KR101951040B1 - Inverter IGBT gate driving apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인버터 IGBT 게이트구동장치에 관한 것으로, 본 발명은 구동모터를 구동하기 위한 복수 개의 IGBT 소자와, 상기 IGBT 소자의 Vce 포화전압을 모니터링하기 위해 상기 IGBT 소자에 연결되는 연결회로를 구비하는 IGBT 모듈; 및 마이컴의 제어에 의해 상기 IGBT 소자의 게이트를 구동하기 위한 PWM제어신호를 생성하여 상기 IGBT 모듈로 출력하는 게이트드라이브 IC; 및 상기 연결회로와 상기 게이트드라이브 IC의 DESAT 핀 사이에 직렬로 연결되고, 상기 IGBT 모듈의 내부에 배치되는 PTC서미스터;를 포함하고, 상기 게이트드라이브 IC는 상기 DESAT핀을 통해 모니터링된 전압이 사전에 정해진 임계전압값에 도달된 경우, 상기 PWM제어신호를 차단하는 보호회로를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 본 발명은 Vce 포화전압이 증가한 경우뿐만 아니라 IGBT 모듈 내부에 과온도 상태가 발생한 경우 게이트드라이버 IC단계에서 마이컴의 개입없이 신속하게 PWM제어신호를 차단하여 IGBT 모듈의 파손을 사전에 방지함으로써 전체적인 인버터의 성능을 향상할 수 있다. The present invention relates to an inverter IGBT gate driving apparatus, and in particular, to an inverter IGBT gate driving apparatus which includes a plurality of IGBT elements for driving a driving motor and a connection circuit connected to the IGBT element for monitoring a Vce saturation voltage of the IGBT element. module; And a gate drive IC for generating a PWM control signal for driving the gate of the IGBT element under the control of the microcomputer and outputting the PWM control signal to the IGBT module; And a PTC thermistor connected in series between the connection circuit and the DESAT pin of the gate drive IC, the PTC thermistor being disposed inside the IGBT module, wherein the gate drive IC controls the voltage monitored via the DESAT pin in advance And a protection circuit for interrupting the PWM control signal when a predetermined threshold voltage value is reached. Accordingly, in the present invention, not only when the Vce saturation voltage is increased but also when an overtemperature condition occurs in the IGBT module, the PWM control signal is quickly blocked without the intervention of the microcomputer in the gate driver IC stage to prevent the breakdown of the IGBT module The overall inverter performance can be improved.
Description
본 발명은 인버터 IGBT 게이트구동장치에 관한 것으로, 구체적으로 과전류 보호회로 및 과온도 보호회로를 구비한 인버터 IGBT 게이트구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter IGBT gate drive apparatus, and more particularly to an inverter IGBT gate drive apparatus including an overcurrent protection circuit and an over-temperature protection circuit.
종래 상용 HEV 버스 또는 전기 자동차에 쓰이는 인버터 IGBT 게이트 구동회로는 전력 반도체 부품인 대용량 IGBT를 구동시키기 위한 구동회로 및 과전류 발생 시 구동을 즉시 멈추게 하는 보호회로, 과온도 보호회로 등이 장착되어 있다.Inverter IGBT gate drive circuits used in conventional commercial HEV buses or electric vehicles are equipped with drive circuits for driving large capacity IGBTs, which are power semiconductor components, and protection circuits and overheat protection circuits that immediately stop driving when overcurrents occur.
종래 인버터 IGBT 게이트구동장치의 대표적인 보호회로로는 게이트 전압레벨이 12V이하로 낮아지면 동작하는 Under Voltage Lock Out과 과전류 또는 IGBT 윗상과 아래상 단락(arm short) 발생 시 IGBT의 Saturation 전압을 검출하여 보호하는 Desat 보호회로가 있다. 대부분의 게이트드라이버 IC에 이러한 기능들이 포함되어 있다.Typical protection circuit of inverter IGBT gate drive device is to detect Under Voltage Lock Out when the gate voltage level drops below 12V and to detect the saturation voltage of IGBT in case of over current or IGBT upper and lower arm short. There is a Desat protection circuit. Most gate driver ICs include these features.
