KR20070033295A - 약계자 동작에서 영구 자석 동기 모터용 보호 회로 - Google Patents

약계자 동작에서 영구 자석 동기 모터용 보호 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 영구 자석 동기 모터(PMSM)를 구동하는 인버터 회로의 안전을 해치는 고장들에 대한 보호용 안전 회로가 제공되는데, 상기 인버터 회로는 브리지로 연결된 하이측(high side) 및 로우측(low side) 스위치들을 포함하며, 상기 하이측 및 로우측 스위치들은 약계자 모드(field weakening mode)에서 상기 PMSM의 동작 동안에 게이트 구동기 회로에 의해 구동되며, 상기 게이트 구동기 회로는 상기 하이측 및 로우측 스위치들을 구동하기 위한 단들을 포함한다. 안전회로는 인버터 회로 브리지의 스위치들을 구동하는 출력단에 전압을 공급하는 메인 전원과 백업 전원을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는, 메인 전원이 로우측 스위치들을 턴온시키고 하이측 스위치들을 턴 오프시키는 것을 실패할 때에, 상기 백업 전원은 게이트 구동기 회로에 전원을 제공한다.
영구자석 동기 모터, 게이트 구동기, 메인 전원, 보조 전원.

Description

약계자 동작에서 영구 자석 동기 모터용 보호 회로{PROTECTION CIRCUIT FOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR IN FIELD WEAKENING OPERATION}
도1에는 본 발명에 따른 보호회로와 결합된 PMSM 제어기와 인버터의 블록도가 도시되어 있다.
도2는 도1에 도시된 회로의 일부분을 상세히 도시한 도면이며, 도2에는 본 발명에 따른 안전회로와 결합된 게이트 구동기 집적회로가 도시되어 있다.
도3은 전원에 문제가 생긴 경우에 백업 전원전압을 공급하는 보호회로의 일부분을 도시한 도면이다.
도4는 백업 전원의 일례를 도시한 도면이다.
관련출원
본 출원은, 2005년 9월 21일자로 미국에 가특허출원된 "FULL PROTECTION CIRCUIT FOR PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR IN FIELD WEAKENING OPERATION"(가출원번호 60/719,241) 및 이의 정식 출원인 2006년 9월 20일자의 미국특허출원번호 제 11/533,508호에 근거하며 이들의 우선권을 주장한다. 이들 특허출원의 전체 내용은 참조로서 본 출원에 인용된다.
본 발명은 영구자석 동기모터(Permanent Magnet Synchronous Motor : 이하, PMSM)를 구동하는 DC-AC 인버터 모터 제어기에서 사용되는 안전 인터록(safety interlock)과 보호회로에 관한 것으로, 특히 PMSM을 구동하기 위해 설계된 게이트 구동기 집적회로를 통해 구현된 안전회로에 관한 것이다.
PMSM은 에어컨, 냉장고, 세탁기 등등을 포함하는 에너지 효율적인 기기들을 위한 중요한 동력원이 되어 왔다. PMSM는 유도 모터에 비해 더 큰 동력밀도(power density)와 더 높은 단위 암페어당 토크(torque-per-amp)를 갖는다. 종래에는 유도 모터들은 예를 들어, 세탁기와 같은 가전기기 어플리케이션에 통상적으로 사용되어 왔다. PMSM들은 좀더 현대적인 세탁기들에 사용되어져 왔으며, 세탁기 뿐만 아니라 에어컨, 냉장고와 같은 에너지 효율적인 기기들을 위한 중요한 동력원이 되어 왔다.
PMSM들은 교류 전원을 공급받는 직류-교류(DC-AC) 인버터 회로에 의해 구동되는 것이 통상적이다. 즉, 이 말은 교류 메인 전원은 일차로 정류되고/직류 전압으로 변환되어 직류(DC) 버스를 가로질러 인가된다. 이 직류 버스 전압이 인버터로 공급되고 PMSM의 각 위상들을 구동하기 위해 교류로 변환된다. PMSM에는 전형적으로 3개의 위상이 있다. 교류 인버터 회로와 함께 PMSM이 사용될 때에는, 유도모터와는 달리, 인버터의 안전을 확보하기 위한 추가적인 보호들이 필요하다. 이러한 점은 PMSM이 약계자 범위(field weakening range)에서 구동될 때 특히 유의해야 한다. PMSM을 약계자 범위에서 구동하는 것은 종종 필수적인데, 특히, 자동 세탁기 어플리케이션에서 회전 모드에서의 고속 드럼 동작을 갖는 washers/spin 추출기에서 필수적이다.
