KR20250141075A - Current Sensor with Noise Canceling Function - Google Patents
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Abstract
전류 센서는, 절연층 및 상기 절연층의 양면에 형성된 도체층을 포함하는 기판의 상기 절연층과 상기 도체층을 관통하도록 형성되어 내벽에 도전막이 형성된 복수의 비아홀 및 상기 도체층에 상기 복수의 비아홀을 연결하도록 형성된 선로 패터닝으로 이루어진 적어도 하나 이상의 코일을 포함하는 제1 센서부, 상기 제1 센서부에 근접하게 배치되어, 상기 제1 센서부로부터 출력되는 신호를 외부로 출력하기 위한 회로부, 상기 제1 센서부와 상기 회로부를 전기적으로 연결하기 위한 제1 연결부, 상기 제1 센서부와 동일한 구조로 형성되어, 상기 회로부를 기준으로 상기 제1 센서부와 대칭되는 위치에 배치되는 제2 회로부, 및 상기 제2 센서부와 상기 회로부를 전기적으로 연결하기 위한 제2 연결부를 구비한다.A current sensor comprises a first sensor unit including at least one coil formed by a plurality of via holes having conductive films formed on inner walls and penetrating the insulating layer and the conductive layer of a substrate including an insulating layer and a conductive layer formed on both sides of the insulating layer, and a line patterning formed to connect the plurality of via holes to the conductive layer, a circuit unit disposed adjacent to the first sensor unit for outputting a signal output from the first sensor unit to the outside, a first connection unit for electrically connecting the first sensor unit and the circuit unit, a second circuit unit formed with the same structure as the first sensor unit and disposed at a position symmetrical to the first sensor unit based on the circuit unit, and a second connection unit for electrically connecting the second sensor unit and the circuit unit.
Description
본 발명은 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a current sensor having a noise cancellation function.
전력선에 흐르는 전류의 정확한 측정은, 전력 수요의 예측 및 분석을 통한 전력 사용 효율의 극대화 및 사고 전류의 검출과 사고 계통의 신속한 분리를 통한 전력 시스템의 보호를 가능하게 하는 중요한 요소이다.Accurate measurement of current flowing in power lines is an important factor that enables maximizing power usage efficiency through prediction and analysis of power demand and protecting power systems through detection of fault currents and rapid isolation of faulty systems.
피측정 도선에 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류 센서는, 감지 방식에 따라 션트(Shunt) 저항을 이용한 저항 검출 방식과 도선 주변의 자계를 이용한 자계 검출 방식으로 나눌 수 있다. 자계 검출 방식은 변류기(Current Transformer: CT)를 이용하는 센서와 홀 소자(Hall Element)를 이용하는 센서로 나눌 수 있다.Current sensors for detecting current flowing in a conductor under test can be divided into resistance detection methods using shunt resistors and magnetic detection methods using the magnetic field surrounding the conductor, depending on the detection method. Magnetic detection methods can be divided into sensors using current transformers (CTs) and sensors using Hall elements.
CT 소자는 변압기의 원리를 이용하기에, 일반적으로 전류가 시간적으로 변화하는 AC 전류의 측정에 적용된다. 도선에 전류가 흐르게 되면 주변에 자계가 형성되는데, 도넛 모양의 CT 내부를 도선이 통과하도록 하면 도선 주변의 자계로 인해 CT의 코일에 유도 전류가 흐르게 된다.CT devices utilize the principle of a transformer, so they are generally used to measure AC currents, which vary over time. When current flows through a conductor, a magnetic field is generated around it. When a conductor passes through the donut-shaped CT, the magnetic field around the conductor induces a current in the CT coil.
홀 소자는, 전류의 수직 방향으로 자계를 가했을 때 전류와 자계에 수직인 방향으로 기전력이 발생하는 홀 효과를 이용하는 소자로, 이러한 홀 효과를 이용한 센서를 홀 센서라고 부르며, 자성을 띈 물체의 자계 변화로 검출 신호가 발생하게 된다.A Hall element is a device that uses the Hall effect, which generates an electromotive force in a direction perpendicular to the current and magnetic field when a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the current. A sensor that uses this Hall effect is called a Hall sensor, and a detection signal is generated by a change in the magnetic field of a magnetic object.
자계 검출 방식의 또 다른 형태인 로고스키 코일 방식의 전류 센서는, 측정 전류의 주위에 발생하는 교류 자계에 의해 공심 코일로 유도된 전압을 변환하여 전류를 측정한다. 즉, 측정 도체(1차 측)에 흐르는 교류 전류에 의한 자계가 공심 코일과 쇄교 함으로써 공심 코일에 유도 전압이 발생하게 되고, 이 유도 전압은 측정 전류의 시간 미분값이 되므로 적분기를 통과시키는 것으로 측정 전류에 비례한 신호가 출력된다.Another type of magnetic field detection method, the Rogowski coil current sensor, measures current by converting the voltage induced in the air-core coil by the alternating magnetic field generated around the measured current. That is, the magnetic field caused by the alternating current flowing in the measured conductor (primary side) interlinks with the air-core coil, thereby generating an induced voltage in the air-core coil. This induced voltage becomes the time derivative of the measured current, so by passing it through an integrator, a signal proportional to the measured current is output.
또 다른 방식으로는, 교류 전류가 흐르는 전력 도선과 소정의 이격 거리를 두고 센서부를 배치하여 전력 도선에 흐르는 교류에 의해 발생하는 유도 기전력에 의해 센서부에서 발생한 전자파를 측정하여 교류 전류를 검출하는 전류 센서가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).In another way, a current sensor is disclosed that detects an alternating current by placing a sensor unit at a predetermined distance from a power conductor through which an alternating current flows and measuring electromagnetic waves generated in the sensor unit due to induced electromotive force generated by the alternating current flowing in the power conductor (see, for example, Patent Document 1).
전류 센서의 크기를 소형화하기 위해서는 특허문헌 1에 개시된 전류 센서 또는 홀 소자를 이용하는 전류 센서를 사용할 수 있는데, 특허문헌 1에 개시된 전류 센서는 전력 도선과 나란히 배치된 비코일성의 측정 도선으로 센서부를 구성하므로, 저전류(예를 들어, 1A 이하) 시의 측정 감도가 현저히 떨어지는 문제가 있다.In order to miniaturize the size of the current sensor, a current sensor disclosed in Patent Document 1 or a current sensor using a Hall element can be used. However, the current sensor disclosed in Patent Document 1 has a sensor section composed of a non-coiled measurement wire arranged parallel to a power wire, and therefore has a problem in that the measurement sensitivity at low currents (e.g., 1 A or less) is significantly reduced.
홀 소자는 자기 코어가 필요하기에 소형화에 한계가 있을 뿐 아니라(예를 들어, 특허문헌 2 참조), 자기 신호에 민감하게 반응하기에 노이즈에 취약해서 노이즈를 완전하게 차폐하지 않는 한 이웃하는 버스바의 활성 상태에서 발생하는 유도 자기가 노이즈로 유입되어 측정 오차가 증가하는 문제가 있다.Since the Hall element requires a magnetic core, there is a limit to miniaturization (see, for example, patent document 2), and since it is sensitive to magnetic signals, it is vulnerable to noise. Therefore, unless the noise is completely shielded, the induced magnetism generated when the neighboring bus bar is active is introduced as noise, which increases the measurement error.
뿐만 아니라, 자계 검출 방식의 전류 센서는 대부분 전력선이 코어의 내부를 관통하는 형태이기에 기존의 전력선에 간단하게 장착하는 형태로 실장이 불가능하며, 실장 면적이 크다는 단점이 있다.In addition, most current sensors using a magnetic field detection method have power lines that penetrate the inside of the core, so they cannot be simply mounted on existing power lines, and they have the disadvantage of requiring a large mounting area.
실장 면적 측면에서는, 전력선에 장착하기 위한 공간적인 제약을 해소하기 위해 CT (Current Transformer) 기능을 갖는 프린트 기판을 기재하고 있지만, 이는 수백 kHz에서 수 GHz의 주파수를 갖는 RF (Radio Frequency) 대역의 고주파 전력을 대상으로 하기에, 전계를 차단하기 위해 전력선과 코일 사이에 금속 차폐부를 배치하더라도 전류의 검출이 가능하다(예를 들어, 특허문헌 3 참조)In terms of mounting area, a printed circuit board with a CT (Current Transformer) function is described to resolve spatial constraints for mounting on a power line, but since this targets high-frequency power in the RF (Radio Frequency) band with a frequency of several hundred kHz to several GHz, current detection is possible even if a metal shield is placed between the power line and the coil to block the electric field (see, for example, patent document 3).
그러나, 50 Hz 또는 60 Hz의 상용주파수(Power Frequency 또는 Commercial Frequency)를 갖는 저주파 전력의 경우에는, RF 대역의 고주파 전력과 달리, 전력선에서 발생하는 자속에 의한 유도전류의 레벨이 주변의(대기 중의) 노이즈 레벨과 크게 차이가 나지 않기에 특허문헌 3에 기재된 CT 기능을 갖는 프린트 기판과 유사한 구조를 통해서는 전력선에 흐르는 전류를 측정하기 쉽지 않다는 문제가 있다.However, in the case of low-frequency power having a commercial frequency of 50 Hz or 60 Hz, unlike high-frequency power in the RF band, the level of induced current due to magnetic flux generated in the power line does not differ significantly from the noise level in the surroundings (atmospheric), so there is a problem that it is not easy to measure the current flowing in the power line through a structure similar to the printed circuit board having the CT function described in Patent Document 3.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 하나의 기술적 과제는, 상용주파수의 전류 측정 시에 대기 중의 노이즈의 영향을 최소화할 수 있는 전류 센서를 제공하는 데 있다.The present invention was designed to solve the above problems, and one technical task that the present invention seeks to achieve is to provide a current sensor that can minimize the influence of noise in the atmosphere when measuring current at a commercial frequency.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by a person having ordinary knowledge in the relevant technical field from the description below.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 절연층 및 상기 절연층의 양면에 형성된 도체층을 포함하는 기판의 상기 절연층과 상기 도체층을 관통하도록 형성되어 내벽에 도전막이 형성된 복수의 비아홀 및 상기 도체층에 상기 복수의 비아홀을 연결하도록 형성된 선로 패터닝으로 이루어진 적어도 하나 이상의 코일을 포함하는 제1 센서부, 상기 제1 센서부에 근접하게 배치되어, 상기 제1 센서부로부터 출력되는 신호를 외부로 출력하기 위한 회로부, 상기 제1 센서부와 상기 회로부를 전기적으로 연결하기 위한 제1 연결부, 상기 제1 센서부와 동일한 구조로 형성되어, 상기 회로부를 기준으로 상기 제1 센서부와 대칭되는 위치에 배치되는 제2 회로부, 및 상기 제2 센서부와 상기 회로부를 전기적으로 연결하기 위한 제2 연결부를 구비하고, 전류를 측정하고자 하는 전력선에 장착 시에, 상기 제1 센서부는 상기 전력선의 길이 방향인 제1 방향을 따라 상기 제1 센서부의 폭과 상기 전력선의 폭이 대략 겹쳐지도록 배치되고, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 상기 전력선으로부터 멀어지도록 상기 회로부와 상기 제2 센서부가 순차적으로 배치되도록 구성된, 전류 센서를 제공한다.According to at least one embodiment of the present invention, a first sensor unit including a substrate including an insulating layer and a conductor layer formed on both sides of the insulating layer, a plurality of via holes formed with conductive films on inner walls so as to penetrate the insulating layer and the conductor layer, and at least one coil formed by a line patterning formed to connect the plurality of via holes to the conductor layer, a circuit unit disposed close to the first sensor unit for outputting a signal output from the first sensor unit to the outside, a first connection unit for electrically connecting the first sensor unit and the circuit unit, a second circuit unit formed with the same structure as the first sensor unit and disposed at a position symmetrical to the first sensor unit based on the circuit unit, and a second connection unit for electrically connecting the second sensor unit and the circuit unit, when mounted on a power line to measure current, the first sensor unit is disposed such that a width of the first sensor unit and a width of the power line approximately overlap along a first direction which is a longitudinal direction of the power line, and the circuit unit and the circuit unit are spaced apart from the power line in a second direction which is orthogonal to the first direction. A current sensor is provided, configured such that the second sensor section is arranged sequentially.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제1 센서부는, 상기 전력선에 흐르는 전류의 세기를 나타내는 전류 신호와 대기 중의 자기장으로 인한 노이즈 신호를 포함하는 제1 신호를 출력하고, 상기 제2 센서부는, 대기 중의 자기장으로 인한 노이즈 신호인 제2 신호를 출력하고, 상기 회로부는, 상기 제1 센서부로부터 상기 제1 신호를 수신하고 상기 제2 센서부로부터 상기 제2 신호를 수신하여, 상기 제1 신호로부터 상기 제2 신호를 차감함으로써 상기 전력선에 흐르는 전류의 세기를 나타내는 전류 신호를 외부로 출력한다.In at least one embodiment of the present invention, the first sensor unit outputs a first signal including a current signal representing the intensity of a current flowing in the power line and a noise signal caused by a magnetic field in the air, the second sensor unit outputs a second signal which is a noise signal caused by a magnetic field in the air, and the circuit unit receives the first signal from the first sensor unit and the second signal from the second sensor unit, and subtracts the second signal from the first signal to output to the outside a current signal representing the intensity of a current flowing in the power line.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 전류 센서는, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부의 길이를 최소화하도록 구성된다.In at least one embodiment of the present invention, the current sensor is configured to minimize the length of the first connecting portion and the second connecting portion.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 전류 센서는, 상기 제1 센서부 및 상기 제2 센서부에서 상기 코일을 형성하기 위한 선로 패턴 중 상기 전력선과 평행한 성분의 선로의 길이를 최소화하도록 구성된다.In at least one embodiment of the present invention, the current sensor is configured to minimize the length of a line of a component of the line pattern for forming the coil in the first sensor unit and the second sensor unit that is parallel to the power line.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 전류 센서는, 상기 제1 센서부 및 상기 제2 센서부와 상기 회로부의 연결에서 상기 회로부의 내부에 이르기까지의 선로 중 상기 전력선과 평행한 성분의 선로의 길이를 최소화하도록 구성된다.In at least one embodiment of the present invention, the current sensor is configured to minimize the length of a line component parallel to the power line among the lines from the connection between the first sensor unit and the second sensor unit and the circuit unit to the interior of the circuit unit.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제1 센서부 및 상기 제2 센서부는, 각각 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 코일을 포함하고, 상기 복수의 코일은, 상기 복수의 코일을 직렬 또는 병렬로 연결하는 선로 중 상기 전력선과 평행한 성분의 선로 길이를 최소화하도록 배치된다.In at least one embodiment of the present invention, the first sensor unit and the second sensor unit each include a plurality of coils connected in series or in parallel with each other, and the plurality of coils are arranged to minimize the line length of a component parallel to the power line among the lines connecting the plurality of coils in series or in parallel.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 회로부는, 적어도 저역 통과 필터 및 증폭기를 포함한다.In at least one embodiment of the present invention, the circuit portion includes at least a low-pass filter and an amplifier.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 코일은, 중심부에 철심 코어를 포함한다.In at least one embodiment of the present invention, the coil includes an iron core at its center.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 전류 센서는, 상기 회로부에 연결되어 외부로부터 전원을 공급하고 상기 회로부의 출력 신호를 외부기기로 송신하기 위한 외부기기 연결부를 더 구비한다.In at least one embodiment of the present invention, the current sensor further includes an external device connection portion connected to the circuit portion to supply power from the outside and transmit an output signal of the circuit portion to an external device.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 전류 센서는, 상기 회로부와 상기 외부기기 연결부를 연결하는 선로 중 전력선과 평행한 성분의 선로의 길이를 최소화하도록 구성된다.In at least one embodiment of the present invention, the current sensor is configured to minimize the length of a line that is parallel to a power line among the lines connecting the circuit unit and the external device connection unit.
본 명세서에서 각각의 실시예는 독립적으로 기재되어 있으나 각각의 실시예는 상호 조합이 가능하며 조합된 실시예도 본 발명의 권리 범위에 포함된다.Although each embodiment in this specification is described independently, each embodiment may be combined with another embodiment, and the combined embodiment is also included in the scope of the present invention.
상술한 요약은 단지 설명을 위한 것이며 어떠한 방식으로도 제한을 의도하는 것은 아니다. 상술한 설명적 양태, 실시예 및 특징에 덧붙여 추가의 양태, 실시예 및 특징이 도면 및 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 명백해질 것이다.The above summary is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting in any way. In addition to the illustrative aspects, embodiments, and features described above, additional aspects, embodiments, and features will become apparent by reference to the drawings and the detailed description below.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따르면, 상용주파수의 전류 측정 시에 대기 중의 노이즈의 영향을 최소화할 수 있는 전류 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a current sensor capable of minimizing the influence of noise in the atmosphere when measuring current at a commercial frequency.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 평면도(상면도)이다.
도 4는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 하면도이다.
도 5는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 센서부의 구성을 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 센서부의 코일 형성 형태를 보여주는 투시도이다.
도 7은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 센서부의 코일 형성 형태를 보여주는 투시도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view (top view) of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a bottom view of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing the configuration of a sensor section of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing the coil formation form of a sensor section of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the operating principle of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
FIG. 8 and FIG. 9 are perspective views showing the coil formation form of a sensor section of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서(100)의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서(100)의 측면도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a current sensor (100) having a noise canceling function according to at least one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of a current sensor (100) having a noise canceling function according to at least one embodiment of the present invention.
도 1은 전력선(P)에 장착된 전류 센서(100)를 위에서 바라본 평면도에 가까운 사시도이고, 도 2는 전력선(P)에 장착된 전류 센서를 전력선(P)의 길이 방향(제1 방향)으로 측면에서 바라본 측면도이다.Fig. 1 is a perspective view close to a plan view as seen from above of a current sensor (100) mounted on a power line (P), and Fig. 2 is a side view as seen from the side of a current sensor mounted on a power line (P) in the longitudinal direction (first direction) of the power line (P).
도 1에 도시된 바와 같이, 전류 센서(100)는, 절연층을 사이에 두고 절연층의 양면에 형성된 도체층을 포함하는 기판(110), 기판(110)에 형성된 제1 센서부(120), 기판(110) 상에 형성되어, 제1 센서부(120)로부터의 출력을 수신하여 소정의 신호 처리를 통해 전력선에 흐르는 전류의 세기를 나타내는 전류 신호를 출력하기 위한 회로부(130), 제1 센서부(120)와 회로부(130)를 전기적으로 연결하기 위한 제1 연결부(140), 기판(110)에 형성된 제2 센서부(150), 제2 센서부(150)와 회로부(130)를 전기적으로 연결하기 위한 제2 연결부(160), 및 회로부(130)에 연결되어 외부로부터 전원을 공급하고 회로부(130)의 출력 신호를 외부기기로 송신하기 위한 외부기기 연결부(170)로 구성된다.As illustrated in FIG. 1, the current sensor (100) is composed of a substrate (110) including a conductor layer formed on both sides of an insulating layer with an insulating layer therebetween, a first sensor unit (120) formed on the substrate (110), a circuit unit (130) formed on the substrate (110) for receiving an output from the first sensor unit (120) and outputting a current signal representing the intensity of a current flowing in a power line through a predetermined signal processing, a first connection unit (140) for electrically connecting the first sensor unit (120) and the circuit unit (130), a second sensor unit (150) formed on the substrate (110), a second connection unit (160) for electrically connecting the second sensor unit (150) and the circuit unit (130), and an external device connection unit (170) connected to the circuit unit (130) to supply power from the outside and transmit an output signal of the circuit unit (130) to an external device.
제1 센서부(120)는, 전력선(P)에 상응하는 폭과 소정의 길이를 갖는 장방형으로 형성되어, 전력선(P)에 장착 시에 제1 방향을 따라 제1 센서부(120)의 폭과 전력선(P)의 폭이 대략 겹쳐지도록 배치된다.The first sensor unit (120) is formed in a rectangular shape having a width corresponding to the power line (P) and a predetermined length, and is arranged so that the width of the first sensor unit (120) and the width of the power line (P) roughly overlap along the first direction when mounted on the power line (P).
회로부(130)는, 제1 방향과 직교하는 전력선(P)의 폭 방향(제2 방향)으로 제1 센서부(120)로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치된다. 따라서, 전력선(P)에 장착 시에 제1 방향을 따라 제1 센서부(120)의 폭과 전력선(P)의 폭이 대략 겹쳐지도록 배치되는데 반해, 회로부(130)는 전력선(P)에서 벗어나도록 배치된다.The circuit unit (130) is positioned at a predetermined distance from the first sensor unit (120) in the width direction (second direction) of the power line (P) perpendicular to the first direction. Accordingly, when mounted on the power line (P), the first sensor unit (120) is positioned so that the width of the first sensor unit and the width of the power line (P) roughly overlap along the first direction, whereas the circuit unit (130) is positioned so as to be away from the power line (P).
제2 센서부(150)는, 제2 방향을 따라 회로부(130)를 기준으로 제1 센서부(120)와 대칭되는 위치에 배치된다. 즉, 전류 센서(100)는, 전력선(P)에 장착 시에 제1 방향을 따라 제1 센서부(120)의 폭과 전력선(P)의 폭이 대략 겹쳐지도록 배치되고, 이로부터 제2 방향으로 전력선(P)으로부터 멀어지도록 회로부(130)와 제2 센서부(150)가 순차적으로 배치되도록 구성된다.The second sensor unit (150) is arranged at a position symmetrical to the first sensor unit (120) with respect to the circuit unit (130) along the second direction. That is, the current sensor (100) is arranged so that, when mounted on the power line (P), the width of the first sensor unit (120) and the width of the power line (P) roughly overlap along the first direction, and the circuit unit (130) and the second sensor unit (150) are arranged sequentially so as to move away from the power line (P) in the second direction.
전력선(P)에 전류가 흐르면, 전력선(P) 주위로 자기장이 형성되고, 제1 센서부(120)는 자기장을 따라 흐르는 자속을 검출하여 전력선(P)에 흐르는 전류의 세기를 나타내는 신호를 출력하게 된다.When current flows in the power line (P), a magnetic field is formed around the power line (P), and the first sensor unit (120) detects the magnetic flux flowing along the magnetic field and outputs a signal indicating the intensity of the current flowing in the power line (P).
이 때, 제1 센서부(120)에서는 전력선(P)에 흐르는 저주파 전류에 의한 자속을 검출하게 되므로, 검출된 신호의 레벨은 전력선(P) 주변의(대기 중의) 노이즈 레벨과 크게 차이가 나지 않기에, 제1 센서부(120)의 신호 레벨에의 영향을 최소화하기 위해 전류 센서(100)의 내부에서 전력선(P)과 평행한 선로를 가능한 짧게 형성할 필요가 있다.At this time, since the first sensor unit (120) detects the magnetic flux caused by the low-frequency current flowing in the power line (P), the level of the detected signal does not differ significantly from the noise level (in the air) around the power line (P), so in order to minimize the influence on the signal level of the first sensor unit (120), it is necessary to form a line parallel to the power line (P) as short as possible inside the current sensor (100).
이는, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 전력선(P)과 평행한 선로가 제1 센서부(120)와는 다른 전류 검출 소스가 될 수 있으므로, 이로 인해 제1 센서부(120)의 신호 레벨에 영향을 미치지 않도록 하기 위함이다.This is to prevent the signal level of the first sensor unit (120) from being affected by the line parallel to the power line (P) that may be a different current detection source from the first sensor unit (120), as described in patent document 1.
뿐만 아니라, 제1 센서부(120)의 출력단 선로 및 제1 센서부(120)와 회로부(130)를 전기적으로 연결하는 제1 연결부(140)의 길이를 최소화(제1 센서부(120)와 회로부(130)의 거리를 최소화)함으로써, 제1 센서부(120)의 신호 검출 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, by minimizing the length of the output terminal line of the first sensor unit (120) and the first connection unit (140) that electrically connects the first sensor unit (120) and the circuit unit (130) (minimizing the distance between the first sensor unit (120) and the circuit unit (130), the signal detection efficiency of the first sensor unit (120) can be improved.
제1 센서부(120)와 제2 센서부(150)에는 상기 대기 중의 자기장에 의한 노이즈가 잡히게 되는데, 전력선(P)에 전류가 흐르면, 제1 센서부(120)는 전력선(P) 주위의 자기장을 따라 흐르는 자속을 검출하여 전력선(P)에 흐르는 전류의 세기를 나타내는 신호를 출력하게 되는데, 이 신호에는 대기 중의 자기장에 의한 노이즈가 포함되어 있다.The first sensor unit (120) and the second sensor unit (150) detect noise caused by the magnetic field in the atmosphere. When current flows in the power line (P), the first sensor unit (120) detects the magnetic flux flowing along the magnetic field around the power line (P) and outputs a signal indicating the intensity of the current flowing in the power line (P). This signal includes noise caused by the magnetic field in the atmosphere.
반면에, 제2 센서부(150)는, 전력선(P)과 평행하게 소정의 거리만큼 이격되어 위치하기에, 전력선(P)에 전류가 흐르더라도 전력선(P) 주위의 자기장을 따라 흐르는 자속을 검출하지 않고 대기 중의 자기장에 의한 노이즈만 출력하게 된다.On the other hand, since the second sensor unit (150) is positioned at a predetermined distance parallel to the power line (P), even if current flows in the power line (P), it does not detect the magnetic flux flowing along the magnetic field around the power line (P) and only outputs noise caused by the magnetic field in the air.
따라서, 회로부(130)에서 제1 센서부(120)와 제2 센서부(150) 각각의 출력 신호를 수신하여 제1 센서부(120)의 출력 신호에서 제2 센서부(150)의 출력 신호를 차감함으로써 제1 센서부(120)가 출력하는 신호로부터 대기 중의 자기장에 의한 노이즈 성분을 제거할 수 있다.Accordingly, by receiving the output signals of the first sensor unit (120) and the second sensor unit (150) in the circuit unit (130) and subtracting the output signal of the second sensor unit (150) from the output signal of the first sensor unit (120), the noise component due to the magnetic field in the air can be removed from the signal output by the first sensor unit (120).
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전류 센서(100)는, 제1 센서부(120)가 전력선(예를 들어, 버스바)(P)에 면 장착되도록 구성되어, 전력선(P)에 전류가 흐를 때 발생하는 자속 변화에 의한 유도전류를 측정하도록 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the current sensor (100) is configured such that the first sensor section (120) is mounted on a power line (e.g., a bus bar) (P), and is configured to measure an induced current caused by a change in magnetic flux that occurs when current flows in the power line (P).
이를 위해, 제1 센서부(120)는, 기판(110)의 절연층과 도체층을 관통하도록 형성되어 내벽에 도전막이 형성된 복수의 비아홀(Via Hole)과 도체층에 복수의 비아홀을 연결하도록 형성된 선로 패터닝으로 이루어진 적어도 하나 이상의 코일을 포함하도록 구성된다.To this end, the first sensor unit (120) is configured to include at least one coil formed with a plurality of via holes having a conductive film formed on the inner wall and a line pattern formed to connect the plurality of via holes to the conductive layer so as to penetrate the insulating layer and the conductive layer of the substrate (110).
여기서, 면 장착이란 제1 센서부(120)의 제1 면(회로부(130)가 형성된 면의 반대측 면)이 전력선(P)의 면에 근접 또는 소정의 거리만큼 이격된 상태로 서로 마주보도록 배치되는 것을 의미한다.Here, surface mounting means that the first surface of the first sensor unit (120) (the surface opposite to the surface on which the circuit unit (130) is formed) is placed so as to face each other in proximity to the surface of the power line (P) or spaced apart by a predetermined distance.
