KR101656378B1 - 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치 - Google Patents

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윤상원
김민기
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치는 기판; 상기 기판의 일면에 형성되는 적어도 하나의 전력 소자; 및 상기 전력 소자로부터 이격된 위치의 상기 기판상에 배치되고, 상기 전력 소자의 발열에 따른 온도 감지를 위해 상기 기판에 발생되는 열응력을 측정하는 적어도 하나의 압전 소자를 포함한다.

Description

압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치{APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE OF POWER DEVICE USING PIEZOELECTRIC DEVICE}
본 발명의 실시예들은 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치에 관한 것이다.
일반적인 전력(전자)모듈은 전력을 제어하는 장치로서, 전력 전자 시스템에서 핵심이 되는 부품이다.
그런데, 최근 주목 받고 있는 친환경 자동차, 재생에너지 발전, 그리고 스마트 그리드와 같은 신개념 전력망에서 사용되는 전력 모듈은 고전력을 제어하기 때문에 높은 소모전력을 발생시킬 수 밖에 없다. 이 소모전력은 주로 열에너지로 전환되어 전력 모듈 내부에 고온을 발생시키게 된다.
이러한 고온은 전력 모듈의 성능을 저하시키거나 성능의 불안정성을 야기시키며, 나아가 모듈의 파손이나 고장의 원인이 되기도 한다. 또한, 전력이 집중되는 곳에서만 고온이 발생하기 때문에 전력모듈 내의 열 분포는 불균형할 수 밖에 없다.
이처럼 발열 문제가 대두됨에 따라, 정확한 온도 계측 및 전력 모듈의 발열로 인해 발생되는 열응력의 계측이 중요한 이슈가 되고 있다. 열응력의 계측은 발열 자체의 온도분포 혹은 응력의 분포를 측정함으로써 구현할 수 있다.
하지만, 전력 모듈 내의 온도와 열응력을 측정하기 위해 온도 센서를 반도체 내에 집적하는 경우, 반도체 동작에 영향을 줄 수 있거나, 세밀한 공정이 필요하기 때문에 센서 공정이 어려워지는 문제점이 존재한다. 온도 센서를 반도체 내에 집적하는 경우가 드물게 있지만 공정 비용이 많이 발생하고 반도체 성능에 영향을 미칠 수 있으며, 반도체 크기가 커질 수 밖에 없는 한계가 있다. 특히 반도체 성능에 미치는 영향 때문에 범용적으로 사용되기 어렵다.
따라서, 반도체 내에서 전력 모듈의 온도 분포 혹은 열에 의해 발생하는 열응력을 계측할 수 있는 기술이 필요하다.
관련 선행기술로는 공개특허공보 제10-2010-0129038(발명의 명칭: 플렉시블 기판을 이용한 자급자족형 전원 공급 장치 및 센서 노드, 공개일자: 2012년 6월 26일)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 기판 상의 전력 소자로부터 발생하는 온도를 간접적으로 계측할 수 있는 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치는 기판; 상기 기판의 일면에 형성되는 적어도 하나의 전력 소자; 및 상기 전력 소자로부터 이격된 위치의 상기 기판상에 배치되고, 상기 전력 소자의 발열에 따른 온도 감지를 위해 상기 기판에 발생되는 열응력을 측정하는 적어도 하나의 압전 소자를 포함한다.
상기 적어도 하나의 압전 소자는 상기 적어도 하나의 전력 소자로부터 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 압전 소자는 상기 전력 소자가 복수 개인 경우, 상기 전력 소자 사이에 적어도 하나씩 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 압전 소자는 상기 전력 소자가 복수 개인 경우, 상기 전력 소자 사이를 제외하고, 상기 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 압전 소자 중 상기 전력 소자의 배치 방향과 교차하는 위치에 배치된 압전 소자는 상기 전력 소자 각각의 길이 및 상기 전력 소자 간 이격 거리에 기초하여 설정되는 길이를 가질 수 있다.
