KR100643653B1 - 전력제어 스위칭 신호 제어 장치에서 포토커플러를 사용한2중 절연 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력제어 스위칭 신호 제어 장치의 디지털 제어부에서 보내는 출력신호의 노이즈를 제거하기 위한 2중 절연구조에 관한 것으로, 그 목적은 IGBT에 설치되어 있는 포토 커플러와 디지털 제어부의 제어출력 스위칭 신호를 포토 커플러를 사용하여 디지털 제어부 전원과 IGBT 게이트 드라이브의 전원을 분리함으로서 신호 및 GND를 전기적으로 분리하여 전도 노이즈를 차단하기 위한 디지털 제어부와 전력변환부와의 2중 절연구조를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전력제어 스위칭 신호 제어 장치의 디지털 제어부로부터 출력신호를 보내는데 있어서, 디지털 제어부에 연결되어 있는 전원과, IGBT 게이트 드라이브 전원을 포토 커플러를 사용하여 따로 분리시킴으로써 출력신호에 대한 전기적인 노이즈를 차단할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 제어부와 전력변환부 2중 절연 구조에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

포토커플러, 2중 절연, DSP 컨트롤러, 베이스 드라이버, IGBT 모듈

Description

전력제어 스위칭 신호 제어 장치에서 포토커플러를 사용한 2중 절연 구조{The dual disconnection structure that used a photocoupler in an electric power control switching signal control system}

도 1 은 종래의 DSP 컨트롤러와 베이스 드라이버간의 연결상태를 나타낸 회로도,

도 2 는 본 발명인 포토커플러를 사용하여 DSP 컨트롤러와 베이스 드라이버간의 연결상태를 나타낸 회로도,

도 3 은 베이스 드라이버의 내부 회로를 나타낸 회로도,

도 4 는 본 발명인 2중 절연 구조의 전체 구성을 나타낸 개략도.

본 발명은 전력제어 스위칭 신호 제어 장치에서 디지털 제어부의 출력신호의 전도 노이즈를 제거하기 위한 2중 절연구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 IGBT 에 설치되어 있는 포토 커플러와 디지털 제어부의 제어출력 스위칭 신호를 포토 커플러를 사용하여 디지털 제어부 전원과 IGBT 게이트 드라이브 전원을 분리함으로서 신호 및 접지(GND)를 전기적으로 분리하여 노이즈를 차단하기 위한 디지털 제어부와 전력변환부와의 2중 절연구조에 관한 것이다.

기존의 전력제어 스위칭 신호 제어 장치는 아날로그 방식이 주류였으나, 반도체 제조 기술의 발전으로 디지털 시그널 프로세서(DSP)의 출현으로 그러한 구현 기술도 발전하고 있다.

이에 비해 DSP 등 속도가 빠른 소자들은 노이즈에 대한 내성이 아날로그 방식보다 상대적으로 불리한 조건이어서 외부의 노이즈 차단이 설계의 핵심 과제이다.

더욱이 소자의 스피드가 5ns 대의 거의 고주파 영역에 도달하고 스위칭 노이즈의 광범위한 대역 특성으로 더구나 대전력 스위칭 제어 장비에서는 이러한 문제를 절대 소홀이 다루면 안된다.

그러므로 좋은 제어기는 어떻게 제어기를 설계했느냐 보다 어떻게 노이즈를 차단하는가의 문제이다. 이러한 노이즈의 문제를 완벽하게 제거하는 방법은 전기적으로 절연하는 방법과 전계자계로부터 차페하는 실드 방법, 필터링 등이 있다.

고속의 PWM 제어 스위칭 시그널들은 실드하고 필터링을 적용하는 것이 용이하지 않기 때문에 보통 광케이블을 사용하지만 비용이 높은 단점이 있다.

비교적 작은 전력으로 회로가 동작하는 마이크로프로세서나 OP앰프의 출력신호로 대전력의 모터를 구동한다고 할 경우 전기적으로만 접속 되었을 때는 모터에 서 발생하는 큰 유도 전류가 그라운드나 전원 혹은 신호선에 전도, 복사 노이즈가 역으로 타고 들어와 전자회로를 파괴해 버리거나 제어회로의 오동작을 일으킨다.

통상 디지털 제어부의 제어출력 스위칭 신호를 IGBT 드라이브단으로 신호를 전달하는 과정에서의 배선의 길이가 디지털제어부의 GND를 포함하여 1~2m 정도 되는데, 디지털 제어부 GND가 외부로 노출되어 노이즈의 영향을 받으면 오동작하여 고장을 일으킬 수 있다.

도 1 에서 보는 바와 같이 종래에는 DSP 컨트롤러로부터 Base Driver로 신호를 보내는데 그 간격이 길기 때문에 중간에 트랜지스터를 사용하여 신호를 증폭시켜 사용하게 된다.