마이크로 제어기 및/또는 디지탈 신호 처리기는 인버터를 구동하기 위한 전형적인 구성요소이다. 이러한 것들이 인버터 파워 스위치들(전형적으로, IGBT들 또는 FET들임)을 제어하여 원하는 구동 전압들을 PMSM에 인가하는 바, 통상적으로는 펄스폭 변조된 신호들이다. 게이트 구동기 IC들은 가변 주파수/전압을 PMSM에 제공하기 위해 제어기 디바이스와 파워 스위치들 사이에서 사용되며 이에 따라, PMSM의 토크와 속도를 제어한다. 상기의 게이트 구동기는 회로에 있어 결정적으로 중요한 구성요소이다. 스위치 게이트들이 ON 으로 구동되지 않을 때, 파워 스위치들은 OFF 상태로 남아있으며, PMSM의 에너지는 파워 스위치들과 역 평행(anti parallel)인 자유회전(freewheeling) 다이오드들을 통해 재-순환 될 수 있고 따라서, 벌크(bulk) 캐패시터는 재-충전된다. 낮은 가격의 어플리케이션들에서는, 이러한 에너지를 파워 라인으로 되돌려보낼 수 있는 장치들이 마련되어 있지 않다. 모든 에너지들은 벌크 캐패시터에 의해 흡수된다.
자장은 영구 자석들에 의해 발생되므로, PMSM에서 자장은 항상 존재한다. 이와같은 점이 유도모터와 다른 점이며, 유도모터에서는 적절한 제어에 의해 자장이 발생되어야만 한다. 예를 들어, 정전 또는 전력 코드가 뽑혀져 있는 파워 라인 실패에 의해 야기되거나 또는 게이트 구동기 보조 전원의 손실에 의해 야기되는 제어기 실패 이벤트의 경우에는, 약계자 영역내에서 동작될 때, PMSM은 2가지의 잠재적인 위험 조건들을 나타낼 수 있다. 그 첫번째는 PMSM이 고속으로 회전하고 타성으 로 회전되지만 속도는 점점 감소하는 있는 때이다. 이러한 조건은 안전에 큰 해악을 가져오며, 본체의 손상을 야기할 수도 있다. 그 두번째 조건은, 제어기 실패의 결과로 제어기가 PMSM에 대한 전원공급에 관여할 수 없는 때에 PMSM은 직류 버스에 과도 전압을 발생할 수 있다.
약계자 동작시에는, PMSM의 속도는 매우 높은 값에 다다른다. 그 시간 동안에는, 모터가 자유롭게 회전할 때 모터에 의해 발생되며, Back EMF 라고 알려진 역기전력(counter Electromotive Force : counter EMF)은 벌크 캐패시터의 평가된 값보다 매우 높을 수 있다. 제어 실패의 경우, 이러한 역 기전력(Back EMF)은 인버터 회로와 캐패시터의 파손을 쉽게 야기하며 더구나 화재의 위험도 존재한다.
초 고속회전 동작을 얻기위해 모터가 약계자 제어하에서 작동될 때, 모터에 의해 발생된 전압은 특별히 높을 수 있다. 만일, 오류가 이때 발생한다면, 발생된 전압은 매우 고전압이다. 이 전압은 모터 속도와 플럭스(flux)의 곱에 비례하며, 여기서 플럭스는 로터(rotor)가 권선(windings)에 대하여 움직임에 따라 PMSM에 의해 생성된다. 약계자 모드에서는 만일, 제어기가 실패하거나 또는 모터를 제어할 수 없는 경우, 약화된 플럭스는 플럭스의 총량(플럭스 약화로 인한 손실 때문인)으로 변화되며, 반면에 모터의 속도는 정상 동작 속도(회전모드 속도에 좌우되는)의 3배 내지 4배에 다다를 수도 있어, 매우 높은 역 기전력을 야기한다.
약계자 동작시의 이와같은 제어 실패 동안에 아무런 조치가 취해지지 않는 다면, 직류 버스 전압은 통상의 직류 버스 전압의 3배 내지 4배에 다다들 것이다. 이 때문에, 전력 디바이스와 시스템내의 고전압 IC들은 손상을 입게 된다. 직류 버 스 캐패시터 또한 손상을 받을 수 있다. 일단 전력 디바이스에서 손상이 발생하면, 세이프티 도어록(safety door lock)이나 브레이킹 메카니즘을 제공하는 것이 불가능해지는데, 왜냐하면, IC 보드상의 임의의 회로들이 손상을 받기 쉽거나 또는 동작불능에 빠지기 때문이다.
따라서, 고속 동작시에 매우 높은 역 기전력의 생성을 유도할 수 있는 장 약화 동작동안에 이와같이 제어를 힘들게 하는 원인들을 게이트 구동기 IC 레벨에서 관리하는 것이 바람직하며, 또한 이를 방지하는 것도 바람직하다. 따라서, 메인 소스 파워라인이 전압저하(brown-out) 또는 손실되는 경우 또는 게이트 구동기 보조 전원이 손실되는 경우로 인해, 고속 동작동안에 PMSM이 제어불능에 빠지는 것을 방지하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한, 본 발명은, 시스템 구성요소들을 손상시킬 수 있는 높은 역 기전력을 발생시키지 않고도 모터와 드럼의 속도를 빠르게 감소시킬 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 영구 자석 동기 모터(PMSM)를 구동하는 인버터 회로의 안전을 해치는 고장들에 대한 보호용 안전 회로가 제공되는데, 상기 인버터 회로는 브리지로 연결된 하이측 및 로우측 스위치들을 포함하며, 상기 하이측 및 로우측 스위치들은 약계자 모드에서 상기 PMSM의 동작 동안에 게이트 구동기 회로에 의해 구동되며, 상기 게이트 구동기 회로는 상기 하이측 및 로우측 스위치들을 구동하기 위한 단들을 포함한다. 안전회로는 인버터 회로 브리지의 스위치들을 구동하는 출력 단에 전압을 공급하는 메인 전원과 백업 전원을 포함한다. 본 발명의 일 실시예 에서는, 메인 전원이 로우측 스위치들을 턴온시키고 하이측 스위치들을 턴 오프시키는 것을 실패할 때에, 상기 백업 전원은 게이트 구동기 회로에 전원을 제공하는 바, 로우측 스위치들이 턴온됨으로서 모터의 단자들은 효과적으로 단락되며, 모터를 제동시키고 역 기전력을 단락시킨다.
본 발명의 다른 특징들과 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 기술될 후술한 상세한 설명에서 명확해질 것이다.
도 1은 PMSM 제어기의 블록도를 보여준다. 메인 공급기의 교류 전류(AC)는, 예를 들어 부스트 컨버터 단을 포함할 수 있는 정류기 단(R)에 공급된다. 상기 정류기(R)의 출력은 DC 버스 전압이다. DC 버스 전압은 벌크(bulk) 저장 커패시터(C)에 의해 평활 된다. 상기 DC 버스 전압은 모터 상들(이 경우에는 3개의 상 U, V, W)을 구동하기 위해 (상기 DC 전압을 AC 전압으로 변환시키는) 인버터 단(INV)에 공급된다. 도시된 바와같이, 3상 모터에 대한 인버터는 상기 DC 버스 양단에 연결된 직렬 연결된 반도체 스위치들(Q1, Q2; Q3, Q4; 그리고 Q5, Q6)을 포함하는 3개의 하프 브리지들을 포함한다. 하이측 및 로우측 스위치들의 게이트( H01, L01; H02, L02; 그리고 H03, L03)은, 예를 들어 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM)를 통해 원하는 속도에서 상기 모터를 적당하게 구동하기 위해 게이트 신호를 상기 스위치들에 제공하는 게이트 구동기 IC에 의해 제어된다. 상기 게이트 구동기 IC는, 상기 스위치들의 상기 게이트들을 직접 구동하는 게이트 구동기들(24)을 구동 하도록 요구되는 제어 회로(CONTROL)(20)를 포함한다. 상기 스위치들은 예를 들어 FET들, IGBT들, 또는 바이폴라 트랜지스터들이 될 수 있다.
