KR102130660B1 - Emp protective device for power source using power semiconductor - Google Patents

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KR102130660B1 KR1020190087432A KR20190087432A KR102130660B1 KR 102130660 B1 KR102130660 B1 KR 102130660B1 KR 1020190087432 A KR1020190087432 A KR 1020190087432A KR 20190087432 A KR20190087432 A KR 20190087432A KR 102130660 B1 KR102130660 B1 KR 102130660B1
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이재복
강성만
주문노
한승문
김호동
명성호
센드레이 세르게이
우정민
이형권
정순신
정준영
조연규
최승규
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to an electromagnetic pulse (EMP) protective device for blocking transient voltage/current due to an EMP. The EMP protective device comprises: a varistor connected between a voltage line and a ground line; a first EMP protective unit having a forward diode and a first power semiconductor switch connected between the voltage line and the ground line, and blocking a positive transient voltage signal due to an EMP applied to the voltage line; and a second EMP protective unit having a reverse diode and a second power semiconductor switch connected between the voltage line and the ground line, and blocking a negative transient voltage signal due to the EMP.

Description

전력 반도체를 적용한 전원용 EMP 방호장치{EMP PROTECTIVE DEVICE FOR POWER SOURCE USING POWER SEMICONDUCTOR}EMP protection device for power supply using power semiconductor {EMP PROTECTIVE DEVICE FOR POWER SOURCE USING POWER SEMICONDUCTOR}

본 발명은 EMP 방호 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있는 EMP 방호 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an EMP protection device, and more particularly to an EMP protection device that can effectively block the transient voltage / current due to the electromagnetic pulse (EMP).

최근 전기/전자통신기술의 발전에 따라 산업 플랜트, 회사, 일반 가정 등에서 디지털 전기/전자기기의 사용이 크게 확대되고 있는 추세이다. 하지만, 디지털 전기/전자기기의 경우 낙뢰 또는 전자기펄스(electromagnetic　pulse, EMP) 등에 의해 발생하는 과도 전압에 매우 취약하므로 실제 과도 전압 유입 시 기기의 손상 가능성이 높아지는 문제점을 갖는다. 따라서, 과도 전압에 의한 기기 손상을 방지할 목적으로 과도 전압 보호 장치가 널리 사용되고 있다.2. Description of the Related Art Recently, with the development of electric/electronic communication technology, the use of digital electric/electronic devices in industrial plants, companies, and general households is greatly expanding. However, digital electric/electronic devices are very vulnerable to transient voltages generated by lightning strikes or electromagnetic pulses (EMP), which increases the possibility of damage to the devices when the actual transient voltages are introduced. Therefore, a transient voltage protection device has been widely used for the purpose of preventing damage to devices due to transient voltages.

과도 전압 보호 장치란 과도 전압(transient　voltage) 또는 노이즈(noise)를 감쇠시키는 장치를 의미하며, 전화선, 데이터 네트워크, CCTV 회로, 케이블 TV 회로, 또는 전자/통신 장비 등과 연결되는 AC/DC 전원선, 제어선 또는 통신선 상에 설치되어 과도 전압을 감쇠시키는 역할을 수행하게 된다. 상기 과도 전압 보호 장치로는 낙뢰로 인한 서지(surge)를 차단하기 위한 서지 보호 장치와 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압을 차단하기 위한 EMP 방호 장치 등이 있다.A transient voltage protection device means a device that attenuates transient voltages or noise, and AC/DC power cables connected to telephone lines, data networks, CCTV circuits, cable TV circuits, or electronic/communication equipment. It is installed on the control line or communication line to perform the role of attenuating the transient voltage. The transient voltage protection device includes a surge protection device for blocking surge caused by lightning and an EMP protection device for blocking transient voltage caused by electromagnetic pulse (EMP).

이러한 과도 전압 보호 장치를 구성하는 소자는 전압/전류 특성에 따라 크게 클램프(clamp) 소자와 크로바(crowbar) 소자로 구분되는데, 전자의 경우 실리콘 애벌런치 다이오드(Silicon Avalanche Diode, SAD)와 금속 산화물 바리스터(Metal Oxide Varistor, MOV)가 주로 사용되고, 후자의 경우 가스 방전관(Gas Discharge Tube, GDT)과 사이리스터 서지 억제기(Thyristor Surge Suppressor, TSS)가 주로 사용된다.The elements constituting such a transient voltage protection device are largely divided into a clamp element and a crowbar element according to voltage/current characteristics. In the former case, a silicon avalanche diode (SAD) and a metal oxide varistor (Metal Oxide Varistor, MOV) is mainly used, and in the latter case, gas discharge tube (GDT) and thyristor surge suppressor (TSS) are mainly used.

이 중 금속 산화물 바리스터는 양 단자에 걸리는 전압이 증가하면 저항 값이 변하는 성질을 갖는 비선형 반도체 저항소자이다. 이러한 바리스터는 탄화 규소계(SiC)나 산화 아연계(ZnO) 물질로 이루어지며, 다른 소자들(가령, 가스 방전관, 사이리스터 서지 억제기 등)에 비해 상대적으로 높은 정전 용량 특성을 갖고 있어 전력 관련 회로의 과도 전압 보호용으로 주로 활용되고 있다.Among them, the metal oxide varistor is a non-linear semiconductor resistance element having a property that a resistance value changes when a voltage across both terminals increases. These varistors are made of silicon carbide-based (SiC) or zinc oxide-based (ZnO) materials and have relatively high capacitance characteristics compared to other devices (e.g., gas discharge tubes, thyristor surge suppressors, etc.). It is mainly used for transient voltage protection of.

도 1은 종래 기술에 따른 과도 전압 보호 장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 과도 전압 보호 장치(10)는 전압선(11)과 접지선(12) 사이에 병렬로 연결된 바리스터(13)와, 상기 전압선(11) 상에 직렬로 연결된 인덕터(14)를 포함한다. 낙뢰 또는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(11)으로 인가되어 바리스터(13)의 양단 전압이 해당 바리스터(13)의 항복 전압보다 크게 되는 경우, 상기 바리스터(13)는 전압선(11)과 접지선(12) 사이를 쇼트(short)시켜 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 전류(Ic)와 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is)를 접지(ground) 방향으로 빠르게 흐르도록 한다.1 is a view showing a transient voltage protection device according to the prior art. As shown in FIG. 1, the conventional transient voltage protection device 10 includes a varistor 13 connected in parallel between the voltage line 11 and the ground line 12, and an inductor connected in series on the voltage line 11 ( 14). When the transient voltage signal (V s ) due to a lightning strike or electromagnetic pulse (EMP) is applied to the voltage line 11, the voltage across both ends of the varistor 13 becomes greater than the breakdown voltage of the varistor 13, the varistor 13 Is shorted between the voltage line 11 and the ground line 12 to ground the normal current I c by the normal voltage signal V c and the transient current I s by the transient voltage signal V s . Make it flow rapidly in the (ground) direction.

그런데, 이러한 과도 전압 보호 장치(10)에 사용되는 바리스터(13)는 전기적 응답 특성은 우수하나 서지 전류 내량이 낮아 쉽게 타거나 단선, 단락, 절연 불량 및 성능 저하가 급격하게 발생하는 문제가 있다. 또한, 바리스터(13)는 정전 용량이 커서 방전개시전압보다 낮은 전압에서 동작하는 문제가 있다.However, the varistor 13 used in the transient voltage protection device 10 has excellent electrical response characteristics, but has a problem in that it easily burns due to low surge current tolerance or burns shortly, short circuit, poor insulation, and poor performance. In addition, the varistor 13 has a problem of operating at a voltage lower than the discharge start voltage due to its large electrostatic capacity.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 전력 반도체 스위치를 이용하여 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있는 EMP 방호 장치를 제공함에 있다.The present invention aims to solve the above and other problems. Another object is to provide an EMP protection device capable of effectively blocking transient voltage/current caused by electromagnetic pulse (EMP) using a power semiconductor switch.

또 다른 목적은 바리스터, 필터부, 전력 반도체 스위치 및 스위치 구동회로를 포함하는 EMP 방호 장치를 제공함에 있다.Another object is to provide an EMP protection device including a varistor, a filter unit, a power semiconductor switch, and a switch driving circuit.

또 다른 목적은 바리스터, 필터부, 전력 반도체 스위치, 스위치 구동회로 및 스위치 보호회로를 포함하는 EMP 방호 장치를 제공함에 있다.Another object is to provide an EMP protection device including a varistor, a filter unit, a power semiconductor switch, a switch driving circuit, and a switch protection circuit.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 전압선과 접지선 사이에 연결되는 바리스터; 상기 전압선과 접지선 사이에 연결된 순방향 다이오드와 제1 전력 반도체 스위치를 구비하며, 상기 전압선으로 인가되는 전자기펄스(EMP)로 인한 양의 과도 전압 신호를 차단하는 제1 EMP 보호부; 및 상기 전압선과 접지선 사이에 연결된 역방향 다이오드와 제2 전력 반도체 스위치를 구비하며, 상기 전자기펄스(EMP)로 인한 음의 과도 전압 신호를 차단하는 제2 EMP 보호부를 포함하는 EMP 방호 장치를 제공한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전력 반도체 스위치는 IGBT 소자임을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention to achieve the above or other object, a varistor connected between the voltage line and the ground line; A first EMP protection unit having a forward diode connected between the voltage line and a ground line and a first power semiconductor switch, and blocking a positive transient voltage signal due to electromagnetic pulse (EMP) applied to the voltage line; And a second EMP protection unit including a reverse diode connected between the voltage line and the ground line and a second power semiconductor switch, and blocking a negative transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP). Here, the first and second power semiconductor switches are characterized in that the IGBT device.

좀 더 바람직하게는, 상기 EMP 방호 장치는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호를 기반으로, 제1 전력 반도체 스위치를 구동하기 위한 제1 구동신호와, 제2 전력 반도체 스위치를 구동하기 위한 제2 구동신호를 생성하는 스위치 구동회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the EMP protection device is based on the transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP), the first driving signal for driving the first power semiconductor switch, and the second driving power semiconductor switch It characterized in that it further comprises a switch driving circuit for generating a driving signal.

좀 더 바람직하게는, 상기 스위치 구동회로는 과도전류 제한부, 전압 분배기, 변압기, 제1 구동신호 생성부 및 제2 구동신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 과도전류 제한부는, 상기 전자기펄스(EMP) 발생 시, 상기 전압 분배기 방향으로 흐르는 과도 전류를 제한하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전압 분배기는, 둘 이상의 바리스터들을 이용하여 상시 AC 전류가 접지 방향으로 흐르는 것을 방지함과 동시에, 상기 변압기로 유입되는 과도전류를 제한하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the switch driving circuit is characterized in that it includes a transient current limiter, a voltage divider, a transformer, a first driving signal generator and a second driving signal generator. Here, the transient current limiting unit is characterized in that when the electromagnetic pulse (EMP) occurs, it limits the transient current flowing in the direction of the voltage divider. In addition, the voltage divider is characterized in that by using two or more varistors to prevent the constant AC current flowing in the ground direction, and at the same time, limit the transient current flowing into the transformer.

좀 더 바람직하게는, 상기 EMP 방호 장치는 제1 및 제2 전력 반도체 스위치들의 전류를 측정하고, 상기 측정된 전류가 임계치를 초과하는 경우, 상기 제1 및 제2 전력 반도체 스위치들을 반 사이클 이내에 강제로 턴 오프(turn off)시키기 위한 제어신호들을 생성하는 스위치 보호회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the EMP protection device measures the current of the first and second power semiconductor switches, and if the measured current exceeds a threshold, forces the first and second power semiconductor switches within half a cycle. It characterized in that it further comprises a switch protection circuit for generating control signals for turning off (turn off).

좀 더 바람직하게는, 상기 EMP 방호 장치는 상기 전압선 상에 직렬로 연결되어, 상기 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호의 고주파 성분을 차단하기 위한 인덕터 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 EMP 방호 장치는 전압선 상의 인덕터 소자로 인해, 제1 및 제2 전력 반도체 스위치들에서 발생하는 스위칭 서지를 흡수하기 위한 스너버 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the EMP protection device is connected in series on the voltage line, characterized in that it comprises an inductor element for blocking the high-frequency component of the transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP). In addition, the EMP protection device is characterized in that it further comprises a snubber circuit for absorbing the switching surge generated in the first and second power semiconductor switches due to the inductor element on the voltage line.

본 발명의 실시 예들에 따른 EMP 방호 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.When explaining the effect of the EMP protection device according to embodiments of the present invention.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 바리스터, 필터부, 전력 반도체 스위치 및 스위치 구동회로를 포함하는 EMP 방호 장치를 이용하여 전력선으로 인가되는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, an EMP protection device including a varistor, a filter unit, a power semiconductor switch, and a switch driving circuit is used to effectively block transient voltage/current caused by electromagnetic pulses (EMP) applied to a power line. It has the advantage of being able to.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 바리스터, 필터부, 전력 반도체 스위치, 스위치 구동회로 및 스위치 보호회로를 포함하는 EMP 방호 장치를 이용하여 전력선으로 인가되는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 과도 전압/전류로 인해 상기 전력 반도체 스위치가 파괴되는 것을 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, the transient due to the electromagnetic pulse (EMP) applied to the power line using an EMP protection device including a varistor, a filter unit, a power semiconductor switch, a switch driving circuit and a switch protection circuit In addition to being able to effectively block voltage/current, it is possible to prevent the power semiconductor switch from being destroyed due to the transient voltage/current.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 EMP 방호 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that the EMP protection device according to the embodiments of the present invention can achieve are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are common knowledge in the art to which the present invention pertains from the following description. It can be clearly understood by those who have.

도 1은 종래 기술에 따른 과도 전압 보호 장치를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 4는 도 2의 EMP 방호 장치에 사용되는 스위치 구동회로의 일 구성을 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 6은 도 5의 EMP 방호 장치에 사용되는 스위치 구동회로의 일 구성을 나타내는 도면;
도 7은 도 5의 EMP 방호 장치에 사용되는 스위치 보호회로의 일 구성을 나타내는 도면;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 9는 도 8의 EMP 방호 장치에 사용되는 스너버 회로의 일 구성을 나타내는 도면;
도 10은 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전류의 파형과 EMP 방호 장치의 출력 전류 파형을 예시하는 도면.1 is a view showing a transient voltage protection device according to the prior art;
2 is a view showing the configuration of the EMP protection device according to an embodiment of the present invention;
3 is a view referred to for explaining the operation of the EMP protection device according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a configuration of a switch driving circuit used in the EMP protection device of FIG. 2;
5 is a view showing the configuration of an EMP protection device according to another embodiment of the present invention;
6 is a view showing one configuration of a switch driving circuit used in the EMP protection device of FIG. 5;
7 is a view showing one configuration of a switch protection circuit used in the EMP protection device of FIG. 5;
8 is a view showing the configuration of an EMP protection device according to another embodiment of the present invention;
9 is a view showing one configuration of a snubber circuit used in the EMP protection device of FIG. 8;
10 is a diagram illustrating the waveform of the transient current due to the electromagnetic pulse (EMP) and the output current waveform of the EMP protection device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 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.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements are assigned the same reference numbers regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In addition, in the description of the embodiments disclosed herein, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed in the specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and technical scope of the present invention , It should be understood to include equivalents or substitutes.

본 발명은 전력 반도체 스위치를 이용하여 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있는 EMP 방호 장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 바리스터, 필터부, 전력 반도체 스위치 및 스위치 구동회로를 포함하는 EMP 방호 장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 바리스터, 필터부, 전력 반도체 스위치, 스위치 구동회로 및 스위치 보호회로를 포함하는 EMP 방호 장치를 제안한다.The present invention proposes an EMP protection device capable of effectively blocking transient voltage/current caused by electromagnetic pulse (EMP) using a power semiconductor switch. In addition, the present invention proposes an EMP protection device including a varistor, a filter unit, a power semiconductor switch, and a switch driving circuit. In addition, the present invention proposes an EMP protection device including a varistor, a filter unit, a power semiconductor switch, a switch driving circuit, and a switch protection circuit.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a view showing the configuration of the EMP protection device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(100)는 전압선(110), 접지선(120), 바리스터(Varistor, 130), 필터부(140), 제1 EMP 보호부(150), 제2 EMP 보호부(160) 및 스위치 구동회로(170)를 포함할 수 있다.2, the EMP protection device 100 according to an embodiment of the present invention includes a voltage line 110, a ground line 120, a varistor (130), a filter unit 140, a first EMP protection unit ( 150), the second EMP protection unit 160 and a switch driving circuit 170.

전압선(110)은 전화선, 데이터 네트워크, CCTV 회로, 케이블 TV 회로, 전자/통신장비 등과 연결되는 AC/DC 전원선, 제어선, 통신선, 전력선 등을 포함하는 광의의 개념이다. 상기 전압선(110)은 AC 전력이 인가되는 AC 전력선이거나, DC 전력이 인가되는 DC 전력선이거나, DC 전압 신호가 인가되는 DC 전압선이거나, 혹은 AC 전압 신호가 인가되는 AC 전압선 등일 수 있다.The voltage line 110 is a broad concept including an AC/DC power line, a control line, a communication line, and a power line connected to a telephone line, data network, CCTV circuit, cable TV circuit, and electronic/communication equipment. The voltage line 110 may be an AC power line to which AC power is applied, a DC power line to which DC power is applied, a DC voltage line to which DC voltage signals are applied, or an AC voltage line to which AC voltage signals are applied.

전압선(110)과 접지선(120) 사이에는 정상 전압 신호(Vc)가 인가되며, 상기 전압선(110)과 접지선(120)에는 상기 정상 전압 신호(Vc)를 제공하는 전압원(source, 미도시)과 상기 정상 전압 신호(Vc)를 제공받는 부하(load, 50) 등이 연결될 수 있다.A normal voltage signal V c is applied between the voltage line 110 and the ground line 120, and a voltage source (not shown) that provides the normal voltage signal V c to the voltage line 110 and the ground line 120. ) And a load (50) provided with the normal voltage signal (V c ) may be connected.

바리스터(Varistor, 130)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이에 연결될 수 있다. 이때, 상기 바리스터(130)는 부하(50)와 병렬로 연결될 수 있다.The varistor 130 may be connected between the voltage line 110 and the ground line 120. At this time, the varistor 130 may be connected to the load 50 in parallel.

바리스터(130)는 양 단자에 걸리는 전압이 증가하면 저항 값이 변하는 성질을 갖는 비선형 반도체 저항소자이다. 상기 바리스터(130)는 과도 전압으로부터 부하(50)를 보호하기 위한 미리 결정된 항복 전압(breakdown voltage)을 갖는다.The varistor 130 is a nonlinear semiconductor resistance element having a property that a resistance value changes when a voltage across both terminals increases. The varistor 130 has a predetermined breakdown voltage to protect the load 50 from transient voltages.

이러한 바리스터(130)의 항복 전압을 정상 전압 신호(Vc)의 전압 크기보다 크게 설정한 경우, 상기 바리스터(130)는 정상 전압 신호(Vc)에 대해 반응(동작)하지 않으므로 상기 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 DC 전류(Ic)는 바리스터(130)로 흐르지 않고 부하(50) 방향으로만 흐르게 된다.When the breakdown voltage of the varistor 130 is set larger than the voltage level of the normal voltage signal V c , the varistor 130 does not react (operate) to the normal voltage signal V c , so the normal voltage signal The normal DC current I c due to (V c ) does not flow to the varistor 130 but flows only in the load 50 direction.

한편, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(110)으로 인가되어 바리스터(130)의 양단 전압이 해당 바리스터(130)의 항복 전압보다 크게 되는 경우, 상기 바리스터(130)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이를 쇼트(short)시켜 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 DC 전류(Ic)와 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is)를 접지(ground) 방향으로 흐르도록 한다. 이에 따라, 바리스터(130)는, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs) 인가 시, 상기 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is)가 부하(50) 방향으로 흐르는 것을 일차적으로 차단할 수 있다.On the other hand, when the transient voltage signal V s due to the electromagnetic pulse EMP is applied to the voltage line 110 so that the voltage across the varistor 130 is greater than the breakdown voltage of the varistor 130, the varistor 130 Is shorted between the voltage line 110 and the ground line 120 to determine the normal DC current I c by the normal voltage signal V c and the transient current I s by the transient voltage signal V s . Let it flow in the ground direction. Accordingly, the varistor 130, when applying the transient voltage signal (V s ) due to the electromagnetic pulse (EMP), the transient current (I s ) by the transient voltage signal (V s ) flows in the direction of the load (50) You can primarily block things.

필터부(140)는 바리스터(130)와 부하(50) 사이에 배치되어, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 특정 주파수 성분을 차단하거나 억제하는 동작을 수행한다.The filter unit 140 is disposed between the varistor 130 and the load 50 to perform an operation of blocking or suppressing a specific frequency component of the transient voltage signal V s due to the electromagnetic pulse EMP.

일 실시 예로, 필터부(140)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호의 고주파 성분을 차단하기 위한 저주파 필터(Low Pass Filter)를 포함할 수 있다. 상기 저주파 필터는 전압선(110) 상에 직렬로 연결된 인덕터 소자로 구성될 수 있다. 상기 인덕터 소자는 고주파 성분에 대해 높은 임피던스를 갖기 때문에, 바리스터(130)를 통과하는 과도 전압/전류의 고주파 성분을 효과적으로 차단할 수 있다.As an example, the filter unit 140 may include a low pass filter for blocking high frequency components of the transient voltage signal due to electromagnetic pulse (EMP). The low-frequency filter may be composed of an inductor element connected in series on the voltage line 110. Since the inductor element has a high impedance to the high frequency component, it is possible to effectively block the high frequency component of the transient voltage/current passing through the varistor 130.

한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 다른 실시 예로, 상기 필터부(140)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호의 저주파 성분을 차단하기 위한 고주파 필터(High Pass Filter)와, 상기 과도 전압 신호의 저주파 및 고주파 성분을 동시에 차단하기 위한 대역 통과 필터(Band Pass Filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.On the other hand, although not shown in the drawing, in another embodiment, the filter unit 140 is a high-frequency filter (High Pass Filter) for blocking the low-frequency component of the transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP), and the transient voltage signal It may include at least one of a band pass filter (Band Pass Filter) for simultaneously blocking the low-frequency and high-frequency components of the.

또한, 본 실시 예에서는, 하나의 필터부가 EMP 방호 장치(100)에 설치되는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며 복수의 필터부가 EMP 방호 장치에 설치될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 바리스터(130)와 제1 EMP 보호부(150) 사이에 하나의 필터부가 배치되는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, 제1 EMP 보호부(150)와 제2 EMP 보호부(160) 사이 혹은 제2 EMP 보호부(160)와 부하(50) 사이에 하나 이상의 필터부가 배치될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.In addition, in the present embodiment, it is exemplified that one filter unit is installed in the EMP protection apparatus 100, but it is not limited thereto, and it will be apparent to those skilled in the art that a plurality of filter units may be installed in the EMP protection apparatus. In addition, it is illustrated that one filter unit is disposed between the varistor 130 and the first EMP protection unit 150, but is not limited thereto, and the first EMP protection unit 150 and the second EMP protection unit 160 It will be apparent to those skilled in the art that one or more filter units may be disposed between) or between the second EMP protection unit 160 and the load 50.

제1 EMP 보호부(150)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이에 배치되어, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호 중 양의 과도 전압 신호를 차단하는 동작을 수행한다. The first EMP protection unit 150 is disposed between the voltage line 110 and the ground line 120, and performs an operation of blocking a positive transient voltage signal among transient voltage signals due to electromagnetic pulses (EMP).

제1 EMP 보호부(150)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이에 순방향으로 연결된 제1 다이오드(151)와, 상기 제1 다이오드(151)에 직렬로 연결된 제1 전력 반도체 스위치(153)를 포함할 수 있다.The first EMP protection unit 150 includes a first diode 151 connected in the forward direction between the voltage line 110 and the ground line 120, and a first power semiconductor switch 153 connected in series to the first diode 151. It may include.

제1 다이오드(151)는 전압선(110)과 제1 전력 반도체 스위치(153) 사이에 배치되며, 상기 전압선(110)으로 인가된 전압 신호 중 음의 전압 신호를 차단하고 양의 전압 신호를 통과시킨다.The first diode 151 is disposed between the voltage line 110 and the first power semiconductor switch 153, and blocks a negative voltage signal among voltage signals applied to the voltage line 110 and passes a positive voltage signal. .

제1 전력 반도체 스위치(153)는 스위치 구동회로(170)의 제1 구동신호에 따라 전압선(110)과 접지선(120) 사이를 도통하여 양의 과도 전압 신호에 의한 과도 전류가 접지 방향으로 흐르도록 한다.The first power semiconductor switch 153 conducts between the voltage line 110 and the ground line 120 according to the first driving signal of the switch driving circuit 170 so that the transient current due to the positive transient voltage signal flows in the ground direction. do.

제2 EMP 보호부(160)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이에 배치되어, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호 중 음의 과도 전압 신호를 차단하는 동작을 수행한다.The second EMP protection unit 160 is disposed between the voltage line 110 and the ground line 120 to perform an operation of blocking a negative transient voltage signal among transient voltage signals due to electromagnetic pulses (EMP).

제2 EMP 보호부(160)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이에 역방향으로 연결된 제2 다이오드(161)와, 상기 제2 다이오드(161)에 직렬로 연결된 제2 전력 반도체 스위치(163)를 포함할 수 있다.The second EMP protection unit 160 includes a second diode 161 connected in the reverse direction between the voltage line 110 and the ground line 120, and a second power semiconductor switch 163 connected in series to the second diode 161. It may include.

제2 다이오드(161)는 전압선(110)과 제2 전력 반도체 스위치(163) 사이에 배치되며, 상기 전압선(110)으로 인가된 전압 신호 중 양의 전압 신호를 차단하고 음의 전압 신호를 통과시킨다.The second diode 161 is disposed between the voltage line 110 and the second power semiconductor switch 163, and blocks a positive voltage signal among voltage signals applied to the voltage line 110 and passes a negative voltage signal. .

제2 전력 반도체 스위치(163)는 스위치 구동회로(170)의 제2 구동신호에 따라 전압선(110)과 접지선(120) 사이를 도통하여 음의 과도 전압 신호에 의한 과도 전류가 접지 방향으로 흐르도록 한다.The second power semiconductor switch 163 conducts between the voltage line 110 and the ground line 120 according to the second driving signal of the switch driving circuit 170 so that the transient current caused by the negative transient voltage signal flows in the ground direction. do.

제1 및 제2 EMP 보호부(150, 160)에 사용되는 다이오드는 전기/전자 통신, 일반 전자 부품, 조명, ESD(Electro Static Discharge) 및 기타 과도 전압 상태를 보호하기 위한 과 전압 보호 소자로 사용되며, 매우 빠른 응답 속도와 높은 에너지 흡수 기능을 갖는다.Diodes used in the first and second EMP protection units 150 and 160 are used as overvoltage protection elements to protect electrical/electronic communication, general electronic components, lighting, electrostatic discharge (ESD), and other transient voltage conditions. It has a very fast response speed and high energy absorption.

또한, 제1 및 제2 EMP 보호부(150, 160)에 사용되는 전력 반도체 스위치로는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 소자, MOSFET(Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　transistor) 소자, BJT(Bipolar　Junction　Transistor) 소자 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 IGBT 소자가 사용될 수 있다. In addition, the power semiconductor switches used in the first and second EMP protection units 150 and 160 include an insulated gate bipolar transistor (IGBT) device, a metal oxide (Semiconductor　Field　Effect　transistor) device, a MOSFET, and a bipolar　junction　transistor (BJT) device. Any one can be used, and more preferably, an IGBT device can be used.

　IGBT 소자는 절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)로, MOSFET 트랜지스터의 고속 스위칭 및 전압 구동 특성과 BJT 트랜지스터의 낮은 온(ON) 전압 특성을 하나의 칩으로 구현한 전력 반도체 스위치 소자이다. 이하, 본 실시 예에서는, 제1 및 제2 EMP 보호부(150, 160)에 사용되는 전력 반도체 스위치가 IGBT 소자임을 예시하여 설명하도록 한다.The IGBT device is an insulated gate bipolar transistor, and is a power semiconductor switch device that implements high-speed switching and voltage driving characteristics of a MOSFET transistor and low ON voltage characteristics of a BJT transistor in one chip. Hereinafter, in the present embodiment, the power semiconductor switch used in the first and second EMP protection units 150 and 160 will be described as an example of an IGBT device.

스위치 구동회로(170)는 전압선(110)과 제1 IGBT 소자(153)의 게이트 단 사이에 배치되어, 상기 제1 IGBT 소자(153)를 구동하는 동작을 수행한다. 즉, 스위치 구동회로(170)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호 중 양의 과도 전압 신호를 감지하고, 상기 감지된 양의 과도 전압 신호를 기반으로 제1 IGBT 소자(153)의 동작을 제어하기 위한 제1 구동신호를 생성할 수 있다. 그리고, 스위치 구동회로(170)는 제1 구동신호를 제1 IGBT 소자(153)의 게이트 단으로 출력할 수 있다.The switch driving circuit 170 is disposed between the voltage line 110 and the gate terminal of the first IGBT element 153 to perform the operation of driving the first IGBT element 153. That is, the switch driving circuit 170 detects a positive transient voltage signal among transient voltage signals due to electromagnetic pulses (EMP), and operates the first IGBT element 153 based on the detected positive transient voltage signal. A first driving signal for controlling can be generated. In addition, the switch driving circuit 170 may output the first driving signal to the gate terminal of the first IGBT element 153.

또한, 스위치 구동회로(170)는 전압선(110)과 제2　IGBT 소자(163)의 게이트 단 사이에 배치되어, 상기 제2　IGBT 소자(163)를 구동하는 동작을 수행한다. 즉, 스위치 구동회로(170)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호 중 음의 과도 전압 신호를 감지하고, 상기 감지된 음의 과도 전압 신호를 기반으로 제2 IGBT 소자(163)의 동작을 제어하기 위한 제2 구동신호를 생성할 수 있다. 그리고, 스위치 구동회로(170)는 제2 구동신호를 제2 IGBT 소자(163)의 게이트 단으로 출력할 수 있다.In addition, the switch driving circuit 170 is disposed between the voltage line 110 and the gate terminal of the second 　IGBT element 163 to perform an operation of driving the second 　IGBT element 163. That is, the switch driving circuit 170 detects a negative transient voltage signal among transient voltage signals due to electromagnetic pulses (EMP), and operates the second IGBT element 163 based on the detected negative transient voltage signal. A second driving signal for controlling can be generated. In addition, the switch driving circuit 170 may output the second driving signal to the gate terminal of the second IGBT element 163.

이러한 EMP 방호 장치(100)의 전체적인 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다. 가령, 도 3에 도시된 바와 같이, 정상 전압 신호(Vc)가 전압선(110)으로 인가되는 경우, 상기 정상 전압 신호(Vc)의 전압 크기가 바리스터(130)의 항복 전압보다 작기 때문에, 상기 바리스터(130)는 동작하지 않는다. 그리고, 필터부(140)는 동작 주파수 대역에 대응하는 정상 전압 신호(VC)를 그대로 통과시킨다. 스위치 구동회로(170)는 정상 전압 신호(VC)에 대응하여 별도의 게이트 구동신호를 출력하지 않기 때문에, 제1 및 제2 IGBT 소자(153, 163)는 동작하지 않는다. 따라서, 바리스터(130) 및 IGBT 소자(153, 163)가 모두 턴 오프(turn off) 상태이므로, 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 DC 전류(IC)는 부하(50) 방향으로만 흐르게 된다.The overall operation of the EMP protection device 100 will be briefly described as follows. For example, as shown in FIG. 3, when the normal voltage signal V c is applied to the voltage line 110, the voltage magnitude of the normal voltage signal V c is smaller than the breakdown voltage of the varistor 130, The varistor 130 does not operate. Then, the filter unit 140 passes the normal voltage signal V C corresponding to the operating frequency band as it is. Since the switch driving circuit 170 does not output separate gate driving signals corresponding to the normal voltage signal V C , the first and second IGBT elements 153 and 163 do not operate. Therefore, since the varistor 130 and the IGBT elements 153 and 163 are both turned off, the normal DC current I C by the normal voltage signal V c flows only in the direction of the load 50. do.

