KR102645545B1 - Heator device - Google Patents

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KR102645545B1
KR102645545B1 KR1020180125265A KR20180125265A KR102645545B1 KR 102645545 B1 KR102645545 B1 KR 102645545B1 KR 1020180125265 A KR1020180125265 A KR 1020180125265A KR 20180125265 A KR20180125265 A KR 20180125265A KR 102645545 B1 KR102645545 B1 KR 102645545B1
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박성준
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 히터 장치는 전력을 공급하는 전원부, 제1 스위칭 소자 및 저항 소자가 직렬 연결된 레그를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자의 동작에 기초하여 상기 전원부로부터 공급받은 전력을 통해 상기 저항 소자를 발열시키는 발열부, 제2 스위칭 소자를 포함하고, 과전류 발생시 상기 발열부에 흐르는 전류를 차단하는 차단부, 그리고 상기 제1 스위칭 소자에 제1 스위칭 전압을 공급하는 제1 게이트 드라이버 및 상기 제2 스위칭 소자에 제2 스위칭 전압을 공급하는 제2 게이트 드라이버를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 발열부는, 제1단이 상기 전원부에 연결되고, 제2단이 상기 차단부에 연결된다. A heater device according to an embodiment of the present invention includes a leg in which a power source supplying power, a first switching element, and a resistance element are connected in series, and the power supplied from the power source based on the operation of the first switching element is used to A heating unit that generates heat in a resistance element, a second switching element, a blocking unit that blocks the current flowing in the heating unit when an overcurrent occurs, and a first gate driver that supplies a first switching voltage to the first switching element. It includes a second gate driver that supplies a second switching voltage to the second switching element, and a control unit that controls operations of the first switching element and the second switching element, wherein the heating unit has a first stage and the power supply unit. It is connected to, and the second end is connected to the blocking unit.

Description

히터 장치{HEATOR DEVICE}Heater device {HEATOR DEVICE}

실시 예는 히터 장치에 관한 것이다.The embodiment relates to a heater device.

자동차에는 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 공기 조화 시스템이 설치된다. 공기 조화 시스템은, 겨울철에는 히터 코어에서 온기를 발생시켜 실내를 따뜻하게 유지시키고, 여름철에는 증발기로부터 냉기를 발생시켜 실내를 시원하게 유지시킨다. Cars are equipped with an air conditioning system to control the indoor air temperature. An air conditioning system keeps the interior warm by generating warmth from a heater core in winter, and keeps the interior cool by generating cold air from an evaporator in summer.

도 1 및 도 2는 종래 히터 제어기의 일반적인 회로 구조를 나타낸 개략도이다. Figures 1 and 2 are schematic diagrams showing the general circuit structure of a conventional heater controller.

종래 히터 제어기는 제어용 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)에 의해 각 레그(leg, 12)에 전류를 흐르도록 제어하며, 제어용 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)의 상단에 위치한 저항 부하(R1 내지 R4)에 전력 손실(P = I2XR)을 발생시켜 발열하도록 한다.The conventional heater controller controls the current to flow in each leg (leg, 12) by control switching elements (SW1 to SW4), and supplies power to the resistive loads (R1 to R4) located at the top of the control switching elements (SW1 to SW4). It generates heat by generating loss (P = I 2 XR).

각 레그(12)에 위치한 제어용 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)는 전기적 스트레스 및 과열 등으로 인해 파손되면 단락(short)되어 정전류 회로로써 동작할 수 있다. 이때, 회로에는 저항 부하(R1 내지 R4)에 의해 제한된 전류가 계속 흐르기 때문에 차량 전원(11)에 제어되지 않는 과부하를 발생시키게 된다. 이를 방지하기 위해 별도로 단락 방지용 스위칭 소자(13)를 사용하여 히터 제어기가 단락 회로로써 동작하는 것을 막을 수 있다. 제어용 스위칭 소자(SW1 내지 SW4) 및 단락 방지용 스위칭 소자(13)는 각각을 제어하는 게이트 드라이버(14-1, 14-2)를 통해 구현된다. If the control switching elements (SW1 to SW4) located in each leg 12 are damaged due to electrical stress or overheating, they may be shorted and operate as a constant current circuit. At this time, since the current limited by the resistive loads (R1 to R4) continues to flow in the circuit, an uncontrolled overload is generated in the vehicle power source 11. To prevent this, a separate short circuit prevention switching element 13 can be used to prevent the heater controller from operating as a short circuit. The control switching elements (SW1 to SW4) and the short-circuit prevention switching element 13 are implemented through gate drivers 14-1 and 14-2 that control each.

