KR20100014787A - 전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법 - Google Patents

전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자식 안전 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법에 관한 것으로, 상기 회로 어레인지먼트는 전력 입력 단자들(3), X 커패시터들(XC1, XC2)을 갖는 전력 입력 필터(1), 필터 커패시터들(C1)을 갖는 정류기 부분(2), 및 dc 컨버터(4)를 포함하고, 이때 공급 전압의 단선에 따라 정해진 시간 기간 동안에 컨슈머가 스위치 온 되고, 상기 컨슈머 및 상기 시간 기간은 커패시터들(XC1, XC2, C1)에 저장된 잔여 에너지가 소모되도록 선택됨으로써, 매우 짧은 시간 내에서 상기 전력 입력 단자들(3)에서의 전압이 인체에 무해한 값까지 낮아지게 된다.

Description

전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트 및 방법{CIRCUIT ARRANGEMENT AND METHOD FOR INCREASING THE SAFETY OF AN ELECTONIC OPERATING DEVICE}
본 발명은 메인즈 전압(mains voltage)에서 동작되는 전자식 동작 장치들에 관한 것이다. 이러한 장치들은 통상적으로 메인 입력 필터를 갖고, 상기 메인 입력 필터는 커패시터들과 유도성 소자들을 포함한다. 소위 X 커패시터들, 즉 AC 단자들 사이에 위치되는 커패시터들이 일반적으로 또한 이러한 메인 필터 내에 포함된다.
동작 장치가 메인즈 전압으로부터 절연되는 경우, 이러한 커패시터들은 각자의 전압을 일정한 시간 기간 동안에 유지시키고, 따라서 상기 동작 장치상의 메인 단자들과 접촉이 이루어질 때 사용자, 예컨대 전기 담당자에 대한 감전 위험이 존재한다. 그러므로, 일부 국가들에는, 동작 장치상의 메인 단자들에서의 전압이 짧은 시간 기간 내에 무해한 전압으로 낮추어질 필요가 있음을 규정하는 법규가 존재한다.
이러한 법규에 부합하기 위하여, 두 가지 상이한 접근법들이 종래에 제공된다. 한 가지 접근법은, 장치의 대기모드에서의 저전류 소모량을 이용하여, 즉 램 프들이 스위치 오프 될 때 이러한 커패시터들이 규정된 시간 동안 방전되도록 하는 그러한 낮은 값을 갖도록 X 커패시터들을 선택하는 것으로 구성된다.
다른 가능성은, 커패시터들을 규정된 시간 내에 방전하기 위하여, 최신 전자 동작 장치의 본질적으로 낮은 대기 소모량을 인위적으로 증가시키는 것으로 구성된다.
그러나, 두 가지 실시예들 모두 단점들을 갖는다. 커패시터들이 너무 낮은 값을 갖도록 선택되면, 상기 커패시터들은 메인 결함들(mains faults) 및 고전압 펄스들을 필터링하는 자신들의 실제 직무를 더 이상 수행할 수 없다. 그 결과는 전원 시스템에서의 과전압들로 인한 전자 동작 장치들의 고장들이다. 또한, 일정한 환경들 하에서, 전자 동작 장치에 의해 유발되는 결함들이 더 이상 충분히 필터링되지 않을 가능성도 있으며, 그 결과로 적용될 수 있는 EMC(electromagnetic compatibility) 법규들이 더 이상 부합될 수 없다.
커패시터들이 충분히 높은 값을 갖도록 선택되면, 대기모드에서 동작 장치의 본질적으로 매우 낮은 전류 소모량이 인위적으로 증가될 필요가 있고, 이는 총 전류 소모량 및 궁극적으로 또한 환경에 악영향을 갖는다.
추가적인 문제점은, 매우 많은 수의 동작 장치들에 제공되고 정류된 AC 전압을 스무딩하도록 의도되는, 정류기의 다운스트림에 있는 다른 백업 커패시터이다. 이러한 임무를 수행하기 위하여, 상기 커패시터는 매우 높은 값을 갖도록 수치가 정해진다. 상기 커패시터가 정류기를 통해 X 커패시터들과 병렬로 접속되므로, 규정된 표준에 부합할 수 있기 위하여, 상기 커패시터는 X 커패시터들과 동시에 대기 소모량만큼 방전되어야만 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 동작 장치의 대기 소모량이 영구적으로 증가될 필요 없이, X 커패시터들이 충분히 높은 값을 갖도록 선택될 수 있는 회로 어레인지먼트 및 방법을 특정하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 회로 어레인지먼트 및 청구항 9의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 동작 장치는, 영구적으로 메인즈 전압에 접속되고 제어 인터페이스를 통해 램프 또는 램프들을 스위치 온 및 스위치 오프 시키는 장치이다. 