KR20200048376A - 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 - Google Patents

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KR20200048376A
KR20200048376A KR1020180130422A KR20180130422A KR20200048376A KR 20200048376 A KR20200048376 A KR 20200048376A KR 1020180130422 A KR1020180130422 A KR 1020180130422A KR 20180130422 A KR20180130422 A KR 20180130422A KR 20200048376 A KR20200048376 A KR 20200048376A
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김태진
오창열
이종필
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한국전기연구원
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Abstract

본 발명은 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 커패시터의 탈착이 가능한 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈에 관한 것이다.
본 발명은, 적어도 한 쌍의 IGBT부(231) 및 적어도 하나의 커패시터(131)를 포함하는 서브모듈(10)로서, 내부에 상기 커패시터(131)가 설치되고, 상기 커패시터(131)가 상기 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)와 회로적으로 연결되기 위한 한 쌍의 부스바(111)가 설치된 제1하우징(100)과; 상기 제1하우징(100)에 대하여 상대이동 가능하도록 설치되며, 상기 한 쌍의 부스바(111)와 탈착가능하게 결합되는 한 쌍의 결합단자부(211)가 설치되며 내부에 상기 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)가 설치되는 제2하우징(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10)을 개시한다.

Description

모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 {Submodule of modular multilevel converter}
본 발명은 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핫스왑 방식의 커패시터의 탈착이 가능한 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈에 관한 것이다.
최근 고압, 대용량 컨버터 분야에서 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Convertor; MMC)가 관심을 받으며 활발한 연구가 진행되고 있다. 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC)는 많은 수의 서브모듈이 직렬로 연결되므로 전압 레벨 확장이 용이하며, 낮은 스위칭 주파수에서도 높은 전압 레벨로 인해 우수한 출력을 얻을 수 있는 장점으로 고압 직류(HVDC) 송전, 무효 전력 보상기(STATCOM), 모터 드라이브 분야에 활용되고 있다.
도 1은 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC)의 서브모듈을 설명하기 위한 하프 브릿지 컨버터의 회로도이다. 도 1에 나타낸 것처럼, 하프 브릿지 컨버터는 상보적으로 동작하는 IGBT 스위치 2개와 에너지를 저장하기 위한 커패시터로 구성될 수 있다.
암 전류 방향이 양(Positive)일 경우, 스위치 S1이 턴-온 시 암 전류가 환류 다이오드 D1을 거쳐 커패시터로 흐르므로 커패시터가 충전된다. 스위치 S2가 턴-온 시 커패시터를 우회하므로 커패시터 전압은 변동하지 않는다.
반대로 암 전류 방향이 음(Negative)일 경우, 스위치 S1이 턴-온 시 암 전류가 커패시터로 흐르므로 커패시터가 방전되며, 스위치 S2가 턴-온 시 암 전류는 환류 다이오드 D2로 흘러 커패시터를 우회하므로 커패시터 전압의 변동은 없다. 따라서, 스위치 S1이 턴-온 될 때 암 전류의 방향에 따라 커패시터의 충전 및 방전이 결정된다.
도 2는 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC)의 구성을 설명하기 위한 회로도이다. 도 2에 나타낸 것처럼, 직렬 연결된 N개의 서브모듈(10)과 암인덕터(12)가 연결되어 암(A절점-B절점)을 구성하고, 교류 출력단을 기준으로 2개의 암이 연결되어 하나의 레그(A절점-C절점)를 구성한다.
암인덕터(12)는 단락 사고 시 단락 전류의 급격한 상승을 방지하는 역할을 한다. 각 서브모듈 커패시터 전압은 직류단 전압을 N 등분한 크기를 가지며, 한 암에서 출력되는 전압은 암을 구성하는 각 서브모듈(10)의 출력전압의 합과 같다.
