KR20200029024A - 직류 소호 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 기계식 스위치 등의 기계 접점에 대해 급속으로 아크를 소호하는 데 적합한 직류 소호 장치에 관한 것으로, 소호되는 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)가 직렬 접속되어 있는 직류 소호 장치로서, 전압 검출 스위치(A)와 콘덴서 (C1)를 포함하고, 전압 검출 스위치(A)와 콘덴서(C1)가 접속되고, 기계식 스위치(K1)에서 차단 중, 콘덴서(C1)는 전압 검출 스위치(A) 및 부하(RL1)를 통해 방전 회로를 형성하여 기계식 스위치(K1)의 차단시의 아크를 소호하는 것을 특징으로 하는 것으로, 기술 수단의 설계가 합리적이고, 비용이 낮으며, 소호 속도가 빠르다는 이점이 있다.

Description

직류 소호 장치
본 발명은 직류 소호(消弧) 장치에 관한 것으로, 특히 기계식 스위치 등의 기계 접점에 대해 급속으로 아크를 소호하는 데 적합한 직류 소호 장치에 관한 것으로, 다른 차단점(예를 들면, 퓨즈의 용단, 콘센트에 대한 플러그의 탈착, 도선의 단선점)에 대한 소호에도 적용할 수 있다.
현재, 신에너지차, 궤도 교통, 함선 등의 직류 전기 제어 시스템에 있어서, 일반적으로 접촉기(릴레이) 등의 기계식 스위치로 부하의 투입 및 차단을 제어한다. 직류에서는 영점이 없기 때문에, 차단시에 강력한 아크가 발생하여, 기계식 스위치의 비용이 높고(고압 접촉기), 전기적 수명이 짧다는 결점이 있다. 기계식 스위치는 도 1의 어느 브랜드의 고압 접촉기의 차단 전압(즉, 아크 차단 전압)에 대한 전기적 수명의 그래프에 나타내는 바와 같이, 차단 전압이 커짐에 따라 기계식 스위치의 전기적 수명이 대폭으로 저하된다.
본 발명은 종래의 직류 전기 제어 시스템에 있어서 기계식 스위치의 전기적 수명이 짧다는 문제를 해결하고, 소호 효과가 양호하며, 기계식 스위치의 차단 전압(아크 차단 전압)을 저하시켜, 소호 속도가 빠른 직류 소호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이하의 기술 수단에 의해 달성된다.
소호되는 기계식 스위치와 부하가 직렬 접속되어 있는 직류 소호 장치로서, 전압 검출 스위치와 콘덴서를 포함하고, 상기 전압 검출 스위치와 상기 콘덴서가 접속되고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 콘덴서는 상기 전압 검출 스위치 및 상기 부하를 통해 방전 회로를 형성하여 상기 기계식 스위치의 차단시의 아크를 소호한다.
직류 소호 장치로서, 상기 전압 검출 스위치는, 상기 기계식 스위치의 양단의 전위차가 5V를 초과하고 또한 20V 이하의 구간에서 온(ON)이 되거나, 또는 20V를 초과하고 또한 상기 기계식 스위치의 동작 전압 미만의 구간에서 온이 된다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 콘덴서와 상기 부하의 전위차가 5V 이상인 경우, 상기 전압 검출 스위치가 온이 된다.
직류 소호 장치로서, 상기 전압 검출 스위치는 상기 기계식 스위치의 발호 후에 온이 된다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 전압 검출 스위치는 상기 기계식 스위치의 접점 사이의 개리(開離) 거리에 대한 파괴 전압이 상기 기계식 스위치의 동작 전압보다 큰 경우 온이 된다.
직류 소호 장치로서, 상기 전압 검출 스위치는 비자기(非自己) 소호형 스위치이다.
직류 소호 장치로서, 상기 전압 검출 스위치는 2단자 회로이다.
직류 소호 장치로서, 상기 콘덴서를 충전하는 충전 유닛을 추가로 포함하고, 상기 충전 유닛과 상기 전압 검출 스위치가 병렬 접속되어 있다.
직류 소호 장치로서, 상기 충전 유닛은 제1 다이오드 또는 제1 전류 제한 소자로 구성되거나, 또는 제1 다이오드와 제1 전류 제한 소자가 직렬 접속되어 구성된다.
직류 소호 장치로서, 제1 전류 제한 소자를 추가로 포함하고, 상기 콘덴서는 상기 제1 전류 제한 소자를 통해 상기 기계식 스위치의 전원 입력단에 접속되고, 상기 전압 검출 스위치는 3단자 회로이고, 상기 전압 검출 스위치의 검출단은 상기 기계식 스위치의 전원 입력단 또는 접점 브릿지에 접속되어 있다.
직류 소호 장치로서, 상기 비자기 소호형 스위치는 사이리스터를 포함하고, 상기 사이리스터의 트리거 극은 상기 사이리스터의 애노드에 접속되어 있거나, 또는 상기 사이리스터의 트리거 극은 상기 사이리스터의 제2 애노드에 접속되어 있다.
직류 소호 장치로서, 제1 반도체 디바이스를 추가로 포함하고, 상기 제1 반도체 디바이스의 온 전압이 3V보다 크고, 상기 사이리스터의 트리거 극은 상기 제1 반도체 디바이스를 통해 상기 애노드 또는 상기 제2 애노드에 접속되어 있다.
직류 소호 장치로서, 상기 제1 반도체 디바이스는 제너 다이오드, TVS 다이오드, 트리거 다이오드 또는 감압 저항이다.
직류 소호 장치로서, 제2 다이오드를 추가로 포함하고, 상기 제2 다이오드, 상기 제1 반도체 디바이스 및 상기 사이리스터의 트리거 극이 직렬 접속되어 있다.
직류 소호 장치로서, 상기 전압 검출 스위치의 검출단과 상기 전압 검출 스위치의 출력단이 절연 분리되지 않는다.
직류 소호 장치로서, 상기 전압 검출 스위치는 지연 반도체 스위치이다.
직류 소호 장치로서, 절연 재료로 디바이스로서 패키지된다.
직류 소호 장치로서, 상기 콘덴서를 충전하기 위한 충전 유닛과 함께, 절연 재료로 디바이스로서 패키지된다.
직류 소호 장치로서, 상기 전압 검출 스위치는 제어 유닛 및 파워 반도체 디바이스로 구성되고, 상기 기계식 스위치와 상기 부하의 접속단의 전압 신호가 상기 제어 유닛에 전달되고, 상기 파워 반도체 디바이스와 상기 제어 유닛이 접속되고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 파워 반도체 디바이스가 온이 되고, 상기 콘덴서로부터 상기 파워 반도체 디바이스를 통해 상기 부하로 방전한다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 제어 유닛은 상기 기계식 스위치의 접점이 개극(開極)된 것을 검출한 경우, 지연 시간이 100㎲를 초과하도록 상기 파워 반도체 디바이스의 온을 지연 제어한다.
직류 소호 장치로서, 상기 제어 유닛은 상기 전압 신호의 A/D 수집을 행한다.
직류 소호 장치로서, 상기 콘덴서를 충전하는 충전 유닛을 추가로 포함하고, 상기 충전 유닛과 상기 파워 반도체 디바이스가 병렬 접속되고, 상기 기계식 스위치와 상기 부하의 접속단으로부터 상기 충전 유닛을 통해 상기 콘덴서를 충전하고, 상기 전압 신호는 상기 부하의 전압이다.
직류 소호 장치로서, 상기 충전 유닛은 제1 다이오드와 제1 전류 제한 소자가 직렬 접속되어 구성되고, 상기 콘덴서의 전압 신호는 상기 제어 유닛에 전달되고, 상기 콘덴서의 용량을 검출하기 위해 사용된다.
직류 소호 장치로서, 상기 전압 신호는 상기 부하의 전압 또는 상기 파워 반도체 디바이스에 대한 타단의 전압 또는 상기 기계식 스위치에 대한 전압 입력단의 전압이다.
직류 소호 장치로서, 상기 파워 반도체 디바이스는 비자기 소호형 디바이스이다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치의 제어 신호가 상기 제어 유닛에 전달되거나, 또는 상기 제어 유닛의 제어 신호가 상기 기계식 스위치에 전달된다.
직류 소호 장치로서, 상기 제어 유닛은 적응 제어 프로그램을 기억하고, 상기 전압 신호 또는 상기 파워 반도체 디바이스의 상기 부하와의 접속단에 대한 타단의 전압 신호의 변화에 따라 소호 제어 파라미터를 최적화한다.
직류 소호 장치로서, 상기 콘덴서를 충전하는 충전 유닛을 추가로 포함하고, 상기 충전 유닛은 적어도 충전용 스위치를 포함하고, 상기 제어 유닛의 제어 신호가 상기 충전용 스위치에 전달된다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치의 주회로 전원은 상기 충전용 스위치를 통해 상기 콘덴서를 충전한다.
직류 소호 장치로서, 상기 충전용 스위치는 제1 반도체 스위치이거나, 또는 제4 기계식 스위치이거나, 또는 제4 기계식 스위치와 제1 반도체 스위치가 직렬 접속되어 구성되고, 상기 제1 반도체 스위치는 비자기 소호형 디바이스이다.
직류 소호 장치로서, 제1 전류 제한 소자를 추가로 포함하고, 상기 충전용 스위치와 상기 제1 전류 제한 소자가 직렬 접속되어 있다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치의 폐동작 중, 상기 제어 유닛은 상기 충전용 스위치 및 상기 파워 반도체 디바이스가 온이 되도록 제어하고, 그 후, 상기 기계식 스위치가 닫히고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 동작 중, 상기 충전용 스위치가 오프 상태에 있다.
