WO2019221333A1 - 한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치 - Google Patents

한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치 Download PDF

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WO2019221333A1
WO2019221333A1 PCT/KR2018/007985 KR2018007985W WO2019221333A1 WO 2019221333 A1 WO2019221333 A1 WO 2019221333A1 KR 2018007985 W KR2018007985 W KR 2018007985W WO 2019221333 A1 WO2019221333 A1 WO 2019221333A1
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WO
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fuse
power
surge absorber
power converter
overvoltage
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PCT/KR2018/007985
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English (en)
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Inventor
장수형
최원준
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/62—Protection against overvoltage, e.g. fuses, shunts

Definitions

  • the present invention relates to a protection device for a power semiconductor device inside a power converter that receives a DC input. Specifically, the present invention provides a DC input using a current limiting DC-Fuse and a surge absorber (SA). The present invention relates to a device for protecting a power semiconductor device inside a receiving power converter.
  • SA surge absorber
  • Electric devices such as photovoltaic power generation systems, electric vehicles, and hybrid vehicles use high voltage DC sources.
  • solar cell modules that convert solar energy into electrical energy are connected in series, and one side of the series connected solar cells is connected to each other and is jointly grounded (-).
  • the positive side of each solar cell module SM connected in series is jointly connected to the binder.
  • the positive DC power string, bound by the binding machine enters the power conversion device, which is an electric device, through the disconnector and the leakage current breaker, and is converted into AC power.
  • Fuses are installed between the electric devices using the DC power supply to protect the system from the overcurrent input due to the failure failure.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of an electric device using a conventional fuse.
  • the electrical device includes a fuse 10, a power converter 20, a grid or a load 30, and the power converter 20 to protect the electrical device from input overcurrent.
  • a fuse 10 at the front.
  • the power converter 20 for converting an input high voltage DC source into an AC power source detects this and stops operation. do.
  • the power converter 20 may check that there is no abnormality in the fuse 10 because no voltage is applied to both ends of the fuse 10. In addition, when the fuse 10 is blown, the power converter 20 takes a voltage equal to a difference between a high voltage DC source inputted at both ends of the fuse 10 and an input terminal voltage of the power converter 20. It can be confirmed that there is an error in the fuse 10.
  • an electric device using a DC power source uses a current-limiting DC fuse (hereinafter, referred to as a “DC fuse”) as a fuse used.
  • the DC fuse generates a high arc resistance, and forcibly suppresses the short-circuit current to block the fuse, and a structure in which a particulate element such as a fuse element and silica sand is filled in a sealed insulation cylinder is now widely used.
  • Non-limiting fuses are fuses that blow off SOHO gas.
  • the DC fuse is a safety device that is installed at high voltage and extra high pressure to cut off the circuit as quickly as possible in case of overcurrent and accident current.
  • Figure 2 is a graph showing the voltage and current generated across the DC fuse when the DC fuse is cut in the electric device using a conventional fuse.
  • V_dc surge voltage
  • I_dc energizing current
  • Vs recovery voltage
  • the DC fuse generates a risk that the overvoltage generated at the moment of interruption is applied to the power converter 20 so that the power converter 20 may be burned out.
  • the present invention in order to solve such a problem, a device for protecting the power semiconductor element inside the power converter receiving a DC input using a current limiting DC (Fuse) and surge absorber (SA)
  • the purpose is to provide.
  • the protection device of the direct current power conversion semiconductor element using the current-limit fuse and the surge absorber of the present invention is to cut the converter when an overcurrent is generated by a high-voltage direct current power supply between the electrical devices.
  • a DC fuse, a power converter converting an input DC power source into an AC power source and supplying the same to a system or a load, and an overvoltage generated instantaneously during fusing of the DC fuse between the DC fuse and the power converter It includes a surge absorber (SA) for absorbing surge voltage).
  • SA surge absorber
  • the surge absorber is bypassed in parallel with the power converter between the DC fuse and the power converter to suppress the overvoltage generated due to the blocking of the DC fuse is applied to the power converter.
  • the surge absorber is composed of an overvoltage protection device including a varistor, a transient voltage suppressor (TVS), a metal oxide varistor (MOV), and a zener diode.
  • an overvoltage protection device including a varistor, a transient voltage suppressor (TVS), a metal oxide varistor (MOV), and a zener diode.
  • the energization value of the surge absorber is characterized by having a value greater than the cutoff voltage value of the DC fuse, less than the overvoltage.
  • the surge absorber is absorbed at the peak voltage value of the energization value (V T ) of the surge absorber before the overvoltage (Vdc) generated by the blocking of the DC fuse reaches the peak voltage value.
  • the protection device of the power conversion semiconductor element for direct current using the current-limit fuse and the surge absorber of the present invention the overvoltage caused by the instantaneous overvoltage generated at the time of fusing the DC fuse It can be applied to the converter to prevent the risk of burning the power converter.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of an electric device using a conventional fuse
  • Figure 2 is a graph showing the voltage and current generated across the DC fuse when the DC fuse is blocked in the electric device using a conventional fuse
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a protection device for a direct current power conversion semiconductor device using a current-limiting fuse and a surge absorber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining the absorption of the overvoltage generated by the surge absorber when the DC fuse is cut in accordance with the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a protection device for a direct current power conversion semiconductor device using a current-limiting fuse and a surge absorber according to an embodiment of the present invention.
  • the protection device of the DC power conversion semiconductor device shown in FIG. 3 is according to an embodiment, and its components are not limited to the embodiment shown in FIG. 3, and some components may be added or changed as necessary. Or may be deleted.
  • the protection device of the direct current power conversion semiconductor element of the present invention is a DC fuse (current-current DC fuse) 100, the power conversion device 200, the system or load 300 and the surge absorption.
  • Surge Absorber (SA) 400 is included.
  • the DC fuse 100 disconnects the converter when an overcurrent caused by a high-voltage direct current power source is generated between the electrical devices, thereby protecting the system from an overcurrent input due to a failure failure.
  • the DC fuse 100 blocks the overcurrent by the DC power input installed and installed at the front end of the power converter 200 through the disconnection of the converter to the power converter 200.
  • the power converter 200 converts the input DC power into AC power and provides the system or load 300.
  • the surge absorber (SA) 400 absorbs a surge voltage generated instantaneously during the fusing of the DC fuse 100 between the DC fuse 100 and the power converter 200. Thus, the system is protected from overvoltage generated due to the blocking of the DC fuse 100.
  • the surge absorber 400 is bypassed in parallel with the power converter 200 between the blocked DC fuse 100 and the power converter 200 so that the overvoltage generated due to the blocking of the DC fuse 100 is prevented. It is suppressed that it is applied to the power converter 200.
  • the surge absorber 400 includes an overvoltage protection device including a varistor, a transient voltage suppressor (TVS), a metal oxide varistor (MOV), a zener diode, and the like.
  • an overvoltage protection device including a varistor, a transient voltage suppressor (TVS), a metal oxide varistor (MOV), a zener diode, and the like.
  • the energization value of the surge absorber 400 is greater than the cutoff voltage of the DC fuse 400 and smaller than the overvoltage.
  • the energization value of the surge absorbing part 400 is preferably 110V, which is not limited thereto.
  • the DC power input to the power converter 200 is delivered only to the DC fuse 100 having a very low impedance compared to the resistance.
  • the power converter 200 supplies power to the system or load 300 after converting the input DC power to AC power.
  • the voltage of the input DC power source and the voltage of the power converter 200 are the same, and the characteristics thereof are also the same.
  • V_dc surge voltage
  • the DC fuse generates an overvoltage when the DC fuse is cut off, thereby generating a risk that the instantaneous but generated overvoltage is applied to the power converter 200 and the power converter 200 may be burned out.
