KR200409218Y1

KR200409218Y1 - 인버터

Info

Publication number: KR200409218Y1
Application number: KR2020050034101U
Authority: KR
Inventors: 박동현
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2006-02-22
Also published as: US7898782B2; US20070127170A1; CN1983789A; ES2320824A1; ES2320824B2; CN100590957C

Abstract

본 고안은 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하를 구동시키는 인버터에 고장이 발생하였는지의 여부를 검출하는 고장 검출회로에 관한 것이다.

본 고안은 스위칭 소자의 고장 여부를 검출하기 위하여 스위칭 소자의 콜렉터와 에미터 사이의 전압을 이용하는 것으로서 스위칭 제어신호를 발생하여 부하의 구동을 제어하는 제어부와, 상기 제어부가 발생하는 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 구동부와, 상기 스위칭 구동부가 발생한 스위칭 신호에 따라 복수의 스위칭 소자가 선택적으로 동작하면서 직류전원을 스위칭시켜 부하에 공급하는 스위칭부와, 상기 복수의 스위칭 소자의 콜렉터와 에미터의 양단전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 전압검출부의 검출전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 고장 발생유무를 판단하는 비교기와, 상기 비교기가 고장 발생을 판단할 경우에 고장 검출신호를 발생하여 상기 제어부로 출력하는 고장 검출신호 출력부를 구비한다.

인버터, IGBT, 고장검출, 3상 유도전동기

Description

인버터{Inverter}

도 1은 종래의 인버터의 구성을 보인 회로도.

도 2는 종래의 인버터에서 고장검출부의 구성을 보인 상세 회로도.

도 3은 본 고안의 인버터의 구성을 보인 회로도.

도 4는 본 고안의 인버터에서 복수의 스위칭 구동부 및 복수의 고장검출부들 각각의 구성을 보인 회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

310 : 전원공급부 320 : 사용자 인터페이스부

330 : 제어부 340 : 복수의 스위칭 구동부

350 : 부하 360 : 스위칭부

370 : 복수의 고장검출부 400 : 스위칭 제어신호 입력부

410 : 스위칭 신호 출력부 420 : 전압 검출부

430 : 기준전압부 440 : 비교기

450 : 고장 검출신호 출력부 IGBT301∼IGBT306 : 스위칭 소자

R302 : 스위칭 제어신호 전달용 저항

본 고안은 직류전원을 교류전원으로 변환하여 유도전동기 등과 같은 부하를 구동시키는 인버터에 관한 것으로 특히 스위칭부가 구동전원을 스위칭하여 부하에 정상으로 전원을 공급하는지의 여부를 정확히 검출할 수 있는 인버터에 관한 것이다.

일반적으로 유도전동기의 회전속도를 제어하는데 인버터가 많이 사용되고 있다. 상기 인버터는 교류전원을 직류전원으로 변환하고, 그 직류전원을 스위칭소자로 스위칭시켜 교류전원으로 변환한 후 유도전동기에 인가하고 있다. 상기 스위칭 소자의 스위칭 시간을 조절함으로써 유도전동기로 공급되는 전력이 조절되어 회전속도가 정밀하게 제어된다. 상기 인버터에 사용되는 스위칭 소자로서는 통상적으로 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 많이 사용하고 있다.

또한 상기 인버터는 고장검출부를 구비하여 상기 스위칭 소자가 부하에 정상으로 전원을 공급하고 있는지의 여부를 검출하고, 고장의 발생이 검출될 경우에 스위칭 소자의 게이트에 스위칭 신호가 인가되지 못하도록 차단하여 스위칭 소자가 손상되지 않도록 보호하고 있다.

도 1은 종래의 인버터의 구성을 보인 회로도이다. 여기서, 부호 110은 전원부이다. 상기 전원부(110)는 입력되는 교류전원(AC)을 브리지 정류하여 맥류전원을 발생하는 브리지 다이오드(BD100)와, 상기 브리지 다이오드(BD100)가 발생한 맥류전원을 평활하여 직류전원을 발생하는 평활용 콘덴서(C100)를 구비한다.

부호 120은 사용자 인터페이스부이다. 상기 사용자 인터페이스부(120)는 복 수의 기능키를 구비하고, 사용자가 기능키를 조작함에 따른 동작명령을 발생한다.

