KR20140025545A - 반도체 디바이스 제어에서의 개선된 신뢰도 - Google Patents

반도체 디바이스 제어에서의 개선된 신뢰도 Download PDF

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KR20140025545A
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Abstract

반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 (30) 는 적어도 하나의 전력 공급 모듈 (42, 46), 2 개의 밸브 제어 유닛들 (36, 38) 로부터 광 신호들 (OS1, OS2) 을 수신하고 대응하는 전력 공급 모듈 (42, 46) 로의 공급을 위해 광 신호들을 전기 신호들로 변환하는 적어도 하나의 광 통신 인터페이스 (40, 44) (여기서 정규 동작 모드에서 하나의 밸브 제어 유닛은 활성 밸브 제어 유닛이고 다른 것은 대기 밸브 제어 유닛이며, 여기서 활성 유닛의 광 신호는 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하고 반도체 디바이스 제어 데이터를 제공한다), 반도체 디바이스 제어 모듈 (52), 및 활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하는 신뢰도 제어 모듈 (50) 을 포함한다.

Description

반도체 디바이스 제어에서의 개선된 신뢰도{IMPROVED RELIABILITY IN SEMICONDUCTOR DEVICE CONTROL}
본 발명은 일반적으로 반도체 디바이스들의 제어에 관한 것이다. 좀더 특히, 본 발명은 게이트 제어 디바이스를 동작시키는 방법, 게이트 제어 디바이스, 및 반도체 디바이스용 제어 시스템에 관한 것이다.
다양한 상황들, 예를 들어, 장거리들에 걸쳐 전력을 전송하는 경우에서 이용하는데 직류 (Direct Current; DC) 전력 송신 시스템들은 관심사이다.
이러한 시스템들에서는, 보안 조치를 위해, 예를 들어, 접지 오류와 같은 오류의 경우에 전력선에서 전류를 차단할 있도록, DC 차단기들이 제공되어야 한다.
이러한 DC 차단기는, 많은 경우들에서, 예를 들어, 게이트 제어 디바이스 및 하나 이상의 밸브 제어 유닛들을 이용하여 제어되는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT) 들의 형태로, 하나 이상의 반도체 디바이스들을 포함할 것이다.
또한, 일부 DC 시스템들은 장거리들을 커버하기 위해 제공될 수도 있고, 또한 500 kV 보다 높은, 예를 들어 500 kV - 1200 kV 범위 내의 높은 전압들로 제공될 수도 있다. 이는 또한 DC 차단기에 높은 전위가 걸릴 수 있음을 의미한다.
반도체 디바이스는 여기서 밸브 제어 유닛 및 게이트 제어 디바이스를 포함하는 제어 시스템에 의해 제어될 수도 있다. 높은 전위는 이러한 높은 전압들을 동작시킬 수 있도록 하기 위해 게이트 제어 디바이스의 전기적 절연이라는 문제들을 초래한다. 절연은 보통 대형이면서 비싼, 큰 변압기를 요구할 것이다.
이를 다루는 한 가지 방법은 광 제어 신호들을 이용하는 것을 통해서이다. 이러한 광 신호들은 게이트 제어 디바이스에 제공될 수도 있으며, 게이트 제어 디바이스는 차례로 반도체 디바이스들의 제어를 수행한다. 이러한 방식에서는, 변압기에 의지하지 않으면서 높은 전압에서의 제어 신호의 전기적 절연의 문제가 해결된다.
광 제어 신호들은 다수의 문헌들에서 설명된다.
일 예가 US 제 7,239,535 호에서 주어지는데, 이는 광 섬유들을 통해 하나의 중앙 밸브 제어 디바이스에 접속된 게이트 제어 디바이스를 설명한다. 밸브 제어 디바이스는 또한 게이트 제어 디바이스로부터 전기적으로 분리되는 것으로 설명된다.
JP 제 62-131755 호는 어떻게 점화 신호 생성기들로부터의 점화 신호들 및 다른 신호들이 도광체에서 결합되어 사이리스터 (thyristor) 에 공급되는지를 설명한다. 도광체에서의 신호들은 또한 점화 신호 스위칭 회로의 광 검출기에 공급된다.
JP 제 59-209066 호는 광 섬유들을 통해 게이트 회로들에 접속된 이중 점화 디바이스들을 설명한다. 각각의 점화 회로는 대응하는 게이트 회로에 접속된다.
US 제 5,629,869 호는 지능형 회로 차단기를 설명하는데, 여기서 차단기 제어 유닛이 중복이고 섬유 광 케이블류를 이용할 수 있다.
따라서, 이러한 문헌들은 반도체 디바이스의 제어와 관련하여 제어 신호들을 송신하기 위해 광 섬유들의 이용을 설명한다.
그러나, 그러면 에너지 공급을 위해 또한 광 신호들을 이용하는 것도 관심사일 수도 있다.
그러나, 이렇게 할 수 있도록 하기 위해서는, 발광 다이오드 (light emitting diode; LED) 들 대신에 레이저 다이오드들과 같은 레이저 소스들이 이용되어야 한다. 요구되는 전력 때문에, 그러면, 이러한 레이저 소스들의 신뢰도가 또한 다루어질 필요가 있는 쟁점이 될 것이다.
또한, 게이트 제어 디바이스들이 밸브 제어 유닛들로부터 광학적으로 전력이 공급되는 경우, 신뢰도는 중요해진다. 밸브 제어 유닛들에서의 레이저 소스들의 신뢰도는 LED 들 또는 HVDC 변환기들의 제어에 이용되는 저전력 수직 공동 표면 발광 레이저 (vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL) 들의 신뢰도와 비교하여 통상적으로 낮다.
오늘날 보수 주기들은 약 1 년 길이이다. 따라서, 이를 연장하는 것이 관심사이다.
본 발명은 전력 소스 및 제어 신호 소스 양자 모두로서 광학적 광을 사용하는 반도체 디바이스들용 제어 시스템에서 신뢰도를 처리하는 문제를 다루는 것과 관련된다.
본 발명은 반도체 디바이스들용 제어 시스템들에서 게이트 제어 디바이스들에 관한 신뢰도를 처리하는 것에 대한 것으로, 여기서 게이트 제어 디바이스는 전력 소스 및 제어 신호 소스 양자 모두로서 광학적 광을 사용한다.
본 발명의 일 목적은 제어 시스템의 신뢰도를 향상시키도록 반도체 디바이스용 제어 시스템에서 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스를 동작시키는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명의 제 1 양상에 따라 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스를 동작시키는 방법을 통해 달성되는데, 게이트 제어 디바이스는 제 1 밸브 제어 유닛 및 제 2 밸브 제어 유닛에 접속되며, 여기서 정규 동작 모드에서 하나의 밸브 제어 유닛은 활성 밸브 제어 유닛이고 다른 밸브 제어 유닛은 대기 밸브 제어 유닛이고, 활성 밸브 제어 유닛은 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하고 반도체 디바이스를 제어하는 데이터를 공급하는 광 신호를 제공하며, 방법은 게이트 제어 디바이스에서 수행되고:
활성화되는 경우 제 1 밸브 제어 유닛으로부터 제 1 광 신호를 수신하는 단계,
활성화되는 경우 제 2 밸브 제어 유닛으로부터 제 2 광 신호를 수신하는 단계,
활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하는 단계, 및
게이트 제어 디바이스에 전력을 공급하기 위해 제 1 광 신호 및 제 2 광 신호에서의 에너지를 이용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 제어 시스템의 신뢰도를 향상시키는 반도체 디바이스용 제어 시스템에서의 게이트 제어 디바이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명의 제 2 양상에 따라 다음을 포함하는 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스를 통해 달성된다:
적어도 하나의 전력 공급 모듈,
2 개의 밸브 제어 유닛들로부터 광 신호들을 수신하기 위한 적어도 하나의 광 통신 인터페이스로서, 여기서 밸브 제어 유닛들의 정규 동작 모드에서 하나의 밸브 제어 유닛은 활성 밸브 제어 유닛이고 다른 밸브 제어 유닛은 대기 밸브 제어 유닛이고, 활성 밸브 제어 유닛은 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하고 반도체 디바이스를 제어하는 데이터를 공급하는 광 신호를 제공하며, 상기 적어도 하나의 광 인터페이스는 게이트 제어 디바이스에 전력을 공급하는 대응하는 전력 공급 모듈로의 공급을 위해 광 신호를 전기 신호로 변환하도록 더 구성되는, 적어도 하나의 광 통신 인터페이스,
반도체 디바이스를 제어하는 반도체 디바이스 제어 모듈, 및
활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하도록 구성된 신뢰도 제어 모듈.
