KR101053591B1 - 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지능형 파워 모듈(Intelligent Power Module;IPM)에서 분기 저항(Shunt Resister)에 흐르는 전류를 직접 감지하여 회로 공차에 의한 감지 편차를 줄이고 회로 구성을 단순화 할 수 있도록한 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로에 관한 것으로, 지능형 파워 모듈에서 IPM 출력단의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 각각 구성되는 제 1,2,3 션트 저항(R1)(R2)(R3)을 포함하고 각상의 라인(Nu)(Nv)(Nw)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;상기 전류 검출부의 제 1,2,3 션트 저항(R1)(R2)(R3)에 대응하여 각상의 라인(Nu)(Nv)(Nw)에 입력 라인이 직접 연결되어, 각 상(U)(V)(W)의 전류값을 가산 적분하여 과전류 검출 신호를 출력하는 과전류 검출 신호 출력부를 포함한다.
IPM, 과전류, 보호 회로, 세탁기, op Amp, Shunt 저항, 가산 적분기

Description

지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로{Circuit for preventing over current of Intelligent Power Module}
도 1은 종래 기술의 IPM의 과전류 보호 회로의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 IPM의 과전류 보호 회로의 구성도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21. IPM 출력단 22. 전류 검출부
23. 과전류 검출 신호 출력부
본 발명은 지능형 파워 모듈(Intelligent Power Module;IPM)에 관한 것으로, 특히 분기 저항(Shunt Resister)에 흐르는 전류를 직접 감지하여 회로 공차에 의한 감지 편차를 줄이고 회로 구성을 단순화 할 수 있도록한 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로에 관한 것이다.
통상적으로 세탁기와 같이 지능형 파워 모듈(IPM)을 이용하여 전원을 공급하는 장치에서는 입력되는 전원의 상태를 감지하여, 입력되는 전원 전압이 이상 전압일 때 이를 감지하여 입력 전원 전압을 차단하므로써 이상 전압으로부터 기기를 보 호한다.
또한, 입력되는 전압이 정상적임에도 불구하고 기기의 구동중에 예기치 않게 발생되는 과전류에 대해서도 이를 검지하여 입력되는 전압을 차단하므로써 기기를 과전류로부터 보호한다.
그러나 기기의 운용중에는 운용에 따른 노이즈의 영향으로 과전류를 정확하게 검지하기란 매우 어려운 일이다.
이하에서 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 IPM의 과전류 보호 회로의 구성도이다.
지능형 파워 모듈은 전원 소자부(power device), 제어부(gate drive) 그리고 보호 회로로 구성된다.
전원 소자부는 통상적으로 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 FWD(Free Wheeling Diode)로 이루어져 있으며, 보호 회로는 과전류 감지부(over current), 전류 출력부(current output), 과열 감지부(over temperature), 오류 신호 출력부(fault signal output)를 포함한다.
여기서, 과전류 감지부는 IPM의 N단에 흐르는 3상의 전류를 검출하여 과전류 유입 여부를 확인하여 과부하로 인한 고전류에 의해 부품의 손상을 방지하기 위해 IPM의 출력을 차단하는 회로이다.
이와 같은 과전류 보호 회로의 구성은 도 1에서와 같다.
IPM 출력단(11)의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 구성되는 전류 검출부(12)의 션 트 저항(R1)(R2)(R3)에 흐르는 전류의 량을 증폭 출력부(13)의 각각의 제 1,2,3 연산 증폭부(A1)(A2)(A3)에서 증폭 출력하고, 증폭 출력값은 과전류 검출 신호 출력부(15)에 의해 가산되고 일정 전압 이상인 경우에 과전류 검출 신호가 출력되어 IPM 출력단(11)에 구성되는 차단부에 의해 IPM의 출력을 차단한다.
먼저, 증폭 출력부(13)의 제 1 연산 증폭부(A1)의 비반전 단자(+)에는 분배 저항(R13)(R14)에 의해 분배된 기준 전압값이 입력되고, 반전 단자(-)에는 션트 저항(R1)에 의해 검출되는 전류값이 입력된다.
제 1 연산 증폭부(A1)는 0에서 5V사이의 범위에서 입력값을 증폭하여 출력하고, 제 1 연산 증폭부(A1)의 출력단에는 출력값 강화를 위한 저항(R15)과 커패시터(C12)가 구성되고 증폭된 출력값은 저항(R16)를 거쳐 반전 단자(-)로 피드백된다.
그리고 제 1 연산 증폭부(A1)에 의해 일정 이득을 갖고 증폭된 출력값은 전원 공급 라인(U)을 통하여 기기로 공급된다.
그리고 제 1 연산 증폭부(A1)의 입력 단자(+)와 션트 저항(R1)의 일단 사이에는 로드 저항(R11)이 구성되고, 입력 단자(-)와 션트 저항(R1)의 타단 사이에는 로드 저항(R12)이 구성된다.
그리고 증폭 출력부(13)의 제 2 연산 증폭부(A2)의 비반전 단자(+)에는 분배 저항(R23)(R24)에 의해 분배된 기준 전압값이 입력되고, 반전 단자(-)에는 션트 저항(R2)에 의해 검출되는 전류값이 입력된다.
제 2 연산 증폭부(A2)는 0에서 5V사이의 범위에서 입력값을 증폭하여 출력하 고, 제 2 연산 증폭부(A2)의 출력단에는 출력값 강화를 위한 저항(R25)과 커패시터(C21)가 구성되고 증폭된 출력값은 저항(R26)를 거쳐 반전 단자(-)로 피드백된다.
그리고 제 2 연산 증폭부(A2)에 의해 일정 이득을 갖고 증폭된 출력값은 전원 공급 라인(V)을 통하여 기기로 공급된다.
그리고 제 2 연산 증폭부(A2)의 입력 단자(+)와 션트 저항(R2)의 일단 그리고 입력 단자(-)와 션트 저항(R2) 타단의 사이에는 각각 로드 저항(R21), 로드 저항(R22)이 구성된다.
그리고 증폭 출력부(13)의 제 3 연산 증폭부(A3)의 비반전 단자(+)에는 분배 저항(R33)(R34)에 의해 분배된 기준 전압값이 입력되고, 반전 단자(-)에는 션트 저항(R3)에 의해 검출되는 전류값이 입력된다.
제 3 연산 증폭부(A3)는 0에서 5V사이의 범위에서 입력값을 증폭하여 출력하고, 제 3 연산 증폭부(A3)의 출력단에는 출력값 강화를 위한 저항(R35)과 커패시터(C31)가 구성되고 증폭된 출력값은 저항(R36)를 거쳐 반전 단자(-)로 피드백된다.
그리고 제 3 연산 증폭부(A3)에 의해 일정 이득을 갖고 증폭된 출력값은 전원 공급 라인(W)을 통하여 기기로 공급된다.
그리고 제 3 연산 증폭부(A3)의 입력 단자(+)와 션트 저항(R3)의 일단 그리고 입력 단자(-)와 션트 저항(R3) 타단의 사이에는 각각 로드 저항(R31),로드 저항(R32)이 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 IPM의 전원 공급 라인(U)(V)(W)(14)에 과전류가 흐르는 경우에 이를 검출하여 기기를 보호하기 위하여 증폭 출력부(13)와 전원 공급 라인(U)(V)(W)의 사이의 노드에 과전류 검출 수단을 구성한다.
과전류 검출 신호 출력부(15)는 제 1 연산 증폭부(A1)의 출력값, 제 2 연신 증폭부(A2)의 출력값, 제 3 연산 증폭부(A3)의 출력값이 가산되어 반전 단자로 입력되고, 비반전 단자로 기준 전압이 입력되는 제 4 연산 증폭부(A4)로 구성된다.
