[탐방] IGBT 제어 부문의 신세계 – 전기로 연결하고 빛으로 전송하다

하팅 Han® 하우징, 자동화 시장의 증가된 요건을 만족시키다

전기 모터가 없으면 자동화된 생산 공정을 갖춘 산업용 드라이브 기술은 거의 생각할 수 없다. IGBT 반도체 장치는 고성능 전기 드라이브를 제어하며, 이 경우 해당 드라이브와 필수 절연체와의 연결은 폴리머 광섬유(POF)에 의해 구현된다. 하지만, 이 솔루션은 공간에 민감하고 섬세하다. 하팅(HARTING)은 사용자에게 IGBT 제어 부문의 새로운 소형 솔루션 옵션을 제공한다.

거의 모든 유형의 산업용 드라이브 테크놀로지에 최대 수 kW 에서 심지어 MW의 전력 소모량을 갖는 전동기가 사용된다. 일정한 속도에서는 제어 기술이 매우 간단하다. 하지만, 종종 모터의 속도 조절이 필요하므로, 결국 전체 작업이 더욱 복잡해 질 수도 있다.

IGBT 반도체를 사용하면 보다 큰 전력 등급에서도 속도 조절이 가능하다. 이들 반도체는 매우 낮은 제어 전력을 사용하므로 큰 부하를 스위칭 할 수 있다. 매우 높은 절연 및 전압 요건이 충족되어야 하기에, IGBT 제어에 필요한 신호는 폴리머 광섬유 (POF)를 통해 전송된다. POF를 사용하면, 방해가 없고 갈바닉 절연된 신호 전송이 가능하다.

지금까지 컨트롤러와 드라이버 보드, 즉 제어부와 전동기 측면 간의 연결은 개별 섬유(fibre)에 의해 처리되어 왔다. 신호의 전기-광 변환은 광접점이 광섬유와의 연결을 수행하는 회로 기판의 트랜시버(transceiver)에서 발생한다. 각 광섬유는 드라이버와 컨트롤러 보드 양쪽에 트랜시버가 있는 단일 연결을 가진다. 이전 솔루션을 사용하면 컨트롤러 보드의 모든 송수신 요소에 상당한 공간이 필요하게 되어 보드가 불필요하게 크게 제작된다.

또 다른 단점은 각 드라이버와 컨트롤러 보드 사이의 개별 연결을 보장하기 위해 서비스 또는 설치 중에 다양한 POF 섬유를 반드시 올바로 배치해야 한다는 것이다. 이러한 배치 작업은 주의하여 실행해야 하며 신중하게 시간을 들여 작업해야 한다. 올바른 작동을 보장하려면 송신기와 수신기를 혼용해서는 안된다. 광섬유 끝 표면의 품질을 보장하기 위해 고객이 현장에 설치할 수 있는 조립식 케이블을 사용한다.

일반 용도로 고안된 광학 요소는 넓은 온도 범위에서 진동이 심화되어도 사용 가능하도록 산업용으로 개발되었지만, 섬유에 대한 단순한 변형 방지 기능만 제공한다.

또한 광학 인터페이스는 오염으로부터 지속적으로 보호되는 것이 중요하여, 플러그가 연결되지 않은 상태에서도 보호 덮개는 필요하다. 따라서, 다수의 연결작업에서도 청결 및 올바른 결선은 주된 요구사항이다. 특히 작업 중 전송 장치가 손상되고 보드 전체를 교체해야 하는 경우에는 비용이 많이 들 뿐 아니라 서비스하기도 쉽지 않다.

자동화를 위한 솔루션

이러한 문제점을 해결하기 위해, HARTING은 컨트롤러 보드의 트랜시버를 플러그연결 가능한 모듈로 재배치하는 것을 포함하는 전송 원칙을 발전시켰으며, 이로써 “전기적 플러그연결 및 광 전송 (electrical plugging and optical transmission)” 원리에 따라 광 인터페이스를 통합하게 되었다.

HARTING은 전기적 플러깅(plugging) 자동화 구현을 위해, 시스템 하우징으로서 Han-Eco® 10A 시리즈로 구성된 솔루션을 사용한다. Han® 하우징은 자동화 시장의 점증하는 요구 사항을 충족시키고, 광섬유에 최적의 꼬임 방지 및 변형 완화 기능을 통합한다.

또한, Han® 하우징의 인쇄 회로 기판은 광학 소자를 오류없이 제어하고 간섭을 방지하기 위해, 필요할 경우 직렬 저항 및 지원 축전기를 수용할 수 있다. 또한, 전기적으로 연결되는 D-Sub 체결면의 전기 접점은 미세 진동 및 거친 충격으로 야기되는 마모로부터 잘 견디도록 제작되었다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr