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KR102470390B1 - Ipm 소손 감지 장치 - Google Patents

Ipm 소손 감지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터의 각 상에 전원을 공급하는 IPM의 하이 사이드 영역과 로우 사이드 영역 및 그라운드부로 이루어지고,
상기 하이 사이드 영역에는, 하이 사이드 스위칭부; 상기 하이 사이드 스위칭부에 주전원을 공급하는 하이 사이드 드레인단; 입력된 주전원을 로우 사이드 영역으로 제공하는 하이 사이드 소스단; 제어 신호를 입력받는 하이 사이드 게이트단; 을 포함하며,
상기 로우 사이드 영역에는, 상기 하이 사이드 소스단으로부터 전원을 공급받는 로우 사이드 드레인단; 상기 로우 사이드 드레인단을 통해 입력된 전원이 나오게 하는 로우 사이드 소스단; 제어 신호를 입력받는 로우 사이드 게이트단; 을 포함하고, 상기 하이 사이드 영역 또는 로우 사이드 영역에 전압을 측정하는 전압 측정부; 를 포함하고, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압을 통해 상기 IPM의 소손 여부를 감지하는 IPM 소손 감지 장치가 제공될 수 있다.

Description

IPM 소손 감지 장치{IPM Damage Detection Device}
본 발명은 모터를 구동시키는 서보 드라이브의 최종단에 마련되는 IPM의 소손을 감지하는 감지 장치에 관한 것이다.
IPM(Intelligent Power Module)은 스위칭 파워 소자인 IGBT, MOSFET, FRD 등의 전력 반도체 소자와, 이러한 전력 반도체 소자를 구동시켜주는 드라이브 IC를 단일 패키지에 내장한 것으로서, 용도 및 시스템의 요구에 따라서 입출력 전압 전류, 제어 방식, 형상 및 크기 등이 다양하다. 현재 전력 전자 분야의 응용 장치인 범용 인버터, 수치 제어(NC) 공작기계, 산업용 로봇 등은 그 진보와 함께 고효율, 소형화 등을 요구하고 있다.
장치의 고기능화, 소형화 요구에 대해서 IGBT는 저손실화는 물론 구동회로 및 각종 보호회로 등의 주변회로를 모듈 패키지 내에 실장하는 인텔리전트화를 통해 주변 회로 및 부품의 수를 줄이고, 시스템의 설계기간을 단축시키는 장점을 가지고 있다.
이러한 IPM의 소손 상태를 파악하지 못한 상태에서 서보 드라이브를 구동시키면, 과전압 또는 과전류에 의한 2차 소손의 위험에 노출될 수 밖에 없고, 2차 소손에 의해 인버팅 회로의 쇼트 전류로 인해 위험성이 커질 수 있다.
이에 본 발명은 IPM의 소손 여부를 감지하여 소손에 따른 위험성을 방지할 수 있는 IPM 소손 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결 수단은 모터의 각 상에 전원을 공급하는 IPM의 하이 사이드 영역과 로우 사이드 영역 및 그라운드부로 이루어지고,
상기 하이 사이드 영역에는, 하이 사이드 스위칭부; 상기 하이 사이드 스위칭부에 주전원을 공급하는 하이 사이드 드레인단; 입력된 주전원을 로우 사이드 영역으로 제공하는 하이 사이드 소스단; 제어 신호를 입력받는 하이 사이드 게이트단; 을 포함하며,
상기 로우 사이드 영역에는, 상기 하이 사이드 소스단으로부터 전원을 공급받는 로우 사이드 드레인단; 상기 로우 사이드 드레인단을 통해 입력된 전원이 나오게 하는 로우 사이드 소스단; 제어 신호를 입력받는 로우 사이드 게이트단; 을 포함하고, 상기 하이 사이드 영역 또는 로우 사이드 영역에 전압을 측정하는 전압 측정부; 를 포함하고, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압을 통해 상기 IPM의 소손 여부를 감지하는 IPM 소손 감지 장치가 제공될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 모터를 구동시키는 서보 드라이브의 최종단에 구비되는 IPM의 소손 여부를 간편하게 감지하여 소손에 따른 피해를 줄일 수 있다.
본 발명은 IPM에 과전압 또는 과전류가 흘러서 소손되었는지 여부를 확인하기 위해서, IPM의 하이 사이드와 로우 사이드의 제1 위치와 제2 위치에서 하이 사이드와 그라운드간의 전압과 로우 사이드와 그라운드간의 전압을 구비된 전압 측정부를 통해 측정하고, 비교부를 통해 비교하여 소손 여부를 판정할 수 있다.
