KR101441336B1

KR101441336B1 - 표류 인덕턴스 감쇄 가능한 버스바 구조를 갖는 전력 제어 모듈

Info

Publication number: KR101441336B1
Application number: KR1020130055973A
Authority: KR
Inventors: 김은식; 원덕희
Original assignee: (주)하이브론
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-09-17

Abstract

본 발명은 표류 인덕턴스를 감쇄하는 전력 제어 모듈에 관한 것으로서, 다수의 반도체 다이를 포함하는 전력 제어 모듈에 있어서, 외부의 전원의 양극에 연결되는 제1 전원연결단, 상기 다이로 연결되어 전류를 공급하는 제1 다이연결단, 상기 제1 전원연결단 및 상기 제1 다이연결단을 연결하는 제1 바디부로 구성되는 양극 버스바; 상기 전원의 음극에 연결되는 제2 전원연결단, 상기 다이로 연결되어 전류를 유입받는 제2 다이연결단, 상기 제2 전원연결단 및 상기 제2 다이연결단을 연결하는 제2 바디부로 구성되는 음극 버스바를 포함하고, 상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 적층 구조로 배치되고, 상기 제1 전원연결단과 상기 제1 다이연결단이 상기 제2 전원연결단과 상기 제2 다이연결단과 상호 교차하도록 배치되어 상기 제1 전원연결단으로부터 상기 제2 연결단 사이에 흐르는 전류와 상기 제2 전원연결단과 상기 제2 다이연결단 사이에 흐르는 전류가 상호 교차하도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의해 표류 인덕턴스가 감쇄되어 전력 소자를 안전하게 동작시킬 수 있는 전압 범위를 증가시킬 수 있다.

Description

표류 인덕턴스 감쇄 가능한 버스바 구조를 갖는 전력 제어 모듈{POWER CONTROL MODULE WITH BUS BAR STRUCTRUE FOR REDUCING STRAY INDUCTANCE}

본 발명은 전력 제어 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 표류 인덕턴스를 효과적으로 감쇄시킬 수 있는 버스바 구조를 갖는 전력 제어 모듈에 관한 것이다.

IGBT와 같은 전력 반도체 소자는 응용 분야에 따라 맞춤화되어 모듈화된다. 즉, 시스템 사양에 맞는 전력, 전압, 전류의 크기, 피제어 소자의 개수 등에 따라서 적절한 개수의 배어 칩들(bare chips) 즉 다이들이 선택적으로 패키지되어 모듈화 된다.

도1은 IGBT를 이용한 전력 제어 모듈의 표류 인덕턴스(stray inductance)를 설명하기 위한 개념적인 회로도이다.

도1을 참조하면, 회로상 IBGT의 V_CE는 표류 인덕턴스(V_s)에 의해 다음과 같이 정의된다:

이는 표류 인덕턴스가 V_CE 전압에 큰 영향을 미친다는 것을 보여준다.

즉, 고전류를 다루는 모듈에서 표류 인덕턴스가 크면 IGBT 오프시에 높은 서지 전압을 발생시키게 된다. 따라서, IGBT의 동작 전압을 충분히 사용할 수 없게 되고, 동작 전압이 매우 높은 고가의 IGBT를 사용하지 않으면 IGBT가 손상을 입을 가능성도 높다.

지금까지 표류 인덕턴스를 감쇄시키기 위한 다양한 회로 구성방법들이 제안되고 있지만, 표류 인덕턴스를 발생시키는 모든 원인들을 해결할 수 있는 근본적인 해결 수단은 있을 수 없다.

주지된 바와 같이, 도2에 도시된 바와 같은 단순한 직선 도체가 병렬로 평행하게 배치되는 전원 공급단자의 버스바(bus bar)에 의해서도 표류 인덕턴스가 발생한다.

그러므로 본 발명자는 버스바의 구조적인 변경을 통해 버스바 및 다양한 원인으로 발생되는 표류 인덕턴스를 감쇄 시킬 수 있는 방법이 제안하고자 한다.

본 발명은 전력 제어 모듈에서 표류 인덕턴스를 감쇄할 수 있는 버스바 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 다수의 반도체 다이를 포함하는 전력 제어 모듈에 있어서, 외부의 전원의 양극에 연결되는 제1 전원연결단, 상기 다이로 연결되어 전류를 공급하는 제1 다이연결단, 상기 제1 전원연결단 및 상기 제1 다이연결단을 연결하는 제1 바디부로 구성되는 양극 버스바; 상기 전원의 음극에 연결되는 제2 전원연결단, 상기 다이로 연결되어 전류를 유입받는 제2 다이연결단, 상기 제2 전원연결단 및 상기 제2 다이연결단을 연결하는 제2 바디부로 구성되는 음극 버스바를 포함하고, 상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 적층 구조로 배치되고, 상기 제1 전원연결단과 상기 제1 다이연결단이 상기 제2 전원연결단과 상기 제2 다이연결단과 상호 교차하도록 배치되어 상기 제1 전원연결단으로부터 상기 제2 연결단 사이에 흐르는 전류와 상기 제2 전원연결단과 상기 제2 다이연결단 사이에흐르는 전류가 상호 교차하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 모듈에 의해 달성될 수 있다.

여기에서, 상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 적층구조로서 일부가 교차하도록 할 수 있으며, 또는 상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 동일한 크기의 플레이트가 전면이 교차하는 형태로 배치되고, 상기 제1 전원연결단 및 상기 제1 다이연결단은 상기 제1 바디부의 플레이트의 대각선 방향에 설치되고, 상기 제2 전원연결단 및 상기 제2 다이연결단은 상기 제2 바디부의 플레이트의 교차 대각선 방향에 형성되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 절연층을 사이에 두고 적층되는 플레이트로 할 수 있다.

본 발명에 의해 표류 인덕턴스가 감쇄되어 전력 소자를 안전하게 동작시킬 수 있는 전압 범위를 증가시킬 수 있다.

도1은 IGBT를 이용한 전력 제어 모듈의 표류 인덕턴스(stray inductance)를 설명하기 위한 개념적인 회로도;
도2는 종래 전력 제어 모듈의 버스바 구조를 나타낸 그림;
도3a 내지 도3c는 본 발명의 실시예에 따른 버스바의 구조를 나타내기 위한 사시도;
도4는 본 발명의 실시예에 따른 버스바 구조에서의 전류 흐름도; 및
도5는 본 발명의 실시예에 따라 극성별 버스바의 형상을 나타내는 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도3a 내지 도3c는 본 발명의 실시예에 따른 버스바 구조의 사시도이다.

도3a 내지 도3c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 버스바 구조는 3개의 플레이트가 적층된 구조를 갖는 것을 알 수 있다.

즉, 최상층은 양극 버스바이고, 중간층은 절연층, 최하층은 음극 버스바로 구성되어 있다.

양극 버스바의 구조를 살펴보면, 외부 전원의 양극과 연결되는 제1 전원연결단이 상측으로 돌출되어 있고, 제1 전원연결단과 대각방향으로 반도체 다이와 연결되는 제1 다이연결단이 하방으로 돌출되어 있다. 그리고 제1 전원연결단과 제1 다이연결단의 본체로서 양단의 전기적 접속을 수행하는 제1 바디부가 플레이트 형태로 마련되어 있다.

양극 버스바의 제1 전원연결단에서 유입된 전류는 제1 바디부의 플레이트를 거쳐 제1 다이연결단을 통해 유출되게 되는데, 이때 전류의 밀도는 플레이트에서 비균일하게 나타나게 되어 제1 전원연결단과 제1 다이연결단을 잇는 대각선 방향을 따라 전류의 밀도가 집중되게 된다.

절연층이 양극 버스바의 제1 바디부와 동일한 형태의 플레이트로 그 하부에 형성되어 있다.

음극 버스바의 구조를 살펴보면, 먼저 외부 전원의 음극과 연결되는 제2 전원연결단이 상측으로 돌출되어 제1 전원연결부와 나란히 위치하고, 제2 전원연결단과 대각방향으로 반도체 다이와 연결되는 제2 다이연결단이 하방으로 돌출되어 있다. 양극 버스바와 마찬가지로 제2 전원연결부와 제2 다이연결단의 본체로서 양단의 전기적 접속을 수행하는 제2 바디부가 플레이트 형태로 마련된다.

양극 버스바의 전류 밀도와 같이, 음극 버스바에서의 전류 밀도 또한 제2 전원연결단과 제2 다이연결단를 잇는 대각선 방향에서 높게 나타나게 될 것이다.

그리고, 또하나 주목할 것은 도4에 도시된 바와 같이, 양극 버스바와 음극 버스바에서의 전류가 높은 밀도를 가지고 중앙에서 교차하게 된다는 것이다. 이와 같은 구조는 양극/음극 버스바가 병행하는 면 병행 구조에 비하여 도체에서 발생한 표류 인덕턴스를 더욱 효과적으로 감쇄시킬 수 있게 된다.

도3a 내지 도3c에서 도시된 구조와 같이 제1 바디부와 제2 바디부가 반드시 동일한 크기 및 형태를 갖는 플레이트로서 전면이 포개어져 적층되는 구조로 구성되어야 하는 것은 아니다.

도4와 같이 양극 버스바와 음극 버스바 각각을 흐르는 전류가 높은 밀도로 상호 교차하는 구조라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 구조적 변형이 가능하다.

예를 들어, 도5와 같이 바디부가 넓은 플레이트가 아닌 직선 형태의 도체로 되어 있는 경우, 일부만이 교차하도록 배치하는 것이 또한 가능하다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 버스바의 구조 및 이를 이용한 전력 제어 모듈을 설명하였으나, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 상기 실시예를 변형할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 보호범위는 본 발명의 특허청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해하여야 할 것이다.

Claims

다수의 반도체 다이를 포함하는 전력 제어 모듈에 있어서,
외부의 전원의 양극에 연결되는 제1 전원연결단, 상기 다이로 연결되어 전류를 공급하는 제1 다이연결단, 상기 제1 전원연결단 및 상기 제1 다이연결단을 연결하는 제1 바디부로 구성되는 양극 버스바;
상기 전원의 음극에 연결되는 제2 전원연결단, 상기 다이로 연결되어 전류를 유입받는 제2 다이연결단, 상기 제2 전원연결단 및 상기 제2 다이연결단을 연결하는 제2 바디부로 구성되는 음극 버스바를 포함하고,
상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 적층 구조로 배치되고, 상기 제1 전원연결단과 상기 제1 다이연결단이 상기 제2 전원연결단과 상기 제2 다이연결단과 상호 교차하도록 배치되어 상기 제1 전원연결단으로부터 상기 제2 연결단 사이에 흐르는 전류와 상기 제2 전원연결단과 상기 제2 다이연결단 사이에 흐르는 전류가 상호 교차하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 모듈;
제1항에 있어서,
상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 적층구조로서 일부가 교차하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 동일한 크기의 플레이트가 전면이 교차하는 형태로 배치되고,
상기 제1 전원연결단 및 상기 제1 다이연결단은 상기 제1 바디부의 플레이트의 대각선 방향에 설치되고,
상기 제2 전원연결단 및 상기 제2 다이연결단은 상기 제2 바디부의 플레이트의 교차 대각선 방향에 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 모듈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 바디부와 상기 제2 바디부는 절연층을 사이에 두고 적층되는 플레이트인 것을 특징으로 하는 전력 제어 모듈.