KR20180095503A - Igbt 단락 검출 및 보호 회로 및 igbt-기반 제어 가능한 정류 회로 - Google Patents

Igbt 단락 검출 및 보호 회로 및 igbt-기반 제어 가능한 정류 회로 Download PDF

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KR20180095503A
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유 미아오
용콴 시에
쳉자이 리
구오빈 샤오
Original Assignee
존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니
요크 (우씨) 에어 컨디셔닝 앤드 리프리져레이션 씨오., 엘티디
존슨 컨트롤스 에어 컨디셔닝 앤드 리프리져레이션 (우씨) 씨오., 엘티디
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Abstract

IGBT 단락 검출 및 보호 회로로서, 출력단이 PWM 구동 신호를 출력하며, 제1 IGBT(IGBT1) 및 제2 IGBT(IGBT2)의 게이트 단자에 접속되어, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 터닝(turning) 온/오프를 동시에 제어하는 구동 유닛; 쓰레스홀드 핀 및 검출 핀(Vdesat)을 포함하는 비교 유닛으로서, 상기 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되고, 상기 검출 핀은 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D3)에 의해 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 컬렉터(C)에 각각 접속되고, 상기 검출 핀은 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드에 검출 전류를 공급하고, 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되는, 상기 비교 유닛을 포함하고; 상기 검출 핀에서의 전압이 상기 쓰레스홀드 전압보다 높을 때, 상기 구동 유닛은 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT가 턴 오프되도록 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT를 제어한다. 상기 IGBT 단락 검출 보호 회로는 추가적인 보호 회로의 요구없이, 역 직렬 접속의 2개의 IGBT의 양방향 단락 보호를 달성한다.

Description

IGBT 단락 검출 및 보호 회로 및 IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로
본 발명은 IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로 및 보호 회로에 관한 것으로, 특히 IGBT 단락 검출 및 보호 회로 및 IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로에 관한 것이다.
전자 스위치로서, IGBT는 대부분의 경우에 DC 전압 스위칭(DC 쵸핑 구현)에 사용된다. 따라서, IGBT가 단락을 경험하게 될 때, IGBT를 흐르는 전류는 항상 고정된 방향이므로, 이 전류 방향에 따라 해당 단락 보호 회로를 설계하면 된다. 한편, IGBT가 AC 전자 스위치로 사용될 때, IGBT가 단락을 경험하게 되면 IGBT의 전류 방향은 IGBT 양단의 전압 극성에 의해 결정된다. 즉, IGBT는 단락될 때, 전류 방향은 불확정적(indeterminate)이다. IGBT를 철저히 보호하기 위하여, 두 방향 각각에 대해 별도의 단락 보호가 필요하다. 일반적인 IGBT 단락 보호 방법은 IGBT의 컬렉터와 이미터 사이의 전압 강하(Vce)를 검출하고, 이를 구동 광커플러(drive optocoupler)에서의 비교기의 비-반전 입력 단자 내로 공급하며, 반전 입력 단자의 고정 밸브(valve) 값과 비교를 수행하는 것이다. 그것의 원리는, Vce와 Ic 사이의 관계에 따라, Ice에서의 급격한 증가가 Vce에서의 증가로 이어지는 것이고, 여기서 Vce는 컬렉터와 이미터 사이의 전압 강하이며, Ic는 컬렉터와 이미터 사이의 전류이다. 따라서, Vce가 반전 단자의 고정 밸브 값보다 클 때, 이것은 IGBT가 단락을 경험하게 됨을 나타내며, 이때 비교기가 플립(flip)되어 단락 보호를 실현한다. 그러나, 이 방법은 고정 전류 방향으로의 단락 보호만을 실현할 수 있고; 두 방향의 단락 보호가 요망되는 경우, 다른 방향에 대해 여분(extra)의 단락 보호 회로를 추가할 필요가 있으며, 해당 비용이 상당히 증가한다.
따라서, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 개선된 IGBT 양방향 단락 검출 및 보호 회로를 제안할 필요가 있다.
종래기술의 단점에 대한 대응으로, 본 발명은 여분의 단락 보호 회로를 추가할 필요 없이, 2개의 역-직렬-접속된(reverse-series-connected) IGBT의 양방향 단락 보호를 실현할 수 있는, 개선된 IGBT 양방향 단락 검출 및 보호 회로를 제안한다.
본 발명의 구현예는 IGBT 단락 검출 및 보호를 위한, IGBT 단락 검출 및 보호 회로를 제공하며, 회로는: IGBT의 스위칭 온을 제어하기 위한 PWM 구동 신호를 생성하는, 구동 유닛; 쓰레스홀드(threshold) 핀 및 검출 핀을 갖는 비교 유닛으로서, 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되고, 검출 핀은 다이오드를 통해 IGBT의 컬렉터에 접속되며, 검출 핀은 다이오드에 대한 검출 전류를 공급하며, 다이오드의 캐소드는 IGBT의 컬렉터에 접속되는, 비교 유닛을 포함하고, 검출 핀에서의 전압이 쓰레스홀드 전압보다 클 때, 구동 유닛은 IGBT가 스위칭 오프되도록 IGBT를 제어한다.
또한, IGBT의 이미터는 기준 접지 전압에 접속된다.
또한, 구동 유닛 및 비교 유닛은 단일 칩에 통합된다.
본 발명의 다른 구현예는 한 쌍의 역-직렬-접속된 IGBT를 단락 검출하고 보호하기 위한, IGBT 단락 검출 및 보호 회로를 제공하고, 한 쌍의 IGBT는 제1 IGBT 및 제2 IGBT를 포함하며, 제1 IGBT의 이미터는 제2 IGBT의 이미터에 접속되고, 회로는: 출력 단자가 PWM 구동 신호를 출력하며, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 게이트 단자에 접속되어, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 스위칭 온을 동시에 제어하는, 구동 유닛; 쓰레스홀드 핀 및 검출 핀을 갖는 비교 유닛으로서, 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되고, 검출 핀은 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 통해 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되고, 검출 핀은 제1 다이오드 및 제2 다이오드에 대한 검출 전류를 공급하며, 제1 다이오드 및 제2 다이오드의 캐소드는 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되는, 비교 유닛을 포함하고, 검출 핀의 전압이 쓰레스홀드 전압보다 클 때, 구동 유닛은 제1 IGBT 및 제2 IGBT가 스위칭 오프되도록 제1 IGBT 및 제2 IGBT를 제어한다.
또한, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터와 이미터 사이에는 제1 플라이백 다이오드 및 제2 플라이백 다이오드가 각각 역-병렬-접속된다(reverse-parallel-connected).
또한, 구동 유닛 및 비교 유닛은 단일 칩에 통합된다.
본 발명의 다른 구현예는, 3상(three-phase) AC 파워 서플라이 및 3개의 역-직렬-접속된 IGBT 유닛을 포함하는 IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로를 제공하며, 이 경우 각각의 역-직렬-접속된 IGBT 유닛은 제1 IGBT 및 제2 IGBT를 포함하고, 제1 IGBT의 이미터는 제2 IGBT의 이미터에 접속되고, 제1 IGBT 및 제2 IGBT 중 하나의 컬렉터는 3상 AC 파워 서플라이의 1상(one phase)에 접속되며, 제1 IGBT 및 제2 IGBT 중 다른 하나의 컬렉터는 다른 2개의 IGBT 유닛 중 하나의 컬렉터에 접속되고,
이 경우 각각의 IGBT 유닛은: 출력 단자가 PWM 구동 신호를 출력하며, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 게이트 단자에 접속되어, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 스위칭 온을 동시에 제어하는, 구동 유닛; 쓰레스홀드 핀 및 검출 핀을 갖는 비교 유닛으로서, 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되고, 검출 핀은 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 통해 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되고, 검출 핀은 제1 다이오드 및 제2 다이오드에 대한 검출 전류를 공급하며, 제1 다이오드 및 제2 다이오드의 캐소드는 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되는, 비교 유닛을 더 포함하고, 검출 핀의 전압이 쓰레스홀드 전압보다 클 때, 구동 유닛은 제1 IGBT 및 제2 IGBT가 스위칭 오프되도록 제1 IGBT 및 제2 IGBT를 제어한다.
또한, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터와 이미터 사이에는 제1 플라이백 다이오드 및 제2 플라이백 다이오드가 역-병렬-접속된다.
또한, 3상 AC 파워 서플라이의 각각의 상은 인덕턴스를 통해 IGBT 유닛들 중 하나에 접속된다.
또한, 구동 유닛 및 비교 유닛은 단일 칩에 통합된다.
본 발명의 IGBT 단락 검출 및 보호 회로는 IGBT가 도통(conducting)할 때 단락이 발생하면, 전류 방향은 그 양단의 전압의 극성에 의해 결정되며, 여분의 단락 보호 회로를 추가할 필요없이, 단순히 각 IGBT에 다이오드를 추가함으로써 2개의 역-직렬-접속된 IGBT의 양방향 단락 보호를 실현한다.
또한, 본 발명은 비교기를 포함하는 구동 칩을 사용하여, 2개의 역-직렬-접속된 IGBT에 대한 양방향 단락 보호 기능을 동시에 실현하고; 양방향 단락 보호 기능은 하드웨어에 의해 모두 트리거되어(triggered), 소프트 턴-오프(soft turn-off)를 실현하며, 이렇게 함으로써 회로를 단순화하면서 비용을 크게 절감하고, 회로 안정성을 향상시킨다.
본 발명의 일부를 이루는, 이하에 기술되는 본 발명의 첨부된 도면의 목적은 본 발명의 이해를 돕는 것이다. 본 발명의 구현예 및 그 설명은 본 발명의 원리를 설명하기 위해 첨부된 도면에 도시된다.
도면에서:
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 IGBT 단락 검출 및 보호 회로의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 한 쌍의 역-직렬-접속된 IGBT에 대한 단락 검출 및 보호 회로의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로의 개략적인 회로도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 제어 가능한 정류 회로에서 제1 전류 방향으로의 IGBT 단락 검출 및 보호의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 제어 가능한 정류 회로에서 제2 전류 방향으로의 IGBT 단락 검출 및 보호의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 구현예에 따른 IGBT-기반 정류 회로의 개략적인 회로도를 도시한다.
이하의 설명에서, 본 발명의 더욱 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 주어진다. 그러나, 당업자에게는 이러한 세부사항 중 하나 이상의 부재시에 본 발명이 구현될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 실시예들에서, 본 발명과의 혼동을 방지하기 위해, 당업계에 공지된 특정 기술적 특징들은 기술되지 않았다.
본 발명은 서로 다른 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 설명된 구현예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 반대로, 이러한 구현예들의 제공은 개시를 철저하고 완전하게 할 것이며, 본 발명의 범위를 당업자에게 완전히 전달할 것이다. 동일한 참조 부호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타낼 것이다.
본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 상세한 단계들 및 상세한 구조들이 본 발명의 기술적 해결책을 설명하기 위해 하기의 설명에서 제시될 것이다. 이하에서 본 발명의 바람직한 구현예가 상세히 설명되지만, 본 발명은 이러한 상세한 설명 이외에 다른 방법으로 구현될 수도 있다.
Ic에서의 급격한 증가가 Vce와 Ic의 관계에 따른 Vce의 증가로 이어지는 전술한 원리에 기초하여, 본 발명은 IGBT 단락 검출 및 보호를 위한, IGBT 단락 검출 및 보호 회로를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 회로는 비교기를 포함하는 구동 칩(IC)을 포함하고; 구동 칩은 IGBT의 스위칭을 온 및 오프 제어하기 위해 PWM 구동 신호를 출력할 수 있다. 즉, PWM 구동 신호가 하이(HIGH)일 때, IGBT가 스위칭 온되며, PWM 구동 신호가 로우(LOW)일 때, IGBT가 스위칭 오프된다. 구동 칩(IC) 내의 비교기는 쓰레스홀드 핀 및 검출 핀(Vdesat)을 갖는다. 쓰레스홀드 핀은 반전 입력 단자이며, 쓰레스홀드 전압에 접속되고; 검출 핀(Vdesat)은 비-반전 입력 단자이며, 다이오드(D)를 통해 IGBT의 컬렉터(C)에 접속된다. 검출 핀(Vdesat)은 구동 칩 내의 정전류원에 의해 다이오드(D)에 대한 검출 전류, 예를 들어 크기 250 uA의 검출 전류를 공급한다. 다이오드(D)의 캐소드는 IGBT의 컬렉터(C)에 접속되고, IGBT의 컬렉터(C)는 입력 전압에 접속되며, IGBT의 이미터(E)는 구동 신호 기준 접지 전압에 접속된다. IGBT가 도통할 때, 전류가 컬렉터로부터 이미터 쪽으로 흐르고; 이때, 다이오드(D)도 도통하며, 검출 핀(Vdesat)의 입력 전압은 다이오드(D)의 전압 강하 + IGBT의 컬렉터와 이미터 사이의 전압 강하(Vce)이다. IGBT가 단락을 경험하게 되면, 컬렉터와 이미터 사이의 전류(Ic)가 증가하므로, 컬렉터와 이미터 사이의 전압 강하(Vce)도 증가한다. 검출 핀(Vdesat)에서의 전압이 쓰레스홀드 전압, 예를 들어 도 1에 기재된 7 V보다 클 때, 구동 칩 내의 비교기가 플립되고, 이어서 구동 칩에 의해 출력된 PWM 구동 신호가 로우(LOW)로 변하며, IGBT가 스위칭 오프되어, 단락 보호를 실현한다.
전술한 IGBT 단락 검출 및 보호 회로에 기초하여, 본 발명은 한 쌍의 역-직렬-접속된 IGBT를 단락 검출 및 보호하기 위한, IGBT 단락 검출 및 보호 회로를 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 IGBT는 제1 IGBT(IGBT 1) 및 제2 IGBT(IGBT 2)를 포함한다. 제1 IGBT의 이미터(E)는 제2 IGBT의 이미터(E)에 접속되며, 제1 IGBT의 컬렉터는 입력 전압에 접속된다. 비교기를 포함하는 구동 칩(IC)의 출력 단자는 PWM 구동 신호를 출력하며, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 게이트 단자에 접속되어, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 스위칭 온을 동시에 제어한다. 구동 칩(IC) 내의 비교기는 쓰레스홀드 핀 및 검출 핀(Vdesat)을 가지고; 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되며 검출 핀(Vdesat)은 제1 고전압 격리형 다이오드(D1) 및 제2 고전압 격리형 다이오드(D3)를 통해 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속된다. 검출 핀(Vdesat)은 제1 고전압 격리형 다이오드(D1) 및 제2 고전압 격리형 다이오드(D3)에 검출 전류를 공급하고; 제1 고전압 격리형 다이오드(D1) 및 제2 고전압 격리형 다이오드(D3)의 캐소드는 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터(C)에 각각 접속된다.
또한, 제1 IGBT 및 제2 IGBT 각각의 컬렉터(C)와 이미터(E) 사이에는 제1 플라이백 다이오드(D2) 및 제2 플라이백 다이오드(D4)가 각각 역-병렬-접속된다(reverse-parallel-connected). 여기에서 사용된 "역-병렬-접속된다"라는 표현은 IGBT 및 플라이백 다이오드 중 하나만이 도통될 수 있음을 의미한다.
검출 핀(Vdesat)의 입력 전압이 쓰레스홀드 전압보다 클 때, 구동 칩(IC)에 의해 출력된 PWM 구동 신호는 로우로 변하며, 제1 IGBT 및 제2 IGBT는 스위칭 오프된다. 특히, 전류가 IGBT1 → 플라이백 다이오드(D4)의 방향으로 흐르면, 제1 방향의 전류에 대한 Vce 전압 취득 유닛(D1)은 IGBT1 양단의 전압 강하를 실시간으로 취득할 것이며, 이를 반전 입력 단자의 밸브 값과의 비교를 위해 비교기의 비-반전 입력 단자(Vdesat) 내로 공급함으로써, 제1 방향의 전류에 대한 단락 보호를 실현하고; 전류가 IGBT2 → 플라이백 다이오드 유닛(D2)의 방향으로 흐르면, 제2 방향의 전류에 대한 Vce 전압 취득 유닛(D3)은 IGBT2 양단의 전압 강하를 실시간으로 취득할 것이며, 이를 반전 입력 단자의 밸브 값과의 비교를 위해 비교기의 비-반전 입력 단자(Vdesat) 내로 공급함으로써, 제2 방향의 전류에 대한 단락 보호를 실현한다.
또한, 본 발명의 전술한 회로는 IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로를 제공하며; 도 3에 도시된 바와 같이, 정류 회로는 3상(three phase) 입력(R, S 및 T)을 갖는 3상 AC 파워 서플라이를 포함하며, 각각의 상 입력은 대응하는 에너지 저장 인덕턴스(L1/L2/L3)에 각각 접속되며, 각각의 상 출력은 역-직렬-접속된 IGBT 유닛에 접속된다.
도 3에 도시된 바와 같이, R상 출력은 인덕턴스(L1)를 통해 제1 역-직렬-접속된 IGBT 유닛에 접속되고; 제1 IGBT 유닛은 제1 IGBT(IGBT 1) 및 제2 IGBT(IGBT 2)를 포함하고, 제1 IGBT(IGBT 1)의 이미터는 제2 IGBT(IGBT 1)의 이미터에 접속되고, 제1 IGBT(IGBT 1)의 컬렉터는 R상에 접속되며, 제2 IGBT(IGBT 2)의 컬렉터는 다른 2개의 IGBT 유닛 중 하나의 컬렉터에 접속된다. 제1 IGBT 유닛은 단락 검출 및 보호 회로를 더 포함하며; 단락 검출 및 보호 회로는 고전압 격리형 다이오드 및 플라이백 다이오드와, 비교기를 포함하는 제1 구동 칩(IC1)을 포함한다. 제1 구동 칩(IC1)의 출력 단자는 PWM1 구동 신호를 출력하며, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 게이트 단자에 접속되어, 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 스위칭 온을 동시에 제어한다. 제1 구동 칩(IC1) 내의 비교기는 쓰레스홀드 핀 및 검출 핀(Vdesat)을 가지며; 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되고, 검출 핀(Vdesat)은 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D3)를 통해 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속된다. 검출 핀(Vdesat)은 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D3)에 검출 전류를 공급하고; 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D3)의 캐소드는 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터(C)에 각각 접속된다. 제1 IGBT 및 제2 IGBT의 컬렉터(C)와 이미터(E) 사이에는 제1 플라이백 다이오드(D2) 및 제2 플라이백 다이오드(D4)가 각각 역-병렬-접속된다.
유사하게, L상 출력은 인덕턴스(L2)를 통해 제2 역-직렬-접속된 IGBT 유닛에 접속되며, T상 출력은 인덕턴스(L3)을 통해 제3 역-직렬-접속된 IGBT 유닛에 접속된다. 제2 역-직렬-접속된 IGBT 유닛은 제3 IGBT(IGBT 3), 제4 IGBT(IGBT 4), 제3 고전압 격리형 다이오드(D5), 제4 고전압 격리형 다이오드(D7), 제3 플라이백 다이오드(D6), 제4 플라이백 다이오드(D8) 및 제2 구동 칩(IC2)으로 형성된다. 제3 역-직렬-접속된 IGBT 유닛은 제5 IGBT(IGBT 5), 제6 IGBT(IGBT 5), 제5 고전압 격리형 다이오드(D9), 제6 고전압 격리형 다이오드(D11), 제5 플라이백 다이오드(D10), 제6 플라이백 다이오드(D12) 및 제 3 구동 칩(IC3)으로 형성된다. 제2 및 제3 역-직렬-접속된 IGBT 유닛의 접속은 제1 역-직렬-접속된 IGBT 유닛의 접속과 유사하므로, 여기에서는 추가로 설명되지 않는다.
또한, 제2 IGBT, 제4 IGBT 및 제6 IGBT의 컬렉터는 서로 접속된다.
전술한 내용은 본 발명의 IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로를 형성하고; 그 정류의 원리는 종래의 3-스위치 2-레벨 APFC 회로의 원리와 유사하므로, 여기에서는 추가로 설명되지 않는다. 본 구현예의 제어 가능한 정류 회로에서의 IGBT의 단락 검출 및 보호는 도 4 및 도 5를 참조하여 아래에서 설명된다.
여기에서, R상과 S상 사이의 전류는 예시를 위한 예로서 취해지고; 다른 상간(inter-phase) 시나리오도 유사하다. 도 4에 도시된 바와 같이, PWM1 및 PWM2가 모두 하이이며 RS간(inter-RS) 전압이 양의 반주기(half-cycle)일 때, 전류의 방향은 R → L1 → IGBT1 → D4 → IGBT4 → D6 → L2 → S(도 4의 점선 화살표로 나타낸 방향)이다. PWM1이 하이이기 때문에, IGBT1 및 IGBT2는 모두 도통 상태이지만, RS간 전압 극성에 따라, IGBT1을 통한 전류 흐름이 존재하고; 이때, 다이오드(D1)는 도통되고 있지만, IGBT2을 통한 전류 흐름은 존재하지 않으며, 다이오드(D3)가 차단되므로, 제1 구동 칩(IC1) 내의 비교기의 비-반전 입력 단자(Vdesat)의 전압 = 다이오드(D1) 양단의 전압 + IGBT1 양단의 전압 강하이다. 동일한 원리에 의해, 다이오드(D7)는 도통하지만, 다이오드(D5)는 차단되며, 제2 구동 칩(IC2) 내의 비교기의 비-반전 입력 단자(Vdesat) = 다이오드(D7) 양단의 전압 + IGBT4 양단의 전압 강하이다.
IGBT가 단락을 경험하게 될 때, IGBT 양단의 전압 강하는 급격히 증가하고; 구동 칩(IC1/IC2)의 비-반전 입력 단자(Vdesat)의 전압이 반전 입력 단자의 설정 밸브 값보다 클 때, 구동 칩(IC1/IC2)은 구동 신호(PWM)의 소프트 턴-오프를 자동적으로 수행하여(즉, 로우로 변화시킴), R → S 방향의 전류에 대한 단락 보호를 실현한다.
도 5가 보여주는 바와 같이, PWM1 및 PWM2가 모두 하이이며 RS간 전압이 음의 반주기일 때, 전류의 방향은 S → L2 → IGBT3 → D8 → IGBT2 → D2 → L1 → R(도 5의 점선 화살표로 나타낸 방향)이다. PWM2가 하이이기 때문에, IGBT3 및 IGBT4는 모두 도통 상태에 있지만, RS간 전압 극성에 따라, IGBT3을 통한 전류 흐름이 존재하고; 이때, 다이오드(D5)는 도통하지만, IGBT4를 통한 전류 흐름은 존재하지 않으며, 다이오드(D7)은 차단되고; 제2 구동 칩(IC2) 내의 비교기의 비-반전 입력 단자(Vdesat)의 전압 = 다이오드(D5) 양단의 전압 + IGBT3 양단의 전압 강하이다.
동일한 원리에 의해, 다이오드(D3)는 도통하지만, 다이오드(D1)은 차단되며, 제1 구동 칩(IC1) 내의 비교기의 비-반전 입력 단자(Vdesat) = 다이오드(D3) 양단의 전압 + IGBT2 양단의 전압 강하이다.
IGBT가 단락을 경험하게 될 때, IGBT 양단의 전압 강하는 급격히 증가하고; 구동 칩(IC1/IC2)의 비-반전 입력 단자의 전압이 반전 입력 단자의 설정 밸브 값보다 클 때, 구동 광커플러는 구동 신호의 소프트 턴-오프를 자동적으로 수행함으로써, S → R 방향의 전류에 대한 단락 보호를 실현한다.
위 구현예에서, IGBT의 스위칭 온을 제어하기 위한 비교기 및 구동 신호는 구동 칩(IC)에 통합되고; 이것은 회로가 단순화하여 안정성을 제공하지만, 필요에 따라 별도의 소자가 또한 사용될 수 있다고 이해될 수 있다. 즉, IGBT 구동 신호 및 컬렉터와 이미터 사이의 전압 검출이 구동 신호(PWM)를 제공하는 구동 유닛 및 비교 유닛에 의해 각각 실현될 수 있다. 이것은 마찬가지로 전술한 IGBT 단락 검출 및 보호 기능을 구현할 수 있고; 특정 회로가 도 6에 도시되며, 위 설명에 기초하여 당업자에 의해 쉽게 이해될 것이므로, 여기서는 추가로 설명되지 않는다.
본 발명은 위 구현예들에 의해 이미 설명되었지만, 위 구현예는 단지 예시의 목적을 위한 예로서 제공되는 것이며, 설명된 구현예들의 범위로 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 당업자는 본 발명이 위 구현예들에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 본 발명의 교시에 기초하여 형태 및 보정에서 보다 많은 유형의 변경이 이루어질 수 있으며, 이와 같은 모든 형태 변경 및 보정은 본 발명에서 청구된 보호의 범위 내에 있다. 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위 및 그 균등 범위에 의해 한정된다.

Claims (10)

  1. IGBT 단락 검출 및 보호를 위한, IGBT 단락 검출 및 보호 회로로서, 상기 회로는,
    상기 IGBT의 스위칭 온을 제어하기 위한 PWM 구동 신호를 생성하는, 구동 유닛;
    쓰레스홀드 핀 및 검출 핀을 갖는 비교 유닛으로서, 상기 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되고, 상기 검출 핀은 다이오드를 통해 상기 IGBT의 컬렉터에 접속되며, 상기 검출 핀은 상기 다이오드에 대한 검출 전류를 공급하며, 상기 다이오드의 캐소드는 상기 IGBT의 컬렉터에 접속되는, 상기 비교 유닛을 포함하고,
    상기 검출 핀에서의 전압이 상기 쓰레스홀드 전압보다 클 때, 상기 구동 유닛은 상기 IGBT가 스위칭 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, IGBT 단락 검출 및 보호 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 IGBT의 이미터는 상기 구동 신호의 기준 접지 전압에 접속되는 것을 특징으로 하는, IGBT 단락 검출 및 보호 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동 유닛 및 상기 비교 유닛은 단일 칩에 통합되는 것을 특징으로 하는, IGBT 단락 검출 및 보호 회로.
  4. 한 쌍의 역-직렬-접속된 IGBT를 단락 검출하고 보호하기 위한, IGBT 단락 검출 및 보호 회로로서, 상기 한 쌍의 IGBT는 제1 IGBT 및 제2 IGBT를 포함하며, 상기 제1 IGBT의 이미터는 제2 IGBT의 이미터에 접속되고, 상기 회로는,
    출력 단자가 PWM 구동 신호를 출력하며, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 게이트 단자에 접속되어, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 스위칭 온을 동시에 제어하는, 구동 유닛;
    쓰레스홀드 핀 및 검출 핀을 갖는 비교 유닛으로서, 상기 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되고, 상기 검출 핀은 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 통해 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되고, 상기 검출 핀은 상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드에 대한 검출 전류를 공급하며, 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되는, 상기 비교 유닛을 포함하고,
    상기 검출 핀의 전압이 상기 쓰레스홀드 전압보다 클 때, 상기 구동 유닛은 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT가 스위칭 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, IGBT 단락 검출 및 보호 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 컬렉터와 이미터 사이에는 제1 플라이백 다이오드 및 제2 플라이백 다이오드가 각각 역-병렬-접속되는 것을 특징으로 하는, IGBT 단락 검출 및 보호 회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 구동 유닛 및 상기 비교 유닛은 단일 칩에 통합되는 것을 특징으로 하는, IGBT 단락 검출 및 보호 회로.
  7. IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로로서, 3상(three-phase) AC 파워 서플라이 및 3개의 역-직렬-접속된 IGBT 유닛을 포함하고, 각각의 역-직렬-접속된 IGBT 유닛은 제1 IGBT 및 제2 IGBT를 포함하고, 상기 제1 IGBT의 이미터는 상기 제2 IGBT의 이미터에 접속되고, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT 중 하나의 컬렉터는 상기 3상 AC 파워 서플라이의 1상(one phase)에 접속되며, 제1 IGBT 및 제2 IGBT 중 다른 하나의 컬렉터는 다른 2개의 IGBT 유닛 중 하나의 컬렉터에 접속되고,
    각각의 IGBT 유닛은,
    출력 단자가 PWM 구동 신호를 출력하며, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 게이트 단자에 접속되어, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 스위칭 온을 동시에 제어하는, 구동 유닛;
    쓰레스홀드 핀 및 검출 핀을 갖는 비교 유닛으로서, 상기 쓰레스홀드 핀은 쓰레스홀드 전압에 접속되고, 상기 검출 핀은 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 통해 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되고, 상기 검출 핀은 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드에 대한 검출 전류를 공급하며, 상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드의 캐소드는 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT의 컬렉터에 각각 접속되는, 상기 비교 유닛을 더 포함하고,
    상기 검출 핀의 전압이 상기 쓰레스홀드 전압보다 클 때, 상기 구동 유닛은 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT가 스위칭 오프되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT 각각의 컬렉터와 이미터 사이에는 제1 플라이백 다이오드 및 제2 플라이백 다이오드가 역-병렬-접속되는 것을 특징으로 하는, IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로.
  9. 제7항에 있어서, 상기 3상 AC 파워 서플라이의 각각의 상은 인덕턴스를 통해 상기 IGBT 유닛들 중 하나에 접속되는 것을 특징으로 하는, IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로.
  10. 제7항에 있어서, 상기 구동 유닛 및 상기 비교 유닛은 단일 칩에 통합되는 것을 특징으로 하는, IGBT-기반 제어 가능한 정류 회로.
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