KR100965872B1

KR100965872B1 - 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로

Info

Publication number: KR100965872B1
Application number: KR1020070128708A
Authority: KR
Inventors: 최종윤; 한영성; 김준모; 유현호; 서인영
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2010-06-24
Also published as: KR20090061772A

Abstract

본 발명은 DC 전압 공급부의 충전 소자로 사용되는 커패시터로 큰 용량의 커패시터를 사용하지 않을 수 있는 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로에 관한 것이다.

본 발명의 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로는 반도체 스위칭 소자와; 상기 반도체 스위칭 소자와 병렬 접속되며, 공진하는 제1 커패시터 및 제1 인덕터를 포함하는 제1 직류 전압 공급부와; 상기 반도체 스위칭 소자와 병렬 접속되며 상기 제1 커패시터의 전압이 충전되는 제2 커패시터를 포함하는 제2 직류 전압 공급부와; 상기 반도체 스위칭 소자의 턴-오프시에 도통되는 회복 다이오드와; 상기 반도체 스위칭 소자와 병렬 접속되며 상기 반도체 스위칭 소자의 도통 방향과 역방향으로 도통하는 역방향 다이오드를 구비한다.

커패시터, 충전, 방전, 용량, 인덕터, 공진, 정격전류, 정격전압

Description

전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로{A testing circuit for a semiconductor switching element in electric power system}

본 발명은 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로에 관한 것으로, 특히 DC 전압 공급부의 충전 소자로 사용되는 커패시터로 큰 용량의 커패시터를 사용하지 않을 수 있는 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로에 관한 것이다.

도 1은 전력용 스위칭 소자로 널리 사용되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister) 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류를 시험하는 회로도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 IGBT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로는 IGBT 스위칭 소자(101)와, DC 전압이 충전되며 IGBT 스위칭 소자(101)와 병렬 접속된 제1 및 제2 DC 전압 공급부(111, 112)와, IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-오프시에 도통되는 회복 다이오드(D3)와, IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-오프시에 회복 다이오드(D3)와 폐루프를 형성하는 제3 인덕터(L3)와, IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-오프시 서지(Surge)전압이 발생하면 도통되는 서지 방지용 다이오드(D4)를 구비한 다.

제1 DC 전압 공급부(111)는 제1 전압원(VDC1)과, 제1 전압원(VDC1)에 병렬 접속된 제1 커패시터(C1) 및 제1 인덕터(L1)와, 제1 커패시터(C1)과 병렬 접속된 제1 다이오드(D1)로 구성된다. 제1 전압원(VDC1)에는 IGBT 스위칭 소자(101)의 시험을 위한 제1 전압이 충전된다.

제2 DC 전압 공급부(112)는 제2 전압원(VDC2)과, 제2 전압원(VDC2)에 병렬 접속된 제2 커패시터(C2) 및 제2 인덕터(L2)와, 제2 커패시터(C2)과 병렬 접속된 제2 다이오드(D2)로 구성된다. 제2 전압원(VDC2)에는 IGBT 스위칭 소자(101)의 시험을 위한 제2 전압이 충전된다.

먼저, IGBT 스위칭 소자(101)를 턴-온시키면, 제1 커패시터(C1)에 충전된 제1 전압에 따른 전류가 제1 인덕터(L1) 및 IGBT 스위칭 소자(101)로 공급된다. 종래의 IGBT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로는 IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-온시에 제1 인덕터(L1) 전류를 이용하여 IGBT 스위칭 소자(101)의 정격전류를 시험한다.

그리고, 일정시간 경과 후에 IGBT 스위칭 소자(101)를 턴-오프시키면, 제1 커패시터(C1)에 충전된 제1 전압에 따른 전류는 제1 인덕터(L1) 및 회복 다이오드(D3)로 공급된다. 회복 다이오드(D3)로 제1 전압에 따른 전류가 공급되면 회복 다이오드(D3)와 폐루프를 형성하는 제3 인덕터(L3)에 걸리는 전압을 통하여 IGBT 스위칭 소자(101)의 정격전압을 시험한다.

또한, IGBT 스위칭 소자(101)를 턴-오프시에, 제2 DC 전압 공급부(112)에 충 전된 제2 전압보다 높은 서지전압이 발생하면, 서지 방지용 다이오드(D4) 통해 서지전압이 제2 DC 전압 공급부(112)로 공급되도록 함으로써, 서지전압에 따른 IGBT 스위칭 소자(101)의 파괴를 방지한다.

상술한 바를 정리하면, 종래의 IGBT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로는 IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-온시에 IGBT 스위칭 소자(101)의 정격전류를 시험하며, IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-오프시에 IGBT 스위칭 소자(101)의 정격전압을 시험한다. 따라서, 종래의 IGBT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로의 제1 전압 공급부(111)는 IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-온시에 IGBT 스위칭 소자(101)의 정격전류 이상의 전류를 공급하여야 하며, IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-오프시에도 공급 전압을 유지해 주어야 한다. 그런데, 회로의 특성상 IGBT 스위칭 소자(101)를 턴-온하면 제1 커패시터(C1)에 충전된 전압은 제3 인덕터(L3)를 통해 방전되며 전압이 떨어진다. 그러므로, 제1 커패시터(C1)의 용량이 충분히 큰 용량이 아니면 IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-온시에 제1 커패시터(C1)의 전압이 방전되면서 IGBT 스위칭 소자(101)의 정격전압을 시험할 수 없다.

이러한 이유로, 종래의 IGBT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로는 IGBT 스위칭 소자(101)의 턴-온시에 발생할 수 있는 전압강하를 줄이기 위해 충분히 큰 용량의 제1 커패시터(C1)를 사용하여야 한다. 커패시터는 용량이 크면 그 크기가 커지며, 가격이 상승한다. 이에 따라, 종래의 IGBT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로가 용량이 큰 제1 커패시터(C1)를 사용함에 따라, 회로를 포함하는 장치가 커지는 단점이 있다. 또한, 용량이 큰 제1 커패시터(C1)를 사용 함에 따라, 가격이 상승하는 단점도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 DC 전압 공급부의 충전 소자로 사용되는 커패시터로 큰 용량의 커패시터를 사용하지 않을 수 있는 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로는 IGCT 스위칭 소자와; 상기 IGCT 스위칭 소자와 병렬 접속되고, 서로 공진하는 제1 커패시터 및 제1 인덕터를 포함하며, 상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터가 공진할 때 상기 IGCT 스위칭 소자를 턴-오프 시키는 제1 DC 전압 공급부와; 상기 IGCT 스위칭 소자와 병렬 접속되고, 상기 IGCT 스위칭 소자가 턴-오프 되면 상기 제1 커패시터의 전압이 충전되는 제2 커패시터를 포함하는 제2 DC 전압 공급부와; 상기 IGCT 스위칭 소자의 턴-오프시에 도통되는 회복 다이오드와; 상기 IGCT 스위칭 소자와 병렬 접속되며 상기 반도체 스위칭 소자의 도통 방향과 역방향으로 도통하는 역방향 다이오드를 구비한다.

상기 제1 DC 전압 공급부는, 제1 전압원과; 상기 제1 전압원과 직렬 접속되며 상기 제1 커패시터 및 상기 제1 인덕터와 병렬 접속된 제1 다이오드를 더 포함하며, 상기 IGCT 스위칭 소자의 정격전류 시험을 위한 전압을 공급한다.

상기 제2 DC 전압 공급부는, 제2 전압원과; 상기 제2 전압원 및 상기 제2 커패시터에 병렬 접속된 제2 인덕터(L2)와; 상기 제2 전압원과 직렬 접속되며 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 인덕터와 병렬 접속된 제2 다이오드를 더 포함하며, 상기 IGCT 스위칭 소자의 정격전압 시험을 위한 전압을 유지한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로는 서로 공진하는 제1 커패시터 및 제1 인덕터를 구비하고, 제1 커패시터 및 제1 인덕터가 공진할 때, IGCT 스위칭 소자를 턴-오프한다. 그리고, IGCT 스위칭 소자의 턴-오프시에 제1 인덕터에 흐르던 전류는 제1 커패시터에 제1 커패시터의 전압를 충전시킨다. IGCT 스위칭 소자의 턴-오프 전압은 제2 전압원에 의해 유지되고, 그 후 제1 커패시터와 제2 커패시터에 나누어 충전되고 전류가 0이 되면 제1 커패시터에 충전된 전압에 의해 역방향 다이오드가 도통되어 제2 커패시터의 전압상승을 멈춘다. 따라서, 제1 커패시터와 제2 커패시터의 용량이 작게해도 IGCT 스위칭 소자의 정격전류 및 정격전압을 시험할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 3b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor) 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류를 시험하는 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 IGCT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로는 IGCT 스위칭 소자(1)와, DC 전압이 충전되며 IGCT 스위칭 소자(1)와 병렬 접속된 제1 및 제2 DC 전압 공급부(11, 12)와, IGCT 스위칭 소자(1)의 턴-오프시에 도통되는 회복 다이오드(D3)와, IGCT 스위칭 소자(1)와 병렬 접속되며 IGCT 스위칭 소자(1)의 도통 방향과 역방향으로 도통하는 역방향 다이오드(D4)를 구비한다.

제1 DC 전압 공급부(11)는 제1 전압원(VDC1)과, 제1 전압원(VDC1)에 병렬 접속되며 서로 공진하는 제1 커패시터(C1) 및 제1 인덕터(L1)와, 제1 전압원(VDC1)과 직렬 접속되며 제1 커패시터(C1) 및 제1 인덕터(L1)와 병렬 접속된 제1 다이오드(D1) 및 제1 저항(R1)을 구비한다. 제1 전압원(VDC1)에는 IGCT 스위칭 소자(1)의 시험을 위한 제1 전압이 충전된다.

제2 DC 전압 공급부(12)는 제2 전압원(VDC2)과, 제2 전압원(VDC2)에 병렬 접속된 제2 커패시터(C2) 및 제2 인덕터(L2)와, 제2 전압원(VDC2)과 직렬 접속되며 제2 커패시터(C2) 및 제2 인덕터(L2)와 병렬 접속된 제2 다이오드(D2), 및 제2 다이오드(D2)와 병렬 접속되며, 제2 커패시터(C2) 및 제2 인덕터(L2)와 병렬 접속된 제2 저항(R2)을 구비한다. 제2 전압원(VDC2)에는 IGCT 스위칭 소자(1)의 시험을 위한 제2 전압이 충전된다.

먼저, IGCT 스위칭 소자(1)를 턴-온시키면, 제1 커패시터(C1)에 충전된 제1 전압에 따른 전류가 도 3a에 도시된 바와 같이, IGCT 스위칭 소자(1) 및 제1 인덕터(L1)로 공급된다. 본 발명의 IGCT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로는 IGCT 스위칭 소자(1)의 턴-온시에 제1 인덕터(L1) 전류를 이용하여 IGCT 스위 칭 소자(1)의 정격전류를 시험한다.

그리고, 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류가 최대가 되면, 즉, 제1 커패시터(C1)과 제1 인덕터(L1)의 공진 주기의 1/4이 될 때, IGCT 스위칭 소자(1)를 턴-오프시키면, 제1 인턱터(L1)을 통해 흐르던 전류가 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 DC 전압 공급부(11)의 제1 인덕터(L1) 및 제1 커패시터(C1)와, 제2 DC 전압 공급부(12)의 제2 인덕터(L2) 및 제2 커패시터(C2)로 도통하면서 제2 커패시터(C2)를 충전한다. IGCT 스위칭 소자(1)는 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류가 최대가 되는 때 즉, 제1 커패시터(C1)와 제1 인덕터(L1)가 공진할 때 턴-오프된다. 즉, 제2 커패시터(C2)에는 제1 커패시터(C1)와 제1 인덕터(L1)의 공진 시의 제1 커패시터(C1)의 전압이 충전된다. 이와 같이, 본 발명의 IGCT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로는 서로 공진하는 제1 커패시터(C1) 및 제1 인덕터(L1)를 구비한다. 그리고, 제1 커패시터(C1) 및 제1 인덕터(L1)가 공진할 때, IGCT 스위칭 소자(1)를 턴-오프한다. IGCT 스위칭 소자(1)의 턴-오프시에 제1 인덕터(L1)에 흐르던 전류는 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)를 충전시킨다. IGCT 스위칭 소자(1)의 턴-오프 전압은 제2 전압원(12)에 의해 유지되고, 그 후 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)에 나누어 충전되고 전류가 0이 되면 제1 커패시터(C1)에 충전된 전압에 의해 역방향 다이오드(D4)가 도통되어 제2 커패시터(C2)의 전압상승을 멈춘다.

따라서, 본 발명의 IGCT 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류 시험 회로는 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)의 용량을 작게해도 IGCT 스위칭 소자(1)의 정격전압 및 정격전류를 시험할 수 있다.

이후, IGCT 스위칭 소자(1)를 턴-온하면, 제1 인덕터(L1)에는 역전류가 흐른다. 그리고, 제1 인덕터(L1)에 흐르는 전류는 제1 커패시터(C1)에 음의 전압을 충전하며, 제1 커패시터(C1)에 충전되는 음의 전압에 전류가 0이 되면 역방향 다이오드(D4)에 전류가 흐르면서 제1 인덕터(L1)에 전류가 흐르면서 제1 커패시터(C1)에 양의 전압이 충전된다. 역방향 다이오드(D4)에 흐르는 전류가 0이 되면, 원상태가 된다.

도 1은 종래의 전력용 반도체 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류를 시험 회로도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력용 반도체 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류를 시험 회로도,

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 전력용 반도체 스위칭 소자의 정격전압 및 정격전류를 시험 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : IGCT 스위칭 소자 11, 111 : 제1 DC 전압 공급부

12, 112 : 제2 DC 전압 공급부 101 : IGBT 스위칭 소자

Claims

IGCT 스위칭 소자와;

상기 IGCT 스위칭 소자와 병렬 접속되고, 서로 공진하는 제1 커패시터 및 제1 인덕터를 포함하며, 상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터가 공진할 때 상기 IGCT 스위칭 소자를 턴-오프 시키는 제1 DC 전압 공급부와;

상기 IGCT 스위칭 소자와 병렬 접속되고, 상기 IGCT 스위칭 소자가 턴-오프 되면 상기 제1 커패시터의 전압이 충전되는 제2 커패시터를 포함하는 제2 DC 전압 공급부와;

상기 IGCT 스위칭 소자의 턴-오프시에 도통되는 회복 다이오드와;

상기 IGCT 스위칭 소자와 병렬 접속되며 상기 IGCT 스위칭 소자의 도통 방향과 역방향으로 도통하는 역방향 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 DC 전압 공급부는,

제1 전압원과;

상기 제1 전압원과 직렬 접속되며 상기 제1 커패시터 및 상기 제1 인덕터와 병렬 접속된 제1 다이오드를 더 포함하며,

상기 IGCT 스위칭 소자의 정격전류 시험을 위한 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 제2 DC 전압 공급부는,

제2 전압원과;

상기 제2 전압원 및 상기 제2 커패시터에 병렬 접속된 제2 인덕터(L2)와;

상기 제2 전압원과 직렬 접속되며 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 인덕터와 병렬 접속된 제2 다이오드를 더 포함하며,

상기 IGCT 스위칭 소자의 정격전압 시험을 위한 전압을 유지하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 스위칭 소자의 시험 회로.