공급 전압 검출 디바이스 및 공급 전압 검출 방법{SUPPLY VOLTAGE DETECTION DEVICE AND METHOD FOR DETECTING A SUPPLY VOLTAGE}

본 발명은 특히 적어도 하나의 부하에 대해 주 전압 공급원의 정류된 주 전압을 모니터링하는 공급 전압 검출 디바이스에 관한 것이다. 검출된 주 전압값은 사전결정된 기준값과 비교된다. 검출된 주 전압값이 기준값보다 낮으면, 예를 들어, 비상 전압 공급원의 비상 전압으로의 스위칭이 전자 제어 시스템에 의해 실시될 수 있다.

이러한 공급 전압 검출 디바이스가 실제로 알려져 있는데, 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 해당하는 유형의 공급 전압 검출 디바이스는, 예를 들어, 조명 시스템에서 주 전압이 고장나서 조명 시스템의 적어도 일부에라도 전원을 공급하기 위해 비상 전압으로의 스위칭이 실행될 때 사용된다. 이를 위해, 각각의 주 전압값이 검출되고 사전결정된 기준값과 비교된다. 주 전압값이 기준값보다 낮으면, 비상 전원 공급으로의 스위칭이 실시될 것이다. 주 전압 공급원이 재인가되어 주 전압값이 사전결정된 기준값보다 높아지면 동일한 전자 제어 시스템에 의해 비상 전압 공급원으로부터 주 전원 공급원으로의 스위칭이 또한 가능하다.

각각의 사전결정된 기준값은, 예를 들어, 표준 등을 통해 사전결정된다.

도 1은 실제로 알려진 공급 전압 검출 디바이스(1)의 예를 도시한다. 이 공급 전압 검출 디바이스는 주 전압 공급원(2)에 의해 공급된 주 전압을 정류하는 정류기(5)를 포함한다. 정류된 주 전압은 저항기(14 및 15)를 갖는 분압기(13)를 통해 감소되고, 캐패시터(18 및 19)는 적절하게 평활화된 DC 전압을 만들기 위해 제공한다. 이 전압은 전자 제어 시스템(3)의 출력(21)을 통해 공급된다. 인가된 전압값은 이 전자 제어 시스템에 의해 검출되고, 그에 따라 사전결정된 기준값과의 비교가 수행된다. 도 1에 부하(17)가 추가로 도시된다.

도 1에 따라 도시된 회로의 단점은, 주전압 공급원(2)과 전자 제어 시스템(3) 사이에 갈바닉 분리(galvanic separation)가 존재하지 않는다는 점이다. 또한, 부하(17)는 출력단(21)에서 검출된 전압값에 영향을 미칠 수 있다. 캐패시터(18, 19)는 통상적으로 전압을 평활화하는 전자 캐패시터이다. 이들 캐패시터가 추가적으로 필요하고, 주 전압값의 정확한 측정을 위해서는 낮은 리플 전압이 필요함에 따라, 캐패시터(18 및 19)는 해당하는 요건을 충족해야 한다.

도 2에 따른 회로는 실제로 알려져 있는 공급 전압 검출 디바이스(1)에 대한 다른 예를 도시한다. 이 공급 전압 검출 디바이스는 트랜스포머(20)가 주 전압 공급원(2)과 정류기(5) 사이에 추가적으로 접속되는 것을 제외하고, 도 1에 따른 디바이스와 실질적으로 유사하게 구성된다. 이 트랜스포머(20)는 갈바닉 분리를 구성한다. 그 외에, 주 전압값을 검출하고 그것과 기준값을 비교하는 단계가 도 1의 경우와 같이 발생한다.

갈바닉 분리를 제외하고는, 도 1과 관련하여 기술된 단점은 도 2에서도 고려되어야 한다. 또한, 저 전력 트랜스포머는 종종 출력(21)에 인가된 주 전압값이 낮은 부하 편차에서 높은 변동을 나타낼 수 있는 특성을 갖는다.

또한, 주 전압 공급원(2)과 트랜스포머(20) 사이에 배치되는 부하(17)의 다른 배치 모드가 도 2에 도시되어 있다.

