KR101294613B1 - Ｐｗｍ 신호 운용 회로 및 신호 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PWM 신호 운용 회로 및 신호 제어 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 PWM 신호를 생성하여 공급하되 고속 포토커플러를 이용하여 절연된 신호로서 부하측에 전달하는 PWM 신호 전달 회로, 상기 고속 포토커플러로부터 출력된 신호를 귀환하기 위한 저속 포토커플러의 귀환 신호와 상기 고속 포토커플러 이전 전달된 신호를 상호 비교하여 신호 전달의 정상 상태 비교를 위한 절연 신호 귀환 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로의 구성 및 이의 신호 제어 방법에 대한 구성을 개시한다. 본 발명에 따르면, 저가의 절연 신호 전달 기기를 채용하면서도 적절한 신호 귀환을 제공함으로써 제품의 신뢰성을 증대시킴과 아울러 제품의 생산 단가를 저감시킬 수 있다.

Description

ＰＷＭ 신호 운용 회로 및 신호 제어 방법{Operation Circuit For Pulse width modulation signal And Controlling Method thereof}
본 발명은 절연 신호 귀환에 관한 것으로, 특히 고속의 디지털 PWM 신호를 절연형 신호 전달기기를 기반으로 운용하는 회로에서 최종 전달처의 신호를 귀환하여 회로의 신뢰성을 제공할 수 있도록 지원하는 PWM 신호 운용 회로 및 신호 제어 방법에 관한 것이다.
인버터는 모터를 제어하기 위하여 MCU(Main Control Unit or microprocessor)에서 PWM(Pulse width modulation) 신호를 발생시켜 전력 반도체를 ON/OFF하는 구조를 채용한다. 여기서 PWM 신호는 고속의 ON/OFF 디지털 신호로써 인버터는 MCU와 전력 반도체 사이의 절연된 곳을 고속 절연형 신호 전달 장치(Photo-coupler 또는 Opto-coupler 로서 IC 내부에 LED 또는 Laser 빛으로 1차측과 2차측의 절연된 전원사이에서 디지털 신호를 전달하는 장치)를 이용하여 신호를 전달한다.
한편, 인버터에서 PWM 신호 전달여부를 확인하는 것은 신뢰성 측면에서 중요하다. 특히 인버터의 PWM 신호 전달 과정에는 버퍼, 포토커플러, 전력 반도체, 게이트 드라이버 등을 거치게 되는데 각 구성들 중 적어도 하나에서 고장이 발생하면 인버터가 제대로 된 기능을 제공할 수 없게 되며, 고장 발생은 사고 발생으로까지 확대될 위험이 있다. 이에 따라 PWM 신호가 MCU에서 전력 반도체까지 잘 전달되는지를 확인하는 것은 매우 중요한 고장 진단 항목이다.
도 1은 종래 인버터의 PWM 신호 운용 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 PWM 신호 운용 회로(10)는 MCU(11)에서 생성된 PWM 신호가 와 제1 고속 포토커플러(13)를 통하여 게이트 드라이버(14)에 전달된다. 전달된 PWM 신호는 전력 반도체(15)를 ON/OFF 하는 신호로 활용되어 인버터의 최종 출력이 형성된다. 여기서 종래 인버터의 고장 진단 회로는 게이트 드라이버(14)의 출력 신호를 다시 제2 고속 포토커플러(16)를 이용하여 귀환하고, 귀환된 신호와 MCU(11)의 출력 신호를 비교 회로(17)를 이용하여 검사하고 검사 결과를 MCU(11)에 전달함으로써 신호의 양호성을 판단하게 된다.
즉 상술한 바와 같이 종래 PWM 신호 운용 회로(10)는 PWM 신호가 제대로 전달되는지를 확인하기 위해서 전력 반도체(15)까지 전달된 신호를 다시 별도로 마련된 제2 고속 포토커플러(16)를 통하여 MCU(11)에 귀환하는 회로를 이용하고 있다. 이에 따라 종래 PWM 신호 운용 회로(10)는 고속의 디지털 신호 전달이 가능한 고가 포토커플러(13, 16)가 많이 필요하게 되므로 가격 적인 측면에서 경쟁력이 없어 많이 사용되지 않는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 PWM 신호 전달의 확인을 통하여 제품의 신뢰성을 개선할 수 있으면서, 회로의 부품 가격을 낮춤으로써 보다 경쟁력이 있는 제품 생산 및 판매를 수행할 수 있도록 지원하는 PWM 신호 운용 회로 및 신호 제어 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 PWM 신호를 생성하여 공급하되 고속 포토커플러를 이용하여 절연된 신호로서 부하 측에 전달하는 PWM 신호 전달 회로, 상기 고속 포토커플러로부터 출력된 신호를 귀환하기 위한 저속 포토커플러의 귀환 신호와 상기 고속 포토커플러 이전 전달된 신호를 상호 비교하여 신호 전달의 정상 상태 비교를 위한 절연 신호 귀환 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로의 구성을 개시한다.
여기서, 상기 절연 신호 귀환 회로는 상기 고속 포토커플러의 출력 신호를 귀환하는 저속 포토커플러, 상기 제어부의 출력 신호를 필터링하는 필터, 상기 저속 포토커플러의 귀환 신호와 상기 필터에 의해 필터링 된 신호 비교 값을 상기 제어부에 제공하는 비교 회로를 포함할 수 있다.
특히 상기 필터는 상기 저속 포토커플러의 저대역 필터링에 대응하는 형태로 구성되기 위한 소자들을 포함할 수 있다.
또한 상기 PWM 신호 전달 회로는 PWM 신호를 생성하여 공급하며 귀환된 신호와 출력 신호를 비교를 통하여 신호 전달의 정상 상태를 판단하는 제어부, 상기 제어부가 전달하는 신호를 절연하여 전달하는 고속 포토커플러, 상기 고속 포토커플러의 출력에 따라 구동하는 전력 반도체를 포함할 수 있다.
그리고 상기 PWM 신호 전달 회로는 상기 제어부와 상기 고속 포토커플러 사이에 배치되어 상기 제어부 출력을 버퍼링하는 버퍼, 상기 고속 포토커플러와 상기 전력 반도체 사이에 배치되어 상기 전력 반도체 제어를 지원하는 게이트 드라이버를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 제어부는 상기 귀환 신호와 필터링된 신호 결과에 따라 비정상 상태 알림 출력을 제어할 수 있다.
본 발명은 또한, 제어부가 PWM 신호를 생성하고 생성된 PWM 신호를 고속 포토커플러를 통하여 절연된 형태로 전력 반도체에 공급하는 단계, 필터가 상기 제어부의 출력 신호를 필터링하여 비교 회로 공급하고, 저속 포토커플러가 상기 고속 포토커플러의 출력 신호를 귀환하여 상기 비교 회로에 공급하는 단계, 상기 비교 회로는 상기 필터가 공급하는 필터링된 신호와 상기 귀환 신호를 상호 비교하고 그 비교 결과를 상기 제어부에 공급하는 단계, 상기 제어부가 상기 비교 결과에 따라 비정상 상태 또는 정상 상태를 판단하는 단계를 포함하는 PWM 신호 운용 회로의 신호 제어 방법의 구성을 개시한다.
그리고 상기 방법은 상기 비정상 상태로 판단되는 경우 사전 설계에 따라 비정상 상태 알림을 비디오 또는 오디오 메시지 중 적어도 하나로 출력하도록 지원하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 PWM 신호 운용 방법 및 신호 제어 방법에 따르면, 본 발명은 저가의 절연 신호 전달 기기를 채용하면서도 적절한 신호 귀환을 제공함으로써 제품의 신뢰성을 증대시킴과 아울러 제품의 생산 단가를 저감시킬 수 있도록 지원한다.
