KR20220135015A - Solid state circuit breaker(sscb), current sensor of the sscb, and control method of the sscb and the current sensor - Google Patents
Solid state circuit breaker(sscb), current sensor of the sscb, and control method of the sscb and the current sensor Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220135015A KR20220135015A KR1020210040463A KR20210040463A KR20220135015A KR 20220135015 A KR20220135015 A KR 20220135015A KR 1020210040463 A KR1020210040463 A KR 1020210040463A KR 20210040463 A KR20210040463 A KR 20210040463A KR 20220135015 A KR20220135015 A KR 20220135015A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- current
- overcurrent
- circuit breaker
- semiconductor
- current sensor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 44
- 239000007787 solid Substances 0.000 title abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 249
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 129
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 12
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 5
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H02H7/22—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 distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
-
- 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
- H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
- H02H1/04—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks
- H02H1/043—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks to inrush currents
-
- 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
- H02H7/20—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 electronic equipment
- H02H7/205—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 electronic equipment for controlled semi-conductors which are not included in a specific circuit arrangement
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
- H03K17/08104—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit in field-effect transistor switches
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 전력용 반도체 스위치를 이용한 반도체 회로 차단기(SSCB) 및 그 반도체 회로 차단기에 구비되는 전류 센서에 대한 것이다. The present invention relates to a semiconductor circuit breaker (SSCB) using a semiconductor switch for power and a current sensor provided in the semiconductor circuit breaker.
전력을 공급하는 전력 계통에서 고장이 발생하게 되면, 전력 계통을 통해 과전류 또는 사고 전류 등 이상 전류가 부하로 유입될 수 있다. 그리고 유입된 이상 전류는 부하의 소손을 야기할 수 있다. 따라서 전력 계통의 고장이 발생하는 경우 상기 이상 전류가 부하로 유입되는 것을 방지하기 위하여 부하로의 전류 유입을 차단하기 위하여 전력 계통으로부터 부하를 차단하는 회로 차단기(Circuit Breaker)가 사용될 수 있다. When a failure occurs in the power system that supplies power, abnormal currents such as overcurrent or fault current may flow into the load through the power system. And the introduced abnormal current may cause damage to the load. Therefore, when a failure of the power system occurs, a circuit breaker that cuts off the load from the power system in order to block the current inflow to the load in order to prevent the abnormal current from flowing into the load may be used.
한편 종래 기계식 차단기의 경우 회로가 차단될 때까지 수십 msec의 비교적 긴 시간이 소요되며, 그 시간동안 이상 전류가 부하로 유입된다는 문제가 있었다. 따라서 요즈음에는 대전류의 도통이 가능하고, 고속의 스위칭 주파수를 가지는 전력용 반도체로 이루어지는 반도체 스위치를 포함하여, 고속의 전류 차단이 가능한 반도체 회로 차단기(SSCB)가 사용되고 있다. On the other hand, in the case of a conventional mechanical circuit breaker, it takes a relatively long time of several tens of msec until the circuit is cut, and there is a problem that an abnormal current flows into the load during that time. Therefore, these days, a semiconductor circuit breaker (SSCB) capable of high-speed current interruption, including a semiconductor switch made of a power semiconductor having a high-speed switching frequency and capable of conducting a large current, is being used.
이러한 반도체 회로 차단기의 경우, MCCB(Molded Case Circuit Breaker)와 같은 차단기에 비하여 전류를 검출하는 시간이 매우 짧으므로, 고속으로 회로를 차단할 수 있다는 이점이 있다. In the case of such a semiconductor circuit breaker, since the time for detecting a current is very short compared to a circuit breaker such as a molded case circuit breaker (MCCB), there is an advantage that the circuit can be broken at high speed.
한편 과전류 중 노이즈(noise)성 과전류 또는 돌입 전류와 같이 순간적으로 증가하지만 짧은 시간 내에 정상 상태로 복귀되는 이상 전류의 경우, 부하의 소손을 야기하지 않거나 소손을 야기할 가능성이 낮으므로, 이로 인해 회로가 차단되는 경우 회로의 차단에 의한 손실이 오히려 더 커질 수 있다. On the other hand, in the case of an abnormal current that instantaneously increases but returns to a normal state within a short time, such as noise overcurrent or inrush current, it does not cause or is unlikely to cause damage to the load. When the circuit is cut off, the loss due to the blockage of the circuit may be rather large.
그러나 반도체 회로 차단기의 경우 상술한 바와 같이 전류 검출 시간이 매우 짧으므로, 상기 노이즈성 과전류 또는 돌입 전류와 같이 차단하지 않아도 무방하거나 차단하지 않아야 하는 전류가 발생하는 경우에도 회로를 차단하는 문제가 있다. 그리고 이러한 불필요한 회로 차단이 반복됨에 따라 부하의 정상적인 구동이 유지되지 못하는 경우 그에 따른 손실이 발생할 수 있다는 문제가 있다. However, in the case of a semiconductor circuit breaker, since the current detection time is very short as described above, there is a problem in that the circuit is blocked even when a current that does not need to be interrupted or should not be interrupted is generated, such as the noisy overcurrent or inrush current. In addition, if the normal driving of the load is not maintained as such unnecessary circuit break is repeated, there is a problem that a corresponding loss may occur.
따라서 반도체 회로 차단기가, 이러한 일시적으로 발생되는 과전류(이하 노이즈성 과전류)와, 단락 또는 지락으로 인해 발생하는 사고 전류를 구분하고, 상기 노이즈성 과전류의 발생시 회로를 차단하지 않을 수 있도록 하는 방안이 현재 활발하게 연구중인 실정이다. Therefore, the semiconductor circuit breaker distinguishes between the temporarily generated overcurrent (hereinafter referred to as noise overcurrent) and the fault current caused by a short circuit or a ground fault, and a method of not blocking the circuit when the noise overcurrent occurs is currently available. It is being actively researched.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 목적은 노이즈성 과전류와 사고 전류를 구분하고, 상기 노이즈성 과전류가 발생한 경우에는 회로가 연결된 상태를 유지할 수 있도록 하는 반도체 회로 차단기 및 그 반도체 회로 차단기의 제어 방법을 제공하는 것이다. The present invention aims to solve the above and other problems. A semiconductor circuit breaker and a method for controlling the semiconductor circuit breaker are provided.
또한 본 발명은, 과전류가 발생하는 경우, 상기 발생된 과전류가 노이즈성 과전류인지 또는 사고 전류인지를 구분하여 그 결과를 반도체 회로 차단기에 전송함으로써, 노이즈성 과전류인 경우 상기 반도체 회로 차단기가 회로가 연결된 상태를 유지할 수 있도록 하는 전류 센서 및 그 전류 센서의 제어 방법을 제공하는 것이다. In addition, in the present invention, when an overcurrent occurs, the generated overcurrent is classified as a noisy overcurrent or an accidental current and the result is transmitted to the semiconductor circuit breaker. An object of the present invention is to provide a current sensor capable of maintaining a state and a method for controlling the current sensor.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 반도체 회로 차단기에 구비되는 전류 센서에 있어서, 상기 반도체 회로 차단기의 반도체 스위치 중 어느 하나에 유입되는 전류의 전압으로부터 전류의 크기 변화를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전류의 크기 변화를 검출한 결과, 전류의 크기가 증가되면 전류 크기가 증가된 제1 시점으로부터 경과되는 시간에 따라 검출되는 전류 크기를 적분하는 적분부 및, 상기 전류 검출부의 검출 결과 전류 크기가 증가하는 경우 과전류 발생을 나타내는 과전류 검출 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하고, 상기 적분부의 적분 결과에 따라 상기 제1 시점 이후로부터 경과된 시간에 따라 적산된 값을, 기 설정된 임계값과 비교한 비교 결과에 따라 사고 전류의 발생을 나타내는 사고 전류 검출 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하는 검출 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to one aspect of the present invention to achieve the above or other object, in the present invention, in the current sensor provided in the semiconductor circuit breaker, the magnitude of the current from the voltage of the current flowing into any one of the semiconductor switches of the semiconductor circuit breaker A current detection unit for detecting a change, and as a result of detecting a change in the magnitude of the current, when the magnitude of the current increases, an integrator for integrating the magnitude of the current detected according to a time elapsed from a first time point at which the magnitude of the current is increased, and the When the current detection unit detects an increase in the current magnitude, an overcurrent detection signal indicating the occurrence of overcurrent is transmitted to the control unit of the semiconductor circuit breaker, and the value integrated according to the time elapsed from the first time point according to the integration result of the integrating unit and a detection control unit for transmitting a fault current detection signal indicating generation of a fault current to the control unit of the semiconductor circuit breaker according to a comparison result compared with a preset threshold value.
일 실시 예에 있어서, 상기 전류 검출부는, DESAT(Desaturation fault detection) 방식에 따라 상기 어느 하나의 반도체 스위치의 소스 단자와 드레인 단자 사이의 전압에 근거하여, 전력 계통으로부터 유입되는 전류의 크기 변화를 검출하는 반도체 전류 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the current detection unit detects a change in the magnitude of the current flowing from the power system based on a voltage between the source terminal and the drain terminal of the one semiconductor switch according to a desaturation fault detection (DESAT) method. It characterized in that it further comprises a semiconductor current detection unit.
일 실시 예에 있어서, 상기 검출 제어부는, 상기 전류 검출부의 검출 결과, 상기 제1 시점 이후에 검출되는 전류 레벨이 정상 수준으로 복원되면, 전류 상태가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 더 전송하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the detection control unit, as a result of the detection of the current detection unit, when the current level detected after the first time point is restored to a normal level, a current restoration signal indicating that the current state has been restored of the semiconductor circuit breaker It is characterized in that it is further transmitted to the control unit.
일 실시 예에 있어서, 상기 검출 제어부는, 상기 적분부를 제어하여, 상기 제1 시점 이후로부터 기 설정된 시간 동안 적산된 값을 산출하고, 산출된 값을 상기 임계값과 비교하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the detection control unit controls the integrator to calculate an integrated value for a preset time after the first time point and compares the calculated value with the threshold value.
일 실시 예에 있어서, 상기 전류 센서는, 상기 어느 하나의 반도체 스위치가 온 되는 경우에 발생하는 돌입 전류에 의하여 과전류가 검출되는 것을 방지하기 위한 초기 충전 회로를 더 포함하며, 상기 제1 시점은, 상기 초기 충전 회로를 포함하는 상기 전류 검출부 전단의 하드웨어에서 흡수되는 과전류 이상의 과전류가 발생함에 따라, 상기 어느 하나의 반도체 스위치로 유입되는 전류의 크기가 증가되는 시점임을 특징으로 한다. In an embodiment, the current sensor further comprises an initial charging circuit for preventing overcurrent from being detected by inrush current generated when one of the semiconductor switches is turned on, wherein the first time point is, It is characterized in that it is a point in time at which the magnitude of the current flowing into the one of the semiconductor switches increases as an overcurrent greater than the overcurrent absorbed by the hardware at the front end of the current detection unit including the initial charging circuit occurs.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 반도체 회로 차단기에 구비되는 전류 센서의 제어 방법에 있어서, 상기 반도체 회로 차단기의 반도체 스위치 중 어느 하나에 유입되는 전류의 전압으로부터 전류의 크기 변화를 검출하는 단계와, 상기 검출 결과 전류의 크기가 증가하는 경우 과전류의 발생을 알리기 위한 과전류 검출 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하는 단계와, 상기 전류 크기의 증가가 검출된 제1 시점으로부터 경과되는 시간에 따라 검출되는 전류의 크기를 적분하는 단계와, 상기 적분 결과에 따라 상기 제1 시점 이후로부터 경과된 시간 동안 적산된 값을, 기 설정된 임계값과 비교하는 단계 및, 상기 비교 결과, 상기 적산된 값이 상기 임계값 이상인 경우 사고 전류의 발생을 나타내는 사고 전류 검출 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, according to one aspect of the present invention, in the method for controlling a current sensor provided in a semiconductor circuit breaker, the present invention includes detecting a change in the magnitude of the current from the voltage of the current flowing into any one of the semiconductor switches of the semiconductor circuit breaker. and transmitting an overcurrent detection signal for notifying the occurrence of an overcurrent when the magnitude of the current increases as a result of the detection to a control unit of the semiconductor circuit breaker; Integrating the magnitude of the current detected according to and transmitting a fault current detection signal indicating generation of a fault current to a control unit of the semiconductor circuit breaker when the value is greater than or equal to the threshold value.
일 실시 예에 있어서, 상기 전류의 크기 변화는, DESAT(Desaturation fault detection) 방식에 따라 상기 어느 하나의 반도체 스위치의 소스 단자와 드레인 단자 사이의 전압에 근거하여 검출되는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the change in the magnitude of the current is detected based on a voltage between the source terminal and the drain terminal of the one semiconductor switch according to a desaturation fault detection (DESAT) method.
