WO2020222424A1 - 반도체 차단기 - Google Patents

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WO2020222424A1
WO2020222424A1 PCT/KR2020/003760 KR2020003760W WO2020222424A1 WO 2020222424 A1 WO2020222424 A1 WO 2020222424A1 KR 2020003760 W KR2020003760 W KR 2020003760W WO 2020222424 A1 WO2020222424 A1 WO 2020222424A1
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circuit
semiconductor
circuit breaker
protection module
connection terminal
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PCT/KR2020/003760
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송웅협
심정욱
배채윤
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엘에스일렉트릭㈜
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Definitions

  • snubber circuits include capacitor (C) snubber, resistance-capacitor (RC) snubber and charge-discharge type) resistance-capacitor-diode (RCD) snubber and discharge-suppressing type. There may be a snubber circuit.
  • the configuration of a semiconductor circuit breaker having such a configuration is composed of a general circuit breaker structure as shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 it is configured in a structure in which at least one breaker input terminal unit 2 and at least one breaker output terminal unit 3 are disposed at both ends of the frame body 1 in the frame body 1 constituting the body.
  • the upper part of the frame body 1 is provided with a manual switch (button type or slide type) 4 capable of starting the switch and a reset button 5 for re-insertion after a breaker trip occurs in case of a line failure.
  • a semiconductor device, a control circuit, a snubber circuit, and a MOV are disposed inside the frame body 1.
  • a semiconductor circuit breaker is connected between the power and the load, the main circuit unit having a semiconductor switch;
  • An enclosure having a built-in main circuit part and a module receiving part outside; It includes; a protection module detachably accommodated in the module receiving portion.
  • the protection module includes a first protection module incorporating a snubber circuit for protecting the semiconductor switch.
  • FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor circuit breaker according to the prior art.
  • FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor circuit breaker according to an embodiment of the present invention.
  • the semiconductor circuit breaker 10 is connected between the power source 1 and the load 2, and includes a main circuit unit having semiconductor switches 1001 and 1002; An enclosure 11 having a built-in main circuit part and a module receiving part 20 outside; It is configured to include; protection modules (30, 40) detachably accommodated in the module receiving portion (20).
  • the wiring breaker 10 is a terminal part 12 and 13 composed of a power-side terminal part (input terminal part) 13 to which the power source 1 is connected and a load-side terminal part (output terminal part) 12 to which the load 2 is connected, and fixed A contact part consisting of a contact and a movable contact that connects or blocks a circuit by separating or contacting the fixed contact, an opening/closing mechanism part that operates the movable contact with a handle 19 receiving the user's operation force, and an abnormal current in the circuit It may include a detector unit for detecting the flow of the flow and operating the opening and closing mechanism unit, a trip unit, and an extinguishing unit for efficiently extinguishing the arc generated when the contact unit is separated. Components responsible for each of the above functions are built into the enclosure 11.
  • a circuit including a semiconductor element connected to the power-side terminal portion 13 and the load-side terminal portion 12 and a control unit for controlling the semiconductor element is provided inside the enclosure 11.
  • a module accommodating portion 20 is provided in the enclosure 11.
  • the module accommodating part 20 may be provided as a groove in the upper part of the enclosure 11. It goes without saying that such an example may be formed as an example of another type as an example.
  • connection terminal portions 21 and 22 are provided in the module accommodating portion 20.
  • the connection terminal portions 21 and 22 may include a first connection terminal portion 21 and a second connection terminal portion 22.
  • the connection terminal portions 21 and 22 include a terminal connected to the power circuit inside the enclosure 11 and connected to the power supply 1 and a terminal connected to the ground.
  • Protection modules 30 and 40 that can be attached to and detached from the module receiving portion 20 are provided.
  • the protection modules 30 and 40 may include a first protection module 30 and a second protection module 40.
  • the first protection module may be a snubber circuit module
  • the second protection module may be a MOV (Metal Oxide Varistor) module.
  • the main circuit unit is connected between the power source and the load (Zsystem), and the first and second semiconductor switches 2301 and 2302 are arranged in series.
  • the first MOSFET and the second MOSFET may be N-channel MOSFETs.
