WO2020022693A1 - 전원 절체 스위치 - Google Patents

전원 절체 스위치 Download PDF

Info

Publication number
WO2020022693A1
WO2020022693A1 PCT/KR2019/008812 KR2019008812W WO2020022693A1 WO 2020022693 A1 WO2020022693 A1 WO 2020022693A1 KR 2019008812 W KR2019008812 W KR 2019008812W WO 2020022693 A1 WO2020022693 A1 WO 2020022693A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
semiconductor
power
switching element
switch
processing equipment
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/008812
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
강병희
권순직
최재일
Original Assignee
(주)신아이엔지
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 (주)신아이엔지 filed Critical (주)신아이엔지
Publication of WO2020022693A1 publication Critical patent/WO2020022693A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
    • G11C5/14—Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
    • G11C5/14—Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/141—Battery and back-up supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems

Definitions

  • the present invention relates to a power transfer switch, and to a power transfer switch that can supply another stable power supply in an unstable state when the power supplied in the semiconductor manufacturing process is unstable. More specifically, the present invention provides a power switching switch capable of operating at a high speed in order to supply a stable reserve power in an unstable state when an output power of an Uninterruptible Power Supply System (UPS) supplied to a semiconductor manufacturing process facility is unstable. It is about.
  • UPS Uninterruptible Power Supply System
  • a semiconductor manufacturing process includes a main power supply and a standby power supply to receive a plurality of power supplies in order to prepare for various power quality problems from a power system.
  • Main power and backup power can be supplied from uninterruptible power supply or KEPCO substation.In semiconductor manufacturing process, main power is supplied from uninterruptible power supply for more stable power supply, and reserve power is supplied from KEPCO substation. In addition, additional uninterruptible power supplies can be connected as spare power.
  • a control operation by a programmable logic controller is performed for each process facility.
  • PLC programmable logic controller
  • the maximum allowable power failure time of the magnetic contactor coil mainly used in the PLC is preferably within 2 ms.
  • the power switching switch is used to cut off the power supply of the main power and to connect the power supply from the stable backup power so that the optimized production conditions of the semiconductor manufacturing process equipment are not affected.
  • the transfer switch is a relay type or a semiconductor switch type.
  • the relay type power switch requires a long time of 10 ms or more in that it is a mechanical switch type, and a silicon controlled rectifier (SCR) is used for the general semiconductor switch type power switch used in a semiconductor manufacturing process facility.
  • SCR silicon controlled rectifier
  • main power and spare power need to be synchronized for off operation to cut off main power and on operation for connecting power. There is a problem that it is necessary.
  • a typical semiconductor switch type power switch is a static transfer switches (STS) type power switching switch using a silicon controlled rectifier (SCR).
  • STS static transfer switches
  • SCR silicon controlled rectifier
  • the switching speed is 4ms to 10ms, which can be switched faster than a relay type power switching switch.
  • STS static transfer switches
  • SCR silicon controlled rectifier
  • a 10ms instantaneous power failure occurs because a current commutation time is required in order to prevent the main power supply from being cut off and to prevent both of the power supply and the short circuit.
  • Load current and voltage detection algorithms are required to detect fluctuations and commutation, and there is a problem that mean time between failure (MTBF) is lowered due to increased system control complexity.
  • MTBF mean time between failure
  • Korean Patent Publication No. 10-1564736 relates to a relay type power switching switch, which sets a voltage applied during an On operation of a relay to be higher than a rated voltage, thereby shortening the time taken during an On operation and In the On state, the applied voltage is set lower than the rated voltage to shorten the time taken in the Off operation, but there is a problem that the time taken in the On operation is 5ms and exceeds 2ms. In addition, there is a problem in that the on time and the off time are not constant according to the mechanical characteristics, so it is not possible to accurately control the on time and the off time.
  • an input AC voltage Vin is input through terminals 1 and 2, which are input terminals, and is output through terminals 3 and 4, which are output terminals, and terminals 2 and 2, which are input terminals, are output terminals.
  • a switching element is connected between the third and second switching elements, the source of the first semiconductor switch Q1 and the source of the second semiconductor switch Q2 are connected to each other, and the switching element of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2
  • the diodes D1 and D2 are connected to the source and the emitter in reverse parallel, respectively.
  • the source of the first semiconductor switch Q1 and the source of the second semiconductor switch Q2 are connected to each other, and the source and emitter of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2.
  • the switching elements in which the diodes D1 and D2 are connected in reverse parallel are respectively shown, the switching operations of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 also frequently occur alternately.
  • Korean Patent Publication No. 10-0995698 the source of the first semiconductor switch Q1 and the source of the second semiconductor switch Q2 are connected to each other, and the source and emitter of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2. Is shown for switching elements in which diodes D1 and D2 are connected in reverse parallel, respectively, and are simultaneously turned on and off to gates of a first semiconductor switch Q1 and a second semiconductor switch Q2. Although is applied, this configuration is for pulse width modulation, there is a problem that switching operation occurs frequently.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and when the output power of the Uninterruptible Power Supply System (UPS) supplied to the semiconductor manufacturing process equipment is unstable, it is possible to operate at a high speed to supply a stable reserve power uninterrupted It is an object to provide a power transfer switch.
  • UPS Uninterruptible Power Supply System
  • another object of the present invention is to switch within a time within 1ms, when the power supplied to the PLC is unstable, within the maximum allowable power failure of the magnetic contactor coil so that the control operation by the PLC and the optimized semiconductor production conditions are not affected It aims to supply another stable and stable power source.
  • the present invention requires a load current and voltage detection algorithm for detecting current (commutation) in order to prevent the main power and the reserve power from being shorted to each other since the main power is cut off and the main power is connected at the same time during asynchronous transfer. Therefore, the objective is to prevent an increase in system control complexity and to prevent a decrease in mean time between failure (MTBF).
  • MTBF mean time between failure
  • an object of the present invention is to ensure that the power supply of the power supplied to the sensitive semiconductor manufacturing process equipment is not generated because the surge voltage caused by the switching operation when the connected power supply is stable.
  • another object of the present invention is to provide a power supply switching switch that can be switched in less than 1ms regardless of whether the two or more redundant power supplies are synchronous and asynchronous.
  • Another object of the present invention is to supply a high-quality power of the two or more redundant power supply to the load.
  • Another object of the present invention is to connect in the form of a distributed switch system in the range of less than about 10 [A] rated current of the magnetic contactor in the PLC switchboard of the semiconductor processing equipment, unlike in the conventional centralized switch.
  • An object of the present invention is to provide an ultra-compact high speed switch.
  • another object of the present invention is to remove the cooling fan by adopting a heat dissipation system by a natural convection cooling method to facilitate maintenance.
  • a first switching device capable of supplying power to the semiconductor processing equipment from the first power Vin1 to the semiconductor processing equipment and a power supply supplied from the second power supply Vin2 to the semiconductor processing equipment to the semiconductor processing equipment can be supplied in an orderless manner.
  • a power switching switch comprising a second switching element, wherein the first switching element includes a first semiconductor switch Q1 and a second semiconductor switch Q2, and includes a source and a first source of the first semiconductor switch Q1.
  • Sources of the two semiconductor switches Q2 are connected to each other, and diodes D1 and D2 are connected to the sources and the emitters of the first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor switch Q2 in reverse parallel, respectively, and the second
  • the switching element includes a third semiconductor switch Q3 and a fourth semiconductor switch Q4, the source of the third semiconductor switch Q3 and the source of the fourth semiconductor switch Q4 are connected to each other, and the third semiconductor switch (Q3) and 4
  • the diodes D3 and D4 are connected to the source and the emitter of the semiconductor switch Q4 in parallel in reverse directions, and when an abnormality occurs in the first power source Vin1, the first and second semiconductor switches of the first switching element ( An off signal is simultaneously applied to the gates of Q1 and Q2, and an on signal is simultaneously applied to the gates of the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 of the second switching element. It characterized in that it comprises a control unit.
  • the present invention comprises at least two first switching elements, one first switching element is connected between the first terminal of the first power source Vin1 and the third terminal on the semiconductor processing equipment side, and the other The first switching element is connected between the second terminal of the first power source Vin1 and the fourth terminal of the semiconductor processing equipment side.
  • the present invention comprises at least two or more second switching elements, one second switching element is connected between the first terminal of the second power source Vin2 and the third terminal of the semiconductor processing equipment side, and the other The second switching element is connected between the second terminal of the second power source Vin2 and the fourth terminal of the semiconductor processing equipment side.
  • the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 and the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 of the present invention may be formed of a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) or an insulating gate bipolarity. It is characterized in that the transistor (IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • An on-signal is simultaneously applied to the driving control unit of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 of the first switching element and the third and fourth semiconductors Q3 and Q4 of the second switching element. It is characterized in that the interlock (Interlock) circuit for preventing the connection.
  • the present invention provides a first switching device capable of supplying an uninterrupted supply of power supplied from the first power supply Vin1 to the semiconductor processing equipment, and an uninterrupted supply of power supplied from the second power supply Vin2 to the semiconductor processing equipment.
  • a second switching element wherein the first switching element and the second switching element each include first and second semiconductor switches Q1 and Q2 and third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4, respectively.
  • the source of the third semiconductor switch Q1 and Q3 and the source of the second and fourth semiconductor switches Q2 and Q4 are connected to each other, and the source of the first to fourth semiconductor switches Q1, Q2, Q3 and Q4 are already connected.
  • the driving controller detects an abnormality in the power supplied from the first power source Vin1 to the semiconductor processing equipment.
  • the first switching element The off signal is applied to the gates of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 at the same time, and simultaneously the gates of the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 of the second switching element are simultaneously applied.
  • S100 a first step (S100) to be applied; In the first step S100, after the power supplied from the first power Vin1 to the semiconductor processing equipment is cut off and the power supplied from the second power Vin2 to the semiconductor processing equipment is connected, the driving control unit is configured to supply the first power.
  • the present invention may also be a computer program stored in a medium for executing the switching method of the power transfer switch.
  • the present invention is switchable within a time of 1ms, when the power supplied to the PLC is unstable control power by the PLC and other power supply stable within the maximum allowable power failure of the magnetic contactor coil so that the optimized semiconductor production conditions are not affected There is an effect that can be supplied in an orderless manner.
  • the present invention requires a load current and voltage detection algorithm for detecting current (commutation) in order to prevent the main power and the reserve power from being shorted to each other since the main power is cut off and the main power is connected at the same time during asynchronous transfer. Therefore, it is possible to prevent the system control complexity from increasing and thereby prevent the decrease of Mean Time Between Failure (MTBF).
  • MTBF Mean Time Between Failure
  • the present invention has the effect that it is possible to stabilize the power supply of the power supplied to the sensitive semiconductor manufacturing process equipment does not generate a surge voltage by the switching operation when the connected power is stable.
  • the present invention has the effect that it is possible to switch at a time within 1 ms regardless of whether the two or more redundant power supplies synchronous or asynchronous.
  • the present invention has the effect that it is possible to supply a high-quality power of the two or more redundant power supply to the load.
  • the present invention has an effect that it is possible to provide an ultra-small high-speed transfer switch that is connected in a switch-type switch system of the distributed type in the range of less than about 10 [A] rated current of the magnetic contactor in the PLC distribution panel of the semiconductor processing equipment.
  • the present invention has the effect that it is easy to maintain by removing the cooling fan by adopting a heat dissipation system by the natural convection cooling method.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration in which power is supplied from a power source to a semiconductor processing equipment side in the prior art.
  • FIG. 2 schematically shows a configuration in which power is supplied from a redundant power supply to a semiconductor processing equipment side as a prior art.
  • FIG. 3 schematically illustrates a configuration in which a power is supplied to a semiconductor process equipment side by connecting to a relay power switching switch from a redundant power source as a conventional technology.
  • FIG. 4 schematically illustrates a configuration in which power is supplied from a redundant power source to a static transfer switches (STS) type power transfer switch using a silicon controlled rectifier (SCR) and supplied to a semiconductor process facility.
  • STS static transfer switches
  • SCR silicon controlled rectifier
  • FIG. 5 schematically illustrates a configuration in which power is supplied to a semiconductor processing equipment side by connecting to a power switching switch from a redundant power supply of the present invention.
  • FIG. 6 shows an internal configuration diagram of a power transfer switch of the present invention.
  • FIG 7 illustrates an output voltage waveform when the first power is cut off and the second power is connected by the power switching switch of the present invention.
  • 1 to 4 schematically show a configuration in which power is supplied from a power source to a semiconductor processing equipment side in the prior art.
  • FIG. 5 schematically illustrates a configuration in which power is supplied to a semiconductor processing equipment side by connecting to a power switching switch from a redundant power supply of the present invention.
  • a plurality of power switching switches 43 are connected to the first power supply 10 and the second power supply 20, which are redundant power supplies, and the plurality of power supply switching switches 43 are connected to the semiconductor process equipment side.
  • PLC 20 may be connected.
  • the first power source 10 and the second power source 20 are either an uninterruptible power supply (UPS) or a KEPCO power source.
  • UPS uninterruptible power supply
  • KEPCO KEPCO power source
  • the uninterruptible power supply is connected as a main power source for a stable power supply.
  • the backup power is connected to the KEPCO power supply, and the uninterruptible power supply may be connected to the additional power supply.
  • the power transfer switch 43 is a small capacity heat dissipation system using natural convection cooling that does not require a heat dissipation fan.
  • a semiconductor switch type power supply switching switch using a conventional silicon controlled rectifier (SCR) shown in FIG. 4 generally requires a heat dissipation fan as a large capacity, thus generating noise and causing a heat dissipation fan. Has difficulty in maintenance.
  • the power switching switch 43 of the present invention supplies a current of less than about 10 [A], which is the rated current of the magnetic contactor in the PLC distribution panel of the semiconductor processing equipment, to form a distributed power supply switch to form a distributed power supply fan.
  • the semiconductor process equipment In the conventional centralized large-capacity power transfer switch, the semiconductor process equipment also has to be stopped in order to replace the heat dissipation fan for maintenance due to the life of the heat dissipation fan. The operation should stop.
  • FIG 6 shows the internal configuration of the power transfer switch 43 of the present invention.
  • the present invention provides a first switching device 100 capable of supplying an uninterrupted supply of power supplied from a first power source Vin1 to a semiconductor process facility, and from a second power source Vin2 to a semiconductor process facility. Driving for applying On and Off signals to the second switching element 200 and the first switching element 100 and the second switching element 200 capable of supplying the supplied power without any interruption.
  • the present invention relates to a power transfer switch including a control unit (50).
  • the first switching device 100 includes a first semiconductor switch Q1 and a second semiconductor switch Q2, and a source of the first semiconductor switch Q1 and a source of the second semiconductor switch Q2 are connected to each other.
  • the diodes D1 and D2 are respectively connected in parallel to the source and the emitter of the first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor switch Q2, and the second switching element 200 is connected to the third semiconductor switch.
  • Q3 and a fourth semiconductor switch Q4 the source of the third semiconductor switch Q3 and the source of the fourth semiconductor switch Q4 are connected to each other, and the third semiconductor switch Q3 and the fourth semiconductor are connected to each other.
  • the diodes D3 and D4 are respectively connected in reverse parallel to the source and the emitter of the switch Q4.
  • the driving controller 50 When an abnormality occurs in the first power source Vin1, the driving controller 50 simultaneously turns off signals to the gates of the first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor switch Q2 of the first switching element 100. At the same time, an on signal is simultaneously applied to the gates of the third semiconductor switch Q3 and the fourth semiconductor switch Q4 of the second switching element 200.
  • the first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor are simultaneously applied.
  • Some delay time is required for the switch Q2 to be actually turned off, which is to prevent the short circuit of the circuit, so that the first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor switch Q2 are actually.
  • an On signal is preferable to apply to the gates of the third semiconductor switch Q3 and the fourth semiconductor switch Q4 of the second switching element 200 after being turned off. It is a time that can be ignored even in the power transfer switch of the present invention having an operating time of less than 1 ms.
  • an interlock circuit 60 is connected to the driving controller 50 to prevent the on signal from being simultaneously applied to the first switching element 100 and the second switching element 200. desirable.
  • a power detection unit is provided to monitor whether an abnormality occurs in the first power source Vin1 and the second power source Vin2, and an abnormality occurs in the first power source Vin1 and the second power source Vin2. If there is no abnormality, for example, when a predetermined instantaneous voltage drop occurs for a predetermined time in the first power source Vin1 and the second power source Vin2 is normal, the first power source Vin1 is changed from the first power source Vin1 to the second power source Vin2. Transfer operation is made.
  • the switching operation from the first power source Vin1 to the second power source Vin2 is performed, if the first power source Vin1 is detected to be normal for a predetermined time, the second power source Vin2 to the first power source Vin1. Is returned.
  • the present invention is to connect the redundant power supply to supply a high-quality power of the two or more redundant power supply to the load to supply a stable power to the semiconductor process equipment sensitive to the power fluctuations.
  • the drive control unit 50 is the first switching device when an abnormality occurs in the first power source (Vin1)
  • An off signal is simultaneously applied to the gates of the first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor switch Q2 of (100), and at the same time, the third semiconductor switch Q3 of the second switching element 200 and The on signal is simultaneously applied to the gate of the fourth semiconductor switch Q4.
  • first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor switch Q2 are simultaneously applied with an on or off signal while being connected in series with each other in reverse direction.
  • the two semiconductor switches Q2 are not simultaneously connected, but are supplied via diodes D3 and D4 connected in reverse parallel to the sources and emitters of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2, respectively. It is applied to the semiconductor processing equipment side.
  • the ON signal is simultaneously applied to the gate and the AC power Vin1 is positive (+).
  • the first semiconductor switch Q1 and the diode D2 are turned on so that the AC power supply Vin1 applies an output voltage Vout to the terminals 3 (3) and 4 (4), and the AC power supply Vin1 is ( -),
  • the AC power supply Vin1 applies the output voltage Vout to the terminal 3 (3) and the terminal 4 (4) through the diode D1 and the second semiconductor switch Q2.
  • the third semiconductor switch Q3 and the fourth semiconductor switch Q4 are turned off at the same time, the AC power source Vin2 is cut off.
  • the first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor switch Q2 of the first switching device 100 remain in an on state. Therefore, since the switching operation is not performed, frequent occurrence of the surge voltage resulting from the switching operation and frequent occurrence of voltage saturation due to the switching operation and the capacitive load can be prevented.
  • the driving controller 50 When an abnormality is detected in the power supplied from the first power source Vin1 to the semiconductor processing equipment, the driving controller 50 simultaneously turns off the gates of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 of the first switching element. Off) signal is applied, and at the same time, the On signal is simultaneously applied to the gates of the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 of the second switching element (S100).
  • the third semiconductor switch Q3 and the fourth semiconductor switch Q4 are also connected in series with each other in reverse direction, an on or off signal is simultaneously applied to the third semiconductor switch Q3 and the fourth semiconductor switch Q3.
  • the semiconductor switch Q4 is also not electrically connected at the same time, and power is supplied through the diodes D3 and D4 connected in reverse parallel to the source and emitter of each of the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4. It is applied to the semiconductor processing equipment side.
  • the ON signal is simultaneously applied to the gate and the AC power Vin2 is positive (+).
  • the third semiconductor switch Q3 and the diode D4 are turned on so that the AC power supply Vin2 applies the output voltage Vout to the terminals 3 (3) and 4 (4), and the AC power supply Vin2 is ( -),
  • the AC power supply Vin2 applies the output voltage Vout to the terminal 3 (3) and the terminal 4 (4) through the diode D3 and the fourth semiconductor switch Q4.
  • an off signal is simultaneously applied to the gates of the first semiconductor switch Q1 and the second semiconductor switch Q2 of the first switching element 100 to cut off the AC power supply Vin1.
  • the driving controller 50 is supplied from the AC power Vin1 to the semiconductor processing equipment.
  • an ON signal is simultaneously applied to the gates of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 of the first switching element 100, and at the same time, the second An off signal is simultaneously applied to the gates of the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 of the switching element 200 (S200).
  • the on signal is simultaneously applied to the gates of the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 of the first switching element 100, or the off signal is simultaneously applied. Therefore, the problem of reverse algae may occur from the load side to the power side. However, since a configuration for preventing such reverse algae is generally provided separately on the power side, the reverse algae generated from the load side is not a problem in the present invention.
  • the ON signal is applied to the first switching device 100 while the first power supply Vin1 and the second power supply Vin2 are not synchronized, and at the same time, the second power supply Vin1 is turned off to the second switching device 200.
  • the Off signal is applied, the first power source Vin1 and the second power source Vin2 may be short-circuited when the delay load is connected.
  • At least two first switching elements 100 are provided, and one first switching element 100 includes a first terminal 1 of the first power source Vin1. ) And the other first switching element 100 is connected to the second terminal 2 of the first power source Vin1 and the fourth terminal on the semiconductor processing equipment side. To be connected between the terminals (4).
  • the second switching element 200 also includes at least two or more, and one second switching element 200 includes the first terminal 5 of the second power source Vin2 and the third terminal 3 on the semiconductor processing equipment side. ), And the other second switching element 200 is connected between the second terminal 6 of the second power source Vin2 and the fourth terminal 4 of the semiconductor processing equipment side.
  • the present invention unlike the STS (Static Transfer Switch) type power switching switch using a silicon controlled rectifier (SCR), which is a conventional semiconductor switch type power switching switch, is short-circuited even during asynchronous switching.
  • SCR silicon controlled rectifier
  • an ON signal is applied to the first switching device 100 while the second switching device 200 is simultaneously applied.
  • Off signal may be applied.
  • FIG. 7 illustrates an output voltage waveform when the first power source Vin1 is cut off and the second power source Vin2 is connected by the power switching switch of the present invention.
  • the first power source Vin1 and the second power source Vin2 are not synchronized, the first power source Vin1 is cut off at a predetermined time t s by the power switching switch of the present invention.
  • the output voltage Vout waveform is shown.
  • the switching switching operation between the first power supply Vin1 and the second power supply Vin2 when the switching switching operation between the first power supply Vin1 and the second power supply Vin2 is unstable, the switching switching operation to the second power supply Vin2 occurs and the first power supply again.
  • Vin1 When Vin1 is stabilized, only the switching switching operation from the second power source Vin2 to the first power source Vin1 occurs, and for supplying the frequency or output voltage of the first power source Vin1 and the second power source Vin2.
  • the switching switching operation does not occur, so that neither the surge voltage nor the voltage saturation occurs due to the switching operation.
  • the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 and the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 used in the first switching element 100 and the second switching element 200 are metal oxide films. Response time is applied when the ON and OFF signals are applied to the gate by configuring a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the first and second semiconductor switches unlike the static transfer switches (STS) power switching switch using a silicon controlled rectifier (SCR), which is a conventional semiconductor switch power switching switch Applying an Off signal to the gates of Q1 and Q2 and the gates of the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 causes the first and second semiconductor switches Q1 and Q to be instantaneously within a response time of several us or less. 2) and the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 may be blocked.
  • STS static transfer switches
  • SCR silicon controlled rectifier
  • the first and second semiconductor switches Q1 and Q2 and the third and fourth semiconductor switches Q3 and Q4 used in the first switching element 100 and the second switching element 200 may be metal oxide semiconductors.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the OFF signal is applied to the gate of the first switching element 100.
  • the switching operation of applying an ON signal to the gate of the second switching element 200 may be performed.
  • the ON signal is applied to the gate of the first switching element 100 and at the same time, the second switching is performed.
  • the switching operation of applying an off signal to the gate of the device 200 may be performed.
  • SCR silicon controlled rectifier
  • the first switching element 100 and the second switching element 200 are configured using the silicon controlled rectifier (SCR) because the conduction current is not immediately interrupted even when a signal is applied.
  • the switching operation of applying an On signal to the gate of the second switching device 200 while applying an Off signal to the gate of the device 100 cannot be performed, and conversely, the first switching device 100 It is not possible to perform an alternating operation of applying an On signal to the gate of and applying an Off signal to the gate of the second switching element 200.
  • the switching operation of applying the On signal to the gate of the second switching element 200 while the Off signal is applied to the gate of the first switching element 100, and vice versa As a semiconductor switch power supply switching switch, the switching operation of applying an On signal to a gate of the switching element 100 and an Off signal to a gate of the second switching element 200 is performed. It can be regarded as limiting the use of a conventional relay type power supply switching switch without using a silicon controlled rectifier (SCR), which is a device that is not capable of conventional off control.
  • SCR silicon controlled rectifier
  • MOSFETs metal oxide semiconductor field effect transistors
  • IGBTs insulated gate bipolar transistors
  • the first and second semiconductor switches (Q1, Q2) and the third and the second are composed of a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT). 4
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the diodes D1, D2, D3, and D4 are connected to the semiconductor switches Q3 and Q4 in reverse direction, respectively.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • first power source 20 second power source
  • STS Static Transfer Switches
  • SCR Silicon Controlled Rectifier
  • Q1 first semiconductor switch
  • Q2 second semiconductor switch
  • Q3 third semiconductor switch
  • Q4 fourth semiconductor switch

