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KR20170139720A - 인버터의 과전류 감지 장치 및 방법 - Google Patents

인버터의 과전류 감지 장치 및 방법 Download PDF

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KR20170139720A
KR20170139720A KR1020160071624A KR20160071624A KR20170139720A KR 20170139720 A KR20170139720 A KR 20170139720A KR 1020160071624 A KR1020160071624 A KR 1020160071624A KR 20160071624 A KR20160071624 A KR 20160071624A KR 20170139720 A KR20170139720 A KR 20170139720A
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South Korea
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voltage
overcurrent
current
inverter
threshold
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김진홍
박준성
최준혁
현병조
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전자부품연구원
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Abstract

본 발명은 과전류 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전원 공급단과 인버터를 연결하는 연결 수단에서 발생하는 기생 인덕턴스를 이용하여 인버터네 과전류가 흐르는지 여부를 판단하기 위한 과전류 감지 장치와 이를 이용한 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 장치는, 인버터 회로 내에서 기생 인덕턴스를 발생시키는 회로 연결 수단에 대한 전압을 추출하기 위한 전압 추출부; 및 전압 추출부에서 추출한 전압을 기반으로 상기 인버터의 전류가 과전류인지 판단하여, 과전류 차단 신호를 발생시키기 위한 제어부; 를 포함하여 이루어진다.

Description

인버터의 과전류 감지 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR OVERCURRENT DETECTION FOR INVERTER}
본 발명은 인버터의 과전류 감지 장치 및 감지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인버터에 존재하는 기생 인덕턴스(Inductance)를 이용하여 과전류를 검출하는 장치 및 상기 장치를 이용하여 과전류를 감지하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
인버터는 전자회로에서 주파수를 변경하여 모터의 회전속도를 변경하는 등 각종 전자장치의 동작을 제어하는 데 이용되는 장치이다. 이러한 인버터는 오동작이나 과부하 등으로 인한 과전류의 발생 가능성이 다소 존재한다.
과전류가 일정 시간 이상 인버터 회로에 흐르게 되는 경우, 인버터 회로가 손상되는 등 여러 문제가 발생할 수 있다. 여기서 일정 시간은 일반적으로 μs 단위이다. 즉 매우 짧은 시간 동안 과전류가 흐르게 되어도 회로에 손상이 발생한다. 그러므로 인버터를 안정적으로 동작시키기 위한 과전류 보호 장치가 필수적이다.
종래의 과전류 보호 장치는 인버터에 별도의 저항을 연결하거나 인버터와 모터 사이에 센서를 연결하는 등 별도의 소자를 회로 구조 내에 포함시키거나, 인버터 내에 위치한 스위칭(Switching) 소자의 전압을 측정하기 위한 IC(Integrated Circuit) 회로를 연결하는 등 고가의 전용 IC를 이용하여 시스템의 부피와 가격을 증가시켰다.
따라서, 별도의 부가 회로나 고가의 전용 IC를 사용하지 않고 과전류로부터 인버터를 보호하기 위한 방안이 요구된다.
한국공개특허 제10-2009-0022219호 (명칭: 인버터의 과전류 보호장치, 공개일 2009.03.04)
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 인버터 내의 스위칭 소자를 전원 공급단과 연결하기 위한 버스바(busbar)나 PCB 패턴 등 회로 연결 수단에 존재하는 기생 인덕턴스를 이용하여 과전류 발생 여부를 감지하기 위한 과전류 감지 장치 및 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 의해 제공되는 과전류 감지 장치 및 방법은, 상기 기생 인덕턴스에 의해 발생하는 전압을 추출하여 과전류 발생 여부를 판단하고, 과전류로 판단되는 경우 과전류 차단 신호를 발생시켜, 회로의 동작에 영향을 주거나 부피를 증가시키는 추가 부품 또는 고가의 IC 등을 사용하지 않고 과전류 발생 여부를 감지하는 것에 그 목적이 있다.
그러나 이러한 본 발명의 목적은 상기의 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 방지 장치는, 인버터 회로 내에서 기생 인덕턴스를 발생시키는 회로 연결 수단에 대한 전압을 추출하기 위한 전압 추출부; 및 전압 추출부에서 추출된 전압을 기반으로 상기 인버터의 전류가 과전류인지 판단하여, 과전류 차단 신호를 발생시키기 위한 제어부; 를 포함하여 제공될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제어부는, 상기 전압 추출부에서 추출된 전압을 입력하여 전류를 산출하기 위한 적분기; 상기 산출된 전류의 크기가 기 설정된 전류 임계치보다 크거나 같은 경우 전류 임계치를 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력값이 전류 임계치와 동일한 값인 경우 과전류 차단 신호를 발생시키는 신호 발생기; 를 포함할 수 있다.
또는, 상기 제어부는, 상기 전압 추출부에서 추출된 전압을 기 설정된 전압 임계치와 비교하여, 상기 추출된 전압의 크기가 상기 전압 임계치보다 크거나 같은 경우, 상기 전압 임계치와 같은 크기의 전압을 출력하기 위한 비교기; 기 설정된 시간 이상 상기 전압 임계치와 같은 크기의 전압이 출력되는지 여부를 판단하기 위한 펄스 폭 검출기; 및 기 일정 시간 이상 상기 전압 임계치와 같은 크기의 전압이 출력되는 경우 과전류 차단 신호를 발생시키기 위한 신호 발생기; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 추출부는, 기 전압 추출 시 발생하는 잡음을 제거하기 위한 필터 또는 추출된 전압 중 일 방향의 전압만을 출력하기 위한 다이오드를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 회로 연결 수단은, 전원 공급단과 스위칭 소자를 연결하는 버스바(busbar) 또는 PCB 패턴 중 하나일 수 있다.
더하여, 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 방법으로, 인버터 회로 내에서 기생 인덕턴스를 발생시키는 회로 연결 수단에 대한 전압을 추출하는 단계; 추출된 전압을 기반으로 상기 인버터의 전류가 과전류인지 판단하는 단계; 및 상기 인버터의 전류가 과전류로 판단되는 경우, 과전류 차단 신호를 발생시키는 단계; 를 포함하는 과전류 감지 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전류검출을 위한 저항, 센서 또는 전용 IC를 연결하는 등 고가의 추가부품을 이용하여 회로를 변경할 필요 없이, 인버터의 구조에 따라 발생하는 기생 인덕턴스를 이용하여 과전류를 검출할 수 있다.
이에 따라, 인버터 구성에 있어 과전류 차단을 위한 회로의 규모 및 비용을 줄일 수 있다.
아울러, 상술한 효과 이외의 다양한 효과들이 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 수 있다.
도 1은 인버터의 동작을 나타내기 위한 회로도이다.
도 2는 인버터의 동작에 의한 기생 인덕턴스의 발생을 나타내기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 인버터에 연결되는 과전류 감지 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 인버터 회로의 각 소자의 전류 및 전압을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 인버터에 연결되는 과전류 감지 장치를 보다 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 과전류 감지 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 과전류 감지 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하의 설명 및 도면에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
그러면 먼저, 본 발명이 적용되기 위한 인버터의 구조 및 동작에 관하여 설명하도록 한다.
도 1은 인버터의 동작을 나타내기 위한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 인버터(20)는 일반적으로 전원 공급단(10)과 부하(30) 사이에 연결되어 부하(30)로 전원을 공급하게 된다.
전원 공급단(10)에는 회로의 동작을 위한 전원이 연결된다. 도 1에는 커패시터의 형태로 전원(11)이 표현되어 있으나, 이는 임의로 표현된 것으로, 전원 공급단(10)에는 충전된 커패시터, 공지의 전류원 또는 전압원이 전원(11)으로 사용될 수 있다.
인버터(20)는 전기신호를 변경하기 위한 장치를 의미하며, 상술한 바와 같이 전자회로에서 주파수를 변경하여 모터의 회전속도를 변경하는 등 각종 전자장치의 동작을 제어하거나, 직류를 이용해 교류를 얻기 위해 사용될 수 있다.
이러한 인버터(20) 중 도 1에는 6개의 스위칭 소자(21, 22, 23, 24, 25, 26)를 포함하는 3상 인버터가 표현되어 있으나, 본 발명의 적용 대상이 3상 인버터로 한정되는 것은 아니다.
