WO2023120909A1

WO2023120909A1 - 반도체를 이용한 회로 차단기 및 그 제어 방법

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Publication number: WO2023120909A1
Application number: PCT/KR2022/015407
Authority: WO
Inventors: 윤동진; 강성희; 송웅협
Original assignee: LS Electric Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: KR102751077B1; KR20230096655A; CN117730462A; US12609525B2; US20240388080A1

Abstract

본 발명은, 반도체 회로 차단기(Solid State Circuit Breaker)에 대한 것으로, 게이트 단자에 인가되는 전압에 따라 상기 전력 계통과 상기 부하를 전기적으로 연결하거나 차단하는 반도체 스위치를 포함하는 반도체 스위치부 및, 상기 반도체 회로 차단기가 턴 온 되면, 기 설정된 초기 구동 시간 동안 턴 온 및 턴 오프를 반복하도록 상기 반도체 스위치를 제어하여, 상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 크기를 점차적으로 완화시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체를 이용한 회로 차단기 및 그 제어 방법

본 발명은 회로 차단기에 대한 것으로, 특히 전력용 반도체 스위치를 이용한 반도체 회로 차단기(SSCB)에 대한 것이다.

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.

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.

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. 그러나 이처럼 전류를 검출하는 시간이 매우 짧으므로, 순간적으로 증가하지만 짧은 시간 내에 정상 상태로 복귀되는 과도 전류, 즉 돌입전류가 발생하는 경우에도 이를 검출하여 회로를 차단하는 경우가 발생한다는 문제가 있다.

따라서 통상적인 반도체 회로 차단기는, 무부하 상태에서 상기 반도체 회로 차단기가 온(on) 되어 전력 계통과 부하 간의 회로가 형성될 때, 즉 부하의 초기 기동시에 발생하는 돌입전류에 의해 회로가 차단되는 것을 방지하기 위하여, 별도의 초기 충전 회로를 포함한다.

이러한 초기 충전 회로는 초기 충전 저항과, 상기 초기 충전 저항을 경유하는 전로 또는 상기 초기 충전 저항을 우회하는 우회 전로 중 어느 하나로 회로를 연결시키는 스위치를 포함할 수 있다. 따라서 통상적인 반도체 회로 차단기는, 상기 초기 충전 회로로 인하여 회로의 구성이 복잡해지며, 상기 초기 충전 회로를 구비하기 위한 내부 공간으로 인해 그 크기가 커진다는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 초기 충전 회로 없이도 부하의 초기 기동 시에 발생하는 돌입전류로 인한 회로 차단이 발생하지 않는 반도체 회로 차단기 및 그 반도체 회로 차단기의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 전력 계통과 부하 사이에 배치되는 반도체 회로 차단기(Solid State Circuit Breaker)에 있어서, 게이트 단자에 인가되는 전압에 따라 상기 전력 계통과 상기 부하를 전기적으로 연결하거나 차단하는 반도체 스위치를 포함하는 반도체 스위치부 및, 상기 반도체 회로 차단기가 턴 온 되면, 기 설정된 초기 구동 시간 동안 턴 온 및 턴 오프를 반복하도록 상기 반도체 스위치를 제어하여, 상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 크기를 점차적으로 완화시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 초기 구동 시간 동안, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 반도체 스위치에 내장된 트립(trip) 기능이 실행되는 제1 전류 레벨에 도달하는 경우에 한하여, 하드웨어 트립 기능만을 실행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 초기 구동 시간 동안에 상기 턴 온 및 턴 오프가 기 설정된 시간을 주기로 반복되도록 상기 반도체 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 사용자의 입력을 입력받는 입력부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 기 설정된 시간과 상기 반도체 스위치가 턴 온되는 시간의 비율인 반도체 스위치 듀티 사이클(duty cycle)과, 상기 초기 구동 시간 동안에 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되는 온오프 반복 횟수 및, 상기 초기 구동 시간의 정보를 포함하는 초기 구동 정보를 상기 입력부를 통해 수신하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 초기 구동 정보가 수신되면, 상기 초기 구동 정보에 따라 상기 초기 구동 시간 동안 상기 적어도 하나의 반도체 스위치를 제어할 듀티 시그널(duty signal)을 생성하고, 상기 듀티 시그널은, 상기 기 설정된 시간을 주기로, 상기 반도체 스위치 듀티 사이클에 따라 상기 적어도 하나의 반도체 스위치의 게이트 단자에 인가될 게이트 전압 시그널임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 스위치 듀티 사이클은, 각 주기 별로 반도체 스위치가 턴 온 된 시간이 각각 다르게 설정되며, 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 지속될수록, 한 주기 내에서 반도체 스위치가 턴 온되는 시간이 길어지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 스위치의 각 게이트 단자에, 게이트 전압을 인가는 복수의 게이트 드라이버를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 반도체 스위치의 게이트 단자에, 문턱 전압 이상의 게이트 전압이 인가되도록 하거나, 또는 상기 문턱 전압 미만의 게이트 전압이 인가되도록 상기 반도체 스위치에 각각 대응하는 적어도 하나의 게이트 드라이버를 제어하여, 상기 반도체 스위치를 턴 온 및 턴 오프하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 전력 계통으로부터 상기 반도체 회로 차단기 및 부하를 물리적으로 연결하거나 차단하는 차단 스위치를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 초기 구동 시간 동안, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능이 실행되는 제2 전류 레벨에 도달하는 경우 상기 소프트 트립 기능이 실행되는 조건이 충족된 횟수를 카운트하고, 상기 소프트 트립 기능이 실행되는 조건이 충족된 횟수가 기 설정된 횟수 이상이거나, 상기 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 차단 스위치가 동작하는 기 설정된 전류 레벨 이상인 경우, 상기 차단 스위치를 구동하여 상기 전력 계통과 상기 부하를 물리적으로 분리시키며, 상기 제2 전류 레벨은, 상기 제1 전류 레벨보다 낮은 전류 레벨임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 기 설정된 시간과 상기 반도체 스위치가 턴 온되는 시간의 비율인 반도체 스위치 듀티 사이클, 상기 초기 구동 시간 동안에 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되는 온오프 반복 횟수를 포함하는 메모리를 더 구비하며, 상기 제어부는, 상기 반도체 스위치가 턴 온 및 턴 오프를 반복하는 동안, 상기 소프트 트립 기능이 실행되는 조건의 충족 여부에 따라 상기 반도체 스위치 듀티 사이클 및 상기 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 증가시키거나 감소시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 기 설정된 시간과 상기 반도체 스위치가 턴 온되는 시간의 비율인 반도체 스위치 듀티 사이클, 상기 초기 구동 시간 동안에 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되는 온오프 반복 횟수를 포함하는 메모리를 더 구비하며, 상기 제어부는, 상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 특성을 산출하고, 산출된 돌입 전류의 특성에 따라 상기 반도체 스위치 듀티 사이클 및 상기 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 증가시키거나 감소시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 돌입전류 특성은, 상기 전력 계통과 부하의 초기 연결 시 상기 반도체 회로 차단기에서 검출되는 전류 크기의 시간별 변화량 또는 전류 계측값의 통계적 산출값 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 전력 계통과 상기 부하는, 직류 전원 계통 및 직류 전원 부하임을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 반도체 회로 차단기의 제어 방법에 있어서, 상기 반도체 회로 차단기가 턴 온 되는 경우, 상기 반도체 스위치를 턴 온하여 상기 전력 계통과 부하를 초기 연결하는 단계 및, 기 설정된 초기 구동 시간 동안, 상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 크기가 점차적으로 완화되도록 상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 기 설정된 초기 구동 시간은, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 상기 반도체 스위치에 내장된 트립(trip) 기능이 실행되는 제1 전류 레벨에 도달하는 경우에 한하여, 하드웨어 트립 기능만을 실행하는 시간임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온을 반복하는 단계는, 상기 초기 구동 시간 동안, 상기 턴 오프 및 턴 온이 기 설정된 시간을 주기로 반복되는 단계이며, 상기 초기 구동 시간 동안, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능이 실행되는 제2 전류 레벨에 도달하는 경우 상기 소프트 트립 기능의 실행을 제한하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온은, 반도체 스위치가 1회 턴 오프 및 턴 온되는 한 주기 동안에 상기 반도체 스위치가 턴 온되는 시간의 비율인 반도체 스위치 듀티 사이클 및, 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되는 온오프 반복 횟수에 따라, 상기 반도체 스위치의 게이트 단자에 인가될 게이트 전압 시그널에 의해 이루어지며, 상기 계통과 부하를 초기 연결하는 단계는, 기 설정된 상기 반도체 듀티 사이클과 주기 및, 상기 초기 구동 시간에 근거하여 상기 게이트 전압 시그널을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온을 반복하는 단계는, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능의 실행 조건을 충족하였는지 여부를 체크하는 단계와, 상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족된 상기 반도체 스위치 듀티 사이클을 감소시키는 단계, 및 상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족되지 않은 경우 상기 반도체 스위치 듀티 사이클을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온을 반복하는 단계는, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능의 실행 조건을 충족하였는지 여부를 체크하는 단계와, 상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족된 경우 상기 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수를 증가시키는 단계 및, 상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족되지 않은 경우 상기 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능의 실행 조건을 충족하였는지 여부를 체크하는 단계는, 상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온이 반복되는 동안 상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족된 횟수를 체크하는 단계 및, 상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 기 설정된 횟수 이상 충족된 경우, 차단 스위치를 구동하여 상기 전력 계통과 상기 부하를 물리적으로 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 계통과 부하를 초기 연결하는 단계는, 상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 특성을 산출하는 단계와, 산출된 돌입 전류의 특성에 따라 상기 반도체 스위치 듀티 사이클 및 상기 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 증가시키거나 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반도체 회로 차단기 및 반도체 회로 차단기 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면 본 발명에 따른 반도체 회로 차단기는, 무부하 상태에서 전력 계통과 부하 간에 회로가 형성되어 돌입전류가 발생하면, 부하를 계통에서 하드웨어적으로 차단하기 전에 반도체 스위치를 턴 오프하여 부하로 유입되는 전류를 강하시키고, 반도체 회로 차단기 내의 전류가 충분히 낮아지면 다시 반도체 스위치를 턴 온하여 부하로 전류가 유입될 수 있도록 한다.

따라서 본 발명에 따른 반도체 회로 차단기는 초기 기동에 따른 돌입전류를 해소하기 위해 초기 충전 회로를 요구하지 않으므로, 반도체 회로 차단기의 내부 구조를 보다 단순화하고 크기를 보다 줄일 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 발명은 상기 돌입전류를 완화시키기 위한 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프 비율(이하 반도체 스위치 듀티 사이클) 및 반도체 스위치의 온/오프 반복 횟수 중 적어도 하나가, 사용자 또는 반도체 스위치의 동작 상태에 따라 자동으로 설정될 수 있도록 한다.

따라서 교류 전류의 펄스 폭 또는 펄스 주기 등과 상관없이 반도체 스위치 듀티 사이클 및/또는 온/오프 반복 횟수가 설정될 수 있으므로, 직류(DC, Direct current) 전원 계통 및 직류 부하에서 적용이 가능하며, 돌입전류 완화에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 구조를 도시한 블록도이다.

도 2는 부하의 초기 기동 시, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 부하로 유입되는 돌입전류를 반도체 스위치를 제어하여 완화시키는 예를 도시한 예시도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기에 설정될 수 있는 반도체 스위치 듀티 사이클의 예들을 도시한 것이다.

도 5a와 도 5b 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 사용자로부터 입력되는 정보에 근거하여 돌입전류 완화 설정 정보를 생성하는 과정 및, 설정된 돌입전류 완화 설정 정보에 따라 부하의 초기 기동 시 유입되는 돌입전류를 완화시키는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 반도체 회로 차단기의 동작 상태에 근거하여 반도체 스위치의 듀티 사이클을 동적으로 변경하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 반도체 회로 차단기의 동작 상태에 근거하여 반도체 스위치의 온/오프 반복 횟수를 동적으로 변경하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 8은, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 기 설정된 조건에 부합하는 경우 부하를 계통으로부터 물리적으로 차단하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 유입되는 전류의 증가 속도에 근거하여 돌입전류 완화 설정 정보를 생성 및, 생성된 설정 정보에 따라 반도체 스위치를 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.

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 아니다

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.

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.

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.

먼저 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 구조를 도시한 회로도이다.

도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는 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), 전류 센서(160), 제1 및 제2 게이트 드라이버(141, 142), 과전압 억제부(130), 및 제어부(100)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제어부(100)에 연결되는 입력부(170)와 메모리(180)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 A 계통은 전력 계통이고 B 계통은 부하일 수 있다. 이 경우 A 계통으로부터 B 계통으로의 전류 흐름이 형성될 수 있다. 또는 A 계통이 부하이고 B 계통이 전력 계통인 경우 B 계통으로부터 A 계통으로의 전류 흐름이 형성될 수 있다. 이 경우 A 계통으로부터 B 계통으로의 전류 흐름 또는 B 계통으로부터 A 계통으로의 전류 흐름이 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기에 의해 차단될 수 있다.

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 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 차단기에 의해 차단될 수 있다.

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.

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.

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 차단기는, 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.

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 차단기는 양방향으로 흐르는 사고 전류를 모두 차단 가능하도록 형성되는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

또한 차단 스위치(150)는 어느 하나의 계통으로부터, 반도체 회로 차단기 및 부하나 다른 계통의 연결을 차단할 수 있다. 상기 차단 스위치(150)는 기계적 스위치일 수 있으며, 반도체 회로 차단기를 물리적으로 절연하여 사고가 발생한 전력 계통으로부터 분리할 수 있다.

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.

한편 과전압 억제부(130)는, 반도체 회로 차단기가 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.

한편 제1 및 제2 게이트 드라이버(141, 142)는, 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 저항의 크기가 작아지고, 이에 따라 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 입력단과 출력단이 도통되어 A 계통과 B 계통 사이에 회로가 형성될 수 있다.

이하 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 입력단과 출력단이 도통될 수 있도록, 각 반도체 스위치의 게이트 단자에 문턱 전압 이상의 전압이 인가되는 경우를 반도체 스위치가 턴 온 되는 것으로 설명하기로 한다.

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 있다. 따라서 A 계통과 B 계통이 전기적으로 분리(절연)되어 회로 연결이 차단될 수 있다.

이하 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 입력단과 출력단이 도통되지 않도록, 각 반도체 스위치의 게이트 단자에 문턱 전압 미만의 전압이 인가되거나 또는 상기 게이트 단자에 전압이 인가되지 않는 경우를 반도체 스위치가 턴 오프 되는 것으로 설명하기로 한다.

한편 상기 반도체 스위치는, DESAT(Desaturation) 기능을 구비할 수 있다. 상기 DESAT 기능은 반도체 스위치가 불포화 상태일 때 반도체 스위치를 통해 과전류가 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로, 반도체 스위치의 턴 온 시에 드레인 단자와 소스 단자 사이의 전압을 측정하여 과전류 및 단락을 검출하고, 과전류가 검출되는 경우 과전류로부터 다른 계통 및 반도체 회로 차단기를 보호할 수 있도록 상기 반도체 스위치를 턴 오프시키는 기능을 의미할 수 있다. 이하 이처럼 DESAT 기능에 의하여 반도체 스위치가 턴 오프됨에 따라 A 계통과 B 계통 사이의 연결이 차단되는 것을 하드웨어적인 트립, 즉 하드웨어 트립(hardware trip)이라고 하기로 한다. 즉 상기 하드웨어 트립은, 제어부(100)의 제어 없이, 반도체 스위치에 내장된 기능에 따라 자체적으로 이루어지는 트립 기능일 수 있다.

한편 반도체 회로 차단기에서 제어부(100)는 과전류가 검출되는 경우에 상기 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)를 제어하여 트립 기능을 수행할 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 상기 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)에 문턱 전압 이상의 전압이 인가되지 않도록 상기 제1 및 제2 게이트 드라이버(141, 142)를 제어하여 상기 트립 기능을 수행할 수 있다. 이처럼 제어부(100)에 의해 트립이 이루어지는 것을, 상기 하드 트립과 구분하기 위하여 소프트 트립이라고 하기로 한다.

한편 상기 소프트 트립의 경우, 트립으로 인하여 계통과 부하 사이의 연결이 차단된 경우에도, 제어부(100)의 제1 및 제2 게이트 드라이버(141, 142) 제어만으로 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)의 입력단과 출력단이 다시 전기적으로 도통될 수 있다. 따라서 계통과 부하 사이를 다시 연결하여 부하로의 전류 공급이 재개되기까지 소요되는 시간이 하드웨어 트립에 비하여 짧을 수 있다.

반면 상기 하드 트립은, 반도체 스위치에 내장된 트립 기능으로서, 상기 제어부(100)의 제어와 상관없이 이루어지는 트립 기능일 수 있다. 따라서 하드 트립이 무분별하게 자주 실행되는 것을 방지하기 위해, 하드 트립 기능이 실행되는 전류 레벨(제1 전류 레벨)은, 제어부(100)의 제어에 의한 트립 기능이 실행되는 전류 레벨(제2 전류 레벨) 보다 높게 형성될 수 있다.

한편, 돌입전류(Inrush current)는 상술한 바와 같이 무부하 상태에서 회로 연결을 통해 부하에 전류가 공급되기 시작할 때, 부하로 유입되는 매우 큰 전류를 의미하는 것으로, 정격 전류에 비하여 수배에 이르는 크기를 가지는 전류를 의미할 수 있다. 이러한 돌입전류는 부하의 커패시턴스(capacitance) 성분에 의해 발생하는 것으로, 무부하 상태에 있음에 따라 완전 방전 상태에 있던 부하의 커패시터(capacitor)가, 회로가 형성됨에 따라 계통으로부터 공급되는 전류로 부하의 커패시터를 충전하는 과정에서 발생할 수 있다.

따라서 계통에 연결된 부하의 커패시터 용량(capacitance) 및 부하의 커패시터 충전 상태에 따라 발생하는 돌입전류의 크기가 달라질 수 있다. 그러므로 계통으로부터 공급되는 전류(예 : 돌입전류)로 인해 부하의 커패시터가 충전되면 돌입전류가 점차 낮아지며, 부하의 커패시터가 완전히 충전되면 돌입전류가 사라지면서 정격 전류만 부하로 공급될 수 있다.

한편, 부하의 커패시터가 완전히 충전되지 않은 상태에서 계통과 부하가 연결되면 다시 돌입전류가 발생할 수 있다. 이 경우 반도체 회로 차단기 내부의 전류 레벨이 상기 돌입전류의 발생으로 인해 증가될 수 있다.

반면 계통과 부하가 차단된 상태, 즉 트립이 이루어진 상태에서는 계통의 전류가 부하로 공급되지 않을 수 있다. 따라서 계통으로부터 부하로의 전류 공급이 중단될 수 있으며, 이에 따라 돌입전류가 발생되지 않을 수 있다. 따라서 반도체 회로 차단기 내부의 전류 레벨이 감소될 수 있다.

그런데 계통과 부하가 연결되어 계통으로부터 부하가 전류를 공급받은 이후에 계통과 부하 사이의 연결이 차단되면, 차단 전에 공급된 전류에 의해 상기 부하의 커패시터가 일부 충전될 수 있다. 따라서 차단된 회로가 다시 연결되는 경우 돌입전류의 크기가 감소될 수 있다.

이에 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는 무부하 상태에서 부하와 계통이 연결되어 부하로의 전류 공급이 시작될 때에, 돌입전류가 발생하여 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 하드웨어 트립이 발생하는 전류 레벨(제2 전류 레벨)을 넘기 전에, 상기 부하와 계통 사이의 회로 연결을 차단할 수 있도록 한다. 따라서 돌입전류로 인하여 하드웨어 트립이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한다.

그리고 상기 회로 연결 차단으로 인해 반도체 회로 차단기 내부에 흐르는 전류 레벨이 일정 레벨 이하로 감소하면 다시 부하와 계통 사이의 회로를 연결하여 부하로의 전류 공급이 재개되도록 한다. 그리고 상기 제1 전류 레벨을 넘기 전에 부하와 계통 사이의 회로 연결을 차단하는 과정을 반복함으로써, 부하의 커패시터가 점차적으로 충전될 수 있도록 하고, 이에 따라 회로 연결 재개 시에 발생하는 돌입전류의 크기가 점차 작아지도록 한다.

한편, 이처럼 돌입전류를 완화하기 위하여 반도체 스위치를 제어하여 부하와 회로 사이의 연결을 차단하는 것은, 반도체 회로 차단기에 흐르는 전류가 반도체 스위치의 소프트 트립이 발생하는 전류 레벨(제2 전류 레벨)에 도달하지 않은 경우에도 수행될 수 있다.

즉, 본 발명에서 돌입전류를 완화하기 위해 반도체 스위치를 턴 오프하여 부하와 회로 사이의 연결을 차단하는 것은, 사고 발생시 계통과 부하를 분리하기 위한 트립과 무관하게 이루어지는 것이다. 따라서 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 트립(소프트 트립)이 이루어지는 전류 레벨에 도달하지 않은 경우에도 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 반도체 스위치는 턴 오프될 수 있으며, 기 설정된 시간이 경과되는 경우 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 트립(소프트 트립)이 이루어지는 전류 레벨 이상인 경우에도 다시 반도체 스위치를 턴 온하여 계통과 부하를 연결시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는, 부하가 계통에 초기 연결되어 돌입전류를 완화하기 위한 초기 구동이 이루어지는 동안에는, 전류 레벨과 상관없이 기 설정된 시간 동안 반도체 스위치가 턴 온 및 턴 오프를 반복할 수 있도록, 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 소프트 트립이 발생하는 제2 전류 레벨에 도달하는 경우에도 상기 소프트 트립을 실행하지 않을 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 상기 초기 구동이 이루어지는 시간 동안 상기 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 소프트 트립이 발생하는 제2 전류 레벨에 도달하는지 여부만을 체크하며, 체크된 횟수를 카운트할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는, 부하가 계통에 초기 연결될 때, 기 설정된 초기 구동 시간 동안 상기 반도체 스위치의 트립 기능의 실행 여부와 상관없이 반도체 스위치의 온오프를 반복적으로 수행할 수 있다. 그리고 상기 초기 구동 시간이 경과된 이후에는 상기 소프트 트립 기능을 정상화할 수 있다. 따라서 상기 초기 구동 시간이 경과된 이후 상기 제2 전류 레벨 이상의 전류가 반도체 회로 차단기 내부에서 검출되는 경우 상기 소프트 트립이 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 초기 구동이 이루어지는 시간, 즉 초기 구동 시간에 제한되는 트립 기능은 소프트 트립에 한정될 수 있다. 따라서 반도체 스위치의 하드 트립 기능은 그대로 하드웨어 레벨에서 이루어질 수 있으며, 이에 따라 하드 트립이 이루어지는 제1 전류 레벨 이상의 전류가 검출되는 경우, 초기 구동 시간이 경과되지 않은 상태에서도 상기 하드 트립에 따른 반도체 스위치들의 턴 오프가 이루어질 수 있다. 따라서 상기 초기 구동 시간 중에도 다른 계통이나 부하 또는 상기 반도체 회로 차단기 내부의 소자들을 기 설정된 수준 이상의 과전류로부터 보호할 수 있다.

한편 상술한 바와 같이 반도체 스위치들(111, 112)의 턴 온 및 턴 오프는, 각 반도체 스위치들(111, 112)에 인가되는 게이트 전압을 통해 제어될 수 있다. 즉, 제어부(100)가 게이트 단자에 문턱 전압 미만의 게이트 전압을 인가 또는 게이트 전압을 인가하지 않도록 게이트 드라이버를 제어하는 경우 각 반도체 스위치가 턴 오프되어 부하와 계통 사이의 연결을 차단할 수 있다. 반대로 제어부(100)가 게이트 단자에 문턱 전압 이상의 게이트 전압을 인가되도록 게이트 드라이버를 제어하는 경우 각 반도체 스위치가 턴 온되어 부하와 계통 사이를 연결할 수 있다.

이하 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 제어부(100)가, 부하의 초기 기동시 이처럼 게이트 단자에 인가되는 전압을 제어하여 부하로 유입되는 돌입전류를 완화시키는 예를 도시한 예시도이다.

도 2를 참조하여 살펴보면, 도 2의 (a)는 계통과 부하 사이가 연결될 때에 반도체 회로 차단기에서 검출되는 전류량을 도시한 것이다. 그리고 도 2의 (b)는 제어부(100)의 제어에 따라 각 반도체 스위치들(111, 112)의 턴 온 및 턴 오프가 10회 반복되는 경우를 가정한 것이다.

부하와 회로가 처음 연결되는 경우, 게이트 단자에 문턱 전압 이상의 전압이 인가(도 2의 (b)에서 게이트 온(U_{gate_ON}), 즉 반도체 스위치 턴 온)되는 동안(250), 계통의 전류가 부하로 공급될 수 있다. 여기서 부하의 커패시터가 완전 방전된 상태인 경우라면, 도 2의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이, 상기 부하의 커패시터 충전을 위해 계통으로부터 유입되는 전류량(200)이 크게 증가할 수 있다. 즉 돌입전류(Inrush current)가 발생할 수 있다.

그러면 제어부(100)는, 상기 유입되는 전류량(200)이 하드웨어 트립 레벨(I_{H/W Trip})(제1 전류 레벨)을 넘기 전에, 게이트 단자에 문턱 전압 미만의 전압이 인가(즉, 반도체 스위치 턴 오프)되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다. 따라서 계통과 부하 사이의 연결이 차단될 수 있으며, 이에 도 2의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 회로 연결 차단된 시간(260) 동안 계통으로부터의 전류 공급이 차단되어 반도체 회로 차단기 내의 전류가 감소될 수 있다.

한편, 도 2의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 전류량이 변화하는 경우, 제어부(100)는 최초 반도체 스위치가 턴 온 된 시간(250) 동안 증가된 전류량(200)이 기 설정된 소프트 트립 레벨(I_{S/W Trip})(제2 전류 레벨)이상인지 여부를 검출할 수 있다.

이 경우 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는, 상기 초기 구동이 이루어지는 시간 동안에는 상기 소프트 트립 레벨의 전류가 검출되는 경우에도 상기 소프트 트립의 실행이 제한된다. 따라서 검출된 전류량과 상관없이 반도체 스위치가 턴 온된 시간이 일정 시간(250)을 경과하게 되면 제어부(100)는 게이트 단자에 문턱 전압 미만의 전압을 인가하도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다. 그러므로 반도체 회로 차단기 내부의 전류량과 상관없이 상기 일정 시간(250)이 경과하게 되면 반도체 스위치가 턴 오프될 수 있다.

한편 상기 반도체 스위치가 턴 오프된 시간이 일정 시간(260)을 경과하게 되면, 제어부(100)는 전류 레벨의 복원 여부와 상관없이 게이트 단자에 문턱 전압 이상의 전압을 인가하도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다. 따라서 반도체 스위치가 다시 턴 온 될 수 있으며, 이에 따라 계통과 부하가 다시 연결될 수 있다. 그리고 계통의 전류가 부하에 다시 공급될 수 있다.

이 경우 부하의 커패시터가 완전히 충전되지 않은 경우라면, 도 2a에서 보이고 있는 바와 같이 정격 전류 이상의 전류(210)가 다시 계통으로부터 공급될 수 있다. 그러나 앞서 계통과 부하가 연결된 시간(250) 동안 공급된 전류에 의해 부하의 커패시터가 충전된 상태이므로, 계통으로부터 재차 유입된 전류(210)의 레벨은 최초 유입된 전류(200)의 레벨보다 낮을 수 있다.

이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는 게이트 드라이버를 제어하여 반도체 스위치들의 턴 온 및 턴 오프를 반복하여 수행함으로써, 유입되는 돌입전류의 크기를 점차적으로 완화할 수 있다. 따라서 도 2의 (a) 및 (b)에서 보이고 있는 바와 같이, 반도체 스위치들의 턴 온 및 턴 오프가 기 설정된 횟수(10회) 만큼 반복되는 경우, 돌입전류는 점차적으로 낮아지고 종국에는 사라지게 되어 정격 전류(I_load) 레벨에 대응하는 전류만 계통에서 부하로 공급될 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 반도체 스위치들의 턴 온 상태를 계속 유지하여, 계통으로부터 부하로 전류가 공급되는 상태를 유지할 수 있다.

한편 상술한 바와 같이 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프는 게이트 드라이버를 통해 인가되는 게이트 전압을 조절함에 따라 이루어지므로 매우 고속으로 수행될 수 있다. 따라서 기 설정된 횟수(도 2의 경우 10회)만큼 반복이 이루어지는 경우에도 매우 짧은 시간(수 msec)내에 완료될 수 있다. 즉, 매우 짧은 시간 내에 부하의 초기 기동에 따른 돌입전류를 완화할 수 있다.

한편 상술한 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프 반복 횟수와, 상기 반도체 스위치가 턴 온 및 턴 오프되는 한 주기 동안에 반도체 스위치가 턴 온 된 시간의 비율, 즉 반도체 스위치의 듀티 사이클(duty cycle)은 다양한 방식에 따라 설정될 수 있다. 일 예로 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수는 사용자에 의해 설정될 수 있다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는 사용자의 입력을 입력받을 수 있는 입력부(170)를 구비할 수 있다. 이 경우 상기 입력부(170)는 적어도 하나의 버튼이나 스위치 및, 터치식 입력수단 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로서, 터치식 입력수단은, 터치 스크린에 표시되는 가상 키(virtual key), 소프트 키(soft key) 또는 비주얼 키(visual key)로 이루어질 수 있다.

한편 입력부(170)는 기 설정된 외부 단말과 통신 연결을 수행할 수 있는 통신부(171)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 통신부(171)는 블루투스(Bluetooth™), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWi-Fi(Wireless-Fidelity)등의 근거리 통신 기술 또는 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi, LTE(Long Term Evolution), LTE-A(LTE-Advanced) 등과 같은 무선 통신 기술을 통해 상기 외부 단말과 무선 통신을 수행할 수 있다.

여기서 상기 외부 단말은 상기 입력부(170)에 원격으로 데이터를 입력할 수 있는 원격 제어부(remote controller)(190)로서, 사용자의 휴대폰, 스마트 폰, 노트북 컴퓨터, PDA(personal digital assistants), 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook) 등을 포함할 수 있다.

한편 상기 입력부(170) 또는 원격 제어부(190)를 통해 입력되는 사용자 입력에 따라 설정되는 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수는 메모리(180)에 저장될 수 있다.

한편 상기 돌입전류 완화를 위해 설정되는 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수는, 반도체 회로 차단기의 동작 상태나 반도체 회로 차단기로 유입되는 전류에 따라 동적으로 설정될 수도 있다.

일 예로 제어부(100)는 반도체 회로 차단기의 동작 상태를 검출한 결과, 소프트 트립이 이루어지는 조건을 만족하는지 여부에 따라 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 동적으로 변경할 수 있다. 여기서 상기 소프트 트립이 이루어지는 조건은 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 제2 전류 레벨에 도달하는 경우를 의미할 수 있다.

또는 제어부(100)는 반도체 회로 차단기의 전류 특성을 검출하고, 검출된 전류 특성에 근거하여 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.

이하 상기 반도체 회로 차단기의 동작 상태에 근거하여 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수를 설정하는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 동작 과정을 하기 도 6 내지 도 7을 참조하여 살펴보기로 한다.

그리고 반도체 회로 차단기 내부에 흐르는 전류의 특성에 근거하여 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수를 설정하는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 동작 과정을 하기 도 9를 참조하여 살펴보기로 한다.

한편 상술한 바와 같이 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수는 사용자의 입력 또는 반도체 회로 차단기의 동작 상태나 검출되는 전류 특성에 근거하여 다양하게 설정될 수 있다.

도 3 및 도 4는 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기에 설정될 수 있는 반도체 스위치 온/오프 반복 횟수 및 반도체 스위치 듀티 사이클의 예들을 도시한 것이다.

먼저 도 3을 참조하여 살펴보면, 도 3의 (a) 내지 (c)는 기 설정된 시간을 주기로 반도체 스위치의 온/오프 반복 회수(320)가 5회로 설정된 예를 보이고 있는 것이다. 이 경우 한 주기 동안에 반도체 스위치가 턴 온 된 시간의 비율, 즉 반도체 스위치의 듀티 사이클은 각각 다르게 설정될 수 있다.

일 예로, 도 3의 (a)는 반도체 스위치의 듀티 사이클이 50%로 설정된 예를 보이고 있는 것이다. 이처럼 듀티 사이클이 50%인 경우, 한 주기 동안의 50%는 반도체 스위치가 턴 온 된 상태를 유지하고, 나머지 50%는 턴 오프된 상태를 유지하므로, 턴 온 된 시간과 턴 오프된 시간의 비가 도 3의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이 1:1로 같아질 수 있다.

반면, 반도체 스위치 듀티 사이클은 반도체 스위치가 턴 온 된 시간이 턴 오프된 시간에 대하여 더 짧게 설정될 수 있다. 예를 들어 반도체 스위치 듀티 사이클이 25%인 경우, 도 3의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 한 주기 동안의 25%는 반도체 스위치가 턴 온 된 상태를 유지하고, 나머지 75%의 시간에는 턴 오프된 상태가 유지될 수 있다. 이처럼 턴 온 된 시간, 즉 반도체 스위치의 듀티 사이클이 낮은 경우, 한 주기 동안 계통으로부터 공급되는 전류의 양은 보다 적어질 수 있다.

한편 도 3의 (b)와 달리, 반도체 스위치 듀티 사이클은 반도체 스위치가 턴 온 된 시간이 턴 오프된 시간에 대하여 더 길게 설정될 수도 있다. 예를 들어 반도체 스위치 듀티 사이클이 75%인 경우, 도 3의 (c)에서 보이고 있는 바와 같이 한 주기 동안의 75%는 반도체 스위치가 턴 온 된 상태를 유지하고, 나머지 25%의 시간에는 턴 오프된 상태가 유지될 수 있다. 이처럼 턴 온 된 시간, 즉 반도체 스위치의 듀티 사이클이 높은 경우, 한 주기 동안 계통으로부터 공급되는 전류의 양은 보다 많아질 수 있다.

상기 도 3의 (a) 내지 (c)에서 보이고 있는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위치 듀티 사이클은 다양하게 설정될 수 있다. 이 경우 사용자는 상기 반도체 스위치 듀티 사이클을 임의로 설정하여 한 주기 동안 부하로 공급될 수 있는 전류의 양을 조절할 수 있다.

한편 반도체 스위치의 듀티 사이클 뿐만 아니라, 상기 반도체 스위치가 턴 온 및 턴 오프 되는 주기 역시 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로 사용자는 도 3의 (a) 내지 (c)에서 보이고 있는 바와 같이 기 설정된 시간동안 반도체 스위치가 턴 온 및 또는 턴 오프되는 회수를 5회로 설정할 수 있을 뿐만 아니라, 도 3의 (d)에서 보이고 있는 바와 같이 횟수를 늘려서 7회로 설정할 수 있다. 이 경우 동일한 시간 동안 온오프 반복 횟수가 증가되므로, 반도체 스위치가 1회 온 및 오프되는 온오프 시간은 보다 짧아질 수 있다.

이 경우 기 설정된 시간 동안 상기 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수가 너무 많아지게 되면 실효성이 없을 수 있다. 따라서 제어부(100)는 상기 기 설정된 시간이 결정되는 경우, 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수 최소값 및 최대값을 가이드라인으로 사용자에게 제시할 수 있다. 이 경우 상기 가이드라인은 반도체 회로 차단기의 입력부가 터치스크린과 같이 표시부와 일체화된 경우 상기 입력부를 통해 표시되거나 또는 통신부(171)를 통해 원격 제어부(190)에 전송 및, 원격 제어부(190)의 표시부를 통해 표시될 수 있다. 또는 상기 반도체 회로 차단기가 표시부(도시되지 않음)를 더 포함하는 경우 표시부를 통해 표시될 수 있다. 또는 상기 반도체 회로 차단기가 음향 출력부(도시되지 않음)를 더 구비하는 경우 음향 정보의 형태로 제공될 수도 있다.

한편 상기 반도체 스위치의 온오프가 반복되는 상기 기 설정된 시간 역시 사용자에 의해 임의로 결정될 수 있음은 물론이다. 이 경우 너무 길거나 너무 짧은 시간이 설정되지 않도록, 제어부(100)는 상기 기 설정된 시간에 대한 최소값 및 최대값을 가이드라인으로 제시할 수 있다.

한편 상술한 도 3에서는 각 주기 별로 반도체 스위치가 온 된 시간과 오프된 시간이 동일한 것을 예로 들어 설명하였으나, 각 주기 별로 반도체 스위치가 온 된 시간, 즉 듀티 사이클이 서로 다르게 설정될 수도 있음은 물론이다.

일 예로 반도체 스위치의 듀티 사이클은 도 4의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이, 동일한 반도체 스위치 온오프 주기 동안 동일한 듀티 사이클을 유지하고 있는 형태로 설정될 수 있을 뿐만 아니라, 도 4의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 반도체 스위치 듀티 사이클, 즉 반도체 스위치가 턴 온 된 시간이 점차 증가하도록 설정될 수도 있다.

한편 도 4의 (b)에서 보이고 있는 바와 같이 반도체 스위치 듀티 사이클이 점차 증가하도록 설정되는 경우, 반도체 스위치의 온오프가 지속될수록 반도체 스위치가 턴 온 되는 시간이 길어질 수 있다. 즉, 초기에는 듀티 사이클이 작음에 따라 짧은 시간동안만 계통과 부하가 연결되나, 시간이 흐를수록 점차 듀티 사이클이 증가하면서 점점 긴 시간 동안 계통과 부하가 연결될 수 있다.

이 경우 돌입전류의 특성상 연결 초기에 보다 빠르게 많은 전류가 유입되므로, 도 4의 (b)와 같이 반도체 스위치의 반복되는 온오프 주기를 설정하는 경우, 초기에 유입되는 전류의 양을 제한할 수 있다는 효과가 있다. 그리고 반도체 스위치의 온오프가 반복됨에 따라 부하의 커패시터가 충전되면 돌입전류의 양도 감소하므로, 시간이 경과할수록 보다 오랜 시간 회로와 부하를 연결하여 보다 많은 전류가 부하로 공급되도록 할 수 있다. 그리고 듀티 사이클이 점차로 증가하면서 100%에 도달하면, 반도체 스위치가 턴 온 된 상태를 계속 유지할 수 있다.

한편 도 4의 (b)와 같이 반도체 스위치의 온오프 주기가 증가할수록 듀티 사이클을 증가시키는 경우, 상술한 바와 같이 돌입전류의 크기가 큰 초기에는 부하로 공급되는 전류량이 제한되고, 시간이 경과할수록 부하로 공급되는 전류량이 증가되도록 할 수 있다. 따라서 하드웨어 트립이 발생하는 전류 레벨에 도달하기 전에 부하로의 전류 공급을 차단하기에 보다 용이하며, 또한 돌입 전류의 크기가 작아지는 경우 동일한 시간 동안에 더 많은 전류를 부하로 공급할 수 있으므로 보다 짧은 시간 내에 돌입전류를 완화시킬 수 있다.

한편 도 3 내지 4는 본 발명의 설명을 돕기 위한 일 예일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 따라서 도 3 내지 도 4에서 도시한 바와 달리 얼마든지 다양하게 반도체 스위치 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수가 설정될 수 있음은 물론이다.

이상의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 구성 및 돌입전류를 완화하기 위해 설정될 수 있는 반도체 스위치 듀티 사이클과 온오프 반복 횟수들에 대하여 살펴보았다.

이하의 설명에서는 상술한 반도체 회로 차단기의 제어 방법과 관련된 실시 예들을 복수의 흐름도를 참조하여 자세히 살펴보기로 한다. 그러나 본 발명이 이하의 설명에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 다른 형태로 구체화될 수 있음은 당업자게에 자명할 것이다.

