KR20050011806A - 아이지비티 보호회로 - Google Patents

아이지비티 보호회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아이지비티(IGBT)보호회로에 관한 것이다. 본 발명은 IGBT(insulated gate bipolar transistor)소자 구동에 따라 발생되는 열에 의해서 소손이 발생되는 것을 방지하기 위해서, IGBT소자의 일측에 온도감지센서를 장착한다. 그리고 상기 온도감지센서를 통해서 감지된 온도값에 해당되는 전원이 회로 내 인가되고, 비교기의 기준값과 비교되어, IGBT소자의 구동신호의 출력여부를 제어한다. 이로 인해서 IGBT소자의 과열여부에 따라 IGBT소자의 구동여부를 판단/제어하여 소손을 방지한다.

Description

아이지비티 보호회로{A igbt protection circuit}
본 발명은 아이지비티(IGBT)소자의 온도상승에 따른 손상을 방지하기 위한 IGBT보호회로에 관한 것이다.
이하 종래 기술에 따른 아이지비티(IGBT)보호회로에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로 아이지비티(insulated gate bipolar transistor : 이하 IGBT소자라고 칭함.)는 소수 캐리어의 주입으로 모스 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)보다 동작 저항을 작게 할 수 있는 3단자 바이폴라-MOS 복합 반도체 소자로서, 고내압이면서 비교적 고속의 파워 트랜지스터(power transistor)이다. 펄스 폭 변조(PWM) 제어 인버터에 내장되어 모터를 구동하는 용도 외에 파워 집적 회로(IC)의 출력부 등에 많이 사용되고 있다.
도 1은 아이지비티(IGBT)장착구조를 나타내는 구성도이다.
도시된 바와 같이 IGBT(insulated gate bipolar transistor)소자가 히트 싱크 PCB에 구성되어져 있다. 상기 IGBT소자(10)의 일측에는, IGBT소자(10)에 인가되는 전원에 따라 발생되는 열로 인한 과다한 온도상승을 감지하기 위해서, 온도감지센서(100)를 장착하고 있다. 상기 온도감지센서(100)는 IGBT소자(10)의 온도상승을 감지하여, 이를 이하 도시되는 마이크로컨트롤러(20)에 전달한다. 상기 마이크로컨트롤러(20)는 IGBT소자(10)의 온도상승을 판단하여, IGBT소자(10)의 과열에 따른 소손을 미연에 방지하는 것이 가능하다.
도 2는 종래 아이지비티(IGBT)의 구동에 따른 온도를 감지하는 회로도이다.
우선 상기 회로도에 구성된 제어소자의 연결관계에 대해 살펴보면, IGBT소자(10)의 과열을 감지하는 온도감지센서(100)와, 상기 온도감지센서(100)와 직렬로 연결된 제 1 저항(R1)과, 상기 제 1 저항(R1)은 별도 +5V의 전원이 인가된다. 그리고 상기 제 1 저항(R1)과 온도감지센서(100) 사이로부터 제 2 저항(R2)이 연결된다. 그리고 제 2 저항(R2)의 다른 일측은 마이크로컨트롤러(20)의 A/D포트에 입력된다. 상기 제 2 저항(R2)이 A/D포트에 연결되는 사이에 제 1 캐패시터(C1)가 구성되고, 제 1 캐패시터(C1)의 다른 일측은 그라운드된다.
상기와 같이 일측에 연결되는 제어구성의 동작과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로 마이크로컨트롤러(20) 및 온도감지센서(100) 등에 인가되는 전원은 매우 약전이다(약 5V). 그러나 IGBT소자(10)에 흐르는 전원은 매우 강전이서, 마이크로컨트롤러(20)와 IGBT소자(10)에 각각 인가되는 전원은 별도로 분리되어 회로를 구성하고 있다.
따라서 종래에는 IGBT회로의 일측에 구성되는 온도감지센서(100)의 장착에 제약이 따르게 된다. 일예로 상기 IGBT소자(10)와 마이크로컨트롤러(20)의 절연층은 약 4000V 이상 차이가 발생된다.
상기 IGBT소자(10)의 구동에 따라 열이 발생됨에 따라, IGBT소자(10)의 일측에 장착된 온도감지센서(100)는 IGBT소자(10)의 온도를 감지한다. 즉, 상기 IGBT소자(10)의 온도상승에 따라 온도감지센서(100)는 저항값이 가변되고, 이를 제 1 저항(R1)과 값과 분배된 저항값으로 제 2 저항(R2)을 거쳐 마이크로컨트롤러(20)의 A/D포트에 전달된다.
이때, 상기 마이크로컨트롤러(20)에는, 입력된 저항값에 따른 온도값의 범위가 세팅되어져 있다. 그 결과 마이크로컨트롤러(20)의 A/D포트에 전달되는 저항값에 따라 현재 IGBT소자(10)의 온도상승 상태를 파악하는 것이 가능해진다.
이와 같이 상기 IGBT소자(10)의 일측에 구비된 센서가 IGBT소자(10)의 온도상승을 감지한다. 그리고 감지된 온도상승값을 마이크로컨트롤러(20)에 구비된 A/D 입력포트에 전달하여, 마이크로컨트롤러(20)가 IGBT소자(10)의 과열에 따른 구동을 제어하여, IGBT소자(10)의 소손현상을 방지할 수 있다.
그러나 상기와 같이 마이크로컨트롤러가 IGBT소자의 구동에 따른 온도상태를 파악하기 위해서 구성되는 종래의 감지회로는, 마이크로컨트롤러로 신호를 전달받기 위한 마이크로컨트롤러의 구성과 많은 리드선 등이 필요로 하여, 제조비용의 상승을 초래한다. 그리고 온도감지센서로부터 마이크로컨트롤러가 온도신호를 감지하기까지 리드선의 길이가 길어서, 회로 내 노이즈가 발생하는 경우가 잦게 된다.
또한, 마이크로컨트롤러부는 약전이고 아이지비티 소자는 강전으로, 두 소자는 회로적으로 전원이 분리되어져 있다. 이에 따라 아이지비티 소자의 과다한 온도상승을 감지하기 위한 온도센서를 장착하는데 있어서도, 전원의 제약을 받게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 저가의 아이지비티(IGBT)보호회로를 제공함에 있다.
도 1은 아이지비티(IGBT)장착구조를 나타내는 구성도.
도 2는 종래 아이지비티(IGBT)의 구동에 따른 온도를 감지하는 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 아이지비티(IGBT)의 구동에 따른 온도를 감지하는 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 아이지비티(IGBT) 100 : 온도감지센서
200 : 비교기 R1~R10 : 저항
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 아이지비티(IGBT)보호회로는, 제품의 구동신호를 스위칭제어하는 아이지비티(IGBT)소자와; 상기 아이지비티(IGBT)소자와 연결되어, 상기 아이지비티(IGBT)소자의 온도변화를 감지하여 전압값을 출력하는 온도센서부와; 기준전압이 인가되고, 상기 온도센서부를 통해서 전달된 전압값을 기준전압과 비교하여, 기준전압 이상이면 출력단으로부터 전원출력이 차단되는 비교기를 포함하여 구성되고, 상기 비교기의 출력단을 통해서 전원출력이 차단되면, 아이지비티(IGBT)소자의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 아이지비티(IGBT)보호회로에 대해 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 아이지비티(IGBT)의 구동에 따른 온도를 감지하는 회로도이다.
우선 제어소자의 연결관계에 대해 살펴보면, +12V전원이 인가되는 온도감지센서(100)가 구성되고, 상기 온도감지센서(100)의 다른 일측은 제 1 저항(R1)과 연결된다. 상기 온도감지센서(100)와 제 1 저항(R1) 사이는 제 1 다이오드(D1)의 애노드가 연결되고, 제 1 다이오드(D1)의 캐소드는 제 3 다이오드(D3)의 캐소드와 연결된다. 그리고 제 3 다이오드(D3)의 캐소드는 제 2 다이오드(D2)의 캐소드와 연결된다. 한편, 제 3 다이오드(D3)의 애노드는 Vin전원단과 제 2 다이오드(D2)의 애노드는 Vce전원단과 연결된다.
그리고 상기 제 2 다이오드(D2)의 캐소드는 제 3 다이오드(D3)의 캐소드에 연결되고, 상기 제 3 다이오드(D3)의 캐소드는 제 6 저항(R6)과 연결되고 제 6 저항(R6)의 다른 일측은 그라운드된다. 그리고 상기 제 3 다이오드(D3)와 제 6 저항(R6) 사이는 제 4 다이오드(D4)의 캐소드와 연결된다. 상기 제 4 다이오드(D4)의 애노드는 제 1 캐패시터(C1)의 (-)단자와 연결되고, 상기 제 1 캐패시터(C1)의 (+) 단자는 제 10 저항(R10)과 연결된다. 상기 제 10 저항(R10)은 IGBT소자(10)로 전원이 전달되는 출력단이다.
한편, 상기 제 4 다이오드(D4)와 제 6 저항(R6) 사이는, 비교기(200)의 비반전 단자(+)와 연결된다. 그리고 비교기(200)의 출력단자는 제 10 저항(R10)과 연결된다. 이때, 상기 비교기(200)의 출력단과 제 10 저항(R10) 사이에는 제 1 캐패시터(C1)의 (+)단과, +12V의 외부전원을 인가받는 제 9 저항(R9)이 연결된다.
그리고 제 4 다이오드(D4)의 애노드와 제 1 캐패시터(C1)의 사이에 제 5 다이오드(D5)의 캐소드가 연결된다. 상기 제 5 다이오드(D5)의 애노드는 제 5 저항(R5)과 연결되고, 제 5 저항(R5)의 다른 일측은 그라운드된다.
한편, 별도의 +12V전원을 인가받는 제 7 저항(R7)과, 제 7 저항(R7)의 다른 일측에 제 8 저항(R8)이 구성된다. 상기 제 8 저항(R8)의 다른 일측은 그라운드된다. 그리고 제 7 저항(R7)과 제 8 저항(R8)의 분배저항은 비교기(200)의 (-)반전단자에 입력된다.
상기 제어구성의 동작과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.
IGBT소자(10)의 일측에 구비된 온도감지센서(100)가 IGBT소자(10)의 온도상승을 감지한다. 그리고 상기 IGBT소자(10)의 온도상승에 따라 변화되는 저항값과 제 1 저항(R1)에 의한 분배전압이 제 1 다이오드(D1)의 애노드에 인가된다. 상기 제 1 다이오드(D1)에 인가된 전원은 비교기(200)의 비반전 단자에 인가된다. 한편, +12V의 외부전원이 제 7 저항(R7) 및 제 8 저항(R8)으로 분배되어, 상기 비교기(200)의 반전단자(-)로 인가된다. 이때, 비교기(200)의 반전단자(-)에 인가되는전압은 기준전압이다.
그 결과 비교기(200)의 비반전단자(+)로 인가되는 전압은 반전단자(-)로 인가되는 기준전압과 비교되어, 기준값을 넘으면 비교기(200)의 출력단에 오프신호가 출력된다. 그 결과 IGBT소자(10)로 인가되던 전원이 차단된다.
이와 같이 본 발명에서는 IGBT소자(10)의 과다온도 상승 상태이면, 이를 온도감지센서(100)가 감지하여 온도상승에 따른 저항값이 변화된다. 그리고 변화된 저항값에 의해 회로 내 인가된 전원이 기준전압과 비교되어, 그 이상이면 IGBT소자(10)를 보호하기 위해 전원을 차단한다.
그리고 본 발명에서는 아이지비티 소자의 구동에 따른 온도상승을 온도감지센서(100)를 통해서 감지하고, 감지된 값에 따라 회로 내 인가된 전원을 비교기(200)의 기준전압과 비교하여 IGBT소자(10)로 전원인가 여부를 제어한다. 그 결과 본 발명은 종래에 구비되던 고가의 마이크로컨트롤러(20)의 구성이 필요없게 되었다.
또한 본 발명에서, 상기 IGBT소자(10)의 과열을 감지하기 위한 온도센서부를 인버터전원단에 함께 구성함으로서, 전원의 분리가 필요하지 않는다. 또한 마이크로컨트롤러로부터 별도의 제어를 받지 않고, 비교기(200)로 제어가능함으로서 회로의 동작이 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한 종래와 같이 마이크로컨트롤러와 아이지비티 소자의 연결을 위해서 리드선 등의 소자가 필요하지 않고, 본 발명은 센서 단품 및 회로의 연결이 짧아 결과적으로 회로를 제작하는 제조비용이 저렴해진다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명은, 인버터전원단에 IGBT소자의 과열을 감지하는 온도센서부를 함께 구성하고, 온도센서부를 통해서 감지된 전압값을 비교기의 기준전압과 비교하여, IGBT소자의 동작전원 인가여부를 제어하는 저가의 아이지비티 보호회로를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
따라서 본 발명에 따른 아이지비티(IGBT)보호회로로 인해서, IGBT소자의 구동에 따라 발생되는 열로 인한 IGBT소자의 과열현상을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 IGBT 소자의 과열상태를 감지하는 온도센서를 인버터 전원단에 구성함으로서, 전원의 분리가 필요없게 된다. 그리고 종래와 같이 마이크로컨트롤러로 제어하지 않고 IGBT보호회로 내에 구성된 비교기로 동작신호의 출력을 제어함으로서, 회로의 동작이 안정적으로 이루어진다. 더욱이 본 발명은 종래에 비해서 센서의 단품 및 회로의 연결이 짧아져서, 회로를 만들기 위한 제조비용의 절감효과를 기대할 수 있다.

Claims (1)

  1. 제품의 구동신호를 스위칭제어하는 아이지비티(IGBT)소자와;
    상기 아이지비티(IGBT)소자의 온도변화에 기초한 전압값을 출력하는 온도센서부와;
    상기 온도센서부를 통해서 전달된 전압값을 기준전압과 비교하여, 기준전압 이상이면 출력신호를 전환하는 비교기를 포함하여 구성되고,
    상기 비교기의 출력단을 통해서 로우신호가 출력될 때, 상기 아이지비티(IGBT)소자의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 아이지비티(IGBT)보호회로.
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CN102035191A (zh) * 2010-12-28 2011-04-27 广东易事特电源股份有限公司 一种igbt模块过温保护电路
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