KR101143577B1 - 인버터의 과전류 보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터의 과전류 보호장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 과전류를 검출하기 위한 수단을 단순화시켜 저가형으로 구현할 수 있는 인버터의 과전류 보호장치를 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명은 인버터의 각 상전압을 단일전압으로 출력하는 과전류검출부; 단일전압과 기준전압을 비교하여 인버터에 입력되는 전류가 과전류인지 판단하고, 그 판단결과에 따라 보호 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

인버터의 과전류 보호장치{Device for preventing over current of inverter}

본 발명은 인버터의 과전류 보호장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과전류 발생에 대처하여 회로를 보호할 수 있도록 한 인버터의 과전류 보호장치에 관한 것이다.

일반적으로 인버터는 대용량 유도 전동기 또는 브러시리스 직류모터 등과 같은 각종 모터 뿐만 아니라 기타 다른 전기 제품의 전원공급회로에서도 널리 사용되는데, 인버터를 안정적으로 동작시키기 위해서는 과전류 등의 영향으로부터 인버터를 보호할 수 있는 과전류 보호회로가 요구된다.

한편, 인버터의 과전류 보호회로는 대한민국 공개특허공보 특2000-0050556호에 개시된 바와 같이, 저항과 콘덴서로 이루어진 적분회로 출력단에서 출력 전압을 직접 전압 폴로어 (-)단자에 피드백 시킨 전압 폴로어의 (+)단자에 접속하고, 이 전압 폴로어의 출력을 IPM(Intelligent Power Module:지능형 파워 모듈)의 과전류 입력단자인 Cin단자로 입력하여 Cin단자에 일정 전압 이상이 인가되면 과전류로 검지하여 입력되는 전원을 차단시킴으로써 과전류로부터 세탁기를 보호하였다.

그러나, 이러한 인버터의 과전류 보호회로는 하나의 저항으로 다상의 전류를 검출해야 하므로 알고리즘이 복잡해지고, 성능 또한 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래 인버터의 과전류 보호회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 3상으로 구성된 인버터(1d)(1e)(1f)의 출력단과 비교기(2a)(2b)(2c)의 (+)단자를 각각 연결하여 비교기(2a)(2b)(2c)의 (+)단자로 인가되는 어느 하나의 전압이라도 기준전압(Vref)보다 커지면 로직회로(3)에 의해 보호 동작이 이루어지도록 구성되었다.

그러나, 종래 인버터의 과전류 보호회로는 회로가 복잡해지기 때문에 제조비용이 상승될 뿐만 아니라 낙뢰, 정전기 방전(Electro Static Discharge: ESD), 노이즈에 취약한 문제점이 있었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인버터의 각 상전압을 단일전압으로 출력하는 과전류검출부; 단일전압과 기준전압을 비교하여 인버터에 입력되는 전류가 과전류인지 판단하고, 그 판단결과에 따라 보호 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 단일전압은 인버터의 출력단에 흐르는 다상 전류가 합쳐지는 단일 접점의 전압인 것을 특징으로 한다.

또한, 과전류검출부는 인버터의 출력단에 각각 연결되는 복수의 분배저항; 분배저항의 출력단과 접지 사이에 연결되어 역전압의 발생을 방지하는 다이오드를 포함한다.

게다가, 본 발명은 인버터의 출력단과 접지 사이에 위치하여 각 상의 전류를 검출하는 전류감지부를 더 포함한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인버터의 각 상전압을 단일전압으로 출력하는 과전류검출부; 단일전압과 기준전압을 비교하여 단일전압이 기준전압보다 클 경우, 과전류 보호신호를 출력하는 비교부; 과전류 보호신호가 입력되 면 보호 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 과전류검출부는 인버터의 출력단에 각각 연결되는 복수의 분배저항; 분배저항의 출력단과 접지 사이에 연결되어 역전압의 발생을 방지하는 다이오드를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 인버터의 과전류 보호장치에 따르면, 인버터의 각 상전압을 단일전압으로 출력시켜 과전류를 감지하기 때문에 회로의 단순화로 인해 저가형으로 구현이 가능하며, 온도변화나 외부의 노이즈에 쉽게 영향을 받지 않는 장점이 있다.

또한, 별도의 비교부를 추가로 구현함으로써 과전류 감지 시, 제어부에 과전류 보호신호를 직접 인가하여 빠른 보호 동작이 이루어질 수 있도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터의 과전류 보호장치(100)는 전류감지부(110), 과전류검출부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.

