KR101026043B1 - Apparatus for controlling an inverter - Google Patents

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Abstract

인버터 제어 장치가 개시된다. 본 발명은 인버터 내의 스위칭 소자의 출력 전압을 검출하고, 그 출력 전압을 근거로 상기 스위칭 소자의 단락 여부를 검출하는 단락검출유닛과, 상기 스위칭 소자의 단락에 따른 상기 스위칭 소자의 입력 전압 상승을 제한하는 전압제한유닛을 구비함으로써, 인버터 운전 중 인버터 내의 스위칭 소자의 단락 전류를 검출하고, 상기 스위칭 소자의 게이트 전압을 제어하여 상기 단락 전류를 감소시켜 상기 스위칭 소자의 소손을 방지한다.An inverter control device is disclosed. The present invention detects an output voltage of a switching element in an inverter, and detects whether the switching element is shorted based on the output voltage, and limits an input voltage rise of the switching element due to a short circuit of the switching element. By providing a voltage limiting unit, a short circuit current of the switching element in the inverter is detected during inverter operation, and a gate voltage of the switching element is controlled to reduce the short circuit current to prevent burnout of the switching element.

인버터, IGBT, 단락 Inverter, IGBT, Short Circuit

Description

인버터 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING AN INVERTER}Inverter control device {APPARATUS FOR CONTROLLING AN INVERTER}

본 발명은 인버터를 구동시키고, 보호하는 인버터 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 인버터 내에 구비된 파워 반도체 소자인 IGBT를 구동하고, IGBT의 소손을 방지하는 인버터 제어 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inverter control apparatus and a control method for driving and protecting an inverter, and more particularly, to an inverter control apparatus for driving an IGBT, which is a power semiconductor element provided in an inverter, and preventing burnout of the IGBT.

일반적으로 인버터를 제어하여 모터를 구동하는 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상용 교류 전원(10)과, 상기 교류 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 교류-직류 변환유닛(AC/DC Converter, 이하 '컨버터')(20)과, 상기 직류 전압을 저장 및 평활화하는 평활유닛(필터콘덴서)(30)과, 상기 평활유닛의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터(Inverter, DC/AC Converter, 이하 '인버터')(40)와, 상기 인버터의 교류 전압에 의해 구동되는 모터(60) 및 출력 주파수를 제어하는 제어유닛(50)을 포함하여 구성된다.In general, an apparatus for driving a motor by controlling an inverter includes a commercial AC power source 10 and an AC-DC conversion unit (AC / DC) that converts an AC voltage of the AC power source into a DC voltage. Converter (hereinafter referred to as 'converter') 20, a smoothing unit (filter capacitor) 30 for storing and smoothing the DC voltage, and an inverter for converting the DC voltage of the smoothing unit into an AC voltage (Inverter, DC / AC) Converter (hereinafter referred to as an 'inverter') 40, and a motor 60 driven by the AC voltage of the inverter and a control unit 50 for controlling the output frequency.

상기 인버터 제어 장치에 있어서, 상기 인버터에 출력 단락 또는 암(Arm) 단락이 발생하여 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 '스위칭 소자')에 단락 전류가 흐르면 스위칭 소자의 단락 전류는 스위칭 소자에 인가되고 있는 게이트-이미터 전압(VGE)이 허용하는 최대 전류까지 상승하고, 스위칭 소자의 컬렉터- 이미터 전압(VCE)은 전류에 비례하여 상승한다.In the inverter control device, when an output short circuit or an arm short circuit occurs in the inverter and a short circuit current flows through an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), a short circuit current of the switching device is applied to the switching device. The gate-emitter voltage VGE rises to the maximum current allowed, and the collector-emitter voltage VCE of the switching element rises in proportion to the current.

종래 기술에 따른 단락 전류를 검출하는 장치 및 검출 방법은, 크게 두 가지로 구분할 수 있는데, 전용 회로를 이용하는 방법과, 상기 스위칭 소자의 출력단에 직접 연결하여 직접 전류를 검출하는 방법이다.The apparatus and the detection method for detecting the short-circuit current according to the prior art can be classified into two types, a method using a dedicated circuit and a method of directly detecting the current by connecting directly to the output terminal of the switching element.

종래 기술에 따른 단락검출 기능을 갖는 전용 IC 회로를 구비한 인터버 제어 장치의 경우를 살펴본다. 정상적인 경우 스위칭 소자가 턴-온되면, 입력 전압 VCC는 풀-업 저항과, 전류 제한저항과, 블로킹 다이오드, 및 상기 스위칭 소자를 통해 GND에 연결된다. 이때, 게이트 드라이버의 스위칭 소자의 턴온 전압 만이 검출되어 정상 동작을 수행한다. 스위칭 소자가 단락되는 경우 스위칭 소자의 턴-온 전압은 단락 전류의 크기에 비례하여 상승하고, 상기 비교유닛의 기준 전압과 비교되어 단락 검출 유무를 판별하고 고장신호를 제어유닛에 전달한다.A case of an interlock control device having a dedicated IC circuit having a short circuit detection function according to the prior art will be described. Normally, when the switching device is turned on, the input voltage VCC is connected to GND through the pull-up resistor, the current limiting resistor, the blocking diode, and the switching device. At this time, only the turn-on voltage of the switching element of the gate driver is detected to perform normal operation. When the switching element is shorted, the turn-on voltage of the switching element rises in proportion to the magnitude of the short-circuit current, and compared with the reference voltage of the comparison unit to determine the presence or absence of a short circuit detection and transmit a fault signal to the control unit.