램프가 스위치 오프 되었다면, 장치는 소위 대기모드에 있다. 이러한 상태에서, 메인 입력 단자들(mains input terminals)에서의 전압이 영구적으로 또는 주기적으로 모니터링된다. 상기 단자들로부터 메인즈 전압의 단선이 검출되면, 적절한 부하가 계속해서 또는 클록킹된 방식으로 정해진 시간 간격 동안에 스위치 온 된다. 이러한 경우에, 상기 부하의 전력 손실 및 상기 정해진 시간 간격의 길이는, 상기 커패시터들에 저장된 에너지가 소모되고 전자식 동작 장치의 상기 메인 입력 단자들에 존재하는 전압이 급격히 쇠퇴하는 방식으로 매칭된다. 특히, 상기 부하의 전력 손실 및 상기 정해진 시간 간격의 길이는, 상기 전자식 동작 장치의 상기 메인 입력 단자들에 존재하는 전압이 급격히 쇠퇴하여, 적용될 수 있는 다양한 안전 법규들이 부합되도록 수치가 정해진다.
이러한 회로 어레인지먼트는, X 커패시터들이 필요한 만큼 높은 값을 갖도록 선택할 수 있고, 동시에 동작 장치의 대기 상태에서의 전류 소모량을 가능한 한 낮게 유지할 수 있다는 장점들을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 회로도를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 회로 어레인지먼트의 회로도를 나타내며, 상기 회로 어레인지먼트는 메인 입력 단자들(3), 메인 입력 필터(1), 필터 커패시터를 갖는 정류기 부분(2), 및 DC-DC 전압 컨버터(4)를 구비한다.
상기 메인 입력 필터(1)는 두 개의 X 커패시터들(XC1, XC2)과 인덕터를 포함한다. 상기 메인 입력 필터(1)의 다운스트림에는, 다운스트림 스무딩 커패시터(C1)를 갖는 정류기 부분(2)이 존재한다. 스무딩된 전압은 DC-DC 전압 컨버터(4)에 의해 조절되고, 상기 DC-DC 전압 컨버터(4)는 스위칭 트랜지스터(Q1)를 포함한다. 상기 스무딩 커패시터(C1)에서의 전압을 탭 오프 시키는 분압기(5)가 메인즈 전압을 검출하기 위해 사용된다. 대안적으로, 그러나, 전압은 또한 상기 X 커패시터들(XC1, XC2) 중 하나에서 탭 오프 될 수도 있다. 상기 분압기의 출력부는 제공된 마이크로컨트롤러(U1)의 입력부에 연결된다. 메인즈 전압의 단선은 언더슈팅(undershot)될 필요가 있는 임계 값과의 비교에 의해 검출될 수 있다. 대안적으로, 전압 강하(dU/dT)의 크기가 또한 검출될 수 있다. 메인즈 전압의 단선의 검출은 전압 강하가 특정 값을 초과할 때 이루어진다. 그러나, 식별의 속도 및 안전성을 높이기 위하여, 상기 방법들 둘다는 서로 결합될 수 있다. 세번째 가능성은, 원리적으로 AC 전압이 단자들에 존재하는지 또는 존재하지 않는지의 여부를 식 별하는 것으로 구성된다. 이는 대기 소모량 및 커패시터들의 충전 상태와 무관하게 이루어질 수 있으므로, 상기 방법은 전자식 동작 장치의 대기 소모량이 매우 낮은 경우에 주로 적절하고, 식별의 속도 및 안전성을 높일 수 있다.
이러한 검출은 주로 대기모드에서 이루어지므로, 이미 존재하는 마이크로컨트롤러(U1)에 의해 용이하게 수행될 수 있다.
전력 결함이 식별되면, 커패시터들에 저장된 에너지를 신속하게 소모시키기 위하여, 전압 컨버터 트랜지스터(Q1)는 매우 짧은 시간 기간(수 ms) 동안 스위치 온 된다. 상기 전압 컨버터가 끊임없이 스위치 온 상태로 남겨지는 것이 가능하다. 그러나, 상기 전압 컨버터는 결과 전류가 너무 높게 되지 않도록 하기 위하여 클록킹될 수도 있다. 이러한 방식으로, 회로 내에서 이미 존재하는 소자들이 사용될 수 있고, 그 결과로 추가 비용이 발생하지 않는다. 상기 스무딩 커패시터(C1)에서의 분압기 탭은 또한 많은 동작 장치들에 이미 제공되어 있으며, 그 결과로 이러한 경우에도 추가 비용이 발생하지 않는다.
그러나, 적절한 부하를 X 커패시터들과 직접 병렬로 연결시키는 것도 고려될 수 있다. 이는, 정류기의 다운스트림에 연결되는 스무딩 커패시터가 동시에 방전될 필요가 없다는 장점을 갖는데, 그 이유는 상기 스무딩 커패시터가 단자 전압에 영향을 끼치지 않기 때문이다.