상기 압전 소자는 상기 기판의 일면 및 타면에 형성되되, 상기 기판을 기준으로 서로 마주보는 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치는 상기 열응력에 의해 상기 적어도 하나의 압전 소자로부터 발생되는 전압 신호의 전압 값에 기초하여, 상기 전력 소자의 온도를 감지하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 감지부는 복수의 전압 값이 노이즈를 포함하는 경우, 상기 노이즈의 저감을 고려하여 상기 전력 소자의 온도 및 전력 모듈 내의 온도 분포를 산출할 수 있다.
상기 온도 감지부는 상기 전압 신호가 서로 다른 극성을 가지는 경우, 상기 서로 다른 극성의 전압 신호에 대한 전압 값의 차이에 기초하여, 상기 전력 소자의 온도 및 전력 모듈 내의 온도 분포를 감지할 수 있다.
상기 온도 감지부는 상기 압전 소자가 상기 전력 소자 사이를 제외하고 상기 전력 소자로부터 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 하나씩 배치된 경우, 상하 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이격된 위치에 배치된 압전 소자로부터 발생된 전압 신호에 대한 전압 값의 합산에 기초하여, 상기 전력 소자의 온도 및 전력 모듈 내의 온도 분포를 감지할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 상의 전력 소자로부터 발생하는 열응력 및 온도를 간접적으로 계측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존과 같이 전력 소자에 센서를 직접 부착하여 온도를 측정할 필요가 없이, 압전 소자를 전력 소자로부터 이격된 근처에 배치하여 전력 소자의 온도를 간접적으로 측정함으로써, 전력 소자로부터 압전 소자로의 열 전달을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 전력 소자의 온도를 정확히 측정하면서도 전력 소자의 동작에의 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전 소자가 기판 위에 집적 공정됨에 따라, 기판과의 일체화가 가능하고, 더 나아가 공정상의 복잡성과 비용 상승을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치의 변형예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 노이즈의 저감을 고려한 전력 소자의 온도 산출을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치의 변형예를 도시한 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치(100)는 기판(110), 전력 소자(120), 압전 소자(130), 및 온도 감지부(140)를 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 직육면체의 모양으로 형성될 수 있으며, 상기 기판(110)의 일면에는 상기 전력 소자(120) 및 상기 압전 소자(130)가 설치될 수 있다.
상기 기판(110)은 열전도율을 높이기에 적합한 소재, 예를 들면 Al2O3, AlN, SiN 중 하나가 사용되는 세라믹 소재로 구현될 수 있다. 참고로, 본 실시예에서는 압전 특성을 지닌 AlN으로 상기 기판(110)을 구현하는 것이 바람직하다.
상기 기판(110)은 상기 세라믹 소재로 구현된 세라믹 기판 앞뒤로 2개의 금속판이 샌드위치 구조를 이루는 전력 기판으로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(110)은 AIN 등의 절연체와 상하에 배치된 금속판으로 이루어진 전력 기판으로 구현될 수 있다. 참고로, 상기 압전 소자(130)는 상기 절연체에 직접 설치되거나 상기 금속판의 일면에 설치될 수 있다.
한편, 상기 기판(110)은 상기 전력 소자(120)에서 발생되는 열에 의해 구부러질 수 있다. 즉, 상기 기판(110)은 상기 전력 소자(120)가 동작함에 따라 열이 발생하게 되면, 상기 기판(110)과 상기 전력 소자 (120) 사이의 큰 열팽창계수 차이 때문에 상기 열에 의해 휘어질 수 있다.
상기 전력 소자(120)는 상기 기판(110)의 일면에 적어도 하나가 형성된다. 이때, 상기 전력 소자(120)가 복수 개인 경우, 상기 복수 개의 전력 소자(120)는 상기 기판(110) 위에 서로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 전력 소자(120)는 상기 기판(110)의 일면에 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(110)이 상기 전력 기판으로 구현되는 경우, 상기 전력 소자(120)는 상기 금속판 일면에 형성될 수 있다.