종래 기술에 따른 단락 전류를 직접 검출하는 기능을 구비한 인버터 제어 장치를 살펴본다. 스위칭 소자에 단락전류가 흐를경우 스위칭 소자의 이미터단에 연결된 전류검출 저항에 걸리는 전압을 직접 검출하여 별도의 비교유닛에 미리 설정 되어진 기준 전압과 비교하여 단락 유무를 판별하고 고장 신호를 제어유닛에 단락 검출 신호를 전달한다. 이렇게 단락이 발생하면 스위칭 소자 보호 회로가 동작하기 전까지 스위칭 소자의 특성인 Miller effect에 의하여 게이트 전압이 상승되고 이로 인하여 단락 전류의 크기는 더욱 증가한다. 일정시간 후 보호 회로가 동작하여 스위칭 소자의 게이트 전압을 차단하면 차단시의 단락 전류와 단락 회로 내의 인덕턴스의 영향으로 스파이크 전압이 발생된다.An inverter control device having a function of directly detecting a short circuit current according to the prior art will be described. When a short circuit current flows through the switching element, the voltage applied to the current detection resistor connected to the emitter terminal of the switching element is directly detected and compared with a reference voltage preset in a separate comparison unit to determine whether there is a short circuit and short circuit of the fault signal to the control unit. Deliver the detection signal. When the short circuit occurs, the gate voltage is increased by the Miller effect, which is a characteristic of the switching element, until the switching element protection circuit operates, thereby increasing the magnitude of the short circuit current. After a certain time, when the protection circuit operates to cut off the gate voltage of the switching element, a spike voltage is generated due to the influence of the short-circuit current and the inductance in the short-circuit.

그러나, 종래 기술에 따른 단락검출 기능을 갖는 전용 IC 회로를 구비한 인터버 제어 장치는, 구성이 간단하고 직접화 할 수 있지만, 비용이 상승하고 단락검출 레벨을 조정할 수 없는 문제점이 있다.However, the inverter control device having a dedicated IC circuit having a short circuit detection function according to the prior art has a problem in that the cost is high and the short circuit detection level cannot be adjusted.

또한, 종래 기술에 따른 단락 전류를 직접 검출하는 기능을 구비한 인버터 제어 장치는 상대적으로 비용이 적게 소요되나, 센싱 저항의 손실로 작은 용량의 회로에서만 사용이 가능하고, 단락 검출 시 단락 전류를 제한 회로가 없기 때문에 큰 단락 전류와 높은 스파이크 전압이 발생하는 문제점이 있다.In addition, the inverter control device having a function of directly detecting the short-circuit current according to the prior art is relatively inexpensive, but can be used only in a small capacity circuit due to the loss of the sensing resistance, limiting the short-circuit current when detecting the short circuit. Since there is no circuit, a large short circuit current and a high spike voltage are generated.

본 발명은 인버터 운전 중 인버터 내의 스위칭 소자의 단락 전류를 검출하고, 상기 스위칭 소자의 게이트 전압을 제어하여 상기 단락 전류를 감소시켜 상기 스위칭 소자의 소손을 방지하는 인버터 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inverter control device which detects a short circuit current of a switching element in an inverter during inverter operation, and controls the gate voltage of the switching element to reduce the short circuit current to prevent burnout of the switching element. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 인버터 제어 장치는, 하나 이상의 스위칭 소자를 구비하는 인버터와, 상기 스위칭 소자의 출력 전압을 검출하고, 그 출력 전압을 근거로 상기 스위칭 소자의 단락 여부를 검출하는 단락검출유닛과, 상기 스위칭 소자의 단락에 따른 상기 스위칭 소자의 입력 전압 상승을 제한하는 전압제한유닛과, 펄스 구동 신호를 출력하여 상기 인버터를 구동하는 제어유닛을 포함하여 구성된다.Inverter control apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the inverter having at least one switching element, and detects the output voltage of the switching element, and whether or not the short circuit of the switching element based on the output voltage And a short circuit detecting unit for detecting a signal, a voltage limiting unit for limiting an input voltage rise of the switching element according to a short circuit of the switching element, and a control unit for outputting a pulse driving signal to drive the inverter.

또, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 인버터 제어 장치는, 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터와, 상기 변환된 직류 전원을 평활화하는 평활유닛과, 하나 이상의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 평활된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 모터를 구동하는 인버터와, 상기 스위칭 소자의 출력 전압과 비교하기 위한 기준 전압의 레벨을 설정하는 제너다이오드를 구비하고, 상기 스위칭 소자의 출력 전압을 검출하여, 그 출력 전압이 상기 기준 전압 이상이면 상기 스위칭 소자가 단락된 것으로 검출하는 단락검출유닛과, 상기 스위칭 소자의 출력 전압이 상기 기준 전압 이상이면 턴온되는 방전트랜지스터와, 상기 방전트랜지스터가 턴온되면, 상기 스위칭 소자와 연결되어 상기 스위칭 소자의 입력 전압을 방전하는 방전저항을 구비하고, 상기 스위칭 소자의 단락에 따른 상기 스위칭 소자의 입력 전압이 상승하는 것을 제한하는 전압제한유닛과, 펄스 구동 신호를 출력하여 상기 인버터를 구동하는 제어유닛을 포함하여 구성된다.In addition, an inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is provided with a converter for converting commercial AC power to a DC power, a smoothing unit for smoothing the converted DC power, and at least one switching element. And a zener diode configured to convert the smoothed DC power into a motor driving power to drive the motor, and a zener diode to set a level of a reference voltage for comparison with an output voltage of the switching device. A short circuit detecting unit detecting a voltage and detecting that the switching element is shorted if its output voltage is equal to or greater than the reference voltage, a discharge transistor turned on when the output voltage of the switching element is equal to or greater than the reference voltage, and the discharge transistor When turned on, it is connected with the switching element to prevent the input voltage of the switching element. Having a discharge resistance, and is configured to include a control unit for driving the inverter to output a voltage limit unit, a pulse drive signal to limit the rising input voltage of the switching element in accordance with the short-circuit of the switching element.

본 발명에 따라 스위칭 소자의 출력 전압을 제너다이오드에 의한 기준 전압과 비교하여 상기 스위칭 소자의 단락 여부를 검출할 수 있다.According to the present invention, it is possible to detect whether the switching element is shorted by comparing the output voltage of the switching element with a reference voltage by the zener diode.

또한, 본 발명에 따라 스위칭 소자의 단락 시에 miller effect에 의해 상승하는 상기 스위칭 소자의 게이트 전압, 즉 입력 전압을 방전트랜지스터와 방전저항을 이용하여 제한할 수 있다.In addition, according to the present invention, the gate voltage, that is, the input voltage of the switching element rising by the miller effect when the switching element is shorted may be limited by using the discharge transistor and the discharge resistor.

아울러, 본 발명에 따라 인버터 운전 중 인버터 내의 스위칭 소자의 단락 전류를 검출하고, 상기 스위칭 소자의 게이트 전압을 제어하여 상기 단락 전류를 감소시켜 상기 스위칭 소자의 소손을 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, the short circuit current of the switching element in the inverter may be detected during the operation of the inverter, and the gate voltage of the switching element may be controlled to reduce the short circuit current to prevent burnout of the switching element.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인버터 제어 장치 및 제어 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, an inverter control apparatus and a control method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장 치는, 하나 이상의 스위칭 소자를 구비하는 인버터(400)와, 상기 스위칭 소자의 출력 전압을 검출하고, 그 출력 전압을 근거로 상기 스위칭 소자의 단락 여부를 검출하는 단락검출유닛(700)과, 상기 스위칭 소자의 단락에 따른 상기 스위칭 소자의 입력 전압 상승을 제한하는 전압제한유닛(800)과, 펄스 구동 신호를 출력하여 상기 인버터를 구동하는 제어유닛(500)을 포함하여 구성된다. 상기 단락검출유닛(700)은, 상기 스위칭 소자의 출력 전압과 비교하기 위한 기준 전압의 레벨을 설정하는 제너다이오드를 포함한다. 상기 전압제한유닛(800)은, 상기 스위칭 소자의 출력 전압이 상기 기준 전압 이상이면 턴온되는 방전트랜지스터와, 상기 방전트랜지스터가 턴온되면, 상기 스위칭 소자와 연결되어 상기 스위칭 소자의 입력 전압을 방전하는 방전저항을 포함한다. 이때, 상기 출력 전압은 스위칭 소자의 컬렉터-이미터간의 전압, 상기 입력 전압은 게이트-이미터간의 전압(또는, 게이트 전압)을 의미한다.2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an inverter control apparatus according to an embodiment of the present invention. 2, an inverter control device according to an embodiment of the present invention detects an inverter 400 including one or more switching elements, an output voltage of the switching element, and based on the output voltage. A short circuit detection unit 700 for detecting whether a device is short-circuited, a voltage limiting unit 800 for limiting an input voltage rise of the switching device according to a short circuit of the switching device, and a pulse driving signal to output the driving unit The control unit 500 is configured to include. The short detection unit 700 includes a zener diode for setting a level of a reference voltage for comparison with an output voltage of the switching element. The voltage limiting unit 800 may include a discharge transistor that is turned on when the output voltage of the switching element is greater than or equal to the reference voltage, and is connected to the switching element to discharge the input voltage of the switching element when the discharge transistor is turned on. Includes resistance. In this case, the output voltage refers to the voltage between the collector and the emitter of the switching element, and the input voltage refers to the voltage between the gate and the emitter (or the gate voltage).

