KR20160062904A - 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로 - Google Patents

파워 모듈 암-쇼트 보호 회로 Download PDF

Info

Publication number
KR20160062904A
KR20160062904A KR1020140166138A KR20140166138A KR20160062904A KR 20160062904 A KR20160062904 A KR 20160062904A KR 1020140166138 A KR1020140166138 A KR 1020140166138A KR 20140166138 A KR20140166138 A KR 20140166138A KR 20160062904 A KR20160062904 A KR 20160062904A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit
arm
comparator
short
voltage
Prior art date
Application number
KR1020140166138A
Other languages
English (en)
Inventor
이기종
이영국
장지웅
신상철
정강호
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020140166138A priority Critical patent/KR20160062904A/ko
Publication of KR20160062904A publication Critical patent/KR20160062904A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H02H7/1222—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to abnormalities in the input circuit, e.g. transients in the DC input

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로에 관한 것으로서, 파워 모듈의 스위치 구동시에 발생하는 노이즈의 영향으로 인한 암-쇼트 오검출 및 오작동을 방지할 수 있는 개선된 파워 모듈의 암-쇼트 보호 회로를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 인버터에서 각각의 암(Arm)을 구성하도록 직렬로 연결된 스위치 사이의 출력점으로부터 연장된 회로상에 설치되는 비교기와; 상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 설치되는 커패시터 및 다이오드와; 상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 정전류를 인가하도록 연결된 정전류원과; 상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 정전류를 인가하도록 연결된 정전압원과 저항으로 구성되는 정전류 인가 회로;를 포함하고, 상기 비교기는 상기 회로를 통해 입력단에 인가되는 전압과 기준전압을 비교하여 암-쇼트 고장신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로가 개시된다.

Description

파워 모듈 암-쇼트 보호 회로{Arm-short protection circuit for power module}
본 발명은 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파워 모듈의 스위치 구동시에 발생하는 노이즈의 영향으로 인한 암-쇼트 오검출 및 오작동을 방지할 수 있는 개선된 파워 모듈의 암-쇼트 보호 회로에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)와 같은 친환경 자동차에는 차량 주행을 위한 모터와, 고전압 전원(고전압 메인 배터리 또는 연료전지)으로부터의 직류전압을 교류전압으로 변환하여 모터를 구동시키는 인버터가 탑재되어 있다.
상기 모터는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터로부터 전력케이블을 통해 인가되는 3상(U,V,W상) 전류에 의해 구동되고, 인버터는 모터 컨트롤러(Motor Controller)의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 및 게이트 드라이버(게이트 드라이브 IC)의 게이트 구동(Gate On/Off) 신호에 따라 파워 모듈(Power Module)의 반도체 스위치가 스위칭되어 고전압 전원으로부터의 직류전압을 교류전압으로 변환하게 된다.
통상의 친환경 자동차에서 인버터의 파워 모듈용 스위치로는 대전력에서도 고속 스위칭 동작이 가능한 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)가 널리 사용되고 있으며, 그 밖에 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Silicon Field Effect Transister, MOSFET) 등이 사용되고 있다.
도 1은 고전압 배터리, 인버터, 모터를 도시한 구성도로서, 친환경 자동차의 파워 시스템은 도시된 바와 같이 고전압 전원이 되는 고전압 배터리(1), 파워 모듈을 포함하는 인버터(2), 인버터(2)를 통해 3상 교류전류를 인가받아 구동하는 모터(3)를 포함한다.
여기서, 파워 모듈은 예시된 바와 같이 IGBT(UT,VT,WT,UB,VB,WB)를 포함할 수 있으며, IGBT 2개씩이 상하 직렬로 연결되어 하나의 암(Arm)이 구성되고, 총 3개의 암이 병렬로 연결되어, 3상(U_Top,U_Bottom,V_Top,V_Bottom,W_Top,W_Bottom)의 인버터 회로가 구성될 수 있다.
