멀티 콘센트의 과전류로 인한 과열을 방지하기 위한 보호방식으로는 주로 금속바이메탈 방식, 스위칭회로 방식, 마이크로컨트롤러(MCU)를 이용한 과전류 정밀제어 방식 등이 사용되어 오고 있다. 하지만 이러한 방식들은 보호회로가 과전류가 흐르는 전선에 병렬접속 함으로써 2차 화재의 위험이 있을 수 있으며 입력전압의 비선형 왜곡에 취약한 단점을 가지고 있다. 또한 기존의 방식들은 제품의 단가가 비교적 크게 올라가므로 충분한 시장성을 확보하기가 쉽지 않다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 과전류가 흐르는 전선에 비접촉식 관통형 변류기를 설계하고 변류기의 2차 유도전류를 이용하여 과전류를 감지하여 사용자가 과전류 상황을 인지할 수 있도록 LED 및 부저 회로를 통하여 시각 및 청각적 신호를 전달하는 기능을 구현한다. 실험 결과들로부터 제안된 회로는 매우 경제적이고 간단하면서도 안정적으로 동작함을 확인 할 수 있다.
멀티 콘센트의 과전류로 인한 과열을 방지하기 위한 보호방식으로는 주로 금속바이메탈 방식, 스위칭회로 방식, 마이크로컨트롤러(MCU)를 이용한 과전류 정밀제어 방식 등이 사용되어 오고 있다. 하지만 이러한 방식들은 보호회로가 과전류가 흐르는 전선에 병렬접속 함으로써 2차 화재의 위험이 있을 수 있으며 입력전압의 비선형 왜곡에 취약한 단점을 가지고 있다. 또한 기존의 방식들은 제품의 단가가 비교적 크게 올라가므로 충분한 시장성을 확보하기가 쉽지 않다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 과전류가 흐르는 전선에 비접촉식 관통형 변류기를 설계하고 변류기의 2차 유도전류를 이용하여 과전류를 감지하여 사용자가 과전류 상황을 인지할 수 있도록 LED 및 부저 회로를 통하여 시각 및 청각적 신호를 전달하는 기능을 구현한다. 실험 결과들로부터 제안된 회로는 매우 경제적이고 간단하면서도 안정적으로 동작함을 확인 할 수 있다.
For the over-heat protection purpose in power strip devices, over-current detection/protection circuits, such as bimetal, switching circuit, and microprocessor-based relay circuit, have been widely setup in high-end products. Most of these circuits are connected to the power line in parallel and, th...
For the over-heat protection purpose in power strip devices, over-current detection/protection circuits, such as bimetal, switching circuit, and microprocessor-based relay circuit, have been widely setup in high-end products. Most of these circuits are connected to the power line in parallel and, thus, they are sensitive to the line voltage and current distortion. Moreover, these protection circuits are often costly and, therefore, it is hard to meet the commercial requirements. A low-cost over-current detection circuit with the contactless current transducer is designed and tested in this paper. The detection circuit is galvanically isolated from the power line and, thus, less sensitive to the line voltage distortion. The experimental results show that the proposed circuit accurately operates despite of its simple structure and low-cost electronic parts.
For the over-heat protection purpose in power strip devices, over-current detection/protection circuits, such as bimetal, switching circuit, and microprocessor-based relay circuit, have been widely setup in high-end products. Most of these circuits are connected to the power line in parallel and, thus, they are sensitive to the line voltage and current distortion. Moreover, these protection circuits are often costly and, therefore, it is hard to meet the commercial requirements. A low-cost over-current detection circuit with the contactless current transducer is designed and tested in this paper. The detection circuit is galvanically isolated from the power line and, thus, less sensitive to the line voltage distortion. The experimental results show that the proposed circuit accurately operates despite of its simple structure and low-cost electronic parts.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 과전류가 흐르는 전선에 병렬접속 않고 비접촉식 관통형 변류기의 동작에 의해 발생하는 2차 유도전류를 이용하고자 한다. 또한 스위칭 회로 및 MCU의 복잡한 기능 및 구조를 단순화하여 제작비용 및 제작시간을 절감하고 사용자가 과전류 상황을 인지할 수 있도록 과전류 검출 회로를 구현하였다.
본 논문에서는 비접촉식 관통형 변류기의 유도전류를 이용한 과전류 검출 회로를 구현하였다. 먼저 DC Power supply를 이용한 실험을 통해 과전류 검출회로 에서 비접촉식 관통형 변류기의 요구 전압 및 전류가 최소 10.
제안 방법
그림 7 (a)와 같이 회로의 요구되는 전압 및 전류인 10.6[V], 26.9[mA]에 만족하는 비접촉식 관통형 변류기를 설계하였다. 이 때 비접촉식 관통형 변류기의 사양은 외경 25.
1[mm]인 코일을 500[T] 감아 제작하였다. 이에 그림 7 (b)와 같이 설계한 관통형 변류기를 회로에 결합하고 유도전압 조정기를 사용하여 15[A]의 과전류가 발생할 경우 과전류 검출 회로가 올바르게 동작하는지 확인하였다. 하지만 1차 측 전류가 14.
따라서 본 논문에서는 과전류가 흐르는 전선에 병렬접속 않고 비접촉식 관통형 변류기의 동작에 의해 발생하는 2차 유도전류를 이용하고자 한다. 또한 스위칭 회로 및 MCU의 복잡한 기능 및 구조를 단순화하여 제작비용 및 제작시간을 절감하고 사용자가 과전류 상황을 인지할 수 있도록 과전류 검출 회로를 구현하였다.
그림 6은 교류전류가 흐를 시 아날로그 비교기에 직류 전원을 공급할 수 있도록 브릿지 다이오드와 커패시터를 이용하여 회로를 구성하였고 전원단의 회로 보호를 위해 제너다이오드를 설치하였다. 또한 아날로그 비교기 동작에 필요한 구동전압 5[V]를 일정하게고정하기 위해 정전압 레귤레이터를 사용하였다. 이 때 회로 동작시 요구되는 전압 및 전류를 DC Power supply로 측정 하여 표 3에 나타내었다.
또한 표 1과 같이 저항을 50[Ω]-150[Ω]까지 조절하여 적당한 전류가 흐르면서 신호음이 50[dB] 이상이 되도록 저항 값을 선정해 주었다.
본 논문에서는 비접촉식 관통형 변류기의 유도전류를 이용한 과전류 검출 회로를 구현하였다. 먼저 DC Power supply를 이용한 실험을 통해 과전류 검출회로 에서 비접촉식 관통형 변류기의 요구 전압 및 전류가 최소 10.6[V], 26.9[mA]임을 확인하였다. 이에 외경 25.
병렬로 연결된 LED와 부저의 부하전류 산출을 위해 LED와 부저에 직렬로 연결된 저항 값을 선정하고 전원은 아날로그 비교기의 DC 바이어스 전압인 5[V] 로 하였다. 먼저 LED와 직렬 연결된 저항은 식 (4)를 이용하여 선정하였고 여기에서, v0는 LED 공급전압, vl은 LED의 소모전압, il은 LED의 허용전류, rl은 저항을 나타낸다.
실험은 교류인 비접촉식 관통형 변류기 대신 DC Power supply를 이용하여 병렬로 연결된 LED와 부저의 저항 조절에 따른 부하전류 선정, 아날로그 비교기의 구동 및 전압비교 실험, 전원단 회로 구성을 통해 최종회로가 요구하는 전압 및 전류를 산출하여 비접촉식 관통형 변류기를 제작할 수 있도록 실험을 진행하였다.
9[A] 사이에서 발생하는 잡음을 제거하기 위해 히스테리시스 특성을 가진 정궤환법을 사용하였다[7-8]. 이에 그림 8과 같이 아날로그 비교기의 양의 입력과 출력에 정궤환 회로를 구성하였고 표 4와 같이 저항을 1000[Ω]-6000[Ω]까지 조절하였다.
대상 데이터
LM393은 Open collector 구조이므로 내부저항을 고려하여 그림 5의 풀업저항을 선정하였고, LED 및 부저를 동작하기 위해 필요한 LM393의 출력 전류가 부족하여 스위칭 소자인 NPN 트랜지스터를 사용하였다. 또한 표 2와 같이 아날로그 비교기의 입력신호가 0.
가 출력되고, 낮으면 0[V]가 출력된다[6]. 본 설계에서는 LM393을 사용하였으며 DC 바이어스 전압 Vcc는 5[V]로 설정하였고, 그림 3과 같은 Open collector 특성을 감안하여 풀업저항을 사용하였다.
9[mA]에 만족하는 비접촉식 관통형 변류기를 설계하였다. 이 때 비접촉식 관통형 변류기의 사양은 외경 25.5[mm], 내경 11[mm], 적층길이 7[mm]로 변류기 2차 측에 코일선경이 0.1[mm]인 코일을 500[T] 감아 제작하였다. 이에 그림 7 (b)와 같이 설계한 관통형 변류기를 회로에 결합하고 유도전압 조정기를 사용하여 15[A]의 과전류가 발생할 경우 과전류 검출 회로가 올바르게 동작하는지 확인하였다.
9[mA]임을 확인하였다. 이에 외경 25.5[mm], 내경 11[mm], 적층길이 7[mm], 권선수 500[T]인 변류기를 제작하였고 과전류 검출회로에 결합하여 실험하였다. 그 결과, 14.
이론/모형
본 연구에서는 14.28[A]-14.9[A] 사이에서 발생하는 잡음을 제거하기 위해 히스테리시스 특성을 가진 정궤환법을 사용하였다[7-8]. 이에 그림 8과 같이 아날로그 비교기의 양의 입력과 출력에 정궤환 회로를 구성하였고 표 4와 같이 저항을 1000[Ω]-6000[Ω]까지 조절하였다.
성능/효과
그 결과 5000[Ω]일 때 14.96[A]에서 LED와 부저가 동작하고 14.52[A]에서 동작하지 않음을 알 수 있었고, 히스테리시스 특성상 발생하는 동작점과 비동작점 차이가 0.44[A]로 가장 작음을 알 수 있었다. 그림 9 와 같이 정궤환 회로를 구성하기 전과 후의 아날로그 비교기 양의 입력단 노이즈를 비교하면 69[%] 노이즈가 저감됨을 알 수 있었다.
이 때 회로 동작시 요구되는 전압 및 전류를 DC Power supply로 측정 하여 표 3에 나타내었다. 그 결과, 회로 동작 시 필요한 전압 및 전류는 정전압 레귤레이터 및 전파 정류회로의 전압강하를 고려한 10.6[V], 26.9[mA] 임을 확인하였다.
LM393은 Open collector 구조이므로 내부저항을 고려하여 그림 5의 풀업저항을 선정하였고, LED 및 부저를 동작하기 위해 필요한 LM393의 출력 전류가 부족하여 스위칭 소자인 NPN 트랜지스터를 사용하였다. 또한 표 2와 같이 아날로그 비교기의 입력신호가 0.01[V]의 미세한 전압의 차이에서도 정확하게 동작함을 확인하였다.
후속연구
5[A]에서 동작하지 않음을 확인하였다. 실험결과들로부터 제안된 유도전류를 이용한 과전류 검출 회로는 안정적으로 동작하고 회로구조가 간단하므로 경제적이며 사용자가 과전류 상황을 쉽게 인지할 수 있어 제품 상용화에 유리할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아날로그 비교기는 어떻게 작동하는가?
아날로그 비교기는 두 개의 입력신호를 비교한 후정단자의 입력이 부단자의 입력보다 높으면 Vcc가 출력되고, 낮으면 0[V]가 출력된다[6]. 본 설계에서는 LM393을 사용하였으며 DC 바이어스 전압 Vcc는 5[V]로 설정하였고, 그림 3과 같은 Open collector 특성을 감안하여 풀업저항을 사용하였다.
아날로그 비교기의 노이즈는 무엇에 의해 발생하는가?
아날로그 비교기의 노이즈는 입력 전압, 입력 신호, 출력단에 의한 영향에서 발생한다. 이를 해결하기 위해 더 높은 전류를 사용하여 회로 자체를 강건하게 하거나 세라믹 콘덴서 또는 정궤환 회로를 구성하여 노이즈를 제거할 수 있다.
콘센트에 과전류로 인한 과열을 방지하기 위한 방식인 금속 바이메탈 방식과 CPU를 이용한 스위칭 회로(SPMS) 및 MCU를 이용한 과전류 정밀제어 방식의 문제점은 무엇인가?
하지만 이러한 방식은 과전류가 흐르는 전선에 직접 병렬접속 되므로 2차 전기 화재 및 제품 손상을 야기하고 입력전압의 비선형 왜곡에 취약한 문제점을 가진다. 또한 회로 구성이 복잡하여 제품의 단가가 상승하므로 제품 상용화가 어려운 실정이다.
참고문헌 (8)
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K. Lee, "Active Frequency Drift Positive Feedback Method for Anti-islanding using Digital Phase-Locked-Loop," The Korean Solar Energy Society, vol. 27, no. 2, 2007, pp. 37-44.
C. Kim, "New Hysteresis Current Control for Induction Motor Drive with NPC Inverter," The Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 13, no. 1, 1999, pp. 46-52.
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