본 발명은 전압 측정부에 의한 전압 측정 결과, 하이 사이드 영역의 전압이 14v이면 정상으로 판정하고, 14v보다 큰 14.4v인 경우 소손된 것으로 판정하며, 로우 사이드 영역의 전압이 14.4 v이면 정상으로 판정하고, 0(zero) v이면 소손된 것으로 판정할 수 있다.
또한, 본 발명은 로우 사이드 영역의 전압이 정상 상태인 경우, 하이 사이드영역의 측정 전압과 로우 사이드의 측정 전압을 비교하여 판정할 수 있고, 하이 사이드 영역의 측정 전압이 로우 사이드 영역의 측정 전압 보다 작으면, 정상 상태로 판정하고, 하이 사이드 영역의 측정 전압과 로우 사이드의 측정 전압이 동일하면 소손 상태로 판정할 수 있다.
또한, 본 발명은 로우 사이드 영역의 측정 전압이 설정된 전압값과 비교하여 판정할 수 있고, 로우 사이드 영역의 측정 전압이 설정된 전압값 보다 크면 정상 상태로 판정하고, 설정된 전압값보다 작으면 소손된 상태로 판정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 IPM 소손 감지 장치를 구현하기 위한 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 IPM 소손 감지 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 IPM 소손 감지 장치의 전원 및 제어 신호의 흐름을 나타낸 개략도이다.
도 1은 본 발명의 소손 감지 장치를 구현하기 위한 회로 구성도, 도 2는 본 발명의 IPM 소손 감지 장치의 구성을 나타낸 개략도, 도 3은 본 발명의 IPM 소손 감지 장치의 전원 및 제어 신호의 흐름을 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 IPM 소손 감지 장치는 IPM(10)을 구성하는 하이 사이드 스위칭부(100)와 로우 사이드 스위칭부(200)를 포함할 수 있다.
또한, 로우 사이드 스위칭부(200)는 그라운드부(300)와 연결될 수 있다.
IPM(10)은 모터(700)의 u상에 전원을 공급하는 u상 IPM(11), 모터(700)의 v상에 전원을 공급하는 v상 IPM(12), 모터(700)의 w상에 전원을 공급하는 w상 IPM(13)으로 이루어질 수 있다.
하이 사이드 스위칭부(100)와 로우 사이드 스위칭부(200)는 전력용 스위칭 소자로서 모스펫(MOSFET; Metal Oxide Semiconductor Field Effect)) 또는 IGBT 등으로 구성될 수 있다.
모스펫은 게이트(gate), 드레인(drain) 및 소스(source) 단자를 구비한 FET(Field Effect Transistor)소자로서, 게이트 단자와 소스 단자 사이에 인가된 전압에 따른 채널 형성 여부에 의해 온 되거나 오프 될 수 있다. 일 예로, 상기 FET소자는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있다.
IGBT(Insulated gate bipolar transistor)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터로서, 구동 전력이 작고 고속 스위칭, 고내압화, 고전류 밀도화가 가능한 소자이다.
하이 사이드 영역에서, 하이 사이드 스위칭부(100)는 주전원이 공급되는 하이 사이드 드레인단(110), 입력된 전원을 로우 사이드 스위칭부(200)로 제공하는 하이 사이드 소스단(120), 제어부(400)로부터 PWM 제어 신호를 제공받아 공급하는 하이 사이드 게이트단(130)으로 이루어질 수 있다.
로우 사이드 영역에서, 로우 사이드 스위칭부(200)는 하이 사이드 소스단(120)으로부터 전원을 제공받는 로우 사이드 드레인단(210), 그라운드부(300)와 연결되어 전원을 흘려보내는 로우 사이드 소스단(220), 제어부(400)로부터 PWM 제어 신호를 제공받아 공급하는 로우 사이드 게이트단(230)으로 이루어질 수 있다.
여기서, 본 발명은 IPM의 소손 상태를 확인할 필요가 있다. 즉, 하이 사이드영역과 로우 사이드 영역에서의 전압을 측정하여 비교함으로써, 정상 상태와 불량 상태를 체크하여 확인할 수 있다.
