KR20210065812A - 실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스폭 변조 인버터의 전류 측정 방법 및 3상 펄스폭 변조 인버터 시스템 - Google Patents

실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스폭 변조 인버터의 전류 측정 방법 및 3상 펄스폭 변조 인버터 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스 폭 변조 인버터의 전류 측정 방법 및 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 측정 방법은, 인버터의 스위치의 전력손실을 계산하는 단계, NTC(Negative Temperature Coefficient) 저항을 기저로 한 열 등가회로를 이용하여 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 단계, 접합 온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 기초로 하는 저항(Rds on) 맵을 이용하여 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이의 저항(Rds on) 값을 추정하는 단계, 인버터의 하단 스위치의 턴-온(Turn on) 시, 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이에서 발생하는 전압(Vds) 및 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 측정하는 단계, 추정된 저항(Rds on) 값 및 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이에서 측정된 전압(Vds)을 기초로 전류 값을 산출하는 단계 및 산출된 전류 값을 인버터의 제어 신호로 이용하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스폭 변조 인버터의 전류 측정 방법 및 3상 펄스폭 변조 인버터 시스템{METHOD FOR DETECTING INPUT CURRENT OF 3-PHASE PWM INVERTER USING REAL TIME ESTIMATION TECHNIQUE OF JUNCTION TEMPERATURE AND 3-PHASE PWM INVERTER SYSTEM}
본 발명은 실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스폭 변조 인버터의 전류 측정 방법 및 3상 펄스폭 변조 인버터 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이의 저항(Rds on) 값이 온도에 따라 달라짐으로 인해 발생하는 오차를 보상하기 위하여 전력 파라미터를 이용하여 실시간으로 발생하는 전력손실 값을 계산하고, NTC(Negative Temperature Coefficient) 기저의 열 등가회로를 이용하여 스위치의 접합 온도를 추정하며, 추정된 접합 온도를 이용하여 저항(Rds on) 값을 보정해 나가는 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템 및 이의 전류 측정 및 검출 보정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 3상 펄스 폭 변조(PWM) 인버터의 전류 측정은 별도의 전류 센서를 이용하여 전류를 측정한다. 하지만 기술이 발전됨에 따라 가격과 시스템 크기 측면에서 전류 센서의 역할은 축소되고 있다.
그 중에서 단일 전류 센서를 이용하여 인버터의 하단 스위치가 도통되었을 때, 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이의 저항(Rds on)에 의해 발생하는 전압을 측정하여 전류를 산출하는 방법을 사용한다.
스위치 양단 사이의 저항(Rds on) 값에 의해 발생하는 전압을 측정하여 전류를 산출하는 방법은 하단 스위치가 도통 되었을 때의 전압 강하량을 측정하여 저항(Rds on) 값과의 관계식으로부터 전류를 산출한다.
도 1은 종래 저항(Rds on) 값에 의해 발생하는 전압을 측정하여 전류를 측정하는 인버터 시스템의 개념도이다. 도 1을 참조하면 인버터의 하단 스위치의 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이의 전압 강하와 저항(Rds on) 값을 이용하여 전류를 측정한다.
여기서 저항(Rds on) 값은 게이트(Gate)-소스(Source) 전압 및 온도 등 여러 요인에 따라서 변화하는 특성을 가진다. 인버터 특성 상 온도가 가장 큰 변화 요인으로 작용하므로, 보다 정확한 전류를 측정하기 위해서는 스위치 양단의 전압 강하와 단일 전류 센서로 검출한 전류 값을 통해 저항(Rds on) 값을 지속적으로 보정하고, 보정되는 저항(Rds on) 값과 스위치 양단의 전압 강하를 이용하여 전류를 산출하는 저항(Rds on) 보정부 및 전류 산출부가 필요하다.
그러나, 종래와 같이 단일 전류 센서를 이용하는 방법으로는 도 2에 표현된 영역처럼 전류 검출 불가 영역(e.g. 스타 영역, 띠영역)이 존재하게 되는데, 이에 따라 전류 검출 불가 영역에서는 저항(Rds on) 값을 보정할 수 없는 문제가 생긴다. 이를 해결하기 위해서는 단일 전류 센서 시스템의 전류 검출 불가 영역에서 PWM 신호의 위상을 옮기거나 찢어야 하는데, 이는 소음 발생 및 전류에 고조파가 많아지는 단점이 존재하고, 소프트웨어가 복잡해지는 문제점이 있다. 더불어, 저항(Rds on) 값의 보정을 위해 단일 전류 센서 시스템을 위한 하드웨어적 공간과 소자가 추가적으로 필요하므로, 이 또한 가격 경쟁력을 떨어뜨리는 단점이 된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0078968호 (2011.07.07)
전술한 바와 같이 단일 전류 센서를 이용해 저항(Rds on) 값을 보정하려고 할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위하여, 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용하여 실시간으로 접합온도를 추정하고, 접합 온도와 전류, 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 고려한 저항(Rds on) 맵을 기반으로 현재의 저항(Rds on) 값을 추정하는 3상 펄스폭 변조 인버터 시스템 및 저항(Rds on) 값과 스위치 양단의 전압 강하를 이용하여 전류를 산출하는 방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스 폭 변조 인버터의 전류 측정 방법은, 인버터의 스위치의 전력손실을 계산하는 단계, NTC(Negative Temperature Coefficient) 저항을 기저로 한 열 등가회로를 이용하여 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 단계, 접합 온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 기초로 하는 저항(Rds on) 맵을 이용하여 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이의 저항(Rds on) 값을 추정하는 단계, 인버터의 하단 스위치 턴-온(Turn-on) 시, 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이에서 발생하는 전압(Vds) 및 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 측정하는 단계, 추정된 저항(Rds on) 값 및 측정된 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이의 전압(Vds)의 관계식으로 전류를 산출하는 단계 및 산출된 전류를 인버터의 제어 신호로 이용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터 스위치의 전력 손실을 계산하는 단계에서는, 인버터 내의 전력 파라미터를 입력으로 하여 도통 손실 에너지와 스위칭 손실 에너지를 산출하는 전력 손실 에너지 맵을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 스위치의 전력 손실을 계산하는 단계에서는, 전력 손실 에너지 맵을 통해 도통 전압(Vsat)과 스위칭 시의 순간 손실 전력 값을 산출하고, 산출된 전력 값을 기초로 도출되는 도통 손실 전력 값과 스위칭 손실 전력 값의 합으로 스위치의 총 전력 손실을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 단계에서는, NTC 저항으로부터 스위치의 접합부까지의 열 등가회로의 시정수를 기초로 열 등가회로의 열 임피던스를 산출할 수 있다. 또한, 열 임피던스와 상기 스위치의 전력손실을 기초로 NTC 저항으로부터 스위치의 접합부까지의 온도 차이를 추정하고, 추정된 온도 차이를 기초로 접합 온도(Tj)를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 저항(Rds on) 값을 추정하는 단계에서는, 접합온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 입력 값으로 하는 스위치의 데이터시트를 기초로 기 생성된 저항(Rds on) 맵을 통해 현재의 저항(Rds on) 값을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템은, 인버터 하단 스위치의 턴-온(Turn on) 시, 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이에서 발생하는 전압(Vds) 및 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 측정하는 전압 측정부, 인버터의 스위치의 전력 손실을 계산하고, NTC 저항을 기저로 한 열 등가회로를 이용하여 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 전력 손실 계산부, 접합 온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 기초로 하는 저항(Rds on) 맵을 이용하여 드레인과 소스 양단사이의 저항(Rds on) 값을 추정하고, 추정된 저항(Rds on) 값 및 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이에서 측정된 전압(Vds)을 기초로 전류를 산출하는 전류 산출부 및 산출된 전류 값을 인버터의 제어 신호로 이용하는 PWM 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 손실 계산부는, 인버터 내의 전력 파라미터를 입력으로 하여 도통 손실 에너지와 스위칭 손실 에너지를 산출하는 전력 손실 에너지 맵을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 손실 계산부는, 전력 손실 에너지 맵을 통해 도통 전압(Vsat)과 스위칭 시의 순간 손실 전력 값을 산출하고, 산출된 전력 값을 기초로 도출되는 도통 손실 전력 값과 스위칭 손실 전력 값의 합으로 스위치의 총 전력손실을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 손실 계산부는, NTC 저항으로부터 스위치의 접합부까지의 열 등가회로의 시정수를 기초로 열 등가회로의 열 임피던스를 산출할 수 있다. 또한, 열 임피던스와 상기 스위치의 전력손실을 기초로 NTC 저항으로부터 스위치의 접합부까지의 온도 차이를 추정하고, 추정된 온도 차이를 기초로 접합 온도(Tj)를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 산출부는, 접합온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 입력 값으로 하는 스위치의 데이터시트를 기초로 기 생성된 저항(Rds on) 맵을 통해 현재의 저항(Rds on) 값을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 펄스 폭 변조 인버터의 전류 측정 방법 및 이를 적용한 시스템은 종래와는 달리 전류 센서가 없이도 전류를 측정을 할 수 있으며, 종래와 같이 보정에 따른 오차 등의 문제점이 발생하지 않고, 지속적인 전류 측정이 가능하여 부하 제어가 용이하다는 장점을 가진다.
도 1은 종래 단일 전류 센서를 이용한 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템 개념도이다.
도 2는 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식에서 단일 전류 센서를 이용한 인버터의 전류 검출 불가 영역을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3는 스위치의 전력 손실 계산 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4은 스위치의 NTC(Negative Temperature Coefficient)를 기저로 한 열 등가회로를 형상화한 그림이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템의 개념도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템의 제어 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 스위치의 전력손실 계산 과정을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력손실을 계산하는 단계에서는, 스위칭 소자의 데이터시트(datasheet)를 토대로 재구성한 전력 파라미터(Vdc, Tj, IS)를 입력으로 하는 전력 손실 에너지 맵을 통하여 도통 전압(Vsat)과 스위칭(on/off) 시의 순간 손실 전력(Eon, Eoff) 값을 산출할 수 있다. 그리고, 전술한 과정을 통해 산출된 순간 손실 전력 값을 통해 도통 손실 전력(Vsat*Is*fs) 값과 스위칭 손실 전력(Eon*fs, Eoff*fs) 값을 구하고, 이를 합하여 총 손실 전력을 계산할 수 있다.
도 4는 스위치 모듈의 NTC(Negative Temperature Coefficient) 저항을 기저로 하는 열 등가회로를 나타낸 것으로서, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 모듈의 단면도를 기초로 NTC 저항으로부터 IGBT와 다이오드(Diode)까지의 열 등가회로를 표현한 것이다.
일반적으로 사용되는 IGBT 모듈에서의 열 등가회로는 냉각수를 기저로 한 수직적 레이아웃(layout)을 기반으로 사용되어 왔다. 하지만, 기존의 방법으로는 냉각수의 유량과 온도변화에 따라 달라지는 대류 열전달계수를 포함하는 열 등가회로의 시정수를 고려하기 어렵고, 인버터에서는 냉각수의 유량과 온도를 알 수 없으므로 실질적인 적용이 어렵다.
반면, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 접합 온도(Tj)를 추정하는 단계에서는, IGBT부터 NTC 저항까지 열 등가회로의 시정수를 구하여 IGBT부터 NTC 저항까지의 열 등가회로의 열 임피던스를 산출할 수 있다. 그리고, 전술한 과정을 통해 산출된 열 임피던스와 상기 계산된 총 손실 전력을 통하여 IGBT부터 NTC 저항까지 온도 차이를 추정하고, 이를 NTC 저항에서 측정된 온도 값과 합산하여 접합 온도(Tj)를 추정할 수 있다. 즉, 본 발명은 외부 환경에 변화하는 NTC 저항의 온도를 접합 온도(Tj)를 추정하는 과정에 사용함으로써, 접합 온도(Tj)의 추정 오차를 발생 시킬 수 있는 외부 변수에 의한 영향을 간접적으로 반영하여 보다 정확히 접합 온도(Tj)를 추정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템의 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템은 3상 펄스 폭 변조 인버터로서 직류 링크단의 정류된 전압을 인가받아 교류 전원으로 변환하는 인버터(10), 드레인(drain)과 소스(source) 간 전압(Vds)과 게이트(gate)와 소스(source) 간 전압(Vgs)을 측정하는 전압 측정부(20), 스위치의 전력 손실과 NTC 저항 기저의 열 등가회로(40)를 기초로 접합 온도(Tj)를 추정하는 전력 손실 계산부(30), 저항 맵(50)을 이용하여 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이의 저항(Rds on) 값을 추정하고, 전류를 산출하는 전류 산출부(60) 및 전류 산출부의 결과값을 인버터의 제어 신호로 이용하는 PWM 제어부(70)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 측정부(20)는 인버터의 하단 스위치의 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이의 전압(Vds)을 검출하기 위해 증폭기를 사용하여 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단의 전위차를 검출하며, 증폭기를 지나 출력된 전압 신호는 아날로그 신호로서 MCU로 입력된 뒤 A/D 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환되며, 해당 디지털 신호를 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단의 전압 강하량으로 환산하여 전류 산출부(60)로 입력할 수 있다. 또한, 전압 측정부는 게이트(Gate)와 소스(Source) 사이의 전압(Vgs)을 측정하여 저항(Rds on)[Vgs, Tj, ID] 맵(50)으로 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 손실 계산부(30)는 스위치에 주어진 전력 파라미터를 입력으로 하는 스위치의 도통 손실과 스위칭 손실에 대한 에너지 맵을 미리 생성하여 전력 파라미터(Vdc, Tj, IS)에 대한 전력손실을 계산할 수 있다. 또한, 전력 손실 계산부는 NTC 기저의 열 등가회로(40)를 통해 스위치의 접합 온도(Tj)를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 산출부(60)는 전력 손실 계산부(30)에 의해 계산된 접합 온도(Tj)와 전류, 그리고 게이트와 소스 간 전압(Vgs)을 입력 값으로 고려하는 저항(Rds on)[Vgs, Tj, ID] 맵(50)을 통해 현재의 저항(Rds on) 값을 추정할 수 있다. 또한, 전류 산출부는 추정된 저항(Rds on) 값과 전압 측정부(20)를 통해 측정된 전압을 통해 인버터의 제어를 위한 전류 값을 산출할 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템의 제어 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템의 제어 과정에서는 먼저 전력 손실 계산부(30)에서 요구하는 인자인 직류 링크단의 전압과 상 전류의 초기 값, 그리고 접합 온도(Tj)의 초기값을 설정한다. 제어를 시작하기 전은 PWM 신호를 출력하기 전이므로, 상에 흐르는 전류의 초기값은 0이 된다. 또한, 접합 온도(Tj)의 초기값은 소모하는 전력량이 없는 상태에서는 주변 외기 온도에 가까운 온도를 가지므로, NTC로 실시간 측정하고 있는 온도를 초기값으로 설정할 수 있다.
초기값이 설정된 상태에서 스위치 모듈의 전력 손실량을 계산하는 전력 손실 계산부(30)의 연산이 수행된다. S10 단계에서 초기 소모하는 손실 전력량이 계산되고, 이는 다시 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 열 등가회로로 입력되어 현재 스위치의 접합 온도(Tj)가 출력된다. S20 단계에서 스위치의 접합 온도(Tj)는 저항(Rds on) 값을 추정하는 맵으로 입력되어 현재 추정되는 저항(Rds on) 값으로 출력된다. 초기 흐르고 있는 상 전류는 0이기 때문에, 이를 초기값으로 인버터의 전류 제어기가 한 번 동작하고 나면, 스위치가 한 번 도통된다. 이때, S30 단계에서 하단 스위치의 전압 강하량이 검출되고 추정된 저항(Rds on) 값과의 관계식을 통해 흐르는 전류가 산출된다.
전술한 과정을 통해 산출된 전류는 다시 전력 손실 계산부(30)로 입력되어 스위치의 전력 손실으로 계산되고, 열 등가회로를 통해 스위치의 접합 온도(Tj)가 추정된다. 추정된 접합 온도(Tj)는 현재 스위치의 접합 온도(Tj)에 따라 변화하는 저항(Rds on) 값을 추정할 수 있게 하며, 추정된 저항(Rds on) 값은 다시 전류 산출부(60)로 궤환되어 전류로 산출된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템은 전술한 바와 같은 같은 폐루프 시스템의 형태를 가지고 지속적으로 현재 스위치의 전력 손실과 접합 온도(Tj), 저항(Rds on) 값을 추정하여 산출하는 전류의 오차를 줄여나간다.
전술한 전류 측정 과정을 통해 기존의 시스템과는 달리 본 발명은 단일 전류 센서 조차 필요하지 않게 되고, 모든 영역에서 전류 검출이 가능할 수 있다. 또한, 하드웨어적으로 공간을 활용함에 있어 보다 효율적으로 설계가 가능해지고, 가격 경쟁력 또한 확보 가능해질 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1,10: 인버터 4: 전류 보정부
5: Y-결선 부하 6.7,8,20: 드레인과 소스 간 전압 측정부
30: 전력 손실 계산부 40: 열 등가회로
50: Rds on(Vgs, Tj, ID) 맵 60: 전류 산출부
70: PWM 제어부

Claims (12)

  1. 실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스폭 변조 인버터의 전류 측정 방법에 있어서,
    상기 인버터의 스위치의 전력 손실을 계산하는 단계;
    NTC(Negative Temperature Coefficient) 저항을 기저로 한 열 등가회로를 이용하여 상기 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 단계;
    상기 접합 온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 기초로 하는 저항(Rds on) 맵을 이용하여 드레인(Drain)과 소스 양단 사이의 저항(Rds on) 값을 추정하는 단계;
    상기 인버터의 하단 스위치의 턴-온(Turn on) 시, 상기 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이에서 발생하는 전압(Vds) 및 상기 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 측정하는 단계;
    상기 추정된 저항(Rds on) 값 및 상기 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이에서 측정된 전압(Vds)을 기초로 전류를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 전류 값을 상기 인버터의 제어 신호로 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터의 전류 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터의 스위치의 전력손실을 계산하는 단계에서는,
    상기 인버터 내의 전력 파라미터를 입력으로 하여 도통 손실 에너지와 스위칭 손실 에너지를 산출하는 전력 손실 에너지 맵을 이용하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 전류의 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서
    상기 인버터의 스위치의 전력손실을 계산하는 단계에서는,
    상기 전력 손실 에너지 맵을 통해 도통 전압(Vsat)과 스위칭 시의 순간 손실 전력 값을 산출하고, 상기 산출된 전력 값을 기초로 도출되는 도통 손실 전력 값과 스위칭 손실 전력 값의 합으로 상기 스위치의 총 전력손실을 추정하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 전류의 측정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서
    상기 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 단계에서는,
    상기 NTC 저항으로부터 상기 스위치의 접합부까지의 열 등가회로의 시정수를 기초로 상기 열 등가회로의 열 임피던스를 산출하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 전류의 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서
    상기 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 단계에서는,
    상기 산출된 열 임피던스와 상기 스위치의 전력손실을 기초로 상기 NTC 저항으로부터 상기 스위치의 접합부까지의 온도 차이를 추정하고, 상기 추정된 온도 차이를 기초로 상기 접합 온도(Tj)를 추정하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 전류의 측정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항(Rds on) 값을 추정하는 단계에서는,
    상기 접합 온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 양단에 걸리는 전압(Vgs)을 입력 값으로 하는 스위치의 데이터시트 (datasheet)를 기초로 기 생성된 저항(Rds on) 맵을 통해 상기 저항(Rds on) 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 전류의 측정 방법.
  7. 실시간 스위치 접합 온도 추정 기법을 이용한 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템에 있어서,
    상기 인버터의 하단 스위치의 턴-온(Turn on) 시, 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이에서 발생하는 전압(Vds) 및 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 측정하는 전압 측정부;
    상기 인버터의 스위치의 전력 손실을 계산하고, NTC(Negative Temperature Coefficient) 저항을 기저로 한 열 등가회로를 이용하여 상기 스위치의 접합 온도(Tj)를 추정하는 전력 손실 계산부;
    상기 접합 온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 상기 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 기초로 하는 저항(Rds on) 맵을 이용하여 상기 드레인(Drain)과 소스(Source) 양단 사이의 저항(Rds on) 값을 추정하고, 상기 추정된 저항(Rds on) 값 및 상기 드레인(Drain)과 소스(Source) 사이에서 측정된 전압(Vds)을 기초로 전류를 산출하는 전류 산출부; 및
    상기 산출된 전류 값을 상기 인버터의 제어 신호로 이용하는 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력 손실 계산부는,
    상기 인버터 내의 전력 파라미터를 입력으로 하여 도통 손실에너지와 스위칭 손실에너지를 산출하는 전력 손실 에너지 맵을 이용하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서
    상기 전력 손실 계산부는,
    상기 전력 손실 에너지 맵을 통해 도통 전압(Vsat)과 스위칭 시의 순간 손실 전력 값을 산출하고, 상기 산출된 전력 값을 기초로 도출되는 도통 손실 전력 값과 스위칭 손실 전력 값의 합으로 상기 스위치의 총 전력손실을 추정하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서
    상기 전력 손실 계산부는,
    상기 NTC 저항으로부터 상기 스위치의 접합부까지의 열 등가회로의 시정수를 기초로 상기 열 등가회로의 열 임피던스를 산출하고, 상기 산출된 열 임피던스와 상기 스위치의 전력손실을 기초로 상기 접합 온도(Tj)를 추정하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서
    상기 전력 손실 계산부는,
    상기 산출된 열 임피던스와 상기 스위치의 전력손실을 기초로 상기 NTC 저항으로부터 상기 스위치의 접합부까지의 온도 차이를 추정하고, 상기 추정된 온도 차이를 기초로 상기 접합 온도(Tj)를 추정하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 전류 산출부는,
    상기 접합 온도(Tj)와 드레인 전류(ID), 그리고 게이트(Gate)와 소스(Source) 간 전압(Vgs)을 입력 값으로 하는 스위치의 데이터시트(datasheet)를 기초로 기 생성된 저항(Rds on) 맵을 통해 상기 저항(Rds on) 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 3상 펄스 폭 변조 인버터 시스템.
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