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KR20180063699A - 회로 차단기 및 회로 차단기의 게이트 구동 장치 - Google Patents

회로 차단기 및 회로 차단기의 게이트 구동 장치 Download PDF

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KR20180063699A
KR20180063699A KR1020160163788A KR20160163788A KR20180063699A KR 20180063699 A KR20180063699 A KR 20180063699A KR 1020160163788 A KR1020160163788 A KR 1020160163788A KR 20160163788 A KR20160163788 A KR 20160163788A KR 20180063699 A KR20180063699 A KR 20180063699A
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KR
South Korea
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switch
contact type
electrical contact
auxiliary switch
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KR1020160163788A
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김효성
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공주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 반도체 스위치의 온 또는 오프를 제어하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치에 관한 것으로서, 상기 복합 회로 차단기의 게이트 구동 장치는 제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치, 상기 전기접점형 보조 스위치와 연결되어, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 설정 시간만큼 상기 반도체 스위치의 제어단으로 게이트 전압이 지연되어 인가되도록 하는 지연부, 그리고 상기 지연부와 상기 반도체 스위치 사이 또는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 지연부 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 상기 지연부를 통해 인가되는 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하거나 또는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 동작하여 해당 상태의 게이트 제어 신호를 상기 지연부로 인가하여 상기 설정 시간만큼 지연시켜 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부를 포함한다.

Description

회로 차단기 및 회로 차단기의 게이트 구동 장치{CIRCUIT BREAKER AND GATE DRIVER FOR CIRCUIT BREAKER}
본 발명은 회로 차단기 및 회로 차단기의 게이트 구동 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 디지털 제품의 급증으로 인해, 직류(DC)를 사용하는 부하가 증가하고 있고, 또한 신재생 에너지를 이용한 발전 등과 같이 직류 형태의 분산 발전 기술이 확대됨에 따라 직류 배전망에 대한 관심이 높아지고 있다.
하지만, 직류는, 교류와 달리, 전류가 일정하게 흐르므로 전류가 스스로 영(zero)이 되는 점이 발생하지 않아 자연적 전류 영점이 발생하지 않는다.
따라서, 전기 접점형 스위치를 사용한 전기 접접형 회로 차단기(circuit breaker)를 이용하여 부하 전류를 차단하는 경우 차단 아크가 발생하여 화재 발생의 위험성이 존재한다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1641511(등록일자: 2016년 07월 15일, 발명의 명칭: 직류전류 차단을 위한 장치 및 방법)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기접점형 주 스위치와 전기접점형 보조 스위치의 온 또는 오프 시 지연부의 동작에 의해 설정 시간만큼 지연된 후 반도체 스위치로 해당 상태의 게이트 제어 신호가 인가되므로, 온 조건에서는 전기접점형 주 스위치를 통하여 부하 전류를 통전하게 하여 도통 손실을 줄이고, 오프 시에는 반도체 스위치를 통하여 부하 전류를 바이패스 시킨 후 차단 동작을 수행 함으로써 직류 차단 아크를 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 회로 차단기의 게이트 구동 장치는 반도체 스위치의 온 또는 오프를 제어하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치에 관한 것이다.
이러한 회로 차단기의 게이트 구동 장치의 한 특징은 제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치, 상기 전기접점형 보조 스위치와 연결되어, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 설정 시간만큼 상기 반도체 스위치의 제어단으로 게이트 전압이 지연되어 인가되도록 하는 지연부를 포함한다.
또한, 회로 차단기의 게이트 구동 장치는 상기 지연부와 상기 반도체 스위치 사이 또는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 지연부 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 상기 지연부를 통해 인가되는 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하거나 또는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 동작하여 해당 상태의 게이트 제어 신호를 상기 지연부로 인가하여 상기 설정 시간만큼 지연시켜 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부를 추가로 포함한다.
상기 지연부는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 게이트 구동부 사이에 위치하고, 릴레이로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 지연부는 상기 전기접점형 보조 스위치의 타측과 직류 전원의 음극에 연결되어 있는 여자 코일과 제어 전원에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 반도체 스위치의 게이트 단자 쪽으로 타측 단자가 연결되어 있는 릴레이 스위치를 포함하는 것이 좋다.
상기 설정 시간은 4㎳ 내지 12㎳일 수 있다.
상기 지연부는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 게이트 구동부 사이에 위치하고, 상기 지연부는 한시형 계전기를 사용하거나, 아날로그-디지털 회로를 사용하여 구현되거나, 혹은 제어 프로그램으로 구현될 수 있는 시간 지연 타이머일 수 있다.
또한, 지연부는 상기 게이트 구동부와 상기 반도체 스위치의 제어단 사이에 위치하고, 상기 게이트 구동부의 출력단에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 반도체 스위치의 상기 제어단에 타측 단자가 연결되어 있는 저항, 그리고 상기 저항의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 직류 전원의 음극에 타측 단자가 연결되어 있는 커패시터를 포함할 수 있다.
이때, 상기 설정 시간은 상기 저항과 상기 커패시터의 값에 따른 시정수에 의해 정해지는 것이 좋다.
본 발명의 다른 특징에 따른 반도체 스위치의 온 또는 오프를 제어하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치로는 제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치, 부하와 직류 전원의 음극 사이에 연결되어 있는 전기접점형 주 스위치와 상기 전기접점형 보조 스위치 사이에 위치하여 상기 전기접점형 주 스위치와 상기 전기접점형 보조 스위치의 연동 동작 시 시간 지연이 발생하도록 하는 백래쉬를 갖는 기계적 인터록부, 그리고 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 반도체 스위치 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따른 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부를 포함한다.
상기 인터록부는 상하 방향을 따라 직선으로 이동하는 슬라이더를 포함하고, 상기 슬라이더는 상기 전기접점형 주 스위치가 위치하여 상기 슬라이더가 상하 방향으로 직선 이동함에 따라 상기 전기접점형 주 스위치의 가동편의 접점 상태를 제어하는 제1 홈, 그리고 상기 전기접점형 보조 스위치가 위치하여 상기 슬라이더가 상하 방향으로 직선 이동함에 따라 상기 전기접점형 보조 스위치의 가동편의 접점 상태를 제어하는 제2 홈을 구비한다.
이때, 상기 제1 홈의 상하 방향으로의 길이와 상기 제2 홈의 상하 방향으로의 길이는 서로 상이하여 상기 전기접점형 주 스위치의 온 또는 오프 시기는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 또는 오프 시기가 상이하다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 회로 차단기는 직류 전원과 부하 사이에 연결되어 있는 전기접점형 주 스위치, 상기 부하에 입력단이에 연결되어 있고 상기 직류 전원에 출력단이 연결되어 있으며, 상기 전기접점형 주 스위치와 병렬로 연결되어 있는 반도체 스위치, 제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치, 상기 전기접점형 보조 스위치와 연결되어, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 설정 시간만큼 상기 반도체 스위치의 제어단으로 게이트 전압이 지연되어 인가되도록 하는 지연부, 그리고 상기 지연부와 상기 반도체 스위치 사이 또는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 지연부 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 상기 지연부를 통해 인가되는 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하거나 또는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 동작하여 해당 상태의 게이트 제어 신호를 상기 지연부로 인가하여 상기 설정 시간만큼 지연시켜 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부를 포함한다.
상기 지연부는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 게이트 구동부 사이에 위치하고, 릴레이나 시간 지연 타이머로 이루어질 수 있다.
상기 지연부는 상기 게이트 구동부와 상기 반도체 스위치의 제어단 사이에 위치하고, 상기 게이트 구동부의 출력단에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 반도체 스위치의 상기 제어단에 타측 단자가 연결되어 있는 저항, 그리고 상기 저항의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 직류 전원의 음극에 타측 단자가 연결되어 있는 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 회로 차단기는 직류 전원과 부하 사이에 연결되어 있는 전기접점형 주 스위치, 상기 부하에 입력단이에 연결되어 있고 상기 직류 전원에 출력단이 연결되어 있으며, 상기 전기접점형 주 스위치와 병렬로 연결되어 있는 반도체 스위치, 제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치, 부하와 직류 전원의 음극 사이에 연결되어 있는 전기접점형 주 스위치와 상기 전기접점형 보조 스위치 사이에 위치하여 상기 전기접점형 주 스위치와 상기 전기접점형 보조 스위치의 연동 동작 시 시간 지연이 발생하도록 하는 백래쉬를 갖는 기계적 인터록부, 그리고 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 반도체 스위치 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따른 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부를 포함한다.