도 1의 히터 제어기의 경우 단락 방지용 스위칭 소자(13)에 플로팅(floating) 현상이 발생하므로, 단락 방지용 스위칭 소자(13)를 구동하기 위해 일반적으로 도 2의 부트스트랩(bootstrap) 구조의 회로를 사용한다. 도 2와 같은 하프 브릿지(half-bridge) 구조에서는 로우 사이드(low side) 측의 스위칭 소자(SW1 내지 SW4)가 턴온될 때 부트스트랩 다이오드(bootstrap diode, Dboot)가 턴온되어 부트스트랩 캐패시터(Cboot)를 충전하며, 충전된 부트스트랩 캐패시터(Cboot)의 전원을 이용하여 하이사이드(high side) 측의 스위칭 소자(13)를 구동할 수 있다.In the case of the heater controller of FIG. 1, a floating phenomenon occurs in the short-circuit prevention switching element 13, so a circuit with a bootstrap structure of FIG. 2 is generally used to drive the short-circuit prevention switching element 13. do. In the half-bridge structure as shown in Figure 2, when the switching elements (SW1 to SW4) on the low side are turned on, the bootstrap diode (D boot ) is turned on and the bootstrap capacitor (C boot ) is charged, and the switching element 13 on the high side can be driven using the power of the charged bootstrap capacitor (C boot ).

그러나, 도 1 및 2와 같은 히터 제어기의 구조에서는 로우사이드 측의 스위치 소자(SW1 내지 SW4)가 턴온되면 레그에 흐르는 전류에 의해 저항 부하의 양단에 수십에서 수백 [V]의 전압이 발생하는데, 이에 따라 부트스트랩 다이오도(Dboot)에 역전압이 인가되어 부트스트랩 캐패시터(Cboot)를 충전할 수 없게 되는 현상이 발생한다.However, in the structure of the heater controller as shown in Figures 1 and 2, when the switch elements (SW1 to SW4) on the low side are turned on, a voltage of tens to hundreds of [V] is generated on both ends of the resistive load due to the current flowing in the leg. As a result, a reverse voltage is applied to the bootstrap diode (D boot ), resulting in the bootstrap capacitor (C boot ) not being able to be charged.

부트스트랩 회로 이외에 별도의 절연된 전원이나 절연 구조 또는 충전 펌프(charge pump) 구조의 회로 등을 이용할 수 있으나, 제조 단가가 비싸고 회로 구성이 복잡해지는 문제점이 발생한다. In addition to the bootstrap circuit, a separate isolated power source, an insulated structure, or a charge pump structure circuit can be used, but the manufacturing cost is high and the circuit configuration becomes complicated.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2018-0072913호(2018.07.02. 공개)에 개시되어 있다. The technology behind the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2018-0072913 (published on July 2, 2018).

실시 예는 히터 출력단의 단락 방지를 위한 히터 장치를 제공하기 위한 것이다. The embodiment is intended to provide a heater device to prevent short circuit at the heater output terminal.

실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.The problem to be solved in the embodiment is not limited to this, and it will also include means of solving the problem described below and purposes and effects that can be understood from the embodiment.

본 발명의 실시예에 따른 히터 장치는 전력을 공급하는 전원부, 제1 스위칭 소자 및 저항 소자가 직렬 연결된 레그를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자의 동작에 기초하여 상기 전원부로부터 공급받은 전력을 통해 상기 저항 소자를 발열시키는 발열부, 제2 스위칭 소자를 포함하고, 과전류 발생시 상기 발열부에 흐르는 전류를 차단하는 차단부, 그리고 상기 제1 스위칭 소자에 제1 스위칭 전압을 공급하는 제1 게이트 드라이버 및 상기 제2 스위칭 소자에 제2 스위칭 전압을 공급하는 제2 게이트 드라이버를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 발열부는, 제1단이 상기 전원부에 연결되고, 제2단이 상기 차단부에 연결된다. A heater device according to an embodiment of the present invention includes a power supply unit that supplies power, a leg in which a first switching element and a resistance element are connected in series, and the power supplied from the power supply unit based on the operation of the first switching element is used to A heating unit that generates heat in a resistance element, a second switching element, a blocking unit that blocks the current flowing in the heating unit when an overcurrent occurs, and a first gate driver that supplies a first switching voltage to the first switching element. It includes a second gate driver that supplies a second switching voltage to the second switching element, and a control unit that controls operations of the first switching element and the second switching element, wherein the heating unit has a first stage and the power supply unit. It is connected to, and the second end is connected to the blocking unit.

