KR100267460B1 - 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치 - Google Patents

고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치 Download PDF

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Abstract

적은 소자수로 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치를 구성함으로써 크기와 무게를 줄이기 위하여, 직렬 연결된 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구조를 K개의 모듈로 구성하며 각 모듈에 포함되는 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치의 수는 m개로 하고, 이 m개의 스위치 소자를 1개의 고압 절연 펄스 변압기로 구동하도록 구성하였다.

Description

고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치
본 발명은 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치에 관한 것으로, 특히 크기와 무게가 감소된 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치에 관한 것이다.
고전압 싸이리스터 다이오드 스위치(Thyristor diode switch : 이하, TDS)는 싸이리스터와 이 싸이리스터에 역병렬로 연결된 다이오드가 1개의 모듈을 이루며, 제어 대상인 전압의 정격에 따라 직렬로 여러 개를 스택(stack)화 하여 전체적인 1개의 스위치를 구성한다. 직렬 연결하는 TDS의 갯수는 직렬 연결될 전체 모듈 양단에 인가되는 최대 전압(도 1의 V1과 V2 양단)에 의해 결정된다.
TDS를 온, 오프 제어하기 위한 제어기는 크게 2가지 부분으로 분리되는데, TDS를 온, 오프하는 신호를 만들어내는 제어회로와, 이 제어회로에서 발생된 신호를 절연시켜 최종적으로 TDS의 싸이리스터 게이트(gate)에 온-오프 신호를 전달하는 인터페이스 회로이다. 제어회로는 통상 ±15V 정도로 구동이 가능하고 온-오프 신호도 ±15V 정도이지만, TDS의 양단에는 고압(써지인 경우 수 kV)이 걸린다. 따라서, 이 제어신호를 바로 구동신호로 사용할 경우, TDS가 스위칭중에 파손되는 등의 문제가 발생하면 고압 써지(surge) 성분이나 대전류가 제어회로로 침입하여 제어회로 전체를 파손시킬 수 있다. 그러므로, 제어회로의 보호를 위해서는 반드시 제어회로와 TDS와의 절연이 필요하다.
현재 주로 사용하는 절연용 구동장치로는 광파이버(fiber optics)를 사용하는 방식이 있다. 이 방식에서는 제어회로로부터의 제어신호를 광신호로 변환시킨 다음, 이를 광파이버를 통해 전달하고, TDS 단에서 다시 이를 전기적 신호로 변환시켜 TDS를 구동하는 방식이다. 이 방식에 따르면, 제어부와 TDS와의 사이에 전기적 연결이 이루어지지 아니하므로, TDS단에서의 고압이 제어부로 전달될 염려가 없다.
그러나, 이 방식에서는 스위칭 소자 각각에 대해 구동회로가 독립적으로 필요하며 제작가도 아주 높은 단점이 있다. 따라서, 고압제어를 위해 많은 TDS가 필요한 경우에는 그에 따라 제작 가격도 높아진다.
또 다른 방식으로는 고압 절연 펄스 변압기를 사용하여 구동장치를 구성하는 방식이 있다. 이 방식에서는, 고압 절연 펄스 변압기의 일차 권선이 직렬로 연결되고, 이차 권선들은 TDS의 게이트(gate) 및 애노드(anode) 단자와 병렬로 연결된다. 이 방식을 사용하면, 변압기에 의해서 제어부와 TDS가 전기적으로 분리되므로 TDS의 파손에 따른 제어부의 파손의 염려가 없다. 그러나, 이 경우에도 TDS의 개수만큼 변압기가 필요하므로 전체 구동장치의 크기와 무게가 문제로 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하고자 안출된 것으로서 적은 소자수로 TDS 구동장치를 구성함으로써 크기와 무게를 줄일 수 있는 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치의 전체 회로구성도,
도 2는 본 발명에 따른 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치의 고압 절연 펄스 변압기 1차 권선 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치의 고압 절연 펄스 변압기 2차 권선 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 고압 절연 펄스 변압기 1차 권선
2 고압 절연 펄스 변압기 2차 권선
Tr1..TrK 코아
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 직렬 연결된 TDS 구조를 K개의 모듈로 구성하며 각 모듈에 포함되는 TDS의 수는 m개로 하고, 이 m개의 스위치 소자를 1개의 고압 절연 펄스 변압기로 구동하여 전체적인 가격과 부피, 무게를 대폭 줄이고 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치의 전체 회로구성도, 도 2는 본 발명에 따른 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치의 고압 절연 펄스 변압기 1차 권선 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치의 고압 절연 펄스 변압기 2차 권선 구성도이다.
먼저, 도 1을 보면, 한 개의 싸이리스터(T1)와 역병렬로 연결된 다이오드(D1)가 1개의 TDS를 구성하고 있다. 본 실시예에서는 4개의 TDS가 1개의 TDS 모듈을 구성하는 경우를 예로 들었다. 그리고, 하나의 TDS 모듈은 하나의 변압기(Tr)에 의해 구동된다.
도면에서 고압 절연 펄스 변압기의 1차측 양단의 제어신호 전압 Vgate는 K개의 모듈로 분배되며 한 모듈의 2차측 전압은 Vgate/K이다.
전체 스위치 모듈이 제어하려고 하는 전압이 80kV이고 1개의 TDS 전압 정격이 1kv라고 가정하면, 최소한 80개의 TDS를 직렬로 연결하여 사용해야 한다. 본 실시예의 경우에는 4개의 TDS가 1개의 TDS 모듈을 구성하므로, 20개의 TDS 모듈이 필요하다. 따라서, 고압 절연 펄스 변압기는 최소 20개가 필요하다.
도 2는 본 발명에 따른 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치의 고압 절연 펄스 변압기와 1차 권선과의 구성을 나타낸 것이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 사용되는 변압기의 코아는 라운드 코아이고, 각 라운드 코아(Tr1∼TrK)의 중심을 1차 권선(1)이 통과하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치의 고압 절연 펄스 변압기와 2차 권선과의 구성을 나타낸 것이다. 본 실시예에서는 2차 코일(2)은 4개이고, 각 2차 코일의 양단에 인가되는 전압 Vout은,
이다. 여기서, Vi는 코일의 1차측 양단의 전압이고, n1은 고압 절연 펄스 변압기의 1차측 권선(1)의 턴(turn)수이며, n2는 고압 절연 펄스 변압기 2차측 권선(2)의 턴(turn)수이다. n1과 n2는 1차 권선 및 2차측 전압의 크기를 고려하여 결정한다.
이때, 고압 절연 펄스 변압기 2차 권선들은 각각의 양단의 출력 전압의 모양이 동일하게 되도록 4개의 권선을 한 개의 묶음으로 하여 코아의 원둘레를 따라 시작부분부터 마감부분까지 감는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명을 일실시예를 예로 들어 상세히 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구나 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 본 실시예에 여러 가지 변형이나 변경을 할 수 있겠지만, 이는 모두 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
예를 들면, 본 실시예에서는 고압 절연 펄스 변압기를 라운드 코아(round core)형으로 구현하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 여러 가지 모양의 코아도 사용할 수 있다.
또, 각 모듈에 포함되는 TDS수는 4개로 하였지만, 이 숫자는 고압 절연 펄스 변압기 2차측 권선들의 절연 및 각 TDS 사이의 절연이나, 코아의 재질 등에 따라 달라질 수 있으며, 이는 설계상의 선택에 불과한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 여러개의 TDS를 하나의 코아를 사용하여 구동하므로, 사용되는 전체 코아의 수가 줄어들므로, 장치의 무게, 크기, 비용이 절감된다고 하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 한 개의 싸이리스터와 역병렬로 연결된 다이오드로 이루어지는 복수개의 싸이리스터 다이오드 스위치를 구동하는 장치에 있어서,
    소정 숫자의 상기 싸이리스터 다이오드 스위치마다 하나씩 마련된 하나 이상의 고압절연 펄스변압기를 구비하고,
    상기 하나 이상의 고압절연 펄스변압기의 1차 권선측끼리는 서로 직렬로 연결되어 있고, 상기 직렬연결된 1차 권선의 양단에는 제어펄스가 인가되도록 되어 있으며,
    상기 하나 이상의 고압절연 펄스변압기의 2차측마다에는 상기 소정숫자의 2차 권선이 감겨있고, 상기 2차 권선은 양단은 각각 싸이리스터 다이오드의 게이트와 애노드에 연결되어 있어서,
    상기 1차 권선의 양단에 인가된 제어펄스가 상기 고압절연 변압기를 거쳐 각각의 싸이리스터 다이오드의 게이트와 애노드 사이에 인가되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고압 절연 펄스 변압기는 라운드 코아(round core)형인 것을 특징으로 하는 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    고압 절연 펄스 변압기 2차 권선들은 각각의 양단의 출력 전압의 모양이 동일하게 되도록 4개의 권선을 한 개의 묶음으로 하여 코아의 원둘레를 따라 시작부분부터 마감부분까지 감는 것을 특징으로 하는 고전압 싸이리스터 다이오드 스위치 구동장치.
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