  • the surge absorber 400 is positioned between the DC fuse 100 and the power converter 200 so that an instantaneous voltage generated at the time of fusing the DC fuse 100 may occur. It absorbs and protects the system from overvoltage generated due to the blocking of the DC fuse 100.
  • the surge absorber 400 is bypassed in parallel with the power converter 200 between the blocked DC fuse 100 and the power converter 200 so that the overvoltage generated due to the blocking of the DC fuse 100 is prevented. It is suppressed that it is applied to the power converter 200.
  • FIG. 4 is a view for explaining the absorption of the overvoltage generated when the DC fuse is cut through the surge absorber according to the present invention.
  • Fig. 4A shows the overvoltage change of the electric device which does not constitute the conventional surge absorbing part
  • Fig. 4B shows the overvoltage change of the electric device constituting the surge absorbing part of the present invention.
  • an electric device using a DC fuse that does not constitute the surge absorber 400 is set in advance when an overcurrent generated by a high-voltage direct current power source is generated between the electrical devices. If the safety current supply voltage Vs is exceeded, the DC fuse 100 is cut off.
  • the peak voltage value 500a of the overvoltage Vdc is instantaneously applied to the power converter 200. This creates a risk that the power converter 200 may be burned out.
  • the electric device using the DC fuse 100 constituting the surge absorbing part 400 is similarly generated when an overcurrent is generated by a high voltage DC power supply between the electrical devices.
  • the DC fuse 100 is cut off when the overcurrent to be set exceeds the preset safety current supply voltage Vs.
  • the DC fuse 100 generates an instantaneous peak voltage value 500a of the overvoltage Vdc as the overvoltage Vdc is generated when it is cut off.
  • the surge absorber 400 has a peak voltage value.
  • the bypass is connected in parallel with the power converter 200 between the DC fuse 100 and the power converter 200 that are energized and cut off at a predetermined current value V T.
  • the energization value of the surge absorber 400 has a value larger than the cutoff voltage value of the DC fuse 400 and smaller than the overvoltage.
  • the energization value of the surge absorbing part 400 is preferably 110V, which is not limited thereto.
  • the energization value V T of the surge absorber 400 is applied due to the energization of the surge absorber 400. Is absorbed at the peak voltage value 500b. This may lower the voltage value applied to the power converter 200, thereby preventing the risk of burnout.

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Abstract

본 발명은 한류 퓨즈(current limiting DC-Fuse)와 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)를 사용하여 DC 입력을 받는 전력변환기 내부의 전력용 반도체 소자를 보호하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치는, 전기 디바이스 사이에서 고압의 직류전원에 의한 과전류가 발생하는 경우 전로를 단절하는 DC 퓨즈, 입력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통 또는 부하로 제공하는 전력 변환 장치, 및 상기 DC 퓨즈 및 상기 전력 변환 장치 사이에서 상기 DC 퓨즈의 차단(fusing) 시에 순간적으로 발생되는 과전압(Surge Voltage)을 흡수하는 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)를 포함한다.

Description

한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치
본 발명은 DC 입력을 받는 전력변환기 내부의 전력용 반도체 소자의 보호장치에 관한 것으로, 구체적으로, 한류 퓨즈(current limiting DC-Fuse)와 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)를 사용하여 DC 입력을 받는 전력변환기 내부의 전력용 반도체 소자를 보호하는 장치에 관한 것이다.
태양광 발전 시스템이나 전기차, 하이브리드 자동차 등의 전기 디바이스는 고압의 직류전원(DC Source)을 사용하고 있다.
예를 들어, 태양광 발전 시스템은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈이 직렬로 연결되어 있고, 직렬 연결된 태양전지 모듈의 한쪽은 서로 연결되어 공동 접지(-)되어 있으며, 다른 한쪽은 직렬로 연결된 각각의 태양전지 모듈(SM)의 (+)측이 결속기로 공동 접속되어 있다. 결속기로 결속된 (+)직류전원 스트링은 단로기와 누설전류 차단기를 거쳐 전기디바이스인 전력 변환 장치로 들어가 AC 전원으로 변환되어 사용된다.
