KR101100512B1 - 전력 반도체 모듈 테스트 장치에서의 전류 측정 모듈 - Google Patents

전력 반도체 모듈 테스트 장치에서의 전류 측정 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 반도체 모듈 테스트 장치의 전류 측정 모듈에 있어서, 제 1 부스바가 통과되는 제 1 링형 코어 및 상기 제 1 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 1 코일을 포함하는 제 1 변류기와, 상기 제 1 링형 코어보다 부피가 큰 제 2 링형 코어가 포함된 제 2 변류기 및 상기 제 2 링형 코어를 통과하여 상기 제 1 코일의 양끝단과 연결되는 제 1 연결선을 포함하는 전류 측정 모듈에 관한 것이다.

Description

전력 반도체 모듈 테스트 장치에서의 전류 측정 모듈{CURRENT MEASURING MODULE IN TEST-APPARATUS FOR TESTING POWER SEMICONDUCTOR MODULE }
본 발명은 부스바에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전력 반도체 모듈 테스트 장치에서의 전류 측정 모듈에 관한 것이다.
전력 반도체 모듈의 중요한 부분 중 반도체 소자의 스위칭 손실부분이 있다.
상기 전력 반도체 모듈을 정확하게 테스트하기 위해서는, 정확하게 전압 및 전류를 측정해야 한다. 기존의 전류를 측정하는 방법으로는 홀 센서(Hall sensor), 로고스키 코일을 이용하는 방법 등이 있다. 다만, 상기 방법들은 응답 속도가 느리기 때문에, 전류가 정확하게 측정되지 않는다.
따라서, 응답 속도가 빠른 장치를 이용하여 전류를 측정할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 응답속도가 빠른 전류 측정 장치가 구비된 전력 반도체 모듈 테스트 장치에서의 전류 측정 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 전류 측정 모듈은, 제 1 부스바가 통과되는 제 1 링형 코어 및 상기 제 1 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 1 코일을 포함하는 제 1 변류기와, 상기 제 1 링형 코어보다 부피가 큰 제 2 링형 코어가 포함된 제 2 변류기 및 상기 제 2 링형 코어를 통과하여 상기 제 1 코일의 양끝단과 연결되는 제 1 연결선을 포함한다.
여기서, 상기 전류 측정 모듈은 제 1 부스바가 통과되는 제 3 링형 코어 및 상기 제 3 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 2 코일을 포함하는 제 3 변류기 및 상기 제 3 링형 코어를 통과하여 상기 제 2 코일의 양끝단과 연결되는 제 2 연결선을 더 포함한다.
여기서, 상기 전류 측정 모듈은 제 2 부스바가 통과되는 제 3 링형 코어 및 상기 제 3 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 2 코일을 포함하는 제 3 변류기 및 상기 제 3 링형 코어를 통과하여 상기 제 2 코일의 양끝단과 연결되는 제 2 연결선을 더 포함한다.
여기서, 상기 제 1 연결선은 상기 제 1 변류기 및 상기 제 2 변류기 사이에 서 형성된 두 가닥의 연결선이 꼬여진 형태를 갖는다.
여기서, 상기 제 1 링형 코어는 상기 제 1 부스바의 중심점으로부터 동일한 거리에 위치한다.
본 발명의 또 다른 전류 측정 모듈은, 제 1 부스바가 통과되는 제 1 링형 코어 및 상기 제 1 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 1 코일을 포함하는 제 1 변류기와, 상기 제 1 코일의 양끝단에 연결되는 저항와, 상기 저항에 걸리는 전압을 증폭하여 출력하기 위해 구성된 증폭기 및 상기 증폭기의 출력 신호를 적분하여 출력하기 위해 구성된 적분기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 응답 속도가 빨라짐에 따라 더욱 정확하게 전류를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈이 적용될 수 있는 전력 반도체 모듈 테스트 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 전력 반도체 모듈 테스트 장치는 전원 공급부(100), 전력 반도체 모듈(200), 캐패시터 뱅크(400), 인덕터(410), 제 1 변류기(600), 보상회로부(700) 및 측정부(800)를 포함한다.
상기 전원 공급부(100)는 상기 캐패시터 뱅크(400)로 전원을 공급한다. 상기 전원은 상기 캐패시터 뱅크(400)를 통해 상기 전력 반도체 모듈(200)로 인가된다.
상기 전력 반도체 모듈(200)은 제 1 접속 단자(201), 제 2 접속 단자(202), 제 3 접속 단자(203) 및 제 4 접속 단자(204)를 포함한다. 상기 접속 단자들(201, 202, 203, 204)에 대해서는 이하의 도 9를 참조하여 설명하겠다.
상기 캐패시터 뱅크(400)는 다수의 캐패시터 및 상기 다수의 캐패시터를 연결하기 위한 선(wire), 부스바 등을 포함한다. 상기 캐패시터 뱅크(400)는 상기 다수의 캐패시터를 이용하여 전압을 충전하고 있다가 제어 신호에 따라 전압을 방출하기 위해 구성된다. 또한, 상기 캐패시터 뱅크(400)는 상기 전력 반도체 모듈(200)과 연결하기 위해 구비된 부스바들(401, 402)를 포함한다.
상기 인덕터(410)는 본 발명에서는 로드로 사용된다.
상기 제 1 변류기(Current transformer)(600)는 링형 코어 및 상기 링형 코어의 둘레에 권선되는 코일을 포함한다. 상기 부스바(402)는 상기 링형 코어를 통과한다.
상기 보상회로부(700)는 상기 제 1 변류기로부터 전류를 검출하여 출력한다. 상기 보상회로부(700)의 구체적인 구성은 이하의 도 6을 참조하여 설명하겠다. 또한, 상기 보상회로부(700)는 변류기로 대체될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 구성은 이하의 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하겠다.
상기 측정부(800)는 상기 보상회로부(700)로부터 출력된 전류를 측정한다. 또한, 상기 측정부(800)는 상기 제 2 접속 단자 및 상기 제 3 접속 단자에 프로브 를 연결함으로써, 전압을 측정할 수도 있다.
제어부(미도시)는 상기 전력 반도체 모듈 테스트 장치를 전반적으로 제어한다. 예를 들면, 상기 제어부는 측정된 온도, 전류, 전압 등을 디스플레이부(미도시)에 표시하도록 제어하거나 상기 전력 반도체 모듈을 구동시키기 위한 제어신호를 생성하도록 제어할 수도 있다.
이하에서는, 상기 전력 반도체 모듈 테스트 장치에 적용될 수 있는 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 실시예들을 도 3 내지 도 도 6을 참조하여 설명하겠다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 반도체 모듈 테스트 장치에 대한 회로도를 도시한 도면이다.
전원 공급부(100)는 캐패시터 뱅크(400)와 병렬로 연결되며 상기 캐패시터 뱅크(400)로 전원을 공급한다. 전력 반도체 모듈(200)은 상기 캐패시터 뱅크(400)와 병렬로 연결된다. 상기 전력 반도체 모듈(200)은 제 1 IGBT(210) 및 제 2 IGBT(220)를 포함한다. 인덕터(410)는 상기 제 1 IGBT(210)와 직렬로 연결된다. 기생 인덕턴스(600)는 상기 각 구성요소간 연결된 거리 등에 따라 생성된다.
상기 회로도와 상기 전력 반도체 모듈(200)을 매칭시키면, 상기 제 1 접속 단자(201)는 상기 제 1 IGBT(210)와 상기 전원 공급부(700) 사이에 존재하는 노드에 해당되고, 상기 제 2 접속 단자(202)는 상기 제 1 IGBT(210) 및 상기 제 2 IGBT(220) 사이에 존재하는 노드에 해당된다. 또한, 상기 제 3 접속 단자(203)는 상기 제 2 IGBT(220)와 그라운드 사이에 존재하는 노드에 해당되고, 상기 제 4 접 속 단자(204)는 상기 제 1 IGBT(210) 및 상기 제 2 IGBT(220)의 게이트와 연결된 노드에 해당된다.