일 실시 예에 있어서, 상기 적산된 값을, 기 설정된 임계값과 비교하는 단계는, 상기 비교 결과 상기 적산된 값이 상기 임계값 미만인 경우, 상기 어느 하나의 반도체 스위치에 유입되는 전류의 크기 변화를 재검출하는 단계 및, 상기 재검출 결과에 따라 전류 상태가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the comparing the integrated value with a preset threshold value includes: when the integrated value is less than the threshold value as a result of the comparison, a change in the magnitude of the current flowing into the one semiconductor switch Re-detecting, and transmitting a current restoration signal indicating that the current state is restored according to the re-detection result to a control unit of the semiconductor circuit breaker.
일 실시 예에 있어서, 상기 검출되는 전류의 크기를 적분하는 단계는, 상기 제1 시점 이후로부터 기 설정된 시간이 경과할 때까지 상기 검출되는 전류의 크기를 적분하는 단계이며, 상기 적산된 값을, 기 설정된 임계값과 비교하는 단계는, 상기 기 설정된 시간 동안 적산된 값을 상기 기 설정된 임계값과 비교하는 단계임을 특징으로 한다. In an embodiment, the step of integrating the magnitude of the detected current is a step of integrating the magnitude of the detected current from after the first time point until a preset time elapses, and the integrated value is The step of comparing with the preset threshold value is characterized in that the step of comparing the value accumulated for the preset time with the preset threshold value.
일 실시 예에 있어서, 상기 전류 센서는, 상기 어느 하나의 반도체 스위치가 온 되는 경우에 발생하는 돌입 전류에 의하여 과전류가 검출되는 것을 방지하기 위한 초기 충전 회로를 더 포함하며, 상기 제1 시점은, 상기 초기 충전 회로를 포함하는 상기 전류 센서의 하드웨어에서 흡수되는 과전류 이상의 과전류가 발생함에 따라, 상기 어느 하나의 반도체 스위치로 유입되는 전류의 크기가 증가되는 시점임을 특징으로 한다.In an embodiment, the current sensor further comprises an initial charging circuit for preventing overcurrent from being detected by inrush current generated when one of the semiconductor switches is turned on, wherein the first time point is, It is characterized in that it is a point in time when the magnitude of the current flowing into the one of the semiconductor switches increases as an overcurrent greater than the overcurrent absorbed by the hardware of the current sensor including the initial charging circuit occurs.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기 전류 센서를 포함하는 반도체 회로 차단기에 있어서, 전력 계통으로부터, 상기 반도체 회로 차단기 및 부하를 물리적으로 연결시키거나 또는 절연시키는 차단 스위치와, 게이트 단자에 인가되는 게이트 전압에 따라, 상기 전력 계통으로부터 상기 부하로 공급되는 전류의 최대 크기가 결정되는 복수의 반도체 스위치를 포함하는 반도체 스위치부와, 상기 복수의 반도체 스위치의 각 게이트 단자에, 게이트 전압을 인가는 복수의 게이트 드라이버와, 상기 전력 계통으로부터 유입되는 전류를 센싱하는 상기 전류 센서 및, 상기 전류 센서로부터, 과전류의 발생을 나타내는 과전류 검출신호가 수신되면, 제한된 게이트 전압이 각 게이트 단자에 인가되도록 상기 복수의 게이트 드라이버를 제어하고, 상기 게이트 전압이 제한된 상태에서, 상기 전류 센서로부터 사고 전류의 발생을 나타내는 사고 전류 검출 신호가 수신되면 상기 차단 스위치를 제어하여 상기 전력 계통으로부터 상기 반도체 회로 차단기 및 상기 부하를 절연시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, according to an aspect of the present invention, in the semiconductor circuit breaker including the current sensor, a cut-off switch for physically connecting or insulating the semiconductor circuit breaker and the load from the power system, and a gate terminal A semiconductor switch unit including a plurality of semiconductor switches in which a maximum amount of current supplied from the power system to the load is determined according to an applied gate voltage, and a gate voltage is applied to each gate terminal of the plurality of semiconductor switches is a plurality of gate drivers, the current sensor sensing the current flowing from the power system, and when an overcurrent detection signal indicating generation of an overcurrent is received from the current sensor, a limited gate voltage is applied to each gate terminal. A plurality of gate drivers are controlled, and when a fault current detection signal indicating generation of a fault current is received from the current sensor in a state where the gate voltage is limited, the circuit breaker and the load are controlled from the power system by controlling the cut-off switch. It is characterized in that it comprises a control unit to insulate.
일 실시 예에 있어서, 상기 제한된 게이트 전압은, 상기 게이트 드라이버가 정상 동작 상태에서 출력하는 정상 게이트 전압보다 낮은 전압이며, 상기 복수의 반도체 스위치는, 상기 게이트 전압이 제한됨에 따라 출력 가능한 전류 최대량이 제한되는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the limited gate voltage is a voltage lower than a normal gate voltage output by the gate driver in a normal operation state, and the plurality of semiconductor switches limits the maximum amount of output current as the gate voltage is limited. characterized by being
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 게이트 전압이 제한된 상태에서, 상기 전류 센서로부터 상기 전력 계통으로부터 유입되는 전류 크기가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호가 수신되면, 상기 제한된 게이트 전압을 복원하도록 상기 복수의 게이트 드라이버를 제어하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the controller is configured to, when a current restoration signal indicating that the magnitude of the current flowing from the power system is restored from the current sensor in a state in which the gate voltage is limited, is received by the plurality of gate voltages to restore the limited gate voltage. It is characterized in that it controls the gate driver of
일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 과전류 검출 신호가 수신되면, 상기 사고 전류 검출 신호 또는 상기 전류 복원 신호가 수신될 때까지 상기 게이트 전압이 제한되는 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, when the overcurrent detection signal is received, the controller maintains a state in which the gate voltage is limited until the fault current detection signal or the current restoration signal is received.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기 전류 센서를 포함하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법에 있어서, 차단 스위치 및, 상기 반도체 회로 스위치에 구비된 복수의 반도체 스위치에 게이트 전압을 인가하는 게이트 드라이버들을 구동하여, 전력 계통과 부하 사이를 전기적으로 연결하는 단계와, 상기 전류 센서로부터, 상기 전력 계통으로부터 과전류가 유입됨을 나타내는 과전류 검출 신호의 수신 여부를 검출하는 단계와, 상기 과전류 검출 신호가 수신된 경우, 제한된 게이트 전압을 인가하도록 상기 게이트 드라이버들을 제어하는 단계와, 상기 제한된 게이트 전압을 인가하도록 상기 게이트 드라이버들을 제어하는 상태에서, 사고 전류의 발생을 나타내는 사고 전류 검출 신호 또는 전류 크기가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호가 상기 전류 센서로부터 수신되었는지 여부를 체크하는 단계와, 상기 체크 결과, 상기 전류 센서로부터 수신된 신호에 따라 상기 차단 스위치를 제어하여 상기 전력 계통으로부터 상기 반도체 회로 차단기 및 상기 부하를 절연시키거나, 상기 제한된 게이트 전압을 복원하도록 상기 복수의 게이트 드라이버를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, in the method of controlling a semiconductor circuit breaker including the current sensor, a cut-off switch and a gate driver for applying a gate voltage to a plurality of semiconductor switches provided in the semiconductor circuit switch driving the devices to electrically connect between the power system and the load, and detecting whether an overcurrent detection signal indicating that an overcurrent is flowing from the power system is received from the current sensor, and the overcurrent detection signal is received In this case, controlling the gate drivers to apply the limited gate voltage, and controlling the gate drivers to apply the limited gate voltage, indicating that the fault current detection signal indicating the occurrence of the fault current or the current magnitude is restored checking whether a current restoration signal is received from the current sensor, and as a result of the check, controlling the cut-off switch according to the signal received from the current sensor to insulate the semiconductor circuit breaker and the load from the power system or controlling the plurality of gate drivers to restore the limited gate voltage.
일 실시 예에 있어서, 상기 제한된 게이트 전압은, 상기 게이트 드라이버가 정상 동작 상태에서 출력하는 정상 게이트 전압보다 낮은 전압이며, 상기 복수의 반도체 스위치는, 상기 게이트 전압이 제한됨에 따라 출력 가능한 전류 최대량이 제한되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the limited gate voltage is a voltage lower than a normal gate voltage output by the gate driver in a normal operation state, and the plurality of semiconductor switches limits the maximum amount of output current as the gate voltage is limited. characterized by being
본 발명에 따른 반도체 회로 차단기 및 반도체 회로 차단기 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the semiconductor circuit breaker and the semiconductor circuit breaker control method according to the present invention will be described as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명에 따른 반도체 회로 차단기의 전류 센서는, 반도체 회로 차단기로 유입되는 전류를 검출하고, 과전류가 검출되는 경우 검출된 과전류가 노이즈성 과전류인지 또는 사고 전류인지 여부를 판별 및 판별 결과를 반도체 회로 차단기에 전송한다. 따라서 본 발명에 따른 반도체 회로 차단기는 전류 센서의 검출 결과에 따라 노이즈성 과전류인 경우 회로를 차단하지 않으므로, 상기 노이즈성 과전류의 발생에 따른 불필요한 회로 차단을 방지할 수 있다는 효과가 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, the current sensor of the semiconductor circuit breaker according to the present invention detects a current flowing into the semiconductor circuit breaker, and when the overcurrent is detected, whether the detected overcurrent is a noisy overcurrent or a fault current It is determined whether or not and the determination result is transmitted to the semiconductor circuit breaker. Therefore, since the semiconductor circuit breaker according to the present invention does not block the circuit in case of noise overcurrent according to the detection result of the current sensor, it is possible to prevent unnecessary circuit breakage due to the generation of the noise overcurrent.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는, 상기 전류 센서가 유입된 과전류의 종류를 식별하는 동안 반도체 스위치의 게이트 드라이버 출력 전압을 제한하여 회로 내에 흐르는 전류의 크기를 제한할 수 있도록 한다. 따라서 발생된 과전류가 사고 전류인 경우, 상기 전류 센서가 과전류의 종류를 판별하는 시간 동안 유입된 사고 전류에 의하여 내부의 회로 및 부하의 소손을 방지할 수 있다는 효과가 있다. In addition, the semiconductor circuit breaker according to an embodiment of the present invention limits the amount of current flowing in the circuit by limiting the gate driver output voltage of the semiconductor switch while the current sensor identifies the type of the introduced overcurrent. Accordingly, when the generated overcurrent is a fault current, it is possible to prevent damage to an internal circuit and a load due to the fault current flowing in during the time when the current sensor determines the type of the overcurrent.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 회로 구조를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기를 통해 양방향 전류가 도통되는 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 전류 센서 회로 구조를 도시한 회로도이다.
도 3b는 도 3a에서 도시된 전류 센서에 구비된 과전류 검출부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 시간에 따른 전류 크기 그래프를 통해 노이즈성 과전류와 사고 전류의 예를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 전류 센서에서, 검출 제어부가 과전류를 판별하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 노이즈성 과전류와 사고 전류에 대하여, 시간에 따른 전류 적산량의 차이를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 전류 센서에서, 검출 제어부가 일정 시간이 경과하기 전에 과전류 여부를 판별하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은, 상기 전류 센서로부터 검출된 과전류 판별 결과에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 1 is a circuit diagram illustrating a circuit structure of a semiconductor circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram for explaining an example in which a bidirectional current is conducted through a semiconductor circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
3A is a circuit diagram illustrating a current sensor circuit structure of a semiconductor circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a block diagram illustrating the configuration of an overcurrent detection unit included in the current sensor illustrated in FIG. 3A .
4 is a graph showing an example of a noise overcurrent and a fault current through a current magnitude graph according to time.
5 is a flowchart illustrating an operation process in which a detection control unit determines an overcurrent in a current sensor of a semiconductor circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the difference in the amount of accumulated current with respect to the noise overcurrent and the fault current according to time.
7 is a flowchart illustrating an operation process in which a detection control unit determines whether an overcurrent exists before a predetermined time elapses in a current sensor of a semiconductor circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating an operation process of a semiconductor circuit breaker according to an exemplary embodiment of the present invention according to the overcurrent determination result detected by the current sensor.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다It should be noted that technical terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Also, as used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. The suffixes "module" and "part" for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have a meaning or role distinct from each other by themselves.
본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.As used herein, "consisting of." or "includes." The term such as, etc., should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, some of which may not be included, or additional components or steps. It should be construed as being able to include more.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in describing the technology disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the technology disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes. In addition, each of the embodiments described below, as well as combinations of embodiments, are changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention, which may correspond to the spirit and scope of the present invention. .