직류 소호 장치로서, 제4 반도체 스위치를 추가로 포함하고, 상기 제4 반도체 스위치는 비자기 소호형 디바이스이고, 상기 제4 반도체 스위치의 제어단은 상기 제어 유닛에 접속되고, 상기 콘덴서와 상기 제4 반도체 스위치는 제2 직렬 접속 회로를 구성하고, 상기 콘덴서는 상기 제4 반도체 스위치, 상기 파워 반도체 디바이스 및 상기 부하를 통해 방전 회로를 형성한다.
직류 소호 장치로서, 제3 다이오드를 추가로 포함하고, 상기 기계식 스위치의 주회로 전원은 상기 충전용 스위치 및 상기 제3 다이오드를 통해 상기 콘덴서를충전한다.
직류 소호 장치로서, 제5 반도체 디바이스를 추가로 포함하고, 상기 기계식 스위치의 입력 전원단은 배터리에 접속되고, 상기 배터리에 충전용 기계식 스위치에 접속되고, 상기 충전용 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 콘덴서로부터 상기 제4 반도체 스위치 및 상기 제5 반도체 디바이스를 통해 상기 배터리로 방전하여, 상기 충전용 기계식 스위치의 차단시의 아크를 소호하고, 상기 제5 반도체 디바이스는 제5 다이오드이거나, 또는 상기 제어 유닛에 접속되는 제5 단방향 사이리스터이다.
직류 소호 장치로서, 상기 충전용 스위치 및 상기 파워 반도체 디바이스는 비자기 소호형 스위치이고, 상기 제2 직렬 접속 회로와, 상기 충전용 스위치와, 상기 파워 반도체 디바이스와 접속된 공통단의 전압신호는 상기 제어 유닛에 접속된다.
직류 소호 장치로서, 상기 파워 반도체 디바이스의 동작 상태를 검출한다.
직류 소호 장치로서, 상기 콘덴서의 용량을 검출하고, 상기 콘덴서는 제1 전류 제한 소자에 직렬 접속되고, 상기 제1 전류 제한 소자는 저항이다.
직류 소호 장치로서, 상기 충전용 스위치의 동작 상태를 검출한다.
직류 소호 장치로서, 상기 제4 반도체 스위치의 동작 상태를 검출한다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치의 제어 신호가 상기 제어 유닛에 전달되거나, 또는 상기 제어 유닛의 제어 신호가 상기 기계식 스위치에 전달된다.
직류 소호 장치로서, 상기 제어 유닛은 상기 기계식 스위치에서의 차단 상태에서 발호를 검출한 경우, 상기 파워 반도체 디바이스가 온이 되도록 제어한다.
직류 소호 장치로서, 제5 단방향 사이리스터를 추가로 포함하고, 상기 제5 단방향 사이리스터는 상기 제어 유닛에 접속되고, 상기 기계식 스위치의 입력 전원단은 배터리에 접속되고, 상기 배터리에 충전용 기계식 스위치가 접속되고, 상기 충전용 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 콘덴서로부터 상기 제5 단방향 사이리스터를 통해 상기 배터리로 방전하여, 상기 충전용 기계식 스위치의 차단시의 아크를 소호한다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치는 각각이 제1 기계식 스위치 및 제2 기계식 스위치와 같은 2개의 기계식 스위치를 적어도 포함하고, 상기 부하는 각각이 제1 부하 및 제2 부하와 같은 2개의 부하를 적어도 포함하고, 상기 파워 반도체 디바이스는 각각이 제1 파워 반도체 디바이스 및 제2 파워 반도체 디바이스와 같은 2개의 파워 반도체 디바이스를 적어도 포함한다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치는 3개의 기계식 스위치를 포함하고, 상기 부하는 3개의 부하를 포함하고, 상기 파워 반도체 디바이스는 3개의 파워 반도체 디바이스를 포함한다.
직류 소호 장치로서, 상기 제1 부하와 상기 제2 부하는 상기 제1 기계식 스위치의 부하이다.
직류 소호 장치로서, 상기 충전용 스위치는 제4 기계식 스위치를 포함하고, 상기 충전용 스위치에 추가로 제1 전류 제한 소자가 직렬 접속되고, 상기 제어 유닛의 제어 신호는 상기 제4 기계식 스위치의 제어단에 접속되어 있다.
직류 소호 장치로서, 상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 제어 유닛은 상기 기계식 스위치의 접점이 개극된 것을 검출한 경우, 지연 시간이 100㎲를 초과하도록 상기 파워 반도체 디바이스의 온을 지연 제어하고, 상기 제어 유닛은 상기 부하의 전류에 관한 파라미터를 기억하거나 또는 상기 부하의 전류에 관한 파라미터가 입력되고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 동작 중, 상기 부하의 전류가 클수록 상기 지연 시간을 길게 한다.
직류 소호 장치로서, 상기 제어 유닛은 상기 부하의 전류에 관한 파라미터를 기억하거나 또는 상기 부하의 전류에 관한 파라미터가 입력되고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 동작 중, 상기 부하의 전류가 클수록 상기 콘덴서와 상기 부하의 전압차가 큰 상태에 있어서, 상기 파워 반도체 디바이스를 온으로 하게 한다.
직류 소호 장치로서, 상기 제어 유닛은 적응 제어 프로그램을 기억하고, 상기 전압 신호 또는 상기 파워 반도체 디바이스의 상기 부하와의 접속단에 대한 타단의 전압 신호의 변화에 따라 소호 제어 파라미터를 최적화한다.
동작 원리: 기계식 스위치에서의 차단 중, 콘덴서는 전압 검출 스위치 및 부하를 통해 방전 회로를 형성하고, 부하의 양단의 전압이 상승하고, 기계식 스위치의 접점 사이의 전계 강도가 급속으로 저하되어, 기계식 스위치에 대해 아크를 급속으로 소호한다는 목적을 달성한다(즉, 아크 없는 차단 또는 아크 시간이 극히 짧은 차단이라는 목적을 달성한다).
본 발명의 설계가 합리적이고, 소호 효과가 양호하며, 기계식 스위치의 차단 전압을 저하시켜 소호 속도가 빠르다는 이점이 있다.
도 1은 배경 기술에 따른 어느 브랜드의 고압 접촉기의 차단 전압에 대한 전기적 수명의 그래프이다.
도 2는 본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 1의 회로 원리도이다.
도 3은 본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 2의 회로 원리도이다.
도 4는 본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 3의 회로 원리도이다.
도 5는 본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 4의 회로 원리도이다.
도 6은 본 발명의 직류 소호 장치의 전압 검출 스위치의 지연 회로도이다.
도 7은 본 발명의 직류 소호 장치의 패키지 모식도 1이다.
도 8은 본 발명의 직류 소호 장치의 패키지 모식도 2이다.
도 9는 본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 5의 회로 원리도이다.
도 10은 본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 6의 회로 원리도이다.
본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 1은 도 2에 나타내는 바와 같다.
소호되는 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)가 직렬 접속되어 있는 직류 소호 장치로서, 전압 검출 스위치(A)와 콘덴서(C1)를 포함하고, 전압 검출 스위치(A)와 콘덴서(C1)가 접속되고, 기계식 스위치(K1)에서의 차단 중, 콘덴서(C1)는 전압 검출 스위치(K1) 및 부하(RL1)를 통해 방전 회로를 형성하여 기계식 스위치(K1)의 차단시의 아크를 소호한다.
전압 검출 스위치(A)는 콘덴서(C1)와 부하(RL1)의 전위차를 검출하기 위한 것으로, 사이리스터(TR1)(쌍방향 사이리스터)와, 제1 반도체 디바이스(Z1)(제너 다이오드)를 포함하고, 사이리스터(TR1)의 트리거 극은 제1 반도체 디바이스(Z1)를 통해 사이리스터(TR1)의 제2 애노드에 접속되어 있다.
동작 원리: 기계식 스위치(K1)가 닫히면, 그것을 트리거로 하여, 전압 검출 스위치(A)가 온이 되고, 콘덴서(C1)가 충전된다. 기계식 스위치(K1)에서의 차단 중, 콘덴서(C1)단과 부하(RL1)의 전위차가 전압 검출 스위치(A)의 온 전압보다 큰 경우(당해 전위차는 기계식 스위치(K1)의 양단의 전위차와 대략 동등하고, 온 전압은 제1 반도체 디바이스(Z1)에 의해 결정됨), 그것을 트리거로 하여, 사이리스터(TR1)가 온이 되고, 콘덴서(C1)로부터 사이리스터(TR1)를 통해 부하(RL1)로 급속으로 방전한다. 이에 의해, 부하(RL1)의 양단의 전압이 상승하고, 기계식 스위치(K1)의 접점 사이의 전계 강도가 급속으로 저하되고, 기계식 스위치(K1)에 대해 아크를 급속으로 소호한다는 목적을 달성한다.
본 실시예에 있어서, 전압 검출 스위치(A)에 쌍방향 사이리스터가 채용되어, 충전시와 방전시의 양방에 사용할 수 있다. 회로가 간단하고 비용이 낮다는 이점이 있다.
본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 2는 도 3에 나타내는 바와 같다.
직류 소호 장치로서, 전압 검출 스위치(A)와, 콘덴서(C1)와, 충전 유닛(B)을 포함하고, 충전 유닛(B)과 전압 검출 스위치(A)가 병렬 접속되어 있다. 전압 검출 스위치(A)는 콘덴서(C1)와 부하(RL1)의 전위차를 검출하기 위한 것이고, 사이리스터(SCR1)(단방향 사이리스터)와, 제1 반도체 디바이스(Z1)(제너 다이오드)와, 제2 다이오드(D2)를 포함하고, 사이리스터(SCR1)의 트리거 극은 제2 다이오드(D2)(역전압에 의한 회로에 대한 영향을 방지하기 위해 사용됨) 및 제1 반도체 디바이스(Z1)를 통해 사이리스터(SCR1)의 애노드에 접속되어 있다.
