KR20140093183A - 전류 측정 장치 및 전류 측정 장치의 작동 방법 - Google Patents

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세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지
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Abstract

본 발명은 전류 측정 장치(1)에 관한 것이며, 이러한 전류 측정 장치(1)는
- 적어도 하나의 보상 권선(L2)을 가진 보상 전류 변환기(2),
- 적어도 하나의 보상 권선(L2)을 통해 흐르는 적어도 대략 보상 전류(Ik)의 레벨에 상응하는 제 1 전압(U1)을 생성하도록 설계되는 전압 생성 장치(R1),
- 제 1 전압(U1)을 기준 전압(Uref)과 비교하고 제 1 전압(U1)이 기준 전압(Uref)을 초과하면 보상 전류(Ik)의 레벨이 감소되는 방식으로 전력 유닛(6)에 작용하도록 설계되는 보상 전류 감소 장치(7)를 포함한다.
본 발명은 또한 전류 측정 장치(1)의 작동 방법에 관한 것이다.
본 발명은 특히 전력 반도체 모듈(9)의 신뢰성있는 동작을 가능하게 하는 보상 전류 변환기(2)를 가진 전류 측정 장치(1), 및 보상 전류 변환기(2)를 가진 전류 측정 장치의 작동 방법을 제공한다.

Description

전류 측정 장치 및 전류 측정 장치의 작동 방법{CURRENT MEASURING DEVICE AND METHOD FOR OPERATING A CURRENT MEASURING DEVICE}
본 발명은 전류 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전류 측정 장치의 작동 방법에 관한 것이다.
종래 기술로부터 공지된 전력 반도체 모듈에서, 전력 반도체 소자, 예를 들어 전력 반도체 스위치 및 다이오드는 일반적으로 기판 상에 배치되고, 서로 기판 및 본딩 와이어 및/또는 막 복합체 조립체의 도전층에 의해 도전 방식으로 연결된다. 이 경우에, 전력 반도체 스위치는 일반적으로 트랜지스터, 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 형태 또는 사이리스터의 형태이다.
이 경우에, 기판 상에 배치된 전력 반도체 소자는 종종 개개의 소위 하프 브리지 회로, 또는 예를 들어 전압 및 전류를 정류하고 인버트하는 데 사용되는 복수의 소위 하프 브리지 회로를 형성하도록 전기적으로 연결된다. 기판은 일반적으로 직간접적으로 히트 싱크에 연결된다.
이 경우에, 보상 전류 변환기는 특히 전력 반도체 모듈에서 전류를 측정하는 데 사용된다. 기술상 통상의 보상 전류 변환기는 자기 도전성 코어와 이러한 코어 주변에서 움직이는 적어도 하나의 측정 권선 및 이러한 코어 주변에서 움직이는 적어도 하나의 보상 권선 뿐만 아니라 조절 장치 및 조절 장치에 의해 구동되는 전력 유닛을 갖는다. 측정될 전류가 적어도 하나의 측정 권선을 통해 흐를 때, 적어도 하나의 측정 권선은 코어를 통해 움직이는 자기 측정 플럭스를 생성한다. 대안으로, 보상 전류 변환기가 또한 알려져 있으며, 여기서는 자기 측정 플럭스를 생성하기 위해 적어도 하나의 측정 권선을 사용하는 대신에, 측정될 전류가 흐르는 자기 도전성 코어가 전선 주위에 배치된다. 전력 유닛은 적어도 하나의 보상 권선을 통해 흐르는 보상 전류를 생성하며, 조절 장치는 보상 전류의 흐름으로 적어도 하나의 보상 권선에 의해 생성되고 코어를 통해 움직이는 자기 보상 플럭스가 자기 측정 플럭스만큼 크지만 코어를 통해 반대 방향으로 움직이는 방식으로 전력 유닛을 구동한다. 적어도 하나의 측정 권선이 사용되면, 보상 전류(Ik) 대 측정 전류(Im)의 비율은 적어도 하나의 측정 권선의 권선수 대 적어도 하나의 보상 권선의 권선수의 비율에 의해 결정된다. 보상 전류에 비례하는 측정 전압은 보상 전류가 흐르는 전기 측정 저항을 사용하여 출력 변수로서 생성된다.
전력 반도체 스위치를 구동하기 위해, 전력 반도체 모듈은 예를 들어 제어기에 의해 생성되는 스위치 온 및 스위치 오프 신호를 전력 반도체 스위치에 상응하는 구동 신호로 변환하는 구동기를 갖는다. 이 경우에, 각각의 구동기는 출력 측에서 그것에 할당된 전력 반도체 스위치의 제어 연결부(베이스, 게이트)에 전기적으로 연결된다.
더욱이, 에너지를 구동기 및 보상 전류 변환기에 공급하기 위해, 전력 반도체 모듈은 일반적으로 제각기 각각의 전력 반도체 모듈의 구동기 및 보상 전류 변환기에 전기 에너지를 공급하는 에너지 공급 장치를 갖는다.
보상 전류 변환기에 의해 측정될 전류가 예를 들어 고장, 예를 들어 단락의 결과로서 매우 커지면, 보상 전류는 매우 커져, 보상 전류 변환기의 전력 유닛을 파괴하거나 손상시키며/시키거나, 에너지 공급 장치에 과부하가 걸리게 할 수 있다. 이 경우에, 에너지 공급 장치의 과부하는 특히 에너지 공급 장치의 과부하가 구동기의 고장을 초래할 수 있으므로 특히 상당량의 손상을 초래할 수 있으며, 결과적으로 전력 반도체 스위치는 더 이상 구동될 수 없으며, 예를 들어 전력 반도체 모듈을 사용하여 구성되는 정류기 또는 인버터는 예를 들어 결과적으로 더 이상 제어될 수 없다.
이 경우에, 보상 전류 변환기에 의해 측정될 전류가 예를 들어 고장, 예를 들어 단락의 결과로서 매우 커지고, 파괴되거나 손상되는 보상 전류 변환기의 전력 유닛 및/또는 과부하가 걸리는 에너지 공급 장치의 전력 유닛의 징후가 있으면, 보상 전류는 0의 값을 가진 전류 레벨이 예를 들어 전력 반도체 모듈을 제어하도록 설계되는 제어기로 부정확하게 전송되므로 예를 들어 안전 회로에 의해 스위치 오프되지 않지만, 보상 전류 변환기 또는 보상 전류에 의해 결정된 전류 레벨은 여전히 높은 값이 파괴되거나 손상되는 전력 유닛 또는 과부하가 걸리는 에너지 공급 장치를 생성할만큼 높지 않은 상기 값을 추정하는 것이 바람직하며, 결과적으로 제어기는 상응책을 강구할 수 있다.
본 발명의 목적은 특히 전력 반도체 모듈의 신뢰성있는 동작을 가능하게 하는 보상 전류 변환기를 가진 전류 측정 장치, 및 보상 전류 변환기를 가진 전류 측정 장치의 작동 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 전류 측정 장치에 의해 달성되는데, 전류 측정 장치는,
Figure pat00001
자기 도전성 코어와 이러한 코어 주변에서 움직이는 적어도 하나의 보상 권선 뿐만 아니라 조절 장치와 이러한 조절 장치에 의해 구동되는 전력 유닛을 구비하되, 측정될 전류는 코어를 통해 움직이는 자기 측정 플럭스를 생성하고, 전력 유닛은 적어도 하나의 보상 권선을 통해 흐르는 보상 전류를 생성하며, 조절 장치는 보상 전류의 흐름으로 적어도 하나의 보상 권선에 의해 생성되고 코어를 통해 움직이는 자기 보상 플럭스가 자기 측정 플럭스만큼 크지만 코어를 통해 반대 방향으로 움직이는 방식으로 전력 유닛을 구동하는 보상 전류 변환기,
Figure pat00002
적어도 대략 보상 전류의 레벨에 상응하는 제 1 전압을 생성하도록 설계되는 전압 생성 장치, 및
Figure pat00003
제 1 전압을 기준 전압과 비교하고 제 1 전압이 기준 전압을 초과하면 보상 전류의 레벨이 감소되는 방식으로 전력 유닛에 작용하도록 설계되는 보상 전류 감소 장치를 포함한다.
이러한 목적은 또한 전류 측정 장치의 작동 방법에 의해 달성되는데, 이러한 방법은,
Figure pat00004
전류 측정 장치가 자기 도전성 코어와 이러한 코어 주변에 감겨지는 적어도 하나의 보상 권선 뿐만 아니라 조절 장치와 이러한 조절 장치에 의해 구동되는 전력 유닛을 가진 보상 전류 변환기를 포함하고,
Figure pat00005
측정될 전류가 코어를 통해 움직이는 자기 측정 플럭스를 생성하고,
Figure pat00006
전력 유닛이 적어도 하나의 보상 권선을 통해 흐르는 보상 전류를 생성하고,
Figure pat00007
전력 유닛이 보상 전류의 흐름으로 적어도 하나의 보상 권선에 의해 생성되고 코어를 통해 움직이는 자기 보상 플럭스가 자기 측정 플럭스만큼 크지만, 코어를 통해 반대 방향으로 움직이는 방식으로 조절 장치에 의해 구동되고,
Figure pat00008
적어도 대략 보상 전류의 레벨에 상응하는 제 1 전압이 생성되며,
Figure pat00009
제 1 전압이 기준 전압과 비교되고, 제 1 전압이 기준 전압을 초과하면, 보상 전류의 레벨이 감소되는 것을 포함한다.