인버터(20)는 전원 공급단(10)에서 공급된 직류전원을 다상 교류전원으로 변환시켜 출력하는 역할을 한다.
부하(30)는 인버터(20)로부터 교류전원을 공급받아 동작하는 전자 장치를 의미하는 것으로, 일 예시로 전동 모터가 연결되어 동작할 수 있다.
이러한, 도 1에 나타난 인버터의 회로는 이상적인 구조로, 회로가 실제로 동작하는 경우, 각 회로 소자를 연결하는 버스바, 도선, PCB 패턴 등에서 저항이나 인덕턴스가 발생하는 것이 일반적이다.
도 2는 이와 같이 인버터(20)의 동작에 의한 기생 인덕턴스의 발생을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 도 1과 같은 회로가 동작시, 전원 공급단(10), 인버터 내부(20), 전원 공급단(10)과 인버터(20)를 연결하는 연결 수단에 저항 또는 인덕턴스가 발생하게 된다. 11a, 11b, 21a, 22a, 41a, 42a는 이와 같이 회로 동작에 의해 발생하는 기생 저항이나 기생 인덕턴스를 나타낸다.
특히, 본 발명의 실시 예에서는, 전원 공급단(10)과 인버터(20)를 연결하는 연결 수단이 되는 버스바, PCB 패턴, 도선 등으로 인해 발생하는 기생 인덕턴스(41a, 42a)의 전압을 추출하여 이를 기반으로 과전류를 감지하는 방법이 제공된다.
과전류를 검출하기 위한 전압은 기생 인덕턴스 Lc(41a)에 걸리는 전압 또는 기생 인덕턴스 Le(42a)에 걸리는 전압(VLe )이 될 수 있다. 이하에서는 기생 인덕턴스 Le(42a)와 이에 걸리는 전압인 VLe를 기준으로 본 발명의 실시 예에 대하여 설명한다.
도 2에서는 회로를 단상으로 표현하였으나, 본 발명의 적용 대상이 이에 제한되는 것은 아니며, 전원 공급단(10)과 인버터(20) 사이에 기생 인덕턴스가 발생하는 모든 인버터에 본 발명이 적용될 수 있다.
그러면 이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 장치의 주요 구성과 동작에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 인버터에 연결되는 과전류 감지 장치(100)와 상기 과전류 감지 장치(100)의 동작 환경을 구성하는 다른 장치(10, 20, 30, 40)를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 장치(100)는 전압 추출부(110) 및 제어부(120)로 구성된다.
전압 추출부(110)는, 기생 인덕턴스(42a)에 걸리는 전압을 추출하기 위한 구성요소이다.
전압 추출부(110)는 기생 인덕턴스(42a)에 걸리는 전압을 그대로 제어부(120)로 전달할 수 있다. 즉, 전압계 등을 통해 측정되어 수치화된 전압값을 제어부(120)로 전달할 필요가 있는 것은 아니다.
제어부(120)는 전압 추출부(110)로부터 전달받은 전압을 기반으로, 상기 인버터에 흐르는 전류가 과전류인지 판단하여, 과전류로 판단되는 경우에 과전류 차단 신호를 발생시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부(120)는 기생 인덕턴스(42a)의 값을 기반으로 전압 추출부(110)에서 추출되어 입력된 전압으로부터 전류를 산출할 수 있다.
상기 기생 인덕턴스에 걸리는 전압으로부터 전류를 산출하기 위한 원리를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 인버터(20)의 스위칭 소자(21, 22)가 온(on), 오프(off)를 교변하며 스위칭하는 과정에서 인버터(20)에 걸리는 전압(VCE), 각 스위칭 소자(21, 22)와 기생 인덕턴스(42a)에 흐르는 전류(ic) 및 기생 인덕턴스(42a)의 전압(VLe)의 관계를 나타낸 그래프이다.
기생 인덕턴스(42a)는 스위칭 소자(22)의 온, 오프에 따라 전압 및 전류값이 변화한다. 스위칭 소자(22)가 오프에서 온 상태로 스위칭할 때, 스위칭 소자(22) 및 기생 인덕턴스(42a)에 흐르는 전류(ic)는 스위칭에 의한 과도 상태의 발생에 의해 도 3의 그래프의 ic와 같이 움직인다. 이 때 전류의 상승 정도, 즉 기울기는 스위칭 소자(22)의 특성에 따라 달라지게 된다. 기생 인덕턴스(42a)의 값은 인버터의 구조에 따라 결정되는 상수이다. 이 때 기생 인덕턴스(42a)에 걸리는 전압은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00001
따라서, 기생 인덕턴스(42a)의 값을 알고 있는 경우, 기생 인덕턴스(42a)에 걸리는 전압(VLe)을 추출하여 적분하는 과정을 통해 전류 ic를 알 수 있다.
다만, 전류(ic) 그래프의 형태는 전원 공급단(10)에서 공급되는 전압(VCE), 인버터(20) 및 부하(30)에 의한 임피던스(impedance)와 감쇠비(damping ratio)에 의해 도 4와 다른 모양이 될 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 제어부(120)의 동작을 설명하면, 제어부(120)에서는 산출된 전류의 크기를 기 설정된 전류 임계치와 비교하여, 산출된 전류의 크기가 기 설정된 전류 임계치보다 크거나 같은 경우에 과전류 차단 신호를 발생시킬 수 있다.
전류 임계치는 과전류 감지 장치(100)를 동작시키는 주체에 의해 임의로 설정될 수 있으며, 인버터(20) 회로에 손상을 줄 수 있는 최소 전류값으로 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제어부(120)는 전압 추출부(110)에서 추출하여 전달받은 전압을 기 설정된 전압 임계치와 비교하여, 전달받은 전압의 크기가 기 설정된 시간 이상 기 설정된 전압 임계치보다 크거나 같게 유지되는 경우, 과전류 차단 신호를 발생시킬 수 있다.
전압 임계치는 과전류 감지 장치(100)를 동작시키는 주체에 의해 임의로 설정될 수 있으며, 또는, 임계치가 0으로 설정되어, 실질적으로, 기생 인덕턴스(42a)에 전압(VLe)이 걸리는 시간을 기반으로 과전류 차단 신호를 발생시킬 수도 있다.
과전류 차단 신호는 과전류 감지 장치(100)에서 출력되어 전류 제어기(40)로 입력되며, 전류 제어기(40)는 과전류 차단 신호에 따라 인버터(20)에 과전류가 흐르지 않도록 제어를 수행한다.
전류 제어기(40)의 과전류 차단 방식은 특정한 방식으로 제한되지 않으며, 공지되거나 앞으로 공지될 모든 과전류 차단 장치가 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 인버터(20)에 연결되는 과전류 감지 장치(100)를 보다 구체적으로 나타낸 블록도이다.
이하 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 장치의 보다 구체적인 구조 및 동작에 대해 설명한다.
먼저, 도 5를 참조하면, 전압 검출부(110)는 필터(111) 또는 다이오드(112)를 포함할 수 있다.
필터(111)는 인버터(20)의 스위칭 소자(22)에 의한 스위칭 시 발생하는 전압(VLe) 및 전류(ic)가 일반적으로 포함하게 되는 잡음(노이즈, noise)를 제거하기 위한 구성이다.
필터(111)를 통해 과전류 감지 장치(100)는 기생 인덕턴스(42a)에 걸리는 전압(VLe)을, 스위칭에 의해 발생하는 불필요한 성분을 제거한 상태로 전달받을 수 있다.
다이오드(112)는 전압 추출부(110)에서 추출한 전압(VLe) 중 전류(ic)의 상승 단계에 대응하는 전압만을 적분기(121)로 전달하여 적분할 수 있도록 한다.
제어부(120)는 적분기(123), 초기화부(123-1), 비교기(124, 126), 펄스 폭 검출부(127) 또는 신호 발생기(125)를 포함할 수 있다.
적분기(123)는 전압 추출부(110)에서 추출된 전압을 전달받아 전류를 산출하기 위한 장치이다. 상기 도 3 및 도 4에서 설명한 바와 같이, 기생 인덕턴스(42a)에 의해 발생되는 전압(VLe)을 적분하여 흐르는 전류(ic)를 산출할 수 있다.
산출된 전류는 적분기(123)에서 출력되어 비교기(124)에 입력된다. 비교기(124)는 적분기(121)에서 산출된 전류가 과전류에 해당하는지 여부를 판단하기 위한 구성이다.
