KR20200056113A - SiC 인버터 장치 - Google Patents

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KR20200056113A
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Abstract

본 발명은 SiC(silicon carbide) 인버터 장치에 관한 것으로, SiC 스위칭 모듈, 상기 SiC 스위칭 모듈의 상부에 배치되는 DC link 커패시터, 상기 SiC 스위칭 모듈의 측면에 배치되는 게이트 드라이버, 상기 SiC 스위칭 모듈과 상기 DC link 커패시터를 직접 연결하는 DC link 버스바 및 상기 게이트 드라이버를 상기 SiC 스위칭 모듈의 측면에 고정시키기 위한 고정 브라켓을 포함한다. 따라서, 본 발명은 스위칭 속도를 고속화하고 스위칭 손실을 최소화하는 SiC 인버터의 성능을 최대한 활용할 수 있는 구조를 제안한다.

Description

SiC 인버터 장치 {SiC INVERTER DEVICE}
본 발명은 SiC(Silicon Carbide) 인버터 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위칭 속도를 고속화하고 스위칭 손실을 최소화하는 SiC 인버터의 성능을 최대한 활용할 수 있는 구조를 가지는 SiC 인버터 장치에 관한 것이다.
SiC(Silicon Carbide: 실리콘카바이드) 반도체는 소자 제작에 일반적으로 사용되고 있는 실리콘(Si)과 비교하여 내열성 및 내전압성이 뛰어나 인버터 기기나 가정용 파워 모듈, 자동차용 파워 반도체 소자 등의 고성능화 및 저소비 전력화를 실현할 수 있는 유망 재료로 기대를 모으고 있다. 실리콘카바이드는 반도체 재료로 가장 널리 알려져 있는 실리콘과 탄소가 1:1로 결합되어 있는 재료로서 강한 공유결합성에 의해 경도가 다이아몬드 다음으로 커, 19세기 후반부터 사포의 재료로 사용되어 왔다. 실리콘카바이드는 자연에서 발견되기 이전에 합성으로 먼저 제조되었으며 자연에서는 아주 희귀하게 관찰된다. 반도체로서의 실리콘카바이드는 1950년대에 들어 실리콘, 게르마늄과 더불어 초창기 반도체 연구단계에서 많은 연구들이 진행되었으나, 현재의 실리콘 반도체처럼 대형의 단결정 및 웨이퍼로의 생산이 어려워 한동안 주목받지 못하였다. 따라서 근년에 이르기까지 반도체 재료로서의 응용보다는 고강도 재료 제조를 위한 소결체로 더 많이 이용되어 왔다. 1980년대 이후 반도체 소자의 제조가 가능한 수준의 단결정 성장방법이 개발되어 차세대 반도체재료로서 각광받고 있다. 탄화규소는 기존의 실리콘에 비해 전기적, 기계적 열적 특성이 우수하며 화학적 기계적 안정성도 뛰어나 차세대 반도체 재료, 특히 고전압, 고출력, 고온 반도체 재료로서 가장 응용 가능성이 뛰어난 재료이다. SiC는 종류에 따라 밴드갭이 2.2eV~3.3eV까지 분포하며, 주로 사용되는 4H-SiC, 6H-SiC는 3.0eV~3.3eV로 Si의 3배에 달하여 GaN, ZnO, AlN 등과 같이 와이드 밴드갭 재료에 해당된다. 또한 임계전계가 Si의 10배, 열전도도가 3배이다. 이 밖에도 화학적으로 안정하고, 방사능등에 대한 내성이 강하여 특수한 환경에서 작동하는 반도체 소자 제조에 아주 적합하다. 높은 임계전계값 및 열전도도로 인해 1kV~100kV에 달하는 고출력 전력소자로서 적합하며, 넓은 밴드 갭과 높은 열전도 특성으로 인해 고온(500~700℃까지 작동가능)용 전력소자로서 최적의 재료이다.
SiC 스위칭 소자는 차세대 전력소자로서 저손실, 고속 스위칭 등을 그 특징으로 한다. 다만, 고속 스위칭은 전력 변환장치의 구조에 따라 기생 인덕턴스 성분을 증가시키고 출력 전압의 스파이크 전압을 증가시켜 스파이크 전압이 모듈의 항복 전압 이상으로 증가하면 스위칭 소자가 소손될 수 있다.
한국공개특허 제10-2015-0121988 (2015.10.30)호는 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 상면에 접합되는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판, DBC 기판 상면에 접합되는 확장 실리콘카바이드(SiC) 칩 및 DBC 기판과 확장 실리콘카바이드 칩을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 포함하며, 확장 실리콘카바이드 칩은 적어도 4개의 단위 칩이 정방형의 형태로 간격 없이 서로 접합되어 있으며, 단위 칩 각각은 소스, 드레인, 게이트를 개별적으로 가진다.
한국공개특허 제10-2011-0078962 (2011.07.07)호는 직류전원을 필터링하는 LC 필터부(110)가 구비된다. 그리고 상기 필터링된 직류전원을 교류전원으로 변환하기 위해 스위칭 동작하는 풀-브릿지 방식의 스위칭 소자(sw1 ~ sw4)로 이루어진 인버터부(120)가 구비된다. 상기 스위칭 소자(sw1 ~ sw4)는 트랜지스터 및 다이오드가 병렬 구성된 구조이다. 여기서, 상기 다이오드는 상기 스위칭 소자(sw1 ~ sw4)의 스위칭시에 발생하는 과도전압보다 더 큰 용량의 다이오드로서, 실리콘 카바이드(Silicon Carbide; SiC) 쇼트키 바리어 다이오드로 구성된다. 그와 같은 본 발명에 따르면, 상기 실리콘 카바이드 쇼트키 바리어 다이오드가 상기 스위칭 소자(sw1 ~ sw4)의 스위칭시에 발생하는 노이즈에 의해 트랜지스터가 열화되거나 파손되는 것을 보호할 수 있어, 종래 인버터 장치에 구성되었던 스너버 회로를 제거할 수 있게 된다. 따라서 인버터 장치의 회로 간소화 및 전력 소모가 개선되어 효율이 향상되는 이점이 있다.
한국공개특허 제10-2015-0121988 (2015.10.30)호 한국공개특허 제10-2011-0078962 (2011.07.07)호
본 발명의 일 실시예는 스위칭 속도를 고속화하고 스위칭 손실을 최소화하는 SiC 인버터의 성능을 최대한 활용할 수 있는 구조를 가지는 SiC 인버터 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 SiC 스위칭 모듈과 DC link 커패시타 사이에 발생하는 기생 인덕턴스를 최소화할 수 있는 구조를 가지는 SiC 인버터 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 스너버 회로를 포함하여 스파이크 전압을 저감시키고, 동시에 스너버 회로 자체의 기생 인덕턴스를 최소화할 수 있는 구조를 가지는 SiC 인버터 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, SiC 인버터 장치는 SiC 스위칭 모듈, 상기 SiC 스위칭 모듈의 상부에 배치되는 DC link 커패시터, 상기 SiC 스위칭 모듈의 측면에 배치되는 게이트 드라이버, 상기 SiC 스위칭 모듈과 상기 DC link 커패시터를 직접 연결하는 DC link 버스바 및 상기 게이트 드라이버를 상기 SiC 스위칭 모듈의 측면에 고정시키기 위한 고정 브라켓을 포함한다.
상기 DC link 버스바는 제1 체결부재를 통해 상기 SiC 스위칭 모듈의 상면에 결합되는 제1 체결부, 제2 체결부재를 통해 상기 DC link 커패시터의 하면에 연결되는 제2 체결부 및 상기 제1 체결부와 제2 체결부를 연결하고 상기 SiC 스위칭 모듈과 DC link 커패시터를 일정간격 이하로 이격시키는 연결부로 구성될 수 있다.
상기 고정 브라켓은 상기 SiC 스위칭 모듈에서 상기 게이트 드라이버를 일정간격 이하로 이격시킬 수 있다.
실시예들 중에서, SiC 인버터 장치는 상기 SiC 스위칭 모듈과 상기 DC link 커패시터 사이에 발생하는 기생 인덕턴스에 의한 스파이크 전압을 저감하기 위한 스너버 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 스너버 회로는 상기 SiC 스위칭 모듈과 상기 DC link 버스바의 상기 제1 체결부 사이에 배치되고, 상기 SiC 스위칭 모듈 및 상기 DC link 버스바와 상기 제1 체결부재를 통해 함께 결합될 수 있다.
상기 DC link 버스바는 상기 DC link 커패시터의 플러스단 및 마이너스단과 각각 연결되는 플러스 및 마이너스 DC link 버스바들로 구성되고, 상기 스너버 회로는 상기 플러스 DC link 버스바와 상기 마이너스 DC link 버스바 사이에 배치될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SiC 인버터 장치는 스위칭 속도를 고속화하고 스위칭 손실을 최소화하는 SiC 인버터의 성능을 최대한 활용할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SiC 인버터 장치는 SiC 스위칭 모듈과 DC link 커패시타 사이에 발생하는 기생 인덕턴스를 최소화할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SiC 인버터 장치는 스너버 회로를 포함하여 스파이크 전압을 저감시키고, 동시에 스너버 회로 자체의 기생 인덕턴스를 최소화할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SiC 인버터 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 DC link 버스바를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 게이트 드라이버 및 고정 브라켓의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스너버 회로의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 SiC 인버터 장치의 DC 입력부 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SiC 인버터 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, SiC 인버터 장치(100)는 SiC 스위칭 모듈(10), DC link 커패시터(20), 게이트 드라이버(30), DC link 버스바(110) 및 고정 브라켓(120)을 포함한다.
SiC(Silicon Carbide, 탄화규소) 인버터 장치(100)는 SiC 스위칭모듈(10)을 이용한 인버터에 해당하고, 기존의 Si(Silicon, 규소) 파워디바이스를 이용한 인버터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)에 비하여 전력손실이 적고, 스위칭 속도가 빠르다. 보다 구체적으로, SiC 인버터 장치(100)는 20kHz 이상의 고속 스위칭이 가능하고, 스위칭 상태 천이 시간이 빨라 스위칭 손실이 적으며, 가청 주파수 이상의 스위칭으로 소음이 적은 장점을 가질 수 있다.
SiC 스위칭 모듈(10)은 언급한 것과 같이 스위칭이 빠르고, 스위칭에 의한 전력 손실이 적은 장점을 가진다. 예를 들어, SiC 스위칭 모듈(10)은 SiC-MOSFET으로 구성될 수 있다. 다만, SiC 스위칭 모듈(10)은 빠른 스위칭 천이 시간 때문에 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20) 사이에 기생하고 있는 기생 인덕턴스 성분에 의한 큰 스파이크 전압을 발생시키고 이에 따라, 30MHz 대역의 전자파 간섭(EMI) 노이즈를 발생시킬 수 있다. 이러한 전자파 간섭 노이즈 성분은 전도성 또는 방사성으로 발생하여 주변 장치의 오작동 문제를 초래할 수 있다. 전자파 간섭 노이즈 성분은 EMI(Electromagnetic Interference) 필터와 차폐물을 적용하여 해결이 가능할 수 있지만, 스파이크 전압은 손실을 최소화하기 위해 스너버 회로를 사용하거나, SiC 인버터의 구조를 변경하여 해결할 수 있다. 본 발명은 상기의 기생 인덕턴스와 스파이크 전압의 문제를 해결하기 위한 구조를 가지는 SiC 인버터 장치(100)를 개시한다.
DC link 커패시터(20)는 SiC 인버터 장치(100)에서 전력 변환시 일정한 전압을 공급할 수 있게 전압을 유지시키는 역할을 한다. 일 실시예에서, DC link 커패시터(20)는 SiC 스위칭 모듈(10)의 상부에 배치될 수 있다.
게이트 드라이버(30)는 스위칭 모듈(10)의 측면에 배치될 수 있다. 여기에서, 게이트 드라이버(30)는 저전력 입력을 받아 SiC 스위칭 모듈(10)과 같은 고전력 트랜지스터의 게이트에 고전류 드라이브 입력을 생성하는 전력 증폭기에 해당할 수 있다.
DC link 버스바(110)는 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20)를 직접 연결할 수 있다. 보다 구체적으로, DC link 버스바(110)는 SiC 스위칭 모듈(10)의 상부에 DC link 커패시터(20)를 배치시켜 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20)간 거리를 최소화시킬 수 있다.
고정 브라켓(120)은 게이트 드라이버(30)를 SiC 스위칭 모듈(10)의 측면에 고정시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 고정 브라켓(120)은 게이트 드라이버(30)를 스위칭 모듈(10)의 측면에 최대한 근접하게 배치하여 기생 인덕턴스를 최소화할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 DC link 버스바를 나타내는 도면이다.
DC link 버스바(110)는 DC link 커패시터(20)의 플러스단과 연결된 플러스 DC link 버스바(110b)와 DC link 커패시터(20)의 마이너스단과 연결된 마이너스 DC link 버스바(110a)들로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, DC link 버스바(110)는 제1 체결부재를 통해 SiC 스위칭 모듈(10)의 상면에 결합되는 제1 체결부(112)를 포함할 수 있다. 여기에서, 버스바(Bus Bar)는 전차, 차량, 항공기 등에서 전기적으로 연결을 가능하도록 하는 막대형 전도체를 의미할 수 있다. DC link 버스바(110)는 DC link 커패시터(20)를 SiC 스위칭 모듈(10)과 전기적으로 연결하는 막대형 전도체에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 체결부(112)는 나사 형태의 제1 체결부재가 관통할 수 있는 체결 홀(hole)의 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, DC link 버스바(110)는 제1 체결부(112)를 관통하여 SiC 스위칭 모듈(10)에 고정되는 제1 체결부재를 통해서 SiC 스위칭 모듈(10)의 상면에 DC link 버스바(110)의 일측을 결합시킬 수 있다.
일 실시예에서, DC link 버스바(110)는 제2 체결부재를 통해 DC link 커패시터(20)의 하면에 연결되는 제2 체결부(114)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 체결부(114)는, 제1 체결부(112)와 마찬가지로, 나사 형태의 제2 체결부재를 관통시키는 체결 홀의 형태로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, DC link 버스바(110)는 제2 체결부(114)를 관통하고 DC link 커패시터(20)에 고정되는 제2 체결부재를 통해서 DC link 커패시터(20)의 하면에 DC link 버스바(110)의 반대측을 고정시킬 수 있다.
일 실시예에서, DC link 버스바(110)는 제1 체결부(112)와 제2 체결부(114)를 연결하는 연결부(116)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, DC link 버스바(110)는 막대형으로 형성되어 SiC 스위칭 모듈의 평면과 평행하게 형성된 제1 체결부(112), 제1 체결부에서 곡면을 따라 수직으로 구부러져서 연장되는 연결부(116) 및 연결부(116)에서 다시 곡면을 따라 제1 체결부(112)와 반대방향을 향해 수직으로 구부러져 DC link 커패시터(20)의 평면과 평행하게 형성되는 제2 체결부(114)를 포함할 수 있다. 예를 들어, DC link 버스바(110)는 누워있는 의자 모양으로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, DC link 버스바(110)는 SiC 스위칭 모듈(10)의 상부에 DC link 커패시터(20)를 일정거리만큼 이격되게 배치시킬 수 있다.
일 실시예에서, DC link 버스바(110)는 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20)를 일정간격 이하로 이격시킬 수 있다. 보다 구체적으로, DC link 버스바(110)는 DC link 커패시터(20)와 SiC 스위칭 모듈(10)간 이격시켜 접촉에 의한 간섭을 피하고, 이격에 따라 발생하는 기생 인덕턴스에 의한 스위칭 전력 손실을 최소화 하기위해 이격 간격을 일정거리 이하로 결정할 수 있다. 예를 들어, DC link 버스바(110)는 연결부(116)의 길이를 최소화하여 기생 인덕턴스를 최소화할 수 있다. 보다 구체적으로, DC link 버스바(110)는 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20) 사이의 간격을 기생 인덕턴스를 주로 발생시키는 일정간격보다 짧게 형성할 수 있다. 일 실시예에서, DC link 버스바(110)는 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20) 사이에 발생하는 기생 인덕턴스의 크기에 따라 연결부(116)의 길이를 가변시킬 수 있다. 예를 들어, DC link 버스바(110)는 연결부(116)를 길이 조절이 가능한 형태로 형성할 수 있고, 필요에 따라 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20) 사이에 발생하는 기생 인덕턴스를 최소화하기 위해 연결부(116)의 길이를 조절할 수 있다. 일 실시예에서, DC link 버스바(110)는 자체 센서를 통해 기생 인덕턴스를 크기를 검출하고 연결부(116)의 길이를 검출된 기생 인덕턴스의 크기를 최소화하는 길이로 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, DC link 버스바(110)는 연결부(116)의 길이를 통해 SiC 스위칭 모듈(110)과 DC link 커패시터간 간격을 일정간격 이하로 형성하여 기생 인덕턴스를 최소화시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 게이트 드라이버 및 고정 브라켓의 구조를 나타내는 도면이다.
게이트 드라이버(30)는 SiC 스위칭 모듈(10)의 온/오프를 제어하는 역할을 할 수 있다. 게이트 드라이버(30)와 SiC 스위칭 모듈(10)간 거리가 일정거리 이상 멀어지면 DC link 커패시터(20)와의 관계와 마찬가지로 기생 인덕턴스 성분이 발생하여 SiC 스위칭 모듈(10)의 온/오프를 정확하게 유지하지 못하게 될 수 있다. 따라서, SiC 인버터 장치(100)는 게이트 드라이버(30)를 SiC 스위칭 모듈(10)과 최대한 근접하게 배치시키기 위해 고정 브라켓(120)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고정 브라켓(120)은 게이트 드라이버(30)를 SiC 스위칭 모듈(10)에서 일정간격 이하로 이격시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 고정 브라켓(120)은 게이트 드라이버(30)를 SiC 스위칭 모듈(10)의 측면에 일정 간격 이하로 이격되게 고정시킬 수 있다. 일 실시예에서, 고정 브라켓(120)은 SiC 스위칭 모듈(10)과 게이트 드라이버(30)간 기생 인덕턴스를 최소화하기 위해 SiC 스위칭 모듈(10)의 근접 측면에 최대한 가깝게 게이트 드라이버(30)를 고정할 수 있다. 보다 구체적으로, 고정 브라켓(120)은 게이트 드라이버(30)와 SiC 스위칭 모듈(10)의 이격된 일정간격에 따라 발생하는 기생 인덕턴스를 최소화하기 위해 게이트 드라이버(30)를 SiC 스위칭 모듈(10)에서 일정간격 이하로 이격시킬 수 있다. 즉, 고정 브라켓(120)은 게이트 드라이버(30)를 SiC 스위칭 모듈(10)에서 최소한의 거리로 이격되게 배치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 일정간격은 아래 수학식으로부터 구할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
여기에서, g는 일정간격에, k는 비례상수에, A는 기생 인덕턴스 수치에, B는 스파이크 전압 수치에 해당할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스너버 회로의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
도 4에서, SiC 인버터 장치(100)는 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20) 사이에 발생하는 기생 인덕턴스에 의한 스파이크 전압을 저감하기 위해 스너버 회로(130)를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 스너버 회로(130)는 전원의 온/오프시에 발생하는 급격한 변화를 누그러뜨리고, 입력 신호에서 원하지 않는 노이즈 등을 제거하기 위해 사용하는 완충 회로에 해당할 수 있다. 스너버 회로(130)는 스파이크 전압을 저감하여 SiC 인버터 장치(100)의 소손을 방지할 수 있지만, 스너버 회로 자체가 가지는 기생 인덕턴스성분 또는 저항성분에 의해 스위칭 손실을 증가시킬 수 있다. 따라서, SiC 인버터 장치(100)는 스너버 회로(130)를 SiC 스위칭 모듈(10)의 상면에 직접 결착되도록 배치하여 기생 인덕턴스 성분을 최소화할 수 있다.
일 실시예에서, 스너버 회로(130)는 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 버스바(110)의 제1 체결부(112) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 스너버 회로(130)는 SiC 스위칭 모듈(10)의 상면에 직접 놓여 SiC 스위칭 모듈(10)과 최단거리로 배치되고, 그 위에 DC link 버스바(110)를 고정시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 스너버 회로(130)는 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 버스바(110)의 사이에 배치되고, 제1 체결부(112) 및 스너버 회로(130)를 관통하여 SiC 스위칭 모듈(10)에 고정되는 제1 체결부재를 통해 SiC 스위칭 모듈(10) 및 DC link 버스바(110)와 함께 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 스너버 회로(130)는 플러스 DC link 버스바와 마이너스 DC link 버스바 사이에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 스너버 회로(130)는 자체적으로 발생하는 손실을 최소화하기 위해 SiC 스위칭 모듈(10)과 최단거리로 직접 결합할 수 있고, 이를 위해 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20)를 최단거리로 결합하는 플러스 및 마이너스 DC link 버스바들 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 스너버 회로(130)는 등가 직렬저항(ESR, Equivalent Serial Resistance)과 등가 직렬 인덕턴스(ESL, Equivalent Series Inductance)가 매우 적은 커패시터를 사용할 수 있다. 스너버 회로(130)는 SiC 스위칭 모듈(10)과 DC link 커패시터(20)의 사이에 최단거리로 배치되어 스너버 회로(130) 자체에서 발생하는 손실을 저감하며 기생 인덕턴스 성분을 최소화하고 스파이크 전압에 의한 장치의 소손을 방지할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 SiC 인버터 장치의 DC 입력부 구성을 보여주는 도면이다.
일 실시예에서, SiC 인버터 장치(100)는 DC 입력부(40)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, SiC 인버터 장치(100)는 SiC 스위칭 모듈(10)에서부터 SiC 인버터 장치(100)의 외부로 돌출되는 DC 입력부(40)를 통해 다른 장치 또는 시스템과 연결될 수 있다. 예를 들어, DC 입력부(40)는 배터리 관리 시스템 또는 에너지 저장 장치 등과 같은 직류 전원을 출력으로 하는 시스템과 연결될 때 사용될 수 있고, 교류 전원을 직류 전원으로 만들어주는 컨버터 시스템과 모듈 형태로 결합될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: SiC 스위칭 모듈
20: DC link 커패시터
30: 게이트 드라이버
40: DC 입력부
100: SiC 인버터장치
110: DC link 버스바 112: 제1 체결부
114: 제2 체결부 116: 연결부
120: 고정 브라켓
130: 스너버 회로

Claims (6)

  1. SiC 스위칭 모듈;
    상기 SiC 스위칭 모듈의 상부에 배치되는 DC link 커패시터;
    상기 SiC 스위칭 모듈의 측면에 배치되는 게이트 드라이버;
    상기 SiC 스위칭 모듈과 상기 DC link 커패시터를 직접 연결하는 DC link 버스바; 및
    상기 게이트 드라이버를 상기 SiC 스위칭 모듈의 측면에 고정시키기 위한 고정 브라켓을 포함하는 SiC 인버터 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DC link 버스바는
    제1 체결부재를 통해 상기 SiC 스위칭 모듈의 상면에 결합되는 제1 체결부, 제2 체결부재를 통해 상기 DC link 커패시터의 하면에 연결되는 제2 체결부 및 상기 제1 체결부와 제2 체결부를 연결하고 상기 SiC 스위칭 모듈과 DC link 커패시터를 일정간격 이하로 이격시키는 연결부로 구성되는 것을 특징으로 하는 SiC 인버터 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고정 브라켓은
    상기 게이트 드라이버를 상기 SiC 스위칭 모듈에서 일정간격 이하로 이격시키는 것을 특징으로 하는 SiC 인버터 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 SiC 스위칭 모듈과 상기 DC link 커패시터 사이에 발생하는 기생 인덕턴스에 의한 스파이크 전압을 저감하기 위한 스너버 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SiC 인버터 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스너버 회로는
    상기 SiC 스위칭 모듈과 상기 DC link 버스바의 상기 제1 체결부 사이에 배치되고, 상기 SiC 스위칭 모듈 및 상기 DC link 버스바와 상기 제1 체결부재를 통해 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 SiC 인버터 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 DC link 버스바는 상기 DC link 커패시터의 플러스단 및 마이너스단과 각각 연결되는 플러스 및 마이너스 DC link 버스바들로 구성되고,
    상기 스너버 회로는
    상기 플러스 DC link 버스바와 상기 마이너스 DC link 버스바 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 SiC 인버터 장치.
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