여기서, 상기 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),즉 절연 게이트 양극성 트랜지스터일 수 있다. 상기 IGBT는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)을 게이트부에 짜 넣은 접합형 트랜지스터이다. 상기 IGBT는 게이트-이미터간의 전압으로 구동되어 입력 신호에 의해서 온/오프가 생기는 자기소호형이므로, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자이다. 상기 스위칭 소자에 단락 전류가 흐르면 스위칭 소자의 단락 전류는 스위칭 소자에 인가되고 있는 게이트-이미터 전압(VGE)이 허용하는 최대 전류까지 상승하고, 스위칭 소자의 컬렉터-이미터 전압(VCE)은 전류에 비례하여 상승한다.The switching element may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT), that is, an insulated gate bipolar transistor. The IGBT is a junction transistor in which a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) is incorporated in a gate part. The IGBT is a semiconductor device which is driven by a voltage between the gate and the emitter and is turned on and off by an input signal, thereby enabling high power switching at a high speed. When a short circuit current flows through the switching element, the short circuit current of the switching element rises to the maximum current allowed by the gate-emitter voltage VGE applied to the switching element, and the collector-emitter voltage VCE of the switching element is current. Rise in proportion to

상기 제어유닛(500)은 상기 인버터를 제어하기 위한 펄스 구동 신호, 즉 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하고, 상기 인버터 내에 구비된 스위칭 소자가 단락되는지 여부를 검출하여 단락 검출 신호를 입력 받는다.The control unit 500 outputs a pulse driving signal for controlling the inverter, that is, a pulse width modulation (PWM) signal, detects whether a switching element included in the inverter is shorted, and receives a short circuit detection signal.

상기 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 스위칭 소자의 입력 전압이 인가된 경우에만 상기 스위칭 소자의 턴-온 출력 전압을 검출하도록 구비된 풀업저항(Pull-Up Resistor)을 더 포함하여 구성된다.The inverter control apparatus according to the embodiment further comprises a pull-up resistor provided to detect the turn-on output voltage of the switching element only when an input voltage of the switching element is applied. .

상기 인버터 제어 장치는, 상기 펄스 구동 신호를 절연하고, 절연된 펄스 구동 신호를 상기 인버터로 출력하는 제1 절연유닛(910)을 더 포함하여 구성된다. 또한, 상기 인버터 제어 장치는, 상기 스위칭 소자의 출력 전압을 절연하고, 단락 검출 신호를 출력하는 제2 절연유닛(920)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제1 절연유닛(910)과 제2 절연유닛(920)은 포토커플러(Photo Coupler)일 수 있다.The inverter control device further includes a first insulation unit 910 that insulates the pulse driving signal and outputs the insulated pulse driving signal to the inverter. The inverter control device may further include a second insulation unit 920 that insulates the output voltage of the switching element and outputs a short circuit detection signal. Here, the first insulating unit 910 and the second insulating unit 920 may be a photo coupler.

또한, 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 스위치 소자의 출력 전압을 차단하는 차단다이오드(Blocking Diode)를 더 포함하여 구성된다.In addition, the inverter control apparatus according to an embodiment further comprises a blocking diode to block the output voltage of the switch element.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 정상 동작은 하기와 같다. 먼저 상기 제어유닛(500)이 펄스 구동 신호를 출력하면, 상기 제1 절연유닛(910)은 상기 펄스 구동 신호를 절연하여 턴-온/턴-오프 신호를 전달한다. 상기 턴온 신호가 전달되면, 상기 인버터(400) 내에 구비된 스위칭 소자, 즉 IGBT의 게이트-이미터에 충전되고, 상기 IGBT는 턴-온된다. 이와 동시에 턴-온 신호는 풀업저항을 통과하고, 차단다이오드와 스위칭 소자를 통해 흐른다. 단락검출유닛(700) 내의 제너다이오드와 상기 풀업저항의 접점에서의 전압은 상기 스위칭 소자의 게이트 단에 연결된 저항에서의 전압강하분과 상기 스위칭 소자의 턴-온 전압(VCE_sat)이다. 반 면, 상기 제1 절연유닛(910)이 턴-오프 신호를 전달하면, 상기 게이트 단에 연결된 저항을 통하여 상기 스위칭 소자의 게이트-이미터 전압을 방전시키고, 상기 스위칭 소자를 턴-오프 시킨다. 이와 동시에 상기 제너다이오드와 풀업저항의 접점 전압은 상기 풀업저항에 인가되는 게이트 전압이 턴-오프 되므로 전압이 검출되지 않는다.Normal operation of the inverter control apparatus according to an embodiment of the present invention is as follows. First, when the control unit 500 outputs a pulse driving signal, the first insulating unit 910 insulates the pulse driving signal and transmits a turn-on / turn-off signal. When the turn-on signal is transmitted, the switching element provided in the inverter 400, that is, the gate-emitter of the IGBT is charged, and the IGBT is turned on. At the same time, the turn-on signal passes through the pull-up resistor and flows through the blocking diode and the switching element. The voltage at the contact of the zener diode and the pull-up resistor in the short-circuit detection unit 700 is the voltage drop at the resistor connected to the gate terminal of the switching element and the turn-on voltage VCE_sat of the switching element. On the other hand, when the first insulation unit 910 transmits a turn-off signal, the gate-emitter voltage of the switching device is discharged through a resistor connected to the gate terminal, and the switching device is turned off. At the same time, the contact voltage of the zener diode and the pullup resistor is not detected because the gate voltage applied to the pullup resistor is turned off.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 단락 시의 동작은 하기와 같다. 상기 스위칭 소자가 단락되어 정격전류의 수배에서 수십배의 전류가 흐르면 상기 스위칭 소자의 컬렉터-이미터 전압은 전류의 크기에 비례하여 상승한다. 이러한 특성을 이용하여 단락 검출 레벨을 제너다이오드에 설정할 수 있다. 상기 스위치 소자가 단락되어 상기 스위칭 소자의 턴-온 시의 컬렉터-이미터 전압(VCE_sat)이 상승하면 제너다이오드와 풀업저항의 접점의 전압이 상승하게 된다. 이에 따라 상기 제너다이오드와 풀업저항의 접점의 전압이 상기 설정된 단락 검출 레벨 이상으로 상승하면 상기 제너다이오드는 턴-온되어 상기 전압제한유닛(800) 내의 방전트랜지스터의 베이스에 전류를 공급하고, 상기 방전트랜지스터는 턴-온된다. 상기 방전트랜지스터가 턴-온되면 상기 스위칭 소자의 게이트-이미터 전압은 상기 방전저항을 통해 일정 부분 방전하게 된다. 따라서, 상기 방전트랜지스터와 상기 방전저항은 상기 동작을 통하여 miller effect에 의해 발생하는 상기 스위칭 소자의 게이트-이미터 전압 상승을 억제시키고, 단락전류의 크기를 제한한다. 상기 방전트랜지스터가 턴-온되면 입력단에 연결된 저항을 통해 제2 절연유닛(920)가 턴-온되고, 상기 제2 절연유닛(920)은 상기 제어유닛(500)에 단락 검출 신호를 전달한다.Operation of the short circuit of the inverter control apparatus according to an embodiment of the present invention is as follows. When the switching element is short-circuited and the current flows several times to several tens of the rated current, the collector-emitter voltage of the switching element rises in proportion to the magnitude of the current. This characteristic can be used to set the short circuit detection level in the zener diode. When the switch element is short-circuited and the collector-emitter voltage VCE_sat increases when the switching element is turned on, the voltage between the contact point of the zener diode and the pull-up resistor increases. Accordingly, when the voltage of the contact between the zener diode and the pull-up resistor rises above the set short detection level, the zener diode is turned on to supply current to the base of the discharge transistor in the voltage limiting unit 800, and the discharge The transistor is turned on. When the discharge transistor is turned on, the gate-emitter voltage of the switching element is partially discharged through the discharge resistor. Therefore, the discharge transistor and the discharge resistor suppress the increase of the gate-emitter voltage of the switching element generated by the miller effect through the operation, and limit the magnitude of the short circuit current. When the discharge transistor is turned on, the second insulation unit 920 is turned on through a resistor connected to an input terminal, and the second insulation unit 920 transmits a short detection signal to the control unit 500.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 개략적으 로 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치를 도시한 회로도이다.3 is a block diagram schematically showing the configuration of an inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention, Figure 4 is a circuit diagram showing an inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치는, 상용 교류 전원(100)을 직류 전원으로 변환하는 컨버터(200)와, 상기 변환된 직류 전원을 평활화하는 평활유닛(300)과, 하나 이상의 스위칭 소자를 구비하고, 상기 평활된 직류 전원을 모터 구동 전원으로 변환하여 상기 모터를 구동하는 인버터(400)와, 상기 스위칭 소자의 출력 전압을 검출하여, 그 출력 전압이 기준 전압 이상이면 상기 스위칭 소자가 단락된 것으로 검출하는 단락검출유닛(700)과, 상기 스위칭 소자의 단락에 따른 상기 스위칭 소자의 입력 전압이 상승하는 것을 제한하는 전압제한유닛(800)과, 펄스 구동 신호를 출력하여 상기 인버터를 구동하는 제어유닛(500)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 단락검출유닛(700)은, 상기 스위칭 소자의 출력 전압과 비교하기 위한 기준 전압의 레벨을 설정하는 제너다이오드(ZD1)를 구비한다. 또한, 상기 전압제한유닛(800)은, 상기 스위칭 소자의 출력 전압이 상기 기준 전압 이상이면 턴온되는 방전트랜지스터(TR1)와, 상기 방전트랜지스터(TR1)가 턴온되면, 상기 스위칭 소자와 연결되어 상기 스위칭 소자의 입력 전압을 방전하는 방전저항(R4)을 구비한다.3 and 4 together, the inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention, the converter 200 for converting the commercial AC power supply 100 to DC power, and smoothing the converted DC power supply An inverter 400 having a unit 300 and at least one switching element, converting the smoothed DC power into a motor driving power to drive the motor, and detecting an output voltage of the switching element, and outputting the output voltage. A short circuit detection unit 700 for detecting that the switching element is shorted if the reference voltage is higher than the reference voltage, a voltage limiting unit 800 for limiting an increase in an input voltage of the switching element due to a short circuit of the switching element, and a pulse; It comprises a control unit 500 for outputting a drive signal to drive the inverter. Here, the short detection unit 700 includes a zener diode ZD1 for setting a level of a reference voltage for comparison with an output voltage of the switching element. In addition, the voltage limiting unit 800 is connected to the switching element when the discharge transistor TR1 is turned on when the output voltage of the switching element is equal to or greater than the reference voltage, and when the discharge transistor TR1 is turned on. And a discharge resistor R4 for discharging the input voltage of the device.

다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 스위칭 소자의 입력 전압이 인가된 경우에만 상기 스위칭 소자의 턴-온 출력 전압을 검출하도록 구비된 풀업저항(R2)을 더 포함하여 구성된다.Inverter control device according to another embodiment further comprises a pull-up resistor (R2) provided to detect the turn-on output voltage of the switching element only when the input voltage of the switching element is applied.

상기 인버터 제어 장치는, 상기 펄스 구동 신호를 절연하고, 절연된 펄스 구 동 신호를 상기 인버터로 출력하는 제1 절연유닛(910)을 더 포함하여 구성된다. 또한, 상기 인버터 제어 장치는, 상기 스위칭 소자의 출력 전압을 절연하고, 단락 검출 신호를 출력하는 제2 절연유닛(920)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제1 절연유닛(910)과 제2 절연유닛(920)은 포토커플러(Photo Coupler)일 수 있다.The inverter control device may further include a first insulation unit 910 that insulates the pulse driving signal and outputs the insulated pulse driving signal to the inverter. The inverter control device may further include a second insulation unit 920 that insulates the output voltage of the switching element and outputs a short circuit detection signal. Here, the first insulating unit 910 and the second insulating unit 920 may be a photo coupler.

또한, 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치는, 상기 스위치 소자의 출력 전압을 차단하는 차단다이오드(D1)를 더 포함하여 구성된다.In addition, the inverter control apparatus according to another embodiment further comprises a blocking diode (D1) for blocking the output voltage of the switch element.

본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 정상 동작은 하기와 같다. 먼저 상기 제어유닛(500)이 펄스 구동 신호를 출력하면, 상기 제1 절연유닛(910)은 상기 펄스 구동 신호를 절연하여 턴-온/턴-오프 신호를 전달한다. 상기 턴온 신호가 전달되면, 상기 인버터(400) 내에 구비된 스위칭 소자, 즉 IGBT의 게이트-이미터에 충전되고, 상기 IGBT는 턴-온된다. 이와 동시에 턴-온 신호는 풀업저항(R2)을 통과하고, 차단다이오드(D1)와 스위칭 소자(IGBT)를 통해 흐른다. 단락검출유닛(700) 내의 제너다이오드(ZD1)와 상기 풀업저항(R2)의 접점에서의 전압은 상기 스위칭 소자의 게이트 단에 연결된 저항(R1)에서의 전압강하분과 상기 스위칭 소자의 턴-온 전압(VCE_sat)이다. 반면, 상기 제1 절연유닛(910)이 턴-오프 신호를 전달하면, 상기 게이트 단에 연결된 저항(R1)을 통하여 상기 스위칭 소자의 게이트-이미터 전압을 방전시키고, 상기 스위칭 소자를 턴-오프 시킨다. 이와 동시에 상기 제너다이오드(ZD1)와 풀업저항(R2)의 접점 전압은 상기 풀업저항에 인가되는 게이트 전압이 턴-오프 되므로 전압이 검출되지 않는다.The normal operation of the inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention is as follows. First, when the control unit 500 outputs a pulse driving signal, the first insulating unit 910 insulates the pulse driving signal and transmits a turn-on / turn-off signal. When the turn-on signal is transmitted, the switching element provided in the inverter 400, that is, the gate-emitter of the IGBT is charged, and the IGBT is turned on. At the same time, the turn-on signal passes through the pull-up resistor R2 and flows through the blocking diode D1 and the switching element IGBT. The voltage at the contact point of the zener diode ZD1 and the pull-up resistor R2 in the short-circuit detection unit 700 includes the voltage drop at the resistor R1 connected to the gate terminal of the switching element and the turn-on voltage of the switching element. (VCE_sat). On the other hand, when the first insulation unit 910 transmits a turn-off signal, the gate-emitter voltage of the switching element is discharged through the resistor R1 connected to the gate terminal, and the switching element is turned off. Let's do it. At the same time, since the gate voltage applied to the pull-up resistor is turned off, the voltage of the contact voltage of the zener diode ZD1 and the pull-up resistor R2 is turned off.

