KR20000001632A - Overcurrent detection circuit of inverter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인버터의 과전류 검출회로에 관한 것으로, 특히 파워 디바이스에 흐르는 전류를 검출함에 있어서 노이즈에 대한 강인성을 갖도록 함과 동시에 검출 정보를 마이컴으로 입력하여 시스템의 제어성 및 안정성이 향상되도록 한 인버터의 과전류 검출회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an overcurrent detection circuit of an inverter, and more particularly, to provide robustness against noise in detecting current flowing through a power device, and to input detection information to a microcomputer to improve controllability and stability of a system. An overcurrent detection circuit is provided.
일반적으로 인버터 회로를 적용하는 조리기기 등의 가전제품에는 파워 디바이스로 주로 IGBT가 사용되는데, 이러한 IGBT를 사용한 인버터 회로에서 종래의 과전류 검출회로를 도 1의 회로도에 나타내었다.In general, IGBT is mainly used as a power device in a home appliance such as a cooking appliance to which an inverter circuit is applied. In the inverter circuit using the IGBT, a conventional overcurrent detection circuit is shown in the circuit diagram of FIG. 1.
도시된 바와 같이 종래의 과전류 검출회로는, IGBT(1)의 이미터단에 연결된 과전류 검출 저항(2)과, 상기 IGBT(1)의 피크 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 기준전압1과 상기 과전류 검출 저항(2)에 의하여 발생된 전압을 비교하는 제 1 비교기(3)와, 상기 IGBT(1)의 지속적인 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 기준전압2와 상기 과전류 검출 저항(2)에 의하여 발생된 전압을 비교하는 제 2 비교기(4)와, 상기 제 2 비교기(4)의 출력 신호가 기 설정된 일정시간 동안 지속되는 가를 판별하는 시간 지연회로(5)와, 상기 제 1 비교기(3) 및 시간 지연회로(5)의 출력 신호와 마이컴(도시 생략됨)으로부터 IGBT 구동신호를 입력받아 논리 연산을 통하여 상기 IGBT(1)의 구동을 결정하는 논리회로(6)로 구성되어져 있다.As shown in the drawing, the conventional overcurrent detection circuit includes an overcurrent detection resistor 2 connected to an emitter terminal of the IGBT 1 and a preset reference voltage 1 and the overcurrent detection for protecting the peak current of the IGBT 1. A first comparator 3 comparing the voltage generated by the resistor 2 and a preset reference voltage 2 and the overcurrent detection resistor 2 for protection against the continuous current of the IGBT 1. A second comparator 4 for comparing the voltage, a time delay circuit 5 for determining whether the output signal of the second comparator 4 lasts for a predetermined time period, the first comparator 3 and the time It consists of a logic circuit 6 which receives the output signal of the delay circuit 5 and the IGBT drive signal from a microcomputer (not shown) and determines the driving of the IGBT 1 through a logic operation.
도면 중 미설명 부호 7은 버퍼이다.In the figure, reference numeral 7 is a buffer.
이와 같이 구성된 종래 과전류 검출회로의 동작을 첨부한 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the conventional overcurrent detection circuit configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as follows.
먼저, 과전류 검출 저항(2)에 전류가 흐르면 전압이 발생하고, 발생된 전압은 제 1,2 비교기(3,4)의 (+)단에 각각 입력된다.First, when a current flows through the overcurrent detection resistor 2, a voltage is generated, and the generated voltage is input to the (+) terminals of the first and second comparators 3 and 4, respectively.
그러면, 제 1 비교기(3)는 (-)단으로 입력되는 기준전압1 즉, IGBT(1)의 피크 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 전압과 (+)단으로 입력되는 전압을 비교하여 과전류를 검출한다.Then, the first comparator 3 compares the reference voltage 1 input to the (-) terminal, that is, the overvoltage by comparing the voltage input to the (+) terminal with the preset voltage to protect the peak current of the IGBT (1). Detect.
그리고, 제 2 비교기(4)는 (-)단으로 입력되는 기준전압2 즉, IGBT(1)의 지속적인 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 전압과 (+)단으로 입력되는 전압을 비교하여 과전류를 검출한다.The second comparator 4 compares the reference voltage 2 input to the (-) terminal, that is, the overvoltage by comparing the preset voltage with the voltage input to the (+) terminal to protect the continuous current of the IGBT (1). Detect.
즉, IGBT(1)를 보다 안정적으로 보호하기 위하여 과전류 비교 레벨을 피크 전류와 지속 전류로 나누어 2레벨로 비교하는 것이다.That is, in order to more stably protect the IGBT 1, the overcurrent comparison level is divided into peak current and continuous current and compared at two levels.
이때, 피크 전압을 비교하는 제 1 비교기(3)의 출력 신호는 시간 지연 없이 논리회로(6)로 직접 전달하고, 지속 전류를 비교하는 제 2 비교기(4)의 출력 신호는 시간 지연회로(5)를 통하여 논리회로(6)로 전달한다.At this time, the output signal of the first comparator 3 comparing the peak voltage is directly transmitted to the logic circuit 6 without time delay, and the output signal of the second comparator 4 comparing the sustain current is the time delay circuit 5. Is transmitted to the logic circuit (6).
그러면, 시간 지연회로(5)는 제 2 비교기(4)의 출력 신호를 기 설정된 일정시간 동안 지연하여 제 2 비교기(4)를 통하여 검출된 과전류 상태가 일정시간 동안 지속되는 가를 판별하는 것이다.Then, the time delay circuit 5 delays the output signal of the second comparator 4 for a predetermined time, and determines whether the overcurrent state detected through the second comparator 4 lasts for a predetermined time.
다음으로, 논리회로(6)는 제 1 비교기(3) 및 시간 지연회로(5)의 출력 신호 즉, 과전류 검출 신호와 마이컴(도시 생략됨)의 IGBT 구동신호를 입력받고, 적절한 논리 연산을 통하여 IGBT(1)의 온/오프 시기를 결정함으로서 IGBT(1)가 과전류에 의하여 파손되는 것을 방지한다.Next, the logic circuit 6 receives the output signals of the first comparator 3 and the time delay circuit 5, that is, the overcurrent detection signal and the IGBT drive signal of the microcomputer (not shown), and through appropriate logic operations. By determining the on / off timing of the IGBT 1, the IGBT 1 is prevented from being damaged by overcurrent.
이와 같은, 종래의 과전류 검출회로에 의한 과전류 검출과정을 도 2에 도시한 과전류 검출 신호 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.This overcurrent detection process by the conventional overcurrent detection circuit will be described with reference to the overcurrent detection signal waveform diagram shown in FIG. 2 as follows.
여기서, Ic1은 피크 전류 레벨로서 제 1 비교기(3)의 (-)단으로 입력되는 기준전압1이고, Ic2는 설정된 시간 이상의 지속적인 전류에 대한 레벨로서 제 2 비교기(4)의 (-)단으로 입력되는 기준전압2이다.Here, Ic1 is a reference voltage 1 input to the negative terminal of the first comparator 3 as a peak current level, and Ic2 is a negative current level of the second comparator 4 as a level for continuous current over a set time. Input voltage is 2.
먼저, T1∼T3 구간에서 IGBT(1)에 흐르는 전류치가 Ic2를 넘으면 제 2 비교기(4)가 동작하여 이러한 과전류를 검출한다.First, when the current value flowing through the IGBT 1 in the period T1 to T3 exceeds Ic2, the second comparator 4 operates to detect such overcurrent.
그러면, 시간 지연회로(5)가 T1∼T2 구간(ΔT1) 이상 동안 과전류가 검출됨을 판별하고, 논리회로(6)가 T2∼T3 구간 동안 IGBT(1)가 구동되지 않도록 하여 파손을 방지하는 것이다.Then, the time delay circuit 5 determines that the overcurrent is detected during the T1 to T2 section ΔT1 or more, and the logic circuit 6 prevents the IGBT 1 from driving during the T2 to T3 section to prevent damage. .
그리고, T4∼T5 구간에서는 IGBT(1)에 흐르는 전류치가 Ic1을 넘으면 제 1 비교기(3)가 동작하여 이러한 과전류를 검출하고, 논리회로(6)가 T4∼T5 구간 동안 IGBT(1)가 구동되지 않도록 하여 파손을 방지하는 것이다.When the current value flowing through the IGBT 1 exceeds Ic1 in the T4 to T5 section, the first comparator 3 operates to detect such an overcurrent, and the logic circuit 6 drives the IGBT 1 during the T4 to T5 section. To prevent damage.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 과전류 검출회로는 하드웨어 자체적으로 가지고 있는 보호 기능이므로, 시스템의 입장에서 제어를 하는 세트(set)는 IGBT(1)가 동작을 안할 경우 피크치 값에 의한 보호 동작인지 아니면 지속적인 전류에 의한 보호 동작인지에 대한 정보를 전혀 가질 수 없으므로 보다 안정적인 제어를 할 수 없었다.However, since the conventional overcurrent detection circuit as described above has a protection function owned by the hardware itself, the set controlling from the standpoint of the system is a protection operation by a peak value when the IGBT 1 does not operate. It could not have any information on whether it was a protection operation by continuous current, so more stable control was not possible.
또한, 과전류가 과전류 검출 저항(2)에 흐르면 그 때의 전압을 감지하므로, 실질적인 전류값이 아닌 순간적인 피크 노이즈 등에 대해서도 제 1 비교기(3)가 동작하게 되어, 도 2의 T4∼T5 구간에서는 오동작될 수 있는 문제점이 있었다.In addition, when the overcurrent flows through the overcurrent detection resistor 2, the voltage at that time is sensed. Therefore, the first comparator 3 operates not only on the actual current value but also on the instantaneous peak noise, and thus, in the sections T4 to T5 of FIG. There was a problem that could be malfunction.
따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안한 것으로서, 과전류 검출 저항에 대해 RC 필터를 설계하여 노이즈에 대한 강인성을 가지도록 하고, 검출한 전류값을 마이컴의 A/D 포트에 직접 입력하여 세트를 제어함에 있어 제어성이 향상될 수 있도록 하며, 증폭기를 사용하여 소자 자체의 응답 특성을 이용하여 회로를 설계함으로서 안정성이 향상되게 하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, by designing an RC filter for the over-current detection resistor to have a robustness against noise, and directly input the detected current value to the A / D port of the microcomputer In order to control the set, the controllability can be improved, and the purpose is to improve the stability by designing a circuit using the response characteristics of the device itself using an amplifier.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 파워 디바이스에 연결된 과전류 검출 저항과, 이 과전류 검출 저항에 의하여 발생된 전압에서 노이즈를 제거하는 RC 필터부와, 이 RC 필터부의 출력 전압값을 마이컴으로 입력함과 동시에 자체 시간 응답 특성에 의하여 시간 지연하는 비반전 증폭부와, 파워 디바이스의 피크 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 기준전압과 RC 필터부의 출력 전압을 비교하여 과전류를 검출하는 제 1 비교기와, 비반전 증폭부를 통하여 시간 지연된 RC 필터부의 출력 전압과 파워 디바이스의 지속적인 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 기준전압를 비교하여 과전류를 검출하는 제 2 비교기로 이루어짐을 특징으로 한다.The technical means of the present invention for achieving this object is to mimic an overcurrent detection resistor connected to a power device, an RC filter section for removing noise from the voltage generated by the overcurrent detection resistor, and an output voltage value of the RC filter section. A non-inverting amplifying unit which delays time by its self-time response characteristic and a first comparator that detects overcurrent by comparing a preset reference voltage and an output voltage of the RC filter unit to protect the peak current of the power device. And a second comparator configured to detect an overcurrent by comparing the output voltage of the RC filter unit delayed through the non-inverting amplifier unit with a preset reference voltage to protect the continuous current of the power device.
도 1은 종래 인버터의 과전류 검출회로도.1 is an overcurrent detection circuit diagram of a conventional inverter.
도 2는 도 1에 도시된 회로의 과전류 검출 신호 파형도2 is an overcurrent detection signal waveform diagram of the circuit shown in FIG.
도 3은 본 발명에 의한 인버터의 과전류 검출회로도.3 is an overcurrent detection circuit diagram of an inverter according to the present invention;
도 4는 도 3에 도시된 회로의 과전류 검출 신호 파형도.4 is an overcurrent detection signal waveform diagram of the circuit shown in FIG. 3;
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
110 : RC 필터부 120 : 비반전 증폭부110: RC filter unit 120: non-inverting amplifier
이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 인버터의 과전류 검출 회로도를 나타낸 것으로서, IGBT(1)의 이미터단에 연결된 과전류 검출 저항(2)과, 상기 과전류 검출 저항(2)에 의하여 발생된 전압에서 저항(111) 및 콘덴서(112)를 통하여 노이즈를 제거하는 RC 필터부(110)와, 상기 RC 필터부(110)의 출력 전압값을 마이컴(도시 생략됨)의 A/D 포트로 직접 입력함과 동시에 자체 시간 응답 특성에 의하여 시간 지연하는 비반전 증폭부(120)와, 상기 IGBT(1)의 피크 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 기준전압1과 상기 RC 필터부(110)의 출력 전압을 비교하는 제 1 비교기(3)와, 상기 비반전 증폭부(120)를 통하여 시간 지연된 상기 RC 필터부(110)의 출력 전압과 상기 IGBT(1)의 지속적인 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 기준전압2를 비교하는 제 2 비교기(4)와, 상기 제 1,2 비교기(3,4)의 출력 신호와 마이컴(도시 생략됨)으로부터 IGBT 구동신호를 입력받아 논리 연산을 통하여 상기 IGBT(1)의 구동을 결정하는 논리회로(6)로 구성되어져 있다.3 shows an overcurrent detection circuit diagram of an inverter according to the present invention, in which an overcurrent detection resistor 2 connected to an emitter end of an IGBT 1 and a voltage 111 generated by the overcurrent detection resistor 2 are used. And a RC filter unit 110 for removing noise through the condenser 112, and directly inputting an output voltage value of the RC filter unit 110 to an A / D port of a microcomputer (not shown). A non-inverting amplifier 120 delaying time due to a response characteristic, and a first voltage comparing the output voltage of the RC filter 110 with a predetermined reference voltage 1 for protecting the peak current of the IGBT 1. Comparing the output voltage of the RC filter unit 110 delayed through the non-inverting amplifier 120 with the comparator 3 and a preset reference voltage 2 for protection against the continuous current of the IGBT 1. Output scenes of the second comparator 4 and the first and second comparators 3 and 4 And the microcomputer has been configured for receiving a drive signal from the IGBT (not shown) through a logic operation by the logic circuit (6) for determining the operation of the IGBT (1).
상기 비반전 증폭부(120)는 연산 증폭기(121)의 비반전(+)단에 상기 RC 필터부(110)의 출력측을 연결함과 아울러 (-)단에 두 저항(122,123)을 연결하여 출력값을 마이컴의 A/D 포트로 직접 궤환하도록 구성되어져 있다.The non-inverting amplifier 120 connects the output side of the RC filter unit 110 to the non-inverting (+) end of the operational amplifier 121 and also connects two resistors 122 and 123 to the (-) end of the output value. Is fed back directly to the microcomputer's A / D port.
도면 중 미설명 부호 7은 버퍼이다.In the figure, reference numeral 7 is a buffer.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 3 and 4 attached to the operation and effect of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 과전류 검출 저항(2)에 전류가 흘러서 발생된 전압이 RC 필터부(110)로 입력되면, 이 RC 필터부(110)의 저항(111) 및 콘덴서(112)를 통하여 노이즈가 제거된 후 제 1 비교기(3)의 (+)단과 비반전 증폭부(120)내 연산 증폭기(121)의 (+)단에 각각 입력된다.First, when a voltage generated by current flows through the overcurrent detection resistor 2 is input to the RC filter unit 110, noise is removed through the resistor 111 and the condenser 112 of the RC filter unit 110. It is input to the (+) terminal of the first comparator 3 and the (+) terminal of the operational amplifier 121 in the non-inverting amplifier 120.
즉, RC 필터부(110)의 RC 시정수 값에 의한 지연이 발생되므로, 순간적으로 발생하는 노이즈는 이러한 지연의 영향으로 제거되는 것이다.That is, since a delay caused by the RC time constant value of the RC filter unit 110 is generated, the noise generated momentarily is removed by the influence of this delay.
그러면, 제 1 비교기(3)는 (-)단으로 입력되는 기준전압1 즉, IGBT(1)의 피크 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 전압과 (+)단으로 입력되는 전압을 비교하여 과전류를 검출한다.Then, the first comparator 3 compares the reference voltage 1 input to the (-) terminal, that is, the overvoltage by comparing the voltage input to the (+) terminal with the preset voltage to protect the peak current of the IGBT (1). Detect.
다음으로, RC 필터부(110)의 RC 시정수 값에 의하여 결정되는 소정 폭을 지닌 피크 전압에 대하여 동작하는 제 1 비교기(3)의 출력 신호는 시간 지연 없이 논리회로(6)로 직접 전달되고, 논리회로(6)는 제 1 비교기(3)의 출력 신호 즉, 과전류 검출 신호와 마이컴(도시 생략됨)의 IGBT 구동신호를 입력받은 후 적절한 논리 연산을 통하여 IGBT(1)의 온/오프 시기를 결정함으로서 IGBT(1)를 과전류로부터 보호한다.Next, an output signal of the first comparator 3 operating with respect to a peak voltage having a predetermined width determined by the RC time constant value of the RC filter unit 110 is directly transmitted to the logic circuit 6 without time delay. When the logic circuit 6 receives the output signal of the first comparator 3, that is, the overcurrent detection signal and the IGBT driving signal of the microcomputer (not shown), the IGBT 1 is turned on / off through an appropriate logic operation. By protecting the IGBT 1 from overcurrent.
따라서, 도 4의 과전류 검출 신호 파형도를 일예로 설명하면, IGBT(1)에 흐르는 전류치가 Ic1을 넘는 구간은 T4∼T5 및 T6∼T8 구간인데, IGBT(1)에 치명적인 손상을 줄 수 있는 시간폭을 RC 필터부(110)의 시정수 조절을 통하여 ΔT2(T6∼T7)로 설정하면 T7∼T8 구간에서 IGBT(1)의 구동이 방지되나 T4∼T5 및 T6∼T7 구간에서 IGBT(1)는 정상적으로 구동된다.Therefore, when the waveform diagram of the overcurrent detection signal of FIG. 4 is described as an example, sections in which the current value flowing through the IGBT 1 exceeds Ic1 are sections T4 to T5 and T6 to T8, which may cause fatal damage to the IGBT 1. If the time width is set to ΔT2 (T6 to T7) by adjusting the time constant of the RC filter unit 110, the driving of the IGBT (1) is prevented in the T7 to T8 sections, but the IGBT (1) in the T4 to T5 and T6 to T7 sections. ) Is driven normally.
이때, 일반적인 IGBT가 순간적인 펄스 전류에 대하여 매우 강인한 특성을 가지고 있으므로 ΔT2보다 작은 폭을 가진 과전류는 무시하는 것이 보다 효율적인 것이다.At this time, since the general IGBT has a very strong characteristic against the instantaneous pulse current, it is more efficient to ignore overcurrent having a width smaller than ΔT2.
한편, 과전류 검출 저항(2)에 의한 발생 전압을 RC 필터부(110)를 통하여 연산 증폭기(121)의 (+)단으로 입력받은 비반전 증폭부(120)는 (-)단에 연결된 두 저항(122,123)에 의하여 설정된 소정의 전압증폭도로 입력 전압을 비반전 증폭한 후 마이컴의 A/D 포트와 제 2 비교기(4)의 (+)단으로 출력한다.Meanwhile, the non-inverting amplifier 120 receiving the generated voltage of the overcurrent detection resistor 2 through the RC filter 110 to the (+) terminal of the operational amplifier 121 has two resistors connected to the (-) terminal. The input voltage is non-inverted and amplified by the predetermined voltage amplification set by (122, 123) and then output to the A / D port of the microcomputer and the (+) terminal of the second comparator 4.
즉, 연산 증폭기(121)의 궤환에 따른 자체 시간 응답 특성에 의하여 RC 필터부(110)의 출력 신호가 시간 지연되어 제 2 비교기(4)로 전달되는 것이다.That is, the output signal of the RC filter unit 110 is time-delayed and transmitted to the second comparator 4 by the self-time response characteristic according to the feedback of the operational amplifier 121.
다음으로, 회로에 흐르는 전류값에 대한 정보를 비반전 증폭부(120)로부터 입력받은 마이컴은 과전류의 레벨을 판별할 수 있으므로 이를 기초로하여 보다 안정적으로 시스템을 제어할 수 있게 된다.Next, the microcomputer received information about the current value flowing through the circuit from the non-inverting amplifier 120 can determine the level of the overcurrent, so that the system can be more stably controlled based on this.
그리고, 제 2 비교기(4)는 (-)단으로 입력되는 기준전압2 즉, IGBT(1)의 지속적인 전류에 대한 보호를 위하여 기 설정된 전압과 (+)단으로 입력되는 연산 증폭기(121)의 출력 전압을 비교하여 과전류를 검출한다.In addition, the second comparator 4 includes a reference voltage 2 input to the negative terminal, that is, a voltage of the operational amplifier 121 input to the preset voltage and the positive terminal to protect the continuous current of the IGBT 1. Compare the output voltage to detect overcurrent.
다음으로, 논리회로(6)는 제 2 비교기(4)의 출력 신호 즉, 과전류 검출 신호와 마이컴(도시 생략됨)의 IGBT 구동신호를 입력받은 후 적절한 논리 연산을 통하여 IGBT(1)의 온/오프 시기를 결정함으로서 IGBT(1)가 과전류에 의하여 파손되는 것을 방지한다.Next, the logic circuit 6 receives the output signal of the second comparator 4, that is, the overcurrent detection signal and the IGBT driving signal of the microcomputer (not shown), and then turns on / off the IGBT 1 through an appropriate logic operation. By determining the off timing, the IGBT 1 is prevented from being broken by overcurrent.
따라서, 도 4의 과전류 검출 신호 파형도를 일예로 설명하면, IGBT(1)에 흐르는 전류치가 Ic2를 넘는 구간이 T1∼T3 구간일 때, 연산 증폭기(121)의 자체 시간 응답 특성에 의하여 ΔT1(T1∼T2) 동안 시간 지연되면 T2∼T3 구간 동안만 IGBT(1)의 구동이 방지되는 것이다.Therefore, when the overcurrent detection signal waveform diagram of FIG. 4 is described as an example, when the current value flowing through the IGBT 1 exceeds Ic2 is a T1 to T3 section, ΔT1 ( If a time delay occurs during T1 to T2), driving of the IGBT 1 is prevented only during the T2 to T3 period.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 RC 필터를 설계하여 노이즈에 대한 강인성을 가지도록 하고, 검출한 전류값을 마이컴으로 직접 입력하여 세트를 제어함에 있어 제어성이 향상될 수 있도록 하며, 증폭기를 사용하여 소자 자체의 응답 특성을 이용하여 회로를 설계함으로서 시스템의 안정성이 향상되는 효과가 있다.As described above, the present invention is designed to have a robustness against noise by designing an RC filter, to improve the controllability in controlling the set by directly inputting the detected current value to the microcomputer, and using an amplifier By designing the circuit using the response characteristics of the device itself, the stability of the system is improved.
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