즉 종래 인버터 IGBT 게이트구동장치는 단락이나 과전류 발생 시 H/W상에서 게이트드라이브 IC의 Desat 핀에서 IGBT의 Vce 포화전압을 모니터링하여 IC 자체에서 PWM을 차단함으로써 신속하게 인버터를 보호 할 수 있다.In other words, the conventional inverter IGBT gate drive device monitors the Vce saturation voltage of the IGBT from the Desat pin of the gate drive IC on the H / W in case of short circuit or overcurrent, so that the inverter can be protected quickly by blocking the PWM from the IC itself.
그리고 종래 인버터 IGBT 게이트구동장치의 IGBT 모듈 내부에 NTC를 부착하여 과온도 시 NTC 저항을 모니터링해서 마이컴에서 PWM을 차단하는 과온도 보호회로를 구비한다.And an over-temperature protection circuit for isolating the PWM from the microcomputer by monitoring an NTC resistance at an over-temperature by attaching an NTC inside an IGBT module of a conventional inverter IGBT gate drive apparatus.
그러나, 종래 인버터 IGBT 게이트구동장치는 IGBT 모듈내의 온도를 NTC가 센싱하고 마이컴이 이를 모니터링하여 과온 상태가 되면 게이트드라이버 IC를 제어하여 PWM을 차단하기 때문에 신속한 처리가 어려워 과온도 보호회로가 동작하기 전에 인버터가 파손되거나 기준온도를 낮추어 과온도 보호회로를 설계할 수밖에 없는 한계를 가지고 있다. However, since the conventional inverter IGBT gate driving apparatus senses the temperature of the IGBT module by the NTC and the microcomputer monitors the temperature of the IGBT module, the PWM is shut off by controlling the gate driver IC when it is in an overtemperature state. The inverter has to be broken or the reference temperature is lowered to design the over-temperature protection circuit.
본 발명의 목적은 IGBT 모듈 내에서 과온도 상태가 발생한 경우 게이트드라이버 IC단계에서 마이컴의 개입없이 신속하게 PWM을 차단할 수 있는 인버터 IGBT 게이트구동장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an inverter IGBT gate driving device capable of quickly shutting off PWM without intervention of a microcomputer in a gate driver IC stage when an overtemperature condition occurs in the IGBT module.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인버터 IGBT 게이트구동장치에 관한 것으로, 본 인버터 IGBT 게이트구동장치는 구동모터를 구동하기 위한 복수 개의 IGBT 소자와, 상기 IGBT 소자의 Vce 포화전압을 모니터링하기 위해 상기 IGBT 소자에 연결되는 연결회로를 구비하는 IGBT 모듈; 및 마이컴의 제어에 의해 상기 IGBT 소자의 게이트를 구동하기 위한 PWM제어신호를 생성하여 상기 IGBT 모듈로 출력하는 게이트드라이브 IC; 및 상기 연결회로와 상기 게이트드라이브 IC의 DESAT 핀 사이에 직렬로 연결되고, 상기 IGBT 모듈의 내부에 배치되는 PTC서미스터;를 포함하고, 상기 게이트드라이브 IC는 상기 DESAT핀을 통해 모니터링된 전압이 사전에 정해진 임계전압값에 도달된 경우, 상기 PWM제어신호를 차단하는 보호회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an inverter IGBT gate driving apparatus including: a plurality of IGBT elements for driving a driving motor; a plurality of IGBTs for monitoring a Vce saturation voltage of the IGBT elements; An IGBT module having a connection circuit connected to the device; And a gate drive IC for generating a PWM control signal for driving the gate of the IGBT element under the control of the microcomputer and outputting the PWM control signal to the IGBT module; And a PTC thermistor connected in series between the connection circuit and the DESAT pin of the gate drive IC and disposed inside the IGBT module, wherein the gate drive IC controls the voltage monitored through the DESAT pin to be pre- And a protection circuit for interrupting the PWM control signal when a predetermined threshold voltage value is reached.
상기 게이트드라이브 IC는 내부에 전류원을 더 구비하고, 상기 모니터링된 전압은 상기 DESAT핀을 통해 상기 전류원이 상기 연결라인에 연결되는 루프를 통해 감지될 수 있다.The gate drive IC further includes a current source therein, and the monitored voltage can be sensed through a loop in which the current source is connected to the connection line via the DESAT pin.
상기 모니터링된 전압은 상기 PTC서미스터의 저항의 증가 또는 상기 IGBT 소자의 Vce 포화전압의 증가에 비례하여 증가될 수 있다.The monitored voltage may be increased in proportion to an increase in the resistance of the PTC thermistor or an increase in the Vce saturation voltage of the IGBT element.
