KR20090063397A - Protect circuit for igbt overcurrent of train - Google Patents

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Abstract

An insulated gate bipolar transistor over-current protection circuit for motor car is provided to endure a high voltage and high current applied to a power control device by improving a structure thereof. A first node(122) is formed between a high voltage DC terminal and a collector of an IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(110) in order to be connected with a CPU(Central Processing Unit). A second node(123) is formed between the CPU and the first node in order to supply control power. A diode(121) is connected between the first node and the second node in order to prevent an inflow of the high voltage DC. The control current is supplied to the collector of the IGBT. A saturation voltage is measured between the collector and the emitter of the IGBT. The saturation voltage is increased proportionally to the intensity of the high voltage DC measured in the emitter of the IGBT. The CPU generates a signal for turning on/off the IGBT.

Description

전동차용 절연 게이트 양극성 트랜지스터 과전류 보호회로 { PROTECT CIRCUIT FOR IGBT OVERCURRENT OF TRAIN }Insulated Gate Bipolar Transistor Overcurrent Protection Circuit for Electric Vehicles {PROTECT CIRCUIT FOR IGBT OVERCURRENT OF TRAIN}

본 발명은 전동차용 IGBT 과전류 보호회로로서, 보다 구체적으로는 전동차용 추진제어장치에 사용되는 IGBT에 과전류가 흐르는 것을 방지하여 시스템이 안정적으로 동작할 수 있도록 하기 위한 과전류 보호회로에 관한 것이다.The present invention relates to an IGBT overcurrent protection circuit for an electric vehicle, and more particularly, to an overcurrent protection circuit for preventing an overcurrent from flowing through an IGBT used in a propulsion control apparatus for an electric vehicle so that the system can operate stably.

일반적으로 철로의 가선으로부터 제공되는 고압 교류가 트랜스포머를 거쳐 고압 직류로 변환되어 전동차의 추진제어장치에 사용될 때, 상기 고압 직류의 크기를 측정하고 입력을 제어하기 위하여 스위칭소자인 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)를 사용한다.In general, when a high voltage alternating current provided from a railroad line is converted into a high voltage direct current through a transformer and used in a propulsion control device of an electric vehicle, an insulated gate bipolar transistor, which is a switching element, is used to measure the magnitude of the high voltage direct current and control an input. Gate Bipolar Transistor (IGBT) is used.

종래에는 상기 IGBT에 흐르는 고압 직류의 검지를 위해서 전류센서를 사용하거나 출력단과 직렬로 연결된 션트저항(Shunt Resistance)을 사용했으며 과전류가 흐르면 상기 IGBT의 보호를 위하여 상기 IGBT를 OFF하는 등의 동작이 수행되도록 하였다.Conventionally, a current sensor or a shunt resistor connected in series with an output terminal is used to detect a high-voltage direct current flowing in the IGBT, and an operation such as turning off the IGBT to protect the IGBT when an overcurrent flows is performed. It was made.

그런데 상기 IGBT에 흐르는 출력전류를 검출하기 위해서 전류센서를 사용하게 되면 전동차의 추진제어장치에 흐르는 고압,고전류를 견딜 수 있도록 부피와 중 량이 큰 고가의 전류센서가 필요했으며, 이로 인해 상기 추진제어장치 전체의 부피와 중량이 커지고 비용도 많이 소요되었다.However, when the current sensor is used to detect the output current flowing through the IGBT, an expensive current sensor having a large volume and a heavy weight is required to withstand the high pressure and high current flowing through the propulsion control device of the electric vehicle. The bulk and weight of the whole were large and costly.

또한, 저항값이 낮고 주로 정밀한 전류를 측정하는 전류계측기에 많이 사용되는 션트저항을 사용하여 IGBT에 흐르는 전류를 검출하는 방식이 사용될 수 있으나 ON/OFF 스위칭에 의한 노이즈의 영향을 많이 받게 되어 정밀도가 낮아진다.In addition, a method of detecting the current flowing through the IGBT by using a shunt resistor, which is used in an ammeter, which is mainly used for measuring a precise current with a low resistance value, can be used, but it is highly affected by noise caused by ON / OFF switching. Lowers.

도 3은 션트저항을 이용하여 상기 IGBT에 흐르는 전류가 검출되고 제어되는 회로의 예를 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram showing an example of a circuit in which a current flowing through the IGBT is detected and controlled using a shunt resistor.

도 3에 도시된 회로의 동작과정을 살펴보면, IGBT(310)가 ON상태일때 Line Voltage(1500V 또는 750V)(311)로부터 션트저항(312)으로 전동차의 추진제어장치(미도시)로 전류가 흐르게 된다. 이때 상기 션트저항(312)의 양단에 걸리는 전압인 션트전압을 전압비교기(320)를 통해 특정전압(321)과 비교하여 상기 션트저향(312)에 일정 이상의 전류가 흐르면 상기 전압비교기(320)의 출력은 ON상태가 된다.Looking at the operation of the circuit shown in Figure 3, when the IGBT (310) is in the ON state current flows from the line voltage (1500V or 750V) (311) to the shunt resistor (312) of the electric vehicle propulsion control device (not shown) do. At this time, a shunt voltage, which is a voltage applied to both ends of the shunt resistor 312, is compared with a specific voltage 321 through a voltage comparator 320, and when a current or more flows through the shunt resistor 312, the voltage comparator 320 is operated. The output turns ON.

또한, 상기 전압비교기(320)의 출력은 CPU(330)와 NPN형인 제1 트랜지스터(340)의 베이스에 입력되며, 상기 CPU(330)는 전동차의 추진제어장치(미도시)의 출력과 상기 전압비교기(320)의 출력을 종합적으로 고려하여 상기 CPU 출력단자(350)를 통해 게이트입력전류를 제어한다.In addition, the output of the voltage comparator 320 is input to the base of the first transistor 340 of the CPU 330 and NPN type, the CPU 330 is the output of the propulsion control device (not shown) of the electric vehicle and the voltage The gate input current is controlled through the CPU output terminal 350 in consideration of the output of the comparator 320.

또한, 상기 전압비교기(320)의 출력이 ON되면, 상기 제1 트랜지스터(340)가 ON상태로 되고, 이때는 상기 CPU(330)에 의해 상기 CPU 출력단자(350)를 통해 공급되는 게이트입력전류가 ON 상태일지라도, 상기 게이트입력전류는 저항 R1(341)과 제1 트랜지스터(340)의 컬렉터와 에미터를 통해 접지로 바이패스되므로 NPN형인 제2 트랜지스터인(361)와 PNP형인 제3 트랜지스터(362)로 이루어진 푸시풀(PushPull) 회로에서 상기 제2 트랜지스터(361)과 제3 트랜지스터(362)의 베이스에 OFF 신호가 입력되고 이에 따라 상기 푸시풀 회로의 제2 트랜지스터(361)은 OFF되며 제3 트랜지스터(362)는 ON된다.In addition, when the output of the voltage comparator 320 is turned on, the first transistor 340 is turned on, and at this time, the gate input current supplied by the CPU 330 through the CPU output terminal 350 is Even in the ON state, the gate input current is bypassed to ground through the collector and emitter of the resistor R1 341 and the first transistor 340, so that the second transistor 361, which is NPN type, and the third transistor 362, which is PNP type, are OFF signal is input to the bases of the second and third transistors 361 and 362 in the PushPull circuit, and accordingly, the second transistor 361 of the push-pull circuit is turned off and the third Transistor 362 is turned on.

따라서 상기 IGBT(310)를 제어하는 제어전압(363)는 상기 제2 트랜지스터(361)을 통과하지 못하고, 상기 TR3(362)의 컬렉터 단자에는 (-)전압이 발생하여 상기 IGBT(310)가 OFF되면서 상기 고압 직류의 흐름이 차단된다.Therefore, the control voltage 363 controlling the IGBT 310 does not pass through the second transistor 361, and a negative voltage is generated at the collector terminal of the TR3 362 so that the IGBT 310 is turned off. While the high-pressure direct current flow is blocked.

이처럼 IGBT에 흐르는 고압 직류를 검출하고 제어하기 위하여 션트저항을 사용하게 되면 전류센서를 사용하는 방식에 비해 크기 및 부피를 크게 줄일수 있고 비용도 적게 들었지만, 션트저항(312)에 의한 에너지 손실 및 발열이 큰 문제가 되었으며, 또한 상기 추진제어장치에 흐르는 고압,고전류를 견딜 수 있도록 충분히 큰 션트저항이 사용되어야만 했다.As described above, when the shunt resistor is used to detect and control the high-pressure direct current flowing through the IGBT, the size and volume can be greatly reduced and costly compared to the method using the current sensor, but energy loss and heat generation due to the shunt resistor 312 are generated. This has been a big problem, and a shunt resistor large enough to withstand the high pressure and high current flowing through the propulsion control device has to be used.

그리고 션트저항을 사용하게 되면 인버터를 통해서 DC를 AC로 바꾸는 과정에서 발생하는 고주파 노이즈인 스위칭 노이즈의 영향을 크게 받아서 검지된 전류값의 정밀도가 떨어졌다.When the shunt resistor is used, the accuracy of the detected current value is lowered due to the influence of switching noise, which is a high frequency noise generated in the process of converting DC into AC through an inverter.

본 발명은 전술한 종래의 전동차용 IGBT 과전류 보호회로의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전동차의 추진제어장치에 공급되는 고압 직류를 ON/OFF 스위칭하기 위해 사용되는 IGBT에 흐르고 있는 고압 직류 검지를 위해서 전류센서를 사용하거나 출력단과 직렬로 연결된 션트저항을 사용하지 않고, 크기와 부피도 작고 응답속도가 빠르며, 추진제어장치에 흐르는 고압 및 고전류도 견딜 수 있는 전동차용 IGBT 과전류 보호회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the above-described conventional IGBT overcurrent protection circuit for the electric vehicle, the high-voltage DC detection flowing in the IGBT used to switch the high-voltage DC supplied to the propulsion control device of the electric vehicle ON / OFF In order to provide an IGBT overcurrent protection circuit for an electric vehicle that does not use a current sensor or a shunt resistor connected in series with the output terminal, it is small in size and volume, fast in response, and capable of withstanding high pressure and high current flowing through the propulsion control device. The purpose.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전동차의 전동기로 제공되는 고압 직류의 흐름을 제어하기 위해 사용되는 절연게이트형 양극성 트랜지스터(IGBT)의 과전류 보호회로로서, 고압 직류 단자와 상기 IGBT의 컬렉터 사이에 CPU와 연결되는 제1 노드가 형성되어 있고, 상기 CPU와 제1 노드 사이에는 상기 IGBT의 포화전압을 측정하기 위한 제어전원이 공급되는 제2 노드가 형성되어 있으며, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에는 고압 직류의 유입을 막기 위한 다이오드가 연결되어 있고, 상기 제어전원에서 상기 IGBT의 컬렉터에 제어전류를 공급하여, 상기 IGBT의 에미터에서 측정되는 고압 직류의 크기에 비례하여 증가하는 IGBT의 컬렉터와 에미터 사이의 포화전압을 측정하여 상기 CPU가 상기 IGBT를 ON/OFF하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 IGBT 과전류 보호회로를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is an overcurrent protection circuit of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) used to control the flow of high voltage direct current provided to an electric motor of an electric vehicle, and between the high voltage DC terminal and the collector of the IGBT. A first node connected to the CPU is formed in the second node, and a second node is provided between the CPU and the first node to which a control power supply for measuring the saturation voltage of the IGBT is supplied, and the first node and the first node. A diode is connected between two nodes to prevent the inflow of high voltage direct current, and the control power supplies a control current to the collector of the IGBT, and increases in proportion to the magnitude of the high voltage direct current measured at the emitter of the IGBT. The saturation voltage between the collector and the emitter of the IGBT overcurrent, characterized in that the CPU generates a signal to turn the IGBT ON / OFF Provide a protection circuit.

이를 통하여 전동차의 추진제어장치에 공급되는 고압 직류전류를 제어하기 위해 사용되는 IGBT에 흐르는 전류 검지를 위해서 전류센서 또는 션트저항을 사용할 필요가 없다.This eliminates the need to use a current sensor or shunt resistor to detect the current flowing through the IGBT, which is used to control the high-voltage DC current supplied to the propulsion controller of the electric vehicle.

또한, 상기 전동차용 IGBT 과전류 보호회로는, 상기 제어전원과 제2 노드 사이에 상기 제어전원으로부터 제공되는 전압을 조절하기 위한 제1 저항이 직렬로 연결되며, 상기 제2 노드와 상기 다이오드 사이에는 상기 IGBT의 포화전압을 조절하기 위한 제2 저항이 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.The IGBT overcurrent protection circuit for a vehicle includes a first resistor connected in series between the control power supply and the second node to adjust a voltage provided from the control power supply, and between the second node and the diode. A second resistor for adjusting the saturation voltage of the IGBT is connected in series.

또한, 상기 전동차용 IGBT 과전류 보호회로는, 추가로 (+)입력단자에 상기 제2 노드가 연결되고, (-)입력단자에 소정 전압공급원이 연결된 전압비교기와, 상기 전압비교기의 출력단자에 베이스가 연결되고 상기 CPU의 출력단자에 컬렉터가 연결되며 에미터는 접지되어 있는 제1 트랜지스터를 구비하고 있어, 상기 전압비교기를 통하여 상기 IGBT의 포화전압을 상기 소정전압과 비교하여 소정 수치 이상인 경우 상기 제1 트랜지스터에 의해 상기 CPU의 제어신호가 OFF되도록 함으로써, 상기 CPU와 병렬적으로 상기 IGBT의 ON/OFF 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.The IGBT overcurrent protection circuit for a vehicle further includes a voltage comparator connected to the second node at a positive input terminal, a predetermined voltage supply source connected to a negative input terminal, and a base at an output terminal of the voltage comparator. Is connected to the output terminal of the CPU and the emitter includes a first transistor that is grounded. When the saturation voltage of the IGBT is more than a predetermined value by comparing with the predetermined voltage through the voltage comparator, the first By turning off the control signal of the CPU by the transistor, it is characterized in that to perform the ON / OFF control of the IGBT in parallel with the CPU.

또한, 상기 전동차용 IGBT 과전류 보호회로는, 추가로 베이스가 상기 CPU의 출력단자에 연결되어 있고, 에미터는 상기 제2 노드에 연결되어 있으며, 컬렉터는 접지되어 있는 제2 트랜지스터를 구비하여, 상기 CPU의 출력신호가 OFF되어 제2 트랜지스터가 ON되면 상기 제어전원의 제어전류가 상기 제2 트랜지스터의 에미터와 컬렉터를 거쳐 접지로 제거되도록 함으로써, CPU의 스위칭신호에 의한 이상 전류의 영향으로 과전류 검지 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.The IGBT overcurrent protection circuit for a vehicle further includes a second transistor having a base connected to an output terminal of the CPU, an emitter connected to the second node, and a collector connected to a ground. When the output signal of the signal is turned off and the second transistor is turned on, the control current of the control power supply is removed to ground through the emitter and the collector of the second transistor so that the overcurrent detection error is caused by the abnormal current caused by the switching signal of the CPU. Characterized in that can be prevented from occurring.

본 발명에 따른 IGBT 과전류 보호회로에 의하면, 전동차의 추진제어장치를 구동시키기 위해 제공되는 고압 직류가 IGBT의 컬렉터를 통해서 에미터로 흘러갈때 상기 고압 직류의 크기에 비례하여 증가하는 상기 IGBT의 컬렉터와 에미터 사이의 포화전압을 이용하여 상기 IGBT를 제어하는 게이트입력전류를 제어하기 때문에 상기 IGBT에 흐르는 고압 직류의 검지를 위해서 전류센서를 사용하거나 출력단과 직렬로 연결된 션트저항이 필요없게 되어 크기와 부피가 작아지며 검지 속도도 빨라지게 된다.According to the IGBT overcurrent protection circuit according to the present invention, when the high-pressure direct current provided to drive the propulsion control device of the electric vehicle flows to the emitter through the collector of the IGBT and the collector of the IGBT increases in proportion to the size of the high-pressure direct current; Since the saturation voltage between the emitters is used to control the gate input current to control the IGBTs, there is no need for a current sensor or a shunt resistor connected in series with the output terminal to detect the high voltage direct current flowing through the IGBTs. Becomes smaller and the detection speed becomes faster.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시 예는 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 변형이 가능하며, 본 발명으로 한정하는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. However, the following examples are merely exemplary, and various modifications are possible within the technical spirit of the present invention, and are not limited to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 IGBT 과전류 보호회로도이며, 도 2는 IGBT의 에미터 전류의 증가에 따른 IGBT의 콜렉터와 에미터간의 포화전압 변화를 도시한 그래프이다.1 is an IGBT overcurrent protection circuit according to the present invention, Figure 2 is a graph showing the saturation voltage change between the collector and emitter of the IGBT according to the increase in the emitter current of the IGBT.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전동차용 IGBT 과전류 보호회로는 고압 직류를 제어하는 IGBT(110)의 컬렉터와 고압 직류를 제공하는 LineVoltage (1500V or 750V) 단자(111) 사이에 제1 노드(122)가 형성되어 있고, 상기 제1 노드(122)는 상기 IGBT(110)의 포화전압을 측정하는 CPU(140)와 연결되어 있으며, 상기 제1 노드(122)와 상기 CPU(140) 사이에는 제1 제어전원(120)과 연결된 제2 노드(123)가 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, an IGBT overcurrent protection circuit for a vehicle according to the present invention includes a first between a collector of an IGBT 110 for controlling high voltage direct current and a LineVoltage (1500V or 750V) terminal 111 for providing a high voltage direct current. A node 122 is formed, and the first node 122 is connected to the CPU 140 measuring the saturation voltage of the IGBT 110, and the first node 122 and the CPU 140. The second node 123 connected to the first control power supply 120 is formed therebetween.

상기 제1 노드(122)와 제2 노드(123) 사이에는 고압 직류가 LineVoltage (1500V or 750V) 단자(111)로부터 제1 제어전원(120) 방향으로 흐르는 것을 막기 위한 다이오드(121)가 직렬로 연결되어 있다.Between the first node 122 and the second node 123, a diode 121 for preventing a high voltage direct current from flowing in the direction of the first control power supply 120 from the LineVoltage (1500V or 750V) terminal 111 in series. It is connected.

상기 제1 제어전원(120)과 상기 제2 노드(123) 사이에는 제1 제어전원의 크기를 제어하기 위한 제1 저항(124)이 직렬로 연결되어 있고, 상기 제2 노드(123)와 상기 다이오드(121) 사이에는 상기 IGBT(110)의 포화전압을 상기 IGBT(110)에 대한 제어에 활용할 수 있도록 크기를 변형하는 제2 저항(125)이 직렬로 연결되어 있으며, 상기 제2 노드(123)와 CPU(140) 사이에는 A/D컨버터(130)가 직렬로 연결되어있다.A first resistor 124 for controlling the magnitude of the first control power source is connected in series between the first control power source 120 and the second node 123, and the second node 123 and the second node 123 are connected in series. Between the diodes 121, a second resistor 125, whose size is modified to utilize the saturation voltage of the IGBT 110 for the control of the IGBT 110, is connected in series, and the second node 123 is connected. ) And the CPU 140, the A / D converter 130 is connected in series.

따라서, 상기 CPU(140)는 상기 IGBT(110)의 콜렉터와 에미터 사이에 발생한 포화전압으로부터 상기 IGBT(110)에 흐르는 전류의 크기와 이에 따른 추진제어장치(미도시)의 가동 정도를 파악하여 상기 CPU 출력단자(150)를 통해 게이트입력전류를 제공하도록 되어 있다.Therefore, the CPU 140 grasps the magnitude of the current flowing through the IGBT 110 from the saturation voltage generated between the collector and the emitter of the IGBT 110 and the operation degree of the propulsion control device (not shown) accordingly. The gate output current is provided through the CPU output terminal 150.

그리고, 상기 IGBT(110)의 포화전압을 특정전압과 비교하는 전압비교기(160)의 (+)전압입력단자가 상기 제2 노드(123)에 연결되어 있고, (-)입력단자에는 특정전압을 제공하는 전원공급수단(161)이 연결되어 있다.A positive voltage input terminal of the voltage comparator 160 for comparing the saturation voltage of the IGBT 110 with a specific voltage is connected to the second node 123, and a specific voltage is applied to the negative input terminal. Providing power supply means 161 is connected.

또한, 상기 전압비교기(160)의 출력단자에 베이스가 연결되고, CPU 출력단자(150)에 콜렉터가 연결되며, 에미터는 접지되어 있는 NPN형 제1 트랜지스터(170)가 형성되어 있어서 상기 전압비교기(160)의 ON/OFF 출력에 따라 제1 트랜지스 터(170)가 ON/OFF되어 상기 게이트입력전류가 ON/OFF되도록 되어 있다. 그리고 상기 전압비교기(160)의 출력을 상기 제1 트랜지스터(170)의 베이스로 입력하기 전에 변압하기 위한 한 제3 저항(171)이 제3 제어전원(172)과 상기 전압비교기(160)의 출력단자 사이에 직렬로 연결되어 있다.In addition, since the base is connected to the output terminal of the voltage comparator 160, the collector is connected to the CPU output terminal 150, and the emitter is grounded, the NPN type first transistor 170 is formed so that the voltage comparator ( According to the ON / OFF output of the 160, the first transistor 170 is turned on / off so that the gate input current is turned on / off. In addition, a third resistor 171 outputs the third control power supply 172 and the voltage comparator 160 so as to convert the output of the voltage comparator 160 before inputting the output of the voltage comparator 160 to the base of the first transistor 170. It is connected in series between the terminals.

또한, 상기 CPU 출력단자(150)와 IGBT(110)의 게이트 사이에는 푸시풀 회로(180)가 형성되어 있어서, 상기 게이트입력전류를 IGBT(110)의 게이트 입력에 적당한 전압으로 스위칭시킴과 동시에 이에 따른 오류를 최소화할 수 있도록 되어 있는데, 상기 푸시풀 회로(180)는 베이스가 상기 CPU 출력단자에 연결되어 있고, 콜렉터가 제2 제어전원(181)에 연결되어 있으며, 에미터는 상기 CPU 출력단자에 연결된 NPN형 제2 트랜지스터(182)와, 베이스가 상기 CPU 출력단자(150)에 연결되어 있고, 에미터가 상기 제2 트랜지스터(182)의 에미터에 연결되어 있으며, 콜렉터는 접지된 PNP형 제3 트랜지스터(183)로 이루어져 있고, 상기 제2 트랜지스터(182)와 제3 트랜지스터(183)의 에미터가 상기 IGBT(110)의 게이트에 연결되도록 구성되어 있다.In addition, a push-pull circuit 180 is formed between the CPU output terminal 150 and the gate of the IGBT 110 to switch the gate input current to a voltage suitable for the gate input of the IGBT 110 and simultaneously. According to the present invention, the push-pull circuit 180 has a base connected to the CPU output terminal, a collector connected to the second control power supply 181, and an emitter connected to the CPU output terminal. NPN type second transistor 182 connected, a base connected to the CPU output terminal 150, an emitter connected to the emitter of the second transistor 182, and the collector is a grounded PNP type 3 transistors 183, and emitters of the second and third transistors 182 and 183 are connected to the gate of the IGBT 110.

이를 통해서, 상기 푸시풀 회로(180)에서 상기 제2 트랜지스터(182) 및 제3 트랜지스터(183)의 베이스로 입력된 게이트입력전류에 따라 상기 제2 제어전원(181)으로 상기 IGBT(110)를 ON/OFF할 수 있다.Through this, the IGBT 110 is transferred to the second control power source 181 according to the gate input current input from the push-pull circuit 180 to the bases of the second transistor 182 and the third transistor 183. You can turn it on and off.

또한, 본 발명은 베이스가 상기 CPU 출력단자(150)에 연결되어있고, 에미터는 상기 제2 노드(123)에 연결되어 있으며, 콜렉터는 접지되어 있는 PNP형 제4 트랜지스터(190)를 포함하며, 상기 제4 트랜지스터(190)가 ON될 시 상기 제1 제어전 원(120)이 제4 트랜지스터(190)의 에미터와 컬렉터를 거쳐 접지로 되도록 연결되어 있다.The present invention also includes a PNP type fourth transistor 190 having a base connected to the CPU output terminal 150, an emitter connected to the second node 123, and a collector grounded. When the fourth transistor 190 is turned on, the first control power 120 is connected to the ground via the emitter and the collector of the fourth transistor 190.

즉, 상기 제4 트랜지스터(190)는 상기 IGBT(110)의 OFF시 상기 게이트입력전류의 PWM 스위칭 신호에 의한 이상전류의 영향으로 과전류 검지 오류가 발생하는 것을 막기 위하여 상기 제1 제어전원(120)을 '0'으로 만드는 역할을 한다.That is, the fourth transistor 190 controls the first control power supply 120 to prevent an overcurrent detection error from occurring due to an abnormal current caused by the PWM switching signal of the gate input current when the IGBT 110 is turned off. To make '0'.

다음으로, 본 발명에 따른 철도차량 전원공급시스템의 동작과정에 대해 구체적으로 설명한다.Next, the operation process of the railway vehicle power supply system according to the present invention will be described in detail.

상기 IGBT(110)에 과전류가 흐르게 되면 상기 IGBT(110)의 에미터와 컬렉터 사이에 포화전압이 상승하게 되고 상기 제2 노드(123)에서 측정된 전압은 상기 A/D컨버터(130)를 거쳐 디지털화되어 상기 CPU(140)로 전달된다.When an overcurrent flows through the IGBT 110, the saturation voltage increases between the emitter and the collector of the IGBT 110, and the voltage measured by the second node 123 passes through the A / D converter 130. Digitized and delivered to the CPU (140).

상기 CPU(140)에서는 상기 A/D컨버터(130)로부터 제공받은 정보로부터 상기 IGBT(110)에 흐르는 전류의 크기를 계산하고, 전동차의 추진제어장치의 가동 정도를 종합적으로 판단하여 상기 CPU 출력단자(150)를 통해 게이트입력전류를 제공한다.The CPU 140 calculates the magnitude of the current flowing through the IGBT 110 from the information provided from the A / D converter 130, comprehensively determines the operation degree of the propulsion control device of the electric vehicle, and the CPU output terminal. Through 150, the gate input current is provided.

한편, 상기 전압비교기(160)에서는 상기 제2 노드(123)에서 측정된 전압이 상기 전원공급수단(161)의 전압보다 커지게 되면 ON신호를 출력하게 되고 이에 따라 제1 트랜지스터(170)가 ON된다. 이 경우 상기 CPU 출력단자(150)를 통해서 게이트입력전류가 입력되더라도 상기 게이트입력전류는 상기 제1 트랜지스터(170)의 컬렉터와 에미터를 거쳐 접지로 흘러가 버리기 때문에 게이트입력전류는 OFF 상태 를 유지하게 된다.On the other hand, the voltage comparator 160 outputs an ON signal when the voltage measured by the second node 123 is greater than the voltage of the power supply means 161, and accordingly the first transistor 170 is turned on. do. In this case, even though the gate input current is input through the CPU output terminal 150, the gate input current flows to the ground through the collector and the emitter of the first transistor 170, so that the gate input current is maintained in the OFF state. do.

또한, 상기 게이트입력전류가 OFF 상태가 되면, 상기 제4 트랜지스터(190)는 상기 제1 제어전원(120)의 전압을 '0'으로 만들어서 과전류 검지 오류가 발생하는 것을 방지한다.In addition, when the gate input current is turned off, the fourth transistor 190 makes the voltage of the first control power supply 120 '0' to prevent an overcurrent detection error from occurring.

도 1은 본 발명에 따른 IGBT 과전류 보호회로도이다.1 is an IGBT overcurrent protection circuit according to the present invention.

도 2는 IGBT의 에미터 전류의 증가에 따른 IGBT의 콜렉터와 에미터간의 포화전압 변화를 도시한 그래프이다.FIG. 2 is a graph illustrating a change in saturation voltage between the collector and the emitter of the IGBT as the emitter current of the IGBT increases.

도 3은 션트저항을 이용하여 상기 IGBT에 흐르는 전류가 검출되고 제어되는 회로의 예를 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram showing an example of a circuit in which a current flowing through the IGBT is detected and controlled using a shunt resistor.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

110:IGBT 111:LineVoltage 단자110: IGBT 111: LineVoltage terminal

120:제1 제어전원 121:다이오드120: first control power 121: diode

122:제1 노드 123:제2 노드122: first node 123: second node

124:제1 저항 125:제2 저항124: first resistance 125: second resistance

130:A/D컨버터 140:CPU130: A / D converter 140: CPU

150:CPU 출력단자 160:전압비교기150: CPU output terminal 160: voltage comparator

161:전원공급수단 170:제1 트랜지스터161: power supply means 170: first transistor

171:제3 저항 172:제3 제어전원171: third resistance 172: third control power supply

180:푸시풀 회로 181:제2 제어전원180: push pull circuit 181: second control power supply

182:제2 트랜지스터 183:제3 트랜지스터182: second transistor 183: third transistor

190:제4 트랜지스터190: fourth transistor

Claims (4)

전동차의 전동기로 제공되는 고압 직류의 흐름을 제어하기 위해 사용되는 절연게이트형 양극성 트랜지스터(IGBT)의 과전류 보호회로로서,An overcurrent protection circuit of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) used to control the flow of high voltage direct current provided to an electric motor of an electric vehicle, 고압 직류 단자와 상기 IGBT의 컬렉터 사이에 CPU와 연결되는 제1 노드가 형성되어 있고, 상기 CPU와 제1 노드 사이에는 상기 IGBT의 포화전압을 측정하기 위한 제어전원이 공급되는 제2 노드가 형성되어 있으며, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에는 고압 직류의 유입을 막기 위한 다이오드가 연결되어 있고,A first node connected to the CPU is formed between the high voltage DC terminal and the collector of the IGBT, and a second node is provided between the CPU and the first node to which the control power for measuring the saturation voltage of the IGBT is supplied. A diode is connected between the first node and the second node to prevent the inflow of high voltage direct current. 상기 제어전원에서 상기 IGBT의 컬렉터에 제어전류를 공급하여, 상기 IGBT의 에미터에서 측정되는 고압 직류의 크기에 비례하여 증가하는 IGBT의 컬렉터와 에미터 사이의 포화전압을 측정하여 상기 CPU가 상기 IGBT를 ON/OFF하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동차용 IGBT 과전류 보호회로.The CPU supplies the control current to the collector of the IGBT from the control power supply, and measures the saturation voltage between the collector and the emitter of the IGBT that increases in proportion to the magnitude of the high-voltage direct current measured at the emitter of the IGBT. IGBT overcurrent protection circuit for electric vehicles, characterized in that for generating a signal to turn on / off. 제 1 항에 있어서, 상기 제어전원과 제2 노드 사이에 상기 제어전원으로부터 제공되는 전압을 조절하기 위한 제1 저항이 직렬로 연결되며, 상기 제2 노드와 상기 다이오드 사이에는 상기 IGBT의 포화전압을 조절하기 위한 제2 저항이 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전동차용 IGBT 과전류 보호회로.2. The method of claim 1, wherein a first resistor for adjusting a voltage provided from the control power supply is connected in series between the control power supply and the second node, and a saturation voltage of the IGBT is applied between the second power supply and the diode. IGBT overcurrent protection circuit for an electric vehicle, characterized in that the second resistor for adjusting is connected in series. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 추가로 (+)입력단자에 상기 제2 노드가 연결되고, (-)입력단자에 소정 전압공급원이 연결된 전압비교기와, 상기 전압비교기 의 출력단자에 베이스가 연결되고 상기 CPU의 출력단자에 컬렉터가 연결되며 에미터는 접지되어 있는 제1 트랜지스터를 구비하고 있어, The voltage comparator of claim 1 or 2, wherein the second node is further connected to a positive input terminal, and a voltage comparator is connected to a negative voltage supply terminal, and a base is connected to the output terminal of the voltage comparator. A collector connected to the output terminal of the CPU and the emitter has a grounded first transistor, 상기 전압비교기를 통하여 상기 IGBT의 포화전압을 상기 소정전압과 비교하여 소정 수치 이상인 경우 상기 제1 트랜지스터에 의해 상기 CPU의 제어신호가 OFF되도록 함으로써, 상기 CPU와 병렬적으로 상기 IGBT의 ON/OFF 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전동차용 IGBT 과전류 보호회로.By comparing the saturation voltage of the IGBT with the predetermined voltage by using the voltage comparator, the control signal of the CPU is turned off by the first transistor when the saturation voltage of the IGBT is greater than or equal to the predetermined voltage. IGBT overcurrent protection circuit for an electric vehicle, characterized in that to carry out. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 추가로 베이스가 상기 CPU의 출력단자에 연결되어 있고, 에미터는 상기 제2 노드에 연결되어 있으며, 컬렉터는 접지되어 있는 제2 트랜지스터를 구비하여,The method of claim 1 or 2, further comprising a second transistor having a base connected to the output terminal of the CPU, the emitter is connected to the second node, the collector is grounded, 상기 CPU의 출력신호가 OFF되어 제2 트랜지스터가 ON되면 상기 제어전원의 제어전류가 상기 제2 트랜지스터의 에미터와 컬렉터를 거쳐 접지로 제거되도록 함으로써, CPU의 스위칭신호에 의한 이상 전류의 영향으로 과전류 검지 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 전동차용 IGBT 과전류 보호회로.When the output signal of the CPU is turned off and the second transistor is turned on, the control current of the control power is removed to ground through the emitter and the collector of the second transistor, thereby overcurrent under the influence of the abnormal current caused by the switching signal of the CPU. An IGBT overcurrent protection circuit for an electric vehicle, wherein a detection error can be prevented from occurring.
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