상기 인터록부는 상하 방향을 따라 직선으로 이동하는 슬라이더를 포함하고, 상기 슬라이더는, 상기 전기접점형 주 스위치가 위치하여 상기 슬라이더가 상하 방향으로 직선 이동함에 따라 상기 전기접점형 주 스위치의 가동편의 접점 상태를 제어하는 제1 홈, 그리고 상기 전기접점형 보조 스위치가 위치하여 상기 슬라이더가 상하 방향으로 직선 이동함에 따라 상기 전기접점형 보조 스위치의 가동편의 접점 상태를 제어하는 제2 홈을 구비하고, 상기 제1 홈의 상하 방향으로의 길이와 상기 제2 홈의 상하 방향으로의 길이는 서로 상이하여 상기 전기접점형 주 스위치의 온 또는 오프 시기는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 또는 오프 시기가 상이한 것이 좋다.
이러한 특징에 따르면, 전기접점형 주 스위치와 보조 스위치의 온 또는 오프 시 지연부의 동작에 의해 설정 시간만큼 지연된 후 반도체 스위치로 해당 상태의 게이트 제어 신호가 인가되므로, 온 조건에서의 반도체 스위치의 도통 손실이 감소되고, 오프 시에는 반도체 스위치에 의하여 아크가 발생하지 않는 차단이 이루어 진다.
이로 인해, 스위치의 운전효율이 높게 유지되면서 차단 시 안정성이 향상된다
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 회로 차단기에 대한 개념도이다.
도 2a와 도 2b는 도 1에 도시한 게이트 구동부의 구현예로서, 도 2a는 연산 증폭기를 이용한 경우이고, 도 2b는 도 2a의 경우에 바이폴라 트랜지스터를 사용하여 구동 전력을 증강시킨 경우의 예이다.
도 3a는 도 1에 도시한 지연부의 한 구현예이고, 도 3b는 도 3a의 동작 시퀀스이다.
도 4a는 도 1에 도시한 지연부의 다른 구현예이고, 도 4b는 도 4a의 동작 시퀀스이다.
도 5a는 도 1에 도시한 지연부의 또 다른 구현예이다
도 5b는 도 5a의 경우 반도체 스위치의 온 시간과 오프 시간의 지연 특성을 도시한 그래프이다.
도 5c는 도 5a의 지연부를 구성하는 커패시터의 충전 동작 시 반도체 스위치의 온 시간 지연을 도시한 그래프이고,
도 5c의 (a)는 도 5a의 지연부를 구성하는 커패시터의 충전 동작 시 반도체 스위치의 온 시간 지연을 도시한 그래프이고, (b)는 방전 동작 시 반도체 스위치의 오프 시간 지연을 도시한 그래프이다.
도 5d는 도 5c의 동작 시퀀스이다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 차단기에서 게이트 구동 장치를 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6a의 동작 스퀀스이다.
도 7은 도 6a의 기계적 인터록부의 개념도이다.
도 8는 도 7에 도시한 기계적 인터록부에 의해 주 스위치와 보조 스위치가 오프 상태에서 온 상태로 변하는 과정을 도시한 동작 상태도이다.
도 9는 도 7에 도시한 기계적 인터록부에 의해 주 스위치와 보조 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변하는 과정을 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 11d는 본 발명의 한 실시예에 따른 회로 차단기의 실험 파형도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접속되어" 있다거나 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 접속되어 있거나 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 접속되어" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 회로 차단기 및 회로 차단기의 게이트 구동 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 회로 차단기는 전기 접점형 스위치와 반도체 스위치를 구비하고 있는 복합형 회로 차단기이다.
도 1을 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 회로 차단기에 대한 개념도를 설명한다.
도 1에 도시한 것처럼, 본 예의 회로 차단기는 직류 전원(VDC)의 양극(+)에 연결 부하(LLoad)에 일측 단자가 연결되어 있고 직류 전원(VDC)의 음극(-)에 타측 단자가 연결된 전기접점형 주 스위치(이하, '주 스위치'라 함)(SWMAIN), 제어 전원(Vcc)에 일측 단자가 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치(이하, '보조 스위치'라 함)(SWAUX), 보조 스위치(SWAUX)의 타측 단자에 입력단이 연결되어 있는 지연부(10), 지연부(10)의 출력단에 입력단이 연결되어 있는 게이트 구동부(20), 그리고 게이트 구동부(20)의 출력단에 제어단(예, 게이트 단자)(G)이 연결되어 있고 부하(LLoad)에 입력단(예, 컬렉터 단자)(C)가 연결되어 있고 직류 전원(VDC)의 음극(-)에 출력단(예, 에미터 단자)(E)이 연결되어 있는 반도체 스위치(SWSEMI)를 구비한다.
도 1의 도면 부호에서, 'RLoad'은 저항 부하인 저항성 부하를 의미하고 'LLoad'은 인덕터 부하인 유도성 부하를 의미하다.
본 예에서, 주 스위치(SWMAIN), 보조 스위치(SWAUX), 지연부(20) 및 게이트 구동부(20)는 반도체 스위치(SWSEMI)의 동작을 제어하는 게이트 구동 장치를 구성한다.
주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)는 전기접점형 스위치로 이루어져 있고, 기계적으로 서로 연동하여 동작한다.
따라서, 주 스위치(SWMAIN)가 사용자에 의해 온 되거나 오프되면 보조 스위치(SWAUX) 역시 주 스위치(SWMAIN)의 동작 상태에 따라 온 되거나 오프된다.
이때, 주 스위치(SWMAIN)는 부하 전류(ILoad)의 흐름을 도통시키거나 차단시켜 부하(RLoad, LLoad)의 동작을 제어하기 위해 사용되며, 보조 스위치(SWAUX)는 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 신호를 전달하기 위해 사용되는 스위치로서 제어단(G)으로의 신호 전달을 위해 부하(RLoad, LLoad)를 위한 전압과 전류보다 상대적으로 작은 크기의 전압과 전류를 온 또는 오프 시키기 위한 것이다.
본 예의 경우, 보조 스위치(SWAUX)는 주 스위치(SWMAIN)의 동작과 연동하는 전기접점형 스위치로 이루어져 있지만, 이에 한정되지 않고, 대안적인 예에서 보조 스위치(SWAUX)는 주 스위치(SWMAIN)의 동작과 연동하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, insulated gate bipolar mode transistor) 등과 같은 반도체 스위치로 이루어질 수 있다. 보조 스위치(SWAUX)가 반도체 스위치로 이루어지는 경우, 주 스위치(SWMAIN)의 동작 상태에 따라 보조 스위치(SWAUX)의 동작을 제어하는 별도의 제어 장치가 구비될 수 있다.
지연부(10)는 보조 스위치(SWAUX)로부터 전달되는 신호를 정해진 시간만큼 지연시켜 게이트 구동부(20)로 인가하기 위한 것이다.
게이트 구동부(20)는 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 해당 상태의 게이트 제어 신호를 출력하여 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 해당 크기의 게이트 전압(VG)이 인가될 수 있도록 한다.
이러한 게이트 구동부(20)는 보조 스위치(SWAUX)가 온 됨에 따라 지연부(10)를 통해 온 상태[즉, 고레벨(high level)]의 신호인 온 명령(ON Command)이 인가되면 동작하여 반도체 스위치(SWSEMI)를 온 시킬 수 있는 상태의 게이트 제어 신호를 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 출력한다.
따라서, 게이트 구동부(20)는 반도체 스위치(SWSEMI)를 구동시킬 수 있는 전력을 공급하는 전력증폭기일 수 있다.
도 2a에 연산 증폭기(OP1)를 이용한 게이트 구동부(20)의 한 예를 도시한다.
일반적으로 연산 증폭기(OP1)는 작은 전류(수 nA 수준)의 전압으로도 동작하여 약 30mA정도의 비교적 큰 전류 레벨의 출력 신호를 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 출력하여 반도체 스위치(SWSEMI)를 구동할 수 있다.
도 2b는 게이트 구동부(20)의 다른 예로서, 도 2a와 비교할 때 좀더 큰 구동 전력을 요구하는 경우, 연산 증폭기(OP1)뿐만 아니라 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)나 전력용 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor) 등의 스위치 소자(Tr1, Tr2)를 제어 전원(Vcc)과 직류 전원(VDC)의 음극(-)에 직렬로 연결하여 구성한 증폭부가 부가된 경우로서, 연산 증폭기(OP1)에서 출력되는 신호는 증폭부에 해당 크기만큼 증폭되어 반도체 스위치(SWSEMI)로 인가된다.