충전 유닛(B)은 제1 다이오드(D1)와 제1 전류 제한 소자(R1)(저항)가 직렬 접속되어 구성된다. 실제 상황에 따라 제1 전류 제한 소자(R1) 또는 제1 다이오드(D1)만으로 구성되어도 된다.
동작 원리: 기계식 스위치(K1)가 닫히면, 기계식 스위치(K1)의 주회로 전원으로부터 충전 유닛(B)을 통해 콘덴서(C1)를 충전한다. 기계식 스위치(K1)에서의 차단 중, 콘덴서(C1)단과 부하(RL1)의 전위차가 전압 검출 스위치(A)의 온 전압보다 큰 경우, 그것을 트리거로 하여, 사이리스터(SCR1)가 온이 되고, 콘덴서(C1)로부터 사이리스터(SCR1)를 통해 부하(RL1)로 급속으로 방전한다. 이에 의해, 부하(RL1)의 양단의 전압이 상승하고, 기계식 스위치(K1)의 접점 사이의 전계 강도가 급속으로 저하되고, 기계식 스위치(K1)에 대해 아크를 급속으로 소호한다는 목적을 달성한다.
본 실시예에 있어서, 전압 검출 스위치(A)에 단방향 사이리스터가 채용된다. 전류 상승 레이트에 대한 내성이 높고, 신뢰성이 양호하다는 이점이 있다. 또한, 충전 유닛(B)이 채용되고, 기계식 스위치(K1)가 닫힐 때 전류에 의한 충격이 낮다는 이점이 있다.
상기 2개의 실시예에 있어서, 전압 검출 스위치(A)는 2단자 회로이고, 또한 반도체 디바이스로 구성되는 비자기 소호형 스위치이고, 회로가 간단하고 비용이 낮다는 이점이 있다. 콘덴서(C1)의 충전 전원이 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)의 접속단으로부터 공급된다. 이에 의해, 기계식 스위치(K1)의 양단의 절연 내압에 영향을 주지 않고, 기계식 스위치(K1)의 노멀 오픈 상태에서 누설 전류가 없다는 이점이 있다.
본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 3은 이하에 나타내는 바와 같다.
직류 모터의 정역회전에 있어서 소호 제어를 행하는 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 관련되는 소자의 수 및 이네이블단(enabling terminals)을 적절히 늘리면 되고, 동작 원리가 동일하기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 4는 도 5에 나타내는 바와 같다.
직류 소호 장치로서, 전압 검출 스위치(A)와, 콘덴서(C1)와, 제1 전류 제한 소자(R1)(저항, 충전 유닛(B))를 포함하고, 콘덴서(C1)는 제1 전류 제한 소자(R1)를 통해 기계식 스위치(K1)의 전원 입력단에 접속되고, 전압 검출 스위치(A)의 검출단은 기계식 스위치(K1)의 전원 입력단(기계식 스위치(K1)가 브릿지 구조인 경우, 기계식 스위치(K1)의 접점 브릿지여도 된다. 제2 콘덴서(C2)는 필요에 따라 선택되어도 됨)에 접속되어 있다.
전압 검출 스위치(A)는 3단자 회로이고, 또한 비자기 소호형 스위치이고, 용량 결합에 의해 신호가 입력되고, 사이리스터(TR1)(쌍방향 사이리스터임. 단방향 사이리스터를 채용해도 됨)와, 제1 반도체 디바이스(Z1)(제너 다이오드임)와, 제2 콘덴서(C2)로 구성되고, 기계식 스위치(K1)의 양단의 전위차(브릿지 구조, 즉 2개의 차단점의 구조인 경우, 접점 브릿지와 고정 접점 사이의 전위차여도 됨)를 검출하기 위한 것이다.
동작 원리: 기계식 스위치(K1)의 전원 입력단에 전원이 투입된 후, 직류 전원으로부터 제1 전류 제한 소자(R1)를 통해 콘덴서(C1)를 만충전한다. 기계식 스위치(K1)가 닫히면, 콘덴서(C2)는 제1 반도체 디바이스(Z1), 기계식 스위치(K1)를 통해 방전 회로를 형성한다. 기계식 스위치(K1)의 바운스가 발생하는 경우, 그것을 트리거로 하여, 사이리스터(TR1)가 온이 되고, 콘덴서(C1)로부터 사이리스터(TR1)를 통해 부하(RL1)로 방전하여, 기계식 스위치(K1)가 닫힐 때의 바운스에 대해 아크를 소호한다는 목적을 달성한다. 기계식 스위치(K1)에서의 차단 중, 기계식 스위치(K1)의 양단의 전위차가 전압 검출 스위치(A)의 온 전압보다 큰 경우, 그것을 트리거로 하여, 사이리스터(TR1)가 온이 되고, 콘덴서(C1)로부터 사이리스터(TR1)를 통해 부하(RL1)로 급속으로 방전한다. 이에 의해, 부하(RL1)의 양단의 전압이 상승하고, 기계식 스위치(K1)의 접점 사이의 전계 강도가 급속으로 저하되고, 기계식 스위치(K1)에 대해 아크를 급속으로 소호한다는 목적을 달성한다.
실시예 4에 있어서, 콘덴서(C1)는 전해 콘덴서가 채용되어도 되고, 제1 전류 제한 소자(R1)를 통해 기계식 스위치(K1)의 전원 입력단에 접속되고, 전압 검출 스위치(A)는 검출단이 기계식 스위치(K1)의 전원 입력단(또는, 접점 브릿지)에 접속된다. 실시예 4에 의하면, 기계식 스위치(K1)가 닫힐 때의 바운스에 대해 아크를 소호할 수 있고, 또한 콘덴서(C1)가 만충전된 후에 행해지고, 전력 소비가 없어진다는 이점이 있다.
상기 실시예 1, 2, 3, 4에 있어서, 제1 반도체 디바이스(Z1)에 대해 온 전압을 3V보다 크게 할 필요가 있고(시스템 리플 전압의 피크 투 피크(peak-to-peak)값보다 크게 할 필요가 있음), TVS 다이오드(Transient Voltage Suppressor), 트리거 다이오드 또는 감압 저항 등의 등가 디바이스를 채용해도 된다. 온 전압이 5V보다 큰 사이리스터를 채용하는 경우, 제1 반도체 디바이스(Z1)는 사용 상황의 필요에 따라 선택되어도 된다.
기계식 스위치(K1)에서의 차단 중, 전류를 제한하기 위해 사이리스터의 트리거 극에 저항을 직렬 접속할 필요가 없다. 이에 의해, 사이리스터의 트리거 속도를 높이고, 사이리스터가 온이 될 때까지의 콘덴서의 전하의 손실을 줄이고, 콘덴서의 용량의 이용율을 향상시킬 수 있다. 상기 실시예에 있어서, 전압 검출 스위치(A)의 검출단과 전압 검출 스위치(A)의 출력단이 절연 분리되지 않고, 콘덴서의 충전 전원이 기계식 스위치의 주회로 전원에서 전기 절연(전류를 제한함)되지 않고 공급됨으로써, 비용이 낮다는 이점이 있다.
실제 사용시, 전압 검출 스위치(A)의 제1 반도체 디바이스(Z1)에 있어서 도 6과 같은 지연 회로 또는 유사한 지연 회로가 채용되어도 된다. 이 경우, 전압 검출 스위치는 온 지연 스위치가 된다. 이에 의해, 기계식 스위치(K1)에 대해 충분한 개리 거리로 아크를 소호하는 것을 확보할 수 있고, 아크 소호 후의 재발호를 방지할 수 있다. 온 지연 스위치의 온 지연 시간은 100㎲보다 크도록 제어되는 것이 바람직하다.
보급과 사용을 촉진하고, 표준화, 배치화를 도모하며, 범용 디바이스가 되기 위해, 상기 실시예에서의 직류 소호 장치는 절연 재료로 디바이스로 하여 패키지되어도 되고, 2포트 또는 3포트로 할 수 있다. 충전 유닛(또는, 제1 전류 제한 소자)은 필요에 따라 외장(외장시, 3포트가 되고, 그 중의 1포트는 콘덴서와 파워 반도체 디바이스가 접속되는 단점(端点)임)도 내장도 가능하고, 원형 구조(도 7에 나타냄) 또는 방형 구조(도 8에 나타냄)를 채용할 수 있다.
본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 5는 도 9에 나타내는 바와 같다.
직류 소호 장치로서, 전압 검출 스위치(A)와, 콘덴서(C1)와, 충전 유닛(B)을 포함한다.
전압 검출 스위치(A)는 제어 유닛(C) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1)(비자기 소호형 디바이스, 단방향 사이리스터)로 구성된다. 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)의 접속단의 전압 신호가 제어 유닛(C)에 전달된다. 파워 반도체 디바이스(SCR1)가 제어 유닛(C)에 접속된다. 기계식 스위치(K1)에서의 차단 중, 파워 반도체 디바이스(SCR1)가 온이 되고, 콘덴서(C1)로부터 파워 반도체 디바이스(SCR1)를 통해 부하(RL1)로 방전한다. J1 포트는 제어 전원단이고, J2 포트는 제어 명령 및 데이터를 수신하고, 본 장치 및 외부의 상태 정보(예를 들면, 기계식 스위치, 부하 상태 등)를 전송하기 위한 통신 포트이며, J1, J2는 필요에 따라 선택되어도 된다.
