KR0120301B1 - Device for preventing over current of an inverter in a railcar - Google Patents
Device for preventing over current of an inverter in a railcarInfo
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 의한 과전류 보호 장치를 도시한 블럭도.1 is a block diagram showing an overcurrent protection device according to the present invention.
제2도는 본 발명에 의한 IGBT GATE 구동 장치를 도시한 회로도로서.2 is a circuit diagram showing an IGBT GATE driving apparatus according to the present invention.
(a)는 과전류 보호 회로를 도시한 도면.(a) is a diagram showing an overcurrent protection circuit.
(b)는 IGBT를 스위칭하기 위한 구동 회로를 도시한 도면.(b) shows a driving circuit for switching the IGBT.
제3도는 종래의 과전류 보호 장치를 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing a conventional overcurrent protection device.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)10: Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)
20 : 게이트 구동 회로 21 : 비교기20: gate drive circuit 21: comparator
22 : OR 게이트 23 : NOR 게이트22: OR gate 23: NOR gate
24 : 플립 플롭(Flip Flop) 25 : 트랜스미터(Transmiter)24: Flip Flop 25: Transmitter
26 : FET(Field Effect Transistor) 30 : 컨트롤러(Controller)26: FET (Field Effect Transistor) 30: Controller
40 : GTO 다이리스터(Gate Tum-Off Thyristor)40: GTO Tum-Off Thyristor
50 : 전류기(Current Transformer) P15 : +15[V]50: Current Transformer P15: +15 [V]
M15 : -15[V] N15 : 0[V]M15: -15 [V] N15: 0 [V]
P5 : +5[V]P5: +5 [V]
R : 온·오프 신호(ON/OFF SIGNAL)R: ON / OFF SIGNAL
본 발명은 철도 차량에 사용되는 인버터의 과전류 보호 장치에 관한 것으로, 특히 게이트 구동 장치에 과전류 보호(Over Current Protection) 기능을 첨가한 인버터의 과전류 보호 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an overcurrent protection device for an inverter used in a railway vehicle, and more particularly to an overcurrent protection device for an inverter in which an overcurrent protection function is added to a gate driving device.
철도 차량에 사용되는 3레벨(3-Level) 인버터에서 과전류를 보호하는 종래의 기술은 제3도 종래의 과전류 보호 장치를 도시한 블럭도에 도시된 바와 같이, 변류기(Current Transformer)(50)를 사용하여 전류를 검출한다. 검출된 전류가 컨트롤러(Controller)(30)에 보내지고, 컨트롤러에서 검출된 전류와 사용자가 설정한 기준 전류(Ir)를 비교한다. 검출된 전류와 기준 전류를 비교하여 검출된 전류가 과전류로 판단되면 게이트 구동 회로(20)에 턴오프 신호를 보낸다. 컨트롤러에서 보낸 턴오프 신호를 받아들여 게이트 구동 회로에서도 GTO 다이리스터(Gate Turn-Off Thyristor)(40)에 턴오프 신호를 보내서 GTO의 게이트를 턴오프시킨다. 또한 주 회로(Main Circuit)내에서 차단기를 동작시켜 과전류를 차단한다.The prior art of protecting the overcurrent in a three-level inverter used in a railroad vehicle uses a current transformer 50 as shown in FIG. 3, a block diagram showing a conventional overcurrent protection device. To detect the current. The detected current is sent to the controller 30, and the current detected by the controller is compared with the reference current Ir set by the user. When the detected current is determined to be an overcurrent by comparing the detected current with the reference current, a turn-off signal is sent to the gate driving circuit 20. The gate driving circuit receives the turn-off signal sent from the controller and sends a turn-off signal to the gate turn-off thyristor 40 to turn off the gate of the GTO. Also, the breaker is operated in the main circuit to cut off the overcurrent.
