KR100261950B1 - 고장감지회로 - Google Patents

Abstract

IGBT 드라이버의 고장발생을 안정하게 감지하기 위해 이루어진 것으로, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(10; IGBT)와; 소정 신호를 발생시키는 펄스발생수단(1); 이 펄스발생수단(1)에 접속되어 상기 펄스발생수단(1)으로부터 발생된 신호를 증폭하는 증폭수단(2); 상기 펄스발생수단(1)에 접속되어 초기 온시간을 설정하는 초기시간 설정수단(8); 이 초기시간 설정수단(8)에 접속되어 초기 온시간이 지난 후 소정 전압으로 강하시키는 드라이버-온 전압강하수단(9); 상기 펄스발생수단(1)에 접속되어 고장감시 설정시간을 설정하는 고장감시 설정수단(4); 이 고장감시 설정수단(4)에 접속되어 고장의 유무를 판단하는 고장판단수단(5); 이 고장판단수단(5)에 접속되어 고장이 아닌 것으로 판단된 경우 IGBT(10)에 정상적인 전압을 인가하는 정상적인 온전압회로(3); 상기 고장판단수단(5)에 접속되어 고장인 것으로 판단된 경우 IGBT(10)에 인가되는 전압을 차단하는 드라이버온 전압차단수단(6) 및; 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(10; IGBT)에 접속되어 과전류가 흐르는 지를 검출하고, 다시 고장감시 설정수단(4)에 궤환되는 과전류 검출수단(7)을 구비하여 구성함으로써, 종래 고장감시기간동안의 전압상승과 그에 따른 문제점인 IGBT(10)가 온되지 않는 문제와, 스위칭손실을 억제할 수 있으며, 과전류에 의한 IGBT(10)의 손상 및 고장을 방지할 수 있게 된다.

Description

고장감지회로

본 발명은 고장감지회로에 관한 것으로, 특히 인버터에 사용되는 스위칭소자로서 IGBT를 사용한 경우 IGBT 드라이버의 고장발생을 안정하게 감지할 수 있는 고장감지회로에 관한 것이다.

종래, 스위칭소자로서 GTO(게이트 턴-오프 사이이스터; Gate Turn-Off Thyristor)를 이용해서 대용량의 스위칭소자로서 활용해 왔다.

그러나, GTO의 스위칭 주파수의 한계, 즉 비교적 큰 구동전원을 개선하기 위해 MOS-FET의 고임피던스특성과 바이폴라 트랜지스터의 낮은 전압특성을 합한 IGBT(절연게이트 바이폴라 트랜지스터; Insulated Gate Bipolar Transistor )소자를 개발해서 현재 광범위하게 이용되고 있다.

이러한 IGBT소자는 전압 및 전류특성이 바이폴라 트랜지스터와 동일하면서도 고속 스위칭이 가능하고, 비교적 대용량에서 사용할 수 있으며, 구동회로가 간단하여 저소음의 시스템을 구현할 수 있는 장점을 갖추고 있다.

다음, 도 3a 및 도 3b를 참조해서 종래 IGBT 드라이버를 채용한 고장감지회로를 간단히 설명한다.

도 3a는 종래 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 턴-온시 고장이 발생하지 않는 경우를 나타내는 파형도이고, 도 3b는 종래 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 턴-온시 고장이 발생한 경우를 나타내는 파형도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 종래의 IGBT 드라이버에서 발생하는 파형은 턴-온시 초기 온(on)전압(일반적으로 10V)으로 온한 후, 소정 시간동안 고장감지를 행한 후에 이상이 없으면 정상적인 온(on)전압(일반적으로 15V)으로 전압을 증가시키게 되어 있고(도 3a), 고장이 감지된 경우에는 전원을 차단하게 되어 있다(도 3b).

그러나, 도 3a에 나타난 바와 같이 10V로 설정된 초기 온전압이 고장감지를 행하면서 고장감시를 행하는 동안 15V까지 서서히 증가됨을 볼 수 있다.

이러한 구조는 스위칭시에 역병렬 다이오드의 역회복시간에 의한 과전류를 줄일 수 있는 효과가 있지만, 대용량에 적용했을 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.

우선, IGBT의 임계전압은 8.5V 정도로, 초기 온전압(10V)에 비해 차이가 많지 않기 때문에 드라이버의 온(on)저항을 매우 적게 하지 않으면 고장감시시간 이내에 IGBT가 온되지 않는 경우가 발생하기도 한다. 따라서, 고장감지회로 자체의 신뢰성이 떨어지게 된다.

