KR20240040308A - Igbt device protection circuit, igbt device driving system includign the same, operating method of the igbt device protection circuit - Google Patents
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Abstract
IGBT 소자의 보호 회로, 이를 포함하는 IGBT 소자의 구동 시스템 및 IGBT 소자의 보호 회로의 동작 방법이 제공된다. 상기 IGBT 소자의 보호 회로는, 게이트 드라이버의 과전류 검출단자와 연결된 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자의 보호 회로에 있어서, 상기 과전류 검출단자에 일단이 연결되어 상기 과전류 검출단자에서 인가되는 전류에 의해 충전되는 DESAT 커패시터; 및 상기 커패시터의 타단에 연결되어 방전 제어 신호에 의해 주기적으로 상기 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전 회로를 포함한다.A protection circuit for an IGBT device, a driving system for an IGBT device including the same, and a method of operating the protection circuit for an IGBT device are provided. The protection circuit of the IGBT element is a protection circuit of the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element connected to the overcurrent detection terminal of the gate driver, and one end is connected to the overcurrent detection terminal and is charged by the current applied from the overcurrent detection terminal. DESAT capacitor; and a discharge circuit connected to the other end of the capacitor to periodically discharge the voltage charged in the capacitor by a discharge control signal.
Description
본 발명은 IGBT 소자의 보호 회로, 이를 포함하는 IGBT 소자의 구동 시스템 및 IGBT 소자의 보호 회로의 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 전력 반도체로 널리 사용되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자의 구동 시 과전압으로 인한 고장을 검출할 수 있는 IGBT 소자의 보호 회로, 이를 포함하는 IGBT 소자의 구동 시스템 및 IGBT 소자의 보호 회로의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a protection circuit for an IGBT device, a driving system for an IGBT device including the same, and a method of operating the protection circuit for an IGBT device, and more specifically, to driving an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) device widely used as a power semiconductor. It relates to a protection circuit for an IGBT device capable of detecting a failure due to overvoltage, a driving system for the IGBT device including the same, and a method of operating the protection circuit for the IGBT device.
최근 300V 이상의 고전압 스위칭이 필요한 분야에서 임력임피던스가 높아 구동이 쉽고 간단하며, 소수캐리어 축척이 없기 때문에 고속으로 동작이 가능한 MOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor)의 장점과, 고압, 대전류라도 쉽고 저렴하게 제조할 수 있는 트랜지스터의 장점을 결합한 IGBT가 널리 이용되고 있다.Recently, in fields that require high-voltage switching of 300V or more, the MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) has the advantages of being easy and simple to drive due to its high impedance, and being able to operate at high speeds because there is no minority carrier accumulation, and is easy and inexpensive to manufacture even at high voltage and large current. IGBTs, which combine the advantages of transistors, are widely used.
IGBT를 이용한 스위칭 소자는 단자들 사이에 단락이 발생하여 과전류가 흐르는 경우 소자의 소손이 발생할 수 있으므로 이를 감지하고자 게이트 드라이버에 컬렉터-이미터 전류 또는 전압을 감지할 수 있는 DESAT(Desaturarion) 단자를 구비하고 과전류가 흐르면 이를 감지하여 스위칭 소자의 PWM 구동을 중단할 수 있도록 구현된다.Switching devices using IGBTs may burn out when a short circuit occurs between the terminals and overcurrent flows. To detect this, the gate driver is equipped with a DESAT (Desaturarion) terminal that can detect the collector-emitter current or voltage. It is implemented to detect when overcurrent flows and stop the PWM operation of the switching element.
그런데 DESAT 단자에 커패시터를 연결하는 방식의 경우 동작 주파수가 낮은 영역에서는 DESAT 커패시터에 한계 전압을 넘어 지속적으로 충전될 수 있는 문제가 발생할 수 있어 IGBT 소자의 고장 오진단이 발생할 수 있는 가능성이 존재한다.However, in the case of connecting a capacitor to the DESAT terminal, in areas where the operating frequency is low, a problem may occur in which the DESAT capacitor may be continuously charged beyond the limit voltage, so there is a possibility that misdiagnosis of failure of the IGBT device may occur.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 게이트 드라이버의 DESAT 단자에 연결된 DESAT 커패시터를 일정한 주기로 방전시켜 IGBT 소자의 고장 오진단의 발생을 저감시킬 수 있는 IGBT 소자의 보호 회로, 이를 포함하는 IGBT 구동 시스템 및 보호 회로의 동작 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is a protection circuit for the IGBT device that can reduce the occurrence of fault misdiagnosis of the IGBT device by discharging the DESAT capacitor connected to the DESAT terminal of the gate driver at a regular cycle, and an IGBT driving system and protection including the same. It provides a method of operating a circuit.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 소자의 보호 회로는, 게이트 드라이버의 과전류 검출단자와 연결된 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자의 보호 회로에 있어서, 상기 과전류 검출단자에 일단이 연결되어 상기 과전류 검출단자에서 인가되는 전류에 의해 충전되는 DESAT 커패시터; 및 상기 커패시터의 타단에 연결되어 방전 제어 신호에 의해 주기적으로 상기 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전 회로를 포함한다.A protection circuit for an IGBT device according to an embodiment of the present invention to solve the above-described technical problem is a protection circuit for an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) device connected to an overcurrent detection terminal of a gate driver, and one end is connected to the overcurrent detection terminal. a DESAT capacitor connected to and charged by the current applied from the overcurrent detection terminal; and a discharge circuit connected to the other end of the capacitor to periodically discharge the voltage charged in the capacitor by a discharge control signal.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방전 회로는 상기 IGBT 소자가 턴 오프될 때 방전 전류를 인가하여 상기 DESAT 커패시터를 방전시킬 수 있다.In some embodiments of the present invention, the discharge circuit may discharge the DESAT capacitor by applying a discharge current when the IGBT device is turned off.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방전 회로는, 상기 방전 전류가 흐르는 방전 저항; 상기 방전 저항과 병렬로 연결되는 방전 다이오드; 및 상기 IGBT 소자의 턴 오프 구간에서 턴 온 되어 상기 방전 전류를 인가하는 방전 스위치를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the discharge circuit includes a discharge resistor through which the discharge current flows; a discharge diode connected in parallel with the discharge resistor; And it may include a discharge switch that turns on in the turn-off section of the IGBT element and applies the discharge current.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방전 회로의 일단은 상기 DESAT 커패시터에 연결되고, 타단은 상기 게이트 드라이버의 기준 전압 단자에 연결될 수 있다.In some embodiments of the present invention, one end of the discharge circuit may be connected to the DESAT capacitor, and the other end may be connected to the reference voltage terminal of the gate driver.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 커패시터에 충전된 전압은 상기 과전류 검출단자의 기준 전압을 초과하지 않을 수 있다.In some embodiments of the present invention, the voltage charged in the capacitor may not exceed the reference voltage of the overcurrent detection terminal.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 소자 구동 시스템은, IGBT 소자의 게이트 단자에 구동 신호를 인가하여 상기 IGBT 소자를 구동하고, 과전류 검출단자를 통해 검출된 전압을 이용하여 상기 IGBT 소자의 고장을 인식하는 게이트 드라이버; 및 상기 게이트 드라이버의 과전류 검출단자와 연결되고 상기 IGBT 소자의 컬렉터-에미터 전압을 상기 과전류 검출단자로 제공하는 IGBT 소자의 보호 회로를 포함하되, 상기 IGBT 보호 회로는, 상기 과전류 검출단자에 일단이 연결되어 상기 과전류 검출단자에서 인가되는 전류에 의해 충전되는 DESAT 커패시터; 상기 커패시터의 타단에 연결되어 방전 제어 신호에 의해 주기적으로 상기 DESAT 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전 회로를 포함한다.The IGBT device driving system according to an embodiment of the present invention to solve the above-described technical problem applies a driving signal to the gate terminal of the IGBT device to drive the IGBT device, and uses the voltage detected through the overcurrent detection terminal to drive the IGBT device. A gate driver that recognizes a failure of the IGBT device; and a protection circuit for the IGBT device connected to the overcurrent detection terminal of the gate driver and providing a collector-emitter voltage of the IGBT device to the overcurrent detection terminal, wherein the IGBT protection circuit has one end connected to the overcurrent detection terminal. A DESAT capacitor connected and charged by the current applied from the overcurrent detection terminal; It includes a discharge circuit connected to the other end of the capacitor to periodically discharge the voltage charged in the DESAT capacitor by a discharge control signal.