이러한 종래의 과전류 보호 장치는, 과전류가 발생했을 때 과전류를 즉시 차단하지 못해 스위칭(Switching)소자가 보호되지 못하는 문제점이 있다.The conventional overcurrent protection device has a problem that the switching device is not protected because the overcurrent is not immediately blocked when the overcurrent occurs.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 과전류가 발생하자마자 즉시 과전류를 차단하기 위해 과전류 보호 기능을 게이트 구동 회로내에서 처리하도록 하는 인버터의 과전류 보호 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an overcurrent protection device for an inverter that allows the overcurrent protection function to be processed in the gate driving circuit to block the overcurrent immediately after the overcurrent occurs.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인버터의 과전류 보호 장치는, IGBT에 흐르는 과전류를 검출하면 상기 IGBT를 턴오프하여 IGBT를 보호하고 과전류 검출신호를 컨트롤러로 송신하는 인버터 과전류 보호 장치에 있어서, IGBT의 컬렉터(Collector)와 에미터(Emitter)간의 전압과 기준 전압을 비교하는 비교기; 상기 비교기의 출력이 과전류를 나타내면 출력을 로우(Low)시키는 OR 게이트; 상기 OR 게이트의 출력과 온·오프 신호를 받아서 두 입력이 로우(Low)일때만 출력을 하이(High)시키는 NOR 게이트; 상기 NOR 게이트의 출력을 받아들여 Q와단자로 각각 출력하는 플립 플롭; 상기 플립 플롭단자의 로우 출력을 받아서 컨트롤러(30)로 FAULT 신호를 보내는 트랜스미터; 상기 플립 플롭 Q단자의 하이(High)출력을 받아서 IGBT Gate를 역 바이어스(Bias)시키는 FET(Field Effect Transistor)로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the inverter overcurrent protection device of the present invention for achieving the above object, in the inverter overcurrent protection device for protecting the IGBT by turning off the IGBT to detect the overcurrent flowing in the IGBT, and transmits the overcurrent detection signal to the controller, A comparator for comparing the voltage and the reference voltage between the collector and the emitter of the IGBT; An OR gate that lowers the output when the output of the comparator indicates an overcurrent; A NOR gate that receives an output of the OR gate and an on / off signal and makes the output high only when the two inputs are low; Accepts the output of the NOR gate Flip-flops each outputting to a terminal; Flip flop A transmitter that receives the low output of the terminal and sends a FAULT signal to the controller 30; And a field effect transistor (FET) for receiving a high output of the flip-flop Q terminal to reverse bias the IGBT gate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
제1도는 본 발명에 의한 과전류 보호 장치를 도시한 블럭도로서, 스위칭 소자인 IGBT(10)와; 상기 IGBT를 구동하는 게이트 구동 회로(20); 상기 구동 회로를 제어하는 컨트롤러(30)로 구성된다.1 is a block diagram showing an overcurrent protection device according to the present invention, comprising: an IGBT 10 as a switching element; A gate driving circuit 20 driving the IGBT; It is composed of a controller 30 for controlling the drive circuit.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 세부 동작을 자세히 설명한다.Next, the detailed operation of the present invention configured as described above will be described in detail.
스위칭 소자인 IGBT(10) 양단의 전압, 즉 컬렉터와 에미터간의 전압을 검출한다. 상기의 검출된 전압과 사용자가 설정한 기준 전압(Vr)을 비교한다. 검출된 전압과 기준 전압을 비교하여 검출된 전압이 과전류로 판단되면 게이트 구동 회로(20)에서 IGBT(10)에 턴오프 신호를 보내서 IGBT의 게이트를 턴오프시킨다. 또한 게이트 구동 회로는 컨트롤러(30)에 FAULT 신호를 보내서 과전류가 발생했음을 알린다.The voltage across the IGBT 10, that is, the switching element, that is, the voltage between the collector and the emitter is detected. The detected voltage is compared with the reference voltage Vr set by the user. When the detected voltage is determined to be an overcurrent by comparing the detected voltage with the reference voltage, the gate driving circuit 20 sends a turn-off signal to the IGBT 10 to turn off the gate of the IGBT. The gate driving circuit also sends a FAULT signal to the controller 30 to indicate that an overcurrent has occurred.
