KR100948566B1 - 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치 - Google Patents

인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 인버터에서 출력되는 폴 전압(pole voltage)을 분석하여 인버터 내 스위칭 소자의 장애를 검출한다.
따라서, 인버터에서 출력되는 폴 전압은 인버터에 내장된 스위칭 트랜지스터 등의 스위칭 소자에 의한 것이기 때문에, 해당 스위칭 소자의 장애를 명확하게 검출할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING SWITCH FAULT OF INVERTER}
본 발명은 인버터(inverter)의 스위칭 소자 장애 검출 장치에 관한 것으로, 특히, 인버터에서 출력되는 폴 전압(pole voltage)을 분석하여 인버터 내 스위칭 소자의 장애를 검출하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 인버터 내 스위칭 소자의 장애는 단락성 장애(short-circuit fault)와 개방성 장애(open-circuit fault)로 분류된다.
종래의 단락성 장애 검출의 예를 보면, 인버터 내의 스위칭 소자를 구동하는 베이스/게이트 드라이버(base/gate driver)에 과전류 검출 회로를 삽입하여 베이스/게이트 드라이버에서 과전류가 검출될 경우 인버터 내의 스위칭 소자에 단락성 장애가 발생된 것으로 판단했다.
그러나 인버터 내 스위칭 소자의 개방성 장애의 경우에는 과전류가 발생되지 않기 때문에, 개방성 장애를 검출하려면 별도의 장치를 더 설치해야 한다.
개방성 장애 검출의 예를 보면, 3상 인버터의 출력 전류를 검출하여 3상을 2상 정지 좌표계로 변환해서 궤적을 나타내고, 장애 발생에 따른 궤적의 일그러짐 정도로 장애 발생을 판단하는 방법이 있다.
이와 같은 방법은 출력 전류의 궤적을 나타내고 장애를 판단하는데 걸리는 시간이 인버터의 출력 주파수에 해당하는 시간만큼 필요하고, 예로, 상용 주파수 60Hz로 동작하는 경우 16.67ms라는 기본파 주기에 해당하는 시간을 필요로 하기 때문에, 스위칭 소자의 장애 판단이 늦어지는 결점이 있다.
더욱이 이와 같은 전류를 이용하는 방식은 부하에서의 장애와 인버터의 스위칭 소자에서의 장애를 구분하기가 쉽지않기 때문에, 결국 인버터의 스위칭 소자 장애를 검출하기가 어렵다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 인버터에서 출력되는 폴 전압을 분석하여 인버터 내 스위칭 소자의 장애를 검출하는 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 형태에 따르면, 인버터 내에 구비된 스위칭 소자를 이용하여 출력되는 폴 전압으로부터 상기 스위칭 소자의 장애를 검출하는 장치로서, 상기 폴 전압을 감지하는 폴 전압 감지부; 상기 폴 전압 감지부가 감지한 폴 전압을 복수의 레벨로 각기 검출하는 전압 레벨 검출부; 상기 전압 레벨 검출부가 검출한 복수의 레벨마다 대응되고, 해당 레벨이 유지되는 동안 상기 해당 레벨의 검출 전압을 적분하는 복수의 적분기를 구비한 적분부; 상기 적분부의 복수의 적분 전압에 각기 대응되고, 자신의 해당 적분 전압과 자신의 장애 기준 전압을 각각 비교하는 복수의 비교기를 구비한 비교부; 상기 비교부의 복수 비교 결과를 논리합 연산하여 장애 검출 신호를 출력하는 논리합 게이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 스위칭 소자는 스위칭 트랜지스터(transistor)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 폴 전압 감지부는 상기 인버터의 출력과 접지 사이에 직렬 연결되고, 상기 폴 전압을 각기 분압하는 제 1, 제 2 분압 저항기; 상기 제 1, 제 2 분압 저항기 중 접지에 접속된 분압 저항기의 양단에 접속되고, 상기 접지에 접속된 분압 저항기의 양단에 걸리는 폴 전압을 전파 정류하는 브리지 다이오드(bridge diode)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 레벨 검출부는 상기 폴 전압을 세 가지의 레벨로 검출하는 것을 특징으로 한다. 상기 세 가지는 '± 상기 폴 전압 감지부의 출력/2 레벨', '0 레벨', '± 상기 폴 전압 감지부의 출력/4 레벨'인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 인버터에서 출력되는 폴 전압을 분석하여 인버터 내 스위칭 소자의 장애를 검출한다.