도 3은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서(100)의 평면도(상면도)이다. 도 4는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서(100)의 하면도이다. 도 5는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서(100)의 제1 센서부(120)의 구성을 보여주는 평면도이다.Fig. 3 is a plan view (top view) of a current sensor (100) having a noise canceling function according to at least one embodiment of the present invention. Fig. 4 is a bottom view of a current sensor (100) having a noise canceling function according to at least one embodiment of the present invention. Fig. 5 is a plan view showing the configuration of a first sensor unit (120) of a current sensor (100) having a noise canceling function according to at least one embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4는 전류 센서(100)의 형태로 제작된 기판(110)의 실제 이미지로, 절연층의 양면에 도체층이 형성된 PCB 상에 복수의 비아홀과 선로 패터닝 사용하여 복수의 코일을 형성함으로써 하고 있다.Figures 3 and 4 are actual images of a substrate (110) manufactured in the form of a current sensor (100), which is formed by forming multiple coils using multiple via holes and line patterning on a PCB having conductive layers formed on both sides of an insulating layer.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 센서부(120)는, 복수의 코일(C1~Cn)(본 실시예에서는 15개의 코일(C1~C15)가 서로 직렬로 연결되어, 주어진 크기의 기판(110)으로 전력선(P)에 흐르는 전류에 의해 발생한 자속에 의한 유도 기전력을 최대화하도록 구성된다.As shown in FIGS. 3 to 5, the first sensor unit (120) is configured such that a plurality of coils (C1 to Cn) (in this embodiment, 15 coils (C1 to C15)) are connected in series to each other, and the induced electromotive force due to the magnetic flux generated by the current flowing in the power line (P) is maximized with a substrate (110) of a given size.
제2 센서부(150)는, 제1 센서부(120)와 동일한 구조로 형성되지만, 배치 상으로는 회로부(130)를 기준으로 도면 상에서 상하 대칭으로 형성된 구조를 갖는다.The second sensor unit (150) is formed with the same structure as the first sensor unit (120), but has a structure formed symmetrically vertically in the drawing with respect to the circuit unit (130) in terms of layout.
도 6은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서(100)의 제1 센서부(120) 및 제2 센서부(150)의 코일 형성 형태를 보여주는 투시도이다.FIG. 6 is a perspective view showing the coil formation form of the first sensor section (120) and the second sensor section (150) of a current sensor (100) having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 기판(110)에 y 방향(제2 방향)으로 지그재그 형태 또는 일직선으로 나란히 두 줄로 형성된 복수의 비아홀(112)의 내부에는 도전막(117)이 형성되어 있으므로, 양측의 비아홀(112)을 나선형으로 전기적으로 연결하도록 선로 패터닝(113)을 형성하면, 도 6의 화살표 아래에 도시된 바와 같이, 시작점(S)과 끝점(E) 사이의 나선 구조를 통해 길이 L, 장축 길이 a를 갖는 코일(C1)이 형성된다. 이 때, 코일(C1)의 단축 길이 b는 기판(110)의 두께에 해당한다.As illustrated in FIG. 6, a conductive film (117) is formed inside a plurality of via holes (112) formed in two rows in a zigzag shape or in a straight line in the y direction (second direction) on the substrate (110), so that when a line patterning (113) is formed to electrically connect the via holes (112) on both sides in a spiral shape, as illustrated under the arrow in FIG. 6, a coil (C1) having a length L and a major axis length a is formed through a spiral structure between a starting point (S) and an end point (E). At this time, the minor axis length b of the coil (C1) corresponds to the thickness of the substrate (110).
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 코일(C1)은, 중심부에 철심 코어(미 도시)를 포함할 수도 있다. 코어리스 코일의 경우 포화가 되지 않는 장점이 있는 반면, 철심 코어를 갖는 코일은 철심의 자속 밀도가 최대가 되면 포화되는 단점이 있지만 감도가 높아지는 장점이 있다.In at least one embodiment of the present invention, the coil (C1) may include an iron core (not shown) at its center. While a coreless coil has the advantage of not being saturated, a coil with an iron core has the disadvantage of being saturated when the magnetic flux density of the iron core reaches its maximum, but has the advantage of increased sensitivity.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 기판(110)은 절연층과 도체층이 기판 형태로 적층되어, 도체층의 패터닝을 통해 원하는 회로를 구성할 수 있는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board: PCB)을 포함한다.In at least one embodiment of the present invention, the substrate (110) includes a printed circuit board (PCB) in which an insulating layer and a conductive layer are laminated in the form of a substrate, and a desired circuit can be configured through patterning of the conductive layer.
일반적으로, 50 Hz 또는 60 Hz의 상용주파수(Power Frequency 또는 Commercial Frequency)를 갖는 저주파 전력의 경우에는, RF 대역의 고주파 전력과 달리, 전력선에서 발생하는 자속에 의한 유도전류의 레벨이 주변의(대기 중의) 노이즈 레벨과 크게 차이가 나지 않기 때문에 전력선에 흐르는 전류를 측정하기 쉽지 않다.In general, for low-frequency power having a commercial frequency of 50 Hz or 60 Hz, it is not easy to measure the current flowing in the power line because the level of the induced current due to the magnetic flux generated in the power line does not differ significantly from the noise level in the surroundings (atmospheric) unlike the high-frequency power in the RF band.
이와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은, 최소한 하나의 실시예에 있어서, 다음과 같은 구조를 통해 센서부의 신호 검출 효율을 상용화 단계까지 끌어올리고 있다.In order to solve such a problem, the present invention, in at least one embodiment, raises the signal detection efficiency of the sensor unit to the commercialization stage through the following structure.
i) 센서부에서 코일 형성을 위한 선로 패턴 제작 시에 전력선과 평행한 선로(예를 들어, 도 6의 선로(118)과 같은 선로)의 길이를 가능한 짧게 형성한다(또는 최소화한다).i) When making a line pattern for forming a coil in the sensor section, the length of the line parallel to the power line (e.g., a line such as line (118) of FIG. 6) is made as short as possible (or minimized).
ii) 센서부와 회로부 간의 거리를 가능한 짧게 형성한다(또는 최소화한다).ii) Make the distance between the sensor part and the circuit part as short as possible (or minimize it).
iii) 센서부와 회로부를 각각 별도의 기판에 형성하는 경우, 복수의 코일 형성 시에, 코일 외의 선로에 의한 영향을 최소화하기 위해, 센서부 출력 단자가 복수의 코일의 중앙에 위치하도록 하거나, 출력 단자가 각각 기판의 양측 가장자리에 위치하도록 한다. 후자의 경우, 회로부 측에서 센서부와 회로부 간의 최단 거리 확보가 가능하다.iii) When forming the sensor unit and the circuit unit on separate substrates, in order to minimize the influence of lines other than the coils when forming multiple coils, the sensor unit output terminal is positioned at the center of the multiple coils, or the output terminals are positioned at each of the two edges of the substrate. In the latter case, the shortest distance between the sensor unit and the circuit unit can be secured on the circuit unit side.
iv) 센서부와 회로부를 각각 별도의 기판에 형성하는 경우, 센서부와 회로부를 전력선에 직교하는 한 방향으로 근접하도록 배치한다.iv) When forming the sensor part and the circuit part on separate substrates, the sensor part and the circuit part are arranged so that they are close to each other in one direction perpendicular to the power line.
v) 외부로부터의 노이즈의 영향을 최소화하기 위한 금속 재질의 박스 형태를 가진 차폐 케이스를 구비한다.v) Equipped with a shielding case in the form of a metal box to minimize the influence of external noise.
vi) 센서부와 회로부를 둘 다 차폐 케이스 내에 수납한다.vi) Both the sensor part and the circuit part are housed in a shielded case.
vii) 회로부는 적어도 저역 통과 필터(Low Pass Filter) 및 증폭기(Amplifier)를 포함한다.vii) The circuit section includes at least a low pass filter and an amplifier.