도 1은 종래 PWM 신호 운용 회로를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 PWM 신호 운용 회로를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 저속 포토커플러의 일예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 고속 포토커플러의 일예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 PWM 신호 운용 회로의 신뢰성 검증을 위한 신호 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 PWM 신호 운용 회로(100)를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 PWM 신호 운용 회로(100)는 PWM 신호 전달 회로(101) 및 절연 신호 귀환 회로(102)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 구성의 PWM 신호 운용 회로(100)는 PWM 신호를 생성하여 공급하되 고속 포토커플러를 이용하여 절연된 신호로서 부하 측 예를 들어 모터의 인버터 등의 전력 반도체에 전달하는 PWM 신호 전달 회로(101)와, 상기 고속 포토커플러로부터 출력된 신호를 귀환하기 위한 저속 포토커플러의 귀환 신호와 상기 고속 포토커플러 이전 전달된 신호를 상호 비교하여 신호 전달의 정상 상태 비교를 위한 절연 신호 귀환 회로(102)를 포함할 수 있다. 즉 본 발명의 PWM 신호 운용 회로(100)는 PWM 신호 전달 회로(101)가 제어부 즉 MCU(110)에서 생성된 PWM 신호를 최종 전달처 예를 들면 전력 반도체(150)에 공급하는 과정에서 게이트 드라이버(140)의 입력 또는 출력 신호를 저속 포토커플러(170)를 통하여 귀환하고, 귀환된 귀환 신호를 MCU(110)에서 공급한 신호와 비교하여 고장 발생을 판단하도록 지원할 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 PWM 신호 운용 회로(100)는 PWM 신호 공급에 대한 신뢰성은 확보하면서도 신호 귀환을 위한 회로를 저가에 구성할 수 있도록 지원한다.
상술한 PWM 신호 전달 회로(101)는 MCU(Microprocessor)(110), 버퍼(120), 고속 포토커플러(130), 게이트 드라이버(140), 전력 반도체(150)를 포함할 수 있다. 여기서 버퍼(120)와 게이트 드라이버(140)는 본 발명의 PWM 신호 전달 회로(101)가 적용되는 회로의 특성에 따라 생략되거나 다른 구성으로 대체될 수 도 있다.
MCU(110)는 PWM 신호 전달 회로(101)가 적용된 전체 회로 특성에 맞는 PWM 신호를 생성하여 공급하는 구성이다. 예를 들어 본 발명의 PWM 신호 운용 회로(100)가 차량 등에 적용되는 구성인 경우 MCU(110)는 12V 또는 24V에 해당하는 PWM 신호를 생성하여 공급할 수 있다. 특히 본 발명의 MCU(110)는 전력 반도체(150) 구동을 위한 PWM 신호를 전달함과 아울러 전달한 PWM 신호를 귀환 받아 해당 신호가 정상적으로 전력 반도체(150)에 공급되었는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 MCU(110)는 귀환 받은 신호가 정상 상태 신호가 아닌 경우 즉 고장 신호인 경우 장치 고장에 따른 알람 제어를 수행할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 PWM 신호 전달 회로(101)는 알람 제어에 따른 출력을 위하여 별도의 비퍼(Beeper)나 포토다이오드를 포함할 수 있다. 또는 본 발명의 MCU(110)는 귀환된 신호가 비정상 신호인 경우 저속 포토커플러(170) 등을 제어하여 기 설정된 일정 형태의 점멸 신호가 출력되도록 제어할 수 있다. 이를 통하여 MCU(110)는 저속 포토커플러(170)의 점멸 제어를 통하여 고장과 관련된 일정 형태의 메시지 출력을 제어할 수 있다. 이를 위하여 MCU(110)는 저속 포토커플러(170)의 직접적인 제어를 위한 신호 라인을 포함할 수 있다. 또한 저속 포토커플러(170)는 내부 발광 다이오드에서 발광되는 광이 외부로 조사되는 형태 예를 들면 투명 재질의 몰딩으로 제작될 수 있다. 저속 포토커플러(170)가 흑색 수지로 형성되는 경우 MCU(110)는 앞서 언급한 포토다이오드를 이용하여 고장 발생과 관련된 메시지 출력을 지원할 수 있다. 이러한 고장 발생 관련 출력 기능은 별도의 구성 예를 들면 MCU(110)와 연결되는 표시 장치 등을 기반으로 구현될 수도 있다.
버퍼(120)는 MCU(110)가 제공하는 PWM 신호를 버퍼링하는 구성이다. 그리고 버퍼(120)는 버퍼링된 PWM 신호를 고속 포토커플러(130)에 공급할 수 있다. 이러한 버퍼(120)는 MCU(110)가 제공하는 PWM 신호가 보다 안정되게 고속 포토커플러(130)에 공급되도록 지원한다.
고속 포토커플러(130)는 버퍼(120)를 통하여 공급되는 PWM 신호를 절연하여 게이트 드라이버(140)에 공급하는 구성이다. 이러한 고속 포토커플러(130)는 MCU(110)가 포함된 장치와의 절연을 위한 것으로 발광 다이오드와 포토 트랜지스터를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 고속 포토커플러(130)는 갈륨비소를 재료로 하는 고출력 적외선 발광 다이오드와 고감조의 실리콘 포토 트랜지스터가 서로 마주보게 하고, 발광 다이오드에서 발광되어 나온 빛이 포토 트랜지스터에 전달될 수 있도록 투명 실리콘이나 광섬유로 그 간격을 메우고 플라스틱 등으로 몰딩한 구조를 채용할 수 있다. 그 외 본 발명의 고속 포토커플러(130)는 발광 및 수광 측 각각의 단체소자를 사용해 케이싱한 타입과 발광소자, 수광소자를 광 화이버로 접속시킨 타입 등으로 구성될 수 있다. 고속 포토커플러(130)가 가시광 발광 다이오드와 고속 PIN 포토 다이오드를 조합시켜 광 화이버로 접속한 구조로 형성된 경우 상기 고속 포토커플러(130)는 광 스위칭 신호를 고속으로 전송함과 동시에 그 전송 거리를 조절할 수 있도록 지원할 수도 있다.
이러한 구조의 고속 포토커플러(130)의 동작 원리는 전기적으로 발광 다이오드와 포토 트랜지스터가 단선되어 있는 상태에서 빛으로 연결되어 발광 다이오드에 전류를 공급하면 빛이 발광되어 맞은편에 배치된 포토트랜지스터에 수신됨에 따라 발광 다이오드의 신호에 따라 포토 트랜지스터가 동작하는 원리이다.
상술한 본 발명의 고속 포토커플러(130)는 버퍼(120)에서 전달된 신호를 고속으로 스위칭하고, 스위칭된 PWM 신호를 게이트 드라이버(140)에 전달할 수 있다. 이와 함께 고속 포토커플러(130)를 통하여 출력된 신호는 저속 포토커플러(170)에 의하여 커플링되어 귀환 신호로 MCU(110)에 전달될 수 있다. 이러한 고속 포토커플러(130)의 회로에 대하여 후술하는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
게이트 드라이버(140)는 고속 포토커플러(130)와 전력 반도체(150) 사이에 배치되어 고속 포토커플러(130)가 전달하는 신호를 전력 반도체(150)의 게이트 단자에 공급하는 구성이다. 이러한 게이트 드라이버(140)는 설계 형태에 따라 고속 포토커플러(130)가 공급하는 PWM 신호를 복수의 전력 반도체(150)들의 게이트 단자에 순차적으로 또는 교번적으로 공급할 수 있다.
전력 반도체(150)는 게이트 드라이버(140)가 공급하는 신호에 따라 스위칭 기능을 수행하거나 증폭 기능을 수행할 수 있다. 이러한 전력 반도체(150) 소자는 전력 장치용의 반도체 소자이다. 전력 반도체(150)는 전력의 변환이나 제어용으로 최적화되어 있다. 전력 반도체(150)는 일반적인 반도체소자에 비해서 고내압화, 대전류화, 고주파수화된 것이 특징이다. 이러한 전력 반도체(150)는 정류 다이오드, 전력 모스펫(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 사이리스터, 게이트 턴 오프 사이리스터(GTO), 트라이액(triac) 등이 될 수 있다.