부호 130은 제어부이다. 상기 제어부(130)는 상기 사용자 인터페이스부(120)가 발생하는 동작명령에 따라 인버터의 구동을 제어한다. 또한 상기 제어부(130)는 스위칭 제어신호를 발생하여 인버터를 구동시키고, 인버터의 고장이 검출될 경우에 상기 스위칭 제어신호를 차단하여 인버터의 동작을 정지시킨다.

부호 140은 복수의 스위칭 구동부이다. 상기 복수의 스위칭 구동부(140)들 각각은 상기 제어부(130)가 발생하는 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 신호를 발생한다.

부호 150은 3상 유도전동기 등과 같은 부하이고, 부호 160은 스위칭부이다. 상기 스위칭부(160)는 상기 평활용 콘덴서(C100)의 양단자 사이에 스위칭 소자(IGBT101, IGBT102)(IGBT103, IGBT104)(IGBT105, IGBT106)를 각기 직렬 접속하고, 게이트에는 상기 복수의 스위칭 구동부(140)가 발생하는 스위칭신호가 각기 인가된다.

부호 170은 고장검출부이다. 상기 고장검출부(170)는 상기 스위칭부(160)로부터 상기 평활용 콘덴서(C100)로 흐르는 전류를 이용하여 고장 발생여부를 검출한 고장 검출신호를 발생하고, 발생한 고장 검출신호를 상기 제어부(130)로 출력한다.

이와 같이 구성된 종래의 인버터는 입력되는 교류전원(AC)을 전원부(110)의 브리지 다이오드(BD100)가 브리지 정류하여 맥류전원을 발생하고, 그 맥류전원을 평활용 콘덴서(C100)가 평활하여 직류전원으로 변환한다.

상기 평활용 콘덴서(C100)가 평활한 직류전원은 스위칭부(160)에 구동전원으 로 공급된다.

이와 같은 상태에서 사용자가 사용자 인터페이스부(120)를 조작하여 인버터의 구동을 명령하면, 제어부(120)는 복수의 스위칭 제어신호를 선택적으로 발생하고, 선택적으로 발생한 스위칭 제어신호에 따라 복수의 스위칭 구동부(140)가 스위칭 신호를 발생하여 스위칭부(160)의 스위칭 소자(IGBT101, IGBT102)(IGBT103, IGBT104)(IGBT105, IGBT106)의 게이트에 각기 인가된다.

그러면, 스위칭 소자(IGBT101, IGBT102)(IGBT103, IGBT104)(IGBT105, IGBT106)가 선택적으로 구동되고, 스위칭 소자(IGBT101, IGBT102)(IGBT103, IGBT104)(IGBT105, IGBT106)의 선택적 구동에 따라 부하(150)에는 3상 전원이 공급되어 부하(150)가 구동된다.

이와 같이 부하(150)로 3상 전원을 공급하여 구동시킴에 따라 스위칭부(160)로부터 평활용 콘덴서(C100)로 전류가 흐르게 되는 것으로서 그 스위칭부(160)로부터 평활용 콘덴서(C100)로 흐르는 전류로 고장 검출부(170)가 고장 발생의 유무를 검출하여 고장 검출신호를 발생하고, 발생한 고장 검출신호는 제어부(130)로 입력된다.

그러면, 제어부(130)는 상기 고장 검출신호로 인버터의 고장 여부를 판단하고, 고장의 발생이 판단될 경우에 고장 발생에 대한 소정의 동작을 수행한다. 예를 들면, 제어부(130)는 스위칭 제어신호를 출력하지 않아 복수의 스위칭 구동부(140)가 스위칭 신호를 발생하지 않고, 이로 인하여 스위칭 소자(IGBT10101∼IGBT10106)의 동작이 정지되어 손상되지 않도록 보호한다.

도 2는 종래의 고장검출부(170)의 구성을 보인 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 종래의 고장검출부(170)는 하나의 전류 검출용 저항(R200)과, 전압 검출부(200)와, 기준전압부(210)와, 비교기(220)와, 고장 검출신호 출력부(230)를 구비한다.

상기 전류 검출용 저항(R200)은, 상기 스위칭부(160)와 상기 평활용 콘덴서(C100)의 사이에 접속되어 스위칭부(160)로부터 평활용 콘덴서(C100)로 흐르는 전류를 전압으로 변환한다.

상기 전압 검출부(200)는, 전원단자(B+)와 접지의 사이에 저항(R204) 및 콘덴서(C200)를 직렬 연결하고, 상기 전류 검출용 저항(170) 및 평활용 콘덴서(C100)의 접속점과 상기 저항(R204) 및 콘덴서(C200)의 접속점 사이에 저항(R202)을 접속하여 저항(R200, R202) 및 콘덴서(C200)의 접속점을 상기 비교기(220)의 비반전 입력단자(+)에 접속하였다.

