KR20180089767A - Power transforming apparatus and air conditioner including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로 특히, 스위칭 소자를 보호하는 기능이 포함된 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power conversion apparatus, and more particularly, to a power conversion apparatus including a function of protecting a switching element and an air conditioner including the same.
일반적으로, 공기 조화기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.Generally, a compressor of an air conditioner uses a motor as a driving source. These motors are supplied with AC power from a power conversion device.
이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터를 포함하는 것으로 일반적으로 알려져 있다. Such a power conversion apparatus is generally known to include a rectifying section, a power factor control section, and an inverter.
우선, 상용 전원으로부터 출력되는 교류의 상용 전압은, 정류부에 의하여 정류된다. 이러한 정류부에서 정류된 전압은 인버터와 같은 전력 변환부에 공급된다. 이때, 전력 변환부는, 정류부에서 출력된 전압을 이용하여 모터를 구동하기 위한 교류 전력을 생성한다.First, the commercial voltage of the AC output from the commercial power source is rectified by the rectifying part. The voltage rectified in this rectifying part is supplied to a power converting part such as an inverter. At this time, the power converting unit generates AC power for driving the motor by using the voltage output from the rectifying unit.
경우에 따라, 정류부와 인버터 사이에는 역률 개선을 위한 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)가 구비될 수 있다.In some cases, a DC-DC converter for improving the power factor may be provided between the rectification part and the inverter.
이와 같은 컨버터 또는 인버터에는 스위칭 동작을 위한 스위칭 소자가 구비된다.Such a converter or inverter is provided with a switching element for switching operation.
이러한 스위칭 소자는 보통 펄스 폭 변조(pulse width modulation; PWM)방식의 구동 신호에 의하여 온/오프(on/off) 동작으로 구동될 수 있다.Such a switching device may be driven by an on / off operation by a driving signal of a pulse width modulation (PWM) method.
그런데, 경우에 따라 노이즈나 기타 원인에 의하여 스위칭 소자가 오프(off) 주기에서도 온(on) 동작하는 경우가 발생하기도 한다. 이러한 오동작이 발생할 경우, 과전압 또는 피크 전압에 의하여 스위칭 소자가 파손될 수 있을 뿐 아니라, 이 스위칭 소자와 연결된 부분의 회로 기판 전체가 소손될 위험성이 있다.However, in some cases, the switching element may be turned on even in the off period due to noise or other causes. If such a malfunction occurs, the switching element may be damaged by the overvoltage or the peak voltage, and the entire circuit board of the portion connected to the switching element may be damaged.
따라서, 이러한 스위칭 소자의 오동작으로 효과적으로 방지할 수 있는 방안이 요구된다.Therefore, there is a need for a method that can effectively prevent such a malfunction of the switching element.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스위칭 소자가 오프 타이밍(off timing)에서 턴 온(turn on) 되는 현상을 방지할 수 있는 전력 변환 장치 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power conversion apparatus and an air conditioner including the same that can prevent a switching element from being turned on at an off timing.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에 연결되고 감지 저항을 통하여 접지에 연결되는 제1 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자를 구동하는 구동부; 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단에 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 오동작을 방지하는 소자 보호부; 및 상기 제1 스위칭 소자에 제1 구동 신호를 인가하고 상기 소자 보호부에 제2 구동 신호를 인가하여, 상기 제1 스위칭 소자의 오프(off) 시에 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단을 상기 소자 보호부를 통하여 접지와 연결하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: a rectifying section for rectifying an AC power source; A first switching device connected to the rectifying part and connected to the ground through a sense resistor; A driving unit for driving the first switching device; A device protection unit connected to a gate terminal of the first switching device to prevent a malfunction of the first switching device; And applying a first driving signal to the first switching device and applying a second driving signal to the device protecting unit to turn off the gate terminal of the first switching device when the first switching device is off, And a control unit connected to the ground through the protection unit.
여기서, 상기 소자 보호부는, 베이스 단이 상기 제어부에 연결되고, 컬렉터 단이 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단에 연결되며, 에미터 단이 접지에 연결되는 제2 스위칭 소자를 포함할 수 있다.Here, the device protection unit may include a second switching device having a base end connected to the control unit, a collector end connected to the gate terminal of the first switching device, and an emitter end connected to the ground.
