KR100426101B1 - 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거신호 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치에 관한 것으로, 특히, 게이트 트리거 신호를 발생시켜 출력하는 한편, 출력된 게이트 트리거 신호와 피드백된 게이트 트리거 신호를 비교한 후 게이트 트리거 신호의 이상 유무를 판단하는 게이트 트리거 회로부(100); 게이트 트리거 신호를 입력받으면 그 신호를 이용하여 싸이리스터 스위치(3)를 온/오프시키는 한편, 게이트 트리거 신호를 피드백시켜 상기 게이트 트리거 회로부(100)로 전송하는 게이트 드라이브 회로부(200); 및 상기 게이트 트리거 회로부(100) 후단 및 상기 게이트 드라이브 회로부(200) 전단에 각각 위치하여 입력된 게이트 트리거 신호를 차동 신호로 변환시키는 한편, 차동신호를 게이트 트리거 신호로 변환시키는 다수개의 송신부/수신부를 구비한 신호 전송부(300)로 구성된 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명은 게이트 트리거 신호에 이상이 발생하였을 경우 이를 차단하고 정상적인 게이트 트리거 신호를 전송함으로써 여자 제어 시스템을 안정화시켜 주는 뛰어난 효과가 있다.

Description

자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치{GATE TRIGGER SIGNAL GENERATOR FOR SEMICONDUCTOR SWITCH HAVING SELF-DIAGNOSIS FUNCTION}

본 발명은 발전기용 여자제어 시스템의 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거(Gate trigger) 신호 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제어부에서 출력된 게이트 트리거 신호와 싸이리스터(Thyrmistor) 스위치를 온/오프(ON/OFF)시키기 위해 게이트 트리거 신호를 피드백(Feedback)시켜 비교한 후 오류가 발생한 게이트 트리거 신호를 차단시키고 대기중인 게이트 트리거 신호를 공급하여 정류기의 정상 동작을 유지시키는 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치에 관한 것이다.

발전기용 여자 제어 시스템은 게이트 트리거 신호를 통해 일정한 전력을 출력하기 위한 것으로 다중 병렬 정류기를 사용하는 여자시스템(500MW급 발전소)의 경우 정류기 판넬의 개수가 3대로써 같은 위상의 게이트 트리거 신호를 통해 정류기가 계자 전류를 1/3씩 분담하였다.

그러나, 종래의 여자 제어 시스템은 게이트 트리거 신호 위상(타이밍)의 오류를 검지하는 수단이 없음에 따라 게이트 트리거 신호를 공급하는 장치로부터 각각의 정류기에 게이트 트리거 신호 위상(타이밍)의 오류와 관계없이 제공되었고 여자 제어 시스템에서의 최대 관점인 정류기간 불평형 및 발전기 출력의 안정도에 가장 큰 영향을 미치는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 여자제어 시스템에 있어서 정류기의 위상제어를 위한 게이트 트리거 신호의 오류를 검출하고 오류가 있는 게이트 트리거 신호를 차단하는 동시에 대기중인 게이트 트리거 신호를 공급하여 정류기간 불평형 및 발전기 출력의 안정도의 고신뢰성을 확보 하도록 해주기 위한 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치는 피드백된 게이트 트리거 신호를 입력받음과 동시에 피드백된 본래의 게이트 트리거 신호를 각각 입력받아 두 신호가 다를 경우 하이 제어신호를 출력하는 한편, 두 신호가 같으면 로우 제어신호를 출력하는 배타 오아 게이트와, 이중 구조로 구성되어 게이트 트리거 신호를 발생시켜 전송하는 한편, 상기 배타 오아 게이트로부터 하이 제어신호를 입력받으면 비정상적인 게이트 트리거 신호의 출력을 중단시키고 대기중인 게이트 트리거 신호를 전송하여 3상 정류기를 제어하는 제어부를 구비하여, 게이트 트리거 신호를 발생시켜 출력하는 한편, 출력된 게이트 트리거 신호와 피드백된 게이트 트리거 신호를 비교한 후 게이트 트리거 신호의 이상 유무를 판단하는 게이트 트리거 회로부;

상기 게이트 트리거 회로부로부터 게이트 트리거 신호를 입력받으면 그 게이트 트리거 신호를 이용하여 싸이리스터 스위치를 온/오프시키는 한편, 게이트 트리거 신호를 피드백시켜 상기 게이트 트리거 회로부로 전송하는 게이트 드라이브 회로부; 및