제2도는 본 발명에 의한 IGBT GATE 구동 장치를 도시한 회로도이다. 제2a도는 과전류 보호 회로를 도시한 도면으로서, 스위칭(Switching) 소자인 IGBT(10)와; 상기 IGBT의 컬렉터(Collector)와 에미터(Emitter)간의 전압과 기준 전압을 비교하는 비교기(21); 상기 비교기의 출력이 과전류를 나타내면 출력을 로우(Low)시키는 OR 게이트(22); 상기 OR 게이트의 출력과 온·오프 신호를 받아서 두 입력이 로우(Low)일때만 출력을 하이(High)시키는 NOR 게이트(23); 상기 NOR 게이트의 출력을 받아들여 Q와단자로 각각 출력하는 플립 플롭(24) 및; 상기 플립 플롭단자의 로우 출력을 받아서 컨트롤러(30)로 FAULT신호를 보내는 트랜스미터(25)로 구성된다.2 is a circuit diagram showing an IGBT GATE driving apparatus according to the present invention. 2A shows an overcurrent protection circuit, comprising: an IGBT 10 as a switching element; A comparator (21) for comparing a voltage between the collector and emitter of the IGBT and a reference voltage; An OR gate 22 that lowers the output if the output of the comparator indicates an overcurrent; A NOR gate 23 that receives the output of the OR gate and an on / off signal and makes the output high only when the two inputs are low; Accepts the output of the NOR gate Flip-flops 24 each outputting to a terminal; Flip flop Transmitter 25 receives the low output of the terminal and sends a FAULT signal to the controller (30).
제2b도는 IGBT를 스위칭하기 위한 구동 회로(Drive Circuit)를 도시한 도면으로서, 상기 플립 플롭 Q단자의 출력을 받아서 IGBT Gate를 역바이어스(Bias)시키는 FET(Field Effect Transistor)(26)로 구성된다.FIG. 2B illustrates a drive circuit for switching an IGBT, and includes a field effect transistor (FET) 26 that receives an output of the flip-flop Q terminal and reverse biases an IGBT gate. .
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 세부 동작을 자세히 설명한다.Next, the detailed operation of the present invention configured as described above will be described in detail.
제2a도에서 도시된 바와 같이 스위칭 소자인 IGBT(10)의 컬렉터(Collector)-에미터(Emitter)간의 전압을 검출한다. 이 검출된 전압을 비교기(21)에서 사용자가 설정한 기준 전압(Vr)과 비교한다. 검출된 전압과 기준 전압을 비교하여 검출된 전압이 과전류로 판단되면, 비교기의 출력이 로우(Low)로 발생된다. 비교기의 로우(Low) 출력을 받아들여 OR 게이트(22)는 출력을 로우시킨다. OR 게이트의 로우 (Low) 출력과 ON/OFF신호를 받은 NOR 게이트(23)는 하이 출력을 내보낸다. NOR 게이트의 하이 출력을 받은 플립 플롭(Flip Flop)(24) Q단자의 출력은 하이(High)가 된다. 이 플립플롭(Flip Flop) Q단자의 하이(High) 출력이 제2b도에 도시된 FET(Field Effect Transistor)(26)를 턴온시켜서 결국은 IGBT의 게이트를 역 바이어스 시키게 된다. 또, 플립 플롭 Q단자의 출력이 하이일 때단자는 로우가 된다. 이 플립 플롭(Flip Flop)단자의 로우 출력이 트랜스미터(25)를 도통시킨다. 플립 플롭(Flip Flop)단자의 로우 출력으로 도통된 트랜스미터는 컨트롤러(30)에 Fault 신호를 보내서 과전류가 발생한 것을 알린다.As shown in FIG. 2A, the voltage between the collector and the emitter of the switching element IGBT 10 is detected. The detected voltage is compared with the reference voltage Vr set by the user in the comparator 21. When the detected voltage is determined to be an overcurrent by comparing the detected voltage with the reference voltage, the output of the comparator is generated low. Accepting the low output of the comparator, OR gate 22 brings the output low. The low output of the OR gate and the NOR gate 23 that receives the ON / OFF signal send a high output. The output of the flip-flop 24 Q terminal that received the high output of the NOR gate is high. The high output of this flip-flop Q terminal turns on the Field Effect Transistor (FET) 26 shown in FIG. 2b, which in turn reverse biases the gate of the IGBT. When the output of the flip-flop Q terminal is high The terminal goes low. This flip flop The low output of the terminal conducts the transmitter 25. Flip Flop The transmitter, connected to the low output of the terminal, sends a fault signal to the controller 30 to indicate that an overcurrent has occurred.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 게이트 구동 회로내에 과전류 보호 기능을 첨가함으로서 과전류를 신속히 차단하여 IGBT를 보호하고 시스템의 안정성을 높이는 효과가 있다.As described above, the present invention provides an effect of increasing the stability of the system by protecting the IGBT by rapidly blocking the overcurrent by adding an overcurrent protection function in the gate driving circuit.
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