KR0137111Y1 - 인버터용 구동 제어 전원 감시 장치 - Google Patents

Abstract

제어 전원 상태에 따라 동작 상태가 변화하는 스위칭 소자를 이용하여 인버터로 인가되는 구동 제어 전원의 차단/공급 동작을 제어하므로 불안정한 구동 제어 전원으로 인해 인버터가 파손되는 문제를 해결할 수 있도록 하는 인버터용 구동 제어 전원 감시 장치를 제공하기 위하여, 인버터(4)와; 단상 교류 전원을 정류하여 스위칭 모드 파워 서플라이의 동작에 의해 상기 인버터(4)의 동작에 필요한 제어 전원을 발생시키는 제어 전원 발생부(1)와; 상기 제어 전원 발생부(1)에서 출력되어 상기 인버터(4)의 동작을 제어하기 위한 제어용 컨트롤러의 제어 전원 상태에 따라 스위칭 동작이 변화하여, 상기 제어 전원의 상태가 비정상 상태일 경우 인버터(4)의 구동 제어 전원의 공급을 중지시키는 제어 전원 감시부(2)와; 상기 제어 전원 감시부(2)의 출력 상태에 따라 인버터(4)의 구동 펄스 신호를 출력 가능케 하는 구동 신호 출력부(3)를 포함한다.

Description

인버터용 구동 제어 전원 감시 장치

제1도는 이 고안의 실시예에 따른 인버터용 구동 제어 전원 감시 장치 시스템의 블록도이고,

제2도는 이 고안의 실시예에 따른 인버터의 구성도이고,

제3도는 이 고안의 실시예에 따른 인버터 구동 시스템의 상세회로도이고,

제4도는 이 고안의 실시예에 따른 옵트 커플러의 상세 회로도이고,

제5도는 이 고안의 실시예에 따른 전원 감시용 스위치의 기능 블록도이다.

이 고안은 인버터용 구동 제어 전원 감시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 구동 제어 전원의 상태에 따라 동작 상태가 변화하는 스위칭 소자만을 이용하여 인버터의 이상 동작 상태를 제어할 수 있도록 하는 인버터용 구동 제어 전원 감시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고정 주파수를 갖는 3상의 교류 전원을 가변 주파수 가변 전압으로 3상 유도 전동기의 속도 제어를 하는 것이 인버터이다.

3상 교류 전원이 인가되면 정류부와 필터부를 거쳐 DC전원으로 변환하고, 제어기의 신호 처리에 의해 다시 AC전원으로 바꾸는 인버터 장치는, 각 상마다 상하측에 장착되어 있는 트랜지스터나 아이지비티(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 IGBT라 칭함)등으로 이루어지는 6개의 파워 소자로 구성된다.

따라서 인버터의 구동 신호 출력 장치에서 출력되는 구동 신호에 따라 각 해당 파워 소자의 턴온/오프 동작에 의해 인가되는 구동 전원이 전동기로 흐르므로, 전동기의 회전 동작이 이루어진다.

상기와 같이 정류기를 거쳐 정류된 DC전원이 턴 온/오프되는 파워소자를 통해 전동기로 흐르게 되는데, 전동기 구동용 제어 전원의 전원 상태와 전동기 제어용 보드(board)의 전원 상태가 불안정할 경우에는 전동기의 회전 동작이 정상적으로 이루어지지 않는다.

그러므로 종래에는 전원 감시용 집적 회로를 이용하여 인버터의 구동 제어 전원의 상태를 감시하여, 구동 전원의 상태가 비정상 상태일 경우, 전자 제어 장치의 제어 동작에 따라 인버터의 동작을 제어하는 전자 제어 방식을 사용하였다.

그러나 전원 감시용으로 별도의 집적 회로를 사용해야 하고, 신호처리를 위한 제어 프로그램을 전자 제어 장치에 내장시켜야 하므로 장치가 복잡해지고 재료비가 상승되는 문제가 발생한다.