상기 인버터(2)는 3상 교류 모터를 제어하기 위해 고전압 배터리(1)의 직류(DC)를 U, V, W의 3상 교류(AC)로 변환하는데, 이때 모터 컨트롤러(미도시)로부터 인가되는 PWM 신호에 따라 게이트 드라이버(미도시)가 파워 모듈 내 각 IGBT(UT,VT,WT,UB,VB,WB)에 게이트 구동 신호를 인가하게 된다.
여기서, IGBT는 내부 절연 반도체 소자로서, 소자 소손을 방지하기 위한 보호 회로를 필요로 한다.
도 2는 IGBT 보호 회로를 개략적으로 나타낸 도면으로, 3개의 암(Arm) 중에 대표되는 하나의 암에 대해서만 예시되고 있다.
IGBT의 소손 모드(Failure Mode)는 크게 3가지로 구분되는데, IGBT(S1,S2)의 컬렉터와 에미터 간의 과전압(Over Voltage, OV), 컬렉터와 에미터 간의 과전류(Over Current, OC) 혹은 암-쇼트(Arm-short), 그리고 IGBT의 과온(Over Temperature, OT)이다.
각각의 보호는 도 2에 나타낸 회로를 통해 보호되고 있는데, IGBT(S1,S2)는 일정 전압의 내압을 가지고 있으며, ①의 회로는 컬렉터와 에미터 간의 전압 Vce가 IGBT의 내압을 넘지 않도록 보호하는 기능을 한다.
이를 위해 배터리의 DC 전압(VDC)을 모니터링하여 기준전압(Vref)과 비교하고, 배터리의 DC 전압이 기준전압을 초과할 경우 PWM 신호의 출력을 중지함으로써(PWM 오프) IGBT(S1,S2)를 보호한다.
또한, ②에 나타낸 바와 같이, IGBT 소자 안의 온도센서, 즉 온도에 따라 전기저항이 연속적으로 변화하는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터를 이용하고, 이를 통해 검출되는 IGBT 소자 온도와 기준온도(Tref)를 비교하여 기준온도 초과시에 PWM 신호의 출력을 중지함으로써 IGBT(S1,S2)의 추가 온도 상승을 방지한다.
또한, Top상의 스위치(상부 스위치,S1)가 온(On) 되고 Bottom상의 스위치(하부 스위치,S2)가 동시에 온 되는 상황의 암-쇼트 발생시 각 스위치에는 과도한 전류(Ice), 즉 암-쇼트 전류가 흐르게 된다.
이때, IGBT(S1,S2)는 암-쇼트 전류에 따라 내부의 Vdesat 전압값이 변하며, 전류가 증가할수록 Vce 값도 비례적으로 상승한다.
따라서, ③의 회로를 이용하여 보호하고자 하는 전류레벨 이하가 될 수 있도록 필요한 경우 PWM 신호의 출력을 중지하여 암-쇼트 전류를 차단할 수 있는데, 이에 대해 좀더 설명하면 다음과 같다.
실제 보호 회로에서는 상기 전류레벨에 해당하는 비교기의 기준전압(Vsat_ref)이 설정되고, 비교기의 입력단에 인가되는 전압(Vdesat)이 상기 기준전압 이상이 될 경우 암-쇼트 고장인 것으로 판정하게 된다.
도 3은 종래의 암-쇼트(암-단락) 보호 회로를 예시한 회로도로서, 도면부호 11은 게이트 드라이버(20)에 PWM 신호를 출력하는 모터 컨트롤러 내 CPU를 나타내고, 도면부호 21은 암-쇼트 보호 회로(비교 회로)를 나타낸다.
인버터 내 상부 스위치(S1)와 하부 스위치(S2)가 동시에 온(On)이 되는 상황, 즉 암-쇼트(Arm-short)가 발생한 경우, 게이트 드라이버(20) 내부의 비교 회로를 통해 PWM을 오프(PWM 신호 출력 중지)하고자 하는 설정전류 이하에서 IGBT(S1,S2)에 대한 게이트 구동 신호를 오프한다.
