KR100450491B1 - 반도체 릴레이장치와 이 반도체 릴레이장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트라이액(114)의 양단전압을 검출하여 역치를 초과한 양단전압의 유무에 대응한 소자간 전압 검출신호를 출력하는 소자간 전압 검출회로(116)와, 제어입력신호에 따라 소자 구동신호를 출력하는 소자 구동회로(112)와, 소자간 전압 검출신호의 유무 및 소자 구동신호의 유무에 따라 논리 판정신호를 출력하는 논리판정회로(119)와, 이 논리 판정신호로부터 외란요소를 제거하여 소자 안전신호를 출력하는 필터회로(120)를 가지고 있으므로, 트라이액(114)의 고장을 안정적으로 검출할 수 있다.

Description

반도체 릴레이장치와 이 반도체 릴레이장치의 제어방법{SEMICONDUCTOR RELAY APPARATUS AND METHOD OF CONTROL THEREOF}

본 발명은 예를 들면, 솔리드 스테이트 릴레이(이하, SSR이라 칭함) 등 반도체 릴레이장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 고장검지기능을 갖춘 반도체 릴레이장치에 관한 것이다.

반도체 릴레이장치, 예를 들면, 히터, 모터나 솔레노이드 등을 직접부하로서 구동하기 위해 이용되는 것으로서, 예를 들면, 온도 조절기가 SSR 을 구동제어 함으로서 직접 부하인 히터의 통전 제어 등을 실행하는 것이다.

이 SSR은 예를 들면, 온도조절기 등으로부터의 제어입력신호에 대응한 소자 구동신호에 의해 예를 들면, 트라이액 등 반도체소자를 온/오프 제어함으로써 히터 등의 직접부하를 구동제어하는 것인 바, 예를 들면, 반도체소자를 온 하면 이 반도체소자의 전압 강하로 인해 발열이 생기므로 히트싱크 등을 설치해서 방열을 도모할 필요가 있다.

이러한 종래의 반도체 릴레이장치에 의하면, 제어반 등에 사용되는 경우에 있어서, 제어반 내부는 기밀성이 높기 때문에 공기의 대류현상이 원활히 이루어지지 않아서 주위온도가 상승되고, 결과적으로 반도체 릴레이장치의 온도가 과도하게 상승되어 트라이액 등 반도체소자가 합선(온)을 일으키는 등 고장의 원인이 되기 쉽다.

그러나, 상기 종래형 반도체 릴레이장치에 의하면, 반도체 소자부위의 고장을 안정적으로 검출할 수가 없었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 반도체 소자부위의 고장을 안정적으로 검출할 수 있는 반도체 릴레이장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반도체 릴레이장치는, 단자간에 설치되고 소자간 구동신호에 따라 상기 단자간을 도통 차단하는 반도체 소자부를 구비한 반도체 릴레이장치로서, 상기 반도체 소자부의 동작을 검출하여 이 검출결과에 따라 센서 출력신호를 출력하는 센서부와, 상기 소자 구동신호 및 상기 센서 출력신호에 따라 상기 반도체 소자부의 고장 유무를 판정하는 소자 고장 검출회로를 구비하고 있다.

따라서, 본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면 반도체 소자부의 동작을 검출하는 센서부로부터의 센서 출력신호 및 상기 반도체 소자부의 동작을 구동하는 소자 구동신호에 따라 상기 반도체 소자부의 고장 유무를 판정하게 되므로 반도체 소자부의 고장을 안정적으로 검출할 수 있다.

본 발명의 반도체 릴레이장치는, 상기 센서부가 상기 반도체 소자부의 양단전압을 검출하고, 이 검출결과에 따라 상기 센서 출력신호인 소자간 전압 검출신호를 출력하는 양단전압 검출회로를 가지며, 상기 소자 고장 검출회로는 상기 소자간전압 검출신호 및 상기 소자 구동신호에 따라 상기 반도체 소자부의 고장 유무를 판정하도록 했다.

따라서, 본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면 반도체 소자부의 양단전압에 관한 소자간 전압 검출신호 및 소자 구동신호에 따라 반도체 소자부의 고장 유무를 판정하게 되므로, 반도체 소자부의 고장을 안정적으로 검출할 수 있으며, 나아가서 양단전압 검출회로를 사용함으로써 CT(변류기)형 전류센서를 사용한 반도체 릴레이장치와 비교할 때 대폭 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 반도체 릴레이장치는 상기 양단전압 검출회로가 상기 양단전압의 유무에 대응한 소자간 전압 검출신호를 출력하는 것으로, 상기 소자 고장 검출회로는 상기 소자간 전압 검출신호의 유무 및 상기 소자 구동신호의 유무에 따라 논리 판정신호를 출력하는 논리판정회로와, 상기 논리 판정신호에 따라 상기 반도체 소자부의 고장 유무에 따른 소자 안전신호를 출력하는 필터회로를 갖도록 하였다.

따라서, 본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면 반도체 소자부의 온/오프 상태에 대응한 소자간 전압 검출신호의 유무 및 소자 구동신호의 유무에 따른 논리 판정신호를 출력하고, 이 논리 판정신호에 따라 반도체 소자부의 고장 유무에 따른 소자 안전신호를 출력하도록 했으므로, 논리 판정신호에 포함된 잡음 등을 제거함으로써 정확한 소자 안전신호를 출력할 수 있다.

본 발명의 반도체 릴레이장치는, 상기 양단전압 검출회로 및 상기 소자 고장 검출회로의 적어도 한쪽으로 전력을 공급하는 전원회로를 가지며, 이 전원회로는 상기 단자에 접속된 부하전원 회로로부터 전력을 공급받도록 하였다.

따라서, 본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면, 부하전원 회로로부터의 전력공급이 차단된 경우에 양단전압 검출회로나 소자 고장 검출회로에 대한 전력공급도 차단되므로 부하전원 회로로부터 전력공급이 차단된 경우에도 양단전압 검출회로나 소자 고장 검출회로가 반도체 소자부의 고장을 잘못 검출하는 사태를 확실히 방지할 수 있다.

본 발명의 반도체 릴레이장치는, 부하전원에 의해 부하를 구동하는 부하회로와, 이 부하회로를 제어하는 반도체 소자부를 갖는 반도체 릴레이장치이며, 상기 부하와 병렬로 접속된 더미 부하부와 이 더미 부하부 및 상기 반도체 소자부를 제어하는 제어회로를 갖는다.

또한, 본 발명의 반도체 릴레이장치는, 부하전원으로 부하를 구동하는 부하회로와, 이 부하회로를 제어하는 반도체 소자부를 갖는 반도체 릴레이장치로서, 상기 부하와 병렬접속된 더미 부하부와, 상기 부하회로에 있어서의 상기 부하전원과 상기 부하와의 접속 및 차단을 수행하는 접점을 갖는 안전차단부와, 상기 더미 부하부, 상기 반도체 소자부 및 상기 안전차단부를 제어하는 제어회로를 갖는다.

본 발명의 반도체 릴레이장치는, 부하전원에 의해 부하를 구동하는 부하회로와 이 부하회로를 제어하는 반도체 소자부와, 상기 부하회로에 있어서 상기 부하전원과 상기 부하와의 접속 및 차단을 수행하는 접점을 갖는 안전차단부와, 상기 부하의 차단상태에 있어서 상기 반도체 소자부의 전류경로를 확보해서 고장검출을 실행시키는 더미 부하부와, 상기 반도체 소자부와, 상기 더미 부하부 및 상기 안전차단부가 각각 오프상태인 무전원상태에서 전원을 투입함으로써 초기체크상태로 만들어서 상기 안전차단부의 고장검출을 실행하고, 이 고장검출 결과 상기 안전차단부가 고장이 아닌 경우에는 상기 반도체 소자부의 고장검출을 실행하고, 이 고장검출 결과 상기 반도체 소자부가 고장이 아닌 경우에는 상기 안전차단부를 접속동작시킴으로써 상기 부하회로를 운전상태로 제어하는 제어수단을 갖는다.

제어수단은, 상기 안전차단부가 정상인 경우에, 상기 더미 부하부에 있어서 상기 반도체 소자부의 전류경로를 확보하여 상기 반도체 소자부의 고장검출을 소정시간동안 실행하고, 상기 반도체 소자부가 정상인 경우에 상기 반도체 소자부의 고장검출 실행을 정지시킴과 동시에 상기 안전차단부를 접속동작시킴으로써 상기 부하회로를 운전상태로 제어하도록 할 수도 있다.

또한, 제어수단이, 상기 안전차단부가 고장인 경우, 상기 더미 부하부에 있어서 상기 반도체 소자부의 고장검출을 실행하지 않고 상기 부하회로가 운전상태가 되지 않도록 제어하고, 상기 반도체 소자부가 고장인 경우에 상기 부하회로가 운전상태가 되지 않도록 제어하도록 할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면, 반도체 소자부, 더미 부하부 및 안전차단부가 각각 오프상태인 무전원상태에서 전원이 투입되면 초기체크상태가 되고 안전차단부의 고장검출을 실행하고, 이 고장검출 결과 안전차단부가 고장이 아닌 경우에는 반도체 소자부의 고장검출을 실행하고, 또는 더미 부하부에서 반도체 소자부의 전류 경로를 확보해서 반도체 소자부의 고장검출을 실행하여 안전차단부를 온 동작시킴으로써 운전상태로 만들 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면, 안전차단부의 고장검출 결과안전차단부에 고장이 발견된 경우에는 고장이 발견된 것과 경보를 발령하고 동작을 정지시킨다. 마찬가지로 반도체 소자부에서 고장이 발견된 경우에도 고장이 발견된 것을 알리는 경보를 발령하고 동작을 정지시켜 부하회로가 운전상태가 되지 않도록 제어할 수 있다.

따라서, 반도체 소자부의 고장을 미리 검출할 수 있으므로 장치의 안전성을 향상시킬 수 있고, 또한, 장치 자체의 안전을 확보한 후에 운전신호 입력을 허가하므로 이를 사용한 시스템 전체의 안전성을 향상시킬 수 있다.

더나아가서, 반도체 소자부의 특성치의 열화를 센서부로 검출할 수 있으므로 반도체 소자부가 완전히 고장으로 되기 전에 안전차단부에 의해 부하회로를 차단시키거나 사용자에게 경보를 발령해서 주의를 환기시킴으로써 위험한 상태가 되기 전에 장치를 정지시킬 수가 있어 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 소자 구동신호를 출력해서 상기 반도체 소자부를 구동하는 소자 구동회로를 가지며, 상기 제어수단은 상기 안전차단부를 감시하여 상기 안전차단부의 상기 접점이 개방되어 있지 않음을 검출하면 상기 소자 구동회로로부터 상기 소자 구동신호를 출력하지 않도록 제어할 수도 있다.

또한, 상기 제어수단은, 전원투입시에 상기 더미 부하부를 통해 상기 반도체 소자부에 통전하고, 상기 반도체 소자부가 정상임을 확인한 후에 상기 안전차단부의 상기 접점을 닫도록 제어할 수도 있다.

또한, 상기 반도체 소자부의 고장을 검출하는 소자 고장 검출회로를 가지며 상기 제어수단이 통상적 운전시에 상기 소자 고장 검출회로에서 상기 반도체 소자부의 고장을 확인하면 상기 안전차단부의 상기 접점을 개방하도록 제어할 수도 있다.

또한, 상기 제어수단은 운전정지시에는 상기 안전차단부의 상기 접점을 개방하도록 제어할 수도 있다.

그리고, 제어수단은 반도체 소자부의 동작을 검출하는 센서부와, 센서부의 센서 출력신호와 소자 구동회로의 소자 구동신호를 비교하여 안전한 상태(합선 고장 또는 오픈 고장이 없는)임을 확인한 경우에 소자 안전신호를 출력하는 소자 고장 검출회로와, 안전차단부가 정상적으로 기능할 수 있는(접점용착이 없는) 상태이면(예를 들면, 차단릴레이의 릴레이접점의 b접점이 닫혀져 있음을 확인하면) 더미 부하신호를 더미 부하부에 출력해서 차단릴레이 안전신호를 출력하고, 또한, 안전을 확인할 수 없는 상태이면 차단릴레이 안전신호를 출력하지 않는 차단회로 감시회로와, 전원이 투입되었을 때 더미 부하부의 더미 부하릴레이를 일정시간동안 온 동작시켜 반도체 소자부의 안전을 확인할 수 있도록 하고, 또한, 상기 상태에서 외부로부터의 제어입력신호를 차단해서 소자부 기동시 체크용 운전신호를 소자 구동회로에 입력하고, 또한, 상기 상태에서 차단회로 감시회로에 안전차단부 체크용 신호를 출력해서 안전차단부의 용착확인을 실시시키는 초기 제어회로 등을 포함한다.

반도체 소자부란, MOSFET, 트랜지스터, 트라이액, 사이리스터, GTO 등 반도체 스위칭소자로 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 반도체 릴레이장치는, 부하전원에 의해 부하를 구동하는 부하회로와 이 부하회로를 제어하는 반도체 소자부와 소자 구동신호를 출력해서 상기반도체 소자부를 구동하는 소자 구동회로와 상기 부하회로에 있어서의 상기 부하전원과 상기 부하와의 접속 및 차단을 수행하는 접점을 갖는 안전차단부와, 상기 반도체 소자부의 동작을 검출하는 센서부와 이 센서부의 센서 출력신호와 상기 소자 구동회로의 상기 소자 구동회로에 의해 상기 반도체 소자부의 고장을 검출하여 소자 안전신호를 출력하는 소자 고장 검출회로와, 상기 부하의 차단상태에서 상기 반도체 소자부의 전류 경로를 확보해서 고장검출을 실행시키는 더미 부하부와, 상기 안전차단부가 정상적으로 기능할 수 있는 상태이면 차단릴레이 안전신호를 출력하는 차단회로 감시회로와, 전원이 투입된 경우에 상기 더미 부하부를 동작시켜 상기 반도체 소자부의 안전확인이 가능한 상태로 만들고, 외부로부터의 제어입력신호를 차단해서 상기 소자 구동회로에 소자부 기동시 체크용 운전신호를 출력함과 아울러 상기 차단회로 감시회로에 안전차단부 체크용 신호를 출력해서 상기 안전차단부의 용착확인을 실시시키는 초기 제어회로와, 상기 소자 안전신호와 상기 차단릴레이 안전신호가 하이레벨이 되면 상기 안전차단부에 안전확인신호를 출력하는 논리회로를 갖는다.

또한, 센서부는 반도체소자에 대하여 병렬적으로 접속된 포토커플러로 구성할 수도 있다. 그리고 이 센서부는 반도체 소자부에 부가되는 전압을 검출하여 소자 고장 검출회로에 센서 출력신호를 출력한다.

그리고, 본 발명의 반도체 릴레이장치에 있어서는, 안전차단부를 안전릴레이로 이루어진 차단릴레이로 구성할 수도 있으며, 적어도 한개의 노멀오픈 접점을 갖는 전자릴레이로 된 차단릴레이로 구성할 수도 있으며, 안전릴레이와 일반적 릴레이로 된 차단릴레이로 구성할 수도 있고, 또한, 안전차단부가 내압이 높은 반도체소자로 구성되도록 할 수도 있다.

또한, 안전차단부의 차단릴레이 제어를 반도체 소자부에 입력되는 소자 구동신호에 따라 수시로 실행하도록 할 수도 있다. 이 경우 차단릴레이를 시의적절하게 오프상태로 함으로써 차단을 확실히 수행할 수가 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 안전릴레이는 강제 가이드기구에 의해 어떤 한 a접점이 용착된 경우에 모든 b접점이 반드시 오프가 되며, 어떤 한 b접점이 용착된 경우에 모든 a접점이 반드시 오프가 되도록 만들어져 있으며, 안전을 목적으로 사용되는 제어회로내에 사용되는 릴레이이다.

본 발명의 반도체 릴레이장치에 있어서는, 더미 부하부를, 반도체 소자부와 안전차단부 사이에 배치하고 동시에 부하에 대해 병렬로 배치할 수도 있고, 더미 부하부를 저항과 전자릴레이를 직렬적으로 접속시킨 구성으로 할 수도 있고, 더미 부하부를 저항으로 구성하여 이 저항의 저항치를 부하전류와 비교할 때 무시할 수 있는 만큼의 미소전류(예를 들면, 1/10 이하)만이 흐를 수 있도록 설정할 수도 있다. 또한, 더미 부하부의 전자릴레이는 안전차단부에서 사용된 안전릴레이의 b접점을 사용하도록 할 수도 있다.

또한, 센서부를 반도체 소자부에 부가되는 전압을 검출하는 전압검출회로로 구성할 수도 있다.

이 센서부는 반도체 소자부에 대해 병렬로 접속된 포토커플러로 구성할 수도있다. 그리고 이 센서부는 반도체 소자부에 부가되는 전압을 검출하여 소자 고장 검출회로에 센서 출력신호를 출력한다.

또한, 센서부를 반도체 소자부를 흐르는 전류를 검출하는 전류검출회로로 구성할 수도 있다. 이 센서부는 반도체 소자부를 흐르는 전류를 검출하고 소자 고장 검출회로에 센서 출력신호를 출력한다.

또한, 센서부 및 소자 고장 검출회로를 각각 이중화시켜, 한쪽이 고장인 경우에도 다른 한쪽이 정상적으로 동작하도록 구성해서 고장 변환성을 향상시키도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명의 반도체 릴레이장치가, 외부로부터 안전제어신호를 받음으로써 강제적으로 안전차단부를 개방시키는 기능을 갖도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명의 반도체 릴레이장치가, 외부에 안전제어신호를 출력하는 기능을 가지며 동시에 내부의 고장상태를 검출한 경우에 안전제어신호를 제어하는 기능을 갖도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 관한 반도체 릴레이장치가 3상 전원으로 사용되는 반도체 릴레이장치로, 안전차단부가 2개의 상을 차단하도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명의 반도체 릴레이장치의 제어방법은, 반도체 소자부, 더미 부하부 및 안전차단부가 각각 오프상태인 무전원상태에서 전원을 투입하여 초기 체크상태로 만들어서 상기 안전차단부의 고장검출을 수행하고, 이 고장검출 결과 상기 안전차단부가 고장이 아닌 경우에 상기 반도체 소자부의 고장검출을 실행하고, 상기 반도체 소자부가 고장이 아닌 경우에는 상기 안전차단부를 접속동작시킴으로써부하회로를 운전상태로 만들고, 상기 안전차단부의 고장검출 결과 상기 안전차단부가 고장인 경우에 상기 더미 부하부에서 상기 고장검출을 실행하지 않고 상기 부하회로를 운전상태가 되지 않도록 제어하고, 나아가 상기 반도체 소자부의 고장검출 결과 상기 반도체 소자부가 고장인 경우에는 상기 부하회로를 운전상태가 되지 않도록 제어한다.

따라서, 본 발명의 반도체 릴레이장치의 제어방법에 의하면, 반도체 소자부의 고장을 미리 검출할 수 있으므로 장치의 안전성을 향상시킬 수가 있으며, 또한, 장치 자체의 안전을 확보한 후에 운전신호 입력을 허가하므로 이를 사용한 시스템 전체의 안전성을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 반도체 소자부의 특성치 열화를 센서부에서 검출할 수 있으므로 반도체 소자부가 완전히 고장으로 되기 전에 안전차단부에 의해 부하회로를 차단시키거나 사용자에게 경보를 발령해서 주의를 환기시킴으로써 위험한 상태가 되기 전에 장치를 정지시킬 수가 있어 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명 반도체 릴레이장치에 있어서 제1 실시예를 나타내는 SSR의 외관구성을 도시한 사시도.

도 2는 제1 실시예를 나타내는 SSR내부의 개략구성을 도시한 블록도.

도 3은 제1 실시예에 관한 소자간 전압 검출회로 내부의 회로구성을 도시한 설명도.

도 4는 제1 실시예에 관한 트라이액이 오프일 때의 소자간 전압과 소자간 전압 검출신호와의 관계를 도시한 신호파형도.

도 5는 제1 실시예에 관한 트라이액이 온일 때의 소자간 전압과 소자간 전압 검출신호와의 관계를 도시한 신호파형도.

도 6은 제1 실시예에 관한 소자 구동신호 및 소자간 전압 검출신호에 관한 판정 알고리즘을 도시한 설명도.

도 7은 제1 실시예에 있어서 트라이액의 정상 오프시에 관한 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도.

도 8은 제1 실시예에 있어서 트라이액의 오프 고장시에 관한 논리 판정신호및 소자 안전신호의 신호파형도.

도 9는 제1 실시예에 있어서 트라이액의 온 고장시에 관한 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도.

도 10은 제1 실시예에 있어서 트라이액의 반파 온 고장시에 관한 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도.

도 11은 제1 실시예에 있어서 트라이액의 정상동작시에 관한 전원전압, 소자 구동신호, 소자간 전압 검출신호, 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도. 도 12는 제1 실시예에 있어서 트라이액의 온 고장시에 관한 전원전압, 소자 구동신호, 소자간 전압 검출신호, 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도.

도 13은 제1 실시예에 있어서 트라이액의 오프 고장시에 관한 전원전압, 소자 구동신호, 소자간 전압 검출신호, 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도.

도 14는 제1 실시예에 있어서 트라이액의 반파 온 고장시에 관한 전원전압, 소자 구동신호, 소자간 전압 검출신호, 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도.

도 15는 제1 실시예에 있어서 트라이액에 대한 전력공급 차단시에 관한 전원전압, 소자 구동신호, 소자간 전압 검출신호, 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도.

도 16은 제1 실시예를 나타내는 SSR을 델타결선의 3상에 적용한 경우를 도시한 설명도.

도 17은 제1 실시예를 나타내는 SSR을 스타결선의 3상에 적용한 경우를 도시한 설명도.

도 18은 제 2실시예를 나타내는 반도체 릴레이장치 내부의 개략구성을 나타내는 블록도.

도 19는 반도체 릴레이장치에 있어서의 기동시의 흐름도.

도 20은 반도체 릴레이장치에 있어서의 운전시의 흐름도.

도 21은 반도체 릴레이장치에 있어서의 오픈 고장시의 타임차트.

도 22는 반도체 릴레이장치에 있어서의 합선 고장시의 타임차트.

도 23의 (1), (2)는 반도체 릴레이장치의 제어상태 설명도.

도 24의 (1), (2)는 반도체 릴레이장치의 다른 제어상태 설명도.

도 25는 반도체 릴레이장치를 3상모터의 구동회로에 사용한 경우의 회로도.

도 26은 반도체 릴레이장치에 있어서 센서부에 전류검출회로를 사용한 경우의 고장검출 흐름도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

100 : SSR 102 : 히트싱크

103 : 커버 104 : 개구부

105 : 입력단자 106 : 경보출력단자

107 : 전원단자 108 : 출력단자

109 : 외부 부하전원 회로 110 : 전원회로

111 : 제어기기 112 : 소자 구동회로

113 : 부하 114 : 트라이액

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

다음에 도면을 근거로 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

(실시예1)

도 1은 본 발명의 반도체 릴레이장치에 있어서의 제1 실시예를 나타내는 SSR의 외관구성을 도시한 사시도이다.

도 1에 도시한 SSR(100)은 히트싱크(102)에 나사로 설치되며, 이 SSR(100) 상면에는 요동가능한 커버(103)를 설치하고, 이 커버(103)에는 입력상태 및 경보출력상태 등을 점등표시하는 표시LED에 대응한 개구부(104)가 형성되어 있다.

또한, 커버(103) 하부에는 한쌍의 입력단자(105), 한쌍의 경보출력단자(106) 및 전원단자(107) 등 5개 단자가 배설되어 있다. 또한, SSR(100)의 길이방향 양측부에는 부하전원 및 히터 등 부하에 각각 접속된 한쌍의 출력단자(108)(도 1에서는 한 출력단자(108)만이 제시되어 있다)가 설치되어 있다.

도 2는 제1 실시예를 나타내는 SSR내부의 개략구성을 도시한 블록도이다.

도 2에 도시한 SSR(100)은 외부 부하전원 회로(109)로부터의 전력공급에 따라서 예를 들면, 5V의 내부정전압을 생성하여 고장검출을 수행하는 회로 등에 전력을 공급하는 전원회로(110)와, 온도조절기 등 제어기기(111)로부터의 제어입력신호를 입력하는 입력단자(105)와, 이 입력단자(105)로부터의 제어입력신호에 따라 소자 구동신호를 출력하는 소자 구동회로(112)와, 히터 등 부하(113)와 부하전원 회로(109)와의 직렬회로에 접속되는 출력단자(108)와, 출력단자(108)간에 배치되고 반도체소자로서의 트라이액(114)을 내장한 반도체 소자부(115)를 갖는다.

제1 실시예를 도시한 SSR(100)에 있어서는 트라이액(114)의 고장을 검출할 수 있도록 다음과 같은 구성을 갖는다.

이 SSR(100)은 트라이액(114)의 양단간의 전압을 검출하는 센서부로서의 양단전압 검출회로인 소자간 전압 검출회로(116)와, 이 소자간 전압 검출회로(116)로부터의 센서 출력신호인 소자간 전압 검출신호, 및 소자 구동회로(112)로부터의 소자 구동신호에 따라서 트라이액(114)의 고장 유무를 판정하고 이 고장 유무에 대응한 소자 안전신호를 출력하는 소자 고장 검출회로(117)와, 이 소자 고장 검출회로(117)로부터 소자 안전신호에 따라 경보신호를 출력하는 경보출력회로(118)를 갖는다.

도 1에 도시한 커버(103)의 개구(104)에는 소자 구동회로(112)로부터의 소자 구동신호에 따라 입력상태를 점등표시하는 표시LED(130)와, 소자 안전신호에 따라 경보출력상태 등을 점등표시하는 표시LED(131)가 배치되어 있다. 그리고, 경보출력회로(118)의 경보출력단자(106)에는 도 2에 도시한 바와 같이, 외부직류전원(128) 및 소자 안전신호에 따라 구동되는 릴레이(129)와 PLC 등이 접속되어 있다.

소자 고장 검출회로(117)는 소자 구동신호 및 소자간 전압 검출신호에 따라 논리 판정신호를 출력하는 논리판정회로(119)와, 논리 판정신호에서 잡음 등 외란요소를 제거해서 소자 안전신호를 출력하는 필터회로(120)를 갖는다.

소자간 전압 검출회로(116)는 도 3에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)의 소자간 전압을 정류하는 다이오드 브릿지(121)와, 과전류를 방지하면서 정전압화를 도모하는 트랜지스터(122), 저항(123) 및 제너 다이오드(124)와, 소정 검출역치를 설정하기 위한 제너 다이오드(125)와, 트라이액(114)의 양단전압 즉, 소자간 전압이 소정 검출역치 이상이 되면 하이레벨 소자간 전압 검출신호를 출력함과 동시에 소자간 전압이 소정 검출역치 미만이 되면 로우 레벨 소자간 전압 검출신호를 출력하는 포토커플러(126)를 갖는다.

도 4 및 도 5는 소자간 전압과 소자간 전압 검출신호와의 관계를 도시한 신호파형도이며, 도 4는 트라이액(114)이 오프되어 있는 상태, 도 5는 트라이액(114)이 온 되어 있는 상태를 각각 도시하고 있다.

트라이액(114)이 오프되어 있는 경우, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 소자간 전압으로서 부하전원 회로(109)에 대응한 정현파전압이 발생되며, 검출역치 이상인 부분에 따라 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 소요 펄스폭의 하이레벨 소자간 전압 검출신호가, 소자간 전압 검출회로(116)에서 출력된다.

또한, 트라이액(114)이 온 되어 있는 경우, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 소자간 전압은 검출역치 미만인 불과 1V정도의 전압이 발생되며, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 로우 레벨 소자간 전압 검출신호가 소자간 전압 검출회로(116)에서 출력된다.

소자 구동회로(112)는, 제어기기(111)에서 제어입력신호가 입력되면 하이레벨 소자 구동신호를 논리판정회로(119)에 출력함과 동시에 제어입력신호의 입력이 없으면 로우 레벨 소자 구동신호를 논리판정회로(119)로 출력한다.

다음에, 소자 고장 검출회로(117)의 고장판정 알고리즘에 대해 설명한다.

소자 고장 검출회로(117)는 소자간 전압 검출회로(116)로부터의 소자간 전압 검출신호 및 소자 구동회로(112)로부터의 소자 구동신호에 따라 도 6에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)의 고장 유무를 검출하는 것이다.

소자 고장 검출회로(117)는, 예를 들면, 소자 구동신호가 하이레벨, 소자간 전압 검출신호가 로우 레벨일 때, 소자 구동신호가 하이레벨이기 때문에 트라이액(114)이 온 이며, 또한, 소자간 전압 검출신호가 로우 레벨이기 때문에,도 6에 도시한 바와 같이 트라이액(114)은 정상이라고 판정하는 것이다.

또한, 소자 고장 검출회로(117)는, 예를 들면, 소자 구동신호가 하이레벨, 소자간 전압 검출신호가 하이레벨일 경우, 소자 구동신호가 하이레벨이기 때문에 트라이액(114)이 온 되지만 소자간 전압 검출신호가 하이레벨이기 때문에 트라이액(114)이 오프되어 있게 되어, 도 6에 도시한 바와 같이 트라이액(114)이 오프고장이라고 판정하는 것이다.

또한, 소자 고장 검출회로(117)는, 예를 들면, 소자 구동신호가 로우 레벨, 소자간 전압 검출신호가 하이레벨일 경우, 소자 구동신호가 로우 레벨이기 때문에 트라이액(114)이 오프로 되지만, 또한, 소자간 전압 검출신호가 하이레벨이기 때문에 도 6에 도시한 바와 같이 트라이액(114)이 정상이라고 판정하는 것이다.

또한, 소자 고장 검출회로(117)는, 예를 들면, 소자 구동신호가 로우 레벨, 소자간 전압 검출신호가 로우 레벨일 경우, 소자 구동신호가 로우 레벨이기 때문에 트라이액(114)이 오프이지만, 소자간 전압 검출신호가 로우 레벨이기 때문에 트라이액(114)이 온 되어 있는 것이 도 6에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)이 온 고장이라고 판정하는 것이다.

나아가, 소자 고장 검출회로(117) 내부의 논리판정회로(119) 및 필터회로(120)의 처리 알고리즘에 대해 설명한다.

소자 고장 검출회로(117)의 논리판정회로(119)는, 소자 구동신호와 소자간 전압 검출회로와의 배타적 논리합을 취하여 그 배타적 논리합을 반전시키는 것이다. 필터회로(120)는 기본적으로 CR의 시정수회로에 의해 논리판정회로(119)의 논리 판정신호를　원활하게 만들며, 그것이 소정 역치를 초과했을 때에 고장으로 판정하여 하이레벨 소자 안전신호를 출력하는 것이다.

이어서, 소자 고장 검출회로(117) 내부의 논리판정회로(119) 및 필터회로(120)의 처리 알고리즘을 고장판정의 예를 들어 설명한다. 도 7 내지 도 10은 논리판정회로(119)로부터 출력되는 논리 판정신호 및 필터회로(120)로부터 출력되는 소자 안전신호의 신호파형도이며, 도 7은 트라이액(114)의 정상 오프시, 도 8은 트라이액(114)의 오프 고장시, 도 9는 트라이액(114)의 온 고장시, 도 10은 트라이액(114)의 한쪽 반파 온 고장시에 관한 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)이 정상 오프시에 있어서, 논리판정회로(119)는 도 4의 (b)에 도시한 소요 펄스폭의 하이레벨 소자간 전압 검출신호와 로우 레벨 소자 구동신호와의 배타적 논리합을 반전시킴으로써 도 7의 (a)에 도시한 펄스폭이 작은 논리 판정신호를 출력하게 된다. 또한, 필터회로(120)에서는 이 논리 판정신호의 펄스폭이 작아서 필터회로(120)에 있어서의 소정 역치를 초과하지 않으므로 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)이 정상임을 나타내는 로우 레벨 소자 안전신호를 출력하게 된다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)의 오프 고장시에 있어서, 논리판정회로(119)는 도 4의 (b)에 도시한 소요 펄스폭의 하이레벨 소자간 전압 검출신호와 하이레벨 소자 구동신호와의 배타적 논리합을 반전시킴으로써 도 8의 (a)에 도시한 소요 펄스폭의 논리 판정신호를 출력하게 된다. 또한, 필터회로(120)에서는이 논리 판정신호의 소요 펄스폭이 소정 역치를 초과하므로 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)이 고장임을 나타내는 하이레벨 소자 안전신호를 출력하게 된다.

또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)의 온 고장시에 있어서, 논리판정회로(119)는 도 5의 (b)에 도시한 로우 레벨 소자간 전압 검출신호와 로우 레벨 소자 구동신호와의 배타적 논리합을 반전시킴으로써 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 하이레벨 논리 판정신호를 출력하게 된다. 또한, 필터회로(120)에서는 이 논리 판정신호의 펄스폭이 소정 역치를 초과하므로 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)이 고장임을 나타내는 하이레벨 소자 안전신호를 출력하게 된다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)의 한쪽 반파온 고장시에 있어서, 논리판정회로(119)는 트라이액(114)의 한쪽이 정상적으로 오프되고 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 주기가 긴 소요 펄스폭의 논리 판정신호를 출력하게 된다. 또한, 필터회로(120)에서는 이 논리 판정신호의 소요 펄스폭이 소정 역치를 초과하므로 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)이 고장임을 나타내는 하이레벨 소자 안전신호를 출력하게 된다.

또한, 필터회로(120)는 소정 듀티비 이상인 논리 판정신호를 입력하면 하이레벨 소자 안전신호를 출력하게 된다.

이어서, 제1 실시예에 관한 고장판정동작을 도 11 내지 도 14의 신호파형도에 따라 상세하게 설명한다. 도 11은 정상동작시에 신호파형도이며, 도 11의 (A)는 제어입력신호의 입력이 없는 경우, 도 11의 (B)는 제어입력신호가 있는 경우를 나타내며, (a)는 부하전원 회로(109)에 대응하는 전원전압, (b)는 소자 구동회로(112)로부터 출력되는 소자 구동신호, (c)는 소자간 전압 검출회로(116)로부터 출력되는 소자간 전압 검출신호, (d)는 논리판정회로(119)로부터 출력되는 논리 판정신호, (e)는 필터회로(120)로부터 출력되는 소자 안전신호이다.

도 11의 (A)에서는, 제어입력신호의 입력이 없으므로 소자 구동회로(112)에서는 (b)에 도시한 바와 같이, 소자 구동신호는 로우 레벨이 되며 트라이액(114)이 정상적으로 동작하여 오프되어 있으므로 소자간 전압 검출회로(116)에서는 (c)에 도시한 바와 같이, 소요 펄스폭의 소자간 전압 검출신호가 된다. 또한, 논리판정회로(119)에서는 소자 구동신호 및 소자간 전압 검출신호의 배타적 논리합을 반전시킴으로써 (d)에 도시한 바와 같이 논리 판정신호가 되므로, 이 논리 판정신호는 듀티비가 작아지므로 필터회로(120)에서는 (e)에 도시한 바와 같이, 트라이액(114)이 정상임을 나타내는 로우 레벨 소자 안전신호로 된다.

도 11의 (B)에서는, 제어입력신호의 입력이 있으므로 소자 구동회로(112)에서는 (b)에 도시한 바와 같이, 소자 구동신호는 하이레벨이 되며 트라이액(114)이 정상적으로 동작하여 온 되어 있으므로 소자간 전압 검출회로(116)에서는 (c)에 도시한 바와 같이 로우 레벨 소자간 전압 검출신호가 된다. 또한, 논리판정회로(119)에서는 소자 구동신호 및 소자간 전압 검출신호의 배타적 논리합을 반전시킴으로써 (d)에 도시한 바와 같이 로우 레벨 논리 판정신호가 되므로, 필터회로(120)에서는 (e)에 도시한 바와 같이 트라이액(114)이 정상임을 나타내는 로우 레벨 소자 안전신호를 출력하게 된다.

도 12는 온 고장시의 신호파형도이며, 도 12의 (A)는 제어입력신호의 입력이 없는 경우, 도 12의 (B)는 제어입력신호가 있는 경우를 나타내고 있다.

도 12의 (A)에서는, 제어입력신호의 입력이 없는 경우, 소자 구동회로(112)에서는 (b)에 도시한 바와 같이, 소자 구동신호는 로우 레벨임에도 불구하고 트라이액(114)이 온 상태이므로 소자간 전압 검출회로(116)에서는 (c)에 도시한 바와 같이 로우 레벨 소자간 전압 검출신호가 된다. 또한, 논리판정회로(119)에서는 소자 구동신호 및 소자간 전압 검출신호의 배타적 논리합을 반전시킴으로써 (d)에 도시한 바와 같이 하이레벨 논리 판정신호가 되므로, 필터회로(120)에서는 (e)에 도시한 바와 같이 트라이액(114)이 고장임을 나타내는 하이레벨 소자 안전신호가 된다.

그리고, 도 12의 (B)에서는, 제어입력신호의 입력이 있으므로 소자구동 회로(112)에서는 (b)에 도시한 바와 같이, 소자 구동신호는 하이레벨이 되므로 트라이액(114)의 온 고장을 검출할 수 없지만, 제어입력신호 입력이 없는 경우에는 온 고장을 검출할 수 있으므로 아무런 문제가 없다.

도 13은 오프 고장시의 신호파형도이며, 도 13의 (A)는 제어입력신호의 입력이 없는 경우, 도 13의 (B)는 제어입력신호의 입력이 있는 경우를 나타내고 있다.

도 13의 (B)에서는, 제어입력신호의 입력이 있기 때문에 소자 구동회로(112)에서는 (b)에 도시한 바와 같이, 소자 구동신호가 하이레벨임에도 불구하고 트라이액(114)이 오프상태가 되어 있으므로 소자간 전압 검출회로(116)에서는 (c)에 도시한 바와 같이 소요 펄스폭의 소자간 전압 검출신호가 된다. 또한,논리판정회로(119)에서는 소자 구동신호 및 소자간 전압 검출신호의 배타적 논리합을 반전시킴으로써 (d)에 도시한 바와 같이 소요 펄스폭의 논리 판정신호가 되므로, 필터회로(120)에서는 (e)에 도시한 바와 같이 트라이액(114)이 고장임을 나타내는 하이레벨 소자 안전신호가 된다.

그리고, 도 13의 (A)에서는, 제어입력신호의 입력이 없기 때문에 소자 구동회로(112)에서는 (b)에 도시한 바와 같이 소자 구동신호가 로우 레벨이 되므로 트라이액(114)의 오프고장을 검출할 수 없지만, 제어입력신호 입력이 있는 경우에는 오프고장을 검출할 수 있으므로 아무런 문제가 없다.

도 14는 트라이액(114)의 한쪽의 온 고장시의 신호파형도이며, 도 14의 (A)는 제어입력신호의 입력이 없는 경우, 도 14의 (B)는 제어입력신호가 있는 경우를 나타내고 있다.

도 14의 (A)에서는, 제어입력신호의 입력이 없기 때문에 소자 구동회로(112)에서는 (b)에 도시한 바와 같이 소자 구동신호는 로우 레벨임에도 불구하고 트라이액(114)이 온 상태이므로 소자간 전압 검출회로(116)에서는 (c)에 도시한 바와 같이 주기가 긴 소요 펄스폭의 소자간 전압 검출신호가 된다. 또한, 논리판정회로(119)에서는 소자 구동신호 및 소자간 전압 검출신호와의 배타적 논리합을 반전시킴으로써 (d)에 도시한 바와 같이 주기가 긴 소요 펄스폭의 논리 판정신호가 되므로, 필터회로(120)에서는 (e)에 도시한 바와 같이 트라이액(114)이 고장임을 나타내는 하이레벨 소자 안전신호가 된다.

그리고, 도 14의 (B)에서는, 제어입력신호의 입력이 있으므로 소자구동회로(112)에서는 (b)에 도시한 바와 같이 소자 구동신호는 하이레벨이 되므로 반파 온 고장을 검출할 수 없지만, 제어입력신호 입력이 없는 경우에는 반파온 고장을 검출할 수 있으므로 아무런 문제가 없다.

제1 실시예에 의하면, 트라이액(114)의 양단전압에 관한 소자간 전압 검출신호 및 제어입력신호에 대응한 소자 구동신호에 따라 트라이액(114)의 고장 유무를 판정하도록 했으므로, 트라이액(114)의 고장을 안정적으로 검출할 수가 있으며, 나아가서 소자간 전압 검출회로(116)를 사용함으로써 CT(변류기)형 전류센서를 사용한 반도체 릴레이장치와 비교할 때도 대폭 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 제1 실시예에 의하면, 논리판정회로(119)에서는 소자간 전압 검출신호의 유무 및 소자 구동신호의 유무에 따라 논리 판정신호를 출력하고, 필터회로(120)에서는 논리 판정신호의 듀티비에 따라 잡음 등 외란요소를 제거하여 고장 유무에 대응한 소자 안전신호를 출력하도록 했으므로, 트라이액(114)의 고장을 안정적으로 검출할 수가 있으며, 나아가서 트라이액(114)의 한쪽의 반파고장도 검출할 수 있다.