이와 같은, 직류전원을 사용하는 전기 디바이스 사이에는 고장 장애로 인해 입력되는 과전류로부터 시스템을 보호하기 위하여 퓨즈(Fuse)가 설치된다.
도1은 종래의 퓨즈를 사용한 전기 다바이스의 구성을 나타낸 구성도이다.
도1에서 도시하고 있는 것과 같이, 전기 디바이스는 퓨즈(10), 전력 변환 장치(20), 계통 또는 부하(30)를 포함하며, 입력되는 과전류로부터 전기 디바이스를 보호하기 위하여 전력 변환 장치(20) 앞 단에 퓨즈(10)를 사용한다.
즉, 고장 장애로 인해 입력되는 과전류에 의해 퓨즈(10)가 끊겼을 경우에, 입력되는 고압의 직류 전원(DC Source)을 교류 전원으로 변환하는 전력 변환 장치(20)는 이를 검출하여 운전을 정지한다.
이때, 전력 변환 장치(20)는 퓨즈(10)가 이상 없이 연결되어 있는 경우에는, 퓨즈(10) 양단에 전압이 걸리지 않으므로 퓨즈(10)에 이상이 없음을 확인할 수 있다. 그리고 전력 변환 장치(20)는 퓨즈(10)가 끊겼을 경우에 퓨즈(10) 양단에 입력되는 고압의 직류 전원(DC Source)과 전력 변환 장치(20)의 입력단 전압의 차이만큼 전압이 걸리므로 퓨즈(10)에 이상이 있음을 확인할 수 있다.
그러나, 직류 전원의 보호는 일반적인 교류 전원의 보호와는 다른 특징을 가지게 되며, 근래에 들어 고장전류가 커지고 있어 더욱 문제가 되고 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 직류 전원을 사용하고 있는 전기 디바이스에는 사용되는 퓨즈로 한류형 DC 퓨즈(이하 “DC 퓨즈”라 칭함)를 사용한다. 이때, DC 퓨즈는 높은 아크저항을 발생하며, 단락전류를 강제적으로 억제해서 차단하는 퓨즈로서, 밀폐 절연통내에 퓨즈엘리먼트와 규사 등의 입자 상태 소호재를 충전한 구조가 현재 많이 사용되고 있다. 이에 반해 비한류 퓨즈는 소호 가스를 뿜어내며 차단하는 퓨즈이다. 이처럼, DC 퓨즈는 고압 및 특고압에 설치되어 과전류 및 사고 전류 발생시 최대한 신속하게 차단하여 회로를 보호하는 안전장치이다.
직류 전원을 사용하고 있는 전기 디바이스는 직류 전원의 고장 발생 시, 고장전류를 차단하기 위해 사용되는 퓨즈로 DC 퓨즈를 흔하게 사용하고 있다.
그러나, DC 퓨즈는 차단 특성이 우수한 반면, 차단 시에 순간적으로 과전압이 발생한다는 문제점이 있다.
도2는 종래의 퓨즈를 사용한 전기 다바이스에서 DC 퓨즈가 차단되었을 때 DC 퓨즈 양단에 발생되는 전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.
도2에서 도시하고 있는 것과 같이, DC 퓨즈가 차단되는 시점에 순간적으로 과전압(Surge Voltage)(V_dc)(40) 및 통전 전류(I_dc)(60)가 발생된 후, 회복 전압(Recovery Voltage)(Vs)(50) 및 전류 테일(Current tail)(70)이 발생되게 된다.
이처럼, DC 퓨즈는 차단 시에 순간적으로 발생하는 과전압이 전력 변환 장치(20)로 인가되어 전력 변환 장치(20)가 소손될 수 있는 위험성을 발생시키게 된다.