과전류 보호장치(100)를 설명하기에 앞서 인버터(10)와 구동부(20)에 대하여 설명하면, 인버터(10)는 6개의 스위치를 가지며, 스위치의 종류로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor : 이하 IGBT라 함) 및 전기 마당 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor : 이하 FET라 함)가 있다(도 2의 인버터(10)는 6개의 IGBT로 구성됨). 이외에 인버터(10)는 6개의 스위치, 구동회로 및 보호회로를 구비하는 지능형 파워 모듈(IPM)로 구성될 수 있다.

또한, 인버터(10)는 전원공급부(30)에서 공급된 직류전원을 다상 교류전원으로 변환시켜 출력하는데, 일반적으로 직류전원을 주파수와 전압이 가변적인 3상 교류전압(U, V, W)으로 변환시켜 출력한다.

구동부(20)는 인버터(10)로부터 공급된 다상 교류전압을 입력받아 모터(21)를 구동시키거나 모터(21)의 회전속도를 가변시킨다.

본 발명에 대하여 설명하면, 전류감지부(110)는 인버터(10)의 출력단(즉, IGBT(10d)(10e)(10f)의 에미터단)과 접지 사이에 위치하여 각 상에 흐르는 전류값을 검출하는 복수의 감지저항(110a)(110b)(110c)으로 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 U, V, W상에 따른 제1, 2, 3 감지저항(110a)(110b)(110c)으로 구성되는 것이 바람직하다. 제1, 2, 3 감지저항(110a)(110b)(110c)의 저항값은 온도변화나 외부의 노이즈에 영향을 받지 않고 일정하게 유지되기 때문에 전류감지부(110)는 옴의 법칙(V=IR)을 이용하여 제1, 2, 3 감지저항(110a)(110b)(110c) 양단에는 걸리는 전압값도 검출할 수 있게 된다.

과전류검출부(120)는 인버터(10)의 출력단에 각각 연결되는 복수의 분배저항(121a)(121b)(121c)으로 구성되어 인버터(10)의 각 상전압을 단일전압(Vcs)으로 출력한다. 여기서, 상전압이란 인버터(10)의 출력단과 접지 사이에 걸리는 전압으로서 본 발명의 실시예에서는 제1, 2, 3 감지저항(110a)(110b)(110c) 양단에 각각 걸리는 전압을 말하며, 단일전압은 인버터(10)의 출력단에 흐르는 다상 전류가 합쳐지는 단일 접점의 전압(Vcs)을 말한다.

즉, U에 대한 상전압은 제1 감지저항(110a) 양단에 걸리는 전압, V에 대한 상전압은 제2 감지저항(110b) 양단에 걸리는 전압, W에 대한 상전압은 제 3 감지저항(110c) 양단에 걸리는 전압을 말한다.

과전류검출부(120)는 과전류를 검출하기 위해 밀만의 정리(Millman's Theorem)를 이용하여 인버터(10)의 각 상전압을 단일전압으로 출력한다. 여기서, 밀만의 정리란 내부 저항을 갖는 여러 개의 전압원이 병렬로 연결된 경우에 하나의 전압원 혹은 등가전류원으로 바꾸거나 임의의 두 점 사이의 전압을 구하는데 사용되는 정리를 말한다.

한편, 이러한 밀만의 정리를 이용하여 인버터(10)의 각 상전압이 제1, 2, 3 분배저항(121a)(121b)(121c)에 인가될 때 출력되는 단일전압(Vcs)은 [수학식1]과 같이 표현된다.

[수학식 1]

[수학식1]에서 Ru, Rv, Rw는 각각 제1, 2, 3 분배저항(121a)(121b)(121c)이며, Vu_phase, Vv_phase, Vw_phase는 U, V, W에 대한 상전압으로서 제1, 2, 3 감지저항(110a)(110b)(110c)에 걸리는 전압을 나타낸다.

이와 같이, [수학식1]에 표현된 상전압(Vu_phase, Vv_phase, Vw_phase), 제1, 2, 3분배저항(Ru, Rv, Rw) 및 단일전압의 상관관계에 의해 인버터(10)의 각 상전압은 단일전압으로 출력할 수 있게 된다.

또한, 과전류검출부(120)는 분배저항(121a)(121b)(121c)의 출력단과 접지(GND) 사이에 연결되어 역전압의 발생을 방지하는 다이오드(122)를 더 포함한다.

제어부(130)는 단일전압과 기준전압을 비교하여 인버터(10)에 입력되는 전류가 과전류인지 판단하고, 그 판단결과에 따라 보호 동작을 제어한다.

즉, 제어부(130)는 단일전압과 기준전압을 비교하여 단일전압이 미리 설정된 기준전압보다 클 경우, 과전류가 발생한 것으로 감지하고 과전류 보호신호를 인버터(10)로 출력하여 인버터(10)의 구동이 정지되도록 제어한다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 과전류 보호장치의 시뮬레이션 회로 및 그에 따른 결과 그래프를 보여주는 도면이다.

도 3a에서 U에 대한 상전압(Vu) 즉, 제1 감지저항(RS1) 양단에 걸리는 전압에 임의로 큰 전류가 흐르도록 설정한 후, 시뮬레이션을 수행하면 도 3b에 도시된 바와 같이, 전류값에 비례하여 단일전압이 높게 검출되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 각 상전압을 하나의 전압으로 출력하여도 과전류는 잘 검출됨을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터의 과전류보호장치를 나타낸 도면으로서 도 4를 참조하면, 비교부(140) 외의 나머지 기술구성에 대해서는 도 2에서 전술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.

비교부(140)는 비교기(141)의 (+)단자로 인가되는 단일전압과 비교기(141)의 (-)단자로 인가되는 기준전압을 비교하여 단일전압이 기준전압보다 클 경우, 과전류 보호신호를 출력한다.

예를 들어, 비교부(140)는 단일전압과 기준전압을 비교하여 단일전압이 기준 전압보다 클 경우, "1"의 신호(과전류 보호신호)를 출력하고, 단일전압이 기준전압보다 크지 않을 경우, "0"의 신호를 출력한다.

제어부(130)는 비교부(140)에서 전달된 신호가 과전류 보호신호일 경우, 보호 동작을 제어한다.

즉, 비교부(140)에서 출력된 신호가 과전류 보호신호인 "1"의 신호일 경우, 제어부(130)는 인버터(10)로 출력하는 PWM신호를 중지시킴으로써 보호 동작을 수행한다.

이와 같이, 별도의 비교부(140)를 추가로 구현함으로써 과전류 감지 시, 제어부(130)에 과전류 보호신호를 직접 인가하여 빠른 보호 동작이 이루어질 수 있도록 한다.

도 2와 상술한 구성을 바탕으로 과전류 보호장치의 동작 과정을 설명하면, IGBT(10a)(10e)(10f)는 온(ON)되고, IGBT(10b)(10c)(10d)는 오프(OFF)되어 전원공급부(30)에서 공급된 전원은 IGBT(10a)를 통해 모터(21)로 인가되어 모터(21)를 구동시킨다.

그 다음으로, 모터(21)를 거쳐 나온 전류는 IGBT(10e)(10f)를 통해 제2, 3 감지저항을 통과한다. 제2, 3 감지저항(110b)(110c)에 유기되는 전압은 제2, 3 분배저항(121b)(121c)을 거치면서 단일전압(Vsc)으로 출력되고, 출력된 단일전압Vsc)은 제어부(130)로 인가된다.

그러면, 제어부(130)에서는 단일전압(Vsc)과 기준전압(Vref)을 비교하여 인버터(10)에 입력되는 전류가 과전류인지 판단하고, 그 판단된 결과에 따라 보호 동 작을 제어한다.

도 1은 종래 인버터의 과전류 보호회로를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터의 과전류 보호장치를 나타낸 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 과전류 보호장치의 시뮬레이션 회로 및 그에 따른 결과 그래프를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인버터의 과전류보호장치를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

100...인버터의 과전류 보호장치

110...전류감지부

110a, 110b, 110c...제1, 2, 3 감지저항

120...과전류검출부

121a, 121b, 121c...제1, 2, 3 분배저항

122...다이오드

130...제어부

140...비교부

Claims (7)

1. 인버터의 출력단에 각각 연결된 복수의 분배저항과, 상기 분배저항의 출력단과 접지 사이에 연결되어 역전압의 발생을 방지하는 다이오드를 구비하고, 상기 인버터의 각 상전압을 단일전압으로 출력하는 과전류검출부;

   상기 단일전압과 기준전압을 비교하여 상기 인버터에 입력되는 전류가 과전류인지 판단하고, 그 판단결과에 따라 보호 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 인버터의 과전류 보호장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단일전압은,

   상기 인버터의 출력단에 흐르는 다상 전류가 합쳐지는 단일 접점의 전압인 인버터의 과전류 보호장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 2항에 있어서,

   상기 인버터의 출력단과 접지 사이에 위치하여 각 상의 전류를 검출하는 전류감지부를 더 포함하는 인버터의 과전류 보호장치.
6. 인버터의 출력단에 각각 연결된 복수의 분배저항과, 상기 분배저항의 출력단과 접지 사이에 연결되어 역전압의 발생을 방지하는 다이오드를 구비하고, 상기 인버터의 각 상전압을 단일전압으로 출력하는 과전류검출부;

   상기 단일전압과 기준전압을 비교하여 상기 단일전압이 상기 기준전압보다 클 경우, 과전류 보호신호를 출력하는 비교부;

   상기 과전류 보호신호가 입력되면 보호 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 인버터의 과전류 보호장치.
7. 삭제

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