제 3 연산 증폭부(A4)의 반전 입력단에는 각각 동일값의 저항(R17)(R27)(R37)이 구성되고, 비반전 단자의 입력단에는 직렬 연결되는 분배 저항(R41)(R42) 그리고 분배 저항(R42)와 병렬 연결되는 커패시터(C41)가 전원 단자(5V)와 접지 단자 사이에 구성된다.
과전류 검출 신호 출력부(15)에서는 비반전 단자로 입력되는 기준 전압과 가산된 제 1,2,3 연산 증폭부(A1)(A2)(A3)의 출력값이 비교되어 과전류가 검출되는 경우에는 로드 저항(R43)을 통하여 IPM 출력단(11)으로 IPM 출력을 차단하기 위한 과전류 검출 신호를 출력한다.
이와 같은 종래 기술의 지능형 파워 모듈의 과전류 검출 회로는 IPM 출력단(11)의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 구성되는 전류 검출부(12)의 션트 저항(R1)(R2)(R3)에 흐르는 전류의 량이 증폭된 값을 가산 및 비교하여 그 결과에 따라 과전류 검출 신호가 출력되어 IPM 출력단(11)에 구성되는 차단부에 의해 IPM의 출력을 차단한다.
그러나 이와 같은 종래 기술의 지능형 파워 모듈의 과전류 검출 회로는 IPM 출력단의 전류값을 직접 검출하는 것이 아니고, 각각의 상(U)(V)(W)으로 증폭되어 전원 공급 라인(U)(V)(W)에 공급되는 값을 가산하여 기준값과 비교하는 구조이기 때문에 과전류 검출 회로의 구성이 복잡하다.
이와 같은 과전류 검출 회로가 복잡한 것에 의해 회로 공차에 의한 오감지 문제가 발생할 가능성이 크기 때문에 기기의 신뢰성을 저하시킨다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 IPM 과전류 보호 회로의 문제를 해결하기 위한 것으로, 지능형 파워 모듈(Intelligent Power Module;IPM)에서 분기 저항(Shunt Resister)에 흐르는 전류를 직접 감지하여 회로 공차에 의한 감지 편차를 줄이고 회로 구성을 단순화 할 수 있도록한 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로는 IPM 출력단의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 각각 구성되는 제 1,2,3 션트 저항(R1)(R2)(R3)을 포함하고 각상의 라인(Nu)(Nv)(Nw)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;상기 전류 검출부의 제 1,2,3 션트 저항(R1)(R2)(R3)에 대응하여 각상의 라인(Nu)(Nv)(Nw)에 입력 라인이 직접 연결되어, 각 상(U)(V)(W)의 전류값을 가산 적분하여 과전류 검출 신호를 출력하는 과전류 검출 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 과전류 검출 신호 출력부는 비반전 차동 증폭에 의한 가산 적분을 수행하는 연산 증폭기로 구성되고, 상기 연산 증폭기의 비반전 단자(+)로 전류 검출부에 출력되는 각상(Nu)(Nv)(Nw)의 전류값이 각각 로드 저항(R201)(R202)(R203)을 거쳐 가산 입력되고, 연산 증폭기 출력단과 반전 단자 사이에는 피드백 저항(R205)과 대역 제한을 위한 커패시터(C201)가 병렬 연결되는 피드백 루프가 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 접지 단자 사이에 입력 바이어스에 의한 오차를 줄이기 위한 저항(R204)이 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 IPM의 과전류 보호 회로의 구성도이다.
본 발명에 따른 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로는 증폭이 이루어진 후에 전원 공급 라인(U)(V)(W)에 공급되는 증폭된 값을 이용하는 것이 아니고, IPM 출력단에 구성된 션트 저항에 흐르는 전류값을 직접 감지하여 이를 기준으로 과전류 유입을 판단하는 것이다.
이는 과전류 검출 회로의 구성을 단순화하고, 회로를 단순화하는 것에 의해 회로 공차에 의한 감지 오류를 억제하기 위한 것이다.
