KR20140050973A - Converter and inverter power stack using the module type igbt for the high speed railway - Google Patents

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KR20140050973A
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박건태
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김연달
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Abstract

The present invention is to disclose a power stack of a propulsion control system for a high-speed train by using a module type IGBT. The present invention constitutes the module type IGBT of a 4500V/1200A class with a power semiconductor element and constitutes a converter and inverter power stack of a 2800VDC 2.5MW class of a 2-parallel circuit which constructs one arm with two module type IGBT. Therefore, the present invention can assure the reliability and accuracy by the assembly of the power stack and the improvement of a manufacturing process, reduce equipment requirements for the assembly thereof, and reduce time and costs during the test of power in a factory.

Description

모듈형 ＩＧＢＴ를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택{Converter and Inverter Power Stack Using the Module Type IGBT for the High Speed Railway}[0001] The present invention relates to a power stack of a propulsion control device for a high-speed railway vehicle using a modular IGBT (a converter and an inverter power stack using the module type IGBT for the high speed railway)

본 발명은 고속전철용 추진제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력반도체소자로 4500V/1200A급 모듈형 IGBT를 이용하여 2800VDC 2.5MW급의 컨버터/인버터 전력스택을 구성할 수 있도록 하는 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택에 관한 것이다.The present invention relates to a propulsion control apparatus for a high-speed train, and more particularly, to a modular IGBT capable of configuring a 2800VDC 2.5MW converter / inverter power stack using a 4500V / 1200A class module IGBT as a power semiconductor device To a power stack of a propulsion control apparatus for a high-speed electric train using the same.

고속전철은 추진제어장치를 구비하고 있으며, 상기 추진제어장치에 의해 전동기에 공급되는 전류를 제어함으로써 전동기를 구동하는 추진력을 발생시키게 되는 것이다.The high-speed train is provided with a propulsion control device, and the propulsion control device controls the electric current supplied to the electric motor to generate propulsion for driving the electric motor.

상기 고속전철용 추진제어장치는 첨부된 도 1에서와 같이, 주변압기(10), 복수의 추진장치(20A)(20B) 및 복수의 제어기(30A)(30B)를 구비하며, 상기 추진장치(20A)(20B)는 복수의 컨버터(21)(22)와 인버터(23)를 각각 구비한 것이다.1, the propulsion control apparatus for a high-speed train includes a main transformer 10, a plurality of propulsion devices 20A and 20B and a plurality of controllers 30A and 30B, 20A) 20B are provided with a plurality of converters 21, 22 and an inverter 23, respectively.

따라서, 상기 주변압기(10)를 통해 가선전압 AC 25,000V로부터 감소된 AC 1,400V를 컨버터(21)(22)가 DC 2,800V로 변환하고, 인버터(23)를 통해 DC 2,800V를 AC 0 ~ 2,183V로 변환하여 열차 운행속도와 운전지령에 따라 가변하여 견인전동기(IM1,IM2)(IM3,IM4)에 전압을 공급하게 되는 것이다.Therefore, the converters 21 and 22 convert the AC 1,400V reduced from the line voltage AC 25,000V through the main transformer 10 to DC 2,800V and the DC 2,800V through the inverter 23 to AC 0- And the voltage is supplied to the traction motors IM1 and IM2 (IM3 and IM4) according to the train running speed and the operation command.

즉, 고속전철용 추진제어장치는 MCB(Main Circuit Breaker)를 투입한 후 주변압기(10)를 통해 가선전압 AC 25,000V로부터 감소된 AC 1,400V가 복수의 추진장치(20A)(20B)에 각각 구비되는 복수의 컨버터(21)(22)에 입력되면, 상기 컨버터(21)(22)는 입력된 AC 1,400V를 DC 2,800V로 승압시켜 DC링크에 에너지를 공급하게 된다.That is, in the propulsion control apparatus for a high-speed train, AC 1,400V reduced from the line voltage AC 25,000V through the main transformer 10 is supplied to the plurality of propulsion devices 20A and 20B after the MCB (Main Circuit Breaker) The converters 21 and 22 boost the input AC voltage of 1,400 V to 2,800 V DC to supply energy to the DC link.

여기서, 상기 컨버터(21)(22)는 일정 직류전압 제어를 수행하므로, 상기 DC링크 전압은 2,800V로 유지되고, 상기 DC링크 전압이 2,800V로 유지되는 것이 확인될 때, 상기 복수의 추진장치(20A)(20B)에 각각 구비되는 인버터(23)는 DC 2,800V를 AC 0 ~ 2,183V로 변환한 후 이를 열차 운행속도와 운전지령에 따라 가변하여 견인전동기(IM1,IM2)(IM3,IM4)에 각각 전압을 공급하게 되는 것이다.Here, when the converters 21 and 22 perform the constant DC voltage control, it is confirmed that the DC link voltage is maintained at 2,800 V and the DC link voltage is maintained at 2,800 V, The inverter 23 provided in each of the traction motors 20A and 20B converts the DC 2,800 V to AC 0-2,183 V and then varies it according to the train running speed and the operation command so that the traction motors IM1 and IM2 Respectively.

한편, 첨부된 도 2에서와 같이, 고속전철용 추진제어장치의 전력회로는 복수의 컨버터 회로부(40)와 인버터 회로부(50) 및 제동쵸퍼(60)로 구성되며, 상기 복수의 컨버터 회로부(40)는 1,2군으로 이루어지는 단상 컨버터 2-병렬로 구성되면서, 1군과 2군의 컨버터(41)(42)가 각각 2개의 전력스택으로 이루어지고, 인버터 회로부(50)는 3개의 전력스택으로 구성된다.2, the power circuit of the propulsion control apparatus for a high-speed railway vehicle includes a plurality of converter circuit portions 40, an inverter circuit portion 50 and a braking chopper 60, and the plurality of converter circuit portions 40 ) Of the first and second groups are composed of two power stacks, and the inverter circuit portion 50 is composed of three power stacks .

이때, 상기 전력스택은 컨버터 회로부(40)와 인버터 회로부(50)의 전력변환시 사용되는 것으로, 이러한 전력스택은 첨부된 도 3,4에서와 같이, 전력변환을 위해 스위칭동작이 이루어지는 디스크형의 전력반도체소자(IG1)(IG2)와, 상기 디스크형의 전력반도체소자(IG1)(IG2)에 각각 병렬로 연결되는 디스크형의 다이오드(D1)(D2)와, 상기 전력반도체소자(IG1)(IG2)의 구동을 위한 제 1,2 게이트 드라이브 유니트(Gate Drive Unit)(GDU1)(GDU2)와, 상기 전력반도체소자(IG1)(IG2)의 스위칭동작중 턴-오프시 안정적인 턴-오프 동작을 위한 스너버 커패시터(SC; Snubber Capacitor), 그리고 상기 전력반도체소자(IG1)(IG2)의 스위칭 및 도통시 발생하는 스위칭 손실 및 도통 손실인 발열량을 냉각처리하도록 냉각파이프(71)를 통해 연결되는 냉각기(70)를 포함하여 구성하는 것이다.In this case, the power stack is used in power conversion between the converter circuit unit 40 and the inverter circuit unit 50, and the power stack is a disk-shaped power supply in which a switching operation is performed for power conversion, Type semiconductor diodes D1 and D2 connected in parallel to the disk-shaped power semiconductor devices IG1 and IG2, and a power semiconductor device IG1 (IG2) A first and a second gate drive unit GDU1 and GDU2 for driving the power semiconductor devices IG1 and IG2 for turning on and off the power semiconductor devices IG1 and IG2; A snubber capacitor SC and a cooling device 71 connected to the cooling device 71 through a cooling pipe 71 so as to cool the heat generated as switching loss and conduction loss generated during switching and conduction of the power semiconductor devices IG1 and IG2 70).

그러나, 종래 고속차량용 2.5MW급 전력스택은 전력반도체소자(IG1)(IG2)와 다이오드(D1)(D2)의 용량이 4500V/2400A급의 디스크형(Disk Type)을 사용하고, 디스크형으로 각각 병렬 연결되는 전력반도체소자(IG1)(IG2)와 다이오드(D1)(D2)가 각각 2개 이상의 병렬 구성이 아닌 1개를 사용한 전력토폴로지(IG1, D1)(IG2, D2)로 구성되므로, 디스크형인 전력반도체소자(IG1)(IG2)와 다이오드(D1)(D2)는 특수기계장치로 압착하여 전력스택을 제작하여야 하는 한편, 특수기계장치를 이용하여 압착한 후 높은 압찰력을 유지하기 위한 구조물이 절대적으로 필요하지만, 이러한 구조물은 진동 내구성 등을 고려하여 설계되기 때문에 무게가 무겁고 차지하는 공간 및 부피가 큰 단점이 있다.However, the conventional 2.5MW power stack for a high-speed vehicle uses a disk type of 4500V / 2400A class in capacity of the power semiconductor elements IG1 and IG2 and diodes D1 and D2, Since the power semiconductor elements IG1 and IG2 and the diodes D1 and D2 connected in parallel are composed of power topologies IG1 and D1 and IG2 and D2 using two or more than one parallel structures, The power semiconductor device IG1 (IG2) and the diode D1 (D2) must be pressed by a special mechanical device to produce a power stack. On the other hand, a structure for maintaining a high pressing force after compression using a special mechanical device However, since such a structure is designed in consideration of vibration durability and the like, there is a disadvantage in that it is heavy in weight and occupies a large space and a large volume.

이에따라, 디스크형인 전력반도체소자(IG1)(IG2)와 다이오드(D1)(D2)로 디스크형 IGBT를 구성한 후 이를 이용하여 2.5MW급 전력스택을 구성시, 종래에는 첨부된 도 4에서와 같은 전력스택 1개의 전체 어셈블리 무게가 약 107kG으로 운반 및 유지/보수가 불리한 단점을 가질 수 밖에 없는 것이다.Accordingly, when a disk type IGBT is formed of a disk type IG1 (IG2) and a diode D1 (D2) and then a 2.5 MW power stack is constructed using the disk type IGBT, the power as shown in FIG. 4 The entire assembly weight of one stack is about 107 kG, which means that it is disadvantageous in transportation and maintenance.

또한, 고속전철용 추진제어장치에 대한 신뢰성을 확인하고, 전력반도체소자(IG1)(IG2)에 대한 검증을 위하여 차량에 적용하기 전 공장에서 컨버터/인버터의 전력스택에 대해 전력시험을 수행하게 되는데, 전력반도체소자(IG1)(IG2)와 다이오드(D1)(D2)로 이루어지는 디스크형 IGBT를 이용하여 제작되는 전력스택은 50~75kN의 높은 압착력에 의해 압착되어야 하기 때문에 전력스택의 제작 상태 및 디스크형 IGBT의 성능과 신뢰성을 확인하도록 전력반도체소자(IG1)(IG2)로 디스크형 IGBT를 이용한 전력스택에 대한 전량 전수시험을 실시할 경우, 시험을 위한 M/H, 설비 소요 및 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.Also, to verify the reliability of the propulsion control system for high-speed trains, and to verify the power semiconductor device (IG1) (IG2), a power test is performed on the power stack of the converter / inverter before the application to the vehicle The power stack formed using the disk type IGBT including the power semiconductor device IG1 (IG2) and the diode D1 (D2) must be pressed by a high compression force of 50 to 75 kN. Therefore, (IG1) (IG2) to verify the performance and reliability of IGBTs, it is necessary to use the disk type IGBT to perform the whole quantity transfer test on the power stack. .

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 전력반도체소자로 4500V/1200A급 모듈형 IGBT를 구성하고, 이러한 모듈형 IGBT를 2개로 1암(ARM)을 구성하게 되는 2-병렬 회로의 2800VDC 2.5MW급 컨버터/인버터 전력스택을 구성함으로써, 전력 스택 조립 및 제작 공정 개선에 의한 신뢰성과 정확성을 확보하고, 전력스택의 조립에 필요한 설비소요를 감소시키며, 공장 전력시험시 시간과 비용을 절감할 수 있도록 하는 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a modular IGBT of 4500V / 1200A class as a power semiconductor device, By constructing a 2800VDC 2.5MW converter / inverter power stack of parallel circuits, it is possible to secure reliability and accuracy by improving the power stack assembly and fabrication process, reduce the equipment required for assembly of the power stack, And to provide a power stack of a propulsion control device for a high-speed train using a modular IGBT that can reduce costs.

상기 목적달성을 위한 본 발명 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택은, 전력변환을 위해 스위칭동작이 이루어지는 제 1 내지 제 4 IGBT와, 상기 제 1 내지 제 4 IGBT의 구동을 위한 제 1,2 게이트 드라이브 유니트와, 상기 제 1 내지 제 4 IGBT의 스위칭동작중 턴-오프시 안정적인 턴-오프 동작을 위한 스너버 커패시터를 포함하여 구성하고, 상기 제 1 IGBT 및 제 2 IGBT, 그리고 상기 제 3 IGBT 및 제 4 IGBT는 각각 병렬로 구성하며, 병렬로 구성되는 상기 제 1,2 IGBT와 상기 제 3,4 IGBT에는 각각 제 1,2 히트파이프를 통해 냉각기를 연결 구성한 것이다.The power stack of the propulsion control apparatus for a high-speed electric train using the modular IGBT according to the present invention for achieving the above object includes first to fourth IGBTs for performing switching operations for power conversion and first to fourth IGBTs for driving the first to fourth IGBTs A first IGBT and a second IGBT, and a snubber capacitor for stable turn-off operation during a turn-off operation of the first to fourth IGBTs, The third IGBT and the fourth IGBT are formed in parallel, and the first and second IGBTs and the third and fourth IGBTs, which are formed in parallel, are connected to the cooler through the first and second heat pipes, respectively.

또한, 병렬로 구성되는 상기 제 1,2 IGBT와 상기 제 3,4 IGBT는 좌우 대칭으로 배열 구성하고, 상기 제 1,2 히트파이프는 상기 제 1,2 IGBT와 상기 제 3,4 IGBT의 냉각을 위해 상기 냉각기로부터 좌우 대칭인 상기 제 1,2 IGBT와 상기 제 3,4 IGBT로 연결되는 좌우 대칭형 구조인 것이다.The first and second IGBTs and the third and fourth IGBTs arranged in parallel are arranged symmetrically with respect to each other, and the first and second heat pipes are connected to the first and second IGBTs Symmetrical structure in which the first and second IGBTs are symmetrically connected to the third and fourth IGBTs from the cooler.

또한, 상기 제 1 내지 제 4 IGBT는 각각 전력반도체소자와 다이오드를 포함하는 모듈형 IGBT인 것이다.The first to fourth IGBTs are modular IGBTs each including a power semiconductor element and a diode.

또한, 상기 고속전철용 추진제어장치에는 전력회로로서 복수의 컨버터를 포함하되, 상기 복수의 컨버터는 각각 모듈형 IGBT로 구성하는 것이다.Further, the propulsion control apparatus for high-speed electric trains includes a plurality of converters as power circuits, and each of the plurality of converters is composed of a modular IGBT.

또한, 상기 고속전철용 추진제어장치에는 전력회로로서 복수의 컨버터를 포함하되, 상기 복수의 컨버터 중 하나의 컨버터는 모듈형 IGBT로 구성하고, 다른 하나의 컨버터는 디스크형 IGBT로 구성하는 것이다.The propulsion control apparatus for a high-speed train includes a plurality of converters as a power circuit, one of the converters is composed of a modular IGBT, and the other of the converters is composed of a disk-type IGBT.

이와 같이, 본 발명은 전력반도체소자로 4500V/1200A급 모듈형 IGBT를 구성하고, 이러한 모듈형 IGBT를 2개로 1암(ARM)을 구성하게 되는 2-병렬 회로의 2800VDC 2.5MW급 컨버터/인버터 전력스택을 구성한 것으로, 이를 통해 전력 스택 조립 및 제작 공정 개선에 의한 신뢰성과 정확성을 확보하고, 전력스택의 조립에 필요한 설비소요를 감소시키며, 공장 전력시험시 시간과 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.As described above, according to the present invention, a modular IGBT of 4500 V / 1200 A class is constructed as a power semiconductor device, and a 2800 VDC 2.5 MW class converter / inverter power of a 2-parallel circuit constituting one arm (ARM) It is possible to secure the reliability and accuracy by improving the process of assembling and manufacturing the power stack, reducing the equipment required for assembling the power stack, and reducing the time and cost in the factory power test. will be.

즉, 본 발명은 철로 상에서 주행하는 컨버터/인버터 시스템으로 이루어진 고속차량용 추진제어장치의 동작 및 성능 확인에 유용하게 적용이 가능한 것으로, 특수기계장치 등의 설비소요가 감소되고 50~75kN의 압착력을 유지하기 위한 구조물이 불필요하기 때문에 무게를 감소시키는 효과를 기대할 수 있는 것이다.That is, the present invention can be effectively applied to the operation and performance confirmation of a propulsion control system for a high-speed vehicle comprising a converter / inverter system running on a railway track, and the requirement for special mechanical devices is reduced and a compression force of 50 to 75 kN is maintained It is possible to expect the effect of reducing the weight because the structure for the above is unnecessary.

또한, 동일 용량 및 성능 대비 호환이 가능한 종래 디스크형 IGBT를 적용한 전력스택과 비교시, 모듈형 IGBT를 적용하여 제작된 전력스택의 무게를 디스크형 IGBT 스택 무게의 80% 수준으로 기존 대비 20%가 감소된 약 85kG으로 감소시킬 수 있음은 물론, 전력스택의 신뢰성 및 성능을 검증하기 위하여 전수시험을 실시할 경우에 있어 시험에 소요되는 설비 및 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.Compared with the power stack using the conventional disk IGBT, which is compatible with the same capacity and performance, the weight of the power stack manufactured by applying the modular IGBT is 80% of the weight of the disk IGBT stack, which is 20% It is possible to reduce the equipment and cost required for the test in order to verify the reliability and performance of the power stack.

도 1은 종래 고속전철용 추진제어장치의 구성도.
도 2는 종래 고속전철용 추진제어장치의 컨버터와 인버터 및 쵸퍼 회로를 포함하는 전력회로도.
도 3은 종래 디스크형 IGBT가 적용되는 고속전철용 추진제어장치의 전력스택에 대한 회로도.
도 4는 종래 디스크형 IGBT가 적용되는 고속전철용 추진제어장치의 전력스택에 대한 구조도.
도 5는 본 발명의 실시예로 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택에 대한 회로도.
도 6은 본 발명의 실시예로 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택에 대한 구조도.
도 7은 본 발명의 실시예로 모듈형 IGBT와 히트파이프 및 냉각기의 개략적인 연결 구조도.
도 8은 본 발명의 실시예로 모듈형 IGBT를 적용한 전력스택의 전류 분담률 측정 파형도.
도 9는 본 발명의 실시예로 모듈형 IGBT와 디스크형 IGBT가 적용되는 전력회로의 컨버터 동작에 따른 입력전류 파형도.1 is a configuration diagram of a conventional propulsion control apparatus for a high-speed train.
2 is a power circuit diagram including a converter of a propulsion control device for a high-speed train and an inverter and a chopper circuit.
3 is a circuit diagram of a power stack of a propulsion control apparatus for a high-speed train to which a conventional disk type IGBT is applied.
4 is a structural view of a power stack of a propulsion control apparatus for a high-speed train to which a conventional disk type IGBT is applied.
5 is a circuit diagram of a power stack of a propulsion control apparatus for a high-speed train using a modular IGBT according to an embodiment of the present invention.
6 is a structural view of a power stack of a propulsion control apparatus for a high-speed train using a modular IGBT according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic structural diagram of a modular IGBT and a heat pipe and a cooler according to an embodiment of the present invention.
8 is a waveform diagram of a current share ratio measurement of a power stack to which a modular IGBT is applied according to an embodiment of the present invention.
9 is an input current waveform diagram according to a converter operation of a power circuit to which a modular IGBT and a disk type IGBT are applied in an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 실시예로 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택에 대한 회로도이고, 도 6은 본 발명의 실시예로 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택에 대한 구조도이며, 도 7은 본 발명의 실시예로 모듈형 IGBT와 히트파이프 및 냉각기의 개략적인 연결 구조도를 도시한 것이다.FIG. 5 is a circuit diagram of a power stack of a propulsion control apparatus for a high-speed electric train using a modular IGBT according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 7 is a schematic structural diagram of a modular IGBT, a heat pipe and a cooler according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택은 전력변환을 위해 스위칭동작이 이루어지는 모듈형의 제 1 내지 제 4 IGBT(M11,M12)(M21,M22)와, 상기 모듈형의 제 1 내지 제 4 IGBT(M11,M12)(M21,M22)의 구동을 위한 제 1,2 게이트 드라이브 유니트(GDU1)(GDU2), 그리고 상기 모듈형의 제 1 내지 제 4 IGBT(M11,M12)(M21,M22)의 스위칭동작중 턴-오프시 안정적인 턴-오프 동작을 위한 스너버 커패시터(SC)를 포함하는 한편, 모듈형의 상기 제 1 IGBT(M11) 및 모듈형의 제 2 IGBT(M12), 그리고 상기 모듈형의 제 3 IGBT(M21) 및 모듈형의 제 4 IGBT(M22)를 각각 병렬로 구성함은 물론, 병렬로 구성되는 상기 모듈형의 제 1,2 IGBT(M11,M12)와 상기 모듈형의 제 3,4 IGBT(M21,M22)에 각각 제 1,2 히트파이프(101)(102)를 통해 냉각기(100)를 연결 구성하는 것이다.5 to 7, the power stack of the propulsion control apparatus for a high-speed train using the modular IGBT according to the embodiment of the present invention includes first to fourth IGBTs First and second gate drive units GDU1 and GDU2 for driving the modular first to fourth IGBTs M11 and M12 and M21 and M22, And a snubber capacitor SC for stable turn-off operation during turn-off of the switching operation of the modular first to fourth IGBTs M11, M12 (M21, M22), while a modular The first IGBT M11 and the second IGBT M12 in a modular form, the third IGBT M21 and the fourth IGBT M22 in a modular form are arranged in parallel, The first and second module IGBTs M11 and M12 and the module type third and fourth IGBTs M21 and M22 are connected to the cooler 100 through the first and second heat pipes 101 and 102, ), To.

이때, 상기 모듈형의 제 1 내지 제 4 IGBT(M11,M12)(M21,M22)는 각각 전력반도체소자(IG)와 다이오드(D)가 병렬 구성된 것이며, 병렬로 구성되는 상기 모듈형의 제 1,2 IGBT(M11,M12)와 상기 모듈형의 제 3,4 IGBT(M21,M22)는 좌우 대칭으로 배열 구성하고, 상기 제 1,2 히트파이프(101)(102)는 상기 모듈형의 제 1,2 IGBT(M11,M12)와 상기 모듈형의 제 3,4 IGBT(M21,M22)의 냉각을 위해 상기 냉각기(100)로부터 좌우 대칭인 상기 모듈형의 제 1,2 IGBT(M11,M12)와 상기 모듈형의 제 3,4 IGBT(M21,M22)로 연결되는 좌우 대칭형의 구조로 구성하는 것이다.The modular first through fourth IGBTs M11 and M12 M21 and M22 are each formed by a power semiconductor device IG and a diode D connected in parallel to each other. The IGBTs M11 and M12 and the modular third and fourth IGBTs M21 and M22 are symmetrically arranged in the first and second heat pipes 101 and 102. The first and second IGBTs M11 and M12 and the modular third and fourth IGBTs M21 and M22 are arranged symmetrically, The first and second modular IGBTs M11 and M12 symmetrical from the cooler 100 for cooling the 1,2 IGBTs M11 and M12 and the modular third and fourth IGBTs M21 and M22, And the third and fourth IGBTs M21 and M22 of the modular type.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 모듈형의 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택은 첨부된 도 5 내지 도 7에서와 같이, 전력변환을 위한 전력반도체소자(IG)와 다이오드(D)를 포함하는 모듈형의 IGBT(M11,M12,M21,M22)를 4개 구성하는 한편, 상기 4개의 모듈형 IGBT(M11,M12,M21,M22)에서 제 1,2 IGBT(M11,M12)를 병렬로 구성하는 한편, 제 3,4 IGBT(M21,M22)를 병렬로 구성한다.That is, as shown in FIGS. 5 to 7, the power stack of the propulsion controller for a high-speed electric train using a modular IGBT according to an embodiment of the present invention includes a power semiconductor device IG and a diode D M12, M21 and M22 in the four modular IGBTs M11, M12, M21 and M22 and the first and second IGBTs M11 and M12 in the four modular IGBTs M11, And the third and fourth IGBTs M21 and M22 are configured in parallel.

그리고, 상기 병렬로 연결되는 상기 모듈형의 제 1,2 IGBT(M11,M12)와 상기 모듈형의 제 3,4 IGBT(M21,M22)에는 각각 구동을 위한 제 1,2 게이트 드라이브 유니트(GDU1)(GDU2)를 연결시킴은 물론, 상기 모듈형의 제 1,2 IGBT(M11,M12)와 상기 모듈형의 제 3,4 IGBT(M21,M22)가 상기 제 1,2 게이트 드라이브 유니트(GDU1)(GDU2)에 의해 스위칭동작을 하여 턴-오프시 안정적인 턴-오프 동작을 위한 스너버 커패시터(SC)가 연결되는 한편, 상기 모듈형의 제 1,2 IGBT(M11,M12)와 상기 모듈형의 제 3,4 IGBT(M21,M22)의 냉각을 위한 냉각기(100)를 좌우 대칭의 제 1,2 히트파이프(101)(102)를 연결시켜 전력스택을 구성하게 되는 것이다.The modular first and second IGBTs M11 and M12 and the modular third and fourth IGBTs M21 and M22 are connected to the first and second gate drive units GDU1 The first and second module IGBTs M11 and M12 and the modular third and fourth IGBTs M21 and M22 are connected to the first and second gate drive units GDU1 and GDU2, And a snubber capacitor SC for stable turn-off operation at the turn-off time is connected by the switch GDU2, and the first and second IGBTs M11 and M12 of the modular type and the modular type The first and second heat pipes 101 and 102 are symmetrically connected to the cooler 100 for cooling the third and fourth IGBTs M21 and M22.

여기서, 첨부된 도 8은 상기와 같이 구성되는 본 발명 전력스택의 모듈형인 제 1 내지 제 4 IGBT(M11,M12)(M21,M22)를 첨부된 도 2의 전력회로에 포함되는 컨버터 회로부에 장착한 후 전력회로 시험을 한 컨버터 입력 전류의 파형도를 보여주는 것으로, 병렬로 연결되는 모듈형의 제 1,2 IGBT(M11,M12)와 모듈형의 제 3,4 IGBT(M21,M22)의 스위칭동작시 전류분담이 효율적으로 이루어지고, 이에따라 전력회로의 컨버터 회로부가 안정적인 컨버터 동작을 수행하고 있음을 확인할 수 있었다.8 is a circuit diagram of the first to fourth IGBTs M11 and M12 (M21 and M22) of the power stack according to the present invention, which is constructed as described above, to the converter circuit portion included in the power circuit of FIG. 2 (IGBTs M11 and M12) connected in parallel and the switching of the modular third and fourth IGBTs M21 and M22 are connected in parallel. It can be seen that the current sharing during operation is efficiently performed, and thus the converter circuit portion of the power circuit performs stable converter operation.

또한, 첨부된 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 IGBT를 이용한 2개의 전력스택을 첨부된 도 2의 전력회로에 포함되는 컨버터 회로부에서 1군의 컨버터에 장착하고, 종래 디스크형 IGBT를 적용한 2개의 전력스택을 전력회로의 컨버터 회로부에서 2군의 컨버터에 장착하여, 모듈형과 디스크형의 IGBT가 혼용되는 전력스택이 적용되는 전력회로의 컨버터 회로부에 대한 입력전류 파형도를 보여주는 것으로, 이는 본 발명에서 제시하는 모듈형 IGBT의 전력스택과 종래 디스크형 IGBT의 전력스택의 상호간 간섭 및 지장없이 안정적으로 컨버터 동작이 이루어지고 있음을 확인할 수 있었으며, 이에따라 본 발명은 고속전철용 추진제어장치의 전반적인 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.9 is a schematic diagram of a conventional power converter in which two power stacks using a modular IGBT according to an embodiment of the present invention are mounted on a group of converters in a converter circuit portion included in the power circuit of FIG. Figure 2 shows the input current waveform for the converter circuit part of the power circuit in which the power stack with the modular and disk type IGBTs is installed by attaching the two applied power stacks to the two group of converters in the converter circuit part of the power circuit. It can be confirmed that the converter operation is performed stably without interference between the power stack of the modular IGBT and the power stack of the conventional disk type IGBT according to the present invention. Thereby improving the overall operation reliability.

이상에서 본 발명의 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.While the present invention has been described in connection with the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details of the foregoing description, It is not.

따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is to be understood that such changes and modifications are within the scope of the claims.

100; 냉각기 101; 제 1 히트파이프
102; 제 2 히트파이프100; Cooler 101; The first heat pipe
102; The second heat pipe

Claims (5)

전력변환을 위해 스위칭동작이 이루어지는 제 1 내지 제 4 IGBT와, 상기 제 1 내지 제 4 IGBT의 구동을 위한 제 1,2 게이트 드라이브 유니트와, 상기 제 1 내지 제 4 IGBT의 스위칭동작중 턴-오프시 안정적인 턴-오프 동작을 위한 스너버 커패시터를 포함하여 구성하고,
상기 제 1 IGBT 및 제 2 IGBT, 그리고 상기 제 3 IGBT 및 제 4 IGBT는 각각 병렬로 구성하며,
병렬로 구성되는 상기 제 1,2 IGBT와 상기 제 3,4 IGBT에는 각각 제 1,2 히트파이프를 통해 냉각기를 연결 구성하는것을 특징으로 하는 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택.First to fourth IGBTs in which switching operations are performed for power conversion, first and second gate drive units for driving the first to fourth IGBTs, and first to fourth IGBTs for turning- And a snubber capacitor for stable turn-off operation,
The first IGBT and the second IGBT, and the third IGBT and the fourth IGBT are configured in parallel,
And a cooler is connected to the first and second IGBTs and the third and fourth IGBTs in parallel through first and second heat pipes, respectively. . 제 1 항에 있어서,
병렬로 구성되는 상기 제 1,2 IGBT와 상기 제 3,4 IGBT는 좌우 대칭으로 배열 구성하고,
상기 제 1,2 히트파이프는 상기 제 1,2 IGBT와 상기 제 3,4 IGBT의 냉각을 위해 상기 냉각기로부터 좌우 대칭인 상기 제 1,2 IGBT와 상기 제 3,4 IGBT로 연결되는 좌우 대칭형 구조로 구성하는 것을 특징으로 하는 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택.The method according to claim 1,
The first and second IGBTs and the third and fourth IGBTs, which are configured in parallel, are arranged in a symmetrical manner,
The first and second heat pipes are symmetrically connected to the first and second IGBTs and the third and fourth IGBTs symmetrically from the cooler for cooling the first and second IGBTs and the third and fourth IGBTs. And the power stack of the propulsion control device for a high-speed train using the modular IGBT. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4 IGBT는 각각 전력반도체소자와 다이오드를 포함하는 모듈형 IGBT인 것을 특징으로 하는 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택.The power stack of a propulsion control apparatus for a high-speed railway vehicle according to claim 2, wherein the first to fourth IGBTs are modular IGBTs each including a power semiconductor device and a diode. 제 3 항에 있어서, 상기 고속전철용 추진제어장치에는 전력회로로서 복수의 컨버터를 포함하되, 상기 복수의 컨버터는 각각 모듈형 IGBT로 구성하는 것을 특징으로 하는 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택.The propulsion control apparatus for a high-speed train according to claim 3, wherein the propulsion control apparatus for a high-speed train includes a plurality of converters as a power circuit, and each of the plurality of converters comprises a modular IGBT. The power stack of the device. 제 3 항에 있어서, 상기 고속전철용 추진제어장치에는 전력회로로서 복수의 컨버터를 포함하되, 상기 복수의 컨버터 중 하나의 컨버터는 모듈형 IGBT로 구성하고, 다른 하나의 컨버터는 디스크형 IGBT로 구성하는 것을 특징으로 하는 모듈형 IGBT를 이용한 고속전철용 추진제어장치의 전력스택.4. The propulsion control apparatus for a high-speed train according to claim 3, wherein the propulsion control apparatus for a high-speed train includes a plurality of converters as a power circuit, one of the converters is composed of a modular IGBT, And the power stack of the propulsion control device for a high-speed train using the modular IGBT.
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