KR100845251B1 - 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치 - Google Patents

직류/교류 인버터 과전류 보호 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치에 관한 것으로서, 과전류 감지 시에 직접적으로 최종 출력단인 H-브리지 스위칭을 정지시키고 아울러 MCU로 하여금 H-브리지 PWM 신호 출력을 정지시키도록 하는 특징을 가진다. 이를 위하여 본 발명은, H-브리지의 스위칭 소자의 출력단에 연결되어 과전류 출력 여부를 감지하여 과전류 감지 신호를 출력하는 과전류 검출부와, 과전류 감지 신호를 인가받아 과전류 검출 시에 H-브리지 스위칭부의 동작을 정지시키는 구동차단 신호를 출력하는 과전류차단 구동부와, 상기 과전류차단 구동부의 구동차단 신호를 입력받아 상기 H-브리지 스위칭부에 인가되는 H-브리지 PWM신호를 내부 그라운드로 흘려보냄으로써, 상기 H-브리지 스위칭부의 동작을 정지시키는 스위칭 제어부를 포함한다.
인버터, DC, AC, 과전류, 트랜지스터, FET, H-브리지, 트랜스포머, 보호

Description

직류/교류 인버터 과전류 보호 장치{Over current protection circuit in DC/AC inverter}
도 1은 일반적인 직류/교류 인버터(DC/AC inverter)를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 직류/교류 인버터 과전류 보호장치가 구비된 직류/교류 인버터의 회로 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 직류/교류 인버터 과전류 보호장치가 구비된 직류/교류 인버터의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 직류/교류 인버터 과전류 보호장치의 상세 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20: MCU 21: SMPS
22: 트랜스포머 23: 정류 및 직류고압부
24: H-브리지 스위칭부 25: H-브리지 구동 모듈
26: H-브리지 스위칭 모듈 30: 직류/교류 인버터 과전류 보호장치
31: 스위칭 제어부 32: 과전류 검출부
33: 과전류 차단 구동부
본 발명은 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치에 관한 것으로서, 과전류 감지 시에 직접적으로 최종 출력단인 H-브리지 스위칭을 정지시키고 아울러 MCU로 하여금 H-브리지 PWM 신호 출력을 정지시키도록 하는 특징을 가진다.
최근에 자동차 내에서 AC사용 가전기기(게임기, 휴대폰 충전기, Note book PC 등)의 사용필요에 따라 DC전압을 AC전압으로 변환하는 기기인 직류/교류 인버터 의 사용이 늘어나고 있다. 특히 RV(레저용 차량)에서는 기본 장비로 장착되는 경향이다.
도 1은 일반적인 직류/교류 인버터(DC/AC inverter, 10)의 블록도로서, SMPS(11;Switching Mode Power Supply), 트랜스포머(12), 정류 및 직류고압부(13), H-브리지(H-bridge) 스위칭부(14), 전체 시스템 제어를 위한 MCU(15)로서 구성된다. 도 1의 직류/교류 인버터(10)의 동작을 간단히 살펴보면, SMPS(11)으로 입력된 DC저전압을 20KHZ ~ 100KHZ 스위칭 펄스로 변환된 후, 트랜스포머(12)를 거쳐 승압 변환된다. 그 후, 정류 및 직류고압부(13)를 거쳐 DC200V ~ 300V 로 되고 이러한 전압을 H-브리지 스위칭부(14)에서 사각파 AC 전압으로 변환되어 부하로 출력된다.
그런데, 이러한 직류/교류 인버터(10)에 있어서 부하과전류 및 부하단락에 의한 직류/교류 인버터 내부부품 파괴는 심각한 결과를 초래하고 화재사고로 까지 발전할 수 있는 문제이므로 직류/교류 인버터가 개발될 때부터 여러 가지 보호장치가 고안되었다.
직류/교류 인버터의 부하과전류 및 부하단락에 대한 보호장치에 대해서, 종래에 사용된 인버터의 부하과전류 및 부하단락에 대한 보호방법은 크게 다음과 같은 퓨즈를 이용한 방법과 PTC 바리스터 저항체를 사용하는 2가지로 나누어진다.
