KR102324312B1 - 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치 및 방법 - Google Patents

인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치에 관한 것으로, 삼상 모터 구동을 위한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 제어하는 상별 인버터 게이트 드라이버 내에 구현되는 것으로서, 상기 IGBT 소자를 구동하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 제2 듀티 구간 구간에 작동하여 배터리 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 PWM 신호의 제1 듀티 구간에 작동하여 IGBT 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부; 및 상기 제1 듀티 구간 및 제2 듀티 구간에 따라 스위칭되어 상기 전압 검출부 및 상기 온도 검출부에서 검출된 전압과 온도를 교번 출력시키는 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4);를 포함하며, 상기 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 전압을 출력하는 전압 출력부; 상기 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 온도에 대응하는 전압을 출력하는 온도 출력부; 및 상기 전압 출력부 및 상기 온도 출력부에서 출력된 전압과 온도를 바탕으로 상기 상별 인버터 게이트 드라이버를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치 및 방법{APPARATUS FOR SENSING VOLTAGE AND TEMPERATURE OF INVERTER GATE DRIVER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 자동차의 인버터 게이트 드라이버에서 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 온도 센싱 기능 및 고전압 센싱 기능까지 수행할 수 있도록 하는, 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기존의 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 또는 EV(Electric Vehicle) 등의 환경 차량은 구동 모터 동작 및 제어를 위해 전력반도체(IGBT) 소자로 구성된 인버터 및 소스원인 고전압 배터리의 정보가 필요하며, 고전압과 제어기의 보호를 위해 절연 기능이 요구된다.
또한, 인버터의 과온 보호를 위해 각각의 IGBT의 온도 정보를 필요로 한다.
이에 따라 IGBT 소자의 구동을 위한 최신 게이트 드라이버에는 IGBT 소자의 온도를 센싱하여 출력하는 기능이 내장되고 있다.
그러나 상기 게이트 드라이버에는 배터리의 고전압 센싱을 위한 회로는 내장되어 있지 않으며, 따라서 배터리의 고전압 센싱을 위해서는 별도의 절연 센싱 회로가 요구된다.
그런데 이와 같이 별도의 고전압 센싱을 위해 절연 센싱 회로까지 내장하는 경우, IGBT 소자의 단가가 높아져 완성차 및 부품의 경쟁력이 저하되는 단점이 있다. 따라서 IGBT 소자의 단가 상승을 최소화하면서 배터리의 고전압을 센싱할 수 있도록 하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-1958485호(2019.03. 08. 등록, 전력 반도체의 온도 측정 시스템 및 방법, 그리고 이의 저장 매체)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 전기 자동차의 인버터 게이트 드라이버에서 IGBT 온도 센싱 기능 및 고전압 센싱 기능까지 수행할 수 있도록 하는, 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치는, 삼상 모터 구동을 위한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 제어하는 상별 인버터 게이트 드라이버 내에 구현되는 것으로서, 상기 IGBT 소자를 구동하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 제2 듀티 구간 구간에 작동하여 배터리 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 PWM 신호의 제1 듀티 구간에 작동하여 IGBT 소자의 온도를 검출하는 온도 검출부; 및 상기 제1 듀티 구간 및 제2 듀티 구간에 따라 스위칭되어 상기 전압 검출부 및 상기 온도 검출부에서 검출된 전압과 온도를 교번 출력시키는 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4);를 포함하며, 상기 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 전압을 출력하는 전압 출력부; 상기 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 온도에 대응하는 전압을 출력하는 온도 출력부; 및 상기 전압 출력부 및 상기 온도 출력부에서 출력된 전압과 온도를 바탕으로 상기 상별 인버터 게이트 드라이버를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 검출부는, 복수의 저항(R1, R2)이 직렬 연결되고, 제1 저항(R1)의 일 측에 배터리의 양극(+)이 연결되며 제2 저항(R2)의 접지 측에 음극(-)이 연결되고, 상기 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 공통 접속점에서 분압 전압이 출력되도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 검출부는, 다이오드를 이용한 온도 센싱 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 검출부는, 온도 센싱 소자가 IGBT 소자(UB)의 게이트에 대하여 역방향으로 연결되며, 상기 IGBT 소자(UB)의 온도 변화에 대응하여 온도 센싱 소자에 흐르는 전류의 양에 대응하여 검출되는 전압의 레벨을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2)는, 각기 스위칭 온(ON) 상태 및 스위칭 오프(OFF) 상태에서 상기 온도 검출부와 상기 IGBT 소자(UB)의 게이트를 연결하여, 상기 온도 검출부가 상기 IGBT 소자(UB)의 온도를 검출하도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제3 스위칭 소자(S3)는, 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부의 출력을 제3 저항(R3)에 인가하여, 상기 제3 저항(R3)을 통해 검출되는 전압이 상기 전압 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제3 스위칭 소자(S3)는, 상기 제2 스위칭 소자(S2)와 연동하여 동작하며, 제2 스위칭 소자(S2)와 제3 스위칭 소자(S3)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부의 출력을 제3 저항(R3)을 통해 검출하여 상기 전압 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제4 스위칭 소자(S4)는, 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부의 출력을 제4 저항(R4)에 인가하여, 상기 제4 저항(R4)을 통해 검출되는 전압이 상기 온도 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제4 스위칭 소자(S4)는, 상기 제1 스위칭 소자(S1)와 연동하여 동작하며, 제1 스위칭 소자(S1)와 제4 스위칭 소자(S4)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부의 출력을 제4 저항(R4)을 통해 검출하여 상기 온도 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 출력부는, 캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D1 ~ D3)로 구성되고, 상기 복수의 다이오드(D1 ~ D3)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 전압 검출부에서 검출된 전압을 입력받아 오아(OR) 결합하여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 출력부의 출력단에는, RC 필터가 결합되며, 상기 RC 필터를 통해 필터링된 전압을 제어부에 입력시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 출력부는, 캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D4 ~ D6)로 구성되고, 상기 복수의 다이오드(D4 ~ D6)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 온도 검출부에서 검출된 전압을 입력받아 오아(OR) 결합하여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 출력부의 출력단에는, RC 필터가 결합되며, 상기 RC 필터를 통해 필터링된 전압을 제어부에 입력시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 상별 인버터 게이트 드라이버의 구동을 위한 PWM 신호를 출력하며, 상기 PWM 신호의 제1 듀티 구간 및 제2 듀티 구간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4)에 대한 온오프 스위칭 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법은, 상기 삼상 모터 구동을 위한 IGBT 소자를 제어하는 상별 인버터 게이트 드라이버의 온도 검출부가, 상기 IGBT 소자를 구동하기 위한 PWM 신호의 제1 듀티 구간에 작동하여 IGBT 소자의 온도를 검출하는 단계; 상기 상별 인버터 게이트 드라이버의 전압 검출부가, 상기 PWM 신호의 제2 듀티 구간에 작동하여 배터리 전압을 검출하는 단계; 상기 상별 인버터 게이트 드라이버의 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4)가, 상기 PWM 신호의 제1 듀티 구간 및 제2 듀티 구간에 따라 스위칭되어 상기 전압 검출부 및 상기 온도 검출부에서 검출된 전압과 온도를 교번 출력시키는 단계; 및 제어부가 전압 출력부를 통해 각 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 전압 및 온도 출력부를 통해 각 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 온도를 바탕으로 상기 상별 인버터 게이트 드라이버를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 출력부는, 캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D1 ~ D3)로 구성되고, 상기 복수의 다이오드(D1 ~ D3)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 전압 검출부에서 검출된 전압을 입력받아 오아(OR) 결합하여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 출력부는, 캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D4 ~ D6)로 구성되고, 상기 복수의 다이오드(D4 ~ D6)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 온도 검출부에서 검출된 전압을 입력받아 오아(OR) 결합하여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 IGBT 소자의 온도를 검출하는 단계는, 제어부가 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)에 대하여 스위칭 온(ON) 신호를 출력하는 단계; 상기 제어부가 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)에 대하여 스위칭 오프(OFF) 신호를 출력하는 단계; 및 상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라 온도 검출부에서 검출된 IGBT 온도를 온도 출력부에 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 배터리 전압을 검출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)에 대하여 스위칭 오프(OFF) 신호를 출력하는 단계; 상기 제어부가 상기 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)에 대하여 스위칭 온(ON) 신호를 출력하는 단계; 및 상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압 검출부에서 검출된 배터리 전압을 전압 출력부에 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 검출부는, 복수의 저항(R1, R2)이 직렬 연결되고, 제1 저항(R1)의 일 측에 배터리의 양극(+)이 연결되며 제2 저항(R2)의 접지 측에 음극(-)이 연결되고, 상기 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 공통 접속점에서 분압 전압이 출력되도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 검출부는, 다이오드를 이용한 온도 센싱 소자가 IGBT 소자(UB)의 게이트에 대하여 역방향으로 연결되며, 상기 IGBT 소자(UB)의 온도 변화에 대응하여 온도 센싱 소자에 흐르는 전류의 양에 대응하여 검출되는 전압의 레벨을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제3 스위칭 소자(S3)는, 상기 제2 스위칭 소자(S2)와 연동하여 동작하며, 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부의 출력을 제3 저항(R3)에 인가하여, 상기 제3 저항(R3)을 통해 검출되는 전압이 상기 전압 출력부에 인가되게 하고, 제2 스위칭 소자(S2)와 제3 스위칭 소자(S3)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부의 출력을 제3 저항(R3)을 통해 검출하여 상기 전압 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제4 스위칭 소자(S4)는, 상기 제1 스위칭 소자(S1)와 연동하여 동작하며, 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부의 출력을 제4 저항(R4)에 인가하여, 상기 제4 저항(R4)을 통해 검출되는 전압이 상기 온도 출력부에 인가되게 하고, 제1 스위칭 소자(S1)와 제4 스위칭 소자(S4)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부의 출력을 제4 저항(R4)을 통해 검출하여 상기 온도 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 전기 자동차의 인버터 게이트 드라이버에서 IGBT 온도 센싱 기능 및 고전압 센싱 기능까지 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 1에 있어서, 상별 검출 전압의 출력 결과를 보인 예시도.
도 4는 상기 도 1에 있어서, 상별 검출 온도의 출력 결과를 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치는, 전압 검출부(110), 온도 검출부(120), 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4), 전압 출력부(130), 온도 출력부(140), 및 제어부(150)를 포함한다.
여기서 버퍼(B1 ~ B6)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 전압 검출부(110)는, 삼상 모터 구동을 위한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 제어하는 상별 인버터 게이트 드라이버 내에 구현되며, 제어부(150)에서 상기 IGBT 소자를 구동하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티 오프(OFF) 구간에 작동하여 배터리 전압을 검출한다.
상기 전압 검출부(110)는 복수의 저항(R1, R2)이 직렬 연결되고, 제1 저항(R1)의 일 측에 배터리의 양극(+)이 연결되며 제2 저항(R2)의 접지 측에 음극(-)이 연결된다. 상기 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 공통 접속점에서 분압 전압이 출력된다. 즉, 상기 분압 전압에 의해 상기 배터리 전압을 검출한다. 이때 상기 배터리 전압은 다른 실시예에서는 모터 구동 전압으로 기재될 수도 있다.
상기 온도 검출부(120)는, 삼상 모터 구동을 위한 IGBT 소자를 제어하는 상별 인버터 게이트 드라이버 내에 구현되며, 상기 IGBT 소자를 구동하기 위한 PWM 신호의 듀티 온(ON) 구간에 작동하여 IGBT 소자의 온도를 검출한다.
상기 온도 검출부(120)는 다이오드를 이용한 온도 센싱 소자를 포함한다.
상기 온도 검출부(120)는 IGBT 소자(UB)의 게이트에 대하여 역방향(즉, 게이트 측으로 다이오드의 캐소드가 연결되고, 접지 측으로 다이오드의 애노드가 연결되는 방향)으로 연결되며, 상기 IGBT 소자(UB)의 온도 변화에 대응하여 온도 센싱 소자(즉, 다이오드)에 흐르는 전류의 양이 달라진다.
이에 따라 상기 전류의 양에 대응하여 상기 온도 검출부(120)에서 검출되는 전압의 레벨이 변하는 것을 이용하여 온도를 검출하게 된다.
따라서 이하 기재된 온도는 사실상 온도에 대응하는 전압을 의미하는 것임에 유의한다.
상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4)는, 상기 삼상 모터 구동을 위한 IGBT 소자를 제어하는 상별 인버터 게이트 드라이버 내에 구현되며, 상기 PWM 신호의 듀티 온 구간 및 듀티 오프 구간에 따라 스위칭되어 상기 전압 검출부(110) 및 상기 온도 검출부(120)에서 검출된 전압과 온도를 교번 출력할 수 있도록 한다.
상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제1 스위칭 소자(S1)는 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부(120)와 상기 IGBT 소자(UB)의 게이트를 연결한다.
상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제2 스위칭 소자(S2)는 스위칭 오프(OFF) 상태가 되면 상기 온도 검출부(120)와 상기 IGBT 소자(UB)의 게이트를 연결한다. 즉, 상기 제1 스위칭 소자(S1)의 온 상태 및 상기 제2 스위칭 소자(S2)의 오프 상태에서 상기 온도 검출부(120)와 상기 IGBT 소자(UB)의 게이트가 연결되어 상기 온도 검출부(120)가 상기 IGBT 소자(UB)의 온도를 검출하게 된다.
상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제3 스위칭 소자(S3)는 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부(110)의 출력을 제3 저항(R3)에 인가하여, 상기 제3 저항(R3)을 통해 검출되는 전압이 상기 전압 출력부(130)에 인가되게 한다.
이때 상기 제3 스위칭 소자(S3)는 상기 제2 스위칭 소자(S2)와 연동하여 동작한다. 즉, 제2 스위칭 소자(S2)와 제3 스위칭 소자(S3)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부(110)의 출력을 제3 저항(R3)을 통해 검출하여 상기 전압 출력부(130)에 인가되게 한다.
상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제4 스위칭 소자(S4)는 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부(120)의 출력을 제4 저항(R4)에 인가하여, 상기 제4 저항(R4)을 통해 검출되는 전압이 상기 온도 출력부(140)에 인가되게 한다.
이때 상기 제4 스위칭 소자(S4)는 상기 제1 스위칭 소자(S1)와 연동하여 동작한다. 즉, 제1 스위칭 소자(S1)와 제4 스위칭 소자(S4)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부(120)의 출력을 제4 저항(R4)을 통해 검출하여 상기 온도 출력부(140)에 인가되게 한다.
상기 전압 출력부(130)는 각 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 전압을 오아(OR) 결합하여 출력한다.
상기 전압 출력부(130)는 캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D1 ~ D3)로 구성되고, 상기 복수의 다이오드(D1 ~ D3)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 전압 검출부(110)에서 검출된 전압(실제로는 제3 저항(R3)을 통해 검출된 전압)을 입력받는다.
상기 전압 출력부(130)의 출력단은 RC 필터(R5, C1)가 결합되어 상기 RC 필터를 통해 필터링된 전압이 출력되어 제어부(150)에 입력된다.
도 3은 상기 도 1에 있어서, 상별 검출 전압의 출력 결과를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 각 상별 검출된 전압(V_U_OT, V_V_OT, V_W_OT)이 전압 출력부(130)에서 오아(OR) 결합된 전압(V_OT_SUM)이 출력된다. 이때 상기 오아(OR) 결합된 전압(V_OT_SUM)을 RC 필터(R5, C1)를 통과시키면 리플이 제거된 최종 결합 전압(V_OT_SUM_RC)이 출력된다.
상기 온도 출력부(140)는 각 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 온도를 오아(OR) 결합하여 출력한다.
상기 온도 출력부(140)는 캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D4 ~ D6)로 구성되고, 상기 복수의 다이오드(D4 ~ D6)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 온도 검출부(120)에서 검출된 전압(실제로는 제4 저항(R4)을 통해 검출된 전압)을 입력받는다.
상기 온도 출력부(140)의 출력단은 RC 필터(R6, C2)가 결합되어 상기 RC 필터를 통해 필터링된 전압(즉, 최고온도)이 출력되어 제어부(150)에 입력된다.
한편 본 실시예의 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 탑(Top) IGBT 소자(UT)의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부(120)를 추가로 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 온도 출력부(140)는 6개의 다이오드를 이용해 구성될 수 있음에 유의한다.