도 3은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 제 1 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
상기 전류 측정 모듈은 제 1 변류기(600), 제 1 연결선(630) 및 제 2 변류기(750)를 포함한다.
상기 제 1 변류기(Current transformer)(600)는 제 1 링형 코어(610) 및 상기 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 1 코일(620)을 포함한다. 상기 제 1 부스바(402)는 상기 제 1 링형 코어(610)를 통과한다.
상기 제 1 연결선(630)은 상기 제 1 코일(620)의 양끝단에 연결된다.
상기 제 2 변류기(750)는 제 2 링형 코어를 포함한다. 상기 제 1 연결선(630)은 상기 제 2 링형 코어를 통과하여 상기 제 1 코일(620)의 양끝단에 연결된다. 여기서, 상기 제 2 변류기(750)는 상기 제 1 변류기(600)보다 부피가 크다. 따라서, 상기 제 2 변류기(750)는 더욱 빠른 응답속도를 갖는다. 상기 제 2 변류기(750)는 상기 제 1 변류기(600)로부터 출력된 전류를 검출한다. 그러면, 상기 측정부(800)는 상기 제 2 변류기(750)로부터 출력된 전류를 측정한다. 상기 측정된 전류값은 상기 제어부로 전송되고, 상기 제어부는 상기 측정된 전류 값을 디스플레이부에 표시할 수도 있다.
이에 따라, 응답 속도가 빨라짐에 따라, 부스바에 흐르는 전류를 더욱 정확 하게 측정할 수 있다.
또한, 부피가 큰(고성능) 변류기를 사용함으로써, 측정 가능한 전류의 범위도 넓어질 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 제 2 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
상기 전류 측정 모듈은 제 1 변류기(600), 제 1 연결선(630), 제 2 변류기(750) 및 제 3 변류기(900)를 포함한다.
상기 제 1 변류기(Current transformer)(600)는 제 1 링형 코어(610) 및 상기 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 1 코일(620)을 포함한다. 상기 제 1 부스바(402)는 상기 제 1 링형 코어(610)를 통과한다.
상기 제 1 연결선(630)은 상기 제 1 코일(620)의 양끝단에 연결된다.
상기 제 3 변류기(Current transformer)(900)는 제 3 링형 코어(910) 및 상기 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 2 코일(920)을 포함한다. 상기 제 1 부스바(402)는 상기 제 3 링형 코어(910)를 통과한다.
상기 제 2 연결선(670)은 상기 제 2 코일(920)의 양끝단에 연결된다.
상기 제 1 연결선(630) 및 상기 제 2 연결선(670)의 길이는 6cm이상 60cm 이하인 것이 좋다. 이는, 상기 선의 길이가 길어지면 기생 인덕턴스가 커지기 때문에, 상기 선의 길이는 짧을수록 좋다.
상기 제 2 변류기(750)는 제 2 링형 코어를 포함한다. 상기 제 1 연결 선(630) 및 상기 제 2 연결선(670)은 상기 제 2 링형 코어를 통과하여 상기 제 1 코일(620)의 양끝단에 연결된다. 상기 제 2 변류기(750)는 상기 제 1 변류기(600) 및 상기 제 2 변류기(900)로부터 출력된 전류를 모두 검출한다. 즉, 제 1 및 제 3 변류기와 상기 제 2 변류기를 병렬로 연결한다. 상기 제 1 부스바(402)로 흐르는 전류가 미미하여 상기 제 2 변류기(750)로 전달되는 신호가 미미한 경우, 상기와 같이 제 1 및 제 3 변류기를 사용함으로써, 신호를 증폭할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 변류기로 입력되는 신호가 증폭된다. 상기 제 2 변류기(750)로부터 신호가 출력되면, 상기 측정부(800)는 상기 제 2 변류기(750)로부터 전류를 측정한다. 상기 측정된 전류값은 상기 제어부로 전송되고, 상기 제어부는 상기 측정된 전류값을 디스플레이부에 표시할 수도 있다.
이상에서, 부스바 1개에 2개의 변류기를 사용한 경우를 기준으로 설명하였으나, 상기 변류기의 개수는 하나 또는 그 이상일 수 있다.
이에 따라, 응답 속도가 빨라짐에 따라, 부스바에 흐르는 전류를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 부스바에 흐르는 전류가 미미한 경우에도, 정확하게 전류를 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 제 3 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
상기 전류 측정 모듈은 제 1 변류기(600), 제 1 연결선(630), 제 2 변류 기(750) 및 제 3 변류기(900)를 포함한다. 본 실시예는 부스바가 2개인 경우에 적용될 수 있는 전류 측정 모듈에 관한 것이다.
상기 제 1 변류기(Current transformer)(600)는 제 1 링형 코어(610) 및 상기 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 1 코일(620)을 포함한다. 상기 제 1 부스바(402)는 상기 제 1 링형 코어(610)를 통과한다.
상기 제 1 연결선(630)은 상기 제 1 코일(620)의 양끝단에 연결된다.
상기 제 3 변류기(Current transformer)(900)는 제 3 링형 코어(910) 및 상기 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 2 코일(920)을 포함한다. 상기 제 2 부스바(950)는 상기 제 3 링형 코어(910)를 통과한다.
상기 제 2 연결선(670)은 상기 제 2 코일(920)의 양끝단에 연결된다.
상기 제 2 변류기(750)는 제 2 링형 코어를 포함한다. 상기 제 1 연결선(630) 및 상기 제 2 연결선(670)은 상기 제 2 링형 코어를 통과하여 상기 제 1 코일(620)의 양끝단에 연결된다. 상기 제 2 변류기(750)는 상기 제 1 변류기(600) 및 상기 제 2 변류기(900)로부터 출력된 전류를 모두 검출한다. 즉, 제 1 및 제 3 변류기와 상기 제 2 변류기를 병렬로 연결한다. 상기 제 2 변류기(750)로부터 신호가 출력되면, 상기 측정부(800)는 상기 제 2 변류기(750)로부터 전류를 측정한다. 상기 측정된 전류값은 상기 제어부로 전송되고, 상기 제어부는 상기 측정된 전류값을 디스플레이부에 표시할 수도 있다.
이상에서, 부스바 2개에 변류기가 각각 사용된 경우를 기준으로 설명하였으나, 상기 부스바의 개수 및 변류기의 개수는 하나 또는 그 이상일 수 있다.
이에 따라, 전류의 크기가 큰 경우, 부스바를 2개 이상으로 나누어 측정하는 경우에 유용할 수 있다. 또는, 본 실시예는 2개 이상의 부스바에 흐르는 전류를 동시에 측정하는 경우에 유용할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 제 4 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
상기 전류 측정 모듈은 제 1 변류기(600), 제 1 연결선(630) 및 보상회로부(700)를 포함한다.
상기 제 1 변류기(Current transformer)(600)는 제 1 링형 코어(610) 및 상기 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 1 코일(620)을 포함한다. 상기 제 1 부스바(402)는 상기 제 1 링형 코어(610)를 통과한다.
상기 제 1 연결선(630)은 상기 제 1 코일(620)의 양끝단에 연결된다.
상기 보상회로부(700)는 저항(710), 증폭기(720) 및 적분기(730)를 포함한다. 상기 저항(710)의 양단은 상기 제 1 연결선(630)에 의해서 연결된다. 상기 증폭기(720)는 상기 저항에 걸리는 전압(710)을 증폭하여 출력한다. 상기 적분기(730)는 상기 증폭기(710)의 출력 신호를 적분하여 출력한다. 그러면, 상기 측정부(800)는 상기 적분기(730)로부터 출력된 신호에 기초하여 전류를 측정한다.
본 실시예는 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이, 부스바 1개에 다수의 변류기를 사용하거나 부스바 2개 이상에 변류기를 각각 사용하는 경우에도 적용할 수 있다.
이에 따라, 부스바에 흐르는 전류를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈에서의 변류기의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7을 참조하면, 상기 전류 측정 모듈의 제 1 변류기(600)는 제 1 부스바(402)에 흐르는 전류를 검출한다. 상기 제 1 변류기(600)는 제 1 링형 코어(610) 및 제 1 코일(620)을 포함하고, 상기 제 1 링형 코어(610)의 내부으로는 상기 제 1 부스바(402)가 통과한다. 이때, 상기 제 1 부스바(402)의 중심점으로부터 상기 제 1 링형 코어(610)까지의 거리는 항상 일정하게 유지되어야 한다. 이는, 전류 측정시마다 거리가 달라지면, 자계가 변화됨에 따라 전류가 정확하게 측정되지 않기 때문이다. 상기 제 1 부스바(402)의 중심점으로부터 상기 제 1 링형 코어(610)까지의 거리는 2mm 이상 48mm 이하인 것이 좋다. 상기 제 1 코일(620)이 상기 제 1 링형 코어(610)에 권선되는 턴수는 10 이상 500 이하인 것이 좋다. 다만, 상기 수치들에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 부스바에 흐르는 전류를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈에서의 연결선의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 8을 참조하면, 상기 전류 측정 모듈에서의 연결선(630)은 제 1 전류 변환기와 제 2 전류 변환기 사이 또는 제 1 전류 변환기와 보상회로부 사이에서 형성된 두 가닥의 연결선(630-1, 630-2)으로 구성된다. 상기 두 가닥의 연결선(630-1, 630-2)은 서로 꼬여진 형태로 구현될 수 있다. 이렇게 함으로써, 상기 연결선들에 의해서 발생하는 기생 인덕턴스를 줄일 수 있다.
이에 따라, 부스바에 흐르는 전류를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈이 적용될 수 있는 전력 반도체 모듈 테스트 장치의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 전력 반도체 모듈 테스트 장치에 대한 회로도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 제 1 실시예를 설명하기 위한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 제 2 실시예를 설명하기 위한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 제 3 실시예를 설명하기 위한 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈의 제 4 실시예를 설명하기 위한 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈에서의 변류기의 구성을 설명하기 위한 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 전류 측정 모듈에서의 연결선의 구성을 설명하기 위한 구성도.

Claims (6)

  1. 전력 반도체 모듈 테스트 장치의 전류 측정 모듈에 있어서,
    제 1 부스바가 통과되는 제 1 링형 코어 및 상기 제 1 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 1 코일을 포함하는 제 1 변류기;
    상기 제 1 링형 코어보다 부피가 큰 제 2 링형 코어가 포함된 제 2 변류기;
    상기 제 2 링형 코어를 통과하여 상기 제 1 코일의 양끝단과 연결되는 제 1 연결선;
    제 3 링형 코어 및 상기 제 3 링형 코어의 둘레에 권선되는 제 2 코일을 포함하는 제 3 변류기; 및
    상기 제 3 링형 코어를 통과하여 상기 제 2 코일의 양끝단과 연결되는 제 2 연결선;을 포함하며,
    상기 제 2 변류기는 상기 제 1 변류기 및 상기 제 3 변류기와 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전류 측정 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 링형 코어에는 상기 제 1 부스바가 통과되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 링형 코어에는 상기 제 1 부스바와 상이한 제 2 부스바가 통과되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연결선은,
    상기 제 1 변류기 및 상기 제 2 변류기 사이에서 형성된 두 가닥의 연결선이 꼬여진 형태를 갖는, 전류 측정 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 링형 코어는,
    상기 제 1 부스바의 중심점으로부터 동일한 거리에 위치하는, 전류 측정 모듈.
  6. 삭제
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