이때, 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력단자(-)로 온 명령(ON Command) 또는 오프 명령(OFF Command)가 인가되고 비반전 입력단자(+)는 직류 전원(VDC)의 음극(-)에 연결되어 있다. 따라서, 연산 증폭기(OP1)는 반전 입력단자(-)로 인가되는 신호를 해당 크기로 증폭하여 스위치 소자(Tr1, Tr1)의 제어단으로 인가한다.
반도체 스위치(SWSEMI)는 게이트 제어 신호의 상태에 따라 온 또는 오프되어, 주 스위치(SWMAIN)가 오프일 때 자신의 쪽으로 부하 전류(ILoad)를 바이패스시킨다.
본 예에서, 반도체 스위치(SWSEMI)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, insulated gate bipolar mode transistor)로 이루어져 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 2a와 도 2b의 온 명령(ON Command)과 오프 명령(OFF Command)는 도 1의 경우 지연부(10)에서 출력되는 신호이고, 도 5a 및 도 6의 경우 보조 스위치(SWAUX)의 동작 상태에 따라 보조 스위치(SWAUX)에서 출력되는 신호이다.
이러한 구조를 갖는 회로 차단기의 동작은 다음과 같다.
먼저, 주 스위치(SWMAIN)가 온 되면 보조 스위치(SWAUX)도 온 상태가 된다.
따라서, 부하 전류(ILoad)는 온된 주 스위치(SWMAIN)를 통해 흐르게 되고, 보조 스위치(SWAUX)의 온 동작에 의해 제어 전원(Vcc)에 해당하는 전압이 지연부(10)로 인가되어 지연부(10)를 동작시킨다.
다음, 제어 전원(Vcc)에 해당하는 전압은 지연부(10)의 동작에 의해 정해진 시간 동안 지연된 후 게이트 구동부(20)로 고레벨 상태의 온 명령(ON Command)으로서 인가한다.
게이트 구동부(20)는 인가된 온 명령(ON Command)에 의해 동작하여 온 상태의 게이트 제어 신호를 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 출력하여 반도체 스위치(SWSEMI)가 온 될 수 있도록 한다.
하지만, 반도체 스위치(SWSEMI)가 온 되기 전에 주 스위치(SWMAIN)가 이미 온 상태를 유지하므로, 반도체 스위치(SWSEMI)의 입력단(C)과 출력단(E) 사이의 전압(VCE)은 '0'이다. 따라서, 온 상태의 게이트 제어 신호가 인가되는 상태에서도 실질적으로 반도체 스위치(SWSEMI)는 온 상태로 전환되지 않아, 반도체 스위치(SWSEMI)가 실적적으로 온 상태가 되기 전까지 부하 전류(ILoad)는 이미 온된 주 스위치(SWMAIN)를 통해서만 흐른다.
다음, 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 온 상태의 게이트 제어 신호가 인가되는 상황에서, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)가 오프 상태로 변경된다.
하지만, 보조 스위치(SWAUX)의 후단에 지연부(10)가 위치하므로, 지연부(10)에 의해 정해진 시간(즉, 지연 시간)이 경과한 후에야 게이트 구동부(20)로 인가되고 있는 제어 전원(Vcc)의 전압, 즉 온 명령(ON Command)이 차단되고 오프 명령(OFF Command)이 게이트 구동부(20)로 인가되므로, 보조 스위치(SWAUX)가 오프된 후에도 지연 시간 동안 반도체 스위치(SWSEMI)는 온 상태(즉, 도통 상태)가 된다.
따라서, 주 스위치(SWMAIN)가 오프되면 주 스위치(SWMAIN)를 흐르던 부하 전류(ILoad)는 바로 온 상태의 게이트 전압(VG)이 인가되는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통해 바이패스된다. 이로 인해, 주 스위치(SWMAIN)가 오프될 때 부하 전류(ILoad)는 온 상태인 반도체 스위치(SWSEMI)쪽으로 바로 흐르게 되므로, 주 스위치(SWMAIN)의 오프 시 아크 발생은 발생하지 않는다.
그런 다음, 보조 스위치(SWAUX)가 오프된 후 지연 시간이 경과하면, 게이트 구동부(20)로 저레벨(low level) 상태의 신호인 오프 명령(OFF Command)이 인가되고, 이러한 오프 명령(OFF Command)에 의해 게이트 구동부(20)는 오프 상태의 게이트 제어 신호를 반도체 스위치(SWSEMI)로 출력하여 반도체 스위치(SWSEMI)를 오프 상태로 제어한다.
이와 같이, 보조 스위치(SWAUX)가 온 된 다음 또는 오프 된 다음 지연부(10)의 지연 시간만큼 지연된 후 게이트 구동부(20)는 반도체 스위치(SWSEMI)로 온 상태 또는 오프 상태의 게이트 제어 신호(VG)를 인가하게 된다.
도 3a 내지 도 5d에는 각각 지연부(10)에 대한 구체적인 예가 도시된 본 발명의 한 실시예인 회로 차단기의 구현 예와 그들에 대한 동작 시퀀스가 도시되어 있다.
먼저, 도 3a에는 보조 스위치(SWAUX)의 출력 신호를 설정 시간(TDelay=4ms)만큼 지연시키는 타이머, 즉 시간 지연 타이머(delay timer)로 지연부(10)를 구현한 예를 도시한다.
이때, 시간 지연 타이머(20)는 한시형 계전기(timer relay), 아날로그-디지털 회로를 이용한 시간 지연 타이머 또는 제어프로그램을 이용하여 구현될 수 있다.
따라서, 도 3b에 도시한 것처럼, 주 스위치(SWMAIN)가 오프 상태에서 온 상태로 전환되면[(1) 시점] 보조 스위치(SWAux) 역시 주 스위치(SWMAIN)와 연동하여 온 상태로 바뀐다[도 3b의 (a), (b)].
이와 같이, 주 스위치(SWMAIN)가 온 되면, 주 스위치(SWMAIN) 양단의 전압차(VSW)는 영(0)으로 되어 저레벨 상태로 전환되고, 온된 주 스위치(SWMAIN)를 통해 부하 전류(ILoad)가 흐르게 된다[도 3b의 (d), (e), (f)]. 이때 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르는 전류(ISW)와 부하 전류(ILoad)는 크기가 같다.
온된 보조 스위치(SWAUX)를 통하여 제어 전원(Vcc)에 해당하는 온 명령이 시간 지연 타이머(10)로 인가되면, 시간 지연 타이머(10)는 동작하여 정해진 동작 지연 시간(TDelay= 약 4ms)이 경과한 후 게이트 구동부(20)로 온 명령(ON Command)을 인가하여 게이트 구동부(20)를 동작시킨다[(2) 시점].
따라서, 게이트 구동부(20)는 반도체 스위치(SWSEMI)를 온 시키기 위한 고레벨 상태의 게이트 제어 신호를 게이트 전압(VG)으로서 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 인가한다.
하지만, 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 고레벨의 게이트 전압(VG)이 인가되더라도 부하 전류(ILoad)는 이미 접점 저항값이 거의 영(0)인 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르고 있고 주 스위치(SWMAIN 양단의 전압(VSW)은 거의 영이므로, 설정 크기의 온전압강하(VCEON)(즉, 온 상태에서 콜렉터-에미터간 전압 강하)가 요구되는 반도체 스위치(SWSEMI)는 비도통 상태인 오프 상태가 된다. 따라서, 이 상태일 때 반도체 스위치(SWSEMI)로는 부하 전류(ILoad)가 흐르지 않는다[도 3b의 (g)]. 이로 인해, 반도체 스위치(SWSEMI)가 온될 때 발생되는 온전압 강하(VCEON)로 인한 전력 소모가 방지된다.
이런 상태에서, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAux)가 동시에 오프되면[(3) 시점][도 3b의 (a), (b)], 지연 시간(TDelay) 이후 오프 상태의 게이트 제어 신호(VG)가 인가되므로, 반도체 스위치(SWSEMI)는 보조 스위치(SWAUX)가 오프된 후 지연 시간(TDelay)에 도달할 때까지 온 상태를 유지한다[도 3b의 (g)].
따라서, 주 스위치(SWMAIN)가 오프되면, 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르던 부하 전류(ILoad)의 흐름은 게이트 구동부(20)에 의해 이미 온 상태의 게이트 전압(VG)이 인가되고 있는 반도체 스위치(SWSEMI) 쪽으로 즉시 전환된다[도 3b의 (e), (g)].