본 발명의 다른 목적은 향상된 신뢰도를 갖는, 적어도 하나의 반도체 디바이스에 대한 제어 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명의 제 3 양상에 따라 다음을 포함하는 적어도 하나의 반도체 디바이스에 대한 제어 시스템을 통해 달성된다:
제 1 광 신호를 제공하도록 구성된 제 1 밸브 제어 유닛,
제 2 광 신호를 제공하도록 구성된 제 2 밸브 제어 유닛,
다음을 포함하는 제 1 게이트 제어 디바이스;
적어도 하나의 전력 공급 모듈,
2 개의 밸브 제어 유닛들로부터 상기 광 신호들을 수신하기 위한 적어도 하나의 광 통신 인터페이스로서, 여기서 밸브 제어 유닛들의 정규 동작 모드에서 하나의 밸브 제어 유닛은 활성 밸브 제어 유닛이고 다른 밸브 제어 유닛은 대기 밸브 제어 유닛이고, 활성 밸브 제어 유닛은 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하고 반도체 디바이스를 제어하는 데이터를 공급하는 광 신호를 제공하며, 상기 적어도 하나의 광 인터페이스는 게이트 제어 디바이스에 전력을 공급하는 대응하는 전력 공급 모듈로의 공급을 위해 광 신호를 전기 신호로 변환하도록 더 구성되는, 적어도 하나의 광 통신 인터페이스,
제 1 반도체 디바이스를 제어하는 반도체 디바이스 제어 모듈, 및
활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하도록 구성된 신뢰도 제어 모듈.
본 발명은 다수의 이점들을 갖는다. 활성 밸브 제어 유닛을 선택하는 게이트 제어 디바이스를 통해, 밸브 제어 유닛에 대한 중앙 선택 기능 및 2 개의 밸브 제어 유닛들 사이의 상호 통신의 필요성이 배제된다. 이는 또한 밸브 제어 유닛들의 설계를 간소화한다.
본 발명은 다음에서 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것으로, 여기서
도 1 은 변환기들, DC 전력선들뿐만 아니라 DC 차단기, 게이트 제어 디바이스, 및 국부 제어 시스템을 또한 포함하는 DC 전력 송신 시스템을 개략적으로 도시하며,
도 2 는 DC 전력 송신 시스템에서의 간소화된 DC 차단기를 개략적으로 도시하며,
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 디바이스용 제어 시스템의 일부분을 개략적으로 도시하며,
도 4 는 도 3 에 도시된 제어 시스템 부분에서 게이트 제어 디바이스를 동작시키는 방법의 플로우 차트를 개략적으로 도시하고,
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 중복 반도체 디바이스용 제어 시스템의 일부분을 개략적으로 도시한다.
다음에서, 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 주어질 것이다.
도 1 은 간소화된 직류 (DC) 전력 송신 시스템 (10) 의 단일선 다이어그램을 도시한다. 전력 송신 시스템은 500 kV 보다 높은, 예를 들어, 500 kV - 1200 kV 의 범위 내에서 이점을 가지며 동작하고 800 kV - 1200 kV 의 범위에서 이점을 갖는 고전압 직류 (High Voltage Direct Current; HVDC) 시스템일 수도 있다. 여기서 제 1 AC 전력선 (미도시) 으로의 접속을 위한 교류 (Alternating Current; AC) 측, 및 제 1 DC 전력선 (20) 뿐만 아니라 제 2 DC 전력선 (22) 에 접속된 DC 측을 갖는 제 1 변환기 (12) 가 있다. 제 1 변환기 (12) 는 AC 와 DC 사이의 변환을 위해 제공된다. 또한, AC 와 DC 사이를 변환하고, 제 2 AC 전력선 (미도시) 에 접속된 AC 측, 및 제 2 DC 전력선 (22) 뿐만 아니라 제 3 DC 전력선 (24) 에 접속된 DC 측을 갖는 제 2 변환기 (14) 가 있다. 또한, AC 와 DC 사이를 변환하고, 제 3 AC 전력선 (미도시) 에 접속된 AC 측, 및 제 1 DC 전력선 (20) 뿐만 아니라 제 4 DC 전력선 (26) 에 접속된 DC 측을 갖는 제 3 변환기 (16) 가 있다. 또한, AC 와 DC 사이를 변환하고, 제 4 AC 전력선 (미도시) 에 접속된 AC 측, 및 제 3 DC 전력선 (24) 뿐만 아니라 제 4 DC 전력선 (26) 에 접속된 DC 측을 갖는 제 4 변환기 (18) 가 있다. 제 1 전력선 (20) 에 제 1 회로 차단기 (28) 가 더 제공되며, 회로 차단기 (28) 는 제 1 반도체 디바이스를 포함한다. 마지막으로, 도 1 은 제 1 변환기 (12) 에 인접하게 배치되고, 회로 차단기 (28) 의 제 1 반도체 디바이스를 제어하는 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 에 접속되는 국부 제어 시스템 (32) 을 도시한다. 국부 제어 시스템 (32) 과 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 사이의 이러한 접속은 적어도 하나의 광 섬유 (34) 를 통해 더 제공된다. 국부 제어 시스템 (32) 및 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 는 회로 차단기 (28) 에서의 제 1 반도체 디바이스에 대한 제어 시스템을 함께 형성한다.
여기서 AC 전력선들은 상이한 AC 전력 송신 및/또는 분배 시스템들로 제공될 수도 있다. DC 전력 송신 시스템 (10) 은 또한 DC 그리드 (grid) 로 칭해질 수도 있다. 변환기들은 여기서 전압원 변환기들일 수도 있다. 그러나, 전류원 변환기들로도 가능하다.
DC 전력 송신 시스템은 보다 복잡하고, 몇 개 더 많은 DC 전력선들, 예를 들어, 양극성 시스템을 제공하기 위해 각각의 변환기에 접속된 2 개의 DC 전력선들을 포함할 수 있는 것으로 본원에서 인식되어야 한다. 또한, 보다 적은 전력선들, 예를 들어, 1 개의 전력선을 포함할 수 있다. DC 시스템에 몇 개 더 많은 회로 차단기들이 있을 수도 있는 것으로 또한 인식되어야 한다. 본 발명의 설명을 간소화하기 위해 도 1 에는 오직 하나만이 있다. 보다 많은 회로 차단기들이 있는 경우, 물론 보다 많은 게이트 제어 디바이스들 및 아마도 역시 보다 많은 국부 제어 시스템들이 있을 것이다. DC 전력 송신 시스템을 인터페이싱하는 보다 많은 또는 보다 적은 변환기들이 또한 있을 수도 있다.
도 2 는 회로 차단기 (28) 의 간소화된 구조를 개략적으로 도시한다. 전자적 차단기 소자와 직렬인 기계적 차단기 소자 (BR1) 를 포함한다. 기계적 차단기 소자 (BR1) 는 예를 들어, 릴레이 스위치 또는 단극 단투 (single pole single throw) 스위치일 수도 있다. 전자적 차단기 소자는 이 예에서 한 쌍의 반도체 디바이스들로 제조되는데, 여기서 하나는 이 예에서 고전압 또는 전력 반도체 디바이스인, 앞서 언급된 제 1 반도체 디바이스들 (SCD1) 이고, 한편 다른 것은 제 2 반도체 디바이스 (SCD2) 이다. 각각의 반도체 디바이스 (SCD1 및 SCD2) 는 DC 전력선의 전류 경로에 접속된 소스 및 컬렉터를 갖는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT) 일 수도 있다. 이러한 예에서, 주 전류 반대 방향으로 바이패스를 제공하기 위해 컬렉터와 에미터 사이에 접속된 역병렬 다이오드가 또한 있다. 여기서, 다이오드의 양극은 컬렉터에 접속되고, 다이오드의 음극은 대응하는 반도체 디바이스의 에미터에 접속된다. 이전에 언급된 바와 같이, 반도체 디바이스 (SCD1 및 SCD2) 는 반대되는 배향들을 갖는다. 이는 2 개의 상이한 주 전류 방향들을 막을 수 있도록 하기 위해 행해진다. 이는, 여기서, 제 1 반도체 디바이스 (SCD1) 의 에미터는 제 2 반도체 디바이스 (SCD2) 의 에미터에 접속되는 반면, 컬렉터들은 서로 외면하는 것을 의미한다. 트랜지스터들은 또한 게이트를 각각 가지고, 이러한 게이트는 대응하는 게이트 제어 디바이스로부터 제어 신호를 수신하도록 되어 있는데, 여기서 제 1 반도체 디바이스는 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 로부터 제어 신호를 수신하고 제 2 반도체 디바이스는 다른 게이트 제어 디바이스로부터 제어 신호를 수신한다.
회로 차단기 (28) 에서, 전자적 스위칭 소자와 병렬인, 즉, 역병렬 다이오드들을 갖는 2 개의 반도체 디바이스들 (SCD1 및 SCD2) 과 병렬인 과전압 보호 소자가 또한 있다. 이러한 소자는 이 예에서 배리스터 (varistor) 와 같은 서지 어레스터 (surge arrester) (ZA) 이다.
본원에서, 회로 차단기에 직렬로 서로 접속된 보다 많은 이러한 전력 반도체 디바이스들이 있을 수 있고 또한 통상적인 것으로 인식되어야 한다. 모든 이러한 전력 반도체 디바이스들은 그러면 별도의 게이트 제어 디바이스로부터 게이트에서 대응하는 제어 신호를 수신해야 한다. IGBT 는 회로 차단기에서 이용될 수 있는 고전압 반도체 디바이스의 일 예일 뿐인 것으로 또한 인식되어야 한다. 이용될 수 있는 다른 유형들은, 예를 들어, MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 들, 사이리스터들, 게이트 턴 오프 사이리스터 (GTO) 들, 및 IGCT (Integrated Gate Commuted Thyristor) 들이다. 마지막으로, 역병렬 다이오드들은 생략될 수도 있는 것으로 인식되어야 한다. 이는, 예를 들어, 제 1 반도체 디바이스 및 제 2 반도체 디바이스가 반대 배향과 직렬인 2 개의 RC-IGBT (Reverse Conducting Integrated Gate Bipolar Transistor) 들인 경우에 행해질 수도 있다. 2 개의 RB-IGBT (Reverse Blocking Integrated Gate Bipolar Transistor) 들이 역병렬으로 접속되는 경우 역병렬 다이오드들은 또한 생략될 수도 있다.
이러환 회로 차단기 (28) 의 기능은, 시스템의 정규 동작에서, 기계적 차단 소자 및 전자적 차단기 소자 (BR1, 및 SCD1, SCD2) 양자 모두가 폐쇄된다는 것이다. 그러면, 접지 오류와 같은 오류가 검출되는 경우, 양자 모두가 개방되어야 할 것이다. 이러한 경우에, 전자적 차단기 소자 (SCD1 및 SCD2) 가 우선 개방되며, 그 이후에 기계적 차단기 소자 (BR1) 를 개방할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, DC 시스템 (10) 은 통상적으로 800 kV - 1200 kV 와 같은 고전압 레벨들에서 동작한다. 이러한 전압들에서, 게이트 제어 디바이스들이 고전압 레벨들에 대해 전기적으로 절연되어야 하는데, 이는 비용이 많이 들고 또한 문제가 많다는 점에서 문제가 있다. 또한, 직렬 접속된 IGBT 들이 이용되는 경우, 게이트 제어 디바이스들은 상이한 전압들에서 사용된다.
본 발명은 광 신호들로서 게이트 제어 디바이스에 제어 신호들을 제공하는 것을 통해 이러한 문제를 해결한다. 이러한 광 신호들은 나아가 또한 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하는데 이용된다. 이는 광 신호들이 게이트 제어 디바이스의 공급 전압으로 또한 이용되는 전기적 전압들로 변환된다는 것을 의미한다. 이는 게이트 제어 신호들의 시스템의 나머지 부분으로부터의 전기적 절연을 제공하는 이점을 갖는다.
이를 하는 것을 가능하게 하도록 하기 위해, 밸브 제어 유닛의 광원들은 레이저 다이오드들과 같은 레이저들이어야 한다. 또한, 종종 점화 펄스 (firing pulse; FP) 들이라고 지칭되는, 전자적 스위치들을 제어하는데 이용되는 신호들은 또한 이러한 레이저들의 낮은 출력 레벨들로 제공된다. 이는 반도체 디바이스 제어 신호는 높은 출력 전력 레벨로 전달되지 않음을 의미한다. 회로 차단기는 오류들이 있더라도 오직 드물게 스위칭될 것이다. 회로 차단기는 짧은 데이터 버스트들을 통해 형성된 제어 신호를 이용하여 통상적으로 스위칭된다. 이러한 방식으로, 대부분의 시간에 높은 전력 레벨이 공급될 것이다. 이는 또한 높은 레벨이 종종 그리고 충분히 길게 존재하여 게이트 제어 디바이스에 전력을 공급하는 것을 가능하게 할 것을 의미한다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 반도체 디바이스들 (SCD1) 에 대한 제어 시스템의 부분을 개략적으로 도시하는 것으로, 여기서 좀더 특히 도 1 에서 도시된 국부 제어 시스템 (32) 에서 제공되는 2 개의 밸브 제어 유닛들 (36 및 38) 를 도시한다. 이러한 2 개의 밸브 제어 유닛들 (36 및 38) 은 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 와 통신한다. 통신은 본원에서 I/O 채널들을 제공하는 전용 광 섬유들을 통해 제공되고, 따라서 밸브 제어 유닛들 (36 및 38) 은 광 신호들을 송신하는 광 송신기들 및 광 신호들을 수신하는 광 수신기들을 구비한다. 송신기는 본원에서는 통상적으로 레이저 다이오드와 같은 레이저이고, 수신기는 포토 다이오드와 같은 포토 검출기이다. 광 송신기와 광 수신기의 결합은 또한 광 송수신기가 되는 것으로 여겨질 수도 있다. 이러한 이유로, 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 는 이러한 제 1 실시예에 따라 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 의 광 송수신기와 통신하는 제 1 광 인터페이스 (40) 를 구비한다. 이러한 제 1 실시예에서, 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 과 게이트 제어 디바이스 (30) 의 제 1 광 인터페이스 (40) 사이에 전용 I/O 채널을 제공하는 전용 광 섬유가 있다. 이러한 제 1 광 통신 인터페이스 (40) 는 제 1 전력 공급 모듈 (42), 신뢰도 제어 모듈 (50), 및 반도체 제어 모듈 (52) 에 전기적으로 접속된다. 제 1 광 통신 인터페이스 (40) 는 한편으로는 광 신호들을 전기 신호들로 변환하고 이러한 전기 신호들로 제 1 전력 공급 모듈 (42) 에 전력을 공급하고, 다른 한편으로는 전용 I/O 채널을 통해 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 으로의 전송을 위해 전기 신호들을 광 신호들로 변환시킨다는 점에서 광전 (opto-electrical) 변환을 또한 수행한다. 제 1 광 통신 인터페이스는 따라서 또한 광 송수신기를 구비한다. 그러나, 여기서 광 송신기가 발광 다이오드 (LED) 인 것으로 충분하다. 수신된 광 신호에 기초하여 생성된 전기 신호는 또한 신뢰도 제어 모듈 (50) 에 공급될 수도 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 광 신호들은 점화 펄스들의 형태로 데이터를 포함하며, 이는 반도체 디바이스 제어 모듈 (52) 에 포워딩될 수도 있다.
게이트 제어 디바이스 (30) 의 제 2 광 인터페이스 (44) 는 동일한 방식으로 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 과 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 사이에 전용 I/O 채널을 제공하는 제 2 광 섬유를 통해 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 에 접속된다. 제 2 광 인터페이스 (44) 는 또한 광 송수신기를 포함하고, 제 2 전력 공급 모듈 (46), 신뢰도 제어 모듈 (50), 및 반도체 디바이스 제어 모듈 (52) 에 전기적으로 접속된다. 반도체 디바이스 제어 모듈 (52) 은 여기서 회로 차단기 에서의 제 1 반도체 디바이스 (SCD1) 의 게이트에 인가되는 제 1 제어 신호 (SCD_CTRL1) 를 제공하는데, 이 신호는 따라서 전기 신호이다. 반도체 디바이스 제어 모듈 (52) 은 또한 그로부터 점화 펄스들을 수신한 밸브 제어 유닛에 전송되는 표시 펄스들을 제공할 수도 있다. 표시 펄스들은 본원에서 제 1 반도체 디바이스의 제어와 관련된 데이터이다. 신뢰도 제어 모듈 (50) 은 이러한 제 1 실시예에서 또한 제 1 전력 공급 모듈 및 제 2 전력 공급 모듈 (42 및 46) 뿐만 아니라 반도체 디바이스 제어 모듈 (52) 에 접속된다.
이제, 본 발명의 제 1 실시예는 또한 도 4 를 참조하여 설명될 것으로, 도 4 는 게이트 제어 디바이스를 동작시키고 제 1 게이트 제어 디바이스에서 수행되는 방법에서 다수의 방법 단계들의 플로 차트를 도시한다.
반도체 디바이스용 제어 시스템은 적어도 3 개의 레벨들을 포함하는 다양한 계층 레벨들로 통상적으로 제공된다. 가장 낮은 계층 레벨에서는 게이트 제어 디바이스가 제공되고, 다음으로 높은 레벨에서는 밸브 제어 유닛들이 제공된다. 보다 높은 레벨에서는, 예를 들어, 전력선에서의 접지 오류의 검출 때문에, 보호 기능을 수행하는 하나 이상의 제어 컴퓨터들이 통상적으로 제공된다. 여기서, 제어 컴퓨터는 밸브 제어 유닛 (36 또는 38) 으로 전송되는 제어 명령들을 생성시키며, 이는 차례로 제어 명령들에 기초하여 점화 펄스를 생성시키며, 이는 광 신호 (OS1 또는 OS2) 로 게이트 제어 디바이스 (30) 에 전송된다. 게이트 제어 디바이스 (30) 에서의 반도체 제어 모듈 (52) 은 그러면 제어 신호 (SCD_CTRL1) 를 갖는 점화 펄스에 기초하여 반도체 디바이스를 제어한다.
2 개의 밸브 제어 유닛들 (36 및 38) 이 중복 목적으로 제공된다. 이는 정규 동작 모드에서는 활성 밸브 제어 유닛인 것 하나와 백업 밸브 제어 유닛인 다른 것이 항상 있다는 것을 의미한다. 이는 또한 활성 밸브 제어 유닛이 반도체 디바이스를 제어하는데 이용되는 신호들, 즉, 점화 펄스들을 제공하며, 한편 대기 밸브 제어 유닛은 대기 유닛으로, 대기 유닛의 신호들은 이 메인 밸브 제어 유닛이 정규 동작 모드에서 오류로 되는 경우 보통 활성인 메인 밸브 제어 유닛의 신호들을 대체하는데에만 보통 이용된다는 것을 의미한다. 본 발명의 이러한 제 1 실시예에서, 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 은 여기서 처음에 활성 밸브 제어 유닛인 반면, 제 2 밸브 제어 유닛은 대기 밸브 제어 유닛이다.
이러한 제 1 실시예에서, 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 에는, 정규 동작 모드에서, 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 으로부터의 제 1 광 신호 (OS1) 및 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 으로부터의 제 2 광 신호 (OS2) 가 계속적으로 그리고 동시에 공급된다. 따라서, 알 수 있는 바와 같이, 제 1 광 통신 인터페이스 (40) 는 제 1 활성 밸브 제어 유닛으로부터 제 1 광신호 (OS1) 를 수신하며, 단계 54, 한편 제 2 광 인터페이스 (44) 는 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 으로부터 제 2 광 신호 (OS2) 를 수신한다. 국부 제어 시스템에 의해 공급되는 반도체 제어 모듈 (52) 을 위해 의도된 점화 펄스들과 같은 데이터가 있는 경우에, 이는 제 2 광 신호 (OS2) 가 아니라 제 1 광 신호 (OS1) 로 제공될 것이다. 제 1 광 신호 (OS1) 에는 이러한 점화 펄스들이 존재한다고 할지라도 대기 밸브 제어 유닛으로부터의 광 신호 (OS2) 에 점화 펄스들이 존재하는 것이 여기서는 가능하지 않다.
그러나, 본 발명의 일부 실시예에서, 항상 제 2 광 신호 (OS2) 가 있다. 밸브 제어 유닛들 (36 및 38) 로부터의 광 신호들은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 소정의 전력 레벨로 제공되고, 이러한 실시예에서 밸브 제어 유닛들로부터의 광 신호들은 양자 모두 광 송신기들의 최대 출력 전력 레벨의 절반으로 제공된다.
제 1 광 신호 (OS1) 는 따라서 제 1 광 인터페이스 (40) 에 의해 수신되며, 전기 신호로 변환되어 제 1 전압 공급 모듈 (42) 뿐만 아니라 신뢰도 제어 모듈 (50) 에 공급된다. 특히 신호가 점화 펄스들을 포함하는 경우, 이는 또한 반도체 제어 모듈 (52) 에 제공될 수도 있다.
동일한 방식으로, 또한 제 2 광 신호 (OS2) 가 제 2 광이 제 2 광 인터페이스 (44) 에 의해 수신되며, 전기 신호로 변환되어 제 2 전압 공급 모듈 (46) 에 그리고 가능하게는 또한 반도체 제어 모듈 (52) 에 공급된다.
본원에서 신뢰도 제어 모듈 (50) 은 오직 활성 밸브 제어 유닛으로부터의 신호들만을 처리하도록 반도체 제어 모듈 (52) 을 제어하고, 대기 밸브 제어 유닛으로부터의 가능한 신호들을 폐기하거나 무시할 수도 있다.
반도체 제어 모듈 (52) 은 그 다음에 점화 펄스를 반도체 디바이스의 게이트에 인가될 게이트 전압으로 변환시켜 표시 펄스를 갖는 점화 펄스에 응답한다.
또한, 활성 밸브 제어 유닛이 만족스럽게 동작하는 것을 확실히 하도록 하기 위해, 기능 제어 데이터를 정기적으로 전송하도록 신뢰도 제어 모듈에 의해 설정되거나 지시될 수도 있다. 본 발명의 일 변형예에서, 반도체 디바이스 제어 명령들과는 명백하게 구별되나 스위칭 명령들이 전송될 수 있는 것을 보장하기에 충분히 유사한 데이터를 정기적 간격들로 전송하도록 설정될 수도 있다. 이러한 기능 제어 데이터는 활성 밸브 제어 유닛이 적절히 기능함을 증명하기 위해서만 제공될 수도 있다. 대안으로서, 기능 제어 데이터는 제 1 반도체 디바이스를 제어하는데 이용되지 않고 오직 밸브 제어 유닛의 기능성을 조사하는데에만 이용되는 "거짓" 또는 "가짜" 점화 펄스인 것으로 게이트가 제어 디바이스가 알고 있는 점화 펄스일 수도 있다. 그러나, 오직 활성 밸브 제어 유닛만이 이러한 기능 제어 데이터를 전송하기 때문에, 중복 밸브 제어 유닛으로부터 동일한 기능 제어를 얻는 것은 가능하지 않다. 이는 오류가 있는 중복 대기 밸브 제어 유닛이 정상적인 활성 밸브 제어 유닛과 병행하여 제공된다는 점에서 문제가 될 수 있다.
이러한 상황을 처리하기 위해, 그리고, 또는, 혹은 대신에, 활성 밸브 제어 유닛의 수명을 연장시키기 위해, 신뢰도 제어 모듈 (50) 은 신뢰도 향상 기법에 따라 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 을 활성 밸브 제어 유닛으로 일시적으로 스위칭할 수도 있다 (단계 56). 신뢰도 제어 모듈 (50) 은 따라서 제 1 광 인터페이스 (40) 에 전달되는 명령을 생성시킬 수도 있으며, 이 명령은 광학적 형태로 변환되어 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 에 송신된다. 그러면, 이러한 명령은 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 이 활성 밸브 제어 유닛인 것을 중지하고 대신에 백업 밸브 제어 유닛이 되도록 지시할 것이다. 이러한 명령은 또한 이러한 상황이 실행될 시간의 길이에 관한 데이터를 포함할 수도 있다. 이러한 명령에 대한 응답으로서, 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 은 그 다음에 역할들을 스위칭하도록 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 과 통신할 수도 있다. 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 은 여기서 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 에 상태에서의 변화 및 또한 지속 시간에 대해 알린다. 대안으로서, 다시 스위칭할 시간일 때에, 신뢰도 제어 모듈 (50) 이 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 또는 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 에 알리는 것이 가능하다. 또 다른 대안으로서, 신뢰도 제어 모듈 (50) 이 가능하게는 또한 지속 시간의 표시와 함께, 백업 밸브 제어 유닛이 될 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 에 제 1 제어 신호 (VCU_CTRL1) 를, 그리고 활성 밸브 제어 유닛이 될 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 에 제 2 밸브 제어 신호 (VCU_CTRL2) 를 동시에 전송하는 것이 가능하다. 이러한 후자의 변형예에서, 기간을 알리는 대신에, 신뢰도 제어 모듈 (50) 이 그것들의 이전 역할들인 활성 밸브 제어 유닛 및 백업 밸브 제어 유닛을 재개함을 2 개의 밸브 제어 유닛들 (36 및 38) 에 다시 동시에 알리는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 게이트 제어 디바이스의 신뢰도 제어 모듈이 활성 밸브 제어 유닛의 선택들을 수행함을 알 수 있다.
여기서, 역할들이 변화되는, 즉, 제 2 밸브 제어 유닛이 활성화되는 시간의 길이는 그로부터 제 2 밸브 제어 유닛의 적절한 기능이 결정될 수 있는 데이터를 수신하기에 충분해야할 필요가 있을 수도 있다. 여기서, 따라서, 활성화되는 경우 기능 제어 데이터를 포함하는 제 2 광 신호 (OS2) 가 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 으로부터 수신되는 것이 또한 명확하다 (단계 58).
신뢰도 처리 기법은, 통상적으로, 예를 들어, 매 2 초마다 한 번, 매분마다 한 번, 매시간마다 한번, 또는 하루에 한번일 수도 있는, 이러한 역할 스위칭의 주기성을 설정한다.
2 개의 신호들 (OS1 및 OS2) 은 본원에서 전체 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하기 위해 제 1 전력 공급 유닛 (42) 및 제 2 전력 공급 유닛 (46) 에 의해 이용된다 (단계 60). 이러한 실시예에서, 제 1 광 신호 (OS1) 는 게이트 제어 디바이스 (30) 의 일부분을 에너자이징하는데 이용되고, 제 2 광 신호 (OS2) 는 게이트 제어 디바이스 (30) 의 다른 부분을 에너자이징하는데 이용된다. 이러한 제 1 실시예에서, 제 1 광신호 (OS1) 는 게이트 제어 디바이스 (30) 의 처음 절반을 또한 에너지징하는 한편, 제 2 광 신호 (OS2) 는 게이트 제어 디바이스 (30) 의 다른 절반을 에너자이징한다.
신뢰도 제어 모듈 (50) 은 또한 신뢰도 검사를 수행할 수도 있다 (단계 62). 이러한 검사는 활성 밸브 제어 유닛으로부터의 광 신호들의 광 전력 레벨들을 검출하는 것을 수반할 수도 있다, 단계 62. 이러한 이유로, 신뢰도 제어 모듈 (50) 은 광 인터페이스들로부터 광 신호의 전력 레벨 측정치들을 수신하거나 불러올 수도 있다. 광 전력 레벨들은, 신뢰도 제어 모듈 (50) 에서, 예를 들어, 신뢰도 임계치, 즉, 밸브 제어 유닛이 적절히 기능하는지 아닌지를, 그리고 좀더 특히 밸브 제어 유닛의 레이저가 적절히 기능하는지 아닌지를 나타내는 임계치와 비교될 수도 있다. 그 대신에, 또는 그에 더해 전력 레벨 검사가 정확한지 아닌지를 보기 위해 기능 제어 데이터가 조사되는 것이 또한 가능하다. 기능 제어 데이터는 신뢰도 제어 모듈에 의해 알려질 수도 있고, 검사는 수신된 기능 제어 데이터를 수신된 기능 제어 데이터와 비교하는 것을 수반할 수도 있다. 또한, 예상된 기능 제어 데이터의 부재는 오류가 있는 밸브 제어 유닛을 나타낼 수도 있다.
전력 레벨이 임계치보다 높거나 기능 제어 데이터가 존재하고 정확한 경우와 같이, 조사된 밸브 제어 유닛이 신뢰도 검사를 통과하는 경우 (단계 64), 활성 제어 유닛은 적절히 기능하고 따라서 정규 동작 모드가 계속된다 (단계 68). 그러나, 활성 밸브 제어 유닛이 신뢰도 검사에서 실패하는 경우, 단계 64, 신뢰도 제어 모듈 (50) 은 오류 모드로 진입한다 (단계 66).
이러한 오류 모드는 신뢰도 제어 모듈 (50) 이 대기 밸브 제어 유닛이 활성 밸브 제어 유닛으로서 인계받도록 지시하고, 오류 모드의 전체 기간 동안 신뢰도 검사에서 실패한 밸브 제어 유닛을 접속해제하도록 지시하는 것을 포함할 수도 있다. 오류 모드는 통상적으로 오류가 있는 밸브 제어 유닛이 대체될 때까지 지속된다.
이러한 제 1 실시예에서, 이는, 전력을 공급하기 위해, 정상적인 밸브 제어 유닛, 즉, 오류 모드에서 단일 활성 밸브 제어 유닛과 연관된 전력 공급 모듈을 전체 게이트 제어 디바이스, 즉, 또한 오류가 있는 밸브 제어 유닛에 의해 원래 공급되는 부분에 접속시키는 신뢰도 제어 모듈 (50) 과 결합될 수도 있다.
이러한 방식으로, 게이트 제어 디바이스는 광 전력 공급, 점화 제어 (FP), 및 표시 펄스들 (IP) 에 대한 기능성을 제공하는 2 개의 개별적인 광 통신 인터페이스들을 구비함을 알 수 있다. 신뢰도 제어 모듈은 또한 통신 채널들을 통해 2 개의 중복 밸브 제어 유닛들로부터의 광 신호들을 정기적으로 토글링하고 제어한다. 이는 중복 밸브 제어 유닛들 사이에서 활성 밸브 제어 유닛을 선택하는 상호통신 제어기 및 중앙 밸브 제어 유닛의 필요없이 개개의 I/O 채널들의 제어를 허용한다. 이는, 따라서, 본 발명에 따르면, 통상적인 경우의 계층적 레벨 위에서가 아니라, 밸브 제어 유닛들이 배치되는 계층적 레벨 아래의 제어 시스템의 계층적 레벨에서 밸브 제어 유닛들 사이의 스위칭의 결정이 이루어짐을 의미한다. 본 발명은 또한 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하는데 인가되는 레이저 구동 광 전력 공급의 오류 (MTBF) 수명 제한들 사이의 평균 시간을 극복한다. 게이트 제어 디바이스에 의한 I/O 채널들의 개별적인 제어는 하드웨어 및 소프트웨어 양자 모두와 관련하여 밸브 제어 유닛들의 설계를 간소화시키고 따라서 불필요한 비용들을 감소시킨다. 레이저의 수명의 끝 또는 I/O 채널의 갑작스러운 오류에서, 다음 보수 구간일 때까지 잔여 I/O 채널에 의해 충분한 광 전력이 여전히 공급된다. DC 차단기의 즉각적인 이동 및 수리가 요구되지 않고, 따라서 게이트 제어 디바이스에 접속된 반도체 디바이스의 파손을 피하는 것이 가능하다.
제 1 실시예의 일 이점은 I/O 채널들 양자 모두의 광 전력이 게이트 제어 디바이스의 상이한 부분들에 공급되도록 계속적으로 제어된다는 것이다. 수명의 끝 또는 일 I/O 채널의 갑작스러운 오류에서, 잔여 I/O 채널의 광 전력 공급은 게이트 제어 디바이스의 모든 부분들에 서빙하도록 방향이 바뀌게 된다. 반도체 디바이스에서의 치명적인 손상을 피함으로써, 포지션들, 신뢰도, 보수 간격들, 및 비용들이 DC 차단기 밸브 제어에 대한 중복 광 인터페이스의 적정한 비용으로 상당히 감소된다. 50 % 로 감소된 출력 전력 레벨을 이용함으로써, 결과적인 평균 레이저 전류 및 레이저 소스의 동작 온도가 크게 감소된다. 이는 레이저 소스들의 기대 수명 (MTBF) 의 두 배보다 많다.
게이트 제어 유닛들에 의해 수행되는 밸브 제어 유닛들로부터의 레이저 출력 전력의 관리 방식은 다수의 방식들로 수행될 수 있다.
각각의 밸브 제어 유닛에 대해 모니터링되는 2 개의 전력 레벨들, 주의 레벨, 및 경고 레벨이 있을 수도 있다. 주의 레벨은 본원에서 밸브 제어 유닛이 밸브 제어 유닛의 광 출력 전력을 증가시키거나 감소시키는 것을 결정하는데 이용될 수도 있다. 이러한 레벨은 따라서 밸브 제어 유닛들에 전력 제어 명령들을 전송하는데 이용될 수도 있다. 광 입력 전력, 즉, 밸브 제어 유닛으로부터 게이트 제어 유닛으로 공급되는 전력이 충분한지 아닌지 여부에 관한 정보가 충분한 주파수로 게이트 제어 유닛으로부터 대응하는 밸브 제어 유닛들로 전송될 수도 있다. 밸브 제어 유닛은 이러한 정보에 따라 작용하고, 그에 따라 밸브 제어 유닛이 출력하는 광 전력을 조절한다.
경고 레벨은 한편 어느 밸브 제어 유닛이 활성화될 것인지를 결정하는데 이용될 수도 있다. 게이트 제어 유닛은 그 다음에 밸브 제어 유닛들에 결정들을 전송할 수도 있으며, 밸브 제어 유닛들은 결정들에 따라 작동한다. 이러한 것들이 행해질 수도 있는 다수의 방식들이 있다.
제 1 변형예에서, 게이트 제어 디바이스의 일부분에는 일 광 통신 인터페이스를 통해 획득된 전력이 공급되고, 다른 부분에는 다른 광 통신 인터페이스를 통해 수신된 전력을 통해 전력이 공급된다. 여기서 오직 하나의 게이트 제어 유닛만이 활성화되고 제어 펄스들을 전송할 수도 있다. 활성 게이트 제어 유닛으로부터의 전력이 경고 제한치 아래라고 신뢰도 제어 모듈이 검출하는 경우, 이러한 밸브 제어 유닛에 그 밸브 제어 유닛을 비활성화는 명령을 전송하고, 동시에 다른 밸브 제어 유닛에 그 밸브 제어 유닛을 활성화할 것을 명령할 수도 있다. 동시에, 활성화된 밸브 제어 유닛으로부터의 광 전력은 전체 밸브 제어 유닛에 전력을 공급하기 위해 이용된다.
대안으로서, 밸브 제어 유닛들에서의 2 개의 광원들이 동일한 부하를 겪는 방식으로 광 통신 인터페이스들을 통해 제공되는 2 개의 광 수신기들에 접속된 부하를 변조하는 것이 가능하다. 광 통신 인터페이스들의 계속적으로 부하의 절반을 겪는 그러한 주파수로 변조가 수행될 수도 있다. 접속된 반도체 디바이스의 제어를 위한 제어 펄스들은 오직 활성화되어 있는 일 밸브 제어 유닛으로부터만 전송된다. 다른 것은 오직 광 전력만을 전송한다. 광 입력 전력의 모니터링에서 활성 밸브 제어 유닛으로부터의 전력이 경고 제한치 아래라는 검출이 이루어지는 경우, 게이트 제어 유닛은 이 밸브 제어 유닛에 비활성화 되어야 된다는 명령을 전송할 것이다. 동시에, 게이트 제어 유닛은 다른 밸브 제어 유닛에 활성화되도록 지시한다.
또 다른 대안에 따르면, 게이트 제어 유닛에 대해 요구되는 모든 에너지가 하나의 광 통신 인터페이스를 통해 획득되는 것이 가능하다. 다른 인터페이스에 대한 부하는 그러면 완전히 접속해제된다. 비활성 밸브 제어 유닛은 그러면 기능에 대한 전력 모니터링에 요구되는 만큼의 전력만을 전송한다. 활성 밸브 제어 유닛으로부터의 전력이 경고 레벨 아래라고 광 전력의 모니터링이 보여주는 경우, 게이트 제어 유닛은 이러한 밸브 제어 유닛에 비활성화되도록 지시하고, 동시에 다른 밸브 제어 유닛에 활성화되도록 지시한다.
다른 대안은 낮은 주파수로 하나의 밸브 제어 유닛으로부터 다른 밸브 제어 유닛으로 전체 부하를 스위칭하는 것이다. 이 스위칭은 밸브 제어 유닛과 게이트 제어 유닛 사이에 일어나는 통신을 방해하지 않는 그러한 주파수로 이루어져야 할 것이다. 게이트 제어 유닛은 어느 밸브 제어 유닛이 활성화될지를 결정하여, 제어 명령들 및 광 전력 양자 모두를 전송한다. 게이트 제어 유닛에 대한 광 입력 전력이 경고 제한치 아래인 경우, 이러한 스위칭은 방해되고 오직 충분한 전력을 공급할 수 있는 밸브 제어 유닛만이 활성화된다.
본 발명에 대해 이루어질 수 있는 다수의 추가적인 변형예들이 있다.
신뢰도 검사는 위에서 활성 밸브 제저 유닛에 대해 이루어졌다. 광 신호가 대기 밸브 제어 유닛에 의해 제공되는 한, 또한 이러한 신호의 전력 레벨이 조사될 수 있다. 이는 신뢰도 검사가 또한 대기 밸브 제어 유닛에 대해 이루어질 수 있음을 의미한다.
전력 레벨들의 관계가 달라질 수 있다는 것이 또한 이해되어져야 한다. 백업 밸브 제어 유닛은, 예를 들어, 활성 밸브 제어 유닛의 전력 레벨의 일부분인 전력 레벨을 갖는 광 신호를 이용할 수도 있다. 이러한 일부분은 일 실시예에서 25 %, 그리고 다른 실시예에서 10 % 일 수도 있다. 활성 밸브 제어 유닛의 전력 레벨의 일부분에서의 전력 레벨을 갖는 이점은 대기 밸브 제어 유닛을 조사하는 한편, 동시에 오류가 있는 밸브 제어 유닛이 교체되기 전에 시스템이 구동될 수도 있는 시간을 더 연장시키는 것이 가능하다는 것이다.
또 다른 대안예에 따르면, 대기 밸브 제어 유닛의 광원이 턴 오프되는 것이 가능한데, 이는 에너지를 절약하고 대기 밸브 제어 유닛의 수명을 보다 더 연장시킨다. 그러나, 이러한 경우에, 대기 밸브 제어 유닛이 활성화될 때까지 대기 밸브 제어 유닛을 조사하는 것이 가능하지 않다. 이러한 경우에, 광 신호들 양자 모두가 또한 전체 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하는데 이용될 것이다.
본 발명의 다른 변형예에 따르면, 각각의 광 인터페이스가 전기 저장 커패시터를 구비하는 것이 가능하다. 본 발명의 이러한 변형예에서, 신뢰도 제어 모듈은, 즉, 대기 밸브 제어의 광원이 추후에 정규 동작 모드에서 완전히 턴 오프될지라도, 밸브 제어 유닛들 양자 모두가 시동 모드에서 동시에 활성화되도록 제어할 수도 있다. 여기서, 밸브 제어 유닛들은 처음에 또한 최대 출력 전력으로 동작될 수도 있다. 이는 처음의 시동 중에 I/O 채널들 양자 모두가 게이트 제어 디바이스에 전력을 공급하는데 이용될 수도 있음을 의미한다. 이는 게이트 제어 디바이스의 시동 시간을 감소시킨다. 개개의 용량성 에너지 저장부들은 여기서 공통 게이트 제어 디바이스 기능부들에 대한 전력 중단의 위험 없이 채널들 사이의 안전한 토글링을 허용한다.
각각의 밸브 제어 유닛은 또한 레이저 전류 설정 데이터가 저장되는 레이저 제어 상태 테이블을 구비할 수도 있다. 소정의 밸브 제어 유닛의 레이저가 이용되기 시작함에 따라, 교정이 완료된 후에 최종 레이저 전류 값이 이 밸브 제어 유닛의 레이저 제어 상태 테이블에 저장되며, 이 값은 그 다음에 턴 오프된 다음에 이러한 레이저를 이용하기 시작하기 시작한 후에 즉시 이용된다. 교정되지 않은 레이저를 갖는 다른 게이트 제어 디바이스의 테이블 값은 그 다음에 교정된 레이저의 최종 레이저 전류 값을 수신할 수도 있다.
이는 추후에 시작되는 레이저의 교정 프로세스의 속도를 높인다. 논의되는 값은 밸브 제어 유닛들 사이에서 직접적으로 전송될 수도 있다. 대안으로서, 그 값이 하나의 밸브 제어 유닛으로부터 게이트 제어 디바이스로 전송될 수도 있으며, 게이트 제이 디바이스는 그 값을 다른 밸브 제어 유닛으로 포워딩한다.
다른 변형예에서, 밸브 제어 유닛들 양자 모두가 동일한 회로 기판 상에 제공될 수도 있다. 밸브 제어 유닛들은 따라서 공통 밸브 제어 유닛 I/O 기판 상에 배치될 수도 있다. 이는 또한 밸브 제어 유닛들이 게이트 제어 디바이스에 대해 동일한 I/O 채널을 사용할 수도 있음을 의미하며, 이것이 제 2 광 인터페이스가 게이트 제어 디바이스에서 제거될 수도 있는 이유이다. 이는 또한 섬유들의 수를 적어도 25 % 만큼 감소시킨다.
본 발명의 다른 변형예에서, 제 1 게이트 제어 디바이스 및 제 1 반도체 디바이스에 대해 완전한 병렬 중복이 실현된다. 이는 DC 차단기의 즉각적인 이동 및 수리를 방지하기 위해 오류가 있는 반도체 디바이스를 바이패싱하는 것을 허용할 것이다. 이러한 상황이 도 5 에 개략적으로 도시된다.
앞서와 마찬가지로, 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 와 통신하는 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 및 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 이 있으며, 제 1 게이트 제어 디바이스는 차례로 제 1 반도체 디바이스 (SCD1) 를 제어한다. 그러나, 이 변형예에서, 제 3 의 추가적인 반도체 디바이스 (SCD3) 를 제어하는 제 2 병렬 게이트 제어 디바이스 (70) 가 있으며, 제 3 반도체 디바이스 (SCD3) 는 제 1 반도체 디바이스 (SCD1) 와 병렬로 접속된다. 여기서, 도시된 반도체 디바이스들의 각각은 보통 도 2 에서와 반대 배향으로, 반도체 디바이스와 직렬로 접속된다는 것을 또한 이해해야 한다. 그러나, 이는 여기서 불필요한 세부사항들로 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해 생략되었다. 본원에서 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 및 제 2 밸브 제어 유닛 (38) 은 제 2 게이트 제어 디바이스 (70) 와 또한 통신한다. 이는 제 1 밸브 제어 유닛 및 제 2 밸브 제어 유닛은 양자 모두가 이러한 제 2 게이트 제어 디바이스 (70) 에도 그것들의 광 신호들 (OS1 및 OS2) 을 전송할 뿐만 아니라 이러한 제 2 게이트 제어 디바이스 (70) 로부터 제어 신호들 (VCU_CTRL3 및 VCU_CTRL4) 을 수신한다는 것을 의미한다. 이러한 제 2 게이트 제어 디바이스 (70) 는 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 와 동일한 기능성을 가질 것이다.
이러한 이미 언급된 것들과 별개로 본 발명에 대해 이루어질 수 있는 많은 변형예들이 있을 것이다. 신뢰도 검사가 생략되는 것이 가능하다. 대안으로서, 활성 밸브 제어 유닛들의 일시적인 스위칭이 생략되는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 기능들 중 하나의 기능이 게이트 제어 디바이스에 의해 수행되어야 한다. 본 발명은 DC 시스템들에 국한되지 않고, 임의의 전력 송신 또는 전력 분배 시스템에 이용될 수도 있다. 반도체 디바이스가 회로 차단기 이외에 다른 분야에서 이용되는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 변환기 또는 STATCOM 에서 이용될 수도 있다.
앞서의 논의로부터, 본 발명이 다수의 방식들로 달라질 수 있음이 분명하다. 결과적으로, 본 발명은 오직 다음의 청구항들에 의해서만 제한될 것임이 이해될 것이다.

Claims (24)

  1. 반도체 디바이스 (SCD1) 용 게이트 제어 디바이스 (30) 를 동작시키는 방법으로서,
    상기 게이트 제어 디바이스는 제 1 및 제 2 밸브 제어 유닛 (36, 38) 에 접속되며, 정규 동작 모드에서 하나의 밸브 제어 유닛은 활성 밸브 제어 유닛이고 다른 밸브 제어 유닛은 대기 밸브 제어 유닛이며, 상기 활성 밸브 제어 유닛은 상기 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하고 상기 반도체 디바이스를 제어하는 데이터를 공급하는 광 신호를 제공하고, 상기 방법은 상기 게이트 제어 디바이스에서 수행되고,
    상기 방법은,
    - 활성화되는 경우 상기 제 1 밸브 제어 유닛으로부터 제 1 광 신호 (OS1) 를 수신하는 단계 (54),
    - 상기 제 2 밸브 제어 유닛으로부터 제 2 광 신호 (OS2) 를 수신하는 단계 (58),
    - 활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하는 단계 (58, 62), 및
    - 상기 게이트 제어 디바이스에 전력을 공급하기 위해 상기 제 1 및 상기 제 2 광 신호들에서의 에너지를 이용하는 단계 (60)
    를 포함하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하는 단계는, 정규 동작 모드에서 적용되는 신뢰도 향상 기법에 따라, 상기 제 1 밸브 제어 유닛이 활성화되는 것으로부터 상기 제 2 밸브 제어 유닛이 활성화되는 것으로 일시적으로 스위칭하는 단계 (58) 를 포함하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하는 단계는, 상기 밸브 제어 유닛들 중 하나의 밸브 제어 유닛의 신뢰도 검사를 수행하는 단계 (62), 및 상기 신뢰도 검사의 결과 (64) 에 기초하여 오류 모드로 진입하는 단계 (66) 를 포함하고,
    상기 오류 모드는 상기 오류 모드의 기간 동안 단일 활성 밸브 제어 유닛이 될 다른 밸브 제어 유닛을 선택하는 것을 포함하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신뢰도 검사는 조사된 밸브 제어 유닛으로부터의 광 신호의 전력 레벨을 검출하는 것 및 상기 전력 레벨을 신뢰도 임계치와 비교하는 것을 포함하고, 상기 오류 모드의 진입은 상기 전력 레벨이 상기 신뢰도 임계치에 도달하는데 실패하는 경우에 행해지는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    대기 밸브 제어 유닛의 광원은 턴 오프되는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    대기 밸브 제어 유닛은 상기 활성 밸브 제어 유닛의 전력 레벨과 관련되는 전력 레벨을 갖는 광 신호를 제공하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 대기 밸브 제어 유닛의 전력 레벨은 상기 활성 밸브 제어 유닛의 전력 레벨의 일부분인, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 대기 밸브 제어 유닛의 전력 레벨은 상기 활성 밸브 제어 유닛의 전력레벨과 동일한, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 밸브 제어 유닛들은 상기 제 1 및 제 2 밸브 제어 유닛들의 광원들의 최대 전력 레벨들의 절반인 전력 레벨들을 갖는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  10. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 제어 유닛은 상기 게이트 제어 디바이스의 제 1 부분을 에너자이징하고, 상기 제 2 밸브 제어 유닛은 상기 게이트 제어 디바이스의 제 2 부분을 에너자이징하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 신호에서의 데이터는 상기 신호의 낮은 전력 레벨들로서 제공되는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시동 모드에서 동시에 활성화되도록 상기 제 1 및 상기 제 2 밸브 제어 유닛을 제어하는 단계를 더 포함하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스 동작 방법.
  13. 반도체 디바이스 (SCD1) 용 게이트 제어 디바이스 (30) 로서,
    - 적어도 하나의 전력 공급 모듈 (42, 46),
    - 2 개의 밸브 제어 유닛들 (36, 38) 로부터 광 신호들 (OS1, OS2) 을 수신하기 위한 적어도 하나의 광 통신 인터페이스 (40; 44) 로서, 상기 밸브 제어 유닛들의 정규 동작 모드에서 하나의 밸브 제어 유닛은 활성 밸브 제어 유닛이고 다른 밸브 제어 유닛은 대기 밸브 제어 유닛이며, 활성 밸브 제어 유닛은 상기 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하고 상기 반도체 디바이스를 제어하는 데이터를 공급하는 광 신호를 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 인터페이스는 상기 게이트 제어 디바이스에 전력을 공급하는 대응하는 전력 공급 모듈 (42, 46) 로의 공급을 위해 광 신호를 전기 신호로 변환하도록 더 구성되는, 상기 적어도 하나의 광 통신 인터페이스,
    - 상기 반도체 디바이스를 제어하는 반도체 디바이스 제어 모듈 (52), 및
    - 활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하도록 구성된 신뢰도 제어 모듈 (50)
    을 포함하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 신뢰도 제어 모듈은, 활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하도록 구성되는 경우, 상기 적어도 하나의 광 통신 인터페이스를 통해, 정규 동작 모드에서 적용되는 신뢰도 향상 기법에 따라, 상기 제 1 밸브 제어 유닛이 활성화되는 것으로부터 상기 제 2 밸브 제어 유닛이 활성화되는 것으로 일시적으로 스위칭하도록 더 구성되는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 신뢰도 제어 모듈은, 활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하도록 구성되는 경우, 상기 밸브 제어 유닛들 중 하나의 밸브 제어 유닛의 신뢰도 검사를 수행하고 상기 신뢰도 검사의 결과들에 기초하여 오류 모드에 진입하도록 더 구성되고, 상기 오류 모드에서 상기 신뢰도 제어 모듈은 상기 오류 모드의 기간 동안 단일 활성 밸브 제어 유닛이 될 다른 밸브 제어 유닛을 선택하도록 더 구성되는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 신뢰도 제어 모듈은 신뢰도 검사를 수행하는 경우 조사된 밸브 제어 유닛으로부터의 광 신호의 전력 레벨을 검출하고 상기 전력 레벨을 신뢰도 임계치와 비교하도록 구성되고, 상기 오류 모드에의 진입은 상기 전력 레벨이 상기 신뢰도 임계치에 도달하는데 실패하는 경우에 상기 오류 모드로 진입하도록 구성되는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    대기 밸브 제어 유닛은 상기 활성 밸브 제어 유닛의 전력 레벨과 관련되는 전력 레벨을 갖는 광 신호를 제공하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 광 통신 인터페이스 (40, 44) 및 제 1 및 제 2 전력 공급 모듈 (42, 46) 이 있고, 상기 제 1 광 통신 인터페이스 (40) 는 상기 제 1 밸브 제어 유닛 (36) 이 상기 게이트 제어 디바이스의 제 1 부분을 에너자이징하는 것을 허용하도록 상기 제 1 전력 공급 모듈 (42) 에 접속되고, 상기 제 2 광 통신 인터페이스 (44) 는 상기 제 2 밸브 제어 유닛이 상기 게이트 제어 디바이스의 제 2 부분을 에너자이징하는 것을 허용하도록 상기 제 2 전력 공급 모듈 (46) 에 접속되는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    각각의 광 통신 인터페이스는 전기 저장 커패시터를 구비하는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항에 있어서,
    상기 신뢰도 제어 모듈은 밸브 제어 유닛들 양자 모두를 시동 모드에서 활성으로 유지하도록 더 구성되는, 반도체 디바이스용 게이트 제어 디바이스.
  21. 적어도 하나의 반도체 디바이스 (SCD1; SCD1, SCD3) 용 제어 시스템으로서,
    - 제 1 광 신호 (OS1) 를 제공하도록 구성된 제 1 밸브 제어 유닛 (36),
    - 제 2 광 신호 (OS2) 를 제공하도록 구성된 제 2 밸브 제어 유닛 (38),
    - 제 1 게이트 제어 디바이스 (30) 로서,
    - 적어도 하나의 전력 공급 모듈 (42, 46),
    - 상기 2 개의 밸브 제어 유닛들 (36, 38) 로부터 상기 광 신호들 (OS1, OS2) 을 수신하기 위한 적어도 하나의 광 통신 인터페이스 (40, 42) 로서, 상기 밸브 제어 유닛들의 정규 동작 모드에서 하나의 밸브 제어 유닛은 활성 밸브 제어 유닛이고 다른 밸브 제어 유닛은 대기 밸브 제어 유닛이며, 상기 활성 밸브 제어 유닛은 상기 게이트 제어 디바이스를 에너자이징하고 상기 반도체 디바이스를 제어하는 데이터를 공급하는 광 신호를 제공하고, 상기 적어도 하나의 광 인터페이스는 상기 게이트 제어 디바이스에 전력을 공급하는 대응하는 전력 공급 모듈 (42, 46) 로의 공급을 위해 광 신호를 전기 신호로 변환하도록 더 구성되는, 상기 적어도 하나의 광 통신 인터페이스,
    - 제 1 반도체 디바이스 (SCD1) 를 제어하는 반도체 디바이스 제어 모듈 (52), 및
    - 활성 밸브 제어 유닛의 선택을 수행하도록 구성된 신뢰도 제어 모듈 (50) 을 포함하는, 상기 제 1 게이트 제어 디바이스를 포함하는, 제어 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    각각의 밸브 제어 유닛은 레이저 제어 상태 테이블을 구비하고, 하나의 밸브 제어 유닛의 상기 레이저 제어 상태 테이블은 상기 다른 밸브 제어 유닛으로부터의 보정된 레이저 전류 값에 의해 업데이트되는, 제어 시스템.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 밸브 제어 유닛들은 동일한 회로 기판 상에 배치되는, 제어 시스템.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 게이트 제어 디바이스와 병렬인 중복 제 2 게이트 제어 디바이스 (70) 및 상기 제 1 반도체 디바이스와 병렬인 추가적인 반도체 디바이스 (SCD3) 를 더 포함하고, 상기 추가적인 반도체 디바이스는 상기 중복 제 2 게이트 제어 디바이스 (70) 에 접속되는, 제어 시스템.
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