KR20220129632A - 고체 상태 회로 차단기 - Google Patents

고체 상태 회로 차단기 Download PDF

Info

Publication number
KR20220129632A
KR20220129632A KR1020227029317A KR20227029317A KR20220129632A KR 20220129632 A KR20220129632 A KR 20220129632A KR 1020227029317 A KR1020227029317 A KR 1020227029317A KR 20227029317 A KR20227029317 A KR 20227029317A KR 20220129632 A KR20220129632 A KR 20220129632A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid state
state switch
circuit breaker
switch module
output
Prior art date
Application number
KR1020227029317A
Other languages
English (en)
Inventor
신 저우
브라이언 이. 칼슨
얀준 펑
지안양 리우
마이클 슬레피안
앤드류 엘. 고츠찰크
산토시 쿠마르 차마라자나가르 고빈다 나야카
Original Assignee
이턴 인텔리전트 파워 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이턴 인텔리전트 파워 리미티드 filed Critical 이턴 인텔리전트 파워 리미티드
Publication of KR20220129632A publication Critical patent/KR20220129632A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/202—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/008—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for protective arrangements according to this subclass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Slot Machines And Peripheral Devices (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

회로 차단기(10)는 정상 센서 출력 및 과전류 검출 출력을 갖는 전류 센서(206), 전류가 회로 차단기를 통해 흐를 수 있게 하는 폐쇄 상태 및 전류가 회로 차단기를 통해 흐르는 것을 차단하는 개방 상태를 갖도록 구성된 고체 상태 스위치 모듈(202), 불포화 기능 출력을 포함하는 고체 상태 스위치 모듈을 제어하도록 구성되고, DESAT 기능 출력이 온 상태로 변할 때, 고체 상태 스위치 모듈로 하여금 회로 차단기를 통해 흐르는 전류를 차단하게 하도록 구성된 게이트 드라이버(204), 및 정상 센서 출력이 제1 임계 레벨에 도달하거나 과전류 검출 출력이 온 상태로 변할 때 트립 신호를 게이트 드라이버에 출력하도록 구성된 전자 트립 회로를 포함한다.

Description

고체 상태 회로 차단기
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 "고체 상태 회로 차단기"(대리인 문서 번호 19-ETU-783-1)라는 명칭으로 2020년 1월 29일에 출원된, 공동 출원되고 동시 제출된 미국 특허 출원 제16/775976호에 관한 것이다.
기술분야
개시된 개념은 일반적으로 회로 차단기에 관한 것으로, 특히 고체 상태 회로 차단기에 관한 것이다.
예를 들어 그리고 제한 없이, 회로 차단기와 같은 회로 차단기는 통상적으로 과부하 조건과 같은 과전류 조건, 단락 회로, 또는 아크 결함 또는 접지 결함과 같은 다른 오류 조건으로 인한 손상으로부터 전기 회로를 보호하기 위해 사용된다. 고체 상태 회로 차단기는 고체 상태 구성요소, 예를 들어, 반도체 디바이스를 사용하여, 전원으로부터 부하로 흐르는 전류를 켜고 끈다.
고체 상태 회로 차단기는 종래의 기계적 회로 차단기보다 더 빠른 트리핑을 제공한다. 그러나, 이러한 능력은 최적으로 사용되지 않았다. 또한, 고체 상태 회로 차단기는 종래의 기계적 회로 차단기보다 상이한 안전 및 웰니스 문제를 제공한다. 고체 상태 회로 차단기에는 개선의 여지가 많다.
개시된 개념의 일 양태에 따르면, 전원과 부하 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 회로 차단기는, 회로 차단기를 통해 흐르는 전류를 감지하도록 구성되고 회로 차단기를 통해 흐르는 전류에 비례하는 정상 센서 출력 및 회로 차단기를 통해 흐르는 전류가 제2 임계 레벨에 도달할 때 온(on) 상태로 변하는 과전류 검출(OCD) 출력을 갖는 전류 센서; 회로 차단기를 통해 전류가 흐를 수 있도록 하는 폐쇄 상태 및 회로 차단기를 통해 흐르는 전류를 차단하기 위한 개방 상태를 갖도록 구성된 고체 상태 스위치 모듈; 고체 상태 스위치 모듈을 제어하여 회로 차단기를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 구성되고, 회로 차단기를 통해 흐르는 전류가 제3 임계 레벨에 도달할 때 온 상태로 변하는 불포화(DESAT) 기능 출력을 포함하고, DESAT 기능 출력이 온 상태로 변할 때 고체 상태 스위치 모듈이 회로 차단기를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 구성되는 게이트 드라이버; 및 정상 센서 출력이 제1 임계 레벨에 도달하거나 OCD 출력이 온 상태로 변할 때 정상 센서 출력 및 OCD 출력을 수신하고 트립 신호를 게이트 드라이버에 출력하도록 구성되는 아날로그 트립 회로로서, 트립 신호는 게이트 드라이버가 고체 상태 스위치 모듈을 제어하여 회로 차단기를 통해 흐르는 전류를 차단하게 하는 아날로그 트립 회로를 포함한다.
개시된 개념의 일 양태에 따르면, 전원과 부하 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 회로 차단기는, 개방되어 전원과 부하 사이에 갈바닉 격리를 제공하도록 구성된 분리가능 접점; 분리가능 접점을 개방하고 폐쇄하도록 구성된 작동 메커니즘; 분리가능 접점의 위치를 감지하도록 구성된 제1 위치 센서; 전류가 회로 차단기를 통해 흐를 수 있게 하는 폐쇄 상태 및 회로 차단기를 통해 흐르는 전류를 차단하기 위한 개방 상태를 갖는 고체 상태 스위치 모듈; 및 고체 상태 스위치 모듈을 제어하여 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 변하고 작동 메커니즘을 제어하여 분리가능 접점을 개방하도록 구성되고, 제1 위치 센서의 출력에 기초하여, 분리가능 접점이 폐쇄 위치에 있을 때 고체 상태 스위치 모듈을 제어하여 개방 상태에서 폐쇄 상태로 변하도록 구성된 전자 트립 유닛을 포함한다.
개시된 개념의 일 양태에 따르면, 회로 차단기에 사용하기 위한 고체 상태 스위치 어셈블리는, 입력 단자; 제1 전도체; 출력 단자; 제2 전도체; 제1 전도체를 이용하여 입력 단자에 전기적으로 연결되고 제2 전도체를 이용하여 출력 단자에 전기적으로 연결되고 적어도 하나의 고체 상태 스위치를 포함하는 고체 상태 스위치 모듈; 고체 상태 스위치 모듈에 부착된 히트 싱크; 고체 상태 스위치 모듈을 통해 흐르는 전류를 감지하도록 구성된 전류 센서; 및 다수의 금속 산화물 배리스터(MOV)를 포함한다.
개시된 개념의 일 양태에 따르면, 회로 차단기는, 다수의 구획을 포함하는 프레임; 및 다수의 고체 상태 스위치 어셈블리들을 포함하고, 각각의 고체 상태 스위치 어셈블리는 다수의 구획 중 대응하는 하나에 배치되고, 입력 단자; 제1 전도체; 출력 단자; 제2 전도체; 제1 전도체를 이용하여 입력 단자에 전기적으로 연결되고 제2 전도체를 이용하여 출력 단자에 전기적으로 연결되고 적어도 하나의 고체 상태 스위치를 포함하는 고체 상태 스위치 모듈; 히트 싱크; 고체 상태를 통해 흐르는 전류를 감지하도록 구성된 전류 센서; 및 다수의 금속 산화물 배리스터(MOV)를 포함한다.
