KR20130080943A - 대용량인버터의 입력부방전회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터구동을 위한 대용량인버터의 입력부방전회로에 관한 것으로, 상기 발명은, 고전압 직류전력을 입력받기 위한 고전압입력단; 상기 고전압입력단 사이에 연결된 직류링크커패시터; 상기 고전압입력단 사이에서 상기 직류링크커패시터에 대해 병렬로 연결되고, 일단이 상기 고전압입력단과 연결된 정극성전원라인에 연결되며, 상기 직류링크커패시터에 충전된 충전 전하를 방전하기 위한 방전저항; 및 상기 방전저항의 타단과 상기 고전압입력단과 연결된 부극성전원라인의 사이에 배치되어, 상기 충전 전하의 방전을 위해 상기 부극성전원라인과의 회로경로의 성립여부를 스위칭하기 위한 스위칭소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 본 발명은 스위칭소자에 의해 대용량인버터의 동작 시에는 방전저항을 통한 직류링크커패시터의 충전 전하의 방전을 차단함으로써 방전저항에 의한 방출열 및 에너지 손실을 줄일 수 있고, 방전저항 자체의 내구성 저하 문제를 개선할 수 있다.

Description

대용량인버터의 입력부방전회로{Discharging circuit of input unit for large capacity inverter}
본 발명은 대용량인버터에 관한 것으로, 구체적으로는 고전압 입력단의 직류링크커패시터의 방전을 위한 대용량인버터의 입력부방전회로에 관한 것이다.
연료전지자동차, 하이브리드자동차 또는 전기자동차는, 고전력의 출력을 갖는 구동 모터에 3상 교류 전력을 공급하기 위해, 일반적으로 직류 전원을 스위칭 동작에 의해 교류 전원으로 변환하여 삼상 전동기를 구동하는 10 kW 이상의 대용량인버터를 사용하고 있다.
이러한 종래 대용량인버터는 고전압 직류전압이 입력되는 입력단에 직류링크커패시터를 구비하고 있으며, 작업자나 운전자의 안전을 위해 직류링크커패시터를 방전하기 위한 방전저항을 구비하고 있다.
종래 대용량인버터에서 고전압의 입력이 차단되는 경우에도, 인버터 내부의 직류링크커패시터에는 고전압의 전력이 저장되어 있어 정비 및 진단 시 감전의 우려가 있다.
이러한 위험을 막기 위해, 대용량인버터는 방전저항을 통해 직류링크커패시터에 저장된 전력을 소모하여 정해진 시간 안에 전압을 안전기준 이하로 낮추기 위한 입력부방전회로를 구비하고 있다.
예를 들면 전기자동차에 적용되는 종래 대용량인버터의 입력부방전회로는 정해진 시간 대략 120초 안에 직류링크커패시터에 저장된 전압을 60 V 이하로 낮출 수 있다.
그러나 종래 대용량인버터의 입력부방전회로는 방전저항이 고전압 회로에 항상 연결되어 있어 지속적으로 열이 발생하며, 이로 인해 많은 에너지가 손실되는 문제를 가진다. 또한 항상 열이 발생함으로 인해 방전저항의 내구성이 저하되는 문제를 가진다.
그리고 종래 대용량인버터는, 정상 동작시 손실되는 에너지량을 줄이기 위해 방전저항의 저항값을 크게 해야 하기때문에 방전에 소요되는 시간이 길어지게 되며, 길어진 방전시간으로 인해 진단 및 정비 시 감전의 위험이 높아지는 문제를 가진다.
KR 10-0802679 B, 2008. 02. 12, 도면 1
본 발명의 목적은, 직류링크커패시터의 방전을 위한 방전저항에 항상 공급되는 고전압을 필요에 따라 차단함으로써 방전저항에 의한 방출열, 에너지 손실 및 방전저항의 내구성 저하 문제를 개선할 수 있고, 종래에 비해 작은 저항값을 가진 방전저항의 사용이 가능함으로써 종래에 비해 방전시간을 단축할 수 있는 대용량인버터의 입력부방전회로를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모터구동을 위한 대용량인버터의 입력부방전회로에 관한 것으로, 본 대용량인버터의 입력부방전회로는 고전압 직류전력을 입력받기 위한 고전압입력단; 상기 고전압입력단 사이에 연결된 직류링크커패시터; 상기 고전압입력단 사이에서 상기 직류링크커패시터에 대해 병렬로 연결되고, 일단이 상기 고전압입력단과 연결된 정극성전원라인에 연결되며, 상기 직류링크커패시터에 충전된 충전 전하를 방전하기 위한 방전저항; 및 상기 방전저항의 타단과 상기 고전압입력단과 연결된 부극성전원라인의 사이에 배치되어, 상기 충전 전하의 방전을 위해 상기 부극성전원라인과의 회로경로의 온(ON) 또는 오프(OFF) 성립여부를 스위칭하기 위한 스위칭소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방전저항은 사전에 정해진 개수의 저항들이 직렬로 연결되어 마련될 수 있다.
상기 스위칭소자는 상기 대용량인버터가 비 작동 중인 경우 상기 회로경로가 성립되도록 온(ON)되고, 상기 대용량인버터가 작동 중인 경우 상기 회로경로가 성립되지 않도록 오프(OFF)될 수 있다.
상기 스위칭소자는 P-모스펫으로 구현되고, 소스단이 상기 방전저항의 타단에 연결되고, 드레인단이 상기 부극성전원라인에 연결되며, 게이트단이 풀업 저항을 통해 상기 대용량 인버터의 작동시 공급되는 직류전원에 연결되어, 상기 대용량 인버터가 작동 중인 경우 상기 P-모스펫이 오프(OFF)될 수 있다.
상기 대용량 인버터의 작동 시 공급되는 직류전원을 이용하여, 외부의 제어신호에 의해 상기 스위칭소자의 온(ON) 또는 오프(OFF)를 제어하는 게이트구동소자를 더 포함할 수 있다.
상기 게이트구동소자는 NPN형 트랜지스터로 구현되고, 컬렉터 단자가 상기 P-모스펫의 게이트단과 상기 풀업 저항의 사이에 연결되며, 이미터 단자가 상기 부극성전원라인에 연결되고, 베이스 단자를 통해 상기 외부의 제어신호가 입력될 수 있다.
상기 방전저항은 칩저항으로 마련되고, 상기 스위칭소자 및 상기 게이트구동소자와 함께 별도의 PCB(Print Circuit Board)상에 구현될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 스위칭소자에 의해 대용량인버터의 동작 시에는 방전저항을 통한 직류링크커패시터의 충전전하의 방전을 차단함으로써 방전저항에 의한 발열 및 에너지 손실을 줄일 수 있고, 방전저항 자체의 내구성 저하 문제를 개선할 수 있다.
또한 본 발명은 외부 제어신호에 의해 스위칭소자의 온오프 제어가 가능하여 대용량인버터의 동작전원은 공급되고 있으나 고전압 직류전력이 입력되지 않는 경우에도 방전저항을 통한 방전을 수행할 수 있다.
또한 본 발명은 종래에 비해 작은 저항값을 가진 방전저항의 사용이 가능함으로써 종래에 비해 방전시간을 단축할 수 있어 진단 및 정비 시 감전에 의한 위험을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량인버터의 입력부방전회로의 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량인버터의 입력부방전회로에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량인버터의 입력부방전회로의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 대용량인버터의 입력부방전회로(1)는 고전압입력단(10), 직류링크커패시터(20), 방전저항(20), 스위칭소자(40), 게이트구동소자(50)로 이루어 질 수 있다. 고전압 직류전력은 본 실시예에 따른 대용량인버터의 입력부방전회로(1)를 DC-AC 변환부(도시되지 않음)로 전달되고, DC-AC 변환부에 의해 변환된 3상 구동전력은 차량의 3상 구동모터(도시되지 않음)로 전달된다.
먼저, 고전압입력단(10)은 배터리와 같은 고전압 직류전력원으로부터 고전압 직류전력을 입력받기 위한 단자로서, 정극성전원라인(12)과 부극성전원라인(14)에 각각 연결된다.
직류링크커패시터(20)는 고전압입력단(10) 사이에 연결된다. 즉 도 1에 도시된 바와 같이 직류링크커패시터(20)의 일단이 고전압입력단(10)과 연결된 정극성전원라인(12)에 연결되고, 직류링크커패시터(20)의 타단이 고전압입력단(10)과 연결된 부극성전원라인(14)에 연결된다. 부극성전원라인(14)은 접지전원라인(14)으로 마련될 수 있다.
방전저항(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 고전압입력단(10) 사이에서 상기 직류링크커패시터(20)에 대해 병렬로 연결된다. 특히 방전저항(20)은 일단이 정극성전원라인에 연결되고 타단이 후술하는 스위칭소자(40)에 연결된다. 즉 방전저항(20)은 후술하는 스위칭소자(40)의 온(ON) 또는 오프(OFF)에 의해 방전을 위한 회로경로의 성립여부가 결정된다.
방전저항(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 동일 규격의 복수 개의 저항들이 직렬로 연결되어 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 방전저항(20) 3개가 직렬로 연결되어 있으나, 인버터의 규격 및 제조상황에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한 방전저항(20)은 PCB(Printed Circuit Board)상에 칩저항 형태로 마련되어, 후술하는 스위칭소자(40) 및 게이트구동소자(50)와 함께 방전을 위한 별도의 회로로서 제작될 수 있다.
스위칭소자(40)는 방전저항(20)의 타단과 고전압입력단(10)과 연결된 부극성전원라인(14)의 사이에 배치되어, 직류링크커패시터(20)의 충전 전하의 방전을 위해 부극성전원라인(14)과의 회로경로의 성립여부를 스위칭한다.
즉 스위칭소자(40)는 대용량인버터가 비 작동 중인 경우 충전 전하의 방전을 위한 회로경로가 성립되도록 온(ON) 스위칭되고, 대용량인버터가 작동 중인 경우 방전을 위한 회로경로가 성립되지 않도록 오프(OFF)된다.
예를 들면, 스위칭소자(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 P-모스펫(40)으로 마련될 수 있다. P-모스펫(40)은 소스단이 방전저항(20)의 타단에 연결되고, 드레인단이 부극성전원라인(14)에 연결되며, 게이트단이 풀업 저항을 통해 본 실시예에 따른 대용량인버터의 작동시 공급되는 직류전원에 연결된다.
즉 P-모스펫(40)은 대용량인버터의 작동에 의해 공급되는 직류전원이 게이트단에 인가되는 경우 턴 오프(OFF) 되어, 방전저항(20)과 부극성전원라인(14) 사이가 개방되어 직류링크커패시터(20)의 충전 전하의 방전을 위한 회로경로가 성립되지 않는다.
한편, P-모스펫(40)은 대용량인버터의 비 작동에 의해 게이트단에 직류전원이 인가되지 않는 경우 턴 오프(OFF) 되어, 방전저항(20)과 부극성전원라인(14) 사이가 개방되어 직류링크커패시터(20)의 충전 전하의 방전을 위한 회로경로가 성립되지 않는다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 대용량인버터의 입력부방전회로(1)는 차량용 대용량인버터의 정상동작 시에 방전저항(20)과 부극성전원라인(14) 사이가 개방되고 차량용 대용량인버터의 정상동작 시에는 방전저항(20)과 부극성전원라인(14) 사이가 연결되어, 필요한 경우에만 선택적으로 방전이 수행됨으로써, 방전저항(20)의 불필요한 작동을 최소화할 수 있다.
이에 의해 방전저항(20)에 의해 소모되는 에너지와 발열을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 방전저항(20) 자체의 내구연한을 늘릴 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 대용량인버터의 입력부방전회로(1)는 종래에 비해 작은 저항값을 가진 방전저항(20)을 사용함으로써 종래에 비해 방전시간을 단축할 수 있어 차량의 안전성을 향상할 수 있다.
게이트구동소자(50)는 대용량인버터의 작동 시 공급되는 직류전원(5V)을 이용하여, 외부의 제어신호에 의해 스위칭소자(40)의 온(ON) 또는 오프(OFF)를 제어할 수 있다.
구체적으로 게이트구동소자(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 NPN형 트랜지스터(50)로 마련될 수 있다. NPN형 트랜지스터(50)는 컬렉터 단자가 스위칭소자(40)의 게이트단과 풀업 저항의 사이에 연결되고, 이미터 단자가 부극성전원라인(14)에 연결되며, 베이스 단자를 통해 외부의 제어신호가 입력된다.