먼저 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 본 발명의 기본 원리를 설명하면 본 발명은, 전류 검출 시간이 너무 짧음으로 인하여 노이즈성 과전류가 발생하는 경우에도 회로가 차단되는 경우를 방지하기 위한 것으로, 반도체 회로 차단기의 전류 센서가, 과전류 검출시 일정 시간 동안 유입된 과전류의 크기를 적산한 결과에 근거하여 상기 유입된 과전류가 사고 전류인지 노이즈성 과전류인지 여부를 판별할 수 있도록 한다. 그리고 판별 결과를 반도체 회로 차단기에 전송함으로써, 노이즈성 과전류의 발생하는 경우에도 반도체 회로 차단기가 회로 연결 상태를 유지할 수 있도록 한다. First, in order to help a complete understanding of the present invention, the basic principle of the present invention is described. The present invention is to prevent a case in which a circuit is cut off even when a noisy overcurrent occurs due to a current detection time being too short. When the current sensor of the circuit breaker detects the overcurrent, it is possible to determine whether the introduced overcurrent is a fault current or a noise overcurrent based on a result of accumulating the magnitude of the overcurrent introduced for a predetermined time. And by transmitting the determination result to the semiconductor circuit breaker, even when noise overcurrent occurs, the semiconductor circuit breaker can maintain the circuit connection state.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는, 사고 전류의 유입 시, 전류 센서가 과전류를 식별하는 상기 일정 시간동안 유입된 전류로 인해 회로 내부 및 부하가 소손되는 것을 방지하기 위하여, 상기 일정 시간 동안 각 반도체 스위치에서 출력되는 전류 내량을 결정하는 게이트 드라이버들의 출력 전압을 제한할 수 있도록 한다. 따라서 상기 각 반도체 스위치를 통해 흐를 수 있는 최대 전류량이 감소되므로, 사고 전류가 부하로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 한다. Meanwhile, in the semiconductor circuit breaker according to an embodiment of the present invention, in order to prevent damage to the inside of the circuit and the load due to the current flowing in for the predetermined time during which the current sensor identifies the overcurrent when the fault current is introduced, the predetermined time During the period, it is possible to limit the output voltage of the gate drivers, which determines the amount of current output from each semiconductor switch. Accordingly, since the maximum amount of current that can flow through each semiconductor switch is reduced, it is possible to prevent the fault current from flowing into the load.
도 1은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 회로 구조를 도시한 회로도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)를 통해 양방향 전류가 도통되는 예를 설명하기 위한 개념도이다.1 is a circuit diagram illustrating a circuit structure of a
도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)는 A 계통과 B 계통 사이에, 턴 온(turn on)/턴 오프(turn off)가 가능하며 서로 직렬로 연결되는 제1 반도체 스위치(111)와 제2 반도체 스위치(112)를 포함하는 반도체 스위치부(110), 차단 스위치(150), 제1 및 제2 게이트 드라이버(141, 142), 과전압 억제부(130), 전류 센서(160) 및 SSCB 제어부(100)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
여기서 A 계통과 B 계통은 서로 다른 전력 계통일 수 있다. 또는 A 계통과 B 계통 중 어느 하나는 전력 계통이고 다른 하나는 부하일 수 있다. 도 2는 이러한 A 계통과 B 계통 사이에 전류를 도통시키거나 흐르는 전류를 차단할 수 있도록 A 계통과 B 계통 사이에 배치되는 반도체 회로 차단기(10)의 예를 도시한 것이다.Here, system A and system B may be different power systems. Alternatively, one of the grid A and the grid B may be a power grid and the other may be a load. 2 shows an example of a
도 2의 (a)를 살펴보면, 도 2의 (a)는 A 계통은 전력 계통이고 B 계통은 부하인 경우를 가정한 것이다. 이 경우 A 계통으로부터 B 계통으로의 전류 흐름이 형성될 수 있다. 반면 도 2의 (b)와 같이 A 계통이 부하이고 B 계통이 전력 계통인 경우 B 계통으로부터 A 계통으로의 전류 흐름이 형성될 수 있다. Referring to (a) of FIG. 2 , in (a) of FIG. 2 it is assumed that system A is a power system and system B is a load. In this case, the current flow from the A system to the B system may be formed. On the other hand, when system A is a load and system B is a power system as shown in FIG. 2(b), a current flow from system B to system A may be formed.
또한 A 계통과 B 계통은 모두 전력 계통일 수 있다. 일 예로 A 계통과 B 계통은 서로 다른 마이크로 그리드(Micro grid)일 수 있다. 이 경우 도 2의 (c)에서 보이고 있는 바와 같이, A 계통으로부터 B 계통으로 뿐만 아니라 B 계통으로부터 A 계통으로의 양방향 전류 흐름이 형성될 수 있다. 그리고 상기 A 계통으로부터 B 계통으로의 전류 흐름, B 계통으로부터 A 계통으로부터의 전류 흐름 및, A 계통과 B 계통 사이의 양방향 전류 흐름이, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)에 의해 차단될 수 있다. In addition, both the A system and the B system may be a power system. For example, system A and system B may be different micro grids. In this case, as shown in (c) of FIG. 2, a bidirectional current flow from system A to system B as well as from system B to system A may be formed. And the current flow from the A system to the B system, the current flow from the B system to the A system, and the bidirectional current flow between the A system and the B system by the
이러한 양방향 차단을 위해, 상기 제1 반도체 스위치(111)와 제2 반도체 스위치(112)는 A 계통에서 B 계통으로 전류가 흐르는 경우 뿐만 아니라, B 계통에서 A 계통으로 전류가 흐르는 경우에도 회로의 차단이 가능하도록 형성될 수 있다. 일 예로 상기 제1 반도체 스위치(111)와 제2 반도체 스위치(112)는 소스(source)와 드레인(drain)이 서로 반대 방향으로 배치된 N-channel MOSFET 소자로 이루어지는 반도체 스위치들일 수 있다.For this bidirectional blocking, the
상기 제1 반도체 스위치(111)와 제2 반도체 스위치(112)는 사고 전류에 의한 회로 차단 시 역전압에 의한 MOSFET 소자의 손상을 방지하기 위해 전류 흐름과 역방향으로 배치되는 제1 및 제2 다이오드(121, 122)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 MOSFET 소자(111, 112) 각각의 소스 단자와 드레인 단자에, 상기 제1 및 제2 다이오드(121, 122) 각각의 양극과 음극이 연결될 수 있다.The
따라서 상기 제1 다이오드(121)는 제1 반도체 스위치(111)의 MOSFET 소자와 병렬로 연결되어 A 계통에서 B 계통으로 흐르는 전류와 역방향으로 배치될 수 있다. 그리고 상기 제2 다이오드(122)는 제2 반도체 스위치(112)의 MOSFET 소자와 병렬로 연결되어 B 계통에서 A 계통으로 흐르는 전류와 역방향으로 배치될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)는, 상보 대칭 형태로 구성된 제1 반도체 스위치(111) 및 제2 반도체 스위치(112)를 구비하여, 양방향으로 흐르는 사고 전류를 모두 차단할 수 있도록 형성될 수 있다. Accordingly, the
한편 이하의 설명에서는, 설명의 편의상 A 계통이 전력 계통이고, B 계통이 부하인 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 그러나 상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)는 양방향으로 흐르는 사고 전류를 모두 차단가능하도록 형성되는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. Meanwhile, in the following description, it is assumed that system A is the power system and system B is the load for convenience of explanation. However, as described above, the
또한 차단 스위치(150)는 어느 하나의 계통으로부터, 반도체 회로 차단기(10) 및 다른 계통의 연결을 차단할 수 있다. 상기 차단 스위치(150)는 기계적 스위치일 수 있으며, 반도체 회로 차단기(10)를 물리적으로 절연하여 사고가 발생한 전력 계통으로부터 차단할 수 있다. In addition, the cut-
상기 차단 스위치(150)는 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 A 계통과 반도체 스위치부(110) 사이에 배치될 수 있다. 한편 차단 스위치(150)의 위치가 이에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 얼마든지 다른 위치(예 : B 계통과 반도체 스위치부(110) 사이)에 배치될 수도 있음은 물론이다. The cut-
한편 과전압 억제부(130)는, 반도체 회로 차단기(10)가 사고 전류에 의한 회로 차단 시, 잔류 전류로 인해 상기 반도체 스위치부(110) 양단에 과전압이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 상기 과전압 억제부(130)는 스너버(snubber) 회로 또는 과전압 억제를 위한 소자, 예를 들어 TVS((Transient Voltage Suppressor)) 소자를 포함할 수 있다. 또는 상기 과전압 억제부(130)는, 적어도 하나의 다이오드 및 저항으로 형성되며, 상기 반도체 스위치부(110) 양단에 각각 연결되는 프리휠링(free wheeling) 회로들을 포함할 수 있다. Meanwhile, the
그리고 전류 센서(160)는 반도체 회로 차단기(10)로 유입되는 전류를 감지하고 감지된 전류가 과전류인 경우, 노이즈성 과전류인지 또는 사고 전류인지 여부를 판별할 수 있다. 그리고 판별된 과전류의 종류에 대응하는 검출 신호를 SSCB 제어부(100)에 전송할 수 있다. In addition, the
상기 전류 센서(160)는 고압의 과전류가 유입되는 경우 내부 회로를 보호하는 다이오드와, 반도체 스위치부(110)로 유입되는 전류의 전압 레벨을 낮추기 위한 적어도 하나의 전압 억제부를 포함할 수 있다. 그리고 과전류가 발생하는 경우 상기 발생된 과전류가 노이즈성 과전류인지 또는 사고 전류인지 여부를 판별하고, 과전류의 판별 결과를 SSCB 제어부(100)에 전송할 수 있다. The
이러한 전류 센서(160)의 구성을 하기 도 3a 및 도 3b를 참조하여 살펴보고, 상기 전류 센서(160)가 과전류의 발생을 검출 및 발생된 과전류의 종류를 식별하는 과정을 하기 도 4를 참조하여 자세하게 살펴보기로 한다. The configuration of the
한편 전류 센서(160)는, 도 1에서 보이고 있는 바와 같이, 반도체 스위치부(110)와 차단 스위치(150) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우 상기 전류 센서(210)는 차단 스위치(150)를 통해 A 계통으로부터 반도체 스위치부(110)로 공급되는 전류를 검출할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것이 아니고, 얼마든지 다른 위치에 배치될 수 있다. 일 예로 상기 전류 센서(160)는 반도체 스위치부(110)와 B 계통 사이에 흐르는 전류를 검출하도록 상기 반도체 스위치부(110)와 B 계통 사이에 배치될 수도 있다. Meanwhile, the
한편 제1 및 제2 게이트 드라이버(141, 142)는, SSCB 제어부(100)의 제어에 따라 반도체 스위치부(110)를 구성하는 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)에 각각 게이트 전압을 인가할 수 있다. 이 경우 각 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 문턱 전압을 넘는 게이트 전압이 인가되면, 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 출력단 저항 크기가 입력단보다 작아지고, 이에 따라 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 입력단과 출력단이 도통되어 A 계통과 B 계통 사이에 회로가 형성될 수 있다. Meanwhile, the first and
이 경우 인가되는 게이트 전압이 높아질수록 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 출력단 저항 크기는 작아질 수 있다. 따라서 반도체 스위치를 통해 전류가 보다 쉽게 흐를 수 있으며, 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)에서 허용되는 전류 크기, 즉 허용 전류 내량이 더 커질 수 있다. 그러므로 보다 큰 전류가 전력 계통으로부터 부하로 공급될 수 있다. In this case, as the applied gate voltage increases, the resistance of the output terminals of the first and second semiconductor switches 111 and 112 may decrease. Accordingly, a current may flow more easily through the semiconductor switch, and the amount of current allowed by the first and second semiconductor switches 111 and 112 , that is, the allowable current tolerance may be increased. Therefore, a larger current can be supplied from the power grid to the load.
반면 각 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 문턱 전압 보다 낮은 게이트 전압이 인가되거나, 또는 게이트 전압이 인가되지 않은 경우, 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 출력단 저항 크기는 입력단 저항과 동등하거나 입력단 저항보다 더 클 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 입력단과 출력단이 도통되지 않을 수 있으며, A 계통과 B 계통이 전기적으로 분리(절연)되어 회로 연결이 차단될 수 있다. On the other hand, when a gate voltage lower than the threshold voltage of each of the first and second semiconductor switches 111 and 112 is applied, or when no gate voltage is applied, the output terminal resistance of the first and second semiconductor switches 111 and 112 is applied. can be equal to or greater than the input resistance. Accordingly, the input and output terminals of the first and second semiconductor switches 111 and 112 may not conduct, and the A system and the B system may be electrically separated (insulated) from each other to cut off the circuit connection.