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로의 동작 방법은, 게이트 드라이버가 IGBT 소자를 턴 오프 시키는 단계; 게이트 드라이버의 과전류 검출단자에서 인가되는 전류에 의해 충전되는 DESAT 커패시터와 직렬로 연결된 방전 스위치를 턴 온 시키는 단계; 및 상기 방전 스위치에 의해 인가되는 방전 전류에 의해 상기 DESAT 커패시터를 방전시키는 단계를 포함한다.A method of operating an IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention to solve the above-described technical problem includes the steps of a gate driver turning off an IGBT device; Turning on a discharge switch connected in series with the DESAT capacitor charged by the current applied from the overcurrent detection terminal of the gate driver; and discharging the DESAT capacitor by a discharge current applied by the discharge switch.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방전 스위치에 의해 인가되는 방전 전류에 의해 상기 DESAT 커패시터를 방전시키는 단계는, 상기 IGBT 소자가 PWM 구동에 의해 주기적으로 턴 오프될 때 상기 방전 전류를 인가하여 상기 커패시터를 방전시키는 것을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the step of discharging the DESAT capacitor by the discharge current applied by the discharge switch includes applying the discharge current when the IGBT element is periodically turned off by PWM driving to discharge the capacitor. It may include discharging.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방전 전류에 의해 상기 DESAT 커패시터를 방전시키는 단계 이후에, 상기 게이트 드라이버에 의해 IGBT 소자를 턴 온 시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, after discharging the DESAT capacitor by the discharge current, the step of turning on the IGBT device by the gate driver may be further included.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로(200) 및 이를 포함하는 IGBT 구동 시스템(10)은 DESAT 커패시터(CDESAT)를 이용하여 IGBT 소자(300)의 단락 불량을 검출하는 한편, DESAT 커패시터(DESAT 커패시터(CDESAT)의 일단과 연결되어 DESAT 커패시터(CDESAT)를 주기적으로 방전시킬 수 있다. 따라서 PWM 구동의 동작 주파수가 낮은 경우에 DESAT 커패시터(CDESAT)가 과도하게 충전되어 과전류 검출단자(DESAT)의 한계전압을 넘거나 DESAT 커패시터(CDESAT)의 충전 전압의 문턱값을 넘어 IGBT 소자(300)의 과전류 발생을 오진단할 수 있는 경우를 방지할 수 있다.The IGBT protection circuit 200 and the IGBT driving system 10 including the same according to an embodiment of the present invention detect a short circuit defect of the IGBT element 300 using the DESAT capacitor (C DESAT ), and the DESAT capacitor (DESAT It is connected to one end of the capacitor (C DESAT ) to periodically discharge the DESAT capacitor (C DESAT ). Therefore, when the operating frequency of PWM drive is low, the DESAT capacitor (C DESAT ) is overcharged and the overcurrent detection terminal (DESAT) ) or exceeding the threshold of the charging voltage of the DESAT capacitor (C DESAT ) can prevent misdiagnosis of overcurrent occurrence of the IGBT element 300.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로를 포함하는 IGBT 구동 시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로의 동작 방법을 설명하기 위한 전압 그래프이다.1 is a circuit diagram illustrating an IGBT driving system including an IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart for explaining the operation method of the IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a voltage graph for explaining the operation method of the IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is not limited. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. One component is said to be “connected to” or “coupled to” another component when it is directly connected or coupled to another component or with an intervening other component. Includes all cases. On the other hand, when one component is referred to as “directly connected to” or “directly coupled to” another component, it indicates that there is no intervening other component. “And/or” includes each and every combination of one or more of the mentioned items.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소 일 수도 있음은 물론이다.Although first, second, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Therefore, of course, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로를 포함하는 IGBT 구동 시스템을 설명하기 위한 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating an IGBT driving system including an IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로를 포함하는 IGBT 구동 시스템(10)은 게이트 드라이버(100) 및 IGBT 보호 회로(200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an IGBT driving system 10 including an IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention may include a gate driver 100 and an IGBT protection circuit 200.
게이트 드라이버(100)는 IGBT 소자(300)를 구동하기 위한 PWM 구동 신호(PWM)를 제공하여 IGBT 소자(300)를 턴 온 또는 턴 오프 시킴으로써 IGBT 소자(300)를 구동할 수 있다. 구체적으로 게이트 드라이버(100)는 IGBT 소자(300)의 게이트 단자(G)에 PWM 구동 신호(PWM)를 제공할 수 있다.The gate driver 100 may drive the IGBT device 300 by providing a PWM driving signal (PWM) to turn the IGBT device 300 on or off. Specifically, the gate driver 100 may provide a PWM driving signal (PWM) to the gate terminal (G) of the IGBT device 300.