본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 단락 시의 동작은 하기와 같다. 상기 스위칭 소자가 단락되어 정격전류의 수배에서 수십배의 전류가 흐르면 상기 스위칭 소자의 컬렉터-이미터 전압은 전류의 크기에 비례하여 상승한다. 이러한 특성을 이용하여 단락 검출 레벨을 제너다이오드(ZD1)에 설정할 수 있다. 상기 스위치 소자가 단락되어 상기 스위칭 소자의 턴-온 출력 전압, 즉 컬렉터-이미터 전압(VCE_sat)이 상승하면 제너다이오드(ZD1)와 풀업저항(R2)의 접점의 전압이 상승하게 된다. 이에 따라 상기 제너다이오드(ZD1)와 풀업저항(R2)의 접점의 전압이 상기 설정된 단락 검출 레벨 이상으로 상승하면 상기 제너다이오드(ZD1)는 턴-온되어 상기 전압제한유닛(800) 내의 방전트랜지스터(TR1)의 베이스에 전류를 공급하고, 상기 방전트랜지스터(TR1)는 턴-온된다. 상기 방전트랜지스터(TR1)가 턴-온되면 상기 스위칭 소자의 게이트-이미터 전압은 상기 방전저항(R4)을 통해 일정 부분 방전하게 된다. 따라서, 상기 방전트랜지스터(TR1)와 상기 방전저항(R4)은 상기 동작을 통하여 miller effect에 의해 발생하는 상기 스위칭 소자의 게이트-이미터 전압 상승을 억제시키고, 단락전류의 크기를 제한한다. 상기 방전트랜지스터가 턴-온되면 입력단에 연결된 저항을 통해 제2 절연유닛(920)가 턴-온되고, 상기 제2 절연유닛(920)은 상기 제어유닛(500)에 단락 검출 신호를 전달한다.Operation of the short circuit of the inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention is as follows. When the switching element is short-circuited and the current flows several times to several tens of the rated current, the collector-emitter voltage of the switching element rises in proportion to the magnitude of the current. By using this characteristic, the short circuit detection level can be set in the zener diode ZD1. When the switch element is shorted and the turn-on output voltage of the switching element, that is, the collector-emitter voltage VCE_sat increases, the voltage of the contact point of the zener diode ZD1 and the pull-up resistor R2 increases. Accordingly, when the voltage of the contact point of the zener diode ZD1 and the pull-up resistor R2 rises above the set short-circuit detection level, the zener diode ZD1 is turned on and the discharge transistor in the voltage limiting unit 800 is turned on. The current is supplied to the base of TR1, and the discharge transistor TR1 is turned on. When the discharge transistor TR1 is turned on, the gate-emitter voltage of the switching element is partially discharged through the discharge resistor R4. Accordingly, the discharge transistor TR1 and the discharge resistor R4 suppress the gate-emitter voltage rise of the switching element caused by the miller effect through the operation and limit the magnitude of the short-circuit current. When the discharge transistor is turned on, the second insulation unit 920 is turned on through a resistor connected to an input terminal, and the second insulation unit 920 transmits a short detection signal to the control unit 500.

도 5는 본 발명에 따른 인버터 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 인버터 제어 장치의 단락 시의 동작을 설명하면 하기와 같다. 도 5의 첫번째 그래프는 스위칭 소자(IGBT)의 게이트-이미터 전압(VGE), 두번째 그래프는 단락 전류(Ic), 세번째 그래프는 상기 스위칭 소자(IGBT)의 컬렉터-이미터 전압(VCE)을 나타낸다. 단락(또는 Arm short)이 발생하 면 상기 전압제한유닛(800) 내의 방전트랜지스터(TR1)이 턴-온되기 전까지 단락전류는 급격히 상승하고, 상기 게이트-이미터 전압(또는 간단히 게이트 전압)은 miller effect에 의한 영향으로 상승하며, 상기 스위칭 소자(IGBT)가 턴-온되는 때의 전압 VCE_sat이 상승한다. 상기 VCE_sat 전압이 상기 제너다이오드(ZD1)에 설정된 전압보다 상승하면 상기 방전트랜지스터(TR1)이 턴-온되고 상기 게이트 전압은 상기 방전트랜지스터(TR1) 및 상기 방전저항(R4)으로 구성된 상기 전압제한유닛을 통하여 방전된다. 상기 게이트 전압이 방전되면 단락전류는 방전된 게이트전압에 비례하여 감소하고 상기 스위칭 소자(IGBT)의 컬렉터-이미터 전압은 상승한다. 상기 방전트랜지스터(TR1)이 턴-온되는 시점에 제2 절연유닛의 입력단에 연결된 저항(R3)을 상기 제2 절연유닛에 연결되고, 상기 제2 절연유닛(920)은 상기 제어유닛(500)에 단락 검출 신호를 전달한다. 상기 제어유닛(500)은 상기 단락 검출 신호에 따라 상기 펄스 구동 신호를 차단하게 된다.5 is a graph for explaining the operation of the inverter control apparatus according to the present invention. Referring to Figure 5 when the operation of the inverter control device according to the invention when the short circuit will be described. 5 shows the gate-emitter voltage VGE of the switching element IGBT, the second graph shows the short-circuit current Ic, and the third graph shows the collector-emitter voltage VCE of the switching element IGBT. . If a short circuit (or arm short) occurs, the short-circuit current rapidly rises until the discharge transistor TR1 in the voltage limiting unit 800 is turned on, and the gate-emitter voltage (or simply the gate voltage) becomes a miller effect. And the voltage VCE_sat when the switching element IGBT is turned on increases. When the VCE_sat voltage rises above the voltage set in the zener diode ZD1, the discharge transistor TR1 is turned on and the gate voltage is the voltage limiting unit consisting of the discharge transistor TR1 and the discharge resistor R4. Discharge through. When the gate voltage is discharged, the short circuit current decreases in proportion to the discharged gate voltage, and the collector-emitter voltage of the switching element IGBT increases. When the discharge transistor TR1 is turned on, the resistor R3 connected to the input terminal of the second insulation unit is connected to the second insulation unit, and the second insulation unit 920 is the control unit 500. Pass a short circuit detection signal to the The control unit 500 blocks the pulse driving signal according to the short detection signal.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치는, 스위칭 소자의 출력 전압을 검출하고, 그 출력 전압을 근거로 상기 스위칭 소자의 단락 여부를 검출하는 단락검출유닛과, 상기 스위칭 소자의 단락에 따른 상기 스위칭 소자의 입력 전압 상승을 제한하는 전압제한유닛을 구비함으로써 스위칭 소자의 출력 전압을 제너다이오드에 의한 기준 전압과 비교하여 상기 스위칭 소자의 단락 여부를 검출할 수 있고, 상기 스위칭 소자의 단락 시에 miller effect에 의해 상승하는 상기 스위칭 소자의 게이트 전압, 즉 입력 전압을 방전트랜지스터와 방전저항을 이용하여 제한할 수 있으며, 인버터 운전 중 인버터 내의 스위칭 소자의 단락 전류를 검출하 고, 상기 스위칭 소자의 게이트 전압을 제어하여 상기 단락 전류를 감소시켜 상기 스위칭 소자의 소손을 방지할 수 있다.As described above, the inverter control device according to the present invention includes a short-circuit detection unit that detects an output voltage of a switching element and detects whether the switching element is short-circuited based on the output voltage, and according to a short circuit of the switching element. By providing a voltage limiting unit for limiting an increase in the input voltage of the switching element, the output voltage of the switching element can be compared with the reference voltage by the zener diode to detect whether the switching element is short-circuited, and at the time of short-circuit of the switching element. The gate voltage of the switching element rising by the miller effect, that is, the input voltage may be limited by using a discharge transistor and a discharge resistor, detects a short circuit current of the switching element in the inverter during inverter operation, and detects the gate of the switching element. By controlling the voltage, the short circuit current is reduced to prevent burnout of the switching element. You can prevent it.

도 1은 일반적인 인버터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;1 is a block diagram schematically showing the configuration of a general inverter control apparatus;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;2 is a block diagram schematically showing a configuration of an inverter control apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도;3 is a block diagram schematically showing a configuration of an inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터 제어 장치를 도시한 회로도;4 is a circuit diagram showing an inverter control apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 인버터 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph for explaining the operation of the inverter control apparatus according to the present invention.

Claims (7)

하나 이상의 스위칭 소자를 구비하는 인버터;An inverter having one or more switching elements; 상기 스위칭 소자의 출력 전압을 검출하고, 상기 스위칭 소자의 출력 전압과 비교하기 위한 기준 전압의 레벨을 설정하는 제너다이오드를 포함하며, 그 출력 전압을 근거로 상기 스위칭 소자의 단락 여부를 검출하는 단락검출유닛;A zener diode that detects an output voltage of the switching element and sets a level of a reference voltage for comparison with an output voltage of the switching element, and detects whether the switching element is short-circuited based on the output voltage. unit; 상기 스위칭 소자의 출력 전압이 상기 기준 전압 이상이면 턴온되는 방전트랜지스터와, 상기 방전트랜지스터가 턴온되면, 상기 스위칭 소자와 연결되어 상기 스위칭 소자의 입력 전압을 방전하는 방전저항을 포함하고, 상기 스위칭 소자의 단락에 따른 상기 스위칭 소자의 입력 전압 상승을 제한하는 전압제한유닛;A discharge transistor turned on when the output voltage of the switching element is equal to or greater than the reference voltage, and a discharge resistor connected to the switching element to discharge an input voltage of the switching element when the discharge transistor is turned on, A voltage limiting unit for limiting an input voltage rise of the switching element according to a short circuit; 상기 스위칭 소자의 입력 전압이 인가된 경우에만 상기 스위칭 소자의 턴-온 출력 전압을 검출하도록 구비된 풀업저항; 및A pull-up resistor provided to detect a turn-on output voltage of the switching element only when an input voltage of the switching element is applied; And 펄스 구동 신호를 출력하여 상기 인버터를 구동하는 제어유닛;을 포함하는 인버터 제어 장치.And a control unit for outputting a pulse driving signal to drive the inverter. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 펄스 구동 신호를 절연하고, 절연된 펄스 구동 신호를 상기 인버터로 출력하는 제1 절연유닛;을 더 포함하는 인버터 제어 장치.And a first insulating unit for insulating the pulse driving signal and outputting the insulated pulse driving signal to the inverter. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 스위칭 소자의 출력 전압을 절연하고, 단락 검출 신호를 출력하는 제2 절연유닛;을 더 포함하는 인버터 제어 장치.And a second insulating unit for insulating the output voltage of the switching element and outputting a short detection signal. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 스위치 소자의 출력 전압을 차단하는 차단다이오드;를 더 포함하는 인버터 제어 장치.Inverter control device further comprising; a blocking diode for blocking the output voltage of the switch element.
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