이때, 상기 제어부는, 상기 제1 스위칭 소자에 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 제2 스위칭 소자에 상기 제1 구동 신호와 180도 위상 차이를 가지는 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.The controller may apply a first driving signal to the first switching element and a second driving signal having a phase difference of 180 degrees with the first driving signal to the second switching element.
여기서, 상기 제1 스위칭 소자는, 역률 제어부에 포함되는 컨버터 스위칭 소자 또는 인버터에 포함되는 인버터 스위칭 소자일 수 있다.Here, the first switching device may be a converter switching device included in the power factor control unit or an inverter switching device included in the inverter.
여기서, 상기 소자 보호부는, 상기 제1 스위칭 소자의 오프(off) 시에 상기 제1 스위칭 소자의 컬렉터-에미터 단의 전압(Vce)의 충전을 방지할 수 있다.Here, the device protection unit may prevent the voltage (Vce) at the collector-emitter end of the first switching device from being charged when the first switching device is off.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 교류 전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에 연결되고, 감지 저항을 통하여 접지에 연결되는 제1 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환부; 상기 제1 스위칭 소자를 구동하는 구동부; 상기 구동부에 제1 구동 신호를 인가하는 제어부; 및 상기 제어부와 상기 제1 스위칭 소자 사이에 연결되어, 상기 제1 스위칭 소자의 오프(off) 시에 상기 제1 스위칭 소자의 컬렉터-에미터 단의 전압(Vce)의 충전을 방지하는 소자 보호부를 포함하여 구성될 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma display apparatus comprising: a rectifying section for rectifying an AC power source; A power conversion unit connected to the rectification unit and including a first switching device connected to the ground through a sense resistor; A driving unit for driving the first switching device; A control unit for applying a first driving signal to the driving unit; And a device protection unit connected between the control unit and the first switching device to prevent the voltage Vce of the collector-emitter terminal of the first switching device from being charged when the first switching device is off, And the like.
여기서, 상기 제어부는, 상기 소자 보호부에 제2 구동 신호를 인가하여, 제1 스위칭 소자의 오프(off) 시에 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단을 상기 소자 보호부를 통하여 접지와 연결할 수 있다.Here, the control unit applies a second driving signal to the device protection unit to connect the gate end of the first switching device to the ground through the device protection unit when the first switching device is off.
여기서, 상기 소자 보호부는, 베이스 단이 상기 제어부에 연결되고, 컬렉터 단이 상기 스위칭 소자의 게이트 단에 연결되며, 에미터 단이 접지에 연결되는 제2 스위칭 소자를 포함할 수 있다.The device protection unit may include a second switching device having a base end connected to the control unit, a collector end connected to the gate terminal of the switching device, and an emitter terminal connected to the ground.
이때, 상기 제어부는, 상기 제1 스위칭 소자에 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 제2 스위칭 소자에 상기 제1 구동 신호와 180도 위상 차이를 가지는 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.The controller may apply a first driving signal to the first switching element and a second driving signal having a phase difference of 180 degrees with the first driving signal to the second switching element.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 상기와 같은 전력 변환 장치를 포함하는 공기 조화기를 제공할 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an air conditioner including the power conversion device.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention has the following effects.
먼저, 스위칭 소자(IGBT)가 오프 타이밍(off timing)에서 노이즈나 기타 성분에 의하여 턴 온(turn on) 되는 오작동이 일어나는 현상을 방지할 수 있다.First, it is possible to prevent a malfunction that turns on the switching element (IGBT) due to noise or other components at off timing.
이에 따라, 다른 오류신호나 노이즈 등에 의하여 IGBT가 온(on) 될 수 있는 위험성이 방지될 수 있다.Thus, the risk that the IGBT can be turned on by another error signal, noise, or the like can be prevented.
이로 인하여, IGBT 소손을 방지할 수 있고, 과전류로 인하여 IGBT와 동일 회로 패턴에 연결된 다른 부품에도 소손이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent the IGBT from being burned out, and to prevent the occurrence of burnout in other parts connected to the same circuit pattern as the IGBT due to the overcurrent.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.1 is a block diagram showing an example of a power conversion apparatus.
2 is a circuit diagram showing an example of a power conversion apparatus.
3 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.