전술한 바와 같이, 50 Hz 또는 60 Hz의 상용주파수 대역의 저주파 전력의 경우에는, RF 대역의 고주파 전력과 달리, 전력선에서 발생하는 자속에 의한 유도전류의 레벨이 주변의(대기 중의) 노이즈 레벨과 크게 차이가 나지 않을 뿐 아니라, 센서부에서 코일 형성을 위한 선로 패턴 제작 시에 전력선과 평행한 선로 및 센서부와 회로부의 연결에서 회로부 내부에 이르기까지의 선로 중 전력선과 평행한 선로가 검출하는 전류 신호가 대기 중의 노이즈와는 다른 또 하나의 노이즈 소스를 제공하게 된다.As described above, in the case of low-frequency power in the commercial frequency band of 50 Hz or 60 Hz, unlike the high-frequency power in the RF band, the level of the induced current due to the magnetic flux generated in the power line does not differ significantly from the noise level in the surroundings (in the atmosphere). In addition, when a line pattern is made for forming a coil in the sensor unit, the current signal detected by the line parallel to the power line among the lines from the connection between the sensor unit and the circuit unit to the inside of the circuit unit provides another noise source different from the noise in the atmosphere.
따라서, 위와 같은 문제들을 해결하기 위해, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 복수의 코일을 직렬 또는 병렬로 연결하여 센서부의 신호 레벨을 높이고, 센서부에서 코일 형성을 위한 선로 패턴 제작 시에 전력선과 평행한 선로, 센서부와 회로부의 연결에서 회로부 내부에 이르기까지의 선로, 및 회로부와 외부기기 연결부를 연결하는 선로 중 전력선과 평행한 선로의 길이를 최소화하고, 센서부와 회로부 간의 거리를 가능한 짧게 형성함으로써 센서부에서 회로부로 전류 신호가 효율적으로 전달될 수 있도록 한다.Therefore, in order to solve the above problems, in at least one embodiment of the present invention, a plurality of coils are connected in series or in parallel to increase the signal level of the sensor unit, and when making a line pattern for forming a coil in the sensor unit, the length of the line parallel to the power line among the line from the connection between the sensor unit and the circuit unit to the inside of the circuit unit, and the line connecting the circuit unit to the external device connection unit is minimized, and the distance between the sensor unit and the circuit unit is made as short as possible, thereby enabling the current signal to be efficiently transmitted from the sensor unit to the circuit unit.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 복수의 비아홀과 선로 패터닝으로 형성된 적어도 하나 이상의 코일을 포함하는 기판(110)은, 코일의 중심축이 전류를 측정하기 위한 전력선과 교차하는 방향으로 제1 면이 전력선(P)에 근접하게 장착되도록 구성된다.In at least one embodiment of the present invention, a substrate (110) including at least one coil formed by a plurality of via holes and a line patterning is configured such that a first surface thereof is mounted close to a power line (P) in a direction in which a central axis of the coil intersects the power line for measuring current.
즉, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 전류 센서(100)는, 전류를 측정하기 위한 전력선을 바이패스 하거나 절단하지 않고 있는 그대로의 상태에서 센서부의 제1 면이 전력선에 나란히 근접하도록 전력선에 장착하여 전력선에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.That is, the current sensor (100) according to at least one embodiment of the present invention can measure the current flowing in the power line by mounting the sensor portion on the power line so that the first side thereof is parallel to the power line without bypassing or cutting the power line for measuring the current.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 제1 센서부(120)는 중심축이 서로 평행하게 형성된 복수의 코일(C1~Cn)을 포함하고, 복수의 코일(C1~Cn)은, 병렬 또는 직렬로 연결된다.In at least one embodiment of the present invention, the first sensor unit (120) includes a plurality of coils (C1 to Cn) whose central axes are formed parallel to each other, and the plurality of coils (C1 to Cn) are connected in parallel or in series.
제1 센서부(120)는 코일(C1~C4)에 유도되는 유도 전류에 의해 전력선(P)에 흐르는 전류량을 감지하므로, 유도 전류량이 많으면 많을수록 감도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 중심축이 서로 평행하게 형성된 복수의 코일(C1~Cn)을 병렬로 연결함으로써 유도 전류량을 증가시키거나, 직렬로 연결함으로써 유도 기전력을 증가시켜 감도를 향상시킬 수 있다.The first sensor unit (120) detects the amount of current flowing in the power line (P) by the induced current induced in the coils (C1 to C4), so that the greater the amount of induced current, the greater the sensitivity can be. Accordingly, the sensitivity can be improved by increasing the amount of induced current by connecting a plurality of coils (C1 to Cn) whose central axes are formed parallel to each other in parallel, or by increasing the induced electromotive force by connecting them in series.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 전류 센서(100)는, 전력선(P)에 흐르는 전류를 감지하기 위한 코일(C1~Cn)을 포함하는 제1 센서부(120)와 제1 센서부(120)의 출력단에 연결되어 노이즈 제거를 위한 필터부와 필터부를 거친 신호를 증폭시키기 위한 앰프부를 포함하는 회로부(130)로 구성된다.In at least one embodiment of the present invention, the current sensor (100) is composed of a first sensor unit (120) including coils (C1 to Cn) for detecting a current flowing in a power line (P), a circuit unit (130) connected to an output terminal of the first sensor unit (120) and including a filter unit for removing noise and an amplifier unit for amplifying a signal passing through the filter unit.
전류 센서의 코일(C1~Cn)은, 전류가 흐르는 전력선(P)에 근접하도록 장착함으로써, 전력선(P)에서 발생한 회전 자계가 코일 내부로 들어가 정현파 유도 전류를 출력시키는 감지부이다.The coils (C1 to Cn) of the current sensor are installed close to a power line (P) through which current flows, so that a rotating magnetic field generated from the power line (P) enters the coil and outputs a sinusoidal induced current.
필터부는 유도 전류를 저역 필터(Low Pass Filter)를 거치면서 일정 주파수를 기준으로 낮은 주파수 신호는 통과시키고, 높은 주파수 신호를 제거하는 기능을 한다. 앰프부를 통과한 신호는 고역 필터(High Pass Filter)를 거치면서, DC 성분의 노이즈가 제거되고, 일정 주파수 이하의 신호를 제거하는 기능을 한다.The filter section passes the induced current through a low-pass filter, passing low-frequency signals based on a certain frequency and removing high-frequency signals. The signal passing through the amplifier section passes through a high-pass filter, removing DC component noise and removing signals below a certain frequency.