상기 게이트드라이브 IC는 상기 상기 DESAT핀을 통해 모니터링된 전압이 상기 임계전압값에 도달된 경우, 폴트신호를 생성하여 상기 마이컴에 출력될 수 있다.The gate drive IC may generate a fault signal and output to the microcomputer when the voltage monitored through the DESAT pin reaches the threshold voltage value.
상기 PTC서미스터는 상기 연결회로 중 저항과 다이오드의 사이에 직렬로 연결되고, 상기 저항을 통해 상기 DESAT핀에 연결되고 상기 다이오드를 통해 상기 IGBT 소자에 연결될 수 있다.The PTC thermistor may be connected in series between the resistor and the diode of the connection circuit and connected to the DESAT pin through the resistor and to the IGBT element through the diode.
이와 같이 본 발명은 Vce 포화전압이 증가한 경우뿐만 아니라 IGBT 모듈 내부에 과온도 상태가 발생한 경우 게이트드라이버 IC단계에서 마이컴의 개입없이 신속하게 PWM제어신호를 차단하여 IGBT 모듈의 파손을 사전에 방지함으로써 전체적인 인버터의 성능을 향상할 수 있다. As described above, according to the present invention, not only when the Vce saturation voltage is increased but also when an overtemperature condition occurs in the IGBT module, the PWM control signal is quickly blocked without intervention of the microcomputer in the gate driver IC stage, The performance of the inverter can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 IGBT 게이트구동장치의 블록도이다.1 is a block diagram of an inverter IGBT gate driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 IGBT 게이트구동장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, an inverter IGBT gate driving apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 IGBT 게이트구동장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 인버터 IGBT 게이트구동장치(1)는 IGBT 모듈(20), PTC서미스터(20), 게이트드라이브 IC(30)로 이루어 질 수 있다.1 is a block diagram of an inverter IGBT gate driving apparatus according to an embodiment of the present invention. 1, an inverter IGBT
IGBT 모듈(20)은 구동모터를 구동하기 위한 복수 개의 IGBT 소자(12)와 IGBT 소자(12)의 Vce 포화전압을 모니터링하기 위해 IGBT 소자(12)에 연결되는 연결회로(40)를 구비한다. IGBT 모듈(20)은 IGBT 소자(12)에 의해 3상(U,V,W)의 구동신호를 생성하여 구동모터를 구동할 수 있다.The
PTC서미스터(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 IGBT 모듈(20)의 내부에 배치되어, IGBT 모듈(20)의 온도 변화에 대응하여 저항값이 변화됨으로써 종래 인버터 IGBT 게이트구동장치의 NTC서미스터가 수행하던 IGBT 모듈(20) 내부의 온도 감지를 수행할 수 있다.1, the
또한 PTC서미스터(20)는 연결회로(40)와 게이트드라이브 IC(30)의 DESAT 핀 사이에 직렬로 연결된다. 예를 들면, PTC서미스터(20)는 도 1에 도시된 바와 연결회로(40) 중 저항(R)과 다이오드(D)의 사이에 직렬로 연결될 수 있다.The
이에 의해, PTC서미스터(20)는 IGBT 모듈(20)의 내부 온도가 상승함에 따라 저항값이 상승되어, 후술하는 게이트드라이브 IC(30)의 DESAT핀을 통해 모니터링되는 전압을 상승시킬 수 있다.Accordingly, the resistance value of the
이와 같이 PTC서미스터(20)는 과온 시 상승되는 저항에 의해 게이트드라이브 IC(30)가 IGBT 모듈(20)의 과온시 PWM제어신호를 차단하는 데 이용될 수 있다.In this manner, the
게이트드라이브 IC(30)는 DESAT핀을 통해 모니터링된 전압이 사전에 정해진 임계전압값에 도달된 경우, PWM제어신호를 차단하는 보호회로(32)를 구비할 수 있다.The
또한 게이트드라이브 IC(30)는 내부에 전류원(34)을 더 구비하고, DESAT핀을 통해 모니터링되는 전압은, 상기 DESAT핀을 통해 전류원(34)이 연결회로(40)에 연결되어 형성된 루프를 통해 감지될 수 있다.The
따라서 이와 같이 모니터링된 전압은 PTC서미스터(20)의 저항의 증가 또는 IGBT 소자(12)의 Vce 포화전압의 증가에 비례하여 증가될 수 있다.Thus, the voltage thus monitored can be increased in proportion to an increase in the resistance of the
예를 들면, IGBT 모듈(20)의 내부온도가 올라가거나, IGBT 소자(12)의 Vce 포화전압이 증가하여, 게이트드라이브 IC(30)에 의해 모니터링된 전압이 임계전압값에 도달한 경우 보호회로(32)는 PWM제어신호를 차단한다.For example, when the internal temperature of the
이와 같이 본 실시예에 따른 인버터 IGBT 게이트구동장치(1)는 Vce 포화전압이 증가한 경우뿐만 아니라 IGBT 모듈 내부에 과온도 상태가 발생한 경우 게이트드라이버 IC단계에서 마이컴의 개입없이 신속하게 PWM제어신호를 차단하여 IGBT 모듈의 파손을 사전에 방지함으로써 전체적인 인버터의 성능을 향상할 수 있다. As described above, the inverter IGBT
1: 인버터 IGBT 게이트구동장치
10: IGBT모듈
12: IGBT소자
20: PTC서미스터
30: 게이트 구동드라이브 IC
32: 보호회로
34: 전류원
40: 연결회로1: Inverter IGBT gate drive device
10: IGBT module
12: IGBT element
20: PTC thermistor
30: Gate drive drive IC
32: Protection circuit
34: Current source
40: Connection circuit
Claims (5)
마이컴의 제어에 의해 상기 IGBT 소자의 게이트를 구동하기 위한 PWM제어신호를 생성하여 상기 IGBT 모듈로 출력하는 게이트드라이브 IC; 및
상기 연결회로와 상기 게이트드라이브 IC의 DESAT 핀 사이에 직렬로 연결되고, 상기 IGBT 모듈의 내부에 배치되는 PTC서미스터;를 포함하고,
상기 게이트드라이브 IC는 상기 DESAT핀을 통해 모니터링된 전압이 사전에 정해진 임계전압값에 도달된 경우, 상기 PWM제어신호를 차단하는 보호회로를 구비하며,
상기 PTC서미스터는 상기 연결회로 중 저항과 다이오드의 사이에 직렬로 연결되고, 상기 저항을 통해 상기 DESAT핀에 연결되고 상기 다이오드를 통해 상기 IGBT 소자에 연결되는 것을 특징으로 하는 인버터 IGBT 게이트구동장치.An IGBT module having a plurality of IGBT elements for driving a driving motor and a connection circuit connected to the IGBT element for monitoring a Vce saturation voltage of the IGBT element; And
A gate drive IC for generating a PWM control signal for driving the gate of the IGBT element under the control of the microcomputer and outputting the PWM control signal to the IGBT module; And
And a PTC thermistor connected in series between the connection circuit and the DESAT pin of the gate drive IC and disposed inside the IGBT module,
The gate drive IC having a protection circuit for blocking the PWM control signal when the monitored voltage through the DESAT pin reaches a predetermined threshold voltage value,
Wherein the PTC thermistor is connected in series between the resistor and the diode of the connection circuit and is connected to the DESAT pin through the resistor and to the IGBT element through the diode.
상기 게이트드라이브 IC는 내부에 전류원을 더 구비하고, 상기 모니터링된 전압은 상기 DESAT핀을 통해 상기 전류원이 상기 연결회로에 연결되는 루프를 통해 감지되는 것을 특징으로 하는 인버터 IGBT 게이트구동장치.The method according to claim 1,
Wherein the gate drive IC further comprises a current source therein and wherein the monitored voltage is sensed through a loop through which the current source is connected to the connection circuit via the DESAT pin.
상기 모니터링된 전압은 상기 PTC서미스터의 저항의 증가 또는 상기 IGBT 소자의 Vce 포화전압의 증가에 비례하여 증가되는 것을 특징으로 하는 인버터 IGBT 게이트구동장치.The method according to claim 1,
Wherein the monitored voltage is increased in proportion to an increase in resistance of the PTC thermistor or an increase in Vce saturation voltage of the IGBT element.
상기 게이트드라이브 IC는 상기 상기 DESAT핀을 통해 모니터링된 전압이 상기 임계전압값에 도달된 경우, 폴트신호를 생성하여 상기 마이컴에 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터 IGBT 게이트구동장치.The method according to claim 1,
Wherein the gate drive IC generates a fault signal and outputs the fault signal to the microcomputer when a voltage monitored through the DESAT pin reaches the threshold voltage value.
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