상기 저항 소자는, 제1단이 상기 전원부에 연결되고, 상기 제1 스위칭 소자는, 제1단이 상기 저항 소자의 제2단에 연결되고, 제2단이 상기 제1 게이트 드라이버에 연결되며, 제3단이 상기 차단부에 연결될 수 있다. A first end of the resistor element is connected to the power supply, a first end of the first switching element is connected to a second end of the resistor element, and a second end is connected to the first gate driver, The third stage may be connected to the blocking unit.

상기 발열부는, 복수의 레그를 포함하며, 상기 복수의 레그는 서로 병렬 연결될 수 있다. The heating unit includes a plurality of legs, and the plurality of legs may be connected in parallel to each other.

상기 제2 스위칭 소자는, 제1단이 상기 발열부와 연결되고, 제2단이 상기 제2 게이트 드라이버와 연결되고, 제3단이 접지 단자에 연결될 수 있다. The second switching element may have a first end connected to the heating unit, a second end connected to the second gate driver, and a third end connected to the ground terminal.

상기 발열부에 흐르는 전류의 크기를 검출하는 전류 센싱부를 더 포함할 수 있다. It may further include a current sensing unit that detects the magnitude of the current flowing through the heating unit.

상기 전류 센싱부는, 상기 제2 스위칭 소자와 상기 접지 단자 사이에 배치될 수 있다. The current sensing unit may be disposed between the second switching element and the ground terminal.

상기 제어부는, 상기 전류 센싱부가 검출한 전류의 크기와 기 설정된 임계치를 비교하고, 상기 전류의 크기가 상기 임계치를 초과하면, 상기 제2 게이트 드라이버가 상기 제2 스위칭 소자를 개방하도록 제어할 수 있다. The control unit compares the size of the current detected by the current sensing unit with a preset threshold, and when the size of the current exceeds the threshold, the second gate driver may control the second switching element to be opened. .

상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자는, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor, IGBT) 및 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)를 포함할 수 있다. The first switching element and the second switching element may include an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) and a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).

실시 예에 따르면, 히터 장치의 출력단에 발생하는 단락 현상을 방지할 수 있다. 또한, 별도의 제어 회로를 배치하지 않고 단락 방지를 위한 스위치를 제어할 수 있으므로, 장치 구성을 단순화 시키고, 내구성을 높이며, 제조 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. According to the embodiment, it is possible to prevent a short circuit occurring at the output terminal of the heater device. In addition, since the switch for short circuit prevention can be controlled without arranging a separate control circuit, there is an advantage in simplifying the device configuration, increasing durability, and reducing manufacturing costs.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.The various and beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above-described content, and may be more easily understood through description of specific embodiments of the present invention.

도 1 및 도 2는 종래 히터 제어기의 일반적인 회로 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히터 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다.
Figures 1 and 2 are schematic diagrams showing the general circuit structure of a conventional heater controller.
Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration of a heater device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the driving circuit of the control unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can be subject to various changes and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms containing ordinal numbers, such as second, first, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, the second component may be referred to as the first component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings, but identical or corresponding components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히터 장치의 구성을 나타낸 개략도이다. Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration of a heater device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히터 장치(100)는 전원부(110), 발열부(120), 차단부(130) 및 제어부(140)를 포함하며, 전류 센싱부(150)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the heater device 100 according to an embodiment of the present invention includes a power supply unit 110, a heating unit 120, a blocking unit 130, and a control unit 140, and a current sensing unit 150. It may further include.

전원부(110)는 직류 전압을 공급한다. 전원부(110)는 배터리와 같이 전력을 공급할 수 있는 장치로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The power supply unit 110 supplies direct current voltage. The power supply unit 110 may be implemented as a device capable of supplying power, such as a battery, but is not limited thereto.

발열부(120)는 전원부(110)로부터 공급받은 전력을 통해 발열한다. 구체적으로, 발열부(120)는 제1 스위칭 소자(122) 및 발열 소자(121)가 직렬 연결된 레그를 포함한다. The heating unit 120 generates heat through power supplied from the power supply unit 110. Specifically, the heating unit 120 includes a leg where the first switching element 122 and the heating element 121 are connected in series.

우선, 제1 스위칭 소자(122)는 스위칭 동작에 기초하여 전원부(110)로부터 공급받은 전력을 발열 소자(121)에 전달한다. 즉, 제1 스위칭 소자(122)는 스위칭 동작에 따라 전력을 발열 소자(121)에 전달하거나 전달되는 것을 차단한다. 제1 스위칭 소자(122)는, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor, IGBT) 및 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)를 포함할 수 있다. First, the first switching element 122 transfers the power supplied from the power supply unit 110 to the heating element 121 based on the switching operation. That is, the first switching element 122 transmits or blocks power from being transmitted to the heating element 121 depending on the switching operation. The first switching element 122 may include an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) and a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).

다음으로, 발열 소자(121)는 전원부(110)로부터 공급받은 전력을 통해 발열한다. 발열 소자(121)는 하나의 소자로 구현되거나 복수의 발열 소자(121)가 연결된 구조일 수 있다. 발열 소자(121)는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 전력 소모를 통해 열을 발산하는 소자를 통해 구현될 수 있다. Next, the heating element 121 generates heat through the power supplied from the power supply unit 110. The heating element 121 may be implemented as a single element or may have a structure in which a plurality of heating elements 121 are connected. The heating element 121 may be implemented as a Positive Temperature Coefficient (PTC) element, but is not limited thereto, and may also be implemented as an element that dissipates heat through power consumption.

발열부(120)의 구조를 살펴보면, 발열부(120)는 제1단이 전원부(110)에 연결되고, 제2단이 차단부(130)에 연결될 수 있다. 즉, 레그의 제1단이 전원부(110)에 연결되고, 제2단이 차단부(130)에 연결됨에 따라, 발열부(120)는 전원부(110)와 차단부(130) 사이에 배치될 수 있다. Looking at the structure of the heating unit 120, the first end of the heating unit 120 may be connected to the power supply unit 110 and the second end may be connected to the blocking unit 130. That is, as the first end of the leg is connected to the power supply unit 110 and the second end is connected to the blocking unit 130, the heating unit 120 will be disposed between the power supply unit 110 and the blocking unit 130. You can.

일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 것처럼, 발열 소자(121)는 제1단이 전원부(110)에 연결되고 제2단이 제1 스위칭 소자(122)의 제1단에 연결될 수 있다. 그리고, 제1 스위칭 소자(122)의 제2단은 제1 게이트 드라이버(141)에 연결되며, 제3단은 차단부(130)에 연결될 수 있다. According to one embodiment, as shown in FIG. 3, the first end of the heating element 121 may be connected to the power supply unit 110 and the second end may be connected to the first end of the first switching element 122. Also, the second end of the first switching element 122 may be connected to the first gate driver 141, and the third end may be connected to the blocking unit 130.

다른 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 것과 달리, 발열 소자(121)와 제1 스위칭 소자(122)의 위치가 서로 바뀐 형태로 구현될 수도 있다. 즉, 제1 스위칭 소자(122)는 제1단이 전원부(110)에 연결되고, 제2단이 제1 게이트 드라이버(141)에 연결되며, 제3단이 발열 소자(121)의 제1단에 연결될 수 있다. 발열 소자(121)의 제2단은 차단부(130)에 연결될 수 있다. According to another embodiment, unlike what is shown in FIG. 3, the positions of the heating element 121 and the first switching element 122 may be swapped. That is, the first switching element 122 has a first end connected to the power supply unit 110, a second end connected to the first gate driver 141, and a third end connected to the first end of the heating element 121. can be connected to The second end of the heating element 121 may be connected to the blocking unit 130.

상기의 두 실시예 모두 방열부가 전원부(110)와 차단부(130) 사이에 배치된다는 점에서 동일한 배치 구조를 가진다.Both of the above embodiments have the same arrangement structure in that the heat dissipation unit is disposed between the power supply unit 110 and the blocking unit 130.

한편, 발열부(120)는 도 3에 도시된 것처럼, 복수의 레그를 포함할 수 있으며, 복수의 레그는 병렬 연결될 수 있다. 따라서, 복수의 레그 각각은 서로 독립적으로 동작할 수 있으며, 이에 따라 히터 장치(100)의 온도를 상이하게 제어할 수 있다. Meanwhile, the heating unit 120 may include a plurality of legs, as shown in FIG. 3, and the plurality of legs may be connected in parallel. Accordingly, each of the plurality of legs can operate independently of each other, and thus the temperature of the heater device 100 can be controlled differently.

차단부(130)는 과전류가 발생하면, 발열부(120)에 흐르는 전류를 차단한다.When overcurrent occurs, the blocking unit 130 blocks the current flowing in the heating unit 120.

이때, 차단부(130)는 발열부(120)에 흐르는 전류를 차단하기 위하여, 제2 스위칭 소자(131)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 스위칭 소자(131)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor, IGBT) 및 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)를 포함할 수 있다.At this time, the blocking unit 130 may include a second switching element 131 to block the current flowing in the heating unit 120. Here, the second switching element 131 may include an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) and a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).

차단부(130)의 구조를 살펴보면, 제2 스위칭 소자(131)는 제1단이 발열부(120)와 연결되고, 제2단이 제2 게이트 드라이버(142)와 연결되고, 제3단이 전류 센싱부(150) 또는 접지 단자에 연결될 수 있다. 즉, 차단부(130)는 발열부(120)와 전류 센싱부(150) 사이 또는 발열부(120)와 접지 단자 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 접지 단자는 전원부(110)의 접지 단자와 동일한 단자일 수 있다. 제2 스위칭 소자(131)는 복수로 구현될 수 있으며, 복수의 제2 스위칭 소자(131)는 서로 병렬 연결될 수 있다. Looking at the structure of the blocking unit 130, the first end of the second switching element 131 is connected to the heating unit 120, the second end is connected to the second gate driver 142, and the third end is connected to the second gate driver 142. It may be connected to the current sensing unit 150 or the ground terminal. That is, the blocking unit 130 may be disposed between the heating unit 120 and the current sensing unit 150 or between the heating unit 120 and the ground terminal. Here, the ground terminal may be the same terminal as the ground terminal of the power supply unit 110. The second switching elements 131 may be implemented in plurality, and the plurality of second switching elements 131 may be connected in parallel to each other.

제어부(140)는 히터 장치(100)의 전반 제어를 수행한다. 구체적으로 제어부(140)는 제1 스위칭 소자(122) 및 제2 스위칭 소자(131)의 동작을 제어한다. 이를 위해, 제어부(140)는 제1 게이트 드라이버(141) 및 제2 게이트 드라이버(142)를 포함하며, 제1 게이트 드라이버(141) 및 제2 게이트 드라이버(142)를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. The control unit 140 performs overall control of the heater device 100. Specifically, the control unit 140 controls the operations of the first switching element 122 and the second switching element 131. To this end, the control unit 140 includes a first gate driver 141 and a second gate driver 142, and may include a controller that controls the first gate driver 141 and the second gate driver 142. there is.

우선, 제1 게이트 드라이버(141)는 제1 스위칭 소자(122)에 제1 스위칭 전압을 공급한다. 발열부(120)가 복수의 레그를 포함하는 경우, 복수의 레그 각각에 포함된 복수의 제1 스위칭 소자(122) 각각에 복수의 제1 스위칭 전압을 공급할 수 있다. First, the first gate driver 141 supplies the first switching voltage to the first switching element 122. When the heating unit 120 includes a plurality of legs, a plurality of first switching voltages may be supplied to each of the plurality of first switching elements 122 included in each of the plurality of legs.

다음으로, 제2 게이트 드라이버(142)는 제2 스위칭 소자(131)에 제2 스위칭 전압을 공급한다. Next, the second gate driver 142 supplies a second switching voltage to the second switching element 131.