이 중 전력 모스펫(Power MOSFET)은 큰 전력을 처리하기 위해 설계된 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)의 특정 종류이다. 다른 전력 반도체 소자 예를 들면 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 사이리스터 등에 비해 낮은 전압에서 통신 속도가 빠르고 효율이 좋은 특징이 있다. 이러한 전력 모스펫은 절연 게이트 양극성 트랜지스터의 격리된 게이트와 공유되어 신호 인가를 보다 용이하게 할 수 있다. 전력 모스펫은 저전력 스위치로 사용될 수 있다. 본 발명의 전력 반도체(150)는 이러한 전력 모스펫의 형태로 구성될 수 있으며, 인버터의 형태에 따라 다양한 전력 반도체와 복합적인 구성 형태를 가질 수 있다. 예를 들어 본 발명의 전력 반도체는 앞서 언급한 바와 같이 전력 모스펫과 절연 게이트 양극성 트랜지스터와의 혼합된 형태로도 구성이 가능하다.
절연 신호 귀환 회로(102)는 필터(160), 저속 포토커플러(170) 및 비교 회로(180)를 포함할 수 있다.
필터(160)는 MCU(110)에서 공급되는 신호를 필터링하여 비교 회로(180)에 공급하는 구성이다. 이러한 필터(160)는 로우 패스 필터로 구성될 수 있다. 로우 패스 필터로 구성되는 경우 필터(160)는 RC 필터 또는 LC 필터로 구성될 수 있다. 특히 본 발명의 필터(160)는 저속 포토커플러(170)와 동일한 필터 특성을 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어 필터(160)가 RC 필터로 구성되는 경우 R은 저속 포토커플러(170)에 의하여 귀환된 신호의 이득에 대응하는 크기로 결정되며, 커패시터는 저속 포토커플러(170)의 포토 트랜지스터의 베이스단 특성에 대응하는 형태로 선택될 수 있다. 즉 필터(160)가 MCU(110)의 출력을 필터링하여 공급하는 신호는 실질적으로 PWM 신호 전달 회로(101)가 정상 상태에서 공급하는 PWM 신호를 저속 포토커플러(170)가 귀환하는 신호의 형태와 동일한 형태의 신호가 될 수 있다.
고속 포토커플러(130)의 경우 MCU(110)로부터 공급되는 PWM 신호를 절연 신호로 전달하는 과정에서 MCU(110)가 이용하는 기준 전압과 다른 전압 예를 들면 5V 등의 전압을 이용할 수 있다. 결과적으로 고속 포토커플러(130)가 게이트 드라이버(140)에 공급하는 신호 또는 게이트 드라이버(140)가 출력하는 신호는 5V의 크기의 PWM 신호가 될 수 있으며, 이에 따라 저속 포토커플러(170)가 수집한 귀환 신호는 MCU(110)에서 출력되는 PWM 신호와 형태가 유사할 수 있으나 그 크기가 달라질 수 있다. 이에 따라 필터(160) 구성에 있어서 저항 R의 크기를 상술한 신호 변환 과정에서의 전압 차이를 보상하기 위한 값으로 결정할 수 있을 것이다. MCU(110)는 저속 포토커플러(170)가 공급하는 신호와 필터(160)를 통해 공급된 신호의 형태만을 비교하여 일정 범위 내 또는 전압 차이를 적용한 비교를 감안하여 정상 상태를 판단할 수도 있다.
저속 포토커플러(170)는 게이트 드라이버(140)가 출력하는 또는 게이트 드라이버(140)에 공급되는 PWM 신호를 디지털화 하지 않고, 속도가 늦어 PWM 신호를 로우 패스 필터링(Low pass filtering)시킴으로써 아날로그 신호 형태로 귀환 신호를 수집한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 저속 포토커플러(170) 및 고속 포토커플러(130)의 일예를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 저속 포토커플러(170)는 발광 다이오드(1)와 포토 트랜지스터(2)가 각각 일정 간격 이격된 형태로 배치되는 구조이다. 여기서 저속 포토커플러(170)는 발광 다이오드(1) 및 포토 트랜지스터(2)가 저가의 구성으로 마련될 수 있다. 특히 수광부 역할을 수행하는 포토 트랜지스터(2)가 저가로 구성됨으로써 생산비 절감을 달성할 수 있다. 이러한 본 발명의 저속 포토커플러(170)는 저가로 제작된 포토 트랜지스터(2)의 응답성이 늦어 게이트 드라이버(140)의 입력 또는 출력에 연결되어 전달되는 PWM 신호가 아날로그 신호 형태로 예를 들면 삼각파 형상으로 귀환될 수 있다.