또한, 제1 실시예에 의하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 고장을 검출하는 소자간 전압 검출회로(116) 및 소자 고장 검출회로(117)에 전력을 공급하는 전원회로(110)가 부하전원 회로(109)로부터 전력을 공급받고 있으므로, 예를 들면, 하루 종업이 끝나고 브레이커(127)가 차단되면 반도체 소자부(115)에 대한 전력공급이 차단되며, 나아가 전원회로(110)에 대한 전원공급도 역시 차단되므로 고장검출동작을 수행할 수가 없으므로, 부하전원 회로(109)로부터의 전력공급이 차단된경우에 반도체 릴레이장치가 고장인 것으로 잘못 판단하는 일을 확실히 방지할 수 있다.

도 15는 이러한 브레이커(127)가 차단되고 반도체 소자부(115)에 대한 전력공급이 차단된 상태에 있어서의 전원전압, 소자 구동신호, 소자간 전압 검출신호, 논리 판정신호 및 소자 안전신호의 신호파형도이며, 반도체 소자부(115)에 대한 전력공급이 차단되면 전원회로(110)에 대한 전원공급도 역시 차단되므로 고장검출동작을 수행할 수 없으므로 소자 안전신호는 로우 레벨이 된다.

상기 제1 실시예에서는 SSR(100)을 1대로 하는 단상인 경우를 예로 설명했지만, SSR(100)을 2대로 하고 도 16에 도시한 바와 같은 델타결선이나, 도 17에 도시한 바와 같은 스타결선의 3상에 적용한 경우에도 같은 효과를 얻을 수 있다는 것은 물론이다.

상기 제1 실시예에서는 반도체소자로서 트라이액(114)을 예로 들어서 설명했지만, 사이리스터 등 기타 출력소자에 적용한 경우에도 같은 효과를 얻을 수 있다는 것은 물론이다.

제1 실시예에 있어서는 트라이액(114)의 고장판정 등을 마이크로 컴퓨터 등으로 수행하도록 할 수도 있다.

(제 2실시예)

다음에 제 2실시예를 나타내는 반도체 릴레이장치에 대해 설명한다.

일반적인 릴레이장치로서는 전자릴레이장치를 최종단 출력에 사용한 것과, 반도체소자를 갖는 반도체 릴레이장치를 최종단에 사용한 것이 있다.

최종단에 반도체소자를 사용한 반도체 릴레이장치는 고속응답성, 장수명이란 점에서 우수하지만, 합선고장의 회피가 어려우며 합선고장으로 위험한 상태가 야기될 수 있는 경우에는 반드시 전자릴레이장치와의 조합으로 사용되고 있다.

특히, 안전용도에 사용되는 릴레이장치에 있어서는, 더욱 신뢰성을 향상시킨 안전 릴레이와 공지기술인 전자릴레이가 사용되고 있으며, 상기 관점에서 반도체식 릴레이는 적당치 않다고 일컬어져 왔다. 그래서, 반도체식 릴레이와 전자릴레이를 처음부터 조합시켜서 신뢰성을 향상시킨 구조가 제안되고 있다.

그러나 이러한 릴레이장치에 있어서는 실제로 반도체소자의 고장을 검출하기 위해서는 회로에 전류를 부가할 필요가 있으며, 반도체소자의 합선고장을 모르는 채 전원을 투입한 경우에는 뜻밖에 장치가 동작되거나 정지시킬 수 없게 될 우려가 있으며, 또한, 제어할 수 없는 동작으로 인해 장치 자체의 다른 부분이 고장을 일으킬 우려가 있다.

그래서, 제 2실시예에 도시한 반도체 릴레이장치는 상기와 같은 점을 감안해서 구상된 것이며, 반도체 소자부의 고장을 미리 검출함으로써 장치의 안전성을 향상시키고, 또한, 이 장치를 사용한 시스템 전체의 안전성을 제고할 수 있는 신뢰성 높은 반도체 릴레이장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 18은 제 2실시예를 나타내는 반도체 릴레이장치 내부의 개략구성을 나타내는 블록도이며, 도 19는 반도체 릴레이장치에 있어서의 기동시의 흐름도이다.

반도체 릴레이장치(A)는, 입력신호단자(1)와, 부하회로(2)의 입력측 단자(3A, 3B)와 출력측 단자(4A, 4B)를 갖추고 있으며, 입력측 단자(3A, 3B)는 부하전원 회로(5)에 접속되는 것으로, 출력측 단자(4A, 4B)는 부하6에 접속되는 것이다.

그리고, 반도체 릴레이장치(A)는, 전원회로(7)와, 반도체 소자부(9)와, 소자 구동회로 (10)와, 더미 부하부(11)와, 안전차단부(12)와, 센서부(13)와, 소자 고장 검출회로(14)와, 차단회로 감시회로(15)와, 초기제어회로(16)와, 논리회로(AND회로)(18)를 갖는다.

그리고, 센서부(13)와 소자 고장 검출회로(14)와 차단회로 감시회로(15)와 초기제어회로(16)와 논리회로(AND회로)(18)는 제어회로(제어수단)를 구성하고 있다. 또한, 전원회로(7)는 부하전원 회로(5)에서 회로용 전원을 생성하여 각 회로에 공급한다.

또한, 반도체 소자부(9)는 반도체릴레이로서의 반도체소자(반도체 스위칭소자, 예를 들면, 트라이액)(8)로 구성되어 있으며, 소자 구동회로(10)로부터의 소자 구동신호에 따라 부하회로(2)를 제어한다.

그리고, 반도체 소자부(9)로서는 다른 종류의 반도체 스위칭소자, 예를 들면, MOSFET, 트랜지스터, 사이리스터, GTO 등으로 구성할 수도 있다.

또한, 소자 구동회로(10)는 제어입력신호에 따라 반도체 소자부(9)의 반도체소자(8)를 구동하기 위한 소자 구동신호를 생성한다. 위상제어신호가 없는 경우에는 전온/전오프제어한다. 또한, 소자 구동회로(10)의 입력측에는 외부로부터의 제어신호 입력과 초기제어회로(16)로부터의 소자부 기동시 체크용 신호 중 어느 한쪽을 소자 구동회로(10)에 입력시키는 전환스위치부(17)가 설치되어 있으며, 이 전환스위치부(17)는 초기제어회로(16)에 의해 절환 제어된다.

또한, 더미 부하부(11)는 부하차단시에 반도체 소자부(9)의 안전성을 확인하기 위한 전류경로를 확보하기 위한 것이며, 저항(20)과 전자릴레이인 더미 부하릴레이(21)의 릴레이 접점(노멀 오픈 릴레이접점)(21-1)을 직렬로 한 구성이며, 이 더미 부하부(11)는 부하(6)에 대하여 병렬로 부하회로(2)에 접속되어 있다.

또한, 안전차단부(12)는 2개의 전자릴레이(강제 가이드식 안전 릴레이)로 이루어진 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(노멀 오픈 릴레이접점)(22-1, 23-1)을 직렬로 한 구성이며, 이 안전차단부(12)는 부하(6)에 대하여 병렬로 부하회로(2)에 접속되어 있다. 그리고, 안전확인신호가 입력된 경우에 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)을 차단해서 부하회로(2)를 접속하고, 또한, 반도체 소자부(9)의 안전(또는 시스템 전체의 안전)을 확인하지 못하게 된 경우에는 즉시 부하회로(2)를 차단하고, 또한, 접점용착을 확인하기 위한 용착확인신호를 차단회로 감시회로(15)에 출력한다.

강제가이드식 안전 릴레이인 차단릴레이(22, 23)는, 강제가이드 기구로 인해 어떤 한 a접점이 용착된 경우에, 모든 b접점이 반드시 오프되며, 어떤 한 b접점이 용착된 경우는 모든 a접점이 반드시 오프되도록 만들어져 있으며, 안전을 목적으로 사용되는 제어회로내에 사용되는 릴레이이다.

또한, 센서부(13)는 반도체소자(8)에 대해 병렬로 접속된 전압검출회로인 포토 커플러(24)로 구성되고 있으며, 반도체소자(8)에 부가되는 전압을 검출하여 소자 고장 검출회로(14)에 선서출력신호를 출력한다.

소자 고장 검출회로(14)는 소자 구동회로(10)로부터의 소자 구동신호와, 센서부(13)로부터의 센서 출력신호를 비교하여 안전한 상태(합선고장 또는 오픈고장이 발생되지 않는)임을 확인하게 되면 소자 안전신호를 출력한다.

또한, 차단회로 감시회로(15)는 용착확인신호로 안전차단부(12)가 정상적으로 기능할 수 있는지 여부를 판단해서(예를 들면, 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)과 쌍을 이루고 있는 b 접점이 닫혀 있음이 확인되면) 차단릴레이 안전신호를 출력한다. 또한, 정상적으로 기능할 수 있음이 확인되지 않으면 차단릴레이 안전신호를 출력하지 않는다.

또한, 초기 제어회로(16)는 전원이 투입되었을 때 더미 부하 제어신호를 더미 부하부(11)에 출력하여 더미 부하부(11)의 더미 부하릴레이(21)를 일정시간 온 동작시켜, 반도체 소자부(9)의 안전을 확인할 수 있도록 하고, 또한, 상기 상태에서 외부로부터의 제어입력신호를 차단해서 소자부 기동시 체크용 신호를 소자 구동회로(10)에 입력하고, 또한, 상기 상태에서 차단부 감시회로(15)에 안전차단부 체크용 신호를 출력해서 용착확인을 실시시킨다. 다만, 전원회로(7)는 전원투입에 따라서 기동신호를 초기 제어회로(16)에 출력한다.

또한, 논리회로(AND회로)(18)는 소자 고장 검출회로(14)가 출력하는 소자 안전신호와, 차단회로 감시회로(15)가 출력하는 차단릴레이 안전신호가 모두 출력되는 경우(하이레벨이 되는 경우)에, 안전차단부(12)에 안전확인신호를 출력한다.

다음에, 상기와 같이 구성된 반도체 릴레이장치(A)의 동작을 도 19에 도시한 흐름도 및 도 21에 도시한 타임차트를 사용해서 설명한다.

초기상태에서는, 반도체소자(8), 더미 부하부(11)의 더미 부하릴레이(21)의 릴레이접점(21-1) 및 안전차단부(12)의 2개의 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)이 각각 오프상태이다.