도 1은 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 2는 전력 변환 장치의 일례를 나타내는 회로도이다.Fig. 1 is a block diagram showing an example of a power conversion apparatus, and Fig. 2 is a circuit diagram showing an example of a power conversion apparatus.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(110), 정류부(110)에서 정류된 DC 전압을 승/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터(120), 컨버터(120)를 제어하는 컨버터 제어부(130), 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(140), 인버터(140)를 제어하는 인버터 제어부(150)와, 그리고 컨버터(120)와 인버터(140) 사이의 DC단 캐패시터(C)를 포함할 수 있다. 1 and 2, the
이러한 인버터(140)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(200)에 공급된다. 여기서, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(200)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(100)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.This inverter 140 outputs a three-phase alternating current, and this output current is supplied to the
그러나 모터(200)는 압축기 모터에 제한되지 않으며, 주파수 가변된 교류 전압을 이용하는 다양한 응용제품, 예를 들어, 냉장고, 세탁기, 전동차, 자동차, 청소기 등의 교류 모터에 이용될 수 있다.However, the
한편, 모터 구동장치(100)는, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다. The
모터 구동장치(100)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(200)에 변환된 전력을 공급한다.The
컨버터(120)는, 입력 교류 전원(10)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터(120)는 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 직류-직류(DC-DC) 컨버터는 승압 컨버터(boost converter)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 컨버터(120)는 정류부(110)를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 컨버터(120)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.The
정류부(110)는, 단상 교류 전원(10)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터(120) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(110)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.The rectifying
이와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.In this way, the
이러한 컨버터(120)는, 정류부(110)에 연결되는 인덕터(L1), 이 인덕터(L1)에 연결되는 스위칭 소자(Q1), 이러한 스위칭 소자(Q1)와 병렬로 연결되는 캐패시터(C), 및 스위칭 소자(Q1)와 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.The
승압 컨버터(120)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 컨버터로서, 스위칭 소자(Q1)가 도통되면 다이오드(D1)가 차단되면서 인덕터(L1)에 에너지가 저장되며, 캐패시터(C)에 저장되어 있던 전하가 방전하면서 출력단에 출력전압을 발생시킨다.The
또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.Further, when the switching element Q1 is interrupted, the energy stored in the inductor L1 at the time of the switching element Q1 is added and is transferred to the output terminal.
여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.Here, the switching device Q1 may perform a switching operation by a separate pulse width modulation (PWM) signal. That is, the PWM signal transmitted from the
이러한 스위칭 소자(Q1)는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다. The switching element Q1 may use a power transistor, for example, an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT).
IGBT는 전력 MOSFET(metal oxide semi-conductor field effect transistor)과 바이폴라 트랜지스터(bipolar transitor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.The IGBT is a switching device having a structure of a metal oxide semi-conductor field effect transistor (MOSFET) and a bipolar transistor. The IGBT is a device capable of small driving power, high speed switching, high voltage conversion and high current density.
이와 같이, 컨버터 제어부(130)는 컨버터(120) 내의 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q1)의 턴 온 타이밍을 위한 컨버터 제어 신호(Sc)를 출력할 수 있다.In this manner, the
이를 위해, 컨버터 제어부(130)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.The
경우에 따라, 이러한 컨버터(120) 및 컨버터 제어부(130)는 생략될 수 있다. 즉, 정류부(110)를 거친 출력 전압이 DC단 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터(140)를 구동할 수 있다.Optionally,
입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.The input voltage detecting section A can detect the input voltage Vs from the input
입력 전압 검출부(A)는 전압 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Vs)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해, 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다.The input voltage detecting section A may include a resistance element, an OP AMP, or the like for voltage detection. The detected input voltage Vs can be applied to the
다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(10)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(110) 전단에 위치할 수 있다.Next, the input current detection unit D can detect the input current Is from the input
입력 전류 검출부(D)는 전류 검출을 위해, 전류센서, CT(current transformer), 션트 저항 등을 포함할 수 있다. 검출된 입력 전압(Is)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 컨버터 제어 신호(Sc)의 생성을 위해 컨버터 제어부(130)에 인가될 수 있다. The input current detection unit D may include a current sensor, a current transformer (CT), a shunt resistor, or the like, for current detection. The detected input voltage Is may be applied to the
DC 전압 검출부(B)는 DC단 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항 소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC단 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(150)에 인가될 수 있으며, DC단 캐패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다. The DC voltage detecting section B detects the pulsating voltage Vdc of the DC stage capacitor C. For such power detection, a resistance element, OP AMP, or the like can be used. The detected voltage Vdc of the DC stage capacitor C may be applied to the
한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(130)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다. On the other hand, unlike the drawing, the detected DC voltage is applied to the
인버터(140)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여, 삼상 모터(200)에 출력할 수 있다. The
구체적으로, 인버터(140)는 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc) 및 하측 스위칭 소자(Qa', Qb', Qc')가 한 쌍이 되며, 총 세 쌍의 상,하측 스위칭 소자가 서로 병렬로 연결될 수 있다.Specifically, the
컨버터(120)와 마찬가지로, 인버터의 스위칭 소자(Qa, Qb, Qc, Qa', Qb', Qc')는, 전력 트랜지스터를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor; IGBT)를 이용할 수 있다. As with the
인버터 제어부(150)는, 인버터(140)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 인버터 제어신호(Si)를 인버터(140)에 출력할 수 있다. 인버터 제어신호(Si)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 모터(200)에 흐르는 출력 전류(io) 및 DC단 캐패시터(C) 양단인 DC단 전압(Vdc)에 기초하여 생성되어 출력될 수 있다. 이때의 출력 전류(io)는, 출력전류 검출부(E)로부터 검출될 수 있으며, DC단 전압(Vdc)은 DC단 전압 검출부(B)로부터 검출될 수 있다.The
출력전류 검출부(E)는, 인버터(140)와 모터(200) 사이에 흐르는 출력전류(io)를 검출할 수 있다. 즉, 모터(200)에 흐르는 전류를 검출한다. 출력전류 검출부(E)는 각 상의 출력 전류(ia, ib, ic)를 모두 검출할 수 있으며, 또는 삼상 평형을 이용하여 두 상의 출력 전류를 검출할 수도 있다.The output current detection section E can detect the output current io flowing between the
출력전류 검출부(E)는 인버터(140)와 모터(200) 사이에 위치할 수 있으며, 전류 검출을 위해, CT(current transformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. The output current detection unit E may be located between the
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.3 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 전력 변환 장치 중에서 역률 제어부(PFC(power factor control)부)로 작동하는 직류-직류(DC-DC) 컨버터에 해당하는 구성을 주로 도시하고 있다. FIG. 3 mainly shows a configuration corresponding to a DC-DC converter operating as a power factor control (PFC) part of the power converter.
도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 컨버터(120)는 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.As described with reference to FIG. 2, the
여기서, 도 2에서와 같은 인덕터(L1), 스위칭 소자(Q1; 이하, 제1 스위칭 소자라고 칭한다.)와 캐패시터(C) 사이에 연결되는 다이오드(D1) 등은 생략되어 있다.Here, the inductor L1, the switching element Q1 (hereinafter referred to as a first switching element) and the diode D1 connected between the capacitor C and the like as shown in FIG. 2 are omitted.
또한, 제1 스위칭 소자(Q1)는 구동부(131)에서 전달되는 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다. 즉, 구동부(131)에서 전달되는 PWM 신호가 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.In addition, the first switching device Q1 can perform a switching operation by a pulse width modulation (PWM) signal transmitted from the driving
제어부(132)는 이러한 구동부(131)에 PWM 구동 신호를 전달하여 구동부(131) 및 제1 스위칭 소자(Q1)를 제어할 수 있다.The
이와 같이, 제1 스위칭 소자(Q1)의 동작에 의하여 도 2에서 도시한 컨버터의 동작에 의하여 정류부(110)에서 정류된 전압을 승압 및 평활되고, 이러한 승압 및 평활된 전압은 DC단 캐패시터(C)에 저장될 수 있다.As a result of the operation of the first switching device Q1, the voltage rectified by the rectifying
이러한 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단에는 제1 스위칭 소자(Q1)의 오동작을 방지하는 소자 보호부(160)가 연결되어 구성될 수 있다.A
이때, 제어부(132)는 제1 스위칭 소자(Q1)에 제1 구동 신호(PWM1)를 인가하고 소자 보호부(160)에 제2 구동 신호(PWM2)를 인가하여, 제1 스위칭 소자(Q1)의 오프(off) 동작시에 이 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단을 소자 보호부(160)를 통하여 접지와 연결하도록 제어할 수 있다.The
여기서, 소자 보호부(160)는, 베이스 단이 제어부(132)에 연결되고, 컬렉터 단이 제1 스위칭 소자(Q1)의 게이트 단에 연결되며, 에미터 단이 접지에 연결되는 제2 스위칭 소자(Q2)를 포함할 수 있다.Here, the
이때, 보다 구체적으로, 제어부(132)는, 제1 스위칭 소자(Q1)에 제1 구동 신호(PWM1)를 인가하고, 제2 스위칭 소자(Q2)에 이러한 제1 구동 신호(PWM1)와 180도 위상 차이를 가지는 제2 구동 신호(PWM2)를 인가할 수 있다.The
여기서, 제1 스위칭 소자(Q1)는, 역률 제어부(120; 도 1 및 도 2 참조)에 포함되는 컨버터 스위칭 소자 또는 인버터(140; 도 1 및 도 2 참조)에 포함되는 인버터 스위칭 소자일 수 있다.Here, the first switching device Q1 may be an inverter switching device included in the power factor control unit 120 (see Figs. 1 and 2) or an inverter switching device included in the inverter 140 (see Figs. 1 and 2) .
위에서 설명한 바와 같은 구성을 가지는 소자 보호부(160)는, 제1 스위칭 소자(Q1)의 오프(off) 시에 제1 스위칭 소자(Q1)의 컬렉터-에미터 단의 전압(Vce)의 충전을 방지할 수 있다.The
제1 스위칭 소자(Q1)는 게이트-컬렉터 간 캐패시턴스(Cgc)와 게이트-에미터 간 캐패시턴스(Cge)를 가지며, Cgc에 충전된 전압에 의하여 게이트-에미터 간 전압(Vge)이 충전되고, 이러한 Vge 전압에 따라 제1 스위칭 소자(Q1)는 온(on) 동작할 수 있다.The first switching device Q1 has a gate-collector capacitance Cgc and a gate-emitter capacitance Cge. The gate-emitter voltage Vge is charged by the voltage charged in Cgc. The first switching element Q1 can be turned on according to the Vge voltage.
그러나, 위에서 설명한 소자 보호부(160)의 역할에 의하여, 제1 스위칭 소자(Q1)의 오프(off) 타이밍에 제1 스위칭 소자(Q1)가 불필요하게 온(on) 동작하는 것을 방지할 수 있다.However, it is possible to prevent the first switching device Q1 from being unnecessarily turned on during the off timing of the first switching device Q1 by the role of the
따라서, 이와 같이 제1 스위칭 소자(Q1)의 불필요한 온(on) 동작으로 인한 스위칭 손실 또는 오동작을 방지할 수 있다.Thus, switching loss or malfunction due to unnecessary on operation of the first switching device Q1 can be prevented.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 작동을 상세히 설명하면 아래와 같다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
위에서 언급한 바와 같이, 제1 스위칭 소자(Q1)는 게이트-컬렉터 간 캐패시턴스(Cgc)와 게이트-에미터 간 캐패시턴스(Cge)를 가진다. 이러한 캐패시턴스는 제1 스위칭 소자(Q1)의 기생 캐패시턴스 값을 나타낸다. 또한, 제1 스위칭 소자(Q1)는 IGBT로 구현될 수 있다.As described above, the first switching device Q1 has a gate-collector capacitance Cgc and a gate-emitter capacitance Cge. This capacitance represents the parasitic capacitance value of the first switching device Q1. In addition, the first switching device Q1 may be implemented as an IGBT.
통상, IGBT는 아래와 같은 동작 원리를 가진다.Normally, an IGBT has the following operation principle.
즉, 게이트 전극에 소자의 문턱 전압보다 높은 전압이 인가되면 전극 하단의 p 형 반도체 표면은 극성이 역전되어 n 형의 채널이 형성된다. 채널을 통해 드리프트(Drift) 영역으로 주입된 전자 전류는 바이폴라 트랜지스터(Bipolar Transistor)의 베이스 전류와 마찬가지로 p+ 기판으로부터의 정공 전류의 주입을 유도하여 소수 전하(Carrier)의 높은 레벨의 주입(High Level Injection)이 일어나기 때문에 전도도가 수십에서 수 백배 정도 향상되는 전도도 변조(Conductivity Modulation)가 발생한다. IGBT는 이러한 전도도 변조를 이용하여 스위칭 소자로 이용된다.That is, when a voltage higher than the threshold voltage of the device is applied to the gate electrode, the polarity of the surface of the p-type semiconductor at the bottom of the electrode is reversed and an n-type channel is formed. The electron current injected into the drift region through the channel induces the injection of the hole current from the p + substrate in the same manner as the base current of the bipolar transistor, so that a high level injection of the carrier (High Level Injection Conductivity modulation, which increases the conductivity by several tens to hundreds of times, occurs. The IGBT is used as a switching element by using this conductivity modulation.
도 3의 회로를 참조하면, 이러한 제1 스위칭 소자(Q1)로 이용되는 IGBT의 온/오프(on/off) 시, 컬렉터-에미터 간의 전압(Vce) 변화에 따라 Cgc에 전류가 도통되어 전압이 충전된다.Referring to the circuit of FIG. 3, when the IGBT used as the first switching device Q1 is turned on / off, a current is conducted to Cgc according to the change of the voltage Vce between the collector and the emitter, Is charged.
그러면 Cgc에 의하여 충전된 전압에 의하여 IGBT를 턴 온(turn on) 시킬 수 있는 Vge 전압이 충전된다. 그리고 이러한 Vge 전압에 따라 IGBT가 온(on) 될 수 있다.Then, the voltage charged by Cgc charges the Vge voltage which can turn on the IGBT. The IGBT can be turned on according to the Vge voltage.
이때, IGBT는 오프 타이밍(off timing)에서 노이즈나 기타 성분에 의하여 오작동이 일어날 수 있다. 즉, IGBT의 오프 타이밍에도 Vge 전압은 형성될 수 있으며, 이에 따라, 다른 오류신호나 노이즈 등에 의하여 IGBT가 온(on) 될 수 있는 위험성이 존재한다.At this time, the IGBT may malfunction due to noise or other components at off timing. That is, the Vge voltage can also be formed in the off-timing of the IGBT, and there is a risk that the IGBT can be turned on due to other error signals, noise, or the like.
이로 인하여, IGBT 소손이 발생할 수 있고 구동 효율 및 제품 효율이 악화될 수 있을 뿐 아니라, 과전류가 발생할 수 있어, IGBT와 동일 회로 패턴에 연결된 다른 부품에도 소손이 발생할 수 있다.As a result, IGBT burnout may occur, driving efficiency and product efficiency may be deteriorated, and an overcurrent may occur, so that other parts connected to the same circuit pattern as the IGBT may be burned.
따라서, 소자 보호부(160)에는 제2 스위칭 소자(Q2)로서 트랜지스터를 적용하여, 위에서 설명한 바와 같이, 제2 스위칭 소자(Q2)에는 제1 스위칭 소자(Q1; IGBT)에 인가되는 제1 구동 신호(PWM1)와 180도 위상 차이를 가지는 제2 구동 신호(PWM2)를 인가할 수 있다.Therefore, a transistor is applied as the second switching device Q2 to the
즉, IGBT가 온(on) 상태일 때, 제2 스위칭 소자(Q2)인 트랜지스터는 오프(off) 되고, IGBT가 오프(off) 상태일 때는 트랜지스터는 온(on) 상태가 된다.That is, when the IGBT is on, the transistor which is the second switching element Q2 is off, and when the IGBT is off, the transistor is on.
따라서, Vce 전압 변화에 따라 Vge가 충전되어도 IGBT의 오프 타이밍(off timing)일 때 트랜지스터가 온(on) 되어, 불필요한 IGBT의 턴 온(turn on) 현상은 발생하지 않는다.Therefore, even if Vge is charged according to the change of the Vce voltage, the transistor is turned on when the IGBT is off timing, so that the turn-on phenomenon of the unnecessary IGBT does not occur.
즉, 제1 스위칭 소자(Q1)로 이용되는 IGBT의 오프 타이밍(off timing)일 때 제2 스위칭 소자(Q2)로 이용되는 트랜지스터가 온(on) 되어 이 트랜지스터를 통하여 IGBT의 게이트는 접지와 연결되게 된다. That is, when the IGBT used as the first switching device Q1 is off timing, the transistor used as the second switching device Q2 is turned on so that the gate of the IGBT is connected to the ground .
따라서, IGBT의 오프 타이밍(off timing)일 때 Vge는 충전되지 않게 되고, 이에 따라 IGBT의 오프 타이밍(off timing)일 때 노이즈나 다른 오류에 의하여 IGBT가 턴 온 되는 현상을 방지할 수 있는 것이다.Therefore, Vge is not charged when the IGBT is off timing, and thus it is possible to prevent the IGBT from being turned on due to noise or other errors when the IGBT is off timing.
이에 따라, 다른 오류신호나 노이즈 등에 의하여 IGBT가 온(on) 될 수 있는 위험성이 방지될 수 있다.Thus, the risk that the IGBT can be turned on by another error signal, noise, or the like can be prevented.
이로 인하여, IGBT 소손을 방지할 수 있고, 과전류로 인하여 IGBT와 동일 회로 패턴에 연결된 다른 부품에도 소손이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent the IGBT from being burned out, and to prevent the occurrence of burnout in other parts connected to the same circuit pattern as the IGBT due to the overcurrent.
그 외에 설명되지 않은 부분들은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 사항들이 그대로 적용될 수 있다.1 and 2 can be applied as they are.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
100: 전력 변환 장치
110: 정류부
120: 컨버터
130: 컨버터 제어부
131: 구동부
132: 제어부
140: 인버터
150: 인버터 제어부
160: 소자 보호부100: power converter 110: rectifying part
120: converter 130: converter control unit
131: driving unit 132:
140: inverter 150: inverter controller
160:
Claims (10)
상기 정류부에 연결되고 감지 저항을 통하여 접지에 연결되는 제1 스위칭 소자;
상기 제1 스위칭 소자를 구동하는 구동부;
상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단에 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 오동작을 방지하는 소자 보호부; 및
상기 제1 스위칭 소자에 제1 구동 신호를 인가하고 상기 소자 보호부에 제2 구동 신호를 인가하여, 상기 제1 스위칭 소자의 오프(off) 시에 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단을 상기 소자 보호부를 통하여 접지와 연결하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.A rectifying part for rectifying AC power;
A first switching device connected to the rectifying part and connected to the ground through a sense resistor;
A driving unit for driving the first switching device;
A device protection unit connected to a gate terminal of the first switching device to prevent a malfunction of the first switching device; And
And a gate driving circuit for applying a first driving signal to the first switching device and applying a second driving signal to the device protecting unit to turn off the gate terminal of the first switching device when the first switching device is off, And a control unit connected to the ground through the first power supply unit and the second power supply unit.
베이스 단이 상기 제어부에 연결되고, 컬렉터 단이 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단에 연결되며, 에미터 단이 접지에 연결되는 제2 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The device according to claim 1,
And a second switching element having a base end connected to the control unit, a collector end connected to the gate end of the first switching device, and an emitter end connected to the ground.
상기 정류부에 연결되고, 감지 저항을 통하여 접지에 연결되는 제1 스위칭 소자를 포함하는 전력 변환부;
상기 제1 스위칭 소자를 구동하는 구동부;
상기 구동부에 제1 구동 신호를 인가하는 제어부; 및
상기 제어부와 상기 제1 스위칭 소자 사이에 연결되어, 상기 제1 스위칭 소자의 오프(off) 시에 상기 제1 스위칭 소자의 컬렉터-에미터 단의 전압(Vce)의 충전을 방지하는 소자 보호부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.A rectifying part for rectifying AC power;
A power conversion unit connected to the rectification unit and including a first switching device connected to the ground through a sense resistor;
A driving unit for driving the first switching device;
A control unit for applying a first driving signal to the driving unit; And
And a device protection unit connected between the control unit and the first switching device to prevent charging of the voltage Vce at the collector-emitter end of the first switching device when the first switching device is off The power conversion device comprising:
베이스 단이 상기 제어부에 연결되고, 컬렉터 단이 상기 스위칭 소자의 게이트 단에 연결되며, 에미터 단이 접지에 연결되는 제2 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.7. The device according to claim 6,
And a second switching element having a base end connected to the control part, a collector end connected to the gate end of the switching element, and an emitter end connected to the ground.
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