하드웨어
Surge의 정의
Surge란 line 또는 회로를 따라서 전달되며, 급속히 증가하고 서서히 감소하는 특성
을 지닌 전기적 전류, 전압 또는 전력의 과도파형을 말한다.
Surge가 system에 미치는 영향
- 작은 Surge의 반복은 소자를 열화시켜 만성적으로 파괴시킴
- 강한 Surge는 일거에 희생불능 상태로 파괴
Surge가 반도체에 미치는 영향
Surge 전압은 부품을 태울 정도의 큰 열에너지를 발산하는데 반도체 소자를 내장한 장비들은 과도전합에 매우 약해
수십 ㎲ 짧은 과전압 유입시에도 소자를 파괴 시키거나 열화시켜 수명 단축, 기능 저하 등을 초래한다.
특히 접합점이 많은 반도체소자는 접합점 파괴를 야기하여 소자의 과잉 누설전류를 흐르게 하므로 low impedance
회로를 형성하게 된다.
절연체인 경우 일시적인 과전압은 절연체에 따라 정도의 차이는 있지만 대부분의 순간적인 절연파괴로
장비의 고장을 초래하는 절연 항복을 가져온다.
Surge의 피해를 줄일려면
- Surge의 피해가 발생한 지점에서 타 지역으로 Surge의 피해가 전이되는 것
을 차단할 Surge Protection System을 구축
Surge 보호기의 종류
1. MOV(Metal Oxide Varistor)
구조
산화아연(ZeO)이 주성분으로서 Bi2O3 등의 금속산화물을 고온(1,300도 정도)으로 소결한 세라믹으로 구성
동작원리
- 동작 전압(Operation Voltage. 사용전압 보다 15~25% 정도 높은 전압) 이하일 때는 매우 높은 impedance 상태
- 동작 전압을 초과하는 Surge에 대해서는 매우 낮은 impedance로 변함.
- Surge 전압을 특정 level 까지만 제한하는 Clamping Voltage 또는Suppressor Voltage type 소자
- Surge전류가 흐를때 발생되어지는 열(Heat)을 자동으로 흡수하여 전류 기전력을 접지 로 배출시킴
- 선로 impedance와 Surge Protector impedance의 상관관계에 의해 Surge가 억제된다.
특징
- 반응 속도가 빠르고(1nano SEC 이하), Surge 흡수 능력도 우수해 정밀장비보호용으로 적합함.
- 규격은 외형 SIZE에 의하여 그 용량이 달라진다.
- Surge가 내량 이상으로 유입되었을 때 소자가 파손되면서 연기가 다량 발생하며,
파편이 비산 함으로 주요 소자에서 원거리에 배격시키거나,아예 격리시키는 것이 바람직하다.
- 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 특히 50 KA 이상의 Surge Protector에는 거의 이 방식을 사용하고 있다.
- 비교적 큰 Surge energy를 handling 하며, module 형태로 조합하여 Surge내량을 키울 수 있으므로
전원의 큰 Surge를 방지하기 위해서는 가장 바람직한소자이다.
- 단점으로는 capacitance가 다른 소자에 비하여 크고, 누설전류도 큰 편이기
때문에 통신용으로 사용하는 데는 많은 주의가 필요하다.
2. Gas Tube (Spark Gap Arrester)
구조
전극을 일정 간격으로 밀착시킨 후 진공상태에서 Neon, Argon 등 불활성 GAS를 적정 비율로 주입 후
양단에 인가되는 전압에 따라 방전을 유도하는 형태의 소자
동작원리
-방전개시전압 이하의Surge에서는 개방 상태
-방전개시전압을 초과하는Surge가 유입되면 순간적으로 도통상태
- Surge가 제거되면 다시 원래의 개방상태로 돌아감.
특징
-일반적으로 방전개시전압이 사용전압에 비해 훨씬 높다.
- 동작속도가 느려 정밀장비 보호용에는 이 방식의 제품을 사용 하지 않음.
- 아래의 그림과 같이 2~3극으로 제작이 가능하며, clamping voltage가 90V~1,000V 까지로 다양하며,
여러 가지 보호소자 중 Surge내량이 가장 높아서 300,000A 까지의 Surge를 제어할 수 있다.
- Surge내량이 높은 반면 응답속도가 느리고, 수명이 짧다.
-누설 전류가 거의 없기 때문에 통신계통에서 사용한다.
3. Transient Voltage Suppression Diodes(TVS)
구조
과전압(transient voltage)에 적용하고자 설계된 PN Silicon 전압 반도체소자
특징
Surge 제어능력이 좋고 응답시간이 빠르다(1×10 -12 sec)
유도성 및 스위칭 현상이 나타나는 항공기의 항공전자 장치와 제어장치,이동하는 통신장비,
computer 전원장치, 수치제어기 등에 매우 유용하다.