그 구성은 도 2에서와 같이, IPM 출력단(21)의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 구성되어 각상의 라인(Nu)(Nv)(Nw)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 제 1,2,3 션트 저 항(R1)(R2)(R3)을 갖는 전류 검출부(22)와, 상기 전류 검출부(22)에서 출력되는 각 상(U)(V)(W)의 전류값을 가산 적분하여 과전류 검출 신호를 출력하는 과전류 검출 신호 출력부(23)로 구성된다.
여기서, 과전류 검출 신호 출력부(23)는 비반전 차동 증폭에 의한 가산 적분을 수행하는 연산 증폭기로 구성된다.
상기 연산 증폭기의 비반전 단자(+)로 전류 검출부(22)에 출력되는 각상(Nu)(Nv)(Nw)의 전류값이 각각 로드 저항(R201)(R202)(R203)을 거쳐 가산 입력된다.
그리고 과전류 검출 신호 출력부(23)의 연산 증폭기 출력단과 반전 단자 사이에는 피드백 루프가 구성되는데, 피드백 루프는 피드백 저항(R205)과 대역 제한을 위한 커패시터(C201)가 병렬 연결된다.
그리고 피드백 루프의 반전 단자와 접지 단자 사이에 입력 바이어스에 의한 오차를 줄이기 위한 저항(R204)이 구성된다.
과전류 검출 신호 출력부(23)에서는 각상의 전류값이 직접 감지되어 비반전 단자로 입력되면 이를 비반전 차동 증폭하여 로드 저항(R206)을 통하여 IPM 출력단(21)으로 IPM 출력을 차단하기 위한 과전류 검출 신호를 출력한다.
이와 같은 본 발명에 따른 지능형 파워 모듈의 과전류 검출 회로는 IPM 출력단(21)의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 흐르는 전류량을 별도의 증폭없이 직접 감지하여 입력되는 값을 이용하여 과전류 검출 신호를 출력하므로 회로 공차에 의한 오감지를 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, IPM 출력단의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 흐르는 전류량을 별도의 증폭없이 직접 감지하고 이를 이용하여 과전류 검출 신호를 출력하므로 회로 공차에 의한 오감지를 줄일 수 있다.
둘째, 과전류 감지 회로를 전원 공급 라인에 연결하여 구성하지 않고 IPM 출력단의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 직접 연결하므로 회로가 단순화된다.
셋째, 이와 같은 회로 단순화 및 실시간 직접 감지에 의해 감지 편차를 줄여 기기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (3)

  1. 지능형 파워 모듈의 과전류 검출 회로에 있어서,
    IPM 출력단의 3상(Nu)(Nv)(Nw)의 N단에 각각 구성되는 제 1,2,3 션트 저항(R1)(R2)(R3)을 포함하고 각상의 라인(Nu)(Nv)(Nw)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 전류 검출부의 제 1,2,3 션트 저항(R1)(R2)(R3)에 대응하여 각상의 라인(Nu)(Nv)(Nw)에 입력 라인이 직접 연결되어, 각 상(U)(V)(W)의 전류값을 가산 적분하여 과전류 검출 신호를 출력하는 과전류 검출 신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 과전류 검출 신호 출력부는 비반전 차동 증폭에 의한 가산 적분을 수행하는 연산 증폭기로 구성되고,
    상기 연산 증폭기의 비반전 단자(+)로 전류 검출부에 출력되는 각상(Nu)(Nv)(Nw)의 전류값이 각각 로드 저항(R201)(R202)(R203)을 거쳐 가산 입력되고, 연산 증폭기 출력단과 반전 단자(-) 사이에는 피드백 저항(R205)과 대역 제한을 위한 커패시터(C201)가 병렬 연결되는 피드백 루프가 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 접지 단자 사이에 입력 바이어스에 의한 오차를 줄이기 위한 저항(R204)이 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 파워 모듈의 과전류 보호 회로.
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