첫째, 퓨즈(FUSE)를 이용한 부하과전류 및 부하단락에 대한 보호방법은, 인버터의 AC 출력단에 직렬로 퓨즈(FUSE)를 설치하고 부하과전류 및 부하단락 시 퓨즈의 정상사용 전류보다 많은 과전류가 흐를 때 퓨즈를 단선시키고, 이 퓨즈의 단선이 출력전압의 차단, 내부회로 보호로 동작된다. 그러나 퓨즈를 이용하는 이 방법은 부하의 과전류 또는 부하단락에 의한 과전류에 의해 퓨즈 단선이 일어나면 인버터의 재구동을 위해서는 퓨즈의 교환이 요구되고 정확한 퓨즈용량이 아니면 인버터 내부부품 파괴를 수반하기 쉽다.
둘째, PTC(정방향 특성 바리스터: 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 특성을 가진 저항) 바리스터 저항체를 이용한 부하과전류 및 부하단락에 대한 보호방법은, 인버터의 AC출력단에 직렬로 PTC 바리스터 저항체 소자를 설치하여 부하의 과전류 또는 부하단락에 의한 과전류에 의해 짧은 시간에 PTC 바리스터 저항체의 전기저항이 급격하게 증가하는 특성을 이용하여 출력전압을 차단하게 하고 또한 인버터 내부회로를 보호한다. 이 방식은 부하 과전류 및 부하단락에 의해 출력전압이 차단된 후, 과부하연결이 해제되면 재동작시 온도저하에 의해 PTC 저항값이 내려가 별다른 조치없이 재동작 한다. 그러나 정상동작 시(정격전류 이내 사용시)작은 저항이 직렬 연결된 것과 동일한 형태이므로 PTC에 의한 전력손실이 발생하므로 대전력용 인 버터에는 부적합한 방법이다. 또한, 인버터 내의 온도가 상승하면 PTC바리스터의 저항값이 증가하고 따라서 PTC바리스터에 의한 전력손실도 증가한다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 안출된 것으로서, 직류/교류 인버터에서 과도한 부하전류 또는 부하 단락 시에 이를 감지, 차단함으로써 과도한 부하전류나 부하단락에 의해 발생하는 인버터 내의 부품파괴 및 파손, 이로 인한 과열, 화재위험으로부터 인버터 및 인명을 보호함을 목적으로 한다.
또한, 직류/교류 인버터에서 과도한 부하전류 또는 부하 단락 시에 최종 출력단인 H-브리지 스위칭 구동을 즉각적으로 정지시킴으로써 회로의 손상을 방지함을 목적으로 한다.
또한, 직류/교류 인버터에서 과도한 부하전류 또는 부하 단락 시에 이를 제어 시스템으로 통보하여 근본적으로 출력 차단 동작을 하도록 함을 목적으로 한다.
상기 목적을 이루기 위하여 본 발명의 직류/교류 인버터 과전류 보호장치는, 상기 H-브리지의 스위칭 소자의 출력단에 연결되어 과전류 출력 여부를 감지하여 과전류 감지 신호를 출력하는 과전류 검출부와, 과전류 감지 신호를 인가받아 과전류 검출 시에 H-브리지 스위칭부의 동작을 정지시키는 구동차단 신호를 출력하는 과전류차단 구동부와, 상기 과전류차단 구동부의 구동차단 신호를 입력받아 상기 H-브리지 스위칭부에 인가되는 H-브리지 PWM신호를 외부 그라운드로 흘려보냄으로써, 상기 H-브리지 스위칭부의 동작을 정지시키는 스위칭 제어부를 포함한다.
