KR102112105B1 - 전력변환장치 및 이의 과전류 보호방법 - Google Patents

전력변환장치 및 이의 과전류 보호방법 Download PDF

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Abstract

전력반도체 소자의 차단 시퀀스를 적용하여 과전류 검출 및 보호를 할 수 있는 전력변환장치가 제공된다. 전력변환장치는, 다수의 전력반도체 소자에서 과전류가 발생되는 것을 검출하여 전력반도체 소자에 출력되는 게이트신호를 순차적으로 차단함으로써, 과전류로부터 다수의 전력반도체 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

전력변환장치 및 이의 과전류 보호방법{Power converter and overcurrent protection method thereof}
본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로, 특히 전력반도체 소자에서 발생되는 과전류를 검출하여 차단함으로써 전력변환장치의 동작 안정성을 높일 수 있는 전력변환장치 및 이의 과전류 보호방법에 관한 것이다.
중요 부하를 안정적으로 구동하기 위한 전원장치로, 2-레벨 컨버터 또는 3-레벨 컨버터 등과 같은 멀티레벨 컨버터로 구성된 전력변환장치가 사용된다.
전력변환장치는 다수의 전력반도체소자로 구성될 수 있으며, 이들에 의해 외부에서 인가된 교류전원으로부터 직류전원을 생성하여 출력한다. 전력반도체 소자는 IGBT(insulated-gate bipolar transistor), BJT(bipolar junction transistor), MOSFET(metal-oxide semiconductor field effect transistor) 등으로 구성된다.
전력변환장치는 다수의 전력반도체 소자의 스위칭 동작을 통해 전달하거나 또는 차단하는 전류의 용량이 크기 때문에, 전력반도체 소자를 통해 흐르는 전류가 급격히 증가하는 경우에 이로 인해 전력반도체 소자가 손상되는 문제가 발생된다.
종래의 전력변환장치에서는 전력반도체 소자로부터 출력되는 양단의 전압을 모니터링하고, 그 결과에 따라 전력반도체 소자에 인가되는 신호를 차단하는 형태로 과전류로부터 전력반도체 소자를 보호하고 있다.
그러나, 종래의 전력변환장치에서는 전력반도체 소자의 양단 전압 모니터링을 위한 회로가 요구되므로 전력변환장치를 구성하는 비용이 증가된다. 또한, 종래의 전력변환장치에서는 전력반도체 소자에 인가되는 신호의 차단 시퀀스가 없기 때문에 하나의 전력반도체 소자에 인가되는 신호가 차단되었을 때 후단의 직류전압에 의해 다른 전력반도체 소자가 손상되는 문제가 있다.
본 발명은 전력반도체 소자의 차단 시퀀스를 적용하여 과전류 검출 및 보호를 할 수 있는 전력변환장치 및 이의 과전류 보호 방법을 제공하고자 하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치는, 다수의 전력반도체 소자가 구비된 전력변환모듈; 게이트신호에 기초하여 상기 다수의 전력반도체 소자를 동작시키고, 상기 다수의 전력반도체 소자로부터 과전류 발생을 검출하여 과전류신호를 출력하는 구동모듈; 및 상기 구동모듈에 상기 게이트신호를 출력하고, 상기 구동모듈로부터 제공된 상기 과전류신호에 기초하여 상기 게이트신호의 출력을 순차적으로 차단하여 상기 전력변환모듈의 동작을 중단시키는 제어모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 과전류 보호방법은, 구동모듈로부터 제공되는 게이트신호에 의해 동작되는 다수의 전력반도체 소자로부터 과전류 발생을 검출하여 과전류신호를 출력하는 단계; 및 상기 과전류신호에 기초하여 제어모듈에서 상기 구동모듈로 출력되는 게이트신호를 순차적으로 차단하여 상기 다수의 전력반도체 소자를 순차적으로 동작 중단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전력변환장치는, 다수의 전력반도체 소자에서 과전류가 발생되는 것을 검출하고, 그에 따라 전력반도체 소자에 출력되는 게이트신호를 순차적으로 차단함으로써, 과전류로부터 다수의 전력반도체 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전력변환장치는 다수의 전력반도체 소자에 게이트신호를 출력하는 게이트구동회로 각각에 제너다이오드 등으로 전력반도체 소자의 과전류 발생을 검출할 수 있는 감지부를 구성함으로써, 별도의 전압 모니터링을 위한 회로가 생략될 수 있어 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력변환장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 구동모듈의 제1게이트구동부를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 전력변환모듈을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 과전류 검출 및 보호동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 과전류 검출동작을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4의 과전류 보호동작을 구체적으로 나타내는 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 전력변환장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 전력변환장치(100)는 제어모듈(101), 구동모듈(102) 및 전력변환모듈(103)를 포함할 수 있다.
제어모듈(101)은 전력변환모듈(103)의 과전류 발생을 감지하고, 그에 따라 구동모듈(102)의 동작을 제어할 수 있다. 제어모듈(101)은 구동모듈(102)에 게이트신호(GS1~GS4)의 출력을 차단함으로써 전력변환모듈(103)의 동작을 중단시킬 수 있다.
제어모듈(101)은 제어부(110), 논리회로(120), 제1게이트신호출력부(130) 및 제2게이트신호출력부(140)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 논리회로(120)로부터 제공된 신호, 예컨대 과전류검출신호에 응답하여 제1제어신호(CNT1) 및 제2제어신호(CNT2)를 출력할 수 있다.
논리회로(120)는 구동모듈(102)로부터 제공된 하나 이상의 과전류신호(OC1~OC4)에 응답하여 과전류검출신호를 생성하고, 이를 제어부(110)로 출력할 수 있다. 논리회로(120)는 다수의 과전류신호(OC1~OC4) 중 적어도 하나가 하이(high)레벨일 때 과전류검출신호를 출력하는 OR게이트소자로 구성될 수 있다.
제1게이트신호출력부(130)는 제어부(110)의 제어에 따라 제1게이트신호(GS1) 및 제4게이트신호(GS4)를 구동모듈(102)로 출력할 수 있다. 이때, 제어부(110)에서 제1제어신호(CNT1)가 출력되면, 제1게이트신호출력부(130)는 제1게이트신호(GS1)와 제4게이트신호(GS4)의 출력을 중단할 수 있다.
제2게이트신호출력부(140)는 제어부(110)의 제어에 따라 제2게이트신호(GS2) 및 제3게이트신호(GS3)를 구동모듈(102)로 출력할 수 있다. 이때, 제어부(110)에서 제2제어신호(CNT2)가 출력되면, 제2게이트신호출력부(140)는 제2게이트신호(GS2)와 제3게이트신호(GS3)의 출력을 중단할 수 있다.
구동모듈(102)은 제어모듈(101)로부터 제공된 다수의 게이트신호, 예컨대 제1게이트신호(GS1) 내지 제4게이트신호(GS4)에 응답하여 전력변환모듈(103)을 구동할 수 있다. 구동모듈(102)은 다수의 게이트구동부를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 구동모듈(102)에 4개의 게이트구동부, 즉 제1게이트구동부(150-1) 내지 제4게이트구동부(150-4)가 구비된 것을 예로 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
제1게이트구동부(150-1)는 제어모듈(101)로부터 제공된 제1게이트신호(GS1)에 응답하여 전력변환모듈(103)의 일부, 예컨대 전력변환모듈(103)에 구비된 다수의 전력반도체 소자 중에서 제1게이트구동부(150-1)에 대응되어 연결된 하나 이상의 제1전력반도체 소자를 구동할 수 있다. 또한, 제1게이트구동부(150-1)는 제1전력반도체 소자로부터 과전류 발생을 감지하고, 이를 제1과전류신호(OC1)로 생성하여 제어모듈(101)로 출력할 수 있다.
제2게이트구동부(150-2)는 제어모듈(101)로부터 제공된 제2게이트신호(GS2)에 응답하여 전력변환모듈(103)에 구비된 다수의 전력반도체 소자 중에서 제2게이트구동부(150-2)에 대응되어 연결된 하나 이상의 제2전력반도체 소자를 구동할 수 있다. 또한, 제2게이트구동부(150-2)는 제2전력반도체 소자로부터 과전류 발생을 감지하고, 이를 제2과전류신호(OC2)로 생성하여 제어모듈(101)로 출력할 수 있다.
제3게이트구동부(150-3)는 제어모듈(101)로부터 제공된 제3게이트신호(GS3)에 응답하여 전력변환모듈(103)에 구비된 다수의 전력반도체 소자 중에서 제3게이트구동부(150-3)에 대응되어 연결된 하나 이상의 제3전력반도체 소자를 구동할 수 있다. 또한, 제3게이트구동부(150-3)는 제3전력반도체 소자로부터 과전류 발생을 감지하고, 이를 제3과전류신호(OC3)로 생성하여 제어모듈(101)로 출력할 수 있다.
제4게이트구동부(150-4)는 제어모듈(101)로부터 제공된 제4게이트신호(GS4)에 응답하여 전력변환모듈(103)에 구비된 다수의 전력반도체 소자 중에서 제4게이트구동부(150-4)에 대응되어 연결된 하나 이상의 제4전력반도체 소자를 구동할 수 있다. 또한, 제4게이트구동부(150-4)는 제4전력반도체 소자로부터 과전류 발생을 감지하고, 이를 제4과전류신호(OC4)로 생성하여 제어모듈(101)로 출력할 수 있다.
상술한 제1게이트구동부(150-1) 내지 제4게이트구동부(150-4) 각각은 게이트신호에 기초하여 대응되는 전력반도체 소자를 구동하기 위한 구동부 및 대응되는 전력반도체 소자의 과전류를 감지하는 감지부를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 구동모듈의 제1게이트구동부를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1게이트구동부(150-1)는 구동부와 감지부를 포함할 수 있다.
구동부는 전력변환모듈(103)의 제1전력반도체 소자(IGBT1)의 게이트단자에 게이트신호, 즉 제1게이트신호(GS1)를 제공하여 제1전력반도체 소자(IGBT1)를 구동할 수 있다. 이러한 구동부는 제1검출부(151), 제1저항(R1), 버퍼(157) 및 제2저항(R2)을 포함할 수 있다.
제1검출부(151)에는 제어모듈(101)로부터 출력된 제1게이트신호(GS1)와 제2게이트신호(GS2)가 인가될 수 있다. 제1검출부(151)는 제1게이트신호(GS1)를 출력할 수 있다. 제1게이트신호(GS1)는 제1저항(R1), 버퍼(157) 및 제2저항(R2)을 통해 제1전력반도체 소자(IGBT1)의 게이트단자에 인가될 수 있다. 제1전력반도체 소자(IGBT1)는 제1게이트신호(GS1)에 응답하여 구동될 수 있다. 여기서, 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)은 제1게이트신호(GS1)의 전류 크기를 제한하는 전류 제한 저항일 수 있다.
감지부는 전력변환모듈(103)의 제1전력반도체 소자(IGBT1)에서 발생되는 과전류를 감지하고, 이로부터 제1과전류신호(OC1)를 생성하여 제어모듈(101)로 출력할 수 있다. 이러한 감지부는 제2검출부(153), 제너다이오드(ZD), 저역통과필터(155), 제3저항(R3), 커패시터(C), 스위칭소자(TR) 및 제1다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
감지부의 동작을 살펴보면, 먼저 상술한 구동부의 제1검출부(151)에서 제1게이트신호(GS1)가 출력되면, 감지부의 스위칭소자(TR)는 제1게이트신호(GS1)에 응답하여 턴-온될 수 있다.
스위칭소자(TR)가 턴-온됨에 따라 초기 동작, 즉 구동부에 의해 제1전력반도체 소자(IGBT1)가 턴-온되기 전에 감지부의 오동작을 방지할 수 있다.
구동부에 의해 제1전력반도체 소자(IGBT1)가 턴-온되어 동작되는 중에 제1전력반도체 소자(IGBT1)의 양단 전압, 즉 콜렉터단자와 이미터단자 사이의 전압이 커지면 제2검출부(153)가 동작되어 제1과전류신호(OC1)를 출력할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 제1전력반도체 소자(IGBT1)의 양단 전압과 제1다이오드(D1)의 순방향 전압의 합이 제너다이오드(ZD)의 항복전압을 초과하게 되면, 제2검출부(153)에 소정의 전압이 인가될 수 있다. 제2검출부(153)는 제너다이오드(ZD)를 통해 인가된 전압에 기초하여 제1과전류신호(OC1)를 생성하고, 이를 제어모듈(101)로 출력할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 전력변환모듈(103)은 구동모듈(102)로부터 제공되는 게이트신호에 응답하여 외부로부터 인가되는 교류전원을 직류전원으로 변환할 수 있다. 또한, 전력변환모듈(103)은 구동모듈(102)로부터 제공되는 게이트신호에 응답하여 외부로부터 인가되는 직류전원을 교류전원으로 변환할 수도 있다. 이러한 전력변환모듈(103)은 복수의 전력반도체 소자를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 전력변환모듈을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 전력변환모듈(103)은 다수의 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4) 및 다수의 다이오드들, 예컨대 다수의 제2다이오드(D2) 및 다수의 제3다이오드(D3)를 포함할 수 있다.
전력변환모듈(103)은 입력단자(IN1, IN2)를 통해 인가되는 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 이를 출력단자(OUT1~OUT3)를 통해 출력할 수 있다. 또한, 전력변환모듈(103)은 직류전원을 교류전원으로 변환하는 역방향 변환구동을 할 수 있는데, 이때 전력변환모듈(103)의 출력단자(OUT1~OUT3)와 입력단자(IN1, IN2)가 변경될 수 있다. 다시 말해, 전력변환모듈(103)이 역방향으로 구동될 때, 출력단자(OUT1~OUT3)는 외부에서 직류전원이 인가되는 단자가 되고, 입력단자(IN1, IN2)는 전력변환모듈(103)에서 변환된 교류전원이 출력되는 단자가 될 수 있다.
전력변환모듈(103)의 다수의 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4)는 IGBT, IEGT, MOSFET, ICGT, GCT, SGCT 및 GTO 중 어느 하나일 수 있으며, 본 실시예는 고전압 및 대전류에서 효율이 높은 IGBT를 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4)로 설명한다. 각 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4)는 게이트, 이미터 및 콜렉터단자로 구성되며, 게이트단자에 인가되는 게이트신호에 응답하여 각 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4)가 구동될 수 있다.
전력변환모듈(103)의 다수의 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4) 각각에는 제2다이오드(D2)가 역방향으로 병렬 연결되고, 이러한 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4)는 구동모듈(102)의 각 게이트구동부(150-1~150-4)에 대응되어 연결되도록 한 쌍씩 그룹을 형성하되, 각 그룹의 전력반도체 소자는 서로 병렬로 연결된 구조를 가질 수 있다. 다수의 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4) 및 이에 연결된 제2다이오드(D2)에 의해 전력변환모듈(103)은 교류전원을 직류로 변환하여 출력단, 즉 한 쌍의 제2커패시터(C2)로 전송할 수 있다.
출력단자(OUT1~OUT3) 중 제2출력단자(OUT2)는 중성점일 수 있다. 그리고, 한 쌍의 제2커패시터(C2)는 제1출력단자(OUT1)와 중성점 사이 및 중성점과 제3출력단자(OUT3) 사이에 각각 병렬로 연결될 수 있다.
예컨대, 한 쌍의 제2커패시터(C2) 중 하나는 제1전력반도체 소자(IGBT1) 및 제2전력반도체 소자(IGBT2)에 의해 변환된 직류를 충전하고, 이를 제1출력단자(OUT1) 및 중성점을 통해 출력할 수 있다. 또한, 한 쌍의 제2커패시터(C2) 중 다른 하나는 제3전력반도체 소자(IGBT3) 및 제4전력반도체 소자(IGBT4)에 의해 변환된 직류를 충전하고, 이를 중성점 및 제3출력단자(OUT3)를 통해 출력할 수 있다.
제3다이오드(D3)는 중성점과 제2전력반도체 소자(IGBT2) 사이 및 중성점과 제3전력반도체 소자(IGBT3) 사이에 복수개가 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 제3다이오드(D3)는 중성점과 제2전력반도체 소자(IGBT2) 사이에 순방향 연결되고, 중성점과 제3전력반도체 소자(IGBT3) 사이에 역방향 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력변환장치의 과전류 검출 및 보호동작을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 과전류 검출동작을 구체적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 도 4의 과전류 보호동작을 구체적으로 나타내는 도면이다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 전력변환장치(100)의 과전류 검출 및 보호 동작을 상세하게 설명한다.
도 4를 참조하면, 먼저, 제어모듈(101)로부터 구동모듈(102)을 통해 다수의 게이트신호, 즉 제1게이트신호(GS1) 내지 제4게이트신호(GS4)가 전력변환모듈(103)로 인가될 수 있다(S10).
전력변환모듈(103)의 다수의 전력반도체 소자(IGBT1~IGBT4)는 제1게이트신호(GS1) 내지 제4게이트신호(GS4)에 응답하여 구동되고, 이에 따라 고전압의 직류전원을 출력할 수 있다.
이때, 구동모듈(102)의 각 게이트구동부(150-1~150-4)에서는 감지부를 통해 전력반도체 소자의 초기 동작에서 과전류 감지의 오동작이 방지될 수 있다.
이어, 각 게이트구동부(150-1~150-4)는 대응되어 연결된 전력반도체 소자에서 과전류가 발생하는 지를 검출할 수 있다(S20).
도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1게이트구동부(150-1)의 감지부는 제1전력반도체 소자(IGBT1)의 양단 전압과 제1게이트신호(GS1)에 의한 제1다이오드(D1)의 순방향 전압의 합(Vdef)과 제너다이오드(ZD)의 항복전압(Vz)의 크기를 비교할 수 있다(S21).
비교 결과, 전압의 합(Vdef)이 항복전압(Vz)보다 작으면, 제1게이트구동부(150-1)는 제1과전류신호(OC1)를 생성하지 않고, 이에 전력변환모듈(103)의 제1전력반도체 소자(IGBT1)는 제1게이트구동부(150-1)에 의해 정상 동작될 수 있다(S30).
그러나, 비교 결과, 전압의 합(Vdef)이 항복전압(Vz)보다 크면, 제1게이트구동부(150-1)의 제2검출부(153)가 동작되고(S23), 제1게이트구동부(150-1)에서는 제1과전류신호(OC1)가 생성되어 제어모듈(101)로 출력될 수 있다(S25).
도 4 및 도 6을 참조하면, 제어모듈(101)은 구동모듈(102)의 각 게이트구동부(150-1~150-4)에서 출력된 과전류신호(OC1~OC4)에 응답하여 제1게이트신호(GS1) 내지 제4게이트신호(GS4)의 출력을 제어할 수 있다(S50).
제어모듈(101)의 제어부(110)는 제1제어신호(CNT1)를 발생시키고(S51), 순차적으로 제2제어신호(CNT2)를 발생시킬 수 있다(S53).
제어모듈(101)의 제1게이트신호출력부(130)는 제1제어신호(CNT1)에 응답하여 제1게이트신호(GS1) 및 제4게이트신호(GS4)의 출력을 차단할 수 있다(S55). 이어, 제2게이트신호출력부(140)는 제2제어신호(CNT2)에 응답하여 제2게이트신호(GS2) 및 제3게이트신호(GS3)의 출력을 차단할 수 있다(S57).
여기서, 제어부(110)는 제1제어신호(CNT1)에 의해 제1게이트신호(GS1)와 제4게이트신호(GS4)의 출력이 차단된 후에 제2제어신호(CNT2)를 출력할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 제1제어신호(CNT1)의 출력 직후에 제2제어신호(CNT2)를 출력할 수도 있다.
이어, 제어모듈(101)에서 제1게이트신호(GS1) 및 제4게이트신호(GS4)의 출력이 차단됨에 따라 전력변환모듈(103)의 동작이 중단될 수 있다(S60).
이때, 전력변환모듈(103)의 제1전력반도체 소자(IGBT1) 및 제4전력반도체 소자(IGBT4)에 인가되는 게이트신호가 차단되어 동작이 중단될 수 있다(S61).
또한, 제어모듈(101)에서 제2게이트신호(GS2) 및 제3게이트신호(GS3)의 출력이 차단됨에 따라, 전력변환모듈(103)의 제2전력반도체 소자(IGBT2) 및 제3전력반도체 소자(IGBT3)에 인가되는 게이트신호가 차단되어 동작이 중단될 수 있다(S65).
이와 같이, 본 실시예의 전력변환장치(100)는 전력변환모듈(103)의 다수의 전력반도체 소자에서 과전류가 발생되는 것을 검출하고, 그에 따라 전력변환모듈(103)에 출력되는 게이트신호를 순차적으로 차단하여 과전류로부터 다수의 전력반도체 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전력변환장치(100)는 구동모듈(102)의 각 게이트구동부(150-1~150-4)에 제너다이오드 등으로 전력반도체 소자의 과전류 발생을 검출할 수 있는 감지부를 구성함으로써, 종래의 전력변환장치에서 필요했던 별도의 전압 모니터링을 위한 회로가 생략될 수 있어 전력변환장치의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
100: 전력변환장치 101: 제어모듈
102: 구동모듈 103: 전력변환모듈
110: 제어부 120: 논리회로
130: 제1게이트신호출력부 140: 제2게이트신호출력부
150-1: 제1게이트구동부 150-2: 제2게이트구동부
150-3: 제3게이트구동부 150-4: 제4게이트구동부
151: 제1검출부 153: 제2검출부
155: 저역통과필터 157: 버퍼
IGBT1~IGBT4: 전력반도체 소자

Claims (10)

  1. 다수의 전력반도체 소자가 구비된 전력변환모듈;
    게이트신호에 기초하여 상기 다수의 전력반도체 소자를 동작시키고, 상기 다수의 전력반도체 소자로부터 과전류 발생을 검출하여 과전류신호를 출력하는 구동모듈; 및
    상기 구동모듈에 상기 게이트신호를 출력하고, 상기 구동모듈로부터 제공된 상기 과전류신호에 기초하여 상기 게이트신호의 출력을 순차적으로 차단하여 상기 전력변환모듈의 동작을 중단시키는 제어모듈을 포함하고,
    상기 구동모듈은 다수의 전력반도체 소자 각각에 대응되어 연결되는 다수의 게이트구동부를 포함하고,
    각 게이트구동부는,
    상기 게이트신호에 기초하여 상기 전력반도체 소자를 구동시키는 구동부; 및
    상기 전력반도체 소자의 과전류를 감지하여 상기 과전류신호를 출력하는 감지부를 포함하고,
    상기 감지부는,
    상기 과전류신호를 출력하는 제2검출부;
    상기 전력반도체 소자의 일 단자에 연결된 다이오드; 및
    상기 제2검출부와 상기 다이오드 사이에 연결된 제너다이오드를 포함하고,
    상기 제2검출부는, 상기 전력반도체 소자의 양단 전압과 상기 다이오드의 순방향 전압의 합이 상기 제너다이오드의 항복전압을 초과할 때 상기 과전류신호를 출력하고,
    상기 제어모듈은,
    상기 구동모듈로부터 제공된 하나 이상의 과전류신호에 응답하여 과전류검출신호를 생성하는 논리회로;
    상기 논리회로로부터 제공된 과전류검출신호에 응답하여 제1제어신호 및 제2제어신호를 출력하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 따라 제1게이트신호 및 제4게이트신호를 상기 구동모듈로 출력하는 제1게이트신호출력부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 제2게이트신호 및 제3게이트신호를 상기 구동모듈로 출력하는 제2게이트신호출력부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 과전류검출신호에 따라 상기 제1제어신호를 출력 후 순차적으로 상기 제2제어신호를 출력하고,
    상기 제1제어신호가 출력되면 상기 제1게이트신호 및 제4게이트신호의 출력이 중단되고,
    상기 제2제어신호가 출력되면 상기 제2게이트신호 및 제3게이트신호의 출력이 중단되는, 전력변환장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 제어모듈로부터 제공된 상기 게이트신호를 출력하는 제1검출부; 및
    상기 제1검출부와 상기 전력반도체의 게이트단자 사이에 연결된 제1저항 및 제2저항을 포함하는 전력변환장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 다이오드에 연결되며, 상기 게이트신호에 응답하여 상기 다이오드를 통해 상기 전력반도체 소자의 일 단자에 전압을 인가하는 스위칭소자를 더 포함하는 전력변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 전력반도체 소자는 외부로부터 제공된 교류전원을 직류전원으로 변환하는 IGBT인 전력변환장치.
  7. 구동모듈로부터 제공되는 게이트신호에 의해 동작되는 다수의 전력반도체 소자로부터 과전류 발생을 검출하여 과전류신호를 출력하는 단계; 및
    상기 과전류신호에 기초하여 제어모듈에서 상기 구동모듈로 출력되는 게이트신호를 순차적으로 차단하여 상기 다수의 전력반도체 소자를 순차적으로 동작 중단하는 단계를 포함하고,
    상기 과전류 신호를 출력하는 단계는,
    상기 전력반도체 소자의 양단 전압과 상기 전력반도체 소자의 일 단자에 연결된 다이오드의 순방향 전압의 합과 상기 다이오드와 검출부 사이에 연결된 제너다이오드의 항복전압의 크기를 비교하는 단계; 및
    비교 결과 상기 전압의 합이 상기 항복전압보다 크면, 상기 검출부가 상기 과전류신호를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 다수의 전력반도체 소자를 순차적으로 동작 중단하는 단계는,
    상기 과전류신호에 응답하여 제1제어신호와 제2제어신호를 순차적으로 출력하는 단계; 및
    상기 제1제어신호에 따라 상기 구동모듈로 출력되는 제1게이트신호 및 제4게이트신호를 차단하고, 상기 제2제어신호에 따라 상기 구동모듈로 출력되는 제2게이트신호 및 제3게이트신호를 차단하는 단계;를 포함하는, 전력변환장치의 과전류 보호방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 과전류 신호를 출력하는 단계 전에,
    상기 전력반도체 소자의 초기 동작에서, 상기 구동모듈을 통해 상기 전력반도체 소자의 일 단자에 전압을 인가하는 단계를 더 포함하는 전력변환장치의 과전류 보호방법.
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