이때, 상기 전력 소자(120)가 발열하는 경우, 상기 전력 소자(120) 및 상기 기판(110)의 금속판, 그리고 상기 기판(110)의 금속판과 절연체 사이에서 나타나는 큰 열팽창계수 차이로 인해, 상기 기판(110)이 휘어질 수 있다.
상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120)로부터 이격된 위치의 기판(110)상에 적어도 하나가 배치된다. 이하에서는 상기 압전 소자(130)가 복수 개인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120)로부터 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 배치될 수 있다.
가령, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)의 일면에 두 개의 전력 소자(120)가 설치된다고 가정한다.
이러한 경우, 상기 두 개의 전력 소자(120)로부터 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 총 일곱 개의 압전 소자(130)가 상기 기판(110)의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 상기 일곱 개의 압전 소자(130)는 상기 두 개의 전력 소자(120) 각각의 둘레를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120) 사이에 적어도 하나씩 배치될 수 있다. 즉, 상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120) 사이에 하나씩 배치될 수 있으며, 또 달리 상기 전력 소자(120) 사이에 복수 개의 압전 소자(130)가 배치될 수도 있다.
이하에서는 상기 압전 소자(130)의 변형예를 도 2를 참조하여 설명한다. 여기서도 상기 압전 소자(130)는 복수 개인 것으로 한정하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120)가 복수 개인 경우, 상기 전력 소자(120) 사이를 제외하고, 상기 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 배치될 수 있다.
즉, 상기 기판(110)의 일면에 두 개의 전력 소자(120)가 설치된 경우, 상기 두 개의 전력 소자(120) 사이를 제외하고, 상기 두 개의 전력 소자(120) 각각으로부터 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 총 여섯 개의 압전 소자(130)가 상기 기판(110)의 일면에 배치될 수 있다.
다시 말해, 상기 여섯 개의 압전 소자(130) 중 두 개는 상기 전력 소자(120)의 배치 방향으로 상기 전력 소자(120)를 사이에 두고 마주보며 배치될 수 있으며, 나머지 네 개는 상기 전력 소자(120)의 배치 방향과 교차하는 위치에 상기 전력 소자(120)를 사이에 두고 마주보며 배치될 수 있다.
이때, 상기 나머지 네 개의 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120) 각각의 길이 및 상기 전력 소자(120) 간 이격 거리에 기초하여 설정되는 길이를 가질 수 있다.
즉, 상기 나머지 네 개의 압전 소자(130)의 길이는 상기 전력 소자(120) 간 이격 거리를 제외하고, 상기 두 개의 전력 소자(120)의 하면에 배치된 상기 금속판 각각의 길이에 의해 설정될 수 있다.
상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120)의 발열에 따른 온도 감지를 위해 상기 기판(110)에 발생되는 열응력을 측정한다.
이때, 상기 전력 소자(120)로부터 발생되는 열에 의해 상기 기판(110)이 휘게 되면, 상기 기판(110) 위에 형성된 상기 압전 소자(130) 또한 휘어질 수 있다.
즉, 상기 압전 소자(130)는 상기 휘어진 정도에 따라 전압 신호를 발생하며, 상기 발생되는 전압 신호를 이용하여 응력을 측정할 수 있다.
이를 위해, 상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120)로부터 이격된 위치, 즉, 상기 전력 소자(120)의 주변에 배치될 수 있다.
다시 말해, 상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120)로부터 일정 거리 만큼 떨어진 위치에 배치됨으로써, 상기 전력 소자(120)의 발열에 따라 상기 기판(110)에 발생되는 열응력을 간접적으로 측정할 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압전 소자(130)를 통해 상기 전력 소자(120)로부터 발생되는 열 자체가 아닌 상기 열로 인해 상기 기판(110)에 발생되는 응력을 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존과 같이 상기 전력 소자(120)에 센서를 직접 부착하여 온도를 측정할 필요가 없이, 상기 압전 소자(130)를 상기 전력 소자(120)의 근처에 배치함으로써, 상기 전력 소자(120)로부터 상기 압전 소자(130)로의 열 전달을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 상기 전력 소자(120)의 온도를 보다 정확히 측정할 수 있다.
상기 온도 감지부(140)는 상기 전력 소자(120)의 발열로 인해, 상기 기판(110)에 열응력이 발생되는 경우, 상기 열응력에 의해 상기 적어도 하나의 압전 소자(130)로부터 발생되는 전압 신호의 전압 값에 기초하여, 상기 전력 소자(120)의 온도를 감지할 수 있다.
예를 들어, 상기 전력 소자(120)로부터 열이 발생되지 않는 경우에는 도 1 및 도 2와 같이 상기 기판(110)이 편평한 상태이지만, 상기 전력 소자(120)가 발열하는 경우에는, 상기 기판(110) 및 상기 압전 소자(130)가 도 3 및 도 4와 같이 휘어질 수 있고, 이에 따라, 상기 압전 소자(130)는 상기 전압 신호를 발생할 수 있다.
여기서, 상기 압전 소자(130)가 지닌 특성은 이미 널리 알려진 특성에 해당하므로, 본 발명의 일 실시예에서는 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 상기 온도 감지부(140)는 복수의 전압 값이 노이즈를 포함하는 경우, 상기 노이즈의 저감을 고려하여 상기 전력 소자(120)의 온도를 산출할 수 있다.
상기 노이즈의 저감을 고려한 상기 전력 소자(120)의 온도 산출에 대해서는 도 3 및 도 4의 실시예를 설명하면서 함께 언급하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치(300)는 기판(110), 전력 소자(120), 압전 소자(130), 및 온도 감지부(140)를 포함할 수 있다.
본 실시예를 설명하기에 앞서, 상기 기판(110) 및 상기 전력 소자(120)는 도 1 및 도 2의 기판(110) 및 전력 소자(120)와 동일 또는 유사한 구조 및 특성을 지니므로, 본 실시예에서는 이에 대한 설명을 생략하고, 상기 압전 소자(130) 및 상기 온도 감지부(140)에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
상기 압전 소자(130)는 상기 기판(110)의 일면 및 타면에 형성되되, 상기 기판(110)을 기준으로 서로 마주보는 형태로 배치될 수 있다. 즉, 상기 압전 소자(130)는 상기 기판(110)을 사이에 두고 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)의 일면에 두 개의 전력 소자(120)가 설치된 경우, 상기 기판(110)의 일면 및 타면에는 각각 여섯 개의 압전 소자(130)가 설치될 수 있다.
이때, 상기 전력 소자(120)가 구동하면, 상기 전력 소자(120)의 발열로 인해 상기 기판(110)에는 열응력이 발생된다. 이에 따라, 상기 기판(110)의 일면에 형성된 여섯 개의 압전 소자(130)는 (+)극성을 지닌 전압 신호를 발생시키고, 상기 기판(110)의 타면에 형성된 여섯 개의 압전 소자(130)는 (-)극성을 지닌 전압 신호를 발생시킬 수 있다.
즉, 상기 압전 소자(130)는 상기 기판(110)의 열응력 발생 시, 서로 다른 극성을 가지는 전압 신호를 발생할 수 있다.
상기 온도 감지부(140)는 상기 서로 다른 극성의 전압 신호에 대한 전압 값의 차이에 기초하여, 상기 전력 소자(120)의 온도를 감지할 수 있다.
이를 위해, 상기 온도 감지부(140)는 복수의 전압 값별로 각 온도가 매칭되어 저장되는 변환 테이블(미도시)을 포함하고, 상기 변환 테이블을 이용하여 상기 전력 소자(120)의 온도를 감지할 수 있다.
즉, 상기 온도 감지부(140)는 상기 기판(110)을 사이에 두고 서로 대응되는 위치에 배치된 압전 소자(130)로부터 발생된 전압 신호의 전압 값 차이를 산출하고, 상기 산출된 전압 값 차이에 해당하는 값을 상기 변환 테이블에서 검색하여 그에 매칭되는 온도 값을 획득함으로써 상기 전력 소자(120)의 온도를 감지할 수 있다.
한편, 상기 압전 소자(130)로부터 발생된 전압 신호에는 노이즈가 포함되어 있을 수 있다. 이러한 경우, 상기 온도 감지부(140)는 상기 전압 신호에 포함된 노이즈를 고려하여 상기 전력 소자(120)의 온도를 산출할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판(110)의 일면(위)에 형성된 압전 소자(130)에서 S1+N1(S1:전압 신호, N1:노이즈)만큼의 전압 값이 발생되고, 상기 기판(110)의 타면(아래)에 형성된 압전 소자(130)에서 -S1+N2(-S1:전압 신호, N2:노이즈)만큼의 전압 값이 발생된다고 가정한다.
이러한 경우, 상기 온도 감지부(140)는 상기 전압 값 S1+N1에서 상기 전압 값 -S1+N2를 차감함으로써, 상기 노이즈가 저감(또는 제거)된 전압 값 2S1+N1-N2을 산출할 수 있으며, 상기 산출된 전압 값 2S1+N1-N2을 상기 변환 테이블에서 검색하여 그에 매칭되는 온도 값을 획득함으로써 상기 전력 소자(120)의 온도를 감지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 노이즈의 저감을 고려한 전력 소자의 온도 산출을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 참고로, 도 4는 도 3의 전력 소자 온도 계측 장치의 기판이 전력 소자의 발열로 인해 휘어져 열응력이 발생한 상태를 도시하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)의 일면에 두 개의 전력 소자(120)가 설치된 경우, 상기 두 개의 전력 소자(120) 사이를 제외하고, 상기 전력 소자(120) 각각으로부터 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 총 여섯 개의 압전 소자(130)가 설치될 수 있는데, 이때 상기 여섯 개의 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120)의 발열로 인해 상기 기판에 발생되는 열응력에 따라, 각각 전압 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 온도 감지부(140)는 상기 압전 소자(130)로부터 발생된 각각의 전압 신호에 대한 전압 값을 합산하고, 상기 합산된 전압 값에 기초하여, 상기 전력 소자(120)의 온도를 감지할 수 있다. 이를 위해, 상기 온도 감지부(140)는 도 3의 설명에서와 같이 변환 테이블을 활용할 수 있다.
이때, 상기 전압 신호에는 노이즈가 포함될 수 있다. 따라서, 상기 온도 감지부(140)는 상기 전압 신호에 포함된 노이즈를 고려하여 상기 전력 소자(120)의 온도를 감지할 수 있다.
예를 들면, 상기 노이즈가 포함된 전압 신호에 대한 전압 값으로 S1+N1(S1:전압 신호, N1:노이즈), S1+N2(S1:전압 신호, N2:노이즈)이 발생된다고 가정한다.
이러한 경우, 상기 온도 감지부(140)는 상기 전압 값 S1+N1 및 S1+N2의 차감에 의한 값 N1-N2을 반감시킨 후, 기존에 계측된 전압 값 S1+N1에서 빼주면 상기 노이즈의 일부가 저감된 값 (S1+N1)-(N1-N2)/2을 산출할 수 있다. 상기의 과정은 전압 값 S1+N2의 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 전력 소자(120)의 온도 감지 시, 상기 노이즈 값이 포함된 전압 값의 차이에 대한 노이즈를 반감시킨 후, 상기 노이즈 값이 포함된 전압 값에서 차감시킴으로써, 기존에 계측된 전압 값에서 상기 노이즈의 일부가 줄어 들 수 있다.
이를 통해, 상기 온도 감지부(140)는 상기 노이즈 값이 포함된 전압 값에서 반감된 노이즈의 차감을 통해, 기존에 계측된 전압 값에서 차지하는 상기 노이즈 값의 비중을 줄여 상기 전력 소자(120)의 온도를 보다 정확히 감지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압전 소자(130)는 상기 전력 소자(120)가 구동하는 경우, 상기 전력 소자(120)로부터 이격된 주변에서 상기 기판(110)에서 발생되는 열응력에 의해 동작하여 상기 전압을 발생시키고, 상기 전압에 기초하여 상기 전력 소자(120)의 온도를 측정하기 위한 센서로서의 역할을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판(110) 상의 전력 소자(120)로부터 발생하는 열응력 및 온도를 상기 압전 소자(130)를 통해 간접적으로 계측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존과 같이 전력 소자에 센서를 직접 부착하여 온도를 측정할 필요가 없이, 압전 소자를 전력 소자로부터 이격된 근처에 배치하여 전력 소자의 온도를 측정함으로써, 전력 소자로부터 압전 소자로의 열 전달을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 전력 소자의 온도를 보다 정확히 측정할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압전 소자가 기판 위에 집적 공정됨에 따라, 기판과의 일체화가 가능하고, 더 나아가 공정상의 복잡성과 비용 상승을 예방할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 기판
120 : 전력 소자
130 : 압전 소자
140 : 온도 감지부

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 형성되는 적어도 하나의 전력 소자;
    상기 전력 소자로부터 이격된 위치의 상기 기판상에 배치되되, 상기 기판의 일면 및 타면에 상기 기판을 기준으로 서로 마주보는 형태로 배치되고, 상기 전력 소자의 발열에 따른 온도 감지를 위해 상기 기판에 발생되는 열응력을 측정하는 적어도 하나의 압전 소자; 및
    상기 기판에 응력 발생 시, 상기 기판의 일면에 형성된 압전 소자에 의해 발생된 (+)극성의 전압 신호에 대한 전압 값과 상기 기판의 타면에 형성된 압전 소자에 의해 발생된 (-)극성의 전압 신호에 대한 전압 값의 차이에 기초하여, 상기 전력 소자의 온도를 감지하는 온도 감지부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전 소자는
    상기 적어도 하나의 전력 소자로부터 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전 소자는
    상기 전력 소자가 복수 개인 경우, 상기 전력 소자 사이에 적어도 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전 소자는
    상기 전력 소자가 복수 개인 경우, 상기 전력 소자 사이를 제외하고, 상기 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압전 소자 중 상기 전력 소자의 배치 방향과 교차하는 위치에 배치된 압전 소자는
    상기 전력 소자 각각의 길이 및 상기 전력 소자 간 이격 거리에 기초하여 설정되는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 온도 감지부는
    상기 전압 신호에 포함된 노이즈를 고려하여 상기 전력 소자의 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 온도 감지부는
    상기 압전 소자가 상기 전력 소자 사이를 제외하고 상기 전력 소자로부터 상하좌우 방향으로 이격된 위치에 하나씩 배치된 경우, 상하 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이격된 위치에 배치된 압전 소자로부터 발생된 전압 신호에 대한 전압 값의 합산에 기초하여, 상기 전력 소자의 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 전력 소자 온도 계측 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07234162A (ja) * 1994-02-24 1995-09-05 Toshiba Corp 電力変換器の温度検出装置
JP2009180645A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Thk Co Ltd パワー素子の温度検出方法、温度検出回路、及びそれを備えたアクチュエータ装置
US20140177881A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Device with a controlled displacement membrane
KR20150008894A (ko) * 2008-02-26 2015-01-23 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨 자동 민감도 조절 기능을 가지는 자기장 센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07234162A (ja) * 1994-02-24 1995-09-05 Toshiba Corp 電力変換器の温度検出装置
JP2009180645A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Thk Co Ltd パワー素子の温度検出方法、温度検出回路、及びそれを備えたアクチュエータ装置
KR20150008894A (ko) * 2008-02-26 2015-01-23 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨 자동 민감도 조절 기능을 가지는 자기장 센서
US20140177881A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Device with a controlled displacement membrane

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