KR100188910B1

KR100188910B1 - 인버터의 이상 상태 감지회로

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Publication number: KR100188910B1
Application number: KR1019960003068A
Authority: KR
Inventors: 정명길; 최세경; 김종구; 윤재학
Original assignee: 김정국; 현대중공업주식회사
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1999-06-01
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: KR970063884A

Abstract

별도의 동작 감지 소자를 추가 장착하지 않고도 인버터의 이상 형상를 감지하고 이상 형태가 발생시 인버터의 이상 파워 소자의 위치를 정확하고 신속하게 체크할 수 있고 단일 전원만의 공급으로 인버터의 동작에 필요한 각 전원을 발생시킬 수 있도록 인버터의 이상 상태 감지회로를 제공하기 위하여, 인버터의 상하측에 장착되는 파워 소자를 구동시키기 위해 서로 상반된 상태로 인가되는 인버터 지령 펄스 신호를 각각 조합하여, 소정의 간격으로 상하측의 파워 소자를 암 단락 없이 구동시키기 위한 구동 펄스 신호를 출력할 수 있도록 하는 신호 지연수단과; 상기 신호 지연 수단에서 출력되는 구동 펄스 신호를 펄스트랜스포머를 이용하여 절연된 신호로 전달하고, 인버터 운전 이상발생시 이상 검출 신호가 발생되어 역방향으로의 신호 전달용으로 사용되는 제1전압 발생 수단과; 내부에서 발생하는 고주파 펄스 신호에 따라 스위칭하는 DC/DC 컨버터를 이용하여, 각 파워 소지자의 게이트구동 전압원으로 사용될 수 있도록 하는 제2전압 발생 수단과; 상기 제1전압 발생수단에서 출력되는 구동 제어 신호를 제2전압 발생수단에서 발생된 게이트용 구동 전압으로 신호 변환하여 파워 소자의 게이트 단자로 출력하므로 인버터의 파워 소자를 온/오프 동작시키는 구동 신호 출력 수단과; 상기 구동 신호 출력 수단의 동작에 따라 파워 소자가 턴온 동작할 경우, 발생하는 파워 소자의 컬렉터-에미터 간의 전압(Vce)과 설정된 기준 발생 전압을 비교하여 턴온 이상 발생시 이상검출 신호를 출력하여, 파워 소자의 동작을 중지시키기 위하여 상기 제1전압 발생수단을 통해 이상 검출 신호를 역전달하는 이상 상태 검출수단과; 상기 제1전압 발생 수단을 통해 역전달된 이상 검출 신호에 의해 동작 상태가 변화하여 에러 신호(-error)를 발생시키는 에러 신호 발생 수단을 포함하여 이루어져 있다.

Description

인버터의 이상 상태 감지 회로

제1도는 일반적인 인버터의 구동 장치의 회로도이고,

제2도는 이 발명의 실시에에 따른 인버터의 이상 상태 감지 회로의 회로도이고,

제3도는 이 발명의 실시예에 따른 기준 발생 전압의 상태 그래프이고,

제4도는 이 발명의 실시예에 따른 인버터가 단락될 경우의 IGBT의 컬렉트-에미터간의 전압 파형도이고,

제5도는 이 발명의 실시예에 따른 인버터의 에러 상태를 판단하기 위한 시스템의 블록도이다.

이 발명은 인버터의 이상 상태 감지 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 전동기를 구동시키기 위한 인버터에 사용되는 파워소자의 동작 상태에 따라 변화하는 턴온 전압을 기준 발생 전압과 비교하여 인버터의 이상 상태를 판정하는 인버터의 이상 상태 감지회로에 관한 것이다.

일반적으로 3상 유도 전동기를 구동시키기 위한 인버터의 구조는 제1도와 같다.

3상의 교류 전원이 인가되면, 다수개의 다이오드로 이루어져 있는 정류기를 거치고, 리액터와 커패시터의 동작에 의해 직류 전원이 필터링된다.

턴온/오프 동작을 하는 6개의 아이지비티(Insulated Gate Bipoiar Transistor 이하 IGBT라 칭함)의 게이트 단자로 전동기의 운전 지령에 해당하는 구동 전압이 외부에서 인가되면, 상기 필터링된 직류 전원으로부터 인버터를 통하여 3상 출력 전압이 발생되어 전동기로 흐르므로, 전동기의 회전 동작이 이루어진다.

상기와 같이 외부에서 인가되는 3상 전원을 정류한 직류 전원을 이용하여 각 IGBT를 구동시켜 전동기를 운전시킬 때, 과전류나 출력단자의 단락 등에 의해 인버터의 각 파원 소자가 파손되는 문제가 발생한다.

상기와 같은 이유로 파손되는 인버터를 보호하기 위해, 종래에는 제1도에 도시된 것처럼 인버터의 DC 버스단에 홀(hall) 소자 등을 이용한 과전류 검출 소자(1)를 장착한다.