이처럼 반도체 스위치의 경우, 게이트 드라이버를 통해 게이트 단자에 인가되는 전압, 즉 게이트 드라이버 출력 전압에 따라 반도체 스위치 출력단의 저항 크기가 달라질 수 있다. 그리고 반도체 스위치 출력단의 저항 크기에 따라 드레인 전류의 크기, 즉 반도체 스위치들을 통해 공급될 수 있는 전류의 크기가 결정될 수 있다. 따라서 게이트 드라이버 출력 전압에 따라 각 반도체 스위치(111, 112)의 허용 전류 내량이 결정되고, 이에 따라 전력 계통으로부터 부하로 공급되는 전류의 크기가 결정될 수 있다. As such, in the case of the semiconductor switch, the resistance of the semiconductor switch output terminal may vary according to the voltage applied to the gate terminal through the gate driver, that is, the gate driver output voltage. In addition, the magnitude of the drain current, that is, the magnitude of the current that can be supplied through the semiconductor switches, may be determined according to the resistance of the semiconductor switch output terminal. Accordingly, the allowable current tolerance of each of the semiconductor switches 111 and 112 is determined according to the gate driver output voltage, and accordingly, the magnitude of the current supplied from the power system to the load may be determined.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 SSCB 제어부(100)는 각 반도체 스위치들(111, 112)의 게이트 단자에 전압을 인가하는 게이트 드라이버를 제어할 수 있다. 일 예로 SSCB 제어부(100)는 각 게이트 드라이버(141, 142)가 상기 문턱 전압 보다 큰 전압을 각 반도체 스위치의 게이트 단자에 인가하도록, 각 게이트 드라이버(141, 142)의 출력 전압을 제어할 수 있다. Meanwhile, the
이 경우 게이트 드라이버들(141, 142)을 통해 인가되는 전압(게이트 드라이버 출력 전압)에 의해 각 반도체 스위치(111, 112) 출력단의 저항 크기가 작아지므로, 전력 계통(A 계통)으로부터 공급된 전류가 반도체 스위치들(111, 112)을 통해 부하(B 계통)로 인가될 수 있다. In this case, since the resistance of the output terminals of each
한편 상술한 바와 같이, 게이트 드라이버(141, 142)로부터 인가되는 출력 전압에 따라 각 반도체 스위치(111, 112)의 허용 전류 내량이 결정되는 특성을 이용하여, SSCB 제어부(100)는 반도체 회로 차단기(10)를 통해 어느 하나의 계통에서 다른 계통으로 유입되는 전류의 크기를 제한할 수 있다. Meanwhile, as described above, by using the characteristic that the allowable current tolerance of each
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 SSCB 제어부(100)는, 상기 전류 센서(160)의 검출 결과에 따라 게이트 드라이버들(141, 142)의 출력 전압을 제한할 수 있다. 즉, SSCB 제어부(100)는 과전류가 유입되는 경우, 정격 전류가 유입될 때 상기 게이트 드라이버들(141, 142)이 각 게이트 단자에 인가하는 전압(게이트 전압)보다 더 낮은 게이트 전압이 각 반도체 스위치(111, 112)의 게이트 단자에 인가되도록, 상기 게이트 드라이버들(141, 142)을 제어할 수 있다. That is, the
이 경우 낮아진 게이트 드라이버 출력 전압에 의하여 반도체 스위치들(141, 142)의 허용 전류 내량이 작아지게 되고, 결과적으로 반도체 스위치부(110)로부터 출력되는 전류의 크기가 제한될 수 있다. In this case, the allowable current tolerance of the semiconductor switches 141 and 142 may be reduced due to the lowered gate driver output voltage, and as a result, the amount of current output from the
또한 SSCB 제어부(100)는 상기 전류 센서(160)의 검출 결과에 따라 상기 차단 스위치(150)를 제어할 수 있다. 즉, SSCB 제어부(100)는 상기 전류 센서(160)의 검출 결과 유입되는 과전류가 노이즈성 과전류인 경우에는 상기 반도체 회로 차단기(10)가 A 계통과 연결(차단 스위치 온(on))된 상태를 유지할 수 있다. In addition, the
따라서 과전류가 유입되는 경우에도 반도체 회로 차단기(10)가 A 계통과 연결될 수 있으며, 이 경우 반도체 회로 차단기(10)를 경유하여 A 계통과 B 계통이 전기적으로 도통될 수 있다. 그러면 상기 반도체 스위치부(110)의 허용 전류 내량에 따른 크기의 전류가 A 계통에서 B 계통으로 공급될 수 있다. Accordingly, even when an overcurrent flows, the
반면 상기 전류 센서(160)의 검출 결과, 유입되는 전류가 사고 전류인 경우에는 반도체 스위치부(110) 및, 차단 스위치(150)를 제어하여 A 계통과 B 계통 사이의 연결을 차단시킬 수 있다. On the other hand, when the incoming current is an accident current as a result of detection of the
한편 발생된 과전류가 노이즈성 과전류인 경우, 일정 시간이 경과되면 유입되는 전류의 크기가 정상 크기로 복원될 수 있다. 그러면 전류 센서(160)는 전류 상태가 복원되었음을 나타내는 검출 신호를 SSCB 제어부(100)에 전송하고, SSCB 제어부(100)는 게이트 드라이버(141, 142)의 출력 전압을 정상 상태로 복원하여 반도체 스위치부(110)의 허용 전류 내량을 복원할 수 있다. On the other hand, when the generated overcurrent is a noisy overcurrent, the magnitude of the incoming current may be restored to a normal magnitude when a predetermined time elapses. Then, the
한편 상술한 설명에서는 반도체 스위치가 N-channel MOSFET 소자를 포함하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 물론이다. 일 예로 상기 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)는, SSCB 제어부(100)에 의해 인가되는 게이트 드라이브 전압에 의해 턴 온/턴 오프가 가능한 모든 소자, 예를 들어 IGBT, GTO, IGCT 등을 상기 MOSFET 소자 대신 사용할 수도 있음은 물론이다. Meanwhile, in the above description, the semiconductor switch including the N-channel MOSFET device has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, the first and second semiconductor switches 111 and 112 are all devices capable of being turned on/off by the gate drive voltage applied by the
한편 도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 전류 센서(160) 회로 구조를 도시한 회로도이다. Meanwhile, FIG. 3A is a circuit diagram illustrating a circuit structure of the
도 3a를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 전류 센서(160)는 반도체 스위치(111)의 드레인 단자와 소스 단자 사이의 채널 저항(Rds)에 의하여 발생하는 상기 드레인 단자와 소스 단자 간의 전압 강하, 상기 드레인 단자와 소스 단자 사이의 전압(Vds)에 근거하여 전류의 크기를 측정하는 DESAT(Desaturation fault detection) 방식에 따라 상기 반도체 스위치로 유입되는 전류를 측정하는 전류 센서(이하 반도체 전류 센서)(303)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 반도체 전류 센서(303)는 반도체 소자에 내장되는 전류 센서일 수 있다. 이하 설명의 편의상, A 계통을 부하 또는 다른 전력 계통(B 계통)으로 전류를 공급하는 전력 계통으로 가정하고, 전류 센서(160)가 상기 A 계통으로부터 반도체 스위치부(110)로 유입되는 전류를 검출하는 것을 가정하여 설명하기로 한다. 이러한 경우 상기 도 1에서 보이고 있는 바와 같이 전류 센서(160)는 A 계통으로부터 제1 반도체 스위치(111)로 유입되는 전류를 검출할 수 있으며, 이에 따라 상기 전류 센서(160)가 전력 계통으로부터 유입되는 전류를 검출하기 위해 연결되는 반도체 스위치가, 상기 제1 반도체 스위치(111)(이하 반도체 스위치)임을 가정하기로 한다. Referring to FIG. 3A , the
이를 위해 상기 전류 센서(160)는 도 3a에서 보이고 있는 바와 같이 반도체 스위치(111)의 드레인 단자에 연결될 수 있다. 그리고 상기 반도체 스위치(111)의 소스 단자와 드레인 단자 사이의 전압이 검출부(300)의 반도체 전류 센서(303)를 통해 감지될 수 있다. 이 경우 고압의 전류가 흐르는 경우 오프(off)되어 전류 센서(160) 내부의 회로를 보호하기 위한 과전압 방지 다이오드(High Voltage Block Diode)(310)를 포함할 수 있으며, 과전류 여부를 판단하기 위한 판단 전압 레벨로, 상기 반도체 전류 센서(303)에서 감지되는 전압 레벨을 낮추기 위한 전압 강하부(320)를 포함할 수 있다. 상기 전압 강하부(320)는 적어도 하나의 제너 다이오드(zener diode)(321)와 저항(322)으로 구성될 수 있다. To this end, the
한편 전류 센서(160)는 반도체 스위치(111)가 오프 상태에서 온 상태로 전환되는 경우에, 상기 반도체 스위치(111)의 초기 구동에 따른 돌입 전류에 따른 과전류 검출을 방지하기 위한 초기 충전 회로(330)를 더 포함할 수 있다. 상기 초기 충전 회로(330)는 기 반도체 스위치(111)의 초기 구동에 따른 과전류(돌입 전류)를 흡수할 수 있도록 적어도 하나의 커패시터를 포함하여 형성될 수 있다. Meanwhile, when the
이와 같이 과전압 방지 다이오드(310), 제너 다이오드(321)와 저항(322)으로 구성되는 전압 강하부(320)를 포함하여 전류 센서(160)가 형성되는 경우, 상기 검출부(300)의 반도체 전류 센서(303)에서 감지되는 전압은 반도체 스위치(111)의 드레인 단자와 소스 단자 사이의 전압(Vds), 과전압 방지 다이오드(310)의 전단 전압, 제너 다이오드(321)의 양단 전압, 저항(322)의 양단 전압의 합으로 이루어질 수 있다.As described above, when the
한편 검출부(300)는 반도체 스위치(111)가 온 상태일 때 과전류 판단을 위해 과전압 방지 다이오드(310)를 온 상태로 전환하기 위한 바이어스(Bias) 전류원 또는 바이어스 저항(301)을 포함할 수 있다. 그리고 반도체 스위치(111)가 오프되는 경우, 과전압 방지 다이오드(310)가 오프되도록 전압을 낮추어 전류 검출 라인의 상태를 초기화하는 초기화부(302)를 포함할 수 있다. 또한 상기 반도체 전류 센서(303)로부터 감지되는 전압과 기 설정된 기준 전압을 비교하여 과전류를 검출하기 위한 과전류 검출부(350)를 포함하여 형성될 수 있다. Meanwhile, the
도 3b는 도 3a에서 도시된 전류 센서에 구비된 과전류 검출부의 구성을 도시한 블록도이다. FIG. 3B is a block diagram illustrating the configuration of an overcurrent detection unit included in the current sensor illustrated in FIG. 3A .
상술한 바와 같이, 왜란 또는 전자기 현상과 같은 노이즈 현상으로 인해 정격 전류보다 더 큰 전류가 일시적으로 발생하는 노이즈성 과전류의 경우, 노이즈 현상으로 유발되는 만큼 일시적으로 발생하는 전류를 의미한다. 이러한 노이즈성 과전류의 예로서, 통전시에 전력 계통과 부하 사이에서 전격 전류보다 수배 ~ 수십 배의 크기로 발생하며 수 싸이클 동안 발생하는 돌입 전류 등이 있을 수 있다. As described above, in the case of a noisy overcurrent in which a current larger than the rated current is temporarily generated due to a noise phenomenon such as a disturbance or an electromagnetic phenomenon, it means a current that is temporarily generated as much as is caused by the noise phenomenon. As an example of such a noisy overcurrent, there may be an inrush current that occurs between the power system and the load during energization and is several to several tens of times larger than the electric current and occurs for several cycles.
이에 반해, 사고 전류는 단락 사고나 지락 사고 등 사고로 인해 발생하는, 정격 전류보다 훨씬 큰 전류를 말하며, 사고로 인해 발생되는 만큼 원인이 되는 사고가 수습되기 전까지 지속적으로 유입되는 과전류를 의미할 수 있다. On the other hand, the fault current refers to a current much larger than the rated current that occurs due to an accident such as a short-circuit accident or a ground fault. have.
따라서 상기 노이즈성 과전류의 경우, 일정 시간이 경과하면 정상 레벨의 전류로 전류 상태가 복원되므로 부하 등의 소손 가능성이 크지 않다. 따라서 노이즈성 과전류의 경우 차단하지 않아도 무방하며, 부하로의 전원 공급 차단에 따른 손실 등을 고려할 때 노이즈성 과전류의 경우에는 회로를 차단하지 않도록 함으로써 불필요한 회로의 차단을 방지하는 것이 보다 바람직하다. Therefore, in the case of the noise overcurrent, since the current state is restored to a normal level of current after a certain period of time has elapsed, the possibility of damage to the load and the like is not large. Therefore, it is not necessary to cut off the noise-related overcurrent, and it is more preferable to prevent unnecessary circuit blocking by not blocking the circuit in the case of a noisy over-current in consideration of losses caused by interruption of the power supply to the load.
반면 사고 전류의 경우 지속적으로 과전류가 유입될 수 있으므로 부하 등의 소손이 발생할 수 있다. 이 경우 부하의 소손을 방지하기 위해서는 사고 전류가 유입되는 전력 계통과의 연결을 차단하여 부하 또는 다른 전력 계통을 보호하는 것이 바람직하다. On the other hand, in the case of a fault current, an overcurrent may continuously flow in, and thus the load may be damaged. In this case, in order to prevent damage to the load, it is desirable to protect the load or other power system by cutting off the connection with the power system into which the fault current flows.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(160)의 과전류 검출부(350)는 과전류가 검출되는 경우, 발생된 과전류가 노이즈성 과전류에 의한 것인지 또는 사고 전류에 의한 것인지를 판별하고, 판별된 결과를 SSCB 제어부(100)에 전송함으로써 상기 SSCB 제어부(100)가 과전류가 유입되는 전력 계통과의 연결 상태를 유지하거나 또는 상기 전력 계통과의 연결을 차단할 수 있도록 한다. Therefore, when the overcurrent is detected, the
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(160)의 과전류 검출부(350)는 적분부(352)와 저장부(353), 그리고 검출 제어부(351)를 포함하여 형성될 수 있다. To this end, the
먼저 적분부(3352)는 검출 제어부(351)의 제어에 따라, 과전류가 발생하는 경우 일정 시간 동안 검출되는 과전류의 전압 변화에 따라 상기 일정 시간동안 유입된 전류의 총량, 즉 전류 적산량을 산출할 수 있다. First, the integrator 3352 calculates the total amount of current flowing in for a certain time, that is, the current integration amount, according to the voltage change of the overcurrent detected for a certain time when an overcurrent occurs under the control of the
이를 위해 상기 적분부(352)는 상기 일정 시간 동안 상기 반도체 전류 센서(303)에서 검출되는 전압에 대응하는 전류값을 적분할 수 있다. 일 예로 상기 적분부(352)는 상기 반도체 전류 센서(303)에서 검출되는 전압을 전류값으로 변환하고, 상기 일정 시간동안의 전류값의 변화를 적분하여 상기 일정 시간 동안의 전류 적산량을 산출할 수 있다. To this end, the
그리고 검출 제어부(351)는 상기 적분부(352)에서 산출된 전류 적산량과, 기 설정된 임계값을 비교할 수 있다. 그리고 비교 결과에 근거하여 상기 발생된 과전류가 노이즈성 과전류인지 또는 사고 전류인지 여부를 판별할 수 있다. 그리고 판별된 과전류의 종류에 대응하는 알림 신호를 SSCB 제어부(100)에 전송할 수 있다. 또한 검출 제어부(351)는 상기 반도체 전류 센서(303)에서 검출되는 전압에 근거하여 상기 반도체 스위치(111)로 유입되는 전류값을 판별할 수 있으며, 판별된 전류값이 정격 전류 레벨로 복원되는 경우 전류 상태가 복원되었음을 알리는 알림 신호를 상기 SSCB 제어부(100)에 전송할 수 있다.The
한편 저장부(353)는 상기 검출 제어부(351)의 제어에 관련된 다양한 데이터들을 포함할 수 있다. 일 예로 상기 저장부(353)는 전류 적산값에 근거하여 과전류의 종류를 판별할 수 있는 기준 데이터로서 상기 임계값에 대한 정보를 저장할 수 있다. Meanwhile, the
또한 저장부(353)는 상기 적분부(352)가 전류값을 적분하는 시간, 즉 상기 일정 시간에 대한 정보를 저장할 수 있다. 여기서 상기 임계값 및 상기 일정 시간은 복수회 시행된 본 발명과 관련된 실험의 결과들에 의하여 결정되는 최적화된 임계값 및 시간일 수 있다. 또는 상기 임계값 및 상기 일정 시간은 사용자에 의해 결정될 수 있다. Also, the
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(160)의 검출 제어부(351)가 상기 적분부(352)를 제어 및, 적분부(352)의 적산 결과에 따라 판별된 과전류에 대응하는 알림 신호를 SSCB 제어부(100)에 전송하는 동작 과정을 자세히 살펴보기로 한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 7 , the
먼저 도 4는 시간에 따른 전류 크기 그래프를 통해 노이즈성 과전류와 사고 전류의 예를 도시한 그래프이다.First, FIG. 4 is a graph showing an example of a noise-related overcurrent and a fault current through a graph of the magnitude of the current over time.
도 4를 참조하여 살펴보면, 제1 시점(toff_1)까지는 노이즈성 과전류 및 사고 전류 모두 일정 수준의 전류 크기를 유지하다가, 상기 제1 시점(toff_1)이 경과하는 시점부터 전류 크기가 급격하게 증가함을 알 수 있다. 이는 과전류가 발생하더라도, 전류 센서(160)가 과전압 방지 다이오드(310), 제너 다이오드(321)와 저항(322)으로 구성되는 전압 강하부(320), 및 초기 충전 회로(330) 등 다양한 부가적인 구성을 포함함에 따라 상기 부가적인 구성에 따른 하드웨어에서 자체적으로 일정 수준의 과전류를 흡수할 수 있기 때문이다. Referring to FIG. 4 , both the noise overcurrent and the fault current maintain a constant level of current until the first time point t off_1 , and the current level rapidly increases from the time point when the first time point t off_1 elapses. it can be seen that Even if overcurrent occurs, the
일 예로, 상기 초기 충전 회로(330)는 구비된 커패시터의 커패시턴스만큼 과전류의 흡수가 가능하므로, 상기 초기 충전 회로(330)에서 흡수되는 용량을 초과하는 과전류가 발생하는 경우에 한하여, 반도체 전류 센서(303)에서 검출되는 전류값이 증가할 수 있다. For example, since the
즉, 상기 제1 시점(toff_1)까지는 전류 센서(160)에 의한 전류값 검출이 어려운 지점으로서, 상기 부가적인 구성에 의해 흡수되는 과전류의 총량을 초과하는 시점, 즉 제1 시점(toff_1)이후부터 반도체 전류 센서(303)에서 검출되는 전류값이 증가할 수 있다. That is, until the first time point t off_1 , it is difficult to detect a current value by the
한편 도 4에서 보이고 있는 바와 같이, 노이즈성 과전류(401)의 경우, 과전류가 발생한 이후 일정 시간이 경과하면 전류 크기가 점차 감소하고 제2 시점(toff_2)이 경과하는 경우 전류 상태가 정격 전류 레벨로 복원될 수 있다. On the other hand, as shown in FIG. 4 , in the case of the
이에 반해 사고 전류(402)의 경우, 사고가 그 원인이 되어 발생하는 과전류로서 전류 상태가 복원되지 않는다. 따라서 도 4에서 보이고 있는 바와 같이 과전류가 지속적으로 유입될 수 있다. On the other hand, in the case of the fault current 402, the current state is not restored as an overcurrent generated due to an accident as the cause. Accordingly, as shown in FIG. 4 , an overcurrent may be continuously introduced.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 전류 센서(160)에서, 검출 제어부(351)가 과전류의 종류를 판별하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating an operation process in which the
도 5를 참조하여 살펴보면, 차단 스위치(150)의 구동에 따라 전력 계통과 연결되는 경우, 검출 제어부(351)는 전력 계통으로부터 반도체 스위치(111)로 유입되는 전류의 크기 변화를 검출할 수 있다(S500). 여기서 상기 검출 제어부(351)에서 검출되는 전류의 크기는 반도체 전류 센서(303)에서 검출되는 전압에 대응하는 전류일 수 있다. Referring to FIG. 5 , when connected to the power system according to the driving of the cut-
그러면 검출 제어부(351)는 상기 전류 크기의 변화를 검출한 결과, 전류가 증가하기 시작하였는지 여부를 판별할 수 있다(S502). 예를 들어 전력 계통으로부터 유입되는 전류가 전류 센서(160)의 하드웨어적 특성에 따른 흡수량 미만인 경우, 상기 S500 단계에서 검출되는 전류는 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 정격 전류 레벨의 전류가 검출되는 경우, 또는 상기 하드웨어적 특성에 따른 흡수량 미만의 전류가 증가하는 경우, 반도체 전류 센서(303)에서 검출되는 전압은 일정하게 유지될 수 있다. 그러면 검출 제어부(351)는 반도체 스위치(111)로 유입되는 전류를 검출하고, 전류의 크기 변화를 검출하는 상기 S500 단계와 S502 단계를 반복하여 수행할 수 있다. Then, as a result of detecting the change in the magnitude of the current, the
그러나 상기 S502 단계의 판별 결과, 상기 하드웨어적 특성에 따른 흡수량을 초과하는 과전류가 발생하는 경우, 반도체 전류 센서(303)에서 검출되는 전압은 증가될 수 있으며(도 4의 제1 시점(toff_1) 이후), 이에 따라 검출 제어부(351)는 전력 계통으로부터 과전류가 유입되는 상태라고 판단할 수 있다. 따라서 검출 제어부(351)는 현재 과전류가 유입되는 상태임을 알리기 위한 신호, 즉 과전류 검출 신호를 SSCB 제어부(100)로 전송할 수 있다(S504). However, as a result of the determination in step S502, when an overcurrent exceeding the absorption amount according to the hardware characteristics occurs, the voltage detected by the semiconductor
한편 과전류 검출 신호가 전송되면, 검출 제어부(351)는 적분부(352)를 제어하여, 전류가 증가하기 시작한 시점(제1 시점(toff_1))부터 경과되는 시간에 따라 검출되는 전류값을 적분할 수 있다(S506). 그리고 기 설정된 시간이 경과되었는지 여부를 검출하고(S508), 기 설정된 시간이 경과되지 않은 경우 다시 S506 단계로 진행하여 시간에 따라 검출되는 전류값을 계속 적분할 수 있다. Meanwhile, when the overcurrent detection signal is transmitted, the
반면 상기 S508 단계의 검출 결과 기 설정된 시간이 경과된 경우라면, 적분된 값, 즉 적분값과 기 설정된 임계값을 비교하여, 상기 적분값이 상기 임계값 이상인지 여부를 판별할 수 있다(S510). On the other hand, if the preset time has elapsed as a result of the detection in step S508, it is possible to determine whether the integral value is equal to or greater than the threshold value by comparing the integrated value, that is, the integral value with a preset threshold value (S510). .
여기서 상기 기 설정된 시간은, 상기 도 4의 제2 시점(toff_2)과 같이, 노이즈성 과전류의 특성 상 전류값이 복원되는 시간에 근거하여 결정되는 시간일 수 있다. 이 경우 상기 기 설정된 시간은, 상기 도 4의 제1 시점(toff_1)으로부터 제2 시점(toff_2) 까지의 시간, 즉, △TCB일 수 있다. 이 경우 상기 기 설정된 시간 동안 적분된 전류의 적산량, 즉 적분값은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. Here, the preset time, like the second time point t off_2 of FIG. 4 , may be a time determined based on a time at which the current value is restored due to the characteristic of the noisy overcurrent. In this case, the preset time may be a time from the first time point t off_1 to the second time point t off_2 of FIG. 4 , that is, ΔT CB . In this case, the integrated amount of the current integrated for the preset time, that is, the integrated value may be expressed as in Equation 1 below.
여기서, F(i)는 적분값, toff_1은 검출되는 전류값의 증가가 시작되는 시점, toff_2는 기 설정된 시간값에 따라 결정되는 시점, i는 전류값, 및 t는 toff_1에서 toff_2까지의 시간을 의미함.Here, F(i) is an integral value, t off_1 is a time point at which an increase in the detected current value starts, t off_2 is a time point determined according to a preset time value, i is a current value, and t is t off_1 to t off_2 means the time until
한편 상술한 바와 같이 노이즈성 과전류(401)는 일정 시간동안 발생하였다가 자연적으로 사라지는 특성을 가진다. 따라서 노이즈성 과전류의 경우 상기 일정 시간동안 전류 적산량이 증가하다가, 상기 일정 시간이 경과하면서 전류값이 복원되어 더 이상 적산되지 않는 특성을 가진다. 이에 반해 사고 전류의 경우 전류값이 복원되지 않으므로, 지속적으로 과전류가 유입되어 전류 적산량이 계속 증가하는 특성을 가진다. Meanwhile, as described above, the
도 6은 노이즈성 과전류와 사고 전류에 대하여, 시간에 따른 전류 적산량의 차이를 도시한 그래프이다. 6 is a graph showing the difference in the amount of accumulated current with respect to the noise overcurrent and the fault current according to time.