도 4는 상기 도 1에 있어서, 상별 검출 온도의 출력 결과를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 각 상별 검출된 온도(V_U_VDC, V_V_VDC, V_W_VDC)가 온도 출력부(140)에서 오아(OR) 결합된 전압(V_VDC_SUM)이 출력된다. 이때 상기 오아(OR) 결합된 전압(V_VDC_SUM)을 RC 필터(R6, C2)를 통과시키면 리플이 제거된 최종 결합 전압(V_OT_SUM_RC)(즉, 온도에 대응하는 전압)이 출력된다.
상기 제어부(150)는 상기 전압 출력부(130) 및 상기 온도 출력부(140)에서 출력된 전압과 온도를 바탕으로 상기 상별 인버터 게이트 드라이버를 제어한다.
상기 제어부(150)는 상기 상별 인버터 게이트 드라이버의 구동을 위한 PWM 신호를 출력하며, 상기 PWM 신호의 듀티 온(ON) 구간 및 듀티 오프(OFF) 구간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4)에 대한 온오프 스위칭 신호를 출력한다.
예컨대 상기 제어부(150)는 PWM 온(ON) 구간(즉, PWM 듀티 온 구간)에서는 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)에 대하여 스위칭 온(ON) 신호, 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)에 대하여 스위칭 오프(OFF) 신호를 출력한다. 이에 따라 IGBT 소자의 온도(즉, 상별 검출된 IGBT 온도 중 최고 온도)를 검출(센싱) 한다. 그리고 상기 제어부(150)는 PWM 오프(OFF) 구간(즉, PWM 듀티 온 구간)에서는 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)에 대하여 스위칭 오프(OFF) 신호, 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)에 대하여 스위칭 온(ON) 신호를 출력한다. 이에 따라 배터리의 전압을 검출(센싱) 한다. 이에 따라 상기 제어부(150)는 상기 전압 출력부(130) 및 상기 온도 출력부(140)에서 출력된 전압과 온도를 바탕으로 상기 상별 인버터 게이트 드라이버를 최적 제어할 수 있게 되는 것이다.
이하 상기 제어부(150)의 보다 구체적인 동작을 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(150)는 각 상별 인버터 게이트 드라이버에 대하여, PWM 온(ON) 구간(즉, PWM 듀티 온 구간)인 경우(S101의 예), 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)에 대하여 스위칭 온(ON) 신호, 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)에 대하여 스위칭 오프(OFF) 신호를 출력한다(S102).
이에 따라 IGBT 소자의 온도(즉, 상별 검출된 IGBT 온도 중 최고 온도)를 검출(센싱) 한다(S103).
그리고 상기 제어부(150)는 PWM 오프(OFF) 구간(즉, PWM 듀티 온 구간)인 경우(S104의 예), 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)에 대하여 스위칭 오프(OFF) 신호, 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)에 대하여 스위칭 온(ON) 신호를 출력한다(S105).
이에 따라 배터리의 전압을 검출(센싱) 한다(S106).
다만 상기 PWM 온 구간 및 오프 구간은 인버터의 사용 여부에 따라 그 명칭이 바뀔 수 있으므로, PWM 제1 듀티 구간 및 PWM 제2 듀티 구간으로 이해하는 것이 바람직하다.
이에 따라 상기 제어부(150)는 상기 전압 출력부(130) 및 상기 온도 출력부(140)에서 출력된 전압과 온도를 바탕으로 상기 상별 인버터 게이트 드라이버를 최적 제어할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 실시예는 전기 자동차의 인버터 게이트 드라이버의 IGBT 온도 센싱 기능 및 고전압 센싱 기능까지 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
110 : 전압 검출부
120 : 온도 검출부
130 : 전압 출력부
140 : 온도 출력부
150 : 제어부
S1 ~ S4 : 스위칭 소자
UT : 탑(Top) IGBT 소자
UB : 바텀(Bottom) IGBT 소자

Claims (23)

  1. 삼상 모터 구동을 위한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자를 제어하는 상별 인버터 게이트 드라이버 내에 구현되는 것으로서, 상기 IGBT 소자를 구동하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 제2 듀티 구간 구간에 작동하여 배터리 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 PWM 신호의 제1 듀티 구간에 작동하여 IGBT 소자의 온도에 대응하는 전압을 검출하는 온도 검출부; 및 상기 제1 듀티 구간 및 제2 듀티 구간에 따라 스위칭되어 상기 전압 검출부 및 상기 온도 검출부에서 각기 검출된 전압과 온도에 대응하는 전압을 교번 출력시키는 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4);를 포함하며,
    상기 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 전압을 출력하는 전압 출력부; 상기 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 상기 온도에 대응하는 전압을 출력하는 온도 출력부; 및 상기 전압 출력부 및 상기 온도 출력부에서 각기 출력된 전압과 온도에 대응하는 전압을 바탕으로 상기 상별 인버터 게이트 드라이버를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전압 검출부는,
    복수의 저항(R1, R2)이 직렬 연결되고, 제1 저항(R1)의 일 측에 배터리의 양극(+)이 연결되며 제2 저항(R2)의 접지 측에 음극(-)이 연결되고,
    상기 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 공통 접속점에서 분압 전압이 출력되도록 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 온도 검출부는,
    다이오드를 이용한 온도 센싱 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 온도 검출부는,
    온도 센싱 소자가 IGBT 소자(UB)의 게이트에 대하여 역방향으로 연결되며,
    상기 IGBT 소자(UB)의 온도 변화에 대응하여 온도 센싱 소자에 흐르는 전류의 양에 대응하여 검출되는 전압의 레벨을 검출하는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제1 스위칭 소자(S1)와 제2 스위칭 소자(S2)는,
    각기 스위칭 온(ON) 상태 및 스위칭 오프(OFF) 상태에서 상기 온도 검출부와 상기 IGBT 소자(UB)의 게이트를 연결하여, 상기 온도 검출부가 상기 IGBT 소자(UB)의 온도에 대응하는 전압을 검출하도록 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제3 스위칭 소자(S3)는,
    스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부의 출력을 제3 저항(R3)에 인가하여, 상기 제3 저항(R3)을 통해 검출되는 전압이 상기 전압 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제3 스위칭 소자(S3)는,
    제2 스위칭 소자(S2)와 연동하여 동작하며,
    상기 제2 스위칭 소자(S2)와 상기 제3 스위칭 소자(S3)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부의 출력을 제3 저항(R3)을 통해 검출하여 상기 전압 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제4 스위칭 소자(S4)는,
    스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부의 출력을 제4 저항(R4)에 인가하여, 상기 제4 저항(R4)을 통해 검출되는 전압이 상기 온도 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제4 스위칭 소자(S4)는,
    제1 스위칭 소자(S1)와 연동하여 동작하며,
    상기 제1 스위칭 소자(S1)와 상기 제4 스위칭 소자(S4)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부의 출력을 제4 저항(R4)을 통해 검출하여 상기 온도 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 전압 출력부는,
    캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D1 ~ D3)로 구성되고,
    상기 복수의 다이오드(D1 ~ D3)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 전압 검출부에서 검출된 전압을 입력받아 오아(OR) 결합하여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전압 출력부의 출력단에는,
    RC 필터가 결합되며, 상기 RC 필터를 통해 필터링된 전압을 제어부에 입력시키는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 온도 출력부는,
    캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D4 ~ D6)로 구성되고,
    상기 복수의 다이오드(D4 ~ D6)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 온도 검출부에서 검출된 전압을 입력받아 오아(OR) 결합하여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 온도 출력부의 출력단에는,
    RC 필터가 결합되며, 상기 RC 필터를 통해 필터링된 전압을 제어부에 입력시키는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 상별 인버터 게이트 드라이버의 구동을 위한 PWM 신호를 출력하며,
    상기 PWM 신호의 제1 듀티 구간 및 제2 듀티 구간에 따라 상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4)에 대한 온오프 스위칭 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 장치.
  15. 삼상 모터 구동을 위한 IGBT 소자를 제어하는 상별 인버터 게이트 드라이버의 온도 검출부가, 상기 IGBT 소자를 구동하기 위한 PWM 신호의 제1 듀티 구간에 작동하여 IGBT 소자의 온도에 대응하는 전압을 검출하는 단계;
    상기 상별 인버터 게이트 드라이버의 전압 검출부가, 상기 PWM 신호의 제2 듀티 구간에 작동하여 배터리 전압을 검출하는 단계;
    상기 상별 인버터 게이트 드라이버의 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4)가, 상기 PWM 신호의 제1 듀티 구간 및 제2 듀티 구간에 따라 스위칭되어 상기 전압 검출부 및 상기 온도 검출부에서 각기 검출된 전압과 온도에 대응하는 전압을 교번 출력시키는 단계; 및
    제어부가 전압 출력부를 통해 각 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 전압 및 온도 출력부를 통해 각 상별 인버터 게이트 드라이버에서 출력되는 온도에 대응하는 전압을 바탕으로 상기 상별 인버터 게이트 드라이버를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 전압 출력부는,
    캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D1 ~ D3)로 구성되고,
    상기 복수의 다이오드(D1 ~ D3)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 전압 검출부에서 검출된 전압을 입력받아 오아(OR) 결합하여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 온도 출력부는,
    캐소드 측이 공통으로 접속된 복수의 다이오드(D4 ~ D6)로 구성되고,
    상기 복수의 다이오드(D4 ~ D6)의 애노드 측에 각 상별 인버터 게이트 드라이버의 온도 검출부에서 검출된 전압을 입력받아 오아(OR) 결합하여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 IGBT 소자의 온도에 대응하는 전압을 검출하는 단계는,
    제어부가 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)에 대하여 스위칭 온(ON) 신호를 출력하는 단계;
    상기 제어부가 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)에 대하여 스위칭 오프(OFF) 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라 온도 검출부에서 검출된 IGBT 온도에 대응하는 전압을 온도 출력부에 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 배터리 전압을 검출하는 단계는,
    상기 제어부가 상기 제1 및 제4 스위칭 소자(S1, S4)에 대하여 스위칭 오프(OFF) 신호를 출력하는 단계;
    상기 제어부가 상기 제2 및 제3 스위칭 소자(S2, S3)에 대하여 스위칭 온(ON) 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전압 검출부에서 검출된 배터리 전압을 전압 출력부에 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
  20. 제 15항에 있어서, 상기 전압 검출부는,
    복수의 저항(R1, R2)이 직렬 연결되고, 제1 저항(R1)의 일 측에 배터리의 양극(+)이 연결되며 제2 저항(R2)의 접지 측에 음극(-)이 연결되고,
    상기 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 공통 접속점에서 분압 전압이 출력되도록 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 온도 검출부는,
    다이오드를 이용한 온도 센싱 소자가 IGBT 소자(UB)의 게이트에 대하여 역방향으로 연결되며,
    상기 IGBT 소자(UB)의 온도 변화에 대응하여 온도 센싱 소자에 흐르는 전류의 양에 대응하여 검출되는 전압의 레벨을 검출하는 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
  22. 제 15항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제3 스위칭 소자(S3)는,
    제2 스위칭 소자(S2)와 연동하여 동작하며,
    스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부의 출력을 제3 저항(R3)에 인가하여, 상기 제3 저항(R3)을 통해 검출되는 전압이 상기 전압 출력부에 인가되게 하고, 상기 제2 스위칭 소자(S2)와 상기 제3 스위칭 소자(S3)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 전압 검출부의 출력을 제3 저항(R3)을 통해 검출하여 상기 전압 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
  23. 제 15항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자(S1 ~ S4) 중 제4 스위칭 소자(S4)는,
    제1 스위칭 소자(S1)와 연동하여 동작하며,
    스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부의 출력을 제4 저항(R4)에 인가하여, 상기 제4 저항(R4)을 통해 검출되는 전압이 상기 온도 출력부에 인가되게 하고, 상기 제1 스위칭 소자(S1)와 상기 제4 스위칭 소자(S4)가 스위칭 온(ON) 상태가 되면 상기 온도 검출부의 출력을 제4 저항(R4)을 통해 검출하여 상기 온도 출력부에 인가되게 구현된 것을 특징으로 하는 인버터 게이트 드라이버의 전압 및 온도 센싱 방법.
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