적분기(121)에는 초기화부(121-1)가 더 연결될 수 있다. 초기화부(121-1)는 스위칭 소자(22)의 스위칭 주기에 맞추어 적분기를 초기화시키기 위한 구성이다. 인버터(20)에서 기생 인덕턴스(42a)에 과전류가 발생하는 경우는 일반적으로 스위칭 과도상태일 때이며, 회로가 정상상태가 되면 전류(ic)의 크기는 일정한 값으로 수렴한다.
이러한 환경에서, 스위칭은 일정한 주기에 따라 반복된다. 그러므로 적분기(121)의 값을 초기화하지 않는 경우 스위칭이 발생할 때마다 적분기(121)에서 출력되는 값은 계속 증가하여 실제 흐르는 전류(ic)의 값과 달라지게 된다. 이를 방지하기 위해 스위칭 소자(22)의 스위칭 주기와 동일한 주기로 적분기(121)를 초기화시킨다.
비교기(122)에는 적분기(121)가 산출한 전류와, 회로에 이상이 발생하는 것을 방지하지 위한 적정값으로 기 설정된 전류 임계치가 각각 입력될 수 있다. 적분기(121)에서 산출된 전류의 크기가 기 설정된 전류 임계치보다 작은 경우 비교기(122)에서는 적분기(121)에서 산출된 전류와 동일한 크기의 전류가 출력되거나 혹은 출력값이 0이 되도록 할 수 있다. 적분기(121)에서 산출된 전류의 크기가 기 설정된 전류 임계치보다 크거나 동일한 경우에는 비교기(122)에서 기 설정된 전류 임계치와 동일한 크기의 전류가 출력된다.
출력된 전류는 신호 발생기(123)로 입력되며, 신호 발생기(123)는 입력 전류가 기 설정된 전류 임계치와 동일한 크기인 경우에는 과전류 감지 장치(100)가 과전류 차단 신호를 발생시키고, 입력 전류가 기 설정된 전류 임계치보다 작은 경우에는 과전류 차단 신호를 발생시키지 않는다.
또한, 도 5에는 신호 발생기가 별도로 존재하는 것으로 도시되었으나, 과전류 감지 장치(100)와 전류 제어기(40)는 비교기(122)에서 출력되는 기 설정된 전류 임계치와 동일한 크기의 전류 자체를 과전류 차단 신호로 하여, 상기 기 설정된 전류 임계치와 동일한 크기의 전류가 전류 제어기(40)에 입력되는 경우 전류 제어기(40)가 과전류 차단을 수행하도록 구성될 수도 있다.
다음으로, 제어부(120)에는 적분기(123)에서 산출된 전류값을 입력받는 비교기(122)와는 구분되는, 전압 추출부(110)에서 추출된 전압을 적분하지 않고 지속 시간을 이용하여 과전류 발생 여부를 판단하기 위한 비교기(124)가 포함될 수 있다.
비교기(124)는, 기생 인덕턴스(42a)에 흐르는 전류(ic)의 과도상태가 스위칭 소자(22)의 주기보다 길어져, 스위칭 소자(22)의 스위칭 주기와 동일한 주기로 초기화되는 적분기(121)에 의하여는 과전류 발생 여부를 감지할 수 없는 경우에 이용될 수 있다.
이러한 비교기(124)에는 전압 추출부(110)가 추출하여 전달한 전압과, 과전류 여부를 판단하기 위해 기 설정된 전압 임계치가 각각 입력될 수 있다. 비교기(124)는 전압 추출부(110)가 전달한 전압과 기 설정된 전압 임계치를 비교하여, 전압 추출부(110)가 전달한 전압이 기 설정된 전압 임계치보다 크거나 동일한 경우에는 기 설정된 전압 임계치와 같은 크기의 전압을 출력할 수 있다. 전압 추출부(110)가 전달한 전압이 기 설정된 전압 임계치보다 작은 경우에는 전압 추출부(110)가 전달한 전압을 출력하거나 출력값이 0이 되도록 할 수 있다.