본 발명은, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 한류 퓨즈(current limiting DC-Fuse)와 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)를 사용하여 DC 입력을 받는 전력변환기 내부의 전력용 반도체 소자를 보호하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치는, 전기 디바이스 사이에서 고압의 직류전원에 의한 과전류가 발생하는 경우 전로를 단절하는 DC 퓨즈, 입력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통 또는 부하로 제공하는 전력 변환 장치, 및 상기 DC 퓨즈 및 상기 전력 변환 장치 사이에서 상기 DC 퓨즈의 차단(fusing) 시에 순간적으로 발생되는 과전압(Surge Voltage)을 흡수하는 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)를 포함한다.
또한, 상기 써지 흡수부는 상기 DC 퓨즈 및 상기 전력 변환 장치 사이에서 전력 변환 장치와 병렬로 우회 연결되어 상기 DC 퓨즈의 차단으로 인해 발생되는 과전압이 전력 변환 장치로 인가되는 것을 억제한다.
또한, 상기 써지 흡수부는 바리스터(varistor), TVS(Transient Voltage Suppressor), MOV(Metal Oxide Varistor), 제너 다이오드(Zener diode)를 포함하는 과전압 보호소자로 구성된다.
또한, 상기 써지 흡수부의 통전 값은 상기 DC 퓨즈의 차단 전압 값보다는 크고, 과전압보다는 작은 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 써지 흡수부는 상기 DC 퓨즈의 차단으로 인해 발생되는 과전압(Vdc)이 피크 전압 값에 도달하기 전에 써지 흡수부의 통전 값(VT)의 피크 전압 값에서 흡수된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명의 한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치는, DC 퓨즈 차단(fusing) 시에 순간적으로 발생되는 과전압으로 인해 과전압이 전력 변환 장치로 인가되어 전력 변환 장치가 소손되는 위험성을 방지할 수 있다.
또한, 기존의 회로에 간단히 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)만을 사용하여 DC 퓨즈 장치의 문제점을 해결할 수 있어, 복잡한 회로 설계로 인한 공간적, 경제적 효과를 나타낼 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도1은 종래의 퓨즈를 사용한 전기 다바이스의 구성을 나타낸 구성도
도2는 종래의 퓨즈를 사용한 전기 다바이스에서 DC 퓨즈가 차단되었을 때 DC 퓨즈 양단에 발생되는 전압 및 전류를 나타낸 그래프
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치의 구성을 나타낸 구성도
도4는 본 발명에 따라 DC 퓨즈의 차단 시 발생되는 과전압을 써지 흡수부를 통해 흡수하는 것을 설명하기 위한 도면
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 3에 도시된 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도3에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 발명의 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치는 DC 퓨즈(한류 DC 퓨즈)(100), 전력 변환 장치(200), 계통 또는 부하(300) 및 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)(400)를 포함한다.
DC 퓨즈(100)는 전기 디바이스 사이에서 고압의 직류전원에 의한 과전류가 발생하는 경우 전로를 단절하여, 고장 장애로 인해 입력되는 과전류로부터 시스템을 보호한다.
즉, DC 퓨즈(100)는 전로 단절을 통해 전력 변환 장치(200) 앞 단에 설치되어 입력되는 직류전원에 의한 과전류가 전력 변환 장치(200)로 인가되는 것을 차단한다.
전력 변환 장치(200)는 입력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통 또는 부하(300)로 제공한다.
써지 흡수부(Surge Absorber: SA)(400)는 DC 퓨즈(100)와 전력 변환 장치(200) 사이에서 DC 퓨즈(100)의 차단(fusing) 시에 순간적으로 발생되는 과전압(Surge Voltage)을 흡수하여, DC 퓨즈(100)의 차단으로 인해 발생되는 과전압으로부터 시스템을 보호한다.
즉, 써지 흡수부(400)는 차단된 DC 퓨즈(100) 및 전력 변환 장치(200) 사이에서 전력 변환 장치(200)와 병렬로 우회 연결되어 DC 퓨즈(100)의 차단으로 인해 발생되는 과전압이 전력 변환 장치(200)로 인가되는 것을 억제한다.