특히 발광 다이오드(1)에 광이 발생한 이후 포토 트랜지스터(2)의 베이스 단자에 일정한 전류가 발생하는 과정에서 저가의 저속 포토커플러(170)는 신호 응답성이 늦어 수집되는 신호가 점진적으로 변경된다. 결과적으로 구형파의 PWM 신호가 공급되더라도 도시된 바와 같이 아날로그 신호 형태로 귀환 신호가 수집될 수 있다.
한편 본 발명의 고속 포토커플러(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 발광 다이오드(VF1, VF2)가 이중으로 마련되며, 발광 다이오드(VF1, VF2)와 일정 간격 이격되어 배치된 포토 트랜지스터(131)는 발광 다이오드(VF1, VF2)에 대향되어 배치된 수광부가 복수개 연결된 형태로 마련됨으로써 고속 스위칭을 지원한다. 여기서 포토 트랜지스터(131)는 PIN 타입 다이오드로 구성됨으로써 고속 스위칭을 지원할 수 있다.
비교 회로(180)는 필터(160)로부터 공급된 신호와 저속 포토커플러(170)가 공급하는 신호를 상호 비교하고 그 결과를 MCU(110)에 제공하는 구성이다. 이때 비교 회로(180) 일측에는 필터(160)의 공급 신호가 공급되면, 타측에는 MCU(110) 단의 PWM 신호를 저속 포토커플러(170)의 고유 대역폭 특성에 해당하는 로우 패스 필터링 처리된 아날로그 신호가 공급될 수 있다. 비교 회로(180)는 사전 설계에 따라 필터(160) 공급 신호와 저속 포토커플러(170) 귀화 신호 비교를 통하여 로우 신호 또는 하이 신호를 MCU(110)에 전달할 수 있다. 그러면 MCU(110)는 사전 설정에 따라 로우 신호 또는 하이 신호 중 어느 하나의 신호를 비정상 상태의 고장 신호 또는 정상 상태의 신호로 판단할 수 있다.
고속 포토커플러(130)의 경우 저속 포토커플러(170)에 비하여 상대적인 가격차가 10배에 달한다. 본 발명의 전력 반도체(150)가 인버터에 적용되는 경우를 고려하였을 때, 인버터에는 보통 6개 이상의 전력 반도체(150) 스위치가 있어 고속 포토커플러(130)가 적용되어야 할 개수는 전력 반도체(150) 개수에 비례하여 증가하게 된다. 결과적으로 고속 포토커플러(130)의 증가에 따른 생산비 증가가 크게 발생할 수 있다. 본 발명은 신뢰성 검증을 위한 회로에서 저속 포토커플러(170)를 이용함으로써 신호 궤환을 통하여 PWM 신호 운용 회로(100)의 신뢰성을 확보하면서도 생산비를 절감할 수 있도록 지원할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 PWM 신호 운용 회로의 신호 제어 방법 중 신뢰성 검증을 위한 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 PWM 신호 운용 회로의 신호 제어 방법은 S101 단계에서 제어부 역할을 수행하는 MCU(110)가 PWM 신호를 생성하여 전력 반도체(150)에 공급하되 고속 포토커플러(130)를 통하여 절연된 형태로 신호 전달을 수행한다.
그러면 상기 PWM 신호 운용 회로(100)의 절연 신호 귀환 회로(102)에 포함된 필터(160)는 S103 단계에서 MCU(110)의 출력 신호를 필터링하여 비교 회로(180)에 공급할 수 있다. 여기서 필터(160)는 저속 포토커플러(170)의 로우 패스 필터링되는 대역폭과 동일한 대역폭을 가지는 소자들로 구성될 수 있다. 한편 상기 절연 신호 귀환 회로(102)에 배치된 저속 포토커플러(170)는 S105 단계에서 고속 포토커플러(130)가 전력 반도체(150)에 공급하는 신호를 귀환하여 상기 비교 회로(180)에 전달할 수 있다.