한편 상기 A 계통 및 B 계통 중 적어도 하나는 직류(DC, Direct current) 전원을 사용하는 직류 전원 계통일 수 있다. 또한 다른 하나는 상기 직류 전원 계통에서 공급되는 직류 전류를 공급받아 구동되는 직류 부하일 수 있다. 또는 상기 A 계통 및 B 계통은 모두 직류 전원 계통일 수 있다. 이처럼 직류 전류의 경우, 일정한 전압을 가지는 전류가 지속적으로 공급되므로, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는 사용자로부터 입력되는 반도체 스위치 온오프 반복 횟수 및 듀티 사이클에 근거하여 반도체 스위치를 턴 온 및 턴 오프할 수 있다.

도 5a와 도 5b는 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 사용자로부터 입력되는 정보에 근거하여 돌입전류 완화 설정 정보를 생성하는 과정 및, 설정된 돌입전류 완화 설정 정보에 따라 부하의 초기 기동시 유입되는 돌입전류를 완화시키는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

먼저 도 5a를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는, 반도체 스위치를 턴 온하여 계통과 부하를 연결하기 전에 입력부(170)를 통해 사용자의 입력을 수신할 수 있다(S500). 이 경우 사용자의 입력은 상기 입력부(170)를 통해 직접 입력되거나 또는 원격 제어부(190)를 통해 입력될 수도 있다.

여기서 상기 입력부(170)를 통해 수신되는 사용자의 입력은 부하가 계통에 연결될 때 발생하는 돌입전류를 완화하기 위한 반도체 스위치의 설정 정보로서, 반도체 스위치의 온오프 횟수 및, 반도체 스위치가 온오프되는 한 주기 동안에 상기 반도체 스위치가 온 되는 시간과 오프되는 시간의 비율, 즉 반도체 스위치 듀티 사이클에 대한 정보를 포함할 수 있다.

그리고 상기 사용자 입력이 수신되면, 제어부(100)는 입력된 정보에 따라 반도체 스위치 제어를 위한 듀티 시그널(duty signal)을 생성할 수 있다(S502). 여기서 상기 듀티 시그널은, 상기 돌입전류 완화 설정 정보에 포함된 온오프 횟수에 따른 복수의 주기를 가지는 신호일 수 있으며, 각각의 주기는 상기 반도체 스위치 듀티 사이클에 따라 반도체 스위치가 온 및 오프되는 시간을 의미할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프는, 반도체 스위치의 게이트 단자에 인가되는 게이트 전압에 근거하여 제어될 수 있다. 따라서 상기 듀티 시그널은 각 반도체 스위치의 게이트 단자에 인가되는 전압 시그널일 수 있으며, 이 경우 상기 듀티 시그널의 온(예 : 상기 도 3 및 도 4의 ON(300))시의 전압은 각 반도체 스위치의 문턱 전압 이상의 전압일 수 있다. 반면 상기 듀티 시그널의 오프(예 : 상기 도 3 및 도 4의 OFF(310))시의 전압은 각 반도체 스위치의 문턱 전압 미만의 전압일 수 있다.

일 예로 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수가 5회인 경우 반도체 스위치 듀티 사이클에 따라 상기 도 3의 (a) 내지 (c) 또는 도 4와 유사한 듀티 시그널이 형성될 수 있다. 또는 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수가 7회인 경우 상기 도 3의 (d)와 유사한 듀티 시그널이 생성될 수 있다.

그리고 제어부(100)는 생성된 듀티 시그널을 돌입전류 완화를 위한 설정 정보로서 저장할 수 있다(S504). 그러면 상기 돌입전류 완화 설정 정보는 메모리(180)에 저장될 수 있으며, 계통과 부하가 초기 연결 시에 자동으로 실행되도록 설정될 수 있다.

즉, 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는, 반도체 회로 차단기가 턴 오프된 상태에서 턴 온되는 경우, 상기 돌입전류 완화 설정 정보에 따른 반도체 스위치의 제어가 자동으로 시작될 수 있다. 이하 이처럼 계통에 부하가 연결되지 않은 상태(무부하 상태)에서 부하가 계통에 연결되는 경우에 상기 돌입전류 완화 설정 정보에 따라 반도체 회로 차단기가 구동하는 것을 반도체 회로 차단기의 초기 구동이라고 하기로 한다.

상기 초기 구동 시 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는, 상술한 바와 같이 소프트 트립이 이루어지는 조건을 충족하는 경우에도 상기 소프트 트립 기능을 실행하지 않을 수 있다. 따라서 상기 반도체 회로 차단기의 초기 구동 시간은, 상기 반도체 스위치의 소프트 트립 기능이 제한되는 시간일 수 있다.

한편 도 5b는, 상기 도 5a에서 설정된 돌입전류 완화 설정 정보에 따라 반도체 회로 차단기가 초기 구동할 때의 제어부(100) 동작 과정을 도시한 것이다. 이하의 설명에서는 설명의 편의상 반도체 회로 차단기가 턴 오프된 상태에서 턴 온 되는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

도 5b를 참조하여 살펴보면, 제어부(100)는 반도체 회로 차단기가 턴 온되면, 문턱 전압 이상의 게이트 전압이 반도체 스위치에 인가되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다. 따라서 반도체 스위치가 턴 온될 수 있으며, 계통과 부하가 연결되어 계통의 전류가 부하로 공급될 수 있다.

이처럼 반도체 회로 차단기의 턴 온으로 인해 계통과 부하가 연결되면, 제어부(100)는 상기 초기 구동을 시작 및, 상기 초기 구동에 따라 반도체 스위치가 턴 온된 이후의 경과 시간을 체크할 수 있다(S550).

그리고 제어부(100)는 상기 S550 단계에서 체크된 시간이, 기 설정된 돌입전류 완화 설정 정보에 따른 반도체 스위치 듀티 사이클의 턴 온 시간을 경과하였는지 여부를 검출할 수 있다(S552). 그리고 듀티 사이클에 설정된 턴 온 시간을 경과한 경우라면 문턱 전압 미만의 게이트 전압이 반도체 스위치에 인가되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다(S554). 따라서 반도체 스위치가 턴 오프될 수 있으며, 부하와 계통 사이의 연결이 차단될 수 있다. 그러므로 계통으로부터의 전류 공급이 차단될 수 있다.

그러면 제어부(100)는 반도체 스위치가 턴 오프된 시간이, 상기 돌입전류 완화 설정 정보에 따른 반도체 스위치 듀티 사이클의 턴 오프 시간을 경과하였는지 여부를 검출할 수 있다(S556). 그리고 듀티 사이클에 설정된 턴 오프 시간이 경과된 경우라면 문턱 전압 이상의 게이트 전압이 반도체 스위치에 인가되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다(S558). 따라서 반도체 스위치가 다시 턴 온 될 수 있으며, 부하와 계통이 다시 연결될 수 있다. 그러므로 계통으로부터의 전류 공급이 재개될 수 있다.

한편 상기 반도체 스위치의 턴 오프 이후 다시 턴 온됨에 따라, 듀티 시그널의 신호 주기에 따른 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 1회 이루어지면 제어부(100)는 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 이루어진 횟수를 체크할 수 있다(S560).

그리고 제어부(100)는 상기 S560 단계에서 체크된 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 이루어진 횟수가, 상기 사용자의 입력에 의해 설정된 반도체 스위치 온오프 반복 횟수에 도달하였는지 여부를 검출할 수 있다(S562).

상기 S562 단계의 검출 결과, 상기 S560 단계에서 체크된 횟수가 상기 반도체 스위치 온오프 반복 횟수에 도달하지 못한 경우라면, 제어부(100)는 상기 S552 단계로 진행하여, 반도체 스위치가 턴 온 된 시간이 상기 반도체 스위치 듀티 사이클에 따른 턴 온 시간을 경과하였는지 여부를 검출할 수 있다. 그리고 검출 결과에 따라 이후의 과정을 다시 수행할 수 있다.

반면 상기 S562 단계의 검출 결과, 상기 S560 단계에서 체크된 횟수가 상기 기 설정된 반도체 스위치 온오프 반복 횟수에 도달한 경우라면, 제어부(100)는 상기 반도체 회로 차단기의 초기 구동을 종료할 수 있다. 따라서 반도체 스위치가 턴 온 된 상태에서 상기 초기 구동이 종료될 수 있으며, 이에 따라 상기 초기 구동이 종료된 이후 반도체 스위치가 턴 온 된 상태가 유지될 수 있다.

한편 상술한 설명에서는 반도체 회로 차단기가 턴 오프된 상태에서 턴 온 된 상태를 가정하여 설명하였으나, 본 발명은 계통과 부하 사이의 연결이 차단되어 부하로의 전류 공급이 완전히 차단된 상태에서 전류 공급이 재개되는 다른 경우에도 적용이 가능함은 물론이다. 일 예로 본 발명은 상기 반도체 회로 차단기가, 하드웨어 트립으로 인하여 계통과 부하 사이의 연결을 물리적으로 차단한 이후에, 계통 또는 부하의 사고가 복원되어 계통과 부하 사이의 연결이 물리적으로 복원되는 경우(예 : 차단 스위치(150) 오프)에도 적용될 수 있다.

한편 상술한 설명에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는, 사용자의 입력 외에, 반도체 회로 차단기의 상태에 근거하여 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나가 결정될 수 있음을 언급한 바 있다.

이 경우 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수를 결정하기 위한 반도체 회로 차단기의 상태는 상기 소프트 트립이 발생하는 조건이 충족된 상태일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는 소프트 트립이 발생하는 조건이 충족되었는지 여부에 근거하여, 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수를 자동으로 결정할 수 있다.

먼저 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 반도체 회로 차단기의 상태에 근거하여 반도체 스위치의 듀티 사이클을 동적으로 변경하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하여 살펴보면, 제어부(100)는 반도체 회로 차단기가 턴 온 되면, 문턱 전압 이상의 게이트 전압이 반도체 스위치에 인가되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다(S600). 따라서 반도체 스위치가 턴 온 될 수 있으며, 계통과 부하가 연결되어 계통의 전류가 부하로 공급될 수 있다.

그러면 제어부(100)는 반도체 회로 차단기가 소프트 트립이 발생하는 조건을 충족하였는지 여부를 체크할 수 있다(S602). 그리고 소프트 트립 발생 조건을 충족하였는지 여부에 따라 반도체 스위치 듀티 사이클을 증가시키거나 감소시킬 수 있다(S604).

여기서, 상술한 바에 따르면 상기 소프트 트립은 반도체 회로 차단기 내의 전류가 기 설정된 전류 레벨(제2 전류 레벨) 이상으로 증가함에 따라 이루어지는 것일 수 있다. 따라서 상기 S602 단계는 상기 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 제2 전류 레벨 이상으로 증가하였는지 여부를 체크하는 단계일 수 있다.

한편 상기 S602 단계의 검출 결과 소프트 트립 발생 조건이 충족되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 상기 S604 단계에서, 반도체 스위치 듀티 사이클의 값을 증가시킬 수 있다. 이 경우 듀티 사이클이 증가되면, 동일한 신호 주기에서 반도체 스위치의 턴 온 시간이 길어지게 되므로 턴 오프 시간은 짧아질 수 있다. 따라서 듀티 시그널의 한 주기 동안 더 많은 전류가 계통으로부터 유입될 수 있다.

반면 상기 S602 단계의 검출 결과 소프트 트립 발생 조건이 충족된 경우라면 제어부(100)는 상기 S604 단계에서, 반도체 스위치 듀티 사이클의 값을 감소시킬 수 있다. 이 경우 듀티 사이클이 감소되면, 동일한 신호 주기에서 반도체 스위치의 턴 온 시간이 짧아지게 되므로 턴 오프 시간은 길어질 수 있다. 따라서 듀티 시그널의 한 주기 동안 더 적은 전류가 계통으로부터 유입될 수 있다.

상기 S604 단계를 통해 듀티 사이클이 변경되면, 제어부(100)는 변경된 듀티 사이클에 따른 턴 온 시간이 경과되었는지 여부를 검출할 수 있다(S606). 그리고 턴 온 시간이 경과된 경우라면, 문턱 전압 미만의 게이트 전압이 반도체 스위치에 인가되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다(S608). 따라서 반도체 스위치가 턴 오프 될 수 있으며, 계통과 부하 사이의 연결이 차단되어 계통의 전류 공급이 중단될 수 있다.

그러면 제어부(100)는 반도체 스위치가 턴 오프된 시간이, 상기 S604 단계에서 변경된 듀티 사이클의 턴 오프 시간을 경과하였는지 여부를 검출할 수 있다(S610). 그리고 상기 듀티 사이클의 턴 오프 시간이 경과된 경우라면 문턱 전압 이상의 게이트 전압이 반도체 스위치에 인가되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다(S612). 따라서 반도체 스위치가 다시 턴 온 될 수 있으며, 부하와 계통이 다시 연결될 수 있다. 그러므로 계통으로부터의 전류 공급이 재개될 수 있다.

한편 상기 반도체 스위치의 턴 오프 이후 다시 턴 온 됨에 따라 듀티 시그널의 신호 주기에 따른 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 1회 이루어지면, 제어부(100)는 기 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수만큼 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 이루어졌는지 여부를 검출할 수 있다(S614). 이 경우 상기 반도체 스위치 온오프 횟수는 사용자등에 의해 미리 설정될 수 있다.

상기 S614 단계의 검출 결과, 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 기 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수만큼 수행되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 상기 S612 단계를 통해 반도체 스위치가 턴 온 된 상태에서, 다시 S602 단계로 진행하여 반도체 회로 차단기 내부에 흐르는 전류로 인해 소프트 트립 발생 조건이 충족되었는지 여부를 체크할 수 있다. 그리고 S604 단계로 진행하여, 소프트 트립 발생 조건의 충족 여부에 따라 상기 반도체 스위치의 듀티 사이클을 다시 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

그리고 상기 S604 단계에서 반도체 스위치 듀티 사이클이 변경되면, 제어부(100)는 변경된 듀티 사이클에 따라 S606 단계에서 S612 단계에 이르는 과정을 다시 수행할 수 있다. 그리고 S614 단계에 다시 진입할 수 있다.

반면 상기 S614 단계의 검출 결과, 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 기 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수만큼 수행된 경우라면, 제어부(100)는 돌입전류를 완화하기 위한 반도체 회로 차단기의 초기 구동을 종료할 수 있다. 따라서 반도체 스위치가 턴 온 된 상태(S612 단계)에서 상기 초기 구동이 종료될 수 있으며, 이에 따라 상기 초기 구동이 종료된 이후 반도체 스위치가 턴 온 된 상태가 유지될 수 있다.

한편 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 반도체 회로 차단기의 상태에 근거하여 반도체 스위치의 온오프 횟수을 동적으로 변경하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

도 7을 참조하여 살펴보면, 제어부(100)는 반도체 회로 차단기가 턴 온 되면, 게이트 드라이버를 제어하여 반도체 스위치를 턴 온 할 수 있다(S700). 따라서 계통과 부하가 연결되어 계통의 전류가 부하로 공급될 수 있다. 그리고 제어부(100)는 소프트 트립이 발생하는 조건이 충족되었는지 여부를 체크할 수 있다(S702).

그리고 제어부(100)는 소프트 트립 발생 조건의 충족 여부에 따라 반도체 스위치 온오프 반복 횟수를 증가시키거나 감소시킬 수 있다(S704). 이 경우 소프트 트립 발생 조건이 충족되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 반도체 스위치 온오프 횟수를 감소시킬 수 있다. 일 예로 제어부(100)는 현재 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수에서 기 설정된 값(예 : 1회)만큼 감소시키거나 또는 기 설정된 비율(예 : 1/2배)에 따라 감소시킬 수 있다. 이처럼 반도체 스위치 온오프 횟수가 감소되면, 돌입전류를 완화하기 위한 반도체 회로 차단기의 초기 구동 시간이 보다 단축될 수 있다.

반면 상기 S702 단계에서 소프트 트립 발생 조건이 충족된 경우라면, 제어부(100)는 상기 S704 단계에서 반도체 스위치 온오프 횟수를 증가시킬 수 있다. 일 예로 제어부(100)는 현재 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수에서 기 설정된 값(예 : 1회)만큼 증가시키거나 또는 기 설정된 비율(예 : 2배)에 따라 증가시킬 수 있다. 이 경우 반도체 스위치 온오프 횟수가 증가되면, 돌입전류를 완화하기 위한 반도체 회로 차단기의 초기 구동 시간이 보다 연장될 수 있다.

상기 S704 단계를 통해 반도체 스위치 온오프 횟수가 변경되면, 제어부(100)는 기 설정된 반도체 스위치 듀티 사이클에 따른 턴 온 시간이 경과되었는지 여부를 검출할 수 있다(S706). 그리고 턴 온 시간이 경과된 경우라면, 반도체 스위치가 턴 오프되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다(S708). 이 경우 상기 반도체 스위치 듀티 사이클은 사용자등에 의해 미리 설정될 수 있다.

그리고 제어부(100)는 반도체 스위치가 턴 오프된 시간이, 기 설정된 반도체 스위치 듀티 사이클의 턴 오프 시간을 경과하였는지 여부를 검출할 수 있다(S710). 그리고 턴 오프 시간이 경과된 경우라면 반도체 스위치가 다시 턴 온 되도록 게이트 드라이버를 제어할 수 있다(S712).

한편 상기 반도체 스위치가 다시 턴 온 됨에 따라 듀티 시그널의 신호 주기에 따른 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 1회 이루어지면, 제어부(100)는 상기 S704 단계에서 변경된 반도체 스위치 온오프 횟수만큼 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 이루어졌는지 여부를 검출할 수 있다(S714).

상기 S714 단계의 검출 결과, 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 상기 S704 단계에서 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수만큼 수행되지 않은 경우라면, 제어부(100)는 상기 S712 단계를 통해 반도체 스위치가 턴 온 된 상태에서, 다시 S702 단계로 진행하여 반도체 회로 차단기 내부에 흐르는 전류로 인해 소프트 트립 발생 조건이 충족되었는지 여부를 체크할 수 있다. 그리고 S704 단계로 진행하여, 상기 소프트 트립 발생 조건의 충족 여부에 따라 반도체 스위치 온오프 횟수를 다시 설정할 수 있다. 따라서 반도체 스위치의 온오프 횟수가 다시 변경될 수 있다.

그리고 제어부(100)는 S706 단계에서 S712 단계에 이르는 과정을 다시 수행할 수 있다. 그리고 다시 S714 단계에 다시 진입할 수 있다.

반면 상기 S714 단계의 검출 결과, 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가, 상기 S704 단계에서 설정된 반도체 스위치 온오프 횟수만큼 수행된 경우라면, 제어부(100)는 돌입전류를 완화하기 위한 반도체 회로 차단기의 초기 구동을 종료할 수 있다. 따라서 반도체 스위치가 턴 온 된 상태(S712 단계)에서 상기 초기 구동이 종료될 수 있으며, 이에 따라 상기 초기 구동이 종료된 이후 반도체 스위치가 턴 온 된 상태가 유지될 수 있다.

한편 상술한 설명에 의하면, 상기 도 6의 S602 단계 또는 도 7의 702 단계에서 소프트 트립 발생 조건의 충족 여부를 체크하는 것을 설명하였다. 이 경우 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는 상기 소프트 트립 발생 조건의 충족 여부를 검출하는 과정에서, 차단 스위치를 이용한 물리적 차단이 필요한지 여부를 판단할 수 있으며, 판단 결과에 따라 차단 스위치(150)를 제어하여 계통과 부하 사이를 물리적으로 분리할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는, 상기 돌입전류 완화를 위한 초기 구동을 수행하는 중에도, 계통 또는 부하에서 사고가 발생으로 인한 과전류로부터 다른 계통이나 부하 또는 반도체 회로 차단기의 내부 소자를 보호할 수 있다.

도 8은, 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 소프트 트립 발생 조건의 충족 여부를 체크하는 과정에서, 부하를 계통으로부터 물리적으로 차단하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다. 도 8을 참조하여 살펴보면, 상기 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는 도 6의 S602 단계 또는 도 7의 S702 단계에 진입하는 경우, 반도체 스위치가 턴 온 됨에 따라 계통으로부터 부하로 공급되는 전류 레벨을 검출할 수 있다. 그리고 검출된 전류 레벨이 소프트 트립이 발생하는 전류 레벨(제2 전류 레벨 : 소프트 트립 레벨) 이상인지 여부를 검출할 수 있다(S800).

상기 S800 단계에서 검출된 전류 레벨이, 상기 소프트 트립 레벨 미만인 경우라면 제어부(100)는 하드 트립을 실행하지 않을 수 있다. 따라서 도 6의 S604 단계 또는 도 7의 S704 단계로 진행할 수 있다. 이 경우 소프트 트립 발생 조건이 충족되지 않은 상태이므로, 상기 도 6의 S604 단계로 진행하는 경우 제어부(100)는 반도체 스위치 듀티 사이클을 증가시킬 수 있다. 또한 도 7의 S704 단계로 진행하는 경우 제어부(100)는 반도체 스위치 온오프 횟수를 감소시킬 수 있다.

반면 상기 S800 단계에서 검출된 전류 레벨이, 상기 소프트 트립 레벨 이상인 경우라면 반도체 스위치는, 현재 검출된 전류가 하드웨어 트립을 발생시키는 하드웨어 트립 레벨(제1 전류 레벨)이상인지 여부를 검출할 수 있다(S802). 여기서 상술한 바와 같이 제1 전류 레벨은 제2 전류 레벨보다 더 큰 값을 가지는 전류 레벨일 수 있다.

여기서 상기 하드웨어 트립이 발생하는 전류 레벨(제1 전류 레벨)과 차단 스위치가 구동되는 전류 레벨은 서로 같은 경우를 가정하기로 한다. 이 경우 하드웨어 트립이 발생하는 전류 레벨 이상의 전류가 검출되면, 차단 스위치(150)에 의한 차단과 하드웨어 트립이 모두 이루어질 수 있다.

상기 S802 단계의 검출 결과, 현재 반도체 회로 차단기에서 검출된 전류 레벨이 상기 제1 전류 레벨 이상의 값을 가지는 경우, 제어부(100)는 사고 등으로 인하여 계통 또는 부하에 손상을 유발할 수 있는 크기의 전류가 흐르는 것으로 판단할 수 있다. 따라서 제어부(100)는 차단 스위치(150)를 턴 온하여, 계통으로부터 부하를 물리적으로 분리시킬 수 있다(S808). 이 경우 하드웨어 트립이 발생하는 전류 레벨 이상의 전류가 검출됨에 따라 반도체 스위치 자체적으로 하드웨어 트립이 이루어질 수 있다.

반면 S802 단계의 검출 결과, 현재 반도체 회로 차단기에서 검출된 전류 레벨이 상기 제1 전류 레벨 미만의 값을 가지는 경우, 제어부(100)는 소프트 트립 발생 조건이 충족된 횟수의 카운트값을 증가시킬 수 있다(S804).

상기 S804 단계에서 소프트 트립 조건 충족 횟수가 증가되면, 제어부(100)는 현재까지 소프트 트립 조건이 충족된 횟수가 기 설정된 횟수에 도달하였는지 여부를 체크할 수 있다(S806). 그리고 소프트 트립 조건이 충족된 횟수가 기 설정된 횟수에 도달하는 경우, 제어부(100)는 지속적으로 과전류가 유입되는 상태라고 판단할 수 있다.

이 경우 과전류가 지속적으로 유입되면 다른 계통 또는 부하에 손상을 유발할 수 있으므로, 제어부(100)는 상기 S808 단계로 진행하여, 차단 스위치(150)를 턴 온할 수 있다. 따라서 하드웨어 트립을 유발시킬 정도의 전류가 유입되지 않은 상태에서도, 기 설정된 조건이 충족되는 경우 물리적인 분리를 통해 반도체 회로 차단기 내부의 소자를 과전류로부터 보호할 수 있다.

반면 상기 S806 단계의 체크 결과, 상기 소프트 트립 조건이 충족된 횟수가 기 설정된 횟수에 도달하지 않는 경우, 제어부(100)는 도 6의 S604 단계 또는 도 7의 S704 단계로 진행할 수 있다. 이 경우 상기 도 8의 S800 단계의 검출 결과에 따라 소프트 트립 조건이 충족된 상태이므로, 상기 도 6의 S604 단계로 진행하는 경우 제어부(100)는 반도체 스위치 듀티 사이클을 감소시킬 수 있다. 또한 도 7의 S704 단계로 진행하는 경우 제어부(100)는 반도체 스위치 온오프 횟수를 증가시킬 수 있다. 상술한 설명에서는 ㅇ상기 제1 전류 레벨과 차단 스위치가 구동되는 전류 레벨이 같은 경우를 가정하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 하드웨어 트립 레벨이 발생하는 상기 제1 전류 레벨과 차단 스위치가 구동되는 전류 레벨은 얼마든지 서로 다를 수 있다.

한편 상술한 설명에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기는 내부에 흐르는 전류의 특성에 근거하여 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수를 설정할 수 있음을 언급한 바 있다.

도 9는 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가, 유입되는 전류의 특성에 근거하여 돌입전류 완화 설정 정보를 생성 및 생성된 설정 정보에 따라 돌입전류를 완화하는 초기 구동을 수행하는 과정을 도시한 흐름도이다.

도 9를 참조하여 살펴보면, 상기 반도체 회로 차단기의 제어부(100)는 반도체 회로 차단기가 턴 온 되면, 돌입전류를 완화하기 위한 초기 구동을 시작할 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 전류 센서(160)로부터 기 설정된 시간 간격으로 전력 계통과 부하 사이에 흐르는 전류 크기를 계측할 수 있다(S900). 그리고 계측된 전류 크기가 하드웨어 트립을 발생시키는 전류 레벨 이상인지 여부를 판별할 수 있다(S902).

상기 S902 단계의 판별 결과, 계측된 전류 크기가 하드웨어 트립을 발생시키는 전류 레벨 이상인 경우라면, 제어부(100)는 하드웨어 스위치인 차단 스위치(150)를 턴 온하여, 물리적인 분리를 통해 반도체 회로 차단기의 내부 소자를 보호할 수 있다(S912). 이 경우 하드웨어 트립이 발생하는 전류 레벨 이상의 전류가 검출됨에 따라 반도체 스위치 자체적으로 하드웨어 트립이 이루어질 수 있다.

그러나 상기 S902 단계의 판별 결과, 계측된 전류 크기가 하드웨어 트립을 발생시키는 전류 레벨 미만인 경우라면, 제어부(100)는 일정 시간 동안 계측된 전류 크기들로부터 전류 특성을 산출할 수 있다(S904).

여기서 상기 전류 특성은 전류 크기의 시간별 증가량 또는 시간별 감소량, 즉 시간에 따른 전류 크기 변화량(예 : 시간에 따른 전류 크기의 변화량의 기울기)을 포함할 수 있다. 또한 최소 전류 크기나 최대 전류 크기 및 평균 전류 크기와 같은 통계 정보를 포함할 수도 있다.

한편 상기 S904 단계에서 전류 특성이 추출되면, 제어부(100)는 추출된 전류 특성에 근거하여 돌입전류 완화를 위한 설정 정보, 즉 돌입전류 완화 설정 정보를 생성할 수 있다(S906).

상기 S906 단계에서, 제어부(100)는 시간에 따른 전류 크기 증가량에 근거하여 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.

일 예로, 제어부(100)는 시간에 따른 전류 크기 증가량이 클수록 듀티 사이클이 작아지도록 설정할 수 있다. 즉, 시간에 따른 전류 크기 증가량이 클수록 돌입전류가 빠르게 증가하므로, 제어부(100)는 듀티 사이클을 작게 설정함으로써 반도체 스위치가 턴 온 된 시간 동안에 하드웨어 트립 레벨 이상의 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우 듀티 사이클이 작아지면 듀티 시그널의 한 주기 내에서 반도체 스위치가 오프되는 시간이 길어지므로, 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이 충분히 강하될 수 있다.

또는 제어부(100)는 시간에 따른 전류 크기 증가량이 클수록 반도체 스위치 온오프 반복 횟수를 증가시킬 수 있다. 즉, 시간에 따른 전류 크기 증가량이 클수록 돌입전류가 크다는 반증이므로, 제어부(100)는 돌입전류가 충분히 해소될 수 있도록 반도체 스위치 온오프 반복 횟수를 증가시킬 수 있다.

이처럼 전류 특성에 따라 서로 다르게 돌입전류 완화 설정 정보를 생성하기 위한 정보들은 메모리(180)에 저장될 수 있다. 일 예로 메모리(180)는 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나가 서로 다른 복수의 돌입전류 완화 설정 정보를 포함할 수 있으며, 상기 S904 단계에서 산출되는 전류 특성에 근거하여 어느 하나의 돌입전류 완화 설정 정보를 검출하여 설정할 수 있다.

또는 메모리(180)는 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수를 포함하는 돌입전류 완화 설정 정보를 포함할 수 있다. 이 경우 제어부(100)는 상기 S904 단계에서 산출된 전류 특성에 따라 상기 메모리(180)에 저장된 돌입전류 완화 설정 정보의 반도체 스위치의 듀티 사이클 및 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 또는 제어부(100)는 상기 초기 구동에 소요되는 시간(즉, 반도체 스위치의 온오프가 반복되는 소요되는 전체 시간) 및, 반도체 스위치가 1회 턴 온 및 턴 오프되는 시간, 한 주기에 해당하는 시간의 길이를 상기 산출된 전류 특성에 따라 변경할 수도 있다.

한편 S906 단계에서 돌입전류 완화를 위한 설정 정보가 생성되면, 제어부(100)는 설정된 정보에 따라 반도체 스위치를 턴 온 및 턴 오프 시킬 수 있다(S908). 그리고 설정된 돌입전류 완화 설정 정보에 따른 온오프 반복 횟수만큼 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되었는지 여부를 체크할 수 있다(S910).