또한, 초기 온전압의 시간이 길어질수록 스위칭시간이 길어지게 되기 때문에 스위칭손실이 증가하게 되고, 그에 따른 방열 등의 문제를 야기시키는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 드라이버의 온저항 및 초기 온전압 이후 고장감시기간동안의 전압상승에 따른 스위칭손실 및 IGBT 드라이버의 오류가 없이 안정되게 동작할 수 있는 고장감지회로를 구성하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 구성을 나타내는 블록도,

도 2a는 본 발명에 따른 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 턴-온시 고장이 발생하지 않는 경우를 나타내는 파형도,

도 2b는 본 발명에 따른 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 턴-온시 고장이 발생한 경우를 나타내는 파형도,

도 3a는 종래 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 턴-온시 고장이 발생하지 않는 경우를 나타내는 파형도,

도 3b는 종래 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 턴-온시 고장이 발생한 경우를 나타내는 파형도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 - 펄스발생수단, 2 - 증폭수단,

3 - 정상적인 온(On)전압회로, 4 - 고장감시 설정수단,

5 - 고장판단수단, 6 - 드라이버-온 전압차단수단,

7 - 과전류 검출수단, 8 - 초기시간 설정수단,

9 - 드라이버-온 전압강하수단, 10 - IGBT.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 다음과 같은 구성을 채용하고 있다.

절연게이트 바이폴라 트랜지스터(10; IGBT)와; 소정 신호를 발생시키는 펄스발생수단(1); 이 펄스발생수단(1)에 접속되어 상기 펄스발생수단(1)으로부터 발생된 신호를 증폭하는 증폭수단(2); 상기 펄스발생수단(1)에 접속되어 초기 온시간을 설정하는 초기시간 설정수단(8); 이 초기시간 설정수단(8)에 접속되어 초기 온시간이 지난 후 소정 전압으로 강하시키는 드라이버-온 전압강하수단(9); 상기 펄스발생수단(1)에 접속되어 고장감시 설정시간을 설정하는 고장감시 설정수단(4); 이 고장감시 설정수단(4)에 접속되어 고장의 유무를 판단하는 고장판단수단(5); 이 고장판단수단(5)에 접속되어 고장이 아닌 것으로 판단된 경우 IGBT(10)에 정상적인 전압을 인가하는 정상적인 온전압회로(3); 상기 고장판단수단(5)에 접속되어 고장인 것으로 판단된 경우 IGBT(10)에 인가되는 전압을 차단하는 드라이버온 전압차단수단(6) 및; 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(10; IGBT)에 접속되어 과전류가 흐르는 지를 검출하고, 다시 고장감시 설정수단(4)에 궤환되는 과전류 검출수단(7)을 구비하여 구성되고, 상기 증폭수단(2)에서 증폭된 신호가 정상적인 온전압수단(3)에 의해 IGBT(10)에 인가되어 초기 온전압을 발생시키는 것을 특징으로 하고 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예를 도 1, 도 2a 및 도 2b를 이용해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2a는 본 발명에 따른 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 턴-온시 고장이 발생하지 않는 경우를 나타내는 파형도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 턴-온시 고장이 발생한 경우를 나타내는 파형도이다.

도면중 참조부호 1은 펄스발생수단, 2는 증폭수단, 3은 정상적인 온(On)전압회로, 4는 고장감시 설정수단, 5는 고장판단수단, 6은 드라이버-온 전압차단수단, 7은 과전류 검출수단, 8은 초기시간 설정수단, 9는 드라이버-온 전압강하수단, 10은 IGBT이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 펄스발생수단(1)에 의해 발생된 신호는 드라이버의 증폭수단(2)에서 증폭되고, 그 증폭된 신호는 정상적인 온전압회로(3)에 의해 IGBT(10)에 인가된다. 이 때의 초기 온전압은 15V로 설정했다.

펄스발생수단(1)에 의해 발생된 신호는 동시에 초기시간 설정수단(8) 및 고장감시 설정수단(4)에 입력된다. 여기서, 초기시간 설정회로(8)에 의한 설정시간보다 고장감시 설정수단(4)에 의한 설정시간이 길게 설정했다. 각 회로는 설정된 시간을 접검하게 된다.