예를 들면 베이스 단자를 통해 입력되는 외부 제어신호가 방전 제어명령을 포함한 경우, NPN형 트랜지스터(50)가 온(ON) 됨으로써 스위칭소자(40)가 온(ON) 되고, 이에 의해 방전저항(20)에 의한 방전이 수행될 수 있다. 여기서 외부 제어신호는 차량의 구동모터를 제어하는 모터제어유닛(MCU)에 의해 인가될 수 있다.
즉 본 실시예에 따른 대용량인버터의 입력부방전회로(1)는 대용량인버터의 동작을 위한 직류전원(5V)이 공급되는 상황에서도, 필요한 경우 방전을 위한 외부 제어신호를 게이트구동소자(50)에 인가함으로써 방전저항(20)에 의한 방전을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 대용량인버터의 입력부방전회로(1)는 외부 제어신호에 의해 스위칭소자(40)의 온오프 제어가 가능하여 대용량인버터의 동작을 위한 제어전원은 공급되고 있으나 고전압입력단(10)에 고전압 직류전력이 공급되지 않은 경우에, 방전저항(20)을 통해 직류링크커패시터(20)의 충전 전하를 방전할 수 있다.
1: 대용량인버터의 입력부방전회로
10: 고전압입력단
12: 정극성전원라인
14: 부극성전원라인(접지전원라인)
20: 직류링크커패시터
30: 방전저항
40: 스위칭소자(P-모스펫)
50: 게이트구동소자(NPN형 트랜지스터)

Claims (7)

  1. 모터구동을 위한 대용량인버터의 입력부방전회로에 있어서,
    고전압 직류전력을 입력받기 위한 고전압입력단;
    상기 고전압입력단 사이에 연결된 직류링크커패시터;
    상기 고전압입력단 사이에서 상기 직류링크커패시터에 대해 병렬로 연결되고, 일단이 상기 고전압입력단과 연결된 정극성전원라인에 연결되며, 상기 직류링크커패시터에 충전된 충전 전하를 방전하기 위한 방전저항; 및
    상기 방전저항의 타단과 상기 고전압입력단의 타단과 연결된 부극성전원라인의 사이에 배치되어, 상기 충전 전하의 방전을 위해 상기 부극성전원라인과의 회로경로의 온(ON) 또는 오프(OFF)의 성립여부를 스위칭하기 위한 스위칭소자;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 대용량인버터의 입력부방전회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전저항은 사전에 정해진 개수의 저항들이 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 대용량인버터의 입력부방전회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭소자는 상기 대용량인버터가 비 작동 중인 경우 상기 회로경로가 성립되도록 온(ON)되고, 상기 대용량인버터가 작동 중인 경우 상기 회로경로가 성립되지 않도록 오프(OFF)되는 것을 특징으로 하는 대용량인버터의 입력부방전회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭소자는 P-모스펫으로 구현되고, 소스단이 상기 방전저항의 타단에 연결되고, 드레인단이 상기 부극성전원라인에 연결되며, 게이트단이 풀업 저항을 통해 상기 대용량 인버터의 작동시 공급되는 직류전원에 연결되어, 상기 대용량 인버터가 작동 중인 경우 상기 P-모스펫이 오프(OFF)되는 것을 특징으로 하는 대용량인버터의 입력부방전회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 대용량 인버터의 작동 시 공급되는 직류전원을 이용하여, 외부의 제어신호에 의해 상기 스위칭소자의 온(ON) 또는 오프(OFF)를 제어하는 게이트구동소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량인버터의 입력부방전회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 게이트구동소자는 NPN형 트랜지스터로 구현되고, 컬렉터 단자가 상기 P-모스펫의 게이트단과 상기 풀업 저항의 사이에 연결되며, 이미터 단자가 상기 부극성전원라인에 연결되고, 베이스 단자를 통해 상기 외부의 제어신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 대용량인버터의 입력부방전회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방전저항은 칩저항으로 마련되고, 상기 스위칭소자 및 상기 게이트구동소자와 함께 별도의 PCB(Print Circuit Board)상에 구현되는 것을 특징으로 하는 대용량인버터의 입력부방전회로.
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