펄스 폭 검출부(125)는 비교기(124)에서 기 설정된 전압 임계치와 크기가 같은 전압이 연속적으로 출력되는 시간을 측정하기 위한 구성이다. 비교기(124)에서 기 설정된 전압 임계치와 크기가 같은 전압이 출력되는 시간이 기 설정된 시간과 같거나 기 설정된 시간보다 긴 경우 펄스 폭 검출부(125)는 과전류가 발생한 것으로 판단하며, 신호 발생기(123)가 과전류 차단 신호를 발생시킬 수 있도록 한다.
기생 인덕턴스(42a)의 과도 상태가 스위칭 소자(22)의 스위칭 주기보다 긴 경우 전압을 적분하여 과전류 발생 여부를 감지하기 어려우므로, 상기 기 설정된 시간은 스위칭 소자(22)의 스위칭 주기를 기준으로 설정될 수 있다.
또는, 비교기(124)는 기 설정된 전압 임계치를 0으로 하여, 전압 추출부(110)로부터 전압이 입력되는 경우에는 특정한 값을 출력하고, 입력 전압이 0인 경우에는 출력값을 0으로 하도록 구성될 수도 있다.
이러한 경우 전압 추출부(110)로부터의 입력되는 전압이 있는 경우에는 비교기(124)에서 임의의 값을 출력하고, 전압 추출부(11)로부터 입력되는 전압이 없는 경우에는 비교기(124)에서의 출력도 없게 된다.
곧 0과 1로 이루어진 디지털 형태의 출력이 발생하는 것과 유사하다고 할 수 있으며, 펄스의 형태가 명확하게 되어 펄스 폭 검출부(125)에서 펄스의 지속시간을 측정하기 용이하게 된다.
이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 장치(100)의 구조 및 동작에 대하여 설명하였다.
이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 장치(100)에 의한 과전류 감지 방법을, 도 6 내지 도 8의 흐름도를 통하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 방법은 먼저, 인버터(20) 회로 내에서 기생 인덕턴스를 발생시키는 회로 연결 수단에 대한 전압을 추출하는 단계(S600)로 구성된다.
여기서 회로 연결 수단은 전원 공급단과 스위칭 소자를 연결하는 버스바(busbar) 또는 PCB 패턴 중 하나가 될 수 있다.
추출된 전압은 필터(111)에 의해 잡음이 제거될 수 있다.
이후, 과전류 감지 장치(100)는, 추출한 전압을 기반으로 인버터(20)에 흐르는 전류(ic)가 과전류인지 판단하여(S602), 과전류로 판단되는 경우 과전류 차단 신호를 발생시킨다(S604).
과전류 차단 신호는 과전류 감지 장치(100)에서 전류 제어기(40)로 입력되며, 전류 제어기(40)를 통해 인버터의 과전류를 차단 또는 제어하게 된다.
도 7은 일 실시 예에 따른 과전류 감지 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
상기 S600 단계 이후, 과전류 감지 장치(100)는 다이오드(112)를 통해 일 방향의 전압만이 전압 출력부(110)에서 출력되어 적분기(121)에 입력되도록 한다(S700),
적분기(121)는, 기생 인덕턴스의 값을 기반으로 상기 입력된 전압을 적분하여 전류를 산출한다(S702).
비교기(123)는, 적분기(121)에서 산출된 전류의 크기를 기 설정된 전류 임계치와 비교한다(S704).
출력된 전류의 크기가 기 설정된 전류 임계치보다 크거나 같은 경우, 과전류 감지 장치(100)는 과전류 차단 신호를 발생시킨다(S706).
초기화부(121-1)는 출력된 전류의 크기가 기 설정된 전류 임계치보다 작은 상태로 기 설정된 주기가 경과했는지 판단하고(S708), 기 설정된 주기가 경과한 경우 적분기는 초기화된다(S710)
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 과전류 감지 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
상기 S600 단계 이후, 비교기(124)는 전압 추출부(110)로부터 입력된 전압을 기 설정된 전압 임계치와 비교한다(S800).
상기 비교 결과, 입력된 전압이 기 설정된 전압 임계치보다 크거나 같은 경우, 펄스 폭 검출기(125)는 입력된 전압이 기 설정된 전압 임계치보다 크거나 같게 유지되는 시간이, 기 설정된 시간 이상인지 판단한다(S802).
기 설정된 시간 이상 입력된 전압이 기 설정된 전압 임계치보다 크거나 같게 유지된 경우, 과전류 감지 장치(100)는 과전류 차단 신호를 발생시킨다(S804).
