KR19990012878A - Protection circuit of power converter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회로단락시에 소자의 보호 및 온도에 대한 변화에도 안정도가 향상되도록 게이트전원과, 상기 게이트전원이 게이트 저항을 통하여 베이스로 인가되고, 에미터에 감지저항이 연결되며, 직류전원이 콜렉터로 인가되는 전력변환소자와, 상기 전력변환소자의 게이트로 인가되는 게이트전원이 스위칭되는 스위칭소자와, 상기 전력변환소자의 에미터전압이 입력되어서 전압이 보상되는 보상회로부 및 상기 보상회로부의 출력이 비교되고, 이에 따라서 상기 스위칭소자가 스위칭되도록 제어되는 비교부로 구성되는 것이다.According to the present invention, a gate power source and a gate power source are applied to a base through a gate resistor, a sensing resistor is connected to an emitter, and a direct current power collector is installed so that the stability of the device and the change in temperature are improved in the case of a circuit short. A power conversion device to be applied to the power supply, a switching device to switch the gate power applied to the gate of the power conversion device, a compensation circuit unit to which the voltage is compensated by inputting the emitter voltage of the power conversion device, and an output of the compensation circuit unit And a comparison unit controlled to switch the switching element accordingly.
Description
본 발명은 전력변환장치(IGBT module; Insulated gate bipolar transistor module)의 보호회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회로단락시에 소자의 보호 및 안정도가 향상되는 전력변환장치의 보호회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection circuit of an IGBT module (Insulated Gate Bipolar Transistor Module). More particularly, the present invention relates to a protection circuit of a power conversion device that improves protection and stability of a device during a circuit short circuit.
일반적으로 전력변환장치가 구비되는 전원공급회로는 상기 전력변환장치의 에미터에 연결되는 감지저항을 흐르는 전류를 감지하여 이를 입력측의 기준전압과 비교함으로써 에미터를 통하여 흐르는 전류가 제어되는데, 전력변환장치는 주로 대용량에서 사용되기 때문에 열에 의한 출력전원의 변동이 발생되는 경우가 있기 때문에 이를 방열시키게 된다.In general, a power supply circuit having a power converter detects a current flowing through a sensing resistor connected to an emitter of the power converter and compares it with a reference voltage at an input side to control the current flowing through the emitter. Since the device is mainly used in a large capacity, heat output fluctuations may occur, which causes heat radiation.
도 1은 종래 기술에 따른 전력변환장치의 보호회로도이다.1 is a protection circuit diagram of a power converter according to the prior art.
종래 기술에 따른 전력변환장치의 보호회로는 게이트전원(Vg1)과, 상기 게이트전원(Vg1)이 게이트 저항(Rg1)을 통하여 베이스로 인가되고, 에미터에 감지저항(Rs)이 연결되며, 직류전원(V1)이 부하(Load)인 제 1 저항(R1)을 통하여 콜렉터로 인가되는 전력변환소자(Q1)와, 상기 전력변환소자(Q1)의 게이트로 인가되는 게이트전원(Vg1)이 제 2 저항(R2)을 통하여 스위칭되는 스위칭소자(Q2)와, 전력변환소자(Q1)의 감지저항(Rs)의 전압이 비교되고, 이에 따라서 상기 스위칭소자(Q2)가 스위칭되는 비교부(OP)로 구성된다.In the protection circuit of the power converter according to the prior art, the gate power source (Vg1), the gate power source (Vg1) is applied to the base through the gate resistor (Rg1), the sensing resistor (Rs) is connected to the emitter, DC The power conversion element Q1 applied to the collector through the first resistor R1 of which the power supply V1 is a load, and the gate power supply Vg1 applied to the gate of the power conversion element Q1 are the second The switching element Q2 switched through the resistor R2 and the voltage of the sensing resistor Rs of the power conversion element Q1 are compared, and accordingly, the switching element Q2 is switched to the comparison unit OP. It is composed.