그 후, 설정된 초기설정시간이 경과하면 드라이버-온 전압강하수단(9)에 의해 초기 온전압인 15V에서 10V로 낮아지며 소정 고장감시 설정시간까지 10V로 고정된다.

고장감시 설정수단(4)에 의해 설정된 시간동안 고장판단수단(5)에 의해 고장여부를 판단하게 되는데, 여기서 고장이 발생하지 않으면 도 2a에 나타난 바와 같이, 다시 정상적인 온전압수단(3)에 의해 15V로 상승하면서 정상적으로 동작하게 된다.

그러나, 고장판단수단(5)에 의해 고장이 발생함을 판단하면, 도 2b에 나타난 바와 같이, 드라이버 온 전압차단수단(6)에 의해 회로가 차단되어 IGBT(10)가 보호된다. 또한, 정상적으로 동작하다가 단락 등의 고장이 발생하게 되면 IGBT(10)에 연결된 과전류 검출수단(7)에 의해 고장이 검출되게 되면서 이 검출된 신호가 상기와 같은 방법으로 고장감시 설정수단(4)과 고장판단수단(5)을 통해서 드라이버-온 전압차단수단(6)이 동작하게 되어 전압이 차단되기 때문에 과전류에 의한 IGBT(10)의 손상 및 고장을 방지할 수 있게 되어 있다.

따라서, 상기한 바와 같이, 턴-온시 초기시간 설정수단(8)에 의한 설정시간 (즉 소자의 과부하량 이내)동안 15V의 정상적인 온전압을 인가해서 IGBT를 빠르게 온시키고 설정시간 이후, 15V의 정상적인 온전압에서 10V의 초기 온전압으로 낮춤으로써 고장감시 설정수단(4)에 의한 고장감시시간동안 감시하고, 고장이 고장감시시간 이내에 없어지면 다시 15V의 정상적인 온전압으로 올라가며, 고장이 고장감시시간 이상 지속되면 드라이버-온 전압차단수단(6)에 의해 전압이 차단되게 되어 있다.

그 외, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

한편, 본원 특허청구범위의 각 구성요건에 명기한 도면의 참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로서, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시된 실시예에 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 초기 온전압이 15V이고, 고장감시기간동안 10V로 설정했기 때문에, 종래 고장감시기간동안의 전압상승과 그에 따른 문제점인 IGBT(10)가 온되지 않는 문제와, 스위칭손실을 억제할 수 있으며, 과전류에 의한 IGBT(10)의 손상 및 고장을 방지할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(10; IGBT)와;

   소정 신호를 발생시키는 펄스발생수단(1);

   이 펄스발생수단(1)에 접속되어 상기 펄스발생수단(1)으로부터 발생된 신호를 증폭하는 증폭수단(2);

   상기 펄스발생수단(1)에 접속되어 초기 온시간을 설정하는 초기시간 설정수단(8);

   이 초기시간 설정수단(8)에 접속되어 초기 온시간이 지난 후 소정 전압으로 강하시키는 드라이버-온 전압강하수단(9);

   상기 펄스발생수단(1)에 접속되어 고장감시 설정시간을 설정하는 고장감시 설정수단(4);

   이 고장감시 설정수단(4)에 접속되어 고장의 유무를 판단하는 고장판단수단(5);

   이 고장판단수단(5)에 접속되어 고장이 아닌 것으로 판단된 경우 IGBT(10)에 정상적인 전압을 인가하는 정상적인 온전압회로(3);

   상기 고장판단수단(5)에 접속되어 고장인 것으로 판단된 경우 IGBT(10)에 인가되는 전압을 차단하는 드라이버온 전압차단수단(6) 및;

   상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(10; IGBT)에 접속되어 과전류가 흐르는 지를 검출하고, 다시 고장감시 설정수단(4)에 궤환되는 과전류 검출수단(7)을 구비하여 구성되고,

   상기 증폭수단(2)에서 증폭된 신호가 정상적인 온전압수단(3)에 의해 IGBT(10)에 인가되어 초기 온전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 고장감지회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 초기시간 설정수단(8)에 의한 설정시간이 고장감시 설정수단(4)에 의한 설정시간보다 길게 설정된 것을 특징으로 하는 고장감지회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 정상적인 온전압수단(3)에 의해 출력된 초기 온전압이 소정의 값이고, 상기 드라이버-온 강하수단(9)에 의해 출력된 전압이 적어도 상기 소정의 값 이하인 것을 특징으로 하는 고장감지회로.

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