이때, 써지 흡수부(400)는 바리스터(varistor), TVS(Transient Voltage Suppressor), MOV(Metal Oxide Varistor), 제너 다이오드(Zener diode) 등을 포함하는 과전압 보호소자로 구성된다.
그리고 써지 흡수부(400)의 통전 값은 DC 퓨즈(400)의 차단 전압 값보다는 크고, 과전압보다는 작은 값을 갖는다. 예로서, DC 퓨즈(400)의 차단 전압 값이 100V이고, 과전압이 120V인 경우, 써지 흡수부(400)의 통전 값은 110V를 갖는 것이 바람직하며, 이는 일 실시예로서 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성된 본 발명의 한류 퓨즈와 써지 흡수 장치를 사용한 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치에 따른 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다. 도3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.
먼저, 발전 시스템이 정상인 상태로서, DC 퓨즈(100)가 정상적으로 연결되어 있는 경우에는 전력 변환 장치(200)로 입력되는 직류전원은 저항에 비해 매우 낮은 임피던스를 갖는 DC 퓨즈(100)로만 전달되고, 전력 변환 장치(200)는 입력되는 직류전원을 교류전원으로 변환 후 계통 또는 부하(300)에 전원을 공급한다.
이처럼, DC 퓨즈(100)가 정상적으로 연결되어 있을 때, 입력되는 직류전원의 전압과 전력 변환 장치(200)의 전압은 동일하며, 그 특성도 동일하다.
한편, DC 퓨즈(100)가 과전압 등에 의해 차단(fusing)된 경우에는, 전력 변환 장치(200)로 입력되는 직류전원은 DC 퓨즈(100)의 차단으로 입력되지 않게 되어 전력 변환 장치(200)는 운전이 정지된다. 이때, 전력 변환 장치(200)가 정지해 있을 때에는 입력되는 직류전원의 전압과 전력 변환 장치(200)의 전압을 동일하다.
그러나, 고장 장애로 인해 입력되는 과전류에 의해 DC 퓨즈(100)가 끊겼을 경우에는 도2에서 도시하고 있는 것과 같이, DC 퓨즈가 차단되는 시점에 순간적으로 과전압(Surge Voltage)(V_dc)(40) 및 통전 전류(I_dc)(60)가 발생된다.
이처럼, DC 퓨즈는 차단 시에 과전압이 발생하여, 순간적이지만 발생되는 과전압이 전력 변환 장치(200)로 인가되어 전력 변환 장치(200)가 소손될 수 있는 위험성을 발생시키게 된다.
따라서, 본 발명은 DC 퓨즈(100)와 전력 변환 장치(200) 사이에서 써지 흡수부(400)를 위치시켜, DC 퓨즈(100)의 차단(fusing) 시에 순간적으로 발생되는 과전압(Surge Voltage)을 흡수하여, DC 퓨즈(100)의 차단으로 인해 발생되는 과전압으로부터 시스템을 보호한다.
즉, 써지 흡수부(400)는 차단된 DC 퓨즈(100) 및 전력 변환 장치(200) 사이에서 전력 변환 장치(200)와 병렬로 우회 연결되어 DC 퓨즈(100)의 차단으로 인해 발생되는 과전압이 전력 변환 장치(200)로 인가되는 것을 억제한다.
도4는 본 발명에 따라 DC 퓨즈의 차단 시 발생되는 과전압을 써지 흡수부를 통해 흡수하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 이때, 도4(a)는 종래의 써지 흡수부를 구성하고 있지 않은 전기 디바이스의 과전압 변화를 나타내고 있으며, 도4(b)는 본 발명의 써지 흡수부를 구성하고 있는 전기 디바이스의 과전압 변화를 나타내고 있다.
도4(a)에서 도시하고 있는 것과 같이, 써지 흡수부(400)를 구성하지 않는 DC 퓨즈를 사용한 전기 다바이스는 전기 디바이스 사이에서 고압의 직류전원에 의한 과전류가 발생할 때, 발생되는 과전류가 미리 설정되어 있는 안전 통전전압(Vs)을 초과하는 경우, DC 퓨즈(100)는 차단된다.
이때, DC 퓨즈(100)는 차단 시에 과전압(Vsc)이 발생함에 따라, 순간적이지만 과전압(Vdc)의 피크 전압 값(500a)이 전력 변환 장치(200)로 인가되게 된다. 이는 전력 변환 장치(200)가 소손될 수 있는 위험성을 발생시키게 된다.
그러나, 도4(b)에서 도시하고 있는 것과 같이, 써지 흡수부(400)를 구성하는 DC 퓨즈(100)를 사용한 전기 다바이스는 마찬가지로 전기 디바이스 사이에서 고압의 직류전원에 의한 과전류가 발생할 때, 발생되는 과전류가 미리 설정되어 있는 안전 통전전압(Vs)을 초과하는 경우, DC 퓨즈(100)는 차단된다.
이때, DC 퓨즈(100)는 차단 시에 과전압(Vdc)이 발생함에 따라, 순간적이지만 과전압(Vdc)의 피크 전압값(500a)이 발생하게 되는데, 이 경우 써지 흡수부(400)는 피크 전압값(500a) 전인 미리 설정된 통전 값(VT)에서 통전되어 차단된 DC 퓨즈(100) 및 전력 변환 장치(200) 사이에서 전력 변환 장치(200)와 병렬로 우회 연결된다.
이를 위해, 써지 흡수부(400)의 통전 값은 DC 퓨즈(400)의 차단 전압 값보다는 크고, 과전압보다는 작은 값을 갖는다. 예로서, DC 퓨즈(400)의 차단 전압 값이 100V이고, 과전압이 120V인 경우, 써지 흡수부(400)의 통전 값은 110V를 갖는 것이 바람직하며, 이는 일 실시예로서 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, DC 퓨즈(100)의 차단으로 인해 발생되는 과전압(Vdc)이 피크 전압값(500a)에 도달하기 전에 써지 흡수부(400)의 통전으로 인해 써지 흡수부(400)의 통전 값(VT)의 피크 전압 값(500b)에서 흡수되게 된다. 이는 전력 변환 장치(200)에 인가되는 전압 값을 낮출 수 있게 되어 소손되는 위험성을 방지할 수 있다.
또한, 기존의 회로에 간단히 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)만을 사용하여 DC 퓨즈 장치의 문제점을 해결할 수 있어, 복잡한 회로 설계로 인한 공간적, 경제적 효과를 나타낼 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (5)

  1. 전기 디바이스 사이에서 고압의 직류전원에 의한 과전류가 발생하는 경우 전로를 단절하는 DC 퓨즈;
    입력되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 계통 또는 부하로 제공하는 전력 변환 장치; 및
    상기 DC 퓨즈 및 상기 전력 변환 장치 사이에서 상기 DC 퓨즈의 차단(fusing) 시에 순간적으로 발생되는 과전압(Surge Voltage)을 흡수하는 써지 흡수부(Surge Absorber: SA)를 포함하는 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 써지 흡수부는 상기 DC 퓨즈 및 상기 전력 변환 장치 사이에서 전력 변환 장치와 병렬로 연결되어 상기 DC 퓨즈의 차단으로 인해 발생되는 과전압이 전력 변환 장치로 인가되는 것을 억제하는 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 써지 흡수부는 바리스터(varistor), TVS(Transient Voltage Suppressor), MOV(Metal Oxide Varistor), 제너 다이오드(Zener diode)를 포함하는 과전압 보호소자로 구성되는 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 써지 흡수부의 통전 값은 상기 DC 퓨즈의 차단 전압 값보다는 크고, 과전압보다는 작은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 써지 흡수부는 상기 DC 퓨즈의 차단으로 인해 발생되는 과전압(Vdc)이 피크 전압 값에 도달하기 전에 써지 흡수부의 통전 값(VT)의 피크 전압 값에서 차단되는 직류용 전력변환용 반도체 소자의 보호장치.
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