이에 따라 인버터를 보호하기 위한 과전류 보호 레벨을 설정하고, 과전류 발생 및 선간 단락 등의 이상 발생시 설정 레벨 이상의 신호가 검출되면 각 IGBT의 게이트 단자로 인가되는 구동 신호의 출력을 중지하여 IGBT가 파손되는 문제를 방지할 수 있도록 한다.

그러므로 인버터에 발생하는 과전류 등으로 인한 모든 파워 소자가 파손되는 문제를 방지한다.

그러나 상기와 같은 방법을 이용하여 인버터를 보호할 경우, 매우 고가의 소자를 이용하여 인버터를 흐르는 전류를 검출해야 하므로 많은 경제적인 부담을 초래하는 문제가 발생한다.

그리고, 각 IGBT를 흐르는 전류의 상태를 검출하는 것이 아니고 인버터 직류 버스단에 흐르는 전류를 이용하여 인버터의 이상 상태만을 검출하므로, 3개의 암(arm)의 IGBT중 어느 상에 해당하는 IGBT에 이상이 발생했는지를 신속하게 판정할 수 없다.

따라서 일일이 모든 IGBT의 동작 상태를 체크해야 하므로, 이상 발생위치를 확인하고 이상 원인을 제거하는데 많은 시간과 인력이 소비되는 문제가 발생한다.

또한 인버터를 구동하기 위한 IGBT 구동 제어 전원은 각 분리된 4종류의 전원을 필요로 하였다.

즉, 상위에 장착되는 각 상의 IGBT를 구동시키기 위한 3개의 전원과 하위에 장착되는 각 상의 IGBT를 구동시키기 위해 공통으로 사용되는 하나의 전원으로 구분되므로 다수개의 전원을 필요로 한다.

따라서 전원제어 장치의 구성이 매우 복잡해지는 문제가 발생한다.

그러므로 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인버터에 사용되는 파워 소자의 손상이나 파손으로 발생하는 인버터의 손상을 방지하기 위한 보호 회로를 간단하게 구성하므로 고가의 동작 감지 소자를 별도로 추가 장착할 필요가 없도록 하는 것이다.

다른 이 발명의 목적은 각 상에 해당하는 한 암의 파워 소자마다 각 보호 회로가 설치되어 있으므로 신속하고 정확하게 비정상 상태의 파워 소자를 검출할 수 있도록 하는 것이다.

또다른 이 발명의 목적은, 하나의 단일 전원을 입력으로 하여 각 상의 파워 소자에 필요한 다수개의 독립 구동 전원을 발생시킬 수 있으므로 전원제어 동작을 간편하게 실행할 수 있도록 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써 이 발명의 구성은,

인버터의 상하측에 장착되는 파워 소자를 구동시키기 위해 서로 상반된 상태로 인가되는 인버터 지령 펄스 신호를 각각 조합하여, 소정의 간격으로 상하측의 파워 소자를 암 단락 없이 구동시키기 위한 구동펄스 신호를 출력할 수 있도록 하는 신호지연 수단과;

상기 신호 지연 수단에서 출력되는 구동 펄스 신호를 펄스 트랜스포머를 이용하여 절연된 신호로 전달하고, 인버터 운전 이상 발생시 이상 검출 신호가 발생되어 역방향으로의 신호 전달용으로 사용되는 제1전압 발생 수단과;

내부에서 발생하는 고주파 펄스 신호에 따라 스위칭하는 DC/DC 컨버터를 이용하여, 각 파워 소자의 게이트 구동 전압원으로 사용될 수 있도록 하는 제2전압 발생 수단과;

상기 제1전압 발생 수단에서 출력되는 구동 제어 신호를 제2전압 발생수단에서 발생된 게이트용 구동 전압으로 신호 변환하여 파워 소자의 게이트 단자로 출력하므로 인버터의 파워 소자를 온/오프 동작시키는 구동 신호 출력 수단과;

상기 구동 신호 출력 수단의 동작에 따라 파원 소자가 턴온 동작할 경우, 발생하는 파워 소자의 컬렉터-에미터 간의 전압과 설정된 기준 발생 전압을 비교하여 턴온 이상 발생시 이상 검출 신호를 출력하여, 파워 소자의 동작을 중지시키기 위하여 상기 제1전압 발생 수단을 통해 이상 검출 신호를 역전달하는 이상 상태 검출 수단과;

상기 제1전압 발생 수단을 통해 역전달된 이상 검출 신호에 의해 동작상태가 변화하여 에러 신호를 발생시키는 에러 신호 발생 수단을 포함하여 이루어져 있다.

이하, 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

제2도를 참고로 하여 이 발명의 구성을 살펴보면, 각 3개 상에 대해 각 1암의 파워 소자인 IGBT가 장착되어 있으므로, 이 발명의 실시예에서 상하에 각각 장착되어 있는 1쌍의 IGBT 동작에 따라 이상 상태를 검출할 수 있도록 동일한 구조를 갖는 1쌍의 감지 회로로 이루어진다.

따라서 이 발명의 실시예에서는 상단에 위치하는 IGBT의 동작 상태를 감지하는 부분의 구성과 동작만 설명한다.

제2도를 참고로 하여 이 발명의 구성을 설명하면, 입력되는 지령 펄스 신호(Vit)를 정형하는 슈미트 트리거부(10)와, 상기 슈미트 트리거부(10)의 출력 신호와 소정 시간 지연된 입력 신호를 논리곱하는 신호 지연부(20)와, 상기 신호 지연부(20)에서 출력되는 신호 중 매우 짧은 온/오프 주기를 갖는 노이즈성 신호를 제거하는 단파 정류부(30)와, 상기 단파 정류부(30)를 통해 출력되는 펄스 신호를 인버터의 동작에 필요한 절연된 신호로 전달하고 인버터의 해당 파워 소자가 동작할 때 발생하는 이상 검출 신호를 역방향으로 전달하는 펄스 트랜스포머(40)와, 인버터의 파워 소자를 구동하기 위한 구동 전원을 발생시키는 DC/DC 컨버터의 1차측 코일부(50)와, 상기 1차측 코일부(50)의 펄스재너레이터의 고주파 스위칭 동작에 따라 2차측 전압이 유기되고 유기된 전압을 정류하여 인버터의 파워 소자의 구동 전압으로 사용할 수 있도록 하는 DC/DC 컨버터의 2차측 코일부(60)와, 동작 상태가 정상 상태일 때 상기 2차측 코일부(60)에서 출력되는 구동 전압을 파워 소자로 출력하는 구동 신호 출력부(70)와, 상기 구동 신호 출력부(70)에서 출력되는 구동신호에 따라 동작 상태가 가변되어 모터를 구동시키는 IGBT(IBGT11)와, 상기 IGBT(IGBT11)가 턴온 동작할 때 발생하는 컬렉터-에미터간의 잔류 전압(Vce)과 기준 발생 전압을 이용하여 해당 IGBT(IGBT11)의 이상 상태를 검출하는 이상 상태 검출부(80)와, 상기 이상 상태검출부(80)의동작에 의해 발생하는 이상 검출 신호가 상기 펄스트랜스포머(40)를 통해 1차측으로 전달되면 이상 검출 신호의 상태에 따라 동작 상태가 가변되어 에러 신호(-error)를 발생하는 에러신호 발생부(90)와, 상기 상하측에 장착되는 각 신호 지연부(20, 20')에서 출력되는 신호가 동시에 턴온되는 신호로 입력될 때 인버터의 파워 소자가 동시에 턴온되어 발생하는 암 쇼트로부터 인버터를 보호하기 위한 보호 신호를 에러 신호 발생부(90)로 출력하는 보호 신호 출력부(100)로 이루어져 있다.

상기 신호 지연부(20)는 슈미터 트리거부(10)의 출력 단자에 일측 입력단자에 연결되어 있는 AND 게이트(AND21)와, 전원(Vcc)에 일측단자가 연결되어 있고 AND게이트(AND21)의 타측 입력 단자에 타측 단자가 연결되어 있는 저항(R21)과, 상기 저항(R21)의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자가 접지되어 있는 커패시터(C21)와, 상기 커패시터(C21)의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 하측 슈미터 트리거부(10')의 출력단자에 캐소우드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D21)와, 상기 다이오드(D21)의 애노드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 에러 신호(-error)의 출력 단자에 캐소우드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D22)로 이루어져 있다.

상기 1차 코일부(50)는 일정 주파수의 신호를 발생시키는 펄스 제너레이터(51)와, 상기 펄스 제너레이터(51)에서 발생하는 펄스 신호에 따라 동작하는 1차 코일(L51)로 이루어져 있다.

상기 2차 코일부(60)는 상기 1차 코일부(50)의 1차 코일(L51)의 고주파스위칭 동작에 따라 해당 전압이 유기되는 2차 코일(L61)과, 상기 2차 코일(L61)에서 유기된 전압을 정류하는 정류부(61)로 이루어져 있다.

상기 구동신호 출력부(70)는 상기 펄스 트랜스포머(40)와 연결되어 유기된 전압이 입력단자(T)로 입력되는 T플립플럽(FF71)과, 상기 T플립플럽(FF71)의 출력단자(Q)에 베이스 단자가 연결되어 있고 2차코일부(60)의 정류부(61)에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(T71)와, 상기 트랜지스터(T71)의 에미터 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 IGBT(IGBT11)의 베이스 단자에 타측 단자가 연결되어 있는 저항(R71)과, 상기 저항(R71)의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항(R72)과, 상가 저항(R72)의 타측 단자에 에미터 단자가 연결되어 있고 상기 T플립플럽(FF71)의 출력단자(Q)에 베이스 단자가 연결되어 있고 2차코일부(60)의 정류부(61)에 컬레터 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(T72)로 이루어져 있다.

상기 이상 상태 검출부(80)는 기준 전압 발생부(81)와, 상기 IGBT(IGBT11)의 컬렉터 단자에 캐소우드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D81)와, 상기 다이오드(D81)의 애노드 단자에 반전 입력단자가 연결되어 있고 기준 전압 발생부(81)에 비반전 입력단자가 연결되어 있고 구동신호 출력부(70)의 T플립플럽(FF71)의 리셋단자(R)에 출력 단자가 연결되어 있는 연산 증폭기(Q81)와, 연산 증폭기(Q81)의 출력단자에 베이스 단자가 연결되어 2차코일부(60)의 정류부(61)에 에미터 단자가 연결되어 있고 펄스 트랜스포머(40)에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(T81)로 이루어져 있다.

상기 에러신호 발생부(90)는 단파 정류부(30,30')에 각각 캐소우드단자가 연결되어 있는 다이오드(D91,D92)와, 상기 다이오드(SD91,D92)의 각 애노드 단자와 보호 신호 출력부(100)의 출력 단자에 각 비반전 및 반전 입력단자가 연결되어 있는 연산 증폭기(Q91)와, 전원(Vcc)에 일측단자가 연결되어 있고 상기 연산 증폭기(Q91)의 출력 단자에 타측 단자가 연결되어 있는 저항(R91)과, 상기 저항(R91)의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자가 접지되어 있는 커패시터(C91)와, 상기 연산 증폭기(Q91)의 출력단자에 셋트단자(S)가 연결되어 있고 출력단자(-Q)는 신호 지연부(20)의 다이오드(D22)의 캐소우드 단자에 연결되어 있고 에러 신호(-error)를 출력하는 RS플립플럽(FF91)으로 이루어져 있다.

상기 에러 신호 발생부(90)에서 출력되는 각 상에 해당하는 에러신호(-error)를 이용하여 인버터의 상태를 판단하기 위한 시스템의 블록도는 제5도에 도시된 것처럼,

A, B, 및 C 상에 해당하는 에러 신호(-error)가 입력되는 래치회로(1)로, 상기 래치회로(1)의 동작을 인에이블시키고, 시스템의 동작을 제어하고 설정된 주기마다 래치 회로(1)로 입력되는 각 상의 에러 신호(-error)를 래치하고 에러 신호(-error)의 상태를 판단하여, 각 해당스위칭 소자가 에러 상태일 경우, 발생하는 에러 정보를 출력하는 마이크로 프로세서(2)와,

상기 마이크로 프로세서(2)에서 출력되는 신호에 의해 래치 회로(1)를 인에이블하는 어드레스 디코더(3)와,

상기 어드레스 디코더(3)에서 출력되는 신호에 의해 인에이블 되고, 상기 마이크로 프로세서(2)에서 출력되는 에러 상태에 대한 데이터를 임시 저장한 후 출력하는 버퍼(4)와,

상기 버퍼(4)에서 출력되는 에러 정보를 표시하는 정보 표시 장치(5)로 이루어져 있다.

상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 동작은 다음과 같다.

먼저 슈미트 트리거부(10)의 입력 단자로 인버터의 동작을 제어하는 지령 펄스 신호(Vit)가 입력되며, 상기 슈미트 트리거부(10)는 입력 신호를 정형하여 안정적인 펄스 신호를 출력한다.

상기 슈미트 트리거부(10)에서 출력되는 정형된 펄스 신호와, 서로 상반된 지령 펄스 신호(Vib)가 입력되는 하단부에 장착되는 슈미트 트리거부(10')에서 출력되는 신호는 각각 신호 지연부(20)의 AND 게이트(AND21)의 입력 단자로 입력된다.

이때, 상측부와 하측부에 장착되는 파워 소자에 동시에 턴온 동작이 발생하면 회로가 단락되어 인버터가 손상되는 등의 문제가 발생한다.

상기와 같이 파워 소자의 동시 동작으로 인버터의 단락 현상을 방지하기 위해, 신호 지연부(20)의 AND 게이트(AND21)의 일측 입력단자로 인가되는 신호 상태는 저항(R21)과 커패시터(C21) 및 다이오드(D21)의 동작에 의해 일정 시간동안 지연되어 입력된다.

따라서 상기 상/하측부의 파워 소자를 구동시키기 위해 최종 출력되는 IGBT 게이트 구동 펄스 신호는 상기와 같은 소정의 시간 간격을 두고 발생한다.

상기 신호 지연부(20)를 통해 발생하는 펄스 신호는 단과 정류부(30)를 통하여 노이즈성 펄스 신호가 제거된다.

펄스폭이 매우 적은 비정상적인 신호는 정산적으로 펄스 트랜스포머(40)를 동작시키지 못하므로 펄스 트랜스포머(40)의 후단으로 해당 전압을 전달시키지 못하고, 오동작만 유발시킨다.

그러므로, 단파 정류부(30)는 동작에 영향을 미치지 않는 매우 짧은 펄스폭을 갖는 노이즈성 펄스 신호를 제거하여 동작의 신뢰성을 높일 수 있도록 한다.

상기 단파 정류부(30)를 통해 불필요한 신호가 제거된 인버터의 구동펄스는 펄스 트랜스포머(40)의 1차측 코일(L41)로 인가되어, 펄스 트랜스포머(40)의 2차측 코일(L42)로 구동 펄스 신호가 전달되어 인버터에 장착되는 파워 소자를 구동시킬 수 있는 구동 전압원의 펄스신호로 변환된다.