또한, 상기 과전류차단 구동부는, 과전류 감지 시에 상기 과전류 검출부로부터 상기 과전류 감지신호를 베이스에 입력받아 컬렉터-이미터간 도통 상태를 이루는 제1트랜지스터와, 소정의 전류차단 구동전압을 상기 제1트랜지스터의 컬렉터로 전달된 신호를 베이스로 입력받아 상기 제1트랜지스터 구동 시에 상기 전류차단 구동전압을 이미터를 도통시킴으로써 상기 전류차단 구동전압을 컬렉터로 출력하는 제2트랜지스터와, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터와 상기 제2트랜지스터의 베이스 사이에 구비되어, 상기 제1트랜지스터 구동 시에 제2트랜지스터의 베이스에 구동전압이 인가되도록 하는 저항을 포함한다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 과전류 감지 시에 상기 과전류차단 구동부의 제2트랜지스터의 컬렉터로부터 출력되는 전류차단 구동전압을 베이스로 입력받고, 직류/교류 인버터의 MCU로부터 H-브리지 PWM 신호가 컬렉터로 연결되고, 이미터는 그라운드와 연결되어 있어, 상기 베이스에 전류차단 구동전압이 인가될 시에, 상기 컬렉터에 입력되는 H-브리지 PWM 신호를 그라운드로 흘러보내는 제3트랜지스터, 제4트랜지스터를 포함한다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 과전류 감지 시에 상기 과전류차단 구동부의 제2트랜지스터의 컬렉터로부터 출력되는 전류차단 구동전압을 베이스로 입력받고, 직류/교류 인버터의 MCU의 과전류감지 단자와 컬렉터와 연결되어 있고, 이미터는 그라운드와 연결되어 있어 상기 베이스에 전류차단 구동전압이 인가될 시에, 상기 MCU의 과전류감지 단자를 상기 그라운드와 도통시키도록 하는 제5트랜지스터를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
이하, 본 발명에서 설명하는 트랜지스터는 NPN-PNP 트랜지스터를 예를 들어 설명할 것이다. 그러나 PNP-NPN 트랜지스터를 이용하여 본 발명을 구현할 수 있음은 자명할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 직류/교류(DC/AC) 인버터 과전류 보호장치가 구비된 직류/교류 인버터의 회로 구성 블록도이고, 도 3은 상기 직류/교류 인버터 과전류 보호장치가 구비된 직류/교류 인버터의 회로도이다.
직류/교류 인버터는 종래와 같이 SMPS(21), 트랜스포머(22), 정류 및 직류고압부(23), H-브리지 스위칭부(24), MCU(20)를 포함하고 있어, SMPS(21)으로 입력된 DC 저전압이 20KHZ ~ 100KHZ 스위칭 펄스로 변환된 후, 트랜스포머(22)를 거쳐 승압 변환된다. 그 후 정류 및 직류고압부(23)를 거쳐 DC 200V ~ 300V 로 되고 이러한 전압이 H-브리지 스위칭부(24)에서 사각파 AC 전압으로 변환되어 부하로 출력된다.
상기 직류/교류 인버터 내의 최종 출력단인 H-브리지 스위칭부(24)는 H-브리지 구동모듈(25)과 H-브리지 스위칭 모듈(26)을 포함하고 있는데, 상기 H-브리지 구동모듈(25)은 MCU(20)로부터 H-브리지 PWM 신호를 인가받아 H-브리지 스위칭 모 듈(24)을 구동시켜 AC 전압을 출력한다.
상기 H-브리지 스위칭 모듈(24)은 일반적으로 4개의 스위칭 소자로 구성된다. 상기 스위칭 소자로는 4개의 FET 소자(또는, 4개의 트랜지스터)로 구성되거나, 또는 그 배수(예컨대, 8개, 12개, 16개 등)로 구성될 수 있다. 상기 H-브리지 스위칭모듈(26)은 4개의 스위칭소자를 이용하여 'X'자 형태의 스위칭 동작으로 사각파 형태의 AC파형을 출력한다. 예를 들어, 제1구간 및 제2구간으로 나뉘어 AC 출력이 이루어진다고 할 때, 제1구간에서는 제1스위치(S1) 및 제4스위치(S4)를 온(ON)으로 하고 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)를 오프(OFF)로 하고, 제2구간에서는 제1스위치(S1) 및 제4스위치(S4)를 오프(OFF)로 하고 제2스위치(S2) 및 제3스위치(S3)를 온(ON)으로 하여 제1구간, 제2구간에서 사각파 형태의 AC 파형을 출력한다.
본 발명은 상기 구성을 가지는 직류/교류 인버터의 과전류 동작을 방지하기 위하여, 별도의 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치(30)를 가지는 특징을 가진다. 상기 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치(30)는 H-브리지 스위칭부(24)로부터 과전류를 검출하여 이에 따라 H-브리지 스위칭부(24)의 동작을 오프(off)시키는데, 이를 위하여 과전류 검출부(32), 과전류차단 구동부(33), 스위칭 제어부(31)를 포함한다.
상기 과전류 검출부(32)는 H-브리지 스위칭부를 통해 출력되는 AC 전압이 과전압 임계치를 초과하였는지를 검출하는 기능을 수행하는데, 이를 위하여 상기 과전류 검출부는, H-브리지 스위칭부(24)의 스위칭 소자의 출력단에 연결되어 과전류 출력 여부를 감지하여 과전류 감지 신호를 출력한다.
상기 과전류 출력 여부를 검출하는 것은, H-브리지 스위칭부(24) 내에 있는 스위칭 소자의 연결점을 통해 과전류 여부를 검출하게 된다. 상술하면, 직류/교류 인버터의 최종 부하 전류는 H-브리지의 하측 반도체 소자인 제3스위치(S3), 제4스위치(S4)의 연결점(노드)에 설치되어 있는 매우 낮은 저항 R1을 통해 내부 그라운드로 흐르게 된다. 상기 저항 R1에 흐르는 전류는 전류량과 R1 저항값에 의해 전압값으로 나타난다.
도 3의 과전류 검출부의 회로도를 참조하면, 과전류 검출부는 제3스위치(S3), 제4스위치(S4)의 연결된 저항 R1의 입력 노드점에 연결된 R2와 R3를 구비하고 있다. 상기 R2와 R3의 저항 분배 전압값을 검출하여 과전류차단 구동부(33)의 제1트랜지스터(TR1)의 베이스(B)에 과전류 감지신호로서 입력하는 것이다. 제1트랜지스터(TR1)의 베이스(B)에 입력되는 과전류 감지신호가 제1트랜지스터(TR1)의 구동전압을 초과할 시에 제1트랜지스터(TR1)는 구동 온(on)되어 과전류 보호 동작이 수행되는 것이다.
즉, 부하 과전류에 의한 출력전압 차단 동작 시에 저항 R1에 나타나는 전압 V1 = Ic(부하차단 시작전류) * R1 으로 표시되고 이러한 전압은 R2, R3로 나누어져서 저항 분배 전압의 과전류 감지신호로서 과전류차단 구동부의 제1트랜지스터(TR1)의 베이스(B)로 입력되는데, 여기서 부하차단 시작전류는 부하 과전류에 의한 출력전압 차단 동작을 위하여 사전 설정된 값을 가진다. 과전류차단 구동부의 상기 제1트랜지스터(TR1)가 베이스 전압 0.7V로 구동된다고 가정할 경우, 0.7V = V1 * R3/(R2+R3)가 되게끔 부하차단 시작전류 Ic 때 충분한 전압이 되도록 저항 R1 값을 설계한다. 일반적으로 1 오옴[Ω] 이하 값으로 설계된다.
상기 설명한 바와 같이, H-브리지 스위칭부(24)의 출력 전압에서 과전류가 검출되어 과전류 차단 구동부(33)의 제1트랜지스터(TR1)가 구동되면, 상기 제1트랜지스터(TR1)의 컬렉터(C)에 연결된 제2트랜지스터(TR2)가 구동되어 스위칭 제어부(31)의 구동차단 트랜지스터(TR3, TR4) 및 과전류 감지보고 트랜지스터(TR5)의 베이스에 구동전압이 인가된다.
즉, H-브리지 스위칭부(24)의 출력 전압에서 과전류가 검출되어 과전류 차단 구동부(33) 내의 제1트랜지스터(TR1)가 구동되면, 제1트랜지스터(TR1)의 컬렉터(C)에 연결된 저항 R4에 소정의 전압이 걸리게 되고 이로 인하여 제2트랜지스터(TR2)의 베이스(B)에 구동전압이 인가되어, 제2트랜지스터(TR2)의 이미터(E)와 컬렉터(C)는 도통된다. 결국, 상기 제2트랜지스터(TR2)의 구동으로 인하여 전류차단 구동전압(DC 5V ~ 12V)이 구동차단 신호로서 스위칭 제어부(31)의 각 트랜지스터(제3트랜지스터;TR3, 제4트랜지스터;TR4, 제5트랜지스터;TR5)의 베이스(B)로 각각 인가되는 것이다.
상기와 같이 과전류차단 구동부(33)의 제2트랜지스터(TR2)의 동작으로 인하여 스위칭 제어부(31) 내의 구동차단 트랜지스터(TR3,TR4)와 과전류 감지보고 트랜지스터(TR5)는 구동되어 인버터 보호 동작을 수행하게 된다. 즉, 상기 스위칭 제어부(31)의 각 트랜지스터(제3트랜지스터, 제4트랜지스터, 제5트랜지스터)의 구동에 의하여 직류/교류 인버터 내의 출력단 H-브리지의 동작을 멈추도록 하여 출력전압을 차단하는 기능을 수행한다.
상기 구동차단 트랜지스터(TR3, TR4)는 과전류 검출 시에 H-브리지 스위칭부 의 동작을 정지시키는 기능을 수행하는데, 본 발명의 도 2 및 도 3을 보면 스위칭 제어부(31)가 H-브리지 스위칭부(24)를 직접 차단하는 결과를 가진다. 과전류 보호 동작 수행 시에 직류/교류 인버터의 최종 출력단인 스위칭 제어부(31)를 직접 제어하여, 즉각적인 보호 동작이 이루어지도록 하는 것이다.
이를 위하여 상기 구동차단 트랜지스터(TR3,TR4)는, 과전류 감지 시에 상기 과전류차단 구동부(33)의 제2트랜지스터(TR2)의 컬렉터(C)로부터 출력되는 전류차단 구동전압을 베이스(B)로 입력받고, 직류/교류 인버터의 MCU로부터 H-브리지 PWM 신호가 컬렉터(C)와 연결되고, 이미터(E)는 그라운드와 연결하여 상기 베이스(B)에 전류차단 구동전압이 인가될 시에, 상기 컬렉터(C)에 입력되는 H-브리지 PWM 신호를 그라운드로 흘러 보낼 수 있도록 한다.
상기 구동차단 트랜지스터는 2개의 트랜지스터(TR3,TR4)를 포함하는데, 각각의 구동차단 트랜지스터(TR3,TR4)는 과전류 감지 시에 도통되어 MCU로부터 인가되는 H-브리지 PWM신호를 각 이미터(E)를 통해 내부의 그라운드로 흘러보낸다.
상기와 같이, 과전류 검출 시에 H-브리지 스위칭부의 각 스위칭 소자인 FET를 전부 오프(OFF)시킴으로써, H-브리지 스위칭부의 구간 동작에 의한 AC 과전압 출력을 방지할 수 있게 된다.
상기 스위칭 제어부(31)는 상기 구동차단 트랜지스터(TR3, TR4) 이외에도 과전류 감지보고 트랜지스터(TR5)를 구비하는데, 이는 과전류 발생 시에 MCU(20)가 이를 감지할 수 있도록 하기 위함이다.
과전류 감지 후 MCU에 전달하고 MCU로 하여금 출력전류 정지 시까지 상당한 시간(수십msec) 시간 자연이 발생하고 그 시간 동안 출력소자의 파괴가 발생한다. 따라서 과전류 현상 발생 시에 빠른 시간(수십 마이크로sec)내 출력전압 차단을 위해 보호회로의 구동회로를 동작시키고 스위칭 제어부(31)의 트랜지스터(TR3,TR4) 구동으로 직접 출력을 차단시켜 출력소자의 파괴를 방지하고 동시에 MCU에 과전류 현상을 전달하여 MCU로 하여금 근본적으로 출력차단 동작을 하도록 구현하기 위함이다.
이를 위하여 스위칭 제어부(31)는 상기 과전류 감지보고 트랜지스터(TR5)를 통해 MCU(20)에 과전류 감지 사실을 통보하도록 하는 것이다. 상기 과전류 감지보고 트랜지스터(TR5)는, 과전류 감지 시에 상기 과전류차단 구동부(33)의 제2트랜지스터(TR2)의 컬렉터(C)로부터 출력되는 전류차단 구동전압을 베이스(B)로 입력받고, 컬렉터(C)는 직류/교류 인버터의 MCU의 과전류감지 단자와 연결되어 있고, 이미터(E)는 그라운드와 연결되어 있어 상기 베이스(B)에 전류차단 구동전압이 인가될 시에, 상기 MCU의 과전류감지 단자를 상기 그라운드와 도통시키도록 하는 구조를 가진다.
결국, 상기 구조 하에서 과전류 발생 시에 과전류 감지보고 트랜지스터(TR5)는, 컬렉터(C)와 이미터(E)가 도통되어, 결과적으로 컬렉터(C)에 연결되어 있는 MCU(20) 단자는 그라운드 상태를 가지게 된다. MCU(20)는 상기 그라운드를 감지하고 과전류가 발생하였음을 감지하게 된다.
도 3에서 상기 스위칭 제어부(31)의 트랜지스터를 제3트랜지스터(TR3) 및 제4 트랜지스터(TR4)로 된 구동차단 트랜지스터, 제5트랜지스터(TR5)로 된 과전류 감지보고 트랜지스터와 같이 3개만 도시하였으나, 이는 본 발명의 설명의 이해를 돕기 위하여 3개만 도시한 것으로서, 필요에 따라 추가적으로 구비될 수 있음은 자명할 것이다.
한편, 상기 설명한 바와 같이 과전류 보호 동작 시에 스위칭 제어부(31)가 H-브리지 스위칭부(24)를 직접 제어하여 과전류를 차단할 수도 있지만, 스위칭 제어부(24)의 트랜지스터 동작으로 부하 과전류에 의한 출력전압 차단동작 시작을 MCU에 전달하여 MCU로 하여금 직류/교류 인버터 내에서의 H-브리지 동작을 위한 구동신호를 정지시키고 출력차단에 대한 다음 동작을 할 수 있도록 구현할 수 있다. 또한, 과부하 전류 발생 시에 과부하 전류 현상을 MCU에만 전달하고 MCU에서 출력을 차단하게 하는 방법도 있다.
따라서 과전류 현상 발생 시에 빠른 시간(수십 마이크로sec)내 출력전압 차단을 위해 보호회로의 구동회로를 동작시키고 스위칭 제어부의 트랜지스터 구동으로 직접 출력을 차단시켜 출력소자의 파괴를 방지하고 동시에 MCU에 과전류 현상을 전달하여 MCU로 하여금 근본적으로 출력차단 동작을 하도록 구현한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 직류/교류 인버터 과전류 보호장치의 상세 회로도이다.
과전류 검출부(32)는 AC OUT 단자에 연결되어 있는 R1 저항의 입력단 전압(V1)을 R2 저항과 R3 저항간의 분배 전압을 검출한다. 상기 검출된 전압인 [V1 * R3/(R2+R3)]은 과전류 감지신호로서 제1트랜지스터(TR1)의 베이스(B)에 입력되는 데, 상기 검출된 전압이 과전압 기준치를 초과하여 제1트랜지스터(TR1)의 베이스(B)에 입력되면 제1트랜지스터(TR1)가 도통되도록 해당 구동전압을 갖도록 트랜지스터 및 저항 R1을 설계한다.
상기와 같이 제1트랜지스터(TR1)의 베이스(B)에 구동전압이 인가되어 제1트랜지스터(TR1)가 동작되면, 제1트랜지스터(TR1)의 컬렉터(C)에 베이스(B)가 연결되어 있는 제2트랜지스터(TR2)에 구동전압이 걸리게 되어 제2트랜지스터(TR2) 역시 도통 상태가 되어 컬렉터(C)에 구동차단 신호로서 출력된다. 상기와 같이 과전류 차단 구동부(33)의 제2트랜지스터(TR2)의 구동으로 인하여 스위칭 제어부(31)의 구동차단 트랜지스터(TR3, TR4)의 베이스(B) 및 과전류 감지보고 트랜지스터(TR5)의 베이스(B)에 구동 전압이 각각 인가되어, 상기 구동차단 트랜지스터(TR3,TR4) 및 과전류 감지보고 트랜지스터(TR5)는 도통 상태가 된다.
상기 구동차단 트랜지스터(TR3,TR4)의 도통으로 인하여 H-브리지 구동 모듈(25) 내의 제6트랜지스터(TR6)와 제7트랜지스터(TR7)의 베이스로 인가되는 MCU의 H-브리지 PWM 입력신호는, 제6트랜지스터(TR6) 및 제7트랜지스터(TR7)를 구동시키지 못하고 제3트랜지스터(TR3)와 제4트랜지스터(TR4)를 각각 통해 그라운드로 흘러나간다.
따라서 H-브리지 구동모듈(25)내의 제6트랜지스터(TR6) 및 제7트랜지스터(TR7)는 MCU의 H-브리지 PWM 신호에도 불구하고 오프(OFF) 상태를 유지한다. 따라서 이로 인하여 H-브리지 스위칭 모듈(26)은 정상 동작을 하지 않고 AC 출력을 수행할 수 없게 된다.
결국, 과전류 검출로 인하여 과전류차단 구동부(33)의 제2트랜지스터(TR2)가 온(ON) 됨으로 인하여 스위칭 제어부(31)의 구동차단 트랜지스터(TR3,TR4)들이 도통되면, H-브리지 PWM 신호가 H-브리지 구동 모듈(25)의 트랜지스터(TR6,TR7)의 베이스(B)에 인가되지 않고 도통되어 있는 스위칭 제어부(31)의 트랜지스터(TR3, TR4)를 통해 흘러나가기 때문에, 연결되어 있는 H-브리지 구동 모듈(25)내의 각 트랜지스터(TR6, TR7) 소자는 오프(OFF)되어 정상적으로 H-브리지 스위칭 모듈이 동작할 수 없게 된다.
예를 들어, H-브리지 구동 모듈(25)의 제6트랜지스터(TR6)의 베이스(B)와 스위칭 제어부(31)의 제3트랜지스터(TR3)의 컬렉터(C)를 서로 연결시켜 놓음으로써, 과전류 발생 시에 제3트랜지스터(TR3)의 컬렉터(C)-이미터(E)간이 서로 도통되고, H-브리지 구동 모듈의 제6트랜지스터(TR6)의 베이스(B)에 인가되는 H-브리지 PWM 신호가 제3트랜지스터(TR3)의 컬렉터(C)-이미터(E)를 통해 흘러나가게 함으로써, H-브리지 구동 모듈(25)내의 제6트랜지스터(TR6)의 구동을 지속적으로 오프(OFF)시킬 수 있다. 따라서 H-브리지 스위칭 모듈(26)은 100~200V의 AC 전압을 출력할 수 없게 된다.
예를 들어, H-브리지 스위칭 모듈(25)의 제7트랜지스터(TR7)의 베이스(B)와 스위칭 제어부(31)의 제4트랜지스터(TR4)의 컬렉터(C)를 서로 연결시켜 놓음으로써, 과전류 발생 시에 제4트랜지스터(TR4)의 컬렉터(C)-이미터(E)간이 서로 도통되고, H-브리지 구동 모듈(25)의 제7트랜지스터(TR7)의 베이스(B)에 인가되는 H-브리지 PWM 신호가 제4트랜지스터(TR4)를 통해 흘러나가게 함으로써, H-브리지 구동 모 듈(25)내의 제7트랜지스터(TR7)의 구동을 지속적으로 오프(OFF)시킬 수 있다. 따라서 H-브리지 스위칭 모듈은 100~200V의 AC 전압을 출력할 수 없게 된다.
한편, 스위칭 제어부(31)내의 과전류 감지보고 트랜지스터인 제5트랜지스터(TR5)의 컬렉터(C)는 MCU(20)에 연결되어 있는데, 과전류 검출로 인하여 제5트랜지스터(TR5)가 도통되면 MCU(20)는 이를 감지하고 과전류 여부를 알 수 있게 된다.
과전류 감지 후 MCU(20)에 과전류 감지 사실을 통보하여, MCU(20)로 하여금 출력전류 정지 시까지 상당한 시간(수십msec) 지연이 발생하고 그 시간 동안 출력소자의 파괴가 발생한다. 따라서 과전류 현상 발생 시에 빠른 시간(수십 마이크로sec)내 출력전압 차단을 위해 보호회로의 구동회로를 동작시키고 스위칭 제어부(31)의 제3트랜지스터(TR3) 및 제4트랜지스터(TR4)의 구동으로 직접 출력을 차단시켜 출력소자의 파괴를 방지하고 동시에 제5트랜지스터(TR5)를 통해 MCU(20)에 과전류 현상을 전달하여 MCU(20)로 하여금 근본적으로 출력차단 동작을 하도록 구현하도록 하기 위함이다.
결국, 본 발명은 상기와 같이 과전류 검출 시에 자동적으로 H-브리지 스위칭모듈(26)의 동작을 정지시킴으로써, 과전류 검출 시에 즉각적인 보호 동작을 수행할 수 있으며, 아울러 과전류 검출 사실을 MCU에 통보하여 MCU로 하여금 추가적인 보호 동작을 수행할 수 있도록 할 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.