상기 게이트 트리거 회로부 후단 및 상기 게이트 드라이브 회로부 전단에 각각 위치하여 입력된 게이트 트리거 신호를 차동 신호로 변환시키는 한편, 차동신호를 게이트 트리거 신호로 변환시키는 다수개의 송신부/수신부를 구비한 신호 전송부로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치가 사용된 여자 제어 시스템을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치의 구성을 나타낸 기능블록도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치 중 신호 전송부의 세부 구성을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 게이트 트리거 회로부 110 : 제어부

111 : 액티브 제어기 112 : 스탠드 바이 제어기

120 : 배타 오아 게이트 200 : 게이트 드라이브 회로부

300 : 신호 전송부

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치의 기능블록도로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치는 게이트 트리거 회로부(100), 게이트 드라이브 회로부(200) 및 신호 전송부(300)로 구성되어 있다.

상기 게이트 트리거 회로부(100)는 게이트 트리거 신호를 발생시켜 상기 게이트 드라이브 회로부(200)로 출력하는 한편, 상기 게이트 드라이브 회로부(200)를 통해 싸이리스터 스위치(3)로 출력하기 직전의 게이트 트리거 신호와 상기 신호 전송부(300)를 통과하기 직전의 게이트 트리거 신호를 각각 피드백한 후 게이트 트리거 신호의 타이밍 이상 유무를 판단하는 역할을 하며, 제어부(110) 및 배타 오아 게이트(120)로 구성되어 있다.

또한, 상기 게이트 트리거 회로부(100)내 제어부(110)는 상기 배타 오아 게이트(120)로부터 로우 제어신호를 입력받으면 현재 출력되는 게이트 트리거 신호를 유지하여 상기 게이트 트리거 회로부(100)로 출력하는 한편 하이 제어신호를 입력받으면 게이트 트리거 신호의 출력을 중단하는 액티브 제어기(111)와 스탠드 바이상태로 존재하면서 상기 액티브 제어기(111)의 상태를 감시함과 동시에 게이트 트리거 신호의 출력을 대기하는 한편 상기 배타 오아 게이트(120)로부터 하이 제어신호를 입력받은 상기 액티브 제어기(111)가 감지되면 자신이 액티브 상태가 되어 게이트 트리거 신호를 상기 게이트 드라이브 회로부(200)로 출력하는 스탠드 바이 제어기(112)의 이중 구조로 구성되어 게이트 트리거 신호를 발생시켜 상기 게이트 드라이브 회로부(200)로 전송하는 한편, 상기 배타 오아 게이트(120)로부터 하이 제어신호를 입력받으면 비정상적인 게이트 트리거 신호의 출력을 중단시키고 대기중인 게이트 트리거 신호를 상기 게이트 드라이브 회로부(200)로 전송하여 3상 정류기를 제어하는 역할을 한다.

그리고, 상기 게이트 트리거 회로부(100)내 배타 오아 게이트(120)는 상기 신호 전송부(300)를 통과한 게이트 트리거 신호와 상기 신호 전송부(300)를 통과하기 직전의 게이트 트리거 신호를 각각 피드백 한 후 두 신호의 타이밍 이상 유무를 판단하여 정상일 경우 로우 제어신호를 출력하는 한편, 타이밍이 맞지 않는 비정상일 경우 하이 제어신호를 상기 제어부(110)로 전송하는 역할을 한다. 이 때, 피드백된 두 게이트 트리거 신호에는 지연이 있으므로 본래의 신호와 비교하기 위해서는 본래의 신호를 지연시키는 시지연 보상 회로가 필요할 수 있으나, 실제로 상기 신호 전송부(300)의 라이징(Rising) 시간 및 폴링(Falling) 시간은 수십 나노세커(nsec)이므로 지연 시간은 수백 나노세커정도에 해당하고 이는 상기 배타 오아 게이트(120)의 출력단에 로우패스 필터(LPF)를 설치하여 지연 시간 만큼의 폭을 가지는 펄스를 제거한 후 상기 제어부(110)로 입력한다. 그리고, 로우패스 필터의차단 주파수는 실험을 통하여 실제 지연 정도를 측정한 후 결정된다.

그리고, 상기 게이트 드라이브 회로부(200)는 상기 게이트 트리거 회로부(100)로부터 게이트 트리거 신호를 입력받으면 그 게이트 트리거 신호를 이용하여 싸이리스터 스위치(3)를 온/오프시키는 한편, 게이트 트리거 신호를 피드백시켜 상기 게이트 트리거 회로부(100)로 전송하는 역할을 한다.