본 발명의 유리한 실시예는 종속항에서 나타난다.
방법의 유리한 실시예는 전류 측정 장치의 유리한 실시예와 유사한 방식으로 나타나고, 그 반대로도 나타난다.
보상 전류 감소 장치는 제 1 전압을 기준 전압과 비교하고 제 1 전압이 기준 전압을 초과하면 보상 전류의 레벨이 제 1 전압이 기준 전압에 상응하는 값으로 감소되는 방식으로 전력 유닛에 작용하도록 설계될 경우에 유리한 것으로 입증되었다. 이것은 보상 전류의 최대 레벨을 설정할 수 있도록 한다.
또한, 전력 유닛이 H 브리지 회로를 형성하기 위해 전기적으로 연결되는 반도체 스위치를 가지고, 적어도 하나의 보상 권선은 전력 유닛이 특히 간단한 방식으로 구현될 수 있으므로 H 브리지 회로의 분로 브랜치(shunt branch)에 전기적으로 배치될 경우에 유리한 것으로 입증되었다.
또한, H 브리지 회로를 형성하기 위해 전기적으로 연결되는 전력 유닛의 반도체 스위치가 특히 전류 측정 장치의 에너지 효율적인 동작을 달성하므로 펄스 폭 변조 방식으로 조절 장치에 의해 구동되는 경우에 유리한 것으로 입증되었다.
또한, 전압 생성 장치는 이것이 전압 생성 장치의 특히 간단하고 신뢰성있는 실시예이므로 적어도 대략 보상 전류가 흐르는 전기 저항의 형태인 경우에 유리한 것으로 입증되었다.
이러한 맥락에서, 커패시터가 전기 저항에 의해 생성된 제 1 전압의 리플(ripple)을 감소시키므로 전기 저항과 병렬로 전기적으로 연결될 경우에 유리한 것으로 입증되었다.
또한, 보상 전류 감소 장치가 차동 증폭기 및 액츄에이터를 가지고, 차동 증폭기는 제 1 전압을 기준 전압과 비교하고 제 1 전압이 기준 전압을 초과하면 액츄에이터가 H 브리지 회로의 상위 브랜치에 전기적으로 배치된 반도체 스위치의 제어 전압, 및/또는 H 브리지 회로의 하위 브랜치에 전기적으로 배치된 반도체 스위치의 제어 전압을 감소시키는 방식으로 액츄에이터에 작용하도록 설계될 경우에 유리한 것으로 입증되었다. 이것은 특히 간단한 구성의 보상 전류 감소 장치를 제공한다.
또한, 제 1 전압이 기준 전압과 비교되고, 제 1 전압이 기준 전압을 초과하면, 보상 전류의 레벨은 제 1 전압이 기준 전압에 상응하는 값으로 감소될 경우에 유리한 것으로 입증되었다. 이것은 보상 전류의 최대 레벨을 설정할 수 있도록 한다.
전력 반도체 스위치가 배치되는 기판을 가진 전력 반도체 모듈, 본 발명에 따라 전력 반도체 스위치 및 전류 측정 장치를 구동하도록 설계되는 구동기를 가진 전력 반도체 모듈, 전기 에너지를 구동기 및 전류 측정 장치에 공급하도록 설계되는 전기 에너지 공급 장치를 가진 전력 반도체 모듈은 또한 이러한 전력 반도체 모듈이 특히 고도의 신뢰성을 가지므로 유리한 것으로 입증되었다.
본 발명의 예시적인 일 실시예는 도면에 도시되고, 아래에 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 측정 장치의 개략적인 전기 회로도를 도시한다.
도 2는 에너지 공급 장치를 도시한다.
도 3은 전력 반도체 모듈의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 4는 전력 반도체 모듈의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 전류 측정 장치(1)의 개략적인 전기 회로도를 도시한다. 도 2는 전기 에너지를 전류 측정 장치(1)에 공급하며, 이를 위해 전압(Uv)을 생성시키는 각각의 2개의 전압원을 이용하여 접지에 근거하여(based on earth) 2개의 전기 공급 전압(Uv 및 -Uv)을 생성시키는 전기 에너지 공급 장치(8)를 도시한다. 예시적인 실시예에서, 공급 전압(Uv) = 15 V이고, 공급 전압(-Uv) = -15 V이다. 에너지 공급 장치(8)는 도 1에 도시된 연결점에서 전기 도전성 방식으로 본 발명에 따른 전류 측정 장치(1)에 연결된다.
예시적인 실시예의 범위 내에서, 본 발명에 따른 전류 측정 장치(1)는 자기 도전성 코어(3)와 코어(3) 주변에서 움직이는 측정 권선(L1) 및 코어(3) 주변에서 움직이는 보상 권선(L2) 뿐만 아니라 조절 장치(5)와 조절 장치(5)에 의해 구동되는 전력 유닛(6)을 가진 보상 전류 변환기(2)를 갖는다. 코어(3)는 예를 들어 철 합금 시트를 가진 코어의 형태 또는 페라이트 코어의 형태일 수 있다. 측정될 전류(Im)가 측정 권선(L1)을 통해 흐르면, 측정 권선(L1)은 코어(3)를 통해 움직이는 자기 측정 플럭스를 생성한다.
대안으로, 보상 전류 변환기(2)는 또한 자기 측정 플럭스를 생성하기 위해 적어도 하나의 측정 권선을 사용하는 대신에 측정될 전류(Im)가 흐르는 자기 도전성 코어(3)가 도 1에서 점선을 사용하여 도시되는 전선 주위에 배치되는 방식으로 설계될 수 있다.
보상 전류 변환기(2)의 두 실시예의 변형에서, 측정될 전류(Im)는 코어(3)를 통해 움직이는 자기 측정 플럭스를 생성시킨다.
전력 유닛(6)은 보상 권선(L2)을 통해 흐르는 보상 전류(Ik)를 생성하며, 조절 장치(5)는 보상 전류(Ik)의 흐름을 이용하여 보상 권선(L2)에 의해 생성되고 코어(3)를 통해 움직이는 자기 보상 플럭스가 자기 측정 플럭스만큼 크지만 코어(3)를 통해 반대 방향으로 움직이는 방식으로 전력 유닛(6)을 구동한다. 코어(3)를 통해 움직이는 전체 자기 플럭스(Φ)는 센서(4)를 사용하여 측정되고, 보상 전류(Ik)를 제어함으로써 조절 장치(5) 및 전력 유닛(6)을 사용하여 0의 값으로 조절된다.
센서(4)는 예를 들어 홀(Hall) 센서의 형태 또는 소프트 자기 센서의 형태일 수 있다. 보상 전류(Ik) 대 측정 전류(Im)의 비율은 측정 권선(L1)의 권선수 대 보상 권선(L2)의 권선수의 비율에 의해 결정된다. 보상 전류(Ik)가 흐르는 전기 측정 저항(Rm)은 예를 들어 전력 반도체 모듈을 제어하기 위해 출력 변수로서 보상 전류(Ik)에 비례하는 측정 전압(Um)을 생성하는 데 사용된다. 이 점에서, 예시적인 실시예의 범위 내에서, 보상 전류 변환기(2)가 개개의 보상 권선(L2)만을 갖지만, 보상 전류 변환기(2)는 또한 코어 주변에서 움직이는 복수의 보상 권선을 가질 수 있다는 점이 주목된다. 또한, 예시적인 실시예의 범위 내에서, 보상 전류 변환기(2)가 개개의 측정 권선(L1)만을 갖지만, 보상 전류 변환기(2)는 또한 코어 주변에서 움직이는 복수의 측정 권선을 가질 수 있다는 점이 주목된다.
예시적인 실시예의 범위 내에서, 전력 반도체 모듈(9)은 부하 연결 요소(10)를 통해 전류를 측정될 전류(Im)로서 측정하는 본 발명에 따른 전류 측정 장치(1)를 갖는다(도 3 참조).
전력 유닛(6)은 바람직하게는 제 1 트랜지스터(T1), 제 2 트랜지스터(T2), 제 3 트랜지스터(T3) 및 제 4 트랜지스터(T4)를 구비하고, 트랜지스터(T1, T2, T3 및 T4)는 H 브리지 회로를 형성하도록 전기적으로 연결되며, 보상 권선(L2)은 H 브리지 회로의 분로 브랜치에 전기적으로 배치된다. 이러한 경우, 전력 유닛(6)의 트랜지스터(T1, T2, T3 및 T4)는 보상 전류(Ik)를 생성하기 위해 바람직하게는 펄스 폭 변조 방식으로 구동된다. 예시적인 실시예에서, H 브리지 회로를 형성하기 위해, 제 3 트랜지스터(T3)의 이미터는 제 1 트랜지스터(T1)의 콜렉터에 전기적으로 연결되고, 제 4 트랜지스터(T4)의 이미터는 제 2 트랜지스터(T2)의 콜렉터에 전기적으로 연결되고, 제 3 트랜지스터(T3)의 콜렉터는 제 4 트랜지스터(T4)의 콜렉터에 전기적으로 연결되며, 제 1 트랜지스터(T1)의 이미터는 제 2 트랜지스터(T2)의 이미터에 전기적으로 연결된다. 제 3 트랜지스터(T3)의 이미터와 제 4 트랜지스터(T4)의 이미터 사이의 전기적 연결은 H 브리지 회로의 분로 브랜치를 형성하며, 보상 권선(L2)은 H 브리지 회로의 분로 브랜치에 전기적으로 배치된다. 측정 저항(Rm)은 보상 권선(L2)과 직렬로 전기적으로 연결되며, 그래서 마찬가지로 H 브리지 회로의 분로 브랜치에 배치된다. 더욱이, 도 1에 도시된 바와 같이, 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)는 바람직하게는 트랜지스터(T1, T2, T3 및 T4)의 각각과 병렬로 전기적으로 역방향 연결된다. 필요하다면, 트랜지스터(T1, T2, T3 및 T4)는 예를 들어 도 1에 도시되지 않은 전기적 과전압에 대해 보호하기 위해 부하 경감(load-relief) 회로에 전기적으로 연결될 수 있다.
전류 측정 장치(1)는 또한 적어도 대략 보상 전류(Ik)의 레벨에 상응하고, 이상적으로는 보상 전류(Ik)의 레벨에 상응하는 제 1 전압(U1)을 생성하도록 설계되는 전압 생성 장치를 갖는다. 예시적인 실시예의 범위 내에서, 전압 생성 장치는 전기 저항의 형태이며, 즉 전압 생성 장치는 제 1 전기 저항(R1)의 형태이며, 제 1 전압(U1)은 제 1 전기 저항(R1)에 걸쳐 강하된다. 제 1 전기 저항(R1)을 통해 흐르는 전류(Ik')는 적어도 대략 보상 전류(Ik)에 상응하고, 이상적으로는 보상 전류(Ik)에 상응하며, 그 결과로 제 1 전압(U1)은 적어도 대략 보상 전류의 레벨에 상응하고, 이상적으로는 보상 전류의 레벨에 상응한다. 저 제어 전류가 트랜지스터(T1, T2, T3 및 T4)의 제어 연결부(B)(베이스)를 통해 트랜지스터의 이미터로 흐른다는 사실의 결과로서, 예를 들어 종래의 바이폴라 트랜지스터가 H 브리지 회로에 사용될 때, 부하 경감 회로가 트랜지스터를 보호하기 위해 과전압에 대해 사용될 경우, 및 정류 동작 동안, 보상 전류(Ik)와 전류(Ik') 사이의 차는 적어도 대략 보상 전류(Ik)에 상응하는 전류(Ik')를 생성할 수 있다. 전류(Ik')는 이상적으로 보상 전류(Ik)에 상응한다. 보상 전류(Ik)와 제 1 전기 저항(R1)을 통해 흐르는 전류(Ik') 사이의 가능한 차는 본 발명에 대해 무시될 수 있다. 이 점에서, H 브리지 회로를 위한 반도체 스위치로서 종래의 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 대신에, 또한 예를 들어 H 브리지 회로를 위한 반도체 스위치로서 IGBT 또는 MOSFET를 사용할 수 있어, 트랜지스터(T1, T2, T3 및 T4)의 제어 연결부로부터 트랜지스터(T1, T2, T3 및 T4)의 이미터로 흐르는 제어 전류가 회피될 수 있다는 점이 주목된다.
전류 측정 장치(1)는 또한 제 1 전압(U1)을 기준 전압(Uref)과 비교하고 제 1 전압(U1)이 기준 전압(Uref)을 초과하면 보상 전류(Ik)의 레벨이 감소되는 방식으로 전력 유닛(6)에 작용하도록 설계되는 보상 전류 감소 장치(7)를 갖는다. 그래서, 전력 유닛(6)의 파괴 또는 손상 및/또는 에너지 공급 장치(8)의 과부하가 회피될 수 있다. 이 경우에, 보상 전류(Ik)의 레벨은 바람직하게는 제 1 전압(U1)이 기준 전압(Uref)에 상응하는 값으로 감소된다. 그래서, 기준 전압(Uref)의 레벨의 적절한 선택은 보상 전류(Ik)의 최대 가능한 레벨을 설정하여, 전류 측정 장치(1)의 전력 소비를 최대값으로 제한할 수 있게 하며, 그 결과로 에너지 공급 장치(8)는 과부하되지 않으며/않거나 전력 유닛(6)이 측정될 전류(Im)가 매우 높은 경우에도 파괴되거나 손상되지 않는다.
