전력 전자 시스템은 스위칭 속도 향상, 전력 밀도 증가, 재생 에너지, 고전압 직류(HVDC) 송전, 산업용 구동 장치, 철도 견인 및 에너지 저장 장치 등 다양한 분야에서의 활용 확대로 인해 점점 더 정교해지고 있다. 이러한 시스템의 성능이 향상됨에 따라 과전압 사고에 대한 취약성 또한 커지는 추세이다.
낙뢰, 스위칭 과도 현상, 전력망 교란 또는 내부 시스템 결함 등 어떤 원인으로 발생하든 과전압은 반도체 소자를 손상시키고 절연 시스템을 저하시키며 장비 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서 적절한 보호 전략을 선택하는 것은 안정적인 전력 전자 설계의 핵심 요소이다.
IGBT, 사이리스터, 다이오드와 같은 최신 전력 반도체 소자는 높은 효율을 위해 설계되었지만 전압 을 제한하기도 한다. 이러한 제한을 초과하면 다음과 같은 결과가 발생할 수 있다.
- 반도체 고장
- 절연 파괴
- 콘덴서 및 변압기의 조기 노화
- 과도한 가열
- 연결된 장비 손상
- 시스템 신뢰성 저하
- 안전 위험 증가
효과적인 보호 전략은 반도체 소자만을 보호하는 것이 아니라 전체 전력 변환 시스템을 보호하는 것이다. 거의 모든 과전압 보호 장치는 클램핑 보호 또는 크로우바 보호라는 두 가지 방식 중 하나를 사용하여 작동한다.
Dynex 애플리케이션 노트는 과전압의 주요 원인을 살펴보고 가장 일반적인 보호 기술을 비교하며 고에너지 전력 전자 시스템에 사이리스터 크로우바 보호 방식이 선호되는 이유를 설명하고 있다.