각 세트의 출력(H01, L01; H02, L02; 그리고 H03, L03)이 동일한 제어 및 구동 회로에 의해 제공된다. 도 2는 상 U 스위치를 구동하는 일 세트의 출력(H01, L01)에 대한 제어 및 구동 회로의 일부를 보여준다. 다른 두 개의 상들에 대한 회로도 동일하다.
도 1에서 보이는 대로, 모터 제어기 회로는, 정상 동작 시 DC 버스로부터 제어기(CON)를 동작시키기 위해 DC 전력(VCC)을 제공하는 전원(PS)을 포함한다. 본 발명은 게이트 구동기 회로 및 상기 게이트 구동기 회로의 변형물에 백업 전압(VBCK)을 제공하는 백업 공급기(BPS)(14)를 제공하며, 이에 따라 전원(PS) 고장(failure) 동안에 전압(VBCK)이 게이트 구동기 회로에 전력을 제공하여 상기 모터 속도가 안전한 속도로 감소되고 역 기전력(back EMF)이 안전한 레벨로 제어되도록 모터 전원이 급속하게 끊어지게 됨을 보증하게 된다. 이것은 상기 구동기들이 각 상에 대해 로우측 스위치들을 턴온시키고, 하이측 스위치들 각각을 턴오프 시키기 위해 전원으로서 백업 전압 (VBCK)을 사용함으로써 수행된다. 결과적으로, 모터 단자는 단락되며, 이것은 모터를 제동하고 역 기전력을 단락시킨다.
하기에서 설명될 바와같이, 백업 공급기 전압이 상기 제어 및 구동 회로에 제공되도록 선택 회로(30)가 제공된다.
도 2로 돌아가서, 본 발명은, 영구 자석 동기 모터(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)를 구동하도록 설계된 제어/게이트 구동 회로(10)에서 구현될 수 있는 안전 회로에 관한 것이다. 상기 제어/게이트 구동 회로(IC)(10) 내에 집적된 안전 회로의 실시예는 도 2에서 보여진다. 상기 회로(10)는 도 1의 게이트 구동기 IC(10) 내에 포함될 수 있다. 상기 안전 회로는 자동 세탁기를 포함하는 많은 응용분야에 사용될 수 있고, 몇 가지 타입의 고장에 대해 보호를 제공한다. 이러한 고장은, 동작에 관한 약계자 모드(field weakening mode)에서 PMSM의 동작 동안 게이트 구동기(10)에 의해 구동되는 인버터 회로의 안전에 영향을 줄 수 있다. 이러한 고장은 예를 들어, 게이트 구동기에 대한 보조 전원(PS)이 고장난 때 또는 라인 전압저하(line brown-out) 조건 동안 발생할 수 있다.
(상기 공급기의 고장 또는 전력 모터 고장 또는 전압저하에 의해 발생할 수 있는) VCC 전원(PS)이 고장이 난 경우에, 보호 회로가 DC 버스 커패시터(C)로부터 공급되는 내부 백업 전원(BPS)(14)에 의해 공급된다. 백업 공급기 회로의 예는 도 4에서 보여지고, 나중에 더 자세하게 서술된다. 내부 백업 전원(14)은 백업 전압(VBCK)을, 인버터 회로의 브리지의 로우측 스위치(예를 들어, IGBT 또는 FET)를 구동하는 구동기 출력 단(11)에 공급하고, 또한 하이측 스위치를 턴 오프(OFF)하는데 사용되는 펄스-생성기(22)의 출력에 결합된 전치 구동기 리셋 단(18)에 공급한다.
VCC가 동작중 일 때, 정상 동작 동안, 상기 펄스 생성기(22)는 전치 구동기 신호를 적당한 시간에 리셋 단(18)에 제공하고, 리셋 단은 래치(15)를 리셋하기 위 해 스위치(19)를 턴 오프 시키며, 래치는 하이측 스위치를 턴 오프시키기 위해 상부 구동기(13)를 턴 오프 시킨다. 또한 정상 동작 동안, VCC가 동작중 일 때, 펄스 생성기(22)는 펄스 신호를 적당한 시간에 전치 구동기 단(16)에 발행한다. 여기서 상기 전치 구동기 단(16)은 스위치(17)를 제어하여 래치(15)를 세팅하고 하이측 구동기(13)를 턴 온시켜, 하이측 스위치를 턴온 시킨다. 로우측 스위치에 대한 전치 구동기 회로(12)는 유사한 펄스 생성기 회로에 의해 구동된다(미도시).
만일 VCC의 손실, 즉 PS 고장 또는 정전(power main failure) 또는 전압저하 때문에 VCC가 접지로 진행하는 경우에, 도 2의 보호 회로는 VCC 대신에 백업 전압 VBCK로 바이어스된다. VBCK는 리셋 단(18) 및 구동기 단(11)을 바이어스 하도록 제공된다. VCC가 고장인 경우, VCC고장으로 인해 단(18)에 대한 입력 전치 구동기 신호가 제공되지 않는 때에 단(18)은 스위치(19)를 턴 온시키며, 이에 따라 래치(15)를 리셋시키고 따라서 하이측 구동기(13) 및 하이측 스위치를 턴 오프시킨다. 동시에, VCC가 고장나서 입력 전치 구동기 신호가 고장난 경우에, 로우측 스위치에 대한 구동기(11)에 구동기(11) 출력이 하이(high)가 되게 하는 전압 VBCK가 제공되며, 따라서 로우측 스위치를 턴 온시킨다.
동일한 회로가 모터의 V 및 W 위상들을 구동하는 두 개의 다른 하프 브리지들의 게이트들을 구동하는데 제공된다. 이것은 게이트 구동기 IC(10)가 세개의 로우측 전력 스위치들을 항상 온으로 구동할 수 있게 하는 것을 보장하며, 따라서 세 개의 상 PMSM의 단자들을 단락시키고, 모터를 제동하며, 역 기전력을 안전 레벨들로 제어한다.
VCC 전원의 고장 동안, 내부 백업 전원(14)은 백업 전압 VBCK을 공급하고, VCC 전압은, 만약 여전히 존재하다면, 전치 구동기 단(12)을 계속해서 구동한다. 고장인 동안 VCC가 접지 전압 레벨로 이동하기 때문에, 출력 구동기 단(11)에 대한 입력 전치 구동기 신호는 VCC로부터 직접적으로 바이어스되는 구동기 회로(11)의 마지막 단에서의 P 채널 스위치의 바디 다이오드에 의해 접지 전압 레벨로 가게 된다. VBCK은 백업 전원(14)으로부터 구동기 단(11)을 바이어스하여 구동기 단(11)이 구동기 신호를 생성하게 함으로써, 로우측 스위치를 턴 온 시킨다.
유사하게, 하이측 스위치 구동기에 관하여, VCC가 고장난 경우에 전치 구동기(18)에 대한 전치 구동 신호 입력은 로우(low)로 되며, 이것은 스위치(19)의 게이트에서 리셋 상태를 발생시켜 하이측 스위치가 오프되게 구동한다.
요약하면, VCC가 고장난 경우에, 백업 공급기 VBCK가 DC 버스로부터(벌크 커패시터 C 상에 저장된 충전으로부터) 공급되어, 게이트 구동기 단들을 바이어스하여 인버터 스위치들을 제어함으로써, 모터 속도의 제어 및 모터 생성된 역기전력을 안전레벨들로 제어한다.