개시된 개념의 일 양태에 따르면, 고체 상태 스위치를 포함하는 고체 상태 스위치 모듈을 갖는 회로 차단기를 작동시키는 방법은, 고체 상태 스위치의 특성을 모니터링하는 단계; 고체 상태 스위치의 특성이 사전 결정된 임계치를 충족하거나 초과한다고 결정하는 단계; 및 고체 상태 스위치의 특성이 사전 결정된 임계치를 충족하거나 초과한다는 결정에 응답하여 표시를 제공하는 단계를 포함한다.
첨부 도면들과 함께 읽을 때 바람직한 실시예들에 대한 다음의 설명으로부터 개시된 개념의 완전한 이해가 얻어질 수 있다.
도 1은 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기의 개략도이다.
도 2는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 전력 공급부의 회로도이다.
도 3a 및 도 3b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 아날로그 트립 회로의 회로도이다.
도 4a 및 도 4b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 게이트 드라이버 회로의 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기의 부분 조립도다.
도 6a 및 도 6b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기의 부분 조립도다.
도 7은 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 부분 분해 회로 차단기의 도면이다.
도 8은 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기의 부분 내부 측면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 고체 상태 스위치 어셈블리의 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 히트 싱크 및 고체 상태 스위치 모듈의 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 프레임 하우징 솔리드 스위치 어셈블리의 도면이다.
도 12는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기를 작동시키는 방법의 흐름도이다.
예를 들어, 좌측, 우측, 전방, 후방, 상부, 저부 및 그의 파생어들과 같은 본 명세서에 사용된 방향 문구들은 도면들에 도시된 요소들의 배향과 관련되고, 청구범위에서 명시적으로 언급되지 않는 한 청구항들에 대해 제한하지 않는다.
본원에서 사용된 바와 같이, 둘 이상의 부분이 함께 "결합"된다는 진술은 그 부분들이 직접 함께 연결되거나 하나 이상의 중간 부분을 통해 연결된다는 것을 의미할 것이다.
도 1은 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기(10)(예를 들어, 제한 없이, 회로 차단기)의 개략도이다. 일부 예시적인 실시예에서 회로 차단기(10)는 100A (In = 100A) 정격 디바이스이다(즉, 정격 전류 In이 100A이다). 회로 차단기(10)는 전원(2)과 부하(4) 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된다. 회로 차단기(10)는 부하(4)에 흐르는 전류를 차단하기 위해, 예를 들어, 결함 조건(예를 들어, 제한 없이, 과전류 조건)의 경우에 부하(4), 부하(4)와 연관된 회로뿐만 아니라 회로 차단기(10) 내의 구성요소를 보호하기 위해, 개방 상태로 트립 또는 개방 상태로 스위칭하도록 구성된다.
회로 차단기(10)는 고체 상태 스위치 모듈(202) 및 전류 센서(206)를 포함하는 고체 상태 스위치 어셈블리(200)를 포함한다. 회로 차단기(10)는 또한 고체 상태 스위치 어셈블리(200)와 연관된 게이트 드라이버 회로(204) 및 아날로그 트립 회로(208)를 포함한다. 회로 차단기(10)는 작동 메커니즘(300), 분리가능 접점(302), 및 전자 트립 유닛(304)뿐만 아니라 전력 공급부(100)를 더 포함한다. 또한, 회로 차단기(10)는 위치 센서 (500, 502, 504), 및 폐쇄 및 개방 버튼 (506,508)을 포함한다. 회로 차단기(10)가 이러한 모든 구성요소를 포함할 필요가 없다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 회로 차단기(10)는 개시된 개념의 범위를 벗어나지 않고 이러한 구성요소의 서브세트만을 포함할 수 있다.
회로 차단기(10)는 고체 상태 스위치 어셈블리(200)를 통한 고체 상태 회로 차단기 및 분리가능 접점(302)을 통한 갈바닉 격리를 제공하도록 구성된다. 고체 상태 스위치 모듈(202)은 전원(2)과 부하(4) 사이에 전기적으로 연결된 하나 이상의 고체 상태 스위치(예를 들어, 제한 없이, 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBT), 또는 다른 적절한 유형의 고체 상태 스위치)를 포함한다. 고체 상태 스위치 모듈(202)은 전력이 전원(2)과 부하(4) 사이의 고체 상태 스위치 모듈(202)을 통해 흐를 수 있는 폐쇄 상태 및 전력이 전원(2)과 부하(4) 사이에서 흐르지 못하는 개방 상태를 갖는다.
게이트 드라이버 회로(204)는 고체 상태 스위치 모듈(202)의 상태를 제어하도록 구성된다. 게이트 드라이버 회로(204)는, 고체 상태 스위치 모듈(202)을 통해 흐르는 전류가 사전 결정된 임계 레벨에 도달할 때, 오프 상태로부터 온 상태로 변하는 불포화(DESAT) 기능을 갖는다. 예시적인 일 실시예에서, 사전 결정된 임계 레벨은 약 2250A(22.5xIn)이다. DESAT 기능은 고체 상태 스위치 모듈(202)에서 고체 상태 스위치의 순방향 전압 강하를 모니터링함으로써 작동한다. 순방향 전압 강하가 임계 레벨에 도달할 때, DESAT 기능이 온 상태로 변하고 게이트 드라이버 회로(204)는 응답하여 고체 상태 스위치 모듈(202)이 개방 상태로 변하도록 하여, 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 전류를 차단한다. 예시적인 일 실시예에서, DESAT 기능은 9V의 임계 전압을 갖는다. 탄화규소(SiC) MOSFET의 온-저항에 기초하여, 순방향 전압 강하는, 전류 레벨이 약 2250A일 때, 9V에 도달할 것이다. 따라서, 고체 상태 스위치 모듈(202)을 통해 흐르는 전류가 약 2250A에 도달할 때, DESAT 기능이 온 상태로 변할 것이다. 이러한 임계 값은 단지 예로서 제공된다는 것이 이해될 것이다. 개시된 개념의 범위를 벗어나지 않고 상이한 임계치가 사용될 수 있다.
고체 상태 스위치 모듈(202)이 개방되게 하기 위해 게이트 드라이버 회로(204)의 DESAT 기능을 사용하는 것은 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 전류의 매우 빠른 차단을 허용한다. 개시된 개념의 일부 예시적인 실시예에서, DESAT 기능에 기초한 차단은 0.5 마이크로초 내에 있을 수 있다. 개시된 개념의 일부 예시적인 실시예에서, 게이트 드라이버 회로(204)는 DESAT 기능에 기초하여 차단을 변경하도록 구성된 커패시터를 포함한다. 예를 들어, DESAT 기능에 기초한 차단하는 시간은 커패시터의 커패시턴스에 기초한다. 이러한 방식으로, DESAT 기능에 기초한 차단 시간은 커패시터를 변경함으로써 쉽게 조정될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 전류 센서(206)는 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 전류와 회로 차단기(10) 통해 흐르는 전류에 비례하는 정상 센서 출력 및 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 전류가 임계 레벨에 도달할 때 온 상태로 변하는 과전류 검출(OCD) 출력을 제공하도록 구성된다. 예시적인 일 실시예에서, 전류 센서(206)는 홀효과(Hall-effect) 센서이다.
아날로그 트립 회로(208)는 정상 센서 출력 및 전류 센서(206)부터의 OCD 출력을 수신하도록 구성된다. 아날로그 회로(208)는 게이트 드라이버 회로(204)에 전기적으로 연결되고, 게이트 드라이버 회로(204)에 트립 신호를 출력하도록 구성된다. 트립 신호에 응답하여, 게이트 드라이버 회로(204)는 고체 상태 스위치 모듈(202)을 제어하여 개방 상태로 변경되어, 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 전류를 차단한다. 아날로그 트립 회로(208)는 임계 레벨에 도달하는 정상 센서 출력 또는 온 상태로 변하는 OCD 출력에 응답하여 트립 신호를 출력하도록 구성된다. 아날로그 트립 회로(208)는 제1 사전 결정된 시간 내에 OCD 출력이 온 상태로 변하는 것에 응답하여 트립 신호를 출력하고, 제2 사전 결정된 시간 내에 임계 레벨에 도달하는 정상 센서 출력에 응답하여 트립 신호를 출력하도록 구성된다. 예시적인 일 실시예에서, 제1 사전 결정된 시간은 제2 사전 결정된 시간 미만이다. 예시적인 일 실시예에서, 제1 사전 결정된 시간은 10 나노초이고, 제2 사전 결정된 시간은 100 나노초이다. 그러나, 개시된 개념의 범위를 벗어남이 없이 다른 사전 결정된 시간이 이용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예시적인 일 실시예에서, 임계 레벨에 도달하는 정상 센서 출력에 기초하여 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 전류의 차단은 4 마이크로초 내에서 발생하고, OCD 출력에 기초한 차단은 2 마이크로초 내에 발생한다. 그러나, 이것은 예시적인 시간이고 개시된 개념의 범위를 벗어남이 없이 다른 시간이 이용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 일부 예시적인 실시예에서, 정상 전류 센서 출력과 연관된 임계 레벨은 약 200(2xIn) 내지 750A(7.5xIn)의 범위 내에 있고, OCD 출력과 연관된 임계 레벨은 약 750A(7.5xIn)이다. 그러나, 이것은 단지 예시적인 값이며, 개시된 개념의 범위를 벗어남이 없이 조정될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
아날로그 트립 회로(208) 및 게이트 드라이버 회로(204)의 DESAT 기능을 이용하여, 3-레벨 차단 로직이 회로 차단기(10) 내에서 사용될 수 있다. DESAT 기능은 가장 높은 전류 임계치에 기초하여 가장 빠른 차단을 제공하고, OCD 출력은 제2 가장 높은 전류 임계치에 기초하여 제2 가장 빠른 차단을 제공하고, 정상 센서 출력은 제3 가장 높은 전류 임계치에 기초하여 제3 가장 빠른 차단을 제공한다. 예시적인 일 실시예에서, 가장 높은 전류 임계치는 약 2250A(22.5xIn)이고 가장 빠른 차단은 0.5마이크로초 이내이며, 두 번째로 높은 전류 임계치는 약 750A(7.5xIn)이고 두 번째로 빠른 차단은 2.5마이크로초 이내이며, 세 번째로 높은 전류 임계치는 약 200(2xIn) 내지 750A (7.5xIn)의 범위에서 선택되며 세 번째로 빠른 차단은 4마이크로초 이내이다. 아날로그 트립 회로(208) 및 게이트 드라이버 회로(204)의 DESAT 기능을 이용하여, 차단은, 전자 트립 유닛(304)에 의해 제공되는 것과 같은 디지털 회로 보호를 통하는 것보다 더 빨리 발생할 수 있다.
개시된 개념의 일부 예시적인 실시예에서, 전자 트립 유닛(304)은 또한 게이트 드라이버 회로(204)에 트립 신호를 출력하여 게이트 드라이버 회로(204)가 고체 상태 스위치 모듈(202)을 제어하여 개방 상태로 변경되도록 구성된다. 전자 트립 유닛(304)은 아날로그 트립 회로(208)에 의한 정상 센서 출력에 기초하여 트립과 연관된 세번째로 높은 전류 임계치 미만의 전류 임계치에 기초하여 트립 신호를 출력할 수 있다. 전자 트립 유닛(304)은 I-t 트립 곡선에 기초하여 트립 신호를 출력하도록 구성될 수 있는데, 예컨대 전자 트립 유닛(304)이 전류 센서(206)의 정상 센서 출력에 기초하여 결함 조건을 검출할 때, 전자 트립 유닛(304)은 I-t 트립 곡선에 기초하여 전류 레벨과 연관된 시간에 게이트 드라이버 회로(204)에 트립 신호를 출력할 것이다.
회로 차단기(10)는 또한 작동 메커니즘(300) 및 분리가능 접점(302)을 포함한다. 분리가능 접점(302)은 개방되어 전원(2) 및 부하(4) 사이에 갈바닉 격리를 제공하도록 구성된다. 작동 메커니즘(300)은 분리가능 접점(302)을 개방하고 폐쇄하도록 구성된다. 예를 들어, 작동 메커니즘(300)은 이동될 때 분리가능 접점(302)이 개방 또는 폐쇄되게 하는 가동 암(arm)을 포함할 수 있다. 전자 트립 유닛(304)은 작동 메커니즘(300)을 제어하여 분리가능 접점(302)을 개방하도록 구성된다. 예를 들어, 전자 트립 유닛(304)은 작동 메커니즘(300)을 제어하여 고체 상태 스위치 모듈(202)이 개방 상태로 변경된 후에만 분리가능 접점(302)을 개방하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기계적 회로 차단기에서, 분리가능 접점은 회로 차단기를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 설계되고 회로 차단기의 결과로서 아킹(arcing)을 관리하기 위한 아크 슈트와 같은 연관된 구성요소를 갖는다. 회로 차단기(10)는 전류가 고체 상태 스위치 모듈(202)에 의해 차단되는 고체 상태 회로 차단기이다. 분리가능 접점(302)은 전류를 차단하도록 설계될 필요가 없으며, 고체 상태 스위치 모듈(202)이 전류를 차단한 후에만 개방되도록 의도되기 때문에, 연관된 아크 슈트 또는 다른 구성요소를 가질 필요가 없다. 이와 같이, 전자 트립 유닛(304)은 작동 메커니즘(300)을 제어하여 고체 상태 스위치 모듈(202)이 개방 상태로 변경된 후에만 분리가능 접점(302)을 개방하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 전자 트립 유닛(304)은, 분리가능 접점(302)이 폐쇄된 후에만 게이트 드라이버 회로(204)가 고체 상태 스위치 모듈(202)을 폐쇄 상태로 변경하게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 분리가능 접점(302)의 바운싱으로 인한 바운스 아크가 방지된다. 일부 예시적인 실시예에서, 분리가능 접점(302)은, 예를 들어, 리셋 스위치를 통해 사용자에 의한 수동 개입으로 폐쇄된다. 일부 예시적인 실시예에서, 작동 메커니즘(300)은 전자 트립 유닛(304)으로부터의 폐쇄 신호에 응답하여 분리가능 접점(302)을 폐쇄하도록 구성된다.