초기 인버터의 동작이 이루어질 경우나 또는 현재 동작중인 인버터의 파워 소자가 정상 상태일 경우에는, 상기 펄스 트랜스포머(40)를 통하여 전달된 제어 신호는 구동신호 출력부(70)의 T플립플럽(FF71)의 입력단자(T)로 입력된다.

따라서 T플립플럽(FF71)의 출력단자(Q)의 신호 상태는 입력단자(T)로 펄스 신호가 입력될 때마다 출력 신호의 상태가 반전된다.

상기와 같이 온 펄스 신호가 입력될 때 T플립플럽(FF71)의 출력단자(Q)로 고전압인 H신호가 출력되어 트랜지스터(T71)는 턴온되고 트랜지스터(T72)는 턴오프 상태로 변화한다.

그러나 오프 펄스 신호가 입력단자(T)로 입력되면 T플립플럽(FF71)의 출력단자(Q)의 신호 상태는 저레벨인 L로 토글되어 트랜지스터(T71, T72)의 동작 상태는 반전된다.

따라서 상기 T플립플럽(FF71)의 출력단자(Q)의 상태는 입력단자(T)로 펄스가 입력될 때마다 반전된다.

이때, 인버터의 파워 소자로 사용되는 IGBT(IGBT11)의 게이트 구동전압원은 1차코일부(50)와 2차코일부(60)의 구성으로 동작되는 DC/DC 컨버터에서 발생된다.

따라서 인버터의 상하단부에 각각 장착되는 다수개의 파워 소자를 동작시키기 위한 구동 전압원은 각 상마다 DC/DC 컨버터를 이용한 별도의 전압 발생 장치가 각각 장착되어 있으므로 외부에서 단일 전원만 공급하여도 각 필요한 전원이 발생된다.

그러므로 이 발명의 실시예에서 사용되는 인버터를 동작시키기 위한 전원 제어 장치는 단일 전원만을 구비하면 되므로 구조가 매우 간단해진다.

상기와 같이 1차 코일부(50)와 2차 코일부(60)의 동작에 의해 IGBT(IGBT11)의 구동 전원이 발생되고, 구동신호 출력부(70)의 트랜지스터(T71)가 턴온되면, 상기 2차 코일부(60)의 2차 코일(L610에서 유기되어 정류부(61)의 동작으로 정류된 직류 전압이 턴온된 트랜지스터(T71)를 통해 IGBT(IGBT11)의 게이트 단자로 입력된다.

따라서 상기 IGBT(IGBT11)는 턴온되고, 인버터의 각 IGBT에 구동 신호가 전달되어 전동기에 전류가 흐르게 된다.

슈미트 트리거부(10)로 입력되는 구동 신호의 상태에 따라 T플립플럽(FF71)의 출력단자(Q)의 신호가 토글되므로, 상기 구동 신호 출력부(70)의 트랜지스터(T71,T72)의 동작 상태는 서로 상반 상태를 이루어 IGBT의 온/오프 제어가 가능하게 된다.

구동신호 출력부(70)의 동작으로 IGBT(IGBT11)가 턴온되어 동작이 이루어지면, IGBT(IGBT11)의 턴온 동작으로 발생하는 컬렉터-에미터간(Vce)의 잔류 전압은 이상 상태 검출부(80)의 연산증폭기(Q81)의 반전 입력단자로 입력된다.

이때, 다이오드(D81)는 IGBT(IGBT11)의 작동시 IGBT(IGBT11)의 제어 전압이 연산 증폭기(Q81)로 인가되는 것을 방지하기 위해 사용된다.

상기 연산 증폭기(Q81)의 비반전 입력단자는 기준 전압 발생부(81)와 연결되어 있다.

기준 전압 발생부(81)에서 출력되는 파형은 제3도에 도시된 것처럼 초기 턴온 동작시 15V에서 서서히 강하하여 설정된 약 7V의 전압으로 안정화될 수 있도록 한다.

따라서 턴온 동작 초기에 출력되는 IGBT(IGBT11)의 컬렉터-에미터간 검출 전압(Vce)값이 해당 IGBT의 단락 내량으로 설정되는 설정 전압인 약 7V의 이상으로 출력될 때, IGBT(IGBT11) 턴온 직후 발생할 수 있는 오동작을 방지한다.

그로인해, IGBT(IGBT11)의 턴온 상태가 정상 상태일 경우, IGBT(IGBT11)의 컬렉터-에미터가(Vce)의 전압은 약 2~3V이므로 기준전압 발생부(81)에서 출력되는 전압보다 낮은 상태가 된다.

IGBT(IGBT11)의 턴온 상태가 정상 상태로 비교기로 동작하는 연산증포기(Q81)의 출력 상태는 고레벨인 H가 되어, 트랜지스터(T81)의 베이스 단자로 입력되므로, 상기 트랜지스터(T81)는 턴오프 상태가 된다.

그리고 고레벨인 연산 증폭기(Q81)의 출력 신호는 구동신호 출력부(70)의 T플립플럽(FF71)의 리셋단자(R)로 입력되므로, 상기 T플립플럽(FF71)의 동작 상태는 정상적으로 입력단자(T)로 입력되는 신호 상태에 따라 출력단자(Q)의 상태가 가변된다.

따라서 IGBT(IGBT11)의 동작 상태가 정상 상태일 경우, IGBT(IGBT11)는 구동 신호 출력부(70)와 1차 및 2차 코일부(50,60)의 동작 등에 따라 정상적인 턴온/오프 동작을 실행한다.

그러나 IGBT(IGBT11)가 파손되거나 비정상 상태일 경우, IGBT(IGBT11)의 컬렉터-에미터 단자 사이의, 컬렉터-에미터전압(Vce)은 즉, 연산 증폭기(Q81)의 반전 입력 단자(-)로 입력되는 신호 전압이 비반전 입력단자(+)로 입력되는 신호 전압보다 커진다.

따라서 제4도에 도시된 것처럼 단락 현상이 발생한 순간, 순간적으로 라인 간의 인덕턴스에 비례하는 기울기로 급격히 단락 전류가 증가하고, IGBT(IGBT11)의 단락 내량을 넘었을 때의 컬렉터-에미터간의 전압검출값(Vce)이 기준 발생 전압보다 크게 된다.

그러므로 연산 증폭기(Q81)의 출력 신호는 저레벨링 L 상태가 되므로, 구동신호 출력부(70)의 T플립플럽(FF71)의 리셋단자(R)로 저레벨인 L 신호가 입력되어 T플립플럽(FF71)은 리셋 상태가 된다.

따라서 상기 T플립플럽(FF71)의 상태가 리셋 상태로 변화하면 T플립플럽(FF71)의 출력단자(Q)로 저레벨인 L 신호가 출력되어, 트랜지스터(T72)를 턴오프 상태로 변화시키므로 주기적으로 변화하는 IGBT(IGBT11)의 턴온/오프 동작을 중지시킨다.

또한 IGBT(IGBT11)의 검출 전압(Vce)이 연산 증폭기(Q81)로 인가되는 기준 전압보다 낮아지면, 상기 연산 증폭기(Q81)의 출력단자에서 출력되는 저레벨인 L신호에 의해 트랜지스터(T81)는 턴온 상태로 가변되어, 2차코일부(60)에서 유기된 전압이 턴온된 트랜지스터(T81)를 거쳐 펄스 트랜스포머(40)의 2차측 코일 (L42)로 흐르므로, 펄스 트랜스포머(40)의 1차측 코일(L41)로 해당 전압이 유기되어 역방향으로의 신호 전달용으로 사용된다.

상기 펄스 트랜스포머(40)를 통해 역방향으로 전달된 이상 검출 신호는 에러신호 발생부(90)의 연산 증폭기(Q91)의 비반전 입력 단자로 입력되어, 연산 증폭기(Q91)의 출력 신호는 고레벨인 H상태로 변화한다.

그러므로 고레벨인 H신호는 저항(R91)과 캐피시터(C91)를 거친 후, RS플립플럽(FF91)의 셋트 단자(S)로 입력되어 저레벨인 L 상태의 에러 신호(-error)가 반전 출력단자(-Q)를 통해 출력된다.

따라서 상기와 같이 IGBT(IGBT11)가 파손되거나 비정상 동작이 이루어질 경우, 이상 상태 검출부(80)의 동작으로 펄스 트랜스포머(40)를 통해 이상 검출 신호가 역전달되므로, 동작중인 IGBT(IGBT11)의 이상 상태를 출력하고, 동작을 중지시킨다.

상기와 같이 동작중인 IGBT(IGBT11)의 이상 상태를 검출할 수 있는 이상 상태 감지 회로는 각 상마다 장착되는 1쌍의 IGBT마다 장착되어 있으므로, 과전류 및 단락 상태로부터 파워 소자인 IGBT를 완벽하게 보호할 수 있고, 만일 IGBT가 파손되었을지라도 파손된 각 상의 IGBT를 용이하게 판단할 수 있어 수리, 보수가 매우 용이하다.

그리고 상기 보호 신호 출력부(100)는 신호 지연부(20,20')에서 출력되는 각 신호를 입력으로 하여, 동시에 상하측에 각각 장착되어 있는 IGBT(IGBT11, IGBT11')를 구동시키기 위한 구동 신호가 출력될 때, 회로의 인버터 회로가 단락되는 것을 방지하기 위한 것이다.

따라서 신호 지연부(20, 20')의 AND 게이트(AND21, AND21')의 출력단자로 동시에 펄스 신호가 출력되면, 정상시 고레벨인 H신호를 출력하는 보호 신호 출력부(100)는 저레벨인 L 신호를 에러신호 발생부(90)의 연산 증폭기(Q91)의 반전 입력단자(-)로 출력한다.

보호 신호 출력부(100)의 출력 신호에 의해, 연산 증폭기(Q91)의 출력단자로 저레벨인 L신호가 출력되므로 RS플립플럽(FF91)는 셋트상태로 변화하여, 에러 신호(-error)를 출력하는 반전 출력단자(-Q)의 신호 상태는 저레벨인 L가 된다.

따라서 상기 저레벨인 L상태의 에러 신호(-error)는 동작중인 IGBT(IGBT11)의 동작 상태가 비정상 상태일 경우, 또는 상/하측의 신호지연부(20, 20')의 AND 게이트(AND21, AND21')의 출력단자로 펄스가 동시에 출력될 때, 즉 상/하측의 IGBT(IGBT11, IGBT11')의 구동 신호가 동시에 발생할 경우 출력되어, 인버터의 비정상 상태를 외부에서 감지할 수 있도록 한다.

상기와 같은 동작에 의해 에러신호 발생부(90)의 RS플립플럽(FF91)의 반전 출력단자(-Q)를 통해 저레벨인 L상태의 에러 신호(-error)가 발생된 후, 상/하측의 슈미트 트리거부(10,10')의 출력 신호가 모두 발생되지 않고, RS플립플럽(FF91)의 리셋단자(R)로 저레벨인 L상태의 신호가 입력될 때 리셋된다.

따라서 다시 정상적인 동작을 실행할 수 있도록 한다.

상기한 인버터의 이상 상태 감지 회로의 동작을 통해 각 상에 해당하는 스위칭 소자의 상태에 다른 에러 신호(-error)가 출력되면, 제5도에 도시된 것과 같은 시스템의 동작을 통해 외부 사용자에게 인버터의 각 스위칭 소자의 이상 상태를 확인할 수 있도록 한다.

즉, A상과 B상과 C상에 해당 각 스위칭 소자의 동작 상태에 해당하는 각 에러 신호(-error)는 래치 회로(1)로 입력된다.

그러므로 시스템의 동작을 제어하는 마이크로 프로세서(2)는 설정된 주기마다 어드레서 디코더(3)로 구동 신호를 출력하여, 래치 회로(1)와 버퍼(4)를 인에이블시키므로, 마이크로 프로세서(2)는 설정된 주기마다 래치 회로(1)로 입력되는 각 에러 신호(-error)를 래치할 수 있다.

상기와 같이 래치 회로(1)로 입력되는 각 암의 스위칭 소자의 상태에 해당하는 에러 신호(-error)를 주기적으로 래치한 후, 마이크로 프로세서(2)는 래치한 각 상에 해당하는 에러 신호(-error)의 상태를 판단한다.

판단된 에러 신호(-error)의 상태가 각 해당 스위칭 소자의 이상 상태를 나타내는 에러 상태일 경우, 마이크로 프로세서(2)는 프로그램의 동작을 중지하고, 버퍼(4)로 발생하는 에러 상태에 대한 데이터를 출력한다.

따라서 버퍼(4)를 통해 액정 표시 장치 등으로 이루어져 있는 정보표시 장치(5)로 마이크로 프로세서(2)에서 출력되는 에러 상태에 대한 데이터가 출력되므로, 외부 사용자는 현재 인버터의 동작 상태에 따른 정보를 용이하고 정확하게 인식할 수 있다.

상기와 같이 동작하는 이 발명의 효과는 첫째로, 외부에서 공급되는 단일 전원을 이용하여 회로 자체에 인버터의 동작에 필요한 각 전원을 발생시킬 수 있는 장치가 내장되어 있으므로, 외부의 전원 제어 장치의 구성이 매우 간단해진다.

둘째로, 고가의 별도 검출 소자를 이용하지 않고도 인버터의 각 파워소자의 동작 상태를 검출할 수 있어서, 비용의 상승 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 과전류 및 단락 등에 대한 완벽한 보호가 가능하다.

셋째로, 3상의 해당 상마다 동작되는 각 파워 소자의 동작 상태를 별도로 감지하여 이상 검출 신호를 출력하므로, 비정상적으로 동작하는 인버터의 파워 소자의 위치를 정확하고 신속하게 검출할 수 있고, 수리나 교체 동작도 매우 용이해진다.

Claims

인버터의 상하측에 장착되는 파워 소자를 구동시키기 위해 서로 상반된 상태로 인가되는 인버터 지령 펄스 신호를 각각 조합하여, 소정의 간격으로 상하측의 파워 소자를 암 단락 없이 구동시키기 위한 구동 펄스 신호를 출력할 수 있도록 하는 신호 지연 수단과; 상기 신호 지연 수단에서 출력되는 구동 펄스 신호를 펄스 트랜스포머를 이용하여 절연된 신호로 전달하고, 인버터 운전 이상 발생시 이상 검출 신호가 발생되어 역방향으로의 신호 전달용으로 사용되는 제1전압발생 수단과; 내부에서 발생되는 고주파 펄스 신호에 따라 스위칭하는 DC/DC컨버터를 이용하여, 각 파워 소자의 게이트 구동 전압원으로 사용될 수 있도록 하는 제2전압 발생 수단과; 상기 제1전압 발생 수단에서 출력되는 구동 제어 신호를 제2전압 발생 수단에서 발생된 게이트용 구동 전압으로 신호 변환하여 파워 소자의 게이트 단자로 출력하므로 인버터의 파워 소자를 온/오프 동작시키는 구동 신호 출력수단과; 상기 구동 신호 출력 수단의 동작에 따라 파워 소자가 턴온 동작할 경우, 발생하는 파워 소자의 컬렉터-에미터 간의 전압(Vce)과 설정된 기준 발생 전압을 비교하여 턴온 이상 방생시 이상 검출 신호를 출력하여, 파워 소자의 동작을 중지시키기 위하여 상기 제1전압 발생수단을 통해 이상 검출 신호를 역전달하는 이상 상태 검출 수단과; 상기 제1전압 발생 수단을 통해 역전달된 이상 검출 신호에 의해 동작상태가 변화하여 에러 신호(-error)를 발생시키는 에러신호 발생 수단을 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지회로.
제1항에 있어서, 인버터의 상하측에 장착되는 파워 소자를 구동시키기 위해 서로 상반된 상태로 인가되는 인버터 구동 제어 신호를 정형하여 출력하는 슈미트 트리거 수단을 더 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슈미트 트리거 수단에서 출력되는 펄스 신호 중에서 펄스폭이 설정 폭보다 짧은 신호를 제거하여 제1전압 발생 수단으로 출력하는 단과 정류 수단을 더 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제1항에 있어서, 인버터의 상하측에 장착되는 파워 소자를 구동시키기 위해 서로 상반된 상태로 인가되는 인버터 구동 신호가 상하측의 각 해당 신호 지연 수단에서 동시에 턴온 신호로 출력될 때, 인버터를 보호하기 위한 보호신호를 에러 신호 발생 수단으로 출력하는 보호 신호 출력 수단을 더 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 신호지연 수단은, 상하측에 장착되는 슈미트 트리거 수단에서 출력되는 신호와, 저항(R21)과 캐피시터(C21) 및 다이오드(D21)에 의해 소정 시간만큼 지연되는 상대측의 슈미트 트리거 수단의 출력 신호를 논리곱하여 상하측의 각 파워 소자를 구동시키기 위한 구동 신호간의 소정의 시간 지연이 발생할 수 있도록 하는 논리곱 수단(AND21)을 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제1항에 있어서, 구동 신호 출력 수단은, 상기 제1전압 발생 수단에서 유기되어 입력단자(T)로 입력되는 신호 상태에 따라 출력 단자(Q)의 신호 상태가 변화하여 해당 파워 소자의 베이스 구동 신호를 전달할 수 있도록 하는 신호 전달 수단(FF71)과; 상기 신호 전달 수단(FF71)의 출력단자(Q)의 신호 상태에 따라 동작상태가 변화하여 해당 파워 소자의 베이스 구동 신호를 출력하는 제1 및 제2스위칭 수단(T71, T72)을 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제6항에 있어서, 상기 신호 전달 수단(FF71)은, 입력단자(T)로 클럭 신호가 입력될 때마다 출력 단자(Q)의 신호 상태가 반전되는 T플립플럽으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제6항에 있어서, 상기 제1스위칭 수단(T71)은, 베이스 단자로 입력되는 신호 상태에 따라 턴온/오프되는 트랜지스터로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제6항에 있어서, 상기 제2스위칭 수단(T72)은, 베이스 단자로 입력되는 신호 상태에 따라 턴온/오프되는 트랜지스터로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 이상 상태 검출 수단은, 설정되어 있는 기준 전압을 발생학 위한 기준 전압 발생부(81)와; 턴온 상태인 파워 소자의 컬렉터-에미터간의 전압(Vce)과 상기 기준 전압 발생부(81)에서 출력되는 기준 전압을 비교하여, 해당 신호를 출력하여 상기 구동 신호 출력 수단의 동작을 제어하는 비교수단(Q81)와; 상기 비교 수단(Q81)의 출력 신호에 따라 스위칭 상태가 변화하여, DC/DC컨버터에서 만들어진 DC 전압을 이상 검출 신호로 하여 상기 제1전압 발생 수단으로 전달할 수 있도록 하는 스위칭 수단을 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 에러 신호 발생 수단은, 상기 제1전압 발생 수단에서 역전달된 이상 검출 신호와 보호 신호 출력 수단과 연결되어, 제1전압 발생 수단과 보호신호 출력 수단의 출력 신호를 비교하여 이상 검출 신호가 전달되거나 보호 신호가 출력되면 출력 신호가 변화하는 비교 수단(Q91)과; 저항(R91)과 커패시터(C91)에 의해 바이어스 인가 및 노이즈 상태를 제거한 후, 인가되는 상기 비교 수단(Q91)의 출력 신호의 상태에 따라 동작 상태가 변화하여 에러 신호(-error)를 발생시키는 에러 신호 출력부(FF91)를 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.
제11항에 있어서, 상기 에러 신호 출력부(FF91)는, 상기 비교 수단(Q91)의 출력 신호가 셋트단자(S)로 입력되는 RS플립플럽으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 인버터의 이상 상태 감지 회로.