이와 같이 고압에서 사용되는 커패시터는 그 크기가 매우 크고 무거우며 고압으로 충전되므로 관리를 위한 교체나 유지보수 시 사용자 편의나 안전문제가 매우 중요함에도 불구하고, 종래기술은 이러한 이슈에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈을 커패시터가 설치되는 제1하우징과 IGBT 스위치를 포함하는 나머지 구성품들이 설치되는 제2하우징으로 구성하고, 제1하우징을 제2하우징의 측면에 핫스왑(Hot Swap) 방식으로 탈착가능하게 설치함으로써, 서브모듈 커패시터의 교체를 포함한 유지보수를 보다 용이하게 할 수 있는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 제1하우징에 설치되는 서브모듈 커패시터로부터 제2하우징에 설치되는 서브모듈 제어장치 전원공급용 DC/DC컨버터로 무선전력전송 방식을 이용해 전력을 전송함으로써, 제1하우징과 제2하우징 사이의 탈착을 보다 용이하게 함과 동시에 서브모듈 커패시터와 서브모듈 제어장치 사이에 충분한 절연내력을 확보할 수 있고 그에 따라 서브모듈의 동작의 안전성을 크게 개선할 수 있는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈을 제공하는 데 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 서브모듈 커패시터의 충전상태를 육안으로 직접 확인할 수 있는 LED 표시부를 서브모듈 커패시터에 연결함으로써, 인체에 안전한 정도로 커패시터가 방전 되었는지 여부를 육안으로 확인할 수 있고, 관리자가 안전한 상태에서 커패시터에 대한 유지보수를 수행할 수 있는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 적어도 한 쌍의 IGBT부(231) 및 적어도 하나의 커패시터(131)를 포함하는 서브모듈(10)로서, 내부에 상기 커패시터(131)가 설치되고, 상기 커패시터(131)가 상기 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)와 회로적으로 연결되기 위한 한 쌍의 부스바(111)가 설치된 제1하우징(100)과; 상기 제1하우징(100)에 대하여 상대이동 가능하도록 설치되며, 상기 한 쌍의 부스바(111)와 탈착가능하게 결합되는 한 쌍의 결합단자부(211)가 설치되며 내부에 상기 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)가 설치되는 제2하우징(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10)을 개시한다.
상기 제2하우징(200)은, 일측에 외부와 회로적으로 연결되는 한 쌍의 출력단자(310, 320)가 설치될 수 있다.
상기 제2하우징(200)에는, 상기 커패시터(131) 양단에 형성된 출력전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈제어기(250)로 공급하는 DC/DC컨버터(240)가 설치될 수 있다.
상기 서브모듈(10)은, 상기 커패시터(131)로부터 상기 DC/DC컨버터(240)에 무선으로 전력을 전송하기 위한 무선전력전송부(400)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 무선전력전송부(400)는, 상기 제1하우징(100)에 설치되며 상기 커패시터(131) 양단에 형성된 출력전압을 교류신호로 변환하는 인버터부(410)와, 상기 제1하우징(100)에 설치되며 상기 인버터부(410)의 교류신호 출력단에 회로적으로 연결되어 무선전력신호를 형성하는 제1유도코일부(420)와, 상기 제1유도코일부(420)와 이격된 상태로 상기 제2하우징(200)에 설치되며 상기 무선전력신호를 수신하는 제2유도코일부(430)와, 상기 제2하우징(200)에 설치되며, 상기 제2유도코일부(430)와 회로적으로 연결되어 상기 제2유도코일부(430)가 수신한 무선전력신호를 직류신호로 변환하는 컨버터부(440)를 포함할 수 있다.
상기 제2유도코일부(430)는, 상기 제1하우징(100) 및 상기 제2하우징(200)의 결합 시 상기 제1유도코일부(420)로부터 무선전력신호를 전송받을 수 있다.