본 발명은 하이 사이드 영역과 로우 사이드 영역에서의 전압을 측정하기 위한 전압 측정부(500)와, 전압 측정부(500)에 의해 측정된 측정 전압을 비교하여 소손 여부를 판정하는 비교부(600)를 마련할 수 있다.
전압을 측정하기 위한 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)를 설정하고, 전압 측정부(500)에서 전압을 측정할 수 있다.
제 1위치(P1)는 하이 사이드 영역에 위치하고, 구체적으로는 하이 사이드 스위칭부(100)의 하이 사이드 드레인부(110)를 통해 주전원이 공급되는 위치일 수 있다.
제2 위치(P2)는 로우 사이드에 위치하고, 하이 사이드 스위칭부(100)의 하이 사이드 소스단(120)으로부터 로우 사이드 드레인단(210)으로 전원을 제공 받는 위치일 수 있다.
다시 말해서, 전압 측정부(500)는 하이 사이드 영역과 그라운드부(300)간의 전압을 측정하고, 로우 사이드와 그라운드부(300)간의 전압을 측정하여 비교부(600)를 통해 비교할 수 있다.
전압 측정부(500)에 의해 측정된 전압을 비교부(600)를 통해 비교하여 소손 연부를 판정하는 기준은 다음과 같이 할 수 있다.
먼저, 하이 사이드 드레인단(110)으로 공급되는 주전원은 오프(off)시키고, 제어 전원을 온(ON)시킨 상태에서 측정할 수 있다. 주전원을 오프시키면, 하이 사이드 드레인단(110)에 입력된 주전원은 충전된 상태를 유지할 수 있다.
[하이 사이드 영역인 경우]
제1 위치(P1)에서의 측정 결과, 로우 사이드 영역은 정상인 상태에서, 하이 사이드 영역의 전압이 설정된 전압값과 동일하면 정상이고, 설정된 전압값이 아니면 소손된 상태로 판정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 설정된 전압값은 14v이고, 설정된 전압값이 아닌 경우에는 14.4v가 될 수 있다.
이때, 비교부(600)는 하이 사이드 영역의 측정 전압은 로우 사이드 영역의 측정 전압과 비교하여 판별할 수 있다. 즉, 하이 사이드 영역의 측정 전압을 제1 측정 전압이라고 하고, 이러한 제1 측정 전압이 정상 상태의 로우 사이드 영역의 측정 전압인 제2 측정 전압보다 작으면, 정상 상태로 판별하며, 하이 사이드 영역의 제1 측정 전압이 정상 상태의 로우 사이드 영역의 전압인 제2 측정 전압과 동일하면 소손된 상태로 판정할 수 있다.
하이 사이드 영역은 모터의 u상, v상, w상에 따른 IPM(10)에 모두 적용될 수 있다.
[로우 사이드 영역인 경우]
[u상 IPM인 경우]
제2 위치(P2)에서의 측정 결과, 로우 사이드 영역의 측정 전압이 14.4V이면 정상이고, 0V이면 소손된 상태로 판정할 수 있다.
[v상 IPM인 경우]
제2 위치(P2)에서의 측정 결과, 로우 사이드 영역의 측정 전압이 14.4V이면 정상이고, 0V이면 소손된 상태로 판정할 수 있다.
[w상 IPM인 경우]
제2 위치(P2)에서의 측정 결과, 로우 사이드 영역의 측정 전압이 14.4V이면 정상이고, 0V이면 소손된 상태로 판정할 수 있다.
또한, 비교부(600)는 로우 사이드 영역인 경우, 설정값의 전압과 비교하여 소손 상태를 판정할 수 있다. 즉, 예를 들어 설정할 전압값을 5v로 설정하는 경우, 로우 사이드 영역의 측정 전압은 설정된 전압값인 5v보다 크면 정상으로 판정하고, 5v보다 작으면 소손된 것으로 판정할 수 있다.
10... IPM 11... u상 IPM
12... v상 IPM 13... w상 IPM
100... 하이 사이드 스위칭부 110... 하이 사이드 드레인단
120... 하이 사이드 소스단 130... 하이 사이드 게이트단
200... 로우 사이드 스위칭부 210... 로우 사이드 드레인단
220... 로우 사이드 소스단 230... 로우 사이드 게이트단
300... 그라운드부 400... 제어부
500... 전압 측정부 600... 비교부
700.. 모터
P1... 제1 위치 P2... 제2 위치

Claims (8)

  1. 모터의 각 상에 전원을 공급하는 IPM의 하이 사이드 영역과 로우 사이드 영역 및 그라운드부로 이루어지고,
    상기 하이 사이드 영역에는,
    하이 사이드 스위칭부;
    상기 하이 사이드 스위칭부에 주전원을 공급하는 하이 사이드 드레인단;
    입력된 주전원을 로우 사이드 영역으로 제공하는 하이 사이드 소스단;
    제어 신호를 입력받는 하이 사이드 게이트단; 을 포함하며,
    상기 로우 사이드 영역에는,
    상기 하이 사이드 소스단으로부터 전원을 공급받는 로우 사이드 드레인단;
    상기 로우 사이드 드레인단을 통해 입력된 전원이 나오게 하는 로우 사이드 소스단;
    제어 신호를 입력받는 로우 사이드 게이트단; 을 포함하고,
    상기 하이 사이드 영역 또는 로우 사이드 영역에서의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 하이 사이드 영역 또는 로우 사이드 영역에서 상기 전압 측정부에 의해 측정된 측정 전압에 따라 소손 여부를 판정하는 비교부; 를 포함하며,
    상기 하이 사이드 영역에서 측정한 측정 전압을 제1 측정 전압이라고 하고, 로우 사이드 영역에서 측정한 측정 전압을 제2 측정 전압이라고 정의할 때,
    상기 비교부는 제1 측정 전압과 제2 측정 전압을 비교하여 IPM의 소손 상태를 감지하며,
    상기 비교부는,
    상기 제2 측정 전압이 정상 상태의 전압인 경우,
    상기 제1 측정 전압이 제2 측정 전압보다 작으면 정상 상태로 판정하고,
    상기 제1 측정 전압이 제2 측정 전압과 동일하면 소손 상태로 판정하는 IPM 소손 감지 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 하이 사이드 영역에서 상기 전압 측정부에 의해 측정된 측정 전압인 상기 제1 측정 전압을 비교하며,
    상기 비교부는 상기 제1 측정 전압이 설정된 전압값과 동일하면 정상 상태로 판정하고, 상기 제2 측정 전압이 설정된 전압값보다 크면 소손 상태로 판정하는 IPM 소손 감지 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 로우 사이드 영역에서 상기 전압 측정부에 의해 측정된 측정 전압인 상기 제2 측정 전압을 비교하며,
    상기 비교부는 상기 제2 측정 전압이 설정된 전압값보다 크면 정상 상태로 판정하고, 상기 제2 측정 전압이 설정된 전압값 보다 작으면 소손 상태로 판정하는 IPM 소손 감지 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 로우 사이드 영역에서,
    상기 제2 측정 전압은 설정된 전압값과 비교하여 소손 여부를 판정하는 IPM 소손 감지 장치.
  8. 모터의 각 상에 전원을 공급하는 IPM의 하이 사이드 영역과 로우 사이드 영역 및 그라운드부로 이루어지고,
    상기 하이 사이드 영역에는,
    하이 사이드 스위칭부;
    상기 하이 사이드 스위칭부에 주전원을 공급하는 하이 사이드 드레인단;
    입력된 주전원을 로우 사이드 영역으로 제공하는 하이 사이드 소스단;
    제어 신호를 입력받는 하이 사이드 게이트단; 을 포함하며,
    상기 로우 사이드 영역에는,
    상기 하이 사이드 소스단으로부터 전원을 공급받는 로우 사이드 드레인단;
    상기 로우 사이드 드레인단을 통해 입력된 전원이 나오게 하는 로우 사이드 소스단;
    제어 신호를 입력받는 로우 사이드 게이트단; 을 포함하고,
    상기 하이 사이드 영역 또는 로우 사이드 영역에서의 전압을 측정하는 전압 측정부; 를 포함하며,
    상기 전압 측정부에 의해 측정된 측정 전압을 통해 상기 IPM의 소손 여부를 감지하고,
    상기 로우 사이드 영역에서,
    상기 전압 측정부에 의해 측정된 측정 전압을 제2 측정 전압이라고 정의할 때, 상기 제2 측정 전압은 설정된 전압값과 비교하여 소손 여부를 판정하며,
    상기 제2 측정 전압은 설정된 전압값보다 크면 정상 상태로 판정하고,
    상기 제2 측정 전압은 설정된 전압값보다 작으면 소손 상태로 판정하는 IPM 소손 감지 장치.
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