상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 전력변환장치의 보호회로는 상기 펄스로 되는 게이트전원(Vg1)이 게이트 저항(Rg1)을 통하고, 제 2 저항(R2)에 연결되는 스위칭소자(Q2)는 비교부(OP)의 출력에 의한 스위칭에 의하여 상기 게이트전원(Vg1)이 제어됨으로써, 전력변환소자(Q1)의 베이스로 인가된다.In the protection circuit of the power converter according to the related art, which is configured as described above, the switching element Q2 connected to the second resistor R2 via the gate power source Vg1, which becomes the pulse, is connected to the second resistor R2. The gate power source Vg1 is controlled by switching by the output of the comparator OP, thereby being applied to the base of the power conversion element Q1.
상기와 같이 콜렉터, 에미터 그리고 베이스로 구성되는 3단자형 전력변환소자(Q1)의 에미터에 연결된 감지저항(Rs)에 인가되는 전압은 비교부(OP)의 비반전입력단(+)으로 입력되어서 반전입력단(-)에 연결된 기준전압(Vref)과 비교되고, 이에 따라서 상기 감지저항(Rs)에 인가되는 전압이 과전압이 걸리는 과전압 상태에는 비교부(OP)의 반전입력단(-)에 연결된 과전압 레벨의 기준전압(Vref)과 비교하여 스위칭소자(Q2)의 베이스에 로우(low)를 인가하여 상기 스위칭소자(Q2)가 턴-오프되도록 동작되어서 과전압보호회로로 동작된다.As described above, the voltage applied to the sense resistor Rs connected to the emitter of the three-terminal power conversion element Q1 composed of the collector, the emitter, and the base is input to the non-inverting input terminal (+) of the comparator OP. The overvoltage connected to the inverting input terminal (-) of the comparator OP is compared to the reference voltage Vref connected to the inverting input terminal (-), so that the voltage applied to the sensing resistor Rs is overvoltageed. Compared to the reference voltage Vref of the level, a low is applied to the base of the switching element Q2 so that the switching element Q2 is turned off and operated as an overvoltage protection circuit.
또한, 상기 콜렉터, 에미터 그리고 베이스로 구성되는 3단자형 전력변환소자는 감지저항이 연결되는 에미터가 하나 더 구비되는 4단형 전력변환소자로 구성되어서 상기와 같은 과전압보호회로로 동작되는 경우도 있는데, 상기 감지저항이 구비되는 에미터는 다른 에미터에 비하여 비교적 적은 전류가 흐르도록 전력변환소자로 구성되기 때문에 보다 작은 전압으로 제어될 수 있다.In addition, the three-terminal power conversion element consisting of the collector, the emitter and the base is composed of a four-stage power conversion element is provided with one more emitter connected to the sense resistor, so that the operation as the overvoltage protection circuit as described above The emitter provided with the sense resistor may be controlled with a smaller voltage because the emitter is configured with a power conversion element so that a relatively small current flows as compared with other emitters.
그러나, 상기와 같이 동작되는 종래 기술에 따른 전력변환장치의 보호회로에서 에미터에 감지저항이 구비되는 3단자형 전력변환소자가 이용되는 경우에는, 회로가 대용량으로 사용되는 경우로써 장치의 소형화가 어려운 점이 있고, 4단자형 전력변환소자를 구성하는 집적회로는 감지저항이 구비되는 에미터를 따로 구성하여야 하기 때문에 생산단가가 비교적 크게되며, 감지율 만큼의 집적회로의 크기 커지는 등의 문제점이 있다.However, when a three-terminal type power conversion element having a sense resistor is used in the emitter in the protection circuit of the conventional power conversion device operated as described above, the device can be miniaturized due to the large capacity of the circuit. Since the integrated circuit constituting the four-terminal power conversion device has to be configured with an emitter having a sense resistor, the production cost is relatively high, and the size of the integrated circuit increases as much as the detection rate. .
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 발명의 주된 목적은 회로단락시에 소자의 보호 및 안정도가 향상되는 전력변환장치의 보호회로를 제공하기 위함이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and a main object of the present invention is to provide a protection circuit of a power converter which improves protection and stability of a device in a short circuit.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 게이트전원과, 상기 게이트전원이 게이트 저항을 통하여 베이스로 인가되고, 에미터에 감지저항이 연결되며, 직류전원이 콜렉터로 인가되는 전력변환소자와, 상기 전력변환소자의 게이트로 인가되는 게이트전원이 스위칭되는 스위칭소자와, 상기 전력변환소자의 에미터전압이 입력되어서 전압이 보상되는 보상회로부 및 상기 보상회로부의 출력이 비교되고, 이에 따라서 상기 스위칭소자가 스위칭되도록 제어되는 비교부로 구성되는 것에 있다.Features of the present invention for achieving the above object is a gate power source, the gate power is applied to the base through the gate resistor, the sensing resistor is connected to the emitter, the direct current power is applied to the collector and the power conversion element, The switching device in which the gate power applied to the gate of the power conversion device is switched is compared with the output of the compensation circuit part and the compensation circuit part in which the voltage is compensated by inputting the emitter voltage of the power conversion device. It consists of a comparator which is controlled to be switched.
도 1은 종래 기술에 따른 전력변환장치의 보호회로도,1 is a protection circuit diagram of a power converter according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 전력변환장치의 보호회로도,2 is a protection circuit diagram of a power conversion apparatus according to the present invention;
도 3의 (가)는 전력변환소자의 온도특성도,3A is a temperature characteristic diagram of a power conversion element;
(나)는 보상회로의 각부특성도.(B) is characteristic diagram of each part of compensation circuit.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
20 : 보상회로부 20a : 전류원부20: compensation circuit portion 20a: current source portion
20b : 가산부 OP : 비교부20b: Adder OP: Comparator
이하 첨부도면에 의하여 본 발명에 따른 전력변환장치의 보호회로의 바람직한 일실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a protection circuit of a power converter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 전력변환장치의 보호회로도이고, 도 3의 (가)는 전력변환소자의 온도특성도이고, (나)는 보상회로의 각부특성도이다.2 is a protection circuit diagram of a power conversion apparatus according to the present invention, (a) of FIG. 3 is a temperature characteristic diagram of a power conversion element, and (b) is a characteristic diagram of each part of a compensation circuit.
본 발명에 따른 전력변환장치의 보호회로는 게이트전원(Vg1)과, 상기 게이트전원(Vg1)이 게이트 저항(Rg1)을 통하여 베이스로 인가되고, 에미터에 감지저항(Rs)이 연결되며, 직류전원(V1)이 부하인 제 1 저항(R1)을 통하여 콜렉터로 인가되는 전력변환소자(Q1)와, 상기 전력변환소자(Q1)의 게이트로 인가되는 게이트전원(Vg1)이 제 2 저항(R2)을 통하여 스위칭되는 스위칭소자(Q2)와, 상기 전력변환소자(Q1)의 에미터전압이 입력되어서 전압이 보상되도록 집적회로(IC)로 되는 보상회로부(20) 및 상기 보상회로부(20)의 출력이 비교되고, 이에 따라서 상기 스위칭소자(Q2)가 스위칭되도록 제어되는 비교부(OP)로 구성된다.In the protection circuit of the power converter according to the present invention, a gate power source (Vg1), the gate power source (Vg1) is applied to the base through the gate resistor (Rg1), the sense resistor (Rs) is connected to the emitter, DC The power conversion element Q1 applied to the collector through the first resistor R1 of which the power supply V1 is a load, and the gate power supply Vg1 applied to the gate of the power conversion element Q1 are connected to the second resistor R2. Of the compensation circuit unit 20 and the compensation circuit unit 20 which are integrated circuits IC so that the voltage is compensated by inputting the emitter voltage of the power conversion element Q1 The outputs are compared and, accordingly, composed of a comparator OP which is controlled to switch the switching element Q2.
상기 집적회로인 보상회로부(20)는 PNP형 바이폴라 트랜지스터로 구성되는 전류원부(20a)와, 상기 전류원부(20a)의 출력이 하나의 입력으로 인가되고, 전력변환소자(Q1)의 에미터 출력이 다른 입력으로 인가되어서 가산되는 가산부(20b)로 구성된다.In the integrated circuit compensation circuit unit 20, a current source unit 20a consisting of a PNP type bipolar transistor and an output of the current source unit 20a are applied as one input, and an emitter output of the power conversion element Q1 is applied. The adder 20b is applied to this other input and added.
상기 가산부(20b)의 출력은 반전입력단(-)에 기준전압(Vref)이 연결된 비교부(OP)의 비반전입력단(+)으로 연결된다.The output of the adder 20b is connected to the non-inverting input terminal (+) of the comparator OP having a reference voltage Vref connected to the inverting input terminal (-).
다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동상태에 대해서 설명한다.The following describes the operating state of the present invention configured as described above.
입력전압으로서 게이트 저항(Rg1)을 통하여 전력변환소자(Q1)의 게이트에 인가되는 펄스로 되는 게이트전원(Vg1)에 의하여 전력변환소자(Q1)는 턴-온되고, 상기 전력변환소자(Q1)의 턴-온에 의하여 폐회로를 형성하기 때문에 직류전원(V1)에 의하여 부하인 제 1 저항(R1)에 전압이 인가된다.The power conversion element Q1 is turned on by the gate power supply Vg1 that becomes a pulse applied to the gate of the power conversion element Q1 through the gate resistor Rg1 as an input voltage, and the power conversion element Q1 is turned on. Since the closed circuit is formed by the turn-on of the voltage, the voltage is applied to the first resistor R1 as the load by the DC power supply V1.
그런데, 상기 턴-온되거나 턴-오프되는 전력변환소자(Q1)의 에미터 출력은 온도에 따라서 변환된다. 즉, 상기 대전력용으로 사용되는 전력변환소자(Q1)의 동작특성에 따라서 에미터 출력은 변화되는데 이를 도 3의 (가)의 전력변환소자의 온도특성도에서 나타내었다.However, the emitter output of the power conversion element Q1 that is turned on or turned off is converted according to temperature. That is, the emitter output changes according to the operating characteristics of the power conversion element Q1 used for the high power, which is shown in the temperature characteristic diagram of the power conversion element of FIG.
따라서, 도 3의 (가)에서와 같이 소자 및 주위온도 상승에 의하여 에미터 출력전압(Vs)도 상승되고, 이에 따라서 비교기(OP)의 출력에 영향을 미치지 않도록 보상회로부(20)의 전류원부(20a)에 의하여 보상된다.Accordingly, as shown in FIG. 3A, the emitter output voltage Vs also increases due to the increase of the device and the ambient temperature, and accordingly, the current source part of the compensation circuit unit 20 does not affect the output of the comparator OP. Compensation by 20a.
즉, 보상회로부(20)의 전류원부(20a)는 콜렉터에 전원(Vcc)이 인가되고 콜렉터와 베이스가 연결되고, 에미터는 접지되어서 베이스의 전위가 가산부(20b)로 인가된다.That is, the power source Vcc is applied to the collector, the collector and the base are connected, the emitter is grounded, and the potential of the base is applied to the adder 20b of the current source unit 20a of the compensation circuit unit 20.
상기 전류원부(20a)를 구성하는 트랜지스터는 트랜지스터 특성상 온도가 상승되면, 에미터와 베이스 사이 전압(VBE)은 약 1℃상승에 약 2밀리볼트(㎷)정도 하강된다.When the transistor constituting the current source portion 20a rises in temperature due to transistor characteristics, the voltage V BE between the emitter and the base decreases by about 2 millivolts with a rise of about 1 ° C.
따라서, 전력변환소자(Q1)의 에미터 출력(Vs)과, 전류원부(20a)의 출력이 가산부(20b)에서 가산됨으로써, 도 3의 (나) 보상회로의 각부특성도에서와 같이 에미터 출력(Vs)이 상승되어도 전류원부(20a)의 에미터와 베이스 사이 전압(VBE)에 의하여 보상되는 것이다.Therefore, the emitter output Vs of the power conversion element Q1 and the output of the current source portion 20a are added by the adder 20b, so that each element of the compensation circuit of FIG. Even if the output Vs rises, the voltage V BE between the emitter and the base of the current source 20a is compensated.
즉, 주위의 온도 및 소자의 온도가 상승하여 에미터 출력(Vs)이 증대되어도, 상기 전류원부(20a)의 보상에 의하여 가산부(20b)의 출력(Vsc)은 변화가 저감되기 때문에, 상기 가산부(20b) 출력(Vsc)이 비교부(OP)의 출력에 영향을 주지 않고, 이에 따라서 전력변환소자(Q1)의 베이스에 로우가 인가되어 턴-오프된 상태로 유지되기 때문에 주위온도 상승에 의한 에미터 출력(Vs)이 증대되어도 오동작이 방지되는 것이다.That is, even if the ambient temperature and the element temperature rise to increase the emitter output Vs, the output Vsc of the adder 20b is reduced due to the compensation of the current source unit 20a. The adder 20b output Vsc does not affect the output of the comparator OP, and accordingly a low value is applied to the base of the power conversion element Q1 so that the ambient temperature rises. Even if the emitter output Vs is increased by this, malfunction is prevented.
또한, 정상동작시 비교부(OP)의 두 입력의 관계는 기준전압(Vref)이 전력변환소자(Q1)의 에미터 출력(Vs) 보다 크기 때문에 비교부(OP)의 출력은 로우로 되어서 스위칭소자(Q2)는 턴-오프되고, 이에 따라서 상기 스위칭소자(Q2)의 콜렉터에 연결된 제 2 저항(R2)을 통하여 전류가 흐르지 않는다.In addition, since the reference voltage Vref is larger than the emitter output Vs of the power conversion element Q1 in the normal operation, the output of the comparator OP becomes low because the relationship between the two inputs of the comparator OP is higher. The element Q2 is turned off and thus no current flows through the second resistor R2 connected to the collector of the switching element Q2.
한편, 단락 등과 같은 오류에 의하여 전력변환소자(Q1)의 에미터 출력(Vs)이 큰 전압으로 되는 경우에는 보상회로부(20)의 전류원부(20a)의 온도 보상보다 상기 에미터 출력(Vs)이 더 크게 되기 때문에 비교부(OP)로 인가되는 가산부(20b)의 출력(Vsc)은 기준전압(Vref) 보다 크게 되어서 결국, 비교부(OP)의 출력은 하이가 되고, 이에 따라서 스위칭소자(Q2)의 베이스에 하이가 인가되어 스위칭소자(Q2)는 턴-온되며, 전력변환소자(Q1)의 베이스에는 로우가 인가되어서 턴-오프된다.On the other hand, when the emitter output Vs of the power conversion element Q1 becomes a large voltage due to an error such as a short circuit, the emitter output Vs is more than the temperature compensation of the current source unit 20a of the compensation circuit unit 20. Since this becomes larger, the output Vsc of the adder 20b applied to the comparator OP becomes larger than the reference voltage Vref, so that the output of the comparator OP becomes high, and thus the switching element. High is applied to the base of Q2 to turn on the switching element Q2, and a low is applied to the base of the power conversion element Q1 to be turned off.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전력변환장치의 보호회로는 주위의 온도 및 소자의 온도가 상승하여도 이를 전류원을 이용하여 보상시킴으로써 온도변화에 안정적으로 동작되는 효과가 있는 것이다.As described in detail above, the protection circuit of the power converter according to the present invention has an effect of stably operating on temperature change by compensating the current and the temperature of the device by using a current source.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
Claims (3)
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- 1997-07-31 KR KR1019970036453A patent/KR19990012878A/en not_active Application Discontinuation
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