이러한 상태에서 전자기펄스(EMP)로 인한 양의 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(110)으로 인가되는 경우, 바리스터(130)의 양단 전압이 해당 바리스터(130)의 항복 전압보다 크기 때문에, 상기 바리스터(130)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이를 쇼트(short)시켜 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 전류(Ic)를 접지(ground) 방향으로 흐르게 한다. 또한, 바리스터(130)는 양의 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is) 중 일부 과도 전류(Is1)를 접지(ground) 방향으로 흐르게 한다.In this state, when the positive transient voltage signal V s due to the electromagnetic pulse EMP is applied to the voltage line 110, since the voltage across the varistor 130 is greater than the breakdown voltage of the varistor 130, the above The varistor 130 shorts between the voltage line 110 and the ground line 120 to flow the normal current I c by the normal voltage signal V c in the direction of ground. In addition, the varistor 130 causes some of the transient current I s1 of the transient current I s due to the positive transient voltage signal V s to flow in the ground direction.

바리스터(130)는, 서지 전류 내량이 제한되기 때문에, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 완벽하게 차단할 수 없다. 따라서, 바리스터(130)에서 차단하지 못한 과도 전압/전류는 바리스터(130)의 후단에 설치된 저주파 필터(140) 및 IGBT 소자들(153, 163)을 통해 순차적으로 제거될 수 있다.Since the varistor 130 has a limited surge current tolerance, it cannot completely block the transient voltage/current caused by the electromagnetic pulse (EMP). Therefore, the transient voltage/current not blocked by the varistor 130 may be sequentially removed through the low-frequency filter 140 and IGBT elements 153 and 163 installed at the rear end of the varistor 130.

저주파 필터(140)는 바리스터(130)를 통과한 양의 과도 전압 신호(Vs)의 고주파 성분을 차단할 수 있다. 그리고, 제1 다이오드(151)는 바리스터(130)를 통과한 양의 과도 전압 신호(Vs)를 그대로 통과시킬 수 있다. 스위치 구동회로(170)는 전자기펄스(EMP)로 인한 양의 과도 전압 신호(Vs)를 감지하고, 상기 감지된 과도 전압 신호를 기반으로 제1 IGBT 소자(153)의 동작을 턴 온(turn on)시키기 위한 구동신호를 생성하여 출력할 수 있다. 제1 IGBT 소자(153)는 스위치 구동회로(170)의 구동 명령에 따라 전압선(110)과 접지선(120) 사이를 도통하여 바리스터(130) 및 저주파 필터(140)를 통과한 양의 과도 전압 신호에 의한 과도 전류(Is3)가 접지 방향으로 흐르도록 한다.The low frequency filter 140 may block the high frequency component of the positive transient voltage signal V s passing through the varistor 130. Then, the first diode 151 may pass the positive transient voltage signal V s passing through the varistor 130 as it is. The switch driving circuit 170 detects the positive transient voltage signal V s due to the electromagnetic pulse EMP, and turns on the operation of the first IGBT element 153 based on the detected transient voltage signal. A driving signal for on) can be generated and output. The first IGBT element 153 conducts between the voltage line 110 and the ground line 120 according to a driving command of the switch driving circuit 170, and a positive transient voltage signal passing through the varistor 130 and the low frequency filter 140. The transient current I s3 due to flows in the direction of ground.

한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 전자기펄스(EMP)로 인한 음의 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(110)으로 인가되는 경우, 바리스터(130)는 전압선(110)과 접지선(120) 사이를 쇼트(short)시켜 상기 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is) 중 일부 과도 전류(Is1)를 접지(ground) 방향으로 흐르게 한다. 또한, 제2 IGBT 소자(163)는 스위치 구동회로(170)의 구동 명령에 따라 전압선(110)과 접지선(120) 사이를 도통하여 바리스터(130) 및 저주파 필터(140)를 통과한 음의 과도 전압 신호에 의한 과도 전류가 접지 방향으로 흐르도록 한다.On the other hand, although not shown in the drawing, when the negative transient voltage signal V s due to the electromagnetic pulse EMP is applied to the voltage line 110, the varistor 130 is between the voltage line 110 and the ground line 120 a short circuit (short) to flow to some transient current (I s1) of said transient voltage signal (V s) transient current (I s) according to the ground (ground) direction. In addition, the second IGBT element 163 conducts between the voltage line 110 and the ground line 120 according to a driving command of the switch driving circuit 170 to pass a negative transient passing through the varistor 130 and the low frequency filter 140. Make the transient current caused by the voltage signal flow in the grounding direction.

이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치는 바리스터의 후단에 저주파 필터, 다이오드, 전력 반도체 스위치 및 스위치 구동회로를 배치함으로써, 상기 바리스터를 통과하는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있다.As described above, as described above, the EMP protection device according to an embodiment of the present invention is provided with an electromagnetic pulse (EMP) passing through the varistor by arranging a low-frequency filter, a diode, a power semiconductor switch, and a switch driving circuit at the rear end of the varistor. Effective transient voltage/current can be blocked.

도 4는 도 2의 EMP 방호 장치에 사용되는 스위치 구동회로의 일 구성을 나타내는 도면이다. FIG. 4 is a view showing a configuration of a switch driving circuit used in the EMP protection device of FIG. 2.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 구동회로(170)는 과도전류 제한부(171), 전압 분배기(172), 변압기(173), 제1 구동신호 생성부(174) 및 제2 구동신호 생성부(175)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the switch driving circuit 170 according to an embodiment of the present invention includes a transient current limiting unit 171, a voltage divider 172, a transformer 173, a first driving signal generating unit 174, and A second driving signal generation unit 175 may be included.

스위치 구동회로(170)는 전압선(미도시)과 제1 및 제2 EMP 보호부(미도시) 사이에 배치되어, 상기 제1 및 제2 EMP 보호부의 제1 및 제2 IGBT 소자들을 구동할 수 있다. 이를 위해, 상기 스위치 구동회로(170)의 제1 단은 바리스터(330)의 일 단과 과도전류 제한부(171)의 일 단이 만나는 제1 지점(P1)에 연결될 수 있고, 제2 단은 제1 IGBT 소자의 게이트 단에 해당하는 제2 지점(P2)에 연결될 수 있으며, 제3 단은 제2 IGBT 소자의 게이트 단에 해당하는 제3 지점(P3)에 연결될 수 있다.The switch driving circuit 170 is disposed between the voltage line (not shown) and the first and second EMP protection units (not shown) to drive the first and second IGBT elements of the first and second EMP protection units. have. To this end, the first end of the switch driving circuit 170 may be connected to a first point P 1 where one end of the varistor 330 and one end of the transient limiter 171 meet, and the second end is It may be connected to a second point (P 2 ) corresponding to the gate terminal of the first IGBT element, and the third terminal may be connected to a third point (P 3 ) corresponding to the gate terminal of the second IGBT element.

과도전류 제한부(171)는, 전압선과 전압 분배기(172) 사이에 배치되어, 상기 전압 분배기(172) 방향으로 흐르는 과도 전류를 제한하는 동작을 수행한다. 일 예로, 상기 과도전류 제한부(171)는 제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)가 병렬로 연결된 RC 회로로 구성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 제1 커패시터(C1)는, 전자기펄스(EMP) 발생 시, 전압 분배기(172) 방향으로 흐르는 과도전류를 제한할 수 있다. 제1 저항(R1)은 제1 커패시터(C1)에 충전된 전류를 방전시킬 수 있다. The transient current limiting unit 171 is disposed between the voltage line and the voltage divider 172 to perform an operation of limiting the transient current flowing in the voltage divider 172 direction. For example, the transient current limiting unit 171 may be configured as an RC circuit in which the first resistor R1 and the first capacitor C1 are connected in parallel, but is not limited thereto. Here, the first capacitor C1 may limit the transient current flowing in the direction of the voltage divider 172 when the electromagnetic pulse EMP occurs. The first resistor R1 may discharge the current charged in the first capacitor C1.

전압 분배기(172)는, 과도전류 제한부(171)와 접지(ground) 사이에 배치되어, 상기 과도전류 제한부(171)를 통과하는 과도 전압 신호의 전압 크기를 분배하는 동작을 수행한다. The voltage divider 172 is disposed between the transient limiter 171 and the ground to perform an operation of distributing the voltage magnitude of the transient voltage signal passing through the transient limiter 171.

일 예로, 상기 전압 분배기(172)는 두 개의 바리스터와 하나의 커패시터로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 바리스터(V1, V2)는 전압선과 접지 사이에 직렬로 연결될 수 있고, 제2 커패시터(C2)는 제2 바리스터(V2)와 병렬로 연결될 수 있다.For example, the voltage divider 172 may be composed of two varistors and one capacitor. Here, the first and second varistors V1 and V2 may be connected in series between the voltage line and ground, and the second capacitor C2 may be connected in parallel to the second varistor V2.

본 실시 예에서, 저항이나 콘덴서가 아닌 바리스터를 이용하여 전압 분배기(172)를 구현하는 이유는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도전류가 변압기(T1)로 흐를 경우 제1 및 제2 구동신호 생성부(174, 175)가 손상될 수 있기 때문에, 상기 변압기(T1)로 흐르는 과도전류를 감소시키기 위함이다. 전자기펄스(EMP)가 발생할 경우, 대부분의 과도전류는 제1 바리스터(V1)와 제2 바리스터(V2)가 동작하여 접지(GND)로 흐르고, 일부 과도전류만이 변압기(T1)로 흘러 구동신호를 생성하게 된다.In this embodiment, the reason for implementing the voltage divider 172 using a varistor rather than a resistor or a condenser is that the first and second driving signal generators when the transient current due to the electromagnetic pulse EMP flows to the transformer T1 It is to reduce the transient current flowing to the transformer (T1), because (174, 175) can be damaged. When an electromagnetic pulse (EMP) occurs, most of the transient current flows to the ground (GND) by operating the first varistor (V1) and the second varistor (V2), and only some transient current flows to the transformer (T1). Will generate

제1 및 제2 바리스터(V1, V2)의 제한 전압을 서로 다르게 설정하여 미리 결정된 전압비를 갖는 전압 분배기(172)를 구성할 수 있다. 또한, 평상 시 AC 전압(220V 또는 380V)보다 높은 제한 전압의 바리스터를 전압 분배기(172)에 설치하여, 정상적인 AC 전압이 접지(GND) 방향으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.The voltage divider 172 having a predetermined voltage ratio may be configured by setting the limit voltages of the first and second varistors V1 and V2 differently. In addition, a varistor having a limiting voltage higher than the normal AC voltage (220V or 380V) is installed in the voltage divider 172 to prevent normal AC voltage from flowing in the ground (GND) direction.