앰프부는 저역 필터를 거친 신호를 차동 증폭기(Differential Amplifier)를 사용하여, 입력 신호를 약 1,000배 정도 증폭시켜 정현파를 출력한다. 증폭률은 필요에 따라 설정할 수 있다.The amplifier section uses a differential amplifier to amplify the input signal by approximately 1,000 times after passing the low-pass filter, and outputs a sine wave. The amplification ratio can be set as needed.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 기판(110)에 형성된 외부기기 연결부(170)는, 회로부(130)로부터의 신호를 외부로 출력하기 위한 신호 출력 단자 및 회로부에 전력을 공급하기 위한 전원 공급 단자를 포함한다.In at least one embodiment of the present invention, the external device connection portion (170) formed on the substrate (110) includes a signal output terminal for outputting a signal from the circuit portion (130) to the outside and a power supply terminal for supplying power to the circuit portion.
도 7은 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서(100)의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 7에 도시된 예에서는 설명의 편의를 위해 제1 센서부(120)만 도시하고 있다.FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the operating principle of a current sensor (100) having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention. In the example illustrated in FIG. 7, only the first sensor unit (120) is illustrated for convenience of explanation.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 센서부(120)가 형성된 기판(110)을 케이스(700)에 장착한 다음에 기판(110)이 전력선(P)에 근접하도록 전력선(P)에 장착하면, 전력선(P)에 전류가 흐를 때 발생되는 자속(M)이 기판(110)에 형성된 센서부의 코일(C)을 통과하면서 유도 전류로 변환된다. 즉, 제1 센서부(120)의 코일(C)은, 전력선(P)에 전류가 흐를 때 발생되는 자속(M)을 유도시키는 유도 코일로 기능하게 된다.As illustrated in FIG. 7, when the substrate (110) having the first sensor portion (120) formed thereon is mounted on the case (700) and then the substrate (110) is mounted on the power line (P) so that it is close to the power line (P), the magnetic flux (M) generated when current flows in the power line (P) is converted into an induced current as it passes through the coil (C) of the sensor portion formed on the substrate (110). That is, the coil (C) of the first sensor portion (120) functions as an induction coil that induces the magnetic flux (M) generated when current flows in the power line (P).
제1 센서부(120)만으로 전력선(P)에 흐르는 전류를 측정하고자 한다면 제1 센서부(120)와 회로부(130)를 모두 차폐 케이스 내에 수납할 필요가 있지만, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 제2 센서부(150)를 포함하는 전류 센서(100)의 경우에는 제2 센서부(150)에 의해 대기 중의 노이즈를 상쇄시킬 수 있기에 차폐 케이스가 아닌, 예를 들어, 일반적인 플라스틱 재질의 케이스(700)를 사용할 수 있는 장점이 있다.If it is desired to measure the current flowing in the power line (P) using only the first sensor unit (120), both the first sensor unit (120) and the circuit unit (130) need to be housed in a shielding case. However, in the case of a current sensor (100) including a second sensor unit (150) according to at least one embodiment of the present invention, noise in the air can be offset by the second sensor unit (150), so there is an advantage in that a case (700) made of, for example, a general plastic material can be used instead of a shielding case.
전력선(P)에 교류 전류가 흐르게 되면, 전력선(P) 주변으로 발생되는 자속(M)은 코일(C)의 내부로 흐르게 되고, 이로 인한 코일(C) 내부의 자속 변화는 코일(C)을 통해 유도 전류 또는 유도 기전력으로 변환되어 출력된다. 따라서, 이와 같은 유도 전류 또는 유도 기전력을 연산함으로써 전력선(P)에 흐르는 전류량을 연산할 수 있다.When an alternating current flows through a power line (P), the magnetic flux (M) generated around the power line (P) flows into the inside of the coil (C), and the resulting change in the magnetic flux inside the coil (C) is converted into an induced current or an induced electromotive force through the coil (C) and output. Therefore, by calculating this induced current or induced electromotive force, the amount of current flowing through the power line (P) can be calculated.
도 8 및 도 9는 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 노이즈 상쇄 기능을 갖는 전류 센서의 센서부의 코일 형성 형태를 보여주는 투시도이다.FIG. 8 and FIG. 9 are perspective views showing the coil formation form of a sensor section of a current sensor having a noise cancellation function according to at least one embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 전류 센서의 코일(C1)은, 절연 재질의 기판(810)에 y 방향(제2 방향)으로 나란히 형성된 두 줄의 관통홈(812)을 통해 절연 피복 도선(813)을 나선 형태로 감아서 제2 방향을 중심축으로 이루어진다.As illustrated in FIG. 8, a coil (C1) of a current sensor according to at least one embodiment of the present invention is formed by winding an insulating-coated conductor (813) in a spiral shape through two rows of through-holes (812) formed in parallel in the y direction (second direction) on a substrate (810) of an insulating material, with the second direction as the central axis.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 전류 센서는, 센서부에 사용되는 코일을 실제 절연 피복된 코일로 형성한 것 이외에는 도 6에 도시된 전류 센서와 유사한 구조를 가질 수 있다.A current sensor according to at least one embodiment of the present invention may have a structure similar to the current sensor illustrated in FIG. 6, except that the coil used in the sensor portion is formed as an actual insulation-coated coil.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 전류 센서는, 도 6 또는 도 8과 같이 기판(910) 상에 형성된 적어도 하나 이상의 코일을 포함하는 센서부를 포함한다.As illustrated in FIG. 9, a current sensor according to at least one embodiment of the present invention includes a sensor unit including at least one coil formed on a substrate (910) as in FIG. 6 or FIG. 8.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 센서부는 유도 코일로 기능하는 코일(C1)로 이루어지며, 필요에 따라 철심 코어(950)를 포함할 수 있다. 코어리스 코일의 경우 포화가 되지 않는 장점이 있는 반면, 철심 코어를 갖는 코일은 철심의 자속 밀도가 최대가 되면 포화되는 단점이 있지만 감도가 높아지는 장점이 있다.In at least one embodiment of the present invention, the sensor unit comprises a coil (C1) that functions as an induction coil, and may include an iron core (950) as needed. While a coreless coil has the advantage of not being saturated, a coil with an iron core has the disadvantage of being saturated when the magnetic flux density of the iron core reaches its maximum, but has the advantage of increased sensitivity.
철심 코어(950)는, 예를 들어, 기판(910)의 절연층 형성 시에 두 장의 절연층 사이에 코일(C1)의 패턴에 맞춰서 철심 부재를 삽입한 다음에 두 장의 절연층을 압착함으로써 형성하거나, 도 6 또는 도 8에 도시된 것과 같은 센서부를 제작한 다음에 측면에서 코일(C1)의 내부에 구멍을 뚫고 철심 부재를 구멍에 삽입함으로써 형성할 수 있다.The iron core (950) can be formed, for example, by inserting an iron core member between two insulating layers in accordance with the pattern of the coil (C1) when forming the insulating layer of the substrate (910) and then pressing the two insulating layers, or by manufacturing a sensor unit as shown in FIG. 6 or FIG. 8, and then drilling a hole in the inside of the coil (C1) from the side and inserting the iron core member into the hole.
