돌입 전류와 유지 전류를 제공하기 용이한 코일 구동 장치에 관한 것이다.

전자 접촉기(Magnetic Contactor, 이하 'MC'라 칭함)와 릴레이(Relay)는 내부의 코일이 발동자(actuator) 역할을 하여, 코일에 전류가 흐르면 스위치가 동작하여 통전시키는 역할을 한다.

여기서, MC는 외부의 신호에 의해 부하 전류를 on-off 해주는 기기로서, 전자석의 원리를 이용한 것이다.

코일이 감겨져 있는 고정 코어(core)와, 상기 고정 코어의 자기력에 의하여 움직이는 가동 코어로 이루어져 있다. 전원이 on되면 고정 코어에 의하여 자기력이 발생하게 되고, 이 자기력에 의하여 가동 코어가 고정 코어에 붙으면서, 실질적으로 접촉이 이루어지게 하려는 소정 접점이 붙게 된다. 전원이 off되면 자기력이 없어지게 되며, 상기 가동 코어부에 부착된 복원용 스프링에 의하여 상기 접점이 떨어지게 된다.

고정 코어와 가동 코어가 떨어져 있는 초기 상태의 경우, 전원을 on시켜 초기 가동 시간 동안에는 복원용 스프링의 작용력과 반대 방향으로 상기 가동 코어를 끌어주기 위해서 큰 자기력이 필요하다. 그리고, 상기 고정 코어와 가동 코어가 붙은 후, 즉 접점이 접촉된 후에는 작은 자기력에도 그 상태가 계속 유지된다.

자기력은 코일에 흐르는 전류에 비례하는 힘을 가진다. 입력 전압의 변동에도 코일 전류의 크기가 일정하게 유지되면, 자기력도 일정하게 유지된다. 따라서, 전자식 접촉기의 동작 특성을 일정하게 유지시키기 위해서는 전류의 크기가 일정하도록 제어해야 한다. 그리고, 접점이 떨어졌을 때와 접점이 붙었을 때의 필요한 자기력이 다르기 때문에, 효율적인 제어를 위해서는 이를 구분하여 전류 제어를 해야 한다.

위의 전류 제어를 위하여 코일 전류의 검출을 통한 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, 이하 'PWM'라 칭함) 제어 방식이 사용된다. PWM 제어는 전류의 설정 값과 검출 값을 비교하여 전류 스위칭 소자의 On-Off 시간을 조정(펄스 폭 조정)한다. On 시간이 길수록 스위칭 소자를 통해 더 많은 전류가 흐르게 되며, Off 시간이 길면 그와 반대로 전류가 줄어 들게 된다.

일반적으로 PWM 제어 방식에 따른 PWM 회로는 펄스 폭을 조절하기 위해 전력용 반도체 소자(Power Transistor)를 스위칭 함으로써 코일에 흐르는 전류량을 조절하게 된다.

또한 코일 전류를 감시하기 위한 전류 센서(저항 등)와 피드백(Feedback) 회로와 Photo coupler 등이 요구된다.

MC와 릴레이는 코일 구동을 위한 높은 돌입 전류가 필요하며 구동 후에는 코일 내부의 가동 접촉자(Moving Contactor) 또는 가동 코어(Moving Core)가 통전을 유지하도록 돌입 시 전류보다 낮은 유지 전류로의 변동이 요구된다. 또한 유지 시에는 높은 전류가 요구되지 않으므로 전류를 낮춰 코일의 온도를 감소시켜야 한다.

최근 들어, 입력 전압이 낮은 전압 영역 또는 높은 전압 영역에서, PWM 회로는 펄스 폭의 최대 듀티비에 제한이 있으므로, 낮은 전압 영역에서 필요한 구동 전류를 제한하여 코일에 충분한 전류를 공급하지 못하는 문제와 높은 전압 영역에서 전류가 상승하여 소모 전력 증가, 발열 및 코일의 수명 문제를 해결하기 위한 연구가 진행 중에 있다.

본 발명의 목적은, 넓은 전압 범위에서 일정한 돌입 전류와 유지 전류를 제공하기 용이한 코일 구동 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 일정한 돌입 전류와 유지 전류를 제공하면서도 온도 변화에 둔감하여 코일의 온도 상승에도 높은 신뢰도를 보장할 수 있는 코일 구동 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 코일 구동 장치는, 입력 전압을 감지하는 입력전압 감지부, 코일에 구동 전류를 공급하기 위해 스위칭 동작하는 스위치부, 상기 스위치부의 스위칭 동작을 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하는 PWM 회로부, 상기 PWM 신호가 조절되게 임피던스 값을 가변하여, 상기 구동 전류를 제한하는 임피던스 조절부 및 상기 입력 전압을 기반으로 상기 임피던스 조절부가 상기 임피던스 값을 가변시켜, 상기 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio) 및 주파수 중 적어도 하나를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 구동 전류는, 상기 코일에 포함된 가동 접촉자(moving contactor) 또는 가동 코어(moving core)의 초기 구동을 위한 돌입 전류, 및 상기 가동 접촉자 또는 상기 가동 코어의 접촉을 유지시키는 유지 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 PWM 회로부는, 상기 돌입 전류를 공급하기 위한 제1 PWM 신호 및 상기 유지 전류를 공급하기 위한 제2 PWM 신호 중 적어도 하나를 포함하는 상기 PWM 신호를 출력할 수 있다.

상기 임피던스 조절부는, 제1 임피던스 값을 갖는 제1 임피던스부, 상기 제1 임피던스 값보다 작은 제2 임피던스 값을 갖는 제2 임피던스부 및 상기 제1, 2 임피던스부에 의해 가변된 상기 제1 PWM 신호를 상기 스위치 소자로 공급한 후 시간 지연시킨 상기 제2 PWM 신호를 공급하는 시간 지연부를 포함할 수 있다.

상기 제1, 2 임피던스부는, 서로 병렬 연결되며, 상기 제1 임피던스부는, 상기 제1 임피던스 값을 갖는 제1 저항 및 상기 제1 저항과 연결된 제1 스위치를 포함하고, 상기 제2 임피던스부는, 상기 제2 임피던스 값을 갖는 제2 저항 및 상기 제2 저항과 연결된 제2 스위치를 포함할 수 있다.

상기 제1, 2 임피던스부는, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제1, 2 스위치가 스위칭 동작하고 상기 제1, 2 임피던스 값에 따라 상기 임피던스 값을 가변하여, 상기 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio) 및 주파수 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 입력 전압이 설정된 제1, 2, 3 전압 범위 중 어느 하나에 속하는지 판단하는 판단부 및 상기 판단부의 판단 결과에 따라 상기 제1, 2 임피던스부 및 상기 시간지연부를 제어하는 구동제어부를 포함할 수 있다.

상기 구동제어부는, 상기 입력 전압이 상기 제1 전압 범위에 속하는 것으로 판단하면, 상기 돌입 전류의 공급을 위한 상기 제1 PWM 신호가 하이(high) 레벨로 유지되게 상기 제1, 2 스위치가 스위치 턴오프 동작시켜 상기 임피던스 값이 고임피던스로 유지하고, 상기 제1 PWM 신호의 공급 후 상기 시간지연부를 제어하여 시간지연 후 상기 유지 전류의 공급을 위한 상기 제2 PWM 신호가 공급되게 상기 제2 스위치를 스위치 턴온 동작시킬 수 있다.

상기 구동제어부는, 상기 입력 전압이 상기 제2 전압 범위에 속하는 것으로 판단하면, 상기 돌입 전류의 공급을 위한 상기 제1 PWM 신호가 공급되게 상기 제1 스위치를 스위치 턴오프 동작 및 상기 제2 스위치를 스위치 턴온 동작시켜 상기 임피던스 값이 상기 제2 임피던슥 값에 의해 중 임피던스로 유지하고, 상기 제1 PWM 신호의 공급 후 상기 시간지연부를 제어하여 시간지연 후 상기 유지 전류의 공급을 위한 상기 제2 PWM 신호가 공급되게 상기 제2 스위치를 스위치 턴온 동작시킬 수 있다.

상기 구동제어부는, 상기 입력 전압이 상기 제3 전압 범위에 속하는 것으로 판단하면, 상기 돌입 전류의 공급을 위한 상기 제1 PWM 신호가 공급되게 상기 제1 스위치를 스위치 턴오프 동작 및 상기 제2 스위치를 스위치 턴온 동작시켜 상기 임피던스 값이 상기 제2 임피던스 값에 의해 중 임피던스로 유지하고, 상기 제1 PWM 신호의 공급 후 상기 시간지연부를 제어하여 시간지연 후 상기 유지 전류의 공급을 위한 상기 제2 PWM 신호가 공급되게 상기 제1, 2 스위치를 스위치 턴온 동작시켜 상기 임피던스 값이 상기 제1, 2 임피던스 값에 의해 저 임피던스로 가변시킬 수 있다.

상기 구동제어부는, 상기 입력전압이 상기 제1 전압 범위에서 상기 제3 전압 범위에 속할수록, 상기 제1, 2 PWM 신호의 듀티비가 짧아지고, 주파수의 레벨이 낮아지도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 코일 구동 장치는, 교류 전압을 직류 타입으로 정류한 상기 입력 전압을 출력하는 정류부를 더 포함할 수 있다.

상기 입력전압 감지부는, 상기 입력 전압을 감지하는 전압 센서를 포함할 수 있다.

상기 스위치부는, 상기 임피던스 조절부에 의해 가변된 상기 PWM 신호로 스위칭 턴온 및 턴오프 동작할 수 있다.

상기 임피던스 조절부는, 복수 개의 임피던스부 및 상기 복수 개의 임피던스부에 의해 가변된 상기 PWM 신호를 시간지연시키는 시간 지연부를 포함하고, 상기 복수 개의 임피던스부는, 서로 다른 임피던스 값을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 코일 구동 장치는, 넓은 전압 범위에서 안정적으로 돌입 전류 및 유지 전류를 제공함으로써, 제품의 신뢰성을 확보할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 코일 구동 장치는, 입력된 전압에 따라 PWM 회로에 입력된 펄스 폭 또는 주파수를 변경하여 안정적인 돌입 전류 및 유지 전류를 제공하여 낮은 전압에서 동작 및 높은 전압에서의 코일 스트레스 및 수명 연장 그리고 발열 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 코일 구동 장치는, 교류 전압인 경우 직류로 정류하는 정류용 캐퍼시터가 작은 캐퍼시터 즉 리플이 많은 정류 회로에서도 동작이 가능하도록 고안되어 소형화 및 원가 절감이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 코일 구동 장치는, 종래 기술에서 요구되는 코일 전류를 감시하기 위한 전류 센서(저항 등)와 피드백(Feedback) 회로와 Photo coupler 등이 불필요하여 제품의 단순화 및 소형화가 가능하다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치에 대한 제1 실시 예를 나타낸 동작회로도이다.
도 4는 도 3의 동작회로도에서 PWM 신호 및 스위치부에 입력되는 PWM 신호를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치에 대한 제2 실시 예를 나타낸 동작회로도이다.
도 6은 도 5의 동작회로도에서 PWM 신호 및 스위치부에 입력되는 PWM 신호를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치에 대한 제3 실시 예를 나타낸 동작회로도이다.
도 8은 도 7의 동작회로도에서 PWM 신호 및 스위치부에 입력되는 PWM 신호를 나타낸다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도 및 도 2는 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치를 나타낸 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치(100)는 입력전압 감지부(110), PWM 회로부(120), 임피던스 조절부(130), 스위치부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.

입력전압 감지부(110)는 전원부(Vcc)로부터 입력된 입력 전압(Vin)을 감지할 수 있다. 실시 예에서, 전원부(Vcc)은 직류 타입의 입력 전압(Vin)을 출력하는 배터리 또는 DC/DC 컨버터일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

또한, 전원부(Vcc)는 입력된 교류 전압을 직류 타입의 입력 전압(Vin)으로 정류하는 정류부를 포함할 수 있다.

입력전압 감지부(110)는 입력 전압(Vin)을 감지하기 위한 전압 센서일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다. 여기서, 전압 센서는 입력 전압(Vin)에 대응하는 전류를 측정함으로써, 입력 전압(Vin)을 감지할 수 있다.

PWM(Pulse Width Modulation) 회로부(120)는 코일(160)에 포함된 가동 접촉자(moving contactor) 또는 가동 코어(moving core)의 초기 구동을 위한 돌입 전류(Ip) 및 상기 가동 접촉자 또는 상기 가동 코어의 접촉을 유지시키는 유지 전류(Id)가 공급되게 PWM 신호(pwm)를 출력할 수 있다.

여기서, PWM 신호(pwm)는 돌입 전류(Ip)의 공급을 위한 제1 PWM 신호(pwm_1) 및 유지 전류(Id)의 공급을 위한 제2 PWM 신호(pwm_2)를 포함할 수 있다.

PWM 회로부(120)는 단일 PWM 소자로 구현될 수 있으며, 제어부(150)의 제어에 따라 PWM 신호(pwm)를 출력할 수 있다.

임피던스 조절부(130)는 PWM 회로부(120)에서 출력된 PWM 신호(pwm)의 듀티비(Duty Ratio) 및 주파수 중 적어도 하나를 가변시켜 스위치부(140)으로 공급할 수 있다.

먼저, 임피던스 조절부(130)는 제1, 2 임피던스부(132, 134) 및 시간지연부(136)를 포함할 수 있다.

제1 임피던스부(132)는 제1 스위치(SW1) 및 제1 저항(R1)을 포함할 수 있으며, 제2 임피던스부(134)는 제1 임피던스부(132)와 병렬 연결되며, 제2 스위치(SW2) 및 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다.

여기서, 제1 임피던스부(132)는 제1 임피던스 값을 가지며, 제2 임피던스부(134)는 제1 임피던스 값보다 작은 제2 임피던스 값을 가질 수 있다. 즉, 제1 저항(R1)은 제2 저항(R2)보다 저항값을 크게 가질 수 있다.

시간 지연부(136)는 제1 PWM 신호(pwm_1)가 공급되고 시간지연시켜 제2 PWM 신호(pwm_2)가 공급되게 할 수 있다.

스위치부(140)는 PWM 신호(pwm)에 의해 스위치 턴온 및 턴오프 동작할 수 있으며, PWM 신호(pwm)는 PWM 회로부(120)에 출력된 신호이거나, 또는 임피던스 조절부(130)에 의해 가변된 신호일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

여기서, 스위치부(140)는 PWM 신호(pwm)에 의해 스위치 턴온 및 턴오프 동작하여, 코일(160)로 돌입 전류(Ip) 및 유지 전류(Id)를 공급할 수 있다.

PWM 회로부(120)와 스위치부(140) 사이에는 다이오드(D)가 연결될 수 있다. 다이오드(D)는 PWM 회로부(120)로 공급되는 서지 전압을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

제어부(150)는 판단부(152) 및 구동 제어부(154)를 포함할 수 있다.

판단부(152)는 입력전압 감지부(110)에서 감지된 입력 전압(Vin)이 설정된 제1, 2, 3 전압 범위 중 어느 하나에 속하는지 판단할 수 있다.

여기서, 상기 제2 전압 범위는 기준 전압 범위를 나타내며, 상기 제1 전압 범위는 상기 기준 전압 범위보다 낮은 저 전압 범위이며, 상기 제3 전압 범위는 상기 기준 전압 범위보다 높은 고 전압 범위를 나타낼 수 있다.

판단부(152)는 입력 전압(Vin)이 상기 제1 전압 범위에 속하면 제1 판단신호(sp1), 입력 전압(Vin)이 상기 제2 전압 범위에 속하면 제2 판단신호(sp2) 및 입력 전압(Vin)이 상기 제3 전압 범위에 속하면 제3 판단신호(sp3)를 출력할 수 있다.

구동 제어부(154)는 판단부(152)의 판단 결과에 따라 임피던스 조절부(130)를 제어할 수 있다.

제1 판단신호(sp1)가 입력되는 경우, 구동 제어부(154)는 돌입 전류(Ip)의 공급을 위한 제1 PWM 신호(pwm_1)가 하이(high) 레벨로 유지되게 제1, 2 스위치(SW1, SW2)를 스위치 턴오프 동작시킬 수 있다.

이후, 구동 제어부(154)는 제1 PWM 신호(pwm_1)를 공급하고 시간 지연부(136)를 제어하여 시간지연시킨 후 유지 전류(Id)의 공급을 위한 제2 PWM 신호(pwm_2)가 공급되게 제2 스위치(SW2)를 스위치 턴온 동작시켜, 제2 PWM 신호(pwm_2)의 주파수 레벨을 낮출 수 있다.

즉, 제2 스위치(SW2)가 스위치 턴온 동작되는 경우, 제2 PWM 신호(pwm_2)는 PWM 회로부(120)에서 출력된 제2 PWM(pwm_2)보다 주파수 레벨이 제2 저항(R2)에 의한 제2 임피던스 값에 따라 임피던스가 조절되어 낮게 조절될 수 있다.

제2 판단신호(sp2)가 입력되는 경우, 구동 제어부(154)는 돌입 전류(Ip)의 공급을 위한 제1 PWM 신호(pwm_1)가 공급되게 제1 스위치(SW1)을 스위치 턴오프 동작 및 제2 스위치(SW2)를 스위치 턴온 동작시킬 수 있다.

제3 판단신호(sp3)가 입력되는 경우, 구동 제어부(154)는 돌입 전류(Ip)의 공급을 위한 제1 PWM 신호(pwm_1)가 공급되게 제1 스위치(SW1)을 스위치 턴오프 동작 및 제2 스위치(SW2)를 스위치 턴온 동작시킬 수 있다.

이후, 구동 제어부(154)는 제1 PWM 신호(pwm_1)를 공급하고 시간 지연부(136)를 제어하여 시간지연시킨 후 유지 전류(Id)의 공급을 위한 제2 PWM 신호(pwm_2)가 공급되게 제1, 2 스위치(SW1, SW2)를 스위치 턴온 동작시켜, 제2 PWM 신호(pwm_2)의 주파수 레벨을 낮출 수 있다.

즉, 제1, 2 스위치(SW1, SW2)가 스위치 턴온 동작되는 경우, 제2 PWM 신호(pwm_2)는 PWM 회로부(120)에서 출력된 제2 PWM(pwm_2)보다 주파수 레벨이 제1, 2 저항(R1, R2)에 의한 제1, 2 임피던스 값에 따라 임피던스가 조절되어 낮게 조절될 수 있다.

간략하게 정리하면, 입력 전압(Vin)이 제1 전압 범위에서 제3 전압 범위에 속할수록, PWM 신호(pwm)는 주파수의 레벨이 낮아지고, 듀티비가 짧게 조절할 수 있다.

상술한 바와 같이, 입력 전압(Vin)은 제1 전압 범위 내지 제3 전압 범위로 나눠어 설명하였으나, 3개를 넘는 전압범위도 포함하는 것으로 해설될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

도 3은 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치에 대한 실시 예를 나타낸 동작회로도이고, 도 4는 도 3의 동작회로도에서 PWM 신호 및 스위치부에 입력되는 PWM 신호를 나타낸다.

먼저, 도 3 및 도 4는 입력 전압(Vin)이 제1 전압 범위에 속하는 경우 회로 동작 및 PWM 신호를 나타낸다.

먼저, PWM 회로부(120)는 입력 전압(Vin)에 따라 코일(160)에 포함된 가동 접촉자(moving contactor) 또는 가동 코어(moving core)의 초기 구동을 위한 돌입 전류(Ip)가 공급되게 제1 PWM 신호(pwm_1)를 출력할 수 있다.

이때, 제어부(150)는 입력전압 감지부(110)로부터 감지된 입력 전압(Vin)이 제1 전압 범위에 속하면, 입력 전압(Vin)이 정상 전압보다 낮은 전압인 것으로 확인할 수 있다.

제어부(150)는 제1 PWM 신호(pwm_1)의 주파수 레벨이 하이(high) 레벨로 유지하기 위하여 제1, 2 스위치(SW1, SW2)가 스위치 턴오프되게 제어할 수 있다.

여기서, PWM 회로부(120)와 스위치부(140) 사이에는 다이오드(D)가 연결될 수 있다. 다이오드(D)는 PWM 회로부(120)로 공급되는 서지 전압을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

제1 PWM 신호(pwm_1)은 시간 지연부(136)의 후단에 배치되는 커패시터 및 인덕터 중 적어도 하나에 의해 주파수 레벨이 하이(high) 레벨로 유지될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 도 4와 같이, 제1 PWM 신호(pwm_1)은 주파수 및 듀티비를 가지고 출력되지만, 스위치부(140)에 입력되는 제1 PWM 신호(pm_1)는 주파수 레벨이 하이(high) 레벨로 유지될 수 있다.

이후, 제1 PWM 신호(pwm_1)가 공급된 후 시간 지연부(136)에서 시간 지연되고, PWM 회로부(120)는 상기 가동 접촉자 또는 상기 가동 코어의 접촉을 유지시키는 유지 전류(Id)가 공급되게 제2 PWM 신호(pwm_2)를 출력할 수 있다.

제어부(150)는 제2 PWM 신호(pwm_2)가 공급되게 제2 스위치(SW2)를 스위치 턴온 동작시켜, 제2 PWM 신호(pwm_2)의 주파수 레벨을 낮출 수 있다.

즉, 도 4와 같이, PWM 회로부(120)에서 출력된 제2 PWM 신호(pwm_2)는 주파수 레벨이 하이(high) 레벨이지만, 스위치부(140)로 공급되는 제2 PWM 신호(pwm_2)는 주파수 레벨이 하이 레벨보다 낮은 레벨로 가변될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치에 대한 제2 실시 예를 나타낸 동작회로도 및 도 6은 도 5의 동작회로도에서 PWM 신호 및 스위치부에 입력되는 PWM 신호를 나타낸다.

먼저, 도 5 및 도 6은 입력 전압(Vin)이 제2 전압 범위에 속하는 경우 회로 동작 및 PWM 신호를 나타낸다.

이때, 제어부(150)는 입력전압 감지부(110)로부터 감지된 입력 전압(Vin)이 제2 전압 범위에 속하면, 입력 전압(Vin)이 정상 전압인 것으로 확인할 수 있다.

제어부(150)는 제1 PWM 신호(pwm_1)가 스위치부(140)로 공급되게 제1 스위치(SW1)을 스위치 턴오프 동작 및 제2 스위치(SW2)를 스위치 턴온 동작시킬 수 있다.

도 6과 같이, 제1 PWM 신호(pwm_1)은 주파수 및 듀티비를 가지고 출력되지만, 스위치부(140)에 입력되는 제1 PWM 신호(pm_1)는 주파수 레벨이 제2 스위치(SW2)의 스위치 턴온 동작에 따라 제2 저항(R2)에 의한 제2 임피던스 값에 따라 임피던스가 가변되어 주파수 레벨이 낮아질 수 있다.

즉, 도 6과 같이, PWM 회로부(120)에서 출력된 제2 PWM 신호(pwm_2)는 주파수 레벨이 하이(high) 레벨이지만, 스위치부(140)로 공급되는 제2 PWM 신호(pwm_2)는 주파수 레벨이 하이 레벨보다 낮은 레벨로 가변될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 전자 접촉기 및 릴레이용 코일 구동 장치에 대한 제3 실시 예를 나타낸 동작회로도 및 도 8은 도 7의 동작회로도에서 PWM 신호 및 스위치부에 입력되는 PWM 신호를 나타낸다.

먼저, 도 7 및 도 8은 입력 전압(Vin)이 제3 전압 범위에 속하는 경우 회로 동작 및 PWM 신호를 나타낸다.

이때, 제어부(150)는 입력전압 감지부(110)로부터 감지된 입력 전압(Vin)이 제3 전압 범위에 속하면, 입력 전압(Vin)이 과 전압인 것으로 확인할 수 있다.

도 8과 같이, 제1 PWM 신호(pwm_1)은 주파수 및 듀티비를 가지고 출력되지만, 스위치부(140)에 입력되는 제1 PWM 신호(pm_1)는 주파수 레벨이 제2 스위치(SW2)의 스위치 턴온 동작에 따라 제2 저항(R2)에 의한 제2 임피던스 값에 따라 임피던스가 가변되어 주파수 레벨이 낮아질 수 있다.

제어부(150)는 제2 PWM 신호(pwm_2)가 공급되게 제1, 2 스위치(SW1, SW2)를 스위치 턴온 동작시켜, 제2 PWM 신호(pwm_2)의 주파수 레벨을 낮출 수 있다.

즉, 도 8과 같이, PWM 회로부(120)에서 출력된 제2 PWM 신호(pwm_2)는 주파수 레벨이 하이(high) 레벨이지만, 스위치부(140)로 공급되는 제2 PWM 신호(pwm_2)는 주파수 레벨이 도 6에 나타낸 제2 PWM 신호(pwm_2)보다 낮은 레벨로 가변될 수 있다.

또한, 도 3 내지 도 8에 나타낸 제1, 2 PWM 신호(pwm_1, pwm_2)는 듀티비 및 주파수 중 적어도 하나가 입력 전압(Vin)에 따라 가변됨으로써, 입력 전압(Vin)의 변화에도 코일(160)에 입력되는 돌입 전류(Ip) 및 유지 전류(Id)가 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

입력 전압을 감지하는 입력전압 감지부;
코일에 구동 전류를 공급하기 위해 스위칭 동작하는 스위치부;
상기 스위치부의 스위칭 동작을 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하는 PWM 회로부;
상기 PWM 신호가 조절되게 임피던스를 가변하여, 상기 구동 전류를 제한하는 임피던스 조절부; 및
상기 입력 전압을 기반으로 상기 임피던스 조절부가 상기 임피던스를 가변시켜, 상기 PWM 신호의 듀티비(Duty Ratio) 및 주파수 중 적어도 하나를 조절하는 제어부를 포함하는,
코일 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 구동 전류는,
상기 코일에 포함된 가동 접촉자(moving contactor) 또는 가동 코어(moving core)의 초기 구동을 위한 돌입 전류, 및 상기 가동 접촉자 또는 상기 가동 코어의 접촉을 유지시키는 유지 전류 중 적어도 하나를 포함하는,
코일 구동 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 PWM 회로부는,
상기 돌입 전류를 공급하기 위한 제1 PWM 신호 및 상기 유지 전류를 공급하기 위한 제2 PWM 신호 중 적어도 하나를 포함하는 상기 PWM 신호를 출력하는,
코일 구동 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 임피던스 조절부는,
제1 임피던스 값을 갖는 제1 임피던스부;
상기 제1 임피던스 값보다 작은 제2 임피던스 값을 갖는 제2 임피던스부; 및
상기 제1, 2 임피던스부에 의해 가변된 상기 제1 PWM 신호를 상기 스위치부로 공급한 후 시간 지연시킨 상기 제2 PWM 신호를 공급하는 시간 지연부를 포함하는,
코일 구동 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제1, 2 임피던스부는,
서로 병렬연결되며,
상기 제1 임피던스부는,
상기 제1 임피던스 값을 갖는 제1 저항 및 상기 제1 저항과 연결된 제1 스위치를 포함하고,
상기 제2 임피던스부는,
상기 제2 임피던스 값을 갖는 제2 저항 및 상기 제2 저항과 연결된 제2 스위치를 포함하는,
코일 구동 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1, 2 임피던스부는,
상기 제어부의 제어에 따라 상기 제1, 2 스위치가 스위칭 동작하고 상기 제1, 2 임피던스 값에 따라 상기 임피던스를 가변하여, 상기 제1, 2 PWM 신호 중 적어도 하나의 듀티비(Duty Ratio) 및 주파수 중 적어도 하나를 조절하는,
코일 구동 장치.
제 5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 입력 전압이 설정된 제1, 2, 3 전압 범위 중 어느 하나에 속하는지 판단하는 판단부; 및
상기 판단부의 판단 결과에 따라 상기 제1, 2 임피던스부 및 상기 시간지연부를 제어하는 구동제어부를 포함하는,
코일 구동 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동제어부는,
상기 입력 전압이 상기 제1 전압 범위에 속하는 것으로 판단하면, 상기 돌입 전류의 공급을 위한 상기 제1 PWM 신호가 하이(high) 레벨로 유지되게 상기 제1, 2 스위치가 스위치 턴오프 동작시켜 상기 임피던스가 고임피던스로 유지하고, 상기 제1 PWM 신호의 공급 후 상기 시간지연부를 제어하여 시간지연 후 상기 유지 전류의 공급을 위한 상기 제2 PWM 신호가 공급되게 상기 제2 스위치를 스위치 턴온 동작시키는,
코일 구동 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동제어부는,
상기 입력 전압이 상기 제2 전압 범위에 속하는 것으로 판단하면, 상기 돌입 전류의 공급을 위한 상기 제1 PWM 신호가 공급되게 상기 제1 스위치를 스위치 턴오프 동작 및 상기 제2 스위치를 스위치 턴온 동작시켜 상기 임피던스가 상기 제2 임피던스 값에 의해 중 임피던스로 유지하고, 상기 제1 PWM 신호의 공급 후 상기 시간지연부를 제어하여 시간지연 후 상기 유지 전류의 공급을 위한 상기 제2 PWM 신호가 공급되게 상기 제2 스위치를 스위치 턴온 동작시키는,
코일 구동 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동제어부는,
상기 입력 전압이 상기 제3 전압 범위에 속하는 것으로 판단하면, 상기 돌입 전류의 공급을 위한 상기 제1 PWM 신호가 공급되게 상기 제1 스위치를 스위치 턴오프 동작 및 상기 제2 스위치를 스위치 턴온 동작시켜 상기 임피던스가 상기 제2 임피던스 값에 의해 중 임피던스로 유지하고, 상기 제1 PWM 신호의 공급 후 상기 시간지연부를 제어하여 시간지연 후 상기 유지 전류의 공급을 위한 상기 제2 PWM 신호가 공급되게 상기 제1, 2 스위치를 스위치 턴온 동작시켜 상기 임피던스가 상기 제1, 2 임피던스 값에 의해 저 임피던스로 가변시키는,
코일 구동 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 구동제어부는,
상기 입력전압이 상기 제1 전압 범위에서 상기 제3 전압 범위에 속할수록, 상기 제1, 2 PWM 신호의 듀티비가 짧아지고, 주파수의 레벨이 낮아지도록 제어하는,
코일 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
교류 전압을 직류 타입으로 정류한 상기 입력 전압을 출력하는 정류부를 더 포함하는,
코일 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 입력전압 감지부는,
상기 입력 전압을 감지하는 전압 센서를 포함하는,
코일 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스위치부는,
상기 임피던스 조절부에 의해 가변된 상기 PWM 신호로 스위칭 턴온 및 턴오프 동작하는,
코일 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 임피던스 조절부는,
복수 개의 임피던스부; 및
상기 복수 개의 임피던스부에 의해 가변된 상기 PWM 신호를 시간지연시키는 시간 지연부를 포함하고,
상기 복수 개의 임피던스부는,
서로 다른 임피던스 값을 가지는,
코일 구동 장치.