상기 기준전압부(210)는, 전원단자(B+)와 접지의 사이에 저항(R206, R208)을 직렬 접속하고, 상기 저항(R206)에 콘덴서(C202)를 병렬 접속하여 저항(R206, R208) 및 콘덴서(C202)의 접속점을 상기 비교기(220)의 반전 입력단자(-)에 접속하였다.

상기 고장 검출신호 출력부(230)는, 전원단자(B+)를 저항(R210) 및 포토 카플러(PC200)의 발광부를 통해 상기 비교기(220)의 출력단자에 접속하고, 포토 카플러(PC200)의 수광 트랜지스터의 에미터를 접지에 접속하여 포토 카플러(PC200)의 수광 트랜지스터의 콜렉터에서 고장 검출신호가 출력되게 구성하였다.

이와 같이 구성된 종래의 고장검출부(170)는 전원단자(B+)에 전원이 인가된 상태에서 전원단자(B+)의 전원을 기준전압부(210)의 저항(R206, R208)이 분할하고, 분할한 저항(R208) 양단의 전압을 콘덴서(C202)가 안정화시켜 비교기(220)의 반전 입력단자(-)에 기준전압을 공급하게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 스위칭부(160)로부터 평활용 콘덴서(C100)로 흐르는 전류를 전류 검출용 저항(R200)이 검출하여 전압으로 변환하고, 그 전류 검출용 저항(R200)의 양단 전압이 전압 검출부(200)의 저항(R202)을 통해 콘덴서(C200)에 충전되고, 그 콘덴서(C200)에 충전된 전압이 비교기(220)의 비반전 입력단자(+)에 검출전압으로 인가된다.

여기서, 상기 스위칭부(160)가 부하(150)에 정상으로 3상 전원을 공급할 경우에 비교기(220)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 검출전압이 반전 입력단자(-)에 인가되는 기준전압보다 높고, 스위칭부(160)가 부하(150)에 정상으로 3상 전원을 공급하지 못할 경우에 비교기(220)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 검출전압이 반전 입력단자(-)에 인가되는 기준전압보다 낮게 되도록 저항(R200∼R208) 및 콘덴서(C200, C202)의 값을 설정한다.

그러면, 상기 스위칭부(160)가 부하(150)에 정상으로 3상 전원을 공급할 경우에 비교기(220)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 검출전압이 반전 입력단자(-)에 인가되는 기준전압보다 높아 비교기(220)가 고전위 전압을 출력하게 된다.

상기 비교기(220)가 고전위 전압을 출력하면, 고장 검출신호 출력부(230)의 포토 카플러(PC200)의 발광부가 발광하지 않게 되고, 이로 인하여 포토 카플러 (PC200)의 수광 트랜지스터가 온되지 못하게 되고, 고장 검출신호를 출력하지 않게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 스위칭부(160)가 부하(150)에 정상으로 3상 전원을 공급하지 못하게 되면, 상기와는 반대로 비교기(220)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 검출전압이 반전 입력단자(-)에 인가되는 기준전압보다 낮아지게 되어 비교기(220)가 저전위 전압을 출력하게 된다.

상기 비교기(220)가 저전위 전압을 출력하면, 전원단자(B+)의 전원이 저항(R210) 및 고장 검출신호 출력부(230)의 포토 카플러(PC200)의 발광부를 순차적으로 통해 비교기(220)의 출력단자로 흐르게 되므로 포토 카플러(PC200)의 발광부가 발광하고, 발광부의 광을 포토 카플러(PC200)의 수광 트랜지스터가 수광하여 온되며, 수광 트랜지스터가 온됨에 따라 고장의 발생을 알리는 저전위 전압의 고장 검출신호가 출력되어 제어부(130)로 입력된다.

그러면, 제어부(130)는 인버터에 고장이 발생하였음을 판단하고, 스위칭 제어신호의 출력을 중단하게 되며, 제어부(130)가 스위칭 제어신호의 출력을 중단함에 따라 복수의 스위칭 구동부(140)가 스위칭 신호를 출력하지 않아 복수의 스위칭 소자(IGBT101∼IGBT106)가 스위칭 동작을 수행하지 않게 되어 손상이 방지된다.

이러한 종래의 인버터에 사용되는 고장검출부(170)는 전류 검출용 저항(R200)의 양단 전압으로 고장 여부를 검출하는 것이다.

그러므로 스위칭부(160)가 스위칭하여 부하(150)로 공급하는 전류 용량이 작을 경우에는 고장 여부를 정확하게 검출할 수 있으나, 부하(150)로 공급하는 전류 용량이 클 경우에는 전류 검출용 저항(R200)의 낮은 저항값과, 전류 검출용 저항(R200)에서의 손실로 인하여 고장 여부를 정확하게 검출하지 못하는 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 스위칭 소자가 스위칭하여 부하로 공급하는 전류용량에 관계없이 고장 여부를 정확히 검출할 수 있는 인버터를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 각각의 스위칭 소자가 정상으로 동작하는지의 여부를 각기 검출하여 고장 발생시 어느 스위칭소자에서 발생하였는지의 여부를 간단히 판별할 수 있는 인버터를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 가지는 본 고안의 인버터는 고장 여부를 검출하기 위하여 스위칭 소자의 콜렉터와 에미터 사이의 전압을 이용한다. 일반적으로 인버터에 사용하는 스위칭 소자 즉, IGBT는 정격전류 이상의 과전류가 흐를 경우에 콜렉터와 에미터 사이의 전압이 증가하는 특성이 있다. 본 고안에서는 상기한 바와 같은 스위칭 소자의 동작특성을 이용하여 고장 여부를 검출하는 것으로서 복수의 고장 검출부를 구비하고, 그 복수의 고장검출부들 각각은 복수의 스위칭 소자의 콜렉터와 에미터 사이의 전압을 각기 검출하며, 검출한 전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 고장 발생의 여부를 정확하게 검출한다.

또한 본 고안은 복수의 고장검출부가 고장 여부를 검출하는데 에러가 발생되지 않도록 하기 위하여 복수의 스위칭 구동부가 스위칭 신호를 발생하여 복수의 스 위칭 소자를 동작시킬 경우에만 복수의 고장검출부가 각기 동작되도록 한다.

그러므로 본 고안의 인버터는, 스위칭 제어신호를 발생하여 부하의 구동을 제어하는 제어부와, 상기 제어부가 발생하는 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 구동부와, 상기 스위칭 구동부가 발생한 스위칭 신호에 따라 복수의 스위칭 소자가 선택적으로 동작하면서 직류전원을 스위칭시켜 부하에 공급하는 스위칭부와, 상기 복수의 스위칭 소자의 콜렉터와 에미터의 양단전압을 검출하는 전압 검출부와, 상기 전압검출부의 검출전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 고장 발생유무를 판단하는 비교기와, 상기 비교기가 고장 발생을 판단할 경우에 고장 검출신호를 발생하여 상기 제어부로 출력하는 고장 검출신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전압검출부 및 고장 검출신호 출력부의 전원은 상기 스위칭 구동부가 상기 스위칭 소자를 온시키기 위한 스위칭 신호를 발생할 경우에 스위칭 구동부에서 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭 구동부는, 상기 제어부가 발생하는 스위칭 제어신호를 입력하는 스위칭 제어신호 입력부와, 상기 스위칭 제어신호 입력부가 입력한 스위칭 제어신호를 전달하는 스위칭 제어신호 전달용 저항과, 상기 스위칭 제어신호 전달용 저항이 전달한 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 신호 출력부로 이루어지고, 상기 전압 검출부에는, 상기 스위칭 제어신호 입력부가 입력한 스위칭 제어신호가 전원으로 공급되며, 상기 고장 검출신호 출력부에는, 상기 스위칭 제어신호 전달용 저항이 전달하는 스위칭 제어신호가 전원으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 고장 검출신호 출력부는, 포토 카플러를 통해 고장 검출신호를 출력하고, 또한 상기 스위칭 제어신호 입력부는 포토 카플러를 통해 스위칭 제어신호를 입력하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도 3 및 도 4의 도면을 참조하여 본 고안의 인버터를 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안의 인버터의 구성을 보인 회로도이다. 여기서, 부호 310은 전원공급부이다. 상기 전원공급부(310)는 입력되는 교류전원(AC)을 브리지 다이오드(BD300)가 브리지 정류하여 맥류전원을 발생하고, 발생한 맥류전원을 평활용 콘덴서(C300)가 평활하여 직류전원을 발생한다.

부호 320은 사용자 인터페이스부이다. 상기 사용자 인터페이스부(320)는 복수의 기능키를 구비하고, 사용자가 기능키를 조작함에 따른 동작명령을 발생한다.

부호 330은 제어부이다. 상기 제어부(330)는 상기 사용자 인터페이스부(320)가 발생하는 동작명령에 따라 인버터의 구동을 제어한다. 또한 상기 제어부(330)는 스위칭 제어신호를 발생하여 인버터를 구동시키고, 인버터의 고장이 검출될 경우에 상기 스위칭 제어신호를 차단하여 인버터의 동작을 정지시킨다.

부호 340은 복수의 스위칭 구동부이다. 상기 복수의 스위칭 구동부(340)들 각각은 상기 제어부(330)가 발생하는 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 신호를 발생한다.

부호 350은 3상 유도전동기 등과 같은 부하이고, 부호 360은 스위칭부이다. 상기 스위칭부(360)는 상기 평활용 콘덴서(310)의 양단자 사이에 스위칭 소자(IGBT301, IGBT302)(IGBT303, IGBT304)(IGBT305, IGBT306)를 각기 직렬 접속하고, 게이트에는 상기 복수의 스위칭 구동부(140)가 발생하는 스위칭신호가 각기 인가된다.

부호 370은 복수의 고장검출부이다. 상기 복수의 고장검출부(370)들 각각은 상기 복수의 스위칭 구동부(340)들 각각이 스위칭 신호를 발생할 경우에 그 복수의 스위칭 구동부(340)가 각기 공급하는 동작전원으로 동작한다. 또한 상기 복수의 고장검출부(370)들 상기 복수의 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)들 각각의 콜렉터와 에미터 사이의 전압을 검출하고, 그 검출한 전압의 레벨로 고장 발생여부를 검출하여 고장 검출신호를 상기 제어부(330)로 출력한다.

이러한 구성을 가지는 본 고안의 인버터는 입력되는 교류전원(AC)을 브리지 다이오드(BD300)가 브리지 정류하여 맥류전원을 발생하고, 그 맥류전원을 평활용 콘덴서(C300)가 평활하여 직류전원으로 변환한다.

상기 평활용 콘덴서(C300)가 평활한 직류전원은 스위칭부(360)에 구동전원으로 공급된다.

이와 같은 상태에서 사용자가 사용자 인터페이스부(320)를 조작하여 인버터의 구동을 명령하면, 제어부(320)는 복수의 스위칭 제어신호를 선택적으로 발생하고, 선택적으로 발생한 스위칭 제어신호에 따라 복수의 스위칭 구동부(340)가 스위칭 신호를 발생하여 스위칭부(360)의 스위칭 소자(IGBT301, IGBT302)(IGBT03, IGBT304)(IGBT305, IGBT306)의 게이트에 각기 인가된다.

그러면, 스위칭 소자(IGBT301, IGBT302)(IGBT303, IGBT304)(IGBT305, IGBT306)가 선택적으로 구동되고, 스위칭 소자(IGBT301, IGBT302)(IGBT303, IGBT304)(IGBT305, IGBT306)의 선택적 구동에 따라 부하(350)에는 3상 전원이 공급되어 부하(350)가 구동된다.

이와 같이 동작함에 있어서, 상기 복수의 스위칭 구동부(340)들 각각이 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 신호를 발생할 경우에 복수의 고장 검출부(370)들 각각에 동작전원을 공급받아 동작하게 된다.

복수의 고장 검출부(370)들 각각은 복수의 스위칭 구동부(340)들로부터 각기 동작전원을 공급받아 동작할 경우에 상기 복수의 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)들 각각의 콜렉터와 에미터 사이의 전압을 검출하고, 검출한 전압을 미리 설정된 기준전압의 레벨과 비교하여 고장 발생여부를 검출하고, 고장의 발생이 검출될 경우에 고장 검출신호를 발생하여 제어부(330)로 입력된다.

그러면, 제어부(330)는 상기 고장 검출신호에 따라 인버터에 고장이 발생하였음을 판단하고, 스위칭 제어신호를 차단하며, 상기 스위칭 제어신호의 차단에 따라 복수의 스위칭 구동부(340)가 스위칭 신호를 발생하지 않고, 복수의 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)들이 동작하지 않아 인버터의 동작이 정지되며, 복수의 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)들의 손상이 방지된다.

도 4는 본 고안의 인버터에서 상기 복수의 스위칭 구동부(340) 및 복수의 고장검출부(370)들 각각의 구성을 보인 회로도이다.

이에 도시된 바와 같이 상기 복수의 스위칭 구동부(340)들 각각은, 스위칭 제어신호 입력부(400)와, 스위칭 제어신호 전달용 저항(R302)과, 스위칭 신호 출력부(410)로 이루어진다.

상기 스위칭 제어신호 입력부(400)는, 전원단자(B1+)와 상기 제어부(330)의 스위칭 제어신호가 출력되는 출력단자의 사이에 포토카플러(PC301)의 발광부 및 저항(R301)이 직렬 접속되고, 전원단자(B2+)(B2-)의 사이에 상기 포토카플러(PC301)의 수광 트랜지스터(OTR301, OTR302)가 직렬 접속된다. 상기 수광 트랜지스터(OTR301, OTR302)들 각각은 NPN형 및 PNP형으로서 수광 트랜지스터(OTR301, OTR302)들의 에미터가 상호간에 접속된다. 그리고 상기 수광 트랜지스터(OTR301, OTR302)들의 접속점이 상기 스위칭 제어신호 전달용 저항(R302)의 일측단자에 접속된다.

상기 스위칭 신호 출력부(410)는, 전원단자(B2+)(B2-)의 사이에 트랜지스터(TR301, TR302)가 직렬 접속된다. 상기 트랜지스터(TR301, TR302)들 각각은 NPN형 및 PNP형으로서 트랜지스터(TR301, TR302)들의 에미터가 상호간에 접속된다. 그리고 상기 트랜지스터(TR301, TR302)들의 접속점이 저항(R303)을 통해 상기 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)의 게이트에 각기 접속된다.

상기 복수의 고장검출부(370)들 각각은, 전압 검출부(420)와, 기준전압부(430)와, 비교기(440)와, 고장 검출신호 출력부(450)를 구비한다.

상기 전압 검출부(420)는, 상기 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)의 콜렉터와 에미터의 사이에 다이오드(D301) 및 저항(R304, R305)이 직렬 접속되어 저항(R305)에 콘덴서(C303)가 병렬 접속된다. 그리고 상기 수광 트랜지스터(OTR301, OTR302) 및 스위칭 제어신호 전달용 저항(R302)의 접속점이 저항(R306)을 통해 상기 저항(R304, R305) 및 콘덴서(C303)의 접속점에 접속되어 그 접속점이 상기 비교기(440)의 반전 입력단자(-)에 접속된다.

상기 기준전압부(430)는, 전원단자(B2+)에 저항(R307, R308)이 직렬 접속되고, 상기 저항(R308)에 콘덴서(C304)가 병렬 접속되어 저항(R307, R308) 및 콘덴서(C304)의 접속점이 상기 비교기(440)의 비반전 입력단자(+)에 접속된다.

상기 고장 검출신호 출력부(450)는, 상기 비교기(440)의 출력단자가 저항(R309)을 통해 트랜지스터(TR303)의 베이스에 접속된다. 그리고 상기 스위칭 제어신호 전달용 저항(R302)과 상기 트랜지스터(TR301. TR302)의 베이스의 접속점이 트랜지스터(TR303)의 에미터에 접속됨과 아울러 병렬 접속된 저항(R310) 및 콘덴서(C305)를 통해 상기 저항(R309) 및 트랜지스터(TR303)의 베이스의 접속점에 접속된다. 상기 트랜지스터(TR303)의 콜렉터에 저항(R311)이 접속됨과 아울러 저항(R312)을 통해 포토 카플러(PC302)의 발광부에 접속되어 포토 카플러(PC302)의 수광 트랜지스터의 콜렉터에서 제어부(330)로 고장 검출신호가 출력되게 구성된다.

도면 설명중 미설명 부호 C301 및 C302는 전원단자(B2+)(B2-)에 인가되는 전원을 안정화시키는 콘덴서이다.

이와 같이 구성된 본 고안의 스위칭 구동부(340) 및 고장검출부(370)는 전원단자(B1+)(B2+, B2-)에 전원이 인가된 상태에서 전원단자(B2+, B2-)의 전원을 콘덴서(C301, 302)가 안정화하게 된다.

이와 같은 상태에서 제어부(330)에서 스위칭 제어신호를 출력하고, 그 스위 칭 제어신호에 따라 스위칭 구동부(340)의 스위칭 제어신호 입력부(400)의 포토 카플러(PC301)의 발광부가 점등 및 소등하게 되고, 그 발광부가 점등 및 소등에 따라 수광 트랜지스터(OTR301, OTR302)가 선택적으로 온된다. 즉, 제어부(330)에서 출력되는 스위칭 제어신호가 저전위일 경우에 전원단자(B1+)에서 포토 카플러(PC301)의 발광부 및 저항(R301)을 통해 제어부(330)로 전류가 흘러 포토 카플러(PC301)의 발광부가 점등되고, 발광부의 점등에 따라 수광 트랜지스터(OTR301)가 온된다. 그리고 제어부(330)에서 출력되는 스위칭 제어신호가 고전위일 경우에 상기와는 반대로 포토 카플러(PC301)의 발광부가 소등되고, 발광부의 소등에 따라 수광 트랜지스터(OTR302)가 온된다.

여기서, 본 발명은 제어부(330)에서 출력되는 스위칭 제어신호를 스위칭 제어신호 입력부(400)가 포토 카플러(PC301)를 통해 입력함으로써 제어부(330)로 잡음 등이 역류하여 제어부(330)가 오동작하는 것을 미연에 방지한다.

상기 수광 트랜지스터(OTR301)가 온되면, 전원단자(B2+)의 전원이 수광 트랜지스터(OTR301) 및 스위칭 제어신호 전달용 저항(R302)을 통해 트랜지스터(TR301)의 베이스에 인가되므로 트랜지스터(TR301)가 온되고, 전원단자(B2+)의 전원이 트랜지스터(TR301)를 통해 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)의 게이트에 인가되어 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)가 도통상태로 된다. 그리고 상기 수광 트랜지스터(OTR302)가 온되면, 트랜지스터(TR302)의 베이스에 저전위가 인가되므로 트랜지스터(TR302)가 오프되고, 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)의 게이트에 저전위가 인가되어 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)는 차단상태로 되면서 부하(350)로 구동전원을 공급하게 된다.

이와 같이 동작함에 있어서, 상기 수광 트랜지스터(OTR301)가 온되고, 트랜지스터(TR301)가 온되어 상기 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)가 도통상태로 될 경우에 상기 수광 트랜지스터(OTR301)의 에미터로 출력되는 전압이 상기 전압 검출부(420)에 동작전원으로 공급됨과 아울러 수광 트랜지스터(OTR301)의 에미터로 출력되는 전압이 스위칭 제어신호 전달용 저항(R302)을 통해 고장 검출신호 출력부(450)에 동작전원으로 공급되어 고장검출부(370)가 정상으로 동작하고,

수광 트랜지스터(OTR302)가 온되고, 트랜지스터(TR302)가 온되어 상기 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)가 차단상태로 될 경우에 고장검출부(370)의 전압 검출부(420) 및 고장 검출신호 출력부(450)에 동작전원으로 공급되지 않아 고장검출부(370)가 동작하지 않게 된다.

한편, 고장검출부(370)의 기준전압부(430)는 전원단자(B2+)의 전원을 저항(R307, R308)이 분할하고, 콘덴서(C304)가 안정화하여 비교기(440)의 비반전 입력단자(+)에 기준전압으로 인가된다.

그리고 상기 스위칭 구동부(350)가 상기 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)를 도통상태로 만들고, 고장검출부(370)에 동작전원을 공급하여 고장검출부(370)가 정상으로 동작할 경우에 스위칭 구동부(340)에서 전압 검출부(420)로 공급되는 전원이 저항(R306)을 통해 콘덴서(C303)에 충전된다. 여기서, 전압 검출부(420)의 충전 시정수는 저항(R305, R306) 및 콘덴서(C303)의 값으로 결정된다. 상기 콘덴서(C303)의 충전전압은 비교기(440)의 반전 입력단자(-)에 인가되고, 또한 저항 (R304) 및 다이오드(D301)를 통해 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)의 콜렉터에 인가되므로 비교기(440)의 반전 입력단자(-)에 인가되는 전압은 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)의 콜렉터와 에미터의 양단 전압으로 클램핑된다.

여기서, 상기 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)로 정상 전류가 흐를 경우에 비교기(440)의 반전 입력단자(-)에 인가되는 전압이 비교기(440)의 비반전 입력단자(+)에 인가되는 전압보다 낮게 되도록 저항(R305∼R308) 및 콘덴서(C303, C304)의 값을 설정한다.

그러면, 상기 비교기(440)의 반전 입력단자(-)에 인가되는 전압이 비반전 입력단자(+)에 인가되는 전압보다 낮으므로 비교기(440)가 고전위 전압을 출력하여 고장 검출신호 출력부(450)의 트랜지스터(TR303)가 차단상태로 되고, 포토 카플러(PC302)의 발광부가 점등되지 못하여 수광 트랜지스터가 차단상태로 되며, 고장 검출신호가 출력되지 않게 된다.

그리고 상기와는 반대로 상기 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)로 정상 전류 이상의 높은 과전류가 흐를 경우에 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)의 동작 특성에 따라 콜렉터와 에미터의 양단 전압이 상승하고, 이로 인하여 콘덴서(C303)의 충전전압이 상승하여 상기 비교기(440)의 반전 입력단자(-)에 인가되는 전압이 비반전 입력단자(+)에 인가되는 전압보다 높아지게 된다.

그러면, 상기와는 반대로 비교기(440)가 저전위 전압을 출력하게 되어 트랜지스터(TR303)가 도통상태로 되고, 트랜지스터(TR303)의 도통에 따라 포토 카플러(PC302)의 발광부가 점등되며, 수광 트랜지스터가 온되어 제어부(330)로 고장 검출 신호가 출력된다.

여기서, 본 고안은 고장 검출신호 출력부(450)가 포토 카플러(PC302)를 통해 고장 검출신호를 출력하여 제어부(330)로 입력시킴으로써 제어부(330)로 고장 검출신호와 함께 잡음이 유입되어 오동작하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

이와 같이 제어부(330)로 고장 검출신호가 출력되면, 제어부(330)는 스위칭 신호를 출력하지 않게 되고, 이로 인하여 복수의 스위칭 소자(IGBT301∼IGBT306)가 스위칭 동작을 수행하지 않게 되어 손상이 방지된다.

한편, 상기에서는 본 고안을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 고안의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 고안이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안은 스위칭 소자로 과전류가 흐를 경우에 스위칭 소자의 콜렉터와 에미터의 양단전압이 상승하는 동작특성을 이용하여 고장의 발생 유무를 검출하는 것으로서 고장의 발생을 정확하게 검출할 수 있음은 물론 각각의 스위칭 소자들의 고장 유무를 각기 검출하여 고장이 발생된 부위를 정확하게 판단할 수 있다.

또한 비교기를 이용하여 고장의 발생 유무를 판단하므로 기준전압의 설정이 매우 간편하고, 아날로그 소자들로 구성되어 있어 잡음에 거의 영향을 받지 않고, 고장의 발생을 정확하게 검출할 수 있으며, 고장시 스위칭 소자의 동작을 정지시키 고, 고장신호를 발생하는 저렴한 가격대의 게이트 구동장치를 제공할 수 있다.

Claims

스위칭 제어신호를 발생하여 부하의 구동을 제어하는 제어부;

상기 제어부가 발생하는 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 구동부;

상기 스위칭 구동부가 발생한 스위칭 신호에 따라 복수의 스위칭 소자가 선택적으로 동작하면서 직류전원을 스위칭시켜 부하에 공급하는 스위칭부;

상기 복수의 스위칭 소자의 콜렉터와 에미터의 양단전압을 검출하는 전압 검출부;

상기 전압검출부의 검출전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 고장 발생유무를 판단하는 비교기; 및

상기 비교기가 고장 발생을 판단할 경우에 고장 검출신호를 발생하여 상기 제어부로 출력하는 고장 검출신호 출력부를 포함한 인버터.
제 1 항에 있어서, 상기 전압검출부 및 고장 검출신호 출력부의 전원은;

상기 스위칭 구동부가 상기 스위칭 소자를 온시키기 위한 스위칭 신호를 발생할 경우에 스위칭 구동부에서 공급되는 것을 특징으로 하는 인버터.
제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 구동부는;

상기 제어부가 발생하는 스위칭 제어신호를 입력하는 스위칭 제어신호 입력 부;

상기 스위칭 제어신호 입력부가 입력한 스위칭 제어신호를 전달하는 스위칭 제어신호 전달용 저항; 및

상기 스위칭 제어신호 전달용 저항이 전달한 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 신호 출력부로 이루어지고,

상기 전압 검출부에는;

상기 스위칭 제어신호 입력부가 입력한 스위칭 제어신호가 전원으로 공급되며,

상기 고장 검출신호 출력부에는;

상기 스위칭 제어신호 전달용 저항이 전달하는 스위칭 제어신호가 전원으로 공급되는 것을 특징으로 하는 인버터.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 고장 검출신호 출력부는;

포토 카플러를 통해 고장 검출신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터.
제 3 항에 있어서, 상기 스위칭 제어신호 입력부는;

포토 카플러를 통해 스위칭 제어신호를 입력하는 것을 특징으로 하는 인버터.