이때, 부하 전류(ILoad)의 전환시간은 반도체 스위치(SWSEMI)의 스위치-온 시간(TON)에 의해 결정되며, 반도체 스위치(SWSEMI)의 종류에 따라 다르지만 대략 마이크로초(㎲) 미만이다. 다시 말해 시간 지연 타이머(20)의 동작 지연 시간(TDelay=4ms)에 비하여 매우 짧은 시간에 부하 전류(ILoad)의 흐름 전환이 일어나서 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)로 전환되어 흐르게 된다. 이로 인해, 주 스위치(SWMAIN)가 오프되는 시점에 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI) 쪽으로 바이패스되므로, 주 스위치(SWMAIN)는 아크 발생 없이 오프 상태로 전환된다.
이 단계에서, 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW=VCE)은 반도체 스위치(SWSEMI)의 온 전압 강하(VCEON)의 크기에 이를 때까지 상승한다. 반도체 스위치(SWSEMI)의 온 전압 강하(VCEON)는 반도체 스위치(SWSEMI)의 종류에 따라 다르지만 대략 2~5V정도이다.
다음, (4) 시점에서와 같이 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)이 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)에 도달하면 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 온 상태가 된다. 따라서 모든 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통하여 흐르고 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)은 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)로 약간 상승한다[도 3b의 (d)]. 이미 설명한 것처럼, (5) 시점에서, 보조 스위치(SWAUX)를 통해 오프 명령을 받은 시간 지연 타이머(20)는 동작 지연 시간(TDelay)이 경과한 후 게이트 구동부(20)에 오프 명령(OFF Command)을 가해서 반도체 스위치(SWSEMI)의 상태를 오프시킨다[도 3b의 (c)].
따라서, 반도체 스위치(SWSEMI)가 오프되면, 도 3b의 (e)에 도시한 것처럼, 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)에 의하여 아크의 발생 없이 정해진 기울기로 서서히 감소하면서 영(0)으로 떨어지게 된다.
이때 부하 전류(ILoad)가 0으로 떨어지는 시간은 반도체 스위치(SWSEMI)의 스위치-오프 시간(TOFF)에 의해 결정되며, 반도체 스위치(SWSEMI)의 종류에 따라 다르지만 대략 마이크로초 미만이다.
반도체 스위치(SWSEMI)의 스위치-오프 시간(TOFF)을 게이트 구동부(20)를 이용해 느리게 조정하면 할수록 부하 전류(ILoad)의 하강 기울기는 완만해진다.
이러한 방법은 유도성 부하(LLoad)의 전류(ILoad)를 하강시킴으로써 부하(LLoad)측에서 발생하는 역기전력을 억제하여 아크 발생을 방지하는 효과를 도모할 수 있다.
(6) 시점과 같이, 부하 전류(ILoad)가 완전히 0이 되면 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 오프되고 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)은 전원 전압(VSupply)에 이르게 되어 모든 스위치(SWMAIN, SWAUX, SWSEMI)는 완전히 오프 상태가 된다.
다른 예로서, 지연부(10)는 도 4a에 도시한 것처럼 릴레이(relay)로 이루어질 수 있다. 도 4a과 같이 지연부(10)가 릴레이로 이루어진 경우, 보조 스위치(SWAUX)의 고정단(A), 즉 타측 단자와 직류 전원(VDC)의 음극(-) 사이에 여자 코일(Rs)이 연결되어 있고, 제어 전원(Vcc)에 일측 단자가 연결되어 있고 게이트 구동부(20)에 타측 단자가 연결되어 있는 릴레이(10)의 접점인 릴레이 스위치(Rs_a)가 연결되어 있다.
이때, 릴레이 스위치(Rs_a)의 초기 상태는 오프 상태이다.
따라서, 보조 스위치(SWAUX)가 온 되면 온된 보조 스위치(SWAUX)를 거쳐 릴레이(10)의 여자 코일(Rs)을 통해 전류가 흘러 여자 코일(Rs)이 자화되고, 이러한 여자 코일(Rs)의 자화 동작에 의해 릴레이 스위치(Rs_a)는 온 상태로 변하여 릴레이(10)가 동작된다.
반대로, 보조 스위치(SWAUX)가 오프되면 여자 코일(Rs)을 흐르는 전류가 차단되어 여자 코일(Rs)의 자화 상태는 해제되고, 이로 인해, 릴레이 스위치(Rs_a)는 초기 상태인 오프 상태로 되돌아가 릴레이(10)의 동작은 해제된다.
이와 같이 릴레이를 이용하여 지연부(10)를 구현할 경우, 릴레이가 동작될 때까지[즉, 릴레이 스위치(Rs)가 초기 오프 상태에서 온 상태로 변할 때까지] 그리고 릴레이의 동작이 해제될 때까지[즉, 릴레이 스위치(Rs)가 온 상태에서 오프 상태로 변할 때까지]의 동작 시간은 4㎳ 내지 12㎳가 소용되고, 이러한 릴레이의 동작 시간이 지연부(10)의 지연 시간이 된다.
따라서, 릴레이(10)의 동작 시간 동안 지연되어, 보조 스위치(SWAUX)가 온 된 후 게이트 구동부(20)로 온 명령(ON Command)이 인가되거나 보조 스위치(SWAUX)가 오프 된 후 게이트 구동부(20)로 오프 명령(OFF Command)이 인가되므로, 반도체 스위치(SWSEMI)로 인가되는 온 상태 또는 오프 상태의 게이트 제어 신호 역시 릴레이(10)의 동작 시간만큼 지연되어 인가된다.
이로 인해, 주 스위치(SWMAIN)에 흐르는 전류(ISW)와 반도체 스위치(SWSEMI)에 흐르는 전류(ISEMI) 사이에 시간차가 발생하도록 한다.
이처럼, 지연부(10)가 릴레이로 구현될 때의 동작은 도 4b를 참고로 하여 설명한다.
주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)가 연동되어 동시에 온 된다[(1) 시점, 도 4b의 (a), (b)]. 이에 따라, 주 스위치(SWMAIN) 양단의 전압(VSW)은 즉시 영(0)이 되고, 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르는 전류(ISW)는 부하 전류(ILoad)가 된다[도 4b의 (e), (f)].
보조 스위치(SWAUX)의 온 동작으로 인해[(2) 시점], 릴레이(10)의 여자 코일(Rs)로 전류가 흘러, 여자 코일(Rs)은 자화되고 릴레이(10)의 동작 지연 시간(TDelay = 약 4~12ms)이 경과한 후 릴레이(10)의 접점, 즉 릴레이 스위치(Rs_a)는 온이 된다[도 4b의 (c)].
따라서, 릴레이 스위치(Rs_a)가 온됨에 따라 게이트 구동부(20)로 제어 전원(Vcc)에 의한 온 명령(ON Command)이 인가되어 게이트 구동부(20)가 동작하고, 게이트 구동부(20)의 동작에 의해 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 고레벨 상태의 게이트 전압(VG)이 인가된다.
하지만, 이 경우, 이미 설명한 것처럼, 부하 전류(ILoad)는 이미 접점 저항값이 거의 영(0)인 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르고 있고 주 스위치(SWMAIN) 양단의 전압(VSW)은 거의 0이므로, 어느 정도 이상의 온전압강하(VCEON)가 요구되는 반도체 스위치(SWSEMI)는 비도통 상태를 유지하여 반도체 스위치(SWSEMI)를 통해서는 부하 전류(ILoad)가 흐르지 않는다[도 4b의 (d), (g)]. 이로 인해, 반도체 스위치(SWSEMI)의 온 동작으로 인한 온 전압에 의한 전력 낭비가 발생하지 않도록 한다.
이런 상태에서, 주 스위치(SWMain)와 보조 스위치(SWAux)가 연동되어 모두 오프된다[(3) 시점].
이로 인해, 고레벨의 게이트 전압(VG)이 인가되고 있는 반도체 스위치(SWSEMI)는 도통 상태로 되어 온 되고, 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르는 부하 전류(ILoad)는 주 스위치(SWMAIN)가 오프 상태로 변하면 바로 온 상태의 반도체 스위치(SWSEMI)를 통해 바로 흐르게 된다.