도 8 및 도 9에 도시된 센서부에서도, 코일 형성을 위한 선로 패턴 제작 시에 전력선과 평행한 선로(818, 918)의 길이를 가능한 짧게 형성한다(또는 최소화한다).In the sensor section illustrated in FIGS. 8 and 9, when producing a line pattern for forming a coil, the length of the line (818, 918) parallel to the power line is formed as short as possible (or minimized).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따르면, 상용주파수의 전류 측정 시에 대기 중의 노이즈의 영향을 최소화할 수 있는 전류 센서를 제공할 수 있다.As described above, according to at least one embodiment of the present invention, a current sensor capable of minimizing the influence of noise in the atmosphere when measuring current at a commercial frequency can be provided.
이상 본 발명을 몇 가지 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.While the present invention has been described using several examples, these examples are illustrative and not limiting. As such, those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made in accordance with the doctrine of equivalents without departing from the spirit of the invention and the scope of the claims.
100: 전류 센서
110, 810, 910: 기판
120: 제1 센서부
130: 회로부
140: 제1 연결부
150: 제2 센서부
160: 제2 연결부
170: 외부기기 연결부
112: 비아홀
113: 선로 패터닝
117: 도전막
118, 818, 918: 선로
700: 케이스
812, 912: 관통홈
813, 913: 절연 피복 도선100: Current sensor
110, 810, 910: substrate
120: First sensor section
130: Circuit section
140: First connector
150: Second sensor section
160: Second connector
170: External device connection
112: Via Hall
113: Track Patterning
117: Challenge
118, 818, 918: tracks
700: Case
812, 912: Through groove
813, 913: Insulated conductor
Claims (10)
상기 제1 센서부에 근접하게 배치되어, 상기 제1 센서부로부터 출력되는 신호를 외부로 출력하기 위한 회로부;
상기 제1 센서부와 상기 회로부를 전기적으로 연결하기 위한 제1 연결부;
상기 제1 센서부와 동일한 구조로 형성되어, 상기 회로부를 기준으로 상기 제1 센서부와 대칭되는 위치에 배치되는 제2 회로부; 및
상기 제2 센서부와 상기 회로부를 전기적으로 연결하기 위한 제2 연결부
를 구비하고,
전류를 측정하고자 하는 전력선에 장착 시에, 상기 제1 센서부는 상기 전력선의 길이 방향인 제1 방향을 따라 상기 제1 센서부의 폭과 상기 전력선의 폭이 대략 겹쳐지도록 배치되고, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 상기 전력선으로부터 멀어지도록 상기 회로부와 상기 제2 센서부가 순차적으로 배치되도록 구성된,
전류 센서.A first sensor unit including at least one coil formed by a plurality of via holes having a conductive film formed on an inner wall and formed to penetrate the insulating layer and the conductive layer of a substrate including an insulating layer and a conductive layer formed on both sides of the insulating layer, and a line patterning formed to connect the plurality of via holes to the conductive layer;
A circuit unit arranged close to the first sensor unit for outputting a signal output from the first sensor unit to the outside;
A first connecting portion for electrically connecting the first sensor portion and the circuit portion;
A second circuit unit formed with the same structure as the first sensor unit and positioned symmetrically with respect to the first sensor unit based on the circuit unit; and
A second connecting portion for electrically connecting the second sensor portion and the circuit portion
Equipped with,
When mounted on a power line to measure current, the first sensor unit is arranged so that the width of the first sensor unit and the width of the power line roughly overlap along a first direction, which is the longitudinal direction of the power line, and the circuit unit and the second sensor unit are arranged sequentially so as to move away from the power line in a second direction orthogonal to the first direction.
Current sensor.
상기 제1 센서부는, 상기 전력선에 흐르는 전류의 세기를 나타내는 전류 신호와 대기 중의 자기장으로 인한 노이즈 신호를 포함하는 제1 신호를 출력하고,
상기 제2 센서부는, 대기 중의 자기장으로 인한 노이즈 신호인 제2 신호를 출력하고,
상기 회로부는, 상기 제1 센서부로부터 상기 제1 신호를 수신하고 상기 제2 센서부로부터 상기 제2 신호를 수신하여, 상기 제1 신호로부터 상기 제2 신호를 차감함으로써 상기 전력선에 흐르는 전류의 세기를 나타내는 전류 신호를 외부로 출력하는,
전류 센서.In the first paragraph,
The first sensor unit outputs a first signal including a current signal indicating the intensity of the current flowing in the power line and a noise signal caused by a magnetic field in the air,
The second sensor unit outputs a second signal, which is a noise signal caused by a magnetic field in the atmosphere,
The circuit unit receives the first signal from the first sensor unit and the second signal from the second sensor unit, and outputs a current signal representing the intensity of the current flowing in the power line to the outside by subtracting the second signal from the first signal.
Current sensor.
상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부의 길이를 최소화하도록 구성된,
전류 센서.In the first paragraph,
configured to minimize the length of the first connecting portion and the second connecting portion,
Current sensor.
상기 제1 센서부 및 상기 제2 센서부에서 상기 코일을 형성하기 위한 선로 패턴 중 상기 전력선과 평행한 성분의 선로의 길이를 최소화하도록 구성된,
전류 센서.In the first paragraph,
The first sensor unit and the second sensor unit are configured to minimize the length of the line of the component parallel to the power line among the line patterns for forming the coil.
Current sensor.
상기 제1 센서부 및 상기 제2 센서부와 상기 회로부의 연결에서 상기 회로부의 내부에 이르기까지의 선로 중 상기 전력선과 평행한 성분의 선로의 길이를 최소화하도록 구성된,
전류 센서.In the first paragraph,
Configured to minimize the length of the line parallel to the power line among the lines from the connection between the first sensor unit and the second sensor unit and the circuit unit to the inside of the circuit unit,
Current sensor.
상기 제1 센서부 및 상기 제2 센서부는, 각각 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 코일을 포함하고,
상기 복수의 코일은, 상기 복수의 코일을 직렬 또는 병렬로 연결하는 선로 중 상기 전력선과 평행한 성분의 선로 길이를 최소화하도록 배치된,
전류 센서.In any one of paragraphs 1 to 5,
The first sensor unit and the second sensor unit each include a plurality of coils connected in series or parallel to each other,
The above plurality of coils are arranged so as to minimize the line length of the component parallel to the power line among the lines connecting the plurality of coils in series or in parallel.
Current sensor.
상기 회로부는, 적어도 저역 통과 필터 및 증폭기를 포함하는,
전류 센서.In any one of paragraphs 1 to 5,
The above circuit part includes at least a low-pass filter and an amplifier.
Current sensor.
상기 코일은, 중심부에 철심 코어를 포함하는,
전류 센서.In any one of paragraphs 1 to 5,
The above coil comprises an iron core at the center,
Current sensor.
상기 회로부에 연결되어 외부로부터 전원을 공급하고 상기 회로부의 출력 신호를 외부기기로 송신하기 위한 외부기기 연결부를 더 구비하는,
전류 센서.In any one of paragraphs 1 to 5,
Further comprising an external device connection unit connected to the above circuit unit to supply power from the outside and transmit the output signal of the above circuit unit to an external device.
Current sensor.
상기 회로부와 상기 외부기기 연결부를 연결하는 선로 중 전력선과 평행한 성분의 선로의 길이를 최소화하도록 구성된,
전류 센서.In paragraph 9,
It is configured to minimize the length of the line that is parallel to the power line among the lines connecting the circuit part and the external device connection part.
Current sensor.
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