상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, DC전압을 AC전압으로 변환하는 직류/교류인버터에 있어서 부하 과전류나 부하단락에 의해 과전류가 흐를 때 이를 감지하여 즉각적으로 출력전압을 차단하여 인버터의 파손이나 손상을 방지하고, 과부하 해제 후 재가동시 정상동작을 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 과전류 검출 사실을 MCU에 통보해 줌으로써 MCU로 하여금 추가적인 보호 동작을 할 수 있도록 한다.

Claims (8)

  1. DC를 AC로 변환하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 H-브리지 스위칭부를 포함하는 직류/교류 인버터에서 과전류를 차단하는 직류/교류 인버터 과전류 보호장치에 있어서,
    상기 H-브리지 스위칭부의 스위칭 소자의 출력단에 연결되어 과전류 출력 여부를 감지하여 과전류 감지 신호를 출력하는 과전류 검출부와,
    과전류 감지 신호를 인가받아 과전류 검출 시에 상기 H-브리지 스위칭부의 동작을 정지시키는 구동차단 신호를 출력하는 과전류차단 구동부와,
    상기 과전류차단 구동부의 구동차단 신호를 입력받아 상기 H-브리지 스위칭부에 인가되는 H-브리지 PWM신호를 내부 그라운드로 흘려보냄으로써, 상기 H-브리지 스위칭부의 동작을 정지시키는 스위칭 제어부를 포함하는 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과전류 검출부는:
    상기 H-브리지 스위칭부의 스위칭 소자의 출력단에 연결되는 저항 R1과,
    상기 저항 R1의 입력노드에 연결되어 있어 과전류 감지신호로서 저항 분배 전압을 출력하는 저항 R2 및 저항 R3을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저항 R1은, 상기 H-브리지 스위칭부로부터 사전 설정된 부하차단 시작전류가 인가될 시에 상기 과전류 감지신호를 출력하도록 저항값이 설계되는 것을 특징으로 하는 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 과전류차단 구동부는,
    과전류 감지 시에 상기 과전류 검출부로부터 상기 과전류 감지신호를 베이스 에 입력받아 컬렉터 -이미터간 도통 상태를 이루는 제1트랜지스터와,
    상기 구동차단 신호로서의 소정의 전류차단 구동전압을 이미터로 인가받고 상기 제1트랜지스터의 컬렉터를 베이스로 입력받아, 상기 제1트랜지스터 구동 시에 컬렉터-이미터 도통 상태를 이루어 상기 전류차단 구동전압을 컬렉터로 출력하는 제2트랜지스터와,
    상기 제1트랜지스터의 컬렉터와 상기 제2트랜지스터의 베이스 사이에 구비되어, 상기 제1트랜지스터 구동 시에 제2트랜지스터의 베이스에 구동전압이 인가되도록 하는 저항 R4을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    과전류 감지 시에 상기 과전류차단 구동부의 제2트랜지스터의 컬렉터로부터 출력되는, 상기 구동차단 신호로서의 전류차단 구동전압을 입력받는 베이스와,
    직류/교류 인버터의 MCU로부터 H-브리지 PWM 신호를 입력받는 컬렉터와,
    그라운드와 연결되어 있어 상기 베이스에 전류차단 구동전압이 인가될 시에 상기 컬렉터에 입력되는 H-브리지 PWM 신호를 그라운드로 흘러보내는 이미터를 포함하는 구동차단 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동차단 트랜지스터는, 과전류 감지 시에 상기 과전류차단 구동부의 제2트랜지스터의 컬렉터로부터 출력되는, 상기 구동차단 신호로서의 전류차단 구동전압을 각 트랜지스터의 베이스에서 각각 입력받도록 병렬 형태로 된 다수의 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    과전류 감지 시에 상기 과전류차단 구동부의 제2트랜지스터의 컬렉터로부터 출력되는, 상기 구동차단 신호로서의 전류차단 구동전압을 입력받는 베이스와,
    직류/교류 인버터의 MCU의 과전류감지 단자와 연결되어 있는 컬렉터와,
    그라운드와 연결되어 있어 상기 베이스에 전류차단 구동전압이 인가될 시에, 상기 MCU의 과전류감지 단자를 상기 그라운드와 도통시키도록 하는 이미터를 포함하는 과전류 감지보고 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 MCU는, 과전류 검출로 인해 과전류감지 단자가 그라운드 상태를 유지하면, H-브리지 PWM 신호 출력을 중지하여 상기 H-브리지 스위칭부의 스위칭 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 직류/교류 인버터 과전류 보호 장치.
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