상기 S910 단계의 체크 결과, 상기 돌입전류 완화 설정 정보에 따른 온오프 반복 횟수만큼 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 이루어지지 않은 경우에는 S908 단계로 진행하여 설정된 정보(예 : 듀티 사이클)에 따라 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프를 다시 수행할 수 있다. 반면 상기 S910 단계의 체크 결과, 상기 돌입전류 완화 설정 정보에 따른 온오프 반복 횟수만큼 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 이루어진 경우라면, 제어부(100)는 반도체 스위치를 턴 온 상태로 유지하고, 도 9의 초기 구동 과정을 종료할 수 있다.

한편 상술한 설명에서는 제1 및 제2 반도체 스위치(111, 112)가 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, 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.

한편 상술한 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 회로 차단기가 직류 전원 계통 및 직류 전원 부하에 사용되는 예를 설명하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 예를 들어 상기 도 6 내지 도 8에서 보이고 있는 바와 같이, 반도체 스위치 듀티 사이클 또는 반도체 스위치 온오프 반복 횟수의 경우 반도체 회로 차단기의 동작 상태 또는 반도체 회로 차단기 내부의 전류 상태에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 따라서 직류 전원 계통 및 직류 전원 부하 뿐만 아니라 교류 전원 계통 및 교류 전원 부하에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.

전술한 본 발명과 관련된 반도체 회로 차단기를 제어하는 제어부의 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. 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 차단기의 제어부를 포함할 수 있다.

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.

Claims

전력 계통과 부하 사이에 배치되는 반도체 회로 차단기(Solid State Circuit Breaker)에 있어서,

게이트 단자에 인가되는 전압에 따라 상기 전력 계통과 상기 부하를 전기적으로 연결하거나 차단하는 반도체 스위치를 포함하는 반도체 스위치부; 및,

상기 반도체 회로 차단기가 턴 온 되면, 기 설정된 초기 구동 시간 동안 턴 온 및 턴 오프를 반복하도록 상기 반도체 스위치를 제어하여, 상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 크기를 점차적으로 완화시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 초기 구동 시간 동안, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 반도체 스위치에 내장된 트립(trip) 기능이 실행되는 제1 전류 레벨에 도달하는 경우에 한하여, 하드웨어 트립 기능만을 실행하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 초기 구동 시간 동안에 상기 턴 온 및 턴 오프가 기 설정된 시간을 주기로 반복되도록 상기 반도체 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제3항에 있어서,

사용자의 입력을 입력받는 입력부를 더 포함하며,

상기 제어부는,

상기 기 설정된 시간과 상기 반도체 스위치가 턴 온되는 시간의 비율인 반도체 스위치 듀티 사이클(duty cycle)과, 상기 초기 구동 시간 동안에 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되는 온오프 반복 횟수 및, 상기 초기 구동 시간의 정보를 포함하는 초기 구동 정보를 상기 입력부를 통해 수신하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제4항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 초기 구동 정보가 수신되면, 상기 초기 구동 정보에 따라 상기 초기 구동 시간 동안 상기 적어도 하나의 반도체 스위치를 제어할 듀티 시그널(duty signal)을 생성하고,

상기 듀티 시그널은,

상기 기 설정된 시간을 주기로, 상기 반도체 스위치 듀티 사이클에 따라 상기 적어도 하나의 반도체 스위치의 게이트 단자에 인가될 게이트 전압 시그널임을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제4항에 있어서, 상기 반도체 스위치 듀티 사이클은,

각 주기 별로 반도체 스위치가 턴 온 된 시간이 각각 다르게 설정되며,

반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 지속될수록, 한 주기 내에서 반도체 스위치가 턴 온되는 시간이 길어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제1항에 있어서,

상기 반도체 스위치의 각 게이트 단자에, 게이트 전압을 인가는 복수의 게이트 드라이버를 더 포함하며,

상기 제어부는,

상기 반도체 스위치의 게이트 단자에, 문턱 전압 이상의 게이트 전압이 인가되도록 하거나, 또는 상기 문턱 전압 미만의 게이트 전압이 인가되도록 상기 반도체 스위치에 각각 대응하는 적어도 하나의 게이트 드라이버를 제어하여, 상기 반도체 스위치를 턴 온 및 턴 오프하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제2항에 있어서,

상기 전력 계통으로부터 상기 반도체 회로 차단기 및 부하를 물리적으로 연결하거나 차단하는 차단 스위치를 더 포함하며,

상기 제어부는,

상기 초기 구동 시간 동안, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능이 실행되는 제2 전류 레벨에 도달하는 경우 상기 소프트 트립 기능이 실행되는 조건이 충족된 횟수를 카운트하고,

상기 소프트 트립 기능이 실행되는 조건이 충족된 횟수가 기 설정된 횟수 이상이거나, 상기 반도체 회로 차단기 내부의 전류가 상기 차단 스위치가 동작하는 기 설정된 전류 레벨 이상인 경우, 상기 차단 스위치를 구동하여 상기 전력 계통과 상기 부하를 물리적으로 분리시키며,

상기 제2 전류 레벨은,

상기 제1 전류 레벨보다 낮은 전류 레벨임을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제2항에 있어서,

상기 기 설정된 시간과 상기 반도체 스위치가 턴 온되는 시간의 비율인 반도체 스위치 듀티 사이클, 상기 초기 구동 시간 동안에 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되는 온오프 반복 횟수를 포함하는 메모리를 더 구비하며,

상기 제어부는,

상기 반도체 스위치가 턴 온 및 턴 오프를 반복하는 동안, 소프트 트립 기능이 실행되는 조건의 충족 여부에 따라 상기 반도체 스위치 듀티 사이클 및 상기 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 증가시키거나 감소시키는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제1항에 있어서,

상기 기 설정된 시간과 상기 반도체 스위치가 턴 온되는 시간의 비율인 반도체 스위치 듀티 사이클, 상기 초기 구동 시간 동안에 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되는 온오프 반복 횟수를 포함하는 메모리를 더 구비하며,

상기 제어부는,

상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 특성을 산출하고, 산출된 돌입 전류의 특성에 따라 상기 반도체 스위치 듀티 사이클 및 상기 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 증가시키거나 감소시키는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제8항에 있어서, 상기 돌입전류 특성은,

상기 전력 계통과 부하의 초기 연결 시 상기 반도체 회로 차단기에서 검출되는 전류 크기의 시간별 변화량 또는 전류 계측값의 통계적 산출값 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
제1항에 있어서, 상기 전력 계통과 상기 부하는,

직류 전원 계통 및 직류 전원 부하임을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기.
전력 계통과 부하 사이에 배치되며, 반도체 스위치를 포함하는 반도체 회로 차단기(Solid State Circuit Breaker)의 제어 방법에 있어서,

상기 반도체 회로 차단기가 턴 온 되는 경우, 상기 반도체 스위치를 턴 온하여 상기 전력 계통과 부하를 초기 연결하는 단계; 및,

기 설정된 초기 구동 시간 동안, 상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 크기가 점차적으로 완화되도록 상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.
제13항에 있어서, 상기 기 설정된 초기 구동 시간은,

상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 상기 반도체 스위치에 내장된 트립(trip) 기능이 실행되는 제1 전류 레벨에 도달하는 경우에 한하여, 하드웨어 트립 기능만을 실행하는 시간임을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.
제13항에 있어서,

상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온을 반복하는 단계는,

상기 초기 구동 시간 동안, 상기 턴 오프 및 턴 온이 기 설정된 시간을 주기로 반복되는 단계이며,

상기 초기 구동 시간 동안, 상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능이 실행되는 제2 전류 레벨에 도달하는 경우 상기 소프트 트립 기능의 실행을 제한하는 단계임을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.
제15항에 있어서,

상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온은,

반도체 스위치가 1회 턴 오프 및 턴 온되는 한 주기 동안에 상기 반도체 스위치가 턴 온되는 시간의 비율인 반도체 스위치 듀티 사이클 및, 상기 반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 반복되는 온오프 반복 횟수에 따라, 상기 반도체 스위치의 게이트 단자에 인가될 게이트 전압 시그널에 의해 이루어지며,

상기 계통과 부하를 초기 연결하는 단계는,

기 설정된 상기 반도체 듀티 사이클과 주기 및, 상기 초기 구동 시간에 근거하여 상기 게이트 전압 시그널을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.
제16항에 있어서,

상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온을 반복하는 단계는,

상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능의 실행 조건을 충족하였는지 여부를 체크하는 단계;

상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족된 경우 상기 반도체 스위치 듀티 사이클을 감소시키는 단계; 및,

상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족되지 않은 경우 상기 반도체 스위치 듀티 사이클을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.
제16항에 있어서,

상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온을 반복하는 단계는,

상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능의 실행 조건을 충족하였는지 여부를 체크하는 단계;

상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족된 경우 상기 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수를 증가시키는 단계; 및,

상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족되지 않은 경우 상기 반도체 스위치의 온오프 반복 횟수를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서,

상기 반도체 회로 차단기 내의 전류 레벨이, 소프트 트립 기능의 실행 조건을 충족하였는지 여부를 체크하는 단계는,

상기 반도체 스위치의 턴 오프 및 턴 온이 반복되는 동안 상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 충족된 횟수를 체크하는 단계; 및,

상기 소프트 트립 기능의 실행 조건이 기 설정된 횟수 이상 충족된 경우, 차단 스위치를 구동하여 상기 전력 계통과 상기 부하를 물리적으로 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.
제16항에 있어서, 상기 계통과 부하를 초기 연결하는 단계는,

상기 전력 계통과 부하의 초기 연결에 따른 돌입전류의 특성을 산출하는 단계;

산출된 돌입 전류의 특성에 따라 상기 반도체 스위치 듀티 사이클 및 상기 온오프 반복 횟수 중 적어도 하나를 증가시키거나 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.
제16항에 있어서, 상기 반도체 스위치 듀티 사이클은,

각 주기 별로 반도체 스위치가 턴 온 된 시간이 각각 다르게 설정되며,

반도체 스위치의 턴 온 및 턴 오프가 지속될수록, 한 주기 내에서 반도체 스위치가 턴 온되는 시간이 길어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 회로 차단기의 제어 방법.