이 경우에도 전류 흐름의 전환시간은 반도체 스위치(SWSEMI)의 스위치-온 시간(TON)(=대략 마이크로 초 미만)에 의해 결정된다. 다시 말해, 릴레이(10)의 동작 지연 시간에 비하여 매우 짧은 시간에 전류 흐름 전환이 일어나서 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통하여 흐르게 되므로, 주 스위치(SWMAIN)가 오프 동작에 의한 아크의 발생은 이루어지지 않는다.
이 단계에서, 반도체 스위치(SWSEMI)의 양단 전압(VSW)은 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)의 크기(=약 2~5V)에 도달할 때까지 상승한다.
다음, 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)이 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)에 도달하면[(4) 시점] 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 온 상태가 된다. 따라서 모든 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEM)를 통하여 흐르고 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)은 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)로 상승한다[도 4b의 (d)].
보조 스위치(SWAUX)의 오프 동작에 의해 릴레이(10)의 여자 코일(Rs)의 자화 상태는 소자되어 릴레이(10)의 동작 지연 시간(TDelay)이 경과 후 릴레이(10)의 릴레이 스위치(Rs_a)는 초기 상태인 오프로 된다[(5) 시점].
따라서, 릴레이 스위치(Rs_a)의 오프로 인해 게이트 구동부(20)에 오프 명령(OFF Command)이 인가되어, 게이트 구동부(20)는 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 저레벨 상태의 게이트 전압(VG)을 인가하여 반도체 스위치(SWSEMI)를 오프 시킨다.
이후의 동작은 이미 설명한 것과 동일하다.
따라서, 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)에 의하여 아크의 발생 없이 서서히 영(0)으로 떨어지게 되고[도 4b의 (e)], 이때, 부하 전류(ILoad)가 0으로 감소하는 시간은 반도체 스위치(SWSEMI)의 스위치-오프 시간(TOFF)에 의해 정해진다.
다음, 부하 전류(ILoad)가 완전히 0이 되면[(6) 시점] 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 오프되어 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)은 전원 전압의 크기(VSupply)에 도달하게 된다[도 4b의 (f)].
다음, 도 5a 및 도 5b를 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로 차단기를 설명한다
도 5a에 도시한 것처럼, 본 예의 회로 차단기에서 지연부(10a)는 게이트 구동부(20)와 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G) 사이에 위치한다.
이때, 지연부(10a)는 저항(RT)과 커패시터(CT)를 이용한 시정수에 의한 시간 지연을 이용한다.
따라서, 지연부(10a)의 저항(RT)의 일측 단자는 게이트 구동부(20)의 출력단에 연결되어 있고 타측 단자는 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)에 연결되어 있으며, 커패시터(CT)의 일측 단자는 저항(RT)의 타측 단자, 즉, 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)에 연결되어 있고 타측 단자는 직류 전원(VDC)의 음극(-)에 연결되어 있다.
따라서, 보조 스위치(SWAUX)가 온 또는 오프되어 제어 전원(Vcc)의 전압에 의한 온 명령(ON Command)이나 오프 명령(OFF Command)이 실질적으로 지연 없이 게이트 구동부(20)로 인가되면, 게이트 구동부(20)는 온 명령(ON Command) 또는 오프 명령(OFF Command)에 따라 온 상태 또는 오프 상태와 같은 해당 상태의 게이트 제어 신호를 지연부(10a)로 출력한다.
따라서, 지연부(10a)는 저항(RT) 및 커패시터(CT)의 값에 의해 정해진 시정수에 따른 충전 시간 및 방전 시간의 지연을 이용하여 반도체 스위치(SWSEMI)의 동작을 제어하는 게이트 제어 신호를 지연시킨 후 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 인가한다.
즉, 본 예는 게이트 구동부(20)에서 직접 출력되는 게이트 제어 신호를 이용하여 반도체 스위치(SWSEMI)의 동작을 제어하지 않고, 게이트 구동부(20)와 반도체 스위치(SWSEMI) 사이에 위치한 지연부(10a) 즉, 저항(RT)과 커패시터(CT)를 이용한 충방전 회로(즉, RC 충방전 회로)를 통해 커패시터(CT) 양단에 형성되는 전압을 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 인가되는 게이트 전압(VG)으로 이용한다.
도 5b에 전압 구동형 반도체 스위치(SWSEMI)의 온 및 오프 시간지연 특성을 도시한다.
반도체 스위치(SWSEMI)로서 사용되는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)나 전력용 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 등과 같은 전압 구동형 반도체 스위치는 제어단(G)인 게이트 단자에 가해지는 게이트 전압(VG)의 크기에 의하여 반도체 스위치의 상태가 결정된다.
즉, 도 5b에 도시한 것처럼 게이트 단자에 인가되는 게이트 전압(VG)의 크기가 임계값(VG *)을 넘어서면 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 온 되어 부하 전류(ILoad)를 100% 흘려주지만, 게이트 단자로의 인가 전압(VG)의 크기가 0과 임계값(VG *) 사이인 경우 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 도통되지 않아 부하 전류(ILoad)를 100% 흘려주지 않게 된다. 따라서 도 5b와 같이 게이트 단자에 인가되는 게이트 전압(VG)을 서서히 상승시키거나 서서히 하강 시키면 반도체 스위치(SWSEMI)의 온 또는 오프 시 시간지연이 발생하게 된다.
한편, RC 충방전회로는, 도 5c와 같이, 게이트 구동부(20)의 출력이 고레벨(high) 상태의 전압(Vcc)와 저레벨(low) 상태의 전압(0V)으로 바뀜에 따라 각각 도 5c의 (a) 및 (b)와 같이 충전 동작과 방전 동작을 한다.
도 5c의 (a)에 도시한 충전 과정 중에 커패시터(CT) 양단의 전압(VG)이 최종 전압인 고레벨 상태의 전압(Vcc)의 약 64%에 이를 때까지 걸리는 시간은 RC 충방전회로의 시정수(τ=RTCT)와 같다.
예를 들어, 전압구동형 반도체 스위치(SWSEMI)를 온 시키기 위한 게이트 전압(VG)의 임계값(VG *)이 고레벨 상태 전압(Vcc)의 50%에 위치한다면, 이 반도체 스위치(SWSEMI)의 스위치 온 시간지연(TON_Delay)는 RC 충방전회로의 시정수(τ=RTCT) 보다 조금 작은 값이 될 것이다.
반대로 도 5c의 (b)에 도시한 방전과정 중에 커패시터(CT) 양단의 전압(VG)이 고레벨 상태의 전압(Vcc)의 약 36%에 이를 때까지 걸리는 시간은 RC 충방전회로의 시정수(τ=RTCT)와 같다.
예를 들어, 전압 구동형 반도체 스위치(SWSEMI)를 온 시키기 위한 게이트 전압(VG)의 임계값(VG *)이 고레벨 상태 전압(Vcc)의 50%에 위치한다면, 이 반도체 스위치(SWSEMI)의 스위치 오프 시간 지연(TOFF_Delay)은 역시 RC 충방전회로의 시정수(τ=RTCT) 보다 조금 작은 값이 될 것이다.
결국, 전압 구동형 반도체 스위치(SWSEMI)를 온 시키기 위한 게이트 전압(VG)의 임계값(VG *)이 고레벨 상태 전압(Vcc)의 약 36% 와 약 64% 사이에 놓이도록 설정하면 RC 충방전회로의 시정수(τ=RTCT) 부근에서 반도체 스위치(SWSEMI)의 스위칭 시간 지연을 만들어 낼 수 있다.
이러한 원리에 기초하여 동작하는 지연부(10a)를 구비한 본 예의 회로 차단기의 동작을 도 5d를 참고로 하여 설명한다.
주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)가 연동되어 동시에 온 된다[(1) 시점].
이에 따라, 주 스위치(SWMAIN) 양단의 전압(VSW)은 즉시 0이 되고, 도통된 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 부하 전류(ILoad)는 흐른다[도 5d의 (a), (b), (e)]. 이미 설명한 것처럼, 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르는 주 스위치(SWMAIN)의 전류(ISW)와 부하 전류(ILoad)는 크기가 동일하다[도 5d의 (e), (f)].
또한, 온된 보조 스위치(SWAUX)를 통해 온 명령(ON Command)을 받은 게이트 구동부(20)는 동작을 실시하여 고레벨 상태의 게이트 제어 신호를 RC 충방전 회로로 이루어진 지연부(10a)로 출력한다.
이에 따라, RC 충방전 회로의 지연부(10a)는 커패시터(CT)의 충전 동작이 시작되고, 이로 인해 커패시터(CT) 양단의 전압, 즉 결국 게이트 전압(VG)이 증가한다[도 5d의 (c)].
게이트 구동부(20)에 의한 지연부(10a)의 충전 동작 중에 커패시터(CT) 양단 전압(VG)이 반도체 스위치(SWSEMI)를 온시키기 위한 임계값(VG *)보다 커지면[(2) 시점] 반도체 스위치(SWSEMI)는 온된다.
이처럼, 반도체 스위치(SWSEMI)가 온된 경우에도, 이미 설명한 것처럼, 부하 전류(ILoad)는 접점 저항값이 거의 영(0)인 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르고 있고 주 스위치(SWMAIN) 양단의 전압(VSW)이 거의 0이므로, 온전압강하(VCEON)가 요구되는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통해서는 부하 전류(ILoad)가 흐르지 않는다.
이후, 커패시터(CT) 양단의 전압(VG)은 계속 증가하여 게이트 구동부(20)의 고레벨 상태(Vcc)에 이르게 되면, 반도체 스위치(SWSEMI)의 게이트 전압(VG)은 포화상태가 되어 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 온 상태가 된다.
이런 상태에서, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)가 연동되어 동시에 오프되면[(3) 시점] 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르는 부하 전류(ILoad)는 RC 충방전 회로인 지연부(10a)의 커패시터(CT)의 충전전압으로 이미 온 되어 있던 반도체 스위치(SWSEMI)로 즉시 전환되어 흐르게 된다[도 5d의 (a), (b), (e)]. 이로 인해, 주 스위치(SWMAIN)의 오프 시점에서의 아크 발생은 이루어지지 않는다.
이미 설명한 것처럼, 전류 흐름의 전환 시간은 반도체 스위치(SWSEMI)의 스위치-온 시간(TON)에 의해 결정되고, 이 단계에서 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)은 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)에 이를 때까지 상승한다[도 5d의 (d)].
한편, 오프된 보조 스위치(SWAUX)의 동작에 의해 오프 명령(OFF Command)이 게이트 구동부(20)로 인가되어, 게이트 구동부(20)는 저레벨의 게이트 제어 신호를 지연부(10a)로 인가하고, 이로 인해, 지연부(10a)의 커패시터(CT)는 방전되기 시작하여 커패시터 양단의 전압(VG)(즉, 게이트 전압)은 떨어지기 시작한다[도 5d의 (c)].
도 5d의 (d)와 같이, 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)이 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)에 도달하면 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 온 된다[(4) 시점]. 따라서 모든 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통하여 흐르고 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)은 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)의 크기로 된다.
커패시터(CT)의 방전 중에 있는 커패시터(CT) 양단 전압(VG)이 게이트 전압(VG)의 임계값(VG *)보다 낮아지면[(5) 시점] 반도체 스위치(SWSEMI)는 오프 과정으로 넘어간다[도 5d의 (c)].
그러나 방전 중에 있는 지연부(10a)의 커패시터(CT) 양단 전압에 의하여 게이트 전압(VG)이 서서히 낮아지므로 반도체 스위치(SWSEMI)가 완전히 오프될 때까지의 시간이 길어지게 된다.
따라서 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)의 긴 오프 동작에 의해 아크의 발생 없이 서서히 0으로 떨어지게 된다[도 5d의 (e)].
이때 부하 전류(Iload)가 0으로 떨어지는 시간은 지연부(10a)의 커패시터(CT)와 저항(RT)의 값에 의한 시정수(τ=RTCT)에 의해 결정된다. 따라서, 이 시정수를 길게 조정하면 부하 전류(ILoad)의 하강 기울기는 더욱 완만해진다.
이러한 방법으로 인해, 유도성 부하(LLoad)의 전류(ILoad)를 서서히 감소시켜 부하(LLoad)측에서 발생하는 역기전력이 억제되는 효과가 발생한다.
다음, 부하 전류(ILoad)가 완전히 0이 되면[(6) 시점] 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 오프되어 반도체 스위치(SWSEMI) 양단의 전압(VSW)은 전원 전압(VSupply)에 이르게 된다.
다음, 도 6a를 참고로 하여, 본 발명의 다른 예에 따른 게이트 구동 장치를 설명한다.
도 6a는 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX) 사이에 백래쉬(backlash)를 갖는 기계적 인터록부(interlock part)(30)를 설치하여 주 스위치(SWMAIN)의 동작에 연동하는 보조 스위치(SWAUX)의 동작을 지연시킨다.
이로 인해, 주 스위치(SWMAIN)가 온 된 후 인터록부(30)에 의해 정해진 시간만큼 지연된 후 보조 스위치(SWAUX)가 온 되고, 주 스위치(SWMAIN)가 오프 된 후 인터록부(30)에 의해 정해진 시간만큼 지연된 후 보조 스위치(SWAUX)는 오프된다.
이때, 기계적 인터록부(30)의 작동시간은 통상적으로 수 십ms 이상 걸리므로, 므로, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX) 간의 충분한 시간 지연 효과가 발생한다.
이 경우, 지연부(10, 10a)와 같은 별도의 지연부는 생략된다.
다음, 도 6b를 참고로 하여, 기계적 인터록부(30)를 이용하는 회로 차단기의 동작을 설명한다.
주 스위치(SWMAIN)가 온되면[(1) 시점] 부하 전류(ILoad)는 주 스위치(SWMAIN)를 통해 흐르고, 이로 인해 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르는 전류(ISW)와 부하 전류(ILoad)의 크기가 같다 [도 6b의 (a), (d)].
주 스위치(SWMAIN)가 온 된 후 기계적 인터록부(30)에 의해 정해진 지연 지연(TDelay = 약 수십 ms) 이후 보조 스위치(SWAUX)가 온되면[(2) 시점] 게이트 구동부(20)로 온 명령(ON Command)이 인가되어, 게이트 구동부(20)는 고레벨 상태의 게이트 제어 신호를 게이트 전압(VG)으로서 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 인가한다[도 6b의 (c)].
하지만, 이미 설명한 것처럼, 부하 전류(ILoad)는 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르고 반도체 스위치(SWSEMI)로는 전류가 흐르지 않는다.
이후, 주 스위치(SWMAIN)가 오프될 때의 동작은 이미 설명한 것과 것과 동일하다.
즉, 주 스위치(SWMAIN)가 오프되면[(3) 시점], 주 스위치(SWMAIN)를 통하여 흐르는 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통해 흐른다. 즉, 기계적 인터록부(30)에 의한 시간지연(TDelay)에 비하여 매우 짧은 시간에 전류 흐름의 전환이 일어나서 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통하여 흐르게 된다[도 6b의 (a), (b), (d)]. 이로 인해, 주 스위치(SWMAIN)의 오프 시 아크는 발생하지 않는다.
반도체 스위치(SWSEMI)양단의 전압(VSW)이 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)에 도달하면[(4) 시점] 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 온 상태가 된다. 따라서 모든 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통하여 흐르고 주 스위치(SWMAIN) 양단의 전압(VSW)은 반도체 스위치(SWSEMI)의 온전압강하(VCEON)로 된다[도 6b의 (c), (d)].
기계적 인터록부(40)에 의한 시간지연(TDelay) 후 보조 스위치(SWAUX)가 오프되면[(5) 시점] 게이트 구동부(20)로 오프 명령(OFF Command)이 인가되어 반도체 스위치(SWSEMI)는 오프되고, 이로 인해, 부하 전류(ILoad)는 반도체 스위치(SWSEMI)에 의하여 아크의 발생 없이 서서히 0으로 감소한다[도 6b의 (c), (e)].
부하 전류(ILoad)가 완전히 0이 되면 반도체 스위치(SWSEMI)는 완전히 오프된다[(6) 시점, 도 6b의 (f)].
도 7에 기계적 인터록부(30)의 예를 도시한다.
도 7에 도시한 것처럼, 기계적 인터록부(30)는 토글형(Toggle) 스위치로 이루어진 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 온 또는 오프 상태를 제어하는 하나의 슬라이더(Slider)(31)를 구비하여, 주 스위치(SWMAIN) 및 보조 스위치(SWAUX)의 기계적 인터록(interlock)을 구현한다.
슬라이더(31)는 사용자에 의한 외부의 조작에 의해 인가되는 물리적인 힘에 의해 상하 방향을 따라 직선으로 이동한다.
반면, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)는 도시하지 않은 프레임(frame)에 고정되어 있고, 슬라이더(31)의 상하 방향으로의 이동에 따라 위치가 변하여 해당 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)를 온 또는 오프 시키는 가동편(M1, M2)을 구비한다.