도 6의 (a)는 도 4의 노이즈성 과전류(401)에 대한 전류 적산량(F(i))의 변화를 도시한 그래프이다. 그리고 도 6의 (b)는 사고 전류(402)에 대한 전류 적산량(F(i))의 변화를 도시한 그래프이다. FIG. 6A is a graph illustrating a change in the current integration amount F(i) with respect to the
도 6의 (a)와 (b)를 참조하여 살펴보면, 과전류 검출 초기의 경우 노이즈성 과전류(401)와 사고 전류(402) 모두 전류가 급격하게 증가하므로 전류 적산량 역시 가파르게 증가함을 알 수 있다. 그러나 노이즈성 과전류(401)의 경우 일정 시간이 경과하면 과전류가 해소되어 전류 상태가 정격 전류 레벨로 복원되므로, 도 6의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 전류 적산량이 계속 증가하다가 최고점을 지나면서 증가량이 둔화되며, 상기 일정 시간이 경과하면서 더 이상 전류 적산량이 발생하지 않게 된다. Referring to (a) and (b) of FIG. 6 , it can be seen that, in the case of the initial detection of overcurrent, since both the
반면 사고 전류(402)의 경우 상술한 바와 같이 과전류가 지속적으로 유입될 수 있다. 따라서 도 6의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이, 전류 적산량(F(i))은 계속 증가될 수 있다. On the other hand, in the case of the fault current 402, an overcurrent may continuously flow in as described above. Accordingly, as shown in (b) of FIG. 6 , the current integration amount F(i) may continue to increase.
따라서 상기 노이즈성 과전류(401)의 전류 적산 결과, 상기 일정 시간 동안의 전류 적산량 보다 크고, 상기 일정 시간에 대응하는 사고 전류(402)의 전류 적산량보다 작은 값으로 상기 임계값(Ic)이 결정되는 경우, 검출 제어부(351)는 전류 적산량, 즉 적분값과 상기 결정된 임계값(Ic)을 비교한 결과에 따라 현재 발생된 과전류를 사고 전류 또는 노이즈성 과전류 중 어느 하나로 판별할 수 있다. Therefore, as a result of integrating the current of the
따라서 상기 임계값(Ic)은 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(160)의 민감도를 결정하는 척도가 될 수 있으며, 임계값(Ic)이 작게 설정되는 경우 발생된 과전류를 사고 전류로 판단할 가능성이 높아지고, 임계값(Ic)이 크게 설정되는 경우 발생된 과전류를 노이즈성 과전류로 판단할 가능성이 높아질 수 있다.Therefore, the threshold value Ic may be a measure for determining the sensitivity of the
상기 임계값(Ic)은 사용자의 임의로 사용자가 설정할 수 있다. 또는 상기 임계값(Ic)은 본 발명과 관련되어 이루어진 복수의 실험 결과를 통해 수집된 노이즈성 과전류의 적산량들에 따른 통계값 등에 근거하여 결정되는 값일 수도 있다. The threshold value Ic may be set by the user arbitrarily. Alternatively, the threshold value Ic may be a value determined based on statistical values according to accumulated amounts of noisy overcurrent collected through a plurality of experimental results related to the present invention.
한편 상기 S510 단계의 검출 결과 적분값과 기 설정된 임계값을 비교한 결과, 적분값이 상기 임계값 이상인 경우라면 검출 제어부(351)는 현재 반도체 스위치(111)로 유입되는 과전류가 사고 전류에 의한 것이라고 판단할 수 있다. 따라서 검출 제어부(351)는 SSCB 제어부(100)에 사고 전류가 발생하였음을 알리는 사고 전류 검출 신호를 전송할 수 있다(S512). Meanwhile, as a result of comparing the integral value and the preset threshold value as a result of the detection in step S510 , if the integral value is greater than or equal to the threshold value, the
반면 상기 S510 단계의 검출 결과 적분값과 기 설정된 임계값을 비교한 결과, 적분값이 상기 임계값 미만인 경우라면 검출 제어부(351)는 반도체 전류 센서(303)를 통해 검출되는 전압으로부터, 반도체 스위치(111)로 유입되는 전류 상태가 복원되었는지 여부를 검출할 수 있다(S514). On the other hand, as a result of comparing the detection result of step S510 with the preset threshold value, if the integral value is less than the threshold value, the
일 예로 검출 제어부(351)는 S514 단계의 검출 결과 반도체 전류 센서(303)를 통해 검출되는 전압이 정격 전압 레벨로 복원되는 경우 반도체 스위치(111)로 유입되는 전류 상태가 복원된 것으로 판단할 수 있다. 그러면 검출 제어부(351)는 SSCB 제어부(100)에 전류 상태가 복원되었음을 알리는 전류 복원 신호를 전송할 수 있다(S512). As an example, the
그리고 검출 제어부(351)는 초기화부(302)를 제어하여 전류 검출 라인의 상태를 초기화할 수 있다(S518). 그리고 다시 S500 단계로 진행하여 반도체 스위치(111)로 유입되는 전류를 검출할 수 있다. 따라서 현재까지 산출된 전류 적산량이 초기화되고, 검출되는 전류의 변화에 따라 상기 S500 단계에서 S518 단계에 이르는 과정이 다시 수행될 수 있다. The
한편, 상술한 도 5의 과정을 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(160)는 과전류가 검출되는 경우, 노이즈성 과전류인지 사고 전류인지 여부를 판단하기 이전에, SSCB 제어부(100)에 과전류의 발생을 알리는 과전류 검출 신호를 전송할 수 있다. On the other hand, looking at the process of FIG. 5 described above, when the overcurrent is detected, the
따라서 SSCB 제어부(100)는 과전류가 검출된 상태라고 할지라도, 상기 과전류가 사고 전류로 판별되기 전까지는 전력 계통과 부하 또는 다른 전력 계통이 연결된 상태를 그대로 유지할 수 있다. 그러므로 검출된 과전류가 노이즈성 과전류인 경우, 회로가 연결된 상태가 유지될 수 있다. Therefore, even when the overcurrent is detected, the
반면 상기 검출된 과전류가 노이즈성 과전류가 아니라 사고 전류인 경우라면, 상기 과전류가 사고 전류로 판별되기 전까지 사고 전류에 따른 과전류가 부하 또는 다른 전력 계통에 그대로 공급될 수 있다. 이 경우 상기 사고 전류에 의해 상기 부하 또는 상기 다른 전력 계통의 구성 요소들이 소손될 우려가 있다. On the other hand, if the detected overcurrent is a fault current rather than a noise overcurrent, the overcurrent according to the fault current may be directly supplied to the load or other power system until the overcurrent is determined as the fault current. In this case, there is a risk that the load or other components of the power system may be damaged by the fault current.
이에 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 SSCB 제어부(100)는 전류 센서(160)로부터 과전류 검출 신호가 전송되는 경우 과전류로 인한 소손을 방지하기 위해, 각 반도체 스위치(111, 112) 게이트 단자에 인가되는 게이트 전압을 제한하여 각 반도체 스위치(111, 112)를 통해 출력되는 허용 전류 내량을 제한할 수 있다. Accordingly, when the overcurrent detection signal is transmitted from the
한편 상기 SSCB 제어부(100)는 전류 센서(160)로부터 사고 전류 검출 신호 또는 전류 복원 신호가 전송되기 전까지 상기 게이트 전압 제한을 통해 각 반도체 스위치(111, 112)의 허용 전류 내량을 제한하는 상태를 유지할 수 있다. 그리고 상기 사고 전류 검출 신호가 수신되는 경우에는 차단 스위치(150)를 오프하여, 전류가 공급되는 전력 계통으로부터 부하 또는 상기 전류를 공급받는 다른 전력 계통을 차단할 수 있다. Meanwhile, the
반면 상기 SSCB 제어부(100)는 상기 전류 복원 신호가 수신되는 경우에는 상기 제한된 게이트 전압을 복원하여, 허용 전류 내량이 제한된 상태를 해제할 수 있다. 이하 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(160)로부터 전송되는 신호에 따라 각 반도체 스위치(111)의 게이트 전압을 출력하는 게이트 드라이버를 제어하는 SSCB 제어부(100)의 동작 과정을 하기 도 8을 참조하여 보다 자세하게 살펴보기로 한다. On the other hand, when the current restoration signal is received, the
한편 상술한 도 5에서는 일정 시간이 경과되었는지 여부를 검출하고, 상기 일정 시간이 경과된 경우에 상기 일정 시간 동안 적분을 통해 적산된 값과 기 설정된 임계값을 비교하여, 현재 발생된 과전류가 노이즈성 과전류인지 사고 전류인지 여부를 판별하였으나, 이와는 달리 상기 적산된 값이 기 설정된 임계값 이상인 경우 상기 일정 시간이 경과하기 전에도 현재 발생된 과전류를 사고 전류로 판별할 수도 있음은 물론이다. Meanwhile, in FIG. 5 described above, it is detected whether a predetermined time has elapsed, and when the predetermined time has elapsed, a value accumulated through integration for the predetermined time is compared with a preset threshold value, and the currently generated overcurrent is noise-related. Although it is determined whether it is an overcurrent or a fault current, if the integrated value is equal to or greater than a preset threshold value, it is of course also possible to determine the current generated overcurrent as the fault current even before the lapse of the predetermined time.
이를 위해 검출 제어부(351)는 상기 S506 단계에서 상기 일정 시간이 경과되기 전에도 현재까지 적분된 적분값이 상기 임계값 이상인지 여부를 판별할 수 있으며, 그 결과에 따라 상기 사고 전류 검출 신호를 SSCB 제어부(100)에 전송할 수 있다. To this end, the
도 7은 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 전류 센서(160)에서, 검출 제어부(351)가 일정 시간이 경과하기 전에 과전류 여부를 판별하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 7 is a flowchart illustrating an operation process in which the
도 7을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 검출 제어부(351)는 상기 도 5의 S508 단계에서 기 설정된 시간이 경과하지 않은 경우, 전류값이 증가하기 시작한 제1 시점(toff_1) 이후부터 현재 시점까지의 전류값을 적분할 수 있다(S700). 그리고 현재까지 적분된 적분값이 상기 임계값 이상인지 여부를 검출할 수 있다(S702). Referring to FIG. 7 , the
그리고 상기 S702 단계의 검출 결과 현재까지 적분된 적분값이 상기 임계값 이상인 경우라면, 검출 제어부(351)는 SSCB 제어부(100)에 사고 전류가 발생하였음을 알리는 사고 전류 검출 신호를 전송할 수 있다(S704). And if the integrated value integrated so far is equal to or greater than the threshold as a result of the detection in step S702, the
따라서 기 설정된 시간이 경과되기 전에도, 상기 적분값이 상기 임계값을 넘는 경우에는 상기 일정 시간이 경과될 때까지 기다릴 필요 없이 사고 전류 검출 신호를 SSCB 제어부(100)로 바로 전송함으로써, SSCB 제어부(100)가 보다 빨리 차단 스위치(150)를 제어하여, 사고 전류가 유입되는 전력 계통으로부터 부하 또는 다른 전력 계통을 보호하도록 할 수 있다. Therefore, even before the preset time elapses, when the integral value exceeds the threshold value, the fault current detection signal is directly transmitted to the
반면 상기 S702 단계의 검출 결과 현재까지의 적분값이 상기 임계값 미만인 경우라면, 검출 제어부(351)는 도 5의 S508 단계로 진행하여 기 설정된 시간이 경과되었는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 기 설정된 시간이 경과된 경우, 도 5의 S510 단계에서 상기 기 설정된 시간 동안 적산된 값, 즉 적분값이 상기 임계값 이상인지 여부를 검출할 수 있다. On the other hand, if it is determined in step S702 that the integral value to date is less than the threshold, the
그러나 상기 S508 단계의 판단 결과 기 설정된 시간이 경과되지 않은 경우라면, 검출 제어부(351)는 다시 S700 단계로 진행하여 상기 제1 시점(toff_1) 이후부터 현재 시점까지의 전류값을 적분할 수 있다. 그리고 상기 S702 단계의 판단 결과에 따라 사고 전류 검출 신호를 전송하거나(S704), 도 5의 S508 단계로 진입하는 과정을 다시 수행할 수 있다. However, if it is determined in step S508 that the preset time has not elapsed, the
한편 상술한 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 전류 센서(160)가 과전류의 발생을 검출하고, 검출된 과전류가 노이즈성 과전류인지 또는 사고 전류인지 여부를 식별하여 식별 결과를 상기 반도체 회로 차단기(10)의 전반적인 동작을 제어하는 SSCB 제어부(100)에 전송하는 동작 과정을 설명하였다. Meanwhile, in the above description, the
이하의 설명에서는 상기 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(160)로부터 수신되는 검출 신호에 따라 상기 반도체 회로 차단기(10)의 동작을 제어하는 SSCB 제어부(100)의 동작 과정을, 하기 도 8을 참조하여 살펴보기로 한다. In the following description, the operation process of the
도 8은, 상술한 전류 센서(160)로부터 검출된 과전류 식별 결과에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 8 is a flowchart illustrating an operation process of the
도 8을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)의 SSCB 제어부(100)는 먼저 차단 스위치(150)를 온 하여 전류가 공급되는 전력 계통과, 부하(또는 다른 전력 계통)를 상기 반도체 회로 차단기(10)를 경유하여 연결할 수 있다. 그리고 구비된 전류 센서(160)를 구동하여 상기 전력 계통으로부터 유입되는 전류를 검출할 수 있다(S800). Referring to FIG. 8 , the
이 경우 상기 SSCB 제어부(100)는, 기 설정된 크기의 게이트 전압이 각 반도체 스위치(111, 112)의 게이트 단자들에 인가되도록, 상기 각 반도체 스위치(111, 112)의 게이트 드라이버들(141, 142)을 구동할 수 있다. 따라서 게이트 드라이버들의 출력 전압, 즉 게이트 전압에 따라 각 반도체 스위치의 입력단과 출력단 사이가 도통될 수 있으며, 이에 따라 상기 전력 계통과, 부하(또는 다른 전력 계통)가 상기 반도체 회로 차단기(10)를 경유하여 전기적으로 연결될 수 있다. In this case, the
이처럼 전력 계통과 부하(또는 다른 전력 계통)가 연결된 상태에서 SSCB 제어부(100)는, 상기 전류 센서(160)로부터 과전류 검출 신호가 수신되었는지 여부를 체크할 수 있다(S802). 그리고 상기 과전류 검출 신호가 전류 센서(160)로부터 수신되는 경우, SSCB 제어부(100)는 출력 전압이 일정 수준 제한되도록 각 게이트 드라이버들(141, 142)을 제어할 수 있다(S804). In such a state that the power system and the load (or other power system) are connected, the
그러면 각 게이트 드라이버들(141, 142)은 정상 상태에서 출력하는 전압보다 더 낮은 전압을 각 반도체 스위치(111, 112)의 게이트 단자에 인가할 수 있다. 따라서 각 반도체 스위치(111, 112)의 입력단과 출력단의 저항 차가 줄어들게 되고, 각 반도체 스위치(111, 112)를 통해 흐를 수 있는 최대 전류 크기, 즉 허용 전류 내량이 줄어들 수 있다. Then, each of the
그러면 줄어든 허용 전류 내량에 따라 반도체 스위치부(110)에서 출력되는 전류의 크기가 제한될 수 있다. 여기서 상기 작아진 허용 전류 내량에 따라 제한된 전류 크기는, 반도체 회로 차단기(10)에서 허용되는 허용 전류 크기 이하일 수 있다. Then, the magnitude of the current output from the
한편 상기 S804 단계에서, 게이트 드라이버의 출력 전압이 제한되는 경우, SSCB 제어부(100)는 전류 센서(160)로부터, 전력 계통으로부터 유입되는 전류 레벨이 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호가 수신되었는지 여부를 체크할 수 있다(S806). Meanwhile, in step S804, when the output voltage of the gate driver is limited, the
그리고 전류 복원 신호가 수신되는 경우라면 상기 S804 단계에서 제한된 게이트 드라이버 출력 전압을 정상 레벨의 전압으로 복원할 수 있다(S808). 따라서 게이트 단자에 인가되는 전압이 정상 상태의 전압으로 증가되고, 각 반도체 스위치(111, 112)의 허용 전류 내량이 복원될 수 있다. 그러면 SSCB 제어부(100)는 다시 S802 단계로 진행하여 전류 센서(160)로부터 과전류 검출 신호가 수신되었는지 여부를 체크할 수 있다. And if the current restoration signal is received, the gate driver output voltage limited in step S804 may be restored to a normal level voltage (S808). Accordingly, the voltage applied to the gate terminal is increased to a normal voltage, and the allowable current tolerance of each of the semiconductor switches 111 and 112 may be restored. Then, the
한편 상기 S806 단계에서 전류 복원 신호가 수신되지 않은 경우라면, SSCB 제어부(100)는 전류 센서(160)로부터 사고 전류 검출 신호가 수신되었는지 여부를 체크할 수 있다(S810). Meanwhile, if the current restoration signal is not received in step S806, the
그리고 상기 S810 단계의 체크 결과, 사고 전류 검출 신호가 수신되지 않은 경우라면, 다시 S806 단계로 진행하여 반도체 스위치부(110)로 유입되는 전류 레벨이 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호가 수신되었는지 여부를 체크할 수 있다. 그리고 체크 결과에 따라 상기 S808 단계로 진행하여 게이트 드라이버 출력 전압을 복원하거나 또는 다시 S810 단계로 진행하여 전류 센서(160)로부터 사고 전류 검출 신호가 수신되었는지 여부를 체크할 수 있다. And if it is determined that the fault current detection signal is not received as a result of the check in step S810, the process proceeds to step S806 to check whether a current recovery signal indicating that the current level flowing into the
반면 상기 S810 단계의 체크 결과, 사고 전류 검출 신호가 수신된 경우라면, SSCB 제어부(100)는 전력 계통으로부터 현재 유입되는 전류가 사고 전류에 따른 과전류라고 판단할 수 있다. 따라서 SSCB 제어부(100)는 차단 스위치(150)를 제어하여 상기 사고 전류가 발생한 전력 계통과 부하(또는 다른 전력 계통) 사이의 연결을 차단하여, 사고 전류로부터 상기 부하(또는 다른 전력 계통)를 보호할 수 있다(S812). On the other hand, as a result of the check in step S810, if the fault current detection signal is received, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전류 센서(160)는 과전류가 검출되는 경우, 상기 과전류가 노이즈성 과전류인지 사고 전류인지 여부를 판단하기 이전에 과전류가 발생하였음을 나타내는 과전류 검출 신호를 SSCB 제어부(100)에 전송하고, SSCB 제어부(100)는 상기 과전류 검출 신호가 수신되는 경우, 상기 전류 센서(160)로부터 상기 과전류가 사고 전류임을 나타내는 사고 전류 검출 신호가 수신되거나 또는 전류 상태가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호가 수신될 때까지 게이트 드라이버의 출력 전압을 제한하는 상태를 유지할 수 있도록 한다. As described above, when an overcurrent is detected, the
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)는, 상기 과전류의 발생에도 불구하고 전력 계통과 부하(또는 다른 전력 계통) 사이의 연결을 차단하지 않을 수 있다. Therefore, the
또한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기(10)는 현재 유입된 과전류가 사고 전류인 경우에도, 게이트 드라이버의 출력 전압 제한을 통해 반도체 스위치부(110)를 통해 출력되는 허용 전류 내량을 제한하여, 상기 과전류가 사고 전류로 판별되는 시간 동안 유입되는 과전류로 인하여 부하 또는 다른 전력 계통이 소손되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the
전술한 본 발명과 관련된 반도체 회로 차단기(10)를 제어하는 SSCB 제어부(100) 및 상기 반도체 회로 차단기(10)의 전류 센서(160)를 제어하는 검출 제어부(351)의 제어 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. The control method of the
컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 반도체 회로 차단기(10)의 SSCB 제어부(100) 또는 전류 센서(160)의 검출 제어부(351)를 포함할 수 있다. Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. There is also a carrier wave (eg, transmission over the Internet) that is implemented in the form of. In addition, the computer may include the
따라서 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Accordingly, the detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
10 : 반도체 회로 차단기
100 : SSCB 제어부
110 : 반도체 스위치부
111 : 제1 반도체 스위치
112 : 제2 반도체 스위치
121 : 제1 다이오드
122 : 제2 다이오드
130 : 과전압 억제부
141 : 제1 게이트 드라이버
142 : 제2 게이트 드라이버
150 : 차단 스위치
160 : 전류 센서10: semiconductor circuit breaker
100: SSCB control unit 110: semiconductor switch unit
111: first semiconductor switch 112: second semiconductor switch
121: first diode 122: second diode
130: overvoltage suppressor 141: first gate driver
142: second gate driver 150: cut-off switch
160: current sensor
Claims (16)
상기 반도체 회로 차단기의 반도체 스위치 중 어느 하나에 유입되는 전류의 전압으로부터 전류의 크기 변화를 검출하는 전류 검출부;
상기 전류의 크기 변화를 검출한 결과, 전류의 크기가 증가되면 전류 크기가 증가된 제1 시점으로부터 경과되는 시간에 따라 검출되는 전류 크기를 적분하는 적분부; 및,
상기 전류 검출부의 검출 결과 전류 크기가 증가하는 경우 과전류 발생을 나타내는 과전류 검출 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하고, 상기 적분부의 적분 결과에 따라 상기 제1 시점 이후로부터 경과된 시간에 따라 적산된 값을, 기 설정된 임계값과 비교한 비교 결과에 따라 사고 전류의 발생을 나타내는 사고 전류 검출 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하는 검출 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서. In the current sensor provided in the semiconductor circuit breaker,
a current detector for detecting a change in the magnitude of the current from the voltage of the current flowing into any one of the semiconductor switches of the semiconductor circuit breaker;
as a result of detecting the change in the magnitude of the current, when the magnitude of the current increases, an integrator integrating the magnitude of the current detected according to a time elapsed from a first time point at which the magnitude of the current is increased; and,
When the detection result of the current detection unit increases the current level, an overcurrent detection signal indicating the occurrence of overcurrent is transmitted to the control unit of the semiconductor circuit breaker, and according to the integration result of the integrator, it is integrated according to the time elapsed from the first time point. and a detection control unit configured to transmit a fault current detection signal indicating generation of fault current to the control unit of the semiconductor circuit breaker according to a comparison result of comparing the value with a preset threshold value.
DESAT(Desaturation fault detection) 방식에 따라 상기 어느 하나의 반도체 스위치의 소스 단자와 드레인 단자 사이의 전압에 근거하여, 전력 계통으로부터 유입되는 전류의 크기 변화를 검출하는 반도체 전류 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서. According to claim 1, wherein the current detection unit,
Based on the voltage between the source terminal and the drain terminal of the one semiconductor switch according to the DESAT (Desaturation fault detection) method, it further comprises a semiconductor current detection unit for detecting a change in the magnitude of the current flowing from the power system. current sensor.
상기 전류 검출부의 검출 결과, 상기 제1 시점 이후에 검출되는 전류 레벨이 정상 수준으로 복원되면, 전류 상태가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 더 전송하는 것을 특징으로 하는 전류 센서. According to claim 1, wherein the detection control unit,
As a result of the detection of the current detector, when the current level detected after the first time point is restored to a normal level, the current sensor further transmits a current restoration signal indicating that the current state is restored to the controller of the semiconductor circuit breaker .
상기 적분부를 제어하여, 상기 제1 시점 이후로부터 기 설정된 시간 동안 적산된 값을 산출하고, 산출된 값을 상기 임계값과 비교하는 것을 특징으로 하는 전류 센서. According to claim 1, wherein the detection control unit,
The current sensor, characterized in that by controlling the integrator to calculate an integrated value for a preset time after the first time point, and compare the calculated value with the threshold value.
상기 전류 센서는,
상기 어느 하나의 반도체 스위치가 온 되는 경우에 발생하는 돌입 전류에 의하여 과전류가 검출되는 것을 방지하기 위한 초기 충전 회로를 더 포함하며,
상기 제1 시점은,
상기 초기 충전 회로를 포함하는 상기 전류 검출부 전단의 하드웨어에서 흡수되는 과전류 이상의 과전류가 발생함에 따라, 상기 어느 하나의 반도체 스위치로 유입되는 전류의 크기가 증가되는 시점임을 특징으로 하는 전류 센서. According to claim 1,
The current sensor is
Further comprising an initial charging circuit for preventing overcurrent from being detected by inrush current generated when any one of the semiconductor switches is turned on,
The first time point is
The current sensor, characterized in that, as an overcurrent greater than or equal to the overcurrent absorbed by the hardware at the front end of the current detection unit including the initial charging circuit occurs, it is a point in time when the magnitude of the current flowing into the one semiconductor switch increases.
상기 반도체 회로 차단기의 반도체 스위치 중 어느 하나에 유입되는 전류의 전압으로부터 전류의 크기 변화를 검출하는 단계;
상기 검출 결과 전류의 크기가 증가하는 경우 과전류의 발생을 알리기 위한 과전류 검출 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하는 단계;
상기 전류 크기의 증가가 검출된 제1 시점으로부터 경과되는 시간에 따라 검출되는 전류의 크기를 적분하는 단계;
상기 적분 결과에 따라 상기 제1 시점 이후로부터 경과된 시간 동안 적산된 값을, 기 설정된 임계값과 비교하는 단계; 및,
상기 비교 결과, 상기 적산된 값이 상기 임계값 이상인 경우 사고 전류의 발생을 나타내는 사고 전류 검출 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 제어 방법.In the control method of a current sensor provided in a semiconductor circuit breaker,
detecting a change in the magnitude of the current from the voltage of the current flowing into any one of the semiconductor switches of the semiconductor circuit breaker;
transmitting an overcurrent detection signal for notifying the occurrence of overcurrent to a control unit of the semiconductor circuit breaker when the magnitude of the current increases as a result of the detection;
integrating the magnitude of the detected current according to a time elapsed from the first time point at which the increase in the magnitude of the current is detected;
comparing an integrated value for a time elapsed from the first time point and a preset threshold value according to the integration result; and,
and transmitting a fault current detection signal indicating generation of a fault current to a control unit of the semiconductor circuit breaker when the integrated value is equal to or greater than the threshold as a result of the comparison.