그리고, 컨트롤러(미도시)는 방열부가 목표 온도의 열을 방출하도록 하기 위하여, 제1 게이트 드라이버(141)를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 전류 센싱부(150)가 검출한 전류의 크기와 기 설정된 임계치를 비교하고, 전류의 크기가 상기 임계치를 초과하면, 제2 게이트 드라이버(142)가 제2 스위칭 소자(131)를 개방하도록 제어할 수 있다. Additionally, a controller (not shown) may control the first gate driver 141 so that the heat dissipation unit emits heat at a target temperature. In addition, the controller compares the magnitude of the current detected by the current sensing unit 150 with a preset threshold, and when the magnitude of the current exceeds the threshold, the second gate driver 142 turns on the second switching element 131. It can be controlled to open.

전류 센싱부(150)는 방열부에 흐르는 전류의 크기를 검출한다. 이를 위하여, 전류 센싱부(150)는 센싱 저항을 포함할 수 있다. The current sensing unit 150 detects the magnitude of the current flowing in the heat dissipation unit. To this end, the current sensing unit 150 may include a sensing resistor.

구체적으로, 전류 센싱부(150)는 차단부(130)와 접지 단자 사이에 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 전원부(110)와 발열부(120) 사이와 같이 발열부(120)에 흐르는 전류의 크기를 검출할 수 있는 위치라면 배치 가능할 수 있다. Specifically, the current sensing unit 150 may be disposed between the blocking unit 130 and the ground terminal. However, it is not limited to this and can be placed in any location where the magnitude of the current flowing through the heating unit 120 can be detected, such as between the power supply unit 110 and the heating unit 120.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다. Figure 4 is a diagram for explaining the driving circuit of the control unit according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제어부(140)는 제1 스위칭 소자(122)를 제어하기 위한 제1 게이트 드라이버(141) 및 제2 스위칭 소자(131)를 제어하기 위한 제2 게이트 드라이버(142)를 포함하며, 제1 게이트 드라이버(141) 및 제2 게이트 드라이버(142)를 구동하기 위한 게이트 드라이버 전원(143)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the control unit 140 includes a first gate driver 141 for controlling the first switching element 122 and a second gate driver 142 for controlling the second switching element 131. and may include a gate driver power supply 143 for driving the first gate driver 141 and the second gate driver 142.

이때, 발열부(120)에 흐르는 전체 전류 흐름을 제어하는 제2 스위칭 소자(131)는 제3단이 접지 단자와 연결되어 있으므로 플로팅(floating) 현상이 발생하지 않는다. 따라서, 제2 스위칭 소자(131) 턴온 시, 제2 게이트 드라이버(142)는 게이트 드라이버 전원이 공급하는 전압을 바로 전달하더라도 제2 스위칭 소자(131)는 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 즉, 플로팅 현상에 따른 스위칭 소자의 동작 오류를 제거하기 위하여 부트스트랩(bootstrap) 회로 등을 별로도 배치할 필요가 없다. 따라서, 히터 장치(100)의 회로 구조를 단순화시킬 수 있고, 이에 따라 부피, 중량, 제조 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. At this time, the third terminal of the second switching element 131, which controls the entire current flow flowing through the heating unit 120, is connected to the ground terminal, so a floating phenomenon does not occur. Accordingly, when the second switching element 131 is turned on, the second switching element 131 can perform a switching operation even if the second gate driver 142 directly transfers the voltage supplied by the gate driver power. In other words, there is no need to separately arrange a bootstrap circuit, etc. to eliminate operation errors of the switching element due to the floating phenomenon. Accordingly, the circuit structure of the heater device 100 can be simplified, and thus the volume, weight, and manufacturing cost can be reduced.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The term '~unit' used in this embodiment refers to software or hardware components such as FPGA (field-programmable gate array) or ASIC, and the '~unit' performs certain roles. However, '~part' is not limited to software or hardware. The '~ part' may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors. Therefore, as an example, '~ part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functions provided within the components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be further separated into additional components and 'parts'. Additionally, components and 'parts' may be implemented to regenerate one or more CPUs within a device or a secure multimedia card.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Although the above description focuses on the examples, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art will be able to You will see that various variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the examples can be modified and implemented. And these variations and differences in application should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