제어 유닛(C)에 있어서, 프로그래머블 디바이스(마이크로 컨트롤러)가 내장되고, 부하(RL1)의 전압의 A/D 수집을 행한다. 콘덴서(C1)의 전압 신호는 제어 유닛(C)에 전달되고, 콘덴서(C1)의 용량을 검출하기 위해 사용된다. 기계식 스위치(K1)의 제어 신호는 제어 유닛(C)에 전달된다(필요에 따라 선택됨). 기계식 스위치(K1)의 제어 신호가 제어 유닛(C)에서 제공된다는 제어 방법을 채용해도 된다(필요에 따라 선택됨). 제어 유닛(C)은 부하(RL1)의 전류에 관한 파라미터를 기억하거나 또는 부하(RL1)의 전류에 관한 파라미터가 입력된다. 기계식 스위치(K1)에서의 차단 동작 중, 기계식 스위치(K1)의 접점이 개극된 것을 검출한 경우, 부하(RL1)의 전류가 클수록 지연 시간이 길어져, 지연 시간이 부하(RL1)의 전류에 정비례하도록 파워 반도체(SCR1)의 온을 지연 제어한다. 기계식 스위치(K1)에서의 차단 동작 중, 부하(RL1)의 전류가 클수록 콘덴서(C1)와 부하(RL1)의 전압차가 큰 상태에 있어서, 파워 반도체 디바이스(SCR1)를 온으로 하게 한다. 이에 의해, 콘덴서(C1)로부터 방전하는 전류를 높여, 소호의 효과를 향상시킨다.
충전 유닛(B)은 파워 반도체 디바이스(SCR1)에 병렬 접속되고, 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)의 접속단으로부터 충전 유닛(B)을 통해 콘덴서(C1)를 충전한다. 충전 유닛(B)은 제1 다이오드(D1)와 제1 전류 제한 소자(R1)가 직렬 접속되어 구성되어도 되고, 제1 다이오드(D1) 또는 제1 전류 제한 소자(R1)만으로 구성되어도 된다. 파워 반도체 디바이스(SCR1)로서, 쌍방향 사이리스터가 채용되는 경우, 충전 유닛(B)은 필요에 따라 선택되어도 된다.
동작 원리: 기계식 스위치(K1)가 닫히면, 기계식 스위치(K1)의 주회로 전원으로부터 충전 유닛(B)을 통해 콘덴서(C1)를 충전하고, 제어 유닛(C)은 콘덴서(C1)에 대한 충전 속도에 의해 콘덴서(C1)의 용량을 파악한다(콘덴서의 용량이 정상인지 여부를 판단하여, 수집한 전압 신호 데이터를 따라 소호 제어 프로그램을 최적화하기 위해 사용됨). 기계식 스위치(K1)에서의 차단 중, 제어 유닛(C)은 기계식 스위치(K1)의 접점이 개극된 것을 검출한 경우, 파워 반도체(SCR1)의 온을 지연시키도록 제어하거나(지연 시간에 100㎲를 초과하게 하거나, 또는 이에 추가하여, 제어 유닛(C)이 설정하는 전압값을 만족시킨다. 지연 시간의 값은 기계식 스위치(K1)의 차단 속도에 의해 결정되어도 됨), 또는 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)의 접속단의 전압 신호가 설정된 전압값에 도달한 것을 검출한 경우(또는, 이에 추가하여 제어 유닛(C)이 설정하는 시간의 값을 만족하고, 당해 시간의 값은 기계식 스위치(K1)의 차단 속도에 의해 결정되어도 됨), 파워 반도체 디바이스(SCR1)가 온이 되도록 제어함으로써, 콘덴서(C1)로부터 파워 반도체 디바이스(SCR1)를 통해 부하(RL1)로 급속으로 방전한다. 이에 의해, 부하(RL1)의 양단의 전압이 급속으로 상승하고, 기계식 스위치(K1)의 접점 사이의 전계 강도가 급속으로 저하되고, 기계식 스위치(K1)에 대해 아크를 급속으로 소호한다는 목적을 달성한다.
실시예 5에 있어서, 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)의 접속단의 전압 신호는 부하(RL1)의 양단의 전압 신호여도 되고, 콘덴서(C1)와 부하(RL1)의 전위차(즉, 파워 반도체 디바이스(SCR1)의 양단간의 전위차)여도 된다. 전압 검출 스위치(A)에 단방향 사이리스터가 채용되고, 전류 상승 레이트에 대한 내성이 높고, 신뢰성이 양호하다는 이점이 있다. 또한, 충전 유닛(B)이 채용되고, 기계식 스위치(K1)가 닫힐 때, 전류에 의한 충격이 낮다는 이점이 있다. 콘덴서(C1)의 충전 전원이 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)의 접속단으로부터 공급되고, 기계식 스위치(K1)의 양단의 절연 내압에 영향을 주지 않고, 기계식 스위치(K1)의 노멀 오픈 상태에서 누설 전류가 없다는 이점이 있다. 제어 유닛(C)은 적응 제어 프로그램을 기억하는 경우, 기계식 스위치(K1)에서의 차단 중, 기계식 스위치(K1)와 부하(RL1)의 접속단의 전압 신호 또는 파워 반도체 디바이스(SCR1)와 부하(RL1)의 접속단에 대한 타단(즉, 콘덴서(C1)와 파워 반도체 디바이스(SCR1)의 접속단)의 전압 신호의 변화에 따라 소호 제어의 파라미터를 최적화함으로써(즉, 파워 반도체 디바이스의 온과 기계식 스위치의 접점의 개극의 시간차를 조정하고 제어함으로써), 최적의 소호 효과를 도모한다. 제어 유닛은 제어 프로그램의 인텔리전트 유닛이 내장된 프로그래머블 디바이스를 포함하고, 타이밍, A/D 수집, 전압 비교, 로직 처리 등을 행할 수 있다. 이에 의해, 회로의 간소화에 유리하고, 부하가 상이한 상황(전압 변화)에 따라 제어 방법을 조정할 수 있고, 소호 효과를 향상시키고, 기계식 스위치의 전기적 수명을 효과적으로 연장할 수 있다. 발호 상황 및 동작 횟수에 기초하여 기계식 스위치의 전기적 수명을 계산할 수 있고, 보조용 접점을 사용하지 않고, 기계식 스위치(K1)의 접점 상태(폐극(閉極) 상태, 개극 상태, 발호 상태)를 실시간으로 검출하고, 관련 정보를 전송할 수 있다.
본 발명의 직류 소호 장치의 실시예 6은 도 10에 나타내는 바와 같다.
신에너지차 등의 멀티 채널의 기계식 스위치를 사용한 전기 제어 시스템에 적용하는 직류 소호 장치(즉, 직류 아크 관리 시스템)로서, 전압 검출 스위치(A)와, 콘덴서(C1)와, 충전 유닛(B)과, 제3 다이오드(D3)와, 제4 반도체 스위치(SCR4)(비자기 소호형 디바이스이고, 단방향 사이리스터임. PA와 PB 사이는 필요에 따라 절단되어도 되지만, 권장하지 않음. PA와 PB 사이가 절단된 경우, 제어 유닛(C)에 의해 PA와 PB의 단점 전압을 수집할 필요가 있음)를 포함하고, 제3 다이오드(D3)와 제4 반도체 스위치(SCR4)가 병렬 접속되고, 제4 반도체 스위치(SCR4)의 제어단이 제어 유닛(C)에 접속된다. 콘덴서(C1)와 제4 반도체 스위치(SCR4)로 구성된 제2 직렬 접속 회로와, 충전 유닛(B)의 제1 반도체 스위치(S1)(비자기 소호형 디바이스, 단방향 사이리스터, 충전용 스위치)와, 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3, 비자기 소호형 디바이스와, 단방향 사이리스터)가 접속된 공통단(PB)의 전압 신호는 제어 유닛(C)에 접속되고, 기계식 스위치(K1)(메인 정극 접촉기)의 입력 전원단이 배터리(BT)에 접속되고, 배터리(BT)에 충전용 기계식 스위치(K5)가 접속되고, 배터리(BT)의 부극이 제6 기계식 스위치(K6)(메인 부극 접촉기)를 통해 그라운드에 접속된다. 당해 직류 소호 장치는 제5 반도체 디바이스(D5)(제5 다이오드임. 제어 유닛(C)에 접속되는 제5 단방향 사이리스터로 변경되어도 됨. 제5 단방향 사이리스터가 채용되는 경우, 제4 반도체 스위치(SCR4)는 필요에 따라 선택되어도 됨. 충전용 기계식 스위치(K5)에서의 차단 중, 콘덴서(C1)로부터 제5 단방향 사이리스터를 통해 배터리(BT)로 방전하여, 충전용 기계식 스위치(K5)에서의 차단시의 아크를 소호함)를 추가로 포함한다. J1 포트는 제어 전원단이고, J2 포트는 제어 명령 및 데이터를 수신하고, 본 장치 및 외부의 상태 정보(예를 들면, 기계식 스위치, 부하 상태 등)를 전송하기 위한 통신 포트이고, J1, J2는 필요에 따라 선택되어도 된다.
전압 검출 스위치(A)는 제어 유닛(C) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)로 구성되고, 기계식 스위치(K1, K2, K3, K5)와 부하(RL1, RL2, RL3, BT)의 접속단의 전압 신호는 제어 유닛(C)에 전달되고, 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)는 제어 유닛(C)에 접속되어 있다.