그리고, 전원이 투입되고 전원회로(7)가 동작해서 이 전원회로(7)로부터 기동신호가 초기 제어회로(16)로 입력된다(스텝 S1, 스텝 S2). 초기 제어회로(16)는 전환스위치부(17)를 제어하여 외부로부터의 제어입력신호를 차단하며 안전차단부 체크용 신호를 차단회로 감시회로(15)에 출력해서 안전차단부(12)의 2개의 차단릴레이(22, 23)의 용착확인을 수행시킨다(스텝 S3).

차단회로 감시회로(15)는 안전차단부(12)가 정상적으로 기능할 수 있는(접점용착이 발생하지 않고 있는) 상태인지 여부를 판단하여(스텝 S3) 안전차단부(12)가 정상적으로 기능할 수 있는 상태라고 판단하면 초기 제어회로(16)는 더미 부하 제어신호를 더미 부하부(11)에 출력해서 이 더미 부하부(11)의 더미 부하릴레이(21)를 동작시켜서 릴레이접점(21-1)을 일정시간 동안 온 동작시켜 부하전원부(5), 반도체 소자부(9), 더미 부하부(11)로 구성된 루프를 형성한다(스텝 S4).

또한, 초기 제어회로(16)는 소자부 기동시 체크용 신호를 소자 구동회로(10)에 출력하고, 소자 구동회로(10)는 소자 구동신호를 생성하고, 이 소자 구동신호가 반도체 소자부(9)에 입력되어 반도체소자(8)를 구동한다. 따라서 부하전원부(5), 반도체 소자부(9), 더미 부하부(11)로 구성된 루프에 반도체소자(8)의 온 오프에 따라서 전류가 흐른다.

센서부(13)는 반도체 소자부(9)의 반도체소자(8)에 부가된 소자간 전압을 검출하고, 이 센서 출력신호(소자간 전압 검출신호)를 소자 고장 검출회로(14)에 출력한다. 또한, 소자 구동회로(10)는 소자 구동신호를 소자 고장 검출회로(14)에 출력한다. 따라서 소자 고장 검출회로(14)는 센서 출력신호 및 소자 구동신호에 따라서 반도체소자(8)가 정상적으로 동작되어 있는지 여부를 판단한다(스텝 S5).

소자 고장 검출회로(14)는, 반도체소자(8)가 정상적으로 동작되고 있다고 판단하면, 일정시간이 경과된 후에 초기 제어회로(16)는 더미 부하 제어신호의 더미 부하부(11)에 대한 출력을 중지시킴으로써 이 더미 부하부(11)의 더미 부하릴레이(21)의 릴레이접점(21-1)을 오프동작시키고 초기 제어회로(16)는 전환스위치부(17)를 전환시킨다(스텝 S6).

소자 고장 검출회로(14)는, 반도체소자(8)가 정상적으로 동작되어 있다고 판단하면 소자 안전신호를 출력한다. 또한, 차단회로 감시회로(15)는 안전차단부(12)가 정상적으로 기능할 수 있는(접점용착이 발생되지 않고 있는) 상태이면(예를 들면, 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)과 한쌍이 되고 있는 b접점이 닫혀 있음이 확인되면), 차단릴레이 안전신호를 출력한다.

소자 안전신호와 차단릴레이 안전신호의 양쪽 신호가 논리회로(AND회로)(18)에 입력된 경우(소자 안전신호와 차단릴레이 안전신호가 모두 하이레벨일 때), 이 논리회로(AND회로)(18)로부터 안전확인신호가 안전차단부(12)에 입력된다. 따라서 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)이 온 동작되며 외부로부터의 제어입력신호를 소자 구동회로(10)에 입력시켜서 부하회로(2)를 구동하여 운전상태가 된다(스텝 S7, 스텝 S8).

또한, 스텝 S3에 있어서 안전차단부(12)가 정상적으로 기능할 수 없는 경우(접접용착이 발생하고 있는 경우)에는(스텝 S9), 차단회로 감시회로(15)에 의해 검출되고 차단릴레이 안전신호의 출력을 정지시키고 경보를 발령하는 등 조치를 취한 후 동작을 정지시킨다(스텝 S10).

또한, 스텝 S5에 있어서 반도체 소자부(9)가 고장인 경우에는, 센서부(13)는 센서 출력신호를 소자 고장 검출회로(14)에 출력하지 않는다. 따라서, 소자 고장 검출회로(14)는 반도체 소자부(9)가 정상적으로 동작하고 있지 않는다고 판단하면(스텝 S12), 차단회로 감시회로(15)는 차단릴레이 안전신호의 출력을 정지시킨다.

따라서, 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)은 오프동작을 유지하게 되고 운전상태가 되지 않는다(스텝 S10).

다음에, 오픈(단선)고장 및 합선고장의 경우를 도 20에 도시한 흐름도 및 도 21,도 22에 도시한 타임차트를 사용해서 설명한다.

운전상태에 있어서, 반도체소자(8)의 온 오프 상태를 도 20에 도시한 흐름도의 스텝U1∼U5에 도시한 행정으로 감시한다. 반도체소자(8)를, 여기서는 트라이액으로 생각한다면, 소자의 구동상태를 감시하기 위해서는 소자의 점호상태를 감시해 둘 필요가 있다. 그리고, 반도체소자(8)의 온 상태는 운전플래그를 1상태로 하고 반도체소자(8)의 오프상태는 운전플래그를 0상태로 한다.

운전상태에 있어서(스텝 T1), 반도체소자(8)가 온 상태(운전플래그가 1인 상태)로 이 반도체소자(8)의 전압절대치가 1.5V보다 작은 경우에는 오픈(단선)고장은 발생하지 않고 있어 정상으로 판단되며(스텝 T2, 스텝 T3, 스텝 T4), 계속 통전허가가 내려져(스텝 T5), 운전상태가 계속된다.

스텝 T3에 있어서, 반도체소자(8)의 전압절대치가 1.5V보다 큰 경우에는 오픈(단선)고장이 발생되어 있다고 판단되며(스텝 T6), 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)가 개방되고 부하회로(2)의 통전이 정지되어 운전이 정지된다(스텝 T7).

이렇게, 운전중에 오픈(단선)고장이 발생한 경우에는 도 21에 도시한 타임차트에서는 센서 출력신호가 로우 레벨이 되지만, 이 경우에도 제어입력신호(구동신호)는 하이레벨이다. 이 상태에서는 소자 안전신호가 로우 레벨이 된다. 따라서 로우 레벨의 소자 안전신호와 하이레벨의 차단릴레이 안전신호의 양쪽이 AND회로(18)에 입력된 경우에도 이 AND회로(18)로부터 안전확인신호가 출력되지 않기 때문에 안전차단부(12)에 있어서 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)이 오프동작되고 부하회로(2)의 운전이 정지된다.

운전상태에 있어서(스텝 T1), 반도체소자(8)가 오프상태(운전플래그가 0인 상태)로 이 반도체소자(8)의 전압절대치가 10V보다 큰 경우에는 합선고장은 발생하지 않고 있어 정상으로 판단되며(스텝 T8, 스텝 T4), 계속 통전허가가 내려져(스텝 T5), 운전상태가 계속된다.

스텝 T8에 있어서, 반도체소자(8)의 전압절대치가 10V보다 작은 경우로 동시에 전원전압이 10V보다 작은 경우에는 합선고장은 발생하지 않고 있어 정상을 판단되며(스텝 T8, 스텝 T9, 스텝 T4), 계속 통전허가가 내려져(스텝 T5), 운전상태가 계속된다.

또한, 스텝 T8에 있어서, 반도체소자(8)의 전압절대치가 10V보다 작은 경우로 동시에 전원전압이 10V보다 큰 경우에는 합선고장이 발생하고 있어 이상으로 판단되며(스텝 T10), 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)가 개방되고 부하회로(2)의 통전이 정지되고 운전이 정지된다(스텝 T7).

이렇게, 운전중에 합선(단락)고장이 발생된 경우에는 도 22에 도시한 타임차트에서는 센서입력신호(구동신호) 및 센서 출력신호가 모두 로우 레벨 상태로 센서 출력신호에 하이레벨 신호(F)가 생긴다. 따라서 하이레벨 소자 안전신호가 로우 레벨 상태가 된다. 이 로우 레벨 소자 안전신호와 하이레벨 차단릴레이 안전신호 등 양쪽 신호가 논리회로(AND회로)(18)에 입력된 경우에도 이 논리회로(AND회로)(18)로부터 안전확인신호가 출력되지 않기 때문에 안전차단부(12)에 있어서 전자릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)이 오프동작되고 부하회로(2)의 운전이 정지된다.

또한, 제 2실시예를 나태낸 반도체 릴레이장치의 제어방법을 도 23에 도시한 제어상태 설명도를 사용해서 설명한다.

무전원상태(초기상태)에서는 도 23의 (1)에 도시한 바와 같이 반도체 소자부(9)의 반도체소자(8), 더미 부하부(11)의 더미 부하릴레이(21)의 릴레이접점(21-1) 및 안전차단부(12)의 2개 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)이 각각 오프상태이다(스텝 W1).

그리고 전원이 투입되면 초기 체크상태가 되고(스텝 W2), 차단릴레이(22, 23)의 고장검출 및 더미 부하부(21)를 동작시켜 반도체 소자부(9)의 고장검출이 수행된다. 이들 고장검출의 결과, 차단릴레이(22, 23)와 반도체 소자부(9)에 고장이 없음이 확인된 경우에 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)이 온 동작되고 반도체 소자부(9)는 동작하여 운전상태가 된다(스텝 W3).

이 운전상태는 도 23의 (2)에 도시한 바와 같이 정지상태(스텝 W4)에서 구동신호 투입으로 구동상태(스텝 W5)가 되고, 또한, 운전상태에서 구동신호를 차단함으로써 정지상태가 된다(스텝 W4). 또한, 운전상태에서 전원을 차단 또는 부하차단함으로써 무전원상태(초기상태)가 된다.

또한, 초기 체크상태(스텝 W2)에 있어서, 고장검출의 결과 차단릴레이(22, 23)의릴레이접점(22-1, 23-1)이 용착되어 있는 경우에는 더미 부하부(11)의 도통이 이루어지지 않고 반도체 소자부(9)의 고장검출이 정지된다.

또한, 반도체 소자부(9)가 고장으로 되어 있는 고장상태에서는(스텝 W6), 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)이 오프상태이며 반도체 소자부(9)는 동작되지 않고 부하정지상태가 된다.(스텝 W7).