예를 들어 설명하면, 게이트 드라이버(20) 내부적으로 비교기(22)의 -단의 기준전압 Vref(도 2에서 'Vsat_ref'임)는 7V의 정전압을 가지며, 암-쇼트가 발생하면, 게이트 드라이버(20)의 비교기 +단의 Vdesat 전압이 다이오드(DDESAT)의 전압 강하 Vf(약 0.6V)와 보호레벨 전류 2800A(암-쇼트 전류 Ice 기준)에 해당하는 전압 Vce 6.4V가 더해져 7V의 전압이 된다.
Vref와 동일한 7V의 Vdesat(Vf 0.6V + Vce 6.4V) 전압이 비교기(22)의 +단에 입력되면, 게이트 드라이버(20)에서는 게이트 오프(게이트 구동 신호 출력 중지)하여 IGBT(S1,S2)의 게이트 입력을 차단하고, 모터 컨트롤러의 CPU(11)에 암-쇼트 고장신호를 송신한다.
이러한 IGBT 암-쇼트 보호 기술을 'Desaturation 보호'라고 한다.
도 4는 IGBT 제조사에서 제공하는 IGBT 데이터 시트(Data Sheet)의 Ice-Vce 그래프를 예시한 도면으로, 상기 Ice-Vce 그래프를 통해 차단하고자 하는 암-쇼트 보호레벨 전류(Ice)를 설정할 수 있다.
Ice SOA(안전동작영역)가 IGBT별 데이터 시트에 의해 제공될 수 있고, IGBT의 내부 온도(Tj)가 125℃라 가정할 때 2800A의 암-쇼트 전류 Ice가 도통될 경우 IGBT의 Vce는 6.4V일 수 있다.
한편, IGBT 스위칭시에 항상 노이즈가 발생하여 게이트 드라이버(20)의 Vdesat단 전압(비교기 +단 전압이 됨)은 노이즈의 영향으로 인해 왜곡된 파형으로 비교기(22)에 입력될 수 있고, 이를 방지하기 위해 도 3에 나타낸 바와 같이 커패시터(Dcapacitor)를 추가로 연결해준다.
이러한 구성에서, 게이트 드라이버(20)의 내부 정전류원(23)이 250㎂라 할 때, 비교기(22) +단에 Vdesat 7V가 입력되기까지 블랭크 시간(Tblank)(비교기 판정시간, 암-쇼트 검출시간)을 갖게 되는데, 이러한 블랭크 시간은 아래의 식으로부터 계산될 수 있다.
Tblank = (Cblank × Vdesat)/Ichg
여기서, Cblank는 커패시터(Dcapacitor) 용량(Capacitance)을 나타내며, Ichg는 게이트 드라이버(20) 내 정전류원의 전류값을 나타낸다.
따라서, 만약 Cblank = 100pF이라고 한다면, Tblank = (100 ×7)/250 = 2.8㎲로 결정된다.
그러나, Cblank 값인 100pF은 발생 노이즈에 비해 작은 값으로, 결국 암-쇼트 오검출의 가능성이 존재하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 파워 모듈의 스위치 구동시에 발생하는 노이즈의 영향으로 인한 암-쇼트 오검출 및 오작동을 방지할 수 있는 개선된 파워 모듈의 암-쇼트 보호 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 인버터에서 각각의 암(Arm)을 구성하도록 직렬로 연결된 스위치 사이의 출력점으로부터 연장된 회로상에 설치되는 비교기와; 상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 설치되는 커패시터 및 다이오드와; 상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 정전류를 인가하도록 연결된 정전류원과; 상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 정전류를 인가하도록 연결된 정전압원과 저항으로 구성되는 정전류 인가 회로;를 포함하고, 상기 비교기는 상기 회로를 통해 입력단에 인가되는 전압과 기준전압을 비교하여 암-쇼트 고장신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로를 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 정전류 인가 회로는 커패시터와 다이오드 사이의 회로상에 정전압을 인가하도록 연결될 수 있다.
또한, 상기 정전류 인가 회로의 정전압원은 인버터 내 스위치 구동을 위한 게이트 드라이버의 게이트 전원이 될 수 있다.
또한, 상기 비교기는 상기 회로를 통해 입력단에 인가되는 전압이 기준전압 이상일 경우 암-쇼트 고장신호를 출력하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 비교기에서 출력되는 암-쇼트 고장신호가 컨트롤러로 인가되고, 상기 컨트롤러는 비교기로부터 암-쇼트 고장신호 입력시 인버터 내 스위치 구동 제어를 위한 PWM 신호 출력을 중지하도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 비교기가 인버터 내 스위치 구동을 위한 게이트 드라이버에 구비되고, 상기 정전류원이 게이트 드라이버 내 정해진 전류원일 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로에서는 커패시터 용량을 증대시키되, 풀업 저항에 의해 분배되는 전압이 추가로 인가되도록 함으로써, IGBT의 암-쇼트 보호를 위한 회로 동작 특성을 충족시킬 수 있고, 암-쇼트 검출시간을 동등 수준으로 유지하면서 커패시터 용량을 키워 IGBT 스위칭시 발생하는 노이즈 입력에 대한 민감도를 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 친환환경 자동차에서 고전압 배터리, 인버터, 모터를 포함하는 파워 시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 IGBT 보호 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로를 예시한 회로도이다.
도 4는 IIGBT 데이터 시트의 Ice-Vce 그래프를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로를 나타내는 회로도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 파워 모듈의 스위치 구동시에 발생하는 노이즈의 영향으로 인한 암-쇼트 오검출 및 오작동을 방지할 수 있는 개선된 파워 모듈의 암-쇼트 보호 회로를 제공하고자 하는 것이다.
특히, 본 발명은 전기자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차와 같은 친환경 자동차에서 모터 3상 AC 전류 제어를 위해 사용되는 스위치인 고전압/고전류용 파워 모듈(IGBT)의 보호 회로 중 노이즈 대응을 위한 암-쇼트 보호 회로를 제공하고자 하는 것이다.
종래의 6상 스위치 제어에서 Top상과 Bottom상이 동시에 턴-온(Turn-on)되는 암-쇼트 발생시 파워 모듈의 보호 회로가 적용되어 있으나, 고전력 스위칭시 발생하는 노이즈로 인해 암-쇼트 오검출이 발생할 수 있었으며, 오검출로 인해 실제 암-쇼트 상황이 아니지만 암-쇼트 고장 신호를 인식한 모터 컨트롤러의 CPU가 PWM 신호를 오프함으로써 차량의 정지를 초래할 수 있었다.
본 발명에서는 종래의 암-쇼트 보호 회로에서 노이즈로 인한 고장신호가 발생할 수 있었던 오검출 발생 가능성을 부가적인 회로를 추가함으로써 해결하고자 한다.
도 5는 본 발명에 따른 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 인버터 구동 및 제어를 위한 PWM 신호를 출력하는 컨트롤러의 CPU(11), 상기 CPU(11)에서 출력되는 PWM 신호에 따라 인버터 내 파워 모듈의 각 스위치(S1,S2)에 대한 게이트 구동 신호를 출력하는 게이트 드라이버(게이트 드라이버 IC)(20), 입력 전압에 따라 암-쇼트 고장신호를 컨트롤러의 CPU(11)에 송신하는 게이트 드라이버 내 비교기(22)를 포함하는 암-쇼트 보호 회로(21), 모터 구동 및 제어를 위한 인버터의 파워 모듈에서 상하 직렬로 연결된 두 스위치(S1,S2)가 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 모터는 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터로부터 전력케이블을 통해 인가되는 3상(U,V,W상) 전류에 의해 구동되고, 인버터는 모터 컨트롤러의 PWM 신호 및 게이트 드라이버(20)의 게이트 구동(Gate On/Off) 신호에 따라 파워 모듈의 각 스위치가 스위칭되어 고전압 전원(메인 배터리)으로부터의 직류전압을 교류전압으로 변환한다.