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

본 발명은 제 1 전원(Vin1)에 이상이 발생하면 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되도록 하는 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전원 절체 스위치
본 발명은 전원 절체스위치에 관한 것으로, 반도체 제조 공정에서 공급되는 전원이 불안정한 경우 안정적인 다른 전원을 무순단으로 공급할 수 있도록 하는 전원 절체 스위치에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 반도체 제조 공정 설비에 공급되는 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply System)의 출력 전원이 불안정한 경우 안정적인 예비전원을 무순단으로 공급하기 위하여 고속으로 동작 가능한 전원 절체 스위치에 관한 것이다.
전력 계통에는 여러 가지 전력 품질 문제가 발생될 수 있는데, 이러한 전력 품질 문제는 반도체 제조 공정마다 작업 시간에 영향을 줄 수 있고, 이를 복구하는데 시간이 소요될 수 있으며, 반도체 제조 공정 설비가 멈추게 되면 반도체 제조 공정 상의 반도체 웨이퍼 수만장이 오염되어 폐기될 수 있으므로 막대한 경제적 손실을 유발하게 된다.
일반적으로 반도체 제조 공정에서는 전력 계통으로부터의 여러 가지 전력 품질 문제를 대비하기 위하여 복수의 전원을 공급받을 수 있도록 주전원과 예비전원을 구비하게 된다.
주전원과 예비전원은 무정전 전원 공급 장치 또는 한국전력의 변전소로부터 공급받을 수 있는데, 반도체 제조 공정에서는 좀 더 안정적인 전원 공급을 위하여 주전원을 무정전 전원 공급 장치로부터 공급받고, 예비전원은 한국전력의 변전소로부터 공급받을 수 있으며, 예비전원으로 무정전 전원 공급 장치를 추가적으로 더 연결할 수도 있다.
반도체 제조 공정에서는 공정 설비마다 PLC(Programmable logic controller)에 의한 제어동작이 이루어지는데, 상기 PLC로 공급되는 전원이 불안정한 경우 전원에 민감한 공정 설비의 최적화된 생산 조건이 영향을 받게 되므로, 이러한 영향을 받은 생산 조건이 다시 최적화되도록 상기 공정 설비의 재설정이 필요하다는 문제점이 있다.
즉 PLC 내의 조작코일인 전자접촉기(MC: Magnetic Contact) 코일 등에 공급되는 조작 전원이 차단되면 그 후 2 ~ 3 ms 내에 전자접촉기 코일의 석방(Open, Release) 가능성이 있고, 전자접촉기 코일이 석방되면 PLC에 의한 제어동작과 최적화된 생산 조건이 영향을 받게 되므로, PLC에 주로 사용되는 전자접촉기 코일의 허용 가능한 정전최대시간은 2ms 이내로 두는 것이 바람직하다.
결국 PLC의 무순단 인식 기준시간인 2ms를 초과하게 되면, 전자접촉기 코일이 석방되면서 반도체 생산 공정 등에 공급되는 전원에 이상이 발생되어 최적화된 반도체 생산 조건 등이 불안정하게 되고, 이를 다시 최적화된 반도체 생산 조건으로 세팅하기 위해서는 수주일 이상이 소요된다는 문제점이 있다.
주전원의 전원 공급이 불안정한 경우 반도체 제조 공정 설비의 최적화된 생산 조건이 영향을 받지 않도록 주전원의 전원 공급을 차단하고 안정적인 예비전원으로부터 전원 공급이 연결되도록 하기 위하여 전원 절체 스위치를 사용하고 있는데, 종래의 전원 절체 스위치는 릴레이 방식, 반도체 스위치 방식이 있다.
릴레이 방식 전원 절체 스위치는 기계적 절체 방식이라는 점에서 10ms 이상의 긴 시간을 필요로 하고, 반도체 제조 공정 설비에서 사용되고 있는 일반적인 반도체 스위치 방식 전원 절체 스위치는 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)가 사용되고 있는데, SCR의 경우는 주전원에 이상이 발생하여 주전원을 차단하기 위한 오프(Off) 동작과 예비전원을 연결하기 위한 온(On) 동작을 위하여 주전원과 예비전원의 동기화가 필요하고 여전히 4ms 이상의 긴 시간을 필요로 한다는 문제점이 있다.
일반적인 반도체 스위치 방식 전원 절체 스위치는 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)를 사용하는 STS(Static Transfer Switches) 방식 전원 절체 스위치로서 절환속도는 릴레이 방식 전원 절체 스위치보다 고속 절환이 가능한 4ms ~ 10ms이지만, 비동기 절체시에는 주전원이 차단되지 못하고 예비전원과 함께 양쪽이 동시에 연결되어 단락(short)되는 것을 방지하기 위하여 전류(轉流, commutation) 시간이 필요하므로, 10ms의 순간정전이 발생되고, 전류(轉流, commutation) 감지를 위한 부하전류 및 전압 검출 알고리즘이 필요하며, 시스템 제어 복잡성이 증대하여 평균 무고장 시간(MTBF: Mean Time Between Failure)이 저하된다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1564736호는 릴레이 방식의 전원 절체 스위치에 관한 것으로 릴레이의 온(On) 동작시 인가되는 전압을 정격 전압보다 높게 설정하여 온(On) 동작시 걸리는 시간을 단축하고, 온(On) 상태를 유지시킬 때 인가되는 전압을 정격 전압보다 낮게 설정하여 오프(Off) 동작시 걸리는 시간을 단축하고 있으나, 여전히 온(On) 동작시 걸리는 시간은 5ms로서 2ms를 초과하게 된다는 문제점이 있고, 또한 기계적인 특성에 따라 온(On) 동작 시점과 오프(Off) 동작시점이 일정하지 않아 온(On)과 오프(Off) 시점을 정확하게 제어하지 못하는 문제점도 있다.
일본 공개특허공보 특개2007-318893호에서는 입력 AC전압 Vin이 입력단자인 단자 1과 단자 2를 통하여 입력되고 출력단자인 단자 3과 단자 4를 통하여 출력되는데, 입력단자인 단자 2와 출력단자인 단자 3 사이에 스위칭 소자를 연결하고, 상기 스위칭 소자는 제 1 반도체 스위치(Q1)의 소스와 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스가 서로 연결되고, 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 소스와 이미터에는 다이오드(D1, D2)가 각각 역방향 병렬로 연결되어 구성된다.
그런데 상기 스위칭 소자의 동작을 살펴보면, 입력 AC전압 Vin이 양(+)인 경우 Q1이 온(On) 동작하고, Q2는 오프(Off) 동작하게 되며, 입력 AC전압 Vin이 음(-)인 경우 Q1이 오프(Off) 동작하고, Q2는 온(On) 동작하게 되어 입력 AC전압을 출력단자에 인가하고 있는바 스위칭 동작이 빈번하게 일어나고 있으므로, 입력 AC전압의 주파수의 2배에 해당되는 수만큼 스위칭 동작이 일어나야 하는데, 이러한 스위칭 동작에서는 유도성 부하가 연결되어 있는 경우 입력 AC전압의 주파수의 2배에 해당되는 수만큼의 서지전압이 발생되고, 용량성 부하가 연결되는 경우에는 전압 포화(saturation) 현상이 빈번하게 발생하면서 스위칭 동작에서 입력 AC전압의 주파수의 2배에 해당되는 수만큼의 서지전압이 발생되므로 반도체 제조 공정 설비에 공급되는 전원 공급이 오히려 불안정해 질 수 있다는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1312372호에서도 제 1 반도체 스위치(Q1)의 소스와 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스가 서로 연결되고, 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 소스와 이미터에는 다이오드(D1, D2)가 각각 역방향 병렬로 연결되는 스위칭 소자에 대해서 나타나 있으나, 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 스위칭 동작도 교대로 빈번하게 일어나는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-0995698호에서는 제 1 반도체 스위치(Q1)의 소스와 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스가 서로 연결되고, 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 소스와 이미터에는 다이오드(D1, D2)가 각각 역방향 병렬로 연결되는 스위칭 소자에 대해서 나타나 있으며, 제 1 반도체 스위치(Q1)와 제 2 반도체 스위치(Q2)의 게이트로 동시에 온(On) 및 오프(Off) 신호가 인가되고 있으나, 이러한 구성은 펄스폭 변조를 위한 것으로서 스위칭 동작이 빈번하게 일어나는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 제조 공정 설비에 공급되는 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply System)의 출력 전원이 불안정한 경우 안정적인 예비전원을 무순단으로 공급하기 위하여 고속으로 동작 가능한 전원 절체 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 1ms 이내의 시간에 절환 가능하여 PLC로 공급되는 전원이 불안정한 경우 PLC에 의한 제어동작과 최적화된 반도체 생산 조건이 영향을 받지 않도록 전자접촉기 코일의 허용 가능한 정전최대시간 이내에 안정적인 다른 전원을 무순단으로 공급하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 비동기 절체시 주전원이 차단됨과 동시에 예비전원이 연결되므로 주전원과 예비전원이 서로 단락(short)되는 것을 방지하기 위하여 전류(轉流, commutation) 감지를 위한 부하전류 및 전압 검출 알고리즘이 필요 없으므로 시스템 제어 복잡성이 증대되는 것을 방지하고 이에 따라 평균 무고장 시간(MTBF: Mean Time Between Failure)이 저하되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 연결된 전원이 안정적인 경우에는 스위칭 동작에 의한 서지전압이 발생하지 아니하여 민감한 반도체 제조 공정 설비에 공급되는 전원의 전원 공급이 안정되도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 2개 이상의 이중화 전원의 동기 및 비동기 여부에 상관없이 1ms 이내의 시간에 절환 가능한 전원 절체 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 2개 이상의 이중화 전원 중 양질의 전원을 부하에 공급하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 집중형 형태의 절체 스위치에서와는 달리, 반도체 공정 설비의 PLC 분전반 내의 전자접촉기의 정격전류 약 10 [A] 미만의 범위에서 분산형 형태의 절체스위치 방식으로 연결하는 초소형 고속 절체 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 자연대류 냉각방식에 의한 방열시스템을 채택함으로써 냉각팬을 제거하여 유지보수가 용이하도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 목적으로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 기술적 과제는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 구성을 포함한다.