그러므로 이 고안의 목적은 상기한 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 제어 전원 상태에 따라 동작 상태가 변화하는 스위칭 소자를 이용하여 인버터로 인가되는 구동 제어 전원의 차단/공급 동작을 제어하므로 불안정한 구동 제어 전원으로 인해 인버터가 파손되는 문제를 해결할 수 있도록 하는 인버터용 구동 제어 전원 감시 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 고안의 구성은, 인버터와; 단상 교류 전원을 정류하여 스위칭 모드 파워 서플라이의 동작에 의해 상기 인버터의 동작에 필요한 제어 전원을 발생시키는 제어 전원 발생부와; 상기 제어 전원 발생부에서 출력되어 상기 인버터의 동작을 제어하기 위한 제어용 컨트롤러의 제어 전원 상태에 따라 스위칭 동작이 변화하여, 상기 제어 전원의 상태가 비정상 상태일 경우 인버터의 구동 제어 전원의 공급을 중지시키는 제어 전원 감시부와; 상기 제어 전원 감시부의 출력 상태에 따라 인버터의 구동 펄스 신호를 출력 가능케 하는 구동 신호 출력부를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 이 고안을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제1도를 참고로 하여 이 고안의 실시예에 따른 인버터 구동 시스템의 구성을 설명하면, 외부에서 인가되는 구동 신호에 따라 고정 주파수를 갖는 3상의 교류 전원을 가변 주파수 가변 전압으로 변화하여 모터(M)의 속도를 제어하는 인버터(4)와, 상기 인버터(4)나 각종 제어 장치의 동작에 필요한 제어 전원을 발생시키는 제어 전원 발생부(1)와, 상기 제어 전원 발생부(1)에서 출력된 제어 전원중에서 인버터 제어용 컨트롤러의 제어 전원으로 사용되는 제어 전원의 상태를 감시하여 제어 전원의 상태에 따라 인버터(4)로 인가되는 구동 제어 전원을 차단 또는 공급시키는 제어 전원 감시부(2)와, 상기 제어 전원 감시부(2)의 동작에 따라 인버터(4)의 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 발생시키는 구동 신호 출력부(3)로 이루어져 있다.

상기 제어 전원 발생부(1)는 입력되는 단상 교류 전원을 정류기와 저항(R1)과 커패시터(C1)를 이용하여 필터링 한 후, 주 권선과 보조권선의 고속 스위칭 동작을 통해 필요한 전원을 발생시킬 수 있도록 하는 DC/DC컨버터의 1차측부(11)와, DC/DC컨버터의 2차측부(12)로 이루어져 있다.

상기 DC/DC컨버터의 2차측부(12)는 도시되지 않은 디지털 회로의 동작에 필요한 +5V의 제어 전원을 발생시키는 제1전압 발생부(121)와, 도시되지 않은 아날로그 회로의 동작에 필요한 ±12V의 제어 전원을 발생시키는 제2전압 발생부(122)와, 구동 신호 출력부(3)의 동작에 필요한 ±15V의 제어 전원을 발생시키는 제3전압 발생부(123)로 이루어져 있다.

제2도에 도시된 것처럼 상기 인버터(4)는 상위에 장착되는 A, B 및 C상에 해당하는 제1-제3IGBT(IGBT1-IGBT3)를 구동시키기 위해 사용되는 제어 전원은 각각 독립적으로 공급되고, 하위에 장착되는 A, B및 C상에 해당하는 제4-제6IGBT(IGBT4-IGBT6)를 구동시키기 위해 사용되는 제어 전원은 하나의 공통 그라운드를 가진 제어 전원을 이용하여 사용하므로 4개의 ±15V의 제어 전원을 발생시키기 위한 장치가 필요하다.

제3도에 도시된 것처럼 상기 제어 전원 감시부(2)는, +5V인 전원(Vcc)에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자가 접지되어 있는 커패시터(C21)와, 제어 전원 발생부(1)의 제1전압 발생부(121)의 출력 전압(Vdd)이 일측 단자로 인가되는 저항(R21)과, 상기 저항(R21)의 타측단자에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자가 접지되어 있는 커패시터(C22)와, 상기 저항(R21)의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자가 접지되어 있는 저항(R22)과, 전원(Vcc)에 일측 단자가 연결되어 있는 저항(R23)과, 상기 저항(R23)의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항(R24)과, 상기 저항(R21)의 타측 단자에 레퍼런스 단자(G)가 연결되어 있고 저항(R24)의 타측 단자에 캐소우드 단자가 연결되어 있고 에노드 단자가 접지되어 있는 전원 감시용 스위치(TH21)와, 전원(Vcc)에 에미터 단자가 연결되어 있고 상기 저항(R23)의 타측 단자에 베이스 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(T21)와, 상기 트랜지스터(T21)의 컬렉터 단자에 애노드 단자가 연결되어 출력 신호(OUT)를 구동 신호 출력부(3)로 출력하는 다이오드(D21)로 이루어져 있다.

