KR20200067030A - Power conversion apparatus of detecting hardware fault - Google Patents

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KR20200067030A
KR20200067030A KR1020180153887A KR20180153887A KR20200067030A KR 20200067030 A KR20200067030 A KR 20200067030A KR 1020180153887 A KR1020180153887 A KR 1020180153887A KR 20180153887 A KR20180153887 A KR 20180153887A KR 20200067030 A KR20200067030 A KR 20200067030A
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Abstract

The present invention provides a power conversion device of detecting a hardware fault. The power conversion device comprises: a power switching module configured to perform turning on/off operations of a plurality of power switching elements according to a control signal; and an overcurrent detection circuit configured to detect whether overcurrent of the power conversion device is generated by measuring a variable voltage. In addition, the power conversion device may further comprise a power element protective circuit for controlling turning on/off switching operations of the power switching elements to be stopped when the overcurrent is generated, wherein the overcurrent detection circuit has a temperature variable resistance element and measures the variable voltage according to a temperature change based on the temperature variable resistance element so as to actively change an overcurrent detection level according to a temperature of the power switching elements of an inverter.

Description

하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치{POWER CONVERSION APPARATUS OF DETECTING HARDWARE FAULT}Power conversion device that performs hardware failure detection{POWER CONVERSION APPARATUS OF DETECTING HARDWARE FAULT}

본 발명은 하드웨어 고장 감지를 수행하는 방법에 관한 것으로 특히, 전력 모듈에서 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for performing hardware failure detection, and more particularly, to a power conversion device and method for performing hardware failure detection in a power module.

일반적으로, 가전 기기의 압축기는 모터를 구동원으로 이용하고 있다. 이러한 모터에는 전력 변환 장치로부터 교류 전력이 공급된다.In general, a compressor of a household appliance uses a motor as a driving source. AC power is supplied to the motor from the power converter.

이와 같은 전력 변환 장치는 주로, 정류부, 역률 제어부 및 인버터 방식의 전력 변환부를 구성하는 것이 일반적으로 알려져 있다.It is generally known that such a power conversion device mainly constitutes a rectification unit, a power factor control unit, and an inverter-type power conversion unit.

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 supply is rectified by the rectifying unit. The voltage rectified by the rectifying unit is supplied to a power conversion unit such as an inverter. At this time, the power converter generates AC power for driving the motor using the voltage output from the rectifier.

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 may be provided between the rectifier and the inverter to improve power factor.

한편, 이와 같은 인버터를 이용하여 모터를 구동함에 따라 인버터를 포함한 전력 변환 장치에서 과전류가 발생할 수 있다. 이러한 과전류를 감지하기 위하여 종래에는 다음과 같은 방식이 사용되었다.Meanwhile, as the motor is driven using the inverter, an overcurrent may occur in the power converter including the inverter. In the past, the following method has been used to detect the overcurrent.

이와 관련하여, 한국 공개특허 10-2018-0009691 (2018. 01. 29)에서는, 인버터 과전류 검출 방법을 제시한다. 이를 위해, 인버터의 전체 입력 전압과 전체 입력 전류를 측정하고, 이를 기초로 인버터 전체 입력 전력을 산출한다. In this regard, Korean Patent Publication No. 10-2018-0009691 (January 29, 2018) proposes an inverter overcurrent detection method. To this end, the total input voltage and total input current of the inverter are measured, and the total input power of the inverter is calculated based on this.

구체적으로, 인버터는 반도체 스위치들을 구비하고 전력 출력단 및 인버터의 전체 입력 전압과 전체 입력 전류를 측정하고, 전체 입력 전압과 전류를 기초로 인버터의 전체 입력 전력을 산출한다. 인버터의 전체 입력 전력이 임계 값을 초과하면 과전류 오류를 검출하도록 한다.Specifically, the inverter includes semiconductor switches, measures the total output voltage and the total input current of the power output terminal and the inverter, and calculates the total input power of the inverter based on the total input voltage and current. When the total input power of the inverter exceeds the threshold value, an overcurrent error is detected.

한편, 입력 전압은 DC 링크 값을 사용하고 입력 전류는 션트 저항에서 검출되는 전류를 사용한다. 전류 값은 PWM 클록을 반영하고 이동 평균의 유효 값을 기초로 산출한다. 전체 입력 전력과 과거에 측정된 입력 전력의 큰 차이를 검출하여 과전류 발생을 검출한다. On the other hand, the input voltage uses the DC link value and the input current uses the current detected by the shunt resistor. The current value reflects the PWM clock and is calculated based on the effective value of the moving average. Overcurrent generation is detected by detecting a large difference between the total input power and the input power measured in the past.

하지만, 해당 특허는 인버터 과전류 검출에 있어 Micom의 계산량이 많이 요구되며 구현이 복잡하다는 문제점이 있다.However, this patent has a problem that the calculation amount of Micom is required and the implementation is complicated in detecting the inverter overcurrent.

또한, 순간적인 암 단락에 의해서 DC 링크 전압이 낮아질 때는 과전류 검출이 어려워질 수 있다는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that overcurrent detection may be difficult when the DC link voltage is lowered by an instantaneous dark short circuit.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인버터 기반전력 모듈에서 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a power conversion device and method for performing hardware failure detection in an inverter-based power module.

또한, 본 발명의 기술적 과제는, 인버터에 과전류가 발생하는 경우 전력소자 스위칭을 정지하여 전류흐름을 차단하여 소자 소손을 방지하는 방법을 제공하는 것에 있다.In addition, the technical problem of the present invention is to provide a method for preventing device damage by stopping current flow by stopping power device switching when an overcurrent occurs in the inverter.

또한, 본 발명의 기술적 과제는, 감지된 전류 크기의 전압을 전력 스위칭 소자 모듈에 입력했을 때 일정이상의 값을 가지면 스위칭 소자가 동작을 하지 않도록 하는 것에 있다.In addition, the technical problem of the present invention is to prevent the switching element from operating when a voltage having a sensed current is input to the power switching element module having a predetermined value or more.

또한, 본 발명의 기술적 과제는, 과전류 보호를 위한 전력 스위칭 소자 모듈 입력 전압이 전류 크기에 따라 형성되고, 전력 스위칭 소자는 소자의 온도상태에 따라 한계전류 크기가 달라지는 상황에서, 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 과전류 판단 레벨을 변경하는 과전류 판단 방법을 제공함에 있다.In addition, the technical problem of the present invention, the power switching device module input voltage for overcurrent protection is formed according to the current size, the power switching device in the situation that the limiting current size varies depending on the temperature state of the device, the temperature of the power switching device It is to provide an overcurrent judgment method for changing the overcurrent judgment level according to the.

위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 하드웨어 고장(Fault) 감지를 수행하는 전력 변환 장치가 제공된다. 상기 전력 변환 장치는 제어신호에 따라 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 동작을 수행하도록 구성된 전력 스위칭 모듈, 및 가변 전압을 측정하여 상기 전력 변환 장치의 과전류 발생 여부를 감지하도록 구성된 과전류 감지 회로를 포함하다. 또한, 상기 전력 변환 장치는 상기 과전류가 발생한 경우, 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작을 정지하도록 제어하는 전력소자 보호 회로를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 과전류 감지 회로는, 온도 가변 저항 소자를 구비하고, 상기 온도 가변 저항 소자에 기반하여 온도 변화에 따른 상기 가변전압을 측정하여, 인버터의 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 능동적으로 과전류 감지 레벨이 변경되는, 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.In order to solve the above problems, a power conversion device that performs hardware fault detection according to an aspect of the present invention is provided. The power conversion device includes a power switching module configured to perform on/off operations of a plurality of power switching elements according to a control signal, and an overcurrent detection circuit configured to detect whether an overcurrent occurs in the power conversion device by measuring a variable voltage Do. In addition, the power conversion device may further include a power device protection circuit that controls to stop the on/off switching operation of the plurality of power switching devices when the overcurrent occurs. At this time, the overcurrent detection circuit is provided with a temperature variable resistance element, and measures the variable voltage according to the temperature change on the basis of the temperature variable resistance element, the active overcurrent detection level according to the temperature of the power switching element of the inverter It is possible to provide a power conversion device that performs hardware failure detection that is changed.

일 실시 예에서, 상기 전력 스위칭 모듈로 구성된 인버터의 인버터 전류에 따라 발생하는 상기 가변 전압이 상기 전력소자 보호 회로에 입력될 수 있다. 이때, 상기 전력소자 보호 회로는 상기 입력된 가변 전압이 임계치 이상이면 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 스위칭 동작을 개별적으로 정지시켜, 과전류 발생 여부 뿐만 아니라, 과전류 발생 지점을 전류 검출 없이 특정 노드의 전압 값만으로 검출 가능하다는 장점이 있다.In one embodiment, the variable voltage generated according to the inverter current of the inverter configured as the power switching module may be input to the power device protection circuit. In this case, the power device protection circuit individually stops the switching operations of the plurality of power switching devices when the input variable voltage is greater than or equal to a threshold, so as to determine whether an overcurrent occurs or not, an overcurrent generation point is a voltage value of a specific node without current detection It has the advantage of being detectable only.

일 실시 예에서, 상기 과전류 감지 회로는, 상기 전력소자 보호 회로에 입력되는 상기 가변 전압의 오프셋을 조정하여 과전류 감지 레벨을 조정할 수 있다. 이때, 상기 가변 전압의 오프셋은 상기 온도 가변 저항 소자의 저항 값에 따라 가변 될 수 있다.In one embodiment, the overcurrent detection circuit may adjust the overcurrent detection level by adjusting the offset of the variable voltage input to the power device protection circuit. At this time, the offset of the variable voltage may be varied according to the resistance value of the temperature variable resistance element.

일 실시 예에서, 상기 가변 전압의 오프셋은 상기 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 변화되는 NTC (Negative temperature coefficient) 서미스터(thermistor) 저항에 의해 결정될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 스위칭 소자의 온도가 높을수록 상기 가변 전압의 오프셋 전압도 증가하게 된다. 따라서, 상기 과전류 감지 회로의 과전류 감지 레벨이 감소함에 따라 높은 온도에서도 상기 전력 스위칭 소자의 소손(burn-out)이 발생하지 않도록 상기 인버터를 보호할 수 있다는 장점이 있다.In one embodiment, the offset of the variable voltage may be determined by a NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistor resistance that changes according to the temperature of the power switching element. Accordingly, as the temperature of the power switching element increases, the offset voltage of the variable voltage also increases. Therefore, as the overcurrent detection level of the overcurrent detection circuit decreases, there is an advantage that the inverter can be protected from burning-out of the power switching element even at a high temperature.

본 발명의 다른 측면에 따른 전력 변환 장치의 하드웨어 고장(Fault)을 감지하는 방법에 있어서, 상기 방법은 전력 변환 장치에 의해 수행된다. 한편, 상기 하드웨어 고장 감지 방법은, 제어신호에 따라 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 동작을 수행하는 전력 스위칭 소자의 온/오프 과정; 가변 전압을 측정하여 상기 전력 변환 장치의 과전류 발생 여부를 감지하는 과전류 발생 여부 감지 과정; 및 상기 과전류가 발생한 경우, 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작을 정지하도록 제어하는 전력소자 동작 보호 과정을 포함한다. 이때, 상기 과전류 발생 여부 감지 과정에서, 과전류 감지 회로 내부의 온도 가변 저항 소자를 이용하여 온도 변화에 따른 상기 가변전압을 측정하여, 인버터의 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 능동적으로 과전류 감지 레벨이 변경되는, 하드웨어 고장 감지 방법을 제공할 수 있다.In a method of detecting a hardware fault of a power conversion device according to another aspect of the present invention, the method is performed by a power conversion device. On the other hand, the hardware failure detection method, the on/off process of the power switching element to perform the on/off operation of the plurality of power switching elements according to the control signal; An overcurrent occurrence detection process of detecting whether an overcurrent occurs in the power conversion device by measuring a variable voltage; And when the overcurrent occurs, controlling a power device operation to control to stop on/off switching of the plurality of power switching devices. At this time, in the process of detecting whether the overcurrent occurs, the overvoltage detection level is actively changed according to the temperature of the power switching element of the inverter by measuring the variable voltage according to the temperature change using the temperature variable resistance element inside the overcurrent detection circuit. , Hardware failure detection method.

일 실시 예에서, 상기 과전류 발생 여부 감지 과정에서, 상기 전력 스위칭 모듈로 구성된 인버터의 인버터 전류에 따라 발생하는 상기 가변 전압이 전력소자 보호 회로에 입력될 수 있다. 이때, 상기 전력소자 보호 회로는 상기 입력된 가변 전압이 임계치 이상이면 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 스위칭 동작을 개별적으로 정지시켜, 과전류 발생 여부 뿐만 아니라, 과전류 발생 지점을 전류 검출 없이 특정 노드의 전압 값만으로 검출 가능하다는 장점이 있다.In one embodiment, in the process of detecting whether an overcurrent has occurred, the variable voltage generated according to the inverter current of the inverter configured as the power switching module may be input to the power device protection circuit. In this case, the power device protection circuit individually stops the switching operations of the plurality of power switching devices when the input variable voltage is greater than or equal to a threshold, so as to determine whether an overcurrent occurs or not, an overcurrent generation point is a voltage value of a specific node without current detection It has the advantage of being detectable only.

일 실시 예에서, 상기 과전류 발생 여부 감지 과정에서, 상기 전력소자 보호 회로에 입력되는 상기 가변 전압의 오프셋을 조정하여 과전류 감지 레벨을 조정할 수 있다. 이때, 상기 가변 전압의 오프셋은 상기 온도 가변 저항 소자의 저항 값에 따라 가변 될 수 있다.In one embodiment, in the process of detecting whether an overcurrent has occurred, an overcurrent detection level may be adjusted by adjusting an offset of the variable voltage input to the power device protection circuit. At this time, the offset of the variable voltage may be varied according to the resistance value of the temperature variable resistance element.

일 실시 예에서, 상기 가변 전압의 오프셋은 상기 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 변화되는 NTC (Negative temperature coefficient) 서미스터(thermistor) 저항에 의해 결정될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 스위칭 소자의 온도가 높을수록 상기 가변 전압의 오프셋 전압도 증가하게 된다. 따라서, 상기 과전류 감지 회로의 과전류 감지 레벨이 감소함에 따라 높은 온도에서도 상기 전력 스위칭 소자의 소손(burn-out)이 발생하지 않도록 상기 인버터를 보호할 수 있다는 장점이 있다.In one embodiment, the offset of the variable voltage may be determined by a NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistor resistance that changes according to the temperature of the power switching element. Accordingly, as the temperature of the power switching element increases, the offset voltage of the variable voltage also increases. Therefore, as the overcurrent detection level of the overcurrent detection circuit decreases, there is an advantage that the inverter can be protected from burn-out of the power switching element even at a high temperature.

본 발명에 따른 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치 및 하드웨어 고장 감지 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the power conversion device and the hardware failure detection method for performing hardware failure detection according to the present invention are as follows.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 인버터의 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 능동적으로 과전류 감지 레벨이 변경되는, 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to provide a power conversion device for performing hardware failure detection, in which an overcurrent detection level is actively changed according to the temperature of the power switching element of the inverter.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 소자 온도가 상승한만큼 과전류 감지 레벨을 낮추어 열에 의한 소손 가능성을 개선하는, 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to provide a power conversion device that performs hardware failure detection, which improves the possibility of burnout by reducing the overcurrent detection level as the element temperature increases.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention may be clearly understood by those skilled in the art, and thus, it should be understood that specific embodiments such as detailed description and preferred embodiments of the present invention are given as examples only.

도 1은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치의 상세 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 과전류 감지 회로와 Gate Driver & 보호 로직의 구성에서 과전류 감지 회로의 등가회로를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 과전류 감지 회로에서 전압 출력 회로 부분을 나타낸 것이다.
도 6은 발명의 다른 실시 예에 따른 과전류 감지 회로에서 전압 출력 회로 부분을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 NTC 저항의 온도에 따른 서미스터 저항 값을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 IPM 온도에 따른 허용 전류 값의 그래프를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 오프셋 전압과 인버터 전류에 따른 특정 노드에서의 전압을 나타낸다.
도 10은 본 발명에 따른 전력 변환 장치에 의해 수행되는 전력 변환 장치의 하드웨어 고장(Fault) 감지 방법의 흐름도를 나타낸다.1 is a block diagram illustrating a power conversion apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a power conversion apparatus according to the present invention.
3 shows a detailed configuration of a power conversion device that performs hardware failure detection according to the present invention.
4 shows an equivalent circuit of the overcurrent detection circuit in the configuration of the overcurrent detection circuit and the gate driver & protection logic according to the present invention.
5 shows a voltage output circuit part in the overcurrent detection circuit according to the present invention.
6 illustrates a voltage output circuit part in an overcurrent sensing circuit according to another embodiment of the present invention.
7 shows the thermistor resistance value according to the temperature of the NTC resistance according to the present invention.
8 shows a graph of the permissible current value according to the IPM temperature according to the present invention.
9 shows a voltage at a specific node according to an offset voltage and an inverter current according to the present invention.
10 is a flowchart of a hardware fault detection method of a power conversion device performed by the power conversion device according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements are assigned the same reference numbers regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes "modules" and "parts" for components used in the following description are given or mixed only considering the ease of writing the specification, and do not have meanings or roles distinguished from each other in themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in this specification, detailed descriptions of related well-known technologies are omitted when it is determined that they may obscure the gist of the embodiments disclosed herein. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed in the specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and technical scope of the present invention , It should be understood to include equivalents or substitutes.

이하에서는, 본 발명에 따른 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치 및 하드웨어 고장 감지 방법에 대해 살펴보기로 한다. 본 발명의 착안점/구성/동작 원리에 따른 해결 수단은 다음과 같다.Hereinafter, a power conversion device and a hardware failure detection method for performing hardware failure detection according to the present invention will be described. The solution according to the point of view/configuration/operation principle of the present invention is as follows.

- 인버터 전력 스위칭 모듈에는 소자에서 발생된 온도를 감지하는 NTC (Negative temperature coefficient) 저항이 있고, 이를 통해서 온도를 측정한다.-Inverter power switching module has NTC (Negative temperature coefficient) resistance to sense the temperature generated in the device, and measure the temperature through this.

- NTC 저항은 소자의 온도가 증가할 수록 저항 값이 감소한다. 이에 따라, 온도가 증가함에 따라, 이를 감지하는 전압은 감소할 수 있다.-NTC resistance decreases as the temperature of the device increases. Accordingly, as the temperature increases, the voltage sensing it may decrease.

- 소자 온도가 증가한 만큼 감소하는 전압 특성을 이용하여, 전력 스위칭 소자 보호회로 전압 입력단에 전압 오프셋을 증가시킨다.-Using the voltage characteristic that decreases as the device temperature increases, the voltage offset is increased at the voltage input terminal of the power switching device protection circuit.

- 이에 따라, 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 과전류 레벨이 능동적으로 변경될 수 있다는 장점을 갖는다.-Accordingly, the overcurrent level can be actively changed according to the temperature of the power switching element.

도 1은 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력 변환 장치를 설명하기 위한 회로도이다.1 is a block diagram illustrating a power conversion apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a power conversion apparatus according to the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전력 변환 장치(1000)는 교류 전원(100)을 정류하는 정류부(1100), 정류부(1100)에서 정류된 DC 전압을 승압/강압하거나 역률을 제어하는 컨버터부(1200), 컨버터부(1200)를 제어하는 컨버터 제어부(1300)를 포함한다. 또한, 전력 변환 장치(1000)는 삼상 교류 전류를 출력하는 인버터(1400)와 인버터(1400)를 제어하는 인버터 제어부(1500)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, the power converter 1000 includes a rectifier 1100 rectifying the AC power supply 100, a converter unit boosting/stepping down the DC voltage rectified by the rectifier 1100 or controlling a power factor ( 1200), a converter control unit 1300 for controlling the converter unit 1200. In addition, the power conversion device 1000 may further include an inverter 1400 outputting a three-phase alternating current and an inverter control unit 1500 controlling the inverter 1400.

이러한 인버터(1400)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(2000)에 공급된다. 한편, 전력 변환 장치(1000)는 인버터(1400)를 제어하는 인버터 제어부(1500)와, 그리고 컨버터부(1200)와 인버터(1400) 사이의 DC단 캐패시터(C)를 포함할 수 있다.The inverter 1400 outputs a three-phase alternating current, and this output current is supplied to the motor 2000. Meanwhile, the power conversion device 1000 may include an inverter control unit 1500 that controls the inverter 1400, and a DC terminal capacitor C between the converter unit 1200 and the inverter 1400.

여기서, 모터(2000)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 다양한 가전 기기 등에 이용 가능하고, 이러한 가전 기기들을 구동하는 모터일 수 있다. Here, the motor 2000 may be a compressor motor that drives the air conditioner. However, the present invention is not limited thereto, and may be used for various home appliances, and may be a motor driving these home appliances.

이러한 인버터(1400)는 삼상 교류 전류를 출력하며, 이러한 출력 전류는 모터(2000)에 공급된다. 여기서, 모터(2000)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터일 수 있다. 이하, 모터(2000)는 공기 조화기를 구동하는 압축기 모터이고, 전력 변환 장치(1000)는 이러한 압축기 모터를 구동하는 모터 구동장치인 것을 예로 설명한다.The inverter 1400 outputs a three-phase alternating current, and this output current is supplied to the motor 2000. Here, the motor 2000 may be a compressor motor that drives the air conditioner. Hereinafter, it will be described as an example that the motor 2000 is a compressor motor driving the air conditioner, and the power conversion device 1000 is a motor driving device driving the compressor motor.

그러나 모터(2000)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 motor 2000 is not limited to the compressor motor, and may be used in a variety of application products using alternating voltage of variable frequency, for example, an AC motor such as a refrigerator, a washing machine, an electric vehicle, a car, and a vacuum cleaner.

한편, 전력 변환 장치(1000)는, 압축기 모터를 구동하기 위하여, DC단 전압 검출부(B), 입력 전압 검출부(A), 입력 전류 검출부(D), 출력 전류 검출부(E)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the power converter 1000 may further include a DC stage voltage detector (B), an input voltage detector (A), an input current detector (D), and an output current detector (E) to drive the compressor motor. have.

전력 변환 장치(1000)는, 계통으로부터의 교류 전원을 공급받아, 전력 변환하여, 모터(2000)에 변환된 전력을 공급한다.The power converter 1000 receives AC power from the system, converts the power, and supplies the converted power to the motor 2000.

컨버터부(1200)는, 입력 교류 전원(100)을 직류 전원으로 변환한다. 이러한 컨버터부(1200)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, 컨버터부(1200)는 승압 컨버터를 이용하는 예를 들어 설명한다.The converter unit 1200 converts the input AC power supply 100 to a DC power supply. The converter unit 1200 may use a DC-DC converter that operates as a power factor control (PFC) unit. In addition, the DC-DC converter may use a boost converter. In some cases, the converter 120 may be a concept including the rectifier 110. Hereinafter, the converter unit 1200 will be described as an example using a boost converter.

정류부(1100)는, 단상 교류 전원(100)을 입력받아 정류하고, 이와 같이 정류된 전원을 컨버터부(1200) 측으로 출력한다. 이를 위해, 정류부(1100)는 브리지 다이오드를 이용한 전파 정류 회로를 이용할 수 있다.The rectifying unit 1100 receives the single-phase AC power supply 100 and rectifies it, and outputs the rectified power to the converter unit 1200 side. To this end, the rectifying unit 1100 may use a full-wave rectifying circuit using a bridge diode.

이와 같이, 컨버터부(1200)는 정류부(1100)에서 정류된 전압을 승압 및 평활하는 과정에서 역률 개선 동작을 행할 수 있다.As such, the converter unit 1200 may perform a power factor improvement operation in the process of boosting and smoothing the voltage rectified by the rectifier 1100.

이러한 컨버터부(1200)는, 정류부(1100)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 converter unit 1200 includes an inductor L1 connected to the rectifying unit 1100, a switching element Q1 connected to the inductor L1, and a capacitor C connected in parallel with the switching element Q1, And a diode D1 connected between the switching element Q1 and the capacitor C.

컨버터부(1200)는 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있는 승압 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 converter unit 1200 is a step-up converter capable of obtaining an output voltage higher than the input voltage. When the switching element Q1 is conducted, the diode D1 is blocked and energy is stored in the inductor L1, and the capacitor C As the stored charge is discharged, an output voltage is generated at the output terminal.

또한, 스위칭 소자(Q1)가 차단되면 스위칭 소자(Q1) 도통 시 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 더해져서 출력단으로 전달된다.In addition, when the switching element Q1 is blocked, the energy stored in the inductor L1 is added when the switching element Q1 conducts, and is transferred to the output terminal.

여기서, 스위칭 소자(Q1)는 별도의 PWM(pulse width modulation) 신호에 의하여 스위칭 동작을 할 수 있다.Here, the switching element Q1 may perform a switching operation by a separate pulse width modulation (PWM) signal.

즉, 컨버터 제어부(130)에서 전달되는 PWM 신호가 컨버터 구동부(1600)에 전달되고, 컨버터 구동부(1600)는, 스위칭 소자(Q1)의 베이스(base; 또는 게이트) 단에 연결되어, 이 PWM 신호에 의하여 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작을 구동시킬 수 있다.That is, the PWM signal transmitted from the converter control unit 130 is transmitted to the converter driving unit 1600, and the converter driving unit 1600 is connected to a base (or gate) terminal of the switching element Q1, and this PWM signal By this, the switching operation of the switching element Q1 can be driven.

일 예로, 컨버터부(1200)의 스위칭 소자(Q1)는, 게이트단이 컨버터 구동부(1600)에 연결되고, 에미터단이 컨버터 구동부(1600)와 소자 보호부(1800) 사이의 노드에 연결될 수 있다.For example, the switching element Q1 of the converter unit 1200 may have a gate terminal connected to the converter driver 1600 and an emitter terminal connected to a node between the converter driver 1600 and the device protection unit 1800. .

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 transistor)의 구조를 가지는 스위칭(switching) 소자로서, 구동전력이 작고, 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.IGBT is a switching device having a structure of a power metal oxide semi-conductor field effect transistor (MOSFET) and a bipolar transistor, and is a device capable of small driving power, high speed switching, high withstand voltage, and high current density.

이와 같이, 컨버터 제어부(1300)는 컨버터부(1200) 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.As such, the converter control unit 1300 can control the turn-on timing of the switching element Q1 in the converter unit 1200. Accordingly, the converter control signal Sc for the turn-on timing of the switching element Q1 can be output.

이를 위해, 컨버터 제어부(1300)는 입력 전압 검출부(A)와 입력 전류 검출부(B)로부터 각각, 입력 전압(Vs)과, 입력 전류(Is)를 수신할 수 있다.To this end, the converter control unit 1300 may receive the input voltage Vs and the input current Is from the input voltage detection unit A and the input current detection unit B, respectively.

그리고, 정류부(1100)를 거친 출력 전압은, DC단 캐패시터(C)에 충전되거나 인버터(1400)를 구동할 수 있다.In addition, the output voltage that has passed through the rectifier 1100 may be charged in the DC terminal capacitor C or drive the inverter 1400.

입력 전압 검출부(A)는 입력 교류 전원(100)으로부터의 입력 전압(Vs)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 정류부(1100) 전단에 위치할 수 있다.The input voltage detector A may detect the input voltage Vs from the input AC power supply 100. For example, it may be located at the front end of the rectifier 1100.

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(1300)에 인가될 수 있다.The input voltage detector A may include a resistance element, an OP AMP, and the like for voltage detection. The detected input voltage Vs is a discrete signal in the form of a pulse and may be applied to the converter control unit 1300 for generating the converter control signal Sc.

다음, 입력 전류 검출부(D)는 입력 교류 전원(100)으로부터의 입력 전류(Is)를 검출할 수 있다. 구체적으로, 정류부(1100) 전단에 위치할 수 있다.Next, the input current detector D may detect the input current Is from the input AC power supply 100. Specifically, it may be located at the front end of the rectifier 1100.

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(1300)에 인가될 수 있다.The input current detector D may include a current sensor, a current transformer (CT), and a shunt resistor for current detection. The detected input voltage Is is a discrete signal in the form of a pulse, and may be applied to the converter control unit 1300 to generate the converter control signal Sc.

DC 전압 검출부(B)는 DC단 캐패시터(C)의 맥동하는 전압(Vdc)을 검출한다. 이러한 전원 검출을 위해, 저항소자, OP AMP 등이 사용될 수 있다. 검출된 DC단 캐패시터(C)의 전압(Vdc)은, 펄스 형태의 이산 신호(discrete signal)로서, 인버터 제어부(1500)에 인가될 수 있으며, DC단 캐패시터(C)의 직류 전압(Vdc)에 기초하여 인버터 제어신호(Si)가 생성될 수 있다.The DC voltage detector B detects the pulsating voltage Vdc of the DC terminal capacitor C. For detecting the power supply, a resistance element, an OP AMP, and the like can be used. The detected voltage (Vdc) of the DC stage capacitor (C), as a discrete signal (discrete signal) in the form of a pulse, can be applied to the inverter control unit 1500, the DC stage of the DC capacitor (C) DC voltage (Vdc) Based on the inverter control signal (Si) may be generated.

한편, 도면과 달리, 검출되는 DC 전압은, 컨버터 제어부(1300)에 인가되어, 컨버터 제어신호(Sc)의 생성에 사용될 수도 있다.Meanwhile, unlike the drawing, the detected DC voltage may be applied to the converter control unit 1300 and used to generate the converter control signal Sc.

전술된 인버터(1400)를 포함한 전력 변환 장치(1000)에서, 본 발명에 따른 과전류 감지 기반 하드웨어 고장(Fault) 감지를 수행하는 방법 및 그 장치는 다음과 같다.In the power conversion apparatus 1000 including the inverter 1400 described above, a method and apparatus for performing hardware fault detection based on overcurrent detection according to the present invention are as follows.

본 발명은 인버터에 과전류가 통전 되었을 시 전력 스위칭 소자 IPM (Intelligent Power Module)의 온도 상태에 따라, 하드웨어 고장(fault) 감지 레벨을 변경하여 소자를 더욱 안전하게 보호하는 회로이다. 전력 스위칭 소자의 경우 온도가 높을수록 소손(burn-out)될 수 있는 전류크기가 감소하는 특성을 갖는다. 이러한 특징을 고려하여 전력 스위칭 소자의 온도가 상승함에 따라, 하드웨어 고장(fault) 감지 레벨을 감소시켜 소자 소손을 방지하고자 한다. 이러한 일련의 시퀀스에 따라 동작하도록 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a circuit for more securely protecting a device by changing a hardware fault detection level according to a temperature state of a power switching device Intelligent Power Module (IPM) when an overcurrent is applied to the inverter. In the case of a power switching device, the higher the temperature, the smaller the magnitude of current that can be burned out. In consideration of these characteristics, as the temperature of the power switching device increases, the hardware fault detection level is reduced to prevent device damage. It is characterized in that the circuit is configured to operate according to this series of sequences.

이와 관련하여, 도 3은 본 발명에 따른 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치의 상세 구성을 나타낸다. 여기서, 인버터(1400)는 전력 스위칭 모듈(1400) 또는 지능형 전력 모듈(IPM: Intelligent Power Module)(1400) 등으로 다양하게 지칭될 수 있다. In this regard, FIG. 3 shows a detailed configuration of a power conversion device that performs hardware failure detection according to the present invention. Here, the inverter 1400 may be variously referred to as a power switching module 1400 or an intelligent power module (IPM) 1400.

도 3을 참조하면, 전력 변환 장치는 전력 스위칭 모듈(1400), 과전류 감지 회로(2500) 및 전력소자 보호 회로(3000)를 포함하도록 구성된다. 여기서, 전력소자 보호 회로(3000)는 Gate Driver & 보호 로직(3000)과 같은 다른 표현으로 구체적으로 다양하게 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 3, the power conversion device is configured to include a power switching module 1400, an overcurrent detection circuit 2500, and a power device protection circuit 3000. Here, the power device protection circuit 3000 may be specifically referred to in various ways by other expressions such as the gate driver & protection logic 3000.

한편, 전력 스위칭 모듈(1400)은 제어신호에 따라 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 동작을 수행하도록 구성된다. 이때, 상기 제어신호는 전술한 바와 같이 PWM 제어 신호일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.Meanwhile, the power switching module 1400 is configured to perform on/off operations of a plurality of power switching elements according to a control signal. At this time, the control signal may be a PWM control signal as described above, but is not limited thereto and may be changed according to application.

과전류 감지 회로(2500)는 내부 및/또는 외부의 일 지점에서 가변 전압을 측정하여 상기 전력 변환 장치의 과전류 발생 여부를 감지하도록 구성된다. 이와 관련하여, 과전류 감지 회로(2500)는 전력 스위칭 모듈(1400) 외부에서 복수의 전력 스위칭 소자(S1 내지 S6) 각각에 연결되어 각각에 대한 과전류 여부를 검출할 수 있다. 이에 따라, 복수의 과전류 감지 회로들이 아닌 단일 감지 회로를 통해서, 인버터 또는 전력 변환 장치 외부에서도 내부의 과전류 발생 여부와 발생 지점을 검출할 수 있다는 장점이 있다.The overcurrent sensing circuit 2500 is configured to detect whether an overcurrent of the power converter is generated by measuring a variable voltage at one point inside and/or outside. In this regard, the overcurrent detection circuit 2500 may be connected to each of the plurality of power switching elements S1 to S6 outside the power switching module 1400 to detect whether there is an overcurrent for each. Accordingly, there is an advantage in that it is possible to detect whether or not an internal overcurrent occurs and an occurrence point even outside the inverter or the power converter through a single sensing circuit rather than a plurality of overcurrent sensing circuits.

다른 실시 예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 과전류 감지 회로(2500)가 복수의 전력 스위칭 소자(S1 내지 S6) 각각에 전력 스위칭 모듈(1400) 내부에서 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 하나의 과전류 감지 회로에서 분기되는 신호 선의 개수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 전력 변환 장치의 크기가 문제되지 않는 응용에서는 이와 같이 복수의 전력 스위칭 소자(S1 내지 S6) 각각에 구비되는 과전류 감지 회로 구성이 유리할 수 있다. 이에 따라, 복수의 과전류 감지 회로들을 통해, 인버터 내부에서 내부의 과전류 발생 여부와 발생 지점을 정확하게 검출하고, 해당 스위칭 소자만 신속하게 보호할 수 있다는 장점이 있다.According to another embodiment, as shown in FIG. 3, the overcurrent sensing circuit 2500 may be configured to be connected to each of the plurality of power switching elements S1 to S6 inside the power switching module 1400. Accordingly, the number of signal lines branched from one overcurrent sensing circuit can be reduced. Therefore, in an application in which the size of the power conversion device is not a problem, the configuration of the overcurrent detection circuit provided in each of the plurality of power switching elements S1 to S6 may be advantageous. Accordingly, through a plurality of overcurrent detection circuits, there is an advantage that it is possible to accurately detect whether or not an overcurrent is generated inside the inverter, and to quickly protect only the corresponding switching element.

또한, 전력소자 보호 회로(3000)는 과전류가 발생한 경우, 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작을 정지하도록 전력 스위칭 모듈(1400)을 제어한다. 이때, 과전류 감지 회로는, 온도 가변 저항 소자를 구비하고, 상기 온도 가변 저항 소자에 기반하여 온도 변화에 따른 상기 가변전압을 측정할 수 있다.In addition, the power device protection circuit 3000 controls the power switching module 1400 to stop the on/off switching operation of the plurality of power switching devices when an overcurrent occurs. At this time, the overcurrent sensing circuit may include a temperature variable resistance element, and measure the variable voltage according to a temperature change based on the temperature variable resistance element.

한편, 전력 스위칭 모듈(1400)로 구성된 인버터의 인버터 전류에 따라 발생하는 가변 전압이 전력소자 보호 회로(3000)에 입력될 수 있다. 이때, 전력소자 보호 회로(3000)는 상기 입력된 가변 전압이 임계치 이상이면 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 스위칭 동작을 개별적으로 정지시킬 수 있다. 이에 따라, 과전류 발생 여부 뿐만 아니라, 과전류 발생 지점을 전류 검출 없이 특정 노드의 전압 값만으로 검출 가능하다는 장점이 있다.Meanwhile, a variable voltage generated according to the inverter current of the inverter composed of the power switching module 1400 may be input to the power device protection circuit 3000. At this time, the power device protection circuit 3000 may individually stop the switching operations of the plurality of power switching devices when the input variable voltage is greater than or equal to a threshold. Accordingly, there is an advantage that the overcurrent generation point can be detected only with the voltage value of a specific node without current detection, as well as whether the overcurrent has occurred.

구체적으로, 과전류 감지 회로(2500)는 전력소자 보호 회로(3000)에 입력되는 상기 가변 전압의 오프셋을 조정하여 과전류 감지 레벨을 조정한다. 이에 따라, 상기 가변 전압의 오프셋은 온도 가변 저항 소자의 저항 값에 따라 가변 될 수 있다.Specifically, the overcurrent detection circuit 2500 adjusts the overcurrent detection level by adjusting the offset of the variable voltage input to the power device protection circuit 3000. Accordingly, the offset of the variable voltage may be varied according to the resistance value of the temperature variable resistance element.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가변 전압의 오프셋은 상기 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 변화되는 NTC (Negative temperature coefficient) 서미스터(thermistor) 저항에 의해 결정될 수 있다. 이때, 전력 스위칭 소자의 온도가 높을수록 상기 가변 전압의 오프셋 전압도 증가한다. 따라서 과전류 감지 회로(2500의 과전류 감지 레벨이 감소함에 따라 높은 온도에서도 전력 스위칭 소자의 소손(burn-out)이 발생하지 않도록 인버터(1400)를 보호할 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 3, the offset of the variable voltage may be determined by a negative temperature coefficient (NTC) thermistor resistance that changes according to the temperature of the power switching element. At this time, as the temperature of the power switching element increases, the offset voltage of the variable voltage also increases. Therefore, as the overcurrent detection circuit 2500 reduces the overcurrent detection level, the inverter 1400 may be protected from burning-out of the power switching device even at a high temperature.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 변환기(1000)는 인버터와 병렬로 연결된 DC 링크(link) 커패시터(C) 및 과전류 감지 회로 내부에 배치되는 연산 증폭기(OP-AMP)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 3, the power converter 1000 according to the present invention further includes a DC link capacitor C connected in parallel with the inverter and an operational amplifier (OP-AMP) disposed inside the overcurrent sensing circuit. can do.

또한, 전력 변환기(1000), 상세하게는 과전류 감지 회로(2500)는 제1 저항(R1) 내지 제3 저항(R3)을 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 저항(R1)은 일단이 DC 링크 커패시터에 연결되고, 타단이 인버터(1400)에 연결되도록 배치된다. 또한, 제2 저항(R2)은 일단이 제1 저항(R1)의 타단에 연결되고, 타단이 제3 저항(R3)을 통해 연산 증폭기(OP-AMP)의 출력에 연결되도록 배치된다.In addition, the power converter 1000, in particular, the overcurrent sensing circuit 2500 may further include a first resistor R1 to a third resistor R3. In this case, the first resistor R1 is arranged such that one end is connected to the DC link capacitor and the other end is connected to the inverter 1400. In addition, the second resistor R2 is arranged such that one end is connected to the other end of the first resistor R1 and the other end is connected to the output of the operational amplifier OP-AMP through the third resistor R3.

또한, 전력 변환기(1000), 상세하게는 과전류 감지 회로(2500)는 제4 저항(R4) 내지 제8 저항(R8)을 더 포함할 수 있다. 이때, 제4 저항(R4)은 일단이 제3 저항(R3)의 타단에 연결되고, 타단이 제5 저항(R5)을 통해 연산 증폭기(OP-AMP)의 제1 입력과 연결되도록 배치된다. In addition, the power converter 1000, in particular, the overcurrent sensing circuit 2500 may further include a fourth resistor R4 to an eighth resistor R8. At this time, the fourth resistor R4 is arranged such that one end is connected to the other end of the third resistor R3, and the other end is connected to the first input of the operational amplifier OP-AMP through the fifth resistor R5.

한편, 제6 저항(R6)은 연산 증폭기(OP-AMP)의 제1 입력과 접지 간에 연결되도록 배치된다. 또한, 제7 저항(R7)은 일단이 제6 저항(R6)과 병렬로 연산 증폭기(OP-AMP)의 제1 입력에 연결되고, 타단이 제1 내부 전원에 연결되도록 배치된다. 또한, 제8 저항(R8)은 NTC 서미스터 저항(NTC)과 제2 내부 전원(+5V) 사이에 연결되도록 배치된다.Meanwhile, the sixth resistor R6 is disposed to be connected between the first input of the operational amplifier OP-AMP and ground. Further, the seventh resistor R7 is arranged such that one end is connected to the first input of the operational amplifier OP-AMP in parallel with the sixth resistor R6, and the other end is connected to the first internal power supply. Further, the eighth resistor R8 is disposed to be connected between the NTC thermistor resistor NTC and the second internal power supply (+5V).

한편, 전술된 구성에 기반하여, 인버터(1400)에서 흐르는 전류와 소자 온도에 따른 구체적인 동작은 다음과 같다.Meanwhile, based on the above-described configuration, specific operations according to the current flowing in the inverter 1400 and the device temperature are as follows.

인버터(1400)에서 전류가 흐르면 R1 저항을 통해서 전압 V1이 발생하고 그 전압은 저항 R2와 저항 R3에 의해서 전압 V2가 형성된다.When a current flows from the inverter 1400, a voltage V1 is generated through the R1 resistor, and the voltage V2 is formed by the resistor R2 and the resistor R3.

한편, V2의 전압이 일정 이상이 되면 소자 보호 로직(3000)이 동작하여 전력 소자의 스위칭이 멈추게 된다. 이때, V2의 전압은 V3전압에 의해 오프셋 전압을 가지게 된다.On the other hand, when the voltage of V2 exceeds a certain level, the device protection logic 3000 operates to stop switching of the power device. At this time, the voltage of V2 has an offset voltage by the voltage of V3.

한편, V3 전압에 의한 오프셋 전압이 클수록 R1에 흐르는 전류가 작아져도 V2 전압이 소자 보호 로직(3000)이 동작하는 전압으로 형성된다.On the other hand, the larger the offset voltage by the V3 voltage, the smaller the current flowing through R1 is, the V2 voltage is formed as the voltage at which the device protection logic 3000 operates.

V3전압은 연산 증폭기(OP-AMP) 전압의 출력이며, 연산 증폭기(OP-AMP) 출력은 V4 전압과 NTC 저항에 의한 V5 전압의 차로 결정된다. 이때, NTC 저항에 의한 전압 V5는 소자의 온도에 따라 변화한다.The V3 voltage is the output of the operational amplifier (OP-AMP) voltage, and the operational amplifier (OP-AMP) output is determined by the difference between the V4 voltage and the V5 voltage by the NTC resistor. At this time, the voltage V5 due to the NTC resistance changes according to the temperature of the device.

이상에서 전술한 내용을 바탕으로, 복수 개의 전력 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 동작을 정지시킬 수 있다. 이와 관련하여, 인버터(1400)에서 흐르는 전류에 의해 제1 저항(R1)의 타단에서 제1 전압(V1)이 발생된다. 이때, 제2 저항(R2)의 타단에서의 제2 전압(V2)이 임계치 이상이면, 복수 개의 전력 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 스위칭 동작을 정지시킬 수 있다.Based on the above description, the operation of the plurality of power switching elements S1 to S6 can be stopped. In this regard, the first voltage V1 is generated at the other end of the first resistor R1 by the current flowing in the inverter 1400. At this time, when the second voltage V2 at the other end of the second resistor R2 is greater than or equal to a threshold, switching operations of the plurality of power switching elements S1 to S6 may be stopped.

한편, 제3 저항(R3)의 타단에서의 제3 전압(V3)과 제2 전압(V2)의 차이에 해당하는 오프셋 전압이 전력 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 온도에 따라 가변 되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 전력 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 온도가 높을수록 가변 전압의 오프셋 전압도 증가한다. 따라서, 과전류 감지 회로(2500)의 과전류 감지 레벨이 감소함에 따라 높은 온도에서도 전력 스위칭 소자(S1 내지 S6)의 소손(burn-out)이 발생하지 않도록 상기 인버터를 보호할 수 있다.Meanwhile, the offset voltage corresponding to the difference between the third voltage V3 and the second voltage V2 at the other end of the third resistor R3 may be configured to vary according to the temperature of the power switching elements S1 to S6. have. Accordingly, as the temperature of the power switching elements S1 to S6 increases, the offset voltage of the variable voltage also increases. Therefore, as the overcurrent detection level of the overcurrent detection circuit 2500 decreases, the inverter can be protected from burning-out of the power switching elements S1 to S6 even at a high temperature.

한편, 본 발명의 과전류 감지 회로(2500)에서 오프셋 전압과 관련하여 상세히 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 4는 본 발명에 따른 과전류 감지 회로와 Gate Driver & 보호 로직의 구성에서 과전류 감지 회로의 등가회로를 나타낸다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 과전류 감지 회로에서 전압 출력 회로 부분을 나타낸 것이다.On the other hand, look at in detail with respect to the offset voltage in the overcurrent detection circuit 2500 of the present invention. In this regard, FIG. 4 shows an equivalent circuit of the overcurrent detection circuit in the configuration of the overcurrent detection circuit and the gate driver & protection logic according to the present invention. In addition, Figure 5 shows a portion of the voltage output circuit in the overcurrent detection circuit according to the present invention.

한편, 수학식 1은 도 4의 과전류 감지 회로(2500)와 Gate Driver & 보호 로직에 해당하는 전력소자 보호 회로(3000)의 연결 지점에 해당하는 노드에서의 전압 V2를 나타낸다.On the other hand, Equation 1 shows the voltage V2 at the node corresponding to the connection point of the overcurrent detection circuit 2500 of FIG. 4 and the power device protection circuit 3000 corresponding to the gate driver & protection logic.

Figure pat00001
Figure pat00001

이와 관련하여, 인버터의 과전류 감지 회로(2500)와 Gate Driver & 보호 로직에 해당하는 전력소자 보호 회로(3000)는 V2 전압단에서 일정전압 이상이 발생되어야 보호동작이 수행된다. 또한, 수학식1과 같이, V2전압은 인버터 전류 I1에 따른 전압과 V3에 따른 오프셋 전압에 의해 형성된다.In this regard, the overcurrent detection circuit 2500 of the inverter and the power device protection circuit 3000 corresponding to the gate driver & protection logic are protected when a certain voltage or higher is generated at the voltage terminal of V2. In addition, as in Equation 1, the voltage V2 is formed by the voltage according to the inverter current I1 and the offset voltage according to V3.

한편, 수학식 2와 3은 도 4의 과전류 감지 회로(2500)에서 전압 출력 회로인 OP-AMP의 출력 전압인 V3과 NTC 저항의 전압인 V5를 나타낸다.On the other hand, Equations 2 and 3 represent the output voltage V3 of the voltage output circuit OP-AMP and the voltage V5 of the NTC resistor in the overcurrent sensing circuit 2500 of FIG. 4.

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

이와 관련하여, 도 5는 V3전압을 생성하는 회로이며, V4 전압과 NTC 저항에 의한 V5 전압에 따라 전압이 가변 된다.In this regard, FIG. 5 is a circuit for generating the V3 voltage, and the voltage varies according to the V4 voltage and the V5 voltage by the NTC resistor.

한편, V3 전압 출력은 수학식2와 같이 R4, R5 증폭비와 V4 전압과 V5 전압의 차에 의해서 결정된다. 또한, 수학식 3과 같이 V5 전압은 NTC 저항의 저항 변화에 따른 저항분배 전압을 갖는다. 이때, 수학식3에 따라 전력 소자의 온도가 상승하면 V5 전압이 감소하여 V3 전압은 상승하고, 반면에 전력 소자의 온도가 하강하면 V5 전압이 상승하여 V3 전압은 감소한다. Meanwhile, the voltage output of V3 is determined by the difference between the amplification ratio of R4 and R5 and the voltage of V4 and V5 as shown in Equation (2). In addition, as shown in Equation 3, the V5 voltage has a resistance distribution voltage according to the resistance change of the NTC resistance. At this time, according to Equation 3, when the temperature of the power element rises, the V5 voltage decreases and the V3 voltage rises, whereas when the temperature of the power element decreases, the V5 voltage rises and the V3 voltage decreases.

한편, 도 6은 발명의 다른 실시 예에 따른 과전류 감지 회로에서 전압 출력 회로 부분을 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, 과전류 감지 회로의 전압 출력 회로 부분에서 PTC(Positive) 서미스터 저항(PTC)이 사용된다. 이와 관련하여, PTC 타입 저항은 온도가 상승할수록 저항 값이 커진다. 이러한 특성을 이용해서 도 6과 같은 회로를 구성하면, 아래의 수학식4와 같이 IPM 온도가 증가하여 PTC 저항 값이 커지면 V3 전압 값도 상승하게 된다.Meanwhile, FIG. 6 illustrates a voltage output circuit part in an overcurrent sensing circuit according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a positive thermistor resistor (PTC) is used in the voltage output circuit portion of the overcurrent sensing circuit. In this regard, the resistance value of the PTC type resistor increases as the temperature increases. When a circuit as shown in FIG. 6 is constructed using these characteristics, as shown in Equation 4 below, when the IPM temperature increases and the PTC resistance value increases, the V3 voltage value also increases.

Figure pat00004
Figure pat00004

이와 같이, NTC 서미스터 저항 대신에 PTC 서미스터 저항이 사용되는 경우에도, 제1 저항(R1) 내지 제8 저항(R8)을 포함한 회로 구성은 동일하게 유지될 수 있다. 이때, 제8 저항(R8)은 PTC 서미스터 저항(PTC)과 제2 내부 전원 사이에 연결되도록 배치될 수 있다. As such, even when a PTC thermistor resistor is used instead of the NTC thermistor resistor, the circuit configuration including the first resistors R1 to 8th resistors R8 can be kept the same. At this time, the eighth resistor R8 may be disposed to be connected between the PTC thermistor resistor PTC and the second internal power supply.

한편, NTC 서미스터 저항 대신에 PTC 서미스터 저항이 사용되는 경우, 온도 변화에 따른 과전류 감지 위하여, 과전류 감지 회로(2500) 내 특정 노드에서의 전압 감지는 다음과 같은 방법으로 수행된다.On the other hand, when the PTC thermistor resistor is used instead of the NTC thermistor resistor, voltage detection at a specific node in the overcurrent detection circuit 2500 is performed in the following way in order to detect overcurrent according to temperature change.

이와 관련하여, 제3 저항(R3)의 타단에서의 제3 전압(V3)과 제2 전압(V2)의 차이에 해당하는 오프셋 전압이 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 가변 되도록 구성될 수 있다. 이때, 제3 전압(V3)은 상기 연산 증폭기의 출력 전압이다. 한편, 제3 전압(V3)은, 연산 증폭기의 제2 입력에 인가되는 제1 내부 전원의 전압인 제4 전압(V4)과 PTC 서미스터 저항(PTC)에 의한 제5 전압(V5)의 차이에 비례하여 결정될 수 있다.In this regard, the offset voltage corresponding to the difference between the third voltage V3 and the second voltage V2 at the other end of the third resistor R3 may be configured to vary according to the temperature of the power switching element. At this time, the third voltage V3 is the output voltage of the operational amplifier. On the other hand, the third voltage V3 is the difference between the fourth voltage V4 which is the voltage of the first internal power applied to the second input of the operational amplifier and the fifth voltage V5 by the PTC thermistor resistor PTC. It can be determined proportionally.

이 때 하드웨어 고장(Fault)를 감지하는 V2 전압 오프셋이 커져서 IPM의 온도가 과-온도(over-temperature)일 때, 스위칭 동작을 수행하는 소자의 전류를 고려하여, 해당 인버터 소자의 전력 스위칭을 정지할 수 있다.At this time, when the voltage offset of V2 that detects a hardware fault is increased and the temperature of the IPM is over-temperature, considering the current of the device performing the switching operation, the power switching of the corresponding inverter device is stopped. can do.

한편, 본 발명에서 사용된 NTC 저항의 온도 특성에 대해 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 도 7은 본 발명에 따른 NTC 저항의 온도에 따른 서미스터 저항 값을 나타낸다. 구체적으로, 도 7은 전력소자 IPM (Intelligent Power Module)에 삽입되어 있는 NTC 온도 특성 곡선을 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, IPM 모듈의 내부 온도가 증가할 수록 NTC 저항 값은 감소하게 된다.Meanwhile, the temperature characteristics of the NTC resistor used in the present invention will be described. In this regard, FIG. 7 shows the thermistor resistance value according to the temperature of the NTC resistance according to the present invention. Specifically, Figure 7 shows the NTC temperature characteristic curve inserted in the power device IPM (Intelligent Power Module). As illustrated in FIG. 7, as the internal temperature of the IPM module increases, the NTC resistance value decreases.

한편, 도 8은 본 발명에 따른 IPM 온도에 따른 허용 전류 값의 그래프를 나타낸다. 구체적으로, IPM 내부의 전력소자 온도에 따른 통전 허용 전류 값을 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 온도가 높을수록 사용 가능한 전류는 작아지게 된다. On the other hand, Figure 8 shows a graph of the allowable current value according to the IPM temperature according to the present invention. Specifically, it shows the current value allowed for conduction according to the temperature of the power element inside the IPM. As shown in FIG. 8, the higher the temperature, the smaller the usable current.

한편, 도 3, 도 7 및 도 8을 참조하면, 과전류 감지 회로(2500)의 NTC 저항의 온도에 따른 서미스터 저항 값이 가변하는 원리와 구체적인 저항 값을 이용할 수 있다. 이를 위해, 온도 변화에 따른 특정 노드의 가변전압을 측정하여 전류 측정 없이도, 전력 변환 장치의 과전류 발생 여부와 발생 지점을 구체적으로 감지할 수 있다는 장점이 있다. Meanwhile, referring to FIGS. 3, 7 and 8, a principle and a specific resistance value in which the thermistor resistance value varies according to the temperature of the NTC resistance of the overcurrent sensing circuit 2500 may be used. To this end, there is an advantage in that it is possible to specifically detect whether or not an overcurrent occurs in a power conversion device and a point of occurrence without measuring current by measuring a variable voltage of a specific node according to a change in temperature.

한편, 도 9는 본 발명에 따른 오프셋 전압과 인버터 전류에 따른 특정 노드에서의 전압을 나타낸다. 구체적으로, 도 3, 도 4 및 도 9를 참조하면, 오프셋 전압과 인버터 전류 I1에 따른 V2 전압을 나타낸다.Meanwhile, FIG. 9 shows a voltage at a specific node according to an offset voltage and an inverter current according to the present invention. Specifically, referring to FIGS. 3, 4 and 9, the offset voltage and the V2 voltage according to the inverter current I1 are shown.

도 9를 참조하면, 오프셋 전압에 따라 인버터 전류에 따른 V2 전압이 다르게 발생하고, 오프셋 전압이 높을수록 과전류 감지 값은 낮아짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the V2 voltage according to the inverter current varies according to the offset voltage, and the higher the offset voltage, the lower the overcurrent detection value.

따라서, 소자 온도가 높아질수록 오프셋 전압은 높아져서 감지전류 레벨이 낮아지게 되어 소자를 안전하게 보호할 수 있다는 장점이 있다.Accordingly, the higher the device temperature, the higher the offset voltage, and the lower the sensed current level is, so the device can be safely protected.

이상에서는, 본 발명에 따른 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치에 대해 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 다른 측면에 따른 전력 변환 장치에 의해 수행되는 전력 변환 장치의 하드웨어 고장(Fault) 감지 방법에 대해 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 전술된 전력 변환 장치에 대한 설명이 이하의 전력 변환 장치의 하드웨어 고장(Fault) 감지 방법에 적용될 수 있다.In the above, the power conversion device for performing hardware failure detection according to the present invention has been described. Hereinafter, a method for detecting a hardware fault of a power conversion device performed by the power conversion device according to another aspect of the present invention will be described. In this regard, the above description of the power converter may be applied to a hardware fault detection method of the power converter below.

이와 관련하여, 도 10은 본 발명에 따른 전력 변환 장치에 의해 수행되는 전력 변환 장치의 하드웨어 고장(Fault) 감지 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 하드웨어 고장 감지 방법은, 전력 스위칭 소자의 온/오프 과정(S110), 과전류 발생 여부 감지 과정(S120) 및 전력소자 동작 보호 과정(S130)을 포함한다.In this regard, FIG. 10 shows a flowchart of a hardware fault detection method of a power conversion device performed by the power conversion device according to the present invention. Referring to FIG. 10, the hardware failure detection method includes an on/off process of the power switching device (S110 ), an overcurrent occurrence detection process (S120 ), and a power device operation protection process (S130 ).

전력 스위칭 소자의 온/오프 과정(S110)에서, 제어신호에 따라 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 동작을 수행한다. 한편, 전력 스위칭 소자의 온/오프 과정(S110)은 인버터(1400)에 해당하는 전력 스위칭 모듈(1400) 또는 지능형 전력 모듈(IPM: Intelligent Power Module)(1400)에 의해 수행된다.In the on/off process of the power switching device (S110), an on/off operation of a plurality of power switching devices is performed according to a control signal. Meanwhile, the on/off process of the power switching device (S110) is performed by the power switching module 1400 or the intelligent power module (IPM) 1400 corresponding to the inverter 1400.

또한, 과전류 발생 여부 감지 과정(S120)에서, 가변 전압을 측정하여 전력 변환 장치의 과전류 발생 여부를 감지한다. 한편, 과전류 발생 여부 감지 과정(S120)은 과전류 감지 회로(2500)에 의해 수행된다.In addition, in the process of detecting whether an overcurrent has occurred (S120), a variable voltage is measured to detect whether an overcurrent of the power conversion device has occurred. Meanwhile, the process of detecting whether an overcurrent has occurred (S120) is performed by the overcurrent detection circuit 2500.

또한, 전력소자 동작 보호 과정(S130)에서, 과전류가 발생한 경우, 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작을 정지하도록 제어한다. 한편, 전력소자 동작 보호 과정(S130)에서, 전력소자 보호 회로(3000)에 해당하는 Gate Driver & 보호 로직(3000)에 의해 수행된다.In addition, in the operation of protecting the power device operation (S130 ), when an overcurrent occurs, the on/off switching operation of the plurality of power switching devices is controlled to be stopped. On the other hand, in the power device operation protection process (S130), it is performed by the gate driver & protection logic 3000 corresponding to the power device protection circuit 3000.

한편, 과전류 발생 여부 감지 과정(S120)에서, 과전류 감지 회로 내부의 온도 가변 저항 소자를 이용하여 온도 변화에 따라 특정 노드에서의 가변전압을 측정하여, 과전류 발생 여부와 구체적인 발생 지점을 판단할 수 있다.Meanwhile, in the process of detecting whether an overcurrent has occurred (S120), a variable voltage at a specific node may be measured according to a temperature change using a temperature variable resistance element inside the overcurrent detection circuit to determine whether an overcurrent has occurred and a specific occurrence point. .

한편, 과전류 발생 여부 감지 과정(S120)에서, 전력 스위칭 모듈로 구성된 인버터의 인버터 전류에 따라 발생하는 가변 전압이 전력소자 보호 회로에 입력될 수 있다. 이때, 상기 전력소자 보호 회로는 상기 입력된 가변 전압이 임계치 이상이면 복수 개의 전력 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지시킬 수 있다.Meanwhile, in the process of detecting whether an overcurrent has occurred (S120 ), a variable voltage generated according to the inverter current of the inverter configured as the power switching module may be input to the power device protection circuit. At this time, the power device protection circuit may stop the switching operation of the plurality of power switching devices when the input variable voltage is greater than or equal to a threshold.

한편, 과전류 발생 여부 감지 과정(S120)에서, 전력소자 보호 회로에 입력되는 상기 가변 전압의 오프셋을 조정하여 과전류 감지 레벨을 조정할 수 있다. 이때, 상기 가변 전압의 오프셋은 상기 온도 가변 저항 소자의 저항 값에 따라 가변 될 수 있다.Meanwhile, in the process of detecting whether an overcurrent has occurred (S120 ), an overcurrent detection level may be adjusted by adjusting an offset of the variable voltage input to the power device protection circuit. At this time, the offset of the variable voltage may be varied according to the resistance value of the temperature variable resistance element.

한편, 전술한 가변 전압의 오프셋은 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 변화되는 NTC (Negative temperature coefficient) 서미스터(thermistor) 저항에 의해 결정될 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 스위칭 소자의 온도가 높을수록 상기 가변 전압의 오프셋 전압도 증가하게 된다. 따라서, 상기 과전류 감지 회로의 과전류 감지 레벨이 감소함에 따라 높은 온도에서도 상기 전력 스위칭 소자의 소손(burn-out)이 발생하지 않도록 상기 인버터를 보호할 수 있다는 장점이 있다.Meanwhile, the aforementioned offset of the variable voltage may be determined by a negative temperature coefficient (NTC) thermistor resistance that changes according to the temperature of the power switching element. Accordingly, as the temperature of the power switching element increases, the offset voltage of the variable voltage also increases. Therefore, as the overcurrent detection level of the overcurrent detection circuit decreases, there is an advantage that the inverter can be protected from burn-out of the power switching element even at a high temperature.

이상에서는 본 발명에 따른 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치 및 하드웨어 고장 감지 방법에 대해 살펴보았다. 이와 같은 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치 및 하드웨어 고장 감지 방법의 기술적 효과는 다음과 같다.In the above, the power conversion device and hardware failure detection method for performing hardware failure detection according to the present invention have been described. The technical effects of the power conversion device and the hardware failure detection method for performing such hardware failure detection are as follows.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 인버터의 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 능동적으로 과전류 감지 레벨이 변경되는, 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to provide a power conversion device for performing hardware failure detection, in which an overcurrent detection level is actively changed according to the temperature of the power switching element of the inverter.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 소자 온도가 상승한만큼 과전류 감지 레벨을 낮추어 열에 의한 소손 가능성을 개선하는, 하드웨어 고장 감지를 수행하는 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to provide a power conversion device that performs hardware failure detection, which improves the possibility of burnout by reducing the overcurrent detection level as the element temperature increases.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention may be clearly understood by those skilled in the art, and thus, it should be understood that specific embodiments such as detailed description and preferred embodiments of the present invention are given as examples only.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, features, structures, effects, and the like exemplified in each embodiment may be combined or modified for other embodiments by a person having ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the embodiments have been mainly described above, these are merely examples and do not limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains are exemplified above without departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be implemented by modification. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

Claims (16)

하드웨어 고장(Fault) 감지를 수행하는 전력 변환 장치에 있어서,
제어신호에 따라 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 동작을 수행하도록 구성된 전력 스위칭 모듈;
가변 전압을 측정하여 상기 전력 변환 장치의 과전류 발생 여부를 감지하도록 구성된 과전류 감지 회로; 및
상기 과전류가 발생한 경우, 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작을 정지하도록 제어하는 전력소자 보호 회로를 포함하고,
상기 과전류 감지 회로는, 온도 가변 저항 소자를 구비하고, 상기 온도 가변 저항 소자에 기반하여 온도 변화에 따른 상기 가변전압을 측정하는, 전력 변환 장치.In the power conversion device for performing a hardware fault (Fault) detection,
A power switching module configured to perform on/off operations of a plurality of power switching elements according to a control signal;
An overcurrent detection circuit configured to detect whether an overcurrent occurs in the power conversion device by measuring a variable voltage; And
And a power element protection circuit that controls to stop on/off switching of the plurality of power switching elements when the overcurrent occurs.
The overcurrent sensing circuit includes a temperature variable resistance element and measures the variable voltage according to a temperature change based on the temperature variable resistance element. 제1 항에 있어서,
상기 전력 스위칭 모듈로 구성된 인버터의 인버터 전류에 따라 발생하는 상기 가변 전압이 상기 전력소자 보호 회로에 입력되고,
상기 전력소자 보호 회로는 상기 입력된 가변 전압이 임계치 이상이면 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는, 전력 변환 장치.According to claim 1,
The variable voltage generated according to the inverter current of the inverter composed of the power switching module is input to the power device protection circuit,
The power device protection circuit, characterized in that to stop the switching operation of the plurality of power switching elements when the input variable voltage is more than a threshold, the power conversion device. 제2 항에 있어서,
상기 과전류 감지 회로는,
상기 전력소자 보호 회로에 입력되는 상기 가변 전압의 오프셋을 조정하여 과전류 감지 레벨을 조정하고,
상기 가변 전압의 오프셋은 상기 온도 가변 저항 소자의 저항 값에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는, 전력 변환 장치.According to claim 2,
The overcurrent detection circuit,
Adjust the overcurrent detection level by adjusting the offset of the variable voltage input to the power device protection circuit,
The offset of the variable voltage is characterized in that variable according to the resistance value of the temperature variable resistance element, power conversion device. 제3항에 있어서,
상기 가변 전압의 오프셋은 상기 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 변화되는 NTC (Negative temperature coefficient) 서미스터(thermistor) 저항에 의해 결정되고,
상기 전력 스위칭 소자의 온도가 높을수록 상기 가변 전압의 오프셋 전압도 증가하여, 상기 과전류 감지 회로의 과전류 감지 레벨이 감소함에 따라 높은 온도에서도 상기 전력 스위칭 소자의 소손(burn-out)이 발생하지 않도록 상기 인버터를 보호하는 것을 특징으로 하는, 전력 변환 장치.According to claim 3,
The offset of the variable voltage is determined by a NTC (Negative temperature coefficient) thermistor resistance that changes according to the temperature of the power switching element,
The offset voltage of the variable voltage increases as the temperature of the power switching element increases, so that the burn-out of the power switching element does not occur even at a high temperature as the overcurrent detection level of the overcurrent detection circuit decreases. Power conversion device, characterized in that to protect the inverter. 제2 항에 있어서,
상기 인버터와 병렬로 연결된 DC 링크(link) 커패시터; 및
상기 과전류 감지 회로 내부에 배치되는 연산 증폭기(OP-AMP)를 더 포함하는, 전력 변환 장치.According to claim 2,
A DC link capacitor connected in parallel with the inverter; And
And an operational amplifier (OP-AMP) disposed inside the overcurrent sensing circuit. 제5 항에 있어서,
일단이 상기 DC 링크 커패시터에 연결되고, 타단이 상기 인버터에 연결되도록 배치되는 제1 저항(R1);
일단이 상기 제1 저항(R1)의 타단에 연결되고, 타단이 제3 저항(R3)을 통해 상기 연산 증폭기의 출력에 연결되도록 배치되는 제2 저항(R2); 및
일단이 상기 제2 저항(R2)의 타단에 연결되고, 타단이 상기 연산 증폭기의 출력에 연결되도록 배치되는 상기 제3 저항(R3)을 더 포함하는, 전력 변환 장치.The method of claim 5,
A first resistor R1 having one end connected to the DC link capacitor and the other end connected to the inverter;
A second resistor R2 having one end connected to the other end of the first resistor R1 and the other end connected to the output of the operational amplifier through the third resistor R3; And
The third end of the second resistor (R2) is connected to the other end, the other end is connected to the output of the operational amplifier further comprises the third resistor (R3), the power conversion device. 제6 항에 있어서,
일단이 상기 제3 저항(R3)의 타단에 연결되고, 타단이 제5 저항(R5)을 통해 상기 연산 증폭기의 제1 입력과 연결되도록 배치되는 제4 저항(R4);
일단이 상기 제4 저항(R4)의 타단에 연결되고, 타단이 NTC 서미스터 저항(NTC)에 연결되도록 배치되는 제5 저항(R5);
상기 연산 증폭기의 제1 입력과 접지 간에 연결되도록 배치되는 제6 저항(R6);
일단이 상기 제6 저항(R6)과 병렬로 상기 연산 증폭기의 제1 입력에 연결되고, 타단이 제1 내부 전원에 연결되도록 배치되는 제7 저항(R7); 및
상기 NTC 서미스터 저항(NTC)과 제2 내부 전원 사이에 연결되도록 배치되는 제8 저항(R8)을 더 포함하는, 전력 변환 장치.The method of claim 6,
A fourth resistor R4 having one end connected to the other end of the third resistor R3 and the other end connected to the first input of the operational amplifier through the fifth resistor R5;
A fifth resistor R5 having one end connected to the other end of the fourth resistor R4 and the other end connected to the NTC thermistor resistor NTC;
A sixth resistor (R6) disposed to be connected between the first input of the operational amplifier and ground;
A seventh resistor (R7) having one end connected to the first input of the operational amplifier in parallel with the sixth resistor (R6) and the other end connected to the first internal power supply; And
And an eighth resistor (R8) disposed to be connected between the NTC thermistor resistor (NTC) and a second internal power source. 제6 항에 있어서,
상기 인버터에서 흐르는 전류에 의해 상기 제1 저항(R1)의 타단에서 제1 전압(V1)이 발생되고,
상기 제2 저항(R2)의 타단에서의 제2 전압(V2)이 임계치 이상이면 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는, 전력 변환 장치.The method of claim 6,
The first voltage (V1) is generated at the other end of the first resistor (R1) by the current flowing in the inverter,
When the second voltage (V2) at the other end of the second resistor (R2) is a threshold or more, characterized in that to stop the switching operation of the plurality of power switching elements, power conversion device. 제6 항에 있어서,
상기 제3 저항(R3)의 타단에서의 제3 전압(V3)과 상기 제2 전압(V2)의 차이에 해당하는 오프셋 전압이 상기 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 가변 되도록 구성되고,
상기 전력 스위칭 소자의 온도가 높을수록 상기 가변 전압의 오프셋 전압도 증가하여, 상기 과전류 감지 회로의 과전류 감지 레벨이 감소함에 따라 높은 온도에서도 상기 전력 스위칭 소자의 소손(burn-out)이 발생하지 않도록 상기 인버터를 보호하는 것을 특징으로 하는, 전력 변환 장치.The method of claim 6,
The offset voltage corresponding to the difference between the third voltage V3 and the second voltage V2 at the other end of the third resistor R3 is configured to vary according to the temperature of the power switching element,
As the temperature of the power switching element increases, the offset voltage of the variable voltage increases, so that the burn-out of the power switching element does not occur even at a high temperature as the overcurrent detection level of the overcurrent detection circuit decreases. Power conversion device, characterized in that to protect the inverter. 제9 항에 있어서,
상기 제3 전압(V3)은 상기 연산 증폭기의 출력 전압이고,
상기 제3 전압(V3)은, 상기 연산 증폭기의 제2 입력에 인가되는 제1 내부 전원의 전압인 제4 전압(V4)과 상기 NTC 서미스터 저항(NTC)에 의한 제5 전압(V5)의 차이에 비례하여 결정되는, 전력 변환 장치.
The method of claim 9,
The third voltage V3 is the output voltage of the operational amplifier,
The third voltage V3 is the difference between the fourth voltage V4 which is the voltage of the first internal power applied to the second input of the operational amplifier and the fifth voltage V5 due to the NTC thermistor resistor NTC. It is determined in proportion to the power conversion device.
제6 항에 있어서,
일단이 상기 제3 저항(R3)의 타단에 연결되고, 타단이 제5 저항(R5)을 통해 상기 연산 증폭기의 제1 입력과 연결되도록 배치되는 제4 저항(R4);
일단이 상기 제4 저항(R4)의 타단에 연결되고, 타단이 PTC(Positive) 서미스터 저항(PTC)에 연결되도록 배치되는 제5 저항(R5);
상기 연산 증폭기의 제1 입력과 접지 간에 연결되도록 배치되는 제6 저항(R6);
일단이 상기 제6 저항(R6)과 병렬로 상기 연산 증폭기의 제1 입력에 연결되고, 타단이 제1 내부 전원에 연결되도록 배치되는 제7 저항(R7); 및
상기 PTC 서미스터 저항(PTC)과 제2 내부 전원 사이에 연결되도록 배치되는 제8 저항(R8)을 더 포함하는, 전력 변환 장치.The method of claim 6,
A fourth resistor R4 having one end connected to the other end of the third resistor R3 and the other end connected to the first input of the operational amplifier through the fifth resistor R5;
A fifth resistor R5 having one end connected to the other end of the fourth resistor R4 and the other end connected to a positive thermistor resistor PTC;
A sixth resistor (R6) disposed to be connected between the first input of the operational amplifier and ground;
A seventh resistor (R7) having one end connected to the first input of the operational amplifier in parallel with the sixth resistor (R6) and the other end connected to the first internal power supply; And
And an eighth resistor (R8) disposed to be connected between the PTC thermistor resistor (PTC) and a second internal power source. 제11 항에 있어서,
상기 제3 저항(R3)의 타단에서의 제3 전압(V3)과 상기 제2 전압(V2)의 차이에 해당하는 오프셋 전압이 상기 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 가변 되도록 구성되고,
상기 제3 전압(V3)은 상기 연산 증폭기의 출력 전압이고,
상기 제3 전압(V3)은, 상기 연산 증폭기의 제2 입력에 인가되는 제1 내부 전원의 전압인 제4 전압(V4)과 상기 PTC 서미스터 저항(PTC)에 의한 제5 전압(V5)의 차이에 비례하여 결정되는, 전력 변환 장치.The method of claim 11,
The offset voltage corresponding to the difference between the third voltage V3 and the second voltage V2 at the other end of the third resistor R3 is configured to vary according to the temperature of the power switching element,
The third voltage V3 is the output voltage of the operational amplifier,
The third voltage V3 is the difference between the fourth voltage V4 which is the voltage of the first internal power applied to the second input of the operational amplifier and the fifth voltage V5 by the PTC thermistor resistor PTC. It is determined in proportion to the power conversion device. 전력 변환 장치의 하드웨어 고장(Fault)을 감지하는 방법에 있어서, 상기 방법은 전력 변환 장치에 의해 수행되고,
제어신호에 따라 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 동작을 수행하는 전력 스위칭 소자의 온/오프 과정;
가변 전압을 측정하여 상기 전력 변환 장치의 과전류 발생 여부를 감지하는 과전류 발생 여부 감지 과정; 및
상기 과전류가 발생한 경우, 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 온/오프 스위칭 동작을 정지하도록 제어하는 전력소자 동작 보호 과정을 포함하고,
상기 과전류 발생 여부 감지 과정에서, 과전류 감지 회로 내부의 온도 가변 저항 소자를 이용하여 온도 변화에 따른 상기 가변전압을 측정하는, 하드웨어 고장 감지 방법.A method for detecting a hardware fault of a power converter, the method being performed by a power converter,
An on/off process of a power switching device performing on/off operations of a plurality of power switching devices according to a control signal;
An overcurrent occurrence detection process of detecting whether an overcurrent occurs in the power conversion device by measuring a variable voltage; And
When the overcurrent occurs, a power device operation protection process for controlling to stop the on/off switching operation of the plurality of power switching devices,
In the process of detecting whether or not an overcurrent occurs, a method for detecting a hardware failure using the temperature variable resistance element inside the overcurrent detection circuit to measure the variable voltage according to a change in temperature. 제13 항에 있어서,
상기 과전류 발생 여부 감지 과정에서,
상기 전력 스위칭 모듈로 구성된 인버터의 인버터 전류에 따라 발생하는 상기 가변 전압이 전력소자 보호 회로에 입력되고,
상기 전력소자 보호 회로는 상기 입력된 가변 전압이 임계치 이상이면 상기 복수 개의 전력 스위칭 소자의 스위칭 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는, 하드웨어 고장 감지 방법.The method of claim 13,
In the process of detecting whether the overcurrent occurs,
The variable voltage generated according to the inverter current of the inverter composed of the power switching module is input to the power device protection circuit,
The power device protection circuit is a hardware failure detection method, characterized in that to stop the switching operation of the plurality of power switching elements when the input variable voltage is more than a threshold. 제14 항에 있어서,
상기 과전류 발생 여부 감지 과정에서,
상기 전력소자 보호 회로에 입력되는 상기 가변 전압의 오프셋을 조정하여 과전류 감지 레벨을 조정하고,
상기 가변 전압의 오프셋은 상기 온도 가변 저항 소자의 저항 값에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는, 하드웨어 고장 감지 방법.The method of claim 14,
In the process of detecting whether the overcurrent occurs,
Adjust the overcurrent detection level by adjusting the offset of the variable voltage input to the power device protection circuit,
The offset of the variable voltage is characterized in that variable according to the resistance value of the temperature variable resistance element, hardware failure detection method. 제15항에 있어서,
상기 가변 전압의 오프셋은 상기 전력 스위칭 소자의 온도에 따라 변화되는 NTC (Negative temperature coefficient) 서미스터(thermistor) 저항에 의해 결정되고,
상기 전력 스위칭 소자의 온도가 높을수록 상기 가변 전압의 오프셋 전압도 증가하여, 상기 과전류 감지 회로의 과전류 감지 레벨이 감소함에 따라 높은 온도에서도 상기 전력 스위칭 소자의 소손(burn-out)이 발생하지 않도록 상기 인버터를 보호하는 것을 특징으로 하는, 하드웨어 고장 감지 방법.The method of claim 15,
The offset of the variable voltage is determined by a NTC (Negative temperature coefficient) thermistor resistance that changes according to the temperature of the power switching element,
The offset voltage of the variable voltage increases as the temperature of the power switching element increases, so that the burn-out of the power switching element does not occur even at a high temperature as the overcurrent detection level of the overcurrent detection circuit decreases. A method for detecting hardware failure, characterized by protecting the inverter.
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