상기 무선전력전송부(400)는, 상기 제1유도코일부(420)가 설치되는 제1지그부(402)와, 상기 제2유도코일부(430)가 설치되며 상기 한 쌍의 부스바(111)와 상기 한 쌍의 결합단자부(211)의 결합시 상기 제1지그부(402)와 형합되는 제2지그부(404)를 포함할 수 있다.
상기 제1하우징(100)은, 상기 제2하우징(200)의 측면에 결합될 수 있다.
상기 서브모듈(10)은, 상기 커패시터(131)와 병렬로 연결되어 상기 커패시터(131)의 충전상태를 표시하는 표시부(500)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 표시부(500)는, 상기 커패시터(131)와 병렬연결되는 복수의 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)들을 포함할 수 있다.
상기 표시부(500)는, 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)와 직렬연결되는 복수의 저항소자(R1, R2, .... , Rn)들을 포함할 수 있다.
상기 복수의 저항소자(R1, R2, .... , Rn)들의 저항값은, 서로 상이할 수 있다.
상기 표시부(500)는, 상기 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)에 흐르는 전류를 서로 다르게 하기 위하여, 상기 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)와 직병렬연결되는 복수의 전압강하소자(VD1, VD2,?, VDn)들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈은, 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈을 커패시터가 설치되는 제1하우징과 IGBT 스위치를 포함하는 나머지 구성품들이 설치되는 제2하우징으로 구성하고, 제1하우징을 제2하우징의 측면에 핫스왑(Hot Swap) 방식으로 탈착가능하게 설치함으로써, 서브모듈 커패시터의 교체를 포함한 유지보수를 보다 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 제1하우징에 설치되는 서브모듈 커패시터로부터 제2하우징에 설치되는 서브모듈 제어장치 전원공급용 DC/DC컨버터로 무선전력전송 방식을 이용해 전력을 전송함으로써, 제1하우징과 제2하우징 사이의 탈착을 보다 용이하게 함과 동시에 서브모듈 커패시터와 서브모듈 제어장치 사이에 충분한 절연내력을 확보할 수 있고 그에 따라 서브모듈의 동작의 안전성을 크게 개선할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명은, 서브모듈 커패시터의 충전상태를 육안으로 직접 확인할 수 있는 LED 표시부를 서브모듈 커패시터에 연결함으로써, 인체에 안전한 정도로 커패시터가 방전 되었는지 여부를 육안으로 확인할 수 있고, 관리자가 안전한 상태에서 커패시터에 대한 유지보수를 수행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC)의 서브모듈을 보여주는 하프 브릿지 컨버터의 회로도이다.
도 2는, 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC)의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3a 및 도 3b는, 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈의 제1하우징 및 제2하우징 사이의 결합관계를 보여주는 개념도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브모듈을 보여주는 개념도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 서브모듈을 보여주는 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 서브모듈을 보여주는 개념도이다.
도 7a 및 도 7b는, 본 발명의 서브모듈의 무선전력전송부를 설명하는 개념도이다.
도 8은, 도 7a 내지 도 7b의 무선전력전송부의 구성일부를 보여주는 도면이다.
도 9는, 본 발명에 따른 서브모듈의 커패시터의 충전상태를 보여주는 표시부의 개념을 설명하는 회로도이다.
도 10은, 도 9의 표시부의 일 실시예를 보여주는 회로도이다.
이하 본 발명에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈은, 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 적어도 한 쌍의 IGBT부(231) 및 적어도 하나의 커패시터(131)를 포함하는 서브모듈(10)로서, 내부에 커패시터(131)가 설치되고, 커패시터(131)가 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)와 회로적으로 연결되기 위한 한 쌍의 부스바(111)가 설치된 제1하우징(100)과; 제1하우징(100)에 대하여 상대이동 가능하도록 설치되며, 한 쌍의 부스바(111)와 탈착가능하게 결합되는 한 쌍의 결합단자부(211)가 설치되며 내부에 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)가 설치되는 제2하우징(200)을 포함한다.
상기 서브모듈(10)은, 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈로써 적어도 한 쌍의 IGBT부(231) 및 적어도 하나의 커패시터(131)를 포함할 수 있으며, 도 1의 하프브릿지 토폴로지뿐만 아니라 풀브릿지 토폴로지 등 다양한 토폴로지로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 IGBT부(231)는, IGBT소자(S1, S2) 및 IGBT소자(S1, S2)와 역병렬 연결되는 다이오드(D1, D2)를 포함할 수 있고, 서브모듈(10)의 스위치소자로 기능할 수 있다.
상기 커패시터(131)는, 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)와 병렬연결되는 에너지저장소자로서, 다수의 서브커패시터(미도시)들이 결합되어 구성되는 것도 가능하다.
상기 서브모듈(10)은, 서로 탈착가능하게 결합되는 제1하우징(100) 및 제2하우징(200)을 포함할 수 있다.
상기 제1하우징(100) 및 제2하우징(200)은, 다양한 재질 및 형상으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제1하우징(100)은, 제2하우징(200)의 일 측면에 결합될 수 있다. 상기 제1하우징(100)이 제2하우징(200)의 측면에 탈착가능하게 결합됨으로써 제1하우징(100)에 대한 제2하우징(200)의 수평방향 상대이동을 통해 제1하우징(100)과 제2하우징(200)이 용이하게 분리되거나 결합될 수 있다.
한편, 상기 서브모듈(10)은, 모듈러 멀티레벨 컨버터 밸브의 설치를 위한 구조물(랙 선반 등)에 설치될 수 있으며, 이때, 제1하우징(100) 및 제2하우징(200) 중 적어도 하나는 구조물 상 설치되는 가이드부(미도시)를 따라 이동가능하 설치될 수 있다.
상기 제1하우징(100)은, 내부에 커패시터(131)가 설치되고, 커패시터(131)가 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)와 회로적으로 연결되기 위한 한 쌍의 부스바(111)가 설치되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 한 쌍의 부스바(111)는, 커패시터(131)의 양단과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2하우징(200)은, 제1하우징(100)에 대하여 상대이동 가능하도록 설치되며, 한 쌍의 부스바(111)와 탈착가능하게 결합되는 한 쌍의 결합단자부(211)가 설치되며 내부에 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)가 설치되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 한 쌍의 결합단자부(211)는, 제1하우징(100)에 대한 제2하우징(200)의 상대이동 시 한 쌍의 부스바(111)와 대응되어 상호 전기적/물리적으로 결합되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 한 쌍의 결합단자부(211)와 한 쌍의 부스바(111)는, 제1하우징(100) 및 제2하우징(200)의 연결을 위한 커넥터일 수 있고, 각각 대응되는 포트 사이에 전기적 결합을 가능하게 하는 소켓이나 핀으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2하우징(200)은, 제1하우징(100)에 대하여 상대이동 가능하도록 설치될 수 있고, 예로서, 커패시터(131)가 설치된 제1하우징(100)이 구조물에 고정설치된 제2하우징(200)에 대해 구조물 상 설치되는 가이드부를 따라 상대이동 되도록 설치되거나, 반대로 제2하우징(200)이 구조물에 고정설치된 제1하우징(100)에 대해 가이드부를 따라 상대이동 되도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 제2하우징(200)은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 일측에 외부와 회로적으로 연결되는 한 쌍의 출력단자(310, 320)가 설치될 수 있다.
상기 한 쌍의 출력단자(310, 320)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서브모듈(10)이 다른 서브모듈(10)과 직력연결 되도록 다른 서브모듈(10)에 접속될 수 있다.
한편, 상기 제2하우징(200)에는, 적어도 한 쌍의 IGBT부(231) 뿐만 아니라, 서브모듈(10) 제어를 위한 서브모듈제어기(250) 또는 서브모듈제어기(250)로 전원을 공급하기 위한 DC/DC컨버터(240) 등이 추가로 설치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 상기 서브모듈제어기(250) 또는 서브모듈제어기(250)로 전원을 공급하기 위한 DC/DC컨버터(240) 제2하우징(200)과 별도로 설치되는 제2하우징(500)에 설치될 수 있다.