제어 유닛(C)에 있어서, 프로그래머블 디바이스(마이크로 컨트롤러)가 내장되고, 부하(RL1, RL2, RL3)의 전압 및 공통단(PB)의 전압 신호의 A/D 수집을 행한다. 기계식 스위치(K1)의 입력 전원단의 전압 신호는 제어 유닛(C)에 접속된다(A/D 수집). 기계식 스위치(K1, K2, K3)에서의 차단 동작 중, 기계식 스위치(K1, K2, K3)의 접점이 개극된 것을 검출한 경우, 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)의 온을 지연시키도록 제어한다. 제어 유닛(C)에 접속되는 기계식 스위치(K1, K2, K3) 및 부하(RL1, RL2, RL3)의 전기적 특성은 반드시 동일하지 않기 때문에, 최적의 소호 효과를 얻기 위해, 제어 유닛(C)은 부하(RL1, RL2, RL3)의 전류에 관한 파라미터를 기억하거나 또는 전하(RL1, RL2, RL3)의 전류에 관한 파라미터 또는 기계식 스위치(K1, K2, K3)의 동작 시간의 파라미터가 입력될 필요가 있다. 기계식 스위치(K1, K2, K3)에서의 차단 동작 중, 부하(RL1, RL2, RL3)의 전류가 클수록 지연 시간을 길게 하고, 지연 시간을 부하(RL1, RL2, RL3)의 전류에 정비례시킨다. 지연 제어에서의 시간 파라미터는 제어 유닛(C)에 내장된 마이크로 컨트롤러에 의해 설정될 수 있다. 기계식 스위치(K1, K2, K3, K5, K6)의 제어 신호는 제어 유닛(C)에 전달된다(소호의 정확성, 실시간성의 향상에 유리하고, 필요에 따라 선택됨). 기계식 스위치(K1, K2, K3, K5, K6)의 제어 신호가 제어 유닛(C)에서 제공된다는 제어 방식을 채용해도 된다(각 기계식 스위치의 동작 로직, 소호 제어 로직의 최적화 제어에 유리하고, 필요에 따라 선택됨).
기계식 스위치(K1, K2, K3)의 차단 동작 중, 부하(RL1, RL2, RL3)의 전류가 클수록 콘덴서(C1)와 부하(RL1, RL2, RL3)의 전압차가 큰 상태에 있어서, 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)를 온으로 하게 하고, 콘덴서(C1)로부터 방전하는 전류를 높인다.
충전 유닛(B)은 제4 기계식 스위치(K4)와, 제1 전류 제한 소자(R1)(저항임. 제3 다이오드(D3)에 전류 제한 소자가 직렬 접속되는 경우 및 부하가 비용량성 부하인 경우, 생략되어 있어도 됨)와, 제1 반도체 스위치(S1)(비자기 소호형 디바이스, 단방향 사이리스터)를 포함하고, 제4 기계식 스위치(K4)와 제1 반도체 스위치(S1)는 충전용 스위치이고, 제어 유닛(C)의 제어 신호는 직렬 접속되어 사용된 제4 기계식 스위치(K4) 및 제1 반도체 스위치(S1)에 전달된다. 제1 반도체 스위치(S1)는 제4 기계식 스위치(K4)가 닫힐 때의 아크를 소호하기 위한 것이고, 제4 기계식 스위치(K4)는 시스템의 안전성을 높이기 위한 것이며, 실제 공학적 응용에서는 제4 기계식 스위치(K4) 또는 제1 반도체 스위치(S1) 중 어느 것을 선택해도 된다. 기계식 스위치(K1)의 주회로 전원(기계식 스위치(K1)의 주회로 전원단)으로부터 제4 기계식 스위치(K4), 제1 전류 제한 소자(R1), 제1 반도체 스위치(S1) 및 제3 다이오드(D3)(쌍방향 사이리스터를 제4 반도체 스위치(SCR4)로서 채용하는 경우, 필요에 따라 선택되어도 됨)를 통해 콘덴서(C1)를 충전한다.
동작 원리: 기계식 스위치(K6)가 닫히고, 기계식 스위치(K1)의 전원 입력단에 전원이 투입된 후(배터리(BT)를 투입한 후), 제어 유닛(C)은 우선 제4 기계식 스위치(K4)가 닫히도록 제어한다. 그 후, 제어 유닛(C)은 펄스 신호를 트리거로 하여 제공하고, 제1 반도체 스위치(S1)를 온으로 하여, 콘덴서(C1)를 충전하고, 충전 전류가 제1 반도체 스위치(S1)의 온 유지 가능한 최소 전류보다 작아지면, 제1 반도체 스위치(S1)가 자동적으로 오프가 된다. 콘덴서(C1)를 충전하는 전체 과정에 있어서, 제어 유닛(C)은 공통단(PB)점의 전압을 검출함으로써, 제1 반도체 스위치(S1)가 온 또는 오프 상태가 되는 것을 파악하고, 콘덴서(C1)의 충전이 완료되었는지 여부를 판단하고, 콘덴서(C1)의 용량(콘덴서의 용량이 정상인지 여부를 판단하고, 수집한 전압 신호 데이터에 따라 소호 제어 프로그램을 최적화하는 데 사용됨)을 파악할 수 있다. 기계식 스위치(K1, K2, K3)의 폐동작 중, 제어 유닛(C)은 펄스 신호를 트리거로 하여 제공하고, 제1 반도체 스위치(S1) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3 중 어느 하나)를 온으로 하여, 부하(RL1, RL2, RL3 중 어느 하나)에 급전한다(예를 들면, 모터 컨트롤러, 직류 컨버터 등에 급전함). 이에 의해, 기계식 스위치(K1, K2, K3)에 대해 용량성 부하에 의한 전류 충격 및 닫힐 때의 아크를 효과적으로 소호할 수 있다. 제어 유닛(C)은 공통단(PB)점의 전압을 검출함으로써, 제1 반도체 스위치(S1) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)가 오프가 되는지 여부를 파악할 수 있고, 오프가 되면, 기계식 스위치(K1, K2, K3)의 폐동작이 완성된 것을 나타낸다.
기계식 스위치(K1, K2, K3)에서의 차단 중, 제1 반도체 스위치(S1)가 오프 상태에 있고, 제어 유닛(C)은 기계식 스위치(K1, K2, K3)의 접점이 개극된 것을 검출한 경우, 제4 반도체 스위치(SCR4) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)의 온을 지연시키도록 제어하거나(내장된 마이크로 컨트롤러에 의해 지연 시간에 100㎲를 초과하게 하거나, 또는 이에 추가하여, 제어 유닛(C)이 설정하는 전압값을 만족시킴. 지연 시간의 값은 대응하는 기계식 스위치의 차단 속도에 의해 결정되어도 됨), 또는 기계식 스위치(K1, K2, K3)와 부하(RL1, RL2, RL3)의 접속단의 전압 신호가 설정된 전압값에 도달한 것을 검출한 경우(또는, 이에 추가하여, 제어 유닛(C)이 설정하는 시간의 값을 만족하고, 당해 시간의 값은 대응하는 기계식 스위치의 차단 속도에 의해 결정되어도 됨), 제4 반도체 스위치(SCR4) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)가 온이 되도록 제어한다. 제어 유닛(C)은 공통단(PB)점의 전압을 검출함으로써, 제4 반도체 스위치(SCR4) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)가 온 상태에 있는지 여부를 파악할 수 있다. 콘덴서(C1)로부터 제4 반도체 스위치(SCR4) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)를 통해 부하(RL1, RL2, RL3)로 급속으로 방전한다. 부하(RL1, RL2, RL3)의 양단의 전압이 상승하고, 기계식 스위치(K1, K2, K3)의 접점 사이의 전계 강도가 급속으로 저하되고, 기계식 스위치(K1, K2, K3)에 대해 아크를 급속으로 소호한다는 목적을 달성한다. 제어 유닛(C)은 공통단(PB)점의 전압을 검출함으로써, 제4 반도체 스위치(SCR4) 및 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)가 오프 상태에 있는지 여부를 파악하여, 콘덴서(C1)의 방전이 완료되었는지 여부를 판단하고, 콘덴서(C1)에 대한 차회의 충전을 위해 준비를 할 수 있다.
충전용 기계식 스위치(K5)에서의 차단 중, 제어 유닛(C)은 제4 반도체 스위치(SCR4)가 온이 되도록 제어하고, 콘덴서(C1)로부터 제4 반도체 스위치(SCR4), 제5 반도체 디바이스(D5) 및 제4 기계식 스위치(K4)를 통해 배터리(BT)로 방전하고, 충전용 기계식 스위치(K5)의 차단시의 아크를 소호한다.
제어 유닛(C)에 의해 공통단(PB)의 전압 신호의 A/D 수집(또는, 하이로우 레벨 수집)을 행하는 것은 이하의 이점이 있다.
1. 단일 단점에 대해, 고해상도로 하지 않고 A/D 수집을 행함으로써, 제4 반도체 스위치(SCR4), 제5 반도체 디바이스(D5), 제1 반도체 스위치(S1), 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)의 온 상태, 오프 상태(충전 또는 방전이 완료되었는지 여부), 파괴 상태를 급속으로 또한 정확하게 검출할 수 있고, 시스템의 응답 속도와 안전성을 확보할 수 있다.
2. 콘덴서(C1)의 전기 에너지를 소비하지 않고, 콘덴서(C1)의 용량을 검출하고, 콘덴서(C1)를 빈번하게 충전할 필요가 없다. 또한, 콘덴서(C1)의 양단의 전압을 간접적으로 파악함으로써, 시스템의 응답 속도와 안전성을 향상시킬 수 있다.
부하(RL1, RL2, RL3)는 모터 컨트롤러, DC/DC 컨버터, 모터, 저항 등의 부하여도 된다.
상술한 기계식 스위치(K1, K2, K3)와 부하(RL1, RL2, RL3)의 접속단의 전압 신호는 부하(RL1, RL2, RL3)의 양단의 전압이다(제어 유닛(C)에 의해 전압 신호의 A/D 수집을 행하는 경우, 기계식 스위치(K1)의 양단의 절연 내압에 영향을 주지 않고, 기계식 스위치(K1)의 노멀 오픈 상태에서 누설 전류가 없다는 이점이 있음). 전압 신호는 콘덴서(C1)와 부하(RL1, RL2, RL3)의 전위차, 즉 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)에 대한 타단의 전압이어도 되고, 또는 기계식 스위치(K1, K2, K3)에 대한 전원 입력단의 전압이어도 된다.
기계식 스위치에서의 차단 중, 전압 신호의 변화 속도가 제어 유닛(C)이 설정하는 변화 속도보다 작은 경우, 제어 유닛(C)은 이러한 파워 반도체 디바이스가 온이 되는 제어 신호를 제공하지 않는다. 이에 의해, 콘덴서(C1)의 방전이 지나치게 느려져, 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)가 늦게 오프가 되어, 다른 기계식 스위치에 대한 소호의 응답 속도에 영향을 미치는 것을 방지한다. 제어 유닛(C)은 부하의 잔류 전압의 변화에 관한 파라미터를 기억하는 경우, 기계식 스위치에서의 차단에 대한 검출의 정확성의 향상에 유리하다. 제어 유닛(C)은 적응 제어 프로그램을 기억하는 경우, 기계식 스위치(K1, K2, K3)에서의 차단 중, 기계식 스위치(K1, K2, K3, K5)와 부하(RL1, RL2, RL3)의 접속단의 전압 신호 또는 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)와 부하(RL1, RL2, RL3)의 접속단에 대한 타단(PB)의 전압 신호의 변화에 따라 소호 제어의 파라미터를 최적화함으로써(즉, 파워 반도체 디바이스의 온과 기계식 스위치의 접점의 개극의 시간차를 조정하여, 제어함으로써), 최적의 소호 효과를 얻는다.
기계식 스위치(K1), 기계식 스위치(K2), 기계식 스위치(K3)를 각각 제1 기계식 스위치, 제2 기계식 스위치, 제3 기계식 스위치로 정의한다.
부하(RL1), 부하(RL2), 부하(RL3)를 각각 제1 부하, 제2 부하, 제3 부하로 정의한다.
파워 반도체 디바이스(SCR1), 파워 반도체 디바이스(SCR2), 파워 반도체 디바이스(SCR3)를 각각 제1 파워 반도체 디바이스, 제2 파워 반도체 디바이스, 제3 파워 반도체 디바이스로 정의한다.
본 실시예에 있어서, 제2 부하 및 제3 부하는 제1 기계식 스위치(기계식 스위치(K1))의 부하이다.
신에너지차 등의 멀티 채널의 기계식 스위치에 대해 아크를 소호하는 경우, 제4 기계식 스위치(K4)는 프리차지 접촉기이고, 제1 전류 제한 소자(R1)는 프리차지 저항이고, 제1 기계식 스위치(기계식 스위치(K1))는 메인 정극 접촉기이며, 제6 기계식 스위치(K6)는 메인 부극 접촉기이다. 소호 실패의 경우, 제6 기계식 스위치(K6)에 의해 차단하도록 제어한다. 제어 유닛(C)은 이상(예를 들면, 제1 반도체 스위치의 파괴 또는 오작동(spurious triggering), 파워 반도체 디바이스의 파괴 또는 오작동)을 검출한 경우, 제4 기계식 스위치(K4)에 의해 차단하도록 제어한다. 제6 기계식 스위치(K6) 및 제4 기계식 스위치(K4) 이외, 본 발명의 직류 소호 장치의 소호 대상이 되는 기계식 스위치(K1, K2, K3, K5)로서, 일반적인(비밀폐형 고전압) 접촉기를 채용해도 된다. 이에 의해, 비용을 대폭으로 저감시킬 수 있고, 안전성 향상(공기 누출의 위험 없이)을 도모할 수 있다. 특히 이동 중이고 또한 예기치 않은 기계적 충격(충돌, 횡전 등)의 발생 가능성이 있는 자동차 등에 적용하는 경우, 기계식 스위치(K1, K2, K3)는 노멀 오픈 상태에서 예기치 않게 닫히거나, 차단되거나, 또는 개리 거리가 작아지거나, 또는 기계식 스위치(K1, K2, K3)의 양단에 충격 전압이 발생할 가능성이 있고, 이 경우, 발호가 발생할 가능성이 있다. 제어 유닛(C)은 기계식 스위치(K1, K2, K3)에 의해 차단하는 상태에서 발호를 검출한 경우, 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3)가 온이 되도록 제어하고, 콘덴서로부터 파워 반도체 디바이스(SCR1, SCR2, SCR3) 및 부하(RL1, RL2, RL3)를 통해 방전 회로를 형성하여, 아크를 소호한다. 제어 유닛(C)은 소호 실패를 검출한 경우, 기계식 스위치(K6)에 의해 차단하도록 제어하기 위한 신호를 출력한다.
본 실시예에 있어서, 제어 유닛은 제어 프로그램의 인텔리전트 유닛이 내장된 프로그래머블 디바이스를 포함하고, 부하(RL1, RL2, RL3)의 각각의 상이한 상황에 따라 제어 방법을 조정할 수 있고, 소호 효과를 향상시키고, 기계식 스위치의 전기적 수명을 효과적으로 연장할 수 있다. 그리고, 타이밍(파워 반도체 디바이스의 지연 제어), A/D 수집, 전압 비교, 로직 처리 등을 행할 수 있고, 회로의 간소화에 유리하다. 공통적인 콘덴서, 제어 유닛 및 충전용 스위치에 의해 멀티 채널의 기계식 스위치(기계식 스위치는 서로 직렬 접속 관계에 있어도 됨)에 대한 소호 제어, 프리차지(또는, 기계식 스위치가 닫힐 때 아크를 소호함) 및 검출(폐극 상태, 개극 상태, 발호 상태)을 행하고, 발호 상황 및 동작 횟수에 기초하여 기계식 스위치의 전기적 수명을 계산하고, 관련 정보(고장 코드 등)를 전송한다. 이에 의해, 전기 제어 시스템의 전체적인 안전성 향상에 유리하고, 보다 높은 가격 대비 성능을 가지며, 아크 관리 및 소호 기능을 갖는 직류 소호 장치(직류 아크 관리 시스템)로서, 신에너지차, 궤도 교통, 함선, 항공, 자동화 제어 등의 분야에서 널리 사용할 수 있다.
실제 상황에 따라 콘덴서(C1)와 제4 반도체 스위치를 복수 설치해도 되고, 이에 의해, 응답 속도를 높일 수 있다. 그리고, 멀티 펄스 소호의 방법을 채용할 수 있다(2개 이상의 콘덴서의 경우, 2개 이상의 펄스로 나누어 기계식 스위치에 대해 아크를 소호함). 충전 유닛(B)은 스위칭 전원으로 콘덴서(C1)를 충전해도 된다.
실시예 5 및 6에 있어서, 제어 유닛(C)은 트랜스포머에 의해 파워 반도체 디바이스를 트리거하는 것이 권장된다. 제어 유닛(C)은 적응 제어 프로그램을 기억하고, 기계식 스위치에서의 차단 중, 기계식 스위치와 부하의 접속단의 전압 신호의 전압 변화 레이트에 따라 파워 반도체 디바이스의 온과 기계식 스위치의 접점의 개극의 시간차를 조정한다. 변화 레이트가 작다는 것은 차단 전류가 큰 것을 의미한다. 이 경우, 시간차를 크게 함으로써, 기계식 스위치의 접점 사이의 개리 거리를 크게 하여 기계식 스위치의 아크 소호 능력을 강하게 한다. 또한, 콘덴서의 방전에 의한 소호와 조합함으로써, 아크를 안정적으로 확실하게 소호하는 목적을 달성한다.
상기 실시예에 있어서, 전압 검출 스위치의 전기 파라미터로서, 이하의 요건을 참고하여 선택할 수 있다.
1. 기계식 스위치의 동작 전압이 높지 않은(200V 이하) 경우, 또는 콘덴서의 용량이 큰 경우, 전압 검출 스위치는 기계식 스위치의 양단의 전위차가 5V를 초과하고 또한 20V 이하의 구간에서 온이 되도록(콘덴서 용량이 충분히 큰 경우, 전압값을 적절히 작게 해도 되도록) 설계되어도 된다.
2. 기계식 스위치의 동작 전압이 높은(200V를 초과하는) 경우, 또는 콘덴서의 용량이 작은 경우, 또는 방전 회로의 내부 저항이 큰 경우, 전압 검출 스위치(파워 반도체 디바이스)는 기계식 스위치에서의 차단 중, 기계식 스위치의 양단의 전압이 20V를 초과하고 또한 기계식 스위치의 동작 전압 미만의 구간에서 온이 되도록 설계되어도 된다. 기계식 스위치에서의 차단 기간에 있어서, 기계식 스위치의 양단의 전압이 0∼20V 구간에서 전압 상승 레이트가 높고, 기계식 스위치의 접점 사이의 개리 거리가 작기 때문이다. 그리고, 기계식 스위치의 동작 전압의 1/2 미만인 쪽이 바람직하다. 또한, 전압 검출 스위치는 기계식 스위치에서의 차단 중, 콘덴서와 부하의 전위차가 5V 이상인 경우 온이 되도록 한다. 이에 의해, 기계식 스위치가 큰 개리 거리 및 큰 방전 전류를 얻고, 소호의 신뢰성을 높인다.
3. 전압 검출 스위치는 기계식 스위치의 발호 후에 온이 되도록 한다. 이유는 이하에 나타내는 바와 같다. 기계식 스위치에서의 차단 중, 기계식 스위치의 발호 전에, 기계식 스위치의 양단의 전압 변화 레이트가 크고, 기계식 스위치의 접점 사이의 개리 거리가 매우 작기 때문에, 아크를 안정적으로 소호하고, 아크없이 차단의 목적을 달성하기 위해, 큰 용량의 콘덴서가 필요해진다. 전압 검출 스위치가 온이 된 후, 100㎲ 이내에 아크를 소호하도록 한다(시간이 지나치게 길면, 매우 큰 용량의 콘덴서가 필요해지고, 소호의 안정성이 저하됨).
4. 기계식 스위치에서의 차단 중, 전압 검출 스위치는 기계식 스위치의 접점 사이의 개리 거리에 대한 파괴 전압이 기계식 스위치의 동작 전압보다 큰 경우 온이 되도록 한다. 전압 검출 스위치의 온을 지연시킴으로써 목적을 달성할 수 있다. 전압 검출 스위치가 기계식 스위치의 접점이 개극된 것을 검출한 경우에 전압 검출 스위치의 지연 회로(예를 들면, 제어 유닛의 마이크로 컨트롤러 또는 저항 콘덴서 트랜지스터의 지연 회로)에 의해 파워 반도체 디바이스에 대한 지연 제어를 행하거나, 또는 전압 검출 스위치가 기계식 스위치의 양단에 높은 전압이 있는 것을 검출한 경우에 전압 검출 스위치를 온으로 함으로써(즉, 높은 온 전압의 전압 검출 스위치를 채용함으로써), 지연을 실현할 수 있고, 소호 후의 재발호를 효과적으로 방지하며, 필요한 콘덴서의 용량이 매우 작다는 이점이 있다. 파라미터에 대해, 기계식 스위치에서의 차단 속도, 콘덴서의 용량, 기계식 스위치의 동작 전압, 부하의 특성에 따라 조정 가능하다.
상기 실시예에 있어서, 파워 반도체 디바이스의 전류 상승 레이트의 허용 범위 내에서 방전 회로의 인덕턴스 및 내부 저항을 가능한 한 저감시키고, 콘덴서의 방전 전류의 상승 레이트를 높임으로써, 필요한 콘덴서의 용량을 줄일 수 있다. 파워 반도체 디바이스로서, 180A/㎲를 초과하는 단방향 사이리스터(복수를 병렬로 사용 가능)를 채용할 수 있다. 방전 회로의 내부 저항에 의해 파워 반도체 디바이스를 안전한 범위 내에서 동작시켜, 소호의 속도 및 소호의 신뢰성을 향상시킨다.
상기 실시예에 있어서, 기계식 스위치는 접촉기(릴레이)이고, 본 발명에 있어서 소호 대상이 되는 어떠한 기계적인 차단점, 예를 들면, 퓨즈, 커넥터 등을 기계식 스위치로 정의해도 된다.
이상으로부터, 본 발명은 이하의 이점이 있다.
1. 전압 검출 스위치를 채용하고 있기 때문에, 회로가 간단하다. 콘덴서와 부하의 전위차가 큰 경우, 전압 검출 스위치가 온이 된다. 이에 의해, 콘덴서의 방전 회로의 내부 저항의 영향을 해소하고, 콘덴서의 순시 방전 전류를 증가시켜, 필요한 콘덴서 용량을 줄이는 데 유리하다. 콘덴서의 용량이 작기 때문에, 제1 전류 제한 소자에 필요한 파워가 작고, 응답 속도가 빠르고(즉, 충방전 속도가 빠름. 이 점은 멀티 채널의 기계식 스위치에 대한 아크 소호의 응답 속도의 향상에 있어서 매우 중요함. 콘덴서를 30μF로 설계하고, 제1 전류 제한 소자를 33Ω으로 설계하여, 수십 A 내지 수백 A의 부하의 기계식 스위치에 대해 아크를 소호하는 경우, 10ms 이내에 콘덴서의 충방전에 의한 소호의 전체 과정을 완성시킬 수 있음. 도 10에 나타내는 기술 수단에 의하면, 1s 이내에 수십개 내지 100개 이상의 기계식 스위치에 대해 아크를 소호할 수 있음), 비용이 낮고, 체적이 작으며, 신뢰성이 높다는 이점이 있다. 800V·500A의 부하에 대해, 수십 μF의 콘덴서이면, 수 ㎲ 내지 수십 ㎲의 기간 내(100㎲ 이내)에 아크를 급속으로 소호할 수 있다.
2. 비자기 소호형 디바이스(스위치)는 자기 소호형 디바이스에 비해, 과부하 내량이 크고, 온의 시간이 짧고, 비용이 낮고, 전류가 제로크로스로 오프가 되며, 차단 과전압이 발생하지 않는다는 이점이 있고, 수백 A 이상의 부하에 대한 소호의 문제를 경제적으로 해결하고 있다(정격 동작 전류 25A의 단방향 사이리스터를 사용하여 수백 A 이상의 전류에 대해 아크를 소호할 수 있음).
3. 부하와 병렬 접속되어 아크를 소호하는 방법으로, 보다 유연하게 사용할 수 있고, 콘덴서 방전으로 아크를 소호하기 때문에, 부하의 차단에 의한 과전압을 효과적으로 해소할 수 있다.
4. 전압 변동의 경우, 전압 검출 스위치가 온이 되지 않고, 전압 검출 스위치의 온도의 상승이 없고, 콘덴서의 전기적 수명이 길어진다.
5. 제어 코일 없이 수동 제어 스위치, 스트로크 스위치 등의 기계식 스위치에 대해 아크를 소호할 수 있고, 적용 범위가 넓다.
6. 기계식 스위치의 차단 전압(아크 차단 전압)을 작게 하여, 기계식 스위치의 전기적 수명을 대폭으로 연장할 수 있다(도 1에 나타내는 바와 같이, 기계식 스위치의 양단의 동작 전압을 600V로 하고, 300A의 부하 전류를 차단하는 경우, 전기적 수명은 약 150회이다. 한편으로는, 기계식 스위치를 본 발명의 직류 소호 장치와 함께 사용함으로써, 전압 검출 스위치의 온값을 90V로 설계하고, 즉, 기계식 스위치로 90V/300A의 직류를 차단하는 경우, 기계식 스위치의 전기적 수명은 2만회 이상에 도달할 수 있음).

Claims (50)

  1. 소호되는 기계식 스위치와 부하가 직렬 접속되어 있는 직류 소호 장치로서,
    전압 검출 스위치와 콘덴서를 포함하고, 상기 전압 검출 스위치와 상기 콘덴서가 접속되고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 콘덴서는 상기 전압 검출 스위치 및 상기 부하를 통해 방전 회로를 형성하여 상기 기계식 스위치의 차단시의 아크를 소호하는, 직류 소호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 검출 스위치는, 상기 기계식 스위치의 양단의 전위차가 5V를 초과하고 또한 20V 이하의 구간에서 온이 되거나, 또는 20V를 초과하고 또한 상기 기계식 스위치의 동작 전압 미만의 구간에서 온이 되는, 직류 소호 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 콘덴서와 상기 부하의 전위차가 5V 이상인 경우, 상기 전압 검출 스위치가 온이 되는, 직류 소호 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 검출 스위치는 상기 기계식 스위치의 발호 후에 온이 되는, 직류 소호 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 전압 검출 스위치는, 상기 기계식 스위치의 접점 사이의 개리 거리에 대한 파괴 전압이 상기 기계식 스위치의 동작 전압보다 큰 경우 온이 되는, 직류 소호 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 검출 스위치는 비자기 소호형 스위치인, 직류 소호 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 검출 스위치는 2단자 회로인, 직류 소호 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 콘덴서를 충전하는 충전 유닛을 추가로 포함하고, 상기 충전 유닛과 상기 전압 검출 스위치가 병렬 접속되어 있는, 직류 소호 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 충전 유닛은 제1 다이오드 또는 제1 전류 제한 소자로 구성되거나, 또는 제1 다이오드와 제1 전류 제한 소자가 직렬 접속되어 구성되는, 직류 소호 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    제1 전류 제한 소자를 추가로 포함하고, 상기 콘덴서는 상기 제1 전류 제한 소자를 통해 상기 기계식 스위치의 전원 입력단에 접속되고, 상기 전압 검출 스위치는 3단자 회로이고, 상기 전압 검출 스위치의 검출단은 상기 기계식 스위치의 전원 입력단 또는 접점 브릿지에 접속되어 있는, 직류 소호 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 비자기 소호형 스위치는 사이리스터를 포함하고, 상기 사이리스터의 트리거 극은 상기 사이리스터의 애노드에 접속되어 있거나, 또는 상기 사이리스터의 트리거 극은 상기 사이리스터의 제2 애노드에 접속되어 있는, 직류 소호 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제1 반도체 디바이스를 추가로 포함하고, 상기 제1 반도체 디바이스의 온 전압이 3V보다 크고, 상기 사이리스터의 트리거 극은 상기 제1 반도체 디바이스를 통해 상기 애노드 또는 상기 제2 애노드에 접속되어 있는, 직류 소호 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 반도체 디바이스는 제너 다이오드, TVS 다이오드, 트리거 다이오드 또는 감압 저항인, 직류 소호 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제2 다이오드를 추가로 포함하고, 상기 제2 다이오드, 상기 제1 반도체 디바이스 및 상기 사이리스터의 트리거 극이 직렬 접속되어 있는, 직류 소호 장치.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 검출 스위치의 검출단과 상기 전압 검출 스위치의 출력단이 절연 분리되지 않는, 직류 소호 장치.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 검출 스위치는 지연 반도체 스위치인, 직류 소호 장치.