게이트 드라이버(100)는 IGBT 소자(300)의 과전류 여부를 진단하기 위한 과전류 검출단자(DESAT)를 포함할 수 있다. 게이트 드라이버(100)는 과전류 검출단자(DESAT)와 기준전압 단자(COM)에 연결된 DESAT 커패시터(CDESAT)의 양단 전압의 크기에 기초하여 IGBT 소자(300)의 컬렉터-이미터 사이에 단락 불량 등으로 발생한 과전류를 검출할 수 있다. The gate driver 100 may include an overcurrent detection terminal (DESAT) to diagnose whether the IGBT device 300 is overcurrent. The gate driver 100 detects short circuit defects, etc. between the collector and emitter of the IGBT element 300 based on the magnitude of the voltage across the DESAT capacitor (C DESAT ) connected to the overcurrent detection terminal (DESAT) and the reference voltage terminal (COM). Overcurrent generated by can be detected.
IGBT 보호 회로(200)는 IGBT 소자(300)의 PWM 구동 시 충전되는 DESAT 커패시터(CDESAT) 및 DESAT 커패시터(CDESAT)에 충전된 전압을 주기적으로 방전시키는 방전 회로(210)를 포함할 수 있다.The IGBT protection circuit 200 may include a DESAT capacitor (C DESAT ) charged during PWM driving of the IGBT element 300 and a discharge circuit 210 that periodically discharges the voltage charged in the DESAT capacitor (C DESAT ). .
DESAT 커패시터(CDESAT)는 IGBT 소자(300)의 PWM 구동 시 과전류 검출단자(DESAT)에서 인가되는 전류에 의해 충전될 수 있다. 즉, IGBT 소자(300)의 컬렉터-에미터 사이에 단락으로 인한 과전류가 흐르면 IGBT 소자(300)의 컬렉터-에미터 사이의 내부 전압도 상승하여 다이오드(DHV)와 저항(R)을 거쳐 DESAT 커패시터(CDESAT)에 전달된다. DESAT 커패시터(CDESAT) 양단에 충전된 전압의 크기는 게이트 드라이버(100)에 의해 측정되고, 미리 정해진 문턱값 이상 충전되는 경우 게이트 드라이버(100)는 IGBT 소자(300)에 단락 불량 등으로 인한 과전류가 인가되는 것으로 감지하여 IGBT 소자(300)의 PWM 구동을 중단시킬 수 있다.The DESAT capacitor (C DESAT ) can be charged by the current applied from the overcurrent detection terminal (DESAT) when the IGBT element 300 is driven by PWM. In other words, when overcurrent flows between the collector and emitter of the IGBT element 300 due to a short circuit, the internal voltage between the collector and emitter of the IGBT element 300 also increases, passing through the diode (D HV ) and resistor (R) to DESAT It is transmitted to the capacitor (C DESAT ). The magnitude of the voltage charged across both ends of the DESAT capacitor (C DESAT ) is measured by the gate driver 100, and when the charge exceeds a predetermined threshold, the gate driver 100 generates an overcurrent due to a short circuit defect in the IGBT element 300. It is possible to detect that is applied and stop the PWM operation of the IGBT device 300.
문제는, 게이트 드라이버(100)에 의한 IGBT 소자(300)의 PWM 구동의 주파수가 충분히 낮은 경우 DESAT 커패시터(CDESAT)가 PWM 구동의 한 주기 동안 지속적으로 충전되므로 미리 정해진 문턱값은 물론 과전류 검출단자(DESAT)의 한계 전압을 넘는 경우 IGBT 소자(300)의 고장으로 인식함으로써 IGBT 소자(300)의 오진단이 발생할 수 있는 경우이다. 본 발명의 IGBT 보호 회로(200)는 DESAT 커패시터(CDESAT)가 낮은 주파수에서 구동되는 경우에도 주기적으로 커패시터에 충전된 전압을 방전시킴으로써 IGBT 소자(300)의 고장의 오진단 발생을 감소시킬 수 있다.The problem is that when the frequency of PWM driving of the IGBT element 300 by the gate driver 100 is sufficiently low, the DESAT capacitor (C DESAT ) is continuously charged during one cycle of PWM driving, so not only the predetermined threshold value but also the overcurrent detection terminal If the voltage limit of (DESAT) is exceeded, it is recognized as a failure of the IGBT device 300, and misdiagnosis of the IGBT device 300 may occur. The IGBT protection circuit 200 of the present invention can reduce the occurrence of misdiagnosis of failure of the IGBT element 300 by periodically discharging the voltage charged in the capacitor even when the DESAT capacitor (C DESAT ) is driven at a low frequency. .
방전 회로(210)는 IGBT 소자(300)가 턴 오프될 때 방전 전류가 방전 저항(RDIS)을 통해 흐르도록 함으로써 DESAT 커패시터(CDESAT)에 충전된 전압을 방전시킬 수 있다. IGBT 소자(300)가 턴 오프되는 경우는 IGBT 소자(300)의 컬렉터-에미터 사이에 전류가 흐르지 않아 IGBT 소자(300)의 단락 불량의 발생 가능성이 거의 없는 구간에 해당하며, 방전 스위치(SWDIS)가 이 때 턴 온 될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, IGBT 소자(300)의 게이트 단자(G)에 인가되는 구동 신호와 방전 스위치(SWDIS)를 턴 온 하기 위한 제어 신호는 게이트 드라이버(100)의 동일한 단자에서 인가될 수도 있다. 방전 회로(210)는 방전 저항(RDIS)과 병렬로 연결된 방전 다이오드(DDIS)를 포함함으로써 역방향 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.The discharge circuit 210 may discharge the voltage charged in the DESAT capacitor (C DESAT ) by allowing the discharge current to flow through the discharge resistor (R DIS ) when the IGBT device 300 is turned off. When the IGBT element 300 is turned off, current does not flow between the collector and emitter of the IGBT element 300, so it corresponds to a section in which there is little possibility of a short circuit defect in the IGBT element 300, and the discharge switch (SW DIS ) may be turned on at this time. In some embodiments of the present invention, the driving signal applied to the gate terminal (G) of the IGBT element 300 and the control signal for turning on the discharge switch (SW DIS ) are applied from the same terminal of the gate driver 100. It may be possible. The discharge circuit 210 can prevent reverse current from flowing by including a discharge diode (D DIS ) connected in parallel with a discharge resistor (R DIS ).
도시되지는 않았지만 게이트 드라이버(100)는 상술한 과전류 검출단자(DESAT) 및 기준전압 단자(COM) 이외에 PWM 구동 신호(PWM)를 제공하는 출력 단자와 같이 다른 외부 단자를 포함할 수 있다.Although not shown, the gate driver 100 may include other external terminals, such as an output terminal that provides a PWM driving signal (PWM), in addition to the overcurrent detection terminal (DESAT) and the reference voltage terminal (COM) described above.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 2 is a flowchart for explaining the operation method of the IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로의 동작 방법은, IGBT 소자(300)를 PWM 구동에 의해 턴 오프시키는 단계(S110), 방전 스위치(SWDIS)에 제어 신호를 인가하여 방전 스위치(SWDIS)를 턴 온 시키는 단계(S120), 방전 저항에 흐르는 방전 전류에 의하여 DESAT 커패시터(CDESAT)에 충전된 전압이 방전되는 단계(S130) 및 DESAT 커패시터(CDESAT)를 리셋하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the method of operating the IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention includes turning off the IGBT element 300 by PWM driving (S110) and applying a control signal to the discharge switch (SW DIS ). Turning on the discharge switch (SW DIS ) (S120), discharging the voltage charged in the DESAT capacitor (C DESAT ) by the discharge current flowing through the discharge resistor (S130), and resetting the DESAT capacitor (C DESAT ). It may include a step (S140).
먼저 IGBT 소자(300)를 PWM 구동에 의해 턴 오프시키는 단계(S110)가 수행된다. 게이트 드라이버(100)의 구동 신호 출력 단자로부터 IGBT 소자(300)의 게이트로 PWM 구동 신호가 인가되어 IGBT 소자(300)가 턴 오프될 수 있다. 턴 오프된 IGBT 소자(300)는 컬렉터-이미터 사이에 전류 흐름이 차단될 수 있다.First, a step (S110) of turning off the IGBT device 300 by PWM driving is performed. A PWM driving signal may be applied from the driving signal output terminal of the gate driver 100 to the gate of the IGBT device 300 to turn off the IGBT device 300. In the turned-off IGBT device 300, current flow between the collector and emitter may be blocked.
이어서 게이트 드라이버(100)가 방전 스위치(SWDIS)를 턴 온 시키고(S120), 방전 저항(RDIS)에 흐르는 방전 전류에 의해 DESAT 커패시터(CDESAT)에 충전된 전압이 방전되는 단계(S130)가 수행될 수 있다. 이와 관련하여 도 3의 전압 그래프를 이용하여 더욱 자세하게 설명한다.Next, the gate driver 100 turns on the discharge switch (SW DIS ) (S120), and the voltage charged in the DESAT capacitor (C DESAT ) is discharged by the discharge current flowing through the discharge resistor (R DIS ) (S130). can be performed. This will be explained in more detail using the voltage graph in FIG. 3.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로의 동작 방법을 설명하기 위한 전압 그래프이다. 먼저 도 3의 (a)를 참조하면, IGBT 보호 회로(200)가 방전 회로(210)를 구비하지 않은 경우의 DESAT 커패시터(CDESAT)의 양단 전압의 그래프가 도시된다. IGBT 소자(300)의 PWM 구동 주파수가 높지 않은 경우 PWM 한 주기 동안 DESAT 커패시터(CDESAT)가 지속적으로 충전됨으로써 충전 전압이 문턱값과 과전류 검출단자(DESAT)의 한계전압에 이를 때까지 충전되는 경우가 발생할 수 있다. 이때 게이트 드라이버(100)는 과전류 검출단자(DESAT) 를 통해 입력된 DESAT 커패시터(CDESAT)의 충전 전압에 기초하여 IGBT 소자(300)가 단락 불량이 발생한 것으로 오진단할 수 있다.Figure 3 is a voltage graph for explaining the operation method of the IGBT protection circuit according to an embodiment of the present invention. First, referring to (a) of FIG. 3, a graph of the voltage across the DESAT capacitor C DESAT when the IGBT protection circuit 200 does not include the discharge circuit 210 is shown. If the PWM driving frequency of the IGBT element 300 is not high, the DESAT capacitor (C DESAT ) is continuously charged during one PWM cycle until the charging voltage reaches the threshold and the limit voltage of the overcurrent detection terminal (DESAT). may occur. At this time, the gate driver 100 may misdiagnose that the IGBT element 300 has a short circuit defect based on the charging voltage of the DESAT capacitor (C DESAT ) input through the overcurrent detection terminal (DESAT).
한편, 도 3의 (b)를 참조하면, IGBT 보호 회로(200)가 방전 회로(210)를 구비한 본 발명의 실시예에 의한 DESAT 커패시터(CDESAT)의 양단 전압의 그래프가 도시된다. 방전 회로(210), 구체적으로 방전 스위치(SWDIS)는 IGBT 소자(300)가 PWM 구동에 의해 턴 오프되는 시점에 게이트 드라이버(100)로부터 제공되는 제어 신호(CONDIS)에 의해 턴 온되어 DESAT 커패시터(CDESAT)를 통해 방전 전류를 인가하고, DESAT 커패시터(CDESAT)를 방전시킬 수 있다. 특히 IGBT 소자(300)가 턴 오프되는 구간은 IGBT 소자(300)의 컬렉터-이미터 간 전류가 흐르지 않는 시점으로 IGBT 소자(300)의 단락 불량 발생이 불가능한 구간이며, 방전 회로(210)는 이 구간을 이용하여 DESAT 커패시터(CDESAT)를 방전시킬 수 있다.Meanwhile, referring to (b) of FIG. 3, a graph of the voltage across the DESAT capacitor (C DESAT ) according to an embodiment of the present invention in which the IGBT protection circuit 200 includes the discharge circuit 210 is shown. The discharge circuit 210, specifically the discharge switch (SW DIS ), is turned on by the control signal (CON DIS ) provided from the gate driver 100 at the time the IGBT element 300 is turned off by PWM driving, thereby causing DESAT A discharge current can be applied through a capacitor (C DESAT ) and the DESAT capacitor (C DESAT ) can be discharged. In particular, the section in which the IGBT device 300 is turned off is the point at which current does not flow between the collector and emitter of the IGBT device 300, and is a section in which short-circuiting defects in the IGBT device 300 cannot occur, and the discharge circuit 210 operates in this section. The DESAT capacitor (C DESAT ) can be discharged using the section.
정리하면, 본 발명의 실시예에 따른 IGBT 보호 회로(200) 및 이를 포함하는 IGBT 구동 시스템(10)은 DESAT 커패시터(CDESAT)를 이용하여 IGBT 소자(300)의 단락 불량을 검출하는 한편, DESAT 커패시터(DESAT 커패시터(CDESAT)의 일단과 연결되어 DESAT 커패시터(CDESAT)를 주기적으로 방전시킬 수 있다. 따라서 PWM 구동의 동작 주파수가 낮은 경우에 DESAT 커패시터(CDESAT)가 과도하게 충전되어 과전류 검출단자(DESAT)의 한계전압을 넘거나 DESAT 커패시터(CDESAT)의 충전 전압의 문턱값을 넘어 IGBT 소자(300)의 과전류 발생을 오진단할 수 있는 경우를 방지할 수 있다.In summary, the IGBT protection circuit 200 and the IGBT driving system 10 including the same according to an embodiment of the present invention detect a short circuit defect of the IGBT element 300 using the DESAT capacitor (C DESAT ), while the DESAT It is connected to one end of the capacitor (C DESAT ) and can periodically discharge the DESAT capacitor (C DESAT ). Therefore, when the operating frequency of PWM drive is low, the DESAT capacitor (C DESAT ) is overcharged and overcurrent is detected. It is possible to prevent misdiagnosis of overcurrent of the IGBT element 300 by exceeding the limit voltage of the terminal (DESAT) or exceeding the threshold of the charging voltage of the DESAT capacitor (C DESAT ).
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will be able to understand it. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.
10: IGBT 구동 시스템
100: 게이트 드라이버
200: IGBT 보호 회로
210: 방전 회로
CDESAT: DESAT 커패시터
RDIS: 방전 저항
300: IGBT 소자
DDIS: 방전 다이오드10: IGBT driving system 100: gate driver
200: IGBT protection circuit 210: Discharge circuit
C DESAT : DESAT capacitor R DIS : Discharge resistance
300: IGBT element D DIS : Discharge diode
Claims (11)
상기 과전류 검출단자에 일단이 연결되어 상기 과전류 검출단자에서 인가되는 전류에 의해 충전되는 DESAT 커패시터; 및
상기 DESAT 커패시터의 타단에 연결되어 방전 제어 신호에 의해 주기적으로 상기 DESAT 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전 회로를 포함하는,
IGBT 소자의 보호 회로.In the protection circuit of the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element connected to the overcurrent detection terminal of the gate driver,
a DESAT capacitor with one end connected to the overcurrent detection terminal and charged by the current applied from the overcurrent detection terminal; and
Comprising a discharge circuit connected to the other end of the DESAT capacitor and periodically discharging the voltage charged in the DESAT capacitor by a discharge control signal,
Protection circuit for IGBT elements.
상기 방전 회로는 상기 IGBT 소자가 턴 오프될 때 방전 전류를 인가하여 상기 DESAT 커패시터를 방전시키는,
IGBT 소자의 보호 회로.According to clause 1,
The discharge circuit applies a discharge current when the IGBT element is turned off to discharge the DESAT capacitor.
Protection circuit for IGBT elements.
상기 방전 회로는,
상기 방전 전류가 흐르는 방전 저항;
상기 방전 저항과 병렬로 연결되는 방전 다이오드; 및
상기 IGBT 소자의 턴 오프 구간에서 턴 온 되어 상기 방전 전류를 인가하는 방전 스위치를 포함하는,
IGBT 소자의 보호 회로.According to clause 2,
The discharge circuit is,
a discharge resistor through which the discharge current flows;
a discharge diode connected in parallel with the discharge resistor; and
Comprising a discharge switch that turns on in the turn-off period of the IGBT element and applies the discharge current,
Protection circuit for IGBT elements.
상기 방전 회로의 일단은 상기 DESAT 커패시터에 연결되고, 타단은 상기 게이트 드라이버의 기준 전압 단자에 연결되는,
IGBT 소자의 보호 회로.According to clause 1,
One end of the discharge circuit is connected to the DESAT capacitor, and the other end is connected to the reference voltage terminal of the gate driver,
Protection circuit for IGBT elements.
상기 DESAT 커패시터에 충전된 전압은 상기 과전류 검출단자의 기준 전압을 초과하지 않는,
IGBT 소자의 보호 회로.According to clause 1,
The voltage charged in the DESAT capacitor does not exceed the reference voltage of the overcurrent detection terminal,
Protection circuit for IGBT elements.
IGBT 소자의 게이트 단자에 구동 신호를 인가하여 상기 IGBT 소자를 구동하고, 과전류 검출단자를 통해 검출된 전압을 이용하여 상기 IGBT 소자의 고장을 인식하는 게이트 드라이버; 및
상기 게이트 드라이버의 과전류 검출단자와 연결되고 상기 IGBT 소자의 컬렉터-에미터 전압을 상기 과전류 검출단자로 제공하는 IGBT 소자의 보호 회로를 포함하되,
상기 IGBT 소자의 보호 회로는,
상기 과전류 검출단자에 일단이 연결되어 상기 과전류 검출단자에서 인가되는 전류에 의해 충전되는 DESAT 커패시터;
상기 DESAT 커패시터의 타단에 연결되어 방전 제어 신호에 의해 주기적으로 상기 DESAT 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전 회로를 포함하는,
IGBT 소자의 구동 시스템.In the driving system of the IGBT element,
A gate driver that applies a driving signal to the gate terminal of the IGBT device to drive the IGBT device and recognizes a failure of the IGBT device using a voltage detected through an overcurrent detection terminal; and
A protection circuit for the IGBT device connected to the overcurrent detection terminal of the gate driver and providing a collector-emitter voltage of the IGBT device to the overcurrent detection terminal,
The protection circuit of the IGBT element is,
a DESAT capacitor with one end connected to the overcurrent detection terminal and charged by the current applied from the overcurrent detection terminal;
Comprising a discharge circuit connected to the other end of the DESAT capacitor and periodically discharging the voltage charged in the DESAT capacitor by a discharge control signal,
Driving system for IGBT elements.
게이트 드라이버의 과전류 검출단자에서 인가되는 전류에 의해 충전되는 DESAT 커패시터와 직렬로 연결된 방전 스위치를 턴 온 시키는 단계; 및
상기 방전 스위치에 의해 인가되는 방전 전류에 의해 상기 DESAT 커패시터를 방전시키는 단계를 포함하는,
IGBT 소자의 보호 회로의 동작 방법.A gate driver turning off the IGBT device;
Turning on a discharge switch connected in series with the DESAT capacitor charged by the current applied from the overcurrent detection terminal of the gate driver; and
Comprising discharging the DESAT capacitor by a discharge current applied by the discharge switch,
How the protection circuit of the IGBT device operates.
상기 방전 스위치에 의해 인가되는 방전 전류에 의해 상기 DESAT 커패시터를 방전시키는 단계는,
상기 IGBT 소자가 PWM 구동에 의해 주기적으로 턴 오프될 때 상기 방전 전류를 인가하여 상기 DESAT 커패시터를 방전시키는 것을 포함하는,
IGBT 소자의 보호 회로의 동작 방법.According to clause 7,
The step of discharging the DESAT capacitor by the discharge current applied by the discharge switch,
Including discharging the DESAT capacitor by applying the discharge current when the IGBT element is periodically turned off by PWM driving,
How the protection circuit of the IGBT device operates.
상기 방전 회로는,
상기 방전 전류가 흐르는 방전 저항;
상기 방전 저항과 병렬로 연결되는 다이오드; 및
상기 IGBT 소자의 턴 오프 구간에서 턴 온 되어 상기 방전 전류를 인가하는 방전 스위치를 포함하는,
IGBT 소자의 보호 회로의 동작 방법.According to clause 8,
The discharge circuit is,
a discharge resistor through which the discharge current flows;
A diode connected in parallel with the discharge resistor; and
Comprising a discharge switch that turns on in the turn-off period of the IGBT element and applies the discharge current,
How the protection circuit of the IGBT device operates.
상기 방전 회로의 일단은 상기 DESAT 커패시터에 연결되고, 타단은 상기 게이트 드라이버의 기준 전압 단자에 연결되는,
IGBT 소자의 보호 회로의 동작 방법.According to clause 7,
One end of the discharge circuit is connected to the DESAT capacitor, and the other end is connected to the reference voltage terminal of the gate driver,
How the protection circuit of the IGBT device operates.
상기 방전 전류에 의해 상기 DESAT 커패시터를 방전시키는 단계 이후에,
상기 게이트 드라이버에 의해 IGBT 소자를 턴 온 시키는 단계를 더 포함하는,
IGBT 소자의 보호 회로의 동작 방법.According to clause 7,
After discharging the DESAT capacitor by the discharge current,
Further comprising turning on the IGBT device by the gate driver,
How the protection circuit of the IGBT device operates.
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| KR1020220119149A KR102677618B1 (en) | 2022-09-21 | Igbt device protection circuit, igbt device driving system includign the same, operating method of the igbt device protection circuit |
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