본 발명은 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 1 스위칭 소자와, 제 2 전원(Vin2)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 2 스위칭 소자를 포함하는 전원 절체 스위치에 관한 것으로서, 제 1 스위칭 소자는 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)를 포함하고, 제 1 반도체 스위치(Q1)의 소스와 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스가 서로 연결되고, 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스와 이미터에는 각각 다이오드(D1, D2)가 역방향 병렬로 연결되며, 제 2 스위칭 소자는 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)를 포함하고, 제 3 반도체 스위치(Q3)의 소스와 제 4 반도체 스위치(Q4)의 소스가 서로 연결되고, 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)의 소스와 이미터에는 각각 다이오드(D3, D4)가 역방향 병렬로 연결되며, 제 1 전원(Vin1)에 이상이 발생하면 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되도록 하는 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 1 스위칭 소자를 적어도 2개 이상을 구비하고, 하나의 제 1 스위칭 소자는 제 1 전원(Vin1)의 제 1 단자와 반도체 공정 설비 측의 제 3 단자 사이에 연결되고, 다른 하나의 제 1 스위칭 소자는 제 1 전원(Vin1)의 제 2 단자와 반도체 공정 설비 측의 제 4 단자 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제 2 스위칭 소자를 적어도 2개 이상을 구비하고, 하나의 제 2 스위칭 소자는 제 2 전원(Vin2)의 제 1 단자와 반도체 공정 설비 측의 제 3 단자 사이에 연결되고, 다른 하나의 제 2 스위칭 소자는 제 2 전원(Vin2)의 제 2 단자와 반도체 공정 설비 측의 제 4 단자 사이에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와, 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 구동제어부에는 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체(Q3, Q4)로 동시에 온(On) 신호가 인가되는 것을 방지하는 인터록(Interlock) 회로가 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 1 스위칭 소자와, 제 2 전원(Vin2)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 2 스위칭 소자를 포함하고, 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자는 각각 제 1, 2 반도체 스위치(Q1, Q2) 및 제 3, 4 반도체 스위치(Q3, Q4)를 포함하며, 제 1, 3 반도체 스위치(Q1, Q3)의 소스와 제 2, 4 반도체 스위치(Q2, Q4)의 소스가 각각 서로 연결되고, 제 1 내지 4 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)의 소스와 이미터에는 다이오드(D1, D2, D3, D4)가 각각 역방향 병렬로 연결되는 전원 절체 스위치의 스위칭 방법에 관한 것으로서, 구동제어부는 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원에 이상이 감지되는 경우 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되도록 하는 제 1 단계(S100); 제 1 단계(S100)에서 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 차단되고, 제 2 전원(Vin2)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 연결된 후, 상기 구동제어부는 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 소정의 시간 이상 동안 정상으로 감지되는 경우 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되도록 하는 제 2 단계(S200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 전원 절체 스위치의 스위칭 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터프로그램일 수 있다.
본 발명은 반도체 제조 공정 설비에 공급되는 무정전 전원 공급 장치(UPS: Uninterruptible Power Supply System)의 출력 전원이 불안정한 경우 안정적인 예비전원을 무순단으로 공급하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 1ms 이내의 시간에 절환 가능하여 PLC로 공급되는 전원이 불안정한 경우 PLC에 의한 제어동작과 최적화된 반도체 생산 조건이 영향을 받지 않도록 전자접촉기 코일의 허용 가능한 정전최대시간 이내에 안정적인 다른 전원을 무순단으로 공급하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명은 비동기 절체시 주전원이 차단됨과 동시에 예비전원이 연결되므로 주전원과 예비전원이 서로 단락(short)되는 것을 방지하기 위하여 전류(轉流, commutation) 감지를 위한 부하전류 및 전압 검출 알고리즘이 필요 없으므로 시스템 제어 복잡성이 증대되는 것을 방지하고 이에 따라 평균 무고장 시간(MTBF: Mean Time Between Failure)이 저하되는 것을 방지하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명은 연결된 전원이 안정적인 경우에는 스위칭 동작에 의한 서지전압이 발생하지 아니하여 민감한 반도체 제조 공정 설비에 공급되는 전원의 전원 공급이 안정되도록 하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 2개 이상의 이중화 전원의 동기 및 비동기 여부에 상관없이 1ms 이내의 시간에 절환하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 2개 이상의 이중화 전원 중 양질의 전원을 부하에 공급하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 반도체 공정 설비의 PLC 분전반 내의 전자접촉기의 정격전류 약 10 [A] 미만의 범위에서 분산형 형태의 절체스위치 방식으로 연결하는 초소형 고속 절체 스위치를 제공하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 자연대류 냉각방식에 의한 방열시스템을 채택하여 냉각팬을 제거하여 유지보수가 용이하도록 하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 의한 효과는 상기 효과로만 제한하지 아니하고, 위에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 효과는 이하 본 발명의 구성 및 작용을 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술로서 하나의 전원으로부터 반도체 공정 설비 측으로 전력이 공급되는 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2는 종래기술로서 이중화 전원으로부터 반도체 공정 설비 측으로 전력이 공급되는 구성을 개략적으로 도시한다.
도 3은 종래기술로서 이중화 전원으로부터 릴레이 방식 전원 절체 스위치로 연결되어 반도체 공정 설비 측으로 전력이 공급되는 구성을 개략적으로 도시한다.
도 4는 종래기술로서 이중화 전원으로부터 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)를 사용하는 STS(Static Transfer Switches) 방식 전원 절체 스위치로 연결되어 반도체 공정 설비 측으로 전력이 공급되는 구성을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 이중화 전원으로부터 전원 절체 스위치로 연결되어 반도체 공정 설비 측으로 전력이 공급되는 구성을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 전원 절체 스위치의 내부 구성도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 전원 절체 스위치에 의하여 제 1 전원이 차단되고 제 2 전원이 연결되는 경우 출력전압 파형을 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 구성 및 작용에 대해 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 예시적인 것으로서 본 발명의 구성 및 작용을 제한하지는 아니하고, 실시예에서 명시적으로 나타내지 아니한 다른 구성 및 작용도 이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있는 경우는 본 발명의 기술적 사상으로 볼 수 있을 것이다.
이하 발명의 구체적인 실시예에 따른 전체적인 구성 및 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4는 종래기술로서 전원으로부터 반도체 공정 설비 측으로 전력이 공급되는 구성을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 이중화 전원으로부터 전원 절체 스위치로 연결되어 반도체 공정 설비 측으로 전력이 공급되는 구성을 개략적으로 도시한다.
도 5를 참조하면, 이중화 전원인 제 1 전원(10)과 제 2 전원(20)에 복수의 전원 절체 스위치(43)가 연결되고, 상기 복수의 전원 절체 스위치(43)에는 반도체 공정 설비 측의 PLC(20)가 연결될 수 있다.
