KR101147524B1 - 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 모습에 따라, 단면상 환형을 이루도록 병렬 연결된 다수의 GTO 소자; 및 GTO 소자 각각의 캐소드 전극측에 연결되되, 동일한 자체인덕턴스 및 주위의 코일과의 상호인덕턴스를 갖는 임피턴스 코일; 을 포함하여 이루어지는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치가 제안된다.
본 발명을 통해 GTO 소자의 캐소드 측에 코일을 연결하여 사용함으로써, 코일 간의 상호임피던스에 의해 전류가 한쪽으로 치우치지 못하고 가능한 고르게 분배되도록 하는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 갖출 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 하나의 모습에 따라, 단면상 환형을 이루도록 병렬 연결된 다수의 GTO 소자; 및 GTO 소자 각각의 캐소드 전극측에 연결되되, 동일한 자체인덕턴스 및 주위의 코일과의 상호인덕턴스를 갖는 임피턴스 코일; 을 포함하여 이루어지는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치가 제안된다.
본 발명을 통해 GTO 소자의 캐소드 측에 코일을 연결하여 사용함으로써, 코일 간의 상호임피던스에 의해 전류가 한쪽으로 치우치지 못하고 가능한 고르게 분배되도록 하는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 갖출 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치에 관한 것이다. 구체적으로는 다수의 GTO 소자 각각에 캐소드 측에 코일을 연결하여 주위의 코일과의 상호임피던스에 의해 각 GTO 소자로 전류가 고르게 분배될 수 있도록 하는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치에 관한 것이다.
사이리스터(Thyristor)란 P-N-P-N접합의 4층 구조 반도체 소자의 총칭으로서, 일반적으로 SCR(Silicon-Controlled Rectifier Thyristor)이라고 불리는 역저지 3단자 사이리스터를 가리키며, 실리콘 제어 정류소자를 말한다. 사이리스터는 3개이상의 P-N접합을 1개의 반도체 기판 내에 형성함으로써, 전류가 흐르지 않는 오프상태와 전류가 흐를 수 있는 온 상태의 2개의 안정된 상태가 있고, 게이트(gate) 신호로 턴 온(turn-on)은 가능하나 턴 오프(turn-off)는 불가능하며, 사이리스터를 통하여 흐르는 순방향 전류가 일정 값 이하로 감소하여 일정시간 유지될 경우에만 턴 오프(turn-off)가 된다.
사이리스터는 일반적으로 전력용 트랜지스터에 비해 고내압에서 우수한 특성을 나타내고, 고전압 대전류의 제어가 용이하고, 제어이득이 높고 게이트 신호가 소멸하여도 온 상태를 유지할 수 있으며, 수명은 반영구적으로 신뢰성이 높고 써지 전압 전류에도 강하고, 소형, 경량으로 기기나 장치에의 설치가 용이한 장점들이 있다. 이러한 장점을 갖고 있는 사이리스터는 전력제어 분야에서 널리 사용되고 있다.
본 발명에 사용되는 GTO 소자는 GTO(Gate-Turn-Off) 사이리스터로 게이트에 역방향의 전류를 흐르게 하는 것으로 턴 오프할 수 있는 기능을 가진 사이리스터이고, 일반적인 SCR 사이리스터와 달리, 음의 게이트 전류 펄스에 의하여 턴 오프가 가능하다.
도 1은 종래의 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치는 GTO 소자(10)의 캐소드 측에 저항(R1, R2, R3, R4)을 연결하여, 각 GTO 소자(10)로 전류가 분배되도록 하였다. GTO 소자(10)는 허용전류 이상이 유입되는 경우에는 터질 수 있어, 전류의 고른 분배가 요구된다.
도 1과 같은 종래의 전류분배장치에서는 저항(R1, R2, R3, R4)에서 쉽게 지속적으로 열이 발생되는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 종래의 GTO 소자의 캐소드 측에 저항을 연결하는 대신에 코일을 사용함으로써, 코일 간의 상호임피던스에 의해 전류가 한쪽으로 치우치지 못하고 가능한 고르게 분배되도록 하는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 모습에 따라, 단면상 환형을 이루도록 병렬 연결된 다수의 GTO 소자; 및 GTO 소자 각각의 캐소드 전극측에 연결되되, 동일한 자체인덕턴스 및 주위의 코일과의 상호인덕턴스를 갖도록 배치된 임피턴스 코일; 을 포함하여 이루어지는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치가 제안된다.
바람직하게는, 전술한 목적을 달성하기 위해, GTO 소자 각각의 게이트 전극측에 연결되되, 동일한 자체인덕턴스 및 주위의 코일과의 상호인덕턴스를 갖도록 배치된 게이트 코일을 더 포함하여 이루어진다.
또 바람직하게는, 전술한 목적을 달성하기 위해, 임피던스 코일은 GTO 소자 각각의 애노드 전극측에 자기저항이 형성되도록 GTO 소자 각각의 캐소드 전극측에 연결 배치되는 것을 특징으로 한다.
비록 본 발명의 바람직한 하나의 모습으로 명시적으로 언급되지 않았더라도, 앞서 언급된 기술적 특징의 가능한 다양한 조합에 따른 본 발명의 실시예들이 당업자에게 자명하게 구현될 수 있음은 명백하다.
본 발명의 모습에 따라, GTO 소자의 캐소드 측에 코일을 연결하여 사용함으로써, 코일 간의 상호임피던스에 의해 전류가 한쪽으로 치우치지 못하고 가능한 고르게 분배되도록 하는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 갖추게 되었다.
또한, 본 발명의 또 하나의 모습에 따라, 각 GTO 소자의 게이트 측에도 코일을 구비함으로써, 게이트 측 코일 간에 상호임피던스에 의해 고르게 각 GTO 소자의 게이트 전극으로부터 전류를 빼낼 수 있게 하여, 각 GTO 소자로 전류가 한층더 고르게 분배될 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명의 또 하나의 모습에 따라, 각 GTO 소자의 캐소드 측에 연결된 코일에 의해 각 GTO 소자의 애노드 측에 자기저항을 형성하도록 하여, 각 GTO 소자로 전류가 한층더 고르게 분배될 수 있도록 하였다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.
도 1은 종래의 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.
구체적인 설명에 앞서, 본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 '직접 연결' 또는 '직접 접속'되어 있다고 언급되지 않는 이상, 단순히 '연결' 또는 '접속'되어 있다고 언급된 경우에는 하나의 구성요소가 그 다른 구성요소에 '직접적으로' 연결 또는 접속되어 있을 수 있고, 나아가 그 기재된 설명에 비추어 모순되거나 발명의 개념에 반하지 않는 한 그들 사이에 또 다른 구성요소가 연결 또는 접속되는 형태로도 존재할 수 있다고 이해되어야 한다.
본 명세서 상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용 및 쓰기에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 내지 4를 참조하여, 본 발명인 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치의 실시예를 구체적으로 살펴본다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 GTO 소자(10)를 이용한 전류분배장치는 다수의 GTO 소자(10)와 다수의 임피던스 코일(20)을 포함하여 이루어진다. 도 2에서는 4개의 GTO 소자(GTO1, GTO2, GTO3, GTO4)(10)가 도시되고, 4개의 임피던스 코일(L1, L2, L3, L4)(20)이 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 본 발명은 그 수량에 의해 한정되지 않는다.
다수의 GTO 소자(10)는 단면상 환형을 이루도록 병렬 연결되어 있다. GTO 소자(10)는 IGBT나 트랜지스터 같은 전류구동소자이다. GTO 소자(10)는 게이트-턴-오프 사이리스터(Gate-Turn-Off Thyristor)로 3단자 턴오프 사이리스터라고도 하며, 게이트에 양(+)전류를 흘리면 턴 온(TURN ON)되고, 음(-)전류를 흘리면 턴 오프(TURN OFF)되는 기능을 갖는다. 즉, 게이트로 전류를 넣어주면 턴 온되고, 게이트에서 전류를 빼내면 턴 오프된다. 그에 따라, 일반적인 사이리스터인 SCR 사이리스터와 달리 음(-)의 게이트 전류 펄스에 의하여 턴 오프가 가능하며, 일단 오프되면 게이트 전류 없이도 오프 상태를 유지하는 트리거 오프(trigger off) 기능을 갖는다.
그리고 임피던스 코일(20)은 GTO 소자(10) 각각의 캐소드 전극측에 연결되어 있다. 각각의 임피던스 코일(20)은 동일한 자체인덕턴스를 가지며, 또한 주위의 코일과의 상호인덕턴스를 갖도록 배치된다. 예컨대, 도 2에서, 코일 L1은 코일 L2와의 관계에서 상호인덕턴스 ML1L2를, 코일 L4와의 관계에서 상호인덕턴스 ML1L4를 갖는다. 코일 L2는 상호인덕턴스 ML1L2과 상호인덕턴스 ML2L3을, 코일 L3는 상호인덕턴스 ML2L3과 상호인덕턴스 ML3L4를, 코일 L4는 상호인덕턴스 ML3L4와 상호인덕턴스 ML1L4를 갖는다. 도 2에서는 예컨대, 코일 L1이 코일 L2 및 L4와 상호인덕턴스를 갖는 것으로 도시하였으나, 바람직하게는, 나아가 코일 L3와도 함께 상호인덕턴스를 갖도록 배치된다. GTO 소자(10)의 캐소드 측에 연결된 각각의 임피던스 코일(20)에 상호 임피던스가 생성되도록 배치하는 방법의 가장 쉬운 방법은 전력소자의 둘레 등과 같은 부위를 같이 감는 것이다. 이러한 임피던스 코일(20)의 감기 방법은 예시적인 것이며, 본 발명의 범위는 각 GTO 소자(10)의 캐소드 측에 연결된 코일간에 상호인덕턴스가 생성되도록 배치시키는데 있다.
이에 따라 GTO 소자(10)에 전류가 고르게 분배되지 못하는 경우에 상호인덕턴스에 의해 치우침이 적고 고르게 각 GTO 소자(10)로 분배되도록 한다.
바람직하게는, 도 3을 참조하여, 본 발명의 또 하나의 실시예를 살펴본다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치는 GTO 소자(10) 각각의 게이트 전극측에 게이트 코일(30)을 더 포함하고 있다. 사고전류 차단용 전력소자에 있어서, GTO 소자(10)의 게이트로 전류를 빼내는 경우에도 한쪽으로 쏠리지 않고 바람직하게 거의 동시에 거의 동일하게 빼낼 수 있어야 바람직하다. 이를 위해 본 실시예에서와 같이, GTO 소자(10)의 각 게이트 전극 측에 게이트 코일(30)을 연결시켜 상호인덕턴스를 갖도록 한다.
게이트 코일(30)은 GTO 소자(10) 각각의 게이트 전극측에 연결되어 있으며, 동일한 자체인덕턴스를 가지고, 또한 주위의 코일과의 상호인덕턴스를 갖도록 배치된다. 예컨대 도 3에서, 코일 Lg1은 코일 Lg2와의 상호인덕턴스 Mg1g2를, 코일 Lg4와의 상호인덕턴스 Mg1g4를 갖고, 코일 Lg2는 코일 Lg1과의 상호인덕턴스 Mg1g2와 코일 Lg3과의 상호인덕턴스 Mg2g3을, 코일 Lg3는 코일 Lg2와의 상호인덕턴스 Mg2g3과 코일 Lg4와의 상호인덕턴스 Mg3g4를, 코일 Lg4는 코일 Lg3과의 상호인덕턴스 Mg3g4와 코일 Lg1과의 상호인덕턴스 Mg1g4를 갖는다. 도 3에서는 예컨대, 코일 Lg1이 코일 Lg2 및 Lg4와 상호인덕턴스를 갖는 것으로 도시하였으나, 바람직하게는, 코일 Lg3와도 함께 상호인덕턴스를 갖도록 배치된다. 본 발명의 범위는 도 3에 도시된 바에 의해 한정되지 않으며, 각 GTO 소자(10)의 게이트 측에 연결된 게이트 코일간에 상호인덕턴스가 생성되도록 배치시키는데 있다.
이에 따라, 각 GTO 소자(10)의 게이트 전극을 통해 전류를 빼낼 때 상호인덕턴스의 작용에 의해 고르게, 바람직하게는 거의 똑같이 각 GTO 소자(10)로부터 전류를 빼낼 수 있게 된다.
또한, 바람직하게는, 도 4를 참조하여, 본 발명의 또 하나의 실시예를 살펴본다.
도 4를 참조하면, 임피던스 코일(20)은 GTO 소자(10) 각각의 애노드 전극측에 자기저항(Rm1, Rm2, Rm3, Rm4)(40)이 형성되도록 GTO 소자(10) 각각의 캐소드 전극측에 연결 배치된다. 예컨대 GTO 소자(10)의 각 애노드 측에 자기저항(40)이 생기도록 임피던스 코일(20)을 감는 방법으로, 하나의 예를 살펴보면, 전력소자의 둘레에 임피던스 코일(20)을 함께 감아서 자기저항(40)이 생기도록 할 수 있다. 이러한 방법은 하나의 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
각 GTO 소자(10)의 애노드 전극측에 자기저항(40)이 생성됨으로써 전체의 임피던스를 맞출 수 있게 되어 전류 밸런스를 유지하게 된다. 그에 따라 각 GTO 소자(10)로의 전류분배가 고르게 이루어질 수 있다.
이상에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예들을 중심으로 설명되었다. 첨부된 도면 및 전술한 실시예들은 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 그러므로, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 전술한 실시예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예들이 아니라 첨부된 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들이 전술한 발명의 범위에 포함되어 있음은 자명하다.
10 : GTO 소자 20 : 임피던스 코일
30 : 게이트 코일 40 : 자기저항
30 : 게이트 코일 40 : 자기저항
Claims (3)
- 단면상 환형을 이루도록 병렬 연결된 다수의 GTO 소자;
상기 GTO 소자 각각의 캐소드 전극측에 연결되되, 동일한 자체인덕턴스 및 주위의 코일과의 상호인덕턴스를 갖도록 배치된 임피턴스 코일; 및
상기 GTO 소자 각각의 게이트 전극측에 연결되되, 동일한 자체인덕턴스 및 주위의 코일과의 상호인덕턴스를 갖도록 배치된 게이트 코일을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사고전류 차단용 전력소자의 전류분배장치. - 삭제
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