하지만 신호가 전송되는 사이에 노이즈가 생길 수 있으며, 상기 노이즈 역시 트랜지스터에 의하여 증폭되어 전송될 수 있으며, 이는 장비의 오동작 및 고장을 가져올 수 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 전력제어 스위칭 신호 제어 장치에서 디지털 제어부의 제어출력 스위칭 신호를 포토 커플러를 사용하여 상호간의 GND를 전기적으로 분리하여 IGBT 게이트 단과 연결하여 전체적으로 디지털 제어부와 전력변환소자가 2중절연구조의 형태를 가지게 함으로써 디지털 제어부의 GND를 노이즈로부터 보호할 수 있도록 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전력제어 스위칭 신호 제어 장치의 디지털 제어부로부터 출력신호를 보내는데 있어서, 상기 DSP로부터 생성되는 제어 출력신호를 보내는 출력신호선과, 상기 출력신호선에 일단이 연결되고 타단이 베이스 드라이버로 연결되는 제1포토커플러와, 상기 베이스 드라이버 내부에 설치되되 일단은 베이스 드라이버와 연결되고, 타단은 IGBT 모듈까지 신호가 전송되는 사이에 다시 한번 포토커플러를 거치는 단계를 포함함으로써 IGBT 게이트 드라이브 전원을 포토 커플러를 사용하여 따로 분리시킴으로써 출력신호에 대한 전기적인 노이즈를 차단할 수 있는 것을 특징으로 하는 전력제어 스위칭 신호 제어 장치에서 포토커플러를 사용한 2중 절연 구조에 관한 것이다.

포토커플러는 빛을 이용하기 때문에 잡음에 강하고, 시스템을 구성하는 장치 간의 전류를 절연할 수 있으며, 각 장치마다 접지가 가능하다. 또 장치간의 결합용량이 작기 때문에 출력 쪽의 신호가 입력 쪽으로 되돌아가는 일이 없는 등의 장점이 있기 때문에 전기회로와 단말기 등을 포터커플러를 매개해서 결합하면 전원전압의 차이나 기계부에서 발생하는 잡음에 신경을 쓸 필요가 없어 회로설계가 쉬워진다.

또한 포토커플러는 100KHz 이하 대역을 이용하고 그 이상은 차단시키는 기능을 수행할 수 있는데, 간섭받는 노이즈 영향 대역이 수MHz~수백MHz 대역임이기 때문에 상기 주파수대의 노이즈를 차단하여 고장 및 오동작을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명인 이중절연 방식을 사용한 연결을 나타낸 회로도이다.

도 2 에서 보는 바와 같이 기존 종래에 연결되어 있는 DSP 컨트롤러와 드라이버 사이에, 포토 커플러를 장착하여 신호를 전송하게 함으로서 선의 길이가 길어짐에 따르는 전기적인 노이즈의 발생을 막을 수 있다.

즉, DSP 컨트롤러로부터 베이스 드라이버 까지 신호선을 연결하되, 각 신호선의 사이에 포토커플러를 설치하여 포토커플러를 통하여 신호가 전송되게 함으로써 DSP 컨트롤러와 베이스 드라이버 사이에 전기적인 절연효과가 생기도록 하여 노이즈의 전송을 막도록 한다.

또한 도 3 및 도 4 에 나타난 바와 같이 베이스 드라이버 내부에는 전압조정을 위하여 포토커플러가 설치되어 있기 때문에 전체적인 신호 전송단계를 봤을 경우 DSP 컨트롤러로부터 베이스 드라이버까지 신호가 전송되는 사이에 포토커플러를 거치게 되고, 상기 베이스 드라이버로부터 IGBT 모듈까지 신호가 전송되는 사이에 다시 한번 포토커플러를 거치게 되므로 DSP 컨트롤러로부터 IGBT 모듈까지 신호 전송 시 포토커플러를 두 번 거치게 되어 있으므로 전체적으로 보면 2중으로 절연이 되어 있는 효과를 가지게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

포토커플러를 사용함으로서 디지털 제어부의 전원과 IGBT 게이트 드라이브단의 전원이 분리되어 있기 때문에 디지털 제어부로부터 전력변환부로 제어신호를 보낼 경우 외부 요인으로 인한 전기적인 노이즈가 제거되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. DSP로부터 생성되는 디지털 제어부의 제어 출력 신호에 의해 제어 출력을 제어하는 베이스 드라이버로 구성되는 전력제어 스위칭 신호 제어장치에 있어서,

   상기 DSP로부터 생성되는 제어 출력신호를 보내는 출력신호선과,

   상기 출력신호선에 일단이 연결되고 타단이 베이스 드라이버로 연결되는 제1포토커플러와,

   상기 베이스 드라이버 내부에 설치되되 일단은 베이스 드라이버와 연결되고, 타단은 IGBT 모듈과 연결되도록 설치되는 제2포토커플러로 구성되어

   IGBT 모듈로 출력신호를 보내는 신호는 DSP 컨트롤러로부터 베이스 드라이버까지 신호가 전송되는 사이에 포토커플러를 거치고, 상기 베이스 드라이버로부터 IGBT 모듈까지 신호가 전송되는 사이에 다시 한번 포토커플러를 거치게 됨으로써 노이즈 방지 및 절연을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전력제어 스위칭 신호 제어장치에서 포토커플러를 사용한 2중 절연 구조.

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