상기 비교 회로(180)는 S107 단계에서 필터(160)가 공급하는 필터링된 신호와 상기 고속 포토커플러(130)가 공급하는 귀환 신호를 상호 비교하고 그 비교 결과를 상기 제어부 역할을 수행하는 MCU(110)에 공급한다. 이에 따라 MCU(110)는 S109 단계에서 필터링된 신호와 귀환 신호의 비교 결과에 따라 신호 전달이 정상적으로 이루어지고 있는지 또는 비정상 상태인지 확인할 수 있다. 비정상 상태인 경우 MCU(110)는 S111 단계에서 사전 설계에 따라 비정상 상태 알림을 비디오 또는 오디오 메시지 중 적어도 하나로 출력하도록 지원할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 PWM 신호 운용 회로의 신호 제어 방법은 저속 포토커플러(170)를 이용하여 고속 포토커플러(130)의 신호 귀환을 수행하고 이를 통하여 회로의 신뢰성 확보를 달성할 수 있도록 지원한다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
10, 100 : PWM 신호 운용 회로 11, 110 : MCU
12, 120 : 버퍼 13, 16, 130 : 고속 포토커플러
14, 140 : 게이트 드라이버 15, 150 : 전력 반도체
160 : 필터 170 : 저속 포토커플러
17, 180 : 비교 회로 101 : PWM 신호 전달 회로
102 : 절연 신호 귀환 회로

Claims (8)

  1. PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하여 공급하되 고속 포토커플러를 이용하여 절연된 신호로서 부하측에 전달하는 PWM 신호 전달 회로;
    상기 고속 포토커플러로부터 출력된 신호를 귀환하기 위한 저속 포토커플러의 귀환 신호와 상기 고속 포토커플러 이전 전달된 신호를 상호 비교하여 신호 전달의 정상 상태 비교를 위한 절연 신호 귀환 회로;
    를 포함하고,
    상기 절연 신호 귀환 회로는
    상기 고속 포토커플러의 출력 신호를 귀환하는 저속 포토커플러;
    PWM 신호를 생성하여 공급하는 제어부의 출력 신호를 필터링하는 필터;
    상기 저속 포토커플러의 귀환 신호와 상기 필터에 의해 필터링 된 신호 비교 값을 상기 제어부에 제공하는 비교 회로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터는
    상기 저속 포토커플러의 저대역 필터링에 대응하는 형태로 구성되기 위한 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 신호 전달 회로는
    PWM 신호를 생성하여 공급하며 귀환된 신호와 출력 신호를 비교를 통하여 신호 전달의 정상 상태를 판단하는 제어부;
    상기 제어부가 전달하는 신호를 절연하여 전달하는 고속 포토커플러;
    상기 고속 포토커플러의 출력에 따라 구동하는 전력 반도체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 PWM 신호 전달 회로는
    상기 제어부와 상기 고속 포토커플러 사이에 배치되어 상기 제어부 출력을 버퍼링하는 버퍼;
    상기 고속 포토커플러와 상기 전력 반도체 사이에 배치되어 상기 전력 반도체 제어를 지원하는 게이트 드라이버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 귀환 신호와 필터링된 신호 결과에 따라 비정상 상태 알림 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로.
  7. 제어부가 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하고 생성된 PWM 신호를 고속 포토커플러를 통하여 절연된 형태로 전력 반도체에 공급하는 단계;
    필터가 상기 제어부의 출력 신호를 필터링하여 비교 회로 공급하고, 저속 포토커플러가 상기 고속 포토커플러의 출력 신호를 귀환하여 상기 비교 회로에 공급하는 단계;
    상기 비교 회로는 상기 필터가 공급하는 필터링된 신호와 상기 귀환 신호를 상호 비교하고 그 비교 결과를 상기 제어부에 공급하는 단계;
    상기 제어부가 상기 비교 결과에 따라 비정상 상태 또는 정상 상태를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로의 신호 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비정상 상태로 판단되는 경우 사전 설계에 따라 비정상 상태 알림을 비디오 또는 오디오 메시지 중 적어도 하나로 출력하도록 지원하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 신호 운용 회로의 신호 제어 방법.
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