제3도에 도시된 것처럼 인버터(4)의 상/하위 IGBT(IGBT1-IGBT6)를 구동시키기 위한 구동 신호를 출력하는 구동 신호 출력부(3)의 제1-제6구동 신호 출력 장치(31-36)의 구성은 모두 동일하며, 제어 전원 감시부(2)에서 +5V의 로직을 갖는 하이(high), 로우(low)의 출력 신호(OUT) 및 인버터(4)의 동작을 위해 도시되지 않은 제어 장치로부터 출력되는 각 제어 신호(A-C TOP, A-C BOTTOM)에 따라 동작 상태가 변화하는 옵트 커플러(OP1-OP6)와, 트랜지스터나 FET(Field Effect Transistor)등 다수개의 스위칭 소자 등으로 이루어져 있다.

상기와 같이 이루어져 있는 이 고안의 동작은 다음과 같다.

제어 전원 발생부(1)로 인가되는 단상 교류 입력은 정류기와 저항(R1)과 커패시터(C1)를 거치면서 정류된 DC전원이 주 권선부(T1)와 FET(Q1)로 연결되어 고속 스위칭하는 DC/DC컨버터 1차측으로 구성된다.

상기 저항(R1)은 교류 전원이 입력될 때 발생하는 돌입 전류를 방지하기 위해 사용되며, FET(Q1)는 스위칭용으로 작동한다.

펄스폭 변조 장치(111)는 를 저항(R2)과 커패시터(C2)에 의해 결정되는 시정수를 갖는 기준 펄스 신호와 보조 권선부(T2) 및 전류 귀환 저항(R3, R4)과의 조합에 의하여 펄스폭 제어된 출력신호가 FET(Q1)를 동작시킨다.

따라서 상기 펄스폭 변조 장치(111)에서 출력되는 펄스 신호로 FET(Q1)의 스위칭 동작에 의해, 스위칭 모드 파워 서플라이(switching-mode power supply)로 작동된다.

상기와 같이 스위칭 모드 파워 서플라이 제어 전원 발생부(1)의 DC/DC컨버터의 1차측부(11)가 동작함에 따라 2차측부(12)로 각 해당전압이 유기되어, 각 연결되어 있는 다이오드와 커패시터에 의해 정류된다.

그러므로 제1-제3전압 발생부(121-123)의 권선수에 따라 각 크기의 전압이 유기되고, 입력 전압 변동이나 부하 변동으로 인한 영향을 최소화하기 위해 각 해당하는 제1-제3전압 레귤레이터(20-21)를 연결하여 안정된 +5V, ±12V, ±15V의 전압을 출력한다.

상기와 같은 동작을 통해 출력되는 +5V전압은 도시되지 않은 디지털 회로의 동작에 필요한 제어 전원 및 제어 전원 감시부(2)의 전원으로 이용되며, ±12V전압은 도시되지 않은 아날로그 회로의 동작에 필요한 제어 전원으로 이용된다.

그리고 ±15V전원은 인버터(4)의 동작을 제어하는 구동 신호 출력부(3)의 제어 전원으로 이용된다.

제어 전원 발생부(1)의 동작을 통해 각 해당 크기의 제어 전원이 출력되면, 인버터(4) 제어용 컨트롤러의 구동 제어 전원으로 사용되는 제어 전원 발생부(1)의 제1전압 발생부(121)에서 출력되는 약 +8.5V의 출력 전압(Vdd)의 상태를 제어 전원 감시부(2)에서 이용하여 전압(Vdd)상태가 정상 상태인지 또는 비정상 상태인지를 감시하여 구동 신호출력부(3)의 동작을 제어한다.

그러므로 제어 전원 발생부(1)에서 출력되는 제어 전원의 상태가 비정상 상태일 경우, 제어 전원 감시부(2)는 구동 신호 출력부(3)의 동작을 중지시켜, 비정상 상태의 제어 전원에 의한 인버터(4)의 오동작이나 파손 등의 문제를 방지할 수 있도록 한다.

제3도를 참고로 하여 상기 제어 전원 감시부(2)의 동작을 설명한다.

제어 전원 발생부(1)의 제1전압 발생부(121)에서 DC +8.5V인 해당 크기의 전압(Vdd)이 출력되는 제어 전원 감시부(2)로 입력되면, 제어 전원 감시부(2)는 동작을 시작한다.

제어 전원 발생부(1)의 제1전압 발생부(121)에서 출력되는 전압(Vdd)은 저항(R21, R22)에 의해 분압되고, 분압된 해당 전압이 전원 감시용 스위치(TH21)의 레퍼런스 단자(G)로 인가된다.

상기 전원 감시용 스위치(TH21)는 3단자 프로그램어블 션트레귤레이터 다이오드인 TL431을 사용한다.

따라서 제어 전원 발생부(1)의 제1전압 발생부(121)에서 출력되는 전압(Vdd)의 상태가 정상 상태로 전원 감시용 스위치(TH21)의 레퍼런스 단자(G)로 입력되는 분압 전압이 설정 범위인 DC +2.5V보다 클 경우에는, 제5도에 도시된 것처럼 비교기(Q100)의 출력 신호는 하이레벨의 신호가 출력되어 트랜지스터(T100)를 턴온시킨다.

그러므로 항상 전원 감시용 스위치(TH21)는 턴온 상태가 된다.

상기 전원 감시용 스위치(TH21)의 턴온 동작에 의해, 저항(R23, R24)에 의해 분압되어 트랜지스터(T21)의 베이스 단자로 인가되는 분압 전압은 저레벨인 L상태가 되므로, 트랜지스터(T21)는 턴온 상태가 된다.

그러므로 전원(Vcc)의 전류가 턴온된 트랜지스터(T21)를 통해 다이오드(D21)를 거쳐 흐르므로, 해당 크기의 출력 신호(OUT)를 하이레벨 상태로 구동 신호 출력부(3)로 출력하여, 인버터(4)의 구동 제어 전원이 공급 가능한 제어 상태로 된다.

따라서 상기 구동 신호 출력부(3)로 제어 전원 발생부(1)에서 출력되는 ±15V의 제어 전원이 공급되고, 각 제1-제6옵토 커플러(OT1-OT6)의 일측 입력 단자로 제어 전원 감시부(2)에서 출력되는 구동 제어 전원(OUT)이 하이 레벨 상태로 인가된다.

그리고 도시되지 않은 제어 장치로부터 제1-제6옵토 커플러(OT1-OT6)의 타측 입력 단자로 각 A, B, 및 C상에 해당하는 일정 주기를 갖는 제어 신호(A-C TOP, A-C BOTTOM)가 입력된다.

상기 제1-제6옵트 커플러(OT1-OT6)는 제4도에 도시된 것처럼 발광 다이오드(LED1)와 수광 다이오드(PD1)를 중심으로 이루어져 있으므로, 제1-제6옵토 커플러(OT1-OT6)의 타측 입력단자로 인가되는 펄스 신호의 상태에 따라 발광 다이오드(LED1)의 발광 상태가 변화한다.

상기 제1-제6옵트 커플러(OT1-OT6)의 발광 다이오드(LED1)의 동작 상태에 따라 수광 다이오드(PD1)의 도통 상태도 변화하여 해당 상태의 신호가 히스테리시스의 특성을 갖는 증폭기(Q1)와 인에이블 신호(Ve)의 상태에 따라 동작 상태가 변화하는 AND게이트(AND1)를 통해 출력된다.

따라서 제1-제6옵트 커플러(OT1-OT6)의 출력단자를 통해 출력되는 펄스 신호는 각 연결되어 있는 트랜지스터나 FET등으로 이루어져 있는 스위칭 소자의 스위칭 상태를 변화시켜 인버터 구동 펄스 신호를 발생시킨다.

그러므로 인버터(4)의 각 상에 해당하는 제1-제6IGBT(IGBT1-IGBT6)의 게이트 단자로 출력하여, 인버터(4)의 동작을 제어한다.

인버터(4)의 각 제1-제6IGBT(IGBT1-IGBT6)로 인가되는 구동 펄스 신호의 상태에 따라 각 상에 해당하는 제1-제6IGBT(IGBT1-IGBT6)의 동작 상태를 변환시켜 정상적인 인버터(4)의 동작이 이루어질 수 있도록 한다.

그러나 제어 전원 발생부(1)가 정상적인 동작을 실행하지 않거나 발생하는 전원(Vdd)의 상태가 불안전할 경우, 저항(R21, R22)에 의해 분압되어 전원 감시용 스위치(TH21)의 레퍼런스 단자(G)로 입력되는 신호 상태가 기준전압인 약 +2.5V보다 낮은 상태가 된다.

그러므로 제5도에 도시된 비교기(Q100)의 출력 상태는 로우 레벨로 변환되어, 트랜지스터(T100)가 턴오프된다.

따라서 제어 전원 감시부(2)의 전원 감시용 스위치(TH21)는 비도통 상태로 변화하여 트랜지스터(T21)의 베이스 단자로 고레벨인 H신호가 입력되어, 트랜지스터(T21)는 턴오프 상태가 되며 인버터(4)의 제어 전원 감시부(2)의 출력 신호(OUT)는 하상 저레벨인 L가 된다.

따라서 상기 트랜지스터(T21)의 턴오프 동작에 의해 구동 신호 출력부(3)의 제1-제6옵트 커플러(OT1-OT6)의 일측 입력 단자로 항상 저레벨인 L신호가 입력된다.

그러므로 구동 신호 출력부(3)의 제1-제6옵트 커플러(OT1-OT6)의 동작은 타측 입력단자로 인가되는 인버터(4)의 제어 신호(A-C TOP, A-C BOTTOM)의 상태에 무관하게 동작이 중지된다.

따라서 상기 제1-제6옵트 커플러(OT1-OT6)의 동작 중지로 구동 신호 출력부(3)의 동작이 중지되므로 인버터(4)가 작동하지 않아 모터(M)의 동작도 중지된다.

상기와 같이 인버터(4)의 동작에 필요한 제어 전원의 상태가 정상상태를 벗어나는 불안정한 상태일 경우, 상기 제어 전원 감시부(2)의 동작에 의해 인버터(4)의 동작을 제어하는 구동 신호 출력부(3)의 동작이 중지된다.

따라서 인버터(4)의 동작을 제어하는 중앙 처리 장치 및 기타 제어 장치의 구동 전원으로 사용되는 전원(Vdd)의 불안정한 상태로 인한 인버터의 오동작을 방지할 수 있다.

상기와 같이 동작하는 이 고안의 효과는, 첫째로 인가되는 전압의 상태에 따라 동작 상태가 변화하는 간단한 스위칭 소자를 이용하여 사용 전원의 상태를 감시할 수 있으므로, 제작 비용을 절감할 수 있고 설계의 어려움을 해소할 수 있다.

둘째로, 인버터로 불안정한 구동 전원이 인가될 때, 자동으로 인버터의 동작이 중지되므로 인버터를 보호할 수 있다.

즉, 제어 전원 이상시 인버터 구성부인 파워 소자의 스위칭 동작을 직접적으로 제어 가능하므로 인버터의 보호가 확실하고 신속하게 이루어진다.

Claims (1)

1. 고정 주파수를 갖는 3상 교류 전원을 가변 주파수 가변 전압으로 변화하여 모터의 속도를 제어하는 인버터(4)와, 상기 인버터(4)의 동작에 필요한 전원을 발생시키는 제어 전원 발생부(1)와, 상기 제어 전원 발생부(1)에서 출력되는 전원의 상태를 감지하여 전원의 상태가 비정상 상태일 경우 인버터(4)로의 구동 신호를 차단시키는 제어 전원 감시부(2)와, 상기 제어 전원 감시부(2)의 출력 상태에 따라 인버터(4)의 공급되는 구동 신호의 출력을 제어하는 구동 신호 출력부(3)를 포함하여 이루어져 있는 인버터용 구동 제어 전원 감시 장치에 있어서, 상기 제어 전원 감시부(2)는 상기 제어 전원 발생부(1)에서 출력되는 전압(Vdd)을 분압하여 출력하는 제1 및 제2저항(R21, R22)과; 상기 제1 및 제2저항(R21, R22)에 의해 분압되는 전압이 레퍼런스 단자(G)로 입력되어, 입력 전압의 크기에 따라 도통 상태가 변화하는 스위칭 수단(TH21)과; 전원(Vcc)과 상기 스위칭 수단(TH21)에 연결되어, 스위칭 수단(TH21)의 동작 상태에 따라 전원(Vcc)의 전압을 분압한 분압 전압의 크기가 변화하여 해당 크기의 전압을 출력하는 제2 및 제4저항(R23, R24)과; 상기 제3 및 제4저항(R23, R24)을 거쳐 인가되는 전압 상태에 따라 동작 상태가 변화하여, 동작 상태에 따라 해당하는 신호를 상기 구동 신호 출력부(3)로 입력하는 트랜지스터(T21)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터용 구동 제어 전원 감시 장치.