보상 전류 감소 장치(7)는 바람직하게는 차동 증폭기(23) 및 액츄에이터(24)를 가지며, 차동 증폭기(23)는 제 1 전압(U1)을 기준 전압(Vref)과 비교하고 제 1 전압(U1)이 기준 전압(Vref)을 초과하면 액츄에이터(24)가 H 브리지 회로의 상위 브랜치에 전기적으로 배치되고 베이스와 이미터 사이에 인가되는 트랜지스터(T3 및 T4)의 제어 전압을 감소시키고/시키거나, H 브리지 회로의 하위 브랜치에 전기적으로 배치되고 베이스와 이미터 사이에 인가되는 트랜지스터(T1 및 T2)의 제어 전압을 감소시키는 방식으로 액츄에이터(24)에 작용하도록 설계된다. 도 1에 따른 예시적인 실시예에서, H 브리지 회로의 하위 브랜치에 전기적으로 배치되는 트랜지스터(T1 및 T2)의 제어 전압은 감소된다. 관련 트랜지스터의 에미터에 대한 베이스 또는 게이트에 인가된 트랜지스터 제어 전압이 특정 값을 초과할 경우, 트랜지스터는 온 상태로 변경하며, 즉 현저한 전류가 트랜지스터의 콜렉터를 통해 흐르기 시작한다. 예시적인 실시예에서, 트랜지스터(T1 및 T2)의 제어 전압은 제각기 각각의 트랜지스터(T1 및 T2)의 베이스(B) 와 이미터 사이에 인가된 전압의 형태로 제공된다.
바람직하게 제공되는 제 1 커패시터(C1)는 제 1 전압(U1)의 리플을 감소시킨다.
예시적인 실시예의 범위 내에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 차동 증폭기(23)는 제 5 트랜지스터(T5) 및 제 6 트랜지스터(T6) 뿐만 아니라 전기적으로 연결되는 제 2 전기 저항(R2) 및 제 3 전기 저항(R3)을 갖는다. 제 3 저항(R3)은 트랜지스터(T5 및 T6)를 통해 흐르는 전류를 제한한다. 제 1 전압(U1)이 기준 전압(Uref) 보다 크자마자, 제 5 트랜지스터(T5)의 콜렉터를 통해 흐르는 전류는 감소되고, 제 6 트랜지스터(T6)의 콜렉터를 통해 흐르는 전류는 증가되며, 그 결과로 제 2 저항(R2)에 걸쳐 인가된 전압은 증가된다.
예시적인 실시예의 범위 내에서, 액츄에이터(24)는 제 7 트랜지스터(T7), 제 2 커패시터(C2) 뿐만 아니라 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 다이오드(D2)를 갖는다. 제 2 저항(R2)에 걸쳐 인가된 전압이 특정 값을 초과할 경우, 제 7 트랜지스터(T7)는 온 상태로 변경하고, 전류는 제 7 트랜지스터(T7)의 콜렉터를 통해 흐르며, 그 결과로서 제 1 및 2 트랜지스터(T1 및 T2)의 제어 전압은 감소되고, 결과적으로 트랜지스터(T1 및 T2)의 각각의 전기 저항은 증가되며, 그래서 보상 전류(Ik)는 감소된다. 따라서, 보상 전류(Ik)는 보상 전류 감소 장치(7)를 사용하여 제한된다. 전류 방향에서, 제 1 및 2 다이오드(D1 및 D2)는 제 1 및 2 트랜지스터(T1 및 T2)의 베이스로부터 제 7 트랜지스터(T7)를 분리시킨다. 제 2 커패시터(C2)는 보상 전류 감소 장치(7), 제 1 및 2 트랜지스터(T1 및 T2)와 제 1 저항(R1)에 의해 형성된 제어 루프의 안정성을 증가시킨다.
도 3은 개략적인 사시도를 도시하며, 도 4는 전력 반도체 모듈(9)의 단면도를 도시한다. 전력 반도체 모듈(9)은 기판(19)을 갖는다. 기판(19)은 절연 물질 본체(15) 및 절연 물질 본체(15)의 제 1 측면에 배치되는 도전성 구조화된 제 1 도전 층(16)을 가지며, 이러한 제 1 도전 층(16)은 절연 물질 본체(15)에 연결되고 도체 트랙을 형성한다. 기판(19)은 바람직하게는 구조화되지 않은 전기 도전성의 제 2 도전 층(17)을 가지며, 절연 물질 본체(15)는 구조화된 제 1 도전 층(16) 및 제 2 도전 층(17) 사이에 배치된다. 기판(2)의 구조화된 제 1 도전 층(16)은 예를 들어 구리로 구성될 수 있다. 예를 들어 예시적인 실시예에서 처럼, 기판은 DCB 기판의 형태 또는 절연 금속 기판의 형태일 수 있다. DCB 기판의 경우에, 절연 물질 본체(15)는 예를 들어 세라믹으로 구성될 수 있으며, 제 1 기판의 제 2 도전 층(17)은 예를 들어 구리로 구성될 수 있다. 절연 금속 기판의 경우에, 절연 물질 본체(15)는 예를 들어 폴리이미드 또는 에폭시의 층으로 구성될 수 있으며, 기판의 제 2 도전 층(17)은 금속 성형체로 구성될 수 있다. 금속 성형체는 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
기판(19)은 바람직하게는 히트 싱크(18), 또는 전력 반도체 모듈(9)을 히트 싱크에 열적으로 연결하는 데 사용되는 보드에 연결된다.
전력 반도체 스위치(14)는 기판(19)에 배치된다. 이 경우에, 전력 반도체 스위치는 트랜지스터, 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 형태 또는 사이리스터의 형태일 수 있다. 전력 반도체 스위치(14)는 바람직하게는 서로 연결되고, 본딩 와이어(13)를 사용하여 도전성 방식으로 도전성의 부하 연결 요소(10, 11 및 12)에 연결된다.
예시적인 실시예의 범위 내에서, 전력 반도체 모듈(9)은 부하 연결 요소(10)를 통해 전류를 측정될 전류(Im)로서 측정하는 본 발명에 따른 전류 측정 장치(1)를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 부하 연결 요소(10)는 2개의 개개의 요소(10' 및 10'')로 구성되고, 예시적인 실시예에서 스크류를 통해 안내하기 위한 구멍을 가진 제 1 개개의 요소(10')는 도 3에 도시되며, 부하 연결 요소(10)의 제 2 개개의 요소(10")는 도 4에 도시되는 기판(19)에 연결된다. 전류 측정 장치(1)의 측정 권선(L1)은 부하 연결 요소(10)의 2개의 개개의 요소(10' 및 10'') 사이에 전기적으로 연결되며, 즉 2개의 개개의 요소(10' 및 10'')는 측정 권선(L1)을 통해 서로에 전기적으로 연결된다.
전력 반도체 스위치(14)를 구동하기 위해, 전력 반도체 모듈(9)은 예를 들어 (본 발명의 이해에 중요하지 않으므로 도면에 도시되지 않은) 제어기에 의해 생성된 스위치 온 및 스위치 오프 신호를 전력 반도체 스위치(14)에 대한 상응하는 구동 신호로 변환하는 구동기(22)를 갖는다. 이 경우에, 각각의 구동기는 출력 측에서 그것에 할당된 전력 반도체 스위치의 제어 연결부(베이스 또는 게이트)에 전기적으로 연결되며, 이러한 경우에 관련된 전기적 연결부는 명료함을 위해 도 4에 도시되지 않는다.
전력 반도체 모듈(9)은 또한 전기 에너지를 전류 측정 장치(1)에 공급하도록 설계되고, 특히 도 3 및 도 4에 따른 예시적인 실시예의 범위 내에서 전기 에너지를 구동기(22)에 공급하도록 추가적으로 설계되는 전기 에너지 공급 장치(8)를 갖는다(또한 도 2 참조). 명료성을 위해, 에너지 공급 장치(8)와 구동기(22) 사이의 전기적 연결부는 도 4에 도시되지 않는다.
에너지 공급 장치(8) 및 구동기(22)는 바람직하게는 인쇄 회로 기판(14) 상에 배치된다.
전력 반도체 모듈(9)은 또한 바람직하게는 전력 반도체 스위치(14)를 횡 방향으로 둘러싸는 하우징(20)을 갖는다.

Claims (10)

  1. 전류 측정 장치에 있어서,
    자기 도전성 코어(3)와 상기 코어(3) 주변에서 움직이는 적어도 하나의 보상 권선(L2) 뿐만 아니라 조절 장치(5)와 상기 조절 장치(5)에 의해 구동되는 전력 유닛(6)을 구비하되, 측정될 전류(Im)는 상기 코어(3)를 통해 움직이는 자기 측정 플럭스를 생성하고, 상기 전력 유닛(6)은 상기 적어도 하나의 보상 권선(L2)을 통해 흐르는 보상 전류(Ik)를 생성하며, 상기 조절 장치(5)는 상기 보상 전류(Ik)의 흐름을 이용하여 상기 적어도 하나의 보상 권선(L2)에 의해 생성되고 상기 코어(3)를 통해 움직이는 자기 보상 플럭스가 상기 자기 측정 플럭스만큼 크지만 상기 코어(3)를 통해 반대 방향으로 움직이는 방식으로 상기 전력 유닛(6)을 구동하는 보상 전류 변환기(2),
    적어도 상기 보상 전류(Ik)의 레벨에 상응하는 제 1 전압(U1)을 생성하도록 설계되는 전압 생성 장치(R1), 및
    상기 제 1 전압(U1)을 기준 전압(Uref)과 비교하며, 상기 제 1 전압(U1)이 상기 기준 전압(Uref)을 초과하면, 상기 보상 전류(Ik)의 레벨이 감소되는 방식으로 상기 전력 유닛(6)에 작용하도록 설계되는 보상 전류 감소 장치(7)를 포함하는 전류 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 전류 감소 장치(7)는 상기 제 1 전압(U1)을 기준 전압(Uref)과 비교하고 상기 제 1 전압(U1)이 상기 기준 전압(Uref)을 초과하면 상기 보상 전류(Ik)의 레벨이 상기 제 1 전압(U1)이 상기 기준 전압(Uref)에 상응하는 값으로 감소되는 방식으로 상기 전력 유닛(6)에 작용하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 유닛(6)은 H 브리지 회로를 형성하기 위해 전기적으로 연결되는 반도체 스위치(T1, T2, T3, T4)를 가지며, 상기 적어도 하나의 보상 권선(L2)은 상기 H 브리지 회로의 분로 브랜치에 전기적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    H 브리지 회로를 형성하기 위해 전기적으로 연결되는 상기 전력 유닛(6)의 상기 반도체 스위치(T1, T2, T3, T4)가 펄스 폭 변조 방식으로 상기 조절 장치(5)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 생성 장치(R1)는 적어도 대략 상기 보상 전류(Ik)가 흐르는 전기 저항의 형태인 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    커패시터(C1)는 상기 전기 저항(R1)과 병렬로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보상 전류 감소 장치(7)는 차동 증폭기(23) 및 액츄에이터(24)를 구비하며, 상기 차동 증폭기(23)는 상기 제 1 전압(U1)을 상기 기준 전압(Uref)과 비교하고 상기 제 1 전압(U1)이 상기 기준 전압(Uref)을 초과하면 상기 액츄에이터(24)가 상기 H 브리지 회로의 상위 브랜치에 전기적으로 배치된 상기 반도체 스위치(T3, T4)의 제어 전압, 및/또는 상기 H 브리지 회로의 하위 브랜치에 전기적으로 배치된 상기 반도체 스위치(T1, T2)의 상기 제어 전압을 감소시키는 방식으로 상기 액츄에이터(24)에 작용하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치.
  8. 전력 반도체 스위치(14)가 배치되는 기판(19), 상기 전력 반도체 스위치(14)와 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 전류 측정 장치(1)를 구동하도록 설계되는 구동기(22), 및 전기 에너지를 상기 구동기(22) 및 상기 전류 측정 장치(1)에 공급하도록 설계되는 전기 에너지 공급 장치(8)를 갖는 전력 반도체 모듈.
  9. 전류 측정 장치의 작동 방법에 있어서,
    상기 전류 측정 장치(1)가 자기 도전성 코어(3)와 상기 코어(3) 주변에 감겨지는 적어도 하나의 보상 권선(L2) 뿐만 아니라 조절 장치(5)와 상기 조절 장치(5)에 의해 구동되는 전력 유닛(6)을 가진 보상 전류 변환기(2)를 포함하고,
    측정될 전류(Im)가 상기 코어(3)를 통해 움직이는 자기 측정 플럭스를 생성하고,
    상기 전력 유닛(6)이 상기 적어도 하나의 보상 권선(L2)을 통해 흐르는 보상 전류(Ik)를 생성하고,
    상기 전력 유닛(6)이 상기 보상 전류(Ik)의 흐름을 이용하여 상기 적어도 하나의 보상 권선(L2)에 의해 생성되고 상기 코어(3)를 통해 움직이는 자기 보상 플럭스가 자기 측정 플럭스만큼 크지만 상기 코어(3)를 통해 반대 방향으로 움직이는 방식으로 상기 조절 장치(5)에 의해 구동되고,
    적어도 상기 보상 전류(Ik)의 레벨에 상응하는 제 1 전압(U1)이 생성되며,
    상기 제 1 전압(U1)이 기준 전압(Uref)과 비교되고, 상기 제 1 전압(U1)이 상기 기준 전압(Uref)을 초과하면, 상기 보상 전류(Ik)의 레벨이 감소되는 전류 측정 장치의 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 전압(U1)이 기준 전압(Uref)과 비교되고, 상기 제 1 전압(U1)이 상기 기준 전압(Uref)을 초과하면, 상기 보상 전류(Ik)의 레벨이 상기 제 1 전압(U1)이 상기 기준 전압(Uref)에 상응하는 값으로 감소되는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치의 작동 방법.
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