100 : 히터 장치
110 : 전원부
120 : 발열부
130 : 차단부
140 : 제어부
150 : 전류 센싱부
100: heater device
110: power unit
120: heating unit
130: blocking part
140: control unit
150: Current sensing unit

Claims (8)

전력을 공급하는 전원부,
제1 스위칭 소자 및 저항 소자가 직렬 연결된 레그를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자의 동작에 기초하여 상기 전원부로부터 공급받은 전력을 통해 상기 저항 소자를 발열시키는 발열부,
제2 스위칭 소자를 포함하고, 과전류 발생시 상기 발열부에 흐르는 전류를 차단하는 차단부,
상기 제2 스위칭 소자와 접지 단자 사이에 배치되는 전류 센싱부, 그리고
상기 제1 스위칭 소자에 제1 스위칭 전압을 공급하는 제1 게이트 드라이버 및 상기 제2 스위칭 소자에 제2 스위칭 전압을 공급하는 제2 게이트 드라이버를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 발열부는,
제1단이 상기 전원부에 연결되고, 제2단이 상기 차단부에 연결되며,
상기 제2 스위칭 소자는 제1단이 상기 발열부와 연결되고, 제2단이 상기 제2 게이트 드라이버와 연결되고, 제3단이 상기 전류 센싱부에 연결되며,
상기 전류 센싱부는 상기 발열부로부터 상기 차단부를 통하여 상기 접지단자로 흐르는 전류의 크기를 검출하고,
상기 제2 게이트 드라이버는 상기 제2 스위칭 소자에 공급되는 전압을 조절하여 상기 제2스위칭 소자의 온오프 동작을 제어하고,
상기 제어부는 상기 발열부가 목표 온도의 열을 방출하도록 하기 위하여, 상기 제1 게이트 드라이버를 제어하되, 상기 전류 센싱부가 검출한 전류의 크기와 기 설정된 임계치를 비교하고, 상기 검출한 전류의 크기가 상기 임계치를 초과하면, 상기 제2 게이트 드라이버가 상기 제2 스위칭 소자를 개방하도록 제어하는 히터 장치.
A power supply unit that supplies power,
A heating unit including a leg in which a first switching element and a resistance element are connected in series, and generating heat in the resistance element through power supplied from the power supply unit based on the operation of the first switching element;
A blocking unit that includes a second switching element and blocks the current flowing to the heating unit when an overcurrent occurs,
A current sensing unit disposed between the second switching element and the ground terminal, and
A first gate driver for supplying a first switching voltage to the first switching device and a second gate driver for supplying a second switching voltage to the second switching device, and Includes a control unit that controls operation,
The heating unit,
The first end is connected to the power supply unit, and the second end is connected to the blocking unit,
The second switching element has a first end connected to the heating unit, a second end connected to the second gate driver, and a third end connected to the current sensing unit,
The current sensing unit detects the magnitude of the current flowing from the heating unit to the ground terminal through the blocking unit,
The second gate driver controls the on-off operation of the second switching element by adjusting the voltage supplied to the second switching element,
The control unit controls the first gate driver so that the heating unit emits heat at a target temperature, and compares the size of the current detected by the current sensing unit with a preset threshold, and the size of the detected current is determined by the A heater device that controls the second gate driver to open the second switching element when the threshold is exceeded.
제1항에 있어서,
상기 저항 소자는,
제1단이 상기 전원부에 연결되고,
상기 제1 스위칭 소자는,
제1단이 상기 저항 소자의 제2단에 연결되고, 제2단이 상기 제1 게이트 드라이버에 연결되며, 제3단이 상기 차단부에 연결되는 히터 장치.
According to paragraph 1,
The resistance element is,
The first stage is connected to the power supply,
The first switching element is,
A heater device wherein the first end is connected to the second end of the resistor element, the second end is connected to the first gate driver, and the third end is connected to the blocking unit.
제1항에 있어서,
상기 발열부는, 복수의 레그를 포함하며,
상기 복수의 레그는 서로 병렬 연결되는 히터 장치.
According to paragraph 1,
The heating unit includes a plurality of legs,
A heater device in which the plurality of legs are connected in parallel to each other.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자는,
절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor, IGBT) 및 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)를 포함하는 히터 장치.
According to paragraph 1,
The first switching element and the second switching element,
A heater device comprising an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT) and a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
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