또한, 상기 신호 전송부(300)는 상기 게이트 트리거 회로부(100) 후단 및 상기 게이트 드라이브 회로부(200) 전단에 쌍으로 구성되고, 입력된 게이트 트리거 신호를 차동 신호로 변환시켜 상기 게이트 트리거 회로부(100)로부터 상기 게이트 드라이브 회로부(200)로 게이트 트리거 신호를 전송하거나 피드백 시킬 경우 노이즈를 없애는 역할을 한다. 이 때, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 신호 전송부(300)는 R단자를 통해 입력되어 A, B단자를 통해 출력되는 상기 송신부(310)와 A, B단자를 통해 입력되어 D 단자를 통해 출력되는 상기 수신부(320)로 이루어지며 배타 RE단자와 DE단자를 통해 항상 온(ON)의 상태로 존재하게 되며, 상기 신호 전송부(300) 구성시 4개의 RS-485 버스 트랜시버(transceiver) 75176이 각각 사용되며 상기 게이트 트리거 회로부(100)와 상기 게이트 드라이브 회로부(200) 간의 게이트 트리거 신호 송신 경로에는 상기 송신부(310)와 상기 수신부(320)가 각각 구현되어 있으며, 피드백시키는 트리거 신호의 경로 또한 송신부(310)와 수신부(320)가 각각 구성되어 있다.

그러면, 하기에서는 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 의한자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치의 동작과정에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 상기 게이트 트리거 회로부(100)는 상기 액티브 제어기(111)로부터 발생된 게이트 트리거 신호를 상기 신호 전송부(300)내 송신부(310)로 전송함과 동시에 피드백시킨다.

이 때, 상기 신호 전송부(300)는 송신부(310)를 통해 게이트 트리거 신호를 입력받으면 이를 차동신호로 변환시켜 수신부(320)로 전송하게 되고 게이트 트리거 신호 송신 경로에 있는 수신부(320)는 송신부(310)로부터 입력받은 차동신호를 다시 게이트 트리거 신호로 변환시켜 상기 게이트 드라이브 회로부(200)로 전송하게 된다.

이어서, 상기 게이트 드라이브 회로부(200)는 상기 신호 전송부(300)내 수신부(320)로부터 게이트 트리거 신호를 입력받아 싸이리스터 스위치(3)에 인가한다.

그러면, 상기 싸이리스터 스위치(3)는 게이트 트리거 신호가 인가됨에 따라 온(ON)되어 3상 전파 정류기를 동작시킴으로써 발전기(1)의 계자로 인가되고 계자에 흐르는 전류가 제어된다. 이 때, 다중 병렬 정류기를 사용하는 여자시스템(500MW급 발전소)의 경우 정류기의 개수가 3대로써 각 정류기 계자 전류를 1/3씩 분담하여 처리하며 여자 제어 시스템에 있어서 정류기의 위상제어를 위한 온/오프 신호의 오류는 정류기 간의 불평형 및 발전기(1) 출력의 안정도에 가장 큰 영향을 미치는 부분이며 게이트 트리거 신호의 오류시에는 해당 정류기의 출력을 즉각 차단하여야 한다.

그리고, 포텐셜 트랜스미터(Potential Transmitter : PT)에 의하여 상기 게이트 트리거 회로부(100)에서 발전기의 출력 전압을 검지하고, 포텐셜 트랜스미터를 이용하여 상기 게이트 트리거 회로부(100)에서 적절한 타이밍의 펄스를 만들며 이를 상기 게이트 드라이브 회로부(200)로 보내어 싸이리스터 스위치(3)를 온/오프한다.

이어서, 상기 게이트 드라이브 회로부(200)는 게이트 트리거 신호의 송신 경로에 있는 수신부(320)로부터 입력받은 게이트 트리거 신호의 타이밍이 정상인지의 여부를 판단하기 위해 이를 다시 상기 신호 전송부(300)를 통해 피드백시킨다.

그러면, 상기 신호 전송부(300)는 피드백 경로의 송신부(310)를 통해 상기 게이트 드라이브 회로부(200)로부터 게이트 트리거 신호를 입력받으면 이를 차동신호로 변환시켜 수신부(320)로 전송하게 되고 피드백 경로에 있는 수신부(320)는 송신부(310)로부터 입력받은 차동신호를 다시 게이트 트리거 신호로 변환시켜 상기 게이트 트리거 회로부(100)로 전송하게 된다.

이어서, 상기 게이트 트리거 회로부(100)는 상기 배타 오아 게이트(120)로부터 상기 신호 전송부(300)를 통해 피드백된 게이트 트리거 신호를 입력받음과 동시에 상기 신호 전송부(300)를 통과하기 직전의 게이트 트리거 신호를 각각 입력받아 두 신호간의 타이밍 상태를 파악한 후 같으면 로우 제어신호를 상기 제어부(110)로 전송한다.

그러면, 상기 제어부(110)는 상기 배타 오아 게이트(120)로부터 입력된 제어신호를 180Hz로 검지하게 되며 두 신호의 타이밍이 정상이므로 출력된 게이트 트리거 신호를 차단하지 않고 계속 출력하게 된다.

한편, 상기 배타 오아 게이트(120)는 입력받은 두 게이트 트리거 신호의 타이밍이 다르면 하이 제어신호를 상기 게이트 트리거 회로부(100)내 제어부(110)로 전송한다.

그러면, 상기 제어부(110)내 액티브 제어기(111)는 상기 배타 오아 게이트(120)로부터 입력받은 하이 제어신호가 현재 게이트 트리거 신호를 출력하고 있는 상기 액티브 제어기(111)로 입력됨에 따라 현재 출력중인 게이트 트리거 신호를 차단한다.

이어서, 항시 상기 액티브 제어기(111)를 감시하고 있는 상기 제어부(110)내 스탠드 바이 제어기(112)는 상기 액티브 제어기(111)로 하이 제어신호가 입력됨에 따라 자신이 스탠드 바이 상태에서 액티브 상태가 되어 게이트 트리거 신호를 상기 신호 전송부(300)로 전송한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치에 의하면, 게이트 트리거 신호의 위상이 변하도라도 이를 감지하여 정상적인 게이트 트리거 신호를 출력함으로써 정류기 간의 불평형 및 발전기의 출력을 안정화시킬 뿐만 아니라, 이로 인해 안정한 여자 제어 시스템을 제공할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (6)

1. 피드백된 게이트 트리거 신호를 입력받음과 동시에 피드백된 본래의 게이트 트리거 신호를 각각 입력받아 두 신호가 다를 경우 하이 제어신호를 출력하는 한편, 두 신호가 같으면 로우 제어신호를 출력하는 배타 오아 게이트와, 이중 구조로 구성되어 게이트 트리거 신호를 발생시켜 전송하는 한편, 상기 배타 오아 게이트로부터 하이 제어신호를 입력받으면 비정상적인 게이트 트리거 신호의 출력을 중단시키고 대기중인 게이트 트리거 신호를 전송하여 3상 정류기를 제어하는 제어부를 구비하여, 게이트 트리거 신호를 발생시켜 출력하는 한편, 출력된 게이트 트리거 신호와 피드백된 게이트 트리거 신호를 비교한 후 게이트 트리거 신호의 이상 유무를 판단하는 게이트 트리거 회로부;

   상기 게이트 트리거 회로부로부터 게이트 트리거 신호를 입력받으면 그 게이트 트리거 신호를 이용하여 싸이리스터 스위치를 온/오프시키는 한편, 게이트 트리거 신호를 피드백시켜 상기 게이트 트리거 회로부로 전송하는 게이트 드라이브 회로부; 및

   상기 게이트 트리거 회로부 후단 및 상기 게이트 드라이브 회로부 전단에 각각 위치하여 입력된 게이트 트리거 신호를 차동 신호로 변환시키는 한편, 차동신호를 게이트 트리거 신호로 변환시키는 다수개의 송신부/수신부를 구비한 신호 전송부로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는, 상기 배타 오아 게이트로부터 로우 제어신호를 입력받으면 게이트 트리거 신호를 상기 게이트 트리거 회로부로 출력하는 한편, 하이 제어신호를 입력받으면 게이트 트리거 신호의 출력을 중단하는 액티브 제어기; 및

   스탠드 바이 상태로 존재하면서 상기 액티브 제어기의 상태를 감시함과 동시에 게이트 트리거 신호의 출력을 대기하는 한편, 상기 배타 오아 게이트로부터 하이 제어신호를 입력받은 액티브 제어기가 감지되면 자신이 액티브 상태가 되어 게이트 트리거 신호를 상기 게이트 트리거 회로부로 출력하는 스탠드 바이 제어기로 구성된 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트 트리거 회로부는, 상기 게이트 드라이브 회로부로부터 피드백되는 게이트 트리거 신호의 지연 시간 만큼의 펄스 폭을 제거한 후 상기 제어부로 전송하는 로우 패스 필터를 추가로 구성하는 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는, 상기 배타 오아 게이트의 출력 신호를 180Hz를 주기로 검지하는 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 게이트 트리거 회로부는, 상기 게이트 드라이브 회로부와의 간격이 4m∼7m인 것을 특징으로 하는 자기 진단 기능을 갖는 반도체 스위치용 게이트 트리거 신호 발생 장치.