상기 제3하우징(700)은, 서브모듈(10)의 제어를 위한 구성이 설치되는 하우징으로 제1하우징(100) 및 제2하우징(200) 중 적어도 하나와 유선/무선 등 다양한 방식을 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1하우징(100) 및 제2하우징(200)과 마찬가지로 서로 탈착가능하게 결합될 수 있다.
상기 DC/DC컨버터(240)는, 제1하우징(100)에 설치된 커패시터(131) 양단에 형성된 출력전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈제어기(250)로 공급하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로, 상기 DC/DC컨버터(240)는, 고전압으로 충전된 커패시터(131)(예로서, 2kV 이상)의 출력전압을 서브모듈제어기(250)의 저전압전원(예로서, 24V)으로 변환하여 출력할 수 있다.
그런데, 상기 DC/DC컨버터(240)는 제2하우징(200)에 설치되는데 반해, 커패시터(131)는 제1하우징(100)에 설치되는 바, DC/DC컨버터(240)가 커패시터(131)로부터 전력을 전송 받을 수 있는 방법이 필요하다.
일 실시예에서, 상기 DC/DC컨버터(240)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1하우징(100) 및 제2하우징(200)의 결합 시 커패시터(131)의 출력단과 회로적으로 연결되도록, 제2하우징(200)에 설치되는 선로에 결합됨으로써 커패시터(131)로부터 전력을 전송 받을 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 DC/DC컨버터(240)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 무선전력전송을 통해 커패시터(131)로부터 전력을 전송 받을 수 있다.
이때, 상기 서브모듈(10)은, 커패시터(131)로부터 상기 DC/DC컨버터(240)에 무선으로 전력을 전송하기 위한 무선전력전송부(400)를 포함할 수 있다.
상기 무선전력전송부(400)는, 자기유도(MI) 및 자기공진(MR) 등 다양한 종래의 무선전력전송 방식이 적용될 수 있으나, 바람직하게는 높은 효율의 근거리 전력전송이 가능한 자기유도방식이 적용됨이 바람직하다.
예로서, 상기 무선전력전송부(400)는, 제1하우징(100)에 설치되며 커패시터(131) 양단에 형성된 출력전압을 교류신호로 변환하는 인버터부(410)와, 제1하우징(100)에 설치되며 인버터부(410)의 교류신호 출력단에 회로적으로 연결되어 무선전력신호를 형성하는 제1유도코일부(420)와, 제1유도코일부(420)와 이격된 상태로 제2하우징(200)에 설치되며 무선전력신호를 수신하는 제2유도코일부(430)와, 제2하우징(200)에 설치되며, 제2유도코일부(430)와 회로적으로 연결되어 제2유도코일부(430)가 수신한 무선전력신호를 직류신호로 변환하는 컨버터부(440)를 포함할 수 있다.
상기 인버터부(410)는, 커패시터(131)의 출력전압을 교류신호로 변환할 수 있다면 다양한 구성이 가능하다.
상기 제1유도코일부(420)는 무선전력신호의 송신기능을 수행하며, 제2유도코일부(430)는 무선전력신호의 수신기능을 수행할 수 있다.
상기 컨버터부(410)는, 제2유도코일부(430)에서 수신한 무선전력신호를 직류신호로 변환할 수 있다면 다양한 구성이 가능하다.
상기 제2유도코일부(430)는, 도 7a 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1하우징(100) 및 제2하우징(200)의 결합 시 제1유도코일부(420)와 근거리에 위치될 수 있고 그에 따라 제1유도코일부(420)에 의해 자기장이 유도 됨으로써 제1유도코일부(420)로부터 무선전력신호를 전송 받을 수 있다.