  17. 제 6 항에 있어서,
    절연 재료로 디바이스로서 패키지되는, 직류 소호 장치.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 콘덴서를 충전하기 위한 충전 유닛과 함께, 절연 재료로 디바이스로서 패키지되는, 직류 소호 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 검출 스위치는 제어 유닛 및 파워 반도체 디바이스로 구성되고, 상기 기계식 스위치와 상기 부하의 접속단의 전압 신호가 상기 제어 유닛에 전달되고, 상기 파워 반도체 디바이스와 상기 제어 유닛이 접속되고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 파워 반도체 디바이스가 온이 되고, 상기 콘덴서로부터 상기 파워 반도체 디바이스를 통해 상기 부하로 방전하는, 직류 소호 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 제어 유닛은 상기 기계식 스위치의 접점이 개극된 것을 검출한 경우, 지연 시간이 100㎲를 초과하도록 상기 파워 반도체 디바이스의 온을 지연 제어하는, 직류 소호 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 전압 신호의 A/D 수집을 행하는, 직류 소호 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 콘덴서를 충전하는 충전 유닛을 추가로 포함하고, 상기 충전 유닛과 상기 파워 반도체 디바이스가 병렬 접속되고, 상기 기계식 스위치와 상기 부하의 접속단으로부터 상기 충전 유닛을 통해 상기 콘덴서를 충전하고, 상기 전압 신호는 상기 부하의 전압인, 직류 소호 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 충전 유닛은 제1 다이오드와 제1 전류 제한 소자가 직렬 접속되어 구성되고, 상기 콘덴서의 전압 신호는 상기 제어 유닛에 전달되어, 상기 콘덴서의 용량을 검출하기 위해 사용되는, 직류 소호 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 전압 신호는 상기 부하의 전압 또는 상기 파워 반도체 디바이스에 대한 타단의 전압 또는 상기 기계식 스위치에 대한 전원 입력단의 전압인, 직류 소호 장치.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 파워 반도체 디바이스는 비자기 소호형 디바이스인, 직류 소호 장치.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치의 제어 신호가 상기 제어 유닛에 전달되거나, 또는 상기 제어 유닛의 제어 신호가 상기 기계식 스위치에 전달되는, 직류 소호 장치.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 적응 제어 프로그램을 기억하고, 상기 전압 신호 또는 상기 파워 반도체 디바이스의 상기 부하와의 접속단에 대한 타단의 전압 신호의 변화에 따라 소호 제어 파라미터를 최적화하는, 직류 소호 장치.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 콘덴서를 충전하는 충전 유닛을 추가로 포함하고, 상기 충전 유닛은 적어도 충전용 스위치를 포함하고, 상기 제어 유닛의 제어 신호가 상기 충전용 스위치에 전달되는, 직류 소호 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치의 주회로 전원은 상기 충전용 스위치를 통해 상기 콘덴서를 충전하는, 직류 소호 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 충전용 스위치는 제1 반도체 스위치이거나, 또는 제4 기계식 스위치이거나, 또는 제4 기계식 스위치와 제1 반도체 스위치가 직렬 접속되어 구성되고, 상기 제1 반도체 스위치는 비자기 소호형 디바이스인, 직류 소호 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    제1 전류 제한 소자를 추가로 포함하고, 상기 충전용 스위치와 상기 제1 전류 제한 소자가 직렬 접속되어 있는, 직류 소호 장치.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치의 폐동작 중, 상기 제어 유닛은 상기 충전용 스위치 및 상기 파워 반도체 디바이스가 온이 되도록 제어하고, 그 후, 상기 기계식 스위치가 닫히고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 동작 중, 상기 충전용 스위치가 오프 상태에 있는, 직류 소호 장치.
  33. 제 28 항에 있어서,
    제4 반도체 스위치를 추가로 포함하고, 상기 제4 반도체 스위치는 비자기 소호형 디바이스이고, 상기 제4 반도체 스위치의 제어단은 상기 제어 유닛에 접속되고, 상기 콘덴서와 상기 제4 반도체 스위치는 제2 직렬 접속 회로를 구성하고, 상기 콘덴서는 상기 제4 반도체 스위치, 상기 파워 반도체 디바이스 및 상기 부하를 통해 방전 회로를 형성하는, 직류 소호 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    제3 다이오드를 추가로 포함하고, 상기 기계식 스위치의 주회로 전원은 상기 충전용 스위치 및 상기 제3 다이오드를 통해 상기 콘덴서를 충전하는, 직류 소호 장치.
  35. 제 33 항에 있어서,
    제5 반도체 디바이스를 추가로 포함하고, 상기 기계식 스위치의 입력 전원단은 배터리에 접속되고, 상기 배터리에 충전용 기계식 스위치가 접속되고, 상기 충전용 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 콘덴서로부터 상기 제4 반도체 스위치 및 상기 제5 반도체 디바이스를 통해 상기 배터리로 방전하여, 상기 충전용 기계식 스위치의 차단시의 아크를 소호하고, 상기 제5 반도체 디바이스는 제5 다이오드이거나, 또는 상기 제어 유닛에 접속되는 제5 단방향 사이리스터인, 직류 소호 장치.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 충전용 스위치 및 상기 파워 반도체 디바이스는 비자기 소호형 스위치이고, 상기 제2 직렬 접속 회로와, 상기 충전용 스위치와, 상기 파워 반도체 디바이스가 접속된 공통단의 전압 신호는 상기 제어 유닛에 접속되는, 직류 소호 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 파워 반도체 디바이스의 동작 상태를 검출하는, 직류 소호 장치.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 콘덴서의 용량을 검출하고, 상기 콘덴서는 제1 전류 제한 소자에 직렬 접속되고, 상기 제1 전류 제한 소자는 저항인, 직류 소호 장치.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 충전용 스위치의 동작 상태를 검출하는, 직류 소호 장치.
  40. 제 36 항에 있어서,
    상기 제4 반도체 스위치의 동작 상태를 검출하는, 직류 소호 장치.
  41. 제 28 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치의 제어 신호가 상기 제어 유닛에 전달되거나, 또는 상기 제어 유닛의 제어 신호가 상기 기계식 스위치에 전달되는, 직류 소호 장치.
  42. 제 28 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 기계식 스위치에서의 차단 상태에서 발호를 검출한 경우, 상기 파워 반도체 디바이스가 온이 되도록 제어하는, 직류 소호 장치.
  43. 제 28 항에 있어서,
    제5 단방향 사이리스터를 추가로 포함하고, 상기 제5 단방향 사이리스터는 상기 제어 유닛에 접속되고, 상기 기계식 스위치의 입력 전원단은 배터리에 접속되고, 상기 배터리에 충전용 기계식 스위치가 접속되고, 상기 충전용 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 콘덴서로부터 상기 제5 단방향 사이리스터를 통해 상기 배터리로 방전하여, 상기 충전용 기계식 스위치의 차단시의 아크를 소호하는, 직류 소호 장치.
  44. 제 28 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치는 각각이 제1 기계식 스위치 및 제2 기계식 스위치와 같은 2개의 기계식 스위치를 적어도 포함하고,
    상기 부하는 각각이 제1 부하 및 제2 부하와 같은 2개의 부하를 적어도 포함하고,
    상기 파워 반도체 디바이스는 각각이 제1 파워 반도체 디바이스 및 제2 파워 반도체 디바이스와 같은 2개의 파워 반도체 디바이스를 적어도 포함하는, 직류 소호 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치는 3개의 기계식 스위치를 포함하고,
    상기 부하는 3개의 부하를 포함하고,
    상기 파워 반도체 디바이스는 3개의 파워 반도체 디바이스를 포함하는, 직류 소호 장치.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 제1 부하와 상기 제2 부하는 상기 제1 기계식 스위치의 부하인, 직류 소호 장치.
  47. 제 44 항에 있어서,
    상기 충전용 스위치는 제4 기계식 스위치를 포함하고, 상기 충전용 스위치에 추가로 제1 전류 제한 소자가 직렬 접속되고, 상기 제어 유닛의 제어 신호는 상기 제4 기계식 스위치의 제어단에 접속되어 있는, 직류 소호 장치.
  48. 제 44 항에 있어서,
    상기 기계식 스위치에서의 차단 중, 상기 제어 유닛은 상기 기계식 스위치의 접점이 개극된 것을 검출한 경우, 지연 시간이 100㎲를 초과하도록 상기 파워 반도체 디바이스의 온을 지연 제어하고, 상기 제어 유닛은 상기 부하의 전류에 관한 파라미터를 기억하거나 또는 상기 부하의 전류에 관한 파라미터가 입력되고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 동작 중, 상기 부하의 전류가 클수록 상기 지연 시간을 길게 하는, 직류 소호 장치.
  49. 제 44 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 부하의 전류에 관한 파라미터를 기억하거나 또는 상기 부하의 전류에 관한 파라미터가 입력되고, 상기 기계식 스위치에서의 차단 동작 중, 상기 부하의 전류가 클수록 상기 콘덴서와 상기 부하의 전압차가 큰 상태에서, 상기 파워 반도체 디바이스를 온으로 하는, 직류 소호 장치.
  50. 제 44 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 적응 제어 프로그램을 기억하고, 상기 전압 신호 또는 상기 파워 반도체 디바이스의 상기 부하와의 접속단에 대한 타단의 전압 신호의 변화에 따라 소호 제어 파라미터를 최적화하는, 직류 소호 장치.

    　
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