변압기(173)는 전압 분배기(172)와 제1 구동신호 생성부(174) 사이에 배치되어, 상기 전압 분배기(172)에서 분배된 전압(즉, 제2 바리스터의 양단 전압)을 미리 결정된 권선비(가령, 1:1)로 변압하여 제1 구동신호 생성부(174)로 전달할 수 있다. 이때, 상기 변압기(172)는 전압 분배기(172)의 출력 전압과 동일한 극성을 갖는 전압을 전달할 수 있다.The transformer 173 is disposed between the voltage divider 172 and the first driving signal generator 174 to determine a predetermined ratio of the voltage distributed by the voltage divider 172 (that is, the voltage across the second varistor). For example, it may be transformed to 1:1) and transmitted to the first driving signal generator 174. At this time, the transformer 172 may transmit a voltage having the same polarity as the output voltage of the voltage divider 172.

또한, 변압기(173)는 전압 분배기(172)와 제2 구동신호 생성부(175) 사이에 배치되어, 상기 전압 분배기(172)에서 분배된 전압을 미리 결정된 권선비(가령, 1:1)로 변압하여 제2 구동신호 생성부(175)로 전달할 수 있다. 이때, 상기 변압기(173)는 전압 분배기(172)의 출력 전압과 반대되는 극성을 갖는 전압을 전달할 수 있다.In addition, the transformer 173 is disposed between the voltage divider 172 and the second driving signal generator 175 to transform the voltage distributed by the voltage divider 172 into a predetermined winding ratio (eg, 1:1). Can be transmitted to the second driving signal generator 175. At this time, the transformer 173 may transmit a voltage having a polarity opposite to the output voltage of the voltage divider 172.

제1 구동신호 생성부(174)는, 변압기(173)와 제1 IGBT 소자 사이에 배치되어, 상기 변압기(173)로부터 전달받은 전압을 기반으로 상기 제1 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제1 구동신호를 생성할 수 있다. The first driving signal generator 174 is disposed between the transformer 173 and the first IGBT element to turn on the first IGBT element based on the voltage received from the transformer 173. A first driving signal for the can be generated.

일 예로, 제1 구동신호 생성부(174)는 제2 내지 제4 저항(R2, R3, R4), 제3 커패시터(C3), 제1 다이오드(D1) 및 제1 애벌런치 항복 다이오드(ABD1)를 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 제1 애벌런치 항복 다이오드(ABD1)는 양 단에서 순간적으로 높은 과도 전압을 받으면 양 단 사이의 임피던스 값을 고 임피던스에서 저 임피던스로 변경하여 순간적으로 높은 전류를 흡수하고, 이를 통해 과도 전압을 클램핑(clamping)할 수 있다. 그리고, 제1 다이오드(D1)는 음의 과도 전압을 차단하고 양의 과도 전압을 통과시킬 수 있다. 상기 제1 다이오드(D1)의 후단에 설치된 다수의 저항 및 커패시터는 제1 구동신호의 파형(waveform)을 생성할 수 있다.For example, the first driving signal generator 174 includes the second to fourth resistors R2, R3, and R4, the third capacitor C3, the first diode D1, and the first avalanche breakdown diode ABD1. It may include, but is not necessarily limited to. Here, when the first avalanche breakdown diode (ABD1) receives an instantaneous high transient voltage at both ends, the impedance value between both ends is changed from high impedance to low impedance to absorb a high current instantaneously, and through this, the transient voltage It can be clamped. In addition, the first diode D1 may block a negative transient voltage and pass a positive transient voltage. The plurality of resistors and capacitors installed at the rear end of the first diode D1 may generate a waveform of the first driving signal.

제2 구동신호 생성부(175)는, 변압기(173)와 제2 IGBT 소자 사이에 배치되어, 상기 변압기(173)로부터 전달받은 전압을 기반으로 상기 제2 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제2 구동신호를 생성할 수 있다.The second driving signal generator 175 is disposed between the transformer 173 and the second IGBT element to turn on the second IGBT element based on the voltage received from the transformer 173. It can generate a second drive signal for.

일 예로, 제2 구동신호 생성부(175)는 제5 내지 제7 저항(R5, R6, R7), 제4 커패시터(C4), 제2 다이오드(D2) 및 제2 애벌런치 항복 다이오드(ABD2)를 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 마찬가지로, 제2 애벌런치 항복 다이오드(ABD2)는 양 단에서 순간적으로 높은 과도 전압을 받으면 양 단 사이의 임피던스 값을 고 임피던스에서 저 임피던스로 변경하여 순간적으로 높은 전류를 흡수하고, 이를 통해 과도 전압을 클램핑(clamping)할 수 있다. 그리고, 제2 다이오드(D2)는 음의 과도 전압을 차단하고 양의 과도 전압을 통과시킬 수 있다. 상기 제2 다이오드(D2)의 후단에 설치된 다수의 저항 및 커패시터는 제2 구동신호의 파형(waveform)을 생성할 수 있다.For example, the second driving signal generator 175 may include the fifth to seventh resistors R5, R6, and R7, the fourth capacitor C4, the second diode D2, and the second avalanche breakdown diode ABD2. It may include, but is not necessarily limited to. Likewise, when the second avalanche breakdown diode ABD2 receives an instantaneous high transient voltage at both ends, the impedance value between the two ends is changed from high impedance to low impedance to absorb a high current instantaneously, and through this, the transient voltage It can be clamped. In addition, the second diode D2 may block a negative transient voltage and pass a positive transient voltage. The plurality of resistors and capacitors installed at the rear end of the second diode D2 may generate a waveform of the second driving signal.

전자기펄스(EMP)로 인한 양의 과도 전압 신호가 전압선으로 인가되는 경우, 변압기(173)는 전압 분배기(172)의 출력 전압과 동일한 극성을 갖는 양의 전압을 제1 구동신호 생성부(174)로 출력할 수 있고, 상기 전압 분배기(172)의 출력 전압과 반대되는 극성을 갖는 음의 전압을 제2 구동신호 생성부(175)로 출력할 수 있다. 상기 변압기(173)에서 제1 구동신호 생성부(174)로 전달된 양의 전압은 제1 순방향 다이오드(D1)를 통과할 수 있기 때문에, 상기 제1 구동신호 생성부(174)는 제1 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제1 구동신호를 생성할 수 있다. 이에 반해, 상기 변압기(173)에서 제2 구동신호 생성부(175)로 전달된 음의 전압은 제2 순방향 다이오드(D2)를 통과할 수 없기 때문에, 상기 제2 구동신호 생성부(174)는 제2 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제1 구동신호를 생성할 수 없다.When the positive transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP) is applied to the voltage line, the transformer 173 generates a first driving signal generation unit 174 with a positive voltage having the same polarity as the output voltage of the voltage divider 172. It can be output to, and the negative voltage having a polarity opposite to the output voltage of the voltage divider 172 may be output to the second driving signal generator 175. Since the positive voltage transmitted from the transformer 173 to the first driving signal generator 174 can pass through the first forward diode D1, the first driving signal generator 174 is the first IGBT. A first driving signal for turning on the device may be generated. In contrast, since the negative voltage transmitted from the transformer 173 to the second driving signal generator 175 cannot pass through the second forward diode D2, the second driving signal generator 174 The first driving signal for turning on the second IGBT element cannot be generated.

한편, 전자기펄스(EMP)로 인한 음의 과도 전압 신호가 전압선으로 인가되는 경우, 변압기(173)는 전압 분배기(172)의 출력 전압과 동일한 극성을 갖는 음의 전압을 제1 구동신호 생성부(174)로 출력할 수 있고, 상기 전압 분배기(172)의 출력 전압과 반대되는 극성을 갖는 양의 전압을 제2 구동신호 생성부(175)로 출력할 수 있다. 상기 변압기(173)에서 제1 구동신호 생성부(174)로 전달된 음의 전압은 제1 순방향 다이오드(D1)를 통과할 수 없기 때문에, 상기 제1 구동신호 생성부(174)는 제1 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제1 구동신호를 생성할 수 없다. 이에 반해, 상기 변압기(173)에서 제2 구동신호 생성부(175)로 전달된 양의 전압은 제2 순방향 다이오드(D2)를 통과할 수 있기 때문에, 상기 제2 구동신호 생성부(174)는 제2 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제1 구동신호를 생성할 수 있다.On the other hand, when a negative transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP) is applied to the voltage line, the transformer 173 generates a first driving signal generator (eg, a negative voltage having the same polarity as the output voltage of the voltage divider 172) ( 174), and output a positive voltage having a polarity opposite to the output voltage of the voltage divider 172 to the second driving signal generator 175. Since the negative voltage transmitted from the transformer 173 to the first driving signal generator 174 cannot pass through the first forward diode D1, the first driving signal generator 174 is the first IGBT. The first driving signal for turning on the device cannot be generated. On the other hand, since the positive voltage transmitted from the transformer 173 to the second driving signal generator 175 may pass through the second forward diode D2, the second driving signal generator 174 A first driving signal for turning on the second IGBT element may be generated.

이처럼, 전자기펄스(EMP)로 인한 양의 과도 전압 신호가 전압선으로 인가되는 경우, 스위치 구동회로(170)는 제1 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제1 구동신호를 생성할 수 있다. 한편, 전자기펄스(EMP)로 인한 음의 과도 전압 신호가 전압선으로 인가되는 경우, 스위치 구동회로(170)는 제2 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제2 구동신호를 생성할 수 있다.As described above, when a positive transient voltage signal due to the electromagnetic pulse EMP is applied to the voltage line, the switch driving circuit 170 may generate a first driving signal for turning on the first IGBT element. . Meanwhile, when a negative transient voltage signal due to the electromagnetic pulse EMP is applied to the voltage line, the switch driving circuit 170 may generate a second driving signal for turning on the second IGBT element. .

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면이다.5 is a view showing the configuration of an EMP protection device according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(200)는 전압선(210), 접지선(220), 바리스터(230), 필터부(240), 제1 EMP 보호부(250), 제2 EMP 보호부(260), 스위치 구동회로(270) 및 스위치 보호회로(280)를 포함할 수 있다.5, the EMP protection device 200 according to another embodiment of the present invention includes a voltage line 210, a ground line 220, a varistor 230, a filter unit 240, and a first EMP protection unit 250 , A second EMP protection unit 260, a switch driving circuit 270 and a switch protection circuit 280.

EMP 방호 장치(200)의 전압선(210), 접지선(220), 바리스터(230), 필터부(240), 제1 및 제2 EMP 보호부(250, 260), 스위치 구동회로(270)는 상술한 도 2의 전압선(110), 접지선(120), 바리스터(130), 필터부(140), 제1 및 제2 EMP 보호부(150, 160), 스위치 구동회로(170)와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.The voltage line 210, the ground line 220, the varistor 230, the filter part 240, the first and second EMP protection parts 250, 260, and the switch driving circuit 270 of the EMP protection device 200 are detailed. Since the voltage line 110, the ground line 120, the varistor 130, the filter unit 140, the first and second EMP protection units 150 and 160 of FIG. 2 are the same or similar to the switch driving circuit 170, Detailed description of this will be omitted.

본 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(200)는, 도 2의 EMP 방호 장치(100)와 달리, 전압선(210)과 접지선(220) 사이에 연결된 IGBT 소자들(253, 263)의 전류를 측정하기 위한 제1 및 제2 전류 측정기(290, 295)와, 상기 IGBT 소자들(253, 263)을 보호하기 위한 스위치 보호회로(280)를 추가로 포함할 수 있다.EMP protection device 200 according to this embodiment, unlike the EMP protection device 100 of Figure 2, to measure the current of the IGBT elements (253, 263) connected between the voltage line 210 and the ground line 220 For the first and second current meter (290, 295), and may further include a switch protection circuit 280 for protecting the IGBT elements (253, 263).

제1 전류 측정기(290)는 제1 IGBT 소자(253)의 이미터 연결선에 설치되어 상기 제1 IGBT 소자(253)에 흐르는 전류를 측정하고, 상기 측정된 전류 값이 임계치를 초과하는 경우(즉, 제1 IGBT 소자에 과 전류가 흐르는 경우), 미리 결정된 전압을 출력할 수 있다.The first current meter 290 is installed on the emitter connection line of the first IGBT element 253 to measure the current flowing through the first IGBT element 253, and the measured current value exceeds a threshold value (that is, , When an overcurrent flows in the first IGBT element), a predetermined voltage may be output.

제2 전류 측정기(295)는 제2 IGBT 소자(263)의 컬렉터 연결선에 설치되어 상기 제2 IGBT 소자(263)에 흐르는 전류를 측정하고, 상기 측정된 전류 값이 임계치를 초과하는 경우(즉, 제2 IGBT 소자에 과 전류가 흐르는 경우), 미리 결정된 전압을 출력할 수 있다.The second current meter 295 is installed on the collector connection line of the second IGBT element 263 to measure the current flowing through the second IGBT element 263, and the measured current value exceeds a threshold value (ie, When an overcurrent flows in the second IGBT element), a predetermined voltage may be output.

스위치 보호회로(280)는 스위치 구동회로(270)와 제1 EMP 보호부(250) 사이에 배치되어, 상기 제1 EMP 보호부(250)의 제1 IGBT 소자(253)를 강제로 턴 오프(turn off)시키는 동작을 수행한다. 즉, 스위치 보호회로(280)는 상기 제1 전류 측정기(290)를 통해 측정된 이미터 전류가 임계치를 초과하는 경우, 제1 IGBT 소자(253)를 반사이클 이내에 강제로 턴 오프(turn off)시키기 위한 제1 제어신호를 생성하여 스위치 구동회로(270)로 출력할 수 있다. The switch protection circuit 280 is disposed between the switch driving circuit 270 and the first EMP protection unit 250 to forcibly turn off the first IGBT element 253 of the first EMP protection unit 250 ( turn off). That is, when the emitter current measured through the first current meter 290 exceeds the threshold, the switch protection circuit 280 forcibly turns off the first IGBT element 253 within half a cycle. To generate the first control signal to be output to the switch driving circuit 270.

또한, 스위치 보호회로(280)는 스위치 구동회로(270)와 제2 EMP 보호부(260) 사이에 배치되어, 상기 제2 EMP 보호부(260)의 제2 IGBT 소자(263)를 강제로 턴 오프(turn off)시키는 동작을 수행한다. 즉, 스위치 보호회로(280)는 상기 제2 전류 측정기(295)를 통해 측정된 컬렉터 전류가 임계치를 초과하는 경우, 제2 IGBT 소자(263)를 강제로 턴 오프(turn off)시키기 위한 제2 제어신호를 생성하여 스위치 구동회로(270)로 출력할 수 있다.In addition, the switch protection circuit 280 is disposed between the switch driving circuit 270 and the second EMP protection unit 260, forcibly turning the second IGBT element 263 of the second EMP protection unit 260 Performs an operation to turn off. That is, the switch protection circuit 280 is a second for forcibly turning off the second IGBT element 263 when the collector current measured through the second current meter 295 exceeds a threshold value. The control signal may be generated and output to the switch driving circuit 270.

이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치는 바리스터의 후단에 저주파 필터, 다이오드, 전력 반도체 스위치, 스위치 구동회로 및 스위치 보호회로를 배치함으로써, 상기 바리스터를 통과하는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 과도 전압/전류로 인해 상기 전력 반도체 스위치가 파괴되는 것을 미연에 방지할 수 있다.As described above, the EMP protection device according to another embodiment of the present invention, by placing a low-frequency filter, a diode, a power semiconductor switch, a switch driving circuit and a switch protection circuit at the rear end of the varistor, electromagnetic pulses passing through the varistor In addition to effectively blocking the transient voltage/current caused by (EMP), it is possible to prevent the power semiconductor switch from being destroyed due to the transient voltage/current.

도 6은 도 5의 EMP 방호 장치에 사용되는 스위치 구동회로의 일 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a view showing a configuration of a switch driving circuit used in the EMP protection device of FIG. 5.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 구동회로(270)는 과도전류 제한부(271), 전압 분배기(272), 변압기(273), 제1 구동신호 생성부(274) 및 제2 구동신호 생성부(275)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the switch driving circuit 270 according to an embodiment of the present invention includes a transient current limiting unit 271, a voltage divider 272, a transformer 273, a first driving signal generating unit 274, and A second driving signal generation unit 275 may be included.

스위치 구동회로(270)의 과도전류 제한부(271), 전압 분배기(272) 및 변압기(273)는 상술한 도 4의 과도전류 제한부(171), 전압 분배기(172) 및 변압기(173)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.The transient current limiting unit 271, the voltage divider 272, and the transformer 273 of the switch driving circuit 270 include the transient current limiting unit 171, the voltage divider 172, and the transformer 173 of FIG. 4 described above. Since it is the same, detailed description thereof will be omitted.

제1 구동신호 생성부(274)는, 변압기(273)와 제1 IGBT 소자(미도시) 사이에 배치되어, 상기 변압기(273)로부터 전달받은 전압을 기반으로 상기 제1 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제1 구동신호를 생성할 수 있다. 또한, 제1 구동신호 생성부(274)는 스위치 보호회로(미도시)의 제어 명령에 따라 제1 IGBT 소자를 강제로 턴 오프(turn off)시키기 위한 제2 구동신호를 생성할 수 있다. The first driving signal generator 274 is disposed between the transformer 273 and the first IGBT element (not shown), and turns on the first IGBT element based on the voltage received from the transformer 273 ( A first driving signal for turning on may be generated. Also, the first driving signal generation unit 274 may generate a second driving signal for forcibly turning off the first IGBT element according to a control command of a switch protection circuit (not shown).

일 예로, 제1 구동신호 생성부(274)는 제2 내지 제6 저항(R2~R6), 제3 커패시터(C3), 제1 다이오드(D1), 제1 애벌런치 항복 다이오드(ABD1) 및 제1 트랜지스터(Q1)를 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 제1 애벌런치 항복 다이오드(ABD1)는 양 단 사이에 걸리는 과도 전압을 클램핑(clamping)할 수 있다. 그리고, 제1 다이오드(D1)는 음의 과도 전압을 차단하고 양의 과도 전압을 통과시킬 수 있다. 상기 제1 다이오드(D1)의 후단에 설치된 다수의 저항 및 커패시터는 제1 및 제2 구동신호의 파형(waveform)을 생성할 수 있다. 마지막으로, 제1 트랜지스터(Q1)는 스위치 보호회로의 제어 신호에 따라 턴 온 상태로 전환되고, 그에 따라 제1 IGBT 소자를 강제로 턴 오프(turn off)시킬 수 있다.For example, the first driving signal generator 274 includes second to sixth resistors R2 to R6, third capacitor C3, first diode D1, first avalanche breakdown diode ABD1, and One transistor Q1 may be included, but is not limited thereto. Here, the first avalanche breakdown diode ABD1 may clamp a transient voltage applied between both ends. In addition, the first diode D1 may block a negative transient voltage and pass a positive transient voltage. The plurality of resistors and capacitors installed at the rear end of the first diode D1 may generate waveforms of the first and second driving signals. Finally, the first transistor Q1 is switched to the turn-on state according to the control signal of the switch protection circuit, and thus the first IGBT element can be forcibly turned off.

제2 구동신호 생성부(275)는, 변압기(273)와 제2 IGBT 소자(미도시) 사이에 배치되어, 상기 변압기(273)로부터 전달받은 전압을 기반으로 상기 제2 IGBT 소자를 턴 온(turn on)시키기 위한 제3 구동신호를 생성할 수 있다. 또한, 제2 구동신호 생성부(275)는 스위치 보호회로의 제어 명령에 따라 제2 IGBT 소자를 강제로 턴 오프(turn off)시키기 위한 제4 구동신호를 생성할 수 있다.The second driving signal generator 275 is disposed between the transformer 273 and the second IGBT element (not shown), and turns on the second IGBT element based on the voltage received from the transformer 273 ( A third driving signal for turning on may be generated. In addition, the second driving signal generator 275 may generate a fourth driving signal for forcibly turning off the second IGBT element according to a control command of the switch protection circuit.

일 예로, 제2 구동신호 생성부(175)는 제7 내지 제11 저항(R7~R11), 제4 커패시터(C4), 제2 다이오드(D2), 제2 애벌런치 항복 다이오드(ABD2) 및 제2 트랜지스터(Q2)를 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 마찬가지로, 제2 애벌런치 항복 다이오드(ABD2)는 양 단 사이에 걸리는 과도 전압을 클램핑(clamping)할 수 있다. 그리고, 제2 다이오드(D2)는 음의 과도 전압을 차단하고 양의 과도 전압을 통과시킬 수 있다. 상기 제2 다이오드(D2)의 후단에 설치된 다수의 저항 및 커패시터는 제3 및 제4 구동신호의 파형(waveform)을 생성할 수 있다. 마지막으로, 제2 트랜지스터(Q2)는 스위치 보호회로의 제어 신호에 따라 턴 온 상태로 전환되고, 그에 따라 제2 IGBT 소자를 강제로 턴 오프(turn off)시킬 수 있다. 상기 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)로는 BJT 소자 및 MOSFET 소자 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 MOSFET 소자가 사용될 수 있다.For example, the second driving signal generator 175 includes seventh to eleventh resistors (R7 to R11), a fourth capacitor (C4), a second diode (D2), a second avalanche breakdown diode (ABD2), and It may include two transistors Q2, but is not limited thereto. Likewise, the second avalanche breakdown diode ABD2 may clamp the transient voltage applied between both ends. In addition, the second diode D2 may block a negative transient voltage and pass a positive transient voltage. The plurality of resistors and capacitors installed at the rear end of the second diode D2 may generate waveforms of the third and fourth driving signals. Finally, the second transistor Q2 is switched to the turn-on state according to the control signal of the switch protection circuit, and thus the second IGBT element can be forcibly turned off. As the first and second transistors Q1 and Q2, any one of a BJT element and a MOSFET element may be used, and more preferably, a MOSFET element may be used.

도 7은 도 5의 EMP 방호 장치에 사용되는 스위치 보호회로의 일 구성을 나타내는 도면이다. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a switch protection circuit used in the EMP protection device of FIG. 5.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치 보호회로(280)는 제1 EMP 보호부에 포함된 제1 IGBT 소자를 보호하기 위한 제1 IGBT 보호부(710)와 제2 EMP 보호부에 포함된 제2 IGBT 소자를 보호하기 위한 제2 IGBT 보호부(720)로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 7, the switch protection circuit 280 according to an embodiment of the present invention protects the first IGBT protection unit 710 and the second EMP for protecting the first IGBT device included in the first EMP protection unit. It may be configured as a second IGBT protection unit 720 for protecting the second IGBT device included in the unit.

제1 IGBT 보호부(710)는 스위치 구동회로의 제1 구동신호 생성부와 제1 EMP 보호부의 제1 IGBT 소자 사이에 배치되며, 상기 제1 IGBT 소자에서 과 전류 발생 시, 상기 제1 IGBT 소자를 강제로 턴 오프시킬 수 있다. 이를 위해, 스위치 보호회로(280)의 입력 단은 제1 전류 측정기(미도시)의 출력 단(Pa, Pb)에 연결될 수 있고, 출력 단은 스위치 구동회로에 포함된 제1 트랜지스터(MOSFET, Q1)의 게이트 단에 해당하는 제4 지점(P4)과 연결될 수 있다.The first IGBT protection unit 710 is disposed between the first driving signal generation unit of the switch driving circuit and the first IGBT element of the first EMP protection unit, and when the first IGBT element generates overcurrent, the first IGBT element Can be forcibly turned off. To this end, the input terminal of the switch protection circuit 280 may be connected to the output terminals P a and P b of the first current meter (not shown), and the output terminal may include a first transistor (MOSFET) included in the switch driving circuit. , Q1) may be connected to the fourth point P 4 corresponding to the gate end.

제1 IGBT 보호부(710)는, 제1 전류 측정기의 출력 전압을 기반으로 제1 구동신호 생성부의 트랜지스터(Q1)를 턴 온(turn on)시키기 위한 제1 제어신호를 생성할 수 있다.The first IGBT protection unit 710 may generate a first control signal for turning on the transistor Q1 of the first driving signal generator based on the output voltage of the first current meter.

일 예로, 제1 IGBT 보호부(710)는 제1 저항(R1, 711), 제2 저항(R2, 716), 제1 커패시터(C1, 715), 제1 다이오드(D1, 714), 제1 애벌런치 항복 다이오드(ABD1, 712), 제2 애벌런치 항복 다이오드(ABD2, 713)를 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 제1 다이오드(D1, 714)는 정류기 역할을 수행하고, 제1 애벌런치 항복 다이오드(ABD1, 712)는 스위치 역할을 수행하며, 제2 애벌런치 항복 다이오드(ABD2, 713)는 필터 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 제1 다이오드(D1, 714)의 후단에 설치된 제2 저항(R2, 716) 및 제1 커패시터(C1, 715)는 제1 제어신호의 파형(waveform)을 생성할 수 있다.For example, the first IGBT protection unit 710 includes first resistors R1 and 711, second resistors R2 and 716, first capacitors C1 and 715, first diodes D1 and 714, and first Avalanche breakdown diodes (ABD1, 712), and second avalanche breakdown diodes (ABD2, 713). Here, the first diode (D1, 714) serves as a rectifier, the first avalanche breakdown diode (ABD1, 712) serves as a switch, and the second avalanche breakdown diode (ABD2, 713) acts as a filter It can be done. In addition, the second resistors R2 and 716 and the first capacitors C1 and 715 installed at the rear ends of the first diodes D1 and 714 may generate a waveform of the first control signal.

제2 IGBT 보호부(720)는 스위치 구동회로의 제1 구동신호 생성부와 제2 EMP 보호부의 제2 IGBT 소자 사이에 배치되며, 상기 제2 IGBT 소자에서 과 전류 발생 시, 상기 제2 IGBT 소자를 강제로 턴 오프시킬 수 있다. 이를 위해, 스위치 보호회로(280)의 입력 단은 제2 전류 측정기(미도시)의 출력 단(Pc, Pd)에 연결될 수 있고, 출력 단은 제2 구동신호 생성부에 포함된 제2 트랜지스터(MOSFET, Q2)의 게이트 단에 해당하는 제5 지점(P5)에 연결될 수 있다.The second IGBT protection unit 720 is disposed between the first driving signal generation unit of the switch driving circuit and the second IGBT element of the second EMP protection unit, and when the overcurrent occurs in the second IGBT element, the second IGBT element Can be forcibly turned off. To this end, the input terminal of the switch protection circuit 280 may be connected to the output terminals P c and P d of the second current meter (not shown), and the output terminal is the second included in the second driving signal generator It may be connected to a fifth point P 5 corresponding to the gate terminal of the transistors MOSFETs Q2.

삭제delete

제2 IGBT 보호부(720)는, 제2 전류 측정기의 출력 전압을 기반으로 제2 구동신호 생성부의 트랜지스터(Q1)를 턴 온(turn on)시키기 위한 제2 제어신호를 생성할 수 있다. The second IGBT protection unit 720 may generate a second control signal for turning on the transistor Q1 of the second driving signal generator based on the output voltage of the second current meter.

일 예로, 제2 IGBT 보호부(720)는 제3 저항(R3, 721), 제4 저항(R4, 726), 제2 커패시터(C2, 725), 제2 다이오드(D2, 724), 제3 애벌런치 다이오드(ABD3, 722) 및 제4 애벌런치 항복 다이오드(ABD4, 723)를 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 제2 다이오드(D2, 724)는 정류기 역할을 수행하고, 제3 애벌런치 항복 다이오드(ABD3, 722)는 스위치 역할을 수행하며, 제4 애벌런치 항복 다이오드(ABD4, 723)는 필터 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 제2 다이오드(D2, 724)의 후단에 설치된 제4 저항(R4, 726) 및 제2 커패시터(C2, 725)는 제2 제어신호의 파형(waveform)을 생성할 수 있다.For example, the second IGBT protection unit 720 includes third resistors R3 and 721, fourth resistors R4 and 726, second capacitors C2 and 725, second diodes D2 and 724, and third Avalanche diodes (ABD3, 722) and fourth avalanche breakdown diodes (ABD4, 723). Here, the second diode (D2, 724) serves as a rectifier, the third avalanche breakdown diode (ABD3, 722) serves as a switch, and the fourth avalanche breakdown diode (ABD4, 723) acts as a filter. It can be done. In addition, the fourth resistors R4 and 726 and the second capacitors C2 and 725 provided at the rear ends of the second diodes D2 and 724 may generate a waveform of the second control signal.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면이다.8 is a view showing the configuration of an EMP protection device according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(300)는 전압선(310), 접지선(320), 바리스터(330), 필터부(340), 제1 EMP 보호부(350), 제2 EMP 보호부(360), 스위치 구동회로(370), 스위치 보호회로(380), 제1 전류 측정기(381), 제2 전류 측정기(383) 및 스너버 회로(390)를 포함할 수 있다.8, the EMP protection device 300 according to another embodiment of the present invention includes a voltage line 310, a ground line 320, a varistor 330, a filter unit 340, and a first EMP protection unit 350 ), a second EMP protection unit 360, a switch driving circuit 370, a switch protection circuit 380, a first current meter 381, a second current meter 383 and a snubber circuit 390. Can.

EMP 방호 장치(300)의 전압선(310), 접지선(320), 바리스터(330), 필터부(340), 제1 및 제2 EMP 보호부(350, 360), 스위치 구동회로(370), 스위치 보호회로(380), 제1 및 제2 전류 측정기(381, 383)는 상술한 도 5의 전압선(210), 접지선(220), 바리스터(230), 필터부(240), 제1 및 제2 EMP 보호부(250, 260), 스위치 구동회로(270), 스위치 보호회로(280), 제1 및 제2 전류 측정기(290, 295)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.Voltage line 310, ground line 320, varistor 330, filter part 340, first and second EMP protection parts 350, 360, switch driving circuit 370, switch of EMP protection device 300 The protection circuit 380, the first and second current meters 381 and 383 include the voltage line 210, the ground line 220, the varistor 230, the filter unit 240, the first and the second of FIG. EMP protection unit (250, 260), the switch driving circuit 270, the switch protection circuit 280, the first and second current measuring devices (290, 295) is the same as detailed description thereof will be omitted.

본 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(300)는, 도 5의 EMP 방호 장치(200)와 달리, IGBT 소자들(353, 363)에서 발생하는 스위칭 서지를 흡수하기 위한 스너버(snubber) 회로(390)를 추가로 포함할 수 있다.EMP protection device 300 according to this embodiment, unlike the EMP protection device 200 of Figure 5, snubber (snubber) circuit 390 for absorbing the switching surge generated in the IGBT elements (353, 363) ) May be further included.

스너버 회로(390)는 제1 및 제2 EMP 보호부(350, 360)와 접지 사이에 배치되어, 전압선(310) 상의 저주파 필터(즉, 인덕터, 340)로 인해 상기 제1 및 제2 EMP 보호부(350, 360)의 IGBT 소자들(353, 363)에서 발생하는 스위칭 서지를 차단(흡수)하는 동작을 수행한다. 이를 위해, 스너버 회로(390)의 일 단은 제1 IGBT 소자(353)의 컬렉터 단과 제1 다이오드(351)의 캐소드 단이 만나는 제6 지점(P6)에 연결될 수 있고, 타 단은 제2 IGBT 소자(363)의 이미터 단과 제2 다이오드(361)의 애노드 단이 만나는 제7 지점(P7)에 연결될 수 있다. The snubber circuit 390 is disposed between the first and second EMP protection units 350 and 360 and the ground, so that the first and second EMP due to the low-frequency filter (ie, inductor, 340) on the voltage line 310 The operation of blocking (absorbing) the switching surge generated in the IGBT elements 353 and 363 of the protection units 350 and 360 is performed. To this end, one end of the snubber circuit 390 may be connected to a sixth point P 6 where the collector end of the first IGBT element 353 and the cathode end of the first diode 351 meet, and the other end 2 may be connected to a seventh point P 7 where the emitter end of the IGBT element 363 meets the anode end of the second diode 361.

일 예로, 도 9에 도시된 바와 같이, 스너버 회로(390)는 제1 IGBT 소자(353)에서 발생하는 스위칭 서지를 흡수하기 위한 제1 스너버 회로(391)와 제2 IGBT 소자(363)에서 발생하는 스위칭 서지를 흡수하기 위한 제2 스너버 회로(393)로 구성될 수 있다. For example, as illustrated in FIG. 9, the snubber circuit 390 includes a first snubber circuit 391 and a second IGBT element 363 for absorbing the switching surge generated in the first IGBT element 353. It may be configured as a second snubber circuit 393 for absorbing the switching surge generated in the.

제1 스너버 회로(391)는 제1 저항(R1), 제1 커패시터(C1) 및 제1 바리스터(V1)를 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 제1 저항(R1)과 제1 커패시터(C1)는 양 단 사이에 직렬로 연결될 수 있고, 상기 제1 바리스터(V1)는 상기 직렬 연결된 RC 회로와 병렬로 연결될 수 있다.The first snubber circuit 391 may include, but is not limited to, a first resistor R1, a first capacitor C1, and a first varistor V1. Here, the first resistor R1 and the first capacitor C1 may be connected in series between both ends, and the first varistor V1 may be connected in parallel with the series-connected RC circuit.

전압선(310) 상의 인덕터 소자(340)로 인해 제1 IGBT 소자(353)에서 스위칭 서지가 발생하는 경우, 제1 스너버 회로(391)의 제1 바리스터(V1)는 양 단 사이를 쇼트(short)시켜 상기 스위칭 서지로 인한 서지 전류가 접지 방향으로 흐르도록 한다.When a switching surge occurs in the first IGBT element 353 due to the inductor element 340 on the voltage line 310, the first varistor V1 of the first snubber circuit 391 shorts between both ends. ) So that the surge current due to the switching surge flows in the ground direction.

제2 스너버 회로(393)는 제2 저항(R2), 제2 커패시터(C2) 및 제2 바리스터(V2)를 포함할 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 제2 저항(R2)과 제2 커패시터(C2)는 양 단 사이에 직렬로 연결될 수 있고, 상기 제2 바리스터(V2)는 상기 직렬 연결된 RC 회로와 병렬로 연결될 수 있다.The second snubber circuit 393 may include, but is not limited to, a second resistor R2, a second capacitor C2, and a second varistor V2. Here, the second resistor R2 and the second capacitor C2 may be connected in series between both ends, and the second varistor V2 may be connected in parallel with the series-connected RC circuit.

마찬가지로, 전압선(310) 상의 인덕터 소자(340)로 인해 제2 IGBT 소자(363)에서 스위칭 서지가 발생하는 경우, 제2 스너버 회로(393)의 제2 바리스터(V2)는 양 단 사이를 쇼트(short)시켜 상기 스위칭 서지로 인한 서지 전류가 접지 방향으로 흐르도록 한다.Similarly, when a switching surge occurs in the second IGBT element 363 due to the inductor element 340 on the voltage line 310, the second varistor V2 of the second snubber circuit 393 shorts between both ends. (short) so that the surge current due to the switching surge flows in the ground direction.

이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치는 바리스터의 후단에 저주파 필터, 다이오드, 전력 반도체 스위치, 스위치 구동회로, 스위치 보호회로 및 스너버 회로를 배치함으로써, 상기 바리스터를 통과하는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 과도 전압/전류로 인해 상기 전력 반도체 스위치가 파괴되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 상기 EMP 방호 장치는 부하로 전원을 공급하는 전기/전자 장비뿐만 아니라 고 전압/고 전류가 사용되는 전력 장비에도 적용 가능하다.As described above, the EMP protection device according to another embodiment of the present invention, by arranging a low-frequency filter, a diode, a power semiconductor switch, a switch driving circuit, a switch protection circuit and a snubber circuit at the rear end of the varistor, the varistor In addition to effectively blocking the transient voltage/current caused by the electromagnetic pulse (EMP) passing through, it is possible to prevent the power semiconductor switch from being destroyed due to the transient voltage/current. In addition, the EMP protection device is applicable not only to electric/electronic equipment that supplies power to a load, but also to power equipment that uses high voltage/high current.

도 10은 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전류의 파형과 EMP 방호 장치의 출력 전류 파형을 예시하는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전자기펄스(EMI)로 인한 매우 빠른 과도 전류(τR=20nsec, FWHM=500~550nsec)가 EMP 방호 장치(100, 200, 300)의 입력 단으로 인가되는 경우, 상기 EMP 방호 장치(100, 200, 300)는 바리스터, 저주파 필터, 전력 반도체 스위치 및 스위치 구동회로를 이용하여 상기 전자기펄스(EMI)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있음을 확인할 수 있다.10 is a diagram illustrating the waveform of the transient current due to the electromagnetic pulse (EMP) and the output current waveform of the EMP protection device. 10, when a very fast transient current (τ R =20nsec, FWHM=500~550nsec) due to electromagnetic pulse (EMI) is applied to the input terminal of the EMP protection devices 100, 200, 300, It can be seen that the EMP protection devices 100, 200, and 300 can effectively block the transient voltage/current caused by the electromagnetic pulse (EMI) using a varistor, a low-frequency filter, a power semiconductor switch, and a switch driving circuit.

한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.On the other hand, the above has been described with respect to a specific embodiment of the present invention, of course, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be defined not only by the claims to be described later but also by the claims and equivalents.

100: EMP 방호 장치 110: 전압선
120: 접지선 130: 바리스터
140: 필터부 150: 제1 EMP 보호부
160: 제2 EMP 보호부 170: 스위치 구동회로100: EMP protection device 110: voltage line
120: ground wire 130: varistor
140: filter unit 150: first EMP protection unit
160: second EMP protection unit 170: switch driving circuit

Claims (9)

전압선과 접지선 사이에 연결되는 바리스터;
상기 전압선과 접지선 사이에 연결된 순방향 다이오드와 제1 전력 반도체 스위치를 구비하며, 상기 전압선으로 인가되는 전자기펄스(EMP)로 인한 양의 과도 전압 신호를 차단하는 제1 EMP 보호부;
상기 전압선과 접지선 사이에 연결된 역방향 다이오드와 제2 전력 반도체 스위치를 구비하며, 상기 전자기펄스(EMP)로 인한 음의 과도 전압 신호를 차단하는 제2 EMP 보호부;
상기 전자기펄스(EMP)로 인한 양의 과도 전압 신호를 기반으로 상기 제1 전력 반도체 스위치를 구동하기 위한 제1 구동신호를 생성하고, 상기 전자기펄스(EMP)로 인한 음의 과도 전압 신호를 기반으로 상기 제2 전력 반도체 스위치를 구동하기 위한 제2 구동신호를 생성하는 스위치 구동회로; 및
상기 제1 및 제2 전력 반도체 스위치들의 전류를 측정하고, 상기 측정된 전류가 임계치를 초과하는 경우, 상기 제1 및 제2 전력 반도체 스위치들을 반사이클 이내에 강제로 턴 오프(turn off)시키기 위한 제어신호들을 생성하는 스위치 보호회로를 포함하는 EMP 방호 장치.A varistor connected between the voltage line and the ground line;
A first EMP protection unit having a forward diode connected between the voltage line and a ground line and a first power semiconductor switch, and blocking a positive transient voltage signal due to electromagnetic pulse (EMP) applied to the voltage line;
A second EMP protection unit having a reverse diode and a second power semiconductor switch connected between the voltage line and the ground line, and blocking a negative transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP);
A first driving signal for driving the first power semiconductor switch is generated based on a positive transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP), and based on a negative transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP). A switch driving circuit for generating a second driving signal for driving the second power semiconductor switch; And
Control for measuring the currents of the first and second power semiconductor switches and forcibly turning off the first and second power semiconductor switches within half a cycle when the measured current exceeds a threshold value EMP protection device including a switch protection circuit for generating signals. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스위치 구동회로는 과도전류 제한부, 전압 분배기, 변압기, 제1 구동신호 생성부 및 제2 구동신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMP 방호 장치.According to claim 1,
The switch driving circuit EMP protection device, characterized in that it includes a transient current limiter, a voltage divider, a transformer, a first driving signal generator and a second driving signal generator. 제3항에 있어서,
상기 과도전류 제한부는, 상기 전자기펄스(EMP) 발생 시, 상기 전압 분배기 방향으로 흐르는 과도 전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 EMP 방호 장치.According to claim 3,
The transient current limiting unit, EMP protection device, characterized in that when the electromagnetic pulse (EMP) occurs, to limit the transient current flowing in the direction of the voltage divider. 제3항에 있어서,
상기 전압 분배기는, 둘 이상의 바리스터들을 이용하여 상시 AC 전류가 접지 방향으로 흐르는 것을 방지함과 동시에, 상기 변압기로 유입되는 과도전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 EMP 방호 장치.According to claim 3,
The voltage divider, EMP protection device, characterized in that to limit the transient current flowing into the transformer at the same time, while preventing the AC current always flows to the ground direction using two or more varistors. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전압선 상에 직렬로 연결되어, 상기 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호의 고주파 성분을 차단하기 위한 인덕터 소자를 더 포함하는 EMP 방호 장치.According to claim 1,
EMP protection device further comprises an inductor element connected in series on the voltage line to block high-frequency components of the transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP). 제7항에 있어서,
상기 전압선 상의 인덕터 소자로 인해, 상기 제1 및 제2 전력 반도체 스위치들에서 발생하는 스위칭 서지를 흡수하기 위한 스너버 회로를 더 포함하는 EMP 방호 장치.The method of claim 7,
And a snubber circuit for absorbing switching surges generated in the first and second power semiconductor switches due to the inductor element on the voltage line. 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전력 반도체 스위치는 IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 소자임을 특징으로 하는 EMP 방호 장치.According to claim 1,
The first and second power semiconductor switch EMP protection device, characterized in that the insulated gate bipolar transistor (IGBT) element.
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