제 1 전원(10)과 제 2 전원(20)은 무정전 전원 공급장치(UPS: Uninterruptible Power Supply) 또는 한전 전원 중 어느 하나이고, 반도체 공장에서는 안정적인 전원 공급을 위하여 무정전 전원 공급장치를 주전원으로 연결하고 예비전원을 한전 전원으로 연결하는 경우가 일반적이며, 무정전 전원 공급장치를 추가적인 예비전원으로 연결하는 경우도 있다.
상기 무정전 전원 공급장치에는 수십 개의 전원 절체 스위치(43)와 수십 개의 PLC(20)가 연결될 수 있는데 상기 전원 절체 스위치(43)는 소용량으로서 방열팬을 필요로 하지 않는 자연대류 냉각방식의 의한 방열시스템을 채택하고 있는데 반하여, 도 4에 도시된 종래의 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)가 사용되는 반도체 스위치 방식 전원 절체 스위치는 일반적으로 대용량으로서 방열팬을 필요로 하므로 소음이 발생하고 방열팬의 유지보수에 어려움이 있다.
특히, 본 발명의 전원 절체 스위치(43)는 반도체 공정 설비의 PLC 분전반 내의 전자접촉기의 정격전류인 약 10[A] 미만의 전류를 공급함으로써 분산형 형태의 초소형 전원 절체 스위치를 구성하여 방열팬을 제거함으로써 무소음 구동이 가능하고, 방열팬의 수명에 따른 방열팬의 교체가 필요없다는 점에서 유지보수가 용이하다.
종래의 집중형 형태의 대용량 전원 절체 스위치에서는, 방열팬의 수명으로 인하여 유지보수를 위해서 방열팬을 교체하려면 전원 절체 스위치의 동작이 정지되어야 하고, 이로 인하여 전원 공급이 차단된다는 점에서 반도체 공정 설비 역시 동작이 정지되어야 한다.
또한 종래의 집중형 형태의 대용량 전원 절체 스위치에서는, 방열팬이 교체되고 전원 절체 스위치의 동작이 시작되더라도 반도체 공정 설비의 생산 조건이 다시 최적화되도록 상기 공정 설비의 재설정이 필요하게 되고, 이를 위하여 수주일에 이를 수 있는 시간이 소요되므로, 방열팬의 교체를 위하여 반도체 공정 설비 역시 동작이 정지되어야 한다는 것은 막대한 경제적 손실을 유발할 수 있다.
도 6은 본 발명의 전원 절체 스위치(43)의 내부 구성도를 도시한다.
도 6을 참조하면, 본 발명은 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 1 스위칭 소자(100)와, 제 2 전원(Vin2)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 2 스위칭 소자(200)와, 제 1 스위칭 소자(100) 및 제 2 스위칭 소자(200)에 온(On) 및 오프(Off) 신호를 인가하기 위한 구동제어부(50)를 포함하는 전원 절체 스위치에 관한 것이다.
제 1 스위칭 소자(100)는 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)를 포함하고, 제 1 반도체 스위치(Q1)의 소스와 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스가 서로 연결되고, 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스와 이미터에는 각각 다이오드(D1, D2)가 각각 역방향 병렬로 연결되어 있고, 제 2 스위칭 소자(200)는 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)를 포함하고, 제 3 반도체 스위치(Q3)의 소스와 제 4 반도체 스위치(Q4)의 소스가 서로 연결되고, 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)의 소스와 이미터에는 각각 다이오드(D3, D4)가 각각 역방향 병렬로 연결되어 있다.
상기 구동제어부(50)는 제 1 전원(Vin1)에 이상이 발생하면 제 1 스위칭 소자(100)의 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호를 인가하고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자(200)의 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)의 게이트에 동시에 온(On) 신호를 인가한다.
이때, 제 1 스위칭 소자(100)의 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호를 인가한 후, 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)가 실제로 오프(Off) 되는데 약간의 지연시간이 필요하며, 이는 회로가 단락(short)되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)가 실제로 오프(Off)된 이후에 제 2 스위칭 소자(200)의 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)의 게이트에 온(On) 신호를 인가하는 것이 바람직하며, 이러한 지연시간은 수 us에 불과하여 1 ms 이내의 동작시간을 갖는 본 발명의 전원 절체 스위치에 있어서도 무시할 수 있는 시간이다.
마찬가지로, 제 2 스위칭 소자(200)의 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)의 게이트에 온(On) 신호를 인가한 후, 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)가 실제로 오프(Off) 되는데 약간의 지연시간이 필요하다.
또한 제 1 스위칭 소자(100)와 제 2 스위칭 소자(200)에 동시에 온(On)신호가 인가되는 것을 방지할 수 있도록 상기 구동제어부(50)에는 인터록(Interlock) 회로(60)가 연결되는 것이 바람직하다.
도면에는 도시되어 있지 않지만 전원 감지부를 구비하여 제 1 전원(Vin1) 및 제 2 전원(Vin2)에 이상이 발생하는지를 모니터링하고, 제 1 전원(Vin1)에 이상이 발생하고 제 2 전원(Vin2)에 이상이 없으면, 예를 들면, 제 1 전원(Vin1)에서 소정의 시간동안 소정의 순간전압강하가 발생하고 제 2 전원(Vin2)이 정상인 경우 제 1 전원(Vin1)으로부터 제 2 전원(Vin2)으로 절체 동작이 이루어진다.
또한 제 1 전원(Vin1)으로부터 제 2 전원(Vin2)으로 절체 동작이 이루어진 후, 소정의 시간동안 제 1 전원(Vin1)이 정상으로 감지되면 제 2 전원(Vin2)으로부터 제 1 전원(Vin1)으로 복귀된다.
결국 본 발명은 이중화 전원을 연결하기 위한 것으로서 2개 이상의 이중화 전원 중 양질의 전원을 부하에 공급함으로써 전원의 변동에 민감한 반도체 공정 설비측에 안정적인 전원을 공급하게 된다.
본 발명의 제 1 스위칭 소자(100) 및 제 2 스위칭 소자(200)의 동작을 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 구동제어부(50)는 제 1 전원(Vin1)에 이상이 발생하면 제 1 스위칭 소자(100)의 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호를 인가하고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자(200)의 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)의 게이트에 동시에 온(On) 신호를 인가하게 된다.
그런데 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)는 서로 역방향 직렬로 연결된 상태에서 동시에 온(On) 또는 오프(Off) 신호가 인가되고 있는바, 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)가 동시에 도통되지는 않고, 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2) 각각의 소스와 이미터에 역방향 병렬로 연결되어 있는 다이오드(D3, D4)를 통하여 전원이 반도체 공정 설비측으로 인가되게 된다.
즉, 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)는 서로 역방향 직렬로 연결된 상태에서 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되고 교류 전원이 인가되는 상태에서 상기 교류 전원 Vin1이 (+)가 되면 제 1 반도체 스위치(Q1), 다이오드(D2)가 도통하여 상기 교류 전원 Vin1이 단자 3(3) 및 단자 4(4)에 출력 전압(Vout)을 인가하고, 상기 교류 전원 Vin1이 (-)가 되면 다이오드(D1), 제 2 반도체 스위치(Q2)를 통하여 상기 교류 전원 Vin1이 단자 3(3) 및 단자 4(4)에 출력 전압(Vout)을 인가하게 된다. 이 때, 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)는 동시에 오프(Off)된 상태이므로 교류 전원 Vin2는 차단된 상태이다.
상기 교류 전원 Vin1에 이상이 발생하지 않고 안정적인 전원 공급이 계속 이루어지는 경우 제 1 스위칭 소자(100)의 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)는 계속에서 온(On) 상태를 유지하여 스위칭 동작이 이루어지지 않으므로, 스위칭 동작에서 비롯되는 서지전압의 빈번한 발생 및 스위칭 동작과 용량성 부하에 인한 전압 포화 현상의 빈번한 발생이 방지될 수 있다.
상기 구동제어부(50)는 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원에 이상이 감지되는 경우 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되도록 한다(S100).
제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)도 서로 역방향 직렬로 연결된 상태에서 동시에 온(On) 또는 오프(Off) 신호가 인가되고 있는바, 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)도 동시에 도통되지는 않고, 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4) 각각의 소스와 이미터에 역방향 병렬로 연결되어 있는 다이오드(D3, D4)를 통하여 전원이 반도체 공정 설비측으로 인가되게 된다.
즉, 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)는 서로 역방향 직렬로 연결된 상태에서 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되고 교류 전원이 인가되는 상태에서 상기 교류 전원 Vin2가 (+)가 되면 제 3 반도체 스위치(Q3), 다이오드(D4)가 도통하여 상기 교류 전원 Vin2가 단자 3(3) 및 단자 4(4)에 출력 전압(Vout)을 인가하고, 상기 교류 전원 Vin2가 (-)가 되면 다이오드(D3), 제 4 반도체 스위치(Q4)를 통하여 상기 교류 전원 Vin2가 단자 3(3) 및 단자 4(4)에 출력 전압(Vout)을 인가하게 된다. 이와 동시에, 제 1 스위칭 소자(100)의 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호를 인가하여 교류 전원 Vin1은 차단된다.
상기 교류 전원 Vin1으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 차단되고, 상기 교류전원 Vin2로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 연결된 후, 상기 구동제어부(50)는 상기 교류 전원 Vin1으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 소정의 시간 이상 동안 정상으로 감지되는 경우 제 1 스위칭 소자(100)의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 온(On) 신호를 인가하고, 이와 동시에, 제 2 스위칭 소자(200)의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되도록 한다(S200).
본 발명에서는 제 1 스위칭 소자(100)의 제 1, 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되거나 동시에 오프(Off) 신호가 인가된다는 점에서 양방향으로 도통이 가능하므로 부하측에서 전원측으로 역조류의 문제가 발생할 수 있으나, 이러한 역조류를 방지하기 위한 구성은 일반적으로 전원 측에 별도로 마련하고 있으므로, 본 발명에서는 부하측으로부터 발생하는 역조류는 문제가 되지 않는다.
단지 본 발명에서는 제 1 전원(Vin1)과 제 2 전원(Vin2)이 동기화되지 아니한 상태에서 제 1 스위칭 소자(100)에 온(On) 신호를 인가하면서 동시에 제 2 스위칭 소자(200)에 오프(Off) 신호가 인가되는 경우, 지연성 부하가 연결되면 제 1 전원(Vin1)과 제 2 전원(Vin2)이 서로 단락되는 경우가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 제 1 스위칭 소자(100)를 적어도 2개 이상을 구비하고, 하나의 제 1 스위칭 소자(100)는 제 1 전원(Vin1)의 제 1 단자(1)와 반도체 공정 설비 측의 제 3 단자(3) 사이에 연결되고, 다른 하나의 제 1 스위칭 소자(100)는 제 1 전원(Vin1)의 제 2 단자(2)와 반도체 공정 설비 측의 제 4 단자(4) 사이에 연결되도록 한다.
제 2 스위칭 소자(200)도 적어도 2개 이상을 구비하고, 하나의 제 2 스위칭 소자(200)는 제 2 전원(Vin2)의 제 1 단자(5)와 반도체 공정 설비 측의 제 3 단자(3) 사이에 연결되고, 다른 하나의 제 2 스위칭 소자(200)는 제 2 전원(Vin2)의 제 2 단자(6)와 반도체 공정 설비 측의 제 4 단자(4) 사이에 연결되도록 한다.
결국 본 발명은 종래의 반도체 스위치 방식 전원 절체 스위치인 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)를 사용하는 STS(Static Transfer Switches) 방식 전원 절체 스위치와 달리, 비동기 절체시에도 단락(short)되는 것을 방지하기 위한 전류(轉流, commutation) 시간이 필요 없게 되고, 이에 따라 전류(轉流, commutation) 감지를 위한 부하전류 및 전압 검출 알고리즘이 필요 없게 되며, 시스템 제어 복잡성이 저감하여 평균 무고장 시간(MTBF: Mean Time Between Failure)이 증대된다.
또한 본 발명에서는 제 1 전원(Vin1)과 제 2 전원(Vin2)이 동기화된 경우와 동기화되지 아니한 경우 모두 제 1 스위칭 소자(100)에 온(On) 신호를 인가하면서 동시에 제 2 스위칭 소자(200)에 오프(Off) 신호가 인가될 수 있다.
도 7은 본 발명의 전원 절체 스위치에 의하여 제 1 전원(Vin1)이 차단되고 제 2 전원(Vin2)이 연결되는 경우 출력전압 파형을 도시한다.
도 7을 참조하면, 제 1 전원(Vin1)과 제 2 전원(Vin2)이 동기화되지 아니한 경우에 본 발명의 전원 절체 스위치에 의해서 소정의 시각(t s)에 제 1 전원(Vin1)이 차단되고 제 2 전원(Vin2)이 연결되는 경우에 출력전압(Vout) 파형을 나타내고 있다.
상기 출력전압(Vout) 파형에서 소정의 시각(t s)에 일시적으로 출력전압(Vout) 파형에 변동이 있다 하더라도 이러한 변동은 공급되는 평균전력의 변동에 영향을 거의 주지 못하므로 안정적인 전원 공급이 이루어질 수 있다.
또한 본 발명은 제 1 전원(Vin1)과 제 2 전원(Vin2) 간의 절체 스위칭 동작이 제 1 전원(Vin1)이 불안정한 경우에 제 2 전원(Vin2)으로의 절체 스위칭 동작이 일어나고, 다시 제 1 전원(Vin1)이 안정화되면 제 2 전원(Vin2)으로부터 제 1 전원(Vin1)으로의 절체 스위칭 동작이 일어나고 있을 뿐이고, 제 1 전원(Vin1)과 제 2 전원(Vin2)의 주파수 또는 출력전압 공급을 위한 주파수 변조와는 상관없이 제 1 전원(Vin1)에 연결된 상태에서 제 1 전원(Vin1)이 안정한 경우에는 절체 스위칭 동작이 일어나지 않으므로 스위칭 동작에 따른 서지전압 발생 및 전압포화 발생도 일어나지 않게 된다.
한편 본 발명에서는 제 1 스위칭 소자(100)와 제 2 스위칭 소자(200)에 사용되는 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성함으로써 게이트에 온(On) 신호와 오프(Off) 신호의 인가시 응답시간이 수 us 이하에서 동작 가능하므로, 종래의 반도체 스위치 방식 전원 절체 스위치인 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)를 사용하는 STS(Static Transfer Switches) 방식 전원 절체 스위치와 달리, 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 오프(Off) 신호를 인가하면 수 us 이하의 응답시간 안에 즉각적으로 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)가 차단될 수 있다.
본 발명에서는 제 1 스위칭 소자(100)와 제 2 스위칭 소자(200)에 사용되는 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)를 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성함으로써, 비로소 제 1 스위칭 소자(100)의 게이트에 오프(Off) 신호를 인가함과 동시에 제 2 스위칭 소자(200)의 게이트에 온(On) 신호를 인가하는 절체 동작을 할 수 있고, 반대로 제 1 스위칭 소자(100)의 게이트에 온(On) 신호를 인가함과 동시에 제 2 스위칭 소자(200)의 게이트에 오프(Off) 신호를 인가하는 절체 동작을 할 수 있게 된다.
하지만 종래의 반도체 스위치 방식 전원 절체 스위치인 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)를 사용하는 STS(Static Transfer Switches) 방식 전원 절체 스위치는 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)에 오프(Off) 신호를 인가하더라도 도통 전류가 즉각적으로 차단되지 못하여 이러한 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)를 사용하여 제 1 스위칭 소자(100)와 제 2 스위칭 소자(200)를 구성하면, 제 1 스위칭 소자(100)의 게이트에 오프(Off) 신호를 인가함과 동시에 제 2 스위칭 소자(200)의 게이트에 온(On) 신호를 인가하는 절체 동작을 할 수 없고, 반대로 제 1 스위칭 소자(100)의 게이트에 온(On) 신호를 인가함과 동시에 제 2 스위칭 소자(200)의 게이트에 오프(Off) 신호를 인가하는 절체 동작을 할 수 없게 된다.
본 발명에서는, 제 1 스위칭 소자(100)의 게이트에 오프(Off) 신호를 인가함과 동시에 제 2 스위칭 소자(200)의 게이트에 온(On) 신호를 인가하는 절체 동작을 하고, 반대로 제 1 스위칭 소자(100)의 게이트에 온(On) 신호를 인가함과 동시에 제 2 스위칭 소자(200)의 게이트에 오프(Off) 신호를 인가하는 절체 동작을 한다고 한정함으로써, 반도체 스위치 방식 전원 절체 스위치로서 종래의 오프(Off) 제어가 불가능한 소자인 실리콘 제어 정류소자(SCR: Silicon Controlled Rectifier)를 사용하지 않고, 종래의 릴레이 방식 전원 절체 스위치를 사용하지 않는다고 한정하는 것으로 볼 수 있다.
결국 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) 외에도 온(On) 및 오프(Off) 제어가 가능한 스위칭 특성을 갖는 전력용 반도체라면, 즉 게이트에 온(On) 신호와 오프(Off) 신호의 인가시 응답시간이 수 us 이하에서 동작 가능하다면 본 발명의 제 1 스위칭 소자(100) 및 제 2 스위칭 소자(200)로 사용할 수 있다.
또한 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성되는 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)에 각각 역방향 병렬로 다이오드(D1, D2, D3, D4)가 연결되어 있는데, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 경우에는 그 내부에 역방향 병렬로 연결된 기생다이오드가 이미 형성되어 있으므로, 이러한 기생다이오드를 상기 역방향 병렬로 연결되는 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 동작하도록 할 수도 있다.
[부호의 설명]
1, 2: 제 1 전원(Vin1)의 제 1 단자, 제 2 단자
3, 4: 출력전압(Vout)의 제 3 단자, 제 4 단자
5, 6: 제 2 전원(Vin2)의 제 1 단자, 제 2 단자
10: 제 1 전원 20: 제 2 전원
30: PLC 40: 전원 절체 스위치
41: 릴레이 방식 전원 절체 스위치
42: 실리콘 제어 정류소자(SCR)를 사용하는 STS(Static Transfer Switches) 방식 전원 절체 스위치
43: 본 발명의 전원 절체 스위치
50: 구동제어부
60: 인터록 회로
100: 제 1 스위칭 소자 200: 제 2 스위칭 소자
Q1: 제 1 반도체 스위치 Q2: 제 2 반도체 스위치
Q3: 제 3 반도체 스위치 Q4: 제 4 반도체 스위치
D1, D2, D3, D4: 다이오드

Claims (7)

  1. 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 1 스위칭 소자와, 제 2 전원(Vin2)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 2 스위칭 소자를 포함하는 전원 절체 스위치에 있어서,
    제 1 스위칭 소자는 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)를 포함하고, 제 1 반도체 스위치(Q1)의 소스와 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스가 서로 연결되고, 제 1 반도체 스위치(Q1) 및 제 2 반도체 스위치(Q2)의 소스와 이미터에는 각각 다이오드(D1, D2)가 역방향 병렬로 연결되며,
    제 2 스위칭 소자는 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)를 포함하고, 제 3 반도체 스위치(Q3)의 소스와 제 4 반도체 스위치(Q4)의 소스가 서로 연결되고, 제 3 반도체 스위치(Q3) 및 제 4 반도체 스위치(Q4)의 소스와 이미터에는 각각 다이오드(D3, D4)가 역방향 병렬로 연결되며,
    제 1 전원(Vin1)에 이상이 발생하면 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되도록 하는 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 절체 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 스위칭 소자는 적어도 2개 이상을 구비하고,
    하나의 제 1 스위칭 소자는 제 1 전원(Vin1)의 제 1 단자와 반도체 공정 설비 측의 제 3 단자 사이에 연결되고,
    다른 하나의 제 1 스위칭 소자는 제 1 전원(Vin1)의 제 2 단자와 반도체 공정 설비 측의 제 4 단자 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 절체 스위치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 2 스위칭 소자는 적어도 2개 이상을 구비하고,
    하나의 제 2 스위칭 소자는 제 2 전원(Vin2)의 제 1 단자와 반도체 공정 설비 측의 제 3 단자 사이에 연결되고,
    다른 하나의 제 2 스위칭 소자는 제 2 전원(Vin2)의 제 2 단자와 반도체 공정 설비 측의 제 4 단자 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 절체 스위치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와, 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것을 특징으로 하는 전원 절체 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동제어부에는 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)와 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체(Q3, Q4)로 동시에 온(On) 신호가 인가되는 것을 방지하는 인터록(Interlock) 회로가 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 절체 스위치.
  6. 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 1 스위칭 소자와, 제 2 전원(Vin2)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원을 무순단으로 공급할 수 있는 제 2 스위칭 소자를 포함하고, 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자는 각각 제 1, 2 반도체 스위치(Q1, Q2) 및 제 3, 4 반도체 스위치(Q3, Q4)를 포함하며, 제 1, 3 반도체 스위치(Q1, Q3)의 소스와 제 2, 4 반도체 스위치(Q2, Q4)의 소스가 각각 서로 연결되고, 제 1 내지 4 반도체 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)의 소스와 이미터에는 다이오드(D1, D2, D3, D4)가 각각 역방향 병렬로 연결되는 전원 절체 스위치의 스위칭 방법에 있어서,
    구동제어부는 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원에 이상이 감지되는 경우 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되도록 하는 제 1 단계(S100);
    제 1 단계(S100)에서 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 차단되고, 제 2 전원(Vin2)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 연결된 후, 상기 구동제어부는 제 1 전원(Vin1)으로부터 반도체 공정 설비 측으로 공급되는 전원이 소정의 시간 이상 동안 정상으로 감지되는 경우 제 1 스위칭 소자의 제 1 및 제 2 반도체 스위치(Q1, Q2)의 게이트에 동시에 온(On) 신호가 인가되고, 이와 동시에 제 2 스위칭 소자의 제 3 및 제 4 반도체 스위치(Q3, Q4)의 게이트에 동시에 오프(Off) 신호가 인가되도록 하는 제 2 단계(S200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 절체 스위치의 스위칭 방법.
  7. 제 6 항의 전원 절체 스위치의 스위칭 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
PCT/KR2019/008812 2018-07-27 2019-07-17 전원 절체 스위치 WO2020022693A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180087494A KR102039888B1 (ko) 2018-07-27 2018-07-27 전원 절체 스위치
KR10-2018-0087494 2018-07-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020022693A1 true WO2020022693A1 (ko) 2020-01-30

Family

ID=68577941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/008812 WO2020022693A1 (ko) 2018-07-27 2019-07-17 전원 절체 스위치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102039888B1 (ko)
WO (1) WO2020022693A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102537206B1 (ko) 2021-06-01 2023-05-26 (주)신아이엔지 계통연계형 재생에너지 발전 시스템 및 그 동작방법
KR102627415B1 (ko) 2021-06-01 2024-01-19 (주)신아이엔지 독립적인 바이패스 기능을 갖는 무정전 전원 공급 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040042529A (ko) * 2002-11-14 2004-05-20 주식회사 포스코 무정전 전원공급장치의 비상절체회로
JP2007318893A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Ntt Data Ex Techno Corp 無停電電源装置、双方向電力転送回路および電源供給装置
KR20100000482A (ko) * 2008-06-25 2010-01-06 한국전기연구원 교류전원 펄스폭변조 조광회로
KR101564736B1 (ko) * 2014-03-10 2015-11-02 주식회사 펠코리아 전원 절환 장치
KR20160001972A (ko) * 2014-06-30 2016-01-07 박경선 무정전 전원장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799429A (ja) * 1993-09-28 1995-04-11 Fuji Electric Co Ltd Ｉｇｂｔのサージ電圧抑制回路と過電流遮断回路
KR101312372B1 (ko) 2012-08-09 2013-09-27 전남대학교산학협력단 Ａｃ/ａｃ, ａｃ/ｄｃ 및 ｄｃ/ａｃ 겸용 단상 전력 변환기

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040042529A (ko) * 2002-11-14 2004-05-20 주식회사 포스코 무정전 전원공급장치의 비상절체회로
JP2007318893A (ja) * 2006-05-25 2007-12-06 Ntt Data Ex Techno Corp 無停電電源装置、双方向電力転送回路および電源供給装置
KR20100000482A (ko) * 2008-06-25 2010-01-06 한국전기연구원 교류전원 펄스폭변조 조광회로
KR101564736B1 (ko) * 2014-03-10 2015-11-02 주식회사 펠코리아 전원 절환 장치
KR20160001972A (ko) * 2014-06-30 2016-01-07 박경선 무정전 전원장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102039888B1 (ko) 2019-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020022693A1 (ko) 전원 절체 스위치
WO2020130258A1 (ko) 과전류 보호 전원 절체 스위치
US11190047B2 (en) Uninterruptible power supply system including a plurality of uninterruptible power supplies connected in parallel
WO2021085759A1 (ko) 무순단 전원 공급 제어 장치 및 그 전원 공급 제어 장치가 적용된 ups 모듈
WO2016045559A1 (zh) 一种支持冗余备份及热插拔的供电系统
WO2013187573A1 (ko) 대용량 부하에 대한 폐회로 전력선 통신 시스템
WO2017095188A1 (ko) 반도체 스위치를 사용한 아크억제형 직류차단기
WO2020227410A1 (en) System and method for shared hybrid transfer switch
US7405496B2 (en) Transfer circuit topology for redundant power generator regulators and inverting DC drives
WO2015186904A1 (ko) 바이패스 스위치 회로 포함의 전력변환장치
WO2012165779A2 (ko) 대형빌딩 전기설비 무정전시스템
WO2014017713A1 (ko) 무정전 전원 공급 시스템
US11984760B2 (en) Modular static transfer switches
WO2022255711A1 (ko) 독립적인 바이패스 기능을 갖는 무정전 전원 공급 장치
WO2022255712A1 (ko) 계통연계형 재생에너지 발전 시스템 및 그 동작방법
WO2022158748A1 (ko) 무정전 전원 공급 모듈
WO2018117591A2 (ko) 진공 갭 스위치를 이용한 역전류 주입형 직류 전류 차단 장치 및 방법
WO2019078510A1 (ko) 직류 보호 장치 및 그의 제어 방법
TWI754909B (zh) 具有自動切換開關之電源供電系統
WO2021235561A1 (ko) 인버터 장치
JP7239520B2 (ja) 電力装置
US20230052000A1 (en) Power architecture for server and it equipment rack
WO2020171308A1 (ko) 인버터 보호장치
WO2021095999A1 (ko) Ups 모듈 및 그 ups 모듈의 제어 방법
US20230409095A1 (en) Power Architecture for Server and IT Equipment Rack

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19842114

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19842114

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1