본 발명의 목적은 앞에서 지칭된 유형의 공급 전압 검출 디바이스를 각각의 주 전압이 보다 적은 수고로 더 정확하고 신속하고 신뢰성 있는 방식으로 검출될 수 있도록 개선하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1에 따른 특징에 의해 달성된다. 특히, 본 발명에 따른 공급 전압 검출 디바이스는, 전압 한계값을 초과하면, 정류된 주 전압이 옵토커플러에 공급되고 전압 한계값을 초과하는 기간 동안 신호가 옵토커플러에 의해 송신될 수 있고, 주 전압값에 의존하는 듀티 팩터(duty factor)가 상기 신호의 지속기간 및 주기로부터 결정 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전압을 평활화하기 위한 캐패시터가 요구되지 않고, 주 전압값이 디지털 방식으로 검출된다. 옵토커플러를 통해, 갈바닉 분리가 제공되고, 이와 동시에 주 전압값이 고정값을 갖는 신호로 디지털 변환된다. 주 전압값이 특정 전압 한계값을 초과하는 동안, 옵토커플러가 활성화될 것이고 신호가 이 초과 기간 동안 옵토커플러를 통해 송신될 것이다. 주 전압값에 의존하는 듀티 팩터는 전자 제어 시스템에 의해 상기 신호의 지속기간 및 주기로부터 결정될 수 있다.

이로 인해 정확성이 증대되고 이와 동시에, 갈바닉 분리가 용이하게 실현된다. 옵토커플러가 추가의 구성요소로서 사용되는 것은 사실이지만, 제각기의 캐패시터를 사용하지 않을 수도 있다. 적절한 마이크로 컨트롤러가 전자 제어 시스템으로서 사용되면, 주 전압값의 검출 및 각각의 기준값과의 비교를 매우 정확하고 신속하게 수행할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 주 전압 공급원으로부터 비상 전압 공급원으로의 각각의 스위칭도 신속하고 정확하게 수행될 수 있다. 이것은 또한 반대로 수행될 수 있어서, 즉, 비상 전압 공급원이 주 전압 공급원으로 다시 스위칭될 수 있다.

본 발명에 따른 공급 전압 검출 디바이스에서는 주 전압의 정류도 수행되며, 해당하는 회로는 주 전압 공급원에 접속된 정류기를 포함한다.

본 발명에 따른 회로에서, 전압 한계값이 추가로 사용되며, 이 전압 한계값이 주 전압값을 초과하는 경우에만 옵토커플러가 활성화된다. 이 전압 한계값은 정류기와 옵토커플러 사이에 접속된 적어도 하나의 제너 다이오드를 포함하는 제너 다이오드 유닛으로부터 발생하며, 즉, 전압 한계값은 각각의 제너 전압에 의해 결정된다.

이와 동시에, 제너 다이오드 유닛은 예를 들면, 어떤 다른 제너 다이오드의 사용에 의해, 또는 복수의 제너 다이오드의 사용에 의해, 상이한 동작 조건에 용이하게 적합화될 수 있으므로, 이러한 방식으로 상이한 제너 전압 및 그에 따른 주 전압값과의 비교를 위한 전압 한계값이 실현될 수 있다.

과도한 고 전류에 의해 야기되는 부하를 방지하기 위해, 전류 제한 저항기가 제너 다이오드 유닛과 직렬로 접속될 수 있다. 이러한 전류 제한 저항기는 복수의 저항 또는 단지 하나의 저항에 의해 정의될 수 있다.

옵토커플러의 간단한 실시예의 경우, 옵토커플러는 광 송신기로서의 LED(발광 다이오드) 및 광 수신기로서의 포토트랜지스터를 포함한다.

포토트랜지스터는 LED로부터 광을 수신하고, 이러한 광 수신 동안, 즉, 주 전압값이 전압 한계값을 초과하는 기간인 신호의 지속기간 동안에만 도통(conductive)한다.

레벨이 용이하게 차등화될 수 있는 용이하게 재생 가능한 신호가 전자 제어 시스템의 제각기의 키잉 출력부에 공급되도록 하기 위해, 포토트랜지스터는 전자 스위칭 소자를 제어할 수 있는데, 이 전자 스위칭 소자는 신호의 지속기간 동안 실질적으로 도통하고, 신호 지속기간 동안 키잉 출력부에 H 레벨 또는 L 레벨을 인가한다. 제각기의 레벨은 전자 제어 시스템에 의해 검출되고 듀티 팩터를 결정하는 데 사용된다.

특히, 주 전압값이 전압 한계값보다 작으면, L 레벨 결과가 나오고 이 경우에, 옵토커플러에 의해 어떠한 신호도 송신되지 않을 것이다.

전자 스위칭 구성요소에서 제각기의 전압을 감소시키기 위해, 전자 스위칭 구성요소는 분압기와 연결될 수 있다.

전자 제어 시스템이 키잉 출력부에 접속되고 이에 따라 신호의 지속기간 및 주기로부터 듀티 팩터를 결정한다는 것이 이미 지적되었다. 제각기의 레벨의 정확한 결정을 가능하게 하기 위해, 전자 제어 시스템은 필터링 유닛을 포함할 수 있다.

사전결정된 기준값은, 이 기준값보다 작은 주 전압값이 발생해야 하는 경우, 예를 들어, 비상 전압 공급원으로의 스위칭을 위해 인가된다는 것이 지적되어 왔다. 본 발명은 전자 제어 시스템에 의한 이러한 스위칭을 허용할 뿐만 아니라 주 전압값이 기준값(reference value)을 초과해야 하는 경우에도 또한 제각기의 주 전압값이 듀티 팩터를 통해 결정될 수 있다. 이것은 특히 전압 한계값이 기준값보다 작은 경우에 가능하다.

유리한 실시예에 따르면, 제너 다이오드 유닛 및 광 송신기는 다이오드와 저항기를 포함하는 직렬 접속을 그들 사이에 배치한다. 특히, 캐패시터가 이 직렬 접속을 통해 충전될 수 있고 각각의 저항기를 분압기의 일부로 하는 경우 장점을 가질 것이다. 분압기는, 예를 들면, 제각기의 캐패시터와 다이오드의 병렬 접속에 의해 구현된다.

이 캐패시터는 다이오드와 저항을 포함하는 직렬 접속을 통해 충전되고, 다이오드는 특히 공급 전압의 제로 크로싱이 발생할 때마다 캐패시터가 다시 방전되는 것을 방지하는 역할을 한다. 캐패시터에 병렬로 접속되는 다이오드를 통해, 캐패시터 양단의 전압이 일정한 값을 갖도록 보장된다. 이것은 특히 광 수신기가 실질적으로 동일한 전력으로 항상 동작되도록 하는 효과를 갖는다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에서, 제너 다이오드 유닛과 옵토커플러를 통해 흐르는 전류가 동일하게 높았다. 열이 변화하는 경우, 이것은 옵토커플러 다이오드 또는 광 센서 및 제너 다이오드 유닛의 제각기의 순방향 전압이 펄스 폭 반복 레이트의 주요한 변화를 초래하는 효과를 가질 수 있다. 본 발명의 추가 실시예의 경우, 광 센서의 제각기의 베이스 전류만이 제너 다이오드 유닛 양단에 흐를 것이고, 이는 순방향 전압의 어떠한 변화도 거의 초래하지 않는다. 따라서, 광 수신기는 거의 일정한 전류로 동작한다. 이로 인해 추가적 실시예의 경우 큰 온도 범위에 걸쳐 훨씬 더 안정된 작동이 초래된다.

이하에서, 본 발명의 유리한 실시예가 추가된 도면에 기초하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 실제로 알려진 공급 전압 검출 디바이스의 개략도이고,
도 2는 실제로 알려진 공급 전압 검출 디바이스의 다른 예를 도시하고,
도 3은 제1 실시예에 따른 갈바닉 분리를 갖는 본 발명에 따른 공급 전압 검출 디바이스의 개략도이고,
도 4는 본 발명에 따른 공급 전압 검출 디바이스의 제2 실시예를 도시한다.

본 발명에 따른 공급 전압 검출 디바이스(1)(도 3)는 정류기(5)를 통해 주 전압 공급원(2)에 접속된다. 주 전압이 정류된 후에, 이것은 전류 제한 저항기(8) 및 제너 다이오드 유닛(6, 7)을 통해 옵토커플러(4)에 공급된다. 전해 캐패시터 등과 같은 캐패시터에 의해 전압의 평활화는 발생하지 않는다.

정류된 주 전압은 옵토커플러를 활성화하도록 작용한다. 제너 다이오드 유닛(6)은 정류기(5)와 옵토커플러(4) 사이에 접속된다. 이 제너 다이오드 유닛(6)은 적어도 하나의 제너 다이오드(7)를 포함한다. 주 전압값이 한계 전압으로서 각각의 제너 전압을 초과하는 경우에만, 광 송신기로서 작용하는 LED(9) 및 광 수신기로서 작용하는 포토트랜지스터(10)와 함께 옵토커플러가 활성화될 것이다. 이와 동시에, 전류 제한은 하나 또는 복수의 저항기를 포함하는 전류 제한 저항기(8)를 통해 허용되고, 상기 전류 제한 저항기(8)는 제너 다이오드(7)와 정류기(5) 사이에 직렬로 접속된다.

주 전압값이 제너 전압에 의해 결정된 전압 한계값보다 높으면, 옵토커플러의 포토트랜지스터(10)는 도통(conductive)하게 된다. 포토트랜지스터(10)가 도통하면, 전자 스위칭 소자(11)를 제어하여, 전자 스위칭 소자(11)도 도통하게 된다. 따라서, H 레벨 신호가 키잉 출력부(12)에 인가된다. 주 전압값이 전압 한계값보다 낮으면, 옵토커플러는 비활성이 되고 포토트랜지스터(10)는 비-도통하게 될 것이다. 따라서, L 레벨 신호가 키잉 출력부(12)에 인가된다.

주 전압은 통상적으로 50 Hz의 주파수를 가지므로, 주 전압의 제각기의 정류로 인해 100 Hz의 대응하는 신호가 키잉 출력부(12)에 인가될 것이다. 제각기의 듀티 팩터 또는 펄스 폭 반복 레이트는 온-오프 비율 또는 특히 신호 지속기간 대 신호 주기의 비율로서 얻어진다. 이러한 관점에서, 듀티 팩터 또는 펄스 폭 반복 레이트가 주 전압값의 크기에 따라 달라지는 것을 추가로 고려해야 한다. 주 전압이 낮으면 H 레벨 신호의 지속기간이 짧아질 것이고, 주 전압이 높으면 H 레벨 신호의 지속기간이 길어질 것이다. 이것은 듀티 팩터 또는 펄스 폭 반복 레이트가 주 전압값에 대한 듀티 팩터의 제각기의 의존성을 나타내기 때문에, 이 듀티 팩터 또는 펄스 폭 반복 레이트가 주 전압값에 관해 무언가 명확한 것을 말해줄 수 있다는 것을 의미한다.

H 레벨 신호, L 레벨 신호, 듀티 팩터 등의 지속기간은, 예를 들어, 마이크로 컨트롤러로서 구성될 수 있는 전자 제어 시스템(3)에 의해 결정된다. 전자 제어 시스템(3)은 제각기의 레벨의 정확한 결정을 허용하는 필터링 유닛을 포함할 수 있다. 이러한 필터링 유닛(16)은 마이크로 컨트롤러 내의 소프트웨어의 형태로도 구현될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 공급 전압 검출 디바이스(1)의 다른 실시예를 도시한다. 동일한 부분은 도 3에 따른 제1 실시예와 비교하여 동일한 참조 번호로 나타낸다.

도 4에 따른 실시예에서, 다이오드(25)와 저항기(26)를 포함하는 직렬 접속이 제너 다이오드 유닛(6)과 옵토커플러 또는 광 송신기(9) 사이에 배치된다.이 직렬 접속을 통해, 전류는 광 송신기(9)의 방향 뿐만 아니라 캐패시터(24)와 제너 다이오드(27)를 포함하는 병렬 구성의 방향으로도 흐른다. 저항기(26)는 저항기(26)와 광 송신기(9) 사이의 추가적인 저항기(28)를 포함하는 분압기의 일부분이다. 캐패시터(24) 및 제너 다이오드(27)를 포함하는 병렬 구성은 이 분압기로부터 공급된다. 광 수신기 측에서, 셋업은 도 3에 따른 실시예의 셋업에 대응한다.

도 4에 따른 실시예에서, 특정 전압에서, 광 송신기(9)는 항상 도통하게 될 것이라는 점을 특히 고려해야 한다. 이 특정 전압은 적합한 제너 다이오드(7)를 포함하는 제너 다이오드 유닛(6)에 의해 결정된다. 정류기(5) 이후의 전압이 이 제너 다이오드 유닛(6)의 제각기의 값(respective value)보다 높은 동안, 광 송신기(9)는 도통하게 될 것이다. 정류기(5) 다음에, 필터링되지 않은 정류된 전압이 발생되며, 즉, 50 Hz 주 전압 공급원에서, 100 Hz 신호가 발생할 것이다.

그러나, 주 전압 공급원은 제로 크로싱(zero crossings)을 나타내며, 이 경우 광 송신기(9)의 공급이 일시정지가 발생하여, 즉, 옵토커플러는 이러한 일시정지에서 제어되지 않는다. 높은 입력 전압에서는 이러한 일시정지가 비교적 짧을 것이고 입력 전압이나 주 전압 공급원이 낮을수록 일시정지 시간이 길어질 것이다.

광 송신기(9)는 주 전압 공급원에 따라 펄스 폭 반복 레이트를 결정한다. 캐패시터(24)는 다이오드(25) 및 저항기(26)를 통해 충전된다. 다이오드(25)는 전술한 제로 크로싱이 발생할 때마다 캐패시터(24)가 다시 방전되는 것을 방지한다. 제너 다이오드(27)가 캐패시터(24)에 병렬로 접속되어 있다는 사실 때문에, 캐패시터(24) 양단의 전압은 일정한 값으로 고정되므로, 옵토커플러는 항상 동일한 전력으로 동작할 것이다

이와 관련하여, 제2 실시예에 따른 또 다른 장점은, 제1 실시예에 따르면 제너 다이오드 유닛을 통해 흐르는 전류가 옵토커플러를 통해 흐르는 전류에 상응한다는 것이다. 열 변화가 발생하면, 이것은 광 송신기 및 제너 다이오드 유닛의 순방향 전압이 펄스 폭 반복 레이트의 변화를 초래할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 제2 실시예의 경우, 광 송신기의 제각기의 베이스 전류만이 제너 다이오드 유닛(6)을 통해 흐르고, 이는 순방향 전압의 변화를 거의 일으키지 않을 것이며, 즉, 광 수신기(10)는 거의 일정한 전류로 계속해서 동작한다. 이로 인해 큰 온도 범위에 걸쳐 공급 전압 검출 디바이스의 보다 안정된 동작이 초래된다.

본 발명에 따르면, 갈바닉 분리를 갖는 회로가 얻어지는데, 이는, 예를 들어, 주 전압값의 결정 및 주 전압 공급원과 비상 전압 공급원 간의 스위칭에 관한 결정을 간단하고 정확한 방식으로 가능하게 한다. 도 1 및 도 2와 연관하여 행해진 설명을 참조하면, 신호의 각각의 파형은 상이한 부하 상황에 영향을 받지 않으며, 특히 전해 캐패시터의 사용은 생략될 수 있다.

주 전압값이 매우 정확하게 결정되기 때문에, 주 전압 공급원과 비상 전압 공급원 간의 스위칭에 관한 결정을 필요에 따라 취하기 위해, 사전결정된 기준값과의 상응하는 정확한 비교를 수행하는 것도 물론 가능하다. 따라서 표준 등에 의해 특정되는 각각의 요구는 신뢰성 있게 준수된다.

또한, 각각의 전압 한계값을 사전결정하는 제너 다이오드 유닛이 선택 가능하다는 사실에 유의해야 한다. 전압 한계값은 제너 전압으로부터 발생하며 주 전압값과의 비교를 통해 옵토커플러의 파워 온 및 파워 오프를 결정한다는 것이 이미 지적되었다.

본 발명에 따른 공급 전압 검출 디바이스는 비상 조명 시스템 등에서, 즉, 예를 들어, 주 전압이 떨어지는 경우, 비상 전압 공급에 의해 동작이 계속되어야 하는 모든 유닛에서 사용될 수 있다. 본 발명은 제각기의 주 전압값의 검출뿐만 아니라 비상 전압 공급원으로의 스위칭 또는 주 전압 공급원으로의 복귀를 위한 적절한 순간의 신뢰성 있고 정확한 결정을 가능하게 한다. 제각기의 사용 분야에 따라, 공급 전압 검출 디바이스가 상이한 위치에 배치될 수 있다. 디바이스를 주 전압 공급원 또는 각각의 비상 전압을 제공하는 중앙 배터리 등과 연계시키는 것을 상정할 수 있다. 또한, 공급 전압 검출 디바이스는 2회 이상 사용될 수 다고, 예를 들어, 특히 빌딩의 조명 시스템에서 방폭형 조명과 연결되어 있다. 이는 조명 시스템 및 모니터링, 제어, 시그널링, 측정 및 제어 기술 뿐만 아니라 폭발 위험이 있는 지역에서의 전력 분배에 사용되는 방폭 전기 설비 기술에도 매우 일반적으로 적용된다. 비상 전압 공급원으로 스위칭하는 대신에, 특정의 주 전압값에 응답하여, 예를 들어, 폭파 방지 등에 관한 다른 측정을 취하는 것이 또한 가능할 것이라는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 발명이 주 전압값을 신속하고 정확하게 검출할 수 있기 때문에, 상이한 주 공급 전압값인 경우에 적어도 전압 한계값 이상으로 상이한 반응을 야기할 수 있다. 이것은 주 전압값의 크기에 따라, 각각의 기준값의 경우에 상이한 반응을 유발하기 위해, 해당하는 주 전압값이 복수의 사전결정된 기준값과 또한 비교될 수 있음을 의미한다.