슬라이더(31)는 상하 이동에 따른 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 온 또는 오프 상태로 동작시키기 위해, 주 스위치(SWMAIN)가 위치하는 제1 홈(321)과 보조 스위치(SWAUX)가 위치하는 제2 홈(322)을 구비한다.
각 홈(321, 322)은 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)를 온 또는 오프 시키기 위하여 두 개의 턱(3211 및 3212, 3221 및 3222)을 갖는다.
이때, 도 7에 도시한 것처럼, 주 스위치(SWMAIN)를 위한 제1 홈(321)의 상하 방향으로의 길이(H1)과 보조 스위치(SWAUX)를 위한 홈(322)의 상하 방향으로의 길이(H2)가 다르므로, 슬라이더(31)를 상하운동 시키면서 해당 주 스위치(SWMAIN)과 보조 스위치(SWAUX)를 온 또는 오프 시킬 때 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 동작 시간 차이가 발생한다.
다시 말해, 도 7에 도시한 백래쉬(Back-lash)의 거리(D11)만큼 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 동작 시간 차이가 발생한다.
도 7에 도시한 것처럼, 제1 홈(321)의 길이가(H1)가 제2 홈(322)의 길이(H2)보다 짧으므로, 주 스위치(SWMAIN)는 보조 스위치(SWAUX)보다 먼저 온되고 오프된다.
이러한 구조를 갖는 기계적 인터록부(30)의 동작을 도 8 및 도 9를 참고로 하여 설명한다.
먼저, 도 8을 참고로 하여, 인터록부(30)의 동작에 의해 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)가 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 과정을 설명한다.
도 8의 (a)에 도시한 것처럼, 초기 상태 시 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)는 모두 오프 상태이다(SWMAIN=OFF, SWAUX=OFF).
도 8 및 도 9에서, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 위쪽에 표시한 "(X)"는 해당 가동편(M1, M2)이 위쪽을 향하면 해당 스위치(SWMAIN, SWAUX)가 오프 된다는 의미이고, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 아래쪽에 표시한 "(○)"는 해당 가동편(M1, M2)이 아래쪽을 향하면 해당 스위치(SWMAIN, SWAUX)가 온 된다는 의미이다.
이런 초기 상태에서 슬라이더(31)가 아래쪽 방향으로 하강하면 도 8의 (b)와 같이 제1 홈(321)의 상부 턱(3211)에 의해 주 스위치(SWMAIN)의 가동편(M1)이 아래쪽으로 이동하여 주 스위치(SWMAIN)는 온된다. 하지만, 이 상태일 때, 보조 스위치(SWAUX)의 가동편(M2)은 해당 홈(322)의 상부턱(3221)과 접하지 않으므로 초기 상태를 유지하므로 보조 스위치(SWAUX)는 오프 상태를 유지한다.
도 8의 (c)처럼, 슬라이더(31)가 더욱 하강하여 최종 하강 위치까지 하강하게 되면, 보조 스위치(SWAUX)의 가동편(M2)은 해당 홈(322)의 상부턱(3221)과 접한 후 아래 방향으로 가동편(M2)을 밀어 보조 스위치(SWAUX)를 오프 상태에서 온 상태로 전환시킨다. 따라서, 이 단계에서는 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)가 모두 온된다 (SWMAIN=ON, SWAUX=ON).
도 9는 도 8과는 반대로 모두 온 상태인 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)를 순차적으로 오프 시키기 위한 과정을 도시한다.
따라서, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)를 온 시키기 위해, 사용자는 도 8의 (c)와 같이 최종 하강 위치에 위치한 슬라이더(31)를 위쪽 방향으로 상승시키게 된다.
이러한 슬라이더(31)의 상승 동작에 의해 도 9의 (a)에 도시한 것처럼, 주 스위치(SWMAIN)가 해당 홈인 제1 홈(321)의 하부턱(3212)에 접하더라고 해당 가동편(M1)의 상태가 변화가 없으므로 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)는 모두 온 상태인 이전 상태(SWMAIN=ON, SWAUX=ON)를 유지한다.
이후, 도 9의 (b)와 같이 슬라이더(31)가 위쪽 방향으로 더 상승하면 제1 홈(321)의 하부턱(3212)에 의해 주 스위치(SWMAIN)의 가동편(M1)이 위쪽으로 이동하여 주 스위치(SWMAIN)는 오프되고, 보조 스위치(SWAUX)의 가동편(M2)은 해당 홈(322)의 하부턱(3222)과 접하지 않으므로 보조 스위치(SWAUX)는 이전 상태인 온 상태를 유지한다.
다음, 도 9의 (c)처럼, 슬라이더(31)가 더 상승하여 최종 상승 위치에 이르면, 보조 스위치(SWAUX)의 가동편(M2)은 해당 홈(322)의 하부턱(3222)과 접한 후 위쪽 방향으로 가동편(M2)이 이동하므로 보조 스위치(SWAUX)는 온 상태에서 오프 상태로 된다. 따라서, 이 단계에서는 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX) 모두 오프된다 (SWMAIN=OFF, SWAUX=OFF).
이로 인해, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 온 또는 오프 동작 후 지연시간만큼 지연되어 반도체 스위치(SWSEMI)의 상태는 온 되거나 오프 되므로, 반도체 스위치(SWSEMI)의 제어단(G)으로 온 상태의 게이트 전압(VG)가 인가될 때의 도통 손실이 감소된다.
이러한 본 실시예에 따른 회로 차단기의 실험 파형을 도 10 내지 도 11d에 도시한다.
본 실험 파형은 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 동작은 수동으로 행해졌고, 주 스위치(SWMAIN)와 보조 스위치(SWAUX)의 동작 순서는, 이미 기술한 것처럼, 주 스위치(SWMAIN)를 먼저 온 시킨 시 설정된 지연 시간 이후 보조 스위치(SWAUX)를 온 시키고, 주 스위치(SWMAIN)를 오프 시킨 후 지연 시간 이후 보조 스위치(SWAUX)를 오프 시켰다.
이때, 지연 시간은 약 300ms이었다.
도 10에서, (1) 시점은 주 스위치(SWMAIN)의 온 시점이고, (2) 시점은 보조 스위치(SWAUX)의 온 시점이다. 또한, (3) 시점은 주 스위치(SWMAIN)의 오프 시점이며 (4)는 보조 스위치(SWAUX)의 오프 시점이다.
파형 'G1'은 주 스위치(SWMAIN)의 양단에 인가되는 전압(VSW)에 대한 파형이고, 'G2'는 주 스위치(SWMAIN)를 흐르는 전류(ISW)에 대한 파형이다. 파형 'G3'은 반도체 스위치(SWSEMI)의 양단에 인가되는 전압(VCE)에 대한 파형이다.
(1) 시점, 즉 주 스위치(SWMAIN)만이 온된 시점을 확대한 도 11a를 참고로 하면, 주 스위치(SWMAIN)가 온 되면, 전원 전압(VDC)이 인가되는 주 스위치(SWMAIN)의 양단 전압(VSW)는 약 30㎲의 시정수(τ)를 갖고 급격히 영(0)으로 떨어지며, 반대로 부하전류(ILOAD=ISW))는 34㎲의 시정수(τ)를 갖고 상승하여 주 스위치(SWMAIN)는 온 상태가 됨을 알 수 있었다.
도 11b는 주 스위치(SWMAIN) 온 이후 보조 스위치(SWAUX)가 온된 시점[(2) 시점]에 대한 파형의 확대도로서, 주 스위치(SWMAIN)가 온 되어 부하 전류(ISW)가 흐르는 상황에서 보조 스위치(SWAUX)가 온 된 상황이다.
이 시점일 때, 주 스위치(SWMAIN)는 온 상태를 유지하므로 주 스위치(SWMAIN)의 양단의 전압(VSW)은 거의 바뀌지 않고 영(0)인 상태를 유지하며, 주 스위치(SWMAIN)를 흐르던 전류(ISW) 중 극히 일부(약 0.35A) 만이 보조 스위치(SWAUX)의 동작에 의해 게이트 단자로 게이트 전압(VG)이 인가된 반도체 스위치(SWSEMI)로 흐르는 것을 볼 수 있었다(파형 G3 참고).
도 11c는 보조 스위치(SWAUX)가 온된 상태에서 주 스위치(SWMAIN)가 오프되는 시점인 (C) 시점의 확대도로서, 이 시점 에서는 부하 전류(ISW)가 주로 주 스위치(SWMIAIN)를 통해 흐르던 상황에서 주 스위치(SWMAIN)가 오프된 시점의 확대도이다.
주 스위치(SWMAIN)의 오프로 인해 약 30㎲의 시정수(τ) 이후 주 스위치(SWMAIN)를 흐르는 전류(ISW)는 거의 영(0)으로 떨어지고, 대신 턴온 상태를 유지하는 반도체 스위치(SWSEMI)를 통해 부하 전류(ISW)가 흐르므로, 약 22.0㎲의 시정수(τ)에 따라 반도체 스위치(SWSEMI)를 흐르는 전류(ICE)가 증가함을 알 수 있다(파형 G3).
주 스위치(SWMAIN)가 오프된 후 보조 스위치(SWAUX)가 오프되면, 도 11d에 도시한 것처럼, 반도체 스위치(SWSEMI)로 인가되는 고레벨의 게이트 전압(VG)이 차단되므로, 반도체 스위치(SWSEMI)를 통하여 흐르던 부하 전류(ICE)(파형 G3)가 아크 없이 영(0)으로 떨어지면서 회로 차단기의 동작이 완전히 중지됨을 볼 수 있었다.
이미 설명한 것처럼, 반도체 스위치(SWSEMI)의 오프 시간이 길어지도록 제어하면 유도성 부하(LLOAD)의 역기전력 발생을 억제시키면서 아크 발생 없이 안정되게 회로 차단기의 동작이 정지된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10, 10a: 지연부 20: 게이트 구동부
30: 인터록부 SWSEMI: 반도체 스위치
SWMAIN: 전기접점형 주 스위치 SWAUX: 전기접점형 보조 스위치
Rs: 여자 코일 Rs _a: 릴레이 스위치
RT: 저항 CT: 커패시터

Claims (14)

  1. 반도체 스위치의 온 또는 오프를 제어하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치에서,
    제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치,
    상기 전기접점형 보조 스위치와 연결되어, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 설정 시간만큼 상기 반도체 스위치의 제어단으로 게이트 전압이 지연되어 인가되도록 하는 지연부, 그리고
    상기 지연부와 상기 반도체 스위치 사이 또는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 지연부 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 상기 지연부를 통해 인가되는 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하거나 또는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 동작하여 해당 상태의 게이트 제어 신호를 상기 지연부로 인가하여 상기 설정 시간만큼 지연시켜 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부
    를 포함하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 지연부는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 게이트 구동부 사이에 위치하고, 릴레이로 이루어져 있는 회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 지연부는 상기 전기접점형 보조 스위치의 타측과 직류 전원의 음극에 연결되어 있는 여자 코일과 제어 전원에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 반도체 스위치의 게이트 단자 쪽으로 타측 단자가 연결되어 있는 릴레이 스위치를 포함하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 설정 시간은 4㎳ 내지 12㎳인 회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 지연부는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 게이트 구동부 사이에 위치하고, 상기 지연부는 시간 지연 타이머인 회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 지연부는 상기 게이트 구동부와 상기 반도체 스위치의 제어단 사이에 위치하고, 상기 게이트 구동부의 출력단에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 반도체 스위치의 상기 제어단에 타측 단자가 연결되어 있는 저항, 그리고 상기 저항의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 직류 전원의 음극에 타측 단자가 연결되어 있는 커패시터를 포함하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 설정 시간은 상기 저항과 상기 커패시터의 값에 따른 시정수에 의해 정해지는 회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  8. 반도체 스위치의 온 또는 오프를 제어하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치에서,
    제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치, 부하와 직류 전원의 음극 사이에 연결되어 있는 전기접점형 주 스위치와 상기 전기접점형 보조 스위치 사이에 위치하여 상기 전기접점형 주 스위치와 상기 전기접점형 보조 스위치의 연동 동작 시 시간 지연이 발생하도록 하는 백래쉬를 갖는 기계적 인터록부, 그리고
    상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 반도체 스위치 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따른 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부
    를 포함하는 회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 인터록부는 상하 방향을 따라 직선으로 이동하는 슬라이더를 포함하고,
    상기 슬라이더는,
    상기 전기접점형 주 스위치가 위치하여 상기 슬라이더가 상하 방향으로 직선 이동함에 따라 상기 전기접점형 주 스위치의 가동편의 접점 상태를 제어하는 제1 홈, 그리고 상기 전기접점형 보조 스위치가 위치하여 상기 슬라이더가 상하 방향으로 직선 이동함에 따라 상기 전기접점형 보조 스위치의 가동편의 접점 상태를 제어하는 제2 홈
    을 구비하고,
    상기 제1 홈의 상하 방향으로의 길이와 상기 제2 홈의 상하 방향으로의 길이는 서로 상이하여 상기 전기접점형 주 스위치의 온 또는 오프 시기는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 또는 오프 시기가 상이한
    회로 차단기의 게이트 구동 장치.
  10. 직류 전원과 부하 사이에 연결되어 있는 전기접점형 주 스위치,
    상기 부하에 입력단에 연결되어 있고 상기 직류 전원에 출력단이 연결되어 있으며, 상기 전기접점형 주 스위치와 병렬로 연결되어 있는 반도체 스위치,
    제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치,
    상기 전기접점형 보조 스위치와 연결되어, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 설정 시간만큼 상기 반도체 스위치의 제어단으로 게이트 전압이 지연되어 인가되도록 하는 지연부, 그리고
    상기 지연부와 상기 반도체 스위치 사이 또는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 지연부 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 상기 지연부를 통해 인가되는 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하거나 또는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따라 동작하여 해당 상태의 게이트 제어 신호를 상기 지연부로 인가하여 상기 설정 시간만큼 지연시켜 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부
    를 포함하는 회로 차단기.
  11. 제10항에서,
    상기 지연부는 상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 게이트 구동부 사이에 위치하고, 릴레이나 시간 지연 타이머로 이루어져 있는 회로 차단기.
  12. 제10항에서,
    상기 지연부는 상기 게이트 구동부와 상기 반도체 스위치의 제어단 사이에 위치하고, 상기 게이트 구동부의 출력단에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 반도체 스위치의 상기 제어단에 타측 단자가 연결되어 있는 저항, 그리고 상기 저항의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 직류 전원의 음극에 타측 단자가 연결되어 있는 커패시터를 포함하는 회로 차단기.
  13. 직류 전원과 부하 사이에 연결되어 있는 전기접점형 주 스위치,
    상기 부하에 입력단에 연결되어 있고 상기 직류 전원에 출력단이 연결되어 있으며, 상기 전기접점형 주 스위치와 병렬로 연결되어 있는 반도체 스위치,
    제어 전원에 일측이 연결되어 있는 전기접점형 보조 스위치,
    부하와 직류 전원의 음극 사이에 연결되어 있는 전기접점형 주 스위치와 상기 전기접점형 보조 스위치 사이에 위치하여 상기 전기접점형 주 스위치와 상기 전기접점형 보조 스위치의 연동 동작 시 시간 지연이 발생하도록 하는 백래쉬를 갖는 기계적 인터록부, 그리고
    상기 전기접점형 보조 스위치와 상기 반도체 스위치 사이에 위치하여, 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 상태 또는 오프 상태에 따른 온 명령이나 오프 명령에 해당하는 게이트 제어 신호를 게이트 전압으로서 상기 반도체 스위치의 제어단으로 인가하는 게이트 구동부
    를 포함하는 회로 차단기.
  14. 제13항에서,
    상기 인터록부는 상하 방향을 따라 직선으로 이동하는 슬라이더를 포함하고,
    상기 슬라이더는,
    상기 전기접점형 주 스위치가 위치하여 상기 슬라이더가 상하 방향으로 직선 이동함에 따라 상기 전기접점형 주 스위치의 가동편의 접점 상태를 제어하는 제1 홈, 그리고 상기 전기접점형 보조 스위치가 위치하여 상기 슬라이더가 상하 방향으로 직선 이동함에 따라 상기 전기접점형 보조 스위치의 가동편의 접점 상태를 제어하는 제2 홈
    을 구비하고,
    상기 제1 홈의 상하 방향으로의 길이와 상기 제2 홈의 상하 방향으로의 길이는 서로 상이하여 상기 전기접점형 주 스위치의 온 또는 오프 시기는 상기 전기접점형 보조 스위치의 온 또는 오프 시기가 상이한
    회로 차단기.
KR1020160163788A 2016-12-02 2016-12-02 회로 차단기 및 회로 차단기의 게이트 구동 장치 Active KR101914053B1 (ko)

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