  • one end and the other end of the first parallel diode may be connected to a source and a drain of the first MOSFET, respectively.
  • one end and the other end of the second parallel diode may be connected to a drain and a source of the second MOSFET, respectively.
  • the bidirectional semiconductor circuit breaker according to the present invention may be provided by the first and second semiconductor switches 2301 and 2302 configured in a complementary symmetric shape.
  • the first resistor 2332a and the second resistor 2332b can provide a ground point, which is a ground path through which the fault current flows, at the connection point between the first resistor 2332a and the second resistor 2332b.
  • the first resistor 2332a and the second resistor 2332b may be configured in the form of a non-linear resistor element, and may be connected in series with each other.
  • FIG. 6 shows a circuit structure for connecting a semiconductor circuit breaker and a mechanical switch in series with the left and right ends or one contact in series. Therefore, the two-way circuit breaker according to the present invention is configured with a circuit structure connecting the left and right ends in series with the circuit breaker or the mechanical switches 2351 to 2354 in series with one contact to ensure physical insulation and overvoltage protection after the disconnection is completed. I can.
  • the mechanical switches 2351 to 2354 are opened through a separate signal or a time delay to maintain physical insulation of the circuit breaker.
  • the first and second semiconductor switches 2301 and 2302 are disposed in parallel, and a metal oxide varistor (MOV) may be configured to suppress an overvoltage.
  • MOV metal oxide varistor
  • the MOV when the voltage applied to the semiconductor switch is equal to or higher than a certain voltage, the resistance value becomes almost zero, and the current path can be changed.
  • the MOV may be configured to dump the current to another path.
  • the current path may be changed to a path by the MOV, not by the path by the first and second semiconductor switches 2301 and 2302 and by the snubber circuit unit 2330.
  • the MOV is built into the MOV module, that is, the second protection module 40.
  • the MOV for protecting the semiconductor switches 2301 and 2302 of the bi-directional semiconductor circuit breaker is embedded in the second protection module 40 separated from the enclosure 11 of the circuit breaker and is connected to the main circuit so as to be detachable.

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Abstract

본 발명은 반도체 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보호회로가 모듈화되어 유지보수가 용이한 반도체 차단기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기는 전원과 부하 사이에 연결되고, 반도체 스위치를 갖는 주회로부; 상기 주회로부가 내장되고, 외부에는 모듈 수용부를 갖는 외함; 상기 모듈 수용부에 착탈 가능하게 수용되는 보호 모듈;을 포함한다.

Description

반도체 차단기
본 발명은 반도체 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보호회로가 모듈화되어 유지보수가 용이한 반도체 차단기에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 차단기의 경우, 반도체 스위칭 시 발생되는 전압에 의한 손상으로부터 반도체를 보호하기 위해 보호회로(Protection Circuit, Safety Circuit) 또는 보호소자(Safety Element)가 적용된다. 이러한 보호회로의 예로서 스너버 회로(Snubber Circuit)가 사용된다. 전력용 반도체 차단기에 있어서도 마찬가지로 스위칭 시 발생되는 전압을 낮추기 위해 스너버 회로와 같은 보호회로가 필요하다.
스너버회로의 예로, 커패시터(C) 스너버, 저항-커패시터(RC) 스너버 및 충방전형(Charge-discharge type) 저항-커패시터-다이오드(RCD) 스너버 및 방전억제형(Discharge-suppressing type) 스너버 회로가 있을 수 있다.
또한 시스템에 따라서는 보호소자로서 MOV(Metal Oxide Varistor)를 추가로 구성하는 경우도 있다. MOV는 서지(surge) 보호용으로 사용하는 부품의 하나로서, 서지로부터 전기전자 기기의 피해를 방지하기 위해 회로의 일부에 적용된다. MOV는 아연 산화물로 구성된 배리스터로 일정치 이상의 전위가 발생하면 전류가 흐르는 과도 전압 차단 소자이며, 이 소자의 적용에 따라 외로 내부 퓨즈가 필요 없게 된다.
이러한 구성을 가지는 반도체 차단기의 구성은 도 1과 같이 일반적인 차단기 구조로 구성된다. 도 1을 참조하면, 몸체를 이루는 프레임 바디(1)에 1개 이상의 차단기 입력 단자부(2)와 1개 이상의 차단기 출력 단자부(3)가 프레임 바디(1)의 양단에 배치되는 구조로 구성된다. 프레임 바디(1)의 상부에는 스위치를 기동시킬 수 있는 수동 스위치(버튼식 또는 슬라이드식)(4)와 선로 고장시 차단기 트립 발생 후 재투입을 위한 리셋 버튼(5)이 마련된다. 그리고 프레임 바디(1)의 내부에는 반도체 소자, 제어 회로, 스너버 회로, MOV 등이 배치된다.
반도체 차단기는 반도체 소자와 다수의 전기전자 부품이 사용되는 복잡한 구성을 갖는다.
이러한 종래의 반도체 차단기에 있어서 차단기 용량이 변경되면 내부 구성 부품도 이에 따라 교체하여야 한다. 이 경우 주회로와 보호회로를 포함한 내부 구성부품을 함꺼번에 교체하여야 하므로 불편하다. 또한, 주회로와 보호회로가 일체요 적용되는 경우 유지 보수에 있어서도 불리하다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 보호회로가 착탈식으로 모듈화된 반도체 차단기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기는 전원과 부하 사이에 연결되고, 반도체 스위치를 갖는 주회로부; 상기 주회로부가 내장되고, 외부에는 모듈 수용부를 갖는 외함; 상기 모듈 수용부에 착탈 가능하게 수용되는 보호 모듈;을 포함한다.
여기서, 상기 보호 모듈은 상기 반도체 스위치를 보호하기 위한 스너버 회로부를 내장하는 제1 보호 모듈을 포함한다.
또한, 상기 보호 모듈은 상기 반도체 스위치를 보호하기 위한 MOV(Metal Oxide Varistor)를 내장하는 제2 보호 모듈을 포함한다.
또한, 상기 모듈 수용부는 상기 외함의 일부에 홈으로 형성된다.
또한, 상기 모듈 수용부에는 상기 전원 또는 접지에 연결되는 연결단자부가 구비된다.
또한, 상기 연결단자부는, 상기 제1 보호 모듈이 접속될 수 있는 제1 연결단자부와, 상기 제2 보호 모듈이 접속될 수 있는 제2 연결단자부를 포함한다.
또한, 상기 제1 보호 모듈에는 상기 제1 연결단자부에 연결되는 제1 접속 단자부가 구비되고, 상기 제2 보호 모듈에는 상기 제2 연결단자부에 연결되는 제2 접속 단자부가 구비된다.
또한, 상기 모듈 수용부에는 상기 보호 모듈의 삽입 장착을 안내하고 지지하는 가이드부가 형성되고, 상기 보호 모듈에는 상기 가이드부에 삽입되는 가이드가 형성된다.
또한, 상기 반도체 스위치는 서로 대칭 구조로 형성되어 반대 방향의 전류에 각각 대응하여 작동하는 제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치를 포함한다.
또한, 상기 스너버 회로부는, 제1커패시터 및 제1다이오드가 직렬로 배치된 제1회로라인; 상기 제1회로라인과 병렬 연결되며, 제2커패시터 및 제2다이오드가 직렬로 배치된 제2회로라인; 및 일단은 상기 제1회로라인에 연결되고, 타단은 상기 제2회로라인에 연결되며, 제1저항 및 제2저항이 직렬로 배치된 제3회로라인을 포함하고, 상기 제1회로라인 또는 제2회로라인의 전단과 후단 및 상기 제3회로라인의 상기 제1저항과 제2저항 사이에 연결되는 접지단자는 상기 제1 접속 단자부에 각각 연결된다.
그리고, 상기 MOV의 일단과 타단은 상기 반도체 스위치의 전단 및 후단에 각각 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기에 의하면 스너버 회로 등의 보호회로가 외함에 착탈 가능한 모듈로 구성되어 용량 변경이나 유지 보수에 유리하다.
이에 따라, 주회로를 포함한 차단기 전체 회로를 교체할 필요가 없어 원가 가 절감된다.
도 1은 종래기술에 따른 반도체 차단기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기의 사시도이다.
도 3은 도 2에서 보호 모듈이 분리된 상태의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 반도체 차단기의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양방향 반도체 차단기의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양방향 반도체 차단기의 회로도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기의 사시도, 도 3은 도 2에서 보호 모듈이 분리된 상태의 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기에 적용되는 회로도이다. 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 반도체 차단기에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 차단기(10)는 전원(1)과 부하(2) 사이에 연결되고, 반도체 스위치(1001,1002)를 갖는 주회로부; 상기 주회로부가 내장되고, 외부에는 모듈 수용부(20)를 갖는 외함(11); 상기 모듈 수용부(20)에 착탈 가능하게 수용되는 보호 모듈(30,40);을 포함하여 구성된다.
배선용 차단기(10)의 외함(11)은 상자 형태로 형성될 수 있다. 외함(11)은 절연 재료로 형성될 수 있다.
배선용 차단기(10)는 전원(1)이 연결되는 전원측 단자부(입력 단자부)(13)와 부하(2)가 연결되는 부하측 단자부(출력 단자부)(12)로 구성되는 단자부(12,13), 고정접점 및 상기 고정접점에 분리 또는 접촉하여 회로를 연결 또는 차단하는 가동접점으로 구성되는 접점부, 사용자의 조작력을 받는 핸들(19)이 구비되어 상기 가동접점을 동작시키는 개폐기구부, 상기 회로에 이상전류가 흐르는 경우 이를 감지하고 상기 개폐기구부를 동작시키는 검출기구부 및 트립부, 접점부의 분리시 발생하는 아크를 효율적으로 소호하기 위한 소호부를 포함할 수 있다. 상기 각 기능을 담당하는 구성들은 외함(11) 내부에 내장된다.
외함(11)의 일단부에는 전원(1)에 연결되는 전원측 단자부(13)가 마련되고, 외함의 타단부에는 부하(2)에 연결되는 부하측 단자부(12)가 마련된다.
각 단자부(12,13)에는 단자(terminal)가 설치된다. 즉, 부하측 단자부(12)에는 부하측 단자(미도시)가 노출되도록 설치되고, 전원측 단자부(13)에는 전원측 단자(14)가 노출되도록 설치된다.
전원측 단자부(입력 단자부)(13)에는 각 상이 분리되도록 상간 격벽이 마련된다. 각 상별 단자부는 상간 격벽 또는 측벽에 의해 구분된다. 전원측 단자부(13)에 적용되는 사항은 부하측 단자부(12)에도 적용될 수 있다.
외함(11)의 상부에는 접점부 개폐를 위해 사용자의 수동 조작력을 제공하는 핸들(15)이 구비된다.
또한, 핸들(15)의 일측에는 사고 전류에 의한 차단기의 트립 발생 후 재투입을 위한 리셋 버튼(16)이 구비된다. 리셋 버튼(16)은 트립 작동 후 재투입을 위한 리셋 작동을 제공한다.
외함(11) 내부에는 전원측 단자부(13) 및 부하측 단자부(12)와 연결되는 반도체 소자와 이를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 회로가 마련된다.
외함(11)에는 모듈 수용부(20)가 마련된다. 모듈 수용부(20)는 외함(11)의 상부에 홈으로 마련될 수 있다. 이러한 예는 하나의 실시예로서 다른 형태의 실시예로 형성될 수 있음은 물론이다.
모듈 수용부(20)에는 연결단자부(21,22)가 마련된다. 연결단자부(21,22)는 제1 연결단자부(21) 및 제2 연결단자부(22)를 포함할 수 있다. 연결단자부(21,22)는 외함(11) 내부의 전원회로에 연결되어 전원(1)에 연결되는 단자 및 접지에 연결되는 단자를 포함한다.
모듈 수용부(20)에는 보호 모듈(30,40)의 삽입 및 장착을 안내하고 지지하는 가이드부(25)가 형성될 수 있다.
상기 모듈 수용부(20)에 착탈될 수 있는 보호 모듈(30,40)이 마련된다. 보호 모듈(30,40)은 제1 보호 모듈(30)과 제2 보호 모듈(40)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 보호모듈은 스너버 회로 모듈이고, 제2 보호 보듈은 MOV (Metal Oxide Varistor) 모듈일 수 있다.
보호 모듈(30,40)에는 각각 연결단자부(21,22)에 접속될 수 있는 접속 단자부(31,41)가 마련된다.
보호 모듈(30,40)이 모듈 수용부(20)에 장착되어 접속 단자부(31,41)가 연결단자부(21,22)에 연결되면 보호 모듈(30,40)의 보호 회로 또는 보호 소자는 전원 회로 및 주회로에 연결된다.
보호 모듈(30,40)에는 상기 모듈 수용부(20)의 가이드부(25)에 끼움 결합되는 가이드(35,45)가 각각 형성될 수 있다. 이러한 가이드부(25)와 가이드(35,45)는 홈과 돌기(또는 리브)로 구성될 수 있다.
한편, 양방향 직류 계통에서는 양방향 차단이 가능한 차단기가 필요하다. 따라서, 양방향(bidirectional) 반도체 차단기(SSCB, Solid-State Circuit Breaker)를 적용할 경우 사고전류(fault current)를 안정적으로 차단하기 위해 양방향으로 동작 할 수 있는 보호 회로가 필요하다. 이러한 보호 회로로 스너버 회로(snubber circuit)가 적용될 수 있음은 전술한 바와 같다.
반도체 보호를 위한 스너버 회로는 두 가지 경우로 구분할 수 있다. 하나는, 양방향 동작이 가능하도록 두 개의 단방향 스너버 회로를 적용하는 것이고, 다른 하나는 양방향으로 동작가능한 고성능 스너버 회로를 적용하는 것이다.
도 4를 참조하면, 양방향 반도체 차단기 전체 회로(100)는, 전원(1)과 부하(2) 사이에 연결된 주 회로부를 포함한다. 여기서, 주 회로부는 직렬 연결된 제1 반도체 스위치(MOSFET)(1001), 제2 반도체 스위치(MOSFET)(1002)를 포함한다. 제1 반도체 스위치(MOSFET)(1001)와 제2 반도체 스위치(MOSFET)(1002)는 서로 반대 방향으로 흐르는 전류를 차단하도록 대칭적으로 구성될 수 있다. 한편, 부하(2)에 의해 발생하는 인덕턴스 성분을 나타내는 리액터(1003)를 고려할 수 있다. 정상상태에서, 전류는 전원(1)의 양극으로부터 흘러나와 부하(2)를 거쳐 전원(1)의 음극으로 들어오는 흐름을 형성한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 양방향 반도체 차단기 회로는, 일단은 상기 제1 MOSFET 스위치(1001)의 전단에 타단은 상기 제2 MOSFET 스위치(1002)의 후단에 병렬 연결된 스너버 회로부(1030)를 포함한다. 한편, 상기 제1 및 제2 MOSFET 스위치(1001, 1002)은 방향성을 고려하여 일단(one end)과 타단(the other end)을 전단(front end)과 후단(rear end)으로 표현할 수 있다. 즉, 스너버 회로부(1030)의 일단과 타단은 상기 제1 및 제2 MOSFET 스위치(1001, 1002)의 서로 다른 단부(end portion)인 전단과 후단에 각각 연결된다.
한편, 상기 스너버 회로부(1030)는, 복수의 회로라인을 포함하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 스너버 회로부(1030)는 제1커패시터(1031) 및 제1다이오드(1033)가 직렬로 배치된 제1회로라인을 포함한다. 또한, 상기 스너버 회로부(1030)는 상기 제1회로라인과 병렬 연결되며, 제2커패시터(1035) 및 제2다이오드(1034)가 직렬로 배치된 제2회로라인을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 스너버 회로부(1030)는 일단은 상기 제1회로라인에 타단은 상기 제2회로라인에 직렬로 연결되며, 제1저항 및 제2저항(1032)이 직렬로 배치된 제3회로라인을 더 포함할 수 있다.
상기 스너버 회로부(1030)는 스너버 회로 모듈, 즉 제1 보호 모듈(30)에 내장된다. 다시 말하면, 양방향 반도체 차단기의 반도체 스위치(1001,1002) 보호를 위한 스너버 회로부(1030)가 차단기의 외함(11)으로부터 분리된 제1 보호 모듈(30)에 내장되어 탈착 가능하게 주회로에 접속된다.
스너버 회로부(1030)의 제1 노드(31a), 제2 노드(31b), 제3 노드(31c)는 제1 접속 단자부(31)에 각각 연결된다. 여기서 제1 노드(31a)와 제2 노드(31b)는 제1회로라인 또는 제2 회로라인의 전단과 후단이 되고, 제3 노드(31c)는 제3회로라인의 접지단부가 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리휠링 회로가 추가된 양방향 반도체 차단기의 구조를 나타낸다. 프리휠링 회로가 추가된 양방향 반도체 차단기는 주 회로부, 스너버 회로부(2330) 및 제1 및 제2 프리휠링 회로(2341, 2342)를 포함할 수 있다.
주 회로부는 전원과 부하(Zsystem) 사이에 연결되고, 제1 및 제2 반도체 스위치(2301, 2302)가 직렬로 배치되도록 구성된다.
스너버 회로부(2330)는 일단이 제1 반도체 스위치(2301)의 전단에 연결되고 타단이 제2 반도체 스위치(2302)의 후단에 병렬 연결되도록 구성된다.
이때, 제1 반도체 스위치(2301)는 제1 MOSFET과 제1 병렬 다이오드가 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 반도체 스위치(2301)는 제2 MOSFET과 제2 병렬 다이오드가 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
한편, 제1 MOSFET과 제2 MOSFET은 N-channel MOSFET일 수 있다. 이때, 제1 병렬 다이오드의 일단과 타단은 각각 제1 MOSFET의 소스(source)와 드레인(drain)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 병렬 다이오드의 일단과 타단은 각각 제2 MOSFET의 드레인과 소스에 연결될 수 있다. 이와 같이, 상보 대칭 형태로 구성된 제1 및 제2 반도체 스위치(2301, 2302)에 의해 본 발명에 따른 양방향 반도체 차단기를 제공할 수 있다.
스너버 회로부(2330)는 제1커패시터(2331, Cs) 및 제1다이오드(2333, Ds)가 직렬로 배치된 제1회로라인을 포함한다. 또한, 스너버 회로부(2330)는 상기 제1회로라인과 병렬 연결되며, 제2다이오드 다이오드(2334, Ds) 및 제2커패시터(2335, Cs)가 직렬로 배치된 제2회로라인을 더 포함한다. 이때, 제1회로라인은 제1커패시터(2331)와 제1다이오드(2333)의 순서로 직렬 연결되고 제2회로라인은 제2다이오드(2334)와 제2커패시터(2335)의 순서로 직렬 연결될 수 있다.
또한, 스너버 회로부(2330)는, 일단이 상기 제1회로라인에 연결되고 타단이 상기 제2회로라인에 연결되며, 제1저항(2332a, Rs) 및 제2저항(2332b, Rs)이 직렬로 배치된 제3회로라인을 더 포함할 수 있다. 이때, 제3회로라인의 일단은 제1커패시터(2331)의 타단과 제1다이오드(2333)의 일단과 연결될 수 있다. 또한, 제3회로라인의 타단은 제2다이오드(2334)의 일단과 제2커패시터(2335)의 타단과 연결될 수 있다.
한편, 제1저항(2332a)과 제2저항(2332b)은 제1저항(2332a)과 제2저항(2332b) 사이의 접지점에 연결될 수 있다. 또한, 스너버 회로부(2330)는 접지점을 기준으로 점 대칭 형태로 구성될 수 있다.
한편, 제1저항(2332a)과 제2저항(2332b)에 의해 사고전류 (fault current)가 스너버 회로부(2300)의 내부로 흘러 들어 발생하는 전압 강하(voltage drop)를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제1저항(2332a)과 제2저항(2332b)은 사고전류가 흐르는 접지 경로(ground path)인 접지점을 제1저항(2332a)과 제2저항(2332b)의 연결 지점에서 제공할 수 있다. 한편, 제1저항(2332a) 및 제2저항(2332b)은 비선형 저항 소자(non-linear resistor element)형태로 구성되고, 상호 직렬 연결될 수 있다.
한편, 제1 프리휠링 회로(2341)는 차단기의 입력부에 제3다이오드(Df)와 제3저항(Rf)으로 구성되고, 차단기의 차단동작 시 발생하는 과전압을 억제하도록 구성된다. 구체적으로, 제1 프리휠링 회로(2341)는 제1 반도체 스위치(2301)의 전원 측 노드에서, 전원과 병렬로 연결된 제3다이오드(Df)를 포함한다. 또한, 제1 프리휠링 회로(2341)는 제3다이오드(Df)와 접지 간에 병렬 연결된 제3저항(Rf)을 더 포함한다.
한편, 제2 프리휠링 회로(2341)는 차단기의 출력부에 제4다이오드(Df)와 제4저항으로 구성된다. 구체적으로, 제2 프리휠링 회로(2341)는 제2 반도체 스위치(2302)의 부하 측 노드에서, 부하(Zsystem)와 병렬로 연결된 제4다이오드(Df)를 포함한다. 또한, 제2 프리휠링 회로(2341)는 제4다이오드(Df)와 접지 간에 병렬 연결된 제4저항(Rf)을 더 포함한다.
여기서, 전원은 전원 측 인덕터 성분을 포함하고, 부하(Zsystem)는 부하 측 인덕터 성분을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 전원 측 인덕터 성분은 전원에 연결된 제1 인덕터(L1)로 등가화 될 수 있다. 한편, 부하 측 인덕터 성분은 부하(Zsystem)에 연결된 제2 인덕터(L2)로 등가화 될 수 있다.
상기 스너버 회로부(2330)는 스너버 회로 모듈, 즉 제1 보호 모듈(30)에 내장된다. 다시 말하면, 양방향 반도체 차단기의 반도체 스위치(2301,2302) 보호를 위한 스너버 회로부(2330)가 차단기의 외함(11)으로부터 분리된 제1 보호 모듈(30)에 내장되어 탈착 가능하게 주회로에 접속된다.
스너버 회로부(2330)의 제1 노드(31a), 제2 노드(31b), 제3 노드(31c)는 제1 접속 단자부(31)에 각각 연결된다. 여기서 제1 노드(31a)와 제2 노드(31b)는 제1회로라인 또는 제2 회로라인의 전단과 후단이 되고, 제3 노드(31c)는 제3회로라인의 접지단부가 된다.
또한, 반도체 차단기는 차단이 완료된 후 확실한 물리적 절연 및 과전압 보호를 확보해야 한다. 이와 관련하여, 도 6은 반도체 차단기와 직렬로 좌우 양단 접점 또는 한쪽 접점과 직렬로 기계식 스위치를 연결하는 회로구조를 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 양방향 차단기는 차단이 완료된 후 물리적 절연 및 과전압 보호를 확보하도록, 차단기와 직렬로 좌우 양단 접점 또는 한쪽 접점과 직렬로 기계식 스위치(2351 내지 2354)를 연결하는 회로구조로 구성될 수 있다.
여기서, 반도체 스위치 차단 동작 후 별도의 신호 또는 시간 지연을 통해 기계식 스위치(2351 내지 2354)를 개방하여 차단기의 물리적 절연을 유지할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 반도체 스위치(2301, 2302)와 병렬로 배치되어, 과전압을 억제할 수 있도록 MOV (Metal Oxide Varistor)가 구성될 수 있다. 여기서, MOV는 반도체 스위치에 인가되는 전압이 일정 전압 이상이면 저항 값이 거의 0이 되어, 전류 경로를 변경시킬 수 있다. 이에 따라, MOV는 제1 및 제2 반도체 스위치(2301, 2302)에 인가되는 전압이 일정 전압 이상이면 전류를 다른 경로로 덤프(dump)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 반도체 스위치(2301, 2302)에 의한 경로 및 스너버 회로부(2330)에 의한 경로가 아닌 MOV에 의한 경로로 전류 경로가 변경될 수 있다.
이에 따라, 반도체 차단기의 차단동작 시 전원 측 인덕턴스 L1이 커서 스너버 회로(2330)만으로 충분히 감당할 수 없을 경우 MOV회로를 통해 과전압 억제가 가능하다. 이에 따라, 외부에서 유입되는 서지(surge)로부터 차단기의 반도체 소자를 보호할 수 있다.
상기 MOV는 MOV 모듈, 즉 제2 보호 모듈(40)에 내장된다. 다시 말하면, 양방향 반도체 차단기의 반도체 스위치(2301,2302) 보호를 위한 MOV가 차단기의 외함(11)으로부터 분리된 제2 보호 모듈(40)에 내장되어 탈착 가능하게 주회로에 접속된다.
MOV의 제1 노드(41a), 제2 노드(41b)는 제2 접속 단자부(41)에 각각 연결된다. 여기서 MOV의 제1 노드(41a)와 제2 노드(41b)는 각각 제1 반도체 스위치(2301)의 전단 및 제2 반도체 스위치(2302)의 후단이 된다.
본 발명의 실시예의 반도체 차단기에 따르면 스너버 회로 또는 MOV 소자를 포함하는 보호 회로가 외함에서 분리될 수 있는 별도의 모듈로 구성된다. 따라서, 손상율이 높은 보호 회로를 용이하게 교체할 수 있다. 또한, 차단기의 용량에 있어 증감이 있는 경우에도 이러한 용량에 적합한 보호 모듈로 교체할 수 있다.
본 명세서에서 구성된 양방향 반도체 차단기의 회로에서 차단 동작의 상세한 작동에 대해서는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 제10-2019-0042659호 "양방향 반도체 차단기"를 참조할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들은 본 발명을 구현하는 실시예들로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 전원과 부하 사이에 연결되고, 반도체 스위치를 갖는 주회로부;
    상기 주회로부가 내장되고, 외부에는 모듈 수용부를 갖는 외함;
    상기 모듈 수용부에 착탈 가능하게 수용되는 보호 모듈;을 포함하는 반도체 차단기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호 모듈은 상기 반도체 스위치를 보호하기 위한 스너버 회로부를 내장하는 제1 보호 모듈을 포함하는 반도체 차단기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호 모듈은 상기 반도체 스위치를 보호하기 위한 MOV(Metal Oxide Varistor)를 내장하는 제2 보호 모듈을 포함하는 반도체 차단기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모듈 수용부는 상기 외함의 일부에 홈으로 형성되는 반도체 차단기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 모듈 수용부에는 상기 전원 또는 접지에 연결되는 연결단자부가 구비되는 반도체 차단기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 연결단자부는, 상기 제1 보호 모듈이 접속될 수 있는 제1 연결단자부와, 상기 제2 보호 모듈이 접속될 수 있는 제2 연결단자부를 포함하는 반도체 차단기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 보호 모듈에는 상기 제1 연결단자부에 연결되는 제1 접속 단자부가 구비되고, 상기 제2 보호 모듈에는 상기 제2 연결단자부에 연결되는 제2 접속 단자부가 구비되는 반도체 차단기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 모듈 수용부에는 상기 보호 모듈의 삽입 장착을 안내하고 지지하는 가이드부가 형성되고, 상기 보호 모듈에는 상기 가이드부에 삽입되는 가이드가 형성되는 반도체 차단기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 반도체 스위치는 서로 대칭 구조로 형성되어 반대 방향의 전류에 각각 대응하여 작동하는 제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치를 포함하는 반도체 차단기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스너버 회로부는, 제1커패시터 및 제1다이오드가 직렬로 배치된 제1회로라인; 상기 제1회로라인과 병렬 연결되며, 제2커패시터 및 제2다이오드가 직렬로 배치된 제2회로라인; 및 일단은 상기 제1회로라인에 연결되고, 타단은 상기 제2회로라인에 연결되며, 제1저항 및 제2저항이 직렬로 배치된 제3회로라인을 포함하고,
    상기 제1회로라인 또는 제2회로라인의 전단과 후단 및 상기 제3회로라인의 상기 제1저항과 제2저항 사이에 연결되는 접지단자는 상기 제1 접속 단자부에 각각 연결되는 반도체 차단기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 MOV의 일단과 타단은 상기 반도체 스위치의 전단 및 후단에 각각 연결되는 반도체 스위치.
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