반대로, 제1하우징(100)이 제2하우징(200)과 분리되어 제1하우징(100)과 제2하우징(200) 사이의 거리가 멀어지는 경우, 자연스럽게 제1유도코일부(420)와 제2유도코일부(430) 사이의 거리도 멀어져 자기유도에 의한 무선전력전송이 중단될 수 있다.
따라서, 상기 무선전력전송부(400), 특히 제1유도코일부(420) 및 제2유도코일부(430)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1하우징(100)과 제2하우징(200)의 결합면에 설치됨이 바람직하다.
구체적으로, 상기 무선전력전송부(400)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1유도코일부(420)가 설치되는 제1지그부(402)와, 제2유도코일부(430)가 설치되며 한 쌍의 부스바(111)와 한 쌍의 결합단자부(211)의 결합시 제1지그부(402)와 형합되는 제2지그부(404)를 포함할 수 있다.
상기 제1지그부(402) 및 제2지그부(404)는, 한 쌍의 부스바(111) 및 한 쌍의 결합단자부(211)와 같은 측면(제1하우징(100) 및 제2하우징(200)의 결합면)에 설치됨이 바람직하다.
상기 DC/DC커패시터(240)가 커패시터(131)로부터 무선으로 전력을 전송 받는 경우, 커패시터(131)가 고전압으로 충전되어 있는 경우에도 DC/DC커패시터(240)와 커패시터(131) 사이는 물리적으로 완전히 분리되어 있기 때문에 절연내력이 충분히 확보될 수 있고, 그에 따라 서브모듈제어기(250)의 안정적인 동작을 보다 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 4 및 도 5의 경우, 서브모듈(10) 제어를 위한 서브모듈제어기(250) 및 DC/DC컨버터(240)가 IGBT부(231)와 함께 제2하우징(200)에 설치되는 실시예를 도시하고 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
다시말해, 본 발명에 따른 서브모듈(10)이 서브모듈(10) 제어를 위한 서브모듈제어기(250) 및 DC/DC컨버터(240)가 제2하우징(200)과 별도로 설치되는 제3하우징(700)를 추가로 포함하는 경우, 상기 제3하우징(700)은 제1하우징(100)의 커패시터(131)와 회로적으로 연결되며, 제1하우징(100) 및 제2하우징(200) 중 적어도 하나와 탈착가능하게 결합될 수 있다.
예로서, 도 6a의 경우, 상기 제3하우징(700)은 상술한 무선전력전송부(400)를 통해 제2하우징(200)과 결합될 수 있다. 이를 통해, DC/DC컨버터(240)는 제2하우징(200) 내의 회로선(부스바(111) 및 결합단자부(211)의 후단)으로부터 전력을 무선으로 전달받을 수 있다. 이때, 제3하우징(700)은, 제1하우징(100) 및 제2하우징(200) 중 적어도 하나에 핫스왑 방식으로 탈착가능하게 결합될 수 있음은 물론이다.
다른 예로서, 도 6b의 경우, 제3하우징(700)은 상술한 무선전력전송부(400)를 통해 제1하우징(100)과 직접 결합될 수 있다. 이를 통해, DC/DC컨버터(240)는 제1하우징(100) 내의 회로선(부스바(111) 및 결합단자부(211)의 전단으로 커패시터(131)의 양 출력단)으로부터 전력을 무선으로 전달받을 수 있다. 이때, 제3하우징(700)은, 제1하우징(100) 및 제2하우징(200) 중 적어도 하나에 핫스왑 방식으로 탈착가능하게 결합될 수 있음은 물론이다.
상기 서브모듈(10)이, 도 6a 내지 도 6b와 같이, 제2하우징(200)과 별도의 제3하우징(300)에 설치되는 경우, 서브모듈(10)의 제어를 위한 구성만을 서브모듈(10)의 다른 구성품들로부터 분리하는 것이 용이해져 유지보수를 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
상기 구성에 따라, 본 발명의 경우 서브모듈(10)의 구성요소들이 하나의 하우징이 아닌 서로 핫스왑방식으로 탈착가능한 두 개의 하우징으로 구성되어 있으므로, 서브모듈(10)의 커패시터(131)에 대한 교체나 유지보수가 필요한 경우, 커패시터(131)가 매우 무겁고 크기가 큼에도 불구하고, 핫스왑 방식을 이용해 서브모듈(10)의 다른부분(제2하우징(200))으로부터 커패시터(131)를 용이하게 분리할 수 있다.
한편, 상기 커패시터(131)에 작업자가 접근하여 교체나 유지보수를 수행하는 경우, 안전을 위하여 커패시터(131)가 어느 정도 이하의 저전압까지 방전이 된 상태여야 한다.
그런데, 종래 커패시터(131)의 방전을 확인하는 것은, 여러단계의 스텝으로 구분되어 수행되며, 어느 하나의 단계라도 제대로 수행되지 않는 경우 커패시터(131)가 충분히 방전되었는지 보장할 수 없으며 이를 작업자가 확인할 수 있는 방법을 제공하지 못하고 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 서브모듈(10)은, 커패시터(131)와 병렬로 연결되어 커패시터(131)의 충전상태를 표시하는 표시부(500)를 추가로 포함하는 것을 추가적인 특징으로 한다.
상기 표시부(500)는, 상술한 제1하우징(100)에 설치될 수 있고, 커패시터(131)와 병렬연결되어 커패시터(131)의 충전상태를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 표시부(500)는, 커패시터(131)와 병렬연결되는 복수의 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)들을 포함할 수 있다.
상기 커패시터(131)는 고전압으로 충전되므로 고전압에서 작업자가 안전하게 작업할 수 있는 전압(예로서, 50V이하)까지 표시부(500)가 작동해야 하는 전압범위가 매우 넓다.
따라서, 단일한 LED소자 만으로는 커패시터(131)의 충전전압이 어느 범위에 속해있는지 확인하기 어려운 바, 본 발명은, 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)들을 커패시터(131)와 병렬연결 시켜 특정 전압범위에서 특정 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)가(들이) 작동하는 원리를 활용한다.
상기 커패시터(131)와 병렬연결되는 LED소자의 개수에는 제한이 없으나, 적어도 3개의 LED소자들을 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 표시부(500)는, 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)와 직렬연결되는 복수의 저항소자(R1, R2, .... , Rn)들을 포함할 수 있다.
상기 복수의 저항소자(R1, R2, .... , Rn)들은 서로 동일한 저항값을 가지거나 또는 적어도 두 개의 저항소자가 서로 상이한 저항값을 가지는 등 다양한 저항값들로 조합될 수 있음은 물론이다.
구체적으로, 상기 커패시터(131)에 1kV 내지 2kV의 전압이 충전되어 있을 때는 3개의 LED소자들이 모두 발광하고, 1kV 내지 500V의 전압이 충전되어 있을 때는 2개의 LED소자가 발광하며, 500V 내지 50V의 전압이 충전되어 있을 때는 모든 LED소자가 발광하지 않도록 구성될 수 있다.
또한, 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)들은, 작업자가 발광상태를 명확히 확인할 수 있도록 발광색상 또한 서로 다르게 구성될 수 있다.
이를 위하여, 다양한 표시부(500) 회로 구성이 가능함은 물론이다.
즉, 상기 표시부(500)는, 각 LED소자가 서로 다른 전압범위에서 작동하도록 할 수 있다면 다양한 회로로 구현될 수 있다.
예로서, 상기 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)들과 직렬연결된 복수의 저항소자(R1, R2, .... , Rn)들의 저항값이 서로 다르게 구성될 수 있다.
다른 예로서, 상기 표시부(500)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)들에 인가되는 전압 및 전류(I1, I2,?,In)를 달리하기 위한 복수의 전압강하소자(VD1, VD2,?,VDn)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 전압강하소자(VD1, VD2,?,VDn)는, 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)들에 인가되는 전압 및 전류(I1, I2,?,In)를 달리할 수 있다면 다양한 소자가 가능하나, 예로서, 다이오드(특히, 제너다이오드)로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 전압강하소자(VD1, VD2,?,VDn)는, LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)와 직병렬연결될 수 있다.
미설명된 도면부호 600은, 커패시터(131)의 방전을 위한 방전회로일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
10: 서브모듈
100: 제1하우징
200: 제2하우징

Claims (13)

  1. 적어도 한 쌍의 IGBT부(231) 및 적어도 하나의 커패시터(131)를 포함하는 서브모듈(10)로서,
    내부에 상기 커패시터(131)가 설치되고, 상기 커패시터(131)가 상기 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)와 회로적으로 연결되기 위한 한 쌍의 부스바(111)가 설치된 제1하우징(100)과;
    상기 제1하우징(100)에 대하여 상대이동 가능하도록 설치되며, 상기 한 쌍의 부스바(111)와 탈착가능하게 결합되는 한 쌍의 결합단자부(211)가 설치되며 내부에 상기 적어도 한 쌍의 IGBT부(231)가 설치되는 제2하우징(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2하우징(200)은, 일측에 외부와 회로적으로 연결되는 한 쌍의 출력단자(310, 320)가 설치되는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2하우징(200)에는, 상기 커패시터(131) 양단에 형성된 출력전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈제어기(250)로 공급하는 DC/DC컨버터(240)가 설치된 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 서브모듈(10)은,
    상기 커패시터(131)로부터 상기 DC/DC컨버터(240)에 무선으로 전력을 전송하기 위한 무선전력전송부(400)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 무선전력전송부(400)는,
    상기 제1하우징(100)에 설치되며 상기 커패시터(131) 양단에 형성된 출력전압을 교류신호로 변환하는 인버터부(410)와,
    상기 제1하우징(100)에 설치되며 상기 인버터부(410)의 교류신호 출력단에 회로적으로 연결되어 무선전력신호를 형성하는 제1유도코일부(420)와,
    상기 제1유도코일부(420)와 이격된 상태로 상기 제2하우징(200)에 설치되며 상기 무선전력신호를 수신하는 제2유도코일부(430)와,
    상기 제2하우징(200)에 설치되며, 상기 제2유도코일부(430)와 회로적으로 연결되어 상기 제2유도코일부(430)가 수신한 무선전력신호를 직류신호로 변환하는 컨버터부(440)를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2유도코일부(430)는,
    상기 제1하우징(100) 및 상기 제2하우징(200)의 결합 시 상기 제1유도코일부(420)로부터 무선전력신호를 전송받는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 무선전력전송부(400)는,
    상기 제1유도코일부(420)가 설치되는 제1지그부(402)와, 상기 제2유도코일부(430)가 설치되며 상기 한 쌍의 부스바(111)와 상기 한 쌍의 결합단자부(211)의 결합시 상기 제1지그부(402)와 형합되는 제2지그부(404)를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1하우징(100)은, 상기 제2하우징(200)의 측면에 결합되는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브모듈(10)은,
    상기 커패시터(131)와 병렬로 연결되어 상기 커패시터(131)의 충전상태를 표시하는 표시부(500)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 표시부(500)는,
    상기 커패시터(131)와 병렬연결되는 복수의 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 표시부(500)는, 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)와 직렬연결되는 복수의 저항소자(R1, R2, .... , Rn)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 저항소자(R1, R2, .... , Rn)들의 저항값은, 서로 상이한 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 표시부(500)는,
    상기 각 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)에 흐르는 전류를 서로 다르게 하기 위하여, 상기 LED소자(LED1, LED2, .... , LEDn)와 직병렬연결되는 복수의 전압강하소자(VD1, VD2,?, VDn)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브모듈(10).
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