따라서, 인버터에서 출력되는 폴 전압은 인버터에 내장된 스위칭 트랜지스터 등의 스위칭 소자에 의한 것이기 때문에, 해당 스위칭 소자의 장애를 명확하게 검출할 수 있게 되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치의 적용 예를 나타낸 블록도로, 인버터(100), 장애 검출 장치(200), DSP(Digital Signal Processing) 제어부(300), 및 스위칭 구동부(400)로 구성된다.
동 도면에 있어서, 인버터(100)는 내장된 스위칭 트랜지스터 등의 스위칭 소자의 구동에 의해 직류전력을 교류전력으로 변환하여 출력한다. 이때, 인버터(100)는 스위칭 구동부(400)로부터 제공되는 게이트 신호를 사용하여 내장된 스위칭 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 구동시킨다.
장애 검출 장치(200)는 인버터(100)의 교류전력 출력을 분석하여 인버터(100) 내의 스위칭 트랜지스터 등의 스위칭 소자의 장애를 검출해서 그 장애 검 출 신호를 DSP 제어부(300)로 제공한다.
DSP 제어부(300)는 디지털 신호를 기계장치가 빠르게 처리할 수 있도록 하는 것으로, 장애 검출 장치(200)로부터 제공되는 장애 검출 신호에 대응하는 스위칭 신호를 출력하여 스위칭 구동부(400)로 제공한다.
스위칭 구동부(400)는 DSP 제어부(300)로부터 제공되는 스위칭 신호에 대응하는 게이트 신호를 인버터(100)로 제공한다.
전술한 장애 검출 장치(200)를 도 2를 참조하여 상세히 보면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 도시된 장애 검출 장치(200)의 일 실시 예를 나타낸 회로도로, 장애 검출 장치(200)는 폴 전압 감지부(210), 전압 레벨 검출부(220), 적분부(250), 비교부(270), 및 논리합 게이트(290)로 구성된다.
동 도면에 있어서, 먼저 폴 전압 감지부(210) 내의 제 1, 제 2 분압 저항기(R1, R2)는 인버터(100)의 출력(Vxo, x = a, b, c)과 접지 사이에 직렬로 접속되고, 인버터(100)의 출력 폴 전압을 각기 분압한다. 네 개의 정류 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 다이오드는 제 2 분압 저항기(R2)의 양단에 걸리는 폴 전압을 전파 정류하여 극성이 제거된 폴 전압(│Vxo│)을 출력한다.
전압 레벨 검출부(220) 내의 제 1 저항기(R3), 제 1 제너 다이오드(ZD1), 및 제 1 포토커플러(photo-coupler)(222)는 폴 전압 감지부(210)의 출력과 제 4 정류 다이오드(D4)의 애노우드(anode) 사이에 직렬로 접속된다. 제 2 저항기(R4), 제 2 제너 다이오드(ZD2), 및 제 2 포토커플러(224)는 폴 전압 감지부(210)의 출력과 제 4 정류 다이오드(D4)의 애노우드 사이에 직렬로 접속된다.
제 1 AND 게이트(226)는 제 1, 제 2 포토커플러(222, 224)의 출력을 논리곱 연산한다. 제 2 AND 게이트(228)는 제 1 포토커플러(222)의 출력을 NOT 게이트를 통해 받고, 제 2 포토커플러(224)의 출력을 그대로 받아 논리곱 연산한다. 제 3 AND 게이트(230)는 제 1, 제 2 포토커플러(222, 224)의 출력을 각 NOT 게이트를 통해 각기 받아 논리곱 연산한다.
즉, 제 1, 제 2, 제 3 AND 게이트(226, 228, 230)는 폴 전압 감지부(210)의 출력을 세 가지 레벨(하이 레벨(high-level), 제로 레벨(zero-level), 및 미디엄 레벨(medium-level))로 각기 검출한다. 또한, 그 세 가지 레벨은 예로, '± 상기 폴 전압 감지부(210)의 출력/2 레벨', '0 레벨', '± 폴 전압 감지부(210)의 출력/4 레벨'로 나타낼 수 있다. 이 회로에 있어 극성이 제거된 폴 전압(│Vxo│)이 제너전압(VZ1)보다 크면 하이 레벨, 극성이 제거된 폴 전압(│Vxo│)이 제너전압(VZ2)보다 작으면 제로 레벨, 그 밖의 경우에는 미디엄 레벨에 해당된다.
적분부(250) 내의 제 1 적분기(252)는 제 1 AND 게이트(226)의 하이 레벨 출력을 그 제 1 AND 게이트(226)의 출력이 하이 레벨을 유지하는 동안 적분하고, 제 1 AND 게이트(226)의 출력이 로우 레벨로 될 경우 NOT 게이트(254)에 의해 리셋된다. 제 2 적분기(256)는 제 2 AND 게이트(228)의 하이 레벨 출력을 그 제 2 AND 게이트(228)의 출력이 하이 레벨을 유지하는 동안 적분하고, 제 2 AND 게이트(228)의 출력이 로우 레벨로 될 경우 NOT 게이트(258)에 의해 리셋된다. 제 3 적분기(260)는 제 3 AND 게이트(230)의 하이 레벨 출력을 그 제 3 AND 게이트(230)의 출력이 하이 레벨을 유지하는 동안 적분하고, 제 3 AND 게이트(230)의 출력이 로우 레벨로 될 경우 NOT 게이트(262)에 의해 리셋된다.
이와 같이 적분을 하는 이유를 보면, 전압 레벨 검출부(220)의 각 레벨 검출이 인버터(100) 내 스위칭 소자의 최종적인 장애 판단을 의미하는 것이 아니기 때문이다. 왜냐하면 그 스위칭 소자의 장애 이후 인버터(100)의 폴 전압 출력은 스위칭 소자의 장애 이전과 마찬가지로 정상 전압에 해당하는 하이 레벨과 제로 레벨이 검출되고, 인버터(100)의 폴 전압 출력은 하이 레벨에서 제로 레벨까지 미디엄 레벨의 중간 단계 없이 순간적으로 변화되지 않는다. 즉, 스위칭 소자의 장애 유무에 관계없이 미디엄 레벨의 폴 전압 출력은 유지되는 시간의 차이는 있지만 항상 존재한다. 장애 전후의 차이점은 장애 스위칭 소자의 위치와 동작에 따라 한 개 또는, 두 개의 전압 레벨에 대한 유지 시간이 정상 동작 시 나타날 수 있는 최대 유지 시간보다 길어진다는 것이다. 따라서 장애 판단을 위해서는 전압 레벨의 구분뿐만 아니라 전압 레벨의 유지 시간을 검출하는 것이 필요하다. 즉, 본 발명에서는 각 전압 레벨에 대한 유지 시간은 세 개의 적분기를 이용하여 시간의 정보를 전압의 크기로 변환하여 간접적으로 검출하는 것이다.
비교부(207) 내의 제 1, 제 2, 제 3 비교기(272, 276, 280)는 제 1, 제 2, 제 3 적분기(252, 256, 260)의 각 적분 전압과 자신의 제 1, 제 2, 제 3 장애 기준 전압(274, 278, 282)을 각각 비교하여, 그 결과를 논리합 게이트(290)로 제공한다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
즉, 제1 비교기(272)는 제1 적분기(252)의 적분 전압이 제1 장애 기준 전압(274)에 해당하면 장애가 검출되었음을 알리는 제1 비교 결과를 논리합 게이트(290)로 제공한다.
또한, 제2 비교기(276)는 제2 적분기(256)의 적분 전압이 제2 장애 기준 전압(278)에 해당하면 장애가 검출되었음을 알리는 제2 비교 결과를 논리합 게이트(290)로 제공한다.
또한, 제3 비교기(280)는 제3 적분기(260)의 적분 전압이 제3 장애 기준 전압(282)에 해당하면 장애가 검출되었음을 알리는 제3 비교 결과를 논리합 게이트(290)로 제공한다.
논리합 게이트(290)는 제 1, 제 2, 제 3 비교기(272, 276, 280)의 비교 결과를 논리합 연산하여 장애 검출 신호를 출력해서 DSP 제어부(300)로 제공한다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
논리합 게이트(290)는 제 1, 제 2, 제 3 비교기(272, 276, 280)의 비교 결과들 즉, 제1 비교 결과, 제2 비교 결과 및 제3 비교 결과 중 어느 하나가 장애가 검출되었음을 나타내면, 최종적으로 장애 검출 신호를 출력한다. 이 장애 검출 신호는 DSP 제어부(300)로 제공한다.
DSP 제어부(300)는 장애 검출 장치(200)로부터 제공되는 장애 검출 신호에 대응하는 스위칭 신호를 출력하여 스위칭 구동부(400)로 제공한다.
스위칭 구동부(400)는 DSP 제어부(300)로부터 제공되는 스위칭 신호에 대응하는 게이트 신호를 인버터(100)로 제공한다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 본 발명에 따른 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치의 적용 예를 나타낸 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 장애 검출 장치의 일 실시 예를 나타낸 회로도이다.

Claims (5)

  1. 인버터 내에 구비된 스위칭 소자를 이용하여 출력되는 폴 전압으로부터 상기 스위칭 소자의 장애를 검출하는 장치로서,
    상기 폴 전압을 감지하는 폴 전압 감지부;
    상기 폴 전압 감지부가 감지한 폴 전압을 복수의 레벨로 각기 검출하는 전압 레벨 검출부;
    상기 전압 레벨 검출부가 검출한 복수의 레벨마다 대응되고, 해당 레벨이 유지되는 동안 상기 해당 레벨의 검출 전압을 적분하는 복수의 적분기를 구비한 적분부;
    상기 적분부의 복수의 적분 전압에 각기 대응되고, 자신의 해당 적분 전압과 자신의 장애 기준 전압을 각각 비교하는 복수의 비교기를 구비한 비교부;
    상기 비교부의 복수 비교 결과를 논리합 연산하여 상기 복수 비교 결과 중 어느 하나가 장애가 검출되었음을 나타내면 장애 검출 신호를 출력하는 논리합 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 스위칭 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴 전압 감지부는 상기 인버터의 출력과 접지 사이에 직렬 연결되고, 상기 폴 전압을 각기 분압하는 제 1, 제 2 분압 저항기;
    상기 제 1, 제 2 분압 저항기 중 접지에 접속된 분압 저항기의 양단에 접속되고, 상기 접지에 접속된 분압 저항기의 양단에 걸리는 폴 전압을 전파 정류하는 브리지 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 레벨 검출부는 상기 폴 전압을 세 가지의 레벨로 검출하는 것을 특징으로 하는 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 세 가지는 '± 상기 폴 전압 감지부의 출력/2 레벨', '0 레벨', '± 상기 폴 전압 감지부의 출력/4 레벨'인 것을 특징으로 하는 인버터의 스위칭 소자 장애 검출 장치.
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