도 3을 참조하면, 보호 회로는 선택 회로(30)를 포함하는데, 선택 회로는 예를 들어, 세개의 스위치들, 두개의 PMOS(32, 34) 및 하나의 NMOS(36))를 포함한다. 제 1 PMOS 스위치(32)의 소스(source)는 VCC 소스에 연결되고, 제 2 PMOS 스위치(34)의 소스는 VBCK 소스에 연결되고, 제 1 및 제 2 PMOS 스위치들(32, 34)의 드레인들은 상호연결된다.
제 2 PMOS 스위치(34)의 게이트는 NMOS 스위치(36)의 드레인에 연결된다. 제1 PMOS 스위치(32)의 게이트는 NMOS 스위치(36)의 소스에 연결된다. 제 3 NMOS 스위치(36)의 게이트는 VCC 소스에 연결된다.
부가적으로, 회로(30)는 스위치(34)의 게이트를 바이어스하기 위해 제 2 PMOS 스위치(34)의 소스와 게이트 사이에 연결된 저항기(38)를 포함한다.
정상 동작 동안, VCC가 존재하는 경우에, 내부 백업 공급기(14)로부터의 전압 VBCK은 VCC에 의해 구동기 회로를 바이어스 함으로써 제거되며, 전치 구동기 단(12) 및 출력 단(11)을 포함하는 모든 회로 요소들은 VCC를 수신한다. VCC가 고장난 경우에, 회로(30)는 도 2에서 가리키는 구성소자들에 VBCK를 제공한다. 이것을 달성하기 위하여, 회로(30)는 입력들로서 두개의 전력 공급들(즉, VCC 및 VBCK)로부터 전압을 수신하고, 단지 하나의 공급기 출력을 제공한다. 만약 VCC가 하이인 경우에, 상기 하나의 공급기 출력은 VCC이 된다. 만약 VCC가 로우인 경우에, 단지 하나의 공급기 출력은 VBCK이 된다.
VCC가 존재하는 경우에, 제 3 스위치(36)(Nch)가 턴 온되며, 제 2 스위치(34)(Pch)가 턴 온되고, 제 1 스위치(32)가 인에이블(ENABLED)되며, 따라서 VCC 및 VBCK는 대략 동일한 전위가 된다.
VCC가 고장난 경우에, 제3 스위치(36)는 턴 오프되고 제2 스위치(34)도 턴오프된다. 제1 스위치(32)가 디스에이블(DISABLED)되며, 따라서 VBCK가 상술된 보호 회로에 제공된다.
도 4는 본 발명에서 사용될 수 있는 백업 전원 회로(BPS)(14)의 예를 도시한다. 이는 또한 미국특허출원 공개 2006/0033556A1에서 개시되는데, 미국출원의 전체 개시는 본원에서 참조출원으로서 포함된다.
도 4는 본 발명에 따른 백업 전원 회로(14)의 일 예를 도시한다. 상기 회로는 예시적으로 고전압 및 저전압 부분들을 갖는 회로를 포함한다. 고전압 부분은 고전압 웰(HW) 내에 포함된다. 고전압 웰(HW)의 경계는 나선형 폴리레지스터가 될 수 있는 폴리실리콘 저항기(나선형 R)를 갖는데, 이는 전계를 형성하는데 사용된다. 폴리레지스턴스의 일 단자가 고전압에 있으며, 고전압 DC 버스(VBUS)에 연결된다. 타 단이 저전압측에 있으며, 고전압 NMOS Q10의 게이트에 연결된다. 저항기 나선형 R의 값은 수십 메가옴이다. 이는 고전압 저항기 Q10를 턴 온하는 역할을 한다.
백업 공급기 회로(14)는 예를 들어, 대략 12볼트에서 수십 마이크로암페어의 작은 전류들을 제공하는 매우 작은 전류의 전원을 제공한다. VBCK 포인트는 2개의 제너 다이오드(Z1 및 Z2)로서 예시적으로 도시되는 제너 다이오드를 갖는 브랜치에서의 전류 흐름에 의해 예시된 실시예에서 대략 12볼트에서 유지된다. 예시된 실시예에서, 각 제너 다이오드는 총 10볼트의 애벌랜시(avalanche) 전압에 대해 5볼트 애벌랜시 전압을 갖는다. 이 제너 다이오드들 양단의 전압 강하 플러스(plus) 저항기(R3) 양단의 전압 강하가 VBCK를 형성하는데 추가된다. 이는 VBCK에 대한 대략 10볼트 플러스 Q2의 드레쉬홀드(threshold)(대략 1.5 볼트)를 발생하게 된다.
이 전원 회로(14)는 하기와 같은 피드백 메커니즘을 통해 VBCK를 조정한다. 만일 VBCK 전압이 어떤 이유로 정상상태 값 이상으로 증가하는 경우에, 이는 R3 양단 전압을 증가시켜 Q20이 더욱 강하게(heavily) 턴 온되게 하며, 이는 Q10의 게이트 노드 전압이 감소되게 한다. 이러한 게이트 전압의 감소는 Q10의 드레인 전류를 감소시키며, 이는 초기에 증가되었던 VBCK 전압을 감소시킴으로써 피드백 루프를 종료시킨다. 만일 VBCK의 변화가 반대가 되는 경우에, 즉 VBCK가 감소하는 경우에, 반대 상황이 발생한다.
출력은 VBCK로 표시된 포인트로부터 취해진다. 상술한 바와같이, 출력 전압은 예시된 실시예에서 대략 1.2볼트이다. 이 전압은 VCC가 고장난 경우에만 필요하다. VCC가 존재하는 때에, 전력을 절감하기 위해 전원 회로(14)를 턴 오프하는 것이 바 람직하다. 그러나, 이것이 필요한 것은 아니다. 심지어 정상 동작 동안에, 전압(VBCK)이 연속적으로 존재할 수 있다. 도시된 실시예에서, 백업 전원이 정상 동작 동안 차단된다. Q20은 VBCK에서의 전원 전압을 감지하며, R3 양단 전압을 감지함으로써 회로의 차단 기능을 제공한다. VBCK에서, 이에 따라 R3 양단에서의 보다 높은 전압이 Q20을 더 턴 온할 것이며(대략 1.5볼트의 VT), 공급 트랜지스터(Q10)의 게이트 구동을 감소시킬 것이다. 차단 이후에, 대칭적인 디바이스(Q30)가 접지에 연결된 드레인 및 VBCK에 연결된 게이트/소스를 갖게 된다. 이는 소스와 드레인이 교환된 채로 Q30을 턴 온하게 된다. 이후에, Q30의 교환된 소스 회로의 R1이 차단 동작 동안의 전력 소모를 제한한다.
회로는 또한 단락 회로 보호를 제공한다. 만일 VBCK가 단락되거나 과부하가 되는 경우에, VBCK 포인트 이하 회로의 모든 부분이 제거될 것이며, Q10의 소스는 예를 들어, 20K ohm인 저항기(R2)를 통해 접지에 연결될 것이다. 이는 전류 제한없이 VBUS로부터의 과도한 전력 소모를 야기할 것이다. 이 경우에, Q30이 단락 회로 동작에서 R2 양단의 보다 큰 전압 강하를 감지하여 턴 온되면, Q10의 게이트 전압을 떨어뜨려 최대 전류를 제한하게 된다.
본 발명이 그 특정 실시예에 관하여 설명되었지만은, 많은 다른 변화들 및 변형들 및 다른 사용들이 기술분야의 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 본원의 특정 개시에 국한되지 않는다.
본 발명에 따르면, 영구 자석 동기 모터(PMSM)를 구동하는 인버터 회로의 안전을 해치는 고장들에 대한 보호용 안전 회로가 제공된다.

Claims (11)

  1. 영구 자석 동기 모터(PMSM)를 구동하는 인버터 회로의 안전을 해치는 고장들에 대한 보호용 안전 회로 - 상기 인버터 회로는 브리지로 연결된 하이측 및 로우측 스위치들을 포함하며, 상기 하이측(high side) 및 로우측(low side) 스위치들은 약계자 모드에서 상기 PMSM의 동작 동안에 게이트 구동기 회로에 의해 구동되며, 상기 게이트 구동기 회로는 상기 하이측 및 로우측 스위치들을 구동하기 위한 단들을 포함하고, 상기 하이측 및 로우측 스위치들은 상기 모터 단자들에 연결되어 있다 - 에 있어서:
    상기 인버터 회로의 상기 브리지의 상기 스위치들을 구동하는 상기 게이트 구동기 회로에 메인 전원 전압을 공급하는 메인 전원과 백업 전원 전압을 공급하는 백업 전원을 포함하며,
    만약 상기 메인 전원이 상기 게이트 구동기 회로에 충분한 전력을 전달하지 못하면, 상기 백업 전원이 상기 게이트 구동기 회로에 전력을 공급하여 상기 게이트 구동기 회로가 상기 로우측 스위치들을 턴온하고 상기 하이측 스위치들을 턴오프하도록 하는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안전 회로는 자동 세탁기에서 이용되는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 브리지의 상기 로우측 스위치들을 턴온함으로써 상기 모터 단자들을 단락시켜서 모터 속도를 감소시키고 상기 모터에서 발생되는 전압들을 안전한 레벨로 제어하는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 로우측 스위치들 각각에 대해 상기 게이트 구동기 회로 내에 구동기 단 - 상기 구동기 단은 상기 로우측 스위치에 게이트 구동 신호를 제공한다 - 을 더 포함하며,
    상기 구동기 단은 상기 메인 전원의 전력이 공급되지 않는 때에 상기 백업 전원으로부터 전력을 수신함과 아울러 상기 구동기 단을 바이어싱하며, 이에 따라 상기 메인 전원 전압이 공급되지 않아 상기 구동기 단으로의 전치 구동기 신호가 제공되지 않게 되면, 상기 구동기 단은 게이트 구동 신호를 생성하여 상기 모터를 단락시키도록 상기 로우측 스위치들을 턴온하는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 하이측 스위치를 구동하는 구동기의 입력에 제공되는 출력을 갖는 래치 단을 구동하는 전치 구동기 단을 상기 게이트 구동기 회로에 더 포함하며,
    상기 메인 전원이 고장난 때 상기 백업 전원 전압이 상기 전치 구동기 단을 바이어싱하도록 제공되고, 이에 따라 상기 메인 전원이 고장나서 상기 전치 구동기 단으로의 전치 구동기 신호가 제공되지 않게 되면, 상기 전치 구동기 단은 상기 하 이측 스위치가 턴오프되도록 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 인버터 회로는 AC 소스로부터 DC 버스 전압을 DC 버스 및 인버터 - 상기 인버터의 입력은 상기 DC 버스에 연결되어 있다 - 에 제공하는 정류기와, 그리고 상기 DC 버스 양단에 연결된 DC 버스 저장 캐패시터를 포함하며,
    상기 메인 전원이 고장난 때 상기 백업 전원은 상기 DC 버스 저장 캐패시터에 저장된 에너지로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 메인 전원이 고장난 때 상기 게이트 구동기 회로에 상기 백업 전원 전압을 공급하는 선택 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 선택 회로는 제 1, 제 2, 및 제 3 스위치들을 포함하며, 상기 제 1 스위치는 상기 메인 전원 전압에 연결되며, 상기 제 2 스위치는 상기 백업 전원 전압에 연결되며, 그리고 상기 제 1 및 제 2 스위치들은 직렬로 연결되며, 상기 제 3 스위치는 상기 메인 전원 전압의 존재 또는 부존재에 따라 상기 제 2 스위치가 턴온 또는 턴오프되는 것을 제어하도록 연결되고 상기 메인 전원 전압에 연결된 제어 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 제 3 스위치와 직렬로 연결된 저항기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 메인 전원 전압이 존재할 때, 상기 백업 전원 전압이 상기 게이트 구동기 회로로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 백업 전원 전압은 상기 DC 버스에 연결되어 상기 예비 전원 전압으로서 감소된 전압을 제공하는 고전압 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보호용 안전회로.
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