이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 감지 장치(100)에 의한 과전류 감지 방법을 설명하였다.
본 명세서와 도면에서는 예시적인 장치 구성을 기술하고 있지만, 본 명세서에서 설명하는 기능적인 동작과 주제의 구현물은 다른 유형의 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 개시하는 구조 및 그 구조적인 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 결합으로 구현 가능하다.
따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위에 의해 정하여져야 한다.
본 발명은 인버터의 과전류 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 공급단과 인버터를 연결하는 연결 수단에 발생하는 기생 인덕턴스를 이용하여 과전류를 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 과전류 감지 장치는 인버터 회로에 추가부품을 설치하지 않고 과전류를 감지할 수 있어 회로의 크기 및 구성 비용을 줄일 수 있다.
따라서, 상기의 과전류 감지 장치 및 방법을 통해 산업 발전에 이바지 할 수 있고, 더불어, 본 발명은 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
100: 과전류 감지 장치
10: 전원 공급단
11: 전원
20: 인버터
21, 22, 23, 24, 25, 26: 스위칭 소자
30: 부하
40: 전류 제어기
112: 다이오드

Claims (10)

  1. 인버터 회로 내에서 기생 인덕턴스를 발생시키는 회로 연결 수단에 대한 전압을 추출하기 위한 전압 추출부; 및
    전압 추출부에서 추출한 전압을 기반으로 상기 인버터의 전류가 과전류인지 판단하여, 과전류 차단 신호를 발생시키기 위한 제어부;
    를 포함하는 과전류 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    회로 연결 수단은,
    전원 공급단과 스위칭 소자를 연결하는 버스바(busbar) 또는 PCB 패턴 중 하나인 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 추출부는,
    상기 전압 추출 시 발생하는 잡음을 제거하기 위한 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전압 추출부는,
    추출한 전압 중 일 방향의 전압만을 출력하기 위한 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기생 인덕턴스 값을 기반으로 상기 전압 추출부에서 추출한 전압으로부터 전류를 산출하고,
    상기 산출된 전류의 크기를 기 설정된 전류 임계치와 비교하여, 상기 전류의 크기가 상기 전류 임계치보다 크거나 같은 경우, 과전류 차단 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 추출부에서 추출한 전압을 입력받아 전류를 산출하는 적분기;
    상기 산출된 전류의 크기가 기 설정된 전류 임계치보다 크거나 같은 경우 전류 임계치를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기의 출력값이 전류 임계치와 동일한 값인 경우 과전류 차단 신호를 발생시키는 신호 발생기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터에 포함된 스위칭 소자 중 상기 기생 인덕턴스를 발생시키는 회로 연결 수단과 회로 연결 구조상 가장 근접한 스위칭 소자의 스위칭 주기와 동일한 주기로 상기 적분기를 초기화시키는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 추출부에서 추출한 전압을 기 설정된 전압 임계치와 비교하여, 상기 추출한 전압의 크기가 기 설정된 시간 이상 전압 임계치보다 크거나 같게 유지되는 경우 과전류 차단 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 추출부에서 추출한 전압을 기 설정된 전압 임계치와 비교하여, 상기 추출한 전압의 크기가 상기 전압 임계치보다 크거나 같은 경우, 상기 전압 임계치와 같은 크기의 전압을 출력하기 위한 비교기;
    기 설정된 시간 이상 상기 전압 임계치와 같은 크기의 전압이 출력되는지 여부를 판단하기 위한 펄스 폭 검출기; 및
    기 설정된 시간 이상 상기 전압 임계치와 같은 크기의 전압이 출력되는 경우 과전류 차단 신호를 발생시키기 위한 신호 발생기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 장치.
  10. 과전류 감지 장치에 의한 과전류 감지 방법에 있어서,
    인버터 회로 내에서 기생 인덕턴스를 발생시키는 회로 연결 수단에 대한 전압을 추출하는 단계;
    추출한 전압을 기반으로 상기 인버터의 전류가 과전류인지 판단하는 단계; 및
    상기 인버터의 전류가 과전류로 판단되는 경우, 과전류 차단 신호를 발생시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 감지 방법.
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