Claims (11)

  1. 전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트로서,
    메인 입력 단자들(mains input terminals)(3);
    상기 메인 입력 단자들과 병렬로 연결되는 X 커패시터들(XC1, XC2)을 갖는 메인 입력 필터(1);
    전파 정류기(full-wave rectifier)(D1-D4)와, 상기 전파 정류기(D1-D4)의 출력 단자들 사이에 연결되는 스무딩 커패시터(smoothing capacitor)(C1)를 갖는 정류기 부분(2); 및
    상기 정류기 부분의 출력 단자들에 연결되는 DC-DC 전압 컨버터(4)
    를 갖고,
    메인즈 전압이 상기 단자들로부터 단선될 때, 부하가 정해진 시간 간격 동안에 스위치 온 되고,
    여기서, 상기 부하 및 상기 시간 간격은, 상기 부하가 상기 커패시터들(XC1, XC2, C1)에 저장되는 잔여 에너지를 소모시키고 그에 따라 상기 메인 입력 단자들(3) 양단의 전압이 매우 짧은 시간 기간 내에서 인체에 무해한 값까지 낮아지도록 하는 방식으로 매칭되는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하는 DC-DC 전압 컨버터 트랜지스터인,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    DC-DC 전압 컨버터 트랜지스터는 클록킹된 방식으로 스위치 온 되는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    DC-DC 전압 컨버터 트랜지스터는 끊임없이 스위치 온 되는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인즈 전압은 상기 메인 입력 단자들(3)에서 직접 검출되는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인즈 전압은 상기 정류기의 다운스트림에 있는 상기 스무딩 커패시터(C1)에서 분압기(5)를 통해 검출되는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자들로부터 상기 메인즈 전압의 상기 단선은 상기 메인즈 전압의 측정 및 임계 값과의 비교에 의해 검출되는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자들로부터 상기 메인즈 전압의 상기 단선은 정해진 시간 간격에 대한 상기 메인즈 전압의 강하(dU/dt)에 의해 식별되는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자들로부터 상기 메인즈 전압의 상기 단선의 검출은 제 7 항 및 제 8 항의 방법들의 결합을 포함하는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 단자들로부터 상기 메인즈 전압의 상기 단선은 AC 전압 검출을 통해 식별되는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트.
  11. 전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법으로서,
    메인 입력 단자들(3) 또는 스무딩 커패시터(C1)에서 메인 입력 전압을 측정하는 단계;
    언더슈팅(undershot)되고 있는 메인즈 전압 임계 값에 의해, 또는 시간에 대한 메인즈 전압의 강하(dU/dt)의 측정 및 기준 값과의 비교에 의해, 또는 상기 두 가지의 결합에 의해, 또는 AC 입력 전압의 식별에 의해, 상기 단자들로부터 상기 메인즈 전압의 단선을 검출하는 단계; 및
    상기 단자들로부터 상기 메인즈 전압의 단선 검출시, 정해진 시간 간격 동안에 부하를 스위치 온 하는 단계 ― 상기 부하 및 상기 시간 간격은 커패시터들(XC1, XC2, C1)의 잔여 에너지가 소모되도록 수치가 정해짐 ―
    를 포함하는,
    전자식 동작 장치의 안전성을 증가시키기 위한 회로 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법.
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