개시된 개념의 일부 예시적인 실시예에서, 회로 차단기(10)는 위치 센서(500)를 포함한다. 위치 센서(500)는 분리가능 접점(302)이 개방 위치 또는 폐쇄 위치에 있는지 여부를 감지하도록 구성된다. 위치 센서(500)의 출력은 전자 트립 유닛(304)에 제공될 수 있다. 위치 센서(500)의 출력에 기초하여, 전자 트립 유닛(304)은 분리가능 접점(302)의 위치를 결정할 수 있다. 유사하게, 전자 트립 유닛(304)은 고체 상태 스위치 모듈(202)의 상태를 표시하는 게이트 드라이버 회로(204)의 출력을 수신할 수 있다. 이러한 출력으로, 전자 트립 유닛(304)은, 고체 상태 스위치 모듈(202)이 개방 상태로 변경된 후에만 분리가능 접점(302)이 개방되고, 분리가능 접점(302)이 폐쇄된 후에만 고체 상태 스위치 모듈(202)이 폐쇄 상태로 변경되는 것을 보장할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 회로 차단기(10)는 폐쇄 버튼(506) 및 개방 버튼(508)을 포함한다. 버튼은 일례로서 사용된다는 것이 이해될 것이다. 개시된 개념의 범위를 벗어남이 없이 임의의 사용자 작동가능 요소가 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 예시적인 실시예에서, 전자 트립 유닛(304)은 작동 메커니즘(300)을 제어하여 분리가능 접점(302)을 폐쇄하고, 다음에 게이트 드라이버 회로(204)에 폐쇄 신호를 출력하여 게이트 드라이버 회로(204)가 폐쇄 버튼(506)의 작동에 응답하여 고체 상태 스위치 모듈(202)을 폐쇄 상태로 변경하게 하도록 구성된다. 예시적인 일 실시예에서, 전자 트립 유닛(304)은 게이트 드라이버 회로(204)에 트립 신호를 출력하여 게이트 드라이버 회로(204)가 고체 상태 스위치 모듈(202)을 개방 상태로 변경하게 하고, 다음에 작동 메커니즘(300)을 제어하여 개방 버튼(508)의 작동에 응답하여 분리가능 접점(302)을 개방하도록 구성된다. 일부 예시적인 실시예에서, 위치 센서(502)는 폐쇄 버튼(506)의 작동을 감지하기 위해 사용될 수 있고, 위치 센서(504)는 개방 버튼(508)의 작동을 감지하기 위해 사용될 수 있다. 전자 트립 유닛(304)은 위치 센서(502,504)의 출력을 수신하고, 위치 센서(502,504)의 출력에 기초하여 폐쇄 및 개방 버튼(506,508)의 작동을 감지하도록 구성될 수 있다.
위치 센서(500,502,504)는 구성요소의 위치를 감지하기 위한 임의의 적절한 유형의 센서일 수 있다. 일례로서, 위치 센서(500,502,504)는 대응하는 구성요소의 이동에 의해 작동되는 마이크로 스위치일 수 있다. 예를 들어, 위치 센서(500)는, 분리가능 접점(302)을 개방 또는 폐쇄하기 위한 이동가능 암의 움직임이 위치 센서(500)를 작동시키도록 작동 메커니즘(300)의 이동가능 암에 의해 배치된 마이크로 스위치일 수 있고, 위치 센서(500)의 출력에 기초하여, 전자 트립 유닛(304)은 분리가능 접점(302)의 현재 위치를 감지할 수 있다. 유사하게, 위치 센서(502,504)는, 온 및 오프 버튼(506,508)의 작동이 각각 위치 센서(502,504)를 작동시키도록 배치된 마이크로 스위치일 수 있다.
전력 공급부(100)는 전원(2)으로부터 전력을 수신하고, 전원(2)으로부터의 전력을 회로 차단기(10)의 구성요소에 의해 사용 가능한 전력으로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, 전력 공급부(100)는 전원(2)으로부터의 교류 전력을 회로 차단기(10)의 구성요소에 의해 사용가능한 직류 전력으로 변환할 수 있다. 전력 공급부(100)로부터의 전력은, 제한 없이, 전자 트립 유닛(304), 게이트 드라이버 회로(204), 작동 메커니즘(300) (예를 들어, 작동 메커니즘에 포함된 솔레노이드), 전류 센서(206), 및 아날로그 트립 회로(208)와 같은 구성요소를 작동시키기 위한 전력을 제공할 수 있다. 전력 공급부(100)는 다수의 전압에서 직류 전력(예를 들어, 제한 없이, 24V, 15V, 5V, 및 3.3V)을 생성할 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 전력 공급부(100)는 생략될 수 있고, 회로 차단기(10)의 구성요소를 작동시키기 위한 전력은 외부 전력 공급부에 의해 제공될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 전자 트립 유닛(304)은, 전력 공급부(100) 또는 외부 전력 공급부로부터 전력이 이용 가능하지 않을 경우, 고체 상태 스위치 모듈(202)이 개방 상태로 변경되고 분리 가능 접점(302)이 개방되도록 구성된다. 일부 예시적인 실시예에서, 전력 공급부(100)는 전원(2)으로부터 선간 전압(line-line voltage)을 사용하여 회로 차단기(10)의 구성요소가 사용하는 직류 전력을 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 라인과 중립 전도체 사이에 연결되기보다는, 전력 공급부(100)는 대신에 다수의 라인 전도체 사이에 연결된다. 도 1은 단극의 회로 차단기(10)를 보여주고 있지만, 회로 차단기(10)는 다중 라인 위상의 전력이 다중 라인 위상에 연결된 전력 공급부(100)를 갖는 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 다중극을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2는 개시된 개념의 예시적인 실시예에 따른 전력 공급부(100)의 회로도이다. 이 예시적인 실시예에서, 전력 공급부(100)는 3상 라인 입력(110), 정류기 다이오드 브리지(120), 필터링 회로(130), DC/DC 변환기(140), 및 출력(150)을 포함한다. 3상 라인 입력(110)은 다중 라인 위상으로부터 전력을 수신하고, 선간 AC 전압 입력을 정류기 다이오드 브리지(120)에 제공한다. 정류기 다이오드 브리지(120)는 AC 전압을 DC 전압으로 변환하고, DC 전압을 필터링 회로(130)에 출력한다. 필터링 회로(130)는 전류 입력을 제한함으로써, 전력 공급 회로(100)를 전류 입력의 러싱으로부터 보호하고, 전류 분할기(C10, C11, C12, C13, R1, R2, R3, 및 R4)를 통해 DC 전압을 필터링한다. DC/DC 변환기(140)는 필터링 회로(130)부터 필터링된 DC 전압을 수신하고, 필터링된 높은 DC 전압을 낮은 DC 전압, 예를 들어, 24V, 15V, 5V, 또는 3.3V로 변환한다. 이어서, DC/DC 변환기(140)는 낮은 DC 전압을 출력하여 회로 차단기(10)의 구성요소를 위한 전력을 제공한다. 라인 전압은, 예를 들어, 24, 15, 5 또는 3.3V DC로 강압되어, 회로 차단기(10)의 전기 구성요소의 전압 요건을 충족시킨다. 선간 전압이 이용 가능하지 않을 때, 외부 24V 전력 공급부가 사용될 수 있다. 외부 전원도 선간 전압도 없는 경우, 고체 상태 스위치 모듈(202)은 개방 상태로 변경될 수 있다. 도 2는 전력 공급부(400)에서 사용되는 회로의 일례를 도시하지만, 도 2는 단지 예시적인 일 실시예임이 이해될 것이다. 회로 구성요소는 개시된 개념의 범위를 벗어나지 않으면서 재배열, 추가, 공제, 또는 상이하게 구현될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 아날로그 트립 회로(208)의 회로도이다. 아날로그 트립 회로(208)는 정상 센서 입력(210) 및 OCD 입력(212)을 포함한다. 정상 센서 입력(210)은, 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 전류에 비례하는, 전류 센서(206)의 정상 센서 출력을 수신하도록 구성된다. OCD 입력(212)은 전류 센서(206)의 OCD 출력을 수신하도록 구성된다. 아날로그 트립 회로(208)는 또한 게이트 드라이버 회로(204)에 전기적으로 연결된 트립 신호 출력(214)를 포함한다. 정상 센서 출력이 임계 레벨 또는 온 상태로 변경되는 OCD 출력에 도달하는 것에 응답하여, 아날로그 트립 회로(208)는 출력(214)에 트립 신호를 출력하도록 구성된다. 아날로그 트립 회로(208)는 정상 센서 출력을 임계 레벨과 비교하도록 구성되는 반면, OCD 출력은 임계 레벨과 비교될 필요가 없다. OCD 출력으로 이러한 검사를 우회함으로써, 아날로그 트립 회로(208)는 정상 센서 출력에 기초한 트립 신호보다 더 빨리 OCD 출력에 기초한 트립 신호를 출력할 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 아날로그 트립 회로(208)에서 사용되는 로직 회로의 일례를 도시한다. 그러나, 도 3a 및 도 3b에 도시된 예는 아날로그 트립 회로(208)의 예시적인 일 구현일 뿐임이 이해될 것이다. 회로 구성요소는 개시된 개념의 범위를 벗어나지 않으면서 재배열, 추가, 공제, 또는 상이하게 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
도 4a 및 도 4b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 게이트 드라이버 회로(204)의 회로도이다. 게이트 드라이버 회로(204)는 인에이블 입력(216) 및 DESAT 입력(222)을 포함한다. 게이트 드라이버 회로(204)는 또한 드라이버 출력(224) 및 결함 출력(218)을 포함한다. 게이트 드라이버 회로(204)는 드라이버(220) 및 커패시터(226)를 더 포함한다. 인에이블 입력(216)은 아날로그 트립 회로(208) 및 전자 트립 유닛(304) 전기적으로 연결된다. 드라이버 출력(224) 및 DESAT 입력(222)은 고체 상태 스위치 모듈(202)에 전기적으로 연결된다. 결함 출력(218)은 전자 트립 유닛(218)에 전기적으로 연결된다. 고체 상태 스위치 모듈(202)은 드라이버 출력(224)에 기초하여 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 변하도록 구성된다. 드라이버(220)는 인에이블 입력(216) 또는 DESAT 입력(222)에서 수신된 트립 신호에 기초하여 드라이버 출력(224) 상태를 제어하도록 구성된다. 드라이버(220)는 DESAT 입력(222)에 기초하여 DESAT 기능을 구현하도록 구성된다. DESAT 입력(222)에 기초하여 드라이버 출력(224)을 변경하는 것과 연관된 타이밍은 커패시터(226)의 커패시턴스에 부분적으로 기초한다. 드라이버(220)는 또한, 게이트 드라이버 회로(204)가 고체 상태 스위치 모듈(202)을 제어하여 개방 또는 폐쇄 상태로 변경했을 때 전자 트립 유닛(304)에 통지될 수 있도록 결함 출력(218)의 상태를 제어하도록 구성된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 예는 게이트 드라이버 회로(204)의 예시적인 구현일 뿐임이 이해될 것이다. 회로 구성요소는 개시된 개념의 범위를 벗어나지 않으면서 재배열, 추가, 공제, 또는 상이하게 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
도 5a 및 도 5b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기(10)의 부분 조립도다. 도 5a 및 도 5b는 폐쇄 및 개방 버튼(506,508), 위치 센서(502,504), 작동 메커니즘(300)의 일부, 및 분리가능 접점(302) 일부의 일례를 보여준다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 예에서, 3극 작동 메커니즘(300)이 분리가능 접점(302)을 함께 이동시키는 가동 회전 암을 갖는 것으로 도시되어 있다. 위치 센서(502,504)는 온 및 오프 버튼(506,508)의 작동이 위치 센서(502,504)의 작동을 야기하도록 각각 폐쇄 및 개방 버튼(506,508)과 연관된다. 예를 들어, 돌출부가 온 및 오프 버튼 (506,508)에 부착되고, 폐쇄 및 개방 버튼(506,508)의 작동과 함께 움직인다. 일례로서, 온 버튼(508)과 연관된 돌출부는 폐쇄 버튼(508)이 작동될 때 위치 센서(504)에 반대로 이동할 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 분리가능 접점(302)의 일부를 보여준다. 특히, 도 5a 및 도 5b는 분리가능 접점(302)의 이동가능 접점을 보여준다. 정지 접점은 이동가능 접점과 연관된다는 것이 이해될 것이다. 이동가능 접점을 정지 접점으로부터 멀리 이동시키는 것은 분리가능 접점(302)을 개방한다.
도 6a 및 도 6b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기(10)의 부분 조립도다. 도 6a는 작동 메커니즘(300)의 일부 및 폐쇄 위치에 있는 분리가능 접점(302)을 도시한다. 도 6b는 작동 메커니즘의 일부 및 개방 위치에 있는 분리가능 접점(302)을 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 또한 분리가능 접점(302)이 폐쇄 또는 개방 위치에 있는지 여부를 감지하도록 구성된 위치 센서(500) 보여준다. 이동가능 암은, 분리가능 접점(302)이 폐쇄 위치에 있을 때 위치 센서에 접경하고, 분리가능 접점(302)이 개방 위치에 있을 때 위치 센서(500)부터 멀리 이동하도록, 위치 센서(500)는 작동 메커니즘(300)의 이동가능 암의 일부와 연관될 수 있다.
도 7은 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기(10)의 부분 분해 입면도이다. 도 7은 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 분리가능 접점(302)의 위치를 표시하는 상태 표시기(510)뿐만 아니라 폐쇄 및 개방 버튼(506,508)을 보여준다.
도 8은 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기(10)의 부분 내부 측면도이다. 회로 차단기를 통한 전류 경로(600)는 화살표로 지정된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전원(2)으로부터 회로 차단기(10)를 통해 흐르는 전류는 먼저 분리가능 접점(302) 통해 흐른다. 이어서, 전류는 고체 상태 스위치 어셈블리(200) 및 고체 상태 스위치 어셈블리(200)의 출력에 근접하게 배치된 전류 센서(206)를 통해 계속되며, 여기서 전류는 부하(4)에 제공된다.
도 9a 내지 도 9c는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 고체 상태 스위치 어셈블리(200)의 도면이다. 고체 상태 스위치 어셈블리(200)는 고체 상태 스위치 모듈(202) 및 전류 센서(206)를 포함한다. 고체 상태 스위치 어셈블리(200)는 또한 입력 단자(250) 및 입력 전도체(252)를 포함한다. 입력 단자(250)는 분리가능 접점(302)을 통해 전원(2)으로부터 전력을 수신하고 이를 입력 전도체(252)를 통해 고체 상태 스위치 모듈(202)에 제공하도록 구성된다. 고체 상태 스위치 어셈블리(200)는 또한 출력 단자(256) 및 출력 전도체(254)를 포함한다. 고체 상태 스위치 모듈(202)이 폐쇄 상태에 있을 때, 전력은 고체 상태 스위치 모듈(202)을 통해 부하 전도체(254)로 그리고 후속하여 출력 단자(256)로 흐른다. 출력 단자(256)는 부하(4)에 전기적으로 연결되도록 구성된다. 고체 상태 스위치 어셈블리(200)는 또한 모듈 커버(258)를 포함한다.
도 9c에서, 모듈 커버(258)는 생략된다. 고체 상태 스위치 어셈블리(200)는 또한 모듈 커버(258)에 의해 커버되는, 도 9c에 도시된 MOV(262)를 포함한다.
고체 상태 스위치 어셈블리(200)는 히트 싱크(260)를 더 포함한다. 히트 싱크(260)는 고체 상태 스위치 모듈(200)에 부착되고, 도 10a 내지 도 10d와 관련하여 더 설명된다.
도 10a 및 도 10b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 히트 싱크(260)의 도면이고, 도 10c 및 도 10d는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따라 히트 싱크(260)에 부착된 고체 상태 스위치 모듈(202)의 도면이다. 히트 싱크(260)는 제1 평면 부재(264) 및 제1 평면 부재(268)의 일 측부로부터 연장되는 제2 평면 부재(268)를 포함한다. 히트 싱크(260)는 또한 제1 평면 부재(264)의 반대측으로부터 연장되는 다수의 갈래(270)를 포함한다.
고체 상태 스위치 부재(202)는, 도 10c 및 도 10d에 도시된 바와 같이, 제2 평면 부재(268)에 부착되도록 구성된다. 예시적인 일 실시예에서, 파스너(272)는 고체 상태 스위치 부재(202)를 제2 평면 부재(268)에 부착하는 데 사용될 수 있다. 히트 싱크(260)는 금속 재료로 구성될 수 있고, 고체 상태 스위치 모듈(202)에 의해 생성된 열을 방산하도록 작동 가능하다.
도 11a 및 도 11b는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따라 고체 상태 스위치 어셈블리(200)를 수용하기 위한 프레임(280)의 도면이다. 프레임(280)은 각각 하나의 고체 상태 스위치 어셈블리(200)를 수용하는 구획들(282)을 포함한다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 예시적인 일 실시예에서, 프레임(280)은 3개의 구획(282)을 포함하고 3개의 고체 상태 스위치 어셈블리(200)를 수용한다. 각각의 고체 상태 스위치 어셈블리(200)는 단극 회로 차단기(10)에 대응할 수 있다. 따라서, 프레임(280)은 3극 회로 차단기에 사용하기에 적합하다. 그러나, 프레임(280)은 개시된 개념의 범위를 벗어나지 않고 상이한 수의 구획(282)을 갖도록 수정될 수 있음이 이해될 것이다.
고체 상태 스위치 어셈블리(200)는 모듈식 설계를 갖는다. 고체 상태 스위치 어셈블리(200)의 구성요소는 고체 상태 스위치 어셈블리(200)의 응용에 따라 다른 유사한 형상의 구성요소로 대체될 수 있다. 예를 들어, 고체 상태 스위치 모듈(202)은 상이한 전압 및 전류 요건을 갖는 응용을 위해 다른 고체 상태 스위치 모듈(202)로 대체될 수 있다. 고체 상태 스위치 어셈블리(200)의 나머지 구성요소는 변경되지 않을 수 있어서, 전체 고체 상태 스위치 어셈블리(200)를 재설계할 필요 없이 고체 상태 스위치 어셈블리(200)의 더 넓은 응용을 허용한다. 유사하게, 전류 센서(206)는 상이한 전류 요건을 갖는 응용에서 다른 전류 센서(206)로 대체될 수 있다. 유사하게, 고체 상태 스위치 어셈블리(200)의 다른 구성요소는 대체될 수 있다.
도 12는 개시된 개념의 예시적인 일 실시예에 따른 회로 차단기를 작동시키는 방법의 흐름도이다. 그 방법은, 예를 들어, 본원에 설명된 회로 차단기(10)에서 구현될 수 있다. 고체 상태 회로 차단기, 예컨대 회로 차단기(10)는 기계적 회로 차단기와 비교하여 건강 및 잔여 수명에 관한 새로운 문제를 제시한다. 예를 들어, 고체 상태 스위치의 건강을 모니터링하는 것은 기계적 스위치의 건강을 모니터링하는 것과 상이하다. 그러나, 두 경우 모두에서, 스위치의 수명이 다하고 고장의 위험이 있는 시점을 모니터링하는 것이 중요하다.
도 12의 방법은 700 단계에서 고체 상태 스위치 어셈블리(200)의 특성을 모니터링하는 것으로 시작한다. 일부 예시적인 실시예에서, 고체 상태 스위치 모듈(202)은 모니터링된다. 일부 예시적인 실시예에서, MOV(262)는 모니터링된다. 둘 모두가 모니터링될 수 있음이 이해될 것이다. 모니터링된 특성은 접합 온도, 순방향 전압 강하(IGBT 고체 상태 스위치의 경우), 바디 다이오드 순방향 전압 강하(MOSFET 고체 상태 스위치의 경우), 게이트 임계 전압(MOSFET 고체 상태 스위치의 경우), 또는 고체 상태 스위치의 게이트 누설 전류(MOSFET 고체 상태 스위치의 경우)일 수 있다. 모니터링된 특성은 또한 MOV(262)에 걸린 전압일 수 있다.
702 단계에서, 모니터링된 특성이 임계 레벨을 초과하는지 여부가 결정된다. 임계 레벨은 모니터링되는 특성 및 모니터링되는 디바이스에 기초하여 선택될 수 있다. MOV(262)에 걸린 전압의 경우, 임계치는 시변 범위일 수 있다. 예를 들어, MOV(262)에 걸린 전압은 고체 상태 스위치가 개방된 후 일정 기간 동안 모니터링될 수 있다. 임계 범위는 기간에 따라 변하고, MOV(262)에 걸린 전압이 특정 시간에 그 임계 범위를 벗어나는지 여부가 결정된다. 특성이 임계 레벨을 초과하지 않는 경우, 방법은 700 단계로 복귀한다. 그러나, 특성이 임계 레벨을 초과하는 경우, 방법은 704 단계로 진행한다.
704 단계에서, 표시가 제공된다. 그 표시는 회로 차단기(10)의 디스플레이 또는 예를 들어, LED 표시자, 외부 디바이스에 대한 유선 또는 무선 통신 등과 같은 임의의 다른 적절한 유형의 표시를 통할 수 있다. 그 표시는 구성요소가 수리되거나 교체될 필요가 있음을 사용자 또는 기술자에게 통지한다. 모니터링된 특성이 임계 레벨을 초과한다는 결정에 응답하여 구성요소를 수리 또는 교체하거나 회로 차단기(10)를 제어하여 개방으로 트립하는 것과 같은 추가적인 방법 단계가 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
접합 온도는 고체 상태 스위치의 웰니스의 표시자이다. 일례로서, 일부 고체 상태 스위치는 섭씨 150도의 임계 접합 온도 하에서 유지되어야 한다. 접합 온도가 이 임계치에 도달하면, 고체 상태 스위치는 손상되고 실패할 수 있다. 따라서, 고체 상태 스위치의 접합 온도는 모니터링할 유용한 특성이다.
순방향 전압 강하 또는 바디 다이오드 순방향 전압 강하는 또한 고체 상태 스위치의 웰니스의 표시자이다. 정격 전류에서 작동할 때 순방향 전압 강하 또는 바디 다이오드 순방향 전압 강하가 그의 임계치에 도달하는 경우, 고체 상태 스위치는 손상되고 실패할 수 있다. 순방향 전압 강하 또는 바디 다이오드 순방향 전압 강하는 높은 전류, 불량 열 전도, 또는 불량 열 관리와 같은 다수의 인자들에 의해 야기될 수 있다. 따라서, 순방향 전압 강하 및 바디 다이오드 순방향 전압 강하는 모니터링할 유용한 특성이다.
게이트 임계 전압 또는 게이트 누설 전류는 또한 모니터링할 고체 상태 스위치의 유용한 특성이다. 이들의 임계 레벨을 초과하는 게이트 임계 전압 또는 게이트 누설 전류는 고체 상태 스위치가 손상되거나 실패하게 할 수 있다. 게이트 누설 전류는 고체 상태 스위치의 열화에 더 민감하고, 고체 상태 스위치가 폐쇄되고 전류를 전도하는 동안 모니터링하는 것이 가능하므로 게이트 임계 전압보다 모니터링하는 것이 더 실용적이다. 그러나, 게이트 임계 전압 및 게이트 누설 전류 둘 모두는 고체 상태 스위치의 웰니스를 결정하기 위해 모니터링할 유용한 특성이다.
MOV(262)가 열화되기 시작할 때, MOV(262)에 걸린 전압은 증가 또는 감소될 것이다. MOV(262)는 고체 상태 스위치가 개방된 후 일정 시간 동안 전압을 클램프하고, 따라는 이것은 MOV(262)에 걸린 전압을 모니터링할 적절한 기간이다. 예시적인 임계 범위는 MOV(262) 정상 클램프 전압의 ±10%일 수 있다. 예를 들어, 정상 클램프 전압에서 10% 넘게 드리프트한 MOV(262)에 걸린 전압은 MOV(262)가 열화되고 있고 수리되거나 교체되어야 한다는 표시이다. 따라서, MOV(262)에 걸린 전압은 모니터링할 다른 유용한 특성이다.
모니터링할 특성의 일부 예가 설명되었지만, 개시된 개념의 범위를 벗어나지 않고 다른 특성이 모니터링될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 표시를 제공하는 것에 더하여 또는 그 대신에 추가 액션이 그 임계치를 초과하는 특성에 응답하여 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
개시된 개념의 특정 실시예가 상세히 설명되었지만, 본 개시의 전체 교시 내용에 비추어 그 세부 사항에 대한 다양한 수정 및 대안이 개발될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 따라서, 개시된 특정 배열은 단지 예시적인 것이고 첨부된 청구항 및 그의 임의의 그리고 모든 등가물의 최대 폭이 주어져야 하는 개시된 개념의 범위에 대해 제한하지 않는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 회로 차단기에 사용하기 위한 고체 상태 스위치 어셈블리에 있어서,
    입력 단자;
    제1 전도체;
    출력 단자;
    제2 전도체;
    상기 제1 전도체를 이용하여 상기 입력 단자에 전기적으로 연결되고 상기 제2 전도체를 이용하여 상기 출력 단자에 전기적으로 연결되고 적어도 하나의 고체 상태 스위치를 포함하는 고체 상태 스위치 모듈;
    상기 고체 상태 스위치 모듈에 부착된 히트 싱크;
    상기 고체 상태 스위치 모듈을 통해 흐르는 전류를 감지하도록 구성된 전류 센서; 및
    다수의 금속 산화물 배리스터(MOV)를 포함하는, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히트 싱크는,
    제1 평면 부재;
    상기 제1 평면 부재의 제1 측부로부터 연장되는 제2 평면 부재; 및
    상기 제1 평면 부재의 제2 측부로부터 연장되는 복수의 갈래를 포함하는, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고체 상태 스위치 모듈은 상기 히트 싱크의 제2 평면 부재에 부착되는, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    다수의 파스너를 더 포함하되,
    상기 고체 상태 스위치 어셈블리는 상기 다수의 파스너를 갖는 상기 히트 싱크의 제2 평면 부재에 부착되는, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고체 상태 스위치 모듈의 제1 측부는 상기 히트 싱크의 상기 제2 평면 부재에 부착되고, 상기 고체 상태 스위치 모듈의 제2 측부는 상기 다수의 MOV에 부착되는, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전류 센서는 상기 제2 전도체 주위에 배치되는, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전류 센서는 홀효과 센서인, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고체 상태 스위치는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 절연 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBT)인, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고체 상태 스위치는 탄화규소 MOSFET인, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 상기 출력 단자는 상기 고체 상태 스위치 모듈의 좌측부 또는 우측부에 근접하게 배치되고, 상기 입력 단자는 상기 고체 상태 스위치 모듈의 상측부에 근접하게 배치되는, 고체 상태 스위치 어셈블리.
  11. 회로 차단기에 있어서,
    다수의 구획을 포함하는 프레임; 및
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 다수의 고체 상태 스위치 어셈블리를 포함하고, 각각의 고체 상태 스위치 어셈블리는 상기 다수의 구획 중 대응하는 하나에 배치되는, 회로 차단기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다수의 구획의 각각은 단극의 상기 회로 차단기에 대응하는, 회로 차단기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 다수의 구획의 각각은 상기 다수의 고체 상태 스위치 어셈블리 중 하나를 수용하도록 구성된 세장형의 직사각형 개구를 형성하는, 회로 차단기.
  14. 고체 상태 스위치를 포함하는 고체 상태 스위치 모듈을 갖는 회로 차단기를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 고체 상태 스위치의 특성을 모니터링하는 단계;
    상기 고체 상태 스위치의 특성이 사전 결정된 임계치를 충족하거나 초과한다고 결정하는 단계; 및
    상기 고체 상태 스위치의 특성이 상기 사전 결정된 임계치를 충족하거나 초과한다는 결정에 응답하여 표시를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고체 상태 스위치의 특성은 접합 온도, 순방향 전압 강하, 바디 다이오드 순방향 전압 강하, 게이트 임계 전압, 또는 게이트 누설 전류인, 방법.
KR1020227029317A 2020-01-29 2021-01-28 고체 상태 회로 차단기 KR20220129632A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/775,985 US11349294B2 (en) 2020-01-29 2020-01-29 Solid state circuit interrupter
US16/775,985 2020-01-29
PCT/EP2021/025034 WO2021151625A1 (en) 2020-01-29 2021-01-28 Solid state circuit interrupter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220129632A true KR20220129632A (ko) 2022-09-23

Family

ID=74550600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227029317A KR20220129632A (ko) 2020-01-29 2021-01-28 고체 상태 회로 차단기

Country Status (7)

Country Link
US (3) US11349294B2 (ko)
EP (1) EP4097815A1 (ko)
JP (1) JP2023511707A (ko)
KR (1) KR20220129632A (ko)
CN (1) CN115023870A (ko)
CA (1) CA3165467A1 (ko)
WO (1) WO2021151625A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11798756B2 (en) * 2022-01-18 2023-10-24 Siemens Industry, Inc. Solid-state circuit breaker trips an air gap actuator and solid-state switching components at the same time or the solid-state switching components with a delay
CN118281809B (zh) * 2024-04-16 2024-09-20 金华慧电科技有限公司 一种碳化硅三相调压型电子断路器

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5444610A (en) 1993-10-22 1995-08-22 Diversified Technologies, Inc. High-power modulator
US7369386B2 (en) * 2003-06-06 2008-05-06 Electronic Theatre Controls, Inc. Overcurrent protection for solid state switching system
US20080123239A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Emerson Electric Co. Transient voltage surge suppressor
US7868262B2 (en) * 2007-03-28 2011-01-11 Eaton Corporation Electrical switching apparatus, and sub-assembly and auxiliary switch tray therefor
US8051896B2 (en) * 2007-07-31 2011-11-08 Adc Telecommunications, Inc. Apparatus for spreading heat over a finned surface
US20090040666A1 (en) 2007-08-07 2009-02-12 Elms Robert T Circuit interrupter including test circuit
JP2011071174A (ja) * 2009-09-24 2011-04-07 Renesas Electronics Corp 半導体装置、及び半導体装置の特性劣化検出方法
US8218274B2 (en) 2009-12-15 2012-07-10 Eaton Corporation Direct current arc fault circuit interrupter, direct current arc fault detector, noise blanking circuit for a direct current arc fault circuit interrupter, and method of detecting arc faults
US9407082B2 (en) 2011-06-20 2016-08-02 Eaton Corporation Arc flash system for a power circuit
CN202310434U (zh) 2011-10-31 2012-07-04 中山大洋电机制造有限公司 一种电机控制器结构
US9447767B2 (en) * 2012-07-03 2016-09-20 Fuji Electric Co., Ltd. Single chip igniter and internal combustion engine ignition device
US9276401B2 (en) * 2013-06-28 2016-03-01 Hamilton Sundstrand Corporation Solid state circuit-breaker switch devices
WO2015006288A1 (en) * 2013-07-08 2015-01-15 Cardillo Leonard Constant power supply for a resistive load
US9036318B2 (en) 2013-07-09 2015-05-19 Eaton Corporation Method of tripping a circuit interrupter in a back fed configuration
WO2015028634A1 (en) 2013-08-30 2015-03-05 Eaton Industries (Netherlands) B.V. Circuit breaker with hybrid switch
US9103852B2 (en) 2013-10-22 2015-08-11 Eaton Corporation Direct current sensing circuit and circuit interrupter including the same
US9466968B2 (en) 2013-12-18 2016-10-11 Eaton Corporation Electrical switching apparatus including alternating current electronic trip circuit with arc fault detection circuit and power supply
DE102014117954B4 (de) * 2014-12-05 2020-09-24 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtungen mit Transistorzellen und thermoresistivem Element
JP5888459B1 (ja) * 2015-06-18 2016-03-22 ミツミ電機株式会社 過電流検出電圧補正方法及び電池保護集積回路
US9608558B1 (en) * 2015-09-14 2017-03-28 Infineon Technologies Ag Calculation of MOSFET switch temperature in motor control
US10153119B2 (en) 2015-09-28 2018-12-11 Eaton Intelligent Power Limited Articulated clinch joint for molded case circuit breaker
US10270247B2 (en) * 2016-03-23 2019-04-23 Nxp Usa, Inc. Power switch module, smart grid power supply arrangement and method therefor
JP6401747B2 (ja) * 2016-07-01 2018-10-10 矢崎総業株式会社 半導体スイッチ制御装置
US10263412B2 (en) 2016-12-22 2019-04-16 Infineon Technologies Austria Ag System and method for desaturation detection
US10332716B2 (en) 2017-01-13 2019-06-25 Eaton Intelligent Power Limited Circuit interrupter including electronic trip unit and method of determining elapsed time of start-up process
EP3676925A1 (en) 2017-08-29 2020-07-08 Eaton Intelligent Power Limited Matrix converter with solid state circuit breaker
US11791619B2 (en) 2017-08-29 2023-10-17 Eaton Intelligent Power Limited Motor control device with solid state circuit breaker
US11152780B2 (en) 2017-08-31 2021-10-19 Eaton Intelligent Power Limited Adjustable speed drive with integrated solid-state circuit breaker and method of operation thereof
US10637227B2 (en) 2017-09-28 2020-04-28 Eaton Intelligent Power Limited Circuit interrupter with ground fault current transformer
US10629391B2 (en) 2017-12-21 2020-04-21 Eaton Intelligent Power Limited Fusible safety disconnect in solid state circuit breakers and combination motor starters
US11139649B2 (en) 2017-12-26 2021-10-05 Eaton Intelligent Power Limited Motor control system with integrated solid-state contactor and relays and method of operation thereof
US10784672B2 (en) 2018-03-28 2020-09-22 Eaton Intelligent Power Limited Circuit interrupter with self-test circuit and method of operating a circuit interrupter
DE102018119916A1 (de) 2018-08-16 2020-02-20 Eaton Intelligent Power Limited Elektrische AC/DC-Umwandlungs-Anordnung
US11349296B2 (en) 2018-10-01 2022-05-31 Intelesol, Llc Solid-state circuit interrupters
CN109600975B (zh) 2018-12-21 2020-12-01 江苏巨杰机电有限公司 电机控制器总成及其散热器结构
CN111727487B (zh) 2019-01-21 2022-09-30 伊顿智能动力有限公司 直流电断路器
US11422520B2 (en) 2019-04-08 2022-08-23 Intelesol, Llc Building automation system
US11791620B2 (en) * 2019-09-03 2023-10-17 Atom Power, Inc. Solid-state circuit breaker with self-diagnostic, self-maintenance, and self-protection capabilities
US11239649B2 (en) 2020-01-29 2022-02-01 Eaton Intelligent Power Limited Solid state circuit interrupter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023511707A (ja) 2023-03-22
WO2021151625A1 (en) 2021-08-05
US20220255309A1 (en) 2022-08-11
US20240088642A1 (en) 2024-03-14
US11349294B2 (en) 2022-05-31
US11855439B2 (en) 2023-12-26
CA3165467A1 (en) 2021-08-05
EP4097815A1 (en) 2022-12-07
CN115023870A (zh) 2022-09-06
US20210234358A1 (en) 2021-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11909196B2 (en) Solid state circuit interrupter
US20240088642A1 (en) Solid state circuit interrupter
EP3039701B1 (en) Circuit breaker with hybrid switch
EP3078092B1 (en) Semi voltage dependent circuit breaker
EP1604440B1 (en) Electronic circuit breaker
KR101492659B1 (ko) Ｍｅｍｓ 마이크로-스위치 어레이 기반의 전류 제한 인에이블된 회로 인터럽트 장치 및 이것의 구현 방법
US11195675B2 (en) Low-voltage circuit breaker device
US11120955B2 (en) Low-voltage circuit breaker device with multiple-breaking switch
CN109863569B (zh) 保护开关器
EP3442019A1 (en) Power module
GB2517742A (en) Circuit breaker with hybrid switch
US10998708B2 (en) Low-voltage protection device
KR20240008926A (ko) 전기 보호 장치들 및 시스템들
KR100781131B1 (ko) 과전류/단락 계전기를 겸한 전자식무접점릴레이
CN107004544B (zh) 提供自动降低电弧模式的电路中断设备和其操作方法
AU4908300A (en) An apparatus for limiting an electrical current
CN118020135A (zh) 保护开关设备
GB2615368A (en) Circuit breaker

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination