KR100927090B1 - 스너버 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경부하 또는 중부하 모두에 적용 가능한 스너버 회로에 관한 것으로, 반도체 스위칭 소자와 병렬로 접속되는 제 1 스위치와, 제 1 스위치에 직렬로 접속되는 콘덴서와, 제 1 스위치와 병렬로 연결되되 콘덴서와 제 1 스위치의 공통 연결점에 캐소드가 연결되는 다이오드와, 제 1 스위치와 다이오드 사이에 각각 위치하여 입력되는 제어명령에 따라 제 1 스위치와 다이오드를 연결 또는 차단하는 제 2 스위치 및 제 3 스위치 그리고, 제 1 스위치와 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 온 또는 오프시키는 제어명령을 발생하는 스위치 제어부를 포함한다.
스너버

Description

스너버 회로{Snubber Circuit}
본 발명은 스너버 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경부하 또는 중부하 모두에 적용 가능한 스너버 회로에 관한 것이다.
전압강하 보상기는 전력계통에서 전압과 전류, 주파수의 변동에 기인하여 나타나는 현상으로 순간정전(momentary interruption)이나 전압의 순간적인 급강하(Voltage Sag) 또는 급상승(Voltage Swell)으로부터 민감한 부하를 보호하여 수용가의 전력품질을 개선시키는데 적용되는 기기이다.
상기 전압강하 보상기(DVR:Dynamic Voltage Restorer)는 GTO(Gate Turn Off thyristor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 반도체 스위칭 소자로 구성되는 인버터부를 구비하여 전압의 변동분을 보상한다.
즉, 전압강하 보상기에 구비된 인버터는 평상시에는 동작하지 않다가 전력계통에 순시적 전압강하 또는 순간정전이 발생되면 동작하여 전압 강하분 또는 정전 전압을 보상함으로써 부하측에 정상적으로 전압이 공급될 수 있도록 한다.
이와 같은 인버터에 스너버 회로는 반도체 스위칭 소자의 과도전압 또는 과도한 전류를 완화하기 위해 필수적이다.
상기 스너버 회로는 반도체 스위칭 소자의 턴-오프 시 발생하는 서지 전압이나 링잉 전압을 흡수하며, 전력 소자의 스위칭 손실을 줄여준다. 뿐만 아니라, 스위칭 회로의 성능을 향상시키고, 낮은 EMI, 높은 신뢰성, 높은 효율성, 높은 스위칭 주파수 등이 실현되도록 한다.
이러한 스너버 회로는 부하량에 따라 회로의 구성이 달라진다.
도 1a는 종래 경부하에 적용되는 스너버 회로의 구성을 보여주는 도면이고, 도 1b는 종래 중부하에 적용되는 스너버 회로의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 스너버 회로는, 직렬로 연결된 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 및 제 2 반도체 스위칭 소자(104)에 콘덴서(110)가 병렬로 연결되어 구성된다.
콘덴서(110)는 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 턴 온(on) 될 경우에 서지전압을 흡수, 충전하고, 상기 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 턴 오프(off) 될 경우에 충전된 전압을 방전한다.
상기 콘덴서(110)는 소용량으로도 충전과 방전이 가능하다.
도 1b를 참조하면, 스너버 회로는, 직렬로 연결된 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 및 제 2 반도체 스위칭 소자(104)에 다이오드(120)를 병렬로 연결하고, 상기 다이오드(120)에 직렬로 콘덴서(110)를 연결하며, 상기 다이오드(120)에 저 항(130)을 병렬로 연결하여 구성한다. 또한, 상기 다이오드는 패스트 리커버리 다이오드(Fast Recovery Diode)를 적용함이 바람직하다.
동작을 살펴보면, 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 턴 온 될 경우에 서지전압은 다이오드(120)를 통해 콘덴서(110)에 충전되고, 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 턴 오프 될 경우에 상기 콘덴서(110)에 충전된 전압은 저항(130)을 통해 방전된다.
상기와 같이 부하량에 따라 구분된 스너버 회로를 적용하여 과도 전압을 제어하였으나, 부하량이 변할 경우에는 스너버 회로가 제 역할을 하지 못하는 문제점이 있다.
예를 들어, 경부하에 적용되는 스너버 회로를 설치했는데 중부하로 부하량이 바뀔 경우 또는 중부하에 적용되는 스너버 회로를 설치했는데 경부하로 바뀔 경우에 적절하게 서지전압을 제어하기 위해서는 새롭게 스너버 회로를 설치해야하는 문제점이 생기게 된다.
그러므로, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 경부하 또는 중부하 모두에 적용할 수 있는 스너버 회로를 제공한다.
이에 따라, 본 발명의 스너버 회로는, 반도체 스위칭 소자와 병렬로 접속되는 제 1 스위치; 상기 제 1 스위치에 직렬로 접속되는 콘덴서; 상기 제 1 스위치와 병렬로 연결되되, 상기 콘덴서와 제 1 스위치의 공통 연결점에 캐소드가 연결되는 다이오드; 상기 제 1 스위치와 상기 다이오드 사이에 각각 위치하여 입력되는 제어명령에 따라 상기 제 1 스위치와 상기 다이오드를 연결 또는 차단하는 제 2 스위치 및 제 3 스위치; 및 상기 제 1 스위치와 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 온 또는 오프시키는 제어명령을 발생하는 스위치 제어부;를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 반도체 스위칭 소자는 GTO(Gate Turn Off thyristor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)이고, 두 개의 상기 반도체 스위칭 소자가 직렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스위치 제어부는 부하량이 미리 설정된 부하량 미만일 경우에 상기 제 1 스위치를 온 시키고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 오프 시키는 제어명령을 발생하고, 상기 부하량이 미리 설정된 부하량을 초과할 경우에 상기 제 1 스위치를 오프 시키고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 온 시키는 제어명령을 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위치 제어부는 상기 반도체 스위칭 소자가 구동 중일 경우, 상기 제어명령을 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 전압강하 보상기(DVR:Dynamic Voltage Restorer)에 적용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스너버 회로에 따르면, 부하량에 따라 스위치를 제어하여 서지전압을 제어할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 종래처럼 경부하인지 또는 중부하인지를 판단하여 그 부하량에 맞는 스너버 회로를 설치할 필요없이 하나의 스너버 회로로 경부하 일때와 중부하 일때 모두 적용할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 하겠다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 스너버 회로의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 스너버 회로는 콘덴서(110)와, 다이오드(120)와, 저항(130)과, 제 1 스위치(142)와, 제 2 스위치(144), 제 3 스위치(146) 및 스위치 제어부(150)로 구성되어 종래의 구성에 3개의 스위치와 스위치 제어부를 더 포함한다. 그러므로, 종래 스너버 회로와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하도록 하겠다.
이에 따라, 구성요소 간의 연결관계를 살펴보면, 제 1 반도체 스위칭 소자(102)와 제 2 반도체 스위칭 소자(104)는 직렬로 연결되고, 직렬로 연결된 상기 제 1 반도체 스위칭 소자(102)와 제 2 반도체 스위칭 소자(104)에 제 1 스위치(142)가 병렬로 연결되며, 콘덴서(110)가 상기 제 1 스위치(142)에 직렬로 연결되고, 다이오드(120)가 상기 제 1 스위치(142)에 병렬로 연결되되 상기 콘덴서와 제 1 스위치의 공통 연결점에 캐소드가 연결된다. 그리고, 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)가 각각 상기 제 1 스위치(142)와 다이오드(120) 사이에 연결된다. 상기 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)는 GTO(Gate Turn Off thyristor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 한다.
스위치 제어부(150)는 부하량에 따라 제 1 스위치(142), 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)를 온(on) 또는 오프(off) 시키는 제어명령을 발생한다.
이에 대해 좀더 상세히 설명하면, 스위치 제어부(150)는 부하량이 미리 설정된 부하량 미만(경부하)일 경우에 상기 제 1 스위치(142)를 온 시키고 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)를 오프 시키는 제어명령을 발생하고, 상기 부하량이 미리 설정된 부하량을 초과(중부하)할 경우에 상기 제 1 스위치(142)를 오프 시키고 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)를 온 시키는 제어명령을 발생한다.
상기 경부하와 중부하를 구분하는 방법으로서는, 부하량이 점차적으로 증가하는 도중, 상기 콘덴서(110)의 링잉하는 시점을 기준으로 상기 경부하 또는 중부하인지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 부하량이 점차적으로 증가되더라도, 콘덴서(110)의 링잉이 발생하지 않은 경우에는 경부하로 판단한다. 반면에, 부하량이 점차적으로 증가하는 도중, 콘덴서(110)의 링잉이 발생하게 되면 상기 링잉을 발생시키는 크기 이상의 부하를 중부하로 판단한다.
또한, 상기 스위치 제어부(150)는 상기 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 동작 중일 경우, 상기 제 1 스위치(142), 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)를 제어하는 제어명령을 발생하지 않는다. 상기 제 1 반도체 스위칭 소자(102)와 제 2 반도체 스위칭 소자(104)는 인버터부에 구비되는 구성으로, 상기 인버터부가 동작 중일 경우에 스위치들을 제어하면 인버터부의 동작이 불안정하게 될 수 때문이다.
한편, 상기 콘덴서(110)의 용량과 저항(130) 값은, 상기 콘덴서(110)와 저항(130)에 의해 결정되는 RC 시정수가 스위칭 주파수의 1/3 정도임이 바람직하므로 이에 따라 결정된다.
여기서, 도 3a 및 3b를 참조하여 본 발명에 따른 스너버 회로의 동작을 살펴보도록 하겠다.
우선, 도 3a를 참조하면, 경부하일 경우에 스위치 제어부(150)가 제 1 스위치(142)를 온 시키고, 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)를 오프 시키는 제어 명령을 발생하면, 제 1 스위치(142)가 온 되고, 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)가 오프 된다.
이에 따라, 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 턴 온 될 경우에 서지전압은 제 1 스위치(142)를 거쳐 콘덴서(110)에 충전되고, 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 턴 오프 될 경우에 상기 콘덴서(110)에 충전된 전압은 저항(130)을 통해 방전된다. 이에 대해, 도 3a에서는, 충전은 실선으로 방전은 점선으로 전류의 흐름을 보여주고 있다.
한편, 도 3b를 참조하면, 중부하일 경우에 스위치 제어부(150)가 제 1 스위치(142)를 오프 시키고, 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)를 온 시키는 제어명령을 발생하면, 제 1 스위치(142)가 오프 되고, 제 2 스위치(144) 및 제 3 스위치(146)가 온 된다.
이에 따라, 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 턴 온 될 경우에 서지전압은 다이오드(120)를 통해 콘덴서(110)에 충전되고, 제 1 반도체 스위칭 소자(102) 또는 제 2 반도체 스위칭 소자(104)가 턴 오프 될 경우에 상기 콘덴서(110)에 충전된 전압을 저항(130)을 통해 방전된다. 마찬가지로, 도 3b에서는, 충전은 실선으로 방전은 점선으로 전류의 흐름을 보여주고 있다.
상기와 같이 구성되는 스너버 회로는, 전력계통에 순시적 전압강하 또는 순간정전이 발생될 경우에 동작하는 전압강하 보상기(DVR:Dynamic Voltage Restorer)에 적용됨이 바람직하다.
또한, 도 2에는 일 실시 예로, 직렬로 연결된 제 1 반도체 스위칭 소자(102)와 제 2 반도체 스위칭 소자(104)에 스너버 회로를 구성하였으나, 반도체 스위칭 소자 각각에 스너버 회로를 구성할 수도 있음은 자명한 사실이다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 용이하게 알 수 있다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1a는 경부하에 적용되는 종래 스너버 회로를 보여주는 도면,
도 1b는 중부하에 적용되는 종래 스너버 회로를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 스너버 회로를 보여주는 도면,
도 3a는 도 2의 스너버 회로에서 경부하일 경우에 스위치의 상태를 보여주는 도면, 및
도 3b는 도 2의 스너버 회로에서 중부하일 경우에 스위치의 상태를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명
102 : 제 1 스위칭 소자 104 : 제 2 스위칭 소자
110 : 콘덴서 120 : 다이오드
130 : 저항 142 : 제 1 스위치
144 : 제 2 스위치 146 : 제 3 스위치
150 : 스위치 제어부

Claims (5)

  1. 반도체 스위칭 소자와 병렬로 접속되는 제 1 스위치;
    상기 제 1 스위치에 직렬로 접속되는 콘덴서;
    상기 제 1 스위치와 병렬로 연결되되, 상기 콘덴서와 제 1 스위치의 공통 연결점에 캐소드가 연결되는 다이오드;
    상기 제 1 스위치와 상기 다이오드 사이에 각각 위치하여 입력되는 제어명령에 따라 상기 제 1 스위치와 상기 다이오드를 연결 또는 차단하는 제 2 스위치 및 제 3 스위치; 및
    상기 제 1 스위치와 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 온 또는 오프시키는 제어명령을 발생하는 스위치 제어부;를 포함하여 이루어지는 스너버 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 스위칭 소자는
    GTO(Gate Turn Off thyristor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)이고, 두 개의 상기 반도체 스위칭 소자가 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 스너버 회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 부하량이 미리 설정된 부하량 미만일 경우에 상기 제 1 스위치를 온 시키고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 오프 시키는 제어명령을 발생하고, 상기 부하량이 미리 설정된 부하량을 초과할 경우에 상기 제 1 스위치를 오프 시키고 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 온 시키는 제어명령을 발생하는 것을 특징으로 하는 스너버 회로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 미리 설정된 부하량은 상기 콘덴서의 링잉이 발생하는 시점을 기준으로 결정되는 것을 특징으로 하는 스너버 회로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 반도체 스위칭 소자가 구동 중일 경우, 상기 제어명령을 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 스너버 회로.
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