또한, 운전상태(스텝 W3)에 있어서, 반도체 소자부(9)에 고장이 발생하면 더미 부하부(11)의 도통은 이루어지지 않고 고장상태(스텝 W6)가 되며, 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)이 오프상태이며 반도체 소자부(9)는 오프동작되고 운전상태가 되지 않도록 제어된다(스텝 W7).

제 2실시예에 의하면 반도체소자(8)의 고장을 미리 검출할 수 있기 때문에 장치의 안전성을 향상시킬 수가 있으며, 또한, 장치 자체의 안전을 확보한 후에 운전신호 입력을 허가하므로 이를 사용한 시스템 전체의 안전성을 제고할 수 있다.

또한, 반도체소자(8)의 특성치의 열화를 센서부(13)에 의해 검출할 수 있기 때문에 반도체소자(8)가 완전히 고장상태가 되기 전에 안전차단부(12)에 의해 부하회로(2)를 차단하고, 또는 사용자에게 경보를 발령하여 주의를 환기시킴으로써 위험한 상태가 되기 전에 장치를 정지시킬 수가 있으며, 시스템 전체의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제 2실시예를 나타내는 반도체 릴레이장치의 다른 제어방법으로서는, 도 24의 (1), (2)에 도시한 제어상태 설명도와 같이 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)의 제어를, 반도체 소자부(9)에 입력되는 소자 구동신호에 따라서 수시로 실시하도록 한 것이다. 이 운전상태는, 도 24의 (2)에 도시한 바와 같이 정지상태(스텝 W4)에서는 반도체 소자부(9) 및 차단릴레이(22, 23)는 오프상태이며, 이 정지상태에서 구동신호를 투입함으로써 구동상태(스텝 W5)가 된다.

이 운전상태에서는 반도체 소자부(9) 및 차단릴레이(22, 23)는 온 상태이다. 그리고 운전상태에서 구동신호를 차단함으로써 정지상태가 된다. 또한, 운전상태에서 전원을 차단 또는 부하를 차단함으로써 무전원상태(초기상태)가 된다. 다만, 다른 제어는 도 23의 (1), (2)의 동작원리와 같다.

도 24의 제어동작에 의하면, 차단릴레이(22, 23)를 수시로 오프상태로 함으로써 차단을 확실한 것으로 만들 수가 있으며 안전성을 제고할 수 있다.

그리고, 제 2실시예에 있어서는, 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)을 안전 릴레이로 구성한 바, 안전차단부(12)를 적어도 한개의 노멀오픈 접점을 갖는 전자릴레이로 구성할 수도 있고, 또한, 안전차단부(12)를 안전 릴레이와 통상릴레이로 구성할 수도 있으며, 나아가서 안전차단부(12)를 반도체소자(8)보다 내성이 높은 반도체소자로 구성할 수도 있다.

또한, 제 2실시예에 있어서는, 더미 부하부(11)를 저항(20)과 전자릴레이인 더미 부하릴레이(21)의 릴레이접점(21-1)과를 직렬로 접속시켜서 구성한 바, 부하전류와 비해서 무시할 수 있는 만큼의 미소 전류(약 1/10)를 흘릴 수 있는 정도의 저항치로 설정되어 있는 저항으로 구성할 수도 있다.

또한, 더미 부하부(11)의 더미 부하릴레이(21)에 안전차단부(12)에서 사용된 새이프티 릴레이의 b접점을 사용하도록 할 수도 있다.

또한, 센서부(13) 및 소자 고장 검출회로(14)를 각각 2중화시켜서 한쪽이 고장인 경우에도 다른 한쪽이 정상적으로 동작하도록 할 수도 있다. 이러한 경우는 폴트트래런스성이 향상된다.

또한, 제 2실시예에 있어서는, 반도체 릴레이장치(A)를 위상제어하도록 한 바, 사이클제어하도록 할 수도 있다.

또한, 제 2실시예에 있어서는, 외부로부터 안전제어신호를 받게 함으로써 강제적으로 안전차단부(12)를 개방하는 기능을 갖는 구성으로 할 수가 있고, 또한, 외부에 안전제어신호를 출력하는 기능을 가지며 동시에 내부의 고장상태를 검출한 경우에 안전제어신호를 차단하는 기능을 갖도록 할 수도 있다.

도 25에 제 2실시예를 나타내는 반도체 릴레이장치를 3상모터M2의 제어회로에 설치시킨 상태를 도시한다.

이 경우, 부하회로는 한쪽의 부하회로(2-1)와 다른 한쪽의 부하회로(2-2)를가지고 있으며, 한쪽의 부하회로(2-1)는 부하선R과 부하선S로 구성되어 있으며, 다른 한쪽의 부하회로(2-2)는 부하선S와 부하선T로 구성되어 있다. 그리고, 부하선R, S, T의 입력측 단자인 3A, 3B, 3C는 부하전원 회로5에 접속되어 있으며, 부하선R, S, T의 출력측 단자인 4A, 4B, 4C는 부하6인 3상모터 M2에 접속되어 있다.

그리고, 한쪽 부하회로(2-1)에는 한쪽의 반도체 릴레이장치(A-1)가, 다른 한쪽의 부하회로(2-2)에는 다른 한쪽의 반도체 릴레이장치(A-2)가 각각 설치되어 있다. 이 경우, 한쪽의 반도체 릴레이장치(A-1)의 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)은 부하선R, S에 설치되어 있으며, 또한, 다른 한쪽의 반도체 릴레이장치(A-2)의 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)의 릴레이접점(22-1, 23-1)은 부하선 S, T에 설치되어 있다. 그리고, 한쪽 및 다른 한쪽의 반도체 릴레이장치(A-1, A-2)의 다른 구성은 상기 반도체 릴레이장치A와 같은 구성이다.

이 경우의 기본 알고리즘은, 반도체소자(8)의 온 상태(점호지령 온)일 때에 소자간 전압이 발생하고 있는 경우에는 오픈(단선)고장이며, 반도체소자(8)의 온 상태(점호지령 온)일 때에 소자간 전압이 발생되어 있지 않을 때는 합선고장 이다.

또한, 전압 검출 알고리즘으로서는, 방식1에서는 반파주기마다 점호시, 점호시의 마스크를 부가시켜서 체크를 한다. 방식2에서는 상시감시를 실시하며 소자간 전압이 소정시간 이상에 걸쳐서 소정치 이하이면 합선(단락)고장 이라고 판정한다.

고장검출시, 부하선 R, S, T 중에서 2개 또는 3개를 안전차단부(12)에서 절단한다. 3개 중 1개가 용착되어 있어도 전력을 차단할 수 있다.

또한, 상기 반도체 릴레이장치A, A-1, A-2에 있어서, 센서부(13)를 반도체소자(8)를 흐르는 전류를 검출하는 검출회로로 구성할 수 있다. 이 검출회로로서는 도 18에 도시한 바와 같이 부하선에 전류검출기(전류검출회로)인 CT30을 배치하고, 이 CT30의 센서출력을 소자 고장 검출회로(14)로 출력하도록 한다.

그리고, 도 26에 도시한 바와 같이, 고장의 검출상태에 있어서(스텝 V1), 반도체소자(8)가 온 상태(운전플래그가 1인 상태)로 이 반도체소자(8)의 부하전류 절대치가 일정한 전류치X[A]보다 큰 경우에는 오픈(단선)고장은 발생하지 않고 있어 정상으로 판단하며(스텝 V2, V3, V4), 계속 통전허가가 내려진다(스텝 V5).

스텝 V3에 있어서, 반도체소자(8)의 부하전류 절대치가 일정한 전류치X[A]보다 작은 경우에는 오픈(단선)고장이 발생하고 있는 것으로 판단되며(스텝 V6), 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)가 개방되어 부하회로(2)의 통전이 정지되고 운전이 정지된다(스텝 V7).

고장상태에 있어서(스텝 V1), 반도체소자(8)가 오프상태(운전플래그가 0인 상태)에 있어서, 이 반도체소자(8)의 부하전류 절대치가 일정한 전류치Y[A]보다 작은 경우는 합선고장이 발생하지 않고 있어 정상으로 판단되고(스텝 V8, 스텝 V4), 계속 통전허가가 내려진다(스텝 V5).

스텝 V8에 있어서, 반도체소자(8)의 부하전류 절대치가 일정한 전류치Y[A]보다 큰 경우에는 합선(단락)고장이 발생하고 있어 이상으로 판단되며(스텝 V9), 안전차단부(12)의 차단릴레이(22, 23)가 개방되어 부하회로(2)의 통전이 정지되고 운전이 정지된다(스텝 V7).

상기와 같이 구성된 본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면, 반도체 소자부의 동작을 검출하는 센서부로부터의 센서 출력신호 및 상기 반도체 소자부의 동작을 구동하는 소자 구동신호에 따라서 상기 반도체 소자부의 고장 유무를 판정하도록 하였으므로, 반도체 소자부의 고장을 안정적으로 검출할 수 있다.

본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면, 반도체 소자부의 양단전압에 관한 소자간 전압 검출신호 및 소자 구동신호에 따라, 반도체 소자부의 고장 유무를 판정하도록 하였으므로, 반도체 소자부의 고장을 안정적으로 검출할 수가 있으며, 나아가서 양단전압 검출회로를 상통함으로써 CT(변류기)형 전류센서를 사용한 반도체 릴레이장치와 비교할 때도 대폭 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면, 반도체 소자부의 온/오프상태에 대응한 소자간 전압 검출신호의 유무 및 소자간 구동신호의 유무에 따른 논리 판정신호를 출력하며, 이 논리 판정신호에 따라서 반도체 소자부의 고장 유무에 따른 소자 안전신호를 출력하도록 하였으므로, 논리 판정신호에 포함된 잡음 등을 제거함으로써 정확한 소자 안전신호를 출력할 수 있다.

본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면, 부하전원 회로로부터의 전력공급이 차단된 경우에는, 양단전압 검출회로나 소자 고장 검출회로에 대한 전력공급도 차단되므로, 부하전원 회로로부터의 전력공급이 차단되었음에도 불구하고 양단전압 검출회로나 소자 고장 검출회로가 반도체 소자부의 고장을 잘못 검출하는 사태를확실히 방지할 수 있다.

본 발명의 반도체 릴레이장치에 의하면, 반도체 소자부의 고장을 미리 검출할 수가 있으므로, 장치의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 장치 자체의 안전을 확보한 후에 운전신호 입력을 허가하므로 이를 사용한 시스템 전체의 안전성을 제고할 수 있다.

더구나, 반도체 소자부의 특성치 열화를 센서부로 검출할 수 있기 때문에, 반도체 소자부가 완전히 고장으로 되기 전에 안전차단부에 의해 부하회로를 차단하고, 혹은 사용자에게 경보를 발령해서 주의를 환기시킴으로써 위험한 상태가 되기 전에 장치를 정지시킬 수 있어 시스템 전체의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 릴레이장치의 제어방법에 의하면, 반도체 소자부의 고장을 미리 검출할 수 있기 때문에 장치의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 장치 자체의 안전을 확보한 후에 운전신호의 입력을 허가하므로 이를 사용한 시스템 전체의 안전성을 제고할 수 있다.

Claims (31)

1. 단자간에 배치되고, 소자 구동신호에 따라 상기 단자간에 흐르는 교류전류를 도통/차단하는 반도체 소자부를 구비한 반도체 릴레이장치에 있어서,

   상기 반도체 소자부의 양단에 인가되는 교류의 양단전압을 검출하고, 상기 양단전압이 소정의 검출 임계치 범위내에 있는지의 여부를 판단하고, 이 판단 결과에 근거하여 소요 펄스폭의 소자간 전압 검출신호를 생성하는 양단전압 검출회로와,

   상기 소자 구동신호의 유무 및 상기 소자간 전압 검출신호의 유무에 근거하여 상기 반도체 소자부의 고장 유무를 판정하는 소자 고장 검출회로를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 소자 고장 검출회로는,

   상기 소자간 전압 검출신호의 유무 및 상기 소자 구동신호의 유무에 따른 논리 판정신호를 출력하는 논리 판정회로와, 상기 논리 판정신호에 근거하여 상기 반도체 소자부의 고장 유무에 따른 소자 안전신호를 출력하는 필터회로를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 양단전압 검출회로 및 상기 소자 고장 검출회로의 적어도 한쪽에 전력을 공급하는 전원회로를 구비하고,

   상기 전원회로는, 상기 단자에 접속한 부하전원 회로로부터의 전력공급을 받는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
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6. 부하전원에 의해 부하를 구동하는 부하회로와, 상기 부하회로를 제어하는 반도체 소자부를 구비하는 반도체 릴레이장치에 있어서,

   상기 부하와 병렬로 접속된 더미 부하부와,

   상기 부하회로에서 상기 부하전원과 상기 부하와의 접속 및 그 차단을 행하는 접점을 갖는 안전차단부와,

   상기 더미 부하부, 상기 반도체 소자부 및 상기 안전차단부를 제어하는 제어회로를 구비하며,

   상기 제어회로는,

   상기 더미 부하부에서 상기 반도체 소자부의 전류의 루트를 확보하여 상기 반도체 소자부의 고장 검출동작을 실행하며, 이 반도체 소자부의 고장을 검출하면, 상기 안전 차단부에서 상기 부하와 상기 부하전원과의 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
7. 부하전원에 의해 부하를 구동하는 부하회로와,

   상기 부하회로를 제어하는 반도체 소자부와,

   상기 부하회로에서의 상기 부하전원과 상기 부하와의 접속 및 차단을 수행하는 접점을 갖는 안전차단부와,

   상기 부하의 차단상태에서 상기 반도체 소자부의 전류 경로를 확보하여 고장검출을 수행시키는 더미 부하부와,

   상기 반도체 소자부, 상기 더미 부하부 및 상기 안전차단부가 각각 오프상태인 무전원상태에서 전원투입으로 초기 체크상태로 하여 상기 안전차단부의 고장검출을 수행하고, 상기 고장검출 결과, 상기 안전차단부가 고장이 아닌 경우에는 상기 안전차단부를 접속동작시킴으로서 상기 부하회로를 운전상태로 제어하는 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 제어수단이, 상기 안전차단부가 정상인 경우에, 상기 더미 부하부에서 상기 반도체 소자부의 전류 경로를 확보하여 상기 반도체 소자부의 고장검출을 소정시간 동안 수행하고, 상기 반도체 소자부가 정상인 경우에 상기 반도체 소자부의 고장검출 수행을 정지시킴과 함께, 상기 안전차단부를 접속동작시킴으로써 상기 부하회로를 운전상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 제어수단은, 상기 안전차단부가 고장일 경우, 상기 더미 부하부에서 상기 반도체 소자부의 고장검출을 수행하지 않고 상기 부하회로가 운전상태가 되지 않도록 제어하고, 상기 반도체 소자부가 고장일 경우, 상기 부하회로가 운전상태가 되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
10. 제 7항 또는 제 9항에 있어서,

    소자 구동신호를 출력하여 상기 반도체 소자부를 구동하는 소자 구동회로를 구비하며,

    상기 제어수단은, 상기 안전차단부를 감시하고 상기 안전차단부의 상기 접점이 개방되지 않은 것을 검출하면, 상기 소자 구동회로로부터 상기 소자 구동신호를 출력하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,

    상기 제어수단은, 전원투입시에는 상기 더미 부하부를 통해 상기 반도체 소자부에 통전하고, 상기 반도체 소자부가 정상임을 확인한 후 상기 안전차단부의 상기 접점을 폐쇄하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
12. 제 7항 또는 제 9항에 있어서,

    상기 반도체 소자부의 고장을 검출하는 소자 고장 검출회로를 가지며, 상기 제어수단은, 통상운전시에 상기 소자 고장 검출회로에서 상기 반도체 소자부의 고장을 확인하면 상기 안전차단부의 상기 접점을 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
13. 제 7항 또는 제 9항에 있어서,

    상기 제어수단은, 운전정지시에는 상기 안전차단부의 상기 접점을 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
14. 부하전원에 의해 부하를 구동하는 부하회로와,

    상기 부하회로를 제어하는 반도체 소자부와,

    소자 구동신호를 출력해서 상기 반도체 소자부를 구동하는 소자 구동회로와,

    상기 부하회로에서의 상기 부하전원과 상기 부하와의 접속 및 차단을 수행하는 접점을 갖는 안전차단부와,

    상기 반도체 소자부의 동작을 검출하는 센서부와,

    이 센서부의 센서 출력신호와 상기 소자 구동회로의 상기 소자 구동신호에 근거하여 상기 반도체 소자부의 고장을 검출하여 소자 안전신호를 출력하는 소자 고장 검출회로와,

    상기 부하 차단상태에서 상기 반도체 소자부의 전류 경로를 확보해서 고장검출을 수행시키는 더미 부하부와,

    상기 안전차단부가 정상적으로 기능할 수 있는 상태라면 차단릴레이 안전신호를 출력하는 차단회로 감시회로와,

    전원이 투입되었을 때 상기 더미 부하부를 동작시켜 상기 반도체 소자부의 안전확인이 가능한 상태로 만들어 외부로부터의 제어신호를 차단시켜 상기 소자 구동회로에 소자부 기동시 체크용 운전신호를 출력함과 아울러 상기 차단회로 감시회로에 안전차단부 체크용 신호를 출력해서 상기 안전차단부의 용착확인을 실시시키는 초기 제어회로와,

    상기 소자 안전신호와 상기 차단릴레이 안전신호가 하이레벨이 되면 상기 안전차단부에 안전확인신호를 출력하는 논리회로를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
15. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 안전차단부가, 안전 릴레이로 이루어지는 차단릴레이로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
16. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 안전차단부가, 적어도 한개의 노멀 오픈 접점을 갖는 전자식 릴레이로 이루어진 차단릴레이로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
17. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 안전차단부가, 안전 릴레이와 통상 릴레이로 이루어진 차단릴레이로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
18. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 안전차단부가, 내압이 높은 반도체소자로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
19. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 안전차단부의 상기 차단릴레이의 제어를 상기 반도체 소자부에 입력되는 소자 구동신호에 따라 수시로 행하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
20. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 더미 부하부는, 상기 반도체 소자부 및 상기 안전차단부간에 배치되고, 또한, 상기 부하에 대하여 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
21. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 더미 부하부는, 저항과 전자릴레이를 직렬로 접속시킨 구성인 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
22. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    상기 더미 부하부가 저항으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
23. 제 22항에 있어서,

    상기 저항은, 부하전류와 비교해서 무시할 수 있는 만큼의 미소 전류를 흘릴 수 있는 정도의 저항치로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
24. 제 15항에 있어서,

    상기 더미 부하부의 상기 전자릴레이에 상기 안전차단부에 사용된 안전안전 b접점을 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
25. 제 14항에 있어서,

    상기 센서부가 상기 반도체 소자부에 부가되는 전압을 검출하는 전압 검출회로로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
26. 제 14항에 있어서,

    상기 센서부가 상기 반도체 소자부를 흐르는 전류를 검출하는 전류검출회로로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
27. 제 14항에 있어서,

    상기 센서부 및 상기 소자 고장 검출회로가 각각 2중화되고, 한쪽이 고장인 경우에도 다른 한쪽이 정상적으로 동작하도록 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
28. 제 8항 또는 제 14항에 있어서,

    외부로부터 안전제어신호를 받음으로써 강제적으로 상기 안전차단부를 개방하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
29. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    외부에 안전제어신호를 출력하는 기능을 가지며, 또한, 내부의 고장상태를 검출한 경우에 상기 안전제어신호를 제어하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
30. 제 7항 또는 제 14항에 있어서,

    3상전원에서 사용되는 반도체 릴레이장치로서, 상기 안전차단부가 2개의 상을 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치.
31. 반도체 소자부, 더미 부하부 및 안전차단부가 각각 오프상태인 무전원상태에서 전원을 투입하여 초기체크상태로 만들어서 상기 안전차단부의 고장검출을 실행하는 단계와,

    상기 고장검출 결과 상기 안전차단부가 고장이 아닌 경우, 상기 반도체 소자부의 고장검출을 실행하는 단계와,

    상기 반도체 소자부가 고장이 아닌 경우, 상기 안전차단부를 접속동작시킴으로서 부하회로를 운전상태로 만들고, 상기 안전차단부의 고장검출 결과, 상기 안전차단부가 고장인 경우, 상기 더미 부하부에서 상기 고장검출을 실행하지 않고, 상기 부하회로를 운전상태로 들어가지 않도록 제어하는 단계와,

    또한, 상기 반도체 소자부의 고장검출 결과, 상기 반도체 소자부가 고장인 경우에는 상기 부하회로를 운전상태로 들어가지 않도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 릴레이장치의 제어방법.