DESAT(Desaturation fault detection) 방식에 따라 상기 어느 하나의 반도체 스위치의 소스 단자와 드레인 단자 사이의 전압에 근거하여 검출되는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 제어 방법.According to claim 6, The change in the magnitude of the current,
A control method of a current sensor, characterized in that the detection is performed based on a voltage between a source terminal and a drain terminal of the one semiconductor switch according to a desaturation fault detection (DESAT) method.
상기 적산된 값을, 기 설정된 임계값과 비교하는 단계는,
상기 비교 결과 상기 적산된 값이 상기 임계값 미만인 경우, 상기 어느 하나의 반도체 스위치에 유입되는 전류의 크기 변화를 재검출하는 단계; 및,
상기 재검출 결과에 따라 전류 상태가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호를 상기 반도체 회로 차단기의 제어부에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 센서의 제어 방법.7. The method of claim 6,
The step of comparing the integrated value with a preset threshold value,
re-detecting a change in the magnitude of the current flowing into the one semiconductor switch when the integrated value is less than the threshold value as a result of the comparison; and,
and transmitting a current restoration signal indicating that the current state is restored according to the re-detection result to a control unit of the semiconductor circuit breaker.
상기 검출되는 전류의 크기를 적분하는 단계는,
상기 제1 시점 이후로부터 기 설정된 시간이 경과할 때까지 상기 검출되는 전류의 크기를 적분하는 단계이며,
상기 적산된 값을, 기 설정된 임계값과 비교하는 단계는,
상기 기 설정된 시간 동안 적산된 값을 상기 기 설정된 임계값과 비교하는 단계임을 특징으로 하는 전류 센서의 제어 방법.7. The method of claim 6,
Integrating the magnitude of the detected current comprises:
Integrating the magnitude of the detected current from after the first time point until a preset time elapses,
The step of comparing the integrated value with a preset threshold value,
The method of controlling a current sensor, characterized in that the step of comparing the value accumulated for the preset time with the preset threshold value.
상기 전류 센서는,
상기 어느 하나의 반도체 스위치가 온 되는 경우에 발생하는 돌입 전류에 의하여 과전류가 검출되는 것을 방지하기 위한 초기 충전 회로를 더 포함하며,
상기 제1 시점은,
상기 초기 충전 회로를 포함하는 상기 전류 센서의 하드웨어에서 흡수되는 과전류 이상의 과전류가 발생함에 따라, 상기 어느 하나의 반도체 스위치로 유입되는 전류의 크기가 증가되는 시점임을 특징으로 하는 전류 센서의 제어 방법.7. The method of claim 6,
The current sensor is
Further comprising an initial charging circuit for preventing overcurrent from being detected by inrush current generated when any one of the semiconductor switches is turned on,
The first time point is
The control method of a current sensor, characterized in that when the amount of the current flowing into the one of the semiconductor switches increases as an overcurrent greater than the overcurrent absorbed by the hardware of the current sensor including the initial charging circuit occurs.
전력 계통으로부터, 상기 반도체 회로 차단기 및 부하를 물리적으로 연결시키거나 또는 절연시키는 차단 스위치;
게이트 단자에 인가되는 게이트 전압에 따라, 상기 전력 계통으로부터 상기 부하로 공급되는 전류의 최대 크기가 결정되는 복수의 반도체 스위치를 포함하는 반도체 스위치부;
상기 복수의 반도체 스위치의 각 게이트 단자에, 게이트 전압을 인가는 복수의 게이트 드라이버;
상기 전력 계통으로부터 유입되는 전류를 센싱하는 상기 전류 센서; 및,
상기 전류 센서로부터, 과전류의 발생을 나타내는 과전류 검출신호가 수신되면, 제한된 게이트 전압이 각 게이트 단자에 인가되도록 상기 복수의 게이트 드라이버를 제어하고,
상기 게이트 전압이 제한된 상태에서, 상기 전류 센서로부터 사고 전류의 발생을 나타내는 사고 전류 검출 신호가 수신되면 상기 차단 스위치를 제어하여 상기 전력 계통으로부터 상기 반도체 회로 차단기 및 상기 부하를 절연시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기. The semiconductor circuit breaker comprising the current sensor of claim 1,
a disconnect switch that physically connects or insulates the semiconductor circuit breaker and the load from the power system;
a semiconductor switch unit including a plurality of semiconductor switches in which a maximum amount of current supplied from the power system to the load is determined according to a gate voltage applied to a gate terminal;
a plurality of gate drivers for applying a gate voltage to each gate terminal of the plurality of semiconductor switches;
the current sensor sensing the current flowing in from the power system; and,
When an overcurrent detection signal indicating occurrence of overcurrent is received from the current sensor, controlling the plurality of gate drivers so that a limited gate voltage is applied to each gate terminal;
In a state in which the gate voltage is limited, when a fault current detection signal indicating generation of a fault current is received from the current sensor, a control unit for controlling the cut-off switch to insulate the semiconductor circuit breaker and the load from the power system. Characterized by a semiconductor circuit breaker.
상기 제한된 게이트 전압은,
상기 게이트 드라이버가 정상 동작 상태에서 출력하는 정상 게이트 전압보다 낮은 전압이며,
상기 복수의 반도체 스위치는,
상기 게이트 전압이 제한됨에 따라 출력 가능한 전류 최대량이 제한되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기. 12. The method of claim 11,
The limited gate voltage is
a voltage lower than the normal gate voltage output by the gate driver in a normal operating state,
The plurality of semiconductor switches,
The semiconductor circuit breaker according to claim 1, wherein the maximum amount of output current is limited as the gate voltage is limited.
상기 게이트 전압이 제한된 상태에서, 상기 전류 센서로부터 상기 전력 계통으로부터 유입되는 전류 크기가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호가 수신되면, 상기 제한된 게이트 전압을 복원하도록 상기 복수의 게이트 드라이버를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기. The method of claim 11, wherein the control unit,
In a state in which the gate voltage is limited, when a current restoration signal indicating that the magnitude of the current flowing from the power system is restored is received from the current sensor, controlling the plurality of gate drivers to restore the limited gate voltage semiconductor circuit breaker.
상기 과전류 검출 신호가 수신되면, 상기 사고 전류 검출 신호 또는 상기 전류 복원 신호가 수신될 때까지 상기 게이트 전압이 제한되는 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.The method of claim 13, wherein the control unit,
When the overcurrent detection signal is received, the gate voltage is maintained in a limited state until the fault current detection signal or the current restoration signal is received.
차단 스위치 및, 상기 반도체 회로 차단기에 구비된 복수의 반도체 스위치에 게이트 전압을 인가하는 게이트 드라이버들을 구동하여, 전력 계통과 부하 사이를 전기적으로 연결하는 단계;
상기 전류 센서로부터, 상기 전력 계통으로부터 과전류가 유입됨을 나타내는 과전류 검출 신호의 수신 여부를 검출하는 단계;
상기 과전류 검출 신호가 수신된 경우, 제한된 게이트 전압을 인가하도록 상기 게이트 드라이버들을 제어하는 단계;
상기 제한된 게이트 전압을 인가하도록 상기 게이트 드라이버들을 제어하는 상태에서, 사고 전류의 발생을 나타내는 사고 전류 검출 신호 또는 전류 크기가 복원되었음을 나타내는 전류 복원 신호가 상기 전류 센서로부터 수신되었는지 여부를 체크하는 단계; 및,
상기 체크 결과, 상기 전류 센서로부터 수신된 신호에 따라 상기 차단 스위치를 제어하여 상기 전력 계통으로부터 상기 반도체 회로 차단기 및 상기 부하를 절연시키거나, 상기 제한된 게이트 전압을 복원하도록 상기 복수의 게이트 드라이버를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법. In the control method of a semiconductor circuit breaker comprising the current sensor of claim 1,
electrically connecting a power system and a load by driving a blocking switch and gate drivers applying a gate voltage to a plurality of semiconductor switches provided in the semiconductor circuit breaker;
detecting, from the current sensor, whether an overcurrent detection signal indicating that an overcurrent flows from the power system is received;
controlling the gate drivers to apply a limited gate voltage when the overcurrent detection signal is received;
checking whether a fault current detection signal indicating generation of a fault current or a current recovery signal indicating that a current magnitude has been restored is received from the current sensor while controlling the gate drivers to apply the limited gate voltage; and,
As a result of the check, controlling the cut-off switch according to the signal received from the current sensor to insulate the semiconductor circuit breaker and the load from the power system, or to control the plurality of gate drivers to restore the limited gate voltage A method of controlling a semiconductor circuit breaker comprising the steps of.
상기 제한된 게이트 전압은,
상기 게이트 드라이버가 정상 동작 상태에서 출력하는 정상 게이트 전압보다 낮은 전압이며,
상기 복수의 반도체 스위치는,
상기 게이트 전압이 제한됨에 따라 출력 가능한 전류 최대량이 제한되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.16. The method of claim 15,
The limited gate voltage is
a voltage lower than the normal gate voltage output by the gate driver in a normal operating state,
The plurality of semiconductor switches,
The control method of a semiconductor circuit breaker, characterized in that the maximum amount of output current is limited as the gate voltage is limited.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210040463A KR20220135015A (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Solid state circuit breaker(sscb), current sensor of the sscb, and control method of the sscb and the current sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210040463A KR20220135015A (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Solid state circuit breaker(sscb), current sensor of the sscb, and control method of the sscb and the current sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220135015A true KR20220135015A (en) | 2022-10-06 |
Family
ID=83597116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210040463A KR20220135015A (en) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | Solid state circuit breaker(sscb), current sensor of the sscb, and control method of the sscb and the current sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20220135015A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102521738B1 (en) * | 2023-03-14 | 2023-04-17 | (주)에너담 | Non-Powered Switch Type Current Sensor |
KR102643209B1 (en) * | 2022-12-23 | 2024-03-06 | 한국전자기술연구원 | Overcurrent protection method and device for semiconductor device |
-
2021
- 2021-03-29 KR KR1020210040463A patent/KR20220135015A/en active Search and Examination
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102643209B1 (en) * | 2022-12-23 | 2024-03-06 | 한국전자기술연구원 | Overcurrent protection method and device for semiconductor device |
KR102521738B1 (en) * | 2023-03-14 | 2023-04-17 | (주)에너담 | Non-Powered Switch Type Current Sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11005254B2 (en) | System and method for protecting a solid-state power controller | |
CN104283421B (en) | Fault detect in hot plug application | |
EP2684267B1 (en) | A current limitation system for limiting the effects of a fault in a dc grid and a method of operating a current limitation system | |
KR20220135015A (en) | Solid state circuit breaker(sscb), current sensor of the sscb, and control method of the sscb and the current sensor | |
EP2684268B1 (en) | A dc grid and a method of limiting the effects of a fault in a dc grid | |
EP1847001B1 (en) | Active current surge limiters | |
US20140029152A1 (en) | Solid-state circuit breakers | |
EP2695267B1 (en) | Fast breaker failure detection for hvdc circuit breakers | |
KR20040007608A (en) | Overcurrent detection and protection apparatus for switching element | |
MX2012005659A (en) | Device and method to break the current of a power transmission or distribution line and current limiting arrangement. | |
EP3363086B1 (en) | Semiconductor circuit interruption devices using current filtering to improve device coordination | |
GB2479535A (en) | Current limiter for a vehicle power distribution network | |
TWI502853B (en) | Short circuit control for high current pulse power supply | |
US20070035906A1 (en) | Transient blocking unit | |
KR20220131731A (en) | Solid state circuit breaker(sscb) and control method thereof | |
CN108370149B (en) | Vehicle control device | |
CN115534677A (en) | Short-circuit protection method for high-voltage circuit | |
KR20220131732A (en) | Solid state circuit breaker(sscb) and control method thereof | |
KR101431659B1 (en) | Distribution switchboard with multi protection device | |
KR102656808B1 (en) | Solid state circuit breaker(sscb) | |
KR20230006299A (en) | Sscb(solid state circuit breaker) and method for controlling the sscb | |
CN219477583U (en) | Zero-loss depth current limiting device | |
KR102652768B1 (en) | Bpu(battery protection unit) and method for controlling thereof | |
KR20230096655A (en) | Solid state circuit breaker(sscb) and control method thereof | |
JP7159236B2 (en) | Short circuit breaker for DC power supply equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination |