KR102194124B1 - 릴레이 구동 장치 및 이를 갖는 인버터 시스템 - Google Patents

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류승표
이승용
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현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
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Abstract

본 발명은 릴레이를 안정적으로 구동시킬 수 있는 릴레이 구동 장치 및 이를 갖는 인버터 시스템에 관한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치는 릴레이를 구동시키는 구동 전력을 공급하는 전력 공급부, 상기 전력 공급부의 구동 전력 공급을 제어하는 전력 제어 신호를 제공하고, 상기 전력 제어 신호 제공 후 사전에 설정된 릴레이 구동 대기 시간 이후에 릴레이의 구동을 제어하는 구동 제어 신호를 제공하는 제어부, 및 상기 제어부와 상기 전력 공급부 간에 전기적으로 절연하여 상기 전력 제어 신호를 상기 전력 공급부에 전달하는 신호 절연부를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템은 상술한 릴레이 구동 장치를 포함할 수 있다.

Description

릴레이 구동 장치 및 이를 갖는 인버터 시스템{RELAY DRIVER AND INVERTER SYSTEM HAVING THEREOF}
본 발명은 릴레이를 구동시키는 릴레이 구동 장치 및 이를 갖는 인버터 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 에너지 저장장치는 야간에 잉여 전력을 배터리에 충전하고, 주간 또는 전력이 최대로 사용될 때 계통에 전력을 공급할 수 있으며, 이를 위해 인버터 시스템이 포함된다.
상술한 인버터 시스템은 정전 또는 시스템 고장시 배터리 또는 계통과 분리되기 위해 전자 접촉기의 온/오프를 제어하는 릴레이를 사용할 수 있다.
이러한 릴레이는 릴레이 구동 장치에 의해 온/오프되는데, 릴레이 구동 장치에 의해 릴레이가 온/오프되는 순간 아크로 인한 릴레이 접점 소손이나 릴레이 코일 측의 역기전력으로 인하여 릴레이 구동 장치의 트랜지스터가 소손되는 문제점이 있으며, 릴레이 구동 장치를 제어하기 위한 제어 전원 투입시 트랜지스터의 베이스 신호의 불안전으로 인해 릴레이가 오동작하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1572873호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 릴레이를 안정적으로 구동시킬 수 있는 릴레이 구동 장치 및 이를 갖는 인버터 시스템이 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치는 릴레이를 구동시키는 구동 전력을 공급하는 전력 공급부, 상기 전력 공급부의 구동 전력 공급을 제어하는 전력 제어 신호를 제공하고, 상기 전력 제어 신호 제공 후 사전에 설정된 릴레이 구동 대기 시간 이후에 릴레이의 구동을 제어하는 구동 제어 신호를 제공하는 제어부, 및 상기 제어부와 상기 전력 공급부 간에 전기적으로 절연하여 상기 전력 제어 신호를 상기 전력 공급부에 전달하는 신호 절연부를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템은 상술한 릴레이 구동 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 일정 시간 이후에 릴레이에 전력이 공급되고, 이후 일정 시간 이후에 릴레이가 구동되어 릴레이가 안정적으로 구동될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치의 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치의 동작을 나타내는 타이밍 챠트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치의 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템(100)은 전자 접촉부(110), 전력 변환부(130), 필터부(140), 변압부(190), 릴레이부(180), 릴레이 구동 장치(150) 및 제어 회로(160)를 포함할 수 있으며, 보호부(120) 및 표시부(170)를 더 포함할 수 있다.
전자 접촉부(110)는 인버터 시스템(100)의 직류 전력의 입출력단(DC INPUT/OUTPUT)과 전기적으로 연결된 제1 전자 접촉기 그룹(111)과 계통 전력의 입출력단에 전기적으로 연결된 제2 전자 접촉기 그룹(112)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1 전자 접촉기 그룹(111)은 제1 및 제2 전자 접촉기(MC1,MC2)를 포함할 수 있고, 제2 전자 접촉기 그룹(112)는 제3 및 제4 전자 접촉기(MC3.MC4)를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 전자 접촉기 그룹(111,112)의 전자 접촉기의 수는 다양하게 구성될 수 있다.
제1 및 제2 전자 접촉기 그룹(111,112)의 각 전자 접촉기는 제어에 따라 직류 전력의 입출력단(DC INPUT/OUTPUT) 또는 계통 전력의 입출력단과 전기적으로 연결되거나 연결이 차단될 수 있다.
전력 변환부(130)는 제어 회로(160)의 제어에 따라 PWM(pulse width modulation) 스위칭 동작하여 직류 전력-교류 전력 또는 교류 전력-직류 전력 간의 전력 변환 동작을 수행할 수 있다.
필터부(140)는 변압부(190)를 사이에 두고 배치된 제1 및 제2 필터(141,142)를 포함할 수 있으며, 제1 필터(141)는 LC 필터일 수 있으며, 제2 필터(142)는 전자기 간섭 제거 필터일 수 있다.
변압부(190)는 교류 전력의 전압 레벨을 변압할 수 있다.
릴레이부(180)는 적어도 하나의 릴레이를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 릴레이는 제어 신호에 따라 온/오프되어 전자 접촉기(MC1~MC4)를 개방 또는 단락시킬 수 있다.
릴레이 구동 장치(150)는 제어 회로(160)의 제어 신호에 따라 릴레이부(180)의 적어도 하나의 릴레이를 온/오프를 제어할 수 있다.
릴레이 구동 장치(150)는 제어부(151), 신호 절연부(152) 및 전력 공급부(153)를 포함할 수 있다.
제어부(151)는 제어 회로(160)의 제어에 따라 적어도 하나의 릴레이를 온/오프시키기 위한 제어 신호와 적어도 하나의 릴레이를 구동시킬 수 있는 전력을 공급하기 위한 제어 신호를 제공할 수 있으며, 신호 절연부(152)는 제어부(151)와 전력 공급부(153) 또는 제어부(151)와 릴레이부(180) 간을 전기적으로 절연시키고, 제어부(151)로부터의 제어 신호를 전력 공급부(153) 또는 릴레이부(180)에 전달할 수 있다.
제어 회로(160)는 전력 변환부(130) 및 릴레이 구동 장치(150)를 구동시키기 위한 제어 신호를 제공할 수 있으며, 인버터 시스템(100)의 전반적인 구동을 제어할 수 있다.
보호부(120)는 제1 보호기(121) 및 제2 보호기(122)를 포함할 수 있으며, 제1 보호기(121)는 제1 전자 접촉기 그룹(111)와 직류 전력의 입출력단(DC INPUT/OUTPUT) 간에 배치될 수 있고, 제2 보호기(122)는 제2 전자 접촉기 그룹(112)과 계통 전력의 입출력단 간에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 보호기(121,122) 각각은 서지(surge) 전압 및 낙뢰 등으로부터 인버터 시스템(100)을 보호할 수 있다.
표시부(170)는 제어 회로(160)의 통신에 의해 인버터 시스템(100)의 상태를 표시할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1과 함께, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치(150)는 제어부(151), 신호 절연부(152) 및 전력 공급부(153)를 포함할 수 있다.
제어부(151)는 제어 회로(160)로부터 전달받은 제어 신호에 따라 릴레이부(180)의 각 릴레이(RLY1,RLYN)의 구동을 제어할 수 있다 (이하, N 또는 n은 1 이상의 자연수). 제어부(151)는 릴레이부(180)의 각 릴레이(RLY1,RLYN)에 전력을 공급하도록 제어하는 전력 제어 신호(Relay On)와 각 릴레이(RLY1,RLYN)의 온/오프를 제어하는 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1, MC ONN)를 제공할 수 있다.
신호 절연부(152)는 복수의 신호 절연기(152-0,152-1,152-N)를 포함할 수 있으며, 복수의 신호 절연기(152-0,152-1,152-N)는 제어부(151)와 전력 공급부(153) 또는 제어부(151)와 릴레이부(180) 간을 전기적으로 절연시키고 제어부(151)로부터의 제어 신호를 전력 공급부(153) 또는 릴레이부(180)에 전달할 수 있다.
이를 위해, 신호 절연부(152)는 제어부(151)로부터의 전력 제어 신호(Relay On)를 전력 공급부(152)에 전달하는 전력 제어 신호 절연기(152-0)와, 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1, MC ONN)를 릴레이 각각에 전달하는 복수의 릴레이 구동 제어 신호 절연기(152-1,152-n)를 포함할 수 있다.
전력 공급부(153)는 전력 제어 신호((Relay On)에 따라 릴레이 구동 전력을 릴레이부(180)의 각 릴레이(RLY1,RLYN)에 공급할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치의 개략적인 회로도이다.
도 1과 함께, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치(150)의 신호 절연부(152)는 제어부(151)로부터의 전력 제어 신호(Relay On)를 전력 공급부(152)에 전달하는 전력 제어 신호 절연기(152-0)와, 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1, MC ONN)를 릴레이 각각에 전달하는 복수의 릴레이 구동 제어 신호 절연기(152-1, 152-2,152-n)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전력 제어 신호 절연기(152-0)와 복수의 릴레이 구동 제어 신호 절연기(152-1~152-n)는 각각 포토 커플러(PC 0,PC 1,PC 2,PC N)를 포함할 수 있다.
제어부(151)로부터의 전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨이 하이(high) 레벨인 경우 전력 공급부(153)는 전력 공급 동작을 수행하고, 전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨이 로우(low) 레벨인 경우 전력 공급부(153)는 전력 공급 동작을 중단할 수 있다.
제어부(151)로부터의 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1, MC ON2, MC ONN)는 복수의 릴레이 구동 제어 신호 절연기(152-1~152-n)를 통해 각 릴레이((RLY1,RLY2,RLYN)에 전달되고, 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1, MC ON2, MC ONN)의 신호 레벨이 하이 레벨인 경우 해당 릴레이가 온되어 해당 전자 접촉기(MC1,MC2,MCN)가 단락될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치의 동작을 나타내는 타이밍 챠트이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치의 동작 흐름도이다.
도 3과 함께, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제어부(151)에 제어 전원이 인가되면 시스템이 안정화 될 때까지 전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨은 로우 레벨 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨은 제어 전원 안정화 상태까지 약 10초(td) 동안 로우 레벨 상태를 유지할 수 있다.
전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨이 로우 레벨 상태 동안, 제1 릴레이(RLY1)의 구동을 제어하는 제1 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1)의 신호 레벨도 로우 레벨 상태를 유지할 수 있다.
이때 제1 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1)를 신호 전달하는 릴레이 구동 제어 신호 절연기(152-1)의 출력은 하이 레벨 상태이다.
전력 공급 대기 시간(td)시간 지연 후 전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨은 하이 레벨 상태로 변경하면 각 릴레이에 릴레이 구동 전력이 공급된다(도 5의 S1).
전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨이 하이 레벨로 변경되는 조건은 계통전력의 전압 및 주파수가 허용범위 내에 있고, 과전류 및 과온이 아니며, 상기 보호부의 보호 동작이 이상이 없으면, 하이 레벨로 변경되며, 어느 하나라도 이상이 있으면 이상이 해제될 때까지 될 때까지 변경이 지연될 수 있다.
제1 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1)의 신호 레벨은 릴레이 구동 대기 시간 이후(td1)에 하이 레벨 상태로 변경될 수 있는데, 전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨은 하이 레벨 상태로 변경된 후 일정 시간(td1')이후에 제어 회로의 제어에 따라 제어부가 제1 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1)의 신호 레벨을 하이 레벨 상태로 변경하면 제1 릴레이(RLY 1)가 동작할 수 있다.
보다 상세하게는, 전력 공급 대기 시간(td)시간 후 전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨로 변경하면 전력 공급부(153)의 릴레이(RLY C)의 제1 핀(Pin)(1)의 전압 레벨이 로우 레벨 상태가 되고 릴레이(RLY C)의의 출력접점이 제5 핀(5)에서 제4 핀(4)으로 절환되어 각 릴레이(RLY 1, RLY 2, RYL N)의 제2 핀(2)에 전원이 공급되나, 제1 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1)의 신호 레벨이 로우 레벨 상태이기 때문에 제1 릴레이(RLY 1)의 제1 핀(1)의 전압 레벨이 하이 레벨 상태가 되어 제1 릴레이(RLY 1)의 출력접점은 제5핀(5)에 있어, 제1 전자 접촉기(MC1)는 동작하지 않는다.
전력 제어 신호(Relay On)의 신호 레벨은 하이 레벨 상태로 변경된 후 일정 시간(td1')이후에 제1 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1)의 신호 레벨을 하이 레벨 상태로 변경하면 제1 릴레이(RLY 1)의 제1 핀(1)의 전압 레벨이 로우 레벨 상태가 되고 제1 릴레이(RLY 1)의 출력접점은 제5핀(5)에서 제4핀(4)으로 절환되어 즉 로우 레벨 상태가 되어 제1 전자 접촉기(MC 1)가 동작(ON)하게 된다.
만일, 시스템 이상 시 제1 릴레이 구동 제어 신호(MC ON1)를 로우 레벨 상태로 변경하면 제1 전자 접촉기(MC 1)는 오프된다.
상술한 방법과 같은 방법에 의해서 제2 내지 제N 릴레이 구동 제어 신호(MC ON 2, MC ON N) 신호를 하이 레벨 또는 로우 레벨로 변경하면 제2 내지 제N 전자 접촉기(MC 2, MC N)을 온 또는 오프할 수 있다.
즉, 상술한 방법에 의해서 릴레이 오동작을 방지할 수 있으며, 릴레이 구동 전력은 여러 개의 릴레이(RLY 1, RLY 2, RLY N) 각각에 공급할 수 있어 회로의 간소화가 가능할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 일정 시간 이후에 릴레이에 전력이 공급되고, 이후 일정 시간 이후에 릴레이가 구동되어 릴레이가 안정적으로 구동될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 인버터 시스템
110: 전자 접촉부
120: 보호부
130: 전력 변환부
140: 필터부
150: 릴레이 구동 장치
160: 제어 회로
170: 표시부
180: 릴레이부
190: 변압부

Claims (13)

  1. 릴레이를 구동시키는 구동 전력을 공급하는 전력 공급부;
    외부로부터 제어 신호가 입력된 후 사전에 설정된 전력 공급 대기 시간 이후에 상기 전력 공급부의 구동 전력 공급을 제어하는 전력 제어 신호를 제공하고, 상기 전력 제어 신호 제공 후 사전에 설정된 릴레이 구동 대기 시간 이후에 릴레이의 구동을 제어하는 구동 제어 신호를 제공하며, 상기 전력 공급 대기 시간은 상기 릴레이 구동 대기 시간보다 시간을 짧게 설정하는 제어부; 및
    상기 제어부와 상기 전력 공급부 간에 전기적으로 절연하여 상기 전력 제어 신호를 상기 전력 공급부에 전달하는 신호 절연부
    를 포함하는 릴레이 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급부는 복수의 릴레이 각각에 상기 구동 전력을 공급하는 릴레이 구동 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 신호 절연부는
    상기 제어부와 상기 전력 공급부 간에 전기적으로 절연하여 상기 전력 제어 신호를 상기 전력 공급부에 전달하는 전력 제어 신호 절연기; 및
    상기 제어부와 복수의 릴레이 간에 전기적으로 절연하여 상기 릴레이 구동 제어 신호를 상기 복수의 릴레이 각각에 전달하는 복수의 릴레이 구동 제어 신호 절연기
    를 포함하는 릴레이 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 릴레이 각각의 릴레이 구동 대기 시간은 상기 전력 공급 대기 시간 보다 긴 릴레이 구동 장치.
  7. 직류 전력 또는 계통 전력과 전기적으로 연결 또는 분리되는 전자 접촉부;
    상기 전자 접촉부의 연결 또는 분리를 구동시키는 구동 신호를 상기 전자 접촉부에 전달하는 릴레이부;
    직류 전력 또는 계통 전력을 변환하는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부 및 릴레이부의 구동을 제어하는 제어 회로; 및
    상기 제어 회로의 제어 신호가 입력되어도 일정 시간 이후에 상기 릴레이부의 구동을 제어하는 릴레이 구동 장치를 포함하고,
    상기 릴레이 구동 장치는
    릴레이를 구동시키는 구동 전력을 공급하는 전력 공급부;
    상기 제어 회로로부터 상기 제어 신호가 입력된 후 사전에 설정된 전력 공급 대기 시간 이후에 상기 전력 공급부의 구동 전력 공급을 제어하는 전력 제어 신호를 제공하고, 상기 전력 제어 신호 제공 후 사전에 설정된 릴레이 구동 대기 시간 이후에 릴레이의 구동을 제어하는 구동 제어 신호를 제공하며, 상기 전력 공급 대기 시간은 상기 릴레이 구동 대기 시간보다 시간을 짧게 설정하는 제어부; 및
    상기 제어부와 상기 전력 공급부 간에 전기적으로 절연하여 상기 전력 제어 신호를 상기 전력 공급부에 전달하는 신호 절연부
    를 포함하는 인버터 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전력 공급부는 복수의 릴레이 각각에 상기 구동 전력을 공급하는 인버터 시스템.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 신호 절연부는
    상기 제어부와 상기 전력 공급부 간에 전기적으로 절연하여 상기 전력 제어 신호를 상기 전력 공급부에 전달하는 전력 제어 신호 절연기; 및
    상기 제어부와 복수의 릴레이 간에 전기적으로 절연하여 상기 릴레이 구동 제어 신호를 상기 복수의 릴레이 각각에 전달하는 복수의 릴레이 구동 제어 신호 절연기
    를 포함하는 인버터 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 릴레이 각각의 릴레이 구동 대기 시간은 상기 전력 공급 대기 시간 보다 긴 인버터 시스템.
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