상기 파워 모듈의 스위치는 예시된 바와 같이 IGBT가 될 수 있으며, IGBT(S1,S2) 2개가 상하 직렬로 연결되어 하나의 암(Arm)이 구성되고, 총 3개의 암이 병렬로 연결되어, 3상(U_Top,U_Bottom,V_Top,V_Bottom,W_Top,W_Bottom)의 인버터 회로가 구성될 수 있다.
이때, 인버터는 3상 교류 모터를 제어하기 위해 고전압 전원의 직류(DC)를 U, V, W의 3상 교류(AC)로 변환하는데, 이때 컨트롤러의 CPU(11)로부터 인가되는 PWM 신호에 따라 게이트 드라이버(20)가 파워 모듈 내 각 IGBT(S1,S2)에 게이트 구동 신호를 인가하게 된다.
도 5는 인버터의 파워 모듈에서 3개의 암(Arm) 중에 대표되는 하나의 암에 대해서만 나타낸 것으로, 두 개의 IGBT 스위치(S,S2)가 상하 직렬로 연결된 각각의 암에서 상부 스위치(S1)와 하부 스위치(S2) 사이의 출력점으로부터 연장된 회로가 게이트 드라이버(20) 내 비교기(22)에 연결되어, 암-쇼트 발생시 두 스위치(S1,S2)를 통해 흐르게 되는 암-쇼트 전류(Ice)에 상응하는 전압(Vdesat)이 비교기(22)에 입력되도록 되어 있다.
또한, 인버터의 파워 모듈로부터 게이트 드라이버(20) 내 비교기(22)로 연결되는 회로상에는 다이오드(DDESAT), 접지 연결된 커패시터(Dcapacitor), 정전류원(23)이 연결된다.
또한, 상기 비교기(22)에는 보호하고자 하는 전류레벨에 해당하는 기준전압(Vref)이 설정되어 있으며, 인버터 내 스위치(S1,S2)의 각 암(Arm)으로부터 비교기 +단으로 입력되는 전압이 상기 기준전압(Vref) 이상이 될 경우, 비교기(22)에서 컨트롤러의 CPU(11)로 암-쇼트 고장신호가 인가되고, 이에 CPU(11)에서는 PWM 신호의 출력을 중지하여 암-쇼트 전류를 차단하게 된다.
상기 CPU(11)의 PWM 신호 출력이 중지되면(PWM 오프), 그에 따른 게이트 구동 신호가 게이트 드라이버(20)로부터 출력되지 않으며, 결국 게이트 구동 신호의 출력이 중지됨에 따라(게이트 오프) 스위치(S1,S2)가 암-쇼트로부터 보호될 수 있게 된다.
예를 들어 설명하면, 게이트 드라이버(20)의 내부적으로 비교기(22)에는 -단의 기준전압 Vref가 설정되어 있고, 암-쇼트가 발생하면, 다이오드(DDESAT)의 전압 강하 Vf와 보호레벨 전류(암-쇼트 전류 Ice 기준)에 상응하는 전압 Vce이 더해진 전압 Vdesat이 게이트 드라이버(20)의 비교기(22) +단에 인가된다.
Vref의 기준전압과 Vdesat의 전압이 비교기(22)에서 비교되어, 두 전압이 같거나 Vdesat의 전압이 Vref의 기준전압보다 클 경우, 게이트 드라이버(20)에서는 게이트 오프(게이트 구동 신호 출력 중지)되어 파워 모듈 내 스위치(S1,S2)에 대한 게이트 입력이 차단되고, 컨트롤러의 CPU(11)에 암-쇼트 고장신호가 송신된다.
한편, 본 발명에서는 노이즈에 대한 민감도를 줄이기 위해 비교기(22) 입력단에 설치되는 커패시터(Dcapacitor)의 용량을 증가시키고, 암-쇼트 검출시간(Tblank)을 종래와 동등 수준으로 유지하기 위해 상기 용량 증가된 커패시터(Dcapacitor)에 추가적인 정전류를 인가하기 위한 별도의 정전압원(25)을 구비한다.
종래의 경우 게이트 드라이버(20)의 정전류원(23)에서 공급되는 정전류(예, 250㎂)에 의해 커패시터(Dcapacitor)가 충전되기 때문에 아래의 식으로부터 커패시터의 용량(Capacitance)을 증대시키는데 한계가 있었다.
Tblank = (Cblank × Vdesat)/Ichg
암-쇼트 검출시간과 암-쇼트 전류는 IGBT 제조사에서 제공하는 데이터 시트에 명시되어 있으며, 일반적으로 IGBT의 정션온도(Tj)와 관계 있지만 최대 10㎲ 이하에서 암-쇼트 보호를 구현해야 한다.
이때, 커패시터(Dcapacitor)의 용량을 크게 할수록 암-쇼트 오검출의 가능성을 줄일 수 있다.
이에 따라 본 발명에서는 커패시터(Dcapacitor)의 용량을 증가시키는데, 예를 들어 기존 100pF에서 1.2nF으로 12배 정도 증가시키고, 게이트 드라이버(20)의 정전류원(23) 외에, 캐피시터(Dcapacitor)와 다이오드(DDESAT) 사이의 비교기(22) 입력단 회로에 추가적인 정전류를 인가할 수 있는 정전류 인가 회로를 구성한다.
이때, 정전류 인가 회로에는 도 5에 나타낸 바와 같이 게이트 전원(정전압원, 예를 들면 15V의 게이트 온(On) 전원)을 이용한 풀업(Pull-up) 회로(24)가 적용될 수 있다.
즉, 게이트 전원을 정전압원(25)으로 이용하면서 상기 정전압원(25)으로부터의 전원입력단에 풀업 저항(R)을 구비함으로써 커패시터(Dcapacitor)와 다이오드(DDESAT) 사이의 회로로 연결되는 풀업 회로(24)를 구성하는 것이며, 이로써 전원입력단의 풀업 저항(R)에 의해 분배된 전압값에 상응하는 전류가 비교기(22) 입력단 회로 및 커패시터(Dcapacitor)에 인가될 수 있도록 한다.
결국, 본 발명에 따른 암-쇼트 보호 회로에서는 노이즈의 영향을 줄이기 위해 커패시터(Dcapacitor)의 용량을 증대시키되, 풀업 저항(R)에 의해 분배되는 전압값에 상응하는 전류가 추가로 인가되도록 함으로써, IGBT의 암-쇼트 보호를 위한 회로 동작 특성을 충족시킬 수 있고, 암-쇼트 검출시간을 동등 수준으로 유지하면서 커패시터의 용량을 키워 스위칭시의 노이즈에 대한 민감도를 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : CPU 20 : 게이트 드라이버
21 : 암-쇼트 보호 회로 22 : 비교기
23 : 정전류원 24 : 풀업 회로
25 : 정전압원 DDESAT : 다이오드
Dcapacitor : 커패시터 S1 : 상부 스위치
S2 : 하부 스위치 R : 풀업 저항

Claims (6)

  1. 인버터에서 각각의 암(Arm)을 구성하도록 직렬로 연결된 스위치 사이의 출력점으로부터 연장된 회로상에 설치되는 비교기와;
    상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 설치되는 커패시터 및 다이오드와;
    상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 정전류를 인가하도록 연결된 정전류원과;
    상기 비교기 입력단의 상기 회로상에 정전류를 인가하도록 연결된 정전압원과 저항으로 구성되는 정전류 인가 회로;
    를 포함하고, 상기 비교기는 상기 회로를 통해 입력단에 인가되는 전압과 기준전압을 비교하여 암-쇼트 고장신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전류 인가 회로는 커패시터와 다이오드 사이의 회로상에 정전압을 인가하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전류 인가 회로의 정전압원은 인버터 내 스위치 구동을 위한 게이트 드라이버의 게이트 전원인 것을 특징으로 하는 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비교기는 상기 회로를 통해 입력단에 인가되는 전압이 기준전압 이상일 경우 암-쇼트 고장신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 비교기에서 출력되는 암-쇼트 고장신호가 컨트롤러로 인가되고, 상기 컨트롤러는 비교기로부터 암-쇼트 고장신호 입력시 인버터 내 스위치 구동 제어를 위한 PWM 신호 출력을 중지하도록 된 것을 특징으로 하는 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비교기가 인버터 내 스위치 구동을 위한 게이트 드라이버에 구비되고, 상기 정전류원이 게이트 드라이버 내 정해진 전류원인 것을 특징으로 하는 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로.


KR1020140166138A 2014-11-26 2014-11-26 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로 KR20160062904A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140166138A KR20160062904A (ko) 2014-11-26 2014-11-26 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140166138A KR20160062904A (ko) 2014-11-26 2014-11-26 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160062904A true KR20160062904A (ko) 2016-06-03

Family

ID=56192197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140166138A KR20160062904A (ko) 2014-11-26 2014-11-26 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160062904A (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106199414A (zh) * 2016-06-29 2016-12-07 温州大学 断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法
KR20180094311A (ko) * 2017-02-15 2018-08-23 주식회사 만도 암 쇼트 방지를 위한 회로
KR20220083470A (ko) * 2020-12-11 2022-06-20 현대모비스 주식회사 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템 및 그 제어 방법
CN115051323A (zh) * 2022-08-17 2022-09-13 杭州飞仕得科技有限公司 一种功率变换器的桥臂短路保护电路
KR102637087B1 (ko) * 2022-10-24 2024-02-15 국제통신공업 주식회사 SiC 파워 모듈 구동장치

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106199414A (zh) * 2016-06-29 2016-12-07 温州大学 断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法
CN106199414B (zh) * 2016-06-29 2019-01-11 温州大学 断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法
KR20180094311A (ko) * 2017-02-15 2018-08-23 주식회사 만도 암 쇼트 방지를 위한 회로
KR20220083470A (ko) * 2020-12-11 2022-06-20 현대모비스 주식회사 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템 및 그 제어 방법
CN115051323A (zh) * 2022-08-17 2022-09-13 杭州飞仕得科技有限公司 一种功率变换器的桥臂短路保护电路
KR102637087B1 (ko) * 2022-10-24 2024-02-15 국제통신공업 주식회사 SiC 파워 모듈 구동장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9166499B2 (en) Electronic circuit operating based on isolated switching power source
US11139808B2 (en) Semiconductor device and power conversion system
US9112344B2 (en) Driver for switching element and control system for rotary machine using the same
US9154051B2 (en) Operating state circuit for an inverter and method for setting operating states of an inverter
US7940503B2 (en) Power semiconductor arrangement including conditional active clamping
US10038438B2 (en) Power semiconductor element driving circuit
US8884660B2 (en) Driver for switching element and control system for machine using the same
US9240739B2 (en) Driving system for driving switching element
JP6110796B2 (ja) インバータを動作させるためのシステムおよび方法
CN106817113B (zh) 用于场控开关的过电流保护的系统及方法
KR20160062904A (ko) 파워 모듈 암-쇼트 보호 회로
US11063422B2 (en) Power semiconductor module and power converter
JP2010199490A (ja) パワー半導体装置の温度測定装置およびこれを使用したパワー半導体モジュール
JP6104660B2 (ja) 短絡電流保護装置
US11444551B2 (en) Power conversion device with inverter circuit
US9685862B2 (en) Semiconductor device and semiconductor module
US11799472B2 (en) Drive circuit
US9419604B2 (en) Driving system for switching element
US9768764B2 (en) Power conversion apparatus
US11404953B2 (en) Drive circuit for power semiconductor element and power semiconductor module employing the same
CN113659969A (zh) 电机系统及其igbt开关电路
US10615682B2 (en) Electrically driven vehicle inverter device
JP2021065039A (ja) スイッチの駆動装置
Rodrigues et al. Economical methods for SiC JFET’s short-circuit protection using commercial gate drivers
JP7460508B2 (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application