IGBT 모듈은 다양한 고전력 전원 공급 장치 및 대용량 모터 드라이버에 자주 사용됩니다. 높은 전력은 작동 전압을 증가시키므로 1,000V 정도의 작동 전압이 일반적입니다. 각 IGBT의 시간 시퀀스 분리를 위해 게이트와 이미터 사이의 작동 전압은 독립된 변압기에 의해 제공됩니다. 변압기가 작동 중일 때 메인 장치와 보조 장치 사이에 고주파 및 고전압 PWM이 전환됩니다(그림 1 참조). 많은 사용자와 제조업체는 와이어의 breakdown 전압과 와이어 사이에서 발생되는 partial discharge inception voltage (PDIV)의 차이를 제대로 이해하지 못하고 있습니다. 이러한 이유로 일반 변압기는 종종 올바른 절연, 절연 설계 및 생산 검사를 수행하지 못합니다. 결과적으로 이는 고전압 방전 급증으로 인해 IGBT를 손상시키거나 디지털 측면에서 모든 비정상적 행동을 유발합니다.

▲그림 1 – 모터 구동 제어 회로 다이어그램

변압기의 메인 장치와 보조 장치 사이의 전압 차이가 피크 전압이 1,000V인 구형파인 경우, 품질 사양 인증을 받지 않은 경우에도 일반적으로 2,000V 이상의 전압을 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 이는 파괴전압이 3,000V 이상인 와이어를 사용하여 와이어 양쪽에 감으면 6,000V를 견딜 수 있다는 의미일까요?

수분 정도의 짧은 시간동안 에는 6,000V를 견딜 수는 있지만, 실제 1,000V의 구형파가 지속적으로 인가되는 상황에서 6,000V가 인가된다면 문제가 될 수 있습니다. 그 이유는 일반 절연체의 유전율이 공기보다 훨씬 높아 AC 조건에서 공기 중 부분압력의 비율이 더 높기 때문입니다. 라인 사이의 공기 부분 압력은 >350V_피크(1atm 가스 단거리 방전 개시전압)에 도달하여 부분방전(PD)을 계속하고 단락될 때까지 점진적으로 탄화됩니다(그림 2 참조). 또는 변압기가 파괴되기도 전에 PD 서지로 인해 디지털 회로의 비정상적인 간섭이 발생하여 결국 오작동이 발생할 수 있습니다.

▲그림 2 –연속적인 코로나 방전이 메인 장치와 보조 장치 사이의 변압기 코일 단락 유발

그림 3은 고출력 IGBT 제어 변압기에 의한 오작동의 예를 보여줍니다. 변압기가 일반 부품 테스트나 전원공급기 최종 제품 테스트에서 이상 판정을 받은 것은 아니지만 사용 중 코로나 방전으로 인해 이상 변압기가 열을 방출하는 것은 분명합니다. 그러나 실제 사용 시 IGBT 모듈 또는 디지털 시스템의 오작동이나 이상은 식별하기 쉽지 않은 품질 문제를 야기하며 심지어 변압기를 교체하거나 설계를 변경해야 할 수도 있습니다.

▲그림 3 –고출력 IGBT 제어 변압기에서 연속적인 코로나 방전 오작동

일반적으로 변압기 업계는 사양에 따라 내전압 테스트만 수행하며 PD 또는 플래시오버 테스트는 수행하지 않습니다. 결과적으로 이러한 문제는 다양한 전원 공급 장치에 사용되는 전기 및 전자제품에서 광범위하게 발생합니다. PD 또는 플래시 오버 문제를 방지하려면 작업 환경에 지속적인 PD가 발생하지 않는지 확인해야 합니다. 관련 규정(예: IEC60747-5-5)은 일반적으로 장기적인 품질 보장을 위해 PD <15pC 없이 생산(몇 초간)에서 최대 사용 가능성의 1.875배를 테스트해야 한다고 제안합니다. 피크 1,000V를 예로 들면, 60Hz(1.875kV_peak)에서 약 1.325kVrms, PD <15pC가 적절한 검출치입니다. (이 사례에서 변압기의 측정된 부분방전 개시전압은 예상 품질 용량보다 훨씬 낮은 약 400Vac에 불과합니다.)

Chroma 19501 시리즈는 AC 내전압 테스트(10kVac) 및 부분방전 테스트(1pC~2,000pC) 기능을 지원합니다. 고압 제품의 PD 이상 감지를 위한 최고의 솔루션인 이 테스터로 제품의 지속적인 품질과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.

▲그림 4 – Chroma 19501-K 부분방전 테스터

또한 비정상 가속도 테스트(5kVrms/100mA/10kHz~200kHz)에는 Chroma 11890 프로그래밍 가능 HF AC 테스터(5kVrms/10kHz~200kHz)를 사용하여 결함 지점을 확인하고 설계 개선 사항을 확인할 수 있습니다.

Chroma 19501 부분방전 테스터 또는 Chroma 11890 프로그래밍 가능 HF AC 테스터의 기능과 사양에 대한 자세한 내용은 Chroma 웹사이트에서 확인할 수 있습니다: