KR20120097135A

KR20120097135A - 고전압용 서지흡수기

Info

Publication number: KR20120097135A
Application number: KR1020110016515A
Authority: KR
Inventors: 정종일; 강두원; 안규진; 김성광; 진상준; 김현창; 이경미; 전동호
Original assignee: 스마트전자 주식회사
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-03

Abstract

내부에 불활성기체가 충진된 수용관과, 수용관의 양단에 마련되고 각각의 리드선과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 밀봉전극와, 밀봉전극들과 전기적으로 연결되는 서지흡수소자를 포함하되, 서지흡수소자는 비전도성부재와, 비전도성부재 감싸도록 마련되는 도전성 피막과, 도전성 피막을 분할하는 다수의 방전갭을 포함하는 서지흡수기를 개시한다. 개시된 서지흡수기는 다수의 방전갭을 가져 각 방전갭에 형성되는 방전에너지가 감소하기 때문에 서지전압이 여러번 인가될 경우 서지흡수기가 견딜 수 있는 한계전압이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

고전압용 서지흡수기{Surge absorber for high-voltage}

본 발명은 서지흡수기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압의 전압에서도 용이하게 기판의 파손을 방지할 수 있는 고전압용 서지흡수기에 관한 것이다.

일반적으로, 서지흡수기는 번개 서지나 정전기 등의 이상전압에 의한 전기충격을 받기 쉬운 부분에 설치되어 이상전압의 유입 시 기체방전에 의하여 방전에너지를 소모시킴으로써 이상전압에 의해 전자기기를 탑재한 프린트기판이 파손되는 것을 방지하는 장치이다. 이러한 서지흡수기는 통상 전화기, 팩스, 모뎀 등 통신용 전자기기의 통신선과의 접속부분 또는 텔레비전과 모니터와 같은 디스플레이의 구동회로에 주로 설치된다.

한편, 일반적인 서지흡수기의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

서지흡수기(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 불활성기체가 채워진 수용관(111)과, 수용관(111)의 양단에 설치되고 각각의 리드선(113)과 전기적으로 연결시키는 한 쌍의 밀봉전극(112)과, 수용관(111) 내에 절연성을 유지한 채로 수용되는 서지흡수소자(115)와, 서지흡수소자(115)의 의 양단에 마련되어 밀봉전극(112)과 서지흡수소자(115)를 전기적으로 연결시시키는 한 쌍의 단자전극(114)을 포함한다.

상기의 서지흡수소자(115)는 비전도성부재(116)와, 비전도성부재(116)를 감싸도록 마련된 도전성 피막(117)과, 도전성 피막(117)이 방전전극으로 사용될 수 있도록 도전성 피막(117)의 대략 중심에서 도전성 피막(117)을 분할하는 방전갭(119)을 포함한다.

방전갭(119)은 도시된 바와 같이 도전성 피막(117)을 두 개로 분할하여 분할된 도전성 피막들(117)이 이 방전갭(119)을 중심으로 서로 대향되도록 위치시킴으로써 방전전극으로 작용할 수 있도록 하는 역할을 한다.

그러나, 종래의 서지흡수기는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 방전갭(119)을 가지는데, 이와 같이 하나의 방전갭(119)을 갖는 서지흡수기는 서지전압에 의한 방전에너지의 발생이 수회 반복되면 서지흡수기가 견딜 수 있는 한계전압이 저하 즉, 그 내구성이 급격히 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 서지전압의 반복 인가에 따른 한계전압이 저하되는 것을 방지하는 서지흡수기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 고압의 전원이 인가될 경우에도 용이하게 서지전압의 반복 인가에 따른 한계전압이 저하되는 것을 방지하는 서지흡수기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 서지흡수기는 내부에 불활성기체가 충진된 수용관과, 상기 수용관의 양단에 마련되고 각각의 리드선과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 밀봉전극와, 상기 밀봉전극들과 전기적으로 연결되는 서지흡수소자를 포함하며,

상기 서지흡수소자는 비전도성부재와, 상기 비전도성부재를 감싸도록 마련되는 도전성 피막과, 상기 도전성 피막을 감싸도록 보호하는 보호막과, 상기 도전성 피막과 상기 보호막을 분할하는 다수의 방전갭을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 서지흡수기는 다수의 방전갭을 가져 각 방전갭에 형성되는 방전에너지가 감소하기 때문에 서지전압이 여러번 인가될 경우 서지흡수기가 견딜 수 있는 한계전압이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 서지흡수기는 고압의 전원이 인가되는 경우에도 다수의 방전갭으로 인해 서지흡수기가 견딜 수 있는 한계전압이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 서지흡수기를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 서지흡수기를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 일부를 확대 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 서지흡수기를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 서지흡수기는 도 2에 도시된 바와 같이 불활성기체가 수용된 수용관(11)과, 수용관(11)의 양단에 설치되고 각각의 리드선(13)과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 밀봉전극(12)과, 수용관(11) 내에 절연성을 유지한 채로 수용되는 서지흡수소자(15)와, 서지흡수소자(15)의 양단에 마련되어 밀봉전극(12)과 서지흡수소자(15)를 전기적으로 연결시키는 한 쌍의 단자전극(14)을 포함한다.

구체적으로, 수용관(11)은 원통형상의 유리 또는 세라믹의 재질로 이루어진다. 이러한 원통형상의 수용관(11)의 양단에는 밀봉전극(12)이 설치되고, 밀봉전극(12)에 의해 밀봉되는 수용관(11)의 내부에는 불활성기체가 수용된다.

밀봉전극(12)은 상술한 바와 같이 수용관(11)의 양단에 설치되어 리드선(13)과 각각 전기적으로 연결된다.

단자전극(14)은 상술한 바와 같이 서지흡수소자(15)의 양단에 마련되어 밀봉전극(12)과 서지흡수소자(15)를 전기적으로 연결시키는 역할을 한다. 이러한 단자전극(14)은 밀봉전극(12)과 서지흡수소자(15)를 전기적으로 직접 연결시키는 경우에는 생략할 수도 있다.

서지흡수소자(15)는 수용관(11) 내에 절연성을 유지한 채로 수용되는데, 이러한 서지흡수소자(15)는 비전도성부재(16)와, 이 비전도성부재(16)를 감싸도록 마련되어 방전전극 역할을 하는 도전성 피막(17)과, 도전성 피막(17)을 감싸도록 보호하는 보호막(18)과, 도전성 피막(17)과 보호막(18)을 분할하는 방전갭(19)을 포함한다.

비전도성부재(16)는 원통형의 알루미나 로드로 이루어진다.

도전성 피막(17)은 방전전극으로 사용되며, 티탄(Ti) 또는 니켈(Ni) 등의 전기전도도가 높은 금속으로 이루어진다. 이러한 도전성 피막(17)은 비전도성부재(16)의 표면에 통상적으로 사용되는 스퍼터링 방법에 의해 증착된다. 또 도전성 피막(17)은 스퍼터링 방법 이외에도 이온 도금법, 인쇄법, CVD법 등의 다양한 박막 형성법에 의하여 증착될 수 있다.

보호막(18)은 도전성 세라믹 박막이 사용되며, 도전성 피막(17)의 노출면을 감싸도록 마련함으로써 기체 방전시 발생하는 방전에너지가 도전성 피막(17)에 전달되는 것을 방지할 수 있어 도전성 피막(17)이 방전에너지에 의해 파손되는 것을 방지한다.

이러한 보호막(18)은 도전성 산화물, 도전성 질화물, 도전성 탄화물, 도전성 불화물, 도전성 규화물 등과 같이 공유결합성이 강한 도전성 세라믹으로 이루어진다.

즉, 상기와 같은 재질로 이루어진 보호막(18)은 금속결합체인 도전성 피막(17)에 비하여 응답속도는 상대적으로 느리나, 융점이 높아 내서지 특성과 내열 특성이 우수하기 때문에 방전에너지가 도전성 피막(17)에 전달되는 것을 효과적으로 차단시킬 수 있다.

방전갭(19)은 도전성 피막을 다수 개로 분할하여 분할된 도전성 피막(17)이 이 방전 전극으로 작용할 수 있도록 한다. 본 발명에서 상기와 같이 방전갭을 다수 개로 분할하는 것은 방전갭의 개수가 늘어남에 따라 각 방전갭에 형성되는 방전에너지가 감소하기 때문이다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 각 방전갭(19)에 인가되는 전압(V₁,V₂)은 제품 전체에 인가되는 전압(V_S)으로부터 방전갭(19)의 수만큼 분할된다.

V_S=V₁+V2

이에 따라 각 방전갭(19)에서의 방전에너지(E₁,E₂) 또한 전체 방전에너지(E_S)로부터 방전갭(19)의 수만큼 분할된다.

E₁=α*V₁*I_S, E₂=α*V₂*I_S

E_S=E₁+E₂=α*I_S*V_S

상기의 식에서 α는 방전갭의 수이고, I_S 는 제품 전체에 인가되는 전류이다.

즉, 본 발명의 서지흡수기는 다수의 방전갭을 가지므로 제품에 인가되는 방전에너지가 방전갭의 수만큼 분할되므로 각 방전갭에 형성되는 방전에너지가 감소되어 도전성 피막(17)의 손상을 최소화할 수 있다.

다음은 각 시험조건 및 결과를 나타낸 표에 대한 설명이다.

표 1은 10개의 종래의 저전압용 서지흡수기의 양단에 Telecom Wave (10/700㎲), 4KV와 100A의 서지를 10회 인가하여 방전개시전압의 초기값 대비 10회 인가 후의 방전개시전압을 측정하여 비교한 변화율을 나타낸 것이다.

여기서, 방전개시전압은 직류전압을 서서히 승압시켜 방전이 시작될 때의 전압을 말한다. 단, 측정전류는 1mA 이하, 통전시간은 1초 이내로 한다.

600V(1 Gap)
구분	서지인가 전 방전개시전압(V)	서지인가 후 방전개시전압(V)	변화율(%)
1	628	610	-2.8
2	632	648	2.5
3	618	402	-34.9
4	624	614	-1.6
5	634	542	-14.5
6	600	488	-18.6
7	608	346	-43
8	612	692	13
9	606	588	-2.9
10	622	608	-2.2

표 2는 10개의 본 발명의 저전압용 서지흡수기의 양단에 Telecom Wave (10/700㎲), 4KV와 100A의 서지를 10회 인가하여 방전개시전압의 초기값 대비 10회 인가 후의 방전개시전압을 측정하여 비교한 변화율을 나타낸 것이다. 이때, 상기의 서지흡수기는 2개의 방전갭을 구비한 것이다.

600V(2 Gap)
구분	서지인가 전 방전개시전압(V)	서지인가 후 방전개시전압(V)	변화율(%)
1	614	672	9.4
2	616	680	10.3
3	588	652	10.8
4	616	666	8.1
5	614	700	15.8
6	636	682	7.2
7	618	632	2.2
8	614	654	6.5
9	636	648	1.8
10	624	654	4.8

표 3은 10개의 종래의 고전압용 서지흡수기의 양단에 Telecom Wave (10/700㎲), 4KV와 100A의 서지를 10회 인가하여 방전개시전압의 초기값 대비 10회 인가 후의 방전개시전압을 측정하여 비교한 변화율을 나타낸 것이다.

3600V(1 Gap)
구분	서지인가 전 방전개시전압(V)	서지인가 후 방전개시전압(V)	변화율(%)
1	2079	1252	39.8
2	1663	1503	9.6
3	2259	1574	29.9
4	2377	1443	39.3
5	2953	1859	37.5
6	2566	1655	35.5
7	2149	1683	21.7
8	2222	1295	41.7
9	2940	2907	1.1
10	2138	1477	30.9

표 4는 10개의 본 발명의 고전압용 서지흡수기의 양단에 Telecom Wave (10/700㎲), 4KV와 100A의 서지를 10회 인가하여 방전개시전압의 초기값 대비 10회 인가 후의 방전개시전압을 측정하여 비교한 변화율을 나타낸 것이다. 이때, 상기의 서지흡수기는 2개의 방전갭을 구비한 것이다.

3600V(2 Gap)
구분	서지인가 전 방전개시전압(V)	서지인가 후 방전개시전압(V)	변화율(%)
1	3879	3052	21.3
2	3463	3303	4.6
3	4059	3384	16.6
4	4177	3243	22.4
5	4773	3659	23.3
6	4366	3455	20.9
7	3949	3483	11.8
8	4022	3095	23.0
9	4740	4707	0.7
10	3938	3277	16.8

표 5는 10개의 본 발명의 고전압용 서지흡수기의 양단에 Telecom Wave (10/700㎲), 4KV와 100A의 서지를 10회 인가하여 방전개시전압의 초기값 대비 10회 인가 후의 방전개시전압을 측정하여 비교한 변화율을 나타낸 것이다. 이때, 상기의 서지흡수기는 4개의 방전갭을 구비한 것이다.

3600V(4 Gap)
구분	서지인가 전 방전개시전압(V)	서지인가 후 방전개시전압(V)	변화율(%)
1	3725	3769	-1.2
2	3577	3690	-3.2
3	3641	3792	-4.1
4	3522	3526	-0.1
5	3041	3219	-5.8
6	3483	3307	5.0
7	4234	3728	12.0
8	3709	3529	4.8
9	3757	3636	3.2
10	3220	3316	-3.0

시험결과, 하나의 방전갭을 가진 종래의 저전압용의 서지흡수기를 나타낸 [표 1]과 다수의 방전갭을 가진 본 발명의 저전압용의 서지흡수기를 나타낸 [표 2]를 비교해보면, [표 2]에 나타난 본 발명의 서지흡수기는 종래의 서지흡수기와는 달리 서지흡수기가 견딜 수 있는 한계전압이 저하 즉, 내구성이 저하되지 않았음을 나타내는 변화율 ±20% 이내를 벗어나지 않았음을 알 수 있다.

또한, 하나의 방전갭을 가진 종래의 고전압용의 서지흡구기를 나타낸 [표 3]과 다수의 방전갭을 가진 본 발명의 고전압용의 서지흡수기를 나타낸 [표 4]와 [표 5]를 비교해보면, 본 발명의 고전용이 서지흡수기는 방전갭의 개수가 많을수록 내구성이 저하되지 않았음을 나타내는 변화율 ±20% 이내를 벗어나는 경우가 줄어들었음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 서지흡수기는 다수의 방전갭을 가져 각 방전갭에 형성되는 방전에너지가 감소하기 때문에 서지흡수기가 견딜 수 있는 한계전압이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.

특히, 본 발명의 서지흡수기는 고압의 전압이 인가되는 경우에도 다수의 방전갭에 의해 서지전압의 반복 인가에 따라 견딜수 있는 한계전압이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.

10 : 서지흡수기 11 : 수용관
12 : 밀봉전극 13 : 리드선
14 : 단자전극 15 : 서지흡수소자
16 : 비전도성부재 17 : 도전성 피막
18 : 보호막 19 : 다수의 방전갭

Claims

내부에 불활성기체가 충진된 수용관(11)과, 상기 수용관(11)의 양단에 마련되고 각각의 리드선(13)과 전기적으로 연결되는 한 쌍의 밀봉전극(12)와, 상기 밀봉전극들(12)과 전기적으로 연결되는 서지흡수소자(15)를 포함하며,
상기 서지흡수소자(15)는 비전도성부재(16)와, 상기 비전도성부재(16)를 감싸도록 마련되는 도전성 피막(17)과, 상기 도전성 피막(17)을 감싸도록 보호하는 보호막(18)과, 상기 도전성 피막(17)과 상기 보호막(18)을 분할하는 다수의 방전갭(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압용 서지흡수기.